JP6749119B2 - 燃料噴出ノズル - Google Patents

Description

本発明は、軸心方向視で円状の外周面を有し、噴出孔が軸心方向に沿い且つ先端と基端とに開口する状態で設けられたノズル本体を備え、噴出孔の基端側に、液体燃料を噴出する液体燃料噴出路と、その液体燃料噴出路から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を噴出するガス燃料噴出路とが連通接続可能に構成された燃料噴出ノズルに関する。

かかる燃料噴出ノズルは、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、ガスアトマイズバーナは、例えば、ガラス溶解炉等において用いられる。
つまり、燃料噴出ノズルによって、液体燃料噴出路から噴出される液体燃料をガス燃料噴出路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）を燃料噴出ノズルの軸心に沿う方向に噴出することにより、燃料噴出ノズルの軸心方向に延びる火炎を形成して燃焼させるものである。

ところで、このような燃料噴出ノズルを装備したガスアトマイズバーナでは、霧化混合燃料が燃料噴出ノズルの噴出孔を通して直進状に噴出されて燃焼されることにより、形成される火炎の周部に負圧域（周囲よりも圧力が低い領域）が形成される。そして、そのように負圧域が形成されることにより、霧化混合燃料が燃焼した燃焼ガスが燃料噴出ノズル側に戻されて、霧化混合燃料の燃焼域に流入することになり、霧化混合燃料をその燃焼域に燃焼ガスを流入させながら燃焼させる、所謂、排ガス再循環燃焼を行わせることができる。
そして、排ガス再循環燃焼を行わせることにより、霧化混合燃料の燃焼速度を遅くして、火炎の温度を低下させることができるので、低ＮＯｘ化を図ることができる。

このような燃料噴出ノズルにおいて、従来は、ノズル本体の先端に、軸心に直交する状態の先端面が備えられ、ノズル本体の外周面であるノズル外周面の先端側の部分が、先端側ほど小径となる状態で先端まで延びるテーパ面部に構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−１３７９６５号公報

従来の燃料噴出ノズルを装備したガスアトマイズバーナでは、排ガス再循環燃焼を行わせるに当たって、燃料噴出ノズル側に戻ってきた燃焼ガスは、ノズル外周面の先端部分のテーパ面部の案内によって、火炎の基部に向けて流動するが、そのように火炎の基部に向かう燃焼ガスは、燃料噴出ノズルから噴出される霧化混合燃料に衝突して跳ね返りが発生するので、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲で燃焼ガスが乱流化し易い。
そして、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲で燃焼ガスが乱流化すると、燃焼ガスの滞留が生じ易いので、燃料噴出ノズルの先端箇所にカーボン等を主成分とするスラッジが付着し易い。
特に、液体燃料として、工場等から発生する廃油（例えば、潤滑油、切削油等）等を再生した再生油を用いる場合、再生油は不純物が多く含まれ、しかも、粘度が高いため、燃焼性が低下するので、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着が助長される。

燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着量が多くなると、噴出孔が閉塞されたり、燃料噴出ノズルを形成する材料の浸炭が進行するので、燃料噴出ノズルに損傷を来す虞がある。
そこで、燃料噴出ノズルの先端箇所に付着したスラッジを除去する等のメンテナンスが必要になるが、燃料噴出ノズルの先端箇所へスラッジが付着し易くなるほど、メンテナンスの頻度が高くなると共に、メンテナンス作業が複雑になるので、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、先端箇所へのスラッジの付着を抑制して、メンテナンス性を向上し得る燃料噴出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燃料噴出ノズルは、軸心方向視で円状の外周面を有し、噴出孔が前記軸心方向に沿い且つ先端と基端とに開口する状態で設けられたノズル本体を備え、
前記噴出孔の基端側に、液体燃料を噴出する液体燃料噴出路と、その液体燃料噴出路から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を噴出するガス燃料噴出路とが連通接続可能に構成された燃料噴出ノズルであって、その特徴構成は、
前記ノズル本体の外周面であるノズル外周面の先端側の部分が、先端側ほど小径となるテーパ面部と、当該テーパ面部の先端から前記軸心に平行又は略平行に先端側に延びるストレート面部とからなる形状に構成されて、
当該ストレート面部の先端にて、前記ノズル外周面の先端が形成され、
前記ノズル本体の先端に、前記軸心に直交する状態の先端面が備えられ、
冷却用媒体を通流させて前記ノズル本体を冷却する冷却ジャケットが、前記ノズル外周面における前記テーパ面部の基端よりも基端側を覆う状態かつ先端面を前記軸心と直交する面として形成する状態で設けられ、
前記ストレート面部における前記軸心方向の長さである軸心方向長さと前記テーパ面部の軸心方向長さを合わせた先端部分の軸心方向長さに対する、前記ストレート面部の軸心方向長さの比率が、０．３〜０．５の範囲に設定され、
前記軸心に対する前記テーパ面部の角度が、３０〜４０°の範囲に設定される点にある。

上記特徴構成によれば、排ガス再循環燃焼を行わせるに当たって、ノズル外周面の先端側の部分のテーパ面部の案内によって、燃料噴出ノズル側（以下、ノズル側と略記する場合がある）に戻ってきた燃焼ガスを火炎の基部に向けて流動させながら、そのように火炎の基部に向かう燃焼ガスを、ストレート面部の案内により、軸心に平行な方向に火炎の先方に向かうように流動させることにより、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲での燃焼ガスの流動を整流化することができる。
そして、このような燃焼ガスの流動の整流化により、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスが軸心に直交する方向で火炎に衝突して跳ね返るのを抑制して、燃焼ガスを燃焼域にスムーズに流入させることができるので、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲で燃焼ガスが滞留するのを抑制して、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を抑制することができる。このことにより、メンテナンスの頻度を低くすることができると共に、メンテナンス作業を簡素化することができる。
従って、先端箇所へのスラッジの付着を抑制して、メンテナンス性を向上し得る燃料噴出ノズルを提供することができる。
また、上記特徴構成によれば、ノズル外周面の先端部分による燃焼ガスの整流作用を発揮させながら、冷却ジャケットにより燃料噴出ノズルを冷却して、燃料噴出ノズルの熱による劣化を抑制することができる。
従って、耐久性を向上しながら、燃料噴出ノズルの先端箇所分へのスラッジの付着を抑制して、メンテナンス性を向上することができる。
また、本発明の発明者らは、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を抑制すべく、ストレート面部の軸心方向長さとテーパ面部の軸心方向長さを合わせた先端部分の軸心方向長さに対する、ストレート面部の軸心方向長さの比率を変更して、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着度合いを評価する実験を行った。
そして、先端部分の軸心方向長さに対するストレート面部の軸心方向長さの比率を、０．３〜０．５の範囲に設定すると、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を効果的に抑制できることを見出した。
つまり、先端部分の軸心方向長さに対するストレート面部の軸心方向長さの比率が大きくなるほど、火炎の基部に向けて流動する燃焼ガスをストレート面部により火炎の先方に流動案内する作用が強まるが、テーパ面部により燃焼ガスを火炎の基部に向けて流動させる作用が弱まることから、ノズル側に戻ってくる燃焼ガスが戻ってきた方向に跳ね返るのが助長されるので、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲での燃焼ガスの乱流化が助長されることになり、スラッジの付着が助長される。
逆に、先端部分の軸心方向長さに対するストレート面部の軸心方向長さの比率が小さくなるほど、テーパ面部により燃焼ガスを火炎の基部に向けて流動させる作用が強まる一方、火炎の基部に向けて流動する燃焼ガスをストレート面部により火炎の先方に流動案内する作用が弱まる。すると、テーパ面部により火炎の基部に向けて流動案内される燃焼ガスが、ストレート面部によって火炎の先方に流動案内されるよりも、軸心に直交する方向で火炎に衝突するのが助長されることになり、整流作用が弱まるので、スラッジの付着が助長される。
従って、先端部分の軸心方向長さに対するストレート面部の軸心方向長さの比率を、０．３〜０．５の範囲に設定することにより、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を更に抑制することができるので、メンテナンス性を更に向上することができる。
また、本発明の発明者らは、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を抑制すべく、軸心に対するテーパ面部の角度を変更して、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着度合いを評価する実験を行った。
そして、軸心に対するテーパ面部の角度を３０〜４０°の範囲に設定すると、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を効果的に抑制できることを見出した。
つまり、軸心に対するテーパ面部の角度を大きくするほど、ノズル側に戻ってくる燃焼ガスが、テーパ面部に衝突して、戻ってきた方向に跳ね返るのが助長されるので、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲での燃焼ガスの乱流化が助長されることになり、スラッジの付着が助長される。
逆に、軸心に対するテーパ面部の角度を小さくするほど、テーパ面部により燃焼ガスを火炎の基部に向けて流動させる作用が弱まるので、この場合も、燃料噴出ノズルの先端箇所の周囲での燃焼ガスの乱流化が助長されることになり、スラッジの付着が助長される。
従って、軸心に対するテーパ面部の角度を３０〜４０°の範囲に設定することにより、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を更に抑制することができるので、メンテナンス性を更に向上することができる。

本発明に係る燃料噴出ノズルの更なる特徴構成は、前記噴出孔における前記先端面の開口部である噴出口の直径に対する、前記先端面の外周の直径の比率が、１．５〜１．７の範囲に設定される点にある。

本発明の発明者らは、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を抑制すべく、噴出孔における先端面の開口部である噴出口の直径に対する、先端面の外周の直径の比率を変更して、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着度合いを評価する実験を行った。
そして、噴出口の直径に対する先端面の外周の直径の比率を、１．５〜１．７の範囲に設定すると、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を効果的に抑制できることを見出した。

つまり、噴出口の直径に対する先端面の外周の直径の比率が大きくなるほど、ストレート面部が火炎から軸心に直交する方向に離れることになり、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスをテーパ面部により火炎の基部に向けて流動させるよりも、燃焼ガスが燃料噴出ノズルの先端面に衝突するのが助長されるので、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスを火炎の先方に向かうように整流する作用（以下、単に整流作用と記載する場合がある）が弱くなって、スラッジの付着が助長される。
一方、噴出口の直径に対する先端面の外周の直径の比率が小さくなるほど、ストレート面部が軸心に直交する方向に火炎に近づくので、テーパ面部により火炎の基部に向けて流動案内される燃焼ガスが、ストレート面部によって火炎の先方に流動案内されるよりも、火炎に衝突するのが助長されることになり、整流作用が弱まって、スラッジの付着が助長される。
従って、噴出口の直径に対する先端面の外周の直径の比率を、１．５〜１．７の範囲に設定することにより、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を更に抑制することができるので、メンテナンス性を更に向上することができる。

本発明に係る燃料噴出ノズルの更なる特徴構成は、前記噴出孔の基端側の部分が、先端側よりも大径で、前記液体燃料噴出路から液体燃料が噴出されると共に、前記ガス燃料噴出路からガス燃料が噴出される混合部に構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、噴出孔における先端側よりも大径の基端側の混合部に対して、液体燃料噴出路から液体燃料が噴出されると共に、ガス燃料噴出路からガス燃料が噴出されることにより、液体燃料の霧化が促進されると共に、霧化液体燃料とガス燃料との混合が促進される。そして、そのように霧化液体燃料とガス燃料との混合が促進されて燃焼性が向上した霧化混合燃料が噴出孔から噴出されるので、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着が軽減される。
従って、燃料噴出ノズルの先端箇所へのスラッジの付着を一層抑制することができるので、メンテナンス性を更に向上することができる。

実施形態に係る燃料噴出ノズルを装着したガスアトマイズバーナの縦断面図 実施形態に係る燃料噴出ノズルの縦断面図 実施形態に係る燃料噴出ノズルの正面図 実施形態に係る内部ノズルの正面図 実施形態の燃料噴出ノズルを装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態を説明する縦断面図 比較例Ａの燃料噴出ノズルを装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態を説明する縦断面図 比較例Ｂの燃料噴出ノズルを装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態を説明する縦断面図 比較例Ｃの燃料噴出ノズルを装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態を説明する縦断面図 評価テスト後の各アトマイズバーナにおけるスラッジの付着状態を示す概略図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
燃料噴出ノズル１は、ガスアトマイズバーナに用いられるものであり、図１〜図３に示すように、軸心Ｐ方向視で円状の外周面１１を有し、噴出孔１２が軸心Ｐ方向に沿い且つ先端と基端とに開口する状態で設けられたノズル本体１３を備えて構成され、噴出孔１２の基端側に、液体燃料を噴出する液体燃料噴出路２と、その液体燃料噴出路２から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を噴出するガス燃料噴出路３とが連通接続可能に構成されている。

図１に示すように、ガスアトマイズバーナは、燃料噴出ノズル１、その燃料噴出ノズル１の噴出孔１２の基端に液体燃料を噴出する液体燃料噴出路２、その液体燃料噴出路２から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を燃料噴出ノズル１の噴出孔１２の基端に噴出するガス燃料噴出路３、及び、冷却用媒体としての水を通流させて燃料噴出ノズル１を冷却する水冷ジャケット４（冷却ジャケットの一例）等を備えて構成されている。
そして、ガスアトマイズバーナは、燃料噴出ノズル１にて、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して燃焼させるように構成されている。

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、詳細な説明および図示を省略して、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、燃料噴出ノズル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に基づいて、燃料噴出ノズル１について説明を加える。
本発明では、ノズル本体１３の外周面であるノズル外周面１１の先端側の部分が、先端側ほど小径となるテーパ面部１１ｂと、当該テーパ面部１１ｂの先端から軸心Ｐに平行に先端側に延びるストレート面部１１ａとからなる形状に構成されている。
そして、ストレート面部１１ａの先端にて、ノズル外周面１１の先端が形成され、ノズル本体１３の先端に、軸心Ｐに直交する状態の先端面１４が備えられている。

図１に示すように、この実施形態では、水冷ジャケット４は、ノズル外周面１１におけるテーパ面部１１ｂの基端よりも基端側を覆う状態で設けられている。
つまり、ノズル外周面１１におけるテーパ面部１１ｂ及びストレート面部１１ａに対応する部分からなる先端部分１６が、水冷ジャケット４の先端から突出する状態となるように構成されている。

更に、ノズル外周面１１におけるテーパ面部１１ｂから基端側の部分は、そのテーパ面部１１ｂの基端から軸心Ｐに平行にノズル外周面１１の基端側に延びる段用ストレート面部１１ｃと、その段用ストレート面部１１ｃの基端から軸心Ｐに直交する方向に外方に延びる段用軸心直交面部１１ｄと、その段用軸心直交面部１１ｄの外周端からノズル外周面１１の基端側ほど大径となる状態で当該基端側に延びる当接用テーパ面部１１ｅと、その当接用テーパ面部１１ｅの基端から軸心Ｐに平行にノズル外周面１１の基端まで延びる主ストレート面部１１ｆとからなる形状に構成されている。

噴出孔１２の基端側の部分が、先端側よりも大径で、液体燃料噴出路２から液体燃料が噴出されると共に、ガス燃料噴出路３からガス燃料が噴出される混合部１２ｍに構成されている。

ここで、図２に示すように、噴出孔１２における先端面の開口部である噴出口１５の直径Ｄ１に対する、先端面１４の外周の直径Ｄ２の比率、テーパ面部１１ｂの基部（水冷ジャケット４の先端から突出する先端部分１６の基部）の直径Ｄ３の比率が、夫々、１．５〜１．７の範囲、２．１〜２．３の範囲に設定される。
又、ストレート面部１１ａにおける軸心Ｐ方向の長さである軸心方向長さＬ１とテーパ面部１１ｂの軸心方向長さＬ２とを合わせた先端部分１６の軸心方向長さＬ３に対する、ストレート面部１１ａの軸心方向の長さＬ１の比率が、０．３〜０．５の範囲に設定される。
又、軸心Ｐに対するテーパ面部１１ｂの角度αが、３０〜４０°の範囲に設定される。
この実施形態では、噴出口１５の直径Ｄ１に対する、先端面１４の外周の直径Ｄ２の比率、テーパ面部１１ｂの基部の直径Ｄ３の比率が、夫々、１．６、２．２に設定されている。
又、先端部分１６の軸心方向長さＬ３に対するストレート面部１１ａの軸心方向長さＬ１の比率が、０．３に設定され、軸心Ｐに対するテーパ面部１１ｂの角度αが３５°に設定されている。

次に、図１に基づいて、ガスアトマイズバーナについて説明を加える。
この実施形態では、水冷ジャケット４は、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。
バーナキャップ兼用の水冷ジャケット４は、周壁部内が冷却水を通流させる水通流部４１に構成された概略円筒状の筒状本体部４２を備え、水通流部４１に連通する状態で筒状本体部４２の一端面に接続された管状の入水管部（図示せず）及び出水管部（図示せず）を備えて構成されている。

水冷ジャケット４の筒状本体部４２の先端面４６は、燃料噴出ノズル１のノズル外周面１１の段用ストレート面部１１ｃの直径と略同径に開口されると共に、その開口部に連なる筒状本体部４２の内周面は、燃料噴出ノズル１のノズル外周面１１の段用ストレート面部１１ｃ、段用軸心直交面部１１ｄ及び当接用テーパ面部１１ｅからなる当て付け面部を当て付け可能なように、その当て付け面部と同様の形状に構成されている。なお、水冷ジャケット４の筒状本体部４２の先端面４６は、筒状本体部４２の軸心と直交する面として形成されている。
水冷ジャケット４の筒状本体部４２の内周面の基端側には、雌ネジ部４５が形成されている。

つまり、燃料噴出ノズル１を、その先端から水冷ジャケット４の筒状本体部４２の基端側開口に挿入して、ノズル外周面１１の段用ストレート面部１１ｃ、段用軸心直交面部１１ｄ及び当接用テーパ面部１１ｅからなる当て付け面部を筒状本体部４２の内周面に当て付けることにより、燃料噴出ノズル１を、そのノズル外周面１１におけるテーパ面部１１ｂ及びストレート面部１１ａに対応する部分からなる先端部分１６を筒状本体部４２の先端面４６から突出させた状態で、水冷ジャケット４に内嵌させることが可能に構成されている。
以下の説明では、燃料噴出ノズル１のノズル外周面１１において、燃料噴出ノズル１における水冷ジャケット４の先端面４６から突出させる先端部分１６の外周面を、先端部外周面１１ｔと記載する場合がある。
つまり、この実施形態では、先端部外周面１１ｔは、テーパ面部１１ｂとストレート面部１１ａとから構成されることになる。

そして、ガスアトマイズバーナは、上述のバーナキャップ兼用の水冷ジャケット４と、先端部分１６を突出させた状態で、水冷ジャケット４に内嵌状態で配置される燃料噴出ノズル１と、その燃料噴出ノズル１の後端面に当て付けた状態で配置される内部ノズル５と、その内部ノズル５の外周を覆う状態で、水冷ジャケット４の筒状本体部４２の内周面の後端に螺着される概略円筒状の筒状連結部材６と、内管７１と外管７２とを同心状に備え、外管７２が筒状連結部材６の内周面の後端に螺着され、且つ、内管７１が内部ノズル５の後端に内嵌された状態で組み付けられる二重管部材７等を備えて構成されている。

ところで、水冷ジャケット４、燃料噴出ノズル１、内部ノズル５、筒状連結部材６及び二重管部材７は同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、夫々の軸心を燃料噴出ノズル１の軸心Ｐと同様に、符号Ｐにて示す。

内部ノズル５は、外径が燃料噴出ノズル１の後端面の外径よりも小径の概略円柱状の外形を有する円柱状部５１と、外径が燃料噴出ノズル１の後端面の外径と同径で、円柱状部５１の先端に同心状に連なる状態の円盤状部５２とからなる。
内部ノズル５には、その軸心Ｐと同心状に軸心方向に貫通する状態で、貫通孔５３が形成され、その貫通孔５３が液体燃料噴出路２として用いられる。又、内部ノズル５の円盤状部５２には、その軸心Ｐと同心状の円に沿って並ぶ状態で、複数のガス燃料噴出孔５４か形成されている。
ちなみに、内部ノズル５の円盤状部５１を燃料噴出ノズル１の後端面に同心状に当て付けた状態で、円盤状部５１に形成された複数のガス燃料噴出孔５４が、燃料噴出ノズル１の噴出孔１２の混合部１２ｍ内に臨む状態となるように構成されている。

液体燃料噴出路２として用いられる内部ノズル５の貫通孔５３は、軸心方向先端側の小径部分５３ａと、軸心方向中間に位置して小径部分５３ａよりも大径の中間径部分５３ｂと、軸心方向基端側で中間径部分５３ｂよりも大径の大径部分５３ｃとからなる。
図４にも示すように、複数のガス燃料噴出孔５４は、夫々、噴出先側ほど軸心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、内部ノズル５の円盤状部５２に形成されている。

筒状連結部材６は、外周面及び内周面ともに、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、内周面が内部ノズル５の円柱状部５１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４における筒状本体部４２の内周面の雌ネジ部４５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、雌ネジ部６２が形成されている。

二重管部材７における外管７２の外周面の先端部には、筒状連結部材６における内周面の基端部の雌ネジ部６２に螺合可能な雄ネジ部７３が形成されている。
又、二重管部材７の内管７１の外径は、内部ノズル５における液体燃料噴出路２として用いる貫通孔５３の後端側の大径部分５３ｃの内径と略同径に構成されて、その大径部分５３ｃに内嵌可能に構成されている。

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、燃料噴出ノズル１を、その先端部分１６を水冷ジャケット４の筒状本体部４２の先端面４６から突出させた状態で、水冷ジャケット４に内嵌させると共に、内部ノズル５を、その円盤状部５２の先端面を燃料噴出ノズル１の後端面に当て付けて配置する。
そして、筒状連結部材６を、内部ノズル５の外周を覆う状態で、水冷ジャケット４の筒状本体部４２の内周面の後端に螺着すると共に、二重管部材７の内管７１の先端部を内部ノズル５における貫通孔５３の大径部分５３ｃに内嵌させた状態で、二重管部材７の外管７２の先端部を筒状連結部材６の内周面の基端部に螺着する。
すると、燃料噴出ノズル１における先端部外周面１１ｔを有する先端部分１６が水冷ジャケット４の先端面４６から突出し、且つ、内部ノズル５の円盤状部５２が燃料噴出ノズル１の後端面に当て付けられた状態で、水冷ジャケット４、燃料噴出ノズル１、内部ノズル５、筒状連結部材６及び二重管部材７が一体的に組み付けられて、ガスアトマイズバーナが製作される。

尚、図１中の９は、内部ノズル５と二重管部材７の内管７１との嵌合部分をシールするＯリングである。

そして、図示を省略するが、二重管部材７の基端部には、ガス燃料を供給するガス燃料供給口が、外管７２の内周面と内管７１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、液体燃料を供給する液体燃料供給口が、内管７１内に連通する状態で設けられる。
つまり、外管７２の内周面と内管７１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７４に構成され、内管７１の内部空間が、液体燃料を供給する液体燃料供給路７５に構成される。

又、内部ノズル５の円柱状部５１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７により形成されるガス燃料供給路７４に連通し、且つ、その先端が内部ノズル５の複数のガス燃料噴出孔５４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７４から供給されるガス燃料を受け入れて複数のガス燃料噴出孔５４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、ガス燃料導入路６３と複数のガス燃料噴出孔５４とにより、ガス燃料噴出路３が構成される。
つまり、燃料噴出ノズル１の基端側に、液体燃料噴出路２とガス燃料噴出路３とが連通接続可能に構成されていることになる。

燃料噴出ノズル１の先端へのスラッジＳの付着度合いを評価するために、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。
この評価テストでは、スラッジＳの付着度合いを評価するために、比較例Ａ，Ｂ，Ｃの３種の燃料噴出ノズル１を用意した。
各比較例の燃料噴出ノズル１は、上述した燃料噴出ノズル１（以下、実施形態の燃焼ノズル１と記載する）と同一形状の噴出孔１２を有するが、水冷ジャケット４の先端面４６から突出させる先端部分１６の外周面である先端部外周面１１ｔの形状を異ならせるように構成した。
そして、実施形態の燃焼ノズル１及び比較例Ａ，Ｂ，Ｃの燃料噴出ノズル１を、上述の水冷ジャケット４に同様の形態で装着してガスアトマイズバーナを製作し、各供試ガスアトマイズバーナを、同様の条件でガス燃料及び液体燃料を供給する状態で、１週間程度連続して燃焼させて、スラッジＳの付着度合いを評価した。

つまり、供試した各燃料噴出ノズル１における、水冷ジャケット４の先端面４６から突出させる先端部分１６は、夫々、基部（水冷ジャケット４の先端面４６に対応する部分）の外径（図２中でＤ３に相当する）、及び、軸心方向長さ（図２中でＬ３の長さに相当する）が同一である。
又、ガス燃料及び液体燃料の供給条件は、総熱量に対するガス燃料の熱量の比率を、２０〜３０％とした。ちなみに、テストでは、ガス燃料の供給流量を５０ｍ³／ｈとし、液体燃料の供給流量を２００リットル／ｈとした。

図６に示すように、比較例Ａの燃料噴出ノズル１の先端部外周面１１ｔは、軸心Ｐ方向全長にわたって、軸心Ｐに平行なストレート面１１ａのみで構成されている。従って比較例Ａの燃料噴出ノズル１の先端面１４の外径は、図５に示す実施形態の燃料噴出ノズル１の先端面１４の外径に比べて、大きくなる。

図７及び図８に示すように、比較例Ｂ及び比較例Ｃの燃料噴出ノズル１の先端部外周面１１ｔは、いずれも、軸心Ｐ方向全長にわたって、先端側ほど小径となるテーパ面部１１ｂのみで構成されている。
比較例Ｂと比較例Ｃとの差異は、比較例Ｂは、テーパ面部１１ｂが、その先端縁が燃料噴出ノズル１の先端の噴出口１５の開口縁となるように設けられることにより、軸心Ｐに直交する状態の先端面１４を存在させないように構成されている。一方、比較例Ｃは、軸心Ｐに直交する状態の先端面１４を存在させるように、テーパ面部１１ｂが設けられている。
つまり、図８に示す比較例Ｃの燃料噴出ノズル１が、特許文献１の燃料噴出ノズル１に相当するものである。

図５に、実施形態の燃料噴出ノズル１を装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態を示し、図６、図７、図８に、夫々、比較例Ａの燃料噴出ノズル１を装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態、比較例Ｂの燃料噴出ノズル１を装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態、比較例Ｃの燃料噴出ノズル１を装着したガスアトマイズバーナの燃焼形態を示す。

図９は、評価テストの後に、各供試燃料噴出ノズル１を装着したアトマイズバーナの先端部分におけるスラッジの付着状態を示す概略図である。各供試燃料噴出ノズル１に対応する各概略図は、ガスアトマイズバーナを側方（軸心Ｐに直交する方向）から観察した状態を示すものである。
各概略図において、付着したスラッジを符号Ｓにて示す。

図５〜図８に示すように、ガスアトマイズバーナでは、ガス燃料と霧化液体燃料とが混合された霧化混合燃料が燃料噴出ノズル１の噴出口１５から直進状に噴出されて燃焼されることにより、形成される火炎Ｆの周部に負圧域（周囲よりも圧力が低い領域）が形成される。そのように負圧域が形成されることにより、各図中で矢印にて示すように、霧化混合燃料が燃焼して生成された燃焼ガスが燃料噴出ノズル１側（以下、単にノズル側と記載する場合がある）に戻されて、霧化混合燃料の燃焼域に流入することになり、噴出口１５から噴出される霧化混合燃料をその燃焼域に燃焼ガスを流入させながら燃焼させる、所謂、排ガス再循環燃焼を行わせることができる。
そして、排ガス再循環燃焼を行わせることにより、霧化混合燃料の燃焼速度を遅くして、火炎Ｆの温度を低下させることができるので、低ＮＯｘ化を図ることができる。

そのように排ガス再循環燃焼を行わせるに当たって、実施形態の燃料噴出ノズル１では、図５に矢印にて示すように、先端部外周面１１ｔのテーパ面部１１ｂの案内によって、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスを火炎Ｆの基部に向けて流動させながら、そのように火炎Ｆの基部に向かう燃焼ガスを、ストレート面部１１ａの案内により、軸心Ｐに平行な方向に火炎Ｆの先方に向かうように整流化することができる。
そして、このように、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスを火炎Ｆの先方に向かうように整流化することにより、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスが軸心Ｐに直交する方向で火炎Ｆに衝突して跳ね返るのを効果的に抑制して、燃焼域にスムーズに流入させることができるので、燃料噴出ノズル１の先端部分１６の周囲での燃焼ガスの乱流化を抑制して、燃焼ガスの滞留を抑制することができるようになり、図９に示すように、スラッジＳの付着を効果的に抑制することができる。

図６に示すように、比較例Ａの燃料噴出ノズル１では、図５に示す実施形態の燃料噴出ノズル１に比べて、テーパ面部１１ｂが存在せず、しかも、ストレート面部１１ａが軸心Ｐからその軸心Ｐに直交する方向に離れている。従って、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスを火炎Ｆの先方に向かうように整流化する作用が弱いため、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスが比較的広い先端面１４に衝突することにより、燃料噴出ノズル１の先端部分１６の周囲で燃焼ガスが乱流化し易いので、図中で黒塗りで示すように、燃焼ガスの滞留域Ｅが生じ易い。
従って、図９に示すように、比較例Ａの燃料噴出ノズル１では、スラッジＳの付着量が、実施形態の燃料噴出ノズル１に比べて多い。ちなみに、スラッジＳは、燃料噴出ノズル１の先端部分１６から火炎Ｆの先方に延びるように成長して、細長い柱状の形状で付着する。

図７、図８に示すように、比較例Ｂ，Ｃの燃料噴出ノズル１は、いずれも、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスを先端部外周面１１ｔのテーパ面部１１ｂの案内によって、火炎Ｆの基部に向けて流動させることができるものの、図５に示す実施形態の燃料噴出ノズル１の如きストレート面部１１ａが存在しないので、そのように火炎Ｆの基部に向かう燃焼ガスを火炎Ｆの先方に向かうように整流化する作用がない。すると、ノズル側に戻ってきた燃焼ガスが噴出口１５から噴出される霧化混合燃料に衝突して跳ね返りが発生して、燃料噴出ノズル１の先端部分１６の周囲で燃焼ガスが乱流化し易いので、図中で黒塗りで示すように、燃焼ガスの滞留域Ｅが生じ易い。
従って、図９に示すように、比較例Ｂ，Ｃの燃料噴出ノズル１では、スラッジＳの付着量が、実施形態の燃料噴出ノズル１に比べて多い。

図９に示すように、この評価試験では、燃料噴出ノズル１の先端から火炎Ｆの先方に延びるように付着するスラッジＳの長さは、実施形態の燃料噴出ノズル１を装着したものでは、１０ｍｍ程度であったのに対して、比較例Ａの燃料噴出ノズル１を装着したものでは、５０ｍｍ程度であり、比較例Ｂの燃料噴出ノズル１を装着したもの、比較例Ｃの燃料噴出ノズル１を装着したものでは、いずれも４０ｍｍ程度であり、本発明を実施することにより、スラッジＳの付着を抑制できることが分った。

〔別実施形態〕
（Ａ）水冷ジャケット４に対する燃料噴出ノズル１の装着形態を変更することにより、ノズル外周面１１を、例えば、段用ストレート面部１１ｃ及び段用軸心直交面部１１ｄを省略して、テーパ面部１１ｂの基端に主ストレート面部１１ｆが連なる形状に構成することができる。

（Ｂ）上記の実施形態では、外管７２の内周面と内管７１の外周面との間の環状空間を、ガス燃料が供給されるガス燃料供給路７４に構成し、内管７１の内部空間を、液体燃料が供給される液体燃料供給路７５に構成したが、逆に、外管７２の内周面と内管７１の外周面との間の環状空間を液体燃料供給路７５に構成し、内管７１の内部空間をガス燃料供給路７４に構成しても良い。

（Ｃ）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、種々のものを用いることができ、ガス燃料としても、都市ガス（例えば、１３Ａ等の天然ガスベースの都市ガス）やプロパンガス等、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、先端箇所へのスラッジの付着を抑制して、メンテナンス性を向上し得る燃料噴出ノズルを提供することができる。

１ 燃料噴出ノズル
２ 液体燃料噴出路
３ ガス燃料噴出路
４ 水冷ジャケット（冷却ジャケット）
１１ ノズル外周面（外周面）
１１ａ ストレート面部
１１ｂ テーパ面部
１２ 噴出孔
１２ｍ 混合部
１３ ノズル本体
１４ 先端面
１５ 噴出口
Ｄ１ 噴出口の直径
Ｄ２ 先端面の外周の直径
Ｌ１ ストレート面部の軸心方向長さ
Ｌ２ テーパ面部の軸心方向長さ
Ｌ３ 先端部分の軸心方向長さ
Ｐ 軸心

Claims (3)

1. 軸心方向視で円状の外周面を有し、噴出孔が前記軸心方向に沿い且つ先端と基端とに開口する状態で設けられたノズル本体を備え、
   前記噴出孔の基端側に、液体燃料を噴出する液体燃料噴出路と、その液体燃料噴出路から噴出される液体燃料を霧化するためのガス燃料を噴出するガス燃料噴出路とが連通接続可能に構成された燃料噴出ノズルであって、
   前記ノズル本体の外周面であるノズル外周面の先端側の部分が、先端側ほど小径となるテーパ面部と、当該テーパ面部の先端から前記軸心に平行又は略平行に先端側に延びるストレート面部とからなる形状に構成されて、
   当該ストレート面部の先端にて、前記ノズル外周面の先端が形成され、
   前記ノズル本体の先端に、前記軸心に直交する状態の先端面が備えられ、
   冷却用媒体を通流させて前記ノズル本体を冷却する冷却ジャケットが、前記ノズル外周面における前記テーパ面部の基端よりも基端側を覆う状態かつ先端面を前記軸心と直交する面として形成する状態で設けられ、
   前記ストレート面部における前記軸心方向の長さである軸心方向長さと前記テーパ面部の軸心方向長さを合わせた先端部分の軸心方向長さに対する、前記ストレート面部の軸心方向長さの比率が、０．３〜０．５の範囲に設定され、
   前記軸心に対する前記テーパ面部の角度が、３０〜４０°の範囲に設定される燃料噴出ノズル。
2. 前記噴出孔における前記先端面の開口部である噴出口の直径に対する、前記先端面の外周の直径の比率が、１．５〜１．７の範囲に設定される請求項１に記載の燃料噴出ノズル。
3. 前記噴出孔の基端側の部分が、先端側よりも大径で、前記液体燃料噴出路から液体燃料が噴出されると共に、前記ガス燃料噴出路からガス燃料が噴出される混合部に構成されている請求項１又は２に記載の燃料噴出ノズル。

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