(57)【要約】【課題】管状の燃焼室内に管状の火炎を形成させる管状火炎バーナにおいて、燃焼負荷の増減に応じて、燃料及び酸素含有ガスの供給流量を増減させても、燃料及び酸素含有ガスの適切な吹き込み速度が得られ、より広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を可能とする管状火炎バーナの燃焼制御方法及び燃焼制御装置を提供する。【解決手段】スリット１２の開口面積を変更するためのスリット開口面積調整リング１３が、燃焼室１０に内接するようにして取り付けられており、燃焼負荷に応じて、スリット開口面積調整リング１３を所定角度だけ回転させてスリット１２の開口面積を変更する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、該ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナにおいて、前記ノズル噴射口の開口面積を可変とする調整手段を設け、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、前記ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記調整手段によってノズル噴射口の面積を調整することを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御方法。
【請求項２】
先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、該ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナの燃焼を制御する装置であって、前記ノズル噴射口の開口面積を可変とする調整手段と、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、前記ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記調整手段によってノズル噴射口の面積を調整する制御手段とを備えていることを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉や燃焼器に備えるバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−２８１０１５号公報に、一端が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の閉塞端部近傍に燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが、前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて設けられている管状火炎バーナが示されている。
【０００３】
この管状火炎バーナは、高速の旋回流中で安定な火炎がバーナ内に形成されるので、燃焼設備の小型化が達成されると共に、燃焼火炎の温度のバラツキが小さく、局所的な高温領域が形成されない上に、酸素比又は空気比を下げることもできるので、ＮＯｘなどの有害物質、炭化水素等の未燃焼分、煤煙といった環境汚染源を低減することができるバーナである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の管状火炎バーナにおいては、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、上記の管状火炎バーナでは、管状の火炎を形成させるため、管状の燃焼室に設けられた管軸方向のスリットに、管軸方向に偏平させた供給ノズルを接続し、接線方向に吹き込み強旋回をかけながら、燃料ガス及び酸素含有ガスを管状の燃焼室に吹き込んでいる。そのため、スリット部での圧力損失が相対的に高くなるという問題がある。つまり、通常、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給元圧が一定に決まっているため、燃焼負荷を増加させる場合、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を増加させる必要があるが、その吹き込み速度の２乗に比例してスリット部の圧力損失も増加し、さほど燃焼負荷を増加させることができない。
【０００６】
また、スリット部の圧力損失を低減させるためにスリット断面積を大きめにとると、小さな燃焼負荷に対応するために燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を減らしたときに、燃焼室内周面に対する接線方向の燃料ガス及び酸素含有ガスの吹き込み速度が著しく低下し、管状の火炎を形成させることができず、逆に、ＮＯｘ・煤煙等の発生量が増加するという欠点があった。
【０００７】
このように、従来の管状火炎バーナにおいては、燃焼負荷の増減に対応して、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を増減させることになるが、その際に、必ずしも適切な吹き込み速度が得られない場合があり、広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を行うことが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、管状の燃焼室内に管状の火炎を形成させる管状火炎バーナにおいて、燃焼負荷の増減に応じて、燃料及び酸素含有ガスの供給流量を増減させても、燃料及び酸素含有ガスの適切な吹き込み速度が得られ、より広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を可能とする管状火炎バーナの燃焼制御方法及び燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１０】
［１］先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、該ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナにおいて、前記ノズル噴射口の開口面積を可変とする調整手段を設け、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、前記ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記調整手段によってノズル噴射口の面積を調整することを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御方法。
【００１１】
［２］先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、該ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナの燃焼を制御する装置であって、前記ノズル噴射口の開口面積を可変とする調整手段と、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、前記ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記調整手段によってノズル噴射口の面積を調整する制御手段とを備えていることを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図４に示す。図１は、この実施形態に用いる管状火炎バーナの側面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の断面図である。図３は、この実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図であり、図４は、この実施形態における管状火炎バーナの燃焼制御方法を説明する説明図である。
【００１３】
図１において、１０は管状の燃焼室であり、先端１０ａが開放されて燃焼排ガスの排出口になっている。そして、燃焼室１０の後端１０ｂの近傍に、燃焼室１０へ燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが取り付けられている。
【００１４】
図１及び図２に示すように、燃焼室１０へのノズル噴射口として管軸方向に沿った細長いスリット１２が燃焼室１０の同一管周上の４個所に形成されており、それぞれのスリット１２に管軸方向に細長い偏平形状のノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが接続されている。それぞれのノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの噴射方向は、燃焼室１０の内周面の接線方向でかつ同一回転方向になるように設けられている。それら４個のノズルの内、ノズル１１ａとノズル１１ｃの２個は燃料ガス吹き込みノズルであり、ノズル１１ｂとノズル１１ｄの２個は酸素含有ガス吹き込みノズルである。
【００１５】
燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃからは燃料ガスが燃焼室１０の内周面の接線方向に向かって高速で吹き込まれ、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄからは酸素含有ガスが燃焼室１０の内周面の接線方向に向かって高速で吹き込まれ、燃焼室１０の内周面に近い領域で燃料ガスと酸素含有ガスが効率良く混合されながら旋回流が形成されるようになっている。その旋回流となった混合ガスに点火プラグ又はパイロットバーナ等の点火装置（図示せず）によって点火すると、燃焼室１０内に管状の火炎が生成される。その燃焼ガスは燃焼室１０の先端１０ａから排出される。
【００１６】
なお、上記の酸素含有ガスは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガスなど燃焼用の酸素を供給するガスを指している。
【００１７】
そして、図１及び図２に示すように、スリット１２の設けられている位置に、スリット１２の開口面積を変更するためのスリット開口面積調整リング１３が、燃焼室１０に内接するようにして取り付けられている。スリット開口面積調整リング１３は、薄肉の円筒形状で、４個のスリット１２と対応する円周方向の４個所に切り欠き部が設けられており、このスリット開口面積調整リング１３を管周方向に回転させることにより、４個のスリット１２の開口面積を変更することができる。
【００１８】
すなわち、図２（ａ）は、スリット開口面積調整リング１３の切り欠き部がスリット１２に重なって、スリット１２の開口面積が最大になっている状態を示しているが、この状態からスリット開口面積調整リング１３を所定の角度だけ回転させると、図２（ｂ）に示すように、スリット１２の一部がスリット開口面積調整リング１３で塞がれて、スリット１２の開口面積が狭くなる。
【００１９】
そして、図３に全体構成図を示すように、この実施形態の管状火炎バーナの燃焼制御装置においては、燃料ガスを供給する配管中には、燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃに供給する燃料ガスの供給流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７が設けられており、酸素含有ガスを供給する配管中には、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄに供給する酸素含有ガスの供給流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８が設けられている。燃料ガス流量調整弁１７と酸素含有ガス流量調整弁１８は供給制御装置２０によって制御され、燃焼負荷に応じて、供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの流量を調整するようになっている。すなわち、燃焼負荷が小さい場合は、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度を絞って供給流量を減少させ、燃焼負荷が大きい場合は、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度を広げて供給流量を増加させる。
【００２０】
なお、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量は、燃料ガスの流量計２１と酸素含有ガスの流量計２２によって測定されており、その測定値は供給制御装置２０に送られ、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度調整に利用されるようになっている。
【００２１】
また、スリット開口面積調整リング１３の角度位置を調整するためのモータ１４が設けられており、モータ１４は供給制御装置２０によって制御され、スリット開口面積調整リング１３の角度位置を変更することによって、スリット１２の開口面積を調整するようになっている。なお、モータ１４に替わって、油圧シリンダ、空気シリンダ等のアクチュエータを用いてもよい。
【００２２】
上記のように構成された管状火炎バーナの燃焼制御装置を用いて、管状火炎バーナの燃焼制御を行う方法を図３、図４を用いて説明する。
【００２３】
この管状火炎バーナの燃焼制御方法では、燃焼負荷に応じて供給流量を増減する際に、燃焼室１０に吹き込まれる燃料ガス及び酸素含有ガスの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑとの範囲になるように、スリット１２の開口面積を調整している。
【００２４】
すなわち、スリット１２の開口面積を狭くした場合は、図４（ａ）中のＬ１線に示されるように、吹き込みノズル１１ａ〜１１ｄの初期流速は、供給流量の増加、すなわち燃焼負荷の増加に伴って急速に増加する。その結果、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑに直ちに達することができるが、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐも直ぐに越えてしまう。
【００２５】
これに対して、スリット１２の開口面積を多少広くした場合は、図４（ａ）中のＬ２線に示されるように、吹き込みノズルからの初期流速は、供給流量の増加、すなわち燃焼負荷の増加に伴って比較的緩やかに増加する。その結果、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑに比較的遅く達するが、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐを越えるのも比較的遅くなる。
【００２６】
さらに、スリット１２の開口面積を最大に広くした場合は、図４（ａ）中のＬ３線に示されるように、吹き込みノズルからの初期流速は、供給流量の増加、すなわち燃焼負荷の増加に伴って非常に緩やかに増加する。その結果、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑに達するのがかなり遅くなるが、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐを越えるのも相当遅くなる。
【００２７】
そして、上記のような関係に基づいて、この燃焼制御方法では、燃焼負荷に応じて、燃焼室１０に吹き込まれる燃料ガス及び酸素含有ガスの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑの範囲になるように、供給制御装置２０がスリット開口面積調整リング１３の角度位置を制御して、スリット１２の開口面積を調整している。
【００２８】
つまり、図４（ｂ）に示すように、所定最小燃焼負荷から約１／３の燃焼負荷まではスリット１２の開口面積を狭め、約１／３の燃焼負荷から約２／３の燃焼負荷まではスリット１２の開口面積をやや広げ、約２／３の燃焼負荷から所定最大燃焼負荷まではスリット１２の開口面積を最大に広げて燃焼を行う。
【００２９】
これによって、図４（ａ）中のＭ１線に示すように、吹き込みノズルからの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑの範囲に常に収まり、必要な高速度に維持しつつ、圧力損失が過剰に大きくならないようにすることができる。
【００３０】
なお、上記のように、燃焼負荷に応じてスリット１２の開口面積を段階的に変更する燃焼制御方法だけでなく、図４（ｂ）に示すように、燃焼負荷に応じてスリット１２の開口面積を連続的に変更することにより、図４（ａ）中のＭ２線に示すように、吹き込みノズルからの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑの範囲で、かつ常に一定の流速となるようにする燃焼制御を行うこともできる。
【００３１】
なお、この実施形態では、燃料ガス吹き込みノズル及び酸素含有ガス吹き込みノズルを、噴射方向が燃焼室内周面の接線方向に一致するように設けているが、必ずしも燃焼室内周面の接線方向に一致する必要はなく、燃焼室にガスの旋回流を形成できる程度に、噴射方向が燃焼室内周面の接線方向から外れていても良い。
【００３２】
また、この実施形態では、燃焼室への噴射口として管軸方向に沿ってスリットを設け、そのスリットに偏平形状の燃料ガス吹き込みノズル及び酸素含有ガス吹き込みノズルを接続しているが、燃焼室への噴射口として複数の小孔を管軸方向に配し、その小孔列に燃料ガスあるいは酸素含有ガスを吹き込むためのノズルを接続するようにしても良い。
【００３３】
また、この実施形態では、燃料ガスを吹き込んでいるが、液体燃料を吹き込んでも良い。液体燃料としては、灯油、軽油、アルコール、Ａ重油等の比較的低い温度で気化するものが好適である。
【００３４】
また、この実施形態では、燃料ガスと酸素含有ガスを別々に吹き込んでいるが、燃料ガスと酸素含有ガスを予混合して吹き込んでも良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明においては、燃焼負荷の増減に対応して、燃料及び酸素含有ガスの供給流量を増減させても、所定の吹き込み速度が得られるように、ノズル噴射口の開口面積を調整するようにしているので、より広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に用いる管状火炎バーナの側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。
【図４】本発明の一実施形態における燃焼制御方法の説明図である。
【符号の説明】
１０　燃焼室
１０ａ　燃焼室の先端
１０ｂ　燃焼室の後端
１１ａ、１１ｃ　燃料ガス吹き込みノズル
１１ｂ、１１ｄ　酸素含有ガス吹き込みノズル
１２　スリット
１３　スリット開口面積調整リング
１４　モータ
１７　燃料ガスの流量調整弁
１８　酸素含有ガスの流量調整弁
２０　供給制御装置
２１　燃料ガスの流量計
２２　酸素含有ガスの流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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