JPS6112166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体燃料燃焼装置に関し、特に、い
わゆる重油を含む種々の特性を有する燃料の燃焼
装置に関する。本願装置においては、ノズルの形
状及び粘度制御の改良によつて連続燃焼を行なう
のである。

従来、いわゆる重油の燃焼は、その複雑な炭化
水素の組成と特性及び成分における多用性との故
に多きな困難があつた。通常の燃料油はAPI度の
No.1ないしNo.6によつて大きく分類され、No.1
ないしNo.4の範囲のものではかなりバラツキは
あるものの燃焼性の特性があり、No.5及びNo.6
の油はガスとされるが広義での燃焼性をもつてい
る。含有量は不明であるが水を含む種々の不純物
が含まれている。エネルギー節約及び工業的プロ
セスの副産物の処理についての最近の研究によ
り、いわゆる切削油、自動車の使用済潤滑油、そ
の他の不純物を含む廃油の燃焼が必要とされるよ
うになつて来た。かかる廃油は重油のようなこの
ましからざる燃焼特性を示す故、以下の説明にお
いては重油と均等であると考えることにする。効
率的な燃焼の多きな障害の要素として非常に高い
粘度（20℃で5000SSU以上）、高い気化温度、不
均一な分留度、及び燃焼に悪影響を及ぼす不純物
としての微少成分がある。

重油の好ましい燃焼をなすための従来技術とし
ては米国特許第3185202号及び3301305号に開示さ
れた装置がある。これらの装置は、燃焼室内での
滞留時間を増大させ特性のバラツキによる影響を
抑え、燃焼室内での炭素付着なしに完全な燃焼を
なさんとするものである。これらの試みはある程
度の成果を上げることが出来たのであるが、渦流
燃焼ガス及び気化燃料の流れを生ずるために種々
の複雑な装置を有しており、本願に開示されるが
如き比較的コンパクトな燃焼室の燃焼を提供する
ことが出来ない。

その他、ノズル形状により良好な気化を得る重
油燃焼装置は、米国特許第1428896号、第3770209
号、及び第3840183号にも開示されている。更に
日本国特開昭49−35922号公報にも開示されてい
る。

一般に、かかる装置は、多数の内部通路と複雑
な空気燃料交差部を有して複雑なノズル構造を必
要とする。これらの構造は、油の特性変化及び上
記した成分の変化に影響され燃焼装置の信頼性が
低下することになる。ノズルを頻繁に清掃するこ
とを要し、保守点検なしに長期運転することに困
難があつた。

上記した従来のノズルは、非対称な速度及び加
速度成分を有する燃料粒子を生ずるような燃料霧
化をなすものである。かかる燃料粒子は通路内壁
に衝突して再結合し固りになり、再霧化のための
霧化空気を必要とする。かかる再霧化は、不均一
な空気燃料混合気を生じ、効率的な燃焼が得られ
ない。

例えば、日本国特開昭49−35922号公報にも開
示されている低粘度燃料油燃焼用ノズルに関して
言えば、該ノズルは不純物を含む廃物油等の高粘
度燃料油のための燃焼用ノズルとしては使用に耐
えないことが知られている。該ノズルの霧化燃料
噴出口孔におけるの燃料導入開口は孔周壁にて溝
として或はスリツトとして孔周壁の一側面部分に
形成されており該溝又はスリツトは高粘度の燃料
が目詰まりを起こしてしまうことになる。更に、
孔周壁の一部分に該導入開口があるために孔周壁
の反対部分に燃料油が付着しやすく更なる目詰ま
りの要因となつていた。また、該ノズルにおける
燃料導入開口に至るまでの燃料通路が複雑な形状
をしているる故に流れが滞り燃料の詰まりの原因
となつている。

これに対し、本願発明は適当な霧化を達成し通
常のインジケータによつて測定した限りでは良好
な燃焼が得られ、カーボン付着がなく、煙の発生
が少なく、清掃容易にして燃料特性変化に本質的
に無関係な単純形状ノズルを用いるものである。

よつて、本発明の目的は、特性にバラツキのあ
る液体を霧化するノズルを提供することである。

本発明の他の目的は、重油燃焼用ノズルを提供
することである。

本発明の更に他の目的は、廃油の高信頼性かつ
効率的な燃焼をなすための装置を提供することで
ある。

本発明の更に他の目的は、重油及び廃油の霧化
装置であつて油中の非溶解性の不純物の通過を許
容するの装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、API度No.1ないし
No.6まで全ての燃料油の燃焼方法を提供するこ
とである。

本発明による装置により高粘度油若しくは重油
の燃焼は、燃料の粘度自動調整装置に特異な形状
のノズルを組合わせることにより達成される。特
に、該ノズルは霧化燃料源及び叶出口をオリフイ
ス近くの液体燃料用キヤビテイ内の油の回転流を
活用する。キヤビテイからの燃料は該キヤビテイ
を通過する霧化用ガスにより剪断される一方、ノ
ズル出口通路に同軸でかつ厳密に口径を定められ
た吐出口及び拡径オリフイスを有する霧化用ガス
通路により燃料の再結合が防止される。

余熱された燃料が離れた位置にある貯蔵タンク
から導かれた後空気及び／若しくはガス等が分離
され、自動的制御された熱が更に与えられ、上記
したバーナに比較的一定な粘度の燃料が供給され
る。燃焼は比較的小なる耐火性の室で進行し、該
室は還流域を活用して燃焼ガスが燃焼室チヨーク
を経て排出される前に燃焼プロセスを安定せしめ
る。

本発明による装置は燃焼室内でのカーボンの付
着又は燃焼室寿命の大きな低下なしにコンパクト
な燃焼室内での重油若しくは廃油の燃焼をなすも
のである。該ノズルの形状は、油に含まれる不純
物の排出に貢献し、該不純物を燃焼系に噴射せし
め、該不純物を燃焼プロセスの一部として活用せ
しめるのである。

以下、添附図面を参照して、本発明の実施例を
説明する。

第１図及び第２図に示すようなバーナは、バー
ナアセンブリ６５、燃焼室８６、燃焼用エア・ボ
ツクス及びブロワ９０からなる。

第２図に示すように、該バーナは安定化コーン
３９の頂部近傍にバーナノズル軸に同軸に搭載さ
れたバーナスカート４５内にこれと同軸に設けら
れた霧化ノズル３５を含んでいる。バーナ用燃焼
空気は、バーナスカート４５の一次空気口３６及
び通路３７を経て導入される。２次空気はバー
ナ・スカート４５及び燃焼室耐火壁８５との間の
周辺通路８０に入る。

かかるバーナに用いるような霧化ノズルに本発
明の液体燃焼霧化装置は用いられる。本実施例の
ノズル装置は、第３図、第４図及び第５図に示す
如く、小直径筒状中空部材である内側部材６９と
大直径筒状中空筒状中空部材である外側部材２５
とからなる。さらにノズル装置は、霧化用ガス入
口１５及び燃料油入口５を備えたノズルホルダ６
７をもふくむ。内部部材６９は、複数の霧化用ガ
ス通路すなわち入口オリフイス３０をその一様な
外面からなる閉端部に有しその他端に開口端部及
びフランジ１２６を有する。フランジ１２６の主
面には燃料通路すなわちオリフイス８が複数設け
られ、該フランジの外周面には位置決め用ピン１
３０が突出するように設けられている。外側部材
２５は、複数の霧化通路を、その一様な内面から
なる閉端部に有し、その他端の開口端部には、フ
ランジ１２６の縁部を嵌合せしめる如き段部及び
位置決め用ピン１３０と係合するための欠落部１
３１を有する。霧化用ガス通路は出口オリフイス
３８、拡大オリフイス４１及び角張つた周縁オリ
フイス７を有する。内側部材６９はフランジ１２
６にてノズルホルダ６７（第５図参照）と当接し
ている。ノズルの外側部材すなわちシエル２５は
内側部材６９を囲むべく搭載され、フランジ１２
６をシエル２５の開口端部の段部に嵌合させ、位
置決め用ピン１３０及び欠落部１３１が係合する
ようにホルダ６７とノズル保持部材１２５とを螺
合させることによつて、入口オリフイス３０と複
数の霧化用ガス通路とを同心的に整合されかつ内
外側部材が固定される。ノズル外側部材２５は内
側部材６９のフランジ１２６との当接により支持
され内側部材６９及び外側部材２５の間に筒状空
間である環状キヤビテイ６を形成する。

動作において、燃料油入口５に導入された加圧
液体燃料は、ノズル内側部材６９のオリフイス８
に供給される。燃料油はノズルホルダ６７に終端
する入口通路６６（第２図参照）に供給される。
燃料油入口５に導入される燃料油の圧力は、オリ
フイス３０に導入されるガス流体の圧力より若干
小さい。ノズルの内側部材６９及び外側部材２５
によつて形成されるキヤビテイ２０は、該キヤビ
テイ内での油の回転流のための通路となる。ここ
で該回転流は、内外側部材の閉塞部近傍のキヤビ
テイ先端部とオリフイス８との間における燃料油
の圧力差によつて生じる流れである。該キヤビテ
イは霧化空気オリフイス３０出口及びノズル出口
オリフイス３８の周縁オリフイス７双方の円周方
向近傍にあつて半径方向の最小ギヤツプ４０を形
成する。このギヤツプは燃料フイルターを通過し
た多少の固形物を燃料油と共に急速に流出せしめ
オリフイス３０を通過した霧化空気により該固形
物を噴出させる。ここで該回転流は、該固形物を
最小ギヤツプ４０へ運ぶ。かかる固形物即ち粒子
と燃料油との急速なる流出は重要である。という
のは、最小ギヤツプ４０及び通路すなわちキヤビ
テイ６は、協働してこれら粒子が放出されて次の
燃焼をするように制御するからである。

キヤビテイ６に於ける加圧燃料油に関し、キヤ
ビテイの形状及び燃料油入口５と霧化空気入口１
５における各流体の圧力差は、周縁オリフイス７
の半径方向内方に流出する燃料油が出口オリフイ
ス３８を通過する際に形成する燃料油の粒子を、
入口オリフイス３０からの霧化用ガス流により剪
断されるように選ばれる。周縁オリフイス７での
半径方向内方に向かう燃料油流およびオリフイス
３０内の霧化用ガス流によつて生ずる運動は、燃
料油の再結合又は集塊化させることなく、速く出
口オリフイス３８を通過する微細燃料粒子流を形
成し、該燃料粒子流は、拡大オリフイス４１に入
つてさらに拡散してノズルを流れる一次空気によ
りさらに急速に流出する。半径方向流は、ギヤツ
プの反対側の対応箇所からの燃料によつて反発さ
れる。該反発は微細燃料粒子の形成にとつて重要
である。この半径方向流は、流の半径方向成分を
中和して出口オリフイス軸に平行な方向に燃料粒
子が流れ、燃料粒子が壁に接触するのを抑制す
る。出口オリフイスの長さは周縁オリフイス７に
より剪断された粒子の集塊量及び周縁オリフイス
７と出口オリフイス３８との間の通路において生
じ得る剪断された燃料粒子の再結合並びに得られ
る炎の形状に重大な関連があることが分つた。

叙述の如く本発明の装置によれば、特定形状の
内外側部材にて形成される筒状空間をキヤビテイ
として、該キヤビテイを貫通するが如き霧化用オ
リフイスを設けることにより、従来の溝、スリツ
ト等の複雑な構造を形成することなく、廃油等の
高粘度の油を燃焼させることの出来かつ目詰まり
を防止し容易なるメインテナンスを可能にした重
質燃料油ノズルを得ることが出来る。

応用例としてここに開示されたノズル構造によ
つて燃料粒子の集塊を最小量に抑えられるために
小さな燃焼室内における機能的かつ高信頼度のバ
ーナーが得られる。ノズルシエル２５近傍の一次
空気によつて引きづられた霧化燃料の燃焼が進行
する一方スピン羽根を有する周辺通路８０を通過
した二次空気によりスピン運動が与えられる。点
火及び燃焼が安定化コーン３９のすぐ外側の領域
で生じ点火案内アセンブリ５０によつて保持され
る。本実施例に用いたバーナーにおいては、電気
的点火ガスパイロツトが用いられているが、直接
電気アークその他のパイロツト装置を用い得るこ
とは明らかである。点火した一次、二次空気及び
霧化粒子の混合物は燃焼室内を進行し、回転域１
５２，１５３及び１５１，１５４が形成されて複
合燃焼現象が安定化する。かかるプロセスにより
形成された燃焼ガスは円状燃焼室チヨーク即ち出
口１５５を通過し、適当な若しくは望ましい形状
（図示せず）の熱交換面を洗浄する。

燃料ノズル３５に供給される燃料の粘度は第１
図及び第６図に示した装置によつて制御する。特
に第６図に示す如く、該装置は、種々に特性の燃
焼油に対してノズル内における適度な油の流れを
形成する。動作において、離れた位置にあるタン
クに貯えられた燃料油は余熱され燃料供給ポンプ
１０１により分離器１００に供給される。該分離
器は脱気油のタンクと自身のタンク１０５を保持
し、余剰油及びガス及び気化燃料を燃料タンクに
還流させる。

余熱脱気油は燃料ポンプ１０４に供給され、ポ
ンプ１０４の出力はバイパス形燃料圧リリーフバ
ルブ１０２によつてモニタされ、所定値を越える
ような圧力の原因となる余剰燃料はタンク１０５
に還流される。

余熱脱気されて燃料圧リリーフバルブ１０２に
よつて制御された圧力の燃料油は任意的な燃料ス
チームヒータ１０６（蒸気加熱器）に供給され
る。ヒータ１０６及び電気的燃料ヒータ１０８の
機能は等しくかつ双方とも完壁を期して開示され
ているだけである。以下の記載は電気的燃料ヒー
タを用いて粘度制御の重要な部分を構成する装置
をも含んでいる。燃料油は電気的ヒータ１０８に
供給され、更に固定オリフイス１１２を通過す
る。差動圧スイツチ１１０は、オリフイス１１２
における燃料圧降下をモニタし、燃料ヒータ１０
８への熱の供給を制御し、該燃料圧降下が所定値
以下になるようにする。加熱された燃料油の圧力
はフイルタ１１６に入る前に圧力調整バルブによ
り更にモニタされる。こうして補正された粘度を
有し、濾過された燃料油は値燃料測定バルブ１２
０に供給され、バルブ１２０内の流量は燃焼装置
全体の要求熱量に応じて制御される故バーナの容
量制御として働く。測定バルブ１２０内の燃料圧
は、差圧バルブ１２２によりモニタされ、バルブ
１２２は入力霧化用ガスの圧力をもモニタする。
該差圧バルブ１２２の機能は霧化用ガスとノズル
３５への導入燃料との間の圧力差を適当に保つこ
とである。上記したように、周縁オリフイス７及
びノズルの出口オリフイスを通過する半径方向燃
料流を確実にするために燃料圧を霧化流体のそれ
より僅かに応大きく保つことが望ましい。その他
の圧力温度流量制御素子、即ち、低燃料温度スイ
ツチ１２１、ダイアルサーモメータ１１９、バイ
パスソレノイドバルブ１１８、バーナ安全バルブ
アセンブリ１２３及びチエツクバルブ２６は本発
明の要部を形成せず、燃焼装置全体の開示の一部
として示されているだけである。

上記したバーナ装置は、バーナアセンブリ、燃
焼室及び燃料粘度制御手段を含み、種々の特性の
重質燃料油の小なる燃焼室内での安定な燃焼を行
なうものである。実際上、かかる組合せによつて
し得られる燃焼装置は保守点検があまり必要でな
く６対１以上のバーナ要求比において効率的な燃
焼を行なうことが分つた。燃焼室内壁面へのカー
ボン付着はほとんどなく、この種の燃料において
は通常存在する濾過不可能な多量の粒子を通過し
得バーナノズルの働きにより市販のものより信頼
性ある動作が行なえた。かかる燃焼は超音波霧化
あるいは水噴射等の燃料補助手段を用いることな
く行なえ、いわゆる重油、残さい油、廃油の燃料
エナルギーを効率的に活用する簡単かつ経済的な
方法が提供されるのである。勿論、本装置により
軽い流出物の燃焼は、上記した如き問題がないの
であるからより簡単に行なえるのである。よつ
て、本発明によれば、上記目的を達成し得る新規
な燃焼装置が提供されることは明らかである。

また、本発明は実施例によつて説明したが上記
したことに鑑みて、本発明の範囲ないで多くの変
形、置換が行なえることは当業者にとつて明らか
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ノズル、バーナアセンブリ、燃焼室
１び燃焼制御装置を含む燃焼装置を示す図、第２
図は、ノズル・パイロツト・フレームアセンブリ
及び空気吸入手段を含むバーナアセンブリを示す
図、第３図は本発明によるノズルの主要部の組立
前の状態を示す図、第４図は本発明によるノズル
の組立前の状態を示す断面図、第５図は本発明に
よるノズルの主要部の詳細を示す部分断面図、第
６図は、燃料油粘度制御部の全体図である。 主要部分の符号の説明、８……燃料通路、１５
……ガス通路入口、２５……外側部材、３５……
霧化ノズル、３０……入口オリフイス、３８，４
１……霧化用ガス通路、６９……内側部材、１２
６……フランジ、１３０……位置決め用ピン、１
３１……欠落部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端にて一様に閉塞し他端にて開口した大直
   径筒状中空部材であつて前記大直径筒状中空部材
   の前記一端近傍を貫通する霧化通路を複数有する
   外側部材と、前記外部部材の内径よりも小さい外
   径を有し一端にて一様に閉塞し他端に開口及びフ
   ランジを有する小直径筒状中空部材であつて前記
   小直径筒状中空部材の前記一端近傍を貫通するガ
   ス通路を複数有する内側部材と、液体燃料供給手
   段と、加圧された霧化用ガスを前記内部部材の開
   口端部へ供給する霧化用ガス供給手段とからなる
   液体燃料霧化装置であつて、前記内部部材の前記
   フランジは前記外部部材の開口端部に当接するこ
   とのみで前記外部部材と前記内部部材との間にキ
   ヤビテイを画定しかつ前記霧化通路と前記ガス通
   路とを各々同心的に前記キヤビテイを介して連通
   せしめており、前記内部部材の前記フランジには
   前記液体燃料供給手段から前記キヤビテイへ加圧
   された液体燃料を供給する複数の燃料通路が設け
   られていることを特徴とする液体燃料霧化装置。 ２ 前記外側部材の霧化通路は、前記霧化通路の
   内部端部に隣接した角ばつた周縁オリフイスと、
   前記周縁オリフイスに続く出口オリフイスと、前
   記霧化通路の外部端部に隣接する拡大部とからな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   液体燃料霧化装置。 ３ 前記外側部材の霧化通路の内部端部と前記内
   側部材のガス通路の外部端部とに隣接する前記キ
   ヤビテイにより最小ギヤツプが画定されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液体燃料
   霧化装置。 ４ 前記出口オリフイスの長さは前記最小ギヤツ
   プの４倍であることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の液体燃料霧化装置。 ５ 前記液体燃料の圧力が前記霧化用ガスの圧力
   より大なることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の液体燃料霧化装置。 ６ 前記キヤビテイ内の液体燃料の流れの方向は
   前記ガス通路の半径方向であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の液体燃料霧化装置。 ７ 前記外部部材の外部表面が先端を切り取られ
   た凸円錐状の外側表面でありかつ前記外部部材の
   内部表面が先端を切り取られた凹円錐状の表面で
   あり、かつ前記霧化燃料ノズルにおける前記内部
   部材の外部表面が先端を切り取られた凸円錐状の
   表面であり、前記内部部材の内部表面が先端を切
   り取られた凹円錐状の内側表面であり、前記内部
   及び外部部材は各々の対称軸に同軸に配置されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の燃焼装置。 ８ 前記霧化用ガスの流れの方向と液体燃料の流
   れの方向とがほぼ直角になるように交差せしめる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
   焼装置。