JP3065951B2 - 水混合型液体燃料燃焼用ノズル及び燃焼方法 - Google Patents

水混合型液体燃料燃焼用ノズル及び燃焼方法

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JP3065951B2 JP8271470A JP27147096A JP3065951B2 JP 3065951 B2 JP3065951 B2 JP 3065951B2 JP 8271470 A JP8271470 A JP 8271470A JP 27147096 A JP27147096 A JP 27147096A JP 3065951 B2 JP3065951 B2 JP 3065951B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水混合型液体燃料燃
焼用ノズル及び燃焼方法に関し、詳しくは、油圧噴霧式
バーナにおいて、ノズルディスク部に水注入孔を設け、
その注入水に旋回力を生じさせ、攪拌機能を持たせた水
混合型液体燃料燃焼用ノズル及び燃焼方法に関する。
尚、本発明は液体燃料、特に灯油、A重油、C重油及び
重質油分等の石油系燃料の窒素酸化物低減及びばいじん
低減の燃焼方法として利用することができる。
【0002】
【従来の技術】石油系液体燃料に水を添加し、これらを
微粒化して油中水滴型エマルションにしたエマルション
燃料は燃焼排気ガス中の窒素酸化物やばいじんを低減す
ることはよく知られている。従来、この種のエマルショ
ン燃料を製造するためには石油系液体燃料油と水と界面
活性剤等の乳化剤との混合液をスクリュー型の回転子を
用いたミキサーや、高圧により狭い隙間を通すホモジナ
イザー、又は2枚の回転板の隙間を通すコロイドミル等
の攪拌機で攪拌するか、或いは超音波攪拌機で攪拌する
等の方法が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料油エマルシ
ョン化技術では、ミキサー等の攪拌機構を組み込む必要
性から装置が大型になる、消費電力が大きい、或いは価
格が高くなる等の欠点があった。また、これらの方法は
バーナ内部に組み込むことが難しく、エマルション燃料
を調整後、バーナに供給するため、燃焼するまでにある
程度の時間を要する。それ故、エマルション燃料の粒子
径の維持、即ち、安定性、或いは防錆面等への配慮が要
求されるため、界面活性剤の添加が必要になる等の問題
があった。また、実公昭59−13462号のように簡
易式の乳化装置もあるが、攪拌能力がやや不足してお
り、燃料に比べ高価な界面活性剤の添加を必要とする欠
点がある。
【0004】本発明は、燃焼機等から出る排ガス中の窒
素酸化物及びばいじんの低減を図ることを目的として、
従来のエマルション燃焼技術が抱えているこれらの問題
点を解決すべく、エマルション化機能をコンパクト化
し、同時に界面活性剤無添加での使用を可能とする耐久
性に優れた廉価な燃料油と水とを混合する燃焼用ノズル
を発明し、実用化に則した窒素酸化物及びばいじんの低
減技術を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記技術課題は、 1、油圧噴霧式バーナにおいて、ノズルチップ噴霧口の
前段に旋回室を配置すると共に、該旋回室に通ずる複数
の旋回溝をノズルディスク部の先端傾斜面に設けて燃料
油通路となし、また、前記旋回室に通ずる複数の細孔を
ノズルディスク部に設けて水通路となし、該旋回溝及び
細孔は、その軸線がノズルチップ噴霧口の軸線に対して
傾斜していると共に、ノズルチップ噴霧口の円周方向か
ら軸線に向かう線に対して変位して設けられており、該
旋回室に注入された燃料油と水とが、ノズルチップ噴霧
口の軸線に対して傾斜した方向の渦流となって攪拌され
ることを特徴とする水混合型液体燃料燃焼用ノズル、
【0006】2、水通路となる細孔が、ノズルディスク
部の先端面から旋回室の側壁に向かう方向で設けられて
いることを特徴とする前記1に記載の水混合型液体燃料
燃焼用ノズル、
【0007】3、水通路となる細孔の出口が、燃料油通
路である旋回溝に設けられていることを特徴とする前記
1に記載の水混合型液体燃料燃焼用ノズル、
【0008】4、ノズルディスク部から旋回室に水を注
入する際、ノズルディスク部入口の水圧と注入先である
旋回室の圧力との差圧が1.0Kg/cm2以上あるこ
とを特徴とする前記1〜3のいずれかに記載の水混合型
液体燃料燃焼用ノズル、
【0009】5、ボイラー及び燃焼炉等に用いられる油
圧噴霧式バーナの燃焼方法において、ノズルチップ噴霧
口の前段に旋回室を配置すると共に、該旋回室に通ずる
複数の旋回溝をノズルディスク部の先端傾斜面に設けて
燃料油通路となし、また、前記旋回室に通ずる複数の細
孔をノズルディスク部に設けて水通路となし、該旋回溝
及び細孔は、その軸線がノズルチップ噴霧口の軸線に対
して傾斜していると共に、ノズルチップ噴霧口の円周方
向から軸線に向かう線に対して変位して設け、該旋回室
に注入された燃料油と水とを、ノズルチップ噴霧口の軸
線に対して傾斜した方向の渦流として攪拌して混合液と
し、直ちにノズルチップ噴霧口から噴出させて燃焼させ
ることを特徴とする油圧噴霧式バーナの燃焼方法、
【0010】6、ボイラー及び燃焼炉等に用いられる油
圧噴霧式バーナの燃焼方法において、ノズルチップ噴霧
口の前段に旋回室を配置すると共に、該旋回室に通ずる
複数の旋回溝をノズルディスク部の先端傾斜面に設けて
燃料油通路とすると共に、該旋回溝の一部に水通路とな
る細孔の出口を配置し、該旋回溝は、その軸線がノズル
チップ噴霧口の軸線に対して傾斜していると共に、ノズ
ルチップ噴霧口の円周方向から軸線に向かう線に対して
変位して設け、該旋回室に注入された燃料油と水とを、
ノズルチップ噴霧口の軸線に対して傾斜した方向の渦流
として攪拌して混合液とし、直ちにノズルチップ噴霧口
から噴出させて燃焼させることを特徴とする油圧噴霧式
バーナの燃焼方法、によって達成される。
【0011】即ち、本発明者は、従来技術に関わる前記
欠点を解決するため、既存のバーナ機構を大きく変える
ことなく、また界面活性剤を使用するまでもなく、燃料
油と水を混合することにより、窒素酸化物及びばいじん
を低減する燃焼装置及び燃焼方法について鋭意研究を重
ねた結果、油圧噴霧式バーナにおいて噴霧直前のノズル
ディスク部に攪拌力を生じるような形状の水の注入機構
を設けることにより、液体燃料油流により潜在する攪拌
能力、即ち、旋回溝で生ずる高速流及び旋回室で生ずる
渦流の攪拌力と水の攪拌力を利用して効率よく燃料油と
水とを混合し、直ちに燃焼することによって、上記欠点
が解決され、従来のエマルション燃料燃焼時と同様の窒
素酸化物低減効果が得られることを見出し、本発明を完
成するに至った。
【0012】本発明による水混合型液体燃料燃焼用ノズ
ルは、油圧噴霧式バーナにおいて、噴霧直前のノズルチ
ップ内部の旋回室で燃料油と水を合流させ、旋回溝で生
ずる高速流によって旋回室に生ずる激しい渦流による燃
料油の攪拌力と注入水が持つ旋回力による分散性により
効率よく燃料油と水を微粒化混合し、燃焼させるもので
ある。また、本発明による水混合型液体燃料燃焼用ノズ
ルは、噴霧直前に燃料油と水とを混合し、混合後、直ち
に燃焼させることにより、燃焼時の窒素酸化物及びばい
じんの排出を低減する。
【0013】従来、油圧噴霧式バーナは圧送されてきた
燃料油がノズルチップ部のノズルディスク部に設けられ
た数本の旋回溝(燃料油給送路)で流速を増し旋回溝に
入り、圧力と旋回力を持った燃料油としてノズルチップ
口より噴出して霧化され、燃焼される。本発明は旋回室
に面したノズルディスク部に水自身が分散し易い注入機
構、即ち、水側にも旋回力を持たせるような水注入孔を
設けることによって、旋回室中に存在する旋回力から生
ずる乱流を利用して、効率よく燃料油と水との混合物を
作るものである。
【0014】本発明において、ノズルディスク部に設け
る水注入用の斜孔或いは水給送用の旋回溝の数、或いは
水注入孔の大きさは、所定量の水が旋回室の圧力より
1.0kg/cm以上、好ましくは2.0kg/cm
以上高い圧力で注入できればよく、燃料油量に対する
水の注入率等によって決まるものである。
【0015】以上のように本発明は、油圧噴霧式バーナ
において、バーナ先端部の旋回室を構成するノズルディ
スク部及びノズルチップのノズルディスク部側に注入す
る水が油中に分散し易くするための形状を有する、即
ち、斜孔の流送路を持った注入口、或いは水用旋回溝を
設け旋回室に水を注入することにより、そこに存在する
乱流で効率よく攪拌混合し、より均一な粒子径を持った
油/水の混合燃料を製造し、製造直後に燃焼させること
を特徴とする水混合型液体燃料燃焼用ノズルである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細について添付
図面に基づき説明する。 実施例1 図1、図2、図3は、本発明に係る水混合型液体燃料燃
焼用ノズルの第1実施例を示すもので、ノズルディスク
部から旋回室へ向けて水注入孔を2個設けたものの概略
図である。噴射ポンプで加圧された燃料油Fは固定具1
の外部に沿って流れ、燃料油溜り3に入り、旋回溝4を
通り旋回室5に導かれる。他方、水Wはノズルディスク
部2の内部に設けられた送水路7を通り、旋回室5を形
成する環状線5Aの接線に近い方向に向けた水注入孔で
ある細孔8を経て、旋回室5に入る。旋回室5に入った
水Wは旋回溝4で加速され、旋回室5で渦流下にある燃
料油Fと合流し、燃料油Fの渦流による攪拌力と注入水
W自身の旋回による分散力で激しく攪拌混合される。そ
して燃料油Fと水Wが均一に分散された燃料は直ちにノ
ズルチップ6のノズルチップ噴霧口10から噴霧され、
燃焼される。
【0017】実施例2 図4、図5、図6は、本発明に係る水混合型液体燃料燃
焼用ノズルの第2実施例を示すもので、ノズルディスク
部の油の旋回溝に隣接して水の流路としての旋回溝を2
個設けたものの概略図である。噴射ポンプで加圧された
燃料油Fは固定具1の外部に沿って流れ、燃料油溜り3
に入り、旋回溝4を通り旋回室5に導かれる。他方、水
Wはノズルディスク部2の内部に設けられた送水路7を
通り、水用旋回溝9から旋回室5に入る。旋回室5に入
った水Wは旋回溝4で加速され、旋回室5で渦流下にあ
る燃料油Fと合流し、燃料油Fの渦流による攪拌力と注
入水W自身の旋回による分散力で激しく攪拌混合され
る。そして燃料油Fと水Wが均一に分散された燃料は直
ちにノズルチップ6のノズルチップ噴霧口10から噴霧
され、燃焼される。
【0018】尚、本発明の実施例では、水注入孔8を2
個設けた例を挙げたが、これに限定されず、単数でも3
以上でもよい。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、燃料油と水との混合に
攪拌機等の機器を組み込む必要がなく、潜在する油の攪
拌能力と水に持たせた分散力を利用して、効率よく均一
な粒子径を有する燃料油と水の混合物を作り出すことが
できる。
【0020】また、燃料油と水との混合は、噴霧直前の
ノズルチップ内部、即ち、混合後、直ちに燃焼に繋がる
ノズルチップ先端部より極めて近い部分でなされるの
で、従来技術であるエマルション燃料で要求された混合
物の安定性や防錆性を必要としない。従って、乳化剤や
防錆剤等の界面活性剤を使用する必要がない。混合後は
瞬時に噴霧されるので、燃料油の中に水が均一に分散さ
れた状態のまま燃焼の場に供給されることになり、界面
活性剤を使用した従来のエマルション燃料と同等の窒素
酸化物或いはばいじんの低減効果が得られる。
【0021】更に本発明は、燃料油と水との混合に回転
子等の駆動部分を持たないので耐久性の点でも優れてい
る。
【0022】更にまた本発明によれば、注入する水側に
も攪拌能力(水注入圧力と旋回室の差圧が大きいほど攪
拌力は増大する)を持たせることを特徴としており、そ
のことにより油と水の混合粒子径がより細かく均一にな
り安定した燃焼が得られる。また、ノズルチップ部の噴
射口と水注入口が同位置にある時、水注入圧力と旋回室
の差圧が大きい状態で水を注入すると、油と水が十分混
合されないで噴霧され、混合が悪い状態下で起こりがち
な、燃焼時の火炎の吹き消え或いは息つき燃焼等の異常
燃焼が心配されるが、本発明によれば、ノズルチップ部
の噴霧口と水注入口が同位置にないために差圧が大きい
状態で水を噴射しても問題はなく、むしろ前述したよう
に差圧の大きい条件で水を注入した方が燃料油と水の混
合状態がよくなり良好な安定した燃焼に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水混合型液体燃料燃焼用ノズルの
第1実施例を示すもので、ノズルディスク部から旋回室
に向けて斜孔を設けた態様の概略図である。
【図2】図1のノズルディスク部の正面図である。
【図3】図1のノズルディスク部の詳細図である。
【図4】本発明に係る水混合型液体燃料燃焼用ノズルの
第2実施例を示すもので、ノズルディスク部の油の旋回
溝に隣接して水旋回溝を設けた態様の概略図である。
【図5】図4のノズルディスク部の正面図である。
【図6】図4のノズルディスク部の詳細図である。
【符号の説明】
1 固定具 2 ノズルディスク部 3 燃料油溜り 4 旋回溝 5 旋回室 5A 環状線 6 ノズルチップ 7 送水路 8 水注入孔(細孔) 9 水用旋回溝 10 ノズルチップ噴霧口 F 燃料油 W 水

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】油圧噴霧式バーナにおいて、ノズルチップ
    噴霧口の前段に旋回室を配置すると共に、該旋回室に通
    ずる複数の旋回溝をノズルディスク部の先端傾斜面に設
    けて燃料油通路となし、また、前記旋回室に通ずる複数
    の細孔をノズルディスク部に設けて水通路となし、該旋
    回溝及び細孔は、その軸線がノズルチップ噴霧口の軸線
    に対して傾斜していると共に、ノズルチップ噴霧口の円
    周方向から軸線に向かう線に対して変位して設けられて
    おり、該旋回室に注入された燃料油と水とが、ノズルチ
    ップ噴霧口の軸線に対して傾斜した方向の渦流となって
    攪拌されることを特徴とする水混合型液体燃料燃焼用ノ
    ズル。
  2. 【請求項2】水通路となる細孔が、ノズルディスク部の
    先端面から旋回室の側壁に向かう方向で設けられている
    ことを特徴とする請求項1に記載の水混合型液体燃料燃
    焼用ノズル。
  3. 【請求項3】水通路となる細孔の出口が、燃料油通路で
    ある旋回溝に設けられていることを特徴とする請求項1
    に記載の水混合型液体燃料燃焼用ノズル。
  4. 【請求項4】ノズルディスク部から旋回室に水を注入す
    る際、ノズルディスク部入口の水圧と注入先である旋回
    室の圧力との差圧が1.0Kg/cm2以上あることを
    特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水混合型液
    体燃料燃焼用ノズル。
  5. 【請求項5】ボイラー及び燃焼炉等に用いられる油圧噴
    霧式バーナの燃焼方法において、ノズルチップ噴霧口の
    前段に旋回室を配置すると共に、該旋回室に通ずる複数
    の旋回溝をノズルディスク部の先端傾斜面に設けて燃料
    油通路となし、また、前記旋回室に通ずる複数の細孔を
    ノズルディスク部に設けて水通路となし、該旋回溝及び
    細孔は、その軸線がノズルチップ噴霧口の軸線に対して
    傾斜していると共に、ノズルチップ噴霧口の円周方向か
    ら軸線に向かう線に対して変位して設け、該旋回室に注
    入された燃料油と水とを、ノズルチップ噴霧口の軸線に
    対して傾斜した方向の渦流として攪拌して混合液とし、
    直ちにノズルチップ噴霧口から噴出させて燃焼させるこ
    とを特徴とする油圧噴霧式バーナの燃焼方法。
  6. 【請求項6】ボイラー及び燃焼炉等に用いられる油圧噴
    霧式バーナの燃焼方法において、ノズルチップ噴霧口の
    前段に旋回室を配置すると共に、該旋回室に通ずる複数
    の旋回溝をノズルディスク部の先端傾斜面に設けて燃料
    油通路とすると共に、該旋回溝の一部に水通路となる細
    孔の出口を配置し、該旋回溝は、その軸線がノズルチッ
    プ噴霧口の軸線に対して傾斜していると共に、ノズルチ
    ップ噴霧口の円周方向から軸線に向かう線に対して変位
    して設け、該旋回室に注入された燃料油と水とを、ノズ
    ルチップ噴霧口の軸線に対して傾斜した方向の渦流とし
    て攪拌して混合液とし、直ちにノズルチップ噴霧口から
    噴出させて燃焼させることを特徴とする油圧噴霧式バー
    ナの燃焼方法。
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