JP5754583B2 - バーナおよびボイラ - Google Patents

Description

本発明は、複数のノズルを備えるバーナと、そのようなバーナを備えたボイラに関するものである。

従来、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの二つのノズルを備えるバーナが知られている。この種のバーナでは、低燃焼時には、低燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、高燃焼時には、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの双方から燃料を噴霧する。

この種のバーナでは、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの二つのノズルを備えるので、両ノズル間の中点をバーナ中心軸に合わせて配置されるのが通常である。そのため、いずれのノズルもバーナ中心軸から偏心して配置され、それ故、燃焼室内で火炎に偏りが生じ、燃焼性に改善の余地があった。

そこで、下記特許文献１に開示されるように、低燃焼時の燃焼性を改善するために、低燃焼用ノズル（４）を高燃焼用ノズル（５）よりもバーナ中心軸（８）（燃焼室中心軸（７））に近くなるよう配置したバーナ（１）が提案されている。

特開２００３−３０２０１０号公報

しかしながら、そもそも高燃焼時に、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとの二つのノズルから燃焼を噴霧するのでは、各ノズルからの燃料や火炎に重なりが生じてしまい、局所的に高温部が生成されてしまうことが避けられない。

本発明が解決しようとする課題は、各燃焼段階の燃焼性を改善するバーナおよびボイラを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、噴霧量の異なる複数のノズルを備え、その内のいずれのノズルから噴霧するかを択一的に切り替えて燃焼量を変更するバーナであって、噴霧量が最大のノズルは、バーナ中心軸に沿って配置されるか、他のノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置され、高燃焼用ノズルと中燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとを備え、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で燃焼量を変化させるバーナであって、高燃焼時には高燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、中燃焼時には中燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、低燃焼時には低燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、中燃焼用ノズルからの噴霧量は、高燃焼用ノズルよりは少ないが低燃焼用ノズルよりは多くなるよう設定され、高燃焼用ノズルは、バーナ中心軸に沿って配置されるか、中燃焼用ノズルおよび低燃焼用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置され、中燃焼用ノズルは、低燃焼用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置されることで、噴霧量の多いノズルほどバーナ中心軸に近くなるよう配置されることを特徴とするバーナである。

請求項１に記載の発明によれば、噴霧量の異なる複数のノズルの内、燃焼段階に応じて択一的に噴霧するノズルを切り替えて、各燃焼段階ではいずれか一本のノズルからのみ燃料が噴霧される。これにより、各ノズルからの燃料や火炎の重なりを防止して、局所的な高温部の発生を防止し、燃焼性を改善することができる。しかも、噴霧量が最大のノズルを、バーナ中心軸に沿って配置するか、他のノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置するので、最大燃焼時における燃焼性を最もよく改善することができる。

請求項１に記載の発明によれば、高燃焼時にも、高燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧するので、低燃焼用ノズルからの噴霧も併用した場合と比較して、燃料や火炎の重なりを防止して、局所的な高温部の発生を防止し、燃焼性を改善することができる。しかも、高燃焼用ノズルを、バーナ中心軸に沿って配置するか、低燃焼用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置するので、高燃焼時における燃焼性を最もよく改善することができる。

請求項１に記載の発明によれば、四位置制御のバーナでも、各燃焼段階でいずれか一本のノズルからのみ燃料を噴霧することで、燃料や火炎の重なりを防止して、局所的な高温部の発生を防止し、燃焼性を改善することができる。しかも、高燃焼用ノズルを、バーナ中心軸に沿って配置するか、他のノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置するので、高燃焼時における燃焼性を最もよく改善することができる。

さらに、請求項２に記載の発明は、円筒状の燃焼室の上部中央に、下方へ向けて前記バーナが設けられ、前記高燃焼用ノズルは、燃焼室中心軸に沿って配置されるか、他のノズルよりも燃焼室中心軸に近くなるよう配置されることを特徴とする請求項１に記載のバーナを備えたボイラである。

請求項２に記載の発明によれば、高燃焼用ノズルを、燃焼室中心軸に沿って配置するか、他のノズルよりも燃焼室中心軸に近くなるよう配置することで、高燃焼時における燃焼性が最もよいボイラを実現することができる。

本発明によれば、各燃焼段階の燃焼性を改善したバーナおよびボイラを実現することができる。

本発明のバーナの一実施例を示す概略縦断面図である。 図１におけるバーナのノズル先端部の拡大図である。 図１におけるIII−III矢視図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のバーナの一実施例を示す概略縦断面図である。また、図２は、図１におけるバーナのノズル先端部の拡大図であり、図３は、図１におけるIII−III矢視図である。

本実施例のバーナ１は、液体燃料を燃焼させるバーナであり、高燃焼用ノズル２と低燃焼用ノズル３との二つのノズルを備える。各ノズル２，３は、それぞれ、ノズルパイプ４，５の先端部にノズルチップ６，７が設けられて構成される。

各ノズル２，３は、それぞれ、軸線を上下方向へ沿って配置され、近接して並列に設けられる。この際、各ノズル２，３のノズルチップ６，７同士は、近接して同一高さに配置される。

低燃焼用ノズル３には、点火装置８が設けられる。具体的には、低燃焼用ノズル３に近接して着火碍子９が設けられ、その下端部の電極１０，１０間にスパークを発生させることで、低燃焼用ノズル３からの噴霧燃料に点火することができる。

各ノズル２，３には、それぞれ、オイルタンク１１からの燃料が、給油路１２を介して供給可能とされる。具体的には、オイルタンク１１からの給油路１２は、燃料ポンプ１３と燃料元弁１４とを介した後、二股に分岐され、一方の給油路１５は高燃焼用燃料弁１６を介して高燃焼用ノズル２に接続され、他方の給油路１７は低燃焼用燃料弁１８を介して低燃焼用ノズル３に接続される。

燃料元弁１４は、ボイラの運転時には開放状態に維持される。従って、燃料ポンプ１３を作動させた状態で高燃焼用燃料弁１６を開くと、高燃焼用ノズル２へ燃料が供給され、そのノズルチップ６から下方へ燃料が略円錐状に噴霧される。一方、燃料ポンプ１３を作動させた状態で低燃焼用燃料弁１８を開くと、低燃焼用ノズル３へ燃料が供給され、そのノズルチップ７から下方へ燃料が略円錐状に噴霧される。

本実施例では、バーナ１は、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で燃焼量を制御されるが、低燃焼時には、低燃焼用ノズル３からのみ燃料を噴霧し、高燃焼時には、低燃焼用ノズル３からは燃料を噴霧せず、高燃焼用ノズル２からのみ燃料を噴霧する。低燃焼用ノズル３と高燃焼用ノズル２との噴霧量（噴霧流量）の比は、典型的には１対２であるが、高燃焼用ノズル２の噴霧量が低燃焼用ノズル３の噴霧量より多い限り、その噴霧量の比は適宜に変更可能である。

バーナ１は、さらに、各ノズル２，３を取り囲むように、整流筒１９とエアレジスタ２０とを備える。整流筒１９とエアレジスタ２０とは、それぞれ円筒状であり、その軸線を上下方向へ沿って配置されると共に、同心円筒状に配置される。そして、各ノズル２，３は、整流筒１９の径方向中央部において、整流筒１９の上部開口から下端部付近まで差し込まれた状態で保持される。これにより、各ノズル２，３を取り囲むように整流筒１９が設けられ、その整流筒１９を取り囲むようにエアレジスタ２０が設けられる。なお、各ノズル２，３の下端部は、整流筒１９およびエアレジスタ２０の下端部よりも若干上方に配置される。また、エアレジスタ２０の上端部は、上方へ行くに従って拡径する逆円錐台状に形成されている。

整流筒１９の下部開口には、バッフル板２１が設けられる。このバッフル板２１は、整流筒１９の下部開口を塞ぐように設けられる邪魔板であるが、図２および図３に示すように、各ノズルチップ６，７および点火装置８の下端部と対応した箇所に開口２２が形成されている。

整流筒１９とエアレジスタ２０との間の円筒状空間の下端部には、所望により空気開口形成板２３が設けられる。本実施例では、円環状の板材からなる空気開口形成板２３が設けられ、この空気開口形成板２３には周方向等間隔に同一形状の複数の開口２４，２４，…が形成されている。複数の開口２４を備える空気開口形成板２３を用いる場合、バーナ１からの火炎を分割させて、火炎の表面積の拡大を図り、放熱による火炎温度の低下により、ＮＯｘの発生を防止することができる。但し、空気開口形成板２３に設ける開口２４の個数や形状は適宜に変更可能である。また、場合により、空気開口形成板２３の設置を省略して、整流筒１９とエアレジスタ２０との間の円筒状空間の全域を開口させてもよい。

バーナ１は、さらに、下方へのみ開口した略円筒状のウィンドボックス２５を備える。ウィンドボックス２５の下部開口付近に設けた円環状の取付板２６に、エアレジスタ２０の外周部に設けたフランジ２７が保持される。これにより、ウィンドボックス２５は、整流筒１９の開口２２、およびエアレジスタ２０の開口２４を介してのみ、下方へ開口する。

ウィンドボックス２５の周側壁上部には、送風機（図示省略）からの空気路２８が接続される。従って、送風機からの空気は、空気路２８およびウィンドボックス２５を介して、整流筒１９およびエアレジスタ２０の各上部開口へ送り込まれる。そして、その空気は、整流筒１９の内側を通りバッフル板２１の開口２２から吐出されると共に、整流筒１９とエアレジスタ２０との間の円筒状空間を通り空気開口形成板２３の開口２４から吐出される。各ノズル２，３から燃料を噴霧して燃焼を図る際には、空気路に設けたダンパ（図示省略）の位置、および／または、送風機の回転数を制御して、燃焼量に応じた量の空気が燃焼用空気として燃焼室内へ送り込まれる。

このようなバーナ１は、ボイラ２９の缶体３０上部に設けられる。この缶体３０は、典型的には、多数の水管を円筒状に配列して構成される。そして、その円筒状の水管列の径方向中央上部に、バーナ１が下方へ向けて設けられる。バーナ１から吐出される燃料は、円筒状の水管列の内側で燃焼を図られる。つまり、円筒状の水管列の内側が、燃焼室として機能する。

本実施例では、高燃焼用ノズル２は、バーナ中心軸Ｘに沿って配置されるか、低燃焼用ノズル３よりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置される。バーナ中心軸Ｘとは、整流筒１９の中心軸であり、また通常、缶体３０や燃焼室の中心軸と一致する。

本実施例のボイラ２９は、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で燃焼量が制御される。この燃焼量の制御は、周知のとおり、ボイラ２９からの蒸気圧に基づき、蒸気の使用負荷を監視して、圧力センサ（圧力スイッチを含む）により行うことができる。

前述したように、本実施例では、高燃焼時には高燃焼用ノズル２からのみ燃料を噴霧し、低燃焼時には低燃焼用ノズル３からのみ燃料を噴霧する。停止状態からボイラ２９を起動させる際には、点火装置８を用いて、低燃焼用ノズル３からの噴霧燃料に点火すればよく、また低燃焼状態から高燃焼状態への移行時には、低燃焼用ノズル３からの噴霧燃料の火炎を高燃焼用ノズル２からの噴霧燃料に移した後、低燃焼用ノズル３からの燃料の噴霧を停止すればよい。

本実施例のバーナ１およびボイラ２９によれば、高燃焼時にも、高燃焼用ノズル２からのみ燃料を噴霧するので、低燃焼用ノズル３からの噴霧も併用した場合と比較して、燃料や火炎の重なりを防止して、局所的な高温部の発生を防止し、燃焼性を改善することができる。しかも、高燃焼用ノズル２を、バーナ中心軸Ｘに沿って配置するか、低燃焼用ノズル３よりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置するので、高燃焼時における燃焼性を最もよく改善することができる。

本発明のバーナ１およびボイラ２９は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、高燃焼用ノズル２と低燃焼用ノズル３との二本のノズルを備えたが、中燃焼用ノズルをさらに備えてもよい。この場合、バーナ１は、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で燃焼量を変化させることになる。中燃焼用ノズルからの噴霧量は、高燃焼用ノズル２よりは少ないが低燃焼用ノズル３よりは多くなるよう設定される。この場合も、高燃焼時には高燃焼用ノズル２からのみ燃料を噴霧し、中燃焼時には中燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、低燃焼時には低燃焼用ノズル３からのみ燃料を噴霧する。そして、高燃焼用ノズル２は、バーナ中心軸Ｘに沿って配置されるか、中燃焼用ノズルおよび低燃焼用ノズル３よりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置される。また、中燃焼用ノズルは、低燃焼用ノズル３と同じかそれよりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置されるのが好ましい。つまり、好ましくは、噴霧量の多いノズルほど、バーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置される。

さらに、ノズルの本数は二本または三本に限らず、それ以上の本数としてもよい。つまり、本発明は、噴霧量の異なる複数のノズルを備え、その内のいずれのノズルから噴霧するかを択一的に切り替えて燃焼量を変更するバーナに適用可能である。そして、噴霧量が最大のノズルを、バーナ中心軸Ｘに沿って配置するか、他のノズルよりもバーナ中心軸Ｘに近くなるよう配置すればよい。

１ バーナ
２ 高燃焼用ノズル
３ 低燃焼用ノズル
１９ 整流筒
２０ エアレジスタ
２９ ボイラ
Ｘ バーナ中心軸

Claims (2)

1. 噴霧量の異なる複数のノズルを備え、その内のいずれのノズルから噴霧するかを択一的に切り替えて燃焼量を変更するバーナであって、
   噴霧量が最大のノズルは、バーナ中心軸に沿って配置されるか、他のノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置され、
   高燃焼用ノズルと中燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとを備え、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で燃焼量を変化させるバーナであって、
   高燃焼時には高燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、中燃焼時には中燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、低燃焼時には低燃焼用ノズルからのみ燃料を噴霧し、
   中燃焼用ノズルからの噴霧量は、高燃焼用ノズルよりは少ないが低燃焼用ノズルよりは多くなるよう設定され、
   高燃焼用ノズルは、バーナ中心軸に沿って配置されるか、中燃焼用ノズルおよび低燃焼用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置され、中燃焼用ノズルは、低燃焼用ノズルよりもバーナ中心軸に近くなるよう配置されることで、噴霧量の多いノズルほどバーナ中心軸に近くなるよう配置される
   ことを特徴とするバーナ。
2. 円筒状の燃焼室の上部中央に、下方へ向けて前記バーナが設けられ、
   前記高燃焼用ノズルは、燃焼室中心軸に沿って配置されるか、他のノズルよりも燃焼室中心軸に近くなるよう配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のバーナを備えたボイラ。

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