(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部を閉塞すると共に他端部に燃焼ガス出口を設けた断面円形の燃焼室と，燃焼室の内周面に開口する油燃焼ガス噴出口と噴霧した油燃料を燃焼させる燃焼部とを備え、前記燃焼部に理論燃焼空気量未満の一次燃焼空気を供給しつつ油燃料を燃焼させると共に、発生した油燃焼ガスを前記油燃焼ガス噴出口から燃焼室内にその内周面の接線方向に噴出させる油燃焼ガス噴出ノズルと，前記油燃焼ガス噴出ノズルからの油燃焼ガス噴出領域より燃焼ガス出口側の領域において、燃焼室の内周面に開口する二次燃焼空気噴出口から燃焼室内にその内周面の接線方向に二次燃焼空気を噴出させる二次燃焼空気噴出ノズルと，前記油燃焼ガス噴出ノズルの少なくとも燃焼部周辺部分及び燃焼室を囲繞する被加熱媒体の貯留領域と，を具備したサイクロン形燃焼装置において、前記油燃焼ガス噴出ノズルが内径ｄ1の円筒形状をなすものであり、また、当該ノズルの燃焼部は油燃料を油燃焼ガス噴出口に向けて噴霧する油燃料噴霧器及びその噴霧口に対向する保炎板を具備するものであり、更に油燃焼ガス噴出口から保炎板までの距離Ｌ4が０．５ｄ1≦Ｌ4≦２ｄ1に設定されていると共に、前記一次燃焼空気が、保炎板を１２ｍ／ｓ以上の流速で通過するように油燃焼ガス噴出ノズルの燃焼部に供給されることを特徴とするサイクロン形燃焼装置。
【請求項２】
前記二次燃焼空気噴出ノズルが内径ｄ2の円筒形状をなすものであり、また、二次燃焼空気噴出口が、燃焼室の径方向であって二次燃焼空気の噴出方向に直交する方向において燃焼室の内周面から中心へと所定量Ｌ5（但し、Ｌ5は、０．２５ｄ2≦Ｌ5≦ｄ2の範囲内）偏倚した位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項３】
燃焼室の内周面に、複数の油燃焼ガス噴出口が開口されている請求項１又は請求項２に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項４】
燃焼室の内周面に、複数の二次燃焼空気噴出口が開口されている請求項１又は請求項２に記載するサイクロン形燃焼装置。
【請求項５】
油燃焼ガス噴出ノズルの内径ｄ1が燃焼室の内径Ｄの１／６を超えないように設定されている請求項１又は請求項２に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項６】
燃焼室の閉塞端から油燃焼ガス噴出口までの軸線方向距離Ｌ1がｄ1≦Ｌ1≦３ｄ1に設定されている請求項１又は請求項２に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項７】
油燃焼ガス噴出ノズルの燃焼部への一次燃焼空気供給量が、理論燃焼空気量の０．４〜０．８倍に設定されている請求項１又は請求項２に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項８】
二次燃焼空気噴出ノズルから燃焼室への二次燃焼空気供給量が、理論燃焼空気量の０．３倍以上であって、一次燃焼空気供給量との合計が理論燃焼空気量の１．１〜１．５倍となるように設定されており、二次燃焼空気が二次燃焼空気噴出口から２０ｍ／ｓ以上の流速で噴出される請求項１又は請求項２に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項９】
燃焼室の燃焼ガス出口が熱交換器を介して煙道に接続されている請求項１又は請求項２に記載のサイクロン形燃焼装置。
【請求項１０】
熱交換器が被加熱媒体の貯留領域に連通する複数の伝熱管で構成されている請求項９に記載のサイクロン形燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素成分を含有するＡ重油等の油燃料を使用するサイクロン形燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からも、ＮＯx の低減を図った燃焼装置として種々の形式のものが提案されている。しかし、その多くはガス燃料や窒素成分を含有しない灯油等の油燃料を使用するものであり、窒素成分を含有するＡ重油等の油燃料を使用する場合には、サーマルＮＯx に加えフューエルＮＯx の生成をも考慮する必要があることから、高負荷，低ＮＯx 燃焼を達成し得ないものであった。このため、Ａ重油等の油燃料を使用した高負荷，低ＮＯx 燃焼の実現が強く要請されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる要請に応えるべくなされたもので、窒素成分を含有するＡ重油等の油燃料を使用して、高負荷，低ＮＯx 燃焼を行うことができる実用的なサイクロン形燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明の請求項１に記載のサイクロン型燃焼装置は、一端部を閉塞すると共に他端部に燃焼ガス出口３１を設けた断面円形の燃焼室３と，燃焼室３の内周面に開口する油燃焼ガス噴出口４１ａと噴霧した油燃料１１を燃焼させる燃焼部４３とを備え、前記燃焼部４３に理論燃焼空気量未満の一次燃焼空気１２を供給しつつ油燃料１１を燃焼させると共に、発生した油燃焼ガスを前記油燃焼ガス噴出口４１ａから燃焼室３内にその内周面の接線方向に噴出させる油燃焼ガス噴出ノズル４１と，前記油燃焼ガス噴出ノズル４１からの油燃焼ガス噴出領域より燃焼ガス出口側３１の領域において、燃焼室３の内周面に開口する二次燃焼空気噴出口５１ａから燃焼室３内にその内周面の接線方向に二次燃焼空気１４を噴出させる二次燃焼空気噴出ノズル５１と，前記油燃焼ガス噴出ノズル４１の少なくとも燃焼部４３周辺部分及び燃焼室３を囲繞する被加熱媒体６の貯留領域６０と，を具備したサイクロン形燃焼装置において、前記油燃焼ガス噴出ノズル４１が内径ｄ1の円筒形状をなすものであり、また、当該ノズル４１の燃焼部４３は油燃料１１を油燃焼ガス噴出口４１ａに向けて噴霧する油燃料噴霧器４４及びその噴霧口に対向する保炎板４５を具備するものであり、更に油燃焼ガス噴出口４１ａから保炎板４５までの距離Ｌ4が０．５ｄ1≦Ｌ4≦２ｄ1に設定されていると共に、前記一次燃焼空気１２が、保炎板４５を１２ｍ／ｓ以上の流速で通過するように油燃焼ガス噴出ノズル４１の燃焼部４３に供給されることを特徴とするものである。
【０００５】
かかるサイクロン形燃焼装置にあっては、燃焼室の内周面に、複数の油燃焼ガス噴出口を開口しておくことが好ましく、更には、複数の二次燃焼空気噴出口を開口しておくことが好ましい。また、油燃焼ガス噴出ノズルが内径ｄ1の円筒形状をなすものであり、当該ノズルの燃焼部は油燃料を油燃焼ガス噴出口に向けて噴霧する油燃料噴霧器及びその噴霧口に対向する保炎板を具備するものであり、油燃焼ガス噴出口から保炎板までの距離Ｌ4が０．５ｄ1≦Ｌ4≦２ｄ1に設定されている。この場合において、一次燃焼空気は、保炎板を１２ｍ／ｓ以上の流速で通過するように、油燃焼ガス噴出ノズルの燃焼部に供給される。また、油燃焼ガス噴出ノズルが円筒形状をなすものであり、その内径ｄ1が燃焼室の内径Ｄの１／６を超えないように設定されていることが好ましい。また油燃焼ガス噴出ノズルが内径ｄ１の円筒状のものであり、燃焼室の閉塞端から油燃焼ガス噴出口までの軸線方向距離Ｌ1がｄ1≦Ｌ1≦３ｄ1に設定されていることが好ましい。油燃焼ガス噴出ノズルの燃焼部への一次燃焼空気供給量が、理論燃焼空気量の０．４〜０．８倍に設定されていることが好ましい。また、二次燃焼空気噴出ノズルから燃焼室への二次燃焼空気供給量が、理論燃焼空気量の０．３倍以上であって、一次燃焼空気供給量との合計が理論燃焼空気量の１．１〜１．５倍となるように設定されており、二次燃焼空気が二次燃焼空気噴出口から２０ｍ／ｓ以上の流速で噴出されることが好ましい。また、二次燃焼空気噴出ノズルが内径ｄ2の円筒形状をなすものであり、二次燃焼空気噴出口が、燃焼室の径方向であって二次燃焼空気の噴出方向に直交する方向において燃焼室の内周面から中心へと所定量Ｌ5（０．２５ｄ2≦Ｌ5≦ｄ2）偏倚した位置に配置されている。また、燃焼室の燃焼ガス出口が熱交換器を介して煙道に接続されていることが好ましい。この場合において、熱交換器が被加熱媒体の貯留領域に連通する複数の伝熱管で構成されていることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて具体的に説明する。なお、以下の説明において、前後とは図１における左右を意味するものとする。
【０００７】
本発明に係るサイクロン形燃焼装置１は、図１〜図４に示す如く、本体ケース２と火炉たる燃焼室３と油燃焼ガス噴出機構４と二次燃焼空気噴出機構５とを具備する温水ヒータに構成されている。
【０００８】
本体ケース２は、図１及び図２に示す如く、箱状をなす金属板壁構造のものであり、所定量の被加熱媒体たる熱媒水６１が貯溜されている。また、この熱媒水６１の貯溜領域（以下「熱媒水貯留領域」という）６の上方空間は、所定圧に減圧した減圧領域７とされている。なお、減圧領域７には、通常の温水ヒータと同様に、給湯，暖房等のための温水循環路（図示せず）が配置されている。
【０００９】
燃焼室３は、図１〜図３に示す如く、後端部を燃焼ガス出口３１として開放した炉筒構造をなすものであり、円筒状の周壁３２とその前端部を閉塞する円板状の端壁３３とからなる金属板製のものである。燃焼室３は、その軸線を水平とした状態で且つ端壁３３を本体ケース２の前壁２１から所定量離間させた状態で、熱媒水貯溜領域６に浸漬配置されている。すなわち、周壁３２及び端壁３３は、その全面が熱媒水６１に接触する伝熱壁に構成されており、熱媒水６１との熱交換により冷却されるようになっている。なお、端壁３３は、適宜のステー（図示せず）により本体ケース２の前壁２１に取り付けられている。
【００１０】
燃焼室３の燃焼ガス出口３１は、熱交換器８を介して煙道９に連通接続されている。すなわち、熱交換器８は、図１及び図２に示す如く、燃焼室３の後方に位置して熱媒水貯溜領域６に浸漬配置されており、燃焼室３の燃焼ガス出口３１に接続された角筒状の周壁８１とその上下端部に貫通支持された複数本の伝熱水管８２…とからなる。各伝熱水管８２は上下方向に延びており、その上下端部は熱媒水貯溜領域６に開口されている。伝熱水管８２…は、図２に示す如く、千鳥状に配置されており、周知のように、伝熱水管相互の間隔（ピッチ）を燃焼ガス出口３１から後方に向かうに従って小さくなるように設定すると共に、後方側の伝熱水管８２の外周面には適宜形状のフィン８３…が取り付けられている。この熱交換器８４の後端部には、金属筒で構成される煙道９が連通接続されている。燃焼室３で発生した燃焼ガス１５は燃焼ガス出口３１から伝熱水管８２，８２間を通過して煙道９に排出されるが、各伝熱水管８２内の熱媒水６１は燃焼ガス１５との熱交換により加熱され、自然循環せしめられる。
【００１１】
油燃焼ガス噴出機構４は、図１〜図３に示す如く、一対の油燃焼ガス噴出ノズル４１，４１と、各ノズル４１の基端部に接続された一次燃焼空気供給管４２，４２とを具備する。
【００１２】
各油燃焼ガス噴出ノズル４１は、油燃焼ガス１３を遅速部分や淀み部分を生じさせることなく円滑に流動させ得る断面形状の金属パイプで構成されており、この例では断面円形のものとされている。各油燃焼ガス噴出ノズル４１の内径ｄ1 は燃焼室３の内径（周壁３２の内径）Ｄに応じて適宜に設定される。一般には、油燃焼ガス噴出ノズル４１の内径ｄ1 は、後述するサイクロン燃焼を効果的に行うために、ｄ1 ＜Ｄ／６の範囲で設定しておくことが好ましい。
【００１３】
両油燃焼ガス噴出ノズル４１，４１の先端開口部である油燃焼ガス噴出口４１ａ，４１ａは、図１〜図３に示す如く、燃焼室３の閉塞端である端壁３３から後方に所定量Ｌ1 離間した位置であって燃焼室３の径方向に対向する位置において、後述する油燃焼ガス１３を燃焼室３の内周面に対する接線方向に噴出させうる形態で且つその噴出方向が燃焼室３の周方向において同一となる形態で、燃焼室３の内周面つまり周壁３２の内周面に開口されている。各油燃焼ガス噴出ノズル４１の内周面と周壁３２の内周面とは、図３に示す如く、面一状に連なっている。端壁３３と油燃焼ガス噴出口４１ａとの軸線方向距離Ｌ1 は、油燃焼ガス噴出口４１ａの径つまり油燃焼ガス噴出ノズル４１の内径ｄ1 に応じて設定されるが、後述するサイクロン燃焼が効果的に行われるように、特に、端板３３と油燃焼ガス噴出口４１ａとの間に油燃焼ガス１３の再循環域が形成されるように、ｄ1 ≦Ｌ1 ≦３ｄ1 となるように設定しておくことが好ましい。
【００１４】
各ノズル４１の先端部には、油燃料１１を噴霧，燃焼させて、その燃焼ガスである油燃焼ガス１３を油燃焼ガス噴出口４１ａから燃焼室３内に噴出させる燃焼部４３が設けられている。燃焼部４３は、図３に示す如く、油燃料１１を油燃焼ガス噴出口４１ａに向けて噴霧する油燃料噴霧器４４と、その下流側（ノズル４１の先端側）において油燃料噴霧器４４の噴霧口に対向して配置された保炎板４５と、噴霧器４４から噴霧された油燃料（以下「噴霧油滴」という）に着火させる点火電極（先端部のみ図示）４６と、油燃料噴霧器４４の上流側（ノズル４１の基端側）に配設された複数枚の整流板４７…とを具備する。油燃料噴霧器４５は、油燃焼ガス噴出ノズル４１の中心部に配置されたノズル構造をなすものであり、通常、平均粒径５０μｍ程度の噴霧油滴を噴出する。油燃料噴霧器４５には、油燃焼ガス噴出ノズル４１の基端閉塞板４１ｂを貫通し且つ油燃焼ガス噴出ノズル４１の中心部を通過する油燃料供給管４４ａが接続されている。油燃料１１としては、窒素成分を含有するもの、この例ではＡ重油が使用されている。なお、油燃料噴霧器４４としては、燃焼制御が比例制御である場合、戻り燃焼方式のものが使用される。保炎板４５は円環状板で構成されたもので、火炎を安定保持させる機能を発揮させるものである。この保炎板４５は、油燃焼ガス噴出口４１ａから所定量Ｌ4 隔たった位置に配して、油燃料噴霧器４４に取り付けられている。保炎板４５から油燃焼ガス噴出口４１ａまでの距離Ｌ4 は、保炎板４５による火炎安定機能を有効に発揮させるために、油燃焼ガス噴出ノズル４１の内径ｄ1 に応じて設定しておくことが好ましく、具体的には０．５ｄ1 ≦Ｌ4 ≦２ｄ1 の範囲で適宜に設定しておくことが好ましい。なお、油燃料噴霧器４４と保炎板４５との間隔は、通常、５〜７ｍｍに設定しておくことが好ましい。整流板４７…は、図３に示す如く、一次燃焼空気供給管４２の接続箇所と噴霧器４４との間に配して、油燃焼ガス噴出ノズル４１の内周面と油燃料供給管４４ａの外周面との間に放射状に配置されている。整流板４７…は、油燃焼ガス噴出ノズル４１の軸線と平行する状態で配置されており、一次燃焼空気供給管４２から燃焼部４３に供給される一次燃焼空気１２を整流するようになっている。なお、整流板４７…を、油燃焼ガス噴出ノズル４１の軸線に対して１０〜４０°の傾斜をなすように配置して、一次燃焼空気１２を旋回流をなして燃焼部４３に供給させるようにしてもよい。なお、油燃焼ガス噴出ノズル４１の基端閉塞板４１ｂには、安全対策上、火炎状態を検出する火炎検出器４８が設けられている。
【００１５】
各油燃焼ガス噴出ノズル４１の少なくとも燃焼部４３の周辺部分は、図３に示す如く、熱媒水貯溜領域６に浸漬されており、熱媒水６１によって冷却されるようになっている。すなわち、燃焼部４３を冷却することにより、噴霧油滴の着火による（火炎による）ノズル４１の焼損を防止すると共に、火炎温度を低下させるように工夫されている。特に、火炎温度の低下により、複数の油燃焼ガス噴出口４１ａ，４１ａから油燃焼ガス１３を燃焼室３内に噴出させること及び後述する如く理論燃焼空気量以下の条件で還元燃焼させることとも相俟って、ＮＯx の発生が効果的に抑制される。
【００１６】
一次燃焼空気供給管４２は、理論燃焼空気量より少ない量の一次燃焼空気１２を燃焼部４３に供給させるものである。具体的には、一次燃焼空気１２の燃焼部４３への供給量は、理論燃焼空気量の０．４〜０．８倍に設定しておくこと、つまり理論燃焼空気に対する空気比が０．４〜０．８となるように設定しておくことが好ましい。かかる一次燃焼空気１２の供給により、燃焼部４３においては、油燃料１１が還元燃焼され、ＮＯx の発生が抑制されるのである。また、一次燃焼空気１２の流速は、保炎板４５の下流側に一次燃焼空気１２による強い再循環域が形成されるように、設定しておくことが好ましい。具体的には、一次燃焼空気１２は、保炎板４５を１２ｍ／ｓ以上の流速で通過するように、燃焼部４３に供給されることが好ましい。
【００１７】
二次燃焼空気噴出機構５は、図１、図２及び図４に示す如く、燃焼室３の周壁３２に一対の二次燃焼空気噴出ノズル５１，５１を取り付けて、油燃焼ガス１３の噴出領域より下流側（燃焼ガス出口側たる後方側）において二次燃焼空気１４を燃焼室３に噴出させるように構成されている。各二次燃焼空気噴出ノズル５１は、断面円形の金属パイプで構成されている。両ノズル５１，５１の先端開口部である二次燃焼空気噴出口５１ａ，５１ａは、図１に示す如く、油燃焼ガス噴出口４１ａから後方に所定量Ｌ2 離間した位置であって燃焼室３の径方向に対向する位置において、二次燃焼空気１４を燃焼室３の内周面に対する接線方向に噴出させうる形態で且つその噴出方向が燃焼室３の周方向において油燃焼ガス噴出方向と同一となる形態で、燃焼室３の内周面つまり周壁３２の内周面に開口されている。二次燃焼空気噴出口５１ａの軸線方向位置は、油燃焼ガス噴出口４１ａの下流側であればよく、Ｌ2 ＞０であればよい。また、各二次燃焼空気噴出口５１ａは、図４に示す如く、燃焼室３の径方向であって二次燃焼空気１４の噴出方向に直交する方向において燃焼室３の内周面から中心へと所定量Ｌ5 偏倚した位置に配置されている。この偏倚量Ｌ5 は、後述するように油燃焼ガス１３のサイクロン流れと二次燃焼空気１４のサイクロン流れとが良好に混合されるように、二次燃焼空気噴出口５１ａの口径つまり二次燃焼空気噴出ノズル５１の内径ｄ2 に応じて設定される。具体的には、０．２５ｄ2 ≦Ｌ5 ≦ｄ2 に設定しておくことが好ましい。なお、二次燃焼空気噴出ノズル５１の内径ｄ2 は、一般に、油燃焼ガス噴出ノズル４１の内径ｄ1 と略同一に設定される。また、燃焼室３の軸線方向における二次燃焼空気噴出口５１ａと燃焼ガス出口３１との距離Ｌ3 は、後述するサイクロン燃焼が良好に行われるように、燃焼室３の内径Ｄに応じて適宜に設定しておくことが好ましい。
【００１８】
全二次燃焼空気噴出ノズル５１，５１から燃焼室３への二次燃焼空気供給量は、全一次燃焼空気供給管４２，４２から燃焼室３に供給される空気量との合計が理論燃焼空気量の１．１〜１．５倍となることを条件として、理論燃焼空気量の０．３倍以上に設定される。また、各二次燃焼空気噴出口５１ａから噴出される二次燃焼空気１４の流速は、油燃焼ガス１３の噴出速度より大きく設定しておくことが好ましく、具体的には、２０ｍ／ｓ以上となるように設定しておくことが好ましい。二次燃焼空気１４の噴出速度が２０ｍ／ｓ未満の場合には、油燃焼ガス１３との混合等によるサイクロン燃焼作用が良好に行われないからである。なお、油燃焼ガス噴出口４１ａはＮＯx の生成抑制効果を発揮させる上で、複数設けておくことが好ましいが、二次燃焼空気噴出口５１ａについては一つのみでもよい。
【００１９】
以上のように構成されたサイクロン形燃焼装置１によれば、次のような２段燃焼且つサイクロン燃焼が行われ、高負荷，低ＮＯx 燃焼を実現することができる。
【００２０】
すなわち、各油燃焼ガス噴出ノズル４１の燃焼部４３においては、油燃料噴霧器４４から噴霧された油燃料（噴霧油滴）１１が着火，燃焼され、その燃焼ガスたる油燃焼ガス１３が各油燃焼ガス噴出口５１ａから燃焼室３に供給される。このとき、火炎は、保炎板４５による保炎機能により、その下流側に燃焼ガス１３の強い再循環が形成されることとも相俟って、安定に保持される。また、燃焼部４３の周辺部分が熱媒水６１によって冷却されることから、火炎温度が低下し、理論燃焼空気量以下の還元燃焼であることとも相俟って、ＮＯx の生成が効果的に抑制される。また、燃焼部４３に供給される一次燃焼空気量が、理論燃焼空気量より少ないため、還元物質を含んだ中間生成物の生成，余剰の噴霧油滴１１の気化が促進されつつ、良好な燃焼が行われる。
【００２１】
そして、噴霧油滴１１の燃焼により発生する燃焼ガスつまり油燃焼ガス１３は、各油燃焼ガス噴出口４１ａから燃焼室３の内周面の接線方向に高速で噴出され、燃焼室３内にその内周面に沿う旋回流つまりサイクロン流れを形成しつつ燃焼ガス出口３１へと流動する。このとき、油燃焼ガス１３の一部１３ａは端壁３３に向かって流れ、油燃焼ガス噴出口４１ａの前方側（端壁３３側）に再循環域を形成する。この領域においては、供給空気に相当する燃焼は行われるが、燃焼の中間生成物も多く生成される。特に、ＣＯ，Ｈ2 ，ＣＨラジカル等の還元物質が生成される。
【００２２】
同時に、各二次燃焼空気噴出口５１ａから二次燃焼空気１４が噴出されて、これが油燃焼ガス１３のサイクロン流れ中に供給される。このとき、二次燃焼空気１４も油燃焼ガス１３と同様のサイクロン流れをなして、燃焼ガス出口３１へと向かう。その結果、油燃焼ガス１３と二次燃焼空気１４とがサイクロン流れを形成しつつ混合され、生成したＮＯx を還元，抑制しつつ、油燃焼ガス１３を二次燃焼（２段燃焼）させる。その燃焼ガス（二次燃焼ガス）１５は、燃焼ガス出口３１から熱交換器８を通過して煙道９へと排出される。この間においては、燃焼ガス温度が低く、問題となるようなＮＯx の生成はない。このように、ＮＯx 生成の大きな割合を占める空気中の窒素成分によるサーマルＮＯx は、２段燃焼によるピーク燃焼温度の抑制ないし熱媒水６１による吸熱作用により、燃焼温度が抑制され、これによってＮＯx の生成が抑制される。また、サイクロン流れのため、燃焼室３内の中心部にはその外周部分のサイクロン流れによる負圧領域が形成されて、燃焼ガス１５の一部１５ａは上流側に戻される。すなわち、上流側に戻される燃焼ガス１５ａによる自己排ガス再循環作用が生じ、この作用によりＮＯx 生成がより効果的に抑制される。
【００２３】
このようにして、サイクロン形燃焼装置１によれば、窒素成分含有の油燃料であるＡ重油を使用した高負荷燃焼にあっても、ＮＯx の生成が極めて効果的に抑制される。例えば、Ａ重油には一般に０．０２〜０．０７ｗｔ％の窒素成分が含まれているが、かかるＡ重油を燃焼させた場合、その燃焼条件等によって多少異なるものの、一般的な燃焼によっては、含有窒素分の約８０％がＮＯx に変換され、空気比１．３で約１０ｐｐｍｌ／０．０１Ｎ分程度のフューエルＮＯx が生成される。しかし、上記した如く２段燃焼とサイクロン燃焼とを組み合わせた燃焼方式によれば、Ａ重油を燃焼させた場合にも、ＮＯx の生成を大幅に低減することができる。しかも、一般に、２段燃焼を行う場合において、二次燃焼部は下流側の方がＮＯx 低減効果は大きいとされるが、サイクロン流れで軸線方向の一次燃焼部に近接した箇所において二次燃焼空気１４を供給できるため、燃焼装置全体の小型化を容易に図ることができる。
【００２４】
以上のように、上記構成をなすサイクロン形燃焼装置１によれば、▲１▼２段燃焼による一次燃焼領域での還元物質の生成によりＮＯx が還元されること、▲２▼２段燃焼における最高燃焼温度が低減されることによりＮＯx が抑制されること、▲３▼ＮＯx の生成が大きい燃焼開始部（燃焼部４３）をノズル４１内に配して、その燃焼部４３を熱媒水６１により冷却させるようにしたから、▲２▼の火炎温度低減と相俟って、ＮＯx の生成が極めて効果的に抑制されること、及び▲４▼サイクロン流れによる燃焼ガス１５ａの自己循環作用によりＮＯx の生成が抑制されることから、窒素成分を含有する油燃料（Ａ重油）１１を使用した高負荷燃焼で低ＮＯx ，低ＣＯ（完全燃焼）燃焼を達成することができるのである。
【００２５】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００２６】
本発明に係るサイクロン形燃焼装置は、特に、小容量の温水ヒータ，ボイラ等に適用して好適なものであり、例えば、上記した温水ヒータの他、図５に示す如き煙管式ボイラに適用することができる。図５に示すサイクロン形燃焼装置１０は、以下の点を除いて、前記したサイクロン形燃焼装置１と同一構造をなすものであり、これと同一構成をなす部分については、図５に図１〜図４と同一符号を付することにより、その説明を省略する。
【００２７】
すなわち、本体ケース２０は、円筒状をなす金属板壁構造のものであり、内部には被加熱媒体たる缶水６２の貯溜領域（以下「缶水貯溜領域」という）６０が形成されている。缶水貯溜領域６０の上部空間は蒸気発生領域７１とされている。燃焼室３０は、前記燃焼室３と同様構造をなすものであり、前端部を閉塞された円筒状の周壁３２を有し、その後端部を燃焼ガス出口３１とした金属板製のものである。すなわち、燃焼室３０は、その軸線を水平とした状態で缶水貯溜領域６０に浸漬配置されており、その周壁３２及び端壁３３は缶水６２との熱交換により冷却される伝熱壁に構成されている。また、燃焼室３０の周壁３２には、前記したと同様構成をなす各一対の油燃焼ガス噴出ノズル４１，４１及び二次燃焼空気噴出ノズル５１，５１が取り付けられている。燃焼室３０の燃焼ガス出口３１と煙道９０との間に配設される熱交換器８０は、燃焼室３０の側方に位置して前後方向に水平に延びる複数の煙管８４…を缶水貯溜領域６０に浸漬配置し、これらの煙管８４…の後端部を連通室８５を介して燃焼ガス出口３１に連通接続すると共に当該煙管８４…の前端部を煙道９０に連通させてなる。燃焼ガス１５は、燃焼ガス出口３１から煙管８４…を経て煙道９０に排出される間において、被加熱媒体である缶水６２との間で熱交換されるように構成されている。
【００２８】
また、複数の油燃焼ガス噴出口４１ａ…を燃焼室３，３０の内周面に開口させておく場合、それらの油燃焼ガス噴出口４１ａ…を、上記した如く、燃焼室３，３０の内周方向に並列させておく他、燃焼室３，３０の軸線方向に並列させておいてもよい。すなわち、油燃焼ガス噴出口４１ａ及び二次燃焼空気噴出口５１ａの数，配置等の油燃焼ガス噴出条件は、燃焼室３，３０の内径等の燃焼条件に応じて、上記した良好なサイクロン燃焼を確保できる範囲において任意に設定することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明のサイクロン形燃焼装置は、窒素成分を含有するＡ重油等の油燃料を使用した高負荷，低ＮＯx 燃焼を安定して行なうことができるものであり、しかも装置の小型化を実現することができ、その実用的価値極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサイクロン形燃焼装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断平面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う縦断背面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う縦断正面図である。
【図５】本発明に係るサイクロン形燃焼装置の変形例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１，１０…サイクロン形燃焼装置、２，２０…ケース本体、３，３０…燃焼室、４…油燃焼ガス噴出機構、５…二次燃焼空気噴出機構、６…熱媒水貯溜領域（被加熱媒体の貯溜領域）、８，８０…熱交換器、９，９０…煙道、１１…油燃料、１２…一次燃焼空気、１３…油燃焼ガス、１４…二次燃焼空気、１５…燃焼ガス、３１…燃焼ガス出口、３２…周壁、３３…端壁、４１…油燃焼ガス噴出ノズル、４１ａ…油燃焼ガス噴出口、５１…二次燃焼空気噴出ノズル、５１ａ…二次燃焼空気噴出口、６０…缶水貯溜領域（被加熱媒体の貯溜領域）、６１…熱媒水（被加熱媒体）、６２…缶水（被加熱媒体）。
【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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