JP2006038396A - バーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】 高価な気体燃料ばかりでなく、安価な灯油、軽油、Ａ重油、廃油等の種々の液体燃料、微粉炭であっても、安定した火炎を形成できるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナを提供する。
【解決手段】 バーナ中心に燃料供給管を配設し、その外周に形成した噴霧媒体供給通路に旋回羽根を設けると共に、燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延長した形態でテーパリングを設け、噴霧媒体供給通路外周に旋回羽根５を内蔵した一次空気噴出管３を同心状に配置し、その外周に二次空気噴出管４を同心状に、かつ炉内側端部を一次空気噴出管３と同一面上になるよう設け、二次空気噴出管４の出口に等間隔で複数個の二次空気閉塞部６を設けて二次空気整流板７を接続し、複数のスリット状の二次空気噴出口から整流された高速二次空気を直進流で噴出させ、二次空気閉塞部６から高温の燃焼ガスを流入させ、着火性の向上と分割火炎の形成により保炎機能を確保する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、気体燃料ばかりでなく液体燃料、微粉炭も使用できるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナに関するものである。

従来、バーナは、燃焼の安定化を維持する目的でバーナタイルを有している。しかしながら、バーナのバーナタイルは、耐火物構造であるため重量があり、バーナの炉壁への取付け、破損時の取外し等メンテナンスに時間がかかるばかりでなく、取扱いに注意を必要としていた。

また、バーナタイルを有するバーナは、燃焼時にバーナタイルの温度が高くなり、伝熱によりバーナ周りが高温となって放熱ロスが大きくなるばかりでなく、作業員が火傷する危険性を有している。

バーナタイルを有するバーナは、使用目的に応じて火炎噴流速度が高速、中速、低速のものが要求されるが、従来のバーナにおいては各種のバーナを用意する必要があり、コストアップの原因になると共に、ターンダウン時に火炎が吹き消えし易いという問題点を有していた。

バーナタイルを有するバーナの欠点を解消したバーナとしては、燃焼用空気を接線方向に供給する燃焼用空気供給口を後部に備えた内面円形の燃焼用空気供給管と、該燃焼用空気供給管の中心に配設し、先端に直進用ガス噴出孔および先端近傍の外周面に放射状ガス噴出孔をそれぞれ複数個有する燃料ガス供給管と、該燃料ガス供給管に直角に取り付けられる第１フランジ部と該フランジ部の外周部から前記燃料ガス供給管と所定間隔をもって前方に突出する筒部と該筒部先端に直角に設けた第２フランジ部とからなり、前記第１、第２フランジ部には燃焼用空気供給管と並行な複数の貫通孔を有し、前記第２フランジ部が前記放射状ガス噴出孔とほぼ同一レベルに位置するように取付けられるスタビライザと、該スタビライザの前方に突出して設けた点火プラグと、前記燃焼用空気供給管の先端部に交換可能に取付けられ前記スタビライザの径より大なる内径のコンバスタと、から構成したバーナタイルレスガスバーナ（特許文献１）が提案されている。

また、オイルバーナとしては、バーナ中心軸に単孔の液体燃料噴出孔を設け、その外周の噴霧媒体用通路に旋回羽根を設けると共に、液体燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延長した形態で５°〜４５°の末広がり角度のテーパリングを設けて旋回を付与した噴霧媒体を高速で噴出し、さらに、噴霧媒体用通路外周の燃焼用空気または燃焼用酸素の通路に旋回羽根を設けた外部混合式オイルバーナ（特許文献２）が提案されている。
特許第２９４４５７９号公報 特開２００１−２６３６０９号公報

特許文献１に記載のガスバーナは、旋回羽根を使うことなく旋回流を発生させ、燃料ガスの噴出方向を放射状と直進方向とし、スタビライザ（保炎板）と交換可能に取付けたコンバスタ（燃焼筒）から構成されているが、気体燃料に限定されたガスバーナであり、燃料コストが安価な液体燃料を使用できないという問題点がある。

また、特許文献２に記載の外部混合式オイルバーナは、重質油や微粉炭のような難燃性燃料の場合、着火温度が高いため着火性に問題があると共に、保炎機能が十分でない問題点がある。

この発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、バーナタイルを使用しない構成のバーナであり、高価な気体燃料ばかりでなく、安価な灯油、軽油、Ａ重油、廃油等の種々の液体燃料、微粉炭であっても安定した火炎を形成できるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナを提供することにある。

この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナの特徴は、バーナ中心に燃料噴出管を配設し、その外周に形成した噴霧媒体供給用通路に旋回羽根を設けると共に、例えば、燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延長した形態で５°〜４５°の末広がりのテーパリングを設け、噴霧媒体供給用通路外周に旋回羽根を内蔵した一次空気噴出管を同心状に配置し、該一次空気噴出管の外周に二次空気噴出管を同心状に、かつ炉内側端部を一次空気噴出管と同一面上になるように設け、この二次空気噴出管の二次空気噴出口に等間隔で複数個の閉塞部を設け、該閉塞部の両側端部に接続して二次空気整流板を二次空気流路に設置し、複数のスリット状の二次空気噴出口から整流された高速二次空気を噴出するようにしたことにある。

すなわちこの発明は、バーナーを構成する二次空気噴出管の中心に燃料噴出管を同心状に配置し、二次空気噴出管端と同一平面に管端を配して燃料噴出管の外周に短管の一次空気噴出管を同心状に配置した管構造を有し、該燃料噴出管外周と一次空気噴出管内周との間に配置した旋回羽根と、一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間に管周方向に等間隔で配置した複数の閉塞部と、前記閉塞部に接続して一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間に管軸方向に配置した二次空気整流板とを有し、一次空気噴出速度より速い二次空気噴出速度を有することを特徴とするバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナである。

また、この発明は、上記構成において、
一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間の閉塞部を除く二次空気噴出口面積（Ｓ２）は、一次空気噴出管端の一次空気噴出面積（Ｓ１）の０．２５倍以上である構成、
二次空気噴出速度は、一次空気噴出速度の１．５倍以上である構成、
閉塞部の面積（ＳＣ）は、一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間の閉塞部を除く二次空気噴出口面積（Ｓ２）に対する割合が、ＳＣ／（ＳＣ＋Ｓ２）＝１／６〜１／３の範囲である構成、
二次空気整流板は、閉塞部端面と接続して平行な直線形状部分と空気の上流側へ断面積が小さくなる形状部分を有する構成、
燃料噴出管は、圧縮空気及び蒸気を噴霧媒体として液体燃料を噴霧する外部混合式オイルガンである構成、
燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延長した形態で５°〜４５°の末広がりのテーパリングを有する構成、
を特徴とするバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナである。

この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナは、燃料噴出孔から液体燃料を噴出し、その外周の噴霧媒体噴出口から噴霧媒体に旋回を付与して高速で噴出させると、噴霧媒体のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用によって、噴霧液体燃料が噴霧媒体気流中に吸引微粒化されて良好な噴霧状態となる。また、良好な噴霧状態となった液体燃料は、燃料噴出管のテーパリング外周の一次空気噴出口から旋回を付与されて噴出する一次空気により燃焼すると共に、複数のスリット状の二次空気噴出口の間に設けた複数の閉塞部から高温の燃焼ガスが流入するため、着火性が向上し、二次空気閉塞部に火炎が形成される分割火炎となり、一次空気の旋回流との相乗作用によって保炎機能が確実に確保でき、バーナタイルを使用することなく燃料を安定して燃焼させることができる。さらに、バーナ中心に設けた燃料噴出管を取り替えることによって、気体燃料、灯油、軽油、Ａ重油、廃油、微粉炭等の各種の燃料を燃焼させることができる。

この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナは、燃焼用空気を旋回流と直進流にすると共に、高速の直進流である複数のスリット状の二次空気噴出口間に設けた複数の閉塞部から高温の燃焼ガスが流入するため、着火性が向上し、二次空気閉塞部に火炎が形成される分割火炎となり、一次空気の旋回流との相乗作用によって保炎機能が確実に確保できる。また、この発明の二段燃焼型バーナは、耐火物製のバーナタイルを使用しないため、構造が簡単で軽量であり、しかも炉体への取付け、取外し、バーナの移動が容易となる。

さらに、この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナは、燃料噴射管が取替え可能であるため、液体燃料、気体燃料、微粉炭等の各種燃料を燃焼させることができる。また、この発明の二段燃焼型バーナは、一次空気噴出管と二次空気噴出管に囲まれた二次空気噴出流路内に二次空気整流板を設けたため、該二次空気整流板が冷却フィンと補強リブ効果を有し、一次、二次空気噴出管が二次空気に接して冷却されるため、その寿命を長くすることができる。さらに、この発明の二段燃焼型バーナは、バーナに火炎が接触することがなく、炉内側で燃焼が行われるため、バーナ本体の温度が高くならず、バーナ本体からの放熱ロスが少なく、省エネルギー性に優れ、作業環境が改善されるという効果を奏する。

この発明における燃料噴射管は、中心部に単孔の液体燃料噴出孔を有する液体燃料噴出チップを設け、液体燃料噴出チップの後端に液体燃料供給管を連結して液体燃料を液体燃料噴出孔から噴出する。燃料噴出チップ先端側の空間部に設けるテーパリングは、噴霧媒体供給管を延長した形態で、５°〜４５°の末広がり角度を有する。末広がり角度が５°未満では、噴霧媒体のエジェクター効果が十分に機能せず、噴出燃料の微粒化が不十分となる。また、末広がり角度が４５°を超えると、噴霧媒体が広がりすぎ、噴出液体燃料を吸引せずに微粒化が不十分となる。

この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナで使用する噴霧媒体としては、圧縮空気、蒸気等を旋回羽根により旋回を付与して高速で噴出させ、噴霧媒体気流のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用によって、噴出燃料が噴霧媒体気流中に吸引・微細化されて良好な噴霧状態となるようにする。旋回羽根の旋回角度は、２０°〜６０°の範囲が好ましく、２０°未満では旋回効果が十分でなく、噴出燃料の微細化が不十分となり、６０°を超えると火炎が極端に短くなるので好ましくない。

この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナの一次空気噴出流路に設ける旋回羽根の捻じれ角度は、３５°〜６０°の範囲が好ましく、３５°未満では旋回効果が十分でなく、燃料と燃焼用空気の混合が不十分となり、６０°を超えると火炎が極端に短くなるので好ましくない。また、一次空気噴出口の面積Ｓ１は、理論燃焼空気量の０．３倍以上が入るようにすることが火炎安定上好ましい。

この発明の二次空気噴出口の面積Ｓ２は、一次空気噴出口の面積Ｓ１の０．２５倍以上とすると、バーナをコンパクト化できるので好ましい。また、二次空気噴出速度は、一次空気噴出速度の１．５倍以上とすることが火炎安定上望ましく、流路圧損の関係上一次空気噴出管に内蔵した旋回羽根の捻じれ角度を３５°以上にすればよい。二次空気噴出口上に等間隔で複数個設ける二次空気閉塞部の面積ＳＣは、二次空気噴出口の閉塞部を除く面積Ｓ２に対する割合がＳＣ／（ＳＣ＋Ｓ２）＝１／６〜１／３の範囲とするのが適当である。重質油や微粉炭のような難燃性燃料の場合は、上記ＳＣ／（ＳＣ＋Ｓ２）は大きな方の値１／３とし、高温燃焼ガスの流入を増大させて着火性を向上させるのが好ましい。

二次空気噴出流路に設ける二次空気整流板は、二次空気閉塞部の両側端部に接続して二次空気上流側の端部は合体し、二次空気の乱れを抑制して整流すると共に、冷却フィンと補強リブの効果を有している。二次空気整流板は、閉塞部端面と接続して平行な直線形状部分と空気の上流側へ断面積が小さくなる形状部分を有することが好ましい。該整流板の直線平行部Ｌの長さは、二次空気噴出口の間隔Ｄの３倍以上にするのが、整流効果上好ましい。

以下この発明によるバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナの詳細を実施の一例を示す図１〜図４に基づいて説明する。図１はこの発明のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナの一例を示す詳細断面説明図、図２はこの発明の二段燃焼型バーナの正面図、図３はこの発明の二段燃焼型バーナの閉塞部および二次空気整流板取付け部の詳細を示す二次空気噴出管の破断説明図、図４は燃料噴射管（外部混合式オイルガン）の先端部の詳細断面図である。

図１〜図４において、１は燃料噴射管、２は燃料噴射管１を保持するためのガイド管、３はガイド管２の外周に同心状に設けた一次空気噴出管、４は一次空気噴出管３の外周に同心状に炉内側端部を一次空気噴出管３の端部と同一面上になるように設けた二次空気噴出管、５は一次空気噴出管３に内蔵した捻じれ角度３５°〜６０°の旋回羽根、６は二次空気噴出管４の先端に設けた複数の二次空気閉塞部、７は二次空気閉塞部６の上流側に接続した二次空気整流板、８は一次空気噴出管３を二次空気噴出管４内に固定するためのリブ、９はバーナ移動吊り具、１０は燃料噴射管１をガイド管２に固定するためのボルトである。

バーナ中心に設けた燃料噴射管１は、噴出の下流側から説明すると、中心部に単孔の燃料噴出孔１１を開口する液体燃料噴出チップ１２の後端に液体燃料供給管１３を連結し、液体燃料供給管１３の後端には液体燃料供給配管との接続部１４を有しており、液体燃料は上流側の液体燃料供給配管から接続部１４を介して液体燃料供給管１３に供給され、燃料噴出孔１１から噴出するよう構成する。

液体燃料噴出チップ１２の外周に噴霧媒体噴出口１５を開口するテーパリング１６は、広がり角度αが５°〜４５°の末広がりの空間部１７を有しており、テーパリング１６の内部に捻じれ角度が２０°〜６０°の旋回羽根１８を設けて後端に噴霧媒体供給管１９を連結する。また、噴霧媒体供給管１９の後端には、噴霧媒体供給配管との接続部２０を有しており、接続部２０を介して噴霧媒体供給管１９に供給された噴霧媒体は、旋回羽根１８により旋回を付与されてテーパリング１６の噴霧媒体噴出口１５から空間部１７に高速で噴出するよう構成する。

捻じれ角度３５°〜６０°の旋回羽根５により旋回を付与された一次空気噴出口の面積Ｓ１は、理論燃焼空気量の０．３倍以上が噴出できるように設定して火炎の安定を図った。二次空気噴出管４先端の二次空気閉塞部６を除く二次空気噴出口の面積Ｓ２は、一次空気噴出口の面積Ｓ１の０．２５倍以上として、バーナのコンパクト化を図った。さらに、二次空気噴出速度は、一次空気噴出速度の１．５倍以上に設定して火炎の安定を図り、流路圧損の関係から一次空気噴出管３に内蔵した旋回羽根５の捻じれ角度を３５°以上に設定した。

二次空気噴出口上に等間隔で設けた複数個の二次空気閉塞部６の面積ＳＣは、二次空気噴出口の面積Ｓ２に対する割合がＳＣ／（ＳＣ＋Ｓ２）＝１／６〜１／３の範囲とした。重質油や微粉炭のような難燃性燃料の場合は、上記ＳＣ／（ＳＣ＋Ｓ２）値は大きい方の値１／３とすることにより、高温燃焼ガスの流入を増大させて着火性を向上させる。二次空気閉塞部６の上流側に接続した二次空気整流板７は、二次空気上流側の端部は合体させ、二次空気の乱れを抑制して整流する。この二次空気整流板７は、冷却フィンと補強リブの効果を有し、該閉塞部６の上流側に接続した二次空気整流板７の直線平行部Ｌの長さは、二次空気噴出口の間隔Ｄの３倍以上に設定した。

二次空気噴出管４は、後部に燃焼用空気供給配管との接続部２１を有しており、燃焼用空気供給配管から接続部２１を介して供給された燃焼用空気は、一次空気噴出管３の一次空気噴出口および二次空気噴出管４の二次空気噴出口から噴出するよう構成する。

上記のように構成したことによって、液体燃料噴出チップ１２の燃料噴出孔１１から液体燃料を噴出し、その外周の噴霧媒体噴出口１５から噴霧媒体である圧縮空気に旋回羽根１８により旋回を付与して高速で噴出させると、燃料噴出孔１１の先端から広がり角度αが５°〜４５°の空間部１７を設けているから、噴霧媒体気流のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用によって、噴出液体燃料が噴霧媒体気流中に吸引・微粒化されて良好な噴霧状態となる。一方、テーパリング１６の先端外周の一次空気噴出管３からは、旋回羽根５により旋回を付与されて一次空気が噴出すると共に、一次空気噴出管３外周の二次空気噴出管４の二次空気噴出口からは、二次空気整流板７により整流された二次空気が、二次空気閉塞部６から流入する高温燃焼ガスと共に直進流で噴出する。

したがって、燃料噴出孔１１から噴出して噴霧媒体気流のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用によって噴霧状態となった液体燃料は、旋回を付与されて噴出する一次空気によって混合が促進されて燃焼すると共に、高速の直進流である二次空気噴出口上に設けた二次空気閉塞部６から高温の燃焼ガスが流入するため、着火性が向上し、二次空気閉塞部６に火炎が形成される分割火炎となり、一次空気の旋回流との相乗効果によって保炎機能が確実に確保できる。

この発明による二段燃焼型バーナは、耐火物製のバーナタイルを使用しないため、構造が簡単で軽量であり、実施例に示すごとく、バーナ移動吊り具９により炉体へ取付け、取外しできるから、バーナの移動が容易である。さらに、燃料噴射管１は、取替え可能であるから、液体燃料、気体燃料、微粉炭等の各種燃料を燃焼させることができる。なお、気体燃料、微粉炭の場合は、燃料を微細化して噴霧する必要はなく、燃料用噴霧媒体は不必要で、図４に示した燃料噴射管１ではなく、単なる単管でよい。また、一次空気噴出管３と二次空気噴出管４に囲まれた二次空気噴出流路内に設けた二次空気整流板７は、冷却フィンと補強リブ効果を有し、一次空気噴出管３、二次空気噴出管４が二次空気に接して冷却されるためその寿命を長くすることができる。

さらに、このバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナは、バーナ本体に火炎が接触することなく、炉内側で燃焼が行われるため、バーナ本体の温度が高くならず、バーナ本体からの放熱ロスが少なく、省エネルギー性に優れ、作業環境を改善することができる。

この発明のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナの一例を示す詳細断面説明図である。 この発明の二段燃焼型バーナの正面図である。 この発明の二段燃焼型バーナの閉塞部および二次空気整流板取付け部の詳細を示す二次空気噴出管の破断説明図である。 燃料噴射管（外部混合式オイルガン）の先端部の詳細断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射管
２ ガイド管
３ 一次空気噴出管
４ 二次空気噴出管
５、１８ 旋回羽根
６ 二次空気閉塞部
７ 二次空気整流板
８ リブ
９ バーナ移動吊り具
１０ ボルト
１１ 燃料噴出孔
１２ 液体燃料噴出チップ
１３ 液体燃料供給管
１４、２０、２１ 接続部
１５ 噴霧媒体噴出口
１６ テーパリング
１７ 空間部
１９ 噴霧媒体供給管

Claims (7)

1. バーナーを構成する二次空気噴出管の中心に燃料噴出管を同心状に配置し、二次空気噴出管端と同一平面に管端を配して燃料噴出管の外周に短管の一次空気噴出管を同心状に配置した管構造を有し、該燃料噴出管外周と一次空気噴出管内周との間に配置した旋回羽根と、一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間に管周方向に等間隔で配置した複数の閉塞部と、前記閉塞部に接続して一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間に管軸方向に配置した二次空気整流板とを有し、一次空気噴出速度より速い二次空気噴出速度を有するバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
2. 一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間の閉塞部を除く二次空気噴出口面積（Ｓ２）は、一次空気噴出管端の一次空気噴出面積（Ｓ１）の０．２５倍以上である請求項１に記載のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
3. 二次空気噴出速度は、一次空気噴出速度の１．５倍以上である請求項１に記載のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
4. 閉塞部の面積（ＳＣ）は、一次空気噴出管外周と二次空気噴出管内周の間の閉塞部を除く二次空気噴出口面積（Ｓ２）に対する割合が、ＳＣ／（ＳＣ＋Ｓ２）＝１／６〜１／３の範囲である請求項１に記載のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
5. 二次空気整流板は、閉塞部端面と接続して平行な直線形状部分と空気の上流側へ断面積が小さくなる形状部分を有する請求項１に記載のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
6. 燃料噴出管は、圧縮空気及び蒸気を噴霧媒体として液体燃料を噴霧する外部混合式オイルガンである請求項１に記載のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
7. 燃料噴出管は、燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延長した形態で５°〜４５°の末広がりのテーパリングを有する請求項６に記載のバーナタイルを使用しない二段燃焼型バーナ。
   

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