JPH0477201B2 - - Google Patents

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に関する
ものである。

（従来の技術） 液体燃料の燃焼には、ストーブのように暖房を
目的とした燃焼や、被加熱物を加熱するための燃
焼、あるいは内燃機関のような動力発生機関とし
ての燃焼等がある。

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つて一度細かい霧
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、一般家庭用石油ストー
ブで多用されており、ポツト式（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）あるいは気化式
（JIS3030）に代表される。

ポツト式は燃料を蒸発皿によつて蒸発燃焼させ
る方式で、気化部と燃焼部が一体となつている。
芯式は燃料タンクの中に挿入したアスベスト等の
芯に燃料を吸収して蒸発しやすいようにその表面
積が拡大されている。着火すると炎は芯全部に広
がり燃焼を継続する。

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やボイラ
ー等で多用されている。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、ジエツトバーナ（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）等によつ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問題点） 液体燃料を直接気化させるポツト式等の燃焼方
法は、点火後、燃焼室が十分温められるまでは、
燃焼量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
間を要する。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
であるといつ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つ
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つ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つて強くな
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、
消火後も灯芯やポツ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、幾種類もの燃焼器
はあるものの、いずれも油滴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、異なつた方向に
異なつた速度で移動する。

従つて、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、火炎前面に到達し
拡散炎にかこまれることになり、不均一炎となり
易い。従つて、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
つた。

特公昭49−42018号公報や特開昭47−38368号公
報に提示されている例は、点火装置として機する
ものであつて、継続的な燃焼を安定して行なう手
段にはなりえない。

（問題点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の新しい燃
焼方法を提供するものである。すなわち、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、噴霧の不均一炎を改善す
るため、液体燃料を発泡倍率（泡沫体積／液体燃
料体積）５〜50倍の泡沫として、液体燃料表面上
に生成させて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、泡沫とは、液体燃料の薄膜で空気や酸
素などの気体を包囲した気泡の多層集合体であ
り、液中以外の液体表面上に生成されるもので、
液体中に分散して存在する気泡（分散気泡）とは
本質的に異なるものである。

この泡沫の燃焼において、注目すべき特性は、
従来と違つた状態で、燃料と空気との接触面積を
増大させることができ、蒸発と燃焼反応の促進が
はかられることである。

以下、本発明を図面にもとづいて説明する。

第１図に示す設備において、燃料タンク１から
供給管８を通して、集泡筒３内の所定の高さまで
燃料油を供給する。集泡筒３内には、発泡させる
ための焼結金属エレメント２が配置されていると
共に、その上部外側には燃焼用２次空気を供給す
るための風箱４が設置されている。

焼結金属エレメント２は多孔質であり、これに
気体供給管６から気体を吹き込むことによりエレ
メントの孔から燃料油中に気体が供給され、燃料
油（灯油、軽油等）は発泡しながら集泡筒３内を
上昇する。なお、エレメント２は金属に限らず、
多孔質のセラミツクス等も利用できる。

この際、同時に燃焼用２次空気管７から風箱４
を介して、燃焼に必要な空気（酸素を含む気体）
を供給し燃焼させるものである。かくして、泡沫
９は容易に安定した燃焼を継続するという結果を
得た。

そして、気体供給管６から供給する空気量を多
くして泡沫生成量を増加させると共に、２次空気
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、泡沫生成量
を一定にして２次空気管７からの空気量を増加さ
せるほど、火炎は短かくなるという結果も得た。

このような結果は、泡沫が火炎面と焼結金属エ
レメント２との間で液体燃料の薄膜が蒸発して、
泡沫中の空気と、それ以外の泡沫に寄与しない空
気および２次空気との混合により、安定燃焼する
ものと考えられる。

これはガス燃焼における１次空気と２次空気の
比率を変えて、火炎形状等の燃焼特性を制御する
方法と似ている。なお、本発明は直接気化燃焼に
おけるアスベスト等の芯を利用して点火する方式
に比べ、生成した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、消火も気体供給管６への空気の吹込みを
停止することで泡沫はなくなり、直ちに消火す
る。従つて、消火後の燃料蒸気の発生もなく臭い
は感じない。

このように、燃料を泡沫化して燃焼することに
より、気体供給管６からの空気吹込量を調整する
ことと、および２次空気管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
は成し得なかつ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２次空気管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沫の
発泡倍率は本発明により特定される要件であり、
その値は５〜50倍である。発泡倍率が高いという
ことは、泡沫を形成する燃料の膜厚が薄く、泡沫
燃料の見掛密度、熱容量が小さいことを意味す
る。したがつて、発泡倍率の下限値５倍は、低温
でも灯油や軽油などの軽質油燃料の蒸発が促進さ
れ、燃料蒸気が燃焼できる下限濃度を確保するの
に必要な値である。また、上限値の50倍は、燃料
蒸気が燃焼できる濃度を確保しつつ燃焼中にも泡
沫形成できる限界に若干の余裕を見た値である。
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、それに泡沫中の空気量は
到底及ばないため更に２次空気（酸素を含む気
体）が必要である。

しかし、燃焼には気体供給管６から供給した空
気が、泡沫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、２次空
気管７から供給される空気量は、理論燃焼空気量
の60〜98％でよい。これは通常、工業窯炉等で使
用されているノズルミツクスタイプのガスバーナ
燃焼とほぼ同程度である。

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、この泡沫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。従つて、発泡剤として、液体燃料にポリマー
や界面活性剤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、泡沫の燃
焼は安定した均一炎を保ち、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） 次に第１図の燃焼装置で燃焼した時の実施例に
ついて詳しく説明する。

燃料タンク１から供給管８を通して温度20℃の
灯油５を、集泡筒３の中の所定の高さまで供給し
た。次に２次空気管７から風箱４を介して空気12
／ｍｉｎを供給しながら、気体供給管６から約３
／ｍｉｎの空気を送り、集泡筒３内の液面上を粒
径１〜３mm程度の気泡が多層に形成された発泡倍
率約20倍の泡沫９で高さ約100mmまでを充満させ、
泡沫９の上部に赤熱したニクロム線を接触させて
点火した。

この時の燃焼状態は青白い火炎で、完全燃焼状
態を安定して継続した。

また、２次空気管７からの空気量を減少させて
いくと、その火炎は徐々に橙色を呈する様子がう
かがえた。この時の灯油消費量は約0.1/Hであ
つた。

次に、この燃焼状態から気体供給管６からの空
気供給量を15/minに上げると同時に、２次空
気管７からの空気量も55/minに増加させて燃
焼させた。

この時は、火炎長さは若干長くなるが、やはり
火炎は青白色を呈して安定燃焼を継続した。この
時の灯油消費量は約0.4/Hであつた。

その後、気体供給管６からの空気を停止すると
直ちに泡沫は消滅し、消火した。この時には臭い
の発生もなかつた。

このように、本発明の泡沫燃焼は、燃焼能力を
可変することの容易さおよび火炎形状の制御性等
が容易にできる特徴を有するものである。

また、以上の説明において、吹込む気体は一般
に空気を使用するが、更に燃焼効率を高めるため
に酸素単体あるいは空気への酸素エンリツチガス
等も使用できる。

また、本実験では一定の径の孔を有するエレメ
ント２に空気を送入するいわゆる送気法により泡
沫を生成させたが、他に撹拌法、振とう法、沸騰
法、減圧法、溶解度減少法あるいはこれらを組合
せた方法もあるが、本発明は泡沫の生成方法を限
定するものではない。

通常液体燃料の温度は０〜30℃の間で使用され
る。また、吹込気体の温度も予熱して使用するこ
とも可能である。特に２次空気の予熱は省エネル
ギー上望ましい。

（発明の効果） 以上、詳しく説明したように、本発明は液体燃
料を泡沫化して燃焼器で燃焼させる方法で、従来
の直接気化させて燃焼させる方法に比べて、点化
時に芯を使わないで容易に着火させることができ
ると共に、点火直後の燃焼量制御も簡単にでき
る。従つて、ストーブに適用した場合の即暖を可
能とした。

また、点火、消火に際して従来の直接気化燃焼
では避けることのできなかつた臭いの発生を完全
に防止した。

一方、従来の噴霧燃焼方式に比べて、容易に安
定した均一炎を得ることができ、被加熱物の局部
加熱防止を可能とした。

更に、本発明は、極めて簡単な小型泡沫生成器
のみで、従来の芯や噴霧装置を必要としない安価
な方法であると共に、ランニングコストもほとん
ど必要としない優れた燃焼方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置例を示す
断面図である。 １…燃料タンク、２…焼結金属エレメント、３
…集泡筒、４…風箱、５…燃料油（灯油）、６…
気体供給管、７…２次空気管、８…燃料油供給
管、９…泡沫。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体燃料を燃焼させる方法において、該液体
   燃料の薄膜で空気（気体）を包囲した気泡の多層
   集合体であり発泡倍率が５〜50倍の泡沫化燃料
   を、液体表面上に生成させながら安定した燃焼を
   継続するに必要な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。