JP4260384B2

JP4260384B2 - Liquid fuel burning burner

Info

Publication number: JP4260384B2
Application number: JP2001220286A
Authority: JP
Inventors: 後藤　　晃; 実米山
Original assignee: Petroleum Energy Center PEC; Nippon Oil Corp
Current assignee: Japan Petroleum Energy Center JPEC; Eneos Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003035405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型蒸気ボイラ、小型乾留ボイラ、小型温水ボイラ、暖房機、加熱装置等に使用されるバーナマットを備えた液体燃料燃焼バーナに関し、特に、高速着火及び低消費エネルギー運転を可能にする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
灯油、軽油、Ａ重油、ナフサ、ガソリン、メタノール等の液体燃料を燃焼させるバーナとしては、液体燃料と燃焼用空気とを別々に供給して燃焼させる拡散燃焼バーナが主流である。このような拡散燃焼バーナでは、液体燃料をノズルの微細な穴から噴霧し、微粒化して燃焼させることで、完全燃焼性を追求している。
【０００３】
一方、ＬＰガス等の気体燃料においては、気体同士の混合により予混合気を生成することが比較的容易であるために、予混合型のガス燃料燃焼バーナが一部採用されている。特に、予混合型の気体燃料燃焼バーナの一種として、金属繊維やセラミック繊維製の織布或いは不織布、又は、セラミック製の多孔板からなるバーナマットに予混合気を通過させ、火炎面を形成する面燃焼型バーナが開発されている。この面燃焼型バーナは、ＮＯｘ濃度が低い、火炎が短い、放射エネルギー率が大きい、低騒音であるなどの特徴を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した液体燃料を用いる拡散燃焼バーナでは、液体燃料を噴霧するノズルの微細な穴の径に限界があるため、完全予混合することは不可能である。また、液体燃料燃焼バーナにおいて、例えば、特開昭５０─５９３９号公報、特開平６─１５９６２１号公報に示すように、排ガスを再循環して加熱することより液体燃料を気化し、燃焼させる方法が考えられているが、これも、完全な予混合燃焼を行うことができない。
【０００５】
このため、液体燃料を用いて予混合燃焼を行う場合には、例えば、特開平５─２７２７４７号公報、上述した特開平６─１５９６２１号公報に示すように、電気ヒータで液体燃料を加熱して気化し、燃焼用空気と混合する方法が採られている。しかし、これらの方法では、液体燃料の気化及び予混合気の再液化防止に多くのエネルギーが消費されると共に、電気ヒータが必須であるため大燃焼用の液体燃料燃焼バーナを製作することが困難であった。
【０００６】
また、特開平５−２７２７４７号公報に開示される技術では、液体燃料が上流に向けて噴射供給されるため、着火防止の観点から電気ヒータと燃料噴射弁との距離を近づけることができず、液体燃料燃焼バーナを小型化させることができなかった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、液体燃料の燃焼によって生ずる熱量を有効利用し、液体燃料の気化を促進させることで、高速着火，低消費エネルギー運転を実現させた予混合型の液体燃料燃焼バーナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明の液体燃料燃焼バーナでは、液体燃料を燃焼させる副燃焼部と、該副燃焼部の燃焼域を覆い、下流面が開放された第１の筒部と、該第１の筒部の全外周に沿って、前記第１の筒部の開放端に向けて燃焼用空気を供給する空気供給部と、該空気供給部により供給された燃焼用空気と前記副燃焼部から導入された燃焼ガスとを混合し、前記燃焼用空気を加熱する混合部と、該混合部で加熱された前記燃焼用空気に対して、その下流に向け液体燃料を噴射供給する燃料供給部と、該燃料供給部により噴射供給された液体燃料を、加熱された前記燃焼用空気の熱により気化し、気化された液体燃料と燃焼用空気との混合ガスを形成する気化混合部と、該気化混合部で形成された混合ガスをバーナマットの表面上で燃焼させる主燃焼部と、を含んで構成したことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、燃焼用空気は、第１の筒部の全外周に沿って、第１の筒部の開放端に向けて供給され、副燃焼部から導入された燃焼ガスと混合して加熱されることで、その温度が上昇する。このとき、第１の筒部は、空気供給部により供給される燃焼用空気に対する風除けとして機能し、副燃焼部の火炎が吹き消されることが防止される。また、第１の筒部は、その全外周に沿って流れる常温の燃焼用空気により冷却されるので、副燃焼部の火炎により第１の筒部の温度が過度に上昇することが抑制され、熱耐久性が向上する。さらに、第１の筒部の全外周に燃焼用空気が流れるため、ケーシング外表面温度が比較的低温になり安全性が向上すると共に、ケーシングから外部に熱が放射されることが防止され、熱効率が向上する。
【０００９】
一方、加熱された燃焼用空気に対してその下流に向け噴射供給された液体燃料は、昇温された燃焼用空気から受熱し、気化が促進される。ここで、液体燃料が燃焼用空気から受熱する経路としては、接触による直接受熱に加え、ケーシングを介した間接受熱の２通りがある。また、液体燃料を燃焼用空気の下流に向け噴射供給することで、副燃焼部の火炎により液体燃料が着火されることが防止される。そして、気化された液体燃料と燃焼用空気との混合ガスが形成された後、これが主燃焼部のバーナマット表面上で燃焼される。
【００１０】
このため、副燃焼部で生じた熱量を有効利用することで、液体燃料の気化促進を通して液体燃料と燃焼用空気との混合性が向上するので、従来技術のように、電気ヒータにより液体燃料を気化する構成を採用する必要がなくなる。そして、副燃焼部で発生した熱は、混合ガスと共に主燃焼部に運ばれるので、無駄になることがないばかりでなく、混合ガスの再液化防止にも寄与する。また、混合性が向上した混合ガスは、主燃焼部のバーナマット表面上で燃焼されるので、ＮＯｘ濃度が低い、火炎が短い、放射エネルギー率が大きい、低騒音であるなどの利点を有する。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記第１の筒部内壁と所定間隔を隔てて、前記副燃焼部の燃焼域を覆い、上流面が開放された第２の筒部を設けたことを特徴とする。
かかる構成によれば、副燃焼部からの燃焼ガスは、第１の筒部と第２の筒部との間を通って混合部に供給され、燃焼用空気と混合する。この場合、第２の筒部により副燃焼部の火炎が下流側に流れることが防止されるため、燃料供給部により噴射供給された気体燃料が火炎により着火することが防止され、燃料供給部を副燃焼部に近づけることができ、装置全体をより小型化させることが可能となる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記気化混合部に、噴射供給された液体燃料を付着させて気化を促進する気化促進部材を設置したことを特徴とする。
かかる構成によれば、気化混合部に気化促進部材を配置することで、気化促進部材は、加熱された燃焼用空気から受熱してその温度が上昇する。そして、ここに付着した液体燃料は、気化促進部材から受熱することで、その気化が促進される。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記気化促進部材は、前記混合ガスの流通方向に対して上流側が大径に形成された略裁頭円錐形をなす金属製の邪魔板を含んで構成されることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記気化促進部材は、前記混合ガスの流通方向に対して下流側端部が閉塞され、ここに多数の孔が形成された金属製の筒体を含んで構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明では、前記気化促進部材は、偏平な金属製の多孔板を含んで構成されることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記気化促進部材は、金属製のハニカム構造体を含んで構成されることを特徴とする。
かかる請求項４〜７に記載の発明によれば、気化促進部材を簡単に形成できる。そして、特に、請求項７の発明のように気化促進部材をハニカム構造とすれば、受熱面積の拡大を図れる。
【００１５】
請求項８記載の発明では、前記混合ガスを分散させて、主燃焼部に供給するための分散部を備えたことを特徴とする。
かかる構成によれば、混合ガスが分散部にて分散されるため、主燃焼部に供給される混合ガスの濃度分布が略均一化され、燃焼特性が改善される。
請求項９記載の発明では、前記燃料供給部は、前記第１の筒部と略同軸に液体燃料を噴射供給することを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、液体燃料の着火を防止しつつ、燃料供給部を副燃焼部に近づけることができ、副燃焼部で加熱されて高温となった燃焼用空気に対して液体燃料が噴射供給される。このため、噴射供給された液体燃料の気化をより促進しつつ装置を小型化できるため、ケーシング周囲からの放熱が少なくなり、熱効率がさらに向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を適用した液体燃料燃焼バーナの第１実施形態を示す。ここで、液体燃料としては、例えば、灯油、軽油、Ａ重油、ナフサ、ガソリン、メタノール等が使用され得る。
【００１８】
液体燃料燃焼バーナは、副燃焼部１０と、空気供給部２０と、混合部３０と、燃料供給部４０と、気化混合部５０と、分散部６０と、主燃焼部７０と、を含んで構成される。
副燃焼部１０は、液体燃料を燃焼させる副燃焼バーナ１２と、副燃焼用空気を供給するファン１４と、副燃焼バーナ１２に液体燃料を供給する燃料供給管１６と、を含んで構成される。副燃焼バーナ１２の基端部は、液体燃料燃焼バーナのケーシング８０の一側面に固定される。そして、予熱バーナ１２先端部の火炎を覆うように、下流面が開放された略筒状の第１の筒部８２が設けられる。
【００１９】
空気供給部２０は、ファン２２と、ファン２２から供給される燃焼用空気をケーシング８０内部に導く空気導入路２４と、を含んで構成される。空気導入路２４は、第１の筒部８２の全外周に沿って、その開放端に向けて燃焼用空気を導入するように、第１の筒部８２の周囲に位置するケーシング８０周壁に接続される。このとき、第１の筒部８２は、導入される燃焼用空気により、予熱バーナ１２の火炎が吹き消されないようにする風除けとして機能する。
【００２０】
なお、副燃焼部１０におけるファン１４と空気供給部２０におけるファン２２とを別々に設ける構成とせずに、単一のファンから供給される空気を分流させて夫々で使用するようにしてもよい。
混合部３０は、第１の筒部８２の下流側（開放端側）であって、ケーシング８０の内部に位置する空間により形成される。そして、混合部３０では、空気供給部２０により供給された燃焼用空気と副燃焼部１０から導入された燃焼ガスとが混合し、燃焼用空気が加熱される。
【００２１】
燃料供給部４０は、燃料噴射弁４２と、液体燃料を貯留する液体燃料タンク４４と、燃料噴射弁４２と液体燃料タンク４４とを接続する燃料供給管４６と、燃料供給管４６に介装される燃料ポンプ４８と、を含んで構成される。燃料噴射弁４２は、混合部３０下流側のケーシング８０内部に、その燃料噴射孔が燃焼用空気の流通方向の下流側を向く状態で固定される。ここで、燃料噴射弁４２の燃料噴射孔を下流側に向ける理由は、上流側に向けると副燃焼部１０により燃料噴霧が着火するおそれがあるため、燃料噴射弁４２を副燃焼部１０に近づけることができず、装置の小型化が困難となってしまうためである。そして、液体燃料タンク４４に貯留される液体燃料は、燃料ポンプ４８により加圧された後、燃料供給管４６を介して燃料噴射弁４２に供給される。燃料噴射弁４２に供給された液体燃料は、混合部３０で加熱された燃焼用空気に対して噴射供給される。また、燃料ポンプ４８の燃料吐出口には、副燃焼部１０の副燃焼バーナ１２に液体燃料を供給すべく、燃料供給管１６の一端が接続される。
【００２２】
なお、燃料噴射弁４２は、第１の筒部８２と略同軸に液体燃料を噴射供給することが望ましい。このようにすれば、液体燃料の着火を防止しつつ、燃料供給部４０を副燃焼部１０に近づけることができ、副燃焼部１０で加熱されて高温となった燃焼用空気に対して液体燃料が噴射供給される。このため、噴射供給された液体燃料の気化をより促進しつつ装置を小型化できるため、ケーシング８０周囲からの放熱が少なくなり、熱効率がさらに向上する。
【００２３】
気化混合部５０は、燃料供給部４０の下流側であって、ケーシング８０の内部に位置する空間により形成される。そして、気化混合部５０では、燃料供給部４０により噴射供給された液体燃料は、加熱された燃焼用空気から受熱して気化が促進され、気化された液体燃料（以下「気化燃料」という）と燃焼用空気との混合ガスが形成される。ここで、液体燃料が燃焼用空気から受熱する受熱経路としては、接触による直接受熱に加え、ケーシング８０を経由した間接受熱の２通りがある。
【００２４】
分散部６０は、気化混合部５０で形成された混合ガスを略均等に分散させるべく、ケーシング８０の先端部に設けられる。分散部６０としては、種々の構成のものが公知であり、例えば、図２及び図３に示すものが広く用いられている。
分散部６０の第１実施例を示す図２において、ケーシング８０の先端部には、後述する主燃焼部７０上流側に所定容積を有する箱体６２が接続される。箱体６２内部には、主燃焼部７０に沿って内部空間を２つに区画する仕切板６２Ａが配設される。仕切板６２Ａの略中央部には、２つに区画された各小空間Ａ及びＢを連通する連通穴６２Ｂが開設される。また、主燃焼部７０側の小空間Ａには、連通穴６２Ｂと対面する位置に邪魔板６２Ｃが配設される。邪魔板６２Ｃは、仕切板６２Ａと所定間隔をもって、これと略平行に配設される。
【００２５】
かかる構成からなる分散部６０によれば、箱体６２に導入された混合ガスは、仕切板６２Ａに沿って流れ、連通穴６２Ｂから主燃焼部７０側の小空間Ａに導入される。このとき、混合ガスは、連通穴６２Ｂに対面して設けられた邪魔板６２Ｃの一側面に衝突し、仕切板６２Ａと邪魔板６２Ｃとの間隙からその周辺に略均等に分散される。従って、箱体６２に導入された混合ガスは、直に主燃焼部７０に供給されず、分散部６０により略均一に拡散された状態で、主燃焼部７０へと供給されることとなる。
【００２６】
また、分散部６０の第２実施例を示す図３において、第１実施例と同一形状を有する箱体６４内部には、混合ガスの導入口に対面する位置に邪魔板６４Ａが配設されると共に、主燃焼部７０が対面する位置に混合ガスの導入口から奥に行くにつれて、主燃焼部７０との距離が徐々に短くなる第１の傾斜板６４Ｂが配設される。また、第１の傾斜板６４Ｂと主燃焼部７０との間には、第１の傾斜版６４Ｂと反対側に傾斜する複数の第２の傾斜板６４Ｃが複数配設される。
【００２７】
かかる構成からなる分散部６０によれば、箱体６４に導入された混合ガスは、邪魔板６４Ａの一側面に衝突して方向転換され、第１の傾斜板６４Ｂに沿って流れる。このとき、混合ガスの一部は、第２の傾斜板６４Ｃによって流れ方向が変えられ、主燃焼部７０に供給される。従って、箱体６４に導入された混合ガスは、直に主燃焼部７０に供給されず、分散部６０により略均一に拡散された状態で、主燃焼部７０へと供給されることとなる。
【００２８】
主燃焼部７０は、分散部６０下流側に設けられ、金属繊維やセラミック等からなるバーナマットにより構成される。そして、分散部６０により略均等に分散された混合ガスは、バーナマット表面上で燃焼される。
次に、かかる構成からなる液体燃料燃焼バーナの作用について説明する。
液体燃料タンク４４に貯留される液体燃料は、燃料ポンプ４８により加圧され、夫々、燃料供給管１６及び４６を介して副燃焼バーナ１２及び燃料噴射弁４２に供給される。ここで、副燃焼バーナ１２及び燃料噴射弁４２に供給される液体燃料比は、例えば、１：１０程度に設定される。
【００２９】
副燃焼バーナ１２に供給された液体燃料は、ファン１４から供給された副燃焼用空気を用いて燃焼し、副燃焼バーナ１２先端部に火炎が形成される。
ファン２２から供給される燃焼用空気は、第１の筒部８２の全外周に沿って、その下流側に供給される。そして、燃焼用空気は、副燃焼バーナ１２からの燃焼ガスと混合して加熱され、１５０℃〜５００℃に昇温される。また、第１の筒部８２の外周部に常温の燃焼用空気を流通させることで、副燃焼バーナ１２の火炎で高温になり易い第１の筒部８２が冷却されるので、その熱耐久性を向上させることもできる。さらに、第１の筒部８２の周囲に燃焼用空気が流れるため、ケーシング８０の外表面温度が比較的低温になり安全性が向上すると共に、ケーシング８０から外部に熱が放射されることが防止され、熱効率が向上する。なお、加熱された燃焼用空気の温度範囲を定めたのは、１５０℃未満では気化燃料が再液化するおそれがあると共に、５００℃を超えると気化燃料が自然着火してしまうおそれがあるためである。
【００３０】
燃料噴射弁４２に供給された液体燃料は、その先端部の燃料噴射孔から、１５０℃〜５００℃に加熱された燃焼用空気に向けて噴射供給される。そして、気化混合部５０において、液体燃料は、加熱された燃焼用空気から受熱して、その気化が促進されて気化燃料となる。気化燃料は、燃焼用空気と混合し、液体燃料の予蒸発予混合気である混合ガスが形成される。
【００３１】
気化混合部５０において形成された混合ガスは、分散部６０により略均等に分散されつつ、主燃焼部７０のバーナマットに供給される。主燃焼部７０に供給された混合ガスは、バーナマット表面上で燃焼される。
なお、本発明者らの計測によると、副燃焼バーナ１２の火炎温度は約１，２００℃、気化混合部５０における燃焼用空気の温度は約３００℃であった。また、副燃焼バーナ１２の燃焼熱量は約５０，０００ｋＪ／ｈ（１２，０００ｋｃａｌ／ｈ）、主燃焼部７０のバーナマットの燃焼熱量は約４６０，０００ｋＪ／ｈ（１１０，０００ｋｃａｌ／ｈ）であった。
【００３２】
かかる構成によれば、副燃焼部１０から導入された燃焼ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼用空気を加熱すると共に、加熱された燃焼用空気に対して液体燃料を噴射供給するようにしたため、液体燃料の気化が促進される。このため、電気ヒータで液体燃料を加熱気化させる構成を採用しなくとも、液体燃料と燃焼用空気との混合性が改善される。また、加熱された燃焼用空気は、噴射供給された液体燃料と共にバーナマットに供給されるため、混合ガスが再液化するおそれがない。このとき、副燃焼部１０で発生した熱量は、混合ガスと共にバーナマットに供給されるため、その熱量が無駄になることがない。
【００３３】
従って、同一熱量を発生させる場合、従来技術と比べて大幅に消費エネルギーを低減させることができる。また、液体燃料がバーナマット表面上で燃焼するので、その火炎が短いことより、装置全体をコンパクトにまとめることができる。さらに、液体燃料の気化促進及び再液化防止のために電気ヒータを用いないため、大燃焼用の液体燃料燃焼バーナを製作することが容易となる。
【００３４】
なお、主燃焼部７０を構成するバーナマットに、Ｐｄ／ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃等の触媒を担持させ、火炎が発生しない触媒燃焼を行わせるようにしてもよい。
図４は、本発明を適用した液体燃料燃焼バーナの第２実施形態を示す。
本実施形態では、第１の筒部８２の内部に、上流面が開放された構成であって、副燃焼バーナ１２の燃焼域としての火炎を覆うべく、第１の筒部８２内壁と所定間隔を隔てて配設された第２の筒部８４が設けられる。
【００３５】
かかる構成によれば、副燃焼バーナ１２からの燃焼ガスは、第１の筒部８２と第２の筒部８４との間を通って混合部３０に供給され、燃焼用空気と混合する。この場合、第２の筒部８４により副燃焼バーナ１２の火炎が下流側に流れることが防止されるため、燃料噴射弁４２から噴射供給された液体燃料が火炎により着火することが防止される。このため、燃料噴射弁４２を副燃焼バーナ１２に近づけることができ、装置全体をより小型化させることが可能となる。
【００３６】
図５は、本発明を適用した液体燃料燃焼バーナの第３実施形態を示す。
本実施形態では、気化混合部５０に、燃料噴射弁４２から噴射供給された液体燃料を付着させて気化を促進する気化促進部材としての金属製の邪魔板９０が配設される。邪魔板９０は、上流側が大径に形成された略裁頭円錐形をなす筒状に形成される。
【００３７】
かかる構成によれば、気化混合部５０に配設された邪魔板９０は、加熱された燃焼用空気から受熱してその温度が上昇する。一方、燃料噴射弁４２から噴射供給された液体燃料の一部は、邪魔板９０に衝突してそこに付着する。すると、付着した液体燃料は、昇温した邪魔板９０から受熱することで、その気化が一層促進される。
【００３８】
気化促進部材としては、前述した邪魔板９０の他、図６に示すように、下流側端部が閉塞され、ここに多数の孔９２Ａが形成された金属製の円筒体９２から構成してもよい。この場合、ケーシング８０に円筒体９２を一体化させると共に、円筒体９２を覆うカバー８６を設けることが望ましい。
このようにすれば、燃料噴射弁４２から噴射供給された液体燃料は、円筒体９２内周面に付着して受熱することで、その気化が促進される。そして、気化燃料は、円筒体９２の孔９２Ａを介してその下流側に位置する気化混合部５０に供給される。また、円筒体９２をカバー８６で覆うようにしたから、カバー８６により断熱効果が奏される。
【００３９】
さらに、気化促進部材としては、図７に示すように、偏平な金属製の多孔板９４から構成したり、図８に示すように、金属製のハニカム構造体９６から構成してもよい。ハニカム構造体９６を気化促進部材として用いれば、受熱面積の拡大が図られ、液体燃料の気化がより一層促進される。
なお、気化促進部材としては、以上説明した構成に限らず、例えば、種々の形状からなる板状、筒状、金属製発泡体、金属製構造体を適用することが可能である。
【００４０】
次に、本発明者らの実験結果について述べる。以下の実験結果は、本発明を適用した液体燃料燃焼バーナの実施例と、従来の液体燃料燃焼バーナの比較例と、を比較したものである。
（前提条件）
主燃焼部には、平均繊維径２５μｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系ステンレス鋼繊維を充填密度１，５００ｇ／ｃｍ²で積層して焼結させた後、熱処理を経て製作されたバーナマットをケーシングに保持させて使用した。また、液体燃料燃焼バーナとしての燃焼は、全燃焼量１２０ｋＷ，空気比１．２の条件で行った。
（実施例１）
図１に示す液体燃料燃焼バーナにおいて、副燃焼バーナ１２として、燃焼量１４ｋＷの油圧噴霧型のバーナを用いた。そして、副燃焼バーナ１２を１４ｋＷで燃焼させて、気化混合部５０における燃焼用空気の温度を２５０℃にし、ここに液体燃料を噴射供給させた後、主燃焼部７０で燃焼させた。
【００４１】
その結果、完全な青色燃焼ではなく、一部に赤い炎が観察された。
（実施例２）
図４に示す液体燃料燃焼バーナにおいて、副燃焼バーナ１２として、燃焼量１４ｋＷの油圧噴霧型のバーナを用いた。そして、副燃焼バーナ１２を１４ｋＷで燃焼させて、気化混合部５０における燃焼用空気の温度を２５０℃にし、ここに液体燃料を噴射供給させた後、主燃焼部７０で燃焼させた。
【００４２】
その結果、完全な青色燃焼ではなく、一部に赤い炎が観察された。
（実施例３）
図８に示す液体燃料燃焼バーナにおいて、副燃焼バーナ１２として、燃焼量１４ｋＷの油圧噴霧型のバーナを用いた。そして、副燃焼バーナ１２を１４ｋＷで燃焼させて、気化混合部５０に設置された金属製のハニカム構造体９６の温度を２５０℃にし、ここに液体燃料を噴射供給して気化させ、燃焼用空気及び副燃焼バーナ１２からの燃焼ガスと混合させた後、主燃焼部７０で燃焼させた。
【００４３】
その結果、完全な青色燃焼が観察された。
（比較例１）
比較実験に用いた液体燃料燃焼バーナの構成を図９に示す。即ち、液体燃料燃焼バーナは、ブロア１００から供給される燃焼用空気の流通部１０２に、電気式の液体燃料気化器１０４で気化された気化燃料を導入して混合ガスを形成した後、分散部１０６を経て主燃焼部１０８に導入して燃焼させる構成となっている。液体燃料気化器１０４では、金属製の筒内部に３ｋＷの電気ヒータが設置され、その周辺部を断熱材で覆った構成をなす。そして、液体燃料気化器１０４に電力３ｋＷを通電し、液体燃料を気化させてから燃焼させた。
【００４４】
その結果、燃焼用空気と気化燃料との混合ガスに着火するものの、気化燃料が再液化し、液体燃料がドレイン部（図示せず）に溜まる不具合が観察された。
（比較例２）
比較実験に用いた液体燃料燃焼バーナの構成を図１０に示す。即ち、液体燃料燃焼バーナは、図９の構成に加え、ブロア１００から供給される燃焼用空気を電気式の空気ヒータ１１０で加熱し、ここに液体燃料気化器１０４により気化された気化燃料を導入する構成とした。そして、空気ヒータ１１０に５ｋＷを通電し、燃焼用空気を１５０℃に加熱させるようにした。
【００４５】
その結果、完全な青色燃焼が観察された。
以上の実施例及び比較例を対比させるべく、対比表を作成すると次のようになる。
【００４６】
【表１】

なお、本発明に係る液体燃料燃焼バーナは、以上のような構成のものに限らず、副燃焼バーナ１２により燃焼用空気を加熱させ、ここに液体燃料を噴射供給させる種々の構成が考えられることは言うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、副燃焼部で生じた熱量を有効利用することで、液体燃料の気化促進を通して液体燃料と燃焼用空気との混合性が向上するので、高速着火，低消費エネルギー運転を実現させることができる。このとき、副燃焼部の燃焼域は、第１の筒部により覆われているため、空気供給部により供給される燃焼用空気により、その火炎が吹き消されることが防止される。また、第１の筒部は燃焼用空気により冷却されるので、その熱耐久性を向上させることができる。さらに、第１の筒部の周囲に燃焼用空気が流れるため、ケーシング外表面温度が比較的低温になり安全性を向上させることができると共に、ケーシングから外部に熱が放射されることが防止され、熱効率を向上させることができる。
【００４８】
請求項２記載の発明によれば、副燃焼部の火炎が下流側に流れることが防止されるため、燃料供給部により噴射供給された気体燃料が火炎により着火することが防止され、燃料供給部を副燃焼部に近づけることができ、装置全体をより小型化させることが可能となる。
請求項３記載の発明によれば、気化混合部に気化促進部材を配置することで、気化促進部材は、加熱された燃焼用空気から受熱してその温度が上昇する。そして、ここに付着した液体燃料は、気化促進部材から受熱することで、その気化を促進させることができる。
【００４９】
請求項４〜請求項７記載の発明によれば、気化促進部材を簡単に形成することができる。そして、特に、請求項７の発明のように気化促進部材をハニカム構造とすれば、受熱面積の拡大を図ることができる。
請求項８記載の発明によれば、混合ガスが分散部にて分散されるため、主燃焼部に供給される混合ガスの濃度分布が略均一化され、燃焼特性を改善させることができる。
【００５０】
請求項９記載の発明によれば、噴射供給された液体燃料の気化をより促進しつつ装置を小型化でき、ケーシング周囲からの放熱が少なくなるため、熱効率をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体燃料燃焼バーナの第１実施形態を示す概略図
【図２】分散部の具体的な第１実施例を示す概略図
【図３】分散部の具体的な第２実施例を示す概略図
【図４】本発明に係る液体燃料燃焼バーナの第２実施形態を示す概略図
【図５】本発明に係る液体燃料燃焼バーナの第３実施形態を示す概略図
【図６】気化促進部材の第１変形例を示す概略図
【図７】気化促進部材の第２変形例を示す概略図
【図８】気化促進部材の第３変形例を示す概略図
【図９】比較例１を示す概略図
【図１０】比較例２を示す概略図
【符号の説明】
１０副燃焼部
２０空気供給部
２２ファン
２４空気導入路
３０混合部
４０燃料供給部
４２燃料噴射弁
４４液体燃料タンク
４６燃料供給管
４８燃料ポンプ
５０気化混合部
６０分散部
７０主燃焼部
８２第１の筒部
８４第２の筒部
９０邪魔板
９２円筒体
９４多孔板
９６ハニカム構造体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid fuel combustion burner equipped with a burner mat used in a small steam boiler, a small dry distillation boiler, a small hot water boiler, a heater, a heating device, etc., and particularly enables high-speed ignition and low energy consumption operation. Regarding technology.
[0002]
[Prior art]
As a burner that burns liquid fuel such as kerosene, light oil, heavy fuel oil A, naphtha, gasoline, and methanol, a diffusion combustion burner that supplies liquid fuel and combustion air separately and burns them is the mainstream. In such a diffusion combustion burner, complete combustibility is pursued by spraying liquid fuel from fine holes in the nozzle, atomizing it, and burning it.
[0003]
On the other hand, in a gaseous fuel such as LP gas, a premixed gas fuel combustion burner is partially used because it is relatively easy to generate a premixed gas by mixing gases. In particular, as a kind of a premixed gas fuel combustion burner, a premixed gas is passed through a burner mat made of a metal fiber or ceramic fiber woven or non-woven fabric, or a ceramic perforated plate to form a flame surface. A surface combustion burner has been developed. This surface combustion type burner has features such as low NOx concentration, short flame, high radiant energy rate, and low noise.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the diffusion combustion burner using the liquid fuel described above, it is impossible to perform complete premixing because there is a limit to the diameter of the fine hole of the nozzle for spraying the liquid fuel. Further, in a liquid fuel combustion burner, for example, as shown in JP-A-50-5939 and JP-A-6-159621, a method of vaporizing and burning liquid fuel by recirculating and heating exhaust gas However, this also does not allow complete premixed combustion.
[0005]
For this reason, when premixed combustion is performed using liquid fuel, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 5-272747 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-159621 described above, the liquid fuel is heated with an electric heater. A method of vaporizing and mixing with combustion air is employed. However, these methods consume a lot of energy to vaporize the liquid fuel and prevent re-liquefaction of the premixed gas, and since an electric heater is essential, it is difficult to manufacture a liquid fuel combustion burner for large combustion. Met.
[0006]
Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-272747, since liquid fuel is injected and supplied upstream, the distance between the electric heater and the fuel injection valve cannot be reduced from the viewpoint of preventing ignition, The liquid fuel combustion burner could not be reduced in size.
Therefore, in view of the above-described conventional problems, the present invention effectively uses the amount of heat generated by the combustion of the liquid fuel and promotes the vaporization of the liquid fuel, thereby realizing a high-speed ignition and low energy consumption operation. An object is to provide a mixed liquid fuel combustion burner.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the liquid fuel combustion burner according to the first aspect of the present invention, the sub-combustion section that combusts the liquid fuel, the first cylinder section that covers the combustion area of the sub-combustion section and that is open on the downstream surface, An air supply part that supplies combustion air toward the open end of the first cylinder part along the entire outer periphery of the first cylinder part, the combustion air supplied by the air supply part, and the sub-combustion A mixing unit that mixes the combustion gas introduced from the unit and heats the combustion air; and a fuel supply that injects and supplies liquid fuel toward the downstream side of the combustion air heated by the mixing unit A vaporization and mixing unit that vaporizes liquid fuel injected and supplied by the fuel supply unit by heat of the heated combustion air, and forms a mixed gas of the vaporized liquid fuel and combustion air; The mixed gas formed in the vaporization mixing section is burned on the surface of the burner mat. That a main combustion unit, characterized by being configured to include.
[0008]
According to such a configuration, the combustion air is supplied toward the open end of the first cylinder part along the entire outer periphery of the first cylinder part, and is mixed with the combustion gas introduced from the sub-combustion part. The temperature rises by being heated. At this time, the 1st cylinder part functions as a windshield with respect to the combustion air supplied by the air supply part, and it is prevented that the flame of a subcombustion part is blown off. Moreover, since the first cylinder part is cooled by room temperature combustion air flowing along the entire outer periphery thereof, the temperature of the first cylinder part is suppressed from excessively rising due to the flame of the sub-combustion part, Thermal durability is improved. Further, since combustion air flows on the entire outer periphery of the first cylindrical portion, the outer surface temperature of the casing is relatively low, safety is improved, and heat is prevented from being radiated to the outside from the casing, so that heat efficiency is improved. Will improve.
[0009]
On the other hand, the liquid fuel injected and supplied downstream from the heated combustion air receives heat from the heated combustion air, and vaporization is promoted. Here, there are two ways for the liquid fuel to receive heat from the combustion air: direct heat reception by contact and indirect heat reception through the casing. In addition, the liquid fuel is prevented from being ignited by the flame of the sub-combustion unit by injecting and supplying the liquid fuel downstream of the combustion air. Then, after a gas mixture of vaporized liquid fuel and combustion air is formed, it is burned on the burner mat surface of the main combustion section.
[0010]
For this reason, by effectively using the amount of heat generated in the sub-combustion unit, the mixing of liquid fuel and combustion air is improved through the promotion of vaporization of the liquid fuel. Eliminating the need for a vaporizing configuration. And since the heat generated in the sub-combustion part is carried to the main combustion part together with the mixed gas, it is not only wasted, but also contributes to prevention of liquefaction of the mixed gas. Further, since the mixed gas with improved mixing properties is burned on the burner mat surface of the main combustion section, it has advantages such as low NOx concentration, short flame, high radiation energy rate, and low noise.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a second cylinder part that covers a combustion region of the sub-combustion part and is open on an upstream surface at a predetermined interval from the inner wall of the first cylinder part. To do.
According to such a configuration, the combustion gas from the sub-combustion section is supplied to the mixing section through the space between the first cylinder section and the second cylinder section, and is mixed with the combustion air. In this case, since the flame of the auxiliary combustion section is prevented from flowing downstream by the second cylinder section, the gaseous fuel injected and supplied by the fuel supply section is prevented from being ignited by the flame, and the fuel supply section is It can be brought close to the sub-combustion unit, and the entire apparatus can be further downsized.
[0012]
The invention according to claim 3 is characterized in that a vaporization promoting member that promotes vaporization by adhering the liquid fuel supplied by injection is installed in the vaporization mixing section.
According to this configuration, by arranging the vaporization promoting member in the vaporization mixing unit, the vaporization promoting member receives heat from the heated combustion air and its temperature rises. And the liquid fuel adhering here receives heat from a vaporization promotion member, and the vaporization is accelerated | stimulated.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the vaporization promoting member includes a metal baffle plate having a substantially truncated cone shape having a large diameter on the upstream side with respect to the flow direction of the mixed gas. It is characterized by.
According to a fifth aspect of the present invention, the vaporization promoting member includes a metal cylinder in which a downstream end is closed with respect to the flow direction of the mixed gas and a plurality of holes are formed therein. It is characterized by that.
[0014]
The invention according to claim 6 is characterized in that the vaporization accelerating member includes a flat metal porous plate.
The invention according to claim 7 is characterized in that the vaporization promoting member includes a metal honeycomb structure.
According to the inventions of the fourth to seventh aspects, the vaporization promoting member can be easily formed. In particular, if the vaporization promoting member has a honeycomb structure as in the seventh aspect of the invention, the heat receiving area can be increased.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, a dispersion unit for dispersing the mixed gas and supplying the mixed gas to the main combustion unit is provided.
According to this configuration, since the mixed gas is dispersed in the dispersion part, the concentration distribution of the mixed gas supplied to the main combustion part is substantially uniform, and the combustion characteristics are improved.
The invention according to claim 9 is characterized in that the fuel supply section injects and supplies liquid fuel substantially coaxially with the first cylinder section.
[0016]
According to this configuration, the fuel supply unit can be brought close to the sub-combustion unit while preventing the liquid fuel from being ignited, and the liquid fuel is injected and supplied to the combustion air heated to the high temperature by the sub-combustion unit. Is done. For this reason, since the apparatus can be miniaturized while further promoting the vaporization of the injected and supplied liquid fuel, the heat radiation from the casing periphery is reduced, and the thermal efficiency is further improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of a liquid fuel combustion burner to which the present invention is applied. Here, as the liquid fuel, for example, kerosene, light oil, A heavy oil, naphtha, gasoline, methanol, or the like can be used.
[0018]
The liquid fuel combustion burner includes a sub-combustion unit 10, an air supply unit 20, a mixing unit 30, a fuel supply unit 40, a vaporization mixing unit 50, a dispersion unit 60, and a main combustion unit 70. Is done.
The auxiliary combustion unit 10 includes an auxiliary combustion burner 12 for burning liquid fuel, a fan 14 for supplying auxiliary combustion air, and a fuel supply pipe 16 for supplying liquid fuel to the auxiliary combustion burner 12. . The base end portion of the auxiliary combustion burner 12 is fixed to one side surface of the casing 80 of the liquid fuel combustion burner. And the substantially cylindrical 1st cylinder part 82 by which the downstream surface was open | released is provided so that the flame of the preheating burner 12 front-end | tip part may be covered.
[0019]
The air supply unit 20 includes a fan 22 and an air introduction path 24 that guides combustion air supplied from the fan 22 to the inside of the casing 80. The air introduction path 24 is connected to the casing 80 peripheral wall located around the first cylinder portion 82 so as to introduce combustion air toward the open end along the entire outer periphery of the first cylinder portion 82. Is done. At this time, the 1st cylinder part 82 functions as a windshield which prevents the flame of the preheating burner 12 from being blown out by the combustion air introduced.
[0020]
Note that the air supplied from a single fan may be divided and used separately without the fan 14 in the sub-combustion unit 10 and the fan 22 in the air supply unit 20 being provided separately.
The mixing portion 30 is formed by a space located on the downstream side (open end side) of the first cylindrical portion 82 and inside the casing 80. And in the mixing part 30, the combustion air supplied from the air supply part 20 and the combustion gas introduced from the subcombustion part 10 are mixed, and combustion air is heated.
[0021]
The fuel supply unit 40 is interposed in the fuel injection valve 42, a liquid fuel tank 44 that stores liquid fuel, a fuel supply pipe 46 that connects the fuel injection valve 42 and the liquid fuel tank 44, and the fuel supply pipe 46. And a fuel pump 48. The fuel injection valve 42 is fixed inside the casing 80 on the downstream side of the mixing unit 30 in a state where the fuel injection hole faces the downstream side in the flow direction of the combustion air. Here, the reason why the fuel injection hole of the fuel injection valve 42 is directed to the downstream side is that the fuel spray may be ignited by the sub-combustion unit 10 when the fuel injection hole 42 is directed upstream, so the fuel injection valve 42 is brought closer to the sub-combustion unit 10. This is because it is difficult to reduce the size of the apparatus. The liquid fuel stored in the liquid fuel tank 44 is pressurized by the fuel pump 48 and then supplied to the fuel injection valve 42 via the fuel supply pipe 46. The liquid fuel supplied to the fuel injection valve 42 is injected and supplied to the combustion air heated by the mixing unit 30. In addition, one end of a fuel supply pipe 16 is connected to the fuel discharge port of the fuel pump 48 in order to supply liquid fuel to the auxiliary combustion burner 12 of the auxiliary combustion unit 10.
[0022]
It is desirable that the fuel injection valve 42 injects and supplies liquid fuel substantially coaxially with the first cylindrical portion 82. In this way, the fuel supply unit 40 can be brought close to the sub-combustion unit 10 while preventing the liquid fuel from igniting, and the liquid fuel is heated against the combustion air heated to the high temperature by the sub-combustion unit 10. Is supplied by injection. For this reason, since the apparatus can be reduced in size while further promoting the vaporization of the injected and supplied liquid fuel, heat radiation from the periphery of the casing 80 is reduced, and the thermal efficiency is further improved.
[0023]
The vapor mixing unit 50 is formed by a space located downstream of the fuel supply unit 40 and inside the casing 80. In the vaporizing and mixing unit 50, the liquid fuel injected and supplied by the fuel supply unit 40 receives heat from the heated combustion air, and vaporization is promoted, and the vaporized liquid fuel (hereinafter referred to as “vaporized fuel”) A mixed gas with the combustion air is formed. Here, there are two types of heat receiving paths through which the liquid fuel receives heat from the combustion air, in addition to direct heat receiving by contact and indirect heat receiving via the casing 80.
[0024]
The dispersing unit 60 is provided at the tip of the casing 80 so as to disperse the mixed gas formed by the vaporizing and mixing unit 50 substantially evenly. As the dispersion unit 60, those having various configurations are known, and for example, those shown in FIGS. 2 and 3 are widely used.
In FIG. 2 showing the first embodiment of the dispersing portion 60, a box body 62 having a predetermined volume is connected to the front end portion of the casing 80 on the upstream side of a main combustion portion 70 described later. Inside the box body 62, a partition plate 62A that divides the internal space into two along the main combustion portion 70 is disposed. A communication hole 62 </ b> B is formed in the substantially central portion of the partition plate 62 </ b> A to communicate the two small spaces A and B. In the small space A on the main combustion unit 70 side, a baffle plate 62C is disposed at a position facing the communication hole 62B. The baffle plate 62C is disposed substantially parallel to the partition plate 62A with a predetermined interval.
[0025]
According to the dispersion part 60 having such a configuration, the mixed gas introduced into the box 62 flows along the partition plate 62A and is introduced into the small space A on the main combustion part 70 side from the communication hole 62B. At this time, the mixed gas collides with one side surface of the baffle plate 62C provided so as to face the communication hole 62B, and is distributed substantially uniformly around the gap between the partition plate 62A and the baffle plate 62C. Accordingly, the mixed gas introduced into the box body 62 is not supplied directly to the main combustion unit 70 but is supplied to the main combustion unit 70 in a state of being substantially uniformly diffused by the dispersion unit 60.
[0026]
Further, in FIG. 3 showing the second embodiment of the dispersing section 60, a baffle plate 64A is disposed inside the box 64 having the same shape as the first embodiment at a position facing the mixed gas inlet. At the same time, a first inclined plate 64B is provided at a position where the main combustion section 70 faces, from the mixed gas introduction port to the back, where the distance from the main combustion section 70 gradually decreases. In addition, a plurality of second inclined plates 64C that are inclined to the opposite side of the first inclined plate 64B are disposed between the first inclined plate 64B and the main combustion portion 70.
[0027]
According to the dispersion unit 60 having such a configuration, the mixed gas introduced into the box 64 collides with one side surface of the baffle plate 64A, changes its direction, and flows along the first inclined plate 64B. At this time, a part of the mixed gas is supplied to the main combustion unit 70 with the flow direction changed by the second inclined plate 64C. Accordingly, the mixed gas introduced into the box 64 is not supplied directly to the main combustion unit 70 but is supplied to the main combustion unit 70 in a state of being diffused substantially uniformly by the dispersion unit 60.
[0028]
The main combustion section 70 is provided on the downstream side of the dispersion section 60, and is composed of a burner mat made of metal fiber, ceramic, or the like. And the mixed gas disperse | distributed substantially uniformly by the dispersion | distribution part 60 is burned on the burner mat surface.
Next, the operation of the liquid fuel combustion burner having such a configuration will be described.
The liquid fuel stored in the liquid fuel tank 44 is pressurized by the fuel pump 48 and supplied to the auxiliary combustion burner 12 and the fuel injection valve 42 via the

fuel supply pipes

16 and 46, respectively. Here, the liquid fuel ratio supplied to the auxiliary combustion burner 12 and the fuel injection valve 42 is set to, for example, about 1:10.
[0029]
The liquid fuel supplied to the auxiliary combustion burner 12 is combusted using the auxiliary combustion air supplied from the fan 14, and a flame is formed at the tip of the auxiliary combustion burner 12.
The combustion air supplied from the fan 22 is supplied to the downstream side along the entire outer periphery of the first cylindrical portion 82. The combustion air is mixed with the combustion gas from the auxiliary combustion burner 12 and heated, and the temperature is raised to 150 ° C to 500 ° C. Moreover, since the 1st cylinder part 82 which is easy to become high temperature with the flame of the subcombustion burner 12 is cooled by distribute | circulating the combustion air of normal temperature to the outer peripheral part of the 1st cylinder part 82, its thermal durability Can also be improved. Further, since combustion air flows around the first cylindrical portion 82, the outer surface temperature of the casing 80 becomes relatively low, improving safety, and preventing heat from being radiated from the casing 80 to the outside. Thermal efficiency is improved. The reason why the temperature range of the heated combustion air is determined is that vaporized fuel may be reliquefied below 150 ° C, and vaporized fuel may spontaneously ignite when it exceeds 500 ° C. is there.
[0030]
The liquid fuel supplied to the fuel injection valve 42 is injected and supplied from the fuel injection hole at the tip thereof toward the combustion air heated to 150 ° C. to 500 ° C. In the vaporizing and mixing unit 50, the liquid fuel receives heat from the heated combustion air, and the vaporization is promoted to become vaporized fuel. The vaporized fuel is mixed with combustion air to form a mixed gas which is a pre-evaporated premixed liquid fuel.
[0031]
The mixed gas formed in the vaporizing and mixing unit 50 is supplied to the burner mat of the main combustion unit 70 while being approximately uniformly dispersed by the dispersing unit 60. The mixed gas supplied to the main combustion unit 70 is burned on the burner mat surface.
According to the measurement by the present inventors, the flame temperature of the auxiliary combustion burner 12 was about 1,200 ° C., and the temperature of the combustion air in the vaporizing and mixing unit 50 was about 300 ° C. The combustion heat amount of the auxiliary combustion burner 12 is about 50,000 kJ / h (12,000 kcal / h), and the combustion heat amount of the burner mat of the main combustion portion 70 is about 460,000 kJ / h (110,000 kcal / h). It was.
[0032]
According to this configuration, the combustion gas introduced from the auxiliary combustion unit 10 and the combustion air are mixed to heat the combustion air, and liquid fuel is injected and supplied to the heated combustion air. Therefore, the vaporization of the liquid fuel is promoted. For this reason, even if it does not employ | adopt the structure which heats and vaporizes liquid fuel with an electric heater, the mixing property of liquid fuel and combustion air is improved. Further, since the heated combustion air is supplied to the burner mat together with the liquid fuel supplied by injection, there is no possibility that the mixed gas is reliquefied. At this time, the amount of heat generated in the auxiliary combustion unit 10 is supplied to the burner mat together with the mixed gas, so that the amount of heat is not wasted.
[0033]
Therefore, when the same amount of heat is generated, the energy consumption can be greatly reduced as compared with the prior art. Further, since the liquid fuel burns on the burner mat surface, the entire apparatus can be compactly packed because the flame is short. Furthermore, since an electric heater is not used for promoting vaporization of liquid fuel and preventing reliquefaction, it becomes easy to manufacture a liquid fuel combustion burner for large combustion.
[0034]
In addition, Pd / SiO is applied to the burner mat constituting the main combustion unit 70. ₂ , Al ₂ O _Three It is also possible to carry out catalytic combustion in which a catalyst such as a flame is not generated.
FIG. 4 shows a second embodiment of a liquid fuel combustion burner to which the present invention is applied.
In the present embodiment, the upstream surface is opened inside the first cylindrical portion 82, and the first cylindrical portion 82 has a predetermined distance from the inner wall of the first cylindrical portion 82 so as to cover the flame as the combustion region of the auxiliary combustion burner 12. A second cylinder portion 84 is provided with a gap therebetween.
[0035]
According to this configuration, the combustion gas from the auxiliary combustion burner 12 is supplied to the mixing unit 30 through the space between the first cylinder part 82 and the second cylinder part 84 and mixed with the combustion air. In this case, since the flame of the auxiliary combustion burner 12 is prevented from flowing downstream by the second cylinder portion 84, the liquid fuel injected and supplied from the fuel injection valve 42 is prevented from being ignited by the flame. For this reason, the fuel injection valve 42 can be brought close to the sub-combustion burner 12, and the entire apparatus can be further downsized.
[0036]
FIG. 5 shows a third embodiment of a liquid fuel combustion burner to which the present invention is applied.
In the present embodiment, a metal baffle plate 90 as a vaporization promoting member that promotes vaporization by adhering the liquid fuel injected and supplied from the fuel injection valve 42 to the vaporization mixing unit 50 is disposed. The baffle plate 90 is formed in a cylindrical shape having a substantially truncated cone shape with a large diameter on the upstream side.
[0037]
According to such a configuration, the baffle plate 90 disposed in the vaporizing and mixing unit 50 receives heat from the heated combustion air and its temperature rises. On the other hand, part of the liquid fuel injected and supplied from the fuel injection valve 42 collides with the baffle plate 90 and adheres thereto. Then, the adhering liquid fuel receives heat from the baffle plate 90 whose temperature has been raised, and the vaporization thereof is further promoted.
[0038]
As the vaporization promoting member, in addition to the baffle plate 90 described above, as shown in FIG. 6, the vaporization promoting member may be composed of a metal cylindrical body 92 with a downstream end closed and a large number of holes 92A formed therein. Good. In this case, it is desirable to integrate the cylindrical body 92 into the casing 80 and to provide a cover 86 that covers the cylindrical body 92.
In this way, the liquid fuel injected and supplied from the fuel injection valve 42 adheres to the inner peripheral surface of the cylindrical body 92 and receives heat, thereby promoting its vaporization. The vaporized fuel is supplied to the vaporization mixing unit 50 located on the downstream side through the hole 92 </ b> A of the cylindrical body 92. Further, since the cylindrical body 92 is covered with the cover 86, the cover 86 provides a heat insulating effect.
[0039]
Furthermore, the vaporization promoting member may be constituted by a flat metal porous plate 94 as shown in FIG. 7, or may be constituted by a metal honeycomb structure 96 as shown in FIG. If the honeycomb structure 96 is used as a vaporization promoting member, the heat receiving area can be increased and vaporization of the liquid fuel can be further promoted.
Note that the vaporization promoting member is not limited to the configuration described above, and for example, a plate shape, a cylindrical shape, a metal foam, and a metal structure having various shapes can be applied.
[0040]
Next, the experimental results of the present inventors will be described. The following experimental results are a comparison between an example of a liquid fuel combustion burner to which the present invention is applied and a comparative example of a conventional liquid fuel combustion burner.
(Prerequisite)
In the main combustion part, Fe-Cr-Al-based stainless steel fibers having an average fiber diameter of 25 μm are packed at a density of 1,500 g / cm. ² Then, the burner mat manufactured through heat treatment was held in a casing and used. The combustion as a liquid fuel combustion burner was performed under the conditions of a total combustion amount of 120 kW and an air ratio of 1.2.
Example 1
In the liquid fuel combustion burner shown in FIG. 1, a hydraulic spray type burner having a combustion amount of 14 kW is used as the auxiliary combustion burner 12. Then, the auxiliary combustion burner 12 was burned at 14 kW, the temperature of the combustion air in the vaporizing and mixing unit 50 was set to 250 ° C., and liquid fuel was injected and supplied thereto, and then burned in the main combustion unit 70.
[0041]
As a result, a red flame was observed in part, not a complete blue combustion.
(Example 2)
In the liquid fuel combustion burner shown in FIG. 4, a hydraulic spray type burner having a combustion amount of 14 kW is used as the auxiliary combustion burner 12. Then, the auxiliary combustion burner 12 was burned at 14 kW, the temperature of the combustion air in the vaporizing and mixing unit 50 was set to 250 ° C., and liquid fuel was injected and supplied thereto, and then burned in the main combustion unit 70.
[0042]
As a result, a red flame was observed in part, not a complete blue combustion.
(Example 3)
In the liquid fuel combustion burner shown in FIG. 8, a hydraulic spray type burner having a combustion amount of 14 kW is used as the auxiliary combustion burner 12. Then, the auxiliary combustion burner 12 is combusted at 14 kW, the temperature of the metal honeycomb structure 96 installed in the vaporizing and mixing unit 50 is set to 250 ° C., and liquid fuel is injected and vaporized therein to vaporize the combustion air. And after mixing with the combustion gas from the auxiliary combustion burner 12, it was burned in the main combustion section 70.
[0043]
As a result, complete blue combustion was observed.
(Comparative Example 1)
The configuration of the liquid fuel combustion burner used in the comparative experiment is shown in FIG. That is, the liquid fuel combustion burner introduces the vaporized fuel vaporized by the electric liquid fuel vaporizer 104 into the combustion air circulation unit 102 supplied from the blower 100 to form a mixed gas, and then the dispersion unit It is configured to be introduced into the main combustion section 108 through 106 and burned. In the liquid fuel vaporizer 104, a 3 kW electric heater is installed inside a metal cylinder, and the periphery thereof is covered with a heat insulating material. Then, the liquid fuel vaporizer 104 was energized with 3 kW of electric power to vaporize the liquid fuel and burnt it.
[0044]
As a result, although a mixed gas of combustion air and vaporized fuel ignited, a problem was observed in which the vaporized fuel reliquefied and liquid fuel accumulated in the drain (not shown).
(Comparative Example 2)
The configuration of the liquid fuel combustion burner used in the comparative experiment is shown in FIG. That is, the liquid fuel combustion burner heats the combustion air supplied from the blower 100 by the electric air heater 110 in addition to the configuration of FIG. 9 and introduces the vaporized fuel vaporized by the liquid fuel vaporizer 104 to the combustion air. It was set as the structure to do. And 5 kW was supplied to the air heater 110 to heat the combustion air to 150 ° C.
[0045]
As a result, complete blue combustion was observed.
In order to compare the above examples and comparative examples, a comparison table is created as follows.
[0046]
[Table 1]

In addition, the liquid fuel combustion burner according to the present invention is not limited to the one having the above-described configuration, and various configurations are possible in which combustion air is heated by the auxiliary combustion burner 12 and liquid fuel is injected and supplied thereto. Needless to say.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, by effectively using the amount of heat generated in the sub-combustion unit, the mixing of liquid fuel and combustion air is improved through the promotion of vaporization of the liquid fuel. High speed ignition and low energy consumption operation can be realized. At this time, since the combustion region of the sub-combustion part is covered with the first tube part, the flame is prevented from being blown out by the combustion air supplied by the air supply part. Moreover, since the 1st cylinder part is cooled by the combustion air, the thermal durability can be improved. Furthermore, since the combustion air flows around the first tube portion, the outer surface temperature of the casing becomes relatively low and safety can be improved, and heat is prevented from being radiated from the casing to the outside. , Thermal efficiency can be improved.
[0048]
According to the second aspect of the present invention, since the flame of the sub-combustion part is prevented from flowing downstream, the gaseous fuel injected and supplied by the fuel supply part is prevented from being ignited by the flame, and the fuel supply part Can be brought closer to the sub-combustion unit, and the entire apparatus can be further downsized.
According to the third aspect of the present invention, the vaporization promoting member receives heat from the heated combustion air and increases its temperature by arranging the vaporization promoting member in the vaporization mixing section. And the liquid fuel adhering here can promote the vaporization by receiving heat from the vaporization promotion member.
[0049]
According to invention of Claim 4-Claim 7, a vaporization promotion member can be formed easily. In particular, if the vaporization promoting member has a honeycomb structure as in the seventh aspect of the invention, the heat receiving area can be increased.
According to the eighth aspect of the invention, since the mixed gas is dispersed in the dispersion portion, the concentration distribution of the mixed gas supplied to the main combustion portion is substantially uniform, and the combustion characteristics can be improved.
[0050]
According to the ninth aspect of the present invention, the apparatus can be reduced in size while further promoting the vaporization of the injected and supplied liquid fuel, and heat radiation from the periphery of the casing is reduced, so that the thermal efficiency can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a liquid fuel combustion burner according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a first specific example of a dispersion unit;
FIG. 3 is a schematic view showing a second specific example of the dispersion unit;
FIG. 4 is a schematic view showing a second embodiment of the liquid fuel combustion burner according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a third embodiment of the liquid fuel combustion burner according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic view showing a first modification of the vaporization promoting member.
FIG. 7 is a schematic view showing a second modification of the vaporization promoting member.
FIG. 8 is a schematic view showing a third modification of the vaporization promoting member.
FIG. 9 is a schematic view showing a comparative example 1;
10 is a schematic diagram showing Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Sub-combustion section
20 Air supply section
22 fans
24 Air introduction path
30 mixing section
40 Fuel supply section
42 Fuel injection valve
44 Liquid fuel tank
46 Fuel supply pipe
48 Fuel pump
50 Vapor mixing section
60 Dispersing part
70 Main combustion section
82 1st cylinder part
84 Second cylinder
90 baffle plate
92 Cylindrical body
94 perforated plate
96 Honeycomb structure

Claims

A sub-combustion section for burning liquid fuel;
A first cylindrical portion covering the combustion region of the sub-combustion portion and having a downstream surface opened;
An air supply section for supplying combustion air toward the open end of the first cylinder section along the entire outer periphery of the first cylinder section;
A mixing unit for mixing the combustion air supplied by the air supply unit and the combustion gas introduced from the sub-combustion unit, and heating the combustion air;
A fuel supply section for injecting and supplying liquid fuel downstream of the combustion air heated in the mixing section;
A vaporization and mixing unit that vaporizes the liquid fuel injected and supplied by the fuel supply unit by heat of the heated combustion air to form a mixed gas of the vaporized liquid fuel and the combustion air;
A main combustion section for burning the mixed gas formed in the vaporization mixing section on the surface of the burner mat;
A liquid fuel combustion burner comprising:

2. The liquid fuel according to claim 1, further comprising a second cylinder part that covers a combustion region of the sub-combustion part and is open on an upstream surface at a predetermined interval from the inner wall of the first cylinder part. Burning burner.

The liquid fuel combustion burner according to claim 1, wherein a vaporization promoting member that promotes vaporization by attaching the liquid fuel supplied by injection is attached to the vaporizing and mixing unit.

The said vaporization promotion member is comprised including the metal baffle plate which makes | forms the substantially truncated cone shape in which the upstream was formed large diameter with respect to the distribution direction of the said mixed gas. Liquid fuel burning burner.

The vaporization accelerating member includes a metal cylinder having a downstream end thereof closed with respect to a flow direction of the mixed gas, and a plurality of holes formed therein. 3. The liquid fuel combustion burner according to 3.

4. The liquid fuel combustion burner according to claim 3, wherein the vaporization promoting member includes a flat metal porous plate.

The liquid fuel combustion burner according to claim 3, wherein the vaporization promoting member includes a metallic honeycomb structure.

The liquid fuel combustion burner according to any one of claims 1 to 7, further comprising a dispersion unit for dispersing the mixed gas and supplying the mixed gas to the main combustion unit.

The liquid fuel combustion burner according to any one of claims 1 to 8, wherein the fuel supply section injects and supplies liquid fuel substantially coaxially with the first cylinder section.