JP2557292B2 - 再循環式気化燃焼バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃焼ガスの一部を再
循環させる形式の気化燃焼バーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃焼機器における有害燃焼排
気物の低減化には、種々の提案がなされてきたが、近年
では、環境汚染等の問題から、有害燃焼排気物の中でも
ＮＯx或はＣＯの低減に注意が向けられている。

【０００３】それら有害燃焼排気物の低減化対策を使用
燃料に関して大別すると、燃料中に有害物質を含まず、
燃焼制御の行い易いガス燃料を用いたバーナを用いるも
のが多いけれども、一方において、灯油，軽油，Ａ重油
等の液体燃料を一旦気化させてから燃焼させる気化燃焼
バーナを用いる方式も注目されている。

【０００４】この種の気化燃焼バーナの例としては、気
化ポット式（特開昭６２−９１７１１号公報参照）や、
再循環式（特公昭５７−３２２８９号公報、或は、特公
昭６１−５２３６４号公報参照）等の形式のものが公知
である。

【０００５】しかし、前記気化ポット式のものでは、液
体燃料噴射ノズルの前方に大容積の気化ポットを配置す
る必要があって、コンパクトなバーナを得ることが難し
いばかりか、バーナ圧損が高くなる傾向にあるため、送
風器等に大容量のものが必要である。しかも、一次空気
孔の設定が困難で、異音の発生やスス付着等の不具合を
生じ易い。

【０００６】また、前記再循環式のものにおいては、燃
焼ガスの再循環によって、液体燃料の粒子が気化するま
でに時間が掛かるため、ススが発生し易いのに加え、燃
焼ガスの再循環経路が適切でないと、不完全燃焼の原因
となったり、保炎機能が不十分で失火することが多い。
勿論、そのような公知のバーナをボイラ等に利用した場
合は、伝熱面に煤やスラッジ等の未燃成分の付着が生
じ、伝熱効率の低下を招くだけでなく、着火不良や失火
等のトラブルを発生する。

【０００７】更に、前記再循環式のものに限らず、この
種の予熱手段を持たない（バーナ自体の発生熱を利用し
て予熱も行う）気化燃焼バーナを用いるときは、着火か
ら気化燃焼に移行させる過程において、燃料を均一に霧
化させるために、バーナの構造の複雑化、大型化、或
は、火炎の長大化を余儀なくされる。このことは、同種
の気化燃焼バーナをボイラ等の熱機器に適用した場合、
この熱機器の炉（燃焼室）容積の大型化、ひいては、熱
機器自体の大型化を招くという問題を引き起こす。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上述のよ
うな課題を解決するために、燃焼ガスを自ら循環させる
再循環方式について、最適の循環経路と、循環の流入及
び流出部分の構成を工夫したものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】より詳細には、この発明
は、燃焼ガスの一部を再循環させる形式の気化燃焼バー
ナであって、空気導入孔を有する隔壁部材の一方の面側
に、燃焼用内筒と保炎用外筒とを設け、他方の面側に燃
料噴霧ノズルを設けると共に、前記燃焼用内筒，保炎用
外筒，及び燃料噴霧ノズルを略同一の軸線上に配置して
なり、前記燃焼 用内筒を、前記隔壁部材に固定する基端
側の小径筒部，この小径筒部の先端側に連なる連結部，
及び大径筒部で形成すると共に、この燃焼用内筒を、前
記小径筒部内に前記空気導入孔が開口するように、前記
隔壁部材に取り付け、前記保炎用外筒を、前記燃焼用内
筒の外側に略同軸配置した状態で、その基端部でもって
前記隔壁部材に取り付けると共に、保炎用外筒の先端部
のところに、流通間隙を存して前記燃焼用内筒の大径筒
部の先端を覆う折曲部を設け、かつ、前記燃焼用内筒の
小径筒部の周壁箇所に、所要数の開口部を形成し、前記
燃料噴霧ノズルを、前記空気導入孔を介して小径筒部の
基端側内部を望ませた状態で配置したことを特徴として
いる。

【００１０】

【実施例】この発明に係る再循環式気化燃焼バーナの一
実施例を、図１を参照しながら説明する。図面におい
て、再循環式気化燃焼バーナは、燃焼用内筒(10)，保炎
用外筒(20)，及び燃料噴霧ノズル(30)を備えている。

【００１１】前記の燃焼用内筒(10)，保炎用外筒(20)，
及び燃料噴霧ノズル(30)は、略同一の軸線上にあって、
保炎用外筒(20)を外嵌せしめた燃焼用内筒(10)の基端側
（上流側）に燃料噴霧ノズル(30)を配置している。

【００１２】燃焼用内筒(10)は、基端側、即ち、前記燃
料噴霧ノズル(30)を配置した側の小径筒部(11)，この小
径筒部(11)の先端側に連なる連結部(12)，及び大径筒部
(13)で形成してあり、小径筒部(11)の周壁部分には、数
箇所に適宜の形状（図示する実施例では略円形）の開口
部(14)を所要数（図示する実施例では６箇所）設けてあ
る。連結部(12)は、後述するように、この部分の内側面
に沿って渦流が発生するように適宜の傾斜（或は、段
差）を有している。

【００１３】保炎用外筒(20)は、燃焼用内筒(10)の周囲
を覆うように配置してあるが、この保炎用外筒(20)の基
端部、並びに、燃焼用内筒(10)の基端部は、それら端部
間に存する環状の空間の上流側を封止できるように、隔
壁部材(1) に当接させた状態で固定してある。

【００１４】前記の保炎用外筒(20)の外径Ｄ3 と燃焼用
内筒(10)の大径筒部(13)の外径Ｄ1との外径差は、燃焼
用内筒(10)の大径筒部(13)の外径Ｄ1 と小径筒部(11)の
外径Ｄ2 との外径差と同等か、それよりも小さくなるよ
うに設定する。そのような保炎用外筒(20)の先端部に
は、前記大径筒部(13)の先端を覆うように中心方向に折
曲した折曲部(21)を形成してあり、この折曲部(21)先端
と大径筒部(13)の先端との間には、所定間隔の流通間隙
(C) を設けている。

【００１５】これにより、燃焼用内筒(10)と保炎用外筒
(20)との間の空間は、開口部(14)、並びに、流通間隙
(C) によって燃焼用内筒(10)と連通することになり、燃
焼用内筒(10)の先端部分から基端部分に至る循環経路
(P) として機能する。

【００１６】燃料噴霧ノズル(30)は、隔壁部材(1) に穿
設した空気導入孔(2) に臨む位置にあり、この位置から
燃焼用内筒(10)内部に向けて、灯油、軽油、Ａ重油等の
液体燃料を所定の噴霧角度でもって噴霧する。その際、
前記隔壁部材(1) に穿設した空気導入孔(2) は、燃焼用
内筒(10)への唯一の空気供給孔となるが、その内径は、
図示する実施例においては、燃焼用内筒(10)と同一径と
してある。

【００１７】尚、前記図１において、参照番号(50)，(5
1)，(52)は、各々、バーナ・ケーシング、着火用スパー
ク・ロッド、バーナ・ケーシング(50)と保炎用外筒(20)
との間に介在させた断熱材である。

【００１８】前記構成の再循環式気化燃焼バーナにおけ
る燃焼作用について説明する。まず、図示しない空気供
給手段により空気導入孔(2) から燃焼用内筒(10)に向け
て燃焼用空気を供給すると共に、燃料噴霧ノズル(30)に
より空気導入孔(2) から燃焼用内筒(10)に向けて上述液
体燃料を噴霧し、着火用スパーク・ロッド(51)によって
着火すると、燃焼用内筒(10)内部に噴霧された液体燃料
の液滴の燃焼が始まる。この燃焼火炎は、温度を高めな
がら、燃焼用内筒(10)の先端部分に向けて移動し、燃焼
用内筒(10)先端部から噴出される。

【００１９】そのときの小径筒部(11)の開口部(14)の前
後における圧力は、空気導入孔(2)から燃焼用内筒(10)
に供給された空気流によって、燃焼用内筒(10)内周側の
ほうが低く、燃焼用内筒(10)外周側が高くなっている。
このため、上述の燃焼ガスは、燃焼用内筒(10)先端部と
保炎用外筒(20)先端部との間隙(C) から、燃焼用内筒(1
0)と保炎用外筒(20)との間に形成される空間を経て、小
径筒部(11)の開口部(14)から燃焼用内筒(10)の上流に再
び流入する。ここでは、燃焼用内筒(10)と保炎用外筒(2
0)との間に形成される空間は、先に述べたように燃焼ガ
スの循環経路(P) として機能し、燃焼用内筒(10)に再び
流入した燃焼ガスは、燃料噴霧ノズル(30)からの液体燃
料を加熱し、その粒子を気化させ、燃焼用内筒(10)にお
いて青炎での燃焼（気化燃焼）に移行させる。また、前
記開口部(14)から燃焼用内筒(10)内に流入する燃焼ガス
は、同時に、燃焼用内筒(10)の先端側で形成される燃焼
ガスの温度を低下させる作用も有し、これによりサーマ
ルＮＯx （thermal ＮＯx ）の発生を抑制する。

【００２０】このようにして、燃焼用内筒(10)内に噴霧
された液体燃料は、青炎状態に移行して、定常燃焼状態
となるが、この状態では、液体燃料の気化は、上述の再
循環する燃焼ガスによるのみならず、燃焼用内筒(10)内
壁面からの熱輻射によっても行われる。また、燃焼ガス
が燃焼用内筒(10)の小径筒部(11)から大径筒部(13)に至
る過程において、連結部(12)の内部には、図示するよう
な渦流Ｓ1 を生じており、この渦流Ｓ1 によって連結部
(12)は比較的高温状態に保持され、気化作用が一層促進
される。従って、この再循環式気化燃焼バーナにおいて
は、燃料噴霧後、気化燃焼に至るまでの時間を短くする
ことができる。

【００２１】更に、この定常燃焼状態において、保炎用
外筒(20)に設けた折曲部(21)の内側には、図示するよう
に渦流Ｓ2 を生じており、この渦流Ｓ2 は、燃焼用内筒
(10)の燃焼火炎の保炎を助ける。

【００２２】図２は、この発明に係る再循環式気化燃焼
バーナの他の実施例を示すもので、燃焼用内筒(10)の先
端部、即ち、大径筒部(13)先端側内周部に、適宜形状の
透孔(41)を所定個数穿設した火炎分割板(40)を設けたも
のである。

【００２３】この火炎分割板(40)は、例えば、図３に示
すように、大径筒部(13)内径より小径の円板に、大小の
円形形状の透孔(41)を穿設したものであり、大径筒部(1
3)へは、周囲の適宜箇所に取り付けた支持片(42)によっ
て固定してある。

【００２４】前記の火炎分割板(40)は、燃焼用内筒(10)
先端からの火炎を各透孔(41)毎の小火炎に分割すること
により、バーナ全体として短い火炎を得ることができる
ため、この発明の気化燃焼バーナをボイラ等の熱機器に
適用した場合等、該熱機器の炉（燃焼室）容積、ひいて
は、熱機器自体の更なる小型化を達成することが可能に
なる。

【００２５】しかも、上述のように透孔(41)を、互いに
異なった径のものが隣合うように配置することにより、
小径の透孔(41)からの火炎から大径の透孔(41)からの火
炎への熱輻射のほか、これらの火炎の間に形成される高
温の渦流によって、全体として保炎性が向上する。加え
て、火炎の大きさが相互に異なるため、火炎の共振周波
数が分散されて、燃焼に伴う騒音が低減される。

【００２６】図４は、図２、図３に示す火炎分割板の他
の例を示すもので、相互に幅の異なる環状の透孔(43)を
実質上同心円をなすように穿設したものである。この例
のものも上述のものと同様な効果を有する。

【００２７】図５は、図１、図２に示す再循環式気化燃
焼バーナの更に他の実施例を示すもので、隔壁部材(1)
に穿設した空気導入孔(2) に、オリフィス部材(60)を備
えている。この実施例におけるオリフィス部材(60)は、
中央に円形の透孔(61)を形成したものであって、燃焼用
内筒(10)への空気流通経路を絞ることにより、燃焼用内
筒(10)で強力に渦流を形成し、開口部(14)から導入され
る燃焼ガスと噴霧された液体燃料とを撹拌し、以後の気
化を促進する。

【００２８】前記のオリフィス部材(60)としては、その
中心に唯一箇所の円形の透孔(61)を設けるものに限ら
ず、例えば、図６に示すように中心部に円形の透孔(62)
を形成すると共に、この透孔(62)の周囲に複数個の扇形
状の透孔(63)を形成したものでもよい。

【００２９】更に、この発明に係る再循環式気化燃焼バ
ーナにおいては、前記火炎分割板(40)に、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｃｕ等の金属系の触媒を塗着することにより、燃焼反応
を促進して保炎性を一層高めたり、ＮＯx を接触分解す
るようにして一層の低ＮＯx化を図ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る再
循環式気化燃焼バーナによれば、液体燃料噴射初期の位
置に供給した燃焼ガス自体の熱の他、燃焼用内筒からの
熱輻射によって、液体燃料を有効に気化させることがで
きるため、着火後短時間、短距離で気化（青焔による燃
焼）を開始することができる。しかも、この気化燃焼バ
ーナは、上述のような構造としたため、圧力損失が少な
く、燃焼用空気供給手段の小型化、低容量化を図ること
に効果があり、バーナー自体の構造の簡略化、小型化を
実現して、これを利用する熱機器についても構造の簡略
化、小型化を図ることが可能である。

【００３１】尚、この発明によれば、上述の効果から、
大容量の気化燃焼バーナも容易に得ることができる。

【００３２】又、この発明に係る再循環式気化燃焼バー
ナにおいては、燃焼用内筒の先端部内周側に、適宜形状
の透孔を所定個数穿設した火炎分割板を設けることによ
り、バーナ全体として短い火炎を得ることができ、ボイ
ラ等の熱機器に適用した場合等、この熱機器の炉（燃焼
室）容積、ひいては、熱機器自体の更なる小型化を達成
することができる他、この火炎分割板に、燃焼触媒を塗
着することにより、燃焼反応を促進して保炎性を一層高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る再循環式気化燃焼バーナの一実
施例を示す縦断側面図である。

【図２】この発明に係る再循環式気化燃焼バーナの他の
実施例を示す縦断側面図である。

【図３】図２の要部の正面図である。

【図４】図２に示す実施例の変形例を示す要部の正面図
である。

【図５】この発明に係る再循環式気化燃焼バーナの更に
他の実施例を示す要部の正面図である。

【図６】図５に示す実施例の変形例を示す要部の正面図
である。

【符号の簡単な説明】

(10) 燃焼用内筒 (11) 小径筒部 (12) 連結部 (13) 大径筒部 (14) 開口部 (20) 保炎用外筒 (21) 折曲部 (30) 燃料噴霧ノズル (40) 火炎分割板 (41) 透孔 (43) 透孔 Ｄ1 大径筒部の外径 Ｄ2 小径筒部の外径 Ｄ3 保炎用外筒の外径 (C) 流通間隙 (P) 循環経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−99014（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−128324（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−32289（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−47643（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼ガスの一部を再循環させる形式の気
   化燃焼バーナであって、空気導入孔(2) を有する隔壁部材(1) の一方の面側に、
   燃焼用内筒(10)と保炎用外筒(20)とを設け、他方の面側
   に燃料噴霧ノズル(30)を設けると共に、前記燃焼用内筒
   (10)，保炎用外筒(20)，及び燃料噴霧ノズル(30)を略同
   一の軸線上に配置してなり、 前記燃焼用内筒(10)を、前記隔壁部材(1) に固定する基
   端側の小径筒部(11)，この小径筒部(11)の先端側に連な
   る連結部(12)，及び大径筒部(13)で形成すると共に、こ
   の燃焼用内筒(10)を、前記小径筒部(11)内に前記空気導
   入孔(2) が開口するように、前記隔壁部材(1) に取り付
   け、 前記保炎用外筒(20)を、前記燃焼用内筒(10)の外側に略
   同軸配置した状態で、その基端部でもって前記隔壁部材
   (1) に取り付けると共に、保炎用外筒(20)の先端部のと
   ころに、 流通間隙(C) を存して前記燃焼用内筒(10)の大
   径筒部(13)の先端を覆う折曲部(21)を設け、かつ、前記
   燃焼用内筒(10)の小径筒部(11)の周壁箇所に、所要数の
   開口部(14)を形成し、前記燃料噴霧ノズル(30)を、前記空気導入孔(2) を介し
   て小径筒部(11)の基端側内部を望ませた状態で配置した
   こと を特徴とする再循環式気化燃焼バーナ。
2. 【請求項２】 前記保炎用外筒(20)の外径Ｄ3 と燃焼用
   内筒(10)の大径筒部(13)の外径Ｄ1 との外径差を、燃焼
   用内筒の大径筒部(13)の外径Ｄ1 と小径筒部(11)の外径
   Ｄ2 との外径差と同等かそれよりも小さくなるように設
   定したことを特徴とする請求項１記載の再循環式気化燃
   焼バーナ。
3. 【請求項３】 前記燃焼用内筒(10)の先端側内側部に、
   透孔(41)を所要数形成した火炎分割板(40)を設けたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の再循環式気
   化燃焼バーナ。
4. 【請求項４】 前記火炎分割板(40)に、ＮＯx を低減さ
   せるためのＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ等の金属系の触媒を塗着し
   たことを特徴とする請求項３に記載の再循環 式気化燃焼
   バーナ。
5. 【請求項５】 前記隔壁部材(1) の空気導入孔(2) に、
   燃焼用内筒(10)への空気流通経路を絞るオリフィス部材
   (60)を設けたことを特徴とする請求項１，請求項２，請
   求項３，並びに請求項４の何れかに記載の再循環式気化
   燃焼バーナ。
6. 【請求項６】 前記オリフィス部材(60)は、中心部に円
   形の透孔(62)を形成すると共に、この透孔(62)の周囲に
   複数個の扇形状の透孔(63)を形成してあることを特徴と
   する請求項５記載の再循環式気化燃焼バーナ。