JPH02259311A - 液体燃料の燃焼装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、家庭用石油ストーブから工業窯炉までの幅広
い範囲における液体燃料の燃焼装置に関するものである
。

（従来の技術） 従来の燃焼は、液体燃料を直接気化させて燃焼させるか
、または噴霧装置によって壱度細かい霧状に分裂させて
燃焼させるかのいずれかの燃焼方法が用いられている。

前者の直接気化燃焼は、一般家庭用石油ス）　−ブで多
用されており、ポット式（実開昭５８−３５７１３号公
報）や芯式（特開昭５８−２０３３０７号、特開昭６０
−６４１３４号各公報１あるいは気化式（ＪＩＳ３０３
０）に代表される。

ポット式は燃料を蒸発皿によって蒸発燃焼させる方式で
、気化部と燃焼部が一体となっている。

また、気化式は燃料を気化室又は気化管内で蒸発させた
後、燃焼部で燃焼させる方式で、気化部と燃焼部が区分
されているものである。

一方、噴霧燃焼は家庭用石油ストーブでも一部使用され
ているが、その多くは工業窯炉ボイラー等で使用されて
いる。この燃焼は液体燃料を細かい油滴に霧化させ、空
気との接触面積を増大させ、蒸発と燃焼反応の促進がは
かられる方式である。

一般に使用される油バーナは、ロータリーバーナ、ジェ
ットバーナ（蒸気噴霧、空気噴霧、機械噴霧）、特殊バ
ーナ（ガンタイプ高圧噴霧、低圧噴霧）等によって燃焼
させるものである。また、一種の点火装置として液体燃
料を泡沫化して電気火花により着火させる例もみられる
（特公昭４９−４２０１８号、特開昭４７−３８３６８
号公報）。

（発明が解決しようとする課題） 液体燃料を直接気化させるポット式等の燃焼方法は、点
火後、燃焼室が十分温められるまでは、燃焼を急速に増
加させることが困難であり、石油ストーブ等では、点火
後暖かくなるまで結構時間を！する。また、芯式等の燃
焼方式は、燃焼量の可変範囲が狭く、外気条件や室の大
きさによってはいつも快適な暖をとることができない。

更に、点火時や消火時の臭いはいかんともしがたく、石
油ストーブは臭いのするものであるといった観念のある
ことは周知の事実である。

特に消火時の臭いは安全性との兼合いもあって、速やか
に消す必要があり（例えば、ＪＩＳでは地震等の振動ま
たは誤まって器具を転倒させた場合には、１０秒以内で
消えることを義務づけている）、その反動として、消火
時の臭いがかえって強くなる傾向にあるのが実情である
。

これは、消火操作後、それだけ早く炎がなくなることで
あり、例えば石油ストーブの場合には、消火後も灯芯や
ポットから燃料蒸気が蒸発しており、それがまだ熱い燃
焼筒内を通過する時に、刺激臭を有するアルデヒド等に
酸化されるため強い臭いとなり、不快感を与える等の問
題となつている。

一方、噴霧燃焼方式として、幾種類もの燃焼機器はある
ものの、いずれも油漬が空気と共に噴霧される時に、油
滴群は広い粒径分布を有し、各粒子は互いに相互作用を
呈しながら、異なった方向に異なった速度で移動する。

従って、噴霧燃焼は均一性を欠き、油滴は蒸発と混合の
過程が不十分のまま、火災前面に到達し拡散炎にかこま
れることになり、不拘−炎となり易い。

従って、被加熱物の局部過熱を起し易い等の問題がある
。

また、油を噴霧するための設備が必要となり、動力費等
のランニングコストも高くなる欠点があった。

前述の特公昭４９−４２０１８号公報や特開昭４７−３
８３６８号公報に提示されている例は、点火装置として
機能するものであって、継続的な燃焼を安定して行う手
段にはなりえない。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記欠点を改善するため新しい燃焼方法と装
置を提供するものである。

本発明は石油ストーブの点火直後の燃焼量自在調節と、
点火および消火時の臭い防止と、噴霧の不拘−炎を改善
するため、液体燃料を一旦泡として直ちに燃焼器で継続
燃焼させる方法を提供するもので、とりわけ、石油スト
ーブに採用すると、その効果が著しいものである。

ここで、泡とは、空気や酸素等の気体からなる多数の気
泡が液体中に浮んだ分散気泡と、薄い液体膜でへだてら
れた気泡の集合体である泡沫の総称である。

液体燃料を泡沫や分散気泡の所謂泡として燃焼させる方
式の注目すべき特性は、従来と違った状態で、燃料と空
気との接触面積を増大させることができ、更に、蒸発拡
散係数の増加および気液境界面における燃料蒸気の分圧
を低下させる効果があり、蒸発と燃焼反応の促進が図ら
れることである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

図は本発明の実施例を示す縦断面図である。２は燃料を
発泡させる機能を有する送気装置で、本発明の特徴をな
すものである。２２は蒸発皿を示す。

燃料タンク１からポンプ３、供給管８を通して、燃焼器
ｌＯ内に燃料を供給する。燃焼器１０の下部には、蒸発
皿２２と泡を生成させるための送気装置が連続して形成
されて配置されている。その上方にある燃焼器ｌＯはそ
の外側に燃焼用空気を供給するための風箱４が設置され
ている。送気装置２と蒸発皿２２の位置関係は、送気装
置２の上面と蒸発皿２２の下端が同一レベルにあっても
よく、また、段差をつけた構成であってもよい。

液体燃料は送気装置２の上部にある蒸発皿２２に供給さ
れ、下部には気体供給管６から気体を吹き込むことによ
り燃料（灯油、軽油等）は発泡し、泡沫の状態で点火ヒ
ータ１１で着火して燃焼される。また燃焼用空気を別に
供給管７から風箱４を介して、完全燃焼に必要な空気を
供給し、継続燃焼させるものである。５は火炎を示す。

燃料供給管８から供給する燃料と気体供給管６から供給
する空気量を多くして泡生成量を増加させると共に、燃
焼用空気管７からの空気量を増やすことにより、燃焼量
を容易に増加させることができる。また、燃焼供給量を
一定にして気体供給管６からの気体（空気）量を増加さ
せるほど、火炎が長（なると言う結果も得た。

このような結果は、燃料の泡化が促進され、液体燃料の
蒸発表面積の増加および液体から気体への拡散係数の増
加および気液境界面における燃料蒸気分圧を低下させる
効果等により、液体燃料の蒸発量が改善されて燃焼量増
加になると考えられる。従って、燃焼器１０のコンパク
ト化も容易にできる。

なお、本発明は液体燃料を泡沫にして着火するので、泡
沫に直接点火源を接触させるだけで容易に着火できる。

また、消火も燃焼器１０への燃料供給を停止して、燃焼
器に残る燃料を泡化して燃焼させるので、燃料供給を停
止してから、完全消火までの時間が短かく、臭いも感じ
ない。

このように、燃料を一旦泡として燃焼することにより、
気体供給管６からの空気吹込量と燃料供給量を調整する
ことと、および燃料用空気供給管７からの空気供給量を
変えることで、燃焼量と火炎形状等の燃焼特性を自在に
制御することができる。また、従来技術では成し得なか
うた石油ストーブでの即暖、臭いなし燃焼を可能とした
。

次に本発明における燃焼用空気管７から別に空気を供給
しなければならない理由について説明する。

灯油や軽油等の液体燃料のみで得られる泡の発泡倍率（
液体と気体の混合状態の見掛体積／液体燃料体積）が、
通常５〜５０倍程度である。しかしながら完全燃焼させ
るに必要な空気の必要倍率は約９０００倍であり、それ
に泡中の空気量は到底及ばないためである。

しかし、燃焼には気体供給管６から供給した空気が、泡
中にとどまらないでそのまま燃焼用空気として、直接利
用できる分もあるので、燃焼用空気管７から供給される
空気量は、理論燃焼空気量のおおよそ６０〜１５０％が
好ましい範囲である。

ここで下限の６０％は送気装置２上の液体燃料が火炎等
の輻射熱で、泡沫として存在する時間がほんの一瞬にす
ぎなく、大部分が分散気泡と液体燃料からの直接蒸発で
安定燃焼する時で、気体供給管６からの空気量が安定な
泡沫生成のための適正量である必要のない送気装置２等
の圧力損失で制限される最大流量割合を示すものである
。

また、上限の１５０％は点火から安定燃焼までの過渡的
時期の安定した泡沫生成が要求される時の気体供給管６
からの空気量を確保した時の適正燃焼状態を得る流量割
合である。

また、液体燃料にポリマーや界面活性剤を添加して発泡
倍率を高めることにより、より燃焼反応を促進すること
も可能である。

一方、被加熱物を加熱するためのバーナ燃焼に、この泡
燃焼を利用する場合には、軽油を除いて他の液体燃料の
みで生成させた泡沫では、泡沫径の均一性や発泡性の安
定化にやや問題がある。従って、発泡剤として、液体燃
料にポリマーや界面活性剤、シリコン樹脂あるいはそれ
らの混合物、または発泡性の良い軽油等を混合させて、
表面粘度の増加および表面張力を低下させて、発泡性を
改善することで安定した泡沫生成が可能となり、バ−す
から噴射される泡沫の燃焼は安定した均−炎を保ち、被
加熱材の局部加熱を防止する効果を発揮することができ
る。

（実施例） 次に本発明の装置について、第１図に示す実施例で詳し
く説明する。

燃焼器１０の下部に液体燃料の泡沫および分散気泡を生
成する送気装置２と燃焼供給口１１を設け、送気装置２
に気体供給管６を接続して泡生成域ａを形成し、燃焼器
上方側部に燃焼用空気供給孔１２を多数個設けて燃焼域
すを形成して液体燃料を燃焼させる。送気装置２は主要
部が多孔板または多孔質エレメント等からなり、発泡機
能を有しているものである。底部はポット状である。

燃焼用空気供給管７から風箱４、空気供給孔１２を介し
て燃焼用空気８０１７ｍ１ｎを燃焼器ｌＯ内へ供給する
０次に気体供給管６から約０．８４！／１ｎの空気を送
りながら、燃焼タンク１から供給管８を通して、温度２
℃の燃料（灯油）０．５ｍ！／Ｈを燃焼器ｌＯに供給す
ると、送気装置（焼結金属の多孔板）２上で燃料の泡沫
が生成され、点火ヒータ１１の所まで上昇、して赤熱し
たニクロム線で着火した。

この時の燃焼状態は、保炎器９で燃料と燃焼用空気の混
合が促進され、保炎器の上方に青白い火炎が伸びる完全
燃焼であった。この時の着火がら保炎器上方に火炎が生
じるまでの時間は、僅が２０秒であった。

また、燃焼用空気供給管７からの空気量を減少させてい
くと、火炎長さは、徐々に長くなり、その色も樟色を呈
するようになった。

次に、この燃焼状態から気体供給管６がら空気供給量を
徐々に上げ、燃料の泡化を促進させると火炎長さはさら
に長くなり、その色も青白色に変化したが、すぐに燃料
供給量が追随できなくなり、火炎長さが短くなった。こ
れは、液体燃料の泡化の促進で、燃料の蒸発量が増加し
、燃焼器内での液体としての滞留時間が短かくなり、−
時的に燃焼量が増加するためと考えられる。

次に燃料の供給量を１．ｏｊ！／Ｈまで増加し、燃焼用
空気量を１６０４！　／ｓｉｎにすると、火炎は直ちに
保炎器上方で大きな青白色となり安定燃焼を継続した。

その後、燃料供給を停止すると、燃焼器内の残燃料の燃
焼が泡化燃焼で直ちに終了し、気体供給管６からの空気
供給量を停止することで完全に消火した。この時には臭
いの発生もなかった。

また、本実験では一定の径の孔を有する多孔板を使用し
たが、他に細管、布粒子層あるいはこれらを組合せた送
気法で泡を生成させるが、本発明は、送気装置の多孔質
エレメントの材質や形を限定するものではない。

（発明の効果） 本発明は、液体燃料を多孔質エレメントの外側に供給し
て、多孔質エレメント内に供給した気体で液体燃料を泡
として直ちに燃焼させる方式なので、燃料の蒸発表面積
を著しく増加させ、蒸発と燃焼反応を促進する。

従って、燃焼器のコンパクト化が可能で、点火や消火時
の臭いや煤の発生がない、更に、点火直後も含めて、燃
焼量を可変することの容易さ、および火炎形状の制御性
等も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明を実施するための燃焼装置例を示す縦断面図
である。 ｌ：燃料タンク　　　２：送気装置（多孔板）３：ポン
プ　　　　　４＋風箱 ５：火炎　　　　　　６：気体供給管 ７：燃焼用空気供給管８：燃料供給管 ９：保炎器　　　　ｌＯ：燃焼器 １１；点火ヒータ　　１２：空気供給口２２：蒸発皿 代理人　弁理士　茶　野　木　立　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　気体を細管、多孔板、布、粒子層等を通す送気法で
   液体燃料中に導入し、液体燃料を泡沫や分散気泡の所謂
   、泡として直ちに燃焼させ、安定燃焼を継続するに必要
   な燃焼用空気を別に供給して燃焼器で燃焼させることを
   特徴とする液体燃料の燃焼方法。 ２　液体燃料を泡沫や気泡の所謂、泡として直ちに燃焼
   させる装置において、燃焼器の下部に泡生成用送気装置
   と蒸発皿を連続して、設け、その上方に連なる側壁に燃
   焼用空気孔を設けたことを特徴とする液体燃料の燃焼装
   置。 ３　開口を穿設したバッフル板の下面に、筒形のスケル
   トンを取付け保炎器を泡生成用送気装置の中心軸直上に
   載置してなる特許請求の範囲第２項記載の燃焼装置。