JPH0477202B2 - - 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装置に関
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。

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。

又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、特公昭51−11557号、特開昭47−
38368号公報）。

本出願人はさきに特願昭62−307408号明細書に
おいて、液体燃料の燃焼量可変範囲の拡大と、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、液体燃料を泡沫化して継続燃焼さ
せる燃焼器を提案した。

また燃焼用の燃料および該燃料を泡沫化する泡
沫生成用気体の供給を停止し、同時に泡沫生成器
内の残燃料を抜き取る泡沫燃焼装置の消火方法を
特願昭63−332926号に提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

この泡沫燃焼において、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。

泡沫燃焼において、単に泡沫生成用空気の供給
を停止するだけでは、従来の芯式やポツト式に比
べて、臭気を大幅に改善する特長を有するもの
の、まだ完全に臭気を防止するには至らない。

それは、燃焼により高温になつている燃焼器か
ら泡沫生成器内の液体燃料が輻射熱を受け、温度
が上昇し、燃料の極く一部が蒸発してしまうため
である。

本発明は液体燃料を泡沫化して燃焼用空気との
混合性を増し、着火および燃焼の安定化を図る燃
焼装置を提供するものである。

液体燃料の一部を発泡させ火花放電により点火
させる方法は前述のとおり公知であるが、着火が
安定しない欠点があつた。

本発明は上記のような液体燃料の泡沫、燃焼に
おいて煤の発生しない、しかも燃焼の安定化を図
る点火装置をも提供するものである。

また、液体燃料を泡沫化するには、一般に燃料
中に浸漬した多孔質フイルターを介して空気を流
通させる方法が用いられる。従つて、消火を目的
として泡沫生成用空気の供給を停止すると、燃料
が多孔質フイルターを介して泡沫生成用空気供給
管内へ流入してしまい、再び空気を供給しようと
しても、その初期段階では圧力損失が大きくな
り、また変動を伴い、泡沫の供給が不安定になる
という問題を生じる。

本発明は、かかる泡沫燃焼装置において、消火
性に優れた泡沫生成用フイルターをも提供するも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の構成を示す縦断面図である。

本発明における液体燃料の燃焼装置は、泡沫上
昇管２と燃焼器１を有し、上昇管２に多孔質フイ
ルターからなる泡沫生成器１６を内蔵する。上昇
管２及び燃焼器１は外筒１０が一体に形成され、
外筒１０に二次空気供給孔１３を有する。１１は
燃料、２は空気を示す。

更に上昇管２と燃焼器１との境界はオリフイス
３を形成し、バツフル板２３を介設する。実験に
よると燃焼器１に接続する上昇管２内の泡沫２′
は、燃焼火炎１４の輻射熱を受けると消泡が激し
くなり、泡沫の粒径や薄膜の厚さが不均一とな
り、脈動燃焼を引起す。

従つて、燃焼器１と上昇管２の間にオリフイス
（絞り機構）３を設けて、燃焼器１で生じる火炎
１４の上昇器２内への輻射熱量を減少し、消泡を
抑制する。しかし、燃焼特性は改善されるもの
の、着火直後の燃焼を含めて、連続した安定燃焼
を得るためにはバツフル板が有効である。

オリフイス３の最大絞り部の中心に絞り部の開
口径より小さいバツフル板２３を設け、オリフイ
ス３とバツフア板２３で円環状のスリツト開口ａ
を形成し、この開口を通じて泡沫を上部の燃焼器
１に導く。

第２図Ａは本発明に用いるワツシヤー２２の平
面図、同図Ｂは同じくバツフル板２３の平面図で
ある。

又更にオリフイス３は上部方向に階段状に広げ
た形状として、最大絞り部から一定の距離ｌを離
した位置で、ワツシヤー２２を設置する。ここ
で、ワツシヤーとは、中心部を切欠いた板をい
う。

ワツシヤー２２は直接上昇管２内への輻射伝熱
を完全に防止できるように、スリツト開口ａの直
上が開放しないようにワツシヤー２２を設け、そ
の中心部を切欠くことが好ましい。

勿論、ワツシヤー２２とバツフル板２３とは燃
料が流通できるように適宜の間隔をあけて設置し
てある。

なおここで、ワツシヤー２２はスリツト開口ａ
の直下になつていても、その効果はほとんど変わ
らない。更に、これらのバツフル板２３とワツシ
ヤー２２の取付数も１組に限定するものでない
が、１組で上昇管２内への火炎輻射伝熱を防止
し、泡沫燃料２′を破泡させないで、燃焼器１に
供給することが可能となり安定燃焼を継続するも
のである。

また、本発明は泡沫上昇管に燃焼器を設け、燃
焼器に保炎器を載置するものを含むが、本発明に
おける保炎器は、所望のサイズの開口を穿設した
バツフル板の上面に筒状の整流管を立設する。又
保炎器の下面には旋回羽根を軸支している。。

従つて燃焼器に導入された二次空気は燃焼器内
で旋回流を作り、下流部に着火可能な低速の高温
循環域を形成する。

以下本発明を図面について説明する。

第３図は本発明における燃焼装置の全体図、第
４図は保炎器の実施例を示す説明図である。

燃焼装置は燃焼器３０と泡沫上昇管５０が一体
であつても、フランジ等で接続されていてもよ
い。ここで泡沫上昇管５０は多孔質フイルターか
らなる泡沫生成器３５が内設され、下端に燃料供
給口３４と泡沫生成用空気口３３が設けられる。

ベース３９は本燃焼装置の基体を形成し、外筒
３８と、シール用パツキン４１を介して接続され
ている。また、スケルトン４０は、燃焼器３０の
上に固定される。ベース３９は燃焼用二次空気供
給口３２を有し、二次空気は外筒３８を上昇し
て、燃焼器３０に設ける燃焼用空気供給孔３１を
介して燃焼器で泡沫燃料の燃焼に供される。

二次空気が直接泡沫に衝突するのを防止するた
め、通常二次空気の供給孔３１は、燃焼器側に階
段状に広げた形状のオリフイス４１の上の燃焼器
３０に設置され、泡沫状態の最高位から上部方向
に一定の空間を確保する。

本発明における保炎器２０は保炎板１１０と保
炎板１１０の上面に立設した筒状の整流管１１
１，１１２及び旋回羽根１２０からなる。

保炎板１１０は所望サイズの開口１３０，１６
０を設ける。又保炎板１１０の下面にバツフル板
と同心状の旋回羽根１２０を軸支する。１４０は
軸をあらわす。

実験によると二次空気を単に中心軸に向けて供
給しても、気化した燃料と燃焼用空気の混合性が
悪く、燃焼は安定しない。そこで混合性を促進さ
せて、着火性や燃焼の安定化を図るには保炎器で
二次空気をさえぎつたり、旋回うず流を循環流と
し、燃焼ガスを整流することが極めて有効であ
る。

本発明における旋回羽根は燃焼器内にあつて、
二次空気と気化した燃料との混合性を増加する。
また、開口を有する保炎板は旋回流の上昇を抑制
し、燃焼器下部に燃料と燃焼用空気の混合ガスの
低速循環域を形成させるのに効果を示し着火を容
易にする。

更に整流管は、保炎板上に取付けられ、バツフ
ルの開口を通過してくる燃焼ガスを整流し、火炎
の安定化、更に上部のスケルトンを均一加熱する
のに有効である。整流管にはパンチングした小さ
な開口を取付けても良い。

また本発明は、燃焼器の下部に点火機構を配設
している。

本発明においては、燃焼器の内にあつて、その
下部に点火機構を配設するので、完全燃焼に必要
な空気を二次空気供給孔から供給することがで
き、着火時における煤の発生を抑制できる。

以下第１図により本発明を詳述する。

すなわち、燃焼器１の下部に電気ヒーター１８
を穿設するものである。

本発明では泡沫生成器と燃焼器を泡沫上昇管で
つなぎ、燃焼器に供給する泡沫（液体燃料）の膜
厚を薄くして蒸発しやすい状態にするため、泡沫
生成から燃焼器に供給するまでの上昇管内での泡
沫滞留時間を略一定にできる。その好ましい滞留
時間は２〜10秒の間である。

ここで滞留時間が短かいと泡沫の膜厚が厚くな
り蒸発しにくくなる。また、10秒以上に長くする
と、消泡が著るしくなり、液体燃料の安定供給が
できなくなる。

本発明においては点火機構、例えば電気ヒータ
ーを燃焼器の下部に穿設するが、これは燃焼器に
おいて完全燃焼に必要な燃焼用空気を、着火の時
から供給できるので、着火時においても煤等の発
生を抑制できる。

電気ヒーターが燃焼器の上部に設けられると、
着火前に二次空気の供給孔に液料が流入したり、
二次空気で泡沫を消泡させる問題が生じる。又オ
リフイスに余りに近ずくと泡沫上昇管内に燃焼炎
が下がる恐れを生ずる。

実験によると点火機構としては、着火の安定性
と着火した後の点火機構自体での燃焼継続性が求
められる。従つて火花放電では着火が安定しな
い。

点火源をニクロム線等の電気ヒーターとするこ
とで、泡沫を容易に蒸発させて着火することがで
きる。また、着火後も燃焼が安定するまでの数秒
間ヒーターをつけておくことで、より燃焼の安定
化が図れる。

点火に際しては、まず、燃焼空気を吐出ダクト
に設けたダンパーにより、着火時に煤等が発生し
ない程度（約５m³Ｎ／hr）の必要空気を燃焼室に
送る。ついで燃焼器内の電気ヒーターの電源を入
れ、ヒーターを赤熱化する。

発泡用空気として約2.0l/minを泡沫生成器に供
給する。次に灯油を泡沫生成器内の多孔質フイル
ターの上面から約30mmの高さになるまで供給す
る。そこで、灯油は泡沫化されて、泡沫上昇管を
上昇し、燃焼器に供給されて点火する。

次に、本発明における泡沫生成器の更に有用な
構成について述べる。通常用いられる泡沫生成器
１６（または３５）は金属あるいはセラミツク等
の多孔質焼結物質により得られる多孔質フイルタ
ーを主要構成体としている。

これは、前述の物質により天蓋を有する筒状体
に形成されていて、その底部から起泡用の空気が
送入される構造である。泡沫生成中すなわち液体
燃料の中にあつて底部より空気圧をかけられてい
る間は、それら多孔質フイルター内に燃料が侵入
することはないが、消火のために燃料の送給停止
とともに泡沫生成用空気の送風を停止するとき、
泡沫生成器内に燃料が残つたままで、起泡用空気
圧が早く低下した場合には、燃料の逆流現象が起
きて、次の起泡、着火に支障をきたすものであ
る。

このような場合には使用する多孔質フイルター
をポリテトラフルオロエチレン（PTFE）で代表
される臨界表面張力の低い物質からなるもので成
形するか、あるいは臨界表面張力の高い焼結金属
もしくは多孔質セラミツクスを用いる場合には、
それらの臨界表面張力の低い粉質をコーテイング
して使用するとよい。

本発明における多孔質フイルターは臨界表面張
力が、灯油等の液体燃料の表面張力より低く、気
体を通すが、液体燃料は通さない性質を有し、灯
油の浸透を防止する。その他臨界表面張力の知い
物質としてフツ素樹脂が使用可能である。

第５図は、その実施例を示す要部断面図であ
る。

本発明にかかる多孔質フイルター１３３は天蓋
を有する筒状に形成され、泡沫生成器１６，３５
に内設され、底部に泡沫生成用空気口３３を有す
る。

又多孔質フイルター１３３は、外表面にポリテ
トラフルオロエチレン樹脂等の臨界表面張力が低
い物質をコーテイングして皮膜層２６を形成する
かもしくは、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等
からなる多孔質の物質でフイルターを筒状に成形
して用いる。フイルター物質として焼結金属から
多孔質セラミツクスを用い、これにポリテトラフ
ルオロエチレン樹脂（at30℃）等をコーテイング
したものでもよい。

即ち、灯油の表面張力25dyn/cmに対して、ポ
リテトラフルオロエチレン樹脂の臨界表面張力は
22dyn/cmと低いため、灯油の浸透を防止する。

実験によると液体燃料中に泡沫生成用の多孔質
フイルターを浸漬させ、そのフイルターを介して
泡沫生成用空気を供給して、泡沫生成を行うと
き、泡沫生成用空気の供給を停止させると、液体
燃料は、フイルターを介して逆流し、泡沫生成用
空気の配管内に流入してしまう。

そこで消火を行う際には泡沫生成用空気を停止
させると同時に、瞬時に液体燃料を抜き取ること
により、配管内への逆流を防止する消火方法が必
要である。

一方本発明によると液体燃料が多孔質フイルタ
ーの孔内に浸透しないため、泡沫生成用空気の供
給を停止しても液体燃料は逆流しない。

〔発明の効果〕

本発明は液体燃料を泡沫化して燃焼させる装置
において、燃焼器と該燃焼器に燃料を送る上昇管
との間で、輻射熱の伝熱防止機構を設けたので、
上昇管の泡沫は燃焼火炎の輻射熱をうけて消泡す
ることもなく泡沫の粒径や膜厚が均一となり、脈
動燃焼が防止される。

また本発明は、液体燃料を泡沫化して燃焼させ
る装置において、燃焼器に保炎器を載置している
ので、気化した液体燃料と燃焼用空気の混合性を
増し、着火および燃焼の安定化を図るので工業的
効果が大である。

本発明の点火装置が燃焼室の下部に穿設される
ので、点火も容易であり、確実に行うことがで
き、着火時に煤の発生がない。

また、泡沫生成器における多孔質フイルター
を、使用する液体燃料の表面張力よりも臨界表面
張力の低い表面性状を有する物質とすることによ
り、液体燃料がフイルター内に侵入し逆流するこ
とがない。したがつて、液体燃料を泡沫生成器よ
り抜き取る必要がなく、単に泡沫生成用空気の供
給を停止するか、あるいは泡沫化して燃焼を継続
するために必要な最少空気量以下に低下させるこ
とにより消火が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体説明図、第２図Ａは本発
明の実施例におけるバツフル板の平面図、第２図
Ｂは同じくワツシヤーの平面図、第３図は本発明
の他の実施例における全体説明図、第４図は本発
明の保炎器を示し、Ａは側面図、Ｂは平面図、Ｃ
は旋回羽根の平面図、第５図は本発明の泡沫生成
器に用いる多孔質フイルターの構成を示す説明図
である。 １…燃焼器、２…泡沫上昇管、３…オリフイ
ス、１６…泡沫生成器、１８…電気ヒーター、２
０…保炎器、２２…ワツシヤー、２３…バツフル
板、２６…皮膜相、３０…燃焼器、３３…泡沫生
成用空気口、５０…泡沫上昇管、１１１，１１２
…整流管、１１０…保炎板、１２０…旋回羽根、
１３０…開口、１３３…多孔質フイルター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体燃料を泡沫化して燃焼させる装置におい
   て、燃焼器と該燃焼器に燃料を送る上昇管との境
   界域に設けられたオリフイスの近傍に、該オリフ
   イスの最大絞り部の中心に絞り部の開口径より小
   さいバツフル板を設けたことを特徴とする液体燃
   料の燃焼装置。 ２ 液体燃料を泡沫化して燃焼させる装置におい
   て、泡沫上昇管に燃焼器を設け、開口を穿設した
   バツフル板の上面に整流管を立設し下面に旋回羽
   根を軸支した保炎器を、前記燃焼器に載置したこ
   とを特徴とする液体燃料の燃焼装置。 ３ 泡沫上昇管の上部に燃焼器を配設し、該燃焼
   器の下部に点火機構を設けたことを特徴とする請
   求項２記載の液体燃料の燃焼装置。 ４ 点火機構が電気ヒーターであることを特徴と
   する請求項３記載の液体燃料の燃焼装置。 ５ 泡沫生成器と燃焼器とを有し、泡沫生成器に
   泡沫上昇管を立設し、その上部に燃焼器を配設し
   た燃焼装置において、液体燃料の表面張力よりも
   臨界表面張力の低い表面性状を有する物質により
   多孔質フイルターを形成して泡沫生成器に内設
   し、空気供給系を底部に設けて構成したことを特
   徴とする液体燃料の燃焼装置。 ６ 臨界表面張力の低表面性状を有する物質がポ
   リテトラフルオロエチレンにより、表面被覆した
   多孔質フイルターであることを特徴とする請求項
   ５記載の液体燃料の燃焼装置。