JP2009092355A - エマルジョン燃料燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エマルジョン燃料の燃焼効率を高めることが出来る、新規な構造のエマルジョン燃料燃焼装置を提供することを、目的とする。
【解決手段】燃焼室１６が、耐火性を有する仕切部材３０によって、噴射ノズル２４によるエマルジョン燃料の噴射方向で仕切られており、燃焼室１６内において仕切部材３０を挟んだ両側に形成されている二つの燃焼空間３６，３８が、仕切部材３０に貫通形成された連通孔３２を通じて、相互に連通せしめられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エマルジョン燃料を燃焼させるためのエマルジョン燃料燃焼装置に関するものである。

従来から、自家発電や農業機械，船舶等のディーゼルエンジンやボイラー，焼却炉等の燃料として、灯油や軽油，重油等の石油系流体燃料が採用されている。しかしながら、石油系流体燃料を燃焼する場合、煤塵や二酸化炭素，窒素酸化物，硫黄酸化物等が大気中に排出されて、大気が汚染されるという問題がある。

そこで、近年では、石油系流体燃料だけを燃焼する場合によりも煤塵や窒素酸化物等の発生量が少なくなることから、石油系流体燃料と水と界面活性剤を混ぜ合わせたエマルジョン燃料を、石油系流体燃料の代わりに、採用することが行われている。

また、近年の原油価格の高騰により、エマルジョン燃料における石油系流体燃料の比率を減らすこと、換言すれば、エマルジョン燃料において石油系流体燃料に対する水の割合を増やすことが検討されている。しかしながら、エマルジョン燃料において石油系流体燃料に対する水の割合を増やした場合、エマルジョン燃料の燃焼の安定性が低下して、エマルジョン燃料の燃焼効率が低下するという問題があった。

そこで、特許文献１（特開２００７−１１３８８７号公報）において、エマルジョン燃料用のノズルの他に、灯油や重油等の油用のノズルを備えたバーナーが提案されている。しかしながら、エマルジョン燃料用のノズルの他に、油用のノズルを別途設けただけでは、エマルジョン燃料の着火が安定するだけであって、エマルジョン燃料の燃焼効率を向上させることは難しい。

また、特許文献２には、有機性廃棄物を炭化して粒径３０μｍ以下に微粉砕して得たマイクロパウダーが加えられたエマルジョン燃料を燃焼させることが記載されている。しかしながら、特許文献２に記載のエマルジョン燃料を製造するためには、上述の如きマイクロパウダーを別途製造しなければならず、その作業が面倒という問題がある。

特開２００７−１１３８８７号公報 特開２００７−１１９５０６号公報

ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、エマルジョン燃料の燃焼効率を高めることが出来る、新規な構造のエマルジョン燃料燃焼装置を提供することにある。

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

本発明は、噴射ノズルから噴射されたエマルジョン燃料を燃焼室内で燃焼させるエマルジョン燃料燃焼装置において、燃焼室が、耐火性を有する仕切部材によって、噴射ノズルによるエマルジョン燃料の噴射方向で仕切られており、燃焼室内において仕切部材を挟んだ両側に形成されている二つの燃焼空間が、仕切部材に貫通形成された連通孔を通じて、相互に連通されていることを、特徴とする。

このような本発明に従う構造とされたエマルジョン燃料燃焼装置においては、エマルジョン燃料の燃焼効率を向上させることが可能となる。その理由として、以下に示す (１) ， (２) の理由が考えられる。

（１）噴射ノズルの噴射方向の前方に仕切部材が配置されていることにより、エマルジョン燃料の燃焼に伴って発生する熱が、仕切部材よりも噴射ノズル側の燃焼空間に篭りやすくなり、その結果、噴射ノズルが温められて、エマルジョン燃料が加温された状態、即ち、粘性が低下した状態で噴射されることに起因すると考えられる。即ち、粘性が低下した状態では、エマルジョン燃料に含まれる燃料油を微粒化して噴霧することが可能となる。また、高温となった燃焼室内に噴霧されたエマルジョン燃料に含まれる水のミクロ爆発で周囲の燃料油を飛散させることにより、燃料油の更なる微粒化が進む。これにより、燃料油と空気との接触面積が大きくなる。その結果、局部的な不完全燃焼を抑えることが出来、エマルジョン燃料の燃焼効率を高めることが可能になるものと考えられるのである。

（２）エマルジョン燃料に含まれている水がミクロ爆発することで飛散せしめられたエマルジョン燃料の燃料油が、噴射ノズルの噴射方向の前方に配置された仕切部材に衝突することによって、より一層微粒化されることに起因すると考えられる。即ち、燃料油は微粒化されることにより、空気との接触面積が大きくなる。これにより、局部的な不完全燃焼を抑えることが出来る。その結果、エマルジョン燃料の燃焼効率を向上させることが可能になると考えられる。

なお、本発明において、エマルジョン燃料とは、燃料油と水と必要に応じて界面活性剤とを混ぜ合わせることにより乳化させた燃料をいい、水中油滴型であっても良いし、油中水滴型であっても良い。

そこにおいて、燃料油とは、灯油や軽油，ガソリン，重油等の石油を精製して得ることが出来る石油系流体燃料の他、動植物油や鉱物油，更には、これらの廃油等、燃焼に適する全ての油をいう。また、燃料油として、これらのなかから１種類だけ用いるようにしても良いし、２種類以上を混合して用いるようにしても良い。なお、燃料油は、１種類であることが望ましく、それによって、複数種類の燃料油を用いる場合に比して、燃料油の貯蔵や管理が楽になる。

また、界面活性剤は、アニオン性界面活性剤やカチオン性界面活性剤，双性（両性）界面活性剤，非イオン性（ノニオン性）界面活性剤の何れもが採用可能であり、エマルジョン燃料を水中油滴型にするか油中水滴型にするかに応じて、適当な界面活性剤が採用される。その際、界面活性剤は、１種類だけ採用するようにしても良いし、複数種類を混ぜ合わせて採用するようにしても良い。

更にまた、水は、水道水や工業用水の他、井戸水や河川水，湖沼水，海水，廃棄処理水等を採用することが出来る。その際、１種類の水だけを採用するようにしても良いし、複数種類の水を混ぜ合わせて採用するようにしても良い。また、燃料油が硫黄を含む場合には、カルシウムイオンやマグネシウムイオンを水に加えておくことにより、カルシウムイオンやマグネシウムイオンが硫黄と化学反応し、硫黄を無害な硫酸化合物の形で固定することにより、有害な亜硫酸ガスの発生を抑制することが出来る。

また、本発明においては、噴射ノズルの他に、石油系流体燃料を燃焼室内に噴射する油用ノズルが、噴射ノズルと噴射方向を同じにして噴射ノズルに並設されていることが望ましい。この場合、エマルジョン燃料とは別に、石油系流体燃料だけを燃焼させることが可能となる。これにより、石油系流体燃料の燃焼に伴って発生する炎を利用して、エマルジョン燃料に着火することが可能となる。その結果、エマルジョン燃料に着火し易くなる。

そこにおいて、石油系流体燃料とは、石油を精製して得られるものであり、灯油や軽油，ガソリン，重油等である。なお、エマルジョン燃料に着火して、エマルジョン燃料の燃焼が安定した状態になった場合には、石油系流体燃料の燃焼は終了しても良い。また、エマルジョン燃料の燃焼と石油系流体燃料の燃焼を同時に行うことにより、火力を大きくすることも可能である。更にまた、油用ノズルの噴射方向と噴射ノズルの噴射方向は厳密に一致している必要はなく、一方が他方に対して僅かに傾斜していたり、噴射方向で前後に配設位置が異なっていても良い。

さらに、本発明においては、仕切部材がセラミックスによって形成されていることが望ましい。この場合、仕切部材に蓄熱性を付与することが可能となる。これにより、仕切部材よりも噴射ノズル側の燃焼空間に熱が一層篭り易くなる。その結果、噴射ノズルを温めることが容易になり、エマルジョン燃料に含まれる燃料油の微粒化、延いては、エマルジョン燃料の燃焼効率の向上が容易になる。

更にまた、本発明においては、燃焼室の周壁において、中心軸方向の中間部分に段差部が形成されて段付筒体形状とされており、段差部の軸方向一方の側が小径の絞り部とされていると共に、段差部の軸方向他方の側が大径の開放部とされている一方、絞り部内に噴射ノズルが位置せしめられていると共に、開放部内に仕切部材が位置せしめられていることが望ましい。これにより、仕切部材よりも噴射ノズル側の燃焼空間の容積を小さくすることが可能となる。その結果、噴射ノズルを温めることが容易になり、エマルジョン燃料に含まれる燃料油の微粒化、延いては、エマルジョン燃料の燃焼効率の向上が容易になる。

そこにおいて、上述の如き構成を採用する場合、仕切部材の中心軸に対する直交方向での外径寸法が、絞り部の内径寸法よりも大きくされていることが望ましい。これにより、仕切部材の軸方向での投影において、ノズル包囲部の出口側の開口が仕切部材で覆われることとなり、仕切部材よりも噴射ノズル側の燃焼空間に熱が篭り易くなる。その結果、噴射ノズルを温めることが容易になり、エマルジョン燃料に含まれる燃料油の微粒化、延いては、エマルジョン燃料の燃焼効率の向上が容易になる。

また、本発明においては、仕切部材の厚さ寸法が一定の大きさとされていることが望ましい。これにより、仕切部材の厚さ寸法が部分的に異なることで、熱が逃げ易くなる部位が存在する等の不具合を有利に回避することが可能となる。そこにおいて、仕切部材の厚さ寸法の範囲は、１５〜１００ｍｍであることが望ましい。蓋し、仕切部材の厚さ寸法が１５ｍｍよりも小さい場合には、仕切部材よりも噴射ノズル側の燃焼空間で発生した熱が、仕切部材を通じて、他方の燃焼空間に逃げ易くなってしまうからである。一方、仕切部材の厚さ寸法が１００ｍｍよりも大きい場合には、仕切部材の重量化が避け難くなるからである。

更にまた、本発明においては、仕切部材と噴射ノズルの対向方向での離隔距離が３００〜４５０ｍｍとされていることが望ましい。蓋し、仕切部材と噴射ノズルの噴射口との離隔距離が３００ｍｍよりも短い場合には、噴射ノズルから噴射されたエマルジョン燃料に含まれる燃料油が、エマルジョン燃料に含まれる水のミクロ爆発の前に、仕切部材に衝突してしまい、仕切部材によるエマルジョン燃料に含まれる燃料油の微細化の促進効果が不十分になるおそれがあるからである。一方、仕切部材と噴射ノズルの噴射口との離隔距離が４５０ｍｍよりも長い場合には、エマルジョン燃料に含まれる水のミクロ爆発で飛散せしめられたエマルジョン燃料の燃料油が、仕切部材に衝突し難くなり、仕切部材によるエマルジョン燃料に含まれる燃料油の微細化の促進効果が充分に発揮され難くなるおそれがあるからである。

また、本発明においては、仕切部材に対して連通孔が複数形成されていることが望ましい。これにより、エマルジョン燃料に含まれる水のミクロ爆発で飛散・拡散せしめられたエマルジョン燃料の燃料油が、連通孔を通じて、他の燃焼空間、即ち、仕切部材を挟んで噴射ノズルが配置された燃焼空間とは反対側に形成された燃焼空間に到達することがある。これにより、エマルジョン燃料の燃料油が温められる時間が長くなる。その結果、エマルジョン燃料の燃料油が着火点を越え易くなり、エマルジョン燃料の燃焼効率の更なる向上を図ることが可能となる。

更にまた、上述の如き構成を採用する場合、エマルジョン燃料の燃焼によって発生する排ガスの排出を有利に行うことが可能となる。その結果、エマルジョン燃料の燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

また、上述の如き構成を採用する場合、仕切部材において噴射ノズルの噴射方向で対向する位置に形成された中央連通孔を含んで、複数の連通孔が構成されていることが望ましい。これにより、エマルジョン燃料の燃焼によって発生した排ガスの排出をスムーズにすることが可能となる。

更にまた、複数の連通孔が中央連通孔を含んで構成されている場合、中央連通孔の開口面積は、中央連通孔の外側に形成された外周連通孔の開口面積よりも大きくされていることが望ましい。これにより、エマルジョン燃料の燃焼によって発生した排ガスの排出をよりスムーズにすることが可能となる。

また、本発明においては、燃焼室における仕切部材の配設位置において、仕切部材の外周面と燃焼室の内周面との間には５０ｍｍ以上の幅寸法で周方向に延びる隙間が形成されていることが望ましい。

このように仕切部材の外周部分に比較的に大きな隙間を形成することにより、噴射ノズルの直接的な噴射領域を外れた燃焼室の外周領域において滞留部分が発生してしまって、そこにおける燃焼不良の問題が効果的に軽減乃至は回避される。燃焼室の外周部分で仕切部材の両側をつなげることにより、仕切部材を挟んで噴射ノズル側に位置する領域での燃焼炎を、仕切部材を挟んで反対側に位置する領域にまで効率的に回り込ませて、燃焼を促進し、以て全体としての燃焼効率の更なる向上を図ることが可能となるのである。

より好適には、仕切部材の配設位置において、燃焼室の内径寸法は、噴射ノズルから噴射されるエマルジョン燃料の噴射領域よりも小さく設定される。具体的には、例えば、噴射ノズルの噴射角度（円錐形に噴射されるエマルジョン燃料の噴射領域における縦断面での頂角）が４５度とすると、噴射領域の外径寸法が２Ｌ（但し、Ｌは、噴射ノズルの先端からの噴射方向の直線距離）で表されることから、仕切部材の配設位置における燃焼室の内径寸法は、２Ｌ以下に設定されることが望ましい。

さらに、本発明において好適には、仕切部材の配設位置における燃焼室の内径寸法をＤとすると、仕切部材の外径寸法Ａと仕切部材の外周側に形成される隙間寸法Ｂとは、下式のとおり設定される。このような寸法設定をすることによって、上述の如き燃焼室の外周縁部における滞留が一層効果的に防止されて燃焼効率の向上が促進される。
（１／３）Ｄ ≦ Ａ ≦ （２／３）Ｄ
（１／６）Ｄ ≦ Ｂ ≦ （１／３）Ｄ

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

図１には、本発明に係るエマルジョン燃料燃焼装置の一実施形態としてのバーナー１０が概略的に示されている。このバーナー１０は、バーナー本体１２を備えている。このバーナー本体１２は、本実施形態では、円形断面を有する筒形状とされているが、多角形断面を有する枠体形状等であっても良い。また、バーナー本体１２の軸方向一端側の開口は、蓋部材１４によって覆蓋されている。これにより、バーナー本体１２内において、軸方向他端側が開放された燃焼室１６が形成されている。なお、このことから明らかなように、本実施形態では、燃焼室１６で発生した排ガスの排出口がバーナー本体１２の軸方向他端側の開口によって構成されている。また、バーナー本体１２によって、燃焼室１６の周壁が構成されている。

そこにおいて、本実施形態のバーナー本体１２には、軸方向の一方の端部付近において、円環板状の段差部１８が形成されており、段差部１８を挟んで軸方向一端側が絞り部としての小径部２０とされている一方、段差部１８を挟んで軸方向他端側が開放部としての大径部２２とされている。特に本実施形態では、小径部２０の径方向寸法は大径部２２の径方向寸法の２倍以上の大きさとされていると共に、小径部２０と大径部２２は同一中心軸線上に位置せしめられている。なお、本実施形態のものにおいて寸法をより具体的に例示すると、小径部２０の内径寸法は１００〜２５０ｍｍとされる一方、大径部２２の内径寸法は４００〜７００ｍｍとされる。また、本実施形態では、バーナー本体１２の軸方向長さは８００〜１４００ｍｍとされる。

上述の如き形状とされたバーナー本体１２の小径部２０内には、後述するエマルジョン燃料が噴射される噴射ノズルとしてのメインノズル２４が収容位置せしめられている。そこにおいて、本実施形態のメインノズル２４は、エマルジョン燃料と空気を先端付近に形成された混合室内で混合して噴射する、従来公知の二流体ノズルによって構成されており、図示はされていないが、メインノズル２４には、エマルジョン燃料が貯蔵されたエマルジョン燃料貯蔵タンクに接続されたエマルジョン燃料供給配管と、大気に接続された空気配管が連結されている。また、本実施形態のメインノズル２４は、噴射角度が４５〜６０度に設定されることが望ましい。蓋し、メインノズル２４の噴射角度が４５度よりも小さい場合には、エマルジョン燃料を燃焼室１６内に効率良く分散させることが困難になるおそれがある。一方、メインノズル２４の噴射角度が６０度よりも大きい場合には、噴射されたエマルジョン燃料の燃料油が水の気化・蒸発により飛散する前に小径部２０に衝突してしまうおそれがある。なお、メインノズル２４の噴射角度とは、メインノズル２４の先端に形成されたノズル開口としての噴射口の中心軸線が為す円錐角をいう。具体的には、メインノズル２４の先端に形成された複数の噴射口においてメインノズル２４の中心軸線から最も離れた位置にあって、且つ、メインノズル２４の中心軸線を挟んだ位置にある一対の噴射口のそれぞれの中心軸線が為す円錐角をいう。そして、メインノズル２４は、基端側が蓋部材１４に固定されることにより、バーナー本体１２の小径部２０内に収容位置せしめられている。

また、本実施形態では、上述の如くメインノズル２４が小径部２０内に配置された状態で、メインノズル２４の先端は、小径部２０内に位置せしめられている。換言すれば、メインノズル２４は、小径部２０の軸方向他端（段差部１８）から大径部２２内に突出しないようにされている。

さらに、本実施形態では、上述の如くメインノズル２４が小径部２０内に収容配置された状態で、メインノズル２４の噴射方向が、小径部２０、延いては、バーナー本体１２の軸方向と略一致するようにされている。

更にまた、本実施形態では、上述の如くメインノズル２４が小径部２０内に収容配置された状態で、メインノズル２４の中心軸線は、バーナー本体１２の中心軸線上に位置していても良い。或いは、小径部２０内で所定量偏倚位置していても良く、その場合、後述するサブノズル２６の配設スペースを容易に確保することが可能となる。因みに、本実施形態では、メインノズル２４の中心軸線は、バーナー本体１２の中心軸線から径方向外方に偏倚した位置にある。

また、本実施形態では、メインノズル２４の他に、後述する石油系流体燃料が噴射される油用ノズルとしてのサブノズル２６が、メインノズル２４と同様に、基端側が蓋部材１４に固定された状態で、バーナー本体１２の小径部２０内に収容配置されている。特に本実施形態では、サブノズル２６とメインノズル２４における噴射口が形成された突出端部において中心軸線上に位置する部分が小径部２０の軸方向で同じ位置にあるようにされている。これにより、メインノズル２４から噴射されるエマルジョン燃料への点火を有利に実現することが可能になる。なお、本実施形態のサブノズル２６は、メインノズル２４と同様に、従来から公知の二流体ノズルによって構成されており、図示はされていないが、サブノズル２６には、石油系流体燃料が貯蔵された油貯蔵タンクに接続された油供給用配管と、大気に接続された空気供給用配管が連結されている。

そこにおいて、本実施形態のサブノズル２６は、噴射角度が４５〜６０度の範囲内で設定される。また、本実施形態のサブノズル２６は、噴射方向が、メインノズル２４の噴射方向と同様に、バーナー本体１２の軸方向に略一致するようにされている。更にまた、本実施形態のサブノズル２６は、その中心軸線が、メインノズル２４の中心軸線と同様に、バーナー本体１２の中心軸線と同じ位置にあっても良いし、偏心していても良い。因みに、本実施形態では、サブノズル２６の中心軸線は、バーナー本体１２の中心軸線から外れた位置にある。特に本実施形態では、サブノズル２６は、バーナー本体１２の中心軸線を挟んで、メインノズル２４とは反対側の位置にある。

また、サブノズル２６の近くには、蓋部材１４によって固定的に支持されたイグナイター２８が位置せしめられており、かかるイグナイター２８によって、サブノズル２６から噴射される石油系流体燃料に着火するようになっている。

更にまた、バーナー本体１２の大径部２２内には、仕切部材３０が、大径部２２に支持された状態で、収容配置されている。この仕切部材３０は、図２に示されているように、全体として略一定厚さ寸法の円板形状を呈している。そこにおいて、本実施形態の仕切部材３０は、厚さ方向の寸法：Ｌ１が１５〜１００ｍｍの範囲内に設定されると共に、軸直角方向の寸法（径方向寸法）：Ｌ２が２５０〜４００ｍｍの範囲内に設定される。また、仕切部材３０は耐熱材によって形成されており、特に本実施形態では、セラミックスで形成されている。これにより、本実施形態の仕切部材３０には、蓄熱性が付与されている。なお、蓄熱性や表面の実質面積の向上のために、かかる仕切部材３０として、連続気孔を有する多孔質なセラミック製のものを採用することも望ましい。

また、仕切部材３０には、厚さ方向に略一定の断面形状（本実施形態では、円形断面）で貫通する連通孔３２が形成されており、特に本実施形態では、複数の連通孔３２が形成されている。そこにおいて、本実施形態では、仕切部材３０の中央に形成された中央連通孔３４が他の連通孔３２（外周連通孔３３）よりも開口面積が大きくされている。また、本実施形態では、複数の連通孔３２のうち、中央連通孔３４以外の連通孔３２（外周連通孔３３）は、中央連通孔３４よりも外周側の領域において、略均等に分布する位置に形成されている。なお、中央連通孔３４は、直径が１５〜５０ｍｍであることが望ましく、中央連通孔３４以外の連通孔３２（外周連通孔３３）は、直径が１０〜２０ｍｍであることが望ましい。即ち、中央連通孔３４は、その中心軸方向の投影において、メインノズル２４の中心軸線が中央連通孔３４内に位置するように、直径、延いては、開口面積が設定されるようになっている。これにより、燃焼排ガスの排出を有利に実現しつつ、保温効果を確保することが可能となる。また、メインノズル２４の噴射角度が大きくなるに従って中央連通孔３４の開口面積が大きくなるようにされている。一方、中央連通孔３４以外の連通孔３２（外周連通孔３３）は、メインノズル２４の中心軸線から外れた位置に形成されるようになっており、中央連通孔３４の開口面積が大きくなるに従って、中央連通孔３４以外の連通孔３２（外周連通孔３３）の開口面積が小さくなるように設定されている。これにより、仕切部材３０において連通孔３２が占める割合が大きくなり過ぎないようにされている。また、中央連通孔３４以外の連通孔３２（外周連通孔３３）は、メインノズル２４の噴射角度内に位置せしめられるようにされている。

このような形状とされた仕切部材３０は、その中心軸方向がバーナー本体１２の軸方向、即ち、メインノズル２４の噴射方向と略一致するようにして、バーナー本体１２の大径部２２内に収容配置されている。換言すれば、仕切部材３０は、厚さ方向両面が、それぞれ、メインノズル２４の噴射方向に対する直交方向に広がるようにして、バーナー本体１２の大径部２２内に収容配置されており、仕切部材３０がメインノズル２４に対向位置せしめられているのである。これにより、燃焼室１６がバーナー本体１２の軸方向に二分されて、仕切部材３０を挟んだ両側に二つの燃焼空間３６，３８が形成されており、これら二つの燃焼空間３６，３８は仕切部材３０に設けられた複数の連通孔３２を通じて相互に連通せしめられている。

また、本実施形態では、仕切部材３０がバーナー本体１２の大径部２２に対して同一中心軸線上に位置せしめられている。これにより、仕切部材３０の外周面と大径部２２の内周面との間には、全周に亘って略一定の大きさの隙間３９が形成されている。なお、本実施形態では、かかる隙間３９の大きさ（Ｂ）が１００〜２６０ｍｍの範囲内で設定される。これにより、後述の如く飛散したエマルジョン燃料の燃料油が仕切部材３０に衝突し易くしつつ、エマルジョン燃料の燃焼排ガスの排出を効率良く行うことや、仕切部材３０で仕切られた両室間での燃焼状態の相互移行などによる燃焼効率の向上が可能となる。

加えて、メインノズル２４からの直接的な噴射圧力が及ぼされる仕切部材３０の連通孔３２には、かかる噴射圧力の作用によって上流側の燃焼空間３８から下流側の燃焼空間３６に向かうガス流動が積極的に生ぜしめられる。隙間３９が、このメインノズル２４からの直接的な噴射圧力が及ぼされる領域に形成されることによって、燃焼ガスの上流側燃焼領域から下流側燃焼領域へのスムーズな移行が実現されて、燃焼室全体として効率的で均一且つ安定した燃焼状態の実現が図られ得る。一方、隙間３９が、メインノズル２４の直接的な噴射領域を外周側に外れた位置に形成されていても良い。これにより、隙間３９にはメインノズル２４からの直接的な噴射圧力の作用が回避されることとなり、上流側の燃焼空間３８内で外周部分の圧力が低くなる結果、燃焼状態によって、下流側の燃焼空間３６から上流側の燃焼空間３８への燃焼ガスの一部還流を図ることも可能となる。そして、この燃焼ガスの還流によって、更なる燃焼効率やエネルギ変換効率の向上なども図られ得るのである。

さらに、本実施形態では、このように仕切部材３０が大径部２２内に収容配置された状態で、仕切部材３０の外周面は、バーナー本体１２の軸方向の投影において、小径部２０の内周面よりも径方向外方に位置せしめられるようになっている。換言すれば、バーナー本体１２の軸方向の投影において、小径部２０の開口が仕切部材３０で覆われるようになっているのである。

更にまた、本実施形態では、仕切部材３０の厚さ方向一方の面（軸方向一端側の面）とメインノズル２４の先端、即ち、メインノズル２４における噴射口が形成された端部において中心軸線上に位置する部分との離隔距離：Ｌ３が、３００〜４５０ｍｍとされている。特に本実施形態では、仕切部材３０の厚さ方向一方の面と小径部２０の軸方向他方の開口端との離隔距離が、メインノズル２４の先端、即ち、メインノズル２４における噴射口が形成された端部において中心軸線上に位置する部分と小径部２０の軸方向他方の開口端との離隔距離の２倍以上の大きさとなるように、仕切部材３０が大径部２２内に収容配置されている。

なお、仕切部材３０は、適当な取付部材を介して、大径部２２に取り付けられることにより、大径部２２に対して直接的又は間接的に支持された状態で、大径部２２内に位置固定に収容配置されている。具体的には、例えば、仕切部材３０と大径部２２との径方向対向面間に跨がって複数の支持部材を設けて、仕切部材３０を、その周上の複数箇所において大径部２２に固定することも可能である。或いは、ノズル配設された小径部２０から大径部に向かって延びだす一本又は複数本の支持部材を設けて、仕切部材３０を小径部２０に対して固定的に支持せしめることも可能である。勿論、仕切部材３０において、周上で部分的に外周側に突出する取付部を一体的に形成し、かかる取付部において、仕切部材を大径部２２に対して固定的に位置決めすることなども可能である。

上述の如き構造とされたバーナー１０は、先ず、イグナイター２８によって、サブノズル２６から噴射される石油系流体燃料に着火する。そこにおいて、石油系流体燃料としては、灯油や軽油，ガソリン，重油等の石油を精製して得ることが出来る油であれば、特に限定されるものではないが、安価である等の観点から、重油が好適に採用される。

次に、石油系流体燃料の燃焼に伴って発生する炎を利用して、メインノズル２４から噴射されるエマルジョン燃料に着火する。これにより、エマルジョン燃料の燃焼に基づく炎４０が発生し、バーナー１０が使用状態になる。そこにおいて、エマルジョン燃料は、灯油や軽油，ガソリン，重油等の燃料油と、水道水等の水と、界面活性剤を混ぜ合わせたものである。因みに、本実施形態では、重油と水と界面活性剤を混ぜ合わせたものである。

そこにおいて、エマルジョン燃料は、エマルジョン燃料貯蔵タンク内において常時攪拌されている状態で供給されるようになっていても良いし、先に攪拌したものが攪拌されずにそのまま供給されるようになっていても良い。なお、エマルジョン燃料の攪拌手段は、従来から公知の各種攪拌手段が何れも採用可能である。また、エマルジョン燃料の燃焼が安定したなら、石油系流体燃料の燃焼を止めるようにしても良い。

上述の如き構造とされたバーナー１０においては、エマルジョン燃料の燃焼を効率良く行うことが出来る。それは、次のような理由に基づくと考えられる。

すなわち、燃焼室１６内に収容配置された仕切部材３０によって、メインノズル２４側の燃焼空間３８に熱が篭り易くなり、メインノズル２４、延いては、メインノズル２４から噴射されるエマルジョン燃料が温められることとなる。これにより、エマルジョン燃料を低粘性状態で噴射することが可能となる。換言すれば、エマルジョン燃料に含まれる燃料油（本実施形態では、重油）を微粒化した状態で噴射することが可能となる。

また、噴射されたエマルジョン燃料において、燃料油よりも沸点が低い水粒子が気化・蒸発する。これにより、水粒子の周りを取り囲む燃料油が飛散し、燃料油がより細かい径の粒子となる。その結果、燃料油粒子は、体積あたりの酸素と接する面積が大きくなり、局部的な不完全燃焼が少なくなるために、燃焼効率が高まる。

更にまた、水粒子が気化・蒸発した際に拡散される燃料油粒子が、仕切部材３０に衝突することにより、更に微粒化される。これにより、燃料油粒子が酸素と接触する面積が一層大きくなる。その結果、局部的な不完全燃焼が一層少なくなって、燃焼効率が更に高まることとなる。

そこにおいて、本実施形態では、仕切部材３０がセラミックで形成されており、仕切部材３０に対して蓄熱性が付与されていることから、仕切部材３０よりもメインノズル２４側の燃焼空間３８に熱が一層篭り易くなる。

特に、本実施形態では、仕切部材３０の厚さ寸法が１５〜１００ｍｍとされていることから、仕切部材３０の重量化を回避しつつ、仕切部材３０による燃焼空間３８の保温効果を有効に得ることが出来るようになっている。

また、本実施形態では、バーナー本体１２の軸方向の投影において、小径部２０の開口が仕切部材３０で覆われるようになっていることから、仕切部材３０によるメインノズル２４側の燃焼空間３８の保温効果を有効に得ることが出来ると共に、メインノズル２４から噴射されたエマルジョン燃料の水粒子が気化・蒸発した際に飛散する燃料油粒子を仕切部材３０に衝突させて更に微細化させる出来る。

特に、本実施形態では、仕切部材３０の外周面とバーナー本体１２の大径部２２の内周面との間に形成されている隙間３９が１００〜２６０ｍｍとされていることから、仕切部材３０によるメインノズル２４側の燃焼空間３８の保温効果を一層有効に得ることが出来ると共に、メインノズル２４から噴射されたエマルジョン燃料の水粒子が気化・蒸発した際に飛散する燃料油粒子を仕切部材３０に衝突させて更に微細化させることを有利に実現することが出来る。

さらに、本実施形態では、仕切部材３０とメインノズル２４の離隔距離が３００〜４５０ｍｍとされていることから、メインノズル２４から噴射されたエマルジョン燃料の水粒子が気化・蒸発した際に飛散する燃料油粒子を仕切部材３０に衝突させて更に微細化させることが一層有利に実現され得る。

更にまた、本実施形態では、メインノズル２４の噴射角度が６０度に設定されていると共に、メインノズル２４の先端から小径部２０の軸方向他方の開口端までの距離が、仕切部材３０の厚さ方向一方の面から小径部２０の軸方向他方の開口端までの距離の半分以下に設定されていることから、エマルジョン燃料を広範囲に噴射しつつ、メインノズル２４側の燃焼空間３８の容積を小さくして、エマルジョン燃料の燃焼効率の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、仕切部材３０に複数の連通孔３２が形成されていることから、エマルジョン燃料の水粒子が気化・蒸発した際に飛散乃至は拡散される燃料油粒子を、仕切部材３０よりも軸方向他端側の燃焼空間３６、即ち、メインノズル２４側とは反対側の燃焼空間３６に到達させることが可能となる。即ち、気化・蒸発した水粒子によって飛散乃至は拡散された燃料油粒子の滞空時間を長くすることが可能となるのである。これにより、燃料油粒子が熱せられる時間が長くなる。その結果、燃料油粒子が着火温度を越え易くなり、エマルジョン燃料の燃焼効率の更なる向上を図ることが可能となる。

特に本実施形態では、仕切部材３０が蓄熱性を有していることから、仕切部材３０付近の温度が他の領域よりも上昇し易くなる。これにより、燃料油粒子が更に熱せられることとなる。その結果、燃料油粒子が着火温度を一層越え易くなり、エマルジョン燃料の燃焼効率をより一層向上させることが可能となる。

因みに、本実施形態のバーナー１０における燃焼室１６の温度を測定してみた。その結果を表１に示す。そこにおいて、バーナー本体１２の長さは１３００ｍｍである。また、大径部２２の内径寸法は５００ｍｍである。エマルジョン燃料は、Ａ重油と水（工業用水又は水道水）と乳化剤（非イオン系界面活性剤）を機械攪拌で充分に攪拌混合したものである。そこにおいて、Ａ重油は５０重量％，水は４９重量％，乳化剤は１重量％である。また、エマルジョン燃料の供給量は、３０Ｌ／時間である。更に、仕切部材３０は、厚さ方向一方の面が、メインノズル２４の先端から４００ｍｍの位置にあるように配置した。更にまた、燃焼室１６の温度は、メインノズル２４の先端からの距離が２００ｍｍの位置（計測位置１）と、３００ｍｍの位置（計測位置２）と、４００ｍｍの位置（計測位置３）と、５００ｍｍの位置（計測位置４）と、６００ｍｍの位置（計測位置５）と、７００ｍｍの位置（計測位置６）で測定した。即ち、燃焼室１６の温度の測定位置は、仕切部材３０よりもメインノズル２４側で３箇所、仕切部材３０よりも排気口側で３箇所とされている。なお、仕切部材３０の外径寸法は２８０ｍｍとされており、中央連通孔３４の内径寸法は４０ｍｍとされており、外周連通孔３３の内径寸法は１５ｍｍとされている。また、比較の為に、仕切部材３０を燃焼室１６内に配置しない場合についても、測定した。その結果を、表１に併せて示す。更にまた、図３乃至５に示されている、本発明において採用可能な仕切部材４２，４４，４６が配置されたバーナーについても、同様に、燃焼室１６の温度を測定した。

そこにおいて、図３に示されている仕切部材４２は、その中央部分において、円形断面を有する内側連通孔４８が縦３列横３列に並んだ状態で貫通形成されている。なお、真中の内側連通孔４８は他の内側連通孔４８よりも大径とされている。更にまた、これら九つの内側連通孔４８が形成された中央部分よりも径方向外方には、周方向に所定長さに亘って延びる外側連通孔５０が周方向に等間隔に四つ形成されている。因みに、真中の内側連通孔４８の内径寸法は４０ｍｍとされており、残りの内側連通孔４８の内径寸法は１５ｍｍとされており、外側連通孔５０の径方向での幅寸法は１５ｍｍとされている。

また、図４に示されている仕切部材４４は、その中央部分において、円形断面を有する中央連通孔５２が形成されていると共に、かかる中央連通孔５２の外側において、円形断面を有する外側連通孔５４が周方向に等間隔に１２個並んで形成されている。更にまた、中央連通孔５２内には、３枚のステンレス製の平板５６が径方向一方向に等間隔に並ぶように組み付けられている。因みに、平板５６の幅寸法（図４の左右方向の寸法）は２００ｍｍとされており、平板５６の厚さ寸法は４ｍｍとされており、中央連通孔５２の内径寸法は１５０ｍｍとされており、外側連通孔５４の内径寸法は２０ｍｍとされている。

さらに、図５に示されている仕切部材４６は、その中央部分において、円形断面を有する中央連通孔５８が形成されていると共に、かかる中央連通孔５８の外周側において、径方向に延びる外側連通孔６０が周方向に等間隔に八つ形成されている。なお、図５に示されている態様においては、八つの外側連通孔６０のうちの四つは、他の四つの外側連通孔６０よりも周方向寸法（幅方向寸法）が大きくされており、他の四つの外側連通孔６０と交互に並んでいる。因みに、中央連通孔５８の内径寸法は４０ｍｍとされており、各外側連通孔６０における仕切部材４６の径方向での寸法は１２０ｍｍとされており、外側連通孔６０の幅寸法（仕切部材４６の径方向に直交する方向での寸法）は１５ｍｍと１０ｍｍとされている。

なお、図３乃至５に示されている仕切部材４２，４４，４６において、厚さ寸法や径方向寸法，形成材料等は、本実施形態の仕切部材３０と同じとされている。

表１に示された結果から明らかなように、本実施形態の仕切部材３０や図３乃至５に示された仕切部材４２，４４，４６が配置された燃焼室１６の温度は、仕切部材３０，４２，４４，４６が配置されていない燃焼室１６の温度よりも高くなっていることが確認できた。

また、燃焼室１６の温度は、仕切部材３０，４２，４４，４６に近いほうが高くなっていることが確認できた。これは、仕切部材３０，４２，４４，４６が蓄熱性を有していることに因るものと考えられる。

さらに、本実施形態の仕切部材３０が配置されている燃焼室１６の温度が、図３乃至５に示された仕切部材４２，４４，４６が配置されている燃焼室１６の温度よりも高いことが確認できた。これは、本実施形態の仕切部材３０に多くの連通孔３２が形成されており、本実施形態の仕切部材３０における厚さ方向の端面全体に対する連通孔３２の開口面積の割合が、図３乃至５に示された仕切部材４２，４４，４６における厚さ方向の端面全体に対する連通孔４８，５０，５２，５４，５８，６０の開口面積の割合よりも大きくされていることに起因すると考えられる。

更にまた、図４に示された仕切部材４４が配置されている燃焼室１６の温度が、本実施形態の仕切部材３０が配置されている燃焼室１６の温度や、図３及び図５に示された仕切部材４２，４６が配置されている燃焼室１６の温度よりも低くなっていることが確認できた。これは、図４に示された仕切部材４４がステンレス製の平板５６を備えていることに起因すると考えられる。

以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

例えば、前記実施形態において、メインノズル２４やサブノズル２６は、二流体ノズルである必要はない。

また、前記実施形態において、メインノズル２４やサブノズル２６は、それぞれ、二つ以上あっても良い。

さらに、前記実施形態において、サブノズル２６は、必ずしも必要ではない。この場合、例えば、バーナー本体１２の小径部２０にヒーター線を巻き付けておき、かかるヒーター線の熱を利用して小径部２０内を温めた後、イグナイターを利用して、メインノズル２４から噴射されるエマルジョン燃料に着火するようにしても良い。

更にまた、前記実施形態において、仕切部材３０が燃焼室１６内に複数配置されていても良い。

また、仕切部材の形状や大きさ等、更には、連通孔の形状や大きさ，数，形成位置等は、前記実施形態や図３乃至５に示された態様に限定されるものではない。

さらに、エマルジョン燃料の燃料油として、オイルサンドやビチューメン，更には、石油の蒸留残渣やアスファルト等の重質油を採用することも可能である。

加えて、前記実施形態では、バーナーに対して本発明を適用した場合の一具体例が示されていたが、本発明は、バーナーの他、ディーゼルエンジンやボイラー焼却炉等に対しても、勿論、適用可能である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

本発明の一実施形態としてのバーナーを説明するための概略図。 同バーナーに採用されている仕切部材を示す正面図。 本発明において採用可能な仕切部材を示す正面図。 本発明において採用可能な仕切部材の別の態様を示す正面図。 本発明において採用可能な仕切部材の更に別の態様を示す正面図。

符号の説明

１０：バーナー，１６：燃焼室，２４：メインノズル，３０：仕切部材，３２：連通孔，３６：燃焼空間，３８：燃焼空間

Claims (10)

1. 噴射ノズルから噴射されたエマルジョン燃料を燃焼室内で燃焼させるエマルジョン燃料燃焼装置において、
   前記燃焼室が、耐火性を有する仕切部材によって、前記噴射ノズルによる前記エマルジョン燃料の噴射方向で仕切られており、該燃焼室内において該仕切部材を挟んだ両側に形成されている二つの燃焼空間が、該仕切部材に貫通形成された連通孔を通じて、相互に連通されていることを特徴とするエマルジョン燃料燃焼装置。
2. 前記噴射ノズルの他に、石油系流体燃料を前記燃焼室内に噴射する油用ノズルが、該噴射ノズルと噴射方向を同じにして該噴射ノズルに並設されている請求項１に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
3. 前記仕切部材がセラミックスによって形成されている請求項１又は２に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
4. 前記燃焼室の周壁において、中心軸方向の中間部分に段差部が形成されて段付筒体形状とされており、該段差部の軸方向一方の側が小径の絞り部とされていると共に、該段差部の軸方向他方の側が大径の開放部とされている一方、該絞り部内に前記噴射ノズルが位置せしめられていると共に、該開放部内に前記仕切部材が位置せしめられている請求項１乃至３の何れか１項に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
5. 前記仕切部材の外径寸法が、前記絞り部の内径寸法よりも大きくされている請求項４に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
6. 前記仕切部材の厚さ寸法が一定の大きさとされている請求項１乃至５の何れか１項に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
7. 前記仕切部材と前記噴射ノズルとの対向方向での離隔距離が３００〜４５０ｍｍとされている請求項１乃至６の何れか１項に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
8. 前記仕切部材において前記連通孔が複数形成されている請求項１乃至７の何れか１項に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
9. 前記仕切部材において前記噴射ノズルの噴射方向で対向する位置に中央連通孔が形成されていると共に、該中央連通孔の周りに外周連通孔が形成されており、該中央連通孔の開口面積が、該外周連通孔の開口面積よりも大きくされている請求項８に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
10. 前記燃焼室における前記仕切部材の配設位置において、該仕切部材の外周面と該燃焼室の内周面との間には５０ｍｍ以上の幅寸法で周方向に延びる隙間が形成されている請求項１乃至９の何れか一項に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。

Images