JPH06347008A - 液体燃料用バーナー - Google Patents

液体燃料用バーナー

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JPH06347008A
JPH06347008A JP5138636A JP13863693A JPH06347008A JP H06347008 A JPH06347008 A JP H06347008A JP 5138636 A JP5138636 A JP 5138636A JP 13863693 A JP13863693 A JP 13863693A JP H06347008 A JPH06347008 A JP H06347008A
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隆公 秋元
Masaki Fujiwara
昌樹 藤原
Hiroshi Sanai
宏 讃井
Kimio Iino
公夫 飯野
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    • F23D11/24Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by pressurisation of the fuel before a nozzle through which it is sprayed by a substantial pressure reduction into a space

Abstract

(57)【要約】 【目的】 支燃性ガスとして酸素ガスを用いることによ
り、燃焼効率を高くでき、かつ、NOXを低減できると
いう長所を生かしつつ、輻射伝熱に有効な長くて輝炎部
の割合が大きい火炎を得られる液体燃料用バーナーを提
供する。 【構成】 先端部に燃料噴出孔5を有する燃料通路2の
外周に支燃性ガス通路3を同心状に設けるとともに、前
記燃料噴出孔5に空隙部6を介して燃料噴出孔5と偏心
した位置に絞り孔7を形成した絞り部材8を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体燃料用バーナーに
関し、特に、火炎からの輻射伝熱を利用するガラス溶融
炉等に好適な液体燃料用バーナーに関する。
【0002】
【従来の技術】上記ガラス溶融炉においては、ガラスを
均等に昇温加熱するため、重油,灯油等の液体燃料を空
気で燃焼するバーナーを用い、火炎をガラスに直接当て
ず、輻射伝熱を主体とした溶融方法によっている。
【0003】しかし、支燃性ガスとして空気を用いる
と、空気には燃焼に寄与しない窒素が多いために排ガス
量が多くなり、これに伴って炉から持ち去る熱量も多く
なって熱効率が悪化する。また、有害なNOXも多量に
発生する。
【0004】そこで、支燃性ガスとして酸素を用いるこ
とが着目される。支燃性ガスとして酸素を用いると、空
気を用いた場合に比べて燃焼排ガス量が約1/5になる
ので、燃焼排ガスが持ち去る熱量も、約1/4〜1/5
に減少し、熱効率が高くなるとともに、NOX発生量が
大幅に低減される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、支燃性ガスと
して酸素ガスを用いる従来の液体燃料用バーナーによる
火炎は、火炎からの輻射伝熱を主体とする溶融手段に利
用するには著しく不利である。以下、これを詳述する。
【0006】支燃性ガスとして酸素ガスを用いる従来の
液体燃料用バーナーは、例えば、液体燃料を流す燃料通
路の外周に支燃性ガス通路を同心状に設け、バーナーの
先端部に前記燃料通路に連通する一つの燃料噴出孔を形
成するとともに、該燃料噴出孔を囲うように複数の酸素
ガス噴出孔を前記支燃性ガス通路に連通して設け、液体
燃料を、燃料噴出孔に近接配置したスワラーを介して3
0度以上の大きな角度で霧状に噴出するとともに、酸素
ガス噴出孔から酸素ガスを50m/sec〜200m/
secの流速で供給して燃焼させるものである。
【0007】これによって、液体燃料は、酸素ガスと激
しく混合して高速に燃焼し、この結果、空気を用いた場
合より600〜800℃高温の火炎長の短い火炎が形成
される。この高温の火炎を被加熱物に直射することによ
り、被加熱物を高温にでき、しかも火炎中に含まれてい
るラディカルな物質が被加熱物に衝突してから安定物質
である二酸化炭素や水に変化する際に発熱するので被加
熱物をより高温にすることができる。
【0008】このように、支燃性ガスとして酸素を用い
る従来のバーナーは、被加熱物の直射溶融には有効であ
るが、火炎長が短く、しかも、輻射伝熱に有効な輝炎部
の割合が火炎長に対し約40〜60%(重油、灯油等の
石油系液体燃料を用いた場合)と少ないため、火炎から
の輻射伝熱を主体とした溶融手段に利用するには解決す
べき課題がある。
【0009】そこで本発明は、支燃性ガスとして酸素ガ
スを用いることにより、燃焼効率を高くでき、かつ、N
OXを低減できるという長所を生かしつつ、輻射伝熱に
有効な長くて輝炎部の割合が大きい火炎を得られる液体
燃料用バーナーを提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る液体燃料用バーナーは、先端部に燃料
噴出孔を有する燃料通路の外周に支燃性ガス通路を同心
状に設けるとともに、前記燃料噴出孔に空隙部を介して
前記燃料噴出孔と偏心した位置に絞り孔を形成した絞り
部材を連設したことを特徴とし、また、前記燃料噴出孔
と絞り孔とで定める偏心率を1.0〜4.0としたこ
と、支燃性ガスの噴出速度を1〜20m/sec、望ま
しくは2〜12m/secに制御する手段を備えたこ
と、前記支燃性ガス通路に旋回羽根を設けたことを各々
特徴とする。
【0011】
【作 用】前記の如く構成した液体燃料用バーナーによ
れば、液体燃料は、絞り孔を通って空隙部に拡散した後
に燃料噴出孔から噴出するが、この際、燃料噴出孔と絞
り孔とは偏心した位置にあるので、原理は明らかでない
が、燃料噴出孔からの液体燃料は、従来より小さな噴霧
角度で噴出し、飛距離が伸びる。一方、支燃性ガスは、
支燃性ガス通路の開口端部から霧化状態の液体燃料を包
囲するように噴出し、この状態で燃焼させると、火炎長
が長く、かつ、輝炎部の割合が大きい火炎が得られる。
【0012】火炎長が長くなるのは、燃料噴出孔から鋭
角に噴出することにより、飛距離が伸びた液体燃料が全
長に亙って燃焼するためであり、輝炎部の割合が大きい
のは、液体燃料を一気に燃やす従来の液体燃料用バーナ
ーに比べ、本発明の液体燃料用バーナーでは、液体燃料
と支燃性ガスとの混合速度が緩慢になり、この結果、液
体燃料の燃え方が緩慢になるためと思われる。なお、支
燃性ガスとして空気等の酸素ガス濃度が50%未満のガ
スを用いると、液体燃料を完全燃焼させにくく、不完全
燃焼によるススが発生するので、本発明においては、前
記の如く支燃性ガスとして酸素ガス濃度が50%以上の
酸素富化ガス又は高純酸素を用いるのが望ましく、酸素
濃度が高いほど良好な火炎を形成することができる。以
上は、発明者等が種々考究した結果得た知見である。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を詳しく説
明する。図1は、本発明に係る液体燃料用バーナーの一
実施例を示す断面図で、この液体燃料用バーナー1は、
燃料通路2の外周に支燃性ガス通路3を同心状に設け、
前記燃料通路2の中心線4上の先端部に一つの燃料噴出
孔5を形成するとともに、該燃料噴出孔5に空隙部6を
介して複数個、例えば3個の絞り孔7を有する絞り部材
8を連設しており、前記燃料噴出孔5と、空隙部6を介
して連設する絞り部材8とによって燃料霧化部が形成さ
れている。
【0014】前記複数個の絞り孔7は、各々同一口径
で、かつ、前記中心線4を中心とする円周上に等間隔で
配置されている。従って、絞り孔7の位置は、燃料噴出
孔5に対し偏心している。
【0015】上記構成により、液体燃料及び支燃性ガス
は、それぞれの通路2,3を介して周知の手段で供給さ
れるが、このうち液体燃料は、絞り孔7を通って空隙部
6に拡散し、次いで燃料噴出孔5から噴出し、その外周
の支燃性ガス通路3の開口端部3aから噴出する酸素ガ
スと混合して燃焼する。
【0016】燃料噴出孔5から噴出する液体燃料の噴霧
角度は、燃料噴出孔5の長さや断面積によっても若干変
化するが、主に空隙部6の間隔(L)に対する絞り孔7
の中心と中心線4との半径(M)の比、即ち、M/Lの
値(以下、偏心率という)によって変化することが実験
的に確認された。偏心率を1.0未満にすると、燃料の
飛距離は伸びるが、燃料噴出孔5から噴出する液体燃料
の分散(霧状化)が不十分となり、液体燃料の一部が未
燃焼になる。一方、偏心率を4.0を超えて大きくする
と、分散性は良いが、噴霧角度が大きくなり、火炎長が
短くなる。このようなことから、偏心率を1.0〜4.
0の範囲に設定することにより、十分な分散性を得た上
で液体燃料の噴霧角度を5〜10度と小さくすることが
でき、長い火炎が得られる。
【0017】図2は、燃料霧化部の他の実施例を示すも
ので、支燃性ガス通路は、前記図1と同様なので燃料通
路近傍のみを拡大して示している。本実施例では、絞り
部材8の絞り孔7は、燃料通路2の中心線4上に一つ形
成され、絞り孔7に対して偏心した位置に燃料噴出孔5
が複数個設けられている。これら複数個の燃料噴出孔5
は同一口径で、中心線4を中心とする円周上に等間隔で
配置されている。この場合の偏心率は、中心線4と燃料
噴出孔5の中心との半径(N)を空隙部6の間隔(L)
で除したもの、即ちN/Lで表される。
【0018】一般に、本発明では、前記偏心率を所定の
値に保持するため、燃料噴出孔5と絞り孔7とを各一つ
ずつ設ける場合、一つの燃料噴出孔5に対して複数の絞
り孔7を設ける場合、複数の燃料噴出孔5に対して一つ
の絞り孔7を設ける場合、の3つの場合で構成し、常に
絞り孔7の断面積(複数のときは合計断面積)は、燃料
噴出孔5の断面積(複数のときは合計断面積)より大き
くする。そして、燃料噴出孔5又は絞り孔7を複数個設
ける場合は、全て同一の口径で、中心線を中心とする円
周上に等間隔に配置することが、良好な火炎の形成の点
で好ましいが、偏心率を前記のような所定の範囲内とす
る限り、他の条件が多少変化しても、従来より噴霧角度
の小さい噴霧状態が得られる。
【0019】実験例1 燃料噴出孔と絞り孔との偏心による効果を確認するた
め、図1に示す構造の液体燃料用バーナー(発明品)1
と、前記した従来の液体燃料用バーナー(従来品)Aと
を大気中で燃焼させて火炎の状態を確認した。なお、発
明品1における偏心率は3.0である。
【0020】上記各バーナーの燃料通路には、液体燃料
として灯油を50リットル/hの割合で流し、支燃性ガ
ス通路には酸素ガス(酸素ガス濃度98%)を100N
3/h(ここで、Nm3 は0℃、大気圧状態での体積
を示す)の割合で流した。なお、発明品1と従来品Aと
では、支燃性ガス通路の断面積が異なるため、酸素ガス
の噴出速度は発明品では6m/sec、従来品では10
0m/secである。この結果を表1に示す。また、形
成された火炎の状態を図3に示す。図3の(イ)は発明
品1による火炎、(ロ)は従来品Aによる火炎である。
火炎の温度は、輝炎部の温度を放射温度計により測定し
たものである。
【0021】
【表1】
【0022】上記表1及び図3から明らかなように、従
来品では、燃料噴出孔から広がろうとする液体燃料の噴
霧を、外側を流れる酸素ガスで抑え込むようにして火炎
が形成されており、液体燃料と酸素ガスとが急激に混合
しているので、本発明品1の場合より高温で、かつ、短
い火炎が得られている。従来品による火炎は、図3
(ロ)に示すように、輝炎部Bは、バーナーの先端部近
傍に部分的に形成され、該輝炎部Bより先には、燃料の
気化によって生じたガスが燃焼していると考えられる青
白い不輝炎部Cが長く形成されていた。
【0023】一方、発明品1の場合には、図3(イ)に
示すように、従来品Aより長い火炎が得られ、しかも、
輝炎部Bは火炎全体に及んでいた。
【0024】上記のように、本発明に係る液体燃料用バ
ーナーによれば、従来のものより輻射伝熱の多い良好な
火炎が得られるが、支燃性ガス通路から噴出する支燃性
ガスの噴出速度を1〜20m/sec、特に2〜12m
/secの範囲に制御する手段を備えることにより、実
用的に最適な火炎が得られる。なお、支燃性ガスの流速
を制御する手段としては、使用する支燃性ガス量に合わ
せて支燃性ガス通路の断面積を調整したり、支燃性ガス
通路への供給管に流量調節計を設けるなど、従来公知の
各種手段を用いることができる。
【0025】実験例2 次に、酸素ガスの噴出速度と火炎との関係を調べるた
め、酸素ガスの供給量を一定とし、図1に示す構造で、
かつ、支燃性ガス通路の断面積が種々に異なるバーナー
を用い、酸素ガスを種々の速度で噴出して火炎を形成し
た。この結果を図4に示す。図中、Dは火炎長、Eは輝
炎部の長さを示す。
【0026】図4から明らかなように、酸素ガスの流速
を1m/sec未満の低速にすると、輝炎部の割合は高
いが火炎が短くなる。これは、酸素ガスの流速が遅過ぎ
て火炎の先端部では液体燃料と酸素ガスとの混合状態が
悪化し、未燃部分が生じるためと思われる。酸素ガスの
流速を2m/sec以上にすると、略良好な火炎が得ら
れる。一方、酸素ガスの噴出速度を12m/sec以上
にすると輝炎部の割合が減少してくる。特に、酸素ガス
の噴出速度を20m/secを超える高速にすると、火
炎長はあまり変化しないが輝炎部の割合が著しく減少す
る。これは、酸素ガスの流速が速過ぎて、液体燃料と酸
素ガスとの混合が促進され過ぎ、火炎の先端部近傍では
液体燃料が燃焼により一部気化し、気化状態で燃焼する
ので輝炎にならないためと考えられる。
【0027】以上の結果から、本発明の液体燃料用バー
ナーは、酸素ガスの流速を、実用的な見地から1〜20
m/sec、望ましくは2〜12m/secに制御する
ことが好ましい。
【0028】次に、図5及び図6は、支燃性ガス通路に
旋回羽根を設けた実施例を示すもので、図5は支燃性ガ
ス通路3を形成する外側の管を切り欠いて示した断面
図、図6は図5のVI−VI線矢視図である。
【0029】本実施例に示すバーナー10では、燃料通
路2に形成される燃料霧化部は、前記図1のものと同様
であるが、支燃性ガス通路3には、旋回羽根11が設け
られている。この旋回羽根11は、図6に示すように、
4枚の可動板12a,12b,12c,12dを、支燃
性ガス通路3内に所定の角度で設けたものである。な
お、可動板の枚数は、一例として4枚としたが任意の枚
数で構成することができる。
【0030】上記構成により、支燃性ガス通路3を流れ
る支燃性ガスは、旋回羽根11部分を通過する時に旋回
力を付与されて旋回状態で噴出する。これにより、火炎
長はほとんど変わらないが、輝炎部の温度が高い燃焼火
炎が発生し、輻射伝熱効果が向上する。これは、支燃性
ガスが旋回羽根11の通過時に旋回力を付与され、霧化
噴出した液体燃料の回りを旋回しながら液体燃料と混合
するので、液体燃料との混合がより適切に行われるため
と思われる。
【0031】実験例3 次に、図1の構造の液体燃料用バーナーの支燃性ガス通
路に旋回羽根を設けて図5及び図6の構成とした液体燃
料用バーナーを用い、液体燃料,酸素ガスの流速等の条
件を実験例1と同様にして,旋回羽根の傾度を変えて旋
回羽根の効果を確認した。旋回羽根の傾度は、旋回羽根
を構成する可動板が支燃性ガス通路と平行な状態を傾度
0とし、支燃性ガス通路と垂直な状態90度とした。こ
の結果を表2に示す。
【0032】
【表2】
【0033】表2から明らかなように、傾度が0のとき
は、図1のバーナーと同じ結果であり、傾度を20度、
40度と上昇していくと、火炎長,輝炎部は略同じま
ま、火炎の温度が高くなった。しかし、傾度を45度以
上にすると変化はなく、むしろ旋回羽根が酸素ガスの流
れに対して抵抗になるので、酸素ガスの供給圧力を高め
る必要が生じる。従って、旋回羽根の傾度は、実際の使
用状況に応じて40度以下の適宜な値に設定することが
望ましい。
【0034】なお、以上の実験は、大気中で行ったた
め、火炎の先端部は浮力により上向きになったが、実際
に炉内で使用する場合には、炉内の温度が高いため、炉
内の温度と火炎の温度の差が小さくなり、浮力が減少し
て略水平の火炎が得られる。
【0035】実験例4 引き続き、傾度を0としたバーナーと傾度を40度とし
たバーナとをテスト用燃焼炉に装着して炉内の温度を測
定した。比較として実験例1で用いた従来品(支燃性ガ
スとして酸素ガスを用いる従来の液体燃料用バーナー)
も用いた。
【0036】本発明のバーナー1と従来品Aとでは、前
記したように火炎の形成状態が異なる。従って、本発明
のバーナー1の場合には、バーナーの先端部を、図7
(イ)に示すように、炉20内に連通するバーナー挿入
口21の大気側に配置できるのに対し、従来品Aでは、
バーナー挿入口21の奥まで挿入しなければならず、バ
ーナー挿入口21の外面に貼られたバーナータイルに損
耗を与えないようにする必要がある。この点で、従来品
では、ノズル部近傍に水冷等の冷却部を設ける必要があ
るのに対し、本発明バーナーでは、火炎が細長く形成さ
れる結果、燃焼によるノズルの熱負荷が小さくなり、ノ
ズル部近傍の冷却が不要となる利点もある。
【0037】図8は、前記各バーナーを用いて火炎を形
成し、バーナー挿入口21の炉内開口端から所定の位置
における炉内の天井部の温度を測定したものであり、F
は従来品、Gは傾度0度の発明品、Hは傾度40度の発
明品によるものである。図8から明らかなように、F,
G,Hの順で炉内が高温になっていることが判る。
【0038】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る液体燃料用
バーナーは、液体燃料の霧化部と、該霧化部に同心状に
支燃性ガス通路を設けた構成により、液体燃料の噴霧角
度を小さくし、かつ、支燃性ガスの供給速度の制御によ
り、長く、しかも輝炎部の割合が大きい火炎を得ること
を可能としたので、輻射伝熱を主体としたガラス溶融等
に利用した場合、溶融効果が向上し、しかも液体燃料,
酸素ガスが節減できる。
【0039】また、本発明バーナーは、前記した如く、
燃焼火炎が細い紡錘状になるので、燃焼によるバーナー
先端部への熱負荷が少なくなる特徴がある。このため、
従来の酸素ガスを用いた液体燃料用バーナーでは不可欠
であった水冷ジャケットを不要とすることも可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液体燃料用バーナーの一実施例を示す
要部の断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す要部の断面図であ
る。
【図3】実験例1における火炎の状態を示す説明図であ
る。
【図4】実験例2における酸素ガスの噴出速度と火炎と
の関係を示す図である。
【図5】本発明のさらに他の実施例を示す要部の断面図
である。
【図6】図5のVI−VI線矢視図である。
【図7】実験例4における燃焼炉へのバーナーの装着状
態を示す図である。
【図8】実験例4において燃焼炉におけるバーナー挿入
口の炉内開口端からの距離と炉内の天井部の温度との関
係を示す図である。
【符号の説明】
1…液体燃料用バーナー、2…燃料通路、3…支燃性ガ
ス通路、4…中心線、5…燃料噴出孔、6…空隙部、7
…絞り孔、8…絞り部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 讃井 宏 神奈川県川崎市幸区塚越4−320 日本酸 素株式会社内 (72)発明者 飯野 公夫 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−3 日 本酸素株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端部に燃料噴出孔を有する燃料通路の
    外周に支燃性ガス通路を同心状に設けるとともに、前記
    燃料噴出孔に空隙部を介して前記燃料噴出孔と偏心した
    位置に絞り孔を形成した絞り部材を連設したことを特徴
    とする液体燃料用バーナー。
  2. 【請求項2】 前記燃料噴出孔と絞り孔とで定める偏心
    率を1.0〜4.0としたことを特徴とする請求項1記
    載の液体燃料用バーナー。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の液体燃料用バーナーに、
    支燃性ガス通路から噴出する支燃性ガスの噴出速度を1
    〜20m/secに制御する手段を備えたことを特徴と
    する液体燃料用バーナー。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の液体燃料用バーナーの支
    燃性ガス通路に旋回羽根を設けたことを特徴とする液体
    燃料用バーナー。
JP5138636A 1993-06-10 1993-06-10 液体燃料用バーナー Expired - Lifetime JP2981959B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5138636A JP2981959B2 (ja) 1993-06-10 1993-06-10 液体燃料用バーナー
US08/381,862 US5603456A (en) 1993-06-10 1994-03-02 Liquid fuel burner
DE69426641T DE69426641T2 (de) 1993-06-10 1994-03-02 Brenner für flüssigen brennstoff
EP94908482A EP0653591B1 (en) 1993-06-10 1994-03-02 Burner for liquid fuel
PCT/JP1994/000334 WO1994029645A1 (fr) 1993-06-10 1994-03-02 Bruleur pour combustible liquide

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JP5138636A JP2981959B2 (ja) 1993-06-10 1993-06-10 液体燃料用バーナー

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