JP2018162927A - ガスアトマイズバーナノズル - Google Patents

Abstract

【課題】安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくし得るガスアトマイズバーナノズルを提供する。【解決手段】霧化液体燃料とガス燃料とが混合された霧化混合燃料を噴出する主噴出孔４１を備えた第１ノズル部４と、主噴出孔４１における霧化混合燃料の噴出方向の基端に液体燃料を噴出する液体燃料噴出孔５１、及び、液体燃料噴出孔５１から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を主噴出孔４１の基端に噴出する複数のガス燃料噴出孔５２が、主噴出孔４１における霧化混合燃料の噴出方向に沿う軸心方向視において、液体燃料噴出孔５１の外周部を囲う状態で複数のガス燃料噴出孔５２が並ぶ配置形態にて設けられた第２ノズル部５とを備えたガスアトマイズバーナノズルであって、液体燃料噴出孔５１が複数設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、霧化液体燃料とガス燃料とが混合された霧化混合燃料を噴出する主噴出孔を備えた第１ノズル部と、主噴出孔における霧化混合燃料の噴出方向の基端に液体燃料を噴出する液体燃料噴出孔、及び、液体燃料噴出孔から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を主噴出孔の基端に噴出する複数のガス燃料噴出孔が、主噴出孔における霧化混合燃料の噴出方向に沿う軸心方向視において、液体燃料噴出孔の外周部を囲う状態で複数のガス燃料噴出孔が並ぶ配置形態にて設けられた第２ノズル部とを備えたガスアトマイズバーナノズルに関する。

かかるガスアトマイズバーナノズルは、液体燃料をガス燃料によって霧化して燃焼させるガスアトマイズバーナに利用されるものであり、このガスアトマイズバーナは、例えば、ガラス溶解炉等の加熱対象物の加熱用で用いられる。液体燃料としては、廃油を再生した再生油、重油、軽油、灯油等、種々のものが用いられ、ガス燃料に比べて安価な液体燃料を燃料の一部に用いることにより、ガラス溶解炉等の加熱対象物を加熱するに当たって、エネルギーコストの低減を図っている。
このガスアトマイズバーナは、第２ノズル部の液体燃料噴出孔から噴出される液体燃料を第２ノズル部の複数のガス燃料噴出孔から噴出されるガス燃料により霧化しながら、その霧化液体燃料とガス燃料とを混合して、それらが混合された燃料（以下、霧化混合燃料と記載する場合がある）を第１ノズルの主噴出孔から噴出することにより燃焼させるようになっている。

つまり、液体燃料を単独で噴出させるだけでは、燃焼用空気が十分に供給されないため、適切に燃焼させることができない。
そこで、液体燃料に比べて着火し易いガス燃料を、液体燃料噴出孔の外周部を囲う状態で配置された複数のガス燃料噴出孔から噴出するようにして、液体燃料にガス燃料を接触させて、ガス燃料の圧力により液体燃料を霧化（微粒化）することにより、液体燃料に燃焼用空気が接触し易くする共に、ガス燃料の易燃性により、液体燃料をガス燃料と共に適切に燃焼させるようにしている。

このようなガスアトマイズバーナノズルにおいて、従来は、第２ノズル部に、液体燃料噴出孔が１個設けられていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−１３７５２０号公報

従来のガスアトマイズバーナノズルでは、液体燃料をガス燃料と共に安定燃焼させるには、ガス燃料の噴出量と液体燃料の噴出量とを合わせた総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を比較的大きくする必要があり、エネルギーコストの低減を図る上で改善が望まれていた。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくし得るガスアトマイズバーナノズルを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るガスアトマイズバーナノズルは、霧化液体燃料とガス燃料とが混合された霧化混合燃料を噴出する主噴出孔を備えた第１ノズル部と、
前記主噴出孔における霧化混合燃料の噴出方向の基端に液体燃料を噴出する液体燃料噴出孔、及び、前記液体燃料噴出孔から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を前記主噴出孔の基端に噴出する複数のガス燃料噴出孔が、前記主噴出孔における霧化混合燃料の噴出方向に沿う軸心方向視において、前記液体燃料噴出孔の外周部を囲う状態で前記複数のガス燃料噴出孔が並ぶ配置形態にて設けられた第２ノズル部とを備えたガスアトマイズバーナノズルであって、その特徴構成は、
前記液体燃料噴出孔が複数設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、液体燃料が複数の液体燃料噴出孔から噴出されることから、液体燃料の噴出流の表面積が大きくなって、液体燃料の噴出流に対して一層広範囲にガス燃料を接触させることができるので、ガス燃料により液体燃料を霧化させる霧化性能が向上して、液体燃料の霧化が一層促進すると共に、その霧化液体燃料とガス燃料との混合が一層促進する。
すると、液体燃料が全体にわたって一層均等に霧化され、その霧化液体燃料とガス燃料とが一層均等に混合された霧化混合燃料が噴出されるようになって、液体燃料に燃焼用空気が一層広範囲にわたって接触し易くなると共に、ガス燃料の易燃性が一層広範囲にわたって作用するので、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくすることが可能となる。

即ち、本発明の発明者らは、従来のガスアトマイズバーナノズルにおいて、液体燃料をガス燃料と共に安定燃焼させるには、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を比較的大きくする必要がある要因を究明すべく鋭意研究し、その要因がガス燃料により液体燃料を十分に霧化できないことにあることを見出した。そして、ガス燃料による液体燃料の霧化性能を向上すべく、鋭意研究し、液体燃料噴出孔を複数設けることにより、上述したように、ガス燃料による液体燃料の霧化性能を向上できることを見出したのである。
このようにして、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくし得るガスアトマイズバーナノズルを提供することができるようになった。

本発明に係るガスアトマイズバーナノズルの更なる特徴構成は、前記軸心方向視において、前記複数の液体燃料噴出孔が環状に並ぶ状態で設けられ、前記複数のガス燃料噴出孔が、環状に並ぶ前記複数の液体燃料噴出孔の外周部に環状に並ぶ状態で設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、環状に並ぶ複数の液体燃料噴出孔から液体燃料が噴出され、それら複数の液体燃料噴出孔の外周部に環状に並ぶ複数のガス燃料噴出孔からガス燃料が噴出されることから、複数の液体燃料噴出孔から噴出される液体燃料に対して、複数のガス燃料噴出孔から噴出されるガス燃料を効率良く接触させることができるので、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を一層小さくしながらも、液体燃料の噴出流に対して広範囲にガス燃料を接触させることができる。
すると、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を一層小さくしながらも、液体燃料の霧化が促進すると共に、その霧化液体燃料とガス燃料との混合が促進するので、液体燃料に燃焼用空気が広範囲にわたって接触し易くなると共に、ガス燃料の易燃性が広範囲にわたって作用する。
従って、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくすることができる。

本発明に係るガスアトマイズバーナノズルの更なる特徴構成は、前記複数の液体燃料噴出孔が、夫々の先端開口が円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態で設けられ、
前記複数のガス燃料噴出孔が、夫々の先端開口が、前記複数の液体燃料噴出孔の先端開口が並ぶ円と同心の円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態で設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、円状に等間隔で並ぶ複数の液体燃料噴出孔から液体燃料が噴出され、それら複数の液体燃料噴出孔の外周部に同心の円状に等間隔で並ぶ複数のガス燃料噴出孔からガス燃料が噴出されるので、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくしながらも、液体燃料の噴出流に対して、その周方向において、ガス燃料を一層均等に接触させることが可能となる。
すると、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくしながらも、液体燃料の霧化が広範囲にわたって均等に行われると共に、その霧化液体燃料とガス燃料との混合が広範囲にわたって均等に行われるので、液体燃料に燃焼用空気が広範囲にわたって接触し易くなると共に、ガス燃料の易燃性が広範囲にわたって作用する。
従って、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくすることができる。

本発明に係るガスアトマイズバーナノズルの更なる特徴構成は、前記ガス燃料噴出孔が６個設けられ、前記液体燃料噴出孔が３個設けられ、
前記主噴出孔の直径に対する、前記ガス燃料噴出孔の直径の比率、前記液体燃料噴出孔の直径の比率が、夫々、０．４〜０．５５の範囲、０．１５〜０．１８の範囲に設定される点にある。

本発明の発明者らは、ガス燃料による液体燃料の霧化作用及び霧化液体燃料とガス燃料との混合作用を促進させるべく、主噴出孔の直径に対する、ガス燃料噴出孔の直径の比率、液体燃料噴出孔の直径の比率を評価する実験を行った。
そして、主噴出孔の直径に対する、ガス燃料噴出孔の直径の比率、液体燃料噴出孔の直径の比率を、夫々、０．４〜０．５５の範囲、０．１５〜０．１８の範囲に設定すると、ガス燃料による液体燃料の霧化作用及び霧化液体燃料とガス燃料との混合作用を効果的に促進できることを見出した。

即ち、主噴出孔の直径に対するガス燃料噴出孔の直径の比率及び液体燃料噴出孔の直径の比率を小さくし過ぎると、換言すれば、ガス燃料噴出孔の直径や液体燃料噴出孔の直径に対する主噴出孔の直径の比率を大きくし過ぎると、主噴出孔を通流している間でのガス燃料による液体燃料の霧化作用、並びに、霧化液体燃料とガス燃料との混合作用が低下する。
逆に、主噴出孔の直径に対するガス燃料噴出孔の直径の比率及び液体燃料噴出孔の直径の比率を大きくし過ぎると、換言すれば、ガス燃料噴出孔の直径や液体燃料噴出孔の直径に対する主噴出孔の直径の比率を小さくし過ぎると、所定の発熱量を得るための量のガス燃料及び液体燃料を供給して噴出させるには、ガス燃料や液体燃料の供給圧力を高くする必要があり、好ましくない。

そこで、上記特徴構成のように、主噴出孔の直径に対する、ガス燃料噴出孔の直径の比率、液体燃料噴出孔の直径の比率を、夫々、０．４〜０．５５の範囲、０．１５〜０．１８の範囲に設定することにより、ガス燃料による液体燃料の霧化作用及び霧化液体燃料とガス燃料との混合作用を効果的に促進させることができるので、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくすることができる。
当該構成により、特に、ガス燃料の供給圧力を比較的低圧の０．１〜０．３ＭＰａ以下のガス圧しか使用できない使用者であっても、適切に油滴を霧化でき、安定燃焼を行うことができる。

本発明に係るガスアトマイズバーナノズルの更なる特徴構成は、３個の前記液体燃料噴出孔は、夫々の先端開口が、１個置きの前記ガス燃料噴出孔の先端開口と周方向での位相が同一になる配置形態で設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、３個の液体燃料噴出孔の先端開口夫々に対するガス燃料噴出孔の先端開口の位置関係が、３個の液体燃料噴出孔の先端開口全てで同様になって、３個の液体燃料噴出孔の先端開口から噴出される液体燃料に対して、６個のガス燃料噴出孔の先端開口から噴出されるガス燃料を一層均等に接触させることができるので、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくしながらも、液体燃料の噴出流に対して広範囲にわたって更に均等にガス燃料を接触させることができる。
すると、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくしながらも、液体燃料の霧化が広範囲にわたって均等に行われると共に、その霧化液体燃料とガス燃料との混合が広範囲にわたって均等に行われるので、液体燃料に燃焼用空気が広範囲にわたって接触し易くなると共に、ガス燃料の易燃性が広範囲にわたって作用する。
従って、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を更に小さくすることができる。

実施形態に係るガスアトマイズバーナノズルを装着したガスアトマイズバーナの縦断展開図 実施形態に係るガスアトマイズバーナノズルの要部の分解斜視図 実施形態に係るガスアトマイズバーナノズルの正面図 実施形態に係る第２ノズルの正面図 評価テストの結果を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
ガスアトマイズバーナは、図１に示すように、液体燃料をガス燃料で霧化しながら、その霧化液体燃料とガス燃料とを混合し、それらガス燃料と霧化液体燃料とが混合された霧化混合燃料を噴出するガスアトマイズバーナノズル１、そのガスアトマイズバーナノズル１に液体燃料とガス燃料とを供給する二重管部材２、及び、冷却用媒体としての水を通流させてガスアトマイズバーナノズル１を冷却する水冷ジャケット３等を備えて構成されている。

このガスアトマイズバーナは、例えば、ガラス溶解炉で用いられるものである。ガラス溶解炉へのガスアトマイズバーナの設置形態は、周知であるので、詳細な説明及び図示を省略して、簡単に説明する。
ガラス溶解炉の炉壁には、炉内に燃焼用空気を供給するための空気通路が設けられる。そして、ガスアトマイズバーナが、ガスアトマイズバーナノズル１から噴出される霧化混合燃料を空気通路から供給される燃焼用空気により燃焼させるべく、炉壁における空気通路の下方に設けられることにより、所謂アンダーポート型に構成されたり、あるいは、空気通路内に設けられることにより、所謂スルーポート型に構成される。

図１〜図３に示すように、ガスアトマイズバーナノズル１は、霧化液体燃料とガス燃料とが混合された霧化混合燃料を噴出する主噴出孔４１を備えた第１ノズル（第１ノズル部の一例）４と、主噴出孔４１における霧化混合燃料の噴出方向の基端に液体燃料を噴出する液体燃料噴出孔５１、及び、液体燃料噴出孔５１から噴出されるガス燃料を霧化するためのガス燃料を主噴出孔４１の基端に噴出する複数のガス燃料噴出孔５２が、主噴出孔４１における霧化混合燃料の噴出方向に沿う軸心Ｐ方向視において、液体燃料噴出孔５１の外周部を囲う状態で複数のガス燃料噴出孔５２が並ぶ配置形態にて設けられた第２ノズル（第２ノズル部の一例）５とを備えて構成されている。
そして、本発明では、液体燃料噴出孔５１が複数設けられている。

次に、ガスアトマイズバーナについて、説明を加える。
図１及び図２に示すように、水冷ジャケット３は、ガスアトマイズバーナノズル１を内部に収納可能な概略円筒状に構成されて、ガスアトマイズバーナを構成する複数の部材を一体的に組み付けるためのバーナキャップに兼用するように構成されている。
そして、この実施形態では、ガスアトマイズバーナは、バーナキャップに兼用される水冷ジャケット３と、先端部分を突出させた状態で水冷ジャケット３に内嵌状態で配置される第１ノズル４と、先端面を第１ノズル４の基端面に当て付けた状態で配置される第２ノズル５と、その第２ノズル５の外周を覆う状態で、先端が水冷ジャケット３の基端に螺着される概略円筒状の筒状連結部材６と、内管２１の先端が第２ノズル５の基端に内嵌され、且つ、外管２２の先端が筒状連結部材６の内周面の基端に螺着された状態で組み付けられる二重管部材２等を備えて構成されている。

以下、ガスアトマイズバーナの各部について説明を加える。
尚、水冷ジャケット３、第１ノズル４、第２ノズル５、筒状連結部材６及び二重管部材２は、同軸心状に組み付けられるので、以下の説明、及び、各図面においては、同軸心状となる各部材の軸心を、符号Ｐにて示す。

図１〜図３に示すように、第１ノズル４は、先端側の小径部分４２、その小径部分４２より大径の基端側の大径部分４３とが同軸心状に連なった形態の２段円柱状の外形になるように構成されている。
主噴出孔４１は、第１ノズル４に、その軸心Ｐと同軸心状になる状態で設けられ、主噴出孔４１における基端側の第１ノズル４の大径部分４３に位置する部分は、先端側の部分よりも大径の混合部４１ｍに構成されている。

図１〜図４に示すように、第２ノズル５は、外径が第１ノズル４の大径部分４３と同径の円盤状部分５３と、外径が円盤状部分５３よりも小径で、その円盤状部分５３の基端面に同軸心状に連なる状態の概略円柱状の外形を有する円柱状部分５４とからなる。

この実施形態では、軸心Ｐ方向視において、複数の液体燃料噴出孔５１が環状に並ぶ状態で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられ、複数のガス燃料噴出孔５２が、環状に並ぶ複数の液体燃料噴出孔５１の外周部に環状に並ぶ状態で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられている。
更に具体的には、複数の液体燃料噴出孔５１が、夫々の先端開口５１ａが円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられ、複数のガス燃料噴出孔５２が、夫々の先端開口５２ａが、複数の液体燃料噴出孔５１の先端開口５１ａが並ぶ円と同心の円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられている。
この実施形態では、ガス燃料噴出孔５２が６個設けられ、液体燃料噴出孔５１が３個設けられている。
ここで、図３及び図４において、３個の液体燃料噴出孔５１の先端開口５１ａが並ぶ噴出口配列円を符号Ｃ１で示し、６個のガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａが並ぶ噴出口配列円を符号Ｃ２で示す。
因みに、液体燃料噴出孔５１の先端開口５１ａが並ぶ噴出口配列円Ｃ１の直径は８ｍｍであり、ガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａが並ぶ噴出口配列円Ｃ２の直径は２２ｍｍである。当該値は、一例でありＣ１の直径よりもＣ２の直径のほうが大きい条件で、適宜変更可能である。
尚、ガスの流れ方向において、ガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａと、液体燃料噴出孔５１の先端開口５１ａとは、同一位置に設けられている。

図１及び図４に示すように、第２ノズル５の円柱状部分５４には、後述する二重管部材２から受け入れた液体燃料を３個の液体燃料噴出孔５１に供給する液体燃料導入孔５５が、その先端の開口部内に３個の液体燃料噴出孔５１の基端開口を内在させる状態で、第２ノズル５の軸心Ｐと同軸心状に設けられている。
更に、液体燃料導入孔５５の基端側の部分は、先端側の部分よりも大径の大径部分５５ｂに構成されている。

図１、図３及び図４に示すように、３個の液体燃料噴出孔５１は、夫々、軸心が第２ノズル５の軸心Ｐと平行になる姿勢で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられている。
一方、６個のガス燃料噴出孔５２は、夫々、先端側ほど軸心Ｐに近づき、且つ、軸心Ｐ方向視で周方向に同一方向にずれる状態で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられている。
ここで、図３及び図４に示すように、３個の液体燃料噴出孔５１は、夫々の先端開口５１ａが、１個置きのガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａと周方向での位相が同一になる配置形態で、第２ノズル５の円盤状部分５３に設けられている。

図１及び図３に示すように、第２ノズル５の円盤状部分５３の先端面を第１ノズル４の大径部分４３の基端面に同軸心状に当て付けた状態で、円盤状部分５３に設けられた６個のガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａが、第１ノズル４の主噴出孔４１における混合部４１ｍの開口内に臨む状態となるように構成されている。

ここで、主噴出孔４１の直径に対する、ガス燃料噴出孔５２の直径の比率、液体燃料噴出孔５１の直径の比率が、夫々、０．４〜０．５５の範囲、０．１５〜０．１８の範囲に設定される。
この実施形態では、例えば、主噴出孔４１の直径が１５ｍｍ、ガス燃料噴出孔５２の直径が７ｍｍ、液体燃料噴出孔５１の直径が２．５ｍｍに設定される。

図１に示すように、二重管部材２は、内管２１と外管２２とを同軸心状に一体的に備えて構成される。内管２１は、その外径が、第２ノズル５の円柱状部分５４に設けられた液体燃料導入孔５５の基端側の大径部分５５ｂの内径と略同一に構成され、外管２２は、その内径が第２ノズル５の円柱状部分５４の外径よりも大径になるように構成される。
又、二重管部材２の外管２２の外周面の先端部には、雄ネジ部２３が形成されている。
つまり、二重管部材２は、内管２１の先端部が第２ノズル５の液体燃料導入孔５５の基端側の大径部分５５ｂに内嵌され、且つ、外管２２の先端部分が第２ノズル５の円柱状部分５４の基端側部分を覆う状態で、第２ノズル５の基端に連結可能に構成されている。

外管２２の内周面と内管２１の外周面との間の環状空間が、ガス燃料を供給するガス燃料供給路２４に構成され、内管２１の内部空間が、液体燃料を供給する液体燃料供給路２５に構成される。
つまり、液体燃料供給路２５が、液体燃料導入孔５５を介して、３個の液体燃料噴出孔５１に連通するように構成されている。
そして、図示を省略するが、二重管部材２の基端部には、ガス燃料をガス燃料供給路２４に供給するガス燃料供給口が、外管２２の内周面と内管２１の外周面とにより形成される環状空間に連通する状態で設けられ、並びに、液体燃料を液体燃料供給路２５に供給する液体燃料供給口が、内管２１内に連通する状態で設けられる。

図１及び図２に示すように、水冷ジャケット３は、軸心Ｐ方向に貫通する貫通孔３１を備えた概略円筒状に構成され、その周壁部内には、冷却水を通流させる水通流部３２が備えられている。
水冷ジャケット３の貫通孔３１は、第１ノズル４の小径部分４２の外径と略同径の先端側の小径孔部分３１ｓと、第１ノズル４の大径部分４３の外径よりも大径の基端側の大径孔部分３１ｂとからなり、基端側向きの段部を有する２段状に構成されている。
水冷ジャケット３の貫通孔３１の大径孔部分３１ｂにおける内周面の基端側には、雌ネジ部３３が設けられている。
又、水冷ジャケット３には、図示を省略するが、水通流部３２に冷却水を供給する入水管部、及び、水通流部３２から冷却水を排出させる出水管部が備えられている。

図１に示すように、筒状連結部材６は、外周面及び内周面共に、先端側が基端側よりも小径となる２段状に構成されると共に、内周面が第２ノズル５の円柱状部分５４よりも大径となるように構成されている。そして、筒状連結部材６の外周面の先端部には、水冷ジャケット３の貫通孔３１における大径孔部分３１ｂの内周面の雌ネジ部３３に螺合可能な雄ネジ部６１が形成され、筒状連結部材６の内周面の基端部には、二重管部材２の外管２２の外周面の雄ネジ部２３に螺合可能な雌ネジ部６２が形成されている。

図１に示すように、各部材を組み付けて、ガスアトマイズバーナを製作するには、第１ノズル４を、その先端部分を水冷ジャケット３の先端から突出させた状態で、水冷ジャケット３の貫通孔３１に内嵌させ、第２ノズル５を、その円盤状部分５３の先端面を第１ノズル４の大径部分４３の基端面に当て付けて配置する。
そして、筒状連結部材６の先端の雄ネジ部６１を水冷ジャケット３の基端の雌ネジ部３３に螺合することにより、筒状連結部材６を、第２ノズル５の外周を覆う状態で、水冷ジャケット３の基端に連結し、二重管部材２の内管２１の先端部を第２ノズル５における液体燃料導入孔５５の大径部分５５ｂに内嵌させた状態で、二重管部材２の外管２２の先端の雄ネジ部２３を筒状連結部材６の基端の雌ネジ部６２に螺合することにより、二重管部材２を筒状連結部材６の基端に連結する。

すると、第１ノズル４の先端部分が水冷ジャケット３の先端から突出し、第１ノズル４の大径部分４３の先端面が水冷ジャケット３の貫通孔３１の内周面の基端側向き段部に当て付けられ、第２ノズル５の円盤状部分５３の先端面が第１ノズル４の大径部分４３の基端面に当て付けられ、且つ、二重管部材２の先端が第２ノズル５の基端及び筒状連結部材６の基端に連結された状態で、水冷ジャケット３、第１ノズル４、第２ノズル５、筒状連結部材６及び二重管部材２が一体的に組み付けられて、ガスアトマイズバーナが組み立てられる。

尚、図１中の７は、第２ノズル５の基端と二重管部材２の内管２１の先端との嵌合部分をシールするＯリングである。

図１に示すように、このように組み立てられたガスアトマイズバーナでは、第２ノズル５の円柱状部分５４の外周面と筒状連結部材６の内周面とにより形成される環状の空間が、その基端側が二重管部材２により形成されるガス燃料供給路２４に連通し、且つ、その先端が第２ノズル５の複数のガス燃料噴出孔５２に連通することになり、この環状の空間が、ガス燃料供給路２４に供給されたガス燃料を受け入れて複数のガス燃料噴出孔５２に送るガス燃料導入路６３として用いられるように構成されている。

そして、図示を省略するが、二重管部材２の基端部に設けられた液体燃料供給口から、液体燃料供給路２５に液体燃料が供給されると共に、二重管部材２の基端部に設けられたガス燃料供給口から、ガス燃料供給路２４にガス燃料が供給される。

すると、図１において矢印にて示すように、液体燃料供給路２５に供給された液体燃料は、液体燃料導入孔５５を通って、第２ノズル５の３個の液体燃料噴出孔５１から第１ノズル４の主噴出孔４１の混合部４１ｍに噴出され、並びに、ガス燃料供給路２４に供給されたガス燃料は、ガス燃料導入路６３を通って第２ノズル５の６個のガス燃料噴出孔５２から第１ノズル４の主噴出孔４１の混合部４１ｍに噴出される。
そして、第２ノズル５の３個の液体燃料噴出孔５１から第１ノズル４の主噴出孔４１の混合部４１ｍに噴出された液体燃料は、第２ノズル５の６個のガス燃料噴出孔５２から第１ノズル４の主噴出孔４１の混合部４１ｍに噴出されたガス燃料により霧化されると共に、その霧化された霧化液体燃料とガス燃料とが混合部４１ｍにて混合され、更に、主噴出孔４１を通流する間に混合されて、それら霧化液体燃料とガス燃料とが混合された霧化混合燃料が主噴出孔４１から噴出され、火炎Ｆを形成して燃焼する。

このように燃焼するに当たって、液体燃料が複数の液体燃料噴出孔５１から噴出されることから、液体燃料の噴出流の表面積が大きくなって、液体燃料の噴出流に対して一層広範囲にガス燃料を接触させることができるので、ガス燃料により液体燃料を霧化させる霧化性能が向上して、液体燃料の霧化が一層促進すると共に、その霧化液体燃料とガス燃料との混合が一層促進する。
すると、液体燃料が全体にわたって一層均等に霧化され、その霧化液体燃料とガス燃料とが一層均等に混合された霧化混合燃料が噴出されるようになって、液体燃料に燃焼用空気が一層広範囲にわたって接触し易くなると共に、ガス燃料の易燃性が一層広範囲にわたって作用するので、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくすることができる。

本発明に係るガスアトマイズバーナノズルによる燃焼性能を評価するために、評価テストを実施した。
以下、評価テストの結果を説明する。
評価テストでは、本発明に係るガスアトマイズバーナノズルを装着したガスアトマイズバーナ（以下、発明バーナと記載する場合がある）と、液体燃料噴出孔５１を１個備えたガスアトマイズバーナノズルを装着したガスアトマイズバーナ（以下、比較バーナと記載する場合がある）をテスト炉に装着して、各供試バーナを以下のテスト条件で燃焼させて、燃焼性能を評価した。

テスト条件は、ガス燃料の供給圧力及びインプット（供給するガス燃料の熱量と供給する液体燃料の熱量を合わせた熱量）を固定した状態で、ガス燃料の熱量を変化させて供試バーナを燃焼させる条件である。
そして、各供試バーナについて、安定燃焼させることができるときの最低のガス燃料の熱量を求めた。
ここで、評価テストに用いた液体燃料はＬＳＡ重油であり、ガス燃料は都市ガス１３Ａである。

図５に、評価テストの結果を示す。
図５に示すＲｕｎ２、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６では、同一の仕様の発明バーナを供試し、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ３、Ｒｕｎ５では、同一の仕様の比較バーナを供試した。
ちなみに、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６で供試した発明バーナに装着したガスアトマイズバーナノズルの仕様と、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ３、Ｒｕｎ５で供試した比較バーナに装着したガスアトマイズバーナノズルとの仕様は、主噴出孔４１の口径が１５ｍｍ、ガス燃料噴出孔５２の個数が４個、夫々の口径が７．０ｍｍと同一の仕様であり、液体燃料噴出孔５１の仕様が、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６のガスアトマイズバーナノズルでは、個数が３個、夫々の口径が２．５ｍｍであるのに対して、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ３、Ｒｕｎ５のガスアトマイズバーナノズルでは、個数が１個、口径が４．４ｍｍである点で異なる。

図５に示すＲｕｎ８では、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６で供試したものとは異なる仕様の発明バーナを供試し、Ｒｕｎ７では、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ３、Ｒｕｎ５で供試したものとは異なる仕様の比較バーナを供試した。
ちなみに、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６で供試した発明バーナに装着したガスアトマイズバーナノズルの仕様と、Ｒｕｎ８で供試した発明バーナに装着したガスアトマイズバーナノズルの仕様とは、主噴出孔４１の口径だけが、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６のガスアトマイズバーナノズルは１５ｍｍであるのに対して、Ｒｕｎ８のガスアトマイズバーナノズルは２０ｍｍと異なるが、ガス燃料噴出孔５２及び液体燃料噴出孔５１の仕様は同一である。
又、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ３、Ｒｕｎ５で供試した比較バーナに装着したガスアトマイズバーナノズルの仕様と、Ｒｕｎ７で供試した比較バーナに装着したガスアトマイズバーナノズルの仕様も、主噴出孔４１の口径だけが、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ３、Ｒｕｎ５のガスアトマイズバーナノズルは１５ｍｍであるのに対して、Ｒｕｎ７のガスアトマイズバーナノズルは２０ｍｍと異なるが、ガス燃料噴出孔５２及び液体燃料噴出孔５１の仕様は同一である。

インプットが５ＭＷ、ガス燃料の供給圧力が０．１５ＭＰａのときの評価結果を、図５のＲｕｎ１、Ｒｕｎ２で示し、Ｒｕｎ１は比較バーナの評価結果であり、Ｒｕｎ２は発明バーナの評価結果を示す。
安定燃焼させることができるときの最低のガス燃料の熱量は、発明バーナでは、２．０ＭＷであり、比較バーナでは、２．８ＭＷであった。

インプットが１０ＭＷ、ガス燃料の供給圧力が０．２０ＭＰａのときの評価結果を、図５のＲｕｎ３、Ｒｕｎ４で示し、Ｒｕｎ３は比較バーナの評価結果であり、Ｒｕｎ４は発明バーナの評価結果を示す。
安定燃焼させることができるときの最低のガス燃料の熱量は、発明バーナでは、２．６ＭＷであり、比較バーナでは、３．１ＭＷであった。

インプットが１０ＭＷ、ガス燃料の供給圧力が０．２５ＭＰａのときの評価結果を、図５のＲｕｎ５、Ｒｕｎ６で示し、Ｒｕｎ５は比較バーナの評価結果であり、Ｒｕｎ６は発明バーナの評価結果を示す。
安定燃焼させることができるときの最低のガス燃料の熱量は、発明バーナでは、２．６ＭＷであり、比較バーナでは、３．１ＭＷであった。

インプットが１０ＭＷ、ガス燃料の供給圧力が０．２１ＭＰａのときの評価結果を、図５のＲｕｎ７、Ｒｕｎ８で示し、Ｒｕｎ７は比較バーナの評価結果であり、Ｒｕｎ８は発明バーナの評価結果を示す。
安定燃焼させることができるときの最低のガス燃料の熱量は、発明バーナでは、４．５ＭＷであり、比較バーナでは、４．７１ＭＷであった。

上記の評価テストにより、安定燃焼させることができるときのインプット中の最低のガス燃料の熱量を、液体燃料噴出孔５１が３個の場合の方が１個の場合よりも低くできることが分かった。
つまり、液体燃料噴出孔５１を複数設けることにより、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくできることが分かった。

又、Ｒｕｎ４、Ｒｕｎ６、Ｒｕｎ８からは、液体燃料噴出孔５１を複数（本実施形態では３個）設ける場合に、ガス燃料噴出孔５２の口径や液体燃料噴出孔５１の口径に対する主噴出孔４１の口径の比率を小さくすると、安定燃焼させることができるときのインプット中の最低のガス燃料の熱量を低くできる、即ち、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくできることが分かった。
また、主噴出孔４１の口径を、ガス燃料噴出孔５２の口径又は液体燃料噴出孔５１の口径に対して大きくすると、ガス圧を下げられることがわかった。
尚、液体燃料の供給圧力は、例えば、入力総熱量が１０ＭＷの場合、最大で約０．７ＭＰａとすることが好適である。尚、ガス燃料の比率を上げて液体燃料の比率を下げると、液体燃料の供給圧力も低下する。因みに、液体燃料が、５ＭＷから８ＭＷの熱量であるＲｕｎ３〜Ｒｕｎ８では、液体燃料の供給圧力は、約０．４〜０．６ＭＰａである。

〔別実施形態〕
（Ａ）第２ノズル５に液体燃料噴出孔５１を複数設けるに当たって、その個数は、上記の実施形態で例示した３個に限定されるものではなく、２個でも、４個以上でもよい。
複数の液体燃料噴出孔５１の配置形態も、上記の実施形態で例示した配置形態、即ち、複数の液体燃料噴出孔５１夫々の先端開口５１ａが、複数のガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａが並ぶ円と同心の円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態に限定されるものではない。例えば、複数の液体燃料噴出孔５１夫々の先端開口５１ａの配置形態は、複数のガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａが並ぶ円内において、その径方向及び周方向のいずれの方向にも分散する形態の配置形態でも良い。

（Ｂ）第２ノズル５に液体燃料噴出孔５１を複数設けるに当たって、各液体燃料噴出孔５１の姿勢は、上記の実施形態で例示した姿勢、即ち、夫々の軸心が第２ノズル５の軸心Ｐと平行な姿勢に限定されるものではない。
例えば、各液体燃料噴出孔５１の姿勢は、夫々の軸心が先端側ほど第２ノズル５の軸心Ｐに近づく姿勢で設けて、複数の液体燃料噴出孔５１から液体燃料が先窄まり状に噴出されるようにしても良い。
あるいは、各液体燃料噴出孔５１の姿勢は、夫々の軸心が先端側ほど第２ノズル５の軸心Ｐから遠ざかる姿勢で設けて、複数の液体燃料噴出孔５１から液体燃料が先拡がり状に噴出されるようにしても良い。

更に、各液体燃料噴出孔５１の姿勢は、夫々の軸心が第２ノズル５の軸心Ｐと平行な姿勢、夫々の軸心が先端側ほど第２ノズル５の軸心Ｐに近づく姿勢、夫々の軸心が先端側ほど第２ノズル５の軸心Ｐから遠ざかる姿勢のいずれの場合も、夫々の軸心が軸心Ｐ方向視で周方向に同一方向にずれる姿勢で設けて、複数の液体燃料噴出孔５１から噴出される液体燃料に旋回がかかるようにしても良い。

（Ｃ）第２ノズル５にガス燃料噴出孔５２を複数設けるに当たって、その個数は、上記の実施形態で例示した６個に限定されるものではなく、例えば、３〜５個や、７個以上でも良い。
複数のガス燃料噴出孔５２の配置形態も、上記の実施形態で例示した配置形態、即ち、先端開口５２ａが等間隔で円状に並ぶ配置形態に限定されるものではなく、例えば、先端開口５２ａが同心状の複数の円状に並ぶ配置形態や、先端開口５２ａが長円状に並ぶ配置形態でも良い。

（Ｄ）第２ノズル５にガス燃料噴出孔５２を複数設けるに当たって、各ガス燃料噴出孔５２の姿勢は、上記の実施形態で例示した姿勢、即ち、夫々の軸心が、先端側ほど第２ノズル５の軸心Ｐに近づき、且つ、軸心Ｐ方向視で周方向に同一方向にずれる姿勢に限定されるものではない。
例えば、各ガス燃料噴出孔５２の姿勢は、夫々の軸心が第２ノズル５の軸心Ｐと平行な姿勢でも良い。

（Ｅ）第２ノズル５に複数のガス燃料噴出孔５２と複数の液体燃料噴出孔５１を設けるに当たって、ガス燃料噴出孔５２と液体燃料噴出孔５１との個数の関係は、上記の実施形態で例示した個数の関係、即ち、ガス燃料噴出孔５２が６個、液体燃料噴出孔５１が３個の関係に限定されるものではなく、安定燃焼が可能なように適宜設定することができる。
例えば、液体燃料噴出孔５１の個数を、ガス燃料噴出孔５２の個数と同数にしても良い。

（Ｆ）第２ノズル５に複数のガス燃料噴出孔５２と複数の液体燃料噴出孔５１を設けるに当たって、ガス燃料噴出孔５２と液体燃料噴出孔５１との相対位置関係は、上記の実施形態で例示した相対位置関係に限定されるものではなく、安定燃焼が可能な条件で、種々変更可能である。
例えば、上記の実施形態のように、ガス燃料噴出孔５２を６個、液体燃料噴出孔５１を３個設ける場合、上記の実施形態では、各液体燃料噴出孔５１の先端開口５１ａが、１個置きのガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａと周方向での位相が同一になる相対位置関係としたが、各液体燃料噴出孔５１の先端開口５１ａが、その周方向の位相が円周方向に隣接するガス燃料噴出孔５２の先端開口５２ａの間（例えば中央）に対応する位相になる相対位置関係でも良い。

（Ｇ）主噴出孔４１の直径、ガス燃料噴出孔５２の直径、液体燃料噴出孔５１の直径夫々の具体値は、上記の実施形態において例示した値に限定されるものではなく、主噴出孔４１の直径に対する、ガス燃料噴出孔５２の直径の比率、液体燃料噴出孔５１の直径の比率が、夫々、０．４〜０．５５の範囲、０．１５〜０．１８の範囲に設定される条件で、適宜設定することができる。
又、主噴出孔４１の直径に対する、ガス燃料噴出孔５２の直径の比率、液体燃料噴出孔５１の直径の比率は、上記の実施形態で例示した比率に限定されるものではなく、安定燃焼が可能な条件で、種々変更可能である。

（Ｈ）上記の実施形態では、第１ノズル部を第１ノズル４として構成すると共に、第２ノズル部を第２ノズル５として構成して、第１ノズル部と第２ノズル部とを別体の部材にて構成する場合について例示したが、１ノズル部と第２ノズル部とを単一の部材にて一体的に構成してもよい。

（Ｉ）液体燃料としては、重油の他に、廃油を再生した再生油、軽油、灯油等、種々のものを用いることができ、ガス燃料としても、１３Ａの都市ガスの他に、１３Ａ以外の都市ガス、プロパンガス等、種々のものを用いることができる。

尚、上記の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、又、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

以上説明したように、安定燃焼性を維持しながら、総燃料噴出量に対するガス燃料の噴出量比率を小さくし得るガスアトマイズバーナノズルを提供することができる。

１ ガスアトマイズバーナノズル
４ 第１ノズル（第１ノズル部）
５ 第２ノズル（第２ノズル部）
４１ 主噴出孔
５１ 液体燃料噴出孔
５１ａ 先端開口
５２ ガス燃料噴出孔
５２ａ 先端開口

Claims (5)

1. 霧化液体燃料とガス燃料とが混合された霧化混合燃料を噴出する主噴出孔を備えた第１ノズル部と、
   前記主噴出孔における霧化混合燃料の噴出方向の基端に液体燃料を噴出する液体燃料噴出孔、及び、前記液体燃料噴出孔から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を前記主噴出孔の基端に噴出する複数のガス燃料噴出孔が、前記主噴出孔における霧化混合燃料の噴出方向に沿う軸心方向視において、前記液体燃料噴出孔の外周部を囲う状態で前記複数のガス燃料噴出孔が並ぶ配置形態にて設けられた第２ノズル部とを備えたガスアトマイズバーナノズルであって、
   前記液体燃料噴出孔が複数設けられているガスアトマイズバーナノズル。
2. 前記軸心方向視において、前記複数の液体燃料噴出孔が環状に並ぶ状態で設けられ、前記複数のガス燃料噴出孔が、環状に並ぶ前記複数の液体燃料噴出孔の外周部に環状に並ぶ状態で設けられている請求項１に記載のガスアトマイズバーナノズル。
3. 前記複数の液体燃料噴出孔が、夫々の先端開口が円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態で設けられ、
   前記複数のガス燃料噴出孔が、夫々の先端開口が、前記複数の液体燃料噴出孔の先端開口が並ぶ円と同心の円状に等間隔で並ぶ状態の配置形態で設けられている請求項２に記載のガスアトマイズバーナノズル。
4. 前記ガス燃料噴出孔が６個設けられ、前記液体燃料噴出孔が３個設けられ、
   前記主噴出孔の直径に対する、前記ガス燃料噴出孔の直径の比率、前記液体燃料噴出孔の直径の比率が、夫々、０．４〜０．５５の範囲、０．１５〜０．１８の範囲に設定される請求項２又は３に記載のガスアトマイズバーナノズル。
5. ３個の前記液体燃料噴出孔は、夫々の先端開口が、１個置きの前記ガス燃料噴出孔の先端開口と周方向での位相が同一になる配置形態で設けられている請求項４に記載のガスアトマイズバーナノズル。

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