JPS6312203B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は家庭用の小型給湯・暖房装置の熱源器
等に使用される液体燃料燃焼装置に関するもので
ある。

従来、燃焼室内に微粒化手段を臨ませ、燃焼初
期に輝炎で拡散燃焼し、その後、燃焼熱により後
続の燃料微粒子を直ちに高速気化し、拡散混合を
促進して一部予混合の状態で空気噴出孔部に保炎
燃焼する液体燃料燃焼装置においては、中筒上の
各噴出孔から供給されるトータル空気量によつて
安定した火炎を中筒上部の噴出孔に形成するもの
では、次のような動作が行われる。すなわち、着
火から定常燃焼に至るまでの過渡燃焼期には中筒
上の中・下部の各噴出孔から噴出する燃焼用空気
の不足状態とかつ微粒化手段による燃料の霧化粒
子との不十分な混合状態で拡散燃焼が行われつつ
新たな空気が供給され、燃焼室内を旋回上昇す
る。この結果、煤を生成している火炎が燃焼室内
の旋回流の中心となる中筒表面上に接触し、煤が
付着される。このような過渡燃焼期を繰返すこと
により、付着煤は成長し、積層化する。また、燃
料の飛翔微粒子の衝突部の中でも、火炎形成部よ
り離れた位置では燃焼微粒子が付着・再液化し、
燃焼熱を受けて蒸発・気化するため、衝突部表面
にタールが生成し、固着する。このように、煤・
タールの中筒上の空気噴出孔部近傍への付着・成
長は定常燃焼時における気化・拡散混合量および
混合比のむらを発生し、不安定保炎による燃焼騒
音を増大し、着火・消火時における排出ガスの成
分（特にCO、HC等）の劣化といつた問題を生じ
させる。

本発明は上記欠点に鑑み、燃焼室内に構成され
る予混合領域内での過渡燃焼期における混合比
の適正化、混合の促進、そして燃料の噴出微
粒子の器内主要構成部（特に中筒）への衝突面積
の減少といつたことを図ることを目的とするもの
である。

上記目的を達成するために本発明は有底筒状の
燃焼室と、この燃焼室底部の中央に立設されると
ともにその外周側壁に沿い旋回空気流が生じるよ
うに前記外周側壁に多数の空気噴出孔を有する中
筒と、この中筒外周の同心円上に立設された助燃
筒と、前記燃焼室に臨み、かつ水平方向へ一定角
度回転可能な液体燃料の微粒化手段と、この微粒
化手段の霧化量を、始動時の所定時間だけ少なく
する制御手段と、始動時は燃料噴出方向を前記空
気噴出孔からの旋回空気流の方向へ向けさせ、前
記所定時間後は燃料噴出方向を前記中筒方向へ向
け、あるいは旋回空気流方向に立ち向かわせるよ
うに前記微粒化手段を回転させる駆動源とを備え
たものである。

上記構成によつて、予混合領域内での過渡燃焼
期における、混合比の適正比および混合の促進が
図れると同時に、燃焼室内の主要構成部（特に中
筒）への燃料の衝突量および衝突面積が減少する
ことにより、煤・タールの付着・成長が抑制され
ることとなる。

以下、本発明の一実施例について第１図、第２
図に基づいて説明する。

第１図、第２図において、燃料タンク（記載せ
ず）には送油パイプ１を介して燃料ポンプ２およ
び微粒化手段の一手段としての渦巻式噴射弁３が
連結されており、前記渦巻式噴射弁３と点火装置
４とは回転機構５（例えばサーボモータ利用によ
る回転機構）に連結されるとともに、支持筒６内
に包含されて燃焼室７に臨まされている。缶体８
は円筒状の内胴９と外胴９′とで形成され、内部
に前記燃焼室７を構成している。また、前記燃焼
室７の底部１０の中央には中筒１１、その外周に
は助燃筒１２がそれぞれ立設されている。そして
前記燃焼室７の壁面開口部１３を介して前記渦巻
式噴射弁３と前記点火装置４の先端が前記燃焼室
７に臨まれており、前記渦巻式噴射弁３と相対向
する位置の前記助燃筒１２には燃料の噴霧粒子が
衝突しないように十分大きな穴１２Ａが設けてあ
ると共に、前記燃焼室底部１０の近傍には同一円
周上、多数の循環孔１４が設けてある。この様な
構成により、前記燃焼室７と前記中筒１１の上部
に燃焼領域ａ、前記中筒１１と前記助燃筒１２と
で前記燃焼室底部１０近傍に燃料粒子および気化
燃料の強制混合を行う予混合領域ｂ、そして前記
燃焼室７と前記助燃筒１２との間には再循環領域
ｃが形成されている。また、前記中筒１１の側壁
周囲には多数の空気噴出孔１５が下より上方にむ
かつて接線方向から直角方向に漸次なるようにあ
るいは接線方向のみになるように設けてある。燃
焼用空気はモータ１６、フアン１７、フアンケー
ス１８で構成される送風機構から前記中筒１２内
へ供給される。１９は前記燃焼室７内の燃焼ガス
の流れおよび再循環量そして内圧を制御する燃焼
リングである。

上記構成において、先ずモータ１６へ通電し送
風機構を作動すると、燃焼用空気が中筒１１内へ
供給され、中筒１１上の各空気噴出孔１５より燃
焼室７内の予混合領域ｂへそして燃焼領域ａへと
一定比率で噴出される。また、送風機構作動の一
定時間の遅延後、点火装置４に通電し、火花を発
生する。そして第３図Ａは燃料ポンプ２への印加
電圧V₁，V₂，………V_Nによる燃料噴射圧の時間
変化を示した特性であり、第３図Ｂは印加電圧
V₁，V₂………V_Nに対応して流量と圧力との変化
状態を示した特性である。

また第５図Ａは燃料ポンプ２の始動から時間経
過による圧力の変化状態を示したものであり、実
線のカーブのように定常燃焼に至るまでの所定時
間t₁の間に徐々に圧力を増して燃料を供給する方
法であつても、一点鎖線のカーブのように所定時
間t₁になると急激に圧力を定常燃焼時と同様にま
で増して燃料を供給する方法であつてもよい。

さらに第５図Ｂは第５図Ａの燃料ポンプ２にお
ける燃焼供給方法に対応して微粒化手段３の始動
から時間経過によつて一定角度回転する状態を示
したものである。すなわち、始動時（点火時）は
角度＋θで示すように空気噴出孔からの空気旋回
流方向に微粒化手段３が向いている場合で、そし
て角度０の場合は微粒化手段３が中筒１１に向い
ている場合で、さらに角度−θの場合は微粒化手
段３が空気旋回流方向にたち向つて（相対向）い
る場合である。また実線で示すカーブは所定時間
t₁まで空気旋回流方向に微粒化手段３が向いてお
り、それ以後は徐々に中筒１１に向くものであ
る。２点鎖線で示すカーブは所定時間t₁になると
急激に微粒化手段３が中筒１１に向きを変える側
であり、さらに２点鎖線で示すカーブのように所
定時間t₁の途中から徐々に角度＋θから所定時間
t₁で角度０になるように微粒化手段３の向きを変
える例であり、さらに点線で示すカーブのように
所定時間t₁の途中から徐々に角度＋θから所定時
間t₁の途中で角度０を通りすぎて所定時間t₁で角
度−θ₂になり旋回空気流の方向に立ち向かうよう
に微粒化手段３の向きを変える例である。これら
の例はいずれの場合でも本発明を成し得るもので
ある。そして、このような第３図〜第５図に示す
ごとく、火花発生と同時に、ある一定時間燃料ポ
ンプ２への印加電圧が漸次調整されつつ入力さ
れ、この結果漸次調圧された液体燃料が渦巻式噴
射弁３より燃焼室７に噴霧される。またこの時、
第２図Ａに示すように渦巻式噴射弁３からの燃料
の噴出、飛翔方向θも回転機構５（例えばサーボ
モータ等の回転利用）により燃料の調圧状態に連
動して徐々に、あるいは瞬時に第２図に示すよう
に水平方向へ一定角度、変角する。燃料の定格時
噴霧量に対して一定量以下（全体の空気過剰率ｍ
の2/5ｍ以下）の空気が中筒１１の下部空気噴出
孔１５より予混合領域ｂ内に噴出しており、燃焼
室７内に旋回上昇流を形成している。従つて始動
時はこの旋回流に沿つて定格時の噴霧量の数分の
一の燃料が噴出し、拡散混合を行いつつ次第に燃
料噴霧量を増加し混合比が一定量に達した後に着
火・燃焼する。この結果、始動時の燃料微粒子と
中筒１１との衝突量および衝突面積が減少する。
そしてこの過渡燃焼期における初期火炎は予混合
領域ｂ内での空気過剰率m′が概略0.9＜m′＜1.5の
範囲にあり、輝度の高い火炎を形成し、中筒１１
の周囲を旋回上昇しながら新たな燃焼用空気と、
拡散燃焼を行う。また、一部の火炎は燃焼室７の
底部１０に停滞しつつ後続燃料の着火源となる。
火炎の輻射熱等あるいは再循環してきた燃焼ガス
の熱を受けて後続の燃料の蒸発・気化が一段と促
進された燃料塊は新たな空気を供給しつつ燃焼を
行う。この後、一段と予混合気の濃度が高まり燃
焼せずに中筒１１の上部へと移動する。すなわ
ち、輝炎は直ちに中筒１１の上方の空気噴出孔１
５へと移動し、この噴出孔１５からの空気を取り
入れて不輝炎燃焼へと変化しつつ多数の単孔火炎
を形成し多段燃焼を行う。この間に燃料の噴出方
向θ第２図Ｂのごとく０あるいは負の方向へと変
化するが、燃焼室７内の温度上昇に伴つて気中に
おける燃料微粒子の蒸発・気化が速やかに促進さ
れ、燃料の噴出・飛翔方向θがθ≦０となつても
中筒１１表面には到達せずに飛翔途中で、気中で
蒸発・気化を完了し混合を行うようになる。この
様に、初期における一部の燃料粒子の再液化分も
伝熱・輻射により蒸発・気化してしまい、安定し
た火炎を中筒１１上部の各空気噴出孔１５に形成
し、多段燃焼による定常燃焼を行なう。

以上のように本実施例の液体燃料燃焼装置によ
れば、所定時間における噴出霧化量を制御する手
段と微粒化手段による燃料の飛翔方向θを設けか
つ一定角回転させる駆動源を有し、連動制御する
ことにより、燃焼室７内に構成される予混合領域
内での過渡燃焼期における。

燃料と空気との混合比m′の適正化が図れる。

燃料と空気との混合の促進が図れる。

噴霧燃料の微粒子と中筒との衝突面積および
衝突量を減少することが出来る。

この結果、煤を発生する火炎を抑制することが
出来、中筒１１への煤の付着・積層化を阻止する
ことが出来る。また、燃料衝突部が減少しタール
生成部が減少する。従つて安定した蒸発・気化が
繰返し維持され、安定した気化燃料濃度および混
合が得られ安定した火炎、燃焼が行われる。そし
てさらに、クリーンな焼燃・消火が維持される。

次に本発明の他の実施例について第６図に基づ
いて説明する。この実施例では上記実施例におけ
る微粒化手段３による燃料の噴出方向θを一定角
回転させるための回転機構５の駆動源として微粒
化手段３へ供給される燃料の圧力を検出し、同時
に回転機構５（例えばリンク装置等）の作動媒体
としたことのみで他の本質的な構成は上記実施例
と同様であり、同一番号は同一構成部分を示して
いる。また、動作は全く同一であるが、回転機構
５の駆動源として渦巻式噴射弁３への燃料の供給
圧を用い同時に作動媒体とすることにより、上記
実施例における効果はもちろんのこと、燃料の噴
霧量と噴出方向θの変角に関してスムーズに連動
制御が行われる。

以上のように、本発明によれば燃焼特性の改善
が大幅に図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体燃料燃焼装置の一実施例
を示す縦断面図、第２図Ａ，Ｂは第１図における
Ａ−A′線断面図を示し、Ａは始動燃焼時、Ｂは
定常燃焼時を示している。第３図Ａ，Ｂはそれぞ
れポンプ特性図、第４図は微粒化手段による燃料
の噴出方向の回転方向を表わした断面図、第５図
Ａ，Ｂはそれぞれ燃料の噴霧制御と燃料の噴出方
向との相関図、第６図は本発明の他の実施例にお
ける支持筒の部分拡大図である。 １……送油パイプ、３……渦巻式噴射弁（微粒
化手段）、５……回転機構、７……燃焼室、１０
……燃焼室底部、１１……中筒、１２……助燃
筒、１５……空気噴出孔、ａ……燃焼領域、ｂ…
…予混合領域、ｃ……再循環領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有底筒状の燃焼室と、この燃焼室底部の中央
   に立設されるとともにその外周側壁に沿い旋回空
   気流が生じるように前記外周側壁に多数の空気噴
   出孔を有する中筒と、この中筒外周の同心円上に
   立設された助燃筒と、前記燃焼室に臨み、かつ水
   平方向へ一定角度回転可能な液体燃料の微粒化手
   段と、この微粒化手段の霧化量を、始動時の所定
   時間だけ少なくする制御手段と、始動時は燃料噴
   出方向を前記空気噴出孔からの旋回空気流の方向
   へ向けさせ、前記所定時間後は燃料噴出方向を前
   記中筒方向へ向け、あるいは旋回空気流方向に立
   ち向かわせるように前記微粒化手段を回転させる
   駆動源とを備えた液体燃料燃焼装置。 ２ 霧化量を制御する手段と駆動源とを連動させ
   た特許請求の範囲第１項に記載の液体燃料燃焼装
   置。 ３ 駆動源は微粒化手段へ供給される燃料を作動
   媒体とした特許請求の範囲第１項に記載の液体燃
   料燃焼装置。