JP5470871B2 - バーナ - Google Patents
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Description
かかるバーナにおいて、ターンダウン比(最大燃焼量/最小燃焼量)が大きな場合に燃料供給量に対応して燃焼空気量を減少させると、ノズル周囲の燃焼用空気の流速(燃焼用空気量/流路面積)が低下して燃料と空気との混合が不充分となり、燃焼不良に陥る可能性があった。
請求項1に記載の発明は、燃料を噴射するノズルと、送風手段から送られる燃焼用空気を前記ノズルから噴射された燃料の周囲に供給する空気供給路と、を備えるバーナであって、前記空気供給路の開口部に設けられた前記燃焼用空気の流速を調整する流速調整手段と、バーナの燃焼量に応じて前記流速調整手段の開度を前記燃焼用空気の流速を調整する制御手段とを備え、前記流速調整手段は、前記開口部の流路面積を増減する流路面積可変機構とされ、前記流路面積可変機構は、モータと前記モータにより回動する歯車とを有する駆動部と、前記歯車と係合し前記歯車により回動される環状のカム部材と、前記カム部材と係合し互いに協働して内周に円形孔を形成する複数の絞り羽根とを備え、前記制御部は、駆動部により前記カム部材を回動して前記円形孔が構成する前記開口部の流路面積を調整することを特徴とする。
図1は、第1の実施形態に係るバーナ1の概略を示す縦断面図である。
バーナ1は、図1に示すように、燃料噴射部2と、送風手段(図示せず)と、燃焼用空気供給路3と、流速調整用絞り(流路面積可変機構)4と、制御部5とを備え、例えば、三位置の蒸気ボイラに対応可能なように低燃焼状態と高燃焼状態の2つの燃焼位置での燃焼制御が可能とされている。
第1のノズル20A、第2のノズル20Bは、それぞれ電磁バルブ21A、21Bを介して燃料ポンプ21Pに接続され、燃料ポンプ21Pが駆動して燃料が加圧された状態で電磁バルブ21A、21Bが「開」状態になると、それぞれのノズル孔から燃料を噴射するようになっている。
なお、燃料噴射部2から噴射される燃料は、燃料油等の液体燃料とされている。
また、バーナ1の(ターンダウン比最大燃焼量/最小燃焼量)は、例えば、1:3〜1:10とされている。なお、バーナ1のターンダウン比を、1:3〜1:10以外の範囲に設定してもよいことはいうまでもない。
また、内側空気流路31A及び外側空気流路32Aの下端には、環状板部材35が配置されている。
環状板部材35は、中央に内側空気流路31Aに対応する円形孔35Aが形成され、その周囲に外側空気流路32Aに対応する円形の開口部35Bが周方向に複数(例えば、8つ)形成されている。また、開口部35Bには下方に向かう円筒35Cが接続されている。
カム部材43は、制御部5からの開度制御信号により駆動されたモータ42Aが、回転軸42Cを介して歯車42Bを回転することでカム部材43を回動しカム部材43がそれぞれの絞り羽根41をピン40A周りに回動することで絞り環40の開口が拡縮されるようになっている。
図6は、例えば、ボイラが高燃焼状態から低燃焼状態に移行する際にノズル20A及びノズル20Bにより行なっていた燃料噴射を、ノズル20Aにより行なう場合を示したものである。
1)まず、ボイラを起動する。
起動されたボイラは、停止状態からプレパージ、プレイグニッション、着火トライ等を経て低燃焼状態となる。
演算部5は、低燃焼状態において、送風手段に信号を出力して燃焼用空気供給路3に低燃焼状態に対応する量の燃焼用空気を送る。また、燃料ポンプ21Pにより燃料を加圧する駆動信号を出力するとともに、電磁バルブ21Aに「開」状態となるための制御信号を出力してノズル20Aから低燃焼状態に対応する燃料を噴射する。この場合、流速調整用絞り4は、例えば、絞り環40の開口が最小状態とされている。
2)次に、要求負荷が増加してスチームヘッダの圧力が高燃焼状態に対応する圧力まで下降すると、例えば、ボイラの制御装置から制御部5にバーナを高燃焼状態に移行すべき信号が入力され、制御部5は、送風手段に信号を出力して高燃焼状態に対応する量の燃焼用空気を送る。
また、演算部5は、電磁バルブ21Bに「開」状態となるための信号を出力してノズル20A及びノズル20Bにより燃料噴射を行うとともに、流速調整用絞り4の駆動部42に信号を出力してモータ42Aによりカム部材43を高燃焼状態に対応する角度まで回動して、絞り環40の開口を、例えば、全開とする。
図6(A)は、高燃焼状態において、絞り環40の開口を全開とした状態を示したものである。
3)次いで、ボイラのスチームヘッダの圧力が上昇して、ボイラの制御装置から制御部5に低燃焼状態に移行すべき信号が入力されると、制御部5は、送風手段に低燃焼状態と対応する送風量とする信号を出力するとともに、電磁バルブ21Bを「閉」状態とする信号を出力してノズル20A及びノズル20Bにより行なっていた燃料噴射をノズル20Aにより行なうようにする。
4)また、制御部5は、流速調整用絞り4の駆動部42に信号を出力して、モータ42Aによりカム部材43を低燃焼状態に対応する角度まで回動する。
5)モータ42Aが回転すると、図6(A)、図6(B)に示すように歯車42Bがカム部材43を矢印Q方向に回動する。
カム部材43を矢印Q方向に回動すると絞り羽根41が協働して作動して、図6(A)、図6(B)に示すように絞り環40の内周が矢印K方向に移動して姿勢を変えることで絞り環40の開口が縮小するとともに絞り環40が開口部35Bを塞ぐ領域が拡大し、開口部35Bの流路を、図6(A)において符号E1で示す範囲から図6(B)において符号E2で示す範囲へと縮小し、やがて図6(C)において符号E3で示す最小面積と対応する範囲まで縮小する。
なお、図6(A),(B)、(C)において、上側に配置した図は、開口部及び流速調整用絞りを上方から見た図であり、下側に配置した図は、開口部の開口している状態を開口部側から見た図である。
6)開口部35Bを通過する二次空気AOの流速が所定の範囲に変化するのと合わせて、電磁バルブ21Bを「閉」に切り換えてノズル20Bからの燃料噴射を停止しノズル20Aからのみ燃料を噴射する。
また、燃焼用空気の流速をクイックレスポンスにて調整することができる。
第2の実施形態に係るバーナ1Aが第1の実施形態に係るバーナ1と異なるのは、流路面積可変機構として、流速調整用絞り4に代えて流速調整用ベーン機構6が設けられている点である。
流速調整用ベーン機構6は、第1の実施形態に係る環状板部材35、絞り羽根41、カム部材43に代えてそれぞれ環状板部材36、ベーン61、カム部材63を有している。
ベーン61は、図10に示すように、開口部36Bから供給する燃焼用空気AOの方向を下方に案内するガイド部61Aと係合凸部61Bとを有し、各開口部36Bに対応して配置されている。なお、ガイド部61Aを設けるかどうかは任意の設定事項である。
また、カム部材63は、図11に示すように、平面視環状のカム部材本体に略螺旋状のカム孔63Aが周方向に8条形成され、各カム孔63Aはそれぞれのベーン61の係合凸部61Bに係合している。その他は第1の実施形態と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。
図12は、例えば、ボイラが高燃焼状態から低燃焼状態に移行する際にノズル20A及びノズル20Bにより行なっていた燃料噴射を、ノズル20Aにより行なう場合を示したものである。
1)まず、ボイラを起動する。
起動されたボイラは、停止状態からプレパージ、プレイグニッション、着火トライ等を経て低燃焼状態となる。
演算部5は、低燃焼状態において、送風手段に信号を出力して燃焼用空気供給路3に低燃焼状態に対応する量の燃焼用空気を送る。また、燃料ポンプ21Pにより燃料を加圧する駆動信号を出力するとともに、電磁バルブ21Aに「開」状態となるための制御信号を出力してノズル20Aから低燃焼状態に対応する燃料を噴射する。この場合、流速調整用ベーン機構6のベーン61は径方向内方に位置して開口部36Bの流路面積は最小状態とされている。
2)次に、要求負荷が増加してスチームヘッダの圧力が高燃焼状態に対応する圧力まで下降すると、例えば、ボイラの制御装置から制御部5にバーナを高燃焼状態に移行すべき信号が入力され、制御部5は、送風手段に信号を出力して高燃焼状態に対応する量の燃焼用空気を送る。
また、演算部5は、電磁バルブ21Bに「開」状態となるための信号を出力してノズル20A及びノズル20Bにより燃料噴射を行うとともに、流速調整用ベーン機構6の駆動部42に信号を出力してモータ42Aによりカム部材63を高燃焼状態に対応する角度まで回動して、流速調整用ベーン機構6のベーン61は径方向外方に移動して開口部36Bの流路面積が、例えば全開とされている。
図12(A)は、高燃焼状態において、ベーン61が径方向外方に位置している状態を示したものである。
3)次いで、ボイラのスチームヘッダの圧力が上昇して、ボイラの制御装置から制御部5に低燃焼状態に移行すべき信号が入力されると、制御部5は、送風手段に低燃焼状態と対応する送風量とする信号を出力するとともに、電磁バルブ21Bを「閉」状態とする信号を出力してノズル20A及びノズル20Bにより行なっていた燃料噴射をノズル20Aにより行なうようにする。
4)また、制御部5は、流速調整用ベーン機構6の駆動部42に信号を出力して、モータ42Aによりカム部材63を低燃焼状態に対応する角度まで回動する。
5)モータ42Aが回転すると、図12(A)、図12(B)に示すように、歯車42Bがカム部材63を矢印G方向に回動し、カム孔63Aが係合凸部61Bと係合してベーン61をバーナ1Aの径方向内方(矢印H方向)に移動する。
その結果、図12(A)、図12(B)に示すように、ベーン61が開口部36Bを塞ぐ領域が拡大するとともに、開口部36Bの流路が、図12(A)において符号F1で示す範囲から図12(B)において符号F2で示す範囲へと縮小し、やがて図12(C)において符号F3で示す最小面積と対応する範囲まで縮小する。なお、図12(A),(B)、(C)において、上側に配置した図は、開口部及び流速調整用絞りを上方から見た図であり、下側に配置した図は、開口部とベーンの配置を示す縦断面図である。
6)開口部35Bを通過する二次空気AOの流速が所定の範囲に変化するのと合わせて、電磁バルブ21Bを「閉」に切り換えてノズル20Bからの燃料噴射を停止しノズル20Aからのみ燃料を噴射する。
上記実施の形態においては、協働して作動する複数の絞り羽根41からなる絞り環40によって開口部35Bの開口面積を調整し、又は複数のベーン61によって開口部36Bの開口面積を調整することで二次空気AOの流速を調整する場合について説明したが、ダンパ等、開口部35B、36Bの開口面積を調整可能な他の流速調整手段により外側空気流路32Aからの燃焼用空気の流速を調整してもよい。
また、バーナ1、1Aが制御部5を備える場合に、制御部5が流速調整用絞り4と燃料用ポンプPの一方又は双方を有するかは任意に設定可能である。
また、燃焼量を無段階に調整可能なノズルとして、燃料ポンプの吐出量を制御し又はインジェクタの作動回数を制御するインジェクションノズルを用いてもよい。
1、1A バーナ
3 燃焼用空気供給路
4 流速調整用絞り(流路面積可変機構)
6 流速調整用ベーン機構(流路面積可変機構)
5 制御部(制御手段)
20 ノズル
31A 内側空気流路
32A 外側空気流路
35B、36B 開口部
Claims (1)
- 燃料を噴射するノズルと、
送風手段から送られる燃焼用空気を前記ノズルから噴射された燃料の周囲に供給する空気供給路と、を備えるバーナであって、
前記空気供給路の開口部に設けられた前記燃焼用空気の流速を調整する流速調整手段と、
バーナの燃焼量に応じて前記流速調整手段の開度を前記燃焼用空気の流速を調整する制御手段と、を備え、
前記流速調整手段は、
前記開口部の流路面積を増減する流路面積可変機構とされ、
前記流路面積可変機構は、
モータと前記モータにより回動する歯車とを有する駆動部と、
前記歯車と係合し前記歯車により回動される環状のカム部材と、
前記カム部材と係合し互いに協働して内周に円形孔を形成する複数の絞り羽根と、を備え、
前記制御部は、
駆動部により前記カム部材を回動して前記円形孔が構成する前記開口部の流路面積を調整することを特徴とするバーナ。
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