JP5808120B2

JP5808120B2 - 交番燃焼装置及びその交番燃焼装置を用いた交番燃焼方法

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Publication number: JP5808120B2
Application number: JP2011049314A
Authority: JP
Inventors: 康修青木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP2012184897A

Description

本発明は、炉内に臨ませる前面に開口する状態で、前記炉内に燃料を噴出する燃料噴出孔、並びに、互いに同径の第１給排気孔及び第２給排気孔を備えたバーナタイルと、前記第１給排気孔における前記前面側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第１蓄熱部と、前記第２給排気孔における前記前面側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第２蓄熱部と、炉外より前記第１蓄熱部に燃焼用酸素含有ガスを供給し且つ前記第２蓄熱部を通して前記炉内に吸引作用する第１燃焼状態と、前記炉外より前記第２蓄熱部に燃焼用酸素含有ガスを供給し且つ前記第１蓄熱部を通して前記炉内に吸引作用する第２燃焼状態とに交互に切り換える交番燃焼手段とが設けられた交番燃焼装置、及び、その交番燃焼装置を用いた交番燃焼方法に関する。

かかる交番燃焼装置は、単一のバーナタイルに、燃料噴出孔、第１給排気孔及び第２給排気孔を備えさせて、燃料噴出孔から噴出された燃料を第１給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガスにより燃焼させる第１燃焼状態と、燃料噴出孔から噴出された燃料を第２給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガスにより燃焼させる第２燃焼状態とに切り換えることにより、単一のバーナタイルにより交番燃焼を行うことが可能なようにしたものである。
つまり、第１燃焼状態では、燃焼用酸素含有ガスが第１蓄熱部、第１給排気孔を順に通流して炉内に供給されると共に、炉内の高温の排ガスが第２給排気孔、第２蓄熱部を順に通流して炉外に排出され、第２燃焼状態では、燃焼用酸素含有ガスが第２蓄熱部、第２給排気孔を順に通流して炉内に供給されると共に、炉内の高温の排ガスが第１給排気孔、第１蓄熱部を順に通流して炉外に排出される。そして、燃料を燃焼させるための燃焼用酸素含有ガスが、炉内から排出される排ガスの保有熱が蓄熱された第１蓄熱部又は第２蓄熱部の蓄熱により予熱された後、炉内に供給されるので、炉内を高温に加熱することができるのである。

このような交番燃焼装置において、従来は、図６の（ｂ）に示すように、バーナタイル４の前面視で、長方形Ｒの中心に燃料噴出孔５が位置し、その長方形Ｒの４つの頂点のうちの燃料噴出孔５の一方の側方の２つの頂点に分かれて２つの第１給排気孔６ａが位置し、燃料噴出孔５の他方の側方の２つの頂点に分かれて２つの第２給排気孔６ｂが位置する形態で、燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂがバーナタイル４に備えられていた。
そして、第１燃焼状態では、燃料噴出孔５から噴出された燃料が、燃料噴出孔５の周りに並ぶ２個の第１給排気孔６ａから噴出された燃焼用酸素含有ガスにより燃焼し、第２燃焼状態では、燃料噴出孔５から噴出された燃料が、燃料噴出孔５の周りに並ぶ２個の第２給排気孔６ｂから噴出された燃焼用酸素含有ガスにより燃焼するように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−２８５２６６号公報

しかしながら、従来の交番燃焼装置では、燃料噴出孔の周りに並ぶ２個の第１又は第２給排気孔から燃焼用酸素含有ガスが噴出されるので、燃料噴出孔から噴出された燃料流の周囲のより広い範囲が燃焼用酸素含有ガス流により覆われることになって、燃料流に対する燃焼用酸素の供給が比較的効率良く行われるので、燃料噴出孔から噴出された燃料が速く燃焼し易い。
しかも、燃料噴出孔から噴出される燃料の量に応じた量の燃焼用酸素含有ガスが、２個の第１又は第２給排気孔から分けて噴出されることから、各第１又は第２給排気孔から噴出される燃焼用酸素含有ガスの流速が遅くなると共に、各第２又は第１給排気孔に吸い込まれる排ガスの流速が遅くなるので、燃焼用酸素含有ガス流に炉内の排ガスを巻き込んで燃焼用酸素含有ガスに炉内の排ガスを混合させる、所謂、自己排ガス再循環作用が弱くなり易く、このことによっても、燃料流に対する燃焼用酸素の供給が効率良く行われることになり、燃料噴出孔から噴出された燃料が速く燃焼し易い。ちなみに、自己排ガス再循環作用が促進されると、排ガスの混合量が多くなることにより燃焼用酸素含有ガス中の酸素濃度が低くなるので、燃料に対する燃焼用酸素の供給が緩やかに行われることになり、燃料の緩慢燃焼を促進させることができる。
そして、燃料噴出孔から噴出された燃料が速く燃焼すると、火炎中に局所的に高温域が発生し易くなってＮＯｘが発生し易くなるので、低ＮＯｘ化を図る上で改善の余地があった。

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、低ＮＯｘ化を図り得る交番燃焼装置及びその交番燃焼装置を用いた交番燃焼方法を提供することにある。

本発明に係る交番燃焼装置は、
炉内に臨ませる前面に開口する状態で、前記炉内に燃料を噴出する燃料噴出孔、並びに、互いに同径の第１給排気孔及び第２給排気孔を備えたバーナタイルと、前記第１給排気孔における前記前面側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第１蓄熱部と、前記第２給排気孔における前記前面側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第２蓄熱部と、炉外より前記第１蓄熱部に燃焼用酸素含有ガスを供給し且つ前記第２蓄熱部を通して前記炉内に吸引作用する第１燃焼状態と、前記炉外より前記第２蓄熱部に燃焼用酸素含有ガスを供給し且つ前記第１蓄熱部を通して前記炉内に吸引作用する第２燃焼状態とに交互に切り換える交番燃焼手段とが設けられた交番燃焼装置であって、
その特徴構成は、前記バーナタイルの前面視で、二等辺三角形の３つの頂点のうちの頂角に対応する頂点に前記燃料噴出孔が位置し、他の２つの頂点に前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が分かれて位置する形態で、前記燃料噴出孔、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が前記バーナタイルに備えられ、
前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔夫々から噴出される燃焼用酸素含有ガスの流速が２０〜２００ｍ／ｓｅｃになるように定められ、
前記第１給排気孔と前記第２給排気孔との距離Ｌ ₁ （ｍｍ）は、前記燃料噴出孔から噴出される燃料の燃焼量Ｑ（ｋＷ）と、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔夫々の直径Ｄ1（ｍｍ）とに基づいて、
１００＋Ｄ ₁ ＜Ｌ ₁ ＜（１０×√Ｑ＋１００）＋Ｄ ₁
の範囲に設定される点にある。

上記特徴構成によれば、第１燃焼状態では、燃料噴出孔から噴出された燃料が、燃料噴出孔の側方の１個の第１給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガスにより燃焼し、並びに、炉内の排ガスが燃料噴出孔の側方の１個の第２給排気孔に吸い込まれて炉外に排出され、第２燃焼状態では、燃料噴出孔から噴出された燃料が、燃料噴出孔の側方の１個の第２給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガスにより燃焼し、並びに、炉内の排ガスが燃料噴出孔の側方の１個の第１給排気孔に吸い込まれて炉外に排出される。

つまり、燃料噴出孔の側方の１個の第１又は第２給排気孔から燃焼用酸素含有ガスが噴出されるので、燃料噴出孔から噴出された燃料流の周囲で燃焼用酸素含有ガス流により覆われる範囲が狭くなって、燃料流に対して燃焼用酸素の供給が緩やかに行われることになる。
これにより、燃焼用酸素含有ガス流に炉内の排ガスが巻き込まれ易くなって、自己排ガス再循環作用が強くなるので、燃料噴出孔から噴出された燃料に対する燃焼用酸素の供給が更に緩慢化される。
そして、本発明では、第１給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガス流と第２給排気孔に吸い込まれる排ガス流との間隔や、第２給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガス流と第１給排気孔に吸い込まれる排ガス流との間隔が狭くなることから、燃焼用酸素含有ガスに排ガスが混合され易くなって、自己排ガス再循環作用が一層促進されると共に、燃焼用酸素含有ガス流と排ガス流との間の雰囲気が乱れるので、燃料噴出孔から噴出された燃料に対する燃焼用酸素の供給が更に緩慢化されることになる。
このように、燃料噴出孔から噴出された燃料に対する燃焼用酸素の供給を効果的に緩慢化することができるので、燃料噴出孔から噴出された燃料の燃焼が緩慢化されることになって、火炎中における局所的な高温域の発生を抑制することができるようになり、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
従って、低ＮＯｘ化を図り得る交番燃焼装置を提供することができるようになった。
ちなみに、第１給排気孔と第２給排気孔との距離は、第１給排気孔の中心と第２給排気孔の中心との間の距離である。

即ち、燃焼用酸素含有ガスの流速が２０〜２００ｍ／ｓｅｃになるように設定した第１給排気孔及び第２給排気孔夫々の直径Ｄ ₁ に基づいて、第１給排気孔と第２給排気孔との
距離Ｌ ₁ を（１０×√Ｑ＋１００）＋Ｄ ₁ よりも小さくすることにより、噴出された燃焼用酸素含有ガス流と吸い込まれる排ガス流との間隔が広くなり過ぎないようにする。尚、「√Ｑ」は、燃焼量Ｑの平方根を示す。
これにより、吸い込まれる排ガスが噴出された燃焼用酸素含有ガスに混合され易いようにして、自己排ガス再循環作用を十分に促進させると共に、燃焼用酸素含有ガス流と排ガス流との間の雰囲気を乱すことができるので、燃料噴出孔から噴出された燃料に対する燃焼用酸素の供給を十分に緩やかに行わせることができる。
ところで、第１給排気孔と第２給排気孔との距離Ｌ ₁ が短くなって、第１給排気孔と第
２給排気孔との間のタイル材の幅が短くなるほど、バーナタイルの強度が低下する。そこで、第１給排気孔と第２給排気孔との距離Ｌ ₁ を１００＋Ｄ ₁ よりも大きくすることにより、バーナタイルの強度が低下するのを回避することができる。
従って、バーナタイルの強度が低下するのを回避しながら、低ＮＯｘ化を十分に図ることができる。

このように、本発明の発明者は、燃料噴出孔、第１給排気孔及び第２給排気孔を前述の特徴構成の如く配置した状態において、十分に低ＮＯｘ化を図るべく、第１給排気孔及び第２給排気孔夫々の直径Ｄ₁、及び、第１給排気孔と第２給排気孔との距離Ｌ₁について鋭意検討を行い、それらを本特徴構成のように設定することにより、緩慢燃焼を効果的に促進させて、十分に低ＮＯｘ化を図れることを見出した。

本発明に係る交番燃焼装置の更なる特徴構成は、
前記燃料噴出孔からの燃料の噴出方向が、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が存在する側に傾斜している点にある。

上記特徴構成によれば、燃料噴出孔からは、噴出方向の先の方ほど酸素含有ガス流及び排ガス流に近付くように燃料が噴出されるので、燃料噴出孔から噴出された燃料流に対して、その噴出方向の先端に至るまで緩やかでありながらも適切に燃焼用酸素が供給されるようにすることが可能となり、燃焼が不安定になるのを回避しながら、燃焼の緩慢化を促進することができる。
従って、燃焼が不安定になるのを回避しながら、低ＮＯｘ化を図ることができる。

本発明に係る交番燃焼装置の更なる特徴構成は、
前記燃料噴出孔の下方に前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が位置する形態で、前記燃料噴出孔、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が前記バーナタイルに備えられている点にある。

上記特徴構成によれば、燃料噴出孔から噴出された燃料流の下方を第１又は第２給排気孔から噴出された燃焼用酸素含有ガスが流れるので、燃料噴出孔から噴出された燃料流に対して、その噴出方向の先端に至るまで緩やかでありながらも適切に燃焼用酸素が供給されるようにすることが可能となり、燃焼が不安定になるのを回避しながら、燃焼の緩慢化を促進することができる。
従って、燃焼が不安定になるのを回避しながら、低ＮＯｘ化を図ることができる。

交番燃焼装置の全体構成を示すブロック図バーナの縦断側面図バーナの正面図バーナの横断平面図図２のＶ−Ｖ矢視図バーナタイルの正面図検証試験の結果を示す図本発明に係るバーナの燃焼形態を説明する概略図従来のバーナの燃焼形態を説明する概略図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、交番燃焼装置は、加熱炉Ｆの炉体３１に設けられたバーナ取付け口３２に前面（後述するバーナタイル４の前面４ｆ）を炉内３３に臨ませた姿勢で取り付けられるバーナＢ、そのバーナＢを交番燃焼させる交番燃焼手段としての交番燃焼部Ｖ、炉内３３に燃焼用空気（燃焼用酸素含有ガスに相当する）を供給する給気用送風機１、炉内３３の排ガスを炉外に排出する排気用送風機２、及び、この交番燃焼装置の運転を制御する制御部３等を備えて構成されている。

図示を省略するが、バーナＢは、種々の形態で、加熱炉Ｆの炉体３１に取り付けられる。
例えば、火炎を炉内３３で横向きに形成する場合は、バーナＢは、上下方向に沿う炉壁３１（炉体に相当する）に設けられたバーナ取付け口３２に取り付けられる。この場合、対向する炉壁３１夫々に、バーナＢが取り付けられる場合があり、又、各炉壁３１に、複数のバーナＢが横方向に間隔を開けて取り付けられる場合もある。

図２〜図４に示すように、バーナＢは、炉内３３に臨ませる前面４ｆに開口する状態で、炉内３３にガス燃料を噴出する燃料噴出孔５、並びに、互いに同径の第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂを備えたバーナタイル４と、燃料噴出孔５に挿入された燃料噴出ノズルＮと、バーナタイル４を保持するバーナ本体８とを備えて構成されている。
そのバーナ本体８には、第１給排気孔６ａにおける前面４ｆ側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第１蓄熱部Ｓａと、第２給排気孔６ｂにおける前面４ｆ側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第２蓄熱部Ｓｂとが備えられている。
図３に示すように、本発明では、バーナタイル４の前面視で、二等辺三角形Ｔの３つの頂点のうちの頂角に対応する頂点に燃料噴出孔５が位置し、他の２つの頂点に第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが分かれて位置する形態で、燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂがバーナタイル４に備えられている。

図２〜図４に示すように、バーナタイル４は、概ね直方体形状に耐熱性材料で構成され、燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂは、横断面形状が円形となる形状で、バーナタイル４にその後面４ｒと前面４ｆとに開口する状態で形成されている。
第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂは、夫々の軸心６ｐがバーナタイル４の前面４ｆに直交する状態で、バーナタイル４の前面４ｆの矩形状の周縁のうちでバーナタイル４が炉体３１に取り付けられたときに水平方向に沿う縁に平行に並ぶ形態で設けられている。
燃料噴出孔５は、バーナタイル４が炉体３１に取り付けられたときに第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの上方となる箇所に、側面視で、軸心５ｐが先端側ほど第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の軸心６ｐに近づく形態で第１給排気孔及び第２給排気孔夫々の軸心６ｐに対して傾斜するように設けられている。ちなみに、図２に示すように、この実施形態では、側面視において、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の軸心６ｐに対する燃料噴出孔５の軸心５ｐの傾斜角度αは、１０°程度である。

図２〜図５に示すように、バーナ本体８は、概ね直方体形状の本体部分８Ｍの前方側に、その本体部分８Ｍの前方及び上方に突出する突出部分８Ｔを備えた形状に耐熱性材料で構成されている。
バーナ本体８には、第１蓄熱材充填部９ａ及び第２蓄熱材充填部９ｂが、夫々、バーナ本体８の突出部分８Ｔの前面８ｆと本体部分８Ｍの底面８ｓとに各別に開口する状態で、バーナ本体８の横幅方向（第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとが並ぶ方向に沿う方向）に並べて仕切り形成されている。

図２及び図５に示すように、更に、バーナ本体８の突出部分８Ｔにおける上方側の部分には、その突出部分８Ｔの前面８ｆ及び後面８ｒに開口する状態で、ノズル挿通孔１０が形成されている。図２に示すように、このノズル挿通孔１０の軸心１０ｐは、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の軸心６ｐに対して、燃料噴出孔５の軸心５ｐと同一の条件で傾斜している。
図５に示すように、バーナ本体８の突出部分８Ｔの前面８ｆには、ノズル挿通孔１０、第１蓄熱材充填部９ａ及び第２蓄熱材充填部９ｂ夫々の開口が、バーナタイル４の後面４ｒにおいて燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の開口が夫々頂点に配置される二等辺三角形と同形の二等辺三角形の頂点に配置されている。

更に、図２に示すように、バーナ本体８には、第１蓄熱材充填部９ａ及び第２蓄熱材充填部９ｂ夫々におけるバーナ本体８Ｍの底面８ｓの開口部を覆うように、網状体１１が設けられ、第１蓄熱材充填部９ａ及び第２蓄熱材充填部９ｂ夫々には、各第１網状体１１にて漏出が阻止される状態で、多数の蓄熱用のセラミックボール１２が通気可能な状態で充填されている。
つまり、第１蓄熱材充填部９ａ及びそれに充填されている多数のセラミックボール１２により、第１蓄熱部Ｓａが構成され、第２蓄熱材充填部９ｂ及びそれに充填されている多数のセラミックボール１２により、第２蓄熱部Ｓｂが構成されている。

更に、図２〜図５に示すように、バーナ本体８の底部には、第１給排気口１３ａを備えた第１給排気カバー１４ａ、第２給排気口１３ｂを備えた第２給排気カバー１４ｂが、夫々、第１蓄熱材充填部９ａの開口部、第２蓄熱材充填部９ｂの開口部を覆う状態で取り付けられている。
そして、図２及び図４に示すように、バーナタイル４は、その後面４ｒをバーナ本体８の突出部分８Ｔの前面８ｆに当て付けて、燃料噴出孔５の開口、第１給排気孔６ａの開口、第２給排気孔６ｂの開口を、夫々、ノズル挿通孔１０の開口、第１蓄熱材充填部９ａの開口、第２蓄熱材充填部９ｂの開口と連通させた状態で、ボルト７によりバーナ本体８に保持されている。

図２に示すように、燃料噴出ノズルＮは、ノズル挿通孔１０及び燃料噴出孔５に内嵌可能な円筒状部１５と、その円筒状部１５の内部に挿通された概ね円筒状のガスノズル部１６と、そのガスノズル部１６の内部に挿通された概ね円筒状の予混合空気ノズル部２５とを備えて構成されている。
円筒状部１５の後端は閉塞され、ガスノズル部１６の後端部にガス燃料を供給する燃料供給口１７が、円筒状部１５の周壁の後端部から突出する状態で設けられている。又、予混合空気ノズル部２５は、その後端部が円筒状部１５の後端から突出する状態で設けれ、その予混合空気ノズル部２５の後端部に、予混合空気供給口２６が設けられている。更に、円筒状部１５の後端側の部分には、補助空気を供給する補助空気供給口２９が設けられている。
燃料噴出ノズルＮが、ノズル挿通孔１０の後端側からそのノズル挿通孔１０及び燃料噴出孔５に挿入された状態で設けられている。
そして、上述のように構成されたバーナＢが、燃料噴出孔５の下方に第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが位置する状態で、バーナタイル４の前面４ｆが垂直になる姿勢で、炉体３１の取り付け口３２に取り付けられる。

つまり、燃料噴出孔５からのガス燃料の噴出方向が、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが存在する側に傾斜していることになる。
又、バーナタイル４がその前面４ｆが垂直になるように配置される場合に、燃料噴出孔５の下方に第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが位置する形態で、燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂがバーナタイル４に備えられていることになる。

図１に示すように、交番燃焼部Ｖは、第１給排気ポート１８ａ、第２給排気ポート１８ｂ、給気ポート１８ｃ及び排気ポート１８ｄを有する四方弁１８を備えて構成され、給気ポート１８ｃと給気用送風機１とが給気路１９にて接続され、排気ポート１８ｄと排気用送風機２とが排気路２０にて接続され、バーナＢの第１給排気口１３ａと第１給排気ポート１８ａとが第１給排気路２１ａにて接続され、並びに、バーナＢの第２給排気口１３ｂと第２給排気ポート１８ｂとが第２給排気路２１ｂにて接続されている。
又、予混合空気用送風機２７と燃料噴出ノズルＮの予混合空気供給口２６とが、予混合空気供給路２８にて接続され、更に、予混合空気用送風機２７と燃料噴出ノズルＮの補助空気供給口２９とが、補助空気供給路３０にて接続されている。

この四方弁１８は、給気ポート１８ｃと第１給排気ポート１８ａを連通し且つ排気ポート１８ｄと第２給排気ポート１８ｂとを連通する第１接続状態と、給気ポート１８ｃと第２給排気ポート１８ｂを連通し且つ排気ポート１８ｄと第１給排気ポート１８ａとを連通する第２接続状態とに切り換え可能なように構成されている。
又、燃料噴出ノズルＮの燃料供給口１７には、ガス燃料Ｇがガス燃料供給源（都市ガス管等）から供給される燃料供給路２２が接続され、その燃料供給路２２にはガス燃料Ｇの供給を断続する燃料供給断続弁２３、及び、ガス燃料Ｇの供給量を調整する燃料供給量調整弁２４が設けられている。

つまり、四方弁１８が第１接続状態に切り換えられると、給気用送風機１から送出される燃焼用空気Ａが、第１蓄熱部Ｓａ、第１給排気孔６ａを順に通流して炉内３３に供給され、排気用送風機２により、炉内３３の排ガスＥが、第２給排気孔６ｂ、第２蓄熱部Ｓｂを順に通流して炉外に排出されることになり、第１燃焼状態に切り換えられる。
又、四方弁１８が第２接続状態に切り換えられると、給気用送風機１から送出される燃焼用空気Ａが、第２蓄熱部Ｓｂ、第２給排気孔６ｂを順に通流して炉内３３に供給され、排気用送風機２により、炉内３３の排ガスＥが、第１給排気孔６ａ、第１蓄熱部Ｓａを順に通流して炉外に排出されることになり、第２燃焼状態に切り換えられる。
燃料噴出ノズルＮのガスノズル部１６からガス燃料Ｇが噴出され、燃料噴出ノズルＮの予混合空気ノズル部２５から少量の予混合空気Ａが噴出され、並びに、ガスノズル部１６の外周部から少量の補助空気Ａが噴出されるので、第１及び第２の各燃焼状態では、燃料噴出孔５から、少量の予混合空気Ａが混合されたガス燃料Ｇが噴出されると共に、その噴出ガス燃料Ｇの外周を覆う状態で少量の補助空気Ａが噴出される。

制御部３の制御動作は、公知であるので、詳細な説明を省略して簡単に説明する。
制御部３は、炉内３３の温度を検出する温度センサ（図示省略）の検出情報と炉内３３を加熱するための目標加熱温度とに基づいて燃焼負荷を求め、その求めた燃焼負荷に応じたガス燃料の供給量になるように燃料供給量調整弁２４を制御し、燃焼用空気の供給量がガス燃料の供給量に応じた量になるように給気用送風機１を制御すると共に、ガス燃料の供給量に応じて予混合空気及び補助空気夫々の供給量を調整すべく予混合空気用送風機２７を制御し、並びに、炉内３３の圧力を所定の設定圧力に維持するように排気用送風機２を制御する。
ちなみに、予混合空気は、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料の流速を高めて燃焼を安定化させるためのものであり、又、補助空気は、燃料噴出孔５に補助火炎を形成して、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料の燃焼を安定化させるためのものであり、それら予混合空気及び補助空気夫々の供給量は、給気用送風機１により供給される燃焼用空気の供給量に比べて少量である。
又、制御部３は、予め設定されたサイクル（例えば、６０秒）で、四方弁１８を第１接続状態と第２接続状態とに切り換えることにより、第１燃焼状態と第２燃焼状態とに交互に切り換えて交番燃焼を実行する。

次に、図６に基づいて、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離等の設定例について、説明する。尚、図６の（ａ）、（ｂ）は夫々バーナタイル４の前面視での概略図である。
図６の（ａ）は、燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが本発明に係る配置形態、即ち、二等辺三角形Ｔの３つの頂点のうちの頂角に対応する頂点に燃料噴出孔５が位置し、他の２つの頂点に第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが分かれて位置する配置形態で設けられた場合を示し、この場合の第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径をＤ₁とし、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離をＬ₁とする。
又、図６の（ｂ）は、本発明の配置形態による第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂに加えて、バーナタイル４の前面視で、燃料噴出孔５の軸心５ｐを通り且つ本発明の配置形態による第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の軸心６ｐを通る直線と平行な直線を対称軸として、本発明の配置形態による第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂと対称となる状態で、追加の第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが備えられた場合の配置形態を示し、この場合の第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径をＤ₂とし、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離をＬ₂とする。

尚、図６の（ｂ）に示す燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置形態は、バーナタイル４の前面視で、長方形Ｒの中心に燃料噴出孔５が位置し、その長方形Ｒの４つの頂点のうちの燃料噴出孔５の一方の側方の２つの頂点に分かれて２つの第１給排気孔６ａが位置し、燃料噴出孔５の他方の側方の２つの頂点に分かれて２つの第２給排気孔６ｂが位置する配置形態、即ち、従来のバーナタイル４における燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置形態（以下、従来の配置形態と記載する場合がある）に相当するものである。

本発明では、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁、及び、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁は、従来の配置形態での第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₂、及び、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₂に基づいて、下記の式１、式２で定められる条件を参考にする。

Ｄ₂／２≦Ｄ₁≦√２×Ｄ₂……………(式１)
Ｄ₁＜Ｌ₁＜Ｌ₂……………(式２)

次に、上記の式１にて定められる条件の根拠について説明する。
つまり、本発明の配置形態では、１個の第１給排気孔６ａ又は１個の第２給排気孔６ｂにより、燃焼用空気を噴出し、従来の配置形態では、２個の第１給排気孔６ａ又は２個の第２給排気孔６ｂにより、燃焼用空気を噴出する。
そこで、２個の第１給排気孔６ａ又は２個の第２給排気孔６ｂにより噴出する燃焼用空気の流量に相当する分を、１個の第１給排気孔６ａ又は１個の第２給排気孔６ｂにより噴出するに当たって、その噴出流速を２個の第１給排気孔６ａ又は２個の第２給排気孔６ｂにより噴出する場合よりも速くするには、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂを夫々１個ずつ設ける場合の第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の断面積（Ｄ₁／２×Ｄ₁／２×π）を、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂを夫々２個ずつ設ける場合の第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の断面積の２個分（２×Ｄ₂／２×Ｄ₂／２×π）よりも小さくする必要がある。
又、１個の第１給排気孔６ａ又は１個の第２給排気孔６ｂにより噴出する燃焼用空気の流速は、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが燃料噴出孔５の両側に２個ずつ備えられた場合の８倍程度まで速くすることができる。
従って、上記の式１の如き条件が定められる。

そして、本発明では、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁（ｍｍ）は、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々から噴出される燃焼用空気の流速が２０〜２００ｍ／ｓｅｃになるように定められる。
そして、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁（ｍｍ）は、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料の燃焼量Ｑ（ｋＷ）と、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁（ｍｍ）とに基づいて、下記の式３で定められる条件で設定される。

１００＋Ｄ₁＜Ｌ₁＜（１０×√Ｑ＋１００）＋Ｄ₁……………(式３)

尚、燃焼用空気の流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、燃焼用空気の量をＶｎ（ｍ³／ｈ標準状態）、燃焼用空気の予熱温度をＴ（℃）とすると、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁（ｍｍ）は、下記の式に基づいて求められる。

Ｖ＝Ｖｎ×[(Ｔ＋２７３)÷２７３]÷[π×（Ｄ₁×１０^-3÷２）²]÷３６００

ちなみに、標準状態での燃焼用空気量Ｖｎは、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料の燃焼量Ｑ（ｋＷ）に基づいて、下記の式にて凡その値が求められる。

Ｖｎ＝Ｑ×１．２

例えば、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料の燃焼量Ｑが６００ｋＷ、燃焼用空気の流速Ｖが７２ｍ／ｓｅｃの場合、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁が例えば１３０ｍｍ程度に、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁が例えば３８０ｍｍ程度に夫々設定される。
この場合、燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々が３つの頂点に位置する二等辺三角形Ｔの高さＨ₁は、例えば１９０ｍｍに設定され、燃料噴出孔５の直径は、例えば１０６ｍｍに設定される。

次に、図７に基づいて、バーナタイル４における燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置形態として、本発明の配置形態にすることにより、低ＮＯｘ化を図ることができることを検証した結果について説明する。
この検証試験では、炉内３３の加熱目標温度を１２５０〜１２８０℃に設定し、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々から噴出する燃焼用空気の予熱温度を１１００℃に設定した。
そして、バーナタイル４における燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置形態として、本発明の配置形態（図６の（ａ））にした場合と従来の配置形態（図６の（ｂ））にした場合とで、ＮＯｘの値（Ｏ₂＝０％換算）を測定して比較した。

又、この検証試験では、本発明の配置形態において、上述した各条件（式１〜３）で、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁、及び、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁を設定している。
つまり、本発明の配置形態では、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁を、従来の配置形態における第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₂の１／２よりも大きく、且つ、その直径Ｄ₂の√２倍よりも小さくし、並びに、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁を、従来の配置形態における第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₂よりも短くしている。
更に、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁を、上記の式３で定められる条件で設定している。
又、本発明の配置形態では、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々から噴出される燃焼用空気の流速Ｖを、従来の配置形態におけるよりも速くして交番燃焼を行っている。

本発明の配置形態にした場合の結果を図７の（ａ）に示し、従来の配置形態にした場合の結果を図７（ｂ）に示す。
燃焼量Ｑの違いにかかわらず、バーナタイル４における燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置形態として、本発明の配置形態にすることにより、低ＮＯｘ化を図れることが分かる。
例えば、燃焼量Ｑが４００ｋｗのときは、ＮＯｘの値は、本発明の配置形態では１３０ｐｐｍであり、従来の配置形態では１８０ｐｐｍであり、本発明の配置形態とすることにより、低ＮＯｘ化を図ることができる。
但し、燃焼量Ｑが６００ｋｗで、燃焼用空気の流速が４７ｍ／ｓｅｃのときは、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々の直径Ｄ₁が１６０ｍｍであり、上記の式１で定められる条件（Ｄ₂が１１０ｍｍのときは最大が１５５ｍｍとなる）から少し外れる。しかしながら、燃焼用空気の流速が低い領域では、この程度の直径Ｄ₁の増大は許容され、ＮＯｘの低減効果が得られた。
又、本発明の配置形態において、燃焼量Ｑを６００ｋｗで一定にした状態で、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々から噴出される燃焼用空気の流速Ｖを変化させると、流速Ｖを速くするほど、ＮＯｘの値が低くなって低ＮＯｘ化を図れることが分かる。

次に、図８及び図９に基づいて、バーナタイル４における燃料噴出孔５、第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置形態として、本発明の配置形態にした場合（図８）と、従来の配置形態にした場合（図９）の燃焼形態の違いを説明する。尚、図８及び図９夫々において、（ａ）は、バーナタイル４の斜視状態でのガス燃料Ｇ、燃焼用空気Ａ、排ガスＥの流動状態を示し、（ｂ）は、バーナタイル４の平面視状態でのガス燃料Ｇ、燃焼用空気Ａ、排ガスＥの流動状態を示す。
ちなみに、図８及び図９では、第１給排気孔６ａから燃焼用空気Ａが噴出され、第２給排気孔６ｂに炉内３３の排ガスＥが吸い込まれている状態を示し、又、ガス燃料Ｇ、燃焼用空気Ａ及び排ガスＥ夫々の流れを示す矢印の長さが長いほど、及び、太さが太いほど、流速が速い状態を示す。

図８に示すように、本発明の配置形態では、燃料噴出孔５の側方の１個の第１給排気孔６ａ又は１個の第２給排気孔６ｂから燃焼用空気Ａが噴出されるので、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料流Ｇの周囲で燃焼用空気流Ａにより覆われる範囲が狭くなって、ガス燃料流Ｇに対して燃焼用酸素の供給が緩やかに行われることになり、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料Ｇの燃焼を緩慢化することができる。
一方、図９に示すように、従来の配置形態では、燃料噴出孔５の周りに並ぶ２個の第１給排気孔６ａ又は２個の第２給排気孔６ｂから燃焼用空気Ａが噴出されるので、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料流Ｇの周囲のより広い範囲が燃焼用空気流Ａにより覆われることになって、ガス燃料流Ｇに対する燃焼用酸素の供給が効率良く行われるので、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料Ｇが速く燃焼し易い。

又、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料Ｇの燃焼量Ｑが同一である条件では、ガス燃料Ｇの噴出量に応じた量の燃焼用空気Ａを、本発明の配置形態では１個の第１給排気孔６ａ又は第２給排気孔６ｂから噴出し、従来の配置形態では２個の第１給排気孔６ａ又は第２給排気孔６ｂから噴出する。
従って、本発明の配置形態では、第１給排気孔６ａ又は第２給排気孔６ｂ夫々から噴出される燃焼用空気Ａの流速、及び、第２給排気孔６ｂ又は第１給排気孔６ａ夫々に吸い込まれる排ガスＥの流速を、従来の配置形態におけるよりも速くすることができる。
このことにより、本発明の配置形態では、燃焼用空気流Ａに炉内３３の排ガスＥが巻き込まれ易くなって、自己排ガス再循環作用が強くなるので、ガス燃料流Ｇに対する燃焼用酸素の供給がより一層緩慢化されることになる。
しかも、本発明の配置形態では、第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₁を、従来の配置形態における第１給排気孔６ａと第２給排気孔６ｂとの距離Ｌ₂よりも短くしているので、第１給排気孔６ａ又は第２給排気孔６ｂから噴出された燃焼用空気流Ａと第２給排気孔６ｂ又は第１給排気孔６ａに吸い込まれる排ガス流Ｅの間隔が従来の配置形態におけるよりも狭くなる。

このことにより、吸い込まれる排ガスＥが噴出された燃焼用空気Ａに混合され易くなって、自己排ガス再循環作用が一層促進されると共に、燃焼用空気流Ａと排ガス流Ｅとの間の雰囲気が乱れるので、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料Ｇに対する燃焼用酸素の供給がより一層緩慢化されることになる。
しかも、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料Ｇには予混合空気ノズル部２５により少量の予混合空気Ａが混合され、並びに、燃料噴出孔５から噴出されるガス燃料Ｇの外周は補助空気供給口２９からの少量の補助空気Ａによって覆われているので、これら予混合空気Ａ及び補助火炎Ａによりガス燃料Ｇの一部が燃焼して補助火炎が形成される。これにより、上述のように第１給排気孔６ａ又は第２給排気孔６ｂから噴出された燃焼用空気による燃焼用酸素の供給が緩慢化されても、補助火炎により、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料Ｇの燃焼を安定化させることができ、一酸化炭素ガスの発生を抑制することができる。
従って、これらの相乗効果により、燃料噴出孔５から噴出されたガス燃料Ｇの燃焼をより一層緩慢化することができる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）燃料噴出孔５からのガス燃料の噴出方向を第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂが存在する側に傾斜させる角度αは、上記の実施形態において例示した１０°に限定されるものではなく、適宜変更可能である。又、燃料噴出孔５からのガス燃料の噴出方向を第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂ夫々からの燃焼用空気の噴出方向と平行にしても良い。

（ロ）燃料噴出孔５に対する第１給排気孔６ａ及び第２給排気孔６ｂの配置位置は、上記の実施形態において例示した配置位置、即ち、バーナタイル４をその前面４ｆが垂直になるように配置する場合に、燃料噴出孔５の下方に位置する配置位置に限定されるものではない。
例えば、バーナタイル４をその前面４ｆが垂直になるように配置する場合に、燃料噴出孔５の上方、あるいは、横側方に位置する配置位置でも良い。

（ハ）給気用送風機１を予混合空気及び補助空気の供給用として共用して、予混合空気用送風機２７を省略しても良い。

以上説明したように、低ＮＯｘ化を図り得る交番燃焼装置及びその交番燃焼装置を用いた交番燃焼方法を提供することができる。

４バーナタイル
４ｆ前面
５燃料噴出孔
５ｐ軸心
６ａ第１給排気孔
６ｂ第２給排気孔
６ｐ軸心
３３炉内
Ａ燃焼用空気(燃焼用酸素含有ガス)
Ｇガス燃料(燃料)
Ｓａ第１蓄熱部
Ｓｂ第２蓄熱部
Ｔ二等辺三角形
Ｖ交番燃焼部（交番燃焼手段）

Claims

炉内に臨ませる前面に開口する状態で、前記炉内に燃料を噴出する燃料噴出孔、並びに、互いに同径の第１給排気孔及び第２給排気孔を備えたバーナタイルと、
前記第１給排気孔における前記前面側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第１蓄熱部と、
前記第２給排気孔における前記前面側とは反対側に連通して、通流する気体の熱の蓄熱及び通流する気体への放熱が可能な第２蓄熱部と、
炉外より前記第１蓄熱部に燃焼用酸素含有ガスを供給し且つ前記第２蓄熱部を通して前記炉内に吸引作用する第１燃焼状態と、前記炉外より前記第２蓄熱部に燃焼用酸素含有ガスを供給し且つ前記第１蓄熱部を通して前記炉内に吸引作用する第２燃焼状態とに交互に切り換える交番燃焼手段とが設けられた交番燃焼装置であって、
前記バーナタイルの前面視で、二等辺三角形の３つの頂点のうちの頂角に対応する頂点に前記燃料噴出孔が位置し、他の２つの頂点に前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が分かれて位置する形態で、前記燃料噴出孔、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が前記バーナタイルに備えられ、
前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔夫々から噴出される燃焼用酸素含有ガスの流速が２０〜２００ｍ／ｓｅｃになるように定められ、
前記第１給排気孔と前記第２給排気孔との距離Ｌ ₁ （ｍｍ）は、前記燃料噴出孔から噴出される燃料の燃焼量Ｑ（ｋＷ）と、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔夫々の直径Ｄ ₁ （ｍｍ）とに基づいて、
１００＋Ｄ ₁ ＜Ｌ ₁ ＜（１０×√Ｑ＋１００）＋Ｄ ₁
の範囲に設定される交番燃焼装置。
前記燃料噴出孔からの燃料の噴出方向が、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が存在する側に傾斜している請求項１に記載の交番燃焼装置。
前記燃料噴出孔の下方に前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が位置する形態で、前記燃料噴出孔、前記第１給排気孔及び前記第２給排気孔が前記バーナタイルに備えられている請求項１又は２に記載の交番燃焼装置。