(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機器（２）の燃焼室（８）に設けられて前記燃焼室内に一次火炎（Ｆ）を形成する排気再燃バーナ（１０）であって、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射口（１６）を有すると共に前記燃焼室内に空気を噴出する空気噴射口（２８）を前記燃料噴射口の外側に同心状に且つ内燃機関（４）の排気ガスを主排気ガスとして噴出する主排気ガス噴射口（４４）を前記空気噴射口の外側に同心状にそれぞれ有するバーナスロート（１２）を備えた前記排気再燃バーナと、前記燃焼室に前記バーナスロートから離隔して設けられて前記内燃機関の排気ガスを副排気ガスとして噴出する副排気ガス噴射口（４６）と、前記内燃機関と前記主及び副排気ガス噴射口とをそれぞれ接続して前記内燃機関の排気ガスを前記主及び副排気ガス噴射口に分配する排気ガス路（４８）と、前記空気噴射口に接続されて前記空気を前記空気噴射口に供給する空気供給路（３０）と、前記排気ガス路に設けられて前記主及び副排気ガス噴射口から噴射される主及び副排気ガス噴射量（Ｑｅｍ，Ｑｅｓ）をそれぞれ調整する排気ガス調整器（５４，５６）と、前記空気供給路に設けられて前記空気噴射口から噴射される空気噴射量（Ｑａ）を調整する空気調整器（３４）と、前記排気ガス調整器及び前記空気調整器の作動を制御して前記主排気ガス及び前記空気に含まれる合算酸素量が前記燃料噴射口から噴射される燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の第１の所定範囲の倍率内に収まるように前記主排気ガス噴射量及び前記空気噴射量を調整する制御手段（３８，６０，７０）とを備えたことを特徴とする排気再燃バーナ装置。
【請求項２】
前記第１の所定倍の範囲は、０．８倍以上１．２倍以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の排気再燃バーナ装置。
【請求項３】
前記制御手段（３８，６０，７０）は、前記空気と前記主及び副排気ガスとに含まれる総酸素量が前記燃料噴射口（１６）から噴射される燃料の安定燃焼に必要な前記理論酸素量の前記第１の所定倍の範囲を超えるとき、前記排気ガス調整器（５４，５６）の作動を制御して前記合算酸素量が前記理論酸素量の前記第１の所定倍の範囲に収まるように前記副排気ガスを前記副排気ガス噴射口（４６）から前記燃焼室（８）内に噴射させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気再燃バーナ装置。
【請求項４】
前記制御手段（３８，６０，７０）は、前記空気調整器（３４）の作動を制御して前記空気の最低噴射量（Ｑａｌ）を前記燃料噴射口（１６）から噴射される燃料の安定燃焼に必要な前記理論酸素量の第２の所定倍の範囲に保持することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の排気再燃バーナ装置。
【請求項５】
前記第２の所定倍の範囲は、０．２倍以上０．５倍以下の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の排気再燃バーナ装置。
【請求項６】
前記制御手段（３８，６０，７０）は、前記空気と前記主及び副排気ガスとに含まれる総酸素量が前記燃料噴射口（１６）から噴射される燃料の安定燃焼に必要な前記理論酸素量の１．０５倍を下回るとき、前記空気調整器（３４）の作動を制御して前記総酸素量が前記理論酸素量の１．０５倍以上となるように前記空気噴射量（Ｑａ）を増加させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の排気再燃バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ等の熱機器の燃焼室内において燃料が燃焼するとき、この燃焼に使用される酸素源の一部として内燃機関の排気ガスを使用する、排気再燃バーナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気再燃バーナ装置は、熱機器としてのボイラの燃焼室内に一次火炎を形成する排気再燃バーナを備えており、この排気再燃バーナは、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射口に加えて、燃料噴射口の外側に空気噴射口を、そして空気噴射口の外側に排気ガス噴射口をそれぞれ有するバーナスロートを含んでいる。空気噴射口からは燃焼室内に空気が噴射され、排気ガス噴射口からは燃焼室内にガスエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関から供給される排気ガスが噴射されるようになっている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開平８−２００６１４号公報（図２）
【特許文献２】特開平７−１３９７１２号公報（図１ないし図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
排気ガス中の酸素濃度が１０〜１３％と低い内燃機関、例えば、希薄燃焼ガスエンジンやディーゼルエンジンにあっては、排気再燃バーナの排気ガス噴射口から燃焼室内に排気ガスのみを供給するだけでは、燃焼室内に噴射された燃料の良好な燃焼が不能となり、燃焼室内にて安定した一次火炎を得ることができない。
【０００４】
このため、排気ガス中の酸素濃度を燃料の安定燃焼に必要な濃度に高めるため、排気ガスに空気を混合する試みもなされてきた。しかしながら、内燃機関からの排気ガス中に含まれる酸素濃度を燃料の安定燃焼に必要な濃度に高めるためは、多量の空気を混合しなければならない。この結果、燃焼室に供給される総ガス量の増大を招き、熱機器での排気ガス損失が増加すると共に、燃焼室の室内温度を低下させてしまい、排熱の回収率、つまり、燃料を排気ガス中の酸素で燃焼させることによる利点が大幅に減少するという問題が生じた。
【０００５】
また、上述の特許文献１に記載の排気再燃バーナ装置は、一次火炎を空気のみにより形成するため、一次火炎形成のために必要な空気量が増大し、やはり熱機器での排気ガス損失が大きいという問題がある。
【０００６】
一方、内燃機関の負荷とボイラの負荷とが独立して変動するにも拘わらず、燃焼室への排気ガス量や空気量を適切に制御することが考慮されていないため、内燃機関やボイラの全運転領域にて噴射燃料の安定した燃焼を確保することができないという問題が発生する。すなわち、蒸気を大量に必要とするとき、エンジン負荷が小さいとエンジン排気ガス量が少ないため、必要な燃料を燃焼させるために必要な酸素量が不足する一方、蒸気を大量に必要としない場合やエンジン負荷が大きいときには、必要な燃料に対して排気ガス量が過剰となり、火炎温度が低下して最適な火炎が維持できなくなる。
【０００７】
また、燃焼室への排気ガス量や空気量を適切に制御されていないと、排気ガス中の一酸化炭素、未燃炭化水素等の大気汚染物質を増加させてしまうという問題も発生する。さらに、上述の特許文献２に記載の排気再燃バーナ装置では、内燃機関やボイラの負荷変動に対応するため、排気再燃バーナに構造上の改良を加えなければならないという問題がある
。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、内燃機関や熱機器の負荷変動にかかわりなく高温の安定した一次火炎を得ることができ、また、一酸化炭素や未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生を大幅に抑制することができると共に、燃焼室への空気供給量を必要最小限に抑制し、排熱の利用効率に優れる排気再燃バーナ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の排気再燃バーナ装置は、熱機器の燃焼室に設けられて燃焼室内に一次火炎を形成する排気再燃バーナであって、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射口を有すると共に燃焼室内に空気を噴出する空気噴射口を燃料噴射口の外側に同心状に且つ内燃機関の排気ガスを主排気ガスとして噴出する主排気ガス噴射口を空気噴射口の外側に同心状にそれぞれ有するバーナスロートを備えた排気再燃バーナと、燃焼室にバーナスロートから離隔して設けられて内燃機関の排気ガスを副排気ガスとして噴出する副排気ガス噴射口と、内燃機関と主及び副排気ガス噴射口とをそれぞれ接続して内燃機関の排気ガスを主及び副排気ガス噴射口に分配する排気ガス路と、空気噴射口に接続されて空気を空気噴射口に供給する空気供給路と、排気ガス路に設けられて主及び副排気ガス噴射口から噴射される主及び副排気ガス噴射量をそれぞれ調整する排気ガス調整器と、空気供給路に設けられて空気噴射口から噴射される空気噴射量を調整する空気調整器と、排気ガス調整器及び空気調整器の作動を制御して主排気ガス及び空気に含まれる合算酸素量が燃料噴射口から噴射される燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の第１の所定倍の範囲に収まるように主排気ガス噴射量及び空気噴射量を調整する制御手段とを備える。上記第１の所定倍の範囲は、０．８倍以上１．２倍以下の範囲であることが望ましい。上記のとおり、本発明においては、主排気ガス噴射口から噴射される内燃機関の排気ガスを主排気ガスと称し、副排気ガス噴射口から噴射される排気ガスを副排気ガスと称することにする。
【００１０】
本発明の排気再燃バーナ装置によれば、主排気ガス及び空気に含まれる合算酸素量が第１の所定倍の範囲に収まるように調整されているので、熱機器や内燃機関の負荷変動にかかわらず、一次火炎に必要な酸素が燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量に対して一定範囲の倍率で供給される。これにより高温の安定した一次火炎が形成され、また、一次火炎による一酸化炭素、未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生を大幅に抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、理論酸素量を中心とする理論酸素量の０．８倍以上１．２倍以下という極めて狭い範囲内で供給されるから、一次火炎は完全燃焼に近いものとなる。
【００１２】
上記制御手段は、空気と主及び副排気ガスとに含まれる総酸素量が燃料噴射口から噴射される燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の第１の所定倍の範囲を超えるとき、排気ガス調整器の作動を制御して上記合算酸素量が理論酸素量の第１の所定倍の範囲に収まるように副排気ガスを副排気ガス噴射口から燃焼室内に噴射させることが望ましい。
【００１３】
この場合、一次火炎の形成には余剰となる排気ガスの熱量がボイラ用入熱として利用され、内燃機関の排熱エネルギの回収効率が更に向上される。また、この余剰の排気ガスの酸素が二次燃焼に使用される結果、燃焼室内での一酸化炭素、未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生が一段と抑制される。さらに、副排気ガス噴射口はバーナスロートから離隔して設けられているので、副排気ガス噴射口から噴射される副排気ガスは一次火炎温度を下げることはなく、よってその安定形成を損なうことはない。また、主排気ガス噴射量が適正に保たれるから一次火炎温度が高温に保持され、火炎伝播速度が高く維持される。
【００１４】
上記制御手段は、空気調整器の作動を制御して空気の最低噴射量を燃料噴射口から噴射
される燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の第２の所定倍の範囲に保持することが望ましい。上記第２の所定倍の範囲は、０．２倍以上０．５倍以下の範囲であることが望ましい。このように、一定以上の空気噴射量を確保することにより、一次火炎の安定がさらに保証される。ここで、第２の所定倍の範囲が０．５倍を超えるとボイラ効率を悪化させ、０．２倍未満の場合には一次火炎の安定が図れないおそれが生ずる。
【００１５】
上記制御手段は、空気と主及び副排気ガスとに含まれる総酸素量が燃料噴射口から噴射される燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の１．０５倍を下回るとき、空気調整器の作動を制御して総酸素量が理論酸素量の１．０５倍以上となるように空気噴射量を増加させることが望ましい。これにより、内燃機関の負荷減少又は熱機器の負荷増大時にも、燃焼室内全体の酸素量を最適に保持することができ、二次燃焼も含めて完全燃焼に近いものが得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の排気再燃バーナ装置は、熱機器の燃焼室に設けられて燃焼室内に一次火炎を形成する排気再燃バーナであって、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射口を有すると共に燃焼室内に空気を噴出する空気噴射口を燃料噴射口の外側に同心状に且つ内燃機関の排気ガスを主排気ガスとして噴出する主排気ガス噴射口を空気噴射口の外側に同心状にそれぞれ有するバーナスロートを備えた排気再燃バーナと、燃焼室にバーナスロートから離隔して設けられて内燃機関の排気ガスを副排気ガスとして噴出する副排気ガス噴射口と、内燃機関と主及び副排気ガス噴射口とをそれぞれ接続して内燃機関の排気ガスを主及び副排気ガス噴射口に分配する排気ガス路と、空気噴射口に接続されて空気を空気噴射口に供給する空気供給路と、排気ガス路に設けられて主及び副排気ガス噴射口から噴射される主及び副排気ガス噴射量をそれぞれ調整する排気ガス調整器と、空気供給路に設けられて空気噴射口から噴射される空気噴射量を調整する空気調整器と、排気ガス調整器及び空気調整器の作動を制御して主排気ガス及び空気に含まれる合算酸素量が燃料噴射口から噴射される燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の第１の所定倍の範囲に収まるように主排気ガス噴射量及び空気噴射量を調整する制御手段とを備える。
【００１７】
したがって、内燃機関や熱機器の負荷変動にかかわりなく高温の安定した一次火炎を得ることができ、また、一酸化炭素や未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生を大幅に抑制することができると共に、燃焼室への空気供給量を必要最小限に抑制し、排熱の利用効率に優れるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、一実施例としての排気再燃バーナ装置を備えたシステムを示し、このシステムは熱機器としてのボイラ２と、ガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関４とを含む。
【００１９】
ボイラ２はボイラ本体６及び燃焼室８を有しており、燃焼室８の内壁に排気再燃バーナ１０が取り付けられている。排気再燃バーナ１０は燃焼室８内に一次火炎Ｆを形成し、この一次火炎Ｆにより燃焼室８内の温度を上昇させる。この結果、燃焼室８内の熱がボイラ本体６に伝達され、ボイラ本体６の一次蒸気圧が立ち上げられる。
【００２０】
上述の一次火炎Ｆを形成するため、排気再燃バーナ１０はバーナスロート１２を含んでおり、このバーナスロート１２は燃焼室８内に臨む噴射端面を有する。バーナスロート１２の中央部には管状の燃料インジェクタ１４が配置され、燃料インジェクタ１４はその一端に燃料噴射口１６を有する。この燃料噴射口１６から燃焼室８内に一次火炎Ｆのための燃料が噴射される。燃料噴射口１６はバーナスロート１２の噴射端面に配置される。
【００２１】
燃料インジェクタ１４の他端から燃料供給路１８が延び、燃料供給路１８は燃料源２０に接続されている。燃料供給路１８には電動型の流量調整弁２２が介挿され、流量調整弁
２２の開度は流量調整器２４により調整される。詳しくは、流量調整器２４は蒸気圧力調節器２５ａを介してボイラ本体６のボイラ圧力検出器２５に電気的に接続される。ボイラ圧力検出器２５がボイラ本体６の一次蒸気圧力を検出し、この検出した蒸気圧信号を蒸気圧力調節器２５ａに送信する。
【００２２】
流量調整器２４は、蒸気圧力調節器２５ａからの蒸気圧制御信号に基づいて流量調整弁２２の開度、即ち、燃料供給路１８を通して燃料インジェクタ１４の燃料噴射口１６から燃焼室８内に噴射されるべき燃料流量を調整し、ボイラ本体６の一次蒸気圧力を所定圧に維持する。
【００２３】
一方、バーナスロート１２は、その内部に燃料インジェクタ１４を外側から囲む中空の空気噴射筒２６を有し、空気噴射筒２６は燃料インジェクタ１４と同心状に配設され、燃料インジェクタ１４に沿って延びる。空気噴射筒２６はその一端に空気噴射口２８を有し、空気噴射口２８は燃料噴射口１６を外側から囲むようにして、バーナスロート１２の噴射端面に配置される。
【００２４】
空気噴射筒２６の他端から空気供給路３０が延び、この空気供給路３０は、外部の新鮮な空気の供給源としてのエアブロア３２に接続される。空気供給路３０にも電動型の流量調整ダンパ３４が介挿され、この流量調整ダンパ３４の開度は流量調整器３６により調整される。
【００２５】
詳しくは、流量調整器３６は比率設定器３８に電気的に接続され、比率設定器３８は流量検出器４０に電気的に接続される。この流量検出器４０は燃料供給路１８に配設され、燃料供給路１８内を流れる燃料量、即ち、燃料噴射口１６から燃焼室８内に噴射される燃料噴射量Ｑｆを検出し、この検出信号を比率設定器３８に送信する。
【００２６】
比率設定器３８は噴射燃料の安定燃焼に必要な理論空気量に対して、この理論空気量に０．２倍以上０．５倍以下の範囲内の比率Ｋａを乗算した空気噴射量Ｑａを最低噴射量Ｑａｌとして求める。そして、この空気の最低噴射量Ｑａｌに対応する信号を流量調整器３６に送信し、流量調整器３６は空気噴射量Ｑａｌが流量調整ダンパ３４を通して空気噴射筒２６の空気噴射口２８から燃焼室８内に噴射されるべく、流量調整ダンパ３４に向けて開度信号Ｓａを供給する。
【００２７】
上述の比率Ｋａは比率設定器３８に予め与えられた固定値、又は外部の図示しない設定回路から比率設定器３８に供給される変数である。
【００２８】
また、空気供給路３０は流量調整ダンパ３４の下流に流量検出器４０を備える。流量検出器４０は空気供給路３０内を流れる空気流量、すなわち空気噴射量Ｑａを検出し、この検出信号をフィードバック信号として流量調整器３６に供給する。これにより、流量調整器３６は流量調整ダンパ３４を介して、空気噴射量Ｑａを上述の空気噴射量Ｑａｌに正確に一致させることができる。
【００２９】
図１から明らかなように、上述の流量検出器４０はその検出信号（燃料噴射量Ｑｆ）をフィードバック信号として流量調整器２４にも供給しており、これにより、流量調整器２４は流量調整弁２２を介して燃料噴射量を正確に調整することができる。
【００３０】
さらに、バーナスロート１２にあっては、空気噴射筒２６の外側に排気ガス噴射筒４２を備えており、排気ガス噴射筒４２はその一端に主排気ガス噴射口４４を有する。主排気ガス噴射口４４は空気噴射口２８を外側から同心状に囲むようにして、バーナスロート１２の噴射端面に配置される。
【００３１】
また、燃焼室８の内壁にはバーナスロート１２の噴射端面を囲むように、複数の副排気ガス噴射口４６が備えられ、上述の主排気ガス噴射口４４及びこの副排気ガス噴射口４６は、内燃機関４から延びる排気ガス路４８にそれぞれ接続されている。詳しくは、排気ガス路４８の下流部位が主排気ガス路部５０及び副排気ガス路部５２に分岐され、これら主及び副排気ガス路部５０，５２が排気ガス噴射筒４２の他端（主排気ガス噴射口４４）及び副排気ガス噴射口４６に独立して接続される。
【００３２】
主及び副排気ガス路部５０，５２には電動型の流量調整ダンパ５４，５６がそれぞれ介挿され、これら流量調整ダンパ５４，５６の開度は流量調整器５８により独立して調整される。
【００３３】
詳しくは、流量調整器５８は比率設定器６０に電気的に接続され、比率設定器６０もまた上述の比率設定器３８と同様に、流量検出器４０から燃料噴射量Ｑｆに相当する検出信号を受け取る。比率設定器６０は、燃料噴射量Ｑｆを安定燃焼させるにあたり、上述の空気噴射量Ｑａｌ中の酸素量に対する不足分の酸素量を求め、この酸素量を含む排気ガス量を主排気ガス噴射量Ｑｅｍとし、主排気ガス噴射量Ｑｅｍに対応した信号を流量調整器５８に供給する。
【００３４】
主排気ガス路部５０は流量調整ダンパ５４の下流に流量検出器６２を備えており、流量検出器６２は主排気ガス路部５０を流れる主排気ガス量を検出し、この検出信号をフィードバック信号として流量調整器５８に供給する。従って、流量調整器５８は、主排気ガス路部５０及び排気ガス噴射筒４２内を通して、主排気ガス噴射口４４から燃焼室８内に主排気ガス噴射量Ｑｅｍが正確に噴射されるべく、流量調整ダンパ５４の開度を調整する。
【００３５】
具体的には、主排気ガスは噴射燃料の安定燃焼に必要な酸素量に対して３０〜１００％の酸素量を含み、この結果、主排気ガスと上述の空気とに含まれる合算酸素量が、内燃機関４及びボイラ２のすべての負荷変動範囲において、上述の安定燃焼に必要な理論酸素量の０．８〜１．２倍という極めて狭い範囲内に収められる。
【００３６】
ここで、主排気ガス噴射量Ｑｅｍを設定するにあたり、排気ガス中の酸素濃度が内燃機関の種類、運転負荷及び気温等の運転状態によって変化すると共に、空気の最低噴射量Ｑａｌが比率設定器３８での比率Ｋａにより変化することを考慮して、比率設定器６０には運転状態から推測されるか又は実際に測定した排気ガス中の酸素濃度Ｏｅ及び比率Ｋａがそれぞれ供給される。
【００３７】
一方、副排気ガス路部５２の流量調整ダンパ５６については、流量調整器５８は流量調整ダンパ５４の開度に対して流量調整ダンパ５６の開度を反比例させるべく調整するか、又は、流量調整ダンパ５６の開度を一定に保持するようにする。特に流量調整ダンパ５６の開度に関する反比例制御は、主及び副排気ガス路部５０，５２内の風圧バランスの影響により、流量調整ダンパ５４の開度と主排気ガス噴射量Ｑｅｍとが比例しない場合に有効となる。
【００３８】
ボイラ本体６から排気路６４が延び、燃焼室８内の燃焼ガスはボイラ本体６にて熱交換に利用された後、排気路６４を通して排気される。排気路６４には酸素濃度検出器６６が備えられ、この酸素濃度検出器６６は燃焼ガス中の酸素濃度を検出し、検出信号を酸素濃度調整器６８に供給する。酸素濃度調整器６８は燃焼ガスの酸素濃度が所定値に満たないとき、この所定値と酸素濃度との間の偏差に対応した流量調整ダンパ３４の開度信号Ｓｂをハイセレクタ７０に出力する。
【００３９】
ハイセレクタ７０は流量調整ダンパ３４と流量調整器３６との間に配設され、開度信号Ｓａと開度信号Ｓｂとを比較し、これら開度信号の内の大きい方を流量調整ダンパ３４に供給する。また、上述の酸素濃度調整器６８は燃焼ガスの酸素濃度を常時監視して、内燃機関４から燃焼室８内全体に供給される排気ガス量が不足しないようにする。酸素濃度調整器６８にて酸素濃度の比較に使用される所定値は、例えば３％に設定される。
【００４０】
これにより、燃焼室８内に噴射される空気と主及び副排気ガスとに含まれる総酸素量が、噴射された燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の１．０５以上に保持される。
【００４１】
次に、上述の排気再燃バーナ装置の作動について、図２を追加参照して説明する。内燃機関４の負荷が一定以上の運転状態にあるとき、その排気ガス中の酸素濃度は一定となる。このような状況にあるとき、空気噴射量Ｑａは、燃料の噴射量に基づいてその最低噴射量Ｑａｌに設定され、主排気ガス噴射量Ｑｅｍは、燃料の噴射量に基づいて空気噴射量Ｑａ１を考慮した値に設定される。
【００４２】
このとき、内燃機関４からの総排気ガス量が主排気ガス噴射量Ｑｅｍよりも十分に多ければ、バーナスロート１２の空気噴射口２８からの空気と主排気ガス噴射口４４からの主排気ガスとに含まれる合算酸素量は、内燃機関４及びボイラ２のすべての負荷変動範囲において、理論酸素量の０．８以上１．２以下という極めて狭い範囲内に収められているから、燃料噴射口１６から噴射される燃料は常に良好に燃焼される。この結果、排気再燃バーナ装置は、ボイラ２の運転状態に拘わらず、燃焼室８内に安定した一次火炎Ｆを形成し、燃焼室８内での一酸化炭素、未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生を大幅に抑制する。
【００４３】
また、上述の空気の最低噴射量Ｑａｌは、燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の０．２倍以上０．５倍以下の範囲に保持されている。このように、常に一定以上の空気噴射量を確保することにより、一次火炎の安定がさらに保証される。ここで、第２の所定倍の範囲が０．５倍を超えるとボイラ効率を悪化させ、０．２倍未満の場合には一次火炎の安定が図れないおそれが生ずる。
【００４４】
また、総排気ガス量が主排気ガス噴射量Ｑｅｍよりも多い場合、その余剰の排気ガスが副排気ガスとして副排気ガス噴射口４６から燃焼室８内に噴射される。この副排気ガスは、一次火炎Ｆによって燃焼した燃焼ガスよりも温度は低いが、ボイラ用入熱として利用できるので、内燃機関４の排熱エネルギを有効に回収することができる。
【００４５】
さらに、副排気ガスに含まれる酸素が燃料を二次燃焼させることになり、燃焼室８内での一酸化炭素、未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生が一段と抑制される。また、副排気ガス噴射口４６はバーナスロート１２から離隔して配置されているので、副排気ガス噴射口４６から噴射される余剰の排気ガスが一次火炎Ｆの温度を下げることはなく、よってこれを不安定にすることもない。また、主排気ガス噴射量Ｑｅｍが適正であるから一次火炎温度が高温に保持され、火炎伝播速度が高く維持される。
【００４６】
一方、内燃機関４の負荷が小さく、総排気ガス量が主排気ガス噴射量Ｑｅｍよりも少ない状況、つまり、バーナスロート１２の主排気ガス噴出口４４から燃焼室８内に実際に噴射される主排気ガス噴射量が上述のＱｅｍに満たない場合には、その分だけ噴射燃料の燃焼に対する酸素量が不足する。この場合、ボイラ本体６から延びる排気路６４内の燃焼ガスはその酸素濃度が所定値を下回るから、酸素濃度調整器６８から出力される開度信号Ｓｂが流量調整器３６からの開度信号Ｓａよりも大となる。このため、流量調整ダンパ３４の開度が増加され、空気噴射量Ｑａがその最低噴射量Ｑａｌよりも増加される。
【００４７】
したがって、内燃機関４の負荷減少時、あるいは熱機器の負荷増大時に、主排気ガス及び空気に含まれる合算酸素量を最適に保持することができ、一段と安定した一次火炎が得られる。
【００４８】
さらに、空気と主及び副排気ガスとに含まれる総酸素量が、燃料の安定燃焼に必要な理論酸素量の１．０５以上に調整されるから、排気再燃バーナ装置は、内燃機関の負荷減少時、あるいは熱機器の負荷増大時にも、燃焼室内全体の酸素量を最適に保持することができ、二次燃焼も含めて完全燃焼に近いものが得られる。
【００４９】
本発明は、上述の一実施の形態に制約されるものではなく、例えば、空気噴射量Ｑａや主及び排気ガス噴射量Ｑｅｍ，Ｑｅｓを制御するための手段は、図１に示した構成に限らず種々に変形可能であり、また、ボイラ以外の熱機器の燃焼室に対しても本発明の排気再熱バーナを適用できることは言うまでもない。
【００５０】
また、上述の実施の形態では、内燃機関４や熱機器（ボイラ２）のすべての負荷変動範囲において、上述のように極めて狭い範囲の厳格な酸素量制御を行なっている。これにより、常時高温の安定した一次火炎Ｆを得ることができ、また、一酸化炭素や未燃炭化水素等の大気汚染物質の発生を大幅に抑制すると共に、燃焼室８への空気供給量を必要最小限に抑制し、排熱の利用効率に格別に優れる排気再燃バーナ装置を実現している。ただし、内燃機関４や熱機器２の一部の負荷範囲において、このような酸素量制御を行なうことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】一実施例としての排気再熱バーナを備えたボイラ−内燃機関システムを示した概略図である。
【図２】理論酸素量に対する空気噴射量Ｑａ及び主排気ガス噴射量Ｑｅｍの割合を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
２  ボイラ（熱機器）
４  内燃機関
６  ボイラ本体
８  燃焼室
１０  排気再燃バーナ
１２  バーナスロート
１４  燃料インジェクタ
１６  燃料噴射口
１８  燃料供給路
２０  燃料源
２２  流量調整弁
２４  流量調整器
２５  ボイラ圧力検出器
２５ａ  蒸気圧力調節器
２６  空気噴射筒
２８  空気噴射口
３０  空気供給路
３２  エアブロア
３４  流量調整ダンパ（空気調整器）
３６  流量調整器
３８  比率設定器（制御手段）
４０  流量検出器
４２  排気ガス噴射筒
４４  主排気ガス噴射口
４６  副排気ガス噴射口
４８  排気ガス路
５０  主排気ガス路部
５２  副排気ガス路部
５４，５６  流量調整ダンパ（排気ガス調整器）
５８  流量調整器
６０  比率設定器（制御手段）
６２  流量検出器
６４  排気路
６６  酸素濃度検出器
６８  酸素濃度調整器
７０  ハイセレクタ（制御手段）
Ｆ  一次火炎
Ｋａ  比率
Ｏｅ  酸素濃度
Ｑｆ  燃料噴射量
Ｑａ  空気噴射量
Ｑａｌ  最低噴射量
Ｑｅｍ  主排気ガス噴射量
Ｑｅｓ  副排気ガス噴射量
Ｓａ，Ｓｂ  開度信号
【図１】
0004463220.tif 000002
【図２】
0004463220.tif 000003