JPH05340513A - バーナ用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バーナ用ノズルにおいて、工業的に量産可能
でありながらノズルの耐用期間の長期化を図る。 【構成】 ノズル１で噴霧した石油を燃焼させるバーナ
において、前記ノズル１のスプレープレート５を工具鋼
を母材１１として所要の形状に形成し、このスプレープ
レート５の表面にセラミックスからなる被膜８を形成し
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原油や重油等の石油
を噴霧して燃焼させる，バーナ用ノズルに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば、いわゆる石油焚きボイラ等のよ
うに原油や重油を噴霧して燃焼させるノズルにおいて
は、そのノズル穴から石油を所要の濃度と広がりで噴霧
させることが必要である。

【０００３】この種のノズルは一般に硬質の金属材料で
製造されているが、そのノズル穴は石油の噴霧に伴って
摩耗し、現実には１年程度で定期的に交換することが必
要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近時、環境
保護のため、硫黄分の少ない重質油をこの種のバーナに
燃料として用いることが多く、重質油が粘土質の不純物
を含有する割合が多いことから、この種のノズルの耐用
期間がさらに大幅に短縮される傾向にある。

【０００５】このような傾向に対して、発明者らはまず
バーナ用ノズルをサーメットあるいはセラミックスで製
造することを検討したが、ノズル形状が複雑で高度な成
形技術を要するとともに、焼結後の研削等の仕上加工を
効率的に行なうことが困難で、コスト的に工業的に量産
品を製造することが困難であった。

【０００６】この発明は、このような事情を背景として
なされたもので、工業的に量産可能でありながらノズル
の耐用期間の長期化を図ることを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ノズルで噴霧した石油を燃
焼させるバーナにおいて、前記ノズルの構成部品を工具
鋼を母材として所要の形状に形成し、この構成部品の表
面にセラミックスからなる被膜を形成してあることを特
徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、ノズルの構成部
品が工具鋼を母材として形成されるので、従来とほぼ同
様の金属加工技術により量産することができる。そし
て、この母材上へのセラミックス被膜は例えば化成イオ
ンプレーテイング等の技術で行なうことができ、量産設
備として使用することが可能である。

【０００９】そして、このように形成されたノズル構成
部品は、工具鋼からなる母材の表面にセラミックス被膜
が形成されているので、その表面の硬さが高く、良好な
耐摩耗性を発揮することができる。

【００１０】したがって、この発明のバーナ用ノズル
は、工業的に量産可能でありながらノズルの耐用期間の
長期化を図ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に示す実施例によりこの発明を説
明する。

【００１２】まず、図３によりバーナ用ノズル１の構造
を説明する。

【００１３】バーナ用ノズル１（以下、単にノズルとい
う）は、軸心に形成された軸穴２ａを有するノズルボデ
ィ２を備え、バックプレート３と，ワールプレート４
と，スプレープレート５とを、ノズルキャップ６を前記
ノズルボディ２の先端に螺合して構成したものである。

【００１４】このバーナ用ノズル１は、いわゆるリター
ン型に形成されたもので、このノズル１には前記軸穴２
ａを経て所要の圧力に加圧された燃料油が供給され（矢
印Ａ）、このように供給された燃料油はバックプレート
３とワールプレート４との間に形成されたワールチャン
バ４ａ内に到達するようになっている。

【００１５】そして、このワールチャンバ４ａに達した
燃料油は、ワールプレート４の中央に形成された透孔４
ｂを経てスプレープレート５の背後に到達する。

【００１６】このスプレープレート５の中央には、スプ
レー口５ａが形成されている。

【００１７】このスプレー口５ａは、そのスプレー性能
に対応して、所要の寸法および形状に形成されている。

【００１８】したがって、スプレープレート５の背後に
到達した前記燃料油は、その圧力とスプレー口５ａとに
よって決定される油量が、前記スプレープレート５のス
プレー口５ａを通過してスプレーされ（矢印Ｂ）、残り
の燃料油はワールプレート４とバックプレート３とを経
る戻り油路７を通じて図外の燃料油タンクに戻される
（矢印Ｃ）ようになっている。

【００１９】この実施例において、スプレー口５ａの形
成された前記スプレープレート５は次のように形成され
ている（図１および図２参照）。

【００２０】スプレープレート５は、ビッカースかたさ
が８００〜９００の工具鋼を所要の形状に形成した母材
１１と、その表面の全面に渡って形成されたセラミック
ス製の被膜８とを有するものである。

【００２１】このスプレープレート５は、従来のスプレ
ープレートと同様に工具鋼を母材１１とするので、公知
の金属加工技術により容易に所要の形状に形成すること
ができ、工業的な量産が可能である。

【００２２】そして、金属加工技術により所要の形状に
形成された母材１１の表面には、例えば次のようにして
化成イオンプレーテイング技術によりセラミックスから
なる被膜８が形成される。

【００２３】すなわち、この被膜８の形成方法は、処理
炉内にチタンやクロム等の金属を希薄なアルゴンガス中
で蒸発させ、電界をかけて放電させ、アルゴンガスを蒸
気に衝突させてプラスイオンとする。

【００２４】そして、対象物としての母材１１にマイナ
スの高電圧をかけて金属を加速吸引させることとし、ア
ルゴンガスにエチレンガスや窒素ガスを添加して、金属
原子と反応させて母材１１上に炭化チタンや窒化チタン
あるいは窒化クロムの被膜を形成することにより行な
う。

【００２５】これは、電界をかけない蒸着法に比して膜
の密着性が良好であるからである。

【００２６】具体的には、第１実施例としての被膜８の
形成方法は、被膜８の密着性を高めるために母材１１を
５００℃に加熱し、金属チタンを処理炉中で加熱蒸発さ
せた後、１００Ｖの直流電圧を加えてイオン化させる。

【００２７】そして、処理炉中に窒素を反応ガスとして
２×１０^−４ｔｏｒｒで導入し、イオン化したチタンと
反応させることにより母材１１の表面に窒化チタンから
なる被膜８の第１層８ａが形成される。この場合に、こ
の第１層８ａの密着性を一層高めるために、母材１１に
は−５００Ｖの直流電圧を印加させることが好ましい。

【００２８】次いで、反応ガスを３×１０^−４ｔｏｒｒ
のアセチレンガスとして、処理炉中に導入して同様の処
置をすると、炭化チタンからなる被膜７の第２層８ｂが
前記第１層８ａ上に形成される。

【００２９】そして最後に、再度アルゴンガスと窒素ガ
スの混合気体中でチタンを蒸発させ、前記第２層８ｂ上
に窒化チタンからなる第３層８ｃを形成させて、第１，
第２，第３層の３層構造からなるセラミックス製の被膜
８が形成される。なお、この被膜８の厚さは概ね３〜４
μｍ程度である。

【００３０】かかるセラミックス製の被膜８は、母材１
１との熱膨張率の相違や、被膜８の形成時間の点から３
０μｍ以下とすることが量産するうえで好ましいことで
ある。

【００３１】このようにしてその表面にセラミックスか
らなる被膜８が形成されたスプレープレート５につい
て、かたさを測定すると、被膜８はビッカースかたさで
２１００であり、母材１１は同じくビッカースかたさで
８５６であった。

【００３２】この測定結果および図４の顕微鏡写真から
みて、前記被膜８の形成方法は母材１１の物性に大きな
影響を与えず、スプレープレート５の表面のかたさのみ
が従来の２．５倍に改善されていることがわかる。

【００３３】このような被膜８が表面に形成されたスプ
レープレート５の耐摩耗性を評価するため、次のような
スラリー摩耗試験を行なった。

【００３４】すなわち、このスラリー摩耗試験は、粒径
が５μｍのアルミナを５００ｐｐｍの濃度で水に懸濁さ
せ、これをポンプでノズルから３５ｍ／Ｓの流速で噴出
させ、供試品としてのスプレープレート５のスプレー口
５ａに向けて衝突させることにより行なった。

【００３５】そして、かかるスラリー摩耗試験の試験時
間が５日経過，および１０日経過の各時点において供試
品を取り出し、スプレー口５ａの摩耗による形状変化の
程度を顕微鏡で観察するとともに、スプレープレート５
の重量を測定した。

【００３６】この測定結果において、スプレー口５ａの
形状変化は概ねスプレープレート５の重量変化に準じた
ものであったので、試験結果として図７にその重量変化
を割合で示す。なお、図７には比較例として、被膜８の
形成されない従来品を前記と同様に試験した結果を併せ
て示す。

【００３７】図７によれば、前記被膜８を有するスプレ
ープレート５は、被膜８を有しない従来品に較べて、重
量減少量が概ね１／２となっており、耐摩耗性が２倍に
向上したと評価することができる。

【００３８】次に、主に図５，６および図８により第２
実施例を説明するが、この第２実施例は被膜８の材質の
みが異なり、その他の点は前記第１実施例と同様であ
る。

【００３９】以下においては、第１実施例との相違点に
ついてのみ説明を行い、前記第１実施例との共通の部分
について同一の参照番号を用いることとしてその詳細な
説明は省略する

【００４０】この第２実施例の被膜８は、その最外層と
なる第３層８ｃにＣｒ_２Ｎ型化合物を主成分とする層を
形成してある点が相違する。

【００４１】第２実旅例における被膜８の形成方法は、
母材１１の表面に、窒化チタンからなる第１層８ａと炭
化チタンからなる第２層８ｂとが前記第１実施例と同様
にして概ね３〜４μｍ程度の厚さに形成される。

【００４２】この後、別の処理炉でアルゴンと窒素ガス
の混合気体中でクロムを蒸発させてＣｒ_２Ｎ型化合物を
主成分とする第３層８ｃを形成するものである。この場
合、Ｃｒ_２Ｎ型化合物のほかにＣｒＮ型化合物が生成さ
れるが、窒素ガスを低濃度とすることによりＣｒ_２Ｎ型
化合物を多量に生成させるようにする。

【００４３】例えば、アーク放電式ＰＶＤ法によりクロ
ム窒化物を形成することとし、クロムをアーク放電によ
り加熱，蒸発，イオン化させ、処理炉中に１×１０^−３
ｔｏｒｒの窒素ガスを導入してＣｒ_２Ｎ型化合物を主成
分とする第３層８ｃを形成させる。

【００４４】この場合、被膜８の母材１１への密着性を
良好にするために、母材１１には４００Ｖの直流電圧を
印加して温度を４００℃としておけばよい。

【００４５】このようにして形成された第２実施例の被
膜８は、図５に顕微鏡写真で示すようであり、その被膜
８の厚さは概ね７μｍ程度である。

【００４６】このような被膜８が表面に形成された第２
実施例のスプレープレート５の耐摩耗性を評価するた
め、次のような複合試験を行なった。

【００４７】この複合試験は、まず高温大気暴露を行
い、この後水蒸気暴露を行って、その後に前記第１実施
例と同様のスラリー摩耗試験を行なうものである。

【００４８】高温大気暴露の条件は、３００℃の大気中
に１００時間暴露するとともに、４００℃の大気中に１
０時間暴露するものである。また、水蒸気暴露の条件は
２００℃の水蒸気に１２０時間暴露するものである。

【００４９】これらの高温大気暴露および水蒸気暴露を
行なった後における，第２実施例のスプレープレート５
の表面状態は、図６のようである。

【００５０】図６からあきらかなように、この第２実施
例のスプレープレート５の表面において、被膜８の変色
やひび割れは一切生じておらず、第２実施例の被膜８が
化学的にきわめて安定であることがわかる。

【００５１】そして、この後に行なったスラリー摩耗試
験による試験結果は、図８に示すようである。

【００５２】図８においては、比較例として被膜８を有
しない従来例による同様の試験結果を併せて示してあ
る。

【００５３】この図８からわかるように、この第２実施
例のスプレープレート５の摩耗量は従来例の概ね１／３
となっており、耐摩耗性が３倍改善されたことがわか
る。

【００５４】以上説明した実施例は、バーナ用ノズル１
のスプレープレート５に関するものであるが、本願発明
はこれに限定されるものでなく、例えばワールプレート
４等のバーナ用ノズル１のその他の構成部品についても
同様に実施することができ、また構成部品の全体に被膜
を形成するのみならず、摩耗の顕著な部位にのみ局部的
に被膜を形成することとしてもよい。

【００５５】さらに、形成する被膜８を複層構造とせ
ず、単層により形成することとしてもよく、化成イオン
プレーテイング技術に限らず、その他の公知の被膜形成
技術を用いることとしてもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ノズルの構成部品が工具鋼を母材として形
成されるので、従来とほぼ同様の金属加工技術により量
産することができる。そして、この母材上へのセラミッ
クス被膜は例えば化成イオンプレーテイング等の技術で
行なうことができ、量産設備として使用することが可能
である。

【００５７】そして、このように形成されたノズル構成
部品は、工具鋼からなる母材の表面にセラミックス被膜
が形成されているので、その表面の硬さが高く、良好な
耐摩耗性を発揮することができる。

【００５８】したがって、この発明のバーナ用ノズル
は、工業的に量産可能でありながらノズルの耐用期間の
長期化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】被膜の構造を模式した拡大断面図である。

【図２】スプレープレートの中央部の断面図である。

【図３】バーナ用ノズルの分解断面図である。

【図４】第１実施例の組織の顕微鏡写真である。

【図５】第２実施例の組織の顕微鏡写真である。

【図６】第２実施例の高温大気暴露および水蒸気暴露後
の表面状態写真である。

【図７】第１実施例のスラリー摩耗試験結果を示すグラ
フである。

【図８】第２実施例および変形例の複合試験結果を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ バーナ用ノズル ５ スプレープレート（構成部品） ８ 被膜 ８ａ 第１層 ８ｂ 第２層 ８ｃ 第３層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】被膜の構造を模式した拡大断面図である。

【図２】スプレープレートの中央部の断面図である。

【図３】バーナ用ノズルの分解断面図である。

【図４】第１実施例の被膜を伴った金属組織写真であ
る。

【図５】第２実施例の被膜を伴った金属組織写真であ
る。

【図６】第２実施例の高温大気暴露および水蒸気暴露後
の表面状態写真である。

【図７】第１実施例のスラリー摩耗試験結果を示すグラ
フである。

【図８】第２実施例および変形例の複合試験結果を示す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 健三 香川県丸亀市土器町東４丁目649番地 (72)発明者 芝山 宗昭 香川県高松市宮脇町２丁目21−３ (72)発明者 斎藤 恭寛 兵庫県川西市緑台１丁目１−69 (72)発明者 湯塩 泰久 兵庫県伊丹市千僧６丁目132−２

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルで噴霧した石油を燃焼させるバー
   ナにおいて、前記ノズルの構成部品を工具鋼を母材とし
   て所要の形状に形成し、この構成部品の表面にセラミッ
   クスからなる被膜を形成してあることを特徴とするバー
   ナ用ノズル。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバーナ用ノズルにおい
   て、前記構成部品はスプレープレートであることを特徴
   とするバーナ用ノズル。
3. 【請求項３】 請求項２記載のバーナ用ノズルにおい
   て、前記セラミックスはチタンの炭化物，または窒化物
   あるいは炭窒化物であることを特徴とするバーナ用ノズ
   ル。
4. 【請求項４】 請求項３記載のバーナ用ノズルにおい
   て、前記被膜を単層あるいは複層とし、これらの各層は
   前記セラミックスの何れかを用いて形成してあることを
   特徴とするバーナ用ノズル。
5. 【請求項５】 請求項２記載のバーナ用ノズルにおい
   て、前記セラミックスはクロムの窒化物であることを特
   徴とするバーナ用ノズル。
6. 【請求項６】 請求項２記載のバーナ用ノズルにおい
   て、前記被膜を複層とし、最外側の層をクロム窒化物で
   形成し、この層より内側の層をチタンの炭化物または窒
   化物あるいは炭窒化物で形成してあることを特徴とする
   バーナ用ノズル。
7. 【請求項７】 請求項６記載のバーナ用ノズルにおい
   て、前記クロム窒化物の主成分をＣｒ_２Ｎ型の窒化物と
   してあることを特徴とするバーナ用ノズル。