JP2014228152A - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した燃焼状態を維持しつつ熱回収を効果的に行うことのできる液体燃料燃焼装置を提供すること。【解決手段】火炎から燃焼熱を回収する熱回収型の液体燃料燃焼装置であって、火炎形成用炎孔部２３０と熱回収用炎孔部２３１を連通して炎孔部２３を構成し、火炎形成用炎孔部２３０に燃焼状態を検知する炎検知手段４を配置した。火炎形成用炎孔部２３０と熱回収用炎孔部２３１は一体に形成されているので、従来のように火炎が干渉して炎孔網間の表面温度の上昇を引き起こすことがないため逆火の発生が抑えられ、燃焼状態を良好に保つことができる。さらに、炎検知手段４は火炎形成用炎孔部２３０、つまりメインで燃焼を行う炎孔に配置することで燃焼状態を正確に検知することが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、液体燃料を気化器で気化した気化ガスをバーナで燃焼させる液体燃料燃焼装置に関し、特に気化器が火炎から燃焼熱を回収する熱回収部を有するものに関する。

従来、この種の燃焼装置には、燃焼開始時にはヒータで気化器を加熱し、燃焼中は熱回収部が火炎から回収した燃焼熱によって気化器を加熱することで、気化器に供給された液体燃料から気化ガスを生成するように構成されたものがある。熱回収部は火炎からの熱を受けるためバーナの炎孔部に対向するように配置されるが、このバーナの形状には様々なものが提案されている。

例えば特許文献１は、混合管上部に仕切板を設け、この仕切板には混合管の反吸込口側に開口が設けられている。さらに仕切板を挟んで混合管の吸込口側に炎孔部が形成されており、これにより混合管の有効全長が、仕切板の開口先端とバーナの反ノズル側端部との距離だけ延長したものと同じ役割を果たすこととなるため、混合管の長さを短くすることができ、燃焼装置の小型化を可能としている。

さらに、特許文献２では、上述のバーナに大きさの異なる２つの炎孔網を設け、小さいほうの炎孔網にはフレームセンサを配置して燃焼状態検知用の炎孔網として機能させるようにしている。

特開平０６−３３１１０７号公報 特開平１１−００６６１８号公報

ところが、燃焼中は炎孔部に形成される火炎によって炎孔部の中央部分の温度が上昇するため、特許文献１のように炎孔部の縦横比の小さいバーナでは炎孔部の中央が変形し易くなってしまい耐久性に問題が生じることとなる。加えて、炎孔部面積に対する外周の長さの割合が小さいため、形成される火炎の表面積が小さくなることで二次空気との接触面積も小さくなり、その結果として火炎長が長くなってしまう。

また、特許文献２のように炎孔網を複数設けた場合には、炎孔網間で火移りさせる必要があるため炎孔網の間隔をあまり広く取ることができない。炎孔網の間隔が狭くなると、両炎孔から出る火炎が互いに干渉しあうことにより炎孔網間の表面温度が著しく上昇し、炎孔からの噴出速度より燃焼速度の方が速くなってしまう。これにより逆火現象が引き起こされて燃焼状態の悪化やバーナの劣化を招く原因となるおそれがある。さらに、炎孔網ごとに燃焼性能に若干の差が生じる可能性があるため、フレームセンサで検知した燃焼状態検知用の炎孔網での燃焼状態と、もう一方の炎孔網での燃焼状態が異なり正確な燃焼状態を検知できないことも考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、安定した燃焼状態を維持しつつ熱回収を効果的に行うことのできる液体燃料燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は、火炎が形成される炎孔部を有するバーナと、前記炎孔部で形成される火炎から燃焼熱を回収する熱回収部を有する気化器とを備えた液体燃料燃焼装置であって、前記炎孔部は火炎形成用炎孔部と、この火炎形成用炎孔部と連通するとともに前記熱回収部と対向する熱回収用炎孔部とから構成され、前記火炎形成用炎孔部の周囲に燃焼状態を検知する炎検知手段が設けられていることを特徴とする液体燃料燃焼装置である。

また、前記炎孔部は前記熱回収用炎孔部の長手方向と前記火炎形成用炎孔部の長手方向とが略直交して形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置である。

また、前記熱回収部は長手方向が気化ガスの噴出方向と直交し、前記熱回収部の長手方向と前記熱回収用炎孔部の長手方向が同一方向となるよう配置されて構成されることを特徴とする請求項１または２記載の液体燃料燃焼装置である。

上述のように構成することにより、逆火の発生を抑えて安定した燃焼状態を維持しつつ、燃焼火炎からの熱回収を効果的に行うことができる。

本発明の実施例における気化器とバーナの配置を示す側面図である。 バーナの分解図である。 本発明の実施例における気化器とバーナの配置を示す平面図である。 炎孔部のその他の実施形態を示す図である。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

本発明は、火炎から燃焼熱を回収する熱回収型の液体燃料燃焼装置であって、火炎形成用炎孔部と熱回収用炎孔部を連通して炎孔部を構成し、火炎形成用炎孔部に燃焼状態を検知する炎検知手段を配置している。

火炎形成用炎孔部と熱回収用炎孔部は一体に形成されているので、従来のように火炎が干渉して炎孔網間の表面温度の上昇を引き起こすことがないため逆火の発生が抑えられ、燃焼状態を良好に保つことができる。さらに、炎検知手段は火炎形成用炎孔部、つまりメインで燃焼を行う炎孔に配置することで燃焼状態を正確に検知することが可能となる。

また、炎孔部は熱回収用炎孔部の長手方向と火炎形成用炎孔部の長手方向とを略直交させた形状とした。これにより、炎孔部の面積に対する外周の長さの割合が大きくなり、表面積の大きな火炎が形成される。つまり、火炎と二次空気との接触面積が大きくなるため、火炎は完全燃焼することとなり火炎長を短くすることができる。さらに、炎検知装置は火炎形成用炎孔部の長手側に配置することができるので配置の自由度を上げることができるとともに、熱回収部から離して配置することが可能になるため、熱回収部が火炎に与える影響に左右されることなく燃焼状態を正確に検知することができる。

また、熱回収部の長手方向と熱回収用炎孔部の長手方向が同一方向となるよう気化器とバーナを配置した。これにより、熱回収部の全域が熱回収用炎孔部に晒されることとなるため効果的に火炎から熱を回収することができる。

以下本発明の一実施例としての液体燃料燃焼装置を図面により説明する。なお以下の説明においては、図中に示したＸ、Ｙ，Ｚを用いて部品の位置関係における方向を「幅方向Ｘ」、「高さ方向Ｙ」、「奥行き方向Ｚ」として説明を行う。

図１は本発明の燃焼装置における気化器１とバーナ２の配置を示す側面図、図２はバーナ２の分解図である。気化器１は液体燃料を気化して気化ガスとする気化室１０と、気化室１０を加熱するヒータ１１と、気化室１０で発生した気化ガスをバーナ２に噴出するノズル部１２と、ノズル部１２を開閉させるプランジャー部１３と、バーナ２で形成される火炎から燃焼熱を回収する熱回収部１４を備えている。

バーナ２は、一端がノズル部１２に対向して開口した混合管２０と、混合管２０の上部に配置されたバーナトップ２１と、混合管２０とバーナトップ２１の間に介挿されてバーナ２内部を上下に仕切る仕切板２２から構成されていて、仕切板２２には混合管２０の開口とは反対側に仕切板開口２２０が形成されている。

また、バーナトップ２１には火炎が形成される炎孔部２３と、逆火防止及び混合ガスの流れの均一化を図るための火口網２４が設けられている。炎孔部２３は図のように網材により形成してもよいし、セラミックス基材に多数の小孔を設けたものであってもよい。

炎孔部２３の近傍には、炎孔部２３から噴出する混合ガスに着火する着火手段３と、燃焼状態を検知する炎検知手段４が設けられている。

図３は気化器１とバーナ２の配置を示す平面図である。炎孔部２３は、熱回収部１４と対向する位置に設けられた熱回収用炎孔部２３１と、一端がこの熱回収用炎孔部２３１と連通する火炎形成用炎孔部２３０とから構成されており、熱回収用炎孔部２３１の長手方向と火炎形成用炎孔部２３０の長手方向が略直交するように一体成形されている。本燃焼装置において、メインで燃焼を行う炎孔が火炎形成用炎孔部２３０であり、熱回収用炎孔部２３１は熱回収部１４を加熱することを主な目的とした炎孔である。

また、炎孔部２３を上述のような形状とすることで、炎孔部２３の面積に対する外周の長さの割合が大きくなるため、炎孔部２３では表面積の大きな火炎が形成される。つまり、火炎と二次空気との接触面積が大きくなるため、火炎は完全燃焼することとなり火炎長を短くすることができる。

着火手段３と炎検知手段４は、火炎形成用炎孔部２３０周辺の適宜位置に先端が火炎に晒されるようにして配置される。さらに言えば、着火手段３と炎検知手段４が配置されるのは火炎形成用炎孔部２３０の長手方向沿いであるため、配置することのできる距離が長くなり配置の自由度が大きくなる。よって、燃焼装置の他の部品との兼ね合いにより着火手段３と炎検知手段４を配置することのできる場所に制限があったとしても柔軟に対応することができる。

なお炎孔部２３は、熱回収用炎孔部２３１と火炎形成用炎孔部２３０とが連通し、かつそれぞれの長手方向が略直交するように配置されていればよく、図３で示すようなＴ字形状のほか図４で示すようにＬ字形状であってもよい。

次に、上述の構成における液体燃料燃焼装置の動作について説明する。

燃焼開始が指示されると、まず気化器１のヒータ１１へ通電が行われ、ヒータ１１の発する熱が気化室１０の温度を上昇させる。気化室１０の温度は図示しないサーミスタにより検知されており、気化室１０が液体燃料を気化することのできる温度まで上昇したことを検知すると図示しない電磁ポンプが始動して液体燃料が気化室１０内に供給される。気化室１０に供給された液体燃料は、加熱気化されて気化ガスとなる。

そして、電磁ポンプの始動に相前後してプランジャー部１３に通電が行われノズル部１２が開放される。すると気化室１０で発生した気化ガスはノズル部１２よりバーナ２の混合管２０に向けて噴出される。

混合管２０に向けて噴出された気化ガスは、噴出された際のエジェクタ効果により周囲の空気を一次空気として取り込み、混合管２０から仕切板開口２２０を通過してバーナトップ２１内部に流入する。そしてこの間に気化ガスと一次空気が混合されて混合ガスとなり、この混合ガスは火口網２４を通り炎孔部２３のうちまず上流に位置する火炎形成用炎孔部２３０から噴出して、着火手段３により着火されて火炎が形成される。

さらに混合ガスは炎孔部２３の上流から順次噴出して火炎形成用炎孔部２３０の端部まで到達すると、次に熱回収用炎孔部２３１から噴出し、熱回収用炎孔部２３１でも火炎が形成される。このようにして燃焼が開始されると、熱回収部１４は熱回収用炎孔部２３１で形成される火炎に晒されて燃焼熱を回収するようになる。

なお、燃焼中は炎検知手段４によって燃焼状態が監視されるため、燃焼状態を良好に保つためには火炎の状態を正確に検知することが必要となる。

熱回収用炎孔部２３１の上方には熱回収部１４が配置されているため、熱回収用炎孔部２３１付近では火炎が熱回収部１４に触れることにより火炎の温度が低下したり形状が変形してしまう。したがって、熱回収部１４の近傍では燃焼状態を正確に検知することは難しく、できるだけ熱回収部１４から離れた位置で燃焼状態を検知することが望ましい。本実施例の形状によれば、炎検知手段４を火炎形成用炎孔部２３０の長手方向に配置するようになっているので、炎検知手段４の配置を火炎形成用炎孔部２３０の上流側にするほど熱回収部１４から離れた位置で燃焼状態を検知することができるようになる。

そして、熱回収部１４が火炎から回収した燃焼熱は気化室１０へ伝熱し、気化室１０を加熱するようになる。サーミスタは常時気化室１０の温度を検知しており、気化室１０の温度が液体燃料の気化に適した温度となるようヒータ１１への通電が制御され、熱回収部１４が回収した熱により気化室１０が十分に加熱される状態であれば、ヒータ１１への通電を停止する。これにより、燃焼中の消費電力を低減させることができる。

本実施例の気化器１の熱回収部１４は、押出加工により成形され、幅方向Ｘに長い形状となっている。そして熱回収部１４の幅方向と熱回収用炎孔部２３１の長手方向とが一致するように気化器１とバーナ２を配置することで、熱回収部１４の全域が火炎に晒されることとなり、火炎からの熱を効果的に回収することが可能となる。

なお、気化器１の熱回収能力は、熱回収部１４の幅方向の長さを変えることによって増減可能である。押出加工を用いれば押出長により熱回収能力を調整することができるため、１つの押出金型で気化能力の異なる気化器１に対応することができるので気化器１の生産能力にすぐれた効果を発揮するのである。

さらに、熱回収部１４は幅方向Ｘに長い形状であって奥行き方向Ｚの長さが短いため、バーナ２の奥行き方向Ｚの長さを短くすることができ、燃焼装置全体の奥行きをコンパクトに構成することが可能となる。

１ 気化器
２ バーナ
４ 炎検知手段
１４ 熱回収部
２３ 炎孔部
２３０ 火炎形成用炎孔部
２３１ 熱回収用炎孔部

Claims (3)

1. 火炎が形成される炎孔部を有するバーナと、前記炎孔部で形成される火炎から燃焼熱を回収する熱回収部を有する気化器とを備えた液体燃料燃焼装置であって、前記炎孔部は火炎形成用炎孔部と、この火炎形成用炎孔部と連通するとともに前記熱回収部と対向する熱回収用炎孔部とから構成され、前記火炎形成用炎孔部の周囲に燃焼状態を検知する炎検知手段が設けられていることを特徴とする液体燃料燃焼装置。
2. 前記炎孔部は前記熱回収用炎孔部の長手方向と前記火炎形成用炎孔部の長手方向とが略直交して形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置。
3. 前記熱回収部は長手方向が気化ガスの噴出方向と直交し、前記熱回収部の長手方向と前記熱回収用炎孔部の長手方向が同一方向となるよう配置されて構成されることを特徴とする請求項１または２記載の液体燃料燃焼装置。

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