JPH0626619A - 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)基端部に燃料と一次空気とを
供給し、この混合状態で気化用内筒(10)先端部において
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、気化用内筒(10)
と燃焼用外筒(20)間の環状の空間(3) を介して、気化用
内筒(10)基端部に形成した燃焼ガス導入孔(14)から気化
用内筒(10)の基端部に再循環させ、この燃焼ガスの再循
環による気化用内筒(10)の加熱（保温）並びに火炎温度
の調整を行ない、気化用内筒(10)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、燃料の燃焼後に生じる燃焼排気物、特に、
ＮＯx 或はＣＯ等の有害燃焼排気物を如何に低減化する
かにあるといえる。一般的に、有害燃焼排気物発生の最
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燃焼排気物発生
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、燃
焼用外筒及び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、前記燃焼用
外筒を、その先端部を気化用内筒先端より突出させ、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、前記気化用内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、前記気化用内筒には、燃
焼用外筒の先端開口にもたらされる燃焼ガスの一部を気
化用内筒基部に導入する燃焼ガス再循環流路、並びに、
気化用内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、前記内外筒間に形成
される環状空間と、前記気化用内筒の基端部周壁に設け
た燃焼ガス導入孔と、前記燃焼用外筒と隔壁部材間の隙
間を含むものからなり、前記二次空気導入流路は、気化
用内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、前記気化用内筒基端部に供給さ
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内筒先
端部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
化用内筒と燃焼用外筒間の環状の空間を介して、気化用
内筒の基端部に形成した燃焼ガス導入孔から気化用内筒
の基端部に再循環させ、この燃焼ガスの再循環による気
化用内筒の加熱（保温）並びに火炎温度の調整を行な
い、気化用内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、前記気化用内筒(10)に対して同軸状であって、基端
部(20a) に適宜の隙間を介して隔壁部材(1) の一方の面
側に取り付けられ、その先端部(20b) を気化用内筒(10)
の先端部(10b) より突出させた燃焼用外筒(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(3
0)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、燃焼ガスの再循環流路(A) と二次空
気の導入流路(B) を備えている。

【００１４】前記の再循環流路(A) は、燃焼用外筒(20)
の基端部(20a) に形成した隙間(C)、気化用内筒(10)の
基端部(10a) に形成した燃焼ガス導入孔(14)、並びに、
燃焼用外筒(20)と気化用内筒(10)との間に形成される環
状の空間(3) で形成される。この構成により、燃焼用外
筒(20)からの燃焼ガスは、燃焼用外筒(20)の外周囲か
ら、基端部(20a) を通って気化用内筒(10)の燃焼ガス導
入孔(14)から気化用内筒(10)の内部に循環すると共に、
前記燃焼用外筒(20)の基端部から前記の環状の空間(3)
を通って燃焼用外筒(20)の先端に循環する。

【００１５】一方、二次空気の導入流路(B) は、燃焼用
の二次空気を気化用内筒(10)の先端部内周側に供給する
ためのもので、図示する実施例においては、前記気化用
内筒(10)の外周に適宜の間隔で配置した管路(41)によっ
て構成されている。この管路(41)は、基端部が隔壁(1)
の裏面に開口し、先端部が気化用内筒(10)の先端部内周
側に開口している。

【００１６】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、二次空気の導入流路(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。

【００１７】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
流路(B) 内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)によって着火する。これにより、気化用内筒(10)内
では、一次空気導入孔(2) からの一次空気によって一次
燃焼が始まる。尚、この段階においては、充分な気化状
態ではなく、噴霧された液体燃料粒子のうち特に微粒化
したものについて燃焼が始まるが、燃焼用一次空気は、
理論空気量より少なく設定してあるため、噴霧された全
燃料の一部が燃焼するのみである。

【００１８】そして、上記の燃料と一次空気の混合流体
が気化用内筒(10)先端部に達すると、気化用内筒(10)の
先端部(10b) 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、気化用内筒
(10)の先端部(10b) で燃焼火炎が生じ、この先端部(10
b) 近傍に保炎される。この燃焼火炎は、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、青炎状態の気化燃焼に移行する。

【００１９】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(10)の燃
焼ガス導入孔(14)の近傍における圧力は、気化用内筒(1
0)内周側のほうが低く、気化用内筒(10)外周側が高くな
っているため、燃焼用外筒(20)から噴出される燃焼ガス
は、燃焼用外筒(20)の基端部(20a) の隙間(C) から燃焼
ガスの導入孔(14)を経て気化用内筒(10)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、気化用内筒(10)において青炎での燃
焼（気化燃焼）に移行させる。また、気化用内筒(10)先
端から吹出す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、燃焼用外筒(20)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
通って気化用内筒(10)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、気化用内筒(1
0)を加熱すると共に、二次空気導入流路(B) を加熱し、
気化用内筒(10)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。

【００２０】以上のようにして、青炎での定常燃焼状態
に移行すると、この火炎によって保炎用内筒(10)が、先
端部から加熱されるため、気化用内筒(10)に噴霧された
液体燃料は、気化用内筒(10)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。

【００２１】ここで、上記の定常燃焼状態において、燃
焼ガス導入孔(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) を通って気化用内筒(10)
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。

【００２２】更に、この実施例においては、二次空気の
導入を気化用内筒(10)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。この場合、気化用
内筒(10)内での燃焼は希薄混合気燃焼部分と過濃混合気
燃焼部分が生じるが、thermal ＮＯx の発生は、理論空
気比での燃焼時に発生しやすいため、このような燃焼形
態によっても低ＮＯx 化が図れる。

【００２３】図５〜８は、この発明に係る燃焼ガス自己
循環式気化燃焼バーナの他の実施例を示すもので、上述
の実施例との第１の相違点は、二次空気導入孔(40)、即
ち、燃焼ガス再循環流路(A) を適宜密集させて配置した
ことである。図５〜８に示す実施例においては、二個の
二次空気導入孔(40)を一組として保炎用内筒(10)の先端
内周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。この構成によるときは、上記実施例よりも二次空気
導入孔(40)を局所的に密集させて配置してあるため、噴
出する二次空気流が、気化用内筒(10)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、後流側の熱機器の流路抵抗が高い場合に好適なバ
ーナを提供することができる。

【００２４】更に、この実施例における上述実施例との
第２の相違点は、保炎用内筒(10)の先端部(10a) 内周に
環状の整流部材(50)を配設したことである。この整流部
材(50)により、上記二次空気導入孔(40)からの二次空気
は、図６に示すように二次空気導入孔(40)から直接気化
用内筒先端に向かう流れと、燃焼用整流部材(50)に沿っ
て気化用内筒中心部に向かった後、保炎用内筒(10)の先
端方向に向う流れとに二分される。従って、上記整流部
材(50)に一旦沿って流れる二次空気は、保炎用内筒(10)
の先端方向に向う流れとに二分される保炎用内筒(10)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。尚、この実施例において
は、整流部材(50)を、二次空気導入孔(40)の開口よりも
外側、即ち、気化様内筒(10)の内周に配置してあるが、
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
したものでもよい。

【００２５】

【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、気化用内
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 発生が抑制される。

【００２６】上記の２次空気吹出孔部を分割配置し、保
炎用内筒先端部において希薄混合気燃焼部分と過濃混合
気燃焼部分が生じさせることにより、低ＮＯx 領域での
燃焼が可能となり、しかも、保炎用内筒基端部内側並び
に保炎用内筒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。

【００２７】この発明に係る気化バーナにおいて、液体
燃料の気化は、上記保炎用内筒基端部内側に導入される
燃焼ガス、保炎用内筒と燃焼用外筒間の空間を流れる燃
焼ガス、気化用内筒に形成される火炎により、燃焼ガス
自体の熱、気化用内筒自体の熱、及び、気化用内筒から
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。

【００２８】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。

【図５】この発明に係る燃焼ガス自己循環式気化燃焼バ
ーナの具体的な他の実施例を示す概略的な縦断側面図
で、図７のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

【図６】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７】図５における正面図である。

【図８】図５における背面図である。

【符号の説明】

(1) 隔壁部材 (3) 環状空間 (4) 二次空気取り入れ開口 (10) 気化用内筒 (14) 燃焼ガス導入孔 (20) 燃焼用外筒 (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) 流通間隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気化用内筒(10)、燃焼用外筒(20)及び燃
   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、前記燃焼用外筒(20)を、その先端を気化用
   内筒(10)先端より突出させ、且つ、その基端部(20a) 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、前記気化用内筒(10)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、 前記気化用内筒(10)には、燃焼用外筒(20)の先端開口に
   もたらされる燃焼ガスの一部を気化用内筒(10)基部に導
   入する燃焼ガス再循環流路(A) 、並びに、気化用内筒(1
   0)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、前記内外筒(10)(20)間
   に形成される環状空間(3) と、前記気化用内筒(10)の基
   端部(10a) 周壁に設けた燃焼ガス導入孔(14)と、前記燃
   焼用外筒(20)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、気化用内筒(10)の先端部
   (10b) 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)基端部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。