JPS6124602B2

JPS6124602B2 -

Info

Publication number: JPS6124602B2
Application number: JP53078112A
Authority: JP
Inventors: Daburyu Guraato Yohannesu; Tei Remii Hansu; Shaapu Yohannesu
Original assignee: SHUMITSUTO NAIMEEGEN BV
Current assignee: SHUMITSUTO NAIMEEGEN BV
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1986-06-11
Also published as: EP0000358B1; US4334854A; DE2729321C2; DE2729321A1; JPS5413019A; EP0000358A2; EP0000358A3

Description

【発明の詳細な説明】この発明は液体燃料燃焼装置に関し、この場合
霧化された燃料流が噴霧ノズルによつて生成さ
れ、さらに燃焼空気がこの燃料流の軸線の側方か
ら送入されて混合室で燃料と混合され、その下流
で燃料／空気混合気が燃焼する。

この発明において用いる液体燃料とはEL，Ｌ
又はＳクラスの燃料油を指す。

従来、霧化作用を用いる燃料装置としては、た
とえば特公昭57―45962号公報に開示されたもの
がある。この燃焼装置においては、噴霧ノズルに
よつて霧化された燃料粒子が混合室に向けて噴出
され、この混合室において燃焼空気が混合され、
この混合気が燃焼室において燃焼するようになつ
ている。そしてこの際混合室へ噴出される燃料粒
子はノズルの入口から前方に向けて次第に直径が
大きく拡つた円錐形状に拡散する。

そして初期の霧化段階において使用されるノズ
ルは前記公報に開示されたもの以外に種々の構造
のものが知られている。このような場合、ノズル
の出口に形成される燃料粒子の大きさは次の諸因
子によつて決定される。すなわち、(a)ノズルの霧
化特性、(b)燃料の速度、(c)燃料の表面張力、(d)ノ
ズルの入口に存在する圧力ｐ、(e)この圧力と一定
関係をもつ燃料の流量である。

加圧霧化によつて得られる粒子のいわゆる平均
粒子直径SMDは次のようにして決められる。

SMD＝５２Ｍ^{０．２８２}ν^{０．２０４}／ｐ^{０．３９７}
（μｍ）…(1) ここにＭ＝噴霧器からの燃料流線の数（Qf／
√） Qf＝処理量（Kg／ｈ） ν ＝燃料の動粘性率（cSt）ｐ＝噴霧圧力（Kg／cm²）（HANSEN：“油だき（O1feuerungen）”
1970年ベルリン発行、67頁参照）前記の式(1)から粒子寸法SMDは、燃料圧力μ
すなわち粒子の流速に反比例し、それからが大き
ければ粒子寸法が小さくなることがわかる。

ところでこの種の燃焼装置においては、ほとん
ど過剰炭素が存在しないいわゆる青焔と称する火
焔を提供する燃焼状態をうることが望ましく、通
常このような燃焼状態は霧化燃料の粒子寸法が、
燃料の種類によつて予め定めた値以下となつてい
ることが必要とされている。

このために燃料粒子の寸法を小さくするには、
式(1)からわかるように噴霧ノズルの入口圧力すな
わち燃料粒子の流速を大きくすればよいが、その
ためには高いエネルギを必要とし、このようなエ
ネルギをうるには高価で大能力の設備を必要とす
るばかりでなく、それだけでは満足な小寸法の燃
料粒子をうることが困難なことがわかつた。

さらに前記従来の燃焼装置においては、混合室
で霧化燃料に加えられる燃焼空気の流速、及び霧
化ノズルにおける燃料圧力の調整についてはなに
も考慮されていなくて、常に一定の流速の空気及
び一定の圧力の燃料が供給されるようになつてい
るため、霧化ノズルの形式の変更や、使用燃料の
変更等の際、それに応じてそれに適した寸法の燃
料粒子をうることができず、どのような燃料であ
つても一様に青焔燃焼のような良好な燃焼をうる
ことが困難であるという欠点がある。

この発明の発明者は前記のような従来の燃焼装
置のもつ欠点を排除し、所定寸法の燃料子をうる
ために大きな燃料圧力を発生するための大げさな
設置を必要とすることがなく、また霧化ノズルの
形式の変更や、使用燃料の変更等の際に、それに
応じてそれに適した寸法の燃料粒子がえられて、
一様に良好な燃焼状態を実現することのできる燃
焼装置の提供を企図した。

そこで噴霧ノズルにおける霧化の外に、混合室
において燃料粒子の細分化を実現することとし、
混合室を円錐形状になつて流動する燃料粒子は所
定の表面張力をもつものであるが、これにその表
面張力より大きいエネルギを付与すれば分解する
ことに着目した。一方該混合室では燃焼用空気が
供給されるのであるから、この空気を燃料粒子を
分解するエネルギとして使用することとした。そ
して種々実験の結果、前記の空気を燃料粒子の側
方から燃料粒子の速度より早い速度で送入して衝
突させるとよいことがわかつた。

そしてこの場合の燃料粒子に付与される空気の
エネルギは、その速度と燃料粒子の速度との差が
大きくなるにつれ次第に大きくなり、その結果分
解されて新たに形成された燃料粒子は球状とな
り、さらに十分なエネルギが加えられればさらに
細分化される。このようにして燃料粒子は噴霧ノ
ズルにおいて霧化されるばかりでなく、混合室内
で空気のエネルギによつても流動する間に分解さ
れ、その粒子寸法は空気のエネルギすなわち流速
の大きさに比例する。

そこでこの発明の目的は、前記のような現象に
着目し、それを実現することのできる燃焼装置を
提供することによつて、前記のような従来の燃焼
装置のもつ欠点を排除するにある。すなわち噴霧
ノズルにおいて細分化が困難であつた燃料粒子を
混合室において燃焼空気を利用して細分化するこ
とができ、さらに運転条件が変動しても、それに
対応してそれに適した寸法の燃料粒子が容易にえ
られて、油えんやすすを含まず、また過剰酸素も
もたない燃焼ガスを発生するような燃焼装置を提
供するにある。

上記の目的は、ノズルの入口における燃料の圧
力すなわち霧化燃料の速度と、霧化燃料に対して
側方から送入される燃焼空気の速度とが、相互に
反比例して調節されることによつて達成される。
すなわち供給する燃料の量が少くて圧力が小さ
く、燃料粒子の速度が小さくて粒子寸法が大きい
ときは、空気の流速を高めて細分化し、供給する
燃料の量が多くて圧力が大きく、燃料粒子の速度
が大きくて粒子寸法が小さいときは、空気の流速
を低くして細分化能力を低下させる。

前記のような目的は、噴霧ノズルへの燃料供給
管に流量調節弁を設けるとともに、混合室を形成
するスリーブを空気取入口を有する静止スリーブ
と、この静止スリーブに摺嵌された移動スリーブ
とで構成し、調節弁と移動スリーブとを連結する
制御機構が設けられ、この制御機構によつて調節
弁を制御して燃料の流量を大小とするのに応じ
て、空気取入口の開口面積を大小とすることを特
徴とするこの発明によつて達成される。すなわち
混合室内において燃料流体にその側方から加えら
れる空気の流速をｖとし、流量をＱとし、さらに
取入口の開口面積をＡとすれば、ｖ＝Ｑ／Ａであつて、速度ｖは開口面積Ａに反比例するのであるか
ら、燃料の流量すなわち圧力μが大きく、したが
つてその速度が大きくて燃料粒子の寸法が小さい
ときは、開口面積Ａを大きくして、その流速を小
さくすることにより前記の目的が達成される。

この発明を図面に示す種々の実施例を参照しつ
つ以下に詳細に説明する。

第１図は燃焼器１０１を中央部として含む燃焼
装置を示す。燃料流はノズル４によつて霧化さ
れ、かつノズルへの入力圧力によつて定まる燃料
粒子寸法及び流量をもつて混合室７内に噴射され
る。混合室７において燃料流の側方から燃焼空気
が送入される。最初に、空気はモータ１０４を装
備した送風機１０３によつて空気濾過機１０２を
通して大気から及入され、導管１０５を経由して
取入ダクト１０６に供給される。このダクト１０
６から空気が取入口１０を通つて混合室７内に流
入する。圧力計１０７および圧力スイツチ１０８
が空気供給量を制御しかつ監視するために設けら
れている。

燃料は遮断弁１１０、油濾過器１１１、油ポン
プ１２を通り、導管１１３を経由して燃焼器１０
１に送られる。圧力計１１４が導管１１３内の圧
力の監視するために使用される。この燃焼装置の
主要素は流量調節弁１１５であつて、これはレバ
ー１１７、レバーロツド１１６を介して、頂部に
燃料ノズル４を担持する移動スリーブ１１８に機
械的に結合されている。スリーブ１１８は静止ス
リーブ６内にその先端の口部５がその位置に応じ
て取入口１０の開口面積を調節するように取付け
られている。取入口１０の開口面積をこのように
調節することによつて、混合室７に流入する空気
の速度が変動される。この変動は調節弁１１５に
よる燃料の供給量に比例して実施される混合室７の内部において燃料粒子はさらに細分
される。次に、ここにおいてえられた燃料／空気
混合気は燃焼室１２０に入り、この燃焼室内で点
火器１２２によつて点火されて燃焼が行なわれ
る。この状態は紫外線検知器１２１によつて監視
される。燃焼が中断した場合は、ソレノイド弁１
２４が制御ライン１２３を介して付勢されて燃料
の供給を中断する。

よつて、この燃焼装置は次のように機能する。
燃焼器１０１には各熱出力に必要とする量の燃料
が調節弁１１５によつて供給される。調節弁１１
５を調節するのに伴つて、スリーブ１１８の移動
量が制御され、これに伴つて取入口１０の開口面
積を増減し、供給される燃料油の流量に比例して
空気の流速が調節される。導入される空気の流速
は取入口１０の開口面積によつて定まる。ノズル
４の入口に存在する圧力に伴う燃料粒子の流速
と、供給された空気の流速とは互いに反比例す
る。すなわち取入口１０の開口面積が大きくなる
と、空気の流速が小さくなり、この際ノズル４に
は大量の燃料油が供給される結果、その入口圧力
は大きくなつて燃料粒子の流速が大きくなる。こ
れとは逆に取入口１０の開口面積が小さくなる
と、空気の流速が大きくなり、ノズル４の入口の
燃料圧力は小さくなつて燃料粒子の流速は小さく
なる。

第２図は、第１図の燃焼装置に使用される型式
の燃焼器の断面図を示す。この燃焼器は円筒状の
外形のケーシング１をもつている。ケーシング１
は導管１０５から約0.1barの圧力がかつた空気が
円筒形空気通路１６に送られる。ノズル４を具え
た移動スリーブ１１８がこの空気通路内に同心的
に配置されている。スリーブ１１８はその口部５
を静止スリーブ６内に通し、口部５の先端近くに
は半径方向の空気取入口１１が設けられ、スリー
ブ６の周面にこのスリーブ６の長さの約2/3に亘
つて延びる比較的長い取入口１０が貫通してい
る。

スリーブ６は次に燃焼器チユーブ２３に向つて
円錐形の孔２２をもつカバー２１と結合される。
カバー２１はボイラなどの壁の一部を形成するこ
とが好ましいスリーブ１１８は中心に配置された導管１２５
をもつている。スリーブ１１８の後端はケーシン
グ１から突出し、これには一対の燃料油パイプ結
合部４１及びガス結合部４２が設けられている。
さらにスリーブ１１８はその外側面に、螺旋状案
内溝４４をもつ案内部材４３を具備している。回
転可能なハウジング１１７′に取付けられたレバ
ー１１７をもつてハウジング１１７′を回転する
ことによつて、スリーブ１１８はスリーブ６から
突出したりこの中に引込まれたりする。端壁１１
７″は軸方向におけるハウジング１１７′の移動を
制限する。

液体燃料はスリーブ１１８の導管１２５を通つ
て供給される。この導管１２５の終端は針弁をも
つ噴霧ノズル４の上流に位置する。ノズル４の口
部から燃料油が中程度に細かい粒子に分解されな
がら混合室７′に流入する。

第３ａ，３ｂ図はスリーブ６内の種々の位置を
占めるスリーブ１１３の前部を示す。空気が点線
に示す円錐形状となつた燃料流と遭遇する混合室
は、スリーブ１１８の位置の変動によつてその大
きさが変わる。第３ａ図においてはスリーブ１１
８の前方部分において小さい寸法の混合室７′が
形成され、取入口１０の大部分はスリーブ１１８
によつて閉鎖されて、小取入口１１から高速の空
気が送入される。スリーブ６からスリーブ１１８
を引込めることによつて、かなり大きい混合室
７″が提供され（第３ｂ図）、この混合室７″には
スリーブ６に設けられた大きく開口した取入口１
０から低速の空気が送入される。側方から供給さ
れる空気は第３ａ図の位置に比して第３ｂ図の位
置において流速が小さいからノズル４から出る粒
子の寸法を、第３ａ図の位置の場合のようには減
少しない。すなわち第３ａ図の位置において、空
気は高速で粒子と衝突し、この場合粒子は導管１
２５内に少量で低い圧力Ｐの燃料が存在すること
から比較的大きい寸法をもつているので、この衝
突空気により細分される。このようにして空気を
用いて粒子の寸法を、次の燃焼室内で良好に燃焼
される程度にまで細分化することが可能となる。
図において点線の矢印又は点線の円錐形は空気経
路及び噴霧燃料の通路を示す。

前記のことから、第３ａ図は低温モードの場合
の位置を、また第３ｂ図は高温度モードの場合の
位置を示すこととなる。

第２，３ａ，３ｂ図に示す実施例において、空
気の流速制御は取入口１０を大きくし、又は小さ
くする移動スリーブ１１８の軸方向における直線
状移動によつて行われる。

第４図の実施例は混合室７の静止スリーブ６が
多数の取入口１２をもち、その外側表面は空気通
路１６に開口する孔１３′を具備する回転可能な
移動スリーブ１３によつて囲われている。スリー
ブ６に対してスリーブ１３を回転することによつ
て取入口１２の開口度は調節され、これによつて
供給空気の流速を制御することができる。この場
合、噴霧ノズル４を含むスリーブはケーシングに
対して静止しており、その位置は第３ｂ図に示す
位置と類似している。

第５図はさらに別の実施例を示し、この場合混
合室７は、カバー２１に接続しかつ回転可能な内
側の移動スリーブ５０によつて形成されている。
スリーブ５０は孔５１をもち、この孔５１は外側
の静止スリーブ５３の対応する取入口５２と整合
状態になつたときこれを通る最低空気流速を提供
し、その後スリーブ５３に対してスリーブ５０を
回転すると、取入口５２は次第に閉じられて、供
給空気の流速は次第に大きくなる。このスリーブ
５０の回転は、歯車を用いた駆動機構６０を用い
て行われる。

第６図は駆動機構６０によつて回転されかつ三
角形溝孔５５を具備する内側の移動スリーブ５
０′を示す。スリーブ５３は矩形断面の取入口５
２′を具備している。スリーブ５０′が回転される
と、孔５５が取入口５２′と整合するに従つて取
入口５２′がますます開かれて、次第に空気の流
速は低下する。

第７図には、取入口５２をもつ静止スリーブ６
の場合に、混合室７内に内側の移動スリーブ５
０″を設けたものを示し、このスリーブ５０″は
種々の断面形状の複数の溝孔５５′を具備してい
る。スリーブ５０″がリンク機構６１によつて移
動すると、取入口５２が開閉され、これによつて
供給空気の流速が調節される。

第８図の実施例においては、内側の移動スリー
ブ５６が取入口５４をもつ静止スリーブ６内に設
けられて三角形溝孔５７をもつている。スリーブ
５６がリンク機構６１によつて軸方向に直線状に
移動されると、溝孔５７は取入口５４を開閉し、
これによつて供給空気の流速が調節される。

第９図には移動スリーブ１１８によつて、開閉
される複数の取入口６４を具備した静止スリーブ
６を示している。スリーブ１１８を軸方向に移動
すると、スリーブ６の取入口は開閉される。この
ようにして、多段混合室７，７′，７″が形成され
る。

第１０ａ，１０ｂ図は第９図と類似であつて移
動スリーブ１１８が組合わされた静止スリーブ６
は長さ方向に亘つて複数列の孔を具備せずに細長
い形態の取入口（第１０ｂ図）が穿たれている。
この場合、ほぼ矩形の取入口７０、傾斜部付取入
口７１、ほぼ三角形の取入口７２その他の形態と
することもできる。

最後に、第１１図はさらに別の実施例を示し、
この実施例においては複式燃料（ガス／油）の適
用に考慮が払われている。このような場合、スリ
ーブをガス供給装置に結合する必要がある。ガス
の最適燃焼状態を得るために、ノズル４の区域内
にガス通路４２′が設けられ、これらの通路は混
合室７内に開口する一方ノズル４をバイパスす
る。供給ガス量の調整は回転可能な有孔円板４５
によつて実施され、この円板４５は内孔４６の回
転によつて空間４０を介して漸次通路４２′を開
閉する。有孔円板４５は回転可能な移動スリーブ
１８に結合され、このスリーブは油及びガス燃焼
動作中に供給空気の流速を調節するのに用いられ
る。

混合室７は約30゜の拡がり角をもつ円錐断面形
を有する。ガス通路４２′が円錐表面内に横方向
に開口し、一方燃料ノズル４は円錐の頂部に配置
されている。スリーブ１８は取入口５２によつて
スリーブ６の取入口１１をとおる供給空気の流速
を調節する。スリーブ１８はその外周面に形成さ
れた歯車１９をもち、これは歯車２４と噛合つて
いる。歯車２４は軸２５を介してサーポモータ２
６に結合されている。このサーポモータは油及び
空気の供給量を調節するように作用するたとえば
中央制御装置（図示されていない）によつてその
信号を与えられる。これとは別に、制御ループを
設けて、加熱度の要求又は検知された混合気それ
ぞれに応答し、又は燃焼ガスの特性に応じて最適
にして望ましい燃焼データが常に提供されるよう
に油及び空気の供給を制御することもできる。

この発明は単位時間当り消費される燃料量を基
礎として、供給空気の流速に対する広い制御範囲
に亘つて適用可能である。空気通路内の空気圧は
比較的低くてすむから、これによつて低出力送風
機のみの使用で事足り、高価な圧力送風機の装備
が不要となる。その比較的低い運動量によつて内
孔１０，１１から流入する空気は、油粒子の一層
の細分化を行うことを可能にしている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による装置を具えた燃焼装置
の系統図、第２図はこの発明の実施例の縦断面
図、第３ａ，３ｂ図は第２図のものの要部の異な
る作用位置を示す図、第４図はこの発明の他の実
施例の縦断側面図、第５〜１０ａ図はそれぞれこ
の発明のさらに異なる実施例の縦断正面図、第１
０ｂ図は第１０ａ図の孔の変形例を示す正面図、
第１１図はこの発明のさらに他の実施例の縦断正
面図である。１……ケーシング、４……噴霧ノズル、５……
スリーブの口部、６，６′，５３……静止スリー
ブ、７，７′，７″……混合室、１０，１１，１
２，５２，５２′，５４，６４……空気取入口、
１３，５０，５０′，５０″，５６，１１８……移
動スリーブ、１０１……燃焼器、１０３……送風
機、１１５……制御弁、１１６……レバーロツ
ド、１１７……レバー、１２０……燃焼室。

Claims

【特許請求の範囲】１液体燃料の供給管に連接され、霧化燃料流を
発生してスリーブに囲まれた混合室に開口してい
る噴霧ノズルと、前記燃料供給管に設けられた液
体燃料流量調節弁とを具え、前記スリーブは燃料
流の側方へ向けて混合室へ空気を送入するための
空気取入口が設けられた静止スリーブと、この静
止スリーブに移動可能に摺嵌された移動スリーブ
とからなつていて、移動スリーブの移動によつて
静止スリーブの空気取入口の開口面積が増減する
ようになつており、さらに前記調節弁と移動スリ
ーブとを連結し、調節弁を燃料の量を減少するよ
うに調節するに際して、移動スリーブを空気取入
口の開口面積を減少するように移動し、制御弁を
燃料の量を増大するように調節するに際して、移
動スリーブを空気取入口の開口面積を増大するよ
うに移動する制御機構が設けられていることを特
徴とする液体燃料焼装置。２移動スリーブは静止スリーブに相対的に回転
可能に摺嵌され、複数の空気取入口を具えている
特許請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。３混合室はノズルの口部から燃焼室に向うにし
たがつて、次第にその直径が大きくなつている特
許請求の範囲第２項記載の液体燃料燃焼装置。４移動スリーブにノズルが結合されている特許
請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。