(57)【要約】【課題】給湯機のバーナなどに用いられる液体燃料燃焼装置の燃焼状態の改善をはかり、ＮＯＸ　やＣＯの発生を抑制する。【解決手段】周面に複数の二次空気導出孔４ａが設けられた燃焼筒４のノズル６に近い上流側に、この燃焼筒４の中程と段部５ａを介して連続するように、小径で底部５ｄに一次空気導出孔や切欠羽根スタビライザーおよび周囲に二次空気導出孔４ｂが設けられた一次燃焼室５を設けた。そして、上記段部５ａが設けられた位置の中心部分に、カップ状のバッフル７をノズル６と離間するように対向配置した。【選択図】　図１
2004069155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周面に複数の二次空気導出列孔が設けられた中空筒形の燃焼筒と、燃焼筒の内部に配置されたバッフルと、バッフルに向かって液体燃料を噴霧するノズルとを具備した液体燃料燃焼装置において、
上記燃焼筒のノズルに近い上流側に、該燃焼筒の中程と段部を介して連続するように、小径で底部に一次空気導出孔および周囲に二次空気導出孔が設けられた一次燃焼室が設けられると共に、この一次燃焼室先端の段部に対応した位置に、上記バッフルが、ノズルと離間して対向配置されたことを特徴とする液体燃料燃焼装置。
【請求項２】
バッフルが、中央部分を周縁部分よりも突出させたカップ形の形態であ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】
一次燃焼室の底部にノズルから噴霧された液体燃料を渦巻き状に案内する切欠羽根スタビライザーが設けられたことを特徴とする請求項１または２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、給湯機のバーナなどに用いられる液体燃料燃焼装置に関し、詳しくは、不完全燃焼になり易い低燃焼時の燃焼状態を改善し、ＮＯＸ　やＣＯの発生を低減した液体燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の液体燃料燃焼装置としては、実開昭６４−５４６１９号に示されるものがあった。
【０００３】
この液体燃料燃焼装置１０は、図５に示すように、有底筒状の燃焼室１１の内底部側（図５において左側）に液体燃料の噴霧ノズル１２および一次空気導出孔１１ｂをそれぞれ配設し、前記燃焼室１１の開口端部側（図５において左側）の周壁面に、周方向に沿って並設させた複数の二次空気導出孔１１ａを前記燃焼室１１の軸方向に沿って複数段形成すると共に、断面略円錐台形状のターゲット部材１４を、前記燃焼室１１内に前記噴霧ノズル１２と離間対向状態で配設し、かつ、前記燃焼室１１の周壁面の二次空気導出孔１１ａの上流側に前記燃焼室１１内の燃料噴霧の流れおよび前記一次空気導出孔１１ａから供給される空気の流れを乱す電場発生器や磁場発生器などの乱流形成装置１５を装着したものである。
【０００４】
上記構成を有する従来の液体燃料燃焼装置は、次のように作動する。
【０００５】
まず、図示しない燃焼用ファンを作動させ、一次空気導出孔１１ｂから燃焼室内１１に燃焼用空気を供給すると共に、外筒１６と燃焼室１１との間の燃焼空気導入通路１７および二次空気導出孔１１ａを介して燃焼室１１内に燃焼用空気を供給する。次に、点火プラグ１３に通電して、この点火プラグ１３から火花を飛ばした状態で送油ポンプを作動させ、噴霧ノズル１２から液体燃料を噴射し、この液体燃料に着火する。この時、燃焼初期には、ターゲット部材１４が低温のため、噴霧された燃料が付着するが、着火後、燃焼熱によって燃焼室１１内とターゲット部材１４が高温状態に加熱されると、付着した燃料が蒸発し、この燃料蒸気が二次空気導出孔１１ａから燃焼室内に供給される燃焼用空気と混合されて燃焼する。
【０００６】
そして、さらに燃焼が継続されると、燃焼室１１の内壁面およびターゲット部材１４の温度が上昇するので、噴霧された燃料は、この燃焼室１１の内壁面やターゲット部材１４との接触により即座に蒸発し、この蒸発した燃料蒸気が二次空気導出孔１１ａから燃焼室１１内に供給された燃焼用空気と混合されて完全燃焼するものである。なお、この時、燃焼室１１の内壁面に、その軸方向に沿って上流側から下流側に向けて複数段形成された二次空気導出孔１１ａは、上流側で燃焼し切れなかった未燃混合気に順次空気を供給し、混合気が下流側最終段位置に至るまでの間に完全燃焼させるように機能するものである。
【０００７】
このようにして、燃焼が開始され、燃焼室１１内とターゲット部材１４が所定の高温状態に加熱された状態では、安定してその燃焼がはかられるが、着火初期や燃焼量が低く送油ポンプの圧力が低い場合には、噴霧ノズル１２から燃焼室１１内に噴霧された燃料の粒径が大きくなったり、不均一になったりするおそれがあり、このように燃料の噴霧状態が安定しないと、燃料が不完全燃焼し、燃焼室１１の内周部に煤が付着したり、排気ガス中の一酸化炭素濃度が高くなると共に、人体に有害な窒素酸化物も多く発生するという問題点があった。
【０００８】
そこで、従来は、上述したように燃焼室１１周壁面の二次空気導出孔１１ａの上流側に、電場発生器や磁場発生器などの乱流形成装置１５を装着し、ここを通過する噴霧燃料の流れおよび一次空気導出孔１１ｂから供給される空気の流れを乱し、燃料と空気の混合を促進し、上記の問題点の解決をはかっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の液体燃料燃焼装置では、燃焼室の二次空気導出孔の上流側に、電場発生器や磁場発生器などの乱流形成装置を装着することにより、噴霧ノズルから噴霧された燃料と空気の混合を促進し、着火初期や低燃焼時に燃料が不完全燃焼することを改善することとしているが、この種の電場発生器や磁場発生器による燃料と空気の攪拌混合効果については、必ずしも期待しただけの効果が得られるとは限らず、条件によっては、依然として不完全燃焼を生じるおそれがあった。
【００１０】
また、この電場発生器や磁場発生器は、燃焼により高温になる燃焼室の周壁面に取り付けられているので、充分な耐熱対策を施さないと、壊れる虞れが有り、その対策に費用が嵩むと共に、対策を施すことにより、目的とする効果が損なわれるおそれもあった。
【００１１】
本発明は、上記従来の液体燃料燃焼装置が有していた問題点の解決を課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のうち、請求項１記載の発明は、周面に複数の二次空気導出孔が設けられた中空筒形の燃焼筒と、燃焼筒の内部に配置されたバッフルと、バッフルに向かって液体燃料を噴霧するノズルとを具備した液体燃料燃焼装置において、上記燃焼筒のノズルに近い上流側に、該燃焼筒の中程と段部を介して連続するように、小径で底部に一次空気導出孔および周囲に二次空気導出孔が設けられた一次燃焼室を設けると共に、この一次燃焼室先端の段部に対応した位置にバッフルを、ノズルと離間して対向配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成中、バッフルを中央部分が周縁部分よりも突出したカップ形の形態のものと限定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の構成に、一次燃焼室の底部にノズルから噴霧された液体燃料を渦巻き状に案内する切欠羽根スタビライザーを設けた構成を加えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示した実施の形態に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の液体燃料燃焼装置の半断面図、図２は、その一部切欠正面図である。図示したように、本発明の液体燃料燃焼装置１は、従来公知の液体燃料燃焼装置と同様に、本体の外筒を構成する風洞２と、この風洞２内に設けられ、周面に列状に複数の二次空気導出孔４ａが設けられた中空筒形の燃焼筒４と、燃焼筒４の内部に配置されたバッフル７と、バッフル７に向かって液体燃料を噴霧するノズル６とを具備している。
【００１７】
ここにおいて、本発明の液体燃料燃焼装置１では、上記燃焼筒４のノズル６に近い上流側（図１において左側）に、この燃焼筒４の中程と段部５ａを介して連続するように、小径で底部５ｄに一次空気導出孔５ｂおよび周囲に二次空気導出孔４ｂが設けられた一次燃焼室５を設け、この一次燃焼室５先端の段部５ａに対応した位置に、中央部分が周縁部分よりも突出したカップ形のバッフル７を、ノズル６と離間して対向配置している。なお、このバッフル７は、風洞２の底部に連結された取付脚７ａで、燃焼筒４の内部の中心軸線上にその周囲と所定の間隙を有した状態で保持されている。
【００１８】
また、二次空気導出孔４ｂが設けられた一次燃焼室５の底部５ｄには、中心の噴射口５ｅの周囲にノズル６から噴霧された液体燃料を渦巻き状に案内する切欠羽根スタビライザー５ｃが設けられている。
【００１９】
なお、図中符号３は、風洞２と燃焼筒４との間に設けられた整流筒を示す。また、図示していないが、ノズル６は、電磁ポンプで加圧された液体燃料を送油する液体燃料供給管と接続されており、ノズル６の近傍には、着火用の点火プラグがその先端をノズル６の先端に臨ませて設けられている。
【００２０】
次に上記構成を有する本発明の液体燃料燃焼装置１の働きについて述べる。
【００２１】
まず、電源を投入すると、図示しない送風機が低速で回転を開始し、燃焼用空気を風洞２内に送り込み、その一部が一次燃焼室５の底部５ｄに設けられた一次空気導出孔５ｂや切欠羽根スタビライザー５ｃおよび周囲に設けられた二次空気導出孔４ｂから一次燃焼室５内に送り込まれると共に、残りの燃焼用空気が二次空気導出孔４ａから燃焼筒４内に送り込まれる。次いで、点火プラグに通電され、この点火プラグから火花を飛ばした状態で電磁ポンプが作動し、燃料をノズル６から噴霧し、この霧状の燃料に着火する。この時、本発明の液体燃料燃焼装置１では、一次燃焼室５の底部５ｄに切欠羽根スタビライザー５ｃが設けられているので、燃焼用空気は一次燃焼室５の底部５ｄから渦巻き状に吹き出し、ノズル６から噴霧された液体燃料を攪拌し、燃焼用空気との混合が促されることとなる。また、燃焼筒４の上流側が小径の一次燃焼室５とされると共に、この一次燃焼室５先端の段部５ａが設けられた個所の中心軸線上には、カップ状のバッフル７が設けられているので、ノズル６から噴射された噴霧燃料は、まずこのバッフル７に衝突し、跳ね返ってその周囲に再循環の流れが形成され、このことで中心近傍の軸流速度が減少し、全体の流れが均一化することとなる。
【００２２】
よって、一次燃焼室５の内部やバッフル７が十分に温まっていない着火初期の段階や、燃焼量が低く、送油ポンプの圧力が低い場合であっても、比較的安定した良好な燃焼がなされ、一酸化炭素や窒素酸化物の発生が抑えられることとなる。
【００２３】
なお、一酸化炭素の発生が少なくなるのは、燃料が燃焼用空気に十分、攪拌混合されているので、完全燃焼するからであり、また、窒素酸化物の発生が少なくなるのは、内部の燃焼温度にムラがなく、発生の原因となる部分的な高温部が生じないためである。
【００２４】
下記表１は、バッフル７を設けたものと、バッフル７を除いたものの燃焼量の違いによる一酸化炭素濃度を比較したものであり、この表から明らかなように、バッフル７を設けた本発明の液体燃料燃焼装置１では、燃料を絞った低燃焼状態における一酸化炭素濃度の低下が顕著である。
【００２５】
【表１】
2004069155.tif 000003
【００２６】
また、下記表２は、同様に窒素酸化物の濃度を図ったものであり、この場合もバッフル７を設けた本発明の液体燃料燃焼装置１の方が、全体的にその排出量が抑えられている。
【００２７】
【表２】
2004069155.tif 000004
【００２８】
以上のように、本発明の液体燃料燃焼装置１では、着火直後や低燃焼時の燃焼状態の改善がはかられるものである。
【００２９】
また、このようにして着火した後、燃焼が継続すると、一次燃焼室５の内部やバッフル７が燃焼熱により高温に加熱されるので、ノズル６から噴霧された燃料は、一次燃焼室５の内壁面やバッフル７に接触すると、即座に蒸発し、この燃料蒸気が二次空気導出孔４ａを介して燃焼筒４内に供給される燃焼用空気と混合されて、完全燃焼するようになっている。なお、その際、上流側の二次空気導出孔４ｂから供給された燃焼用空気で燃焼できない未燃混合気は、二段目の二次空気導出孔４ｂから供給された燃焼用空気と混合され、燃焼し、さらにこの段階で燃焼できない未燃混合気は、次の三段目の二次空気導出孔４ａというように、順次、下流側に送られ、燃料の供給が増え、燃焼量が増加しても何ら通常の液体燃料燃焼装置と変わることなく、完全燃焼するものである。
【００３０】
図３と図４は、本発明の他の実施形態を示した半断面図と、その正面図である。図示したように、この場合は、バッフル７の取付脚７ｂを外方に突出させ、この取付脚７ｂの先端を一次燃焼室５の内壁面に固定することにより、バッフル７を一次燃焼室５と燃焼筒４の中心軸線上に保持している。その他の構成は、上述したものと何ら変わるところはない。よって、その機能も前述したものと全く同様である。
【００３１】
以上のように本発明の液体燃料燃焼装置１は、機能するものである。
【００３２】
なお、図示した実施の形態では、バッフル７として、その径と深さがほぼ等しいカップ状の形態のものを例示したが、このバッフル７は、一次燃焼室５と燃焼筒４との間の段部５ａの位置に設けられていれば良く、その形態は、必ずしもカップ状に限定されるものではなく、例えば、浅皿トレイ状のようなものであっても良い。
【００３３】
また、上記の実施の形態では、一次燃焼室５の底部５ｄに切欠羽根スタビライザー５ｃを設け、ノズル６から噴霧された液体燃料を渦巻き状に案内することにより、一層、その燃焼効果が高くなるようにしたものを例示したが、本発明の液体燃料燃焼装置１は、燃焼筒４内に小径の一次燃焼室５を設け、この一次燃焼室５に連続した段部５ａと対応した位置に、バッフル７を設けた点を要旨としており、この切欠羽根スタビライザー５ｃは、必ずしも設けられていなくても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち、請求項１記載の発明は、燃焼筒のノズルに近い上流側に小径の一次燃焼室を設けると共に、この一次燃焼室先端の段部に対応した位置にバッフルをノズルと離間して対向配置したので、ノズルから噴射された噴霧燃料が、まずこのバッフルに衝突し、跳ね返ってその周囲に再循環の流れが形成され、このことで中心近傍の軸流速度が減少し、全体の流れが均一化されるため、着火直後や低燃焼時にも安定した良好な燃焼がなされ、一酸化炭素や窒素酸化物の発生が抑制されるという効果がある。
【００３５】
また、請求項２記載の発明は、バッフルを中央部分が周縁部分よりも突出したカップ形の形態としたので、一層良好な噴霧燃料の再循環の流れが形成されるという効果がある。
【００３６】
請求項３記載の発明は、一次燃焼室の底部に一次燃焼用空気を渦巻き状に案内する切欠羽根スタビライザーを設けたので、噴霧燃料と燃焼用空気との攪拌混合が促進され、燃料の濃度ムラなどによる不完全燃焼が生じ難くなり、一酸化炭素や窒素酸化物の生成が一層抑制されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体燃料燃焼装置の実施形態を示した半断面図である。
【図２】図１に示した液体燃料燃焼装置の一部切欠正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示した半断面図である。
【図４】図３に示した液体燃料燃焼装置の正面図である。
【図５】従来例の要部の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　液体燃料燃焼装置
２　風洞
３　整風筒
４　燃焼筒
４ａ，４ｂ　二次空気導出孔
５　一次燃焼室
５ａ　段部
５ｂ　一次空気導出孔
５ｃ　切欠羽根スタビライザー
５ｄ　底部
５ｅ　噴射口
６　ノズル
７　バッフル
７ａ，７ｂ　取付脚
【図１】
2004069155.tif 000005
【図２】
2004069155.tif 000006
【図３】
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【図４】
2004069155.tif 000008
【図５】
2004069155.tif 000009