(57)【要約】【課題】液体燃料を適用するために気化器を付設してもコンパクト化・省エネルギー化を図ることができ、空気不足等が生じたとしても焼け発生を確実に回避し得る旋回燃焼装置を提供する。【解決手段】気化器７の気化用回転羽根７１を内装する円筒状部材３ａを筒状本体２の下部位置から燃焼空間６に対し突出配置とし、かつ、先端壁部３２ａを円錐形状にして旋回火炎Ｆの熱を気化熱源として受け易くし、旋回火炎形成後はヒータ３４をＯＦＦにし得るようにする。円筒状部材の外周壁部３１の外周側位置に環状隙間４を挟んで相対向するよう混合気の噴出口を開口させ、噴出口からの噴出により環状隙間に混合気の旋回流を形成し、炎口９から燃焼空間に対し混合気を旋回させながら吹き出させて旋回火炎を形成し、混合気の空気量が不足しても旋回火炎の基部が斜向羽根を炙ることのないようにする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を気化させる気化器と、先端が開口した筒状本体の内部に区画された燃焼空間と、この燃焼空間に旋回流を生じさせるように混合気を噴出する噴出口とを備え、上記気化器により気化された気化燃料に空気を予め混合した混合気を上記噴出口から噴出させることにより上記燃焼空間に旋回火炎を形成させる旋回燃焼装置であって、
上記気化器は、液体燃料を外周側に振り飛ばす気化用回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲み回転羽根により振り飛ばされた液体燃料を衝突させて気化させる気化壁とを備え、
上記筒状本体にはその基端側位置から上記旋回火炎の中心部に向けて突出し上記燃焼空間を仕切る円筒状部材が配設され、この円筒状部材の内部空間に上記気化器の回転羽根が配設され、上記気化壁が上記円筒状部材の壁部により構成されこの壁部は液体燃料を気化させるための気化熱源として上記旋回火炎から伝熱を受けるように構成されている
ことを特徴とする旋回燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の旋回燃焼装置であって、
上記円筒状部材の内部空間で生成された気化燃料に対し混合気生成用の空気を供給する空気供給通路をさらに備えている、旋回燃焼装置。
【請求項３】
液体燃料を気化させる気化器と、先端が開口した筒状本体の内部に区画された燃焼空間と、この燃焼空間に旋回流を生じさせるように混合気を噴出する噴出口とを備え、上記気化器により気化された気化燃料に空気を予め混合した混合気を上記噴出口から噴出させることにより上記燃焼空間に旋回火炎を形成させる旋回燃焼装置であって、
上記気化器は、液体燃料を外周側に振り飛ばす気化用回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲み回転羽根により振り飛ばされた液体燃料を衝突させて気化させる気化壁とを備え、
上記筒状本体には、その基端側位置から外周側に環状隙間を残して上記旋回火炎の中心部に向けて突出し上記燃焼空間を仕切る円筒状部材と、上記円筒状部材の内部空間に対し連通接続されて混合気生成用空気を供給する空気供給通路とが配設され、
上記円筒状部材の内部空間に上記気化器の回転羽根が配設され、上記気化壁が上記円筒状部材の壁部により構成されこの壁部は液体燃料を気化させるための気化熱源として上記旋回火炎からの伝熱を受けるように構成され、
上記空気供給通路により供給される空気が上記円筒状部材の内部空間において生成された気化燃料に対し混合され、混合された後の混合気が上記噴出口に供給されるよう上記内部空間と噴出口とが連通接続され、
上記噴出口は上記環状隙間を挟んで外周側位置に上記円筒状部材の外周壁部と相対向して開口しその開口の向きが噴出される混合気により上記環状隙間の周方向に向かう旋回流を生じさせるように配向され、
上記環状隙間の間隔は上記円筒状部材の外周壁部の先端と上記筒状本体の内周面との間に形成される環状開口が炎口を構成するように設定されている
ことを特徴とする旋回燃焼装置。
【請求項４】
液体燃料を気化させる気化器と、先端が開口した筒状本体の内部に区画された燃焼空間と、この燃焼空間に旋回流を生じさせるように混合気を噴出する噴出口とを備え、上記気化器により気化された気化燃料に空気を予め混合した混合気を上記噴出口から噴出させることにより上記燃焼空間に旋回火炎を形成させる旋回燃焼装置であって、
上記気化器は、液体燃料を外周側に振り飛ばす気化用回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲み回転羽根により振り飛ばされた液体燃料を衝突させて気化させる気化壁とを備え、
上記筒状本体にはその基端側位置から上記旋回火炎の中心部に向けて突出し上記燃焼空間を仕切る円筒状部材が配設され、この円筒状部材の内部空間に上記気化器の回転羽根が配設され、上記気化壁が上記円筒状部材の壁部により構成されこの壁部は液体燃料を気化させるための気化熱源として上記旋回火炎から伝熱を受けるように構成され、
上記円筒状部材の外面側位置であって上記気化壁を構成する壁部の近傍位置には燃焼火炎を形成して上記壁部を加熱する加熱用炎口が形成されている
ことを特徴とする旋回燃焼装置。
【請求項５】
請求項４に記載の旋回燃焼装置であって、
上記円筒状部材の内部空間で生成された気化燃料に対し混合気生成用の空気を供給する空気供給通路を備え、この空気供給通路から供給される空気が上記気化燃料に対し混合された後の混合気が上記加熱用炎口に供給されるように構成されている、旋回燃焼装置。
【請求項６】
請求項４に記載の旋回燃焼装置であって、
上記円筒状部材の内部空間に対し混合気生成用の空気を供給する空気供給通路と、この空気供給通路から供給される空気が上記内部空間内の気化燃料に対し混合された後の濃混合気を上記加熱用炎口に供給する濃混合気供給通路と、上記濃混合気を導いてさらに空気を混合した後の希薄混合気を上記噴出口に導く希薄混合気供給通路とをさらに備えている、旋回燃焼装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の旋回燃焼装置であって、
上記円筒状部材の先端壁部は筒状本体の先端開口側に向けて断面形状が小さくなるように突出されている、旋回燃焼装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の旋回燃焼装置であって、
上記筒状本体の外周側位置に全周にわたり所定間隔で配設され上記筒状本体の中心軸を中心とする放射方向に対し交差する向きに配向された複数の斜向羽根を備え、
上記噴出口は、隣接する両斜向羽根の内周側端縁間に形成される開口によって構成されている、旋回燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と空気とを予め混合した混合気を噴出させて燃焼空間において旋回燃焼させる旋回燃焼装置に関し、特に上記燃料として液体燃料を用いこの液体燃料を気化させる気化器を備えたものに係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、旋回燃焼装置として、円筒状の内周面を有する燃焼空間に対しその内周面側から空気と燃料とを予め混合した混合気を接線方向に噴出させて上記燃焼空間で旋回流を生じさせつつ燃焼させ旋回火炎（リング状の火炎）を形成するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃料として液体燃料を用いこの液体燃料を気化させるための気化器を備えた燃焼装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。この燃焼装置では予混合気を生成するための希釈用空気を濃混合気が供給される希釈空間の中心に対し偏心させて流入させ、希釈空間内に空気の旋回流を形成することにより上記濃混合気を撹拌して濃混合気との混合を高めることが記載されている。但し、この特許文献に記載の旋回流の形成は撹拌・混合のための技術であり、本発明の旋回燃焼における旋回流の形成により旋回火炎を形成する技術とは互いに異なるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２８１０６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２１０１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の旋回燃焼装置において、燃料として液体燃料を用いるにはその液体燃料を気化させるための気化器を付設する必要があり、この気化器を旋回燃焼装置自体に付設すると装置全体が大型化する上に、上記気化器を加熱するためのヒータ（発熱体）を燃焼中は継続して作動させる必要がありそのためのエネルギーが必要になる。
【０００６】
すなわち、燃料として液体燃料を用いるにはその液体燃料を気化器により一旦気化させ、この気化燃料と空気とを予め混合した上でその混合気を燃料空間に噴出させて旋回燃焼させる必要がある。上記の気化器は、通常、気化用の回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲むように配置されヒータ加熱により高温（例えば２５０℃）に加熱された気化壁とを備え、上記回転羽根に液体燃料を当てて外周側に振り飛ばし、気化壁に衝突させることにより気化させるようになっている。
【０００７】
例えば、本発明者がこれまでに上記旋回燃焼装置を具体化させた構造（図８に例示）に基づいて説明すると、このものは先端を開口した円筒状の燃焼空間６ａの基端側に燃料濃度の高い濃混合気（図８の実線の矢印参照）の炎口１００を配設する一方、側部の内周面に開口して空気濃度の高い希薄混合気（図８の点線の矢印参照）を噴出する噴出口５２２ａを燃焼空間６ａに臨んで配設している。この噴出口５２２ａは、最外周側に配置された供給通路５１ａからの希薄混合気を旋回用の斜向羽根５２１ａ，５２１ａ間に通過させることにより、上記希薄混合気を燃焼空間６ａに対し旋回方向に噴出させるようになっている。上記斜向羽根５２１ａ，５２１ａ，…は上記燃焼空間６ａの基端から先端までのほぼ全範囲にわたり配設されて、その全範囲の燃焼空間６ａに対し希薄混合気を噴出させるようになっている。そして、噴出口５２２ａから噴出された希薄混合気は、燃焼空間６ａにおいて旋回流を形成しつつ噴出方向前方に少し離れた位置から火炎となって燃焼され旋回火炎Ｆを形成し先端開口２１ａに向けて螺旋状に延びることになる。この際、上記濃混合気による濃火炎から発生した未燃成分を多く含んだ燃焼ガスと混合されて、その未燃成分を完全燃焼させる。
【０００８】
そして、上記の図８の旋回燃焼装置に対し液体燃料を燃料として旋回燃焼させるための構成を追加するには、気化器と、この気化器により気化された気化燃料と空気とを予め混合することにより上記の希薄混合気と濃混合気との２種類の混合気を生成して上記の噴出孔５２２ａ及び炎口１００に個別に供給するための予混合手段とを共に付設することが必要となる。このため、上記旋回燃焼装置に対し上記気化器Ｊ（図８参照）と予混合手段Ｍとを付設すると、装置全体がかなり大型化してしまうことになる。その上に、気化器の気化壁を加熱するためのヒータ用のエネルギー（電力エネルギー）が燃焼作動中は継続して必要となってしまうことになる。
【０００９】
さらに、上記の図８に示す旋回燃焼装置においては、特に旋回流を形成するための混合気（希薄混合気）の空気量が不足する事態が生じた場合には旋回火炎の火炎基部が混合気の噴出口５２２ａである炎口に着地してその炎口を炙る結果、炎口を形成する部材（例えば斜向羽根５２１ａ）が赤熱して焼けを起こしてしまうという不都合の発生が予想される。これにより、耐久性の低下等の不都合を招くおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体燃料を用いて旋回燃焼させる場合にコンパクト化及び省エネルギー化を図り得る旋回燃焼装置を提供することにある。又、上記コンパクト化及び省エネルギー化と併せて、旋回流を形成するための混合気に空気不足が生じても焼けの発生を確実に回避し得る構造の提供をも目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の本発明は、旋回燃焼装置を構成する筒状本体内の燃焼空間に臨む中心側位置に円筒状部材を配設し、この円筒状部材の内部空間に気化器を配設し、燃焼空間からの燃焼熱を気化器の気化熱源として積極的に取り込むようにしたものである。加えて、上記円筒状部材の外周側に環状隙間を形成し、この環状隙間に対し旋回流を形成するための混合気の噴出を行い、予め旋回流を形成した上で燃焼空間に吹き出させる構成をも付加したものである。
【００１２】
すなわち、以下の各発明では、液体燃料を気化させる気化器と、先端が開口した筒状本体の内部に区画された燃焼空間と、この燃焼空間に旋回流を生じさせるように混合気を噴出する噴出口とを備え、上記気化器により気化された気化燃料に空気を予め混合した混合気を上記噴出口から噴出させることにより上記燃焼空間に旋回火炎を形成させる旋回燃焼装置を対象として、以下の特定事項を備えることとした。
【００１３】
請求項１に係る発明では、上記気化器として、液体燃料を外周側に振り飛ばす気化用回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲み回転羽根により振り飛ばされた液体燃料を衝突させて気化させる気化壁とを備えたものとし、上記筒状本体にその基端側位置から上記旋回火炎の中心部に向けて突出し上記燃焼空間を仕切る円筒状部材を配設することとした。そして、この円筒状部材の内部空間に上記気化器の回転羽根を配設し、上記気化壁を上記円筒状部材の壁部により構成しこの壁部が液体燃料を気化させるための気化熱源として上記旋回火炎から伝熱を受ける構成とした。
【００１４】
この請求項１に係る発明の場合、円筒状部材が旋回火炎の中心部に向けて突出しその壁部が旋回火炎から伝熱を受けて加熱されることになる。このため、この壁部により構成される気化壁に対し粒滴となって衝突する液体燃料を効果的に気化させることが可能になる。従って、気化壁を加熱するヒータを旋回燃焼中はＯＦＦにすることにより、その加熱作動のための電力等のエネルギーを省エネルギー化することが可能になる。加えて、筒状本体内に突出した円筒状部材の内部空間を利用して気化器を設置しているため、気化器を付設しても旋回燃焼装置の装置全体が大型化することを回避してコンパクト化が図られる。
【００１５】
上記請求項１の旋回燃焼装置においては、混合気生成用の空気を上記内部空間に対し供給して気化と共に混合気の生成を行うようにしてもよいし、上記円筒状部材の内部空間で生成された気化燃料に対し混合気生成用の空気を供給する空気供給通路をさらに備えるようにしてもよい（請求項２）。
【００１６】
請求項３に係る発明では、上記気化器として、液体燃料を外周側に振り飛ばす気化用回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲み回転羽根により振り飛ばされた液体燃料を衝突させて気化させる気化壁とを備えるものとし、上記筒状本体に、その基端側位置から外周側に環状隙間を残して上記旋回火炎の中心部に向けて突出し上記燃焼空間を仕切る円筒状部材と、上記円筒状部材の内部空間に対し連通接続されて混合気生成用空気を供給する空気供給通路とを配設することとした。そして、上記円筒状部材の内部空間に上記気化器の回転羽根を配設し、上記気化壁を上記円筒状部材の壁部により構成しこの壁部が液体燃料を気化させるための気化熱源として上記旋回火炎からの伝熱を受ける構成とする。また、上記空気供給通路により供給される空気が上記円筒状部材の内部空間において生成された気化燃料に対し混合され、混合された後の混合気を上記噴出口に供給されるよう上記内部空間と噴出口とを連通接続する。さらに、上記噴出口として、上記環状隙間を挟んで外周側位置に上記円筒状部材の外周壁部と相対向して開口しその開口の向きを噴出される混合気により上記環状隙間の周方向に向かう旋回流を生じさせるように配向したものとし、上記環状隙間の間隔を上記円筒状部材の外周壁部の先端と上記筒状本体の内周面との間に形成される環状開口が炎口を構成するように設定した。
【００１７】
この請求項３に係る発明の場合、請求項１に係る発明と同様構成に基づく省エネルギー化及びコンパクト化に加えて、旋回流を形成するために噴出される混合気がたとえ空気量不足に陥ったとしても噴出口を構成する部材の焼け発生を確実に回避し得るという作用が得られる。すなわち、噴出口からの混合気は、燃焼空間に直接に噴出させて旋回させるのではなくて、環状隙間に対して噴出されて環状空間内で予め旋回流を形成した上で、この旋回流を炎口から燃焼空間に対し間接的に吹き出されるようになる。このため、噴出口からの混合気がたとえ空気不足状態に陥って火炎の基部が炎口に近付いたとしても、炎口とは切り離された噴出口がその火炎により炙られることはなく、上記噴出口の構成部材の赤熱化による焼けの発生が回避される。その上に、火炎の基部が上記炎口に着地したとしても噴出口までは及ばないため、火炎の振れに伴う燃焼振動騒音の発生も抑制されるという作用も併せて得られることになる。
【００１８】
上記請求項３に係る発明においては、上記炎口の開口幅は燃焼空間側からの逆火が生じない程度に設定するのが好ましく、また、上記円筒状部材の外周壁部の先端は上記噴出口よりも筒状本体の先端側位置まで延びるようにすることが好ましい。
【００１９】
請求項４に係る発明では、上記気化器として、液体燃料を外周側に振り飛ばす気化用回転羽根と、この回転羽根の外周囲を囲み回転羽根により振り飛ばされた液体燃料を衝突させて気化させる気化壁とを備えるものとし、上記筒状本体にその基端側位置から上記旋回火炎の中心部に向けて突出し上記燃焼空間を仕切る円筒状部材を配設することとした。そして、この円筒状部材の内部空間に上記気化器の回転羽根を配設し、上記気化壁を記円筒状部材の壁部により構成しこの壁部が液体燃料を気化させるための気化熱源として上記旋回火炎から伝熱を受ける構成とする。加えて、上記円筒状部材の外周側位置であって上記気化壁を構成する壁部の近傍位置に、燃焼火炎を形成して上記壁部を加熱する炎口を形成するようにした。
【００２０】
この請求項４に係る発明の場合、請求項１に係る発明と同様構成に基づく省エネルギー化及びコンパクト化に加えて、上記炎口に形成される燃焼火炎により気化壁を構成する壁部が加熱されることになるため、旋回火炎からの伝熱と合わせて気化壁の加熱が請求項１に係る発明の場合よりも一層促進される。このため、円筒状部材の内部空間における気化器により液体燃料の気化を請求項１の場合よりも一層確実に行い得ることになる。
【００２１】
上記の炎口からの燃焼火炎は、噴出口から噴出させる混合気と同じ濃度の混合気を利用して形成してもよいし、その噴出させる混合気とは濃度の異なる混合気を利用して形成してもよいし、さらには種類の異なる燃料を用いて形成してもよい。さらには、上記燃焼火炎の用途として上記壁部の加熱の他に、例えばパイロット火炎としての用途、あるいは、濃淡燃焼における濃火炎にして旋回火炎に対し未燃成分を供給して安定燃焼を図る用途を併有させるようにしてもよい。
【００２２】
具体的には、上記円筒状部材の内部空間で生成された気化燃料に対し混合気生成用の空気を供給する空気供給通路を備え、この空気供給通路から供給される空気が上記気化燃料に対し混合された後の混合気を上記炎口に供給する構成とすることができる（請求項５）。また、上記円筒状部材の内部空間に対し混合気生成用の空気を供給する空気供給通路と、この空気供給通路から供給される空気が上記内部空間内の気化燃料に対し混合された後の濃混合気を上記炎口に供給する濃混合気供給通路と、上記濃混合気を導いてさらに空気を混合した後の希薄混合気を上記噴出口に導く希薄混合気供給通路とをさらに備えるようにすることもできる（請求項６）。この場合には、気化壁を構成する壁部の加熱に加えて、上記濃混合気により炎口に濃火炎を形成する一方、噴出口からの希薄混合気により淡火炎による旋回火炎を形成して濃淡燃焼を実現させることが可能になる。
【００２３】
以上の請求項１〜請求項６のいずれかの旋回燃焼装置における上記円筒状部材の先端壁部を、筒状本体の先端開口側に向けて断面形状が小さくなるように突出させるようにしてもよい（請求項７）。この場合には、燃焼空間における旋回火炎の形成に対し支障を与えることなく、その旋回火炎からの伝熱をより効果的に受け得る円筒状部材の形状を特定することができる。すなわち、上記旋回火炎の形成により負圧傾向となる中心部側に向けて円筒状部材の先端部が突出し、その先端部の断面形状が小さくなるようにされているため、上記の負圧傾向となる中心部領域を円筒状部材の先端部により占拠してなくすことが可能になり、上記旋回火炎をより安定的に形成し得る上に、旋回火炎からの伝熱も増大させ得ることになる。
【００２４】
また、以上の請求項１〜請求項６のいずれかの旋回燃焼装置においては、上記筒状本体の外周側位置に全周にわたり所定間隔で配設され上記筒状本体の中心軸を中心とする放射方向に対し交差する向きに配向された複数の斜向羽根を備え、上記噴出口を、隣接する両斜向羽根の内周側端縁間に形成される開口によって構成することもできる（請求項８）。この場合には、旋回流を効果的にかつ確実に形成し得る上に、その旋回流をより均一なものとし得る。この結果、燃焼空間に吹き出される旋回流をより均一にして燃焼空間により均一な旋回火炎の形成が図られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１、請求項２、請求項７又は請求項８の旋回燃焼装置によれば、円筒状部材の壁部により構成される気化壁に対し粒滴となって衝突する液体燃料を効果的に気化させることができ、気化壁を加熱するヒータを旋回燃焼中はＯＦＦにすることにより加熱作動のための電力等のエネルギーを省エネルギー化することができることになる。加えて、筒状本体内に突出した円筒状部材の内部空間を利用して気化器を設置しているため、気化器を付設しても旋回燃焼装置の装置全体の大型化を回避してコンパクト化を図ることができるようになる。
【００２６】
請求項３、請求項７又は請求項８の旋回燃焼装置によれば、気化器を付設して液体燃料を適用したとしても請求項１の旋回燃焼装置による省エネルギー化及びコンパクト化を請求項１の旋回燃焼装置と同様に得ることができる上に、旋回流を形成するために噴出させる混合気に空気量不足がたとえ生じたとしても噴出口の構成部材に対する焼け発生を確実に回避することができる。すなわち、噴出口からの混合気を円筒状部材の外周壁部により形成される環状隙間に対し噴出してこの環状隙間内で予め旋回流を形成した上で、その旋回流を炎口から燃焼空間に対し間接的に吹き出させることができる。このため、上記混合気がたとえ空気量不足に陥って火炎の基部が炎口に近付いたとしても、炎口とは切り離された噴出口がその火炎により炙られることはなく、上記噴出口の構成部材の赤熱化による焼けの発生を回避することができる。しかも、火炎の基部が上記炎口に着地したとしても噴出口までは及ばないため、火炎の振れに伴う燃焼振動騒音の発生も抑制されるという効果も併せて得ることができる。
【００２７】
請求項４〜請求項８のいずれかの旋回燃焼装置によれば、気化器を付設して液体燃料を適用したとしても請求項１の旋回燃焼装置による省エネルギー化及びコンパクト化を請求項１の旋回燃焼装置と同様に得ることができる上に、炎口に形成される燃焼火炎による加熱によって旋回火炎からの伝熱と合わせて気化壁の加熱を請求項１の旋回燃焼装置の場合よりも一層促進させることができる。このため、円筒状部材の内部空間において気化器による液体燃料の気化をヒータによる加熱作動なしに請求項１の旋回燃焼装置の場合よりも一層確実に行うことができ、省エネルギー化をより一層確実に得ることができるようになる。
【００２８】
特に請求項５によれば、上記気化壁を加熱するための上記炎口からの燃焼火炎を形成する上で、その炎口に対する混合気の供給を具体的に実現させることができ、また、請求項６によれば、気化壁を加熱するための炎口を利用して、濃淡燃焼を上記旋回燃焼装置で実現させることができる。この場合、上記炎口に形成される濃火炎から発生した未燃成分を希薄混合気の旋回流に対し供給して旋回火炎を安定的に燃焼させることができ、旋回燃焼による高い空間発熱率により実現される装置全体のコンパクト化の実現や、さらには気化器を付設して液体燃料を適用する場合の装置全体のコンパクト化を実現しつつ、希薄混合気の燃焼によるＮＯｘ排出量の低減化や高いＴＤＲ（Ｔｕｒｎ  Ｄｏｗｎ  Ｒａｔｉｏ：ターンダウン比又は絞り比）の実現を図ることができる。
【００２９】
また、請求項７によれば、燃焼空間における旋回火炎の形成に対し支障を与えることなく、その旋回火炎からの伝熱をより一層効果的に受けて増大させることができる。
【００３０】
さらに、請求項８によれば、斜向羽根により混合気を確実に所定の方向に向けて噴出させることができる上に、周方向各位置から均等に噴出させることができ、これにより、より均一な旋回流を形成することができる。特に、環状隙間に対し混合気を噴出させる場合には、その環状隙間において旋回流を効果的にかつ確実に形成することができ、炎口から燃焼空間に吹き出される旋回流をより均一にして燃焼空間により均一な旋回火炎を形成することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る旋回燃焼装置の縦断面説明図を示す。２は先端（同図の上端）が開口され基端（同図の下端）側が閉塞された円筒内面を有する筒状本体、３はこの筒状本体２の基端部側位置の中心部に設置され外周側に環状隙間４を残して筒状本体２の先端開口２１側に向けて突出された円筒状部材、５は上記環状隙間４を挟んで円筒状部材３の外周壁部３１と相対向するよう外周側位置に配設された混合気噴出部、６は上記円筒状部材３の頂壁部３２から筒状本体２の先端開口２１までにかけて筒状本体２の内周面２２により区画された燃焼空間、７は上記円筒状部材３の内部空間３３に配設された気化器、８は上記円筒状部材３の内部空間３３に連通接続されて混合気生成用空気を供給する空気供給通路である。
【００３３】
上記円筒状部材３は気化器７の一部を構成するものであり、高熱に耐え得るように例えば肉厚のアルミダイキャストにより外周壁部３１及び頂壁部３２が形成されており、これらの壁部３１，３２が気化壁を構成し、内部空間３３が気化室を構成する。そして、例えば上記外周壁部３１に対し通電により発熱する発熱体からなるヒータ３４が添着もしくは埋め込み等により内蔵されている。上記円筒状部材３はその外周壁部３１と頂壁部３２との角により構成される先端が、上記混合気噴出部５よりも筒状本体２の先端開口２１側に位置付けられ、上記混合噴出部５の後述の各噴出口５２２の少なくとも全体を覆うようにされている。そして、上記外周壁部３１の外周面と、混合気噴出部５の内周側との間に所定幅の無端ドーナッツ環状で周方向に連続した環状隙間４が区画形成され、円筒状部材３の上記先端と筒状本体２の内周面との間の環状開口により炎口９が形成されている。上記環状隙間４は上記炎口９により燃焼空間６と連通されている。
【００３４】
上記炎口９の開口面積は混合気の炎口９からの噴出速度として逆火を生じない程度のものに確保され、たとえ空気量が不足したとしても逆火を生じないように設定されている。この開口面積は、広すぎると逆火が生じ易くなる一方、狭すぎると速度が高くなりすぎて騒音発生を招くことになる関係にあり、混合気の炎口９からの供給流量や噴出速度等の各種パラメータにより理論的に決定してもよいが、現実には実験により空気量を変化させて逆火を生じない範囲で最適な開口面積を決定するようにすればよい。
【００３５】
上記混合気噴出部５は、外周側にドーナッツ環状に区画形成された混合気（図１及び図２の点線の矢印参照）の混合気供給通路５１と、この混合気供給通路５１の内周側に混合気供給通路５１と連通状態で配設されて混合気の噴出方向を所定方向に方向付けるドーナッツ環状の配向体５２とを備えて構成されている。上記混合気供給通路５１は上記外周壁部３１の内周面に沿ったドーナッツ環状の連通開口５１１により内部空間３３と連通され、この連通開口５１１から上記配向体５２の下側を通って配向体５２の外周側まで延ばされている。そして、後述の如く上記外周壁部３１の内周面において生成された気化燃料が上記連通開口５１１から混合気供給通路５１を通して搬送される間に空気供給通路８のスリット８１，８１，…から供給される空気と混合されて所定の空気比の混合気とされ、この混合気が上記配向体５２の後述の斜向羽根５２１，５２１間のスリット内に流れ込むようになっている。
【００３６】
一方、上記配向体５２は図２に示すように多数の斜向羽根５２１，５２１，…が所定の向きに全周に亘り所定間隔毎に固定されて形成されており、周方向に隣接する両斜向羽根５２１，５２１の内周側両端縁間の開口により噴出口５２２，５２２，…が構成されている。各斜向羽根５２１は、上記各噴出口５２２から噴出した混合気を上記環状隙間４内を周方向に旋回させるように、その向きが設定されている。この向きとしては、上記混合気が筒状本体２の中心軸Ｘを中心とする放射方向に対し少なくとも交差する方向に噴出されれば旋回流となるが、好ましくはほぼ接線方向であって接線方向よりも僅かに内向きとすればよい。
【００３７】
上記気化器７は上記の壁部（気化壁）３１，３２、内部空間（気化室）３３やヒータ３４の他に、上記内部空間３３に配設された気化用回転羽根７１と、この回転羽根７１に面して開口し液体燃料（例えば灯油；図１の黒塗りの矢印参照））が供給される燃料供給管７２と、上記筒状本体２の中心軸Ｘに沿って延び上記回転羽根７１に連結された回転シャフト７３と、この回転シャフト７３を軸回りに回転作動させるモータ７４とを備えている。上記燃料供給管７２により供給される液体燃料が回転羽根７１に当たって外周側に振り飛ばされ、振り飛ばれされた液滴が上記ヒータ３４や後述の伝熱により高温（例えば２５０℃）に加熱された上記外周壁部３１等の気化壁の内周面に衝突する際に気化して気化燃料が生成されるようになっている。この気化燃料の生成の際にも上記空気供給通路８から空気の供給を受け、この空気との混合により、やや燃料濃度の高い混合気とされる。
【００３８】
上記空気供給通路８は、上記円筒状部材３の内部空間３３の中心領域に向けて突出する供給筒８２と、この供給筒８２の基端位置から連続して外周側に拡がり上記混合気供給通路５１を区画形成する仕切部材８３と、空気の導入口８４の近傍位置に配置され上記モータ７４により回転羽根７１の回転作動と同期して回転作動されるファン１０とを備えている。そして、ファン１０の作動により導入口８４から空気（図１の白抜きの矢印及び実線の矢印参照）を吸い込み、この空気を上記供給筒８２を通して上記内部空間３３に供給する一方、上記仕切部材８３に形成された上述のスリット８１，８１，…を通して混合気供給通路５１内にも供給するようになっている。
【００３９】
以上の構造の旋回燃焼装置の場合、燃料供給管７２により供給された液体燃料がモータ７４により回転作動された回転羽根７１に当たって振り飛ばされ外周壁部３１の内周面に当たって気化される。この際、空気供給通路８の供給筒８２を通して内部空間３３に空気が供給され、この空気が上記の気化した燃料に混合されて濃混合気が生成される。この濃混合気が環状開口５１１から混合気供給通路５１を通過する際に各スリット８１からの空気と混合されて所定の希薄な混合気とされ、この混合気が配向体５２の斜向羽根５２１，５２１間のスリットに流れ込んで各噴出口５２２から環状隙間４内に噴出される。噴出された混合気は旋回流となって螺旋状に炎口９側に流動し、炎口９から旋回流状態で燃焼空間６に吹き出される。吹き出された混合気が燃焼空間６の内周面２２に沿って旋回しつつ旋回火炎Ｆとなって燃焼され、先端開口２１から拡散し、加熱対象に対し高熱の燃焼ガスが放出される。この燃焼作動の際及び燃焼作動の初期においてはヒータ３４をＯＮにして通電により外周壁部３１等を所定の高温度（例えば２５０℃）まで加熱しておくものの、上記の旋回火炎Ｆが形成されてこの旋回火炎Ｆにより加熱された円筒状部材３の頂壁部３２からの伝熱により外周壁部３１が所定温度まで加熱されれば、以後は上記ヒータ３４をＯＦＦにする。
【００４０】
この旋回燃焼装置においては、気化器７が内部に配設された円筒状部材３が筒状本体２の基端側から先端開口２１に向けて突出するように配設されているため、気化器７を付設して液体燃料を気化して生成した混合気をダイレクトに燃焼に利用するようにしたとしても装置全体のコンパクト化を図ることができる。しかも、上記旋回火炎Ｆの熱により上記壁部３１，３２を加熱してヒータ３４の代わりの気化熱源としているため、ヒータ３４の作動電力エネルギーの省エネルギー化を図ることができる。その上に、混合気を燃焼空間６に対し直接に噴出して旋回流を形成するのではなくて、燃焼空間６の前段階である環状隙間４において混合気の旋回流を予め形成し、この旋回流状態の混合気を燃焼空間６に吹き出させるようにしているため、たとえ混合気の空気量が不足して混合気による旋回火炎の基部が炎口９に近付いても各噴出口５２２を構成する斜向羽根５２１の内端縁がその火炎により炙られることはなく、焼けの発生を確実に回避することができる。併せて、各噴出口５２２に上記火炎の基部が着地することを確実に回避し得るため、火炎の振れ等に伴う燃焼振動音による燃焼騒音の発生をも回避することができる。
【００４１】
＜第２実施形態＞
図３は第２実施形態の旋回燃焼装置の外観図を、図４はその縦断面説明図をそれぞれ示す。この第２実施形態は円筒状部材３ａの燃焼空間６側の先端部分に先端開口２１に向けて突出してその断面形状が小さくなる形状の先端壁部３２ａを備えるようにしたものである。この点を除き他の構成要素は第１実施形態と同じである。このため、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４２】
上記円筒状部材３ａの先端壁部３２ａは外周壁部３１の先端位置から斜めにすぼまる円錐形状とされて、旋回火炎Ｆの中心側位置に位置するように突出されている。
【００４３】
この第２実施形態の場合には、上記先端壁部３２ａが旋回火炎Ｆの中心側に対し第１実施形態の場合よりも突出しているため、旋回火炎Ｆの熱を第１実施形態の扁平な頂壁部３２よりも受け易くなり、旋回火炎Ｆからの伝熱度合をより増大させることができる。この結果、気化壁を構成する外周壁部３１や先端壁部３２ａが、旋回火炎Ｆの形成後、より迅速にかつより安定的に所定温度まで加熱され、ヒータ３４のＯＮにより初期加熱を行ったとしてもより早期にＯＦＦにすることができるようになる。これにより、第１実施形態の場合よりも高い省エネルギー化を図ることができるようになる。しかも、上記先端壁部３２ａの突出は旋回火炎Ｆの中心側であって旋回火炎Ｆの形成により負圧傾向となる領域であるため、上記先端壁部３２ａが存在しても旋回火炎Ｆの安定形成に寄与することはあってもその旋回火炎Ｆの形成に支障を与えることはなく、上記のより増大した伝熱効果を得ることができる。
【００４４】
このような作用・効果を得ることができる先端壁部形状として、上記の円錐形状の先端壁部３２ａの他に種々のものを採用することができる。すなわち、図５（ａ）に例示するように円筒形状ではあっても外周壁部３１よりも小径にした先端壁部３２ｂや、図５（ｂ）に例示するように基端側を外周壁部３１よりも小径にしたドーム形状の先端壁部３２ｃを採用してもよく、これらの場合にも上記の第２実施形態による作用・効果を得ることができる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
図６は第３実施形態の旋回燃焼装置を示すものである。この第３実施形態は、内部に気化器７を配設する円筒状部材として内筒部材３ｄと外筒部材３ｅとの内外二重筒により構成したものである。従って、環状隙間４は上記外筒部材３ｅの外周壁部３１ｅにより区画され、気化室を構成する内部空間３３は内筒部材３ｄにより区画されている。なお、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４６】
上記内筒部材３ｄは、図７にも示すように連通孔３１１，３１１，…が貫通形成された外周壁部３１ｄと、頂壁部３２ｄとを備え、燃焼空間６側の先端面が閉塞されている。これに対し、上記外筒部材３ｅは、外周壁部３１ｅと頂壁部３２ｅとを備え、頂壁部３２ｅには中心寄り位置が開放されて開口３２２が形成されている。
【００４７】
そして、上記内筒部材３ｄと外筒部材３ｅとは、径方向にも中心軸Ｘ方向にも間に所定の隙間が形成されるように互いに離して組み合わされ、両者間に濃混合気供給通路１１が区画形成されている。この濃混合気供給通路１１は上流側が上記各連通孔３１１を通して気化室を構成する内部空間と連通され、下流側が上記開口３２２と頂壁部３２ｄとの間の加熱用炎口としての濃炎口１２を通して燃焼空間６と連通されている。
【００４８】
上記開口３２２位置の両頂壁部３２ｄ，３２ｅ間には区画部材３５，３５，…が周方向に所定間隔毎に全周に亘り設けられ、周方向に隣接する両区画部材３５，３５間に濃炎口１２がそれぞれ区画形成されるようになっている。
【００４９】
この第３実施形態の場合、ヒータ３４をＯＮにして頂壁部３２ｄや外周壁部３１ｄを所定温度まで加熱した状態で回転羽根７１を回転作動させて燃料供給管７２からの液体燃料を気化させる。気化した気化燃料は空気供給通路８の供給筒８２からの空気と混合されて濃混合気となり、この濃混合気が混合気供給通路５１に供給される一方、各連通孔３１１及び濃混合気供給通路１１を通して濃炎口１２に供給される。そして、この濃炎口１２には濃混合気を燃焼させた濃火炎が形成される一方、上記混合気供給通路５１に供給された濃混合気は空気供給通路８の各スリット８１から供給される空気がさらに混合されて希薄混合気となり、この希薄混合気が配向体５２を通して環状隙間４内に噴出されて旋回流を形成する。この環状隙間４内の希薄混合気は炎口（淡炎口）９から燃焼空間６に対し旋回流となって吹き出され、吹き出された希薄混合気は燃焼空間６において上記濃火炎から生じた未燃成分と混合されつつ旋回火炎Ｆとなって燃焼されて先端開口２１から拡散する。
【００５０】
そして、上記濃炎口１２での濃火炎の形成により、この濃火炎の熱を受けて内筒部材３ｄの頂部壁部３２ｄが加熱され、外周壁部３１ｄに伝熱されて両壁部３２ｄ，３１ｄが所定温度まで加熱されれば、上記ヒータ３４をＯＦＦにして、以後は上記濃火炎の熱からの伝熱を気化熱源にして液体燃料の気化が行われる。つまり、内部空間３３で生成された濃混合気を利用して濃火炎を形成することにより、その濃火炎の熱を気化熱源とすることができ、このような第３実施形態によっても省エネルギー化の効果を得ることができる。
【００５１】
しかも、濃淡燃焼及び旋回燃焼が共に実現されて低ＮＯｘ化を実現することができる上に、濃淡燃焼による旋回火炎Ｆの安定化及び旋回燃焼によるコンパクト化をも実現させることができる。
【００５２】
ここで、上記の濃混合気と希薄混合気とについて説明すると、濃混合気とは空気濃度が理論燃焼空気量よりも低く燃料濃度の高い混合気であり、希薄混合気とは空気濃度が理論燃焼空気量よりも高く燃料濃度の低い混合気のことである。上記の空気濃度が理論燃焼空気量よりも低いとは、空気過剰率が１．０未満であることであり、上記濃混合気としては完全燃焼に必要な理論燃焼空気量よりも不足した空気量を含む過濃混合気に加え、空気を全く含まない燃料ガス（気体燃料又は液体燃料を気化させた気化燃料）そのものを使用するようにしてもよい。
【００５３】
一例を示すと、希薄混合気としては燃料量が全体の５〜９割、好ましくは７〜９割であって、空気過剰率（ｍ値）が１．０〜２．０、好ましくは１．２〜１．６の範囲のものを用いればよい。また、濃混合気としては燃料量が全体の１〜５割、好ましくは１〜３割であって、空気過剰率が０．３〜１．０未満、好ましくは０．３〜０．７の範囲のものを用いればよい。このような希薄混合気及び濃混合気は、空気供給通路８の供給筒８２から内部空間３３に供給される空気量、及び、各スリット８１から混合気供給通路５１に供給される空気量をそれぞれ所定のものに設定することにより、得ることができる。
【００５４】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、第１〜第３実施形態では混合気噴出部５を円筒状部材３，３ａ，３ｅと相対向する範囲に形成するようにしているが、これに限らず、上記混合気噴出部を筒状本体２の基端位置から先端開口２１近傍までの範囲に形成し、混合気噴出部からの混合気を燃焼空間６に対し直接に噴出させて旋回火炎を形成するようにしてもよい。この場合には、円筒状部材３，３ａ，３ｅをより小径化して中心軸Ｘに沿った中心領域において突出する形状にすることが好ましい。つまり、旋回火炎のより中心領域に突出するようにする。
【００５５】
上記第３実施形態では、内部空間３３で生成したての濃混合気を燃焼させた濃火炎の熱を気化熱源として利用しているため、結果として、希薄混合気と濃混合気との２種類の混合気により濃淡燃焼させるようにしているが、これに限らず、各噴出口５２２から噴出される混合気と同じ濃度の混合気を燃焼させて気化熱源として利ようするようにしてもよい。
【００５６】
斜向羽根５２１として図例では僅かに湾曲させた板形状のものを示したが、これに限らず、例えば平面板又は折り曲げた板のいずれによって形成してもよい。また、上記実施形態では噴出口５２２を形成するために多数の斜向羽根５２１，５２１，…を有する配向体５２を用いたが、これに限らず、環状隙間４内に向けて所定方向（例えば略接線方）に開口する少なくとも１つのスリットを形成し、このスリットにより噴出口を構成するようにしてもよい。
【００５７】
上記燃焼空間６内の旋回火炎はその先端開口２１から出ると拡散して拡がるが、本旋回燃焼装置による加熱対象との兼ね合いによっては、上記拡散による拡がりを抑制した方がよい場合もある。この場合には、例えば筒状本体２の先端開口２１を構成する開口縁の端面から下流方向に空気を吹き出して円筒状のエアーカーテンを形成するようにすればよい。このエアーカーテンによって上記先端開口２１から出た旋回火炎が燃焼空間６の内断面よりも外方に拡がるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面説明図である。
【図２】図１の実施形態の混合気噴出部位置での一部省略横断面説明図である。
【図３】第２実施形態の外観図である。
【図４】第２実施形態の図１対応図である。
【図５】第２実施形態の円筒状部材の他の形態を示す断面説明図であり、図５（ａ）は円筒形状のものを、図５（ｂ）はドーム形状のものをそれぞれ示す。
【図６】第３実施形態の図１対応図である。
【図７】第３実施形態の円筒状部材の一部切欠状態の部分斜視図である。
【図８】課題を説明するための旋回燃焼装置の例を示す図１対応図である。
【符号の説明】
２              筒状本体
３，３ａ〜３ｃ  円筒状部材
３ｄ            内筒部材（円筒状部材）
３ｅ            外筒部材（円筒状部材）
４              環状隙間
６              燃焼空間
７              気化器
８              空気供給通路
９              炎口
１２            濃炎口（加熱用炎口）
２１            先端開口（筒状本体の先端開口）
２２            内周面（筒状本体の内周面）
３１，３１ｄ    外周壁部（壁部、気化壁）
３２，３２ｄ    頂壁部（壁部、気化壁）
３２ａ〜３２ｃ  先端壁部（壁部、気化壁）
３３            円筒状部材の内部空間
５１            混合気供給通路（希薄混合気供給通路）
７１            気化用回転羽根
５２１          斜向羽根
５２２          噴出口
Ｆ              旋回火炎
Ｘ              中心軸
【図１】
2004150722.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004150722.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004150722.tif 000009
【図８】
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