JP2017172815A

JP2017172815A - ベンチュリノズル及び該ベンチュリノズルを備える燃料供給装置

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Publication number: JP2017172815A
Application number: JP2016055802A
Authority: JP
Inventors: 誠芝; Makoto Shiba; 茂広渡辺; Shigehiro Watanabe; 藤原　達也; Tatsuya Fujiwara; 達也藤原
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: US20190017700A1; CN110779015A; CN110779015B; KR20180124842A; WO2017158904A1; CN108496041A; CN108496041B; US10539323B2; JP6634909B2

Abstract

【課題】より簡易な構成で、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数を一定に保てるベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置を提供すること。【解決手段】送風機２０の上流側に配置され、送風機２０の吸込圧により燃焼用空気と燃料ガスとを混合するベンチュリノズル１であって、下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部１２と、ノズル部１２の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部１３と、ノズル部１２と混合部１３との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口１５と、を備え、ノズル部１２の内面には、周方向に延びると共に燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の凸条部１６が形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、ベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置に関する。

従来、燃料ガスを燃焼用空気と混合して燃焼させることにより水を加熱して蒸気を生成する蒸気ボイラ等の燃焼装置に用いられる燃料供給装置として、燃焼装置に燃焼用空気を送り込む送風機よりも上流側で燃焼用空気と燃料ガスとを混合するファンサクションミキシング方式の予混合バーナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５２６３７２号公報

ファンサクションミキシング方式の予混合バーナは、送風機と、この送風機の上流側に配置されるベンチュリノズルと、を含んで構成される。そして、ベンチュリノズルは、下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、このノズル部の下流側に配置され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、ノズル部と混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を含んで構成される。

以上のベンチュリノズルによれば、送風機を駆動させることにより、ノズル部に燃焼用空気が吸入され、このノズル部に引き込まれた燃焼用空気のベンチュリ効果によって燃料ガス導入口から燃料ガスが混合部に引き込まれる。
このように、予混合バーナを、ベンチュリノズルを含んで構成することで、ベンチュリ効果を利用して燃料ガスを効率よく燃焼用空気と混合させられるため、燃料供給装置への燃料ガスの供給圧力を高めることなく、燃料ガスと燃焼用空気とを好適に混合させられる。

しかしながら、ファンサクションミキシング方式の予混合バーナにおいて、送風機の出力を変化させて燃焼量を変更した場合、燃料ガスと燃焼用空気の混合比（空気比）を一定に保つことが困難であった。即ち、送風機の出力が大きい場合（つまり、燃焼用空気の流量が大きい場合）に比して、送風機の出力が小さい場合（つまり、燃焼用空気の流量が小さい場合）、ベンチュリノズルの表面において発生する境界層剥離の影響が大きくなり、ベンチュリノズルに導入される燃焼用空気の流量係数が低下してしまう。ベンチュリノズルにおいては、燃焼用空気の供給圧力（大気圧）と燃料ガスの供給圧力とを一定の関係に保つことで空気比も一定に保たれるため、流量係数が変化してしまうと、空気比を一定に保つことはできない。そのため、従来の燃料供給装置では、燃焼量の変化（つまり、燃焼用空気の供給量の変化）に伴う流量係数の変化に応じて、燃料ガスの供給圧力を調整するガス圧力の調整機構を必要としていた。

従って、本発明は、より簡易な構成で、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数を一定に保てるベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、送風機の上流側に配置され、該送風機の吸込圧により燃焼用空気と燃料ガスとを混合するベンチュリノズルであって、下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、前記ノズル部の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、前記ノズル部と前記混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を備え、前記ノズル部の内面には、周方向に延びると共に燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の溝部又は凸条部が形成されるベンチュリノズルに関する。

また、前記ノズル部の内面は、内側に向かって凸となるように湾曲した曲面により形成されることが好ましい。

また、前記溝部又は凸条部の高さ（ｈ）は、０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、隣り合う溝部又は凸条部間の距離（ｌ）の該溝部又は凸条部の高さに対する比（ｌ／ｈ）は、１〜５であることが好ましい。

また、前記凸条部を構成する面のうち前記ノズル部の中心軸側に位置する面は、該中心軸に対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って前記中心軸から離間する方向に延び、前記凸条部を構成する面のうち、前記ノズル部の外面側に位置する面は、前記中心軸に対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って前記中心軸に接近する方向に延びることが好ましい。

また、ベンチュリノズルは、レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数に対するレイノルズ数が１．０Ｅ＋５の場合の流量係数の比が０．９７〜１．００であることが好ましい。

また、ベンチュリノズルは、レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数に対するレイノルズ数が５．０Ｅ＋４の場合の流量係数の比が０．９４〜１．００であることが好ましい。

また、本発明は、上記のいずれかに記載のベンチュリノズルと、前記ベンチュリノズルの下流側に配置される送風機と、前記送風機の出力を制御する制御部と、を備える燃料供給装置に関する。

本発明によれば、より簡易な構成で、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数を一定に保てるベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置を提供できる。

本発明の燃料供給装置の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係るベンチュリノズルのノズル部を示す斜視図である。図２のＸ−Ｘ線断面図である。図３の部分拡大図である。比較例１のベンチュリノズルのノズル部を示す断面図であり、図３に対応する図である。比較例２のベンチュリノズルのノズル部を示す断面図であり、図３に対応する図である。実施例及び比較例の結果を示す図である。本発明の第１の変形例に係るベンチュリノズルのノズル部を示す断面図であり、図４に対応する図である。本発明の第２の変形例に係るベンチュリノズルのノズル部を示す断面図であり、図４に対応する図である。本発明の第３の変形例に係るベンチュリノズルの凸条部を模式的に示した図である。

以下、本発明のベンチュリノズル及び燃料供給装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の燃料供給装置１００は、送風機よりも上流側で燃焼用空気と燃料ガスとを混合するファンサクションミキシング方式の予混合バーナであり、蒸気ボイラ等の燃焼装置（図示せず）に燃料ガス及び燃焼用空気の混合気を供給する。この燃料供給装置１００は、送風機２０と、制御部３０と、ベンチュリノズル１と、燃料ガス供給ライン４０と、第１混合気供給ライン５０と、第２混合気供給ライン６０と、を備える。

送風機２０は、ファン及びこのファンを回転させるモータを有する送風機本体２１と、ファン（モータ）の回転数を増減させるインバータ２２と、を備える。送風機２０は、インバータ２２に入力される周波数に応じてファンが所定の回転数で回転することで、所定の出力で燃焼用空気及び燃料ガスを吸引し、燃焼装置に送り込む。

制御部３０は、燃焼装置の燃焼状態（例えば、蒸気ボイラの燃焼位置）に応じて送風機２０の出力を変更して燃焼装置に供給される燃焼用空気の流量を制御する。具体的には、燃焼装置を高い燃焼位置で燃焼させる場合の送風機２０の出力は、低い燃焼位置で燃焼させる場合の送風機２０の出力よりも高く設定される。

ベンチュリノズル１は、送風機２０の上流側に配置される。ベンチュリノズル１は、ケーシング１１と、ノズル部１２と、混合部１３と、燃料ガス流路１４と、燃料ガス導入口１５と、を備える。
ケーシング１１は、例えば、アルミニウムやステンレス等の金属部材により一端側及び他端側が開放された筒状に構成される。ケーシング１１は、ベンチュリノズル１の外形を構成する。

ノズル部１２は、ケーシング１１の内部に配置される。より具体的には、ノズル部１２は、下流側に向かって縮径した形状に形成される、そして、ノズル部１２の上流側の端部は、全周に亘ってケーシング１１の上流側の端部に接合される。
ノズル部１２は、燃焼用空気が導入される燃焼用空気の導入部として機能する。

本実施形態では、ノズル部１２は、図２及び図３に示すように、軸方向の断面形状が内側に向かって凸となるように湾曲した曲面となった円錐台形状に形成される。より詳細には、ノズル部１２の内面は、径方向断面視において、下流側端部側に配置された直線部分１２１と、所定の半径Ｒの内側に凸となるように湾曲した四分円の曲面部分１２２と、を有する。
ノズル部１２の内面には、図２及び図３に示すように、周方向に延びると共に燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の凸条部１６が形成されている。凸条部１６の詳細については、後述する。

混合部１３は、ケーシング１１の内部におけるノズル部１２の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成される。混合部１３の上流側の端部の径は、ノズル部１２の下流側の端部の径よりも若干大きく構成される。また、混合部１３の上流側の端部は、ノズル部１２の下流側の端部と重なり合う位置に配置される。混合部１３の下流側の端部は、全周に亘ってケーシング１１の下流側の端部に接合される。本実施形態では、混合部１３は、図２及び図３に示すように、円錐台形状に形成される。
混合部１３は、ノズル部１２から導入される燃焼用空気と、後述の燃料ガス導入口１５から導入される燃料ガスとを混合する。

燃料ガス流路１４は、ケーシング１１の内面と、ノズル部１２の外面及び混合部１３の外面とに囲まれた空間により形成される。この燃料ガス流路１４には、後述の燃料ガス供給ライン４０から燃料ガスが供給される。

燃料ガス導入口１５は、ノズル部１２と混合部１３との間に配置される。具体的には、燃料ガス導入口１５は、ノズル部１２の下流側の端部と混合部１３の上流側の端部との間に形成される隙間により形成される。

燃料ガス供給ライン４０は、ベンチュリノズル１に燃料ガスを供給する。燃料ガス供給ライン４０の上流側は、燃料ガス供給源（図示せず）に接続される。燃料ガス供給ライン４０の下流側は、ケーシング１１に接続される。
燃料ガス供給ライン４０には、均圧弁４１及びオリフィス４２が配置される。均圧弁４１オリフィス４２は、燃料ガス供給ライン４０を流通する燃料ガスの圧力を設定された圧力に減圧してベンチュリノズル１側に供給する。

第１混合気供給ライン５０は、ベンチュリノズル１と送風機２０とを接続する。第１混合気供給ライン５０は、混合部１３において混合された燃料ガスと燃焼用空気との混合気を送風機２０側に流通させる。

第２混合気供給ライン６０は、送風機２０と燃焼装置（図示せず）とを接続する。第２混合気供給ライン６０は、送風機２０に送り込まれた混合気を燃焼装置側に流通させる。

以上の燃料供給装置１００によれば、制御部３０により送風機２０を所定の出力で駆動させると、燃焼用空気は、下流側に向かって縮径したノズル部１２に引き込まれ、その後、下流側に向かって拡径した混合部１３に引き込まれる。また、燃料ガス流路１４には、燃料ガス供給ライン４０から所定の圧力で燃料ガスが供給される。すると、ノズル部１２に引き込まれ、更に混合部１３に引き込まれた燃焼用空気のベンチュリ効果によって、燃料ガス流路１４に供給された燃料ガスは、燃料ガス導入口１５から混合部１３に引き込まれる。これにより、ベンチュリノズル１においては、ベンチュリ効果を利用することで燃料ガスの供給圧を高めることなく、燃焼用空気と燃料ガスとを効率的に混合させられる。
混合部１３において混合された燃焼用空気と燃料ガスとの混合気は、第１混合気供給ライン５０、送風機２０及び第２混合気供給ライン６０を通って燃焼装置に供給され、燃焼装置において燃焼される。

ここで、ベンチュリノズル１においては、理想的には、以下の関係式が成り立つ。

上記の式に加え、均圧弁４１を用いてＰｇ１＝Ｐａ１（Ｐａｔｍ（大気圧））を保つことで、ベンチュリミキシングでは、ＱｇとＱａの比例関係が保たれる。これにより、他の混合方式において必要とされる、空気比（燃焼用空気と燃料ガスとの混合比）を一定に保つための機械的又は電気的な燃料ガスの圧力調整機構を含むことなく、一定の空気比を実現できる。

しかしながら、従来のベンチュリノズルを含んで構成されるファンサクションミキシング方式の予混合バーナにおいて、送風機の出力を変化させて燃焼量を変更した場合、燃料ガスと燃焼用空気の混合比（空気比）を一定に保つことが困難であった。即ち、送風機の出力が大きい場合（つまり、燃焼用空気の流量が大きい場合）に比して、送風機の出力が小さい場合（つまり、燃焼用空気の流量が小さい場合）、ベンチュリノズルの表面において発生する境界層剥離の影響が大きくなると考えられ、これによりベンチュリノズルに導入される燃焼用空気の流量係数が低下してしまう。ベンチュリノズルにおいては、燃焼用空気の供給圧力Ｐａ１（大気圧）と燃料ガスの供給圧力Ｐｇ１とを一定の関係に保つことで空気比も一定に保たれるため、流量係数が変化してしまうと、空気比を一定に保つことはできない。

ここで、流量係数Ｃは、以下の式にて表される。流量係数の低下は、流れの損失の増大を示す。

ここで、ｖは流速、ｐは圧力、ρは密度を示す。また、添字２はノズル最狭部（図１におけるＰａ２の位置に相当）での値、添字１はノズル入口（図１におけるＰａ１の位置に相当）での値を示す。

そこで、本実施形態では、ノズル部１２の内面に複数の凸条部１６を形成してベンチュリノズル１を構成した。これにより、ノズル部１２に形成した複数の凸条部１６によりノズル部１２の表面において乱流を生じさせて境界層剥離の発生を抑制できる。よって、燃焼用空気の流量が小さい場合と大きい場合とにおいて、ベンチュリノズル１に導入される燃焼用空気の圧力に生じる変動を抑制できるので、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数Ｃを安定化させられ、空気比を一定に保てる。

本実施形態では、凸条部１６は、図３及び図４に示すように、ノズル部１２の内面において、周方向の全周に亘って延びるように環状に形成される。また、環状に形成された凸条部１６は、ノズル部１２の曲面部分１２２において、燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される。

より詳細には、本実施形態では、凸条部１６は、ノズル部１２の曲面部分１２２の内面から内側に突出するように形成されている。また、複数の凸条部１６の高さ（ｈ）は、上流側から下流側に向かうに従って徐々に高くなっている。そして、複数の凸条部１６の頂部は、それぞれ、略９０度の角度で突出しており、複数の凸条部１６は、階段状に形成されている。

また、凸条部１６を構成する面のうちノズル部１２の中心軸Ｘ側に位置する面（図４における面１６ａ）は、中心軸Ｘに対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って中心軸Ｘから離間する方向に延びる。本実施形態では、凸条部１６を構成する面のうちノズル部１２の中心軸Ｘ側に位置する面１６ａは、中心軸Ｘに対して平行に延びている。

また、凸条部１６を構成する面のうち、ノズル部１２の外面側に位置する面（図４における面１６ｂ）は、中心軸Ｘに対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って中心軸Ｘに接近する方向に延びる。本実施形態では、凸条部１６を構成する面のうち、ノズル部１２の外面側に位置する面１６ｂは、中心軸Ｘに対して垂直に延びている。
これにより、ノズル部１２を型を用いて成形する場合に、凸条部１６を好適に形成することができる。

ノズル部１２に形成する凸条部１６の高さ（ｈ）は、圧力損失を低減しつつ、低流量時における流量係数Ｃの低下を効果的に抑制する観点から、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。凸条部１６の高さ（ｈ）が高すぎる場合には、凸条部１６を配置することによる圧力損失が大きくなりすぎてしまう。また、凸条部１６の高さ（ｈ）が低すぎる場合には、凸条部１６により乱流を十分に発生させられず、境界層剥離の発生を十分に抑制できなくなる。

また、隣り合う凸条部１６間の距離（ｌ）の凸条部１６の高さ（ｈ）に対する比（ｌ／ｈ）は、同様の観点から、１〜５であることが好ましい。凸条部１６間の距離（ｌ）の凸条部１６の高さ（ｈ）に対する比（ｌ／ｈ）が大きすぎる場合（つまり、隣り合う凸条部１６間の距離（ｌ））が長すぎる場合には、複数の凸条部１６による境界層剥離の発生の抑制効果が低下してしまう。

尚、本実施形態において、凸条部１６の高さ（ｈ）とは、凸条部１６の頂部からノズル部１２の曲面部分１２２に対する垂直方向の距離をいう。また、隣り合う凸条部１６間の距離（ｌ）とは、隣り合う凸条部１６の頂部間の直線距離をいう。

また、本実施形態のベンチュリノズル１を、送風機の出力を大きく変化させる燃焼装置（例えば、ターンダウン比率の大きい蒸気ボイラ）に適用する場合に、高流量時と低流量時とにおける空気比の変動を抑制する観点から、レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数Ｃ１に対するレイノルズ数が１．０Ｅ＋５の場合の流量係数Ｃ２の比（Ｃ２／Ｃ１）が０．９７〜１．００であることが好ましい。また、同様の観点から、レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数Ｃ１に対するレイノルズ数が５．０Ｅ＋４の場合の流量係数Ｃ３の比（Ｃ３／Ｃ１）が０．９４〜１．００であることが好ましく、０．９７〜１．００であることがより好ましい。

次に、本発明を実施例及び比較例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［流量係数の測定］
内面に複数の凸条部１６を形成したノズル部１２を具備する実施例１のベンチュリノズル１、並びに凸条部を形成していないノズル部１２０を具備する比較例１及び２のベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させて、各流量におけるノズル部の入口の流量係数を測定した。

［比較例１］
図４に示すディンプルが形成されていないノズル部１２０を用いた比較例のベンチュリノズルを製造し、燃焼用空気の流量を変化させて各流量における流量係数を測定した。
ノズル部１２０として、上流側端部の直径Ｄ１が下流側端部の直径Ｄ２の約１．７５倍であり、内面は、径方向断面視において、下流側端部側に直線部分１２１を有すると共に、半径Ｒが下流側端部の直径Ｄ２の約０．４倍の内側に凸となるように湾曲した四分円の曲面部分１２２を有するものを用いた。このノズル部１２０の長さＤ３は、下流側端部の直径Ｄ２の約０．５倍の長さであった。

［実施例１］
図２〜図４に示す実施例１のノズル部１２を用いたベンチュリノズル１につき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
実施例１のノズル部１２は、比較例１と同様のノズル部を用い、このノズル部１２の内面の曲面部分１２２に複数の凸条部１６を形成して製造した。

実施例１の凸条部１６は、最も上流側の凸条部１６の高さ（ｈ）が０．５ｍｍ、最も下流側の凸条部１６の高さ（ｈ）が１．７ｍｍに形成される。また、隣り合う凸条部１６間の距離（ｌ）の凸条部１６の高さ（ｈ）に対する比（ｌ／ｈ）は、最も上流側において２、最も下流側において４であった。

［比較例２］
図６に示す比較例２のノズル部１２０を用いたベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
比較例２のノズル部１２０は、上流側端部の直径Ｄ１、下流側端部の直径Ｄ２及び長さＤ３は実施例１と同じ大きさであるが、内面は、径方向断面視において、下流側端部側から第１の直線部分１２３、第２の直線部分１２４、及び第３の直線部分１２５を有する不連続な複数の内面を有するものを用いた。

以上の実施例１、及び比較例１及び２の結果を図７及び表１に示す。

図７及び表１に示すように、ノズル部１２の内面に複数の凸条部１６を形成した実施例１のベンチュリノズルでは、複数の凸条部１６を形成していない比較例１のベンチュリノズルに比して、低流量（低レイノルズ数）時における流量係数の低下傾向が小さくなっていることが確認された。

より具体的には、実施例１のベンチュリノズルでは、レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数Ｃ１に対するレイノルズ数が１．０Ｅ＋５の場合の流量係数Ｃ２の比（Ｃ２／Ｃ１）が０．９８以上に保たれており、低流量域における流量係数Ｃの低下傾向が抑制されていることが確認された。
レイノルズ数が２．５Ｅ＋５〜１．０Ｅ＋５の範囲において、流量係数Ｃの変化率を抑制することで、例えば、ベンチュリノズルを送風機の出力を大きく変化させる燃焼装置（例えば、ターンダウン比率の大きい蒸気ボイラ）に適用した場合においても、安定した燃焼状態を実現できる。

一方、不連続な複数の内面を有するノズル部１２０を用いた比較例２のベンチュリノズルでは、図７及び表１に示すように、流量の変化に対する流量係数の変化は少なくなっているが、四分円の曲面を有するノズル部１２を用いたベンチュリノズルに比して、全体的に流量係数が小さくなっていることが確認された。この結果から、比較例２のベンチュリノズルでは、実施例１のベンチュリノズルに比して、損失が大きくなっていることが示された。

以上の結果から、内面に複数の凸条部１６が形成されたノズル部１２を有する実施例１のベンチュリノズルでは、流量を変化させた場合における流量係数を一定に保てることが示された。また、ノズル部１２の内面を曲面に形成することで、流量係数を高く維持しつつ流量係数の安定化を実現できることが示された。

以上説明した本実施形態のベンチュリノズル１及び燃料供給装置１００によれば、以下の効果が奏される。

（１）燃焼量を変更可能な燃料供給装置を、ベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルの下流側に配置される送風機を含んで構成した場合、送風機の出力を大きくして供給する燃料ガス及び燃焼用空気の流量を大きくした場合（燃焼量を大きくした場合）と送風機の出力を小さくして供給する燃料ガス及び燃焼用空気の流量を少なくした場合（燃焼量を小さくした場合）とにおいて、空気比（燃料ガスと燃焼用空気の混合比）を一定に保つことが困難であった。即ち、送風機の出力が大きい場合（つまり、燃焼用空気の流量が大きい場合）に比して、送風機の出力が小さい場合（つまり、燃焼用空気の流量が小さい場合）、ベンチュリノズルの表面において発生する境界層剥離の影響が大きくなり、ベンチュリノズルに導入される燃焼用空気の流量係数が低下してしまう。そのため、従来の燃料供給装置では、燃焼量の変化（つまり、燃焼用空気の供給量の変化）に伴う流量係数の変化に応じて、燃料ガスの供給圧力を調整するガス圧力の調整機構を必要としていた。
そこで、ベンチュリノズル１を、ノズル部１２の内面に複数の凸条部１６を形成して構成し、このベンチュリノズル１を含んで燃料供給装置１００を構成した。これにより、ノズル部１２に形成した複数の凸条部１６によりノズル部１２の表面において乱流を生じさせて境界層剥離の発生を抑制できるので、燃焼用空気の流量が小さい場合における流量係数の低下を抑制できる。よって、燃焼用空気の流量の変動があった場合においてもベンチュリノズル１における流量係数を一定に保てるので、燃焼用空気の流量の変動があった場合でも、燃焼用空気と燃料ガスとの混合比（空気比）を一定に保てる。その結果、ターンダウン比の高いボイラにおいても、燃焼量変化に伴うガス圧力調整機構等を含むことなく、ボイラを構成できるので、ベンチュリノズル１を含んで構成される燃料供給装置１００及びこの燃料供給装置１００を含んで構成されるボイラの製造コストを低減できる。
また、燃焼用空気と燃料ガスとの混合比（空気比）を一定に保てるため、ガス圧力調整機構を含んで燃料供給装置を構成した場合においても、ガス圧力調整機構への依存度を下げられ、より簡易な制御によって、空気比を安定させられる。

（２）ノズル部１２の内面を、内側に向かって凸となるように湾曲した曲面により構成した。これにより、流量係数を高く維持しつつ流量係数の安定化を実現できる。よって、ベンチュリノズル１における圧力損失を小さくできるので、送風機２０の負荷を軽減でき、エネルギ損失の抑制及び流量特性の安定化を両立させられる。

以上、本発明のベンチュリノズル及び燃料供給装置の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、ノズル部１２の曲面部分１２２の内面から突出した形状の凸条部１６を複数形成してベンチュリノズル１を構成したが、これに限らない。即ち、図８に示すように、ノズル部１２Ａの曲面部分１２２Ａの内面から凹んだ形状の溝部１６Ａを複数形成してベンチュリノズルを構成してもよい。この場合、溝部１６Ａの高さ（ｈ）は、溝部１６Ａの最奥部からノズル部１２の曲面部分１２２の内面に対する垂直方向の距離をいう。また、隣り合う溝部１６Ａ間の距離（ｌ）とは、隣り合う溝部１６Ａの裾野部分（最も内面側に位置する部分）の間の直線距離をいう。また、この場合、溝部１６Ａを構成する面のうちノズル部１２Ａの中心軸Ｘ側に位置する面１６ａは、中心軸Ｘに対して垂直に延びている。そして、溝部１６Ａを構成する面のうちノズル部１２Ａの外面側に位置する面１６ｂは、中心軸Ｘに対して平行に延びている。

また、本実施形態では、複数の凸条部１６の頂部を、それぞれ、ノズル部１２の内面から略９０度の角度で突出させ、複数の凸条部１６を階段状に形成したが、これに限らない。即ち、図９に示すように、複数の凸条部１６Ｂを、頂部が凸曲面となるようにノズル部１２Ｂの曲面部分１２２Ｂの内面から突出させてリブ状に形成してもよい。この場合、凸条部１６Ｂを構成する面のうちノズル部１２Ｂの中心軸Ｘ側に位置する面１６ａ、及びノズル部１２Ｂの外面側に位置する面１６ｂは、いずれも中心軸Ｘに対して平行に延びている。

また、凸条部１６の高さ（ｈ）及び隣り合う凸条部１６間の距離（ｌ）は、実施例に制限されない。

また、上述の各実施形態では、溝部又は凸条部を構成する面のうちノズル部の中心軸Ｘ側に位置する面１６ａ、及びノズル部１２Ｂの外面側に位置する面１６ｂは、中心軸Ｘに対して平行又は垂直に延びていたが、これに限らない。即ち、図１０に示すように、凸条部１６Ｃを構成する面のうちノズル部１２Ｃの中心軸Ｘ側に位置する面１６ａを、ノズル部１２Ｃの上流側に向かうに従って中心軸Ｘから離間する方向に延びる面１６ａ１を含んで構成してもよい。また、凸条部１６Ｃを構成する面のうちノズル部１２Ｃの外面側に位置する面１６ｂを、ノズル部１２Ｃの上流側に向かうに従って中心軸Ｘに接近する方向に延びる面１６ｂ１を含んで構成してもよい。

尚、溝部は、当該溝部を構成する面と中心軸とのなす角度が０度以上の劣角となるように設定することで、ノズル部を型を用いて成形する場合に、溝部を好適に形成することができる。ここで、溝部を構成する面と中心軸とのなす角度とは、溝部を構成する面におけるノズル部の内面側に位置する端部に中心軸と平行な直線を合わせた場合における両者のなす角度を、中心軸を基準（始線）とした正の角で表すものをいう。

また、本実施形態では、全周に亘って環状に形成された凸条部１６を燃焼用空気の流れ方向に間隔をあけて複数配置したが、これに限らない。即ち、溝部又は凸条部は、ノズル部の内面の一部に形成してもよい。この場合、ノズル部を軸方向視した場合（ノズル部を燃焼用空気の流れ方向に視た場合）に、隣り合う溝部又は凸条部が重なる位置に配置されればよい。また、溝部又は凸条部をノズル部の内面に螺旋状に形成してもよい。
即ち、本明細書において、「燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の溝部又は凸条部」とは、ノズル部を軸方向視した場合に隣り合う溝部又は凸条部が重なる位置に配置されることを示す。

また、燃料供給装置を、ベンチュリノズルに供給される燃料ガスの圧力を調整するガス圧力調整機構を含んで構成してもよい。

１ベンチュリノズル
１２ノズル部
１３混合部
１５燃料ガス導入口
１６凸条部
２０送風機
３０制御部
１００燃料供給装置

Claims

送風機の上流側に配置され、該送風機の吸込圧により燃焼用空気と燃料ガスとを混合するベンチュリノズルであって、
下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、
前記ノズル部の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、
前記ノズル部と前記混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を備え、
前記ノズル部の内面には、周方向に延びると共に燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の溝部又は凸条部が形成されるベンチュリノズル。
前記ノズル部の内面は、内側に向かって凸となるように湾曲した曲面により形成される請求項１に記載のベンチュリノズル。
前記溝部又は凸条部の高さ（ｈ）は、０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、隣り合う溝部又は凸条部間の距離（ｌ）の該溝部又は凸条部の高さ（ｈ）に対する比（ｌ／ｈ）は、１〜５である請求項１又は２に記載のベンチュリノズル。
前記凸条部を構成する面のうち前記ノズル部の中心軸側に位置する面は、該中心軸に対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って前記中心軸から離間する方向に延び、
前記凸条部を構成する面のうち、前記ノズル部の外面側に位置する面は、前記中心軸に対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って前記中心軸に接近する方向に延びる請求項１〜３のいずれかに記載のベンチュリノズル。
レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数に対するレイノルズ数が１．０Ｅ＋５の場合の流量係数の比が０．９７〜１．００である請求項１〜４のいずれかに記載のベンチュリノズル。
レイノルズ数が２．５Ｅ＋５の場合の流量係数に対するレイノルズ数が５．０Ｅ＋４の場合の流量係数の比が０．９４〜１．００である請求項１〜５のいずれかに記載のベンチュリノズル。
請求項１〜６のいずれかに記載のベンチュリノズルと、
前記ベンチュリノズルの下流側に配置される送風機と、
前記送風機の出力を制御する制御部と、を備える燃料供給装置。