説明

ジェットバーナー

【課題】燃料注入口及びその周辺の煤の付着量が低減されるジェットバーナーを提供する。
【解決手段】本発明のジェットバーナー1は、内部に燃焼室13を有する内筒10と、内筒10の基端側に配置される基端部材40と、注入口42bを先端に有するとともに注入口42bを燃焼室13内に突き出すようにして基端部材40に取り付けられるインジェクタ42と、基端部材40に取り付けられ、注入口42bから注入される燃料に点火する点火プラグ44と、内筒10の先端側に取り付けられるとともに、内筒10の内部において燃焼された気体を高圧噴出する噴出口51が設けられた先端部材50と、注入口42bよりも先端側において燃焼室13に燃焼用の空気を流入するとともに、燃焼した気体を先端側に送り出す第1流入部15と、注入口42bよりも基端側においてインジェクタ42の外周側からインジェクタ42側に空気を流入する第2流入部43を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、衝撃波を生成するジェットバーナーに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、内部に燃焼室を有し、その燃焼室の一方側に取り付けられた燃料注入部材の燃料注入口より液体燃料を注入してガス化し、そのガス化された燃料に点火して、高温高圧状態で噴出口から衝撃波として噴出させるジェットバーナーが存在する(例えば、非特許文献1参照)。このような従来のジェットバーナーは、燃焼室の一方側が基板で塞がれ、その基板より点火プラグが突き出すように配置されている。
【非特許文献1】島田 荘平 “フレームジェット・エンジニアリング入門”、初版、産業図書株式会社 1995年4月3日 p.2−3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
この従来のジェットバーナーにおいては、燃焼を続けると基板の内面及び点火プラグの周囲に煤が多量に付着してくる。煤の付着量が増加すると、再点火が困難となり、また、燃焼にも影響がでるという問題がある。
【0004】
本発明の課題は、燃料注入口及びその周辺の煤の付着量を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記課題を解決するために、内部に燃焼室を有する筒体と、前記筒体の基端側に配置される基端部材と、燃料注入口を先端に有するとともに該燃料注入口を前記燃焼室内に突き出すようにして前記基端部材に取り付けられる燃料注入部材と、前記基端部材に取り付けられ、前記燃料注入口から注入される燃料に点火する燃料点火部材と、前記筒体の先端側に取り付けられるとともに、前記筒体の内部において燃焼された気体を高圧噴出する噴出口が設けられた先端部材と、前記燃料注入口よりも前記先端側において前記燃焼室に燃焼用の空気を流入するとともに、燃焼した気体を前記先端側に送り出す第1流入部と、前記燃料注入口よりも前記基端側において前記燃料注入部材の外周側から前記燃料注入部材側に空気を流入する第2流入部を備えるジェットバーナーを提供する。
【0006】
第2流入部より、燃料注入口よりも基端側において燃料注入部材の外周側から燃料注入部材側に空気が流入される。この流入した空気は燃料注入部材の側面に沿って燃料注入口側へ流れ、この流れによって燃料注入部材の側面に停滞していた未燃焼ガスが燃料注入口側へ流れる。そして第2流入部より流入した空気が自ら燃焼ガスとなり未燃焼ガスが燃焼される。このため、未燃ガスによる煤の発生が低減され、燃料注入口及びその周辺の煤の付着量を低減させることができる。
【0007】
前記ジェットバーナーにおいて、前記基端部材は、円筒部と該円筒部の基端側を覆う円板部とを有し、前記円筒部は、その内径が前記筒体の内径よりも小さく且つ前記燃料注入部材の外径よりも大きい第1部分を含み、前記燃料注入部材は、前記円筒部の前記第1部分において前記円筒部の内面との間に一定の幅の隙間を設けるようにして配置されていてもよい。
【0008】
前記ジェットバーナーによると、第2流入部より流入した空気は燃料注入部材の側面と開口部の内面との間の隙間を流れ、その隙間に不燃ガスを停滞させることがない。したがって、燃料注入部材の側面に付着する煤の量を低減させることができる。また、燃焼注入部材の側面からの放熱を促進することができ、燃料注入部材の耐久性を高めることもできる。なお、第2流入部は、前記円筒部における前記第1部分に設けられた孔であってもよい。
【0009】
前記円筒部は前記先端側において、その内径が前記第1部分から前記筒体側に向かって漸次内径が拡大するようにテーパー状に形成された第2部分を含んでもよい。このように内径をテーパー状に形成することにより、円筒部の先端側において空気が停滞する部分を減少させることができ、基端部材の先端側における煤の付着が更に低減される。
【0010】
前記第1部分の内径は、前記燃料注入口付近において狭くなっていてもよい。このようにすることで、第1部分の燃料注入口付近において空気の流れがより速くなり、燃料注入口に付着する煤の量をより低減させることができる。また、燃料注入口付近における燃料と空気との空気の攪拌が促進されることにより、燃焼域が増加し、基端部材の燃焼室側の煤の付着量が更に低減される。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、燃焼室の基端側に取り付けられた燃料注入部材の燃料注入口より液体燃料を注入してガス化し、そのガス化された燃料に点火して、高温高圧状態で噴出口から衝撃波として噴出させるジェットバーナーにおいて、燃焼時における燃料注入口とその周辺に付着する煤の量を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
(第1実施形態)
以下、図面等を参照して、本発明のジェットバーナーの第1実施形態について説明する。なお、本明細書において、ジェットバーナーにおける燃料注入側を基端側、衝撃波を噴出する側を先端側という。
【0013】
図1は、第1実施形態のジェットバーナー1の断面図である。図示するように、ジェットバーナー1は、多筒構造を有し、最も内側に配置される内筒10と、最も外側に配置される外筒20と、内筒10と外筒20との間に配置される中間筒30とを備える。
【0014】
ジェットバーナー1は、更に、内筒10における基端側に取り付けられるとともに、軸線上にインジェクタ用開口部41が設けられた基端部材40と、内筒10の内周面に開口し、点火された混合気体を更に旋回させて空気を攪拌しつつ先端側に送り込む第1流入部15と、内筒10の先端側に取り付けられるとともに内筒10内において燃焼した燃料を高圧噴出する噴出口51が設けられた先端部材50と、を備える。
【0015】
図2は内筒10の側面図である。図1及び図2に示すように、内筒10は、その外周面より径方向外方に延びる所定高さの帯状部材を外周面において螺旋状に巻回してなる羽根部11を有する。
【0016】
内筒10の基端側には、径方向に延在するフランジ部12が設けられている。また、第1流入部15は、内筒10における基端側であって、フランジ部12よりもわずかに先端よりの部分に内筒10を貫通して設けられている。第1流入部15は、図1及び図2(a)に示すように、内筒10の長手方向断面において内筒10の外周面から内周面へ向かう方向において基端側から先端側へと傾いている。また、図2(b)に示すように、内筒10の軸線と垂直な断面においても、第1流入部は、径方向に対して一定の角度傾いて形成されている。これは、内筒10内部を通過する後述の混合気体を、旋回させて空気を攪拌しつつ先端側に送り込むためである。
【0017】
図1に戻り、中間筒30は、内筒10の外側に内筒10と同軸状に配置される筒体である。中間筒30の径は、その内面が、上述の羽根部11の先端と接触しない大きさに設定されている。また、中間筒30の基端側には、第1フランジ部31と、第1フランジ部31よりも若干先端側に位置するとともに後述する蛇腹部材60と接続される第2フランジ部32とが設けられている。第1フランジ部31は内筒10のフランジ部12とボルトにより接続されている。
【0018】
第1フランジ部31と第2フランジ部32との間には、圧縮空気を流入するための圧縮空気流入口35が設けられ、その圧縮空気流入口35からはコンプレッサ配管部36が延びている。また、第2フランジ部32における中間筒30外周面近傍には、圧縮空気流入口35からコンプレッサにより送り込まれた圧縮空気を外筒20と内筒10との間の隙間に流入させる流入口37が設けられている。
【0019】
外筒20は内筒10及び中間筒30と同軸且つその外側に配置される筒状体である。その先端側には先端部材50のフランジ部52との接続される円環部材21が内周側に向かって設けられている。また外筒20の基端側には、後述の蛇腹部材60と接続される外筒フランジ部24が設けられている。また、外筒20の先端部は中間筒30の先端部よりも更に先端側に延び、内筒10の先端側の外周においては、中間筒30が存在せずに外筒20のみ存在する部分が設けられている。この部分は後述する冷却空気が方向転換する転換部23となる。
【0020】
中間筒30の第2フランジ部32と、外筒20の外筒フランジ部24との間には、外筒20と略同径の蛇腹部材60が配置されている。この蛇腹部材60は、筒状蛇腹体の基端側にフランジ部61a、先端側にフランジ部61bが取り付けられた部材であり、フランジ部61aと中間筒30の第2フランジ部32とはボルトにより接続され、フランジ部61bは外筒20の外筒フランジ部24にボルトにより接続されている。
【0021】
先端部材50は円柱状部材で、その中央部に内筒10の内径から漸次径を縮小してなる所定径の噴出口51が設けられている。また先端部材50の外周にはフランジ部52が設けられている。フランジ部52と円環部材21とはボルトで固定されている。更に先端部材50の長手方向に設けられた開口部53にはボルトが挿入されて内筒10に固定されている。
【0022】
基端部材40は、内筒10の基端側に取り付けられており、円筒部40aと、その円筒部40aの基端部を覆う円板部40bと、円筒部40aの先端に設けられたフランジ部40cとを備え、フランジ部40cと前述の内筒10のフランジ部12とは、ボルトによって接続されている。
【0023】
図3は基端部材40の断面図である。また、図4は基端部材40を基端側から見た図である。円板部40bには、後述するインジェクタ42が配置されるインジェクタ用開口部41と、インジェクタ42から噴射される燃料に点火する点火プラグ44が配置される点火プラグ用開口部45とが設けられている。また、円筒部40aの基端部側、すなわち円板部40bよりの部分には、インジェクタ42の外周側からインジェクタ42側に空気を流入する第2流入部43が設けられている。第2流入部43は、図4に示すように基端部材40の軸線方向に対して垂直な断面において、径方向に対して傾いて配置されている。この第2流入部43は、コンプレッサ(図示せず)に接続され、少量の高圧空気が第2流入部43より基端部材40の内部に流入される。
【0024】
更に基端部材40には、長手方向沿って、例えばウルトラビジョン49(図1に図示)が取り付けられる第1センサ用開口部48a、圧力計が挿入される第2センサ用開口部48b及び温度計が取り付けられる第3センサ用開口部48cが設けられている。
【0025】
次に、本実施形態のジェットバーナー1の動作について説明する。まず、液体燃料がインジェクタ42より基端部材40内の第1燃焼室47内に高圧状態で噴出されて噴霧化される。なお燃料は灯油、石油等の液体燃料に限定されず、プロパンガス、都市ガス等の空気燃料でもよい。
【0026】
この噴霧と同時に、第2流入部43によってインジェクタ42の注入口42bよりも基端側において、インジェクタ42の外周側よりインジェクタ42に向かって空気が流入される。この空気は基端部材40の円板部40bの内面及びインジェクタ42の側面に沿って注入口側へと流れる。このため、基端部材40の内面近傍に停滞していた未燃焼ガスの注入口42b側への流れが確立される。
【0027】
そして噴霧化された燃料に対し、第2流入部43から流入した高圧空気が混入される。この際、第2流入部43は、軸線方向に対して垂直な断面において径方向に対して傾いて配置されているので、混合された気体は、第1燃焼室47において高速渦流となる。この高速渦状の混合気体は、点火プラグ44より点火されるとともに、第1流入部15から吐出される高温高圧空気によって高速攪拌されて第2燃焼室13に送り込まれ、第2燃焼室13において高熱火炎が生成される。この際、第2流入部43より流入した空気は、更に自らが燃焼ガスとなって未燃ガスを燃焼させる。
【0028】
内筒10内においては、高熱火炎が生成されるので、内筒10は高温になる。この内筒10を冷却するために、コンプレッサ配管部36に接続されたコンプレッサより常温圧縮空気を圧縮空気流入口35、及び流入口37を通して外筒20と中間筒30との間の隙間に送り込む。常温圧縮空気は外筒20と内筒10との間の隙間を基端側から先端側に向かって流れる。そして、先端側の転換部23において空気は方向を180度転換して、中間筒30と内筒10との間の羽根部11が設けられている空間内を流れる。この場合、空気は螺旋状に設けられた羽根部11によって流れが導かれ、中間筒30と内筒10との間を螺旋状に旋回しつつ内筒10の熱を吸収し、内筒10は冷却される。
【0029】
一方、中間筒30と内筒10との間を流れる高圧空気は、内筒10の冷却に伴い、温度が上昇する。この温度が上昇した高温高圧空気は、中間筒30と内筒10の基端部において第1流入部15から内筒10の内部に突出されて、上述したように燃料ガスを攪拌するために用いられる。
【0030】
高熱火炎は第2燃焼室13内において爆発膨張して先端部材50の噴出口51より外部に噴出される。その際、爆発により高速火炎の速度は音速を超え、音速を超えるとノズルからは衝撃波となって噴出される。
【0031】
(第2実施形態)
以下、図面等を参照して、本発明の第2実施形態のジェットバーナー101について説明する。図5はジェットバーナー101の基端部材140の断面図である。また、図6は基端部材140を基端側から見た図である。第2実施形態のジェットバーナー101は、第1実施形態のジェットバーナー1と、基端部材140以外の構成は同様であるので同様な部分の説明は省略する。
【0032】
基端部材140は、第1実施形態と同様に、円筒部140aと、その円筒部140aの基端部を覆う円板部140bと、円筒部140aの先端に設けられたフランジ部140cとを備える。
【0033】
基端部材140の円板部140bには、インジェクタ用開口部141の一部を成す第1開口部141a及び第1開口部141aよりも径の小さな第2開口部141bが設けられている。また基端部材140の円筒部140aは、その内径が、内筒110の内径よりも小さく且つインジェクタ42の外径よりも大きな第3開口部分141cと、第3開口部分141cの先端から内筒110側に向かうにしたがって漸次内径が拡大するようにテーパー状の内面を有する第4開口部分141dとを備える。
【0034】
インジェクタ用開口部141、及びセンサ用開口部148a,148bは基端部材140の円板部140bより円筒部140aを貫通して第4開口部のテーパー状の内面まで延びている。点火プラグ用開口部145は、円筒部140aの側面から第4開口部分141dに向かって斜めに形成されている。第2流入部143は、円筒部140aの外周側から第3開口部分141cの内径側に開口している。
【0035】
次に、本実施形態のジェットバーナー101の動作について説明する。なお、動作の説明においても、第1実施形態と同様の部分の説明は省略する。液体燃料がインジェクタ42より第1燃焼室147内に高圧状態で噴出されて噴霧化され、この噴霧と同時に、第2流入部143により、インジェクタ142の注入口142bよりも基端側において、第3開口部分141cにおけるインジェクタ142の外周側よりインジェクタ42に向かって空気が流入される。
【0036】
第2流入部143より流入した空気は、全てインジェクタ42の外周と第3開口部分141の内周との間の隙間を流れる。したがって、第1実施形態と比較してインジェクタ42の側部の流速及び流量が増加し、燃料注入部材の側部に付着する煤の量を更に低減させることができる。また、インジェクタ42の側部からの放熱が促進され、インジェクタ42の耐久性を高めることができる。
【0037】
そして噴霧化された燃料に対し、この第2流入部143を介して流入した高圧空気が混入される。この際、第2流入部143は、軸線方向に対して垂直な断面において径方向に対して傾いて配置されているので、混合された気体は、第1燃焼室147において高速渦流となる。この高速渦状の混合気体は、点火プラグ144より点火されるとともに、第1流入部15から吐出される高温高圧空気によって高速攪拌されて第2燃焼室13に送り込まれ、第2燃焼室13において高熱火炎が生成される。この際、第2流入部143より流入した空気は、更に自らが燃焼ガスとなって未燃ガスを燃焼させる。
【0038】
また、円筒部140aの先端側はテーパー状に形成されているため、円筒部140aの先端側における空気の流れが停滞する部分が減少され、基端部材140の煤の付着が更に低減される。
【0039】
(第3実施形態)
以下、図面等を参照して、本発明の第3実施形態のジェットバーナー201について説明する。図7は本発明の第3実施形態の基端部材240の断面図である。また、図8は基端部材240を基端側から見た図である。第3実施形態のジェットバーナー201は、第2実施形態のジェットバーナー101と、第3開口部分241cにおいて、インジェクタ42の燃料の注入口付近241eが狭くなっている以外、同様であるので同様な部分の説明は省略する。
【0040】
図示するように、第3開口部分241cにおいて、インジェクタ42の注入口付近241eが狭くなっているので、インジェクタ42の注入口付近241eにおいて、第2流入部243より流入して、インジェクタ42の外周と第3開口部分241cの内周との間の隙間を流れる空気の流れが第2実施形態より速くなる。したがって、インジェクタ42の注入口42bに付着する煤の量をより低減させることができる。また、注入口42b付近における燃料と空気との空気の攪拌が促進されることにより、燃焼域が増加し、基端部材の燃焼室側の煤の付着量が更に低減される。
【実施例】
【0041】
上述の第2及び第3実施形態で説明したジェットバーナーにおいて実際に燃料を燃焼させ、煤の付着状態を測定した結果について説明する。なお、各実施形態との比較のために、第1実施形態の構成において第3流入部が設けられていない比較例について燃焼を行った結果についても併せて説明する。
【0042】
図9(a),(b)は第1実施形態の構成において第3流入部が設けられていない比較例において、着火後2時間経過後の基端部の円板部とインジェクタの写真である。写真で示すように、着火後2時間で円板部とインジェクタとには煤が多量に付着し、煤を除去しない限り再付着はできなかった。
【0043】
図9(c),(d)は第2実施形態のジェットバーナーにおいて、着火後12時間経過後の基端部の円筒部140aとインジェクタ42の注入口42bとを示した写真である。写真で示すように、円筒部140aの第4開口部分141dの内面には、若干煤が付着するが、12時間燃焼を行っても、比較例において2時間燃焼を行った場合ほど煤は付着しなかった。
【0044】
図9(e),(f)は第3実施形態のジェットバーナーにおいて、着火後24時間経過後の基端部の円筒部240aとインジェクタ42の注入口42bとを示した写真である。写真で示すように、24時間燃焼を行っても、円筒部240aの第4開口部分241dの内面とインジェクタ42の注入口42bには、ほとんど煤は付着しなかった。
【0045】
上記実施例に示すように、本発明の実施形態のジェットバーナーによると、第2流入部により流入される空気によって、基端部材の内面側に停滞していた未燃焼ガスのインジェクタの注入口付近への流れが確立される。また、第2流入部より流入した空気は、自らが燃焼ガスとなって未燃ガスを燃焼させる。このため、未燃ガスによる煤の発生が低減され、燃料注入口及びその周辺の煤の付着量を低減させることができる。
【0046】
上記実施形態においては、ジェットバーナーを空冷式構造とした。空冷式では、火炎が高速マッハ衝撃に変わって先端部材が冷却されても、先端部材が結露温度まで下がることがない。したがって先端部材においても煤が付着しにくい。
【0047】
燃料と燃焼空気との圧力が高いため、燃焼の点火と同時に火炎の伝播が速くなり、燃焼火炎が短くなる。
【0048】
熱伝導係数が大きいため、狭いスペースで多量の燃料を燃焼させることができ、廃棄物の燃焼に用いた場合処理能力が高い。よって小規模のプラントで多量の処理が可能であり、敷地も狭くてすむ。
【0049】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それも本発明の範囲内である。例えば本実施形態では空冷式のジェットバーナーについて説明したが、これに限定されず、水冷式のジェットバーナーであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の第1実施形態のジェットバーナーの断面図である。
【図2】第1実施形態の内筒の側面図である。
【図3】第1実施形態の基端部材の断面図である。
【図4】第1実施形態の基端部材を基端側から見た図である。
【図5】第2実施形態の基端部材の断面図である。
【図6】第2実施形態の基端部材を基端側から見た図である。
【図7】第3実施形態の基端部材の断面図である。
【図8】第3実施形態の基端部材を基端側から見た図である。
【図9】本発明の実施形態の実験結果を示す写真である。
【符号の説明】
【0051】
1:ジェットバーナー、10:内筒、11:羽根部、13:燃焼室、15:第1流入部、20:外筒、30:中間筒、40,141,241:基端部材、40a,140a、240a:円筒部、40b,140b,240b:円板部、141c,241c:第3開口部分、141d,241d:第4回後部分、42:インジェクタ、43,143,243:第2流入部、44:点火プラグ、50:先端部材、51:噴出口

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に燃焼室を有する筒体と、
前記筒体の基端側に配置される基端部材と、
燃料注入口を先端に有するとともに該燃料注入口を前記燃焼室内に突き出すようにして前記基端部材に取り付けられる燃料注入部材と、
前記基端部材に取り付けられ、前記燃料注入口から注入される燃料に点火する燃料点火部材と、
前記筒体の先端側に取り付けられるとともに、前記筒体の内部において燃焼された気体を高圧噴出する噴出口が設けられた先端部材と、
前記燃料注入口よりも前記先端側において前記燃焼室に燃焼用の空気を流入するとともに、燃焼した気体を前記先端側に送り出す第1流入部と、
前記燃料注入口よりも前記基端側において前記燃料注入部材の外周側から前記燃料注入部材側に空気を流入する第2流入部を備えることを特徴とするジェットバーナー。
【請求項2】
前記基端部材は、円筒部と該円筒部の基端側を覆う円板部とを有し、
前記円筒部は、その内径が前記筒体の内径よりも小さく且つ前記燃料注入部材の外径よりも大きい第1部分を含み、
前記燃料注入部材は、前記円筒部の前記第1部分において前記円筒部の内面との間に一定の幅の隙間を設けるようにして配置されていることを特徴とする請求項1に記載のジェットバーナー。
【請求項3】
前記第2流入部は、前記円筒部における前記第1部分に設けられた孔であることを特徴とする請求項2に記載のジェットバーナー。
【請求項4】
前記円筒部は前記先端側において、その内径が前記第1部分から前記筒体側に向かって漸次内径が拡大するようにテーパー状に形成された第2部分を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載のジェットバーナー。
【請求項5】
前記第1部分の内径が、前記燃料注入口付近において狭くなっていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のジェットバーナー。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2009−139032(P2009−139032A)
【公開日】平成21年6月25日(2009.6.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−317113(P2007−317113)
【出願日】平成19年12月7日(2007.12.7)
【出願人】(507270735)
【出願人】(595056594)
【Fターム(参考)】