(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒（１）の中心位置に、先端に燃料噴霧アトマイザ（３）を備えたアトマイザホルダ（２）及び該アトマイザホルダ（２）を外嵌するように、燃焼筒（１）内を流通する燃焼用空気（Ｂ）の一部を取り入れる補助空気孔（５ａ）を開口した補助空気筒（５）を設けるとともに、燃焼筒（１）とアトマイザホルダ（２）の間の補助空気筒（５）の先端位置に半径流型スワラ（４）を設けた低ＮＯｘバーナにおいて、半径流型スワラ（４）を、異径の円板形状をした前板（４ａ）と後板（４ｃ）との間に、複数枚の羽根（４ｂ）を配設して構成し、前板（４ａ）の外径（Ｄ１）を、燃焼筒（１）の内径（Ｄ）よりも小さく、かつ、後板（４ｃ）の外径（Ｄ３）よりも大きくし、かつ前板（４ａ）の中心に開口する円孔の内径（Ｄ２）を、後板（４ｃ）の中心に開口する円孔の内径（Ｄ４）以上とし、さらに、後板（４ｃ）の外径（Ｄ３）を、補助空気筒（５）の外径（Ｄ５）よりも大きくしたことを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
【請求項２】
半径流型スワラ（４）の前板（４ａ）の外縁と、燃焼筒（１）の内周面との間に形成される二次空気通路（Ｂ２）を、複数の分割板（６ｂ）によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次空気孔（６ａ）を形成したことを特徴とする請求項１記載の低ＮＯｘバーナ。
【請求項３】
燃焼筒（１）の先端開口部の内径が他の部分の内径よりも小さくなるように絞り（１３）を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の低ＮＯｘバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低ＮＯｘバーナに関し、特に、燃焼時に発生する窒素酸化物（本明細書において、「ＮＯｘ」という。）を低減することができる低ＮＯｘバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染が大きな社会問題となっており、その防止が、社会的に要請されている。
これに伴って、特に、ＮＯｘの発生を抑制することが、ボイラや焼却炉等に搭載されるバーナにとって必要不可欠の条件となりつつある。
そして、都市部においては、ＮＯｘの排出基準が、液体燃料で８０ｐｐｍ以下（Ｏ２＝０％換算値。以下、同じ。）となっているが、近い将来、さらにこの基準値が厳しくなる情勢となりつつある。
一方、舶用機器分野においても、海上汚染防止の観点から、舶用主機ディーゼルエンジンに関するＮＯｘ規制が実施されたことから、いずれボイラや焼却炉等に搭載されるバーナ等の補助用機器についても同様の措置が実施されると予想される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のバーナにおけるＮＯｘの値を低減する方法として、例えば、自己排ガス循環方式、水・蒸気噴霧方式、二段燃焼方式、濃淡燃焼方式、分割火炎方式、薄膜火炎方式、外部排ガス循環方式等が採用されているが、これら従来方式によるバーナによっては、燃料に灯油、軽油、Ａ重油などの窒素分の少ない燃料を使用した場合であっても、ＮＯｘを８０ｐｐｍ以下に抑制することは困難であった。
なお、外部排ガス循環方式の場合、循環排ガス量がドラフトに影響されやすく、循環率の調整が困難であるため、ＮＯｘ低減率の信頼性に欠けることや、排ガス混入によって火炎が不安定になりやすいというという問題があった。
さらに、これらの方法による副作用として、火炎が長くなり、燃焼室を大きくしなければならず、このことが、ボイラ、焼却炉等の容積を増大させ、イニシャルコストを増大させるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の低ＮＯｘバーナの有する問題点に鑑み、火炎の長さを短くし、かつ、ＮＯｘの発生を抑制することができるようにした低ＮＯｘバーナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の低ＮＯｘバーナは、燃焼筒の中心位置に、先端に燃料噴霧アトマイザを備えたアトマイザホルダ及び該アトマイザホルダを外嵌するように、燃焼筒内を流通する燃焼用空気の一部を取り入れる補助空気孔を開口した補助空気筒を設けるとともに、燃焼筒とアトマイザホルダの間の補助空気筒の先端位置に半径流型スワラを設けた低ＮＯｘバーナにおいて、半径流型スワラを、異径の円板形状をした前板と後板との間に、複数枚の羽根を配設して構成し、前板の外径を、燃焼筒の内径よりも小さく、かつ、後板の外径よりも大きくし、かつ前板の中心に開口する円孔の内径を、後板の中心に開口する円孔の内径以上とし、さらに、後板の外径を、補助空気筒の外径よりも大きくしたことを特徴とする。
【０００６】
この低ＮＯｘバーナは、燃焼筒とアトマイザホルダの間の補助空気筒の先端位置に設けた半径流型スワラを介して導入される一次空気によって、強力な旋回渦が発生し、この旋回渦中に燃料が噴射されるために、火炎が形成される直前に燃料と空気との活発な混合が行われて噴霧された燃料粒子のガス化が促進されるとともに、燃焼空間内を放射状に拡がった乱れの激しい主流領域では、空気と燃料との混合が促進され、さらに、この領域で二次空気との混合が活発になり、これらの作用により、局所的な高温領域が形成されにくくなり、ＮＯｘが低減されるとともに、短炎化が実現され、また、補助空気筒を介して導入される必要最小限の補助空気によって、燃料噴霧アトマイザの冷却と、旋回渦による逆流を防ぐことができる。
【０００７】
そして、半径流型スワラを、異径の円板形状をした前板と後板との間に、複数枚の羽根を配設して構成し、前板の外径を、燃焼筒の内径よりも小さく、かつ、後板の外径よりも大きくし、かつ前板の中心に開口する円孔の内径を、後板の中心に開口する円孔の内径以上とし、さらに、後板の外径を、補助空気筒の外径よりも大きくすることにより、一次空気と二次空気との最適な比率を決定することができ、また、下流側へ旋回渦を発生させながら、逆流を防ぐことができる。
【０００８】
また、半径流型スワラの前板の外縁と、燃焼筒の内周面との間に形成される二次空気通路を、複数の分割板によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次空気孔を形成することができる。
【０００９】
これにより、二次空気を分割して供給し、この作用によって濃淡燃焼が生じ、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００１０】
また、燃焼筒の先端開口部の内径が他の部分の内径よりも小さくなるように絞りを形成することができる。
【００１１】
これにより、縮流させた二次空気を早い段階で衝突、混合させることで、一層の低ＮＯｘ化及び短炎化を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低ＮＯｘバーナの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図４に、本発明の低ＮＯｘバーナの第１実施例を示す。
【００１４】
この低ＮＯｘバーナは、円筒形あるいは多角形をなし、内部に燃焼用空気Ｂを流通するようにした燃焼筒１を備え、この燃焼筒１の先端開口部の中心位置に、アトマイザホルダ２を配設するとともに、アトマイザホルダ２の先端に燃料噴霧アトマイザ３を取り付ける。
【００１５】
この燃焼筒１内には、その内部に燃焼用空気Ｂが供給され、先端開口部より空気を噴出するように構成されている。
【００１６】
また、燃焼筒１の中心位置に設けられた燃料噴霧アトマイザ３は、後方より液体燃料が供給され、この燃料噴霧アトマイザ３によって微粒化し噴霧するように構成されている。
【００１７】
そして、アトマイザホルダ２を外嵌するように、燃焼筒１内を流通する燃焼用空気Ｂの一部を取り入れる複数の補助空気孔５ａを開口した補助空気筒５を設けるとともに、燃焼筒１とアトマイザホルダ２の間の補助空気筒５の先端位置に半径流型スワラ４を設けるようにする。
【００１８】
また、アトマイザホルダ２の外周面に沿うようにして電極棒７を取り付けるとともに、この電極棒７の先端を、補助空気筒５の後面に形成した補助空気孔５ａを介して、燃料噴霧アトマイザ３の先端に近接して設けるようにする。
【００１９】
半径流型スワラ４は、異径の円板形状をした前板４ａと後板４ｃとの間に、複数枚の羽根４ｂを、旋回空気通路が形成されるようにして構成される。
この場合、異径の円板形状をした前板４ａと後板４ｃとの関係は、前板４ａの外径をＤ１、燃焼筒１の内径をＤ、後板４ｃの外径をＤ３とすると、Ｄ＞Ｄ１＞Ｄ３の関係を満たすように、すなわち、前板４ａの外径Ｄ１を、燃焼筒１の内径Ｄよりも小さく、後板４ｃの外径Ｄ３よりも大きくなるように設定する。
そして、前板４ａの中心に開口する円孔内径をＤ２、後板４ｃの中心に開口する円孔内径をＤ４とすると、Ｄ２≧Ｄ４の関係を満たすように、前板４ａの中心に開口する円孔内径Ｄ２を、後板４ｃの中心に開口する円孔内径Ｄ４よりも大径若しくは同径となるように設定する。
さらに、後板４ｃの外径Ｄ３を、補助空気筒５の外径Ｄ５よりも大きくなるように設定する。
【００２０】
一方、前板４ａと後板４ｃとの間に接合される複数枚の羽根４ｂは、図３に示すように、半径軸に対して角度θだけ傾斜して接合され、これにより、前板４ａと後板４ｃとの間には、旋回空気通路４ｄを、羽根４ｂ，４ｂ間に形成するようにする。
【００２１】
また、燃焼筒１内に配設した半径流型スワラ４の前板４ａと燃焼筒１との間には、前板４ａの外径Ｄ１と、燃焼筒１の内径Ｄとの異径差によりリング状の空間が形成され、この空間を二次空気通路６とする。
この場合、図２に示すように、リング状の二次空気通路６の周回方向に沿って、複数の分割板６ｂを配置し、これによって、リング状の二次空気通路６を、複数の分割板によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次空気孔６ａを形成するようにする。
【００２２】
次に、この低ＮＯｘバーナの作用について説明する。
送風機（図示省略）から供給される燃焼用空気Ｂは、燃焼筒１の後方より供給され、燃焼筒１内を流通し、燃焼筒内先端部分で燃焼用の一次空気Ｂ１、二次空気Ｂ２及び補助空気Ｂ０の３通りに分けられる。
すなわち、燃焼用空気Ｂの一部は、補助空気筒５の外周部又は後面に形成した補助空気孔５ａより補助空気筒５内に吸引され、補助空気Ｂ０となり、補助空気筒５内を通過し、半径流型スワラ４の中心部に形成された開口、さらに旋回混合部８を経て、燃焼空間９に流入する。
また、他の一部の燃焼用空気Ｂは、半径流型スワラ４に形成された旋回空気通路４ｄを通過し、一次空気Ｂ１として、半径流型スワラ４の旋回混合部８を通過して、燃焼空間９に流入する。
さらに、残りの燃焼用空気Ｂは、半径流型スワラ４の外周部に形成された二次空気孔６ａを通過して二次空気Ｂ２として燃焼室間９に流入する。
【００２３】
このように、燃焼筒１内を流通する燃焼用空気Ｂは、補助空気Ｂ０、一次空気Ｂ１及び二次空気Ｂ３の３通りに分けられ、それぞれ異なる通路から燃焼筒１内の燃焼室間９に導入された後、燃料噴霧アトマイザ３により噴射される燃料の点火、燃焼を行う。
すなわち、アトマイザホルダ２を介して燃料噴霧アトマイザ３に供給された燃料は、燃料噴霧アトマイザ３の噴射孔から噴射され、補助空気Ｂ０とともに、旋回混合部８を通過して燃焼空間９内に流入する。そして、燃焼空間９に形成される火炎は、一次空気Ｂ１によって保炎され、さらに、二次空気Ｂ２によって燃焼空間９で完全燃焼が行われる。
【００２４】
次に、半径流型スワラ４の作用について説明する。
燃焼用空気Ｂの一部は、半径流型スワラ４の旋回空気通路４ｄを通過し、一次空気Ｂ１としてさらに半径流型スワラ４内の旋回混合部８を通過して燃焼空間９に流入するが、一次空気Ｂ１は、外側から半径方向内側に向けて、角度θを有しながら流入するため、旋回混合部８内において、強力な旋回渦が発生する。
この旋回渦中に燃料が噴射されるために、火炎が形成される直前に燃料と空気との活発な混合が行われて噴射された燃料噴霧１２のガス化が促進される。
さらに、一次空気Ｂ１による旋回渦は、燃焼空間内９の中心軸上に再循環領域１０を形成し保炎される。
この再循環領域１０の外周領域は、この旋回渦の作用によって形成された主流領域１１であり、乱れの激しい領域であるが、燃料噴霧１２の主流が再循環領域１０内ではなく、ほとんどがこの乱れの激しい領域を通過するため、燃料と燃焼用空気との混合が活発になる。
さらに、この流れは、燃焼室間９内を放射状に拡がるため、その後の二次空気Ｂ２と衝突し混合が活発になる。
以上の作用により、局所的な高温領域が形成されにくくなり、ＮＯｘが低減されるとともに、短炎化が実現される。
【００２５】
次に、半径流型スワラ４の寸法について説明する。
ＮＯｘを低減するためには、一次空気Ｂ１と二次空気Ｂ０との空気配分が重要であり、本実施例においては、他のバッフル型保炎器を使用したバーナと比較すると、一次空気Ｂ１の配分比率が大きくなっている。
半径流型スワラ４の前板４ａの外径Ｄ１を、燃焼筒１の内径Ｄよりも小さく、後板４ｃの外径Ｄ３よりも大きく設定するのには次のような理由がある。
すなわち、仮にＤ＝Ｄ１すると、二次空気通路６が確保されないことになり、二次空気が流れなくなる。二次空気は、噴霧燃焼によって必要であるため、Ｄ＞Ｄ１とする必要がある。一次空気Ｂ１が旋回空気通路４ｄを通過するには、半径方向内側へ流れ方向を変える必要があるが、Ｄ１＝Ｄ３とすると、ほとんどが二次空気Ｂ２となり、一次空気Ｂ１はほとんど流れなくなる。したがって、Ｄ１＞Ｄ３とすることで、一次空気Ｂ１と二次空気Ｂ２との最適な比率が確保される。
【００２６】
また、半径流型スワラ４の前板４ａの中心に開口する円孔内径Ｄ２は、後板４ｃの中心に開口する円孔内径Ｄ４以上（Ｄ２≧Ｄ４）と設定するのには次のような理由がある。
すなわち、仮に、Ｄ２＜Ｄ４とすると、一次空気Ｂ１が下流側だけでなく、上流側への噴出作用が大きくなる。したがって、Ｄ２≧Ｄ４とすることで、確実に下流側へ旋回渦を発生させ、極力、逆流を防ぐようにしている。
【００２７】
次に補助空気筒５について説明する。
補助空気Ｂ０は、噴霧燃料アトマイザ３を冷却すると同時に、一次空気Ｂ１による逆流を防ぐために最小限の空気を流している。
すなわち、旋回流によって渦の中心部が負圧になるために、下流域の燃焼ガスを一部巻き込むが、この燃焼ガスが上流に巻き込まないようにするためである。
この補助空気Ｂ０は、補助空気筒５の外周及び後板に開口されている補助空気孔５ａから導入され、この通過面積の大小によって通過量を決定している。
【００２８】
次に複数の二次空気孔６ａ及び分割板６ｂについて説明する。
二次空気通路６を分割板６ｂで閉塞すると、二次空気が接触しやすい領域としにくい領域が燃焼空間９中に形成される。
このような分割型二次空気の作用によって濃淡燃焼が生じ、これによってＮＯｘの発生量が低減する。上述した旋回空気は放射状に拡がる作用が大きいので、分割板６ｂに位置する下流部では、二次空気Ｂ２の流れがないために、下流から火炎を観察すると、あたかも火炎が分割しているかのように見える。
【００２９】
次に、図５に、本発明の低ＮＯｘバーナの第２実施例を示す。
【００３０】
この低ＮＯｘバーナは、燃焼筒１と半径流型スワラ４間に、分割板６ｂを配設することなく、燃焼筒１の先端部を縮径する絞り１３を形成したもので、この点を除き、第１実施例の低ＮＯｘバーナと、構成を同一にするものである。
【００３１】
そして、この低ＮＯｘバーナは、これにより、二次空気Ｂ２が、第１実施例の低ＮＯｘバーナとは異なり分割されず、半径流型スワラ４の周囲から一様に流入する。
そして、燃焼筒１の先端開口部の内径が、他の部分の内径よりも小さくなる絞り１３が形成されているため、二次空気Ｂ２を縮流させることができ、これにより、燃焼空間９内を放射状に拡がる一次空気Ｂ１及び燃料と、この縮流させた二次空気Ｂ２を早い段階で衝突、混合させることができ、低ＮＯｘ化及び短炎化を実現することができる。
【００３２】
以上、本発明の低ＮＯｘバーナについて、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
例えば、上記実施例における燃料噴霧アトマイザ３は、石油等の液体燃料を噴射する圧力噴射弁であるが、石油等の燃料のほか、ガス燃料や予混合ガス等の燃料を噴射するものでもよく、また、蒸気や空気を噴霧媒体とする二流体噴射弁であってもよい。
また、同様に、燃料噴霧アトマイザ３は、単孔型のアトマイザについて述べたが、これに限定されず、多孔型のアトマイザを使用することもできる。これにより、濃淡燃焼が実現される可能性が高まり、ＮＯｘ低減効果が上昇する効果が期待できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の低ＮＯｘバーナによれば、燃焼筒とアトマイザホルダの間の補助空気筒の先端位置に設けた半径流型スワラを介して導入される一次空気によって、強力な旋回渦が発生し、この旋回渦中に燃料が噴射されるために、火炎が形成される直前に燃料と空気との活発な混合が行われて噴霧された燃料粒子のガス化が促進されるとともに、燃焼空間内を放射状に拡がった乱れの激しい主流領域では、空気と燃料との混合が促進され、さらに、この領域で二次空気との混合が活発になり、これらの作用により、局所的な高温領域が形成されにくくなり、ＮＯｘが低減されるとともに、短炎化が実現され、また、補助空気筒を介して導入される必要最小限の補助空気によって、燃料噴霧アトマイザの冷却と、旋回渦による逆流を防ぐことができる。
これによって、燃焼室を含むボイラ、焼却炉等の容積を小さくすることができ、イニシャルコストを低廉にすることができる低ＮＯｘバーナを得ることができる。
【００３４】
そして、半径流型スワラを、異径の円板形状をした前板と後板との間に、複数枚の羽根を配設して構成し、前板の外径を、燃焼筒の内径よりも小さく、かつ、後板の外径よりも大きくし、かつ前板の中心に開口する円孔の内径を、後板の中心に開口する円孔の内径以上とし、さらに、後板の外径を、補助空気筒の外径よりも大きくすることにより、一次空気と二次空気との最適な比率を決定することができ、また、下流側へ旋回渦を発生させながら、逆流を防ぐことができる。
【００３５】
また、半径流型スワラの前板の外縁と、燃焼筒の内周面との間に形成される二次空気通路を、複数の分割板によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次空気孔を形成することにより、二次空気を分割して供給し、この作用によって濃淡燃焼が生じ、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００３６】
また、燃焼筒の先端開口部の内径が他の部分の内径よりも小さくなるように絞りを形成することにより、縮流させた二次空気を早い段階で衝突、混合させることで、一層の低ＮＯｘ化及び短炎化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低ＮＯｘバーナの第１実施例を示す断面図である。
【図２】同側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う側面縦断面図である。
【図４】同低ＮＯｘバーナの燃料、空気流れの状態を示す説明図である。
【図５】本発明の低ＮＯｘバーナの第２実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１    燃焼筒
２    アトマイザホルダ
３    燃料噴霧アトマイザ
４    半径流型スワラ
４ａ  前板
４ｂ  羽根
４ｃ  後板
４ｄ  旋回空気通路
５    補助空気筒
５ａ  補助空気孔
６    二次空気通路
６ａ  二次空気孔
６ｂ  分割板
７    電極棒
８    旋回混合部
９    燃焼空間
１０  再循環領域
１１  旋回流主流領域
１２  燃料噴霧
１３  絞り
Ｂ    燃焼用空気
Ｂ０  補助空気
Ｂ１  一次空気
Ｂ２  二次空気
Ｄ    燃焼筒の内径
Ｄ１  前板外径
Ｄ２  前板内径
Ｄ３  後板外径
Ｄ４  後板内径
【図１】
0003552994.tif 000002
【図２】
0003552994.tif 000003
【図３】
0003552994.tif 000004
【図４】
0003552994.tif 000005
【図５】
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