JPH0641806B2

JPH0641806B2 - 衝突燃焼装置

Info

Publication number: JPH0641806B2
Application number: JP1311784A
Authority: JP
Inventors: 孝洋松田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH03170704A

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、従来の衝突燃焼装置では、第４図に示すよう
に、燃料ノズル３１を有する一対のバーナ３０Ａ，３０
Ｂに、それぞれ燃料ノズル３１の周囲で空気筒３２を配
し、その前面に開口される単孔（又は複数の小孔）から
なる空気噴出孔３３から燃焼用空気（図示矢印Ａ）を噴
き出すようにしている。しかし、このようにノズル周囲
から燃焼用空気を供給する方式では、空気噴出孔３３か
ら供給される空気と燃料粒子との混合が悪く、このため
燃焼室中心部の衝突領域で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傾向がみられ
る。

また、ノズル周囲から空気を噴き出させて衝突させる方
式では、火炎が横方向に伸びて燃焼室の内壁面に接触す
るといった火炎の不規則な流れを有効に抑えることがで
きないという難がある。

更に、この方式によると、必要な空燃比を確保する上
で、ノズル周囲から噴出される燃焼用空気の流速が大き
くなり、これに起因して燃焼音が大きくなるという問題
点も指摘される。

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、一対の燃料ノズルを対向配置するととも
に、両者の対向中心を囲む円周上に、該対向中心に向け
てそれぞれ燃焼用空気を噴き出す複数の空気噴出孔を設
けるようにしている。

［作用］このように構成すると、燃料ノズルから噴射された燃料
が衝突する衝突領域の中心（ノズル対向中心）に向け
て、周囲に配した複数の空気噴出孔より噴き出される燃
焼用空気が集中的に供給されるため、燃焼室中心部の衝
突領域における空気混合作用が増大される。また、周囲
から衝突領域を囲むように噴き出される燃焼用空気によ
り、衝突火炎を燃焼室の中心部に閉じ込める火炎保持作
用が得られ、更には周囲に複数設けた空気噴出孔から燃
焼用空気を分配して供給することで、燃焼用空気の噴出
空気流速を下げることができる。

［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、円筒体で形成された燃
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、
下方部には左右一対のバーナ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。

このバーナ４Ａ、４Ｂは、それぞれ中心部に空気噴射で
燃料を噴霧する空気噴射ノズル（燃料ノズル）５を単独
に配して構成される。即ち、ノズル周囲には、従来のよ
うに燃焼用空気を噴き出す空気噴出孔を具備しない。そ
して、各空気噴射ノズル５の先端部には燃料を噴射する
ノズル孔が開口される一方、その基端部には燃料導入口
５ａと空気導入口５ｂが設けられている。

上記バーナ４Ａ、４Ｂを対向位置に挿着した燃焼容器１
の外周には、第２図と第３図に示すように、バーナ４
Ａ、４Ｂ（ノズル５）の軸線Ｓと一致する取付位置で、
その内部に周方向で連通した空気室７を有する環状の空
気筒６が設けられている。この空気筒６には、両側に一
対の空気導入口６ａ、６ａが設けられ、ここから空気室
７に必要な燃焼用空気が供給される。

そして、空気噴射ノズル５、５の対向中心Ｏを囲む燃焼
室２の内周には、空気室７からそれぞれ該対向中心（燃
焼室中心）Ｏに向けて燃焼用空気を噴き出す複数の空気
噴出孔８を設けられている。これらの空気噴出孔８は、
燃焼室中心Ｏを中心とする円周上に、該中心Ｏから等角
間隔に放射される放射線上で開口され、かつ上下に複数
列（図示例では３列）に設けられている。なお、この空
気噴出孔８の列の上下間隔は、できるだけ空気噴射ノズ
ル５の燃料噴霧高さに近接させるのがよく、後述するよ
うに、十分な空気混合作用を得るためには、ノズル軸線
Ｓとの間隔ｈが±４０mm以下に設定される。

上記バーナ４Ａ、４Ｂと空気筒６とには、第１図に示さ
れる供給経路から必要な燃料及び空気が供給される。

まずバーナ４Ａ、４Ｂの空気噴射ノズル５には、その燃
料導入口５ａに、定油面器９と連通する送油管１０が接
続されて燃料（矢印Ｆ）が供給される一方、空気導入口
５ｂには、電磁弁１２を介してコンプレッサ１１と連通
する送風管１３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先端のノズル孔から
噴霧される。また空気筒６には、両側に設けた空気導入
口６ａに、ファン１４と連通する送風管１５が接続さ
れ、ここから導入された燃焼用空気（矢印ａ_１）が空気
室７の内部を通り、各空気噴出孔８から均等に噴出され
る。

なお、上記定油面器９には、コンプレッサ１１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１６が空気圧制御弁１７を介して連通され、コンプレ
ッサ１１の空気圧で定油面器９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１４は、ファンダンパー１８を介して
上記送圧管１６と連通され、ファン１４から空気筒６に
供給される空気量が、周波数制御などにより制御される
制御装置（図示せず）により、上記空気圧制御弁１７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１１と定油面器９とを組み合わ
せることにより、コンプレッサ１１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、制御装置により入力に応
じた空燃比に自動調節される。

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１４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１１を起
動させると、定油面器９に内圧がかかり、このとき電磁
弁１２を開にしておくと、空気噴射ノズル５に定油面器
９からの燃料とコンプレッサ１１からの噴射用空気とが
供給されて、ノズル孔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、燃焼
室周囲に配した複数の空気噴出孔８からそれぞれ中心Ｏ
に向けて均等に噴出される燃焼用空気と混合しながら、
燃焼室中心Ｏの付近で衝突し、火炎が保持される。この
際、燃焼用空気は、燃焼室中心Ｏに向けて周囲から集中
するように供給されるため、衝突領域における燃料と空
気の混合が促進され、これにより燃焼室２内では既燃ガ
スと未燃ガスが効率よく混合して、内部ＥＧＲ効果が増
強される。また、このとき特に、空気噴出孔８の開口位
置をノズル軸線Ｓから±４０mm以下の範囲に設定したこ
とで、上記混合効率の増強による燃焼特性の改善が著し
いことが実験的に確かめられている。

また、これと同時に、燃焼室周囲から衝突領域を囲むよ
うにして噴き出される燃焼用空気が、衝突火炎を燃焼室
２の中心部に閉じ込めるように働く。

更に、燃焼室周囲の空気噴出孔８から燃焼用空気を分配
して供給することができるので、その噴出空気流速を低
下させることが可能となる。

したがって、本燃焼装置によると、空気噴射ノズル５、
５の対向中心Ｏに向けて周囲の複数の空気噴出孔８から
燃焼用空気を集中供給することにより、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。特に、煤やＮＯ_ｘ等の有害排出物の
低減に一層の改善効果が得られる。また、本装置による
と、衝突燃焼を燃焼室２の中心部分に閉じ込めて行うこ
とができるので、火炎が横方向に伸びて燃焼室の内面が
直接火炎に晒される等の不具合を有効に回避できるとと
もに、燃焼室中心部の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の温度分布の均一化と熱交換
器３の小型化とがより一層推進され、高負荷燃焼を達成
できる。さらに又、燃焼用空気の噴出空気流速を低下す
ることができるので、燃焼音の低減にも改善効果を示
す。

なお、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、例えば1.0G/Hの一定入力で
使用することができる。

［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
対向中心を囲む円周上に、該対向中心に向けてそれぞれ
燃焼用空気を噴き出す複数の空気噴出孔を設けたことに
より、燃焼室中心部における燃焼用空気の衝突・混合作
用が増強され、特に煤やＮＯ_ｘ等の有害排出物の低減に
一層の改善効果を得ることができる。また、衝突燃焼を
燃焼室中心部の狭い空間で行わせて、燃焼室内壁への火
炎の伸延を防止し、燃焼室温度の均一化等にも改善効果
を収めることができ、併せて燃焼音の低減にも効果を奏
する。

【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図はバーナと空気筒との配置関係を示す概略
平面図、第３図は空気筒の拡大断面図である。第４図は
従来例を示す対向バーナの断面図である。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……空気室、
８……空気噴出孔、Ｓ……ノズル軸線、Ｏ……ノズル対
向中心（燃焼室中心）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の燃料ノズルを対向配置するととも
に、両者の対向中心を囲む円周上に、該対向中心に向け
てそれぞれ燃焼用空気を噴き出す複数の空気噴出孔を設
けたことを特徴とする衝突燃焼装置。