JP3535620B2 - 液体燃料の気化式燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ等における
燃焼室に使用される燃焼装置であって、灯油，Ａ重油等
の液体燃料を気化燃焼させる気化式燃焼装置に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】この種の気化式燃焼装置としては、灯油
をヒータ内蔵の気化器により気化させて燃焼させるよう
にした灯油暖房器がよく知られているが、本発明者の知
る限りにおいて、ボイラ等の産業用燃焼室に使用できる
ものについては全く実用化されていない。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
点に鑑みてなされたもので、ボイラ等の産業用燃焼室に
好適に使用することができる実用的な液体燃料の気化式
燃焼装置を提供することを目的とするものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の液体燃料の気化
式燃焼装置は、上記の目的を達成すべく、液体燃料の噴
霧ノズル、点火電極及び保炎板を内装配置した一次燃焼
筒と、一次燃焼筒にこれと軸線を一致させて截頭円錐状
の第１連結筒を介して連通接続された、一次燃焼筒より
大径の二次燃焼筒と、二次燃焼筒にこれと軸線を一致さ
せて截頭円錐状の第２連結筒を介して連通接続されてお
り且つ燃焼室に連通接続された、二次燃焼筒より大径の
三次燃焼筒と、一次燃焼筒に形成されて、一次燃焼筒内
に一次燃焼空気を旋回流をなして供給する一次燃焼空気
供給口と、少なくとも第１連結筒に形成されて、二次燃
焼筒内に二次燃焼空気を供給する複数の二次燃焼空気供
給口と、第２連結筒又は二次燃焼筒に形成されて、三次
燃焼筒内に三次燃焼空気を供給する三次燃焼空気供給口
と、を具備して、噴霧ノズルからの噴霧燃料を燃焼筒内
に形成される火炎を熱源として気化させつつ段階的に燃
焼させるように構成したものである。 【０００５】 【発明の実施の形態】以下、本発明における実施の形態
を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。 【０００６】図１は、本発明に係る気化式燃焼装置１を
出力２００，０００ｋｃａｌ／ｈ程度の比較的小容量の
ボイラの燃焼室２に設置した例を示している。なお、以
下の説明においては、便宜上、左右とは図１における左
右を意味するものとする。 【０００７】すなわち、この気化式燃焼装置１は、図１
〜図３に示す如く、液体燃料の噴霧ノズル４、点火電極
５及び保炎板６を内装した燃焼筒３を、燃焼室２のバー
ナスロート２ａに設置して、燃焼空気供給機構１０によ
り燃焼筒３にこれに形成した各燃焼空気供給口１７，１
８，１９から燃焼空気８ａ，８ｂ，８ｃを供給させるよ
うに構成されている。なお、バーナスロート２ａを開口
する側壁部分を含む燃焼室２の周壁は中空構造とされて
いて、その内部を缶水領域２ｂとなしている。 【０００８】燃焼筒３は、図１〜図３に示す如く、一次
燃焼筒１１とその右端部に第１連結筒１４を介して連通
接続された二次燃焼筒１２とその右端部に第２連結筒１
５を介して連通接続された三次燃焼筒１３とからなる。
各燃焼筒１１，１２，１３は同心状をなす断面円形のも
のであり、二次燃焼筒１２の内径Ｄ₂ は一次燃焼筒１１
の内径Ｄ₁ より大きく、三次燃焼筒１３の内径Ｄ₃ は二
次燃焼筒１２の内径Ｄ ₂ より大きく設定されている（Ｄ
₁ ＜Ｄ₂ ＜Ｄ₃ ）。一次燃焼筒１１と二次燃焼筒１２と
は、右方向に拡がる截頭円錐状の第１連結筒１４を介し
て一体連結されている。一方、三次燃焼筒１３は、一次
燃焼筒１１及び二次燃焼筒１２のような格別の独立部材
（金属筒）で構成せず、バーナスロート２ａを利用して
構成されている。すなわち、図１に示す如く、二次燃焼
筒１２の右端部に右方向に拡がる截頭円錐状の第２連結
筒１５を一体形成して、この第２連結筒１５の右端部を
バーナスロート２ａの左端部に軸線方向挿脱可能に嵌合
させることにより、この嵌合箇所より右側のバーナスロ
ート２ａ部分を、二次燃焼筒１２に第２連結筒１５を介
して連通接続された三次燃焼筒１３に構成してある。な
お、燃焼筒１１，１２及び連結筒１４，１５は耐熱鋼等
の耐熱金属で構成されている。 【０００９】一次燃焼筒１１の左端部にはバーナプレー
ト１６が取付けられており、このバーナプレート１６に
は、図１〜図３に示す如く、噴霧ノズル４、点火電極
５、保炎板６及び火炎検知器９が取付けられている。保
炎板６は、図３に示す如く、中心に円形孔６ａを有し且
つその外周部分に適当数のスリット（８個程度）を形成
した円環状板であり、一次燃焼筒１１内にその内周面と
の間に環状隙間６ｂを形成した状態で同心状に配置され
ている。なお、以下の説明においては、一次燃焼筒１１
における保炎板６より左側の部分を「第１燃焼筒部分１
１₁ 」といい、右側の部分を「第２燃焼筒部分１１₂ 」
という。この保炎板６の内外径ｄ₁ ，ｄ₂は、一般に、
その中心孔６ａの面積Ｓ₁ （＝π（ｄ₁ ）² ／４）と一
次燃焼筒１１の内周面との間の環状隙間６ｂの面積Ｓ₂
（＝π（（Ｄ₁ ）² −（ｄ₂ ）² ）／４）とがＳ₁ ／
（Ｓ₁ ＋Ｓ₂ ）＜０．４となり且つ中心孔６ａ及び環状
隙間６ｂを通過する空気流速が１２ｍ／ｓ以上となるよ
うに、設定しておくことが好ましい（図３参照）。この
ようにしておけば、一次燃焼筒１１の内径Ｄ₁ を比較的
小さくすることができ、一次燃焼筒１１からの放熱量を
小さくし得て、一次燃焼部１１ａにおける火炎の安定化
をより図ることができるからである。すなわち、一次燃
焼筒１１の内径Ｄ₁ が必要以上に大きくなると、放熱量
が多くなるため、保炎板６の下流側（右側）において高
温の火炎を形成し難く、噴霧ノズル４からの噴霧燃料を
ガス化させる熱源機能を発揮させ得ない。また、空気流
速が１２ｍ／ｓ未満であると、火炎が噴霧ノズル４側に
戻る虞れがある。噴霧ノズル４は、油圧ポンプ等により
加圧供給される灯油等の液体燃料を微粒子状に噴霧する
油圧噴霧式のものであり、保炎板６に近接し且つその中
心孔６ａと同心状に配置されている。なお、噴霧ノズル
４としては、油圧噴霧式のものの他、戻り式油圧噴霧ノ
ズルを使用するようにしてもよい。噴霧ノズル４と保炎
板６との軸線方向間隔ｈは、一般に、２〜１０ｍｍとし
ておくのが好ましい。点火電極５は、その放電部を噴霧
ノズル４の噴霧口近傍に位置させて配設されており、噴
霧燃料を放電により着火させるものである。 【００１０】ところで、各燃焼筒１１，１２，１３の内
径等は、燃焼条件に応じて適宜に設定される。例えば、
第２燃焼筒部分１１₂ の軸線方向長さＬ₁ は、後述する
ように、噴霧ノズル４から二次燃焼空気８ｂの供給箇所
までの軸線方向距離を決定するものであるが、この距離
は青炎（ブルーフレーム）を形成する上で重要であり、
この距離が短すぎると青炎が形成されず、逆に長すぎる
と火炎が不安定となる。したがって、第２燃焼筒部分１
１₂ の長さＬ₁ は、かかる点も考慮して設定しておく必
要があり、一般には、第２燃焼筒部分１１₂ の軸線方向
長さＬ₁ を一次燃焼筒１１の内径Ｄ₁ との関係において
０．９Ｄ₁ ≦Ｌ₁ ≦１．３Ｄ₁ となるように設定してお
くことが好ましい。その他、二次燃焼筒１２の内径等も
このような燃焼条件に応じて設定しておく必要があり、
一般には、二次燃焼筒１２の内径Ｄ₂ 及び軸線方向長さ
Ｌ₂ を、一次燃焼筒１１の内径Ｄ₁ との関係において
１．３Ｄ₁ ≦Ｄ₂ ≦１．７Ｄ₁ となるように且つ内径Ｄ
₂ との関係において０．６Ｄ ₂ ≦Ｌ₂ ≦１Ｄ₂ となるよ
うに設定し、三次燃焼筒１３の内径Ｄ₃ （ないし第２連
結筒１５の最大径部たる右端部の外径）を二次燃焼筒１
２の内径Ｄ₂ との関係において１．３Ｄ₂ ≦Ｄ₃ ≦３．
０Ｄ₂ となるように設定しておくことが好ましい。 【００１１】一次燃焼筒１１の左端部には、図１及び図
２に示す如く、放射状の旋回ベーン１７ａ…を内装した
一次燃焼空気供給口１７が設けられていて、一次燃焼空
気８ａを旋回流をなして一次燃焼筒１１内に供給するよ
うになっている。すなわち、一次燃焼空気供給口１７か
ら供給された一次燃焼空気８ａは、一次燃焼筒１１の内
周面に沿う旋回流をなして、第１燃焼筒部分１１₁ から
保炎板６を通過して第２燃焼筒部分１１₂ へと供給され
るようになっている。なお、一次燃焼空気供給口１７
は、一次燃焼筒１１の全周に亘って開口されている。ま
た、旋回ベーン１７ａ…を含む一次燃焼空気供給口１７
の構造は、噴霧ノズル４からの微細な噴霧燃料と一次燃
焼空気の旋回流との混合及び一次燃焼部１１ａにおける
循環流の形成をより効果的に行わしめるために、理論燃
焼空気量の１／２程度の旋回空気流を１２ｍ／ｓ以上で
噴霧ノズル４及び保炎板６に向けて供給しうるようなも
のとしておくことが好ましい。 【００１２】このように、理論燃焼空気量より少ない一
次燃焼空気８ａが第１燃焼筒部分１１₁ に旋回流をなし
て供給されると、これと噴霧ノズル４からの噴霧燃料と
が混合されると共に保炎板６による負圧部の形成と相俟
って循環流が形成される。噴霧燃料のうち小径のものは
この循環流に巻き込まれることになる。したがって、噴
霧ノズル４からの噴霧燃料に点火電極５の放電により着
火させると、保炎板６上に高温の火炎を形成して噴霧燃
料を気化させ、第２燃焼筒１１₂ 内に気化燃焼による一
次燃焼部１１ａを形成する。すなわち、一次燃焼部１１
ａに形成される火炎を噴霧燃料の気化熱源とする。この
とき、一次燃焼空気８ａが供給量過多の場合、一次燃焼
部１１ａにおける燃焼形態が通常の液体燃料バーナによ
る燃焼形態に近づいて、ＮＯｘの発生量が多くなる。逆
に、供給量過少の場合、一次燃焼部１１ａにおける適正
な火炎形成が困難となる。このため、一般には、一次燃
焼空気８ａの供給量を理論燃焼空気量の３０〜５０％
（全燃焼空気供給量の空気比をλ＝１．３とする場合）
となるようにしておくことが好ましい。なお、ＮＯｘの
発生量は、保炎板６の外周端と一次燃焼筒１１の内周面
との間に環状隙間６ｂがなく、一次燃焼空気８ａが保炎
板６の中心孔６ａからのみ一次燃焼部１１ａへと供給さ
れる場合にも多くなることから、この環状隙間６の存在
はＮＯｘ低減上重要である。 【００１３】第１連結筒１４には、図１〜図３に示す如
く、周方向に等間隔を隔てて適当数の円形孔たる二次燃
焼空気供給口１８…が穿設されていて、二次燃焼空気８
ｂを二次燃焼筒１２内に供給するようになっている。な
お、二次燃焼空気供給口１８…の径及び設置数は、二次
燃焼空気８ｂの供給量が理論燃焼空気量より少なくなる
ように設定しておく。一般には、径を５〜１０ｍｍとし
た複数の二次燃焼空気供給口１８…を周方向に等間隔を
隔てて形成しておくこと、及び全二次燃焼空気供給口１
８…からの二次燃焼空気供給量が理論燃焼空気量の３０
〜５０％（全燃焼空気供給量の空気比をλ＝１．３とす
る場合）となるようにしておくことが好ましい。 【００１４】このように、理論燃焼空気量より少ない二
次燃焼空気８ｂが二次燃焼筒１２に供給されると、二次
燃焼筒１２内に二次燃焼部１２ａを形成される。この二
次燃焼部１２ａにおいては、一次燃焼部１１ａにおける
燃焼の継続と一次燃焼部１１ａにおいて気化された噴霧
燃料の燃焼及びより有効な気化作用が行われる。このと
き、二次燃焼筒１２が一次燃焼筒１１より大径であり且
つ両筒１１，１２が截頭円錐状の第１連結筒１４で連結
されていて、一次燃焼部１１ａから二次燃焼部１２ａへ
の領域拡大が緩やかなものとなっていることから、この
拡大部分においては、その周方向に均等配置された二次
燃焼空気供給口１８…から二次燃焼空気８ｂが均一に供
給されることとも相俟って、循環流の形成が抑制される
と共に煤の付着を良好に防止され、且つ二次燃焼空気８
ａによる急激な燃焼が抑制されて、ＮＯｘの発生が可及
的に防止される。しかも、二次燃焼部１２ｂの下流側
（右側）では、燃焼の活性化により燃焼筒３自体の温度
が上昇して、噴霧燃料の気化が促進される。すなわち、
一次燃焼部１１ａを気化されることなく通過した大径の
噴霧燃料の気化並びに未燃ガスの更なる気化が促進され
る。 【００１５】ところで、二次燃焼空気供給口１８…から
二次燃焼筒１２内への二次燃焼空気８ｂの供給角度（燃
焼筒軸線に対する供給角度であり、以下同じ）α₁ と第
１連結筒１４の拡がり角度（燃焼筒軸線に対する傾斜角
度であり、以下同じ）β₁ との間には一定の関係（α₁
＝９０°−β₁ ）があるが、かかる角度α₁ ，β₁ は上
記した作用を効果的に行わしめるべく、二次燃焼筒１２
の内径Ｄ₂ ，長さＬ₂等を考慮して設定しておく必要が
ある。例えば、第１連結筒１４の拡がり角度β ₁ や軸線
方向長さが必要以上に大きくなると、燃焼筒１１，１２
間において煤が付着し易くなる。したがって、一般に
は、α₁ ＝３０°±１０°，β₁ ＝６０°±１０°とし
ておくことが好ましい。 【００１６】第２連結筒１５には、図１〜図３に示す如
く、周方向に等間隔を隔てて複数の円形孔たる三次燃焼
空気供給口１９…が穿設されていて、三次燃焼空気８ｃ
を三次燃焼筒１３内に供給するようになっている。な
お、三次燃焼空気供給口１８の径及び設置数並びに第２
連結筒１５の拡がり角度β₂ 及び三次燃焼空気８ｃの供
給角度α₂ は、前記した二次燃焼空気口１８及び第１連
結筒１５における場合と同様の範囲で適宜に設定してお
くことが好ましい。すなわち、三次燃焼空気供給口１８
の径を５〜１０ｍｍ、供給角度α₂ を２０〜４０°、拡
がり角度β₂ を５０〜７０°としておくことが好まし
い。また、三次燃焼空気８ｃの供給量も理論燃焼空気量
より少なくなるように設定するが、一般には、理論燃焼
空気量の３０〜５０％（全燃焼空気供給量の空気比をλ
＝１．３とする場合）となるようにしておくことが好ま
しい。 【００１７】而して、理論燃焼空気量より少ない三次燃
焼空気８ｃの三次燃焼筒１３への供給により、三次燃焼
筒１３内に三次燃焼部１３ａが形成されることになる。
この三次燃焼部１３ａにおいては、二次燃焼部１２ａに
おいて充分に気化されない噴霧燃料の気化も含めて、二
次燃焼部１２ａにおける燃焼の継続と二次燃焼部１２ａ
において噴霧燃料，未燃ガスの完全燃焼が行われる。し
かも、燃焼筒３が赤熱されることとも相俟って、青炎が
より良好に形成されることになる。また、截頭円錐状の
第２連結筒１５の存在により一次燃焼部１１ａから二次
燃焼部１２ａへの領域拡大が緩やかなものとなっている
ことから、この拡大部分においては、その周方向に均等
配置された三次燃焼空気供給口１９…から三次燃焼空気
８ｃが均一に供給されることとも相俟って、煤の付着を
良好に防止されると共に、三次燃焼空気８ｃによる急激
な燃焼が抑制されて、燃焼炉２による吸熱効果と相俟っ
て、ＮＯｘの生成が極めて良好に抑制される。このよう
なＮＯｘの低減効果は、主として、一次燃焼部１１ａか
ら三次燃焼部１３ａに亘って燃焼空気８ａ，８ｂ，８ｃ
を段階的に供給させて、局所的な急激燃焼を抑制するこ
とによって発揮されるものである。 【００１８】燃焼空気供給機構１０は、図１〜図３に示
す如く、燃焼室２の周壁を構成する缶板２ｃに取付けら
れた風箱２０とこれに燃焼空気８を供給する燃焼空気供
給管２１とを具備する。風箱２０は、左端部に燃焼用空
気供給管２１を接続した円筒状の外周壁２０ａと、その
左右端部に固着された円環板状の左右側壁２０ｂ，２０
ｃと、外周壁２０ｂと同心をなして右側壁２０ｃに固着
された円筒状の第１整流２０ｄと、外周壁２０ａと内側
整流壁２０ｄとの中間に同心状に配して左側壁２０ｂに
固着された円筒状の第２整流壁２０ｅとからなり、燃焼
筒３を同心状に囲繞する状態で、右側壁２０ｃを円環状
の耐熱シール材２２を介して缶板２ｃに取付けてある。
したがって、風箱２０内には、外周壁２０ａと第２整流
壁２０ｅとの間に形成された第１通路７ａと、第２整流
壁２０ｅと第１整流壁２０ｄとの間に形成されており、
第２整流壁２０ｅと右側壁２０ｃとの間隙を介して第１
通路７ａに連通された第２通路７ｂと、第１整流壁２０
ｄと燃焼筒３との間に形成されており、第１整流壁２０
ｄと左側壁２０ｂとの間隙を介して第２通路７ｂに連通
された第３通路７ｃとからなる、左右方向に蛇行する一
連の燃焼空気整流通路７が形成されている。 【００１９】而して、燃焼空気供給管２１は燃焼空気供
給源から導かれていて、所定流量の燃焼空気８を風箱２
０内に供給しうるようになっており、燃焼空気供給管２
１から第１通路７ａの左端部に供給された燃焼空気８
は、第１通路７ａから第２通路７ｂを経て第３通路７ｃ
に至り、第３通路７ｃに連通する各燃焼空気口１７，１
８…，１９…から燃焼筒３内に供給されることになる。
したがって、燃焼空気８は通路７を蛇行状に流動する間
に整流されて、各燃焼空気供給口１７，１８，１９から
燃焼筒３内に均一に供給されることになる。このように
燃焼空気８を整流させた上で燃焼筒３に供給させるよう
にしておくことによって、低酸素燃焼となった場合にも
良好な火炎が形成される。すなわち、燃焼空気８を整流
させることなく各燃焼空気供給口１７，１８，１９から
燃焼筒３内に供給させた場合、低酸素燃焼となったとき
火炎が偏る等の不都合が生じる虞れがある。 【００２０】ところで、第３通路７ｃ内を流動する燃焼
空気は、各燃焼空気供給口１７，１８，１９から燃焼筒
３内に供給されることになる。すなわち、第３通路７ｃ
に導入された燃焼空気は、一次燃焼空気供給口１７から
第１燃焼筒部分１１₁ 及び保炎板６を経て第２燃焼筒部
分１１₂ つまり一次燃焼部１１ａに一次燃焼空気として
供給され、二次燃焼空気供給口１８…から二次燃焼部１
２ａに二次燃焼空気として供給され、更に三次燃焼空気
供給口１９…から三次燃焼部１３ａに三次燃焼空気とし
て供給される。したがって、燃焼空気８ａ，８ｂ，８ｃ
が全燃焼空気供給口１７，１８…，１９…に連通する共
通の燃焼空気整流通路７から供給される構造とされてい
ても、これら燃焼空気供給口１７，１８…，１９…の開
口面積を適当に設定しておくことにより、各燃焼空気供
給口１７，１８…，１９…からの燃焼空気供給量を上記
した如く各燃焼部１１ａ，１２ａ，１３ａにおける燃焼
形態に応じたものとしておくことができる。 【００２１】なお、バーナプレート１６は、風箱２０の
左側壁２０ｂにその中心孔を閉塞する状態で着脱自在に
取付けられている。したがって、バーナプレート１６を
風箱２０に脱着させることにより、三次燃焼筒１３を除
く燃焼筒３及び噴霧ノズル４，点火電極５，保炎板６を
一体として容易に脱着できるようになっている。また、
第２連結筒１５の右端部の外径は、そのバーナスロート
２ａへの嵌合形態つまり二次燃焼筒１２とバーナスロー
ト２ａで構成される三次燃焼筒１３との接続形態が所定
の燃焼を妨げないことを条件として、三次燃焼筒１３を
除く燃焼筒３が軸線方向においてバーナスロート２ａに
容易に脱着できるように設定されている。一般には、第
２連結筒１５の右端部とこれが嵌合するバーナスロート
２ａとの間隙が全体として１ｍｍ以下となるようにして
おくことが好ましい。 【００２２】本発明は上記した形態に限定されるもので
はなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適
宜に変更，改良することができる。 【００２３】例えば、二次燃焼空気供給口１８…は、図
４に示す如く、二次燃焼筒１２の適所（例えば、第１連
結筒１４寄りの部位）及び第１連結筒１４に夫々周方向
に均等間隔を隔てて形成するようにしてもよい。この場
合、各二次燃焼空気供給口１８は５〜１０ｍｍ径の円形
孔としておくことが好ましく、全二次燃焼空気供給口１
８…からの二次燃焼空気８ｂの供給量は理論燃焼空気量
の３０〜５０％とし且つ各二次燃焼空気供給口１８から
の二次燃焼空気８ｂの供給量は理論燃焼空気量の１５％
以上としておくことが好ましい。 【００２４】また、三次燃焼筒１３は、図５に示す如
く、風箱２０の第１整流壁２０ｄを利用して構成するよ
うにしてもよい。すなわち、第２連結筒１５を第１整流
壁２０ｄに軸線方向挿脱可能に嵌合させて、その嵌合箇
所より燃焼室２側の第１整流壁部分を三次燃焼筒１３に
構成する。勿論、三次燃焼筒１３は、図１又は図５に示
す如く燃焼室２や風箱２０等の一部を利用して構成せ
ず、独立した耐熱金属製の円筒体として、二次燃焼筒１
２に第２連結筒１５を介して一体連結するようにしても
よい。また、図５に示すものでは、５〜１０ｍｍ径の円
形孔である三次燃焼空気供給口１９…を、第２連結筒１
５に形成せず、二次燃焼筒１２の適所（例えば、第２連
結筒１５寄りの部位）に周方向及び軸線方向に均等に並
列配置させた状態で形成している。このように多数の三
次燃焼空気供給口１９…を二次燃焼筒１２に形成した場
合、三次燃焼空気供給口１９…を第２連結筒１５に形成
する場合に比して、ＮＯｘ値が多少高くなるものの高負
荷燃焼が可能となる。実験により確認したところでは、
火炉負荷６，０００，０００ｋｃａｌ／ｍ³ ｈにおいて
も良好な燃焼が得られた。 【００２５】また、本発明に係る気化式燃焼装置１は、
ボイラの燃焼室２に限らず、他の産業用燃焼室にも同様
に使用することができ、灯油以外のＡ重油等の液体燃料
を使用することもできる。 【００２６】 【実施例】図１〜図３に示すものにおいて、第１及び第
２連結筒１４，１５に夫々１０ｍｍ径の円形孔たる燃焼
空気供給孔１８，１９を周方向に等間隔で１０個づつ穿
設すると共に、Ｄ₁ ＝６８ｍｍ，Ｄ₂ ＝９６ｍｍ，Ｄ₃
＝１４０ｍｍ，β₁ ＝β₂＝６０°，ｄ₁ ＝２６ｍｍ，
ｄ₂ ＝６０ｍｍ，ｈ＝６ｍｍとした。このように構成し
た気化式燃焼装置１を図１に示す如く燃焼室２に設置し
た上、空気比１．３において、理論空気量の５０％の一
次燃焼空気８ａを一次燃焼空気供給口１７から１２ｍ／
ｓ以上の旋回流となして一次燃焼筒１１に供給させると
共に理論空気量の４０％の二次燃焼空気８ｂ及び三次燃
焼空気８ｃを二次燃焼空気供給口１８…及び三次燃焼空
気供給口１９…からα₁ ＝α₂ ＝３０°で二次燃焼筒１
２及び三次燃焼筒１３に供給させ、且つ８ｋｇ／ｃｍ²
に加圧した灯油を噴霧ノズル４に供給して、噴霧ノズル
から１８ｋｇ／ｈの灯油を噴霧させて、点火電極５の放
電により着火させ、気化燃焼を行った。 【００２７】而して、燃焼状況を観察したところ、燃焼
筒３の中心に僅かな黄炎が認められたものの、燃焼筒３
の内部，出口部では良好な青炎の形成が確認された。 【００２８】また、燃焼筒３の軸線方向における三箇所
Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、夫々、燃焼筒３の半径方向におけ
る５位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅでの温度（℃）及びＮＯｘ
発生量（ｐｐｍ（Ｏ₂ ＝０％換算））を測定した（位置
ｅについてはＣ箇所における温度のみ測定した）。その
結果は図６に示す通りであり、前述した気化燃焼作用が
行われていること、特に局部的な急激燃焼を抑制してＮ
Ｏｘ発生量が極めて少ないことが確認された。なお、図
６において、各ＮＯｘについて括弧を付した数字はＯ₂
％である。また、位置ａは燃焼筒３の中心線上の位置で
あり、位置ｂ〜ｅは二次燃焼筒１２の半径を５等分する
位置である。また、各箇所Ａ，Ｂ，Ｃにおける温度及び
ＮＯｘ発生量の目盛（縦軸）は、当該箇所における軸線
方向位置を基準（０℃，０ｐｐｍ（Ｏ₂ ＝０％換算））
とするものである。 【００２９】さらに、燃焼室２の出口部における排ガス
について、Ｏ₂ ％に対するＮＯｘ発生量（ｐｐｍ（Ｏ₂
＝０％換算））、ＣＯ発生量（ｐｐｍ）及びスモールス
ケールナンバー（煤塵発生度の主たる指標であり、以下
「ＳＳＮｏ．」という）を測定した。その結果は図７に
示す通りであり、排ガス特性上、全く問題がないことが
確認された。なお、図７において、実線はＮＯｘ発生量
を、鎖線はＣＯ発生量を、また破線はＳＳＮｏ．を夫々
示している。ところで、ＮＯｘ値はＯ₂ ％増加に従って
下がる傾向を示しているが、かかるＮＯｘ特性はガス燃
料の予混合（元混合）に見られるものであり、このこと
からも良好な気化燃焼が行われていることが理解され
る。 【００３０】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の液体燃料の気化式燃焼装置は、灯油，Ａ重油等の液
体燃料を気化燃焼させるものであるから、高負荷燃焼を
可能として、産業用燃焼室、特に出力１，０００，００
０ｋｃａｌ／ｈ程度以下の比較的小容量のボイラ等の燃
焼室にも好適に使用することができる。また、自己燃焼
熱を液体燃料の気化熱源として利用していることから、
格別の気化器を必要とせず、負荷変動に対して液体燃料
を使用する一般的な産業用燃焼装置（バーナ）と同様の
取扱いが可能となる。しかも、一次燃焼空気，二次燃焼
空気，三次燃焼空気を段階的に供給して燃焼させるもの
であるから、燃焼自体の局部的な急激反応を抑制して、
ＮＯｘ発生量を低減させることができる。さらに、気化
器を別途必要しないこととも相俟って、構造簡単にして
小型化することができるものであって、その実用的価値
極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る液体燃料の気化式燃焼装置を示す
縦断側面図である。 【図２】図１の要部（二次燃焼筒を除く燃焼筒）を拡大
して示す詳細図である。 【図３】図１のIII−III線に沿う横断平面図である。 【図４】変形例を示す図２相当の縦断側面図である。 【図５】他の変形例を示す図１相当の縦断側面図であ
る。 【図６】燃焼筒内における温度及びＮＯｘ発生量の測定
結果とその測定位置との関係を示す説明図である。 【図７】燃焼室の出口部における排ガス特性を示すグラ
フである。 【符号の説明】 １…液体燃料の気化式燃焼装置、２…ボイラの燃焼室、
３…燃焼筒、４…液体燃料の噴霧ノズル、５…点火電
極、６…保炎板、７…燃焼空気整流通路、８…燃焼空
気、８ａ…一次燃焼空気、８ｂ…二次燃焼空気、８ｃ…
三次燃焼空気、１０…燃焼空気供給機構、１１…一次燃
焼筒、１１₁ …第１燃焼筒部分、１１₂ …第２燃焼筒部
分、１１ａ…一次燃焼部、１２…二次燃焼筒、１２ａ…
二次燃焼部、１３…三次燃焼筒、１３ａ…三次燃焼部、
１４…第１連結筒、１５…第２連結筒、１７…一次燃焼
空気供給口、１８…二次燃焼空気供給口、１９…三次燃
焼空気供給口、２０…風箱。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平７−12706（ＪＰ，Ｕ) 実開 平７−2708（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−108120（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−122819（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−150319（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 11/24 F23C 11/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 液体燃料の噴霧ノズル、点火電極及び保
   炎板を内装配置した一次燃焼筒と、一次燃焼筒にこれと
   軸線を一致させて截頭円錐状の第１連結筒を介して連通
   接続された、一次燃焼筒より大径の二次燃焼筒と、二次
   燃焼筒にこれと軸線を一致させて截頭円錐状の第２連結
   筒を介して連通接続されており且つ燃焼室に連通接続さ
   れた、二次燃焼筒より大径の三次燃焼筒と、一次燃焼筒
   に形成されて、一次燃焼筒内に一次燃焼空気を旋回流を
   なして供給する一次燃焼空気供給口と、少なくとも第１
   連結筒に形成されて、二次燃焼筒内に二次燃焼空気を供
   給する複数の二次燃焼空気供給口と、第２連結筒又は二
   次燃焼筒に形成されて、三次燃焼筒内に三次燃焼空気を
   供給する三次燃焼空気供給口と、を具備して、噴霧ノズ
   ルからの噴霧燃料を燃焼筒内に形成される火炎を熱源と
   して気化させつつ段階的に燃焼させるように構成したこ
   とを特徴とする液体燃料の気化式燃焼装置。