JP2023106203A - バーナー - Google Patents
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Abstract
【課題】保炎性が向上したバーナーを提供する。【解決手段】バーナー1は、ガスGを供給するガスノズル2と、ガスGを燃焼させるための1次エアA1を整流する整流機構4と、を備えている。ガスノズル2は、筒状のガスノズル本体10と、ガスノズル本体10の先端部に配置された仕切部12と、を有している。ガスノズル本体10は、ガスGを径方向外方に出すための1以上のガス噴出孔10Gを有している。仕切部12は、ガスノズル本体10の先端部から径方向外方に張り出す庇部12Vを有している。ガス噴出孔10Gは、庇部12Vより基端側に配置されている。整流機構4は、筒状の整流機構本体4Mを有している。整流機構本体4Mは、ガスノズル本体10の径方向外方において、整流機構本体4Mの先端がガス噴出孔10Gより基端側となる状態で配置されている。【選択図】図3
Description
本発明は、炭化水素系燃料と比較して燃焼性が低いアンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼可能なバーナーに関する。
アンモニア等の低燃焼性燃料は、燃焼性の高い炭化水素系燃料のバーナーで燃焼させようとしても、燃焼速度、可燃範囲及び着火速度の相違により、燃焼室で形成される火炎が不安定となり、燃焼が安定して継続(保炎)しない可能性が比較的に高い。
低燃焼性燃料を持続的に燃焼可能な従来のバーナーとして、特開2019-105382号公報(特許文献1)に記載のものが知られている。
このバーナーでは、何れもアンモニアである第1の燃料及び第2の燃料、並びに酸化剤が、燃焼器により燃焼室に供給される。燃焼器は、それぞれ供給面部に配置された、円環状の酸化剤供給口と、その内側に配置され第1の燃料を供給する円環状の第1の燃料供給口と、酸化剤供給口の外側に配置され第2の燃料を供給する円環状の第2の燃料供給口と、第1の燃料及び第2の燃料並びに酸化剤を燃焼室内で螺旋状に旋回させる旋回流形成器と、を備えている。
低燃焼性燃料を持続的に燃焼可能な従来のバーナーとして、特開2019-105382号公報(特許文献1)に記載のものが知られている。
このバーナーでは、何れもアンモニアである第1の燃料及び第2の燃料、並びに酸化剤が、燃焼器により燃焼室に供給される。燃焼器は、それぞれ供給面部に配置された、円環状の酸化剤供給口と、その内側に配置され第1の燃料を供給する円環状の第1の燃料供給口と、酸化剤供給口の外側に配置され第2の燃料を供給する円環状の第2の燃料供給口と、第1の燃料及び第2の燃料並びに酸化剤を燃焼室内で螺旋状に旋回させる旋回流形成器と、を備えている。
上記バーナーでは、燃焼器の供給面部に、それぞれ円環状である各種の供給口と、旋回流形成器とが配置されるのみであるため、保炎性に向上の余地がある。
そこで、本発明の主な目的は、保炎性が向上したバーナーを提供することである。
そこで、本発明の主な目的は、保炎性が向上したバーナーを提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ガスを供給するガスノズルと、前記ガスを燃焼させるための1次エアを整流する整流機構と、を備えており、前記ガスノズルは、筒状のガスノズル本体と、前記ガスノズル本体の先端部に配置された仕切部と、を有しており、前記ガスノズル本体は、前記ガスを径方向外方に出すための1以上のガス噴出孔を有しており、前記仕切部は、前記ガスノズル本体の先端部から径方向外方に張り出す庇部を有しており、前記ガス噴出孔は、前記庇部より基端側に配置されており、前記整流機構は、筒状の整流機構本体を有しており、前記整流機構本体は、前記ガスノズル本体の径方向外方において、前記整流機構本体の先端が前記ガス噴出孔より基端側となる状態で配置されていることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、上記発明において、前記仕切部は、その端縁が中央部に対してより先端側に位置する状態で反っている皿状であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、上記発明において、前記庇部の外辺は、前記整流機構本体の内壁より径方向外方に配置されていることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記整流機構は、前記整流機構本体から径方向外方に延びる整流板部を有していることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、上記発明において、更に、筒状の燃焼筒を備えており、前記燃焼筒は、前記整流機構の径方向外方に配置されており、前記整流機構は、1以上の整流孔を備えた整流孔部を有しており、前記整流孔部は、前記整流板部より基端側において、前記燃焼筒の内面と接合されており、前記燃焼筒と前記整流機構本体との間に、前記ガスを燃焼させるための2次エアが供給されることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、上記発明において、前記整流孔の仮想的な中心軸は、前記燃焼筒の長手方向に対して傾斜していることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、上記発明において、前記1次エアの流速は、前記2次エアの流速より遅いことを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、上記発明において、前記燃焼筒の先端は、前記仕切部の先端より先端側に配置されていることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、上記発明において、更に、筒状の外筒を備えており、前記外筒は、前記燃焼筒の径方向外方に配置されており、前記外筒と前記燃焼筒との間に、前記ガスを燃焼させるための3次エアが供給されることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、上記発明において、前記仕切部は、その端縁が中央部に対してより先端側に位置する状態で反っている皿状であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、上記発明において、前記庇部の外辺は、前記整流機構本体の内壁より径方向外方に配置されていることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記整流機構は、前記整流機構本体から径方向外方に延びる整流板部を有していることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、上記発明において、更に、筒状の燃焼筒を備えており、前記燃焼筒は、前記整流機構の径方向外方に配置されており、前記整流機構は、1以上の整流孔を備えた整流孔部を有しており、前記整流孔部は、前記整流板部より基端側において、前記燃焼筒の内面と接合されており、前記燃焼筒と前記整流機構本体との間に、前記ガスを燃焼させるための2次エアが供給されることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、上記発明において、前記整流孔の仮想的な中心軸は、前記燃焼筒の長手方向に対して傾斜していることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、上記発明において、前記1次エアの流速は、前記2次エアの流速より遅いことを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、上記発明において、前記燃焼筒の先端は、前記仕切部の先端より先端側に配置されていることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、上記発明において、更に、筒状の外筒を備えており、前記外筒は、前記燃焼筒の径方向外方に配置されており、前記外筒と前記燃焼筒との間に、前記ガスを燃焼させるための3次エアが供給されることを特徴とするものである。
本発明によれば、保炎性が向上したバーナーが提供される、という効果を奏する。
以下、本発明に係る実施の形態の例及びその変更例が、適宜図面に基づいて説明される。尚、当該形態は、下記の例及び変更例に限定されない。
図1は、当該形態に係るバーナー1の分解斜視図である。図2は、バーナー1を先端側から基端方向へみた場合の図である。図3は、図2のA-A線断面図である。
バーナー1は、ガスノズル2と、整流機構4と、燃焼筒6と、外筒8と、を有する。
バーナー1は、金属製である。尚、バーナー1の一部又は全部の材質は、金属以外であっても良い。
バーナー1は、少なくとも先端部が燃焼室(図示略)の内部に入るように、燃焼室に対して設置される。
バーナー1の設置姿勢は、ここでは、先端側が右側となり、基端側が左側となる、水平方向に延びる姿勢である。バーナー1の長手方向(先端側から基端側への方向、全体として多重円筒状のバーナー1における仮想的な中心軸Cの方向)は、ここでは水平方向である。尚、バーナー1の設置姿勢は、例えば上下方向に延びて上側が先端側となる姿勢等、様々に変更し得る。
バーナー1は、ガスノズル2と、整流機構4と、燃焼筒6と、外筒8と、を有する。
バーナー1は、金属製である。尚、バーナー1の一部又は全部の材質は、金属以外であっても良い。
バーナー1は、少なくとも先端部が燃焼室(図示略)の内部に入るように、燃焼室に対して設置される。
バーナー1の設置姿勢は、ここでは、先端側が右側となり、基端側が左側となる、水平方向に延びる姿勢である。バーナー1の長手方向(先端側から基端側への方向、全体として多重円筒状のバーナー1における仮想的な中心軸Cの方向)は、ここでは水平方向である。尚、バーナー1の設置姿勢は、例えば上下方向に延びて上側が先端側となる姿勢等、様々に変更し得る。
ガスノズル2は、円筒状の部材である。尚、ガスノズル2は、正多角形筒等、他の筒形状であっても良い。この点、他の円筒状の部材においても同様である。
ガスノズル2は、ガスノズル本体10と、仕切部12と、を有する。
ガスノズル本体10は、先端及び基端がそれぞれ開口した円筒状である。ガスノズル本体10は、複数(8個)のガス噴出孔10Gを有する。ガス噴出孔10Gは、ガスノズル本体10の先端部において、周方向に並ぶ状態で配置されている。尚、ガス噴出孔10Gは、1個であっても良いし、2個以上7個以下であっても良いし、9個以上であっても良い。他の部材及び部分の数についても、同様に様々に変更可能である。
仕切部12は、円盤状であり、より詳しくは端縁が中央部に対してより先端側に位置する状態で反っている皿状である。尚、仕切部12の形状は、正多角形板状及び平板状の少なくとも一方の形状を有する等、他のものであっても良い。又、仕切部12の先端側の面に、一重あるいは多重の円形等の溝が設けられても良い。
仕切部12は、ガスノズル本体10の先端を塞ぐ状態で、ガスノズル本体10の先端に配置されている。仕切部12の直径は、ガスノズル本体10の外径より大きい。仕切部12の周縁部は、ガスノズル本体10の外辺より径方向外方に出ており、庇部12Vとなっている。庇部12Vは、各ガス噴出孔10Gの先端側において、径方向外方に張り出している。庇部12Vは、リング状である。尚、庇部12Vは、径方向外方に張り出す1以上の弧状部分を有するものとされる等、様々に変更されても良い。又、仕切部12は、ガスノズル本体10の先端を完全に塞がず、小孔等を有していても良い。更に、仕切部12(庇部12V)は、ガスノズル本体10の先端部の側面に設けられても良い。
ガスノズル2は、ガスノズル本体10と、仕切部12と、を有する。
ガスノズル本体10は、先端及び基端がそれぞれ開口した円筒状である。ガスノズル本体10は、複数(8個)のガス噴出孔10Gを有する。ガス噴出孔10Gは、ガスノズル本体10の先端部において、周方向に並ぶ状態で配置されている。尚、ガス噴出孔10Gは、1個であっても良いし、2個以上7個以下であっても良いし、9個以上であっても良い。他の部材及び部分の数についても、同様に様々に変更可能である。
仕切部12は、円盤状であり、より詳しくは端縁が中央部に対してより先端側に位置する状態で反っている皿状である。尚、仕切部12の形状は、正多角形板状及び平板状の少なくとも一方の形状を有する等、他のものであっても良い。又、仕切部12の先端側の面に、一重あるいは多重の円形等の溝が設けられても良い。
仕切部12は、ガスノズル本体10の先端を塞ぐ状態で、ガスノズル本体10の先端に配置されている。仕切部12の直径は、ガスノズル本体10の外径より大きい。仕切部12の周縁部は、ガスノズル本体10の外辺より径方向外方に出ており、庇部12Vとなっている。庇部12Vは、各ガス噴出孔10Gの先端側において、径方向外方に張り出している。庇部12Vは、リング状である。尚、庇部12Vは、径方向外方に張り出す1以上の弧状部分を有するものとされる等、様々に変更されても良い。又、仕切部12は、ガスノズル本体10の先端を完全に塞がず、小孔等を有していても良い。更に、仕切部12(庇部12V)は、ガスノズル本体10の先端部の側面に設けられても良い。
ガスノズル本体10と仕切部12とは、溶接等の接合により一体化されていても良いし、削り出し、鋳造あるいは鍛造等により一体的に形成されても良い。又、仕切部12は、当初互いに別体に分割された、庇部12V及びその他の部分が互いに接合されたものであっても良い。これらの一体化の態様の点及び部材の分割態様の点は、バーナー1における他の部分においても同様である。
ガスノズル本体10の基端部には、ガスタンクからのガス供給チューブ(何れも図示略)が接続される。図3及び図4に示されるように、ガスタンクからガス供給チューブを経て供給されるガスG(燃料)は、ここではアンモニアであり、ガスノズル本体10内において、長手方向に直進する。更に、ガスGは、各ガス噴出孔10Gから径方向外方へ出る。アンモニアは、燃焼によって二酸化炭素を発生しない。
ガスノズル本体10の基端部には、ガスタンクからのガス供給チューブ(何れも図示略)が接続される。図3及び図4に示されるように、ガスタンクからガス供給チューブを経て供給されるガスG(燃料)は、ここではアンモニアであり、ガスノズル本体10内において、長手方向に直進する。更に、ガスGは、各ガス噴出孔10Gから径方向外方へ出る。アンモニアは、燃焼によって二酸化炭素を発生しない。
整流機構4は、先端に先端フランジ即ち整流板部32を有しており且つ長手方向の中央部に中央部フランジ即ち整流孔部38を有している円筒状である。
整流機構4は、整流機構先端部20と、整流機構基部22と、を有する。
整流機構4は、整流機構先端部20と、整流機構基部22と、を有する。
整流機構先端部20は、整流機構先端部本体30と、整流板部32と、を有する。
整流機構先端部本体30は、円筒状である。
整流板部32は、リング状の板である。整流板部32は、整流機構先端部本体30の先端に配置されており、整流機構先端部本体30の先端外縁から径方向外方に広がっている。尚、整流板部32は、整流機構先端部本体30の先端部側面から径方向外方に突出していても良い。
整流機構先端部本体30及び整流板部32は、接合により一体化されている。
整流機構先端部本体30は、円筒状である。
整流板部32は、リング状の板である。整流板部32は、整流機構先端部本体30の先端に配置されており、整流機構先端部本体30の先端外縁から径方向外方に広がっている。尚、整流板部32は、整流機構先端部本体30の先端部側面から径方向外方に突出していても良い。
整流機構先端部本体30及び整流板部32は、接合により一体化されている。
整流機構基部22は、整流機構基部本体36と、整流孔部38と、を有する。
整流機構基部本体36は、円筒状である。整流機構基部本体36の内径及び外径は、順に、整流機構先端部本体30の内径、外径と同様である。尚、整流機構基部本体36の内径及び外径の少なくとも一方は、整流機構先端部本体30の内径及び外径の少なくとも一方と異なっていても良い。
整流孔部38は、リング状の板である。整流孔部38は、整流機構基部本体36の先端に配置されており、整流機構基部本体36の先端外縁から径方向外方に広がっている。
図5にも示されるように、整流孔部38は、複数(ここでは8個)の整流孔39を有している。整流孔39は、周方向において等間隔に並んでいる。各整流孔39は、仮想的な中心軸が傾斜した円柱状である。各整流孔39の仮想的な中心軸の先端は、先端側からみて、当該中心軸の基端に対し、反時計周り方向に配置されている。各整流孔39を通過した気体は、当該中心軸の傾斜により、先端側からみて反時計回りの旋回流となる。尚、各整流孔39の仮想的な中心軸の傾斜方向は、先端側からみて時計回りに傾斜した方向等、他の方向であっても良い。又、複数の整流孔39の配置は、周方向の等間隔配置以外であっても良い。
整流機構基部本体36は、円筒状である。整流機構基部本体36の内径及び外径は、順に、整流機構先端部本体30の内径、外径と同様である。尚、整流機構基部本体36の内径及び外径の少なくとも一方は、整流機構先端部本体30の内径及び外径の少なくとも一方と異なっていても良い。
整流孔部38は、リング状の板である。整流孔部38は、整流機構基部本体36の先端に配置されており、整流機構基部本体36の先端外縁から径方向外方に広がっている。
図5にも示されるように、整流孔部38は、複数(ここでは8個)の整流孔39を有している。整流孔39は、周方向において等間隔に並んでいる。各整流孔39は、仮想的な中心軸が傾斜した円柱状である。各整流孔39の仮想的な中心軸の先端は、先端側からみて、当該中心軸の基端に対し、反時計周り方向に配置されている。各整流孔39を通過した気体は、当該中心軸の傾斜により、先端側からみて反時計回りの旋回流となる。尚、各整流孔39の仮想的な中心軸の傾斜方向は、先端側からみて時計回りに傾斜した方向等、他の方向であっても良い。又、複数の整流孔39の配置は、周方向の等間隔配置以外であっても良い。
整流機構先端部20及び整流機構基部22は、整流機構基部本体36の先端と整流機構先端部本体30の基端とが合わせられた状態で、互いに接合されている。
互いに接合された整流機構先端部本体30及び整流機構基部本体36により、長手方向に延びる一連の円筒状の整流機構本体4Mが形成される。
整流機構本体4Mの径方向内方には、ガスノズル2が配置される。整流機構本体4Mの内径は、ガスノズル本体10の外径より大きい。又、整流機構本体4Mの内径は、仕切部12の外径より大きい。ガスノズル2の先端部は、整流機構本体4Mの先端より先端側に配置される。各ガス噴出孔10Gは、整流機構本体4Mの先端より先端側に配置され、燃焼筒6内において露出している。尚、整流機構本体4Mの内径は、仕切部12の外径より小さくても良い。
互いに接合された整流機構先端部本体30及び整流機構基部本体36により、長手方向に延びる一連の円筒状の整流機構本体4Mが形成される。
整流機構本体4Mの径方向内方には、ガスノズル2が配置される。整流機構本体4Mの内径は、ガスノズル本体10の外径より大きい。又、整流機構本体4Mの内径は、仕切部12の外径より大きい。ガスノズル2の先端部は、整流機構本体4Mの先端より先端側に配置される。各ガス噴出孔10Gは、整流機構本体4Mの先端より先端側に配置され、燃焼筒6内において露出している。尚、整流機構本体4Mの内径は、仕切部12の外径より小さくても良い。
整流機構本体4Mとガスノズル本体10との間の基端には、1次エアA1を供給する第1エア供給チューブ(図示略)が接続される。1次エアA1は、ガスGを燃焼させるための気体であり、ここでは空気である。第1エア供給チューブは、エアを所定の流速で供給するエア供給部(図示略)に接続されている。整流機構本体4Mとガスノズル本体10との間には、1次エアA1が流れる。
整流機構本体4Mの先端から先端側へ出た1次エアA1は、各ガス噴出孔10Gから出たガスGと混合し、更に先端側へ流れる。特に図4に示されるように、1次エアA1と混合したガスGの一部は、庇部12Vを乗り越えるような乗り越え流Bとなった後で直進流Sとなり、別の一部は、径方向に広がる仕切部12により、仕切部12の先端側において、基端側に戻る戻り流Rとなる。
戻り流Rの態様は、1次エアA1及びガスGの各流速、並びに仕切部12の外径の大きさ及び庇部12Vの径方向の大きさ(乗り越え流Bの乗り越え量の大きさ)等の様々な条件により異なるところ、ガスGの燃焼が継続する通常の条件下では、巻き込み型となる。巻き込み型の戻り流Rは、仕切部12から先端側に比較的離れた位置においてバーナー1の仮想的な中心軸Cに径方向外方から近づき、更に基端側に巻くように戻り、仕切部12により近い位置において中心軸Cに対し径方向外方に離れ、先端側への直進流と合流する。
尚、仕切部12が上述の皿形であれば、かような巻き込み型の戻り流Rがより強く促される。又、整流機構本体4Mの内径に対する仕切部12の外径の大小の調整により、直進流Sと戻り流Rとの流量の比率、及び戻り流Rの流路形状(大きさを適宜含む)の少なくとも一方が調整可能である。例えば、仕切部12の外径を大きくすれば、戻り流Rの蛇行の大きさが大きくなり、戻り流Rの流量がより多くなり、又戻り流Rにおける戻り渦状の流路形状の大きさが大きくなる。
整流機構本体4Mの先端から先端側へ出た1次エアA1は、各ガス噴出孔10Gから出たガスGと混合し、更に先端側へ流れる。特に図4に示されるように、1次エアA1と混合したガスGの一部は、庇部12Vを乗り越えるような乗り越え流Bとなった後で直進流Sとなり、別の一部は、径方向に広がる仕切部12により、仕切部12の先端側において、基端側に戻る戻り流Rとなる。
戻り流Rの態様は、1次エアA1及びガスGの各流速、並びに仕切部12の外径の大きさ及び庇部12Vの径方向の大きさ(乗り越え流Bの乗り越え量の大きさ)等の様々な条件により異なるところ、ガスGの燃焼が継続する通常の条件下では、巻き込み型となる。巻き込み型の戻り流Rは、仕切部12から先端側に比較的離れた位置においてバーナー1の仮想的な中心軸Cに径方向外方から近づき、更に基端側に巻くように戻り、仕切部12により近い位置において中心軸Cに対し径方向外方に離れ、先端側への直進流と合流する。
尚、仕切部12が上述の皿形であれば、かような巻き込み型の戻り流Rがより強く促される。又、整流機構本体4Mの内径に対する仕切部12の外径の大小の調整により、直進流Sと戻り流Rとの流量の比率、及び戻り流Rの流路形状(大きさを適宜含む)の少なくとも一方が調整可能である。例えば、仕切部12の外径を大きくすれば、戻り流Rの蛇行の大きさが大きくなり、戻り流Rの流量がより多くなり、又戻り流Rにおける戻り渦状の流路形状の大きさが大きくなる。
燃焼筒6は、円筒状である。
燃焼筒6の内径は、整流機構基部22の整流孔部38の外径と同様である。整流孔部38の外縁部は、燃焼筒6の内面と接合されている。
尚、燃焼筒6が先端側燃焼筒部と基端側燃焼筒部とに分かれていても良い。この場合、整流孔部38の先端側の面上に先端側燃焼筒部の基端が接合されると共に、整流孔部38の基端側の面上に基端側燃焼筒部の先端が接合されても良い。
燃焼筒6の内径は、整流機構基部22の整流孔部38の外径と同様である。整流孔部38の外縁部は、燃焼筒6の内面と接合されている。
尚、燃焼筒6が先端側燃焼筒部と基端側燃焼筒部とに分かれていても良い。この場合、整流孔部38の先端側の面上に先端側燃焼筒部の基端が接合されると共に、整流孔部38の基端側の面上に基端側燃焼筒部の先端が接合されても良い。
燃焼筒6と整流機構本体4Mとの間の基端には、2次エアA2を供給する第2エア供給チューブ(図示略)が接続される。2次エアA2は、ガスGを燃焼させるための気体であり、ここでは空気である。第2エア供給チューブは、エア供給部に接続されている。第2エア供給チューブへの空気の流速は、好ましくは第1エア供給チューブへの空気の流速と独立して制御される。燃焼筒6と整流機構本体4Mとの間には、2次エアA2が流れる。
整流孔部38の各整流孔39を基端側から先端側へと通過した2次エアA2は、図2、図3及び図5に示されるように、先端側へ螺旋状に旋回する旋回流Tとなる。旋回流Tは、各整流孔39より先端側に配置されて径方向外方に延びている整流板部32により、燃焼筒6の内面により近づき、又流速をより高められる。
整流孔部38の各整流孔39を基端側から先端側へと通過した2次エアA2は、図2、図3及び図5に示されるように、先端側へ螺旋状に旋回する旋回流Tとなる。旋回流Tは、各整流孔39より先端側に配置されて径方向外方に延びている整流板部32により、燃焼筒6の内面により近づき、又流速をより高められる。
外筒8は、円筒状である。
外筒8の内径は、燃焼筒6の外径より大きい。
尚、外筒8は省略されても良い。又、外筒8の径方向外方に、第2の外筒が設けられても良く、同様に第3、第4・・の外筒が設けられても良い。
外筒8の内径は、燃焼筒6の外径より大きい。
尚、外筒8は省略されても良い。又、外筒8の径方向外方に、第2の外筒が設けられても良く、同様に第3、第4・・の外筒が設けられても良い。
外筒8と燃焼筒6との間の基端には、3次エアA3を供給する第3エア供給チューブ(図示略)が接続される。3次エアA3は、ガスGを燃焼させるための気体であり、ここでは空気である。第3エア供給チューブは、エア供給部に接続されている。第3エア供給チューブへの空気の流速は、好ましくは第1エア供給チューブ及び第2エア供給チューブへの各空気の流速と独立して制御される。外筒8と燃焼筒6との間において、3次エアA3が、直進状に流れる。
3次エアA3は、図3に示されるように、ガスノズル2の仕切部12より先端側に配置された、燃焼筒6及び外筒8の各先端から先端側に出る。
3次エアA3は、図3に示されるように、ガスノズル2の仕切部12より先端側に配置された、燃焼筒6及び外筒8の各先端から先端側に出る。
かようなバーナー1は、例えば次のように動作する。
ガスG、1次エアA1、2次エアA2及び3次エアA3が、それぞれの初期設定に係る流速、流量で供給された状態で、図示されない着火装置により、バーナー1の着火がなされる。
尚、ガスG等の供給の態様は、かような当初から同時に供給されるものから変更されても良い。例えば、着火当初ガスG及び1次エアA1が供給され、次いで2次エアA2、3次エアA3が同時にあるいは順次に供給されても良い。あるいは、着火当初ガスG、1次エアA1及び2次エアA2が供給され、次いで3次エアA3が供給されても良い。
ガスG、1次エアA1、2次エアA2及び3次エアA3が、それぞれの初期設定に係る流速、流量で供給された状態で、図示されない着火装置により、バーナー1の着火がなされる。
尚、ガスG等の供給の態様は、かような当初から同時に供給されるものから変更されても良い。例えば、着火当初ガスG及び1次エアA1が供給され、次いで2次エアA2、3次エアA3が同時にあるいは順次に供給されても良い。あるいは、着火当初ガスG、1次エアA1及び2次エアA2が供給され、次いで3次エアA3が供給されても良い。
整流機構本体4Mは、1次エアA1を、各ガス噴出孔10G及び庇部12Vに向かうように整流する。1次エアA1の主要部分は、各ガス噴出孔10Gの隣接部においてガスGとの混合気となり、更に庇部12Vを乗り越える乗り越え流Bとなった後、先端側への直進流Sと戻り流Rとに分かれる。
即ち、ガスG及び1次エアA1の混合気の一部は戻り流Rとなる。この戻り流Rは、ガスノズル2における燃焼の維持即ち保炎に寄与する。
保炎性を向上する観点から、好ましくは、整流機構本体4Mの内径は、仕切部12の外径より小さくされる。この場合、庇部12Vの外辺は、整流機構本体4Mの内壁より径方向外方に配置されている。又、好ましくは、1次エアA1の流速は、2次エアA2の流速及び3次エアA3の流速の少なくとも何れかより遅くされる。更に、好ましくは、1次エアA1の流量は、2次エアA2の流量及び3次エアA3の流量の少なくとも何れかより少なくされる。加えて、仕切部12の形状は、皿状とされる。又、戻り流Rの形成を促しあるいは戻り流Rの流路を調整して保炎性を向上する観点から、仕切部12の先端側の面に、中心軸Cを中心とする円形等の溝が形成される。
ガスG及び1次エアA1の混合気は、主にガスノズル2の先端側において燃焼し(1次燃焼)、1次燃焼火炎F1を生ずる。1次燃焼火炎F1の総熱量は、ガスGの濃度が比較的に大きい1次エアA1においてより良好な燃焼を得る観点から、好ましくは他の火炎に比べて大きい。1次燃焼火炎F1の勢いは、保炎性の観点から、好ましくは他の火炎に比べて小さい。
尚、1次エアA1における流速及び流量の少なくとも一方は、同等な出力における炭化水素系ガスに対して供給されるエアの流速及び流量の少なくとも一方に比べて、低燃焼性燃料をより良好に燃焼させる観点から小さくされる。
即ち、ガスG及び1次エアA1の混合気の一部は戻り流Rとなる。この戻り流Rは、ガスノズル2における燃焼の維持即ち保炎に寄与する。
保炎性を向上する観点から、好ましくは、整流機構本体4Mの内径は、仕切部12の外径より小さくされる。この場合、庇部12Vの外辺は、整流機構本体4Mの内壁より径方向外方に配置されている。又、好ましくは、1次エアA1の流速は、2次エアA2の流速及び3次エアA3の流速の少なくとも何れかより遅くされる。更に、好ましくは、1次エアA1の流量は、2次エアA2の流量及び3次エアA3の流量の少なくとも何れかより少なくされる。加えて、仕切部12の形状は、皿状とされる。又、戻り流Rの形成を促しあるいは戻り流Rの流路を調整して保炎性を向上する観点から、仕切部12の先端側の面に、中心軸Cを中心とする円形等の溝が形成される。
ガスG及び1次エアA1の混合気は、主にガスノズル2の先端側において燃焼し(1次燃焼)、1次燃焼火炎F1を生ずる。1次燃焼火炎F1の総熱量は、ガスGの濃度が比較的に大きい1次エアA1においてより良好な燃焼を得る観点から、好ましくは他の火炎に比べて大きい。1次燃焼火炎F1の勢いは、保炎性の観点から、好ましくは他の火炎に比べて小さい。
尚、1次エアA1における流速及び流量の少なくとも一方は、同等な出力における炭化水素系ガスに対して供給されるエアの流速及び流量の少なくとも一方に比べて、低燃焼性燃料をより良好に燃焼させる観点から小さくされる。
2次エアA2は、燃焼筒6の内壁の隣接部において旋回流Tとして供給される。旋回流Tには、ガスGの一部が混合し、その混合気は、燃焼して(2次燃焼)、2次燃焼火炎F2を生ずる。2次燃焼火炎F2は、主に1次燃焼火炎F1の基端部の径方向外方に配置される。燃焼により温度上昇した旋回流Tは、燃焼筒6の先端に達し、燃焼筒6を昇温して、燃焼の初期段階の安定性を向上し、又その段階以降の燃焼の安定性を向上する。
各整流孔39の長手方向に対する角度(傾き)が大きいほど、旋回流Tがより激しくなる。又、各整流孔39の径方向における位置、及び整流板部32との位置関係(先端側からみた重なりの有無及び重なりの大きさ)により、旋回流Tにおける回転速度に対する先端側への進行速度の比率、及び旋回流Tの内径の大きさ(燃焼筒6の内壁に対する近さ)が調節される。これらの各整流孔39の傾き、並びに各整流孔39の位置及び整流板部32との位置関係の各調節により、2次燃焼を始めとする燃焼が調節される。
主に1次燃焼火炎F1によって提供される保炎性の向上、及び1次燃焼されなかったガスGによる2次燃焼の更なる良好化の観点から、2次エアA2の流速は、好ましくは1次エアA1の流速より速く設定される。
バーナー1では2次燃焼がなされるため、2次燃焼がなされない場合に比べて、ガスGがより燃焼され、ガスGがアンモニアである本形態では、排ガスにおける窒素酸化物NOxの発生が、より一層低減される。
各整流孔39の長手方向に対する角度(傾き)が大きいほど、旋回流Tがより激しくなる。又、各整流孔39の径方向における位置、及び整流板部32との位置関係(先端側からみた重なりの有無及び重なりの大きさ)により、旋回流Tにおける回転速度に対する先端側への進行速度の比率、及び旋回流Tの内径の大きさ(燃焼筒6の内壁に対する近さ)が調節される。これらの各整流孔39の傾き、並びに各整流孔39の位置及び整流板部32との位置関係の各調節により、2次燃焼を始めとする燃焼が調節される。
主に1次燃焼火炎F1によって提供される保炎性の向上、及び1次燃焼されなかったガスGによる2次燃焼の更なる良好化の観点から、2次エアA2の流速は、好ましくは1次エアA1の流速より速く設定される。
バーナー1では2次燃焼がなされるため、2次燃焼がなされない場合に比べて、ガスGがより燃焼され、ガスGがアンモニアである本形態では、排ガスにおける窒素酸化物NOxの発生が、より一層低減される。
3次エアA3は、燃焼筒6の径方向外側において先端側へと直進し、1次燃焼火炎F1の先端部の径方向外方において、燃焼筒6による仕切がなくなることで径方向内方へ合流可能となる。又、3次エアA3は、2次燃焼火炎F2より先端側に供給される。よって、3次エアA3が供給される燃焼筒6外縁の先端側において、1次燃焼されず且つ2次燃焼されなかったガスGと3次エアA3との混合気により3次燃焼が起こり、3次燃焼火炎F3が形成される。
バーナー1では3次燃焼がなされるため、3次燃焼がなされない場合に比べて、ガスGがより燃焼され、ガスGがアンモニアである本形態では、排ガスにおける窒素酸化物NOxの発生が、より一層低減される。
バーナー1では3次燃焼がなされるため、3次燃焼がなされない場合に比べて、ガスGがより燃焼され、ガスGがアンモニアである本形態では、排ガスにおける窒素酸化物NOxの発生が、より一層低減される。
以上のバーナー1は、ガスGを供給するガスノズル2と、ガスGを燃焼させるための1次エアA1を整流する整流機構4と、を備えており、ガスノズル2は、筒状のガスノズル本体10と、ガスノズル本体10の先端部に配置された仕切部12と、を有しており、ガスノズル本体10は、ガスGを径方向外方に出すための1以上のガス噴出孔10Gを有しており、仕切部12は、ガスノズル本体10の先端部から径方向外方に張り出す庇部12Vを有しており、ガス噴出孔10Gは、庇部12Vより基端側に配置されており、整流機構4は、筒状の整流機構本体4Mを有しており、整流機構本体4Mは、ガスノズル本体10の径方向外方において、整流機構本体4Mの先端がガス噴出孔10Gより基端側となる状態で配置されている。
よって、ガスG及び1次エアA1の混合気の主要部が庇部12Vを乗り越えるような乗り越え流Bとなって、その乗り越え流Bに基づいて仕切部12の先端側における戻り流Rの形成及び保持が促進され、戻り流Rの燃焼により保炎性が向上したバーナー1が提供される。
よって、ガスG及び1次エアA1の混合気の主要部が庇部12Vを乗り越えるような乗り越え流Bとなって、その乗り越え流Bに基づいて仕切部12の先端側における戻り流Rの形成及び保持が促進され、戻り流Rの燃焼により保炎性が向上したバーナー1が提供される。
又、仕切部12は、その端縁が中央部に対してより先端側に位置する状態で反っている皿状である。よって、仕切部12がより一層戻り流Rの形成及び保持に寄与するものとなり、バーナー1の保炎性が更に向上する。
更に、庇部12Vの外辺は、整流機構本体4Mの内壁より径方向外方に配置されている。よって、乗り越え流Bの蛇行の大きさがより大きくなって、戻り流Rにおける戻り渦状の流路形状の大きさが比較的に大きくなり、バーナー1の保炎性が更に向上する。
加えて、整流機構4は、整流機構本体4Mから径方向外方に延びる整流板部32を有している。よって、戻り流Rにつながる乗り越え流Bの形成及び保持が更に促進され、バーナー1の保炎性が更に向上する。
更に、庇部12Vの外辺は、整流機構本体4Mの内壁より径方向外方に配置されている。よって、乗り越え流Bの蛇行の大きさがより大きくなって、戻り流Rにおける戻り渦状の流路形状の大きさが比較的に大きくなり、バーナー1の保炎性が更に向上する。
加えて、整流機構4は、整流機構本体4Mから径方向外方に延びる整流板部32を有している。よって、戻り流Rにつながる乗り越え流Bの形成及び保持が更に促進され、バーナー1の保炎性が更に向上する。
更に、バーナー1は、筒状の燃焼筒6を備えており、燃焼筒6は、整流機構4の径方向外方に配置されており、整流機構4は、1以上の整流孔39を備えた整流孔部38を有しており、整流孔部38は、整流板部32より基端側において、燃焼筒6の内面と接合されており、燃焼筒6と整流機構本体4Mとの間に、ガスGを燃焼させるための2次エアA2が供給される。よって、バーナー1において2次燃焼が可能となり、排ガスの更なるクリーン化がなされる。
又、整流孔39の仮想的な中心軸は、燃焼筒6の長手方向に対して傾斜している。よって、2次エアA2及びガスGの混合気が螺旋状となり、燃焼筒6を暖めたり、1次エアA1及びガスGの混合気を取り巻いたりすることで、より良好な燃焼が得られる。
更に、1次エアA1の流速は、2次エアA2の流速より遅い。よって、戻り流Rが比較的に緩やかとなり、バーナー1の保炎性が更に向上する。
加えて、燃焼筒6の先端は、仕切部12の先端より先端側に配置されている。よって、2次エアA2及びガスGの混合気が、より一層確実に1次エアA1及びガスGの混合気を取り巻くようになり、更に良好な燃焼が得られる。
更に、バーナー1は、筒状の外筒8を備えており、外筒8は、燃焼筒6の径方向外方に配置されており、外筒8と燃焼筒6との間に、ガスGを燃焼させるための3次エアA3が供給される。よって、バーナー1において3次燃焼が可能となり、排ガスの更なるクリーン化がなされる。
又、整流孔39の仮想的な中心軸は、燃焼筒6の長手方向に対して傾斜している。よって、2次エアA2及びガスGの混合気が螺旋状となり、燃焼筒6を暖めたり、1次エアA1及びガスGの混合気を取り巻いたりすることで、より良好な燃焼が得られる。
更に、1次エアA1の流速は、2次エアA2の流速より遅い。よって、戻り流Rが比較的に緩やかとなり、バーナー1の保炎性が更に向上する。
加えて、燃焼筒6の先端は、仕切部12の先端より先端側に配置されている。よって、2次エアA2及びガスGの混合気が、より一層確実に1次エアA1及びガスGの混合気を取り巻くようになり、更に良好な燃焼が得られる。
更に、バーナー1は、筒状の外筒8を備えており、外筒8は、燃焼筒6の径方向外方に配置されており、外筒8と燃焼筒6との間に、ガスGを燃焼させるための3次エアA3が供給される。よって、バーナー1において3次燃焼が可能となり、排ガスの更なるクリーン化がなされる。
尚、上記形態及び変更例は、更に次のような変更例を適宜有する。
ガスGはアンモニア以外であっても良い。
1次エアA1等は、空気以外であっても良い。1次エアA1から3次エアA3の少なくとも何れか2つの種類は、互いに異なっていても良い。1次エアA1から3次エアA3の少なくとも何れか2つの流速及び流量の少なくとも一方は、共通化されていても良い。この場合、エアのチューブが共通化されていても良い。
エア供給部は、1次エアA1から3次エアA3毎に独立して設けられていても良い。
バーナー1は、1つの燃焼室に対して複数設置されても良い。この場合、少なくとも2つのバーナー1の構成が互いに異なっていても良い。
バーナー1の用途は特に限定されず、例えば窯業用、工業炉用、乾燥用等とすることができる。
ガスGはアンモニア以外であっても良い。
1次エアA1等は、空気以外であっても良い。1次エアA1から3次エアA3の少なくとも何れか2つの種類は、互いに異なっていても良い。1次エアA1から3次エアA3の少なくとも何れか2つの流速及び流量の少なくとも一方は、共通化されていても良い。この場合、エアのチューブが共通化されていても良い。
エア供給部は、1次エアA1から3次エアA3毎に独立して設けられていても良い。
バーナー1は、1つの燃焼室に対して複数設置されても良い。この場合、少なくとも2つのバーナー1の構成が互いに異なっていても良い。
バーナー1の用途は特に限定されず、例えば窯業用、工業炉用、乾燥用等とすることができる。
1・・バーナー、2・・ガスノズル、4・・整流機構、4M・・整流機構本体、6・・燃焼筒、8・・外筒、10・・ガスノズル本体、10G・・ガス噴出孔、12・・仕切部、12V・・庇部、32・・整流板部、38・・整流孔部、39・・整流孔、A1・・1次エア、A2・・2次エア、A3・・3次エア、G・・ガス。
Claims (9)
- ガスを供給するガスノズルと、
前記ガスを燃焼させるための1次エアを整流する整流機構と、
を備えており、
前記ガスノズルは、筒状のガスノズル本体と、前記ガスノズル本体の先端部に配置された仕切部と、を有しており、
前記ガスノズル本体は、前記ガスを径方向外方に出すための1以上のガス噴出孔を有しており、
前記仕切部は、前記ガスノズル本体の先端部から径方向外方に張り出す庇部を有しており、
前記ガス噴出孔は、前記庇部より基端側に配置されており、
前記整流機構は、筒状の整流機構本体を有しており、
前記整流機構本体は、前記ガスノズル本体の径方向外方において、前記整流機構本体の先端が前記ガス噴出孔より基端側となる状態で配置されている
ことを特徴とするバーナー。 - 前記仕切部は、その端縁が中央部に対してより先端側に位置する状態で反っている皿状である
ことを特徴とする請求項1に記載のバーナー。 - 前記庇部の外辺は、前記整流機構本体の内壁より径方向外方に配置されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のバーナー。 - 前記整流機構は、前記整流機構本体から径方向外方に延びる整流板部を有している
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のバーナー。 - 更に、筒状の燃焼筒を備えており、
前記燃焼筒は、前記整流機構の径方向外方に配置されており、
前記整流機構は、1以上の整流孔を備えた整流孔部を有しており、
前記整流孔部は、前記整流板部より基端側において、前記燃焼筒の内面と接合されており、
前記燃焼筒と前記整流機構本体との間に、前記ガスを燃焼させるための2次エアが供給される
ことを特徴とする請求項4に記載のバーナー。 - 前記整流孔の仮想的な中心軸は、前記燃焼筒の長手方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項5に記載のバーナー。 - 前記1次エアの流速は、前記2次エアの流速より遅い
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のバーナー。 - 前記燃焼筒の先端は、前記仕切部の先端より先端側に配置されている
ことを特徴とする請求項5から請求項7の何れかに記載のバーナー。 - 更に、筒状の外筒を備えており、
前記外筒は、前記燃焼筒の径方向外方に配置されており、
前記外筒と前記燃焼筒との間に、前記ガスを燃焼させるための3次エアが供給される
ことを特徴とする請求項5から請求項8の何れかに記載のバーナー。
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