JP6100154B2 - バーナチップ及び燃焼バーナ並びにボイラ - Google Patents

Description

本発明は、流体燃料と噴霧媒体とを混合することで霧状にして噴出するバーナチップ、このバーナチップから噴出された流体燃料と噴霧媒体との混合体により火炎を形成する燃焼バーナ、この燃焼バーナを使用するボイラに関するものである。

一般的な油焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、液体燃料を噴霧媒体により霧化させた状態で火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。

この油焚きボイラで使用される燃焼バーナは、液体燃料と噴霧媒体の供給配管の先端部にバーナチップが設けられて構成されている。このバーナチップは、液体燃料と噴霧媒体とを混合した後、先端に形成された複数の噴出孔から噴出可能となっている。そして、このバーナチップにて、重質燃料などのようなＮＯｘや煤塵を多く発生させる燃料を使用する場合、高い燃焼性を確保してＮＯｘや煤塵の低減を図る必要がある。そのため、バーナチップにおける噴出孔の数を増加させることが考えられるが、噴出孔の数を増加させると、隣接する噴出孔の距離が短くなり、噴流同士が干渉しあって薄膜状になり、周囲の空気が取り込みにくくなって着火不良や燃焼不良を引き起こす可能性がある。

このような問題を解決するバーナチップとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたバーナチップは、噴霧媒体室から放射状に複数の噴霧媒体噴出孔を延出し、その先端延長線上に混合体噴出孔を形成して混合体噴出孔をバーナチップの先端に開口し、液体燃料室から燃料噴出孔を延出して燃料噴出孔の先端を混合体噴出孔の側面に開口したものである。

特開２０１０−１２７５１８号公報

特許文献１のバーナチップでは、バーナチップの先端部に混合体噴出孔を半径方向及び周方向に所定間隙で複数形成している。しかし、混合体噴出孔の数を増加させる場合、噴霧媒体室から放射状に複数の噴霧媒体噴出孔を形成する必要があるが、噴霧媒体室の面積が限られていることから、噴霧媒体噴出孔を増加させることは困難である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、流体燃料と噴霧媒体との混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることが可能なバーナチップ及び燃焼バーナ並びにボイラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のバーナチップは、チップ本体と、前記チップ本体の内部に設けられる混合室と、基端部が前記混合室に連通すると共に先端部が前記チップ本体の先端に開口して前記チップ本体の周方向に所定間隔で配置される複数の混合流体噴出孔と、流体燃料を前記混合室に供給する流体燃料供給通路と、噴霧媒体を前記混合室に供給する噴霧媒体供給通路と、を有し、前記混合流体噴出孔は、基端部が前記混合室に連通する第１噴出孔と、基端部が前記第１噴出孔に連通して先端部が前記チップ本体の先端に開口する複数の第２噴出孔と、を有することを特徴とするものである。

従って、流体燃料供給通路から供給される流体燃料と噴霧媒体供給通路から供給される噴霧媒体とが混合室で混合され、混合流体が複数の混合流体噴出孔により外部に噴出される。このとき、混合流体噴出孔は、内面に流体燃料の膜が形成されやすいが、第１噴出孔の先端部に連通して複数の第２噴出孔が設けられていることから、混合流体が第１噴出孔から各第２噴出孔に分岐するときにせん断力を受け、混合流体が内面に形成された流体燃料の膜を除去し、高速で混合流体を外部に噴出することができる。その結果、流体燃料と噴霧媒体の混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

本発明のバーナチップでは、前記複数の第２噴出孔は、前記チップ本体の径方向に沿って所定間隔で配置されることを特徴としている。

従って、流体燃料と噴霧媒体との混合流体がチップ本体の径方向に沿って拡散することとなり、流体燃料と周囲の空気との混合を促進することができる。

本発明のバーナチップでは、前記第１噴出孔における通路面積と、前記複数の第２噴出孔における合計の通路面積が同じ面積に設定されることを特徴としている。

従って、流体燃料と噴霧媒体との混合流体を所定の流速で安定して噴射することができる。

本発明のバーナチップでは、前記複数の混合流体噴出孔は、鉛直方向の上下に配置される前記混合流体噴出孔の通路面積が、水平方向の左右に配置される前記混合流体噴出孔の通路面積より大きな面積に設定されることを特徴としている。

従って、上方及び下方に供給される２次空気量が多い場合、上下の混合流体噴出孔から噴射される混合流体の噴射量を多くすることで、流体燃料と空気の混合を効果的に促進することができる。

本発明のバーナチップでは、鉛直方向の上下に配置される前記第２噴出孔の数が、水平方向の左右に配置される前記第２噴出孔の数より多く設定されることを特徴としている。

従って、上方及び下方に供給される２次空気量が多い場合、上下の混合流体噴出孔から噴射される混合流体の噴射量を多くし、且つ、微粒化することで、流体燃料と空気の混合を効果的に促進することができる。

本発明のバーナチップでは、前記複数の混合流体噴出孔は、鉛直方向の上下に配置される混合流体噴出孔の噴出方向が、水平方向の左右に配置される混合流体噴出孔の噴出方向より径方向における外側を向いて設定されることを特徴としている。

従って、上方及び下方に供給される２次空気量が多い場合、上下の混合流体噴出孔から噴射される混合流体の噴射方向を外側とすることで、流体燃料と空気の混合を効果的に促進することができる。

また、本発明の燃焼バーナは、風箱と、前記風箱における鉛直方向の中央部に配置される燃料コンパートメントと、前記燃料コンパートメントの中央部に配置されるバーナガンと、前記風箱における鉛直方向の上部及び下部に配置される上下一対の補助空気コンパートメントと、を有し、前記バーナガンの先端部に前記バーナチップが配置されることを特徴とするものである。

従って、バーナガンの先端部に配置されたバーナチップは、混合流体噴出孔として、第１噴出孔とこの第１噴出孔に連通する複数の第２噴出孔とが設けられていることから、混合流体が第１噴出孔から各第２噴出孔に分岐するときにせん断力を受け、混合流体が内面に形成された流体燃料の膜を除去し、高速で混合流体を外部に噴出することができる。その結果、流体燃料と噴霧媒体の混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

また、本発明のボイラは、中空形状をなす火炉内で燃料と空気を燃焼させると共に、前記火炉内で熱交換を行って熱を回収するボイラにおいて、火炉壁に前記燃焼バーナが配置されることを特徴とするものである。

従って、火炉壁に燃焼バーナが配置されていることから、流体燃料と噴霧媒体の混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

本発明のバーナチップ及び燃焼バーナ並びにボイラによれば、バーナチップの混合流体噴出孔として、第１噴出孔とこの第１噴出孔に連通する複数の第２噴出孔とを設けるので、流体燃料と噴霧媒体の混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

図１は、本実施形態のバーナチップの正面図である。 図２は、バーナチップの断面を表す図１のII−II断面図である。 図３は、バーナチップの断面を表す図１のIII−III断面図である。 図４は、バーナチップの断面を表す図１のIV−VI断面図である。 図５は、バーナチップにおける図２のＶ−Ｖの断面図である。 図６は、本実施形態の油焚きボイラを表す概略構成図である。 図７は、燃焼バーナの全体構成を表す正面図である。 図８は、燃焼バーナの断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明のバーナチップ及び燃焼バーナ並びにボイラの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図６は、第１実施形態の油焚きボイラを表す概略構成図である。

本実施形態の油焚きボイラは、流体燃料としての重油（または、軽油、石炭のスラリーなど）を燃料として用い、この重油を燃焼バーナ（バーナチップ）により噴霧媒体としての蒸気（または、高圧空気、高圧ガス、可燃性ガスなど）により微粒化させて噴霧し、火炉内で燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。

本実施形態において、図６に示すように、油焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。

燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１は、周方向に沿って、例えば、４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って、例えば、３セット、つまり、３段配置されている。なお、燃焼バーナ２１の配置場所や個数はこれに限定されるものではない。

各燃焼バーナ２１は、燃料供給配管２２を介して燃料供給源２３に連結されており、燃料供給配管２２に燃料供給量を調整可能な流量調整弁２４が設けられている。また、各燃焼バーナ２１は、蒸気供給配管２５を介して蒸気供給源２６に連結されており、蒸気供給配管２５に蒸気供給量を調整可能な流量調整弁２７が設けられている。また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１の装着位置に風箱２８が設けられており、この風箱２８に空気ダクト２９の一端部が連結されており、この空気ダクト２９は、他端部に送風機３０が装着されている。

従って、各燃焼バーナ２１は、燃料供給源２３から燃料供給配管２２を通して燃料が供給されると共に、蒸気供給源２６から蒸気供給配管２５を通して蒸気が供給される。また、各燃焼バーナ２１は、空気ダクト２９から排ガスと熱交換して加熱された燃焼用空気が風箱２８に供給される。そのため、燃焼バーナ２１は燃料と蒸気を混合して微粒化した後、混合流体として火炉１１内に噴射すると共に、燃焼用空気を火炉１１内に噴射し、火炉１１内で火炎を形成することができる。

火炉１１は、上部に煙道３１が連結されており、この煙道３１に、対流伝熱部（熱回収部）として排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）３２，３３、再熱器（リヒータ）３４，３５、節炭器（エコノマイザ）３６，３７，３８が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

煙道３１は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管３９が連結されている。この排ガス管３９は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。

従って、燃焼装置１２に各燃焼バーナ２１が燃料と蒸気との混合流体を火炉１１内に噴射すると、火炉１１では、混合流体と空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道３１に排出される。

このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器３６，３７，３８によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器３２，３３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器３２，３３で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の途中で取り出した蒸気は、再熱器３４，３５に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

その後、煙道３１の節炭器３６，３７，３８を通過した排ガスは、排ガス管３９にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。

まず、燃焼装置１２について詳細に説明するが、この燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ２１は、ほぼ同様の構成をなしている。図７は、燃焼バーナの全体構成を表す正面図、図８は、燃焼バーナの断面図である。

燃焼バーナ２１において、図７及び図８に示すように、風箱２８は、箱形形状をなし、仕切板５１，５２により燃料コンパートメント５３と上部補助空気コンパートメント５４と下部補助空気コンパートメント５５に区画されている。燃料コンパートメント５３は、風箱２８における鉛直方向の中央部に配置され、風箱２８における鉛直方向の上部に上部補助空気コンパートメント５４が配置され、下部に下部補助空気コンパートメント５５が配置されている。

燃料コンパートメント５３は、燃料用空気ノズル５６と上下の燃料用補助空気ノズル５７，５８を有しており、燃料用空気ノズル５６は、中心部にバーナガン５９が配置され、その周囲に保炎器６０が配置されている。一方、上部補助空気コンパートメント５４は、補助空気ノズル６１を有し、下部補助空気コンパートメント５５は、補助空気ノズル６２を有している。なお、燃料用空気ノズル５６、上下の燃料用補助空気ノズル５７，５８及び補助空気ノズル６１，６２は、上下にチルト可能となっている。

従って、燃焼用空気は、風箱２８内で燃料コンパートメント５３及び各補助空気コンパートメント５４，５５に所定の流量割合で供給され、燃料コンパートメント５３に１次空気が送り込まれ、各補助空気コンパートメント５４，５５に２次空気が送り込まれる。燃料コンパートメント５３に送り込まれた１次空気は、大部分が燃料用空気ノズル５６と燃料用補助空気ノズル５７，５８から有効１次空気として火炉１１内へ高速度で噴出される。各補助空気コンパートメント５４，５５に送り込まれた２次空気は、大部分が補助空気ノズル６１，６２から火炉１１内へ高速度で噴出される。

燃料及び蒸気は、バーナガン５９に圧送され、バーナガン５９の先端部に装着された後述するバーナチップ７１により火炉１１に噴霧され、図示されてない着火源によって着火されて火炎を形成する。火炎は、保炎器６０を有効１次空気が通過するときに旋回流により保炎され、燃焼が継続される。火炎は、燃焼継続が着火点近傍から火炎前半部にかけての燃焼が１次空気で、後半部から燃焼完結までが有効２次空気でそれぞれなされる。

次に、バーナチップ７１について説明する。図１は、本実施形態のバーナチップの正面図、図２は、バーナチップの断面を表す図１のII−II断面図、図３は、バーナチップの断面を表す図１のIII−III断面図、図４は、バーナチップの断面を表す図１のIV−IV断面図、図５は、バーナチップにおける図２のＶ−Ｖの断面図である。

バーナチップ７１は、図１から図５に示すように、チップ本体としてのスプレイプレート７２及びバックプレート７３から構成され、図示しない締付リングにより一体に連結されている。

スプレイプレート７２は、基端（図２にて、右方）が開口して先端（図２にて、左方）が閉塞した円筒形状をなし、基端部に開口するように円柱形状をなす第１凹部８１が形成されている。また、スプレイプレート７２は、先端部に複数の混合流体噴出孔８２，８３，８４が形成されている。各混合流体噴出孔８２，８３，８４は、基端部が第１凹部８１に連通すると共に先端部が外部に開口しており、バーナチップ７１の軸心Ｏ１を中心として周方向に均等間隔で複数（本実施形態では、８個）設けられている。この場合、各混合流体噴出孔８２，８３，８４は、バーナチップ７１の軸心Ｏ１上にある１点Ｏ２を中心として放射状に形成されており、内径が混合室８５の内径より小さいものとなっている。

バックプレート７３は、円盤形状をなし、先端部に円柱形状をなす第２凹部８６が形成されている。このバックプレート７３に形成された第２凹部８６は、スプレイプレート７２に形成された第１凹部８１と対向し、且つ、各凹部８１，８６は、ほぼ同径に設定されている。本実施形態では、この第１凹部８１と第２凹部８６により混合室８５が構成されており、各混合流体噴出孔８２，８３，８４は、基端部がこの混合室８５に連通することとなる。

バックプレート７３は、第２凹部８６（混合室８５）の外周側に噴出チャンバ８７が周方向に沿ってリング形状をなして形成されている。この噴出チャンバ８７は、複数（本実施形態では、８個）の連通路８８を介して第２凹部８６（混合室８５）と連通している。即ち、各連通路８８は、バックプレート７３の径方向（放射方向）に沿って形成され、一端部が噴出チャンバ８７の内周面に連通し、他端部が第２凹部８６の外周面に連通している。

また、バックプレート７３は、基端部に燃料供給配管２２（燃料供給経路２２ａ）及び蒸気供給配管２５（蒸気供給経路２５ａ）が連結されている。そして、バックプレート７３は、蒸気を蒸気供給経路２５ａから混合室８５に供給する複数の蒸気供給通路（噴霧媒体供給通路）８９が設けられている。この各蒸気供給通路８９は、バックプレート７３にその長手方向に沿って設けられており、基端部が蒸気供給経路２５ａに連通し、先端部が第２凹部８６に連通しており、混合室８５に蒸気を供給可能となっている。

各バックプレート７３は、燃料を燃料供給経路２２ａから混合室８５にその外周側から供給する複数の燃料供給通路（流体燃料供給通路）９０が設けられている。この各燃料供給通路９０は、バックプレート７３にその長手方向に沿って設けられており、基端部が燃料供給経路２２ａに連通し、先端部が噴出チャンバ８７に連通しており、各連通路８８を通して混合室８５に燃料を供給可能となっている。

この場合、燃料供給配管２２と蒸気供給配管２５は２重管であり、蒸気供給配管２５が内側に位置し、この蒸気供給配管２５の外側に燃料供給配管２２が配置されることで、燃料供給経路２２ａと蒸気供給経路２５ａが形成されている。そして、バーナチップ７１は、この２重管（燃料供給配管２２、蒸気供給配管２５）の先端部に交換可能に取付けられている。

そのため、蒸気供給経路２５ａの蒸気は、複数の蒸気供給通路８９を通り、混合室８５に対してバーナチップ７１の軸線方向に沿って蒸気を供給する。一方、燃料供給経路２２ａの燃料は、複数の燃料供給通路９０を通って噴出チャンバ８７に供給され、この噴出チャンバ８７から、複数の連通路８８を通り、混合室８５に対してバーナチップ７１の径方向に沿って燃料を供給可能となっている。

また、バーナチップ７１は、各混合流体噴出孔８２，８３，８４は、それぞれ形状が相違している。バーナチップ７１における鉛直方向の上下に配置される第１混合流体噴出孔８２は、基端部が混合室８５に連通する第１噴出孔８２ａと、基端部が第１噴出孔８２ａの先端部に連通して先端部がスプレイプレート７２の先端に開口する複数（本実施形態では、３個）の第２噴出孔８２ｂとを有している。即ち、第１混合流体噴出孔８２は、混合室８５に連通する第１噴出孔８２ａの先端部が３個の第２噴出孔８２ｂに分岐して前方に開口している。この場合、３個の第２噴出孔８２ｂは、スプレイプレート７２の径方向に沿って所定間隔（均等間隔）で配置されている。

また、バーナチップ７１における鉛直方向の中間部、つまり、水平方向の左右に配置される第３混合流体噴出孔８４は、基端部が混合室８５に連通する第１噴出孔８４ａと、基端部が第１噴出孔８４ａの先端部に連通して先端部がスプレイプレート７２の先端に開口する複数（本実施形態では、２個）の第２噴出孔８４ｂとを有している。即ち、第３混合流体噴出孔８４は、混合室８５に連通する第１噴出孔８４ａの先端部が３個の第２噴出孔８４ｂに分岐して前方に開口している。この場合、３個の第２噴出孔８４ｂは、スプレイプレート７２の径方向に沿って所定間隔（均等間隔）で配置されている。

更に、バーナチップ７１における鉛直方向及び水平方向（または、周方向）にて、第１混合流体噴出孔８２と第３混合流体噴出孔８４との間に配置される第２混合流体噴出孔８３は、基端部が混合室８５に連通する第１噴出孔８３ａと、基端部が第１噴出孔８３ａの先端部に連通して先端部がスプレイプレート７２の先端に開口する複数（本実施形態では、３個）の第２噴出孔８３ｂとを有している。即ち、第２混合流体噴出孔８３は、混合室８５に連通する第１噴出孔８３ａの先端部が２個の第２噴出孔８３ｂに分岐して前方に開口している。この場合、２個の第２噴出孔８３ｂは、スプレイプレート７２の径方向に沿って所定間隔（均等間隔）で配置されている。

そして、各混合流体噴出孔８２，８３，８４は、第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａにおける通路面積と、各第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂにおける合計の通路面積が同じ面積に設定されている。また、第１混合流体噴出孔８２の通路面積が、第３混合流体噴出孔８４の通路面積より大きな面積に設定されている。即ち、第１混合流体噴出孔８２の通路面積をＡ１、第２混合流体噴出孔８３の通路面積をＡ２、第３混合流体噴出孔８４の通路面積をＡ３とすると、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３に設定されている。

また、第１混合流体噴出孔８２における第２噴出孔８２ｂの数が、第３混合流体噴出孔８４における第２噴出孔８４ｂの数より多く設定されている。更に、第１混合流体噴出孔８２の噴出方向が第２混合流体噴出孔８４の噴出方向より径方向における外側を向いて設定されている。即ち、第１混合流体噴出孔８２は、円形の通路断面をなし、第１噴射孔８２ａの中心がバーナチップ７１の軸心Ｏ１上にあるＯ２を中心とした放射線上にある。そして、３個の第２噴出孔８２ｂは、１個が第１噴射孔８２ａと同心円状にあり、他の２個がバーナチップ７１の径方向の内側と外側にある。この場合、３個の第２噴出孔８２ｂは、スプレイプレート７２の前面に開口しており、その開口位置は、軸心Ｏ１から異なる位置の３個の中心線Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３上に形成されている。

また、第２混合流体噴出孔８３は、円形の通路断面をなし、第１噴射孔８３ａの中心がバーナチップ７１の軸心Ｏ１上にあるＯ２を中心とした放射線上にある。そして、３個の第２噴出孔８３ｂは、１個が第１噴射孔８３ａと同心円状にあり、他の２個がバーナチップ７１の径方向の内側と外側にある。この場合、３個の第２噴出孔８３ｂは、スプレイプレート７２の前面に開口しており、その開口位置は、軸心Ｏ１から異なる位置の３個の中心線Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３上に形成されている。更に、第３混合流体噴出孔８４は、円形の通路断面をなし、第１噴射孔８４ａの中心がバーナチップ７１の軸心Ｏ１上にあるＯ２を中心とした放射線上にある。そして、２個の第２噴出孔８４ｂは、１個が第１噴射孔８４ａと同心円状にあり、他の１個がバーナチップ７１の径方向の内側にある。この場合、２個の第２噴出孔８４ｂは、スプレイプレート７２の前面に開口しており、その開口位置は、軸心Ｏ１から異なる位置の２個の中心線Ｏ１１，Ｏ１２上に形成されている。

なお、各混合流体噴出孔８２，８３，８４は、全て第１噴射孔８２ａ，８３ａ，８４ａの中心がバーナチップ７１の軸心Ｏ１上にあるＯ２を中心とした放射線上に位置するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、バーナチップ７１の軸心Ｏ１に対する各第１噴射孔８２ａ，８３ａ，８４ａの中心線の角度を異ならせることで、第１混合流体噴出孔８２の噴出方向が第２混合流体噴出孔８４の噴出方向より径方向における外側を向くように構成してもよい。

ここで、本実施形態のバーナチップ７１（バーナガン５９）の作用について詳細に説明する。なお、図２から図４にて、燃料の流れを黒塗りの矢印で表し、蒸気の流れを白抜きの矢印で表し、燃料と蒸気が混合した混合流体を斜線の矢印で表している。

バーナチップ７１にて、図２から図４に示すように、蒸気が蒸気供給配管２５を通して供給されると、この蒸気は、複数の蒸気供給通路８９を通して混合室８５に軸心Ｏ１方向に沿って供給される。また、燃料が燃料供給配管２２を通して供給されると、この燃料は、複数の燃料供給通路９０、噴出チャンバ８７、連通路８８を通って混合室８５に径方向に沿って外側から供給される。

すると、混合室８５にて、軸心Ｏ１方向に沿って供給された蒸気に対して、径方向に沿って外側から供給された燃料が衝突し、互いにぶつかり合って混合される。即ち、混合室８５に軸心Ｏ１方向に沿って先端の混合流体噴出孔８２，８３，８４側へ流れる蒸気に対して、その外側からほぼ直交するように供給された燃料が衝突することで、燃料が蒸気により拡散されて混合することとなる。また、燃料が混合室８５に対して径方向に供給されることで、燃料が混合流体噴出孔８２，８３，８４側へ直線的に流れず、混合室８５での燃料の滞留時間が長くなり、蒸気により拡散されやすくなる。

そして、混合室８５で効率良く混合された混合流体は、この混合室８５を前方側に流れ、各混合流体噴出孔８２，８３，８４を通して外部に噴出（噴霧）される。このとき、混合流体は、第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａから各第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂに分岐して外部に噴出される。燃料と蒸気との混合流体は、燃料の粘度の影響から混合流体噴出孔８２，８３，８４を通過するとき、その内面に燃料が付着し、燃料液膜を形成しやすい。ところが、本実施形態では、第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａの先端部が複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂに分岐している。そのため、混合流体が各分岐部を通過するとき、この混合流体がせん断力を受け、混合流体が混合流体噴出孔８２，８３，８４の内面に形成された燃料液膜を除去し、あるいは、内面に付着せずに高速で外部に噴出されることとなり、流体燃料の噴霧粒径を小さくすることができる。

このように本実施形態のバーナチップにあっては、内部に設けられる混合室８５と、基端部が混合室８５に連通すると共に先端部が開口して周方向に所定間隔で配置される複数の混合流体噴出孔８２，８３，８４と、流体燃料を混合室８５に供給する流体燃料供給通路９０と、蒸気を混合室８５に供給する蒸気供給通路８９とを設け、混合流体噴出孔８２，８３，８４として、基端部が混合室８５に連通する第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａと、基端部が第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａに連通して先端部が開口する複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂを設けている。

従って、燃料供給通路９０から供給される燃料と蒸気供給通路８９から供給される蒸気とが混合室８５で混合され、混合流体が複数の混合流体噴出孔８２，８３，８４により外部に噴出される。このとき、混合流体噴出孔８２，８３，８４は、内面に燃料液膜が形成されやすいが、第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａの先端部に連通して複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂが設けられていることから、混合流体が第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａから各第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂに分岐するときにせん断力を受け、混合流体が内面に形成された燃料液膜を除去し、高速で混合流体を外部に噴出することができる。その結果、燃料と蒸気の混合を促進することで燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

そして、本実施形態にて、混合流体噴出孔８２，８３，８４は、混合室８５側に第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａが開口し、スプレイプレート７２前面に複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂが開口している。そのため、スプレイプレート７２における限られた混合室８５内面の開口数を増加することなく、前面に開口する開口数を増加させることができ、製造性を向上することができる。

本実施形態のバーナチップでは、複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂをスプレイプレート７２の径方向に沿って所定間隔で配置している。従って、流体燃料と噴霧媒体との混合流体がスプレイプレート７２の径方向に沿って拡散することとなり、流体燃料が周囲の空気と効率良く混合することとなり、液体燃料と空気との混合を促進することができる。

本実施形態のバーナチップでは、第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａにおける通路面積と、複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂにおける合計の通路面積を同じ面積に設定している。従って、流体燃料と噴霧媒体との混合流体を所定の流速で安定して噴射することができる。

本実施形態のバーナチップでは、複数の混合流体噴出孔は、鉛直方向の上下に配置される第１混合流体噴出孔８２の通路面積を、水平方向の左右に配置される第３混合流体噴出孔８４の通路面積より大きな面積に設定している。燃焼バーナ２１は、燃料コンパートメント５３と上下の補助空気コンパートメント５４，５５とを有し、燃料コンパートメント５３の中央部にバーナガン５９が配置されている。そのため、バーナガン５９から噴射される混合流体に対してその上方及び下方に空気が噴出される。従って、上下の混合流体噴出孔８２から噴射される混合流体の噴射量を多くすることで、流体燃料と空気との混合を効果的に促進することができる。

本実施形態のバーナチップでは、第１混合流体噴出孔８２の第２噴出孔８２ｂの数を第３混合流体噴出孔８４の第２噴出孔８４ｂの数より多く設定している。従って、前述と同様に、上方及び下方に供給される空気量が多い場合、上下の第１混合流体噴出孔８２から噴射される混合流体の噴射量を多くし、且つ、微粒化することで、流体燃料と空気の混合を効果的に促進することができる。

本実施形態のバーナチップでは、上下に配置される第１混合流体噴出孔８２の噴出方向を左右に配置される第２混合流体噴出孔８４の噴出方向より径方向における外側を向くように設定している。従って、前述と同様に、上方及び下方に供給される空気量が多い場合、上下の第１混合流体噴出孔８２から噴射される混合流体の噴射方向を外側とすることで、流体燃料と空気の混合を効果的に促進することができる。

また、本実施形態の燃焼バーナにあっては、風箱２８と、風箱２８における鉛直方向の中央部に配置される燃料コンパートメント５３と、燃料コンパートメント５３の中央部に配置されるバーナガン５９と、風箱２８における鉛直方向の上部及び下部に配置される上下一対の補助空気コンパートメント５４，５５とを設け、バーナガン５９の先端部にバーナチップ７１を配置している。

従って、バーナガン５９の先端部に配置されたバーナチップ７１は、混合流体噴出孔８２，８３，８４として、第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａとこの第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａに連通する複数の第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂとを設けていることから、混合流体が第１噴出孔８２ａ，８３ａ，８４ａから各第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂに分岐するときにせん断力を受け、混合流体が内面に形成された流体燃料の膜を除去し、高速で混合流体を外部に噴出することができる。その結果、流体燃料と噴霧媒体の混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

また、本実施形態のボイラにあっては、中空形状をなす火炉１１内で燃料と空気を燃焼させると共に、火炉１１内で熱交換を行って熱を回収するボイラにおいて、火炉壁に燃焼バーナ２１を配置している。

従って、流体燃料と噴霧媒体の混合を促進することで流体燃料の噴霧粒径を小さくして燃焼性を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、蒸気を混合室８５に対して軸心Ｏ１方向に沿って供給し、燃料を混合室８５に対して径方向に沿って外側から供給したが、蒸気と燃料の供給方向を逆にしてもよい。

また、上述した実施形態では、スプレイプレートの先端部に８個の混合流体噴出孔８２，８３，８４を設けたが、この数や位置は、実施形態に限定されるものではなく、例えば、複数の混合流体噴出孔を周方向に沿って設けると共に、径方向に沿って設けてもよい。また、第２噴出孔８２ｂ，８３ｂ，８４ｂの数も実施形態に限定されるものではない。

１０ 油焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１ 燃焼バーナ
２２ 燃料供給配管
２５ 蒸気供給配管
２８ 風箱
５３ 燃料コンパートメント
５４ 上部補助空気コンパートメント
５５ 下部補助空気コンパートメント
５９ バーナガン
７１ バーナチップ
７２ スプレイプレート（チップ本体）
７３ バックプレート（チップ本体）
８２ 第１混合流体噴出孔
８２ａ 第１噴出孔
８２ｂ 第２噴出孔
８３ 第２混合流体噴出孔
８３ａ 第１噴出孔
８３ｂ 第２噴出孔
８４ 第３混合流体噴出孔
８４ａ 第１噴出孔
８４ｂ 第２噴出孔
８５ 混合室
８７ 噴出チャンバ
８８ 連通路
８９ 蒸気供給通路（噴霧媒体供給通路）
９０ 燃料供給通路（流体燃料供給通路）

Claims (8)

1. チップ本体と、
   前記チップ本体の内部に設けられる混合室と、
   基端部が前記混合室に連通すると共に先端部が前記チップ本体の先端に開口して前記チップ本体の周方向に所定間隔で配置される複数の混合流体噴出孔と、
   流体燃料を前記混合室に供給する流体燃料供給通路と、
   噴霧媒体を前記混合室に供給する噴霧媒体供給通路と、
   を有し、
   前記混合流体噴出孔は、
   基端部が前記混合室に連通する第１噴出孔と、
   基端部が前記第１噴出孔に連通して先端部が前記チップ本体の先端に開口する複数の第２噴出孔と、
   を有し、
   前記複数の第２噴出孔のうちの１個が前記第１噴射孔と同心円状にある、
   ことを特徴とするバーナチップ。
   
2. 前記複数の第２噴出孔は、前記チップ本体の径方向に沿って所定間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載のバーナチップ。
3. 前記第１噴出孔における通路面積と、前記複数の第２噴出孔における合計の通路面積が同じ面積に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバーナチップ。
4. 前記複数の混合流体噴出孔は、鉛直方向の上下に配置される前記混合流体噴出孔の通路面積が、水平方向の左右に配置される前記混合流体噴出孔の通路面積より大きな面積に設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバーナチップ。
5. 鉛直方向の上下に配置される前記第２噴出孔の数が、水平方向の左右に配置される前記第２噴出孔の数より多く設定されることを特徴とする請求項４に記載のバーナチップ。
6. 前記複数の混合流体噴出孔は、鉛直方向の上下に配置される混合流体噴出孔の噴出方向が、水平方向の左右に配置される混合流体噴出孔の噴出方向より径方向における外側を向いて設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のバーナチップ。
7. 風箱と、
   前記風箱における鉛直方向の中央部に配置される燃料コンパートメントと、
   前記燃料コンパートメントの中央部に配置されるバーナガンと、
   前記風箱における鉛直方向の上部及び下部に配置される上下一対の補助空気コンパートメントと、
   を有し、
   前記バーナガンの先端部に請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のバーナチップが配置されることを特徴とする燃焼バーナ。
8. 中空形状をなす火炉内で燃料と空気を燃焼させると共に、前記火炉内で熱交換を行って熱を回収するボイラにおいて、
   火炉壁に請求項７の燃焼バーナが配置されることを特徴とするボイラ。

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