JP2563009B2 - 二段燃焼式気化燃焼バーナ - 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
循環させる共に、二次空気を部分混合させる形式の気化
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
と共に二次空気を部分混合させる形式の気化バーナーに
ついて、最適の燃焼ガス循環経路と循環ガスの流入及び
流出部分の構成、並びに、燃焼ガスの燃焼熱及び輻射熱
を有効に利用して気化燃焼を行う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と共に、二次空気を
部分混合させる形式の気化燃焼バーナであって、一次空
気の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，保炎用中筒，及び外筒を設け、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
中筒，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、前記空気導入孔が前記小径筒部内に位置するよう
に、前記隔壁部材に取り付け、前記保炎用中筒を、前記
燃焼用内筒の外側に略同軸状に配置した状態で、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
中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、さらに、前
記外筒を保炎用中筒上に同軸配置すると共に、前記外筒
先端部のところに、前記保炎用中筒の折曲部と連携して
その間を閉鎖する先端閉鎖部を設け、かつ、前記保炎用
中筒と前記外筒間に形成される環状空間内に二次空気を
導入することが可能なように、それらの各基端部を支持
している隔壁部材に対して所要数の通孔を設けると共
に、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、前記外筒の先端閉鎖部の内側環状部分
に対して燃焼用内筒からの燃焼ガスに前記二次空気を供
給することが可能なように所要数の噴出孔を形成し、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
の基端側内部を臨ませた状態で配置したことを特徴とし
ている。

【００１０】

【実施例】この発明に係る二段燃焼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、二段燃焼式気化バーナは、燃焼用内筒(10)，保炎用
中筒(20)，外筒(70)，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)，保炎用中筒(20)，
外筒(70)，及び燃料噴霧ノズル(30)は、略同一の軸線上
にあって、外筒(70)並びに保炎用中筒(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)を配置してある。

【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)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（この実施例では、９
０度の傾斜、即ち、段差としてある）を有している。

【００１３】保炎用中筒(20)は、燃焼用内筒(10)の周囲
を覆うように配置してあるが、この保炎用中筒(20)の基
端部、並びに、燃焼用内筒(10)の基端部は、隔壁部材
(1) に当接させた状態で固定し、燃焼用内筒(10)と保炎
用中筒(20)との間の上流側の環状の開口部を閉鎖してあ
る。

【００１４】前記の保炎用中筒(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。そのような保炎用中筒(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)と保炎用中筒
(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】外筒(70)は、前記保炎用中筒(20)の周囲を
覆うように配置してあり、この外筒(70)の基端部は、外
筒(70)と保炎用中筒(20)との間に存する環状空間(3) の
上流側を区画できるように、隔壁部材(1) に当接させた
状態で固定してある。

【００１７】前記外筒(70)の先端側には、前記保炎用中
筒(20)の折曲部(21)の先端との間の隙間を閉鎖する先端
閉鎖部(71)を設けてある。この先端閉鎖部(71)の外周側
は、前記保炎用中筒(20)の折曲部(21)と同様な形状の円
錐面形状のテーパー面としてあり、内周面側は、バーナ
の軸線に沿う円筒面(72)としてある。

【００１８】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)への一次空気の供給孔となるが、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。

【００１９】前記隔壁部材(1) における、燃焼用内筒(1
0)及び外筒(70)の各基端部間に囲まれる部分には、所要
数の通孔(4) を環状に穿設してあり、この各通孔(4) か
ら、前記環状空間(3) 内に二次空気を導入する。

【００２０】前記先端閉鎖部(71)の内周面側の円筒面(7
2)には、二次空気の噴出孔(73)を設けてある。従って、
前記通孔(4) からの燃焼用空気は、前記外筒(70)と前記
保炎用中筒(20)との間に存する環状空間(3) を経て、前
記の噴出孔(73)から噴出し、燃焼用内筒(10)からの燃焼
ガスに二次空気として供給される。

【００２１】尚、前記図１において、参照番号(50)は、
着火用スパーク・ロッドである。

【００２２】前記構成の二段燃焼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
向けて燃焼用一次空気を、通孔(4) から環状空間(3) 内
に向けて燃焼用二次空気をそれぞれ供給すると共に、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。これにより、燃焼用内筒(10)
内では、空気導入孔(2) からの一次空気によって一次燃
焼（この段階では、青炎による気化燃焼には移行してい
ない）が始まる。

【００２３】前記の一次燃焼火炎は、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する。この
過程において、一次燃焼火炎は、燃焼用内筒(10)、特に
大径筒部(13)を加熱し、これと同時に、燃焼用内筒(10)
からの輻射熱によって一次燃焼火炎中に含まれる液体燃
料の未燃分が逆に加熱され、気化される。その際、連結
部(12)の内側には、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、気化作用は一層促進される。

【００２４】一次燃焼火炎は、上述のように燃焼用内筒
(10)先端部から噴出した時点で、間隙(C) からの二次空
気を取り込み、この後、青炎状態の二次燃焼を開始する
が、間隙(C) からの二次空気は、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 （therma
l ＮＯx ）発生を抑制する。

【００２５】前記の燃焼過程において、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)先端部と保炎用中筒(20)先端部との間隙(C) か
ら、燃焼用内筒(10)と保炎用中筒(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(1
0)と保炎用中筒(20)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。開口部(14)からの燃焼ガスは、上述二次空気と
同様に、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 発生を抑制する。

【００２６】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、この二次空気混合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。

【００２７】更に、この定常燃焼状態において、保炎用
中筒(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。

【００２８】図２は、この発明に係る二段燃焼式気化燃
焼バーナの他の実施例を示すもので、二次空気の噴出孔
(73)を、外筒(70)の先端閉鎖部(71)の内周面(72)に替え
て、この内周面(72)に付設した十文字形状の空気導管(7
4)に設けたものである。即ち、二次空気の噴出孔(73)
を、前記環状空間(3) に各基端部を連通させた空気導管
(74)の表面適宜箇所（図示する実施例では全面）に、所
定個数形成し、燃焼用内筒(10)からの一次燃焼火炎の全
体に均一に供給するように構成したものである。このよ
うに、一次燃焼火炎中に均一に二次空気を供給すること
により、火炎全体について、均一に火炎温度を所望値に
調整することができるので、サーマルＮＯx の発生をよ
り確実に低減することができる。

【００２９】更に、この実施例は、燃焼用内筒(10)の先
端部、即ち、大径筒部(13)先端側の内周部に、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。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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】図５は、図１、図２に示す二段燃焼式気化
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。

【００３４】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。

【００３５】更に、この発明に係る二段燃焼式気化燃焼
バーナにおいては、前記火炎分割板(40)に、Ｐｔ，Ｐ
ｄ，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。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る二
段燃焼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、燃焼用内筒の連
結部に生じた燃焼ガス渦流および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。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。

【００３７】又、この発明に係る二段燃焼式気化燃焼バ
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】この発明に係る二段燃焼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】この発明に係る二段燃焼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】この発明に係る二段燃焼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) 保炎用中筒 (21) 折曲部 (30) 燃料噴霧ノズル (40) 火炎分割板 (41) 透孔 (43) 透孔 (70) 外筒 (71) 先端閉鎖部 (73) 噴出孔 Ｄ1 大径筒部の外径 Ｄ2 小径筒部の外径 Ｄ3 保炎用中筒の外径 (C) 流通間隙 (P) 循環経路

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と共に、
   二次空気を部分混合させる形式の気化燃焼バーナであっ
   て、一次空気の空気導入孔(2) を有する隔壁部材(1) の一方
   の面側に、燃焼用内筒(10)，保炎用中筒(20)，及び外筒
   (70)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)，保炎用中筒(20)，外筒(7
   0)，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、前記空気導入孔(2) が前記小径筒
   部(11)内に位置するように、前記隔壁部材(1) に取り付
   け、 前記保炎用中筒(20)を、前記燃焼用内筒(10)の外側に略
   同軸状に配置した状態で、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、保炎用中筒(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、さら
   に、 前記外筒(70)を保炎用中筒(20)上に同軸配置すると共
   に、前記外筒(70)先端部のところに、前記保炎用中筒(2
   0)の折曲部(21)と連携してその間を閉鎖する先端閉鎖部
   (71)を設け、かつ、 前記保炎用中筒(20)と前記外筒(70)間に形成される環状
   空間(3) 内に二次空気を導入することが可能なように、
   それらの各基端部を支持している隔壁部材(1)に対して
   所要数の通孔(4) を設けると共に、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、前記外筒(70)の先端閉鎖部(71)の内側環状部分に
   対して燃焼用内筒(10)からの燃焼ガスに前記二次空気を
   供給することが可能なように所要数の噴出孔(73)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)の基端側内部を臨ませた状態で配置した
   こと を特徴とする二段燃焼式気化燃焼バーナ。
2. 【請求項２】 前記保炎用中筒(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(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
   に設定したことを特徴とする請求項１記載の二段燃焼式
   気化燃焼バーナ。
3. 【請求項３】 前記保炎用中筒(20)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に記載の二段燃焼式
   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に記載の二段燃焼式気化燃
   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の何れかに記載の二段燃焼式気
   化燃焼バーナ。
6. 【請求項６】 前記オリフィス部材(60)は、注鵜深部に
   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記載の二段燃焼式気化燃焼バーナ。