(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
霧化した液体燃料及び気体燃料を燃焼室に供給して両燃料の混合燃焼域を燃焼室内に形成する燃料供給部を設け、
前記混合燃焼域での燃焼に要する空気量よりも大きな量の空気を前記燃焼室に供給して、前記混合燃焼域での燃焼を維持するとともに前記燃焼室を冷却する空気供給部を設けてある混焼装置であって、
前記空気供給部として、
前記混合燃焼域での燃焼に要する燃焼用空気を燃焼室内における前記混合燃焼域へ集中的に供給する燃焼用空気噴出口と、
前記燃焼室の冷却に要する冷却用空気を前記燃焼用空気よりも前記混合燃焼域への到達を抑止した状態で前記燃焼室に供給する冷却用空気噴出口とを、各別に設けてあり、
前記燃料供給部を、供給される液体燃料を回転による遠心力で飛散させる霧化筒を備えて構成し、
前記冷却用空気噴出口を、前記混合燃焼域との離間距離が前記燃焼用空気噴出口よりも大きい位置から前記霧化筒の中心軸心に対し外側へ傾斜する向きに冷却用空気を噴出する状態に配置してある混焼装置。
【請求項２】
前記燃焼室の温度を検出する検出手段、及び、その検出温度に基づき前記気体燃料の供給量を調整して前記燃焼室の温度を設定温度に保つ燃焼制御手段を設けてある請求項１記載の混焼装置。
【請求項３】
前記燃焼制御手段を、それによる前記気体燃料の供給量調整に伴い前記燃焼用空気の供給量を調整する構成にしてある請求項２記載の混焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を気体燃料とともに燃焼させる混焼装置に関し、詳しくは、霧化した液体燃料及び気体燃料を燃焼室に供給して両燃料の混合燃焼域を燃焼室内に形成する燃料供給部を設け、さらに、この混合燃焼域での燃焼に要する空気量よりも大きな量の空気を燃焼室に供給して、混合燃焼域での燃焼を維持するとともに燃焼室を冷却する空気供給部を設ける混焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の混焼装置を示し、９は液体燃料路５から供給される液体燃料Ｌを回転による遠心力で飛散させる霧化筒、１０は霧化筒９により飛散させた液体燃料Ｌに対し霧化筒９の外周部から霧化用の一次空気Ａａを吹き付けて飛散液体燃料Ｌを霧化する環状配置の一次空気噴出口、１１は一次空気噴出口１０の外周部から気体燃料Ｇを噴出する環状配置の気体燃料噴出口であり、これら霧化筒９、一次空気噴出口１０、及び、気体燃料噴出口１１は、霧化した液体燃料Ｌ及び気体燃料Ｇを燃焼室２に供給して両燃料の混合燃焼域Ｆを燃焼室内に形成する燃料供給部を構成するものである。
【０００３】
また、１６は一次空気噴出口１０と気体燃料噴出口１１との間から燃焼用の二次空気Ａｂを混合燃焼域Ｆへ噴出供給する環状配置の二次空気噴出口、１８′は気体燃料噴出口１１の外周部から燃焼用及び冷却用の三次空気Ａｃを混合燃焼域Ｆへ噴出供給する環状配置の三次空気噴出口であり、これら二次空気噴出口１６及び三次空気噴出口１８′（実質的には、燃焼用を兼ねる一次空気噴出口１０も含む）は、混合燃焼域Ｆでの燃焼に要する空気量よりも大きな量の空気（つまり、冷却用分だけ大きな量の空気）を燃焼室２に供給して、混合燃焼域Ｆでの燃焼を維持するとともに燃焼室２を冷却する空気供給部を構成するものである。
【０００４】
すなわち、この種の混焼装置では、混合燃焼域Ｆでの燃焼に要する空気量よりも大きな量の空気を燃焼室２に定常的に供給して、その供給空気Ａａ，Ａｂ，Ａｃにより燃焼の維持とともに燃焼室２の冷却を併せ行なうことで、供給液体燃料Ｌの質変化（構成成分の変化や成分比の変化）による不測の発熱量増大に対し、燃焼室２の過熱を防止して燃焼室２を保護するが、従来、空気供給部を構成するのに、上記の如く、燃焼室２の冷却に用いる一定量の冷却用空気を、混合燃焼域Ｆでの燃焼に要する燃焼用空気とともに共通の空気噴出口１８′（三次空気噴出口）から混合燃焼域Ｆへ噴出供給するようにしていた（特開平９−１４５０２８号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来装置では、燃焼用空気とともに噴出させる冷却用空気の量を適正燃焼の維持が可能な適当制限値に設定して運転を行なうものの、供給する液体燃料Ｌが発熱量低下側に質変化したとき、その発熱量低下による保炎性の低下で、冷却用分を含む混合燃焼域Ｌへの噴出空気量が相対的に適正燃焼維持の許容範囲を超える過剰傾向になって、いわゆる吹き消え（失火）を生じ易くなる等、燃焼が不安定になり易い問題があり、また、これを回避するのに、燃焼用空気とともに噴出させる冷却用空気の量を小さく設定したのでは、燃焼室２に対する過熱防止機能が低下する問題があった。
【０００６】
そして、廃油や低質重油などの質変化が大きい液体燃料Ｌを用いる場合、その液体燃料Ｌの大きな質変化による大きな発熱量増大に対して燃焼室２の過熱を防止するのに、燃焼用空気とともに噴出させる冷却用空気の量をできるだけ大きい値に設定することが必要になる反面、液体燃料Ｌの大きな質変化による大きな発熱量低下も生じることから、上記の問題が特に顕著になっていた。
【０００７】
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、燃焼室への空気供給量を燃焼に要する空気量よりも大きな量にすることで液体燃料の発熱量増大側への不測の質変化に原因する燃焼室の過熱を防止することにおいて、装置構成の合理的な改良により、液体燃料の発熱量低下側への質変化時における上記の如き燃焼の不安定化を効果的に防止する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔１〕請求項１に係る発明では、
霧化した液体燃料及び気体燃料を燃焼室に供給して両燃料の混合燃焼域を燃焼室内に形成する燃料供給部を設け、
前記混合燃焼域での燃焼に要する空気量よりも大きな量の空気を前記燃焼室に供給して、前記混合燃焼域での燃焼を維持するとともに前記燃焼室を冷却する空気供給部を設ける混焼装置において、
前記空気供給部として、
前記混合燃焼域での燃焼に要する燃焼用空気を燃焼室内における前記混合燃焼域へ集中的に供給する燃焼用空気噴出口と、
前記燃焼室の冷却に要する冷却用空気を前記燃焼用空気よりも前記混合燃焼域への到達を抑止した状態で前記燃焼室に供給する冷却用空気噴出口とを、各別に設けてあり、
前記燃料供給部を、供給される液体燃料を回転による遠心力で飛散させる霧化筒を備えて構成し、
前記冷却用空気噴出口を、前記混合燃焼域との離間距離が前記燃焼用空気噴出口よりも大きい位置から前記霧化筒の中心軸心に対し外側へ傾斜する向きに冷却用空気を噴出する状態に配置する。
【０００９】
つまり、この構成によれば、混合燃焼域での燃焼に要する燃焼用空気を上記の燃焼用空気噴出口から混合燃焼域へ集中的に供給することで、燃焼室内における混合燃焼域での燃焼を維持するのに対し、燃焼室の冷却に要する冷却用空気は燃焼用空気噴出口とは別の上記冷却用空気噴出口から、燃焼用空気よりも混合燃焼域への到達を抑止した状態（略言すれば、混合燃焼域での燃焼に極力関与させない状態）で燃焼室へ供給して、燃焼室の冷却に寄与させるから、供給する液体燃料が発熱量低下側へ質変化して、その発熱量低下で保炎性が低下しても、先述の従来装置の如く冷却用空気を燃焼用空気とともに共通の空気噴出口から混合燃焼域へ噴出供給するに比べ、その保炎性の低下で混合燃焼域への供給空気量が相対的に適正燃焼維持の許容範囲を超えるような過剰傾向になることを抑止することができる。
【００１０】
このことから、請求項１に係る発明によれば、燃焼に要する空気量よりも大きな量の空気を燃焼室へ定常的に供給して液体燃料の発熱量増大側への質変化に原因する燃焼室の過熱を確実に防止するようにしながらも、液体燃料の発熱量低下側への質変化時における吹き消えなどの燃焼の不安定化を効果的に防止できて、液体燃料の発熱量低下側への質変化に対しても良好な混合燃焼を安定的に維持し得る混焼装置にすることができる。
又、冷却用空気を燃焼用空気噴出口とは別の冷却用空気噴出口から燃焼室に供給して冷却作用させるにあたり、混合燃焼域との離間距離が燃焼用空気噴出口よりも大きい位置から冷却用空気が噴出されることで、混合燃焼域との離間距離が小さい燃焼用空気噴出口から混合燃焼域へ集中的に供給される燃焼用空気に比べ、冷却用空気の混合燃焼域への到達が効果的に抑止され、これにより、前述した作用効果を確実かつ効果的に得ることができる。
【００１１】
そして、廃油や低質重油などの質変化が大きい液体燃料を用いる場合についても、液体燃料の発熱量増大側への質変化に対する燃焼室の過熱防止を確実にしながら、液体燃料の発熱量低下側への質変化に対し安定的燃焼を確実に維持し得るようになり、この点、使用可能な液体燃料種の範囲を拡大することができて、汎用性の面でも一層優れた混焼装置にすることができる。
【００１７】
〔２〕請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の実施において、
前記燃焼室の温度を検出する検出手段、及び、その検出温度に基づき前記気体燃料の供給量を調整して前記燃焼室の温度を設定温度に保つ燃焼制御手段を設ける。
【００１８】
つまり、この構成によれば、供給液体燃料の質変化による発熱量の変化に対し、上記燃焼制御手段による気体燃料の供給量調整により、混合燃焼域での全体発熱量（すなわち、気体燃料の発熱量と液体燃料の発熱量とを合わせた合計発熱量）を一定に保つようにして、液体燃料の質変化に原因する燃焼室温度の変化を効果的に抑止でき、これにより、液体燃料の発熱量増大側への質変化に原因する燃焼室の過熱を、燃焼室に対する冷却用空気の供給と相俟ってさらに確実に防止できる。
【００１９】
また、液体燃料の発熱量低下側への質変化に対しても、それに原因する保炎性の低下で混合燃焼域への供給空気量が相対的に適正燃焼維持の許容範囲を超えるような過剰傾向になって燃焼が不安定になることを、前述の如く混合燃焼域への到達を抑止した状態で冷却用空気を燃焼室に供給することと、気体燃料の供給量増加による全体発熱量の維持により保炎性の低下を防止することとの協働で、一層確実に防止することができる。
【００２０】
そしてまた、液体燃料の質変化にかかわらず燃焼室の温度をより安定的に目標の設定温度に維持できることにより、燃焼による発生熱の利用も安定的に行なえるようになり、この点、熱利用面でも一層優れた混焼装置にすることができる。
【００２１】
ちなみに、液体燃料の質変化による発熱量の変化に対し、混合燃焼域での全体発熱量を一定に保つように気体燃料の供給量を調整するのに、カロリーメータ等による液体燃料の質検出（保有発熱量の検出）に基づいて気体燃料の供給量を調整することも考えられるが、一般に液体燃料の質検出には温度検出に比べ高価で取り扱いの難しい検出機器が必要であり、このことから、燃焼室温度の検出に基づき気体燃料の供給量を調整する上記構成の方が、装置コスト面や取り扱い面で有利になる。
【００２２】
また、液体燃料の質変化による発熱量の変化に対し混合燃焼域での全体発熱量を一定に保つのに、燃焼室温度の検出（あるいは供給液体燃料の質検出）に基づき、液体燃料の供給量を調整することも考えられるが、この場合、液体燃料の質変化に伴い液体燃料の単位時間当たり消費量が変化する為、例えば、廃油を液体燃料に用いて廃油の処理を行なう場合に一定時間の運転で予定量の廃油を処理し切れない事態が生じる等、液体燃料の計画的消費が難しくなる。
【００２３】
この点、液体燃料の質変化による発熱量の変化に対し気体燃料の供給量調整により混合燃焼域での全体発熱量を一定に保つ上記構成であれば、液体燃料の単位時間当たり消費量を一定に保った運転が可能であることから、廃油を液体燃料に用いて廃油の処理を行なう場合に一定時間の運転で予定量の廃油を確実に処理しきることが可能になる等、液体燃料の計画的消費が容易になる利点もある。
【００２４】
〔３〕請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明の実施において、
前記燃焼制御手段を、それによる前記気体燃料の供給量調整に伴い前記燃焼用空気の供給量を調整する構成にする。
【００２５】
つまり、この構成によれば、液体燃料の質変化による発熱量変化に対し実行する前述の如き気体燃料の供給量調整で気体燃料と液体燃料との供給量比が変化することに原因して、混合燃焼域に供給すべき燃焼用空気の最適供給量が変化することに対し、気体燃料の供給量調整に伴う上記燃焼用制御手段による燃焼用空気の供給量調整をもって対応することができ、これにより、良好な燃焼状態を一層安定的に維持し得る混焼装置にすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は液体燃料を気体燃料との混合状態で燃焼させる混焼装置を示し、１は燃焼室２を形成する炉体、３は炎形成部を燃焼室２に臨ませる状態で炉体１に組み付けた混焼バーナ、４は燃焼室２に連通させた排気路（煙道）である。
【００２７】
５は混焼バーナ３に液体燃料Ｌを供給する液体燃料路、６は混焼バーナ３に気体燃料Ｇ（例えば１３Ａ）を供給する気体燃料路、７は空気路８を通じて混焼バーナ３に空気Ａを供給するブロアであり、この空気路８は一次空気路８ａ、二次空気路８ｂ、及び、三次空気路８ｃの三路に分岐してある。
【００２８】
図２及び図３に示す如く、混焼バーナ３には、液体燃料路５から供給される液体燃料Ｌを回転による遠心力で飛散させる霧化筒９を設けてあり、また、この霧化筒９により飛散させた液体燃料Ｌに対し一次空気路８ａから供給される燃焼用兼霧化用の一次空気Ａ１を霧化筒９の外周部から燃焼室２の内方向きに吹き付けて飛散液体燃料Ｌを霧化する環状配置の一次空気噴出口１０、及び、気体燃料路６から供給される気体燃料Ｇを一次空気噴出口１０の外周部から霧化筒９の中心軸心側に向けて噴出（すなわち、霧化用一次空気Ａ１と霧化液体燃料Ｌとの混合流に対して直交させる状態に噴出）する環状配置の気体燃料噴出口１１を設けてある。
【００２９】
これら霧化筒９、一次空気噴出口１０、及び、気体燃料噴出口１１は、霧化液体燃料Ｌ及び気体燃料Ｇを燃焼室２に供給して両燃料Ｌ，Ｇの混合燃焼域Ｆを燃焼室２内に形成する燃料供給部を構成するものであり、本例装置では、混合燃焼域Ｆとして燃焼室２の内方に向く燃焼炎が形成される。
【００３０】
なお、１２は液体燃料路５を兼ねる回転筒軸１３及び伝動機構１４を介して霧化筒９を高速回転させるモータ、１５は回転筒軸１３と一体的に回転して一次空気噴出口１０への送給一次空気Ａ１を加圧するファンである。
【００３１】
また、混焼バーナ３には、二次空気路８ｂから供給される燃焼用の二次空気Ａ２を一次空気噴出口１０と気体燃料噴出口１１との間から噴出して霧化液体燃料Ｌ及び噴出気体燃料Ｇとの混合状態で混合燃焼域Ｆに供給する環状配置の二次空気噴出口１６、及び、三次空気路８ｃから供給される冷却用の三次空気Ａ３を気体燃料噴出口１１の外周部に設けたバーナタイル部１７から燃焼室２へ供給する環状配置の三次空気噴出口１８を設けてあり、この三次噴出口１８は、霧化筒９に近接させた一次・二次空気噴出口１０，１６及び気体燃料噴出口１１よりも霧化筒９の回転半径方向における外側へ大きく離間させた位置から霧化筒９の中心軸心に対し外側へ傾斜する向きに冷却用の三次空気Ａ３を噴出する状態に配置してある。
【００３２】
つまり、これら二次空気噴出口１６及び三次空気噴出口１８、並びに、燃焼用を兼ねる一次空気噴出口１０は、燃焼に要する空気量よりも冷却用分だけ大きな量の空気Ａ１，Ａ２，Ａ３を燃焼室２に供給して、混合燃焼域Ｆでの燃焼を維持するとともに燃焼室２を冷却する空気供給部を構成するものであり、この空気供給による燃焼室２の冷却をもって供給液体燃料Ｌの質変化（構成成分の変化や成分比の変化）による不測の発熱量増大に対し燃焼室２の過熱損傷を防止する。
【００３３】
また、冷却用空気噴出口としての三次空気噴出口１８を上記の如く配置して、三次空気Ａ３を混合燃焼域Ｆから外れた向きに、かつ、混合燃焼域Ｆとの離間距離が燃焼用空気噴出口である一次・二次空気噴出口１０，１６よりも大きい位置から噴出させることにより、燃焼用空気として混合燃焼域Ｆへ集中的に供給する一次・二次空気Ａ１，Ａ２よりも冷却用空気である三次空気Ａ３の混合燃焼域Ｆへの到達を抑止して、三次空気Ａ３を混合燃焼域Ｆでの燃焼に極力関与させないようにし、これにより、供給液体燃料Ｌの発熱量低下側への質変化に対し、混合燃焼域Ｆへの空気供給量が相対的に適正燃焼維持の許容範囲を超えるような過剰傾向になるのを防止して、混合燃焼域Ｆでの燃焼を良好に保つ。
【００３４】
１９は三次空気Ａ３の供給量を初期設定する調整弁、２０は気体燃料Ｇの供給量を調整する気体燃料制御弁、２１は温度センサ２２により検出される燃焼室温度ｔに基づき、燃焼室温度ｔを設定温度ｔｓに保つように気体燃料制御弁２０を自動調整する制御器であり、この制御器２１による気体燃料Ｇの供給量調整により、液体燃料Ｌの発熱量増大側や発熱量低下側への質変化に原因する全体発熱量（気体燃料Ｇの発熱量と液体燃料Ｌの発熱量とを合わせた合計発熱量）の変動を抑止するようにしてある。
【００３５】
また、２３は二次空気Ａ２の供給量を調整する二次空気制御弁、２４は二次空気制御弁２３を気体燃料制御弁２０と所定の連係比で連係動作させる二次空気連係機構であり、前述の如く気体燃料制御弁２０を調整して気体燃料Ｇの供給量を調整したとき、この二次空気連係機構２４による連係で二次空気制御弁２３を気体燃料制御弁２０と連係動作させて二次空気Ａ２の供給量を併せ調整することにより、混合燃焼域Ｆへ集中的に供給する燃焼用空気Ａ２，Ａ１の供給量をその時の気体燃料Ｇと液体燃料Ｌとの供給量比に応じた最適供給量に調整するようにしてある。
【００３６】
つまり、気体燃料制御弁２０、制御器２１、二次空気制御弁２３、及び、二次空気連係機構２４は、温度センサ２２により検出される燃焼室温度ｔに基づき燃焼室温度ｔを設定温度ｔｓに保つように気体燃料Ｇの供給量を調整するとともに、その気体燃料Ｇの供給量調整に伴い燃焼用空気Ａ２，Ａ１の供給量を調整する燃焼制御手段２５を構成する。
【００３７】
なお、本例装置では、気体燃料Ｇの供給量を減少側に調整したとき、その気体燃料Ｇの減少率よりも一定割合だけ小さい減少率で二次空気Ａ２の供給量を減少させるように、また逆に、気体燃料Ｇの供給量を増加側に調整したとき、その気体燃料Ｇの増加率よりも上記一定割合だけ小さい増加率で二次空気Ａ２の供給量を増加させるように二次空気連係機構２４の連係比を設定してある。
【００３８】
２６は、液体燃料Ｌの供給を断って気体燃料Ｇのみを燃焼させる専焼運転と、液体燃料Ｌの供給量を一定量に固定した状態で液体燃料Ｌ及び気体燃料Ｇを燃焼させる混焼運転との切り換えの際、液体燃料Ｌの供給量を漸次的に変化させるための液体燃料制御弁であり、また、２７は一次空気連係機構２８による連係で液体燃料制御弁２６と連係動作して、上記運転切り換えの際、霧化用一次空気Ａ１の供給量を液体燃料Ｌの供給量と同調させた状態で漸次的に変化させる一次空気制御弁である。
【００３９】
２９は気体燃料Ｇの供給を停止する気体燃料元弁、３０は液体燃料Ｌの供給を停止する液体燃料元弁である。
【００４０】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を列記する。
【００４２】
混合燃焼域Ｆでの適正燃焼に要する燃焼用空気Ａ２，Ａ１を混合燃焼域Ｆへ集中的に供給する燃焼用空気噴出口の具体的配置形態や具体的構造は、前述の実施形態で示した二次空気噴出口１６及び一次空気噴出口１０の配置形態や構造に限定されるものではなく、種々の構成変更が可能である。
【００４４】
燃焼室温度ｔを検出して、その検出温度ｔに基づき燃焼室温度ｔを設定温度ｔｓに維持するように気体燃料Ｇの供給量を調整し、また、その気体燃料Ｇの供給量調整に伴い燃焼用空気Ａ２，Ａ１の供給量を調整する形式を採る場合、気体燃料Ｇの供給量変化に対し燃焼用空気Ａ２，Ａ１の供給量をどの程度の変化率で変化させるかは、使用する気体燃料種及び液体燃料種に応じて決定すればよい。
【００４５】
使用する液体燃料Ｌは重油、軽油、灯油、機械油、動植物油、あるいは、それらの廃油など、どのようなものであってもよく、また、使用する気体燃料Ｌも天然ガスやプロパンガスなど、どのようなものであってもよい。
【００４６】
本発明による混焼装置は、乾燥炉、ボイラ、フライヤ、その他の業務用加熱機器、あるいは、焼却装置など、どのような用途に用いるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態を示す混焼装置の全体構成図
【図２】  実施形態を示す混焼バーナの断面図
【図３】  実施形態を示す混焼バーナの正面図
【図４】  従来例を示す断面図
【符号の説明】
２                燃焼室
９                霧化筒
９，１０，１１    燃料供給部
１０，１６        燃焼用空気噴出口
１０，１６，１８  空気供給部
１８              冷却用空気噴出口
２２              検出手段
２５              燃焼制御手段
Ａ１，Ａ２        燃焼用空気
Ａ３              冷却用空気
Ｆ                混合燃焼域
Ｇ                気体燃料
Ｌ                液体燃料
ｔ                燃焼室温度
ｔｓ              設定温度
【図１】
0004079566.tif 000002
【図２】
0004079566.tif 000003
【図３】
0004079566.tif 000004
【図４】
0004079566.tif 000005