JPH028203B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、噴霧ノズルの前方に設けた混合管へ
燃焼ガスを循環させて空気と燃料の混合体をガス
化燃焼させるようにした燃焼装置を備えてなる熱
交換装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、石油給湯機等の燃焼装置には、ガンタイ
プバーナーと称するものがある。これは、送風機
より送り出される新鮮空気と、電磁ポンプ等で加
圧されて噴霧ノズルから噴出される霧状燃料との
混合気を、高圧電気放電等にて着火し、燃焼させ
るものである。ところが、前記従来のガンタイプ
バーナーと称される燃焼装置では、混合気中の空
気量が多いために黄炎燃焼となり、燃焼効率が悪
くなるという欠点があつた。また黄炎燃焼により
発生したカーボン粒子が、罐体内部の伝熱面に付
着して熱交換効率を低下させるという欠点があ
り、更には、炎の振動により燃焼音が大きくなる
という欠点があつた。 また最近では、省エネルギー及び環境上の観点
から高燃焼効率化，低騒音化及び清浄排ガス化の
要求があり、燃料油をガス化させて青炎燃焼させ
る、所謂ロータリーガス化バーナあるいはヒータ
ーガス化式バーナといつたものが開発されてい
る。ところが、前者のものは着火の立上り時と消
火時に、燃料油のガス化が不十分となつて臭気が
発生するという欠点があつた。また後者のもの
は、ヒーターの予熱に長時間を必要とするため、
使用上の不便さがあり、しかもヒーターのコント
ロール等に複雑な制御を要する欠点があつた。更
に、両者は燃料油のガス化構造が複雑で、保守点
検に際し、特殊な技能を必要とする欠点があつ
た。 そのため、本出願人は上述した欠点を解決する
ものとして、特願昭57―83799号において、第１
図に示す未公知の熱交換装置２９を出願済みであ
る。この熱交換装置２９は、罐体３２の内部に筒
状の燃焼室３３が形成され、該燃焼室３３に臨ん
で送風管３５が設置されている。送風管３５の内
部には、噴霧ノズル３４が設置されている。また
前記燃焼室３３内で且つ噴霧ノズル３４の前方位
置には、保炎板３１を内部に備えた混合管３０が
設置されている。更に、この混合管３０と前記送
風管３５との間には、燃焼ガス流入口３６が形成
されている。混合管３０の燃焼炎延長中心線Ｇと
前記燃焼室３３の軸長中心線Ｈとは、直交するよ
うに配置されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、熱交換装置２９の設置場所の制限を
受ける等して筒状燃焼室３３の内径を小径にする
必要があるときには、次の点に注意することが必
要である。すなわち、燃焼炎の始端部となる混合
管３０から該混合管３０と対向する内周壁面３２
a′に至る距離を、該内周壁面３２a′に局所加熱が
発生しないだけの所定距離にする必要がある。し
かし、前記熱交換装置２９では、混合管の燃焼炎
延長中心線Ｇと、燃焼室３３の軸長中心線Ｈとを
直交させてあるので、混合管３０から該混合管３
０と対向する内周壁面３２a′に至る距離が最短距
離となるため筒状燃焼室３３の小径化に対して制
限を受け、斯る要請を満足出来ない場合があつ
た。 また燃焼ガスは、筒状燃焼室３３の全体をその
まま上昇するので、燃焼ガスの排出がスムーズに
なり過ぎる。しかも罐体３２の内周壁面３２ａと
接触する燃焼ガスは、燃焼室３３の中央部を除い
た外周側の極一部だけのものとなり、熱交換され
ることなく排出される無駄な燃焼ガスが多くな
る。従つて、不経済な燃焼ガスの流れのために、
極めて熱交換効率が悪くなるという欠点があつ
た。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、従来の前記課題に鑑みて、本出願人
が先に出願した前記未公知の燃焼装置に関する技
術を更に改良し、高燃焼効率，低騒音且つ清浄排
ガスを維持させつつ、局所加熱を発生させること
なく筒状燃焼室の内径を小径化することが出来る
熱交換装置を提供せんとするものである。 而して、前記課題を解決するために本発明が採
用した手段は、燃焼室に臨んで先端を開口させた
燃焼用空気の送風管と、該送風管の先端開口部を
覆うべく配設され、中央噴出孔及び円周部の空気
噴出孔を有する高速空気噴出板と、前記送風管の
内部に配設された噴霧ノズル及び点火用電極と、
前記送風管の先端開口より噴霧方向前方にあつ
て、この送風管と軸芯を一致させるようにして連
結配置されたテーパーコーン状の混合管と、該混
合管の中心部にあつて前記噴霧ノズルの噴霧方向
に正対面して設けられた多孔若しくは網目状の保
炎板とを備え、前記送風管と混合管との連結部に
は、円筒状の燃焼室内壁に沿つて循環する燃焼ガ
スを混合管の後端開口へ流入できる大きさの環状
流入口が設けられている燃焼装置を有する熱交換
装置において、筒状罐体の内部に下端側が開口し
た筒状の燃焼筒を吊下げ配置して筒状罐体と燃焼
筒との間に燃焼排ガス路を形成すると共に、燃焼
筒内に下端側が開口した筒状の燃焼室を形成し、
前記燃焼装置を筒状罐体の上部から下垂して燃焼
室内へ臨ませ、前記燃焼装置の混合管の設置姿勢
を、この混合管を経て噴出される燃焼炎の延長中
心線が前記燃焼室の軸長方向を指向するようにし
ている。 〔作 用〕 本発明の熱交換装置にあつては、一旦下方へ向
かつた燃焼ガスが筒状燃焼室の下端側開口から、
燃焼筒と筒状罐体との間の環状の排ガス路を上昇
して排出される。そのため、燃焼ガスの全体が筒
状罐体の内壁面と接触して熱交換され、極めて高
効率である。また燃焼ガスは、燃焼室を下方へ進
んで燃焼筒を迂回して流れるので、燃焼室及び伝
熱面部分（燃焼排ガス路）での燃焼ガスの滞留時
間が長くなり、更に熱交換効率が良くなる。 また本発明の熱交換装置にあつては、混合管か
ら噴出される燃焼炎の延長中心線が、筒状燃焼室
の軸長方向を指向するようになされているため、
燃焼炎が局所的な加熱を行うというようなことは
ない。従つて、本出願人が先に出願した特願昭57
―83799号に係る熱交換装置の場合よりも、罐体
の内径を小径化することが可能である。 更に本発明の燃焼装置は、前記混合管内に吸引
された循環燃焼ガスが、旋回空気流によつて非常
に微細化された灯油粒子と新鮮空気との混合霧を
暖め、灯油粒子を瞬時にガス化若しくはこれに近
い状態にする。このため、燃焼状態は、ガス化燃
焼若しくはこれに近い状態となり、保炎板からの
青炎燃焼が得られる。すなわち、灯油粒子と新鮮
空気と循環燃焼ガスの三者が混合管内で混和され
た後に整流され、過剰空気で燃焼していたものが
理論空気比に近い、しかも整流された理想の燃焼
となる。したがつて、燃焼音は低く熱交換率に優
れた燃焼が得られる。 〔実施例〕 以下に、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて説明すると次の通りである。 第２図及び第３図は、本発明の第１の実施例の
熱交換装置１を示すものである。この熱交換装置
１は、筒状の罐体２の内部に燃焼筒４が配置さ
れ、罐体２の内周壁２ａと燃焼筒４との間に環状
の燃焼排ガス路２３が形成されている。該燃焼筒
４は、下端開口部４ａが形成されていると共に、
罐体２の上端寄りに取り付けた天板６の下垂筒部
６ａの下端フランジ部６ｂに接続固定されてい
る。前記罐体２は、断面円形状，断面多角形状等
の適宜断面形状からなる環状の内周壁２ａと、外
周壁２ｂとの間に水室２ｃを形成した二重管構造
からなる。前記罐体２の外周は保温材５で覆われ
ている。なお、前記罐体２は、前記二重管構造に
限定するものではなく、図示省略したが、長尺小
径パイプを螺旋状に巻き付ける等して形成した構
造とすることが勿論可能である。 前記燃焼筒４の内部に形成された燃焼室３の上
端部近傍には、前記天板６の下垂筒部６ａ内へ挿
入した送風管１０の先端部が、該燃焼室３の上端
開口部４ｂを介して燃焼室３内へ向かうように位
置づけられている。該送風管１０は、そのフラン
ジ１０ａが天板６に接続固定されている。該送風
管１０の内部には、噴霧ノズル８が設置されてい
る。前記燃焼室３内で且つ前記送風管１０の前面
位置には、保炎板１７を内蔵した混合管２０が設
置されている。該混合管２０は、前記送風管１０
の先端部との間に所定間隙Ｗ（例えば、15mm）を
形成すると共に、該混合管２０を経て噴出される
燃焼炎の延長中心線Ｂが前記燃焼室３の軸長方向
を指向するようになされている。 図示実施例においては、該燃焼炎延長中心線Ｂ
と燃焼室３の軸長中心線Ａとが同芯になるように
混合管２０が設置されているが、何らこれに限定
するものではない。例えば、図示は省略したが、
前記燃焼炎延長中心線Ｂを軸長中心線Ａに対して
適宜傾斜角（例えば、30度）だけ傾斜させること
も、また前記該燃焼炎中心線Ｂを軸長中心線Ａに
対して適宜偏心寸法（例えば、燃焼室３の半経の
１／３乃至1/2）だけ燃焼室３の外側寄りへ偏心させ
ることも勿論可能である。 前記間隙Ｗにより、混合管２０と送風管１０と
の間には、循環ガスの流入口（以下、循環流入口
という）１６が、前記燃焼筒４の天板部４ｃ近傍
に形成されている。 前記混合管２０を有する多重管構造の保炎部１
５は、第３図に示す如く、その中心寄りにステン
レス鋼製パンチングメタル等からなる保炎板１７
が設置されている。保炎板１７の外周には、下流
方向へ拡開するテーパーコーン状の保炎筒１８が
設置されている。そして、この保炎筒１８の外周
には、ステンレス鋼製パンチングメタル等からな
る副保炎筒１９が設置されている。更に副保炎筒
１９の外周には、混合管２０が設置されている。
これらの保炎板１７，保炎筒１８，副保炎筒１９
及び混合管２０は、支持脚２１，２１…により連
結されていると共に、混合管２０が送風管１０に
脚２２，２２…で懸架されている。尚、前記保炎
筒１８及び副保炎筒１９は、必要に応じて設置さ
れるものであり、必ず必要とするものではない。 前記保炎部１５の後方には、前記燃焼炎延長中
心線Ｂと略々同芯で噴霧ノズル８が設置されてお
り、油圧ポンプ７（後述する第５図参照）で加圧
された燃料油を霧状の微粒子にして噴出するよう
に構成されている。該噴霧ノズル８の外周には、
送風機９（第２図参照）で起風された新鮮空気を
前記混合管２０へ噴出するための送風管１０が設
置されている。該送風管１０の先端開口部には、
高速空気噴出板１１が必要に応じて設置されてい
る。この噴出板１１は、霧状燃料と新鮮空気とを
噴出する中央噴出孔１２と、その中心から所定距
離をもつて適宜周ピツチに穿設された複数個の空
気噴出孔１３とを有している。この空気噴出孔１
３は、それぞれが周方向に所定角度傾斜してお
り、噴出空気に旋回流を起こして燃料粒子を更に
微細化すると共に、霧状燃料と新鮮空気との混合
を均一に分布せしめるようにしている。１４は、
噴霧ノズル８の先端近傍で高圧電気によるスパー
クを発生させ、噴出された燃料油の微粒子に点火
を行う電極棒である。第２図において、２４は排
気煙突，２５は燃焼筒，２７は給湯口である。 次に、以上のように構成された熱交換装置１の
動作を、被熱交換流体を水とし、燃料油を灯油と
し、更に供給灯油量と供給新鮮空気量を一定とし
た場合に基づいて説明する。 噴霧ノズル８より噴出された霧状の灯油粒子
は、電極棒１６のスパークによつて点火され、最
初のうちは、噴出板１１の先端近傍で黄炎燃焼を
始める。この状態では、空気が過剰である。その
後、この燃焼炎は次第に噴霧方向へ移動し、副保
炎筒１９に伝播され、更に保炎板１７に移動し、
この保炎板１７に至る途中で整流されて、該保炎
板１７で安定し、保炎筒１８に案内されて定常燃
焼が維持される。このように副保炎筒１９は、燃
焼炎が保炎板１７へ移動するに際し、その伝播を
スムーズにさせる働きをする。なお、噴出板１
１，保炎筒１８及び副保炎筒１９を設置していな
いときは、保炎板１７近傍でのスパーク点火によ
つて、保炎板１７で安定燃焼が開始維持される。 第２図に示す如く、混合管２０から燃焼室３の
軸長方向である下方へ噴出された燃焼ガス（図示
省略）は、その一部が自己の浮力により燃焼室３
内を上昇して循環流入口１６に至る。そして、そ
の燃焼ガスは、間隙Ｗを送風管１０から混合管２
０へ高速状態で通過する旋回空気流によつて発生
する負圧により、循環流入口１６の周囲から略々
均一な状態で混合管２０内へ強制吸引され、灯油
粒子と新鮮空気の混合気へ瞬時に混和する。他
方、混合管２０から噴出された残りの燃焼ガス
は、燃焼室３の軸長方向を下方向へ進み、燃焼筒
４の下端開口部４ａから燃焼排ガス路２３へ流れ
込むようになる。そして、燃焼排ガス路２３を通
過する間に罐体２の内周壁２ａの全周と接触しつ
つ水室２ｃ内の水と熱交換を十分に行つた後、排
気煙突２４を介して外部へ排出される。 このように、本実施例にあつては、混合管２０
から噴出される燃焼炎の延長中心線が、筒状燃焼
室３の軸長方向を指向するようになされているた
め、燃焼炎が局所的な加熱を行うというようなこ
とはない。従つて、本出願人が先に出願した特願
昭57―83799号に係る熱交換装置の場合よりも、
罐体２の内径を小径化することが可能である。ま
た燃焼ガスが筒状燃焼室の下端側開口から、燃焼
筒と筒状罐体との間の環状の排ガス路を上昇して
排出される。そのため、燃焼ガスの全体が筒状罐
体の内壁面と接触して熱交換され、極めて高効率
である。また燃焼ガスは、燃焼室を下方へ進んで
燃焼筒を迂回して流れるので、燃焼室及び伝熱面
部分（燃焼排ガス路）での燃焼ガスの滞留時間が
長くなり、更に熱交換効率が良くなる。 ところで、前記混合管２０内に吸引された循環
燃焼ガスは、旋回空気流によつて非常に微細化さ
れた灯油粒子と新鮮空気との混合気を暖め、灯油
粒子を瞬時にガス化若しくはこれに近い状態にす
る。このため、燃焼状態は、ガス化燃焼若しくは
これに近い状態となり、保炎板１７からの青炎燃
焼が得られる。すなわち、灯油粒子と新鮮空気と
循環燃焼ガスの三者が混合管２０内で混和された
後に整流され、過剰空気で燃焼していたものが理
論空気比に近い、しかも整流された理想の燃焼と
なる。したがつて、燃焼音は低く熱交換率に優れ
た燃焼が得られる。以後は、この青炎燃焼が維持
される。 而して、上述の青炎燃焼を得るためには、新鮮
空気と灯油粒子の混合気に燃焼ガスを適当量だけ
混合させることが必要であり、循環流入口１６に
発生する負圧（吸引作用）の大きさが問題にな
る。そこで、本実施例では、上記負圧に最も影響
を与える噴出空気の流速を変えて実験を行つた結
果、理想の空気比に必要な燃焼ガス量を吸引する
に足る流速を設定するに至つた。噴出空気の流速
に影響を及ぼす因子は、送風機９の出力及び送風
管１０の内径（この場合、直径を80mm）を一定と
すると、中央噴出孔１２と空気噴出孔１３の孔径
及び両噴出孔１２と１３の面積比である。なお、
空気噴出品１３の数及び中央噴出孔１２と空気噴
出孔１３の距離は、噴出空気の流速にはほとんど
影響を与えず、無視できるものである。ただし、
両噴出孔１２と１３間の距離は、それが最適値を
越えると、灯油粒子と空気の良好な混合が得られ
なくなる。送風管１０の直径を80mmとした本実施
例（燃焼出力が35000Kcal／Hr）の場合は、中
央噴出孔１２と空気噴出孔１３の距離は32mmが適
当であつた。 表―１及び表―２は、噴出孔１２，１３の孔径
と噴出孔１２，１３から自然大気中へ噴出したと
きの空気流速及び供給空気量との関係を示す実験
結果である。

【表】 表―１から明らかなように、空気噴出孔１３の
孔径を小さくすれば、噴出空気の流速は速くな
り、循環流入口１６で発生する負圧は大きくな
る。ところが、供給空気量は空気噴出孔１３の径
が小さくなると減少する傾向にある。このため、
供給空気量が十分にとれ、且つ流速の速い孔の直
径としては８mmが必要である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る熱交換装置
は、次の如き優れた効果を有する。 燃焼ガスが筒状燃焼室の下端側開口から、燃
焼筒と筒状罐体との間の環状の排ガス路を上昇
して排出される。そのため、燃焼ガスの全体が
筒状罐体の内壁面と接触して熱交換され、極め
て高効率である。また燃焼ガスは、燃焼室を下
方へ進んで燃焼筒を迂回して流れるので、燃焼
室及び伝熱面部分（燃焼排ガス路）での燃焼ガ
スの滞留時間が長くなり、更に熱交換効率が良
くなる。 混合管から噴出される燃焼炎の延長中心線が
筒状の燃焼室の軸長方向を指向するようになさ
れているので、罐体の内周壁を局所的に加熱す
ることが無くなるため、従来の混合管の燃焼炎
延長中心線と燃焼室の軸長中心線が直交する熱
交換装置に比べて罐体の内径を小径にすること
が出来、小径化の要請に応えることが可能とな
る。 燃焼ガスを混合管に循環させて燃焼粒子を暖
めることにより、ガス化若しくはこれに近い状
態にすると共に、新鮮空気と燃料粒子との混合
気に燃焼ガスを加えて理論空気比に近い空気比
で燃焼させることにより、青炎燃焼させること
ができ、一定量の燃料に対する発生熱量が多
く、装置の熱効率に優れている。 燃焼炎が定常の青炎であることと、混合管に
よる整流効果により、燃焼音が低いという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換装置の横断面図、第２図
及び第３図は本発明の第１の実施例に係るもの
で、第２図は熱交換装置の縦断面図、第３図は混
合管及び送風管等を示す部分切欠き斜視図、第４
図は本発明の第２の実施例を示す熱交換装置の縦
断面図である。 ２…罐体、３…燃焼室、４ｃ…仕切壁、８…噴
霧ノズル、１０…送風管、１６…循環流入口、１
７…保炎板、２０…混合管、２３…燃焼排ガス
路、Ａ…軸長中心線、Ｂ…燃焼炎延長中心線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室に臨んで先端を開口させた燃焼用空気
   の送風管と、該送風管の先端開口部を覆うべく配
   設され、中央噴出孔及び円周部の空気噴出孔を有
   する高速空気噴出板と、前記送風管の内部に配設
   された噴霧ノズル及び点火用電極と、前記送風管
   の先端開口より噴霧方向前方にあつて、この送風
   管と軸芯を一致させるようにして連結配置された
   テーパーコーン状の混合管と、該混合管の中心部
   にあつて前記噴霧ノズルの噴霧方向に正対面して
   設けられた多孔若しくは網目状の保炎板とを備
   え、前記送風管と混合管との連結部には、円筒状
   の燃焼室内壁に沿つて循環する燃焼ガスを混合管
   の後端開口へ流入できる大きさの環状流入口が設
   けられている燃焼装置を有する熱交換装置におい
   て、筒状罐体の内部に下端側が開口した筒状の燃
   焼筒を吊下げ配置して筒状罐体と燃焼筒との間に
   燃焼排ガス路を形成すると共に、燃焼筒内に下端
   側が開口した筒状の燃焼室を形成し、前記燃焼装
   置を筒状罐体の上部から下垂して燃焼室内へ臨ま
   せ、前記燃焼装置の混合管の設置姿勢を、この混
   合管を経て噴出される燃焼炎の延長中心線が前記
   燃焼室の軸長方向を指向するようにしたことを特
   徴とする熱交換装置。