JPS5833444B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波振動を利用して燃料を霧化する霧化ノズ
ル、圧力式噴霧ノズル等の霧化ノズルから燃焼室に供給
された霧化粒子に空気を混合して燃焼を行う燃焼装置に
関し、詳しくは霧化粒子と空気との混合機構に係るもの
であり、低速度で飛散する粒子群と燃焼用空気との完全
混合を図り、脈動燃焼火炎、飛火火炎の発生がなく、燃
焼音が低く安定した燃焼が威される燃焼装置を提供する
ものである。

超音波振動のエネルギーを利用して液体を霧化する技術
は周知の通りであり、その多くは、超音波の非常に高い
周波数域で加振されている一定面積を有する加振面に、
霧化しようとする液体を供給し、液体のもつ表面張力で
、非常に薄い液膜を張り、その液膜が加振の影響を受け
て非常に細い霧化粒子へと発展する段階をとる。

しかし、超音波振動を利用した燃料の霧化状態は、粒子
自体のもつ運動エネルギーが極端に小さく、また前記加
振面から霧化粒子が前方へ飛散するので、従来の圧力式
噴霧バーナの極小径からなるノズル孔より噴霧する粒子
が一定の噴霧パターンを有するのと異なり、全く一定の
噴霧パターンを呈しない。

しかも加振面からすぐ霧化粒子が沈降するので加振面近
傍では燃料過濃域となり、また加振面近傍を離れると極
端に燃料希薄域となる。

そのために、粒子群内への燃焼用空気の一様な浸透性を
図ることが難しく、着火混合域の不安定、さらには全粒
子群中での混合の不均一により着火特性が悪く、火炎の
脈動、飛火を伴って燃焼騒音を高くし、しいては不完全
燃焼を招くものであった。

また、従来の圧力式噴霧ノズルのように、超音波霧化に
比してかなり大きな噴出初期速度を有し、一定の霧化パ
ターンを示すものでも、あまりにも速度が早すぎるため
に空気との混合度を確保する手段として燃焼用空気を極
端に撹乱する必要性があり、そのために燃焼騒音を高い
ものとしていた。

本発明は各種の霧化方式によって得られる霧化粒子の性
質に関係なく前記の問題点を解決し、信頼性の高い燃焼
装置を提供するものである。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

内底部に耐火材１を配しこの耐火材１を貫通して底部中
央にドレンパイプ２を設けた筒状底板３の上部に、周壁
に放射状に空気口４と、この空気口４に隣接して切り起
こして形成した旋回羽根５とを有した旋回筒６を設けて
いる。

さらに旋回筒６上には、この旋回筒６の径よりも大きい
径を有した中間リング７を仕切板８を介して設け、この
中間リング７の最上部には前記旋回筒６の径と同等か若
しくは小さい径に絞った筒状の燃焼筒９が設けである。

上記した部材は、円筒状のバーナケーシング１０にてバ
ーナペース１１に取り付けられている。

一方、超音波霧化装置１２ば、前記中間リング７に位置
して設けられ、小径端部１２ａ側、すなわち、ノズル側
は円筒状バーナケーシング１０と中間リング７を貫通し
てその霧化面１３が中間リング７の内壁面に臨む如く配
設されている。

１４は燃料供給管で、霧化装置１２の中心軸を貫いてい
る燃料供給路１４ａに連結されている。

１５は送風筒で第２図に示すようにバーナケーシング１
０に対し同ケーシング１０内の接線方向に開口部が臨む
ように設けられている。

なお１６は中間リング７内面に臨む霧化面１３に対して
燃焼用空気旋回流の上流側に設置された保炎板である。

１７は中間リング７の霧化面１３の周辺近傍に穿設した
連通孔である。

上記構成において、次に動作を説明する。

燃料供給装置（図示せず）を作動せしめ、燃料を燃料供
給管１４と燃料供給路１４ａを介して霧化面１３に至ら
しめる。

燃料は、霧化面１３にて薄い液膜を張るが、霧化面１３
は超音波振動をしているため、前記液膜は加振の影響を
受けて微細な霧化粒子となって前方に飛散する。

一方燃焼用空気は送風機（図示せず）によって外部より
吸引され送風筒１５にてバーナケーシング１０内に導か
れる。

その後、旋回筒６の空気口４を通過し、旋回羽根５によ
って旋回される。

従って、前記霧化粒子は、旋回空気と混合し、着火手段
（図示せず）によって着火され燃焼火炎を形成する。

上記構成における特徴は下記の通りである。

（１）旋回筒６内の内周壁面に沿う強制旋回流を形成す
ると、超音波霧化装置１２の如く粒子速度が極端に小さ
いものは、旋回流に依存して粒子群も完全に旋回運動を
する。

従って燃焼筒９上部に至るまでには旋回作用により空気
中へ霧化粒子が均一に混合する。

すなわち燃焼に至るまでの空気中での粒子の滞溜時間が
長いため完全に混合するので完全燃焼が図れる。

（２）燃焼筒９、中間リング７、旋回筒６、底板３の全
ての中心部Ｃは壁面に沿う強制旋回流のため負圧域とな
っている。

従って、その滞域には流れが逆流する現象が見られ、特
に高温の燃焼熱が循環するので、燃焼特性が向上し、且
つ燃焼火炎を保炎する。

（３）旋回筒６の径より中間リング７の径を段階的に大
きくしたため、丁度径が変化するエツジ部分ａでは流れ
の淀みができ負圧域となるため、燃焼火炎を誘引する作
用が働き保炎性を向上することとなる。

（４〉 霧化流量を増大し、燃焼用空気の旋回度を上
げる必要性がある場合は、必要的に羽根５に近接する空
気口４からの空気の燃焼筒９側へ向う軸成分気流が強く
なり、火炎が旋回筒６上部から吹消える恐れがある。

そこで必要に応じて羽根５の中心軸側端面の径と同等か
それ以上に小さい径の絞りを形成する仕切板８を中間リ
ング７との間に介在せしめ旋回気流のみ作用するように
した。

これによって仕切板８近傍の空気の流れの下流側での淀
みあるいは流れの循、環度が助長され保炎が確実なもの
となった。

（５）霧化流量を少なくし、空気量を絞る必要性がある
場合は、必然的に空気の旋回度も低下し、且つ空気中で
の粒子の濃度も希薄となり、火炎伝播が遅くなって吹消
える現象を呈する。

そこで、中間リング７に臨む霧化面１３に対して空気流
の上流側に保炎板１６を設けて、保炎板１６の下流域に
発生する負圧域にて保炎を完全にした。

（６）前記（４） 、 （５）で述べたように、仕切板
１２、保炎板１７を霧化流量に関係なく設けることによ
り、広範囲な燃料流量に対処できることとなり、中間リ
ング７には複数の霧化ノズルを設けることが可能である
。

また、空気流の全体の流れ方向に向って霧化粒子をほぼ
直角に飛散せしめているのは、燃焼用空気の粒子群に対
するせん所作用による混合の促進を期待しているもので
、この効果は空気の流れと同方向に霧化粒子を飛散する
混合方式では得難いものである。

（７）ｃにおける負圧域の大きさは、旋回度と燃焼筒９
の絞りの大きさに起因するもので、燃焼筒９を少なくと
も旋回筒６の径と同等かもしくは小さく絞ることにより
、図中すのエツジ部で流れの渦を生じ保炎を向上させる
。

また負圧域は燃焼筒９の絞りの大きさに比例して変化し
、丁度中心部Ｃに柱状の負圧帯を形成する。

従って燃焼火炎は中心部が空洞となるようなそして燃焼
筒の絞りの径に近い柱状火炎を形成することになる。

しかし、この柱状火炎の周囲は旋回による環状の空気層
にて包囲されるようになるので、各筒状体の壁面は熱的
に遮・＼いされ耐熱性の面で全く問題がない。

（８）霧化パターンを呈する高圧噴霧ノズルでも、燃料
供給量によって霧化角の変化をきたし、振動振幅の大き
さや圧力によって粒子速度が異なることがあるが、本実
施例によれば、例えば霧化ノズルの壁面に対する取付角
度を任意に変えることにより霧化粒子群を適切に空気に
て剪断せしめて混合を促進できる。

（９）前述した如（各筒状体の壁面は環状空気層にて熱
的に遮断されるので問題ないが、底板３にそのような効
果が期待できないため、前述のように、底板３の上面に
耐火材１を配設して底板３の熱遮断を行っている。

すなわち、各機構は熱的遮断が完べきであるため著しく
寿命が伸びる。

（１０底板３中央部にドレンパイプ２を設けて、燃料が
過度に送られて燃焼不能となった粒子の凝縮液や、未着
火時の燃料に対しては、これら燃料を燃焼装置から外部
へ放出するようにして安全性を確保してい・る。

なお、実施例では、超音波霧化装置を用い、その霧化面
から霧化され飛散された燃料粒子を燃焼させる場合につ
き述べたが、圧力式噴霧装置から噴霧された燃料粒子を
燃焼させる場合も、本実施例とほぼ同等な効果を得るこ
とが可能である。

以上のように本発明の燃焼装置は、霧化粒子と空気との
混合を燃焼最適状態に行うことができ、その燃焼も極め
て安定している等の効果を奏す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における燃焼装置の縦断面図、
第２図は第１図Ｘ−Ｘ線断面図である。 １・・・・・・耐火材、２・・・・・・ドレンパイプ、
３・・・・・・底板、４・・・・・・空気口、５・・・
・・・旋回羽根、６・・・・・・旋回筒、７・・・・・
・中間リング、８・・・・・・仕切板、９・・・・・・
燃焼筒、１２・・・・・・超音波霧化装置、１３・・・
・・・霧化面、１４・・・・・・燃料供給量、１５・・
・・・・送風筒、１６・・・・・・保炎板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下部に空気旋回手段を有する円筒状燃焼室の前記旋
   回手段下流に１個または複数個の燃料霧化ノズルを臨ま
   せ、且つ、前記燃焼室の上記開放側に前記旋回手段形成
   部分の径と同等かもしくはこれより小さい径の燃焼筒を
   設けたことを特徴とする燃焼装置。 ２ 円筒状燃焼室の下部を構成する旋回筒の径を前記燃
   焼室上部を構成し、燃料霧化ノズルが内面に臨む筒体の
   径よりも小さくした特許請求の範囲第１項記載の燃焼装
   置。 ３ 旋回筒と筒体との間に旋回筒の径よりも小径の仕切
   部材を設けた特許請求の範囲第２項記載の燃焼装置。 ４ 燃料霧化ノズルが臨む筒体の内側壁に、ノズルに対
   して旋回空気上流側でかつノズルに近接して保炎板を設
   けた特許請求の範囲第２項または第３項記載の燃焼装置
   。 ５ 円筒状燃焼室の内面に臨ませるノズルの取付角を、
   空気の旋回強度に対応させて任意に設定できるように構
   成した特許請求の範囲第１項〜４項のいずれかに記載の
   燃焼装置。 ６ 燃焼室の底部中央にドレンパイプを有した底板を設
   け、且つ底板の上部に耐火材を配設した特許請求の範囲
   第１項〜第５項のいずれかに記載の燃焼装置。