JPS6262253B2 - - 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
装置関にする。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
カ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
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号及び第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間運転することに
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吐出口をオリフイ
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図に示すように、本発明による
重質燃料油燃焼装置すなわちバーナは、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。

バーナノズルは、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２
５とからなる。さらにバーナノズルは、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６７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１３０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１３１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１２６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１２６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３
０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２
５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。

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
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１５２，１５３及び１５１，１５
４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。

燃焼ノズル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、該制御装置は、種々の特性
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に供給される。ヒータ１０６
及び電気的燃料ヒータ１０８は共に燃料重油を加
熱する機能を有している。ヒータ１０８は、スチ
ームヒータ１０６にて予熱された燃料重油を差動
スイツチ１１０からの制御信号に応じて加熱制御
し、その粘度を一定に保つ働きをする。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１０８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
力調整パ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燃料
測定バルブ１２０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１
２０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。

上記した本発明による装置は、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全な燃
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本発明による燃焼装置を
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、３５……霧化ノズル、
３９……安定化コーン、４５……バーナ・スカー
ト、６５……バーナアセンブリ、８５……燃焼室
壁、８６……燃焼室、９０……ブロワ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼室と、燃焼空気源と、霧化用加圧ガスを
   供給する供給手段と、一次及び二次空気源を具備
   したバーナーと、点火手段と、霧化燃料ノズル
   と、液体燃料粘度制御装置とからなる燃焼装置で
   あつて、前記霧化燃料ノズルは、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
   内側部材とからなり、前記内部部材の前記他端の
   開口端部にて前記霧化用加圧ガスを供給する供給
   手段から前記霧化用加圧ガスを供給され、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
   に当接して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
   は前記液体燃料粘度制御装置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、及び、前記液体燃料粘度
   制御装置は、第１燃料ポンプと、タンクから液体
   燃料を予熱して供給する第１燃料ヒータと、予熱
   された前記液体燃料を脱気する空気分離手段と、
   オリフイスと、前記オリフイスを通過する脱気加
   圧燃料流を生ぜしめるための第２燃料ポンプ及び
   圧力制御手段と、前記オリフイスを流れる前記燃
   料による圧力降下を連続的に測定する手段と、前
   記圧力降下に応答して最大最小値を保つ第２燃料
   加熱手段とからなること特徴とする燃焼装置。 ２ 前記霧化通路及び前記ガス通路間の前記キヤ
   ビテイは最小ギヤツプをなし、燃料不純物を撚料
   油と共に急速に流出せしめることによつて前記霧
   化通路から放出させるように働くことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の燃焼装置。 ３ 前記液体燃料の圧力が前記空気の圧力より小
   な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。 ４ 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項記載の燃焼装置。 ５ 前記燃焼室は、先端を切つた形の円錐状第１
   及び第２端部を有する円筒部からなり、前記円筒
   部と円錐状端部の結合部は鈍角であり、前記第１
   円錐状部は燃焼ガスチヨークを形成し、前記第２
   円錐状端部は窓を形成し、前記燃焼室は前記窓に
   霧化燃料及び一次及び二次空気を供給して点火せ
   しめる燃焼器を搭載する手段を有し、前記燃焼器
   及び円筒部と円錐部との接合部は協働して前記接
   合部近傍に燃料空気還流域を形成して前記燃焼室
   内での燃焼を促進せしめるようになつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼装
   置。