(57)【要約】【課題】炎孔の開口面積を小さくしなくても、火炎のバック現象を防止することができる液体燃料燃焼装置を提供すること。【解決手段】液体燃料燃焼装置１０を構成する燃焼盤１５には、炎孔２９が多数形成され、当該炎孔２９には、燃焼盤１５の外側から炎孔の開口径よりも小さい網目３０Ａを備えたエキスパンドメタル３０が添設されている。このエキスパンドメタルは、アルミニウムを含むステンレス鋼に希土類金属を含ませた耐熱材料により構成され、金属泊に切れ目を形成した後に、引き延ばすことによって網目が０．２５ｍｍ２程度となる網状体に形成されている。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化器を加熱することにより当該気化器内の液体燃料を気化し、当該気化した液体燃料を空気に混合して混合気を炎孔から噴出させることにより、当該炎孔から火炎を発生させて気化燃焼を行う液体燃料燃焼装置であって、
前記炎孔を形成する面の少なくとも一部の領域には、当該炎孔よりも単一の目の開口面積が小さい網目状で、耐熱材料からなるエキスパンドメタルが添設されていることを特徴とする液体燃料燃焼装置。
【請求項２】
前記耐熱材料はアルミニウムを含むステンレス鋼により構成さ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。
【請求項３】
前記ステンレス鋼に希土類金属を含ませたことを特徴とする請求項２記載の液体燃料燃焼装置。
【請求項４】
前記希土類金属はランタンであることを特徴とする請求項３記載の液体燃料燃焼装置。
【請求項５】
前記ステンレス鋼にジルコニウム及び又はチタンを含ませたことを特徴とする請求項２，３又は４記載の液体燃料燃焼装置。
【請求項６】
前記ステンレス鋼にハフニウムまたはタンタルを含ませたことを特徴とする請求項３，４又は５記載の液体燃料燃焼装置。
【請求項７】
前記ステンレス鋼にセリウムを更に含ませたことを特徴とする請求項４，５又は６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、炎孔の開口面積を小さくしなくても、当該炎孔に火炎がバック（逆火）することを防止できる液体燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知の液体燃料燃焼装置としては、灯油等の液体燃料を加熱気化する気化器の面内に多数の炎孔を設け、この炎孔から液体燃料と空気との混合気を噴出させて燃焼を行うように構成されたタイプのものが知られている。かかる液体燃料燃焼装置にあっては、炎孔から噴出する混合気の噴出圧力を低下させたとき、すなわち、燃焼量を絞った低燃焼時に炎孔から逆火する場合がある。この場合には、炎孔の開口径を小さくすればよいが、燃焼盤全体が金属板の加工によって構成されたものであるため、炎孔径を小さくするには自ずと限界がある。
そこで、炎孔の開口径を小さくすることの技術的な困難性を解消すべく、炎孔周りに金網を配置し、実質的に炎孔を細径化したように擬制して前述した低燃焼時における逆火防止を図った液体燃料燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３３９１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された液体燃料燃焼装置にあっては、金網を用いた構成であるため、金網の網目を小さくしなければならない。このような網目の小さな金網を編むには、細い金属線を用いる必要があるが、一般に耐熱性の高い材料は延性に乏しく、金属線を細くするために何度も引き抜きや焼きなましの工程を繰り返さなければならないという製造上の難点がある。更に、その細い金属線を網目の小さな金網とするためには、単位面積あたりに使用する金属線の長さが膨大となって網目を小さくすることに必然的な制約を伴い、これが気化燃焼時における絞り比の限界となって炎孔における逆火現象を防止することの信頼性を低下させる不都合を招来する。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、炎孔の開口面積を小さくしなくても、逆火現象を防止することができ、且つ、高い耐久性能を備えた液体燃料燃焼装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
前記目的を達成するため、本発明は、気化器を加熱することにより当該気化器内の液体燃料を気化し、当該気化した液体燃料を空気に混合して混合気を炎孔から噴出させることにより、当該炎孔から火炎を発生させて気化燃焼を行う液体燃料燃焼装置であって、
前記炎孔を形成する面の少なくとも一部の領域には、当該炎孔よりも単一の目の開口面積が小さい網目状で、耐熱材料からなるエキスパンドメタルが添設されている、という構成を採っている。このような構成によれば、低燃焼時に生じる炎孔付近の高温にも十分に耐えることができ、長期使用が可能な耐久性を付与することができる。また、網目一個当たりの開口面積が炎孔の開口面積よりも小さくなるエキスパンドメタルが炎孔に添設されるため、低燃焼時に逆火しようとしても火炎が網目を逆戻りできなくなり、これにより、信頼性の高い液体燃料燃焼装置とすることができる。
また、このエキスパンドメタルの元となる耐熱材料の箔は、延性の低い物であっても、その製造工程は、伸線加工のように、引き伸ばす物でなく、圧延加工のように、押しつぶす加工によるので、ちぎれることなく、少ない工程で充分薄い箔が製造でき、その薄さに見合った目の小さいエキスパンドメタルが生産できるので、高い生産性を保ったまま、充分に小さい開口面積の網目が得られる。
更に、エキスパンドメタルは、複数の切れ目が入れられた一枚の金属箔を引き延ばすことにより形成できるものであるため、複数の細い金属線を重ね合わせて形成した従来タイプの金網に比べ、エキスパンドメタルの外周端部のほつれが生じ難く、当該外周端部に特別な処理をする必要がなくなってエキスパンドメタルの取り付け作業を簡単に行うことができる。しかも、線材のズレ等による網目の開口サイズが変形してしまうような虞も回避可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記耐熱材料はアルミニウムを含むステンレス鋼により構成される。ここで、ステンレス鋼は、クロム含有量が１４重量％〜２７重量％のものが用いられる。クロムが１４重量％未満では、高温での耐食性が劣り、２７重量％を越えると、長時間高温保持した場合にσ脆化しやすくなる。アルミニウムの好ましい含有割合は、１．５重量％〜８重量％である。１．５重量％未満では期待する耐熱性を得るには不十分となり、８重量％を越えると、展性が低くなり、薄い金属箔に圧延する際の障害となるためである。なお、アルミニウムを含むステンレス鋼を用いることで、高温に対して表面に酸化アルミニウムの保護膜を形成して耐熱性の向上を図ることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記ステンレス鋼に希土類金属を含ませてエキスパンドメタルを形成するとよい。希土類金属としては、スカンジウム、イットリウムを例示することができ、これらの含有割合は、０．０２重量％〜０．１重量％程度とすることが好ましい。この範囲の含有割合は、耐熱性向上の効果と経済性から決めている。このような希土類金属を含有させると、前述した酸化アルミニウムの保護膜が緻密なものとなり、耐熱温度を更に向上させることができる。因みに、前記希土類金属を含ませたエキスパンドメタルでは、耐熱温度を約１０００℃まで向上させることが実証された。更に、希土類金属として、前記スカンジウム、イットリウムに代えてランタンを採用することもできる。ランタンは０．０４重量％〜０．１重量％の含有割合に設定するとよい。０．０４重量％未満では、耐熱性向上の効果は小さく、また、高価な希土類金属のランタンを０．１重量％を越えて添加しても、それ以上耐熱性が向上しないためである。スカンジウムやイットリウムをランタンに変更して用いた場合には、保護膜が更に安定化するため、耐久時間を延長させることができる。本発明では、約４０００時間の耐久性能を付与することができた。
【０００９】
また、前記ステンレス鋼にジルコニウム及び又はチタンを添加することもできる。ジルコニウム及びチタンの添加量は、それぞれ０．０５重量％〜０．１２重量％である。０．０５重量％未満では、不純物の炭素や窒素を金属組織中から除去するのに不足し、０．１２重量％を越えると、余剰なジルコニウムなどが鉄と金属間化合物を形成する事や、余剰なチタンなどが酸化物となり、金属組織中に介在する事で、靭性の低下を招く。ジルコニウムやチタンの添加により結晶が微細化して材料の強度が増すようになり、金属箔を製造する際の圧延工程で割れ難くなり、極薄化とそれに見合った網目（開口）の狭小化とを併せて達成することができる。本発明では、厚みが０．０５ｍｍ、網目（開口面積）が０．２５ｍｍ２の箔を形成することができた。なお、ハフニウムまたはタンタルの添加により、ランタンなど希土類金属の働きを助けて保護膜を更に安定化させるようにしてもよい。この添加量は、微量であり、本発明では、０．０１重量％〜０．０２重量％程度とされる。また、セリウムを添加することもできる。セリウムの添加量も０．０１重量％〜０．０４重量％程度の微量であり、これにより、ランタンの一部を安価に入手可能なセリウムに置き換えることで、耐熱性を維持したままコスト抑制を図ることができる。
【００１０】
【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。なお、以下の説明において、「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、気化した液体燃料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。
【００１１】
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、図４には、図３の一部拡大図が示されている。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燃焼用空気箱１３（図３，図４参照）と、この燃焼用空気箱１３内の燃焼用空気室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。
【００１２】
前記上部構成体１２は、図４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の内側に設けられた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内に前記燃焼用空気室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、燃焼盤１６と混合気形成手段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。
【００１３】
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、本実施例では周方向略９０度間隔位置に第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。
【００１４】
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、耐食性の高いフェライト系ステンレスにより構成され、ニオブを０．４重量％添加して再結晶化温度を高めた高温強度を備えたものにより構成されている。この燃焼盤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。本実施例では、これら炎孔２９は、相互に略同一となる孔形状に設けられ、その孔径が１．８ｍｍに設定されている。この実施例では、孔径１．８ｍｍの炎孔を例示したが、炎孔径は１．８ｍｍ以上であってもよい。
【００１５】
図４ないし図６に示されるように、前記炎孔２９が形成されている面、すなわち、側壁１６Ｂの領域に、当該側壁１６Ｂの外側からエキスパンドメタル３０を被せて添設されている。このエキスパンドメタル３０は、クロム２０重量％を含むステンレス鋼にアルミニウムを５．５重量％を含ませた耐熱金属を主とし、ランタンを０．０８重量％を含ませるとともに、ジルコニウム０．０８重量％、ハフニウム及びセリウムをそれぞれ０．０２重量％含ませて形成された金属泊からなり、高い耐熱性能と、加工容易性を備えた材料によって形成されている。このエキスパンドメタルの元になる金属箔は、まず、母材となる厚さ２ｍｍの熱延鋼板を複数回の圧延により、厚さ０．３ｍｍの薄板とする。次に、高輝度焼鈍工程を経て、さらに複数回の圧延を行い、厚さ０．０５ｍｍの硬質の箔とする。この硬質の箔を再度高輝度焼鈍することで、加工性に富んだ軟質の箔とする。このように、圧延工程によれば、わずか二回の焼鈍で充分な薄さの材料が製造でき、伸線加工のように何度も焼き鈍すものに比べて、生産性が高い。
【００１６】
前記エキスパンドメタル３０は、複数の切れ目が入れられた一枚の金属箔を引き延ばすことによって形成され、これにより、略菱形状をなす多数の網目３０Ａと、当該網目３０Ａを形成する線材３０Ｂとを備えた網状体に形成することができる。本実施例では、網目３０Ａの開口面積が約０．２５ｍｍ２程度に形成される一方、線材３０Ｂの線幅が０．１ｍｍ程度に形成されている。また、このエキスパンドメタル３０は、帯状に切断した後、両端を溶接して輪にした状態で炎孔領域の燃焼盤側壁１６Ｂに巻き付けることによって配置することができる。そして、図５に示されるように、炎孔２９よりも一回り大きな穴３２Ａを備えた押さえ板３２を燃焼盤１６の側壁１６Ｂにあてがい、当該押さえ板３２と側壁１６Ｂとを溶接することでエキスパンドメタル３０の位置ずれが生じないようになっている。他の固定方法としては、複数枚のエキスパンドメタル３０を用意して、各エキスパンドメタル３０を燃焼盤１６の側壁１６Ｂの所望箇所に固定する方法等がある。また、エキスパンドメタル３０の外周側に図示省略した枠体、格子枠、若しくは長片状の押え板を取り付けた上で燃焼盤１６にスポット溶接することにより行う他、溶接部位にブロック状等の当て板を取り付けた上で燃焼盤１６にスポット溶接すること等によっても行える。また、図示例の形状とは相違するが、エキスパンドメタル３０をプレス加工等によって燃焼盤１６の外形形状に略沿う形状とし、前記当て板等を用いて前述のようにエキスパンドメタル３０をスポット溶接してもよく、また、燃焼室外筒１５と燃焼盤１６とが略接触する部位間すなわちそれらの各外周側上端部間に、燃焼盤１６の外形形状に略沿うエキスパンドメタル３０の端部を挟み込んで固定してもよい。
【００１７】
燃焼盤１６の上部には、図３に示されるように、内外二重壁構造の筒状部材３３が設けられており、当該筒状部材３３の内外壁間が空気室３５として構成されている。この空気室３５は、送風機１４からの空気を一部バイパスさせる空気連通路３４の一端（上端）が連通されており、空気室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。
【００１８】
前記混合気形成手段１８は、図４に示されるように、下部が開放する釣鐘型の気化器としての気化筒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、下端側が燃焼用空気室１３Ａ側に開放する略円筒状の送風筒４１と、この送風筒４１の上方に位置する燃料拡散体４２と、この燃料拡散体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。
【００１９】
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４７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。
【００２０】
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間を連結する送気筒４９と、この送気筒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。この空気導入部１９は、前記送風機１４から燃焼用空気室１３Ａを通過した空気が送気筒４９によって形成される送風通路４９Ａを通って送気間隙Ｐから燃焼室１１内に供給可能となっている。
【００２１】
前記送風機１４は、ここでは詳細構造を省略するが、図示しないモータの駆動によってファンＦ（図３参照）が回転し、燃焼用空気箱１３の内部に形成された燃焼用空気室１３Ａに直接送り込めるようになっている。なお、送風機１４としては、軸流式、遠心式、斜流式、或いは横流式のもの等を採用することができる。また、本実施例においては、ファンＦ及び気化筒３９を別個のモータで回転させる構造となっているが、共通のモータによってファンＦ及び気化筒３９を回転させてもよい。
【００２２】
次に、前記バーナー１０の燃焼動作について図４を参照しながら説明する。
【００２３】
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４７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から燃焼用空気室１３Ａを経由した空気が、送風筒４１の内部を通って気化筒３９内に供給されるとともに、前記送風通路４９Ａ及び送気間隙Ｐを通って燃焼室１１内に供給される。一方、モータ４７が作動することにより、気化筒３９及び燃料拡散体４２が同時に回転する。そして、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。
【００２４】
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空気と混合して混合気となり、当該混合気がガス室２４内に供給され、エキスパンドメタル３０の網目３０Ａを通って燃焼盤１６の各炎孔２９から燃焼室１１内に噴出される。そして、既に発生している噴霧燃焼の火炎により炎孔２９から火炎を発生させて気化燃焼が行われる。
【００２５】
従って、このような実施例によれば、孔径が１．８ｍｍとなる大きな炎孔２９に、当該炎孔２９よりも小さな開口面積を有する網目３０Ａを備えたエキスパンドメタル３０が被せられているため、燃焼室１１内に発生した火炎が燃焼盤１５の外側に戻ろうとしてもエキスパンドメタル３０によって遮られることになり、炎孔２９の孔径を大きくしても火炎のバック現象を防止できるという効果を得る。ここで、線材３０Ｂの線幅が０．１ｍｍ程度と細くなっているため、エキスパンドメタル３０に混合気が当たっても混合気の流れが乱され難く、エキスパンドメタル３０による燃焼音への影響は殆どない。
【００２６】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施の形態に対し、形状、材料、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材料などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００２７】
例えば、図７に示されるように、相互に孔径の異なる炎孔２９が燃焼盤１６に形成されている場合には、例えば、炎孔２９を形成する側壁１６Ｂ面の一部領域（図７では下二段）にエキスパンドメタル３０を被せることもできる。すなわち、エキスパンドメタル３０は、少なくとも、火炎のバック現象が生じる虞のある炎孔２９のみに部分的に設ければ足りる。ここで、火炎のバック現象が生じる虞のある炎孔２９としては、その孔径が１．８ｍｍ以上、或いは、開口面積が２．５ｍｍ２を超えるものを例示できる。
【００２８】
また、前記実施例では、炎孔２９が燃焼盤１６の側壁１６Ｂに形成された場合について図示説明したが、本発明はこれに限らず、炎孔２９が底壁１６Ａにも形成されたタイプのバーナーにも同様に適用可能である。
【００２９】
更に、エキスパンドメタル３０としては、炎孔２９の開口面積よりも網目３０Ａの開口面積が小さくなる限りにおいて、複数の線材を重ね合わせて形成された金網等の種々のエキスパンドメタルを用いることができる。但し、前記実施例のエキスパンドメタルの方がエキスパンドメタルの取り付け面や定形性維持の面で有利となる。
【００３０】
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、平面視において略円形や略長方形状に例示されるように他の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。
【００３１】
更に、前記実施例では、噴霧燃焼によって気化筒を加熱した後に気化燃焼を行う液体燃料燃焼装置を示したが、気化筒をヒーターで直接加熱して気化燃焼を行うように構成されたタイプの液体燃料燃焼装置にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低燃焼時に生じる炎孔付近の高温にも十分に耐えることができ、長期使用が可能な耐久性を付与することができ、更に、低燃焼時に生じ得る逆火も確実に防止することができる信頼性の高い液体燃料燃焼装置を提供することができる。
【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平面図。
【図３】図１のＸ−Ｘ線矢視概略端面図。
【図４】図３の一部拡大図。
【図５】図４の部分拡大図。
【図６】エキスパンドメタルの概略正面図。
【図７】変形例に係る図５と同様の部分拡大図。
【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、２９…炎孔、３０…エキスパンドメタル、３０Ａ…網目、３０Ｂ…線材、３２…押さえ板、３９…気化筒（気化器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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