JPH0130043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料の燃焼装置に関する。

典型的な先行技術は、たとえば特開昭55−
102803に示されている。この先行技術では、中央
に燃料を高速で噴出せしめる気体燃料噴出孔を設
け、バーナタイルは平板状に形成され、このバー
ナタイルには、燃料噴出孔から半径方向に間隔を
あけて複数の空気供給管を設け、この空気供給管
は、バーナタイルの端面に開放している燃料噴出
孔よりも前方に突出して構成される。

このような先行技術では、燃料噴出孔からの燃
料と、空気供給管の空気との充分な接触が不可能
であり、したがつて低NOx化を図ることができ
ず、また火炎が部分的に高温度になる恐れが生じ
る。

他の先行技術は、たとえば実開昭54−60742に
示されている窒素酸化物低発生バーナであり、こ
の先行技術では燃料噴出管の軸線が半径方向外方
に向かうにつれて前方に傾斜しており、この燃料
噴出管の半径方向外方に配置された空気噴出管か
ら燃焼用空気が供給される。燃料噴出管は、空気
噴出管よりも前方に突出している。燃料噴出管の
外周からは、燃焼用空気の一部が供給される。

このような先行技術では、燃料噴出管が空気供
給管よりも前方に突出しているので、燃料噴出管
近傍の火炎は部分的に高温度になる恐れがあり、
また保炎機能を確実に達成することができない。

本発明の目的は、NOx発生量を低減し、火炎
が部分的に高温度になることを防ぐことができ、
また保炎機能が達成されるようにした燃焼装置を
提供することである。

本発明は、前端部に燃料噴出孔１１，１２，１
３を備える一直線状の軸線を有する燃料噴出管３
を外囲して、燃焼噴出管を半径方向に間隔をあけ
て外囲する一次空気供給管７を設け、 この一次空気供給管７の半径方向外方に間隔を
あけた同心仮想円上に軸線を有する３または４個
の二次空気供給管４，５，６を、円周方向等間隔
に設け、 この二次空気供給管４，５，６は、燃料噴出管
３の軸線に平行な軸線を有し、その軸線方向に開
口しており、 燃料噴出孔１１，１２，１３は、前記二次空気
供給管４，５，６に対応する円周方向の同一の各
位置に単一あるいは複数個ずつ形成され、しかも
燃料噴出孔１１，１２，１３の軸線は、燃料噴出
管３の軸線と角度1/2θ1を有して、燃料噴出管３
の半径方向外方に向かうにつれて前方に傾斜さ
れ、 燃料噴出管３は、前方に向けて大径となる円錐
面１ａを有するバーナタイル１の中央部に配置さ
れ、 二次空気供給管４，５，６の前端部は、燃料噴
出管３の前端部から前方にまたは後方に、第１距
離l1だけ変位されており、 この二次空気供給管４，５，６の前端部はま
た、バーナタイル１の前端面１ｂから前方に第２
距離l2だけ突出されており、 燃料噴出管３の前端部は、円錐面１ａの底より
も前方にあり、 一次空気供給管７の前端部は、円錐面１ａの底
に開放しており、 一次空気供給管７からは、二次空気供給管４，
５，６よりも充分に小さい空気量を供給して、燃
料噴出管３の前端部における保炎機能を果たすよ
うにし、 燃料噴出管３の内径をDgとし、燃料噴出管３
の前端部が二次空気供給管４，５，６の前端部よ
りも突出している場合をプラス、後退している場
合をマイナスで示すと、 −5Dg≦l1≦＋5Dg に選び、 二次空気供給管４，５，６の軸線が存在する前
記仮想円の直径をDpとするとき、 3Dg≦Dp≦20Dg に選び、また、 30゜≦θ1≦180゜ に選び、 二次空気供給管４，５，６の内径をDaとする
とき、 10Da≦l2≦30Da に選び、 バーナタイル１の円錐面１ａの角度θ2を、 θ1−30゜≦θ2≦θ1＋30゜ に選ぶことを特徴とする燃焼装置である。

以下、図面によつて本発明の実施例を説明す
る。第１図は本発明の一実施例の断面図であり、
第２図はその平面図である。この燃焼装置は火炎
を形成すべき空間に向けて（第１図の上方に向け
て）大径となる円錐面１ａを有するバーナタイル
１と、バーナタイル１の後方（第１図の下方）に
空気室２ａを形成する風箱２と、風箱２を貫通し
てバーナタイル１の中央部に配置される燃料噴出
管３と、一端部が空気室２ａ内に連通し他端部が
円錐面１ａから突出されかつ燃料噴出管の半径方
向外方に間隔をあけた同心仮想円上で円周方向に
等間隔に配置された３個の二次空気供給管４，
５，６と、燃料噴出管３を同心に外囲して一端部
がバーナタイル１の円錐面１ａの底で開放され他
端部が風箱２を嵌通して外方に延びる一次空気供
給管７とを含む。風箱２には途中にダンパ８を備
える空気供給管９の一端部が接続され、空気供給
管９の他端部は図示しない押し込み送風機などの
空気供給源に接続される。一次空気供給管７の他
端部は前記ダンパ８よりも上流側で空気供給管９
に接続される。

なお、二次空気供給管は前記仮想円上に周方向
等間隔に４個設けられていてもよい。

燃料噴出管３は、一次空気供給管７の内周との
間の環状の間〓を円周方向に沿つて一定とするた
めに、半径方向に延びる支持部材１０によつて一
次空気供給管７の内壁に支持される。燃料噴出管
３の途中の外周に図示しない旋回羽根を固着し、
燃料噴出管３の外周と一次空気供給管７の内周と
の間の環状の流路を通過する一次空気に旋回力を
与えるようにしてもよい。一次空気供給管７には
ダンパ８を操作することによつて空気供給管９内
を流過してきた全空気量の約10％程度の空気が一
次空気として導かれる。また残余の約90％程度の
空気は空気室２ａから各二次空気室供給管４，
５，６に二次空気としてそれぞれ分配される。

第３図は、燃料噴出管３の前端部付近の断面図
である。燃料噴出管３の前端部には燃料噴出孔１
１，１２，１３が形成される。これらの燃料噴出
孔１１，１２，１３は、二次空気供給管４，５，
６にそれぞれ対応するように、円周方向に等間隔
をあけて形成される。しかも、各燃料噴出孔１
１，１２，１３は、燃料の噴出流が二次空気供給
管４，５，６から供給される二次空気の噴流と交
差するように、燃料噴出管３の軸線に対して角度
１／２θ1だけ前方に傾斜される。したがつて各燃料
噴出孔１１，１２，１３から噴出される燃料は、
角度θ1を有する円錐面に沿つて噴出されることに
なる。

このような構成を有する燃焼装置によれば、燃
焼状態において第４図に示すごとく中空の未広が
りであつて、しかも厚さｔの小さな薄膜状火炎１
５が形成される。一次空気供給管７から供給され
る一次空気量は、前述のごとく全燃焼空気量の約
10％程度であるので、燃料噴出管３から噴出され
る燃料を完全燃焼させるには不充分であつて、燃
料噴出管３の前端部における保炎機能を果たす。
燃料噴出管３から噴出される燃料は、二次空気供
給管４，５，６から供給される二次空気によつて
完全燃焼して火炎１５を形成する。しかも、この
火炎１５には実線矢符で示すごとく燃焼ガスが巻
き込まれる。そのため火炎１５は局部的に高温度
となることはない。

本発明者は燃料として都市ガスなどのガス燃料
を使用して本件燃焼装置の寸法を変えて実験を行
い、その結果NOxを大幅に低減することができ、
しかも安定した燃焼状態を得ることができる条件
を確認することができた。以下その実験結果につ
いて説明する。

第５図は、燃料噴出管３の前端部と二次空気供
給管４，５，６の前端部との位置関係によつて
NOxの発生量が変化する状態を示すグラフであ
る。第５図において、燃料噴出管３の前端部と二
次空気供給管４，５，６の前端部との距離l1（第
１図参照）は燃料噴出管３の内径Dgの倍数で表
されている。ここで、燃料噴出管３の前端部が二
次空気供給管４，５，６の前端部よりも前方に突
出している場合はプラス、また逆に後方に後退し
ている場合はマイナスで示す。また燃焼状態が安
定であつた範囲を斜線で示す。後述の第６図〜第
９図に関しても同様に安定した燃焼状態の範囲を
斜線で示す。第５図から明らかなごとく、 −5Dg≦l1≦＋5Dg の範囲で安定な燃焼状態を得ることができ、しか
もその範囲でNOxの発生量は、最高40ppm程度
と低く抑えることができた。

第６図は、二次空気供給管４，５，６が配置さ
れる仮想円の直径DpがNOx発生量に与える影響
を示すグラフである。第６図の横軸において前記
Dpは燃料噴出管３の内径Dgの倍数で示されてい
る。第６図から明らかなごとく、二次空気供給管
４，５，６が配置される仮想円の直径Dpが、 3Dg≦Dp≦20Dg の範囲にあるときに安定した燃焼状態を得ること
ができ、しかもその範囲でNOxの発生量を最高
40ppm程度に抑えることができた。

第７図は、燃料の噴流角度θ1がNOxの発生量
に与える影響、ならびに火炎長さに与える影響を
示すグラフである。第７図から明らかなように噴
流角度θ1が30度〜180度の範囲においてNOxを最
高40ppm程度に抑えることができ、しかも火炎長
さを1.5〜３ｍ程度にすることができる。

第８図は、二次空気供給管４，５，６がバーナ
タイル１の端面１ｂから突出する距離l2（第１図
参照）によつてNOxの発生量に与える影響を示
すグラフであり、前記l2は二次空気供給管４，
５，６の内径Daの倍数で示されている。第８図
から明らかなように、 10Da≦l2≦30Da であるときに安定した燃焼状態を得ることがで
き、NOxの発生量を最高40ppm程度に抑えるこ
とができる。

第９図は、バーナタイル１の円錐面１ａの角度
θ2によるNOxの発生量に与える影響を示すグラ
フである。ここで角度θ2は前記噴流角度θ1の関数
で示されている。第９図から明らかなようにθ2
が、 （θ1−30゜）≦θ2≦（θ1＋30゜） の範囲において安定した燃焼状態を得ることがで
き、しかもその範囲でNOxの発生量も最高
40ppm程度に抑えることができた。

第５図〜第９図の実験結果により、安定した燃
焼状態でしかもNOxの発生量を低減させるため
には次の５つの条件が必要であることがわかる。

(1) −5Dg≦11≦＋5Dg (2) 3Dg≦Dp≦20Dg (3) 30゜≦θ1≦180゜ (4) 10Da≦l2≦30Da (5) （θ1−30゜）≦θ2≦（θ1＋30゜） 上述の実施例ではガス燃料に関連して説明した
が、本発明は液体燃料に関連して実施することも
できる。

上述のごとく本発明によれば、NOxを大幅に
低減して安定した燃料状態を得ることができ、し
かも簡単な製造であるので燃焼用空気を送風する
ためのドラフトロスが極力低減される。

特に本発明によれば、バーナタイル１には円錐
面１ａが形成され、この円錐面１ａの中央部に燃
料噴出管３が配置され、燃料噴出管３に形成され
ている燃料噴出孔１１，１２，１３の軸線は、そ
の燃焼噴出管３の軸線と角度1/2θ1を有して、燃
料噴出管３の半径方向外方に向かうにつれて前方
に傾斜されている。これによつて燃料噴出孔１
１，１２，１３のからの燃料と、二次空気供給管
４，５，６からの二次空気とが充分に接触して、
良好な燃焼状態が得られる。

しかも本発明では、燃料噴出孔１１，１２，１
３は、二次空気供給管４，５，６に対応する円周
方向の同一の各位置に、単一または複数個ずつ形
成されているので、燃料噴出孔１１，１２，１３
からの燃料と二次空気供給管４，５，６からの空
気とが確実に接触することが可能になる。

さらにまた本発明では、二次空気供給管４，
５，６は燃料噴出管の前端部から前方にまたは後
方に変位されており、燃料噴出管３は、一次空気
供給管７内に挿通した構成となつている。これに
よつて保炎機能が確実に達成される。

しかもまた火炎が部分的に高温度になることが
防がれる。

さらに本発明では、燃料噴出管３の燃料噴出孔
１１，１２，１３は、一次空気供給管７の前端部
（すなわち円錐面１ａの底）よりも前方にあり、
したがつて燃焼ガスの巻込みが確実になり、この
ことによつてもまたNOxの低減と、火炎の部分
的な温度の上昇の防止を図ることができる。

また本発明では、二次空気供給管４，５，６
は、燃料噴出管３の前端部から前方にまたは後方
に第１距離l1だけ変位されており、燃料噴出管３
の内径をDgとするとき、 −5Dg≦l1≦＋5Dg に選ぶので、NOxの発生量を抑制して安定な燃
焼状態を得ることができる。

また本発明では、二次空気供給管４，５，６の
軸線が存在する仮想円の直径をDpとするとき、 3Dg≦Dp≦20Dg に選ぶようにしたので、このことによつてもまた
NOxの発生量を抑制することができるようにな
る。

さらにまた本発明によれば、燃料噴出孔１１，
１２，１３の軸線は、その燃料噴出管３の軸線と
角度1/2θ1を有しており、 30゜≦θ1≦180゜ に選ぶので、このことによつてもまたNOxの発
生量を抑制し、さらにまた火炎の長さを希望する
範囲、たとえば1.5〜３ｍ程度にすることができ
る。

また本発明では、二次空気供給管４，５，６
は、バーナタイル１の前端面１ｂから前方に第２
距離l2だけ突出されており、二次空気供給管４，
５，６の内径をDaとするとき、 10Da≦l2≦30Da に選ぶので、NOxの発生量を抑制し、安定した
燃焼状態を得ることができる。

さらにまた本発明によれば、バーナタイル１の
円錐面１ａの角度θ2を、 θ1−30゜≦θ2≦θ1＋30゜ に選ぶので、このことによつてもまたNOxの発
生量を抑制して安定した燃焼状態を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は
第１図の平面図、第３図は燃料噴出管３の前端部
付近の断面図、第４図は火炎の状況を説明するた
めの図、第５図、第６図、第７図、第８図および
第９図は実験結果をそれぞれ示すグラフである。 ３……燃料噴出管、４，５，６……二次空気供
給管、１１，１２，１３……燃料噴出孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前端部に燃料噴出孔１１，１２，１３を備え
   る一直線状の軸線を有する燃料噴出管３を外囲し
   て、燃焼噴出管を半径方向に間隔をあけて外囲す
   る一次空気供給管７を設け、 この一次空気供給管７の半径方向外方に間隔を
   あけた同心仮想円上に軸線を有する３または４個
   の二次空気供給管４，５，６を、円周方向等間隔
   に設け、 この二次空気供給管４，５，６は、燃料噴出管
   ３の軸線に平行な軸線を有し、その軸線方向に開
   口しており、 燃料噴出孔１１，１２，１３は、前記二次空気
   供給管４，５，６に対応する円周方向の同一の各
   位置に単一あるいは複数個ずつ形成され、しかも
   燃料噴出孔１１，１２，１３の軸線は、燃料噴出
   管３の軸線と角度1/2θ1を有して、燃料噴出管３
   の半径方向外方に向かうにつれて前方に傾斜さ
   れ、 燃料噴出管３は、前方に向けて大径となる円錐
   面１ａを有するバーナタイル１の中央部に配置さ
   れ、 二次空気供給管４，５，６の前端部は、燃料噴
   出管３の前端部から前方にまたは後方に、第１距
   離l1だけ変位されており、 この二次空気供給管４，５，６の前端部はま
   た、バーナタイル１の前端面１ｂから前方に第２
   距離l2だけ突出されており、 燃料噴出管３の前端部は、円錐面１ａの底より
   も前方にあり、 一次空気供給管７の前端部は、円錐面１ａの底
   に開放しており、 一次空気供給管７からは、二次空気供給管４，
   ５，６よりも充分に小さい空気量を供給して、燃
   料噴出管３の前端部における保炎機能を果たすよ
   うにし、 燃料噴出管３の内径をDgとし、燃料噴出管３
   の前端部が二次空気供給管４，５，６の前端部よ
   りも突出している場合をプラス、後退している場
   合をマイナスで示すと、 −5Dg≦l1≦＋5Dg に選び、 二次空気供給管４，５，６の軸線が存在する前
   記仮想円の直径をDpとするとき、 3Dg≦Dp≦20Dg に選び、また、 30゜≦θ1≦180゜ に選び、 二次空気供給管４，５，６の内径をDaとする
   とき、 10Da≦l2≦30Da に選び、 バーナタイル１の円錐面１ａの角度θ2を、 θ1−30゜≦θ2≦θ1＋30゜ に選ぶことを特徴とする燃焼装置。