JPH0531371Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えばフアンヒータ、ボイラ、給湯
器、乾燥機或いはガスタービン等に適用される超
音波霧化装置付燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

各種石油ストーブ、フアンヒータ等の暖房装置
や各種乾燥機に用いられる燃焼器は、一般に事務
所や家庭等の居住用建物に設置されるために、居
住用空間の汚染或いは臭気を防止するための対策
や種々試みられている。例えば、燃焼器にヒータ
等の加熱状態を設けて外部から供給された燃料を
ガス化する方式が行われているが、かかる方式で
は、燃料がガス化するまでに多少の時間を要し、
そのために着火にも多少の時間を要することが明
らかとなつた。

そこで、この問題を解決するために燃焼室内に
おける気化ガスの生成速度を早めることにより着
火時間の短縮を図る方式が、本出願人を始め種々
提案されている。これは、燃焼室の下部に高周波
発振器、電気／音響変換素子、超音波振動子ホー
ン等からなる超音波霧化装置を設け、該超音波霧
化装置を駆動することにより、燃焼室に供給され
た燃料を霧化して非常に微細な噴霧流とし、燃焼
室内における気化ガスの生成速度を早め、これに
より着火時間の短縮を図るものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の燃焼室の下部に超音
波霧化装置を設けた燃焼器にて燃焼実験を行つた
ところ、確かに超音波霧化装置が配設されている
燃焼室の下部（即ち気化室）において着火する時
間は従来のものと比較して大幅に短縮されたが、
前記気化室にて発生した火炎が気化室より上部の
燃焼室に移動してそこで定常火炎を形成すること
になるため、気化室での着火から定常火炎が形成
されるまでに若干の時間（10〜30秒）を要し、ま
た、該定常火炎が形成されるまでの間に多少の臭
気や煤の発生が確認された。さらに、上記超音波
霧化装置付燃焼装置においては、燃焼器自体の構
造が複雑でしかもその燃焼量の調節範囲の大きさ
を示すターンダウン比（最大燃焼量と最小燃焼量
とを示す比）が１：２程度にしか設定できないこ
とも明らかとなつた。

さらに、従来の燃焼装置は所謂ライン型の全体
が略直方体形状のものであるが、燃焼空間が細長
く形成されているために、燃焼熱を受けて噴霧室
側壁が熱膨張して噴霧室が変形していまう。その
結果、火炎分布が乱れて燃焼が不均一となり、赤
火が発生するなどして望ましいものとは言えな
い。

本考案は上記問題および課題を解決するもので
あつて、熱歪を防止すると共にコンパクトかつ比
較的簡単な構造で超音波霧化装置にて生成された
燃料の噴霧と外気との混合気に対して瞬時に着火
することができ、着火時および消化時に発生する
臭気も大幅に低減でき、また、高ターンダウン比
が得られる超音波霧化装置付燃焼装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本考案の超音波霧化装置付燃焼装置
は、一側に開口６が形成される噴霧室１と、該噴
霧室１に霧化燃料を供給する超音波霧化装置５
と、前記噴霧室１の開口６を覆うように配設され
噴霧室１との間に燃焼空間１５を形成する風箱２
と、前記開口６および燃焼空間１５に対向して風
箱に形成される２次空気孔ａ，ｂ，ｃおよび３次
空気孔ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈと、前記噴霧室１に１
次空気を供給し風箱２に２次および３次空気を供
給する燃焼フアン３および空気量切換装置４と、
前記噴霧室１の内壁または外壁に設けられる強制
冷却手段８とを備えることを特徴とする。なお、
上記構成に付加した番号は、本考案の理解を助け
るために図面と対比させるものであり、これによ
り本考案の構成が何ら限定されるものではない。

〔作用〕

本考案においては例えば第１図、第２図に示す
ように、着火時には燃焼フアン３から空気供給ダ
クト１９を経て流入する空気は、大部分が３次空
気供給ダクト１７に流れ、一部が開口２５、オリ
フイスＢおよび空気分配室２０を経て２次空気供
給ダクト１６に流れ、さらに分配室２０のオリフ
イスＡにより絞られて少量の空気が１次空気供給
ダクト１１に流れ、定常燃焼時には、スライド弁
２１を移動させ着火時と比較して１次空気量を増
加させ２次空気量を減少させ、消化時には着火時
と同様に、スライド弁２１を図示左方向に移動さ
せ１次空気量を絞り、２次空気量を増加させた
後、燃料の供給を停止する。

そして、噴霧室１を強制的に冷却することによ
り、噴霧室側壁の変形が防止され気化ガスの流れ
を一様に維持すると共に、噴霧室側壁の高温酸化
を防ぎ耐久性を向上することができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

第１図および第２図において、本考案の超音波
霧化装置付燃焼装置は、概略、噴霧室１、風箱
２、燃焼フアン３、空気量切換装置４および超音
波霧化装置５から構成されている。

噴霧室１は風箱２の上部に配置され、下方に向
かうに従つて略Ｖ字形状となるように形成される
と共に、先端部に開口６が形成され、該開口６に
臨んで点火手段であるイグナイタ７が配設されて
いる。また、噴霧室１の上部には、超音波霧化装
置５を構成している燃料供給パイプ９と振動子ホ
ーン１０が挿入固定されると共に、噴霧室１と後
述する１次空気供給ダクト１１に連通される空気
導入路１２が設けられている。

超音波霧化装置５は、周知の如く、高周波発振
器（図示せず）から出力される信号を電気／音響
変換素子１３にて超音波振動に変換せしめ、前記
振動子ホーン１０の霧化領域に対して燃料供給パ
イプ９から供給された燃料を噴霧室１に噴霧する
ものである。

風箱２は第２図に示すように、その上部が曲面
形状となるように形成され、この風箱２の上面と
噴霧室１との間に燃焼空間１５を形成している。
さらに、風箱２の上面底部には２次空気孔ａ〜ｃ
が設けられ、その上部には３次空気孔ｄ〜ｈが設
けられている。本実施例においては、風箱２の上
面に前記噴霧室１の開口６を中心として左右対称
に、２次空気孔ａ〜ｃが３列づつで３次空気孔ｄ
〜ｈが５列づつでしかも千鳥状に配列されている
が、必ずしもこれに限定されるものではなく種々
の配列が考えられる。

また、前記２次空気孔ａ〜ｃは、２次空気供給
ダクト１６に連通される一方、３次空気孔ｄ〜ｈ
は３次空気供給ダクト１７に連通されている。そ
して、前記燃焼フアン３に接続される空気供給ダ
クト１９が、３次空気供給ダクト１７に連通され
ると共に、１次および２次空気供給ダクト１１，
１６に前記空気量切換装置４を介して連通されて
いる。

空気量切換装置４は、１次および２次空気供給
ダクト１１，１６に空気を分配する空気量分配室
２０と、該空気量分配室２０と前記空気供給ダク
ト１９との間に設けられるスライド弁２１と、該
スライド弁を駆動させるためのソレノイド２２か
ら構成される。さらに詳述すると、空気量分配室
２０は真中をオリフイスＡを有する仕切板２３に
より仕切られると共に、該仕切板２３を挟んで空
気供給ダクト１９との間にオリフイスＢ，Ｃを形
成している。これらオリフイスＡ，Ｂ，Ｃの孔径
は、１次、２次および３次空気供給ダクト１１，
１６，１７に供給する所定の空気量により設定さ
れる。スライド弁２１には開口２５が形成され、
前記ソレノイド２２がオフの状態では、スプリン
グ２６の弾性力によりスライド弁２１が図示左方
向に移動し、ソレノイド２２がオンの状態では、
スプリング２６に抗してスライド弁２１が図示右
方向に移動するように構成されている。本実施例
においては、１次および２次空気量の小流量側へ
の空気量を仕切板２３にあるオリフイスにより調
節しているが、このオリフイスをスライド弁２１
に設けてもよい。

第３図は本考案の特徴である噴霧室１の実施例
を示し、噴霧室１をチユーブ８により囲み、該チ
ユーブ内に冷却用空気又は水を循環させる。この
冷却用空気又は水は、燃焼熱により加熱されるた
め、これを熱回収して加熱空気、加熱水として利
用することも可能になる。なお、噴霧室１の内壁
にチユーブを設けてもよい。

また、噴霧室１の内壁または外壁をジヤケツト
で囲んで、該ジヤケツト内に水を収容するように
してもよい。

次に、上記構成からなる本考案の超音波霧化装
置付燃焼装置の作用を第４図、第５図をも参照し
つつ説明する。

(イ) 着火時 第４図イに示すように、メインスイツチをオン
にすると、燃焼フアン３、超音波発振器がオン、
ソレノイド２２がオフとなり、次いで、点火トラ
ンス、燃料ポンプの順にオン状態となる。ソレノ
イド２２はオフの状態であるため、スライド弁２
１は図示左方向に位置し、開口２５とオリフイス
Ｂが連通する。このため、燃焼フアン３から空気
供給ダクト１９を経て流入する空気は、大部分が
３次空気供給ダクト１７に流れ、一部が開口２
５、オリフイスＢおよび空気分配室２０を経て２
次空気供給ダクト１６に流れ、さらに分配室２０
のオリフイスＡにより絞られて少量の空気が１次
空気供給ダクト１１に流れる。１次〜３次空気供
給ダクトに流れる空気量の比率は、例えば燃料を
5cc／min供給する場合を考えると、２：25：
95NL／min程度が好ましいが、各種条件により
上記数値は適宜変更されることはいうまでもな
い。但し、１次空気が過剰になると噴霧室１内に
火炎が入り断続的な不安定燃焼となり、２次空気
が不足すると着火直後にミスト（白煙）が発生す
る。また、予熱時間が短いと噴霧室内への断続的
な逆火が生じることがある。

この状態で超音波発振器により超音波霧化装置
５が駆動されると共に、燃料ポンプから燃料供給
パイプ９を経て振動子ホーン１０先端部の霧化領
域に対して燃料の供給が開始されると、燃料は微
粒化されて１次空気供給ダクト１１から流入され
る少量の空気とともに噴霧室１内に噴霧される。
噴霧室１内に噴霧された燃料液滴は、噴霧室１内
を下方に向かつて降下し、点火手段であるイグナ
イタ７が臨んでいる位置に到達した時点で該イグ
ナイタ７により着火される。この際、噴霧室１内
の既存の空気は予混合気として全て消費され尽く
してしまうため、長時間にわたつて火炎を維持す
ることはできず、噴霧室１内の火炎は直ちに
（0.1sec程度）消えてしまう。しかしながら、火
炎は消えても着火時に発生する高温のガスが噴霧
室１内に留まつているため、引き続いて超音波霧
化装置５から噴射される燃料噴霧は、前記高温の
ガスによる熱によつてガス化され、噴霧室１下方
へと移動を継続する。

そして、噴霧室１の開口６に到達すると、２次
空気孔ａ〜ｃを介して２次空気供給ダクト１６か
ら流入してきた２次空気と混合して、イグナイタ
７によつて再点火され、２次空気孔ａ〜ｃ付近で
の火炎を生じることになる。この火炎の燃焼ガス
の一部は噴霧室１内に入り、又、他のガスは２次
空気孔ａ〜ｃの位置から燃焼空間１５内を上昇し
噴霧室１壁面を加熱するため、噴霧室１内外から
噴霧室１内を加熱することとなり、噴霧室１内の
温度をさらに上昇させ、超音波霧化装置５から引
き続いて噴射される燃料のガス化を更に促進させ
ることになる。その結果、開口６を経て噴出する
ガス量が次第に増加し、この噴出ガス量の増加に
つれて、火炎の発生は前記２次空気孔ａ〜ｃ付近
のみにに留まらず、３次空気孔ｄ〜ｈの順に暫時
拡大して行く。火炎が３次空気孔ｄ〜ｈの位置に
て発生するようになると、噴霧室１外壁面が直接
火炎により加熱されるため、噴霧室１内の温度は
急激に上昇し、超音波霧化装置５から噴射される
燃料と１次空気との予混合気は、全量がガス化さ
れるようになる。第４図イに示すように、燃料と
１次空気との予混合気が、最初に噴霧室１内に供
給されてから噴霧室１内の予混合気が熱的に安定
するまでの時間は20sec程度かかる。なお、この
状態での火炎は青炎と輝炎が混在する火炎であ
り、また、着火時の臭気は着火後の数秒間は発生
するが、火炎口での反応量が増大すると完全に燃
焼が遂行されて無臭となる。

(ロ) 定常燃焼時 ソレノイド２２をオンの状態にすると、スライ
ド弁２１は図示右方向に移動し、開口２５とオリ
フイスＣが連通する。このため、燃焼フアン３か
ら空気供給ダクト１９を経て流入する空気は、大
部分が３次空気供給ダクト１７に流れ、一部が開
口２５、オリフイスＣおよび空気分配室２０を経
て１次空気供給ダクト１１に流れ、さらに分配室
２０のオリフイスＡにより絞られて少量の空気が
２次空気供給ダクト１６に流れる。すなわち、着
火時と比較して１次空気量を増加させ２次空気量
を減少させるものである。

着火時から定常燃焼時に移行した状態では、噴
霧室１内に供給された燃料噴霧と１次空気との予
混合気をガス化するための熱は、前述したように
全て３次空気孔ｄ〜ｈ付近にて発生する火炎によ
る噴霧室１外壁面に対する加熱によつて与えられ
る。この場合、１次空気や２次空気は噴霧室１に
て生成されるガス中に混合して若干の予混合成分
となり、更には、１次空気や２次空気の体積分だ
け前記予混合状態となつたガスの流速が増加し、
燃焼空間１５における差圧が増加することになる
ので、青炎の安定性が高まり、また、火炎の分布
を良好な状態に保持できる。定常燃焼での基本的
な燃焼パターンは、火炎が３次空気孔ｄ〜ｈから
それぞれ発生する所謂拡散燃焼パターンとなつて
いるので、燃焼器に流入する全体的な空気量を可
変としなくとも、外燃焼器の定格出力近傍では火
炎がすべての３次空気孔ｄ〜ｈから発生し、該燃
焼器の出力を小さくするに従つて火炎が発生する
３次空気孔は、孔ｈから孔ｄの順序で減少して行
くことになる。よつて、火炎が発生する３次空気
孔の増減を、燃焼器における燃焼量の大小に対応
させることができ、従来の燃焼器におけるターン
ダウン比をかなり大きくすることができる。な
お、燃焼器内に流入する空気量を燃料の供給量に
応じて可変とすれば、より大きなターンダウン比
をとることができるのは勿論である。

前述したように、定常燃焼時には着火時と比較
して１次空気量を増加させ２次空気量を減少させ
ているが、１次〜３次空気供給ダクトに流れる空
気量の比率は、例えば燃料を5cc／min供給する
場合を考えると、10：1.8：95NL／min程度が好
ましいが、各種条件により上記数値は適宜変更さ
れることはいうまでもない。但し、第５図に示す
空気供給量の変動に対する火炎の様子に留意する
必要がある。すなわち、１次空気が過剰になると
噴霧室１内への火炎の逆火が生じ、不足すると青
炎がやや不安定となる。また、２次空気が過剰に
なると青炎に赤火が混じり、３次空気が不足する
と青炎に赤火が混じることになる。

(ハ) 消火時 着火時と同様に、ソレノイド２２をオフの状態
にし、スライド弁２１を図示左方向に移動させ開
口２５とオリフイスＢを連通させて、１次空気量
を絞り、２次空気量を増加させた後、燃料の供給
を停止する。この状態では２次空気が噴霧室１内
まで貫通し噴霧室１内に残る未然焼ガスを完全に
燃焼してしまうため、臭気は発生しなくなる。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、噴霧室の熱変形
を防止して安定した燃焼を維持し火炎分布を均一
に維持することができる。また、比較的簡単な構
造で超音波霧化装置にて生成された燃料の噴霧と
外気との混合気に対して瞬時に着火することがで
きると共に、着火時および消化時に発生する臭気
も大幅に低減できる。また、高ターンダウン比が
得られると共に、発生する火炎の全てを略青炎に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の超音波霧化装置付燃焼装置の
１実施例を示す断面図、第２図は第１図における
Ｘ−Ｘ断面図、第３図は噴霧室の１実施例を示す
平面図、第４図は本考案の動作を説明するための
タイミングチヤートを示す図、第５図は空気供給
量に対する燃焼状態を説明するための図である。 １……噴霧室、２……風箱、３……燃焼フア
ン、４……空気量切換装置、５……超音波霧化装
置、６……開口、７……イグナイタ、８……チユ
ーブ、９……燃料供給パイプ、１０……振動子ホ
ーン、１１……１次空気供給ダクト、１２……空
気導入路、１３……電気／音響変換素子、１５…
…燃焼空間、１６……２次空気供給ダクト、１７
……３次空気供給ダクト、ａ〜ｃ……２次空気
孔、ｄ〜ｈ……３次空気孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 一側に開口が形成される噴霧室と、該噴霧室
   に霧化燃料を供給する超音波霧化装置と、前記
   噴霧室の開口を覆うように配設され噴霧室との
   間に燃焼空間を形成する風箱と、前記開口およ
   び燃焼空間に対向して風箱に形成される２次空
   気孔および３次空気孔と、前記噴霧室に１次空
   気を供給し風箱に２次および３次空気を供給す
   る燃焼フアンおよび空気量切換装置と、前記噴
   霧室の内壁または外壁に設けられる強制冷却手
   段とを備えることを特徴とする超音波霧化装置
   付燃焼装置。 (2) 前記強制冷却手段が流体を循環させるチユー
   ブであることを特徴とする請求項１に記載の超
   音波霧化装置付燃焼装置。 (3) 前記強制冷却手段が流体を収容するジヤケツ
   トであることを特徴とする請求項１に記載の超
   音波霧化装置付燃焼装置。