JP3845058B2

JP3845058B2 - 低ＮＯｘ燃焼器

Info

Publication number: JP3845058B2
Application number: JP2002363180A
Authority: JP
Inventors: 裕行荏原; 健志錫村
Original assignee: Petroleum Energy Center PEC; Dainichi Co Ltd
Current assignee: Dainichi Co Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004197956A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、燃焼排ガスの一部を燃焼用一次空気や燃焼用二次空気として再循環させることにより燃焼排ガス中のＮＯｘを低減させるバーナを有する燃焼器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、予混合方式の燃焼器に用いられるバーナとして、例えば特許文献１に示すように，バーナ本体の上面に凹部を設けて、この凹部内の壁面に複数の炎孔を穿設した内部炎孔バーナがある。
【０００３】
そして、これらの燃焼器においては、燃焼の際に発生する有害物質の低減が重要課題となっており、中でも近年においてはＮＯｘの低減の要求が高まってきている。そこで、ＮＯｘを低減する方法として種々の方式が考えられているが、その中の一つである排ガス再循環燃焼方式が大きなＮＯｘ低減効果をあげている。この排ガス再循環方式とは、文字どおり燃焼時に発生する排ガスの一部を燃焼用空気として再循環させる方式であり、燃焼排ガス中に含まれる不活性成分であるＣＯ２を燃焼領域に投入することで、燃焼用空気中の酸素濃度を低下させるとともに、ＣＯ２は熱容量が大きいため温度上昇が抑えられて燃焼温度が低下することを利用してＮＯｘの発生を低減させるものである。
【０００４】
また、前述の排ガス再循環方式には大きく分けて２つの方式があり、一つは送風機等の吸引手段を設けて燃焼排ガスを吸引し強制的に再循環させる強制再循環方式（例えば特許文献２）、そしてもう一つは、燃焼火炎が噴出する際の噴出力により燃焼排ガスの再循環を促す自己再循環方式（例えば特許文献３）であり、現在では後者の自己再循環方式の方が主流となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１５９１１９
【特許文献２】
特開平６−１５９６２１
【特許文献３】
特開平６−４２７２１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、燃焼火炎の噴出力を利用した自己再循環方式は、圧力噴霧式等の高圧燃料噴射方式の燃焼器にのみ実現が可能であり、一般的な予混合方式の燃焼器に適用しても効果的に再循環を行うことはできない。そのため、予混合方式の燃焼器においては、今だ何らかの吸引手段を設ける必要があった。
【０００７】
しかしながら、吸引手段を設けることは部品の追加となるためコストアップや、装置の大型化を招くことになってしまう。加えて、再循環する燃焼排ガスはかなりの高温であるため、燃焼排ガスと接触する吸引手段やその周辺の部品の耐久性も問題となる。そこで予混合燃焼にも適用可能な自己再循環方式バーナの開発が望まれていた。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためのもので、予混合方式の燃焼器において、吸引手段を設けることなく燃焼排ガスの再循環を可能とする低ＮＯｘ燃焼器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内側壁面に多数の炎孔を有し筒状空間部を有する環状本体に燃料ガスと空気の予混合気を供給する予混合室を連通し予混合気を燃焼させ燃焼排ガスを発生するバーナと、前記バーナを囲むバーナボックスと、前記バーナボックスに載置された燃焼室と、前記バーナボックスに設けられ前記燃焼室内に放出された燃焼排ガスの一部をバーナボックス内部に取り入れる排ガス取入口を有し、前記バーナボックスと前記燃焼室は前記筒状空間部により連通している構成とした。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では、バーナボックスと燃焼室を連通する筒状空間部を設けたことにより、バーナの内側壁面に設けられた炎孔から噴出する燃焼火炎の上昇力が筒状空間部にバーナボックスから燃焼室に向かう吸引力を発生させる。また、この吸引作用によってバーナボックス内は負圧になり、そして、バーナボックスには排ガス取入口が設けられているので、燃焼室内に放出された燃焼排ガスの一部はこの排ガス取入口からバーナボックス内に流入するため、吸引手段を設けなくとも燃焼排ガスの自己再循環が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、すり鉢状上面に多数の炎孔を有し中央空間部を有する環状本体に燃料ガスと空気の予混合気を供給する予混合室を連通し予混合気を燃焼させ燃焼排ガスを発生するバーナと、前記バーナを囲むバーナボックスと、前記バーナボックスに載置された燃焼室と、前記バーナボックスに設けられ前記燃焼室内に放出された燃焼排ガスの一部をバーナボックス内部に取り入れる排ガス取入口を有し、前記バーナボックスと前記燃焼室は前記中央空間部により連通している構成とした。
【００１２】
すなわち、請求項２の発明では、バーナボックスと燃焼室を連通する中央空間部を設けたことにより、バーナのすり鉢状上面に設けられた炎孔から噴出する燃焼火炎の上昇力が中央空間部にバーナボックスから燃焼室に向かう吸引力を発生させる。また、この吸引作用によってバーナボックス内は負圧になり、そして、バーナボックスには排ガス取入口が設けられているので、燃焼室内に放出された燃焼排ガスの一部はこの排ガス取入口からバーナボックス内に流入するため、吸引手段を設けなくとも燃焼排ガスの自己再循環が可能となる。さらに、すり鉢状上面を有する環状本体は加工がしやすく製造コストを押さえることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記予混合室は、前記バーナボックス内で燃焼排ガスを取り入れる構造を有する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記予混合室は、燃料ガスと空気を混合する第１予混合室と、前記第１予混合室から噴出する予混合気と前記バーナボックス内の燃焼排ガスを混合する第２予混合室からなり、前記第２予混合室は前記環状本体に連通しているものである。
【００１５】
すなわち、請求項３または４の発明では、燃料ガスは予混合室でバーナボックス内に充満した燃焼排ガスも巻き込んで予混合されるので、予混合段階（燃焼用一次空気）と燃焼段階（燃焼用二次空気）の両方で燃焼排ガスを再循環することとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の燃焼器を添付の図面をもとに説明する。
【００１７】
（実施例１）本発明の実施例１を図１および図２をもとに説明する。図１は燃焼器の断面図であって、液体燃料を気化する気化器１は、気化器１に液体燃料を供給する電磁ポンプ２と、ヒータ３を内蔵した気化筒４と、ソレノイド５によって開閉するノズル６から構成されている。
【００１８】
またバーナ７は、気化器１により気化された燃料ガスと空気を混合して予混合気とする予混合室８と、この予混合気を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる環状本体９から構成されており、環状本体９は多数の炎孔１０を有した内側壁面１１と、この内側壁面１１により形成される筒状空間部１２を有している。そして、バーナ７を収納するバーナボックス１３と、バーナボックス１３上に設けられ燃焼空間を形成する燃焼室１４が設けられていて、バーナボックス１３と燃焼室１４とは筒状空間部１２により連通している。
【００１９】
また、図２は燃焼器の斜視図であって、バーナボックス１３には燃焼により燃焼室１４に放出された燃焼排ガスをバーナボックス１３内に取り入れるための排ガス取入口１５が設けられており、燃焼排ガスは排ガス取入口１５からバーナボックス１３内に流入し、さらに燃焼火炎の上昇力に伴って発生する吸引力により筒状空間部１２に引き込まれて火炎に供給されて再循環する。
【００２０】
次に上述の構成における燃焼器の動作を説明する。まず、燃焼器の運転が指示されると、ヒータ３に通電を行い気化器１の予熱を開始する。そして、気化器１の温度が液体燃料を気化する温度まで上昇すると、電磁ポンプ２を駆動して液体燃料を気化器１に供給するとともに、ソレノイド５に通電して気化器１先端のノズル６を開放する。
【００２１】
そして気化器１に供給された液体燃料は、加熱されて気化ガスとなりノズル６から予混合室８へ噴出され、このとき、周囲の空気も燃焼用一次空気として予混合室８へ引き込まれ、気化ガスと燃焼用一次空気が予混合されて予混合気となる。そして予混合気は環状本体９の内側壁面１１に設けられた炎孔１０より噴出し、図示しない点火装置により点火されて燃焼を開始し、燃焼排ガスが燃焼室１４に放出される。
【００２２】
このようにして燃焼が開始されると、図１の矢印が示すように炎孔１０から噴出する燃焼火炎の上昇力は筒状空間部１２にバーナボックス１３から燃焼室１４に向かう吸引力を発生させる。すると、この吸引作用によってバーナボックス１３内は負圧になるため、燃焼室１４内の燃焼排ガスが排ガス取入口１５からバーナボックス１３に流入する。そして、バーナボックス１３に流入した燃焼排ガスは、筒状空間部１２へ吸引され、内側壁面１１で燃焼している火炎に供給される。
【００２３】
燃焼排ガス中には不活性成分であるＣＯ２が多く含まれているため、上述のように燃焼排ガスの一部を燃焼用二次空気として再循環させ火炎に供給することで、燃焼用二次空気中の酸素濃度を低下させるとともに、ＣＯ２は熱容量が大きいため温度上昇が押さえられて燃焼温度が低下する。よって、ＮＯｘの発生が抑制されることとなる。
【００２４】
つまり、バーナ７の環状本体９に設けられた内側壁面１１は、炎孔１０から噴出する燃焼火炎の上昇力によって筒状空間部１２にバーナボックス１３から燃焼室１４に向かう吸引力を発生させ、この吸引力が燃焼室１４の燃焼排ガスの一部を排ガス取入口１５からバーナボックス１３に流入させる再循環通路を形成するので、予混合方式の燃焼器においても別途吸引手段を設けなくとも燃焼排ガスの自己再循環が可能となる。
【００２５】
（実施例２）次に本発明の実施例２を図３をもとに説明する。なお、第１の実施例と同じ構成部品については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２６】
バーナ７は、すり鉢状上面１６に予混合気を噴出する多数の炎孔１０を有する環状本体９を有しており、さらに環状本体９の中央にはバーナボックス１３と燃焼室１４を連通する中央空間部１７が設けられている。
【００２７】
このような構成の燃焼器において、炎孔１０から噴出した予混合気は、図示しない点火装置によって点火されて燃焼を開始すると、燃焼火炎の上昇力が中央空間部１７を通してバーナボックス１３から燃焼室１４に向かう吸引力を発生させる。すると、この吸引作用によってバーナボックス１３内は負圧になるため、燃焼室１４内の燃焼排ガスが排ガス取入口１５からバーナボックス１３に流入する。そして、バーナボックス１３に流入した燃焼排ガスは、中央空間部１７へ吸引され、すり鉢状上面１６で燃焼している火炎に供給される。つまり実施例１と同様に、燃焼排ガスの自己再循環が可能となり、従ってＮＯｘの発生が抑制される。
【００２８】
なお、本実施例のようなすり鉢状上面１６を有する環状本体９は、加工が簡単であるため、製造コストを低減することもできる。
【００２９】
（実施例３）次に本発明の実施例３を図４をもとに説明する。なお、第１の実施例と同じ構成部品については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図４において第１予混合室１８は、気化器１から噴出される燃料ガスと空気を混合し、第２予混合室１９に向けて予混合気を噴出する。そして、第１予混合室１８と第２予混合室１９の間には隙間が設けられており、第１予混合室１８から予混合気が噴出する際に、この隙間からバーナボックス１３内の空気を取り入れるようになっている。そして、第２予混合室１９は環状本体９と連通しており、第１予混合室１８と対向する開口は第１予混合室１８の開口より広口の形状をなしている。
【００３１】
上述のような構造において、気化器１で加熱された液体燃料は気化ガスとなり、ノズル６からまず前段の第１予混合室１８へ噴出され、このとき、周囲の空気も燃焼用一次空気として第１予混合室１８へ引き込まれるので、気化ガスは燃焼用一次空気と予混合されて予混合気となる。そして、第１予混合室１８から後段の第２予混合室１９へ噴出する際に、図の破線矢印で示すように第１予混合室１８と第２予混合室１９の隙間からバーナボックス１３内の燃焼排ガスも引き込みさらに予混合が行われる。
【００３２】
実施例１および２で説明したように、燃焼排ガスが再循環することによりバーナボックス１３は燃焼排ガスが充満している状態となっているため、第２予混合室１９では第１予混合室１８からの予混合気と燃焼排ガスが予混合される。つまり、予混合段階（燃焼用一次空気）と燃焼段階（燃焼用二次空気）の両方で燃焼排ガスを再循環させるため、よりＮＯｘ低減効果が高くなる。
【００３３】
なお、本実施例では第１予混合室１８と第２予混合室１９に分け、第１予混合室１８と第２予混合室１９の間に設けた隙間からバーナボックス１３の燃焼排ガスを引き込む構成としたが、この他にも例えば予混合室８に孔を設けてここから燃焼排ガスを取り入れるように構成したりすることもできる。ただしその場合、予混合室８からバーナボックス１３に予混合気が吹き出さないような構造になるよう注意する必要があるが、本実施例のような構成とすれば確実にバーナボックス１３内の燃焼排ガスを第２予混合室１９に引き込むことができる。
【００３４】
（実施例４）次に本発明の実施例４を図５をもとに説明する。なお、第１の実施例と同じ構成部品については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
燃焼室１４内には、環状本体９と排ガス取入口１５を内側に囲うように円筒状の燃焼筒２０が設けられている。この燃焼筒２０は、燃焼排ガスが燃焼室１４内に拡散するのを防ぐために設けたもので、バーナ７で発生した燃焼排ガスは、燃焼筒２０内に充満して、すぐさま排ガス取入口１５からバーナボックス１３に引き込まれる。つまり、燃焼排ガスが燃焼室１４の空気によって希釈されるのを防ぐことができるため、より多くの燃焼排ガスをバーナボックス１３に引き込むこととなる。
【００３６】
ただし、燃焼筒２０と環状本体９とが近接しすぎると、燃焼筒２０が保炎板の役割を果たしてしまい、燃焼炎までもが排ガス取入口１５に引き込まれてしまうので、燃焼筒２０は環状本体９と所定の間隔を離して設ける必要がある。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように請求項１の発明によれば、予混合燃焼方式の燃焼器であっても、吸引手段を設けずに燃焼排ガスの自己再循環が可能になるので、装置の大型化やコストアップを招くことなくＮＯｘを低減する燃焼器を提供することができる。
【００３８】
また、請求項２の発明によれば、上述の効果に加え、上面がすり鉢状のバーナは加工が簡単であるため、燃焼器の製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、請求項３および請求項４の発明によれば、予混合室をバーナボックス内の燃焼排ガスを取り入れる構造としたので、予混合段階と燃焼段階の両方で燃焼排ガスを再循環させるため、よりＮＯｘ低減効果の高い燃焼器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の燃焼器の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の燃焼器の斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例の燃焼器のバーナ断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例の燃焼器のバーナ断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例の燃焼器の斜視図である。
【符号の説明】
１１内側壁面
１０炎孔
１２筒状空間部
９環状本体
８予混合室
７バーナ
１３バーナボックス
１４燃焼室
１５排ガス取入口
１６すり鉢状上面
１７中央空間部
１８第１予混合室
１９第２予混合室

Claims

内側壁面に多数の炎孔を有し筒状空間部を有する環状本体に燃料ガスと空気の予混合気を供給する予混合室を連通し予混合気を燃焼させ燃焼排ガスを発生するバーナと、前記バーナを囲むバーナボックスと、前記バーナボックスに載置された燃焼室と、前記バーナボックスに設けられ前記燃焼室内に放出された燃焼排ガスの一部をバーナボックス内部に取り入れる排ガス取入口を有し、前記バーナボックスと前記燃焼室は前記筒状空間部により連通していることを特徴とする低ＮＯｘ燃焼器。
すり鉢状上面に多数の炎孔を有し中央空間部を有する環状本体に燃料ガスと空気の予混合気を供給する予混合室を連通し予混合気を燃焼させ燃焼排ガスを発生するバーナと、前記バーナを囲むバーナボックスと、前記バーナボックスに載置された燃焼室と、前記バーナボックスに設けられ前記燃焼室に放出された燃焼排ガスの一部をバーナボックス内部に取り入れる排ガス取入口を有し、前記バーナボックスと前記燃焼室は前記中央空間部により連通していることを特徴とする低ＮＯｘ燃焼器。
前記予混合室は、前記バーナボックス内で燃焼排ガスを取り入れる構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の低ＮＯｘ燃焼器。
前記予混合室は、燃料ガスと空気を混合する第１予混合室と、前記第１予混合室から噴出する予混合気と前記バーナボックス内の燃焼排ガスを混合する第２予混合室からなり、前記第２予混合室は前記環状本体に連通していることを特徴とする請求項３に記載の低ＮＯｘ燃焼器。