(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプの吐出側から延びる燃料供給ラインを複数に分岐し、分岐された複数の燃料供給ラインの１つから分岐するリターンラインを前記燃料ポンプの吸入側に接続するとともに、該リターンラインに流量制御弁を設けて構成される燃焼装置の燃料供給系に設けられる燃料噴射ノズルであって、
複数に分岐された前記燃料供給ラインの各端部に接続して構成されることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記燃料ポンプの吐出側から延びる燃料供給ラインを２つに分岐し、一方の前記燃料供給ラインから分岐するリターンラインを前記燃料ポンプの吸入側に接続して成る燃料供給系に設けられる燃料噴射ノズルであって、
同心状に開口する大小異径の２つのオリフィスを備え、一方のオリフィスに前記一方の燃料供給ラインを開口せしめ、他方のオリフィスに前記他方の燃料供給ラインを開口せしめて構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】
高負荷側の一方の燃料供給ラインを大径側のオリフィスに開口せしめ、低負荷側の他方の燃料供給ラインを小径側のオリフィスに開口せしめるとともに、低負荷側の燃料供給ラインから前記リターンラインを分岐させたことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射ノズル。
【請求項４】
高負荷側の一方の燃料供給ラインを大径側のオリフィスに開口せしめ、低負荷側の他方の燃料供給ラインを小径側のオリフィスに開口せしめるとともに、高負荷側の燃料供給ラインから前記リターンラインを分岐させたことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ等の燃焼装置の燃料供給系に設けられる２つの燃料供給ラインに接続される単一の燃料噴射ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ等の燃焼装置を運転する場合、複数の燃焼位置において燃焼量を段階的に変化させたり、或いは燃料供給量を無段階に制御して燃焼量を連続的に変化させて発停回数を抑制し、燃焼の安定化と省エネルギを実現することが行われている。
【０００３】
例えば、停止、低燃焼及び高燃焼の３つの段階で制御される３位置制御方式を採用する現行の油焚きボイラのターンダウン比（最小燃焼量：最大燃焼量）は１：２程度であるが、この種の油焚きボイラには、省エネルギの観点から多位置若しくは比例燃焼制御、ターンダウン比が１：５以上が求められている。
【０００４】
そこで、現在は燃料噴射ノズルを複数配置し、これらの燃料噴射ノズルを燃焼負荷に応じて切り替える方式や、燃料の一部を戻すことによって多位置若しくは比例燃焼制御を実現するリターンノズル方式が採用されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８０４１７号公報
【特許文献２】特開平５−２６４０２６号公報
【特許文献３】特開平７−０９１６４９号公報
【特許文献４】特開平７−０９１６５０号公報
【特許文献５】特開２０００−１４６１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃料噴射ノズルを複数配置して多位置若しくは比例燃焼制御を実現する方式では、各燃料噴射ノズルの取付位置が該燃料噴射ノズルの外側に円環状に設置された燃焼用空気ノズルの中心線（エアレジスタ中心線）から径方向にズレるため、周方向において燃料と燃焼用空気との混合が均一になされず、燃焼性能に悪影響が生じるという問題がある。
【０００７】
又、燃料の一部を戻すことによって多位置若しくは比例燃焼制御を実現するリターンノズル方式では、ターンダウン比は１：３程度が限度であり、それ以上のターンダウン比で運転すると、燃料のリターンラインに空気が混入して燃料の安定した噴射ができない他、燃料ポンプに悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、全燃焼負荷に対して高い燃焼性能を維持しつつ、多位置若しくは比例燃焼制御と大きなターンダウン比を実現することができる燃料噴射ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、燃料ポンプの吐出側から延びる燃料供給ラインを複数に分岐し、分岐された複数の燃料供給ラインの少なくとも１つから分岐するリターンラインを前記燃料ポンプの吸入側に接続するとともに、該リターンラインに流量制御弁を設けて構成される燃焼装置の燃料供給系に設けられる燃料噴射ノズルを、複数に分岐された前記燃料供給ラインの各端部に接続して構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記燃料ポンプの吐出側から延びる燃料供給ラインを２つに分岐し、一方の供給ラインから分岐するリターンラインを前記燃料ポンプの吸入側に接続して成る燃料供給系に設けられる燃料噴射ノズルを、同心状に開口する大小異径の２つのオリフィスを備え、一方のオリフィスに前記一方の燃料供給ラインを開口せしめ、他方のオリフィスに前記他方の燃料供給ラインを開口せしめて構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、高負荷側の一方の燃料供給ラインを大径側のオリフィスに開口せしめ、低負荷側の他方の燃料供給ラインを小径側のオリフィスに開口せしめるとともに、低負荷側の燃料供給ラインから前記リターンラインを分岐させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、高負荷側の一方の燃料供給ラインを大径側のオリフィスに開口せしめ、低負荷側の他方の燃料供給ラインを小径側のオリフィスに開口せしめるとともに、高負荷側の燃料供給ラインから前記リターンラインを分岐させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料噴射ノズルに同心状に開口する大小異径の２つのオリフィスを形成し、各オリフィスに各燃料供給ラインをそれぞれ開口せしめる構成を採用したため、燃料噴射ノズルの取付位置が燃焼用空気ノズルの中心線（エアレジスタ中心線）からズレることがなく、エアレジスタ中心線上に同心状に配された大小異径のオリフィスから噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、全負荷運転域において高い燃焼性能を得ることができる。又、一方の燃料供給ラインから分岐するリターンラインに設けられた流量制御弁の開度を制御して燃料戻り量を調整することによって、他方の燃料供給ラインから一定量の燃料を噴射することと併せて燃焼の多位置若しくは比例制御を実現することができるとともに、高いターンダウン比を実現することができる。
【００１４】
尚、燃料供給ラインからリターンラインを経て燃料を戻す比例燃焼制御を低負荷側で行うようにすれば、ボイラ等において実際に頻繁に運転される低負荷域で比例燃焼制御のメリットを享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る燃料噴射ノズルを備えたボイラの一部を破断して示す構成図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射ノズル要部の断面図である。
【図３】本発明の別形態に係る燃料噴射ノズル要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る燃料噴射ノズルを備えたボイラの一部を破断して示す構成図、図２は本発明に係る燃料噴射ノズル要部の断面図であり、図１に示すように、ボイラ１の上部には本発明に係る燃焼噴射ノズル２とその周囲に配された円筒状の燃焼用空気ノズル３が設置されている。
【００１８】
上記ボイラ１の燃料供給系には、燃料を収容する燃料タンク４が備えられており、該燃料タンク４から延びる燃料供給ライン５には燃料ポンプ６が設けられている。そして、燃料供給ライン５の燃料ポンプ６の吐出側（下流側）には開閉弁である電磁弁Ｖ１が設けられており、燃料供給ライン５は電磁弁Ｖ１の下流において２つの燃料供給ライン７，８に分岐している。これらの燃料供給ライン７，８には開閉弁である電磁弁Ｖ２，Ｖ３がそれぞれ設けられており、各燃料供給ライン７，８は、本発明に係る単一の前記燃料噴射ノズル２に接続されている。
【００１９】
ここで、一方の燃料供給ライン７は低負荷側に設けられるものであって、この低負荷側の燃料供給ライン７からは燃料噴射ノズル２の内部においてリターンライン９が分岐しており、このリターンライン９は前記燃料供給ライン５の燃料ポンプ６の吸入側に接続されている。そして、リターンライン９の途中には開閉弁である電磁弁Ｖ４と流量制御弁１０が設けられている。後述のように、流量制御弁１０の開度を調整してリターンライン９から燃料供給ラインへ５と戻される燃料の量を制御することによって、燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２に供給される燃料の量は燃焼負荷に対して比例制御され、全燃焼負荷１００％に対して２０〜６０％負荷に相当する量の燃料が燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される。
【００２０】
又、他方の燃料供給ライン８は高負荷側に設けられるものであって、この燃料供給ライン８からは全燃焼負荷１００％のうちの４０％負荷に相当する一定量の燃料が燃料噴射ノズル２へと供給される。
【００２１】
ここで、燃料噴射ノズル２の構成を図２に基づいて以下に説明する。
【００２２】
燃料噴射ノズル２の下端の中心部（燃焼用空気ノズル３の中心線（エアレジスタ中心線）上には同心状に開口する大小異径の２つのオリフィス１１，１２が形成されており、大径側のオリフィス１１には高負荷側の燃料供給ライン８が開口し、小径側のオリフィス１２には低負荷側の燃料供給ライン７が開口している。
【００２３】
より詳細には、燃料噴射ノズル２のハウジング１３の底壁１３ａの中央部に大径側のオリフィス１１が形成されており、ハウジング１３の内部の軸中心部には上下方向に配されたノズル１４とこれを保持するホルダ１５が収容されている。そして、ノズル１４に低負荷側の燃料供給ライン７が接続されており、該ノズル１４の先端部（下端部）には下方に向かって絞られた絞り部１４ａが形成され、この絞り部１４ａの下面は小径側のオリフィス１２として大径側のオリフィス１１内に同心的に開口している。
【００２４】
又、上記ノズル１４の周囲には円筒状の流路１６が形成されており、この流路１６はノズル１４に形成された複数の連通孔１４ｂを介してノズル１４の内部に連通しており、流路１６にはリターンライン９が接続されている。
【００２５】
更に、前記ホルダ１５の下端には複数の流路１５ａが横方向に形成されており、この流路１５ａには高負荷側の燃料供給ライン８が接続されている。そして、流路１６はノズル１４の下端絞り部１４ａの周囲に形成された空間１７を介して大径側のオリフィス１１に開口している。
【００２６】
他方、図１に示すように、ボイラ１の上部には燃焼用空気の供給経路を構成するウインドボックス１８が設置されており、該ウインドボックス１８には送風機１９が接続されている。この送風機１９の駆動源である不図示の電動モータには、その回転数を制御するためのインバータ装置２０が電気的に接続されており、このインバータ装置２０には制御装置２１が接続されている。又、制御装置２１には前記電磁弁Ｖ１〜Ｖ４と流量制御弁１０が電気的に接続されており、制御装置２１は、ボイラ１からの要求に応じて電磁弁Ｖ１〜Ｖ４と流量制御弁１０及びインバータ装置２０をそれぞれ制御する。
【００２７】
而して、本実施の形態に係るボイラ１は、燃料供給量を燃焼負荷に応じて無段階に制御して燃焼量を連続的に変化させる方式を採用するものであって、該ボイラ１の運転が開始されると、ボイラ１は停止状態からプレパージ、プレイグニッション、着火トライ等の処理を経て燃焼装置において所定量の燃料が燃料噴射ノズル２から噴射されるとともに、送風機１９から燃焼用空気がウインドボックス１８から燃焼用空気ノズル３へと供給され、これらの燃料と燃焼用空気の混合によって所定空燃比（Ａ／Ｆ）の混合気が形成され、この混合気の燃焼によって発生する熱がボイラ１での蒸気の生成に供される。
【００２８】
例えば、ボイラ１が２０〜６０％負荷の低負荷域で運転される場合には、制御装置２１によって電磁弁Ｖ３が閉じられ、他の電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４が開けられ、流量制御弁１０の開度と送風機１９の開度が制御されて燃焼負荷に応じた量の燃料が燃料噴射ノズル２から噴射されるとともに、送風機１９から必要な量の燃焼用空気が燃焼用空気ノズル３へと供給される。即ち、燃料タンク４内の燃料は燃料供給ライン５を流れる過程で燃料ポンプ６によって加圧され、この加圧された燃料は低負荷側の燃料供給ライン７を通って燃料噴射ノズル２へと供給され、その一部はリターンライン９から燃料供給ライン４の燃料ポンプ６の吸入側に戻される。従って、流量制御弁１０の開度を調整することによって、リターンライン９を経て燃料供給ライン５へと戻される燃料の量が変化し、例えば燃料制御弁１０を絞ってリターンライン９を流れる燃料の流量を絞れば、燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される燃料の量が増加し、その状態から燃料制御弁１０を開いていくとリターンライン９を流れる燃料の流量が増加して燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される燃料が減少する。
【００２９】
この低負荷域において燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される燃料は、図２に示す燃料噴射ノズル２のノズル１４を通り、その下面に開口する小径側のオリフィス１２から下方に向けて噴射され、この噴射された燃料が送風機１９から燃焼空気用ノズル３へと供給される燃焼用空気と混合することによって所定の空燃比（Ａ／Ｆ）の混合気が形成される。この場合、前述のように同心状に開口する大小異径のオリフィス１１，１２は燃焼用空気ノズル３の中心線（エアレジスタ中心線）上に配置されているため、小径側のオリフィス１２から噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、高い燃焼性能が確保される。
【００３０】
而して、上述のように燃焼負荷に応じて流量制御弁１０の開度を制御することによって燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される燃料の量が比例制御されるとともに、送風機１９から燃焼用空気ノズル３へと供給される燃焼用空気量も比例制御され、燃焼負荷を２０％〜４０％の範囲で連続的に変化させる比例燃焼制御を実現させることができる。
【００３１】
そして、ボイラ１の運転が６０％負荷を超える高負荷域に移行すると、制御装置２１によって電磁弁Ｖ３が開けられるとともに、流量制御弁１０の開度と送風機１９の回転数が制御され、燃焼負荷に応じた量の燃料が燃料供給ライン８から燃料噴射ノズル２へと供給されるとともに、必要な量の燃焼用空気が燃焼用空気ノズル３へと供給される。
【００３２】
即ち、高負荷側の燃料供給ライン８からは４０％負荷相当の量の燃料が燃料噴射ノズルへ２と供給されるとともに、流量制御弁１０によって量が比例制御された燃料が低負荷側の燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される。そして、高負荷側の燃料供給ライン８から燃料噴射ノズル２へと供給される一定量（４０％負荷相当）の燃料は、図２に示す燃料噴射ノズル２内の流路１６から空間１７を通って大径側のオリフィス１１から下方へ向かって噴射され、低負荷側の燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される燃料は前述のように小径側のオリフィス１２から下方に向かって噴射され、これらの燃料が送風機１９から燃焼用空気ノズル３へと供給される燃焼用空気と混合することによって所定の空燃比（Ａ／Ｆ）の混合気が形成される。この場合、前述のように同心状に開口する大小異径のオリフィス１１，１２は燃焼用空気ノズル３の中心線（エアレジスタ中心線）上に配置されているため、これらのオリフィス１１，１２からそれぞれ噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、高負荷域においても高い燃焼性能が確保される。
【００３３】
而して、高負荷運転においては、高負荷側の燃料供給ライン８から４０％負荷相当の一定量の燃料を燃料噴射ノズル２へと供給するとともに、燃焼負荷に応じて流量制御弁１０の開度を制御することによって低負荷側の燃料供給ライン７から燃料噴射ノズル２へと供給される燃料の量を２０〜６０％負荷の範囲で比例制御することによって、燃焼負荷を６０〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態では、単一の燃料噴射ノズル２に同心状に開口する大小異径の２つのオリフィス１１，１２を形成し、各オリフィス１１，１２に各燃料供給ライン８，７をそれぞれ開口せしめる構成を採用したため、燃料噴射ノズル２の取付位置が燃焼用空気ノズル３のエアレジスタ中心線からズレることがなく、エアレジスタ中心線上に同心状に配された大小異径のオリフィス１１，１２から噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、全負荷域において高い燃焼性能を得ることができる。
【００３５】
又、低負荷側の燃料供給ライン７から分岐するリターンライン９に設けられた流量制御弁１０の開度を制御して燃料の戻り量を調整することによって、高負荷側の燃料供給ライン８から一定量の燃料を噴射することと併せて燃焼の比例制御を実現することができるとともに、１：５の高いターンダウン比を実現することができる。
【００３６】
更に、本実施の形態では、燃料供給ライン７からリターンライン９を経て燃料を戻す比例燃焼制御を低負荷側で行うようにしたため、ボイラ１において実際に頻繁に運転される低負荷域で比例燃焼制御のメリットを享受することができる。
【００３７】
尚、以上の実施の形態では、流量制御弁１０の開度を連続的に制御することによって燃焼量を比例制御する場合について説明したが、本発明は、流量制御弁１０の開度を段階的に制御することによって燃焼量を多位置で制御する方式を採用する燃焼装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
【００３８】
又、以上の実施の形態では、低負荷側の燃料供給ライン７からリターンライン９を分岐し、該リターンライン９に設けられた流量制御弁１０の開度を制御することによって低負荷域の燃焼量を比例制御するようにしたが、図３に示すように、逆に高負荷側の燃料供給ライン８からリターンライン９を分岐し、該リターンライン９に設けられた流量制御弁１０の開度を制御することによって高負荷域の燃焼量を比例制御するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１          ボイラ
２          燃料噴射ノズル
３          燃焼用空気ノズル
４          燃料タンク
５          燃料供給ライン
６          燃料ポンプ
７，８      燃料供給ライン
９          リターンライン
１０        流量制御弁
１１        大径側オリフィス
１２        小径側オリフィス
１３        燃料噴射ノズルのハウジング
１３ａ      ハウジングの底壁
１４        ノズル
１４ａ      ノズルの絞り部
１４ｂ      ノズルの連通孔
１５        ホルダ
１５ａ      ホルダの流路
１６        流路
１７        空間
１８        ウインドボックス
１９        送風機
２０        インバータ装置
２１        制御装置
Ｖ１〜Ｖ４  電磁弁
【図１】
0005549470.tif 000002
【図２】
0005549470.tif 000003
【図３】
0005549470.tif 000004