(57)【要約】【課題】運転時の負荷に応じたガス流速が確保でき、低負荷でも安定した燃焼効果が得られるように構成されたガスバーナを提供する。【解決手段】外部ケース１１の先端部内で燃料ガス供給手段３０と同軸線延長位置にラバルノズル形成部２１が設けられ、前記ラバルノズル形成部２１の吸込み部開口縁２２ａと前記外部ケース１１内面との間に分流空気流通部が形成され、前記ラバルノズル形成部２１のディフューザ２４出口前方に、前記分流空気流通部で分岐された空気と燃焼排ガスとの混合による二次燃焼ガス吸入部２５が設けられてなるガスバーナ１０において、前記二次燃焼ガス吸入部２５に設けられる保炎板２５ａ，２５ｂが火炎噴出路２９に対して拡縮可能に設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒の先端部内で燃料ガス供給手段と同軸線延長位置にラバルノズル形成部が設けられ、前記ラバルノズル形成部の吸込み部開口縁と前記外筒内面との間に分流空気流通部が形成され、前記ラバルノズル形成部のディフューザ出口前方に、前記分流空気流通部で分岐された空気と燃焼排ガスとの混合による二次燃焼ガス吸入部が設けられてなるガスバーナにおいて、
前記二次燃焼ガス吸入部に設けられる保炎板が、前記二次燃焼ガス吸入部における火炎噴出流路に対して拡縮可能に設けられていることを特徴とするガスバーナ。
【請求項２】
前記保炎板は、その可動部を燃料ガスの供給量に応じて自動的に作動するように駆動機構が制御装置で操作される構成である請求項１に記載のガスバーナ。
【請求項３】
前記保炎板は、その基端部を内筒に枢着されて相対向して一対配置され、かつ端部において両保炎板を相互に連結する部材で繋がれて、一方の保炎板の外面に連結される火炎噴出調整手段による操作力が付加されると両保炎板が枢着部を基点にして同調可動して開口幅が可変できるように構成されている請求項１または２に記載のガスバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低負荷運転時における燃焼性能を改善する機能を備えたガスバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼機器などで燃焼に伴い発生する有害燃焼排気物質の低減化について、特にＮＯｘの低減化を図る技術については、種々の提案がなされている。その一例として燃焼空気を一次、二次と分割して供給する方式の部分予混合式ガスバーナを用い、予混合機の噴出口部の下流域に薄膜円筒状の予混合気流を形成し、この予混合気流へ向けて外部から燃焼用二次空気を細分化して噴出させ、多数の小炎を形成することにより局部的な高温部を発生させずに完全燃焼させてＮＯｘの低減化を図る方法が特許文献１によって知られている。
【０００３】
この先行技術においては、二次空気を一次空気の供給ラインから分流して多数の小孔を通じて一次燃焼部に吹き込むことで、一次燃焼部で同時的に二次燃焼させるようにされている。したがって、燃焼排ガスと二次空気とを混合して燃焼部に供給し、完全燃焼させるようにすることができない。また、火炎の直進性を向上させることが困難であるから、例えば小型貫流ボイラに用いるバーナとした場合、燃焼効率を向上させ難いという問題点がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、図４（ａ）（ｂ）に示されるように、外筒５０の先端部内で燃料噴出口５２と同軸線延長位置にラバルノズル形成部６０が設けられ、そのラバルノズル形成部６０の吹込み部６１の外周縁６２と前記外筒５０の内面５０ａとの間に分流空気の流通部５４が形成され、前記ラバルノズル形成部６０のスロート部６３に連なるディフューザ６４の出口前方に、前記流通部５４で分岐された空気と燃焼排ガスとの混合による二次燃焼ガス吸込み孔６６を複数備える二次燃焼ガスの吸入部６５が設けられている構成のガスバーナ７０を先願発明（特願２００６−１１９３６号）により得たのである。なお、図中黒塗り矢印は燃料ガス、白抜き矢印は空気、斜線入り矢印は混合気を、それぞれ示している。
【０００５】
しかし、この先願発明によるガスバーナ７０では、燃焼室の燃焼ガス進行方向に対して直交する断面が円形あるいは正方形（縦横比が１：１）であれば有効であるが、燃焼室断面が長方形で縦横比が大きい場合（例えば燃焼室が縦に長く幅が狭い場合）には、幅方向の排ガス再循環流れが弱くなったり、縦方向の上端および下端での伝熱面まで火炎が届かず有効に熱伝達が行われないという問題点があることから、これを改良したものを先願発明（特願２００６−２９７６９７号）によって得たのである。
【０００６】
しかしながら、改良された先願発明のガスバーナでは、低負荷での運転時に火炎がやや不安定になり、ＣＯ，ＮＯｘ値が上昇する傾向を示すという問題点がある。通常、一般の小型貫流ボイラ製品においては、「５０，１００」％負荷、あるいは「３０，５０，１００」％負荷などの運転が求められる。したがって、前記先願発明によるガスバーナでは定格運転を行っているときには高性能を発揮するが、低負荷での運転時には燃焼ガスの流速が遅くなって逆火したり、十分に燃料と空気が混合されないで火炎が不安定になり、改善する必要がある。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４１７３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、運転時の負荷に応じたガス流速が確保でき、低負荷でも安定した燃焼効果が得られるように構成されたガスバーナを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によるガスバーナは、
外筒の先端部内で燃料ガス供給手段と同軸線延長位置にラバルノズル形成部が設けられ、前記ラバルノズル形成部の吸込み部開口縁と前記外筒内面との間に分流空気流通部が形成され、前記ラバルノズル形成部のディフューザ出口前方に、前記分流空気流通部で分岐された空気と燃焼排ガスとの混合による二次燃焼ガス吸入部が設けられてなるガスバーナにおいて、
前記二次燃焼ガス吸入部に設けられる保炎板が、前記二次燃焼ガス吸入部における火炎噴出流路に対して拡縮可能に設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記保炎板はその可動部を燃料ガスの供給量に応じて自動的に作動するように駆動機構が制御装置で操作される構成であるのがよい（第２発明）。また、前記保炎板は、その基端部を内筒に枢着されて相対向して一対配置され、かつ端部において両保炎板を相互に連結する部材で繋がれて、一方の保炎板の外面に連結される火炎噴出調整手段による操作力が付加されると両保炎板が枢着部を基点にして同調可動して開口幅が可変できるように構成されているのがよい（第３発明）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、簡単な構成で燃焼空気を多段に分割供給して多段燃焼させるとともに、燃料ガスと空気の混合気を高速噴出させてＮＯｘ値の低減効果を高め得るガスバーナにおいて、低負荷燃焼による運転時には、その負荷に対応して噴出する火炎噴出流路を絞るようにして、安定した火炎で燃焼させることができる。
【００１２】
本発明によれば、低負荷での運転を行うときには、供給燃料ガスの供給量に合わせるように燃焼部に設けられた保炎板による出口間隔を狭めるように自動制御することで、燃焼ガス（予混合気）の流速を減退させることなく噴出させ、火炎を安定させて燃焼を効果的に行わせることができる。したがって、低負荷での運転を行っても不安定な燃焼を回避してＮＯｘ値の上昇を抑制できるという効果を奏するのである。また、低負荷での運転でも火炎が縦長で非常に薄い状態で燃焼させることが可能になり、小型貫流ボイラに用いるガスバーナとしてより有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明によるガスバーナの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１には本発明の一実施形態に係るガスバーナの要部を模式的に表す断面図が示されている。図２には保炎板を操作する火炎噴出調整手段の概要を示す図が、図３にはバーナの外観を一部切除して表わす斜視図が、それぞれ示されている。
【００１５】
この実施形態のガスバーナ１０は、燃焼装置のバーナ取付部に装着できる取付構造（図示せず）を備えた長方形断面の外部ケース１１（本発明における外筒に相当）と、この外部ケース１１内に軸心線Ｑを揃えて火炎を噴出させるように設けられている燃焼ガスと燃焼用空気とを混合する混合手段２０と、燃料ガス供給手段３０と、火炎の噴出部における火炎の噴出を調整する火炎噴出調整手段４０とで構成されている。
【００１６】
前記外部ケース１１は所要内法の縦長長方形断面で前面を解放した扁平な長方体形状に形成され、その軸心線Ｑ上に混合手段２０と燃料ガス供給手段３０が組み込まれるようにされている。また、外部ケース１１の後端（燃焼側と反対の方向）には、具体的な構造は図示省略しているが送風機による空気供給口が接続されている。
【００１７】
前記混合手段２０は、前述のように外部ケース１１内に収まる寸法で、図１に示されるように、その長手方向（軸方向）にラバルノズル形状（以下、「ラバルノズル形成部２１」という。）にされ、先端部を外部ケース１１の先端から突き出すようにして外部ケース１１の軸心線Ｑ上に中心線が合致するように配置されている。
【００１８】
前記ラバルノズル形成部２１は、入口部２２（本発明の吸込み部に対応）を中間のスロート部２３に向かって絞縮する平断面形状に形成され、その開口縁２２ａに前記外部ケース１１の内壁面１２と所要の間隔をもって空気流通部１５（本発明の分流空気流通部に対応）が形成されるよう配置されている。また、ディフューザ２４の先端にはその開口部面積よりも広い面積で軸方向に所要長さで形成される二次燃焼ガス吸入部２５が設けられている。そして、このラバルノズル形成部２１は、前記入口部２２と前記燃料ガス供給手段３０のボックス外面との間隔をその燃料ガス供給手段３０のガス噴出孔３４からの燃料ガス供給で一次空気の吸引を効果的に行える距離をとって配置されている。なお、このラバルノズル形成部２１は、外部ケース１１に対してその姿勢が維持できるように外面部分で図示されない支持部材によって支持されている。
【００１９】
前記ラバルノズル形成部２１の先端部に連接して形成される二次燃焼ガス吸入部２５は、外部ケース１１の先端から突出するようにして、前記ディフューザ２４の出口に連なる部分の両側に、所要の間隔をおいて保炎板２５ａ，２５ｂが一対設けられており、この両保炎板２５ａ，２５ｂには二次燃焼ガスの吸込み孔２６が長手方向にそれぞれ複数設けられている。
【００２０】
前記二次燃焼ガス吸入部２５における一対の保炎板２５ａ，２５ｂは、基端部を長手方向の軸線に沿って支持軸２７，２７にて枢支され、火炎噴出調整手段４０によってバーナの軸心線Ｑに向かって燃焼火炎の流路を拡縮できるようにされている。
【００２１】
その火炎噴出調整手段４０としては、一方の保炎板２５ａの外面に直交して突設された突片４２に傾動操作用のロッド４３の一端が連結されており、後方へ伸びる前記ロッド４３の後端部に、たとえばラックギア４４が接続され、このラックギア４４にモータ４５の出力軸に取付くピニオン４５ａを噛合わせ、前記ロッド４３を進退させて保炎板２５ａが直立状態から内側へ傾動可能なようにされている。また、前記一対の保炎板２５ａ，２５ｂは、いずれも長手方向の端部における外面にブラケット２５ｄが付設され、そのブラケット２５ｄに基端を軸着される一対のリンク４６，４６を、他端部で二次燃焼ガス吸入部２５の両端を囲うように設けられる端板２８，２８もしくはその端板２８の外側に付設される部材（図示せず）に形成されたガイド長孔２８ａに係合するガイドピン４６ａにてＶ字状に連結され、このリンク４６，４６を介して前記ロッド４３により傾動操作される一方の保炎板２５ａに対し他方の保炎板２５ｂが同調して対称に傾動するようにされている。なお、前記両保炎板２５ａ，２５ｂの同調駆動には、前記リンク４６を用いる方式に代えて、それぞれをモータ４５で前記操作用ロッド４３介して駆動操作するようにしてもよい。
【００２２】
前記火炎噴出調整手段４０における傾動操作用ロッド４３を操作する駆動用のモータ４５には、たとえばステッピングモータを使用するのが好ましい。そして、このモータ４５は別途設置の制御装置４９により、後述の燃料ガス供給手段３０と連動して駆動操作されるようになされている。
【００２３】
前記燃料ガス供給手段３０としては、前記外部ケース１１の内側に配置されるラバルノズル形成部２１（混合手段２０）の入口部２２に前部が挿入できる先端部３３を尖らせた扁平なボックス型にされたガス供給ボックス３１からなり、後端部に燃料ガス供給部と接続されるガス供給管３２が取付けられている。そして、前記先端部３３の両側面に所要間隔で複数のガス噴出孔３４が、前記ラバルノズル形成部２１の入口部２２の内面とこのガス供給ボックス３１の外面とで形成される混合気流入路に交差する向きで設けられている。また、このガス供給ボックス３１は、取付部において所要距離前後方向に移動可能に設けられ、直線作動アクチュエータ３５（たとえば小型の電動シリンダ）により進退駆動されるように構成され、入口部２２での一次空気と燃料ガスとの混合比を変化させて燃焼状態を調節できるようにされている。なお、前記直線作動アクチュエータ３５は、前記火炎噴出調整手段４０における保炎板操作用のモータ４５の駆動と連動するように制御装置４９と繋がれて制御される。
【００２４】
また、このガス供給ボックス３１内には、図示省略するが（以下同様）必要に応じて複数の整流板を配置して、各ガス噴出孔３４からの燃料ガスの噴出をむらなく平均化させるように形成されている。一方、このガス供給ボックス３１の外側面またはラバルノズル形成部２１の入口部２２内面に、空気流通方向に平行して複数の整流板を取付け、吸い込まれる空気（混合気）がスロート部２３へむらなく流動するようにされるのが好ましい。なお、外部ケース１１内の空気流通部側にも整流板を設けるようにするのが望ましい。
【００２５】
このように構成された本実施形態のガスバーナ１０は、たとえば小型貫流ボイラに付設して使用される。この際、燃料としては都市ガスを用い、燃料ガス供給手段３０（ガス供給ボックス３１）によって供給し、一方空気比１．０〜１．２となるように嚠喨を制御されて空気と燃料ガスとを混合させて燃焼部に供給される。
【００２６】
図１に示されるように、ガス供給ボックス３１から供給される燃料ガスＧに対して燃焼用の空気Ａは、外部ケース１１内においてラバルノズル形成部２１の入口部２２（吸込み部）の開口縁２２ａによって外側の空気流通部１５と入口部２２の内部とに分流される。ラバルノズル形成部２１の入口部２２内に導入される空気に対してガス供給ボックス３１のガス噴出孔３４から噴出する燃料ガスが流入する一次空気と交差して混合促進されて予混合気Ｇ′となって吸込み部（入口部２２）からスロート部２３に流入する。吸込み部（入口部２２）で圧縮された予混合気Ｇ′は、狭隘なスロート部２３でさらに圧縮されてディフューザ２４出口から高速で噴出される。ディフューザ２４の出口に連なる二次燃焼ガス吸入部２５では、流路が急拡大するために、噴出する予混合気Ｇ′の一部が再循環領域を形成しながら主流は直進する。この直進する予混合気Ｇ′に対して図示されないバーナ付属の着火手段により着火して燃焼させる。
【００２７】
一方、外部ケース１１でラバルノズル形成部２１の外側の空気流通部１５に分流された空気Ａは、そのまま外部ケース１１内を流動して前記二次燃焼ガス吸入部２５における保炎板２５ａ，２５ｂに設けられた吸入孔２６で噴出する予混合気Ｇ′の吐出力に伴う誘引作用により吸引されて二次燃焼ガスＧ″として燃焼部に供給される。この際、燃焼部で発生したバーナ周囲の燃焼排ガスも同時に吸引されて再燃焼される。こうすることで、酸素濃度の低い二次燃焼ガスＧ″を作成して燃焼部の火炎に向かって供給できるので、局部的高温の少ない燃焼を実現することができ、さらなる低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００２８】
そして、バーナは燃焼室（図示せず）の形状に対応させて長方形で縦長比が大きい形状にされているので、前述のようにして燃焼される火炎が幅方向に薄くて縦長形状になって燃焼し、しかも混合気が高速噴射されるから、二次燃焼ガスＧ″が噴出している予混合気Ｇ′の主流に向かって流れることになり、火炎が拡散するのを抑えるように作用して火炎に直進性を持たせることが可能になる。従って、縦長の厚さが薄い状態の火炎となって火炎の表面積が大きくなり、直進性を備えることから小型貫流ボイラのように火炎流路が狭くて曲進する場合でも、上下に火炎が届いて伝熱面への熱吸収効果を高めることができる。
【００２９】
しかも、本実施形態のガスバーナ１０は、二次燃焼ガス吸入部２５に火炎噴出調整手段４０が付設されているので、前述のようにして燃焼が行なわれる定格負荷から、燃焼負荷量が減少すると、燃料ガスＧの供給量に連動して火炎噴出調整手段４０が操作され、二次燃焼ガス吸入部２５における保炎板２５ａ，２５ｂが内向きに傾動されて火炎の噴出流路２９が負荷に応じて狭められる。
【００３０】
すなわち、制御装置４９において予め入力されているデータ（燃焼負荷量と最適傾斜角度との関係）に基づき燃料ガスの供給量が定格負荷時よりも少なくなると、火炎噴出調整手段４０におけるモータ４５を作動させてその出力軸上のピニオン４５ａを回転させて噛合うラックギア４４でもって操作用ロッド４３を前進させる。すると、このロッド４３端部が連結される突片４２を介して一方の保炎板２５ａが取付く支持軸２７を基点として内向きに傾動される（図２に二点鎖線で表わす）。この際、他方の保炎板２５ｂは前記ロッド４３により操作される保炎板２５ａから連結されるリンク４６，４６を介して傾動操作され、両リンク４６，４６の連結部がガイド長孔２８ａに係合するガイドピン４６ａに繋がれているので同調して作動し、バーナの燃焼負荷量に応じて火炎の噴出流路２８が狭められる。したがって、予混合気流の流速を確保できて火炎の拡散が抑えられ、不安定になるのを防止できることになり、安定燃焼させることができるのである。
【００３１】
以上の説明においては、保炎板を傾動操作する火炎噴出調整手段４０において、モータ駆動により操作する場合について記載しているが、保炎板を傾動させる駆動についてはこれに限定されるものではなく、手動（たとえばスクリュー軸を回転させる、あるいはレバー操作）あるいは他の動力（たとえば油圧シリンダなど）を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスバーナの要部を模式的に表す断面図
【図２】保炎板を操作する火炎噴出調整手段の概要を示す図
【図３】バーナの外観を一部切除して表わす斜視図
【図４】先願発明に係るガスバーナの模式図（ａ）とその平面視図（ｂ）
【符号の説明】
【００３３】
１０      ガスバーナ
１１      外部ケース
２０      混合手段
２１      ラバルノズル形成部
２５      二次燃焼ガス吸入部
２５ａ，２５ｂ    保炎板
２６      二次燃焼ガスの吸入孔
２７      保炎板基端部の支持軸
２９      火炎の噴出流路
３０      燃料ガス供給手段
３１      ガス供給ボックス
４０      火炎噴出調整手段
４２      突片
４３      操作用ロッド
４４      ラックギア
４５      モータ
４５ａ    ピニオン
４６      リンク
４９      制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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