JP2012107794A - 予混合管状火炎バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでＮＯｘを低減した燃焼機器を実現できる予混合管状火炎バーナの提供。
【解決手段】円筒状の燃焼室２の管軸方向に沿って開口された複数のスリット３から、燃焼室に燃料と空気の混合気Ｍを偏心導入させて旋回燃焼させる予混合管状火炎バーナにおいて、燃焼室２の外周に、スリット３が連通されて、スリット３の燃焼室２の管軸方向での開口長さと同じ又はその開口長さ以上の燃焼室２の管軸方向での幅を有する環状の周回路４が設けられ、燃料と空気を混合する混合器５が、燃焼室２における旋回燃焼での旋回方向と同一方向に混合気Ｍを周回路４に導入するように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、家庭用から工業用まで適用可能な汎用燃焼機器向けの燃焼機器に用いられるバーナであり、特に、コンパクトな低ＮＯｘ燃焼機器を実現可能なバーナに関する。

上記のような燃焼機器に用いられるバーナとして、円筒状の燃焼室の管軸方向に沿って開口された複数のスリットから、燃料（燃料ガス）と空気の混合気を燃焼室内面の接線方向に向けて導入させて旋回燃焼を行い、管状火炎を形成する予混合管状火炎バーナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この予混合管状火炎バーナは、燃焼安定性に優れ、可燃範囲であれば、通常のバーナでは燃焼できないような過濃又は希薄な混合気でも安定的に燃焼させることが可能である。

特許第３３５８５２７号公報

上記特許文献１に記載のバーナでは、複数のスリットの夫々に対して燃料と空気の混合気を供給する供給路が設けられているので、円筒状の燃焼室の径（バーナ径）が大きくなりスリットの数が増加すると、そのスリットの数に応じて供給路の数も増加する。したがって、複数の供給路が燃焼室から略放射状に外側に飛び出すことになり、バーナの大型化を招くことになる。よって、このような予混合管状火炎バーナを燃焼機器に実装することが困難となっていた。特に、予混合管状火炎バーナでは、供給路にて燃料と空気を混合させることから、その混合を適切に行うために、供給路の長さを長くすることが必要である。したがって、長さの長い供給路が燃焼室から外側に大きく飛び出すことになり、バーナの大型化がより顕著な問題となり、燃焼機器への実装が益々困難となっていた。
また、一般に、ＮＯｘを低減する燃焼機器としては、希薄燃焼が有効であるが、混合気に濃度むらがあると、ＮＯｘを十分に抑えることができないという問題が指摘されている。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コンパクトでＮＯｘを低減した燃焼機器を実現できる予混合管状火炎バーナを提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明に係る予混合管状火炎バーナの特徴構成は、円筒状の燃焼室の管軸方向に沿って開口された複数のスリットから、前記燃焼室に燃料と空気の混合気を偏心導入させて旋回燃焼させる予混合管状火炎バーナにおいて、
前記燃焼室の外周に、前記スリットが連通されて、前記スリットの前記燃焼室の管軸方向での開口長さと同じ又はその開口長さ以上の前記燃焼室の管軸方向での幅を有する環状の周回路が設けられ、燃料と空気を混合する混合器が、前記燃焼室における旋回燃焼での旋回方向と同一方向に混合気を前記周回路に導入するように設けられている点にある。

本特徴構成によれば、混合器にて混合された燃料と空気の混合気は、周回路に導入されて旋回燃焼での旋回方向と同一方向に燃焼室の外周を周回して複数のスリットの夫々から燃焼室に導入されて旋回燃焼される。このように周回路を設けることで、周回路を混合器の延長部として利用することができ、混合気が周回路にて旋回されることで更に混合が促進される。したがって、混合気の濃度むらを抑制することができ、低ＮＯｘ化を図ることができる。周回路は、燃焼室の外周を周回する環状に構成されているので、この周回路が燃焼室から外側に大きく飛び出すことを防止することができ、バーナをコンパクトに構成することができる。管状火炎バーナは、燃焼室に管状の旋回火炎が形成されるので、燃焼室内面に火炎が形成させず、燃焼室内面の温度上昇を抑制することができる。これにより、燃料と空気の混合促進を図る周回路を設けても、予混合気が燃焼する逆火の発生を防止することができる。
以上のことから、コンパクトでＮＯｘを低減した燃焼機器を実現でき、しかも、逆火の発生をも防止することができる予混合管状火炎バーナを実現できる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記周回路は、混合気の流動方向での流路長さが前記燃焼室の外周の全長以上であるとともに、前記燃焼室の管軸方向の断面での流路幅が混合気の流動方向で下流側ほど連続的に縮小され、前記周回路に混合気を導入する前記混合器が１つ設けられている点にある。

本特徴構成によれば、周回路は、混合気の流動方向での流路長さが燃焼室の外周の全長以上であるとともに、燃焼室の管軸方向の断面での流路幅が混合気の流動方向で下流側ほど連続的に縮小されているので、燃焼室の外周を有効に活用して燃焼室から外側に大きく飛び出すことなく、燃料と空気の混合促進を適切に図ることができる。しかも、この周回路は、均圧室としても機能することになり、複数のスリットから燃焼室に導入される混合気の導入量を同一量とすることができる。また、周回路に混合気を導入する混合器が１つだけ設けられているので、バーナをよりコンパクトに構成することができる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記周回路は、前記燃焼室の管軸方向の断面での流路幅が混合気の流動方向で同一で前記燃焼室の外周を１周する前記燃焼室と同心の環状路にて構成され、その環状路の断面積が、複数の前記スリットの総開口面積以上に構成され、前記混合器の数が前記スリットの数よりも少数に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、周回路は、燃焼室の管軸方向の断面での流路幅が混合気の流動方向で同一で燃焼室の外周を１周する燃焼室と同心の環状路にて構成されているので、燃焼室の外周を有効に活用して燃焼室から外側に大きく飛び出すことなく、燃料と空気の混合促進を適切に図ることができる。しかも、環状路の断面積が、複数のスリットの総開口面積以上に構成されているので、混合気は、環状路によって燃焼室の外周を複数回周回することになるので、燃料と空気の混合が更に促進され、混合気の濃度むらを適切に抑制することができる。また、混合器の数がスリットの数よりも少数であるので、バーナをよりコンパクトに構成することができる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、複数の前記スリットの夫々から前記燃焼室に導入される混合気の平均空気比が１．５以上に設定されている点にある。

本特徴構成によれば、例えば、混合器に対して供給する燃料の供給量を調整することで、複数のスリットの夫々から燃焼室に導入される混合気の平均空気比を調整することができる。この平均空気比を１．５以上に設定しているので、燃焼室では希薄燃焼を行うことができ、ＮＯｘの発生量の低減を適切に図ることができる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記周回路は、前記燃焼室の管軸方向で複数の周回路部位に区画され、前記周回路部位毎に異なる濃度の混合気を導入自在に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、燃焼室の管軸方向で区画された複数の周回路部位の夫々から、混合促進を図り濃度むらの発生を抑制した混合気を複数のスリットから偏心導入させて、燃焼室での旋回燃焼を適切に行うことができる。そして、複数の周回路部位の夫々には、異なる濃度の混合気を導入させることができるので、必要に応じて複数の周回路部位の夫々における混合気の濃度を変更させながら、燃焼室での旋回燃焼を行うことができる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記周回路は、２つの前記周回路部位に区画され、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側に位置する前記周回路部位には、空気比が１．５以上の混合気を導入させるとともに、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の下流側に位置する前記周回路部位には、空気比が０．５未満の混合気を導入させる点にある。

例えば、燃焼室から排出される排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで熱回収を行う場合に、混合気の空気比を１．５以上として希薄燃焼を行うと、凝縮温度が低くなるので、熱回収を行う熱媒体と凝縮温度との温度差が小さくなり、潜熱回収量が低下することになる。そこで、本特徴構成によれば、燃焼ガスの流動方向の上流側に位置する周回路部位に導入する混合気の空気比を１．５以上とすることで、希薄燃焼を行いながら、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の下流側に位置する周回路部位に導入する混合気の空気比を０．５未満とすることで、希薄燃焼で増加した燃焼室での混合気の総括の空気比を低減させることができる。したがって、排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで熱回収を行う場合に、凝縮温度を極力高くすることができ、熱回収を行う熱媒体と凝縮温度との温度差を極力大きくして、潜熱回収量を増加させて、効果的な熱回収を行うことができる。そして、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の下流側に位置する周回路部位に導入する混合気の空気比を０．５未満としても、それよりも燃焼ガスの流動方向で上流側での燃焼によって酸素濃度の低下した燃焼ガスを酸化剤として用いた燃焼が可能となるので、一種の緩慢燃焼或いは高温空気燃焼を実現することができることから、ＮＯｘの発生量を抑えることができる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記周回路は、３つ以上の前記周回路部位に区画され、前記周回路部位の夫々に導入する混合気が、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側から下流側に順に、空気比が１．０の混合気、空気比が１．５以上の混合気、空気比が０．５未満の混合気となるように構成されている点にある。

本特徴構成によれば、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の最も上流側に位置する周回路部位に導入される混合気の空気比を１．０としているので、火炎を安定して形成する状態で燃焼させることができる。したがって、その周回路部位よりも下流側に位置する周回路部位に導入される混合気の空気比を１．５以上として、希薄燃焼を行っても、その希薄燃焼が不安定になるのを防止することができる。そして、上述の特徴構成で述べたのと同様に、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の最も下流側に位置する周回路部位に導入される混合気の空気比を０．５未満とすることで、希薄燃焼で増加した燃焼室での混合気の総括の空気比を低減させることができる。したがって、排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで熱回収を行う場合に、凝縮温度を極力高くすることができ、熱回収を行う熱媒体と凝縮温度との温度差を極力大きくして、潜熱回収量を増加させて、効果的な熱回収を行うことができる。また、この場合も、上述の特徴構成で述べたのと同様に、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の最も下流側に位置する周回路部位に導入される混合気の空気比を０．５未満としても、それよりも燃焼ガスの流動方向で上流側での燃焼によって酸素濃度の低下した燃焼ガスを酸化剤として用いた燃焼が可能となるので、一種の緩慢燃焼或いは高温空気燃焼を実現することができることから、ＮＯｘの発生量を抑えることができる。
ここで、ＮＯｘ低減と総括空気比の低減を両立させるためには、燃焼の安定性は高いもののＮＯｘ発生の大きい空気比１．０での燃焼量を極小（例えば、総括燃焼量の数％程度）に、燃焼は不安定になりやすいもののＮＯｘ発生の小さい空気比１．５以上での燃焼量を可能な限り大きく（例えば、総括燃焼量の６０〜８０％）、空気比０．５未満での燃焼は、総括空気比を適当な値（例えば１．２〜１．３）とするための必要量を推算して燃焼させればよい。各区画の幅は、圧損を同程度に揃える場合には、流量に比例的に決めれば良く、逆に、各区画の幅を揃える場合には、混合気の圧力を高めて供給するか、スリット幅を大きく設計すればよい。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記燃焼室は、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側端部が閉塞され、その上流側端部に空気を導入自在に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側端部が閉塞されているので、その燃焼室の閉塞端部の温度が過度に上昇する可能性があるが、燃焼室の閉塞端部に空気を導入させることができ、燃焼室の閉塞端部の昇温を抑制することができる。このように、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側端部に空気を導入すると、燃焼室での希薄燃焼が不安定になる可能性がある。そこで、上述の特徴構成で述べた如く、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の最も上流側に位置する周回路部位に導入される混合気の空気比を１．０とすることで、希薄燃焼が不安定となるのを防止することができる。

本発明に係る予混合管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記燃焼室での混合気の総括の空気比が１．５未満となるように構成されている点にある。

本特徴構成によれば、燃焼室での混合気の総括の空気比を１．５未満としているので、排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで熱回収を行う場合に、凝縮温度を高くすることを適切に行うことができる。したがって、排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで熱回収を行う場合に、潜熱回収量を増加させて、効果的な熱回収を適切に行うことができる。

第１実施形態における本発明に係る予混合管状火炎バーナの斜視図 第１実施形態における本発明に係る予混合管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第２実施形態における本発明に係る予混合管状火炎バーナの斜視図 第２実施形態における本発明に係る予混合管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第３実施形態における本発明に係る予混合管状火炎バーナの斜視図 第３実施形態における本発明に係る予混合管状火炎バーナの管軸方向での断面図

本発明に係る予混合管状火炎バーナの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１及び図２は、本発明に係る予混合管状火炎バーナの第１実施形態を示すものである。図１は、本発明に係る予混合管状火炎バーナの第１実施形態の斜視図であり、図２は、本発明に係る予混合管状火炎バーナ１の第１実施形態の管軸方向での断面図である。
予混合管状火炎バーナ１は、円筒状の燃焼室２と、燃焼室２の側面に管軸方向（図１中上下方向）に沿って開口するスリット３とを備えている。スリット３は、燃焼室２の周方向に間隔を隔てて複数（例えば、８つ）設けられている。予混合管状火炎バーナ１は、複数のスリット３から燃焼室２内面の接線方向に向けて燃料と空気の混合気Ｍを偏心導入させて旋回燃焼させるように構成されている。燃料については、例えば、天然ガス等の燃料ガスとしている。

燃焼室２の外周には、スリット３が連通されて、燃焼室２の管軸方向におけるスリット３の燃焼室２の管軸方向（図１中上下方向）での開口長さと同じ又はその開口長さ以上の燃焼室２の管軸方向（図１中上下方向）での幅を有して環状の周回路４が設けられている。ここで、図１及び図２に示すものでは、周回路４の管軸方向（図１中上下方向）での幅については、燃焼室２の管軸方向（図１中上下方向）の全長と略同じであり、スリット３の管軸方向（図１中上下方向）での開口長さよりも所定量だけ長く構成されている。燃料と空気を混合する混合器５が、燃焼室２における旋回燃焼での旋回方向と同一方向に混合気Ｍを周回路４に導入するように設けられている。

周回路４は、混合気Ｍの流動方向での流路長さが燃焼室２の外周の全長以上であるとともに、燃焼室２の管軸方向の断面での流路幅Ｌ１が混合気Ｍの流動方向で下流側ほど連続的に縮小されている。燃焼室２の外壁２ａと周回路４の外壁４ａとの間の間隔が周回路４の燃焼室２の管軸方向の断面での流路幅Ｌ１となっており、その流路幅Ｌ１が混合気Ｍの流動方向で下流側にいくほど一定割合で縮小され、燃焼室２の外周を１周するとその流路幅Ｌ１がゼロとなっている。これにより、周回路４は、図２に示すように、管軸方向での断面形状が燃焼室２と同心の渦巻状に形成されており、燃焼室２の外周を周回させて燃焼室２に混合気Ｍを導入させるように構成されている。
図１及び図２に示すものでは、周回路４における混合気Ｍの流動方向での流路長さＮ１を燃焼室２の外周の１周分の長さＮ２としているが、周回路４における流路長さＮ１を燃焼室２の外周の１周分の長さＮ２以上とすることもできる。

混合器５は１つ設けられ、１つの混合器５によって周回路４に混合気Ｍを導入している。混合器５は、例えば、ベンチュリーミキサーにて構成されており、燃料と空気を混合する最小限の容量となるように構成されている。複数のスリット３の夫々から燃焼室２に導入される混合気Ｍの平均空気比が１．５以上となるように、混合器５に対して供給する燃料の供給量が調整されている。このようにして、空気比が１．５以上の希薄燃焼を実現することができ、低ＮＯｘ化を図ることができる。

混合器５にて混合された混合気Ｍは、周回路４に導入されて周回路４にて旋回される。周回路４にて旋回された混合気Ｍは、複数のスリット３から燃焼室２内面の接線方向に向けて偏心導入されて旋回燃焼され、燃焼室２内に管状の旋回火炎が形成される。本発明に係る予混合管状火炎バーナ１では、周回路４を設けているので、混合器５にて混合された混合気Ｍは、周回路４にて旋回されることで更に混合が促進され、混合気Ｍの濃度むらを抑制することができる。周回路４は、均圧室としても機能することになり、複数のスリット３から燃焼室２に導入される混合気Ｍの導入量を同一量とすることができる。管状火炎バーナ１においては、燃焼室２の内部空間に管状の旋回火炎が形成されるものの、その壁面近傍は未燃混合気が旋回するのみで、火炎が付着形成されないので、燃焼室２内面の温度上昇を抑制することができる。これにより、燃料と空気の混合促進を図る周回路４を設けても、予混合気が燃焼する逆火の発生を防止することができる。そして、周回路４の容積を必要最小限としているので、仮に、逆火が発生してもそのときの被害を最小限に抑えることができる。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、上記第１実施形態における周回路４の別実施形態である。その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、図３及び図４に基づいて、周回路４を中心に説明し、その他の構成については説明を省略する。図３は、本発明に係る予混合管状火炎バーナの第２実施形態の斜視図であり、図４は、本発明に係る予混合管状火炎バーナ１の第２実施形態の管軸方向での断面図である。

この第２実施形態では、周回路４が、燃焼室２の管軸方向（図３中上下方向）の断面での流路幅Ｌ２が混合気Ｍの流動方向で同一で燃焼室２の外周を１周する燃焼室２と同心の環状路６にて構成されている。燃焼室２の外壁２ａと周回路４の外壁４ａとの間の間隔が環状路６の管軸方向（図３中上下方向）の断面での流路幅Ｌ２となっており、その流路幅Ｌ２が燃焼室２の外周の全長に亘って一定の幅となっている。

混合器５の数は、スリット３の数（例えば、８つ）よりも少数（例えば、２つ）に構成され、環状路６の断面積は、複数のスリット３の総開口面積以上に構成されている。これにより、混合器５から環状路６に導入された混合気Ｍは、環状路６によって燃焼室２の外周を複数回周回することになるので、燃料と空気の混合が更に促進され、混合気Ｍの濃度むらを抑制することができる。

〔第３実施形態〕
この第３実施形態では、上記第２実施形態における周回路４の別実施形態である。その他の構成については、上記第２実形態と同様であるので、図５及び図６に基づいて、周回路４を中心に説明し、その他の構成については説明を省略する。図５は、本発明に係る予混合管状火炎バーナの第３実施形態の斜視図であり、図６は、本発明に係る予混合管状火炎バーナ１の第３実施形態の管軸方向での断面図である。

図５及び図６にて示すように、第３実施形態の予混合管状火炎バーナ１では、図３及び図４にて示すように、第２実施形態の予混合管状火炎バーナ１に対して、円筒状の燃焼室２の径（バーナ径）を小さくしている場合を示している。そこで、第３実施形態の予混合管状火炎バーナ１では、図６に示すように、スリット３の数を半減（例えば、４つ）とし、混合器５の数も１つとして、バーナをよりコンパクトに構成している。

図５及び図６にて示すように、第３実施形態の予混合管状火炎バーナ１は、図３及び図４にて示すように、第２実施形態の予混合管状火炎バーナ１と同様に、周回路４を環状路６にて構成しているが、この構成に代えて、図１及び図２にて示すように、第１実施形態の予混合管状火炎バーナ１と同様に、周回路４を管軸方向の断面での流路幅Ｌ１が混合気Ｍの流動方向で下流側ほど連続的に縮小された渦巻き状に構成することもできる。

上記第１及び第２実施形態では、燃焼室２の管軸方向で１つの流路部位から構成された周回路４を示している。それに対して、第３実施形態では、図５及び図６に示すように、周回路４が、燃焼室２の管軸方向で複数の周回路部位４Ａ〜４Ｃに区画され、周回路部位４Ａ〜４Ｄ毎に異なる濃度の混合気Ｍを導入自在に構成されている。ここで、複数のスリット３の夫々も、複数の周回路部位４Ａ〜４Ｃの夫々に対応して、燃焼室２の管軸方向で複数の部位に分割されている。また、混合器５は、複数の周回路部位４Ａ〜４Ｃの夫々に対して１つずつ設けられており、周回路部位４Ａ〜４Ｃと同じ数だけの混合器５Ａ〜５Ｃが設けられている。

周回路４は、燃焼室２の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側（図５中下方側）から順に、第１周回路部位４Ａ、第２周回路部位４Ｂ、第３周回路部位４Ｃの３つの周回路部位４Ａ〜４Ｃに区画されている。また、燃焼室２の管軸方向で第１周回路部位４Ａよりも燃焼ガスの流動方向の上流側（図５中下方側）には、第１周回路部位４Ａと区画されて、燃焼室２に空気を導入する空気導入部７が設けられている。燃焼室２は、燃焼室２の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側端部（図５中下方側端部）が閉塞されており、空気導入部７によって、その上流側端部に空気を導入自在に構成されている。

第１〜第３周回路部位４Ａ〜４Ｃの夫々について導入する混合気Ｍの空気比については、第１周回路部位４Ａに導入する混合気Ｍが、空気比が１．０の混合気Ｍとなっており、第２周回路部位４Ｂに導入する混合気Ｍが、空気比が１．５以上の混合気Ｍとなっており、第３周回路部位４Ｃに導入する混合気Ｍが、空気比が０．５未満の混合気Ｍとなっている。これにより、燃焼室２での混合気Ｍの総括の空気比が１．５未満となるように構成されている。第１〜第３周回路部位４Ａ〜４Ｃの夫々について導入する混合気Ｍの空気比の調整については、混合器５に対して供給する燃料の供給量（例えば、流量）を調整することで行われている。

空気導入部７は、燃焼室２の閉塞端部に空気を導入するので、その空気によって燃焼室２の閉塞端部が冷却され、燃焼室２の閉塞端部の昇温を抑制することができる。このように、燃焼室２の閉塞端部である、燃焼室２の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側端部（図５中下方側端部）の付近には、空気が導入されるので、燃焼室２での希薄燃焼が不安定になる可能性がある。そこで、空気導入部７よりも燃焼ガスの流動方向で１つ下流側（図５中上方側）に位置する第１周回路部位４Ａに導入する混合気Ｍの空気比を１．０とすることで、火炎を安定して形成する状態で燃焼させることができ、希薄燃焼が不安定となるのを防止することができる。また、第１周回路部位４Ａよりも燃焼ガスの流動方向で１つ下流側（図５中上方側）に位置する第２周回路部位４Ｂに導入する混合気Ｍの空気比が１．５以上としているので、第１周回路部位４Ａにて燃焼室２に導入される混合気Ｍ（空気比が１．０の混合気）による燃焼によって、この第２周回路部位４Ｂにて燃焼室２に導入される混合気Ｍの希薄燃焼についても不安定になるのを防止することができる。そして、第２周回路部位４Ｂよりも燃焼ガスの流動方向で１つ下流側（図５中上方側）に位置する第３周回路部位４Ｃに導入する混合気Ｍの空気比を０．５未満とすることで、希薄燃焼で増加した燃焼室２での混合気Ｍの総括の空気比を低減させ、燃焼室２での混合気Ｍの総括の空気比を１．５未満としている。第３周回路部位４Ｃに導入する混合気Ｍの空気比を０．５未満としても、それよりも燃焼ガスの流動方向で上流側（図５中下方側）での燃焼によって酸素濃度の低下した燃焼ガスを酸化剤として用いた燃焼が可能となるので、一種の緩慢燃焼或いは高温空気燃焼を実現することができることから、ＮＯｘの発生量を抑えることができる。

例えば、燃焼室２での混合気Ｍの総括の空気比を１．５以上として希薄燃焼を行うと、燃焼室２から排出される排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで熱回収を行う場合に、凝縮温度が低くなるので、熱回収を行う熱媒体と凝縮温度との温度差が小さくなる。例えば、熱媒体を暖房負荷等に循環供給する温水とすると、その温水温度が４０〜６０℃程度となり、凝縮温度との温度差が小さくなって、潜熱回収量が低下することになる。そこで、上述の如く、燃焼室２での混合気Ｍの総括の空気比を１．５未満とすることで、潜熱回収する際の凝縮温度を極力高くすることで、潜熱回収量を増加させることができる。よって、その回収した熱を他の用途に効果的に用いることができ、省エネルギー化を図ることができる。

〔別実施形態〕
（１）上記第３実施形態では、周回路４を燃焼室２の管軸方向で３つの周回路部位４Ａ〜４Ｃに区画した例を示したが、周回路を燃焼室２の管軸方向で２つの周回路部位に区画することもできる。このように、２つの周回路部位に区画する場合には、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側に位置する周回路部位には、空気比が１．５以上の混合気を導入させるとともに、燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の下流側に位置する周回路部位には、空気比が０．５未満の混合気を導入させる。
また、周回路４を区画する数については、２つ或いは３つ以外に、周回路４を燃焼室２の管軸方向で３つ以上の周回路部位に区画することもできる。
周回路４を多数に区画した場合には、同一空気比の混合気を複数の区画に供給することも可能である。バーナの量産時には、混合気流量毎にその幅を変えるよりも、同一幅の区画として組み合わせて製作する方が、金型等の償却上、コスト的に有利となることがあるからである。

本発明は、円筒状の燃焼室の管軸方向に沿って開口された複数のスリットから、前記燃焼室に燃料と空気の混合気を偏心導入させて旋回燃焼させ、コンパクトでＮＯｘを低減した燃焼機器を実現できる各種の予混合管状火炎バーナに適応可能である。

１ 管状火炎バーナ
２ 燃焼室
３ スリット
４ 周回路
５ 混合器
６ 環状路
Ｍ 混合気

Claims (9)

1. 円筒状の燃焼室の管軸方向に沿って開口された複数のスリットから、前記燃焼室に燃料と空気の混合気を偏心導入させて旋回燃焼させる予混合管状火炎バーナであって、
   前記燃焼室の外周に、前記スリットが連通されて、前記スリットの前記燃焼室の管軸方向での開口長さと同じ又はその開口長さ以上の前記燃焼室の管軸方向での幅を有する環状の周回路が設けられ、燃料と空気を混合する混合器が、前記燃焼室における旋回燃焼での旋回方向と同一方向に混合気を前記周回路に導入するように設けられている予混合管状火炎バーナ。
2. 前記周回路は、混合気の流動方向での流路長さが前記燃焼室の外周の全長以上であるとともに、前記燃焼室の管軸方向の断面での流路幅が混合気の流動方向で下流側ほど連続的に縮小され、前記周回路に混合気を導入する前記混合器が１つ設けられている請求項１に記載の予混合管状火炎バーナ。
3. 前記周回路は、前記燃焼室の管軸方向の断面での流路幅が混合気の流動方向で同一で前記燃焼室の外周を１周する前記燃焼室と同心の環状路にて構成され、その環状路の断面積が、複数の前記スリットの総開口面積以上に構成され、前記混合器の数が前記スリットの数よりも少数に構成されている請求項１に記載の予混合管状火炎バーナ。
4. 複数の前記スリットの夫々から前記燃焼室に導入される混合気の平均空気比が１．５以上に設定されている請求項１〜３の何れか１項に記載の予混合管状火炎バーナ。
5. 前記周回路は、前記燃焼室の管軸方向で複数の周回路部位に区画され、前記周回路部位毎に異なる濃度の混合気を導入自在に構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の予混合管状火炎バーナ。
6. 前記周回路は、２つの前記周回路部位に区画され、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側に位置する前記周回路部位には、空気比が１．５以上の混合気を導入させるとともに、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の下流側に位置する前記周回路部位には、空気比が０．５未満の混合気を導入させる請求項５に記載の予混合管状火炎バーナ。
7. 前記周回路は、３つ以上の前記周回路部位に区画され、前記周回路部位の夫々に導入する混合気が、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側から下流側に順に、空気比が１．０の混合気、空気比が１．５以上の混合気、空気比が０．５未満の混合気となるように構成されている請求項５に記載の予混合管状火炎バーナ。
8. 前記燃焼室は、前記燃焼室の管軸方向で燃焼ガスの流動方向の上流側端部が閉塞され、その上流側端部に空気を導入自在に構成されている請求項５〜７の何れか１項に記載の予混合管状火炎バーナ。
9. 前記燃焼室での混合気の総括の空気比が１．５未満となるように構成されている請求項５〜８の何れか１項に記載の予混合管状火炎バーナ。

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