(57)【要約】【課題】燃料の微粒化を促進しつつターンダウン比を拡大させることができる燃焼装置を提供することである。【解決手段】第１ノズルおよび第２ノズルを採用し、第１ノズルに接続された第１戻り経路上に設けられた第１流量調整弁および第２ノズルに接続された第２戻り経路上に設けられた第２流量調整弁により、第１ノズルおよび第２ノズルからの噴霧量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を噴霧する噴霧部と、
前記噴霧部に供給された液体燃料のうち戻り路に戻す液体燃料の流量を調整する流量調整部とを備え、
前記噴霧部は、前記流量調整部により調整される流量に応じて各々の噴霧量が変化する第１噴霧部と第２噴霧部とを含む、燃焼装置。
【請求項２】
前記流量調整部は、
前記第１噴霧部に供給される液体燃料のうち前記戻り路に戻す液体燃料の流量を調整する第１流量調整弁と、
前記第２噴霧部に供給される液体燃料のうち前記戻り路に戻す液体燃料の流量を制御する第２流量調整弁と、
前記第１流量調整弁および前記第２流量調整弁の開度を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
第１燃焼範囲においては、前記第１流量調整弁の開度を制御して前記戻り路に戻す液体燃料の流量を変化させ、
前記第１燃焼範囲における燃焼量よりも大きく、前記第１噴霧部および前記第２噴霧部のいずれにも液体燃料を供給する第２燃焼範囲においては、前記第１流量調整弁を閉状態に制御し、前記第２流量調整弁の開度を制御する、請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記噴霧部は、前記第１噴霧部に着火させるための第３噴霧部を含む、請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を燃焼室に噴霧して燃焼させる燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料を噴霧する噴霧量を連続的に変化させることができる燃焼装置がある。このような燃焼装置においては、燃料を噴霧するノズルなどの噴霧部に燃料を供給する供給ラインと、供給された燃料を供給元に戻すための戻りラインとを設け、戻りラインに戻す流量を制御することにより、噴霧部からの噴霧量を連続的に変化させる燃焼装置を備えたボイラ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４０４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃焼装置においては、低燃焼時において戻りラインに戻す流量を増加させて噴霧部からの噴霧量を少なくすることにより、ボイラ装置のターンダウン比（ＴＤＲ）を拡大させることが考えられる。しかしながら、噴霧部からの噴霧量が少ない場合には、噴霧部から燃料を噴霧させる噴霧圧力が低下してしまい、着火可能な程度に燃料を微粒化させて噴霧させることができない。その結果、着火不良等を招く虞がある。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、燃料の微粒化を促進しつつターンダウン比を拡大させることができる燃焼装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従う燃焼装置は、液体燃料を噴霧する噴霧部と、前記噴霧部に供給された液体燃料のうち戻り路に戻す液体燃料の流量を調整する流量調整部とを備え、前記噴霧部は、前記流量調整部により調整される流量に応じて各々の噴霧量が変化する第１噴霧部と第２噴霧部とを含む。
【０００７】
上記の構成によれば、第１噴霧部および第２噴霧部を備えることにより、各噴霧部における噴霧圧力の低下を抑制できる。その結果、噴霧させる燃料の微粒化を促進でき、ターンダウン比を拡大させることができる。また、戻り路に戻す液体燃料の流量を調整する流量調整部を設けることにより、第１噴霧部および第２噴霧部からの噴霧量を調整できる。
【０００８】
好ましくは、前記流量調整部は、前記第１噴霧部に供給される液体燃料のうち前記戻り路に戻す液体燃料の流量を調整する第１流量調整弁と、前記第２噴霧部に供給される液体燃料のうち前記戻り路に戻す液体燃料の流量を制御する第２流量調整弁と、前記第１流量調整弁および前記第２流量調整弁の開度を制御する制御部とを含み、前記制御部は、第１燃焼範囲においては、前記第１流量調整弁の開度を制御して前記戻り路に戻す液体燃料の流量を変化させ、前記第１燃焼範囲における燃焼量よりも大きく、前記第１噴霧部および前記第２噴霧部のいずれにも液体燃料を供給する第２燃焼範囲においては、前記第１流量調整弁を閉状態に制御し、前記第２流量調整弁の開度を制御する。
【０００９】
上記の構成によれば、制御部により、第１流量調整弁の開度を制御することにより第１燃焼範囲における燃焼量を調整でき、第２流量調整弁の開度を制御することにより第２燃焼範囲における燃焼量を調整できる。このため、燃料の微粒化の促進につながる。
【００１０】
好ましくは、前記噴霧部は、前記第１噴霧部に着火させるための第３噴霧部を含む。
【００１１】
上記の構成によれば、第１噴霧部の着火不良をより確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃焼装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】燃焼装置の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜概略構成について＞
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係る燃焼装置１の概略構成について説明する。燃焼装置１は、蒸気を生成する油焚きボイラなどに搭載される。
【００１４】
燃焼装置１は、油などの液体燃料を噴霧する第１ノズル２および第２ノズル３と、少なくとも第１ノズル２に着火させるための着火ノズル４と、複数のバルブ４１〜４６と、これらのバルブ４１〜４６の開閉（あるいは開度）を制御する制御部５とを備える。
【００１５】
第１ノズル２、第２ノズル３、および着火ノズル４は、各々、燃料ポンプ１０から供給される燃料を燃焼室９において噴霧するための噴霧部を構成する。具体的には、第１ノズル２が第１噴霧部、第２ノズル３が第２噴霧部、着火ノズル４が第３噴霧部を構成する。燃焼室９における燃焼の燃焼範囲は、これらのノズルのうちノズル２，３各々から噴霧させる燃料の量、すなわち燃料の噴霧量に応じて変化する。なお、噴霧部としてノズルを例示するが、噴霧部は、燃料を噴霧（噴出）できる部材であればノズルに限らず他の部材により構成されるものであってもよい。
【００１６】
燃焼装置１における燃焼範囲には、着火範囲と、第１燃焼範囲と、第２燃焼範囲とが設けられている。着火範囲においては、着火ノズル４から噴霧される燃料を燃焼させる。第１燃焼範囲においては、着火範囲よりも燃焼量が大きく、着火ノズル４により着火されて第１ノズル２から噴霧される燃料を燃焼させる。第２燃焼範囲においては、第１燃焼範囲よりも燃焼量が大きく、第１ノズル２による燃焼を継続させつつ第１ノズル２により着火されて第２ノズル３から噴霧される燃料を燃焼させる。
【００１７】
着火ノズル４は、燃焼開始時に燃料を噴霧して、着火装置（例えば点火トランスなど）により着火される。着火ノズル４は、燃焼開始から燃料を噴霧可能な最大可能噴霧量で噴霧する。このため、燃料を微粒化させて噴霧させることができ、確実に着火させることができる。着火ノズル４は、着火範囲において燃料を噴霧して燃焼するが、着火範囲のみならず、第１燃焼範囲および第２燃焼範囲においても燃料を噴霧して燃焼するものであってもよい。
【００１８】
第１ノズル２は、燃料を噴霧して、着火ノズル４により着火される。第１ノズル２からの噴霧量は、第１燃焼範囲において調整され、第２燃焼範囲においては一定（例えば最大可能噴霧量）とされる。
【００１９】
第２ノズル３は、燃料を噴霧して、第１ノズル２により着火される。第２ノズル３は、第１燃焼範囲においては燃料を噴霧せず、第２燃焼範囲においてのみ燃料を噴霧する。第２ノズル３からの噴霧量は、第２の燃焼範囲において調整される。
【００２０】
着火ノズル４の径（内径）は、第１ノズル２および第２ノズル３の径（内径）よりも小さい。第１ノズル２および第２ノズル３各々の径は、最大可能噴霧量が同じとなるように構成されている。
【００２１】
従来のリターンフローノズルは、一つのノズルで燃焼装置の全燃焼範囲に対応していた（たとえば流量が本実施の形態における第１ノズル２の流量と第２ノズル３の流量との合計となる一つのノズル。以下、従来ノズルともいう）。しかし、従来ノズルは、径が大きいために噴霧圧力が分散されてしまう。このため、供給される燃料が所定量以上に達するまでは、着火可能な程度に燃料を微粒化させて噴霧させることが困難であった。そこで、本実施の形態における燃焼装置１は、従来ノズルよりも径が小さいノズルを複数採用し、一つのノズル当たりの噴霧圧力を高め燃料の微粒化を促進させている。これにより、従来ノズルより少量の燃料であっても燃料を微粒化させて噴霧させることができる。
【００２２】
本実施の形態では、燃料タンク８から第１ノズル２、第２ノズル３、および着火ノズル４への燃料の供給は、主経路６から分岐した３つの経路６１，６２，６３各々を介して行われる。具体的には、主経路６は、途中位置において第１〜第３経路６１〜６３に分岐している。第１ノズル２は、第１経路６１に接続され、第２ノズル３は、第２経路６２に接続され、着火ノズル４は、第３経路６３に接続されている。
【００２３】
バルブ４１は、主経路６上に設けられ、たとえば、開状態および閉状態の２つの状態に切り替え可能なバルブ、すなわち切り替えバルブである。バルブ４２は、第１経路６１上に設けられた切り替えバルブである。バルブ４３は、第２経路６２上に設けられた切り替えバルブである。バルブ４４は、第３経路６３上に設けられた切り替えバルブである。切り替えバルブとしてのバルブ４１，４２，４３，４４は、たとえば電磁弁により構成される。以下の説明においては、これらの区別を容易にするために、バルブ４１をメイン電磁弁、バルブ４２を第１電磁弁、バルブ４３を第２電磁弁、バルブ４４を第３電磁弁と称する。
【００２４】
第１ノズル２には、第１経路６１から供給される燃料を燃料タンク８に戻すための第１戻り経路７１が接続されている。また、第２ノズル３には、第２経路６２から供給される燃料を燃料タンク８に戻すための第２戻り経路７２が接続されている。第１戻り経路７１と第２戻り経路７２とは、ともに、燃料タンク８に接続されている戻り主経路７に合流する。
【００２５】
バルブ４５は、第１戻り経路７１上に設けられた流量調整弁である。バルブ４６は、第２戻り経路７２上に設けられた流量調整弁である。流量調整弁としてのバルブ４５およびバルブ４６は、各々、開度調整が可能な絞り弁であり、たとえばモータバルブにより構成される。
【００２６】
バルブ４５は、開度に応じて、第１経路６１から供給される燃料の一部を、第１戻り経路７１を経由して燃料タンク８へ戻すことにより、第１ノズル２からの噴霧量を調整する第１流量調整弁を構成する。バルブ４６は、開度に応じて、第２経路６２から供給される燃料の一部を、第２戻り経路７２を経由して燃料タンク８へ戻すことにより、第２ノズル３からの噴霧量を調整する第２流量調整弁を構成する。第１流量調整弁および第２流量調整弁は、各々、開度が大きい程、戻す燃料が多くなるために第１ノズル２あるいは第２ノズル３からの噴霧量が少なくなるように調整できる一方、開度が小さい程、戻す燃料が少なくなるために第１ノズル２あるいは第２ノズル３からの噴霧量が多くなるように調整できる。
【００２７】
制御部５は、電磁弁４１〜４４の開閉を制御するとともに、第１流量調整弁４５および第２流量調整弁４６の開度を制御（調整）する。制御部５は、流量調整弁４５，４６の開度を比例制御できる。制御部５は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現される。
【００２８】
＜動作について＞
図２を参照して、本実施の形態に係る燃焼装置１の動作について説明する。図２（ａ）には、各噴霧部（ノズル）の噴霧量の変化が示され、図２（ｂ）には、燃焼装置１全体における負荷率が示されている。なお、燃焼前においては、バルブ４１〜４４については閉状態となっており、バルブ４５，４６については開度が最大となる全開状態になっている。
【００２９】
制御部５は、燃焼を開始する際（ｔ１）に、メイン電磁弁４１を開状態とし、その後（または同時に）、第３電磁弁４４を開状態として着火ノズル４に燃料を供給する。これにより、着火ノズル４から燃料が着火ノズル４の最大可能噴霧量（１００％）で噴霧される。この状態で着火装置により着火が行われる。
【００３０】
その後、制御部５は、第１ノズル２からの噴霧量が第１ノズル２の最大可能噴霧量の２０％となるように第１流量調整弁４５の開度を制御した後、第１電磁弁４２を開状態にする（ｔ２）。第１ノズル２は、従来ノズルよりも径が小さい。このため、第１ノズル２からの噴霧量が２０％といった少量であっても、従来ノズルからの噴霧量が２０％であるときよりも燃料を確実に微粒化させて噴霧できる。このため、第１ノズル２に確実に着火させることができる。なお、着火ノズル４への燃料供給と第１ノズル２への燃料供給とを同時に開始するものであってもよい。
【００３１】
第１ノズル２が着火した後（ｔ３）、制御部５は、第３電磁弁４４を閉状態にして着火ノズル４からの噴霧を停止するとともに、第１流量調整弁４５の開度を比例的（連続的）に小さくしていく。このように、制御部５は、第１燃焼範囲において流量調整弁４５の開度を制御して第１ノズル２に供給する燃料の流量を制御する。これにより、第１燃焼範囲において、第１ノズル２からの燃料の噴霧量を比例的に増加させることができる。なお、第３電磁弁４４を閉状態にするタイミングは、第１流量調整弁４５の開度を小さくする制御を開始するタイミングに限らず、第１ノズル２に着火していればそれ以前のタイミングであってもよい。第１流量調整弁４５の開度が全閉となったときに、第１戻り経路７１に戻る燃料がゼロになるため、第１ノズル２からの噴霧量が第１ノズル２の最大可能噴霧量となる（ｔ４）。このとき、燃焼装置１全体における負荷率は、５０％となる。
【００３２】
第１流量調整弁４５の開度調整（縮小）に伴い、第１ノズル２の噴霧量が最大可能噴霧量に達すると（ｔ４）、制御部５は、第１流量調整弁４５の開度調整（閉状態）を継続しつつ、第２電磁弁４３を開状態とするとともに、第２流量調整弁４６の開度を比例的に小さくしていく。なお、第１ノズル２からの噴霧量が第１ノズル２の最大可能噴霧量に達したとき（またはその少し後）に第２電磁弁４３を開状態とするとともに第２流量調整弁４６の制御を開始するが、第２電磁弁４３を開状態とするとともに第２流量調整弁４６の制御を開始するタイミングは、燃焼開始から予め定められた時間経過した時点としてもよい。
【００３３】
このように、制御部５は、第２燃焼範囲においては、第２流量調整弁４６の開度を制御して第１ノズル２の噴霧量を最大可能噴霧量にした上で、第２ノズル３の噴霧量を制御する。これにより、第１ノズル２の噴霧量を一定としながら、第２ノズル３からの燃料の噴霧量を比例的に増加させることができる。第２ノズル３は、従来ノズルよりも少量の燃料であっても燃料を微粒化させて噴霧できるため、早い段階で第２ノズル３に着火させることができる。第２流量調整弁４６の開度が全閉となったときに、第２ノズル３からの噴霧量が最大可能噴霧量となる（ｔ５）。このとき、燃焼装置１全体における負荷率は、１００％となる。
【００３４】
図２では、燃焼開始から最大燃焼量に到達させるまでの制御部５による制御内容の一例を説明した。制御部５は、例えばボイラの燃焼量に対応する負荷率を設定し、当該負荷率となるように第１流量調整弁４５および第２流量調整弁４６の開度を制御する。これにより、任意の負荷率となるように燃焼装置１を比例制御できる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、第１ノズル２および第２ノズル３を採用することにより、従来ノズルと比較して少量の燃料であっても燃料を微粒化させて噴霧できる。このため、燃料の微粒化を促進しつつターンダウン比を拡大させることができる。また、第１戻り経路７１および第２戻り経路７２各々に第１流量調整弁４５および第２流量調整弁４６を設けることにより、第１ノズル２および第２ノズル３各々からの噴霧量を比例的に調整することができる。また、第１ノズル２および第２ノズル３の上流側で噴霧量を調整しない構成であるため燃料の微粒化が促進され易い。
【００３６】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。
【００３７】
上記実施の形態においては、第１ノズル２および第２ノズル３各々の径が同じである例について説明したが、これに限らず、第１ノズル２の径が第２ノズル３の径よりも小さく定められているものであってもよい。つまり、第１ノズル２および第２ノズル３各々の最大可能噴霧量は、「第１ノズル２＜第２ノズル３」の関係となるものであってもよい。これにより、本実施の形態におけるものと最大可能噴霧量が同じであれば第１ノズル２の最小噴霧量を小さく抑えることが可能となるため、燃料の微粒化を促進しつつターンダウン比をより一層拡大させることができる。また、第１燃焼範囲は、第１ノズル２からの噴霧量が最大可能噴霧量の２０％となるように第１流量調整弁４５の開度を制御した後、第１電磁弁４２を開状態とすることにより開始される例について説明した。しかし、第１燃焼範囲を開始する際の噴霧量は、２０％に限らず、設定するターンダウン比に応じて１５％や２５％などであってもよく、また第１流量調整弁４５が全開状態において第１電磁弁４２を開状態とすることにより開始するものであってもよい。
【００３８】
上記実施の形態における燃焼装置１は、任意の負荷率となるように比例制御する例について説明したが、これに限らず多位置制御するものであってもよい。例えば停止、低燃焼、中燃焼、および高燃焼各々に対して第１流量調整弁４５および第２流量調整弁４６各々の開度を予め設定（記憶）しておき、制御部５は、例えばボイラにより発生させる蒸気量などに応じて、停止、低燃焼、中燃焼、および高燃焼のいずれかとなるように、第１流量調整弁４５および第２流量調整弁４６の開度を制御するものであってもよい。
【００３９】
上記実施の形態における燃焼装置１は、着火ノズル４による着火範囲が設けられている例について説明したが、これに限らず、着火ノズル４および着火範囲を設けずに、燃焼開始時には第１ノズル２から燃料を噴霧させて、着火装置により着火されるものであってもよい。この場合であっても、従来ノズルよりも少量の燃料であっても燃料を微粒化させて噴霧できるため、着火不良や一酸化炭素の発生を抑制できる。
【００４０】
上記実施の形態では、燃料の噴霧量を調整するノズルとして、第１ノズル２と第２ノズル３とを設けた例について説明したが、これに限らず、３つ以上のノズルを設けるものであってもよい。例えば、第１ノズル２および第２ノズル３の径をより小さいものにしつつ、別のノズル（合計３つのノズル）を備えるものであってもよい。この場合、３つ目のノズルについても戻り経路を設けるとともに当該戻り経路上に流量調整弁を設けて、当該流量調整弁の開度を制御することにより、３つ目のノズルからの噴霧量を調整するようにしてもよい。これにより、燃料の微粒化をさらに促進させることができ、かつターンダウン比をより一層拡大させることができる。
【００４１】
また、上記実施の形態では、第１ノズル２および第２ノズル３を含む複数のノズル各々に対応して流量調整弁を設ける例を示したが、これに限らず、複数のノズルに対応させてひとつの多方調整弁（例えば、三方弁、四方弁など）を設け、当該多方調整弁の開度を制御することにより、複数のノズルからの噴霧量を調整できるようにしてもよい。例えば、第１流量調整弁４５および第２流量調整弁４６に替えて、第１戻り経路７１と第２戻り経路７２とが合流して戻り主経路７に接続される合流点に多方調整弁を設け、当該多方調整弁の開度を制御することにより、第１戻り経路７１および第２戻り経路７２各々へ戻る流量を調整するようにしてもよい。これにより、部品点数の増加および製造コストの上昇を抑えることができる。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１  燃焼装置
２  第１ノズル
３  第２ノズル
４  着火ノズル
５  制御部
６  主経路
７  戻り主経路
８  燃料タンク
９  燃焼室
１０  燃料ポンプ
４１  電磁弁
４１  メイン電磁弁
４２  第１電磁弁
４３  第２電磁弁
４４  第３電磁弁
４５  第１流量調整弁
４６  第２流量調整弁
６１  第３経路
６１  第１経路
６２  第２経路
６３  第３経路
７１  第１戻り経路
７２  第２戻り経路
【図１】
2019049374.tif 000003
【図２】
2019049374.tif 000004