(57)【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、バーナはバーナ中心軸付近に燃焼室内へ向けて末広がりに燃料を噴霧する低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルを配置し、バーナの周縁部に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及び高燃焼用ノズル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３位置燃焼制御油バーナであって、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを並べて配置しており、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを結ぶ線上であって、両ノズルの中点に当たるノズル中点と低燃焼用ノズルの間の点上にバーナ中心軸が来るように、高燃焼用ノズル及び低燃焼用ノズルを配置したことを特徴とする燃焼室壁面へ火炎が接触することを防止するボイラ。
【請求項２】
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、バーナはバーナ中心軸付近に燃焼室内へ向けて末広がりに燃料を噴霧する低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルを配置し、バーナの周縁部に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及び高燃焼用ノズル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３位置燃焼制御油バーナであって、バーナ周縁部に設ける燃焼用空気噴出口は、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを結ぶ線上であって、両ノズル間の中点よりも低燃焼用ノズル側にずれた点を円心とする円周上となるようにバーナ中心軸から偏心させて配置したことを特徴とする燃焼室壁面へ火炎が接触することを防止するボイラ。
【請求項３】
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、バーナはバーナ中心軸付近に燃焼室内へ向けて末広がりに燃料を噴霧する低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルを配置し、バーナの周縁部に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及び高燃焼用ノズル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３位置燃焼制御油バーナであって、高燃焼用ノズルよりも低燃焼用ノズルの方が燃焼室中心軸に近くなる様に、燃焼室中心軸とバーナ中心軸をずらしてバーナを設置したことを特徴とする燃焼室壁面へ火炎が接触することを防止するボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃焼室壁面へ火炎が接触することを防止するボイラ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、燃焼室の中央上部に高燃焼・低燃焼・停止の３段階で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高燃焼・低燃焼・停止の３位置で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７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の噴霧を行い、高燃焼時には低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルの両方から燃料の噴霧を行うことで、燃料噴霧量を調節し、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、バーナの周縁部に設けた燃焼用空気噴出口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。低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルは、バーナ中心軸付近から燃焼室へ向けて燃料を末広がりに噴霧するものであり、微粒子の状態になった燃料と、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を混合して燃焼する。
【０００３】
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、高燃焼時には両方のノズルから燃料を噴霧しているバーナの場合、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルは間隔を開けて配置しており、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルの中点が燃焼室の中心軸上になるように配置している。上記油バーナを設けたボイラにおいて、燃焼室内で火炎の偏りが発生し、火炎が燃焼室の壁面に接触することになると、燃焼室壁面では過熱や未燃分の付着が発生し、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る。そのため、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを結ぶ線の中点がバーナの中心軸上となるように、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを配置し、さらにバーナ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だけ離れるようにして、どちらかが大きく外れることのないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成としても火炎が燃焼室壁面に接触することがある。本発明が解決しようとする課題は、３位置燃焼制御を行う油焚きボイラにおいて、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。
【０００５】
【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、バーナはバーナ中心軸付近に燃焼室内へ向けて末広がりに燃料を噴霧する低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルを配置し、バーナの周縁部に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及び高燃焼用ノズル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３位置燃焼制御油バーナであって、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを並べて配置しており、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを結ぶ線上であって、両ノズルの中点に当たるノズル中点と低燃焼用ノズルの間の点上にバーナ中心軸が来るように、高燃焼用ノズル及び低燃焼用ノズルを配置したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２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、バーナはバーナ中心軸付近に燃焼室内へ向けて末広がりに燃料を噴霧する低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルを配置し、バーナの周縁部に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及び高燃焼用ノズル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３位置燃焼制御油バーナであって、バーナ周縁部に設ける燃焼用空気噴出口は、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを結ぶ線上であって、ノズル間の中点よりも低燃焼用ノズル側にずれた点を円心とする円周上となるようにバーナ中心軸から偏心させて配置したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３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、バーナはバーナ中心軸付近に燃焼室内へ向けて末広がりに燃料を噴霧する低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルを配置し、バーナの周縁部に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及び高燃焼用ノズル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３位置燃焼制御油バーナであって、高燃焼用ノズルよりも低燃焼用ノズルの方が燃焼室中心軸に近くなる様に、燃焼室中心軸とバーナ中心軸をずらしてバーナを設置したことを特徴とする。
【０００８】
低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを並べて設けている３位置燃焼制御の油バーナをボイラに搭載して試験を行ったところ、低燃焼時には火炎が燃焼室壁面へ接触することで燃焼性の低下が発生しても、高燃焼にすれば火炎が燃焼室壁面へ接触することによる燃焼性の低下は発生しないという現象が起きることが確認できた。この場合、低燃焼時の火炎が燃焼室壁面へ接触することを防ぐことにより、火炎が燃焼室壁面に接触することのないボイラを得ることができる。
【０００９】
低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを設けているバーナでは、図７に記載のように、燃焼用空気噴出口はバーナ中心軸を円心とした円周上に配置し、低燃焼用ノズルはバーナ中心軸上から外れた位置に設ける。この場合、右側の燃焼用空気噴出口１１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１１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８からずれている距離の２倍分だけ短くなっている。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出会う位置と、燃焼室内左側で燃料と燃焼用空気が出会う位置では、バーナ先端からの距離に差が生じる。燃焼は燃料と燃焼用空気の混合場所から始まるため、燃焼室内右側では早い段階で燃焼反応が開始され、燃焼室内左側では燃焼開始が遅れる。そのため、燃焼室内での火炎９は、早く燃焼を開始した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、燃焼の開始が遅れた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り、図右側の燃焼室壁面１０に火炎９が接触することがある。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、高燃焼用ノズルよりも低燃焼用ノズルの方が燃焼室中心軸に近くなるように、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルを配置しているため、低燃焼用ノズルから各燃焼用空気噴出口までの距離の差は小さくなり、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小さくなる。そのため、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】
請求項２に記載の発明によれば、円周上に配置している燃焼用空気噴出口をバーナ中心軸から偏心させて設けることにより、低燃焼用ノズルから各燃焼用空気噴出口までの距離の差は小さくなり、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小さくなる。そのため、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。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、高燃焼用ノズルよりも低燃焼用ノズルの方が燃焼室中心軸に近くなるように、バーナ自体を移動させているため、低燃焼時の火炎は従来よりも燃焼室の中央で燃焼することになる。燃焼室中心軸からずらして低燃焼用ノズルを設けていたために火炎から燃焼室壁面までの距離が短かった側では、バーナを移動した分だけ火炎と燃焼室壁面との距離が長くなるため、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなる。
【００１３】
なお、低燃焼用ノズルと各燃焼用空気噴出口１１の距離の差を小さくすれば、高燃焼用ノズルと各燃焼用空気噴出口１１の距離の差は大きくなり、低燃焼時の火炎が燃焼室中心に近くなるようにバーナを移動させれば、高燃焼時の火炎は燃焼室中心からずれることになる。しかし、高燃焼の場合は低燃焼時よりもバーナ差圧が高く、燃焼用空気の流速が速いため、燃料と燃焼用空気の混合性が向上し、燃焼が終了するまでに要する時間は短くなっている。火炎の燃焼終了が早くなれば、火炎の横方向への広がりは小さくなるため、高燃焼の場合には火炎が燃焼室壁面に接触することは発生しない。
【００１４】
【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、図２、図３は本発明の第１の実施例に関するものであり、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図、図３は図２のバーナ部分の底面図である。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１１を設けたバッフル板を設け、送風機（図示せず）からの燃焼用空気は燃焼用空気噴出口１１を通して燃焼室６へ送り込む。燃焼用空気噴出口１１は８個に分割して設けており、８個の燃焼用空気噴出口１１はバーナ中心軸８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ている。
【００１５】
バーナ１は燃焼室上部の中央に設けており、燃焼室中心軸７とバーナ中心軸８が重なるようにしておく。内筒２内には、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を並べて配置しており、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を結ぶ線上であって、両ノズルの中点に当たるノズル中点１２と低燃焼用ノズル４の間の点上にバーナ中心軸８が来るように、低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５を配置する。つまり、高燃焼用ノズル５よりも低燃焼用ノズル４の方がバーナ中心軸８に近くなるように低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を配置する。
【００１６】
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、低燃焼は高燃焼の半分の燃焼量に設定する。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、低燃焼時の燃焼用空気供給量も高燃焼時の燃焼用空気供給量の約半分になるように、燃焼用空気の供給も燃焼量に合わせて調節する。
【００１７】
高燃焼用ノズル５よりも低燃焼用ノズル４の方が燃焼室中心軸７に近くなるように、バーナ内で低燃焼用ノズル及び高燃焼用ノズルをバーナ中心軸８から偏心して配置しているため、低燃焼用ノズル４から各燃焼用空気噴出口１１までの距離の差は偏心させない場合に比べて小さくなる。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り、バーナ周縁部の燃焼用空気噴出口１１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バーナ下方であってバーナ先端から少し離れた位置で混合する。低燃焼用ノズル４から各燃焼用空気噴出口１１までの距離の差が小さくなると、バーナ先端から燃料と燃焼用空気混合位置までの距離の差も小さくなる。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。
【００１８】
図４及び図５は本発明の第２の実施例に関するものであり、図４はバーナの縦断面図、図５はバーナの底面図である。基本的な構成は先の実施例と同じであるため、重複する部分の説明は省略する。第２の実施例は、低燃焼用ノズル４及び高燃焼用ノズル５はノズル中点１２がバーナ中心軸８上になるように配置しており、燃焼用空気噴出口１１をバーナ中心軸８から偏心することで、低燃焼用ノズル４と各燃焼用空気噴出口１１の距離の差を小さくする点が、第１の実施例と異なる。
【００１９】
燃焼用空気噴出口１１はバーナ１周縁部に８個の開口を設けたものであり、低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５を結ぶ線上であって、ノズル中点１２と低燃焼用ノズル４の間の点を円心とする円周上に配置している。低燃焼用ノズル４と高燃焼用ノズル５は、両者を結ぶ線の中点であるノズル中点１２がバーナ中心軸８上になるように配置したままでも、燃焼用空気噴出口１１を移動させることで、低燃焼用ノズル４から各燃焼用空気噴出口１１までの距離の差を小さくすることができる。
【００２０】
低燃焼用ノズル４から各燃焼用空気噴出口１１までの距離の差が小さくなると、バーナ先端から燃料と燃焼用空気混合位置までの距離の差も小さくなる。円錐形に噴霧した燃料が、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。
【００２１】
図６は第３の実施例に関するものであって、ボイラの一部を抜き出した一部断面図である。第３の実施例では、高燃焼用ノズル５よりも低燃焼用ノズル４の方が燃焼室中心軸７に近くなる様にバーナ１の設置位置自体を移動させたものであり、燃焼室中心軸７とバーナ中心軸８をずらしてバーナを設置している。
【００２２】
高燃焼用ノズルよ５りも低燃焼用ノズル４の方が燃焼室中心軸７に近くなるように、バーナ自体を移動した場合、低燃焼用ノズル４も同様に移動することになるため、低燃焼時の火炎は従来よりも燃焼室６の中央で燃焼することになる。バーナ１を中央に設けていた場合、低燃焼時の火炎は燃焼室６内の低燃焼用ノズル４側で燃焼するため、燃焼室６の低燃焼用ノズル４側では火炎から燃焼室壁面１０までの距離が短くなっていた。しかし、バーナ１を移動したことによって火炎から燃焼室壁面１０までの距離が長くなり、火炎９が燃焼室壁面１０に接触することがなくなる。
【００２３】
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の約２倍であり、燃焼用空気噴出口１１の開口面積は一定であるため、空気の流速は約２倍となる。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。
【００２４】
低燃焼用ノズル４と各燃焼用空気噴出口１１の距離の差を小さくすると、高燃焼用ノズル５と各燃焼用空気噴出口１１の距離の差は大きくなり、低燃焼用ノズル４が燃焼室中心軸７に近くなるようにバーナを移動すると、高燃焼用ノズル５が燃焼室壁面１０に近くなる。しかし、高燃焼の場合は燃焼終了までの時間が短く、火炎の広がりは小さいため、高燃焼用ノズル５と各燃焼用空気噴出口１１の距離の差が少々広まっても、高燃焼時に火炎が燃焼室壁面１０に接触するほど火炎が広がることはなく、高燃焼用ノズル５側の火炎が燃焼室壁面１０に近づいたとしても高燃焼時に火炎が燃焼室壁面１０に接触することはない。火炎の横方向への広がりが小さい高燃焼の場合よりも、火炎の横方向への広がりが大きくなる低燃焼の場合に、火炎が燃焼室６中央で燃焼するように低燃焼用ノズル４を配置することで、低燃焼時と高燃焼時の両方で火炎が燃焼室壁面１０に接触することを防止することができる。
【００２５】
【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、燃焼室壁面に過熱や未燃分が付着することや、燃焼が不完全になることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１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図
【図３】  図２のバーナ部分の底面図
【図４】  本発明の第２実施例におけるバーナ部分の一部断面図
【図５】  図４のバーナ部分の底面図
【図６】  本発明の第３実施例におけるボイラの一部を抜き出した一部断面図
【図７】  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  低燃焼用ノズル
５  高燃焼用ノズル
６  燃焼室
７  燃焼室中心軸
８  バーナ中心軸
９  火炎
１０  燃焼室壁面
１１  燃焼用空気噴出口
１２  ノズル中点
【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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【図７】
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