JP3322470B2

JP3322470B2 - 蓄熱型低ＮＯｘバーナ

Info

Publication number: JP3322470B2
Application number: JP33925293A
Authority: JP
Inventors: 良一田中; 護松尾; 力保田
Original assignee: 日本ファーネス工業株式会社
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH07113509A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排ガスから廃熱を回収
して燃焼用空気の予熱に利用する蓄熱型バーナに関す
る。更に詳述すると、本発明は相対的に回転する蓄熱体
に交互に連続して燃焼用空気と燃焼排ガスとを通すこと
によって燃焼排ガスの熱で燃焼用空気を予熱して供給す
る蓄熱型バーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄熱型バーナは、例えば図１５に
示すように、ウィンドボックス１０１の中に該ウィンド
ボックス１０１を貫通するようにバーナガン（燃料ノズ
ル）１０２を設置し、蓄熱体１０３を経て供給される燃
焼用空気と燃料とをバーナ内で混合させてから炉内に噴
射するように設けられている。即ち、従来のバーナ１０
４は、燃料ノズル１０２と燃焼用空気の噴射ノズル（こ
の場合、ウィンドボックス１０１）とが対になって構成
されている。そして、このバーナ１０４は２基で一対を
成し、一方のバーナ１０４を燃焼させている間に他方の
バーナ１０４から燃焼ガスを排出するようにしている。
燃焼ガスは、他方のバーナのウィンドボックス１０１を
経て排気される際に蓄熱体１０３で排熱が回収されるよ
うに設けられている。したがって、従来の蓄熱型バーナ
は、１組のバーナに交互に燃焼用空気と燃料とを供給す
るため、燃焼用空気供給系と排気系とをバーナに選択的
に接続するための手段と、燃料をいずれか一方のバーナ
に供給する手段とを必要としている。そして、このよう
な燃焼ガスと燃焼用空気の流路切替には、電磁弁を組合
せたものや四方弁、三方弁などを用いることが考えられ
ている。尚、図中符号１０５は四方弁、１０６は電磁
弁、１０７は押し込みファン、１０８は誘引ファンであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気ノ
ズルと燃料ノズルとを対にした従来のバーナ構造では、
休止中のバーナ側では排気される高温の燃焼排ガスによ
って燃料ノズルが焼損したり残留燃料のコーキングを招
いたりする問題がある。この燃料ノズルの焼損を回避す
るためには燃料ノズルの配置や構造を特開平２−１００
０２号のバーナのように複雑なものとしなければなら
ず、バーナの大型化を招く問題がある。

【０００４】また、燃焼ガスと燃焼用空気の流路切替に
電磁弁を組み合わせるときは、高温雰囲気で使用可能な
電磁弁は高価であり設備コストを著しく引き上げるし、
かつ気体配管用電磁弁などはかなり大型であるためその
数が増えると場所を取ることから使用数の低減が望まし
い。加えてこの場合、切り替えの際に燃焼用空気の供給
及び燃焼ガスの排気が瞬間的に低減ないし滞り、火炎が
不安定となったりＣＯの発生が増加する。また、四方弁
を使用する場合には、切り替えの瞬間に四方弁内で排気
系と給気系とがショートパスを起こしてバーナへ供給さ
れる燃焼用空気の量が瞬間的に減少して火炎を不安定に
する場合がある。

【０００５】更に、バーナを交互に燃焼させる方式の蓄
熱型バーナでは、燃焼用空気より僅かに遅れて燃料が噴
射されるように燃焼用空気の噴射に、リードタイムをと
ることが着火の上で好ましいことから、燃焼用空気の流
れが切替えられてから一定時間が経過した後に燃料が供
給されるような複雑な制御が一般に要求される。このこ
とから、燃料の切替を必要としない蓄熱型低ＮＯｘバー
ナが望まれる。

【０００６】本発明は、途切れることなく連続して行わ
れる燃焼用空気の切替だけで燃料の切替を必要としない
蓄熱型低ＮＯｘバーナを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明にかかる蓄熱型低ＮＯｘバーナ
は、周方向にＮ（Ｎ＝ｎ＋１、ここで、ｎは２以上の正
の偶数で常時流体が流れる室数である。）室に均等に区
画されて各室内を軸方向に流体が通過可能とした蓄熱体
と、この蓄熱体の中心を貫通して燃料を噴射する燃料ノ
ズルと、燃焼用空気供給系に接続される給気室と燃焼ガ
ス排気系に接続される排気室とに環状仕切壁で区画され
た２重管状の出入口手段と、前記蓄熱体と前記出入口手
段との間に介在されて前記蓄熱体と前記出入口手段との
間を遮断すると共に前記蓄熱体を前記給気室に連通させ
る給気用連通孔と前記蓄熱体を前記排気室に連通させる
排気用連通孔とが交互にｎ／２個ずつ配置され、連続的
あるいは間欠的に回転して前記出入口手段の排気室と給
気室とを前記蓄熱体のＮ室のいずれかに順次連通させる
切替手段とから成り、かつ前記排気用連通孔と給気用連
通孔とが数式７で表わされる角度αの間隔をあけて配置
され、

【数７】更に前記給気用連通孔及び排気用連通孔の大きさが数式
８の関係を

【数８】満足する大きさとし、連続的に噴射される燃料噴流の周
りに高温の燃焼用空気を前記蓄熱体から噴射するように
している。

【０００８】これによって、出入口手段の給気室と排気
室とはそれぞれ切替手段の給気用連通孔と排気用連通孔
を介して蓄熱体の異なる室・区画に連通され、互いに交
わることなく蓄熱体内に燃焼用空気と燃焼排ガスとを流
し、燃料噴流の周りで絶えず場所を移して高温の燃焼用
空気を蓄熱体から炉内に噴射することができる。

【０００９】

【００１０】また、本発明の蓄熱型バーナは、請求項２
記載の発明のように、Ｎ室を１ユニットとして総室数Ｚ
（ここで、Ｚ＝ａ・Ｎで、ａはユニット数を示す０を除
く正の整数）の複数ユニットの室に蓄熱体を周方向に均
等に区画すると共に総数Ｚの室のうち常時流体が流れる
ことのないａ個の空室を１ユニットを構成するＮ室と他
のユニットのＮ室との間に配置し、かつ排気用連通孔と
給気用連通孔との配置角度αが数式９の関係を有し、

【数９】かつ排気用連通孔と給気用連通孔との大きさが数式１０
で示される関係を

【数１０】満足するようにすることが好ましい。

【００１１】このとき、ａ・Ｎ室に区画された蓄熱体内
のうちａ・ｎ／２室に炉内から燃焼ガスが吸引されて流
され、他のａ・ｎ／２室に燃焼用空気が押し込まれて流
され、残りのａ室はいずれの流路にも接続されずに流体
が流れない空室となる。このため、出入口手段の給気室
に連通される室・区画と排気室に連通される室・区画と
を切替手段の操作によって順次変更すれば、排出される
流体と供給される流体とが蓄熱体の同じ室・区画を時間
を異にして流れることとなる。例えば、燃焼排ガスを流
した後の蓄熱体に燃焼用空気が流れることとなり、燃焼
排ガスの通過で加熱された蓄熱体の熱を燃焼用空気が奪
うことによって熱交換が完了する。そして、流体の流れ
の切り替えは、同じ室・区画に給気用連通孔と排気用連
通孔とが同時に存在することがなく、かつ前方の連通孔
から１つずつ順次前方の室・区画に移り変わるため、排
気用連通孔が蓄熱体の前方の室・区画例えば空気にかか
ってもそれよりも後方の供給用連通孔及び他の排気用及
び給気用連通孔は依然として同じ室・区画内に存在し、
切り替えは始まらない。そして、最前列の排気用連通孔
が空室であった前方の区画に完全に切替わってから、い
ままで最前列の排気用連通孔と連通していた室・区画が
空室となってそこに次の給気用連通孔がさしかかる。こ
のとき、給気用連通孔は、今までの室・区画と新たな室
・区画（空室）との２つの区画に同時に跨り、２つの室
・区画に同時に流体を供給しながら切り替えられるの
で、流体の流れが遮断されることがない。しかも、最前
列の排気用連通孔は給気用連通孔がさしかかった室・区
画よりも１つ前の室・区画に位置するため、排出される
燃焼排ガスと供給される燃焼用空気とが同じ区画内にお
いて混じり合うことがない。

【００１２】尚、本明細書では、蓄熱体の区画された室
とは、蓄熱体そのものが複数の室に仕切られている場合
は勿論のこと、分配手段によって実質的に複数の室に区
画されている場合の双方を含んでいる。

【００１３】また、本発明の蓄熱型バーナは、請求項３
記載の発明のように、周方向にＮ（Ｎ＝ｎ＋２、ここ
で、ｎは２以上の正の整数で常時流体が流れる室数であ
る。）室に均等に区画されて各室内を軸方向に流体が通
過可能とした蓄熱体と、この蓄熱体の中心を貫通して燃
料を噴射する燃料ノズルと、燃焼用空気供給系に接続さ
れる給気室と燃焼ガス排気系に接続される排気室とに環
状仕切壁で区画された２重管状の出入口手段と、前記蓄
熱体と前記出入口手段との間に介在されて前記蓄熱体と
前記出入口手段との間を遮断すると共に前記蓄熱体を前
記給気室に連通させる給気用連通孔と前記蓄熱体を前記
排気室に連通させる排気用連通孔とが数式１１で表わさ
れる角度Ｃの間隔をあけて配置され、

【数１１】かつ連続的あるいは間欠的に回転して前記出入口手段の
排気室と給気室とを前記蓄熱体のＮ室のいずれかに順次
連通させる切替手段とから成り、連続的に噴射される燃
料噴流の周りに高温の燃焼用空気を前記蓄熱体から噴射
するようにしている。

【００１４】また、本発明の蓄熱型バーナは、請求項４
記載の発明のように、Ｎ室を１ユニットとして総室数Ｚ
（ここで、Ｚ＝ａ・Ｎで、ａはユニット数を示す０を除
く正の整数）の複数ユニットの区画された室に蓄熱体を
周方向に均等に区画すると共に排気用連通孔と給気用連
通孔との間に数式１２

【数１２】で表される角度Ｃの間隔を設定することが好ましい。こ
のとき、流体の流れの切り替えは、排気用連通孔と給気
用連通孔の双方が同時にそれぞれの前方の空室に移り変
わる。そして、排気用連通孔および給気用連通孔が前方
の室・区画内を完全に占位したとき、いままで排気用連
通孔および給気用連通孔と連通していた室・区画は空室
となる。ここで、排気用連通孔および給気用連通孔が一
度に複数の室・区画と連通する場合、回転方向に向かっ
て最後尾の室・区画が空室となる。このとき、排気用連
通孔および給気用連通孔は、今までの室・区画と新たな
室・区画との２つの区画に同時に跨り、２つの区画に同
時に流体を供給しながら切り替えられるので、流体の流
れが遮断されることがない。しかも、前方の排気用連通
孔は給気用連通孔がさしかかった区画よりも１つ前の区
画に占位するため、排出される燃焼排ガスと供給される
燃焼用空気とが同じ区画内において混じり合うことがな
い。

【００１５】また、本発明の蓄熱型バーナは、請求項５
記載の発明のように燃料ノズルから噴射される燃料と蓄
熱体から噴射される燃焼用空気とがほぼ平行に噴射され
るか、あるいは請求項７記載の発明のように燃料ノズル
が切替手段と同時に回転して蓄熱体から噴射される燃焼
用空気流に向けて側方から常に燃料が噴射されるように
設けられている。

【００１６】更には、請求項１０記載の発明のように、
燃料ノズルから燃料を直接炉内へ噴射するように設けら
れることもある。これらの場合、燃焼ノズルの周りから
燃焼排ガスの温度に近い高温の燃焼用空気が瞬間的な減
少や滞りを招くことなく炉内に直接安定して供給され
る。

【００１７】そして、燃焼用空気と燃料とを平行に噴射
する請求項５記載の発明の場合、炉内へ噴射された直後
に混合されずに広がり燃焼ノズルおよび空気ノズルから
離れた炉内の随所で混合する。しかし、燃焼用空気は極
めて高温（例えば１０００℃近いあるいはそれ以上）で
あることから、混合すれば安定した燃焼を起こす。ま
た、蓄熱体の熱が低下すると、燃料は切り替えずに燃焼
用空気だけを切り替えるとことによって今まで燃焼ガス
を排気していた燃焼用空気供給手段の蓄熱体を利用して
燃焼用空気を供給する。依って、燃焼用空気の供給を切
り替えるだけで交互燃焼と同じ結果を得る。しかも、高
温の燃焼用空気と燃料とが炉内の随所で緩慢燃焼を起こ
し、蓄熱型バーナとしての特性を失うことなくＮＯｘの
発生を従来の蓄熱型バーナよりも大幅に低減できる。

【００１８】また、請求項６記載の発明の蓄熱型低ＮＯ
ｘバーナのように、燃焼用空気流に向けて側方から常に
燃料が噴射される場合、燃料噴流は直進する燃焼用空気
噴流に対し横風噴流となって合流する。このとき、燃焼
用空気噴流中には横風噴流・燃料噴流によって互いに逆
向きの渦領域となる一対の循環流が生じ、燃焼用空気の
噴流内部に燃料噴流を取り込む。その後、２つの渦領域
それぞれの内部に生じた大小複数の渦塊によって燃焼用
空気噴流の高濃度域が複雑に断面内に拡散されると同時
に噴流中央部に取り込まれた燃料噴流も分散されて拡散
される。即ち、燃料噴流が燃焼用空気噴流の中に取り込
まれた後、次第に噴流内部全体に広がり、高温の燃焼用
空気と混合されて燃焼用空気噴流内で燃焼する。その
間、燃焼用空気と混合される燃料噴流の表面で燃焼が起
こりＮＯｘを発生させるが、そのＮＯｘは、循環流によ
って燃料噴流中に取り込まれ急速に還元される。したが
って、燃料噴流が高温の燃焼用空気噴流に取り込まれて
燃焼用空気噴流内部で拡散して燃焼するので、発生ＮＯ
ｘが更に燃料噴流中に取り込まれて還元され、ＮＯｘが
著しく低減する。

【００１９】また、請求項７記載の発明は、請求項１か
ら６のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナにおい
て、蓄熱体の炉内側の出口に、互いに独立しかつ蓄熱体
の区画された各室毎に連通したノズルを配置している。
この場合、切替手段の回転によって燃焼排ガスと燃焼用
空気とが流れる蓄熱体の区画が切り替えられると、燃焼
用空気が噴射されるノズルが順次円周方向に移される。
したがって、ノズルから直接炉内へ燃焼用空気が噴射さ
れると、炉内において火炎の位置が円周方向に回転して
非定在火炎を形成する。しかも、ノズルで燃焼用空気の
運動量が制御され、所定の形状及び性状の火炎が形成さ
れる。独立したノズルからそれぞれ炉内に直接燃焼用空
気が噴射され、かつそれが燃焼ノズルの周囲で円周方向
に回転するように場所を移し、炉内で形成される火炎が
円周方向に回転する非定在火炎を形成することができ
る。したがって、非常に高温の火炎の場合でもバーナ周
辺に配置される被加熱物例えば水管ボイラのチューブな
どの過熱を回避できる。しかも、ノズルの開口の大きさ
を変えることによって燃焼用空気の炉内への噴射速度
（運動量）を自由にコントロールすることができ、火炎
の形状及び性状を変えることができる。

【００２０】また、請求項８記載の発明は、請求項１か
ら６のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナにおい
て、蓄熱体と燃料ノズルの前方に流路断面積を先端側へ
向けて絞るバーナスロートを形成し、かつこのバーナス
ロートの奥と炉内とを連通して炉内排ガスをバーナスロ
ートの奥に直接導入するバイパス孔を設けたバーナタイ
ルを設置するようにしている。この場合、蓄熱体から噴
射する燃焼用空気の噴射エネルギーによって、炉内の高
温の燃焼排ガスの一部が燃焼用空気に随伴されてバーナ
スロート内へ吸引される排ガス再循環を起こすので、Ｎ
Ｏｘを低減させると共に燃焼ガスの容量を増大させて炉
内奥まで燃焼ガスを到達させ得る。

【００２１】また、請求項９記載の発明は、請求項１か
ら６のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナにおい
て、蓄熱体の炉内側の出口に互いに独立しかつ蓄熱体の
区画される各室毎に連通したノズルを設けると共にこれ
らノズルと燃料ノズルの前方に単一のバーナスロートを
形成しかつ炉内とバーナスロートの奥のノズルの出口付
近とを連通して炉内排ガスをバーナスロートの奥に直接
導入するバイパス孔を周囲に複数設けたバーナタイルを
配置するようにしている。この場合、ノズルの開口の大
きさを変えることで、燃焼用空気の噴射速度（運動量）
を自由にコントロールすることができ、火炎の形状及び
性状を変えることができる。例えば勢いの強い火炎とし
たり、勢いのない弱い火炎とできる。

【００２２】また、請求項１０記載の発明は、請求項１
から７のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナにおい
て、燃料ノズルが燃料を直接炉内へ噴射させるようにし
ている。

【００２３】更に、請求項１１記載の発明は、請求項１
から１０のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナにお
いて、給気室に連通して燃焼用空気を通過させる室より
も排気室に連通して燃焼排ガスを通過させる室を多くす
るようにしている。この場合、燃焼用空気の噴射速度に
比べて排気速度を極めて低速にし、燃焼用空気が噴射直
後に排気系へ流れ込むショートパスを少なくすることが
できる。

【００２４】更に、請求項１２記載の発明は、請求項１
から１１のいずれかに記載の低ＮＯｘバーナにおいて、
蓄熱体は、該蓄熱体と切替手段との間にそれぞれ周方向
にａ・Ｎ（ここで、ａはユニット数である）室に区画さ
れ軸方向に流体が通過可能とした分配手段を設けること
によって、ａ・Ｎ室に区画されるようにしている。

【００２５】また、上述した全ての発明における蓄熱体
は、請求項１３から１６のいずれかに記載されているよ
うに、軸方向に連通したセル孔を多数有するハニカム状
であることが好ましいが、これに特に限定されず、パイ
プ形状の蓄熱材料を軸方向に流体が通過するように径方
向に多数配列して成る蓄熱体、あるいは平板あるいは波
板形状の蓄熱材料を放射状に多数配列して成る蓄熱体、
若しくは互いに独立させてａ・Ｎ室に区画され軸方向に
流体が通過可能としたケーシング内に蓄熱材料のブロッ
クないし小片を充填して成る蓄熱体であっても実施可能
である。いずれの場合にも、燃焼用空気と排ガスとが蓄
熱体内で混合することがない。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００２７】図１に本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナの一
実施例を原理図で示す。この蓄熱型低ＮＯｘバーナは、
従来の拡散燃焼で用いられる３００℃〜４００℃程度の
燃焼用空気よりもはるかに高温（例えば８００℃程度以
上、好ましくは１０００℃〜１１００℃程度の熱風）の
燃焼用空気Ａと燃料Ｆとを別々に炉内３５に噴射させて
燃焼させるようにしたものである。更に具体的には、本
実施例の蓄熱型低ＮＯｘバーナは、燃料Ｆを炉内３５に
噴射する燃料ノズル３１を蓄熱体１の中心に貫通させ、
燃料噴流の周りからほぼ平行に高温とされた燃焼用空気
Ａを噴射させるようにしている。ここで、燃焼用空気Ａ
は蓄熱体１の燃焼ガスを排気した箇所に通して高温とさ
れる。また、蓄熱体１を通して炉内３５に噴射される燃
焼用空気Ａの量はほぼ全量であって、燃焼用空気Ａの一
部（通常数％程度）が常温のまま燃料ノズル３１の冷却
用空気として、燃料用ノズル３１とその周りの蓄熱体１
との隙間２４から炉内３５に噴射される場合もある。し
かし、実質的にはほぼ全量となる燃焼用空気Ａが蓄熱体
１を経て高温にされてから炉内３５に噴射されていると
言える。

【００２８】ここで、蓄熱体１を介して燃焼用空気Ａの
供給と燃焼排ガスＥの排気とを図るシステムは、基本的
には、周方向に３室以上、例えばＮ（Ｎ＝ｎ＋１、ここ
で、ｎは２以上の正の偶数で常時流体が流れる室数であ
る。）室に均等に区画され各室内を軸方向に流体が通過
可能とした蓄熱体１と、燃焼用空気供給系３３に接続さ
れる給気室６ａと燃焼ガス排気系３４に接続される排気
室６ｂとを有する出入口手段６と、この出入口手段６と
蓄熱体１との間に介在されて蓄熱体１と出入口手段６と
の間を遮断すると共に連続的あるいは間欠的に回転して
出入口手段６の排気室６ｂと給気室６ａとをＮ室に区画
された蓄熱体１の室のいずれかに順次に連通させる切替
手段３とから構成されている。蓄熱体１は、それ自体が
あるいはその上流側に配置される分配手段などによっ
て、少なくとも３室以上に区画されている。ここで、蓄
熱体１は周方向に均等に区画されることが好ましい。こ
の場合、燃焼用空気が流れる蓄熱体１の区画・室を切り
替えても燃焼用空気の噴射量及び噴射速度を一定にして
燃焼を安定させることができる。しかし、蓄熱体の区画
・室の大きさは厳密に等しく形成される必要はなく、燃
焼性に影響を与えない程度のばらつきがあってもかまわ
ない。

【００２９】蓄熱体１としては、特定の形状や材質に限
定されるものではないが、燃焼排ガスのように１０００
℃前後の高温流体と燃焼用空気のように２０℃前後の低
温流体との熱交換には、例えばコージライトやムライト
等のセラミックスを材料として押し出し成形によって製
造されるハニカム形状のものの使用が好ましい。また、
ハニカム形状の蓄熱体１は、セラミックス以外の素材例
えば耐熱鋼等の金属で製作しても良い。また、５００〜
６００℃前後の中高温では、セラミックスよりも比較的
安価なアルミニウムや鉄、銅などの金属の使用が好まし
い。尚、ハニカム形状とは、本来六角形のセル（穴）を
意味しているが、本明細書では本来の六角形のみならず
四角形や三角形のセルを無数にあけたものを含む。ま
た、上述の如く一体成形せずに管などを束ねることによ
ってハニカム形状の蓄熱体１を得るようにしても良い。
本実施例の場合、蓄熱体１はその手前に配置された分配
室２によって周方向に総数Ｚ（ａ・Ｎ）の室に区画され
ている。例えば、図１に示す実施例の場合、仕切り８に
よって３室９ａ，９ｂ，９ｃに区画された分配室２によ
って、蓄熱体１内が図３に示すように流体が流れない空
室１０と燃焼排ガスを流す室１１と燃焼用空気を流す室
１２との３室に区画される。即ち、蓄熱体１そのもの
は、１つ１つが独立した流路を構成するセルの集合から
成るハニカム形状を成していることから、分配室２によ
って仕切られた範囲が１つの区画された室を形成するこ
ととなる。分配室２を設ける場合、連通孔４，５を経て
流入する流体を分散させて蓄熱体１の全域に均一に分流
させることができる。また、蓄熱体１の形状も特に図示
のハニカム形状に限定されず、図１０の（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、平板形状や波板形状の蓄熱材料２
７を筒状のケーシング２８内に放射状に配置したり、図
１０の（Ｃ）に示すように、パイプ形状の蓄熱材料２７
を軸方向に流体が通過するように筒状のケーシング２８
内に充填したものであっても良い。更には、本実施例で
は分配室２によって単一の蓄熱体１が実質的にＺ室に区
画されているが、これに特に限定されるものではなく、
蓄熱体１そのものをａ・Ｎ室に区画形成しても良い。例
えば、図１０の（Ｄ）に示すように隔壁２９によって周
方向にａ・Ｎ室に区画形成され、軸方向に流体が通過可
能とした筒状のケーシング２８を用意し、これの各室に
球状、短管、短棒、細片、ナゲット状、網状などの蓄熱
材料２７の塊りを充填することによって構成されたもの
でも良い。コージライトやムライトなどよりもはるかに
高温で使用可能なＳｉＮ等の蓄熱材料２７を使用する場
合には、複雑なハニカム形状に成形することは容易では
ないが、単純なパイプ形状や棒、ボールなどに成形する
ことは容易である。そこで、図１０の（Ｃ）や（Ｄ）に
示すような蓄熱体構造の採用が好ましい。

【００３０】ここで、蓄熱体１に区画される室の数は燃
焼用空気を流す室（以下給気用の室という）１２と燃焼
排ガスを流す室（以下排気用の室という）１１とを１組
として最低１組に１つの空室（流体が流れない室）１０
を組み合わせたものであり、ｎ＝２のとき即ちＮ＝ｎ＋
１より３を最低室数とする。そして、排気用の室１１と
給気用の室１２とを組にして、例えば図６には２組の排
気用の室１１_-1，１１_-2と給気用の室１２_-1，１２_-2と
を組み合わせた例を示しているが、このようにして何組
でも組み合わせ可能である。また、Ｎ個の室を１ユニッ
トとして複数ユニットを形成することも可能である。即
ち、室の総数Ｚは、Ｚ＝ａ・Ｎで表される（ここで、ａ
はユニット数を示す０を除く正の整数）。この場合、各
ユニットとユニットとの間に空室が位置するように各連
通孔４，５の位置が設定されている。このようにして、
Ｎ室を１ユニットとして総室数Ｚの複数ユニットの室を
蓄熱体１に形成することも可能である。この関係を図５
に例示する。尚、図５では作図の便宜上、排気用連通孔
４と給気用連通孔５の位置関係や大きさについては正確
に表されていない。

【００３１】出入口手段６は、環状仕切壁例えば円筒状
の仕切壁７によって、燃焼用空気供給系３３と接続され
る給気室６ａと排気系統３４と接続される排気室６ｂと
に区画されている。本実施例の場合、仕切壁７の内側に
供給室６ａ、外側に排気室６ｂが形成されている。本実
施例の場合、切替手段３は出入口手段６と分配室２の間
で単独に切替手段３と共に回転するように設けられてい
る。例えば、図２に示すように、出入口手段６は外筒部
１３ａと切替手段３の支持環２３の間に軸受部材１５を
介在させて切替手段３を回転自在に保持している。そし
て、出入口手段６と切替手段３の間には流体が漏洩しな
いようにシール部材１６，１７が設けられている。

【００３２】出入口手段６の供給室６ａと排気室６ｂと
をそれぞれ対応する蓄熱体１の室・区画１２，１１にの
み連通させる切替手段３は、流路と直交する円板から成
り、蓄熱体１のある１つの区画と供給室６ａとを連通さ
せる給気用連通孔５と、１つの区画と排気室６ｂとを連
通させる排気用連通孔４とをａ・ｎ／２個ずつ有してい
る。例えば、図１の場合にはｎは２、ａは１であるか
ら、１個ずつの給気用連通孔５と排気用連通孔４とを有
している。そして、この排気用連通孔４と給気用連通孔
５とは、同じ室・区画に給気用連通孔５と排気用連通
孔４とが同時に存在し得ないこと、空室１０の次の室
・区画に位置する最前列の連通孔から順次１つずつ前方
の室・区画に移り変わること、給気用連通孔及び排気
用連通孔４の大きさは、半径方向に互いに重ならないよ
うにｎ個を配置したときに１室に全てが同時に収まる大
きさであること、の３条件を満たすことが必要である。
即ち、排気室６ｂと蓄熱体１の排気用の室１１とを連通
させる排気用連通孔４と給気室６ａと蓄熱体１の給気用
の室１２とを連通させる給気用連通孔５とを交互にｎ／
２個ずつ配置し、かつ数式１３で表される角度αの間隔
をあけて排気用連通孔４と給気用連通孔５とが配置さ
れ、

【数１３】更に給気用連通孔５及び排気用連通孔４の大きさが数式
１４の関係を

【数１４】満足することが必要である。ここで、角度αは、α＝３
６０°／ｎに設定することが好ましい。このとき、各排
気用連通孔４と給気用連通孔５とが等間隔に配置される
ため、各連通孔の位置設計と穿孔作業が容易となる。

【００３３】また、複数ユニットを設ける場合には、総
数Ｚの室のうち常時流体が流れることのないａ個の空室
１０を各ユニットの間に形成し、かつ数式１５の関係を
有する

【数１５】角度αをあけて排気用連通孔４と給気用連通孔５とが配
置され、かつ排気用連通孔４と給気用連通孔５と大きさ
が数式１６

【数１６】で示される関係を満足するように設けられている。

【００３４】例えば、ｎ＝４，ａ＝１の場合、図６の
（Ａ）に示すように、排気用連通孔４_-1，４_-2と給気用
連通孔５_-1，５_-2とが交互に２個ずつ配置されている。
そして、回転方向最前列の排気用連通孔４_-1と給気用連
通孔５_-2との間に連通孔のない空室１０が形成されてい
る。この場合、図６の（Ｂ）に示すように、全ての給気
用連通孔５_-1，５_-2と排気用連通孔４_-1，４_-2とを１つ
の室に集めたと仮定すると、半径方向において重ならな
いで全てが１室内に収容される。このとき、給気用連通
孔５_-1，５_-2と排気用連通孔４_-1，４_-2とはほぼ同じ大
きさ同じ形状の孔に設定されているが、これに特に限定
されるものではなく、給気用と排気用とで大きさや形状
を変更しても良いし、必要であれば連通孔１つ１つ毎に
大きさや形状を変更しても良い。

【００３５】また、排気用連通孔４，４_-1，４_-2，…，
４_-n及び給気用連通孔５，５_-1，５_-2，…，５_-nの孔形
状は、図３に示す円形に特に限定されず三角形や矩形、
楕円形、長方形は言うに及ばず図４に示す非対称な形状
であっても実施可能である。一般に燃焼用空気の量と燃
焼排ガスの量とがほぼバランスする関係に設定される
が、場合によっては一方の連通孔を他方の連通孔よりも
大きめに設定されることもある。または、排気用連通孔
４と給気用連通孔５とをほぼ同じ大きさとする場合に
は、燃焼により膨れ上がった分の燃焼ガスは蓄熱体１を
通さずに炉外へ排出し、他の熱処理設備や対流熱交換
器、エコノマイザー、加熱設備などに供給して熱源とし
て利用するようにすることが好ましい。尚、円形以外の
形状の連通孔であっても、前述の数式１３〜１６の関係
は成立する。β₁は切替手段３の回転中心Ｏから排気用
連通孔４に外接する中心角であり、β₂は切替手段３の
回転中心Ｏから吸気用連通孔５に外接する中心角であ
る。

【００３６】また、前後関係にある排気用連通孔例えば
４_-1と給気用連通孔５_-1の間の角度αは、蓄熱体１の同
じ室・区画に同時に連通することがないように設定され
ている。したがって、最前列の排気用連通孔４_-1を基準
としたとき、最前列の排気用連通孔４_-1が仕切り８に差
しかかったとき、隣室の給気用連通孔５_-1は仕切り８か
ら少なくとも排気用連通孔４_-1の分だけ離れた位置に存
在し、更に隣の室の排気用連通孔４_-2は同室の仕切り８
から少なくとも排気用連通孔４_-1と給気用連通孔５_-1分
だけ離れた位置に存在し、更に４番目の室の給気用連通
孔５_-2は同室の仕切り８から少なくとも排気用連通孔４
_-1と給気用連通孔５_-1及び排気用連通孔４_-2の３つの孔
分だけ離れた位置に存在する。即ち、図６の（Ａ）に示
すように、最前列の排気用連通孔４_-1が前方の空室１０
内に差しかかるとき、同室１１_-1の隣室（１つ後の室）
１２_-1との仕切り８には給気用連通孔５_-1は達しておら
ず、最前列の排気用連通孔４_-1のみが前方の空室１０に
跨るようにして２室同時に連通する。そして、最前列の
排気用連通孔４_-1が空室１０であった前方の室内に完全
に切り替えられたときに、今まで最前列の排気用連通孔
４_-1が存在していた室１１_-1が空室となり、そこに後方
の隣室１２_-2の給気用連通孔５_-1が差しかかり、２列目
の給気用連通孔５_-1のみが２室１１_-1，１１_-2に跨るよ
うにして空室となった室１１_-1内に移る。このようにし
て、３列目の排気用連通孔４_-2、４列目の給気用連通孔
５_-2が順次前方の室に移され、流体の流れが切り替えら
れる。即ち、切替手段３の回転方向とは逆方向に空室１
０が相対的に回転移動するようにして排気と給気とが切
り替えられる位置関係に排気用連通孔４_-1，４_-2と給気
用連通孔５_-1，５_-2とが配置されている。

【００３７】この切替手段３は、本実施例の場合、出入
口手段６と軸受手段１５によって回転自在に支持されて
いる。そして、駆動機構によって連続的あるいは間欠的
に回転可能に設けられている。駆動機構は特に限定され
るものではないが、例えば本実施例の場合、ディスク状
の切替手段３の周縁にギア２２を形成し、これと噛合す
るドライブギア２０を有するモータ２１を切替手段３の
周りに配置しモータ駆動するように設けられている。勿
論、これに限定されるものではなく、切替手段３の周縁
に圧接される摩擦車によって回転駆動させるようにして
も良い。尚、蓄熱体１と分配室２とを収容するケーシン
グ１３ｂと切替手段３との間、並びに切替手段３と分配
室２との間にはシール材１８および１９が介在され、シ
ールされている。

【００３８】尚、排気系３４と給気系３３とは図示して
いないが押し込みファンと誘引ファンに接続されてい
る。また、立ち上げ用の点火バーナ３７が必要に応じて
設置されている。

【００３９】燃料ノズル３１は、蓄熱体１を貫通して炉
内３５に直接露出ないし突出するように配置されてい
る。燃料ノズル３１と蓄熱体１との間には僅かな隙間２
４が設けられ、燃焼用空気の一部が冷却用流体として流
されている。勿論、この冷却用の空気は場合によっては
流さない。更に具体的には、この燃料ノズル３１は、出
入口手段６の中心、切替手段３の中心、分配室２の中心
及び蓄熱体１の中心を貫通して噴射口（図示省略）が炉
内３５あるいはバーナスロート３２内に突出するように
設置され、ケーシング１３ａなどで支持されている。こ
こで、噴射口は先端の中心に軸方向に開口している。

【００４０】また、蓄熱体１及び燃料ノズル３１の前方
には、流路断面積を先端側へ向けて絞り、周囲に燃焼排
ガスが通過し排出できる複数の排気孔としてバイパス孔
２５を設けたバーナスロート３２が設置されている。こ
のバーナスロート３２は必ず設置されているものではな
いが、該バーナスロート３２の存在によって蓄熱体１か
ら噴射される燃焼用空気Ａの放散を防ぐと共に、燃焼用
空気の噴射エネルギーによってバイパス孔２５から燃焼
排ガスを吸引して燃料噴流の周囲に排ガス再循環を起こ
させ、燃料噴流中に生成する炭化水素ラジカルによって
ＮＯｘを低減させ得る。また、バイパス孔２５を経てバ
ーナスロート３２内に吸引された燃焼排ガスの一部は燃
焼用空気に随伴されて燃焼ガスの容量を増大させる。し
たがって、燃焼ガスをより遠くまで勢いよく到達させ得
る。

【００４１】以上のように構成されたバーナによれば次
のようにして低ＮＯｘ燃焼を実現できる。

【００４２】燃料中の空気と排気の切替動作を図１及び
図３に基づいて詳しく説明すると次のようなものであ
る。まず、出入口手段６の給気室６ａに燃焼用空気Ａが
導入されると、この燃焼用空気Ａは給気用連通孔５を経
て分配室２の第２の室９ｂに流入し、更に該当する蓄熱
体１の室・区画１２に流入する。このとき、蓄熱体１の
該当する区画・室は切替前に通過していた高温ガス・燃
焼排ガスＥの熱によって加熱されているため、通過する
燃焼用空気Ａは蓄熱体１の熱を奪って高温即ち当該蓄熱
体１を加熱した燃焼ガスの温度近くの高温とされる。そ
して蓄熱体１の中央に配置された燃料ノズル３１の周り
から、炉内３５へ直接１０００℃程度の高温となった燃
焼用空気Ａを燃料Ｆとほぼ平行に噴射する。他方、出入
口手段６の排気室６ｂに排気用連通孔４を介して連通さ
れた蓄熱体１の該当する区画１１には、排気系３４の誘
引ファンの働きによって炉内３５の燃焼排ガスＦが導入
される。そして、この蓄熱体１の区画１１部分を加熱す
ることによって温度が下がった燃焼排ガスは分配室２の
第１の室９ａに流入してから排気用連通孔４を経て排気
室６ｂに排出される。

【００４３】次いで、切替手段３を図１の状態から反時
計回転方向へ連続的にあるいは間欠的に回転させると、
まず排気用連通孔４が左隣りの分配室の第３の室９ｃに
かかり、第１の室９ａと第３の室９ｃとが同時に排気室
６ｂと連通する。したがって、炉内の燃焼排ガスＥは蓄
熱体１の第１の区画と第３の区画（図３に符号１０で示
された部分）とを通過してから分配室２の第１の室９ａ
と第３の室９ｃとに流入してこれら両室９ａ，９ｃに排
気用連通孔４を介して接続されている排気室６ｂに流出
する。そして排気される。その後、排気用連通孔４が完
全に第３の室９ｃ（図３において符号１０で示される空
室であった部分）に切り替えられてから、第２の室９ｂ
に占位していた給気用連通孔５が第１の室９ａ（図３に
おいて符号１１で示される室部分）に切り替えられ、第
２の室９ｂ（図３において符号１２で示される室）で区
画される領域が空室となる。換言すれば、今まで流体が
流されていなかった空室１０に燃焼排ガスＥが流され、
今まで燃焼排ガスＥが流されていた室１１に燃焼用空気
Ａが流され、更に燃焼用空気Ａが流されていた室１２に
は流体が流されない。依って、燃焼排ガスＥの熱によっ
て蓄熱体１が加熱され、加熱された蓄熱体１を通過する
燃焼用空気Ａが蓄熱体１の熱によって温められる。この
とき、流体の流れの切替は、空室１０を利用して２室に
跨ったときにもそれぞれの室と連通させながら行うの
で、流体の流れが途絶えることがない。そして、燃焼排
ガスＥの次に燃焼用空気Ａと順次流れを途切らすことな
く切り替えられる。したがって燃焼用空気Ａは、加熱さ
れた蓄熱体１を通って排ガス温度に近い高温例えば１０
００℃程度の熱風となって炉内３５へ供給される。

【００４４】ほぼ全量の燃焼用空気に相当する高温燃焼
用空気Ａと燃料ノズル３１から噴射される燃料Ｆとは別
々に炉内３５に噴射され、炉内３５に広がりつつ燃焼す
る。このとき、燃焼用空気Ａと燃料Ｆはその流速を急速
に低下させかつ混合領域を広範囲に拡大していることか
ら、本来は燃焼し難い条件である。しかし、燃焼用空気
Ａそのものが１０００℃程度の高温であるため、このよ
うな条件でも容易に燃焼する。即ち、緩慢燃焼する。こ
の緩慢燃焼はＮＯｘの発生が少ない。この緩慢燃焼によ
って発生する燃焼ガスは前述した如く炉内３５での熱利
用の後、蓄熱体１の一部の領域を通過して炉外に排出さ
れる。ここで、蓄熱体１の切替は、例えば２０秒〜９０
秒、好ましくは１０秒程度の間隔で行うか、あるいは蓄
熱体１を経由して排出される燃焼ガスが所定の温度例え
ば２００℃程度となったときに行う。

【００４５】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、切替手段３は空室を形成するための部分を
除くほとんどの領域に各連通孔を形成しても良い。

【００４６】図７〜図９に切替手段３の他の実施例を示
す。この実施例の切替手段３は、排気用連通孔４と給気
用連通孔５とをＮ室に区画された蓄熱体１の各室のほぼ
全域を占める大きさの孔とし、燃焼排ガスＥを流す室と
燃焼用空気Ａを流す室との間に少なくとも１室以上の空
室を区画できるような配置関係がとられたものである。
即ち、蓄熱体１は、前述の実施例と同様に分配室２によ
る区画あるいは蓄熱体そのものの区画によって、周方向
にＮ（Ｎ＝ｎ＋２、ここで、ｎは２以上の正の整数で常
時流体が流れる室数である。）室に均等に区画され、各
室内を軸方向に流体が通過可能とされている。ここで、
蓄熱体１に区画される室の数は燃焼用空気を流す給気用
の室１２と燃焼排ガスを流す排気用の室１１とを１組と
して最低１組に２つの空室（流体が流れない室）１０，
１０を組み合わせたものであり、４室・区画を最低室数
・区画数とする。排気用の室１１と給気用の室１２とは
同数である必要はなく、場合によっては図９に示すよう
に、排気用の室１１の数よりも給気用の室１２の数を多
くしたり、あるいはその逆とすることも可能である。こ
の場合、排気量と空気量との比率が異なる場合に、それ
ぞれの比率ごとに利用する蓄熱体の伝熱面面積を変える
ことができ、適正な熱収支を保つことができるといった
利点がある。また、複数の室・区画が１つの連通孔によ
って同時に流体が流れるようにしても良い。例えば図７
あるいは図８に示すように、２つないし３つ、あるいは
それ以上の数の室・区画が同時に１つの連通孔に繋がる
ようにしても良い。この場合、切り替えに必要な空室の
大きさが小さくなり、切替時間を短くすることができ
る。更に、Ｎ個の室を１ユニットとして複数ユニットを
形成することも可能である。即ち、室の総数Ｚは、Ｚ＝
ａ・Ｎで表される（ここで、ａはユニット数を示す０を
除く正の整数）。この場合、１つの空室１０を介在させ
て１群の排気用の室１１と給気用の室１２とが交互に配
置されるように各連通孔４，５の位置が設定される。こ
の関係を図８および図９に例示する。尚、図８および図
９では作図の便宜上、燃料ノズル３１が図示されていな
い。

【００４７】そして、切替手段３は、蓄熱体１の１つあ
るいは２つ以上の室・区画１２，１２_-1，１２_-2，…，
１２_-nと供給室６ａとを連通させる給気用連通孔５と、
１つあるいは２つ以上の室・区画１１，１１_-1，１
１_-2，…，１１_-nと排気室６ｂとを連通させる排気用連
通孔４とをユニット数ａだけ有している。例えば、図７
の場合にはユニット数ａは１であるから、１個ずつの給
気用連通孔５と排気用連通孔４とを有している。そし
て、この排気用連通孔４と給気用連通孔５とは、その間
に相互に少なくとも１室以上の空室１０を区画できるよ
うな配置関係を満たすことが必要である。即ち、１ユニ
ットの場合、給気用連通孔５と排気用連通孔４とが数式
１７

【数１７】で表わされる角度Ｃの間隔をあけて配置されている。こ
こで、角度Ｃは、空室分の角度、即ち（３６０°／（ｎ
＋２））よりも僅かに大きく設定することが好ましい。
この場合には、給気と排気の混合を完全に防いで尚かつ
圧損を最小限に抑えることができる。また、複数ユニッ
トを設ける場合には、排気用連通孔４と給気用連通孔５
との間に数式１８

【数１８】で表される角度Ｃの間隔が設定されて、ユニット数分の
排気用連通孔４と給気用連通孔５とが交互に配置され
る。

【００４８】以上のように構成された切替手段における
流体の流れの切り替えは、排気用連通孔４と給気用連通
孔５の双方が同時にそれぞれの前方の空室１０，１０に
移り変わることによって行われる。そして、排気用連通
孔４および給気用連通孔５が空室であった前方の室・区
画内を完全に占位したとき、いままで排気用連通孔４お
よび給気用連通孔５と連通していた室・区画はそれぞれ
空室となる。例えば図７に示す１ユニット８室のケース
を例に挙げて説明すると、回転方向の最後尾の室・区画
１１_-3，１２_-3が空室となる。このとき、排気用連通孔
４および給気用連通孔５は、今までの室・区画１１_-1，
１１_-2，１１_-3および１２_-1，１２_-2，１２_-3と新たな
室・区画１０，１０との４つの区画に同時に跨るが、複
数の区画に同時に流体を供給しながら切り替えられると
共に空室１０を利用しているので、流体の流れが遮断さ
れることがないことは勿論のこと、前方の排気用連通孔
４は給気用連通孔５がさしかかった区画よりも１つ前の
区画に占位するため、排出される燃焼排ガスと供給され
る燃焼用空気とが同じ区画内において混じり合うことが
ない。

【００４９】また、図１１に示すように、切替手段３と
燃料ノズル３１を溶接着けなどで一体に回転する構造に
する一方、燃料ノズル３１の燃料噴孔２３を切替手段３
の給気用連通孔５の半径方向に向けて設け、切替手段３
と燃料ノズル３１を同時に回転させて常に空気流Ａ中に
燃料Ｆを噴射することも可能である。この場合、燃料噴
流は直進する燃焼用空気噴流に対し横風噴流となって合
流する。このとき、燃焼用空気噴流中には横風噴流・燃
料噴流によって互いに逆向きの渦領域となる一対の循環
流が生じ、燃焼用空気の噴流内部に燃料噴流を取り込
む。その後、２つの渦領域それぞれの内部に生じた大小
複数の渦塊によって燃焼用空気噴流の高濃度域が複雑に
断面内に拡散されると同時に噴流中央部に取り込まれた
燃料噴流も分散されて拡散される。即ち、燃料噴流が燃
焼用空気噴流の中に取り込まれた後、次第に噴流内部全
体に広がり、高温の燃焼用空気と混合されて燃焼用空気
噴流内で燃焼する。その間、燃焼用空気と混合される燃
料噴流の表面で燃焼が起こりＮＯｘを発生させるが、そ
のＮＯｘは、循環流によって燃料噴流中に取り込まれ急
速に還元される。

【００５０】図１２に他の実施例を示す。この実施例の
蓄熱型低ＮＯｘバーナは、図２に示すバーナの蓄熱体１
の出口側（炉内３５側）に蓄熱体１の区画された室数Ｎ
と同数の独立したノズル３８，…，３８が設置されてい
る。このノズル３８，…，３８はそれぞれバーナスロー
ト３２内に開口されている。本実施例の場合、ノズル３
８，３８はバーナスロート３２と一体的に形成されてい
る。しかし、これに特に限定されるものではなく、別部
材によってノズル３８，…，３８とバーナスロート３２
とを形成しても良い。バーナスロート３２には、炉内３
５の燃焼排ガスを排出するための複数のバイパス孔２５
が設けられている。このバイパス孔２５は、好ましくは
各ノズル３８毎に設けられている。尚、ノズル３８，
…，３８は、その後端側が蓄熱体１の室・区画１０，１
１，１２の領域に占位する大きさに広げられ、先端側が
所望の大きさに絞られている。このノズル３８，…，３
８の開口の大きさを変えることで、燃焼用空気の噴射速
度（運動量）を自由にコントロールすることができ、火
炎の形状及び性状を変えることができる。例えば勢いの
強い火炎としたり、勢いのない弱い火炎とできる。

【００５１】図１３に他の実施例を示す。この実施例の
蓄熱型低ＮＯｘバーナは、図１２の実施例のバーナのバ
ーナスロート３２部分を除き、蓄熱体１の各区画・室と
接続されたノズル３８，…，３８を直接炉内３５に臨ま
せ、各ノズル３８，…，３８から直接炉内３５へ燃焼用
空気を噴射させる一方、燃焼排ガスをノズル３８から蓄
熱体１内へ吸引させるようにしたものである。

【００５２】このように構成されたバーナによると、切
替手段３の連続的あるいは間欠的な回転によって、独立
したいずれか１つのノズル３８から燃焼用空気が噴射さ
れる一方、いずれか１つのノズルを経て燃焼排ガスが蓄
熱体１側へ吸引される。そして、燃焼用空気と燃焼排ガ
スとの蓄熱体１への流れの切替えは、切替手段３の回転
によって行われているため、順次隣のノズル３８へと移
る。したがって、図１４の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように
燃焼用空気が噴射する位置が順次円周方向に移り変わ
り、炉内３５で火炎位置が常時円周方向に回る非定在火
炎を形成する。このような非定在火炎は、バーナ周辺に
被加熱物を設置する場合、例えば水管ボイラなどに利用
する場合、非常に高温の火炎でもチューブが過熱するこ
とを回避できる。

【００５３】また、本実施例では、出入口手段６は円筒
部材によって形成されているが、こくに特に限定され
ず、六角形、四角形あるいは三角形などの２重筒状体で
形成しても良い。また、上述の実施例はバーナシステム
の最少単位を示すもので、炉体に２以上のバーナシステ
ムを配置することもある。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の蓄熱型低ＮＯｘバーナは、排気系と給気系とを周方向
にＮ室に区画された蓄熱体の室のいずれかに順次連通さ
せて蓄熱体の中心を貫通する燃料ノズルから炉内に連続
して燃料を噴射し、その周りに場所を移して絶えず高温
の燃焼用空気を蓄熱体から炉内に噴射するようにしてい
るので、燃料を噴射し続けながら燃焼用空気を切り替え
るだけで交番燃焼と同様の効果が得られると共に燃料を
切り替えるための設備や噴射タイミングを調整するため
の制御装置などを必要としない。更に燃焼用空気及び燃
焼排ガスが通過する室は空室を利用して切り替えられる
ため、切替時に燃焼用空気が低減したり滞ることがな
く、安定した燃焼が確保できる。加えて、燃料ノズルは
途切れることなく噴射する燃料によって冷却されるた
め、焼損や燃料コーキングの虞がない上に配置位置や構
造等が複雑とならずに済む。また、本発明の蓄熱型低Ｎ
Ｏｘバーナは、高温空気の切り替えが連続して行われる
ので、空気過剰率を必要最低限に設定しても、炉内が酸
素不足になることがなく、安定した燃焼を持続してＣＯ
発生量を最少に抑えることができる。そこで、理論空気
量付近の低空気過剰率としても、燃焼排ガスの温度に近
い極めて高温の燃焼用空気と燃料とが炉内で緩慢燃焼を
起こし、ＮＯｘの発生を少なくして完全燃焼させ得る。

【００５５】また、本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナにお
いて、燃料ノズルから噴射される燃料と蓄熱体から噴射
される燃焼用空気とをほぼ平行に噴射すれば、高温の燃
焼用空気と燃料とが炉内の随所で緩慢燃焼を起こし、蓄
熱型バーナとしての特性を失うことなくＮＯｘの発生を
従来の蓄熱型バーナよりも大幅に低減できる。

【００５６】また、本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナにお
いて、燃料ノズルを切替手段と共に回転させて蓄熱体か
ら噴射される燃焼用空気流に向けて側方から常に燃料を
噴きつければ、燃料噴流が高温の燃焼用空気噴流に取り
込まれて燃焼用空気噴流内部で拡散して燃焼するので、
発生ＮＯｘが更に燃料噴流中に取り込まれて還元され、
ＮＯｘが著しく低減する。

【００５７】また、本発明において高温空気の切り替え
は連続して行われるので、空気過剰率を必要最低限に設
定しても、炉内が酸素不足になることがなく安定した燃
焼を持続し、ＣＯ発生量を最少に抑えることができる。

【００５８】また、本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナにお
いて、蓄熱体の炉内側の出口に、互いに独立しかつ蓄熱
体の区画される各室毎に連通したノズルを設ければ、独
立したノズルからそれぞれ炉内に直接燃焼用空気が噴射
され、かつそれが燃焼ノズルの周囲で円周方向に回転す
るように場所を移し、炉内で形成される火炎が円周方向
に回転する非定在火炎を形成することができる。したが
って、非常に高温の火炎の場合でもバーナ周辺に配置さ
れる被加熱物例えば水管ボイラのチューブなどの過熱を
回避できる。しかも、ノズルの開口の大きさを変えるこ
とによって燃焼用空気の炉内への噴射速度（運動量）を
自由にコントロールすることができ、火炎の形状及び性
状を変えることができる。

【００５９】更に、本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナにお
いて、蓄熱体と燃料ノズルの前方に流路断面積を先端側
へ向けて絞るバーナスロートを形成し、かつ該バーナス
ロートの奥と炉内とを連通して炉内排ガスをバーナスロ
ートの奥に直接導入するバイパス孔を設けたバーナタイ
ルを設置すれば、蓄熱体から噴射する燃焼用空気の噴射
エネルギーによって高温の燃焼ガスの一部が燃焼用空気
に随伴される。また、蓄熱体の炉内側の出口に互いに独
立しかつ蓄熱体の区画される画室毎に連通したノズルを
設けると共にこれらノズルと燃料ノズルの前方に単一の
バーナスロートを形成しかつ炉内とバーナスロートの奥
のノズルの出口付近とを連通して炉内排ガスをバーナス
ロートの奥に直接導入するバイパス孔を周囲に複数設け
たバーナタイルを配置した場合にも、蓄熱体から噴射す
る燃焼用空気の噴射エネルギーによって高温の燃焼ガス
の一部が燃焼用空気に随伴される。これらの場合には、
いずれも排ガス再循環を起こしてＮＯｘを低減させると
共に燃焼ガスの容量を増大させて炉内奥まで燃焼ガスを
到達させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナの基本構成を示
す斜視図である。

【図２】本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナの一実施例を示
す断面図である。

【図３】排気用連通孔と給気用連通孔との関係を示す説
明図である。

【図４】排気用連通孔と給気用連通孔の他の例を示す説
明図である。

【図５】流体が流れる室数ｎとユニット数ａとの関係で
室数Ｎを示す一覧図である。

【図６】ｎ＝４，ａ＝１のときの排気用連通孔と給気用
連通孔との関係を示す図で、（Ａ）は全ての連通孔の配
置図、（Ｂ）は１室に全孔を集めた状態の説明図であ
る。

【図７】切替手段の他の実施例を示す原理図である。

【図８】流体が流れる室数ｎとユニット数ａとの関係で
室の配置を示す一覧図である。

【図９】排気用連通孔と給気用連通孔との数が異なる例
における流体が流れる室数ｎとユニット数ａとの関係で
室の配置を示す一覧図である。

【図１０】蓄熱体の他の実施例を示す説明図で、（Ａ）
は放射状に板を配置したタイプ、（Ｂ）は放射状に波板
を配置したタイプ、（Ｃ）はパイプを束ねたタイプ、
（Ｄ）は蓄熱材料をＮ室に区画されたケーシング内に充
填したタイプを示す。

【図１１】本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナの他の実施例
を示す縦断面図である。

【図１２】本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナの他の実施例
を示す縦断面図である。

【図１３】本発明の蓄熱型低ＮＯｘバーナの他の実施例
を示す縦断面図である。

【図１４】図１３の実施例において使用される蓄熱型低
ＮＯｘバーナにおいて火炎が円周方向に回転する動作
（Ａ）〜（Ｃ）の説明図である。

【図１５】従来の蓄熱型バーナの原理図である。

【符号の説明】

１蓄熱体２分配室３切替手段４排気用連通孔５給気用連通孔６出入口手段６ａ給気室６ｂ排気室７仕切壁９ａ，９ｂ，９ｃ分配室の室１０蓄熱体の空室１１蓄熱体の排気用の室１２蓄熱体の給気用の室１３ａ，１３ｂケーシングＦ燃料Ａ高温燃焼用空気Ｅ燃焼排ガス３１燃料ノズル３２バーナスロート３５炉内

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−300103（ＪＰ，Ａ) 特開平１−222102（ＪＰ，Ａ) 特開平４−251190（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−908（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−181184（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−174928（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−39743（ＪＰ，Ｕ) 特公昭52−7185（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 14/66 F23C 7/06 F23D 14/22 F23L 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向にＮ（Ｎ＝ｎ＋１、ここで、ｎは
２以上の正の偶数で常時流体が流れる室数である。）室
に均等に区画されて各室内を軸方向に流体が通過可能と
した蓄熱体と、この蓄熱体の中心を貫通して燃料を噴射
する燃料ノズルと、燃焼用空気供給系に接続される給気
室と燃焼ガス排気系に接続される排気室とに環状仕切壁
で区画された２重管状の出入口手段と、前記蓄熱体と前
記出入口手段との間に介在されて前記蓄熱体と前記出入
口手段との間を遮断すると共に前記蓄熱体を前記給気室
に連通させる給気用連通孔と前記蓄熱体を前記排気室に
連通させる排気用連通孔とが交互にｎ／２個ずつ配置さ
れ、連続的あるいは間欠的に回転して前記出入口手段の
排気室と給気室とを前記蓄熱体のＮ室のいずれかに順次
連通させる切替手段とから成り、かつ前記排気用連通孔
と給気用連通孔とが数式１で表わされる角度αの間隔を
あけて配置され、【数１】更に前記給気用連通孔及び排気用連通孔の大きさが数式
２の関係を【数２】満足する大きさとし、連続的に噴射される燃料噴流の周
りに高温の燃焼用空気を前記蓄熱体から噴射することを
特徴とする蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項２】前記Ｎ室を１ユニットとして総室数Ｚ
（ここで、Ｚ＝ａ・Ｎで、ａはユニット数を示す０を除
く正の整数）の複数ユニットの室に前記蓄熱体を周方向
に均等に区画すると共に総数Ｚの室のうち常時流体が流
れることのないａ個の空室を１ユニットを構成するＮ室
と他のユニットのＮ室との間に配置し、かつ前記排気用
連通孔と給気用連通孔との配置角度αが数式３の関係を
有し、【数３】かつ前記排気用連通孔と給気用連通孔との大きさが数式
４で示される関係を【数４】満足することを特徴とする請求項１記載の蓄熱型低ＮＯ
ｘバーナ。
【請求項３】周方向にＮ（Ｎ＝ｎ＋２、ここで、ｎは
２以上の正の整数で常時流体が流れる室数である。）室
に均等に区画されて各室内を軸方向に流体が通過可能と
した蓄熱体と、この蓄熱体の中心を貫通して燃料を噴射
する燃料ノズルと、燃焼用空気供給系に接続される給気
室と燃焼ガス排気系に接続される排気室とに環状仕切壁
で区画された２重管状の出入口手段と、前記蓄熱体と前
記出入口手段との間に介在されて前記蓄熱体と前記出入
口手段との間を遮断すると共に前記蓄熱体を前記給気室
に連通させる給気用連通孔と前記蓄熱体を前記排気室に
連通させる排気用連通孔とが数式５で表わされる角度Ｃ
の間隔をあけて配置され、【数５】かつ連続的あるいは間欠的に回転して前記出入口手段の
排気室と給気室とを前記蓄熱体のＮ室のいずれかに順次
連通させる切替手段とから成り、連続的に噴射される燃
料噴流の周りに高温の燃焼用空気を前記蓄熱体から噴射
することを特徴とする蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項４】前記Ｎ室を１ユニットとして総室数Ｚ
（ここで、Ｚ＝ａ・Ｎで、ａはユニット数を示す０を除
く正の整数）の複数ユニットの区画された室に前記蓄熱
体を周方向に均等に区画すると共に前記排気用連通孔と
給気用連通孔との間に数式６【数６】で表される角度Ｃの間隔が設定されたことを特徴とする
請求項３記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項５】前記燃料ノズルから噴射される燃料と前
記蓄熱体から噴射される燃焼用空気とはほぼ平行に噴射
されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項６】前記燃料ノズルは前記切替手段と同時に
回転して前記蓄熱体から噴射される燃焼用空気流に向け
て側方から常に燃料が噴射されることを特徴とする請求
項１から４のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項７】前記蓄熱体の炉内側の出口に、互いに独
立しかつ前記蓄熱体の区画される各室毎に連通したノズ
ルを設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか
に記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項８】前記蓄熱体と前記燃料ノズルの前方に流
路断面積を先端側へ向けて絞るバーナスロートを形成
し、かつ該バーナスロートの奥と前記炉内とを連通して
炉内排ガスを前記バーナスロートの奥に直接導入するバ
イパス孔を設けたバーナタイルを設置することを特徴と
する請求項１から６のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘ
バーナ。
【請求項９】前記蓄熱体の炉内側の出口に互いに独立
しかつ前記蓄熱体の区画される画室毎に連通したノズル
を設けると共にこれらノズルと燃料ノズルの前方に単一
のバーナスロートを形成しかつ炉内と前記バーナスロー
トの奥の前記ノズルの出口付近とを連通して炉内排ガス
をバーナスロートの奥に直接導入するバイパス孔を周囲
に複数設けたバーナタイルを配置したことを特徴とする
請求項１から６のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバー
ナ。
【請求項１０】前記燃料ノズルは燃料を直接炉内へ噴
射することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記
載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項１１】前記給気室に連通して燃焼用空気を通
過させる室よりも前記排気室に連通して燃焼排ガスを通
過させる室を多くしたことを特徴とする請求項１から１
０のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項１２】前記蓄熱体は、該蓄熱体と切替手段と
の間にそれぞれ周方向にａ・Ｎ（ここで、ａはユニット
数である）室に区画され軸方向に流体が通過可能とした
分配手段を設けることによって、ａ・Ｎ室に区画された
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の
蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項１３】前記蓄熱体は軸方向に連通したセル孔
を多数有するハニカム状であることを特徴とする請求項
１から１１のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項１４】前記蓄熱体はパイプ形状の蓄熱材料を
軸方向に流体が通過するように径方向に多数配列して成
るものであることを特徴とする請求項１から１１のいず
れかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバーナ。
【請求項１５】前記蓄熱体は平板あるいは波板形状の
蓄熱材料を放射状に多数配列して成ることを特徴とする
請求項１から１１のいずれかに記載の蓄熱型低ＮＯｘバ
ーナ。
【請求項１６】前記蓄熱体は互いに独立させてａ・Ｎ
室に区画され軸方向に流体が通過可能としたケーシング
内に蓄熱材料のブロックないし小片を充填して成ること
を特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の蓄熱
型低ＮＯｘバーナ。