(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料事前噴霧チャンバを形成する伸長された略管状部材を備える高効率の液体燃料噴霧器であって、該部材は、前記チャンバの周りに少なくとも部分的に延びている外壁と液体燃料源に連結するようにされた上流端部と下流燃料運搬出口とを有し、
さらに、前記チャンバに対する周囲関係に配列される略環状の加圧された噴霧流体供給導管を形成する構造を備え、前記構造は、加圧された噴霧流体源に結合するようにされた導管入口と、下流の加圧された噴霧流体運搬出口とを含み、前記外壁は、少なくとも１つのオリフィスを有し、これにより加圧された噴霧流体を前記チャンバに流入させ前記液体燃料を前記チャンバ内で少なくとも部分的に噴霧させるように前記チャンバと前記導管とを連絡し、
さらに、前記チャンバからの少なくとも部分的に噴霧された液体燃料と前記導管からの加圧された噴霧流体とを受容し且つ混合するための、前記出口と流体的に連結した少なくとも１つの混合ポート配列を含む噴霧先端部を備え、これにより液体燃料を噴霧する高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項２】
前記ポート配列は、前記燃料運搬出口と流体的に連絡する上流端部と下流端部とを有する第一の伸長されたポートと、前記燃料運搬出口と流体的に連絡する上流端部と下流端部とを有する第二の伸長されたポートとを含むＹ型配列を備え、前記両ポートは角度をなして配列され、前記第一のポートは、前記ポートの前記下流端部が前記第一及び第二のポートの端部間の位置において前記第二のポートと交差するように位置され、これにより前記第一のポートを貫通する少なくとも部分的に噴霧された燃料は、前記第二のポート内で前記第二のポートを貫通する噴霧流体と混合され、噴霧され、これにより噴霧された燃料と噴霧流体との混合体は、前記第二のポートの下流端部を通って放出される請求項１に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項３】
液体燃料事前加熱チャンバを形成する伸長された略管状部材を備える高効率の液体燃料噴霧器であって、前記部材は、前記チャンバの周りに少なくとも部分的に延びている外壁と、液体燃料源に結合するようにされた上流端部と、下流燃料運搬出口とを有し、
さらに、前記チャンバに対する周囲関係に配列される略環状の加圧された噴霧流体供給導管を形成する構造を備え、前記構造は、加熱された加圧された噴霧噴霧流体源に結合するようにされた導管入口と下流の加圧された噴霧流体運搬出口とを含み、前記外壁の少なくとも一部は、熱伝導性材料で形成され、前記一部は、前記チャンバ内の液体燃料により接触されるように位置された内部表面と、前記導管内の加熱された加圧された噴霧流体により接触されるように位置された外部表面とを有し、これにより前記加熱された流体から前記燃料に熱を伝達することにより前記燃料を加熱し、
さらに、前記チャンバからの加熱された液体燃料と前記導管からの噴霧流体とを受容し且つ混合するための、前記出口と流体的に連結した少なくとも１つの混合ポート配列を含む噴霧先端部を備え、これにより加熱された液体燃料を噴霧する高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項４】
前記ポート配列は、前記燃料運搬出口と流体的に連結された上流端部と下流端部とを有する第一の伸長されたポートと、前記流体運搬出口と流体的に連結された上流端部と下流端部とを有する第二の伸長されたポートとを含むＹ型配列を備え、前記両ポートが、角度をなして配列され、前記第一のポートは、該ポートの下流端部が前記第一及び第二のポートの端部間の位置において前記第二のポートと交差するように位置され、これにより前記第二のポートを貫通する加熱された燃料が前記第二のポートを貫通する前記噴霧流体と前記第二のポート内で混合され、噴霧され、これにより噴霧された燃料と加熱された噴霧流体との混合体は、前記第二のポートの下流端部を通って放出される請求項３に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項５】
前記外壁は、少なくとも１つのオリフィスを有し、これにより前記加熱された加圧された噴霧流体を前記チャンバに流入させ前記流体燃料を前記チャンバ内で少なくとも部分的に噴霧させるように前記チャンバと前記導管とを連絡する請求項３に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項６】
前記ポート配列は、前記燃料運搬出口と流体的に連結された上流端部と下流端部とを有する第一の伸長されたポートと、前記流体運搬出口と流体的に連結された上流端部と下流端部とを有する第二の伸長されたポートとを含むＹ型配列を備え、前記両ポートは角度をなして配列され、前記第一のポートは、下流端部が前記第一及び第二のポートの端部間の位置において前記第二のポートと交差され、これにより、前記第一のポートを貫通する前記加熱された少なくとも部分的に噴霧された燃料は、前記第二のポート内で前記第二のポートを貫通する噴霧流体と交差され、噴霧され、これにより噴霧された燃料と加熱された噴霧流体との混合体は、前記第二のポートの下流端部を通って放出される請求項５に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項７】
前記第一のポートからの前記少なくとも部分的に噴霧された流体油は、前記第二のポートを流れる噴霧流体により貫通される錐状シートのように前記第二のポートの中に案内される請求項２、４又は６のいずれか１項に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項８】
前記第一のポートの長手方向の軸線と前記第二のポートの長手方向の軸線との間の角度は、約１５°〜約７０°の範囲内である請求項２、４又は６のいずれか１項に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項９】
前記第二のポートの長手方向の軸線と前記噴霧器の長手方向の軸線との間の角度は、約２°〜約３０°の範囲内である請求項２、４又は６のいずれか１項に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項１０】
前記第二のポートの上流端部に隣接する該第二のポートの第一の部分は、前記第一及び第二のポートの端部間の位置から前記第二のポートの下流端部に延びている前記第二のポートの第二の部分よりも小さい直径を有する請求項２、４又は６のいずれか１項に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項１１】
前記第一のポートの断面流れ領域と、前記第二のポートの第一の部分の断面流れ領域との比率は、約１．２〜約３．０の範囲内である請求項１０に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項１２】
前記第二のポートの第二の部分の断面流れ領域と、前記第一のポートと前記第二のポートの第一の部分との断面流れ領域の合計との比率は、約１．０〜約１．７である請求項１０又は１１のいずれか１項に記載の高効率の液体燃料噴霧器。
【請求項１３】
液体燃料を付与し且つ該液体燃料を事前噴霧チャンバ内を通して流す工程と、
少なくとも部分的に前記液体燃料を噴霧し且つ噴霧された液体燃料と噴霧流体とを含む第一の混合体を付与するように、加圧された噴霧流体の第一部分を前記チャンバ内を流れる前記液体燃料に射出する工程と、
前記チャンバから前記第一の混合体を運搬し且つ前記混合体を前記チャンバに結合された噴霧先端部内の第一の伸長されたポート内を通して流す工程と、
事前噴霧された噴霧流体を第二の部分を前記先端部内の第二の伸長されたポート内に案内し且つ前記第二の部分を前記第二のポートを通して流す工程と、
前記第一のポートからの前記第一の混合体を前記第二のポート内に案内し、且つ前記液体燃料を噴霧し噴霧された液体燃料と噴霧流体とを有する第二の混合体を付与するように該混合体を前記事前噴霧された噴霧流体の第二の部分と十分に混合させる工程と、
前記先端部から前記第二の混合体を放出させる工程とを有する液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項１４】
前記チャンバは、伸長された略管状の形状であり、前記噴霧流体は、前記チャンバの外壁に対する周囲関係の環状流路の中に流され、前記射出は、前記外壁に付与される開口を介してなされる請求項１３に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項１５】
前記加圧された噴霧流体の前記第二の部分は、前記加圧された噴霧流体結合の前記第一及び第二の部分の合計の約１５％〜約７５％を形成する請求項１３に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項１６】
前記液体燃料は、前記チャンバ内で加熱された請求項１３に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項１７】
前記チャンバは、伸長された略管状の形状であり、前記噴霧流体は蒸気であり、前記蒸気は、前記チャンバの外壁に対する周囲関係の環状流路の中に流され、前記射出は、前記外壁内に付与される開口を介してなされ、前記加熱は、前記蒸気を流体燃料と混合すると前記外壁を通って熱が伝達することとによりなされる請求項１６に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項１８】
前記加圧された噴霧流体は蒸気を含み、該蒸気の前記第二の部分は、前記蒸気結合の前記第一及び第二の部分の合計の約１５％〜約７５％を形成する請求項１６に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項１９】
液体燃料を付与し、該液体燃料を事前加熱チャンバ内を通って流す工程と、
前記チャンバ内で前記液体燃料を加熱する工程と、
前記チャンバから加熱された燃料を運搬し、該チャンバを該チャンバに結合された噴霧先端部内の第一の伸長されたポート内を通って流す工程と、
加圧された噴霧流体を前記先端部内の第二の伸長されたポート内に案内し、前記噴霧流体を前記第二のポートを通って流す工程と、
前記第一のポートから前記第二のポートに前記加熱された燃料を案内し、前記加熱された燃料を噴霧し且つ噴霧された燃料と噴霧流体とを含む混合体を付与するように該燃料を前記加圧された噴霧流体と十分に混合させる工程と、
前記先端部から前記混合体を放出する工程とを有する液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項２０】
前記チャンバは伸長された略管状の形状であり、前記噴霧流体は蒸気であり、前記蒸気は前記チャンバの外壁に対する周囲関係の環状流路内を流し、前記加熱は、熱を前記外壁に伝達することによりなされる請求項１９に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項２１】
前記第一の混合体は、前記第二のポートを通って流れる噴霧流体により貫通される錐状シートのような前記第二のポート内に案内される請求項１３、１７又は２０のいずれか１項に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項２２】
前記ポートは角度をなして配列され、前記第二のポートは入口端部と出口端部とを有し、前記第一のポートは、前記端部間の位置で前記第二のポートと交差するように位置される請求項１３、１７又は２０のいずれか１項に記載の液体燃料を噴霧するための高効率の方法。
【請求項２３】
前記液体燃料を噴霧するように液体燃料と事前噴霧流体とを混合するための高効率の一体式噴霧ノズル先端部であって、
前記ノズル先端部は、一体式金属製主ノズル先端部本体と、Ｙ型ポート配列とを備え、
前記配列は、上流端部と下流端部とを有する第一の伸長された略直線燃料ポートと、上流端部と下流端部とを有する第二の伸長された略直線噴霧流体ポートとを含み、前記両ポートは、略円形断面流れ領域を有し且つ互いに角度をなして配列され、前記第一のポートは、該第一のポートの下流端部が前記第一及び第二のポートの端部間の位置において前記第二のポートと混合するように位置され、これにより前記第一のポートを通過する液体燃料は前記第二のポート内で前記第二のポートを通過する噴霧流体と混合され、噴霧される燃料と噴霧流体との混合体は前記第二のポートの下流端部を通って放出される、高効率の一体式噴霧ノズル先端部。
【請求項２４】
前記第一のポートの長手方向の軸線と前記第二のポートの長手方向の軸線との間の角度は、約１５°〜約７０°の範囲内である請求項２３に記載の高効率の一体式噴霧ノズル先端部。
【請求項２５】
前記第二のポートの上流に隣接する該第二のポートの第一の部分は、前記第一及び第二のポートの端部間の位置から前記第二のポートの下流端部に延びる前記第二のポートの第二の部分よりも小さい直径を有する請求項２３に記載の高効率の一体式噴霧ノズル先端部。
【請求項２６】
前記第一のポートの前記断面流れ領域と前記第一のポートの前記断面流れ領域との比率は、約１．２〜約３．０の範囲内である請求項２５に記載の高効率の一体式噴霧ノズル先端部。
【請求項２７】
前記第二のポートの第二の部分の断面流れ領域と、前記第一のポートと前記第二のポートの第一の部分との断面流れ領域の合計との比率は、約１.０〜約１.７の範囲内である請求項２５又は２６のいずれか１項に記載の高効率の一体式噴霧ノズル先端部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本願の発明は火炎バーナ、特に噴霧流体と共に燃料油を噴霧する噴霧器ノズルに関する。さらに詳細には、本発明は安いコストで製造され且つ燃料油と噴霧流体とが互いに有効に接触される噴霧器先端部を含む新規構造の噴霧ノズルに関する。
【０００２】
従来技術の説明
従来技術の説明は、１９９４年１１月２９日に登録された米国特許第５，３６８，２８０とP.J.Mullinger氏ほか著の”内部混合するマルチジェット式二種流体噴霧器の設計及び性能（THE DESIGN AND PERFORMANCE OF INTERNAL MIXING MULTIJET TWIN FLUID ATOMIZERS）（燃料学会ジャーナル１９７４年１２月号vol.４７、２５１〜２６１頁）”との教示により典型的に示されている。しかしながら、燃料油噴霧分野において従来から多数の改良がなされてきたにもかかわらず、多数の問題が未だ存在する。経済的観点から、運転上効率的な改良が引き続き模索されている。
【０００３】
本発明の概要
本発明は、運転及びメンテナンスのコストを減少させ無駄な放出を減少させる高効率の液体燃料噴霧器を提供する。簡単な構造にすることよりノズルも初期コストがかからない。本発明の概念と原理とに従って、ノズルの実施形態は、液体燃料事前噴霧チャンバを形成する伸長された略管状部材を含むように構築されても良い。この管状部材は、少なくとも部分的に前記チャンバ周りで延びる外壁と、液体燃料源に結合させる上流端部と、下流の液体放出口とを有することが好ましい。また、ノズルは、事前噴霧チャンバに対する相対的な関係をもって配列された略環状の加圧された噴霧流体供給導管を形成する構造を含むことが好ましい。この構造は、加圧された噴霧流体源に結合させる導管入口と、下流の加圧された噴霧流体放出口とを含むことが好ましい。管状部材の外壁は、チャンバと導管とを相互連絡し、その結果、少なくとも部分的に燃料を噴霧し、チャンバ内の噴霧液体と噴霧燃料との第一混合体を創造するように加圧された噴霧流体をチャンバに流入させるために配置される少なくとも１つのオリフィスを有することができる。またノズルは、液体燃料をさらに噴霧し且つ流体及び燃料の第二混合体を創造するように、チャンバからの流体と燃料との第一混合体と、導管からの追加の加圧された噴霧流体とを受容し且つ混合するための燃料及び流体放出口に流体連結された少なくとも１つの内部混合ポート配列を有する噴霧先端部を含んでも良い。
【０００４】
本発明の他の好ましい実施形態では、高効率の液体燃料噴霧器は、液体燃料事前加熱チャンバを形成する伸長された略管状部材を含むように形成される。管状部材は、少なくとも部分的にチャンバ周りに外部壁と、液体燃料源に結合させる上流端部と、下流燃料放出口とを有する。本発明のこの形態においてノズルは、チャンバに対する周囲関係に配列される略環状の加圧された噴霧流体供給導管を形成する構造を含んでも良い。このような供給導管は、加熱された加圧された噴霧流体源に結合するように適合された導管入口と下流の加圧された噴霧流体放出口とを含むことが好ましい。ノズルは、管状部材の外壁の少なくとも一部が熱伝導性材料を形成するように構築される。この部分は、チャンバないの液体燃料により接触されるように位置される内部表面と導管内の加熱された加圧された噴霧流体により接触されるように位置される外部表面とを有することができ、これにより燃料は該部分の熱伝導性材料を介して加熱された流体から燃料に熱伝達することにより加熱される。また、ノズルは、チャンバからの加熱された液体燃料と導管からの噴霧流体とを受容し且つ混合し、これにより過熱された液体燃料噴霧するための放出口と流体的に結合する、少なくとも１つの混合ポート配列を含む。
【０００５】
さらに本発明の概念と原理とに従って、オリフィスが外壁を貫通して設けられても良い。このようなオリフィスは加熱され事前噴霧された流体をチャンバに流入され、前記流体燃料を少なくとも部分的に噴霧するようにチャンバと導管とに相互連結される。
【０００６】
さらに本発明の概念と原理とに従って、ノズル先端部内のポート配列は、Ｙ型にでき、燃料放出口に流体的に結合された上流端部と下流端部とを有する第一の伸長されたポートと、流体放出口に流体的に結合された上流端部と下流端部とを有する第二の伸長されたポートとを含むように形成されることができる。第一及び第二のポートは、好ましくは角度をなして配列され、第一ポートの下流端部が各ポートの端部間の位置で第二ポートと交差する。このような配列を用いて、少なくとも部分的に第一ポートを貫通して噴霧された燃料は、第二ポートを貫通する噴霧流体と第二ポート内で混合される。さらに噴霧流体は、燃料を噴霧し、噴霧された燃料と噴霧流体との混合体は、第二ポートの下流端部を通ってノズル先端部から放出される。また、このような両ポートの配列を用いて、第一ポートを貫通する加熱された燃料は、前記第二ポートを貫通する噴霧流体と第二ポート内で混合され、噴霧され、これにより噴霧された燃料と加熱された噴霧流体との混合体は、第二ポートの下流を通って放出される。さらに、このようなポート配列が使用された際、第一ポートを貫通する加熱され且つ少なくとも部分的に噴霧された燃料は、第二ポートを通って噴霧流体と第二ポート内で混合され、噴霧され、これにより噴霧された燃料と加熱された燃料との混合体は、第二ポートの下流端部を通って放出されることができる。
【０００７】
本発明の特に好ましい形態では、第一ポートからの燃料は、第二ポートを通って流れる噴霧流体により貫通されるように位置される錐状シートのような第二ポート内に案内されることができる。第一ポートからの燃料は、少なくとも部分的に噴霧され及び／又は加熱されることができる。
【０００８】
また本発明は、液体燃料を噴霧するための高効率の方法を提供する。本発明の１つの好ましい実施形態では、この方法は、液体燃料を付与し、事前噴霧チャンバ内を流れ、通過させる工程を含む。さらに、この方法は、前記燃料を少なくとも部分的に噴霧し且つ噴霧された燃料と噴霧流体とを含む混合体を付与するように、加圧された噴霧流体の第一部分をチャンバ内を流れる液体燃料に射出する工程を含む。本発明に従って、第一混合体は、チャンバから放出し、前記チャンバに結合された噴霧先端部内の第一の伸長されたポート内に流入される。加圧された噴霧流体の第二部分は、噴霧先端部内の第二の伸長されたポート内に案内され、第二ポートを流される。第一ポートからの第一混合体は、第二ポート内に案内され、燃料を噴霧し且つ噴霧される燃料と噴霧流体とを有する第二混合体を付与するように、加圧された噴霧流体の第二部分と十分に混合される。従って第二混合体は、噴霧先端部から放出されることができる。本発明の特に好ましい形態では、液体燃料はチャンバ内で加熱される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、チャンバは、伸長され且つ略管状の形状で良く、噴霧流体は、チャンバの外壁に対する周囲関係の環状流路内を流させる。この本発明の形態では、流体をチャンバ内に射出することは外壁内に備える開口を介してなされる。
【００１０】
本発明の好ましい形態に従って、第一混合体は、第二ポート内を流れる噴霧流体により貫通される錐状シートのような第二ポート内に案内される。本発明の他の好ましい実施形態に従って、ポートは角度をなして配列され、第二ポートは、入口端部と出口端部とを有し、第一ポートは、各ポートの端部間の位置で第二ポートと交差するように位置される。本発明の概念と原理とに従って、チャンバは、伸長され且つ略管状の形状であり、噴霧流体は蒸気であることが好ましい。蒸気は、外壁に設けられた開口を介してなされる射出を用いて、チャンバの外壁に対する周囲関係の環状流路内を流されることが好ましい。加熱は、チャンバ内の流体燃料と蒸気を混合することと、外壁を通って熱伝達することとの両者によりなされる。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態では、他の高効率の方法は、液体燃料を噴霧するために提供される。本発明のこの形態では、この方法は、液体燃料を付与し、該燃料を事前加熱するチャンバ内に流させる工程と、チャンバから加熱された燃料を運搬し、該燃料をチャンバに結合された噴霧先端部内の第一の伸長されたポート内に流させる工程と、加圧された噴霧流体を噴霧先端部内の第二の伸長されたポートに案内し、該流体を第二ポート内に流させる工程と、第一ポートからの加熱された燃料を第二ポートに案内し、該燃料を加熱された燃料を噴霧し且つ噴霧された燃料と噴霧流体とを含む混合体を提供するように事前噴霧流体と十分に混合させる工程と、噴霧先端部から混合体を放出する工程とを含む。
【００１２】
好ましくは、本発明の概念と原理とに従って、チャンバは、伸長され且つ略管状の形状であり、噴霧流体は蒸気である。蒸気はチャンバの外壁に対する周囲関係の環状流路内に流させても良く、加熱は外壁を通って熱伝達によりなされても良い。
【００１３】
本発明に従って、上述された本発明の２つ又はそれ以上の形態は、最適な運転結果を得るように単一の噴霧器において組合されても良い。
【００１４】
発明の好ましい実施形態の詳細な説明
本発明の概念と原理とを具現化する高効率性の燃料油噴霧器ノズルは、参照番号１０により概ね明示される添付図面において示されている。図示するように、噴霧器ノズル１０はＹ型ジェット噴霧原理を用いて形成される。しかしながら、本発明は、Ｙ型ジェットノズル先端部の使用を必ずしも要求しないいくつかの形態が存在する。図１を参照すれば、噴霧器ノズル１０は、主本体部分１２と、中間構造部分１４と、噴霧先端部１６と、先端部シュラウド部分１８とを含む。
【００１５】
ノズル１０の主本体１２は、図示するように同心のチューブ２０、２２を含む。内部チューブ２２は、好ましくは液体燃料源に従来様式で連結させる上流端部を有する上流区画２４と、下流区画２６とを有する伸長された略管状部材の形状をなしている。燃料油は、チューブ２２を通って放出されるが、蒸気又はその他の噴霧流体、例えば加圧された空気等は、チューブ２２を囲む伸長された略環状の加圧された噴霧流体供給導管２８を付与する外部チューブ２０と通って放出される。また導管２８の上流端部は、加圧された噴霧流体源に従来様式で連結されせる。上述について、燃料が重油で場合には蒸気が好ましい流体である燃料ノズル技術において当業者に容易に理解されよう。一方、選択燃料が軽油等のより揮発的な油の場合、加圧された空気は好ましい噴霧流体となる。
【００１６】
本発明に使用される技術分野の当業者に良く知られるように、燃料油は下流区画２６に案内される前に小オリフィス（図示せず）を通過する。このような小オリフィスは、燃料油の流れを制御するように使用される。さらに、燃料油はこのようなオリフィスを通過された結果、部分的に噴霧されることができる。
【００１７】
一つ以上のオリフィス３０は、チューブ２２の下流区画２６の壁３２に設けられる。これらのオリフィス３０は、導管２８と下流区画２６の内部に設けられるチャンバ３４とを相互連結し、これにより導管２８内の一部の蒸気又は他の噴霧流体の流れを燃料油と混合し且つ燃料油を噴霧するチャンバ３４の中に流し込ませる。容易にこのような流れにさせるために、噴霧流体は、下流区画２６内の油の圧力よりも大きな、好ましくは１０〜２０psiよりも大きな圧力を有することが望ましい。オリフィス３０を通過する蒸気又は他の噴霧流体の流れは、チャンバ３４内の燃料油と混合され且つ噴霧され、さらに燃料油を噴霧する。従って、チャンバ３４は、事前噴霧器チャンバとして示されている。このように事前混合チャンバ３４の機能は、燃料油の噴霧と、燃料油と噴霧流体との混合とを容易にさせることである。
【００１８】
噴霧器１０の中間部分１４は、図示するように環状チャンバ３７を経由して導管２８と流体的に連結された複数のボア又はチューブ３６を含んでも良い。本発明の噴霧器は、４つの穴（図７）を有するように示されるが、ボア３６の現実の数が噴霧先端部１６内の噴霧燃料のために望ましい蒸気量に応じて変化することが当業者に理解されるであろう。一定の場合に、本発明の概念と原理とに従って噴霧器１０は部分１４内の１０個以上のボア３６と同数有する。一般にボア３６は、噴霧器１０の長手方向の軸線７４の周りに均等に配置されることが好ましい。ボアの数がいくつでも、ボア３６の下流端部３９は部分１４内に設けられる環状溝３８の中に開放するように配列される。
【００１９】
区画２６の下流端部４０は、部分１４内の開口４１に受容され、端部４０と開口４１との間の接合は、図示するように一連の迷路溝４２により封止されることが好ましい。これに関し、区画２６内のチャンバ３４も、縮小された直径の孔４４を設けた環状部分４３により端部４０で封鎖されることを意味する。孔４４は、端部４０により塞がれない開口４１の部分を介して区画２６内のチャンバ３４と部分１４内のチャンバ４６とを相互連結する。
【００２０】
噴霧器ノズル１０の噴霧先端部１６は、添付図面の図２、３、４に最も良く示される。先端部１６は、内部チャンバ５６と、先端部１６を通って延びる複数の略Ｙ型のポート配列４８を形成することが好ましい混合ポート配列とを含むことが好ましい。図示するように先端部１６は、これらのＹ型のポート配列４８を４つ有するが、実際の数は、噴霧器ノズル１０が使用されるバーナの所望の作動特性に応じて変更されても良い。先端部に関し、本発明の主たる外観に従って混合ポートの正確な形状は液体燃料が噴霧されるような様式で噴霧流体を液体燃料に十分に接触させる限り重要でないことが示される。
【００２１】
先端部１６は複数のＹ型のポート配列４８を含むが、これらの配列は本質的に同一の形状の配列を有する。従って、本記載の目的のために１つのポート配列４８にみが図２、３、４に関して記載されるであろう。それぞれのポート配列４８は、孔４４、チャンバ４６、チャンバ５６を介してチャンバ３４に流体的に連結されるように配列された燃料油ポート５０と、溝３８、チューブ３６、チャンバ３７を介して導管２８に流体的に連結されるように配列された入口部分５２とポート５０と入口部分５２との両者に流体的に連結される出口ポート部分５２とを含む噴霧流体ポート５１と、を含むことが好ましい。また、図４に示すように出口ポート部分５４と噴霧流体の入口ポート部分５２とは実質的に一直線上にある。図１に示すように、内部チャンバ５６は、中間部分１４内のチャンバ４６に流体的に連結するように配列される。燃料油ポート５０は、図示するようにチャンバ５６の中に開放され且つ該チャンバ５６に流体的に連結される。入口部分５２は、部分５４に対して相対的に縮小された直径を有し、環状溝３８内に開放され且つ該環状溝３８に流体的に連結される。
【００２２】
先端部１６は、図示するように部分１４の区画５８の一対の平坦な環状表面８２、８４（図７参照）を封止状態に係合する平坦表面８０を有することが好ましい。ネジ付け、溶接又はこれに類似する方法により中間部分１４の縮小された直径の区間５８に取付け可能な先端部シュラウド１８は、表面８０が表面８２、８４に封止状態で接触して、図１で共に示すように先端部１６と中間部分１４とを単に把持する。
【００２３】
作動において、噴霧流体として過熱した蒸気を使用するために、添付図面に示す実施形態に関して、蒸気は、開口部３０を介してチャンバ３４の中に射出され、チャンバ３４の中で油を混合し且つ少なくとも部分的に該油を噴霧する。そのうえ燃料油と蒸気との混合は、事前噴霧器チャンバ３４から孔４４、チャンバ４４、５６を通してポート５０の中に放出される。従って、この燃料油と蒸気との事前噴霧された混合は、噴霧器先端部１６内にポート配列４８の数と同数の流れに分流される。
【００２４】
それぞれのポート５０を通過する流れは、図４と８とに最も良く示すように対応する出口ポート部分５４に角度をなして流入する。燃料油と蒸気との事前噴霧された混合を含み且つ出口ポート部分５４に角度をなして流入するポート５０を通過する蒸気が、出口ポート部分５４の内壁に沿って燃料油／蒸気の混合の環状円錐シート（円錐層）を形成することが決定されてきた。この円錐層は図８に略示され、参照番号７０により示される。
【００２５】
導管２８からの蒸気は、ボア３６と環状溝３８内のコレットとを通過する。ポート５１の入口部分５２は、溝３８に流体的に連結されるので、蒸気も噴霧器先端部１６内のポート配列４８と同数の蒸気に分流される。溝３８からの蒸気は、部分５２を通過し、ポート５０からポート部分５４に流入する燃料−蒸気の混合を結合する。音速で流れることが好ましい部分５２からの蒸気は、図８で矢印７２により略示するように円錐シートを貫通し、ポート５０からの蒸気−燃料油の混合と混合し、これによってさらに、噴霧が出口部分５４で生じる。このように、出口部分５４は、最終的な油−蒸気の混合のための最終的な混合チャンバとして供給される。最終的に、部分５４での燃料は、中空環状流れを形成して部分５４の内壁に対抗して押出されることが示される。噴霧流体は、中空の中央部の中にあり、噴霧流体と燃料との間の接触領域は最大化する。
【００２６】
本発明の好ましい形態に従って、開口部３０を通過してチャンバ３４内に射出される噴霧流体の量は、噴霧流体の総流量の約１５％から７５％に変化する。従って、残りの量はポート部分５２を通ってポート５１に射出されるであろう。しかしながら、これに関し噴霧流体が加熱され蒸気等になった場合には、開口部が設けられず且つ噴霧流体の１００％がポート５１を通って流される場合に効率において特定の改良がなされることも理解される。このような場合に、チューブ２０、２２は、チューブ２２内の燃料を加熱させる熱交換器として作用する。この結果、燃料の粘性は低下し、ノズル先端部１６内に生じる噴霧が容易になる。
【００２７】
本発明に従って、蒸気は部分５２に流入された後に直線に流れ、これにより高速（好ましくは音速）の蒸気は、蒸気がポート５０から放出する蒸気と混合される燃料油の環状円錐シート７０に遭遇する時まで促進されることが特に示される。このような高速蒸気は、ポート５０から放出し且つ角度をなして部分５４に流入する蒸気−燃料油の混合により形成される環状円錐層７０に対抗して非常に大きなせん断力を作用させる。この相互作用により燃料油の噴霧を容易に微粒霧にさせる。
【００２８】
燃料油がチャンバ３４内の噴霧流体の一部に事前混合されたときに、上述するようにＹ型配列４８の油ポート５０は、大量の流体を運搬するように伸長され、これにより目詰まりが減少され、最小化されることが好ましい。さらに、特に、蒸気が噴霧流体として使用される場合等の噴霧流体が加熱されたときに、燃料油の速度は、噴霧工程全体の効率を向上させるように減少される。本発明の好ましい形態に従って、それぞれ対応するポート部分５２の流量に対する各ポート５０の流量の比は、事前混合と噴霧との間の噴霧媒体の分離（split）に応じて、約１．２〜約１．３の範囲内であることが好ましい。また、ポート５４は、燃料と噴霧流体の総量との両者を運搬するように十分大きくなければならないのでポート５０又は５２のいずれかの流量よりも大きいことが必要であることも明示する。好ましくは、それぞれのポート５４の流域は、対応するポート５０とポート部分５２との流域の約１〜約１.７倍の範囲で変化する。しかし、ポートの寸法は、所望の結果と燃料に対する全噴霧流体の比と、開口部３０を介してチャンバ３４に射出された噴霧流体の相対的な量とに応じて変化することが判る。バーナ技術の当業者に良く知られるように、主要の設計パラメータは、フレーム長さとＮＯｘ放出とである。長いフレームは、ＮＯｘ放出を減少させる一方、短いフレームは増加させる。従って、設計者は、所定の使用にとっていかなる兼合いが望ましいかを決定することが求められる。
【００２９】
ポート５１は、噴霧器１０の燃料油の長手方向の軸線７４に対して相対的に角度をなして位置されることが好ましい。この角度は、総ての使用の最適化に対する必要性に応じて約２°〜約３０°の範囲であることが好ましい。バーナの当業者に理解されるように、所望のスプレイ角度は、使用に応じて変更可能である。また、ポート５１に対するポート５０の角度は、長手方向の軸線７４に対するポート５１の角度とノズル先端部１６の相対的寸法とに応じて変更可能である。好ましくは、このポート５０と５１との間の角度は、約１５°〜約７０°の範囲で変更可能である。
【００３０】
本発明の燃料油噴霧器ノズル１０は、従来より知られた多数の長所が提供される。これらの長所を有するが、以下のことに限定する必要はない。
（１）  油及び噴霧流体用の同心のチューブ２０、２２は、開口３０等の開口を経由して容易に噴霧流体を燃料内に射出させ且つ燃料を容易に加熱すること。
（２）  ノズル先端部１６内のＹ型ポート配列４８の配置は、蒸気を直線走行させ、燃料を最終的に混合するチャンバ内に角度をなして流入させるように設けられる。
（３）  ノズル先端部１６の一体型設計により効率と経済性とを改良する。
（４）  燃料をバーナに放出する前の燃料の噴霧は、まず事前噴霧器内になされ、次にＹ型ポート配列内になされる双噴霧の結果として改良される。
（５）  事前噴霧内の蒸気と油を混合することは、Ｙ型ポート配列内のより大きな油ポートを容易に使用可能であり、これにより目詰まりを最小にさせる。従って、目詰まりは油の流れの割合が小さいノズル内で生じ易いので本発明は広範囲に渡るボイラーに適用可能である。
（６）  油スプレイの燃焼量変更比は、上記理由により向上される。
（７）  同心チューブ内の油通路を囲む蒸気は、油の減少された粘性の維持を助け、これによりエネルギが浪費されない。
（８）  事前噴霧器内の蒸気と油とを混合することにより、油の粘性は減少され、噴霧の効率及び効果は増大される。
（９）  直線の蒸気通路とＹ型ポート配列内に設けられた構成全体は、蒸気の運動量を保存し、蒸気と燃料油とが最終混合チャンバ５４内で衝突する際に、より大きなせん断力とより大きなせん断接触面が生じ、その結果、噴霧が最適化され且つ蒸気消費が減少されるように油を形成する。
【００３１】
同心チューブ２０、２２の使用により、熱が、外部チューブ２２内の蒸気から中央チューブ２０内の燃料油に迅速に伝達され、これにより燃料油の温度は上昇し、粘性は減少する。燃料油の粘性が減少したときに噴霧は容易になる。さらに、同心チューブ２０、２２を用いると、蒸気を事前噴霧目的のチャンバ３４内の燃料油に案内するための１つ以上の通路３０を付与することが容易である。
【００３２】
Ｙ型ポート配列４８の形状により、蒸気を直線走行をさせ、燃料油を角度をなして走行させ、蒸気がポート部分５４内に設けられた混合チャンバの中に噴射する油の円錐形シート７０に衝突した際にせん断力を最大化させる。直線噴霧流体ジェット７２は、方向転換するように力を加えられた噴霧流体のジェットよりも大きな運動量を含む。他方、燃料油−蒸気の混合体が角度をなして射出することにより円錐形シート７０を創造する。円錐形シート７０は、バルク液（bulk liquid）の特徴的な厚さを減少するだけでなく、大きな運動量の噴霧流体により衝突される接触面を増大させる。両者すなわち直線噴霧流体と円錐形の混合シートともに、噴霧過程を大きく向上させる。従って、噴霧流体のエネルギは維持され、これによって噴霧過程の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理と概念とを具現化する噴霧器を示す部分断面立面図である。
【図２】  図１の噴霧器の一部である噴霧器ノズル先端部の拡大平面図である。
【図３】  噴霧器ノズル先端部の拡大立面図である。
【図４】  図２のライン４−４に沿った噴霧器ノズル先端部の拡大断面図である。
【図５】  図１の噴霧器の一部である中央燃料油運搬チューブの拡大端面図である。
【図６】  図５のライン６−６に略沿った図５の運搬チューブの断面図である。
【図７】  図１のライン１−１に沿った噴霧器の断面図である。
【図８】  本発明のＹ型ポート配列を貫通する流体の流れの略図である。
【図１】
0003641241.tif 000002
【図２】
0003641241.tif 000003
【図３】
0003641241.tif 000004
【図４】
0003641241.tif 000005
【図５】
0003641241.tif 000006
【図６】
0003641241.tif 000007
【図７】
0003641241.tif 000008
【図８】
0003641241.tif 000009