JPH08312926A

JPH08312926A - 燃料ガス用ノズルミキサ

Info

Publication number: JPH08312926A
Application number: JP12196695A
Authority: JP
Inventors: Seiji Sekiya; 聖二関屋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼量の範囲が広く安定した完全燃焼および
均一な燃焼を可能にする。【構成】第２のミキシング管１２の空気供給口５２か
ら大径通路５１に取り入れられた空気は、空気ノズル１
４の直線通路３６、傾斜通路３４を通り、直線通路３２
から緩拡傾斜通路１７へ噴出される。燃料ガス取入口５
６からミキシング管入口５８に取り入れられた燃料ガス
は、緩縮傾斜筒６０と直線小径通路１６の内壁入口の間
を通り、小径筒６２の周りを通り、空気ノズル１４の出
口で空気と合流し混合する。直線小径通路１６の入口内
壁と緩縮傾斜筒６０の外壁との間に形成される燃料ガス
流路の有効断面積が空気ノズル１４の通路方向位置に応
じて可変である。これにより、燃料ガスと空気の混合を
均一に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスと空気を効率
よく予混合し供給する燃料ガス用ノズルミキサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料ガスと空気を予混合するベン
チュリミキサは、燃焼用の空気をサーボモータなどによ
り制御することにより自動燃焼制御するようにしてい
る。例えば図８に示すように、ベンチュリミキサ１に空
気を圧送するとともにゼロガバナ２を経由して燃料ガス
を導入し、ベンチュリミキサ１の出口側は複数のバーナ
３に接続されている。

【０００３】図９に示すように、このベンチュリミキサ
１は、ミキシング管７のベンチュリノズル８の入口側前
方に空気ノズル５が設けられ、この空気ノズル５から空
気が噴出するときの運動エネルギーにより低圧の燃料ガ
ス通路６から燃料ガスを吸引することにより空気と燃料
ガスをベンチュリノズル８内で混合し、この混合気を出
口９から噴出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のノズルミキサによると、空気ノズル５から噴出する
空気量は、ベンチュリノズル８の入口部に形成される燃
料ガスの流入角度（流入断面積）により変化する。この
ベンチュリミキサは、ベンチュリノズル８に対し空気ノ
ズル５の位置が固定であるため、完全燃焼可能な混合気
流量の上限が低いという問題がある。

【０００５】また、ベンチュリ空気流方向に空気ノズル
を移動可能な従来のベンチュリミキサにおいては、多数
のバーナに予混合気を供給する目的でベンチュリノズル
の拡がり角が１４度以上に設定されているものが多い。
このため、予混合気への点火の圧力条件の設定が困難で
あるため、パイロットバーナを必要としており、このパ
イロットバーナを装備したとしても、圧力条件が混合ガ
ス燃焼速度を低下する範囲が大きいため逆火する恐れが
あるという問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、燃焼範囲が広く安定した燃焼およ
び均一な燃焼を可能にした安全性の高い燃料ガス用ノズ
ルミキサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を解決するため
の本発明による燃料ガス用ノズルミキサは、大径通路、
緩拡傾斜通路、小径通路を有する第１のミキシング管
と、前記小径通路に連結され、燃料ガスが導入される大
径通路を有する第２のミキシング管と、前記第１のミキ
シング管および前記第２のミキシング管の通路方向に移
動可能に挿入され、外部より空気が導入される大径筒、
導入空気が絞られる緩縮傾斜筒、絞られた空気が前記第
１のミキシング管の前記大径通路に導出される小径筒を
有する空気ノズルとを備え、前記小径通路入口内壁と前
記第１のミキシング管の前記緩縮傾斜筒外壁との間に形
成される燃料ガス流路の有効断面積が前記空気ノズルの
通路方向位置に応じて可変であることを特徴とする。

【０００８】本発明の燃料ガス用ノズルミキサは、前記
空気ノズルの小径筒の出口断面積Ａ ₀ 、前記第１のミキ
シング管の大径通路の出口断面積Ａ₁ としたとき、Ａ₁
／Ａ ₀ ＜３に設定するのが望ましい。また、前記空気ノ
ズルの小径筒出口から前記第１のミキシング管の大径通
路入口への傾斜角θ₅ （度）が、６＜θ₅ ＜１０である
ことが望ましい。

【０００９】更に、本発明の燃料ガス用ノズルミキサ
は、前記第１のミキシング管の大径通路の長さＬ₁ 、そ
の出口径Ｄ₁ とすると、５Ｄ₁ ＜Ｌ₁ であることが望ま
しい。更にまた、本発明の燃料ガス用ノズルミキサは、
前記第１のミキシング管の大径通路出口近傍の位置に点
火プラグ穴を設けるのが望ましい。

【００１０】

【作用】本発明の燃料ガス用ノズルミキサによると、第
１のミキシング管に対し空気ノズルの通路方向位置を可
変できるから、燃料ガスと空気の混合を均一に行えるた
め、広い燃焼量の範囲において完全燃焼になるよう制御
できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。金属溶湯中に浸漬するイマージョンチューブバー
ナに適用した燃焼ガス用ノズルミキサの実施例を図１〜
図３に示す。図１に示すように、ノズルミキサ７６の第
１のミキシング管１０の入口側に空気ノズル１４が挿入
され、この空気ノズル１４が第２のミキシング管１２の
内壁に挿入固定されている。

【００１２】第１のミキシング管１０は、図２に示すよ
うに、環状傾斜面をもつテーパ面２２、直線小径通路１
６、緩拡傾斜通路１７、直線大径通路１８を有する。テ
ーパ面２２は、その傾斜角θ₁ ＝４０〜９０°の範囲に
設定される。直線小径通路１６は長さＬ₃ 、緩拡傾斜通
路１７は長さＬ₂ 、直線大径通路１８は長さＬ₁ を有す
る。直線大径通路１８の途中には、混合気に点火するた
めの点火プラグ穴２０が形成される。

【００１３】空気ノズル１４は、図３に示すように、ベ
ルマウス３０、直線通路３２を有する小径筒６２、傾斜
通路３４を有する緩縮傾斜筒６０、直線通路３６を有す
る大径筒５９、大径筒５９の外周壁の取付ねじ部３８が
形成される。そして、取付ねじ部３８の入口側の外壁に
は、第２のミキシング管１２の内壁に空気ノズル１４を
固定するための六角ねじ４０が取付けられている。ベル
マウス３０の傾斜角θ ₂ は５０〜６０°の範囲であり、
傾斜通路３４の傾斜角θ₃ は２０〜３０°の角度範囲で
ある。

【００１４】図１に示すように、第２のミキシング管１
２は、一端が第１のミキシング管１０の雄ねじ部１９に
ねじ固定され、他端に覗き窓５０が形成されている。そ
して第２のミキシング管１２の内部の大径通路５１に空
気供給口５２が形成されている。第２のミキシング管１
２の内壁には、前述の空気ノズル１４の雄ねじ部３８が
雌ねじ部５４に位置移動可能にねじ結合されており、こ
れにより第２のミキシング管１２に対し空気ノズル１４
が軸方向に移動可能になっている。空気ノズル１４の取
付は六角ねじ４０により第２のミキシング管１２の内壁
に固定されている。第２のミキシング管１２の外部には
燃料ガスをミキシング管入口５８に取入れる燃料ガス取
入口５６が形成されている。

【００１５】燃料ガス取入口５６から取入れた燃料ガス
は、ミキシング管入口５８に取入れられ、空気ノズル１
４の緩縮傾斜筒６０の外壁周囲を通り、小径筒６２と直
線小径通路１６の内壁との間を通り、緩拡傾斜通路１７
に流入し、ここで空気ノズル１４の直線通路３２から流
出する空気と混合される。燃料ガスの流入量は、緩縮傾
斜筒６０の外壁と直線小径通路１６の内壁との間の隙間
面積つまり燃料ガス流路有効断面積に関係している。こ
の燃料ガス流路有効面積は、空気ノズル１４の軸方向の
位置によって調節される。

【００１６】次に、前記実施例のノズルミキサ７６を適
用したイマージョンチューブバーナの応用例を図５に示
す。図５は、溶融亜鉛めっき用溶解炉６４の炉体６６の
亜鉛浴６８内にイマージョンチューブバーナ７０が浸漬
されている。このイマージョンチューブバーナ７０は、
図４に示す構成になっている。

【００１７】セラミック製の底付外筒７１の内部に特殊
金属製の内管７２が挿入され、この内管７２の内部にバ
ーナヘッド７４、ノズルミキサ７６が設けられている。
外筒７１の排気出口筒７８の外周部には２次空気供給孔
８０が形成され、この２次空気供給孔８０から取入れた
空気が内筒７２に導入され、バーナヘッド７４からの燃
焼ガスに混合される。ノズルミキサ７６の直線通路の内
部には点火プラグ８２の先端点火部８２ａが配置されて
いる。

【００１８】次に、空気ノズル１４の小径筒６２の出口
断面積をＡ₀ 、第１のミキシング管１０の小径通路１８
の出口断面積をＡ₁ としたとき、Ａ₁ ／Ａ₀ ＜３であ
る。これは、燃料ガスの吸引性能を良好にし、精密な空
気比制御を可能にするためである。前記空気ノズル１４
の小径筒６２の出口から第１のミキシング管１０の直線
大径通路１８の入口への傾斜角θ₅ は、６＜θ₅ ＜１０
に設定する。これは、傾斜角θ₅ がこの範囲に設定され
ることによって燃焼量を広い範囲で空気比ほぼ１の前後
で設定可能であるからである。

【００１９】第１のミキシング管１０の直線大径通路１
８の長さＬ₁ 、その出口径Ｄ₁ については、５Ｄ₁ ＜Ｌ
₁ に設定する。これは、小径通路１８の長さを十分に長
くすることにより空気ノズル１４から噴出された混合ガ
スの乱流を整流化し、バーナ炎を均一な燃焼ガスにする
ためである。本発明において前記特定の範囲の寸法、形
状で規定される構成要素は、微妙に変化する空気／燃料
ガスの単位カロリー当りの容積（混合ガス密度としても
よい）が生じさせるミキサ内の流量係数、流速係数の数
値の変化を最小にする。これらの数値はノズル前後の圧
力比によって決まり、この圧力比を一定に保つようにす
ることが重要である。

【００２０】本発明においては、空気ノズル１４の小径
筒６２がいつも小径通路１６内にあり、空気ノズル１４
の可動範囲も移動ねじ１ピッチの範囲で調整できるよう
に、その構成要素の形状寸法の特定範囲を規定してい
る。また、傾斜角θ₅ が混合気体の圧力損失が最小とな
る６〜１０°となるように範囲規定されている。従っ
て、ノズル前後の圧力比は広い燃焼範囲において一定の
数値に保たれる。

【００２１】ここで前記ノズルミキサ７６を使用した実
施例の燃焼試験の実施結果は、下記表１に示すとおりと
なった。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１では、市販のブタンガスを用いて
１０，０００Ｋｃａｌ／Ｈｒ〜７０，０００Ｋｃａｌ／
Ｈｒの燃焼ターンダウン比を与え、しかも希釈空気を排
ガス利用交換器を用いて、イマージョンチューブ内圧つ
まりバーナヘッド７４の出口側における背圧が広い範囲
内において、良好な空気比を保っていることが判る。点
火もスパークプラグによるダイレクト点火でスムースに
行なわれていることが判る。

【００２４】試験において、亜鉛溶湯温度４５０〜４５
３℃とし連続運転した場合、イマージョンチューブバー
ナの熱効率曲線を図６に示す。試験条件は、ブロアエア
圧が１０００ｍｍＨ₂ Ｏ、ブタンガス１次側供給圧が１
０００ｍｍＨ₂ Ｏであった。本実施例によると、トラブ
ルもなくスパークプラグによりダイレクト点火し連続運
転できた。

【００２５】前記本発明の実施例と従来の比較例１およ
び比較例２について燃焼量と空気比の関係を示すと図７
に示すとおりである。この図７から理解されるように、
本発明においては燃焼量が小量から大量にいたるまで空
気比がきわめて安定している。これに対し、従来の比較
例１、２によると、燃焼量が増大するに従い空気比の変
動が大になるという欠点がある。本発明の実施例はこの
ような広い燃焼量の範囲において空燃比を安定に保つと
いう効果がある。

【００２６】本発明の前記実施例によると、燃焼量の広
い範囲において空気比制御を安定に保持することがで
き、例えば、空気比ｎをほぼ１の近傍の値に制御するこ
とができる。さらには、このような安定した燃焼が確保
されることで、パイロットバーナが不要となり燃料消費
量を低減できる。また、逆火が確実に防止されるととも
に、着火を安定にすることもできるという効果がある。
また、排ガス熱利用による予熱空気を効率よく希釈用空
気として利用することができる。さらには点火プラグに
より初期点火を安全に行なえる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のミキサに
よると、広範囲の燃焼ガス流量範囲において完全燃焼を
行なうことができ、安定した均一な燃焼が確保されると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるノズルミキサを示す断面
図である。

【図２】図１に示すミキシング管を示す断面図である。

【図３】図１に示す空気ノズルを示す断面図である。

【図４】イマージョンチューブバーナを示す断面図であ
る。

【図５】金属溶湯中にイマージョンチューブバーナを浸
漬した加熱溶解炉を示す断面図である。

【図６】本発明の実験例における入熱とチューブ排ガス
温度との関係を示す特性図である。

【図７】本発明の実施例と従来の比較例について燃焼量
と空気比の関係を示す特性図である。

【図８】従来のベンチュリミキサの配管系統を示す回路
図である。

【図９】従来のベンチュリミキサを示す断面図である。

【符号の説明】

１０第１のミキシング管１２第２のミキシング管１４空気ノズル１６直線小径通路（小径通路）１７緩拡傾斜通路１８直線大径通路（大径通路）２０点火プラグ穴３２直線通路３４傾斜通路５１大径通路５２空気供給口５６燃焼ガス取入口５９大径筒６０緩縮傾斜筒６２小径筒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大径通路、緩拡傾斜通路、小径通路を有
する第１のミキシング管と、前記小径通路に連結され、燃料ガスが導入される大径通
路を有する第２のミキシング管と、前記第１のミキシング管および前記第２のミキシング管
の通路方向に移動可能に挿入され、外部より空気が導入
される大径筒、導入空気が絞られる緩縮傾斜筒、絞られ
た空気が前記第１のミキシング管の前記大径通路に導出
される小径筒を有する空気ノズルとを備え、前記小径通路入口内壁と前記第１のミキシング管の前記
緩縮傾斜筒外壁との間に形成される燃料ガス流路の有効
断面積が前記空気ノズルの通路方向位置に応じて可変で
あることを特徴とする燃料ガス用ノズルミキサ。
【請求項２】前記空気ノズルの小径筒の出口断面積Ａ
₀ 、前記第１のミキシング管の大径通路の出口断面積Ａ
₁ としたとき、Ａ₁ ／Ａ₀ ＜３であることを特徴とする
請求項１記載の燃料ガス用ノズルミキサ。
【請求項３】前記空気ノズルの小径筒出口から前記第
１のミキシング管の大径通路入口への傾斜角θ₅ （度）
が６＜θ₅ ＜１０であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料ガ
ス用ノズルミキサ。
【請求項４】前記第１のミキシング管の大径通路の長
さＬ₁ 、その出口径Ｄ₁ とすると、５Ｄ₁ ＜Ｌ₁ であることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか一
項記載の燃料ガス用ノズルミキサ。
【請求項５】前記第１のミキシング管の大径通路出口
近傍の位置に点火プラグ穴を設けた請求項１、２、３、
４のいずれか一項記載の燃料ガス用ノズルミキサ。