JP3575105B2

JP3575105B2 - 噴霧燃焼器

Info

Publication number: JP3575105B2
Application number: JP08623495A
Authority: JP
Inventors: 田裕文安; 瀬伸二平
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JPH08261412A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は噴霧ノズルによって液体燃料を燃焼筒内に噴霧供給して、燃焼を行なう噴霧燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来の噴霧燃焼器の断面構成図を示す。この噴霧燃焼器は、保炎器の中心孔を通って送り込まれる空気と、保炎器の本体である旋回羽根を通って送り込まれる空気とを燃焼筒内に供給する一方、別の空気を燃焼筒の内周面の孔から、燃焼器中心軸に向かって送り込み、さらに燃料噴射ノズルから噴射された燃料は、保炎器の中心孔を通して空気とともに燃焼空間に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このタイプの噴霧燃焼器によって形成される火炎は、黄色火炎であり、局所的な高温領域が多く存在し、多量のＮＯｘが排出されるという問題を有していた。
【０００４】
そこで本発明は、上記従来の噴霧燃焼器の欠点を解消し、燃焼に際してＮＯｘの発生を低減させることのできる噴霧燃焼器の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の噴霧燃焼器は、中心部に中心孔を有する旋回羽根と、旋回羽根の前記中心孔を通して燃料を燃焼筒内に噴霧する燃料噴射部とを有し、中心孔から燃料とともに噴出される空気を一次空気として導入される噴霧燃焼器において、燃焼筒側壁には、半径中心方向とある旋回角度を有するように開口される複数の旋回空気孔を多段に亘って設けたことを第１の特徴としている。また、本発明の噴霧燃焼器は、前記第１の特徴に加えて、前記多段の旋回空気孔の各段の間に、燃焼筒内径より小径の空気絞り板を設けていることを第２の特徴としている。
また、本発明の噴霧燃焼器は、前記第１または２の特徴に加えて、絞り板の各中心孔径は、下流に向かって次第に大きくなることを第３の特徴としている。
また、本発明の噴霧燃焼器は、前記第１、２または３の特徴に加えて、前記多段の旋回空気孔のうち少なくとも一段の旋回方向を前記旋回羽根の旋回方向に対して逆方向にすることを第４の特徴としている。
また、本発明の噴霧燃焼器は、前記第１、２、３または４の特徴に加えて、前記多段二次旋回空気孔の下流部の燃焼筒側壁には、複数の向芯空気孔を多段に亘って設け、前記向芯空気孔を通して噴出される空気を、二次空気の一部として導入することを第５の特徴としている。
また、本発明の噴霧燃焼器は、前記第１、２、３、４または５の特徴に加えて、前記多段の旋回空気孔の下流部には、全周から内側に向かって流入する環状スリットを設け、前記環状スリットを通して噴出される空気を、二次空気の一部として導入することを第６の特徴としている。
【０００６】
【作用】
上記第１の特徴によれば、二次空気は半径中心方向とある旋回角度で多段に亘って流入されるため、旋回羽根より送り込まれる旋回流の旋回方向と同じ方向の場合には、火炎は二次空気により包み込まれる状態となって保炎効果を促進し、より安定した火炎となる。また、噴霧の偏りなどが生じた場合においても、多段に亘って二次空気の旋回流が生じるため、多段階で火炎をおおいそれを修正する方向に作用する。
また、上記第２の特徴によれば、二次旋回空気を絞り板によって絞ることによって、いったん縮流した後、放射状に拡がる。従って、噴霧の存在する空間密度が高く、比較的大きな粒径の噴霧粒子が存在している噴霧の境界近傍と、上記旋回空気の縮流域がほぼ一致するため、噴霧境界付近での空気と燃料噴霧との混合を活発にし、噴霧の蒸発・燃焼を促すことができる。
また、上記第３の特徴によれば、多段に配置した旋回空気孔の下流部にそれぞれ絞り板を設け、各絞り板の中心孔径を下流になるにしたがって大きくすると、孔径に比例して噴霧境界が拡がるので、噴霧の境界近傍での噴霧と空気との混合を活発にする効果がある。
また、上記第４の特徴によれば、旋回空気孔から流入する空気の旋回方向を、旋回羽根より流入する一次旋回空気の旋回方向と逆方向にすることにより、噴霧境界付近に存在する噴霧粒と二次空気との混合が促進され、噴霧燃料の蒸発・燃焼をいっそう良好にすることが可能となる。
なお、二次空気の旋回流を一次空気の旋回流と逆にしたとしても、二次空気は火炎の中心を貫通しないので、保炎には殆ど悪影響を及ぼさない。
また、上記第５の特徴によれば、この向芯空気孔を通過する空気は、旋回空気流の拡がりを抑え、また、燃料と空気との混合を活発にして完全燃焼させる効果があり、その結果、短炎化が実現できる。
また、上記第６の特徴によれば、この環状スリットを通過する空気は、全周から中心方向に向かって流入するので、スリット上流部で導入された旋回空気および燃焼ガスを中心方向へ抑え、火炎が放射状に大きく拡がるのを防ぐように作用する。
本発明はこれらの作用により、燃焼用空気と燃料との混合が良好になり、その結果、燃料噴霧粒子のガス化が促進され、火炎は青みを帯びた不輝炎になりやすくなる。不輝炎は、通常の液体燃料による赤黄色火炎よりも放射能力が小さいため火炎温度が低くなり、ＮＯｘの発生量が抑えられる。
【０００７】
【実施例】
図２は、本発明の噴霧燃焼器の一実施例を示す縦断面図、図３、４は、その要部の詳細図である。以下図面に基づいて説明する。
【０００８】
ノズル取付フランジ１の一方の面に、ほぼ円管状の一次空気筒２と、一次空気筒２に所定間隔をあけて設けたほぼ円管状の空気整流筒３と、空気整流筒３に所定間隔をあけて設けた外筒４とが取付られており、外筒４の外周部には、燃焼空気供給用ファン５が取り付けられている。
一次空気筒２は、一端部に先すぼまり状のコーン部２ａを一体に連続して有しており、他端部がノズル取付フランジ１に嵌合している。一次空気筒２のコーン部２ａ側には、一次空気筒ガイド６の一端部が外側から嵌合している。一次空気筒ガイド６の他端平板部６ａには、旋回羽根７が一体にして成形されており、旋回羽根中心孔７ａは、一次空気筒中心孔２ｂと接合している。
【０００９】
第一燃焼筒８の円筒部８ａは、旋回羽根７の環状板部と所定間隔をあけて一次空気筒ガイド６に嵌合しており、円筒部側壁には、半径方向とある旋回角度θ_１をもつ切り起こし型の第一旋回空気孔８ｂが旋回羽根７の旋回方向とは逆方向に空気が流入するように開口されている。第一燃焼筒８の他端部は、第一環状空気絞り板８ｃが一体にして成形されており、環状平板部中央には、旋回羽根７の外径Ｄ_０より大きな内径Ｄ_１を有する第一空気絞り孔８ｄが、バーナの中心軸と軸を同じくして開口されている。
第二燃焼筒９の円筒部９ａは、第一環状空気絞り板８ｃと所定間隔をあけて第一燃焼筒円筒部８ａに嵌合しており、円筒部側壁には、半径方向とある旋回角度θ_２をもつ切り起こし型の第二旋回空気孔９ｂが旋回羽根７の旋回方向と同方向に空気が流入するように開口されている。第二燃焼筒９の他端部は、第二環状空気絞り板９ｃが一体にして成形されており、環状平板部中央には、第一空気絞り孔８ｄの内径Ｄ_１より大きな内径Ｄ_２を有する第二空気絞り孔９ｄが、バーナの中心軸と軸を同じくして開口されている。なお、旋回角度θ_１と旋回角度θ_２とは同じ角度でもよく又は異なる角度としてもよい。
【００１０】
第三燃焼筒１０の環状板部１０ａは、第二環状空気絞り板９ｃと接合しており、円筒部１０ｂには、多段に亘って複数の向芯空気孔１０ｃが開口されており、他端環状板部１０ｄにはダボ１０ｅが円周を等数分割して形成されている。
燃焼筒ガイド１１の環状板部１１ａの中心には、第二空気絞り孔９ｄよりも大きな内径を有する燃焼ガス通過孔１１ｂが、バーナの中心軸と軸を同じくして開口されており、燃焼筒ガイド１１の先端側の環状板部１１ａは、前記第三燃焼筒１０のダボ１０ｅと接合しており、燃焼筒ガイド１１の環状板部１１ａと第三燃焼筒１０の環状板部１０ｄとの間には、環状スリット１０ｆが形成されている。燃焼筒ガイド１１の円管部は、第一燃焼筒８、第二燃焼筒９、第三燃焼筒１０とそれぞれ所定間隔をあけて外嵌しており、燃焼筒ガイド１１の基端部１１ｃは、外筒４と接合している。
【００１１】
ノズル取付フランジ１の中心部には、ノズルアダプタ１２が内嵌しており、ノズルアダプタ１２の先端部には、燃料を噴射するノズル等の燃料噴射部１３が取り付けられている。ノズルアダプタ１２の近傍には、燃料に着火するためのイグナイタ１４が取り付けられている。燃料噴射部１３には、燃料供給管１５とノズルアダプタ１２を介して、図外の燃料供給装置から燃料が圧送される。
なお、前記燃料噴射部１３は、圧力噴射弁による他、ノズル等燃料を噴射するものであれば特に限定されるものではない。また、液体燃料の噴射に限らず、ガス燃料および予混合ガスの噴射部であってもよい。
【００１２】
以上の構成により、ノズル取付フランジ１と一次空気筒２とによって囲まれ、一次空気筒中心孔２ｂを介して燃焼空間に連通する第１の空気室１６と、一次空気筒２と一次空気筒ガイド６との間に構成される第２の空気室１７と、空気整流筒３と、一次空気筒２、一次空気筒ガイド６および第一燃焼筒８、第二燃焼筒９および第三燃焼筒１０との間に構成される第３の空気室１８と、外筒４と空気整流筒３との間に構成される第４の空気室１９とが形成される。空気整流筒３側壁には、第４の空気室１９と第３の空気室１８とを連通させる複数の空気整流孔３ａが開口されている。一次空気筒２側壁には、第３の空気室１８と第１の空気室１６とを連通させる複数の空気整流孔２ｂが開口されている。一次空気筒ガイド６側壁には、第３の空気室１８と第２の空気室１７とを連通させる複数の空気整流孔６ｂが開口されている。
【００１３】
図５は、本発明の噴霧燃焼器の他の実施例を示す縦断面図であり、図６、７は、その要部の詳細図である。図２と比較して、本実施例においては、多段に亘って開口された複数の向芯空気孔１０ｃは、開口されていない点で相違する。また、図８は、本発明の噴霧燃焼器のさらに他の実施例を示す縦断面図であり、図９、１０は、その要部の詳細図である。本実施例は、図２と比較して、一段目および二段目の旋回空気孔（８ｂ、9ｂ）がそれぞれ逆向きになっている例である。
【００１４】
次に図２の実施例を基にして作用を説明する。燃料供給管１５とノズルアダプタ１２とを介して燃料噴射部１３に供給された燃料は、燃料噴射部１３の噴射孔から噴射され、旋回羽根中心孔７ａを通過して第一燃焼筒８および第二燃焼筒９内に流入する。
一方、燃焼空気供給用ファン５によって、第４の空気室１９に圧送された燃焼用空気は、空気整流筒３側壁に開口された整流孔３ａを通過し、第３の空気室１８に送られる。この空気は、一次空気筒２側壁に開口された整流孔２ｂを通過して第１の空気室１６に送られる空気と、一次空気筒ガイド６側壁に開口された整流孔６ｂを通過して第２の空気室１７に送られる空気と、第一燃焼筒８、第二燃焼筒９、および第三燃焼筒１０側の壁に開口された旋回空気孔８ｂ、９ｂ、向芯空気孔１０ｃおよび環状スリット１０ｆを通過する空気とに分配される。第１の空気室１６に送られた空気は、燃料噴射部１３から噴射された燃料とともに、一次空気Ａ１の一部として、旋回羽根中心孔７ａを通過して第一燃焼筒８および第二燃焼筒９内に流入する。また、第２の空気室１７に送られた空気は、旋回羽根７を通過し、一次空気Ａ１の一部として供給される。
また、第３の空気室１８に送られた空気の一部は、二次空気Ａ２の一部として、第一燃焼筒８および第二燃焼筒９の側壁に開口された第一旋回空気孔８ｂ、および第二旋回空気孔９ｂを通過し、図２に示されるように、第一環状空気絞り板８ｃ、および第二環状空気絞り板９ｃによって旋回空気が絞られ、その後、下流方向に放射状に広がりながら流れる。また、第一旋回空気孔８ｂを通過する空気は、旋回羽根７の旋回方向とは逆方向に流入する。さらに第二旋回孔９ｂを通過する空気は、第一旋回空気孔８ｂを通過する旋回空気と旋回方向が逆方向になるように流入する。
また、第３の空気室１８に送られた空気の一部は、二次空気Ａ２の一部として、中心方向に向かって向芯空気孔１０ｃを通過する。
また、第３の空気室１８に送られた空気の一部は、二次空気Ａ２の一部として、全周から中心方向に向かって環状スリット１０ｆを通過する。
以上のような一次空気Ａ１および二次空気Ａ２を導入した後、イグナイタ１４を作動させ、燃料噴射部１３によって燃料噴霧を噴射し、着火・燃焼を行なう。火炎は、一次空気Ａ１によって旋回羽根の後流に保炎され、二次空気Ａ２によって燃焼が完結する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、中心部に中心孔を有する旋回羽根と、旋回羽根の前記中心孔を通して燃料を燃焼筒内に噴霧する燃料噴射部とを有し、中心孔から燃料とともに噴出される空気を一次空気として導入される噴霧燃焼器において、燃焼筒側壁には半径中心方向とある旋回角度を有するように開口される複数の旋回空気孔を多段に亘って設けたので、保炎効果を促進し安定した火炎となるのみならず噴霧の偏りが生じても偏りを修正する方向に作用する。
また本発明は、多段の旋回空気孔の各段間に燃焼筒内径より小径の空気絞り板を設けたので、二次旋回空気は縮流した後、放射状に拡がる。噴霧境界付近での空気と燃料噴霧との混合が活発化し、噴霧の蒸発・燃焼を促進することができた。
さらに本発明は、空気絞り板の各中心孔径を下流に向かって次第に大きくなるようにしたので、孔径に比例して噴霧境界が拡がり、噴霧境界近傍での噴霧と空気との混合がさらに活発化する。
また、多段の旋回空気孔のうち少なくとも一段の旋回方向を前記旋回羽根の旋回方向に対して逆方向にしたので、噴霧境界付近での噴霧と空気との混合が尚一層促進される。
さらに、多段の旋回空気孔の下流部の燃焼筒側壁には、複数の向芯空気孔を多段に亘って設け、前記向芯空気孔を通して噴出される空気を二次空気の一部として導入したので、向芯空気孔を通過する空気により旋回空気流が拡がるのを抑制でき、燃料との混合が促進され、結果として短炎化が実現できる。
また本発明は、多段の旋回空気孔の下流部に、全周から内側に向かって流入する環状スリットを設けたので、スリット上流部で導入された旋回空気および燃焼ガスを中心方向へ抑制し、火炎が放射状に大きく拡がるのを防止することができた。
以上のような構成による燃焼用空気の相互作用により、燃料噴霧粒子のガス化が促進され、火炎は青みを帯びた不輝炎になりやすくなる。その結果、局所的な高温領域が形成されにくくなり、ＮＯｘの発生量を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施例を示す噴霧燃焼器の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】その他の実施例を示す噴霧燃焼器の縦断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】その他の実施例を示す噴霧燃焼器の縦断面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】図８のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
２一次空気筒
７旋回羽根
７ａ旋回羽根中心孔
８第一燃焼筒
８ｂ第一旋回空気孔
８ｃ第一環状空気絞り板
９第二燃焼筒
９ｂ第二旋回空気孔
９ｃ第二環状空気絞り板
１０第三燃焼筒
１０ｃ向芯空気孔
１０ｆ環状スリット
１３燃料噴射部

Claims

中心部に中心孔を有する旋回羽根と、この旋回羽根の前記中心孔を通して燃料を燃焼筒内に噴霧する燃料噴射部とを有し、前記中心孔から燃料とともに噴出される空気が一次空気として導入される噴霧燃焼器において、前記燃焼筒の側壁には半径中心方向とある旋回角度を有するように開口される複数の旋回空気孔を多段に亘って設け、かつ前記多段の旋回空気孔の各段の間には、前記燃焼筒の内径よりも小径の空気絞り板を設けていることを特徴とする噴霧燃焼器。
前記空気絞り板の各中心孔径は、下流に向かって次第に大きくなっている、請求項１に記載の噴霧燃焼器。
前記多段の旋回空気孔のうち少なくとも一段の旋回方向を前記旋回羽根の旋回方向に対して逆方向としている、請求項１または２に記載の噴霧燃焼器。
前記多段の旋回空気孔の下流部の燃焼筒側壁には、複数の向芯空気孔を多段に亘って設け、前記向芯空気孔を通して噴出される空気を二次空気の一部として導入するようにしている、請求項１ないし３のいずれかに記載の噴霧燃焼器。
前記多段の旋回空気孔の下流部には、全周から内側に向かって流入する環状スリットを設け、前記環状スリットを通して噴出される空気を二次空気の一部として導入するようにしている、請求項１ないし４のいずれかに記載の噴霧燃焼器。