JPS62116815A - 超音波霧化装置付燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、−−１ 未発１１は、一般には超音波霧化装置を有した燃焼器に
関するものであり、特に（１）ガスタービン用燃料ノズ
ル、及び（２）工業用、営業用、及び家庭用゛のボイラ
、加熱炉、暖房機用バーナ等に好適に使用し、液体燃料
を間欠的に又は連続的に微粒化し、燃焼する超音波霧化
装置付燃焼器に関するものである。

従」Ｌの」Ｌ歯 従来、上述したような種々の分野で灯油のような液体燃
料を噴霧、即ち微粒化し、燃焼せしめるために圧力噴霧
バーナが使用されている。斯る噴霧バーナに使用されて
いる霧化装置は、ノズルから噴射された液体と外気（大
気）との間の剪断作用により液体を微粒化している。従
って、供給液体を微粒化するためには液体供給圧力を大
とする必要があり、液体供給設備例えばポンプ、配管等
が複雑且つ大型化することとなった。

更に、噴射流量の調整は、供給液体の圧力を変えるか、
ノズルの噴射口面積を変えることにより行なうが、前者
の方法では低流量時（低圧時）の微粒化の状態が悪化し
、その改善策として中、大型のボイラではエアー又はス
チームを併用し供給される液体燃料の微粒化を図ってい
る。そのために装置は益々複雑化し且つ大型となった。

一方、後者の方法では、ノズルの構造が極めて複雑とな
り、その調整及び保守管理が大変であった。

このような従来の霧化装置の欠点を改良するべく、霧化
装置の噴射口から加圧して液体燃料を噴射すると同時に
該燃料に超音波振動を付与する試みがなされている。

１が　　しようと　る１、　へ しかしながら、従来の超音波による液体霧化装置は噴霧
量が極めて小さく、大容量の微粒化を必要とする上記の
如き燃焼器には使用することができなかった。

上記従来の問題を解決し大容量の液体の微粒化を達成す
るべく、本出願人より超音波振動子の端部にエツジ部を
設け、該エツジ部に液体を薄膜状で供給することによっ
て、該エツジ部より液体が大量に微粒化される超音波噴
射方法及び噴射ノズルが提案されている（特願昭５９−
７７５７２を参照せよ）。

しかしながら１本発明者等は研究実験の結果、斯る超音
波噴射ノズル、つまり燃料霧化装置を利用した燃焼器に
おいては、特に低負荷時には霧化装置から発生する噴霧
にはペネトレーション作用が小さく、該噴霧流は霧化装
置の軸線に沿って導入される一次空気に達せず、そのま
ま下流の循環流領域にまで至り、ここで二次空気流と混
合されるに過ぎないことが分かった。従って噴霧燃料と
一次空気との混合が不完全であり、そのため循環流領域
では局所的に燃料過剰となり、燃焼状態が悪く、排気ガ
ス中の炭化水素（ＨＣ）、−酸化炭素（ＣＯ）及びスス
が増大するといった欠点があることが分かった。

本発明は斯る霧化装置付燃焼器の改良に関するものであ
る。

光」ＬΩ」Ｌの 本発明の目的は、連続的に又は間欠的に液体燃料を燃焼
する超音波霧化装置付燃焼器を提供することである。

本発明の他の目的は、大容量及び小容量の液体燃料を効
率良く霧化すると共に、該噴霧を燃焼用空気と十分に混
合し、良好な燃焼を達成することのできるａ　ｆｆ波Ａ
化装置付燃焼１を提供することである。

寥・　古　　　　るための・ 上記品目的は本発明に係る超音波劣化装置によって達成
される。要約すれば本発明は、超音波振動発生手段と、
該超音波振動発生手段に一端が連結されそして他端には
エツジ部を有した細長の振動子とを具備し、前記エツジ
部に液体を供給し該液体を微粒化する超音波霧化装置を
具備した燃焼器において、前記振動子のエツジ部を覆っ
てハウジングを設けそして該ハウジングの前記エツジ部
に近接して複数個の空気孔を穿設し、該空気孔を介して
前記エツジ部にて微粒化された噴霧流中に空気を噴出す
ることを特徴とする超音波劣化装置付燃焼器である。

次に、本発明に係る超音波霧化装置付燃焼器について図
面を参照して更に詳しく説明する。

第１図を参照すると１本発明に係る超音波霧化装置付燃
焼器は１例えばガスタービン用燃焼器であり、超音波霧
化装置１と、該超音波振動子とｌを囲包しそして軸線方
向に延在した概略円筒形状の段付ハウジング、即ち、燃
焼筒１００とを有する。

先ず、本発明に使用される前記超音波霧化装置１につい
て第２図を参照して説明する０、霧化装置、つまり燃料
噴射ノズルｌは、中心に中心孔２を有した細長の概略円
筒形状の弁箱４を具備する。該弁箱４の下端には、液体
供給手段、即ちノズル孔６が設けられる。

前記弁箱４の中心孔２を貫いて振動子１０が配置される
。該振動子ｌＯは、本体部１４、該本体部１４より小径
の細長円柱状の振動子軸部１６及び本体部１４と軸部１
６とを連結する遷移部１８を有する。本体部１４にはよ
り大径とされた鍔２０が設けられており、該鍔２０が弁
箱４の上端に形成された肩部２２と、該弁箱４の上端面
にボルト（図示せず）によって取付られた環状の振動子
押え２４とによって弁箱４に取付られる。

振動子１０の軸部１６は弁箱４及びノズル孔６より下方
に、つまり外方へと更に突出している。

振動子１０の先端、つまり軸部１６の先端にはエツジ部
２６が形成される。

前記振動子１０のエツジ部２６は、第２図によると漸次
径が小さくされた４段の環状の階段にて形成されている
が、同径にて複数の山形突起を有する形状としたり、漸
次径が小さくされた４段以外の環状の階段状としたり、
更に漸次径が増大したり、又漸次径が小さくなり次で大
きくなるような形状とすることもできる。

前述のように、振動子１０の前記エツジ部２６に燃料を
供給するためのノズル孔６は１つ又は複数個環状に配列
して形成され、該ノズル孔６の燃料供給口６ａは概略前
記エツジ部２６に隣接して開口し、該ノズル孔６の他端
６ｂは燃料供給源（図示せず）に連結される。

上記構成において、振動子１０は、本体部１４に作動的
に接続された超音波振動発生手段５０により連続的に振
動される。従って、液体燃料がノズル孔６を介してエツ
ジ部２６に供給されると、液体燃料は微粒化され外方へ
と噴射される。

段付ハウジング１００は、前記霧化装置ｔを実質的に囲
包し、該霧化装置ｌｌのエツジ部２６より僅かに下流位
置にまで延在した小径のハウジング部１０２と、該ハウ
ジング部１０２から下流側へと拡開して延在した大径の
ハウジング部１０４とから成る。小径ハウジング部１０
２と大径ハウジング部１０４との連通部分１０３には、
所望に応じて保炎板１０５が配置される。

上記構成において、超音波霧化装置ｌと小径ハウジング
部１０２どの間に画成された環状通路ｌＯ６には矢印方
向に一次空気１０８が流通される。又、該環状通路１０
６には所望に応じ該−次空気流に旋回力を与えるために
スワーラ（旋回器）１１０が配設される。

前記旋回器１１０を通った一次空気は小径ハウジグ部１
０２に沿って下流方向に大径ハウジング部１０４へと流
動するが、その過程において、霧化装置１にて発生され
る燃料噴霧と混合される。

好ましくは、斯る燃料噴霧との混合を効率良く行なうた
めに霧化装置の液体微粒化部、即ちエツジ部２６へと一
次空気を転向するためにスロートｌ１２を前記環状通路
１０６内に設けることができる。

又、段付ハウジングｌＯＯの外周部には、二次空気１１
４が流通しており、前記大径ハウジング部１０４に形成
された複数の空気孔１１６から該ハウジング部１０４の
内部に形成される燃焼室１１８内へと流入される。

従来の燃焼器によると、超音波霧化装置ｌによる噴霧量
が大である場合には一次空気と混合された噴霧燃料は保
炎板１０５より下流へと延在して存在する循環流領域１
２０（第１図にて一点鎖線で示される領域）にまで達し
、更に燃焼室１１８内に導入された二次空気流１１４と
混合され、燃焼される。しかしながら、超音波霧化装２
１１による噴霧量が小である場合には、上述のように噴
霧燃料のペネトレーションが更に弱くなり、該噴霧は一
次空気に十分混合されることなく保炎板１０５の近辺に
て終る循環流領域１２２（第１図に（一点線で示される
憤域）に滞留する。斯る燃料過剰流体はその状態で燃焼
室ｌ１８へと流動するが、燃焼室１１８における二次空
気との混合にても十分ではなく、従って燃焼も不完全な
ものとなった。

本発明によると、上記従来の燃焼器の欠点を解決するべ
く、第１図に図示されるように、小径ハウジング部１０
２に複数個の空気孔１３０を形成し、該空気孔１３０か
ら半径方向に二次空気流１１４ａが導入される。該半径
方向二次空気流１１４ａは、上記循環流領域１２２内へ
と流動し、該領域に滞留する燃料過剰の噴霧流体と混合
し、適度に空気が混合した噴霧流を生じせしめる。この
ように適度に二次空気流と混合された噴霧流は次いで燃
焼室へとｙｔ動し、該燃焼室１１８にて大径ハウジング
部１０４の空気孔１１６から流入される残部の二次空気
流とさらに混合され、極めて好ましい燃焼が行なわれる
。

本発明を有効に実施するためには、空気孔１３０からの
空気流量を、超音波霧化装置に噴霧量に応じ制御するこ
とが好ましいが、斯る制御をするまでもなく、例えば、
超音波重化装置による噴霧量がｌ　ｇ　／　ｓの時、該
空気孔１３０からの空気流量を、−次空気流量に対し５
％以上とすることにより好適な結果が得られた。

第３図には、本発明の他の実施例を示しており、ボイラ
ー用の燃焼器が図示される。

本実施例においては、超音波霧化装置１を囲包して内側
ハウジング、即ち、燃焼筒２００が設けられ、更に該内
側ハウジング２００を囲包して円筒状の外側ハウジング
、即ち燃焼ｌｍ２２０が配設される。

内側ハウジング２００は、前記霧化装置ｌを実質的に囲
包し、該霧化装置１のエツジ部２Ｂより僅かに下流位置
にまで延在した小径のハウジング部２０２と、該ハウジ
ング部２０２から下流側へと拡開して延在した大径のハ
ウジング部２０４とから成る。

上記構成において、超音波霧化袋！１と小径Ｉ＼ウジン
グ部２０２との間に画成された環状通路２０６には矢印
方向に空気２０８が流通される。

又、該環状通路２０６には所望に応じ該空気流に旋回力
を与えるためにスワーラ（旋回器）２１０が配設される
。

前記旋回器２１０を通った空気は小径ハウジグ部２０２
に沿って下流方向へと大径ハウジング部２０４へと流動
するが、その過程において、霧化装置ｌにて発生される
燃料噴霧と混合される。

本発明に従えば、前記内側ハウジング２００の小径ハウ
ジング部２０２には空気孔２３０が複数個設けられ、該
空気孔２３０を通して燃焼ガス及び燃焼に使用されてい
ない空気の混合流が導入される。該混合気流は、上記実
施例と同様に、噴霧燃料と混合し、燃焼領域における燃
焼を完全なものとする。

１１立盈］ 以上の如くに構成される本発明に係る霧化装置によると
液体の供給量が大なる場合は勿論、低流量時でも噴霧の
微粒化及び安定した噴霧を行ない、且つ空気と液体との
混合を増進せしめ、良好な燃焼を達成することができる
。更に又、上述のように１本発明によると、燃焼の安定
化及び排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、−酸化炭素（Ｃ
Ｏ）及びススを大幅に減少せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る超音波霧化装置付燃焼器の一実
施例の主要部分断面図である。 第２図は、本発明に使用される超音波霧化装置の一実施
例の断面図である。 第３図は、本発明に係る超音波霧化装置付燃焼器の他の
実施例の主要部分断面図である。 ｌ：Ｎ化装置 １０：振動子 ２６：エツジ部 １００．２００：ハウジング（燃焼筒）１３０．２３０
：空気孔 第１図 ＋１８ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）超音波振動発生手段と、該超音波振動発生手段に一
   端が連結されそして他端にはエッジ部を有した細長の振
   動子とを具備し、前記エッジ部に液体を供給し該液体を
   微粒化する超音波霧化装置を具備した燃焼器において、
   前記振動子のエッジ部を覆つてハウジングを設けそして
   該ハウジングの前記エッジ部に近接して複数個の空気孔
   を穿設し、前記エッジ部にて微粒化された噴霧流中に前
   記空気孔を介して空気を噴出することを特徴とする超音
   波霧化装置付燃焼器。