燃料燃焼装置
【課題】火炎の輝度が高く、燃焼安定性に優れ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度の低い燃料燃焼装置を提供する。
【解決手段】液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２を備え、第１噴霧手段２１は、液化ガス燃料を噴出する複数の噴出部２１１と、複数の噴出部２１１と連通し液化ガス燃料の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部２１２と、を有し、複数の噴出部２１１は、空洞部２１２に位置し、複数の噴出部２１１から噴出した液化ガス燃料は、空洞部２１２内において互いに衝突した後、空洞部２１２を介して外部に噴出し、第２噴霧手段２２は、空洞部２１２を介すことなく液化ガス燃料を噴霧し、第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴出した液化ガス燃料は、同時に燃焼して一つの火炎を形成する。
【解決手段】液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２を備え、第１噴霧手段２１は、液化ガス燃料を噴出する複数の噴出部２１１と、複数の噴出部２１１と連通し液化ガス燃料の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部２１２と、を有し、複数の噴出部２１１は、空洞部２１２に位置し、複数の噴出部２１１から噴出した液化ガス燃料は、空洞部２１２内において互いに衝突した後、空洞部２１２を介して外部に噴出し、第２噴霧手段２２は、空洞部２１２を介すことなく液化ガス燃料を噴霧し、第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴出した液化ガス燃料は、同時に燃焼して一つの火炎を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料燃焼装置に関する。詳しくは、液化ガス燃料を噴射、燃焼させるバーナなどの燃料燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油などの液体燃料と、蒸気、空気など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させるバーナなどの燃料燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１）。
これによれば、液体燃料が霧状に微細化され、燃焼空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。
このような燃料燃焼装置は、例えば、ボイラや加熱炉などに組み込まれ、生産工程で使われる蒸気や暖房・給湯用の蒸気を作り出す熱源機器として利用される。ボイラや加熱炉などは、例えば、バーナなどの燃料燃焼装置による燃焼で発生される熱を利用して水を蒸発させ、蒸気を作り出している。
【０００３】
ところで、従来、燃料燃焼装置に用いられる燃料は重油が主であったが、最近では、排気ガスのクリーン化の観点からガス燃料に転換しつつある。輸送、貯蔵を容易にする目的で、ガス燃料を加圧し、液状化した液化ガス燃料としては、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）やジメチルエーテル（ＤＭＥ：Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｔｈｅｒ）などが挙げられる。例えば、ＤＭＥは、液化しやすいなどのハンドリング性も備えているため、今後、ボイラおよび加熱炉の主要燃料となることが予想される。
【０００４】
しかし、このような液化ガス燃料は、重油など従来の液体燃料と比較して火炎の輝度が低い。このため、特許文献１のような従来の燃料燃焼装置を用いて、液化ガス燃料を燃焼させた場合、燃焼空気の量を極端に絞った運転を実施しても重油のような橙色輝炎は発されず、青色の不輝炎を呈する。
このような燃料燃焼装置を、例えば、ボイラに適用した場合、ボイラの火炉における輻射伝熱量が低下するので、ボイラの設計仕様によっては能力が低下する。その結果、ボイラの負荷を、（例えば、６０％程度に）低下させなければならず、ボイラの能力に余裕がない場合には、液化ガス燃料への転換が困難となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、このような課題を解決するため、例えば、特許文献２には、バーナチップの燃料の吐出孔側に、吐出孔と連通され、燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部が形成された筒状部材を配設したバーナが開示されている。
特許文献２に記載のバーナにおいて、吐出孔から吐出された燃料は、略円錐台形状の空洞部を介して拡散状態が調整され、擬似的な不完全燃焼状態を形成させて噴霧、燃焼されるので、火炎の輝度向上を図ることができる。
しかしながら、一般に、液化ガス燃料は圧力が高く、液化ガス燃料の噴射速度は、重油などの噴射速度よりも速い。このため、液化ガス燃料が十分に空気へ巻き込まれず、バーナの噴射孔付近で形成される火炎が不安定となり、安定的な燃焼が望めない場合があった。
【０００６】
このような課題を解決するため、例えば、複数箇所から噴霧させた液化ガス燃料同士を衝突させる方法が考えられる。
このような方法によれば、噴霧された液化ガス燃料の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあうので、衝突後の液化ガス燃料の速度が低下する。噴射速度の低下により、安定的な燃焼を得ることができる。また、液化ガス燃料同士を衝突させることにより、液化ガス燃料の粒子は散乱され、周囲の空気を巻き込みやすくなる。したがって、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５７１７０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２に記載のバーナや、特許文献２に記載のバーナに液化ガス燃料同士を衝突させる機構を追加したバーナにおいては、擬似的な不完全燃焼状態が発生するため、燃焼排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度が増加するおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述のような問題などを解決し、火炎の輝度が高く、燃焼安定性に優れ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度の低い燃料燃焼装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料燃焼装置は、液化ガス燃料を燃焼させる燃料燃焼装置であって、前記液化ガス燃料を噴霧する燃料噴霧チップと、前記燃料噴霧チップに前記液化ガス燃料を供給する燃料供給手段と、を備え、前記燃料噴霧チップは、前記液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段および第２噴霧手段を備え、前記第１噴霧手段は、前記液化ガス燃料を噴出する複数の噴出部と、前記複数の噴出部と連通され前記液化ガス燃料の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部と、を有し、前記複数の噴出部は、前記空洞部に設けられ、前記複数の噴出部から噴出された前記液化ガス燃料は、前記空洞部内において互いに衝突された後、前記空洞部を介して外部に噴霧され、前記第２噴霧手段は、前記空洞部を介すことなく前記液化ガス燃料を噴霧し、前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧された前記液化ガス燃料は、同時に燃焼されて一つの火炎を形成することを特徴とする。
【００１１】
第１噴霧手段は、空洞部に設けられた複数の噴出部から液化ガス燃料を噴出する。このとき、液化ガス燃料は、減圧沸騰により噴霧状態で噴射され、噴射された液化ガス燃料同士は、空洞部内において互いに衝突される。
霧化した液化ガス燃料の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあい、略錘形状の空洞部で拡散するので、衝突後の液化ガス燃料の速度は減速される。この噴射速度の低下により、安定的な燃焼を得ることができる。また、液化ガス燃料同士を衝突させることにより、液化ガス燃料の粒子は散乱され、周囲の空気を巻き込みやすくなる。したがって、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
【００１２】
ここで、第１噴霧手段の噴出部から噴出された液化ガス燃料は、略錐形状の空洞部を介して外部に噴霧され、液化ガス燃料の拡散状態が調整される。
拡散状態が調整された液化ガス燃料を燃焼させれば、擬似的な不完全燃焼状態が形成されるので、火炎の輝度向上を図ることができる。
また、空洞部の略錐形状の奥部で噴射された液化ガス燃料は、開放部に向かうにつれて緩やかに減圧されるので、液化ガス燃料の減圧沸騰による気化・膨張を緩やかに発生させることができる。したがって、噴出された液化ガス燃料が空洞部の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
【００１３】
一方、第２噴霧手段は、空洞部を介すことなく液化ガス燃料を噴霧する。
したがって、第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を燃焼させた場合、火炎に十分な空気が供給され、不完全燃焼状態が形成される可能性が低いので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
【００１４】
すなわち、第１噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を燃焼させる場合、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高めになるものの、火炎の輝度および燃焼安定性には優れる。第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を燃焼させる場合、火炎の輝度および燃焼安定性が不足するおそれがあるが、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
本発明の燃料燃焼装置は、このような第１噴霧手段および第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を、同時に燃焼させて一つの火炎を形成するので、第１噴霧手段と第２噴霧手段とのいずれか一つを用いる場合（つまり、従来の燃料燃焼装置や特許文献２に記載の燃料燃焼装置に液化ガス燃料同士を衝突させる機構を追加した燃料燃焼装置など）に比べて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えつつ、火炎の輝度および燃焼安定性を向上することができる。
【００１５】
本発明において、前記燃料燃焼装置は、前記燃料噴霧チップから噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する調整手段を備え、前記調整手段は、前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第１調整手段と、前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第２調整手段と、を備えることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、第１噴霧手段による燃焼量および第２噴霧手段による燃焼量が、第１調整手段および第２調整手段によって、それぞれ別個に調整される。
したがって、第１噴霧手段による燃焼量と第２噴霧手段による燃焼量との比率を任意に設定することができ、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料を燃焼させることができる。
【００１７】
本発明において、前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量は、前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量合計に対し４０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料を燃焼させることができる。
ここで、第１噴霧手段による燃焼量が第１噴霧手段および第２噴霧手段による燃焼量合計に占める割合（以下、燃焼量率と略記する。）が、４０質量％未満であると、火炎の輝度および燃焼安定性が低下するので好ましくない。燃焼量率が、７０質量％を超えると、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が上昇するので好ましくない。
なお、燃焼量率は、４５質量％以上６５質量％以下であることがより好ましく、５０質量％以上６０質量％以下であることが一層好ましい。
【００１９】
本発明において、前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部が前記液化ガス燃料を噴出する方向を示す複数の噴射軸は、前記空洞部内において互いに交差し、前記空洞部の略錐形状の軸は、前記複数の噴射軸の交差点を通ることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、各噴出部から空洞部内に噴出された液化ガス燃料は、各噴射軸に沿って進み、噴射軸の交差点において互いに衝突する。
したがって、比較的簡単な構成で、液化ガス燃料の衝突を実現することができる。
また、空洞部は、軸が各噴射軸の交差点を通る略錐形状を有することから、空洞部内部の気圧は、略錐形状の奥部から開放部に向かって徐々に低下し、開放部において炉内圧となる。
したがって、噴出された液化ガス燃料が空洞部の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
なお、上述したように、空洞部が、液化ガス燃料の拡散状態を調整し、擬似的な不完全燃焼状態を形成することはもちろんである。
【００２１】
本発明において、前記複数の噴射軸は、６０度以上１２０度以下の角度で互いに交差することが好ましい。
このような構成によれば、各噴出部から噴射された液化ガス燃料は、６０度以上１２０度以下の角度で互いに衝突する。この角度で互いに衝突した液化ガス燃料は、衝突後、各噴出部を結ぶ線に沿う方向の速度が打ち消され、さらに、各噴出部を結ぶ線と直交する方向へ向かって減速されて噴出される。
【００２２】
ここで、各噴出部の噴射軸の交差角度が６０度より小さい場合、液化ガス燃料同士も６０度より小さい角度で衝突することになる。すると、衝突時において、各噴出部を結ぶ線と直交する方向の液化ガス燃料の速度が大きすぎるため、この方向の減速効果が得られない。
一方、各噴出部の噴射軸の交差角度が１２０度より大きい場合、液化ガス燃料同士も１２０度より大きい角度で衝突することになる。すると、衝突後に、各噴出部を結ぶ線に直交する方向の液化ガス燃料の速度が不十分で、液化ガス燃料が空洞部の内壁に衝突して霧化不良（液だれ）が発生しやすくなる。
これに対し、本発明のように、６０度以上１２０度以下の衝突角で液化ガス燃料同士を衝突させると、液化ガス燃料の速度を適切に減速させることができる。
したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
【００２３】
本発明において、前記空洞部の略錐形状は、前記空洞部の軸に対して１５度以上３０度以下の開き角を有することが好ましい。
ここで、開き角が１５度未満の場合、液化ガス燃料が空洞部の内側面に干渉して霧化不良が発生しやすくなる。一方、開き角が３０度を超える場合、液化ガス燃料の気化・膨張を緩やかに発生させることができない。
これに対し、開き角を１５度以上３０度以下に設定すると、衝突により散乱した液化ガス燃料が空洞部内面に干渉しにくくなる。また、空洞部内部の気圧を略錐状の奥部から開放部へ向けて徐々に低下させることができる。したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
また、開き角が１５度以上３０度以下であれば、液化ガス燃料の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００２４】
本発明において、前記噴出部は、断面略円形の孔部であり、前記孔部の個数Ｎと、前記孔部の孔径Ｄｎと、前記空洞部の軸方向の長さＬとは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
｛Ｌ２／（Ｄｎ２×Ｎ）｝≧１３０ …（１）
このような構成によれば、燃料噴霧チップは、孔部の個数Ｎ、孔部の孔径Ｄｎ、および、空洞部の軸に沿う長さをＬが、常に上式を成立させる寸法を有する。このように、孔部の個数Ｎおよび孔部の孔径Ｄｎで表される液化ガス燃料の噴射規模に対し、空洞部の長さＬを相対的に適切な寸法に設定することにより、空洞部が、液化ガス燃料の気化・膨張が緩やかに行われるための内部の気圧変化特性を達成することができる。従って、本発明の燃料噴霧チップは、より一層安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
また、このような構成によれば、液化ガス燃料の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００２５】
本発明において、前記燃料噴霧チップに噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給手段を備え、前記第２噴霧手段は、前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体とを混合し前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体との混合体を噴出する混合体噴出部と、前記混合体噴出部に前記噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給通路と、前記混合体噴出部に前記液化ガス燃料を供給する燃料供給通路と、を備えることが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、混合体噴出部において、噴霧媒体と液化ガス燃料とを混合し、霧化された液化ガス燃料を燃焼可能な状態で外部に噴出させることができる。
ここで、このような第２噴霧手段は、従来の燃料燃焼装置の燃料噴霧チップにも設けられていたものである。したがって、従来の燃料噴霧チップに第１噴霧手段を設けることで簡易に本発明の燃料噴霧チップを得ることができる。
【００２７】
本発明において、前記第２噴霧手段の前記混合体噴出部は、前記第１噴霧手段の前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、前記空洞部を取り囲んでいることが好ましい。
【００２８】
このような構成によれば、第１噴霧手段により噴霧された液化ガス燃料を取り囲むように、第２噴霧手段から液化ガス燃料が噴霧される。
したがって、第１噴霧手段または第２噴霧手段から噴霧された液化燃料ガスを燃焼させれば、第１噴霧手段および第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を、同時に燃焼させ、一つの火炎を形成することができる。
また、混合体噴出部が、空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に設けられるので、火炎の位置によって輝度や燃焼排ガス中のＣＯ濃度が異なることがなく、従来の燃料燃焼装置と同様の操作性を確保することができる。
【００２９】
本発明において、前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部は、前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部のいずれかと前記第２噴霧手段の前記複数の混合体噴出部のいずれかとは、前記空洞部の軸を含む一つの平面上の前記空洞部の軸に対して同じ側に位置することがないことが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、噴出部と混合体噴出部とが過度に近接することがなく、燃焼不良の発生を防止することができる。
噴出部と混合体噴出部とが近接して設けられた場合、液化ガス燃料の燃焼時に、噴出部から噴出された液化ガス燃料の流れと、混合体噴出部から噴出された液化ガス燃料の流れと、が干渉し、燃焼不良が発生する。
噴出部と混合体噴出部とが、空洞部の軸に対して均等に設けられ、軸を含む一つの平面上の同じ側に位置しなければ、噴出部と混合体噴出部との間に距離がとられるので、液化ガス燃料の流れの干渉、および、燃焼不良の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
［燃料燃焼装置の構成］
図１は、本実施形態の燃料燃焼装置１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、燃料燃焼装置１は、燃料噴霧チップ２を備えたバーナ３と、バーナ３に液化ガス燃料４を供給する燃料供給手段５と、バーナ３に噴霧媒体６を供給する噴霧媒体供給手段７と、を備える。
【００３３】
燃料供給手段５は、液化ガス燃料４であるＤＭＥを貯蔵する燃料貯蔵タンク５１と、バーナ３と燃料貯蔵タンク５１とを結ぶ配管５２と、配管５２に設けられ液化ガス燃料４の加圧を実施する加圧ポンプ５３と、配管５２のバーナ３と加圧ポンプ５３との間の部分に設けられ液化ガス燃料４の流量を調整する流量調整弁５４と、を備える。
噴霧媒体供給手段７は、噴霧媒体６である圧縮空気を貯蔵する噴霧媒体貯蔵タンク７１と、バーナ３と噴霧媒体貯蔵タンク７１とを結ぶ配管７２と、配管７２に設けられ噴霧媒体６の流量を調整する流量調整弁７３と、を備える。
【００３４】
［バーナの構成］
図２に、バーナ３の部分断面図を示す。以下の説明においては、図２の右側を先端側、左側を後端側とする。
図２に示すように、バーナ３は、バーナ本体３１と、バーナ本体３１の後端側に取り付けられるハンドル部３２と、バーナ本体３１の先端側に取り付けられる噴霧燃焼部３３とを備える。
【００３５】
バーナ本体３１は、ガンボディー３１１と、ガンボディー３１１の先端側の側面（図２では右下）に設けられた燃料供給孔３１２と、ガンボディー３１１の後端側の側面（図２では左上）に設けられた噴霧媒体供給孔３１３とを備える。
燃料供給孔３１２には管５５が螺合され、この管５５にはユニオン５６によって、燃料供給手段５の配管５２が連結されている。
また、噴霧媒体供給孔３１３には管７４が螺合され、この管７４にはユニオン７５によって、噴霧媒体供給手段７の配管７２が連結されている。
【００３６】
ガンボディー３１１の内部には、燃料供給孔３１２が設けられた部分よりも後端側、かつ、噴霧媒体供給孔３１３が設けられた部分よりも先端側、つまり、両供給孔３１２，３１３の中間の位置に略円筒形状のスリーブ３１４が設けられている。スリーブ３１４は、先端側の側面がガンボディー３１１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減少するテーパ部３１４Ａを備える。なお、スリーブ３１４の内径は一定で、スリーブ３１４の中心軸に沿って円形孔３１４Ｂが形成されている。
【００３７】
テーパ部３１４Ａの外壁と、ガンボディー３１１の内壁との間にはパッキン３１５が設けられる。パッキン３１５は、スリーブ３１４の外壁に螺合されるパッキン押さえ３１６を通じて先端側に付勢され、スリーブ３１４の外壁とガンボディー３１１の内壁との間の隙間を密封する。
【００３８】
ハンドル部３２は、パッキン３２１を介してガンボディー３１１に螺合されるプラグ３２２と、プラグ３２２に嵌合される略円柱形状のハンドルピン３２３と、一端がハンドルピン３２３の後端部３２３Ａに、他端がプラグ３２２に取り付けられる線状の金属からなり、ハンドルピン３２３の周囲に螺旋状に形成されるハンドル３２４と、を備える。
このハンドル３２４を把持して操作することにより、バーナ３の位置や方向を変えることができる。
【００３９】
噴霧燃焼部３３は、ガンボディー３１１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３３１と、スリーブ３１４の円形孔３１４Ｂに挿入・溶着されアウターノズル３３１と同軸の長尺円筒形状であるインナーノズル３３２と、アウターノズル３３１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３３３と、インナーノズル３３２の先端部およびノズルボディー３３３の先端部に密着して当接される燃料噴霧チップ２と、ノズルボディー３３３先端の外壁と螺合され、その締付力によって燃料噴霧チップ２をインナーノズル３３２およびノズルボディー３３３に付勢させるキャップ３３４とを備える。
アウターノズル３３１の内壁とインナーノズル３３２の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３３５が形成され、この空隙３３５と連続して、ノズルボディー３３３の内壁とインナーノズル３３２の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３３６が形成されている。インナーノズル３３２は、円筒形状であるから、その中心軸に沿って円形孔３３２Ａが形成されている。
【００４０】
［燃料噴霧チップの構成］
図３に、図２の先端側からみた燃料噴霧チップ２を示す図を、図４に、図３のIV−IV断面図を、図５に、図３のV−V断面図を示す。
図３、図４および図５に示すように、燃料噴霧チップ２は、略円柱形状の部材であり、液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２と、噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する調整手段２３と、を備える。
調整手段２３は、第１噴霧手段２１から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する第１調整手段２３１と、第２噴霧手段２２から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する第２調整手段２３２と、を備える。
【００４１】
（１）第１噴霧手段の構成
図３および４に示すように、第１噴霧手段２１は、液化ガス燃料４を噴出する複数の噴出部２１１と、複数の噴出部２１１と連通され液化ガス燃料４の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部２１２と、噴出部２１１に液化ガス燃料４を供給する燃料供給通路２１３と、を備える。
【００４２】
噴出部２１１は、空洞部２１２内の後端側に設けられた断面略円形の孔部２１１Ａである。噴出部２１１は、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心とする円周上の略均等の位置に４つ設けられている。すなわち、噴出部２１１は、軸２１２Ａを中心とし、９０度おきに一つずつ設けられている。
空洞部２１２は、燃料噴霧チップ２の先端側の略中心部に設けられ、後端側ほど径の小さい略円錐台形状の外形を有する。この空洞部２１２の略円錐台形状の軸に対する開き角Ｘは、１５度以上３０度以下である。
【００４３】
燃料供給通路２１３は、燃料噴霧チップ２の側面寄りに、燃料噴霧チップ２の軸と略平行に設けられた略円柱状の孔部である。
燃料供給通路２１３の後端側の端部は、ノズルボディー３３３の空隙３３６と連通されており、燃料供給通路２１３の先端側の端部は、噴出部２１１（孔部２１１Ａ）と連通されている。孔部２１１Ａは、液化ガス燃料４の供給量を制御するため、燃料供給通路２１３よりも細く形成されている。すなわち、孔部２１１Ａは、第１調整手段２３１としても機能する。
【００４４】
図４に示すように、複数（４つ）の噴出部２１１が液化ガス燃料４を噴出する方向を示す複数（４つ）の噴射軸２１１Ｂは、空洞部２１２内において互いに交差し、空洞部２１２の略円錐台形状の軸２１２Ａは、複数の噴射軸２１１Ｂの交差点２１１Ｃを通る。
ここで、複数の噴射軸２１１Ｂのなす角Ｙは、６０度以上１２０度以下である。
また、噴出部２１１の個数Ｎ（本実施形態では４）と、噴出部２１１の孔径Ｄｎと、空洞部２１２の軸２１２Ａ方向の長さＬとは、以下の式（１）を満たす。
｛Ｌ２／（Ｄｎ２×Ｎ）｝≧１３０ …（１）
【００４５】
（２）第２噴霧手段の構成
図３および５に示すように、第２噴霧手段２２は、液化ガス燃料４と噴霧媒体６とを混合し液化ガス燃料４と噴霧媒体６との混合体を噴出する混合体噴出部２２１と、混合体噴出部２２１に噴霧媒体６を供給する噴霧媒体供給通路２２２と、混合体噴出部２２１に液化ガス燃料４を供給する燃料供給通路２２３と、を備える。
【００４６】
混合体噴出部２２１は、第１噴霧手段２１の空洞部２１２の軸２１２Ａを中心とする円周上の略均等の位置に４つ設けられ、空洞部２１２を取り囲んでいる。すなわち、混合体噴出部２２１は、軸２１２Ａを中心とし、９０度おきに一つずつ設けられている。
噴霧媒体供給通路２２２は、燃料噴霧チップ２の中心部に燃料噴霧チップ２の軸と平行に設けられた略円柱状の孔部である。
噴霧媒体供給通路２２２の後端側の端部は、インナーノズル３３２の円形孔３３２Ａと連通され、噴霧媒体供給通路２２２の先端側の端部は、混合体噴出部２２１と連通している。
【００４７】
燃料供給通路２２３は、略円柱状の孔部２２３Ａと、孔部２２３Ａよりも径の細い孔部２２３Ｂと、を有する。
孔部２２３Ａは、燃料噴霧チップ２の側面寄りに、燃料噴霧チップ２の軸と略平行に設けられている。孔部２２３Ｂは、この孔部２２３Ａの先端側の端部と混合体噴出部２２１の側面とに開口を有し、孔部２２３Ａと混合体噴出部２２１とを連通させる。
孔部２２３Ａの先端側の端部は、孔部２２３Ａよりも細い孔部２２３Ｂに連通している。この孔部２２３Ｂは、噴霧媒体６の供給量を制御し、第２調整手段２３２として機能する。
【００４８】
図３に示すように、燃料供給通路２１３と燃料供給通路２２３とは、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心として、４５度おきに、互いに交互に設けられている。
このため、噴出部２１１と混合体噴出部２２１ともまた、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心として、４５度おきに、互いに交互に設けられている。
したがって、第１噴霧手段２１の複数の噴出部２１１のいずれかと第２噴霧手段２２の複数の混合体噴出部２２１のいずれかとは、空洞部２１２の軸２１２Ａを含む一つの平面上の空洞部２１２の軸２１２Ａに対して同じ側に位置することがない。
【００４９】
［燃料燃焼装置の動作］
以上の構成からなる本発明の燃料燃焼装置１の動作の一例を、図１ないし図５を用いて説明する。
【００５０】
図１に示すように、燃料燃焼装置１にあっては、燃料貯蔵タンク５１から液化ガス燃料４であるＤＭＥが、配管５２Ａを介して、加圧ポンプ５３に送り出される。加圧ポンプ５３により加圧された液化ガス燃料４は、配管５２Ｂを介してバーナ３の燃料供給孔３１２に導入される。
バーナ３への液化ガス燃料４の流量は、流量調整弁５４により調整される。
一方、噴霧媒体６である空気は、空気を貯蔵した噴霧媒体貯蔵タンク７１から、配管７２を介して、バーナ３の噴霧媒体供給孔３１３に導入される。
バーナ３への噴霧媒体６の流量は、流量調整弁７３により調整される。
【００５１】
図２に示すように、バーナ３において、燃料供給孔３１２から導入された液化ガス燃料４は、ガンボディ３１１の内部に流入される。その後、液化ガス燃料４は、噴霧燃焼部３３の空隙３３５及び空隙３３６を通過して、燃料噴霧チップ２の燃料供給通路２１３および燃料供給通路２２３に流入される。
一方、噴霧媒体６である空気は、噴霧媒体供給孔３１３を通じてガンボディ３１１内に流入される。その後、スリーブ３１４の円形孔３１４Ｂ、インナーノズル３３２の円形孔３３２Ａを順次通過して、燃料噴霧チップ２の噴霧媒体供給通路２２２に流入される。
【００５２】
図４に示すように、燃料噴霧チップ２においては、燃料供給通路２１３より流入された液化ガス燃料４は、噴出部２１１を介して空洞部２１２内に噴出される。
噴出部２１１から空洞部２１２内に噴出された液化ガス燃料４は、各噴射軸２１１Ｂに沿って進み、噴射軸２１１Ｂの交差点２１１Ｃにおいて互いに衝突する。液化ガス燃料４の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあうので、衝突後の液化ガス燃料４の速度は減速される。
空洞部２１２の略円錐台形状の奥部で噴射、衝突された液化ガス燃料４は、その後、空洞部２１２の開放部に向かうにつれて緩やかに減圧されるとともに、拡散状態が調整され、外部に噴霧される。
【００５３】
図５に示すように、燃料噴霧チップ２においては、噴霧媒体供給通路２２２より流入された噴霧媒体６は、混合体噴出部２２１に噴出される。
また、燃料供給通路２２３より流入された液化ガス燃料４は、孔部２２３Ａおよび孔部２２３Ｂを通過して混合体噴出部２２１の側面に噴出される。ここで、混合体噴出部２２１にて噴霧媒体６と混合され、噴霧媒体６とともに外部に噴霧される。
【００５４】
このようにして燃料噴霧チップ２の噴出部２１１および混合体噴出部２２１から噴霧された液化ガス燃料に着火することで、液化ガス燃料の燃焼を開始させる。
第１噴霧手段２１の噴出部２１１および第２噴霧手段２２の混合体噴出部２２１から噴霧された液化ガス燃料４は、同時に燃焼されて一つの火炎を形成する。
【００５５】
このとき、第１調整手段２３１である孔部２１１Ａの径を調整することにより、第１噴霧手段２１から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する。同様に、第２調整手段２３２である孔部２２３Ｂの径を調整することにより、第２噴霧手段２２から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する。
なお、第１噴霧手段２１から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量は、第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量合計に対し４０質量％以上７０質量％以下となるように調整することが好ましい。
【００５６】
［実施形態の効果］
前記した実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
【００５７】
第１噴霧手段２１において、噴出部２１１から噴出された液化ガス燃料４は、減圧沸騰により噴霧状態で噴射され、空洞部内２１２において互いに衝突する。液化ガス燃料４の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあうので、衝突後の液化ガス燃料の速度は減速される。この噴射速度の低下により、安定的な燃焼を得ることができる。
【００５８】
また、第１噴霧手段２１においては、空洞部２１２によって拡散状態が調整された液化ガス燃料を燃焼させるので、擬似的な不完全燃焼状態が形成され、火炎の輝度向上を図ることができる。
空洞部２１２の略円錐台形状の奥部で噴射された液化ガス燃料４は、開放部に向かうにつれて緩やかに減圧されるので、液化ガス燃料４の減圧沸騰による気化・膨張を緩やかに発生させることができる。したがって、噴出された液化ガス燃料４が空洞部２１２の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
【００５９】
第２噴霧手段２２においては、空洞部２１２を介すことなく液化ガス燃料４を噴霧するので、燃焼空気との良好な混合が得られ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
【００６０】
すなわち、第１噴霧手段２１から噴霧された液化ガス燃料４を燃焼させる場合、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高めになるものの、火炎の輝度および燃焼安定性には優れる。第２噴霧手段２２から噴霧された液化ガス燃料４を燃焼させる場合、火炎の輝度および燃焼安定性が不足するおそれがあるが、第１噴霧手段２１による燃焼によって発生したＣＯを燃焼させる効果によって、火炎全体としてのＣＯ濃度を低く抑えることができる。
本発明の燃料燃焼装置１は、このような第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴霧された液化ガス燃料４を、同時に燃焼させて一つの火炎を形成するので、第１噴霧手段２１と第２噴霧手段２２とのいずれか一つを用いる場合（つまり、特許文献１に記載のような従来の燃料燃焼装置や、特許文献２に記載の燃料燃焼装置に液化ガス燃料同士を衝突させる機構を追加した燃料燃焼装置など）に比べて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えつつ、火炎の輝度および燃焼安定性を向上することができる。
【００６１】
第１噴霧手段２１による燃焼量および第２噴霧手段２２による燃焼量を、第１調整手段２３１および第２調整手段２３２によって、それぞれ別個に調整できるので、第１噴霧手段２１による燃焼量と第２噴霧手段２２による燃焼量との比率を任意に設定することができ、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料４を燃焼させることができる。
【００６２】
複数の噴出部２１１が液化ガス燃料４を噴出する方向を示す複数の噴射軸２１１Ｂを、空洞部２１２内において互いに交差させるだけの比較的簡単な構成により、液化ガス燃料４の衝突を実現することができる。
空洞部２１２は、軸２１２Ａが各噴射軸２１１Ｂの交差点を通る略円錐台形状を有することから、空洞部２１２内部の気圧は、略円錐台形状の奥部から開放部に向かって徐々に低下し、開放部において炉内圧となる。
したがって、噴出された液化ガス燃料４が空洞部２１２の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
【００６３】
第１噴霧手段２１が、６０度以上１２０度以下の衝突角で液化ガス燃料４同士を衝突させるので、液化ガス燃料４の速度を適切に減速させることができる。したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料４の優れた燃焼安定性を実現できる。
【００６４】
空洞部２１２の軸に対する開き角が１５度以上３０度以下なので、衝突により散乱した液化ガス燃料４が空洞部２１２内面に干渉しにくくなり、また、空洞部２１２内部の気圧を略円錐台形状の奥部から開放部へ向けて徐々に低下させることができる。したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。また、液化ガス燃料の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００６５】
孔部２１１Ａの個数Ｎと、孔部２１１Ａの孔径Ｄｎと、空洞部２１２の軸２１２Ａ方向の長さＬとが、上述した式（１）を満たすので、空洞部２１２が、液化ガス燃料４の気化・膨張が緩やかに行われるための内部の気圧変化特性を達成することができる。したがって、本発明の燃料噴霧チップ２は、より一層安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料４の優れた燃焼安定性を実現できる。また、液化ガス燃料４の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００６６】
第２噴霧手段２２において、液化ガス燃料４が噴霧媒体６とともに噴霧されるので、不完全燃焼を防ぐことができ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
【００６７】
第２噴霧手段２２の混合体噴出部２２１において、噴霧媒体６と液化ガス燃料４とを混合し、霧化された液化ガス燃料４を燃焼可能な状態で外部に噴出させることができる。ここで、このような第２噴霧手段２２は、従来の燃料燃焼装置１の燃料噴霧チップ２にも設けられていたものである。したがって、従来の燃料噴霧チップ２を第１噴霧手段２１と第２噴霧手段２２の両方を組み込んだ燃料噴霧チップ２に取り替えることで簡易に本発明の燃料燃焼装置１を得ることができる。
【００６８】
第１噴霧手段２１により噴霧された液化ガス燃料４を取り囲むように、第２噴霧手段２２から液化ガス燃料４が噴霧されるので、第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴霧された液化ガス燃料４を、同時に燃焼させ、一つの火炎を形成することができる。
また、混合体噴出部２２１が、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心とする円周上の略均等の位置に設けられるので、火炎の位置によって輝度や燃焼排ガス中のＣＯ濃度が異なることがなく、従来の燃料燃焼装置１と同様の操作性を確保することができる。
【００６９】
第１噴霧手段２１の複数の噴出部２１１のいずれかと第２噴霧手段２２の複数の混合体噴出部２２１のいずれかとは、空洞部２１２の軸２１２Ａを含む一つの平面上の空洞部２１２の軸２１２Ａに対して同じ側に位置することがないので、噴出部２１１と混合体噴出部２２１との間に距離がとられ、液化ガス燃料４の流れの干渉、および、燃焼不良の発生を防止することができる。
【００７０】
［変形例］
なお、本発明は、上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、改良などは、本発明に含まれるものである。
【００７１】
本発明において、液化ガス燃料をＤＭＥとしたが、これに限定されない。
例えば、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などを用いてもよい。
この場合でも、上述の実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００７２】
本発明において、噴霧媒体６を空気としたが、これに限定されない。
例えば、噴霧媒体６は、蒸気あるいは可燃ガスであってもよい。
この場合でも、混合体噴出部２２１において、液化ガス燃料４を霧化し、燃焼可能な状態で外部に噴出させることができる。
【００７３】
本実施形態において、燃料噴霧チップ２が、第１調整手段２３１および第２調整手段２３２を備える構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、バーナ本体３１および噴霧燃焼部３３が、燃料供給路２１３および燃料供給路２２３のそれぞれに液化ガス燃料４を供給する二つの配管と、この二つの配管内の液化ガス燃料４の流量をそれぞれ調整する二つの弁と、を備える構成としてもよい。
この場合でも、二つの弁が、第１調整手段２３１および第２調整手段２３２として作用するので、第１噴霧手段２１による燃焼量と第２噴霧手段２２による燃焼量との比率を任意に設定することができ、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料４を燃焼させることができる。
【００７４】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【実施例１】
【００７５】
実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制限されるものではない。
【００７６】
上述の実施形態の燃料燃焼装置１を用い、噴霧媒体６を空気として、液化ガス燃料４であるＤＭＥを燃焼させた。
この時、調整手段２３により、第１噴霧手段２１による燃焼量が第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２による燃焼量合計に占める割合（燃焼量率）を変化させ、各燃焼量率における燃焼排ガス中のＣＯ濃度、燃焼排ガスの温度、輝炎発生の有無を評価した。
第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２による燃焼量合計は、２８０ｋｇ／ｈとした。これは、燃料燃焼装置１の最大燃焼量の約５０％に相当する。
燃焼供給圧は、０．５ＭＰａＧ以上１．４ＭＰａＧ以下である。
噴出部２１１の孔部２１１Ａの孔径Ｄｎ、および、混合体噴出部２２１の孔径は、０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下である。
評価の結果を表１に、評価の基準を表２に示す。なお、輝炎発生の有無については火炎の色を目視で確認し、青いものを×、やや青いものを△、やや赤いものを○、赤いものを◎として比較評価した。
【００７７】
【表１】
【００７８】
【表２】
【００７９】
表１から、燃焼量率３５％、５０％、６５％が、火炎の輝度と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件となっていることがわかる。
これに対し、燃焼量率７５％、１００％では、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高い。また、燃焼量率０％、２５％では、火炎の輝度が低下する。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、液化ガス燃料を噴射、燃焼させるバーナなどの燃料燃焼装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料燃焼装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料燃焼装置のバーナの部分断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料噴霧チップを先端側から見た図。
【図４】図３のIV−IV断面図。
【図５】図３のV−V断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１ 燃料燃焼装置
２ 燃料噴霧チップ
３ バーナ
４ 液化ガス燃料
５ 燃料供給手段
６ 噴霧媒体
７ 噴霧媒体供給手段
２１ 第１噴霧手段
２２ 第２噴霧手段
２３ 調整手段
２１１ 噴出部
２１１Ｂ 噴射軸
２１１Ｃ 交差点
２１２ 空洞部
２１２Ａ 軸
２２２ 噴霧媒体供給通路
２２３ 燃料供給通路
２３１ 第１調整手段
２３２ 第２調整手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料燃焼装置に関する。詳しくは、液化ガス燃料を噴射、燃焼させるバーナなどの燃料燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油などの液体燃料と、蒸気、空気など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させるバーナなどの燃料燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１）。
これによれば、液体燃料が霧状に微細化され、燃焼空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。
このような燃料燃焼装置は、例えば、ボイラや加熱炉などに組み込まれ、生産工程で使われる蒸気や暖房・給湯用の蒸気を作り出す熱源機器として利用される。ボイラや加熱炉などは、例えば、バーナなどの燃料燃焼装置による燃焼で発生される熱を利用して水を蒸発させ、蒸気を作り出している。
【０００３】
ところで、従来、燃料燃焼装置に用いられる燃料は重油が主であったが、最近では、排気ガスのクリーン化の観点からガス燃料に転換しつつある。輸送、貯蔵を容易にする目的で、ガス燃料を加圧し、液状化した液化ガス燃料としては、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）やジメチルエーテル（ＤＭＥ：Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｔｈｅｒ）などが挙げられる。例えば、ＤＭＥは、液化しやすいなどのハンドリング性も備えているため、今後、ボイラおよび加熱炉の主要燃料となることが予想される。
【０００４】
しかし、このような液化ガス燃料は、重油など従来の液体燃料と比較して火炎の輝度が低い。このため、特許文献１のような従来の燃料燃焼装置を用いて、液化ガス燃料を燃焼させた場合、燃焼空気の量を極端に絞った運転を実施しても重油のような橙色輝炎は発されず、青色の不輝炎を呈する。
このような燃料燃焼装置を、例えば、ボイラに適用した場合、ボイラの火炉における輻射伝熱量が低下するので、ボイラの設計仕様によっては能力が低下する。その結果、ボイラの負荷を、（例えば、６０％程度に）低下させなければならず、ボイラの能力に余裕がない場合には、液化ガス燃料への転換が困難となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、このような課題を解決するため、例えば、特許文献２には、バーナチップの燃料の吐出孔側に、吐出孔と連通され、燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部が形成された筒状部材を配設したバーナが開示されている。
特許文献２に記載のバーナにおいて、吐出孔から吐出された燃料は、略円錐台形状の空洞部を介して拡散状態が調整され、擬似的な不完全燃焼状態を形成させて噴霧、燃焼されるので、火炎の輝度向上を図ることができる。
しかしながら、一般に、液化ガス燃料は圧力が高く、液化ガス燃料の噴射速度は、重油などの噴射速度よりも速い。このため、液化ガス燃料が十分に空気へ巻き込まれず、バーナの噴射孔付近で形成される火炎が不安定となり、安定的な燃焼が望めない場合があった。
【０００６】
このような課題を解決するため、例えば、複数箇所から噴霧させた液化ガス燃料同士を衝突させる方法が考えられる。
このような方法によれば、噴霧された液化ガス燃料の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあうので、衝突後の液化ガス燃料の速度が低下する。噴射速度の低下により、安定的な燃焼を得ることができる。また、液化ガス燃料同士を衝突させることにより、液化ガス燃料の粒子は散乱され、周囲の空気を巻き込みやすくなる。したがって、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５７１７０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２に記載のバーナや、特許文献２に記載のバーナに液化ガス燃料同士を衝突させる機構を追加したバーナにおいては、擬似的な不完全燃焼状態が発生するため、燃焼排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度が増加するおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述のような問題などを解決し、火炎の輝度が高く、燃焼安定性に優れ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度の低い燃料燃焼装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料燃焼装置は、液化ガス燃料を燃焼させる燃料燃焼装置であって、前記液化ガス燃料を噴霧する燃料噴霧チップと、前記燃料噴霧チップに前記液化ガス燃料を供給する燃料供給手段と、を備え、前記燃料噴霧チップは、前記液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段および第２噴霧手段を備え、前記第１噴霧手段は、前記液化ガス燃料を噴出する複数の噴出部と、前記複数の噴出部と連通され前記液化ガス燃料の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部と、を有し、前記複数の噴出部は、前記空洞部に設けられ、前記複数の噴出部から噴出された前記液化ガス燃料は、前記空洞部内において互いに衝突された後、前記空洞部を介して外部に噴霧され、前記第２噴霧手段は、前記空洞部を介すことなく前記液化ガス燃料を噴霧し、前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧された前記液化ガス燃料は、同時に燃焼されて一つの火炎を形成することを特徴とする。
【００１１】
第１噴霧手段は、空洞部に設けられた複数の噴出部から液化ガス燃料を噴出する。このとき、液化ガス燃料は、減圧沸騰により噴霧状態で噴射され、噴射された液化ガス燃料同士は、空洞部内において互いに衝突される。
霧化した液化ガス燃料の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあい、略錘形状の空洞部で拡散するので、衝突後の液化ガス燃料の速度は減速される。この噴射速度の低下により、安定的な燃焼を得ることができる。また、液化ガス燃料同士を衝突させることにより、液化ガス燃料の粒子は散乱され、周囲の空気を巻き込みやすくなる。したがって、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
【００１２】
ここで、第１噴霧手段の噴出部から噴出された液化ガス燃料は、略錐形状の空洞部を介して外部に噴霧され、液化ガス燃料の拡散状態が調整される。
拡散状態が調整された液化ガス燃料を燃焼させれば、擬似的な不完全燃焼状態が形成されるので、火炎の輝度向上を図ることができる。
また、空洞部の略錐形状の奥部で噴射された液化ガス燃料は、開放部に向かうにつれて緩やかに減圧されるので、液化ガス燃料の減圧沸騰による気化・膨張を緩やかに発生させることができる。したがって、噴出された液化ガス燃料が空洞部の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
【００１３】
一方、第２噴霧手段は、空洞部を介すことなく液化ガス燃料を噴霧する。
したがって、第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を燃焼させた場合、火炎に十分な空気が供給され、不完全燃焼状態が形成される可能性が低いので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
【００１４】
すなわち、第１噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を燃焼させる場合、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高めになるものの、火炎の輝度および燃焼安定性には優れる。第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を燃焼させる場合、火炎の輝度および燃焼安定性が不足するおそれがあるが、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
本発明の燃料燃焼装置は、このような第１噴霧手段および第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を、同時に燃焼させて一つの火炎を形成するので、第１噴霧手段と第２噴霧手段とのいずれか一つを用いる場合（つまり、従来の燃料燃焼装置や特許文献２に記載の燃料燃焼装置に液化ガス燃料同士を衝突させる機構を追加した燃料燃焼装置など）に比べて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えつつ、火炎の輝度および燃焼安定性を向上することができる。
【００１５】
本発明において、前記燃料燃焼装置は、前記燃料噴霧チップから噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する調整手段を備え、前記調整手段は、前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第１調整手段と、前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第２調整手段と、を備えることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、第１噴霧手段による燃焼量および第２噴霧手段による燃焼量が、第１調整手段および第２調整手段によって、それぞれ別個に調整される。
したがって、第１噴霧手段による燃焼量と第２噴霧手段による燃焼量との比率を任意に設定することができ、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料を燃焼させることができる。
【００１７】
本発明において、前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量は、前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量合計に対し４０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料を燃焼させることができる。
ここで、第１噴霧手段による燃焼量が第１噴霧手段および第２噴霧手段による燃焼量合計に占める割合（以下、燃焼量率と略記する。）が、４０質量％未満であると、火炎の輝度および燃焼安定性が低下するので好ましくない。燃焼量率が、７０質量％を超えると、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が上昇するので好ましくない。
なお、燃焼量率は、４５質量％以上６５質量％以下であることがより好ましく、５０質量％以上６０質量％以下であることが一層好ましい。
【００１９】
本発明において、前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部が前記液化ガス燃料を噴出する方向を示す複数の噴射軸は、前記空洞部内において互いに交差し、前記空洞部の略錐形状の軸は、前記複数の噴射軸の交差点を通ることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、各噴出部から空洞部内に噴出された液化ガス燃料は、各噴射軸に沿って進み、噴射軸の交差点において互いに衝突する。
したがって、比較的簡単な構成で、液化ガス燃料の衝突を実現することができる。
また、空洞部は、軸が各噴射軸の交差点を通る略錐形状を有することから、空洞部内部の気圧は、略錐形状の奥部から開放部に向かって徐々に低下し、開放部において炉内圧となる。
したがって、噴出された液化ガス燃料が空洞部の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
なお、上述したように、空洞部が、液化ガス燃料の拡散状態を調整し、擬似的な不完全燃焼状態を形成することはもちろんである。
【００２１】
本発明において、前記複数の噴射軸は、６０度以上１２０度以下の角度で互いに交差することが好ましい。
このような構成によれば、各噴出部から噴射された液化ガス燃料は、６０度以上１２０度以下の角度で互いに衝突する。この角度で互いに衝突した液化ガス燃料は、衝突後、各噴出部を結ぶ線に沿う方向の速度が打ち消され、さらに、各噴出部を結ぶ線と直交する方向へ向かって減速されて噴出される。
【００２２】
ここで、各噴出部の噴射軸の交差角度が６０度より小さい場合、液化ガス燃料同士も６０度より小さい角度で衝突することになる。すると、衝突時において、各噴出部を結ぶ線と直交する方向の液化ガス燃料の速度が大きすぎるため、この方向の減速効果が得られない。
一方、各噴出部の噴射軸の交差角度が１２０度より大きい場合、液化ガス燃料同士も１２０度より大きい角度で衝突することになる。すると、衝突後に、各噴出部を結ぶ線に直交する方向の液化ガス燃料の速度が不十分で、液化ガス燃料が空洞部の内壁に衝突して霧化不良（液だれ）が発生しやすくなる。
これに対し、本発明のように、６０度以上１２０度以下の衝突角で液化ガス燃料同士を衝突させると、液化ガス燃料の速度を適切に減速させることができる。
したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
【００２３】
本発明において、前記空洞部の略錐形状は、前記空洞部の軸に対して１５度以上３０度以下の開き角を有することが好ましい。
ここで、開き角が１５度未満の場合、液化ガス燃料が空洞部の内側面に干渉して霧化不良が発生しやすくなる。一方、開き角が３０度を超える場合、液化ガス燃料の気化・膨張を緩やかに発生させることができない。
これに対し、開き角を１５度以上３０度以下に設定すると、衝突により散乱した液化ガス燃料が空洞部内面に干渉しにくくなる。また、空洞部内部の気圧を略錐状の奥部から開放部へ向けて徐々に低下させることができる。したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
また、開き角が１５度以上３０度以下であれば、液化ガス燃料の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００２４】
本発明において、前記噴出部は、断面略円形の孔部であり、前記孔部の個数Ｎと、前記孔部の孔径Ｄｎと、前記空洞部の軸方向の長さＬとは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
｛Ｌ２／（Ｄｎ２×Ｎ）｝≧１３０ …（１）
このような構成によれば、燃料噴霧チップは、孔部の個数Ｎ、孔部の孔径Ｄｎ、および、空洞部の軸に沿う長さをＬが、常に上式を成立させる寸法を有する。このように、孔部の個数Ｎおよび孔部の孔径Ｄｎで表される液化ガス燃料の噴射規模に対し、空洞部の長さＬを相対的に適切な寸法に設定することにより、空洞部が、液化ガス燃料の気化・膨張が緩やかに行われるための内部の気圧変化特性を達成することができる。従って、本発明の燃料噴霧チップは、より一層安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。
また、このような構成によれば、液化ガス燃料の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００２５】
本発明において、前記燃料噴霧チップに噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給手段を備え、前記第２噴霧手段は、前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体とを混合し前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体との混合体を噴出する混合体噴出部と、前記混合体噴出部に前記噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給通路と、前記混合体噴出部に前記液化ガス燃料を供給する燃料供給通路と、を備えることが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、混合体噴出部において、噴霧媒体と液化ガス燃料とを混合し、霧化された液化ガス燃料を燃焼可能な状態で外部に噴出させることができる。
ここで、このような第２噴霧手段は、従来の燃料燃焼装置の燃料噴霧チップにも設けられていたものである。したがって、従来の燃料噴霧チップに第１噴霧手段を設けることで簡易に本発明の燃料噴霧チップを得ることができる。
【００２７】
本発明において、前記第２噴霧手段の前記混合体噴出部は、前記第１噴霧手段の前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、前記空洞部を取り囲んでいることが好ましい。
【００２８】
このような構成によれば、第１噴霧手段により噴霧された液化ガス燃料を取り囲むように、第２噴霧手段から液化ガス燃料が噴霧される。
したがって、第１噴霧手段または第２噴霧手段から噴霧された液化燃料ガスを燃焼させれば、第１噴霧手段および第２噴霧手段から噴霧された液化ガス燃料を、同時に燃焼させ、一つの火炎を形成することができる。
また、混合体噴出部が、空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に設けられるので、火炎の位置によって輝度や燃焼排ガス中のＣＯ濃度が異なることがなく、従来の燃料燃焼装置と同様の操作性を確保することができる。
【００２９】
本発明において、前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部は、前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部のいずれかと前記第２噴霧手段の前記複数の混合体噴出部のいずれかとは、前記空洞部の軸を含む一つの平面上の前記空洞部の軸に対して同じ側に位置することがないことが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、噴出部と混合体噴出部とが過度に近接することがなく、燃焼不良の発生を防止することができる。
噴出部と混合体噴出部とが近接して設けられた場合、液化ガス燃料の燃焼時に、噴出部から噴出された液化ガス燃料の流れと、混合体噴出部から噴出された液化ガス燃料の流れと、が干渉し、燃焼不良が発生する。
噴出部と混合体噴出部とが、空洞部の軸に対して均等に設けられ、軸を含む一つの平面上の同じ側に位置しなければ、噴出部と混合体噴出部との間に距離がとられるので、液化ガス燃料の流れの干渉、および、燃焼不良の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
［燃料燃焼装置の構成］
図１は、本実施形態の燃料燃焼装置１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、燃料燃焼装置１は、燃料噴霧チップ２を備えたバーナ３と、バーナ３に液化ガス燃料４を供給する燃料供給手段５と、バーナ３に噴霧媒体６を供給する噴霧媒体供給手段７と、を備える。
【００３３】
燃料供給手段５は、液化ガス燃料４であるＤＭＥを貯蔵する燃料貯蔵タンク５１と、バーナ３と燃料貯蔵タンク５１とを結ぶ配管５２と、配管５２に設けられ液化ガス燃料４の加圧を実施する加圧ポンプ５３と、配管５２のバーナ３と加圧ポンプ５３との間の部分に設けられ液化ガス燃料４の流量を調整する流量調整弁５４と、を備える。
噴霧媒体供給手段７は、噴霧媒体６である圧縮空気を貯蔵する噴霧媒体貯蔵タンク７１と、バーナ３と噴霧媒体貯蔵タンク７１とを結ぶ配管７２と、配管７２に設けられ噴霧媒体６の流量を調整する流量調整弁７３と、を備える。
【００３４】
［バーナの構成］
図２に、バーナ３の部分断面図を示す。以下の説明においては、図２の右側を先端側、左側を後端側とする。
図２に示すように、バーナ３は、バーナ本体３１と、バーナ本体３１の後端側に取り付けられるハンドル部３２と、バーナ本体３１の先端側に取り付けられる噴霧燃焼部３３とを備える。
【００３５】
バーナ本体３１は、ガンボディー３１１と、ガンボディー３１１の先端側の側面（図２では右下）に設けられた燃料供給孔３１２と、ガンボディー３１１の後端側の側面（図２では左上）に設けられた噴霧媒体供給孔３１３とを備える。
燃料供給孔３１２には管５５が螺合され、この管５５にはユニオン５６によって、燃料供給手段５の配管５２が連結されている。
また、噴霧媒体供給孔３１３には管７４が螺合され、この管７４にはユニオン７５によって、噴霧媒体供給手段７の配管７２が連結されている。
【００３６】
ガンボディー３１１の内部には、燃料供給孔３１２が設けられた部分よりも後端側、かつ、噴霧媒体供給孔３１３が設けられた部分よりも先端側、つまり、両供給孔３１２，３１３の中間の位置に略円筒形状のスリーブ３１４が設けられている。スリーブ３１４は、先端側の側面がガンボディー３１１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減少するテーパ部３１４Ａを備える。なお、スリーブ３１４の内径は一定で、スリーブ３１４の中心軸に沿って円形孔３１４Ｂが形成されている。
【００３７】
テーパ部３１４Ａの外壁と、ガンボディー３１１の内壁との間にはパッキン３１５が設けられる。パッキン３１５は、スリーブ３１４の外壁に螺合されるパッキン押さえ３１６を通じて先端側に付勢され、スリーブ３１４の外壁とガンボディー３１１の内壁との間の隙間を密封する。
【００３８】
ハンドル部３２は、パッキン３２１を介してガンボディー３１１に螺合されるプラグ３２２と、プラグ３２２に嵌合される略円柱形状のハンドルピン３２３と、一端がハンドルピン３２３の後端部３２３Ａに、他端がプラグ３２２に取り付けられる線状の金属からなり、ハンドルピン３２３の周囲に螺旋状に形成されるハンドル３２４と、を備える。
このハンドル３２４を把持して操作することにより、バーナ３の位置や方向を変えることができる。
【００３９】
噴霧燃焼部３３は、ガンボディー３１１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３３１と、スリーブ３１４の円形孔３１４Ｂに挿入・溶着されアウターノズル３３１と同軸の長尺円筒形状であるインナーノズル３３２と、アウターノズル３３１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３３３と、インナーノズル３３２の先端部およびノズルボディー３３３の先端部に密着して当接される燃料噴霧チップ２と、ノズルボディー３３３先端の外壁と螺合され、その締付力によって燃料噴霧チップ２をインナーノズル３３２およびノズルボディー３３３に付勢させるキャップ３３４とを備える。
アウターノズル３３１の内壁とインナーノズル３３２の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３３５が形成され、この空隙３３５と連続して、ノズルボディー３３３の内壁とインナーノズル３３２の外壁との間には、断面円輪形状の空隙３３６が形成されている。インナーノズル３３２は、円筒形状であるから、その中心軸に沿って円形孔３３２Ａが形成されている。
【００４０】
［燃料噴霧チップの構成］
図３に、図２の先端側からみた燃料噴霧チップ２を示す図を、図４に、図３のIV−IV断面図を、図５に、図３のV−V断面図を示す。
図３、図４および図５に示すように、燃料噴霧チップ２は、略円柱形状の部材であり、液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２と、噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する調整手段２３と、を備える。
調整手段２３は、第１噴霧手段２１から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する第１調整手段２３１と、第２噴霧手段２２から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する第２調整手段２３２と、を備える。
【００４１】
（１）第１噴霧手段の構成
図３および４に示すように、第１噴霧手段２１は、液化ガス燃料４を噴出する複数の噴出部２１１と、複数の噴出部２１１と連通され液化ガス燃料４の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部２１２と、噴出部２１１に液化ガス燃料４を供給する燃料供給通路２１３と、を備える。
【００４２】
噴出部２１１は、空洞部２１２内の後端側に設けられた断面略円形の孔部２１１Ａである。噴出部２１１は、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心とする円周上の略均等の位置に４つ設けられている。すなわち、噴出部２１１は、軸２１２Ａを中心とし、９０度おきに一つずつ設けられている。
空洞部２１２は、燃料噴霧チップ２の先端側の略中心部に設けられ、後端側ほど径の小さい略円錐台形状の外形を有する。この空洞部２１２の略円錐台形状の軸に対する開き角Ｘは、１５度以上３０度以下である。
【００４３】
燃料供給通路２１３は、燃料噴霧チップ２の側面寄りに、燃料噴霧チップ２の軸と略平行に設けられた略円柱状の孔部である。
燃料供給通路２１３の後端側の端部は、ノズルボディー３３３の空隙３３６と連通されており、燃料供給通路２１３の先端側の端部は、噴出部２１１（孔部２１１Ａ）と連通されている。孔部２１１Ａは、液化ガス燃料４の供給量を制御するため、燃料供給通路２１３よりも細く形成されている。すなわち、孔部２１１Ａは、第１調整手段２３１としても機能する。
【００４４】
図４に示すように、複数（４つ）の噴出部２１１が液化ガス燃料４を噴出する方向を示す複数（４つ）の噴射軸２１１Ｂは、空洞部２１２内において互いに交差し、空洞部２１２の略円錐台形状の軸２１２Ａは、複数の噴射軸２１１Ｂの交差点２１１Ｃを通る。
ここで、複数の噴射軸２１１Ｂのなす角Ｙは、６０度以上１２０度以下である。
また、噴出部２１１の個数Ｎ（本実施形態では４）と、噴出部２１１の孔径Ｄｎと、空洞部２１２の軸２１２Ａ方向の長さＬとは、以下の式（１）を満たす。
｛Ｌ２／（Ｄｎ２×Ｎ）｝≧１３０ …（１）
【００４５】
（２）第２噴霧手段の構成
図３および５に示すように、第２噴霧手段２２は、液化ガス燃料４と噴霧媒体６とを混合し液化ガス燃料４と噴霧媒体６との混合体を噴出する混合体噴出部２２１と、混合体噴出部２２１に噴霧媒体６を供給する噴霧媒体供給通路２２２と、混合体噴出部２２１に液化ガス燃料４を供給する燃料供給通路２２３と、を備える。
【００４６】
混合体噴出部２２１は、第１噴霧手段２１の空洞部２１２の軸２１２Ａを中心とする円周上の略均等の位置に４つ設けられ、空洞部２１２を取り囲んでいる。すなわち、混合体噴出部２２１は、軸２１２Ａを中心とし、９０度おきに一つずつ設けられている。
噴霧媒体供給通路２２２は、燃料噴霧チップ２の中心部に燃料噴霧チップ２の軸と平行に設けられた略円柱状の孔部である。
噴霧媒体供給通路２２２の後端側の端部は、インナーノズル３３２の円形孔３３２Ａと連通され、噴霧媒体供給通路２２２の先端側の端部は、混合体噴出部２２１と連通している。
【００４７】
燃料供給通路２２３は、略円柱状の孔部２２３Ａと、孔部２２３Ａよりも径の細い孔部２２３Ｂと、を有する。
孔部２２３Ａは、燃料噴霧チップ２の側面寄りに、燃料噴霧チップ２の軸と略平行に設けられている。孔部２２３Ｂは、この孔部２２３Ａの先端側の端部と混合体噴出部２２１の側面とに開口を有し、孔部２２３Ａと混合体噴出部２２１とを連通させる。
孔部２２３Ａの先端側の端部は、孔部２２３Ａよりも細い孔部２２３Ｂに連通している。この孔部２２３Ｂは、噴霧媒体６の供給量を制御し、第２調整手段２３２として機能する。
【００４８】
図３に示すように、燃料供給通路２１３と燃料供給通路２２３とは、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心として、４５度おきに、互いに交互に設けられている。
このため、噴出部２１１と混合体噴出部２２１ともまた、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心として、４５度おきに、互いに交互に設けられている。
したがって、第１噴霧手段２１の複数の噴出部２１１のいずれかと第２噴霧手段２２の複数の混合体噴出部２２１のいずれかとは、空洞部２１２の軸２１２Ａを含む一つの平面上の空洞部２１２の軸２１２Ａに対して同じ側に位置することがない。
【００４９】
［燃料燃焼装置の動作］
以上の構成からなる本発明の燃料燃焼装置１の動作の一例を、図１ないし図５を用いて説明する。
【００５０】
図１に示すように、燃料燃焼装置１にあっては、燃料貯蔵タンク５１から液化ガス燃料４であるＤＭＥが、配管５２Ａを介して、加圧ポンプ５３に送り出される。加圧ポンプ５３により加圧された液化ガス燃料４は、配管５２Ｂを介してバーナ３の燃料供給孔３１２に導入される。
バーナ３への液化ガス燃料４の流量は、流量調整弁５４により調整される。
一方、噴霧媒体６である空気は、空気を貯蔵した噴霧媒体貯蔵タンク７１から、配管７２を介して、バーナ３の噴霧媒体供給孔３１３に導入される。
バーナ３への噴霧媒体６の流量は、流量調整弁７３により調整される。
【００５１】
図２に示すように、バーナ３において、燃料供給孔３１２から導入された液化ガス燃料４は、ガンボディ３１１の内部に流入される。その後、液化ガス燃料４は、噴霧燃焼部３３の空隙３３５及び空隙３３６を通過して、燃料噴霧チップ２の燃料供給通路２１３および燃料供給通路２２３に流入される。
一方、噴霧媒体６である空気は、噴霧媒体供給孔３１３を通じてガンボディ３１１内に流入される。その後、スリーブ３１４の円形孔３１４Ｂ、インナーノズル３３２の円形孔３３２Ａを順次通過して、燃料噴霧チップ２の噴霧媒体供給通路２２２に流入される。
【００５２】
図４に示すように、燃料噴霧チップ２においては、燃料供給通路２１３より流入された液化ガス燃料４は、噴出部２１１を介して空洞部２１２内に噴出される。
噴出部２１１から空洞部２１２内に噴出された液化ガス燃料４は、各噴射軸２１１Ｂに沿って進み、噴射軸２１１Ｂの交差点２１１Ｃにおいて互いに衝突する。液化ガス燃料４の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあうので、衝突後の液化ガス燃料４の速度は減速される。
空洞部２１２の略円錐台形状の奥部で噴射、衝突された液化ガス燃料４は、その後、空洞部２１２の開放部に向かうにつれて緩やかに減圧されるとともに、拡散状態が調整され、外部に噴霧される。
【００５３】
図５に示すように、燃料噴霧チップ２においては、噴霧媒体供給通路２２２より流入された噴霧媒体６は、混合体噴出部２２１に噴出される。
また、燃料供給通路２２３より流入された液化ガス燃料４は、孔部２２３Ａおよび孔部２２３Ｂを通過して混合体噴出部２２１の側面に噴出される。ここで、混合体噴出部２２１にて噴霧媒体６と混合され、噴霧媒体６とともに外部に噴霧される。
【００５４】
このようにして燃料噴霧チップ２の噴出部２１１および混合体噴出部２２１から噴霧された液化ガス燃料に着火することで、液化ガス燃料の燃焼を開始させる。
第１噴霧手段２１の噴出部２１１および第２噴霧手段２２の混合体噴出部２２１から噴霧された液化ガス燃料４は、同時に燃焼されて一つの火炎を形成する。
【００５５】
このとき、第１調整手段２３１である孔部２１１Ａの径を調整することにより、第１噴霧手段２１から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する。同様に、第２調整手段２３２である孔部２２３Ｂの径を調整することにより、第２噴霧手段２２から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量を調整する。
なお、第１噴霧手段２１から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量は、第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴霧される液化ガス燃料４の燃焼量合計に対し４０質量％以上７０質量％以下となるように調整することが好ましい。
【００５６】
［実施形態の効果］
前記した実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
【００５７】
第１噴霧手段２１において、噴出部２１１から噴出された液化ガス燃料４は、減圧沸騰により噴霧状態で噴射され、空洞部内２１２において互いに衝突する。液化ガス燃料４の粒子は、衝突により互いの運動量を打ち消しあうので、衝突後の液化ガス燃料の速度は減速される。この噴射速度の低下により、安定的な燃焼を得ることができる。
【００５８】
また、第１噴霧手段２１においては、空洞部２１２によって拡散状態が調整された液化ガス燃料を燃焼させるので、擬似的な不完全燃焼状態が形成され、火炎の輝度向上を図ることができる。
空洞部２１２の略円錐台形状の奥部で噴射された液化ガス燃料４は、開放部に向かうにつれて緩やかに減圧されるので、液化ガス燃料４の減圧沸騰による気化・膨張を緩やかに発生させることができる。したがって、噴出された液化ガス燃料４が空洞部２１２の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
【００５９】
第２噴霧手段２２においては、空洞部２１２を介すことなく液化ガス燃料４を噴霧するので、燃焼空気との良好な混合が得られ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
【００６０】
すなわち、第１噴霧手段２１から噴霧された液化ガス燃料４を燃焼させる場合、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高めになるものの、火炎の輝度および燃焼安定性には優れる。第２噴霧手段２２から噴霧された液化ガス燃料４を燃焼させる場合、火炎の輝度および燃焼安定性が不足するおそれがあるが、第１噴霧手段２１による燃焼によって発生したＣＯを燃焼させる効果によって、火炎全体としてのＣＯ濃度を低く抑えることができる。
本発明の燃料燃焼装置１は、このような第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴霧された液化ガス燃料４を、同時に燃焼させて一つの火炎を形成するので、第１噴霧手段２１と第２噴霧手段２２とのいずれか一つを用いる場合（つまり、特許文献１に記載のような従来の燃料燃焼装置や、特許文献２に記載の燃料燃焼装置に液化ガス燃料同士を衝突させる機構を追加した燃料燃焼装置など）に比べて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えつつ、火炎の輝度および燃焼安定性を向上することができる。
【００６１】
第１噴霧手段２１による燃焼量および第２噴霧手段２２による燃焼量を、第１調整手段２３１および第２調整手段２３２によって、それぞれ別個に調整できるので、第１噴霧手段２１による燃焼量と第２噴霧手段２２による燃焼量との比率を任意に設定することができ、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料４を燃焼させることができる。
【００６２】
複数の噴出部２１１が液化ガス燃料４を噴出する方向を示す複数の噴射軸２１１Ｂを、空洞部２１２内において互いに交差させるだけの比較的簡単な構成により、液化ガス燃料４の衝突を実現することができる。
空洞部２１２は、軸２１２Ａが各噴射軸２１１Ｂの交差点を通る略円錐台形状を有することから、空洞部２１２内部の気圧は、略円錐台形状の奥部から開放部に向かって徐々に低下し、開放部において炉内圧となる。
したがって、噴出された液化ガス燃料４が空洞部２１２の開放部で急激に気化・膨張することがないので、安定した火炎を形成することができる。
【００６３】
第１噴霧手段２１が、６０度以上１２０度以下の衝突角で液化ガス燃料４同士を衝突させるので、液化ガス燃料４の速度を適切に減速させることができる。したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料４の優れた燃焼安定性を実現できる。
【００６４】
空洞部２１２の軸に対する開き角が１５度以上３０度以下なので、衝突により散乱した液化ガス燃料４が空洞部２１２内面に干渉しにくくなり、また、空洞部２１２内部の気圧を略円錐台形状の奥部から開放部へ向けて徐々に低下させることができる。したがって、より安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料の優れた燃焼安定性を実現できる。また、液化ガス燃料の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００６５】
孔部２１１Ａの個数Ｎと、孔部２１１Ａの孔径Ｄｎと、空洞部２１２の軸２１２Ａ方向の長さＬとが、上述した式（１）を満たすので、空洞部２１２が、液化ガス燃料４の気化・膨張が緩やかに行われるための内部の気圧変化特性を達成することができる。したがって、本発明の燃料噴霧チップ２は、より一層安定した火炎を形成することができ、液化ガス燃料４の優れた燃焼安定性を実現できる。また、液化ガス燃料４の拡散状態を適切に調整し、火炎の輝度向上を図ることができる。
【００６６】
第２噴霧手段２２において、液化ガス燃料４が噴霧媒体６とともに噴霧されるので、不完全燃焼を防ぐことができ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えることができる。
【００６７】
第２噴霧手段２２の混合体噴出部２２１において、噴霧媒体６と液化ガス燃料４とを混合し、霧化された液化ガス燃料４を燃焼可能な状態で外部に噴出させることができる。ここで、このような第２噴霧手段２２は、従来の燃料燃焼装置１の燃料噴霧チップ２にも設けられていたものである。したがって、従来の燃料噴霧チップ２を第１噴霧手段２１と第２噴霧手段２２の両方を組み込んだ燃料噴霧チップ２に取り替えることで簡易に本発明の燃料燃焼装置１を得ることができる。
【００６８】
第１噴霧手段２１により噴霧された液化ガス燃料４を取り囲むように、第２噴霧手段２２から液化ガス燃料４が噴霧されるので、第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２から噴霧された液化ガス燃料４を、同時に燃焼させ、一つの火炎を形成することができる。
また、混合体噴出部２２１が、空洞部２１２の軸２１２Ａを中心とする円周上の略均等の位置に設けられるので、火炎の位置によって輝度や燃焼排ガス中のＣＯ濃度が異なることがなく、従来の燃料燃焼装置１と同様の操作性を確保することができる。
【００６９】
第１噴霧手段２１の複数の噴出部２１１のいずれかと第２噴霧手段２２の複数の混合体噴出部２２１のいずれかとは、空洞部２１２の軸２１２Ａを含む一つの平面上の空洞部２１２の軸２１２Ａに対して同じ側に位置することがないので、噴出部２１１と混合体噴出部２２１との間に距離がとられ、液化ガス燃料４の流れの干渉、および、燃焼不良の発生を防止することができる。
【００７０】
［変形例］
なお、本発明は、上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、改良などは、本発明に含まれるものである。
【００７１】
本発明において、液化ガス燃料をＤＭＥとしたが、これに限定されない。
例えば、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などを用いてもよい。
この場合でも、上述の実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００７２】
本発明において、噴霧媒体６を空気としたが、これに限定されない。
例えば、噴霧媒体６は、蒸気あるいは可燃ガスであってもよい。
この場合でも、混合体噴出部２２１において、液化ガス燃料４を霧化し、燃焼可能な状態で外部に噴出させることができる。
【００７３】
本実施形態において、燃料噴霧チップ２が、第１調整手段２３１および第２調整手段２３２を備える構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、バーナ本体３１および噴霧燃焼部３３が、燃料供給路２１３および燃料供給路２２３のそれぞれに液化ガス燃料４を供給する二つの配管と、この二つの配管内の液化ガス燃料４の流量をそれぞれ調整する二つの弁と、を備える構成としてもよい。
この場合でも、二つの弁が、第１調整手段２３１および第２調整手段２３２として作用するので、第１噴霧手段２１による燃焼量と第２噴霧手段２２による燃焼量との比率を任意に設定することができ、火炎の輝度および燃焼安定性と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件で液化ガス燃料４を燃焼させることができる。
【００７４】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【実施例１】
【００７５】
実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制限されるものではない。
【００７６】
上述の実施形態の燃料燃焼装置１を用い、噴霧媒体６を空気として、液化ガス燃料４であるＤＭＥを燃焼させた。
この時、調整手段２３により、第１噴霧手段２１による燃焼量が第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２による燃焼量合計に占める割合（燃焼量率）を変化させ、各燃焼量率における燃焼排ガス中のＣＯ濃度、燃焼排ガスの温度、輝炎発生の有無を評価した。
第１噴霧手段２１および第２噴霧手段２２による燃焼量合計は、２８０ｋｇ／ｈとした。これは、燃料燃焼装置１の最大燃焼量の約５０％に相当する。
燃焼供給圧は、０．５ＭＰａＧ以上１．４ＭＰａＧ以下である。
噴出部２１１の孔部２１１Ａの孔径Ｄｎ、および、混合体噴出部２２１の孔径は、０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下である。
評価の結果を表１に、評価の基準を表２に示す。なお、輝炎発生の有無については火炎の色を目視で確認し、青いものを×、やや青いものを△、やや赤いものを○、赤いものを◎として比較評価した。
【００７７】
【表１】
【００７８】
【表２】
【００７９】
表１から、燃焼量率３５％、５０％、６５％が、火炎の輝度と燃焼排ガス中のＣＯ濃度とのバランスのとれた最適な条件となっていることがわかる。
これに対し、燃焼量率７５％、１００％では、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高い。また、燃焼量率０％、２５％では、火炎の輝度が低下する。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、液化ガス燃料を噴射、燃焼させるバーナなどの燃料燃焼装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料燃焼装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料燃焼装置のバーナの部分断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料噴霧チップを先端側から見た図。
【図４】図３のIV−IV断面図。
【図５】図３のV−V断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１ 燃料燃焼装置
２ 燃料噴霧チップ
３ バーナ
４ 液化ガス燃料
５ 燃料供給手段
６ 噴霧媒体
７ 噴霧媒体供給手段
２１ 第１噴霧手段
２２ 第２噴霧手段
２３ 調整手段
２１１ 噴出部
２１１Ｂ 噴射軸
２１１Ｃ 交差点
２１２ 空洞部
２１２Ａ 軸
２２２ 噴霧媒体供給通路
２２３ 燃料供給通路
２３１ 第１調整手段
２３２ 第２調整手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス燃料を燃焼させる燃料燃焼装置であって、
前記液化ガス燃料を噴霧する燃料噴霧チップと、
前記燃料噴霧チップに前記液化ガス燃料を供給する燃料供給手段と、を備え、
前記燃料噴霧チップは、前記液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段および第２噴霧手段を備え、
前記第１噴霧手段は、
前記液化ガス燃料を噴出する複数の噴出部と、
前記複数の噴出部と連通され前記液化ガス燃料の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部と、を有し、
前記複数の噴出部は、前記空洞部に設けられ、
前記複数の噴出部から噴出された前記液化ガス燃料は、前記空洞部内において互いに衝突された後、前記空洞部を介して外部に噴霧され、
前記第２噴霧手段は、前記空洞部を介すことなく前記液化ガス燃料を噴霧し、
前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧された前記液化ガス燃料は、同時に燃焼されて一つの火炎を形成する
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料燃焼装置であって、
前記燃料噴霧チップから噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する調整手段を備え、
前記調整手段は、
前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第１調整手段と、
前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第２調整手段と、を備える
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【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であって、
前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量は、前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量合計に対し４０質量％以上７０質量％以下である
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部が前記液化ガス燃料を噴出する方向を示す複数の噴射軸は、前記空洞部内において互いに交差し、
前記空洞部の略錐形状の軸は、前記複数の噴射軸の交差点を通る
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料燃焼装置であって、
前記複数の噴射軸は、６０度以上１２０度以下の角度で互いに交差する
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記空洞部の略錐形状は、前記空洞部の軸に対して１５度以上３０度以下の開き角を有する
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記噴出部は、断面略円形の孔部であり、
前記孔部の個数Ｎと、前記孔部の孔径Ｄｎと、前記空洞部の軸方向の長さＬとは、以下の式（１）を満たす
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
｛Ｌ２／（Ｄｎ２×Ｎ）｝≧１３０ …（１）
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記燃料噴霧チップに噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給手段を備え、
前記第２噴霧手段は、
前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体とを混合し前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体との混合体を噴出する混合体噴出部と、
前記混合体噴出部に前記噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給通路と、
前記混合体噴出部に前記液化ガス燃料を供給する燃料供給通路と、を備える
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料燃焼装置であって、
前記第２噴霧手段の前記混合体噴出部は、
前記第１噴霧手段の前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、
前記空洞部を取り囲んでいる
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料燃焼装置であって、
前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部は、前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、
前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部のいずれかと前記第２噴霧手段の前記複数の混合体噴出部のいずれかとは、前記空洞部の軸を含む一つの平面上の前記空洞部の軸に対して同じ側に位置することがない
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項１】
液化ガス燃料を燃焼させる燃料燃焼装置であって、
前記液化ガス燃料を噴霧する燃料噴霧チップと、
前記燃料噴霧チップに前記液化ガス燃料を供給する燃料供給手段と、を備え、
前記燃料噴霧チップは、前記液化ガス燃料を噴霧する第１噴霧手段および第２噴霧手段を備え、
前記第１噴霧手段は、
前記液化ガス燃料を噴出する複数の噴出部と、
前記複数の噴出部と連通され前記液化ガス燃料の噴霧する方向に広がる略錐形状の空洞部と、を有し、
前記複数の噴出部は、前記空洞部に設けられ、
前記複数の噴出部から噴出された前記液化ガス燃料は、前記空洞部内において互いに衝突された後、前記空洞部を介して外部に噴霧され、
前記第２噴霧手段は、前記空洞部を介すことなく前記液化ガス燃料を噴霧し、
前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧された前記液化ガス燃料は、同時に燃焼されて一つの火炎を形成する
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料燃焼装置であって、
前記燃料噴霧チップから噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する調整手段を備え、
前記調整手段は、
前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第１調整手段と、
前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量を調整する第２調整手段と、を備える
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【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であって、
前記第１噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量は、前記第１噴霧手段および前記第２噴霧手段から噴霧される前記液化ガス燃料の燃焼量合計に対し４０質量％以上７０質量％以下である
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部が前記液化ガス燃料を噴出する方向を示す複数の噴射軸は、前記空洞部内において互いに交差し、
前記空洞部の略錐形状の軸は、前記複数の噴射軸の交差点を通る
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料燃焼装置であって、
前記複数の噴射軸は、６０度以上１２０度以下の角度で互いに交差する
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記空洞部の略錐形状は、前記空洞部の軸に対して１５度以上３０度以下の開き角を有する
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記噴出部は、断面略円形の孔部であり、
前記孔部の個数Ｎと、前記孔部の孔径Ｄｎと、前記空洞部の軸方向の長さＬとは、以下の式（１）を満たす
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
｛Ｌ２／（Ｄｎ２×Ｎ）｝≧１３０ …（１）
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料燃焼装置であって、
前記燃料噴霧チップに噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給手段を備え、
前記第２噴霧手段は、
前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体とを混合し前記液化ガス燃料と前記噴霧媒体との混合体を噴出する混合体噴出部と、
前記混合体噴出部に前記噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給通路と、
前記混合体噴出部に前記液化ガス燃料を供給する燃料供給通路と、を備える
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料燃焼装置であって、
前記第２噴霧手段の前記混合体噴出部は、
前記第１噴霧手段の前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、
前記空洞部を取り囲んでいる
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料燃焼装置であって、
前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部は、前記空洞部の軸を中心とする円周上の略均等の位置に複数設けられ、
前記第１噴霧手段の前記複数の噴出部のいずれかと前記第２噴霧手段の前記複数の混合体噴出部のいずれかとは、前記空洞部の軸を含む一つの平面上の前記空洞部の軸に対して同じ側に位置することがない
ことを特徴とした燃料燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２４１０４９（Ｐ２００８−２４１０４９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７７６５８（Ｐ２００７−７７６５８）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【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１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【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）】
[ Back to top ]