(57)【要約】【課題】油燃料噴霧式のバーナにおいて、火炎の偏りをなくし、火炎が燃焼室壁面に接触することを防止する。【解決手段】略円筒形の燃焼室上部に設けたバーナ１によって燃焼室内に火炎９を発生させる構成であり、バーナ１は燃焼室６内へ向けて末広がりに液体の燃料を噴霧する低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５を設置し、バーナの周縁部には燃焼室内へ燃焼用空気を噴出する燃焼用空気噴出口７を設けており、低燃焼時には低燃焼用ノズル４から噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行い、高燃焼時には低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５の両方から噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナであって、前記低燃焼用ノズル４は燃焼室６中心軸方向へ傾斜させて設ける。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形の燃焼室上部に設けたバーナによって燃焼室内に火炎を発生させる構成であり、バーナは燃焼室内へ向けて末広がりに液体の燃料を噴霧するノズルを複数個設置し、バーナの周縁部には燃焼室内へ燃焼用空気を噴出する燃焼用空気噴出口を設けており、低燃焼時には低燃焼用ノズルのみから噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行い、高燃焼時には複数のノズルから噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナであって、前記低燃焼用ノズルは燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設けていることを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の火炎の偏りを防止するバーナにおいて、複数個設置しているノズルは、それぞれ燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設けたことを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の火炎の偏りを防止するバーナにおいて、前記ノズルの傾斜角度は、ノズルから円錐状に噴霧している燃料と、バーナ周縁部に設けている燃焼用空気噴出口から直下方向に噴射している燃焼用空気の混合点が、ノズルに近い側における燃焼用空気噴出口と、ノズルから遠い側における燃焼用空気噴出口で、燃焼用空気噴出口先端からの距離がほぼ等しくなるように設定することを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、火炎の偏りを防止するバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラの中央部に設けた燃焼室を、環状に配置した水管で取り囲み、燃焼室の上部中央に段階的に燃焼量を切り換えるバーナを設けておき、蒸気必要量に応じて燃焼制御を行っているボイラが広く普及している。該ボイラの概要を図４に示す。油バーナで３位置燃焼制御を行う場合、バーナ内に低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を設けておき、低燃焼時には低燃焼用ノズル４からのみ燃料の噴霧を行い、高燃焼時には低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５の両方から燃料の噴霧を行うことで、燃焼量を調節する。また、燃焼用空気供給量も燃焼量に合わせて調節しており、バーナ１の周縁部に設けた燃焼用空気噴出口７から供給する燃焼用空気量は、低燃焼時には少なくし、高燃焼時には多くする。低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５は、燃焼室６へ向けて末広がりに燃料を噴霧するものであり、微粒子の状態になった燃料は、燃焼用空気噴出口７から直下方向へ噴出している燃焼用空気と混合して燃焼する。
【０００３】
低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を持つバーナでは、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を１つのノズルアダプタ８に並べて設置しておき、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５の中点が燃焼室６の中心軸に重なるように配置する。バーナ１の中心軸が燃焼室の中心軸と重なるように配置することで、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルは燃焼室中心軸から同じ距離だけ離れることになる。ノズルと燃焼用空気噴出口７の間隔を広く取ることによって、燃料と燃焼用空気が混合する位置を下流側に移行させたバーナでは、燃料と燃焼用空気が混合するまでは空気不足による不完全燃焼となり、混合した以降に完全燃焼となる二段燃焼の効果によってＮＯｘ発生量を削減することができる。
【０００４】
しかし、燃料と燃焼用空気の混合位置を下流側へ移行させたバーナでは、燃焼用空気噴出口から燃料と空気の混合位置までの距離がバーナ内の場所によって異なっていると、燃料と空気の混合位置までの距離が短い側で先に燃焼し、先に燃料と空気が混合する側に火炎が偏るという問題がある。燃焼用空気噴出口７はバーナ中心軸を円心とした円周上に配置し、低燃焼用ノズル４はバーナ中心軸からある距離分外れた位置に設けた場合、図４における右側の燃焼用空気噴出口７と低燃焼用ノズル４間の距離は、左側の燃焼用空気噴出口７と低燃焼用ノズル４間の距離よりも、低燃焼用ノズル４がバーナ中心軸から離れている距離の２倍分だけ短くなる。低燃焼用ノズル４は円錐状に燃料を噴霧するものであるため、低燃焼の場合には燃焼室内右側で燃料と燃焼用空気が混合する位置と、燃焼室内左側で燃料と燃焼用空気が混合する位置では、燃焼用空気噴出口先端からの距離に差が生じる。燃焼室内右側では早い段階で燃焼が進み、燃焼室内左側では燃焼が遅れるため、燃焼の早い燃焼室内右側では燃焼量が多くなって右方向への火炎の広がりは大きくなり、燃焼の遅れる燃焼室内左側での燃焼量は少なくなるために左方向への火炎の広がりは少なくなる。燃焼室内で火炎の偏りが発生すると、火炎が燃焼室壁面１０に接触することになり、燃焼室壁面１０では火炎による過熱や燃焼しきれなかった燃料の付着が発生し、さらに燃焼が不完全となるなどの悪影響を及ぼすことになっていた。
【０００５】
そのため、特願２００２−１０４６０９に記載している通り、低燃焼用ノズルを燃焼室の中心軸に近付けることで、火炎の偏りを防止することが考えられた。しかしこの場合でも、高燃焼用ノズルから噴霧した燃料と燃焼用空気の混合位置までの距離の差をなくすことはできなかった。そのため、ターンダウンを大きくし、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルの燃料噴霧量の差を大きくしたバーナの場合、高燃焼時に火炎の偏りが発生し、火炎が燃焼室壁面に接触することがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、油燃料噴霧式のバーナにおいて、火炎の偏りをなくし、火炎が燃焼室壁面に接触することを防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、略円筒形の燃焼室上部に設けたバーナによって燃焼室内に火炎を発生させる構成であり、バーナは燃焼室内へ向けて末広がりに液体の燃料を噴霧するノズルを複数個設置し、バーナの周縁部には燃焼室内へ燃焼用空気を噴出する燃焼用空気噴出口を設けており、低燃焼時には低燃焼用ノズルのみから噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行い、高燃焼時には複数のノズルから噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナであって、前記低燃焼用ノズルは燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設けていることを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記の火炎の偏りを防止するバーナにおいて、複数個設置しているノズルは、それぞれ燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設けたことを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記の火炎の偏りを防止するバーナにおいて、前記ノズルの傾斜角度は、ノズルから円錐状に噴霧している燃料と、バーナ周縁部に設けている燃焼用空気噴出口から直下方向に噴射している燃焼用空気の混合点が、ノズルに近い側における燃焼用空気噴出口と、ノズルから遠い側における燃焼用空気噴出口で、燃焼用空気噴出口先端からの距離がほぼ等しくなるように設定することを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナである。
【００１０】
本発明によれば、ノズルから噴霧する燃料の噴霧方向は、燃焼室の中心軸側へ傾いているため、ノズルから遠い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合の角度よりも深くなり、逆にノズルに近い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合よりも浅くなる。つまり、ノズルから遠い側の燃焼用空気噴出口から噴出する空気流と噴霧燃料の混合位置は、バーナ先端に近づく方向に変化し、ノズルに近い側の燃焼用空気噴出口から噴出する空気流と噴霧燃料の混合位置は、バーナ先端から遠ざかる方向に変化する。バーナ先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差をなくすことで、火炎が一方へ大きく広がることがなくなり、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１はボイラの一部断面図、図２は図１のバーナ部分を抜き出した一部断面斜視図、図３は図２の底面図である。ボイラは、中央に燃焼室６を持ち、燃焼室６の周囲を多数の水管からなる環状の燃焼室壁面１０によって囲む。燃焼室６は略円筒形状であって、燃焼室６の上部にバーナ１を設けている。バーナ１は燃焼室６に向けて下向きに火炎を発生するものであり、バーナ１には内筒２と外筒３からなる２重の円筒と、内筒２内に低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５を設けている。内筒２と外筒３は同心の円筒であり、内筒２と外筒３の先端に燃焼用空気噴出口７を設けたディフューザを設ける。燃焼用空気噴出口７はバーナ中心軸上に円心を持った円周上に当たる位置に等間隔で配置し、燃焼用空気噴出口７から直下方向へ燃焼用空気を噴出する。
【００１２】
バーナ１は燃焼室上部の中央に設けており、燃焼室の中心軸とバーナの中心軸が重なるように設置する。内筒２内には、ノズルアダプタ８を設け、ノズルアダプタ８に低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を並べて設置する。ノズルアダプタ８の底面は、中央が凹となるように傾斜を設けており、傾斜面に対して垂直にねじ切りすることで、低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５が燃焼室の中心軸方向へ傾斜するようにしておく。
【００１３】
バーナは、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであり、低燃焼の場合は低燃焼用ノズル４へのみ燃料を供給することで低燃焼用ノズル４からのみ燃料を噴霧し、高燃焼の場合は低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５へ燃料を供給することで、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５の両方から燃料を噴霧する。また、燃焼用空気の供給量も燃焼量に合わせて調節する。
【００１４】
低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５は、垂直から燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設置しているため、低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５から噴霧する燃料は、ノズルを傾斜させている分だけ、中心軸方向へ向けて噴霧することになる。低燃焼用ノズル４から噴霧した燃料は、低燃焼用ノズル４から末広がりの円錐状に広がるが、燃料噴霧方向を傾けているため、低燃焼用ノズル４から遠い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する噴霧燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合よりも深くなり、逆に低燃焼用ノズル４に近い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する噴霧燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合よりも浅くなる。空気流に向かう燃料の進入角度が深くなれば、燃料と空気流の混合位置がバーナ先端に近づく方向へ変化することになり、逆に浅くなれば燃料と空気流の混合位置がバーナ先端から遠ざかる方向に変化することになる。バーナ先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差をなくすことができ、火炎が一方へ大きく広がることがなくなるために、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなる。
【００１５】
低燃焼用ノズル４の傾斜角度は、低燃焼用ノズル４から円錐状に噴霧している燃料と、低燃焼用ノズル４の周囲に設けている燃焼用空気噴出口７から直下方向に噴射している燃焼用空気の混合点が、低燃焼用ノズル４に近い側における燃焼用空気噴出口７と、低燃焼用ノズル４から遠い側における燃焼用空気噴出口７で、燃焼用空気噴出口先端からの距離がほぼ等しくなるように設定することで、バーナ内での場所によって、燃料と空気の混合位置までの距離の差ができないようにする。
【００１６】
バーナ周縁部の燃焼用空気噴出口７からは、燃焼用空気を真下方向へ噴出するため、燃料と燃焼用空気は燃焼用空気噴出口７の下方であって、燃焼用空気噴出口先端から少し離れた位置で混合する。低燃焼用ノズル４から直下方向の円錐状に燃料を噴霧していた場合、低燃焼用ノズル４と燃焼用空気噴出口７の距離が遠ざかるほど、燃料と空気の混合場所はバーナ先端から遠くなるため、バーナ先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差が大きくなり、火炎が一方へ大きく広がることになっていた。しかし、ノズルを傾斜させたことで、各燃焼用空気噴出口７の先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差を小さくすることができる。円錐形に噴霧していた燃料が、ほぼ同じ時期に燃焼を開始するようになり、一部で早く燃焼を開始することがなくなると、火炎９が一方へ大きく広がることがなくなり、火炎９が燃焼室壁面１０に接触することはなくなる。
【００１７】
なお、高燃焼の場合、燃焼室６へ供給する燃焼用空気供給量は低燃焼時よりも大きくなり、燃焼用空気噴出口７の開口面積は一定であるため、空気の供給量が増加した分だけ空気の流速が増加する。燃焼用空気の流速が上昇すると、燃料と燃焼用空気の混合性が向上し、燃焼の進行速度が上昇して燃焼完結までに要する時間は短くなるため、火炎の広がりは小さくなる。そのため、条件によっては低燃焼用ノズル４のみを燃焼室中心方向へ傾斜させ、高燃焼用ノズル５は垂直なままであっても、燃焼室壁面へ火炎が接触することを防止することができる。
【００１８】
本実施例では、燃料を噴霧するノズルを２個としたが、３個以上であっても同様である。ノズルが２個の場合は他方のノズルへ向けて傾斜することになり、３個の場合は他方ノズルの中点方向に傾斜することになるが、燃焼室の中心軸方向へ傾斜させるという点では同じとなる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明を実施することで、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなり、燃焼室壁面が過熱されたり、燃焼室壁面に燃料の未燃分が付着することがなくなり、燃焼が不完全になることをもなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるボイラの一部断面図
【図２】図１のバーナ部分を抜き出した一部断面斜視図
【図３】図２の底面図
【図４】従来例におけるボイラの一部断面図
【符号の説明】
１　バーナ
２　内筒
３　外筒
４　低燃焼用ノズル
５　高燃焼用ノズル
６　燃焼室
７　燃焼用空気噴出口
８　ノズルアダプタ
９　火炎
１０　燃焼室壁面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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