JPH02275202A - 化石燃料を使用する燃焼装置を運転する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化石燃料を使用する燃焼装置をバーナーを介し
て運転する方法に関する。また本発明はこのようなバー
ナーの構成に関する。

［従来の技術］ 例えばセントラルヒーティング用の燃焼装置において、
通常の構造にあっては、燃料はノズルを介して燃焼室内
に噴霧され、そこで燃焼空気の供給を受けつつ燃焼せし
められる。原則的にはこのような燃焼装置の運転はガス
状又は液状の燃料によって可能である。液状の燃料を使
用する場合、ＮＯｘ、Ｃ０１ＩＪＨＣの排出に関連する
クリーンな燃焼についての欠点は、表面的には燃料の広
範かつ必要不可欠な噴霧並びに燃料と燃焼空気との混合
にある。

ガス状燃料を使用する場合、有害物質の排出に関して本
質的な低減を伴う燃焼が特徴的である。何となれば、液
状の燃料とは対照的に、燃料の気化が予め与えられてい
るからである。しかしながら特に家庭で使用するための
燃焼装置においては、ガス運転式のバーナーは、この種
の燃焼装置が提供すると思われる多くのそれに関連する
利点にも拘らず、普及するに至っていない、この理由は
、ガス状燃料の調達に高額な社会設備を必要とすること
、そして更、に、運転を継続する間に気化室内に望まし
くない堆積物が生じること（それは気化効率を急激に著
しく阻害し、燃焼の悪化及び有害排出物の増加をもたら
す、）はもとより、この種の気化バーナーが多くの維持
費を必要とすることにあろう。

度ガス状燃料が利用できなくなると、この燃焼装置は停
止する。

それ応じて、液状の燃料が使用される場合。

有害排出物の低下に関係する燃焼の質は、燃料／新鮮空
気−混合気の最適な混合度合を提供すること、即ち液状
燃料の完全な気化を保証することが成功したか否かに大
いに依存している。

この場合、欧州特許出願公開第０１６６３２９号明細書
において記載されているような、部分負荷運転領域での
問題提起についても注意されたい０部分負荷運転に際し
て比較的弱々しく運転しようとするその他の公知になっ
た幾つかの試みは、その際に燃焼が悪化してＣｏ／ｕＨ
ｃの排出が極めて著しく上昇するために、いつも失敗に
終わっている。専門用語によれば、この状態は。

ＣＯ／ＵＩＩＣ−ＮｏＸシェーレという名称で言い換え
られる０本来の燃焼域の前に燃料／新ＩＹ空気−混合気
のための予備混合域を設けるという方法も、安全に運転
できるバーナー３得るには至らない。

なぜならそこには燃焼域から予ｇａ混合域への逆火がバ
ーナーを破損するかもしれないという内在的な危険性が
あるからである。

欧州特許出即公開第０２１０４６２号明細書によれば、
液状及び場合によってはガス状の燃料を燃焼させるのに
好都合なバーナーが公知である。このバーナーは予備混
合域を必要としない、液状燃料の噴霧と、気化状態へ向
けての供給空気を用いた前記液状燃料の混合による調整
とが行われて、予備混合の発生が不必要になるのである
。この点に関しては、液状燃料を噴霧する運動量が装置
の負荷に適合せしめられるために、混合気は決して過度
に稀薄にもＩＡ厚にもならない、有害物質の排出に関し
てここにおいて評価されたバーナーの利点が否定される
べきではないとしても、ＮＯｘ及びＣＯの排出値が、法
的な規制値以下にあろうとも、将来的に更に実質的に低
減せしめられるべきであることは明らかである。更に、
液状燃料の”Ｒ霧方式に由来ずるコークス化の問題を無
視し得ないこと、そして燃料の噴霧自体藺草に取り扱え
ないことがセＩ明している。その他の問題が、バーナー
における混合気形成の過程での過剰空気及びその温度か
ら生じている。前記過剰空気の温度は、混合気の点火前
に、液状燃料の完全な蒸発そしてそれゆえ気化を何等保
証しない、更に、このようなバーナーを大気中の燃焼装
置において使用した場合、最適な運転が決して行われな
いことが判明している。何となれば、液状燃料の気化率
が十分に達成されたとしても、周知のようにＮＯｘの生
成に寄与しているところの局所的に高い火炎温度のピー
ク値になお影響が及ぼされないであろうからである。

［発明が解決しようとしている課題及び課題を解決する
ための手段］ ここにおいて本発明が解決策と提供する。請求項におい
て特徴づけられているように、本発明の基礎とする課題
は、冒頭に記載の形式の燃焼装置において、液状燃料の
場合でもガス状燃料の場合でも、並びに混合運転の場合
でも、有害物質の排出値を最小化するところの方法及び
バーナーを提供することにある。

本発明の本質的な利点は、燃料及び燃焼室内の火炎温度
に同時に干渉している点に認められる。液状燃料を使っ
て燃焼装置を運転する場合、完全に蒸気化した燃料／燃
焼空気−混合気が燃焼部に供給され得るように、排気再
循環が作用する。前記排気再循環に起因する改善は火炎
温度にも影響するもので、Ｎ　Ｏｘの生成に寄与してい
るピーク温度はもはや発生しない、これに対してガス状
の燃料を使用して燃焼装置を運転する場合、確かに気化
した混合気が既に存在しているのであるが、ここにおい
ても火炎温度は積極的な影響を受けることになる。混合
運転の場合は全ての利点が同時に生じることになる。

化石燃料を使って運転される一最的な燃焼装置の有害物
質の排出に関する改善値は、僅かなパーセント数を示す
だけでなく　、ＮＯ，の排出に限れば、ことによると法
的な規制値が許容する値の１０％しか測定されない程に
、最小化せしめられるものである。こうして全く新しい
質的段階が、前記方法により達成される。

本発明のその他の利点は、準化学量的運転方式に際して
、冷却された排気の再循環により大気中の燃焼装置にお
いて最適な運転が実現されるという可能性から生じてい
る。

本発明の課題の解決手段の利点及び有利な改良は、その
他の従属請求項において特徴づけられている。

以下において本発明の実施例が図面に基づいてより詳細
に説明される１本発明の直接的な理解に必要のない全て
の要素は省略されている。

様々な媒体の流れ方向は矢印で示されている。

幾つかの図面において、それぞれの同一の要素には同一
の参照符号が付与されている。

［実施例］ 第１図はバーナーＺを備える燃焼装置を示し、同バーナ
ーはそこでは単に液体燃料１２を使用して運転せしめら
れる。液体燃料でも気体燃料でも、あるいは混合運転と
しても運転され得るところのバーナーが第４〜７［２Ｊ
に示されている。

燃焼室２２から出る高熱の排気Ａは熱交換器Ｘを通過す
る。その熱交換は、水流入Ｇ及び水流出Ｇ′によって示
されているように、水によって維持される。勿論、他の
媒体によって熱交換を達成することもできる。熱交換器
Ｘを通る高熱排気Ａの流れは、゛符号Ａによって示され
た矢印の方向によって概略的に再現される。この場合１
個々の室は水流によって包囲されているパイプラインと
してイメージされよう、熱交換器Ｘを通過したことでも
はや約１８０℃の温度に冷却された排気Ａ′は、その後
煙管Ｅを経て煙突Ｆへ流れる。煙管Ｅの開始前に分岐部
が設けられており、同分岐部により所望量の排気が吸い
出される。１つの通路が、正反対の方向から、約１５°
Ｃの温度の新鮮空気りを導入する。冷却された排気Ａ′
と新鮮空気りどの配合は弁Ｂによって行われる。この弁
は、今や排気／新鮮空気−混合気である燃焼空気１５を
送風機りを介してバーナー２へ導くところの戻し通路Ｈ
の高さに位置している。この燃焼空気１５の流量は、前
記配合後に、戻し通路Ｈ内に配置された別の弁Ｃによっ
て調節される。流れ矢印が象徴しているように、燃焼空
気１５は、その配合及び流量調節後に、直ちにバーナー
Ｚに流入するのではなく、さらに熱吸収する意味で第２
の熱交換器Ｘ′を通過する。即ち燃焼空気１５は装入さ
れる前に、それも排気Ａの熱によって加熱される。この
処置の目的は有害物質の排出を低減させることにある。

前記有害物質の排出の低減は、バーナーＺ内の液体燃料
が混合気の点火位置までに完全に気化されるように配慮
した場合に達成される。この要求を満足させるために、
既に上で装置にしたがって説明したように、排気Ａ′が
煙管Ｅへ向かう途中で吸い出され、新鮮空気りと７＝１
０の割合で混合され、そして前述の送風機りを介して熱
交換器Ｘ′に導かれる。好ましくは前記各熱交換器ｘ、
ｘ’は、原理図である第１図からは明らかでないところ
の、ボイラの火室内に位置している。熱交換器Ｘ’　Ｅ
７：Ｌ流する燃焼空気１５は、バーナーＺに導かれる前
に約４００℃に加熱される。燃焼空気１５をこのように
準備する利点は、液体燃料１２を確実に気化させること
のみならず、燃焼室２２内の火炎温度が一様性を有し、
もってＮＯｏを生成する危険性を解消することにもある
。ガス状の燃料が使用される場合であっても、後者の点
は依然として明確に確認され、したがってガス状燃料を
用いてバーナーＺを運転する場合でも排気の再循環を意
図することは問題なく適切である。

排気Ａをまず最初に冷却し、次いで新鮮空気りと混合し
て燃焼空気１５にするという、ここにおいて選択された
排気の再循環方法は、配合要素、送風機そして調節装置
が低い温度にさらされるという利点を持つ、ただしこれ
は、排気Ａが熱交換器Ｘにおいて前もって冷却されない
ような場合には当てはまらないであろう、既に説明した
ように、冷却された排気Ａ′の温度は約１８０°Ｃであ
り、新鮮空気りの温度は約１５゛Ｃである。それゆえ燃
焼空気１５は熱交換器Ｘに還流する前に約６０″Ｃの温
度になる。したがって配合弁Ｂ、送風機り、調節弁Ｃの
ような全ての要素を、高合金の耐熱性の合金を使用して
構成する必要はない。

第２図は、送風機りに関する戻し通路Ｈの配置、駆動装
置Ｍを介した液体燃料の供給、駆動装置Ｍを備える配合
弁Ｂ並びに燃焼空気−流量１５を調節する弁Ｃをかなり
概略的に示している。矢線Ｖは１つのオプションを示唆
するもので、同オプションは、液体燃料が送風機りの後
ろで燃焼空気１５に混入され得ることにある。

バーナーＺの構成をさらに良く理解するためには、第４
図と同時に第５〜７図の個々の断面図を参照することが
有利である。さらに、第４図を不必要に複雑化させない
ために、第５〜７図において概略的に示されたそらせ板
２１ａ。

２１ｂは第４図においては単に示唆的に記載されている
。以下では、第４図の説明であっても必要に応じて選択
的に残りの第５〜７Ｉ２Ｉについても言及される。

第１図のバーナーＺは２つの半中空の部分円錐体１，２
によって構成されており、同部分円錐体は互いに位置と
ずらして上下に位置している０部分円錐体１．２相互の
各中心軸線１ｂ２ｂの位置ずれは、鏡像的な配置の両側
部においてそれぞれ１つの接線方向の空気流入スリ７１
−１９．２０を提供しており（第５〜７図）、同スリッ
トを経て、燃焼空気１５（排気／新鮮空気−混合気）が
バーナーＺの内側室、即ち円錐中空室１４内に流れ込む
６画部分円錐体１２はそれぞれ１つのシリンダ状の始端
部分１ａ２ａを有しており、同始端部分は同様に部分円
錐体１，２に類似して互いに位置をずらして延びている
。したがって接線方向の空気流入スリット１９．２０は
始端から存在している。前記シリンダ状の始端部分１ａ
、２ａにはノズル３が取り付けられており、同ノズルの
燃料噴霧口４は、２つの部分円錐体１．２によって構成
された円錐状の中空室１４の最小横断面と一致する、勿
論、バーナーＺを純粋に円錐状に、つまりシリンダ状の
始端部分１ａ、２ａを設けずに構成することもできる０
画部分円錐体１．２は選択的にそれぞれ１つの燃料通路
８．９を有しており、同燃料通路には開口１７が設けら
れており、同開口を通して、ガス状燃料１３が、接線方
向の空気流入スリット１９．２０を経て流入する燃焼空
気１５に混入せしめられる。燃料通路８．９の位置は第
２〜４図からおおよそ明らかである。燃料通路８．９は
接線方向の空気流入スリット１９．２０の端部に付設さ
れており、その結果そこにおいて、流入する燃焼空気１
５とガス状燃料１３との混合１６も行われることになる
。勿論、両燃料を用いた混合運転も可能である。バーナ
ーは、燃焼室側２２において、部分円錐体１，２のため
の可能な固定手段として使用される、若干数の穴１１を
備える鍔状の終端板１０を有しており、必要な場合には
同大を通して、稀薄空気ないし冷却空気１８を燃焼室２
２の前部ないし同燃焼室の壁に供給すること力（できる
、ノズル３を経て流入する液状燃料１２は、バーナーの
流出面において可能な限り均一な円錐状の燃料噴霧が生
ずるように、円錐中空室１４内に鏡角度で噴射せしめら
れる。

燃料噴霧口４については、エアアシスト形ノズル又は圧
力噴霧器が対象となる。液体燃料の円錐状の輪郭５は、
接線方向に流入する回転する燃焼空気流１５によって包
囲される。液体燃料１２の濃度は燃焼空気１５の混入に
より、軸線方向に沿って連続的に低下する。ガス状燃料
１３／１６が装入されると、燃焼空気１５との混合気形
成が空気流入スリット１９．２０の端部において直ちに
行われる。液状燃料１２を噴霧する場合に、渦がほころ
びる領域、つまり還流域６の範囲において、最適な均一
の燃ｆＩ′Ｌａ度が横断面にわたって達成される０点火
は還流域６の頂点において行われる。この位置において
初めて安定した火炎面７が生じる。ここでは、公知の予
備混合路においては潜在的な問題になっており、そのた
めの対策が複電な保炎器を用いて試みられるところの、
バーナーＺ内部への火炎の後退を懸念する必要はない、
第１図に関連して説明したように燃焼空気１５が予熱さ
れると、混合気の点火が行われるバーナーＺの出口位置
に到達する前に、液状燃料１２の全体的な気化が加速的
に生ずる。勿論、気化の程度は、バーナーＺの大きさ、
液滴量の配分そして燃焼空気１５の温度に依存する。し
かしながら、低温の燃焼空気１５による液滴の均一な予
備混合のほかに、あるいは追加的に、予熱された燃焼空
気１５によって液滴の気化が単に部分的にのみ達成され
るか又は全体的に達成されるかには無関係に、空気過剰
が少なくとも６０％に達した時には酸化窒素及び−酸化
炭素の排出量が低下する。それによってここでは、追加
的な安全対策が、Ｎ　ＯＸの排出ｐｆｉ小化するために
自由に講じられる。燃焼域に入る前に完全に蒸発する場
合には、有害物質の排出量は最小である。過剰空気が再
循環する排気によって代用される時には、ＬＸζ化学量
的運転に対しても同様のことが当てはまる０部分円錐体
１．２と設計する場合、火炎を安定化するべく空気の所
望の流れ領域がバーナーロの領域における空気の還流域
６と共に生ずるためには、円錐の仔斜及び接線方向の空
気流入スリット１９．２０の幅に関して、狭い限度幅が
守られなければならない、−最的には、空気流入スリッ
ト１９．２０を縮小させると還流域６がさらに上流へ移
動し、それによって確かに混合気がより早く点火せしめ
られるであろうと考えられる。少なくともここでは、螺
旋回数がバーナーの円錐形状領域において流れ方向に沿
って増加するので、−度幾何学的に固定された還流域６
はそれ自体としては位置的に安定していると考えられる
。バーナーの前記構造は、第５〜７図から特に明らかな
ように、バーナーの全長が予め定められている場合に、
部分円錐体１．２が互いに接近又は離隔して、両中心軸
線１ｂ、２ｂの間隔が縮小又は増加し、それにしたがっ
て接線方向の空気流入スリット１９．２０の隙間の大き
さが変化することに基づいて、同接線方向の空気流入ス
リット１つ２０の大きさを変更せしめることにもっばら
適している。勿論、部分円錐体１．２は他の平面におい
ても互いに移動可能であり、これによってさらに部分円
錐体のオーバーラツプが調整可能である。さらに、部分
円錐体１．２を、逆向きに回転する運動によって互いに
螺旋状に移動させることが可能である。こうして接線方
向の空気流入スリット１９．２０の形状及び大きさを任
意に変化させることが可能であり、それによってバーナ
ーをその全長を変更することなく個別的に適合させるこ
とができる。

第５〜７図からそらせ板２１ａ、２１ｂの位置も明らか
である。それせ板は流れ導入機能を有しており、この場
合向そらせ板は、その長さに対応して、部分円錐体１．
２のその時々の端部を燃焼空気１５の流入方向に沿って
延長せしめる０円錐中空室１４への燃焼空気１５の通路
形成は、そらせ板２１ａ、２１ｂを回転中心２３の回り
で開閉することによって最適化することができる。これ
は、接線方向の空気流入スリット１９．２０の隙間の本
来の大きさが変更せしめられる時には、特に必要である
。バーナーＺは、そらせ板２１ａ、２１ｂがなくても運
転可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、排気再循環手段と排気温度処理手段と燃焼空
気を得るために排気を新鮮空気と混合する手段とを備え
る燃焼装置の全体図、第２図は、排気を新鮮空気と混合
し、その燃焼空気をバーナーに供給するための送ｆｆ１
機と駆動装置の部分図、第３図は、排気と新鮮空気の量
的な配合を指示する弁の部分図、第４図は、液状及び／
又はガス状の燃料用のバーナーについての適当に切開さ
れた斜視図、Ｍ５，６．７図は、第４図のバーナーを概
略的に簡略化して表示するところの、各平面Ｖ−Ｖ（第
５図）、　ＶＩＶＩ（第６図）、ＶＩ　Ｉ−ＶＩ　Ｉ　
（第７図）に沿った対応する断面図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、化石燃料を使用する燃焼装置をバーナーを介して運
   転する方法において、燃焼室（２２）から出た排気（Ａ
   ）が水冷式の熱交換機（Ｘ）において冷却され、該冷却
   された排気（Ａ′）の一部が新鮮空気（Ｌ）と混合され
   て燃焼空気（１５）となり、続いて前記バーナー（７）
   に導入される前に、該燃焼空気（１５）が別の熱交換機
   （Ｘ′）において予備加熱されることを特徴とする、化
   石燃料を使用する燃焼装置を運転する方法。 ２、前記冷却された排気（Ａ′）は新鮮空気と７：１０
   の割合で混合される、請求項１記載の方法。 ３、前記燃焼空気（１５）は前記バーナー（Ｚ）に付勢
   される前に４００℃に予備加熱される、請求項１記載の
   方法。 ４、請求項１記載の方法にしたがつて運転される燃焼装
   置に使用されるバーナーにおいて、前記バーナー（Ｚ）
   は、前記燃焼空気（１５）用の接線方向の空気流入スリ
   ット（１９、２０）と流れ方向に沿って上昇する円錐傾
   斜部とを備える少なくとも２つの互いに上下に位置決め
   された中空の部分円錐体（１、２）によって構成され、
   該部分円錐体の中心軸線（１ｂ、２ｂ）は互いに位置を
   異にして該部分円錐体（１、２）の縦方向に沿って延び
   ており、この場合バーナーヘッドの前記部分円錐体（１
   、２）により構成された中空円錐状の内部室（１４）の
   内側空間に燃料ノズル（３）が配置されており、該燃料
   ノズルの燃料噴霧口（４）は前記部分円錐体（１、２）
   の前記互いに位置を異にした中心軸線（１ｂ、２ｂ）の
   中間に位置しており、そしてこの場合前記燃焼空気（１
   ５）にガス状燃料（１３、１６）を供給することが可能
   であることを特徴とする、請求項１記載の方法にしたが
   って運転される燃焼装置に使用されるバーナー。 ５、前記部分円錐体（１、２）は互いに接近又は離隔す
   るように移動可能である、請求項４記載のバーナー。 ６、前記燃料噴霧口（４）はエアアシスト形ノズルであ
   る、請求項４記載のバーナー。 ７、前記ノズル（３）は圧力噴霧器である、請求項４記
   載のバーナー。 ８、前記部分円錐体（１、２）は、流入側において可動
   のそらせ板（２１ａ、２１ｂ）を備えている、請求項４
   記載のバーナー。