(57)【要約】【課題】燃焼用空気が流通する保炎器の貫通孔の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることが可能なバーナを提供すること。【解決手段】バーナ１は、燃料ガスが流通する燃料ガス流通管２０と、燃料ガス流通管２０を包囲し、燃料ガス流通管２０の外周面との間に燃焼用空気が流通する燃焼用空気流路を形成するバーナ外筒３０と、基端部が燃料ガス流通管２０と接続されると共に、先端部が燃料ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状の保炎器２２と、保炎器２２よりも基端側に配置され、保炎器２２に保炎された火炎の光を検知可能な火炎検知部７０と、を備え、保炎器２２の円錐台状の周面には、燃焼用空気が流通する貫通孔２４が形成され、貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスが流通する燃料ガス流通管と、
前記燃料ガス流通管を包囲し、前記燃料ガス流通管の外周面との間に燃焼用空気が流通する燃焼用空気流路を形成するバーナ外筒と、
基端部が前記燃料ガス流通管と接続されると共に、先端部が前記燃料ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状の保炎器と、
前記保炎器よりも基端側に配置され、前記保炎器に保炎された火炎の光を検知可能な火炎検知部と、を備え、
前記保炎器の円錐台状の周面には、前記燃焼用空気が流通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔の貫通軸方向に、前記火炎検知部が配置されている、バーナ。
【請求項２】
前記保炎器の周面には、前記燃焼用空気が流通する複数の貫通孔が形成され、
前記複数の貫通孔のうち、少なくとも２つ以上の貫通孔の貫通軸方向が同じ方向となるように、前記複数の貫通孔が形成されており、
前記少なくとも２つ以上の貫通孔の貫通軸方向に、前記火炎検知部が配置されている、請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
前記貫通孔の貫通軸方向が、前記燃料ガス流通管の管軸方向と一致するように、前記貫通孔が形成されており、
前記火炎検知部は、前記管軸方向の基端側に配置されている、請求項１または請求項２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記燃料ガス流通管を流通する燃料ガスは、炭化水素ガスから水素を製造する過程で発生するオフガスである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等の燃焼機器では、一般的な先混合式バーナを用いることが知られている。
例えば、特許文献１には、内管の先端にホーン（ガス流れの下流側に向かって拡開する円錐台状の保炎器）を取り付け、該ホーンにはその基部近傍に導風孔（複数の貫通孔）を形成し、前記ホーンの先端部は外管より小径に構成して外管との間に間隙部を設け、前記内管の先端には、前記ホーンの内壁に沿って噴出する一次ガス噴出孔を設け、前記内管の上流側には半径方向にガスを噴出する二次ガス噴出孔を設けられたバーナが開示されている。この先混合式バーナでは、燃料ガス流通管から噴出する燃料ガスは、導風孔と間隙部から噴出する燃焼用空気と順次混合しながら燃焼する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平５−５１８０９号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラ等の燃焼機器では、火炎検出装置としてバーナの火炎が発する光を検出可能な光センサを設け、この光センサが検出した信号により火炎を検出してバーナの燃焼状態が判断されている。
特許文献２には、ウインドボックスに設けられた光センサを有する火炎検出装置を用いて火炎検知を行うことが示されている。しかしながら、円錐台状の保炎器により保炎されている場合は、ウインドボックス上部に位置する光センサが火炎からの光を受光する上で、保炎器が邪魔となる。
加えて、水素ガスあるいは水素ガスを含む低カロリーガスは、都市ガスやＬＰＧ等と比べて光センサの感度範囲の発光強度が少ないなどの理由により、例えば燃焼量が少ない場合は、光学式の火炎検知器により火炎を検知することが困難となる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼用空気が流通する保炎器の貫通孔の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることが可能なバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料ガスが流通する燃料ガス流通管と、前記燃料ガス流通管を包囲し、前記燃料ガス流通管の外周面との間に燃焼用空気が流通する燃焼用空気流路を形成するバーナ外筒と、基端部が前記燃料ガス流通管と接続されると共に、先端部が前記燃料ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状の保炎器と、前記保炎器よりも基端側に配置され、前記保炎器に保炎された火炎の光を検知可能な火炎検知部と、を備え、前記保炎器の円錐台状の周面には、前記燃焼用空気が流通する貫通孔が形成され、前記貫通孔の貫通軸方向に、前記火炎検知部が配置されている、バーナに関する。
【０００７】
また、本発明の前記保炎器の周面には、前記燃焼用空気が流通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の貫通孔のうち、少なくとも２つ以上の貫通孔の貫通軸方向が同じ方向となるように、前記複数の貫通孔が形成されており、前記少なくとも２つ以上の貫通孔の貫通軸方向に、前記火炎検知部が配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明のバーナは、前記貫通孔の貫通軸方向が、前記燃料ガス流通管の管軸方向と一致するように、前記貫通孔が形成されており、前記火炎検知部は、前記管軸方向の基端側に配置されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明のバーナの前記燃料ガス流通管を流通する燃料ガスは、炭化水素ガスから水素を製造する過程で発生するオフガスであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃焼用空気が流通する保炎器の貫通孔の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることが可能なバーナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバーナを示す図である。
【図２Ａ】第１実施形態のバーナの保炎器周辺を示す拡大図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＥ矢視図である。
【図３Ａ】比較例のバーナの保炎器周辺を示す拡大図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＥ矢視図である。
【図４Ａ】第１実施形態のバーナの保炎器周辺を示す拡大図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＥ矢視図である。
【図５】火炎検知部による検知レベルのデータを示すグラフである。
【図６】保炎器の断面を模式的に表した図である。
【図７Ａ】保炎器の貫通孔の透過面積率βの近似計算結果を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ａのグラフの一部を拡大した図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るバーナを示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るバーナを示す図である。
【図１０Ａ】第３実施形態のバーナの保炎器周辺を示す拡大図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＥ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るバーナ１について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のバーナ１は、ボイラ等の燃焼機器に用いられる先混合式バーナである。
図１は、本実施形態のバーナ１を示す概略図である。
本実施形態のバーナ１は、ウインドボックス５０に取り付けられている。ウインドボックス５０の空気導入口５１には、送風機（図示省略）から燃焼用空気が送り込まれる。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のバーナ１は、燃料ガス流通管２０と、保炎器２２と、バーナ外筒３０と、着火装置６０と、火炎検知部７０と、を備える。
【００１４】
燃料ガス流通管２０は、燃料ガス（図面におけるＧ）が流通する燃料ガス流通路Ｌ１を形成する管状部材であり、耐熱性の部材により形成されている。燃料ガス流通管２０を流通した燃料ガスは、ボイラの缶体（図示省略）の内部へ供給される。
【００１５】
保炎器２２は、燃料ガス流通管２０の先端に接続されている。燃料ガス流通管２０を構成する部分と保炎器２２を構成する部分は実質的に接続されていればよく、別部材を溶接等により接合してもよいし、一体の部材により形成してもよい。
保炎器２２の詳細については後述する。
【００１６】
バーナ外筒３０は、燃料ガス流通管２０を包囲し、これにより、燃料ガス流通管２０の外周面との間に燃焼用空気（図面におけるＡ）が流通する燃焼用空気流路Ｌ３を形成している。
バーナ外筒３０の基端側の領域には、複数の開口３３が形成されている。複数の開口３３は、バーナ外筒３０の基端側の領域の全周に亘って、略均等な間隔をあけて形成される。
バーナ外筒３０における複数の開口３３が形成されていない先端側の領域は、耐熱性を有する金属からなる板状部材を筒状に成形することで形成される。また、バーナ外筒３０における複数の開口３３が形成された基端側の領域は、パンチングメタルを筒状に成形することで形成される。そして、これらの２つの部材が溶接等により接続されることにより、バーナ外筒３０が形成される。
【００１７】
着火装置６０は、燃料ガス流通路Ｌ１から噴出される燃料ガスに着火する装置である。着火装置６０は、燃料ガス流通管２０に沿って延び、燃料ガス流通管２０とバーナ外筒３０との間の領域に配置される。着火装置６０は、その先端部にスパークロッド６１を備えている。
【００１８】
火炎検知部７０は、保炎器２２よりも基端側に配置されている。火炎検知部７０は、保炎器２２に保炎された火炎の検知可能な紫外線火炎検知器等の光学的センサにより構成されている。この火炎検知部７０は、燃料ガス流通管２０およびバーナ外筒３０の間の空間（燃焼用空気流路Ｌ３）を通じて火炎を検知できるような態様で、燃料ガス流通管２０およびバーナ外筒３０の管軸方向の基端側において、ウインドボックス５０に配置されている。
【００１９】
次に、保炎器２２について詳細に説明する。
図２Ａは、保炎器２２周辺の拡大図である。図２Ｂは、図２ＡのＥ矢視図である。
図２Ａに示すように、保炎器２２の先端側は、燃料ガスＧの流れの下流側（先端側）に向かって拡開する円錐台状となっている。
【００２０】
保炎器２２の円錐台状の周面には、燃焼用空気が流通する複数の貫通孔２４が形成されている。
複数の貫通孔２４は、拡開方向に間隔をおいた多列で構成されており、本実施形態においては、図２Ａ、図２Ｂに示すように３列で構成されている。具体的には、保炎器２２には、１列目の貫通孔２４Ａが６個、２列目の貫通孔２４Ｂが６個、３列目の貫通孔２４Ｃが６個形成されている。この複数の貫通孔２４を総合したものが、第１燃焼用空気（図２ＡにおけるＡ１）を噴出する第１燃焼用空気噴出部２４Ｔとなる。
なお、２列目の貫通孔２４Ｂのうち、１つの貫通孔には、スパークロッド６１が挿入されている。これにより、スパークロッド６１の先端は、保炎器２２内に位置している。
【００２１】
保炎器２２先端部と、バーナ外筒３０の内周面３１との間には、燃焼用空気が流通する環状の隙間部３２が形成されている。この環状の隙間部３２は、第２燃焼用空気（図２ＡにおけるＡ２）が噴出する第２燃焼空気噴出部を形成する。
【００２２】
保炎器２２外周部には位置決め用の複数の突出部２５、好ましくは３つ以上の突出部２５が形成されている。図２Ｂに示すように、本実施形態においては３つの突出部２５が形成されており、この３つの突出部２５が、バーナ外筒３０の内周面３１と接触し、燃料ガス流通管２０が、バーナ外筒３０と略同軸に配置される。これにより、バーナ外筒３０の内周面３１と、保炎器２２先端部との間には、環状の隙間部３２がバランスよく形成される。
【００２３】
図２Ａに示すように、保炎器２２の先端部には、バーナ外筒３０の内周面３１との間で平行面を形成する平行周面２３が全周に亘って形成されている。これにより、燃焼用空気の流れが適切に整流され、保炎性が高まる。
【００２４】
本実施形態の複数の貫通孔２４は、その貫通軸方向が、図１、図２Ａにおいて矢印Ｄで示されるように、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されている。
そして図１に示すように、火炎検知部７０は、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側に配置されている。
これにより、本実施形態のバーナ１は、複数の貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置される態様となっている。
以下、この点について詳細に説明する。
【００２５】
図３Ａ、３Ｂは、従来技術を示す比較例のバーナ１’における、燃料ガス流通管２０および保炎器２２’と、バーナ外筒３０を示す図である。
【００２６】
比較例のバーナ１’においては、図３Ａにおいて矢印Ｄ２で示されるように、保炎器２２’の複数の貫通孔２４’の貫通軸方向が、保炎器２２’の円錐台状の周面の法線ベクトル方向となっている。
この場合、仮に火炎検知部７０が図１に示されるような位置、すなわち燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側の位置に配置されているときは、貫通孔の開口部を通過して火炎から直接に受光部へ届く光量は少なくなる。
【００２７】
図３Ｂは、図３ＡのＥ矢視図である。
図３Ｂに示すように、比較例における複数の貫通孔２４’は、燃料ガス流通管２０の管軸方向から見たときの透過面積が非常に小さい。すなわち、この状況においては、火炎検知部７０と貫通孔２４’とを結ぶ線に沿って、火炎検知部７０から保炎器２２’の貫通孔２４’を見たときの、貫通孔２４’の見かけ上の面積は非常に小さくなる。
この場合、保炎器２２’内の火炎を、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側に配置されている火炎検知部７０によって検知することが困難となる。
【００２８】
図４Ａ、４Ｂは、本実施形態のバーナ１における、燃料ガス流通管２０および保炎器２２と、バーナ外筒３０を示す図である。なお、保炎器の貫通孔の口径自体は、比較例の貫通孔の口径と同じである。但し、貫通孔の貫通軸方向が異なる。
本実施形態のバーナにおいては、図４Ａにおいて矢印Ｄで示されるように、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されている。換言すると、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸と、燃料ガス流通管２０の管軸とが平行である。
この状態であれば、火炎検知部７０が図１に示されるような位置、すなわち燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側の位置に配置されている場合において、貫通孔の開口部を通過して火炎から直接に受光部へ届く光量は多くなる。
【００２９】
図４Ｂは、図４ＡのＥ矢視図である。
図４Ｂに示すように、本実施形態における貫通孔２４は、燃料ガス流通管２０の管軸方向から見たときの透過面積が最大化される。すなわち、この状況においては、火炎検知部７０と貫通孔２４とを結ぶ線に沿って、火炎検知部７０から保炎器２２の貫通孔２４を見たときの、貫通孔２４の見かけ上の面積が最大化される。
この場合、貫通孔２４の貫通面積（貫通孔を通過する空気量）を変えることなく、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側に配置されている火炎検知部７０に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることができる。
なお、貫通孔２４の貫通軸方向とは、貫通孔２４の中心軸が延びる方向を意味する。
【００３０】
図５は、オフガスを燃料ガスとして供給し、空気比を変化させて燃焼させたときの、火炎検知部７０による検知感度のデータを示すグラフである。横軸が燃焼条件としての空気比であり、縦軸が火炎検知部７０による検知感度である。
図５に示されるように、比較例のバーナ１’と比べると本実施形態のバーナ１の方が、どの空気比においても、明らかに検知感度が高くなっている。これは、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸方向を、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致させる構成を採用したことによる効果である。
【００３１】
以上のように、本実施形態のバーナ１を用いれば、広い燃焼範囲において十分良好な燃焼性能が得られ、かつ火炎検知部７０による検知感度が上昇する。
【００３２】
次に、図６、図７Ａ、図７Ｂを用いて、保炎器２２の円錐台状の周面の拡開角度と透過面積率の関係について検討する。
図６は、保炎器の断面を模式的に表した図である。ここでは、比較例の保炎器２２’と同様、保炎器の貫通孔の貫通軸方向は、保炎器の円錐台状の周面の法線ベクトル方向となっている。なお、αは拡開角度の半分の角度、ｔは保炎器の肉厚、φは貫通孔の口径である。そして、図６の右側には、図６の左側の図を矢印Ｆの方向（管軸方向）から矢視したときの貫通孔の透過面積Ｓ’を示す図が示されている。
貫通孔を貫通軸方向から見たときの面積Ｓ（貫通面積Ｓ）に対する透過面積Ｓ’の割合（百分率）は透過面積率βとされ、貫通孔の開口部を通過して火炎から受光部へ届く光量の指標とすることができる。
【００３３】
図７Ａは、比較例と同様の保炎器（貫通孔の貫通軸方向は、保炎器の円錐台状の周面の法線ベクトル方向と一致）において、保炎器の肉厚が２ｍｍ、貫通孔の口径φが４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの場合に、角度α（図６）と、透過面積率βの近似計算結果の関係を示すグラフである。グラフの横軸は角度αであり、縦軸は透過面積率βである。図７Ｂのグラフは、図７Ａのグラフの一部を拡大したものである。
【００３４】
図７Ａに示されるように、比較例の構成であると、角度αが９０°から減少していくにしたがって、透過面積率βは小さくなり、保炎器の肉厚が一定の場合には貫通孔の口径が小さいほどその減少率は大きい。
図７Ｂに示されるように、角度αが３２．５°を下回るような状況では、貫通孔の口径φが６ｍｍであっても、透過面積率βは２０％を下回っており、保炎器が障害物となり火炎から受光部へ届く光量が大きく制限されるために、火炎があるにも拘らず火炎検知できない状況が起こりやすくなる。
本実施形態の保炎器（貫通孔の貫通軸方向は、受光部に向く）では、受光部から見た時の透過面積は９０％以上であり、角度αが３２．５°以下、すなわち保炎器の拡開角度２αが６５°以下の場合には、本実施形態による効果がより好適に得られる。
一方、保炎器の拡開角度２αが４０°（角度αが２０°）を下回ると、保炎器の長さ、貫通孔の形成などの、保炎器の設計的な自由度が狭くなる。よって本実施形態の保炎器２２の効果を特に好適に得られる拡開角度２αは、４０°〜６５°の範囲内である。もちろん、拡開角度２αが９０°以下の場合、１２０°以下の場合など、それ以外の範囲においても、本実施形態の効果を得ることができる。
なお、本実施形態の保炎器２２であれば、保炎器２２の肉厚ｔを厚くしても、貫通孔の透過面積Ｓ’が確保され、火炎検知部７０に到達する光量を確保することが可能となる。
【００３５】
次に、本実施形態の先混合式のバーナ１の動作について説明する。
送風機（図示省略）より、ウインドボックス５０の空気導入口５１から燃焼用空気Ａ（図１参照）が供給される。空気導入口５１から供給された燃焼用空気Ａは、バーナ外筒３０の複数の開口３３からバーナ外筒３０の内部に流入する。
【００３６】
次いで、バーナ外筒３０の内部に流入した燃焼用空気Ａは、燃焼用空気流路Ｌ３を通じて基端側から先端側に向かって供給され、その一部が第１燃焼用空気Ａ１（図１Ａ参照）として、保炎器２２に形成された複数の貫通孔２４を通じて保炎器２２内に噴出する。
また、それ以外の燃焼用空気Ａは、第２燃焼用空気Ａ２（図２Ａ参照）として、バーナ外筒３０の内周面３１と保炎器２２先端部との間に形成された環状の隙間部３２から保炎器２２の先端側に噴出する。
【００３７】
一方、燃料ガスＧは、燃料ガス流通管２０を流通して保炎器２２から噴出する。
そして、保炎器２２の先端側において、保炎器２２から噴出した燃料ガスＧと、前述の第１燃焼用空気Ａ１および前述の第２燃焼用空気Ａ２とが混合され、この混合された気体がスパークロッド６１により着火されて燃焼する。
【００３８】
なお、燃料ガスＧは、まず、第１燃焼用空気Ａ１と混合され燃焼し、さらに、燃料ガスＧを含む燃焼ガスは第２燃焼用空気Ａ２と混合され燃焼する。言い換えれば、空気比が低い（過剰空気量が少ない）ときは、第１燃焼用空気Ａ１が主に燃焼に使われ、空気比が高い（過剰空気量が多い）ときは、第２燃焼用空気Ａ２が燃焼に使われる割合が増加する。これにより、空気比が変動しても、燃焼域（燃料と空気の混合域）の空気比が適切に保たれ、燃焼を安定化させることができる。
【００３９】
燃焼状態において保炎器２２によって保炎されている火炎は、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側の位置に配置されている火炎検知部７０によって検知される。
ここで、本実施形態における保炎器２２の複数の貫通孔２４は、その貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されている。すなわち、本実施形態のバーナ１は、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置される態様となっている。
これにより、管軸方向から貫通孔２４を見たときの透過面積が最大化され、保炎器２２内の火炎を、火炎検知部７０によって容易に検知することができる。
すなわち、保炎器２２の貫通孔２４の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部７０に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることができる。
【００４０】
なお、本実施形態のバーナ１の構成、すなわち、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸方向を、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成し、かつ火炎検知部７０を、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側の位置に配置する構成は、バーナ外筒３０がある程度長尺のバーナに対しても有効である。
バーナ外筒３０の壁面等に特別な加工をせずに火炎検知部７０を配置する場合、その配置場所は、バーナ外筒３０の基端側となってしまう場合が多い。例えば本実施形態においては、火炎検知部７０をバーナ外筒３０の基端側のウインドボックス５０に配置している。
このような場合、前述の比較例の保炎器の構成では、貫通孔の貫通軸は保炎器の法線ベクトル方向であるため、管軸方向から貫通孔２４を見たときの透過面積が必然的に小さくなるため、保炎器内の火炎を検知することが難しい。その一方、本実施形態の保炎器の構成を採用すれば、保炎器２２内の火炎を検知しやすい。
【００４１】
なお、保炎器２２に形成されている全ての貫通孔２４の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されていることが好ましいが、一部の貫通孔２４の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されていればよい。
例えば、少なくとも１つの貫通孔の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されていればよいが、２つ以上の貫通孔の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されていることが好ましい。
換言すると、少なくとも２つの貫通孔の貫通軸方向が同じ方向となるように、複数の貫通孔を形成し、この少なくとも２つの貫通孔の貫通軸方向に、火炎検知部７０を配置することが好ましい。
具体的には、図１に示す例では、全ての貫通孔２４の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成されていることが好ましいが、火炎検知部７０から見て、燃料ガス流通管２０によって隠れない部分に配置されている貫通孔２４について、その貫通軸を燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成すれば、高い効果が得られる。
【００４２】
なお、燃焼状態において保炎器２２に保炎されている火炎の光は、環状の隙間部３２を通じて検知することもできる。しかしながら、低燃焼状態の場合は、火炎があまり広がらないため、環状の隙間部３２から光を検知することが困難となる場合がある。しかしながら、本実施形態のバーナ１であれば、保炎器２２の貫通孔２４を通じて光を検知しやすい構成となっているため、低燃焼状態を含む燃焼状態の調節が可能な燃焼装置に対して、特に高い効果が得られる。
例えば、複数の燃焼位置（例えば、燃焼停止位置、低燃焼位置、中燃焼位置および高燃焼位置）を備え、燃焼位置を切り換えることで、燃焼量が段階的に制御可能とされている段階値制御ボイラや、最小燃焼状態（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされている比例制御ボイラなどのボイラに対しても好適に適用可能である。
【００４３】
なお、本実施形態の保炎器２２の複数の貫通孔２４は、拡開方向に間隔をおいた多列で構成されている。
これにより、低燃焼状態の場合などにおける火炎が小さいときにおいても、保炎器２２の基端部付近に形成された１列目の貫通孔２４Ａを通じて、保炎器２２に保炎された火炎を良好に検知することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、火炎の光を検知可能な火炎検知部として紫外線火炎検知器を用いているが、その他の光学的な火炎検知部、例えば可視光線式火炎検知器などを用いてもよい。
【００４５】
なお、光学的な火炎検知部が、検知方向の中心軸を示す光軸を有する場合は、その光軸が、保炎器の貫通孔の貫通軸と一致または平行となっていることが好ましい。
【００４６】
以上説明した本実施形態のバーナ１によれば、以下のような効果が奏される。
【００４７】
（１）本実施形態のバーナ１は、燃料ガスが流通する燃料ガス流通管２０と、燃料ガス流通管２０を包囲し、燃料ガス流通管２０の外周面との間に燃焼用空気が流通する燃焼用空気流路Ｌ３を形成するバーナ外筒３０と、基端部が燃料ガス流通管２０と接続されると共に、先端部が燃料ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状の保炎器２２と、保炎器２２よりも基端側に配置され、保炎器２２に保炎された火炎の光を検知可能な火炎検知部７０と、を備え、保炎器２２の円錐台状の周面には、燃焼用空気が流通する貫通孔２４が形成され、貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されている。
これにより、燃焼用空気が流通する保炎器２２の貫通孔２４の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部７０に到達する光量を増やすことができる。
また、保炎器２２の設計の自由度も高まる。すなわち、保炎器２２の拡開角度２αの許容範囲、肉厚ｔの許容範囲、燃焼用空気の流通および光の通過を考慮した複数の貫通孔２４の設定などについて、設計の自由度が高まる。
【００４８】
（２）本実施形態のバーナ１の保炎器２２の周面には、燃焼用空気が流通する複数の貫通孔２４が形成され、複数の貫通孔２４のうち、少なくとも２つ以上の貫通孔２４の貫通軸方向が同じ方向となるように、複数の貫通孔２４が形成されており、少なくとも２つ以上の貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されている。
これにより、火炎検知部７０は、貫通軸方向が同じ方向である２つ以上の貫通孔２４を通じて、高い検知力で、保炎器２２に保炎された火炎を検知することができる。
【００４９】
（３）本実施形態のバーナ１は、保炎器２２の貫通孔２４の貫通軸方向が、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように、貫通孔２４が形成されており、火炎検知部７０は、管軸方向の基端側に配置されている。
これにより、火炎検知部７０を燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側に配置した場合であっても、高い検知力で、保炎器２２に保炎された火炎を検知することができる。よって、バーナ外筒３０の壁面等に特別な加工等を施すことなく、火炎の検知に適した位置に火炎検知部７０を配置することも可能となる。
【００５０】
（４）本実施形態のバーナ１は、燃料ガスが流通する燃料ガス流通管２０と、燃料ガス流通管２０を包囲し、燃料ガス流通管２０の外周面との間に燃焼用空気が流通する燃焼用空気流路Ｌ３を形成するバーナ外筒３０と、基端部が燃料ガス流通管２０と接続されると共に、先端部が燃料ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状の保炎器２２と、保炎器２２よりも基端側に配置され、保炎器２２に保炎された火炎の光を検知可能な火炎検知部７０と、を備え、保炎器２２は、拡開角度が４０°〜６５°の範囲内となるように形成され、保炎器２２の円錐台状の周面には、燃焼用空気が流通する貫通孔２４が形成され、貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されている。
これにより、拡開角度が４０°〜６５°の範囲内となるように形成された保炎器を用いる場合であっても、燃焼用空気が流通する保炎器２２の貫通孔２４の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部７０に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることが可能となる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図８を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
第１実施形態のバーナは、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸方向を、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成し、かつ火炎検知部７０を、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側の位置に配置していた。これにより、複数の貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置される態様としていた。本実施形態においては、保炎器の貫通孔の貫通軸方向と、火炎検知部７０の配置位置が、第１実施形態とは異なっている。
【００５２】
図８は、本実施形態に係るバーナ１を示す図である。
図８に示すように、本実施形態のバーナ１は、火炎検知部７０が、バーナ外筒３０の壁面近傍領域に配置されている。具体的には、保持部材７５によって保持された火炎検知部７０が、バーナ外筒３０の壁面に形成された開口部３４に位置するように固定されている。
なお、固定された火炎検知部７０の向きは、保炎器８２に向かう方向が火炎の検知領域となるような向きとなっている。
【００５３】
そして、保炎器８２に形成されている複数の貫通孔８４のうち、少なくとも１つの貫通孔８４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されるよう、保炎器８２の貫通孔８４を形成する。
本実施形態においては、少なくとも２つの貫通孔８４、具体的には貫通孔８４Ａ１および貫通孔８４Ｂ１の貫通軸方向が同じ方向となるように、複数の貫通孔８４が形成されており、この少なくとも２つの貫通孔８４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されている。
【００５４】
これにより、例えば火炎検知部７０を、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端部近くの位置に配置するのが困難な場合であっても、保炎器８２内の火炎を良好に検知することができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、少なくとも１つ、あるいは２つ以上の貫通孔８４の貫通軸方向に、火炎検知部７０を配置する構成を説明したが、火炎検知レベルをより高める上では、このような貫通軸方向で形成されている貫通孔８４の数は、多い方がよい。
保炎器８２の大きさ等との兼ね合いとなるが、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上、可能であれば４つ以上の貫通孔８４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されるよう、複数の貫通孔８４を形成する。
これにより、より火炎検知レベルを高めることができる。
【００５６】
なお、火炎検知部７０が検知方向の中心軸を示す光軸を有する場合は、その光軸が、保炎器８２の貫通孔８４の貫通軸と一致または平行となるように配置することが好ましい。
【００５７】
以上説明した本実施形態のバーナ１によれば、（１）〜（２）、（４）に加えて、以下のような効果が奏される。
【００５８】
（５）本実施形態のバーナ１は、火炎検知部７０が、保炎器８２の複数の貫通孔８４のうち、少なくとも１つの貫通孔８４の貫通軸方向であって、該貫通孔の貫通軸はガス流通管の管軸と一定の角度を成し、バーナ外筒３０の外側に配置される。
これにより、火炎検知部７０を、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端部近くの位置に配置するのが困難な場合であっても、保炎器８２内の火炎を良好に検知することができる。
【００５９】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について、図９、１０Ａ、１０Ｂを参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
第１実施形態においては、ボイラに用いられる先混合式バーナとして適用する例を説明した。本実施形態においては、都市ガスやプロパンガスを使う燃料電池や水素製造装置で発生する水素を含むオフガス（低カロリーガス）を燃焼するバーナとして適用する例を説明する。
【００６０】
例えば燃料電池システムにおいては、燃料電池を運転するための原料ガスとして都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素ガスを用い、これと水蒸気を改質器で反応させて、水素を主成分とする改質ガスを生成する。ここで、改質器における改質反応は触媒による吸熱反応であるため、この反応を進めるためには、改質器に燃焼装置を設ける必要がある。
このような燃焼装置のバーナには、都市ガスやプロパンガスなどの高カロリーガスに加えて、燃料電池から発生する未反応の改質ガスであるオフガスが燃料ガスとして用いられる。
但し、改質器の運転開始時にはオフガスをバーナの燃料ガスとすることはできないため、この運転開始時は天然ガスやプロパンガス等の高カロリーガスが用いられる。その後、改質器が立ち上がり、燃料電池からオフガスが発生する状況となったところで、燃料ガスを高カロリーガスからオフガスに切り替える。
本実施形態のバーナ１は、燃料ガスとして、第１ガスとしての高カロリーガスに加えて、第２ガスとしてのオフガス（低カロリーガス）を用いることが可能なバーナである。
【００６１】
図９は、本実施形態に係るバーナ１を示す図である。図１０Ａは、バーナ１の保炎器２２周辺を示す拡大図であり、図１０Ｂは、図１０ＡのＥ矢視図である。
図９に示すように、本実施形態のバーナ１は、基端ブロック５５に取り付けられている。基端ブロック５５の空気導入口５６には、送風機（図示省略）から燃焼用空気が送り込まれる。
【００６２】
図９、１０Ａ、１０Ｂに示すように、本実施形態のバーナ１は、燃料ガス流通管２０の内側に、第１ガス流通管１０が配置されている。
すなわち、本実施形態のバーナ１は、第１ガス（高カロリーガス、図面におけるＧ１）が流通する第１ガス流通路Ｌ１を形成する第１ガス流通管１０と、第１ガス流通管１０を包囲し、第１ガス流通管１０の外周面との間に第１ガスよりも発熱量の低い第２ガス（低カロリーガス、図面におけるＧ２）が流通する第２ガス流通路Ｌ２を形成する燃料ガス流通管２０と、燃料ガス流通管２０を包囲し、燃料ガス流通管２０の外周面との間に燃焼用空気（図面におけるＡ）が流通する燃焼用空気流路Ｌ３を形成するバーナ外筒３０とを備える。
【００６３】
第１ガス流通管１０は、第１ガス（高カロリーガス、図面におけるＧ１）が流通する第１ガス流通路Ｌ１を形成する管状部材であり、耐熱性の部材により形成されている。第１ガス流通管１０の先端部１２は封止されており、その先端部付近には、図１０Ａ、１０Ｂに示すように、第１ガスＧ１を径方向外側に向けて噴出する複数の第１ガス噴出孔１３が設けられている。本実施形態においては、６個の第１ガス噴出孔１３が設けられている。この複数の第１ガス噴出孔１３を総合したものが、第１ガス噴出部１３Ｔとなる。
【００６４】
第１ガス流通管１０の外周面と燃料ガス流通管２０の間に形成された環状の隙間部３２からなる第２ガス流通路Ｌ２の出口部分（後述の保炎器２２の基端部付近）は、第２ガスＧ２を前方に向けて噴出する第２ガス噴出部２６を形成している。
なお、保炎器２２および保炎器２２に形成されている複数の貫通孔２４の構成については、第１実施形態と同様である。
【００６５】
次に、本実施形態のバーナ１の動作について説明する。
送風機（図示省略）より、基端ブロック５５の空気導入口５６から燃焼用空気Ａ（図９参照）が供給される。空気導入口５６から供給された燃焼用空気Ａは、バーナ外筒３０の内部に流入する。
【００６６】
バーナ外筒３０の内部に流入した燃焼用空気Ａは、燃焼用空気流路Ｌ３を通じて基端側から先端側に向かって供給され、その一部が第１燃焼用空気Ａ１（図１０Ａ参照）として、保炎器２２に形成された複数の貫通孔２４を通じて保炎器２２内に噴出する。
また、それ以外の燃焼用空気Ａは、第２燃焼用空気Ａ２（図１０Ａ参照）として、バーナ外筒３０の内周面３１と保炎器２２先端部との間に形成された環状の隙間部３２から保炎器２２の先端側に噴出する。
【００６７】
改質器の運転開始時においては、燃料ガスとして高カロリーガスが用いられる。
このときにおいては、高カロリーガスである第１ガスＧ１は、第１ガス流通路Ｌ１を通過して、第１ガス流通管１０の先端部付近に形成された第１ガス噴出部１３Ｔを構成する複数の第１ガス噴出孔から周方向に向けて噴出する。これにより、第１ガスＧ１と燃焼用空気Ａとの混合が促進される。そして、この混合された気体が、保炎器２２内おいてスパークロッド６１により着火されて燃焼する。
【００６８】
次に、改質器が立ち上がった後は、燃料ガスを、高カロリーガスからオフガス（低カロリーガス）に切り替える。
このとき、オフガス（低カロリーガス）である第２ガスＧ２は、第２ガス流通路Ｌ２を通過して、第２ガス噴出部２６から前方周方向に向けて噴出する。これにより、第２ガスＧ２と燃焼用空気Ａとの混合が促進され、引き続き燃焼状態を継続する。
【００６９】
ここで、オフガス（低カロリーガス）による燃焼時の火炎は、高カロリーガスによる燃焼時の火炎と比べて炎検知器の感度範囲の発光強度が低い。特に、燃焼量が少ない場合は、高カロリーガスによる燃焼時の火炎と比較して、かなり発光強度が低くなる。しかしながら、本実施形態の構成、すなわち、保炎器２２の貫通孔２４の貫通軸方向に、火炎検知部７０が配置されている構成であれば、燃焼時における発光強度が少ないオフガスを用いた場合であっても、火炎検知部７０に到達する光量を増やすことができ、火炎検知レベルを高めることができる。
【００７０】
このように、都市ガスよりも燃焼時の火炎の発光（紫外領域等）の少ないオフガス（低カロリーガス）を燃料ガスとして用いる場合においても、燃焼用空気が流通する保炎器の貫通孔の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部に到達する光量を増やすことができる。よって、火炎検知レベルを高めることが可能となる。
【００７１】
なお、このような改質器用の燃焼装置に用いられるバーナ１は、システムの構成上、長尺となる場合が多い。本実施形態のバーナは７００ｍｍ以上であり、第１実施形態において説明した効果、すなわち、保炎器２２の複数の貫通孔２４の貫通軸方向を、燃料ガス流通管２０の管軸方向と一致するように形成し、かつ火炎検知部７０を、燃料ガス流通管２０の管軸方向の基端側の位置に配置する構成によって得られる効果が顕著に得られる。
【００７２】
なお、本実施形態のバーナ１は、炭化水素ガスから水素を製造する過程で発生するオフガスを燃料ガスとして用いるバーナにおいて適用可能であり、燃料電池に限らず、水素製造装置等にも適用可能である。
【００７３】
以上説明した本実施形態のバーナ１によれば、（１）〜（５）に加えて、以下のような効果が奏される。
【００７４】
（６）本実施形態のバーナ１の燃料ガス流通管を流通する燃料ガスは、炭化水素ガスから水素を製造する過程で発生するオフガスである。
このように、都市ガスなどの炭化水素ガスよりも燃焼時の火炎の発光（紫外領域等）の少ないオフガスや水素ガスなどを燃料ガスとして用いる場合においても、燃焼用空気が流通する保炎器の貫通孔の貫通面積を必要以上に大きくすることなく、火炎検知部に到達する光量を増やすことができる。よって、火炎検知レベルを高めることが可能となる。
【００７５】
以上、本発明のバーナの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、ボイラや燃料電池用のバーナに限らず、各種燃焼装置用のバーナとしても用いることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  バーナ
２０  燃料ガス流通管
２２  保炎器
２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）  貫通孔
８２  保炎器
８４（８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ）  貫通孔
３０  バーナ外筒
７０  火炎検知部
【図１】
2020186852.tif 000003
【図２Ａ】
2020186852.tif 000004
【図２Ｂ】
2020186852.tif 000005
【図３Ａ】
2020186852.tif 000006
【図３Ｂ】
2020186852.tif 000007
【図４Ａ】
2020186852.tif 000008
【図４Ｂ】
2020186852.tif 000009
【図５】
2020186852.tif 000010
【図６】
2020186852.tif 000011
【図７Ａ】
2020186852.tif 000012
【図７Ｂ】
2020186852.tif 000013
【図８】
2020186852.tif 000014
【図９】
2020186852.tif 000015
【図１０Ａ】
2020186852.tif 000016
【図１０Ｂ】
2020186852.tif 000017