(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化したフレームファンネルを持った燃焼装置において、燃焼性能を向上させ、さらに燃焼音の低減も図る。【解決手段】送風機からウインドボックスを経由して供給する燃焼用空気と、燃料噴射ノズル３から円錐状に噴射する液体燃料を混合して燃焼を行う燃焼装置であって、燃焼装置の先側には、根元側をウインドボックスに接続し、途中で内径を拡大するテーパ部４を持った略円筒形のフレームファンネル１を設置している燃焼装置において、フレームファンネル１の先端にはフレームファンネル１の出口の開口径を絞るリング状の絞り部材２を設けており、フレームファンネル１の出口の開口径が燃料噴射ノズル３から円錐状に噴射している燃料噴射領域８よりも広くなるように、前記絞り部材２の幅を定める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機からウインドボックスを経由して供給する燃焼用空気と、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射する液体燃料を混合して燃焼を行う燃焼装置であって、燃焼装置の先側には、根元側をウインドボックスに接続し、途中で内径を拡大するテーパ部を持った略円筒形のフレームファンネルを設置している燃焼装置において、フレームファンネル先端にはフレームファンネル出口の開口径を絞るリング状の絞り部材を設けており、フレームファンネル出口の開口径が燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域よりも広くなるように、前記絞り部材の幅を定めていることを特徴とする先端絞り付きのフレームファンネルを持った燃焼装置。
【請求項２】
送風機からウインドボックスを経由して供給する燃焼用空気と、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射する液体燃料を混合して燃焼を行う燃焼装置であって、燃焼装置の先側には、根元側をウインドボックスに接続し、途中で内径を拡大するテーパ部を持った略円筒形のフレームファンネルを設置している燃焼装置において、フレームファンネル先端にはフレームファンネル出口の開口径を絞るリング状の絞り部材を設けており、該絞り部材は、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域の中心軸と垂直な面に対し、フレームファンネル出口側開口が先絞りとなる方向に５〜２０度の傾斜を設けていることを特徴とする先端絞り付きのフレームファンネルを持った燃焼装置。
【請求項３】
請求項１に記載の先端絞り付きのフレームファンネルを持った燃焼装置において、前記絞り部材は、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域の中心軸と垂直な面に対し、フレームファンネル出口側開口が先絞りとなる方向に５〜２０度の傾斜を設けており、かつ絞り部材が傾斜した状態でフレームファンネル出口の開口径が燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域よりも広くなるように、前記絞り部材の幅を定めていることを特徴とする先端絞り付きのフレームファンネルを持った燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は先端絞り付きのフレームファンネルを持った燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送風機からウインドボックスを経由して供給する燃焼用空気と、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射する液体燃料を混合して燃焼を行う燃焼装置であって、燃焼装置の先側には、根元側をウインドボックスに接続し、途中で内径を拡大するテーパ部を持った略円筒形のフレームファンネルを設置している燃焼装置が広く普及している。そして、特開平３−２５５８０２号公報に記載があるように、フレームファンネル先端にはフレームファンネル出口の開口径を絞るリング状の絞り部材を設けたものが知られている。
【０００３】
フレームファンネル先端を絞り部材で絞ると、フレームファンネル内を壁面に沿って流れてきた空気は、先端の絞り部材によって内側に巻き込む流れとなり、旋回流ができる。燃料噴射ノズルから噴射している燃料油は、フレームファンネルによる空気の旋回流と十分に混合されるため、燃焼性を向上させることができる。絞り部材は、フレームファンネルを先細りとする方向に傾斜を設けても良く、絞り部材に傾斜を設けることで、燃焼性能をさらに向上させることができる場合もある。
【０００４】
ところで、従来の燃焼装置では、フレームファンネル内の容積が大きく、フレームファンネル内で燃料を十分に気化することができ、高い燃焼性能を得ることができるものであった。しかし、燃焼装置小型化の要望によってフレームファンネルを小さくせざるを得なくなった場合、フレームファンネルを小型化すると、燃焼性能が悪化し、フレームファンネル内にススが付着するといった問題が発生した。
【０００５】
また、燃焼装置による燃焼時には燃焼音が発生するが、燃焼音の低減も重要なテーマであり、燃焼性能の向上と燃焼音の低減を両立することのできる燃焼装置が望まれていた。
【特許文献１】特開平３−２５５８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、小型化したフレームファンネルを持った燃焼装置において、燃焼性能を向上させ、さらに燃焼音の低減も図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、送風機からウインドボックスを経由して供給する燃焼用空気と、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射する液体燃料を混合して燃焼を行う燃焼装置であって、燃焼装置の先側には、根元側をウインドボックスに接続し、途中で内径を拡大するテーパ部を持った略円筒形のフレームファンネルを設置している燃焼装置において、フレームファンネル先端にはフレームファンネル出口の開口径を絞るリング状の絞り部材を設けており、フレームファンネル出口の開口径が燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域よりも広くなるように、前記絞り部材の幅を定めていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、送風機からウインドボックスを経由して供給する燃焼用空気と、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射する液体燃料を混合して燃焼を行う燃焼装置であって、燃焼装置の先側には、根元側をウインドボックスに接続し、途中で内径を拡大するテーパ部を持った略円筒形のフレームファンネルを設置している燃焼装置において、フレームファンネル先端にはフレームファンネル出口の開口径を絞るリング状の絞り部材を設けており、該絞り部材は、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域の中心軸と垂直な面に対し、フレームファンネル出口側開口が先絞りとなる方向に５〜２０度の傾斜を設けていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記の先端絞り付きのフレームファンネルを持った燃焼装置において、前記絞り部材は、燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域の中心軸と垂直な面に対し、フレームファンネル出口側開口が先絞りとなる方向に５〜２０度の傾斜を設けており、かつ絞り部材が傾斜した状態でフレームファンネル出口の開口径が燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域よりも広くなるように、前記絞り部材の幅を定めていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明を実施することによって、燃焼性能を向上させることができ、さらに燃焼音を低減することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明を実施している燃焼装置のフレームファンネル部分における断面斜視図、図２はフレームファンネル先端に設ける絞り部材の傾斜角と騒音値及びスモーク度の関係を示したグラフ、図３は本発明の燃焼装置をボイラに搭載した場合における断面図、図４は従来のフレームファンネルを単純に小型化した場合のスス付着状況説明図である。
【００１２】
まず、図３に基づき、燃焼装置の全体構造を説明する。ボイラは中央部に燃焼室を持ち、燃焼室の上部に下向きの火炎を発生する燃焼装置を設けている。燃焼装置の上部には、燃焼装置へ燃焼用空気を送り込む送風機１１から送られてきた燃焼用空気を整流するウインドボックス１０を設ける。ウインドボックス１０の先側には、根元側をウインドボックス１０に接続したフレームファンネル１を設置しておき、ウインドボックス１０からの燃焼用空気はフレームファンネル１内を通るようにしておく。
【００１３】
燃焼装置の中心軸部分に燃料供給管６、燃料供給管６の先端であって、フレームファンネル１の中に燃料噴射ノズル３を設ける。燃料噴射ノズル３は、燃料供給管６を通して送られてきた液体燃料を円錐状に噴射するものであり、燃料を微粒化することで気化しやすくする。燃料噴射ノズル３から噴射した燃料と、送風機１１からウインドボックス１０を通してきた燃焼用空気は、フレームファンネル１の中で混合するようにしている。
【００１４】
フレームファンネル１は、途中で内径を拡大するテーパ部４を持ち、テーパ部４の先に直胴部５を持った円筒形である。フレームファンネル１の中心部分であって、燃料噴射ノズル３のすぐ下側には、中央に燃料通過用の穴を開けた円盤状のデフューザ１２を設けている。フレームファンネル直胴部の先側には、フレームファンネル出口の開口径を絞るリング状の絞り部材２を設けており、絞り部材２は燃料噴射ノズル３から円錐状に噴射している燃料噴射領域８の中心軸と垂直な面に対し、フレームファンネル出口側開口が先絞りとなる方向に傾斜を設けている。絞り部材２の傾斜角度は、燃料噴射領域８の中心軸と垂直な面を０度とした場合に５〜２０度となる角度から選定する。また、フレームファンネル先端の絞り部材２は、フレームファンネル出口の開口径が燃料噴射ノズル３から円錐状に噴射している燃料噴射領域８よりも広くなるように、絞り部材２の幅を定めている。
【００１５】
燃焼装置によって燃焼を行う場合、送風機１１によって燃焼用空気をウインドボックス１０へ送り、ウインドボックス１０にて整流して燃焼筒であるフレームファンネル１へと送り込む。フレームファンネル１内へ入った燃焼用空気の空気流７は、フレームファンネル１の中心部にデフューザ１２を設けているため、フレームファンネル１の内壁面に沿って流れる。フレームファンネル１の先端には、出口の開口径を狭める絞り部材２を設けているため、フレームファンネル１の内壁面に沿って流れてきた空気流７は、絞り部材２に衝突することで進行方向を変更し、内側に巻き込む流れを形作る。
【００１６】
燃料噴射ノズル３から噴射した燃料は、フレームファンネル１内で円錐状に広がりながら火炎の熱を受けることで気化する。空気流７は、フレームファンネル１の先端部分で内側に巻き込む流れを形成しているため、燃焼用空気と気化した燃料は良好に混合して燃焼する。
【００１７】
この時、フレームファンネル出口の開口径は、燃料噴射ノズル３から噴射している燃料の噴射方向へ延長した領域よりも広くすることで、燃料が気化しないままフレームファンネル先端の位置まで達しても燃料が絞り部材２に付着することを防止できる。燃料噴射ノズル３の燃料噴射角度を狭くしたり、燃料噴射ノズル３からフレームファンネル先端までの距離を短くすることでも、フレームファンネル出口開口径を燃料噴射方向へ延長した領域より広くすることができるが、その場合には燃焼性能が大きく悪化する。そのため、絞り部材２の幅を狭くすることと、絞り部材２の先端を燃料噴射の先方向へ傾斜させることで、フレームファンネル出口開口径を燃料噴射方向へ延長した領域より広くする。
【００１８】
絞り部材２の傾斜角は、図２に示すように、角度が変化すると燃焼状態も変化する。傾斜角を０度（燃料噴射ノズルから円錐状に噴射している燃料噴射領域８の中心軸と垂直な状態）とした場合、スモーク発生度は低いが燃焼によって発生する騒音値が高くなっていた。傾斜角を５度とした場合、傾斜角０度に比べると、スモーク発生量はほとんど変化しなかったが、騒音値は大幅に低下した。傾斜角を１０度・１５度・２０度と変化させていくと、騒音値は緩やかに低下する反面、スモーク発生量は緩やかに増加する。傾斜角を２５度とした場合、騒音値はあまり変化せず低いままであるが、スモーク度は大幅に上昇するという測定結果が得られている。
【００１９】
絞り部材２に傾斜を設けると、フレームファンネル１内の壁面に沿って流れてきた空気流は、燃焼装置の先方向へ流れながらフレームファンネル１の中心軸方向へ巻き込む旋回流を形成することになる。そのため、フレームファンネル１内での空気の旋回力は低下し、このことによって燃焼音は低下する。しかし、フレームファンネル１内での空気の旋回力を低下させることは、燃焼性の低下につながるため、傾斜角を大きくしすぎるとスモーク発生量が増加する。スモーク発生量が少なく、かつ騒音発生量が少ない適正範囲は、傾斜角を５度から２０度とした場合であるため、絞り部材２の傾斜角は５〜２０度とする。
【００２０】
従来の燃焼装置の場合、ボイラ自体が大きかったため、図４の上段に記載しているような大きなフレームファンネルを使用することができた。そのため、燃料噴射ノズル３から噴射している燃料の延長線上に絞り部材２があっても、燃料噴射ノズル３から絞り部材２までの距離が長いために燃料は途中で気化する。そのため、気化していない燃料が絞り部材２に達することはなかった。しかし、高性能化した小型のボイラにおいては、従来のような大きなフレームファンネル１は使用することができず、フレームファンネル１も小型化する必要があった。フレームファンネル１を単純に小型化した場合、図４に記載しているように燃料噴射ノズル３から絞り部材２までの距離が短くなり、気化していない燃料が絞り部材２に付着することがある。この場合、絞り部材２にススが付着（スス付着部９）し、また燃焼性の悪化によってスモークの発生量が増大するということが問題になっていた。
【００２１】
絞り部材２の構造を上記の通りとすることで、気化していない燃料がフレームファンネル１に付着することはなくなるため、フレームファンネル１にススが付着して堆積したり、スモークが大量に発生するということはなくなる。さらに、良好な燃焼を維持しながら燃焼音を低減することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施している燃焼装置のフレームファンネル部分における断面斜視図
【図２】フレームファンネル先端に設ける絞り部材の傾斜角と騒音値及びスモーク度の関係を示したグラフ
【図３】本発明の燃焼装置をボイラに搭載した場合における断面図
【図４】従来のフレームファンネルを単純に小型化した場合のスス付着状況説明図
【符号の説明】
【００２３】
１  フレームファンネル        
２  絞り部材      
３  燃料噴射ノズル        
４  テーパ部      
５  直胴部            
６  燃料供給管        
７  空気流
８  燃料噴射領域
９  スス付着部      
１０  ウインドボックス
１１  送風機
１２  デフューザ
【図１】
2006132856.tif 000003
【図２】
2006132856.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006132856.tif 000006