(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体の先端にノズルチップを固定するキャップであって、前記キャップは、ノズル本体及びノズルチップの外周に嵌合する円環部と、前記円環部の一端から内径側に屈曲して延出し、前記ノズルチップを前記ノズル本体側に押圧するキャップ肩部と、前記円環部の他端側の内周に形成され、前記ノズル本体に締結される締結部とを有する燃料用バーナのキャップ構造において、
前記キャップ肩部の内周または外周に、バーナ周囲の温度上昇による前記キャップ肩部の熱伸びを抑制する熱変形抑制部を形成し、
前記キャップ肩部の外周は一定の曲率半径を有して曲率中心を前記円環部の内周上に位置させ、前記熱変形抑制部は、前記円環部の内周と前記キャップ肩部の内周との境界縁を、前記キャップ肩部の外周の曲率中心より前記キャップ肩部側にずらして位置させた構成であることを特徴とする燃料用バーナのキャップ構造。
【請求項２】
前記熱変形抑制部は、前記キャップ肩部の内周のノズル半径方向に対する角度が、キャップ肩部において常温締め付け時での最大応力が許容応力を下回り、且つ高温運転時における発生面圧が燃料漏れを防ぐ許容面圧を上回るよう設定されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料用バーナのキャップ構造。
【請求項３】
前記キャップの外周面を熱遮蔽用カバーで被覆したことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の燃料用バーナのキャップ構造。
【請求項４】
液体燃料を供給する燃料通路が形成されたノズル本体と、
前記ノズル本体の先端に配置され、前記燃料通路に連通する燃料噴霧孔が形成されたノズルチップと、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のキャップ構造と、を備えることを特徴とする燃料用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を噴霧する燃料用バーナのキャップ構造、及び該キャップ構造を有する燃料用バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃焼空間内に液体燃料（スラリー状を含む）を噴霧して燃焼させる燃料用バーナが、油焚きボイラ等に幅広く用いられている。
図８は、従来の燃料用バーナの一例を示す断面図である。燃料用バーナ５０は、ノズル本体５１に燃料通路５２と噴霧媒体通路５３とが形成されており、燃料通路５２から供給される燃料と噴霧媒体通路５３から供給される噴霧媒体とを、ノズルチップ５４に形成された混合体噴霧孔５５で混合して燃焼空間に噴霧する。
【０００３】
ノズル本体５１は、ノズルボディ５１ａとバックプレート５１ｂとを有している。このバックプレート５１ｂとノズルチップ５４とを、円環状のキャップ５６でノズルボディ５１ａに固定している。具体的には、キャップ５６は、先端側にキャップ肩部５６ａを有し、基部側にネジ部５６ｂが形成されており、キャップ肩部５６ａによりノズルチップ５４をノズルボディ５１ａ側に押圧した状態でネジ部５６ｂをノズルボディ５１ａに締結することにより、ノズルチップ５４とバックプレート５１ｂとをノズルボディ５１ａに固定している。
【０００４】
このような燃料用バーナでは、液体燃料や噴霧媒体がノズルチップ内を高圧で送られるため、部品同士の締結状態によってはこれらの流体が漏れ出すおそれがある。
そこで、特許文献１（特開平８−１７８２３１号公報）には、スプレイプレートとバックプレートとの間の接合部を、パッキンを介装した嵌め合い構造にしたバーナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１７８２３１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、従来の燃料用バーナでは、キャップのネジ部による締め付け力が小さいと、ノズルボディとバックプレートとの接合面やバックプレートとノズルチップとの接合面等の燃料通路を形成する部位で面圧が低下し、接合面から燃料漏れが生じて、燃焼効率が低下したり、場合によっては火災を引き起こす可能性があった。
常温でキャップの締め付け力が十分であっても、運転時にバーナ周辺温度が上昇するとキャップがノズル本体より高温となり、熱伸び差により締め付け力が低下することがある。
【０００７】
特に、燃料用バーナが大型になるほどキャップの締め付け力が低下し、燃料漏れの可能性が高くなる。一般に、ノズルチップは大型であるほど燃焼性能が高くなるが、ネジによる締結は、締め付けトルクが同じ場合バーナ径が大きいほど締め付け力が低下する。燃焼性能を向上させるためにノズルチップを大型化すると、ネジの締め付け力低下による燃料漏れの可能性が高くなってしまう。
また、特許文献１に開示されるように、パッキンを介装した嵌め合い構造を採用することで燃料漏れの可能性を低減することはできるが、これはキャップの熱伸びを考慮したものではなく、燃料漏れを完全に防ぐことは困難であった。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、キャップとノズル本体との熱伸び差による締め付け力の低下を抑制でき、燃料漏れを防止可能なキャップ構造及び燃料用バーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の燃料用バーナのキャップ構造は、ノズル本体の先端にノズルチップを固定するキャップであって、前記キャップは、ノズル本体及びノズルチップの外周に嵌合する円環部と、前記円環部の一端から内径側に屈曲して延出し、前記ノズルチップを前記ノズル本体側に押圧するキャップ肩部と、前記円環部の他端側の内周に形成され、前記ノズル本体に締結される締結部とを有する燃料用バーナのキャップ構造において、前記キャップ肩部の内周または外周に、バーナ周囲の温度上昇による前記キャップ肩部の熱伸びを抑制する熱変形抑制部を形成し、前記キャップ肩部の外周は一定の曲率半径を有して曲率中心を前記円環部の内周上に位置させ、前記熱変形抑制部は、前記円環部の内周と前記キャップ肩部の内周との境界縁を、前記キャップ肩部の外周の曲率中心より前記キャップ肩部側にずらして位置させた構成であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、キャップ肩部の内周または外周に、バーナ周囲の温度上昇による熱伸びを抑制する熱変形抑制部を形成したため、輻射熱により温度上昇するキャップが熱伸びすることを抑制し、常温でのキャップ取り付け時に与えた締め付け力が大幅に低下してしまうことを防止できる。これにより、ノズル本体とノズルチップとの面圧を高く維持でき、燃料漏れを防止できる。また、キャップ肩部は、ノズル本体とノズルチップとの面圧を発生させる部位であるため、キャップ肩部の熱伸びは燃料漏れの大きな原因となる。したがって、キャップ肩部の内周または外周に熱変形抑制部を形成することにより、燃料漏れ防止効果を高く維持できる。
【００１１】
また、前記キャップ肩部の外周は一定の曲率半径を有して曲率中心を前記円環部の内周上に位置させ、前記熱変形抑制部は、前記円環部の内周と前記キャップ肩部の内周との境界縁を、前記キャップ肩部の外周の曲率中心より前記キャップ肩部側にずらして位置させた構成である。
【００１２】
従来のキャップ構造は、円環部内周とキャップ肩部内周との境界縁が、キャップ肩部の曲率中心とほぼ一致していたが、これに対して本構成では、前記キャップ肩部の外周は一定の曲率半径を有して曲率中心を前記円環部の内周上に位置させ、円環部内周とキャップ肩部内周との境界縁を曲率中心よりキャップ肩部側にずらしたため、キャップ肩部の板厚の薄肉化が図れる。
キャップは、弾性変形することによって締め付け力を発生する。そこで、上記したようにキャップ肩部を従来構造より薄肉化して剛性を低下させることにより、常温でのキャップ締め付け時にキャップ肩部の弾性変形量を大きくすることができ、バーナ周辺温度が上昇した時にキャップが熱伸びしても、弾性変形が緩和されることを抑制できる。これによりキャップの締め付け力の低下を抑制でき、燃料漏れを防止可能となる。
【００１３】
【００１４】
また、前記熱変形抑制部は、前記キャップ肩部の内周のノズル半径方向に対する角度が、キャップ肩部において常温締め付け時での最大応力が許容応力を下回り、且つ高温運転時における発生面圧が燃料漏れを防ぐ許容面圧を上回るよう設定されたことが好ましい。
具体的には、前記熱変形抑制部は、前記キャップ肩部の内周のノズル半径方向に対する角度を３０°以上４２°以下とした構成であることが好ましい。
このように、ノズル半径方向に対するキャップ肩部内周の角度を３０°以上とすることにより、常温でのキャップ締め付け時に、キャップが塑性変形することを防止できる。一方、ノズル半径方向に対するキャップ肩部内周の角度を４２°以下とすることにより、バーナ周辺温度が上昇した時にキャップが熱伸びしても、キャップ肩部の押圧力によりノズル本体とノズルチップとの面圧を、燃料漏れが生じない面圧に維持することができる。
【００１５】
また、前記キャップの外周面を熱遮蔽用カバーで被覆することが好ましい。
このように、熱遮蔽用カバーでキャップへの輻射熱を遮ることにより、キャップとノズルチップとの間の温度差を低減し、キャップの締め付け力が低下することを抑制できる。
【００１６】
また、液体燃料を供給する燃料通路が形成されたノズル本体と、前記ノズル本体の先端に配置され、前記燃料通路に連通する燃料噴霧孔が形成されたノズルチップと、上記した構成を有するキャップ構造とを備える燃料用バーナを特徴とする。
このように、燃料用バーナが、キャップ肩部の内周または外周に熱変形抑制部が形成されたキャップ構造を備えることにより、燃料漏れしにくい燃料用バーナを提供することが可能である。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のように本発明によれば、キャップ肩部の内周または外周に、バーナ周囲の温度上昇による熱伸びを抑制する熱変形抑制部を形成したため、輻射熱により温度上昇するキャップが熱伸びすることを抑制し、常温でのキャップ取り付け時に与えた締め付け力が大幅に低下してしまうことを防止できる。これにより、ノズル本体とノズルチップとの面圧を高く維持でき、燃料漏れを防止できる。また、キャップ肩部は、ノズル本体とノズルチップとの面圧を発生させる部位であるため、キャップ肩部の熱伸びは燃料漏れの大きな原因となる。したがって、キャップ肩部の内周または外周に熱変形抑制部を形成することにより、燃料漏れ防止効果を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料用バーナの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るキャップ構造の断面図である。
【図３】キャップ肩部の板厚に対する応力と面圧の関係を示すグラフである。
【図４】図２の変形例を示し、（Ａ）は従来のキャップ構造を示す断面図で、（Ｂ）は参考例のキャップ構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るキャップ構造の断面図である。
【図６】キャップ肩部の角度に対する応力と面圧の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態に係るキャップ構造の断面図である。
【図８】従来の燃料用バーナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
（第１実施形態）
まず最初に、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る燃料用バーナの全体構成を説明する。なお、ここで説明する燃料用バーナは一例であり、以下の構成に限定されるものではない。
燃料用バーナ１は、基部側から先端側に向けて、ノズルボディ２とバックプレート３とノズルチップ４とが順に配設されている。本発明では、ノズルボディ２とバックプレート３とをノズル本体と称する。
【００２１】
ノズルチップ４とバックプレート３は、円環状のキャップ２０でノズルボディ２に固定されている。
ノズルボディ２には、燃料通路６と噴霧媒体通路８とが形成されている。バックプレート３からノズルチップ４にかけて、燃料通路６に通じる燃料室７と、噴霧媒体通路８に通じる噴霧媒体室９が形成されている。さらに、ノズルチップ４には、燃料室７と噴霧媒体室９に通じる混合体噴霧孔１０が形成されており、混合体噴霧孔１０はノズルチップ４の前面側に開口している。
【００２２】
上記した燃料用バーナ１において、図示しない燃料圧送装置から供給される燃料は、燃料供給路１１を通ってノズルボディ２へ達する。そして、燃料はノズルボディ２の燃料通路６を通って、バックプレート３及びノズルチップ４に形成された燃料室７に溜められる。一方、図示しない噴霧媒体圧送装置から供給される噴霧媒体は、噴霧媒体供給路１２からノズルボディ２へ達する。そして、ノズルボディ２の噴霧媒体通路８を通って、バックプレート３及びノズルチップ４に形成された噴霧媒体室９に溜められる。
噴霧媒体室９内の噴霧媒体と燃料室７内の燃料は混合体噴霧孔１０で混合され、燃料が霧状化されて混合体噴出孔１０の開口より燃焼空間へ噴霧される。
燃料用バーナ１で噴霧される燃料は、スラリー状を含む液体燃料とし、例えば重油等が挙げられる。燃料用バーナ１で噴霧される噴霧媒体は、圧縮空気又は蒸気等の圧縮性の噴霧媒体が好適に用いられる。
【００２３】
次に、図２を参照して、キャップ２０の構造につき詳細に説明する。
キャップ２０は、円環部２１と、ネジ部２２と、キャップ肩部２３とを有する。
円環部２１は、内周２１ａと外周２１ｂとを有する円筒形状に形成され、ノズルボディ２及びバックプレート３及びノズルチップ４に嵌合する。図中、破線Ａより下方が円環部２１である。
ネジ部２２は、円環部２１の自由端側の内周に形成され、ノズルボディ２に螺合される。
【００２４】
キャップ肩部２３は、円環部２１の、ネジ部２２とは反対側の端部から内径側に屈曲して延出し、ノズルチップ４をノズルボディ２側に押圧する。図中、破線Ａより上方がキャップ肩部２３である。キャップ肩部外周２３ｂは、ノズル軸線方向（図中、矢印Ｙ方向）に対して曲率を有して屈曲している。キャップ肩部内周２３ａは、テーパ状に形成されている。
円環部内周２１ａと、キャップ肩部内周２３ａとは、環状の境界縁２５で連結している。
このキャップ２０は、ノズルボディ２との間にバックプレート３を挟んだ状態でノズルチップ４をキャップ肩部２３で押圧し、ネジ部２２でノズルボディ２の外周に螺合することによりノズルチップ４とバックプレート３とを固定している。
【００２５】
さらに、キャップ２０には、キャップ肩部２３の内周２３ａまたは外周２３ｂに、バーナ周囲の温度上昇によるキャップ肩部２３の熱伸びを抑制する熱変形抑制部が形成されている。
このように、キャップ肩部２３の内周２３ａまたは外周２３ｂに、バーナ周囲の温度上昇による熱伸びを抑制する熱変形抑制部を形成することにより、輻射熱により温度上昇するキャップ２０が熱伸びすることを抑制し、常温でのキャップ取り付け時に与えた締め付け力が大幅に低下してしまうことを防止できる。これにより、ノズルボディ２とバックプレート３、及びバックプレート３とノズルチップ４の接合面の面圧を高く維持でき、燃料漏れを防止できる。また、キャップ肩部２３は、ノズルボディ２とバックプレート３、及びバックプレート３とノズルチップ４の接合面の面圧を発生させる部位であるため、キャップ肩部２３の熱伸びは燃料漏れの大きな原因となる。したがって、キャップ肩部２３の内周２３ａまたは外周２３ｂに熱変形抑制部を形成することにより、燃料漏れ防止効果を高く維持できる。
【００２６】
具体的に、熱変形抑制部は以下の構成を有していることが好ましい。
図２に示すように、円環部内周２１ａとキャップ肩部内周２３ａとの境界縁２５を、キャップ肩部外周２３ｂの曲率中心Ｃ（曲率半径ｒ）よりキャップ肩部２３側にずらして位置させている。
【００２７】
従来のキャップ構造は、円環部内周２１ａとキャップ肩部内周２３ａとの境界縁２５が、キャップ肩部２３の曲率中心Ｃとほぼ一致（図４（Ａ)参照）していたが、これに対して本構成では、円環部内周２１ａとキャップ肩部内周２３ａとの境界縁２５を曲率中心Ｃよりキャップ肩部２３側にずらしたため、キャップ肩部２３の板厚ｘを薄肉化できる。
キャップ２０は、弾性変形することによって締め付け力を発生する。そこで、上記したようにキャップ肩部２３を従来構造より薄肉化して剛性を低下させることにより、常温でのキャップ締め付け時にキャップ肩部２３の弾性変形量を大きくすることができ、バーナ周辺温度が上昇した時にキャップ２０が熱伸びしても、弾性変形が緩和されることを抑制できる。これによりキャップ２０の締め付け力の低下を抑制でき、燃料漏れを防止可能となる。
【００２８】
図３は、キャップ肩部の板厚ｘに対する応力と面圧の関係を示すグラフである。
このグラフにおいて、キャップ肩部２３の板厚ｘが下記条件（１）、（２）を満たしていれば、キャップ２０が塑性変形せず、且つ高温（ここではキャップ２０とノズルチップ４の温度差が１００℃）において、燃料漏れを防ぐ許容面圧を確保することができる。
（１）常温締め付け時での最大応力が許容応力を下回っている。
（２）高温運転時における発生面圧が許容面圧を上回っている。
したがって、図３のグラフから、キャップ肩部２３の板厚を５〜７．８ｍｍの範囲内に設定することで、キャップ２０は塑性変形せず、且つ高温において燃料漏れが発生しないことがわかる。
【００２９】
図４は図２の変形の参考例を示し、（Ａ）は従来のキャップ構造を示す断面図で、（Ｂ）は参考例を示すキャップ構造を示す断面図である。
図４（Ａ）に示すように、従来のキャップ構造は、円環部内周２１ａとキャップ肩部内周２３ａとの境界縁２５が、キャップ肩部２３の曲率中心Ｃとほぼ一致していた。
一方、図４（Ｂ）に示すように、本参考例のキャップ構造では、熱変形抑制部は、キャップ肩部外周２３ｂの曲率Ｒ１を、円環部内周２１ａとキャップ肩部内周２３ａとの境界縁２５を曲率中心Ｃとした曲率Ｒより小さくした構成となっている。
この場合、キャップ肩部外周２３ｂの曲率中心Ｃ１は、従来の曲率中心Ｃが内径側にずれた位置となる。
【００３０】
このように、キャップ肩部外周２３ｂの曲率Ｒ１を、円環部内周２１ａとキャップ肩部内周２３ａとの境界縁２５を中心とした曲率Ｒより小さくすることにより、従来のキャップ構造よりもキャップ肩部２３の板厚ｘが薄肉化し、これにより上記した理由と同様に、キャップ２０の締め付け力の低下を抑制でき、燃料漏れを防止可能となる。
【００３１】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係るキャップ構造の断面図である。なお、以下に示す第２実施形態及び第３実施形態において、上記した第１実施形態と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。
第２実施形態のキャップ構造では、熱変形抑制部は、キャップ肩部内周２３ａのノズル半径方向Ｘに対する角度θを３０°以上４２°以下とした構成となっている。
【００３２】
ノズル半径方向Ｘに対するキャップ肩部内周２３ａの角度θを３０°以上とすることにより、常温でのキャップ締め付け時に、キャップ２０が塑性変形することを防止できる。
一方、ノズル半径方向Ｘに対するキャップ肩部内周２３ａの角度θを４２°以下とすることにより、バーナ周辺温度が上昇した時にキャップ２０が熱伸びしても、キャップ肩部２３の押圧力によりノズルボディ２とバックプレート３、バックプレート３とノズルチップ４の面圧を、燃料漏れが生じない面圧に維持することができる。
【００３３】
図６はキャップ肩部の角度に対する応力と面圧の関係を示すグラフである。
このグラフにおいて、キャップ肩部２３の角度θが下記条件（１）、（２）を満たしていれば、キャップ２０が塑性変形せず、且つ高温（ここではキャップ２０とノズルチップ４の温度差が１００℃）において、燃料漏れを防ぐ許容面圧を確保することができる。
（１）常温締め付け時での最大応力が許容応力を下回っている。
（２）高温運転時における発生面圧が許容面圧を上回っている。
したがって、図６のグラフから、キャップ肩部２３の角度θを３０°以上４２°以下とすることで、キャップ２０は塑性変形せず、且つ高温において燃料漏れが発生しないことがわかる。
【００３４】
（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態に係るキャップ構造の断面図である。第３実施形態は、上記した第１実施形態または第２実施形態と組み合わせて採用されることが好ましい。
第３実施形態のキャップ構造は、キャップ２０の外周面を熱遮蔽用カバー３０で被覆している。熱遮蔽用カバー３０は、内周に形成されたネジ部３１によりキャップ２０の円環部外周２１ｂに形成されたネジ部に螺合する。なお、熱遮蔽用カバー３０とキャップ２０との締結手段はこれに限定されるものではなく、ボルト等の他の締結手段を用いてもよい。
また、熱遮蔽用カバー３０は、熱遮蔽効果を高くするために、キャップ２０の円環部外周２１ｂからキャップ肩部２３ｂの全面を被覆するように形成されていることが好ましい。
【００３５】
さらに、熱遮蔽用カバー３０は、キャップ２０と同一材料で形成してもよいが、キャップ２０より線膨張係数が大きい材料で形成することが好ましい。これにより、バーナ周辺温度が上昇した時、熱遮蔽用カバー３０の熱伸び量がキャップ２０の熱伸び量より大きくなり、熱遮蔽用カバー３０とキャップ２０の間に空間が形成され、断熱効果が向上する。
さらにまた、熱遮蔽用カバー３０はセラミック材料で形成されることが好ましい。セラミック材料は、鋼材等に比べて熱伝導率が小さいため、キャップ２０の温度上昇を抑制することができる。
【００３６】
キャップ２０は、外面からの輻射により温度が上昇し、ノズルチップ４との間に温度差が生じる。したがって、熱遮蔽用カバー３０でキャップ２０への輻射熱を遮ることにより、キャップ２０とノズルチップ４との間の温度差を低減し、キャップ２０の締め付け力が低下することを抑制でき、ひいては燃料漏れを防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１    燃料用バーナ
２    ノズルボディ
３    バックプレート
４    ノズルチップ
６    燃料通路
７    燃料室
８    噴霧媒体通路
９    噴霧媒体室
１０  混合体噴霧孔
２０  キャップ
２１  円環部
２２  ネジ部
２３  キャップ肩部
２５  円環部内周とキャップ内周との境界縁
３０  熱遮蔽用カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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