JPH06159622A - 燃焼ガス自己循環式気化燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼ガスの一部を燃焼部に再循環させる燃焼
ガス再循環手段と、二次空気を燃焼部にもたらすための
二次空気導入手段とを効果的に組み合わせて兼備する気
化バーナを提供すること。 【構成】 気化用内筒(10)の基端部(10a) に燃料と一次
空気とを供給し、この混合状態で気化用外筒(15)の先端
部(15b) において一次空気より大量の二次空気を複数箇
所から供給して燃焼火炎を形成し、この際の燃焼ガス
を、気化用外筒(15)と燃焼用筒体(20)間の環状の空間
(3) を介して、気化用内筒の先端部(10b) と気化用外筒
の基端部(15a) に形成した燃焼ガス導入孔(14)から気化
用外筒の基端部(15b) に再循環させ、この燃焼ガスの再
循環による気化用外筒(15)の加熱（保温）並びに火炎温
度の調整を行ない、気化用外筒(15)の加熱により液体燃
料の気化を促進させると共に、燃焼に関連して発生する
有害生成物の低減を図る構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、気化燃焼バーナの構
造に係るものであって、特に、燃焼ガスの一部を燃焼部
に再循環させる構成、並びに二次空気を燃焼部に導入す
る構成の双方を備えてなる燃焼ガス自己循環式気化燃焼
バーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、燃焼機器における最も重
要な問題は、燃料の燃焼中に生成される燃焼排気物、特
に、ＮＯx 或はＣＯ等の有害排気物を如何に低減化する
かにあるといえる。一般的に、有害排気物発生の最大の
原因は、使用される燃料にもよるが、燃焼機器における
燃焼点、即ち、燃焼バーナの部位にあり、その機構上の
問題に起因することが多いとされている。特に、灯油、
軽油並びにＡ重油等のような液体燃料を使用燃料とする
場合にあっては、当該液体燃料を一旦気化させた後、こ
れを燃焼部において燃焼させるようにすることがある。
その場合、特殊な構造の気化燃焼バーナが用いられてお
り、その機構上の不備による有害排気物発生の問題も無
視できない。そこで、従来から上述するような液体燃料
燃焼のための気化燃焼バーナが注目され開発提供されて
きている。

【０００３】上記する液体燃料燃焼のための気化燃焼バ
ーナの従来例としては、特開昭６２−９１７１１号公報
に開示されるような気化ポット式燃焼バーナ、あるいは
特公昭５７−３２２８９号公報、及び特公昭６１−５２
３６４号公報に開示されるような燃焼ガス再循環式気化
燃焼バーナ等の形式のものがよく知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記気化ポッ
ト式燃焼バーナは、液体燃料噴射ノズルの前方に大容積
の気化ポットを配置する必要があって、バーナをコンパ
クト化することが困難であり、バーナ圧損が高くなる傾
向にあるため、送風器等に大容量のものが必要であり、
しかも、一次空気孔の設定が困難で、異音の発生やスス
付着等の不具合を生じ易い等の欠点を有している。ま
た、上述のような気化ポットは、バーナの容量を増大す
るにつれ巨大化するため小型大容量の燃焼バーナが得ら
れないという問題もある。

【０００５】また、前記燃焼ガス再循環式気化燃焼バー
ナは、液体燃料の粒子が、再循環させた燃焼ガスの熱に
よって、気化するまでに時間がかかるため、ススが発生
し易く、加えて燃焼ガスの再循環経路が適切でないと、
不完全燃焼の原因となったり、保炎機能が不十分で失火
することが多いなどの欠点を有している。更に、上記す
るような従来の気化燃焼バーナをボイラ等に利用した場
合は、伝熱面に煤やスラッジ等の未燃成分が付着し、伝
熱効率の低下を招き、また、着火不良や失火等のトラブ
ルを生じる等の多くの問題点を有していた。

【０００６】更に、上記する燃焼ガス再循環式気化燃焼
バーナに限らず、この種の予熱手段を持たない（バーナ
自体の発生熱を利用して予熱も行う）気化燃焼バーナを
用いるときは、着火から気化燃焼に移行させる過程にお
いて、燃料を均一に霧化させるために、バーナの構造の
複雑化、大型化、あるいは火炎の長大化を余儀なくされ
る。このことは、同種の気化燃焼バーナをボイラ等の熱
機器に適用した場合、この熱機器の炉（燃焼室）容積の
大型化、ひいては、熱機器自体の大型化を招くという問
題を引き起こす。

【０００７】そこで、この発明は、上記する従来の気化
燃焼バーナにみられる欠点並びに問題点を解消しようと
するものであり、一旦燃焼部を通過した燃焼ガスを燃焼
部に再循環させる燃焼ガス再循環手段と、二次空気を燃
焼部にもたらすための二次空気導入手段とを効果的に組
み合わせて兼備する気化バーナを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記する目
的を達成するにあたって、具体的には、気化用内筒、気
化用外筒、燃焼用筒体、並びに、燃料噴霧ノズルを具備
し、前記気化用内筒を隔壁部材の一方の面側に配置する
と共に、この気化用内筒の先端部に前記気化用外筒を実
質上同軸に配置し、前記燃焼用筒体を、その先端部を気
化用外筒の先端部より突出させ、且つ、その基端部と前
記隔壁部材との間に所定の隙間を持たせた状態で、前記
気化用外筒の外方に同軸状に配置し、前記燃料噴霧ノズ
ルを、前記気化用内筒内に燃料を噴霧し得るように前記
気化用内筒と同軸状に配置すると共に、前記気化用内筒
の基端部側に燃焼用空気を供給するための一次空気導入
孔を設け、前記気化用内外筒と燃焼用筒体との間には、
燃焼用筒体の先端開口にもたらされる燃焼ガスの一部を
気化用外筒基部に導入する燃焼ガス再循環流路、並び
に、気化用外筒内に二次空気を導入する二次空気導入流
路を備え、前記燃焼ガス再循環流路は、前記気化用外筒
と燃焼用筒体間に形成される環状空間、前記気化用内筒
の先端部と気化用外筒の基端部間に形成される略環状の
燃焼ガス導入部、並びに、前記燃焼用筒体の基端部と隔
壁部材間の隙間を含むものからなり、前記二次空気導入
流路は、気化用外筒の先端部近傍内面に開口する複数の
二次空気導入孔を含むものからなり、前記気化用内筒の
基端部側に供給される燃焼用一次空気量を、理論空気量
より少なく設定したことを特徴とする燃焼ガス自己循環
式気化燃焼バーナを構成するものである。

【０００９】

【作用】上記するように構成されるこの発明になる燃焼
ガス自己循環式気化燃焼バーナは、気化用内筒基端部に
一次空気と燃料を供給し、この混合状態で気化用外筒先
端部において二次空気を複数箇所から供給して燃焼火炎
を形成し、この際の燃焼ガスを、気化用外筒と燃焼用筒
体間の環状の空間を介して、気化用内筒の先端部と気化
用外筒の基端部との間に形成した略環状の燃焼ガス導入
部から気化用外筒の基端部に再循環させ、この燃焼ガス
の再循環による気化用外筒の加熱（保温）並びに火炎温
度の調整を行ない、気化用外筒の加熱により液体燃料の
気化を促進させると共に、火炎温度に関連して発生する
有害燃焼生成物の低減を図る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明に係る燃焼ガス自己循環式気
化燃焼バーナについて、図面に示す具体的な実施例に基
づいて詳細に説明する。図１は、この発明になる燃焼ガ
ス自己循環式気化燃焼バーナの具体例を示す概略的な断
面図であり、図２は、図１の機能説明図、図３は、図１
における正面図、図４は、図１における背面図である。

【００１１】この発明に係る燃焼ガス自己循環式気化燃
焼バーナは、基本的には、基端部(10a) を介して隔壁部
材(1) の一方の面側に取り付けられる気化用内筒(10)
と、このこの気化用内筒(10)より僅かに大径であって、
気化用内筒先端部(10b) に連ねて実質上同軸に取付けら
れる気化用外筒(15)と、この気化用外筒(15)より大径で
あって、その基端部(20a) に適宜の隙間を介して隔壁部
材(1) の一方の面側に、気化用外筒(15)に対して同軸状
に取り付けられ、その先端部(20b) を前記気化用外筒の
先端部(15b) より突出させた燃焼用筒体(20)と、前記気
化用内筒(10)に対し同軸状に設けた燃料噴霧ノズル(30)
と、着火用スパーク・ロッド(31)を含むものからなって
いる。

【００１２】前記燃料噴霧ノズル(30)は、隔壁部材(1)
に穿設した一次空気導入孔(2) に臨む位置にあり、前記
気化用内筒(10)に対して同軸状に配置されており、この
位置から前記気化用内筒(10)内部に向けて、灯油、軽
油、Ａ重油等の液体燃料を所定の噴霧角度でもって噴霧
する。その際、前記隔壁部材(1) に穿設した一次空気導
入孔(2) は、前記気化用内筒(10)への一次空気の供給孔
となるが、その内径は、図示する実施例においては、気
化用内筒(10)よりも小径としてある。前記燃料噴霧ノズ
ル(30)に関連して着火用スパーク・ロッド(31)が配置し
てある。

【００１３】そしてこの発明に係る燃焼ガス自己循環式
気化燃焼バーナは、前記気化用内外筒(10)(15)と燃焼用
筒体(20)との間に、燃焼用筒体(20)の先端開口にもたら
される燃焼ガスの一部を気化用外筒(15)基部に導入する
燃焼ガス再循環流路(A) 、並びに、気化用外筒(15)内に
二次空気を導入する二次空気導入流路(B) を備えてい
る。

【００１４】前記の燃焼ガス再循環流路(A) は、前記気
化用外筒(15)と燃焼用筒体(20)間に形成される環状空間
(3) ，前記気化用内筒(10)の先端部(10b) と気化用外筒
(15)の基端部(15a) 間に形成される略環状の燃焼ガス導
入部(14)，並びに，前記燃焼用筒体(20)の基端部(20a)
と隔壁部材(1) との間の隙間(C) で形成される。この構
成により、燃焼用筒体(20)からの燃焼ガスは、燃焼用筒
体(20)の外周囲から、その基端部(20a) を通って気化用
内外筒(10)(15)間の燃焼ガス導入部(14)から気化用外筒
(15)の内部に循環すると共に、前記燃焼用筒体(20)の基
端部(20a) から前記の環状の空間(3) を通って燃焼用筒
体(20)の先端に循環する。

【００１５】一方、前記の二次空気導入流路(B) は、燃
焼用の二次空気を気化用外筒(15)の先端部内周側に供給
するためのもので、その基端部を隔壁(1) の裏面に二次
空気取り入れ開口(4) として開口させ、先端部を気化用
外筒(15)の先端部(15b) 内周側に二次空気導入孔(40)と
して開口させてある。図示する実施例においては、上記
二次空気導入流路(B) を前記気化用外筒(15)の外周に適
宜の間隔で配置した所定数の管路(41)によって構成した
もので、上記の二次空気導入孔(40)を適宜密集させて配
置してある。即ち、図１〜４に示す実施例においては、
２個の二次空気導入孔(40)を一組として気化用外筒(15)
の先端部の三箇所に配置してあり、これに併せて、管路
(41)も気化用内筒(10)の外周三箇所に２本ずつ配置して
ある。更に、この実施例においては、気化用外筒の先端
部(15b) 内周において上記二次空気導入孔(40)を径方向
に横切るように環状の整流部材(50)を配設してある。こ
こで、前記の一次空気導入孔(2) から供給される空気量
と、二次空気導入流路(B) から供給される空気量は、例
えば、前者一次空気を理論空気量より少なく設定し、後
者二次空気量を一次空気量との合計が理論空気量より多
くなるように設定する。

【００１６】上記する構成になるこの発明の燃焼ガス自
己循環式気化燃焼バーナにおける燃焼作用について説明
する。まず、図示しない空気供給手段により、一次空気
導入孔(2) から気化用内筒(10)に向けて燃焼用一次空気
を供給し、二次空気取り入れ開口(4) から二次空気導入
孔(40)を介して気化用外筒(15)の先端内周部に向けて燃
焼用二次空気を供給し、燃料噴霧ノズル(30)により空気
導入孔(2) から気化用内筒(10)に向けて上述液体燃料を
噴霧し、着火用スパーク・ロッド(31)に通電する。これ
により、上記の噴霧された燃料微粒子の一部にはスパー
ク・ロッド(31)の放電エネルギーにより、高温となった
ものが生じる。

【００１７】そして、上記の高温となった燃料微粒子
が、他の燃料微粒子、並びに、一次空気と共に、気化用
外筒の先端部(15b) に達すると、この先端部(15b) 近傍
においては、二次空気導入孔(40)から導入される二次空
気により、噴霧された燃料を完全燃焼させるに必要な空
気が供給されることなり、上記高温の燃料微粒子が、先
ず発火し、この反応が周囲の燃料微粒子に伝搬され、気
化用外筒(15)の先端部(15b) で燃焼火炎が生じ、この先
端部(15b) 近傍にて保炎される。ここで、この実施例に
おいては、燃焼用外筒(15)の先端に形成する二次空気導
入孔(40)を局所的に密集させてあるため、噴出する二次
空気流が、気化用外筒(15)内を流通する気化燃料及び一
次空気の混合流の抵抗となる領域が少なくなり、従っ
て、バーナ部分での圧力損失を低減することができる。
更に、上記の二次空気導入孔(40)の開口部に位置する整
流部材(50)により、上記二次空気導入孔(40)からの二次
空気は、図２に示すように二次空気導入孔(40)から直接
的に気化用外筒の先端部(15b) に向かう流れと、整流部
材(50)に沿って気化用外筒(15)中心部に向かった後、気
化用内筒先端方向に向う流れとに二分される。このう
ち、上記整流部材(50)に一旦沿って流れる二次空気は、
気化用外筒(15)内を軸線方向に流通する気化燃料と一次
空気の混合気体の中心部に向かってより深く流入し、一
層の混合・均一化を高め、完全燃焼に寄与する。

【００１８】以上の過程を経て形成される燃焼火炎は、
バーナへの点火動作後、極短時間のみであり、以後は、
次のような過程を経て、青炎状態の安定な気化燃焼に移
行する。即ち、気化用内筒(10)内に供給される一次空気
並びに液体燃料の流れにより、気化用内筒の先端部(10
b) と気化用外筒の基端部(15a)との間に位置する燃焼ガ
ス導入部(14)の近傍における圧力は、気化用外筒(15)内
周側が、気化用外筒(15)外周側より低くなっているた
め、燃焼用筒体(20)から噴出される燃焼ガスは、燃焼用
筒体(20)の基端部(20a) の隙間(C) から燃焼ガス導入部
(14)を経て気化用外筒の基端部(15a) 内側の上流に再び
流入し、燃料噴霧ノズル(30)からの液体燃料を加熱し、
その粒子を気化させ、気化用外筒(15)において青炎での
燃焼（ガス化燃焼）に移行させる。また、気化用内筒(1
5)先端から吹き出る燃焼ガス流により環状の空間(3) の
圧力が低下しているため、燃焼用筒体の基端部(20a) の
隙間(C) に流入した燃焼ガスの一部は、環状の空間(3)
を通って気化用外筒(15)の先端周囲から噴出する。この
際、環状空間(3) を通過する燃焼ガスは、気化用外筒(1
5)を加熱すると共に、二次空気導入流路(B) を加熱し、
気化用外筒(15)内壁面からの熱輻射並びに二次空気自体
の加熱により気化を促進し、極短時間で青炎燃焼に移行
する。

【００１９】以上のようにして、青炎での定常燃焼状態
に移行すると、この火炎によって気化用外筒(15)が、先
端部(15b) から加熱されるため、気化用内外筒(10)(15)
に噴霧された液体燃料は、気化用外筒(15)から輻射熱に
よって極めて短時間で気化状態に移行する。ここで、上
記の定常燃焼状態において、燃焼ガス導入部(14)からの
燃焼ガスは、燃焼ガスの温度を低下させる作用も有し、
これによりthermal ＮＯx 発生を抑制し、また、環状空
間(3) を通って気化用外筒(15)の先端周囲から噴出する
燃焼ガスによっても、燃焼火炎温度の過度の上昇を防止
し、上述同様にthermal ＮＯx 発生を抑制する。

【００２０】更に、この実施例においては、二次空気の
導入を気化用外筒(15)の周方向に均等に行なわず、適宜
に分布させて行なうようにしてある。一般に、thermal
ＮＯx の発生を空気比との関連で見ると、理論空気比の
近傍で最大値となり、それよりも離れるにしたがって減
少するため、このように気化用外筒(15)内での燃焼は希
薄混合気燃焼部分と過濃混合気燃焼部分を生じさせるこ
とによりthemal ＮＯx生成量の低い領域で燃焼させるこ
とができ、低ＮＯx 化が図れる。

【００２１】尚、以上の実施例においては、燃焼ガス再
循環流路(A) の二次空気導入孔(40)を燃焼用外筒の先端
部(15b) に適宜密集させて配置したが、均等に配置した
ものでもよい。更に、上記の実施例においては、環状の
整流部材(50)を気化用外筒の先端部内周に設けてある
が、この整流部材(50)は、上記実施例の様な構成に限ら
ず、二次空気を整流する機能を発揮すればよく、例え
ば、二次空気導入流路(B) を構成する管路(41)の先端部
内側に設け、気化用内筒(10)の内壁面と面一となるよう
に構成したものでもよく、省略してもかまわない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る燃
焼ガス自己循環式気化燃焼バーナによれば、気化用内筒
の先端側) において、二次空気導入孔から導入される二
次空気により、青炎状態の二次燃焼を開始し、気化用外
筒の先端部分で安定した保炎の実現が図れ、この二次空
気の導入により、燃焼ガスの温度が低下し、thermal Ｎ
Ｏx 発生が抑制され、また、気化用外筒の基端部内側並
びに先端部外方に再循環供給される燃焼ガスは、上述二
次空気と同様に、燃焼ガスの温度を低下させる作用も有
し、これによってもthermal ＮＯx 発生を抑制できる。

【００２３】更に、この発明に係る気化バーナにおい
て、液体燃料の気化は、上記気化用外筒基端部内側に導
入される燃焼ガス、気化用外筒と燃焼用筒体間の空間を
流れる燃焼ガス、気化用内外筒に形成される火炎によ
り、燃焼ガス自体の熱、気化用内外筒自体の熱、及び、
気化用内外筒からの輻射熱により行われるため、燃料噴
霧ノズルからの液体燃料は瞬時に行われ、気化用内外筒
において青炎での燃焼（気化燃焼）には極短時間で移行
する。

【００２４】従って、この発明によれば、有害な燃焼生
成物（ＮＯx ，ＣＯ等）の排出を有効に抑制でき、小型
・大容量の気化バーナが提供できるため、特に、ボイラ
等の熱機器に適用する場合においては、この熱機器の炉
（燃焼室）容積の小型化、即ち、熱機器自体の小型化を
達成でき、伝熱面への煤やスラッジ等の未燃成分の付着
や、伝熱効率の低下といったトラブルをも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃焼ガス自己循環式気化燃焼バ
ーナの具体的な一実施例を示す概略的な縦断側面図で、
図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。

【図２】この発明に係る燃焼ガス自己循環式気化燃焼バ
ーナの機能説明図である。

【図３】図１における正面図である。

【図４】図１における背面図である。

【符号の説明】

(1) 隔壁部材 (2) 一次空気導入孔 (3) 環状空間 (10) 気化用内筒 (10a) 気化用内筒の基端部 (10b) 気化用内筒の先端部 (14) 燃焼ガス導入部 (15) 気化用外筒 (15a) 気化用外筒の基端部 (15b) 気化用外筒の先端部 (20) 燃焼用筒体 (20a) 燃焼用筒体の基端部 (20b) 燃焼用筒体の先端部 (30) 燃料噴霧ノズル (40) 二次空気導入孔 (A) 燃焼ガス再循環流路 (B) 二次空気導入流路 (C) 隙間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気化用内筒(10)、気化用外筒(15)、燃焼
   用筒体(20)、並びに、燃料噴霧ノズル(30)を具備し、 前記気化用内筒(10)を隔壁部材(1) の一方の面側に配置
   すると共に、この気化用内筒(10)の先端部(10b) に前記
   気化用外筒(15)を実質上同軸に配置し、 前記燃焼用筒体(20)を、その先端部(20b) を気化用外筒
   (15)の先端部(15b) より突出させ、且つ、その基端部(2
   0a) と前記隔壁部材(1) との間に所定の隙間(C) を持た
   せた状態で、前記気化用外筒(15)の外方に同軸状に配置
   し、 前記燃料噴霧ノズル(30)を、前記気化用内筒(10)内に燃
   料を噴霧し得るように前記気化用内筒(10)と同軸状に配
   置すると共に、前記気化用内筒(10)の基端部(10a) 側に
   燃焼用空気を供給するための一次空気導入孔(2) を設
   け、 前記気化用内外筒(10)(15)と燃焼用筒体(20)との間に
   は、燃焼用筒体(20)の先端開口にもたらされる燃焼ガス
   の一部を気化用外筒(15)基部に導入する燃焼ガス再循環
   流路(A) 、並びに、気化用外筒(15)内に二次空気を導入
   する二次空気導入流路(B) を備え、 前記燃焼ガス再循環流路(A) は、前記気化用外筒(15)と
   燃焼用筒体(20)間に形成される環状空間(3) 、前記気化
   用内筒(10)の先端部(10b) と気化用外筒(15)の基端部(1
   5a) 間に形成される略環状の燃焼ガス導入部(14)、並び
   に、前記燃焼用筒体(20)の基端部(20a) と隔壁部材(1)
   間の隙間(C) を含むものからなり、 前記二次空気導入流路(B) は、気化用外筒(15)の先端部
   (15b) 近傍内面に開口する複数の二次空気導入孔(40)を
   含むものからなり、 前記気化用内筒(10)の基端部(10a) 側に供給される燃焼
   用一次空気量を、理論空気量より少なく設定したことを
   特徴とする燃焼ガス自己循環式気化燃焼バーナ。