JP2007083220A - 二流体噴射ノズルおよびオイルバーナ - Google Patents

Abstract

【課題】ラバルノズル構造を使用して二流体噴射させ、噴出する流体の周囲に空気が誘引されるようにして噴出流体が直進性を備える構成の二流体噴射ノズルと、その噴射ノズルを利用するオイルバーナを提供する。
【解決手段】二重管の内管３端に第1流体の噴出口１２が設けられ、外管２と内管３との隙間から第２流体が圧入されるようにして、前記第１流体と第２流体とが混合する部分をラバルノズル形状の吸込み部２２とされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ２４出口前方位置に、軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔２８が混合流体の噴出流路を取巻いて複数配設される構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体を高速で噴射可能にして、かつ直進性を備えた二流体噴射ノズルと、その噴射ノズルを利用するオイルバーナに関するものである。

一般に、ジェットバーナは、燃焼筒内に燃料，燃焼用空気を送り込み、燃焼筒内で燃焼させた燃焼ガスを高速でラバルノズルから噴射させるものである。ラバルノズルは、燃焼ガスの噴射速度が音速を超えるように設計されたものであり、構造上は単なる中細ノズルで、そのノズル形状に特に工夫は見られない。この種、ジェットバーナは燃焼室の冷却構造や燃焼空気の供給手段について特徴を持たせることで、差別化を図っている。

このジェットバーナについては、例えばバーナ本体の中心軸上に燃焼室の周囲から高圧空気を供給して旋回燃焼流を起こさせる第１の燃焼室と、さらに予熱された高圧空気を供給して旋回流を助長させて渦流高温燃焼部を形成する第２の燃焼室とが配置され、その第２の燃焼室から燃焼ガスを音速以上に上げる狭窄絞り状の衝撃波変換部（ラバルノズル）を通じて噴出させるように構成され、前記第２の燃焼室の周囲は三重管構造にされて、その内部に高圧空気を流通させて予熱と燃焼室を保つための冷却手段とされたものが特許文献１によって開示されている。

このほかに、燃焼室の周囲に燃焼用空気を予熱して供給するとともに、燃焼室を冷却保護するための二重管構造にされ、燃焼室からラバルノズルを通じて高速で燃焼ガスを噴出させる構成とされるジェットバーナについて、特許文献２あるいは特許文献３などによって知られている。

一方、前記ジェットバーナのほかに、水を微粒化して噴霧するのに、空気噴出ノズルから噴出する周囲に水を供給して混合室で攪拌混合させ、混合室の先端部に設けた噴射口から水と空気の混合流体を噴出させて微粒噴霧させるように構成された二流体噴射ノズルが特許文献４によって知られている。

特許第３６３４３２５号公報 特開平１１−８２９４０号公報 特開平０９−２１５０８号公報 実開平５−６３６５８号公報

しかしながら、従来のジェットバーナは、前記特許文献１，２あるいは３によって知られるように、燃焼筒内で発生させた燃焼ガスを高速で噴射させるものであり、燃焼熱よりも流体（燃焼ガス）の速度を上げて岩石の切断や破砕に利用するものである。前記特許文献１によって開示されるジェットバーナでは、燃焼室に供給される空気によって燃焼ガスに渦流を起こさせて噴出口から音速以上の速度で噴射させるようにしている。このような方式によれば噴射口から噴出される燃焼ガスは旋回流で急速に拡散されることになり、衝撃波を発する機能は備えていても失速して直進性が期待しがたいものである。また、燃焼筒内で高温燃焼させるので、燃焼筒を保護する必要が生じ、供給空気の予熱路として利用されるが多重管構造となってコストアップが避けられないという問題点がある。

一方、通常の二流体噴射ノズルは、特許文献４で知られるように、液体の微粒化を追求するものでは、噴霧後の二流体が噴射と同時に失速するために、直線的な高速噴射と微粒化を両立させることが困難である。したがって、噴射位置から遠位置まで流体を飛ばして噴霧させるような状態での使用ができない。

本発明は、前述のような問題点を解決するために、ラバルノズル構造を使用して二流体噴射させるにあたり、噴出される流体の周囲に空気が誘引されるようにして、噴出流体が直進性を備えるように構成された二流体噴射ノズルと、その噴射ノズルを利用するオイルバーナを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明の二流体噴射ノズルは、
二重管の内管端に第１流体の噴出口が設けられ、外管と内管との隙間から第２流体が圧入されるようにして、前記第１流体と第２流体とが混合する部分をラバルノズル形状の吸込み部とされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に、軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔が混合流体の噴出流路を取巻いて複数配設されていることを特徴とするものである。

前記発明において、前記二重管の内管に設けられる噴出口には背後から操作できる第１流体の流量調整用ニードル弁が設けられ、かつ前記内管を外管内で軸線方向に進退させて第２流体の流量の設定ができる第２流体の流量設定機構を備えているのがよい（第２発明）。

前記第２流体の流量設定機構は、ラバルノズル形状のノズルヘッドにおける第２流体通路壁内面と内管先端部との間隙を、内管後部で外管に対しねじ構造による調整で進退させて流量の調整が行えるように構成されているのがよい（第３発明）。

また、第４発明の二流体噴射ノズルは、
二重管の端部に取付くノズルヘッドの内部に、前記二重管の内管と連通する第１流体の流通孔および外管と連通する第２流体の流通孔を設けたガイド体が配され、このガイド体の周面とノズルヘッドの内壁との間に形成された混合室で前記二流体が混合されてラバルノズル形状の吸込み部に流入するようにされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に、軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔が混合流体の噴出流路を取巻いて複数配設されていることを特徴とするものである。

前記第４発明において、前記ガイド体は、軸線方向に後半をノズルヘッド内での嵌設部として、前半を前記嵌設部より小さい外径にして前端に鍔状突出部が形成され、中心部に前記内管内と連通する凹部が設けられ、この凹部から前半外周に向け小径の流通孔を複数等分して放射状に穿設され、前記嵌設部に外管内と連通する複数の流通孔を軸線に平行して設けた構造とされ、前記嵌設部でノズルヘッドによって前記二重管の先端に密接固定されて、そのノズルヘッド内壁面と前記前半外周面との間に前記両流通孔から噴出される二流体の混合室が形成され、前記鍔状突出部と前記ラバルノズル形状の吸込み部内面とによって混合流体の環状噴出流路が形成されるように構成されるのがよい（第５発明）。

前記ガイド体において、内管連通の流通孔と外管連通の流通孔とは、同一円周角で設けられているのがよい（第６発明）。

また、前記第４発明において、前記ガイド体に設けられる流通孔の孔径および／または配設数の変更とともに、ラバルノズルのスロート口径の変更により噴射流量が設定されるのがよい（第７発明）。

また、第８発明のオイルバーナは、
二重管の内管端に燃料油の噴出口が設けられ、外管と内管との隙間から圧縮空気を圧入して、前記燃料油と圧縮空気とが混合する部分をラバルノズル形状の吸込み部とされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に、軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔を複数配設されて、前記ディフューザから噴出される燃料油と空気との混合気の周囲に前記空気吸込み孔から空気を吸引するようにして、噴射する混合気で直進性の高い火炎が得られる構成であることを特徴とするものである。

前記第８発明において、前記噴出口には、背後から操作できる燃料油油量のニードル調整弁が設けられ、前記内管を外管内で軸線方向に進退させる流量設定機構にて圧縮空気の流量の設定ができるようにされて、燃焼量と火炎長が制御できる構成であるのがよい（第９発明）。

さらに、第１０発明のオイルバーナは、
二重管の端部に取付くノズルヘッドの内部に、前記二重管の内管を通じ供給される燃料油の流通孔および外管を通じ供給される圧縮空気の流通孔を備えたガイド体が配置され、このガイド体の周面とノズルヘッド内壁との間に形成される混合室がラバルノズル形状の吸込み部に連通するようにされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔を複数配設され、前記ディフューザから噴出される燃料油と空気との混合気の周囲に前記空気吸込み孔から空気を吸引するようにして、噴射する混合気で直進性の高い火炎が得られる構成であることを特徴とするものである。

前記第１０発明において、前記ガイド体は、設けられる両流通孔の孔径および／または配設数の変更により二流体の流量設置が行えるようにするのがよい（第１１発明）。また、前記第１０発明において、前記ガイド体に設けられる流通孔の孔径および／または配設数の変更とともに、ラバルノズルのスロート口径の変更により燃焼量と火炎量が設定されるのがよい（第１２発明）。

本発明（第１発明）によれば、第１流体と第２流体とを噴射混合して微粒化するとともに、ラバルノズル形状の加圧混合手段を用い、高速で噴出する混合流体の周りに二次空気を吸引させることにより、ディフューザから噴出される流体が圧力開放によって拡散されて失速するのを防止することで、高い直進性を有した状態で噴射することができる。したがって、例えば水と空気とを用いて水を噴霧するに際して直進性が求められる場合、例えばごみ焼却炉などの排ガス冷却用ノズルとして利用するのに水の微粒化とともに周囲の気流に流動性を高めることができ有効である。特に、内部構造が簡単で、噴射速度も変更できるので、目詰まり時のセルフクリーニングが可能であり、また、ノズルを上向きにした使用に有効であるという利点がある。

また、第４発明によれば、ノズルヘッドの内部に配されるガイド体によって第１流体と第２流体を混合室に導いて混合させて微粒化し、ラバルノズル形状の吸込み部に混合室から均等に流入させてラバルノズル形状の加圧混合手段を用い、高速で噴出する混合流体の周りに二次空気を吸引させることにより、ディフューザから噴出される流体が圧力開放によって拡散されて失速するのを防止することで、高い直進性を有した状態で噴射することができる。したがって、二流体の混合を１個のガイド体によって行うようにして構造の簡素化を図ることができるという利点がある。また、混合流体の噴射制御手段としては、二流体の流通孔の孔径および／または配置数が異なるガイド体と変えることで混合流体の噴射状態を変更できる。さらに、加えてラバルノズル形状のスロートの口径を変更すれば、噴射流体の直進性を変更できる。

また、第８発明あるいは第１０発明によれば、前記二流体噴射ノズルをバーナとして使用した場合、噴射される混合気で非常に高い直進性を有し、火炎の全長の約半分まで青火として、残りの半分を輻射熱の強い赤色火炎とすることができる。したがって、例えば溶融炉内などで発生するダストやスラグによる閉塞部分を局所的に加熱して溶融処理するような用途に使用して有効である。また、ノズルから噴出してから燃焼を開始するので、バーナとして構造簡単でメンテナンスも容易であるという利点がある。

また、第１０発明によれば、ノズルヘッド内に配されるガイド体の流通孔の孔径および／または配置数の異なるものを取替える、あるいはそのガイド体の変更とともにラバルノズル形状のスロート口径を変更することで、バーナの燃焼条件を設定することができる。

次に、本発明による二流体噴射ノズルおよびオイルバーナの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１には本発明の第１の実施形態に係る二流体噴射ノズルを表わす全体外形図が示されている。図２には噴射ノズル主要部の縦断面図（ａ）とそのＡ−Ａ断面図（ｂ）およびＢ−Ｂ断面図（ｃ）が、図３には噴射ノズルの流体を制御する機構部を表わす縦断面図が、それぞれ示されている。

本実施形態の二流体噴射ノズル１は、同軸芯で組み合わされた所要長さ寸法の外管２および内管３と、内管先端部に設けられる第１流体の噴出口１２と、その噴出口１２における流量制御のためのニードル弁（流量制御弁１０）と、外管２の先端に付設されて内部にラバルノズル形成部を備えるノズルヘッド２０、およびそのノズルヘッド２０の内部で内管３を進退させて第２流体の流量設定が行える流量設定機構２６とで構成されている。

前記外管２に対する内管３は、外管２の後端ねじ部２ａにねじ孔４ａを螺合定着される接続支持金具４の内部で同軸心にて形成されるねじ孔４ｂと、外管２の先端部に付設される内周に等分されて突起を設けられた受け部片５とによって同心に保持され、外周面と外管２の内面との間に所要の空間７が形成されている。また、外管２の後部には側面に直交して第２流体の供給口６とその接続管６′が取付けられている。

さらに、内管３は、外管２よりも長い寸法にされ、後端部の外周に雄ねじ部３ａが形成され、その雄ねじ部３ａを前記外管２の後端ねじ部２ａに固着する接続支持金具４のねじ孔４ｂに螺合され、雄ねじ部３ａに螺合するロックナット８を前記接続支持金具４の後面４ｃに当接させて固定される。また、内管３の前記雄ねじ部３ａの後端部分には、内管３内に供給される第１流体の供給口９とその接続管９ａとが横向きに設けられて、中心部に内管取付ねじ孔１１ａを穿設された第１流体導入金具１１が螺合定着されている。なお、その第１流体導入金具１１は、内管３の雄ねじ部３ａに螺合するロックナット８′を前面に当接させて内管３の端部から離脱しないように固定されている。

一方、前記内管３の先端部には、図２によって示されるように、流体噴出口１２が中心軸線上に設けられ、その流体噴出口１２の内周縁を弁座１３とする流量調節弁１０（ニードル弁）が設けられている。この流量調節弁１０は、先端にニードル弁体１４ａを備えた弁棒１４が内管３の後端部から同軸芯で挿通されており、その弁棒１４の後端部に形成された雄ねじ部１４ｂを前記第１流体導入金具１１の中心に貫通形成された弁棒操作用ねじ孔１１ｃと螺合させて、弁棒１４端に形成される角軸部１４ｄにハンドル（図示省略）を係合させて弁棒１４を回転することにより、ねじ番（つがい）によってニードル弁体１４ａを前記弁座１３に対して進退させ、流量調節するように構成されている。図中符号１６は、この二流体噴射ノズル１を使用する機器に取付けるための取付部材で、複数の取付孔（図示せず）を備え、外管２の中間部に固着されている。

前記ノズルヘッド２０は、前記外管２の先端に同軸芯で装着されている。このノズルヘッド２０は、図２に示されるように、円筒状の後半部２１の外管２端への螺合取付部（雌ねじ部２１ａ）と、その内部で前記内管３が外管２先端よりも長く突き出す部分を受入れて外管２の内周と内管３の外周との間に形成される環状の第２流体の流動空間７の延長部分７ａとを有している。ノズルヘッド２０の中間部には、中心軸上で前記流動空間の延長部分７ａの形成部から軸心に向かって絞縮するラッパ形状の吸込み部分２２から狭窄部分２３（スロート部２３）を経てディフューザ２４に通じるラバルノズル形成部２５が設けられている。さらに、このような中間部から前部には前記ディフューザ２４に連接して拡開口径の空気吸引部２７が形成されている。

前記吸込み部分２２には、前記内管３の先端部に形成された弁体部１０ａがラッパ状の絞縮壁面２２ａに対向して前記第２流体の流動空間７の延長部分７ａの間隙を設定可能に設けられており、このラッパ状の絞縮壁面２２ａと前記弁体部１０ａ（本発明における第２流体通路壁内面と内管先端部に相当）とによって第２流体の流量設定機構２６が形成されている。この流量設定機構２６における設定操作は、後述する手段で前記間隙を設定することにより、第２流体の流量を適正に設定できるようになっている。

また、前記空気吸引部２７は、前記ラバルノズル形成部２５のディフューザ２４の先端口径よりも大きい口径で所要長さの筒状にされ、その筒状部分には周面に等分して軸線に沿う長孔状の空気吸込み孔２８が複数設けられている。

このように構成された本実施形態の二流体噴射ノズル１は、使用に際して第１流体として水を、第２流体として圧縮空気を使用し、水噴霧ノズルとして用いられる場合について説明する。

この水噴霧ノズルにあっては、第１流体の供給口９にその接続管９ａを介して圧力水供給配管（図示せず）を接続し、また第２流体の供給口６にはその接続管６′を介して圧縮空気または蒸気の供給配管（図示せず）を接続し、それぞれの流体を供給する。なお、使用に先立って前記第２流体（圧縮空気または蒸気）の供給流量を設定する。この第２流体（圧縮空気または蒸気）の供給流量設定については、接続支持金具４の後面４ｃに当接させて固定しているロックナット８の締付けを緩め、第１流体導入金具１１を回動させることにより、この第１流体導入金具１１と一体的に結合されている内管３が回動し、前記接続支持金具４のねじ孔４ｂ（雌ねじ部）と内管３の雄ねじ部３ａとのねじ番（つがい）によって内管３を接続支持金具４に対して直接進退させ、流量設定機構２６を構成する内管３の先端部の弁体部１０ａとノズルヘッド２０におけるラッパ状の絞縮壁面２２ａとの隙間を適正に設定する。流量設定が終ればロックナット８を締め込んで内管３を接続支持金具４に固定して使用に供される。

一方、内管３内に供給される圧力水は、内管３の内部に組込まれている流量調節弁１０を操作して、噴射流量の調節を行うことができる。この流量調節弁１０は、圧力水（第１流体）導入金具１１の後部に突き出している弁棒１４端の角軸部１４ｄにハンドルや位置決め機能を有するサーボモータを取付けて（またはモンキーなどの工具）、弁棒１４を回転させることにより、弁棒１４先端部のニードル弁体１４ａが進退し、前記内管３の先端部に設けられた流体噴出口１２の内周縁の弁座１３との間隙を調整して流量の調整が行える。

このようにされた水噴霧ノズル（二流体噴射ノズル１）の作動について説明すると、供給口９から送入された圧力水は内管３を通じてその先端の噴出口１２からラバルノズル形状部２５の吸込み部２２に噴出する。一方、圧縮空気（または蒸気）は供給口６から外管２内部の流動空間７に送り込まれ、ノズルヘッド２０内の流動空間の延長部７ａから流量設定機構２６における設定間隙（ラッパ状の絞縮壁面２２ａと内管先端部の弁体部１０ａとによる隙間）を通じて吸込み部２２に噴出される。

ノズルヘッド２０内の吸込み部２２に噴出された圧力水と圧縮空気（または蒸気）は、ラバルノズル入口（吸込み部２２）で激しく混合され、最も狭い流路となるスロート部２３にて圧縮されて音速以上の速度に加速され、ディフューザ２４を通過して出口部２９で超高速になって噴射される。この出口部２９を通過する混合気の吐出力（噴射力）により、図４に模式的に示されるように、ノズル先端部に設けられた空気吸引部２７の周囲で縦長状に形成される複数の空気吸込み孔２８より周囲の空気を吸込み、噴出する混合気ｇの周囲を吸引した空気流ｆが取巻いた状態で噴射される。その結果、ノズル先端から噴射される混合気ｇはノズルの先端出口３０での拡散を抑えられて直進性の高い噴射を行うことができる。

このようなことから、この水噴射ノズルとしては、噴射する水の噴霧状態が、一般の噴霧ノズルのように、単に微粒化した噴霧の拡散範囲を拡大させるというような目的とは異なり、直進性を有することから指向性が生じるので、噴射によってその周囲の気流を伴走させて流動性を与えることができる。したがって、例えば減温塔の噴霧ノズルに使用して塔内での整流効果を高められることが期待できる。そのほかに、上向きの噴霧を行わせることも可能となる。

前記実施形態の二流体噴射ノズル１は、第１流体として灯油などの燃料油を、第２流体として圧縮空気（または蒸気）を用いることにより、オイルバーナとして使用することができる。次に、オイルバーナとした場合について説明する。

このオイルバーナにあっては、第１流体の供給口９にその接続管９ａを介して燃料油供給配管を接続し、また第２流体の供給口６にはその接続管６′を介して圧縮空気（または蒸気）の供給配管を接続し、それぞれの流体を供給する。なお、使用に先立って前記第２流体（圧縮空気または蒸気）の供給流量を設定する。この第２流体（圧縮空気または蒸気）の供給流量設定については、前記水噴霧ノズルの場合と同様であるので、その説明を省略する。

供給口９から送入された燃料油は、内管３の内部を通じてその先端の噴出口１２からラバルノズル形状部２５の吸込み部２２に噴出する。一方、圧縮空気（または蒸気）は供給口６から外管２内部の流動空間７に送り込まれ、ノズルヘッド２０内の流動空間延長部分７ａから流量設定機構２６における設定間隙（ラッパ状の絞縮壁面２２ａと内管先端部の弁体部１０ａとによる隙間）を通じて吸込み部２２に噴出される。

ノズルヘッド２０内の吸込み部２２に噴出された燃料油と圧縮空気（または蒸気）は、ラバルノズル形状部の入口（吸込み部２２）で激しく混合され、最も狭い流路となるスロート部２３にて圧縮されて音速以上の速度に加速され、ディフューザ２４を通過して出口部で超高速になって噴射される。図４に示されるように、この出口部２９を通過する混合気ｇの吐出力（噴射力）により、前記水噴射の場合と同様に、ノズル先端部に設けられた空気吸引部２７で周囲に複数箇所で縦長状に形成される空気吸込み孔２８より周囲の空気を吸込み、噴出する混合気ｇの周囲を吸引した空気流ｆが取巻いた状態で噴射される。その結果、ノズル先端出口３０から噴射される混合気ｇはノズルの先端出口３０での拡散を抑えられて直進性の高い噴射が行なわれる。したがって、その混合気ｇの噴射部に対して別途着火手段（着火ノズル、図示せず）を配置しておき、混合気の噴射が開始されると着火ノズルにより混合気に点火すれば、高速で噴出する混合気を燃焼させることができる。

こうしてノズルヘッド２０の先端から噴出される混合気（燃焼ガス）を燃焼させると、前述のようにノズル先端部２９に設けられた空気吸引部２７で縦長状に形成される複数の空気吸込み孔２８からの空気の吸込みによって、噴出する混合気の周囲を吸引した空気流が取巻いた状態で噴射される。その結果、ノズル先端出口３０から噴射される混合気は、そのノズル先端出口３０での拡散が抑えられ、失速することなく直進性の高い噴射が行われる。なお、燃焼の状態は、燃料油の噴出量を流量調整弁１０によって調整することにより使用状態に対応させることができる。もちろん、空気の供給量に関しても、圧縮空気の供給配管側で調整すればよい。

このようにして噴射され燃焼する混合気の火炎は、その火炎全長の約半分までが高速燃焼による青火となり、残りの半分が輻射熱の強い赤火となる。本実施形態のバーナによれば、このような直進性を有した火炎を放射させることができるので、例えばごみ処理設備における溶融炉内で発生するダストやスラグによる閉塞部分などを局部的に加熱して溶解処理するような用途に使用して偉功を奏する。そのほかに、いわゆる局部的な加熱を要する場合に用いて有効である。また、この実施形態のオイルバーナは、混合気をノズルから噴射した後で燃焼させるので、ノズルが高温に曝されず、熱による損傷を回避できるという利点がある。

（第２の実施形態）
次に、二流体噴射ノズルの第２の実施形態について説明する。
図５には本発明の第２の実施形態に係る二流体噴射ノズルの要部断面図（ａ）とそのＣ−Ｃ視拡大断面図（ｂ）が示されている。

この第２の実施形態による二流体噴射ノズル１Ａは、その基本的構成において前記第１の実施形態による二流体噴射ノズル１と同様であるが、二流体の混合手段としてガイド体を組込んだ構成において異なるものであり、その構成が異なる部分を中心に説明する。したがって、前記実施形態と同一もしくは同様の構成部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略することとする。

この二流体噴射ノズル１Ａは、二流体を個々に供給する内管３と外管２とからなる二重管の先端部に装着されるノズルヘッド２０Ａの内部で、前記内管３と外管２との軸心線を合致させるようにして内管端部３′と外管端部２′に嵌合装着される結合部片４０と、二流体の混合を行わせるガイド体５０とが組込まれている。

また、ノズルヘッド２０Ａは、前記第１の実施形態のものと同様に、内部をラバルノズル形状２５にされ、先端部に空気吸引部２７を備えている。このノズルヘッド２０Ａは、基端部２１′の内周に形成された雌ねじ部２１ａを前記外管２の先端部外周に形成された雄ねじ部２ａに螺合して、内外管３，２と同一軸心に揃えて着脱可能に装着されている。一方、このノズルヘッド２０Ａは、取外し可能な状態で後述するガイド体５０を内部に嵌め合わせて固定する機能を維持するために、前記外管２に形成される雄ねじ部２ａの後端位置の周面に適宜幅の溝部２ｃが設けられ、これに対して基端部２１′内周の雌ねじ部２１ａ後端にストップリング４６が着脱可能に取付けられている。前記ストップリング４６を前記溝部２ｃに嵌合させて、外周面から複数箇所で共通位置に設けられたねじ孔２ｄを通じて固定用のねじ片４７によりストップリング４６を基端部２１′側に結合させて固定するようにされている。なお、前記ストップリング４６は、溝部２ｃに嵌め込むために周方向に分割して形成されている。

前記結合部片４０は、図５で示されるように、軸線方向に前半部４１を前記外管２の外周よりも小さい直径の鍔状に形成して、外管２の内径に嵌め合わせて端面に当接保持され、後半部４２を外管２の内周と所要の間隙部３５が形成できる外形にして、軸心に後端から内管３の端部を受入れる凹部４３が形成されている。前記凹部４３から前面中央までには第１流体の流通孔４４が貫通形成され、その流通孔４４の前部を拡大形成されている。また、前記中央の流通孔４４の周りには、前記間隙部３５と繋がる連通孔４５が軸線に平行して、周方向に等回転角位置で複数箇所に穿設されている。

また、前記ガイド体５０は、図５で示されるように、軸線方向に、後半を肉厚鍔状に形成してノズルヘッド２０Ａ内に形成されたガイド体固定段部２１ｃに挿入固定される外形の嵌設部５１とされ、前半部５２を前記嵌設部５１より小さい外径にして前端に鍔状突出部５３が形成されている。そして、中心部には後端面から所要長さで軸線に沿い有底孔にてなる凹部５４が設けられている。この凹部５４は、前記結合部片４０に設けられた流通孔４４の拡大径部分とほぼ同じかやや大きい口径に形成され、内端部において前記前半部５２の外周に向けて小径の流通孔５５を複数等分して放射状に穿設されている。また、前記嵌設部５１には、前記結合部片４０に設けられている複数の連通孔４５と組立時合致する位置に流通孔５６が軸線に平行して穿設され、その流通孔５６の前端が前半部５２の外周面より上側に開口するように配されている。なお、前記凹部５４と連通する流通孔４４（内管側に通じる）と嵌設部５１に設けられる流通孔５６（外管側に通じる）とは、同一回転角位置になるように設けるのが好ましい。ただし、これに限定されるものではない。

このように構成される二流体噴射ノズル１Ａは、内管３の先端部３′を結合部片４０の凹部４３に嵌挿して、この結合部片４０を外管３の端部に嵌合することにより内管３と外管２とが同一軸心に揃って保持される。この状態で結合部片４０の前面にガイド体５０をあてがってノズルヘッド２０Ａの基端部２１′を、その雌ねじ部２１ａを外管３の雄ねじ部２ａに螺合して装着する。なお、連通孔４５のガイド体側は、円周状に溝構造とすることで、このノズルヘッド２０Ａを外管３に装着する際に、ガイド体５０の流通孔５６と結合部片４０の連通孔４５とを合わせておく必要はない。

前記ガイド体５０は、ノズルヘッド２０Ａを外管２にねじ番（つがい）によって結合するとともに、基端部２１′の後端でストップリング４６と溝部２ｃとの嵌め合わせでねじ片４７による締結によって固定されると、ノズルヘッド２０Ａ内のガイド体固定段部２１ｃの段面と結合部片４０の前面とによって挟み込まれて、ガイド体５０の後面が結合部片４０の前面に密接して固定され、第１流体あるいは第２流体が前記密接部分で漏れることがない。

二流体噴射ノズル１Ａは、こうしてノズルヘッド２０Ａ内にガイド体５０が組込まれると、図５に示されるように、そのノズルヘッド２０Ａの内部で形成されているラバルノズル形状２５の吸込み部２２の手前位置において、ガイド体５０の前半部５２外周とノズルヘッド内壁面との間に環状の空間部が形成され、この空間部が混合室５８を形成する。そして、前記混合室５８から前記吸込み部２２に通じる部分には、ガイド体５０の前端に形成される鍔状の突出部５３が前記吸込み部２２周壁面との間で狭い環状通路５９を形成し、この環状通路５９を通じで混合された流体がラバルノズル形状２５の吸込み部２２に全周から噴出されるように構成されている。

このように構成される二流体噴射ノズル１Ａは、内外管３，２にそれぞれ流体の供給管を接続して内管３側に第１流体を供給し、外管２側に第２流体を供給すると、第１流体は結合部片４０の流通孔４４からガイド体５０の凹部５４に流入し、放射状に設けられた小径の流通孔５５を通じて混合室５８に噴出される。また、外管２側に供給される第２流体は、結合部片４０の複数の連通孔４５を経てこれらに対応するガイド体５０の流通孔５６から混合室５８に噴出される。混合室５８に噴出される第１流体と第２流体は、双方の流通孔５５，５６が同一回転角位置に設けられていると、噴出と同時に両方の流体が衝突する状態となり、急速に激しく混合されて第１流体が水で第２流体が気体（圧縮空気）であると、噴出する水が圧縮空気との衝突混合により微粒化してラバルノズル形状２５の吸込み部２２へ流出し、さらに激しく混合され、スロート部２３で圧縮されて加速され、ディフューザ２４から出口部３０で超高速にて噴射される。なお、先端部の空気吸引部２７では周囲に設けられた空気吸込み孔２８から周囲の空気を吸引して前記第１の実施形態と同様に直進性の高い噴射を行うことができる。

この実施形態の二流体噴射ノズル１Ａは、前記第１の実施形態による二流体噴射ノズル１と同様に、オイルバーナとして使用することができる。

オイルバーナとして使用する場合は、前記第１の実施形態による場合と同様に第１流体として灯油などの燃料油を、第２流体として圧縮空気（または蒸気）をそれぞれ供給して用いられる。なお、各流体の供給流量の設定については、前記ガイド体５０に設けられる第１流体側の流通孔５５と第２流体の流通孔５６との孔径を設定すること、孔の数を設定すること、あるいはその孔径の設定とともに、その流通孔の数を決めることで変更することができる。したがって、予め標準的な条件設定のガイド体５０に対し、前記流通孔５５，５６の孔径の異なるものを複数用意して、最適なものを選定する。なお、孔数が変更される場合は、前記結合部片４０における連通孔４５も対応するものと交換する。

前記ガイド体５０の変更による交換に際しては、ノズルヘッド２０Ａの基端部２１′内端部に固着させたストッパリング４６と締結するねじ片４７による結合を解いてノズルヘッド２０Ａの螺合部が分解可能な状態にする。その後において外管２からノズルヘッド２０Ａを取外すとガイド体５０（および結合部片４０）が簡単に取外せるので、選択した流通量が得られるガイド体５０と交換して、前述のように組立てることにより所要の噴射が行える。またさらに、必要に応じてノズルヘッド２０Ａは、装着部の構造を揃えておけば、そのラバルノズル形状部２５におけるスロート２３の口径が変更されたものと交換して使用することもできる。

なお、前記ガイド体５０と結合部片４０との密接組合わせにおいて、流通孔５５，５６の孔数が変更される場合、あるいは組立を容易にするために、例えばガイド体５０側の接触面（後面）に各流通孔５６が連通する環状溝（図示せず）を形成したものを用いるようにしてもよい。こうすれば、結合部片４０に設けられる連通孔４５とガイド体５０の流通孔５６との位置を合致させずに第２流体の流動を連通対応させることができる。なお、前記連通する環状溝は、結合部片側に設けることもできる。

このように構成される第２の実施形態の二流体噴射ノズル１Ａ（オイルバーナ）によれば、可動機構を組込まずに目的の噴射機能を発揮できる構造簡単なものを提供することができる。

以上の説明においては、二流体噴射ノズルの一実施形態について記載したが、これに限定されるものではなく、本発明の技術的範囲において形状構造について変更できることはいうまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る二流体噴射ノズルの全体外形図 噴射ノズル主要部の縦断面図（ａ）とそのＡ−Ａ断面図（ｂ）およびＢ−Ｂ断面図（ｃ） 噴射ノズルの流体を制御する機構部を表わす縦断面図 ノズルヘッドの先端部での噴射流体の作動態様を表わす模式図 本発明の第２の実施形態に係る二流体噴射ノズルの要部断面図（ａ）とそのＣ−Ｃ視拡大断面図（ｂ）

符号の説明

１，１Ａ 二流体噴射ノズル
２ 外管
３ 内管
４ 接続金具
６ 第２流体（圧縮空気または蒸気）の供給口
７ 流動空間
７ａ 流動空間の延長部分
８ ロックナット
９ 第１流体（圧力水または燃料油）の供給口
１０ 流量調整弁
１１ 第１流体導入金具
１４ 弁棒
２０，２０Ａ ノズルヘッド
２１′ ノズルヘッドの基端部
２２ 吸込み部
２３ スロート部
２４ ディフューザ
２５ ラバルノズル形状部
２６ 第２流体の流量設定機構
２７ 空気吸込み部
２８ 空気吸込み孔
３０ ノズルの先端出口
４０ 結合部片
４４ 流通孔
４５ 連通孔
４６ ストップリング
５０ ガイド体
５１ ガイド体の嵌設部
５２ ガイド体の前半部
５４ 凹部
５５，５６ 流通孔
５８ 混合室

Claims (12)

1. 二重管の内管端に第１流体の噴出口が設けられ、外管と内管との隙間から第２流体が圧入されるようにして、前記第１流体と第２流体とが混合する部分をラバルノズル形状の吸込み部とされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に、軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔が混合流体の噴出流路を取巻いて複数配設されていることを特徴とする二流体噴射ノズル。
2. 前記二重管の内管に設けられる噴出口には背後から操作できる第１流体の流量調整用ニードル弁が設けられ、かつ前記内管を外管内で軸線方向に進退させて第２流体の流量の設定ができる第２流体の流量設定機構を備えている請求項１に記載の二流体噴射ノズル。
3. 前記第２流体の流量設定機構は、ラバルノズル形状のノズルヘッドにおける第２流体通路壁内面と内管先端部との間隙を、内管後部で外管に対しねじ構造による調整で進退させて流量の調整が行えるように構成されている請求項２に記載の二流体噴射ノズル。
4. 二重管の端部に取付くノズルヘッドの内部に、前記二重管の内管と連通する第１流体の流通孔および外管と連通する第２流体の流通孔を設けたガイド体が配され、このガイド体の周面とノズルヘッドの内壁との間に形成された混合室で前記二流体が混合されてラバルノズル形状の吸込み部に流入するようにされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に、軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔が混合流体の噴出流路を取巻いて複数配設されていることを特徴とする二流体噴射ノズル。
5. 前記ガイド体は、軸線方向に後半をノズルヘッド内での嵌設部として、前半を前記嵌設部より小さい外径にして前端に鍔状突出部が形成され、中心部に前記内管内と連通する凹部が設けられ、この凹部から前半外周に向け小径の流通孔を複数等分して放射状に穿設され、前記嵌設部に外管内と連通する複数の流通孔を軸線に平行して設けた構造とされ、前記嵌設部でノズルヘッドによって前記二重管の先端に密接固定されて、そのノズルヘッド内壁面と前記前半外周面との間に前記両流通孔から噴出される二流体の混合室が形成され、前記鍔状突出部と前記ラバルノズル形状の吸込み部内面とによって混合流体の環状噴出流路が形成されるように構成される請求項４に記載の二流体噴射ノズル。
6. 前記ガイド体において、内管連通の流通孔と外管連通の流通孔とは、同一円周角で設けられている請求項４または５に記載の二流体噴射ノズル。
7. 前記ガイド体に設けられる流通孔の孔径および／または配設数の変更とともに、ラバルノズルのスロート口径の変更により噴射流量が設定される構成である請求項４に記載の二流体噴射ノズル。
8. 二重管の内管端に燃料油の噴出口が設けられ、外管と内管との隙間から圧縮空気を圧入して前記燃料油と圧縮空気との混合する部分をラバルノズル形状の吸込み部とされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔を複数配設されて、前記ディフューザから噴出される燃料油と空気との混合気の周囲に前記空気吸込み孔から空気を吸引するようにして、噴射する混合気で直進性の高い火炎が得られる構成であることを特徴とするオイルバーナ。
9. 前記噴出口には背後から操作できる燃料油油量のニードル調整弁が設けられ、前記内管を外管内で軸線方向に進退させる流量設定機構にて圧縮空気の流量の設定ができるようにされて、燃焼量と火炎長が制御できる構成である請求項８に記載のオイルバーナ。
10. 二重管の端部に取付くノズルヘッドの内部に、前記二重管の内管を通じ供給される燃料油の流通孔および外管を通じ供給される圧縮空気の流通孔を備えたガイド体が配置され、このガイド体の周面とノズルヘッド内壁との間に形成される混合室がラバルノズル形状の吸込み部に連通するようにされ、前記ラバルノズル形状のディフューザ出口前方位置に軸線に沿って縦長状の空気吸込み孔を複数配設され、前記ディフューザから噴出される燃料油と空気との混合気の周囲に前記空気吸込み孔から空気を吸引するようにして、噴射する混合気で直進性の高い火炎が得られる構成であることを特徴とするオイルバーナ。
11. 前記ガイド体は、設けられる流通孔の孔径および／または配設数の変更により二流体の流量設置が行えるようにする請求項１０に記載のオイルバーナ。
12. 前記ガイド体に設けられる流通孔の孔径および／または配設数の変更とともに、ラバルノズルのスロート口径の変更により燃焼量と火炎量が設定される請求項１０に記載のオイルバーナ。

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