(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向下方を中心として第１噴霧角度の範囲に液体の燃料を噴霧する第１燃焼ノズルと、
前記第１燃焼ノズルを囲むように配置され、下方に向けて空気を噴射する複数のエアノズルと、
前記複数のエアノズルの外方に配置され、該複数のエアノズルよりも下方に延びる燃焼筒と、を備えるバーナであって、
前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の下端部の近傍における内周面に到達する位置に配置され、
前記第１燃焼ノズルに近接して配置され、鉛直方向下方を中心として第２噴霧角度の範囲に液体の燃料を噴霧する第２燃焼ノズルを更に備え、
前記第２燃焼ノズルは、該第２燃焼ノズルから噴霧された燃料が前記燃焼筒に到達しない位置に配置されるバーナ。
【請求項２】
前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の内周面の一部の領域に到達する位置に配置される請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
前記燃焼筒は、円筒形状に構成され、
前記第１燃焼ノズルは、前記燃焼筒の中心軸から偏心した位置に配置され、
前記第２燃焼ノズルは、前記燃焼筒の中心軸上に配置される請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記第１燃焼ノズルから噴霧された燃料を燃焼させる第１燃焼状態と、
前記第１燃焼ノズル及び前記第２燃焼ノズルから噴霧された燃料を燃焼させる第２燃焼状態と、を備える請求項１〜３のいずれかに記載のバーナ。
【請求項５】
前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の下端部の周方向において、該燃焼筒の中心軸の位置を中心として８０°〜１８０°の範囲に到達する位置に配置される請求項１〜４のいずれかに記載のバーナ。
【請求項６】
前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の下端部から４０ｍｍ以下の範囲に到達する位置に配置される請求項１〜５のいずれかに記載のバーナ。
【請求項７】
前記第１噴霧角度は、前記第２噴霧角度よりも大きい請求項１〜６のいずれかに記載のバーナ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のバーナを備えるボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、灯油や重油等の液体燃料を噴霧して燃焼させるバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油や軽油等の液体の燃料を燃焼室の内部で燃焼させて水を加熱し、蒸気又は温水を生成するボイラ装置においては、このボイラ装置の上部に配置され、燃料を下方に噴霧する燃焼ノズルと、この燃焼ノズルの周囲に配置され下方に向かって空気を噴射する複数のエアノズルと、を備えるバーナが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
このようなバーナでは、複数のエアノズルから噴射された空気と、燃焼ノズルから噴霧された燃料とが、燃焼ノズル及び複数のエアノズルの下方の空間において混合されて燃焼される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、以上のバーナでは、燃料は、燃焼室の内部の空間における空気と燃料とが混合される位置において燃焼される。そのため、空気の噴射量又は燃料の噴霧量によって、燃料が燃焼される位置は大きく変化してしまう。燃焼室の内部の空間において燃料が燃焼される位置が大きく変化してしまうと、燃料の燃焼に伴って発生する火炎の位置にばたつきが生じ、燃料の燃焼の安定性が低下してしまう。
【０００５】
従って、本発明は、燃料の燃焼に伴って発生する火炎の位置を安定的に保持できる、つまり、保炎性を向上できるバーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、鉛直方向下方を中心として第１噴霧角度の範囲に液体の燃料を噴霧する第１燃焼ノズルと、前記第１燃焼ノズルを囲むように配置され、下方に向けて空気を噴射する複数のエアノズルと、前記複数のエアノズルの外方に配置され、該複数のエアノズルよりも下方に延びる燃焼筒と、を備えるバーナであって、前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の下端部の近傍における内周面に到達する位置に配置され、前記第１燃焼ノズルに近接して配置され、鉛直方向下方を中心として第２噴霧角度の範囲に液体の燃料を噴霧する第２燃焼ノズルを更に備え、前記第２燃焼ノズルは、該第２燃焼ノズルから噴霧された燃料が前記燃焼筒に到達しない位置に配置されるバーナに関する。
【０００７】
また、前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の内周面の一部の領域に到達する位置に配置されることが好ましい。
【０００９】
また、前記燃焼筒は、円筒形状に構成され、前記第１燃焼ノズルは、前記燃焼筒の中心軸から偏心した位置に配置され、前記第２燃焼ノズルは、前記燃焼筒の中心軸上に配置されることが好ましい。
【００１０】
また、バーナは、前記第１燃焼ノズルから噴霧された燃料を燃焼させる第１燃焼状態と、前記第１燃焼ノズル及び前記第２燃焼ノズルから噴霧された燃料を燃焼させる第２燃焼状態と、を備えることが好ましい。
【００１１】
また、前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の下端部の周方向において、該燃焼筒の中心軸の位置を中心として８０°〜１８０°の範囲に到達する位置に配置されることが好ましい。
【００１２】
また、前記第１燃焼ノズルは、該第１燃焼ノズルから噴霧された燃料の一部が前記燃焼筒の下端部から４０ｍｍ以下の範囲に到達する位置に配置されることが好ましい。
【００１３】
また、前記第１噴霧角度は、前記第２噴霧角度よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上述のバーナを具備するボイラ装置に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバーナによれば、燃焼室の内部の空間における保炎性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るバーナを備えるボイラ装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すボイラ装置におけるバーナを拡大して示す縦断面図である。
【図３】第１燃焼ノズル及び第２燃焼ノズルの拡大図である。
【図４】図２のＡ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のバーナの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のバーナ１を具備するボイラ装置１００を示す縦断面図である。
図１に示すように、本実施形態のバーナ１は、重油や軽油等の液体の燃料を燃焼させて水を加熱し、蒸気又は温水を生成するボイラ装置１００の一部を構成する。
【００１８】
ボイラ装置１００は、図１に示すように、缶体２０と、複数の水管３０と、下部管寄せ４０と、上部管寄せ５０と、バーナ１と、を備える。また、缶体２０の内部には、燃焼室２２及び燃焼ガス通路２３が形成される。
【００１９】
缶体２０は、円筒形状に構成され、ボイラ装置１００の外形の主要部を構成する。缶体２０は、高さ方向が鉛直方向に沿うように配置される。缶体２０の周面の上部には、開口２１が形成されている。
【００２０】
複数の水管３０は、缶体２０の内部に上下方向に延びて配置される。複数の水管３０は、図１に示すように、内側水管群３１と、この内側水管群３１の外側に配置される外側水管群３２と、を構成する。内側水管群３１は、複数の水管３０が缶体２０の中心軸Ｘと同軸となるように環状に配置されて構成される。本実施形態では、内側水管群３１を構成する水管３０は、図１に示すように、下部の径が細く構成されており、この下部を除く部分において、隣り合って配置される水管３０同士が当接して配置される。
【００２１】
外側水管群３２は、複数の水管３０が缶体２０の中心軸Ｘと同軸となるように、環状に配置されて構成される。また、外側水管群３２は、内側水管群３１との間に所定の空間が形成されるように缶体２０の内面の近傍に配置される。本実施形態では、外側水管群３２を構成する水管３０は、図１に示すように、上部の径が細く構成されており、この上部を除く部分において、隣り合って配置される水管３０同士が当接して配置される。
【００２２】
燃焼室２２は、図１に示すように、缶体２０の内部において、内側水管群３１に囲まれた空間により構成される。この燃焼室２２では、後述するバーナ１の第１燃焼ノズル１３及び第２燃焼ノズル１４から噴霧された燃料が燃焼される。
燃焼ガス通路２３は、内側水管群３１の外側と缶体２０の内面との間の空間により構成される。この燃焼ガス通路２３には、燃焼室２２で燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスが流通する。
【００２３】
下部管寄せ４０は、缶体２０の内部における下部に配置される。この下部管寄せ４０は、環状の容器により構成される。下部管寄せ４０には、複数の水管３０（内側水管群３１及び外側水管群３２）の下端部が連結される。
上部管寄せ５０は、缶体２０の内部における上部に配置される。この上部管寄せ５０は、環状の容器により構成される。上部管寄せ５０には、複数の水管３０（内側水管群３１及び外側水管群３２）の上端部が連結される。
【００２４】
バーナ１は、缶体２０の上部、より具体的には、燃焼室２２の上部に配置される。このバーナ１は、図１及び図２に示すように、内筒部１１と、この内筒部１１の外側に配置される外筒部１２と、内筒部１１の内部に配置される第１燃焼ノズル１３、第２燃焼ノズル１４と及び着火部１５と、複数のエアノズル１６と、燃焼筒１７と、を備える。
【００２５】
内筒部１１は、円筒形状を有しており、缶体２０の上部の中央部に配置される。内筒部１１は、中心軸が缶体２０の中心軸Ｘと一致するように配置される。この内筒部１１の底面には、図３に示すように、燃焼室２２と連通する開口１１１が形成されている。
外筒部１２は、内筒部１１の直径よりも大きな直径を有する円筒形状に形成される。この外筒部１２は、中心軸が内筒部１１の中心軸と一致するように配置される。外筒部１２の内面と内筒部１１の外面との間には、空間が形成されており、この空間には、外筒部１２の上部に接続された空気供給装置（図示せず）から空気が供給される。外筒部１２の底面には、図３に示すように、複数の開口１２１が形成されている。複数の開口１２１は、缶体２０の中心軸Ｘを中心として環状に配置される。
【００２６】
第１燃焼ノズル１３は、図１〜図４に示すように、缶体２０の中心軸Ｘに対して、若干偏心した位置に配置される。この第１燃焼ノズル１３は、第１燃料供給管１３１と、第１ノズルチップ１３２と、を備える。
第１燃料供給管１３１は、内筒部１１の内部に鉛直方向（上下方向）に延びて配置される。第１燃料供給管１３１の基端部（上端部）は、燃料供給装置（図示せず）に接続される。
第１ノズルチップ１３２は、第１燃料供給管１３１の先端部（下端部）に配置される。第１ノズルチップ１３２は、鉛直方向下方を中心として、第１噴霧角度θ１の範囲に液体の燃料を噴霧可能に構成される。第１噴霧角度θ１は、噴霧される燃焼の一部を好適に燃焼筒１７に到達させる観点から、好ましくは６５°〜８５°である。
【００２７】
以上の第１燃焼ノズル１３によれば、燃料供給装置から第１燃料供給管１３１に供給された液体の燃料は、第１ノズルチップ１３２から鉛直方向下方を中心として第１噴霧角度θ１の範囲に噴霧される。
【００２８】
第２燃焼ノズル１４は、第１燃焼ノズル１３に近接して配置される。より具体的には、第２燃焼ノズル１４は、缶体２０の中心軸Ｘに一致する位置に配置される。この第２燃焼ノズル１４は、第２燃料供給管１４１と、第２ノズルチップ１４２と、を備える。
第２燃料供給管１４１は、内筒部１１の内部に鉛直方向（上下方向）に延びて配置される。第２燃料供給管１４１の基端部（上端部）は、燃料供給装置（図示せず）に接続される。
第２ノズルチップ１４２は、第２燃料供給管１４１の先端部（下端部）に配置される。第２ノズルチップ１４２は、鉛直方向下方を中心として、第２噴霧角度θ２の範囲に液体の燃料を噴霧可能に構成される。本実施形態では、第２噴霧角度θ２は、上述の第１噴霧角度θ１よりも小さく構成される。より具体的には、第２噴霧角度θ２は、噴霧される燃料を燃焼筒１７に到達させない観点から、好ましくは５５°〜６５°である。
【００２９】
以上の第２燃焼ノズル１４によれば、燃料供給装置から第２燃料供給管１４１に供給された液体の燃料は、第２ノズルチップ１４２から鉛直方向下方を中心として第２噴霧角度θ２の範囲に噴霧される。第２燃焼ノズル１４と第１燃焼ノズル１３との距離Ｗ（図３参照）は、バーナ１をコンパクトに構成する観点から、好ましくは１０ｍｍ〜３０ｍｍである。
【００３０】
着火部１５は、上下方向に延びて配置される。この着火部１５の先端部（下端部）は、第１ノズルチップ１３２に近接して配置される。着火部１５は、火花を発生させることで、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料に着火し、燃料の燃焼を開始させる。
【００３１】
複数のエアノズル１６は、第１燃焼ノズル１３及び第２燃焼ノズル１４を囲むように配置される。より具体的には、複数のエアノズル１６は、外筒部１２の底面における複数の開口が形成された位置に配置される。複数のエアノズル１６は、空気供給装置（図示せず）から外筒部１２の内面と内筒部１１の外面との間の空間に供給された空気を、下方に向けて噴射する。
【００３２】
燃焼筒１７は、複数のエアノズル１６から下方に向かって噴射された空気の流れを整流する。この燃焼筒１７は、複数のエアノズル１６の外方に配置され、これら複数のエアノズル１６よりも下方に延びる。
燃焼筒１７は、外筒部１２の下部の外面に取り付けられる第１筒部１７１と、この第１筒部１７１の下部に連結される第２筒部１７２と、を備える。
第１筒部１７１は、外筒部１２の外径と略等しい内径に構成された外筒連結部１７１ａと、この外筒連結部１７１ａの下方に設けられ拡径した拡径部１７１ｂと、この拡径部１７１ｂの下方に設けられ第２筒部１７２が連結される第２筒連結部１７１ｃと、を備える。
第２筒部１７２は、上面及び下面が開放された円筒形状に形成され、第２筒連結部１７１ｃの内面に連結される。
以上の燃焼筒１７（第２筒部１７２）は、中心軸が缶体２０の中心軸Ｘと一致する位置に配置される。
【００３３】
以上説明したバーナ１では、第１燃焼ノズル１３は、この第１燃焼ノズル１３から第１噴霧角度θ１で燃料が噴霧された場合に、噴霧された燃料の一部が第２筒部１７２の下端部の近傍における内周面に到達する位置に配置される。また、第２燃焼ノズル１４は、この第２燃焼ノズル１４から第２噴霧角度θ２で燃料が噴霧された場合に、噴霧された燃料が第２筒部１７２の下端部の近傍における内周面に到達しない位置に配置される。
【００３４】
本実施形態では、第１燃焼ノズル１３は、燃焼筒１７の中心軸（缶体２０の中心軸Ｘ）から偏心した位置に配置されており、これにより、噴霧された燃料は第２筒部１７２の内周面の一部の領域に到達する。
より具体的には、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料は、図４に示すように、第２筒部１７２の下端部の周方向において、第２筒部１７２の中心軸の位置を中心として８０°〜１８０°の範囲（図４における角度θ３の範囲）に到達する位置に配置されることが好ましい。また、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料は、図２に示すように、燃焼筒１７（第２筒部１７２）の下端部から４０ｍｍ以下の範囲（図２における符号ｈの範囲）に到達することが好ましい。
【００３５】
第２筒部１７２の中心軸の位置を中心として１８０°を超える範囲に噴霧された燃料が到達した場合には、燃焼筒１７に当たる燃料の量が多くなりすぎてしまい、バーナ１の燃料として揮発性の低い重油等を用いた場合に、燃料の燃焼に伴って多量のすすが発生してしまうおそれがある。
また、燃焼筒１７の下端部から４０ｍｍよりも上部にまで噴霧された燃料が到達した場合には、上述と同様に、燃焼筒１７に当たる燃料の量が多くなりすぎてしまい、燃料の燃焼に伴って多量のすすが発生してしまうおそれがある。特に、バーナ１の燃料として揮発性の低い重油等を用いた場合には、すすの発生をより低減させる観点から、噴霧された燃料を燃焼筒１７（第２筒部１７２）の下端部から１５ｍｍ以下の範囲に到達させることがより好ましい。
また、噴霧された燃料が燃焼筒１７に到達する範囲が第２筒部１７２の中心軸の位置を中心として４０°未満の場合には、保炎性を好適に確保しにくくなるおそれがある。
【００３６】
また、本実施形態では、第２燃焼ノズル１４は、燃焼筒１７の中心軸（缶体２０の中心軸Ｘ）上に配置されており、これにより、第２燃焼ノズル１４から噴霧された燃料は、燃焼筒１７に到達しない。
【００３７】
以上のバーナ１は、第１燃焼ノズル１３のみから燃料を噴霧させて燃料を燃焼させる第１燃焼状態としての低燃焼状態、及び第１燃焼ノズル１３及び第２燃焼ノズル１４の両方のノズルから燃料を噴霧させる第２燃焼状態としての高燃焼状態、並びに、燃料を燃焼させない停止状態の３つの燃焼状態（３位置）を切り替え可能に構成される。
【００３８】
バーナ１において、低燃焼状態で燃料を燃焼させる場合、まず、第１燃焼ノズル１３から第１噴霧角度θ１の範囲に燃料が噴霧されると共に、複数のエアノズル１６から下方に向かって空気が噴射される。そして、着火部１５により第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料が着火され、燃料は火炎を発生させながら燃焼する。ここで、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料の一部は、第２筒部１７２の内面に到達する。すると、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料が燃焼して発生する火炎の位置は、第２筒部１７２の内面における燃料が到達する位置を保炎源として安定化される。
【００３９】
一方、バーナ１において、高燃焼状態で燃料を燃焼させる場合には、低燃焼状態において燃料が噴霧されている第１燃焼ノズル１３からの燃料の噴霧は維持しつつ、更に第２燃焼ノズル１４から第２噴霧角度θ２の範囲に燃料が噴霧される。これにより、バーナ１において燃焼される燃料の量が増加され、高燃焼状態が達成される。ここで、高燃焼状態においても第１燃焼ノズル１３からの燃料の噴霧は維持されているため、第２筒部１７２の内面における燃料が到達する位置を保炎源とした火炎の安定化状態は維持される。また、第２燃焼ノズル１４から噴霧される燃料は、燃焼筒１７には到達しないため、燃焼筒１７に当たる燃料の量が多くなりすぎることを防げる。
【００４０】
次に、本実施形態のバーナ１を具備するボイラ装置１００の動作につき説明する。
ボイラ装置１００では、まず、上述のように、バーナ１により燃焼室２２において燃料が燃焼される。燃焼室２２において燃料が燃焼して発生した燃焼ガスは、燃焼室２２を囲むように配置された複数の水管３０（内側水管群３１）の内部を流通する水を加熱する。次いで、燃焼ガスは、燃焼室２２の下部に形成された隙間から燃焼ガス通路２３を通り、更に複数の水管３０（内側水管群３１及び外側水管群３２）の内部を流通する水を加熱する。そして、燃焼ガス通路２３を通った燃焼ガスは、缶体２０の上部に形成された開口２１から、この開口２１に連結された排気筒（図示せず）を通って外部に排出される。
【００４１】
尚、複数の水管３０の内部には、複数の水管３０の下部に配置された下部管寄せ４０から水が供給される。そして、複数の水管３０の内部において加熱された水は、蒸気となり、上部管寄せ５０から蒸気供給管（図示せず）に供給される。
【００４２】
以上説明した本実施形態のバーナ１によれば、以下のような効果を奏する。
【００４３】
（１）第１燃焼ノズル１３を、この第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料の一部が第２筒部１７２の内面に到達する位置に配置した。これにより、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料が燃焼して発生する火炎の位置を、第２筒部１７２の内面における燃料が到達する位置を保炎源として安定化できる。よって、燃焼室２２の内部の空間における保炎性を向上できる。
【００４４】
（２）第１燃焼ノズル１３を、第２筒部１７２の内周面の一部の領域に到達する位置に配置した。これにより、燃焼筒１７に当たる燃料の量が多くなりすぎることを防げるので、バーナ１の燃料として揮発性の低い重油等を用いた場合であっても、燃料の燃焼に伴って多量のすすが発生することを防げる。
【００４５】
（３）バーナ１を、第２燃焼ノズル１４を含んで構成し、この第２燃焼ノズル１４を、第２燃焼ノズル１４から噴霧された燃料が燃焼筒１７に到達しない位置に配置した。これにより、第１燃焼ノズル１３及び第２燃焼ノズル１４の両方から燃料を噴霧した場合において、第２燃焼ノズル１４から噴霧された燃料が燃焼筒１７に到達しないので、燃焼筒１７に当たる燃料の量を適性化できる。よって、第１燃焼ノズル１３及び第２燃焼ノズル１４の両方から燃料を噴霧した場合における保炎性を向上できる。
【００４６】
（４）バーナ１を、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料を燃焼させる低燃焼状態と、第１燃焼ノズル１３及び第２燃焼ノズル１４から噴霧された燃料を燃焼させる高燃焼状態と、を切り替え可能に構成した。これにより、低燃焼状態及び高燃焼状態のいずれの燃焼状態においても、第１燃焼ノズル１３から燃料が噴霧される。よって、低燃焼状態及び高燃焼状態のいずれの燃焼状態においても、燃料の一部が燃焼筒１７に到達する状態を維持できるので、バーナ１の燃焼状態にかかわらず保炎性を向上できる。
【００４７】
（５）第１燃焼ノズル１３を、燃焼筒１７の下端部の周方向において、燃焼筒１７の中心軸の位置を中心として８０°〜１８０°の範囲に到達する位置に配置した。これにより、燃焼筒１７に到達する燃料の量を適性の範囲に保てるので、保炎性をより向上できる。
【００４８】
（６）第１燃焼ノズル１３を、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料が燃焼筒１７の下端部から４０ｍｍ以下の範囲に到達する位置に配置した。これにより、燃焼筒１７に到達する燃料の量を適性の範囲に保てるので、保炎性をより向上できる。
【００４９】
（７）第１噴霧角度θ１を、第２噴霧角度θ２よりも大きく構成した。これにより、第１燃焼ノズル１３と第２燃焼ノズル１４とを近接した位置に配置しつつ、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料の一部のみを燃焼筒１７の内周面に到達させられる。よって、バーナ１をコンパクト化できる。
【００５０】
以上、本発明のバーナ１の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した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、本実施形態では、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料の一部を、燃焼筒１７の内周面の一部の領域にのみ到達させたが、これに限らない。即ち、燃料として、揮発性の高い灯油等を用いた場合には、第１燃焼ノズル１３から噴霧された燃料の一部を、燃焼筒の内周面の全周に亘って到達させてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  ノズル
１３  第１燃焼ノズル
１４  第２燃焼ノズル
１６  エアノズル
１７  燃焼筒
１００  ボイラ装置
θ１  第１噴霧角度
θ２  第２噴霧角度
【図１】
0005768636.tif 000002
【図２】
0005768636.tif 000003
【図３】
0005768636.tif 000004
【図４】
0005768636.tif 000005