JP2014145491A - バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼用空気と燃料との混合作用を強めることのできるバーナを提供する。
【解決手段】燃料を噴霧する燃料ノズル３と、この燃料ノズル３の先端部を取り囲む位置に設けられて燃焼用空気を噴出させる空気ノズル１５とを備える。空気ノズル１５の先端部には、その空気ノズル１５の周方向等間隔に、突起２５が設けられている。各突起２５は、空気ノズル１５の先端側へ突出して設けられると共に、先端側へ行くに従って空気ノズル１５の径方向内側へ傾斜して設けられている。突起２５により、燃焼用空気と燃料との混合作用を強めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてボイラに用いられるバーナに関するものである。

バーナにおいて燃料を燃焼中、その排ガスの一部を燃焼用空気に自然に巻き込んで再循環させることで、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を図る自己再循環型のバーナが知られている。

この種のバーナでは、排ガス循環量つまり排ガス混入量が多いほど、ＮＯｘの低減を図ることができる。よって、さらなる低ＮＯｘ化を実現するためには、排ガス循環量を増加させればよいことになる。そのために、燃焼用空気と燃料との混合作用を強めて、より少ない空気量での燃焼を図ればよい。

本発明が解決しようとする課題は、燃焼用空気と燃料との混合作用を強めることのできるバーナを提供することにある。

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、燃焼用空気を噴出させるノズルの先端部、または燃焼用空気と燃料ガスとの予混合気を噴出させるノズルの先端部に、そのノズルの先端側およびそのノズルからの噴流の側へ突出して複数の突起を設け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、ノズルの先端部に設けた複数の突起により、ノズルからの噴流を乱流とすることが促進され、燃焼用空気と燃料との混合作用を強めることができる。従って、自己再循環型のバーナに用いた場合には、より少ない空気量でも燃焼が可能となり、これに伴いＮＯｘのさらなる低減を図ることができる。

請求項２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、前記空気ノズルの先端部には、その空気ノズルの周方向等間隔に、前記突起が設けられており、その各突起は、前記空気ノズルの先端側へ突出して設けられると共に、先端側へ行くに従って前記空気ノズルの径方向内側へ傾斜して設けられている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、燃料ノズルを取り囲むように空気ノズルが設けられ、その空気ノズルの先端部に複数の突起が設けられ、各突起は、空気ノズルの先端側へ行くに従って空気ノズルの径方向内側へ傾斜する。このような構成により、空気ノズルからの空気を乱流とし、その空気と、空気ノズルで取り囲んだ燃料ノズルからの燃料との混合を促進することができる。

請求項３に記載の発明は、前記各突起は、先端側へ行くに従って先細りとなる略三角形状で、その板面を先端側へ行くに従って前記空気ノズルの径方向内側へ傾斜して設けられている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、各突起を略三角形状の板材から構成することで、簡易な構成で、燃焼用空気と燃料との混合を高めることができる。

請求項４に記載の発明は、筒状の前記空気ノズルの中空穴は、先細りに形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のバーナである。

請求項４に記載の発明によれば、空気ノズルの入口側の径が出口側の径よりも大きいので、空気ノズルとして単なる直管を用いた場合と比較して、空気ノズル入口部における急激な流路の縮小による縮流を防止することができる。これにより、空気ノズルを通る空気の流れを安定なものとし、空気ノズルからの噴流の速度変化を抑えることができる。従って、自己再循環型のバーナに用いた場合には、安定な保炎を実現して、従来問題となっていた振動燃焼に伴う低周波騒音を低減することができる。

さらに、請求項５に記載の発明は、前記燃料ノズルおよび前記空気ノズルは、それぞれその軸線を上下方向に沿うと共に下方へ向けて配置されており、前記空気ノズルの中空穴は、縦断面における左右の側面がそれぞれ上方へ膨出する円弧状面に形成されており、その左右の円弧状面による先細りの下端部には下方へ延出して直管状の円筒面が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のバーナである。

請求項５に記載の発明によれば、円弧状面による先細り部と、その下端部の直管状部とにより、空気ノズルを通る空気の流れと噴出を安定化することができる。

本発明によれば、燃焼用空気と燃料との混合作用を強めることのできるバーナを実現することができる。

本発明の一実施例のバーナが設けられたボイラの缶体上部を示す概略図であり、一部を省略して示すと共に一部を断面にして示している。 図１のバーナの空気ノズルの箇所を拡大して示す概略縦断面図である。 図１のバーナの空気ノズルを示す概略斜視図であり、下方から見た状態を示している。

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、本発明の一実施例のバーナ１が設けられたボイラの缶体２の上部を示す概略図であり、一部を省略して示すと共に一部を断面にして示している。

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、燃料を噴霧する燃料ノズル３を備える。燃料ノズル３は、ノズルパイプ４の先端部にノズルチップ５が設けられて構成され、バーナ１の中心軸に沿って配置される。本実施例のバーナ１は、燃料ノズル３を一本備えるが、場合により並列に複数本備えてもよい。

バーナ１は、燃料ノズル３からの噴霧量を調整して、燃焼量を調整可能とされてもよい。複数本の燃料ノズル３を備える場合には、その内の一方から噴霧するか双方から噴霧するかにより、燃焼量を変更するようにしてもよい。

バーナ１は、燃料ノズル３と近接して、点火装置６を備える。具体的には、燃料ノズル３に近接して点火用電極棒７が設けられ、その下端部の電極８間にスパークを発生させることで、燃料ノズル３からの噴霧燃料に点火することができる。

バーナ１は、燃料ノズル３を取り囲むように、整流筒９とエアレジスタ１０とを備える。整流筒９とエアレジスタ１０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、燃料ノズル３は、整流筒９の径方向中央部において、整流筒９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、燃料ノズル３を取り囲むように整流筒９が設けられ、その整流筒９を取り囲むようにエアレジスタ１０が設けられる。

整流筒９の下部開口には、バッフル板１１が設けられる。このバッフル板１１は、整流筒９の下部開口を塞ぐように設けられる邪魔板であるが、燃料ノズル３および点火装置６の下端部と対応した箇所に開口１２が形成されている。

整流筒９とエアレジスタ１０との間の円筒状空間の下端部には、空気開口形成板１３が設けられる。本実施例では、円環状の板材からなる空気開口形成板１３が設けられ、この空気開口形成板１３には周方向等間隔に同一形状の複数（たとえば８個）の開口１４が形成されている。この開口１４は、本実施例では円形である。

空気開口形成板１３には、前記各開口１４と対応した位置に、下方へ突出して空気ノズル１５が設けられる。よって、整流筒９とエアレジスタ１０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１５の中空穴を介して、下方へ開口する。空気ノズル１５の具体的構成については、後述する。

整流筒９およびエアレジスタ１０の下方には、燃焼筒１６が設けられる。燃焼筒１６は、複数の空気ノズル１５を取り囲む大きさの円筒状で、エアレジスタ１０と同等の直径を有する短円筒状である。また、燃焼筒１６は、整流筒９およびエアレジスタ１０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１０の下端部に保持され、図示例では、各空気ノズル１５の下端部が燃焼筒１６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１７を備える。ウィンドボックス１７の下部開口付近に設けた円環状の取付板１８に、エアレジスタ１０の外周部に設けたフランジ１９が保持される。これにより、ウィンドボックス１７は、整流筒９の下部開口１２、および空気ノズル１５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１７の周側壁上部には、送風機（図示省略）からの空気路２０が接続されている。燃料ノズル３から燃料を噴霧して燃焼を図る際には、ダンパ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２１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１７内へ供給され、整流筒９およびエアレジスタ１０の上部開口へ送り込まれる。そして、整流筒９へ送り込まれた空気は、整流筒９の内側を通りバッフル板１１の開口１２から吐出される。また、エアレジスタ１０へ送り込まれた空気は、整流筒９とエアレジスタ１０との間の円筒状空間を通り、下部の空気ノズル１５から吐出される。

このようなバーナ１は、ボイラの缶体２の上部に設けられる。この缶体２は、典型的には、多数の水管２２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２１として機能する。

本実施例のバーナ１は、自己再循環型のバーナである。つまり、バーナ１において燃料を燃焼中、その排ガスの一部は、空気ノズル１５からの噴流による負圧の影響により、缶体２上部のバーナ１下部に回り込み、再び燃焼用空気に巻き込まれ再循環される。これにより、燃焼が緩慢になって火炎温度が低下し、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制される。

以下、本実施例のバーナ１の空気ノズル１５の具体的構成について説明する。
図２および図３は、本実施例のバーナ１の空気ノズル１５の一例を示す概略図であり、図２は縦断面図、図３は下方から見た斜視図である。

空気ノズル１５は、その中空穴が先細りに形成されるのが好ましい。つまり、空気ノズル１５の中空穴は、下方へ行くに従って縮径するように形成されるのが好ましい。

本実施例では、図２に示すように、空気ノズル１５の中空穴は、縦断面における左右の側面がそれぞれ上方へ膨出する円弧状面２３に形成されており、その左右の円弧状面２３による先細りの下端部には下方へ延出して直管状の円筒面２４が形成されている。言い換えれば、空気ノズル１５の中空穴は、上方へ行くに従って左右方向外側へ拡がる円弧状面２３と、その円弧状面２３の下端部と連続的に下方へ延びる円筒面２４とから形成されている。

このように構成する理由は、次のとおりである。まず前提として、自己再循環型のバーナは、低ＮＯｘであるが低周波騒音が問題となっている。その原因の一つとして、火炎が空間に浮遊するため、空気ノズル１５からの噴流の速度変化に敏感に反応して、保炎が不安定になっているものと考えられる。より詳細には、従来、空気ノズル１５として単なる直管を用いているので、燃焼用空気の流路は、空気ノズルの入口部において急激に流路が狭められる。そのため、その部分で縮流が起こり、空気ノズル内壁面の流れにはく離が生じ、流れが不安定になる。そして、その不安定な流れは、そのまま空気ノズルの出口から放出されるため、噴流の流速が変動し、保炎が不安定になると考えられる。

ところが、本実施例のバーナ１によれば、空気ノズル１５の中空穴は、入口側の径が出口側の径よりも大きく、流れ方向に徐々に流路が絞られる。これにより、空気ノズル１５として単なる直管を用いた場合と比較して、空気ノズル１５入口側における急激な流路の縮小による縮流を防止することができ、空気ノズル１５内壁面の流れのはく離が抑制される。そのため、空気ノズル１５を通る空気の流れを安定なものとし、空気ノズル１５からの噴流の速度変化を抑えることができる。従って、自己再循環型のバーナ１に用いた場合でも、安定な保炎を実現して、従来問題となっていた振動燃焼に伴う低周波騒音を低減することができる。

本実施例のバーナ１は、さらに、空気ノズル１５の先端部に、複数の突起２５を備える。つまり、空気ノズル１５の先端部には、空気ノズル１５の先端側へ突出すると共に、空気ノズル１５からの噴流の側へ突出して、複数の突起２５が設けられている。

より具体的には、図２および図３に示すように、各空気ノズル１５の先端部には、その空気ノズル１５の周方向等間隔に、突起２５が設けられている。そして、各突起２５は、空気ノズル１５の先端側へ突出して設けられると共に、先端側へ行くに従って空気ノズル１５の径方向内側へ傾斜して設けられている。この突起２５の形状、大きさ、個数などは、適宜に設定されるが、本実施例では次のように構成されている。

すなわち、本実施例では、各突起２５は、先端側へ行くに従って先細りとなる略三角形状の板材で、その板面を先端側へ行くに従って空気ノズル１５の径方向内側へ傾斜して設けられている。図示例の場合、各突起２５は、二等辺三角形状の板材で、その底辺が空気ノズル１５の下端面に沿うようにして、空気ノズル１５の下端面に設けられる。それにより、三角形状の突起は、その頂角を下方へ向けて配置される。その際、板面が下方へ行くに従って径方向内側へ傾斜して設けられる。その傾斜角度αは、適宜に設定されるが、本実施例では、上下方向に対し、たとえば２０〜３０度とされる。

なお、各空気ノズル１５における突起２５の数は、適宜に変更されるが、図示例では周方向等間隔に四つである。また、各突起２５の大きさは、適宜に変更されるが、図示例では、底辺の長さが１０ｍｍ、頂角の二等分線に沿う長さが１０ｍｍとされている。

空気ノズル１５への各突起２５の設置を容易に行うために、本実施例では、次のように構成されている。すなわち、金属板を円環状（２６）に形成すると共に、その際、内周側には周方向等間隔に略三角形状部２７を径方向内側に突出して連接しておけばよい。各略三角形状部２７の頂角は、円環状部２６の中心に向くよう配置されている。そして、円環状部２６に対し略三角形状部２７を折り曲げて突起２５とし、円環状部２６を空気ノズル１５の下端面に重ね合わせてネジ２８などで固定すればよい。円環状部２６の内径は、空気ノズル１５の下部開口の内径に対応する一方、円環状部２６の外径は、空気ノズル１５の下端部の外径と同じかそれより小さく形成されている。このようにして、各突起２５を簡易に空気ノズル１５の下端部に設置することができる。

空気ノズル１５の噴出開口部に、上述のような突起２５を設けておくことで、空気ノズル１５からの噴流を乱流とすることが促進され、燃焼用空気と燃料と周囲の燃焼ガスの混合作用を強めることができる。より詳細な原理は、次のようなものと考えられる。つまり、空気ノズル１５からの噴流は、流れ方向に軸をもつ横渦となるが、突起２５を設けると、空気ノズル１５からの噴流は、各突起２５の内面（空気ノズル１５の径方向内側に配置された面）に当たることで、内面側が高圧、外面側が低圧となり、各突起２５の側面から外面側へ気流が流れ込んで、前記横渦と垂直な縦渦を発生させる。そして、この縦渦が横渦を崩壊させ、噴流の渦スケールを細かくすることで、噴流の速度変動を抑制し、火炎を安定させることができると考えられる。いずれにしても、突起２５が燃焼用空気と燃料と周囲の燃焼ガスの混合作用を強めることができ、自己再循環型のバーナ１の場合、これに伴いＮＯｘのさらなる低減を図ることができる。

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。特に、空気ノズル１５の先端部に、その空気ノズル１５の先端側へ突出しつつ噴流の側へ突出する突起２５を備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。たとえば、空気ノズル１５の先端部に突起２５を有するのであれば、場合により空気ノズル１５の中空穴は、従来どおり単なる直管状としてもよい。

また、前記実施例では、バーナ１は、下方へ向けて設けたが、場合により、上方や横向きで用いてもよい。さらに、前記実施例では、ボイラのバーナについて説明したが、ボイラの構成は適宜に変更可能であるし、本実施例のバーナ１の用途は、ボイラ以外にも適用可能である。

また、前記実施例では、突起２５は、燃焼用空気を噴出させる空気ノズル１５の先端部に設ける例を説明したが、燃焼用空気と燃料ガスとの予混合気を噴出させるノズルの先端部に設けることもできる。言い換えれば、本発明のバーナ１は、油焚きのボイラに限らず、ガス焚きのボイラにも適用可能である。

さらに、前記実施例では、空気ノズル１５への各突起２５の設置を容易に行うために、円環状部２６の内側に略三角形状部２７を連接しておき、円環状部２６に対し略三角形状部２７を折り曲げて突起２５を形成したが、このような手法は、空気ノズル１５や突起２５の形状が異なっても同様に用いることができる。つまり、空気ノズル１５の先端部に重ね合わせて固定される取付部（２６）に、突起２５形成用の突部（２７）を連接した平板状の金属板を用意し、取付部（２６）に対し突部（２７）を適宜の角度に折り曲げて突起２５を形成することができる。

１ バーナ
２ 缶体
３ 燃料ノズル
４ ノズルパイプ
５ ノズルチップ
６ 点火装置
７ 点火用電極棒
８ 電極
９ 整流筒
１０ エアレジスタ
１１ バッフル板
１２ 開口
１３ 空気開口形成板
１４ 開口
１５ 空気ノズル
１６ 燃焼筒
１７ ウィンドボックス
１８ 取付板
１９ フランジ
２０ 空気路
２１ 燃焼室
２２ 水管
２３ 円弧状面
２４ 円筒面
２５ 突起
２６ 円環状部（取付部）
２７ 略三角形状部（突部）
２８ ネジ

Claims (5)

1. 燃焼用空気を噴出させるノズルの先端部、または燃焼用空気と燃料ガスとの予混合気を噴出させるノズルの先端部に、そのノズルの先端側およびそのノズルからの噴流の側へ突出して複数の突起を設けた
   ことを特徴とするバーナ。
2. 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、
   前記空気ノズルの先端部には、その空気ノズルの周方向等間隔に、前記突起が設けられており、
   その各突起は、前記空気ノズルの先端側へ突出して設けられると共に、先端側へ行くに従って前記空気ノズルの径方向内側へ傾斜して設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
3. 前記各突起は、先端側へ行くに従って先細りとなる略三角形状で、その板面を先端側へ行くに従って前記空気ノズルの径方向内側へ傾斜して設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載のバーナ。
4. 筒状の前記空気ノズルの中空穴は、先細りに形成されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のバーナ。
5. 前記燃料ノズルおよび前記空気ノズルは、それぞれその軸線を上下方向に沿うと共に下方へ向けて配置されており、
   前記空気ノズルの中空穴は、縦断面における左右の側面がそれぞれ上方へ膨出する円弧状面に形成されており、その左右の円弧状面による先細りの下端部には下方へ延出して直管状の円筒面が形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のバーナ。

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