JP4148656B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素含有ガスを通流させて、燃料ガス噴出部に導く燃焼筒が設けられ、
その燃焼筒内における先端よりも後方に、その燃焼筒内を通流する酸素含有ガスを吐出する吐出部を備えた整流板が、前記燃焼筒を横断する姿勢で設けられ、
前記燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスを、前記吐出部から吐出される酸素含有ガスにて燃焼させるように構成された燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる燃焼装置は、例えば、各種ボイラや吸収式冷温水機等で用いられるものであり、そして、通常、かかる燃焼装置は、それら各種ボイラや吸収式冷温水機等の燃焼装置を設置する対象となる燃焼装置設置対象機器の燃焼室にて燃料ガスを燃焼させるように設ける。
従来は、図15及び図16に示すように、整流板4の周方向に間隔を隔てて複数の穴4dを形成して、それら複数の穴4dを、円筒状の燃焼筒1内を通流する酸素含有ガスの一例としての燃焼用空気Aを吐出する吐出部Tとするように構成していた。
図15及び図16において、50は、先端を閉塞したガス供給筒であり、そのガス供給筒50は、燃焼筒1内に、先端が燃焼筒1よりも突出する状態で燃焼筒1と同軸状に設けてあり、そのガス供給筒50の先端側の周壁に、ガス噴出部Hとして、複数のガス噴出孔51を、周方向に間隔を隔てて形成していた。
そして、複数のガス噴出孔51から噴出される燃料ガスGを、整流板4に形成した複数の穴4dから吐出される燃焼用空気Aにて燃焼させるように構成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼装置では、整流板4に吐出部Tとして形成した穴4dには、そこを通過する酸素含有ガスの通流を案内する作用がほとんどなく、酸素含有ガスは、整流板4の上流側での通流方向の変動がほとんど抑制されない状態で、整流板4の穴4dから吐出されることになるので、穴4dからの酸素含有ガスの吐出方向が変動し易く、もって、その穴4dから吐出される酸素含有ガスにて燃料ガスを燃焼させて形成される火炎の形状や形成方向が、変動し易いという問題があった。
【0004】
説明を加えると、整流板は薄板にて形成するのが通常であるが、一方では、吐出部として機能させる穴は、所定の酸素含有ガスの吐出量を確保する必要があることから、穴の径は、整流板の厚さに対してかなり大きくする必要があって、穴の径に対する穴の長さ(整流板の厚さに等しい)の比率が小さすぎることとなり、穴の側面には、通過する酸素含有ガスの通流を案内する作用がほとんどない。ちなみに、通常、整流板の厚さは、3〜5mm程度であるが、例えば、整流板の外径が237mm程度の場合、吐出部として機能させる穴の径は、所定の酸素含有ガス吐出量を確保するために、例えば、20〜50mm程度に設定するが、穴の径を設定範囲内における最小の20mmに設定するとしても、穴の径に対する長さの比率は、1/4以下となる。
燃焼筒の流路横断方向の各部においては、酸素含有ガスの通流方向は一定ではなく変動するものであり、又、燃焼筒を通流する酸素含有ガスの全体としての通流方向が、燃焼筒の軸心に沿う方向からずれて、燃焼筒を通流する酸素含有ガスに偏流が生じる場合がある。
そして、そのように、整流板の上流で、酸素含有ガスの通流方向が変動すると、吐出部として機能させる穴には、酸素含有ガスの通流を案内する作用がほとんどないので、整流板の上流側での通流方向の変動がほとんど抑制されない状態で、整流板の穴から吐出されることになって、穴からの酸素含有ガスの吐出方向が変動し、火炎の形状や形成方向が変動することになる。
尚、火炎の形状や形成方向が変動すると、例えば、火炎が、燃焼室を区画する部材や燃焼室内の部材に接触することとなり、火炎がそれらの部材に接触すると、燃焼が不安定になるという問題が生じる。
【0005】
ちなみに、燃焼筒の長さを長くすると、酸素含有ガスの通流方向の変動を抑制することができるが、燃焼装置が大型化するので、実用的なものではない。
又、整流板の厚さを厚くすると、穴の径に対する長さの比率が小さすぎる状態を抑制することができるが、整流板の厚さを厚くするにしても限度があるので、酸素含有ガスの通流を案内する作用を持たせる程度にまで、穴の径に対する長さの比率を大きくすることは不可能である。仮に、酸素含有ガスの通流を案内する作用を持たせる程度にまで、穴の径に対する長さの比率を大きくすると、整流板の厚さが極めて厚いものとなり、それに伴って、燃焼装置が大型化するので、実用的なものではない。
【0006】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼装置において、大型化を回避しながら火炎形成方向を安定化することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1記載の発明〕
請求項1に記載の特徴構成は、前記吐出部が、前記整流板に対して前記燃焼筒内における酸素含有ガス通流方向に突出する案内部分を備える状態に構成され、
前記燃焼筒の内部に、二次燃焼のための二次酸素含有ガスを通流させる内筒が設けられ、
前記燃焼筒にて、一次燃焼のための一次酸素含有ガスを通流させる一次酸素含有ガス流路が、前記燃焼筒の筒軸心に沿う軸心方向視において、前記内筒の外側に環状に形成され、
前記整流板が環状に形成されて、環状の前記一次酸素含有ガス流路内に設けられ、
前記吐出部から吐出された一次酸素含有ガスに対して、前記燃料ガス噴出部から燃料ガスを噴出して、火炎を形成するように構成され、且つ、その火炎に対して前記内筒から二次酸素含有ガスが吐出されるように構成されていることにある。
請求項1に記載の特徴構成によれば、吐出部には、整流板に対して酸素含有ガス通流方向に突出する状態で案内部分が備えられていて、その案内部分により、吐出部を通流する酸素含有ガスの通流を案内することができるので、整流板の上流側での酸素含有ガスの通流方向の変動に係らず、吐出部からの酸素含有ガス吐出方向の変動を抑制して、火炎形成方向を安定化することができる。
つまり、案内部分を、整流板に対して酸素含有ガス通流方向に突出する状態で、吐出部に備えさせるので、整流板の厚さを厚くすることなく、吐出部により酸素含有ガスの通流を案内する通流案内長さを、整流板の上流側での酸素含有ガスの通流方向の変動に係らず、吐出部からの酸素含有ガス吐出方向の変動を抑制することができるように長くすることができるのである。ちなみに、例えば、整流板に穴を形成して、案内部分をその穴に嵌め込んだ状態で設ける場合は、案内部分の長さが、通流案内長さに相当し、案内部分を、整流板の穴の縁に沿わせた状態で整流板の面に当て付けて設ける場合は、整流板の厚さと案内部分の長さを合わせたものが、通流案内長さに相当する。
又、例えば、燃焼装置設置対象機器によって燃焼室の形状が異なる場合は、燃焼室の形状に合わせて、案内部分により酸素含有ガスの通流を案内する案内方向を設定することができるので、燃焼室の形状に適合した方向にて、火炎形成方向を安定化することができる。
従って、大型化を回避しながら火炎形成方向を安定化することができるようになった。
又、吐出部からは、案内部分の通流案内作用により、吐出方向が安定した状態で一次酸素含有ガスが吐出され、そのように吐出方向が安定した状態で吐出される一次酸素含有ガスに対して、燃料ガス噴出部から燃料ガスが噴出されて、一次燃焼が行われるので、その一次燃焼により、火炎形成方向が安定した状態で火炎が形成され、そのように一次燃焼による火炎の形成方向が安定しているので、その一次燃焼による火炎に対して、内筒から二次酸素含有ガスが適正に吐出されることとなって、二次燃焼も安定して行われ、全体として、一次燃焼と二次燃焼による二段燃焼が安定して行われる。そして、二段燃焼により燃料ガスを緩慢に燃焼させることにより、火炎温度を低下させて、NOx発生量の低減を図ることができる。
従って、大型化を回避しながら火炎形成方向を安定化することに加えて、低NOx化を図ることができるようになった。
【0008】
〔請求項2記載の発明〕
請求項2に記載の特徴構成は、前記案内部分が筒状に形成され、その筒状の案内部分における筒軸心方向の長さLと内径Dとの関係が、L≧0.5Dになるように構成されていることにある。
請求項2に記載の特徴構成によれば、案内部分が筒状に形成されているので、その筒状の案内部分により、吐出部の全周にわたって酸素含有ガスの通流を効果的に案内することができる。ちなみに、案内部分を例えば樋状に形成することも可能であるが、この場合は、吐出部の周方向において部分的にしか酸素含有ガスの通流を案内できないので、案内部分を筒状に形成する場合に比べて、酸素含有ガス通流案内作用が多少劣る。
そして、本発明の発明者らは、吐出部からの酸素含有ガスの吐出方向安定化について鋭意研究し、案内部分を筒状に形成する場合に、筒状の案内部分における筒軸心方向の長さを内径の1/2よりも長く設定すると、案内部分による通流案内作用を効果的に促進させることができて、吐出部からの酸素含有ガスの吐出方向を効果的に安定化させることができることを見出した。
従って、吐出部からの酸素含有ガスの吐出方向を一段と安定化させて、火炎形成方向を一段と安定化する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【0009】
〔請求項3記載の発明〕
請求項3に記載の特徴構成は、前記案内部分が、酸素含有ガスを前記燃焼筒の内面に向けて吐出すべく、酸素含有ガスを、前記燃焼筒の筒軸心に平行な方向に対して前記燃焼筒の径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成されていることにある。
請求項3に記載の特徴構成によれば、酸素含有ガスを燃焼筒の内面に向けて吐出して、酸素含有ガスの冷却作用により燃焼筒を冷却して、燃焼筒の過熱を防止することができるようにしながら、吐出部からの酸素含有ガス吐出方向を、燃焼筒の筒軸心に平行な方向に対して燃焼筒の径方向外側に傾斜する方向に安定化することができる。
従って、大型化を回避しながら火炎形成方向を安定化することに加えて、耐久性を向上することができるようになった。
【0011】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
以下、本発明を第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の燃焼装置BSを設置した貫流ボイラを示し、貫流ボイラは、缶体21の内部に多数の縦姿勢の水管22を平面視で二重の環状に配置し、その環状水管群の中央空洞部を燃焼室23として、燃焼装置BSを、その燃焼室23に臨ませる状態で缶体21の上端部に設け、燃焼装置BSにて、都市ガス等の燃料ガスGを燃焼させて、その燃焼にて形成される火炎F及び発生する燃焼ガスにて、各水管22に供給される水を加熱して蒸気を生成し、生成蒸気を蒸気需要先(図示せず)に供給するように構成してある。
【0012】
各環状水管群は、隣接する水管22同士をひれ状部材32にて接続して形成してある。そして、燃焼室23内にて発生した燃焼ガスを、内側の環状水管群と外側の環状水管群との間、並びに、外側の環状水管群の外周を通流させて、排気路33から排出させるように、燃焼ガスの通流経路を形成してある。
【0013】
燃焼装置BSには、燃料ガス供給路24を通じて燃料ガスGを供給すると共に、その燃料ガスGの燃焼用の酸素含有ガスとして、ガスタービン25から酸素を含有する状態で排出される酸素含有ガスとしての排ガスE(燃焼排ガス)の全量を、排ガス供給路26を通じて供給するように構成し、又、ブロア27から空気供給路28を通じて燃焼用空気を供給するように構成してある
燃料ガス供給路24には、貫流ボイラの熱負荷に応じて、燃料ガスGの供給量を調節する燃料ガス調節弁29を設け、排ガス供給路26には、排ガス用開閉弁30を設け、空気供給路28には、空気用開閉弁31を設けてある。尚、詳細な説明は省略するが、熱負荷に応じた燃料ガス調節弁29の制御は、図示しない制御装置によって自動的に行われる。
【0014】
そして、ガスタービン25が運転中のときは、排ガス用開閉弁30を開弁し、空気用開閉弁31を閉弁して、ガスタービン25からの排ガスEを酸素含有ガスとして燃料ガスGを燃焼させ、ガスタービン25の運転が停止中のときは、排ガス用開閉弁30を閉弁し、空気用開閉弁31を開弁して、ブロア27からの燃焼用空気を酸素含有ガスとして燃料ガスGを燃焼させる。尚、以下では、ガスタービン25からの排ガスEにて燃料ガスGを燃焼させる場合を対象にして説明する。
【0015】
次に、燃焼装置BSについて説明する。
図2ないし図4に示すように、燃焼装置BSは、酸素含有ガス(具体的には、後述する一次排ガスE1)を通流させて、燃料ガス噴出部Hに導く燃焼筒1を設け、その燃焼筒1内に、その燃焼筒1内を通流する一次排ガスE1を吐出する吐出部Tを備えた整流板としてのバッフル板4を、燃焼筒1を横断する姿勢で設け、燃料ガス噴出部Hから噴出される燃料ガスGを、吐出部Tから吐出される一次排ガスE1にて燃焼させるように構成してある。
【0016】
本発明においては、吐出部Tを、バッフル板4に対して燃焼筒1内における一次排ガス通流方向(酸素含有ガス通流方向に相当する)に突出する案内部分Pを備える状態に構成してある。
【0017】
説明を加えると、直円筒状の燃焼筒1の内側に、径が互いに異なる直円筒状の中間筒2及び内筒3を、同軸状で且つ軸心方向に重複した状態で設けてある。内筒3の先端は、燃焼筒1の先端よりもバーナ中心軸心方向に突出させてある。ここで、直円筒状とは、筒軸心が直線状で、その筒軸心方向で径が一定な円筒状である。
尚、燃焼筒1の筒軸心は、燃焼装置BSの中心軸心に一致するので、以下の説明では、燃焼筒1の軸心をバーナ中心軸心と称する場合がある。
【0018】
燃焼筒1の両端は開口させてあり、中間筒2の先端は、内筒3に外嵌させる状態で設けた環状の閉塞板5にて閉塞し、中間筒2の後端には、その中間筒2と同軸状に、燃料ガス導入筒6を連通接続してあり、内筒3の先端は開口させ、後端は、閉塞板7にて閉塞して、中間筒2内に位置させてある。
更に、周方向に3等分した位置の夫々において、接続筒8を、一端が中間筒2の筒壁を貫通し、他端が内筒3の筒壁を貫通する状態で設けて、その接続筒8にて、中間筒2の外部と内筒3内とを連通させてある。又、中間筒2において、バーナ中心軸心方向で内筒3の後端よりも後端側の箇所には、複数個(例えば8個)の予混合用導入孔2aを周方向に等間隔を隔てて並べて形成してある。
【0019】
箱状の風箱9を、その挿入用開口部9aに燃焼筒1を嵌め込み、燃料ガス導入筒6の後端を外部に突出させた状態で、燃焼筒1の後端側を覆うように設けて、風箱9内に、燃焼筒1の後端開口に連通する酸素含有ガス室10を形成してある。
【0020】
そして、内筒3の内部を、二次燃焼のための二次酸素含有ガスとして二次排ガスE2を通流させる二次酸素含有ガス路11とし、先端開口を、二次排ガスE2を吐出する二次酸素含有ガス吐出口12としてある。つまり、二次酸素含有ガス流路11を、接続筒8にて酸素含有ガス室10に連通させてある。
【0021】
又、内筒3と中間筒2との間を燃料ガスGを通流させる燃料ガス流路13とし、即ち、燃料ガス流路13を、バーナ中心軸心に沿うバーナ中心軸心方向視において、内筒3の外側に環状に形成し、中間筒2の先端側の周壁に、燃料ガス噴出部Hとしての16個の燃料ガス噴出孔14を、周方向に等間隔を隔てて並べて穿設してある。
中間筒2内において、内筒3の後端を閉じる閉塞板7よりも後端側の部分を、燃料ガス室16として機能させるように構成してある。つまり、燃料ガス室16を、横断形状が環状の燃料ガス流路13の上流側箇所において、その燃料ガス流路13の環状方向の全周にわたって連通する状態で、設けてある。
燃料ガス導入筒6内を、燃料ガスGを燃料ガス室16に導入する燃料ガス導入路17として機能させて、その燃料ガス導入路17を、バーナ中心軸心と同軸状に設けてある。
【0022】
又、燃焼筒1と中間筒2との間を、一次燃焼のための一次酸素含有ガスとして一次排ガスE1を通流させる一次酸素含有ガス流路15とし、即ち、一次酸素含有ガス流路15を、バーナ中心軸心方向視において、内筒3及び中間筒2の外側に、環状に形成してある。
【0023】
バッフル板4は、環状に形成し、一次酸素含有ガス流路15内において、燃料ガス噴出孔14よりも後退させた位置に位置させて、中間筒2に外嵌させ且つ燃焼筒1に内嵌させた状態で設けてある。
バッフル板4には、8個の筒嵌合用穴4aを、周方向に等間隔を隔てて形成すると共に、複数個の一次酸素含有ガス吐出口4bを、全面にわたって分散させた状態で形成してある。
直円筒状吐出案内筒18を、その筒軸心がバーナ中心軸心と平行となり、且つ、その両端がバッフル板4に対して酸素含有ガス通流方向に突出する状態で、筒嵌合用穴4aに内嵌させて設けて、直円筒状吐出案内筒18を案内部分Pとして機能させ、吐出部Tを直円筒状吐出案内筒18にて構成してある。
つまり、直円筒状吐出案内筒18を、一次排ガスE1(酸素含有ガスに相当する)をバーナ中心軸心と平行な方向に方向付けて案内するように構成してある。
【0024】
例えば、燃焼筒1の内径が237mm、中間筒2の外径が100mm、内筒3の外径が80mmの場合、直円筒状吐出案内筒18の内径Dは29mm、筒軸心方向の長さLは24mmに設定する。
【0025】
そして、燃焼装置BSは、直円筒状吐出案内筒18から吐出された一次排ガスE1に対して、燃料ガス噴出孔14から燃料ガスGを噴出して、火炎を形成するように構成し、且つ、その火炎に対して内筒3の先端の二次排ガス吐出口12から二次酸素含有ガスE2が吐出されるように構成してある。
【0026】
上述のように構成した燃焼装置BSを、内筒3の先端側を、貫流ボイラの燃焼室23に臨ませた状態で、缶体21の上端部に設け、排ガス供給路26及び空気供給路28を、風箱9に形成した排ガス受入口9bに接続し、並びに、燃料ガス供給路24を燃料ガス導入筒6に接続して、ガスタービン25の運転中は、ガスタービン25から排出される排ガスEを燃焼装置BSに供給し、燃料ガスGを燃焼装置BSに供給して燃焼させるように構成してある。
【0027】
燃料ガス供給路24から燃料ガス導入路17に供給された燃料ガスGは、流路ガス室16を通じて燃料ガス路13に流入し、燃料ガス路13を通流して16個の燃料ガス噴出孔14から、内筒3の径方向外方に向かって、バーナ中心軸心に直交する方向に噴出される。
その場合、燃料ガスGは、燃料ガス導入路17を通じて、バーナ中心軸心に対応する位置から燃料ガス室16に導入されることから、燃料ガスGは、燃料ガス室16内において、流路横断形状が環状の燃料ガス流路13の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に分散すると共に、整圧化された後、燃料ガス流路13に対して、その環状方向の全周にわたって均等に供給されて、燃料ガス流路13を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、燃料ガスGは、環状に並ぶ16個の燃料ガス噴出孔14から均等に噴出される。
【0028】
尚、中間筒2に形成した予混合用導入孔2aを通じて、酸素含有ガス室10から少量の排ガスEが予混合用として燃料ガス室16に供給されて、燃料ガス室16内で、燃料ガスGに予混合されるように構成してある。ちなみに、予混合用導入孔2aを通じて燃料ガス室16に供給される排ガスEの量は、少量であり、理論酸素量よりも少ない。
【0029】
排ガス供給路26から酸素含有ガス室10に供給された排ガスEは、燃焼筒1の後端開口から一次酸素含有ガス流路15に流入し、一次酸素含有ガス流路15を一次排ガスE1として通流して直円筒状吐出案内筒18及び一次酸素含有ガス吐出口4bから吐出され、並びに、接続筒8を通じて二次酸素含有ガス流路11に流入し、二次酸素含有ガス流路11を二次排ガスE2として通流して、二次酸素含有ガス吐出口12から、バーナ中心軸心に沿う方向に吐出される。
一次排ガスE1は、バッフル板4の上流側での一次排ガスE1の通流方向の変動に係らず、直円筒状吐出案内筒18の通流案内作用にて、バーナ中心軸心に平行な方向に方向付けられた状態で、直円筒状吐出案内筒18から吐出される。
【0030】
つまり、一次排ガスE1は、バーナ中心軸心に平行な方向に方向付けられた状態で吐出され、そのようにバーナ中心軸心に平行な方向に吐出方向が安定した状態で吐出される一次排ガスE1に対して、燃料ガス噴出孔14から燃料ガスGが噴出されて、一次燃焼が行われるので、その一次燃焼により、火炎形成方向がバーナ中心軸心に平行な方向に安定した状態で火炎が形成され、そのように一次燃焼による火炎の形成方向が安定しているので、その一次燃焼による火炎に対して、内筒3の先端の二次酸素含有ガス吐出口12から二次排ガスE2が適正に吐出されることとなって、二次燃焼も安定して行われ、全体として、火炎Fがバーナ中心軸心に平行な方向に安定して形成される状態で、一次燃焼と二次燃焼により二段燃焼が安定して行われる。
【0031】
しかも、燃料ガスGは、環状に並ぶ16個の燃料ガス噴出孔14から均等に噴出されるので、各燃料ガス噴出孔14にて形成される火炎Fの長さが揃う状態で、全ての燃料ガス噴出孔14にて均等に燃焼させることができる。
【0032】
上述のように燃焼するに当たっては、バッフル板4の前方に、中間筒2と燃焼筒1にて区画される環状の凹部が、燃料ガス噴出孔14から噴出される燃料ガスGと直円筒状吐出案内筒18から吐出される一次排ガスE1との混合域Mとして機能する。
そして、燃料ガスGを一次排ガスE1にて一次燃焼させるに当たっては、各直円筒状吐出案内筒18から吐出される一次排ガス吐出流により、混合域M内に負圧域が形成されることから、燃料ガス噴出孔14から噴出された燃料ガスGの一部が、負圧域の誘引作用によって、バッフル板4の側に誘引されて、その誘引燃料ガスGが各直円筒状吐出案内筒18から吐出された一次排ガスE1にて燃焼することによって、バッフル板4の近傍から一次燃焼が始まるので、燃料ガスGを、バッフル板4にて保炎される状態で、安定的に燃焼させることができる。
【0033】
一次燃焼により、火炎が、二次酸素含有ガス吐出口12から吐出される二次排ガスE2の外周部に、バーナ中心軸心に平行な方向に沿って形成されることから、一次燃焼で形成される火炎は、燃焼量に応じて伸び縮みするものの、その伸び縮みはバーナ中心軸心に平行な方向に沿うものであり、二次酸素含有ガス吐出口12から吐出される二次排ガスE2は、一次燃焼で形成される火炎に沿うように流れている。従って、一次燃焼で形成される火炎の長さが、燃焼量の変化に伴って伸び縮みしても、一次燃焼で形成される火炎に対して、燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスE2が供給されるので、燃焼量の変化にかかわらず、全体として、火炎Fが燃焼筒1のバーナ中心軸心に平行な方向に安定して形成される状態で、一次燃焼と二次燃焼により二段燃焼が安定して行われる。
【0034】
従って、燃焼量が小さいときは、図3において一点鎖線にて示すように、燃料ガス噴出孔14から噴出される燃料ガスGの燃焼は、主として直円筒状吐出案内筒18及び一次酸素含有ガス吐出口4bからの一次排ガスE1による一次燃焼にて行われて、排ガスが過剰となることなく安定して行われ、二次排ガスE2は、火炎Fに接触することなく、燃焼室23内に供給される。燃焼量が、燃焼が主として一次燃焼にて行われる状態に相当する燃焼量よりも大きくなると、図3において実線にて示すように、燃料ガス噴出孔14から噴出される燃料ガスGの燃焼は、一次燃焼による安定した火炎にて保炎されながら、燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスE2が供給される状態で行われて、安定して行われる。もって、燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼させることができる。
【0035】
第1実施形態の燃焼装置BSにおいては、火炎形成方向を燃焼装置BSのバーナ中心軸心に平行な方向に安定化することができるので、バーナ中心軸心に沿う方向に長く、バーナ中心軸心に直交する方向に短い形状の燃焼室23にて燃焼させるのに好適である。
【0036】
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を説明するが、第2実施形態においては、吐出部T及び案内部分Pの構成のみが上記の第1実施形態と異なるので、以下の説明では、第1実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、吐出部T及び案内部分Pについて説明する。
【0037】
図5及び図6に示すように、筒軸心の中央部で45°屈曲した円筒状の屈曲状吐出案内筒41を、その後部の筒軸心がバーナ中心軸心と平行となり、前部の筒軸心が燃焼筒1の径方向外側を向く姿勢で、バッフル板4に対して酸素含有ガス通流方向(具体的には、一次排ガス通流方向)下流側に突出する状態で、後端を筒嵌合用穴4aに内嵌させて設けて、屈曲状吐出案内筒41を案内部分Pとして機能させ、吐出部Tを屈曲状吐出案内筒41にて構成してある。
つまり、屈曲状吐出案内筒41を、一次排ガスE1(酸素含有ガスに相当する)を燃焼筒1の内面に向けて吐出すべく、燃焼筒1の筒軸心、即ちバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成してある。
【0038】
尚、屈曲状吐出案内筒41の両端面は、夫々、筒軸心に直交するように形成してある。第1実施形態と同様に、燃焼筒1の内径が237mm、中間筒2の外径が100mm、内筒3の外径が80mmの場合、屈曲状吐出案内筒41の内径Dが30.7mm、屈曲している筒軸心の両側部分夫々の長さが15.8mmになるように形成して、屈曲状吐出案内筒41の長さLが内径Dの1/2よりも長くなるように構成してある。
【0039】
第2実施形態では、排ガス供給路26から酸素含有ガス室10に供給された排ガスEは、燃焼筒1の後端開口から一次酸素含有ガス流路15に流入し、一次酸素含有ガス流路15を一次排ガスE1として通流して屈曲状吐出案内筒41及び一次酸素含有ガス吐出口4bから吐出され、並びに、接続筒8を通じて二次酸素含有ガス流路11に流入し、二次酸素含有ガス流路11を二次排ガスE2として通流して、二次酸素含有ガス吐出口12から、バーナ中心軸心に沿う方向に吐出される。
一次排ガスE1は、バッフル板4の上流側での一次排ガスE1の通流方向の変動に係らず、屈曲状吐出案内筒41の通流案内作用にて、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けられた状態で、屈曲状吐出案内筒41から吐出され、もって、一次排ガスE1は燃焼筒1の内面に向けて吐出される。
【0040】
つまり、一次排ガスE1は、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けられた状態で吐出され、そのように吐出方向が安定した状態で吐出される一次排ガスE1に対して、燃料ガス噴出孔14から燃料ガスGが噴出されて、一次燃焼が行われるので、その一次燃焼により、火炎形成方向がバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に安定した状態で火炎が形成され、そのように一次燃焼による火炎の形成方向が安定しているので、その一次燃焼による火炎に対して、二次酸素含有ガス吐出口12から二次排ガスE2が適正に吐出されることとなって、二次燃焼も安定して行われ、全体として、火炎Fがバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に安定して形成される状態で、一次燃焼と二次燃焼により二段燃焼が安定して行われる。
又、一次排ガスE1が燃焼筒1の内面に向けて吐出されるので、その一次排ガスE1の冷却作用に燃焼筒1の先端の過熱が防止される。
【0041】
しかも、燃料ガスGは、環状に並ぶ16個の燃料ガス噴出孔14から均等に噴出されるので、各燃料ガス噴出孔14にて形成される火炎Fの長さが揃う状態で、全ての燃料ガス噴出孔14にて均等に燃焼させることができる。
【0042】
第2実施形態の燃焼装置BSにおいては、火炎形成方向を燃焼装置BSのバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に安定化することができるので、燃焼装置BSのバーナ中心軸心に沿う方向に短く、バーナ中心軸心に直交する方向に広い形状の燃焼室23にて燃焼させるのに好適である。
【0043】
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を説明するが、第3実施形態においては、第1実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第1実施形態と異なる構成を説明する。
第1実施形態においては、燃焼装置BSは、酸素含有ガスとして、ガスタービン25からの排ガスEを用いる状態と、空気を用いる状態とに切り換え可能なように構成したが、第3実施形態においては、燃焼装置BSは、酸素含有ガスとして空気のみを用いるように構成する。
【0044】
図7に示すように、第1実施形態と同様に、空気供給路28を風箱9に形成した排ガス受入口9bに接続してあるが、空気供給路28には、第1実施形態において設けた空気用開閉弁31に代えて、燃焼装置BSに供給する燃焼用空気Aの供給量を調節する空気調節弁34を設けてある。そして、図示しない制御装置によって、熱負荷に応じた燃料ガス調節弁29の制御に合わせて、燃料ガス調節弁29により調節される燃料ガスGの供給量に応じて、燃焼用空気Aの供給量を調節するように、空気調節弁34を制御するように構成してある。
【0045】
中間筒2の外部と内筒3内とを連通させる接続筒8の通路横断面積は、第1実施形態よりも小さくすると共に、内筒3の先端を燃焼筒1の先端よりも突出させる量も、第1実施形態よりも少なくし、内筒3の先端開口を、二次酸素含有ガス吐出口12としてある。
【0046】
図7及び図8に示すように、筒軸心が直線状で、横断面形状が筒軸心方向で一定な直角筒状吐出案内筒42を、その筒軸心がバーナ中心軸心と平行となり、且つ、その両端がバッフル板4に対して一次燃焼用空気通流方向に突出する状態で、筒嵌合用穴4aに内嵌させて設けて、直角筒状吐出案内筒42を案内部分Pとして機能させ、吐出部Tを直角筒状吐出案内筒42にて構成してある。
つまり、直角筒状吐出案内筒42を、一次燃焼用空気A1をバーナ中心軸心と平行な方向に方向付けて案内するように構成してある。
【0047】
第3実施形態では、空気供給路28から酸素含有ガス室10に供給された燃焼用空気Aは、燃焼筒1の後端開口から一次酸素含有ガス流路15に流入し、一次酸素含有ガス流路15を一次燃焼用空気A1として通流して直角筒状吐出案内筒42及び一次酸素含有ガス吐出口4bから吐出され、並びに、接続筒8を通じて二次酸素含有ガス流路11に流入し、二次酸素含有ガス流路11を二次燃焼用空気A2として通流して、二次酸素含有ガス吐出口12から、バーナ中心軸心に沿う方向に吐出される。
一次燃焼用空気A1は、バッフル板4の上流側での一次燃焼用空気A1の通流方向の変動に係らず、直角筒状吐出案内筒42の通流案内作用にて、バーナ中心軸心に平行な方向に方向付けられた状態で、直角筒状吐出案内筒42から吐出される。
【0048】
つまり、一次燃焼用空気A1は、バーナ中心軸心に平行な方向に方向付けられた状態で吐出され、そのようにバーナ中心軸心に平行な方向に吐出方向が安定した状態で吐出される一次燃焼用空気A1に対して、燃料ガス噴出孔14から燃料ガスGが噴出されて、一次燃焼が行われるので、その一次燃焼により、火炎形成方向がバーナ中心軸心に平行な方向に安定した状態で火炎が形成され、そのように一次燃焼による火炎の形成方向が安定しているので、その一次燃焼による火炎に対して、二次酸素含有ガス吐出口12から二次燃焼用空気A2が適正に吐出されることとなって、二次燃焼も安定して行われ、全体として、火炎Fがバーナ中心軸心に平行な方向に安定して形成される状態で、一次燃焼と二次燃焼により二段燃焼が安定して行われる。
【0049】
しかも、燃料ガスGは、環状に並ぶ16個の燃料ガス噴出孔14から均等に噴出されるので、各燃料ガス噴出孔14にて形成される火炎Fの長さが揃う状態で、全ての燃料ガス噴出孔14にて均等に燃焼させることができる。
【0050】
第3実施形態の燃焼装置BSは、バッフル板4の上流側での一次燃焼用空気A1の通流方向の変動に係らず、直角筒状吐出案内筒42の通流案内作用にて、一次燃焼用空気A1をバーナ中心軸心に平行な方向に方向付けられた状態で、直角筒状吐出案内筒42から吐出されるので、火炎Fがバーナ中心軸心に平行な方向に安定して形成される状態で、一次燃焼と二次燃焼により二段燃焼が安定して行われる。
【0051】
以下、本発明の第4ないし第6の各実施形態を説明するが、それらの各実施形態においては、吐出部T及び案内部分Pの構成のみが上記の第3実施形態と異なるので、以下の説明では、第3実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、吐出部T及び案内部分Pについて説明する。
【0052】
〔第4実施形態〕
以下、図9及び図10に基づいて第4実施形態を説明する。直円筒状体43を、その筒軸心がバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する姿勢で、両端がバッフル板4に対して一次燃焼用空気通流方向に突出する状態で、筒嵌合用穴4aに内嵌させて設けてある。そして、そのように、筒軸心がバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する姿勢で設けた直円筒状体43(以下、傾斜状設置吐出案内筒43と記載する場合がある)を、案内部分Pとして機能させ、吐出部Tを傾斜状設置吐出案内筒43にて構成してある。
つまり、傾斜状設置吐出案内筒43を、一次燃焼用空気A1をバーナ中心軸心と平行な方向に対して径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成してある。
【0053】
この第4実施形態の燃焼装置BSでは、一次燃焼用空気A1は、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けられた状態で吐出されるので、火炎形成方向を燃焼装置BSのバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に安定化することができ、又、一次燃焼用空気A1が燃焼筒1の内面に向けて吐出されるので、その一次燃焼用空気A1の冷却作用に燃焼筒1の先端の過熱が防止される。
【0054】
〔第5実施形態〕
以下、図11及び図12に基づいて第5実施形態を説明する。
バッフル板4に、筒嵌合用穴4aに代えて、8個の一次酸素含有ガス吐出口4cを周方向に等間隔を隔てて形成し、開口先端面を筒軸心に直交する面に対して傾斜するように形成した直円筒状体44を、その筒軸心がバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する姿勢で、一次酸素含有ガス吐出口4cに連通する状態となるように、開口先端面をバッフル板4の裏面に当て付けて、バッフル板4に対して酸素含有ガス通流方向上流側に突出する状態で設けてある。そして、そのように、筒軸心がバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する姿勢で、一次酸素含有ガス吐出口4cに連通するように設けた直円筒状体44(以下、傾斜状設置吐出案内筒44と記載する場合がある)を、案内部分Pとして機能させ、吐出部Tをバッフル板4の一次酸素含有ガス吐出口4cと傾斜状設置吐出案内筒44にて構成してある。
つまり、傾斜状設置吐出案内筒44を、一次燃焼用空気A1をバーナ中心軸心と平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成してある。
【0055】
例えば、第1実施形態と同様に、燃焼筒1の内径が237mm、中間筒2の外径が100mm、内筒3の外径が80mmの場合、傾斜状設置吐出案内筒44の内径Dが29mm、筒軸心方向の長さLは28mmに設定する。又、傾斜状設置吐出案内筒44の筒軸心がバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する角度は、例えば、15°に設定する。
【0056】
この第5実施形態の燃焼装置BSでは、傾斜状設置吐出案内筒44は、バッフル板4に対して酸素含有ガス通流方向下流側には突出していない。従って、各傾斜状設置吐出案内筒44から吐出される一次排ガス吐出流により、バッフル板4の前面の一次酸素含有ガス吐出口4cの外周部に効果的に負圧域が形成されることになり、燃料ガス噴出孔14から噴出された燃料ガスGをバッフル板4の側に誘引する作用が強くなるので、その誘引燃料ガスGが燃焼することによる保炎作用を一層助長させて、燃料ガスGを、バッフル板4にて保炎される状態で一層、安定的に燃焼させることができる。
【0057】
〔第6実施形態〕
以下、図13及び図14に基づいて第6実施形態を説明する。
開口先端面を筒軸心に直交する面に対して傾斜するように形成した先端面傾斜状吐出案内筒45を、その先端開口が燃焼筒1の径方向外側を向き、且つ、筒軸心がバーナ中心軸心と平行となる姿勢で、その両端がバッフル板4に対して一次燃焼用空気通流方向に突出する状態で、筒嵌合用穴4aに内嵌させて設けて、先端面傾斜状吐出案内筒45を、案内部分Pとして機能させ、吐出部Tを先端面傾斜状吐出案内筒45にて構成してある。
先端面傾斜状吐出案内筒45においては、内部を通流する一次燃焼用空気A1の通流抵抗は、筒軸心方向の長さが長い側の内面の方が短い側の内面よりも大きいことから、一次燃焼用空気A1は筒軸心方向の長さが短い方に向かって流れやすく、バーナ中心軸心と平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に向かって吐出されることとなる。つまり、先端面傾斜状吐出案内筒45は、一次燃焼用空気A1を、バーナ中心軸心と平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成してある。
【0058】
先端面傾斜状吐出案内筒45の先端面は、例えば、筒軸心に直交する面に対して45°傾斜する面に形成してある。そして、第1実施形態と同様に、燃焼筒1の内径が237mm、中間筒2の外径が100mm、内筒3の外径が80mmの場合、例えば、先端面傾斜状吐出案内筒45の内径Dは29mm、筒軸心方向の最長部分の長さLは40mmに設定する。
【0059】
この第6実施形態の燃焼装置BSでは、一次燃焼用空気A1は、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けられた状態で吐出されるので、火炎形成方向を燃焼装置BSのバーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に安定化することができ、又、一次燃焼用空気A1が燃焼筒1の内面に向けて吐出されるので、その一次燃焼用空気A1の冷却作用に燃焼筒1の先端の過熱が防止される。
【0064】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
(イ) 案内部分Pの具体構成は、上記の各実施形態において例示した構成に限定されるものではない。例えば、案内部分Pを樋状部材にて構成して、その樋状部材をバッフル板4の筒嵌合用穴4aに、バッフル板4に対して酸素含有ガス通流方向に突出する状態で内嵌させて設けても良い。
又、先端側ほど小径となる先細状筒状体や、先端側ほど大径となる先太状筒状体にて構成しても良い。又、横断面形状が長円形状となる筒状体や、横断面形状が多角形状となる筒状体にて構成してもよい。
【0065】
(ロ) 案内部分Pが酸素含有ガスを方向付けて吐出するように案内する際の案内方向は、上記の実施形態において例示した方向、即ち、バーナ中心軸心に平行な方向や、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に限定されるものではなく、燃焼室の形状等に応じて、適宜設定可能である。例えば、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向内側に傾斜する方向や、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の周方向に傾斜する方向でも良い。
又、案内部分Pを、酸素含有ガスを燃焼筒1の内面に向けて吐出すべく、酸素含有ガスを、バーナ中心軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成する場合、案内方向を、燃焼筒1の筒軸心に平行な方向に対して燃焼筒1の径方向外側に傾斜させる角度は、燃焼室の形状等に応じて、適宜設定することが可能である。
【0066】
(ハ) 案内部分Pにおける筒軸心方向の長さLと内径Dとの関係は、適宜設定することが可能であり、L<0.5Dの関係でも良いが、酸素含有ガスの吐出方向を一段と安定化させるには、L≧0.5Dとするのが好ましく、特に、L=Dとすると、案内部分Pの長さを不必要に長くするのを防止しながら、酸素含有ガスの吐出方向を可及的に安定化させることができる。
【0067】
(ニ) 上記の第1ないし第6の各実施形態においては、燃料ガス噴出部Hを、中間筒2の周壁に穿設する燃料ガス噴出孔12にて構成する場合について例示したが、中間筒2の周壁に、その周壁から突出する状態で設ける筒状のガスノズルにて構成しても良い。
(ホ) 上記の第1ないし第6の各実施形態においては、中間筒2に予混合用導入孔2aを形成して、燃料ガス室16内で燃料ガスGに酸素含有ガスを予混合する予混合構成を備える場合について例示したが、予混合用導入孔2aを省略して、予混合構成を省略しても良い。
(ヘ) 上記の第1ないし第6の各実施形態においては、バッフル板4に、一次酸素含有ガス吐出口4bを形成したが、一次酸素含有ガス吐出口4bは省略が可能である。
【0068】
(ト) 案内部分Pを備える状態に構成した吐出部Tを、バッフル板4に周方向に等間隔を隔てて設けるに当たって、その個数は、上記の第1ないし第6の各実施形態において例示した8個に限定されるものではなく、燃焼装置BSの大きさや燃焼能力に応じて適宜設定可能である。例えば、6個あるいは12個でも良い。
【0069】
(チ) 上記の第1及び第2の各実施形態において、酸素含有ガスとしての排ガスEは、ガスタービン25の燃焼排ガスに限定されるものではなく、エンジンの燃焼排ガスや、塗装処理装置等の各種処理装置から排出される臭気性排ガス等を用いることができる。
又、第1及び第2の各実施形態において、酸素含有ガスとして、排ガスEと燃焼用空気とを混合したものを用いても良い。
又、上記の第3ないし第6の各実施形態において、酸素含有ガスとして、ガスタービンやエンジン等の燃焼式原動機の燃焼排ガス、あるいは、塗装処理装置等の各種処理装置から排出される臭気性排ガス等を用いることができる。
【0070】
(リ) 本発明の燃焼装置の用途は、上記の各実施形態において例示した貫流ボイラに限定されるものではなく、各種形式の蒸気ボイラや温水ボイラ、各種の炉、吸収式冷温水機等で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態に係る燃焼装置を設けた貫流ボイラの縦断面図
【図2】 第1実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図3】 第1実施形態に係る燃焼装置の要部の縦断面図
【図4】 第1実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図5】 第2実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図6】 第2実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図7】 第3実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図8】 第3実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図9】 第4実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図10】 第4実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図11】 第5実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図12】 第5実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図13】 第6実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図14】 第6実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図15】 従来の燃焼装置の縦断面図
【図16】 従来の燃焼装置の正面図
【符号の説明】
1 燃焼筒
3 内筒
4 整流板
15 一次酸素含有ガス流路
H 燃料ガス噴出部
P 案内部分
T 吐出部
Claims (3)
- 酸素含有ガスを通流させて、燃料ガス噴出部に導く燃焼筒が設けられ、
その燃焼筒内における先端よりも後方に、その燃焼筒内を通流する酸素含有ガスを吐出する吐出部を備えた整流板が、前記燃焼筒を横断する姿勢で設けられ、
前記燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスを、前記吐出部から吐出される酸素含有ガスにて燃焼させるように構成された燃焼装置であって、
前記吐出部が、前記整流板に対して前記燃焼筒内における酸素含有ガス通流方向に突出する案内部分を備える状態に構成され、
前記燃焼筒の内部に、二次燃焼のための二次酸素含有ガスを通流させる内筒が設けられ、
前記燃焼筒にて、一次燃焼のための一次酸素含有ガスを通流させる一次酸素含有ガス流路が、前記燃焼筒の筒軸心に沿う軸心方向視において、前記内筒の外側に環状に形成され、
前記整流板が環状に形成されて、環状の前記一次酸素含有ガス流路内に設けられ、
前記吐出部から吐出された一次酸素含有ガスに対して、前記燃料ガス噴出部から燃料ガスを噴出して、火炎を形成するように構成され、且つ、その火炎に対して前記内筒から二次酸素含有ガスが吐出されるように構成されている燃焼装置。 - 前記案内部分が筒状に形成され、その筒状の案内部分における筒軸心方向の長さLと内径Dとの関係が、L≧0.5Dになるように構成されている請求項1記載の燃焼装置。
- 前記案内部分が、酸素含有ガスを前記燃焼筒の内面に向けて吐出すべく、酸素含有ガスを、前記燃焼筒の筒軸心に平行な方向に対して前記燃焼筒の径方向外側に傾斜する方向に方向付けて案内するように構成されている請求項1又は2記載の燃焼装置。
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