JPH11287408A

JPH11287408A - 低ＮＯｘバーナ

Info

Publication number: JPH11287408A
Application number: JP10576498A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Kobayashi; 立季小林; Makoto Oda; 眞小田; Naoki Fukuda; 直樹福田; Hidenori Suzuki; 栄紀鈴木
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】低ＮＯx バーナにおいて、一層の低ＮＯ
x 化を達成すること。【解決手段】燃料および燃焼用一次空気を噴出する内
筒２と、前記内筒２の外周に配置されて前記内筒２との
間に燃焼用二次空気を噴出する環状流路３を形成する外
筒４と、前記内筒２の先端部に、前記内筒２の内周壁と
の間に所定の隙間を介在させて配置された末広がり形状
をなす拡散部材５とを備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低ＮＯｘバーナ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃焼機器における有害燃焼排
気物の低減化には、種々の提案がなされてきたが、近年
では、環境汚染等の問題から有害燃焼排気物の中でも特
にＮＯx の低減に注意が向けられている。そのために、
燃料自体に窒素分の少ない気体燃料を用い、その燃焼過
程においてサーマルＮＯx （thermal ＮＯx ）の低減化
を図った低ＮＯx バーナは数多く提案されている。ま
た、小型，簡易クラスのボイラのように、比較的小容積
の燃焼空間で用いられ、大出力化を要求されるバーナに
おいては、ＮＯx の低減が難しく、このような分野に適
用し得る低ＮＯx バーナの要望が高まっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、低ＮＯx
バーナにおいて、一層の低ＮＯx 化を達成することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたものであって、請求項１に記載
の発明は、燃料および燃焼用一次空気を噴出する内筒
と、前記内筒の外周に配置されて前記内筒との間に燃焼
用二次空気を噴出する環状流路を形成する外筒と、前記
内筒の先端部に、前記外筒の内周壁との間に所定の隙間
を介在させて配置された末広がり形状をなす拡散部材と
を備えたことを特徴とするものである。

【０００５】また、請求項５に係る発明は、内筒と、こ
の内筒内にほぼ同軸状に配置された燃料供給管と、前記
内筒の外周に配置されて前記内筒との間に環状流路を形
成する外筒とを備え、前記燃料供給管の先端部に、末広
がり形状をなす拡散部材を設けるとともにこの燃料供給
管の先端にこの拡散部材と所定の間隔を保持した状態で
末広がり状部分を設け、この末広がり状部分の先端と前
記内筒の内周壁との間に環状の閉鎖部材を配置し、前記
末広がり状部分に多数の小孔を設け、前記燃料供給管６
に燃料を、前記内筒と前記燃料供給管との間の環状空間
に燃焼用一次空気を、前記環状流路に燃焼用二次空気を
供給するように構成したことを特徴とする低ＮＯx バー
ナ。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明に係る低ＮＯx バーナ
は、所謂部分予混合式バーナとして実施される。この発
明に係る低ＮＯx バーナは、その中心側から燃焼用一次
空気と燃料の混合物である部分予混合気を噴出し、この
部分予混合気を取り囲むように燃焼用二次空気を噴出す
る構成となっている。すなわち、この発明に係る低ＮＯ
x バーナは、部分予混合気を噴出する内筒と、この内筒
の外周側には、内筒との間に燃焼用二次空気を噴出する
環状流路を形成する外筒をほぼ同軸状に配置し、内筒の
先端部に、内筒の先端側の内周壁との間に所定の隙間を
介在させて末広がり形状をなす拡散部材を配置して構成
される。

【０００７】この構成によると、内筒からの部分予混合
気は、その先端側において、拡散部材の末広がり形状の
表面に沿って流れ、この拡散部材の形状に応じた薄膜状
の末広がり形状( たとえば、中空のほぼ円錐台形状) に
拡散する。そしてこの中空の円錐台形状に拡散しながら
噴出する部分予混合気に、環状流路から燃焼用二次空気
を合流させる。ここで、拡散部材の表面に沿って流れる
部分予混合気は、この拡散部材によって流れが規制さ
れ、この拡散部材を離れた後も薄膜状に広がっていく。
そのため、この部分予混合気による火炎は、薄膜状の火
炎となる。

【０００８】ここで、拡散部材は、その外周面と内筒の
内周面との間から部分予混合気を薄膜状に噴出するため
のものであり、また薄膜状に拡散しながら噴出する部分
予混合気に、外筒の先端からの燃焼用二次空気が確実に
突入するようにその形状，寸法や各筒部材との位置関係
を設定する。すなわち、拡散部材の形状，寸法（高さ，
外径，末広がりの度合い等）や、内外筒の形状，寸法
（内外径）や、これらの位置関係（内外筒の先端の位置
や拡散部材の下流側端部の位置）は、拡散部材から薄膜
状に、末広がり形状に拡散しながら噴出する部分予混合
気に、外筒の先端から噴出する燃焼用二次空気が確実に
突入するように設定する。また、ここでいう末広がり形
状とは、その横断面形状が順次大きくなっている形状を
指す。たとえば、円錐台形状，角錐台形状等であり、途
中から末広がりの度合いが変わるものも含む。また、そ
の横断面の形状は、円形や正多角形に限るものでなく、
楕円や長円形である場合を含むものである。

【０００９】部分予混合気の末広がりの度合いは、拡散
部材の末広がりの度合いに応じて決まるが、この部分予
混合気の末広がりの形状を円錐台形状とみなして説明す
ると、以下のようになる。拡散部材の末広がりの度合い
は、部分予混合気が円錐角で３０°〜１００°、好まし
くは４５°〜９０の範囲で噴出されるように設定する。
この理由は、拡散部材の外表面によって部分予混合気の
流れが規制されるが、この範囲にすると薄膜状に噴出さ
れる部分予混合気の外側と内側とに燃焼ガスの循環流を
形成し、この燃焼ガスの循環流と部分予混合気とを充分
に接触させ、燃焼反応を促進し、薄膜状の火炎を安定し
て形成することができる。逆に、この円錐角が大きくな
るように拡散部材の末広がり形状を設定すると、部分予
混合気が薄膜状に広がりにくくなる他、部分予混合気の
流通過程における圧力損失が増加し、燃料の供給手段や
燃焼用空気（燃焼用一次空気および燃焼用二次空気）の
供給手段を大型化する必要があるためである。また、拡
散部材の外径および取付位置（外筒の先端と拡散部材の
先端との位置関係）は、前述の部分予混合気の円錐角と
外筒の内径とを勘案して設定する。すなわち、拡散部材
の外径は、円錐角が小さく、外筒の内径が大きいほど大
径に設定し、また円錐角が大きく、外筒の内径が小さい
ほど小径に設定する。また、拡散部材の取付位置は、円
錐角が大きく、外筒の内径との差が小さいほど、外筒の
先端に近い位置とする。

【００１０】以上の構成によると、内筒内に供給された
部分予混合気は、内筒の先端の拡散部材によって、中空
のほぼ末広がり形状に噴出し、この部分予混合気には、
環状流路からの燃焼用二次空気が合流する。ここで、拡
散部材によって流れを規制された部分予混合気は、薄膜
状となっており、この部分予混合気に、環状流路からの
燃焼用二次空気が合流し、燃焼する。そのため、この低
ＮＯx バーナにおける燃焼火炎は、薄膜状となる。した
がって、この薄膜状の火炎による燃焼により、火炎の表
面積を拡大し、部分予混合気による燃焼とによって低Ｎ
Ｏx 化を達成する。また、火炎を薄膜状に、末広がり形
状に形成することにより火炎自体の体積を減少させ、局
所的な高温領域の形成を防止することにより、この点に
おいても低ＮＯx 化を達成する。

【００１１】さらに、この発明に係る低ＮＯx バーナ
は、内筒内に乱流促進体を設けた構成とすることもでき
る。この乱流促進体は、たとえば多数の貫通孔を備えた
板状部材を内筒内の部分予混合気の流れの方向を遮るよ
うに設ける。また、この乱流促進体は、流路を蛇行させ
るように仕切る仕切り板や流れに旋回流を与えるような
捻じった形状の平板状部材とすることもできる。このよ
うに、内筒内に乱流促進体を設けることにより、燃焼用
一次空気と燃料とが、拡散部材に到るまでに両者を均一
に混合する。

【００１２】さらに、この発明に係る低ＮＯx バーナ
は、内筒の内面を末広がり形状とし、この末広がり部分
の上流側において、燃料の供給を行うように構成するこ
ともできる。この内筒は、その内周面と拡散部材の外周
面との間から部分予混合気を薄膜状に噴出するものであ
るため、この内筒の内周面の末広がり形状の度合いは、
拡散部材の末広がり形状の表面よりも、その広がりの程
度を少なくする。この構成によると、この末広がり部分
の上流側の小径部分にて燃料を供給するようにしたこと
により、小径部分で燃焼用一次空気の流速を高め、ベン
チュリ効果を生じさせることにより、燃料の供給圧力が
低くても低ＮＯx バーナへ燃料を確実に供給することが
できる

【００１３】さらに、この発明に係る低ＮＯx バーナ
は、拡散部材を、拡散部材本体とその外周側に所定の間
隔をおいて配置した末広がり状部材とで構成し、この拡
散部材本体と末広がり状部材との間に、冷却用空気を供
給する構成とすることもできる。この冷却用空気は、燃
焼用一次空気や燃焼用二次空気を分流させて利用するこ
ともできる。この構成によると、拡散部材は冷却用空気
によって冷却されるため、過熱や焼損の問題を回避する
ことができる。

【００１４】さらに、この発明に係る低ＮＯx バーナ
は、内筒と、この内筒内にほぼ同軸状に配置された燃料
供給管と、内筒の外周に配置されて内筒との間に環状流
路を形成する外筒とを備え、燃料供給管の先端部に、末
広がり形状をなす拡散部材を設けるとともにこの燃料供
給管の先端にこの拡散部材と所定の間隔を保持した状態
で末広がり状部分を設け、この末広がり状部分の先端と
内筒の内周壁との間に環状の閉鎖部材を配置し、末広が
り状部分に多数の小孔を設け、燃料供給管に燃料を、内
筒と燃料供給管との間の環状空間に燃焼用一次空気を、
環状流路に燃焼用二次空気を供給するように構成するこ
ともできる。このように構成すると、燃料は、燃料供給
管の先端部で、拡散部材によって末広がり形状に拡大し
た流れとなるため、多数の小孔からの燃焼用一次空気を
充分に混入することができる。

【００１５】さらに、この発明に係る低ＮＯx バーナ
は、前記環状流路の先端側においてこの環状流路を周方
向に所定個数に分割する遮蔽板を設けることもできる。
この場合、環状流路に設けた遮蔽板によって燃焼用二次
空気を分割させて噴出させることにより、所謂濃淡燃焼
となって、サーマルＮＯx の発生量が増大する空燃比領
域以外の領域で燃焼するため、ＮＯx の発生が抑制でき
る。ここで、環状流路を周方向に分割する遮蔽板は、そ
の周方向の幅が広いほど通過する燃焼用二次空気の圧力
損失が多くなり、狭いほど火炎の分割の効果を発揮し得
ないため、これらを勘案してその幅と個数を決定する。
たとえば、この遮蔽板の周方向の幅を前記内筒の中心か
らの角度で表すと、２０°〜６０°であり、その個数
は、３〜９個の間で選択する。

【００１６】さらに、前述の遮蔽板に小孔を穿孔するこ
とにより、この遮蔽板の下流側における空気量（空気の
比率）が増加するため、さらにこの下流において燃焼用
二次空気と混合する際の混合性が向上し、排ガス中の未
燃物の生成を抑制する。さらに、遮蔽板に小孔を穿孔す
ることにより、この遮蔽板の下流側における空気量（空
気の比率）が増加するため、さらにこの下流において燃
焼用二次空気と混合する際の混合性が向上し、排ガス中
の未燃物の生成を抑制する。

【００１７】

【実施例】この発明に係る低ＮＯx バーナの第一実施例
について図１，図２を参照しながら説明する。ここで、
図１は、この発明に係る低ＮＯx バーナの第一実施例
を、図２の I−I 線に沿って切断した断面の説明図、図
２は、図１の正面の説明図である。

【００１８】さて、第一実施例の低ＮＯx バーナ１は、
その内側に部分予混合気を噴出する内筒２を備えてい
る。この内筒２の外周側には、前記内筒２との間に燃焼
用二次空気を噴出する環状流路３を形成する外筒４をほ
ぼ同軸状に配置してある。そして、前記内筒２の先端部
には、前記内筒２の先端側の内周壁との間に所定の隙間
を介在させて末広がり形状をなす拡散部材５を配置して
ある。

【００１９】前記内筒２および前記外筒４は、ともに空
気供給手段（図示省略）に接続されている。この空気供
給手段は、通常、上流側に送風機（図示省略）を備える
もので、前記予混合式バーナ１との間には、送風機から
圧送された燃焼用空気を整流するウィンドボックス（図
示省略）を備えている。

【００２０】前記内筒２の内部には、ほぼ同軸状に燃料
供給管６を配置してある。この燃料供給管６は、その途
中に内外を連通する貫通孔７を複数個形成してある。前
記各貫通孔７の形成位置は、前記内筒２の下流端におい
て、この燃料と後述する燃焼用一次空気とが均一に混合
し得る距離を設定する。また、前記燃料供給管６の先端
には、前記拡散部材５を固定してある。すなわち、前記
燃料供給管６は、前記拡散部材５を前記内筒２の先端の
所定位置に保持している。

【００２１】前記拡散部材５は、底面に開口部を有する
中空の円錐台形状であり、身近なものでたとえると深皿
を伏せたような形状である。そして、前記拡散部材５の
頂壁５ａは、前記燃料供給管６の先端を塞いでいる。ま
た、前記拡散部材５の側壁５ｂは末広がり形状であり、
この第一実施例では、前記拡散部材５の円錐角を６０°
としてある。

【００２２】前記拡散部材５は、前記燃料供給管６の先
端に取り付けた状態で、前記内筒２の先端に位置してい
るが、前記内筒２と前記拡散部材５との位置関係は、以
下のようになっている。まず、前記内筒２の先端は、前
記拡散部材５の軸線方向のほぼ中央部に位置させてあ
る。また、前記内筒２の内径と前記拡散部材５の外径と
の関係は、前記拡散部材５の外径が、前記内筒２の内径
より若干小径としてある。したがって、前記拡散部材５
は、前記環状流路３をほぼ覆うように位置する。そのた
め、前記外筒４からの燃焼用二次空気の流れは、前記拡
散部材５の外側の表面に沿う方向に規制される。

【００２３】さらに、この第一実施例では、前記内筒２
と前記外筒４の先端部において、両者はほぼ面一状態と
なっており、この先端間には、前記各遮蔽板８，８，…
（図示する第一実施例では４個）を設けてある。これら
の各遮蔽板８は、前記環状流路３の流路断面（環状）を
その周方向に所定個数（図示する第一実施例では４個）
に分割するように固定してある。ここで、第一実施例に
おいては、前記各遮蔽板８の周方向の幅を前記内筒２の
中心からの角度で表すと、ほぼ４５°としてあり、隣り
合う前記各遮蔽板８間の周方向の間隔も、ほぼ４５°と
してある。

【００２４】ここで、以上の第一実施例においては、前
述のように前記各拡散部材５の寸法，形状や、前記内筒
２および前記外筒４の寸法や、これらの位置関係を、前
記各拡散部材５から薄膜状に広がりながら噴出する部分
予混合気に、前記環状流路３からの燃焼用二次空気が確
実に突入するように設定するが、この他に燃焼用一次空
気および燃焼用二次空気の量についても次のように設定
する。すなわち、前記内筒２への燃焼用一次空気の供給
量（流量）を、この低ＮＯx バーナに供給する全燃焼用
空気量の０．６〜０．８倍となるようにする。このよう
に燃焼用一次空気および燃焼用二次空気の量を設定する
には、それらの供給圧力の他、前記内筒２，前記外筒４
および前記拡散部材５の形状，寸法や位置関係の他、前
記各貫通孔７の個数や寸法を調整することによって行
う。ここで、この燃焼用一次空気と燃焼用二次空気との
総量は、燃料を燃焼させるに十分な量である。

【００２５】以上の構成の低ＮＯx バーナにおける燃焼
作用について説明する。まず、内筒２内および環状流路
３内へ空気供給手段からの燃焼用空気を供給する。この
状態で、燃料供給手段（図示省略）から燃料供給管６内
に燃料を供給すると、燃料は燃料供給管６の貫通孔７か
ら内筒２と燃料供給管６との間の環状の空間内に噴出
し、内筒２内を流れてきた燃焼用一次空気と混合して部
分予混合気となる。そして、この部分予混合気は、内筒
２の先端側において、この内筒２と拡散部材５との間の
隙間から噴出する。

【００２６】このとき、部分予混合気は、この拡散部材
５の末広がりの形状に応じて、低ＮＯx バーナ１の中心
部分から中空のほぼ円錐台状に噴出する。ここで、拡散
部材５から噴出する部分予混合気は、この拡散部材５に
よって流れの方向が規制されるため、この拡散部材５を
離れた後も薄膜状に広がっていく。この状態で、着火手
段（図示省略）によって着火すると、部分予混合気がま
ず燃焼を開始する。この部分予混合気の燃焼状態は、過
剰燃料での燃焼であるため、ＮＯx の生成を抑制するこ
とができる。また、この部分予混合気による火炎は、薄
膜状の火炎となる。

【００２７】この部分予混合気による薄膜状の火炎に
は、環状流路５からの燃焼用二次空気が合流し、完全燃
焼する。すなわち、この低ＮＯx バーナは、薄膜状の火
炎による燃焼により、火炎の表面積を拡大し、部分予混
合気による燃焼とによって低ＮＯx 化を達成する。ま
た、火炎を薄膜状に、末広がり形状に形成することによ
り火炎自体の体積を減少させ、局所的な高温領域の形成
を防止することによって低ＮＯx 化を達成する。

【００２８】さらに、環状流路３からの燃焼用二次空気
は、各遮蔽板８によって周方向に所定個数に分割された
状態で噴出し、この燃焼用二次空気は、内筒２の先端部
近傍における燃焼反応ガスに対してその周囲から部分的
に合流する。したがって、内筒２から噴出する燃焼反応
ガスの周方向には、所定の空燃比に対して燃料過剰の個
所と空気過剰の個所が交互に生じることになる。そのた
め、この環状流路３における遮蔽板８の無い個所では、
燃焼用二次空気が噴出し、空気過剰で燃焼するため低Ｎ
Ｏx 化が達成される。

【００２９】また、内筒２の下流側においては、燃焼用
二次空気を供給した後も燃料過剰の燃焼反応個所と空気
過剰の燃焼反応個所が存在し、所謂濃淡燃焼を行うた
め、それぞれの個所において燃焼温度は理論燃焼温度よ
り低下する。したがって、各領域の燃焼温度は、サーマ
ルＮＯx の生成が最大となる空燃比領域を外れるため、
サーマルＮＯx の生成が抑制される。

【００３０】さらに、第一実施例においては、前記各遮
蔽板８のそれぞれに、表裏を貫通する小孔９を所定個数
ずつ（図示する第一実施例では、２個ずつ）穿孔してあ
り、これらの小孔９によって前記各遮蔽板８の後流側に
おける空気量（空気の比率）を増加しておくことによ
り、この下流において燃焼用二次空気と混合する際の混
合性がさらに向上し、排ガス中の未燃物の生成を抑制す
ることができる。

【００３１】次に、第一実施例の低ＮＯx バーナを、熱
機器の代表例としてのボイラに適用した一例について、
図３および図４を参照しながら以下に説明する。ここ
で、図３および図４に示すボイラは、貫流ボイラである
が、この他、自然循環式水管ボイラや強制循環式水管ボ
イラなどの水管ボイラ全般に適用することができる。ま
た、このボイラは、蒸気ボイラや温水ボイラの他、熱媒
を加熱する熱媒ボイラなどとして適用されるものであ
る。

【００３２】図３および図４において、ボイラの缶体Ａ
は、所定の距離を離して配置した上部管寄せＢおよび下
部管寄せＣを有している。前記上部管寄せＢおよび前記
下部管寄せＣの外周間には外壁Ｄを配置している。前記
上部管寄せＢと前記下部管寄せＣとの間には、複数（こ
の適用例では１０本）の水管Ｅ，Ｅ，…を環状に配置
し、これらの水管Ｅによって、環状の第一水管列Ｆを構
成している。さらに、前記上部管寄せＢと前記下部管寄
せＣとの間であって、前記外壁Ｄの内周側近くには、複
数（第一実施例では２４本）の熱回収水管Ｇ，Ｇ，…を
環状に配置して、第二水管列Ｈを形成している。この第
二水管列Ｈは、前記第一水管列Ｆとで二重の環状水管列
を構成している。さらに、前記各水管Ｅおよび前記各熱
回収水管Ｇは、それらの各端部を前記上部管寄せＢおよ
び前記下部管寄せＣのそれぞれに接続してある。

【００３３】ボイラの燃焼室Ｉは、前記上部管寄せＢお
よび前記下部管寄せＣと前記第二水管列Ｈによって画成
されている。そして、この燃焼室Ｉには、第一実施例の
低ＮＯx バーナ１を前記上部管寄せＢの内方（中央部）
から挿入して、ウインドボックスＪから釣り下げた状態
で取り付けてある。

【００３４】さて、前記低ＮＯx バーナ１によって、前
記燃焼室Ｉ内には、燃焼反応中ガスの存在する領域、す
なわち燃焼反応領域が形成されるが、この燃焼反応領域
内の火炎の存在する領域（以下、「火炎存在領域」とい
う）に前記第一水管列Ｆが位置している。また、前記第
一水管列Ｆは、前記各水管Ｅに接触した後の燃焼反応中
ガスの温度が１４００℃以下となるように、燃焼反応領
域に配置してある。さらに、前記第一水管列Ｆにおい
て、前記各水管Ｅ間には、燃焼反応中ガスの流通を許容
する隙間Ｋが形成されている。ここで、燃焼反応中ガス
とは、前記燃焼室Ｉ内において、燃焼反応を生じている
最中の高温のガスをいい、本書では、特に目視可能な火
炎を指す場合にのみ燃焼火炎或は火炎という。また、燃
焼反応領域としては、好ましくは燃焼反応中ガスに火炎
が生じている領域または燃焼反応中ガスの温度が９００
℃以上の高温の燃焼反応中ガスが存在する領域とする。

【００３５】そして、前記第一水管列Ｆと前記第二水管
列Ｈとの間には、ＣＯやＨＣのような燃焼反応の中間生
成物および燃料の未燃分の燃焼反応が行われる燃焼反応
継続領域Ｌを設けている。この燃焼反応継続領域Ｌ内に
は、前記各水管Ｅのような熱を吸収する部材は存在しな
い。

【００３６】前記第二水管列Ｈにおいて、隣り合う熱回
収水管Ｇ間の隙間（以下、「第二隙間」という）Ｍは狭
く、通常１〜４mmに設定してある。さらに、前記外壁Ｄ
には、前記外壁Ｄと前記第二水管列Ｈとの間の環状の排
ガス流路Ｏと連通する排ガス出口Ｎを設けてある。

【００３７】以上の構成のボイラにおいて、低ＮＯx バ
ーナ１を作動させると、燃焼室Ｉ内には燃焼反応中ガス
が発生する。この燃焼反応中ガスの燃焼反応の初期にお
いては、燃料の分解が行われ、この分解した燃料と酸素
が活発に反応する。そして、次の段階では、この際の燃
焼反応で生じた燃焼反応の中間生成物がさらに反応し、
そして燃焼反応が終わった燃焼反応終了ガスは、排ガス
として缶体Ａから排出される。燃焼反応が活発に行われ
ている領域では、通常火炎が生じる。

【００３８】燃焼反応中ガスは、各隙間Ｋを介して燃焼
反応継続領域Ｌ内に流入する。したがって、火炎は図３
および図４に示すように、燃焼反応中ガスの流動に伴っ
て第一水管列Ｆの外側にまで形成される。そのため、各
水管Ｅは、燃焼反応領域中の火炎存在領域内に位置す
る。そして、火炎を生じている燃焼反応中ガスは、各隙
間J を通過する際に各水管Ｅ内部の被加熱流体との間で
熱交換を行う。火炎を生じている燃焼反応中ガスは、こ
の熱交換により急激に冷却されて温度が低下するため、
サーマルＮＯx の発生が抑制される。

【００３９】そして、各隙間Ｋを通過した燃焼反応中ガ
スは、燃焼反応継続領域Ｌ内を第二水管列Ｈに向けて流
通する。この流通の際、燃焼反応中ガスは、第二水管列
Ｈに到達するまでは、第一水管列Ｆの各水管Ｅのような
熱交換を行う部材との接触が無く、温度はあまり低下し
ない。そのため、燃焼反応中ガスは、燃焼反応を継続し
ながら燃焼反応継続領域Ｌを流通し、その間にＣＯから
ＣＯ₂への酸化反応が促進される。このとき、燃焼反応
継続領域Ｌ内では、前述の酸化反応の他、中間生成物や
未燃分などの酸化反応も行われる。

【００４０】そして、燃焼反応中ガスは、第二水管列Ｈ
に到達するまでに燃焼反応をほぼ終了した高温のガスと
なり、各第二隙間Ｍを通って排ガス流路Ｏに流入する。
そして、各第二隙間Ｍを通過し、排ガス流路Ｏに流入し
た燃焼反応終了ガスは、第二水管列Ｈの外側から各熱回
収水管Ｇ内の被加熱流体に伝熱を行った後、排ガス出口
Ｎから排ガスとしてボイラ外に排出される。ここで、第
一実施例は、貫流ボイラであるため、被加熱流体が下部
管寄せＣから各水管Ｅおよび各熱回収水管Ｇ内に供給さ
れ、各水管Ｅおよび各熱回収水管Ｇ内を加熱されながら
上昇し、上部管寄せＢから蒸気として取り出される。

【００４１】ここで、第一実施例の低ＮＯx バーナ１に
おいては、部分予混合気は中空のほぼ円錐台形状に噴出
し、薄膜状の火炎を形成するため、各水管Ｅによる温度
調整が容易である。また、この火炎はほぼ円錐台形状を
なす薄膜状であるため、火炎の占める容積が小さくな
り、火炎の内部に局所的な高温部が生じるのを防止でき
る。これらの点においても、第一実施例の低ＮＯx バー
ナは、従来のものに比べて一層の低ＮＯx 化を達成す
る。

【００４２】以上で説明した第一実施例の低ＮＯx バー
ナ１について、ＮＯx ，ＣＯの生成量を、従来の一般的
な低ＮＯx バーナと比較すると、図５のような特性が得
られた。この際の燃焼条件は、ガス（１３Ａ）を、毎時
１６０ｋｇ供給し、燃焼用空気量を変化させたもので、
横軸は、排ガス中に含まれるＯ₂濃度をとった。第一実
施例の低ＮＯx バーナ１におけるＮＯx 排出量は、図5
に示すように、空気過剰率４〜８％の範囲で５０ppm
（Ｏ₂０％換算値）以下を達成しており、既存の低ＮＯ
x バーナの３／４以下である。また、図５には、ＣＯの
生成量も示しているが、第一実施例の低ＮＯx バーナ１
においては、空気過剰率５〜８％の範囲で５０ppm （Ｏ
₂０％換算値）以下を達成しており、大幅に低減されて
いる。

【００４３】次に、この発明に係る低ＮＯx バーナの第
二実施例について、図６〜図９を参照しながら説明す
る。この第二実施例は、内筒２内に乱流促進体を配置す
ることによって部分予混合気の混合を促進させるように
構成したものである。ここで、図６〜図９において、図
１および図２に示す第一実施例との対応個所には、同一
参照番号を附し、その詳細説明を省略する。

【００４４】図６〜図９に示す第二実施例においては、
燃料供給管６の先端は、前記内筒２の途中に位置してお
り、前記燃料供給管６の先端には、前記内筒２の軸線に
沿って延びる支持部材１０を配置してある。この支持部
材１０は前記内筒６の先端側近傍まで延び、前記支持部
材１０の先端に拡散部材５を取り付けてある。第二実施
例における拡散部材５の形状は、ほぼ円錐形状である。
そして前記支持部材１０の途中の前記燃料供給管６寄り
の位置に、乱流促進体１１を取り付けてある。第二実施
例では、この乱流促進体１１として、多数の貫通孔１
２，１２，…を形成した円板形状のもの、所謂パンチン
グメタルとしてある。また、前記燃料供給管６の先端に
は、複数の燃料噴出孔用の貫通孔７，７，…を形成して
ある。

【００４５】この構成によると、燃料供給管６内に燃料
を供給し、内筒２と燃料供給管６との間の空間に燃焼用
一次空気を、内筒２と外筒４との間の空間（すなわち、
環状空間）３に燃焼用二次空気を供給する。すると、燃
料は、燃料供給管６内を流れ、その先端の各貫通孔７か
ら内筒２内に噴出する。内筒２内では、この燃料と燃焼
用一次空気とが混合し、内筒２の先端に向けて流動する
が、その際に乱流促進体１１の各貫通孔１２を通過す
る。そして、この乱流促進体１１の各貫通孔１２を通過
する際には、乱流となり、攪拌され、均一な部分予混合
気となる。この部分予混合気が、拡散部材５に沿って流
れ、内筒２から噴出する。この後は、前述同様に中空の
ほぼ円錐台形状の薄膜状の火炎が形成され、低ＮＯx 化
を達成する。

【００４６】次に、この発明に係る低ＮＯx バーナの第
三実施例について、図１０および図１１を参照しながら
説明する。この第三実施例は、内筒２の内面を末広がり
形状としたものである。また、この第三実施例では、拡
散部材５を冷却用空気を流通させるべく二重構造とし、
この拡散部材５の表面を冷却するように構成したもので
ある。ここで、図１０および図１１において、図１およ
び図２，図６〜図９に示す各実施例との対応個所には、
同一参照番号を附し、その詳細説明を省略する。

【００４７】第三実施例の低ＮＯx バーナは、前記内筒
２の内面を末広がり形状とし、この末広がり部分の上流
側において、燃料の供給を行うようにしたものである。
この第二実施例では、前記内筒２の上流側に、燃料供給
用の環状容器１３を設けてあり、この環状容器１３の内
周の下流側部分から前記内筒２の内周面の下流側にかけ
て末広がりのテーパ筒部材１４を設けてある。そしてこ
のテーパ筒部材１４によって前記内筒２の内面を末広が
り形状としてある。このように、前記内筒２内に別の部
材を配置することによって前記内筒２内を末広がり形状
とする他、前記内筒２自体を末広がり形状とすることも
できる。このように前記内筒２全体を末広がり形状とす
る他、先端側のみ末広がり形状とすることもできる。

【００４８】前記環状容器１３の内部には、燃料ライン
１５を接続してあり、この燃料ライン１５から燃料が供
給される。そして前記環状容器１３の内周面には複数の
燃料噴出用の貫通孔７，７，…を形成してある。さら
に、前記内筒２の内部には、空気供給管１６を配置して
ある。この空気供給管１６の先端には、拡散部材５を取
り付けてある。

【００４９】この第三実施例における拡散部材５は、拡
散部材本体１７とその外周側に所定の間隔をおいて配置
した末広がり状部材１８とで構成されている。この拡散
部材本体１７は、この第三実施例においては、中実の三
角錐形状をなすもので、前記空気供給管１６の先端にほ
ぼ同軸状に固定されている。また、前記末広がり状部材
１８は、薄肉の傘形状をなすもので、前記空気供給管１
６の先端に、たとえば一体的に構成される。そして、空
気供給管６からの冷却用空気は、前記拡散部材本体１７
と前記末広がり状部材１８との間の隙間から噴出するよ
うに構成されている。前記空気供給管１６に供給される
冷却用空気は、この第三実施例においては燃焼用空気の
一部を使用する構成としてある。すなわち、前記テーパ
筒部材１４と前記空気供給管１６との間の空間への燃焼
用一次空気と前記環状空間３への燃焼用二次空気とに分
岐する前の燃焼用空気の一部が分流して流入する構成と
なっている。

【００５０】この第三実施例において、外筒２内に燃焼
用空気を供給すると、この燃焼用空気は、テーパ筒部材
１４と空気供給管１６との間へ燃焼用一次空気として、
前記環状空間３内へ燃焼用二次空気として流入し、空気
供給管１６内には冷却用空気として流入する。そして、
燃料ライン１５から環状容器１３に燃料を供給すると、
この環状容器１３の各貫通孔７からテーパ筒部材１４内
に燃料が噴出する。この燃料は、燃焼用一次空気と合流
して部分予混合気となる。そして、この部分予混合気
は、内筒２の先端に向けて流れ、拡散部材５の側壁５ｂ
に沿って流れる。すなわち、この第三実施例において
は、この拡散部材５を拡散部材本体１７と末広がり状部
材１８とで構成してあるため、部分予混合気は、この末
広がり状部材１８の外表面に沿って流れる。そして、前
記各実施例同様に、薄膜状の火炎による燃焼を行う。

【００５１】この第三実施例では、前記拡散部材５を、
前記拡散部材本体１７と前記末広がり状部材１８との二
重構造とし、両者間の隙間に冷却用空気を流通させるよ
うに構成したものである。したがって、火炎からの輻射
熱によって前記拡散部材５が過熱するのを防止できる。
また、この第三実施例においては、前記内筒２の内面に
末広がり状部分を設け、この末広がり状部分の上流側の
小径部分にて燃料を供給するようにしたことにより、小
径部分で燃焼用一次空気の流速を高め、ベンチュリ効果
を生じさせることにより、燃料の供給圧力が低くても低
ＮＯx バーナへ燃料を確実に供給することができる。

【００５２】次に、この発明に係る低ＮＯx バーナの第
四実施例について、図１２および図１３を参照しながら
説明する。この第四実施例は、内筒２の先端部近傍で燃
料と燃焼用一次空気との混合を行うようにし、また外筒
４の先端を先絞り形状とすることにより、この外筒４か
ら噴出する燃焼用二次空気の流速を高めたものである。
また、前記外筒４の先端部分を先絞り形状とすることに
より、排ガスの再循環を行うものである。ここで、図１
２および図１３において、図１および図２，図６〜図１
１に示す各実施例との対応個所には、同一参照番号を附
し、その詳細説明を省略する。

【００５３】第四実施例においては、前記内筒２の内側
に燃料供給管６をほぼ同軸状に配置し、前記燃料供給管
６の先端部に、拡散部材５と所定の間隔を保持した状態
で末広がり状部分１９を設けるとともに、この末広がり
状部分１９の先端と前記内筒２の内周壁との間に環状の
閉鎖部材２０を配置している。前記拡散部材５は、この
第四実施例においては、中実の円錐台形状としてあり、
その先端（大径側）は、前記内筒２および前記外筒４の
先端より若干奥側に軸線方向に位置させてある。また、
前記閉鎖部材２０も前記拡散部材５の先端部分とほぼ面
一に配置してある。前記末広がり状部分１９には、多数
の小孔２１，２１，…を形成してある。

【００５４】以上の構成の第四実施例においては、燃料
供給管６に燃料を、内筒２と燃料供給管６との間の空間
に燃焼用一次空気を、環状流路３に燃焼用二次空気を供
給する。すると、燃料は、燃料供給管６先端の末広がり
状部分１９と拡散部材５との隙間内に流入する。また、
燃焼用一次空気は、末広がり状部分１９の各小孔２１か
ら末広がり状部分１９と拡散部材５との間の隙間内に流
入し、燃料と混合した後、部分予混合気となって噴出す
る。この噴出する部分予混合気は、前述の各実施例同様
に中空のほぼ円錐台形状である。そして、環状流路３か
ら燃焼用二次空気が噴出する。ここで、内筒２と外筒４
の先端の開口は、４枚の遮蔽板８，８，…によって周方
向に４個所に分断されているため、部分予混合気による
薄膜状の燃焼火炎には、周方向に部分的に燃焼用二次空
気が供給されることになる。そして、この燃焼用二次空
気の供給により、前記薄膜状の燃焼火炎は濃淡燃焼とな
り、低ＮＯx 化を達成する。

【００５５】さらに、この第四実施例においては、前記
外筒４の先端を先絞り形状とすることにより、前記外筒
４と前記内筒２との間から噴出する燃焼用二次空気の流
速を高めてある。また、前記各遮蔽板８により前記環状
流路３は、周方向に４個所に分断されているため、燃焼
用二次空気が噴出しない個所が形成されている。そのた
め、前記各遮蔽板８に該当するところからは、燃焼ガス
が部分予混合気に向けて流入することになり、所謂排ガ
ス再循環が行われる。そのため、この排ガス再循環によ
っても、ＮＯx の低減化が図れる。

【００５６】また、この第四実施例においては、前記閉
鎖部材２０に、多数の一次空気噴出孔２２，２２，…を
形成することにより、燃焼性の改善と保炎性の改善が行
われて、ＣＯ等の未燃物の生成が減少する。

【００５７】さらに、前記末広がり状部分１９と前記拡
散部材５との隙間には、前述の各遮蔽板８と同様に、前
記末広がり状部分１９と前記拡散部材５との隙間を周方
向に適宜分断する第二の遮蔽板２３，２３，…を設ける
こともできる。この場合には、部分予混合気も分断され
て噴出することになり、分割火炎による低ＮＯx 効果、
すなわち、火炎の表面積が広がることによる低ＮＯx 効
果が向上する。ここで、これらの第二の遮蔽板２３は、
分割火炎を形成する観点から、図１３に示すように前記
各遮蔽板８と対応させて形成するのが好ましい。すなわ
ち、前記内筒２の中心からみて、前記各遮蔽板８を取り
付ける角度範囲に合せて、各第二の遮蔽板２３を取り付
ける。

【００５８】また、この第四実施例においては、燃料を
燃料供給管６の軸線方向を中心として旋回させながら供
給するように構成することもできる。この場合には、前
記末広がり状部分１９と拡散部材５との隙間における燃
料と燃焼用一次空気の混合がよくなり、燃焼性が改善さ
れる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る低
ＮＯx バーナは、内筒からの部分予混合気を拡散部材に
よって薄膜状の末広がり形状に噴出させ、外筒の出口に
おいて、環状流路から供給される燃焼用二次空気を合流
させることにより、薄膜状の火炎による燃焼を行うた
め、火炎の体積に対して表面積が多くなり、火炎からの
放熱がよくなるため、局所的な高温領域の発生が防止で
き、低ＮＯx 化を達成する。さらに、外筒からの燃焼用
二次空気を、遮蔽板によって周方向に分割させて噴出さ
せることにより、濃淡燃焼を行い、サーマルＮＯx の発
生量の少ない空燃比領域で燃焼するため、ＮＯx の発生
が抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る低ＮＯx バーナの第一実施例
を、図２の I−I 線に沿って切断した断面の説明図であ
る。

【図２】図１の正面の説明図である。

【図３】第一実施例の低ＮＯx バーナを熱機器に適用し
た一例を示す縦断側面の説明図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿う断面の説明図である。

【図５】この発明の第一実施例と従来の一般的な低ＮＯ
x バーナとにおけるＮＯx ，ＣＯの生成特性を比較する
説明図である。

【図６】この発明に係る低ＮＯx バーナの第二実施例
を、図７のVI−VI線に沿って切断した断面の説明図であ
る。

【図７】図６の正面の説明図である。

【図８】図６のVIII−VIII線に沿う断面の説明図であ
る。

【図９】図６のIX−IX線に沿う断面の説明図である。

【図１０】この発明に係る低ＮＯx バーナの第三実施例
を、図１１のXI−XI線に沿って切断した断面の説明図で
ある。

【図１１】図１０の正面の説明図である。

【図１２】この発明に係る低ＮＯx バーナの第四実施例
を、図１３の XII−XII 線に沿って切断した断面の説明
図である。

【図１３】図１２の正面の説明図である。

【符号の説明】

１低ＮＯx バーナ２内筒３環状流路４外筒５拡散部材６燃料供給管８遮蔽板１１乱流促進体１４テーパ筒部材１７拡散部材本体１８末広がり状部材１９末広がり状部分２０閉鎖部材２１小孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木栄紀愛媛県松山市堀江町７番地三浦工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料および燃焼用一次空気を噴出する内
筒２と、前記内筒２の外周に配置されて前記内筒２との
間に燃焼用二次空気を噴出する環状流路３を形成する外
筒４と、前記内筒２の先端部に、前記内筒２の内周壁と
の間に所定の隙間を介在させて配置された末広がり形状
をなす拡散部材５とを備えたことを特徴とする低ＮＯx
バーナ。
【請求項２】前記内筒２内に乱流促進体１１を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の低ＮＯx バーナ。
【請求項３】前記内筒２の内面を末広がり形状とし、
この末広がり部分の上流側において、燃料の供給を行う
ようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の低ＮＯx バーナ。
【請求項４】前記拡散部材５を、拡散部材本体１７と
その外周側に所定の間隔をおいて配置した末広がり状部
材１８とで構成し、前記拡散部材本体１７と末広がり状
部材１８との間に、冷却用空気を供給するようにしたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
低ＮＯx バーナ。
【請求項５】内筒２と、この内筒２内にほぼ同軸状に
配置された燃料供給管６と、前記内筒２の外周に配置さ
れて前記内筒２との間に環状流路３を形成する外筒４と
を備え、前記燃料供給管６の先端部に、末広がり形状を
なす拡散部材５を設けるとともにこの燃料供給管の先端
にこの拡散部材５と所定の間隔を保持した状態で末広が
り状部分１９を設け、この末広がり状部分１９の先端と
前記内筒２の内周壁との間に環状の閉鎖部材２０を配置
し、前記末広がり状部分１９に多数の小孔２１，２１，
…を設け、前記燃料供給管６に燃料を、前記内筒２と前
記燃料供給管６との間の環状空間に燃焼用一次空気を、
前記環状流路３に燃焼用二次空気を供給するように構成
したことを特徴とする低ＮＯx バーナ。
【請求項６】前記環状流路３の先端側においてこの環
状流路３を周方向に所定個数に分割する遮蔽板８を備え
たことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の低Ｎ
Ｏx バーナ。