JP5811596B2

JP5811596B2 - 燃料噴霧ノズルの構造

Info

Publication number: JP5811596B2
Application number: JP2011121385A
Authority: JP
Inventors: 知範宮島; 剛伸三田村
Original assignee: 株式会社トヨトミ
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: JP2012247165A

Description

この発明は、液体燃料燃焼装置に使用する圧力噴霧式バーナにおける燃料噴霧ノズルの構造に関する。

石油給湯機や石油暖房機などの液体燃料燃焼装置に使用される圧力噴霧式バーナは、燃料タンクと燃料噴霧ノズルの間にバーナに供給する燃料のための燃料パイプが接続され、燃料パイプの途中には燃料ポンプが取付けられており、燃料ポンプを運転すると燃料タンクの燃料が燃料噴霧ノズルに供給され、燃料ポンプによって加圧された燃料は燃料噴霧ノズルの先端部の燃料噴霧口から霧状になってバーナ内に噴出し、点火電極の放電火花によって着火して燃焼を開始し、バーナに供給される燃焼用空気と混合して安定して燃焼するものである。そして、燃焼器の運転が停止されると、燃料ポンプの運転も停止して、燃料ポンプの吐出圧力が低下するので、燃料タンクから燃料噴霧ノズル内への燃料供給が停止して燃料の噴霧が停止する（特許文献１参照）。

特開昭５９−２７１１２号公報

燃焼器の運転を停止すると、燃料タンクからの燃料供給は停止されるが、燃料パイプ内と燃料噴霧ノズル内には燃料が残っており、燃料パイプや燃料噴霧ノズル内に残留した燃料は気温の変化によって膨張・収縮を起こし、燃焼器を使用していないときに燃料噴霧口から外へ押し出されたり、燃料噴霧ノズル内に引っ込んだりすることがあり、燃料噴霧口やその付近に燃料が付着したまま残ることがあった。そして、燃料噴霧ノズルから外に押し出された燃料は直接空気に触れるため酸化が起こりやすくなり、長期間空気に触れたまま酸化が進むと、燃料がゲル状に固まってしまう。

上記のように燃料噴霧口やその付近に燃料が付着しても、給湯機のように一年を通して使用される商品では、ほぼ毎日運転するので、付着した燃料の酸化が起こる前に点火時に噴霧される燃料と一緒に吹き飛ばされるので特に問題はなかった。
一方、暖房機はシーズンオフになると保管され長期間不使用状態が続くものであり、燃料噴霧口やその付近に付着した燃料の酸化が起こる恐れがある。通常、シーズン終了時には燃料タンク内の燃料を抜き取って保管するが、燃料パイプや燃料噴霧ノズル内には燃料が残っており、この残留している燃料が保管時に燃料噴霧口から押し出されると燃料噴霧口やその周囲に付着したままとなり、長期間使用しない間に燃料がゲル化して燃料噴霧口を塞いでしまい燃料噴霧ノズルの目詰まりを発生させることがあり、翌シーズンの使い始めに燃料噴霧口から燃料が正常に噴霧されず、シーズン初めに着火ミスや燃焼不良などのクレームを多く発生させる原因となっていた。

この発明は上記の課題を解決するもので、燃料タンク１とバーナ２とを接続する燃料パイプ３の途中に燃料ポンプ４を設け、該燃料ポンプ４の吐出圧力で液体燃料を霧化してバーナ２内に供給する燃料噴霧ノズル５を設け、前記燃料噴霧ノズル５は円筒状のノズル本体６と、該ノズル本体６内に配置されてノズル本体６の先端の開口部６ａに嵌合する突出先端部７ｂを備えたオリフィスプレート７と、該オリフィスプレート７の突出先端部７ｂに配置された燃料噴霧口７ａと、該燃料噴霧口７ａに燃料を誘導する燃料供給溝８ａを備えたノズルコーン８と、ノズル本体６内で前記オリフィスプレート７と前記ノズルコーン８を固定するための固定部材９とで構成し、前記燃料ポンプ４によって前記燃料パイプ３からノズル本体６内に送られてくる燃料が、前記ノズルコーン８の燃料供給溝８ａから前記オリフィスプレート７の燃料噴霧口７ａに誘導され、前記燃料噴霧口７ａから霧状燃料となって前方に噴出する圧力噴霧式燃焼器の燃料噴霧ノズルにおいて、前記オリフィスプレート７の突出先端部７ｂの下方に位置する前記ノズル本体６の先端面に凹部６ｂを形成し、前記凹部６ｂは前記オリフィスプレート７の前記突出先端部７ｂを前記ノズル本体６の先端面よりも前方側に位置させて、前記オリフィスプレート７の前記突出先端部７ｂと前記ノズル本体６の先端面との間に段部１０を形成しており、燃焼器の不使用時にノズル本体６内に残る燃料が前記オリフィスプレート７の燃料噴霧口７ａから流出したときに、その燃料を前記オリフィスプレート７の突出先端部７ｂから前記段部１０へ誘導して前記ノズル本体６の外周面の下部に排出させる燃料排出部１１を構成したことを特徴とする。

また、前記オリフィスプレート７の突出先端部７ｂはノズル本体６の開口部６ａの内周縁から前記燃料噴霧口７ａへ向けて縮径する円錐形に構成し、前記燃料噴霧口７ａの下方に形成されるテーパ部７ｃによって前記燃料排出部１１を構成したから流出した燃料が突出先端部７ｂの表面に沿って下方に流れやすくなり、燃料噴霧口７ａやその周囲に燃料が付着したまま残ることがなくなった。

この発明は燃料噴霧ノズル６の先端面の開口部６ａから外部に露出しているオリフィスプレート７の突出先端部７ｂをノズル本体６の先端面よりも前方に突出させて配置し、突出先端部７ｂとノズル本体６の先端面との間に段部１０を形成することで、燃料噴霧口７ａとノズル本体６の外周面の下部との間に燃料排出部１１を構成したものである。
この構成であれば、燃料噴霧口７ａから流出する燃料は突出先端部７ｂの表面を伝って下方に流れ、突出先端部７ｂの外周縁に燃料の流れを妨げるものはなく、突出先端部７ｂの外周縁の下端に集まる燃料は段部１０を流れてノズル本体６の外周面の下部に排出することができるから、シーズンオフの間に燃料噴霧口７ａから燃料が押し出されても燃料噴霧口７ａに燃料が付着したまま残ることがなくなり、シーズンの使い初めに燃料噴霧口７ａの目詰まりによる着火ミスや燃焼不良などのクレームの発生を減らすことができた。

また、突出先端部７ｂの下方に位置するノズル本体６の先端面に凹部６ｂを形成して、オリフィスプレート７の突出先端部７ｂの表面と凹部６ｂの表面との間に前記段部１０を形成すれば、燃料噴霧口７ａと点火電極の位置関係は変えずに燃料排出部１１が構成できるから、燃料噴霧ノズル５の取付け位置や噴霧角度の調整を行う必要はなく、大掛かりな設計変更は必要なく、容易に実現できるものとなった。

また、ノズル本体６の開口部６ａより前方に突出しているオリフィスプレート７の突出先端部７ｂを燃料噴霧口７ａへ向かって縮径する円錐形で形成したから、燃料噴霧口７ａの周囲は流出した燃料が付着する面が小さくなり、燃料がテーパ部７ｃに接触することにより、テーバ部７ｃの傾斜面に沿って下方に流れやすくなったから、流出する燃料が微量であっても確実にノズル本体６の外周面の下部へ誘導することができ、突出先端部７ｂの表面に燃料が付着したまま残ることがない。

１燃料タンク
２バーナ
３燃料パイプ
４燃料ポンプ
５燃料噴霧ノズル
６ノズル本体
６ａ開口部
６ｂ凹部
７オリフィスプレート
７ａ燃料噴霧口
７ｂ突出先端部
７ｃテーパ部
８ノズルコーン
８ａ燃料供給溝
９固定部材
１０段部
１１燃料排出部

この発明の実施例を示す燃料噴霧ノズルの断面図である。この発明の他の実施例を示す燃料噴霧ノズルの正面図である。図２の実施例の断面図である。この発明の他の実施例を示す燃料噴霧ノズルの断面図である。この発明の実施例を示す石油燃焼器の断面図である。

図に示す実施例によってこの発明を説明すると、２は石油系の燃料を燃焼させる有底筒形のバーナ、１２はこのバーナ２の全周を覆うように配置した風胴、１３はバーナ２へ燃焼用空気を送る燃焼用送風機であり、前記燃焼用送風機１３が駆動すると燃焼空気が風胴１２内に送られ、バーナ２の側壁に設けた空気孔からバーナ２内に空気を供給している。

１はバーナ２内に供給する燃料を貯える燃料タンク、５はバーナ２の側壁に設置された燃料噴霧ノズル、４は燃料タンク１の燃料を燃料噴霧ノズル５へ送る燃料ポンプ、３は燃料噴霧ノズル５と燃料ポンプ４を接続する燃料パイプであり、燃料ポンプ４を運転すると燃料タンク１の燃料はこの燃料ポンプ４によって汲み上げられて加圧され、燃料パイプ３でつながる燃料噴霧ノズル５の先端から霧状燃料となってバーナ２内に噴霧することができる。

１４は前記燃料噴霧ノズル５の前方に先端が位置するようにバーナ２の側面に設置された点火電極、１５は点火電極１４に高電圧を印加する点火変圧器であり、暖房機の点火操作が行われると、前記燃焼用送風機１３と点火変圧器１５に通電されて、燃焼用送風機１３は運転を開始して発生した風が燃焼用空気としてバーナ２に送られると共に、点火変圧器１５は点火電極１４に高電圧を供給して点火電極１４の先端に放電火花を発生させる。そして、燃料ポンプ４に通電されて燃料噴霧ノズル５から燃料が噴霧されると、霧状燃料に着火して燃焼を開始する。

燃料噴霧ノズル５を説明する図１において、６は円筒状のノズル本体、６ａはノズル本体６の先端面に形成した開口部、７は略円板状の金属製プレートからなり、中央に燃料噴霧口７ａを備えたオリフィスプレート、７ｂは前記オリフィスプレート７の燃料噴霧口７ａが形成された中央部分を周囲より一段突出させた突出先端部であり、オリフィスプレート７はノズル本体６の後部側からノズル本体６内に装着され、突出先端部７ｂがノズル本体６の開口部６ａに嵌合し、オリフィスプレート７の突出先端部７ｂが開口部６ａから外部に露出している。また、オリフィスプレート７の突出先端部７ｂとは反対側の後面には燃料噴霧口７ａを中心とした円錐状の凹部が形成されている。

８はノズル本体６内のオリフィスプレート７の上流側に配置したノズルコーンであり、ノズルコーン８の外径はノズル本体６の内径よりも小さく設定し、ノズルコーン８の先端は円錐状に形成されており、オリフィスプレート７の後面の形状と一致させている。８ａは前記ノズルコーン８の円錐状の先端の頂部から放射状に複数本形成した燃料供給溝であり、ノズルコーン８をノズル本体６内に装着するとノズルコーン８の先端が前記オリフィスプレート７の凹部と密着し、ノズルコーン８の外周面とノズル本体６の内周壁との間に燃料が通過する隙間１６ａが形成され、ノズルコーン８の燃料供給溝８ａが隙間１６ａとオリフィスプレート７の燃料噴霧口７ａとを連続している。

９はノズル本体６内に装着したオリフィスプレート７とノズルコーン８を固定するための筒状の固定部材、１７はノズル本体６の内周面と固定部材９の外周面との間に形成したネジ部であり、固定部材９はノズル本体６の後部から装着してネジ部１７の螺合によって取り付けられ、固定部材９がノズルコーン８をノズル本体６の先端側へ押圧してノズルコーン８がオリフィスプレート７と密着した状態で固定される。

また、固定部材９のネジ部１７より先端側の外径寸法をノズル本体６の内径寸法よりも小さく設定し、固定部材９の外周面とノズル本体６の内周壁との間に隙間１６ｂを形成している。９ａは固定部材９の内部空間と前記隙間１６ｂとを連通する固定部材９の側面に形成した燃料流通孔、１６は前記隙間１６ａ・１６ｂが連続して形成される燃料流通間隙、１８はノズル本体６の後端部に配置されたフィルタ部材であり、フィルタ部材１８はノズル本体６内のネジ部に螺合して取付けられている。

１９は前記ノズル本体６と燃料パイプ３とを連結する連結部であり、実施例の連結部１９は袋ナットで構成しており、ノズル本体６の後端部の外周面に形成したネジ部と螺合してノズル本体６と燃料パイプ３とが連結している。

燃料ポンプ４によって燃料パイプ３から送られてくる燃料は前記フィルタ部材１８を通過するときに細かいゴミや埃などが除去されてノズル本体６内へ送り込まれ、前記固定部材９の内部空間から燃料流通孔９ａを経て燃料流通間隙１６に流入し、ノズルコーン８の燃料供給溝８ａを通って燃料噴霧口７ａへ向かうときに圧送されるので、燃料噴霧口７ａから霧状の燃料となって噴霧することができる。

また、暖房機の消火操作が行われると前記燃焼用送風機１３と燃料ポンプ４の通電が停止し、燃料ポンプ４の吐出圧力が低下するので、燃料噴霧口７ａからの燃料の噴霧が停止して消火する。

ところで、暖房シーズンが終わりになれば、燃料タンク１内の燃料を使いきるか、もしくは燃料タンク１の燃料を抜き取ってから倉庫等で保管されるものであるが、燃料タンク１内を空にしても燃料パイプ３やノズル本体６内の燃料を抜き取ることはなく、燃料パイプ３やノズル本体６内に燃料が残留した状態で保管されることとなる。暖房機に使用される灯油などの燃料は、空気に触れて放置されると酸化してしまうが、燃料パイプ３内やノズル本体６内の燃料は直接空気に触れないから酸化の心配はなく、翌シーズンまで保管することができる。

しかしながら、燃料パイプ３内やノズル本体６内の燃料は気温の変化によって膨張・収縮を起こし、気温が上昇する夏に膨張した燃料が燃料噴霧口７ａから押し出されることがあり、押し出された燃料は突出先端部７ｂの表面を伝って下方に流れるが、従来のように突出先端部７ｂとノズル本体６の先端面が同一面にあると突出先端部７ｂの周囲を囲むノズル本体６の先端面で燃料の流れが止まってしまい、燃料噴霧口７ａやその周囲に付着したまま残ることがある。
燃料噴霧口７ａに付着した燃料は、冬の暖房シーズンが始まるまでの間に長期間直接空気に触れた状態になるから、燃料が酸化反応を起こして液状の燃料が次第にゲル状の塊になり、この状態が繰り返されるとゲル状になった燃料の塊が燃料噴霧口７ａの目詰まりを発生させてしまうことがある。

このように、シーズンオフの間に燃料噴霧口７ａの目詰まりが発生すると、暖房シーズンの始めに暖房器の運転を開始しようとするときに、燃料噴霧口７ａから燃料が正常に噴霧されないため、着火ミスを繰り返したり、着火しても正常な炎が形成されずに燃焼不良を起こして停止してしまうといったクレームを多く発生させていることが分かってきた。

この発明は上記のような着火ミスや燃焼不良などのクレームの原因となる燃料噴霧ノズル５の目詰まりの発生を防止するための提案であり、この発明の実施例では、ノズル本体６の開口部６ａに嵌合するオリフィスプレート７の突出先端部７ｂがノズル本体６の先端面よりも前方に突出するように構成している。１０はオリフィスプレート７の突出先端部７ｂとノズル本体６の先端面との間に形成される段部、１１はオリフィスプレート７の突出先端部７ｂと前記段部１０とで構成する燃料排出部である。

この構成であれば、燃料噴霧口７ａから流出した燃料は突出先端部７ｂの表面を伝って下方に流れ、突出先端部７ｂの下端から段部１０に沿って付着するものとなる。段部１０に付着した燃料はノズル本体６の先端面に接触すると下方に引っ張られる力が働き、段部１０からノズル本体６の先端面へ流れ、ノズル本体６の外周部の下方へ燃料を誘導することができるものである。

暖房機の停止中に燃料噴霧口７ａから少しずつ押し出される燃料の粒径は燃料噴霧口７ａの内径とほぼ同じ大きさであり、突出先端部７ｂの表面を伝って下方に流れ、突出先端部７ｂの下端に集まる燃料の粒径は燃料噴霧口７ａの内径より大きくなる。このため、段部１０の高さを燃料噴霧口７ａの内径寸法と同じかそれ以下に設定すれば、燃料が段部１０に付着したときにノズル本体６の先端面に接触しやすくなり、段部１０からノズル本体６の先端面にスムーズに燃料が誘導されるものである。

この構成によって、突出先端部７ｂの下端で燃料の流れが遮られることはなくなり、燃料噴霧口７ａとその付近の突出先端部７ｂの表面に燃料が付着して膜を作るように残ることはなくなったから、従来のように暖房のシーズンオフの間に燃料噴霧口７ａから燃料が押し出されることがあっても、燃料噴霧口７ａが目詰まりを起こす心配はなくなったから、暖房シーズンのはじめに着火ミスや燃焼不良などのクレームを発生させることがなくなった。

図２に示す他の実施例において、６ｂはノズル本体６の先端面の一部を切り欠いた凹部であり、凹部６ｂはオリフィスプレート７の突出先端部７ｂの下方に扇形に配置しており、ノズル本体６の先端面が突出先端部７ｂの先端面より後方に位置するので、突出先端部７ｂとの間に段部１０を構成することができる。また、凹部６ｂは開口部６ａの内縁側の横幅寸法を突出先端部７ｂの直径より小さく、燃料噴霧口７ａの直径より大きくなるように設定し、凹部６ｂの上下方向にのびる中心線が燃料噴霧口７ａの中心と一致しており、燃料噴霧口７ａから突出先端部７ｂの表面を伝って流れる燃料を確実に凹部６ｂに誘導できるようになっている。凹部６ｂは下方に広がった形状であるから、凹部６ｂに誘導された燃料はノズル本体６の外周面の下部までスムーズに流れることができ、この構成によっても燃料噴霧口７ａから流出した燃料が燃料噴霧口７ａとその付近の突出先端部７ｂの表面に残ることはなくなり、燃料噴霧口７ａが目詰まりを起こすことはなくなった。

この構成であれば、ノズル本体６の先端面の一部分を加工して凹部６ｂを形成するだけの簡単な方法で実現することができる。また、燃料噴霧ノズル５の取付位置を変更する必要はなく、この発明品を採用するにあたり、燃料噴霧口７ａと点火電極１４の最適な位置を検証するための各種試験や大掛かりな設計変更を行う必要がなく容易に実現することができるものである。

また、図４に示すこの発明の他の実施例では、オリフィスプレート７の突出先端部７ｂを燃料噴霧口７ａへ向けて縮径する円錐形で形成しており、突出先端部７ｂを平面で形成したものに比べて燃料噴霧口７ａの周囲には燃料が付着する面が小さくなっている。７ｃはこの円錐状の突出先端部７ｂの表面に構成されるテーパ部であり、燃料が流出して下方に流れようとするときに、燃料噴霧口７ａのすぐ下方にテーパ部７ｃが位置しているから、燃料は燃料噴霧口７ａの周囲の表面に付着せずにテーパ部７ｃに沿って流れやすくなる。このため、燃料噴霧口から流出する燃料が微量のときでも確実に突出先端部７ｂの下端へ誘導することができる。

なお、テーパ部７ｃをノズル本体６の先端面から形成すると、製造時の寸法誤差によりテーパ部７ｃの外周縁のコーナー部分よりノズル本体６の先端面が前方に位置する可能性があり、テーパ部７ｃに沿って流れる燃料がノズル本体６の開口部６ａの内縁で止められてスムーズに流れなくなる恐れがあるため、部品の寸法精度が要求されコスト高を招く。このため、実施例では、突出先端部７ｂのテーパ部７ｃをノズル本体６の先端面よりも前方位置から形成して、テーパ部７ｃとノズル本体６の先端面との間に前記段部１０を構成しており、テーパ部７ｃに沿って下方に流れる燃料が段部１０を経てノズル本体６の先端面に向かうようにしている。
この構成であれば、多少の寸法誤差が生じたとしてもテーパ部７ｃの外周コーナー部がノズル本体６より前方に位置するから突出先端部７ｂとノズル本体６の内周縁との嵌合部で燃料の流れが止められることはなく、ノズル本体６の外周面の下部へ確実かつスムーズに誘導することができるようになった。また、部品の寸法管理や組み立て寸法の精度管理が容易になり製造コスト上昇を抑えることができた。

Claims

燃料タンク（１）とバーナ（２）とを接続する燃料パイプ（３）の途中に燃料ポンプ（４）を設け、該燃料ポンプ（４）の吐出圧力で液体燃料を霧化してバーナ（２）内に供給する燃料噴霧ノズル（５）を設け、
前記燃料噴霧ノズル（５）は円筒状のノズル本体（６）と、該ノズル本体（６）内に配置されてノズル本体（６）の先端の開口部（６ａ）に嵌合する突出先端部（７ｂ）を備えたオリフィスプレート（７）と、該オリフィスプレート（７）の突出先端部（７ｂ）に配置された燃料噴霧口（７ａ）と、該燃料噴霧口（７ａ）に燃料を誘導する燃料供給溝（８ａ）を備えたノズルコーン（８）と、前記オリフィスプレート（７）と前記ノズルコーン（８）とを前記ノズル本体（６）内に固定するための固定部材（９）とで構成し、
前記燃料ポンプ（４）によって前記燃料パイプ（３）からノズル本体（６）内に送られてくる燃料が、前記ノズルコーン（８）の燃料供給溝（８ａ）から前記オリフィスプレート（７）の燃料噴霧口（７ａ）に誘導され、前記燃料噴霧口（７ａ）から霧状燃料となって前方に噴出する圧力噴霧式燃焼器の燃料噴霧ノズルにおいて、
前記オリフィスプレート（７）の突出先端部（７ｂ）の下方に位置する前記ノズル本体（６）の先端面に凹部（６ｂ）を形成し、
前記凹部（６ｂ）は前記オリフィスプレート（７）の前記突出先端部（７ｂ）を前記ノズル本体（６）の先端面よりも前方側に位置させて、前記オリフィスプレート（７）の前記突出先端部（７ｂ）と前記ノズル本体（６）の先端面との間に段部（１０）を形成しており、
燃焼器の不使用時にノズル本体（６）内に残る燃料が前記オリフィスプレート（７）の燃料噴霧口（７ａ）から流出したときに、その燃料を前記オリフィスプレート（７）の突出先端部（７ｂ）から前記段部（１０）へ誘導して前記ノズル本体（６）の外周面の下部に排出させる燃料排出部（１１）を構成したことを特徴とする燃料噴霧ノズルの構造。
前記オリフィスプレート（７）の突出先端部（７ｂ）はノズル本体（６）の開口部（６ａ）の内周縁から前記燃料噴霧口（７ａ）へ向けて縮径する円錐形に構成し、前記燃料噴霧口７ａの下方に形成されるテーパ部（７ｃ）によって前記燃料排出部（１１）を構成したことを特徴とする請求項１に記載した燃料噴霧ノズルの構造。