JPS6093222A - マルチランス式衝突バ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■、光明の前車 （産業上の利用分野〉 本発明は、バー−）−チップの改良に関し、特に内部ａ
合ノズル及びカスバーナに用いて好適なものである。

〈先行技術〉 凹通、気ＩＬの比較的悪い液体燃料は、燃焼を促進づる
ために燃料の単位容積あたりの表面積、すなわち比表面
積をできるだけ大きくづるため種々の噴霧器で直径の小
さい多数の油滴群に霧化して燃焼させている。この方法
を噴霧燃焼どいい、その燃焼状態は、噴霧中の油滴の蒸
発、蒸気の拡散、周囲空気との混合、それによって生じ
た混合気体の燃焼といったいくつかの過程が互いに関連
し影響しあって同時に進行している。したがって噴霧特
性によって燃焼性能が変わり、たとえば、噴霧粒径が大
きい場合の火炎は、黄色あるいは赤褐色で長炎となり極
端な場合には燃焼領域全域においてすすの発生がみられ
る。逆に小さい場合には、ガス燃料の拡散燃焼と同じよ
うな状態となり短炎を形成する。このため、ｍｌ燃焼に
あっては、油の微粒化と燃焼用空気に対する混合性を促
進させることが必要である。

そこで従来から、油バーナでは微粒化媒体（蒸気若しく
は空気）を使って油の微粒化を図ることが行なわれてい
る。なかでも、ノズル内において油と微粒化媒体とを衝
突させて噴出拡散と同時に微粒化を行なう内部混合形ノ
ズルは、圧力噴霧式のバーナの場合Ｊ、りも油圧、油泥
が低く済むと共に安定した火炎を冑られることから多く
使用されている。この内部Ｕｔ合ノズルは、第１図に示
プように、油と微粒化媒体とをミキシングノズル１から
大々混合室２内に噴射して混合し、混合気としてから更
にノズルチップ３の噴口・１口４より噴射させ、膨張自
爆によって微粒化するものである。したがって、微粒化
媒体、一般には蒸気を多量に使用する。例えば、油を微
粒化するために必要とされる蒸気量は燃料油１ｋｇに対
して０．３５ｋｆｌ程度とされている。この蒸気は、通
常、専用ボイラを焚いて１ｑられるので、使用量が多く
なると、燃焼系全体にお【ノる熱消′Ｒｆｆｉを増加さ
せたり人容聞ボイラを必要とし、不紅済で好ましくない
。特に、燃焼・熱反応が主体となる精油プラント等の化
学プラントにおいては、蒸気使用量の増大に因る燃焼量
の増大は、製品のコストアップに繋がり好ましくない。

そこで、蒸気使用量を可能な限り少なくすることが望ま
れるが、ただ単にスチーム使用ｍだ１ノを少なくしても
、霧化状態が悪くなるため、火炎長さが艮（なったり煤
囚か多くなる等の燃焼状態の悪化を招く。

また、油の微粒化を図っても燃焼用空気をうまく取り入
れることができなければ燃焼性の悪化は免かれない。一
般に８〜１５麿の狭角ｒある１１１噴流において燃焼用
空気との接触面積を増大するには一つのノズルチップに
多数の噴射口を穿孔して群噴流として全体の噴射角を広
くすることが従来から行なわれている。しかし、小さな
ノズルチップに間隔を狭くして多数の噴射口を設（プる
と、一本の＠流と同じになってしまい群噴流にしないの
と同じ結果となってしまう。即ち、火炎の中央に周囲の
圧力より低圧な領域が発生して周囲との圧力差により火
炎を窄めたり、円噴流によって厚い層の火炎が形成され
るため空気の取り入れが難しくなる。このため、従来の
内部混合ノズルにあっては、噴射口数の増加による比表
面積と拡散速度の増大には限界がある。また、小さなノ
ズルチップに多数の噴射口を均等な噴流を得るように加
工するのは容易でなく、加工条件によっては噴射角にま
で制限を受ける場合がある。

これらの不具合が顕茗に表われるのが粗悪な油を燃焼さ
せる場合である。粗悪な油の場合、従来の内部混合ノズ
ルにおいて良質の油の場合と同じ蒸気間で燃焼させよう
としても、蛍火や油垂れ等を起してしまう。粗悪な油の
場合、油の微粒化が困難なため、大粒のまま油が燃えて
蛍火となったり、ブラックゾーン（ノズルチップの噴射
口から燃焼部分までの未燃焼部分）が大きくなり、未燃
飛散油がバーナタイルの最下部に何着して溜まることか
ら、激しい油垂れが発生するものと思われる。また、−
次空気を一次しシスターより流入させると、ブラックゾ
ーン部分が空冷されて噴射流の外側の未燃ＲＩＭ了が火
炎のバーナターイルの間より熱刊刀スに乗ってノズルチ
ップ側へ戻りバーナタイル最下部にｆり着覆るため、油
垂れが発生するものど思われる。

斯かる不具合を解消づるためには噴霧微粒化の一層の向
上ど燃焼用空気との混合性の改善が望まれる。しかしな
がら、従来の内部混合ノズルにおいて微粒化を図るには
蒸気使用量を増加させるしかなく、それには燃焼系全体
における熱消費量を多くしな１プればならないことがら
コスト高となる問題が市る。また、油の微粒化が達成さ
れたとしても、空気を火炎の中に効果的に取入れな番ノ
れば良好な燃焼状態は得られない。燃焼用空気を火炎内
に取入れるには噴射角を適正範囲で広くして火炎の接触
面積を大きくし拡散燃焼を促づことが必要であるが、火
炎の中央に発生ずる低圧領域の影響を受（プてノズルか
ら離れるに従って火炎が窄まると共に円形噴流の群によ
って形成される火炎は比表面積が小さくて空気の取り入
れが難しい状態なので燃焼状態が勢い悪くなる。

また、微粒化については問題がないガスバーナにあって
も、噴流群によって形成される火炎の中央に発生する低
圧領域のために生ずる弊害は、オイルバーナと同様に生
ずる。このため、狭い空間で高負荷燃焼させる必要があ
る場合、例えばガスタービンの燃焼器のような場合、ス
ワラ−を用いて強制的に旋回流を起して燃焼用空気の取
り入れを図っているが、このための圧力損失などが無視
できないものであることから改善が望まれる。

■９発明の目的 本発明は、燃わ１の１欺粒化を向上させると共に広くか
つ薄い１９状噴流を形成できるマルチランス式耐究バー
ナを提供することを目的とする。

■１発明の構成 （発明の特徴的１′！り成） 断かる目的を達成するため、本発明のノズルチップは、
複数のノズルチップの集合からなるノズル８Ｙの各ノズ
ルチップに他のノズルチップの噴流軸とノズル前方にお
いて交差する噴射口を人々穿孔し、異なるノズルチップ
から噴射された噴流同士を噴射直後に衝突させて外側１
ご１７ｔｌ　＜膜状の合成噴流を形成づるようにしたも
のである。

（発明の具体的構成） 以ト、本発明の構成を図面に示づ一実施例に基ついてＡ
Ｔ細に説明する。尚、本実施例は、内部渥合形ノズルに
応用しｌこものである。

第２図に本発明のマルブランス式バーナの一実施例を正
面図で示す。このマルチシンス式へ−ノは、複数のノズ
ルチップ１０ａ、１０１）、・・・・引０りの集合から
成るノズル群である。各ノズルチップ１０ａ、１０ｂ、
・・・・・・１０ｇには曲のノズルチップの噴流軸Ｏと
ノズル前方において交差づる１角射口１４が少なくとも
一つ穿孔されている。例えば、本実施例の如く、中央に
一つノズル１０ａを設置してその周囲を包囲するように
数本のノズル７゜Ｉ７　、　１０Ｃ＋・・・・・・１０
ｐを配置Ｊ−る場合には、周囲のノス゛ル１０ｂ、１０
ｃ・・・・・・１０ｇには中央のノ） ズル１０ａに向けて開口する噴射［１１４を穿孔する一
方、中央のノズル１０ａには周囲のノズル１０ｂ、１ｏ
ｃ、・・・・・・１０ｆｌの噴射口１４と対応する複数
の噴Ｑ４０１４を穿孔している。このとき、中央のノズ
ル１０ａとその周囲のノズル１０ｂ、１０Ｃ・・・・・
・１０ｇの夫々の噴射口１４は、噴用軸０う がノズル前方において交差し、噴射直後に噴流同士が衝
突するように設けられている。

このときの噴流同士のノズル前方にお（プる衝突角度即
ち噴流軸Ｏの交差角度αは、７°〜５０’の範囲に採る
ことがＩ？ましい。７°木満であるとばば平行な流れと
なって効里的に噴流の衝突が１けられず、５０’　を超
えると護突助に跳ね返りが起きて噴流の合成効果が力ら
れずに却っ−Ｃ噴射速度の減衰や噴流の乱れを招き燃焼
性を悪くするからである。合成鳴射各４９°、口径比１
ニー１にお番プる火炎長さと衝突角度αとの関係を示す
第６図にグラフから明らかなように、衝突角度αが７°
未讃になると急激に火炎長さが長くなり、５０°を超え
ると再び火炎長さが漸増すると共にノズルチップより曲
乗れを起し危険な状態となる。もつと６、最３ａｌ［ｉ
突角度及び好適衝突角度範囲は、合成噴ｑ・１角並びに
口経比の選択によっては名士変動するで・あろうが、そ
れぞれを好適な範囲において選択りれば慨ね７〜５０°
の範囲に収まる。ここで、噴流軸Ｏが交差する噴射口１
４は各々異なるノズルチップに：２ｔＪられて噴射口間
隔があき過ぎていることから、交差角αを小さく採った
り、ランス間隔を間（〕過ぎると、噴Ｏｉ１口１４から
相当離れた所で衝突が起さることどなる。離れた所での
ｖＥ突は、衝突する以前に周囲の空気を取込んで一速度
が遅くなるＩこめ、衝突しても膜状の噴びｔを合成する
ことなく層の厚い円形噴流のまま流れる。また、衝突角
度αを大きく採ると、衝突時の噴流を偶成づる液滴の一
部が跳ね返りを惹起する虞があるので、好ましくは１５
〜４５°、更に好ましくは１５〜２５°程度に採る。し
たがって、ランス間隔は可能な限り小さくとって、噴射
直後の噴流の衝突を実現するように配慮することが望ま
れる。

また、噴流同士のノズル前方における衝突によって形成
されるノズル群全体としての合成噴射角θは、３０°〜
５５°の範囲において採るのが好ましい。噴射角θと火
炎長さとの関係を示す第７図のグラフから明らかなよう
に、３０°未渦になると比表面積の減少による煤塵の増
大や曲乗れの多発を招く不良燃焼状態となるし、５５°
を超えるとバーナタイルに未燃油が直接当たって曲乗れ
を起す不良燃焼状態となるからである。この合成噴射角
θは燃料油として微粒化が困難な重質油となるほど広角
とすることが好ましく、４０’〜５Ｏｏの範囲にＪ５　
ＶＪる選定が好ましい。尚、第３図の如＜１１４人（二
ノズルチップ１０ｂ、１０ｃ・・・・・・１０ｇを配置
して隔るノズルチップとの間で噴流を衝突させるよう１
こした場合、合成噴流△は放射状に形成されるが、合成
噴用角θ番よ各噴流が形成する輪郭で決定される。

ｕｎ　０４　ａ　１４　ハ、各／ス）ｔｔチｙｊ　１０
ａ　、　１０ｂ。

・・・・・・１０りに他のノズルチップの噴流軸０とノ
ズル前方にΔｊいて交差するように夫々穿孔されている
。そして、異なるノズルチップ１３から噴射された１１
ｒ５流同十を噴射直後に衝突させて外側に開く膜状の合
成噴流Δを形成づるように設【プられている。一つのノ
ズルデツプ１３を中央に配置してイの周囲に多数のノズ
ルチップを配置したノズル群どした第２図の実施例の場
合、異なるノズルに夫々穿孔された二つの噴射口１４を
一組として、例えば一方を中央のノズルチップに、他方
を周囲のノズルチップに大々穿孔して円周方向へ均等に
六組段番ノられている。この噴射「１１４の組み合Ｕは
、正対づる二噴流を衝突させる場合が最も容易に膜状噴
流Ａの合成を制御できるので好ましいが、三唱流以上を
衝突させて合成噴流を形成づる場合もあるので二噴口に
限定されない。また、円周上に多数のノズル１０ａ、１
０ｂ、・・・・・・１０ｇを配置した第３図のノズル群
の場合、円周方向に互いに向きの異なる噴射口１４を交
互に設けて合成噴流Ａを半径方向に形成づることもでき
る。この場合、噴射口１４の近傍にあっては閉ざされた
一つの火炎面を形成しないで放射状の噴流を形成してい
るので、火炎内に低圧領域を発生さμる虞がなく、燃焼
用空気の取入れが極めて容易になる。

一対の噴射口１４の口径比即ち流ｍ比は、１：０．４２
を越えない範囲において加工条件等に照して決定するこ
とが好ましく、最も好ましくは１：１に採ることである
。第５図の二噴口における流ｍ比と火炎長さとの関係を
示すグラフから明らかなように、１：０．４２を超える
［１径比の採用【よ噴流衝突の影響が減少して衝突させ
ないのと同じこと、即ら従来の内部混合形ノズルと同じ
効果しか臂１うれないこととなるので好ましくなく、１
：１の口径比に接近させることは噴流衝突による油の微
粒化と噴流の広がりを促して比表面積を拡大Ｍるので好
ましい。ここで第５図のグラフ（マ、燃料が良好に微粒
化されかつ空気と混合された場合には刀ス燃料の拡散燃
焼と同じような状態となってス０炎を形成づることから
、火炎長さを油の微粒化並びに混合性に対リ−るバロメ
ータとしたものであって、合成噴用角４９°の実験結果
である。尚、１−」径比を１：′１以外に採る場合、い
ずれの噴射口径を大きくするかは微粒化等に与える影響
がなく小要な問題′Ｃないが、これらからＩ＠則される
噴流の衝突角度α即ら噴流軸Ｏ同士の交差角度並びにＯ
Ｑ流耐衝突Ｊ、っＣ形成される合成噴流への成り合成噴
用角θが燃焼性に与える影響は無視できないの（−１噴
流衝突効宋が１９られる状態で合成１１Ｑ流が所定の合
成唱用角θを形成するように夫々の口径を設定すること
が望ましい。

尚、本発明を実茄づる内部沢合形ノズル１０は、従来の
内部混合形ノズルと同様に、二重管から成るノズルパイ
プを軽−（供給する燃料・油と微粒化媒体・蒸気とを混
合室１２内にｄ５いて衝突させるように噴き出ずミキシ
ングノズル１コと、蒸気の噴出エネルギを利用して油を
微粒化し混合する混合室１２とをノス“ルホルダ１５内
に有し、油をノズル内部において微粒化し蒸気との混合
流体としてから更に噴射させる構造を成−５１−。

以上のように構成されたマルチランス式衝突バーナにあ
っては、ノズル内部の混合室１２にａりｌプる衝突で微
粒子化された油と蒸気の混合流体を複数組の噴射口１４
から噴出づる際の膨張自爆によって更に微粒化した後、
更にこの噴流を他のノズルチップから噴出される噴流と
衝突させるため、衝突時の高周波域の圧力変動によって
油が更に微粒化されると共に衝突によって互いに噴流が
押し拡げられて燃焼用空気を取込み易い薄くて広い膜状
噴流即ち円噴流より極めて比表面積が大きな膜状合成噴
流Ａに形成される。したがって、油燃料であってもガス
燃料の拡散燃焼状態と同じような燃焼状態を実現できる
。

また、ガスバーナに応用する場合には、噴流衝突によっ
てカス燃Ａ′斗の噴流が押し拡けられて燃焼用空気を取
込Ｊメ易い広くて薄い膜状の合成噴流に変えられ比表面
積の飛躍的増大を図る一方、噴流の合成によって噴射速
度に低下を防ぎ火炎内の低圧化の影響を排除できる。し
たがって、狭い空間での高負荷燃焼が可能となる。特に
、ガスタービンの燃焼器に使用する場合、スワラ−を用
いて燃焼用空気を強制的に旋回させなくとも、噴射され
るガス燃料同上を噴流衝突さＬ−Ｃ比表面積の大きな薄
膜状の合成噴流として周囲の燃焼用空気を火炎内部に取
込む一方、噴流合成によって大きな噴流床がり角度を形
成し合成噴射角を維持して火炎の窄りを防ぐことができ
るので有益である。

■１発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明のノズルチップ
は、複数のノズルチップの集合からなるノズルｎＹの各
ノズルチップに他のノズルチップの噴流軸とノズル前方
において交差づる噴射口を夫々穿孔し、シ！なるノズル
チップから噴射された噴流同士を噴Ｑ４直後に衝突させ
て外側に聞く膜状の合成噴流を形成するようにしたので
、円形噴流の群によって火炎を形成するよりもはるかに
比表面積が大きくかつ燃料の微粒化がなされた燃焼性に
優れる火炎が形成できる。

例えば、内部混合形ノズルに応用した場合、噴射直後の
混合流体の噴流同士を噴流衝突させるため、衝突時の高
周波域の圧力変動によってノズル内部の衝突と噴射時の
膨張自爆とで微粒化された油を更に微粒化すると共に互
いに噴流を押し拡げて燃焼用空気を取込み易い薄くて広
い膜状合成噴流に形成できる。したがって、従来の内部
混合形ノズルと同量の蒸気を使用づる場合には、油燃料
であってもガス燃料の拡散燃焼と同じような状態となっ
て燃焼性に優れる短炎を形成する。これは、２００ｋｇ
／Ｈの重質油を２３０℃の加熱蒸気を従来の蒸気使用量
と同量使用して燃焼させた場合にａ５ける本発明品と従
来品との火炎長さの比較実験結果を示づ第６図のグラフ
においても明らかであり、火炎長さが概ね１／２〜４１
５に短くなる。

また、従来と同じ火炎長さ・燃焼性を維持づる場合には
蒸気使用量を大幅に削減してロストダウンできる。従来
燃料油１ｋｇに刻しｏ、３５ｋａ必要とされていた蒸気
使用■を０．２ｋｇ程度に削減できる。更に、従来の内
部混合ノズルと同量の蒸気を使用りれば、十分に微粒化
されるため、粗悪な油であっても燃焼させ１ｑる。また
、異なるノズルチップから噴射された噴流同士を衝突さ
せるようにしたので、一つのノズルチップに多数の噴射
口を穿孔する場合と比べてＪｊＪ工が極めて容易である
。

まＩこ、カスバーナに応用する場合には、微粒化に与え
る！＃響は人さくないが、膜状ｌ＠流に合成することに
につで比表面積の増大と噴流床がり角度の増加を図って
拡散燃焼速度を向上さｔ！得るため、狭い空間での高負
荷燃焼が可能となる。したがって、従来にあってはスワ
ラ−を用いて燃焼用空気を強制的に旋回さけても容易に
高負荷燃焼の実現が困難であったガスタービンの燃焼器
に応用した場合、ス「ノラーを使用せずとも高負荷燃焼
が達成されるのＣ１通用抵抗ないし送風抵抗が低減され
る。尚、このカスバーナの場合、ノズル内部において微
粒化する必要がないので、ランスにノズルチップを取付
けただけのＩＲ３ｔｉとしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内部混合ノズルの中火＃１１！ｌ′ｉ面
図、第２図は本発明に係るノズルチップの一実施例を内
部混合形ノズルに応用した場合の正面図、第３図は本発
明のノズルチップの他の実施例を示す正面図、第４図は
第２図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は二孔噴流割合と
火炎長さとの関係を示すグラフ、第６図は二孔衝突角度
と火炎長さとの関係を示１グラフ、第７図は合成噴射角
と火炎良さとの関係を示すグラフである。 １０ａ、１０ｂ、・・・・・・１０ｔｌｌ・・・ノズル
チップ、１４・・・噴射口、　０・・・噴射軸、　θ・
・・合成噴射角、α・・・衝突角、　Ａ・・・合成唱射
流。 特許出願人　日本フ７−ネス工業株式会社第６図 第７図 合成１１軒内（θ） 千ｈ”ｌ；ン市１１ｉｉ￥１（ブｌｊ　ｙ、ｔ：　）昭
和５９イ１２月６１−」 特ｉｉ’ｒＩ’ｓ艮官　杓　杉　和　大　殿１、小１′
１の表示 Ｄｉｌｌｌ１５８’ｉ’　ｆｊｉ’ｌ［ｆｉ　第１９９
．９２７４ｊ２、発明の名称 マルプランス弐山突バーナ ３、補正をする省 事１′１との関係　特許出願人 １１　所　東京都　港１ス　芝　５丁目３３番７号名　
称　日本ノアーネス工業株式会社 代表者　ロＪ　中　良　− ４、代理人 住　メリｉ　東京都千代１１区二番町１１番地９ダイア
パレス二番町昭和５０年ＩＥ１１日（発送日：昭和５９
年１月３１１１　＞６、補正の対象 図　面 ７、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のノズルチップの集合からなるノズル群の各ノズル
   チップに他のノズルチップの噴流軸とノズル前方にＪ３
   いて交差づる噴射口を夫々穿孔し、異なるノズルチップ
   から噴射された噴流同士を噴射直後に面突させて外側に
   開く膜状の合成噴流を形成づることを性徴とづるマルヂ
   ランス式衝突バーナ。