JP2003254512A

JP2003254512A - ガスバーナ

Info

Publication number: JP2003254512A
Application number: JP2002053717A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Taketsuna; 義允竹綱; Kiyotaka Narumi; 清孝鳴海; Hiroyuki Mizuno; 裕之水野
Original assignee: Sunray Reinetsu Co Ltd
Current assignee: Sunray Reinetsu Co Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】熱効率のよい空気混合比小の状況で、低ＮＯ
ｘ値を示すガスバーナを提供する。【解決手段】燃料ガスの一部（一次ガス）と空気を混
合する部分１７と、混合された燃料ガスと空気を複数個
に分割し噴出させる分割板２０と、燃料ガスの残部（二
次ガス）を該分割板２０の燃焼側に噴出させる機構を有
するバーナとすることで解決。本発明のガスバーナは一
次ガスと二次ガスとの分配比率は容積比で一次ガス：二
次ガス＝５０：５０〜９７：３の範囲であるのが好まし
い。二次ガスの噴出口は単一でも複数あってもよい。ま
た、噴出位置を可変とすることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスを燃料とする
ガスバーナであり、低ＮＯｘ性に優れる。

【０００２】

【従来の技術】ガスを燃料とするガスバーナにおいて、
燃焼時におけるＮＯｘの発生が環境問題になっている。
発生の原因は、ガスの燃焼に伴う空気中の窒素ガスの酸
化と、ガス中に含まれる含窒素成分の燃焼によるものが
ある。後者については、ガスの組成によるものであり、
ガスの精製等で対処される。前者は、燃焼方法によるも
のであるから、燃焼方法に多くの検討がなされてきた。
ＮＯｘの抑制方法としては、燃焼温度を低くするのがよ
い。しかし、同一熱量を得る為に空気量を多くし、燃焼
温度を低くすると、空気量を多くした分だけ排ガス量が
増加するので、排ガス熱損失が増加し、熱効率の低下を
招く。従って、同一熱量を得る為に空気量を増加させず
ＮＯxを抑制する方法として、燃焼部分の温度をできる
だけ均一にする方法が取られ、局部的に温度が高くなる
部分を作らないことが重要になる。

【０００３】燃焼方法検討の中で、従来の技術の一例と
して、図１ａ、図１ｂに示す現在低ＮＯxバーナと称さ
れている先混合方法のバーナをあげる。図１ａが側面、
図１ｂが正面の図である。合わせて説明する。先混合方
法とは、燃料となるガスと空気を燃焼室で混合しつつ燃
焼する方法である。図１ａ、ｂでは燃料ガスと空気が保
炎板２より先で，すなわち図１ａのガスノズル１の右側
に位置する燃焼室で混合されつつ燃焼する。保炎板２で
調整された空気の流れとガスノズル１から噴出する燃料
ガスが混合されると同時に燃焼する。図中、燃焼筒３、
ガスヘッダ４、パイロットバーナ５、電極棒６について
は説明を省略する。

【０００４】この方法では、局部的に温度が上昇しない
対策として、自己排ガス循環、分割火炎、薄膜火炎等の
処置をしている。分割火炎は、保炎板２において数個に
分割された燃焼用空気がガスノズル１から噴出する燃料
ガスと混合され、分割された火炎を形成することであ
る。自己排ガス循環は、保炎板から燃焼用空気が噴出し
ていない部分において保炎板面が負圧となり、周囲の低
温排ガスが火炎の根元に回りこむことで焚口近傍部の火
炎度が低下し、局部高温を防止する。薄膜火炎は、ガス
ノズルからのガス噴流が一定の角度で広がり、薄膜釣鐘
状の火炎を形成する。このため、火炎の表面積が増し、
火炎からの放熱を促進することで、局部高温を防止して
いる。以上のような工夫により図１に示す従来技術は天
然ガスを用いて調べた結果、図６の従来技術１のＮＯｘ
値に相当する。空気比が１．１から１．３の範囲でＮＯ
ｘ値は４５〜５７ｐｐｍ程度である。

【０００５】この従来の技術をさらに検討し、元混合法
式と称する新たな方法が開発された（図２ａ、図２
ｂ）。図２ａ，ｂの方法はあらかじめ空気８と燃料ガス
９を燃焼前に混合し、これをチャンバー１０に送り込む
ことで混合空気を均一化し、燃焼プレート１１から平均
的な混合ガスを噴出させるものである。燃焼プレートの
燃焼室側に噴出された混合ガスが着火され燃焼する。図
２ａ、ｂのような燃焼方式を平面燃焼方式と呼び、燃焼
前に燃料ガスと空気を混合しているので、元混合方法と
呼ぶ。

【０００６】このような方法で燃焼させると、ムラなく
燃焼が進み、発生するＮＯｘ値を低減させることができ
る。特に空気混合比による影響が大きく、空気混合比が
大きいときにはＮＯｘ値は大幅に減少する。しかし、先
の図１ａ、ｂに示すバーナと同様の調査をすると図６の
従来技術２の値になった。確かに空気の混合比を大きく
すれば、低ＮＯｘ値を得ることができるが、熱効率から
見ると空気混合比を小さくするほうが排ガス熱損失を減
らすことができ有利である。また、最近の話題となって
いるＣＯ_２の削減から見ても、排ガス熱損失の減少は有
効である。すなわち、ＣＯ_２を削減するためには空気の
混合比を小とする方が有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、低ＮＯ
ｘバーナの開発が進んできたが、併せてＣＯ_２も減少さ
せるためには、空気混合比小の状況で低ＮＯｘ値を得る
ことができる、燃焼方法の更なる開発が必要である。前
記先混合方法も、元混合方法も空気混合比が１．１〜
１．２の高効率範囲では、ＮＯｘをさらに低減する必要
がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明になる低ＮＯｘ値
となるガスバーナは、元混合方法と先混合方法の利点を
うまく組み合わせることで解決する手段を得た。先混合
方法をもとにしたバーナでは、ガスを燃料とし、燃料ガ
スの一部（一次ガス）と空気を混合する部分と、混合さ
れた燃料ガスと空気を複数個に分割し噴出させる分割板
と、燃料ガスの残部（二次ガス）を該分割板の燃焼側に
噴出させる機構を具備する。元混合方法をもとにしたバ
ーナでは、ガスを燃料とし、燃料ガスの一部（一次ガ
ス）と空気を混合する部分と、混合された燃料ガスと空
気を均一化するチャンバーと、燃料プレートを有し、燃
料ガスの残部（二次ガス）を該燃焼プレートの燃焼側に
噴出させる機構を具備する。

【０００９】いずれの方式においても、共通する手段
は、燃料ガスをすべて空気と混合するのではなく、燃料
ガスの一部（一次ガス）をあらかじめ空気と混合して燃
焼させるとともに、燃料ガスの残部（二次ガス）を燃焼
部分に直接投入するものである。

【００１０】元混合方法では、空気混合比率が大きいと
低ＮＯｘ値を得られることが図５の従来技術２から推定
される。そこで燃料ガスと空気を元混合する際には、燃
料ガスの一部をはずし、空気の混合比を高めておき、残
った燃料ガスを直接先混合方法と同様、火炎の中で混合
する方法を取ることで、解決することが可能となった。

【００１１】

【実施例】（実施例１）本発明になるガスバーナの説明
図を図３ａ、ｂに示す。図３ａ、ｂは、従来の先混合方
法を用いた低ＮＯｘガスバーナを基礎にした今回の発明
の一例である。従来の先混合方法のバーナと異なる部分
は、ガスヘッダであり、本実施例では一次ガスヘッダ１
５と二次ガスヘッダ１６の２段としている。以下図３
ａ、ｂに基づいて説明する。

【００１２】燃料ガスは矢印方向に進み、一次ガスヘッ
ダ１５を通過する際にその一部（一次ガス）が一次ガス
ノズル１３から混合部１７に噴出する。一方、燃焼用空
気は、ウインドボックス７を経て整流され、燃焼筒３に
入る。この空気と一次ガスノズル１３から噴出された燃
料ガスが混合部１７で空気比が大きい混合ガスを形成
し、分割板２０で複数個に分割され噴出される。分割板
２０は、図２ｂでは８分割の記載をしているが、分割数
や分割の面積等は、従来の低ＮＯｘバーナに使われる保
炎板と同等のものでよい。噴出と同時にパイロットバー
ナ（図では省略）により着火し空気比の大きい火炎とな
る。残りの燃料ガス（二次ガス）は二次ガスヘッダ１６
に入り二次ガスノズル１４から火炎中に噴出される。二
次ガスノズルから噴出される燃料ガスの量は、残部（二
次ガス）として燃料ガス全体の３〜５０容積％に調節す
るのが好ましい。

【００１３】本実施例では、二次ガスノズルをガスバー
ナの中央部から噴出する例を示したが、分割板２０が大
きい場合は、二次ガスノズルを分散し、何個所にも分け
て噴出させることもできる。二次ガスは、火炎に平行方
向に噴出することもできるが、噴出口の先端付近に小孔
をあけ、図３のように火炎と直交、あるいは角度をつけ
て二次ガスを噴出させると火炎との混合がより効率的で
ある。

【００１４】一次ガスノズルから放出される燃料ガス
（一次ガス）は空気と混合されるが、燃料ガス全体の５
０〜９７％にすると本実施例では良好な結果を得てい
る。燃料ガス（一次ガス）と空気の比率は、図６の従来
技術２が示すとおり空気の比率が大きいほど低ＮＯｘ値
が期待できる。しかし燃料ガスの絶対量が少なければ、
熱効率が低下する。これを二次ガスノズルから噴出する
二次ガスで熱効率を維持する。

【００１５】図３ａ、ｂに示す実施例１のガスバーナを
用いて燃焼試験を実施した。燃料ガスには一般に良く使
用される天然ガスを用いた。空気の燃料ガスに対する混
合比を段階的に変化させて発生するＮＯｘ値を市販の排
ガス分析計（化学発光法）で測定した。燃料ガスの一次
ノズルから噴出する一次ガスは燃料ガス全体の７０％と
した。得られたＮＯｘ値を図６の実施例１で示す。この
結果から、先混合方法（従来技術１）、元混合方法（従
来技術２）の値に比べ、空気混合比１．１〜１．２の利
用頻度大の領域で低ＮＯｘ値となることがわかる。

【００１６】（実施例２）実施例１では、一次ガスと二
次ガスの分配比率を固定したガスバーナの実施例を示し
たが、図４では一次ガスと二次ガスの分配比率を可変に
する実施例を示す。図４では二次ガスヘッダに供給する
燃料ガス（二次ガス）を一次ガスヘッダを介さずに、分
岐管１９にて供給し、分岐管１９の途中に調量バルブ２
１を取り付けた例である。調量バルブ２１を調節して二
次ガス量を可変とし、一次ガスとの配分比率を調節可能
とする。二次ガス量は、燃料ガス全体の３〜５０％が好
ましい。分岐管１９と二次ガスヘッダ１６は連動して前
後に動かすこともできる。二次ガスの噴出位置を火炎に
対して位置調整できる利点がある。

【００１７】（実施例３）本発明は、元混合方法のガス
バーナにおいても適用できる。図５にその例を示す。本
ガスバーナは、空気の流入口８と燃料ガスの流入口（燃
料ガス９）とがあり、ガス混合口１２にて合流する。燃
料ガスの配管途中に分岐管１９を設け、この管はチャン
バー１０、燃焼プレート１１を通り抜け、燃焼プレート
の燃焼側に突き出ており、残ガス噴出口１８に至る。ガ
ス混合口１２で混合された混合ガスは、チャンバー１０
で均一な流れとなり、燃焼プレート１１から噴出される
と同時に火炎となる。分岐管１９につける調量バルブ２
１で一次ガスと二次ガスの分配比率を調節する。パイロ
ットバーナ等は省略してある。

【００１８】この実施例では説明のしやすいように残ガ
ス（二次ガス）をまとめて火炎中に噴出しているが、燃
焼プレートの面積が大きい場合は何箇所にも分けて噴出
する方法が取られる。何箇所にも分けて噴出する場合
は、個々に調量バルブを取りつけ、燃料ガスの流れによ
る噴出量の調整をする方法も有効である。火炎の状況を
種々変える場合は、残ガス噴出口の位置を適宜調整する
ように、分岐管１９の部分に前後できる調整機器を取り
つける手段もとることができる。残ガス噴出口１８は直
接火炎に平行に噴出することもできるが、図５ａの残ガ
ス噴出口１８部分の矢印のごとく、噴出口の先を塞ぎ、
先端部に小孔を開け、火炎と直交する方向又は角度を持
たせて噴出させると効率的である。

【００１９】送り込む混合ガスと残部の燃料ガスの配分
も使用状況に合わせて調節できる。ガス混合口１２より
供給される一次ガスと、残ガス噴出口１８から供給され
る二次ガスとの配分は二次ガスが多いほど空気の混合比
が大きくなるので低ＮＯｘが期待できる。しかし、二次
ガス量を増しすぎると、燃焼プレート１１より噴出する
混合気の混合比が高くなりすぎ、燃焼が継続できなくな
るため、二次ガス量は燃料ガス全体の３〜５０％の範囲
が好ましい。

【００２０】

【発明の効果】本発明になるガスバーナを用いれば、低
ＮＯｘ値を確保でき、高効率な燃焼ができるとともに、
ＣＯ_２の低減で環境にやさしいものになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）従来技術の先混合方法を用いたガスバー
ナの例の側面図である。（ｂ）従来技術の先混合方法を用いたガスバーナの例の
正面図である。

【図２】（ａ）従来技術の元混合方法を用いたガスバー
ナの例の側面図である。（ｂ）従来技術の元混合方法を用いたガスバーナの例の
上面図である。

【図３】（ａ）本発明になるガスバーナの例の側面図で
ある。（ｂ）本発明になるガスバーナの例の上面図である。

【図４】本発明における別の実施例の側面図である。

【図５】（ａ）本発明になるガスバーナの別の例の側面
図である。（ｂ）本発明になるガスバーナの別の例の上面図であ
る。

【図６】実施例及び従来技術の空気比を変えた場合のＮ
Ｏｘ値をグラフ化したものである。

【符号の説明】

１ガスノズル２保炎板３燃焼筒４ガスヘッダ５パイロットバーナ６電極棒７ウインドボックス８空気の流入口９燃料ガス１０混合機チャンバー１１燃焼プレート１２ガス混合口１３一次ガスノズル１４二次ガスノズル１５一次ガスヘッダ１６二次ガスヘッダ１７混合部１８残ガス噴出口１９分岐管２０分割板２１調量バルブ

フロントページの続き (72)発明者水野裕之大阪府枚方市招提田近３丁目25番地サンレー冷熱株式会社内Ｆターム(参考） 3K017 AA06 AB07 AC03 AD03 CA06 CB02 CB08 CE05 3K019 AA06 BA04 BB04 BD01 3K065 TA01 TA14 TB01 TD05 TF01 TG04 TH01 TH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを燃料とするバーナであって、燃料
ガスの一部（一次ガス）と空気を混合する部分と、混合
された燃料ガスと空気を複数個に分割し噴出させる分割
板と、燃料ガスの残部（二次ガス）を該分割板の燃焼側
に噴出させる機構を有するガスバーナ。
【請求項２】ガスを燃料とするバーナであって、燃料
ガスの一部（一次ガス）と空気を混合する部分と、混合
された燃料ガスと空気を均一化するチャンバーと、燃焼
プレートを有し、燃料ガスの残部（二次ガス）を該燃焼
プレートの燃焼側に噴出させる機構を有する平面燃焼方
式のガスバーナ。
【請求項３】燃料ガスの一部（一次ガス）と燃料ガス
の残部（二次ガス）の分配比率を固定したことを特徴と
する請求項１又は２に記載のガスバーナ。
【請求項４】燃料ガスの一部（一次ガス）と燃料ガス
の残部（二次ガス）の分配比率を分岐管と調量バルブに
て可変としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の
ガスバーナ。
【請求項５】燃料ガスの一部（一次ガス）と燃料ガス
の残部（二次ガス）の分配比率が、容積比で一次ガス：
二次ガス＝５０：５０〜９７：３の範囲であることを特
徴とする請求項１、２及び４のいずれかに記載のガスバ
ーナ。
【請求項６】燃料ガスの残部（二次ガス）の噴出口を
単一としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
に記載のガスバーナ。
【請求項７】燃料ガスの残部（二次ガス）の噴出口を
複数としたことを特徴とする請求項１乃至５にいずれか
に記載のガスバーナ。
【請求項８】燃料ガスの残部（二次ガス）の噴出位置
を可変としたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
かに記載のガスバーナ。