(57)【要約】【課題】ＮＯｘを低減できるとともに、低燃焼かつ低空気比運転時において、振動燃焼が生じることを抑制できるバーナを提供すること。【解決手段】各主空気噴流口１５より下流側には、火炎によって熱せられる再着火手段が設けられている。再着火手段２２は、火炎と接触し、燃料の着火点以上に加熱される。このため、吹き飛び等によって火炎の一部が失火した際に、当該再着火手段２２が着火源となり、混合気（燃料）に瞬間的に着火し、火炎全体を安定化させる。従って、火炎全体が安定化されることにより、燃焼室内の圧力変動が低減され、燃焼振動を抑制できる。そして、これにより、低燃焼かつ低空気比運転を行うことができるので、排ガス量を低減でき、熱効率が向上して省エネルギー化を推進できる。【選択図】図１
2008133982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側から燃料を噴霧する油ノズルと、燃料供給下流側に開口部を有して前記油ノズルの先端側が収容される内筒部材と、この内筒部材の外周側に配置された外筒部材とを備え、
前記外筒部材の下流側端面には、さらに下流側に延出した空気ノズルが前記端面の周方向に間隔を空けて複数設けられ、
これらの空気ノズルの下流端側には主空気噴流口が形成され、
前記内筒部材の内部は、供給される燃焼空気から遮断されるか、または、小孔を介して前記燃焼空気の一部が流入可能に設けられたバーナであって、
前記各主空気噴流口より下流側には、火炎によって熱せられる再着火手段が設けられている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のバーナにおいて、
前記再着火手段は、複数の前記空気ノズルの配置位置に対応して環状に設けられた線状部を備えて構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項３】
請求項１に記載のバーナにおいて、
前記再着火手段は、複数の前記空気ノズルの配置位置に対応して環状に設けられた網状部を備えて構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナにおいて、
前記空気ノズルの外周側には、これらの空気ノズルを当該外筒部材の周方向に沿って覆う環状部材が設けられ、
前記再着火手段は、前記環状部材の内側に設けられている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項５】
請求項１に記載のバーナにおいて、
前記空気ノズルの外周側には、これらの空気ノズルを当該外筒部材の周方向に沿って覆う環状部材が設けられ、
前記再着火手段は、前記環状部材の内周面から内側に向かって突出する突起状部を備えて構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項６】
請求項５に記載のバーナにおいて、
前記環状部材は、円筒状に形成され、
前記環状部材の半径をＲ、前記突起状部の前記環状部材からの高さをＬとした時、Ｌ／Ｒ×１００は、２０．０以上である
ことを特徴とするバーナ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のバーナにおいて、
前記内筒部材に前記小孔が設けられた場合に、前記小孔の総開口面積をＳ１、前記外筒部材の前記主空気噴流口の総開口面積をＳ２とした時、Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）は、０．３以下である
ことを特徴とするバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナに係り、主として小型のボイラ等に使用される油焚き式のバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼によって生じるＮＯｘに対する排出規制は年々厳しくなっており、ＮＯｘ低減の技術開発が盛んである。燃焼時に生じるＮＯｘとしては、フューエルＮＯｘ、プロンプトＮＯｘ、およびサーマルＮＯｘがある。中でもサーマルＮＯｘは、燃焼空気中のＮ２成分が高温雰囲気中で酸化して生成され、温度依存が高く、燃焼温度が高くなるほど、生成量は急激に増大する。
従って、サーマルＮＯｘは、燃焼に空気を使用する限り必ず生成され、燃料が特に灯油や窒素分の少ないＡ重油である場合には、排出されるＮＯｘの大半がサーマルＮＯｘといわれ、数多くの低減方法が提案されている。
これらの多くの低減方法の中で、主なＮＯｘ抑制燃焼技術としては、(Ａ)分割火炎燃焼方式、(Ｂ)排ガス再循環燃焼方式、(Ｃ)多段燃焼方式、(Ｄ)水混合燃焼方式などが知られている。
【０００３】
しかし、(Ａ)分割火炎燃焼方式のバーナでは、火炎の分割が不十分となり易く、ＮＯｘの低減には限界があり、昨今の厳しいＮＯｘ規制に対応するには更なる技術開発が必要になっている。
また、分割火炎燃焼方式には、複数の主空気噴流口を設けるタイプと、油ノズルを複数個設けるタイプとがあるが、特に後者のタイプのバーナは、大型の油バーナやガスバーナでは比較的容易に分割火炎を形成できるが、バーナ火炎口（外筒部材の径寸法）の小さいバーナでは、分割火炎の形成に難点があるうえ、複数個の油ノズルが必要であり、コストが高くなる。
【０００４】
(Ｂ)排ガス再循環燃焼方式のバーナは、排ガス（燃焼ガス）の一部を燃焼空気に再循環させ、酸素分圧を下げることで低ＮＯｘ化を図るものであり、強制排ガス再循環法と自己排ガス再循環法とに大別される。
しかし、強制排ガス再循環法は、排ガスの一部を再循環するのに、再循環用ダクトとブロアーとが必要であり、小型ボイラへの適用はコスト面で問題となる。
これに対して自己排ガス再循環法は、バーナの構造等に工夫を加え、燃焼空気の噴流に周囲の気体が吸引される現象を用いて、燃焼空気流および燃料流に排ガスを混合させて排ガス再循環の効果を持たせることを特徴としており、排ガスを強制的に再循環させることがないため、コスト面でのメリットがあるが、排ガスの再循環量が十分ではなく、ＮＯｘ低減にはやはり限界がある。
【０００５】
(Ｃ)多段燃焼方式のバーナは、燃料あるいは燃焼空気を空気比の異なる２段もしくはそれよりも多くの段数に分割して濃淡燃焼させることを特徴とし、火炎温度の低下あるいは酸素濃度の低下によって低ＮＯｘ化を図るものである。
しかし、この燃焼方式においても、多段で燃焼させるために、バーナの構造が複雑になるという問題がある。
【０００６】
(Ｄ)水混合燃焼方式は、予め燃料中に水を混合させるか、あるいは燃焼室に水を吹き込んで火炎温度を下げることにより、低ＮＯｘ化を図るものである。
しかし、この方式では、水の吹き込みによりバーナを構成する筒部材等に腐食が生じるおそれがあるとともに、ボイラ効率も低下する。さらに、ポンプ等の水供給装置が別途必要となるので、コストアップにつながる。
【０００７】
以上に述べたように、各方式には一長一短があり、ＮＯｘが確実に減少するバーナを安価に製作することは難しかった。これに対して、本出願人が先に開発したバーナ（特許文献１参照）によれば、安価な構造で、かつＮＯｘを確実に低減できる低ＮＯｘバーナが実現されている。
特許文献１に記載のバーナは、油ノズルと、当該油ノズルを中心とした周方向に沿って複数設けられた空気ノズルとを備えて構成されている。この特許文献１に記載のバーナでは、油ノズルから燃料が噴霧されるとともに、油ノズルの周囲に配置された空気ノズルから燃焼空気が噴流して火炎が形成される。この際、火炎の着火点（火炎面）は、当該火炎の燃焼速度と、空気ノズルから噴流する燃焼空気の流速とが釣り合った位置に形成される。
【０００８】
【特許文献１】特願第３５２７４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のバーナでは、低燃焼運転時において、低空気比運転を行った場合、燃焼室の構造や空気ノズルから噴流する燃焼空気の流速等により、この着火点の位置が安定せず、火炎の一部が失火する吹き飛び（息継ぎ燃焼）が生じるおそれがあった。そして、この吹き飛びによる燃焼室内の圧力の変動により、バーナが振動して燃焼騒音が生じるおそれがあった。従って、従来、低燃焼運転時では、このような振動燃焼（バーナを振動させ燃焼騒音を生じさせる燃焼）を抑えるため、空気比を高く設定して運転しており、排ガス量が増加して熱効率が低下してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ＮＯｘを低減できるとともに、低燃焼かつ低空気比運転時において、振動燃焼が生じることを抑制できるバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のバーナは、先端側から燃料を噴霧する油ノズルと、燃料供給下流側に開口部を有して前記油ノズルの先端側が収容される内筒部材と、この内筒部材の外周側に配置された外筒部材とを備え、前記外筒部材の下流側端面には、さらに下流側に延出した空気ノズルが前記端面の周方向に間隔を空けて複数設けられ、これらの空気ノズルの下流端側には主空気噴流口が形成され、前記内筒部材の内部は、供給される燃焼空気から遮断されるか、または、小孔を介して前記燃焼空気の一部が流入可能に設けられたバーナであって、  前記各主空気噴流口より下流側には、火炎によって熱せられる再着火手段が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成では、主空気噴流口を複数設けることで、火炎分割効果が得られ、ＮＯｘの発生が抑制される。また、外筒部材に主空気噴流口が設けられているので、外筒部材の中央側の空気比が外側の空気比より小さくなり、二段燃焼（濃淡燃焼）効果が得られる。このため、一次燃焼空気の出口である内筒部材の開口部近傍では、着火が抑制され、開口部からより離れた位置で保炎するようになり、ＮＯｘの発生が抑制される。また、燃焼で生じた排ガスが空気ノズル間を通って外筒部材の中央側へ戻ることにより、排ガスの再循環が行われ、燃焼温度が低減する排ガス再循環燃焼効果が得られる。これによってもＮＯｘの発生が減少する。
【００１３】
各主空気噴流口より下流側に設けられた再着火手段は、火炎と接触し、燃料の着火点以上に熱せられる。このため、吹き飛び等によって火炎の一部が失火した際に、再着火手段が着火源となり、混合気（燃料）に瞬間的に着火し、火炎全体を安定化させる。従って、火炎全体が安定化されることにより、燃焼室内の圧力変動が低減され、燃焼振動を抑制できる。そして、これにより、低燃焼かつ低空気比運転を行うことができるので、排ガス量を低減でき、熱効率が向上して省エネルギー化を推進できる。
また、この際、主空気噴流口から噴流する高速の燃焼空気が当該再着火手段の下流側に回り込み、当該再着火手段の下流に再循環領域（渦）を形成するように、再着火手段を形成あるいは配置することで、燃焼空気の速度が燃焼速度よりも遅くなるこの再循環領域も、火炎の着火源となって火炎全体を安定化させるので、より燃焼振動を抑制できる。
【００１４】
請求項２のバーナは、前記再着火手段は、複数の前記空気ノズルの配置位置に対応して環状に設けられた線状部を備えて構成されていることを特徴とする。
このような構成では、再着火手段は径の細い線状部を備えて構成されているので、加熱性が良好で、確実に混合気に再着火することができる。また、再着火手段は線状部を備えて構成されているので、当該再着火手段が燃焼空気や再循環する排ガスの流れの妨げとなることを抑制でき、排ガス再循環燃焼効果を確実に維持することができる。
【００１５】
請求項３のバーナは、前記再着火手段は、複数の前記空気ノズルの配置位置に対応して環状に設けられた網状部を備えて構成されていることを特徴とする。
このような構成では、再着火手段は網状部を備えて構成されているので、混合気との接触面積が大きく、混合気に良好に再着火することができる。
【００１６】
請求項４のバーナは、前記空気ノズルの外周側には、これらの空気ノズルを当該外筒部材の周方向に沿って覆う環状部材が設けられ、前記再着火手段は、前記環状部材の内側に設けられていることを特徴とする。
このような構成では、外側から入り込む排ガスの流路が環状部材周りに形成され、排ガスがよりスムーズに循環するので、排ガス再循環燃焼効果を向上させることができる。
そのうえ、噴霧燃料を環状部材によって案内するので、未燃燃料の排出を防止できる。従って、燃焼室のバーナと対向する側（バーナの下流）に排気口が設けられた順流燃焼形式、燃焼室の側方に排気口が設けられたωフロー燃焼形式、および燃焼室のバーナ側に排気口が設けられた反転燃焼形式などの燃焼形式の違いによる外部条件の影響を受けることがなく、良好な燃焼性の確保ができ、低ＮＯｘ化とともに、低ＣＯ化、および低煤塵化を促進できる。
【００１７】
請求項５のバーナは、前記空気ノズルの外周側には、これらの空気ノズルを当該外筒部材の周方向に沿って覆う環状部材が設けられ、前記再着火手段は、前記環状部材の内周面から内側に向かって突出する突起状部を備えて構成されていることを特徴とする。
このような構成では、再着火手段は、環状部材の内周面から環状部材の内側に向かって突出する突起状部を備えて構成されているので、火炎（混合気）と接触しやすく、加熱されやすい。そして、火炎（混合気）と接触しやすいので、良好に混合気に再着火することができ、燃焼振動を十分に抑制できる。
また、突起状部を複数設けた場合でも、突起状部間に形成される隙間が燃焼空気や再循環する排ガスの流路となるので、排ガス再循環燃焼効果を確実に維持できる。
【００１８】
請求項６のバーナは、前記環状部材は、円筒状に形成され、前記環状部材の半径をＲ、前記突起状部の前記環状部材からの高さをＬとした時、Ｌ／Ｒ×１００は、２０．０以上であることを特徴とする。
このような構成では、環状部材の半径Ｒ、および突起状部の環状部材からの高さＬによるＬ／Ｒ×１００の値を２０．０以上にすることで、突起状部を火炎（混合気）に十分に接触させることができ、突起状部の加熱性、および混合気に対する再着火性を良好にできる。また、突起状部の下流側に、着火源となる再循環領域が安定的に形成される。従って、燃焼振動を効果的に抑制できる。
【００１９】
請求項７のバーナは、前記内筒部材に前記小孔が設けられた場合に、前記小孔の総開口面積をＳ１、前記外筒部材の前記主空気噴流口の総開口面積をＳ２とした時、Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）は、０．３以下であることを特徴とする。
このような構成では、小穴の総開口面積Ｓ１、および主空気噴流口の総開口面積Ｓ２によるＳ１／（Ｓ１＋Ｓ２）の値を０．３以下にすることで、小穴から噴流する燃焼空気の量を確実に抑えることができるので、外筒部材の中央側の空気比を外側の空気比よりも小さくでき、２段燃焼効果を確実に得ることができる。ここで、小穴および主空気噴流口の総開口面積Ｓ１，Ｓ２によるＳ１／（Ｓ１＋Ｓ２）の値が０．３を超えると、火炎が内筒部材の開口部近傍で着火しやすくなり、ＮＯｘの生成量が増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において、同一部材には、同一符号を付すことにし、それらの重複する説明を避けるために、その説明を省略または簡略化する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るバーナ１を示す断面図であり、図２は、図１のII−II線矢視図、図３は、保炎板１７を示す斜視図である。
図１および図２において、バーナ１は、燃焼空気供給用の図示しないファンにウインドボックスＡを介して取り付けられるものであって、油ノズル１１と、この油ノズル１１の先端側を収容した内筒部材１２と、内筒部材１２の外周側に配置された外筒部材１３と、外筒部材１３の端面１３Ａよりも下流（燃料の供給方向における下流）に設置された燃焼コーン２０とを備えて構成されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、外筒部材１３の下流側の端面１３Ａには、内筒部材１２との接合部分の外周側に、周方向に沿って複数（本実施形態では８本）の円筒状の空気ノズル１４が等間隔で設けられている。これらの空気ノズル１４は、内筒部材１２および外筒部材１３の図示しない軸線に沿って平行に下流側に延出しており、先端部分の開口部が主空気噴流口１５とされている。この主空気噴流口１５は、外筒部材１３の端面１３Ａよりも下流側に位置しており、外筒部材１３の内部を介して供給される二次燃焼空気を下流側へ噴出する。
【００２３】
このような外筒部材１３を用いたバーナ１は、主空気噴流口１５が空気ノズル１４の数に応じて周方向の複数箇所（８箇所）に設けられているため、分割火炎燃焼方式の構造を有する。
また、主空気噴流口１５の下流で燃焼が生じるが、図１および図２に２点鎖線で示すように、燃焼時の排ガスは、隣接する空気ノズル１４の間を通り、燃焼によって最も負圧になる中央側へと入り込んで戻る（排ガス再循環）。このため、バーナ１は、排ガス再循環燃焼方式（自己排ガス再循環法）の構造も有する。
【００２４】
内筒部材１２の上流側の端部側面、つまりウインドボックスＡ側の端部側面には、複数の小孔１６が穿設されている。一方、内筒部材１２の下流側の開口部には、保炎板１７が設けられている。保炎板１７は、図３に示すように、油ノズル１１の取付位置に対応した位置に穿設された燃料噴出口１７Ａと、この燃料噴出口１７Ａの周囲に切り起こし加工等によって等間隔に形成された複数（８個）の副空気噴流口１７Ｂとを備えている。副空気噴流口１７Ｂは、小孔１６を通って内筒部材１２内に流入した一次燃焼空気を旋回させながら下流に向かって噴出するため、当該一次燃焼空気と、油ノズル１１から噴霧された燃料との混合を速やかに行うことができ、一次燃焼空気と燃料とを良好に混合させることができる。
【００２５】
ここで、小孔１６の総開口面積をＳ１、空気ノズル１４の主空気噴流口１５の総開口面積をＳ２とした時、Ｓ１／（Ｓ１+Ｓ２）は、０．３以下、好ましくは０．２以下、より好ましくは、０．１以下に設定されている。
すなわち、総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比を０．３以下に設定することで、副空気噴流口１７Ｂから噴流する一次燃焼空気の空気量を抑え、これによってバーナ１では、外筒部材１３の中央側（油ノズル１１の前方）の空気比を外周側の空気比よりも小さくし、いわゆる二段燃焼の効果が得られるようになっている。この場合、本実施形態の主空気噴流口１５での二次燃焼空気の流速は、２０〜７０ｍ／ｓｅｃであるのに対し、副空気噴流口１７Ｂからの一次燃焼空気の流速は、１０〜２０ｍ／ｓｅｃ以下となる。
なお、総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比を０．３を超えて設定すると、二段燃焼の効果が得られず、火炎が保炎板１７に張り付き易くなり、ＮＯｘの生成量が多くなる。
【００２６】
燃焼コーン２０は、金属製であり、図１に示すように、外筒部材１３と略同じ径寸法の円筒状に形成された環状部材２１と、この環状部材２１の内周面に取り付けられた８本の突起状部２２とを備えている。環状部材２１は、図示しない支持部材を介して外筒部材１３の端面１３Ａ等に固定され、空気ノズル１４を当該外筒部材１３の周方向に沿って覆っている。
突起状部２２は、環状部材２１の内周面から当該環状部材２１の中心軸に向かって突出する突起状に形成され、本発明の再着火手段を構成している。これらの突起状部２２は、等間隔に設けられ、各主空気噴流口１５の下流を横切るように配置されている。
【００２７】
ここで、図１に示すように、突起状部２２の環状部材２１の内周面からの高さをＬ、環状部材２１の半径をＲとした時、突起高さ比Ｌ／Ｒ×１００は、２０．０以上、好ましくは、５０．０以上、より好ましくは８０．０以上に設定されている。これにより、突起状部２２は、火炎と良好に接触する位置に配置されるとともに、油ノズル１１から噴霧される燃料と主空気噴流口１５から噴流する２次燃焼空気との混合気と、良好に接触する位置に配置される。
【００２８】
また、突起状部２２から環状部材２１の上流側の端までの距離をｗ、環状部材２１の中心軸に沿った長さをｄとした時、突起状部２２の取付位置比ｗ／ｄ×１００は、１５．０以上に設定されている。さらに、主空気噴流口１５から突起状部２２までの距離をＤとした時、突起状部２２の取付位置基準Ｄ／ｄ×１００は、１０．０以上に設定されている。このように設定することで、突起状部２２は、より良好に火炎および混合気と接触する位置に配置される。
【００２９】
このようなバーナ１では、油ノズル１１から噴霧された燃料（重油）には、まず、保炎板１７の各副空気噴流口１７Ｂから一次燃焼空気が供給され、次に、各空気ノズル１４の主空気噴流口１５から２次燃焼空気が供給されて火炎が形成される。ここで、本実施形態では、突起高さ比Ｌ／Ｒ×１００が２０．０以上に設定されているので、突起状部２２は、火炎（燃料と２次燃焼空気との混合気）と良好に接触し、燃料の着火点（約２５０℃）以上に加熱される。このため、吹き飛び等によって火炎の一部が失火した際に、突起状部２２が着火源として混合気に瞬間的に着火し、火炎全体を安定化させる。
【００３０】
また、図１に示すように、突起状部２２の下流には、主空気噴流口１５から噴流する高速の２次燃焼空気が回り込み、再循環領域（渦）が形成される。この再循環領域における二次燃焼空気の速度は燃焼速度よりも遅くなるので、当該再循環領域も火炎の安定的な着火源となり、火炎全体を安定化させる。
従って、吹き飛び等によって火炎の一部が失火しても、突起状部２２および再循環領域が着火源となって混合気に瞬間的に着火するので、火炎全体を確実に安定化させることができる。そして、これにより、燃焼室内の圧力変動を低減でき、燃焼振動を抑制できる。
【００３１】
従って、第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）主空気噴流口１５を有する空気ノズル１４を、油ノズル１１および外筒部材１３の下流側の端面１３Ａより下流側に突出させて複数設けているので、分割火炎燃焼効果および排ガス再循環燃焼効果を得ることができ、燃焼温度を低減できる。従って、ＮＯｘの生成量を低減できる。
【００３２】
（２）突起状部２２は、環状部材２１の内周面から当該環状部材２１の中心軸に向かって突出する突起状に形成されているので、火炎（混合気）と良好に接触し、燃料の着火点以上に加熱される。そして、突起状部２２は、火炎（混合気）と良好に接触することにより、吹き飛び等によって火炎の一部が失火した際に、着火源となって混合気に瞬間的に着火し、火炎全体を安定化させる。
また、突起状部２２の下流には、再循環領域（渦）が形成される。この再循環領域における二次燃焼空気の速度は燃焼速度よりも遅くなるので、当該再循環領域も火炎の安定的な着火源となり、火炎全体を安定化させる。従って、突起状部２２および再循環領域が着火源となって混合気に瞬間的に着火するので、火炎全体を確実に安定化させることができ、燃焼室内の圧力変動を低減できて燃焼振動を抑制できる。
【００３３】
（３）突起状部２２の高さＬと、環状部材２１の半径Ｒとの突起高さ比Ｌ／Ｒ×１００が２０．０以上になっているので、突起状部２２を火炎（混合気）に十分に接触させることができ、突起状部２２の加熱性、および混合気に対する再着火性を向上させることができる。また、突起状部２２の下流に、着火源となる再循環領域がより安定的に形成される。従って、火炎全体をより安定化させやすくなり、燃焼振動を効果的に抑制できるようになる。
【００３４】
（４）突起状部は、各主空気噴流口１５の下流を横切るように等間隔に設けられている。このため、各突起状部２２間には十分な隙間が形成され、この隙間が、燃焼空気や再循環する排ガスの流路となるので、突起状部２２が燃焼空気の流れの妨げとなることを抑制でき、排ガス再循環燃焼効果を維持できる。
【００３５】
（５）環状部材２１が噴霧燃料を案内するので、未燃燃料の排出を防止できる。従って、順流燃焼形式、ωフロー燃焼形式、および反転燃焼形式などの燃焼形式の違いによる外部条件の影響を受けることなく良好な燃焼性の確保ができ、低ＮＯｘ化とともに、低ＣＯ化、および低煤塵化を促進できる。
【００３６】
（６）主空気噴流口１５と小孔１６との総開口面積Ｓ１＋Ｓ２に対する小孔１６の総開口面積Ｓ１の比Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）が０．３以下になっているので、主空気噴流口１５から噴流する２次燃焼空気の空気量に対して、副空気噴流口１７Ｂから噴流する１次燃焼空気の空気量を確実に抑制することができる。これにより、外筒部材１３の中央側（油ノズル１１の前方）の空気比を外側の空気比よりも小さくでき、二段燃焼効果を得ることができるとともに、保炎板１７からより離れた位置で保炎することができ、ＮＯｘの生成量をより低減することができる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態に係るバーナ１Ａを示す上面図である。
本実施形態のバーナ１Ａにおける燃焼コーン２０は、円筒状に形成された環状部材２１と、再着火手段としての線状部２３とを備えて構成されている。線状部２３は、環状に形成され、支持部２３Ａによって環状部材２１の内側、かつ、各主空気噴流口１５の下流側を横切るように配置されている。なお、他の構成は、第１実施形態のバーナ１と同様である。
【００３８】
このような燃焼コーン２０を用いたバーナ１Ａでも、線状部２３は、火炎（混合気）と良好に接触して熱せられることにより、着火源となって火炎全体を安定化させる。また、線状部２３の下流側には再循環領域が形成される。これにより、これら線状部２３および再循環領域が着火源として、火炎の一部が失火した際に混合気に瞬間的に着火し、火炎全体を安定化させるので、燃焼振動を抑制できる。従って、本実施形態のバーナ１Ａでも、第１実施形態と同様の効果（１），（２），（５），（６）を得ることができるうえ、以下の効果を得ることができる。
【００３９】
（７）線状部２３は径が細く形成されているので、良好に加熱される。従って、混合気に確実に再着火することができる。また、径が細いので、燃焼空気や再循環する排ガスの流れの妨げとなることを抑制でき、排ガス再循環燃焼効果を確実に維持することができる。
【００４０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、第３実施形態に係るバーナ１Ｂを示す上面図である。
本実施形態のバーナ１Ｂにおける燃焼コーン２０は、円筒状に形成された環状部材２１と、環状に形成された再着火手段としての網状部２４とを備えている。網状部２４は、環状部材２１の内周面に取り付けられ、環状部材２１の内周面から内側に向かって垂直に突出し、各主空気噴流口１５の下流側を横切るように配置されている。他の構成は、第１実施形態のバーナ１と同様である。このような本実施形態のバーナ１Ｂでも、第１実施形態と同様の効果（１），（２），（５），（６）を得ることができるうえ、以下の効果を得ることができる。
【００４１】
（８）本実施形態では、再着火手段として、網状部２４が用いられているので、混合気との接触面積を大きくとることができ、混合気に確実に着火することができる。
【００４２】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図６は、第４実施形態に係る保炎板１７１を示す斜視図である。
本実施形態のバーナは、以下の保炎板１７１を備えるものであり、他の構成は、第１実施形態のバーナ１と同様である。
本実施形態の保炎板１７１の副空気噴流口１７１Ｂは、中央の燃料噴出口１７１Ａの周囲に複数穿設された貫通孔である。その貫通方向を示す軸線Ｂ１は、図示しない外筒部材１３の軸線Ｂ２と平行であり、噴流した１次燃焼空気に旋回流が生じないようになっている。
このような保炎板１７１を用いたバーナでも、第１実施形態と同様の効果（１）〜（６）を得ることができるうえ、以下の効果を得ることができる。
【００４３】
（９）保炎板１７１の副空気噴流口１７１Ｂには、第１実施形態の保炎板１７とは異なって切り起こし部分が存在しないから、１次燃焼空気の旋回が生じず、燃料との混合を遅らすことができる。従って、燃料の蒸発を十分に進ませてから燃焼させることができ、保炎板１７１への火炎の張り付きを抑制することができる。これにより、保炎板１７１から離れた位置で確実に保炎することができ、ＮＯｘの生成量をより低減することができる。
【００４４】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００４５】
例えば、各突起状部２２は、必ずしも各主空気噴流口１５の下流を横切るように配置されていなくともよい。すなわち、第１実施形態では、突起状部２２は、環状部材２１の内周面から当該環状部材２１の中心軸に向かって突出していたが、二次燃焼空気の噴流動作やバーナの使用条件、燃焼コーン２０の製造性などを考慮して、突起状部２２は、中心軸に向かず斜めに突出していても良く、また、下流側あるいは上流側に向かって斜めに突出していてもよい。
【００４６】
突起状部２２は、空気ノズル１４と同じ数以上設けられている必要は必ずしもなく、１つ以上設けられていればよい。ただし、突起状部２２は、火炎の安定化の点から、空気ノズル１４と同じ数以上設けられ、各空気ノズル１４の主空気噴流口１５の下流側に設けられていることが好ましい。
【００４７】
第１実施形態では、各突起状部２２は、環状部材２１内周面から同一の高さに設けられていたが、突起状部２２ごとに高さが異なっていてもよい。また、突起状部２２の材質は、耐熱性および強度が使用に耐えられれば、セラミック等でも良く、金属であることに限定されない。また、太さも同様に、耐熱性および強度が使用に耐えられれば適宜でよい。
【００４８】
線状部２３および網状部２４も同様に、加熱されることにより、火炎の一部が失火した際に混合気に瞬間的に再着火することができれば、その配置位置、材質、および太さなどは適宜であり、耐熱性および強度が使用に耐えられればよい。
環状部材２１は、円筒形状でなくともよく、四角筒形状や楕円筒形状などの適宜の形状に形成されていてよい。
【００４９】
空気ノズル１４の本数は、Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）が０．３以下となる範囲内で任意に設定できる。つまり、例えば第一実施形態の空気ノズル１４を外筒部材１３の端面１３Ａに七本以下、あるいは九本以上設けてもよい。
また空気ノズル１４の断面形状も、円形や矩形に限らず、例えば三角形状、楕円形状など、燃焼空気の噴流動作やバーナの使用条件、空気ノズル１４の製造性などを考慮して任意に設定してよい。
【００５０】
空気ノズル１４の配置は、周方向に等間隔に配置されているものに限らず、不等間隔に配置されていてもよい。また、空気ノズル１４は、内筒部材１２の外周側に配置されていれば、同一半径の円周方向に沿って配置されていなくてもよい。
空気ノズル１４は、内筒部材１２の軸線に平行に延出していたが、内筒部材１２の軸線に向かって傾斜していたり、内筒部材１２の軸線に対し外側に向かって傾斜していてもよい。
【００５１】
油ノズル１１の設置個数は、１個に限らず、２個以上であってもよい。
保炎板１７，１７１は、必ずしも設けられていなくてもよい。
内筒部材１２の小孔１６は、内筒部材１２の上流側の端部側面に形成されていたが、これに限らず、例えば内筒部材１２の下流側の端部近傍の側面に形成されていてもよい。また、内筒部材１２の小孔１６は、必ずしも設けられていなくてもよく、例えば内筒部材１２の下流側の端面が封止されて、内筒部材１２の内部が燃焼空気から遮断されていてもよい。この場合には、主空気噴流口１５のみから燃焼空気が噴流することになる。
燃料は、重油のほかに灯油など用途に応じて任意に選択できる。
【実施例１】
【００５２】
第１実施形態から燃焼コーン２０を取り外したものとほぼ同様のバーナを製作した。そして、このバーナを市販の小型貫流ボイラに組み込み、低燃焼運転および高燃焼運転のそれぞれの場合において空気比を１．１〜１．５の間で数段階に変えて燃焼試験を行い、ボイラの振幅を計測した。なお、ボイラの振幅は、バイパスブローラインのバイパスのフランジ部（ボイラにおいて最も振動値が大きい場所）を計測した。また、その振幅は、市販のポータブル製の振動計測器を用いて計測した。燃料は、ＪＩＳ１種１号重油を用いた。高燃焼運転時の重油の燃焼量は、７５．３Ｌ／ｈｒ、低燃焼運転時の重油の燃焼量は、３７．７Ｌ／ｈｒである。
【００５３】
図７に燃焼試験の結果を示す。図７に示すように、高燃焼運転時では、ボイラの振幅は約１５０μｍと低く抑えられているが、低燃焼運転時では、震幅は、低空気比になるほど顕著に増大し、空気比１．１では、約６１０μｍにまで増大することが判る。これは、前述の背景技術で述べたように、低燃焼運転時では、低空気比になるほど火炎の一部に吹き飛びが生じ、これにより燃焼室内の圧力が変動し、ボイラを振動させるからである。
【実施例２】
【００５４】
前述の実施例１における燃焼コーン無しバーナ、および突起状部２２を有する燃焼コーン２０が取り付けられた第１実施形態とほぼ同様のバーナ１を製作した。そして、燃焼コーン無しバーナを前述と同様の小型貫流ボイラに組み込み、低燃焼かつ低空気比（１．１７）運転において燃焼試験を行い、ボイラの振幅を測定した。また、突起状部２２を有する燃焼コーン２０が取り付けられたバーナ１を、前述と同様の小型貫流ボイラに組み込み、低燃焼かつ低空気比（１．１７）運転において、突起状部２２の高さを０ｍｍ〜９０ｍｍの間で数段階に変えて燃焼試験を行い、ボイラの振幅を測定した。
【００５５】
なお、燃焼コーン２０は、突起状部２２の直径が８ｍｍ、環状部材２１の半径Ｒが１０８ｍｍ、軸方向に沿った長さｄが１２０ｍｍ、主空気噴流口１５から突起状部２２までの距離Ｄが８４．０ｍｍ、突起状部２２から環状部材２１の上流側の端までの距離ｗが９０．０ｍｍのものを用いた。従って、突起状部２２の取付位置基準Ｄ／ｄ×１００は、７０．０（１０．０以上が好ましい値）、突起状部２２の取付位置比ｗ／ｄ×１００は、７５．０（１５．０以上が好ましい値）となっている。
【００５６】
図８に燃焼試験の結果を示す。図８に示すように、燃焼コーン無しバーナを備えたボイラでは、振幅が約４５０μｍなのに対し、突起状部２２が設けられていない、すなわち突起状部２２の高さが０ｍｍのバーナ１を備えたボイラ（燃焼コーン取付（バーナ１））では、振幅が約３３０μｍとなっている。従って、突起状部２２が設けられていない燃焼コーン２０を備えたバーナ１を用いることによっても、僅かにだが振動を抑制できることが判る。
また、図８に示すように、バーナ１（突起状部２２を備えたバーナ１）を備えたボイラでは、突起状部２２の高さが高くなるほど振幅が低減されることがわかる。特に、突起状部２２の高さが２１．６（突起高さ比Ｌ／Ｒ×１００が２０．０）以上の請求項６の発明に係るバーナ１を備えたボイラでは、震幅は３００μｍ以下となり、振動が効果的に低減されることが判る。
【００５７】
これは、突起状部２２の高さを高くするほど、突起状部２２が火炎（混合気）と良好に接触するので、火炎の一部に吹き飛びが生じた際に、突起状部２２が着火源として混合気に瞬間的に再着火しやすくなり、火炎全体をより安定化させるからである。また、突起状部２２の高さを高くするほど、突起状部２２の下流に安定的な循環領域（渦）が形成され、この再循環領域（渦）も着火源となって火炎全体を安定化するからである。
【実施例３】
【００５８】
前述の実施例１における燃焼コーン無しバーナを、前述と同様の小型貫流ボイラに組み込み、低燃焼かつ低空気比（１．１７）運転において、ＮＯｘおよびＣＯ排出値を測定するとともに、突起状部２２を有する燃焼コーン２０が取り付けられたバーナ１を、前述と同様の小型貫流ボイラに組み込み、低燃焼かつ低空気比（１．１７）運転において、突起状部２２の高さを０ｍｍ〜９０ｍｍの間で数段階に変えて燃焼試験を行い、ＮＯｘ排出値およびＣＯ排出値を測定した。なお、ＮＯｘ排出値およびＣＯ排出値の測定には、通常一般に用いられている排ガス分析装置を使用した。
【００５９】
図９に燃焼試験の結果を示す。図９に示すように、燃焼コーン無しバーナを備えたボイラ、および突起状部２２が設けられたバーナ１を備えたボイラ（燃焼コーン取付（バーナ１））のＮＯｘの排出量は、共に約４５ｐｐｍ、ＣＯの排出量は、共に約１３ｐｐｍとなっている。
すなわち、突起状部２２を備えていても、ＮＯｘおよびＣＯの排出量は、共に低レベルに維持されることが判る。これは、各突起状部２２の間に形成される隙間が燃焼空気および循環する排ガスの流路となるので、排ガス再循環燃焼効果が維持されるからである。
【００６０】
従って、再着火手段としての突起状部２２を備えた請求項１および請求項５の発明に係るバーナ１、および突起状部２２の高さが２１．６（突起高さ比Ｌ／Ｒ×１００が２０．０）以上の請求項６の発明に係るバーナ１は、低燃焼かつ低空気比運転時において、排ガス再循環燃焼効果を維持しながら確実に振動を抑制できることが確認できた。
また、突起状部２２の高さが２１．６（突起高さ比Ｌ／Ｒ×１００が２０．０）以上の請求項６の発明に係るバーナ１は、振動燃焼が生じることを効果的に抑制できることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のバーナは、順流燃焼形式、ωフロー燃焼形式、および反転燃焼形式などのボイラに利用でき、特に比較的小型のボイラに適用する場合に有用であるほか、その他の燃焼装置にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバーナを示す断面図である。
【図２】前記第１実施形態のバーナのII−II線矢視図である。
【図３】前記第１実施形態の保炎板を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態のバーナを示す上面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のバーナを示す上面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る保炎板を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例１の試験結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の試験結果を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…バーナ、１１…油ノズル、１２…内筒部材、１３…外筒部材、１３Ａ…外筒部材の下流側の端面、１４…空気ノズル、１５…主空気噴流口、１６…小孔、２１…環状部材、２２…突起状部（再着火手段）、２３…線状部（再着火手段）、２４…網状部（再着火手段）。
【図１】
2008133982.tif 000003
【図２】
2008133982.tif 000004
【図３】
2008133982.tif 000005
【図４】
2008133982.tif 000006
【図５】
2008133982.tif 000007
【図６】
2008133982.tif 000008
【図７】
2008133982.tif 000009
【図８】
2008133982.tif 000010
【図９】
2008133982.tif 000011