(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開放された燃焼室を有し、該燃焼室内に空気と燃料との混合ガスを噴射し、燃焼室内で混合ガスの旋回流を発生させる旋回燃焼器において、燃焼室の中心側の部位に、前記混合ガスよりも燃料濃度の高い高濃度ガスが噴射されるものであり、旋回流の中心部に、旋回流によって生じる負圧領域の一部または全部を占める占拠物が設けられ、前記高濃度ガスが、当該占拠物の基部から燃焼室の下流側へ占拠物の表面に沿って噴射されることを特徴とする旋回燃焼器。
【請求項２】
占拠物は、下流へ行くほど大きさが小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼器。
【請求項３】
高濃度ガスは、空気過剰率が０以上１未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回燃焼器。
【請求項４】
高濃度ガスは、燃料そのものであるか、あるいは燃料に燃焼可能範囲未満の空気が混合されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の旋回燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼器に関するものであり、特に燃焼室内に予め空気と燃料を混合した混合ガスを噴射して旋回流を発生させる旋回燃焼器に関するものである。本発明の燃焼器は、給湯器やボイラーといった熱源を要するあらゆる装置に活用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
高い空間発熱率を有する燃焼手段の一つとして、旋回燃焼器が知られている（特許第２８６３８４１号）。
旋回燃焼器とは、筒状の燃焼室を使用し、この燃焼室内に空気と燃料との混合ガスを噴射して内部に旋回流を発生させるものである。
【０００３】
図９は、従来技術の旋回燃焼器の概念図である。
【０００４】
旋回燃焼器１０１では、円筒形の燃焼室１０２を使用し、この燃焼室１０２に対して接線方向に空気と燃料との混合ガスを噴射する。この混合ガスは、燃焼室１０２内で旋回流を形成する。燃焼室１０２内では、円筒状の旋回火炎が発生する。また既燃焼ガスは、旋回しながら開口１０３から外部に排出される。
【０００５】
旋回燃焼器１０１は、開口１０３から大気中に直接的に混合ガスを噴射させる通常の燃焼方式に比べて、格段に高い空間発熱率を発揮する。そのため給湯器等の装置の小形化が可能である。また旋回燃焼器１０１は、強い旋回流を利用して燃焼を行うので、燃料を希薄な状態で燃焼させることができる。そのため火炎の温度を低下させることが可能であり、排出されるＮＯX （窒素酸化物）の低減が可能である。さらに通常の燃焼器に比べて燃焼量絞り比（Ｔ．Ｄ．Ｒ）を広くとることができるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
旋回燃焼器１０１は、前記した様に、通常の燃焼方式に比べて、格段に高い空間発熱率を発揮する。しかしながら産業界においては、さらに高い空間発熱率を求める声がある。またＮＯX の発生を、現状よりもさらに抑制したいという産業上の要求がある。
そこで本発明は、これらの要求に応えるため、旋回燃焼器に改良を加え、より高い空間発熱率を発揮すると共に、ＮＯX の発生がより少ない旋回燃焼器の提供を課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した様に、産業界にはＮＯX の発生を、現状よりもさらに抑制したいという要求がある。そこで本発明者は、ＮＯX が発生する原理に立ち返って検討を行なった。燃焼装置においてＮＯX が発生するのは、火炎において空気中の窒素と酸素が燃焼反応を通して結合するためである。ここで従来から行なわれていた、ＮＯX を低減するための方策は、燃料を希薄な状態で燃焼させて火炎の温度を低下させ、ＮＯX 生成反応を抑制するものである。
その結果、ＮＯX の発生は少ないものとなったが、薄い混合ガスを使用するため、燃焼室内の単位空間当たりの燃焼反応による熱発生率が減少し、旋回燃焼器の本来の特質たる高空間発熱率を十分に発揮することができないという弊害が生じていた。
【０００８】
すなわち従来技術の旋回燃焼器では、混合ガス中の燃料濃度が低いが故に、急激な発熱を伴う燃焼反応は旋回火炎面でほぼ完了して、旋回燃焼器の中心部分からは熱が発生していない。
そこで本発明者らは、旋回燃焼器の中心に近い部分からも熱を発生させ、空間発熱率を向上させることを考えた。またＮＯX については、従来とは異なる原理に基づいて低減を図ることとした。
【０００９】
そして上記した構想に基づいて完成された請求項１に記載の発明は、一端が開放された燃焼室を有し、該燃焼室内に空気と燃料との混合ガスを噴射し、燃焼室内で混合ガスの旋回流を発生させる旋回燃焼器において、燃焼室の中心側の部位に、前記混合ガスよりも燃料濃度の高い高濃度ガスが噴射される構成を有する。
【００１０】
本発明の旋回燃焼器では、燃焼室の中心側に、前記混合ガスよりも燃料濃度の高い高濃度ガスが噴射される。そのため旋回流の中心部においても火炎が発生し、発熱する。
また高濃度ガスは、旋回火炎に巻き込まれて燃焼するので、高濃度ガスは既燃ガス成分たるＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ等とも混合しながら燃焼することとなる。そのため高濃度ガスの燃焼領域においては既燃成分の希釈によって火炎温度が低下する。すなわち本発明の旋回燃焼器では、旋回火炎又は燃焼ガスに含まれる既燃ガス成分の希釈効果により、高濃度ガスの燃焼反応によるＮＯXの生成が著しく減少する。つまり既燃ガスのＥＧＲ効果(Exhaust Gas Recirculation) によってＮＯX の生成量を顕著に減少することができる。
【００１１】
上記構成によって、一定空間での熱発生率を増加させると同時に、既燃ガスの希釈効果によってＮＯX 生成量を低減することができた。しかしながら、上記構成だけでは、既燃ガスの旋回流の旋回が強い場合では、燃焼室の下流から循環流による逆流が生じ、その逆流の影響を受けて、混合ガスが燃焼して形成した拡散火炎は不安定になりやすく、更に燃焼室内の燃焼場全体が不安定となるという問題点が生じた。
【００１２】
そこで、請求項１に記載の発明では、上記構成に加えて、旋回流の中心部に、旋回流によって生じる負圧領域の一部または全部を占める占拠物が設けられ、前記高濃度ガスが、当該占拠物の基部から燃焼室の下流側へ占拠物の表面に沿って噴射される構成とした。
【００１３】
また請求項２に記載の発明では、占拠物は、下流へ行くほど大きさが小さくなっていることを特徴とする構成とした。
【００１４】
請求項１，２に記載の発明は、上記した問題に対処するものであり、燃焼室内の旋回流の中心部に、旋回流によって生じる負圧領域の一部または全部を占める占拠物が設けられているので、燃焼室の半径方向の圧力勾配を小さくすることが出来、旋回火炎面が燃焼室内で半径方向の圧力勾配の影響で収縮することが防止されて逆流が阻止され、旋回火炎が安定する。
加えて請求項１に記載の旋回燃焼器では、占拠物の基部から高濃度ガスが噴射される。また請求項１に記載の発明では、高濃度ガスは、占拠物の表面に沿って噴射される。そのため高濃度ガスは、占拠物の基部から表面に沿って流れ、高濃度ガスから生じる拡散火炎は、強い既燃ガスの旋回流が存在する場合でも安定する。
また高濃度ガスが占拠物の表面に沿って下流へ燃焼していく内に、生成した既燃ガスの体積が膨張するので、その膨張によって燃焼場全体の既燃ガス旋回流の流れが乱れやすい。ここで請求項２に記載の様に、占拠物の形状を下流へ行くほど大きさが小さくなっているものにすることによって、燃焼室の流路の断面積が下流に行くほど大きくなり、その膨脹を吸収し既燃ガスの旋回流を安定させることができる。
【００１５】
また、高濃度ガスは、占拠物の内部を通過して噴射してもよい。
【００１６】
本発明の旋回燃焼器は、占拠物の耐久性の向上と、より一層のＮＯX 低減効果を目的として開発されたものである。
すなわち燃焼室の内壁面近傍の側の領域は燃焼ガスが存在する領域であり、極めて高温である。そのため当該高温領域でＮＯX が発生する。また占拠物は、高温領域に設置されているので高温に晒され、耐久性に不安が生じる。
そこで本発明は、占拠物の内部に高濃度ガスを通過させ、占拠物の保護と、雰囲気温度低下によるＮＯX 低減を図った。
【００１７】
また請求項３に記載の発明は、高濃度ガスは、空気過剰率が０以上１未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回燃焼器である。
【００１８】
本発明の旋回燃焼器では、高濃度ガスは、空気過剰率が０以上１未満である。すなわち高濃度ガスは、燃料そのものであるか、あるいは空気が不足した状態の混合ガスである。
本発明者の実験によると、旋回流の中に空気が不足状態の混合ガスを噴射すると、ＮＯX の発生量が減少した。この理由として、高濃度ガスが燃焼して還元成分を発生し、その還元成分によって形成された還元性雰囲気において旋回火炎で生成したＮＯX を還元し、ＮＯX 排出濃度を減少させたことが考えられる。
【００１９】
また請求項４に記載の発明は、高濃度ガスは、燃料そのものであるか、あるいは燃料に燃焼可能範囲未満の空気が混合されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の旋回燃焼器である。
【００２０】
本発明の旋回燃焼器においても、旋回流の中に空気が不足状態のガスが噴射され、ＮＯX の発生量が減少する。また加えて、本発明の旋回燃焼器では、逆火が起こり難いという効果がある。
すなわち燃焼室の内部は、高温の既燃ガスにさらされて加熱されるので、高濃度ガスの流量が小さい場合、供給口の上流への逆火が発生しやすい。そこで本発明では、高濃度ガスの空気過剰率を、通常条件で燃焼可能である範囲よりも小さくし、逆火を防止した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における旋回燃焼器の概念図であり、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその平面断面図である。図２は、図１の旋回燃焼器の斜視図である。なお作図上、当該旋回燃焼器の上蓋は省略し図示していない。図３は、図１の旋回燃焼器の空気過剰率とＮＯX 及びＣＯの発生量との関係を示すグラフである。図４は、本発明の第１実施形態における旋回燃焼器の変形例の概念図である。
【００２２】
図１において、１は、本発明の第１実施形態の旋回燃焼器を示す。本実施形態の旋回燃焼器は、略直方体の外箱部２を持つ。外箱部２は天面に円形の開口部４を持ち他の面は外壁で覆われている。
【００２３】
外箱部２の内部は、上下段に大きく分かれている。すなわち外箱部２の内部の上段部５は、燃焼室７と淡ガス混合室２０が内蔵された部位であり、下段部６に濃ガス混合室２１と空気室２４とが内蔵されている。
【００２４】
順次説明すると、外箱部２の上段部５は、開口部４の内部が、内壁３で囲まれた凹状を構成し、燃焼室７を形成している。また本実施形態では、内壁３は、円弧状の内壁片８が複数重ねられて構成されている。すなわち内壁片８は、図１（ｂ）の様に平面視が円弧状の板である。そして本実施形態では、８枚の内壁片８を環状に並べて内壁３が構成されている。より具体的には、特定の内壁片８の時計方向（図１ｂ）の先端側であってその外側の位置に、隣接する内壁片８の後端側が配置され、８枚の内壁片８を部分重ねにして環状に並べられている。そして各内壁片８の重なり部分には、隙間１０が設けられている。また各内壁片８の時計方向先端と、隣接する内壁片８との間にスリット状の開口が形成されている。当該開口は、後記する様に混合ガス噴射口１１として機能する。
【００２５】
燃焼室７は有底であり、底板１２を有する。そして底板１２には８個の高濃度ガス噴射孔１５，１６が設けられている。高濃度ガス噴射孔１５，１６の内、４個の高濃度ガス噴射孔１５は小径であり、他の４個の高濃度ガス噴射孔１６はそれよりも径が大きい。そして小径の高濃度ガス噴射孔１５は、燃焼室７の中央にまとまり、高濃度ガス噴射孔１５を結ぶ形状は正方形である。
また高濃度ガス噴射孔１６は、前記した高濃度ガス噴射孔１５の外側にあり、高濃度ガス噴射孔１６を結ぶ形状も正方形である。ただし高濃度ガス噴射孔１６を結ぶ形状の正方形は、前記した高濃度ガス噴射孔１５を結ぶ形状の正方形に対して４５・ずれた位置にある。
【００２６】
外箱部２内の上段部５であって、その４隅の部分には、濃混合ガス噴射筒２２が立設されている。濃混合ガス噴射筒２２は、濃ガス混合室２１に連通するものであり、管状をしている。濃混合ガス噴射筒２２は、周囲に多数の小孔２３が設けられている。
【００２７】
また外箱部２の上段部５には、前記した濃混合ガス噴射筒２２を覆う様に遮蔽板２５が設けられている。遮蔽板２５は、一端が外箱部２の内壁に取り付けられ、他端側が開放されたものである。そしてその中途の部分に折り曲げ部が設けられている。当該折り曲げ部は、外箱部２の内壁との隙間を狭めるものであり、絞り部２６として機能する。
【００２８】
燃焼室７の下部は、前記した様に濃ガス混合室２１及び空気室２４となっている。
すなわち濃ガス混合室２１は、図１（ａ）の様にガス導入開口３０を有し、さらに絞り部３１が設けられている。ガス導入開口３０は、図１（ａ）の様に燃焼室７の軸線に対して垂直方向に開口している。そしてガス導入開口３０には燃料ガス噴射ノズル２９が挿入されている。
【００２９】
また濃ガス混合室２１の天面は、前記した燃焼室７の底板１２と共通であり、高濃度ガス噴射孔１５，１６が設けられている。
濃ガス混合室２１は、前記した濃混合ガス噴射筒２２にも連通している。
外箱部２の下段部６であって、濃ガス混合室２１の周囲には、相当の広さの空間がある。当該空間は、空気室２４として機能する。また外箱部２の下部には空気導入口３３が設けられている。
【００３０】
次に本実施形態の旋回燃焼器１の作用について説明する。
本実施形態の旋回燃焼器１では、図示しない送風機によって外箱部２の下部に設けられた空気導入口３３から空気室２４内に空気が導入される。また燃料ガス噴射ノズル２９から燃料ガスが導入される。
燃料ガスの流れから説明すると、燃料ガスは燃料ガス噴射ノズル２９から噴射され、ガス導入開口３０から濃ガス混合室２１に入る。またこの時、空気室２４内の空気が燃料ガスと共に濃ガス混合室２１に巻き込まれる。そして燃料ガスと空気は、絞り部３１で衝突し、さらに濃ガス混合室２１内で混合され、高濃度ガスとなる。ここで本実施形態では、高濃度ガスの空気混合量は、燃焼可能範囲未満となるように絞り部３１で調節されている。
【００３１】
そして高濃度ガスの一部は、高濃度ガス噴射孔１５，１６から燃焼室７に直接噴射される。
また高濃度ガスの残部は、濃混合ガス噴射筒２２に入り、小孔２３から遮蔽板２５で覆われた部位に噴射される。
そして絞り部２６で絞られた後、遮蔽板２５の開口端から淡ガス混合室２０に噴射される。
【００３２】
一方、空気は、空気導入口３３から空気室２４内に導入され、さらに上段部５の淡ガス混合室２０に流れ込む。そして前記した遮蔽板２５の開口端から噴射された高濃度ガスを巻き込み、淡ガス混合室２０内で淡混合ガスを生成する。ここで混合ガスは、空気が過剰に混合されたガスであり、空気過剰率は少なくとも１を越えている。より具体的には、空気過剰率は、１．２〜２程度であり、前記した絞り部２６の開度によって調節される。
【００３３】
そして淡混合ガスは、内壁片８の隙間１０に導かれ、混合ガス噴射口１１から円筒形の燃焼室７に対して接線方向に噴射される。
【００３４】
すなわち淡混合ガスは内壁片８に沿って混合ガス噴射口１１を通して燃焼室７に導入される。ここで混合ガス噴射口１１は、燃焼室７の接線方向に向かって設置されているため、淡混合ガスは燃焼室７内で旋回流になり、旋回火炎３２を形成する。淡混合ガスは旋回火炎となって燃焼し、旋回火炎面の内部では高温の既燃ガスの旋回流が生じる。
また燃焼ガスは、旋回しながら開口部４から外部に排出される。
【００３５】
そして本実施形態に特有の構成・作用として、燃焼室７の底板１２に設けられた高濃度ガス噴射孔１５，１６から、空気過剰率が１未満の高濃度ガスが、燃焼室７に噴射される。ここで高濃度ガス噴射孔１５，１６は、燃焼室７の底板１２の中央部に設けられているため、高濃度ガスは、前記した旋回火炎３２の中心部に、軸方向に噴射されることとなる。
【００３６】
旋回火炎３２の中心部に噴射された高濃度ガスは、温度が低いためにその密度が旋回流中の高温既燃ガスの密度より大きい。そのため高濃度ガスは、燃焼室７の中心部から外周方向へ旋回しながら密度差によって拡散していく。高濃度ガスは、この拡散効果によって、既燃ガスの成分と速やかに混合しながら燃焼する。  ここで高濃度ガスの燃焼においては淡混合ガスが燃焼して生成した既燃ガスに、酸素が多く残留しているため、高濃度ガスの濃度及び流量を適当に制御することによって、高濃度ガスは完全燃焼し、未燃成分の発生が非常に少ない。すなわち本実施形態の旋回燃焼器１においては、淡混合ガスから発生した燃焼ガスに残留する酸素によって高濃度ガスが完全燃焼される。
本実施形態の旋回燃焼器１は、高濃度ガスを噴射しない従来の場合と比べて、限られた燃焼室７の空間内でより多くの燃料を完全燃焼させることができ、単位時間・単位空間の熱発生量の増加によって、同熱発生量の燃焼器をよりコンパクトにすることができる。
【００３７】
また実験によると、本実施形態の旋回燃焼器１は、ＮＯX の発生量が少ないものであることが分かった。この理由は、本実施形態の旋回燃焼器１においては、高濃度ガスは、旋回流の中で拡散効果によって残留酸素以外の既燃ガス成分ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏなどとも混合しながら燃焼するため、これらの既燃ガス成分の希釈効果によりその燃焼反応によるＮＯX の生成が阻害されるからであると予想される。つまり既燃ガスのＥＧＲ効果によってＮＯX の生成量を顕著に減少することができたと考えられる。
また本実施形態の旋回燃焼器では、一旦旋回火炎において生成されたＮＯX が、高濃度ガスの燃焼によって形成された還元性雰囲気において窒素と酸素に還元されるのではないかと予想される。
【００３８】
図３は、上記した事実を実証するグラフであり、本実施形態の旋回燃焼器１は、従来の旋回燃焼器と比べて、ＮＯX 及び未燃成分ＣＯの排出濃度が減少し、燃焼範囲はより小さい空気過剰率の方へ移動した。つまり本実施形態の旋回燃焼器１は、高い熱発生率を実現すると同時に、ＮＯX 及び未燃成分を低減することができるものである。
【００３９】
また本実施形態では、高濃度ガスは空気混入率が低く、混合された空気は、燃焼可能範囲未満である。このように高濃度ガスの濃度を高く設定した理由は、逆火を防止するためである。すなわち燃焼室７の底部付近は高温の既燃ガスにさらされて加熱されるので、高濃度ガスの流量が小さい時に、上流への逆火が発生しやすい。そこで本実施形態では、高濃度ガスの空気過剰率を、通常条件で燃焼可能範囲の過濃側空気過剰率よりも小さくすることによって、その逆火を防ぐこととした。
【００４０】
上記した実施形態では、一個の燃焼室７を有する旋回燃焼器を例に本発明を説明したが、もちろん複数の燃焼室が並べて配された様な構造のものにも本発明は適用可能である。図４は、４個の燃焼室７が並べて配された構成に本発明を適用した例を示すものである。
図４に示す旋回燃焼器４０では、４個の燃焼室７を持ち、それぞれに淡ガス混合室２０、濃ガス混合室２１、空気室２４等が付属しているが、図４に示す旋回燃焼装置４０では、４個の空気室２４が連通して共通の空気導入口３３が設けられている。そして図示しない送風機により空気導入口３３から空気が送られ、各空気室２４に空気が導入される。
また本実施形態では、共通ガス管４１が設けられ、当該共通ガス管４１から各燃料ガス噴射ノズル２９に燃料ガスが分岐供給される。
【００４１】
（第２実施形態）
前記した第１実施形態の旋回燃焼器は、既燃ガスの旋回流の空間に向かって、燃焼室７の底板１２に設置した高濃度ガス噴射孔１５，１６から空気不足状態の高濃度ガスを噴射して追加燃焼させるものであり、同一体積空間での熱発生率を増加させると同時に、既燃ガスの希釈効果によってＮＯX 生成量を低減させ、密度差から生じた拡散効果を利用して未燃成分の発生を抑制することができた。
しかしながら、第１実施形態の構成によると、既燃ガスの旋回流の旋回が強い場合に、燃焼室７の下流側から循環流による逆流が生じる場合があった。そしてその逆流の影響を受けて、高濃度ガスが燃焼して形成した拡散火炎が不安定になりやすく、更に燃焼室７内の燃焼場全体が不安定となるという新たな問題が生じた。
そこで本発明の第２実施形態として、循環流による逆流を阻止する改良がなされた旋回燃焼器を開示する。
【００４２】
図５は、本発明の第２実施形態における旋回燃焼器の燃焼室周辺を示す概念図であり、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその平面断面図である。図６は、図１に示す旋回燃焼器と図５に示す旋回燃焼器の燃焼範囲を比較したグラフである。図７は、図５に示す旋回燃焼器の占拠物近傍の様子を説明する斜視図及び、その変形例を示す斜視図である。図８は、本発明の第２実施形態における旋回燃焼器の変形例の概念図である。
【００４３】
本実施形態の旋回燃焼器５０は、一面が開口した円筒状の燃焼室７を持つ。燃焼室７の内壁の形状は、前記した実施形態と同一であり、円弧状の内壁片８が複数重ねられて構成され、隣接する内壁片８との間にスリット状の混合ガス噴射口１１が形成されている。
【００４４】
これに対して燃焼室７の底部の構造は、先の実施形態と大きく相違する。すなわち本実施形態の旋回燃焼器５０では、図５（ａ）の様に底部が二重構造となっている。詳細に説明すると、旋回燃焼器５０の底は、最低部５２とカバー部材５１によって構成されている。
【００４５】
そして本実施形態では、最低部５２の中心部にセラミックを素材とする占拠物５３が配されている。占拠物５３は、筆形あるいは略円錐形であり、下流へ行くほど大きさが小さくなっている。また占拠物５３は、底面が燃焼室７の最低部５２にあり、頂点が燃焼室７の下流側を向いている。また占拠物５３は中心軸が燃焼室７の中心軸と略一致した状態で直立している。
占拠物５３の位置は、旋回流の中心部に相当し、旋回流によって生じる負圧領域の大部分を占める部位である。
【００４６】
占拠物５３の略円錐の外形線は外に向かって緩やかな凸となった曲線で、底面と平行する断面積は下流に向かって減少率を増しながら減少している。すなわち占拠物５３は下流へ行くほど直径が縮小し、大きさが小さくなっている。
占拠物５３の材質は、本実施形態ではセラミックを採用しているが、他の素材を採用することもできる。ただし占拠物５３の材質としては、耐火性が優れ、保熱能力が大きいものが好ましい。
【００４７】
一方、カバー部材５１は、図５，図７（ａ）の様に円形の開口５５を有する板体である。そしてカバー部材５１の開口５５の開口端は、傾斜している。
カバー部材５１は、最低部５２から少しの隙間を置いて配置され、カバー部材５１の開口５５から占拠物５３の大部分が燃焼室７内に露出している。カバー部材５１が装着された高さにおいて、占拠物５３の外径はカバー部材５１の開口５５よりも小さい。そのためカバー部材５１の開口５５と、占拠物５３との間に環状の空隙５７がある。
また前記した様にカバー部材５１の開口端は傾斜しており、カバー部材５１の開口端は、占拠物５３の側面に対して平行である。
【００４８】
本実施形態の旋回燃焼器５０では、前記した旋回燃焼器１と同様に、混合ガスが内壁片８の隙間１０に導かれ、混合ガス噴射口１１から円筒形の燃焼室７に対して接線方向に噴射される。
【００４９】
そしてこの混合ガスは、燃焼室７内で旋回流を形成する。従って、本実施形態の旋回燃焼器５０は、燃焼室７内で、円筒状の旋回火炎３２が発生する。また燃焼ガスは、旋回しながら開口４から外部に排出される。
一方、本実施形態の旋回燃焼器５０では、カバー部材５１の開口５５と占拠物５３との間の環状の空隙５７から高濃度ガスが噴射される。すなわち高濃度ガスは、カバー部材５１と最低部５２の間の空隙５９を流れ、環状の空隙５７から燃焼室７に噴射される。
ここで本実施形態では、カバー部材５１の開口端が傾斜しており、カバー部材５１の開口端は、占拠物５３の側面に対して平行であるから、高濃度ガスは、占拠物５３の側面に沿って噴射される。
【００５０】
前記した様に、高濃度ガスは温度が低いためにその密度が旋回流中の高温既燃ガスの密度より大きく、燃焼室７の中心部から外周方向へ旋回しながら拡散していくが、本実施形態では、高濃度ガスは、占拠物５３の表面に沿って噴射されるので、高濃度ガスは、占拠物５３の基部から表面に沿って流れ、高濃度ガスから生じる拡散火炎は、強い既燃ガスの旋回流が存在する場合でも安定する。
【００５１】
しかしながら、旋回火炎３２の中心部に噴射された高濃度ガスは、しだいに占拠物５３の表面を離れ、燃焼室７の中心部から外周方向へ旋回しながら拡散していく。高濃度ガスは、この拡散効果によって、既燃ガスの成分と速やかに混合しながら燃焼する。そして高濃度ガスは、先の実施形態と同様に完全燃焼する。
また、高濃度ガスは、旋回流の中で拡散効果によって残留酸素以外の既燃ガス成分ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏなどとも混合しながら燃焼するため、これらの既燃ガス成分の希釈効果によりその燃焼反応によるＮＯX の生成が阻害される。
【００５２】
占拠物５３の高さＺが、燃焼室７の高さＨの０．２５倍より低い場合は、燃焼室７内の下流部分において占拠物５３の影響が効果的に発揮されず、０．７５倍より高い場合は、却って燃焼の妨げとなる。
占拠物５３の最大直径Ｓｄmax が燃焼室７の直径Ｄの０．２５倍以下の場合は、燃焼室７の断面積の下流に向かっての増大が不足のため、燃焼ガスの下流に向かっての速度増大を満足に抑制できないので、火炎の安定効果が小さい。占拠物５３の最大直径Ｓｄmax が過大の場合は、火炎および燃焼ガスの流れに過大な抵抗が生じて燃焼が全般的に阻害される。
占拠物５３の直径Ｓｄmaxは、旋回火炎の径よりも小さいことが望ましい。
【００５３】
またカバー部材５１に設けられた環状の空隙５７の開口端の高さｈｒと占拠物５３の高さＺの関係は、次の通りである。
ｈｒ＜Ｚ
【００５４】
またカバー部材５１に設けられた環状の空隙５７の開口端の直径ｄｒと、当該部位における占拠物５３の直径Ｓｄｒの関係は、次の通りである。
Ｓｄｒ＜ｄｒ
【００５５】
以上、説明した実施形態では、カバー部材５１の開口５５と、占拠物５３との間の環状の空隙５７から高濃度ガスを噴射させたが、高濃度ガスの噴射口の変形例として図７（ｂ）（ｃ）の様なものがある。図７（ｂ）に示した例は、占拠物５３の基部の周囲に四角形の開口５６を複数並べて配置し、当該開口５６から高濃度ガスを噴射させる構成である。
また図７（ｃ）は、占拠物５３の基部の直径を小さく設計し、さらにカバー部材５１の開口５５の曲線を占拠物５３のそれと略合致させたものである。図７（ｃ）の構成によると、高濃度ガスは、より早期に拡散する。
【００５６】
また他の構成として図８に示すように占拠物５３の内部から高濃度ガスを噴射させることも可能である。
【００５７】
すなわち図８（ａ）に示す旋回燃焼器６０では、占拠物６１は内部が空洞であり、その周囲に多数の開口６２が設けられている。そして占拠物６１の下部に高濃度ガス室６５がある。すなわち図８（ａ）に示す旋回燃焼器６０では、占拠物６１の内部は、高濃度ガス室６５と一体である。そして占拠物６１内に充満した高濃度ガスは、周囲の開口６２から燃焼室７に向かって放出される。
本実施形態では、占拠物６１の内部に低温のガスが存在するので、占拠物６１全体が冷却される。
【００５８】
またすなわち図８（ｂ）に示す旋回燃焼器６０についても、占拠物６１は内部が空洞であり、その周囲に多数の開口６２が設けられている。また占拠物６１の内部には、下部側から頂点近傍に至るパイプ６６が内蔵されている。そして本実施形態では、パイプ６６の先端から高濃度ガスが噴射され、占拠物６１の先端部が冷却される。そして占拠物６１内に充満した高濃度ガスは、周囲の開口６２から燃焼室７に向かって放出される。
本実施形態においては、最も高温にさらされる占拠物６１の先端部分が、常温の高濃度ガスによって冷却されるので、占拠物６１の傷みが少ない。
【００５９】
また図８（ａ）（ｂ）に示した構成では、通常高温となる燃焼室の中間部分が、常温のガスによって内側から冷却されるので、ＮＯX 発生を抑制する効果が期待できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の旋回燃焼器は、従来に比べてより高い空間発熱率を発揮することができる効果がある。また本発明の旋回燃焼器は、従来に比べてＮＯX の発生がより少ない効果がある。
【００６１】
また請求項１に記載の旋回燃焼器では、高濃度ガスは、占拠物の表面に沿って噴射されるので、高濃度ガスは、占拠物の基部から表面に沿って流れ、高濃度ガスから生じる拡散火炎が安定するという効果がある。
【００６２】
特に請求項１，２に記載の旋回燃焼器では、既燃ガスの逆流を阻止することができ、旋回火炎が安定するという効果がある。
【００６３】
また特に請求項２に記載の旋回燃焼器では、占拠物の形状が下流へ行くほど小さくなっているので、燃焼室の流路の断面積が下流に行くほど大きくなり、既燃ガスの膨脹を吸収して既燃ガスの旋回流を安定させることができる効果がある。
【００６４】
さらに、占拠物の内部に高濃度ガスを通過させることにより、占拠物の耐久性を向上させることができる効果がある。また加えて、燃焼ガスの温度を低下させる機能を持ち、雰囲気温度低下によるＮＯX 低減効果が期待できる。
【００６５】
また請求項３，４に記載の旋回燃焼器は、ＮＯX の発生量を低減させる効果がある。さらに請求項４に記載の旋回燃焼器は、逆火の発生が少ないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態における旋回燃焼器の概念図であり、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図２】  図１の旋回燃焼器の斜視図である。
【図３】  図１の旋回燃焼器の空気過剰率とＮＯX 及びＣＯの発生量との関係を示すグラフである。
【図４】  本発明の第１実施形態における旋回燃焼器の変形例の概念図である。
【図５】  本発明の第２実施形態における旋回燃焼器の燃焼室周辺を示す概念図であり、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図６】  図１に示す旋回燃焼器と図５に示す旋回燃焼器の燃焼範囲を比較したグラフである。
【図７】  図５に示す旋回燃焼器の占拠物近傍の様子を説明する斜視図及び、その変形例を示す斜視図である。
【図８】  本発明の第２実施形態における旋回燃焼器の変形例の概念図である。
【図９】  従来技術の旋回燃焼器の概念図である。
【符号の説明】
１，４０，５０，６０  旋回燃焼器
２  外箱部
４  開口部
７  燃焼室
８  内壁片
１１  混合ガス噴射口
１５  ，１６  高濃度ガス噴射孔
２０  淡ガス混合室
２１  濃ガス混合室
２２  濃混合ガス噴射筒
２４  空気室
２５  遮蔽板
３０  ガス導入開口
５１  カバー部材
５２  最低部
５３  占拠物
５５  開口
５７  環状の空隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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