JPH11281018A - 管状火炎バーナ - Google Patents
管状火炎バーナInfo
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- JPH11281018A JPH11281018A JP7587598A JP7587598A JPH11281018A JP H11281018 A JPH11281018 A JP H11281018A JP 7587598 A JP7587598 A JP 7587598A JP 7587598 A JP7587598 A JP 7587598A JP H11281018 A JPH11281018 A JP H11281018A
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Abstract
が広く、小型化されると共に、有害物質の発生量が少な
い管状火炎バーナを提供すること。 【解決手段】 一端が開放された管状の燃焼室10を有
し、この燃焼室10の他端部に酸素含有ガスを吹き込む
ノズル11がその内壁面の接線方向に向けて設けられ、
このノズルが配置されている位置と同一の周面に液体燃
料の噴射弁12が設けられている。
Description
オイルバーナに関する。
発型に大別される。噴霧型のバーナとしては、液体燃料
を加圧して噴口から高速で噴射し、微粒化して燃焼させ
る方式によるもの、液体燃料を加圧空気の気流と共に噴
射して微粒化し、燃焼させる方式によるもの等があり、
燃料の噴射がバーナの下流で行われる。又、予蒸発型の
バーナは、予め、液体燃料を加熱してガス化させたの
ち、空気と混合して燃焼させるものであって、燃料の噴
射がバーナ内で行われる。これらの型式のバーナは、火
炎がバーナの前方に形成される。
バーナにおいては、幾つかの問題点があり、その主たる
ものを挙げれば、次のごとくである。
るため、バーナの前方に広い燃焼用の空間を確保しなけ
ればならず、燃焼設備が大型になる。さらに、燃焼量の
調節幅が狭く、燃焼量を大幅に変更する必要がある場合
には、複数のバーナを設置しなければならず、操作が複
雑になると共に、燃焼設備が一層大型になる。
害物質の生成量が増加したり、炭化水素などの未燃焼分
が排出したり、ススが生成したりし、環境汚染源の一つ
になることが懸念される。
量の調節範囲が広く、小型化されると共に、有害物質の
発生量が少ない管状火炎バーナを提供することを目的と
する。
めに、第一の発明においては、一端が開放された管状の
燃焼室を有し、この燃焼室の他端部に酸素含有ガスを吹
き込むノズルがその内壁面の接線方向に向けて設けら
れ、このノズルが配置されている位置と同一の周面に液
体燃料の噴射弁が設けられている。第二の発明において
は、燃焼室の一部が二重管状に形成され、その外管に酸
素含有ガスを吹き込むノズルが内壁面の接線方向に向け
て設けられ、内管には管軸方向に沿って形成されたスリ
ットが同一周面に複数設けられると共に、内管内へ液体
燃料を噴霧するための噴射弁が配置さている。
二の発明において、酸素含有ガスを吹き込むノズル及び
液体燃料の噴射弁が配置されている位置よりも上流側
に、気体燃料と酸素含有ガスよりなる予混合気を吹き込
むノズル又は気体燃料を吹き込むノズルと酸素含有ガス
を吹き込むノズルが設けられている。
二の発明において、燃焼室の他端部に、その管軸方向に
移動可能なスペーサーが設けられている。
かの発明において、酸素含有ガスを吹き込むノズルに接
続された酸素含有ガス供給ラインに加熱器が配置され、
この加熱器出口の酸素含有ガスの温度を調節する装置が
設けられている。
かの発明において、燃焼室の下流端部の内壁温度を測定
するための温度計が設けられ、この温度計の検出値に基
づいて、液体燃料及び/又は酸素含有ガスの流量を調節
するするように構成された制御機構が設けられている。
かの発明において、燃焼室の下流部が開放端に向けて縮
径された形状をなしている。
かの発明において、燃焼室の内壁の少なくとも一部が耐
火物で形成されている。
かの発明において、燃焼室の少なくとも一部に冷却ジャ
ケットが設けられている。
かの発明において、燃焼室の液体燃料の噴射弁が配置さ
れている位置よりも燃焼排ガスの排出口側に冷却ジャケ
ットが設けられて、この部分が二重管状に形成され、こ
の二重管状に形成された部分の外管に冷却流体となる酸
素含有ガスを供給するノズルが設けられ、又、燃焼室に
は管軸方向に沿ってスリット状の開口が設けられ、この
開口から燃焼室内へ酸素含有ガスが吹込まれるように構
成されている。
しては、灯油、軽油、アルコール、A重油など比較的に
低い温度で気化するものであることが望ましい。
空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガスなど
燃焼用の酸素を供給するガスを指すものとする。
に係る第1の例を示す図で、図1は一部を切り欠いた側
面図、図2は図1におけるA−A矢視の断面図である。
10は管状の燃焼室であり、一端が開放されて燃焼排ガ
スの排出口になっている。そして、他端部には管軸方向
に沿って長いスリットが形成されており、このスリット
に接続させて酸素含有ガスを吹き込むノズル11が設け
られている。ノズル11は燃焼室10の内壁面の接線方
向に向けて設けられており、酸素含有ガスの吹き込みに
よって、燃焼室10内に旋回流が形成されるようになっ
ている。又、ノズル11は先端部の形状が偏平で、かつ
その開口面積が縮小されており、酸素含有ガスが高速で
吹き込まれるようになっている。この際、酸素含有ガス
は予熱されて供給される。
一の周面には液体燃料の噴射弁12が設けられており、
酸素含有ガスの旋回流中に液体燃料が噴射されるように
なっている。この実施の形態における噴射弁12は液体
燃料を加圧空気の気流と共に噴射して微粒化するもの
(二流体噴射弁)であり、噴射弁12には液体燃料配管
及び空気配管が接続されている。13は点火プラグであ
る。
び液体燃料の噴射弁12が配置されている位置よりも上
流側に、気体燃料と空気よりなる予混合気を吹き込む気
体燃料ノズル14が設けられている。この気体燃料ノズ
ル14は燃焼室10の内壁面の接線方向に向けて設けら
れており、その吹き込みによって、燃焼室10内に旋回
流が形成されるようになっている。
11から酸素含有ガスを吹き込んで旋回流を形成させる
と共に、噴射弁12から液体燃料を噴射すると、液体燃
料の蒸発が始まり、その液滴が気化したり、液滴が更に
微細になったりする。このような状態にして点火する
と、噴射された液体燃料は気体燃料と同様に燃焼する。
密度差によって層別され、火炎の両側に密度の異なるも
のの層ができる。すなわち、旋回速度の小さい軸心側に
は高温の燃焼ガスが存在し、旋回速度の大きい燃焼室の
内壁側には未燃焼のガスあるいは未蒸発の液滴を含むガ
スが存在するようになる。又、内壁の近傍では、旋回速
度が火炎伝播速度を上回っているため、火炎が形成され
ることはない。このため、燃焼室10内では火炎が管状
の形になって生成する。50は管状の火炎を示す。そし
て、燃焼室10内のガスは旋回しながら下流側へ流れ、
その間、内壁側のガスや液滴が順次燃焼して軸心側へ移
動し、開放端部から排出される。なお、燃焼室の内壁付
近には未燃焼のガスが存在しているので、燃焼室10の
壁面が直接的な伝熱により高温になることはない。
おいては、ノズル14から吹き込まれた気体燃料が燃焼
して管状の火炎が生成する。この気体燃料のノズル14
はパイロットバーナの役目をなすと共に、液体燃料を噴
射している際に、その蒸発を促進する作用をもなす。さ
らに、着火性がよくない液体燃料を使用する場合には、
ノズル14から吹込んだ気体燃料・空気の予混合気に着
火させてから液体燃料を噴射させると、確実に着火させ
ることができる。
噴射弁として、二流体噴射弁を使用しているが、液体燃
料の噴射弁は、必ずしも、二流体噴射弁でなければなら
ない訳ではなく、加圧噴霧式のものであってもよい。但
し、液体燃料の液滴が一層微細になれば、燃焼性がさら
に向上するので、より好ましい噴射弁としては二流体噴
射弁が挙げられる。
射弁12が配置されている位置よりも上流側に管状火炎
を形成させるために、気体燃料と空気よりなる予混合気
を吹き込む気体燃料ノズル14が設けられているが、気
体燃料による管状火炎を形成させるものは予混合気でな
ければならない訳ではなく、気体燃料と空気を別々のノ
ズルから吹き込んでもよい。
な利点を有する。燃焼室10内で燃焼が完了してしま
い、燃焼室10の外(バーナの外)には火炎が存在しな
いので、バーナの前方に燃焼用の空間を確保しなくても
よい。
で、燃焼排ガスの導入先に流れ場が形成されていても、
バーナ内の火炎に影響を及ぼすことがなく、保炎器等を
設ける必要がない。
で吹き込まれるにも拘らず、燃焼室10内の中央部は旋
回速度が小さく、ここで火炎が安定化されるので、吹込
速度が大きい場合にも安定な火炎が形成され、燃料希薄
あるいは過濃での燃焼が可能である。又、供給された酸
素含有ガス及び燃料がすべて火炎帯を通過するように流
れ場が形成されるため、生ガスが直接排ガス中に混入す
ることはない。
ことによって、下記のような利点が付加される。
小さく、燃焼排ガスの導入先における各部の温度がバラ
ツキのない状態に維持される。
に関連して余分な空気を供給する必要がなくなるため、
高温の燃焼ガスを発生させることができる。又、燃料ガ
ス成分が非常に希薄の状態あるいは過濃の状態になる条
件でも燃焼させることができるので、バーナ自身の安定
燃焼範囲が広くなると共に、燃焼排ガス温度の選択範囲
を広げることもできる。
焼時に局部的な高温部が発生しないので、NOXなどの
有害物質の生成量が少ない。
的低温領域が形成されないので、炭化水素などの未燃焼
分の残留量が極めて少なくなく、ススも殆ど生成しな
い。
を示す図で、図4は図3におけるB−B矢視の断面図で
ある。図3、図4において、図1及び図2で説明した部
分については、同一の符号を付し説明を省略する。この
実施の形態においては、燃焼室10の一部が外管15と
内管16よりなり、二重管状に形成されている。この二
重管状に形成された部分が燃料吹込み部になっており、
外管15にはその内壁面の接線方向に向けて酸素含有ガ
スを吹き込むノズル11が設けられている。
れたスリット17が円周方向に複数設けられており、こ
のスリット17がノズル11から吹き込まれたガスの燃
焼室10内への吹き込み口になっている。スリット17
は円周方向に対して等間隔に配置されたり、あるいは対
称の位置に配置されたりする。
内管16の内壁面の接線方向に向けて設けられており、
ノズル11から吹込まれて外管15の内側に旋回流を形
成したガスが、再びスリット17からその内壁面の接線
方向に吹込まれ、内管16内にも旋回流が形成されるよ
うになっている。さらに、内管16には管内へ液体燃料
を噴霧するための噴射弁12が配置さており、スリット
17から吹込まれて旋回流を形成している酸素含有ガス
中に液体燃料が噴射されるようになっている。
16の複数箇所から吹込まれる酸素含有ガスの旋回流中
に液体燃料が噴射されるので、液体燃料と酸素含有ガス
の混合が促進され、燃焼性が向上する。さらに、外管1
5に酸素含有ガスを吹き込むノズル11が設けられてお
り、内管16が常に吹込まれた酸素含有ガスで覆われる
ようになっているので、内管16が自己冷却される。こ
のため、その内側に存在する火炎や軸心側の高温ガスの
輻射熱によって加熱されても、内管16の温度上昇は抑
えられる。
を示す図であって、一部を切り欠いた側面図である。図
5において、図1〜図2で説明した部分については、同
一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態におい
ては、燃焼室10の上流側の端部にスペーサー18が挿
入されている。このスペーサー18は燃焼室10と摺動
してその管軸方向に移動可能になっている。19はスペ
ーサーの駆動装置である。このため、スペーサー18を
下流側へ移動させれば、燃焼室10内の燃焼区間が短く
なるようになっている。なお、スペーサー18を液体燃
料の噴射弁12が設置されている位置の一部まで移動さ
せる場合には、その位置にある噴射弁だけを全閉にすれ
ば、液体燃料の吹込みに支障をきたすことはない。
を減少させた場合に火炎長が短くなっても、スペーサー
18を適宜下流側へ移動させることによって、火炎が形
成される位置が調整され、火炎の端が常にバーナの下流
端部に形成されるようにすることができる。このため、
燃焼室10の下流端部が高温に曝されて損傷したりする
問題の発生が防止される。
を示す図である。図6において、図1、図2で説明した
部分については、同一の符号を付し説明を省略する。こ
の実施の形態においては、酸素含有ガスを吹き込むノズ
ル11に接続された酸素含有ガス供給ラインに、酸素含
有ガスを予熱するための加熱器20が設けられている。
加熱器20には加熱流体として燃焼排ガスを流通させ、
その熱回収が行われるようになっている。又、加熱され
た酸素含有ガスの温度を調節するために、温度調節装置
21が設けられている。温度調節装置21は加熱器20
の出口温度を検出する温度計22と燃焼排ガスの流量調
節弁23とを有し、酸素含有ガスを所定の温度に予熱す
ることができるように構成されている。
焼排ガスに限定されるものではなく、別途に燃焼させて
得た高温ガス等であってもよく、酸素含有ガスをより高
温にして液体燃料の着火性をよくすることが望ましい。
又、加熱器20で加熱された酸素含有ガスの温度を調節
する場合、上記のように加熱流体の流量を調節するので
はなく、加熱された酸素含有ガスに冷空気を混合する方
法を採用してもよい。
℃を上限にする必要がある。燃焼室10内へ600℃以
上の酸素含有ガスを吹き込むと、噴射弁12内又はその
近傍で液体燃料が熱分解して炭化し、ススが発生しやす
い。
を示す図である。図7において、図1、図2で説明した
部分については、同一の符号を付し説明を省略する。こ
の実施の形態においては、燃焼室10の下流端部の内壁
温度を測定するための温度計24が設けられており、こ
の温度計24で検出された値の信号が演算・制御器25
へ送られるようになっている。又、噴射弁12に接続さ
れた液体燃料配管及びノズル11に接続された酸素含有
ガスの配管には、それぞれ流量調節計26,27が設け
られており、これらの流量調節計26で検出された流量
値の信号が演算・制御器25へ送られると共に、演算・
制御器25から流量調節計26及び流量調節計27へ制
御信号が送られるようになっている。
炎は下流に向かうに従って旋回流が減衰して火炎の形状
が崩れる傾向があり、下流端部の内壁温度が高温になっ
たり、あるいは未燃焼のガスが残留したまま排出された
りする現象が起こるが、上記のように構成されたバーナ
においては、演算・制御器25からの制御信号に基づい
て、下流端部の内壁温度が所定温度になるように、液体
燃料の流量及び酸素含有ガスの流量が調節されたり、あ
るいは液体燃料と酸素含有ガスの流量が個別に調節され
る制御が行われる。このため、燃焼室10の下流端部に
おいては、常に管状の火炎が形成され、かつ火炎が燃焼
室10の外に出ない長さに維持されるので、下流端部が
高温に曝されて損傷したり、未燃焼ガスが排出したりす
る問題の発生が防止される。
を示す図であって、一部を切り欠いた側面図である。図
8において、図1〜図2で説明した部分については、同
一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態におい
ては、燃焼室10の下流部が開放端に向けて縮径され、
先細りの形状をなしている。
れば、吹き込み量が減少しても、下流端部における旋回
速度大きくすることができる。このため、下流端部にお
いても、正常な管状火炎が形成され、下流端部の内壁が
異常な高温になって損傷したり、燃焼排ガスの組成が悪
化したりする問題が発生しなくなる。
を示す図であって、一部を切り欠いた側面図である。図
9において、図1〜図2で説明した部分については、同
一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態におい
ては、燃焼室10が二つの部分からなり、上流部側の部
分10aが金属で形成され、下流部側の部分10bが耐
火物で形成されている。この二つの部分はフランジ接合
によって連結されている。そして、この燃焼室10は取
付け先の装置に設けられた開口にフランジ接合される。
40はバーナを取付ける装置の鉄皮、41は鉄皮に内張
りされた耐火物を示す。
流側の部分が耐火物で形成されていると、液体燃料と酸
素含有ガスの混合比の変動によって火炎長が短くなった
り、旋回流が減衰して管状火炎の形状が崩れたりして、
燃焼室10の下流側が高温になったり、あるいは火炎や
軸心側の高温ガスからの輻射熱によって加熱されても、
燃焼室10の損傷は回避される。
損傷を防ぐ手段としては、図9に示す実施の形態の他
に、燃焼室10の少なくとも下流側の部分を冷却構造に
してもよい。そして、冷却方式の選定に際しては、水冷
方式よりも、空冷方式によるのがよい。水冷方式の場
合、内壁が過度に冷却され、内壁面に燃焼排ガス中の水
分が結露する可能性がある。
施の形態に係る第8の例を示す図であって、図10は一
部を切り欠いた側面図、図11は図10におけるC−C
矢視の断面図、図12は図10におけるD−D矢視の断
面図である。図10〜図12において、図1〜図2で説
明した部分については、同一の符号を付し説明を省略す
る。この実施の形態においては、燃焼室10の液体燃料
の噴射弁12が配置されている位置よりも燃焼排ガスの
排出口側に冷却ジャケット28が設けられており、この
部分が二重管状に形成されている。この二重管状に形成
された部分の外管29には冷却流体となる酸素含有ガス
を供給するノズル30が内壁面の接線方向に向けて設け
られている。又、二重管状に形成された部分の内管であ
る燃焼室10には管軸方向に沿ってスリット状の開口3
1が設けられ、この開口31から燃焼室10内へ酸素含
有ガスが吹込まれるようになっている。又、燃焼室10
に設けられているスリット状の開口31はその内壁面の
接線方向に向けて設けられている。
面の接線方向に向けて設けられていると、燃焼室10の
外周を流れる酸素含有ガスの流速が大きくなって、燃焼
室10からの伝熱が促進されると共に、ジャケット28
内の温度差が小さくなる。又、開口31が燃焼室10の
内壁面の接線方向に向けて設けられていると、燃焼室1
0内へ吹込まれた酸素含有ガスは旋回しながら混合され
るので、旋回流によって形成されている管状火炎が乱さ
れる現象は起らない。
冷却流体として酸素含有ガスを供給すると、燃焼室10
が冷却され、前述のような燃焼条件の変動に起因する異
常な温度上昇が防止されると共に、燃焼室10から放散
される熱が酸素含有ガスによって回収される。そして、
この酸素含有ガスが二次空気として燃焼室10内へ吹込
まれるので、燃焼排ガスが高温になり、CO等の有害ガ
スの発生が抑制される。このため、上記の構成によれ
ば、省エネルギー化及び低公害化の機能を有する管状火
炎バーナを得ることができる。
ケット28に供給された酸素含有ガスが加熱された後、
燃焼室10内へ吹込まれるようになっているが、この加
熱された酸素含有ガスを液体燃料を燃焼させるための一
次空気として、吹込みノズル11へ供給してもよい。
かつ安定な火炎が形成されるので、高負荷の燃焼が可能
である。又、燃焼量の調節範囲が広いので、1基のバー
ナで広範囲の燃焼量に対応することができる。さらに、
バーナ内に火炎が形成されるので、バーナの前方に燃焼
用の空間が必要ではなく、燃焼設備の小型化が達成され
る。
く、局所的高温領域の形成が回避され、かつ酸素供給比
を下げることもできるので、NOXなどの有害ガスの発
生が極めて少なく、ススの発生も殆どなく、未燃焼のま
ま排出されるガスも殆どなく、排ガスの低公害化が達成
される。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 一端が開放された管状の燃焼室を有し、
この燃焼室の他端部に酸素含有ガスを吹き込むノズルが
その内壁面の接線方向に向けて設けられ、このノズルが
配置されている位置と同一の周面に液体燃料の噴射弁が
設けられたことを特徴とする管状火炎バーナ。 - 【請求項2】 燃焼室の一部が二重管状に形成され、そ
の外管に酸素含有ガスを吹き込むノズルが内壁面の接線
方向に向けて設けられ、内管には管軸方向に沿って形成
されたスリットが同一周面に複数設けられると共に、内
管内へ液体燃料を噴霧するための噴射弁が配置されたこ
とを特徴とする管状火炎バーナ。 - 【請求項3】 酸素含有ガスを吹き込むノズル及び液体
燃料の噴射弁が配置されている位置よりも上流側に、気
体燃料と酸素含有ガスよりなる予混合気を吹き込むノズ
ル又は気体燃料を吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き
込むノズルが設けられたことを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の管状火炎バーナ。 - 【請求項4】 燃焼室の他端部に、その管軸方向に移動
可能なスペーサーが設けられたことを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載の管状火炎バーナ。 - 【請求項5】 酸素含有ガスを吹き込むノズルに接続さ
れた酸素含有ガス供給ラインに加熱器が配置され、この
加熱器出口の酸素含有ガスの温度を調節する装置が設け
られたことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに
記載の管状火炎バーナ。 - 【請求項6】 燃焼室の下流端部の内壁温度を測定する
ための温度計が設けられ、この温度計の検出値に基づい
て、液体燃料及び/又は酸素含有ガスの流量を調節する
するように構成された制御機構が設けられたことを特徴
とする請求項1〜請求項5の何れかに記載の管状火炎バ
ーナ。 - 【請求項7】 燃焼室の下流部が開放端に向けて縮径さ
れた形状をなすことを特徴とする請求項1〜請求項6の
何れかに記載の管状火炎バーナ。 - 【請求項8】 燃焼室の内壁の少なくとも一部が耐火物
で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7の何
れかに記載の管状火炎バーナ。 - 【請求項9】 燃焼室の少なくとも一部に冷却ジャケッ
トが設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項7の
何れかに記載の管状火炎バーナ。 - 【請求項10】 燃焼室の液体燃料の噴射弁が配置され
ている位置よりも燃焼排ガスの排出口側に冷却ジャケッ
トが設けられて、この部分が二重管状に形成され、この
二重管状に形成された部分の外管に冷却流体となる酸素
含有ガスを供給するノズルが設けられ、又、燃焼室には
管軸方向に沿ってスリット状の開口が設けられ、この開
口から燃焼室内へ酸素含有ガスが吹込まれるように構成
されたことを特徴とする請求項1〜請求項7の何れかに
記載の管状火炎バーナ。
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