(57)【要約】【課題】  送風機を小型化しても、気化直後の燃料ガスと混合させる空気量を十分に確保することができる燃焼装置を提供することである。【解決手段】  燃料ガスと空気とを混合させた混合気を燃焼させる燃焼装置であって、液体燃料を気化させて前記燃料ガスを生成する有底円筒状の気化部を備えており、前記気化部に空気を供給する空気供給機構が、気化部の半径方向内方に設けてあり、前記空気供給機構は、複数の羽根を備えた回転部材で構成されており、前記回転部材が回転した際に、前記羽根に沿って空気が回転部材の内部から外縁側へ流れるように前記空気供給機構は構成されており、前記気化部と空気供給機構の間で、燃料ガスと空気とを混合させるようにした。【選択図】  図５
2005351542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを混合させた混合気を燃焼させる燃焼装置であって、
液体燃料を気化させて前記燃料ガスを生成する有底円筒状の気化部を備えており、
前記気化部に空気を供給する空気供給機構が、気化部の半径方向内方に設けてあり、
前記空気供給機構は、複数の羽根を備えた回転部材で構成されており、
前記回転部材が回転した際に、回転部材の回転軸方向の空気を吸引し、さらに前記羽根に沿って空気が回転部材の内部から外縁側へ流れるように前記空気供給機構は構成されており、
前記気化部と空気供給機構の間で、燃料ガスと空気とを混合させるようにしたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記羽根は、回転部材の外縁に沿った円周部と、回転部材の内部方向を向く内向部とを有しており、前記内向部の面積が、円周部の面積よりも大きくなるように設定されている請求項１に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器やファンヒータ等の暖房機、或いは温水暖房機などに備えられた燃焼装置に関するものであり、更に詳しくは、液体燃料を気化させて燃料ガスを生成し、さらにこの燃料ガスと空気とを混合させた混合気を燃焼させる燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ガスやプロパンガスが普及した現在でも、ランニングコストを低減させるために、ファンヒータ等の暖房機器には灯油等の安価な液体燃料を使用する燃焼装置が多用されている。中でも、比較的発熱量が小さい用途に使用される燃焼装置では、例えば特許文献１の燃焼器のように、気化部で液体燃料を気化させて燃料ガスを生成し、生成された燃料ガスを燃焼部で燃焼させる形式のものが多く採用されている。
【０００３】
本件出願人の出願である特許文献２の燃焼装置では、気化させるべく液体燃料を、気化部を構成する過熱された有底円筒形状の内壁に付着させ、内壁の表面上で蒸発させて燃料ガスを生成している。また、この燃料ガスと混合させる空気を供給するために、送風ファンが設けてある。
【特許文献１】特公平７−２１３３２号公報
【特許文献２】特開２００４−６０９４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昨今は、燃焼装置全体の小型化を図るため、燃焼装置の構成の中でも大きな容積を占める送風ファンを小型化したいという要望が高まってきた。しかし、送風ファンを小型化すると、送風能力が低下するため、気化直後の燃料ガスと混合させる一次空気量が減少し、燃焼の悪化を招く恐れがある。
そこで本発明では、送風機を小型化しても、気化直後の燃料ガスと混合させる一次空気量を十分に確保することができる送風能力を有する回転部材を備えた燃焼装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、燃料ガスと空気とを混合させた混合気を燃焼させる燃焼装置であって、液体燃料を気化させて前記燃料ガスを生成する有底円筒状の気化部を備えており、前記気化部に空気を供給する空気供給機構が、気化部の半径方向内方に設けてあり、前記空気供給機構は、複数の羽根を備えた回転部材で構成されており、前記回転部材が回転した際に、回転部材の回転軸方向の空気を吸引し、さらに前記羽根に沿って空気が回転部材の内部から外縁側へ流れるように前記空気供給機構は構成されており、前記気化部と空気供給機構の間で、燃料ガスと空気とを混合させるようにした。
【０００６】
また、請求項２の発明は請求項１の発明において、前記羽根は、回転部材の外縁に沿った円周部と、回転部材の内部方向を向く内向部とを有しており、前記内向部の面積が、円周部の面積よりも大きくなるように設定するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明では、液体燃料を気化させる気化部に空気を供給することができる空気供給機構を設けたので、送風ファンを小型化しても、気化直後の燃料ガスと混合させる一次空気量を十分に確保することができる。気化部を有底円筒状に形成し、気化部の半径方向内方に空気供給機構を設け、この空気供給機構を、内部から外縁側へ空気を送り出すことができる複数の羽根を備えた回転部材で構成したので、回転部材を回転させると、回転部材内部に負圧が発生し、回転部材の中心付近の軸方向外方の周囲の空気が吸引され、吸引された空気を、回転部材の外縁側へ送り出すことができる。したがって、気化部と空気供給機構の間で、気化部で生成した燃料ガスと空気供給機構が供給した一次空気とを良好に混合させることができる。よって、燃焼を安定化させることができる。
【０００８】
請求項２の発明では、前記羽根を、回転部材の外縁に沿った円周部と、回転部材の内部方向を向く内向部とを有しており、前記内向部の面積が、円周部の面積よりも大きくなるように設定したので、回転部材内部の空気を効率よく回転部材の外縁側から掃き出すいことができ、気化直後の燃料ガスと十分な量の一次空気とを混合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明を実施した燃焼装置１の断面図である。本発明は、燃料ガスを燃焼させる燃焼装置１において、気化直後の燃料ガスと混合させる一次空気を十分に供給するための空気供給機構１７を備えた点に特徴を有している。空気供給機構１７の詳細な説明に先立って、燃焼装置１の全体構成及び概略動作を説明する。
【００１０】
燃焼装置１は、給湯器などに内蔵される下方燃焼型（下方へ向けて火炎を噴出する所謂逆燃焼型）である。以下、逆燃焼型の燃焼装置１の説明をするが、本発明は、上方燃焼型の燃焼装置についても実施可能である。図１に示すように燃焼装置１は、上から送風機２、駆動機械部３、空気量調節部４、混合部５及び燃焼部６が順次積み重ねられて構成される。また、混合部５及び燃焼部６の近傍には気化部７が設けられており、空気量調節部４と気化部７の間には、流路形成部材１３によって接続された空気流路が形成されている。
【００１１】
送風機２は、鋼板を曲げ加工して作られた凹状のハウジング２０の内部にファン２１が回転可能に配されたもので、ハウジング２０の中央部には、ファン２１が空気を吸引するための開口２２が設けてある。燃焼装置１の小型化に伴ってファン２１は、従来の燃焼装置よりも小さな低出力のものが採用されている。
【００１２】
駆動機械部３は箱体１０を有し、その天板１２の中央にモータ３０が取り付けられている。モータ３０は、上下にそれぞれ回転軸３０ａ、３０ｂを備えている。そして、モータ３０の上方側の回転軸３０ａにはファン２１を設置し、下方側の回転軸３０ｂには回転部材８を設置している。回転部材８は、有底円筒状の気化部７の内部に配置されている。モータ３０を駆動させると、ファン２１により下方へ送風（空気供給）が行われる共に、回転部材８が同時に回転駆動される。
【００１３】
空気量調節部４は、円板状の移動側板状部材４１と方形状の固定側板状部材４２とで構成されており、固定側板状部材４２の上方に移動側板状部材４１が回転可能に取り付けられている。移動側板状部材４１及び固定側板状部材４２には、それぞれ中央部に軸挿通孔４１ａ、４２ａが設けてあり、軸挿通孔４１ａ、４２ａの周囲にはそれぞれ複数の空気孔（図示せず）が設けてある。移動側板状部材４１、固定側板状部材４２に設けた空気孔が、完全に一致すると、空気の通路断面積は最大（全開）となり、移動側板状部材４１、固定側板状部材４２が、互いに相手側の空気孔を塞ぐ程度により空気の通路断面積を調整する。空気の通路断面積（開度）は、固定側板状部材４２に対する移動側板状部材４１の位置（回転位置）を後述するステップモータ４０で変化させることにより、任意に調整することができるようになっている。
【００１４】
移動側板状部材４１は、以下のようにステップモータ４０で回転駆動が可能になっている。ステップモータ４０は、駆動軸４０ａを備えている。駆動軸４０ａには駆動片４３が係合しており、さらに駆動片４３は、移動側板状部材４１の係合部４１ａと係合している。ステップモータ４０を駆動すると、駆動軸４０ａ、駆動片４３及び係合部４１ａを介して移動側板状部材４１が回転するようになっている。ステップモータ４０は、図示しない制御機構により、適宜、駆動及び停止が可能となっている。
【００１５】
流路形成部材１３は、薄板を円錐形に曲げて作られたものであり、図示していないが、内部は空洞であり、上下に貫通している。則ち、流路形成部材１３は、上部と下部に開口を有し、上部の開口は、前記した固定側板状部材４２の中心部と接続しており、下部の開口は、後述する一次空気導入筒１５と接続している。
【００１６】
流路形成部材１３の内側には、燃料パイプ（燃料供給管）１４が固定されている。燃料パイプ１４は、一端が図示しない燃料供給源に接続されており、他端は流路形成部材１３及び一次空気導入筒１５を貫通して下方へ延びている。
【００１７】
空気調節部４の下方に配置された炎孔ベース６０の中央部には、気化部７が設けられている。気化部７内には混合部５が設けてあり、さらに気化部７の周囲を取り巻くように、燃焼部６が環状に配置されている。これらの構成部品が、ハウジング１１内に収納されている。
【００１８】
図２は、図１の燃焼装置１の気化部７の部分断面斜視図である。図２に示す炎孔ベース６０は、例えばアルミダイカストによって作られたものであり、複雑な枠組と開口及び溝が設けられている。炎孔ベース６０の上面側は、主として燃料ガス（混合気）及び二次空気の流路構成面として機能し、下面側は炎孔取付け面として機能する。
【００１９】
則ち、炎孔ベース６０には、多数のループ状の垂直壁６２で仕切られた溝６３が設けられており、隣接する垂直壁６２同士の間には、溝６４が設けられている。そして、気化部７で生成された燃料ガス（混合気）は、上面壁６１と垂直壁６２との間を介して溝６４から下方の炎孔へ噴出して火炎を発生させる。また、空気量調節部４から供給される２次空気は、溝６３を介して炎孔の両側へ噴出して安定燃焼を行わせている。
【００２０】
図２に示すように、気化部７は、底壁部７１と円筒側壁部７２とを有しており、上部が開口した有底円筒体である。気化部７は、炎孔ベース６０の中央部分に取り付けられている。気化部７の底壁部７１内には、電気ヒータ７３が設けてある。この電気ヒータ７３に通電すると底面部７１が加熱されて昇温し、さらにこの熱が気化部７の円筒側壁部７２を伝導して、気化部７が全体的に昇温するようになっている。
【００２１】
モータ３０（図１）の下向きに延びる回転軸３０ｂには回転部材８が固着されている。回転部材８は、円板体（板体）８ａの外周縁から放射状に９つの羽根８ｃを切り起こして形成されている。また、円板体８ａの中央には回転軸３０ｂを挿通させる孔８ｂが設けてある。
【００２２】
このような形状を有する回転部材８は、外形をプレス加工で打ち抜いた金属板を折曲加工して製される。則ち、金属平板をプレス加工することにより、円板部（円板体）８ａの外周部分に羽根８ｃに相当する部位を放射状に形成した略円形の金属平板を打ち抜いて回転部材８の原板を形成する。次いで、打ち抜いた金属平板の羽根８ｃに相当する部位を、折曲線８ｄ、８ｅに沿って折曲することにより回転部材８が形成される。
【００２３】
図３は、回転軸３０ｂに回転部材８（空気供給機構１７）を固定する構成の分解斜視図である。回転部材８は、円板体８ａの孔８ｂに、上方から回転軸３０ｂの下端のねじ部３０ｃを貫通させ、さらに円板体８ａの下方に突出したねじ部３０ｃにナット１６を締め付けて、回転軸３０ｂに固定される。図３に示すようにねじ部３０ｃの断面を、円形の一部が切り欠かれた略Ｄ字状に形成し、孔８ｂも回転軸３０ｂの断面形状に対応した円の一部を切り欠いた略Ｄ字状にすると、回転軸３０ｂと回転部材８とを、互いに一体に回転するように構成することができる。回転部材８は回転軸３０ｂに対して回転方向へ係合されており、ナットの僅かなゆるみによる回転部材８の回転不良が防止されている。この回転部材８は回転軸３０ｂと一体化されて反時計方向へ回転する。
【００２４】
回転部材８が回転すると、回転部材８の中心側から半径方向外方（又は外縁方向）へ空気が流れるように羽根８ｃが形成されている。回転部材８が回転すると、回転部材８の中心部分に負圧が発生する。そのため、回転部材８の中心部分の上方の空気が吸引され、吸引された空気は、一次空気として回転部材８の半径方向外方（又は外縁方向）に送られる。そして一次空気は、気化部７の円筒側壁部７２に向かって流れる。
【００２５】
図２に示すように、回転部材８の上方には、前述した燃料パイプ１４の他端部が、開口を回転部材８に向けて配置されている。回転部材８を回転させ、燃料パイプ１４から液体燃料を滴下すると、滴下された液体燃料は、回転部材８上を放射状に広がり、さらに遠心力の作用で飛散し、気化部７の円筒側壁部７２に付着する。気化部７は、予め加熱昇温されており、液体燃料は、気化部７の円筒側壁部７２及び底壁部７１の表面上で蒸発（気化）し、燃料ガスが生成される。
【００２６】
回転部材８で構成される空気供給機構１７を介して供給される一次空気と、液体燃料から生成された燃料ガスとが、混合部５で一様に混合されて混合気となる。混合気は、有底円筒形の気化部７の外部へ出て、溝６４を介して炎孔ベース６０内の燃焼部６（図１）へ供給され、燃焼が行われる。
【００２７】
以下、空気供給機構１７の構成を詳述する。
図４は、本発明の燃焼装置１で使用する回転部材８（空気供給機構１７）の平面図である。また、図５は、図４の回転部材８の一部の羽根８ｃを開いた回転部材８の平面図である。さらに、図６は、図４の回転部材８の斜視図である。回転部材８の原板は、上述したように金属板をプレス加工で打ち抜いて形成する。図５に示すように原板の羽根８ｃに相当する部分には、折曲線８ｄ、８ｅが設定されている。
【００２８】
図７（ａ）〜（ｃ）は、図４の回転部材８の羽根８ｃの組立て手順を示す斜視図である。図７（ａ）は、金属板をプレス加工で打ち抜いた直後の羽根部分を示している。図６において、符号８ｇで示した位置にある羽根８ｃは、折曲線８ｅに沿って９０度折り曲げられた状態になっており、図７（ｂ）に、その斜視図を示す。さらに折曲線８ｄに沿って１８０度折り曲げると、図７（ｃ）に示すような状態となり、他の７つの羽根８ｃのように羽根８ｃの先端が回転部材８の中心方向を向いた形状となる。空気は、折曲線８ｄ、８ｅで折り曲げられた羽根８ｃに沿って、回転部材８の半径方向外方（外縁側）に円滑に流れる。
【００２９】
ここで、羽根８ｃの折曲線８ｅ（切り起こし線）と、円板部８ａの周縁における接線とで形成される角度８ｆが、９０度≦８ｆ≦１００度となるように設定する。回転中の回転部材８の円板部８ａの中心付近の空気は、羽根８ｃに沿って半径方向外方へ押し出され、一次空気として図２に示す混合部５に供給される。その結果、円板部８ａの中心付近に負圧が発生しないように、又は負圧を解消するように、軸方向から空気を吸引する。回転部材８の回転速度は、供給する一次空気量を十分に確保できるように設定されている。十分な一次空気量は、気化燃料ガスの量との兼ね合いで一義的には決まらないが、例えば、全空気量の４０〜６０％程度で、特に、５０％程度であるのが好ましい。
【００３０】
円板部８ａの中心付近に発生した負圧を解消するように、円板部８ａの中心付近には、上方から新たな空気が流入する。この新たな空気は、ファン２１（図１）の送風により供給されるが、羽根８ｃの角度８ｆが９０度≦８ｆ≦１００度となるように設定されているため、回転部材８（空気供給機構１７）は、ファン２１の送風量以上の空気を吸引し、空気圧の平衡が保たれる。
【００３１】
図８は、別の回転部材１８（空気供給機構１７）の平面図である。また、図９は、図８の回転部材１８の斜視図である。図８に示すように羽根１８ｃは、円周部１８ｋと内向部１８ｐとを備えている。円周部１８ｋと内向部１８ｐの境界には、折曲線１８ｄが設定されている。図８において、符号１８ｇで示す羽根１８ｃは、折曲線１８ｅで折り曲げられた状態を示す。さらに折曲線８ｄに沿って例えば６０度折り曲げると、他の７つの羽根１８ｃのような形状となる。
【００３２】
羽根１８ｃは、円周部１８ｋと内向部１８ｐとを備えている。内向部１８ｐの面積は、円周部１８ｋの面積よりも広くなるように設定されている。
羽根１８ｃの半径方向内方側の端部は、回転部材１８の中心よりも回転方向（図８の例では反時計回り）に偏向している。そのため、回転部材１８が矢印方向（反時計回り）に回転すると、中心付近の空気は、羽根１８ｃにより半径方向外方（外縁側）へ押し出される。その結果、混合部５（図２）に十分な量の一次空気を供給することができる。
【００３３】
図１０は、図４、図８とは別の回転部材１９（空気供給機構１７）の平面図である。また、図１１は、図１０の回転部材１９の斜視図である。回転部材１９は、二つの回転体２５、２６が、上下に重なった構成を備えている。下方の回転体２５の円板部は、上方の回転体２６の円板部よりも大きく、上方の回転体２６の羽根の面積は、下方の回転体２５の羽根の面積よりも大きくなるように設定されている。そのため、回転体２５の羽根２５ｃの先端部を、回転部材１９の中心付近まで接近させることができる。そのため、回転体を１つしか備えていない回転部材８、１８よりも効率よく一次空気を供給することができる。
【００３４】
図１２は、図４、図８及び図１０の回転部材とはさらに別の回転部材２３（空気供給機構１７）の平面図である。また、図１３は、図１２の回転部材２３の斜視図である。回転部材２３は、前述の回転部材８、１８の特徴を兼ね備えている。さらに、円板部２３ａには、バーリング加工が施された複数の孔２４が設けてある。回転部材２３の上面には、燃料パイプ１４（図１）から液体燃料が滴下される。回転部材２３上に滴下された液体燃料は、このバーリング加工孔２４のために、滴下されて直ちに半径方向外方へ移動することができず、円板部２３ａの全周（全域）に略均一に広がり、さらに遠心力で気化部７（図２）に向かって飛散し、部分的に偏ることなく円筒側壁部７２又は底壁部７１（図２）に付着し、良好に気化される。
【００３５】
図１４は、前述したいずれの回転部材とも異なる形状を備えた回転部材の平面図であり、図１５は図１４の回転部材の斜視図である。また、図１６は、図１４の回転部材の円板体にバーリング加工孔を設けた回転部材の平面図であり、図１７は図１６の回転部材の斜視図である。図１４、１６の回転部材も、羽根の内向部の面積が円周部の面積よりも大きくなるように設定されており、本発明の燃焼装置１を構成することができる。
【００３６】
図１８は、前述のいずれの回転部材とも異なる回転部材２９の分解斜視図である。回転部材２９は、回転部材本体２７と補助部材２８とで構成される。これらを一体化させる（重ね合わせる）と、回転部材２９は、図１９に示すような状態となる。回転部材本体２７は羽根２７ｃを備えている。羽根２７ｃは、円周部２７ａと内向部２７ｂとを有している。補助部材２８は、羽根３１を備えている。
【００３７】
図１９に示すように、回転部材本体２７と補助部材２８とを重ね合わせると、羽根２７ｃと羽根３１とが交互に配置される。回転部材２９が回転すると、羽根２７ｃは、空気を半径方向外方へ押し出すが、羽根３１は、空気の半径方向外方への移動を阻害し、回転部材２９内に侵入した燃料ガスと空気とを攪拌（混合）する効果を奏する。
【００３８】
以上、説明したように、本発明を実施した燃焼装置における回転部材は、隣接する羽根の間隔が広くなるように設定されており、空気通路の断面積が広く確保されている。また、回転部材は、各羽根の略半径方向内方に向く部分の面積が広くなるように設定することにより、回転部材が回転した際に、空気を半径方向外方へ押し出す量が多くなるように構成されている。さらに、各羽根の略回転方向内方に向く部分の先端が、回転部材の回転方向側へ偏向するように設定されているため、回転部材内部の空気が、各羽根に沿って半径方向外方（外縁側）に流れ易くなっている。
【００３９】
したがって、本発明を実施した燃焼装置１では、燃焼装置１の小型化を図るために送風機２（ファン２１）を小型化しても、一次空気量を十分に確保することができるので、燃焼を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を実施した燃焼装置の断面図である。
【図２】図１の燃焼装置の気化部の部分断面斜視図である。
【図３】回転軸に回転部材（空気供給機構）を固定する構成の分解斜視図である。
【図４】本発明の燃焼装置で使用する回転部材（空気供給機構）の平面図である。
【図５】図４の回転部材の一部の羽根を開いた回転部材の平面図である。
【図６】図４の回転部材の斜視図である。
【図７】図４の回転部材の羽根の組立て手順を示す斜視図である。
【図８】図４とは別の本発明の燃焼装置で使用する回転部材（空気供給機構）の平面図である。
【図９】図８の回転部材の斜視図である。
【図１０】図４、図８とは別の本発明の燃焼装置で使用する回転部材（空気供給機構）の平面図である。
【図１１】図１０の回転部材の斜視図である。
【図１２】図４、図８及び図１０の回転部材とはさらに別の回転部材（空気供給機構）の平面図である。
【図１３】図１２の回転部材の斜視図である。
【図１４】本発明の燃焼装置に採用することができる回転部材（空気供給機構）の平面図である。
【図１５】図１４の回転部材の斜視図である。
【図１６】本発明の燃焼装置に採用することができる回転部材（空気供給機構）の平面図である。
【図１７】図１６の回転部材の斜視図である。
【図１８】本発明の燃焼装置に採用することができる回転部材（空気供給機構）の分解斜視図である。
【図１９】一体化した図１８の回転部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  燃焼装置
２  送風機
３  駆動機械部
４  空気調節部
５  混合部
６  燃焼部
７  気化部
８  回転部材
８ｃ  羽根
１４  燃料パイプ
１７  空気供給機構
１８、１９  回転部材
１８ｋ  羽根の円周部
１８ｐ  羽根の内向部
２１  ファン
２２  開口
２３  回転部材
２５、２６  回転体
３０  モータ
３０ｂ  回転軸
６０  炎孔ベース
７１  底壁部
７２  円筒側壁部
７３  電機ヒータ
【図１】
2005351542.tif 000003
【図２】
2005351542.tif 000004
【図３】
2005351542.tif 000005
【図４】
2005351542.tif 000006
【図５】
2005351542.tif 000007
【図６】
2005351542.tif 000008
【図７】
2005351542.tif 000009
【図８】
2005351542.tif 000010
【図９】
2005351542.tif 000011
【図１０】
2005351542.tif 000012
【図１１】
2005351542.tif 000013
【図１２】
2005351542.tif 000014
【図１３】
2005351542.tif 000015
【図１４】
2005351542.tif 000016
【図１５】
2005351542.tif 000017
【図１６】
2005351542.tif 000018
【図１７】
2005351542.tif 000019
【図１８】
2005351542.tif 000020
【図１９】
2005351542.tif 000021