JPS62206310A - 音響エネルギ−を用いた改良型炉用バ−ナ− - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化学用または冶金用の炉に用いるバーナーで
あって、音響エネルギーを用いるよう改変され、流体燃
料のより細かな噴霧と、かくして生成された微細な燃料
の粒子の効率的な燃焼をもたらす改良型のバーナーに関
する。

〔従来の技術〕

トンネル炉及びロータリー窯のような炉は、多くの異な
る種類のバーナーを採用していることが知られている。

例としては、通常の燃料油バーナー、ロータリーバーナ
ー、及び圧電素子によって発生された超音波エネルギー
を用いるバーナーなどがある。しかしながら、この最後
に示した種類のバーナーは、流量が低いために応用範囲
が限られている。いかなる燃焼作業においても、基礎を
なす原理として、ガスや空気の噴出流中で流体燃料の噴
霧を行うことがある。

即ち高速高圧の噴出流が燃料を小さな液滴へと破砕し、
これらの液滴が気体の流れと混じり合い、且つ気体の流
れ中に浮遊状態に維持されるものである。噴霧された燃
料は次いで、炉若しくは炉の内部に配置されたバーナー
の口のところで点火される。

音響エネルギーを利用するバーナーは、圧縮ガス、主と
して圧縮空気にとって固有の特徴或いは機能を常に利用
している。尚以下ではこのバーナーを「音響バーナー」
とも呼ぶ、この特徴は、本質的に二つの要素からなる。

まず第一に、圧縮空気は音波を生成し、この音波が流体
燃料を細かな液滴へと噴霧するのに用いられ得るという
ことである。第二には、燃焼作業の間の一次空気の機能
を遂行するために、圧縮空気の流れが用いられ得るとい
うことである。一般的に、噴霧された液滴の大きさは、
用いられる圧縮ガス即ち圧縮空気の圧力及び量を調整す
ることによって変化させることができ、このことは得ら
れる炎の長さ、火炎速度、及びターンダウン率に順次関
係する。

流体燃料の噴霧のために音響エネルギーを利用するバー
ナーは適度に良く知られており、そして一般的に、流体
燃料の噴霧の実施を行うためには先ず何よりも先に圧力
が高低に変化する領域を確立しなければならないという
欠点を有している。おそらく音響バーナーの従来技術と
して最良の例は、米国のソニック・デベロソプメント・
コーポレーションに対して与えられたインド国特許第９
２３８７号に開示されたものであろう。このインド国特
許によれば、バーナーはガス状の媒質内で塊状物質を噴
霧する装置を含んでおり、この装置は高速のガス流が供
給される中細ノズル（超音速ノズル）を有していて、該
ガス流はノズルの収束部分で加速され、末広がりの拡散
部分で拡がるようになっている。ノズルの拡散部分にあ
る出口から距離を置いて、高速のガス流を遮り音圧波を
作り出す鼓動装置が配置されており、ノズル出口と鼓動
装置の間の空間がただ一つの噴霧領域を構成している。

ノズルの拡散部分の出口または噴霧領域への開口には、
噴霧される流状物質を送給する装置が取着されている。

本質的にはガス状の燃料であるこの塊状物質は、流出す
ると噴出する圧縮空気に乗せられ、鼓動装置により発生
される音波との衝突によって噴霧される。

〔発明の解決しようとする問題点〕

従来技術による音響バーナーには、総てに共通する一つ
の重要な特徴がある。それは、液体燃料の噴霧を一段階
よりも多くの段階をもって行うことができないことであ
る。その結果、達成される噴霧化の程度が限られてしま
い、このことは燃焼中の効率の低下へと反映する。

そこで本発明の本質的な目的は、このような問題点を解
決すること、即ち、燃焼中の効率の度合を増加させうる
ように、液体燃料の噴霧について付加的な段階を提供す
る、改良された音響バーナーを案出することである。

〔問題点を解決するための手段〕

しかして本発明は、燃焼される流体燃料の噴霧のために
音響エネルギーを採用する、炉用の改良されたバーナー
を提供するものであるが、これは、圧縮ガス又は圧縮空
気流を送給する第一の送給手段と、該第一の送給手段の
出口端部に結合された中細ノズルと、該ノズルの拡散部
分にあるノズル出口に離間して結合された共鳴装置と、
燃焼される流体燃料の送給のための環状通路を提供する
ために前記第一の送給手段の周囲に同心に配置された第
二の送給手段と、前記環状通路を前記ノズルの前記拡散
部分より上流に結合する複数の半径方向のダクトとから
なる。これによって、前記第一の送給手段を通って圧縮
空気またはガスが高速高圧で送給されると、流体燃料は
前記半径方向のダクトを通って前記ノズルへと導かれま
たノズル内で噴霧化され、かくして第一の噴霧領域が構
成される。噴霧化された燃料の流れ及び前記ノズルの出
口から噴出された空気は前記共鳴装置に衝突し、これに
より生成された音波は噴出する流れに反射して、流れに
運ばれている噴霧化された燃料をさらに噴霧する。前記
ノズルの出口と前記共鳴装置の間の空間は、第二の噴霧
領域を構成する。

本発明の好ましい特徴によれば、中細ノズルは、収束し
ている入口部と、細い円筒状の中央部即ち安定化部と、
及び拡散する出口部を備えたベンチュリ管の形状をもっ
て提供される。第一の送給手段によってノズルへと送ら
れてきた圧縮空気は、収束部分で加速され、拡散部分で
拡大する。このことはノズルの細腰の部分、即ち細い中
央部分に真空状態を生ずる結果となる。

従って、環状通路から流体燃料を送給する半径方向のダ
クトはノズルに対し、その拡散部分よりも上流ならどこ
にでも結合されることができるけれども、ダクトが中細
ノズルの細い中央部分に結合されることが最も効果的で
ある。なぜなら、生じている真空により、環状通路から
の流体燃料の吸引が最も容易となるからである。

好ましくは、第一と第二の送給手段は、圧縮ガス又は空
気と流体燃料とをそれぞれ送給するように同心に配置さ
れた一対の管からなる。

好ましい特徴によれば、前記環状通路と中細ノズルの細
い中央部分とを結合する半径方向のダクトは４本から１
２本あり、これらのダクトは相互に規則的な間隔をもっ
て配置されている。

例えばダクトが４本の場合には間隔は９０°であり、ダ
クトが８本のときは４５６であり、ダクトが１２本のと
きには３０°である。

共鳴装置は何らかの適当な隔置手段、例えば複数の棒状
或いは脚部状の部材により、ノズルの出口から隔置即ち
間隔を置いて配置されている。好ましくは、脚部状部材
はノズルの出口から収束するように延出して、該部材の
端部の間で共鳴装置を保持する。

本発明のバーナーはどのような流体燃料についても採用
され得るが、油のような液体燃料をもって作動するのに
特に適合する。噴霧用の動因として用いるのに最も便宜
な圧縮ガスは圧縮空気である。

〔実施例〕

本発明を以下添付の第１図に基づいて詳細に説明する。

図示のバーナーは、圧縮空気の如き圧縮ガスの流れを送
給する第一の送給手段として、内側管状体ｌを有する。

内側管状体ｌの周囲には、第二の送給手段として外側管
状体２が同心に設けられている。この外側管状体２には
、開口１１を介して流体燃料の源から本実施例の場合に
は燃料油が供給され、該燃料油は内側管状体ｌと外側管
状体２の間の環状通路ＩＯを図の上方に移動する。内側
管状体１と外側管状体２には、バッキング８及びグラン
ド・ナツト９による必要な連結が与えられており、圧縮
空気及び燃料油がそれぞれバーナーに入る時点において
混合しないことを確かなものにしている。

内側管状体ｌは、その出口端部において中細ノズル３に
接続されている。中細ノズル３は収束した入口部４と、
細腰の円筒状中央部５と、拡散した出口部６とからなる
。９０°の規則的な間隔で配置された４本のダクト７が
、環状通路１０から半径方向内方に延伸し、中細ノズル
３の中央部５と結合している。中細ノズル３に結合され
ているがその出口開口１５から外方に隔置されているも
のは、共鳴室１３を含む共鳴装置１２である。この共鳴
装置１２の結合は、収束する如くに配置された脚部材１
４によって行われている。

脚部材１４は中細ノズル３から外方に延伸し、共鳴装置
１２は脚部材１４の先端に設けられていて、中細ノズル
３からの圧縮空気流の直接の噴出路にある。

以ドに本発明のバーナーの作動について、図面を参照し
て説明する。内側管状体ｌを通って送給されてきた圧縮
空気は中細ノズル３に入り、その送給速度は収束した入
口部４で加速され、その後拡散する出口部６で拡がる。

この動作は、細い円筒状の中央部５に真空を生ずる。そ
の結果、外側管状体２の開口１１から環状通路１０に供
給された燃料油は、環状通路１０と中央部５を連結する
半径方向のダクト７から中央部５へと導かれる。この内
部に導かれた燃料油は、中細ノズル３自体の中で、とり
わけ中央部５の中で、圧縮空気の奔流により噴霧される
。中央部５はかくして、第一の噴’Ｉａ　ＴＪ域を形成
する。そして噴霧された油の粒子を乗せた圧縮空気の流
れは、中細ノズル３の拡散した出口開口１５から出て、
共鳴装置１２の共鳴室１３に対して衝突する。共鳴装置
１２に対する高速の空気の衝突は音波を生成し、この音
波は噴出する空気流に反射し、該空気流中にある既に噴
霧された油の粒子を、一層細かな、実質的に均一な微細
な粒子へと破砕する。これによって、第二段階の噴霧が
もたらされる。この非常に微細に噴霧された油の粒子は
炉へ送られ、そのミクロ的な細かさにより、燃焼を非常
に効率的に行い得るようになる。本発明のバーナーは、
その二段階の噴霧を通して、１０から３０ミクロンの噴
霧化粒子を生成しうろことが見出されている。このこと
は、従来のバーナーで達成されていた５０から１００ミ
クロンの粒子と対照的である。

本発明のバーナーは、全体をステンレス鋼で造るか、ま
たは炉の作動温度に耐えられる他の金属の合金で造るこ
とが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の音響バーナーの一実施例の軸方向断
面図である。 ｌ・・・内側管状体　　　　２・・・外側管状体３・・
・中細ノズル　　　　４・・・入口部５・・・中央部　
　　　　　６・・・出口部７・・・ダクト　　　　　　
８・・・バッキング９・・・グランド・ボルトｌＯ・・
・環状通路１１・・・開口　　　　　　　１２・・・共
鳴装置１３・・・共鳴室　　　　　　１４・・・脚部材
１５・・・出口開口 出願人代理人　　　古　谷　　　馨 同　　　溝部孝彦 同　　　古谷　聡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼される流体燃料の噴霧のために音響エネルギー
   を用いた改良型炉用バーナーであって、圧縮ガス又は圧
   縮空気流を送給する第一の送給手段と、該第一の送給手
   段の出口端部に結合された中細ノズルと、該ノズルの拡
   散部分にあるノズル出口に離間して結合された共鳴装置
   と、前記第一の送給手段の周囲に同心に配置され燃焼さ
   れる流体燃料の送給のための環状通路を提供する第二の
   送給手段と、前記環状通路を前記ノズルの前記拡散部分
   より上流に結合する複数の半径方向のダクトとからなり
   、前記第一の送給手段を通って圧縮空気またはガスが高
   速高圧で送給されると流体燃料は前記半径方向のダクト
   を通って前記ノズルへと導かれまたノズル内で噴霧化さ
   れて第一の噴霧領域が構成され、噴霧化された燃料の流
   れ及び前記ノズルの出口から噴出された空気が前記共鳴
   装置に衝突して生成した音波が噴出する流れに反射して
   該流れに運ばれている噴霧化された燃料をさらに噴霧し
   て前記ノズルの出口と前記共鳴装置の間の空間に第二の
   噴霧領域を構成する、前記バーナー。 ２　前記中細ノズルは収束する入口部と、細い円筒状の
   中央部と、拡散する出口部とからなるベンチュリ管の形
   状である、特許請求の範囲第１項記載のバーナー。 ３　前記半径方向のダクトは前記環状通路を前記中細ノ
   ズルの細い円筒状の中央部に結合する、特許請求の範囲
   第２項記載のバーナー。 ４　前記環状通路を前記中細ノズルの細い円筒状の中央
   部に結合する前記半径方向のダクトは４〜１２本設けら
   れており、該ダクトは相互に３０°から９０°の規則的
   な間隔で配置されている、特許請求の範囲第３項記載の
   バーナー。 ５　前記第一及び第二の送給手段は同心に配置された一
   対の管からなる、特許請求の範囲第１項から第４項のい
   ずれかに記載のバーナー。 ６　前記共鳴装置は、前記中細ノズルの出口から収束す
   るように延出する複数の脚部状部材であって前記共鳴装
   置をその端部の間で保持する脚部状部材によって前記中
   細ノズルの出口に離間して結合されている、特許請求の
   範囲第１項から第５項のいずれかに記載のバーナー。 ７　噴霧される流体燃料は油の如き液体燃料であり、バ
   ーナーは全体がステンレス鋼または炉の高温に適応しう
   る類似の材料から作成される、特許請求の範囲第１項か
   ら第６項のいずれかに記載のバーナー。 ８　実質的に添付図面に示されまた該図面を参照してこ
   こに説明される、燃焼される流体燃料の噴霧のための音
   響エネルギーを用いた改良型炉用バーナー。