JP2022016933A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロットバーナの火炎を安定的に保てる燃焼装置を提供すること。【解決手段】燃焼装置１は、水素を含む第１ガスが流通する第１ガス流通路を形成する第１ガス流通管１１と、第１ガス流通管の下流側に接続される第１保炎器１２と、第１ガス流通管１１を包囲し、第１ガス流通管１１の外周面との間に燃焼用空気が流通する第１燃焼用空気流路を形成するバーナ外筒１３と、第２ガスが流通する第２ガス流通路を形成する第２ガス流通管２１及び第２ガスに混合される燃焼用空気が流通する第２燃焼用空気流路を形成する燃焼用空気流通管２２を有するパイロットバーナ２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガスを含む燃料ガスを燃焼させる燃焼装置に関する。

従来、燃料ガスが流通する燃料ガス配管、この燃料ガス配管の下流側に接続される保炎器、及び燃料ガス配管を包囲するように配置され燃料ガス配管の外周面との間に燃焼用空気が流通するバーナ外筒を備え、燃料ガス配管の下流側において燃料ガスと燃焼用空気とを混合させて燃焼させる先混合方式のメインバーナを備えるボイラ等の燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、先混合方式のメインバーナを備える燃焼装置において、メインバーナの近傍に配置され、メインバーナを燃焼させる前に着火されるパイロットバーナを更に備える燃焼装置も提案されている。

特開２００１－２０１０１９号公報

このような燃焼装置において燃焼を開始する場合、まず、パイロットバーナに燃料が供給されると共にバーナ外筒から燃焼用空気が供給された状態でパイロットバーナが着火される。次いで、パイロットバーナが着火した状態においてメインバーナに燃料ガスが供給されることでメインバーナが着火され、燃焼が開始される。

ここで、メインバーナに供給される燃料ガスとして、空気と混合した場合の燃焼範囲が広い水素ガスを用いた場合には、燃焼装置の燃焼を開始する前に、燃料ガス配管を含む燃焼装置の内部に窒素等の不活性ガスを供給する不活性ガスによるパージを行うことが求められる。
このように、燃焼を開始する前に不活性ガスによるパージを行った場合には、メインバーナおよび燃料ガス配管に不活性ガスが残存した状態で、パイロットバーナが着火され燃焼が行われるため、不活性ガスの影響によってパイロットバーナの火炎が安定しない場合があった。

従って、本発明は、パイロットバーナの火炎を安定的に保てる燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は、水素を含む第１ガスが流通する第１ガス流通路を形成する第１ガス流通管と、前記第１ガス流通管の下流側に接続される第１保炎器と、前記第１ガス流通管を包囲し、前記第１ガス流通管の外周面との間に燃焼用空気が流通する第１燃焼用空気流路を形成するバーナ外筒と、第２ガスが流通する第２ガス流通路を形成する第２ガス流通管及び該第２ガスに混合される燃焼用空気が流通する第２燃焼用空気流路を形成する燃焼用空気流通管を有するパイロットバーナと、を備える燃焼装置に関する。

また、前記燃焼用空気流通管は、前記第２ガス流通管に燃焼用空気を供給し、該第２ガス流通管には、前記第２ガスと燃焼用空気との予混合ガスが流通することが好ましい。

また、前記パイロットバーナは、前記第２ガス流通管の下流側に配置される第２保炎器を更に備え、前記第２ガス流通管は、前記第１ガス流通路に配置されることが好ましい。

また、第２保炎器は、前記第２ガス流路の一部を塞ぐように配置される板状の保炎部材と、該保炎部材の下流側に配置される保炎筒と、を備え、前記保炎部材と前記保炎筒の先端部との間の距離Ｌは、前記保炎筒の径Ｄに対して、０．５Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄの関係を満たす範囲に設定されることが好ましい。

また、前記保炎筒の先端部の位置は、前記第１ガス流通管の先端部よりも下流側に位置することが好ましい。

また、燃焼装置は、前記第１ガス流通管の外側に配置される火炎検知器を更に備え、前記第１保炎器は、基端部が前記第１ガス流通管の下流側の端部に接続されると共に、先端部が第１ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状に形成され、前記第１保炎器の周面には、前記燃焼用空気が流通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の貫通孔のうち、前記火炎検知器から前記第１ガス流通管の管軸と平行に延びる軸が前記火炎検知器と交わる位置にある貫通孔は、他の貫通孔よりも大きいことが好ましい。

また、燃焼装置は、前記第１ガス流通管に接続され、該第１ガス流通管に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、前記第１ガス流通管への第１ガスの供給を停止させた状態で、前記不活性ガス供給管から前記第１ガス流通管に不活性ガスを供給させる制御部と、を更に備えることが好ましい。

本発明の燃焼装置によれば、パイロットバーナの火炎を安定的に保てる。

本発明の第１実施形態に係る燃焼装置の全体構成を示す図である。 第１実施形態に係るパイロットバーナの第２保炎器部分を拡大して示す図である。 図２に示す第２保炎器を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る燃焼装置の全体構成を示す図である。

以下、本発明の燃焼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。燃焼装置１は、水素ガスを燃料ガスとして用いて燃焼させる燃焼装置であり、実施形態では、水素ガスを燃焼させて蒸気を生成する蒸気ボイラに適用される。
蒸気ボイラは、内部に燃焼室が形成される缶体と、この缶体の内部に鉛直方向に延びて配置される複数の水管と、缶体の下部に配置されて複数の水管の下端部が接続され水管に供給される水が貯留される下部ヘッダと、缶体の上部に配置されて複数の水管の上端部が接続され水管の内部で水が加熱されて生成された蒸気が導入される上部ヘッダ（缶体、水管、下部ヘッダ及び上部ヘッダはいずれも図示せず）と、缶体の上部に配置されて缶体の内部を加熱する燃焼装置１と、を備える。

燃焼装置１は、水素を含む第１ガスをメイン燃料として燃焼させるメインバーナ１０と、このメインバーナ１０による第１ガスの燃焼開始前に第２ガスを燃料として燃焼させるパイロットバーナ２０と、メインバーナ１０及びパイロットバーナ２０に形成される火炎を検知する火炎検知器３０と、着火装置４０と、燃焼装置１の燃焼を制御する制御部９０と、を備える。また、燃焼装置１は、メインバーナ１０に第１ガスを供給する第１ガス供給ラインＬ１と、メインバーナ１０に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管としての不活性ガス供給ラインＬ２と、パイロットバーナ２０に第２ガスを供給する第２ガス供給ラインＬ３と、を備える。

メインバーナ１０は、缶体の上部に配置され、第１ガス流通管１１と、第１保炎器１２と、バーナ外筒１３と、を備える。
第１ガス流通管１１は、鉛直方向に延びて配置され、下端部が缶体の内部（燃焼室）に位置する。第１ガス流通管１１の上端側は、第１ガス供給ラインＬ１に接続される。第１ガス流通管１１の内部には、第１ガスが鉛直方向下方に向かって流通する第１ガス流通路が形成される。

第１保炎器１２は、第１ガス流通管１１の下端部に接続される。第１保炎器１２は、下方に向かって拡開した円錐台形状の管状部材により構成される。第１保炎器１２の上端部の径は、第１ガス流通管１１の下端部の径と略同一に構成される。

第１保炎器１２の周面には、複数の貫通孔１２１が形成される。貫通孔１２１は、上下方向（拡開方向）に所定間隔をあけて複数列形成されている。また、貫通孔１２１は、各列において、周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。貫通孔１２１の大きさは、上端側の列から下端側の列に向かうに従って徐々に大きくなっている。
実施形態では、最も上部の列に形成された複数の貫通孔１２１のうちの一の貫通孔１２１ａの大きさは、同じ列の他の貫通孔１２１の大きさよりも大きく形成される。径の大きい貫通孔１２１ａは、後述の火炎検知器３０の直下（鉛直方向下方）の位置に配置される。

バーナ外筒１３は、円筒状に構成され、第１ガス流通管１１及び第１保炎器１２を包囲するように第１ガス流通管１１と同軸となるように配置される。バーナ外筒１３の上端側は、燃焼用空気が供給される燃焼用空気供給路としてのウィンドボックス６０の内部に上方に開口した状態で配置される。バーナ外筒１３の下端部は、第１保炎器１２の下端部よりも下方に位置する。バーナ外筒１３の内径は、第１保炎器１２の下端部の外径よりもわずかに大きい径に設定される。バーナ外筒１３の内部における第１ガス流通管１１の外周面との間には、ウィンドボックス６０を通じて供給された燃焼用空気が流通する第１燃焼用空気流通路が形成される。

パイロットバーナ２０は、メインバーナ１０の近傍に配置され、第２ガス流通管２１と、燃焼用空気流通管２２と、第２保炎器２３と、を備える。
第２ガス流通管２１は、鉛直方向に延びて配置される。第１実施形態では、第２ガス流通管２１は、第１ガス流通管１１よりも小径に構成され、第１ガス流通管１１の内側に、第１ガス流通管１１と同軸に配置される。即ち、第２ガス流通管２１は、第１ガス流通路に配置される。第２ガス流通管２１の上端側は、第２ガス供給ラインＬ３に接続される。

燃焼用空気流通管２２は、パイロットバーナ２０で燃焼される第２ガスに混合される燃焼用空気が流通する第２燃焼用空気流路を形成する。第１実施形態では、燃焼用空気流通管２２の上流側は、ウィンドボックス６０に接続され、下流側は第２ガス供給ラインＬ３に接続される。即ち、第１実施形態では、燃焼用空気流通管２２は、第２ガス供給ラインＬ３を介して第２ガス流通管２１に接続される。これにより、第２ガス流通管２１には、第２ガスと燃焼用空気との予混合ガスが流通する。燃焼用空気流通管２２には、第２燃焼用空気流路を開閉する空気開閉弁２２１が配置される。
予混合ガス（第２ガスと燃焼用空気との混合ガス）の空気比は、後述の火炎検知器３０において、パイロットバーナ２０に形成される火炎の検知を好適に行う観点から、１から１．２であることが好ましい。空気比を１から１．２とすることで、パイロットバーナ２０において形成される火炎の長さを長くできる。

第２保炎器２３は、第２ガス流通管２１の下流側に配置される。第１実施形態では、第２保炎器２３は、第２ガス流通管２１の下端部に接続される。第２保炎器２３は、図２及び図３に示すように、保炎部材２３１と、保炎筒２３２と、を備える。

保炎部材２３１は、中央部に中央貫通孔２３４が形成されると共に、中央貫通孔２３４の周囲に、周方向に所定間隔をあけて複数の周囲貫通孔２３５が形成された円板状部材により構成される。保炎部材２３１は、上面側が中央貫通孔２３４に向かって下り傾斜となったすり鉢状の凹状面となっており、この凹状面に周囲貫通孔２３５が形成される。保炎部材２３１の外径は、第２ガス流通管２１の下端部の内径と略同径に形成される。保炎部材２３１は、第２ガス流通管２１の下端部に溶接等により接合され、第２ガス流路の一部を塞ぐ。

保炎筒２３２は、第２ガス流通管２１と略同径の筒状部材により構成され、第２ガス流通管２１の下端部に、第２ガス流通管２１と同軸となるように接続される。第１実施形態では、保炎筒２３２の下端部の位置は、第１ガス流通管１１の下端部の位置よりも下方に位置する。また、保炎筒２３２の下端部は、第１保炎器１２に形成された複数の貫通孔１２１のうちの最も上段の貫通孔１２１よりも上方に位置する。
保炎筒２３２の長さ（保炎部材２３１と保炎筒２３２の先端部との間の距離、換言すれば、保炎部材２３１とパイロットバーナ２０の下端部との間の距離）Ｌと、保炎筒２３２の内径（第２ガス流通管２１の内径）Ｄとは、第２保炎器２３における保炎性を好適に確保する観点から、０．５Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄの範囲に設定されることが好ましい。

尚、第１実施形態では、第２保炎器２３は、保炎部材２３１と保炎筒２３２とにより構成される形態として説明したが、これに限らない。即ち、第２保炎器２３を、保炎部材２３１のみにより構成し、第２ガス流通管２１の下端部から所定長さ上方に保炎部材２３１を接合して配置してもよい。言い換えれば、第１実施形態の第２ガス流通管２１と保炎筒２３２とを合わせた部材を第２ガス流通管とし、この第２ガス流通管の下端部から所定長さ上方に第２保炎器としての保炎筒を配置してパイロットバーナを構成してもよい。

火炎検知器３０は、第１保炎器１２の鉛直方向上方に配置される。火炎検知器３０は、ウィンドボックス６０、第１燃焼用空気流路、及び第１保炎器１２に形成された貫通孔１２１ａを通じて、メインバーナ１０又はパイロットバーナ２０により形成された火炎を検知する。火炎検知器３０は、火炎を検知可能な紫外線火炎検知器等の光学的センサ３１を有して構成される。

着火装置４０は、先端部において点火を行うスパークロッド４１を備え、第２ガス流通管２１に沿って第２ガス流通管２１の内部に配置される。着火装置４０は、第２ガス流通管２１から噴出される第２ガスと燃焼用空気との予混合ガスに着火を行う。

第１ガス供給ラインＬ１は、メインバーナ１０（第１ガス流通管１１）に第１ガスを供給する。第１実施形態では、第１ガスとして水素ガスが用いられる。第１ガス供給ラインＬ１には、この第１ガス供給ラインＬ１を開閉する第１ガス開閉弁６１が配置される。
不活性ガス供給ラインＬ２は、メインバーナ１０に不活性ガスを供給する。第１実施形態では、不活性ガス供給ラインＬ２は、第１ガス供給ラインＬ１における第１ガス開閉弁６１よりも下流側に接続され、第１ガス供給ラインＬ１を通じてメインバーナ１０に不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。不活性ガス供給ラインＬ２には、この不活性ガス供給ラインＬ２を開閉する不活性ガス開閉弁６２が配置される。
第２ガス供給ラインＬ３は、パイロットバーナ２０に第２ガスを供給する。第１実施形態では、第２ガスとして液化石油ガス（ＬＰＧ）、都市ガス等の炭化水素ガスが用いられる。第２ガス供給ラインＬ３には、この第２ガス供給ラインＬ３を開閉する第２ガス開閉弁６３が配置される。

制御部９０は、各種弁の開閉や着火装置４０の動作を制御することで、燃焼装置１の燃焼を制御する。

以下、制御部９０による燃焼装置１の燃焼制御について説明する。
制御部９０は、燃焼装置１による燃焼を開始する場合、まず、第１ガス開閉弁６１を閉止し、不活性ガス開閉弁６２を開放し、メインバーナ１０に不活性ガスを供給する不活性ガスパージ（プレパージ）を行う。また、送風機（図示せず）を駆動させ、ウィンドボックス６０に燃焼用空気を導入する。これにより、メインバーナ１０における第１ガス流通管１１（第１ガス流路）及びメインバーナ１０に不活性ガスが供給される。また、ウィンドボックス６０からバーナ外筒１３を通じて燃焼用空気が缶体の内部に供給され缶体の内部のエアパージが行われる。

不活性ガスパージを行った後、制御部９０は、パイロットバーナ２０を着火する。具体的には、制御部９０は、不活性ガス開閉弁６２を閉止し、第２ガス開閉弁６３及び空気開閉弁２２１を開放し、第２ガス流通管２１に第２ガスと燃焼用空気の予混合ガスを供給する。また、着火装置４０により予混合ガスに点火し、パイロットバーナ２０を着火する。ここで、パイロットバーナ２０には、第２ガスに混合されるパイロットバーナを着火するための燃焼用空気が供給される。これにより、不活性ガスパージによりメインバーナ１０に不活性ガスが残存していた場合であっても、この不活性ガスの影響によりパイロットバーナ２０の燃焼が阻害されない。よって、パイロットバーナ２０の火炎を安定的に保てる。また、パイロットバーナ２０に形成された火炎は、第２保炎器２３において安定的に保たれる。
パイロットバーナ２０の火炎は、火炎検知器３０により検知される。

パイロットバーナ２０が着火された後（火炎検知器３０によりパイロットバーナ２０の火炎が検知された後）、制御部９０は、メインバーナ１０を着火する。具体的には、制御部９０は、第１ガス開閉弁６１を開放し、第１ガス供給ラインＬ１を通じて第１ガス流通管１１（第１ガス流通路）に第１ガスである水素ガスを供給する。第１ガス流通路を通じて第１ガス流通管１１から噴出された水素ガスは、第１保炎器１２において複数の貫通孔１２１を通じて第１保炎器１２の上流側から供給される燃焼用空気と混合（先混合）され、パイロットバーナ２０の火炎により着火される。更に、第１保炎器１２とバーナ外筒１３の隙間から噴き出す燃焼用空気と混合されて燃焼する。
メインバーナ１０が着火された後、制御部９０は、第２ガス開閉弁６３を閉止し、パイロットバーナ２０の燃焼を停止させる。尚、ここで、空気開閉弁２２１は閉止せずに開放しておくことで、メインバーナ１０の燃焼中においてもパイロットバーナ２０に燃焼用空気の供給が継続されるため、パイロットバーナ２０が過熱されることを防げる。
メインバーナ１０の火炎も、火炎検知器３０により検知される。

メインバーナ１０の燃焼を停止させる場合、制御部９０は、第１ガス開閉弁６１を閉止する。これにより、メインバーナ１０への水素ガスの供給が停止され、火炎は消火する。火炎の消火は、火炎検知器３０により検知される。
メインバーナ１０の燃焼が停止された後、制御部９０は、不活性ガス開閉弁６２を開放して、再び不活性ガスパージ（ポストパージ）を行う。不活性ガスパージを行った後、制御部９０は、不活性ガス開閉弁６２を閉止し、送風機の駆動を停止させる。

以上説明した第１実施形態の燃焼装置１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）燃焼装置１を、水素を含む第１ガスを燃焼させる先混合方式のメインバーナ１０と、パイロットバーナ２０と、を含んで構成し、パイロットバーナ２０を、第２ガスが流通する第２ガス流通管２１と、第２ガスに混合される燃焼用空気が流通する燃焼用空気流通管２２と、を含んで構成した。これにより、パイロットバーナ２０を着火するときに、燃焼用空気流通管２２を通じて第２ガスに好適に燃焼用空気を供給できる。よって、メインバーナ１０の燃焼ガスとして水素ガスを含む第１ガスを用いた場合に、第１ガス流通管１１を不活性ガスによりパージした場合等においても、不活性ガスの影響によりパイロットバーナ２０の燃焼が阻害されないので、パイロットバーナの火炎を安定的に保てる。

（２）燃焼用空気流通管２２を、第２ガス供給ラインＬ３を介して第２ガス流通管２１の基端側に接続し、第２ガス流通管２１に第２ガスと燃焼用空気との予混合ガスを流通させた。これにより、パイロットバーナ２０を予混合方式に構成できるので、パイロットバーナ２０をシンプルに構成できる。

（３）パイロットバーナ２０を、第２保炎器２３を含んで構成し、第２ガス流通管２１を第１ガス流通路に配置した。これにより、パイロットバーナ２０を、バーナ外筒１３の内側に形成される第１燃焼用空気流路ではなく、第１ガス流通管１１の内側に配置できるので、第１燃焼用空気流路における燃焼用空気の流れを乱すことなく燃焼装置１を構成できる。よって、燃焼装置１の燃焼状態をより安定化させられる。また、燃焼装置１を小型化できる。

（４）第２保炎器２３を、保炎部材２３１と、保炎筒２３２と、を含んで構成し、保炎部材２３１と保炎筒２３２の先端部との間の距離Ｌを、保炎筒２３２の径Ｄに対して、０．５Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄの関係を満たす範囲に設定した。これにより、第１ガス流通管１１を不活性ガスでパージした場合において第１ガス流通管１１から噴出した不活性ガスが第２保炎器２３（保炎筒２３２）の内側に侵入して保炎部材２３１から下流側に形成される火炎が不安定になることを防げる。

（５）保炎筒２３２の先端部の位置を、第１ガス流通管１１の先端部よりも下流側（下方）に位置させた。これにより、第１ガス流通管１１を不活性ガスでパージした場合において第１ガス流通管１１の先端部から噴出した不活性ガスを保炎筒２３２の内部に侵入させにくくできる。

（６）メインバーナ１０において、火炎は、第１保炎器１２に形成された複数の貫通孔１２１のうちの最も上段の貫通孔１２１が形成された位置から下方に向けて形成される。そこで、保炎筒２３２の先端部（下端部）の位置を、第１保炎器１２における貫通孔１２１が形成された位置より上流側（上方）に位置させた。これにより、メインバーナ１０が燃焼している状態において、第１保炎器１２に形成された火炎によってパイロットバーナ２０が加熱されることを抑制できるので、パイロットバーナ２０を長寿命化できる。

（７）燃焼装置１を、火炎検知器３０を含んで構成し、第１保炎器１２を、周面に複数の貫通孔１２１を形成して構成すると共に、複数の貫通孔１２１のうち、火炎検知器３０から第１ガス流通管１１の管軸と平行に延びる軸が火炎検知器３０と交わる位置にある貫通孔１２１ａを、他の貫通孔１２１よりも大きく形成した。これにより、第１保炎器１２の内側において形成された火炎から火炎検知器３０に到達する光量を増加させられるので、第１保炎器１２の中心部近傍に形成されるパイロットバーナ２０の火炎をより正確に検知させられる。

（８）燃焼装置１を、不活性ガス供給ラインＬ２と、制御部９０と、を含んで構成し、制御部９０に、第１ガス流通管１１への第１ガスの供給を停止させた状態で不活性ガス供給ラインＬ２から第１ガス流通管１１に不活性ガスを供給させる不活性ガスパージを行わせた。これにより、水素ガスを含む第１ガスの供給が停止した状態で、第１ガス流通管１１を不活性ガスでパージさせられるので、燃焼装置１の安全性を向上させられる。

次に、本発明の第２実施形態に係る燃焼装置１Ａにつき、図４を参照しながら説明する。第２実施形態の燃焼装置１Ａは、パイロットバーナ２０Ａの構成において、第１実施形態と異なる。より詳細には、第２実施形態では、パイロットバーナ２０Ａは、燃焼用空気と第２ガスとが第２ガス流通管２１Ａよりも下流側で混合されて燃焼される先混合バーナにより構成されている点で、第１実施形態と異なる。尚、第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

第２実施形態において、パイロットバーナ２０Ａは、第２ガス流通管２１Ａと、燃焼用空気流通管２２Ａと、第２保炎器２３Ａと、を備える。
第２ガス流通管２１Ａは、鉛直方向に延びて配置される。第２実施形態では、第２ガス流通管２１Ａは、第１ガス流通管１１よりも小径に構成され、第１ガス流通管１１の内側に、第１ガス流通管１１と同軸に配置される。第２ガス流通管２１Ａの上端側は、第２ガス供給ラインＬ３に接続される。第２ガス流通管２１の内部には、第２ガス流通路が形成される。第２ガス流通管２１Ａの下端部は、第１ガス流通管１１の下端部よりも上方（上流側）に位置する。

燃焼用空気流通管２２Ａは、鉛直配管部２２２Ａと、連結配管部２２３Ａと、を備える。鉛直配管部２２２Ａは、第１ガス流通管１１よりも小径、かつ、第２ガス流通管２１Ａよりも大径に構成され、第１ガス流通管１１の内側、かつ第２ガス流通管２１Ａよりも外側に、第１ガス流通管１１及び第２ガス流通管２１Ａと同軸に配置される。鉛直配管部２２２Ａの下流側の端部（下端部）は、第１ガス流通管１１の下端部よりも下方に位置する。また、鉛直配管部２２２Ａの下端部は、第１保炎器１２に形成された複数の貫通孔１２１のうちの最も上段の貫通孔１２１よりも上方に位置する。連結配管部２２３Ａは、ウィンドボックス６０と鉛直配管部２２２Ａの上端側とを連結する。連結配管部２２３Ａには、第２燃焼用空気流路を開閉する空気開閉弁２２１Ａが配置される。

第２実施形態では、第２ガス流通管２１Ａの内部（第２ガス流通路）には、第２ガスのみが流通し、第２ガス流通管２１Ａの外側かつ鉛直配管部２２２Ａの内側の空間（第２燃焼用空気流路）には、燃焼用空気のみが流通する。

第２保炎器２３Ａは、第２ガス流通管２１Ａの下端部に接続される。第２実施形態では、第２保炎器２３Ａは、下方に向かって拡開した円錐台形状の管状部材により構成される。第２保炎器２３Ａの上端部の径は、第２ガス流通管２１Ａの下端部の径と略同一に構成される。また、第２保炎器２３Ａの下端部の径は、鉛直配管部２２２Ａの内径よりもわずかに小さく構成される。第２保炎器２３Ａの下端部は、鉛直配管部２２２Ａの下端部よりも上方に位置する。

第２保炎器２３Ａの周面には、複数の貫通孔２３１Ａが形成される。貫通孔２３１Ａは、上下方向（拡開方向）に所定間隔をあけて複数列形成されている。また、貫通孔２３１Ａは、各列において、周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。貫通孔２３１Ａの大きさは、上端側の列から下端側の列に向かうに従って徐々に大きくなっている。
第２実施形態では、第２保炎器２３Ａの先端部と燃焼用空気流通管２２Ａ（鉛直配管部２２２Ａ）の先端部との間の距離Ｌは、第２保炎器２３Ａにおける保炎性を好適に確保する観点から、燃焼用空気流通管２２Ａ（鉛直配管部２２２Ａ）の径Ｄに対して、０．５Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄの関係を満たす範囲に設定されることが好ましい。

第２実施形態のパイロットバーナ２０Ａによれば、第２ガス流通管２１Ａの下端部から第２保炎器２３Ａの内側に第２ガスが供給される。また、第２ガス流通管２１Ａの外周と鉛直配管部２２２Ａの内周との間の空間から第２保炎器２３Ａの上流側に供給された燃焼用空気が複数の貫通孔２３１Ａを通じて、第２保炎器２３Ａの内側に導入される。そして、第２保炎器２３Ａの内側において、第２ガスと燃焼用空気が混合された混合気が着火装置４０により着火されて火炎が形成される。

以上説明した第２実施形態の燃焼装置１Ａによれば、上述の（１）、（３）、（７）、（８）の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。

（９）第２保炎器２３Ａの先端部と燃焼用空気流通管２２Ａ（鉛直配管部２２２Ａ）の先端部との間の距離Ｌを、燃焼用空気流通管２２Ａ（鉛直配管部２２２Ａ）の径Ｄに対して、０．５Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄの関係を満たす範囲に設定した。これにより、第１ガス流通管１１を不活性ガスでパージした場合において第１ガス流通管１１から噴出した不活性ガスがパイロットバーナ２０Ａ（燃焼用空気流通管２２Ａ）の内側に侵入して第２保炎器２３Ａから下流側に形成される火炎が吹き消されることを防げる。

（１０）燃焼用空気流通管２２Ａ（鉛直配管部２２２Ａ）の先端部の位置を、第１ガス流通管１１の先端部よりも下流側（下方）に位置させた。これにより、第１ガス流通管１１を不活性ガスでパージした場合において第１ガス流通管１１の先端部から噴出した不活性ガスをパイロットバーナ２０Ａ（燃焼用空気流通管２２Ａ）の内部に侵入させにくくできる。

（１１）メインバーナ１０において、火炎は、第１保炎器１２に形成された複数の貫通孔１２１のうちの最も上段の貫通孔１２１が形成された位置から下方に向けて形成される。そこで、燃焼用空気流通管２２Ａ（鉛直配管部２２２Ａ）の先端部（下端部）の位置を、第１保炎器１２における貫通孔１２１が形成された位置より上流側（上方）に位置させた。これにより、メインバーナ１０が燃焼している状態において、第１保炎器１２に形成された火炎によってパイロットバーナ２０が加熱されることを抑制できるので、パイロットバーナ２０Ａを長寿命化できる。

以上、本発明の燃焼装置の好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述した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、第１実施形態及び第２実施形態では、本発明の燃焼装置を蒸気ボイラに適用したが、これに限らない。即ち、本発明の燃焼装置を、温水ボイラに適用してもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、パイロットバーナ２０，２０Ａ（第２ガス流通管２１，２１Ａ）を、第１ガス流通路（第１ガス流通管１１の内側）に配置したが、これに限らない。即ち、第２ガス流通管を、第１燃焼用空気流路（第１ガス流通管の外側かつバーナ外筒の内側）に配置してパイロットバーナを構成してもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、第２ガスとして炭化水素ガスを用いたが、これに限らない。即ち、第２ガスとして水素ガスを用いてもよい。

１、１Ａ 燃焼装置
１１ 第１ガス流通管
１２ 第１保炎器
１３ バーナ外筒
２１、２１Ａ 第２ガス流通管
２２、２２Ａ 燃焼用空気流通管
２０ パイロットバーナ
２３、２３Ａ 第２保炎器
３０ 火炎検知器
９０ 制御部
１２１、１２１ａ 貫通孔
２３１ 保炎部材
２３２ 保炎筒
Ｌ２ 不活性ガス供給ライン（不活性ガス供給管）

Claims (7)

1. 水素を含む第１ガスが流通する第１ガス流通路を形成する第１ガス流通管と、
   前記第１ガス流通管の下流側に接続される第１保炎器と、
   前記第１ガス流通管を包囲し、前記第１ガス流通管の外周面との間に燃焼用空気が流通する第１燃焼用空気流路を形成するバーナ外筒と、
   第２ガスが流通する第２ガス流通路を形成する第２ガス流通管及び該第２ガスに混合される燃焼用空気が流通する第２燃焼用空気流路を形成する燃焼用空気流通管を有するパイロットバーナと、を備える燃焼装置。
2. 前記燃焼用空気流通管は、前記第２ガス流通管に燃焼用空気を供給し、該第２ガス流通管には、前記第２ガスと燃焼用空気との予混合ガスが流通する請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記パイロットバーナは、前記第２ガス流通管の下流側に配置される第２保炎器を更に備え、
   前記第２ガス流通管は、前記第１ガス流通路に配置される請求項２に記載の燃焼装置。
4. 第２保炎器は、前記第２ガス流通路の一部を塞ぐように配置される板状の保炎部材と、該保炎部材の下流側に配置される保炎筒と、を備え、
   前記保炎部材と前記保炎筒の先端部との間の距離Ｌは、前記保炎筒の径Ｄに対して、０．５Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄの関係を満たす範囲に設定される請求項３に記載の燃焼装置。
5. 前記保炎筒の先端部の位置は、前記第１ガス流通管の先端部よりも下流側に位置する請求項４に記載の燃焼装置。
6. 前記第１ガス流通管の外側に配置される火炎検知器を更に備え、
   前記第１保炎器は、基端部が前記第１ガス流通管の下流側の端部に接続されると共に、先端部が第１ガスの流れの下流側に向かって拡開する円錐台状に形成され、
   前記第１保炎器の周面には、前記燃焼用空気が流通する複数の貫通孔が形成され、
   前記複数の貫通孔のうち、前記火炎検知器から前記第１ガス流通管の管軸と平行に延びる軸が前記火炎検知器と交わる位置にある貫通孔は、他の貫通孔よりも大きい請求項１～５のいずれかに記載の燃焼装置。
7. 前記第１ガス流通管に接続され、該第１ガス流通管に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、
   前記第１ガス流通管への第１ガスの供給を停止させた状態で、前記不活性ガス供給管から前記第１ガス流通管に不活性ガスを供給させる制御部と、を更に備える請求項１～６のいずれかに記載の燃焼装置。

Images