JPH07509050A - 燃料燃焼バーナー - 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】 燃料燃焼バーナ一 本発明は、燃料燃焼バーナーに関するものであり、さらに詳細には、ガス燃焼バ ーナー、好ましくは、ガスが燃焼する前に、混合チャンバ内で、燃料ガスが、す べての燃焼空気と混合される完全予混合型のガス燃焼バーナーに関するものであ る。

従来技術 完全予混合型のバーナーは、自然ガスなどの外部で調製された空気と燃料ガスと の混合物が導入されるプレナムチャンバを備え、チャンバの壁の一部を構成しあ るいは構成していないブロック、プレートあるいはストリップなどの火炎支持体 内のボートあるいはスロットを通して、多少の流出がなされる前に、混合物が導 入されるようになっている。混合物は、関連する火炎支持体内あるいはその下流 で、燃焼し、燃焼生成物を生ずる。燃焼生成物は、バーナーが、ボイラーなどの 加熱装置の加熱源として使用されるときは、熱交換器などの第二のエンクローツ ヤ−に連なる第一のエンクロージャーに送られる。代表的な完全予混合型のバー ナーは、本件出願人の英国特許出願第２１７６５８８Ａに記載されている。

この型のバーナーの問題点は、ある条件の下で、とくに、加熱装置の中に収容さ れている時およびバーナーが、バーナー表面積の単位面積あたりの熱出力が比較 的高い状態で、動作される時に、いわゆる共鳴燃焼ノイズという容認しがたい強 度のノイズが生ずる傾向があるということである。

発明の要約 本発明は、燃料と空気の予混合物を受け入れるチャンバと、チャンバを横切って 延び、複数の細長い貫通スロットを備えた火炎支持体とを備え、スロットの各々 が、比較的狭い寸法の出口開口であって、ランドによって、前記スロットの出口 部に段状に開口し、バーナーが通常の運転状態にある時、火炎の前部を含み、あ るいは、支持する出口開口部を備え、前記出口部の各々が、少なくとも一つの実 質的に一定で、比較的広い寸法の部分を備えた燃料燃焼バーナーを提供するもの である。

各出口部が、二またはそれ以上の比較的広い寸法の部分と、前記出口開口から離 れる方向に、寸法が増大するが、実質的に一定の連続した部分で、ランドによっ て、互いに開口する連続した部分を備えている。

火炎支持体の特徴部分の寸法は、バーナーが意図された熱出力容量範囲にわたり 、運転される時、火炎を、出口部または出口部上（比較的高い熱入力範囲で）か 、あるいは、ランド上またはランドの一つの上（比較的低い熱入力範囲あるいは 異なった比較的低い熱入力範囲の各々で）かで、安定化させることができるよう にされる。

出願人は、所定のバーナー熱入力範囲に対して、ランド（およびスロット出口部 の外側端部）により、混合物流速と燃焼速度との間のバランスが比較的短く平ら な火炎が生成されて実現されるように、火炎が安定化する領域が提供されるもの と確信している。

出願人は、このような構成により、所定の熱入力範囲に対して、予混合バーナー の共鳴傾向を実質的に低下させ、あるいは、無くすことができることを見出した 。

従来は、比較的狭い寸法の出口開口は、それぞれ、実質的に一定の寸法を持った スロット部で終端している。

各スロットは、収束する入口部を有していてもよい。好ましくは、収束する入口 部は、変化する収束角度を有している。たとえば、収束する入口部の各側壁は凸 状の楕円形状をなしている。

本発明はまた、複数の細長い貫通スロットを備え、スロットの各々が、比較的狭 い寸法の出口開口であって、ランドによって、前記スロットの出口部に段状に開 口し、火炎支持体が、バーナーに組み込まれ、所定の熱出力範囲内にある時、火 炎の前部を含み、あるいは、支持する出口開口部を備え、出口部の各々が、少な くとも一つの実質的に一定で、比較的広い寸法の部分を備えた燃料燃焼バーナー において用いられる火炎支持体を提供する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明にかかるバーナーの実施例の断面図である。

第２図は、第１図の火炎支持要素の一部を拡大した断面図である。

第３図は、火炎支持要素の他の例の断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図および第２図を参照すると、完全予混合型のガス燃焼バーナーｌが、上方 燃焼モードで示されている。バーナーｌは、プレナムチャンバを画定する細長い 下方チャンバ２を備えている。周壁３は、下方チャンバ２から水平方向外側に延 び、その頂部に開口５を有する上方チャンバ、すなわち、エンクロージャー４を 形成している。

中空で、全体が矩形の支持部材６が、取付はピン（図示せず）によって、上方チ ャンバ４内に取付けられている。取付はビンは、エンクロージャー４の壁を貫通 して、支持部材６に延びている。

支持部材６の底部の開口部７は、多孔性の燃料ガス／空気分配プレート８により 、塞がれている。この燃料ガス／空気分配プレート８は、支持部材６の内側のま わりの底部に延びている凹部９内に収められている。支持部材の頂部には、開口 １０が設けられている。

シール１１が、支持部材６とエンクロージャー４の壁との間に、サンドウィッチ されている。第１図から明らかなように、ンール１１は、分配プレート８の下方 周縁部と周壁３の上側の間にも、サンドウィッチされている。

多孔性の分配プレート８により、プレナムチャンバ２の上方壁が形成される。

空気／燃料ガス予混合物は、チャンバ２の壁内の人口１２を介して、プレナムチ ャンバ２内に供給される。

火炎支持部を形成するセラミック火炎ストリップ１３が、支持部材６により、上 方チャンバ４内に取付けられ、実質的に、上方チャンバ４を横切る壁を形成して いる。火炎ストリップ１３は、全体として、矩形をなし、周壁１４を備えている 。周壁１４は、支持部材６の内周のまわりに延びる凹部１５内に位置し、凹部１ ５の肩部１５ａと分配プレート８の上側の間に保持されている。

複数の等しい間隔で隔てられたほぼ鉛直の区切り、すなわち、壁１６が、火炎ス トリップ１３を横切って、列状に配置されている。隣接する壁１６は、その間に 、火炎ストリップ１３内をほぼ鉛直に延びる細長いスロットの形状の複数のバー ナーポートを画定している。

凸壁１６は、凸状楕円形状の湾曲した側面２１．２２を有し、下方にテーパーが 付けられた下方テーパ一部２０と、２４および２５のように、平行な側部を備え た比較的広い中間壁部２３と、２７および２８のように、平行な側部を備えた比 較的狭い上層壁部２６を備えている。

複数の等価で等しい間隔の細長いスロット１７が、隣接した壁１６により画定さ れている。以下に説明するように、次の点火のための燃料ガス／空気予混合物の ポートすなわち、出口として作用する。各スロット１７は、隣接する下方テーパ 一部２０により画定され、隣接する平行な壁部２３の間で画定された実質的に一 定で、比較的狭い寸法の中間直線部３１に達する端部３０ａに収束する入口部３ ０を有している。比較的狭い寸法の中間直線部３１は、ランド３２により、段状 に、実質的に一定で、比較的広い寸法を有し、隣接する平行な壁部２６により画 定された出口部３３に開口する出口開口３１ａを備えている。この部分３１は十 分に狭く、それを通じて、火炎が戻ることが防止されている。

使用準備状態においては、上述の部材のアセンブリが、たとえば、第１図におい て、鎖線で示される燃焼チャンバ３５に取付けられる。

使用に際して、燃焼ガス（自然ガス）の予混合物および空気が、入口１２を介し て、プレナムチャンバ２に供給される。この混合物は、多孔性のプレート８を通 過し、均一かつ低い渦強度で、細い孔が形成されたバーナーの火炎ストリップ１ ３に分配される。プレート８はまた、燃焼共鳴に対するバーナーの抵抗を向上さ せる。この特性を最大にするためには、多孔性のプレート８を、スロット１７の 入口部３０に出来る限り近接するように配置することが好ましい。

少なくともスロット１７の人口部３０および実質的に一定で、比較的狭い寸法の 中間直線部３１を完全に通過した後に、空気／ガス混合物は、点火手段（図示せ ず）、たとえば、スパーク電極により点火され、その後、ランド３２の部分ある いはその下流側の点火手段の助けを借りることな（、安定して燃焼する。バーナ ーは、開口１０を介して、上向きに、燃焼チャンバ３５内に、火を放つ。前述の ように、与えられたエンクロージャーあるいは燃焼チャンバに対して、バーナー および火炎ストリップの特徴部の寸法が選択されているので、バーナーを、所定 のパラメータの範囲内で、所望のように、動作させることができる。

例にすぎないが、実験において、出願人が用いた装置における寸法は、第２図を 参照すると、以下のとおりである。

比較的狭い寸法のスロット部の幅（ｗ）　＝０．　６５ｍｍ比較的広い寸法のス ロット部の幅（Ｗ）　＝３．　６５ｍｍ比較的広い寸法のスロット部の長さくｈ ）＝１５ｏｉ比較的狭い寸法のスロット部の出口における各ランドあるいは段部 の幅＝１．　５ｍｍ 比較的狭い寸法のスロット部を、その間に画定する壁の厚さくＴ）　＝４．　５ ｍｍ比較的広い寸法のスロット部を、その間に画定する壁の厚さくｔ）　＝１． 　５ｍｍ第１図に示される火炎ストリップの長さ＝ｌＯＯｍ＋ｎスロットの幅（ および火炎ストリップの概略幅）＝４０ｎｓ使用された空気／自然燃料ガスは、 化学量論的要求の１３０％のエアレーションを宵していた。

出願人の実験により、４ＫＷを越える熱人力レベルに対して、火炎（ブルー火炎 モード）は、比較的広いスロット部３３の頂部で、つねに安定していることが見 出された。４ＫＷから＋２ＫＷの熱入力レベルに対しては、共鳴はまったく、あ るいは、実質的に生しないことがわかった。１２ＫＷを越えると、共鳴が発生し 始めることが判明した。

鴫入力レベルが４ＫＷより小さくなると、火炎は徐々に戻り、比較的狭いスロツ ト部３１の出口開口３１ａの部分のランド３２の部分で安定化した。下方の狭い スロット部３１の出口で、火炎が安定化すると、ノく−ナーのその部分は、放射 状態での動作を開始した。バーナーの動作が、ブルー火炎モードから放射モード に完全に変化するのに要する時間は、使用する熱入力によって変化した。これら の実験において、バーナーが、２ＫＷの熱人力で、完全に放射モードで動作して いるときは、共鳴は発生しないが、３ＫＷでは、共鳴が発生することを、出願人 は見出した。

上述したところより、比較的高いレベルの熱入力範囲にわたって、火炎は、比較 的広いスロット部３３の頂部で、安定化し、静かに燃えることがわかる。熱入力 が、この範囲の上限を越えると、共鳴が発生する。熱人力が、この範囲の下限よ り小さくなると、火炎は、スロット部３３内で燃える傾向が強くなり、比較的狭 いスロット部３１の上端部のランド３２上で安定化し、そこで、比較的低いレベ ルの熱入力範囲で、静かに燃える。比較的広いスロット部３１内のランド３２に おける燃焼により、バーナーは、熱くなり、放射モードで動作する。比較的低い レベルの熱入力が比較的低いレベルの範囲外であるときは、共鳴が発生する。

出願人の研究により、バーナーの上方のエンクロージャーおよび燃焼チャンバ性 質が変われば、異なった結果が得られることがわかった。したがって、実質的に “共鳴が発生しない”ように動作させるためには、バーナーを、異なった熱入ノ Ｊの範囲で動作させ、および／または、−または複数の種々の特徴あるいはパラ メータの寸法が異なった火炎ストリップを用いることが必要である。

“共鳴が発生しない”条件を得るためには、意図している動作範囲、使用および 環境を考慮して、バーナーを設計し、“調整（【ａｉ　ｊａｒｅｄ）″すること がわかるであろう。

予混合バーナーを用いた出願人の上述の実験においては、窒素酸化物および他の 汚染物質の放出レベルが低いことが判明した。

第３図は、バーナーにおいて使用する火炎ストリップの他の例の一部を示してい る。第３図において、第２図におけるのと同様の部分には、同じ参照番号が付さ れている。この実施例では、下方の比較的狭い一定の寸法のスロット部３１の各 々は、上方出口開口３１ａを有している。上方出口開口３１ａは、２つのスロッ ト出口部５１の広い一定寸法の下方部分５２に、ランド５０によって、段状に開 口している。下方の出口部分５２は、平行な壁部５３の間に画定されている。

各出口部５２の上端部は、大きな一定幅寸法を持った上方スロット出口部分５５ に、ランド５４によって、段状に開口している。上方出口部分５５は、壁部５３ から上方に延びる平行な壁部５６の間に画定されている。

第３図から明らかなように、スロット部３１および部分５２．５５は、順に、大 きな幅を有しているが、いずれも、実質的に一定寸法を有している。

ランド５４の目的は、上方部分５５の頂部における火炎の安定化に関連した範囲 よりも低い熱入力範囲に関連した火炎を安定化させる領域を提供するためにある 。

ランド５５の目的は、ランド５４における火炎の安定化に関連した範囲よりも低 い熱人力範囲に関連した火炎を安定化させる領域を提供するためにある。

本発明の特定の実施例につき、上述したが、種々の変更あるいは改良をしてもよ い。たとえば、収束する入口部３０を、凸状の楕円形状の側部２１．２２を有す るテーパー状の壁２０の間に画定する必要はなく、第２図および第２図において 、点線で模式的に示したように、真っ直ぐな側部を有していてもよい。また、火 炎ストリップは、出口開口３１ａから離れる方向に、幅は増大するが、それぞれ 、一定の幅を有する連続部分を備えた３以上の出口部分を有していてもよい。

部分が、ランドによって、第３図に示されるように、互いに、段状に開口してい てもよい。ランドあるいは段によって分離された一連の部分を用いた火炎ストリ ップを備えたバーナーにおいては、火炎を適当なランドあるいは股上で安定化さ せることができ、いくつかの異なった熱入力範囲にわたって、共鳴が生ずるのを 防止することができるような寸法を有していればよい。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．燃料と空気の予混合物を受け入れるチャンバと、前記チャンバを横切って延 び、復数の細長い貫通スロットを備えた火炎支持体とを備え、前記スロットの各 々が、比較的狭い寸法の出口開口であって、ランドによって、前記スロットの出 口部に段状に開口し、バーナーが所定の熱入力範囲内にあるとき、火炎の前部を 含み、あるいは、支持する出口開口部を備え、前記出口部の各々が、少なくとも 一つの実質的に一定で、比較的広い寸法の部分を備えたことを特徴とする燃料燃 焼バーナー。
2. ２．前記各比較的狭い寸法の出口開口が、実質的に一定寸法のスロット部で終端 していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のバーナー。
3. ３．各出口部が、二またはそれ以上の比較的広い寸法の部分と、前記出口開口か ら離れる方向に、寸法が増大するが、実質的に一定の連続した部分で、ランドに よって、互いに開口した連続した部分を備えたことを特徴とする請求の範囲第１ 項または第２項に記載のバーナー。
4. ４．各スロットが、収束する入口部を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項 ないし第３項のいずれか１項に記載のバーナー。
5. ５．前記収束する入口部が、変化する収束角度を有していることを特徴とする請 求の範囲第４項に記載のバーナー。
6. ６．前記収束する入口部が、凸状の楕円形状をなしていることを特徴とする請求 の範囲第５項に記載のバーナー。
7. ７．複数の細長い貫通スロットを備え、前記スロットの各々が、比較的狭い寸法 の出口開口であって、ランドにより、前記スロットの出口部に段状に開口し、火 炎支持体が、バーナーに組み込まれ、所定の熱出力範囲内にあるとき、火炎の前 部を含み、あるいは、支持する出口開口部を備え、前記出口部の各々が、少なく とも一つの実質的に一定で、比較的広い寸法の部分を備えたことを特徴とする燃 料燃焼バーナーにおいて用いられる火炎支持体。
8. ８．添付図面中の第１図および第２図、あるいは、第３図により変更された第１ 図に実質的に記載された燃料燃焼バーナー。
9. ９．添付図面中の第１図および第２図、あるいは、第３図に実質的に記載された 火炎支持体。