JP3946574B2 - エアヒートバーナ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，燃焼用空気と燃料とを混合して燃焼させるエアヒートバーナに関する。
【０００２】
【従来技術】
熱風発生用バーナには，複数の燃料噴出孔を有する燃料噴出部と，複数の燃焼用空気噴出孔をそれぞれ有する一対の空気噴出プレートと，一対のサイドプレートとにより筒形状を形成したエアヒートバーナがある。
そして，燃料供給ヘッダーに供給した燃料を上記燃料噴出孔より噴出させると共に，空気流入空間に流入した燃焼用空気を上記燃焼用空気噴出孔より噴出させ，これらを混合して燃焼を行っている。
【０００３】
上記エアヒートバーナにおける燃焼性能は，上記燃焼用空気噴出孔の大きさ及び配置状態により左右されると考えられる。そのため，例えば，上記燃焼の下流側に位置する部分の孔の大きさを大きくすると共に複数の孔を千鳥状に配置したりして，上記燃焼性能を向上させることが行われている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のエアヒートバーナにおいては，例えば，燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，燃料の供給量を最大供給量から絞り込んだとき，必ずしも安定した燃焼が可能ではなかった。そのため，従来のエアヒートバーナにおいては，燃料の供給量と共に燃焼用空気の供給量も絞る必要があった。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，安定して燃焼を行うことができる空気比（実際に供給した空気量を理論上完全燃焼させるために要する空気量で割ったもの）の範囲を拡大することができ，燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，ターンダウン比（安定燃焼が可能な燃料の最大供給量と最小供給量との比）を大きくすることができるエアヒートバーナを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は，燃料供給ヘッダーの下流側に配設すると共に，該燃料供給ヘッダーの長手方向に複数の燃料噴出孔を有する燃料噴出部と，
上記燃料供給ヘッダーの周辺に形成した空気流入空間の下流側で，かつ上記燃料噴出部の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設し，複数の燃焼用空気噴出孔をそれぞれ有する一対の空気噴出プレートと，
該一対の空気噴出プレートにおける長手方向の端部同士をそれぞれ結合する一対のサイドプレートとを有するエアヒートバーナにおいて，
上記燃焼用空気噴出孔は，上記燃料供給ヘッダーの長手方向に沿って複数個配列した横方向孔配列と，該横方向孔配列に対して直交する方向に配列した縦方向孔配列とを有しており，
かつ，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてあり，
上記空気噴出プレートにおける上記サイドプレートの近傍には，該サイドプレートを冷却するための複数の冷却用空気噴出孔が設けてあることを特徴とするエアヒートバーナにある（請求項１）。
【０００７】
本発明のエアヒートバーナにおいては，上記空気噴出プレートにおける複数の燃焼用空気噴出孔が上記横方向孔配列及び縦方向孔配列を形成して配置されている。そして，上記燃料噴出孔より噴出した燃料と上記燃焼用空気噴出孔より噴出した燃焼用空気とを混合して燃焼を行う際には，上記燃焼用空気は，上記縦方向孔配列に沿って帯状に下流側に流れる。
そのため，上記燃焼用空気が上記燃焼用空気噴出孔より噴出した後には，上記縦方向孔配列による帯状の流れにより，燃料に対する燃焼用空気の混合比率が大きくなった燃焼用空気流地帯（すなわち空気比が大きい地帯）と，燃料に対する燃焼用空気の混合比率が小さくなった燃料流地帯（すなわち空気比が小さい地帯）とが交互に形成される。
【０００８】
ところで，燃焼を良好に行うための燃焼速度は，空気比，すなわち上記混合比率の違いによっても変化する。
本発明のエアヒートバーナにおいては，例えば，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，上記燃料の供給量を多くして空気比が小さい状態で燃焼を行う場合，上記燃料流地帯では燃料が過剰になり安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが，上記燃焼用空気流地帯では燃料と燃焼用空気との混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある。一方，例えば，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，上記燃料の供給量を少なくして空気比が大きい状態で燃焼を行う場合，上記燃焼用空気流地帯では燃料が不足して安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが，上記燃料流地帯では燃料と燃焼用空気との混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある。
【０００９】
そのため，上記エアヒートバーナによれば，上記燃焼用空気流地帯と燃料流地帯との形成により，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態のままで上記燃料の供給量を絞り込んでも，上記空気噴出プレート上における火炎は，少なくともいずれかの地帯が安定燃焼域内となることにより，安定して燃焼を行うことができる。つまり，上記エアヒートバーナによれば，広い空気比の範囲で安定燃焼を行うことができる。
【００１０】
ところで，上記エアヒートバーナの燃焼制御性を考えると，ターンダウン比が大きくとれる（上記燃料の供給量を大きく絞り込むことができる）ことが好ましい。しかし，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で上記燃料の供給量を絞り込むと，空気比が大きくなり，過剰の空気によりＣＯ（一酸化炭素）等の未燃ガスの発生量が増大するおそれがある。
本発明のエアヒートバーナにおいては，上記のごとく空気比を大きくとることが可能であるが，さらに空気比の範囲を広げるため，上記のごとく上記空気噴出プレートにおける複数の燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてある。
【００１１】
そのため，上記空気噴出プレートにおいては，上記燃焼用空気噴出孔より噴出する燃焼用空気の量が下流側に向かって多くなる。そのため，上記空気噴出プレートから噴出量の変化がほとんどない状態で燃焼用空気を噴出させる際に，上記燃料の供給量を大きく絞り込んだとき，燃料と燃焼用空気との燃焼は上記空気噴出プレートの上流側において完結する。そして，空気噴出プレートの下流側より噴出する燃焼用空気は，上記燃焼を行った燃焼ガスを希釈する希釈空気として噴出されることになる。
【００１２】
そのため，上記燃料の供給量を絞り込んだときでも，燃焼に直接作用する燃焼用空気の量は少なく，ＣＯ等の未燃ガスの発生が少ない状態で安定した燃焼を行うことができる。そのため，上記エアヒートバーナによれば，上記空気噴出プレートより噴出させる燃焼用空気の噴出量の変化がほとんどない状態で，例えば，上記燃料の供給量を最大供給量から１／１０以下に絞り込んだときでも，安定した燃焼が可能である。
それ故，本発明によれば，燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，ターンダウン比（安定燃焼が可能な燃料の最大供給量と最小供給量との比）を大きくすることができるエアヒートバーナを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上述した本発明のエアヒートバーナにおける好ましい実施の形態につき説明する。
上記燃料には，都市ガス，ＬＰＧの他，各種の気体燃料を用いることができる。なお，本発明において，下流側とは，燃焼による火炎が形成される側をいい，上流側とは，上記下流側の反対側をいう（以下同様）。
【００１４】
また，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって１つ又は複数個毎に順次大きくすることができる（請求項２）。このように，下流側に向けて順次大きくして配置した上記複数の燃焼用空気噴出孔の配置状態は，種々の態様によって形成することができる。
【００１５】
また，上記空気噴出プレートにおける上記サイドプレートの近傍には，該サイドプレートを冷却するための複数の冷却用空気噴出孔が設けてある。これにより，上記空気流入空間を流れる燃焼用空気の一部を上記複数の冷却用空気噴出孔より噴出させることにより，上記サイドプレートが高温に過熱されることを抑制することができる。
【００１６】
また，上記空気噴出プレートに上記冷却用空気噴出孔を設けることにより，上記エアヒートバーナは，単位大きさ当たりの最大燃焼量を大きくとることができ，上記エアヒートバーナの小型化が可能になる。
そのため，例えば，上記サイドプレート同士の間の幅が１５０ｍｍと狭い場合でも，約１１６ｋＷ（１０万ｋｃａｌ／ｈ）の最大燃焼量を有するエアヒートバーナを製作することが可能になる。
【００１７】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明のエアヒートバーナにかかる実施例につき説明する。
本例のエアヒートバーナ１は，図１，図２に示すごとく，複数の燃料噴出孔２１を有する燃料噴出部２と，複数の燃焼用空気噴出孔３１をそれぞれ有する一対の空気噴出プレート３と，一対のサイドプレート４とにより筒形状を有して構成されている。そして，上記燃料噴出部２は，燃料供給ヘッダー５の下流側に配設してあり，この燃料供給ヘッダー５に供給した燃料（気体燃料）Ｆｕを，燃料供給ヘッダー５の長手方向に沿って複数配置した上記燃料噴出孔２１より噴出させるようになっている。
【００１８】
また，上記一対の空気噴出プレート３は，上記燃料供給ヘッダー５の周辺に形成した空気流入空間６０の下流側で，かつ上記燃料噴出部２の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設してある。そして，各空気噴出プレート３は，上記空気流入空間６０に流入した燃焼用空気Ａｉを，上記複数の燃焼用空気噴出孔３１より噴出させるようになっている。
また，上記一対のサイドプレート４は，それぞれ上記一対の空気噴出プレート３における長手方向の端部３５同士を結合している。
【００１９】
そして，図１，図３に示すごとく，上記各空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１は，上記燃料供給ヘッダー５の長手方向に沿って複数個配列した横方向孔配列３０１と，この横方向孔配列３０１に対して直交する方向に配列した縦方向孔配列３０２とを有して，両者が格子状孔配列３００を形成している。また，上記各空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１の大きさは，下流側に向かって順次大きくなっている。
【００２０】
以下に，これを詳説する。
図３に示すごとく，本例では，上記各空気噴出プレート３における燃焼用空気噴出孔３１の大きさは，下流側に向かって複数個毎に順次大きくしてある。また，具体的には，上流側よりφ５の燃焼用空気噴出孔３１（３１１）が２つ，φ６．５の燃焼用空気噴出孔３１（３１２）が２つ，φ８の燃焼用空気噴出孔３１（３１３）が３つ並んで，上記縦方向孔配列３０２を形成しており，上記横方向孔配列３０１は，それぞれ同じ大きさの燃焼用空気噴出孔３１（３１１，３１２，３１３）を複数個配置して形成している。
【００２１】
また，図１に示すごとく，上記各空気噴出プレート３における上記各サイドプレート４の近傍には，各サイドプレート４を冷却するための複数の冷却用空気噴出孔３２が設けてある。また，上記エアヒートバーナ１は，最大燃焼量が１１６ｋＷ（１０万ｋｃａｌ／ｈ）の小型エアヒートバーナ１であり，上記サイドプレート４同士の間の幅は１５０ｍｍになっている。
【００２２】
そして，上記空気流入空間６０を流れる燃焼用空気Ａｉの一部を上記複数の冷却用空気噴出孔３２より噴出させることにより，上記サイドプレート４が高温に過熱されることを抑制することができる。
また，上記空気噴出プレート３に上記冷却用空気噴出孔３２を設けることにより，上記エアヒートバーナ１は，単位大きさ当たりの最大燃焼量を大きくとることができ，上記エアヒートバーナ１の小型化が可能になる。
【００２３】
また，図２に示すごとく，上記エアヒートバーナ１は，燃焼筒６の内部に配設して構成されている。すなわち，本例では，上記燃焼用空気Ａｉには，常温の空気を用いており，この空気を供給する燃焼筒６の先端部６１を上記空気噴出プレート３で閉塞して，上記空気流入空間６０を形成し，上記エアヒートバーナ１を構成している。また，この場合，上記一対のサイドプレート４は，上記燃焼筒６の一部により形成することができる。
【００２４】
図１，図２に示すごとく，本例のエアヒートバーナ１においては，上記のごとく，上記空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１が上記格子状孔配列３００を形成して配置されている。そして，上記燃料噴出孔２１より噴出した燃料Ｆｕと上記燃焼用空気噴出孔３１より噴出した燃焼用空気Ａｉとを混合して燃焼を行う際には，上記燃焼用空気Ａｉは，上記格子状孔配列３００における縦方向孔配列３０２に沿って帯状に下流側に流れる。
【００２５】
そのため，図１に示すごとく，上記燃焼用空気Ａｉが上記燃焼用空気噴出孔３１より噴出した後には，上記縦方向孔配列３０２による帯状の流れにより，燃料Ｆｕに対する燃焼用空気Ａｉの混合比率が大きくなった燃焼用空気流地帯Ａと，燃料Ｆｕに対する燃焼用空気Ａｉの混合比率が小さくなった燃料流地帯Ｂとが交互に形成される。
【００２６】
ところで，図４に示すごとく，燃焼を良好に行うための燃焼速度は，空気比，すなわち上記混合比率の違いによっても変化する（図４中，横軸には空気比，縦軸には燃焼速度をとっている。）。
本例のエアヒートバーナ１においては，上記燃焼用空気Ａｉの供給量が一定の状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を多くして空気比が小さい状態で燃焼を行う場合（図４中のＸ領域参照），上記燃料流地帯Ｂでは，燃料Ｆｕが過剰になり安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが（図４中のＸ１領域参照），上記燃焼用空気流地帯Ａでは，燃料Ｆｕと燃焼用空気Ａｉとの混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある（図４中のＸ２領域参照）。
【００２７】
一方，上記燃焼用空気Ａｉの供給量が一定の状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を少なくして空気比が大きい状態で燃焼を行う場合（図４中のＹ領域参照），上記燃焼用空気流地帯Ａでは燃料Ｆｕが不足して安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが（図４中のＹ１領域参照），上記燃料流地帯Ｂでは燃料Ｆｕと燃焼用空気Ａｉとの混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある（図４中のＹ２領域参照）。
なお，図４中，安定燃焼速度が安定燃焼限界速度以上の場合における空気比の範囲が安定燃焼域を示す。
【００２８】
そのため，上記エアヒートバーナ１によれば，上記燃焼用空気流地帯Ａと上記燃料流地帯Ｂとの形成により，上記燃焼用空気Ａｉの供給量が一定のままで上記燃料Ｆｕの供給量を絞り込んでも，上記空気噴出プレート３上における火炎は，いずれか一方の地帯が安定燃焼域を外れて燃焼を行っていても，他方の地帯が安定燃焼域内で燃焼を行っているといった状態を，安定燃焼域における空気比の下限の近傍（図４中のＸ領域参照）及び安定燃焼域における空気比の上限の近傍（図４中のＹ領域参照）に形成することができる。
【００２９】
そのため，安定燃焼域を外れて燃焼を行っている地帯の燃焼は，安定燃焼域内で燃焼を行っている地帯の燃焼に助力されて，これらの全体が安定して燃焼を行うことができる。
それ故，上記エアヒートバーナ１によれば，上記燃焼用空気流地帯Ａと上記燃料流地帯Ｂとの形成により，広い空気比の範囲で安定燃焼を行うことができる。なお，図４中，上記安定燃焼域に上記Ｘ１領域及び上記Ｙ１領域を含めた空気比の範囲が本例のエアヒートバーナ１における拡大安定燃焼域となる。
【００３０】
ところで，安定して燃焼を行うことができる範囲は，上記燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にしたとき，上記燃料Ｆｕの供給量の大小により大きく影響される。図５，図６に示すごとく，本例のエアヒートバーナ１によれば，燃料Ｆｕの供給量が最大供給量に近いときでは，燃料による火炎１００を上記空気噴出プレート３の上流側から下流側までの全体において形成して，安定した燃焼が可能である。図５は，燃料Ｆｕの供給量を最大供給量とした場合，図６は，燃料Ｆｕの供給量を最大供給量の１／３とした場合を示す。
【００３１】
また，上記エアヒートバーナ１の燃焼制御性を考えると，上記燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にした状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を大きく絞り込むことができることが好ましい。しかし，上記燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にして上記燃料Ｆｕの供給量を絞り込むと，空気比が大きくなり，過剰の空気によりＣＯ（一酸化炭素）等の未燃ガスの発生量が増大するおそれがある。
本例のエアヒートバーナ１においては，上記のごとく，空気比を大きくとることが可能である。また，上記のごとく，上記空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてある。そのため，上記空気噴出プレート３においては，上記燃焼用空気噴出孔３１より噴出する燃焼用空気の量が下流側に向かって多くなる。
【００３２】
そのため，上記空気噴出プレート３より噴出させる燃焼用空気Ａｉの量を一定にした状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を最大供給量の１／５とした場合には，図７に示すごとく，上記燃料Ｆｕと上記燃焼用空気Ａｉとの燃焼による火炎１００が上流側においてのみ形成され，この燃焼が上記空気噴出プレート３の上流側において完結する。そして，空気噴出プレート３の下流側より噴出する燃焼用空気Ａｉは，上記燃焼を行った燃焼ガスを希釈する希釈空気として噴出されることになる。
【００３３】
そのため，上記燃料Ｆｕの供給量を絞り込んだときでも，空気噴出プレート３の上流側においては，上記燃焼用空気噴出孔３１の直径が小さいので，火炎形成部において空気比が最適な状態で燃焼が行われる。そして，燃焼に直接作用する燃焼用空気Ａｉの量は少なく，ＣＯ等の未燃ガスの発生が少ない状態で安定した燃焼を行うことができる。
【００３４】
そのため，上記エアヒートバーナ１によれば，上記空気噴出プレート３より噴出させる燃焼用空気Ａｉの量を一定にした状態で，例えば，上記燃料Ｆｕの供給量を最大供給量から１／１０以下に絞り込んだときでも，安定した燃焼が可能である。
それ故，本例のエアヒートバーナ１によれば，燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にした状態で，ターンダウン比（安定燃焼が可能な燃料の最大供給量と最小供給量との比）を大きくすることができる
【００３５】
また，上記のごとく，上記エアヒートバーナ１によれば，安定して燃焼を行うことができる空気比の範囲が広いため，例えば，上記燃焼用空気Ａｉに酸素濃度の低い空気を用いた場合でも，ターンダウン比を大きくとることが可能である。また，本例のエアヒートバーナ１によれば，上記火炎１００の長さを，従来のエアヒートバーナに比べて，２０〜３０％短くすることができた。
【００３６】
なお，図８に示すごとく，上記エアヒートバーナ１における燃料噴出部２には，上記複数の燃料噴出孔２１と上記空気噴出プレート３との間に上記燃焼用空気Ａｉを噴出させる複数の第１噴出孔２２を形成することが好ましい。この場合には，上記第１噴出孔２２より噴出する燃焼用空気Ａｉと上記燃料噴出孔２１より噴出する燃料Ｆｕとが，上記燃料噴出部２の側近より素早く混合され，上記燃焼による火炎１００を上記燃料噴出部２の側近より形成することができる。
そのため，この場合には，上記ＣＯ等の未燃ガスの発生を一層抑制した状態で，安定した燃焼を行うことが可能になる。
【００３７】
なお，図９に示すごとく，上記燃焼筒６の内部に配設して構成したエアヒートバーナ１は，ガスタービンの排ガスＧｕを排出させる排出ダクト７内に配設して用いることもできる。そして，この場合には，上記燃焼筒６を流れて上記空気噴出プレート３より噴出した燃焼用空気Ａｉと上記燃料噴出部２より噴出した燃料Ｆｕとにより燃焼を行った燃焼ガスを，上記排出ダクト７を流れる排気ガスＧｕと混合して熱風を発生させることができる。
また，上記空気噴出プレート３に上記冷却用空気噴出孔３２が設けてあることにより，上記エアヒートバーナ１は，最大燃焼量を大きくしたまま小型化することができ，小口径の排出ダクト７へ適用することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における，エアヒートバーナを示す模式的な斜視図。
【図２】実施例における，エアヒートバーナの構成を示す断面説明図。
【図３】実施例における，空気噴出プレートを示す平面図。
【図４】実施例における，空気比と燃焼速度との関係を示すグラフ。
【図５】実施例における，燃料の供給量を最大供給量とした場合の火炎の形成状態を示す説明図。
【図６】実施例における，燃料の供給量を最大供給量の１／３とした場合の火炎の形成状態を示す説明図。
【図７】実施例における，燃料の供給量を最大供給量の１／５とした場合の火炎の形成状態を示す説明図。
【図８】実施例における，燃料噴出部に第１噴出孔を形成した場合のエアヒートバーナを示す斜視図。
【図９】実施例における，ガスタービンの排気ダクト内に配設した場合のエアヒートバーナの構成を示す断面説明図。
【符号の説明】
１．．．エアヒートバーナ，
２．．．燃料噴出部，
２１．．．燃料噴出孔，
３．．．空気噴出プレート，
３１．．．燃焼用空気噴出孔，
３２．．．冷却用空気噴出孔，
３００．．．格子状孔配列，
３０１．．．横方向孔配列，
３０２．．．縦方向孔配列，
４．．．サイドプレート，
５．．．燃料供給ヘッダー，
６０．．．空気流入空間，
Ｆｕ．．．燃料，
Ａｉ．．．燃焼用空気，
Ａ．．．燃焼用空気流地帯，
Ｂ．．．燃料流地帯，
１００．．．火炎，

Claims (3)

1. 燃料供給ヘッダーの下流側に配設すると共に，該燃料供給ヘッダーの長手方向に複数の燃料噴出孔を有する燃料噴出部と，
   上記燃料供給ヘッダーの周辺に形成した空気流入空間の下流側で，かつ上記燃料噴出部の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設し，複数の燃焼用空気噴出孔をそれぞれ有する一対の空気噴出プレートと，
   該一対の空気噴出プレートにおける長手方向の端部同士をそれぞれ結合する一対のサイドプレートとを有するエアヒートバーナにおいて，
   上記燃焼用空気噴出孔は，上記燃料供給ヘッダーの長手方向に沿って複数個配列した横方向孔配列と，該横方向孔配列に対して直交する方向に配列した縦方向孔配列とを有しており，
   かつ，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてあり，
   上記空気噴出プレートにおける上記サイドプレートの近傍には，該サイドプレートを冷却するための複数の冷却用空気噴出孔が設けてあることを特徴とするエアヒートバーナ。
2. 請求項１において，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって１つ又は複数個毎に順次大きくしてあることを特徴とするエアヒートバーナ。
3. 請求項１又は２において，上記横方向孔配列と上記縦方向孔配列とは，格子状孔配列を形成していることを特徴とするエアヒートバーナ。

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