JP5776241B2 - バーナおよびボイラ - Google Patents

Description

本発明は、燃焼量を変更可能なバーナと、そのようなバーナを備えたボイラに関するものである。

従来、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの二つのノズルを備え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のみ燃料を噴霧し、高燃焼時には、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの双方から燃料を噴霧する。

この種のバーナでは、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの二つのノズルを備えるので、両ノズル間の中点をバーナ中心軸に合わせて配置されるのが通常である。そのため、いずれのノズルもバーナ中心軸から偏心して配置され、それ故、燃焼室内で火炎に偏りが生じ、燃焼性に改善の余地があった。

そこで、下記特許文献１に開示されるように、低燃焼時の燃焼性を改善するために、低燃焼用ノズル（４）を高燃焼用ノズル（５）よりもバーナ中心軸（８）（燃焼室中心軸（７））に近くなるよう配置したバーナ（１）が提案されている。

特開２００３−３０２０１０号公報

しかしながら、そもそも高燃焼時に、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの二つのノズルから燃焼を噴霧するのでは、各ノズルからの燃料や火炎に重なりが生じてしまい、局所的に高温部が生成されてしまうことが避けられない。

本発明が解決しようとする課題は、各燃焼段階の燃焼性を改善するバーナおよびボイラを提供することにある。

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、燃料の送り路と戻り路とが接続され、戻り路の流量を調整して噴霧量を変化させるリターンフローノズルと、このリターンフローノズルに着火させるための着火用ノズルとを備え、前記リターンフローノズルは、バーナ中心軸に沿って配置されるか、前記着火用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置され、前記リターンフローノズルが前記着火用ノズルで着火された後、前記リターンフローノズルのみで燃料を噴霧し、前記リターンフローノズルの噴霧量を調整して、燃焼量を変更し、前記各ノズルを取り囲むように円筒状の整流筒が設けられ、その整流筒を取り囲むように円筒状のエアレジスタが設けられ、前記整流筒と前記エアレジスタとの間の円筒状空間には、周方向等間隔に複数の空気パイプが、前記エアレジスタを上下に貫通するよう設けられ、燃焼用空気が、第一空気路により前記整流筒および前記空気パイプを介して供給されると共に、第二空気路により前記エアレジスタを介して供給され、送風機からの空気は、共通空気路を介して、前記第一空気路と前記第二空気路とに分岐され、前記共通空気路には第一ダンパが設けられ、前記第二空気路には第二ダンパが設けられ、前記第一空気路にはダンパが設けられず、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で燃焼量を変化させるか、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で燃焼量を変化させ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、リターンフローノズルを用いて燃焼量を変化させるので、高燃焼時に複数のノズルから同時に噴霧することもなく、燃料や火炎の重なりを防止して、局所的な高温部の発生を防止し、燃焼性を改善することができる。さらに、リターンフローノズルを、バーナ中心軸に沿って配置するか、着火用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置するので、燃焼性を改善することができる。

請求項１に記載の発明によれば、まずは着火用ノズルに着火し、その火炎をリターンフローノズルへ移して、リターンフローノズルが着火後には、リターンフローノズルのみで燃料を噴霧することができる。このようにして、リターンフローノズルの着火を円滑に行うことができる。

さらに、請求項２に記載の発明は、円筒状の燃焼室の上部中央に、下方へ向けて前記バーナが設けられ、前記リターンフローノズルは、燃焼室中心軸に沿って配置されるか、前記着火用ノズルよりも燃焼室中心軸に近くなるよう配置されることを特徴とする請求項１に記載のバーナを備えたボイラである。

請求項２に記載の発明によれば、リターンフローノズルを、燃焼室中心軸に沿って配置するか、着火用ノズルよりも燃焼室中心軸に近くなるよう配置することで、燃焼段階によらず燃焼性を改善したボイラとすることができる。

本発明によれば、各燃焼段階の燃焼性を改善したバーナおよびボイラを実現することができる。

本発明のバーナの一実施例を示す概略縦断面図である。 図１におけるバーナのノズル先端部の拡大図である。 図２におけるIII−III断面図である。

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、本発明のバーナの一実施例を示す概略縦断面図である。また、図２は、図１におけるバーナのノズル先端部の拡大図であり、図３は、そのIII−III断面図である。

本実施例のバーナ１は、液体燃料を燃焼させるバーナであり、リターンフローノズル２と着火用ノズル３との二つのノズル２，３を備える。各ノズル２，３は、それぞれ、ノズルパイプ４，５の先端部にノズルチップ６，７が設けられて構成される。

各ノズル２，３は、それぞれ、軸線を上下方向へ沿って配置され、近接して並列に設けられる。この際、各ノズル２，３のノズルチップ６，７同士は、近接してほぼ同一高さに配置される。

着火用ノズル３には、点火装置８が設けられる（図３）。具体的には、着火用ノズル３に近接して着火碍子が設けられ、その下端部の電極１０，１０間にスパークを発生させることで、着火用ノズル３からの噴霧燃料に点火することができる。

各ノズル２，３には、それぞれ、オイルタンク１１からの燃料が、給油路１２を介して供給可能とされる。具体的には、オイルタンク１１からの給油路１２は、燃料ポンプ１３と第一燃料元弁１４とを介した後、二股に分岐され、一方の給油路１５はリターンフローノズル用燃料弁１６を介してリターンフローノズル２に接続され、他方の給油路１７は着火ノズル用燃料弁１８を介して着火用ノズル３に接続される。

リターンフローノズル２は、オイルタンク１１からの燃料の送り路（給油路）１５の他、オイルタンク１１への燃料の戻り路１９も接続される。戻り路１９には、リターンフローノズル２の側から順に、流量調整弁２０、第二燃料元弁２１および逆止弁２２が設けられる。

各燃料元弁１４，２１は、ボイラの運転時には開放状態に維持される。従って、燃料ポンプ１３を作動させた状態で着火ノズル用燃料弁１８を開くと、着火用ノズル３へ燃料が供給され、そのノズルチップ７から下方へ燃料が略円錐状に噴霧される。一方、燃料ポンプ１３を作動させた状態でリターンフローノズル用燃料弁１６を開くと、リターンフローノズル２へ燃料が供給され、そのノズルチップ６から下方へ燃料が略円錐状に噴霧される。この際、流量調整弁２０の開度を調整して、戻り路１９を介してオイルタンク１１へ戻す流量、言い換えれば戻り路１９の油圧を調整することにより、リターンフローノズル２からの噴霧量を変化させることができる。

バーナ１は、さらに、各ノズル２，３を取り囲むように、整流筒２３とエアレジスタ２４とを備える。整流筒２３とエアレジスタ２４とは、それぞれ円筒状であり、その軸線を上下方向へ沿って配置されると共に、同心円筒状に配置される。そして、各ノズル２，３は、整流筒２３の径方向中央部において、整流筒２３の上部開口から下端部まで差し込まれた状態で保持される。これにより、各ノズル２，３を取り囲むように整流筒２３が設けられ、その整流筒２３を取り囲むようにエアレジスタ２４が設けられる。

整流筒２３の下部開口には、バッフル板２５が設けられる。このバッフル板２５は、整流筒２３の下部開口を塞ぐように設けられる邪魔板であるが、図２および図３に示すように、各ノズルチップ６，７および点火装置８の下端部と対応した箇所に開口２６が形成されている。

整流筒２３とエアレジスタ２４との間の円筒状空間の下端部には、所望により空気開口形成板２７が設けられる。本実施例では、円環状の板材からなる空気開口形成板２７が設けられ、この空気開口形成板２７には周方向等間隔に同一形状の複数の開口２８，２８，…が形成されている。この際、空気開口形成板２７に単に開口を形成するだけでもよいが、本実施例では、空気開口形成板２７から下方へ突出して短円筒状の空気ノズル２９を設けている。各空気ノズル２９は、整流筒２３およびエアレジスタ２４と同心円状に配置される。

このようにして、整流筒２３とエアレジスタ２４との間の円筒状空間は、周方向等間隔に配置された複数の空気ノズル２９の中空穴を介して、下方へ開口する。但し、空気開口形成板２７に設ける開口や空気ノズル２９の個数や形状は適宜に変更可能である。また、場合により、空気開口形成板２７の設置を省略して、整流筒２３とエアレジスタ２４との間の円筒状空間の全域を開口させてもよい。

さらに、整流筒２３とエアレジスタ２４との間の円筒状空間には、周方向等間隔に複数の空気パイプ３０が設けられる。各空気パイプ３０は、その軸線を上下方向へ沿って配置され、上端部がエアレジスタ２４より上方へ延出する一方、下端部がエアレジスタ２４よりも下方へ延出し、図示例の場合、空気ノズル２９に差し込まれて空気ノズル２９の下端部付近まで延出している。

整流筒２３およびエアレジスタ２４の下方には、燃焼筒３１が設けられる。燃焼筒３１は、整流筒２３の周方向に配置された複数の空気ノズル２９，２９，…を取り囲む大きさの円筒状で、エアレジスタ２４と同等の直径を有する短円筒状である。また、燃焼筒３１は、整流筒２３およびエアレジスタ２４と同心に配置され、適宜の取付材（図示省略）によりエアレジスタ２４の下端部に保持され、図示例では、各空気ノズル２９の下端部が燃焼筒３１の上端部とほぼ対応した高さに配置される。

バーナ１は、さらに、下方へのみ開口した略円筒状のウィンドボックス３２を備える。ウィンドボックス３２の下部開口付近に設けた円環状の取付板３３に、エアレジスタ２４の外周部に設けたフランジ３４が保持される。これにより、ウィンドボックス３２は、整流筒２３の開口２６、エアレジスタ２４の開口２８（空気ノズル２９）、および空気パイプ３０を介してのみ、下方へ開口する。

ウィンドボックス３２の周側壁上部には、送風機（図示省略）からの空気路（第一空気路３５、第二空気路３６）が接続される。各ノズル２，３から燃料を噴霧して燃焼を図る際には、ダンパ（第一ダンパ３７、第二ダンパ３８）や送風機を制御して、燃焼量に応じた量の空気が燃焼用空気として燃焼室内へ送り込まれる。

本実施例では、ウィンドボックス３２は、仕切板３９で上下に仕切られている。そして、送風機からの空気は、共通空気路４０を介して、第一空気路３５と第二空気路３６とに分岐されて、ウィンドボックス３２の上下の各空間へ供給される。共通空気路４０には、第一ダンパ３７が設けられ、第二空気路３６には第二ダンパ３８が設けられている。

ウィンドボックス３２の上部空間には、整流筒２３と各空気パイプ３０の上端部が開口する。このような構成であるから、第一空気路３５を介してウィンドボックス３２の上部空間に供給された空気は、整流筒２３および各空気パイプ３０の上部開口へ送り込まれる。そして、その空気は、整流筒２３の内側を通りバッフル板２５の開口２６から吐出されると共に、空気パイプ３０の中空穴を通りその下部開口から吐出される。

一方、ウィンドボックス３２の下部空間には、エアレジスタ２４の上端部が開口する。そのため、第二空気路３６を介してウィンドボックス３２の下部空間に供給された空気は、エアレジスタ２４の上部開口へ送り込まれる。そして、その空気は、整流筒２３とエアレジスタ２４との間の円筒状空間を通りその下部開口（空気ノズル２９）から吐出される。

このようなバーナ１は、ボイラ４１の缶体４２上部に設けられる。この缶体４２は、典型的には、多数の水管を円筒状に配列して構成される。そして、その円筒状の水管列の径方向中央上部に、バーナ１が下方へ向けて設けられる。バーナ１から吐出される燃料は、円筒状の水管列の内側で燃焼を図られる。つまり、円筒状の水管列の内側が、燃焼室として機能する。

本実施例では、リターンフローノズル２は、バーナ中心軸Ｘに沿って配置されるか、着火用ノズル３よりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置される。バーナ中心軸Ｘとは、整流筒２３の中心軸であり、また通常、缶体４２および燃焼室の中心軸と一致する。

本実施例のボイラ４１は、まずは点火装置８を用いて着火用ノズル３からの噴霧燃料に点火し、その後、着火用ノズル３からの火炎をリターンフローノズル２からの噴霧燃料に移した後、着火用ノズル３からの燃料の噴霧を停止すればよい。そして、流量調整弁２０の開度を調整して、リターンフローノズル２からの噴霧量を調整して、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４１からの蒸気圧に基づき、蒸気の使用負荷を監視して、圧力センサ（圧力スイッチを含む）により行うことができる。この際、たとえば、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御してもよいし、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で制御してもよい。

本実施例のバーナ１およびボイラ４１によれば、リターンフローノズル２を用いて燃焼量を変化させるので、高燃焼時に複数のノズルから同時に噴霧することもなく、燃料や火炎の重なりを防止して、局所的な高温部の発生を防止し、燃焼性を改善することができる。さらに、リターンフローノズル２を、バーナ中心軸Ｘに沿って配置するか、着火用ノズル３よりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置するので、燃焼性を改善することができる。

本発明のバーナ１およびボイラ４１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、燃焼用空気は、第一空気路３５により整流筒２３および空気パイプ３０を介して燃焼室へ供給すると共に、第二空気路３６によりエアレジスタ２４を介して燃焼室へ供給したが、燃焼用空気をどのように燃焼室へ供給するかは適宜に変更可能である。要は、リターンフローノズル２とその着火用ノズル３とを備え、リターンフローノズル２をバーナ中心軸Ｘに沿って配置するか、着火用ノズル３よりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置すれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

１ バーナ
２ リターンフローノズル
３ 着火用ノズル
１５ 送り路（給油路）
１９ 戻り路
２０ 流量調整弁
２３ 整流筒
２４ エアレジスタ
４１ ボイラ
Ｘ バーナ中心軸

Claims (2)

1. 燃料の送り路と戻り路とが接続され、戻り路の流量を調整して噴霧量を変化させるリターンフローノズルと、
   このリターンフローノズルに着火させるための着火用ノズルとを備え、
   前記リターンフローノズルは、バーナ中心軸に沿って配置されるか、前記着火用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置され、
   前記リターンフローノズルが前記着火用ノズルで着火された後、前記リターンフローノズルのみで燃料を噴霧し、
   前記リターンフローノズルの噴霧量を調整して、燃焼量を変更し、
   前記各ノズルを取り囲むように円筒状の整流筒が設けられ、その整流筒を取り囲むように円筒状のエアレジスタが設けられ、
   前記整流筒と前記エアレジスタとの間の円筒状空間には、周方向等間隔に複数の空気パイプが、前記エアレジスタを上下に貫通するよう設けられ、
   燃焼用空気が、第一空気路により前記整流筒および前記空気パイプを介して供給されると共に、第二空気路により前記エアレジスタを介して供給され、
   送風機からの空気は、共通空気路を介して、前記第一空気路と前記第二空気路とに分岐され、
   前記共通空気路には第一ダンパが設けられ、前記第二空気路には第二ダンパが設けられ、前記第一空気路にはダンパが設けられず、
   高燃焼、低燃焼および停止の三位置で燃焼量を変化させるか、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で燃焼量を変化させる
   ことを特徴とするバーナ。
2. 円筒状の燃焼室の上部中央に、下方へ向けて前記バーナが設けられ、
   前記リターンフローノズルは、燃焼室中心軸に沿って配置されるか、前記着火用ノズルよりも燃焼室中心軸に近くなるよう配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のバーナを備えたボイラ。

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