JPH0211803B2

JPH0211803B2 -

Info

Publication number: JPH0211803B2
Application number: JP59079728A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; Mikio Sawai; Seiichi Yoshikubo
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1990-03-15
Also published as: JPS60223907A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は液体燃料気化式バーナの燃焼方法に関
する。灯油の燃焼はその様態により青炎と白炎の二つ
に大別され、十分酸素をふくむ予混合火炎では青
炎となり、拡散火炎では白炎（輝炎）となる。燃
焼の過程は第４図に示すフローチヤートのような
ものであると推定される。第４図のフローチヤートでわかるように、両燃
焼の違いは酸素の拡散の仕方で生じているが、こ
の酸素の拡散に影響を及ぼす因子として次のもの
がある。燃焼用空気量（即ち酸素量）燃料の質量流れの乱れ青炎燃焼を行う為には、燃焼用空気量が十分多
いか、燃料の質量が小さい（即ち噴霧燃料の場合
には微粒化がよくて油滴の大きさが小さい）か、
あるいは、流れの乱れが大きく燃料と酸素との混
合が十分に行われる必要がある。ところが、一般の灯油燃焼の場合によく用いら
れるガンタイプバーナーの燃焼の場合には、上記
の条件を満したとしても青炎燃焼をさせることは
難しい。これは、一般のガンタイプバーナーにお
いては噴霧燃料ノズルの直後に火炎保持体が設置
され、この部分で安定な炎が形成され、後続の燃
料への着火源となる為、第４図で示された燃焼の
各段階が同時に進行し、噴霧された油滴は質量の
軽い完全なガス体に熱分解される以前に、油滴の
周囲において着火し、同心の拡散火炎球に囲まれ
て燃焼する。この為、酸素の拡散が不十分であ
り、青炎とはならずに白炎燃焼となるものであ
る。白炎燃焼（拡散燃焼）においては、酸素の拡散
は、拡散火炎球の火炎を通り内部の油滴表面の上
記層への拡散であり、又、燃料と空気の混合は燃
料が油滴形態であり質量が大きい為、流れの大き
な乱れ、あるいは過剰の空気量により促進してや
る必要がある。この為、白炎燃焼バーナーは流れ
の大きな乱れを発生させる為の方策（例えば最大
衝撃流の発生）を採用し、又、過剰な空気量の供
給が必要となる。白炎燃焼においては、コロイド状炭素の酸化反
応が起こるが、この際、酸素の拡散が不十分であ
ると、このコロイド状炭素は、煤となつて排出さ
れる。このような酸素の拡散の不十分さは酸素量
が十分であつても、局部的な混合の不良により起
こる可能性がある。又、酸素の拡散の不十分さにより、酸化中間生
成物（多くの場合、一酸化炭素）の排出が起こ
る。以上二つの燃焼排出物の含有量の増大は、空気
過剰率を下げた場合に顕著に表われ、この理由に
より拡散燃焼においてはある一定の空気過剰率以
下にすることは難しかつた。白炎燃焼においては混合の促進の為、流れの大
きな乱れを発生させることが必要であるが、これ
が燃焼中の拡散火炎球を含む流れの乱れである
為、音が大きく、白炎燃焼の際の燃焼騒音の主な
原因となつていた。又、完全燃焼をさせる為、流
れの乱れを大きくすればする程、音は大きくなる
という欠点を有していた。又、このような乱れの
発生の為に火炎保持体の後方の流路を絞る方法を
執ることが普通であるが、こうすると火炎は一部
開口部を持つ狭い空間で形成されることになるの
で、音は大きくなる。一方、青炎燃焼においては、酸素の拡散は蒸発
したガス状燃料との拡散である為、拡散し易く、
流れの大きな乱れや過剰の空気量の必要性が少な
い。この為、青炎燃焼においては空気過剰率をほぼ
理論比近くまで下げることが可能である。青炎においてはコロイド状炭素の生成割合が小
さく、又、ガス状燃料と酸素との拡散、混合が良
い為、空気過剰率を下げても煤、及び一酸化炭素
の排出が少なく完全燃焼に近い燃焼をすることが
可能である。このように空気過剰率を下げて理論燃焼空気量
に近いところでの燃焼が可能であり、又混合が良
い為、燃焼域が狭くなるので火炎の温度は断熱火
炎温度に近くなり高温化することになる。青炎燃焼は、混合が完了した後で燃焼する為、
音が静かであり、又、開放端における炎の形成と
なるので、音が静かになる。以上のように液体燃料気化式バーナの燃焼方式
としては青炎燃焼の方が白炎燃焼より明らかに優
れている。而して、本発明は液体燃料気化式バーナー、特
に出力範囲が23000乃至57000Kcalのバーナーに
おいて如何にして完全な青炎燃焼を達成するかを
命題とするものである。完全な青炎燃焼をさせる為には、酸素の拡散
（即ち混合）以外にノズル域、燃焼空気流域、燃
料気化域と混合域と、燃焼域、高温燃焼ガス循環
域の分離が必要である。本発明は第１図のようにノズル域ａ、燃焼空気
流域ｂ、燃料気化域ｃ、混合域ｄと燃焼域ｅ、高
温燃焼ガス循環域ｆの分離を完全に行うことによ
り、該ノズル域のノズルから噴霧された油滴をま
ず燃料気化域において油滴の状態で着火すること
なしに、循環域を通つて吸引された高温燃焼ガス
による熱で気化してガス状となし、その後、混合
域において上記ガス状となつた燃料を空気と混合
して、その後に燃焼域で安定に着火するようにな
すものである。このようなノズル域、燃焼空気流域、燃料気化
域、混合域と燃焼域、高温燃焼ガス循環域の分離
の為には、燃料気化域において混合及び炎の形成
があつてはならないし、又、混合域において、炎
の形成があつてはならない。斯る課題を達成するために本発明が講ずる技術
手段は、ノズルホルダーに保持せしめて燃焼室内
に臨んで設けられる燃料噴霧ノズルを囲んで、ノ
ズルと同軸に空気吹出口を設けてノズル域とな
し、この空気吹出し口の前方に該口との間に燃焼
ガス吸引口部を設けてストレートな円筒部と該円
筒部の前端に連続して前方へ拡開する拡開部から
なる筒状に形成した気孔率20〜50％の多孔質セラ
ミツク製のバーナーコーンをノズルの燃料噴霧域
を囲んでノズルと同軸に設け、このバーナーコー
ンの出口部にバーナーコーンと同様の多孔質セラ
ミツク製で底面を開口した中空の円錐状又は半球
状に形成して周面に小孔を穿設した整流板をその
凸面をバーナーコーン内部に向けてこれと同軸に
配設し、整流板前方には略Ｖ字型又はＵ字型の断
面形状を有する環状に形成した保炎リングを整流
板と同軸に設けると共に、これらの各部の寸法関
係を23000乃至57000Kcal／Ｈのバーナーにおい
てノズルは噴霧角度を60゜でパターンをHollow
Cone、ノズルホルダー外径をφ21 空気吹出し口から空気吹出し速度を19ｍ／ｓ乃
至１ｍ／ｓ空気吹出し口断面積を0.00077m²乃至0.00146m² 空気吹出口内径をφ37乃至φ48 バーナーコーン円筒部内径と空気吹出口内径の
比を1.3以上空気吹出口内径と長さの比を１／２以上空気吹出口長さを20mm以上空気吹出口断面積／（バーナーコーン円筒部断
面積−空気吹出口断面積）＜１バーナーコーン円筒部断面積と空気吹出口断面
積の差を0.00077m²以上バーナーコーン円筒部内径をφ48 以上間隙面積／｛空気吹出口＋（バーナーコー
ン円筒部断面積−空気吹出口断面図）｝＞１間隙面積を0.00154m²乃至0.00667m² バーナーコーン拡開部の拡開角度を30゜となし、
ノズルから噴射する油量2.5〜7.0／Ｈ、空気吹
出し口から吹き出す風量0.5〜1.3Nm²／ｍ、噴霧
油がバーナーコーン及び整流板に当たる量を40重
量％以上の条件で燃焼させることにより、コーン
中心部分の燃焼空気流域には空気が流れ、コーン
壁面付近の燃料気化域においては高速の空気流に
より吸込まれた酸素不足の燃焼ガスと、コーンの
熱によりガス化した燃焼ガスが流れ、この二つの
互いに可燃限界に入らない流れを混合しないよう
にするものである。これは、本発明によれば現象
的には、酸素不足の燃焼ガスの吸込みと構造的に
は空気吹出口とコーン円筒部径の関係と、コーン
形状に依つており、又混合域においては、整流板
と、コーン出口部の絞り面積の設定により、火炎
の伝播速度と混合域においては、混合気の流速を
釣り合わせ混合域に炎が逆流、即ち逆火しないよ
うにしている。また、上記の如く、本発明の燃焼方法において
は青炎燃焼を達成するにはバーナーコーン内への
燃焼ガスの吸引が不可欠であり、吸引量を最適に
するように各部の形状、寸法が決定されている。即ち、空気吹出し口の径は小さすぎると、空気
の吹出速度が速くなり過ぎ、整流板に衝突して後
方に向かつて背圧をかけ、循環ガスの吸込みが悪
くなるとともに燃焼音も大きくなり、逆に大きす
ぎると空気の流速が遅くなり循環ガスの吸込みが
また悪くなる。従つて該口径はφ37乃至φ48が、
空気の吹出速度は19ｍ／ｓ乃至10ｍ／ｓが望まし
い。また吹出口の長さが短かすぎると吹出す空気が
軸線方向に流れずイグナイターの火花を燃料噴霧
域に流すことができなくなり着火不良を起した
り、バーナーコーン内部にて燃焼ガスと空気が混
合して、バーナーコーン内部で黄炎が立ち、燃焼
音が大きくなる。従つて、空気吹出口の径と長さの関係は径に対
して長さが約1/2程度以上とするのが望ましく長
さは20mm以上が望ましい。また吹出口の径とバーナーコーンの円筒部の径
も密接に関係しており、両者の径が接近する、例
えばコーンの円筒部の径が小さくなると、吸引さ
れる燃焼ガスによりガス化された燃焼ガスと空気
がコーンの前半部で混合してしまい、コーン内部
で炎が立つてしまう。従つて、バーナーコーンの円筒部の径は空気吹
出口の径に対して1.3倍以上とする必要がある。
また吸込の関係から空気吹出口断面積／（バーナ
ーコーン円筒部断面積−空気吹出口断面積）＜１
とすることが望ましく、バーナーコーン円筒部断
面積と空気吹出口断面積の差を0.00077m²以上と
する必要があり、結局バーナーコーン円筒部内径
はφ48以上が望ましい。即ち、これにより空気は中心部分、気化燃料は
その外側を流れ、整流板とコーン出口の絞り部に
おいて初めて両者が混合し、その後整流板部分及
び保炎リングからなる燃焼域で安定した炎が形成
される。上記各部の形状、寸法の決定について更に説明
する。燃焼ガスの吸引の有無は燃焼室内で燃焼させた
とき、吸引口を塞いだ場合と、開放した場合の
夫々について吸引口部位置におけるガス温度を測
定することで、確認することができる。本発明方法を実施したバーナーの実機について
上記温度を測定した結果、吸引口部がある場合に
は約800℃であるのに対し、吸引口部を塞いだ場
合約400℃であつた。これにより、本発明におい
てはバーナーコーンと空気吹出口との吸引口部を
設けたことにより実際に循環流があることが間接
的にではあるが推定される。吸引される燃焼ガス量をVon Karmanの推力
増大理論に基づき推定すると、上述のように本発
明方法を実施した実機による測定値が、吸引口部
位置における吸引される循環ガスの温度が約800
℃で、吸引口を塞いだ場合、上記温度は約400℃
まで低下したので、吸引される循環ガス組成を燃
焼ガス組成と同一とし、温度を800℃として計算
する。抵抗項を無視した場合 Von Karmanの推力増大理論によると、式
中に抵抗項：Ffを含むが、これを無視できる
ものとして計算を行う。この結果、吸引される循環ガス量と、燃焼用
空気の流量比ｎはｎ≒１即ち、燃焼用空気量とほぼ同量の燃焼ガスが
吸引循環されていることになる。この循環ガスの保有する熱量は下の様にな
る。約15000Kcal／Ｈ（MAX値）抵抗項を考慮に入れた場合実機においては（セラミツク表面粗さによる流体抵抗、整流板、バーナーコーンの形状による流体抵
抗）（即ち、流路変化による流体抵抗）などによ
り、抵抗項：Ffは無視できなくなる。この項
が大きくなると吸込みがなくなり、青炎燃焼が
できなくなる。この為本発明はこの抵抗項をで
きるだけ小さくするように、バーナーコーン形
状及び整流板形状を上記のごとき形状となす。吸引量は、噴霧燃料の気化に必要な熱量、コ
ーン内の保炎防止の為のガス量から最適値が存
在し、本発明はこの最適値を維持するように、
抵抗項も含めた各部の形状、寸法を上記の形
状、寸法に決定する。一方、本発明によれば、バーナーコーン及び整
流板に噴霧される油量は、正規の位置において、
ノズルより噴霧させた時、セラミツク面に当らな
いで、コーン外部に流出するのは、コーン出口
と、整流板の間の環状部分からの量である。バー
ナーコーン及び整流板に噴霧される油量をノズル
の噴霧角60゜について計算により求めると81重量
％になる。しかし、実際には、ノズル周りの空気の流れ
や、空気抵抗により、規定された噴霧角とはなら
ず、又、ノズルの噴射パターンにより計算された
値と異なることが考えられる。この為、セラミツク面に当つた油を器で受け、
計量することにより、この量を求めると60重量％
となる。そして、本発明の場合燃焼時、コーン内部には
火炎中で燃焼して消滅する油滴はなく、上述の割
合のほぼ全ての油滴がセラミツク面に到達する。而して、斯る本発明によれば、ノズルから噴霧
された液体燃料の約60重量％が吸引口部から吸込
まれる高温燃焼ガスにより加熱されたバーナーコ
ーン及び整流板内面に到達し、一担セラミツク面
に吸入保持された後、上記バーナーコーン及び整
流板の熱により瞬時に気化して一次気化燃料体と
なる。またバーナーコーン及び整流板内面に到達しな
い細かい油滴のうちで燃料気化域に達したものは
高温循環ガスの熱で気化して二次気化燃料体とな
る。この気化燃料体と高温燃焼ガス循環域と通つて
吸引された高温循環ガスがバーナーコーン内面に
沿つて流れ、該面近傍は燃焼下限界以下の酸素濃
度となる。即ちバーナーコーン内面近傍には酸素
不足層が形成され、これにより燃料気化域におけ
る炎の形成が防止される。一方、バーナーコーンの中心部分には空気吹出
口から吹出された空気が流れる燃焼空気流域であ
り、ここには整流板に当つて気化した一次気化燃
料体及び空気流に巻き込まれた１部油滴とが混入
されているがそれらの燃料の量は極めて少く燃焼
下限界以上の濃度となる。即ち燃焼空気流域は酸
素過剰域が形成されて炎の形成が防止される。こ
の燃焼空気と上記酸素不足の気化燃料はバーナー
コーン出口において、整流板とバーナーコーン出
口部により形成される絞りによる流れの乱れの促
進により混合され、酸素の拡散が十分に行われ
る。この際、上述せる各部の形状及び寸法に基づく
火炎の伝播速度と混合気の釣り合いにより、混合
部における炎の形成が防止され、整流板端部及び
整流板の小孔部分で着火する。即ち整流板８とバ
ーナーコーン６出口部に形成される環状の間隙１
８は釣合上から間隙面積／｛空気出口の通路面積
＋（バーナーコーン円筒部断面積−空気吹出口断
面積）｝＞１であることが望ましく、これは間隙面
積＞0.00154m²であることがのぞましいというこ
とである。またバツクフアイヤー防止のために間
隙面積＜0.00667m²が望ましく、結局整流板小孔
面積を含む間隙面積は0.00154m²乃至0.00667m²が
望ましい。而して整流板背後に形成される凹部は気流の滞
留点となり、この部分で高温循環ガスが一部滞留
し、バーナーコーン出口より放出される混合気へ
の着火源となる。従つて、整流板端部及び小孔から青炎が立つこ
とになる。尚整流板は凹部が着火源であると共にバーナー
空間を燃焼空気流を乱すことなく各域を完全に分
離する役割を持つている。従つて小孔は整流板の
頂部及び中間部を適宜幅残して周端部近くと頂部
近くの頂部を取り囲む部分とに適宜数を整流板の
軸心に対して平行に開穿される。更に、整流板端部にて着火しなかつた未燃ガス
は、保炎リングの内外周面に沿つて流れ保炎リン
グ背後の凹部にて着火する。上記保炎リング背後の凹動は、整流板背後の凹
部同様、気流の滞留点となり、この部分で高温燃
焼ガスが滞留し、整流板端部で着火しなかつた未
然ガスへの着火源となる。従つて保炎リングの端
部にも安定した青炎が立つことになる。そして、高温燃焼ガスは一部循環ガスとして吸
引口部からバーナーコーン内に吸引され上述の如
くバーナーコーンの加熱及び油霧の気化作用を行
う。上記循環ガスによるバーナーコーンの加熱は上
述せる通り、整流板及び保炎リング上に形成され
た青炎の燃焼ガスが高温燃焼ガス循環域を通つて
吸引口部から吸引され、コーン内を循環すること
によりバーナーコーンに熱を伝達するのである
が、この際、燃焼ガスはコーン壁面近傍を流れる
為、コーンの内側と外側の両方から加熱すること
になり、初期着火時の立上がり時間を短くするば
かりでなく、液体燃料の気化に必要な熱量を十分
に供給することが可能である。たとえば本バーナーの最大使用条件において、
液体燃料の気化に必要な熱量は、最大約
1000Kcal／Ｈであるが、この熱量は、燃焼用空
気噴流の約1.0倍の燃焼ガスが吸引されることに
より、この燃焼ガスの保有する熱量から補給され
るが、この量は、保有する熱量のわずか約７％に
すぎない。従つて、本発明はバーナーコーンへの斯る対流
熱伝達による加熱方法を採用したことにより効率
が非常に良くなる。而して、本発明は完全な青炎燃焼を実現でき、
ガス化された燃料と、燃焼用空気の混合になる
為、混合が良く、空気過剰率を低くしても、煤の
発生や、一酸化炭素の発生はない。本発明方法を実施したバーナーを家庭用給湯機
に搭載した場合の煤と、一酸化炭素の発生の様子
を第５図に示す。 Coの排出基準として、CO／CO₂≦0.02が一般
の目安とされる為、このバーナーの燃焼範囲とし
ては、 O₂＝１（vol％）以上望ましくは、スモーク度の面より O₂＝1.5（vol％）以上である。そして、本発明方法においては、コーン内の保
炎の防止の為、壁面近傍を、燃焼下限界以下の酸
素濃度となるようにしているが、本発明を実施し
たバーナーは1500HRの運転でセラミツク表面に
は、煤及びタールの生成は認められなかつた。また本発明は火炎保持体の平面における最大空
気衝撃流による騒音が、燃焼騒音の主たる原因で
あるという認識より出発し、火炎保持体の構成
を、ノズル直後からコーン出口部に移したので燃
焼は開放端による炎の形成となり、運転音が静か
である。ちなみに本発明方法を実施したバーナーを搭載
した給湯機の騒音を測定した結果40乃至43dB(A)、
65乃至70dB(c)であつた。一方、本発明方法においてはバーナーコーン及
び整流板をけい素30〜75重量％、粘土10〜50重量
％残部が窒化けい素である粉末を混合攪拌した泥
漿を鋳込成形してその成形品を1350〜1650℃で窒
化焼成して得られた気孔率20〜50％の多孔質セラ
ミツク製となしたことも完全な青炎実現及び煤の
発生防止に大きく寄与している。青炎燃焼においては上述せる如く酸素の拡散は
蒸発したガス状燃料との拡散である必要がある
が、本発明方法の場合、燃料噴霧ノズルから噴霧
された油霧の約60重量％がバーナーコーンの拡開
部内周面及び整流板にぶつかるが、これらは上記
構造の吸水性のある多孔質セラミツクで形成され
ているため、燃料はセラミツク内に一旦吸入保持
された後、燃焼により加熱されたバーナーコーン
の熱によりすぐに蒸発ガス化する。即ち、バーナーコーン及び整流板による燃料の
気化は、これらを構成するセラミツクの吸水性に
負うところが大であり、吸水性はセラミツクの気
孔率により左右される。ちなみに各種セラミツク材料でバーナーコーン
を試作し、燃焼時の性状を調べた結果は次表の通
りであつた。

【表】上の表から、気孔率が小さい素地では青炎が得
られず、耐熱衝撃性を勘案すればバーナーコーン
及び整流板の材料として窒化けい素素地が最も優
れていることが分かる。以下、本発明の実施の一例を図に基づいて説明
する。第２図は本発明を実施したバーナーを搭載した
給湯機の要部の縦断面図である。この図示例の場合給湯機Ｂに搭載されるバーナ
ーＡは出力が35000Kcal／Ｈで円筒状の燃焼室２
の周壁部に設けた熱交換器フランジパイプ１０部
分に設けられて燃焼室２内に臨んでいる。バーナーＡは、燃料噴霧ノズル３と燃料噴霧ノ
ズル３周辺に該ノズル３を囲んで設けられる空気
吹出口４と、燃料噴霧ノズル３の燃焼噴霧域を囲
んで設けられるバーナーコーン６と、バーナーコ
ーン６の出口部に設けられる整流板８と、整流板
８の前方に設けられる保炎リング９を備えてい
る。空気吹出口４は熱交換器フランジパイプ１０か
ら燃焼室２の軸方向に対して直交方向に開口する
ストレートな円筒状に形成され、後部を燃焼室２
外部において送風機１１の風道１２に連結する。また空気吹出口４内にはノズルホルダー１が同
軸に設けられており、該ノズルホルダー１に保持
された燃料噴霧ノズル３の先端が空気吹出口４の
前端開口部から後述のバーナーコーン６中心に臨
んでいる。空気吹出口は内径を40〓、全長を55ｍ／ｍ、バ
ーナーコーンは円筒部内径を63〓、出口部内径を
104〓、全長を100ｍ／ｍ拡開部の拡開角度を30゜、
空気吹出口から後端までの距離を20ｍ／ｍ、整流
板は開口部外径を90〓、全長を45ｍ／ｍ、空気吹
出口から後端までの距離を82ｍ／ｍバーナーコー
ン前端から前端までの距離を７ｍ／ｍ、整流板の
小孔6〓のもの36個保炎リングは外径を130〓、内径
を104〓、全長を15ｍ／ｍ、バーナーコーン前端か
らの距離を12ｍ／ｍに形成されている。尚ノズル
ホルダー１の径は21〓である。また送風機１１により空気吹出口４から吹出さ
れる空気に関しては、風量0.5乃至1.3Nm³／ｍ、
19ｍ／sec≧吹出速度≧10ｍ／secでなければなら
ず、この実施例においては風量が0.8Nm³／ｍ、
吹出速度16ｍ／secに設定されている。燃料噴霧ノズル３は従来周知の構造形態を有す
る噴霧角度が60゜のノズルであり、後部がノズル
ホルダー１を軸方向に挿通する送油管１３を介し
て給油源１４に連絡する。送油管１３は中途部に電磁ポンプ１５を備えて
おり、該電磁ポンプ１５の作動によりノズル３か
ら噴霧される油量は4.3／Ｈに設定されている。尚、上記油量は2.6乃至7.0／Ｈであることが
必要である。バーナーコーン６は図示形状、即ち、後部にス
トレートなあるいは、わずかにテーパーのある円
筒部６ａが形成されると共に該円筒部６ａの前端
に連続して前方へ拡開状に延びる円錐状の拡開部
６ｂが形成されており、適当な保持部材１７によ
り保持せしめて空気吹出口４の前方に、該空気吹
出口４との間に空隙５を存して上記燃料噴霧ノズ
ル３と同軸に設けられる。バーナーコーン６は、円筒部内径＞48〓、円筒
部内径／空気吹出口内径＞1.3、空気吹出口通路
面積／（円筒部断面積−空気吹出口断面積）＜１、
円筒部断面積−空気吹出口断面積＞0.00077m²で
なければならず、本実施例では円筒部内径が63〓、
円筒部断面積−空気吹出口断面積＝0.00173m²に
形成されている。またバーナーコーン６は全長が100ｍ／ｍで拡
開部６ｂが30゜の拡開角度で前方に拡開し、その
前端部が104〓の内径を有しており、その後端と空
気吹出口４前端との間の間隙５は20ｍ／ｍの幅を
有している。上記バーナーコーン６後端の開口部と空気吹出
口４との間の空隙５は、空気吹出口４からの高速
な空気吹出により周辺に生ずる負圧を利用して燃
焼室２内の高温燃焼ガスをバーナーコーン６内に
吸引する吸引口部５を構成するものである。整流板８は底面を開口した円錐状又は半球状に
形成して、凸面をバーナーコーン６側に向けて、
その大部分をバーナーコーン６内に挿入した状態
でバーナーコーン６と同軸に設け、その外周とバ
ーナーコーン６出口部との間に環状の間隙１８を
形成する。この整流板８は全長が45ｍ／ｍに形成されると
共に開口部径が90〓に形成されており、その頂部
が空気吹出口４前端から82ｍ／ｍの位置なるよう
にバーナーコーン６出口部に挿入配備され、その
前端部でバーナーコーン６前端から７ｍ／ｍだけ
前方へ突出する。また整流板８にはその中心部を除いた位置に、
6〓の小孔７が36個開穿されている。そして、この整流板８とバーナーコーン６によ
りバーナーコーン６出口部に形成される上記環状
の間隙１８は即ちバーナーコーン６の実質的出口
は間隙面積／｛空気吹出口の通路面積＋（バーナ
ーコーン円筒部断面積−空気吹出口断面積）｝＞
１、間隙面積＞0.00154m²でかつ、バーナーコー
ン６出口部におけるバツクフアイヤー防止のため
に0.00154m²＜間隙面積＜0.00667m²である必要が
あり、本実施例の場合36個の小孔７を含めて
0.00410m²に形成されている。尚、小孔７は環状の間隙１８、即ち実質的なバ
ーナーコーン１８出口の上記条件を満足する限
り、その数や径を若干増減することが可能であ
る。上記、バーナーコーン６と整流板８はけい素42
％、窒化けい素18％、粘土40％を原料とするセラ
ミツク製であり、下記せる方法により製造する。即ち、けい素と窒化けい素の粉末原料にエタノ
ールを加えてシリンダーミルで４時間粉砕する。この際、水の代りにエタノールを用いるのは、
粉砕時とけい素、窒化けい素が水と反応しガスを
発生するためである。粉砕後エタノールを蒸溜により除去し、粉体は
このままでは水と反応するため空気中で175℃に
加熱し、水に対して安定なものにする。次に、粘土、水のスラリーに上記けい素粉砕物
と開膠剤（ポリアクリル酸ソーダー）を添加し、
混合攪拌して鋳込泥漿をつくり、バーナーコーン
６及び整流板８を夫々鋳込成形する。そして、整流板８には小孔７用の孔開加工を
し、乾燥後成形体を窒素中1450℃で15時間焼成し
て製品を得る。斯る方法により製造された本発明におけるバー
ナーコーン６及び整流板８の物性は下表の通りで
ある。開孔気孔率（％） 30 曲げ強度（25℃） 13.0Kg／mm² （700℃） 13.0 組成（Ｘ線ピーク比） αSi₃N₄ 1.0 βSi₃N₄ 1.0 O′相 2.3 Ｘ相 0.2 尚、上記気孔率は、鋳込泥漿に添加する開膠剤
量および焼成温度を変化させることによつて、変
えることができるが、バーナーコーン６及び整流
板８として使用できる範囲は50乃至20％の気孔率
まであり本実施例では30％である。またコーンおよび整流板を成形する方法として
は、ラバープレス成形、射出成形、鋳込成形が可
能であり、ラバープレス成形は成形速度を早くで
きる点では有利であるが、成形品端面の切削加工
が必要なこと、成形設備が高価であることに難点
がある。射出成形も同様、成形速度が早くできる
点では有利であるが、素地中に40〜50体積％のバ
インダーが含まれるため、素地が高価になるとこ
と、バインダーを加熱除去するのに長時間を要す
ること、排ガスの浄化など環境規制面の設備が必
要なこと、又成形設備が高価なことに難点があ
る。これに対して鋳込成形は前２者ほどの大きな成
形速度は得られないが、均質な肉薄の成形品を得
るのに有利であること、成形品の切削加工や脱バ
インダー処理が不要で成形後の工程が簡略である
こと、設備費が安価であることなどの利点があ
り、コーンおよび整流板の成形方法として最適で
ある。保炎リング９は耐熱性に優れた金属にて断面形
状が略Ｖ字型又はＵ字型の環状体に形成して、凸
面を整流板６及びバーナーコーン５側に向けて整
流板６の前方に設けられる。上記保炎リング９は外径が130〓、内径がバーナ
ーコーン６出口部の径と同径、即ち104〓で、長さ
が15ｍ／ｍに形成されており、後端がバーナーコ
ーン６前端から12ｍ／ｍの間隔をおいて整流板８
の前方に位置する。尚、図中１９はイグナイターで、燃料噴霧ノズ
ル３に近接する位置で、空気吹出口４からの空気
の流れを阻害しない位置に１対設けられている。而して、斯るバーナーＡにおいて、送風機１１
及び電磁ポンプ１５を作動させると共にイグナイ
ター１９にイグニツシヨンを生じせしめると、ま
ず燃料噴霧ノズル３から噴霧された燃料と空気吹
出口４から吹出した空気の混合気にイグナイター
１９の火花が着火し、バーナーコーン６中央部に
黄炎が形成される。また空気は空気吹出口４から吹き出されること
により吸引作用を生じ、周囲空気を吸引する。この結果バーナーコーン６出口部より、バーナ
ーコーン６入口部と空気吹出口４との間の空隙、
即ち燃焼ガス吸引口５を通つてコーン６内部に至
る循環流が生じる。着火後、上記循環作用により熱い燃焼ガスをバ
ーナーコーン６内に吸込み、その熱により噴霧燃
料を瞬時に気化する。気化された燃料はコーン６
内面に沿つて循環ガスと共に酸素不足層Ｃを形成
してコーン６出口部と整流板８との間に形成され
る絞り部２０に流れ、該部２０においてコーン６
中央部に流れてきた燃焼用空気との混合を促進さ
れる。そして、バーナーコーン６内部の黄炎は、燃焼
ガスを吸込むと同時に整流板８後流部に移動し、
ここで上記混合気が着火して青炎となる。一方、噴霧ノズル３から噴霧され、吸引された
燃焼ガスで気化されなかつた油滴は、バーナーコ
ーン６内周面、特に拡開部内周面にぶつかるが、
コーン６が吸水性のある多孔質セラミツク製であ
るため、一旦セラミツク内に吸入保持される。そ
して、コーン６は高温燃焼ガスによる対流熱伝達
で高温になつているため、吸入された燃料はすぐ
に蒸発、気化してコーン６出口へ流動し、整流板
８とコーン出口の絞り部２０において空気と混合
され、整流板８後流部、即ち整流板８背後の凹部
にて着火する。上記整流板８背後の凹部は、気流の滞留点とな
り、この部分で高温燃焼ガスが滞留し、コーン６
出口より放出されて気化し、空気と混合した燃料
ガスへの着火源となる。従つて、整流板８に開け
た小孔７から青炎が立つことになる。また、整流板８は、バーナーコーン６と同様の
吸水性を有する多孔質セラミツク製としたことに
より、気流の整流、着火源に加えてバーナーコー
ン６と同様に燃料気化面としての機能を果すこと
が可能となる。更に、整流板８端部にて着火しなかつた未燃ガ
スは、保炎リング９の内外周面に沿つて流れ保炎
リング９背後の凹部にて着火する。上記保炎リング９背後の凹部は、整流板８背後
の凹部同様、気流の滞留点となり、この部分で高
温燃焼ガスが滞留し、整流板８部分で着火しなか
つた未燃ガスへの着火源となる。従つて、保炎リ
ング８の端部に安定した青炎が立つことになる。依つて、所期の目的を達成する。尚、本願は出力の範囲が23000乃至
57000Kcal／Ｈについての気化式バーナーに関す
るもであるがこれ以上の出力については本願の形
状を相似的に拡大すれば所期の目的を達成する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
本発明方法のバーナー空間の分離を示す図、第２
図は本発明方法を実施したバーナーを搭載した給
湯機の要部の断面図、第３図はバーナーの正面図
で一部切欠して示してある、第４図は灯油の燃焼
の過程を示すフローチヤート、第５図は本発明方
法実施における煤と一酸化炭素の発生の様子を従
来方法実施の場合と比較して示すグラフである。Ａ……バーナー、１……ノズルホルダー、２…
…燃焼室、３……燃料噴霧ノズル、４……空気吹
出口、５……高温燃焼ガスの吸引口部、６……バ
ーナーコーン、６ａ……円筒部、６ｂ……拡開
部、７……小孔、８……整流板、９……保炎リン
グ、ａ……ノズル域、ｂ……燃焼空気流域、ｃ…
…燃料気化域、ｄ……混合域、ｅ……燃焼域、ｆ
……高温燃焼ガス循環域。

Claims

【特許請求の範囲】

１燃料噴霧ノズルと、燃料噴霧ノズル周辺に該
ノズルを囲んでこれと同軸に設けられた空気吹出
口と、吸水性を有する多孔質セラミツク製で後部
を大略円筒状に形成すると共に該円筒部前端に連
続して前方へ上記ノズルの噴霧角度より稍狭い角
度で拡開するテーパー管状の拡開部を形成し、上
記燃料噴霧ノズルの燃料噴霧区域を囲んで上記ノ
ズル及び空気吹出口と同軸に設けられ、その後端
部開口部と空気吹出口との間に燃焼ガス吸引口を
形成する多孔質バーナーコーンと、吸水性を有す
る多孔質セラミツク製で、底面を開口した中空の
円錐状又は半球状に形成して尖頭部以外の適当な
位置に適宣数の小孔を穿設し、多孔質バーナーコ
ーン前端に開口する出口部に凸面をバーナーコー
ン内部に設けてバーナーコーンと同軸に配置し、
バーナーコーン出口部口縁との間に適当な間隙を
有する多孔質整流板とにより、ノズル域の前方に
燃焼空気流域がその中心にありその周辺に燃料気
化域層を設け、且つそれらの前方に混合域と燃焼
域を順次形成すると共に高温燃焼ガス循環域を多
孔質バーナーコーンの外周部に形成して各域を完
全に分離し、該ノズル域のノズルから噴霧される
油滴の大多数部分を多孔質バーナーコーンと多孔
質整流板に当て、高温燃焼ガスの熱及び多孔質バ
ーナーコーンと多孔質整流板の熱により蒸発気化
せしめて一次気化燃料体とし、多孔質バーナーコ
ーン及び多孔質整流板に到達しなかつた残部の一
部油滴を高温燃焼ガス循環域から来る高温ガスに
混入して二次気化燃料体となさしめて一次及び二
次気化燃料体とをあわせて燃料気化域を構成する
と共に残部の他部油滴を燃料空気流域の燃焼空気
の一部とまぜて混合燃料体とし、しかる後その一
次及び二次気化燃料体と混合燃料体と燃焼空気の
残部とを、混合域に送り、これらを混合して燃焼
ガス体とし、燃焼ガス体を燃焼域で燃焼せしめ
て、青炎を得ることを特徴とする液体燃料気化式
バーナーにおける燃焼方法。