燃料燃焼装置、ボイラおよび加熱炉
【課題】本発明の目的は、省スペースかつ低コストで実施可能であって、小型で、安価に製造でき、かつ、運転コストが安価である燃料燃焼装置、この燃料燃焼装置を燃焼装置として用いたボイラ、および、前記燃料燃焼装置を備えた加熱炉を提供することである。
【解決手段】ジメチルエーテル貯蔵タンク１から供給管２を通じて供給される液体状態のＤＭＥを、気液分離槽４において気体ＤＭＥと液体ＤＭＥとに分離させる。液体ＤＭＥ供給管６に取り付けられた加圧ポンプ７により液体ＤＭＥを加圧させ、二流体噴霧式バーナ８において噴霧媒体としての気体ＤＭＥの噴射により霧化させて燃焼させる。噴霧媒体に空気等を利用していないから、エアポンプ等を設ける必要がなく、省スペースにでき、運転コストを低廉に抑えることができる。加圧ポンプ７が液体ＤＭＥを加圧するから、液体ＤＭＥが気化して気泡が発生するのを防止できる。
【解決手段】ジメチルエーテル貯蔵タンク１から供給管２を通じて供給される液体状態のＤＭＥを、気液分離槽４において気体ＤＭＥと液体ＤＭＥとに分離させる。液体ＤＭＥ供給管６に取り付けられた加圧ポンプ７により液体ＤＭＥを加圧させ、二流体噴霧式バーナ８において噴霧媒体としての気体ＤＭＥの噴射により霧化させて燃焼させる。噴霧媒体に空気等を利用していないから、エアポンプ等を設ける必要がなく、省スペースにでき、運転コストを低廉に抑えることができる。加圧ポンプ７が液体ＤＭＥを加圧するから、液体ＤＭＥが気化して気泡が発生するのを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料燃焼装置、ボイラおよび加熱炉に関する。詳しくは、液体燃料を噴霧媒体によって霧化させ燃焼させる燃料燃焼装置、この燃料燃焼装置を燃焼装置として用いたボイラ、および、前記燃料燃焼装置を備えた加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油等の液体燃料と、蒸気、空気等の噴霧媒体とを混合させ、噴霧媒体の圧力によって液体燃料を霧状に噴射させ、それに着火して燃焼を行う燃焼装置が知られている（特許文献１参照）。
これによれば、液体燃料が霧状に微細化され、外気と接する表面積が増大するので、効率のよい燃焼が可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３２２１８（第２頁、図１０、１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この燃焼装置では、液体燃料を霧状にさせるために噴霧媒体を供給することが必要となる。一般に噴霧媒体としては蒸気や圧縮空気が用いられることが多いため、この燃焼構成を用いた燃料燃焼装置を製造する場合、液体燃料供給機構とは別に、蒸気発生器やエアポンプ等の噴霧媒体供給機構を設ける必要があった。そのため、燃料燃焼装置が大型、かつ、高価になるとともに、噴霧媒体供給機構を運転させるための運転コストがかかってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、省スペースかつ低コストで実施可能であって、小型で、安価に製造でき、かつ、運転コストが安価である燃料燃焼装置、この燃料燃焼装置を燃焼装置として用いたボイラ、および、前記燃料燃焼装置を備えた加熱炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料燃焼装置は、流体状の燃料が入っている燃料容器と、この燃料容器に一端が連結され、前記燃料を通す燃料供給管と、この燃料供給管の他端に連結され、前記燃料を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離手段と、一端が前記気液分離手段に連結され、前記気体成分を通す気体成分供給管と、一端が前記気液分離手段に連結され、前記液体成分を通す液体成分供給管と、前記気体成分供給管の他端から噴出される前記気体成分を噴霧媒体として、前記液体成分供給管の他端から流出される前記液体成分を霧化して燃焼させる二流体噴霧式バーナとを備え、前記液体成分の加圧を行う加圧ポンプが前記液体成分供給管に取り付けられたことを特徴とする。
【０００７】
この発明は、流体状の燃料を気液分離手段によって気体成分と液体成分とに分離させ、噴霧媒体としての気体成分によって液体成分を霧化し、燃焼を行う燃料燃焼装置である。
この発明によると、液体燃料としての液体成分と、噴霧媒体としての気体成分とは、気液分離手段によって流体状の燃料から分離されて生じたものである。そのため、流体状の燃料が気液分離手段に送られる前の段階、すなわち、燃料容器から燃料供給管までの間において、液体燃料供給機構と噴霧媒体供給機構とを共通化することができる。そのため、噴霧媒体を供給する目的で蒸気発生器やエアポンプ等を設ける必要がないので、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
また、この発明によると、加圧ポンプによって液体成分が加圧されるから、液体成分が気化するのを防止することができる。そのため、液体成分供給管内において、液体成分中に気化による気泡が発生しにくくなるから、安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。
【０００８】
本発明の燃料燃焼装置では、前記流体状の燃料は液体燃料とされ、前記気液分離手段は、一端が前記燃料供給管の他端に連結されるガイド管と、このガイド管に取り付けられ前記液体燃料の減圧を行う減圧弁と、前記ガイド管の他端に連結される気液分離槽とを備え、前記気体成分供給管は、一端が前記気液分離槽の上方部に連結され、かつ、前記液体成分供給管は、一端が、前記上方部よりも下方において前記気液分離槽に連結される構成が好ましい。
【０００９】
この発明では、液体燃料は、減圧弁によって減圧されることによって、一部が気化される。そして、気体成分と液体成分との混相流となった状態で気液分離槽に流入され、気液分離槽においては、気化されて生じた気体成分と、液体成分とが分離される。その後、気体成分は気体供給管へ流入され、液体成分は液体成分供給管へ流入され、二流体噴霧式バーナにおいて燃焼される。
この発明によると、減圧弁によって減圧された液体燃料が気化する際に気化熱が奪われるから、気化によって分離されて生じる気体成分および液体成分は、気化前の液体燃料に比べて低温になっている。すると、そのぶんだけ、液体成分の蒸気圧は低くなっており、液体成分供給管内において液体成分の気化が起こりにくくなる。そのため、気泡の発生が防止されるから、二流体噴霧式バーナにおいて安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の燃料燃焼装置では、前記二流体噴霧式バーナは、前記液体成分供給管の
他端に連結され前記液体成分の流路となる液体成分流路と、前記気体成分供給管の他端に
連結され、かつ、前記液体成分流路に側方から合流され、前記気体成分の流路となる気体
成分流路とを備える構成が好ましい。
【００１１】
前記特許文献１に示されるように、二流体噴霧式バーナにおいては、噴霧媒体の流路に対して側方から液体燃料の流路が合流される形式が一般的である。ところで、本発明では前記の通り、液体成分を加圧する加圧ポンプが設けられているため、液体成分のほうが気体成分よりも高圧になっており、流れる勢いが強い。このような場合に前記の一般的な形式の二流体噴霧式バーナを用いた燃焼を行うと、バーナ内において、流れる勢いの弱い気体成分に対して、側方から流れる勢いの強い液体成分が合流してくることになる。すると、気体成分は液体成分の強い勢いによって押しのけられる形となり、両者はうまく混合されず、液体成分の霧化が不十分となり、燃焼の効率が悪くなってしまう。
【００１２】
そこで、本発明においては、前記一般的な形式の二流体噴霧式バーナとは逆に、液体燃料たる液体成分の流路に対して側方から噴霧媒体たる気体成分の流路が合流される形式としている。
この発明によると、バーナ内において、流れる勢いの強い液体成分に対して、側方から流れる勢いの弱い気体成分が合流してくることになる。ここで、気体成分は、液体成分の強い流れによって引き出される形となって液体成分と混合され、液体成分は十分に霧化されることとなるから、燃焼の効率を改善することができる。
【００１３】
また、本発明の燃料燃焼装置を用いれば、本発明の燃料燃焼装置と、この燃料燃焼装置で発生した熱によって、中に入っている水を沸騰させ蒸気を発生させるボイラ本体と、このボイラ本体に水を圧入させる給水ポンプとを備えたボイラを構成することができる。
【００１４】
この発明では、ボイラの燃焼装置として本発明の燃料燃焼装置を用いているので、前記の通り、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
【００１５】
また、本発明の燃料燃焼装置を用いれば、本発明の燃料燃焼装置を備えた加熱炉を構成することができる。
【００１６】
この発明では、加熱炉の加熱装置として本発明の燃料燃焼装置を用いているので、前記
の通り、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本実施形態の燃料燃焼装置を示す。
本実施形態の燃料燃焼装置は、液体燃料としてのジメチルエーテル（以下ＤＭＥとする）を加圧して液体状態のまま貯蔵する燃料容器としてのＤＭＥ貯蔵タンク１と、ＤＭＥ貯蔵タンク１に一端（図１では左端）が連結され、液体状態のＤＭＥを通す、燃料供給管およびガイド管としてのＤＭＥ供給管２と、ＤＭＥ供給管２に取り付けられ液体状態のＤＭＥの減圧を行う減圧弁３と、ＤＭＥ供給管２の他端に連結されて設けられ、液体状態のＤＭＥを、気体成分としての気体ＤＭＥと、液体成分としての液体ＤＭＥとに分離させる気液分離槽４と、一端が気液分離槽４の上方部に連結され気体ＤＭＥを通す気体成分供給管としての気体ＤＭＥ供給管５と、一端が気液分離槽４の下方部に連結され液体ＤＭＥを通す液体成分供給管としての液体ＤＭＥ供給管６と、液体ＤＭＥ供給管６に取り付けられ液体ＤＭＥの加圧を行う加圧ポンプ７と、気体ＤＭＥ供給管５の他端から噴出される気体ＤＭＥを噴霧媒体として、液体ＤＭＥ供給管６の他端から流出される液体ＤＭＥを霧化して燃焼させる二流体噴霧式バーナ８とを備える。
【００１８】
図２に、二流体噴霧式バーナ８を示す。
二流体噴霧式バーナ８は、バーナ本体１００と、バーナ本体１００の後端（図２では左端）に取り付けられるハンドル部２００と、バーナ本体１００の先端に取り付けられる噴霧燃焼部３００とを備える。
バーナ本体１００は、ガンボディー１０１と、ガンボディー１０１の先端側の側面（図２では右上）に穿設される気体ＤＭＥ供給孔１０２と、ガンボディー１０１の後端側の側面（図２では左下）に穿接される液体ＤＭＥ供給孔１０３とを備える。気体ＤＭＥ供給孔１０２には管１０４が螺合され、この管１０４にはユニオン１０５によって、気体ＤＭＥ供給管５の他端が連結されている。また、液体ＤＭＥ供給孔１０３には管１０６が螺合され、この管１０６にはユニオン１０７によって、液体ＤＭＥ供給管６の他端が連結されている。
【００１９】
ガンボディー１０１の内部には、気体ＤＭＥ供給孔１０２が穿設されている部分よりも後方、かつ、液体ＤＭＥ供給孔１０３が穿設されている部分よりも前方、つまり、前記両供給孔の中間に位置されるように略円筒形状のスリーブ１０８が設けられている。スリーブ１０８は、先端側の側面がガンボディー１０１の内壁と接するように形成されており、後端側に向かうにつれて略円筒形状の外径が縮径していくテーパ部１０８Ａを備える構成となっている。なお、スリーブ１０８の内径は一定で、スリーブ１０８の中心軸に沿って円形孔１０８Ｂが形成されている。
【００２０】
テーパ部１０８Ａの外壁と、ガンボディー１０１の内壁との間にはパッキン１０９が設けられる。パッキン１０９は、スリーブ１０８の外壁に螺合されるパッキン押さえ１１０を通じて前方に付勢され、スリーブ１０８の外壁とガンボディー１０１の内壁との間の隙間を密封する。
【００２１】
ハンドル部２００は、パッキン２０１を介してガンボディー１０１に螺合されるプラグ
２０２と、プラグ２０２に嵌合される略円柱形状のハンドルピン２０３と、一端がハンド
ルピン２０３の後端部２０３Ａに、他端がプラグ２０２に取り付けられる線状の金属から
なり、ハンドルピン２０３の周囲に螺旋状に形成されるハンドル２０４とを備える。
このハンドル２０４を把持して操作することにより、二流体噴霧式バーナ８の位置や方
向を変えることができる。
【００２２】
噴霧燃焼部３００は、ガンボディー１０１の内壁に接するように溶着される長尺円筒形状のアウターノズル３１０と、スリーブ１０８の円形孔１０８Ｂに挿入・溶着されアウターノズル３１０と同軸の長尺円筒形状であるインナーノズル３２０と、アウターノズル３１０先端の内壁に接するように溶着される略円筒形状のノズルボディー３３０と、インナーノズル３２０の先端部と螺合され、かつ、ノズルボディー３３０の先端部と密着して当接されるバーナチップ３４０と、ノズルボディー３３０先端の外壁と螺合され、その締付力によってバーナチップ３４０をインナーノズル３２０およびノズルボディー３３０に付勢させるキャップ３５０とを備える。
アウターノズル３１０の内壁とインナーノズル３２０の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３６０が形成され、この空隙３６０と連続して、ノズルボディー３３０の内壁とインナーノズル３２０の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３７０が形成されている。インナーノズル３２０は、円筒形状であるから、その中心軸に沿って円形孔３２０Ａが形成されている。
【００２３】
図３に、バーナチップ３４０を示す。
バーナチップ３４０の中心軸上には、インナーノズル３２０の円形孔３２０Ａに連続して円形穴３４１が穿設され、円形穴３４１の底（先端）には、円形穴３４１よりも小径の噴射孔３４２が穿設されている。噴射孔３４２に連続して、先端に開口部３４３Ａを有する二流体混合室３４３が設けられている。
また、バーナチップ３４０には、円形穴３４１と同心の円輪形状断面を有し、かつ、空隙３７０と連続して形成される円輪形穴３４４が穿設され、円輪形穴３４４の底から二流体混合室３４３に向けて斜め前方方向に穿設された噴射孔３４５が形成されている。
【００２４】
次に、本実施形態の燃料燃焼装置について説明する。
図１に示すように、ＤＭＥ貯蔵タンク１からＤＭＥ供給管２を通じて供給される液体状態のＤＭＥは、減圧弁３によって減圧された状態で気液分離槽４に流し込まれる。ＤＭＥは沸点が低く（約マイナス２５℃）、減圧された状態ではさらに気化しやすくなっている。そのため、液体状態のＤＭＥは、気液分離槽４内において気体成分としての気体ＤＭＥと、液体成分としての液体ＤＭＥとに分離され、気体ＤＭＥは気体ＤＭＥ供給管５へ、液体ＤＭＥは液体ＤＭＥ供給管６へと流入される。その後、液体ＤＭＥは加圧ポンプ７によって加圧されて二流体噴霧式バーナ８に供給され、気体ＤＭＥはそのまま二流体噴霧式バーナ８に供給される。
【００２５】
図２に示すように、二流体噴霧式バーナ８において、液体ＤＭＥ供給管６から供給される液体ＤＭＥは、管１０６を通じて液体ＤＭＥ供給孔１０３からガンボディー１０１内に流入される。その後、液体ＤＭＥは、スリーブ１０８の円形孔１０８Ｂ内、インナーノズル３２０の円形孔３２０Ａ内を順次経由されて、バーナチップ３４０の円形穴３４１へ流入される。
気体ＤＭＥ供給管５から供給される気体ＤＭＥは、管１０４を通じて気体ＤＭＥ供給孔１０２からガンボディー１０１内に流入される。その後、気体ＤＭＥは、空隙３６０内、空隙３７０内を順次経由されて、バーナチップ３４０の円輪形穴３４４へ流入される。
【００２６】
図３に示すように、円形穴３４１に流入された液体ＤＭＥは、円形穴３４１よりも小径の噴射孔３４２を通過されることによって加速され、二流体混合室３４３内に向かって前方に噴射される。
円輪形穴３４４に流入された気体ＤＭＥは、同様に、噴射孔３４５を通過されることによって加速され、二流体混合室３４３内に向かって斜め前方方向に噴射される。
すなわち、二流体混合室３４３内において、気体ＤＭＥが液体ＤＭＥと混合されることとなり、液体ＤＭＥは霧化される。
このように霧化された液体ＤＭＥと、気体ＤＭＥとは、混合された状態で、二流体混合室３４３の先端に設けられる開口部３４３Ａから噴射され、着火燃焼される。
【００２７】
なお、二流体噴霧式バーナ８において、管１０６、円形孔１０８Ｂ、円形孔３２０Ａ、円形穴３４１、噴射孔３４２、二流体混合室３４３の後端部分は、全体として液体ＤＭＥの流路を形成し、ユニオン１０７によって、液体ＤＭＥ供給管６の他端に連結されている。同様に、管１０４、空隙３６０、空隙３７０、円輪形穴３４４、噴射孔３４５は、全体として気体ＤＭＥの流路を形成し、ユニオン１０５によって、気体ＤＭＥ供給管５の他端に連結されている。
また、液体ＤＭＥの通過される噴射孔３４２が図３において前方を向いているのに対し、気体ＤＭＥの通過される噴射孔３４５は図３において斜め前方を向いているから、気体成分としての気体ＤＭＥの流路は、液体成分としての液体ＤＭＥの流路に側方から合流されることとなっている。
【００２８】
本実施形態の燃料燃焼装置によると以下の作用・効果がある。
（１）ＤＭＥ貯蔵タンク１からＤＭＥ供給管２までの間において、液体燃料（液体ＤＭＥ）供給機構と噴霧媒体（気体ＤＭＥ）供給機構とを共通化することができるから、蒸気、空気等の噴霧媒体を供給する目的で蒸気発生器やエアポンプ等を設ける必要がなく、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
また、液体状態のＤＭＥが気化することによって発生する気体ＤＭＥを無駄にすることなく燃焼に用いることができるから、経済性もよい。
【００２９】
（２）減圧弁３によって減圧された液体状態のＤＭＥが気化する際に気化熱が奪われるから、気体ＤＭＥおよび液体ＤＭＥは、気化する前の液体状態のＤＭＥに比べて低温になっている。その結果、液体ＤＭＥの蒸気圧は低くなり、圧力が低くても気化が起こりにくくなるから、下流に設けられる加圧ポンプ７の吐出圧力を低くすることができるとともに、液体ＤＭＥ中の気泡の発生が防止され、二流体噴霧式バーナ８において安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。特に、噴霧媒体としての気体ＤＭＥも気化熱が奪われることによって低温となっているから、気体ＤＭＥがインナーノズル３２０を間に挟んで円形孔３２０Ａを流れる液体ＤＭＥと熱的に接触されても、液体ＤＭＥの温度を上げることはなく、液体ＤＭＥの気化が防止され、いっそう安全性が高まる。
また、前記のように液体ＤＭＥが低温かつ低蒸気圧となっているから、液体ＤＭＥの気化を防止する目的または高蒸気圧による部材の破損を防止する目的で、液体ＤＭＥ供給管６、加圧ポンプ７、二流体噴霧式バーナ８等の耐久性を高める必要がない。そのため、安価かつ省スペースで製造できる。
【００３０】
（３）加圧ポンプ７によって、液体ＤＭＥが加圧されるから、液体ＤＭＥが気化して気泡が発生するのを防止することができる。そのため、安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。
また、加圧ポンプ７によって、液体ＤＭＥの二流体噴霧式バーナ８への供給圧を高め、液体ＤＭＥの供給量を増やすことができるから、二流体噴霧式バーナ８における最大燃焼量を増大させることができる。そのため、広いターンダウン幅を持った燃料燃焼装置とすることができる。
また、広いターンダウン幅を確保するためには、液体ＤＭＥの供給圧を高める必要があるが、あまり供給圧を高くしすぎると、液体ＤＭＥ供給管６や、加圧ポンプ７が高圧に耐え切れなくなるおそれがある。しかし、本実施形態では、前記のように、液体ＤＭＥを低圧で運転できるため、液体ＤＭＥ供給管６や加圧ポンプ７に大きな負荷をかけてはいない。このように、もともと、大きな負荷がかかっていないのであるから、ターンダウン幅を広く確保するために、液体ＤＭＥの供給圧の最大値を高めたとしても、液体ＤＭＥ供給管６や加圧ポンプ７がその圧力に耐え切れず破損してしまうようなことは起こりにくくなる。そのため、本実施形態によれば、液体ＤＭＥ供給管６や加圧ポンプ７の耐圧性能を過大にしなくても、広いターンダウン幅を確保することができる。
【００３１】
（４）バーナチップ３４０の二流体混合室３４３内において、加圧ポンプ７によって加圧され図３中前方に向かって強い勢いで流れる液体ＤＭＥに対して、図３中斜め前方に向かって液体ＤＭＥよりも弱い勢いで流れる気体ＤＭＥが噴出される。ここで、気体ＤＭＥは、液体ＤＭＥの強い流れによって引き出される形となって液体ＤＭＥと混合され、液体ＤＭＥは、十分に霧化されることとなるから、燃焼の効率をよくすることができる。
【００３２】
（５）従来、ボイラ等の燃焼装置の燃料としては、重油を利用しているものが大半であるが、環境規制の強化等により、排気がよりクリーンなＤＭＥ等に燃料を転換する動きが進みつつある。ＤＭＥは、沸点が低く（約マイナス２５℃）、ガス燃料として利用する考えが一般的である。そのため、燃料を重油（液体）からＤＭＥ（気体）に転換しようとする場合には、その体積の違いから、大径の燃料配管を敷設する必要があるほか、ＤＭＥを気体状態に維持するためのベーパライザ（蒸発装置）も新設しなければならない。また、燃焼用バーナの構造・大きさも液体（重油）用と気体（気体ＤＭＥ）では異なるため、炉壁も含めた大幅なボイラ改造が必要となり、燃料転換のための工事費が非常に高くなるという問題がある。
しかし、本実施形態によれば、ＤＭＥを液体のまま（液体ＤＭＥ）燃焼に用いているので、以上のような問題を解消することができ、燃料転換のための工事費を低廉にすることができる。
【００３３】
（６）本実施形態のバーナの形式は二流体噴霧式である。一般に液体燃料（本実施形態では液体ＤＭＥ）を噴霧燃焼させるためのバーナの形式としては、二流体噴霧式のほかに圧力噴霧式というものがある。圧力噴霧式バーナでは、液体燃料が直接に加圧されて旋回流となった状態でバーナの先端から噴出され霧化される。
図４に、圧力噴霧式バーナおよび二流体噴霧式バーナについての、液体ＤＭＥ供給圧力と、液体ＤＭＥ噴霧量との関係を示す。液体ＤＭＥ噴霧量を増やす際の液体ＤＭＥ供給圧力の増加割合は、二流体噴霧式バーナのほうが小さい。
この図に示されるように、本実施形態の燃料燃焼装置において二流体噴霧式バーナ８を利用することによって、液体ＤＭＥ噴霧量を増やして火力を強めようとする場合にも、圧力噴霧式バーナの場合のように、強い液体ＤＭＥ供給圧力は必要とされなくなる。そのため、液体ＤＭＥ供給管６、加圧ポンプ７および二流体噴霧式バーナ８の耐久性を強くする必要がなく、安価かつ省スペースの燃料燃焼装置とすることができる。
【００３４】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、燃焼燃料としてＤＭＥを用いていたが、本発明では、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）など、沸点が低く、気化しやすい液体燃料を用いてもよい。
【００３５】
また、前記実施形態では、液体状態のＤＭＥを、減圧弁３によって減圧し、気化させることとしていたが、本発明では、液体状態のＤＭＥを加熱することによって気化させてもよい。
【００３６】
また、前記実施形態では、液体状態のＤＭＥを気化させることによって、気体ＤＭＥと液体ＤＭＥとに分離させていたが、本発明では、気体状態の燃料を、加圧または冷却することによって一部液化させ、気体成分と液体成分とに分離させるものであってもよい。
【００３７】
一般に二流体噴霧式バーナには、噴霧媒体（前記実施形態では気体ＤＭＥ）と液体燃料（前記実施形態では液体ＤＭＥ）との混合方式の違いによって、外部混合式、内部混合式および中間混合式の３方式がある。外部混合式ではバーナノズルの外部で混合が行われ、内部混合式ではバーナの内部で混合が行われる。中間混合式は両者の中間形であって、前記実施形態の二流体噴霧式バーナ８はこの方式である。ところで、二流体噴霧式バーナであれば、以上に列記したような作用・効果を奏するものであるから、本発明では、外部混合式または内部混合式のバーナを用いてもよい。
【００３８】
本実施形態の燃料燃焼装置と、そこで発生した熱によって中に入っている水を沸騰させ蒸気を発生させるボイラ本体と、このボイラ本体に水を圧入させる給水ポンプとを備えるボイラを製造すれば、このボイラは、以上に列記したような作用・効果を奏することができる。
また、本実施形態の燃料燃焼装置を備えた加熱炉を製造すれば、この加熱炉は、以上に列記したような作用・効果を奏することができる。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に、本発明の燃料燃焼装置を使用して行った燃焼試験、すなわち、液体状態のＤＭＥを減圧気化させて生じた気体ＤＭＥを噴霧媒体として、液体ＤＭＥを噴霧燃焼させた試験のデータを示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
この表において、液体ＤＭＥ供給圧力が噴霧媒体圧力よりも高いのは、液体ＤＭＥが加圧ポンプによって加圧されているためである。なお、ターンダウン比とは、最少燃焼量と最大燃焼量の比のことである。
次に、表２に、ＤＭＥ燃焼バーナの型式による運転性能比較を示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
この表のバーナ型式において、２流体噴霧（気体ＤＭＥ噴霧）とは、本発明の燃料燃焼装置を用いたものであり、液体状態のＤＭＥを減圧気化させて生じた気体ＤＭＥを噴霧媒体として液体ＤＭＥを噴霧燃焼させる型式である。また、２流体噴霧（空気噴霧）とは、エアポンプ等によって供給される空気を噴霧媒体として液体ＤＭＥを噴霧燃焼させる型式であり、圧力噴霧とは、液体ＤＭＥを直接加圧して霧化、燃焼させる型式である。
【００４４】
この表に示されるように、２流体噴霧式バーナにおいて圧力噴霧式バーナと同程度のターンダウン比を得ようとする場合、液体ＤＭＥ供給圧力および液体ＤＭＥ供給ポンプ動力は、圧力噴霧式バーナに比べて格段に低くてよいことがわかる。従って、２流体噴霧式バーナを使用すれば、液体ＤＭＥ供給圧力に耐えうるようにするために液体ＤＭＥ供給管等の耐久性を強くする必要もないし、また、液体ＤＭＥ供給ポンプの動力を節約でき運転費を安価にすることができる。
【００４５】
また、気体ＤＭＥ噴霧式の２流体噴霧式バーナと、空気噴霧式の２流体噴霧式バーナとを比較すると、気体ＤＭＥ噴霧式では、気化熱が奪われたことによって液体ＤＭＥ供給温度が低くなっていることがわかる。液体ＤＭＥ供給温度が低ければ、液体ＤＭＥの蒸気圧も低くなっており、表に示されるように、液体ＤＭＥ供給圧力も低くて済む。そのため、気体ＤＭＥ噴霧式においては、液体ＤＭＥ供給圧力に耐えうるようにするための液体ＤＭＥ供給管等の耐久性を空気噴霧式におけるものほど強くする必要がないし、液体ＤＭＥ供給ポンプ動力も少なくて済み運転費が節減される。
また、気体ＤＭＥ噴霧とすれば、噴霧媒体としてエアポンプ等から供給される余分な空気を使用する必要がなくなるから、運転費の節約になる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、液体または気体燃料の燃焼に利用でき、例えば、液体燃料燃焼装置を備えるボイラ、加熱炉等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料燃焼装置を示す図。
【図２】前記実施形態における二流体噴霧式バーナを示す図。
【図３】前記実施形態におけるバーナチップを示す図。
【図４】圧力噴霧式バーナおよび二流体噴霧式バーナについての、液体ＤＭＥ供給圧力と、液体ＤＭＥ噴霧量との関係を表す図。
【符号の説明】
【００４８】
１…ＤＭＥ貯蔵タンク
２…ＤＭＥ供給管
３…減圧弁
４…気液分離槽
５…気体ＤＭＥ供給管
６…液体ＤＭＥ供給管
７…加圧ポンプ
８…二流体噴霧式バーナ
１００…バーナ本体
２００…ハンドル部
３００…噴霧燃焼部
３４０…バーナチップ
３４２、３４５…噴射孔
３４３…二流体混合室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料燃焼装置、ボイラおよび加熱炉に関する。詳しくは、液体燃料を噴霧媒体によって霧化させ燃焼させる燃料燃焼装置、この燃料燃焼装置を燃焼装置として用いたボイラ、および、前記燃料燃焼装置を備えた加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油等の液体燃料と、蒸気、空気等の噴霧媒体とを混合させ、噴霧媒体の圧力によって液体燃料を霧状に噴射させ、それに着火して燃焼を行う燃焼装置が知られている（特許文献１参照）。
これによれば、液体燃料が霧状に微細化され、外気と接する表面積が増大するので、効率のよい燃焼が可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３２２１８（第２頁、図１０、１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この燃焼装置では、液体燃料を霧状にさせるために噴霧媒体を供給することが必要となる。一般に噴霧媒体としては蒸気や圧縮空気が用いられることが多いため、この燃焼構成を用いた燃料燃焼装置を製造する場合、液体燃料供給機構とは別に、蒸気発生器やエアポンプ等の噴霧媒体供給機構を設ける必要があった。そのため、燃料燃焼装置が大型、かつ、高価になるとともに、噴霧媒体供給機構を運転させるための運転コストがかかってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、省スペースかつ低コストで実施可能であって、小型で、安価に製造でき、かつ、運転コストが安価である燃料燃焼装置、この燃料燃焼装置を燃焼装置として用いたボイラ、および、前記燃料燃焼装置を備えた加熱炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料燃焼装置は、流体状の燃料が入っている燃料容器と、この燃料容器に一端が連結され、前記燃料を通す燃料供給管と、この燃料供給管の他端に連結され、前記燃料を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離手段と、一端が前記気液分離手段に連結され、前記気体成分を通す気体成分供給管と、一端が前記気液分離手段に連結され、前記液体成分を通す液体成分供給管と、前記気体成分供給管の他端から噴出される前記気体成分を噴霧媒体として、前記液体成分供給管の他端から流出される前記液体成分を霧化して燃焼させる二流体噴霧式バーナとを備え、前記液体成分の加圧を行う加圧ポンプが前記液体成分供給管に取り付けられたことを特徴とする。
【０００７】
この発明は、流体状の燃料を気液分離手段によって気体成分と液体成分とに分離させ、噴霧媒体としての気体成分によって液体成分を霧化し、燃焼を行う燃料燃焼装置である。
この発明によると、液体燃料としての液体成分と、噴霧媒体としての気体成分とは、気液分離手段によって流体状の燃料から分離されて生じたものである。そのため、流体状の燃料が気液分離手段に送られる前の段階、すなわち、燃料容器から燃料供給管までの間において、液体燃料供給機構と噴霧媒体供給機構とを共通化することができる。そのため、噴霧媒体を供給する目的で蒸気発生器やエアポンプ等を設ける必要がないので、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
また、この発明によると、加圧ポンプによって液体成分が加圧されるから、液体成分が気化するのを防止することができる。そのため、液体成分供給管内において、液体成分中に気化による気泡が発生しにくくなるから、安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。
【０００８】
本発明の燃料燃焼装置では、前記流体状の燃料は液体燃料とされ、前記気液分離手段は、一端が前記燃料供給管の他端に連結されるガイド管と、このガイド管に取り付けられ前記液体燃料の減圧を行う減圧弁と、前記ガイド管の他端に連結される気液分離槽とを備え、前記気体成分供給管は、一端が前記気液分離槽の上方部に連結され、かつ、前記液体成分供給管は、一端が、前記上方部よりも下方において前記気液分離槽に連結される構成が好ましい。
【０００９】
この発明では、液体燃料は、減圧弁によって減圧されることによって、一部が気化される。そして、気体成分と液体成分との混相流となった状態で気液分離槽に流入され、気液分離槽においては、気化されて生じた気体成分と、液体成分とが分離される。その後、気体成分は気体供給管へ流入され、液体成分は液体成分供給管へ流入され、二流体噴霧式バーナにおいて燃焼される。
この発明によると、減圧弁によって減圧された液体燃料が気化する際に気化熱が奪われるから、気化によって分離されて生じる気体成分および液体成分は、気化前の液体燃料に比べて低温になっている。すると、そのぶんだけ、液体成分の蒸気圧は低くなっており、液体成分供給管内において液体成分の気化が起こりにくくなる。そのため、気泡の発生が防止されるから、二流体噴霧式バーナにおいて安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の燃料燃焼装置では、前記二流体噴霧式バーナは、前記液体成分供給管の
他端に連結され前記液体成分の流路となる液体成分流路と、前記気体成分供給管の他端に
連結され、かつ、前記液体成分流路に側方から合流され、前記気体成分の流路となる気体
成分流路とを備える構成が好ましい。
【００１１】
前記特許文献１に示されるように、二流体噴霧式バーナにおいては、噴霧媒体の流路に対して側方から液体燃料の流路が合流される形式が一般的である。ところで、本発明では前記の通り、液体成分を加圧する加圧ポンプが設けられているため、液体成分のほうが気体成分よりも高圧になっており、流れる勢いが強い。このような場合に前記の一般的な形式の二流体噴霧式バーナを用いた燃焼を行うと、バーナ内において、流れる勢いの弱い気体成分に対して、側方から流れる勢いの強い液体成分が合流してくることになる。すると、気体成分は液体成分の強い勢いによって押しのけられる形となり、両者はうまく混合されず、液体成分の霧化が不十分となり、燃焼の効率が悪くなってしまう。
【００１２】
そこで、本発明においては、前記一般的な形式の二流体噴霧式バーナとは逆に、液体燃料たる液体成分の流路に対して側方から噴霧媒体たる気体成分の流路が合流される形式としている。
この発明によると、バーナ内において、流れる勢いの強い液体成分に対して、側方から流れる勢いの弱い気体成分が合流してくることになる。ここで、気体成分は、液体成分の強い流れによって引き出される形となって液体成分と混合され、液体成分は十分に霧化されることとなるから、燃焼の効率を改善することができる。
【００１３】
また、本発明の燃料燃焼装置を用いれば、本発明の燃料燃焼装置と、この燃料燃焼装置で発生した熱によって、中に入っている水を沸騰させ蒸気を発生させるボイラ本体と、このボイラ本体に水を圧入させる給水ポンプとを備えたボイラを構成することができる。
【００１４】
この発明では、ボイラの燃焼装置として本発明の燃料燃焼装置を用いているので、前記の通り、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
【００１５】
また、本発明の燃料燃焼装置を用いれば、本発明の燃料燃焼装置を備えた加熱炉を構成することができる。
【００１６】
この発明では、加熱炉の加熱装置として本発明の燃料燃焼装置を用いているので、前記
の通り、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本実施形態の燃料燃焼装置を示す。
本実施形態の燃料燃焼装置は、液体燃料としてのジメチルエーテル（以下ＤＭＥとする）を加圧して液体状態のまま貯蔵する燃料容器としてのＤＭＥ貯蔵タンク１と、ＤＭＥ貯蔵タンク１に一端（図１では左端）が連結され、液体状態のＤＭＥを通す、燃料供給管およびガイド管としてのＤＭＥ供給管２と、ＤＭＥ供給管２に取り付けられ液体状態のＤＭＥの減圧を行う減圧弁３と、ＤＭＥ供給管２の他端に連結されて設けられ、液体状態のＤＭＥを、気体成分としての気体ＤＭＥと、液体成分としての液体ＤＭＥとに分離させる気液分離槽４と、一端が気液分離槽４の上方部に連結され気体ＤＭＥを通す気体成分供給管としての気体ＤＭＥ供給管５と、一端が気液分離槽４の下方部に連結され液体ＤＭＥを通す液体成分供給管としての液体ＤＭＥ供給管６と、液体ＤＭＥ供給管６に取り付けられ液体ＤＭＥの加圧を行う加圧ポンプ７と、気体ＤＭＥ供給管５の他端から噴出される気体ＤＭＥを噴霧媒体として、液体ＤＭＥ供給管６の他端から流出される液体ＤＭＥを霧化して燃焼させる二流体噴霧式バーナ８とを備える。
【００１８】
図２に、二流体噴霧式バーナ８を示す。
二流体噴霧式バーナ８は、バーナ本体１００と、バーナ本体１００の後端（図２では左端）に取り付けられるハンドル部２００と、バーナ本体１００の先端に取り付けられる噴霧燃焼部３００とを備える。
バーナ本体１００は、ガンボディー１０１と、ガンボディー１０１の先端側の側面（図２では右上）に穿設される気体ＤＭＥ供給孔１０２と、ガンボディー１０１の後端側の側面（図２では左下）に穿接される液体ＤＭＥ供給孔１０３とを備える。気体ＤＭＥ供給孔１０２には管１０４が螺合され、この管１０４にはユニオン１０５によって、気体ＤＭＥ供給管５の他端が連結されている。また、液体ＤＭＥ供給孔１０３には管１０６が螺合され、この管１０６にはユニオン１０７によって、液体ＤＭＥ供給管６の他端が連結されている。
【００１９】
ガンボディー１０１の内部には、気体ＤＭＥ供給孔１０２が穿設されている部分よりも後方、かつ、液体ＤＭＥ供給孔１０３が穿設されている部分よりも前方、つまり、前記両供給孔の中間に位置されるように略円筒形状のスリーブ１０８が設けられている。スリーブ１０８は、先端側の側面がガンボディー１０１の内壁と接するように形成されており、後端側に向かうにつれて略円筒形状の外径が縮径していくテーパ部１０８Ａを備える構成となっている。なお、スリーブ１０８の内径は一定で、スリーブ１０８の中心軸に沿って円形孔１０８Ｂが形成されている。
【００２０】
テーパ部１０８Ａの外壁と、ガンボディー１０１の内壁との間にはパッキン１０９が設けられる。パッキン１０９は、スリーブ１０８の外壁に螺合されるパッキン押さえ１１０を通じて前方に付勢され、スリーブ１０８の外壁とガンボディー１０１の内壁との間の隙間を密封する。
【００２１】
ハンドル部２００は、パッキン２０１を介してガンボディー１０１に螺合されるプラグ
２０２と、プラグ２０２に嵌合される略円柱形状のハンドルピン２０３と、一端がハンド
ルピン２０３の後端部２０３Ａに、他端がプラグ２０２に取り付けられる線状の金属から
なり、ハンドルピン２０３の周囲に螺旋状に形成されるハンドル２０４とを備える。
このハンドル２０４を把持して操作することにより、二流体噴霧式バーナ８の位置や方
向を変えることができる。
【００２２】
噴霧燃焼部３００は、ガンボディー１０１の内壁に接するように溶着される長尺円筒形状のアウターノズル３１０と、スリーブ１０８の円形孔１０８Ｂに挿入・溶着されアウターノズル３１０と同軸の長尺円筒形状であるインナーノズル３２０と、アウターノズル３１０先端の内壁に接するように溶着される略円筒形状のノズルボディー３３０と、インナーノズル３２０の先端部と螺合され、かつ、ノズルボディー３３０の先端部と密着して当接されるバーナチップ３４０と、ノズルボディー３３０先端の外壁と螺合され、その締付力によってバーナチップ３４０をインナーノズル３２０およびノズルボディー３３０に付勢させるキャップ３５０とを備える。
アウターノズル３１０の内壁とインナーノズル３２０の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３６０が形成され、この空隙３６０と連続して、ノズルボディー３３０の内壁とインナーノズル３２０の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３７０が形成されている。インナーノズル３２０は、円筒形状であるから、その中心軸に沿って円形孔３２０Ａが形成されている。
【００２３】
図３に、バーナチップ３４０を示す。
バーナチップ３４０の中心軸上には、インナーノズル３２０の円形孔３２０Ａに連続して円形穴３４１が穿設され、円形穴３４１の底（先端）には、円形穴３４１よりも小径の噴射孔３４２が穿設されている。噴射孔３４２に連続して、先端に開口部３４３Ａを有する二流体混合室３４３が設けられている。
また、バーナチップ３４０には、円形穴３４１と同心の円輪形状断面を有し、かつ、空隙３７０と連続して形成される円輪形穴３４４が穿設され、円輪形穴３４４の底から二流体混合室３４３に向けて斜め前方方向に穿設された噴射孔３４５が形成されている。
【００２４】
次に、本実施形態の燃料燃焼装置について説明する。
図１に示すように、ＤＭＥ貯蔵タンク１からＤＭＥ供給管２を通じて供給される液体状態のＤＭＥは、減圧弁３によって減圧された状態で気液分離槽４に流し込まれる。ＤＭＥは沸点が低く（約マイナス２５℃）、減圧された状態ではさらに気化しやすくなっている。そのため、液体状態のＤＭＥは、気液分離槽４内において気体成分としての気体ＤＭＥと、液体成分としての液体ＤＭＥとに分離され、気体ＤＭＥは気体ＤＭＥ供給管５へ、液体ＤＭＥは液体ＤＭＥ供給管６へと流入される。その後、液体ＤＭＥは加圧ポンプ７によって加圧されて二流体噴霧式バーナ８に供給され、気体ＤＭＥはそのまま二流体噴霧式バーナ８に供給される。
【００２５】
図２に示すように、二流体噴霧式バーナ８において、液体ＤＭＥ供給管６から供給される液体ＤＭＥは、管１０６を通じて液体ＤＭＥ供給孔１０３からガンボディー１０１内に流入される。その後、液体ＤＭＥは、スリーブ１０８の円形孔１０８Ｂ内、インナーノズル３２０の円形孔３２０Ａ内を順次経由されて、バーナチップ３４０の円形穴３４１へ流入される。
気体ＤＭＥ供給管５から供給される気体ＤＭＥは、管１０４を通じて気体ＤＭＥ供給孔１０２からガンボディー１０１内に流入される。その後、気体ＤＭＥは、空隙３６０内、空隙３７０内を順次経由されて、バーナチップ３４０の円輪形穴３４４へ流入される。
【００２６】
図３に示すように、円形穴３４１に流入された液体ＤＭＥは、円形穴３４１よりも小径の噴射孔３４２を通過されることによって加速され、二流体混合室３４３内に向かって前方に噴射される。
円輪形穴３４４に流入された気体ＤＭＥは、同様に、噴射孔３４５を通過されることによって加速され、二流体混合室３４３内に向かって斜め前方方向に噴射される。
すなわち、二流体混合室３４３内において、気体ＤＭＥが液体ＤＭＥと混合されることとなり、液体ＤＭＥは霧化される。
このように霧化された液体ＤＭＥと、気体ＤＭＥとは、混合された状態で、二流体混合室３４３の先端に設けられる開口部３４３Ａから噴射され、着火燃焼される。
【００２７】
なお、二流体噴霧式バーナ８において、管１０６、円形孔１０８Ｂ、円形孔３２０Ａ、円形穴３４１、噴射孔３４２、二流体混合室３４３の後端部分は、全体として液体ＤＭＥの流路を形成し、ユニオン１０７によって、液体ＤＭＥ供給管６の他端に連結されている。同様に、管１０４、空隙３６０、空隙３７０、円輪形穴３４４、噴射孔３４５は、全体として気体ＤＭＥの流路を形成し、ユニオン１０５によって、気体ＤＭＥ供給管５の他端に連結されている。
また、液体ＤＭＥの通過される噴射孔３４２が図３において前方を向いているのに対し、気体ＤＭＥの通過される噴射孔３４５は図３において斜め前方を向いているから、気体成分としての気体ＤＭＥの流路は、液体成分としての液体ＤＭＥの流路に側方から合流されることとなっている。
【００２８】
本実施形態の燃料燃焼装置によると以下の作用・効果がある。
（１）ＤＭＥ貯蔵タンク１からＤＭＥ供給管２までの間において、液体燃料（液体ＤＭＥ）供給機構と噴霧媒体（気体ＤＭＥ）供給機構とを共通化することができるから、蒸気、空気等の噴霧媒体を供給する目的で蒸気発生器やエアポンプ等を設ける必要がなく、省スペースとなるとともに、製造費用も安価となり、運転コストも低減される。
また、液体状態のＤＭＥが気化することによって発生する気体ＤＭＥを無駄にすることなく燃焼に用いることができるから、経済性もよい。
【００２９】
（２）減圧弁３によって減圧された液体状態のＤＭＥが気化する際に気化熱が奪われるから、気体ＤＭＥおよび液体ＤＭＥは、気化する前の液体状態のＤＭＥに比べて低温になっている。その結果、液体ＤＭＥの蒸気圧は低くなり、圧力が低くても気化が起こりにくくなるから、下流に設けられる加圧ポンプ７の吐出圧力を低くすることができるとともに、液体ＤＭＥ中の気泡の発生が防止され、二流体噴霧式バーナ８において安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。特に、噴霧媒体としての気体ＤＭＥも気化熱が奪われることによって低温となっているから、気体ＤＭＥがインナーノズル３２０を間に挟んで円形孔３２０Ａを流れる液体ＤＭＥと熱的に接触されても、液体ＤＭＥの温度を上げることはなく、液体ＤＭＥの気化が防止され、いっそう安全性が高まる。
また、前記のように液体ＤＭＥが低温かつ低蒸気圧となっているから、液体ＤＭＥの気化を防止する目的または高蒸気圧による部材の破損を防止する目的で、液体ＤＭＥ供給管６、加圧ポンプ７、二流体噴霧式バーナ８等の耐久性を高める必要がない。そのため、安価かつ省スペースで製造できる。
【００３０】
（３）加圧ポンプ７によって、液体ＤＭＥが加圧されるから、液体ＤＭＥが気化して気泡が発生するのを防止することができる。そのため、安定した燃焼を行うことができ、安全性を高めることができる。
また、加圧ポンプ７によって、液体ＤＭＥの二流体噴霧式バーナ８への供給圧を高め、液体ＤＭＥの供給量を増やすことができるから、二流体噴霧式バーナ８における最大燃焼量を増大させることができる。そのため、広いターンダウン幅を持った燃料燃焼装置とすることができる。
また、広いターンダウン幅を確保するためには、液体ＤＭＥの供給圧を高める必要があるが、あまり供給圧を高くしすぎると、液体ＤＭＥ供給管６や、加圧ポンプ７が高圧に耐え切れなくなるおそれがある。しかし、本実施形態では、前記のように、液体ＤＭＥを低圧で運転できるため、液体ＤＭＥ供給管６や加圧ポンプ７に大きな負荷をかけてはいない。このように、もともと、大きな負荷がかかっていないのであるから、ターンダウン幅を広く確保するために、液体ＤＭＥの供給圧の最大値を高めたとしても、液体ＤＭＥ供給管６や加圧ポンプ７がその圧力に耐え切れず破損してしまうようなことは起こりにくくなる。そのため、本実施形態によれば、液体ＤＭＥ供給管６や加圧ポンプ７の耐圧性能を過大にしなくても、広いターンダウン幅を確保することができる。
【００３１】
（４）バーナチップ３４０の二流体混合室３４３内において、加圧ポンプ７によって加圧され図３中前方に向かって強い勢いで流れる液体ＤＭＥに対して、図３中斜め前方に向かって液体ＤＭＥよりも弱い勢いで流れる気体ＤＭＥが噴出される。ここで、気体ＤＭＥは、液体ＤＭＥの強い流れによって引き出される形となって液体ＤＭＥと混合され、液体ＤＭＥは、十分に霧化されることとなるから、燃焼の効率をよくすることができる。
【００３２】
（５）従来、ボイラ等の燃焼装置の燃料としては、重油を利用しているものが大半であるが、環境規制の強化等により、排気がよりクリーンなＤＭＥ等に燃料を転換する動きが進みつつある。ＤＭＥは、沸点が低く（約マイナス２５℃）、ガス燃料として利用する考えが一般的である。そのため、燃料を重油（液体）からＤＭＥ（気体）に転換しようとする場合には、その体積の違いから、大径の燃料配管を敷設する必要があるほか、ＤＭＥを気体状態に維持するためのベーパライザ（蒸発装置）も新設しなければならない。また、燃焼用バーナの構造・大きさも液体（重油）用と気体（気体ＤＭＥ）では異なるため、炉壁も含めた大幅なボイラ改造が必要となり、燃料転換のための工事費が非常に高くなるという問題がある。
しかし、本実施形態によれば、ＤＭＥを液体のまま（液体ＤＭＥ）燃焼に用いているので、以上のような問題を解消することができ、燃料転換のための工事費を低廉にすることができる。
【００３３】
（６）本実施形態のバーナの形式は二流体噴霧式である。一般に液体燃料（本実施形態では液体ＤＭＥ）を噴霧燃焼させるためのバーナの形式としては、二流体噴霧式のほかに圧力噴霧式というものがある。圧力噴霧式バーナでは、液体燃料が直接に加圧されて旋回流となった状態でバーナの先端から噴出され霧化される。
図４に、圧力噴霧式バーナおよび二流体噴霧式バーナについての、液体ＤＭＥ供給圧力と、液体ＤＭＥ噴霧量との関係を示す。液体ＤＭＥ噴霧量を増やす際の液体ＤＭＥ供給圧力の増加割合は、二流体噴霧式バーナのほうが小さい。
この図に示されるように、本実施形態の燃料燃焼装置において二流体噴霧式バーナ８を利用することによって、液体ＤＭＥ噴霧量を増やして火力を強めようとする場合にも、圧力噴霧式バーナの場合のように、強い液体ＤＭＥ供給圧力は必要とされなくなる。そのため、液体ＤＭＥ供給管６、加圧ポンプ７および二流体噴霧式バーナ８の耐久性を強くする必要がなく、安価かつ省スペースの燃料燃焼装置とすることができる。
【００３４】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、燃焼燃料としてＤＭＥを用いていたが、本発明では、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）など、沸点が低く、気化しやすい液体燃料を用いてもよい。
【００３５】
また、前記実施形態では、液体状態のＤＭＥを、減圧弁３によって減圧し、気化させることとしていたが、本発明では、液体状態のＤＭＥを加熱することによって気化させてもよい。
【００３６】
また、前記実施形態では、液体状態のＤＭＥを気化させることによって、気体ＤＭＥと液体ＤＭＥとに分離させていたが、本発明では、気体状態の燃料を、加圧または冷却することによって一部液化させ、気体成分と液体成分とに分離させるものであってもよい。
【００３７】
一般に二流体噴霧式バーナには、噴霧媒体（前記実施形態では気体ＤＭＥ）と液体燃料（前記実施形態では液体ＤＭＥ）との混合方式の違いによって、外部混合式、内部混合式および中間混合式の３方式がある。外部混合式ではバーナノズルの外部で混合が行われ、内部混合式ではバーナの内部で混合が行われる。中間混合式は両者の中間形であって、前記実施形態の二流体噴霧式バーナ８はこの方式である。ところで、二流体噴霧式バーナであれば、以上に列記したような作用・効果を奏するものであるから、本発明では、外部混合式または内部混合式のバーナを用いてもよい。
【００３８】
本実施形態の燃料燃焼装置と、そこで発生した熱によって中に入っている水を沸騰させ蒸気を発生させるボイラ本体と、このボイラ本体に水を圧入させる給水ポンプとを備えるボイラを製造すれば、このボイラは、以上に列記したような作用・効果を奏することができる。
また、本実施形態の燃料燃焼装置を備えた加熱炉を製造すれば、この加熱炉は、以上に列記したような作用・効果を奏することができる。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に、本発明の燃料燃焼装置を使用して行った燃焼試験、すなわち、液体状態のＤＭＥを減圧気化させて生じた気体ＤＭＥを噴霧媒体として、液体ＤＭＥを噴霧燃焼させた試験のデータを示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
この表において、液体ＤＭＥ供給圧力が噴霧媒体圧力よりも高いのは、液体ＤＭＥが加圧ポンプによって加圧されているためである。なお、ターンダウン比とは、最少燃焼量と最大燃焼量の比のことである。
次に、表２に、ＤＭＥ燃焼バーナの型式による運転性能比較を示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
この表のバーナ型式において、２流体噴霧（気体ＤＭＥ噴霧）とは、本発明の燃料燃焼装置を用いたものであり、液体状態のＤＭＥを減圧気化させて生じた気体ＤＭＥを噴霧媒体として液体ＤＭＥを噴霧燃焼させる型式である。また、２流体噴霧（空気噴霧）とは、エアポンプ等によって供給される空気を噴霧媒体として液体ＤＭＥを噴霧燃焼させる型式であり、圧力噴霧とは、液体ＤＭＥを直接加圧して霧化、燃焼させる型式である。
【００４４】
この表に示されるように、２流体噴霧式バーナにおいて圧力噴霧式バーナと同程度のターンダウン比を得ようとする場合、液体ＤＭＥ供給圧力および液体ＤＭＥ供給ポンプ動力は、圧力噴霧式バーナに比べて格段に低くてよいことがわかる。従って、２流体噴霧式バーナを使用すれば、液体ＤＭＥ供給圧力に耐えうるようにするために液体ＤＭＥ供給管等の耐久性を強くする必要もないし、また、液体ＤＭＥ供給ポンプの動力を節約でき運転費を安価にすることができる。
【００４５】
また、気体ＤＭＥ噴霧式の２流体噴霧式バーナと、空気噴霧式の２流体噴霧式バーナとを比較すると、気体ＤＭＥ噴霧式では、気化熱が奪われたことによって液体ＤＭＥ供給温度が低くなっていることがわかる。液体ＤＭＥ供給温度が低ければ、液体ＤＭＥの蒸気圧も低くなっており、表に示されるように、液体ＤＭＥ供給圧力も低くて済む。そのため、気体ＤＭＥ噴霧式においては、液体ＤＭＥ供給圧力に耐えうるようにするための液体ＤＭＥ供給管等の耐久性を空気噴霧式におけるものほど強くする必要がないし、液体ＤＭＥ供給ポンプ動力も少なくて済み運転費が節減される。
また、気体ＤＭＥ噴霧とすれば、噴霧媒体としてエアポンプ等から供給される余分な空気を使用する必要がなくなるから、運転費の節約になる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、液体または気体燃料の燃焼に利用でき、例えば、液体燃料燃焼装置を備えるボイラ、加熱炉等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料燃焼装置を示す図。
【図２】前記実施形態における二流体噴霧式バーナを示す図。
【図３】前記実施形態におけるバーナチップを示す図。
【図４】圧力噴霧式バーナおよび二流体噴霧式バーナについての、液体ＤＭＥ供給圧力と、液体ＤＭＥ噴霧量との関係を表す図。
【符号の説明】
【００４８】
１…ＤＭＥ貯蔵タンク
２…ＤＭＥ供給管
３…減圧弁
４…気液分離槽
５…気体ＤＭＥ供給管
６…液体ＤＭＥ供給管
７…加圧ポンプ
８…二流体噴霧式バーナ
１００…バーナ本体
２００…ハンドル部
３００…噴霧燃焼部
３４０…バーナチップ
３４２、３４５…噴射孔
３４３…二流体混合室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体状の燃料が入っている燃料容器と、
この燃料容器に一端が連結され、前記燃料を通す燃料供給管と、
この燃料供給管の他端に連結され、前記燃料を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離手段と、
一端が前記気液分離手段に連結され、前記気体成分を通す気体成分供給管と、
一端が前記気液分離手段に連結され、前記液体成分を通す液体成分供給管と、
前記気体成分供給管の他端から噴出される前記気体成分を噴霧媒体として、前記液体成分供給管の他端から流出される前記液体成分を霧化して燃焼させる二流体噴霧式バーナとを備え、
前記液体成分の加圧を行う加圧ポンプが前記液体成分供給管に取り付けられた
ことを特徴とする燃料燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料燃焼装置において、
前記流体状の燃料は液体燃料とされ、前記気液分離手段は、一端が前記燃料供給管の他端に連結されるガイド管と、このガイド管に取り付けられ前記液体燃料の減圧を行う減圧弁と、前記ガイド管の他端に連結される気液分離槽とを備え、前記気体成分供給管は、一端が前記気液分離槽の上方部に連結され、かつ、前記液体成分供給管は、一端が、前記上方部よりも下方において前記気液分離槽に連結されることを特徴とする燃料燃焼装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料燃焼装置において、前記二流体噴霧式バーナは、前記液体成分供給管の他端に連結され前記液体成分の流路となる液体成分流路と、前記気体成分供給管の他端に連結され、かつ、前記液体成分流路に側方から合流され、前記気体成分の流路となる気体成分流路とを備えることを特徴とする燃料燃焼装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料燃焼装置と、この燃料燃焼装置で発生した熱によって、中に入っている水を沸騰させ蒸気を発生させるボイラ本体と、このボイラ本体に水を圧入させる給水ポンプとを備えたことを特徴とするボイラ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料燃焼装置を備えたことを特徴とする加熱炉。
【請求項１】
流体状の燃料が入っている燃料容器と、
この燃料容器に一端が連結され、前記燃料を通す燃料供給管と、
この燃料供給管の他端に連結され、前記燃料を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離手段と、
一端が前記気液分離手段に連結され、前記気体成分を通す気体成分供給管と、
一端が前記気液分離手段に連結され、前記液体成分を通す液体成分供給管と、
前記気体成分供給管の他端から噴出される前記気体成分を噴霧媒体として、前記液体成分供給管の他端から流出される前記液体成分を霧化して燃焼させる二流体噴霧式バーナとを備え、
前記液体成分の加圧を行う加圧ポンプが前記液体成分供給管に取り付けられた
ことを特徴とする燃料燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料燃焼装置において、
前記流体状の燃料は液体燃料とされ、前記気液分離手段は、一端が前記燃料供給管の他端に連結されるガイド管と、このガイド管に取り付けられ前記液体燃料の減圧を行う減圧弁と、前記ガイド管の他端に連結される気液分離槽とを備え、前記気体成分供給管は、一端が前記気液分離槽の上方部に連結され、かつ、前記液体成分供給管は、一端が、前記上方部よりも下方において前記気液分離槽に連結されることを特徴とする燃料燃焼装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料燃焼装置において、前記二流体噴霧式バーナは、前記液体成分供給管の他端に連結され前記液体成分の流路となる液体成分流路と、前記気体成分供給管の他端に連結され、かつ、前記液体成分流路に側方から合流され、前記気体成分の流路となる気体成分流路とを備えることを特徴とする燃料燃焼装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料燃焼装置と、この燃料燃焼装置で発生した熱によって、中に入っている水を沸騰させ蒸気を発生させるボイラ本体と、このボイラ本体に水を圧入させる給水ポンプとを備えたことを特徴とするボイラ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料燃焼装置を備えたことを特徴とする加熱炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１３９０２０（Ｐ２００８−１３９０２０Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０７７５（Ｐ２００８−１０７７５）
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【分割の表示】特願２００４−６９２２９（Ｐ２００４−６９２２９）の分割
【原出願日】平成１６年３月１１日（２００４．３．１１）
【出願人】（０００１８３６２４）出光エンジニアリング株式会社 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【分割の表示】特願２００４−６９２２９（Ｐ２００４−６９２２９）の分割
【原出願日】平成１６年３月１１日（２００４．３．１１）
【出願人】（０００１８３６２４）出光エンジニアリング株式会社 (18)
【Ｆターム（参考）】
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