(57)【要約】【課題】気化筒内に送られる一次空気の供給量と、気化筒回りに送られる二次空気の供給量のバランスを良好に維持し、低ＮＯｘ化の実現に寄与すること。【解決手段】気化筒３９と飛散リング４０との間の隙間から燃焼室１１に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒３９を加熱することで当該気化筒内に供給される液体燃料を気化し、当該気化した燃料を燃焼盤１６の外周から燃焼室１１内に噴出させて気化燃焼を行う液体燃料燃焼装置であり、燃焼室１１の下部に形成された空気室１３Ａ内に隔壁６８を設けて一次空気室７０と二次空気室７１が形成されている。送風機１４からの空気は、各空気室７０，７１を通って気化筒３９と送気管４９に分配される。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底のケース内に配置されて当該ケースの底部側に空気室を形成する一方、上部に燃焼室を形成する燃焼盤と、前記燃焼室内に回転可能に配置されて前記空気室側に開放する気化筒と、この気化筒内に位置して前記空気室から空気を気化筒内に導入する第１の送気通路と、前記気化筒の下部に位置して液体燃料を燃焼室内に飛散させる飛散リングと、前記気化筒の外側で前記空気室と燃焼室とを連通する第２の送気通路と、前記空気室に空気を供給する送風機とを備え、前記気化筒と飛散リングとの間の隙間から燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内に供給される液体燃料を気化し、当該気化した燃料を気化筒内に供給された空気と混合し、当該混合気を前記燃焼盤に形成された炎孔から燃焼室内に噴出させて気化燃焼を行う液体燃料燃焼装置において、
前記空気室に隔壁を設けて前記第１の送気通路に連通する一次空気室と、前記第２の送気通路に連通する二次空気室とに区分し、
前記送風機から前記一次空気室と二次空気室に供給される空気の少なくとも一方はダンパーにより供給量が調整されることを特徴とする液体燃料燃焼装置。
【請求項２】
前記一次空気室と二次空気室に供給される空気の双方は、これら各空気室に対応するダンパーを介して供給量が調整され、各ダンパーは、共通軸を介して回転可能に設けられた開閉板により構成されるとともに、前記共通軸は、単一のモータにより回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体燃料燃焼装置に係り、更に詳しくは、気化筒内に供給されて気化した燃料と予混合される一次空気の供給量と、気化筒回りに供給されて炎孔からの炎の燃焼用空気と気化筒を冷却する役割を兼ねる二次空気の供給量とのバランスを良好に保つことのできる液体燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯機等に用いられる液体燃料燃焼装置としては、例えば、実公平１−４１０２２号公報に開示された液体燃料燃焼装置が知られている。この液体燃料燃焼装置は、灯油等の燃料が燃焼する燃焼室を内部に形成する燃焼盤と、この燃焼盤内の略中央に設けられた気化筒と、この気化筒の下部に設けられて液体燃料を燃焼室内に飛散させる飛散リングと、気化筒の下方に配置されて当該気化筒内に空気を供給する送風機と、この送風機のファンと前記気化筒とを共通の回転軸を介して回転させるモータとを備えている。
【０００３】
前記液体燃料燃焼装置は、気化筒の回転によって当該気化筒と飛散リングの間の隙間から燃焼室内に液体燃料が飛散され、当該液体燃料を着火することで噴霧燃焼が行われ、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することにより当該気化筒内の液体燃料を気化し、当該気化した燃料を前記送風機から気化筒内に供給された空気と混合して当該混合気を燃焼盤に形成された炎孔から前記燃焼盤内に噴出させることで気化燃焼を行うようになっている。
【０００４】
しかしながら、前記液体燃料燃焼装置にあっては、気化筒及びファンを単一のモータで回転させる構成となっているため、送風機を気化筒の下方に配置せざるを得ず、これが、装置の高さ寸法を大きくする要因となる。
【０００５】
そこで、本出願人は、送風機のファンと、気化筒を回転させるためのモータとを個々に独立させた液体燃料燃焼装置を提案した（特願２００１−２８１８５６号参照）。これによれば、液体燃料燃焼装置の高さ寸法を短縮することができる他、気化筒の回転数と、送風機のファン回転数とを独自に制御することも可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記既提案の装置にあっては、送風機のファンが回転することによって供給される空気は、空気室に送られた後に、当該空気室を経て気化筒と送気通路に分配される構成となっており、気化筒に供給されて気化した燃料と予混合される一次空気と、気化筒回りの送気通路を経て燃焼室に供給される二次空気とに分配されても、この分配比は、気化筒内に位置する送風筒の径や、送気通路の直径及び数等によって決定されるものであるため、燃焼量の大小に拘わらず略一定となる。従って、気化筒回りに流れる二次空気の割合は一定となる、この場合、気化筒が炎から受ける熱量も燃焼量と同じ割合で推移すればよいが、特に、小燃焼時には、二次空気が少なめになって気化筒が過加熱側に偏る一方、大燃焼時には、二次空気が過剰気味となって気化筒への熱が足りない傾向となる。このように、燃焼条件の変動によって気化筒での熱の授受バランスが崩れると、気化能力不足となって燃焼不良という都合をもたらすこととなる。また、低ＮＯｘ化、及び機器のコンパクト化につながる短炎化のために、大燃焼時に一次空気の比を高くしたいという要請もある。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、燃焼量の変化に応じて気化筒内に送られる一次空気の供給量と、気化筒回りに送られる二次空気の供給量のバランスを良好に維持し、且つ、低ＮＯｘ化も実現することのできる液体燃料燃焼装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、一次空気と二次空気の各供給量を、微細に調整することのできる液体燃料燃焼装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、有底のケース内に配置されて当該ケースの底部側に空気室を形成する一方、上部に燃焼室を形成する燃焼盤と、前記燃焼室内に回転可能に配置されて前記空気室側に開放する気化筒と、この気化筒内に位置して前記空気室から空気を気化筒内に導入する第１の送気通路と、前記気化筒の下部に位置して液体燃料を燃焼室内に飛散させる飛散リングと、前記気化筒の外側で前記空気室と燃焼室とを連通する第２の送気通路と、前記空気室に空気を供給する送風機とを備え、前記気化筒と飛散リングとの間の隙間から燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内に供給される液体燃料を気化し、当該気化した燃料を気化筒内に供給された空気と混合し、当該混合気を前記燃焼盤に形成された炎孔から燃焼室内に噴出させて気化燃焼を行う液体燃料燃焼装置において、
前記空気室に隔壁を設けて前記第１の送気通路に連通する一次空気室と、前記第２の送気通路に連通する二次空気室とに区分し、
前記送風機から前記一次空気室と二次空気室に供給される空気の少なくとも一方はダンパーにより供給量が調整される、という構成を採っている。このような構成とすることで、送風機から送られる空気が一次、二次の各空気室に分配されることになり、従来タイプの装置に比べて燃焼量に応じた供給バランスを良好に保つことが可能となる。特に、ダンパーの開度を調整することによって、一次空気室と二次空気室に供給される空気の相対バランスを調整することが可能となる。すなわち、小燃焼時に、二次空気室への空気供給量を多めに確保する一方、大燃焼時に一次空気室への空気供給量を多めにすることができ、これによって、低ＮＯｘ化を達成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
また、前記一次空気室と二次空気室に供給される空気の双方は、これら各空気室に対応するダンパーを介して供給空気量が調整され、各ダンパーは、共通軸を介して回転可能に設けられた開閉板により構成されるとともに、前記共通軸は、単一のモータにより回転可能に設けられる、という構成も採用することができる。このような構成では、前述した空気の相対バランス調整はもとより、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００１１】
なお、本明細書において、「噴霧燃焼」とは、液体燃料を着火することによって行われる燃焼を意味し、「気化燃焼」とは、気化した液体燃焼を空気と混合することにより得られる混合気を着火することによって行われる燃焼を意味する。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１には、本実施例に係る液体燃料燃焼装置としてのバーナーの概略平面図が示され、図２には、図１に対して部品を一部取り外した状態のバーナーの概略平面図が示されている。また、図３には、図１のＸ−Ｘ線矢視概略端面図が示されている。これらの図において、バーナー１０は、平面視で略正方形となる燃焼室１１を含む上部構成体１２と、この上部構成体１２を下方から支持するとともに、上部が開放する有底容器状をなすケース１３（図３参照）と、このケース１３内の空気室１３Ａに空気を供給する送風機１４とを備えて構成されている。
【００１４】
前記上部構成体１２は、図３に示されるように、外側に位置する有底略角筒状の燃焼室外筒１５と、この燃焼室外筒１５の内側に設けられて前記ケース１３の底部側に空気室１３Ａを形成する有底略角筒状の燃焼盤１６と、当該燃焼盤１６の内側略中央に位置するとともに、灯油等の液体燃料を気化して空気との混合気を形成する混合気形成手段１８と、当該混合気形成手段１８の下部側に設けられるとともに、燃焼室１１内に空気室１３Ａからの空気を導入する空気導入部１９とを備えて構成されている。なお、本実施例では、燃焼盤１６の上部、すなわち、混合気形成手段１８との間に形成される空間が前記燃焼室１１となっている。
【００１５】
前記燃焼室外筒１５は、平面視で略正方形の外形を有する底壁１５Ａと、この底壁１５Ａの外周から上方に起立する四辺の側壁１５Ｂとからなる。底壁１５Ａには、略中央領域に第１中央貫通穴２１が形成されているとともに、この第１中央貫通穴２１の周方向に沿う複数箇所、本実施例では、送風機１４側を除き、周方向略９０度間隔を隔てた三箇所に第１中央貫通穴２１よりも小径の第１外側貫通穴２２が形成されている。
【００１６】
前記燃焼盤１６は、燃焼室外筒１５の内方に隙間を隔てて配置されており、当該隙間によって前記混合気形成手段１８で形成された混合気を通過させるガス室２４が形成されている。また、燃焼盤１６は、平面視で略正方形の外形を有する底壁１６Ａと、この底壁１６Ａの外周から上方に起立する四辺の側壁１６Ｂとにより構成されている。底壁１６Ａの中央部には、前記第１中央貫通穴２１と第１外側貫通穴２２の各上方に第２中央貫通穴２６と第２外側貫通穴２７がそれぞれ形成されている。また、側壁１６Ｂには、前記ガス室２４からの混合気を燃焼室１１内に噴出可能とする多数の炎孔２９が形成されているとともに、当該側壁１６Ｂの上部に筒状部材３３が設けられている。この筒状部材３３は、内外二重壁構造とされ、その間がエアチャンバ３５として構成されている。このエアチャンバ３５は、図３に示されるように、送風機１４からの一部の空気を三次空気としてバイパスさせる連通管３４の一端（上端）が連通されており、エアチャンバ３５の上部に形成された送気孔３７から空気を上方に噴出することで、筒状部材３３の上方に設けられる図示しない熱交換体の壁面の結露等を防止するようになっている。
【００１７】
前記混合気形成手段１８は、図３に示されるように、下部が空気室１３Ａ側に開放する釣鐘型の気化筒３９と、この気化筒３９の下端との間に微細な隙間Ｓ１を隔てて配置される飛散リング４０と、前記第１中央貫通穴２１の形成縁領域に支持されるとともに、上端側が気化筒３９側に開放する一方、下端側が空気室１３Ａ側に開放して空気室１３Ａからの空気を燃焼用の一次空気として気化筒３９内に導入する第１の送気通路としての略円筒状の送風筒４１と、この送風筒４１の上方に位置する燃料拡散体４２と、この燃焼拡散体４２に液体燃料を供給する燃料供給管４４とにより構成されている。
【００１８】
前記燃料拡散体４２は、上下両側が開放する略円筒状の側部４２Ａと、この側部４２Ａの上端に連なる外向きのフランジ部４２Ｂと、側部４２Ａの下端側に連なるとともに、反転フック状に設けられて燃料供給管４４からの液体燃料を受け取り可能な受け部４２Ｃと、フランジ部４２Ｂの上面側に微小な隙間Ｓ２を隔てて固定される頂部４２Ｄとからなる。気化筒３９及び燃料拡散体４２は、その中央部に位置する共通の回転軸４６によって支持されており、当該回転軸４６を出力軸とするモータＭ１の駆動によって一体回転可能に設けられている。この際、燃料拡散体４２の受け部４２Ｃに供給された液体燃料は、回転に伴う遠心力によって、前記隙間Ｓ２から気化筒３９の内壁３９Ｂ上部に向かって噴出するようになっている。
【００１９】
前記燃焼室１１内に空気を送り込むための空気導入部１９は、前記第１及び第２外側貫通穴２２，２７間を連結する第２の送気通路としての筒状の送気管４９と、この送気管４９の上端開放側と飛散リング４０との間に設けられて当該飛散リング４０との間に送気間隙Ｐを形成可能な送気案内リング５０とにより構成されている。空気導入部１９は、空気室１３Ａを通過した空気を二次空気として送気管４９を経て送気間隙Ｐから燃焼室１１内に供給可能となっている。
【００２０】
前記送気案内リング５０は、燃焼盤１６の底壁１６Ａにねじ５１（図２参照）等によって固定される断面略クランク形のベース部材５２と、このベース部材５２の上端側に設けられて前記飛散リング４０との間に送気間隙ｐを形成するための断面略Ｌ字形の起立部材５３とからなる。
【００２１】
前記送風機１４は、モータＭ２の駆動によってファンＦが回転して、前記空気室１３Ａに空気を供給できるようになっている。この送風機１４は、図４に示されるように、前記ケース１３の空気室１３Ａに連なる中空の角形ブロック部６０を備えて構成されている。ブロック部６０の内部には、仕切壁６１，６２が形成され、これら仕切壁６１，６２により、中央部に一次空気路６３が形成されているとともに、この一次空気路６３を挟む両側に二次空気路６４及び三次空気路６５が形成されている。ここで、ケース１３内の空気室１３には、図２中点線で示されるように、気化筒３９の下部領域及び送風機１４側領域と、三つの送気管４９の下部領域及び空気室１３Ａの外側領域とを二つの領域に仕切るための隔壁６８が形成されている。この隔壁６８は燃焼室外筒１５の底壁１５Ａの下面に達する高さに設けられ、当該隔壁６８によって、前記送風筒４１と一次空気路６３とを連通させる一次空気室７０と、前記気化筒３９回りの送気管４９と二次空気路６４とを連通させる二次空気室７１が形成されている。なお、図２中点線で示されるように、ケース１３の底壁１３Ｂにはドレン抜き穴７２が形成され、当該ドレン抜き穴７２を通じて図示しないドレンタンクにドレンが回収できるようになっている。このドレン抜き穴７２は、一次空気室７０と二次空気室７１とを跨ぐ大きさを備え、これにより、一個のドレン抜き穴７２としても、一次及び二次空気室７０，７１内にそれぞれ滴下したドレンが回収可能となる。本実施例におけるドレン抜き穴７２は丸穴であるが、一次空気室７０と二次空気室７１とを跨ぐ大きさであれば形状はどのようにしてもよい。
【００２２】
図４に示されるように、前記一次空気路６３と三次空気路６５内には、平面形状が略方形をなすダンパーとしての開閉板７３，７４がそれぞれ配置されている。これら開閉板７３，７４は、板面内を貫通して共通軸をなす一本の回転軸７５に支持されている。回転軸７５は、一次ないし三次空気路６３〜６５を横断する方向に延び、その一端側がブロック部６０の外側に設けられたモータＭ３に連結されて回転可能となっている。なお、開閉板７３，７４は、それぞれ対応する一次空気路６３、三次空気路６５の開口面積よりも小さく設けられており、板面が略鉛直姿勢となったときでも、一次空気路６３，三次空気路６５の内周面との間に一定の隙間が形成され、最小限の空気流通がなされるようになっている。また、特に限定されるものではないが、本実施例では、一次空気路６３内の開閉板７３が略鉛直姿勢となったときに、三次空気路６５内の開閉板７４が略水平向きとなるように設定されている。
【００２３】
また、図５に示されるように、二次空気路６４内にもダンパーとしての開閉板７６を設けることができる。この際、開閉板７６は、二次空気路６４の開口面積よりも小さく設けられ、略鉛直姿勢となった場合でも、二次空気路６４の内周面との間に形成される隙間を通じて最小限の空気流通が可能とされている。この実施例では、開閉板７３，７６が略同一平面に位置するように設定し、開閉板７３の一次空気路６３の開口に対する面積比率と、開閉板７６の二次空気路６４の開口に対する面積比率を異なるように設定し、燃焼量に応じて一次空気と二次空気の供給割合が変化するように設けられている。なお、ブロック部６０は、アルミダイキャストによって成形されるため、各空気路６３，６４，６５の内周面に適宜な切削加工を行って高精度加工することにより、流通する空気の量のばらつきを回避できるようになっている。
【００２４】
次に、前記バーナー１０の燃焼動作について説明する。
【００２５】
先ず、図示しないスイッチを投入すると、送風機１４とモータＭ１が同時に作動する。送風機１４が作動することにより、当該送風機１４から一次空気路６３、二次空気路６４を経て一次空気室７０、二次空気室７１に空気が供給され、また、三次空気路６５及び連通管３４を経て筒状部材３３のエアチャンバ３５に空気が供給される。一次空気室７０に送られた空気は、送風筒４１を通じて気化筒３９内に供給されて燃焼用空気として消費される一方、二次空気室７１に送られた空気は、送気管４９を通じて燃焼室１１内に供給され、一部が燃焼用空気として消費されつつ気化筒３９の冷却空気として利用されることとなる。また、前記エアチャンバ３５内に供給された空気は、送気孔３７から上方に噴出し、図示しない熱交換機の外周に沿う流れとなって結露等を防止することとなる。この際、ダンパを構成する開閉板７３，７４の開度をモータＭ３の駆動によって調整することで、各空気路６３〜６５を流れる空気の量が相対的に調整されることとなる。
【００２６】
気化筒３９は、モータＭ１が作動することにより、燃料拡散体４２と共に回転し、燃料供給管４４から燃料拡散体４２の受け部４２Ｃに灯油等の液体燃料が供給される。この液体燃料は、燃料拡散体４２の回転によって燃料拡散体４２に形成された微細な隙間Ｓ２から気化筒３９の内壁３９Ｂに向かって噴出され、更に、気化筒３９と飛散リング４０との間に形成された隙間Ｓ１から燃焼室１１内に飛散される。この飛散された液体燃料は、燃焼室１１内に延びるイグナイター等の点火装置（図示省略）の火花によって着火され、噴霧燃焼が開始する。
【００２７】
噴霧燃焼が開始されると、その燃焼熱によって気化筒３９が加熱され、気化筒３９の内壁３９Ｂに噴出された液体燃料が気化する。そして、当該気化した燃料は、気化筒３９の内部に供給された一次空気と混合して混合気となり、当該混合気がガス室２４を通って燃焼盤１６の各炎孔２９から燃焼室１１内に噴出され、既に発生している噴霧燃焼の火炎によって気化燃焼が行われる。
【００２８】
従って、このような実施例によれば、空気室１３Ａを一次空気室７０と二次空気室７１に区分するように隔壁６８を設け、且つ、各空気室７０，７１に供給される相対的な空気量が開閉板７３によって調整できる構成としたから、小燃焼時、大燃焼時のように、燃焼状態に応じた相対的な空気量の調整が可能となり、最適な空気比による燃焼を実現することができるという効果を得る。
【００２９】
なお、燃焼室１１内に二次空気を供給する送気管４９の数は、３つに限らず、増加、減少させることもでき、更に、送気管４９は、送風機１４から見た場合の上流側の送気管４９に対して下流側の送気管４９の内径を次第に大きくしてもよく、これにより、下流側の送気管４９から燃焼室１１内に供給される空気量の相対的な低下を回避することもできる。また、前記実施例では、平面視で略正方形状をなす燃焼室１１を備えたバーナー１０について説明したが、本発明はこれに限らず、その他の多角形状又は円筒形状若しくは楕円形状の燃焼室を備えたバーナーについても適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送風機から送られる空気が一次、二次の各空気室に分配され燃焼量に応じた供給バランスを良好に保つことが可能な液体燃料燃焼装置を提供することができる。
【００３１】
特に、ダンパーを設けた構成により、その開度を調整することによって、一次空気室と二次空気室に供給される空気の相対バランスを調整することが可能となり、小燃焼時における二次空気量を多めにしたり、大燃焼時における一次空気量を多めにする等の個別的な調整が行えるようになり、低ＮＯｘ化を達成することが可能となる。しかも、部品点数の削減を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るバーナーの概略平面図。
【図２】図１に対して気化筒及び飛散リングを外した状態のバーナーの概略平面図。
【図３】図１のＸ−Ｘ線矢視概略端面図。
【図４】送風機の下部形状を示す概略斜視図。
【図５】変形例を示す図４と同様の概略斜視図。
【符号の説明】
１０…バーナー（液体燃料燃焼装置）、１１…燃焼室、１６…燃焼盤、３９…気化筒、４０…飛散リング、４１…送風筒（第１の送気通路）４９…送気管（第２の送気通路）、６８…隔壁、７０…一次空気室、７１…二次空気室、７３，７４，７６…開閉板（ダンパー）７５…回転軸、Ｍ３…モータ
【図１】
2004205189.tif 000003
【図２】
2004205189.tif 000004
【図３】
2004205189.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004205189.tif 000007