JP2013029265A - バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向への部材の移動によって、燃焼用空気の流路断面積を変える。これにより、燃焼用空気の流量が少ない場合には流路断面積を絞って流速を確保し、燃料と燃焼用空気との混合を適切に図り、ターンダウン比の拡大と、低空気比燃焼を可能とする。
【解決手段】燃料を噴霧する燃料ノズル２，３と、この燃料ノズル２，３の先端部を取り囲む位置に設けられ、燃焼用空気を噴出させる空気ノズル２６，２６，…とを備える。空気ノズル２６は、燃焼用空気の流路断面積が下方へ行くに従って小さくなる筒状に形成されると共に、側壁の一部（可動側壁２８）が上下にスライド可能とされている。可動側壁２８を上下にスライドさせることで、空気ノズル２６の出口の開口部の大きさが変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼量を変更可能なバーナに関するものである。

バーナの燃焼量の調整は、燃焼量の増減に合わせて、燃料の供給量と燃焼用空気の供給量とを調整することでなされる。ところが、従来、燃焼用空気の流路断面積は燃焼量に拘わらず一定であるため、燃焼量を小さくするために燃焼用空気の流量を減らすと流速も低下し、燃料と燃焼用空気との混合が悪化するおそれがあった。そのため、大きなターンダウン比（ターンダウン比＝最小燃焼量：最大燃焼量）としたり、低い空気比（空気比＝実際燃焼空気量／理論燃焼空気量）としたりして、燃焼させることが難しかった。

そこで、発明者は先に、下記特許文献１に開示されるバーナを提案している。このバーナでは、空気ノズル（円筒３５Ｃ，矩形筒３６Ｃ）において燃焼用空気の流路断面積を絞ることで、大きなターンダウン比としたり、低い空気比で燃焼させたりすることができる。

特開２０１０−１７５１４０号公報

前記特許文献１に開示されるバーナでは、空気ノズルの流路断面積を変更する機構は、空気ノズルの上部開口を絞り羽根（４１）で開閉したり（第１の実施形態）、空気ノズルの中空穴の大きさをベーン（６１）で変更したり（第２の実施形態）しており、いずれも、部材（絞り羽根、ベーン）を水平方向に移動させて流路断面積を変更している。

発明者は、その後も、大きなターンダウン比または低い空気比燃焼が可能なバーナについて鋭意研究に務めた結果、上下方向への部材の移動によっても、流路断面積を変更させることが可能であり、またその方が便利な場合もあるとして、本願発明に至ったものである。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する燃料ノズルと、この燃料ノズルの先端部を取り囲む位置に設けられ、燃焼用空気を噴出させる空気ノズルとを備え、前記空気ノズルは、燃焼用空気の流路断面積が下方へ行くに従って小さくなるよう形成されると共に、側壁の一部が上下にスライド可能とされたことを特徴とするバーナである。

請求項１に記載の発明によれば、空気ノズルの側壁の一部を上下にスライドさせることで、空気ノズルの下部開口の大きさを変えることができる。これにより、燃焼用空気の流量が少ない場合にも流速を確保し、燃料と燃焼用空気との混合を適切に図ることができる。また、大きなターンダウン比や、低い空気比で燃焼させることもできる。

請求項２に記載の発明は、ノズルパイプの先端部にノズルチップが設けられ、燃料を噴霧する前記燃料ノズルと、この燃料ノズルを取り囲むように設けられる円筒状の整流筒と、この整流筒を取り囲むように設けられる円筒状のエアレジスタと、前記整流筒と前記エアレジスタとの間の円筒状空間の下部開口を閉塞するよう設けられる空気開口形成板と、この空気開口形成板に周方向等間隔に下方へ突出して設けられ、下方へ行くに従って断面積が小さくなる筒状に形成され、前記空気開口形成板に形成された開口を介して燃焼用空気を下方へ噴出させる前記空気ノズルとを備え、前記空気ノズルを構成する筒体の側壁の一部が上下にスライド可能とされたことを特徴とする請求項１に記載のバーナである。

請求項２に記載の発明によれば、空気ノズルは、下方へ行くに従って断面積が小さくなる筒状に形成され、その筒体の一部を上下にスライドさせることで、燃焼用空気の流路断面積を変えて、低負荷時でも燃焼用空気の流速を確保することができる。

請求項３に記載の発明は、前記空気ノズルは、断面略矩形の筒状に形成され、この筒状の空気ノズルは、前記バーナの径方向外側の側壁が、下方へ行くに従って径方向内側へ傾斜して形成される一方、前記バーナの径方向内側の側壁が、上下にスライド可能とされたことを特徴とする請求項２に記載のバーナである。

請求項３に記載の発明によれば、側壁の一つが傾斜して形成された角筒状の空気ノズルを用いることで、簡易な構成で燃焼用空気の流路断面積を変えて、低負荷時でも燃焼用空気の流速を確保することができる。

さらに、請求項４に記載の発明は、前記上下にスライド可能な側壁は、前記バーナの最小燃焼時には最下部に配置されて燃焼用空気の流路断面積を絞る一方、前記バーナの燃焼量の増加に伴い上方へスライドされて燃焼用空気の流路断面積を拡大させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバーナである。

請求項４に記載の発明によれば、空気ノズルの可動側壁のスライド幅を最大限に利用して、燃焼用空気の流速の調整を図ることができる。

本発明によれば、上下方向への部材の移動によって、燃焼用空気の流路断面積を変えることができる。これにより、燃焼用空気の流量が少ない場合にも流速を確保し、燃料と燃焼用空気との混合を適切に図ることができる。また、大きなターンダウン比や、低い空気比で燃焼させることもできる。

本発明のバーナの一実施例を示す概略縦断面図である。 図１のバーナの部分拡大底面図である。 図１のバーナの部分拡大縦断面図であり、低負荷時を示している。 図１のバーナの部分拡大縦断面図であり、中負荷時を示している。 図１のバーナの部分拡大縦断面図であり、高負荷時を示している。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のバーナの一実施例を示す概略縦断面図である。また、図２および図３は、図１のバーナの部分拡大図であり、図２は底面図、図３は縦断面図である。

本実施例のバーナ１は、液体燃料を燃焼させるバーナであり、リターンフローノズル２と着火用ノズル３との二つの燃料ノズルを備える。各ノズル２，３は、それぞれ、ノズルパイプ４，５の先端部にノズルチップ６，７が設けられて構成される。

各ノズル２，３は、それぞれ、軸線を上下方向へ沿って配置され、近接して並列に設けられる。この際、各ノズル２，３のノズルチップ６，７同士は、近接してほぼ同一高さに配置される。なお、リターンフローノズル２は、バーナ１の中心軸に沿って配置される。

着火用ノズル３には、点火装置８が設けられる（図２）。具体的には、着火用ノズル３に近接して着火碍子が設けられ、その下端部の電極９，９間にスパークを発生させることで、着火用ノズル３からの噴霧燃料に点火することができる。

各ノズル２，３には、それぞれ、オイルタンク１０からの燃料が、給油路１１を介して供給可能とされる。具体的には、オイルタンク１０からの給油路１１は、燃料ポンプ１２と第一燃料元弁１３とを介した後、二股に分岐され、一方の給油路１１ａはリターンフローノズル用燃料弁１４を介してリターンフローノズル２に接続され、他方の給油路１１ｂは着火ノズル用燃料弁１５を介して着火用ノズル３に接続される。

リターンフローノズル２は、オイルタンク１０からの燃料の送り路（給油路１１）の他、オイルタンク１０への燃料の戻り路１６も接続される。戻り路１６には、リターンフローノズル２の側から順に、流量調整弁１７、第二燃料元弁１８および逆止弁１９が設けられる。

各燃料元弁１３，１８は、ボイラの運転時には開放状態に維持される。従って、燃料ポンプ１２を作動させた状態で着火ノズル用燃料弁１５を開くと、着火用ノズル３へ燃料が供給され、そのノズルチップ７から下方へ燃料が略円錐状に噴霧される。一方、燃料ポンプ１２を作動させた状態でリターンフローノズル用燃料弁１４を開くと、リターンフローノズル２へ燃料が供給され、そのノズルチップ６から下方へ燃料が略円錐状に噴霧される。この際、流量調整弁１７の開度を調整して、戻り路１６を介してオイルタンク１０へ戻す流量、言い換えれば戻り路１６の油圧を調整することにより、リターンフローノズル２からの噴霧量を変化させることができる。

バーナ１は、さらに、各ノズル２，３を取り囲むように、整流筒２０とエアレジスタ２１とを備える。整流筒２０とエアレジスタ２１とは、それぞれ円筒状であり、その軸線を上下方向へ沿って配置されると共に、同心円筒状に配置される。そして、各ノズル２，３は、整流筒２０の径方向中央部において、整流筒２０の上部開口から下端部まで差し込まれた状態で保持される。これにより、各ノズル２，３を取り囲むように整流筒２０が設けられ、その整流筒２０を取り囲むようにエアレジスタ２１が設けられる。

整流筒２０の下部開口には、バッフル板２２が設けられる。このバッフル板２２は、整流筒２０の下部開口を塞ぐように設けられる邪魔板であるが、図２および図３に示すように、各ノズルチップ６，７および点火装置８の下端部と対応した箇所に開口２３が形成されている。

整流筒２０とエアレジスタ２１との間の円筒状空間の下端部には、空気開口形成板２４が設けられる（図２，図３）。本実施例では、円環状の板材からなる空気開口形成板２４が設けられ、この空気開口形成板２４には周方向等間隔に同一形状の複数（図示例では８個）の矩形状の開口２５が放射状に形成されている。

空気開口形成板２４には、前記各開口２５と対応した位置に、下方へ突出して空気ノズル２６が設けられる。よって、整流筒２０とエアレジスタ２１との間の円筒状空間は、周方向等間隔に配置された複数の空気ノズル２６の中空穴を介して、下方へ開口する。

各空気ノズル２６は、断面略矩形の筒状に形成されている。この角筒状の空気ノズル２６は、バーナ１の径方向外側の側壁２７が、下方へ行くに従って径方向内側へ傾斜して形成される一方、バーナ１の径方向内側の垂直な側壁２８が、上下にスライド可能とされている。なお、空気ノズル２６を構成する筒体の側壁の内、上下にスライド可能な側壁２８を可動側壁、その他の側壁２７，２９，２９を固定側壁ということにする（図２）。

可動側壁２８を上下にスライドさせる構成は特に問わないが、図示例の場合、整流筒２０の下端部にはスライド筒３０がはめ込まれており、このスライド筒３０の下端部に周方向等間隔に可動側壁２８の上部が固定されている。また、スライド筒３０には、ネジ棒３１が進退可能にねじ込まれており、このネジ棒３１は上下方向に配置され、上端部のモータ３２で回転可能とされる。従って、モータ３２を正転または逆転させることで、ネジ棒３１が正転または逆転され、それに伴いスライド筒３０が上下動し、可動側壁２８を上下動させることができる。詳細は後述するが、可動側壁２８を上下動させることで、空気ノズル２６の下部開口の大きさ、言い換えれば燃焼用空気の流路断面積を変更することができる。

整流筒２０およびエアレジスタ２１の下方には、燃焼筒３３が設けられる。燃焼筒３３は、整流筒２０やエアレジスタ２１の周方向に配置された複数の空気ノズル２６を取り囲む大きさの円筒状で、エアレジスタ２１と同等の直径を有する短円筒状である。また、燃焼筒３３は、整流筒２０およびエアレジスタ２１と同心に配置され、適宜の取付材（図示省略）によりエアレジスタ２１の下端部に保持され、図示例では、各空気ノズル２６の下端部が燃焼筒３３の上端部より若干上方に配置される。

バーナ１は、さらに、下方へのみ開口した略円筒状のウィンドボックス３４を備える。ウィンドボックス３４の下部開口付近に設けた円環状の取付板３５に、エアレジスタ２１の外周部に設けたフランジ３６が保持される。これにより、ウィンドボックス３４は、整流筒２０の下部開口２３、および空気ノズル２６の中空穴を介してのみ、下方へ開口する。

ウィンドボックス３４の周側壁上部には、送風機（図示省略）からの空気路３７が接続され、この空気路３７にはダンパ３８が設けられる。各ノズル２，３から燃料を噴霧して燃焼を図る際には、ダンパ３８や送風機を制御して、燃焼量に応じた量の空気が燃焼用空気として燃焼室３９内へ送り込まれる。

送風機からの空気は、ウィンドボックス３４内へ供給され、整流筒２０およびエアレジスタ２１の上部開口へ送り込まれる。そして、整流筒２０へ送り込まれた空気は、整流筒２０の内側を通りバッフル板２２の開口２３から吐出される。また、エアレジスタ２１へ送り込まれた空気は、整流筒２０とエアレジスタ２１との間の円筒状空間を通り、下部の空気ノズル２６から吐出される。

このようなバーナ１は、ボイラの缶体４０上部に設けられる。この缶体４０は、典型的には、多数の水管４１を円筒状に配列して構成される。そして、その円筒状の水管列の径方向中央上部に、バーナ１が下方へ向けて設けられる。バーナ１から吐出される燃料は、円筒状の水管列の内側で燃焼を図られる。つまり、円筒状の水管列の内側が、燃焼室３９として機能する。

本実施例のボイラは、まずは点火装置８を用いて着火用ノズル３からの噴霧燃料に点火し、その後、着火用ノズル３からの火炎をリターンフローノズル２からの噴霧燃料に移した後、着火用ノズル３からの燃料の噴霧を停止すればよい。そして、流量調整弁１７の開度を調整して、リターンフローノズル２からの噴霧量を調整して、燃焼量が制御される。この燃焼量の制御は、周知のとおり、ボイラからの蒸気圧に基づき、蒸気の使用負荷を監視して、圧力センサ（圧力スイッチを含む）により行うことができる。この際、たとえば、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御してもよいし、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で制御してもよい。あるいは、燃焼量は比例制御されてもよい。

図３から図５は、本実施例のバーナ１の下端部を拡大して示す概略縦断面図であり、図３は低負荷時、図４は中負荷時、図５は高負荷時を示している。四位置制御のボイラの場合、図３が低燃焼時、図４が中燃焼時、図５が高燃焼時といえる。

図３に示すように、低負荷時（典型的には最小燃焼時）には、可動側壁２８は最下部に配置されている。つまり、可動側壁２８の下端部は、空気ノズル２６の固定側壁２７，２９，２９の下端部と対応した高さに配置される。この場合、空気ノズル２６の開口部（流路断面積）は、Ａで示される大きさとなる。

図４に示すように、中負荷時には、可動側壁２８は、空気ノズル２６の上下方向中途部に配置される。つまり、可動側壁２８の下端部は、空気ノズル２６の固定側壁２７，２９，２９の上下方向中途部に配置される。この場合、空気ノズル２６の開口部（流路断面積）は、Ｂで示される大きさとなり、前記低負荷時よりも大きいが、後述する高負荷時よりも小さい。

図５に示すように、高負荷時（典型的には最大燃焼時）には、可動側壁２８は最上部に配置される。つまり、可動側壁２８の下端部は、中負荷時よりもさらに上方に配置される。この場合、空気ノズル２６の開口部（流路断面積）は、Ｃで示される大きさとなり、前記中負荷時よりも大きくなる。

このようにして、燃焼負荷に応じて、可動側壁２８を上下にスライドさせることで、燃焼用空気の流路断面積を変えることができる。これにより、燃焼用空気の流量の少ない低負荷時にも、燃焼用空気の流路断面積を絞って流速を確保することで、燃料と燃焼用空気との混合を図ることができる。よって、大きなターンダウン比や低空気比での燃焼も可能となる。

本発明のバーナ１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、リターンフローノズル２の他に着火用ノズル３を設けたが、リターンフローノズル２に直接に点火する構成とすれば、着火用ノズル３の設置を省略することもできる。

また、前記実施例におけるリターンフローノズル２と着火用ノズル３の設置に代えて、燃料の噴霧の有無を切り替えるだけのノズルを複数本設置してもよい。たとえば、２本のノズルを設置して、低燃焼時には片方のノズルからだけ燃料を噴霧し、高燃焼時には両方のノズルから燃料を噴霧する。あるいは、低燃焼時には一方のノズルからだけ燃料を噴霧し、中燃焼時には他方のノズルからだけ燃料を噴霧し、高燃焼時には両方のノズルから燃料を噴霧する。いずれの場合も、燃焼負荷に応じて可動側壁２８を上下にスライドさせて、燃焼用空気路の流路断面積を変え、燃焼用空気の流速を調整することができる。

また、前記実施例において、空気ノズル２６の形状および個数は適宜に変更可能である。空気ノズル２６は、燃焼用空気の流路断面積が下方へ行くに従って小さくなるよう形成されると共に、側壁の一部が上下にスライド可能で、これにより開口部の大きさを変更できればよい。従って、空気ノズル２６の断面形状は、下方へ行くに従って断面積が小さくなる筒状であれば、必ずしも角筒状に限らず適宜に変更可能である。さらに、可動側壁２８の上下方向の可動手段も、前記実施例の構成に限らず、たとえばギアを用いて上下動させてもよい。

１ バーナ
２ リターンフローノズル（燃料ノズル）
３ 着火用ノズル（燃料ノズル）
４ （リターンフローノズルの）ノズルパイプ
５ （着火用ノズルの）ノズルパイプ
６ （リターンフローノズルの）ノズルチップ
７ （着火用ノズルの）ノズルチップ
２０ 整流筒
２１ エアレジスタ
２４ 空気開口形成板
２５ （空気開口形成板の）開口
２６ 空気ノズル
２７ 固定側壁（径方向外側の側壁）
２８ 可動側壁（径方向内側の側壁）
２９ 固定側壁

Claims (4)

1. 燃料を噴霧する燃料ノズルと、
   この燃料ノズルの先端部を取り囲む位置に設けられ、燃焼用空気を噴出させる空気ノズルとを備え、
   前記空気ノズルは、燃焼用空気の流路断面積が下方へ行くに従って小さくなるよう形成されると共に、側壁の一部が上下にスライド可能とされた
   ことを特徴とするバーナ。
2. ノズルパイプの先端部にノズルチップが設けられ、燃料を噴霧する前記燃料ノズルと、
   この燃料ノズルを取り囲むように設けられる円筒状の整流筒と、
   この整流筒を取り囲むように設けられる円筒状のエアレジスタと、
   前記整流筒と前記エアレジスタとの間の円筒状空間の下部開口を閉塞するよう設けられる空気開口形成板と、
   この空気開口形成板に周方向等間隔に下方へ突出して設けられ、下方へ行くに従って断面積が小さくなる筒状に形成され、前記空気開口形成板に形成された開口を介して燃焼用空気を下方へ噴出させる前記空気ノズルとを備え、
   前記空気ノズルを構成する筒体の側壁の一部が上下にスライド可能とされた
   ことを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
3. 前記空気ノズルは、断面略矩形の筒状に形成され、
   この筒状の空気ノズルは、前記バーナの径方向外側の側壁が、下方へ行くに従って径方向内側へ傾斜して形成される一方、前記バーナの径方向内側の側壁が、上下にスライド可能とされた
   ことを特徴とする請求項２に記載のバーナ。
4. 前記上下にスライド可能な側壁は、前記バーナの最小燃焼時には最下部に配置されて燃焼用空気の流路断面積を絞る一方、前記バーナの燃焼量の増加に伴い上方へスライドされて燃焼用空気の流路断面積を拡大させる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバーナ。

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