JP5464405B2

JP5464405B2 - バーナ

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Publication number: JP5464405B2
Application number: JP2009107049A
Authority: JP
Inventors: 貴志新藤
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: JP2010255931A

Description

本発明は、主としてボイラに用いられるバーナに関するものである。

従来、たとえば下記特許文献１に開示されるように、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルとの二つのノズルを有するバーナが知られている。この種のバーナでは、低燃焼時には、低燃焼用ノズルからは燃料を噴霧するが、高燃焼用ノズルからは燃料を噴霧せず、高燃焼時には、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルとの双方から燃料を噴霧する。

特開２００８−２１５７９１号公報（図５）

昨今、バイオ燃料が注目され、徐々に実用化されている。たとえば、食品残渣などを用いてアルコールを生成し、ボイラの燃料とする試みもある。しかしながら、重油や軽油などのこれまでの標準燃料と比較して、アルコールは揮発し易いという違いがある。そのため、この種の揮発性の高い液体燃料を、前記特許文献１に開示されるような一対のノズルを備えるバーナで燃焼させると、不都合を生じるおそれがある。

具体的には、低燃焼時には、高燃焼用ノズルは燃料を噴霧せずに停止状態にあるので、その間、低燃焼ノズルからの燃料の燃焼による熱を受け、高燃焼用ノズル内（電磁弁からノズルチップまでの間）の燃料が揮発してしまうおそれがある。また、ボイラは、蒸気の使用負荷に応じて、典型的には高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御されるが、停止による待機時にも、それまでの燃焼による熱を炉内から受けるので、各ノズル内の燃料が揮発してしまうおそれがある。これらの場合、ノズルから燃料の噴霧が円滑になされず、不着火になったり、空気比の乱れから失火に至ったりするおそれがある。

さらに、従来のバーナのように、二つのノズルを備えていても単一燃料を燃焼させるのでは、燃料切れになった場合には、ボイラの運転が継続できないという問題がある。たとえば、バイオ燃料としてのアルコールを用いる場合、アルコールの貯蓄量が一定しないおそれがあるので、アルコール切れでもボイラを安定して運転したい場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、アルコールのように揮発性の高い燃料を用いる場合でも、不着火や失火を防止することにある。また、一方の燃料がなくなっても、他方の燃料でボイラの運転を継続可能とすることにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、第一ノズルと第二ノズルとを備え、前記第一ノズルには液体燃料が供給される一方、前記第二ノズルにも液体燃料が供給され、前記第一ノズルに供給される液体燃料は、前記第二ノズルに供給される液体燃料よりも揮発性の高い燃料とされ、前記第一ノズルからの燃料吐出を継続した状態で、前記第二ノズルからの燃料吐出量を変えるバーナであって、前記第一ノズルからの燃料吐出を停止した状態で、前記第二ノズルから燃料吐出して着火後、前記第一ノズルからも燃料吐出して前記第一ノズルからの燃料の燃焼を開始後は、前記第一ノズルからの燃料吐出を継続した状態で、前記第二ノズルからの燃料吐出の有無を変えることを特徴とするバーナである。

請求項１に記載の発明によれば、二種類の燃料を用い、揮発性の高い液体燃料が供給される第一ノズルからの燃料吐出を継続した状態で、それよりも揮発性の低い液体燃料が供給される第二ノズルからの燃料吐出量を変える。揮発性の高い燃料が供給される第一ノズルが待機状態となるのを減らすことで、燃焼移行時の失火を防止することができる。なお、「第二ノズルからの燃料吐出量を変える」には、第二ノズルからの燃料吐出の有無を変える場合も含まれる。

請求項１に記載の発明によれば、たとえば重油や軽油などの従来からの標準燃料など、比較的揮発性の低い液体燃料を用いて、第二ノズルからの燃料吐出で着火することで、着火を安定して確実に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、前記第一ノズルから燃料吐出を開始する際、前記第一ノズルへの燃料供給弁を予め一回または複数回開閉することを特徴とする請求項１に記載のバーナである。

請求項２に記載の発明によれば、第一ノズルから燃料吐出を開始する際、第一ノズルへの燃料供給弁を予め一回または複数回開閉することで、第一ノズル内の燃料気化による空洞部を埋めて、確実で安定した燃焼移行を実現することができる。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記各ノズルに供給される各燃料の内、いずれか一方の燃料がなくなった場合には、その燃料を吐出するノズルを用いることなく、他方の燃料を吐出するノズルを用いて、燃料の燃焼を継続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバーナである。

請求項３に記載の発明によれば、二種類の燃料の内、一方の燃料が切れても、他方の燃料だけで燃焼を継続することで、ボイラの運転を継続することができる。

本発明によれば、アルコールのように揮発性の高い燃料を用いる場合でも、不着火や失火を防止することができる。また、一方の燃料がなくなっても、他方の燃料でボイラの運転を継続することができる。

本発明の一実施例のバーナが設けられたボイラの一例を示す概略図であり、一部を省略して示すと共に一部を断面にして示している。図１のバーナの燃焼量の変化の一例を示す概略図であり、ハッチングを施した箇所が燃料の供給状態を示している。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例のバーナが設けられたボイラの一例を示す概略図であり、一部を省略して示すと共に一部を断面にして示している。

このボイラ１は、円筒状に配列された多数の水管２，２，…を有し、その円筒状の水管列３の径方向中央上部に、バーナ４が下方へ向けて設けられる。バーナ４から吐出される燃料は、円筒状の水管列３の内側で燃焼を図られる。つまり、円筒状の水管列３の内側が、燃焼室５として機能する。

本実施例のバーナ４は、液体燃料を燃焼させるものであり、第一ノズル６と第二ノズル７との二つのノズルを備える。第一ノズル６は、第一ノズルパイプ８と、その先端部に設けられる第一ノズルチップ９とから構成される。また、第二ノズル７は、第二ノズルパイプ１０と、その先端部に設けられる第二ノズルチップ１１とから構成される。

第一ノズルパイプ８と第二ノズルパイプ１０とは、それぞれ軸線を上下方向へ沿って配置され、隣接して並列に設けられる。この際、第一ノズルチップ９と第二ノズルチップ１１とは、図示例では隣接して同一高さに設けられる。

第一ノズル６は、第一ノズルパイプ８へ供給される燃料を、第一ノズルチップ９から下方へ噴霧する。第二ノズル７は、第二ノズルパイプ１０へ供給される燃料を、第二ノズルチップ１１から下方へ噴霧する。各ノズルチップ９，１１からの燃料の噴霧は、本実施例では、各ノズルパイプ８，１０への燃料供給弁１２，１３としての電磁弁の開閉により切り替えられる。

具体的には、第一ノズル６には、燃料が、第一ポンプ１４、第一元弁１５および第一燃料供給弁１２を介して供給される。また、第二ノズル７には、燃料が、第二ポンプ１６、第二元弁１７および第二燃料供給弁１３を介して供給される。そして、第一元弁１５と第二元弁１７とは、ボイラ１の運転時には開放状態に維持される。従って、第一ノズル６への燃料供給の有無は、電磁弁から構成される第一燃料供給弁１２を開閉することで切り替えられ、第二ノズル７への燃料供給の有無は、電磁弁から構成される第二燃料供給弁１３を開閉することで切り替えられる。この際、第一ポンプ１４は、第一燃料供給弁１２の開放時に作動され、第二ポンプ１６は、第二燃料供給弁１３の開放時に作動される。

このようにして、本実施例では、第一ノズル６からの燃料の噴霧は、第一燃料供給弁１２により切り替えられ、第二ノズル７からの燃料の噴霧は、第二燃料供給弁１３により切り替えられる。但し、一方または双方のノズル６，７は、燃料噴霧の有無だけでなく流量を変えてもよい。たとえば、第二ノズルパイプ１０の中途に、第二ポンプ１６より上流側への戻し路を設け、それによる戻し量を調整することで、第二ノズル７からの燃料噴霧の流量を変えてもよい。その場合、噴霧流量の調整により、後述する低燃焼状態と高燃焼状態との間の燃焼移行を、より円滑に行うことができる。

本実施例のバーナ４は、第一ノズル６へ供給される燃料と、第二ノズル７へ供給される燃料とが異なったものとされる。第一ノズル６へ供給される燃料を第一燃料といい、第二ノズル７へ供給される燃料を第二燃料ということにする。第一燃料は、第二燃料よりも揮発性の高い燃料とされる。たとえば、第二燃料は、重油、軽油または灯油のような従来からの標準燃料とされ、第一燃料は、前記標準燃料よりも揮発性の高いエタノールのようなアルコールとされる。このように、本実施例のバーナ４では、一対のノズル６，７の内、揮発性の高い燃料が供給される側を第一ノズル６とし、標準燃料が供給される側を第二ノズル７と定義できる。

本実施例のバーナ４は、燃焼室５内へ燃焼用空気を供給する給気筒１８をさらに備える。図示例では、給気筒１８は、同心円筒状に配置された内外二重の筒体から構成される。そして、この給気筒１８の軸線に沿って、前記各ノズルパイプ８，１０が設けられる。この際、給気筒１８の下方開口部の直前まで、各ノズルパイプ８，１０が差し込まれて設けられる。

また、本実施例のバーナ４は、給気筒１８の下方に燃焼筒１９をさらに備える。また、給気筒１８の上部には、ウィンドボックス２０が設けられ、ここに送風機（図示省略）から空気が供給される。送風機からの空気は、ウィンドボックス２０および給気筒１８を介して、燃焼用空気として燃焼室５内へ供給される。各ノズル６，７から燃料を噴霧して燃焼を図る際には、所望量の空気がこのようにして燃焼室５内へ供給される。

図２は、本実施例のバーナ４の燃焼量の変化の一例を示す概略図であり、ハッチングを施した箇所が燃料の供給状態を示している。同図において、（ａ）はバーナの停止時、（ｂ）は着火時、（ｃ）は高燃焼時、（ｄ）低燃焼時、（ｅ）は高燃焼時、（ｆ）は低燃焼時、および（ｇ）は停止時を示している。また、同図において、各燃焼段階に示した左右一対のノズルの内、左側が第一ノズル６を示し、右側が第二ノズル７を示している。また、同図下部のタイミングチャートにおいて、下段が第一ノズル６からの燃料噴霧（具体的には第一燃料供給弁１２の開放）の有無を示し、上段が第二ノズル７からの燃料噴霧（具体的には第二燃料供給弁１３の開放）の有無を示している。

本実施例では、ボイラ１は、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で燃焼量が制御される。この燃焼量の制御は、周知のとおり、ボイラ１からの蒸気圧に基づき、蒸気の使用負荷を監視して、圧力スイッチ（図示省略）により行うことができる。

本実施例のバーナ４は、図２（ｂ）に示すように、着火時には、第二ノズル７のみから燃料が噴霧され、第一ノズル６から燃料は噴霧されない。すなわち、着火時には、点火装置（図示省略）を作動させた状態で第二ノズル７から燃料を噴霧し、点火装置による火花により、第二ノズル７からの燃料に直接に着火する。本実施例では、第二ノズル７からは標準燃料（たとえばＡ重油）が噴霧されるので、従来公知のボイラと同様に、安定した着火がなされる。

その後、高燃焼状態へ移行するには、同図（ｃ）に示すように、第二ノズル７に加えて第一ノズル６からも燃料を噴霧すればよい。次に、高燃焼状態から低燃焼状態へ移行するには、同図（ｄ）に示すように、第一ノズル６からの燃料噴霧を停止するのではなく、第二ノズル７からの燃料噴霧を停止する。つまり、揮発性の高い方の第一燃料の噴霧を停止するのではなく、標準燃料の噴霧を停止する。

その後、さらに低燃焼状態から高燃焼状態へ移行するには、同図（ｅ）に示すように、第一ノズル６に加えて第二ノズル７からも燃料を噴霧し、逆に、高燃焼状態から低燃焼状態へ移行するには、同図（ｆ）に示すように、第二ノズル７からの燃料の噴霧を停止すればよい。そして、燃焼を停止する場合には、同図（ｇ）に示すように、両方のノズル６，７からの燃料の噴霧を停止すればよい。

このような一連の動作は、各ノズル６，７への燃料噴霧の有無を切り替える各燃料供給弁１２，１３の開閉により行うことができる。また、燃焼量の移行に伴い、送風機から燃焼室５へ供給される空気量が調整されることは言うまでもない。

本実施例のバーナ４によれば、着火時（最初の低燃焼時）には、標準燃料で安定して確実な着火を行い、その後、揮発性の高い燃料の噴霧を一旦開始した後は、その噴霧を継続した状態で、標準燃料の噴霧の有無で燃焼量を切り替える。揮発性の高い燃料の燃焼を継続させることで、揮発性の高い燃料を噴霧する第一ノズル６が停止されることがなく、第一ノズル６内の燃料が気化してしまうのが防止される。

なお、従来のバーナでは、着火時を含め低燃焼時には、常に、低燃焼用ノズルのみが用いられるが、本実施例のバーナ４では、着火時（初回の低燃焼）には第二ノズル７が用いられる一方、その後の低燃焼時には第一ノズル６が用いられる点で、従来のバーナと異なる。

また、本実施例のバーナ４によれば、標準燃料と揮発性の高い燃料との二種類の燃焼が同時に用いられる。従って、いずれか一方がなくなった場合にも、他方の燃料を用いて、低燃焼状態のみではあるが、燃焼を継続させてボイラ１の運転を継続することができる。

本発明のバーナ４は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、異なった燃料が供給される一対のノズル６，７を備え、その二種類の燃料の内、より揮発性の高い燃料の噴霧を継続した状態で、もう一方の燃料の噴霧量を変える構成であれば、燃料の種類、ボイラ１およびバーナ４の構成および制御は適宜に変更可能である。さらに、ボイラ１以外のバーナにも同様に適用可能である。

また、前記実施例では、一対のノズル６，７に異なる燃料を供給したが、たとえば、ノズルを４本備え、その内の１本に揮発性の高い燃料を供給し、残りの３本に標準燃料を供給してもよい。その場合も、前記実施例と同様に、揮発性の高い燃料を噴霧するノズルと標準燃料を噴霧するノズル１本とを連動させて、その噴霧を継続した状態で、残り２本のノズルからの標準燃料の噴霧量を変えてもよい。

また、前記実施例では、一対のノズル６，７に異なる燃料を供給しても、そのノズルチップ９，１１を変えることで、各ノズル６，７から噴霧される燃料の発熱量を同等として、双方のノズル６，７から燃料を噴霧すれば１００％燃焼状態となり、片方のノズル６（７）から燃料を噴霧すれば５０％燃焼状態となるようにしたが、これらは適宜に変更可能である。

また、前記実施例において、初回の低燃焼状態から高燃焼状態へ移行するために、第一ノズル６からの燃料噴霧を開始する際、予め第一燃料供給弁１２を一回または複数回開閉してもよい。これにより、第一ノズル６内の燃料が気化していても、その空洞部を燃料で埋めることができる。その後、改めて第一ノズル６から燃料噴霧を継続して行い、この際に燃焼用空気の流量も変えることで、空気比を所望に維持して燃焼移行を図ることができる。

また、前記実施例では、着火時には標準燃料を用いたが、着火時にもアルコールなどの揮発性の比較的高い燃料を用いてもよい。つまり、着火時に、第二ノズル７ではなく、第一ノズル６を用いてもよい。その場合も、それまでの待機時に第一ノズル６内の燃料が気化しているおそれがあるので、実際の着火動作の直前に、予め第一燃料供給弁１２を一回または複数回開閉してもよい。これにより、第一ノズル６内の燃料が気化していても、その空洞部を燃料で埋めることができる。その後、改めて第一ノズル６から燃料噴霧を継続して行えばよい。

さらに、前記実施例では、第一ノズル６からはアルコールのような揮発性の高い燃料を噴霧し、第二ノズル７からは重油、軽油または灯油のような従来からの標準燃料を噴霧し、両ノズル６，７から液体燃料を噴霧する構成としたが、第二ノズル７からは液体燃料ではなく気体燃料を吐出してもよい。すなわち、第一ノズル６からはアルコールのような揮発性を有する液体燃料を噴霧し、第二ノズル７からは都市ガス、天然ガスまたは液化石油ガスのような気体燃料を吐出する構成としてもよい。この場合、第二ノズル７による標準燃料が液体燃料から気体燃料になるだけで、その制御は前記実施例と同様である。但し、液体燃料が気体燃料となるため、第二ノズル７の構成は、従来公知の各種のガスバーナの構成に変更される。

１ボイラ
４バーナ
６第一ノズル
７第二ノズル
１２第一燃料供給弁
１３第二燃料供給弁

Claims

第一ノズルと第二ノズルとを備え、
前記第一ノズルには液体燃料が供給される一方、前記第二ノズルにも液体燃料が供給され、
前記第一ノズルに供給される液体燃料は、前記第二ノズルに供給される液体燃料よりも揮発性の高い燃料とされ、
前記第一ノズルからの燃料吐出を継続した状態で、前記第二ノズルからの燃料吐出量を変えるバーナであって、
前記第一ノズルからの燃料吐出を停止した状態で、前記第二ノズルから燃料吐出して着火後、前記第一ノズルからも燃料吐出して前記第一ノズルからの燃料の燃焼を開始後は、前記第一ノズルからの燃料吐出を継続した状態で、前記第二ノズルからの燃料吐出の有無を変える
ことを特徴とするバーナ。
前記第一ノズルから燃料吐出を開始する際、前記第一ノズルへの燃料供給弁を予め一回または複数回開閉する
ことを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
前記各ノズルに供給される各燃料の内、いずれか一方の燃料がなくなった場合には、その燃料を吐出するノズルを用いることなく、他方の燃料を吐出するノズルを用いて、燃料の燃焼を継続する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバーナ。