JP4350163B1 - ジェットバーナ - Google Patents

Abstract

少なくとも外筒４と内筒５を有する多筒構造の筒体の一端に燃料ｆと助燃媒体ａを供給し筒体の中央空間を燃焼室６として燃焼させ他端から高温、高圧のジェット流の衝撃波を吐き出すジェットバーナであって、一端の筒体の軸上に設けられる点火ポート３と、点火ポート３を囲む複数の燃料噴射孔１１を有し燃料噴射孔１１から燃焼室６に向けて燃料ｆを噴射させる燃料ノズル１と、燃焼ノズル１の位置から燃焼室６に向けて拡がる喇叭状体からなり該喇叭状体の壁面に複数の空気噴射孔２１を有し空気噴射孔２１から助燃媒体ａを燃焼室６に向けて噴射させる空燃混合器２とを備え、空燃混合器２は、空気噴射孔２１を筒体の軸方向および中心方向に対して傾斜させ、助燃媒体ａを喇叭状体の外周と内筒５との間に供給して空気噴射孔２１から噴射させることにより、助燃媒体ａと燃料ｆとの混合気体による旋回流を生じさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を燃焼室内で高温燃焼させ、高温、高速のジェット流の衝撃波を発生させるジェットバーナに関する。

ジェットバーナは、多筒構造の燃焼室内に高圧の空気とともに、ガソリンや灯油、ガスなどの液体燃料、気体燃料を供給して高温燃焼させ、高温、高速のジェット流の衝撃波を発生させるものである。ジェットバーナにより発生させた衝撃波は、産業廃棄物や汚泥、食品・飲料加工の残りカスや絞りカス、生ゴミ、家畜の糞尿、廃油などの乾燥や粉砕に使用される。ジェットバーナとしては、筒体の軸心部の燃料ノズルから燃料を噴射させ、その前方に空気の傾斜孔から高圧の空気を供給して燃焼筒内で旋回流を発生させて高温燃焼させる（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開２００４−３６９５号公報 特開２００６−４６８５１号公報 特開２００８−３２３１７号公報 特開２００９−４１８５２号公報

しかし、上記従来のジェットバーナは、助燃媒体である空気を供給する構造、燃料との混合気体を発生させる構造が複雑であり、しかも充分な渦流の混合気体流の発生ができないため、燃焼効率が上がらないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、簡単な構造により助燃媒体と燃料との混合気体の旋回流を発生させることができるようにするものである。

そのために本発明は、少なくとも外筒と内筒を有する多筒構造の筒体の一端に燃料と助燃媒体を供給し前記筒体の中央空間を燃焼室として燃焼させ他端から高温、高圧のジェット流の衝撃波を吐き出すジェットバーナであって、前記一端の前記筒体の軸上に設けられる点火ポートと、前記点火ポートを囲む複数の燃料噴射孔を有し前記燃料噴射孔から前記燃焼室に向けて燃料を噴射させる燃料ノズルと、前記燃焼ノズルの位置から前記燃焼室に向けて拡がり壁面の前記軸方向および円周上に複数の空気噴射孔を有する喇叭状体からなり、該喇叭状体の外周に前記内筒に当接し複数の空気分配孔を有する複数の鍔状の隔壁を設け、前記該喇叭状体の外周と前記内筒との間に助燃媒体を導入する空燃混合器とを備え、前記鍔状のそれぞれの隔壁の空気分配孔の位置を前記助燃媒体の旋回流の回転方向にずらし、前記空気噴射孔を前記前記軸方向および中心方向に対して傾斜させ、前記助燃媒体を前記空気分配孔を通して前記空気噴射孔へ供給し前記燃焼室に向け噴射させることにより、前記助燃媒体と前記燃料との混合気体による旋回流を生じさせることを特徴とする。

前記空気分配孔と前記空気噴射孔は、前記旋回流の回転方向に傾斜して配置されていることを特徴とし、前記燃料ノズルは、前記点火ポートを中心とする同心円状に複数の燃料噴射孔を有することを特徴とする。

本発明によれば、燃焼ノズルの位置から燃焼室に向けて拡がる喇叭状体の壁面に複数の空気噴射孔を有し空気噴射孔から助燃媒体を燃焼室に向けて噴射させる空燃混合器を備え、空燃混合器として、空気噴射孔を筒体の軸方向及び中心方向に対して傾斜させ、助燃媒体を喇叭状体の外周と内筒との間に供給して空気噴射孔から噴射させるので、簡単な構造の空燃混合器により助燃媒体と燃料との混合気体の旋回流を生じさせ、燃焼効率を上げることができ、ジェット流体の衝撃波を発生させることができる。

本発明に係るジェットバーナの実施形態を説明する図ある。 燃料ノズルおよび空燃混合器近傍の詳細を説明する図ある。 図２に示す詳細図の各部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るジェットバーナの実施形態を説明する図、図２は燃料ノズルおよび空燃混合器の近傍の詳細を説明する図、図３は図２に示す詳細図の各部の断面図であり、図３（Ａ）は図２のＡ−Ａ断面、図３（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面、図３（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面、図３（Ｄ）は図２のＤ−Ｄ断面を示す。図中、１は燃料ノズル、２は空燃混合器、３は点火ポート、４は外筒、５は内筒、６は燃焼室、７は冷却路、８はノズル、９はエクストラノズル、１１は燃料噴射孔、１２は燃料分配環状部、１３は燃料導入路、２１は空気噴射孔、２２〜２６は鍔状の隔壁、２７は空気分配孔、２８は空気導入路を示す。

図１において、外筒４と内筒５は、多筒構造の筒体によりジェットバーナの基体を構成するものである。この外筒４と内筒５からなる多筒構造の筒体は、中央部を燃焼室６とし、一端には、燃料ノズル１、点火ポート２、空燃混合器３を配設し、他端には、ノズル８、エクストラノズル９を配設している。外筒４と内筒５との間は、冷却媒体ｗが供給される冷却媒体流路７となり、冷却媒体流路７には、冷却媒体ｗが全域に澱みなく流れ冷却効率を高めるため適宜フィンなどが配設される。冷却媒体ｗは、例えば冷却水である。

燃料ノズル１は、後述するように筒体の軸心の周囲に複数の燃料噴射孔１１を設け、その複数の燃料噴射孔１１から前方の燃焼室６へ向けて高圧の燃料ｆを噴射する。点火ポート２は、筒体の軸心、燃料ノズル１の中心部に配設され、燃料噴射孔１１から噴射された燃料ｆに点火するものである。燃料ｆは、例えば重油やガソリン、軽油などの液体燃料、天然ガス、プロパンガスなどの気体燃料である。

空燃混合器３は、後述するように燃料ノズル１、点火ポート２の配設された位置から前方の燃焼室６へ向けて拡がる喇叭状体からなり、その喇叭状体の壁面に複数の空気噴射孔２１を設けている。空燃混合器３の喇叭状体の外側、つまり内筒５との間を高圧の助燃媒体ａの導入空間とし、ここに高圧の助燃媒体ａを導入することにより、複数の空気噴射孔２１から喇叭状体の中に前方の燃焼室６へ向けて助燃媒体ａを噴射させる。助燃媒体ａは、例えば空気であり、空燃混合器３により助燃媒体ａと燃料ｆとを混合し混合気体の旋回流を発生させる。

ノズル８は、燃焼室６の方から断面積が徐々に小さくなる濾斗形状（狭窄絞り形状）に構成し、エクストラノズル９は、前方に向けてやや拡がる形状に構成したものである。これらノズル８とエクストラノズル９により、燃焼室６からノズル８を通して高温燃焼ガスの体積を急激に圧縮してジェット流体の衝撃波に変換して吐き出す衝撃波変換部を構成している。

燃料ノズル１および空燃混合器３について、さらに詳細に説明する。燃料ノズル１は、図２、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように筒体の一端において軸心に配設された点火ポート２の周囲を囲むように複数の燃料噴射孔１１を設けるとともに、燃料噴射孔１１の背後に燃料分配環状部１２を設ける。そして、高圧の燃料ｆは、燃料分配環状部１２に燃料導入路１３を通して導入することにより、燃料導入路１３から燃料分配環状部１２を通してそれぞれの燃料噴射孔１１に燃料ｆを分配して、燃料噴射孔１１から前方の燃焼室６へ向けて噴射させる。

空燃混合器３は、図２に示すように燃料ノズル１の外周を囲む円筒部に連結して、燃料噴射孔１１から噴射された燃料ｆの前方周囲を囲むように喇叭状体が延びている。そして、喇叭状体の壁面には、筒体の軸方向（前方の燃焼室６の方向）および軸を中心とする円周上に複数の空気噴射孔２１を有している。さらに、燃料ノズル１の外周を囲む円筒部および喇叭状体の外周に、内筒５と当接する複数の鍔状の隔壁２２〜２６を有する。

空燃混合器３の喇叭状体の外周と内筒５と鍔状の隔壁２２〜２６とによりそれぞれ分割された環状の空間を形成する。この環状の空間は、助燃媒体ａを分配する環状部としている。鍔状の隔壁２２は、図３（Ａ）に示すように１ないし２の空気導入路２８を有し、鍔状の隔壁２３〜２６は、図３（Ｂ）に示すようにそれぞれ複数の空気分配孔２７を有している。喇叭状体の外周と内筒５との間隔は、喇叭状体の先端部に向かって狭くなっているので、空気分配孔２７として、鍔状の隔壁２４は、丸孔を形成しているが、鍔状の隔壁２５、２６は、図３（Ｄ）に示すように内筒５との間で半円状の孔となるように外周に半円状の切り欠け部を形成している。

空気噴射孔２１は、鍔状の隔壁２３〜２６の間にあって、図３（Ｃ）に示すようにそれぞれ軸心、つまり中心方向に対して傾斜し、さらに前方の燃焼室６へ向けて傾斜している。この傾斜は、空気噴射孔２１から噴射する高圧の助燃媒体ａが前方の燃焼室６へ向けて旋回流を形成するように一定の回転方向、例えば時計回り（または反時計回り）に向けられている。同様に、空気分配孔２７も、鍔状の隔壁２３から鍔状の隔壁２４〜２６に向かって旋回流の回転方向にずらして配置し、さらに孔の形状が傾斜している。

空気導入路２８から導入された高圧の助燃媒体ａは、まず、旋回流の回転方向に位置をずらし傾斜した鍔状の隔壁２３〜２６の空気分配孔２７を通すことにより、空燃混合器３の喇叭状体の外周と内筒５との空間で回転流となる。そして、それぞれの空気分配環状部ごとに空気噴射孔２１から喇叭状体内に前方の燃焼室６へ向け一定の回転方向に高圧の助燃媒体ａが噴射され、助燃媒体ａと燃料ｆとを混合した混合気体の旋回流が発生する。

上記の如く本実施形態のジェットバーナは、外筒４および内筒５からなる多筒構造の筒体を燃焼室６とし、その一端に燃料ノズル１と点火ポート２と空然混合器３を配設して、他端にノズル８とエクストラノズル９を配設する。そして、一端から高圧の流体燃料ｆを供給して燃料ノズル１から噴射させ、点火ポート２により燃料ｆに点火し、同時に、高圧の助燃媒体ａを喇叭状体の空然混合器３に供給してから噴射させ、助燃媒体ａを噴霧化された燃料ｆと混合して渦状の混合気体流を発生させ、燃焼室６で高温燃焼させ爆発膨張させる。その結果、燃焼室６の前方の断面壁が次第に縮小する狭窄絞り形状のノズル８で高温燃焼ガスの体積を急激に圧縮して、エクストラノズル９から高温、高速のジェット流の衝撃波が吐き出される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施形態では、空気噴射孔２１として筒体の軸方向に垂直な空燃混合器３の喇叭状体の断面上に設けるようにしたが、旋回流の方向に応じて傾斜する断面上に設けるようにしてもよい。また、空気噴射孔２１や空気分配孔２７は、設ける位置に応じて配置ピ
ッチや密度を変え、径を変えるようにしてもよいし、これらの数や鍔状の隔壁の数も適宜ジェットバーナのサイズに応じて選択されるものであることはいうまでもない。さらに、狭窄絞り形状のノズル８で高温燃焼ガスの体積を急激に圧縮して、エクストラノズル９から高温、高速のジェット流の衝撃波を吐き出すようにしたが、エクストラノズル９でさらに助燃媒体ａや燃料ｆを加えるようにしてもよい。また、先行技術文献に列挙した各特許文献に記載されている発明と同様に、冷却媒体ｗとして高圧の空気を用い、冷却媒体流路７の排出部を空気導入路２８に連結し、高圧の空気を冷却媒体流路７に供給して、冷却媒体流路７から排出された高圧の空気を高圧の助燃媒体ａとして空気導入路２８に供給するものであってもよい。

１…燃料ノズル、２…点火ポート、３…空燃混合器、４…外筒、５…内筒、６…燃焼室、７…冷却路、８…ノズル、９…エクストラノズル、１１…燃料噴射孔、１２…燃料分配環状部、１３…燃料導入路、２１…空気噴射孔、２２〜２６…鍔状の隔壁、２７…空気分配孔、２８…空気導入路

Claims (3)

1. 少なくとも外筒と内筒を有する多筒構造の筒体の一端に燃料と助燃媒体を供給し前記筒体の中央空間を燃焼室として燃焼させ他端から高温、高圧のジェット流の衝撃波を吐き出すジェットバーナであって、
   前記一端の前記筒体の軸上に設けられる点火ポートと、
   前記点火ポートを囲む複数の燃料噴射孔を有し前記燃料噴射孔から前記燃焼室に向けて燃料を噴射させる燃料ノズルと、
   前記燃焼ノズルの位置から前記燃焼室に向けて拡がり壁面の前記軸方向および円周上に複数の空気噴射孔を有する喇叭状体からなり、該喇叭状体の外周に前記内筒に当接し複数の空気分配孔を有する複数の鍔状の隔壁を設け、前記該喇叭状体の外周と前記内筒との間に助燃媒体を導入する空燃混合器と
   を備え、前記鍔状のそれぞれの隔壁の空気分配孔の位置を前記助燃媒体の旋回流の回転方向にずらし、前記空気噴射孔を前記前記軸方向および中心方向に対して傾斜させ、前記助燃媒体を前記空気分配孔を通して前記空気噴射孔へ供給し前記燃焼室に向け噴射させることにより、前記助燃媒体と前記燃料との混合気体による旋回流を生じさせることを特徴とするジェットバーナ。
2. 前記空気分配孔と前記空気噴射孔は、前記旋回流の回転方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のジェットバーナ。
3. 前記燃料ノズルは、前記点火ポートを中心とする同心円状に複数の燃料噴射孔を有することを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載のジェットバーナ。

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