JPH0612166B2 - 衝突燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料ノズルから噴射される燃料を互いに衝突
させて燃焼する衝突燃焼装置に関する。

［従来の技術］ 従来の一般的な噴霧燃焼装置として、所謂ガンタイプ式
のものが挙げられる。この装置では、液体燃料は、通常
７kg／cm²に加圧され、旋回ノズルによって噴射・微粒
化される。ノズルの前方に適当な距離をおいて保炎器を
設置することにより、燃焼用空気と燃料噴霧の渦を保炎
器の前面に生じさせることができ、火炎が保持される。
そして、その周囲から燃焼に必要な空気を混合し、燃焼
させている。

この種の単一噴霧燃焼装置では、構造がシンプルである
など利点も多い反面、次のような欠点がある。即ち、第
一に、空気との混合を高めるため口径の小さな燃焼筒で
火炎が形成され、燃焼熱の流れに偏りが生じることであ
る。第二に、燃焼室の狭い空間で燃焼させようとする
と、燃料が蒸発する前に燃焼室壁に当たり、不完全燃焼
を引き起こすことがある。第三に、旋回ノズル先端の口
径が小さく、ノズル詰まりを生じ易いことがある。更
に、第四には、燃料噴射量の調節を行うのが難しく、T.
D.R（ターン・ダウン・レシオ）の比を大きくとること
ができないことが上げられる。

そこで、上記ガンタイプ式燃焼装置の欠点を克服するも
のとして、燃料ノズルから噴射される燃料を互いに衝突
させて燃焼する衝突燃焼装置が提案されている。即ち、
この装置では、燃焼室内で燃料ノズルを有するバーナを
対向配置し、火炎を両側から衝突させて保持するように
したもので、燃焼空間を効率良く利用して温度分布の均
一化が可能とされるとともに、衝突による激しい混合作
用と内部ＥＧＲ（既燃・未燃部分の混合作用）とによ
り、煤やＮＯ_Ｘの発生の少ないこと等の優れた燃焼特性
が得られる。（なお、燃焼用空気と混合する目的で燃料
ノズルを対向配置し噴霧燃料を衝突させる先行技術とし
て、特開昭56-56511号公報が提示される）。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記の衝突燃焼装置では、燃料ノズルの周囲
に複数個の小さな空気噴出孔を設けて、ここから燃焼用
空気を噴き出すようにしているが、燃料流量が大きい場
合、所定の開口面積を確保するためには、空気噴出孔を
燃料ノズルの周りに多重に配し、ノズルの軸線から離れ
た位置にも分布させて設ける必要がある。

しかし、ノズルから離間した位置の空気噴出孔から供給
される空気は燃料粒子との混合が悪くなる傾向にあり、
このため燃焼室中心部での燃焼用空気が不足し、ＮＯ_Ｘ
濃度の低減効果等で燃焼特性が悪化する問題点が認めら
れる。

本発明は、衝突燃焼装置における上記の課題を解決する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、燃料ノズルの周囲に空気噴出孔を設けたバ
ーナを対向配置してなる燃焼装置において、上記空気噴
出孔を燃料ノズルの軸線と交叉する方向に傾けて開口し
ている。

［作用］ このように構成すると、空気噴出孔から噴出した燃焼用
空気が、燃料ノズルからその軸線方向に噴射される燃料
の周りに集中するように供給されるため、対向バーナか
らの火炎が衝突燃焼される燃焼室中心部での空気混合作
用が増大される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図示して説明する。

第１図は、本発明に係る衝突燃焼装置のシステム概要を
図示している。図において１は、円筒、矩形もしくは両
者の中間的な形で形成された燃焼容器で、その内部に燃
焼室２が設けられている。この燃焼室２には、上方部に
熱交換器３が設置される一方、下方部に左右一対のバー
ナ４Ａ、４Ｂが燃焼容器１の側壁を貫いて挿着され、一
直線上に対向配置されている。

バーナ４Ａ、４Ｂは、第２図に示すように、中心部に空
気噴射ノズル（燃料ノズル）５を配し、その周囲に中空
円筒状の空気筒６を配した共通のユニットからなってい
る。そして、ノズル５の先端部には燃料を噴射するノズ
ル孔５ａが開口されるとともに、ノズル孔５ａの周囲に
位置する空気筒６の前壁部６ａには、該空気筒６から燃
焼用空気を噴出する複数の空気噴出孔７が同心状複数列
で開口されている。ここにおいて、各空気噴出孔７は、
空気噴射ノズル５の軸線Ｓと交叉する方向に傾けて開口
される。すなわち、好適には第２図のように、各空気噴
出孔７の向きが、ノズル５の軸線Ｓと燃焼室２の中心線
Ｍとが交わる交点（衝突燃焼の中心点）Ｏに向けて方向
づけられる。

上記バーナ４Ａ、４Ｂの空気噴射ノズル５には、基端側
に燃料導入口５ｂと空気導入口５ｃとが設けられてい
る。燃料導入口５ｂには、定油面器８と連通する送油管
９が接続されて燃料（矢印Ｆ）が供給される一方、空気
導入口５ｃには、電磁弁１１を介してコンプレッサ１０
と連通する送風管１２が接続されて噴射用空気（矢印ａ
_０）が供給され、この噴射用空気で燃料がノズル孔５ａ
から噴霧される。一方、空気筒６には、基端側に設けた
空気導入口６ｂに、ファン１３と連通する送風管１４が
接続され、ここから導入された燃焼用空気（矢印ａ_１）
が前方の空気噴出孔７より所定の向きで噴出される。

なお、上記定油面器８には、コンプレッサ１０から空気
噴射ノズル５に供給される噴射空気の空気圧を導く送圧
管１５が空気圧制御弁１６を介して連通され、コンプレ
ッサ１０の空気圧で定油面器８から空気噴射ノズル５に
燃料が供給されるようになっている。また、燃焼用空気
を送り込むファン１３は、ファンダンパー１７を介して
上記送圧管１５と連通され、第３図のように、ファン１
３から空気筒６に供給される空気量が、制御装置１８に
より、上記空気圧制御弁１６と連動して制御されるよう
に構成されている。

このようにコンプレッサ１０と定油面器８とを組み合わ
せることにより、コンプレッサ１０で供給される噴射空
気量に見合った燃料が空気噴射ノズル５に供給される比
例制御が実現されるとともに、制御装置１８により入力
に応じた空燃比に自動調節される。なお、制御装置１８
によるファン１３の空気量制御は、ダンパー駆動に代え
て周波数制御によってもよい。

次いで、燃焼装置の作動について説明する。

燃焼の開始は、まずファン１３を起動させるとともに、
燃焼室２でバーナ４Ａ、４Ｂの近傍に配した点火用電極
棒１９にスパークさせる。次に、コンプレッサ１０を起
動させ電磁弁１１を開成すると、定油面器８に内圧がか
かり、空気噴射ノズル５に定油面器８からの燃料とコン
プレッサ１０からの噴射用空気とが供給され、ノズル孔
５ａから噴霧状に噴射される燃料がスパークにより点火
する。そして、点火した火炎は、同時にノズル周囲の空
気噴出孔７から噴出される燃焼用空気と混合しながら燃
焼室２の中心付近で衝突し保持される。この際、空気噴
出孔７からの燃焼用空気が、燃焼室２内の衝突燃焼の中
心Ｏに向けて集中するように噴出されるため、燃料粒子
との混合が促進され、既燃ガスと未燃ガスが激しく衝突
・混合する内部ＥＧＲ効果が増強される。

本燃焼装置によると、バーナ４Ａ、４Ｂを対向配置し、
空気噴射ノズル５から噴射される噴霧燃料を衝突させる
とともに、燃焼用空気を衝突の中心部に向けて噴き出し
衝突させるようにしているので、混合作用と内部ＥＧＲ
効果が増し、衝突燃焼の燃焼特性に一層の向上を計るこ
とができる。即ち、火力の大きい入力条件下でも、煤や
ＮＯ_Ｘ濃度の増加傾向が抑えられる。また、本装置によ
ると、衝突燃焼により火炎を保持して狭い燃焼空間で完
全燃焼させることができるので、燃焼室２の温度分布が
均一化し、熱交換器３を小型で効率よく使用して、高負
荷燃焼を達成できる。

第４図は、バーナ４Ａ、４Ｂに設ける空気噴出孔７の他
の実施例を図示している。即ち、この場合、ノズル周囲
に配設する空気筒６の前壁部６ａを、例えば燃焼室２の
衝突中心Ｏを中心とする円弧面又は球面に形成し、この
湾曲した前壁部６ａに空気噴出孔７を開口させている。
このようにすると、各空気噴出孔７から衝突中心Ｏに至
る距離が等しくなるので、衝突中心Ｏに向かう燃焼用空
気の集中作用が増す。なお、空気噴出孔７は、必ずしも
厳密に燃焼室２の衝突中心Ｏへ指向させる必要はなく、
要するに燃料ノズル５の軸線Ｓと交叉する方向に傾けて
開口させればよい。

また、上記実施例では液体燃料を対象とする場合につい
て述べたが、ガス燃料を使用することもできる。すなわ
ち、空気噴射ノズルに代えてガスノズルを組み込み、ガ
ス流量の制御弁を取り付けることにより、同様の効果が
期待できる。また、燃料ノズルには、空気噴射ノズルに
代えてバリフローノズルのような無気ノズルを使用する
ことも可能である。無気ノズルを使用する場合は、比例
制御を行うことはできないが、一定入力（例えば1.0G/
H）で使用するが可能である。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明の衝突燃焼装置では、燃料ノズルの
周囲に設けられる空気噴出孔の向きを改良工夫したこと
により、燃焼室中心部における衝突燃焼領域への燃焼用
空気の衝突・混合作用が増強されて、特に煤やＮＯ_Ｘ等
の有害排出物の低減に一層の改善効果を収めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す衝突燃焼装置のシステ
ム図、第２図は要部（バーナ）の拡大断面図、第３図は
第１図の部分詳細図である。第４図は他の実施例を示す
バーナの拡大断面図である。 １…燃焼容器、２…燃焼室、４Ａ、４Ｂ…バーナ、５…
燃料ノズル、６…空気筒、７…空気噴出孔、Ｓ…ノズル
軸線、Ｏ…衝突中心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ノズルの周囲に空気噴出孔を設けたバ
   ーナを対向配置してなる燃料装置において、上記空気噴
   出孔を燃料ノズルの軸線と交叉する方向に傾けて開口し
   たことを特徴とする衝突燃焼装置。