JP5967783B1

JP5967783B1 - ジェットバーナおよび粉砕乾燥装置

Info

Publication number: JP5967783B1
Application number: JP2015179091A
Authority: JP
Inventors: 幸治井戸; 井戸　　幸治
Original assignee: WIDES LIMITED
Current assignee: WIDES LIMITED
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: JP2017053579A

Abstract

【課題】安定して点火できるジェットバーナを提供する。【解決手段】内部に燃焼室12を有する内筒４と、内筒４の基端側に設けられ内部に中空部11を有する基端部材３とを備える。基端部材３に中空部内へ１次空気が供給する第１の空気供給口31を設ける。内筒４に燃焼室12内へ２次空気を供給する第２の空気供給口32を設ける。第１の空気供給口31は、基端部材３の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置する。第２の空気供給口32は、内筒４の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置する。また、これら第１の空気供給口31と第２の空気供給口32とは、互いに反対方向に傾斜している。そして、第１の空気供給口31から中空部11へ供給された１次空気と、第２の空気供給口32から燃焼室12へ供給された２次空気とは、互いに反対方向に旋回して流動する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼により衝撃波を生成するジェットバーナおよび粉砕乾燥装置に関する。

従来、この種のジェットバーナとしては、例えば特許文献１の構成のものが知られている。

この特許文献１のジェットバーナは、基端部材の中空部へ１次空気を供給するための第１の空気供給口（第２流入部43）と、内筒の燃焼室へ２次空気を供給するための第２の空気供給口（第１流入部15）とを、径方向に対して同じ方向に傾斜して配置された構成である。

そして、第１の空気供給口から供給された１次空気が基端部材内で旋回しながら、インジェクタから供給された燃料と混合して旋回混合流となって内筒へ流入し、第２の空気供給口から供給された２次空気が前記混合旋回流と同じ方向に旋回しながら先端側へ流動する。

このように１次空気と２次空気とを同じ方向に旋回させながら空気と燃料とを先端側へ流動させることにより、高速渦流を発生させて先端側への流速を向上させ、基端部材の内部に煤が付着しにくいようにしている。

特許第４７６６４９７号公報

しかしながら、上述の特許文献１の構成では、混合旋回流が渦流により高速で旋回しながら基端部材から内筒内へ流入する構成であるため、基端部材における点火プラグ付近でも旋回混合流が高速で流動し、安定して点火できない問題がある。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、安定して点火できるジェットバーナおよび粉砕乾燥装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載されたジェットバーナは、内部に燃焼室を有する内筒と、前記内筒の基端側に配置され前記燃焼室に連通する中空部を有する基端部材と、前記中空部内に配置される燃料流出部を有し、前記中空部へ燃料を供給するための燃料供給手段と、前記燃料供給手段から供給された燃料に点火するための点火手段と、前記内筒の先端側に配置され燃焼気体が噴出される噴出口を有する噴出部材と、前記基端部材において前記燃料流出部の先端部より基端側に設けられ、前記中空部内へ１次空気が供給される第１の空気供給口と、前記燃料流出部の先端部より先端側に設けられ、前記燃焼室内へ２次空気が供給される第２の空気供給口とを備え、前記中空部は、前記燃料流出部の外径よりも大径である第１の開口部と、この第１の開口部の先端側に位置して前記燃焼室に連通し先端側へ向かって拡径するテーパ状の第２の開口部とを有し、前記第１の空気供給口は、前記第１の開口部に連通し、かつ、前記基端部材の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、前記第２の空気供給口は、前記燃焼室に連通し、かつ、前記内筒の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、前記第１の空気供給口と前記第２の空気供給口とは、互いに反対方向に傾斜しており、前記１次空気および前記燃料の混合旋回流と前記２次空気とが反対方向に旋回して、前記１次空気および前記燃料が前記第２の開口部内で滞留し前記点火プラグで点火されるものである。

請求項２に記載されたジェットバーナは、内部に燃焼室を有する内筒と、前記内筒の基端側に配置され前記燃焼室に連通する中空部を有する基端部材と、前記中空部内に配置される燃料流出部を有し、前記中空部へ燃料を供給するための燃料供給手段と、前記燃料供給手段から供給された燃料に点火するための点火手段と、前記内筒の先端側に配置され燃焼気体が噴出される噴出口を有する噴出部材と、前記基端部材において前記燃料流出部の先端部より基端側に設けられ、前記中空部内へ１次空気が供給される第１の空気供給口と、前記燃料流出部の先端部より先端側に設けられ、前記燃焼室内へ２次空気が供給される第２の空気供給口と、前記基端部材において前記燃料流出部の先端部より基端側に設けられ、前記中空部内へ１次空気が供給される第３の空気供給口とを備え、前記中空部は、前記燃料流出部の外径よりも大径である第１の開口部と、この第１の開口部の先端側に位置して前記燃焼室に連通し先端側へ向かって拡径するテーパ状の第２の開口部とを有し、前記第１の空気供給口は、前記第１の開口部に連通し、かつ、前記基端部材の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、前記第２の空気供給口は、前記燃焼室に連通し、かつ、前記内筒の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、前記第１の空気供給口と前記第２の空気供給口とは、互いに反対方向に傾斜し、前記第３の空気供給口は、前記第１の開口部内に連通し、かつ、前記基端部材の径方向に対して前記第２の空気供給口と同じ方向へ傾斜状に配置されているものである。

請求項３に記載されたジェットバーナは、請求項１または２記載のジェットバーナにおいて、第２の空気供給口は、先端側へ向かって径方向の内側へ傾斜して旋回状に配置され、内筒の軸方向に対する第２の空気供給口の傾斜角度は、４５度以上７０度以下であるものである。

請求項４に記載されたジェットバーナは、請求項１ないし３いずれか一記載のジェットバーナにおいて、１次空気の流量は、１ｍ ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以上６ｍ ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以下で、２次空気の流量は、６８ｍ ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以下で、１次空気および２次空気の合計の流速は、３．９ｍ／ｓｅｃ以上６８．５ｍ／ｓｅｃ以下であるものである。

請求項５に記載されたジェットバーナは、請求項１ないし４いずれか一記載のジェットバーナにおいて、内筒は、基端部に設けられ前記内筒の外周面より外側へ突出した内筒フランジ部を有し、基端部材は、前記内筒フランジ部に固定ボルトで固定可能な基端部材フランジ部を有し、前記基端部材フランジ部は、前記内筒フランジ部または内筒の一部に嵌合可能であり、燃焼室の内周面から第２の開口部の先端部の内周面までの長さが５ｍｍ以下であるものである。

請求項６に記載された粉砕乾燥装置は、請求項１ないし５いずれか一記載のジェットバーナと、前記ジェットバーナが設置され、粉砕対象物が供給される粉砕乾燥炉とを備え、前記粉砕乾燥炉は、前記ジェットバーナの基端側に位置する第１の炉部材と、この第１の炉部材に接続され前記ジェットバーナの先端側に位置する第２の炉部材とを有し、前記第２の炉部材は、前記ジェットバーナの燃焼気体噴出方向に対して略垂直で前記被破砕物を載置可能な載置部を有し、前記第１の炉部材と前記第２の炉部材の接続角度が１２０度以上であり、前記載置部は、厚さ寸法が５０ｍｍ以上であるものである。

本発明によれば、第１の空気供給口と第２の空気供給口とが、互いに反対方向に傾斜していることにより、１次空気および燃料の混合旋回流と２次空気とが反対方向に旋回するため、安定して点火できる。

本発明の一実施の形態に係るジェットバーナの構成を示す断面図である。同上ジェットバーナの基端部を示す断面図である。同上ジェットバーナの基端部を示す平面図である。同上ジェットバーナの内筒を示す側面図である。同上ジェットバーナの第２の空気供給口を示す断面図である。同上ジェットバーナの第２の空気供給口を示す断面図である。本発明の一実施の形態に係る粉砕乾燥装置を示す構成図である。

以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１において、１はジェットバーナであり、このジェットバーナ１は、燃料と空気とを混合した状態で点火し、点火後の燃焼気体を高圧で噴出させることにより衝撃波を生成するものである。

ジェットバーナ１は、多重筒構造のバーナ本体２の一端側である基端側に基端部材３が設けられており、基端部材３がバーナ本体２の上側に位置して軸方向が鉛直状になるように設置される。

バーナ本体２は、最も内側に配置された略円筒状の内筒４と、最も外側に配置された略円筒状の外筒５と、これら内筒４と外筒５との間に配置された略円筒状の中筒６とを有しており、これら内筒４と外筒５と中筒６とが同心状に配置されている。

また、バーナ本体２は、内筒４における基端側に基端部材３が同心状に取り付けられ、内筒４における基端部材３とは反対側である先端側に噴出部材７が同心状に取り付けられている。

さらに、バーナ本体２は、基端部材３内部の空洞状の中空部11と内筒４内部の空洞状の燃焼室12とが連通し、燃焼室12と噴出部材７の噴出口13とが連通している。

図１ないし図３に示すように、基端部材３は、略円筒状の基端部材本体15と、この基端部材本体15の先端側において基端部材本体15の外周面から外側へ突出した基端部材フランジ部16とを有している。

基端部材本体15には、燃料供給手段としてのインジェクタ17を設置するためのインジェクタ用開口部18が、基端部材本体15の軸線上に設けられている。

このインジェクタ用開口部18は、中空部11に連通しており、インジェクタ用開口部18に挿入されて固定されたインジェクタ17の燃料流出部19が中空部11内に配置されている。そして、インジェクタ17から噴出された燃料が中空部11に流入する。なお、燃料は、灯油や石油の液状の燃料を高圧状態で噴出して噴霧化するのが一般的だが、例えばプロパンガスや都市ガス等の気体状の燃料を使用してもよい。

基端部材３の中空部11は、燃料流出部19よりも内周面が大径である第１の開口部21と、この第１の開口部21の内筒４側である先端側に位置して先端側へ向かって漸次拡径するテーパ状の第２の開口部22とを有している。また、第１の開口部21はインジェクタ用開口部18に連通し、第２の開口部22は内筒４の燃焼室12に連通している。

基端部材本体15のインジェクタ用開口部18の外側には、紫外線を利用した燃焼センサ23が設置される第１センサ用開口部24と、図示しない圧力計が設置される第２センサ用開口部25と、図示しない温度計が設置される第３センサ用開口26とが設けられている。これら第１センサ用開口部24、第２センサ用開口部25および第３センサ用開口26は、基端部材本体15の基端部から第２の開口部22まで軸方向と平行に貫通して形成されている。

基端部材本体15の中空部11の外側には、点火手段としての点火プラグ27を設置するための点火プラグ用開口部28が設けられている。この点火プラグ用開口部28は、基端部材３の外側面から第２の開口部22まで貫通して形成され、軸方向に対して傾斜状に配置されている。

基端部材本体15の点火プラグ用開口部28より基端側で第１の開口部21の外側には、圧縮状態の空気である１次空気を供給するための複数（例えば２つ）の第１の空気供給口31および複数（例えば２つ）の第３の空気供給口33が設けられている。

第１の空気供給口31および第３の空気供給口33は、基端部材３の外周面から第１の開口部21まで貫通して形成され、基端部材３の軸方向に対して垂直に配置されている。

第１の空気供給口31は、基端部材３の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置されている。より具体的には、第１の空気供給口31は、基端部材３の軸方向に垂直な断面において、内側端部である先端部が外側端部である基端部よりも周方向の一方側に位置し、かつ、第１の開口部21に対して接線方向に接続されて連通している。

第３の空気供給口33は、基端部材３の径方向に対して第１の空気供給口31の傾斜方向とは反対側の周方向へ傾斜状に配置されている。より具体的には、第３の空気供給口33は、基端部材３の軸方向に垂直な断面において、内側端部である先端部が外側端部である基端部よりも周方向の他方側に位置し、かつ、第１の開口部21に対して接線方向に接続されて連通している。

そして、第１の空気供給口31に接続されたコンプレッサ等の図示しない圧縮空気供給手段から供給された１次空気は、第１の開口部21内においてインジェクタ17の燃料流出部19の外側で、周方向の一方側（基端側からの平面視で左方向）へ旋回しながら第２の開口部22側へ流動する。

また、第１の空気供給口31からの１次空気は、第２の開口部22内にてインジェクタ17から高圧状態で噴出されて噴霧化された燃料と混合して混合旋回流となり、この混合旋回流が点火プラグ27により点火される。

第３の空気供給口33は、混合旋回流への点火後に使用されるものである。そして、第３の空気供給口33に接続されたコンプレッサ等の図示しない圧縮空気供給手段から供給された空気は、第１の開口部21内においてインジェクタ17の燃料流出部19の外側で、周方向の他方側（基端側からの平面視で右方向）へ旋回しながら第２の開口部22側へ流動する。

また、第３の空気供給口33からの空気は、第２の開口部22内にて、インジェクタ17から高圧状態で噴出されて噴霧化された燃料と混合して混合旋回流となり、燃焼室12へ流入する。

図１および図４に示すように、内筒４は、その外周面から径方向外側に延びる羽根部34を有している。この羽根部34は、１つの帯状部材を内筒４の外周面に螺旋状に巻き回して構成されている。

内筒４の基端部には、内筒４から外側へ突出するように内筒フランジ部35が設けられている。そして、基端部材フランジ部16の先端面と、内筒フランジ部35の基端面とが接触した状態にて、固定ボルト36で固定されることにより、基端部材３と内筒４とが固定される。

また、内筒４の内筒フランジ部35と羽根部34との間には、燃焼室12へ２次空気を供給するための複数（例えば１０個）の第２の空気供給口32が設けられている。

第２の空気供給口32は、内筒４の外周面から燃焼室12内まで貫通して形成されている。

また、図５に示すように、第２の空気供給口32は、内筒４の径方向に対して周方向へ傾斜して旋回状に配置されており、第２の空気供給口32は、第１の空気供給口31の傾斜方向とは反対方向に傾斜している。すなわち、第２の空気供給口32の内側端部である先端部が外側端部である基端部よりも周方向の他方側に位置している。そして、第２の空気供給口32から燃焼室12へ供給された２次空気は、燃焼室12内で１次空気の旋回方向とは反対方向へ旋回する。

また、図６に示すように、第２の空気供給口32は、先端側である噴出部材７側へ向かって２次空気が流入するように軸方向に対して傾斜している。すなわち、第２の空気供給口32は、内側端部である先端部が外側端部である基端部より下方（噴出部材７側）に位置するように傾斜している。この第２の空気供給口32の軸方向に対する傾斜角度θ１は、４５度以上７０度以下が好ましい。

そして、第２の空気供給口32から燃焼室12に供給された２次空気は、燃焼室12内において周方向の他方側（基端側からの平面視で右方向）へ旋回しながら、噴出部材７側へ向かって流動する。

したがって、点火の際には、第１の空気供給口31から第１の開口部21に供給された１次空気および燃料の混合旋回流と、第２の空気供給口32から燃焼室12に供給された２次空気による旋回流とは、互いに反対方向に旋回しながら流動する。

内筒４の外側には、中筒６が内筒４の外周面から外側へ離間して配置されているとともに、中筒６の外側には、外筒５が中筒６の外周面から外側へ離間して配置されている。なお、中筒６の径は、その内面が内筒４の外周面に設けられた羽根部34の先端部に接触しない大きさである。

中筒６の基端部には、中筒６の外周面から外筒５より外側へ突出した中筒第１フランジ部37が設けられている。そして、この中筒第１フランジ部37の基端面が内筒フランジ部35の先端面に接触した状態にて固定ボルト38で固定されることにより、内筒４に対して中筒６が固定される。

また、中筒６の先端部は先端側へ開放されており、中筒６と外筒５との間の空間に連通している。

さらに、中筒６の外周面における中筒第１フランジ部37より軸方向のやや先端側には、中筒第１フランジ部37から離間して中筒第２フランジ部39が設けられている。この中筒第２フランジ部39は、中筒６の外周面から外筒５より外側へ突出している。

中筒第１フランジ部37と中筒第２フランジ部39との間には、２次空気が通過可能な２次空気流入口41が設けられている。また、中筒第２フランジ部39における径方向の中筒６の外周面近傍には、２次空気が通過可能な２次空気通過口42が設けられている。

そして、２次空気流入口41に接続されたコンプレッサ等の図示しない圧縮空気供給手段から圧縮状態の空気である２次空気を供給することにより、その２次空気が２次空気通過口42を通って中筒６と外筒５との間の空間に流入する。

外筒５の先端部は、中筒６より先端側に延び、中筒６の先端部を覆うように閉塞壁部43にて閉塞されている。したがって、中筒６と外筒５との間の空間に流入した２次空気は、先端側から内筒４と中筒６との間に流入する。

また、外筒５の閉塞壁部43の先端面には、径方向の中央部が開口された円環部材44が設けられている。

また、外筒５の基端部は、内筒４および中筒６の軸方向の中央部よりやや基端側に位置しており、その外筒５の基端部には、外筒５の外周面から外側に突出した外筒フランジ部45が設けられている。

中筒６の中筒第２フランジ部39と、外筒５の外筒フランジ部45との間には、外筒５と略同径の蛇腹部材46が設けられている。この蛇腹部材46は、筒状の蛇腹部47の基端部に蛇腹第１フランジ部48が設けられ、蛇腹部47の先端部に蛇腹第２フランジ部49が設けられている。そして、蛇腹第１フランジ部48の基端面が中筒第２フランジ部39の先端面に接触した状態で固定ボルト51により固定され、蛇腹第２フランジ部49の先端面が外筒フランジ部45の基端面に接触した状態で固定ボルト52により固定されることにより、中筒６と外筒５とは、蛇腹部材46を介して互いに固定されている。

噴出部材７は、略円柱状の部材であり、基端側には噴出部材７の外周面から外側へ突出した噴出部材フランジ部53が設けられている。

そして、噴出部材７が円環部材44の中央の開口内に挿入されて、円環部材44の先端面に噴出部材フランジ部53の基端面が接触した状態で、固定ボルト54により固定されている。

噴出部材７の内部には、基端部から先端部にわたって噴出口13が設けられている。この噴出口13は、内筒４の内径（燃焼室12の径）から先端側へ向かって漸次縮径するテーパ状の第１噴出口部55と、この第１噴出口部55の先端部から同径の第２噴出口部56と、この第２噴出口部56の先端部の径から漸次拡径するテーパ状の第３噴出口部57とを有している。そして、第１噴出口部55と第２噴出口部56と第３噴出口部57とでスロート状に構成されている。

また、噴出口13の外側には、先端部から基端部まで軸方向と平行に貫通する固定開口部58が設けられており、この固定開口部58に固定ボルト59が挿入され内筒４の先端部に螺着されて固定されている。

ここで、基端部材フランジ部16は、先端面の径方向内側端部において、先端側へ突出した嵌合部61を有し、内筒４は、内筒４の基端面から先端側へ凹むように形成された被嵌合部62を有しており、嵌合部61と被嵌合部62とが嵌合可能である。

また、基端部材フランジ部16の先端面からの嵌合部61の突出長さは６ｍｍ以上であることが好ましく、嵌合部61の径方向の長さは１０ｍｍ以上であることが好ましい。

内筒４の厚さ方向における内側端部から中央部より外側の領域の軸方向への延長線上には、基端部材本体15の端部が配置されている。

内筒４に基端部材３が接続された状態では、基端部材３の第２の開口部22の先端部が燃焼室12内に挿入されている。また、径方向における燃焼室12の内周面から第２の開口部22の先端部の内周面までの長さ、すなわち燃焼室12の内周面に対する第２の開口部22の先端部による段差は、５ｍｍ以下であると好ましい。

次に、上記一実施の形態の動作を説明する。

まず、インジェクタ17から基端部材３の中空部11の第２の開口部22内に、液状の燃料を高圧状態で噴霧化して供給する。

また、この燃料の噴霧とともに、第１の空気供給口31から圧縮状態の１次空気を供給する。第１の空気供給口31から供給された１次空気は、インジェクタ17の燃料流出部19の先端部より基端側において、燃料流出部19の外周面に沿って一方向（基端側からの平面視で左方向）に旋回しながら、先端側である第２の開口部22側へ流動する。また、第１の空気供給口31は、基端部材３の径方向に対して傾斜状に設けられて第１の開口部21に対して接線方向に接続されているため、１次空気による旋回流は高速過流となる。

そして、第１の空気供給口31から供給された１次空気の旋回による混合作用により、第２の開口部22から噴霧化されて供給された燃料と１次空気とが混合されて、一方向に旋回する混合旋回流となる。

一方、２次空気流入口41から常温の圧縮空気である２次空気を供給する。この２次空気流入口41から供給された２次空気は、２次空気通過口42を通って外筒５と中筒６との間の空間に流入し、先端側へ流動する。

また、先端側へ流動した２次空気は、外筒５の先端部に位置する閉塞壁部43に衝突して方向転換し、中筒６と内筒４との間の空間に流入する。

中筒６と内筒４との間に流入した２次空気は、螺旋状に設けられた羽根部34によって案内されるように、中筒６と内筒４との間を旋回しながら基端側へ流動する。

旋回しながら基端側へ流動した２次空気は、内筒４に設けられた第２の空気供給口32から燃焼室12へ流入して、燃焼室12の周面に沿って他方向（基端側からの平面視で右方向）へ旋回しながら先端側へ流動する。また、第２の空気供給口32は、内筒４の径方向に対して傾斜状に設けられているため、２次空気による旋回流は、高速過流となる。

ここで、１次空気および燃料による混合旋回流と、２次空気による旋回流とは、旋回方向が互いに反対であるため、境界部分では乱流が発生する。そのため、燃料および１次空気の混合気体は一時的に一部が第２の開口部22内に滞留する。

このように第２の開口部22内で混合気体が一時的に滞留した状態にて、点火プラグによって混合気体に点火する。

なお、点火前の１次空気、２次空気および燃料の供給に関しては、１次空気と２次空気と燃料とのバランスが点火状態に影響を与えるため、１次空気と２次空気と燃料とのバランスを考慮して、それぞれの供給に関するセッティングを調整することが好ましい。

また、点火状態は、ジェットバーナ１が使用される環境の温度にも影響を受けるため、使用環境の温度に応じて、１次空気、２次空気および燃料の供給に関するセッティングを調整するとより好ましい。

具体的には、使用環境の温度に応じて、例えば、燃料の流量を６Ｌ／ｈ以上８Ｌ／ｈ以下の範囲内で調整し、１次空気の流量を１ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以上６ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以下の範囲内で調整し、２次空気の流量を６８ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以下で調整するとともに、１次空気および２次空気の合計の流速が３．９ｍ／ｓｅｃ以上６８．５ｍ／ｓｅｃ以下の範囲内となるように調整することが好ましい。

混合気体に点火されると、燃焼室12内において先端側へ向かって連続的な爆発が発生して、高速火炎が生成される。

また、この高速火炎の速度は連続的な爆発により音速を超え、音速を超えると噴出部材７の噴出口13から高圧噴出される燃焼気体により衝撃波が生成される。

なお、点火後の１次空気および２次空気の供給量は、合計で流速が４９０ｍ／ｓｅｃを超えると、基端部材３における内部圧力が０．４５ＭＰａを超える可能性があるため、４９０ｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましく、４００ｍ／ｓｅｃ以上４５０ｍ／ｓｅｃ以下がより好ましい。

さらに、混合気体の点火後には、１次空気の供給を第１の空気供給口31から第３の空気供給口33に切り替える。

第３の空気供給口33から供給された１次空気は、他方向（基端側からの平面視で左方向）に旋回するため、２次空気の旋回方向と同じになり、１次空気および燃料の混合旋回流と２次空気の旋回流が混合されて、燃料と空気との混合気体が先端側へスムーズに流動して連続的な爆発が誘発される。

なお、燃焼室12での連続的な爆発により、内筒４が高温に加熱されるが、内筒４と中筒６との間では常温の２次空気が羽根部34に沿って螺旋状に旋回して流動するため、内筒４が冷却される。

また、この内筒４の冷却によって加温された状態の２次空気が、第２の空気供給口32から燃焼室12に供給される。この際、加温された２次空気は自らが燃焼ガスとなって未燃ガスを燃焼させる。

ここで、ジェットバーナ１は、上述のように内部で連続的な爆発を発生させて衝撃波を生成するため、安全面を考慮すると、起動時に不完全燃焼状態とならないように管理することが重要である。そこで、完全燃焼状態で発生する紫外線を検知する燃焼センサ23にて、起動時の燃焼状態を確認する。

なお、不完全燃焼状態は、１次空気および２次空気における酸素と燃料とのバランスにより、生ガスや一酸化炭素が多く排出される状態である。したがって、ジェットバーナ１を使用する際には、点火後に完全燃焼状態を維持できるように、１次空気と２次空気と燃料とのバランスを適宜調整することが好ましい。

次に上記一実施の形態の作用および効果等を説明する。

上記ジェットバーナ１によれば、第１の空気供給口31と第２の空気供給口32とが互いに反対方向に傾斜していることにより、１次空気および燃料による混合旋回流と、２次空気による旋回流とが互いに反対方向に旋回する。そのため、１次空気および燃料による混合旋回流と２次空気による旋回流との境界部にて、乱流が生じ若干の正圧が発生して、空気および燃料の混合気体が第２の開口部22内に一時的に滞留する。したがって、混合気体が滞留した状態で点火プラグ27を作動できるため、安定して点火できる。

第１の空気供給口31は、第１の開口部21に対して接線方向に接続されているため、インジェクタ17の周囲で１次空気が高速過流となり、１次空気と燃料とをより確実に混合できる。

第２の空気供給口32は、内筒４の軸方向に対する第２の空気供給口32の傾斜角度θ１を４５度以上７０度以下にすることにより、燃焼室12にて燃料および空気の混合気体を噴出部材７側へスムーズに流動できる。

基端部材３の径方向に対して第２の空気供給口32と同じ方向へ傾斜状に配置された第３の空気供給口33を有することにより、点火する際には１次空気を第１の空気供給口31から供給し、点火後には１次空気を第３の空気供給口33から供給するように切り替えることができる。そのため、点火の際には、１次空気および燃料の混合気体と２次空気とを反対方向に旋回させて確実に点火できるとともに、点火した後に１次空気および燃料の混合気体と２次空気とを同じ方向に旋回させて混合気体を噴出部材７側へのスムーズに流動でき、連続的な爆発を促進できる。

ここで、基端部材３は、点火した後に内部温度が上昇して、３５０℃付近まで到達する。また温度上昇と比例して、点火および爆発により内部圧力が０．４ＭＰａ付近まで上昇する。そして、基端部材３および内筒４の各部品が膨張と伸縮とを繰り返すため、気密性が低下し、空気や燃料が漏出してしまう可能性がある。また、ジェットバーナ１を起動すると点火および爆発により各部品が急激に加熱され、さらにジェットバーナ１を停止すると比較的ゆっくりと冷却されて、いわゆる焼入れ状態となるため、各部品を形成する金属自体の特性が変化して、劣化する可能性がある。したがって、従来の構成では、各部品のメンテナンスを比較的頻繁に行う必要がある。

そこで、上記ジェットバーナ１では、基端部材フランジ部16の嵌合部61と、内筒フランジ部35の被嵌合部62とが嵌合されるため、内筒４に対する基端部材３の保持力を向上でき、部品間の隙間の発生を防止できる。

また、燃焼室12の内周面から第２の開口部22の先端部の内周面までの長さを５ｍｍ以下にすることにより、燃焼室12の内周面と基端部材本体15の先端部の外周面との間に点火および爆発による抵抗が生じにくくでき、部品間の隙間の発生を防止できる。

点火後の１次空気および２次空気の供給量は、合計で流速が４９０ｍ／ｓｅｃ以下（より好ましくは４００ｍ／ｓｅｃ以上４５０ｍ／ｓｅｃ以下）にすることにより、基端部材３における内部圧力の上昇および温度の上昇を抑制できる。

なお、上記一実施の形態に係るジェットバーナ１は、基端部材３に第１の空気供給口31と第３の空気供給口33とが設けられ、点火前後で１次空気の旋回方向を切替可能な構成としたが、第１の空気供給口31から供給される１次空気の旋回方向と、第２の空気供給口32から供給される２次空気の旋回方向とを反対にすることが重要であり、１次空気の旋回方向と２次空気の旋回方向とが反対であれば、基端部材３に、第２の空気供給口32と旋回方向が同じである第３の空気供給口33が設けられていない構成にしてもよい。

また、ジェットバーナ１は、基端部材フランジ部16の嵌合部61と内筒フランジ部35の被嵌合部62とを嵌合させるとともに、燃焼室12の内周面から第２の開口部22の先端部の内周面までの長さが５ｍｍ以下である構成としたが、このような構成には限定されず、内筒４と基端部材３との接続方法や、各部材の長さや厚み等は適宜設計できる。

次に、上記ジェットバーナ１を用いた粉砕乾燥装置71について説明する。

図７に示すように、粉砕乾燥装置71は、ジェットバーナ１が粉砕乾燥炉72に設置されて構成されている。

粉砕乾燥炉72は、ジェットバーナ１の基端側に位置する第１の炉部材73と、この第１の炉部材73の下端部に接続されて、ジェットバーナ１の先端側に位置する第２の炉部材74とを有している。

第１の炉部材73は、ジェットバーナ１が内部へ挿入されて設置される設置部75が設けられている。なお、ジェットバーナ１は、軸方向が鉛直状になるように設置部75に固定して設置される。

第１の炉部材73の上端部には、粉砕後の粉砕物が排出される排出部76が設けられている。

また、第１の炉部材73または第２の炉部材74の側部には、粉砕対象物が供給される図示しない粉砕対象物供給部が設けられている。

さらに、第１の炉部材73の下端部は開口されており、この開口された下端部には、外側へ突出した接続第１フランジ部77が設けられている。

第２の炉部材74は、上端部が開口され下端部は閉塞されており、閉塞された下端部の上端面には、ジェットバーナ１の燃焼気体噴出方向（衝撃波放射方向）に対して略垂直な載置部78が設けられている。

また、第２の炉部材74の上端部は第１の炉部材73の下端部に対応して開口されており、この開口された上端部には、外側へ突出した接続第２フランジ部79が設けられている。

そして、接続第１フランジ部77と接続第２フランジ部79とが固定ボルト80にて固定されることにより、第１の炉部材73と第２の炉部材74とが固定される。

ここで、ジェットバーナ１により放射される衝撃波は、その衝撃が粉砕乾燥炉72に吸収されてしまうと、粉砕対象物を効率的に粉砕できなくなってしまう。特に載置部78に変形や振動が発生すると衝撃波による衝撃を粉砕対象物に適切に作用できなくなる。

また、ジェットバーナ１の衝撃波による衝撃を粉砕対象物に効率的に作用させるには、粉砕乾燥炉72内部での粉砕対象物の滞留時間や流速を考慮した構成にする必要がある。

そこで、粉砕対象物が載置される載置部78は、変形や振動が発生しにくいように、厚みを５０ｍｍ以上とする。

また、第１の炉部材73および第２の炉部材74は、例えば圧延炭素鋼板で成形し、その厚みを１２ｍｍ以上とする。なお、厚みが増すことにより変形や振動が発生しにくいので好ましい。

そして、廃棄物等の粉砕対象物を粉砕対象物供給部から粉砕乾燥炉72内に供給する。供給された粉砕対象物は、載置部78上に載置され、ジェットバーナ１からの衝撃波により粉砕されるとともに乾燥される。

粉砕後の粉砕物は、乾燥しているため載置部78から浮遊するように粉砕乾燥炉72内に滞留し、所定量の粉砕乾燥を行った後に、排出部76から排出される。

ここで、粉砕後の粉砕物は、粉砕乾燥炉72内で滞留している際に粉砕乾燥炉72内、特に第１の炉部材73と第２の炉部材74との接続箇所に付着して残留してしまうことがある。

そこで、第１の炉部材73と第２の炉部材74の接続角度θ２，θ３をいずれも１２０度以上とすることにより、粉砕乾燥炉72内で滞留する粉砕後の粉砕物が、第１の炉部材73と第２の炉部材74との接続箇所に付着して残留することを防止できる。

なお、ジェットバーナ１は粉砕乾燥炉72に設置して使用する構成には限定されず、他の構成の粉砕乾燥炉に設置して使用してもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。

まず、本発明の実施例として図１に示す構成のジェットバーナ１を用い、比較例として第１の空気供給口と第２の空気供給口の傾斜方向が同じである従来のジェットバーナを用いて、点火試験を行った。

点火試験では、１次空気および２次空気の温度（圧縮空気温度）を変化させて、種々の温度域での着火確率を測定した。

実施例では、圧縮空気温度が１０℃を下回っても着火確率は１００％であり、その他の温度域（１０〜３５℃）でも着火確率は１００％であった。

一方、比較例では、圧縮空気温度が１０℃を下回ると着火を確認できず着火確率が０％であり、その他の温度域着火（１０〜３５℃）では着火確率が２０％であった。

したがって、１次空気の旋回方向と２次空気の旋回方向とが同じである構成では着火が不安定であるのに対して、１次空気の旋回方向と２次空気の旋回方向とが反対である構成では安定して着火できることが確認できた。

次に、実施例のジェットバーナ１において、着火後の完全燃焼状態を確認した。

１次空気の流量を８８Ｌ／ｍｉｎ（Ｎｏｒｍａｌ）とし、２次空気の流量を３４２ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）とし、燃料の流量を１８．２Ｌ／ｈとして、ジェットバーナ１を５分間起動させて、紫外線を利用した燃焼センサにより燃焼状態を確認した。

また、１次空気の流量を６０Ｌ／ｍｉｎ（Ｎｏｒｍａｌ）とし、２次空気の流量を２９０ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）とし、燃料の流量を１３．８Ｌ／ｈとして、ジェットバーナ１を５分間起動させて、紫外線を利用した燃焼センサにより燃焼状態を確認した。

上記実施例のいずれも、２秒以上紫外線を検知できない状態がなく、完全燃焼状態を維持できていた。すなわち、実施例では、点火後も安定して完全燃焼でき安全な状態を維持できた。

１ジェットバーナ
３基端部材
４内筒
７噴出部材
11 中空部
12 燃焼室
13 噴出口
16 基端部材フランジ部
17 燃料供給手段としてのインジェクタ
19 燃料流出部
21 第１の開口部
22 第２の開口部
27 点火手段としての点火プラグ
31 第１の空気供給口
32 第２の空気供給口
33 第３の空気供給口
35 内筒フランジ部
71 粉砕乾燥装置
72 粉砕乾燥炉
73 第１の炉部材
74 第２の炉部材
78 載置部

Claims

内部に燃焼室を有する内筒と、
前記内筒の基端側に配置され前記燃焼室に連通する中空部を有する基端部材と、
前記中空部内に配置される燃料流出部を有し、前記中空部へ燃料を供給するための燃料供給手段と、
前記燃料供給手段から供給された燃料に点火するための点火手段と、
前記内筒の先端側に配置され燃焼気体が噴出される噴出口を有する噴出部材と、
前記基端部材において前記燃料流出部の先端部より基端側に設けられ、前記中空部内へ１次空気が供給される第１の空気供給口と、
前記燃料流出部の先端部より先端側に設けられ、前記燃焼室内へ２次空気が供給される第２の空気供給口とを備え、
前記中空部は、前記燃料流出部の外径よりも大径である第１の開口部と、この第１の開口部の先端側に位置して前記燃焼室に連通し先端側へ向かって拡径するテーパ状の第２の開口部とを有し、
前記第１の空気供給口は、前記第１の開口部に連通し、かつ、前記基端部材の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、
前記第２の空気供給口は、前記燃焼室に連通し、かつ、前記内筒の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、
前記第１の空気供給口と前記第２の空気供給口とは、互いに反対方向に傾斜しており、
前記１次空気および前記燃料の混合旋回流と前記２次空気とが反対方向に旋回して、前記１次空気および前記燃料が前記第２の開口部内で滞留し前記点火プラグで点火される
ことを特徴とするジェットバーナ。
内部に燃焼室を有する内筒と、
前記内筒の基端側に配置され前記燃焼室に連通する中空部を有する基端部材と、
前記中空部内に配置される燃料流出部を有し、前記中空部へ燃料を供給するための燃料供給手段と、
前記燃料供給手段から供給された燃料に点火するための点火手段と、
前記内筒の先端側に配置され燃焼気体が噴出される噴出口を有する噴出部材と、
前記基端部材において前記燃料流出部の先端部より基端側に設けられ、前記中空部内へ１次空気が供給される第１の空気供給口と、
前記燃料流出部の先端部より先端側に設けられ、前記燃焼室内へ２次空気が供給される第２の空気供給口と、
前記基端部材において前記燃料流出部の先端部より基端側に設けられ、前記中空部内へ１次空気が供給される第３の空気供給口とを備え、
前記中空部は、前記燃料流出部の外径よりも大径である第１の開口部と、この第１の開口部の先端側に位置して前記燃焼室に連通し先端側へ向かって拡径するテーパ状の第２の開口部とを有し、
前記第１の空気供給口は、前記第１の開口部に連通し、かつ、前記基端部材の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、
前記第２の空気供給口は、前記燃焼室に連通し、かつ、前記内筒の径方向に対して周方向へ傾斜状に配置され、
前記第１の空気供給口と前記第２の空気供給口とは、互いに反対方向に傾斜し、
前記第３の空気供給口は、前記第１の開口部内に連通し、かつ、前記基端部材の径方向に対して前記第２の空気供給口と同じ方向へ傾斜状に配置されている
ことを特徴とするジェットバーナ。
第２の空気供給口は、先端側へ向かって径方向の内側へ傾斜して旋回状に配置され、内筒の軸方向に対する第２の空気供給口の傾斜角度は、４５度以上７０度以下である
ことを特徴とする請求項１または２記載のジェットバーナ。
１次空気の流量は、１ｍ ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以上６ｍ ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以下で、
２次空気の流量は、６８ｍ ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）以下で、
１次空気および２次空気の合計の流速は、３．９ｍ／ｓｅｃ以上６８．５ｍ／ｓｅｃ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のジェットバーナ。
内筒は、基端部に設けられ前記内筒の外周面より外側へ突出した内筒フランジ部を有し、
基端部材は、前記内筒フランジ部に固定ボルトで固定可能な基端部材フランジ部を有し、
前記基端部材フランジ部は、前記内筒フランジ部または内筒の一部に嵌合可能であり、
燃焼室の内周面から第２の開口部の先端部の内周面までの長さが５ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載のジェットバーナ。
請求項１ないし５いずれか一記載のジェットバーナと、
前記ジェットバーナが設置され、粉砕対象物が供給される粉砕乾燥炉とを備え、
前記粉砕乾燥炉は、前記ジェットバーナの基端側に位置する第１の炉部材と、この第１の炉部材に接続され前記ジェットバーナの先端側に位置する第２の炉部材とを有し、
前記第２の炉部材は、前記ジェットバーナの燃焼気体噴出方向に対して略垂直で前記被破砕物を載置可能な載置部を有し、
前記第１の炉部材と前記第２の炉部材の接続角度が１２０度以上であり、
前記載置部は、厚さ寸法が５０ｍｍ以上である
ことを特徴とする粉砕乾燥装置。