JPH05322111A

JPH05322111A - 衝突燃焼装置

Info

Publication number: JPH05322111A
Application number: JP16229392A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Yasuda; 裕文安田; Takahiro Matsuda; 孝洋松田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】量論混合比付近での衝突燃焼におけるも、CO
濃度の低減を図ることができ、煤、NOx 及びCOの発生の
少ないクリーン燃焼が達成できると共に火炎の安定性が
よく高負荷燃焼、高ターンダウン比（高ＴＤＲ）も達成
できる衝突燃焼装置の提供を目的とする。【構成】燃料ノズルを有するバーナ40を一対、燃焼室
２の両側に対抗して臨まし、両側のバーナ40から燃料及
び燃焼用空気を噴出して燃焼室２の中央付近で衝突さ
せ、衝突火炎を形成するようにした衝突燃焼装置であっ
て、前記バーナ40の燃料ノズルの周囲に１次空気噴出筒
を同芯状に構成すると共に、該１次空気噴出筒の周囲に
更に２次空気噴出手段を設け、前記燃料ノズルの周囲か
ら燃料と共に燃焼用１次空気を同軸噴流として噴出供給
すると共にその周囲から燃焼用２次空気を供給するよう
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置、詳しくは一対
のバーナを両側に配し、両バーナからの燃料及び燃焼用
空気を燃焼室内で衝突させながら燃焼させる衝突燃焼装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一対のバーナからの燃料及び燃焼
用空気を燃焼室の中央付近で衝突させて燃焼させる衝突
燃焼装置が提供されている。この衝突燃焼装置は火炎を
燃焼室の中央部で形成できることから、狭い燃焼空間で
燃焼可能となり、高負荷燃焼が達成できること、衝突に
よる激しい混合作用と内部ＥＧＲ（既燃・未燃ガスの混
合作用）効果とにより、煤、NOx の発生の少ないクリー
ンな燃焼性が得られること等、優れた特徴を有してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】噴流衝突による火炎安
定性は、その性質から、量論混合比付近で最も安定がよ
くなり、燃料流量変化幅も大きくなる。また、衝突燃焼
の特徴として、燃焼ガスが最も高温になる量論混合比付
近の燃焼条件であっても、十分なNOx 低減効果を得るこ
とができる。ところが上記従来の装置では次のような問
題がある。例えば、図１における一対のバーナ40とし
て、図８に示す様なバーナを採用し、燃料ノズル41の周
囲から燃焼用１次空気を燃料と共に燃焼室に噴出させる
方式では、量論混合比付近では傾向としてCO濃度の排出
が多くなる。そしてCO濃度を低くするために空気過剰の
条件で燃焼させると、NO_X低減効果はさらに大きくなる
が、量論混合比付近の条件と比較すると、火炎安定性は
徐々に悪化し始め、燃料流量変化幅は小さくなってゆ
く。また、空気過剰側の火炎安定限界は、ガンタイプバ
ーナなどの他のバーナに比較して狭く、燃焼余裕幅が狭
いという欠点がある。更に、この条件では、最大負荷限
界は空気ファンの能力によって制限されることになる。
このように、上記従来装置では、NO_X低減効果を十分に
発揮させながら、高負荷、高ＴＤＲの燃焼を行うには多
くの制限をうける。

【０００４】そこで、本発明は上記従来技術の欠点を解
消し、量論混合比付近での衝突燃焼におけるも、CO濃度
の低減を図ることができ、煤、NOx 及びCOの発生の少な
いクリーン燃焼が達成できると共に火炎の安定性がよく
高負荷燃焼、高ターンダウン比（高ＴＤＲ）も達成でき
る衝突燃焼装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の衝突燃焼装置は、燃料ノズルを有するバー
ナを一対、燃焼室の両側に対抗して臨まし、両側のバー
ナから燃料及び燃焼用空気を噴出して燃焼室の中央付近
で衝突させ、衝突火炎を形成するようにした衝突燃焼装
置であって、前記バーナの燃料ノズルの周囲に１次空気
噴出筒を同芯状に構成すると共に、該１次空気噴出筒の
周囲に更に２次空気噴出手段を設け、前記燃料ノズルの
周囲から燃料と共に燃焼用１次空気を同軸噴流として噴
出供給すると共にその周囲から燃焼用２次空気を供給す
るよう構成したことを第１の特徴としている。また本発
明の衝突燃焼装置は、前記第１の特徴に加えて、既燃ガ
スを燃焼室から誘引して燃焼用２次空気と共に燃焼室内
に再循環させる既燃ガス再循環手段を付設したことを第
２の特徴としている。

【０００６】

【作用】燃料と燃焼用１次空気が両バーナから噴出され
ると、燃料は途中で蒸発し、燃焼用一次空気は燃焼室内
の既燃ガスを一部誘引しながら、それらが燃焼室内中央
付近で衝突し、燃焼する。衝突燃焼により火炎の安定と
煤及びNO_Xの低減された燃焼がなされる。そしてこの燃
焼は、燃料量と燃焼用１次空気の比率が量論混合比付近
（0.7 以上1.2 以下）である時に、火炎安定性が最も良
好であり、また燃料流量可変幅（ＴＤＲ）を広く採るこ
とが可能となる。しかしながら量論付近では、燃料と燃
焼用１次空気とによる衝突燃焼だけでは、CO等の中間生
成物の酸化が不十分である。上記第１の特徴によれば、
１次空気噴出筒の周囲にさらに２次空気噴出手段を設け
て周囲から燃焼用２次空気を供給するようにしているの
で、衝突燃焼の周囲から燃焼用２次空気が供給され、該
燃焼用２次空気によって酸化不良のCO等の中間生成物の
完全燃焼が達成される。また燃焼用２次空気が供給され
るときにも、周囲から一部既燃ガスが誘因されるため、
既燃ガスと未燃ガスの混合作用（ＥＧＲ）が増大する。
よって本来的に衝突燃焼がもつ低NOx 及び低煤の効果に
加えて完全燃焼化を促進することができ、高負荷燃焼に
至るまでの高ターンダウン比において、全体として低NO
x 及び低煤のクリーンな燃焼を安定して行うことができ
る。また上記第２の特徴によれば、上記第１の特徴によ
る作用に加えて、既燃ガスを燃焼室から誘引して燃焼用
２次空気と共に燃焼室内に再循環させる既燃ガス再循環
手段を付設したので、既燃ガスと未燃ガスの混合作用
（ＥＧＲ）を一層増大させることができ、完全燃焼を促
進することができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明装置の実施例を示す衝突燃焼装
置の全体の断面構成図、図２はバーナの詳細を示す図
で、（Ａ）は断面構成図、（Ｂ）は左側面図である。ま
た図３は燃料流量と燃焼用１次空気との比率による火炎
の安定状態を示す図である。

【０００８】１は円筒、矩形または両者の中間的な形で
形成された燃焼容器で、その内部に燃焼室２が構成され
ている。燃焼室２の上方部には、熱交換器３が設置され
ている。前記燃焼室２の両側に一対のバーナ40を一直線
上に対抗させて臨ませている。この両側のバーナから燃
料が噴出されて、燃焼室の中央付近で衝突され、衝突火
炎を形成する。前記バーナ40は図２に示すように、中心
軸上に燃料ノズル41を配し、その周囲に中空円筒状の１
次空気噴出筒42を同芯状に配している。前記燃料ノズル
41の先端部には液体燃料を噴出するノズル孔41a が開口
されている。またノズル孔41aの少し手前の周囲には、
前記１次空気噴出筒42の先端部に環状の空気噴出孔42a
が開孔し、ノズル孔41の周囲全周から燃焼用１次空気が
噴出されるようにしている。

【０００９】前記一次空気噴出筒42の周囲に更に燃焼用
２次空気噴出手段として２次空気噴出筒43を配し、その
先端部に２次空気噴出孔43a を複数個開孔し、燃焼用２
次空気も燃焼用１次空気の周囲から燃焼室２内に噴出供
給されるようにしている。

【００１０】前記１次空気噴出筒42及び１次空気噴出筒
43の基端側には、空気分配筒44が取り付けられ、空気分
配筒44には空気導入管９が取り付けられている。空気導
入管９には、ファン10と連通する送風管11が接続され、
ここから燃焼量に応じた燃焼用空気が空気導入管９を通
って空気分配筒43に送られる。なおファン10はバーナ40
の燃焼量に応じて回転制御される。前記燃料ノズル41に
は基端側に燃料導入口41b と噴射用空気導入口41c が設
けられており、燃料導入口41b には定油面器12と連通す
る送油管16が接続され、液体燃料が供給される。また、
噴射用空気導入管41c には電磁弁13、制御弁14を介して
高圧空気発生器15と連通する高圧送風管19が接続されて
いる。また、一方、前記電磁弁13を介して圧力伝達管17
が定油面器12の上部に接続されている。

【００１１】燃焼は、先ずファン10を起動させると共
に、点火用電極棒18をスパークさせ、、次に、高圧発生
器15を起動し、制御弁14を作動させて空気量・圧力を制
御する。この制御弁14によって燃料ノズル41に導入され
る燃料流量及び噴射用空気量が制御される。即ち、電磁
弁13を開にすると、高圧送風管19を通り燃料ノズル41に
噴射用空気が導入されると共に、圧力伝達管17を介して
定油面器12内にも圧力がかけられ、その圧力に応じて燃
料が送油管16を通り、燃料ノズル41に導入される。供給
された燃料は、噴射用空気によって、ノズル孔41a から
噴霧状に噴射され、スパークによって点火される。一
方、燃焼用１次空気は、空気分配筒43接続された空気導
入管９により導かれ、空気分配筒43で１次空気噴出筒42
と２次空気噴出筒43に分配されて、１次空気噴出孔42a
および２次空気噴出孔43a から噴出すル。

【００１２】噴出した燃料噴霧は、１次空気噴出孔42a
からの燃焼用１次空気と同軸噴流となって、該噴流内で
蒸発・混合する。そして燃焼用１次空気の噴流は周囲の
既燃ガスをも誘因し、これらの混合気は、１次燃焼室2a
の中央部の衝突領域において両側から衝突し、激しく混
合・燃焼し、煤及びNOx 排出の少ない燃焼を行う。また
燃焼用２次空気は、一部、既燃ガスを誘引しながら、１
次空気噴流の周囲を通過し、衝突領域の外周部に流れ込
み、CO等の中間生成物を酸化して完全燃焼を達成する。
尚、噴出燃料量と燃焼用１次空気量との比率を、量論混
合比付近である、空気過剰率換算で0.7 以上1.2 以下と
することで、図３に示すように、非常に安定した火炎を
得ることができ、燃料流量可変幅、即ちターンダウン比
（ＴＤＲ）を大きく採用することができる。衝突燃焼の
特徴として、燃焼ガスが最も高温になる量論混合比付近
の燃焼条件であっても、十分なNOx 低減効果を得ること
ができる。一方、量論混合比付近ではCOの排出濃度が多
い。また量論混合比付近の燃焼条件であっても、燃焼負
荷の増加に伴い、NOx 濃度や煤の増加傾向がみられる本
例においては、２次空気噴出筒43の噴出孔43a から燃焼
室の衝突燃焼領域の周辺に燃焼用２次空気が導入される
ので、衝突燃焼領域で十分に酸化されずに発生したCO等
の中間生成物が完全燃焼される。また燃焼負荷の増加に
伴うNOx 濃度や煤の増加傾向を前記燃焼用２次空気によ
る２次燃焼によって抑制することができる。よって、本
来的に衝突燃焼がもつ低NOx 及び低煤の効果に加えて完
全燃焼化を促進することができ、高負荷燃焼に至るまで
の高ターンダウン比において、全体として低NOx 及び低
煤のクリーンな燃焼を安定して行うことができる。

【００１３】図４は上記実施例とは異なるバーナを用い
た例を示すバーナの構成図で、（Ａ）は断面構成図、
（Ｂ）は左側面図である。本例のバーナ40は、１次空気
噴出孔42a の出口を、一様流を得るために、ノズル形状
にしたものである。このような形状にすることによっ
て、火炎安定領域の増大及び静音化を図ることができ
る。他の構成は上記図２のバーナで説明したのと同様で
ある。同じ機能を果たす部材、要素には同一の符号を付
して説明を省略する。

【００１４】図５は上記実施例とは更に異なるバーナを
用いた例を示すバーナの構成図で、（Ａ）は断面構成
図、（Ｂ）は左側面図である。本実施例では、２次空気
噴出孔43a を少し中心軸方向側に向けた形状とし、燃焼
用２次空気が混合し易くしている。他の構成は図２にお
いて説明した構成と同じであるので、同一の部材、要素
には同一の符号を付して、説明を省略する。作用効果も
図３で説明した例と同じである。

【００１５】図６は上記実施例とは更に異なるバーナを
用いた例を示すバーナの構成図で、（Ａ）は断面構成
図、（Ｂ）は左側面図である。本実施例では、燃焼用２
次空気による既燃ガスの誘引、再循環を促進する構成を
採っている。即ち、２次空気噴出筒43の外側に既燃ガス
再循環手段としての既燃ガス誘引筒45を付設し、その筒
45の側壁に誘引孔45b を設けると共に筒45の先端部に既
燃ガス噴出孔45a を設けている。そして既燃ガス噴出孔
45a に対して前記２次空気噴出筒43から噴出管43b を延
ばして、燃焼用２次空気の噴出孔43a を既燃ガス噴出孔
45a と２重管状にする。このようにすることで、燃焼用
２次空気を噴出することで、既燃ガスが燃焼室２から既
燃ガス誘引筒45内に誘引され、更に既燃ガス誘引筒45か
ら既燃ガス噴出孔45a を通って燃焼用２次空気と共に噴
出される。これによって既燃ガスの再循環が良好とな
り、燃焼用２次空気によって容易に既燃ガス中の未燃部
が完全燃焼せられる。他の構成は図２において説明した
構成と同じであるので、同一の部材、要素には同一の符
号を付して、説明を省略する。作用効果も図３で説明し
た例と同じである。

【００１６】図７は上記実施例とは更に異なるバーナを
用いた例を示すバーナの側面図である。本例は、図６で
示す実施例とは、既燃ガス噴出孔45a の構成のみ異な
る。即ち、図６の実施例では、既燃ガス噴出孔45a を同
芯状のスリットに形成したが、本実施例では既燃ガス噴
出孔45a を同芯状の複数の孔に形成している。

【００１７】以上実施例においては、液体燃料を対象と
したが、ガス燃料を用いるようにしてもよい。この場合
には燃焼ノズルとして、ガスノズルを用い、ガス流量の
制御弁を取り付けることにより、同じような効果を得る
ことができる。また、燃料ノズル41は空気噴射ノズルの
他、超音波ノズル、リターン式ノズル、一定入力の無気
噴射ノズル等、他の適当なノズルを使うことができる。

【００１８】また上記の実施例では、噴出される燃料量
及び燃焼用空気量はそれぞれ可変であるように構成して
いる。が、勿論、燃料量又は燃焼用空気は特に可変であ
ることを限定されるものではない。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上の構成、作用よりなり、請
求項１に記載の衝突燃焼装置によれば、バーナの燃料ノ
ズルの周囲に１次空気噴出筒を同芯状に構成すると共
に、該１次空気噴出筒の周囲に更に２次空気噴出手段を
設け、前記燃料ノズルの周囲から燃料と共に燃焼用１次
空気を同軸噴流として噴出供給すると共にその周囲から
燃焼用２次空気を供給するよう構成したので、衝突燃焼
の周囲からの燃焼用２次空気によって酸化不良のCO等の
中間生成物の完全燃焼を達成することができる。また燃
焼用２次空気によって周囲から一部既燃ガスを誘因し
て、既燃ガスと未燃ガスの混合作用（ＥＧＲ）が増大す
ることができる。よって本来的に衝突燃焼がもつ低NOx
及び低煤の効果に加えて完全燃焼化を促進することがで
き、高負荷燃焼に至るまでの高ターンダウン比におい
て、全体として低NOx 及び低煤のクリーンな燃焼を安定
して行うことができる。また請求項２に記載の衝突燃焼
装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に
加えて、既燃ガスを燃焼室から誘引して燃焼用２次空気
と共に燃焼室内に再循環させる既燃ガス再循環手段を付
設したので、既燃ガスと未燃ガスの混合作用（ＥＧＲ）
を一層増大させることができ、完全燃焼を一層促進する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例を示す衝突燃焼装置の全体
の断面構成図である。

【図２】バーナの詳細を示す図である。

【図３】燃料流量と燃焼用１次空気との比率による火炎
の安定状態を示す図である。

【図４】異なるバーナを用いた例を示すバーナの構成図
である。

【図５】更に異なるバーナを用いた例を示すバーナの構
成図である。

【図６】更に異なるバーナを用いた例を示すバーナの構
成図である。

【図７】今一つの異なるバーナを用いた例を示すバーナ
の側面図である。

【図８】従来装置につけられている一般的なバーナの例
を示す構成図である。

【符号の説明】

１燃焼容器２燃焼室 40 バーナ 41 燃焼ノズル 42 １次空気噴出筒 43 ２次空気噴出筒 45 既燃ガス誘引筒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ノズルを有するバーナを一対、燃焼
室の両側に対抗して臨まし、両側のバーナから燃料及び
燃焼用空気を噴出して燃焼室の中央付近で衝突させ、衝
突火炎を形成するようにした衝突燃焼装置であって、前
記バーナの燃料ノズルの周囲に１次空気噴出筒を同芯状
に構成すると共に、該１次空気噴出筒の周囲に更に２次
空気噴出手段を設け、前記燃料ノズルの周囲から燃料と
共に燃焼用１次空気を同軸噴流として噴出供給すると共
にその周囲から燃焼用２次空気を供給するよう構成した
ことを特徴とする衝突燃焼装置。
【請求項２】既燃ガスを燃焼室から誘引して燃焼用２
次空気と共に燃焼室内に再循環させる既燃ガス再循環手
段を付設した請求項１に記載の衝突燃焼装置。