JPH1182940A - ターボジェット式高温高速バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば各種産業廃棄物の焼却、焼却灰の溶融
など高温、高速燃焼を必要として、採算性があり、しか
もコンパクトで効率的なバーナの提供。 【解決手段】 高熱燃焼ガスの吐出口８Ｂを先端に開口
し、この吐出口８Ｂ近くに直径絞り部２３を有する全体
が円筒状に形成される燃焼室８の基端基部に基板部８Ａ
を設け、この基板部８Ａの中心に、前記燃焼室８の中心
線上に向うバーナノズル１を設け、かつ前記円筒状の燃
焼室８には外部より燃焼用空気を導入して熱交換できる
ようにすると共に、前記燃焼室８で熱交換される燃焼用
空気を、前記基板部８Ａのバーナノズル１の外周環状位
置に設けられ、かつバーナノズル１の中心線前方のバー
ナ噴射の焦点１４をそれぞれ旋回的に集中指向する複数
の高圧空気噴射口５の基部と、連通させて前記噴射口５
より吐出させることができるようにしたことを特徴とす
るターボジェット式高温高速バーナ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として燃焼炉や
溶融炉等用に、また特に産業廃棄物の焼却等に適するタ
ーボジェット式高温高速バーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】諸産業用の各種燃焼炉，溶融炉等には、
用途に応じてそれぞれ所定の高温度が要求されるが、従
来のこの種の汎用バーナにあっては、特にオイルを燃料
とし、空気のみで燃焼させた形式にあっては、燃焼空気
を過熱しない限り、効率的に得られる温度は、ほぼ１４
００℃が限度であった。

【０００３】これよりさらに高温度を必要とする場合に
は、燃焼空気の加熱を行う必要があり、このために空気
加熱炉もしくは熱交換器等が必要となり、その分の設備
費と燃料費とが加算される。

【０００４】また、後者の廃熱を利用する熱交換器も、
燃焼空気の温度に限度があり、温度が高くなると共に、
構成鋼材コストも数倍に増加し、技術的にも困難となる
が、安定的に得られるバーナ温度は、１６００℃前後が
限度である。

【０００５】さらに高温度を必要とする場合、燃焼空気
を酸素Ｏ₂ に変えると、バーナ温度は、２０００〜３５
００℃の高温が容易に得られる。

【０００６】前記１６００℃以上の高温を必要とする場
合は、殆ど熔融関連に属するのが一般的であるが、しか
しながら、これらの場合、中には酸素を極度に嫌う物質
があり、例えば耐火物等はアルミナ、タンタル、人造黒
鉛等、いずれも耐熱２３００℃の保証を有する場合で
も、高温酸素に対しては極めて弱い。また、酸素を燃料
として多量に使用することは例えば産業廃棄物処理行等
には、採算的に不可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な諸局面にかんがみてなされたもので、燃焼室自体に燃
焼用空気の熱交換加熱機能を与え、全体として比較的低
コストで高い燃焼温度と高いガス速度の得られるターボ
ンジェット式バーナの提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、次の各項（１），（２）のいずれかのターボンジ
ェット式高温高速バーナを提供することにより、前記目
的を達成しようとするものである。

【０００９】（１）高熱燃焼ガスの吐出口を先端に開口
し、この吐出口近くに直径絞り部を有する全体が円筒状
に形成される燃焼室の基端基部に基板部を設け、この基
板部の中心に、前記燃焼室の中心線上に向うバーナノズ
ルを設け、かつ前記円筒状の燃焼室には外部より燃焼用
空気を導入して熱交換できるようにすると共に、前記燃
焼室で熱交換される燃焼用空気を、前記基板部のバーナ
ノズルの外周環状位置に設けられ、かつバーナノズルの
中心線前方のバーナ噴射の焦点をそれぞれ旋回的に集中
指向する複数の高圧空気噴射口の基部と、連通させて前
記噴射口より吐出させることができるようにしたことを
特徴とするターボジェット式高温高速バーナ。

【００１０】（２）燃焼室は、密閉構造の外側管状体と
内側管状体と中間管状体とより成り、前記中間管状体を
介して内側管状体と外側管状体との間に内側管流路と外
側管流路とを燃焼室の前部に設けた連通部で流通可能と
し、かつ両流路の一方を外部の燃焼用空気と連通する連
通管と接続し、他方を基板部に設けた高圧空気噴射口と
連通接続できるようにしたことを特徴とする前項（１）
記載のターボジェット式高温高速バーナ。

【００１１】（３）前記燃焼室の直径絞り部の直径絞り
率を０として、前記燃焼室の形状を略々同一径の円筒形
状に形成したことを特徴とする前項（１）または（２）
いずれか記載のターボジェット式高温高速バーナ。

【００１２】

【作用】以上のような本発明構成により、燃焼室内は高
圧高熱化され、化学反応速度の高速化により、内部の燃
焼温度の増加と、排出ガスの高速化とが得られる。ま
た、燃焼用空気は、燃焼室へ導入され熱交換されて有効
に加熱されるので、燃焼室内での燃焼現象を促進できる
と共に、さらに燃焼ガスが高速拡散した場合、乱流火炎
伝播現象により、従来の現象と異なる速度で燃焼する。

【００１３】例えば、自動車エンジンがその好例であ
り、混合気の流動を伴って火炎が動いているものの、燃
焼速度の１０倍も１００倍もの燃焼速度で燃焼してい
る。燃焼速度が遅いと言うことは火炎が長く、未燃物が
あり、火炎が短い時は、完全に空気と混合して未燃物が
無いと言うことであり、同一燃料，空気の混合比で燃焼
速度が早いと言うことは、高温高圧の外に、空気と燃料
を高圧、高温の下に高速拡散させて乱流燃焼速度を作る
ものであり、このことにより、単位時間、単位体積当た
りの燃焼量が著しく増加する。

【００１４】なお、高温／高速化を必要としない仕様の
増合には、前記燃焼ガス出口直前の絞り部を省略して燃
焼室を簡素化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００１６】（構成）図１に、本発明に係る高温高速バ
ーナの典型的な一実施の形態の概要断面説明図を示す。
図１において、１は、燃焼室基部の円形の基板部８Ａの
中央部に配設されたバーナノズルで、燃焼輸送管２を通
じて、燃料入口から例えばケロシンのような燃料オイル
が供給される。

【００１７】本発明の実施の形態の特徴は、実質的に円
筒形で先端に吐出口８Ｂを開口し、この吐出口８Ｂ近く
に絞り部２３を有するバーナ燃焼室（フレーム）８を有
し、基板部８Ａ中心部のバーナノズル１の外周環状位置
より均等に高圧空気取入口４からの複数（図例は３６
個）の高圧空気噴射口５を、バーナノズル１のバーナ燃
焼室８の中心線上のバーナ噴射焦点１４をそれぞれ集中
的に指向するように配設して高圧空気の旋回流を与える
ようにしたことである。

【００１８】なお、この高圧空気噴射口５は、右または
左の斜め方向に屈曲させて旋回流を強制的に得られるよ
うに構成することもある。

【００１９】バーナ燃焼室８の円筒状外壁は、密閉構造
の外側管状体９、中間管状体１０及び内側管状板１１の
３層より成り、それぞれの板間には、外側管流路９Ａと
内側管流路１１Ａが形成され、燃焼室８の吐出口８Ｂ近
くの連通部８Ｃで互いに連通できる構成となっている。

【００２０】また、前記基板８Ａに設けた多数の高圧空
気噴射口５の基部には、すべてに共通して連通する環状
の空気室４が設けられ、前記外側管流路９Ａか或は内側
管流路１１Ａかいずれかと連通できる構成となってい
る。さらに前記燃焼室８の基部近くの外方より外側管流
路９Ａまたは内側管流路１１Ａのいずれかと連通する高
圧空気導入管６が一以上多数設けられ高圧圧送ポンプな
どで加圧された燃焼用空気を強制的に導入できるように
なっており、外側管流路９Ａおよび内側管流路１１Ａ
が、一種の熱交換器として働くようになっている。図示
では高圧空気導入管６は相対向した二本として示され、
いずれも内側管流路１１Ａと連通してあり、これにより
外側管流路９Ａの基部が前記空気室４と連通できる構成
となっている。

【００２１】なお、１８は、バーナの点火兼保燃焼用パ
イロット火炎発生手段を示し、図示されていないが、基
板部８Ａには燃焼室８内を監視できるカメラなどが付設
され、さらに基板部８Ａを耐火保護するための水冷また
は空冷の冷却施設を備える。１７は、基板部８Ａと燃焼
室８の筒状部材とを強固に固定させるためのドッキング
ビスを示す。

【００２２】叙上の構成に基づいて作用を説明する。

【００２３】高圧空気導入管６より例えば２ｋｇ／ｃｍ
² の高圧状態の燃焼用空気を給送すると、矢符に示すよ
うに燃焼室８の内側管流路１１Ａを経て連通部８Ｃで外
側管流路９Ａに折返し基板部８Ａ側に移行し環状の空気
室４内へ導入される。この空気室４より多数の高圧空気
噴射口５を経て勢いよくバーナ噴射焦点１４へ向けて燃
焼用空気は吐出される。

【００２４】バーナノズル１より噴射される燃料は、例
えば６０度位の噴射分散角度で燃焼室８内に吐出され、
パイロット火炎発生手段１８の点火作用と高圧燃焼用空
気の送給作用で有効に燃焼されると共に、ことに燃焼用
空気は燃焼室８内を通過する過程で十分熱交換され、例
えば秒速５０ｍ／ｓｅｃで１７．５ｋｇ／ｃｍ² で噴出
している燃料に叩きつける結果となり、高圧，高温，旋
回，乱気流状態を呈し、この条件下で燃焼という化学反
応の燃焼速度を加速的に促し、恰かも爆発的な燃焼状態
を得ることができる。したがって、燃焼室８の吐出口８
Ｂよりきわめて高圧高温の燃焼ガスを吐出させることが
できる。

【００２５】この場合１００リットルで実験した処、バ
ーナノズル１よりの燃料吐出速度を２４０Ｍ／Ｓとした
場合、ガス温度は２３００℃であった。燃焼室８を水冷
とした場合の時より１５〜３０％温度が高くなり、これ
以上の温度，効率を望むと衝撃波が出てガス速度も音速
を越すことが予測される。

【００２６】以上、この発明に係る実施の一例を記述し
たが、特に前記実施の形態において、あまり高温を必要
としない場合とか、構成を簡易化したい場合は、絞り部
２３の絞り率を０とし全体として同径の円筒状構造とし
て実施することもできる。

【００２７】また、この実施例では、燃料としてケロシ
ンのような液体油を用いたが、気体、あるいは両者の混
合、さらには粉体など好みの燃料を用いることができ
る。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば燃焼用空気は、燃焼室
で発生する高圧高温の熱エネルギーを燃焼室を構成する
円筒材料中に流通できる流路を形成して、この流路内を
流通させこれにより熱交換させて高圧高温状態の活性化
空気として供給しているので、燃焼室内での燃焼ガスは
著しく高温高熱状態を生成でき、きわめて効率の高い燃
焼バーナとして機能させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態を示すターボジェット式高温高
速バーナの構成断面図

【符号の説明】

１ バーナノズル ４ 空気室 ５ 高圧空気噴射口 ６ 高圧空気導入管 ８ 燃焼室 ８Ａ 基板部 ８Ｂ 吐出口 ８Ｃ 連通部 ９ 外側管状体 １０ 中間管状体 １１ 内側管状体 １４ バーナ噴射の焦点 １７ ドッキングビス １８ パイロット火炎発生手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高熱燃焼ガスの吐出口を先端に開口し、
   この吐出口近くに直径絞り部を有する全体が円筒状に形
   成される燃焼室の基端基部に基板部を設け、この基板部
   の中心に、前記燃焼室の中心線上に向うバーナノズルを
   設け、かつ前記円筒状の燃焼室には外部より燃焼用空気
   を導入して熱交換できるようにすると共に、前記燃焼室
   で熱交換される燃焼用空気を、前記基板部のバーナノズ
   ルの外周環状位置に設けられ、かつバーナノズルの中心
   線前方のバーナ噴射の焦点をそれぞれ旋回的に集中指向
   する複数の高圧空気噴射口の基部と、連通させて前記噴
   射口より吐出させることができるようにしたことを特徴
   とするターボジェット式高温高速バーナ。
2. 【請求項２】 燃焼室は、密閉構造の外側管状体と内側
   管状体と中間管状体とより成り、前記中間管状体を介し
   て内側管状体と外側管状体との間に内側管流路と外側管
   流路とを燃焼室の前部に設けた連通部で流通可能とし、
   かつ両流路の一方を外部の燃焼用空気と連通する連通管
   と接続し、他方を基板部に設けた高圧空気噴射口と連通
   接続できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   ターボジェット式高温高速バーナ。
3. 【請求項３】 前記燃焼室の直径絞り部の直径絞り率を
   ０として、前記燃焼室の形状を略々同一径の円筒形状に
   形成したことを特徴とする請求項１または２いずれか記
   載のターボジェット式高温高速バーナ。