(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガス供給部と、燃料油供給部とから、夫々高圧ガス、燃料油を混合空間区画に導き、該混合空間区画において、高圧ガスをノズル部からその前方に配した超音波共鳴空孔に向け噴射することにより、超音波振動を発生せしめ、これに燃料油を噴射混合して霧化する工程と、引き続く均一化空間区画において、前記高圧ガスの超音波エネルギーにより、燃料霧滴をより細分化し、均一分散する工程とからなり、更に前記霧滴を噴出孔より燃焼区域に噴出するようにしたことを特徴とするバーナーにおける燃料霧滴形成方法。
【請求項２】
高圧ガス供給管、およびそれより複数に分岐した高圧ガス導管と、燃料油供給管、およびそれに連設した燃料油導管とを擁し、これをガス・油混合室に導くガス・油供給部と、前記高圧ガス導管のノズルより、それに対向して前方に配した超音波共鳴空孔に向け高圧ガスを噴射するとともに、燃料油導管のノズルから噴射した燃料油を混合し霧化せしめるガス・油混合室と、生成した燃料霧滴を細分化、均一分散化せしめる均一化室と、該燃料霧滴を燃焼区域に噴出する噴出孔よりなることを特徴とするバーナー装置。
【請求項３】
ガス・油供給部、ガス・油混合室、均一化室を順次下〜上方向に配し、均一化室からの燃料霧滴を、バーナー装置頂部近傍の側壁に横並列に複数設けた噴出孔より燃焼区域に横扁平状に噴射するようにしたことを特徴とする請求項２記載のバーナー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナー装置内部の一空間区画に、高圧ガス噴射孔とそれに対向した共鳴空孔を配していわゆるハートマン噴射発音器（Hartmann's whistle) を形成し、その発生超音波振動による燃料油の霧化手段を利用した、バーナーにおける燃料霧滴形成方法、およびバーナー装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその解決すべき課題】
本出願の一発明者の発明にかかる特公昭45− 186号公報には、バーナ装置に関し、燃料内筒を通した高圧ガス外筒の端部に、一次噴射用のチャンバーを設けて、このチャンバーに燃料ノズル及び複数の高圧ガスノズルを開口し、各高圧ガスノズルに対してその前方に取付けられた超音波共鳴体の共鳴孔を夫々対応せしめるとともに、チャンバー前側の仕切部材にエマルジョンノズルを備えて、チャンバー内で発生される超音波エネルギーとガス・燃料の一次噴射圧により生成されたエマルジョンの二次噴射を行うようにした燃焼用バーナーを提唱している。
【０００３】
該提唱例はハートマン噴射発音器の超音波振動による霧化手段を利用したものであり、チャンバーにおいて燃料霧滴は生成するが、燃料霧滴が充分微細、かつ均一分散化する余裕もなく燃焼区域に噴出されるので、焔の安定性、燃焼効率等において未だ解決すべき課題を有する。また、高圧ガスと燃料油とを下方から供給し、燃焼区域に燃料霧滴を横（水平）扁平状に噴射する、すなわちアンダースルーポートタイプとすることについては開示、示唆していない。
【０００４】
本発明は、燃料霧滴を充分微細、かつ均一分散化したうえで燃焼区域に噴出するようにし、焔の安定性、燃焼効率等において優れており、また、高圧ガスと燃料油とを下方から供給し、燃焼区域に燃料霧滴を横扁平状に噴射するようにした燃焼用バーナーにおける燃料霧滴形成方法および燃焼用バーナー装置を提供するものである。
【０００５】
なお、特開昭58−193010号公報には重油燃焼用バーナーに関し、ノズル先端軸心部には油噴出孔を、ノズル先端外周部には霧化媒体を旋回噴出させるための複数の旋回溝を、ノズル先端部には油を霧化するための半球状の混合室を有し、混合室の球形頂部には複数個の混合流体噴出口を設けたこと、噴出口の配置によりフラットフレームが得られることが、実開昭49−27030 号公報には、内部混合型扁平焔バーナーに関し、該バーナーの先端バーナーキャップ内部で混合空間に連なる部分に直径の大なる砲弾型の空洞を形成し、バーナーキャップの先端面には直径方向に細長いスリット孔を設け、その中央部は孔を広幅としもので、これらスリット孔、広幅孔を混合気噴出孔としてた扁平焔形成に適したことが開示されている。
【０００６】
これら公知の２例はハートマン噴射発音器を利用した構成とは異なり、充分微細な燃料霧滴を形成し難い。また燃料霧滴を横扁平状に噴射することは開示しているが、ガスと燃料油とを下方から供給する類のものとは異なる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バーナーにおける燃料霧滴形成方法に関し、高圧ガス供給部と、燃料油供給部とから、夫々高圧ガス、燃料油を混合空間区画に導き、該混合空間区画において、高圧ガスをノズル部からその前方に配した超音波共鳴空孔に向け噴射することにより、超音波振動を発生せしめ、これに燃料油を噴射混合して霧化する工程と、引き続く均一化空間区画において、前記高圧ガスの超音波エネルギーにより、燃料霧滴をより細分化し、均一分散する工程とからなり、更に前記霧滴を噴出孔より燃焼区域に噴出するようにしたことからなる。
【０００８】
また本発明は、バーナー装置に関し、高圧ガス供給管、およびそれより複数に分岐した高圧ガス導管と、燃料油供給管、およびそれに連設した燃料油導管とを擁し、これをガス・油混合室に導くガス・油供給部と、前記高圧ガス導管のノズルより、それに対向して前方に配した超音波共鳴空孔に向け高圧ガスを噴射するとともに、燃料油導管のノズルから噴射した燃料油を混合し霧化せしめるガス・油混合室と、生成した燃料霧滴を細分化、均一分散化せしめる均一化室と、該燃料霧滴を燃焼区域に噴出する噴出孔よりなるものである。
【０００９】
更に本発明は、前記バーナー装置において、ガス・油供給部、ガス・油混合室、均一化室を順次下〜上方向に配し、均一化室からの燃料霧滴を、バーナー装置頂部近傍の側壁に横並列に複数設けた噴出孔より燃焼区域に横扁平状に噴射するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を添付の図面に基づき説明する。
図１は燃焼用バーナー装置の側面透視図、図２Ａは、図１におけるＡ−Ａ視断面図、図２Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ視断面図、図２Ｃは図１におけるＣ−Ｃ視断面図、図２Ｄは図１におけるＤ−Ｄ視断面図、図２Ｅは図１におけるＥ−Ｅ視側面図、図２Ｆは図１におけるＦ−Ｆ視噴射孔正面図である。図３は燃焼窯に燃焼用バーナー装置を配した例を示す部分側断面図である。
【００１１】
燃焼用バーナー装置１は、ガス・油供給部材２と、ガス・油混合室部材３と、均一化室・噴射孔部材４の３つの部材に区分され、ガス・油供給部材２と、ガス・油混合室部分３とは螺子５により組込まれ、ガス・油混合室部分３と、均一化室・噴射孔部材４とは螺子６により組込まれ、全体が一体化される。
【００１２】
ガス・油供給部材２において、空気、蒸気、酸素、燃料ガス等の高圧ガス７は、その供給孔部８から分岐した高圧ガス導管９に導かれる。詳しくは、高圧ガスの供給孔部８は、図示の如く一たん広まった短筒型空間を呈し、流入した高圧ガス７は筒底部8'や周壁に衝突し均圧化された後、筒底部8'の周端部に互いに等間隔に配した複数の高圧ガス導管９に流出するようにする。
【００１３】
高圧ガス導管９は２本〜多数本等適宜数に設定すればよいが、本態様においては４本配した例を示した。
他方、重油、軽油、灯油等の燃料油10は、供給孔11より燃料油供給管12を経て燃料油導管13に導かれる。燃料油供給管12、燃料油導管13は適宜位置に適宜本数配するものであるが、本態様においては１本の燃料油供給管12を有し、それをそのまま燃料油導管13に連設したものである。
【００１４】
ガス・油混合室部材３において、ガス・油混合室14の後部（ガス・油供給部材２の側）には、高圧ガス導管９から導かれるガス噴出ノズル15を配し、ガス・油混合室14の前部には、前記ガス噴出ノズル15に対向して超音波共鳴空孔16を配することにより、いわゆるハートマン噴射発音器が形成される。しかして、ガス噴出ノズル15より、高圧ガス７を超音波共鳴空孔16に向け噴射することにより、ガス７に超音波振動が付与される。
【００１５】
更にガス・油混合室14の後部には、前記ガス噴出ノズル15とは別に、燃料油導管13からの燃料油噴出ノズル17を配し、燃料油10をガス・油混合室14に噴出する。好ましくは、燃料油10は超音波振動しているガスに充分混合し、微細な霧滴が形成されるように、前記超音波共鳴空孔16に向け噴出するようにするのが望ましい。前記のごとく、超音波振動が付与されたガス７と燃料油10が混合して、燃料霧滴18が生成するが、この段階では未だ燃料霧滴18が充分均一に分散してはいない。
【００１６】
次いで燃料霧滴18を均一化室19に導き、未だ超音波エネルギーが残存するガス７により燃料霧滴18がより微細となり、また、均一化室の前壁部19' や周壁との衝突を繰返して均一に拡散する。なお、燃料霧滴18の粒径を充分小さく、また揃った径に（40〜 150μm φ程度）するためには、超音波振動数を20Kcycle前後と高くかつ振動数の幅もできうる限り小さくするのがよく、さらにそのためには、ガス噴出ノズル径を小さく、ガス流速を大きくし、またガス噴出ノズル15と超音波共鳴空孔16との間隔、超音波共鳴空孔16の径、深さ等を適宜調製すればよく、それらは設計者が予め試験し、それに基づいて適宜設計することができる。
【００１７】
燃料霧滴18はさらに噴出孔20より燃焼区域に放出される。
燃焼は、液（霧滴）表面の気化層に、空気（酸素）が混合し、熱の作用下酸化反応を生じるものである。その際炭酸ガス等の燃焼生成物による境界膜（境膜）が生成し、燃焼を阻害するが、超音波は該境膜を剥離し、燃焼を促進する作用を有する。また超音波は、被加熱物に対しても、付着空気や加熱に際して生ずる気化生成物等の境膜を剥離し、加熱溶融を促進する作用をも有する。
【００１８】
本態様においては、バーナー装置１の頂部近傍の側壁に横並列（水平方向）に噴出孔20を複数設けたことにより燃焼区域に横扁平状、扇形に噴射するようにしたものであり、噴出孔20は図示においては９孔設け、扇形の広がり角αを88°前後としたものであるが、設計に際して適宜孔数を設定すればよく、あるいは噴出孔に替え、横一文字のスリット状とすることもできる。
【００１９】
なお燃焼用バーナー装置本体１は止めビス21により取付架台22に固設される。図３は燃焼窯、例えばガラス槽窯23における燃焼用バーナー装置１の配置を例示した、いわゆるアンダースルーポート方式と称するもので、各種耐火煉瓦等24により仕切られたサイドポート25には、燃焼用バーナー装置１を矢印26に示すように昇降（出没）可能に配する。燃焼用バーナー装置１は、ガス・油供給部、ガス・油混合室、均一化室を順次下〜上方向に縦型に配し、均一化室からの燃料霧滴18を、バーナー装置頂部近傍の側壁に横並列に複数設けた噴出孔より燃焼区域、すなわちガラス27を溶融する溶融域28に横（水平）扁平状に噴射するようにしたものであり、ガラス27を、従来より少ない燃料、ガスで効率的に溶融でき、従って発生するNOx やCO等も低減できるという作用効果を有する。
【００２０】
ちなみに、図４Ａ、Ｂに示すような、従来の一般的なバーナー構造においては、重油量495L／Hr、一次空気量 120m3／Hr、一次空気圧 2.3kg／cm2 の条件で燃焼した際に、NOx 350ppm以上、CO  300ppm以上の発生があったが、本発明においては、重油量495L／Hr、一次空気量80m3／Hr、一次空気圧 2.6〜 3.0kg／cm2 の条件下において、NOx 315 〜330ppm、CO 150ppm 程度に低減でき、その効果は顕著である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料霧滴を微細かつ均一に分散でき、更に超音波が燃料霧滴界面、被加熱物界面に作用してそれらの境膜剥離を行うために、被加熱物を効果的、効率的に加熱でき、従って発生するNOx やCO等も低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーナー装置の側面透視図である。
【図２】図２Ａは、図１におけるＡ−Ａ視断面図、図２Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ視断面図、図２Ｃは図１におけるＣ−Ｃ視断面図、図２Ｄは図１におけるＤ−Ｄ視断面図、図２Ｅは図１におけるＥ−Ｅ視側面図、図２Ｆは図１におけるＦ−Ｆ視噴射孔正面図である。
【図３】燃焼窯にバーナー装置を配した例を示す部分側断面図である。
【図４】従来のバーナー装置にかかり、図４Ａは側断面図、図４Ｂは噴射孔正面図である。
【符号の説明】
１  --------バーナー装置
２  --------ガス・油供給部材
３  --------ガス・油混合室部材
４  --------均一化室・噴射孔部材
７  --------高圧ガス
８  --------高圧ガス供給孔部
９  --------高圧ガス導管
10  --------燃料油
11  --------燃料油供給孔部
12  --------燃料油供給管
13  --------燃料油導管
14  --------ガス・油混合室
15  --------ガス噴出ノズル
16  --------超音波共鳴空孔
17  --------燃料油噴出ノズル
18  --------燃料霧滴
19  --------均一化室
20  --------噴出孔
【図１】
0003677961.tif 000002
【図２】
0003677961.tif 000003
【図３】
0003677961.tif 000004
【図４】
0003677961.tif 000005