JP2002162004A - ２重の旋回流を形成する液体燃料用低ＮＯｘバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯｘの発生を抑制すること、燃焼性を向上
することを両立できる液体燃料用低ＮＯｘバーナを提供
する。 【解決手段】 火炎の燃焼を行う燃焼室４、燃焼室へ向
けて燃焼用空気を送る空気供給筒１、空気供給筒の先端
に、燃焼室側の面を開口面とし、該開口面と隣接する側
面に空気流入穴５を開け、空気流入穴を通して空気旋回
室内に流入した空気を内部で旋回させる空気旋回室２、
空気旋回室２の内部に、燃焼室側の面を開口面とし、該
開口面と隣接する側面に空気流入穴６を開け、空気流入
穴を通して混合気旋回室内に流入した空気を内部で旋回
させながら燃料と混合する混合気旋回室３、混合気旋回
室内へ液体燃料を噴射する燃料ノズル７をそれぞれ設け
る。混合気旋回室３からの空気混合燃料の旋回流と、空
気旋回室２からの２次空気の旋回流を燃焼室４へ送るこ
とにより、燃焼室内で旋回燃焼を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２重の旋回流を形成する
液体燃料用低ＮＯｘバーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】送風機で圧力を加えた燃焼用空気を燃焼
室へ向けて送る空気供給筒の燃焼室側先端に混合気旋回
室を設け、混合気旋回室の内部で空気の旋回流を発生し
ておき、旋回流に液体燃料を噴射して燃焼を行う燃焼装
置がある。該燃焼装置の場合、燃焼用空気の旋回流へ燃
料を噴射して燃料を旋回することにより、燃料を微粒化
することができ、微粒化した燃料は燃焼を早期に完結す
ることができるようになるために、未燃分の発生を抑制
する効果を得ることができる。混合気旋回室内で火炎を
発生すると、火炎は混合気旋回室内で旋回しながら燃焼
し、そのまま混合気旋回室の先にある燃焼室内でも旋回
しながら燃焼する。近年は機器を小型化する傾向が進ん
でおり、燃焼室も小さくなっているが、燃焼室を小さく
すると、火炎が燃焼室壁面に接触することで、燃焼が不
十分なままで終わることがあり、燃焼室壁面にすすが付
着することがある。また、燃焼を行うとＮＯｘが発生す
るが、ＮＯｘは有害物質であるため、ＮＯｘの発生を抑
制することが燃焼装置共通の課題として存在する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、ＮＯｘの発生を抑制すること、燃焼性を向
上することを両立できる液体燃料用低ＮＯｘバーナを提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】火炎の燃焼を行う燃焼
室、燃焼室へ向けて燃焼用空気を送る空気供給筒、空気
供給筒の先端に、燃焼室側の面を開口面とし、該開口面
と隣接する側面に空気流入穴を開け、空気流入穴を通し
て空気旋回室内に流入した空気を内部で旋回させる空気
旋回室、空気旋回室の内部に、燃焼室側の面を開口面と
し、該開口面と隣接する側面に空気流入穴を開け、空気
流入穴を通して混合気旋回室内に流入した空気を内部で
旋回させることにより、混合気旋回室内へ噴射した燃料
を旋回させる混合気旋回室、混合気旋回室内へ液体燃料
を噴射する燃料ノズルをそれぞれ設ける。混合気旋回室
からの空気混合燃料と、空気旋回室からの２次空気の旋
回流を燃焼室へ送ることにより、空気混合燃料流と２次
空気流の２重の旋回流を形成し旋回燃焼を行う。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図面を用いて
説明する。図は本発明の一実施例に関するものであり、
図１は空気供給筒先端部分の一部断面斜視図、図２は空
気旋回室と混合気旋回室部分の横断面図における空気流
の説明図、図３は燃焼室内での燃焼形状を示した説明図
である。

【０００６】燃焼室４へ向けて火炎を発生させる燃焼装
置は、送風機（図示せず）で圧力を加えた燃焼用空気を
送る空気供給筒１、燃料ポンプ（図示せず）で圧力を加
えた液体燃料を噴射する燃料ノズル７、燃焼用空気と液
体燃料を混合して燃焼を行う燃焼部等からなる。空気供
給筒１は円筒形の筒であり、図１は縦方向に切断した状
態を示しており、上方から下方の燃焼室４へ向けて燃焼
用空気を送るものである。空気供給筒１の燃焼室側の先
端に、直方体形状の空気旋回室２を設け、空気旋回室２
の内部に混合気旋回室３を設ける。

【０００７】空気旋回室２の形状は、燃焼室側の面を開
口し、燃焼室側の開口面とは垂直に接する４枚の側面は
壁でふさいでいる直方体であり、４側面には空気旋回室
空気流入穴５を設ける。空気旋回室空気流入穴５は、４
側面の開口面とは垂直である稜線の一方に近接する部分
に設けるものであり、各側面の向かって左端に設けてい
る。

【０００８】混合気旋回室３も空気旋回室２と同様に、
燃焼室側の面を開口しており、燃焼室側の開口面とは垂
直に接する４枚の側面は壁でふさいでいる直方体形状で
あり、４側面には混合気旋回室空気流入穴６を設ける。
混合気旋回室空気流入穴６も、４側面の開口面とは垂直
である稜線の一方に近接する部分に設けるものであり、
各側面の向かって左端に設けている。混合気旋回室３は
空気旋回室２より一回り小さく、空気旋回室２の中心に
配置することで、混合気旋回室３の周囲には空気旋回室
２の壁体との間に空間を開けておく。燃料ノズル７は、
混合気旋回室３の上部に設けておき、混合気旋回室３の
上部から下方へ向けて燃料を噴射するようにしておく。

【０００９】燃焼は送風機からの燃焼用空気と燃料ノズ
ル７からの燃料を混合気旋回室３内で混合して燃焼室内
で行う。空気供給筒１の先端では、下向きに流れていた
空気流に対して平行である空気旋回室側面に空気旋回室
空気流入穴５を開けているため、空気供給筒１の先端に
達した空気は、水平方向の流れとなり、空気旋回室空気
流入穴５を通って空気旋回室２内へ入る。空気旋回室空
気流入穴５は、５個を１組として空気旋回室２の４側面
の各左端に設けているため、各空気旋回室空気流入穴５
から空気旋回室２内に入った空気は、空気旋回室２の内
側の壁面に沿いながら左隣の空気旋回室空気流入穴５へ
向けて流れる空気流となる。左隣の空気旋回室空気流入
穴５部分まで達した空気流は、該空気旋回室空気流入穴
５から流入している空気流と垂直に衝突し、空気旋回室
２の壁面も垂直に折れ曲がっているために、空気の流れ
は方向を転換する。方向転換した空気流は、さらに左隣
の空気旋回室空気流入穴５方向へ流れることを繰り返す
ことで、空気旋回室２内に空気の旋回流を形成する。

【００１０】空気旋回室２の内部には、混合気旋回室空
気流入穴６を開けた混合気旋回室３を設けており、また
空気旋回室２の燃焼室側の面は開口しているため、空気
旋回室２内に入った空気は混合気旋回室空気流入穴６を
通して混合気旋回室３内に入る流れと、開口面を通して
燃焼室４へ向かう流れに分岐する。混合気旋回室空気流
入穴６も、混合気旋回室３の４側面の各左端に設けてい
るため、空気旋回室２の場合と同様に混合気旋回室３内
に入った空気も混合気旋回室３内で旋回流を形成する。

【００１１】燃料ノズル７によって混合気旋回室３内へ
噴射した燃料は、混合気旋回室３内で旋回している空気
流と衝突し、旋回しながら空気と混合する。混合気旋回
室３内で空気とともに燃料を旋回混合させることによ
り、燃料の微粒化を促進する。なお、混合気旋回室３内
では、高速の旋回流が形成されているため、空気と燃料
の混合ガスは旋回しながら下流側に押し出され、混合気
旋回室３の燃焼室側開口面付近から燃焼室４方向に向か
って１次火炎が形成される。また、混合気旋回室３内で
は、燃焼室４内で形成される火炎の噴射熱を受けて燃料
を気化する作用も重なり、より一層の微粒化が促進され
る。

【００１２】燃焼室４には、空気旋回室２から直接燃焼
室４へ達する空気の旋回流もあり、空気旋回室２からの
旋回流は２次空気として燃焼室４内の旋回火炎と合流す
る。混合気旋回室３からの空気混合燃料流により旋回燃
焼している１次火炎の周囲に、空気旋回室２からの２次
空気による旋回流を形成するため、燃焼室４内には２重
の旋回流を形成することになる。同方向に回転する２重
の旋回流を燃焼室４内に形成することで、燃焼室４内の
火炎は円すい状で薄膜化した旋回火炎となる。火炎を薄
膜化し表面積を増大させることにより、Ｔｈｅｒｍａｌ
ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、火炎は
混合気旋回室３内で燃料の微粒化と気化が十分に行われ
ているためにブルーフレーム化し、燃焼性の改善(未燃
分の抑制)も同時に行われる。

【００１３】２次空気による旋回流は、１次火炎の周囲
を旋回するものであり、１次火炎の中心は避けて１次火
炎の先側へ向かう流れとなる。そのため、混合気旋回室
３に近い側は低空気比燃焼領域を形成してＮＯｘの生成
を抑制し、燃焼室４の下流側で２次空気と混合すること
で完全燃焼を行う２段燃焼となる。緩慢な燃焼を行う２
段燃焼を行うことにより、Ｆｕｅｌ ＮＯｘ、Ｔｈｅｒ
ｍａｌ ＮＯｘの発生をともに抑制することができる。
これらの作用により、燃焼量１００〜１４０ｌ/ｈクラ
スの液体燃料小型ボイラにおいて、ＮＯｘ値を４０％低
減することができた。

【００１４】また、２次空気の旋回流には火炎の周方向
への拡散や偏りを防止する作用もある。火炎が拡散した
り偏りが生じると、燃焼室４の壁面に火炎が接触して燃
焼が不完全に終わり、燃焼室壁面にすすが付着すること
があった。しかし、２次空気の旋回流によって火炎の拡
散や偏りを防ぐことで、燃焼室４の中央付近にまとまっ
た火炎形状を確保でき、火炎の燃焼室壁面への接触を防
ぐことができる。

【００１５】なお、空気旋回室２及び混合気旋回室３
は、十分な旋回流を得ることができるものであれば、円
筒形など直方体以外の形状でもよい。しかし、直方体形
状の４隅から空気を流入させる形状とすると、効率よく
旋回流を形成することができ、また直方体形状は製作し
やすいという利点もあるため、空気旋回室２及び混合気
旋回室３は直方体形状とすることが最も好ましい。

【００１６】

【発明の効果】本発明を実施することにより、燃焼室内
の火炎は円すい状で薄膜化した旋回火炎とすることがで
き、燃料の微粒化による燃焼性の改善(未燃分の抑制)と
同時に、火炎を薄膜化し表面積を増大させることにより
Ｔｈｅｒｍａｌ ＮＯｘの発生を抑制することができ
る。また、燃焼を緩慢にする２段燃焼を組み合わせるこ
とにより、更にＦｕｅｌ ＮＯｘ、Ｔｈｅｒｍａｌ ＮＯ
ｘの発生を抑制できる。更に、２次空気の旋回流によっ
て火炎の拡散や偏りを防ぐことで、火炎の燃焼室壁面へ
の接触を防止でき、燃焼室壁面へのすす付着等の問題も
解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例での一部断面斜視図

【図２】 一実施例での空気旋回室と混合気旋回室部分
における空気流の説明図

【図３】 一実施例での燃焼室内での燃焼形状を示した
説明図

【符号の説明】

１ 空気供給筒 ２ 空気旋回室 ３ 混合気旋回室 ４ 燃焼室 ５ 空気旋回室空気流入穴 ６ 混合気旋回室空気流入穴 ７ 燃料ノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火炎の燃焼を行う燃焼室、燃焼室へ向け
   て燃焼用空気を送る空気供給筒、空気供給筒の先端に空
   気旋回室、空気旋回室の内部に混合気旋回室、混合気旋
   回室内へ液体燃料を噴射する燃料ノズルをそれぞれ設け
   ており、空気旋回室は、燃焼室側の面を開口面とし、該
   開口面と隣接する側面に空気流入穴を開け、空気流入穴
   を通して空気旋回室内に流入した空気を内部で旋回させ
   るものであり、混合気旋回室は、燃焼室側の面を開口面
   とし、該開口面と隣接する側面に空気流入穴を開け、空
   気流入穴を通して混合気旋回室内に流入した空気を内部
   で旋回させることにより、混合気旋回室内へ噴射した燃
   料を旋回させるものであり、燃焼室内では混合気旋回室
   からの旋回流と空気旋回室からの旋回流による旋回火炎
   を発生することを特徴とする２重の旋回流を形成する液
   体燃料用低ＮＯｘバーナ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の２重の旋回流を形成す
   る液体燃料用低ＮＯｘバーナにおいて、空気旋回室及び
   混合気旋回室は、燃焼室側の面を開口面とし、該開口面
   に対して垂直な４側面に空気流入穴を開けている直方体
   形状としたことを特徴とする２重の旋回流を形成する液
   体燃料用低ＮＯｘバーナ。