(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の燃焼筒を持ったバーナ、前記燃焼筒と同軸であって燃焼筒よりも大きな径を持っているウインドボックス、燃焼用空気の供給を行う送風機、送風機とウインドボックスをつなぐ送風路を持ち、送風機から燃焼用空気を押し込みながら燃焼を行う燃焼装置において、前記送風路はウインドボックス周壁の接線方向に接続し、送風路接続部からウインドボックス内に入った空気流は、ウインドボックス周壁面に沿って流れることでウインドボックス内で空気の旋回流を形成するようにしておき、ウインドボックス内には、ウインドボックス内径が燃焼筒に向けて徐々に小さくなるようにテーパ板と、送風路接続部からウインドボックス内に入った空気流が、ウインドボックス内で１周してきた後に再び送風路接続部の正面に達することを防止するため、ウインドボックス内旋回部と送風路接続部を遮蔽する遮蔽板を設けていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼装置において、前記遮蔽板は、ウインドボックス周壁面からウインドボックス中心軸方向へ向けて延ばした板形状のものであり、遮蔽板のウインドボックス周壁面側根元部からウインドボックス中心軸側先端部までの長さＡは、ウインドボックス周壁面から燃焼筒接続部までの長さａよりも大きくした遮蔽板拡大部を持つものであることを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃焼装置において、空気の旋回流が燃焼筒方向へ向かって流れやすくなるように、ウインドボックス内における空気旋回流の下流側が先方向になるように、前記遮蔽板を傾斜させて設置していることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウインドボックス内で空気を旋回させた後に燃焼部へ空気を送り込む構成としている燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−１２５１８３号公報には、円筒形の燃焼筒を持ったバーナ、燃焼筒の上流側に接続したウインドボックス、ウインドボックス内へ空気を送る送風路を持ち、ウインドボックスで整流した空気を用いて燃焼を行っている燃焼装置において、ウインドボックスは前記燃焼筒より大きな径を持っている円筒形状であって、送風路はウインドボックスの接線方向に接続しておき、燃焼筒根元端をウインドボックス内へ延長することによってウインドボックス内を外周側の旋回室と中心側の整流室に分割したことを特徴とする燃焼装置のウインドボックス構造が記載されている。
【０００３】
この発明は、ウインドボックス内に旋回室を設け、ウインドボックス内で空気を旋回させることで、ウインドボックス内根元部における空気の圧力を高めておき、燃焼部との圧力差によって振動燃焼などの不具合が発生することを防止するものである。この構造は比較的小型な燃焼装置には適したものであったが、特開２００４−１２５１８３号で記載している構造の燃焼装置で、燃焼量が１５００ｋＷを越える大型の燃焼装置にスケールアップすると、送風量が大きくなるために燃焼筒入口部での圧力損失が増大することになった。そのため、送風路からより高い圧力を持った空気を供給しなければならない、もしくはウインドボックスを大型化しなければならないという問題が発生した。供給空気圧力を高めるためには容量の大きな送風機が必要となり、容量の大きな送風機を使用した場合には、電力使用量が大きくなり、発生騒音も増大する。そこで、燃焼量の拡大に対してもウインドボックスを大型化することなく、かつ低容量の送風機によって振動燃焼などの発生を防止できる構造の検討が行われていた。
【特許文献１】特開２００４−１２５１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ウインドボックスのコンパクト性は維持しながら振動燃焼などの不具合が発生することは防止するものであって、供給空気に必要な圧力を低減し、容量の小さな送風機による運用を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、円筒形の燃焼筒を持ったバーナ、前記燃焼筒と同軸であって燃焼筒よりも大きな径を持っているウインドボックス、燃焼用空気の供給を行う送風機、送風機とウインドボックスをつなぐ送風路を持ち、送風機から燃焼用空気を押し込みながら燃焼を行う燃焼装置において、前記送風路はウインドボックス周壁の接線方向に接続し、送風路接続部からウインドボックス内に入った空気流は、ウインドボックス周壁面に沿って流れることでウインドボックス内で空気の旋回流を形成するようにしておき、ウインドボックス内には、ウインドボックス内径が燃焼筒に向けて徐々に小さくなるようにテーパ板と、送風路接続部からウインドボックス内に入った空気流が、ウインドボックス内で１周してきた後に再び送風路接続部の正面に達することを防止するため、ウインドボックス内旋回部と送風路接続部を遮蔽する遮蔽板を設けていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記の燃焼装置において、遮蔽板は、ウインドボックス周壁面からウインドボックス中心軸方向へ向けて延ばした板形状のものであり、遮蔽板のウインドボックス周壁面側根元部からウインドボックス中心軸側先端部までの長さＡは、ウインドボックス周壁面から燃焼筒接続部までの長さａよりも大きくした遮蔽板拡大部を持つものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記の燃焼装置において、空気の旋回流が燃焼筒方向へ向かって流れやすくなるように、ウインドボックス内における空気旋回流の下流側が先方向になるように前記遮蔽板を傾斜させて設置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を実施することで、圧力の高い旋回空気流を燃焼筒先端まで供給することができ、燃焼筒先端付近における空気の圧力を高めたことで振動燃焼などの問題が発生することを防止できる。また、ウインドボックス部での圧力損失を低減することで、ウインドボックスのコンパクト性を維持しつつ供給空気に必要な圧力は低くなったため、従来よりも容量の小さな送風機で運用することが可能となり、送風機容量の低下によって電力消費量や発生騒音を低減することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における燃焼装置の断面斜視図、図２は第２の実施例における燃焼装置の斜視断面図、図３は第３の実施例における燃焼装置の斜視断面図である。
【００１１】
バーナ部分は、中央に燃料噴射ノズル１、燃焼噴射ノズル１の周囲に円筒形の一次空気筒２、一次空気筒２のさらに外側に円筒形の燃焼筒３を設ける。一次空気筒２及び燃焼筒３の上流側には、ウインドボックス９を設けておき、一次空気筒２の内側を一次空気流路４、一次空気筒２と燃焼筒３の間を二次空気流路５とする。二次空気流路５の下流側端面には、一定の間隔を開けて配置した二次空気噴出口６を設けており、二次空気噴出口以外の面は閉塞する。一次空気筒２はウインドボックス９の内部にも延長しており、一次空気筒２の上端はウインドボックスの上面近くとしている。ウインドボックス９の上面と一次空気筒２の上端の間には隙間を開けておき、一部の空気は一次空気筒２の上端開口部から一次空気流路４内へ入るようにしておく。
【００１２】
ウインドボックス部分は、燃焼筒３と同軸であって、燃焼筒３よりも径の大きな円筒形状であり、ウインドボックス９の底面に燃焼筒３の上部を接続した構成としている。ウインドボックス周壁７の上部には、送風機（図示せず）からの空気をウインドボックスへ送り込む送風路１０を接続する。送風路１０はウインドボックス周壁の接線方向に接続しておき、送風路１０からの空気はウインドボックス周壁７の内面に沿って流れるようにしておく。
【００１３】
ウインドボックス９内には、ウインドボックス周壁７の中程から、ウインドボックス９と燃焼筒３の接続部までの間をつなぐテーパ板８を、ウインドボックス９内の全周にわたって設ける。テーパ板８はウインドボックス９内にじょうごを設置したものとイメージすれば分かりやすく、ウインドボックス９の底部を円錐形にしている。送風路１０はウインドボックス９の上部に接続し、燃焼筒３はウインドボックス９の下部に接続しており、ウインドボックス内での空気流は上部から下部へと流れるため、ウインドボックス９は空気流の下流側へ向けて径が小さくなっているということもできる。
【００１４】
送風路１０からウインドボックス９内に入った空気流は、ウインドボックス周壁７に沿って流れるため、ウインドボックス９内で旋回する。また、空気流は二次空気流路５へ向けて流れていくため、ウインドボックス９内の空気流には下方へ向けて流れる成分もある。そのためウインドボックス９内の空気流は旋回しながら下方へと流れていく。このとき、ウインドボックス９内の下部にはテーパ板８を設けているため、空気流は旋回しながらテーパ板８に沿って流れることになり、空気流は自然にウインドボックス９の中心軸方向へ収束しながら旋回していくことになる。
【００１５】
テーパ板８がなかった場合、空気流はウインドボックス周壁７に沿って周回しながらウインドボックス底面まで達し、ウインドボックスの周壁と底面の角部で流れの方向を大きく変えて燃焼筒３の接続部へと流れていた。ウインドボックスの底面に達した後、底面に沿って燃焼筒３の接続部方向へ向けて流れている空気流は、ウインドボックス９内で旋回している空気流によって進路を妨げられることになり、燃焼筒３へ向かう空気流には大きな圧力損失が発生していた。しかし、テーパ板８を設けることで空気流がウインドボックス９の角部まで達することはなくなり、ウインドボックス周壁７からテーパ板８に沿って二次空気流路５へスムースに流れることになるため、空気流の圧力損失を大幅に低減することができている。
【００１６】
また、ウインドボックス９内には、送風路１０を接続している部分の近くに遮蔽板１１を設ける。遮蔽板１１は、ウインドボックス周壁７からウインドボックスの中心軸方向へ向けて立てた形状としている。遮蔽板１１は、送風路接続部からウインドボックス９内へ入った空気流が、ウインドボックス周壁７に沿って１周してきた後に再び送風路接続部の正面に達することを防止するためのものである。遮蔽板１１は、縦方向の長さはウインドボックス内の高さと同じにしており、ウインドボックス９内の上面から底面までの間をふさいでいる。遮蔽板１１のウインドボックス周壁７から遮蔽板１１先端までの長さは、遮蔽板１１の下部よりも上部の方を長くしており、遮蔽板１１の上部には遮蔽板拡大部１２を設けている。
【００１７】
送風路１０を接続しているウインドボックス９内上部では、ウインドボックス周壁７から遮蔽板１１先端までを長さＡとし、長さＡはウインドボックス周壁７から燃焼筒３接続部までである長さａよりも長くする。実施例では、ウインドボックス９内下部におけるウインドボックス周壁７から遮蔽板１１先端までの長さは、ウインドボックス周壁７から燃焼筒３接続部までの長さａと等しくなるようにしている。なお、遮蔽板１１下部における遮蔽板１１先端までの長さは、燃焼筒３接続部までの長さａと異なっていてもよいが、遮蔽板上部の遮蔽板拡大部１２を設けている部分における長さＡよりは短くする。
【００１８】
遮蔽板拡大部１２は遮蔽板１１の上部から長さＢ分だけとし、遮蔽板拡大部１２の縦方向長さＢは送風路１０の内径高さｂよりも長くなるようにしておく。遮蔽板１１の下部には遮蔽板拡大部１２を設けないことで、遮蔽板切り欠き部１３を形成している。つまり、遮蔽板１１は上辺から長さＢ分は遮蔽板拡大部１２であり、長さＢよりも下側に遮蔽板切り欠き部１３を設けていることになる。
【００１９】
送風路１０から供給する燃焼用空気は、ウインドボックス９内に入ると拡散しながら流れていき、送風路１０はウインドボックスの接線方向に接続しているため、送風路１０からの空気流はウインドボックス周壁７の内面に沿って旋回する。一部の空気はウインドボックス９内を一周するまでの間にも二次空気流路５や一次空気流路４に入るが、残りの空気流は空気ウインドボックス９内を一周して遮蔽板１１付近まで達する。遮蔽板拡大部１２は、ウインドボックス周壁７から燃焼筒３接続部までの長さａよりも大きく、かつ送風路１０の縦方向長さｂよりも大きいものであるため、ウインドボックス９内を周回してきた空気流は、遮蔽板１１に沿って進行方向が変化する。
【００２０】
遮蔽板１１を設置していなかった場合には、ウインドボックス内を旋回している空気流はそのまま送風路１０の接続部に達することになり、この場合には旋回空気流が送風路の開口部にふたをする格好となるため、送風路からウインドボックス９内へ入ろうとしている空気の流れが妨げられることになる。しかし、遮蔽板１１を設置したことで、ウインドボックス周壁７に沿って一周してきた空気流は遮蔽板１１に沿って流れることになり、遮蔽板１１には下部の先端側に遮蔽板切り欠き部１３を設けているため、遮蔽板１１に達した空気流は遮蔽板切り欠き部１３へと流れる。そのため、旋回してきた空気流が遮蔽板１１の裏側にある送風路接続部に達することはなくなり、送風路１０からウインドボックス９内へ入ろうとしている空気の流れが、旋回空気流によって遮られるということはなくなったため、送風路１０からウインドボックス９内に空気が入る際の圧力損失を少なくすることができる。
【００２１】
また、ウインドボックス９内を一周して遮蔽板１１部分に達した空気流は、遮蔽板１１によって行く手を阻まれることになるが、遮蔽板１１の下部には遮蔽板切り欠き部１３があるため、空気流は遮蔽板切り欠き部１３の方向へ流れる。空気流はウインドボックス中心軸側にある遮蔽板切り欠き部１３を通り抜けるため、ウインドボックス９内下部の中心軸付近へと集束しながら流れることになる。また遮蔽板切り欠き部１３を通り抜けることになるため、空気流は旋回を継続することになる。もしも、遮蔽板１１に遮蔽板切り欠き部１３がなく、長さＡの遮蔽板がウインドボックス内の底面まで伸びている形状であった場合、旋回空気流は遮蔽板１１に衝突した後、遮蔽板１１の表面にそって下方へと流れることになる。この場合、空気流の旋回力が失われるとともに、空気流には圧力損失が発生することになる。しかし、遮蔽板１１に遮蔽板切り欠き部１３を設け、ウインドボックス９内で旋回してきた空気流は、遮蔽板切り欠き部１３へ抜けることができるようにしたことで、空気流は旋回を継続することができ、かつ圧力損失も少なくすることができる。
【００２２】
空気流は旋回しながら二次空気流路５内へ入り、二次空気流路５内でも旋回しながら下方へ流れていく。空気流が送風路１０からウインドボックス内へ入り、さらに二次空気流路内へと流れる過程において、圧力損失となる要素をできる限り取り除いているため、二次空気流路内における空気流の静圧は高く維持することができている。二次空気流路５の先端付近に達した空気は、二次空気流路５の端面に複数設けている二次空気噴出口６から下方へと噴射する。また、一次空気筒内の一次空気流路４に入った空気流も、一次空気流路４の先端から下方へと噴射するようにしている。燃料噴射ノズル１から噴射した燃料は、まず一次空気流路４を通ってきた一次空気と混合して燃焼する。この時、一次空気のみでは空気量が不足するために燃焼は不完全であり、その後に二次空気流路５を通って二次空気噴出口６から噴射された二次空気と混合して完全燃焼となる。一次空気量を少なくし、空気を二段階で供給するようにした場合、バーナ近傍部で形成される局部的な火炎温度のピークを低減できるため、ＮＯｘ発生量は少なくすることができる。
【００２３】
ＮＯｘ発生量を低減するために燃焼の安定性が低下することに対しては、二次空気流路内で空気流を旋回させており、二次空気流路における空気の圧力を高めることで燃焼部との圧力差を確保することによって解消している。圧力差を確保したことによって燃料噴射ノズル１の先で燃焼する火炎の燃焼面を安定させることができ、振動燃焼などの不具合が発生することなく安定した燃焼を行うことができる。従来技術に記載している発明では、ウインドボックス上部における空気流の圧力を高めることで振動燃焼をなくすようにしていたが、二次空気流路５で空気流が旋回するようにしておき、二次空気流路５における空気流の圧力を高めることでも火炎の燃焼を安定させることができることを確認した。そして、ウインドボックスのコンパクト性を維持しつつ、圧力損失を低減したことで、送風路１０から供給する空気の圧力を従来よりも低い圧力としても、二次空気流路５の先端部における圧力は十分な高さを維持することができるようになっている。そのため、燃焼量の拡大に対してバーナを大型化することなく、送風機に必要な能力は従来よりも少なくなり、送風機の容量をダウンすることで、電力使用量や発生騒音を少なくすることができた。供給圧力を低減することができると、動力低減効果は供給圧力低減分の３乗分の効果があるため、実際の燃焼装置においては、送風機モータの容量を約３０％低減することができるという非常に大きな効果が得られた。
【００２４】
図２は第２の実施例を記したものであり、遮蔽板１１を傾斜させている点が図１とは異なっている。図２の遮蔽板１１は、空気の旋回流が燃焼筒方向へ向かって流れやすくなるように、ウインドボックス内における空気旋回流の下流側を先方向へ傾斜させて設置している。この場合、送風路１０からウインドボックス９内に入り、ウインドボックス周壁７に沿って旋回することで遮蔽板１１まで達した旋回空気流は、遮蔽板切り欠き部１３を通り抜けるのであるが、遮蔽板１１を傾斜しているため、旋回空気流は遮蔽板１１に沿って流れることで自然に遮蔽板切り欠き部１３へ向かうことになり、流れよりスムースとなる。
【００２５】
また、遮蔽板１１は図３に記載しているように遮蔽板拡大部１２のみからなるものであってもよい。遮蔽板１１の目的はウインドボックス周壁７に沿って旋回してきた空気流が、送風路１０の接続部正面に達することを防止するものであるため、下部は必ずしも必要なものではない。遮蔽板１１はウインドボックス周壁７から遮蔽板１１先端までの長さＡを、ウインドボックス周壁７から燃焼筒３接続部までの長さａよりも長くし、遮蔽板１１の上端から下端まで長さＢは、送風路１０の内径高さｂよりも長くしておくことで、旋回空気流が送風路の接続部正面に達することを防止することができる。この場合も、ウインドボックス周壁７に沿って１周してきた空気流は、遮蔽板１１の下部を抜けていく。その後、空気流はテーパ板８に沿ってウインドボックス９内で旋回し、旋回しながら二次空気流路５内へと入っていくことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例における燃焼装置の断面斜視図
【図２】本発明の第２の実施例における燃焼装置の断面斜視図
【図３】本発明の第３の実施例における燃焼装置の断面斜視図
【符号の説明】
【００２７】
１  燃料噴射ノズル      
２  一次空気筒      
３  燃焼筒        
４  一次空気流路      
５  二次空気流路            
６  二次空気噴出口        
７  ウインドボックス周壁      
８  テーパ板
９  ウインドボックス
１０  送風路
１１  遮蔽板
１２  遮蔽板拡大部
１３  遮蔽板切り欠き部
【図１】
0004791160.tif 000002
【図２】
0004791160.tif 000003
【図３】
0004791160.tif 000004