(57)【要約】【課題】ガスバーナ１０のさらなる低ＮＯｘ化を図る。【解決手段】多孔円板１３から一次空気ａ１が、その周りの筒体１４から二次空気ａ２が噴出するガスバーナ１０である。その二次空気ａ２の吹き出しによるエジェクタ効果により燃焼ガス（排ガス）がその二次空気ａ２内に巻き込まれる循環流ｄが生じる。この循環流ｄは各筒体１４の間の空気通路１８を通って火炎ｃの基部に至り、その途中において、一次空気ａ１とも混合して、さらに温度が低くなって火炎ｃにその基部において混合する。筒体の先端はガスノズルの先端より前側に突出させる。これにより、二次空気ａ２と循環流ｄの衝突度合が少なくなって、火炎ｃの基部に至る循環流ｄの形成が確実となり、燃焼ガスの循環流ｄの一次空気ａ１との混合及び火炎ｃ基部への入り込みがさらに円滑になる。これらの循環流ｄの流れによって、火炎温度がさらに下がってＮＯｘの発生が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒体（１１）の軸心に設けたガスノズル（１２）と、そのガスノズル（１２）と前記円筒体（１１）の間に設けられてその全周を塞ぐ多孔円板（１３）と、その多孔円板（１３）の外周の前記円筒体（１１）の内側全周に設けた複数の燃焼用空気口（１４）とからなり、前記円筒体（１１）の前記多孔円板（１３）から突出する円筒状前端縁でもって前記ガスノズル（１２）からの火炎（ｃ）の形成を安定させ、前記多孔円板（１３）から前方に燃焼用空気（ａ）を噴出させて前記火炎（ｃ）を広げ、前記燃焼用空気口（１４）から前方に燃焼用空気（ａ）を噴出させて前記火炎（ｃ）を分割するとともにその噴出燃焼用空気（ａ）の周りに負圧を生じさせて燃焼ガスの外側から内側への循環流（ｄ）を形成させるガスバーナ（１０）であって、
上記各燃焼用空気口（１４、１４）の間に、上記円筒体（１１）の外側からその各燃焼用空気口（１４、１４）の間を通って上記多孔円板（１３）表面に至る空気通路（１８）が形成されて、その空気通路（１８）を通る上記循環流（ｄ）が形成されることを特徴とするガスバーナ。
【請求項２】
上記円筒体（１１）の円筒状前端縁に、その周方向において各燃焼用空気口（１４）の間に位置する切り欠き（１７）が形成されて、その切り欠き（１７）によって、前記円筒体（１１）の外側から前記燃焼用空気口（１４）の間を通って上記多孔円板（１３）表面に至る上記空気通路（１８）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスバーナ。
【請求項３】
上記燃焼用空気口（１４）は前後方向の筒状体（１６、１９）からなって、その筒状体の先端は上記多孔円板（１３）より前側に突出し、その各筒状体の間によって、上記円筒体（１１）から前記燃焼用空気口（１４）の間を通って前記多孔円板（１３）表面に至る上記空気通路（１８）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスバーナ。
【請求項４】
上記各切り欠き（１７）の間の上記円筒体（１１）の円筒状前端縁の内側に、上記燃焼用空気口（１４）を包むように樋（１６）を設けて、その燃焼用空気口（１４）を前後方向の筒状体としたことを特徴とする請求項２に記載のガスバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、低ＮＯｘ化を図ったガスバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の低ＮＯｘ化を図ったガスバーナの一例として、図１０及び図１１に示すものがある。このガスバーナ１０は、燃焼筒となる円筒体１１の軸心にガスノズル１２を設け、そのガスノズル１２と円筒体１１の間を多孔円板（バッフル板）１３により塞ぎ、その多孔円板１３の外周の円筒体１１の内側全周に燃焼用空気口１４を設けたものである（特許文献１  第１、２図参照）。
【特許文献１】実開平０２−１４０１２２号公報
【０００３】
このガスバーナ１０は、ボイラ等の燃焼室（炉）Ａに取付けられ、円筒体１１に空気ａが送り込まれ、ガスノズル１２から燃料ガスｂが噴出されて、パイロットバーナ１５により点火されると、その燃料ガスｂは多孔円板１３から吹き出す燃焼用一次空気ａ１と混合して燃焼し、ガスノズル１２の周りに火炎ｃを生じさせる。
このとき、円筒体１１は多孔円板（１３）から突出させて、その円筒状前端縁でもって火炎ｃの形成を安定させている（保炎力を確保している）。
【０００４】
その火炎ｃからの燃焼ガス（排ガス）ｄは、燃焼用空気口１４から吹き出る二次空気ａ２と混合すると共に、その吹き出る二次空気ａ２のエジェクタ効果（焚口部での負圧）によりその二次空気ａ２内に巻き込まれ、すなわち、図１０矢印に示す、二次空気ａ２の周りに負圧を生じさせて燃焼ガスの外側から内側への循環流ｄが生じてその二次空気ａ２との混合が促進される。
また、燃焼用空気口１４が円筒体１１の内側全周に設けられているため、その各燃焼用空気口１４からの二次空気ａ２によりそのガスノズル１２の周りの火炎ｃはその周方向全周に亘って分割される。すなわち、分割火炎ｃとなる。
さらに、火炎ｃは、一次空気ａ１の噴出によって周囲に放射状に広がるとともに、二次空気ａ２によって前方に引き延ばされて釣り鐘状となる。これによって、火炎ｃが薄膜釣り鐘状を呈する薄膜燃焼がなされる。
【０００５】
上記燃焼ガスの循環流ｄが生じることにより、その燃焼ガスｄは、二次空気ａ２と混合して火炎温度より低くなって不活性ガス化して火炎ｃとさらに混合しながら燃焼し、その結果、火炎ｃの温度が下がってＮＯｘの発生が抑制される。
また、火炎ｃが分割火炎となることによって、ガスノズル１２により形成される火炎ｃの表面積が分割されない場合に比べて大きく（広く）なり、その結果、火炎ｃの伝熱面積が大きくなって火炎温度が下がってＮＯｘの発生が抑制される。
さらに、薄肉燃焼となることによっても、火炎ｃの表面積が大きくなり、その結果、火炎ｃの伝熱面積が大きくなって火炎温度が下がってＮＯｘの発生が抑制される。
このように、このガスバーナ１０は、燃焼ガスｄの循環流、分割火炎及び薄肉燃焼によって、火炎ｃの温度が下げられてＮＯｘの発生が抑制され、低ＮＯｘ化が図られる。
【０００６】
一方、石油バーナにおいて、油ノズル周りに複数の燃焼用空気の噴出口（筒）を設けて、その噴出流により火炎を分割するとともに、その各噴出流の間に燃焼ガスを循環させて、ＮＯｘの発生を抑制したものがある（特許文献２  段落００１３第１〜５行、図１参照）。
【特許文献２】特開２００１−２５４９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のガスバーナ１０は、上述のように、低ＮＯｘ化が図られ、空気比１．１〜１．３（燃焼ガスのＯ２値が３〜５％）で、ＮＯｘ＝４５〜５５ｐｐｍ（Ｏ２＝０％換算）とし得るものであるが（図３参照）、今日の環境問題の高まりの中、さらなる低ＮＯｘ化、例えば、ＮＯｘ＝４０ｐｐｍ（Ｏ２＝０％換算）以下が望まれる。
この低ＮＯｘ化には、上記燃焼ガスの循環流ｄ、分割火炎及び薄肉燃焼の各形成態様の工夫が考え得る。
その循環流ｄにおいて、図１０、図１１に示したガスバーナ１０は、円筒体１１内に空気口１４が設けられていたため、図１０の矢印で示すように、その燃焼ガスの循環流ｄは円筒体１１に遮られて火炎ｃの基部（ガスノズル１２の近く）に至ることができない。このため、燃焼ガスによる火炎温度の低下が十分になされていない。
【０００８】
このため、従来では、ガスノズル１２の軸心から燃焼室Ａ内に蒸気を噴霧させたり、強制排ガス（燃焼ガス）循環を行ったりして、ＮＯｘの低減を図っているが、大幅なコストアップとなっている。
【０００９】
この発明は、上記ガスバーナ１０のさらなる低ＮＯｘ化を安価にして図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために、この発明は、上記各燃焼用空気口の間にも上記循環流が入り込むようにしたのである。
このように、各燃焼用空気口の間にも燃焼ガスの循環流ｄが入り込めば、その循環流ｄは、火炎ｃの基部に至り、その途中において多孔円板からの噴出空気とも混合し、図１０、図１１に示したガスバーナ１０に比べて、さらに温度が低くなって火炎にその基部において混合する。このため、火炎ｃの温度がさらに下がってＮＯｘの発生が抑制される。
【００１１】
因みに、特許文献２にも、各燃焼用空気口の間に排ガスの循環流を入り込むようにして、ＮＯｘの発生を抑制した考えはある。
しかし、バーナは、従来から、火炎の安定した形成のため、燃料ノズルの周りには燃焼筒（本願図１１の符号１１）を設けて、その燃焼筒により、ノズル先端からある程度の長さ（下流長さ）、そのノズルの下流周りを被っている。このため、特許文献２の技術においても、そのノズル（符号９１）の下流周りは筒（符号１１）の先端縁で被われている。この発明に関するガスバーナにおいても、上述のように、円筒体１１を多孔円板１３から突出させて、その円筒状前端縁でもって火炎ｃの形成を安定させている（図１１参照）。
【００１２】
この発明は、そのような既成の概念を打破して、ノズルの下流周りの燃焼筒を切り欠くことによって、燃焼ガス循環流をノズル近傍の火炎ｃ基部に至るようにしたものである。特許文献２の技術においては、筒（符号１１）の先端縁を切り欠いて、燃焼ガス循環流をノズル（符号９１）近傍の火炎基部に至るようにしたものである。
また、このように、ノズルの下流周りに燃焼筒を切り欠いても、ガスの燃焼効率には大きな影響はなかった。
【００１３】
この発明の構成としては、円筒体の軸心に設けたガスノズルと、そのガスノズルと前記円筒体の間に設けられてその全周を塞ぐ多孔円板と、その多孔円板の外周の前記円筒体の内側全周に設けた複数の燃焼用空気口とからなり、前記円筒体の前記多孔円板から突出する円筒状前端縁でもって前記ガスノズルからの火炎の形成を安定させ、前記多孔円板から前方に燃焼用空気を噴出させて前記ガスノズルからの火炎を広げ、前記燃焼用空気口から前方に燃焼用空気を噴出させて前記火炎を分割するとともにその噴出燃焼用空気の周りに負圧を生じさせて燃焼ガスの外側から内側への循環流を形成させるガスバーナにおいて、前記各燃焼用空気口の間に、前記円筒体の外側からその燃焼用空気口の間を通って前記多孔円板表面に至る空気通路が形成されて、その空気通路を通る前記循環流が形成される構成を採用することができる。
この構成のガスバーナは、上記各燃焼用空気口の間の空気通路を通って上記循環流が上記多孔円板表面に入り込む。
【００１４】
その空気通路の具体的な構成としては、上記円筒体の円筒状前端縁に、その周方向において各燃焼用空気口の間に位置する切り欠きが形成されて、その切り欠きによって、前記円筒体の外側から前記燃焼用空気口の間を通って上記多孔円板表面に至る空気通路が形成された構成を採用できる。
【００１５】
他の空気通路の具体的な構成としては、上記燃焼用空気口は前後方向の筒状体からなって、その筒状体の先端は上記多孔円板より前側に突出している構成を採用することができる。
この構成では、各筒状体のバーナの軸心から見て外側周面の一部でもって、上記各切り欠きの形成された上記円筒体の円筒状前端縁が構成される。
さらに、他の空気通路の具体的な構成としては、上記各切り欠きの間の上記円筒体の円筒状前端縁の内側に、上記燃焼用空気口を包むように樋を設けて、その燃焼用空気口を前後方向の筒状体として、その筒状体の先端は上記多孔円板より前側に突出させた構成を採用することができる。
【００１６】
これらの燃焼用空気口を筒状体からなるものとすれば、その空気口からの噴出空気の方向性が強化されるため、上記火炎の分割がより明確になされるとともに、その噴出空気も前方への噴出力が強くなって、火炎の前方への引き延ばしも円滑となって薄膜燃焼も明確になされる。この分割火炎及び薄膜燃焼が明確になされることにより、火炎の低温度化が図られ、ＮＯｘの発生がさらに抑制される。
【００１７】
また、樋によって円筒体からなる燃焼用空気口を形成すれば、従来の技術の下で、円筒体の先端縁の部分的な切除による切り欠き形成と、その切り欠き間への樋の接合によって、円筒体からなる燃焼用空気口を形成できるため、その製作費も安価になる。
【００１８】
なお、上記燃焼用空気口を形成する筒状体の多孔円板からの突出量は、この発明の作用（ＮＯｘの発生抑制）が得られる限りにおいて任意であって、実験などによって適宜に決定すればよいが、ガスノズルの先端より前側に突出させることが好ましい。
燃焼用空気口からの噴出空気と循環流の衝突度合が少なくなって、循環流の形成が確実となり、燃焼ガスの循環流の燃焼空気との混合及び火炎基部への入り込みが円滑になるからである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、以上のように、各燃焼用空気口の間に燃焼ガスの循環流が入り込むようにしたので、その燃焼ガスの循環流の燃焼用空気との混合及び火炎基部への入り込みが円滑になされて、火炎温度のさらなる低下がなされてＮＯｘの発生が有効に抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図２に一実施形態を示し、この実施形態は、図１０、図１１の従来例において、各燃焼用空気口１４の周りに樋状部材１６を設けて、その燃焼用空気口１４を、円筒体１１と同一軸方向の筒状体からなるものとするとともに、その燃焼用空気口１４の間の円筒体１１を切り欠いたものである。この切り欠き１７によって、円環状に配置された各燃焼用空気口１４の間に円筒体１１の外周面からガスノズル１２に至る空気通路１８が形成される。各図中、同一符号は同一物を示す。
【００２１】
上記燃焼用空気口１４の数、大きさ、間隔は、この発明のＮＯｘの発生抑制作用が得られる限りにおいて任意であるが、例えば、特許文献１に示すように、その数は６〜８個、間隔は等間隔とすることが好ましい。燃焼用空気口１４が等間隔であれば、空気通路１８も等間隔となる。
また、同様に、燃焼用空気口１４とガスノズル１２のガス燃料噴出孔１２ａの数は同数とし、そのガス燃料噴出孔１２ａも等間隔とするとともに、燃焼用空気口１４とガス燃料噴出孔１２ａは、ガスノズル１２の軸心から放射方向に見て、同一方向にある両者１４、１２ａが重なり合うように（ノズル周方向において位相がラップするように）設定する。
さらに、全燃焼用空気口１４の開口総面積Ｓ２と多孔円板１３により形成された一次空気用噴出孔の開口総面積Ｓ１は、例えば、Ｓ１／Ｓ２＝７．５／９２．５〜３０／７０のように、前者Ｓ２は後者Ｓ１より大きくなるように設定される（Ｓ２＞Ｓ１）。
上記ガス燃料噴出孔１２ａのガスノズル１２の軸心に対する傾斜角度θも任意であるが、例えば、４０〜５０度に設定される。
【００２２】
この実施形態も従来と同様に、ボイラ等の燃焼室（炉）Ａに取付けられ、円筒体１１に空気ａが送り込まれ、ガスノズル１２から燃料ガスｂが噴出されて、パイロットバーナ１５により点火されると、その燃料ガスｂは多孔円板１３から吹き出す燃焼用一次空気ａ１と混合して燃焼し、ガスノズル１２の周りに火炎ｃを生じさせる。
【００２３】
その火炎ｃからの燃焼ガスは、燃焼用空気口１４から吹き出る二次空気ａ２と混合すると共に、その吹き出る二次空気ａ２内に巻き込まれる循環流ｄが生じる。
その循環流ｄは、各空気通路１８を通ってガスノズル１２に向かい、火炎ｃの基部に至り、その途中において、一次空気ａ１とも混合して、さらに温度が低くなって火炎ｃにその基部において混合する。このとき、樋状部材１６の先端（燃焼用空気口１４の開口）がガスノズル１２の先端より前側に突出しているため、そのガスノズル１２に向かう循環流ｄは二次空気ａ２との衝突度合が少なくなって、火炎ｃの基部への循環流ｄの形成が確実となり、燃焼ガスｄの循環流の一次空気ａ１との混合及び火炎基部への入り込みが円滑になされる。
【００２４】
また、従来と同様に、各燃焼用空気口１４からの二次空気ａ２により分割火炎ｃが形成されるとともに、その火炎ｃは、一次空気ａ１の噴出によって周囲に放射状に広がり、二次空気ａ２によって前方に引き延ばされて釣り鐘状となって、薄膜燃焼がなされる。
このように、この実施形態のガスバーナ１０は、燃焼ガスの火炎ｃの基部への循環流ｄ、分割火炎及び薄肉燃焼によって、ＮＯｘの発生が円滑に抑制される。
【００２５】
図３に、この実施形態のガスバーナ１０と図１０、図１１に示した従来例において、円筒体１１：３１０．５ｍｍ径、多孔円板１３からガスノズル１２の突出量：３０ｍｍ、多孔円板１３から樋状部材１６（燃焼空気口１４）の突出量：５０ｍｍ、最大燃焼量：２０９３ｋＷ、絞り比１：５等の諸条件を同じとし、燃焼用空気口１４の形状のみを異ならせたものの空気比とＮＯｘの関係を示す。
この図から、従来のガスバーナは、空気比１．１〜１．３（燃焼ガスのＯ２値が３〜５％）で、ＮＯｘ＝４５〜５５ｐｐｍ（Ｏ２＝０％換算）であるのに対し、この実施形態のガスバーナ１０は、ＮＯｘ＝４０ｐｐｍ（Ｏ２＝０％換算）以下となっており、ＮＯｘの発生が抑制されていることが理解できる。
【００２６】
上記実施形態は、図１０、図１１の従来のガスバーナの燃焼用空気口１４の部分を変形させたものであったが、図４に示すように、各燃焼用空気口１４を多孔円板１３から突出させた円筒、角筒等の筒体１９によって形成することもできる。この実施形態では、各筒体１９の間に空気通路１８が形成される。
また、図５に示すように、多孔円板１３に燃焼用空気口１４を形成し、円筒体１１の前端縁に、その周方向において各燃焼用空気口１４の間に位置する切り欠き１７を形成したものとし得る。この実施形態では、その切り欠き１７のみによって、空気通路１８が形成される。
【００２７】
さらに、図６及び図７に示すように、ガスノズル１２の軸心から一次空気ａ１を噴出させることもできる。この場合、多孔円板１３からの噴出空気は二次空気ａ２となり、燃焼用空気口１４からの噴出空気は三次空気ａ３となり、上記燃焼ガスの循環流ｄはその燃焼用空気口１４からの三次空気ａ３により形成され、分割火炎もその三次空気ａ３により形成され、薄肉燃焼はその一次空気ａ１及び多孔円板１３からの二次空気ａ２によって形成されることとなる。
【００２８】
また、図６に示すように、円筒体１１の外側外周に四次空気ａ４の噴出用筒体２０を等間隔に設けることができる。この四次空気ａ４は上記実施形態の二次空気ａ２と同様に、その噴出によるエジェクタ効果によって燃焼ガスｄの循環流を形成する。この四次空気噴出用筒体２０も、上記実施形態の各燃焼用空気口１４と同様に、ガスノズル１２の噴出孔１２ａとの間に、ノズル周方向において位相がラップする等の上記各関係を持たせるとよい。
また、ガスノズル１２の前側には変流板２１を設けて、その変流板２１により燃料ガスｂを周囲に円状に広げてより釣り鐘状の火炎ｃとし得る。さらに、ガスノズル１２の軸心から蒸気を噴出するようにすることもできる。
【００２９】
上記ガスノズル１２の軸心からの一次空気ａ１の噴出、四次空気ａ４の噴出、変流板２１の設置、蒸気の流入は、それらを適宜に選択して、所要の態様のガスバーナ１０となるようにし得る。例えば、図６に示すように、ガスノズル１２の軸心からの一次空気ａ１の噴出、四次空気ａ４の噴出、変流板２１の設置をしたものとし得る。この態様は大容量、例えば、燃焼量：１１，６００ｋＷ以上のガスバーナに適している。
【００３０】
一方、燃焼量：９３０ｋＷ程度の小容量のガスバーナ１０としては、図８、図９に示すものが考えられる。この実施形態は、燃焼用空気口１４の態様は図１と同一であって、火炎ｃはガスバーナ１０の軸心に対して垂直方向に吹き出し、一次空気ａ１も同様に垂直方向に吹き出す。
【００３１】
このように、この発明の上記各燃焼用空気口１４の間にも循環流ｄが入り込むようにした態様等は種々のものが考えられることから、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はないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態の要部断面図
【図２】同実施形態のガスバーナ部の斜視図
【図３】同実施形態と従来例の空気比とＮＯｘとの関係図
【図４】他の実施形態のガスバーナ部の斜視図
【図５】他の実施形態のガスバーナ部の斜視図
【図６】他の実施形態の要部断面図
【図７】同実施形態のガスバーナ部の斜視図
【図８】他の実施形態の要部断面図
【図９】他の実施形態の要部断面図
【図１０】従来例の要部断面図
【図１１】同従来例のガスバーナ部の斜視図
【符号の説明】
【００３３】
１０  ガスバーナ
１１  円筒体
１２  ガスノズル
１３  多孔円板
１４  燃焼用空気口
１５  パイロットバーナ
１６  燃焼用空気口形成用樋状部材
１８  空気通路
１９  燃焼用空気口形成用筒体
２０  四次空気用筒体
２１  変流板
ａ  空気
ａ１  一次空気
ａ２  二次空気
ａ３  三次空気
ａ４  四次空気
ｂ  燃料ガス
ｃ  火炎
ｄ  燃焼ガス（排ガス）
Ａ  燃焼室（炉）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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