(57)【要約】【課題】火炎が偏っている場合であっても燃焼状態の悪化を防止する。【解決手段】バーナ１中心部に燃料を噴射する燃料ノズル４・５、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズル８を設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズル８の燃焼用空気噴出口７から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域１０で混合して燃焼を行うバーナ１において、一部エアノズル８の燃焼用空気噴出口７は、他のエアノズル８の燃焼用空気噴出口７りも混合域１０に近くなるように設けている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ中心部に燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域で混合して燃焼を行うバーナにおいて、一部エアノズルの燃焼用空気噴出口は、他のエアノズルの燃焼用空気噴出口よりも混合域に近くなるように設けていることを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【請求項２】
バーナ中心部に燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域で混合して燃焼を行うバーナにおいて、一部のエアノズルでは、噴射する空気の噴射方向をバーナ中心軸方向へ傾けていることを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【請求項３】
バーナ中心部に燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域で混合して燃焼を行うバーナにおいて、一部のエアノズルは、バーナ中心軸側の側面を短くし、バーナ外周側の側面を長くしたくさび形であって、混合域側へと突出している筒状部を持ち、燃焼用空気噴出口は筒状部先端側で傾斜するかたちになるようにしていることを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、火炎の偏りによる燃焼不良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バーナを設けておき、蒸気必要量に応じて燃焼量の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６に示す。該ボイラのバーナは高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼制御を行うものである場合、バーナの中心軸近くに低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を設けておき、低燃焼時には低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射し、高燃焼時には低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射することで、燃料供給量を調節する。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の周縁部に設けたエアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射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。低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５は、燃焼室６へ向けて末広がりに燃料を噴射するものであり、微粒子の状態になった燃料は、バーナ先側の混合域で燃焼用空気噴出口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】
低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を持つバーナでは、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５を１つのノズルアダプタに並べて設置しておき、低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の中点が燃焼室６の中心軸に重なるように配置する。そのため、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した場合には、低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルは燃焼室中心軸からそれぞれ少しずつ外れることになる。
【０００４】
この場合、低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する高燃焼時には、燃焼室の中心軸と火炎の中心軸がほぼ重なる状態で燃焼を行うことができるが、低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料の噴射を行う低燃焼時には、バーナの中心軸から外れた位置で燃料を噴射するため、火炎の中心軸は燃焼室の中心軸から外れることになる。火炎が偏っていると燃焼状態が悪化するため、燃焼室壁面にすすが付着したり、ＣＯが発生することになっていた。
【０００５】
そのため、特願２００２−１０４６０９に記載しているように、低燃焼用燃料ノズルを燃焼室の中心軸に近付けることで、火炎の偏りを少なくすることが考えられた。しかしこの場合でも、低燃焼時及び高燃焼時の両方で火炎の偏りを完全になくすということはできなかった。
【０００６】
また、火炎が偏る原因は上記の理由に限られるものではなく、例えば燃焼室から燃焼ガスを排出する燃焼ガス出口が燃焼室の一方の側面にのみ設けている場合には、燃焼室内に燃焼ガス出口への流れができるため、火炎は燃焼ガス出口側へと偏ることになる。
【０００７】
【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、火炎の偏りはなくすことができないとしても燃焼状態の悪化を放置するわけにはいかないため、火炎が偏っている場合であっても燃焼状態の悪化を防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、バーナ中心部に燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域で混合して燃焼を行うバーナにおいて、一部エアノズルの燃焼用空気噴出口は、他のエアノズルの燃焼用空気噴出口よりも混合域に近くなるように設けていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、バーナ中心部に燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域で混合して燃焼を行うバーナにおいて、一部のエアノズルでは、噴射する空気の噴射方向をバーナ中心軸方向へ傾けていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、バーナ中心部に燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから噴射する燃料と、エアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気を、バーナの下流側にある混合域で混合して燃焼を行うバーナにおいて、一部のエアノズルは、バーナ中心軸側の側面を短くし、バーナ外周側の側面を長くしたくさび形であって、混合域側へと突出している筒状部を持ち、燃焼用空気噴出口は筒状部先端側で傾斜するかたちになるようにしていることを特徴とする。
【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は第１の実施例におけるバーナの断面斜視図、図２は図１のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図、図３は図１のバーナにおける底面斜視図、図４は第２の実施例におけるバーナの断面斜視図、図５は図４のバーナにおける底面斜視図である。
【００１２】
まず第１の実施例に基づいて説明する。ボイラは、中央に略円筒状の燃焼室６を持ち、燃焼室６の周囲を多数の水管で囲んでいる。燃焼室６の上部に、燃焼室の中心軸とバーナの中心軸が重なるようにバーナ１を設置し、燃焼室６に向けて下向きに火炎を発生するようにしておく。バーナ１には内筒２及び外筒３からなる２重の円筒を設け、内筒２内に低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル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で挟まれる環状領域を燃焼用空気通路９とし、燃焼用空気通路９の先にエアノズル８を設ける。
【００１３】
エアノズル８は先端側開口部を燃焼用空気噴出口７とした筒形状であって、環状の燃焼用空気通路９先端側に環状で等間隔に配置しており、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ようにしている。エアノズル８は、設置場所に応じて燃焼用空気通路９からバーナの先側へ突出する長さを異ならせており、図３においては、高燃焼用燃料ノズル５に近い側である左側３本のエアノズル８の突出長さを、他のエアノズル８よりも長くしている。
【００１４】
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燃料ノズル４へのみ燃料を供給することで低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射し、高燃焼の場合は低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方へ燃料を供給することで、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する。また、燃焼用空気の供給量も燃焼量に合わせて調節しており、低燃焼の場合は燃焼用空気通路９へ送る空気量を少なくすることで各エアノズル８から噴射する空気量を少なくし、高燃焼の場合は燃焼用空気通路９へ送る空気量を多くすることで各エアノズル８から噴射する空気量を多くする。燃料ノズルからの燃料は、ノズル先端の燃料噴射点から末広がりとなる燃料噴射面内の円錐状領域に噴射するものであり、エアノズルからの空気も徐々に拡散していくため、燃料ノズルから燃料を噴射し、エアノズルから空気を噴射すると、バーナ先側の混合域１０で燃料と空気が衝突しあい、燃料と空気は急速に混合する。
【００１５】
低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５は、ある程度の間隔をあけて設置する必要があるため、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の中間にバーナの中心軸が来るように配置している。そのため、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する高燃焼時には、バーナの混合域全体に燃料を噴射することになり、燃焼室の中心軸と火炎の中心軸がほぼ重なる状態で燃焼を行うこととなる。この場合、各エアノズル８と燃料噴射域外縁との距離はほぼ等しくなる。燃焼用空気噴出口７からの空気は拡散しながら下方へと流れており、燃焼用空気噴出口７からの距離が離れるほど拡散していくため、各エアノズル８から燃料噴射域までの距離が等しければ、各エアノズル８からの空気と燃料の混合状態はほぼ等しくなり、空気と燃料の混合状態にばらつきが生じて燃焼状態が悪化するということはない。
【００１６】
しかし、低燃焼時であって低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料噴射を行っている場合、燃料の噴射域はバーナ中心軸から低燃焼用燃料ノズル４側へずれることになる。燃料噴射域が低燃焼用燃料ノズル４側へずれている場合、高燃焼用燃料ノズル５側のエアノズル８から燃料噴射域外縁までの距離は、低燃焼用燃料ノズル４側のエアノズル８から燃料噴射域外縁までの距離よりも長くなる。エアノズル８から燃料噴射域までの距離が長くなると、燃焼用空気噴出口７から下方へ向けて噴射している空気流はより下流へと流れなければ燃料の噴射域内に入らなくなる。従来のバーナでは、各エアノズル８の長さは同じであって燃焼用空気噴出口７から燃料噴射域までの距離が異なるものであり、燃焼用空気噴出口７からの空気は、燃焼用空気噴出口７から離れるほど拡散していくため、低燃焼用燃料ノズル４に近い側のエアノズル８からの空気と、高燃焼用燃料ノズル５に近い側のエアノズル８からの空気は、燃料と衝突する部分での拡散状態が異なり、場所によって空気と燃料の混合状態にばらつきが生じて燃焼状態が悪化することになっていた。
【００１７】
本実施例では、高燃焼用燃料ノズル５に近い側の３本のエアノズル８を他のエアノズル８より長くしており、該エアノズル８の燃焼用空気噴出口７は混合域１０に近づけている。低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射している低燃焼の場合、高燃焼用燃料ノズル５側のエアノズル８から燃料噴射域中心軸までの距離は、低燃焼用燃料ノズル４側のエアノズル８から燃料噴射域中心軸までの距離よりも長くなるが、高燃焼用燃料ノズル５側のエアノズル８を長くしている分だけ、燃焼用空気噴出口７から燃料噴射域までの距離は短くなるため、燃料噴射域までの距離の差を小さくすることができる。燃焼用空気噴出口７から噴射している空気流の拡散は、燃焼用空気噴出口７からの距離によって定まり、燃焼用空気噴出口７から燃料噴射域までの距離が同じであれば、空気流の拡散状態は同じとなるため、各エアノズルからの空気と燃料との混合状態のばらつきは小さくなり、空気と燃料の混合状態にばらつきが生じることで燃焼状態が悪化するということがなくなる。
【００１８】
上記実施例では、エアノズル８の長さを異ならせることで、燃焼用空気噴出口７と燃料噴射域までの距離の差を小さくして、空気と燃料の混合状態にばらつきが生じることを防止したが、図４及び図５に記載している第２の実施例のように空気噴射方向を傾けることでも同様の効果を得ることができる。第２の実施例の場合、高燃焼用燃料ノズル５側に位置する３本のエアノズル８は、筒状部はバーナ中心軸側の側面を短くし、バーナ外周側の側面を長くしたくさび形にしている。くさび形にしたエアノズル８では、燃焼用空気噴出口７は傾斜した楕円形となる。この場合、エアノズル８内を下方へと流れてきた空気流は、燃焼用空気噴出口７から出る際に流れ方向が変化し、バーナの中心方向に傾いた流れに変化する。空気噴射方向が傾くことは、実際にくさび形のエアノズル８を用いたバーナで試験を行うことによって確認しており、空気噴射方向をバーナの中心方向へ変化させることで、空気流と燃料噴射面の交差角度が深くなり、空気流が燃料噴射域に達するまでの距離は短くなる。
【００１９】
低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射している低燃焼の場合、高燃焼用燃料ノズル５側のエアノズル８から燃料噴射域中心軸までの距離は、低燃焼用燃料ノズル４側のエアノズル８から燃料噴射域中心軸までの距離よりも長くなるが、高燃焼用燃料ノズル５側のエアノズル８をくさび形として空気噴射方向を変更することで、燃料噴射域までの距離の差を小さくすることができ、各エアノズルからの空気と燃料の混合状態がほぼ等しくなることで、空気と燃料の混合状態にばらつきが生じて燃焼状態が悪化するということを防止できる。
【００２０】
なお、エアノズル８自体を傾斜させて接続しても空気噴射方向を傾けることができるが、エアノズル８を傾斜させたバーナを製造する場合には手間が増加する。エアノズル８をくさび形としておき、エアノズル８自体は垂直に接続するようにすれば、バーナを容易に製造することができる。また、本実施例では燃料ノズルを複数設けていることで火炎が偏るバーナに基づいて説明したが、それ以外の原因で火炎が偏るバーナであっても同様であり、火炎が遠ざかる側のエアノズルを長くする、又はくさび形として空気噴射方向を傾けることによって、空気と燃料の混合状態にばらつきが生じて燃焼状態が悪化するということを防止できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明を実施することで、火炎の中心軸がバーナの中心軸から外れることのあるバーナであっても、火炎の燃焼状態が悪化することを防止でき、ＣＯやすすの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるバーナの断面斜視図
【図２】図１のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図
【図３】図１のバーナを底面から見た場合の斜視図
【図４】本発明の第２の実施例におけるバーナの断面斜視図
【図５】図４のバーナを底面から見た場合の斜視図
【図６】従来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  低燃焼用燃料ノズル
５  高燃焼用燃料ノズル
６  燃焼室
７  燃焼用空気噴出口
８  エアノズル
９  燃焼用空気通路
１０  混合域
【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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