JP2001349509A - 低ＮＯｘバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火炎の長さを短くし、かつ、ＮＯｘの発生を
抑制することができるようにした低ＮＯｘバーナを提供
すること。 【解決手段】 燃焼筒１の中心位置に、先端に燃料噴霧
アトマイザ３を備えたアトマイザホルダ２及びこのアト
マイザホルダ２を外嵌するように、燃焼筒１内を流通す
る燃焼用空気Ｂの一部を取り入れる補助空気孔５ａを開
口した補助空気筒５を設けるとともに、燃焼筒１とアト
マイザホルダ２の間の補助空気筒５の先端位置に半径流
型スワラ４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低ＮＯｘバーナに
関し、特に、燃焼時に発生する窒素酸化物（本明細書に
おいて、「ＮＯｘ」という。）を低減することができる
低ＮＯｘバーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、大気汚染が大きな社会問題となっ
ており、その防止が、社会的に要請されている。これに
伴って、特に、ＮＯｘの発生を抑制することが、ボイラ
や焼却炉等に搭載されるバーナにとって必要不可欠の条
件となりつつある。そして、都市部においては、ＮＯｘ
の排出基準が、液体燃料で８０ｐｐｍ以下（Ｏ₂＝０％
換算値。以下、同じ。）となっているが、近い将来、さ
らにこの基準値が厳しくなる情勢となりつつある。一
方、舶用機器分野においても、海上汚染防止の観点か
ら、舶用主機ディーゼルエンジンに関するＮＯｘ規制が
実施されたことから、いずれボイラや焼却炉等に搭載さ
れるバーナ等の補助用機器についても同様の措置が実施
されると予想される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のバー
ナにおけるＮＯｘの値を低減する方法として、例えば、
自己排ガス循環方式、水・蒸気噴霧方式、二段燃焼方
式、濃淡燃焼方式、分割火炎方式、薄膜火炎方式、外部
排ガス循環方式等が採用されているが、これら従来方式
によるバーナによっては、燃料に灯油、軽油、Ａ重油な
どの窒素分の少ない燃料を使用した場合であっても、Ｎ
Ｏｘを８０ｐｐｍ以下に抑制することは困難であった。
なお、外部排ガス循環方式の場合、循環排ガス量がドラ
フトに影響されやすく、循環率の調整が困難であるた
め、ＮＯｘ低減率の信頼性に欠けることや、排ガス混入
によって火炎が不安定になりやすいというという問題が
あった。さらに、これらの方法による副作用として、火
炎が長くなり、燃焼室を大きくしなければならず、この
ことが、ボイラ、焼却炉等の容積を増大させ、イニシャ
ルコストを増大させるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の低ＮＯｘバーナの有
する問題点に鑑み、火炎の長さを短くし、かつ、ＮＯｘ
の発生を抑制することができるようにした低ＮＯｘバー
ナを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の低ＮＯｘバーナは、燃焼筒の中心位置に、
先端に燃料噴霧アトマイザを備えたアトマイザホルダ及
び該アトマイザホルダを外嵌するように、燃焼筒内を流
通する燃焼用空気の一部を取り入れる補助空気孔を開口
した補助空気筒を設けるとともに、燃焼筒とアトマイザ
ホルダの間の補助空気筒の先端位置に半径流型スワラを
設けたことを特徴とする。

【０００６】この低ＮＯｘバーナは、燃焼筒とアトマイ
ザホルダの間の補助空気筒の先端位置に設けた半径流型
スワラを介して導入される一次空気によって、強力な旋
回渦が発生し、この旋回渦中に燃料が噴射されるため
に、火炎が形成される直前に燃料と空気との活発な混合
が行われて噴霧された燃料粒子のガス化が促進されると
ともに、燃焼空間内を放射状に拡がった乱れの激しい主
流領域では、空気と燃料との混合が促進され、さらに、
この領域で二次空気との混合が活発になり、これらの作
用により、局所的な高温領域が形成されにくくなり、Ｎ
Ｏｘが低減されるとともに、短炎化が実現され、また、
補助空気筒を介して導入される必要最小限の補助空気に
よって、燃料噴霧アトマイザの冷却と、旋回渦による逆
流を防ぐことができる。

【０００７】この場合において、半径流型スワラを、円
形状をした前板と後板との間に複数枚の羽根を配設して
構成し、前板の外径を、燃焼筒の内径よりも小さく、か
つ、後板の外径よりも大きくし、かつ前板の中心に開口
する円孔の内径を、後板の中心に開口する円孔の内径以
上とすることができる。

【０００８】これにより、一次空気と二次空気との最適
な比率を決定することができ、また、下流側へ旋回渦を
発生させながら、逆流を防ぐことができる。

【０００９】また、半径流型スワラの前板の外縁と、燃
焼筒の内周面との間に形成される二次空気通路を、複数
の分割板によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次
空気孔を形成することができる。

【００１０】これにより、二次空気を分割して供給し、
この作用によって濃淡燃焼が生じ、ＮＯｘの発生量を低
減することができる。

【００１１】また、燃焼筒の先端開口部の内径が他の部
分の内径よりも小さくなるように絞りを形成することが
できる。

【００１２】これにより、縮流させた二次空気を早い段
階で衝突、混合させることで、一層の低ＮＯｘ化及び短
炎化を実現することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の低ＮＯｘバーナの
実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１〜図４に、本発明の低ＮＯｘバーナの
第１実施例を示す。

【００１５】この低ＮＯｘバーナは、円筒形あるいは多
角形をなし、内部に燃焼用空気Ｂを流通するようにした
燃焼筒１を備え、この燃焼筒１の先端開口部の中心位置
に、アトマイザホルダ２を配設するとともに、アトマイ
ザホルダ２の先端に燃料噴霧アトマイザ３を取り付け
る。この燃焼筒１内には、その内部に燃焼用空気Ｂが供
給され、先端開口部より空気を噴出するように構成され
ている。

【００１６】また、燃焼筒１の中心位置に設けられた燃
料噴霧アトマイザ３は、後方より液体燃料が供給され、
この燃料噴霧アトマイザ３によって微粒化し噴霧するよ
うに構成されている。

【００１７】そして、アトマイザホルダ２を外嵌するよ
うに、燃焼筒１内を流通する燃焼用空気Ｂの一部を取り
入れる複数の補助空気孔５ａを開口した補助空気筒５を
設けるとともに、燃焼筒１とアトマイザホルダ２の間の
補助空気筒５の先端位置に半径流型スワラ４を設けるよ
うにする。

【００１８】また、アトマイザホルダ２の外周面に沿う
ようにして電極棒７を取り付けるとともに、この電極棒
７の先端を、補助空気筒５の後面に形成した補助空気孔
５ａを介して、燃料噴霧アトマイザ３の先端に近接して
設けるようにする。

【００１９】半径流型スワラ４は、異径の円板形状をし
た前板４ａと後板４ｃとの間に、複数枚の羽根４ｂを、
旋回空気通路が形成されるようにして構成される。この
場合、異径の円板形状をした前板４ａと後板４ｃとの関
係は、前板４ａの外径をＤ１、燃焼筒１の内径をＤ、後
板４ｃの外径をＤ３とすると、Ｄ＞Ｄ１＞Ｄ３の関係を
満たすように、すなわち、前板４ａの外径Ｄ１を、燃焼
筒１の内径Ｄよりも小さく、後板４ｃの外径Ｄ３よりも
大きくなるように設定する。そして、さらに、前板４ａ
の中心に開口する円孔内径をＤ２、後板４ｃの中心に開
口する円孔内径をＤ４とすると、Ｄ２≧Ｄ４の関係を満
たすように、前板４ａの中心に開口する円孔内径Ｄ２
を、後板４ｃの中心に開口する円孔内径Ｄ４よりも大径
若しくは同径となるように設定する。

【００２０】一方、前板４ａと後板４ｃとの間に接合さ
れる複数枚の羽根４ｂは、図３に示すように、半径軸に
対して角度θだけ傾斜して接合され、これにより、前板
４ａと後板４ｃとの間には、旋回空気通路４ｄを、羽根
４ｂ，４ｂ間に形成するようにする。

【００２１】また、燃焼筒１内に配設した半径流型スワ
ラ４の前板４ａと燃焼筒１との間には、前板４ａの外径
Ｄ１と、燃焼筒１の内径Ｄとの異径差によりリング状の
空間が形成され、この空間を二次空気通路６とする。こ
の場合、図２に示すように、リング状の二次空気通路６
の周回方向に沿って、複数の分割板６ｂを配置し、これ
によって、リング状の二次空気通路６を、複数の分割板
によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次空気孔６
ａを形成するようにする。

【００２２】次に、この低ＮＯｘバーナの作用について
説明する。送風機（図示省略）から供給される燃焼用空
気Ｂは、燃焼筒１の後方より供給され、燃焼筒１内を流
通し、燃焼筒内先端部分で燃焼用の一次空気Ｂ１、二次
空気Ｂ２及び補助空気Ｂ０の３通りに分けられる。すな
わち、燃焼用空気Ｂの一部は、補助空気筒５の外周部又
は後面に形成した補助空気孔５ａより補助空気筒５内に
吸引され、補助空気Ｂ０となり、補助空気筒５内を通過
し、半径流型スワラ４の中心部に形成された開口、さら
に旋回混合部８を経て、燃焼空間９に流入する。また、
他の一部の燃焼用空気Ｂは、半径流型スワラ４に形成さ
れた旋回空気通路４ｄを通過し、一次空気Ｂ１として、
半径流型スワラ４の旋回混合部８を通過して、燃焼空間
９に流入する。さらに、残りの燃焼用空気Ｂは、半径流
型スワラ４の外周部に形成された二次空気孔６ａを通過
して二次空気Ｂ２として燃焼室間９に流入する。

【００２３】このように、燃焼筒１内を流通する燃焼用
空気Ｂは、補助空気Ｂ０、一次空気Ｂ１及び二次空気Ｂ
３の３通りに分けられ、それぞれ異なる通路から燃焼筒
１内の燃焼室間９に導入された後、燃料噴霧アトマイザ
３により噴射される燃料の点火、燃焼を行う。すなわ
ち、アトマイザホルダ２を介して燃料噴霧アトマイザ３
に供給された燃料は、燃料噴霧アトマイザ３の噴射孔か
ら噴射され、補助空気Ｂ０とともに、旋回混合部８を通
過して燃焼空間９内に流入する。そして、燃焼空間９に
形成される火炎は、一次空気Ｂ１によって保炎され、さ
らに、二次空気Ｂ２によって燃焼空間９で完全燃焼が行
われる。

【００２４】次に、半径流型スワラ４の作用について説
明する。燃焼用空気Ｂの一部は、半径流型スワラ４の旋
回空気通路４ｄを通過し、一次空気Ｂ１としてさらに半
径流型スワラ４内の旋回混合部８を通過して燃焼空間９
に流入するが、一次空気Ｂ１は、外側から半径方向内側
に向けて、角度θを有しながら流入するため、旋回混合
部８内において、強力な旋回渦が発生する。この旋回渦
中に燃料が噴射されるために、火炎が形成される直前に
燃料と空気との活発な混合が行われて噴射された燃料噴
霧１２のガス化が促進される。さらに、一次空気Ｂ１に
よる旋回渦は、燃焼空間内９の中心軸上に再循環領域１
０を形成し保炎される。この再循環領域１０の外周領域
は、この旋回渦の作用によって形成された主流領域１１
であり、乱れの激しい領域であるが、燃料噴霧１２の主
流が再循環領域１０内ではなく、ほとんどがこの乱れの
激しい領域を通過するため、燃料と燃焼用空気との混合
が活発になる。さらに、この流れは、燃焼室間９内を放
射状に拡がるため、その後の二次空気Ｂ２と衝突し混合
が活発になる。以上の作用により、局所的な高温領域が
形成されにくくなり、ＮＯｘが低減されるとともに、短
炎化が実現される。

【００２５】次に、半径流型スワラ４の寸法について説
明する。ＮＯｘを低減するためには、一次空気Ｂ１と二
次空気Ｂ０との空気配分が重要であり、本実施例におい
ては、他のバッフル型保炎器を使用したバーナと比較す
ると、一次空気Ｂ１の配分比率が大きくなっている。半
径流型スワラ４の前板４ａの外径Ｄ１を、燃焼筒１の内
径Ｄよりも小さく、後板４ｃの外径Ｄ３よりも大きく設
定するのには次のような理由がある。すなわち、仮にＤ
＝Ｄ１すると、二次空気通路６が確保されないことにな
り、二次空気が流れなくなる。二次空気は、噴霧燃焼に
よって必要であるため、Ｄ＞Ｄ１とする必要がある。一
次空気Ｂ１が旋回空気通路４ｄを通過するには、半径方
向内側へ流れ方向を変える必要があるが、Ｄ１＝Ｄ３と
すると、ほとんどが二次空気Ｂ２となり、一次空気Ｂ１
はほとんど流れなくなる。したがって、Ｄ１＞Ｄ３とす
ることで、一次空気Ｂ１と二次空気Ｂ２との最適な比率
が確保される。

【００２６】また、半径流型スワラ４の前板４ａの中心
に開口する円孔内径Ｄ２は、後板４ｃの中心に開口する
円孔内径Ｄ４以上（Ｄ２≧Ｄ４）と設定するのには次の
ような理由がある。すなわち、仮に、Ｄ２＜Ｄ４とする
と、一次空気Ｂ１が下流側だけでなく、上流側への噴出
作用が大きくなる。したがって、Ｄ２≧Ｄ４とすること
で、確実に下流側へ旋回渦を発生させ、極力、逆流を防
ぐようにしている。

【００２７】次に補助空気筒５について説明する。補助
空気Ｂ０は、噴霧燃料アトマイザ３を冷却すると同時
に、一次空気Ｂ１による逆流を防ぐために最小限の空気
を流している。すなわち、旋回流によって渦の中心部が
負圧になるために、下流域の燃焼ガスを一部巻き込む
が、この燃焼ガスが上流に巻き込まないようにするため
である。この補助空気Ｂ０は、補助空気筒５の外周及び
後板に開口されている補助空気孔５ａから導入され、こ
の通過面積の大小によって通過量を決定している。

【００２８】次に複数の二次空気孔６ａ及び分割板６ｂ
について説明する。二次空気通路６を分割板６ｂで閉塞
すると、二次空気が接触しやすい領域としにくい領域が
燃焼空間９中に形成される。このような分割型二次空気
の作用によって濃淡燃焼が生じ、これによってＮＯｘの
発生量が低減する。上述した旋回空気は放射状に拡がる
作用が大きいので、分割板６ｂに位置する下流部では、
二次空気Ｂ２の流れがないために、下流から火炎を観察
すると、あたかも火炎が分割しているかのように見え
る。

【００２９】次に、図５に、本発明の低ＮＯｘバーナの
第２実施例を示す。

【００３０】この低ＮＯｘバーナは、燃焼筒１と半径流
型スワラ４間に、分割板６ｂを配設することなく、燃焼
筒１の先端部を縮径する絞り１３を形成したもので、こ
の点を除き、第１実施例の低ＮＯｘバーナと、構成を同
一にするものである。

【００３１】そして、この低ＮＯｘバーナは、これによ
り、二次空気Ｂ２が、第１実施例の低ＮＯｘバーナとは
異なり分割されず、半径流型スワラ４の周囲から一様に
流入する。そして、燃焼筒１の先端開口部の内径が、他
の部分の内径よりも小さくなる絞り１３が形成されてい
るため、二次空気Ｂ２を縮流させることができ、これに
より、燃焼空間９内を放射状に拡がる一次空気Ｂ１及び
燃料と、この縮流させた二次空気Ｂ２を早い段階で衝
突、混合させることができ、低ＮＯｘ化及び短炎化を実
現することができる。

【００３２】以上、本発明の低ＮＯｘバーナについて、
複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施
例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨
を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更すること
ができるものである。例えば、上記実施例における燃料
噴霧アトマイザ３は、石油等の液体燃料を噴射する圧力
噴射弁であるが、石油等の燃料のほか、ガス燃料や予混
合ガス等の燃料を噴射するものでもよく、また、蒸気や
空気を噴霧媒体とする二流体噴射弁であってもよい。ま
た、同様に、燃料噴霧アトマイザ３は、単孔型のアトマ
イザについて述べたが、これに限定されず、多孔型のア
トマイザを使用することもできる。これにより、濃淡燃
焼が実現される可能性が高まり、ＮＯｘ低減効果が上昇
する効果が期待できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の低ＮＯｘバーナによれば、燃焼
筒とアトマイザホルダの間の補助空気筒の先端位置に設
けた半径流型スワラを介して導入される一次空気によっ
て、強力な旋回渦が発生し、この旋回渦中に燃料が噴射
されるために、火炎が形成される直前に燃料と空気との
活発な混合が行われて噴霧された燃料粒子のガス化が促
進されるとともに、燃焼空間内を放射状に拡がった乱れ
の激しい主流領域では、空気と燃料との混合が促進さ
れ、さらに、この領域で二次空気との混合が活発にな
り、これらの作用により、局所的な高温領域が形成され
にくくなり、ＮＯｘが低減されるとともに、短炎化が実
現され、また、補助空気筒を介して導入される必要最小
限の補助空気によって、燃料噴霧アトマイザの冷却と、
旋回渦による逆流を防ぐことができる。これによって、
燃焼室を含むボイラ、焼却炉等の容積を小さくすること
ができ、イニシャルコストを低廉にすることができる低
ＮＯｘバーナを得ることができる。

【００３４】また、半径流型スワラを、円形状をした前
板と後板との間に複数枚の羽根を配設して構成し、前板
の外径を、燃焼筒の内径よりも小さく、かつ、後板の外
径よりも大きくし、かつ前板の中心に開口する円孔の内
径を、後板の中心に開口する円孔の内径以上とすること
により、一次空気と二次空気との最適な比率を決定する
ことができ、また、下流側へ旋回渦を発生させながら、
逆流を防ぐことができる。

【００３５】また、半径流型スワラの前板の外縁と、燃
焼筒の内周面との間に形成される二次空気通路を、複数
の分割板によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次
空気孔を形成することにより、二次空気を分割して供給
し、この作用によって濃淡燃焼が生じ、ＮＯｘの発生量
を低減することができる。

【００３６】また、燃焼筒の先端開口部の内径が他の部
分の内径よりも小さくなるように絞りを形成することに
より、縮流させた二次空気を早い段階で衝突、混合させ
ることで、一層の低ＮＯｘ化及び短炎化を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低ＮＯｘバーナの第１実施例を示す断
面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う側面縦断面図である。

【図４】同低ＮＯｘバーナの燃料、空気流れの状態を示
す説明図である。

【図５】本発明の低ＮＯｘバーナの第２実施例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 燃焼筒 ２ アトマイザホルダ ３ 燃料噴霧アトマイザ ４ 半径流型スワラ ４ａ 前板 ４ｂ 羽根 ４ｃ 後板 ４ｄ 旋回空気通路 ５ 補助空気筒 ５ａ 補助空気孔 ６ 二次空気通路 ６ａ 二次空気孔 ６ｂ 分割板 ７ 電極棒 ８ 旋回混合部 ９ 燃焼空間 １０ 再循環領域 １１ 旋回流主流領域 １２ 燃料噴霧 １３ 絞り Ｂ 燃焼用空気 Ｂ０ 補助空気 Ｂ１ 一次空気 Ｂ２ 二次空気 Ｄ 燃焼筒の内径 Ｄ１ 前板外径 Ｄ２ 前板内径 Ｄ３ 後板外径 Ｄ４ 後板内径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 廣 大阪府大阪市淀川区野中北１丁目３番38号 ボルカノ株式会社内 (72)発明者 上原 忠章 大阪府大阪市淀川区野中北１丁目３番38号 ボルカノ株式会社内 (72)発明者 金森 聖二 大阪府大阪市淀川区野中北１丁目３番38号 ボルカノ株式会社内 Ｆターム(参考） 3K055 AA06 BB07 BB09 BC02 BC10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼筒の中心位置に、先端に燃料噴霧ア
   トマイザを備えたアトマイザホルダ及び該アトマイザホ
   ルダを外嵌するように、燃焼筒内を流通する燃焼用空気
   の一部を取り入れる補助空気孔を開口した補助空気筒を
   設けるとともに、燃焼筒とアトマイザホルダの間の補助
   空気筒の先端位置に半径流型スワラを設けたことを特徴
   とする低ＮＯｘバーナ。
2. 【請求項２】 半径流型スワラを、円形状をした前板と
   後板との間に複数枚の羽根を配設して構成し、前板の外
   径を、燃焼筒の内径よりも小さく、かつ、後板の外径よ
   りも大きくし、かつ前板の中心に開口する円孔の内径
   を、後板の中心に開口する円孔の内径以上としたことを
   特徴とする請求項１記載の低ＮＯｘバーナ。
3. 【請求項３】 半径流型スワラの前板の外縁と、燃焼筒
   の内周面との間に形成される二次空気通路を、複数の分
   割板によって部分的に数箇所閉塞して、複数の二次空気
   孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の低
   ＮＯｘバーナ。
4. 【請求項４】 燃焼筒の先端開口部の内径が他の部分の
   内径よりも小さくなるように絞りを形成したことを特徴
   とする請求項１又は２記載の低ＮＯｘバーナ。