JPH08200623A

JPH08200623A - バーナ

Info

Publication number: JPH08200623A
Application number: JP1370395A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Suzuki; 護鈴木
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】高負荷・短炎化燃焼を実現でき、かつ低NO_X
化を図ることができるバーナの提供。【構成】液体燃料供給用のノズル３０の先端に装着さ
れたノズルチップ４０の内部に螺旋状の溝を形成してお
き、この溝によって燃料に旋回運動を与えて燃料をノズ
ルチップ４０から中空円錐液膜状に噴霧させるととも
に、微粒化用空気スワーラ５０により微粒化用空気に燃
料の旋回方向とは逆方向の旋回運動を与えてから、この
微粒化用空気を燃料の液膜に衝突させることにより、液
膜を微粒化するようにバーナを構成した。また、燃焼用
空気スワーラ６０を設け、燃焼用空気に旋回運動を与え
るようにすれば、より好ましい状態の燃焼を実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バーナに関し、家庭用
石油給湯器、スターリングエンジン、ヴィルミエサイク
ルヒートポンプ用の小型燃焼器などに装着されるバーナ
として利用できる。

【０００２】

【背景技術】近年、灯油等の液体燃料を用いた燃焼器に
要求される性能としては、環境規制に対処するための低
公害燃焼（低NO_X 、低スモーク、低騒音等）に加え、シ
ステム全体を小型軽量化するために、燃焼器自体を小型
化することが挙げられる。そして、燃焼器を小型化し、
かつ高効率燃焼を行うには、噴霧火炎を短くし、かつ単
位体積当たりの燃焼割合を大きくしなければならない。
すなわち、高負荷・短炎化燃焼を行う必要がある。

【０００３】ところで、一般に、高負荷・短炎化燃焼を
行うと炉内燃焼温度が高まり、サーマルNO_X の発生が促
進され、排出NO_X が増加する傾向にある。このため、短
炎化燃焼を実現して燃焼容積を小型化し、燃焼負荷率を
大きくするとともに、NO_X 対策も必要となってくる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
石油給湯器用等のバーナでは、ガンタイプバーナ、ガス
化ロータリーバーナ、気化式バーナ等が用いられている
が、いずれの場合にもNO _X は１００ｐｐｍ（０％O₂換算
値）前後と高く、低NO_X 性に劣っているという問題があ
った。

【０００５】一方、水噴射、排気ガス再循環、あるいは
これらの組み合わせによりNO_X 対策を講じ、各種の規制
値、例えば、東京都のNO_X 規制値８０ｐｐｍ（０％O₂換
算値）に適合するバーナが数機種開発されている。しか
し、これらの付加装置あるいは後処理等でのNO_X 対策は
設備の大型化や設備費の増大に繋がるという問題があっ
た。従って、燃料噴霧特性、燃焼器、燃焼用空気流動を
最適化し、燃焼器本体での低NO_X 化を図ることが望まれ
ていた。

【０００６】本発明の目的は、高負荷・短炎化燃焼を実
現でき、かつ低NO_X 化を図ることができるバーナを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のバーナは、次に
示す構成のノズルチップと微粒化用空気スワーラとを備
えたことを特徴とする。すなわち、ノズルチップは、液
体燃料供給用のノズルの先端に装着され、内部にノズル
の中心軸を中心として巻かれて形成された螺旋状の溝を
有し、この溝によって燃料に旋回運動を与えて燃料を中
空円錐液膜状に噴霧させる構成とされ、微粒化用空気ス
ワーラは、ノズルチップよりも外周側であって、かつ中
空円錐液膜状とされた燃料に交差する状態で衝突させる
ことにより燃料を微粒化する微粒化用空気の通路上に設
けられ、この微粒化用空気に燃料の旋回方向とは逆方向
の旋回運動を与える案内羽根を有する構成とされてい
る。

【０００８】また、本発明のバーナには、微粒化用空気
スワーラの外周側であって、かつ燃焼用空気の通路上に
設けられ、この燃焼用空気に旋回運動を与える案内羽根
を有する燃焼用空気スワーラを設けておくことが望まし
い。

【０００９】さらに、以上において、燃料がノズルチッ
プから噴霧されて中空円錐液膜状に拡がる際の液膜角度
は、８０〜１２０度の範囲とされ、中空円錐液膜状とさ
れた燃料の液膜と微粒化用空気とが衝突する際の交差角
度は、６０〜１１０度の範囲とされていることが望まし
い。

【００１０】

【作用】このような本発明においては、液体燃料供給用
のノズルの先端に装着されたノズルチップの内部に螺旋
状の溝を形成しておき、この溝によって燃料に旋回運動
を与えて燃料をノズルチップから中空円錐液膜状に噴霧
させるとともに、微粒化用空気スワーラにより微粒化用
空気に燃料の旋回方向とは逆方向の旋回運動を与えてか
ら、この微粒化用空気を燃料の液膜に所定の交差角度で
衝突させることにより、液膜を微粒化する。

【００１１】このため、液膜と微粒化用空気とが互いに
逆方向に旋回しながら衝突することにより、微粒化用空
気が液膜を剥ぎ取るような状態となり、微粒化が確実に
行われる。そして、このような燃料の液膜と微粒化用空
気との旋回方向の逆向き設定により、噴霧の旋回方向へ
の液滴の運動量が増し、噴霧の下流方向（軸方向）への
到達距離が押えられる。さらに、液膜から液滴への微粒
化並びに蒸発が早期に完了し、液膜の状態での半径方向
への分散を小さくすることが可能となり、極めて短炎な
燃焼が実現される。また、微粒化用空気の旋回を強くす
るほど噴霧の粒径は小さくなり、不輝炎状態（青い炎）
の短炎が形成される。安定した不輝炎が得られる範囲で
は、燃焼用空気流量を増加させることにより、未燃炭化
水素を増加させることなく、窒素酸化物の減少および燃
焼負荷率の上昇が図られ、これらにより前記目的が達成
される。

【００１２】また、燃焼用空気スワーラを設けて燃焼用
空気に旋回運動を与えるようにした場合には、低NO_X を
維持しながら、より一層の高負荷・短炎化が図られる。
さらに、中空円錐液膜状に拡がる燃料の液膜角度を８０
〜１２０度の範囲とし、かつ液膜と微粒化用空気との衝
突する際の交差角度を６０〜１１０度の範囲とした場合
には、より一層良好な微粒化状態が確実に実現されるよ
うになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１には、本実施例に係るバーナ２０が装着さ
れた燃焼器１０の断面図が示されている。燃焼器１０
は、図中左側に配置された燃料を微粒化して燃焼させる
バーナ２０と、バーナ２０の右側に配置された円柱状空
間である燃焼室１１と、バーナ２０の外周側に配置され
た円筒壁１８により囲まれて形成された燃焼用空気を供
給する通路である燃焼用空気供給路１２と、燃焼室１１
の外周に配置されて二次空気を流通させる二次空気室１
３とを備えている。

【００１４】二次空気室１３には、図中左上側に、二次
空気室１３内に二次空気を供給する二次空気供給口１４
が設けられている。また、燃焼室１１を囲む円筒形状の
周壁１５には、燃焼室１１と二次空気室１３とを連通し
て二次空気を燃焼室１１内に導く連通口１６が設けられ
ている。さらに、燃焼室１１の図中右側端部には、燃焼
排ガス（二次空気、燃焼した燃料、並びに燃焼用空気を
全て含めた呼称）を排出する燃焼排ガス路１７が設けら
れている。

【００１５】燃焼器１０は、燃焼用空気供給路１２から
燃焼用空気を供給し、かつバーナ２０から燃料を噴射供
給して、燃料を燃焼させるようになっている。また、こ
れと同時に、激しい放熱による燃焼室１１の周壁１５か
らの熱損失を防ぐために、二次空気室１３に二次空気を
流通させて熱を回収することにより総合熱効率を高め、
さらに熱を回収した二次空気を連通口１６から燃焼室１
１の中心に向かって流入させることにより、燃焼室１１
の内部で発生した燃焼ガスの攪拌、混合を行うようにな
っている。燃焼室１１の大きさは、例えば、本実施例の
場合、直径Ｈ（図中上下方向の寸法）が２００ｍｍ程
度、中心軸に沿った奥行きＬ（図中左右方向の寸法）が
２００ｍｍ程度のものであるが、これらの数値に限定さ
れるものではない。

【００１６】バーナ２０は、燃焼室１１内に燃料を噴霧
するノズル（渦巻式気流噴射弁）３０と、このノズル３
０の外周側であって燃焼用空気供給路１２上に設けられ
た燃焼用空気スワーラ６０とを備えている。

【００１７】図２には、ノズル３０の拡大状態が示され
ている。図２（Ａ）には、ノズル３０の中心軸に沿った
断面が示され、図２（Ｂ）には、図２（Ａ）のＸ−Ｘ線
に沿う断面およびノズル３０を先端方向から見た側面が
示されている。ノズル３０は、ノズル３０の中心軸を含
む内側本体３１と、この内側本体３１の外周側に配置さ
れた外側本体３２と、内側本体３１の図２（Ａ）中右側
端部に設けられたノズルチップ４０と、外側本体３２の
図２（Ａ）中右側に固定されたキャップ部３３とを備え
ている。

【００１８】内側本体３１の中心には、図示されない燃
料ポンプによって加圧された液体燃料を流通させる燃料
供給路３４が形成され、この燃料供給路３４の端部は、
ノズルチップ４０に接続されている。内側本体３１と外
側本体３２との間には、燃料を微粒化するための微粒化
用空気の通路である微粒化用空気供給路３５が形成さ
れ、この微粒化用空気供給路３５上には、微粒化用空気
に旋回運動を与える微粒化用空気スワーラ５０が設けら
れている。微粒化用空気供給路３５は、微粒化用空気ス
ワーラ５０を通過直後の位置でノズル３０の中心方向に
向かって屈折し、この位置より下流部分は、内側本体３
１とキャップ部３３とで挟まれて形成されている。

【００１９】図３には、ノズルチップ４０の拡大状態が
示されている。図３（Ａ）には、ノズルチップ４０の中
心軸に沿った断面が示され、図３（Ｂ）には、図３
（Ａ）を右側から見た側面が示されている。ノズルチッ
プ４０の内部には、燃料供給路３４に接続された円柱形
状の空間４１が設けられ、この空間４１内には、空間４
１の内壁面と隙間をあけて円柱形状の中心部材４２が設
けられている。この中心部材４２の図３（Ａ）中左側端
部は、円錐形状とされ、内側本体３１に形成された燃料
供給路３４内に挿入されている。また、中心部材４２の
右側端部は、空間４１の内壁面に溶接等で固定されてい
る。

【００２０】中心部材４２の周面には、螺旋状の溝４３
が形成され、これにより中心部材４２は、あたかもボル
ト状のものとなっている。この溝４３により、燃料供給
路３４から送られてくる加圧された燃料に旋回運動が与
えられ、ノズルチップ４０から中空円錐状の液膜が噴射
される。なお、液膜形成の詳細は後述する（図５参
照）。

【００２１】空間４１の図３（Ａ）中右側の部分は、中
心に向かって円錐状に狭まり、喉部４４を境としてラッ
パ状に拡がったラッパ部４５が形成されている。ラッパ
部４５の拡がり角度Ｅは、例えば、１００度など、喉部
４４の直径Ｋは、例えば、０．５ｍｍなど、ノズルチッ
プ４０の最先端部４６におけるラッパ部４５の直径Ｍ
は、例えば、１ｍｍなどであるが、特にこれらの数値に
限定されるものではない。また、ノズルチップ４０の大
きさは、例えば、本実施例では、その外径Ｐが５ｍｍ程
度のものであるが、この数値に限定されるものではな
い。

【００２２】溝４３は、雄ねじの如く螺旋状に形成され
ているが、その本数（ねじの条数に相当）は、本実施例
では、一本とされているが、多条ねじの如く二本以上の
溝を形成してもよい。溝４３の幅Ｆは、１〜５ｍｍとす
ることが望ましい。溝４３の深さＧは、１〜５ｍｍとす
ることが望ましい。この深さＧが、１ｍｍ未満の場合に
は、ノズルチップ４０での流量係数が小さくなり所定の
流量を得ることができず、一方、５ｍｍを越える場合に
は、燃料の旋回速度が小さくなり後述するノズル３０の
先端での液膜の形成および液滴の微粒化が不十分となる
ためである。また、中心部材４２の溝４３の形成されて
いない部分の周面（雄ねじの山の位置に相当する部分）
と空間４１の内壁面との間の隙間寸法Ｙは、例えば、５
ｍｍ程度であるが、この数値に限定されるものではな
い。

【００２３】溝４３の断面形状は、特に制限はないが、
加工上等の点から、矩形や台形が好ましい。溝４３の角
度Ｑ（ノズル３０の中心軸に垂直な方向に対する角度）
は、例えば、１５度などであり、１０〜２０度の範囲が
望ましく、この範囲においては、ノズル３０の先端での
噴霧の液膜角度ζ（後述の図５参照）が８０〜１２０度
となり、微粒化用空気による液滴の微粒化を良好な状態
にできる。この角度Ｑが、１０度未満の場合には、液膜
角度ζが大きくなりすぎて噴霧の半径方向への到達距離
が大きくなるため、燃料液滴が蒸発、燃焼を完了する前
に燃焼室１１の周壁１５に衝突してしまい未燃の炭化水
素（ＴＨＣ）が増加する原因となる。一方、角度Ｑが２
０度より大きくなると、液膜角度ζが小さくなって噴霧
の軸方向への到達距離が大きくなるため、噴霧火炎が長
くなり、短炎化が困難となる。

【００２４】図２に戻って、キャップ部３３の中心、つ
まり燃料供給路３４からノズルチップ４０に至る線の延
長位置には、ノズルチップ４０から噴射された燃料が通
過する絞り部３６が形成されている。この絞り部３６と
ノズルチップ４０の最先端部４６との間の間隔寸法であ
る混合距離δは、１〜５ｍｍの範囲が望ましく、この範
囲を外れると、ノズル３０の先端での液膜角度ζが８０
〜１２０度の範囲から外れるとともに、微粒化状態が著
しく悪化し、すす発生の原因となる。

【００２５】つまり、混合距離δを変化させることによ
って、ノズルチップ４０の最先端部４６から噴射された
液膜と微粒化用空気との衝突する位置が微妙に変化し、
ノズル３０の内部における微粒化状態に大きく影響す
る。そして、ノズルチップ４０内の溝４３の角度Ｑや微
粒化用空気スワーラ５０の旋回角度θ（後述の図４参
照）が同じ場合であっても、この混合距離δを変化させ
ることによって、液膜角度ζに変化が見られる。特に、
前述した好適範囲とされる１〜５ｍｍの範囲を外れる
と、液膜角度ζが大きく変化するとともに、微粒化状態
が悪化するという現象が見られる。これは、混合距離δ
が１ｍｍより小さいと、ノズルチップ４０により形成さ
れた液膜と微粒化用空気との衝突・混合が不十分であ
り、一方、混合距離δが５ｍｍより大きいと、微粒化さ
れた液滴同士がノズル３０の内部で再衝突して液滴径が
粗大化し微粒化状態が悪化するのが主な原因と考えられ
る。

【００２６】絞り部３６の直径であるノズル３０の出口
径Ａは、２〜５ｍｍの範囲が望ましい。この出口径Ａが
２ｍｍよりも小さい場合には、ノズルチップ４０により
旋回を受けた噴霧の液膜がキャップ部３３に衝突して液
垂れを起こし、微粒化状態を悪化させる。一方、出口径
Ａが５ｍｍよりも大きい場合には、液膜角度ζが１２０
度より大きくなり、噴霧幅が大きくなりすぎて噴霧が液
状のまま燃焼室１１の周壁１５に衝突してしまう。

【００２７】図４には、微粒化用空気スワーラ５０の拡
大状態が示されている。微粒化用空気スワーラ５０は、
リング状の部材であり、その外周には、微粒化用空気に
旋回運動を与えるための複数の案内羽根５１が設けられ
ている。そして、この微粒化用空気スワーラ５０により
旋回運動を与えられた微粒化用空気は、ノズルチップ４
０から噴射された燃料の液膜に剪断力を与えて液膜を微
粒化するようになっている。また、微粒化用空気スワー
ラ５０による微粒化用空気の旋回方向は、ノズルチップ
４０内の溝４３による燃料の液膜の旋回方向とは逆方向
である。

【００２８】微粒化用空気スワーラ５０の案内羽根５１
の角度θ（ノズル３０の中心軸に対する案内羽根５１の
形成角度）は、−３０〜−６０度の範囲が望ましい。な
お、角度θにマイナス記号が付されているのは、液膜の
旋回方向とは逆方向に微粒化用空気を旋回させる角度で
あることを意味している。この案内羽根５１の角度θの
−３０〜−６０度という好適範囲は、次のような理由に
基づくものである。すなわち、噴霧の良好な微粒化状態
を得るためには、燃料の液膜の進行方向と微粒化用空気
の進行方向とのなす角度、つまり液体燃料と微粒化用空
気との衝突時の交差角度ω（後述の図５参照）は６０〜
１１０度の範囲が適切である。一方、液膜角度ζは８０
〜１２０度の範囲が望ましいため、案内羽根５１の角度
θを−３０〜−６０度の範囲とすれば、交差角度ωを適
切範囲である６０〜１１０度の範囲内に調整できるから
である。なお、案内羽根５１の角度θが−３０〜−６０
度の範囲外である場合には、噴霧の液膜に与える剪断力
が小さくなり、十分な微粒化状態を得ることができな
い。

【００２９】また、案内羽根５１の形状、大きさ、長
さ、枚数等は、微粒化用空気に所定の旋回運動を与える
ことができれば任意である。例えば、本実施例では、略
矩形状の断面を有し、軸方向長さＴ＝８ｍｍ程度、高さ
Ｓ＝２ｍｍ程度の案内羽根５１が１０枚設けられている
が、これらの数値に限定されるものではない。

【００３０】図１に示された燃焼用空気スワーラ６０
は、微粒化用空気スワーラ５０と同様な形状のリング状
の部材であり、その外周には、燃焼用空気に旋回運動を
与えるための複数の案内羽根６１（不図示）が設けられ
ている。また、燃焼用空気スワーラ６０による燃焼用空
気の旋回方向は、ノズルチップ４０内の溝４３による燃
料の液膜の旋回方向と同方向、つまり微粒化用空気スワ
ーラ５０による微粒化用空気の旋回方向とは逆方向であ
る。

【００３１】燃焼用空気スワーラ６０の案内羽根６１の
角度β（図示は省略するが、微粒化用空気スワーラ５０
の案内羽根５１の角度θに相当する角度であり、ノズル
３０の中心軸に対する案内羽根６１の形成角度）は、４
０〜７０度の範囲が望ましい。そして、案内羽根６１の
角度βは、低NO_X かつ安定燃焼を実現するためには、４
０〜７０度の範囲で十分であるが、低NO_X を維持したま
までより高負荷・短炎燃焼を行うためには、５５〜６０
度の範囲とすることがより望ましい。また、案内羽根６
１の形状、大きさ、長さ、枚数等は、燃焼用空気に所定
の旋回運動を与えることができれば任意である。

【００３２】このような本実施例においては、以下のよ
うにして液体燃料の燃焼が行われる。図５には、燃料供
給から燃料と燃焼用空気との混合気が形成されるまでの
状況を示すノズル３０の先端近傍の模式図が示されてい
る。燃料ポンプにより加圧された液体燃料は、燃料供給
路３４を通してノズルチップ４０内に導かれ、ノズルチ
ップ４０内に形成された螺旋状の溝４３により旋回運動
を与えられて中空円錐状の液膜としてノズルチップ４０
の最先端部４６から噴射される。この際の液膜角度ζ
（円錐の頂点部分の角度）は、８０〜１２０度が望まし
い。

【００３３】また、微粒化用空気供給路３５を通して微
粒化用空気が供給され、この微粒化用空気は、微粒化用
空気スワーラ５０により燃料とは逆方向の旋回運動を与
えられて燃料の液膜に交差する状態で衝突する。つま
り、液膜と微粒化用空気とは互いに逆方向に旋回しなが
ら衝突する。この衝突の際の交差角度ω（液膜の進行方
向と微粒化用空気の進行方向とのなす角度）は、６０〜
１１０度が望ましい。

【００３４】さらに、微粒化用空気の衝突を受けた液膜
は、微粒化された後、燃焼用空気スワーラ６０により旋
回運動を与えられた燃焼用空気と混合され、これにより
燃焼用の混合気が形成される。

【００３５】ここで、燃料流量ＭＦおよび燃焼用空気流
量ＭＣについては、例えば、ＭＦ＝０．５〜１．５ｇ／
ｓ、ＭＣ＝１０〜３５ｇ／ｓという条件とすれば、極め
て短炎で低NO_X 燃焼が実現される。そして、燃料流量Ｍ
Ｆが０．５ｇ／ｓより小さい場合には、微粒化状態が悪
化するため、安定した燃焼は得られない。しかし、燃料
流量ＭＦが１．５ｇ／ｓより大きい場合であっても、当
量比（実際に燃焼に使用される空気量／理論的に必要な
空気量）がφ＝０．５〜１．０の範囲に入るように燃料
流量ＭＦおよび燃焼用空気流量ＭＣを調整することによ
って、低NO_X で高負荷・短炎燃焼が可能となる。また、
燃料としては、例えば、上記条件では、灯油の他、Ａ重
油等を好適に用いることができ、さらに条件を変更する
ことで、比較的粘性の高い燃料等、液体燃料であればい
ずれの燃料にも本発明を適用することができる。

【００３６】このような本実施例によれば、次のような
効果がある。すなわち、ノズルチップ４０の内部に螺旋
状の溝４３が設けられているので、燃料に旋回運動を与
え、かつ燃料を中空円錐液膜状に噴霧させることができ
る。また、微粒化用空気スワーラ５０が設けられている
ので、微粒化用空気に旋回運動を与えることができる。
そして、これらの螺旋状の溝４３と微粒化用空気スワー
ラ５０の案内羽根５１とは、燃料と微粒化用空気とを逆
方向に旋回させるように形成されているため、燃料の液
膜と微粒化用空気とを互いに逆方向に旋回させながら衝
突させることができ、この際には、微粒化用空気が液膜
を剥ぎ取るような状態となるので、微粒化を確実に行う
ことができる。

【００３７】そして、このような燃料の液膜と微粒化用
空気との旋回方向の逆向き設定により、噴霧の旋回方向
への液滴の運動量が増し、噴霧の下流方向（軸方向）へ
の到達距離を押えることができる。さらに、液膜から液
滴への微粒化並びに蒸発が早期に完了し、液膜の状態で
の半径方向への分散を小さくすることができるため、極
めて短炎な燃焼を実現できる。さらに、短炎燃焼の実現
により、燃焼器１０の小型化を図ることができる。

【００３８】また、微粒化用空気の旋回を強くすれば噴
霧の粒径を小さくでき、不輝炎状態（青い炎）の短炎を
形成できる。そして、安定した不輝炎が得られる範囲で
は、燃焼用空気流量を増加させることにより、未燃炭化
水素を増加させることなく、窒素酸化物の減少および燃
焼負荷率の上昇を図ることができる。さらに、高負荷燃
焼の実現により、燃焼器１０の高効率化を図ることがで
き、低NO_X 化の実現により、環境規制に容易に対処する
ことができる。

【００３９】また、燃焼用空気スワーラ６０が設けられ
ているので、燃焼用空気に旋回運動を与えることがで
き、低NO_X を維持しながら、より一層の高負荷・短炎化
を図ることができる。

【００４０】さらに、液膜角度ζを８０〜１２０度の範
囲とし、かつ液膜と微粒化用空気との衝突する際の交差
角度ωを６０〜１１０度の範囲とすれば、より一層良好
な微粒化状態を確実に実現できる。そして、このような
範囲の設定は、ノズルチップ４０内の溝４３の角度Ｑ、
ノズル３０の混合距離δ、ノズル３０の出口径Ａ、ある
いは微粒化用空気スワーラ５０の案内羽根５１の角度θ
の調整により容易に行うことができる。

【００４１】また、燃焼用空気スワーラ６０の案内羽根
６１の角度βを、４０〜７０度の範囲に調整すれば、低
NO_X かつ安定燃焼をより確実に実現でき、さらに５５〜
６０度の範囲に調整すれば、低NO_X を維持したままでよ
り高負荷・短炎燃焼を実現できる。

【００４２】なお、本発明の実施実験を行い、その排気
特性を調べた。図６には、燃料流量ＭＦ＝０．８５ｇ／
ｓで一定として燃焼用空気流量ＭＣを変化させた場合に
おける燃焼器出口でのNO_X 排出濃度およびメタン換算の
ＴＨＣ（未燃の炭化水素）排出濃度の変化、および排気
温度から換算した燃焼負荷率ＩＣの変化が示されてい
る。この結果によれば、燃焼用空気流量ＭＣを増加させ
ると、ＴＨＣ排出濃度は、ＭＣ＝３０ｇ／ｓ以上の範囲
で急増する。一方、NO_X 排出濃度は、一旦増加して極大
値をとった後に減少する。図中の斜線で囲まれた燃焼用
空気流量ＭＣの範囲は、安定した青い火炎が得られる範
囲であり、この範囲内であれば、燃焼用空気流量ＭＣを
増加することにより、ＴＨＣ排出量をほとんど増加させ
ることなく、NO_X 排出量を減少させることができるとと
もに燃焼負荷率ＩＣの向上を図ることができることがわ
かる。なお、従来のバーナの燃焼負荷率ＩＣは、３．０
ＭＷ／ｍ³以下である。以上により、本発明によって、
優れた排気特性が得られることが顕著に示された。

【００４３】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形
等は本発明に含まれるものである。すなわち、本発明の
バーナ２０は、図１に示すような構造の燃焼器１０への
装着に限定されるものではなく、他の多くの機器、例え
ば、家庭用石油給湯器、スターリングエンジン、ヴィル
ミエサイクルヒートポンプ用の小型燃焼器などに広く適
用することができる。

【００４４】また、前記実施例では、バーナ２０は、燃
焼用空気スワーラ６０を備えた構成となっているが、本
発明のバーナは、必ずしもこのような燃焼用空気スワー
ラ６０を備えている必要はなく、要するに、微粒化され
た燃料の液膜に燃焼用空気を供給できる構成となってい
ればよい。

【００４５】さらに、前記実施例では、ノズルチップ４
０の内部において、中心部材４２に螺旋状の溝４３が形
成され、この雄ねじ状に形成された溝４３（雄ねじの谷
に相当）により燃料に旋回運動が与えられるようになっ
ていたが、本発明のノズルチップ内の溝は、このような
構成に限定されるものではなく、例えば、空間４１の内
壁面に雌ねじ状の溝（雌ねじの谷に相当）を形成しても
よく、あるいは、雄ねじ状の溝４３および雌ねじ状の溝
を両方形成するようにしてもよい。しかし、燃料に効果
的に旋回運動を与えるためには、雌ねじ状の溝よりも、
前記実施例のような雄ねじ状の溝４３のほうが好まし
い。

【００４６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、ノ
ズルチップの内部に形成された螺旋状の溝によって燃料
に旋回運動を与えて燃料をノズルチップから中空円錐液
膜状に噴霧するとともに、微粒化用空気スワーラにより
微粒化用空気に燃料の旋回方向とは逆方向の旋回運動を
与えてから、この微粒化用空気を燃料の液膜に所定の交
差角度で衝突させるので、高負荷・短炎化燃焼を実現で
きるうえ、低NO_X 化を図ることができるという効果があ
る。

【００４７】また、燃焼用空気スワーラを設けて燃焼用
空気に旋回運動を与えるようにした場合には、低NO_X を
維持しながら、より一層の高負荷・短炎化を図ることが
できるという効果がある。さらに、中空円錐液膜状に拡
がる燃料の液膜角度を８０〜１２０度の範囲とし、かつ
液膜と微粒化用空気との衝突する際の交差角度を６０〜
１１０度の範囲とした場合には、より一層良好な微粒化
状態を確実に実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す燃焼器の断面図。

【図２】前記実施例のノズルの拡大図。

【図３】前記実施例のノズルチップの拡大図。

【図４】前記実施例の微粒化用空気スワーラの拡大図。

【図５】前記実施例の燃料供給から燃料と燃焼用空気と
の混合気が形成されるまでの状況を示すノズルの先端近
傍の模式図。

【図６】本発明を実施した場合の排気特性を示す説明
図。

【符号の説明】

１０燃焼器１２燃焼用空気供給路２０バーナ３０ノズル３５微粒化用空気供給路４０ノズルチップ４３溝５０微粒化用空気スワーラ６０燃焼用空気スワーラ ζ 液膜角度 ω 交差角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体燃料供給用のノズルの先端に装着さ
れ、内部に前記ノズルの中心軸を中心として巻かれて形
成された螺旋状の溝を有し、この溝によって前記燃料に
旋回運動を与えて前記燃料を中空円錐液膜状に噴霧させ
るノズルチップと、このノズルチップよりも外周側であって、かつ中空円錐
液膜状とされた前記燃料に交差する状態で衝突させるこ
とにより前記燃料を微粒化する微粒化用空気の通路上に
設けられ、この微粒化用空気に前記燃料の旋回方向とは
逆方向の旋回運動を与える案内羽根を有する微粒化用空
気スワーラとを備えたことを特徴とするバーナ。
【請求項２】請求項１に記載したバーナにおいて、前
記微粒化用空気スワーラの外周側であって、かつ燃焼用
空気の通路上に設けられ、この燃焼用空気に旋回運動を
与える案内羽根を有する燃焼用空気スワーラを備えたこ
とを特徴とするバーナ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載したバー
ナにおいて、前記燃料が前記ノズルチップから噴霧され
て中空円錐液膜状に拡がる際の液膜角度は、８０〜１２
０度の範囲とされ、中空円錐液膜状とされた前記燃料の
液膜と前記微粒化用空気とが衝突する際の交差角度は、
６０〜１１０度の範囲とされていることを特徴とするバ
ーナ。