JPH07293849A - 廃油等燃料燃焼用霧化式バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体微粉末や高粘性の粒子を含有するトナー
や廃油を完全燃焼させるためのバーナを提供する。 【構成】 燃焼用の空気供給管の開口部に空気室を設
け、その中に燃料噴射ノズルを備えた燃料供給管を配置
し、その上にノズル表面との間に狭隙部を形成して燃料
噴射用のスカート部を設けた燃料噴射用内筒を設け、そ
の外側に空気噴射用外筒を下部で空気室に接続し、該内
筒内にスタティックミキサーを設けたバーナ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体燃料の燃焼装置に
用いるバーナに係わるもので、特に、廃油等の燃焼処理
装置に適した噴霧式バーナのノズルに関するものであ
る。更に詳しくいえば、燃焼炉内に於いて、トナーある
いはスラッジ等の微粒子状固体粉末を多量に含有する
か、又は極めて高粘性の油状粒子を含有する燃料を、圧
力により強制的に噴射させることなしに、霧吹きの原理
を応用して霧化させることにより完全燃焼させることが
可能な廃油等燃料燃焼用霧化式バーナに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられている石油等の液体燃
料を用いた燃焼方法としては、燃料をタンク等の受け皿
に滴下し一定量溜めたものを灯芯等の毛細管現象により
吸い上げて燃焼させる方法、燃料を燃焼用空気と一緒に
圧力をかけて噴射させてから燃焼させる方法（圧力噴霧
式）、燃料を加熱して気化させてから燃焼させる方法、
燃料を遠心力により霧散させてから燃焼させるか、加熱
と遠心力とを組み合わせた燃料を霧化してから燃焼させ
る方法（遠心噴霧式ロータリーバーナ）、他の燃料と組
み合わせて燃やす混合燃焼方法等があるが、一般的に良
く用いられているのは、圧力噴霧式と遠心噴霧式であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】圧力噴霧式の燃焼装置
は、故障も少なくて、種々の燃焼装置やいろいろなな液
体燃料に適用されているが、空気と燃料との混合比の調
節が難しく、中でも、重質油、特に重質の廃油等を燃料
として用いる場合には、不完全燃焼を生じやすく、粒子
によるノズルの目詰まりも起こしやすい。また、遠心噴
霧式の燃焼装置は、完全燃焼を行いやすいが、重質で粘
性の高い液体燃料には不向きで、特に上記したような重
質の廃油の場合には、遠心気化器やノズル部分に付着物
が生じて油の気化分散が悪くなったり、構造上からも用
いられる燃焼炉に制約があると共に、故障が発生し易い
等の欠点があった。これらの欠点をなくすものとして
は、実開昭６３−１７９４２６号公報に記載されたよう
な、霧吹きの原理を応用して、燃焼用空気の量に比例し
て燃料が自動的に増減するようにしたものがあるが、こ
れも粘性が高い液体燃料や廃油等には不向きである。本
発明者は、その対策として霧吹きの原理を用いた液体燃
料噴霧ノズルを有する霧化式バーナを提案した（特願平
４−２０８５５０号）。

【０００４】上記の液体燃料噴霧ノズルを有する霧化式
バーナについて図９を引用して説明すると、上記提案の
二重型バーナの概要は、燃焼用空気供給管３の開口部３
ａの中央位置に外形が漏斗状をして中心部に流通路を形
成した液体燃料噴霧ノズル１を位置せしめ、該噴霧ノズ
ル１は燃料供給管２を介して燃料タンクに連結されてい
て、タンク内の油は重質油や廃油等の油質によっては、
必要に応じてタンク内で加熱されてから、前記燃料供給
管２を通して燃料の油がノズル１に供給されるようにな
っている。そして、燃焼用空気供給管３ｂの開口部３ａ
には燃焼筒４がノズル１を包囲するように設けられ、該
燃焼筒内面とノズル端縁１ａとにより空気通路に狭隙部
５を形成すると共に、燃焼筒４の側壁には炉内からの空
気取り入れ孔４ａが形成されている。４ｂは空気供給管
の端縁、５は狭隙部である。

【０００５】以上のような構成に於いて、今、パイロッ
トバーナに点火すると同時にブロワー等により燃焼用空
気供給管３に強制的に空気を送ってやると、狭隙部５の
少し手前に於いては空気は加圧状態にあり、この空気が
狭隙部５を通過する際には高速の流れとなるので、ベル
ヌーイの定理によれば、ノズル先端部近傍は減圧状態と
なり、液体燃料噴霧ノズル１内の燃料は非常に霧化し易
い状態に置かれているので、燃料を供給するための圧力
は非常に小さくて済み、単にノズルの先端位置に液面を
維持する程度でよい。このようにして容易に霧化して空
気と混合した燃料はパイロットバーナにより着火して燃
焼を開始する。通常の場合はこれのみで十分である。

【０００６】従って、燃焼用空気が前記狭隙を通過する
部分では圧力が急激に低下するので、液体燃料噴霧ノズ
ル内の液体燃料は自然に吸い出されて燃焼用空気流中に
拡散霧化して、燃焼筒内で火炎となって燃焼路内へ送り
出されて完全燃焼するというものである。しかしなが
ら、例えばトナー等の固体微粒子からなる廃棄物を廃棄
重油や廃棄トルエン等と混合して燃焼する場合等の廃棄
物燃料や、スラッジを非常に多量に含有する重質油を含
有する廃油等の場合、上記図９に示したノズルを用いた
のでは完全燃焼が非常に困難であるとの知見を得た。本
発明はこのような燃料でも完全に燃焼して、黒煙を発生
しないバーナを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は燃料と空気の混
合通路を構成する燃料噴射用内筒と空気通路を構成する
空気噴射用外筒からなる二重円筒型のノズルであって、
燃料供給管端の燃料噴霧ノズルと燃料噴射用内筒のスカ
ート部との間に狭隙部を設けてここを流れる空気流を高
速にして、ベルヌーイの効果によりノズル端を減圧にし
て霧化し易いものとし、更に燃料噴射用内筒の円筒部の
内部をスタティックミキサー部とすることにより、たと
え微粉末や高粘性油状物を多量に含む燃料等を取扱う場
合でも、ここで燃料と空気の適量とを混合して噴出する
ようにし、より完全な燃焼をするようにしたものであ
る。

【０００８】すなわち、本発明の概要は、燃焼用空気供
給管の開口部に接続した空気室内に、先端が漏斗状の燃
料噴射ノズルを備えた燃料供給管を配置し、該燃料噴射
ノズルとの間に挾隙部を形成するようにして包被するス
カート部を有し、開口方向に伸びる燃料噴射用内筒を設
け、かつ該内筒を包被する空気噴射用外筒の底部を前記
空気室に結合し、燃焼用空気供給管よりの空気が前記燃
料噴射用内筒内にはそのスカート部の内側を通り、前記
空気噴射用外筒内には前記スカート部の外側を通り空気
が分流するようにし、かつ、燃料噴射用内筒内には断面
多角形の棒状体からなるスタティックミキサー素子の複
数個を、該燃料噴射用内筒の端面から見たときに該内筒
の中心から順次放射状になるような一定の配置関係でそ
れぞれ内筒内に一端を固定し、他端を自由端とし遊離さ
せて取付けることによりスタティックミキサー部を形成
し、これにより燃料と空気とを混合微細化して霧状にし
て燃料噴射用内筒から噴射し、その外部の空気噴射用外
筒より噴射される空気とで燃料を燃焼させるようにした
ことを特徴とする廃油等燃料燃焼用霧化式バーナであ
る。

【０００９】ここに用いられるスタティックミキサー素
子は、断面多角形特に好ましくは断面三角形、より好ま
しくは表面がメニスカス状曲面で形成された断面ほゞ三
角形の棒状体である。スタティックミキサー素子として
単に丸い棒を用いても、気体の流に対する抵抗は少なく
ミキシング効果は良くない。スタティックミキサー素子
として断面多角形のものは、気体が何れかの面に衝突す
ると、その反対面側では減圧になり、ここで燃料中の例
えば固体粉末等が空気と良く混合され、燃焼し易い状態
を構成し、噴出する。スタティックミキサー素子が特に
断面三角形ではその効果はよく、さらにメニスカス面を
有する断面三角形の棒状体では該メニスカス面に気体が
衝突することにより、この素子は著しい振動を起こし、
その背面に減圧状態を構成することと相まって、ミキシ
ング効果を発揮するものである。

【００１０】なお、断面三角形の棒状体を素子とする場
合は、この素子の複数個をそれぞれ稜線を下面に向け、
かつ内筒の端面から見たときに内筒の中心から順次放射
状になるような一定の配置関係でそれぞれ燃料噴霧用内
筒に一端を固定し、他端を自由端として遊離させて取付
けることによりスタティックミキサー部を形成し、これ
により噴出してくる燃料を微細化して混合し、霧状にし
て噴射するようにすることにより、ほぼ完全燃焼する燃
焼用霧化式バーナを提供できる。ここに用いられるスタ
ティックミキサー素子は、燃料噴射用内筒の空間部の直
径に対してスタティックミキサー素子の内筒内における
長さを５０％〜９５％としたものが燃料−空気流による
スタティックミキサー素子の振動運動を良好にするため
に好ましい。５０％未満ではミキシング効果が不十分で
あり、９５％を超えるとスタティックミキサー素子が膨
脹して内筒に接触し、ミキシング効果を損なうおそれが
ある。

【００１１】又、燃料噴霧用内筒内に於ける隣接するス
タティックミキサー素子は、内筒の径方向の中心線間間
隔を該素子の外径の２倍以上とし、かつ、端面から見た
ときに順次内筒の中心から放射線状に配置されるように
取付けることが上下のスタティックミキサー素子の振動
による衝突を避けながら燃料の噴射抵抗を一様にして、
効率的なミキシング作用をする上から好ましい。

【００１２】

【作用】本発明は上記の如き構成であるので、本発明者
の提案した技術の特徴である固体微粒子を多量に含有し
たり、スラッジ成分を多量に有する燃料でも、スタティ
ックミキサー素子により完全に微細化と混合作用が行な
われるので、完全燃焼し易い状態で噴射され、空気と混
合して噴出するので、噴霧気化の効率が良く完全燃焼を
させる機能を有する。すなわち、本発明で用いられる燃
料噴霧用内筒のミキサー素子は、断面が多角形の棒状体
のものでよいが、最良の効果は表面がメニスカス状曲面
で形成された断面ほゞ三角形の棒状体をスタティックミ
キサー素子とし、この素子の複数個を一定の配置関係で
それぞれ燃料噴霧用内筒内部に一端を固定し、他端を自
由に遊離させて取り付けることによりスタティックミキ
サー部を形成することにより達成され、たとえ固体微粒
子やスラッジを大量に含有する燃料の場合でも、スタテ
ィックミキサー素子が振動して燃料を微細化する効果を
奏するが、特にメニスカス状曲面を有する場合は、この
曲面が激しく振動することにより噴射される燃料が極度
に微細化され、完全に燃焼することができる。スタティ
ックミキサー素子はメニスカス状曲面を有しない棒体で
は燃料の流動に対する抵抗が少ないのでミキシング効果
がやや不十分となる。又２面だけにメニスカス状曲面を
設けてもミキシング効果は３面型よりも不十分である。
３面にメニスカス状曲面を有するスタティックミキサー
素子を稜線を下面にして取付けた場合が最良の結果をも
たらす。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例で、空気供給管の開
放端に接続された空気室７の中に燃料供給管２を配設す
る。その頂部は断面漏斗状のノズル１の端縁１ａであ
る。このノズル端縁１ａと狭隙部５を形成して燃料噴霧
用内管１１のスカート部１１ｂが包被している。この狭
隙部５によりベルヌーイの定理に基づく作用すなわちノ
ズル先端近傍が減圧状態となり、ノズル１内の燃料が非
常に気化し易くなり、燃料の供給圧力を小さくてすむよ
うにする。又、その上部は燃料噴射用内管１１で内部に
はスタティックミキサー素子１６が設けられており、外
内筒の開放端縁は１１ａで示されている。又該燃料噴射
用内管１１の外側には空気噴射用外筒１２が設けられ、
燃料噴霧用内管１１とは任意の位置（図では下方のスペ
ーサ８）で一定の離隔距離を保ち同心的に配置されるよ
うに結合されている。なお、空気噴射用外筒１２の開放
端縁１２ａは、燃料噴射用内管の開放端縁１１ａより僅
かに突出して設けられている。又空気噴射用外筒１２の
最下端では空気室７とフランジ結合９で一体化してい
る。１３ａは燃料噴射用内筒内への空気流、１３ｂは空
気噴射用外筒内への空気流を示す。なお、スペーサの形
状、取付け位置はこれに限定されない。

【００１４】このような構成にしたことにより、例え、
スラッジの多い重質の廃油を燃料として用いても、又ト
ナー等の固体微粒子を含有させた場合でも、固体粒子等
は、燃料噴射用内筒１１内に設けられたスタティックミ
キサー素子１６により燃料−空気流と共に混合攪拌され
て微細化して、空気と均一に混合、拡散されて噴射さ
れ、空気噴射用外筒からの空気と接し、着火されたとき
に完全燃焼する。この際、燃料噴射用内筒の開放端縁１
１ａ近傍に於ける火炎は、空気噴射用外筒１２内を通っ
てくる空気噴射用外筒内の空気流よりも流速の大きい空
気流に引き込まれて燃焼するが、先端部に急激な温度変
化が生じないので、炭化物の発生を防ぎ完全に燃焼させ
ることができ、廃棄物処理においても黒煙を発生せず良
好な環境を保持することができる。

【００１５】本発明で用いられるスタティックミキサー
としては、その形状が図２に見るような表面が長手方向
にメニスカス状曲面Ｍを有する全体として三角形状をし
た棒状体１６から成るものを素子とし、図３の端面図、
図４の縦断面図で示すようにメニスカスの尖った稜部を
ノズル方向へ下向きにした状態で、各素子〜は端面
から見て円筒内で放射線に成るように配置される。その
第一素子及び第二素子の中間位置、すなわち、４５
度ずれた位置に第三の素子を配置する。このような状
態を図３に示すように繰り返し積み重ね、端面から見て
放射状に配置して構成したものは、粘度が高くて、残留
粒子を多く含んだ廃油や固体微粒子を多量に有するトナ
ー等と重油の混合燃焼等に適している。すなわち、霧化
した油と空気が燃焼筒内でスタティックミキサーの振動
作用によりミキシングを起こし、右廻りや左廻りの旋回
流を生じて、残留粒子は微細化するため完全燃焼するこ
とができる。すなわち前記のミキサーのメニスカス面を
有する素子が片端を固定して、中心を通り他の片端を遊
離しているように形成しているので音叉同様の作用で微
振動により燃料を粉砕し微粉化するのを促進し完全な霧
状化を実現し、これにより完全燃焼を達成するものであ
る。

【００１６】本発明のノズルの具体例を更に説明すれ
ば、図５に示すように空気噴射用外筒の有効断面積Ａ，
燃料噴射用内筒の有効断面積Ｂとするときに、Ａ：Ｂ＝
１：１．１４程度が好ましい。その数値は燃料である廃
油又は混合スラッジにより適宜定められる。更に本発明
で用いられるスタティックミキサーの代表的構造例は、
内筒のサイズによっても異なるが、図６，図７に示すと
おりである。すなわち、図６は稜線部が断面で鈍角で、
僅かな厚み通常０．６〜０．８ｍｍ、中心から先端まで
の距離５ｍｍ，メニスカス状曲面の半径１０ｍｍで、長
さは１２０ｍｍとしたものが用いられる。図７は稜線部
が断面で鋭角であり、中心から先端までの距離３ｍｍ，
メニスカス状曲面の半径９ｍｍで、長さは３０ｍｍとし
たものが用いられる。又スタティックミキサー素子を内
筒に取付けるには、該素子が挿入可能な孔を開けて挿入
し、挿入端を溶接後やすりで平滑に仕上げればよい。

【００１７】本発明のバーナを図８に示す様な廃油燃焼
処理装置に適用したところ、非常に効率よく完全燃焼し
て、公害防止に役立つことが立証された。すなわち、燃
焼炉１２０内に於いて、本発明のバーナにより廃油１６
０を燃焼させて、含水率の高い廃油タンク１７０から熱
交換器１３０に供給、加熱して、蒸発器１４０により油
水分離を行い、微細粒子入り含油水蒸気を燃焼炉１２０
内に送って燃焼処理したところ、完全燃焼した火炎によ
り油分は燃焼されて熱交換器を通って、無煙、無臭とな
って煙突から排気され、また、分離した廃油分はタンク
内で廃油１６０に混ぜて燃料として用いても何ら支障が
なかった。なお、バーナＨの構造は正確ではないが，図
１を参照されたい。又、図９に示したものと同一部分に
は同一符号が付されているので説明は省略するが、６は
着火装置である。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、ベルヌーイの定理に基づく霧
吹きの効果により液体燃料を霧化させるようにしたの
で、空気の流量に比例して燃料が霧化するので、燃料と
空気量との混合比率を調節する面倒な制御を行う必要も
なしに、簡単な操作で完全燃焼を行わせることができ
る。また、従来のような噴射法に比べて燃料を供給する
のに大きな動力を必要としないので、動力を節約できる
と共に故障の発生も少ない。更に、燃焼筒を二重構造と
して内筒内にスタティックミキサーを設けたことによ
り、霧化した燃料中の固体粒子やスラッジが微細化して
混合、拡散して完全燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃油等燃料燃焼用霧化式バーナの構造
例を示す概略縦断面図

【図２】スタティックミキサーの構成素子の一例の斜視
図

【図３】スタティックミキサーの構成素子を円筒に取付
けた状態の底面図

【図４】スタティックミキサーの構成素子を円筒に取付
けた状態の縦断面図

【図５】ノズルの内外面積の説明図

【図６】スタティックミキサーの一例の断面設計を示す
図。

【図７】スタティックミキサーの他の一例の断面設計を
示す図。

【図８】燃焼装置の概略説明図

【図９】先行技術の燃焼ノズルの一例を示す縦断面図

【符号の説明】

１ 燃料噴霧ノズル １ａ ノズル端縁 ２ 燃料供給管 ２ａ ノズル端縁 ３ 燃焼用空気供給管 ３ａ 開口端 ４ 燃焼筒 ４ａ 空気取り入れ孔 ４ｂ 端縁 ５ 狭隙部 ６ 着火装置 ７ 空気室 ８ スペーサ ９ フランジ結合 １１ 燃料噴射用内筒 １１ａ 開放端縁 １１ｂ スカート部 １２ 空気噴射用外筒 １２ａ 開放端縁 １６ スタティックミキサー素子 １７ 空気通路 １２０ 燃焼炉 １３０ 熱交換器 １４０ 蒸発器 １５０ 廃油放散上面 １６０ 廃油 １７０ 廃油タンク

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼用空気供給管の開口部に接続した空
   気室内に、先端が漏斗状の燃料噴射ノズルを備えた燃料
   供給管を配置し、該燃料噴射ノズルとの間に挾隙部を形
   成するようにして包被するスカート部を有し、開口方向
   に伸びる燃料噴射用内筒を設け、かつ該内筒を包被する
   空気噴射用外筒の底部を前記空気室に結合し、燃焼用空
   気供給管よりの空気が前記燃料噴射用内筒内にはそのス
   カート部の内側を通り、前記空気噴射用外筒内には前記
   スカート部の外側を通り分流するようにし、かつ、燃料
   噴射用内筒内には断面多角形の棒状体からなるスタティ
   ックミキサー素子の複数個を、燃料噴射用内筒の端面か
   ら見たときに該燃料噴射用内筒の中心から順次放射状に
   なるような一定の配置関係でそれぞれ燃料噴射用内筒内
   に一端を固定し、他端を自由端とし遊離させて取付ける
   ことによりスタティックミキサー部を形成し、これによ
   り燃料と空気とを混合微細化して霧状にして燃料噴射用
   内筒から噴射し、その外部の空気噴射用外筒より噴射さ
   れる空気とで燃料を燃焼させるようにしたことを特徴と
   する廃油等燃料燃焼用霧化式バーナ。
2. 【請求項２】 スタティックミキサー素子として断面多
   角形の棒状体を用いた請求項１記載の廃油等燃料燃焼用
   霧化式バーナ。
3. 【請求項３】 燃料噴射用内筒の内径に対して該内筒内
   におけるスタティックミキサー素子の長さを５０％〜９
   ５％とした請求項１記載の廃油等燃料燃焼用霧化式バー
   ナ。
4. 【請求項４】 燃料噴射用内筒内に於ける隣接するスタ
   ティックミキサー素子の燃料噴射用内筒の径方向におけ
   る中心線間間隔を、該素子の外径の２倍以上として取付
   けた請求項１記載の廃油等燃料燃焼用霧化式バーナ。
5. 【請求項５】 スタティックミキサー素子がメニスカス
   面を有する断面ほゞ三角形の棒状体であって、その断面
   において、断面半径ｒ−１：５ｍｍ以上，突起部分の端
   面の厚さｈ：０．５〜０．８ｍｍ，メニスカス状曲面の
   半径ｒ−２：１０ｍｍ以上とした請求項１記載の廃油等
   燃料燃焼用霧化式バーナ。
6. 【請求項６】 スタティックミキサー素子がメニスカス
   面を有する断面ほゞ三角形の棒状体であって、その断面
   において、断面半径ｒ−１：３ｍｍ以上，突起部分の端
   面の厚さｈ：０ｍｍ，メニスカス状曲面の半径ｒ−２：
   ９ｍｍ以上とした請求項１記載の廃油等燃料燃焼用霧化
   式バーナ。
7. 【請求項７】 空気噴射用外筒の空間部断面積Ａ，燃料
   噴射用内筒の空間部断面積Ｂとするときに、ＡはＢの
   １．１倍以上である請求項１記載の廃油等燃料燃焼用霧
   化式バーナ。