JPS62502771A - バ−ナ−及び熱交換器付き加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、燃焼空間、該燃焼空間に開口する点火チャンバ、該点火チャンバ内 の点火器、該点火チャンバに燃料および空気を供給４−る機器、および上記燃焼 空間と接続した熱交換器から成る、液体または気体燃料用バーナー付き加熱装置 に関するものである。

特に、この発明は居間の暖房用加熱装置、例えば住宅用オイル−ヒーティングシ ステムに関する。

混合気体の準備にあたり、公知の加熱装置は消耗しかつ故障し易い精巧なノズル またはアトマイザ−を用いている。これらの加熱装置は大きなスペースを要しか つ一般に特殊な燃料のみを採用し得るものである。

この発明の目的は、所要スペースを低減するとともにその設計を簡略化し、混合 気体／ｉ！ｌ費量および排ガス価を改善し、操作の信頼性をき損することなく消 耗を受け易い精巧な作動部分を不要としおよび／または燃費特性に関して広範な 燃焼動作を確保することにある。

この発明課題の解決にあたり、点火チャンバはその長さがその幅の数倍とされる とともに予熱チャンバで包囲され、該予熱チャンバに空気および燃料を供給可能 とされ、これらのチャンバ間の仕切り壁部に複数の小オリフィスを設けて点火チ ャンバに燃焼混合気体を透過させるようにしたものである。

この構成により、より強力な燃焼を確保するとともに点火チャンバおよび燃焼チ ャンバの大きさを実質的に低減することが出来る。この結果、当該加熱装置の所 要の全体的スペースが低減されるのみならず、その設計を簡略化できる。これは 燃焼空間を低負荷として大形化するよりも高負荷として小形化したほうが安全性 の確保が容易となるからである。更に、大形燃焼空間よりも小形燃焼空間のほう が爆発に対する安全性を容易に得ることが出来る。

点火チャンバの線型化、特に長さを幅の３倍の大きさとすることによる第１の利 点は、炎を良好に包囲出来、従って高温点火および確実な点火が得られることで ある。これは動作の永続性のみならず、燃焼の開始に適合する。点火チャンバに おける熱密集化は当該点火チャンバが包囲される予熱チャンバを均一に加熱し、 これにより非常に均一な予備加熱および空気および燃料の混合気体の供給並びに 非常に均一な炎の形成を得ることが出来る。予熱チャンバは小さな点火チャンバ に対応して非常に小さいから、そこを通過する流れは強力でありかつ過熱を生じ る危険性のある不活性帯（デッドゾーン）は形成され難い。また、空気および燃 料の混合は強力な貫流により促進される。また、この装置は、予熱チャンバから 点火チャンバへの複数の小さな貫通オリフィスを設置しかつ高流通速度とするこ とができるので予熱チャンバへの炎の逆火に対し安全なものにすることができる 。燃焼混合気体の予熱は均一な炎の形成および完全燃焼に寄与し、よって燃焼残 留物の形成を防止する。

よく知られているように、点火チャンバにおける点火器は伸長赤熱点火栓から成 り、該伸長点火栓は点火チャンバの長手軸に沿って該点火チャンバの壁から短い 間隔をもって配置される。点火チャンバ壁と伸長点火栓間の短い間隔は数ＲＲ程 度とされ、点火チャンバ壁、したがって同時に予熱チャンバの強力な加熱を助長 する。上って、最初から十分な燃料の気化又は予熱が行なわれる。更には、加熱 しようとする壁部の直径が小さいのでその熱容量が最小なしのに低下させられ、 よって予熱時間が短縮化され、即ち所定期間内で得られる予熱温度が増大する。

上記赤熱点火栓は点火チャンバの閉鎖端部に配置しなければならず、換言すれば 該領域においては炎が完全に成長することができず、点火チャンバが狭小な形状 でありかつ初期には熱利用度が高いにも拘わらず、連続運転時の過熱に対し保護 される。

好ましくは、予熱チャンバへの液体燃料供給用オリフィスは赤熱点火栓の上方部 に配置され、更には点火チャンバは該赤熱点火栓と一緒に実質的に水平状に設け られる。この構成により、運転開始時、まず最初に液体燃料が赤熱点火栓により 予熱された予熱チャンバの壁領域に滴下されるとともに各オリフィスを介して該 赤熱点火栓自体に滴下される。このようにして運転開始時から気化が確実に行な われ、したがって確実な点火が行なわれる。

燃焼混合気体の点火チャンバへの透過用の各小オリフィスは該点火チャンバの長 さ方向の大部分、さらに好ましくは点火チャンバの全長体にわたって略均−に配 置される。もう１つの特徴によれば、各オリフィスはら螺旋列状に配列され、そ こでは炎がら旋状に形成されて安定にされる。

もち論、螺旋状のガス炎を形成するために他の公知の手段を設けてもよい。

大抵の場合、点火チャンバからの熱に予熱チャンバを曝すのに十分である。例え ば、ディーゼルオイル等のように比較的高い気化熱を要する液体燃料の場合、予 熱チャンバにその内側からのみならず、その外側から加熱し、さらにはまた予熱 チャンバの外面全体にわたって燃焼ガスを透過させると有利である。

熱交換器は、好ましくは、例えば燃焼ガス通路を横断するように延びかつうねを 付けることができる水チユーブを備えた管形熱交換器とされる。一方、燃焼ガス 流の方向に延びる熱交換チューブを使用して該流体損失を低い状態に保持するよ うにすると特に有利である。同時に、水空間内に配置されたデユープに燃焼ガス を流通させるように構成することが出来ろ。また、この熱交換器は好ましくは燃 焼空間と隣接させ、燃焼空間壁部により区分し、該燃焼空間壁により直接熱交換 を行うようにすることができる。

この発明の好ましい実施例において、燃焼空間から熱交換器へ燃焼ガスを流出す るオリフィスは、好ましくは燃焼空間における点火チャンバ側でその近くに配置 する。このことは燃焼空間において点火チャンバを離去した後の燃焼ガス流方向 を反転する必要があることを意味する。この結果、一方では燃焼ガスは完全に撹 拌されるとともに燃焼終了前に冷却燃焼空間壁から遠ざけられるので燃焼がより 強力に行なわれる。これにより燃焼空間の寸法は小さくてもよい。もう１つの利 点はすす等の燃焼残留物、特に不燃または半燃焼残留物が沈澱する危険性が低減 されることである。この点で、言うまでもなく、点火チャンバの隣に流出オリフ ィスを配置するという指図は一般にこのオリフィスを燃焼空間の点火チャンバと 同側の端部の近くに配置して該燃焼空間において前述した反転流を生じるように しなければならないことを意味するものと理解しなければならない。

特に、高気化熱を有する液体燃料が使用される場合、当該燃料が予熱チャンバに 到達する以前に該燃料を充分予熱すると好都合である。これは、本発明において は燃焼空間に予熱チャンバへの液体燃料供給用パイプを貫通するように案内する ことにより達成することができる。同時に、この装置は、好ましくは熱交換器が 正常に作動している際、液体燃料は燃焼領域に到達する前にまたは好ましくは該 燃料が燃焼空気と結合する充分前に実質的に蒸気化される。

この発明のもう１つの特徴によれば、空気供給チャンネルが燃焼空間に隣接して それと熱交換するように配置される。一方では、この構成により安価な製作コス トをもって燃焼空気の予熱を行うことが出来る。他方、これは空気供給チャンネ ルが当該ハウジングの外面から加熱燃焼空間壁を遮蔽し、熱絶縁以外の手段を要 することなく実現することができる。また、空気供給チャンネルは燃焼空間を貫 通して案内される。

燃焼チャンバおよび熱交換器は横方向に隣接させて配置する場合、上記空気供給 チャンネルは好ましくは熱交換器と対面してその上方に配置するようにする。一 方、熱交換器が実質的に燃焼空間を包囲するようにしてもよく、該燃焼空間の一 例に該熱交換器の水空間を、該燃焼空間の他側に空気供給チャンネルを隣接させ て配置してもよい。好ましい実施例においては、断面形状が方形または丸形の熱 交換器は燃焼空間を完全に包囲しかつ空気および燃料供給パイプは燃焼空間を貫 通して案内され燃焼空間、熱交換器、並びに好ましくは幅および長さに関して互 いに同一とされた空気供給チャンネルが互いに隣接して配置され、前述したよう に、これらの方形状の断面を有する各構成部分を共に平担ハウジングの内部に収 容するようにすれば、とくに小型のものを得ることができる。また、このハウジ ングに送風機および好ましくは熱交換器用水ポンプを好ましくは他の３つの構成 部分の主延面因に含むようにしてその最小寸法方向における熱交換器幅を増大さ せないようにすることが出来る。

以下に、本発明を例示的に図示する添付図面とともに説明する。

第１図は第１実施例の垂直断面図を示す。

第２図は第１図の■−■線断面図を示す。

第３図は第１図のｌｌ１−ＩＩＩ線断面図を示す。

第４図は第２実施例の縦断面図を示す。

第５図および第６図はそれぞれ変形例の第４図の■−■線断面図を示す。

実質的に方形状ハウジングＩ内に実質的に同じ長さかつ同じ幅（第１図の横断面 図で計測される）の４つの構成成分、即ち、空気供給チャンネル２及び３、燃焼 空間４、熱交換器５並びにポンプ、ファン及び必要であればその他の付属部品を 収容する空間６が互いに隣接して配置される。

燃焼気体か矢印の方向にオリフィス７を通過してノｚｆ）ジンクｌに入り、２つ の空気供給チャンネル２に分配され、最終的に空気供給チャンネル３で再び統合 され、仕切壁９を貫通するオリフィス８を終端部とし、該仕切壁９は燃焼空間４ と空気供給チャンネル２および３とを分離する。

燃焼空間４からの燃焼気体の熱交換およびその結果の予熱は仕切壁９を介して行 なわれる。

チューブ１１によって画定された火チャンバＩＯがオリフィス８の下方に配置さ れ、該チューブ１１は左手側の燃焼空間壁１２の上方部に閉鎖して固定されると ともに燃焼空間４の長手軸方向に同心状に延びかつその自由端部１３て開放され ている。第１チコーブ１１と第２チユーブ１４とて囲まれた環状予熱チャンバ１ ５を含む二重ケーシングを形成している。この環状予熱チャンバ１５はチューブ の両端部を閉じて上記予熱チャンバを形成する。この予熱チャンバ１５は短チャ ンネル１６を介してオリフィス８と連絡し、空気供給チャンネル２及び３で予熱 された気体はオリフィス８及び短チャンネル１６を通過し、点火チャン／（１０ を包囲する環状予熱チャンバ１５に流れ込む。

例えば、ディーゼルオイル等の液体燃料用供給管を形成する）くイブライン１７ は短チャンネル１６に開放している。このパイプライン１７は燃焼空間４内のガ スと熱交換を行い、よってその中を輸送されるオイルは短チャンネル１６に流れ 込む前にパイプライン１７の端部で予熱される。好ましくは、該装置は、燃料が 液体状態のままで短チャンネル１６に入るようなものである。燃焼気体とともに 、予熱チャンバ１５に送られ、次いで内部チューブｉｔの多数の小オリフィス１ ８を通って点火チャこの点火チャンバＩＯは、少なくとも点火工程時に確実に点 火するために、好ましくは全操作期間中赤熱した点火栓２０を含有する。

点火チャンバｌＯにおいて、該点火チャンバＩＯの長さに対して幅が小さいので 細長い炎２１が形成されるとともに高速度で燃焼空間４に放出される。燃焼ガス は矢印の方向に偏向され、オリフィス２２を通って熱交換器５の案内室２３に流 出する。この熱交換器５は水車間において最後部にチューブ束２４を含み、該チ ューブ束２４を介して燃焼ガスが吸上げ送風機２５により軽い減圧だけで吸い出 される。水車間で加熱された水はポンプ２７により管継手２６を介して点破線（ −・−・−）で示す導管を通過して循環する。

燃焼空間４及び熱交換器５の水車間は共通壁２８を介して熱交換を行う。更に熱 伝達は良好な熱伝導性金属製厚板２つによって助成される。

燃焼空間４と一方では厚板２９及び他方ではハンジング２との間は必要であれば 、第３図にハツチングして示すように熱絶縁体とされる。

上記加熱装置は以下の方法で操作する。操作開始段階において、まず点火栓２０ のスイッチを入れ、該点火栓２０を囲んでいるチューブ１１を迅速に加熱する。

液体燃料がパイプライン１７から短チャンネル１８を介してチューブ２の壁土に 滴下し、更にオリフィス１Ｂを通過して当該赤熱点火栓上に滴下し、迅速に気化 して困難なく点火される一方、燃焼気体が吸上げ送風機２５によって送られる。

この操作時、燃焼空間４から壁９を介してチャンネル２及び３内に流れる燃焼気 体が加熱される。更にパイプラインＩ７の燃料が予熱される。空気および燃料は 共にデユープ］、１及び１４が燃焼ガスに曝されて更に予熱チャンバ１５で加熱 される。ゐ路断面積が小さい結果、燃焼気体は予熱チャンバ内で完全に混合され るとともにオリフィス１８を通過して点火チャンバ内に丘れ込む。そこでは予熱 、ガス化及び均質混合によって非常に安定した強力な燃焼が生じる。次いで、燃 焼ガス流は矢印方向に反転され、燃焼が殆ど完了して冷却壁２８と接触し、よっ て不燃物の堆積は殆ど無い。一方、燃焼時放射冷却が生じ、よって反応平衡が低 Ｃ０ｆｆ１側に移行し、排ガスのＣＯ含有量が非常に低くなる。次いでガスは熱 交換器４で熱を放出し、送風機２５による圧力により吸い出される。燃焼空間及 び熱交換器は例えば５０ｘ５０πｍの通常の方形状チューブから成り、１つのチ ューブが他のチューブの頂部に配置され、このようにして燃焼空間が頂部に、熱 交換器が底部に配置される。開放端部において２つの方形状チューブは連続プレ ートによって閉じられかつ互いにしっかりと連結される。さらに長手軸表面は連 続プレートを介して各側部が互いにねじ留めされる。

この連続プレートは熱伝導がより良く行なわれるようにアルミニウムから成り、 熱を直接受ける部分はスチール、好ましくは特殊スチールから形成する。４つの 側部プレートは燃焼空間から突出して燃焼気体用予熱チャンネルを形成している 。方形状チューブの横断面形状は特にコンパクトなデザインとすることができる 。

点火時にかつ液体燃料か用いられる場合、該燃料は赤熱点火栓を介して供給しな ければならない。これは、全操作中絶対に必要なものではない。

第４図〜第６図の実施例において、その構成及び機能は以下の図面のものと明白 に異ならない限り第１図の実施例と同じである。

燃焼空間１０４は長手方向端部を除いた全面が熱交換器＋０５によって囲まれて いる。該熱交換器１０５が方形状の横断面形状のものを第５、図に、円形状の横 断面形状のものを第６図に示す。各燃焼空間側壁部＋２８は熱交換器１０５に含 有される熱交換媒体（たとえば水）によって均一に冷却される。所望であれば、 該直冷は燃焼空間の末端壁まで延長することが可能である。

燃焼空気は燃焼空間１．０４を貫通して案内されたパイプ１０２を介して供給さ れ、該燃焼空気はチャンネル１１６を通過して予熱チャンバ１１５に入る前に予 熱される。

さらに燃料パイプ＋１７が燃焼空間１０４を貫通して案内され、位置１０３で空 気チャンネル１０２に開放される。これは、予熱を行うために、特に、例えば軽 油等の液体燃料のようにいまだ気化されていなくとも空気チャンネル１０２にお いて燃焼空間に上って直接加熱されたチャンネル壁に到達しかつそこから迅速に 気化することが出来る。次いで燃料が燃焼空気と一緒に通過し予熱チャンバ１１ ５及び点火チャンバ１１Ｏに入る。空気チャンネルは人口１０３から予熱チャン バ＋１５まで傾斜しており、燃料はスタート時に予熱チャンバに達する。

上記実施例においても、燃焼空間１０４における流通方向の反転が行なわれ、よ って不完全燃焼状態の燃焼ガスは実質的に完全燃焼ガスによって包囲される。こ れらの燃焼ガス及び不完全燃焼ガスは燃焼空間の周囲に均一に配置されたオリフ ィス１２２を通過し、熱交換器の環状供給空間＋２３に入り、次いでそこから熱 交換器を通過し、交換路１２４を通過し、排出口１２５を通過し、加熱装置に達 する。

燃焼気体用に吸上げ送風機（図示していない）又は好ましくは圧力送風機を設け るようにしてもよい。

本発明によれば、軽重油を用いた場合であっても炎は黄色部分がなく完全に青く 燃えており、当該加熱装置は非常に少量の余剰空気で操作可能であることから明 らかなように、高性能な燃焼動作を達成出来る。

さらに本発明は燃焼を行う前に２つの反応成分を非常に高温に加熱するという技 術思想に基づくものであり、当該燃焼工程における化学反応で消費されるエネル ギーを低減させ、よって燃焼が非常に迅速に完全に行なわれ、排ガス中の不燃物 の割合を低減させることができる。

ＡＮＮＥＸＴｏ’１１（ＥＩＮＴＥＲ，’１ＡＴＩＯＮＡＬＳＥ、ＡＲＣＦＩＲ ＥＰＯＲＴｏＮ荷人昭６２−５０２７７１　（７）

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．燃焼空間、該燃焼空間に開口する点火チャンバ、該点火チャンバ内の点火器 、該点火チャンバヘの燃料および空気の供給機器、および上記燃焼空間と接続さ れた熱交換器を備えた加熱装置において、上記燃焼空間はその長さがその幅の数 倍の大きさとされるとともに予熱チャンバで包囲され、該予熱チャンバに空気お よび燃料が供給可能とされ、 これらの点火および予熱チャンバを区分する壁部に複数のオリフィスを設けて該 点火チャンバに燃焼混合気体を通過させる、液体または気体燃料用バーナーを具 備した、特に車両および居間用の加熱装置。
2. ２．点火チャンバの長さが少なくともその幅の３倍の大きさである、請求の範囲 第１項に記載の加熱装置。
3. ３．点火チャンバ内の点火器が伸長赤熱点火栓により形成され、該伸長赤熱点火 栓が当該点火チャンバの長さ方向に沿ってその壁部から短い間隔をもって配置さ れた、請求の範囲第１項または第２項に記載の加熱装置。
4. ４．伸長赤熱点火栓に予熱チャンバヘの液体燃料供給用オリフィスを設けた、請 求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の加熱装置。
5. ５．点火チャンバを実質的に水平状に設けた、請求の範囲第４項に記載の加熱装 置。
6. ６．各小オリフィスを点火チャンバの長さ方向の大部分にわたって均一に配置し た、請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の加熱装置。
7. ７．予熱チャンバの外面を透過させて燃焼ガスを循環させる、請求の範囲第１項 〜第６項のいずれかに記載の加熱装置。
8. ８．燃焼空間内に、予熱チャンバを形成した二重ケーシングを自在に配置した、 請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
9. ９．熱交換器が管状熱交換器である、請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記 載の加熱装置。
10. １０．燃焼ガスが熱交換チューブを流通する、請求の範囲第９項に記載の加熱装 置。
11. １１．熱交換器を、燃焼空間に対し略同等の長さおよび幅をもって隣接してまた はその下方に配置した、請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載の加熱装 置。
12. １２．熱交換器が実質的に燃焼空間を包囲する、請求の範囲第１項〜第１０項の いずれかに記載の加熱装置。
13. １３．燃焼室間壁により熱交換器の水空間の少なくとも大部分を画定した、請求 の範囲第１項〜第１２項のいずれかに記載の加熱装置。
14. １４．燃焼空間における点火チャンバと同側の端部の近くにオリフィスを設けて 当該燃焼空間から熱交換器に燃焼ガスを流出させる、請求の範囲第１２項または 第１３項に記載の加熱装置。
15. １５．予熱チャンバヘの燃料供給用パイプを燃焼空間を貫通するように案内して 設けた、請求の範囲第１項〜第１４項のいずれかに記載の加熱装置。
16. １６．熱交換器を内在する燃焼空間に隣接して空気供給チャネルを設けた、請求 の範囲第１項〜第１５項のいずれかに記載の加熱装置。
17. １７．燃焼空間に空気供給チャネルを貫通させた、請求の範囲第１６項に記載の 加熱装置。
18. １８．２成分が燃焼領域に入る前に特殊な燃焼炎によりより高温に加熱する、加 熱装置において空気により液体燃料を燃焼させる方法。