(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧した燃料油を燃料噴霧ノズルへ供給し、燃料噴霧ノズルから燃料油を噴霧して燃焼を行う圧力噴霧バーナであって、燃料噴霧ノズルとして低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを設けておき、低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルの両方から噴霧した燃料で燃焼する高燃焼と、低燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧して燃焼する低燃焼を行う圧力噴霧バーナにおいて、高燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力を、低燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力よりも低くすることで、高燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径を、低燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径よりも大きくしたことを特徴とする噴霧燃料の平均粒径が異なる複数のノズルを備えたバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の噴霧燃料の平均粒径が異なる複数のノズルを備えたバーナにおいて、高燃焼用ノズルへ燃料を供給する高燃焼用燃料供給路の途中にオリフィスを設け、高燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力を、低燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力よりも低くすることで、高燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径を、低燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径よりも大きくしたことを特徴とする噴霧燃料の平均粒径が異なる複数のノズルを備えたバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、噴霧燃料の平均粒径が異なる複数のノズルを備えたバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加圧した燃料油を燃料噴霧ノズルへ供給し、燃料噴霧ノズルから燃料油を噴霧して燃焼を行う圧力噴霧バーナがある。該バーナにおいて、燃焼時の燃焼量を低燃焼と高燃焼の２段階とする場合、燃料噴霧ノズルとして低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを設けておき、低燃焼時には低燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧して燃焼を行い、高燃焼の場合は、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルの両方から燃料を噴霧することで燃料噴霧量を調節する。
【０００３】
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、低燃焼時には燃焼用空気供給量を少なくし、高燃焼時には燃焼用空気供給量を多くする。この時、燃焼用空気供給部の開口面積は燃焼量に関係なく一定であるため、燃焼用空気の供給量が多くなれば空気の流速が増加し、供給量が少なければ流速は低下する。空気の流速が増加すれば、燃料と空気の混合性が向上して気化と燃焼が促進されるため、高燃焼の場合は短時間で集中的に燃焼し、低燃焼の場合は緩慢な燃焼となる。
【０００４】
燃焼量が大きくなれば、熱負荷の高まりによって火炎温度が上昇し、さらに短時間で集中的に燃焼を行うことになるため、局所的な高温域が発生してＮＯｘ発生量が増加する傾向がある。逆に燃料量が小さくなれば、熱負荷の低下によって火炎温度が低下し、さらに緩慢な燃焼を行うことになるため、燃焼完結前に火炎温度が低下して燃焼反応が停止することで未燃分が発生し、スモークやＣＯの発生量が多くなる傾向がある。高燃焼の場合、未燃分の発生は少ないがＮＯｘ発生量が多くなり、逆に低燃焼の場合、ＮＯｘの発生は少ないが未燃分の発生が多くなるという傾向があるため、燃焼時の燃焼量を低燃焼と高燃焼の２段階とするバーナでは、高燃焼時のＮＯｘ抑制と低燃焼時の未燃分抑制のバランスがとれるように燃焼状態の設定を行う必要がある。
【０００５】
噴霧した燃料の燃焼に要する時間は、燃料噴霧ノズルから噴霧する燃料の粒径によって調節することができる。燃料噴霧ノズルが噴霧する燃料油の平均粒径を小さくすれば、燃料と空気の混合性が向上し、気化と燃焼に要する時間が短くなるため、火炎の燃焼に要する時間は短くなる。逆に噴霧燃料油の平均粒径を大きくすれば、燃料と空気の混合性は悪くなり、火炎の燃焼に要する時間は長くなる。
【０００６】
高燃焼におけるＮＯｘ発生量を少なくするために燃焼の進行を遅くするセッティングとすれば、低燃焼において未燃分の発生量が多くなり、低燃焼における未燃分発生量を少なくするために燃焼の進行を速くするセッティングとすれば、高燃焼においてＮＯｘの発生量が多くなるというトレードオフの関係にあるため、高燃焼時のＮＯｘ発生量を低減し、さらに低燃焼時の未燃分発生量を低減するということはできなかった。
【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、燃焼量の調節を行う圧力噴霧バーナにおいて、ＮＯｘ発生量を少なくし、かつ未燃分発生量も少なくすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、加圧した燃料油を燃料噴霧ノズルへ供給し、燃料噴霧ノズルから燃料油を噴霧して燃焼を行う圧力噴霧バーナであって、燃料噴霧ノズルとして低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを設けておき、低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルの両方から噴霧した燃料で燃焼する高燃焼と、低燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧して燃焼する低燃焼を行う圧力噴霧バーナにおいて、高燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力を、低燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力よりも低くすることで、高燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径を、低燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記の噴霧燃料の平均粒径が異なる複数のノズルを備えたバーナにおいて、高燃焼用ノズルへ燃料を供給する高燃焼用燃料供給路の途中にオリフィスを設け、高燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力を低燃焼用ノズルへ供給する燃料油の圧力よりも低くすることで、高燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径を、低燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
高燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径を低燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径より大きくすると、高燃焼時における噴霧燃料の平均粒径は低燃焼時における噴霧燃料の平均粒径よりも大きくなる。高燃焼の場合、燃焼用空気の流速が速いという点では燃焼に要する時間は短くなり、燃料油の平均粒径が大きいという点では燃焼に要する時間が長くなる。逆に低燃焼の場合、燃焼用空気の流速が遅いという点では燃焼に要する時間は長くなり、燃料油の平均粒径が小さいという点では燃焼に要する時間が短くなる。噴霧燃料の平均粒径を燃焼量によって異ならせることで、高燃焼時の燃焼を緩慢にすることと、低燃焼時の燃焼性を向上することができるため、低燃焼時の未燃分発生量を多くすることなく高燃焼時のＮＯｘ発生量を削減することができ、高燃焼時のＮＯｘ発生量を多くすることなく低燃焼時の未燃分発生量を削減することができる。
【００１２】
【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及び図２は本発明を実施しているバーナのフロー図であり、図１は高燃焼、図２は低燃焼の場合を示している。バーナは燃焼室１２の上部に設けており、燃焼室１２へ向けて下向きに火炎を発生する。バーナ内部には、燃焼室１２へ向けて燃料油を噴霧する低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を設けている。低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５へ燃料を供給する燃料供給路２は、途中で低燃焼用燃料供給路６及び高燃焼用燃料供給路７に分岐しており、低燃焼用ノズル４に低燃焼用燃料供給路６、高燃焼用ノズル５に高燃焼用燃料供給路７を接続する。燃料供給路２の分岐部よりも上流側にオイルポンプ３を設け、低燃焼用燃料供給路６の途中に低燃焼用燃料弁８、高燃焼用燃料供給路７の途中に高燃焼用燃料弁９を設け、高燃焼用燃料供給路７の高燃焼用燃料弁９よりも下流側にオリフィス１を設ける。また、燃焼室１２へ燃焼用空気を供給する送風機１０を設けておき、送風機１０と燃焼室１２をつなぐ送風路の途中に、ダンパの開度を変化させることで燃焼室１２への燃焼用空気供給量を調節する風量調節装置１１を設ける。
【００１３】
高燃焼を行う場合、低燃焼用燃料弁８と高燃焼用燃料弁９は両方とも開いておき、オイルポンプ３で加圧した燃料油を低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５へ送る。オイルポンプ３で加圧した燃料油を供給することで、低燃焼用燃料供給路６及び高燃焼用燃料供給路７と燃焼室１２の間には圧力差が発生するため、低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５に達した燃料油は、微細な粒子となって燃焼室１２へ噴霧される。
【００１４】
オイルポンプ３は低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５で共用しており、燃料油は低燃焼用燃料供給路６及び高燃焼用燃料供給路７を通し、それぞれと接続している低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５へ向かう。オイルポンプ３で加圧した後の燃料油の圧力は、低燃焼用ノズル４へ向かうものと高燃焼用ノズル５へ向かうものに差は無いが、低燃焼用燃料供給路６又は高燃焼用燃料供給路７を通り抜ける際には圧力が低下する。この時、高燃焼用燃料供給路７にはオリフィス１を設けており、オリフィス１で圧力損失が発生するため、低燃焼用燃料供給路６での圧力低下よりも高燃焼用燃料供給路７での圧力低下の方が大きくなる。例えばオイルポンプ３直後の油圧が0.15MPaであり、低燃焼用燃料供給路６を通過した後の低燃焼用ノズル４での油圧は0.10MPaであった場合、高燃焼用燃料供給路７を通過した後の高燃焼用ノズル５での油圧は0.07MPaとなる。
【００１５】
低燃焼用ノズル４へ供給する燃料の圧力は比較的高い圧力であるため、低燃焼用ノズル４を通過する燃料油の勢いは強く、低燃焼用ノズル４から噴霧する燃料油の平均粒径は小さくなる。それに対し、高燃焼用ノズル５へ供給する燃料の圧力は比較的低い圧力であり、圧力が低くなると高燃焼用ノズル５を通過する燃料油の勢いが弱まるために、高燃焼用ノズル５から噴霧する燃料油の平均粒径は大きくなる。
【００１６】
高燃焼の場合、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５の両方から噴霧した燃料で燃焼を行うため、高燃焼時における燃料油の平均粒径は低燃焼用ノズル４による燃料油の平均粒径より大きくなる。燃料油の平均粒径が大きくなると、燃料油の気化に時間がかかるために噴霧燃料油の燃焼は抑制されることになり、緩慢な燃焼を行うことになる。
【００１７】
また、風量調節装置１１は高燃焼用開度としておき、送風機１０から高燃焼用風量の燃焼用空気を燃焼室１２へ送る。燃焼用空気を燃焼室１２へ吹き込む部分の開口面積は、燃焼量に関係なく一定であるため、空気量の大きな高燃焼用風量とすると、燃焼室１２へ噴射する空気の流速は速くなる。燃焼室１２へ噴射する燃焼用空気の流速が速くなると、燃料と空気の混合性が向上して噴霧燃料油の燃焼は促進されることになり、燃焼速度は速くなる。
【００１８】
従来の高燃焼の場合、噴霧燃料油の平均粒径は低燃焼時と同じであり、燃焼用空気の流速が速いことによって燃焼が促進されるという作用のみであったため、燃焼は短時間で集中的に進行し、局所的な高温域が発生してＮＯｘ発生量が多くなっていた。しかし、高燃焼時における燃料油の平均粒径を低燃焼時よりも大きくすることで、燃焼を抑制する作用が発生し、従来に比べて燃焼が緩慢となるため、局所的な高温域が発生しなくなり、ＮＯｘ発生量を少なくすることができる。
【００１９】
低燃焼を行う場合、低燃焼用燃料弁８のみを開いておき、低燃焼用ノズル４から噴霧する燃料のみで燃焼を行う。低燃焼用燃料供給路６にはオリフィス１を設けていないため、低燃焼用ノズル４へ供給する燃料の圧力は比較的高いものとなり、低燃焼用ノズル４を通過する燃料油の勢いは強く、低燃焼用ノズル４から噴霧する燃料油の平均粒径は小さくなる。
【００２０】
低燃焼の場合は低燃焼用ノズル４から噴霧した燃料のみで燃焼を行うため、低燃焼時における燃料油の平均粒径は、高燃焼時の平均粒径はよりも小さくなる。燃料油の平均粒径が小さくなると、燃料油の気化に要する時間は短いため噴霧燃料油の燃焼は促進されることになり、燃焼速度は速くなる。
【００２１】
また、風量調節装置１１は低燃焼用開度としておき、送風機１０からは低燃焼用風量の燃焼用空気を燃焼室１２へ送る。燃焼用空気を燃焼室１２へ吹き込む部分の開口面積は、燃焼量に関係なく一定であるため、空気量の小さな低燃焼用風量とすると、燃焼室１２へ噴射する空気の流速は遅くなる。燃焼室１２へ噴射する燃焼用空気の流速が遅くなると、燃料と空気の混合性が悪くなるために噴霧燃料油の燃焼は抑制され、緩慢な燃焼を行うことになる。
【００２２】
高燃焼用燃料供給路７にオリフィス１を設けることで、高燃焼用ノズル５へ送る燃料油の圧力を調節し、高燃焼時における噴霧燃料油の平均粒径を低燃焼時よりも大きくしているため、高燃焼用ノズル５へ送る燃料油の圧力は上げずに低燃焼用ノズル４へ送る燃料油の圧力を上げることが可能となる。オイルポンプ３による燃料油の加圧を強め、低燃焼用ノズル４での燃料油圧力を高くすることで、低燃焼用ノズルから噴霧する燃料油の平均粒径を小さくすることができ、低燃焼時における未燃分の発生を抑制することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明を実施することで、高燃焼時におけるＮＯｘ発生量の削減と、低燃焼時における未燃分発生量の削減を行うことができ、ＮＯｘ発生量と未燃分発生量の両方を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施しているバーナの高燃焼時におけるフロー図
【図２】  本発明を実施しているバーナの低燃焼時におけるフロー図
【符号の説明】
１  オリフィス
２  燃料供給路
３  オイルポンプ
４  低燃焼用ノズル
５  高燃焼用ノズル
６  低燃焼用燃料供給路
７  高燃焼用燃料供給路
８  低燃焼用燃料弁
９  高燃焼用燃料弁
１０  送風機
１１  風量調節装置
１２  燃焼室
【図１】
0004067081.tif 000002
【図２】
0004067081.tif 000003