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JP7569211B2 - Premixed gas burner - Google Patents
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Description

本発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを予め混合して混合気を形成する予混合装置、及び、予混合装置を備える予混合式ガスバーナに関する。 The present invention relates to a premixing device that premixes fuel gas and combustion air to form a mixture, and a premixed gas burner equipped with a premixing device.

従来、ボイラ等に用いるガスバーナとしてメタルニット(繊維径50μm前後の極細金属繊維の織布で多孔燃焼部を構成する。)等を用いた予混合式ガスバーナが知られている(例えば特許文献1)。 Premix gas burners using metal knit (a porous combustion section made of a woven fabric of ultra-fine metal fibers with a fiber diameter of about 50 μm) have been known for use in boilers and the like (for example, Patent Document 1).

この種の予混合式ガスバーナにおける予混合気の形成は、燃焼用空気通路に設けたガス供給管から燃料ガスを噴射することにより行っているため、燃焼用空気内に燃料ガスを拡散することによる混合が主となり両者の混合状態は不十分である。その混合状態を良好にするために、ディフューザを設けたり、燃料ガスの噴射孔を絞って噴射速度を上げる等の手段を用いて混合を促進させるが、例えば、燃焼用空気通路内の圧力(ボイラの炉内圧力とディフューザ圧損の合計圧力)が1.5kPaを超えてくると、燃料ガスの供給圧が低圧(2.0kPa)の場合に、ガス遮断弁等のガス配管の圧損が0.5kPa程度あるため、燃料ガスを供給できなくなる。 In this type of premixed gas burner, the premix is formed by injecting fuel gas from a gas supply pipe installed in the combustion air passage, so the mixture is mainly caused by diffusing the fuel gas into the combustion air, and the mixture of the two is insufficient. To improve the mixture, a diffuser is installed, or the fuel gas injection hole is narrowed to increase the injection speed, etc., to promote mixing. However, for example, when the pressure in the combustion air passage (the total pressure of the boiler furnace pressure and the diffuser pressure loss) exceeds 1.5 kPa, if the fuel gas supply pressure is low (2.0 kPa), the pressure loss in the gas piping such as the gas shutoff valve is about 0.5 kPa, and the fuel gas cannot be supplied.

そこで、ベンチュリを用いたガス供給管や、ガス供給管を送風機の吸込部に配置するなどの様々な混合装置が提案されている(特許文献2~7)。 Therefore, various mixing devices have been proposed, such as a gas supply pipe using a venturi or a gas supply pipe placed at the intake section of the blower (Patent Documents 2 to 7).

例えば特許文献2には、予混合式ガスバーナに用いられるベンチュリミキサが開示されている。このベンチュリミキサは、ベンチュリスロート部に燃焼用空気を高速で流すと、ベルヌーイの式で示されるように流速の2乗に比例してベンチュリスロート部の静圧が低下する。これに応じてゼロガバナで2次圧を一定に制御された燃料が吸引されるため、燃料ガスの低圧供給が可能となる。ベンチュリスロート部を通過した燃焼用空気と燃料ガスは、混合される。特許文献2では、混合性能の低下を補うために、ベンチュリミキサ出口に設けた燃料ノズルで旋回流を与えて急速混合を図っているが、圧損が増加するため、燃料ガスの吸引力とミキシング力を大きく得るためには、ベンチュリスロート部の流速を上げ、ベンチュリの圧力差を大きくする必要があり、送風機が大型(高静圧)化する。 For example, Patent Document 2 discloses a venturi mixer used in a premix gas burner. When combustion air flows at high speed into the venturi throat, the static pressure of the venturi throat decreases in proportion to the square of the flow velocity, as shown by Bernoulli's equation. In response to this, fuel with a constant secondary pressure controlled by a zero governor is sucked in, making it possible to supply fuel gas at a low pressure. The combustion air and fuel gas that pass through the venturi throat are mixed. In Patent Document 2, in order to compensate for the decrease in mixing performance, a swirling flow is applied by a fuel nozzle provided at the outlet of the venturi mixer to achieve rapid mixing. However, this increases pressure loss, so in order to increase the suction force and mixing force of the fuel gas, it is necessary to increase the flow velocity of the venturi throat and increase the pressure difference of the venturi, which results in a larger blower (higher static pressure).

そこで、特許文献3では、燃料供給管を複数配置することで、ベンチュリスロート部入口で乱流を促進させる構造としているが、燃料供給管が複雑な構造となるため高価になる。 Therefore, in Patent Document 3, multiple fuel supply pipes are arranged to promote turbulence at the inlet of the venturi throat, but the fuel supply pipes have a complex structure and are therefore expensive.

また、特許文献4では、バーナダクトとベンチュリミキサとの間にガス室を形成し、ベンチュリミキサの渦流発生領域に燃料噴出部を配置することにより、渦の巻込み効果により混合を促進させ、均一な予混合気を得るが、燃料種の変更などにより燃料噴出部をカスタマイズする場合、バーナダクトと一体となっているため交換が困難である。 In addition, in Patent Document 4, a gas chamber is formed between the burner duct and the venturi mixer, and the fuel injection part is placed in the vortex generation area of the venturi mixer, promoting mixing through the vortex entrainment effect and obtaining a uniform premixed air-fuel mixture. However, when customizing the fuel injection part by changing the type of fuel, etc., it is difficult to replace it because it is integrated with the burner duct.

また、特許文献2や特許文献4等にも開示されているような従来のベンチュリミキサでは、供給する燃焼用空気の流れに乱れがあると吸引力の低下やミキシングに偏りが生じるため、ベンチュリミキサ前後にある程度の直管部を設けて流れを整流必要があり、コンパクト化には不向きである。 In addition, in conventional venturi mixers such as those disclosed in Patent Documents 2 and 4, turbulence in the flow of the supplied combustion air reduces the suction force and causes uneven mixing, so it is necessary to provide some straight pipe sections before and after the venturi mixer to straighten the flow, which makes them unsuitable for compact design.

そこで、送風機の吸込み側に燃料ガスを供給し、送風機内で燃焼用空気と燃料ガスとを混合するファンミックスタイプの燃料供給装置が提案されている(特許文献5、6)。また、ファンミックスタイプにベンチュリミキサを組み合わせた燃料供給装置も提案されている(特許文献7)。 Therefore, a fan mix type fuel supply device has been proposed in which fuel gas is supplied to the suction side of the blower and the combustion air and fuel gas are mixed inside the blower (Patent Documents 5 and 6). Also, a fuel supply device that combines a fan mix type with a venturi mixer has been proposed (Patent Document 7).

しかしながら、特許文献5~7に開示された燃料供給装置は、送風機内に可燃性ガスが充満しているため、送風機筐体に気密性を持たせる必要があり、ファンミックス専用の高価な送風機となる。また、送風機とバーナとを接続するダクトも可燃性ガスが充満しているため、操作ミス等の何らかの原因で、混合ガスの供給流量が低下して火炎伝播速度を下回ると、ダクト内を火炎が送付機側に伝播(逆火)し非常に危険である。その対策として逆火防止装置や逆火時の安全装置が取り付けられるが、それらも送風機を高価にする要因になっている。 However, in the fuel supply devices disclosed in Patent Documents 5 to 7, the inside of the blower is filled with flammable gas, so the blower housing must be airtight, resulting in an expensive blower dedicated to fan mix. In addition, the duct connecting the blower and burner is also filled with flammable gas, so if the supply flow rate of the mixed gas drops below the flame propagation speed due to some reason such as an operating error, the flame will propagate (backfire) inside the duct to the blower side, which is very dangerous. As a countermeasure, a backfire prevention device and a backfire safety device are installed, but these also contribute to the cost of the blower.

特開2020-34227号公報JP 2020-34227 A 特開平1-111114号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-111114 特表2002-534652号公報Special Publication No. 2002-534652 特許第2950196号明細書Patent No. 2950196 specification 特開平10-318526号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-318526 特開平10-89628号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-89628 特開2017-172815号公報JP 2017-172815 A

本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みて為されたものであり、燃料ガスと燃焼用空気との混合を良好にしつつ、コンパクト化及び低コスト化が可能な予混合措置及び予混合式ガスバーナを提供することを主たる目的とする。 The present invention was made in consideration of the problems in the conventional technology described above, and its main objective is to provide a premixing device and a premixed gas burner that can be made compact and low-cost while improving the mixing of fuel gas and combustion air.

上記目的を達成するため、本発明は、燃料ガスと燃焼用空気と混合させて燃焼させる予混合式ガスバーナの予混合装置であって、ベンチュリ形の本体と、前記本体内に燃料ガスの噴射孔が配置されたガスノズルと、前記本体の入口側に設けられ、前記本体内に供給される燃焼用空気を旋回させる入口側旋回羽根と、前記本体の出口側に設けられ、燃料ガスと燃焼用空気との混合を促進するための出口側旋回羽根と、を備える。 To achieve the above object, the present invention provides a premixing device for a premix gas burner that mixes and burns fuel gas and combustion air, and includes a venturi-shaped main body, a gas nozzle in which fuel gas injection holes are arranged within the main body, inlet-side swirl vanes that are provided on the inlet side of the main body and swirl the combustion air supplied to the main body, and outlet-side swirl vanes that are provided on the outlet side of the main body and promote mixing of the fuel gas and the combustion air.

前記ガスノズルが前記入口側旋回羽根を貫通するように設けられ得る。 The gas nozzle may be provided to penetrate the inlet side swirl vane.

前記入口側旋回羽根は、前記ガスノズルが貫通するガスノズル用中心穴と、前記ガスノズル用中心穴の周囲を囲むように配列された複数の羽根と、を備え得る。 The inlet side swirl vane may include a central hole for the gas nozzle through which the gas nozzle passes, and a number of vanes arranged to surround the central hole for the gas nozzle.

前記入口側旋回羽根と前記出口側旋回羽根は、通過するガスの旋回方法が同じ方向となるように形成され得る。 The inlet side swirl vanes and the outlet side swirl vanes can be configured so that the swirl direction of the passing gas is the same.

前記出口側旋回羽根は、中心に設けられた中心穴と、前記中心穴の周囲を囲むように配列された複数の羽根と、を備え得る。 The outlet swirl vane may have a central hole and a number of vanes arranged around the central hole.

前記中心穴の開口面積は、前記本体内の流路断面積の5%~80%の割合で形成され得る。 The opening area of the central hole can be formed at a ratio of 5% to 80% of the cross-sectional area of the flow passage within the main body.

前記本体は、先窄まり状の先細部と、前記先細部に連設された筒状のスロート部と、前記スロート部に連設された末広がり状の末広部と、を備えることができ、前記ガスノズルは、前記本体の軸線上に位置するとともに、前記噴射孔が前記スロート部内に配設され得る。 The main body may have a tapered portion that narrows at the tip, a cylindrical throat portion connected to the tapered portion, and a divergent portion connected to the throat portion, and the gas nozzle may be located on the axis of the main body, and the injection hole may be disposed within the throat portion.

燃焼用空気を送る送風機が前記本体と併設され、前記本体の軸方向において、前記本体の外寸が前記送風機の外寸より小さく設定され得る。 A blower for blowing combustion air is provided alongside the main body, and the external dimensions of the main body in the axial direction of the main body can be set smaller than the external dimensions of the blower.

前記ガスノズルに送る燃料ガスの流量を調節するガスダンパと、前記送風機から前記本体に送る燃焼用空気の流量を調節するエアダンパと、前記ガスダンパ及び前記エアダンパを制御するコントロールモータと、を更に備え得る。 The device may further include a gas damper that adjusts the flow rate of fuel gas sent to the gas nozzle, an air damper that adjusts the flow rate of combustion air sent from the blower to the main body, and a control motor that controls the gas damper and the air damper.

前記入口側旋回羽根は着脱可能に設けられ得る。 The inlet side swirl vanes can be detachably installed.

前記出口側旋回羽根は着脱可能に設けられ得る。 The outlet side swirl vanes can be provided removably.

前記ガスノズルは着脱可能に設けられ得る。 The gas nozzle can be removable.

燃焼用空気を送る送風機が接続されたウインドボックスを更に備え、前記ウインドボックスは、取り外し可能又は開閉可能な側板を備えるとともに、前記ウインドボックス内に前記ガスノズル及び入口側旋回羽根が取り外し可能に取り付けられ得る。 The system further includes a wind box connected to a blower that supplies air for combustion, the wind box having a removable or openable side panel, and the gas nozzle and inlet side swirl vanes can be removably attached within the wind box.

また、本発明に係る予混合式ガスバーナは、本発明に係る上記予混合装置と、該予混合装置の出口側に接続されたバーナヘッドと、を備える。 The premix gas burner according to the present invention also includes the premixing device according to the present invention and a burner head connected to the outlet side of the premixing device.

本発明に係る予混合式ガスバーナの予混合装置は、ベンチュリ形の本体の入口側と出口側とに旋回羽根を設けたことにより、コンパクトなベンチュリミキサで良好な混合が得られる。 The premixing device of the premix gas burner of the present invention provides good mixing in a compact venturi mixer by providing swirl vanes on the inlet and outlet sides of the venturi-shaped main body.

本発明に係る予混合装置を備える予混合式ガスバーナの一実施形態を示す側面図である。1 is a side view showing an embodiment of a premixed gas burner equipped with a premixing device according to the present invention. 図1のII-II線に沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. ガスノズルの他の実施形態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of a gas nozzle. 図1の予混合式ガスバーナ2の要部を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the premix gas burner 2 of FIG. 1. 図4の分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of FIG. 4 . 図4の部分切欠き斜視図である。FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of FIG. 4 . 速度分布を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a velocity distribution. 図8(a)は先混合式バーナを装着したボイラを示し、図8(b)は本発明に係る予混合装置を備える予混合式バーナを装着したボイラの一例を示す断面図である。FIG. 8(a) shows a boiler equipped with a premixing burner, and FIG. 8(b) is a cross-sectional view showing an example of a boiler equipped with a premixing burner having a premixing device according to the present invention. シミュレーション解析による実施例の速度-流線図である。11 is a velocity-streamline diagram of an embodiment based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例1の速度-流線図である。FIG. 11 is a velocity-streamline diagram of Comparative Example 1 based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の速度-流線図である。FIG. 11 is a velocity-streamline diagram of Comparative Example 2 based on a simulation analysis. シミュレーション解析による実施例の速度-ベクトル図(中心垂直断面)である。13 is a velocity-vector diagram (central vertical cross section) of an embodiment according to a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例1の速度-ベクトル図(中心垂直断面)である。13 is a velocity-vector diagram (central vertical cross section) of Comparative Example 1 based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の速度-ベクトル図(中心垂直断面)である。13 is a velocity-vector diagram (central vertical cross section) of Comparative Example 2 obtained by simulation analysis. シミュレーション解析による実施例の速度-コンター図(中心垂直断面)である。FIG. 13 is a velocity contour diagram (central vertical cross section) of an embodiment based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例1の速度-コンター図(中心垂直断面)である。1 is a velocity-contour diagram (central vertical cross section) of Comparative Example 1 based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の速度-コンター図(中心垂直断面)である。FIG. 13 is a velocity-contour diagram (central vertical cross section) of Comparative Example 2 based on a simulation analysis. シミュレーション解析による実施例の乱流エネルギーの解析図である。FIG. 13 is an analysis diagram of turbulent energy in an embodiment based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の乱流エネルギーの解析図である。FIG. 11 is an analysis diagram of turbulent energy in Comparative Example 2 by simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の乱流エネルギーの解析図である。FIG. 11 is an analysis diagram of turbulent energy in Comparative Example 2 by simulation analysis. シミュレーション解析による実施例の密度分布を示す解析図である。FIG. 13 is an analytical diagram showing density distribution in an embodiment based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例1の密度分布を示す解析図である。FIG. 13 is an analytical diagram showing density distribution of Comparative Example 1 by simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の密度分布を示す解析図である。FIG. 13 is an analytical diagram showing density distribution of Comparative Example 2 by simulation analysis. シミュレーション解析による実施例の圧力分布を示す解析図である。FIG. 11 is an analytical diagram showing pressure distribution in an embodiment based on a simulation analysis. シミュレーション解析による比較例1の圧力分布を示す解析図である。FIG. 13 is an analytical diagram showing pressure distribution in Comparative Example 1 by simulation analysis. シミュレーション解析による比較例2の圧力分布を示す解析図である。FIG. 11 is an analytical diagram showing pressure distribution in Comparative Example 2 by simulation analysis. 実機を用いた実施例と比較例2の燃焼性能試験結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of a combustion performance test of an example and a comparative example 2 using an actual machine. 図5に示す出口側旋回羽根の正面図である。FIG. 6 is a front view of the outlet side swirl vane shown in FIG. 5 . 出口側旋回羽根の中心穴が流路断面積に占める面積割合のパターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a pattern of the area ratio of the center hole of the outlet side swirl vane to the flow passage cross-sectional area.

本発明の実施形態について、以下に図1~図29を参照しつつ説明する。なお、全図及び全実施形態を通じ、同一又は類似の構成要素に同符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to Figures 1 to 29. Note that the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout all figures and embodiments.

図1は本発明に係る予混合装置1を備える予混合式ガスバーナ2の一実施形態を示す側面図、図2は図1のII-II線に沿う断面図、図3は、ガスノズルの他の実施形態を示す断面図、図4は図1の予混合式ガスバーナ2の要部を示す斜視図、図5は図4の分解斜視図、図6は図4の部分切欠き斜視図である。 Figure 1 is a side view showing one embodiment of a premixed gas burner 2 equipped with a premixing device 1 according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in Figure 1, Figure 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of a gas nozzle, Figure 4 is a perspective view showing a main part of the premixed gas burner 2 in Figure 1, Figure 5 is an exploded perspective view of Figure 4, and Figure 6 is a partially cutaway perspective view of Figure 4.

予混合装置1は、流路が途中で絞られたベンチュリ形の本体3と、本体3内に燃料ガスFの噴射孔4aが配置されたガスノズル4と、本体3の入口側に設けられて本体3に流入する燃焼用空気Aに旋回流を発生させるための入口側旋回羽根5と、本体3の出口側に設けられて本体3内から流出する燃料ガスFと燃焼用空気Aとの混合を促進するための出口側旋回羽根6と、を備える。入口側旋回羽根5と出口側旋回羽根6は、通過するガスの旋回方法が同じ方向となるように形成されている。 The premixing device 1 comprises a venturi-shaped main body 3 with a narrowed flow path, a gas nozzle 4 with fuel gas F injection holes 4a arranged inside the main body 3, an inlet-side swirl vane 5 provided on the inlet side of the main body 3 to generate a swirling flow in the combustion air A flowing into the main body 3, and an outlet-side swirl vane 6 provided on the outlet side of the main body 3 to promote mixing of the fuel gas F and the combustion air A flowing out from the main body 3. The inlet-side swirl vane 5 and the outlet-side swirl vane 6 are formed so that the swirling direction of the gas passing through them is the same.

本体3は、先窄まり状の先細部3aと、先細部3aに連設された筒状のスロート部3bと、スロート部3bに連設された末広がり状の末広部3cと、を備えている。先細部3aと末広部3cとは、図示例に於いては円錐台形状に形成されている。図示例においてスロート部3bは、好適には軸線X方向に一定の長さを有する筒状に形成されているが、軸線X方向に殆ど長さを有さない形態(先細部に末広部が直結されている形態)とすることもできる。 The main body 3 has a tapered portion 3a that narrows at the tip, a cylindrical throat portion 3b connected to the tapered portion 3a, and a divergent portion 3c connected to the throat portion 3b. In the illustrated example, the tapered portion 3a and the divergent portion 3c are formed into a truncated cone shape. In the illustrated example, the throat portion 3b is preferably formed into a cylindrical shape having a certain length in the direction of the axis X, but it can also be formed in a shape that has almost no length in the direction of the axis X (a shape in which the divergent portion is directly connected to the tapered portion).

本体3の先細部3aは、燃焼用空気の通路の一部をなすウインドボックス7に取り付けられている。ウインドボックス7は、一側面に送風機8が接続され、他の一側面に燃料ガスFの供給路9が接続されている。 The tapered portion 3a of the main body 3 is attached to a wind box 7 that forms part of the combustion air passage. The wind box 7 has a blower 8 connected to one side and a supply path 9 for fuel gas F connected to the other side.

送風機8からウインドボックス7に供給される燃焼用空気Aの通路8a内にエアダンパ10が設けられている。エアダンパ10の開度調節により、通路8a内を流れる燃焼用空気Aの流量が調節される。燃料ガスFの供給路9内にもガスダンパ11が設けられている。ガスダンパ11の開度調節により、供給路9内を流れる燃料ガスFの流量が調節される。エアダンパ10とガスダンパ11とは、コントロールモータCM(図8(b))により夫々の開度が制御されることにより、開度が微調整される。図8(b)に示す例のコントロールモータCMは、リンク装置L1,L2を介して、コントロールモータCMの動きをエアダンパ10及びガスダンパ11に伝達するようになっている。コントロールモータCMに対するエアダンパ10及びガスダンパ11の各々の開度は、予めリンク装置を調整することにより設定され得る。 An air damper 10 is provided in the passage 8a for the combustion air A supplied from the blower 8 to the wind box 7. The flow rate of the combustion air A flowing through the passage 8a is adjusted by adjusting the opening of the air damper 10. A gas damper 11 is also provided in the supply passage 9 for the fuel gas F. The flow rate of the fuel gas F flowing through the supply passage 9 is adjusted by adjusting the opening of the gas damper 11. The opening of the air damper 10 and the gas damper 11 are finely adjusted by controlling the respective openings of the air damper 10 and the gas damper 11 with a control motor CM (FIG. 8(b)). The control motor CM in the example shown in FIG. 8(b) transmits the movement of the control motor CM to the air damper 10 and the gas damper 11 via link devices L1 and L2. The opening of each of the air damper 10 and the gas damper 11 relative to the control motor CM can be set in advance by adjusting the link device.

なお、燃料ガスと燃焼用空気の各流量調整は、図示例に代えて、他の公知の調整手段により調整することができる。例えば、エアダンパとガスダンパの其々を別個のコントロールモータで制御することもできる。或いは、ガスダンパに代えて、燃焼用空気と燃料ガスの各圧力を検出して比例制御する空燃比例制御弁を用いて燃料ガスの流量を制御(調整)することもできる。或いは、エアダンパに代えて、送風機をインバータ制御することにより燃焼用空気流量を制御することもできる。 The flow rate of the fuel gas and the combustion air can be adjusted by other known adjustment means instead of the illustrated example. For example, the air damper and the gas damper can be controlled by separate control motors. Alternatively, instead of the gas damper, the flow rate of the fuel gas can be controlled (adjusted) using an air-fuel proportional control valve that detects the pressures of the combustion air and the fuel gas and controls them proportionally. Alternatively, instead of the air damper, the flow rate of the combustion air can be controlled by inverter controlling the blower.

ガスダンパ11が内蔵された供給路9の下流側にガスノズル4が接続されている。ガスノズル4は、ウインドボックス7内から本体3の軸線Xに沿って入口側旋回羽根5を貫通するようにして本体3内に延びている。 The gas nozzle 4 is connected to the downstream side of the supply passage 9, which has a built-in gas damper 11. The gas nozzle 4 extends from inside the wind box 7 into the main body 3 along the axis X of the main body 3, penetrating the inlet side swirl vane 5.

図2に示すガスノズル4は、軸線X方向に向けて開口する噴射孔4aが形成されている。ガスノズル4は、図3に示すように、噴射孔4aが放射状に複数形成されているタイプでもよい。 The gas nozzle 4 shown in FIG. 2 has an injection hole 4a that opens toward the axis X. The gas nozzle 4 may be a type in which multiple injection holes 4a are formed radially, as shown in FIG. 3.

ベンチュリ形の本体3の内部は、流路断面積が小さくなるに従って、即ち流路が狭くなるに従って、流速が増すととともに圧力が低下する。本体3内で流速が増し圧力が下がった燃焼用空気は、ガスノズル4の噴射孔4aから燃料ガスを吸引する。好ましくは、図2に示すように、噴射孔4aは、流路断面積が最も小さくなるスロート部3bに配置される。 Inside the Venturi-shaped main body 3, as the cross-sectional area of the flow path becomes smaller, i.e., as the flow path becomes narrower, the flow rate increases and the pressure decreases. The combustion air, whose flow rate increases and pressure decreases within the main body 3, draws in fuel gas from the injection hole 4a of the gas nozzle 4. As shown in FIG. 2, the injection hole 4a is preferably located in the throat portion 3b where the cross-sectional area of the flow path is the smallest.

ウインドボックス7は、先細部3aが接続される側板7aに、ウインドボックス7の内部と本体3の内部とを連通する開口部7a1(図5)が形成されている。入口側旋回羽根5は、側板7aの内側にビス等の固定手段により取り外し可能に取り付けられる。図示例の入口側旋回羽根5は、リング状の外枠5aと、リング状の内枠5bと、外枠5aと内枠5bとの間に連結され環状に並べて配置された複数の羽板5cと、を備えている。外枠5aには、螺子留め用の鍔5dが形成されている。内枠5bの内側が、ガスノズル4が貫通するガスノズル用中心穴5eとなっており、ガスノズル用中心穴5eにガスノズル4が嵌入される。複数の羽根5cは、ガスノズル用中心穴5eの周囲を囲むように配列されている。入口側旋回羽根5は、図示例に代えて、例えば、先細部3aに取り付ける構成とすることもできる。 The wind box 7 has an opening 7a1 (FIG. 5) formed in the side plate 7a to which the tapered portion 3a is connected, which communicates the inside of the wind box 7 with the inside of the main body 3. The inlet side swirl vane 5 is removably attached to the inside of the side plate 7a by a fixing means such as a screw. The inlet side swirl vane 5 in the illustrated example includes a ring-shaped outer frame 5a, a ring-shaped inner frame 5b, and a plurality of vanes 5c connected between the outer frame 5a and the inner frame 5b and arranged in a ring shape. The outer frame 5a is formed with a flange 5d for screw fastening. The inside of the inner frame 5b is a gas nozzle center hole 5e through which the gas nozzle 4 passes, and the gas nozzle 4 is inserted into the gas nozzle center hole 5e. The plurality of vanes 5c are arranged to surround the periphery of the gas nozzle center hole 5e. Instead of the illustrated example, the inlet side swirl vane 5 can also be configured to be attached to the tapered portion 3a, for example.

ガスノズル4が入口側旋回羽根5を貫通するように構成されることにより、ウインドボックス7に供給された燃焼用空気Aは、入口側旋回羽根5を通過して本体3に流入するとともに、ガスノズル4の周囲を旋回する旋回流を形成する。ガスノズル4は、ウインドボックス7の側板7cにビス等の固定手段(図示せず。)により着脱可能に取り付けられている。 The gas nozzle 4 is configured to penetrate the inlet swirl vane 5, so that the combustion air A supplied to the wind box 7 passes through the inlet swirl vane 5 and flows into the main body 3, forming a swirling flow that swirls around the gas nozzle 4. The gas nozzle 4 is detachably attached to the side plate 7c of the wind box 7 by a fixing means (not shown) such as a screw.

ウインドボックス7は、開口部7a1が形成された側板7aと対向する側の側板7bが、ビス等の固定手段(図示せず。)により着脱可能に取り付けられている。側板7bを取り外すことにより、ガスノズル4を側板7cから取り外し、入口側旋回羽根5を側板7aから取り外すことができる。それにより、別のガスノズル4或いは入口側旋回羽根5との交換が容易になり、入口側旋回羽根5やガスノズル4のカスタマイズが容易となる。側板7bは、例えば、一側辺に丁番等を設けて開閉可能に構成することもできる。 The wind box 7 has a side plate 7b, which is opposite the side plate 7a in which the opening 7a1 is formed, attached removably by a fixing means such as a screw (not shown). By removing the side plate 7b, the gas nozzle 4 can be removed from the side plate 7c, and the inlet side swirl vane 5 can be removed from the side plate 7a. This makes it easy to replace the gas nozzle 4 or inlet side swirl vane 5 with a different one, and makes it easy to customize the inlet side swirl vane 5 and gas nozzle 4. The side plate 7b can also be configured to be openable and closable, for example, by providing a hinge or the like on one side.

図示例の出口側旋回羽根6は、末広部3cの出口側に取り付けられている。出口側旋回羽根6は、リング状の外枠6aと、リング状の内枠6bと、外枠6aと内枠6bとの間に連結され環状に並べて配置された複数の羽板6cと、を備えている。内枠6bによって出口側旋回羽根6の中心に中心穴6dが形成され、中心穴6dを囲むようにして中心穴6dの周囲に複数の羽根6cが円周方向に配列されている。外枠6aには、ビス等を通す固定用孔6e(図28)が形成される。 The outlet side swirl vane 6 in the illustrated example is attached to the outlet side of the divergent portion 3c. The outlet side swirl vane 6 comprises a ring-shaped outer frame 6a, a ring-shaped inner frame 6b, and a number of vanes 6c connected between the outer frame 6a and the inner frame 6b and arranged in a ring shape. A central hole 6d is formed in the center of the outlet side swirl vane 6 by the inner frame 6b, and a number of vanes 6c are arranged in the circumferential direction around the central hole 6d so as to surround the central hole 6d. The outer frame 6a is formed with fixing holes 6e (Figure 28) for passing screws or the like.

予混合式ガスバーナ2は、末広部3cの出口側に接続されたバーナヘッド12を備えている。バーナヘッド12は、金属製筒体12aに公知のメタルニット12bを備えることができる。
The premix gas burner 2 includes a burner head 12 connected to the outlet side of the divergent portion 3c. The burner head 12 can include a known metal knit 12b in a metallic cylindrical body 12a.

バーナヘッド12は、ビス等の固定手段(図示せず。)により、末広部3cに着脱可能に取り付けられている。また、出口側旋回羽根6も、ビス等の固定手段(図示せず。)により、末広部3cに着脱可能に取り付けられている。それにより、バーナヘッド12を末広部3cから取り外し、出口側旋回羽根6を取り外せば、別の出口側旋回羽根6との交換が容易になっている。 The burner head 12 is removably attached to the divergent portion 3c by a fixing means such as a screw (not shown). The outlet side swirl vanes 6 are also removably attached to the divergent portion 3c by a fixing means such as a screw (not shown). This makes it easy to remove the burner head 12 from the divergent portion 3c and remove the outlet side swirl vanes 6 to replace them with other outlet side swirl vanes 6.

上記構成の予混合装置を備える予混合式ガスバーナ2においては、送風機8から供給される燃焼用空気Aは、エアダンパ10によって風量を調整されてウインドボックス7に導入される。ウインドボックス7に導入された燃焼用空気Aは、ガスノズル4周囲を囲む入口側旋回羽根5に入り、入口側旋回羽根5により軸線X回りの旋回力が加えられ、本体3の入口側から先細部3aを経てスロート部3bへ導かれる。燃焼用空気Aは、スロート部で流速が増すことにより流速の2乗に比例してスロート部3b内の静圧が低下し、それによってスロート部3b内に配置された噴射孔4aより燃料ガスFを吸引する。 In the premix gas burner 2 equipped with the premixing device of the above configuration, the combustion air A supplied from the blower 8 is adjusted in volume by the air damper 10 and introduced into the wind box 7. The combustion air A introduced into the wind box 7 enters the inlet side swirl vanes 5 surrounding the gas nozzle 4, and is subjected to a swirling force about the axis X by the inlet side swirl vanes 5, leading it from the inlet side of the main body 3 through the tapered portion 3a to the throat portion 3b. As the flow velocity of the combustion air A increases in the throat portion, the static pressure in the throat portion 3b decreases in proportion to the square of the flow velocity, and as a result, the fuel gas F is sucked in through the injection holes 4a arranged in the throat portion 3b.

燃焼用空気Aは、軸線X回りに旋回しながらスロート部3bを通過するため、この旋回力によりガスの吸引力が旋回羽根を備えない通常のベンチュリ構造よりも増す。スロート部3bで燃料ガスFを吸引した燃焼用空気Aは、旋回しながら末広部3cで混合する。 Because the combustion air A passes through the throat section 3b while swirling around the axis X, this swirling force increases the gas suction force compared to a normal venturi structure without swirling blades. The combustion air A that has sucked in the fuel gas F at the throat section 3b mixes with the fuel gas F at the divergent section 3c while swirling.

旋回羽根を備えない通常のベンチュリ構造を備える予混合式ガスバーナの場合、図7(a)に示すような速度分布を示し、管壁付近の流れは管壁との摩擦によって、次第に速度エネルギーを失い、圧力の逆勾配によって起こる逆流により流れは管壁から剥離し、混合が促進される。一方、入口側旋回羽根を設けて出口側旋回羽根を設けない場合、図7(b)に示すような速度分布を示し、強い旋回流が管壁付近を流れ、本体3の中心側に圧力の逆勾配による逆流が生じるため、管壁での流れの剥離が生じず混合し難くなる傾向にある。そこで、本体3の出口側に出口側旋回羽根6を設けることで、管壁近傍で生じている旋回流を促進させながら、かつ本体3の中心側への流れをつくることで、末広部3c内の乱流エネルギーを促進させ均等な混合状態を得ることができる。本体3の中心側への流れは、出口側旋回羽根6の中心穴6dを設けることにより、いっそう促進され得る。 In the case of a premix gas burner with a normal venturi structure without swirl vanes, the velocity distribution is as shown in Figure 7 (a), and the flow near the tube wall gradually loses velocity energy due to friction with the tube wall, and the flow separates from the tube wall due to the backflow caused by the reverse pressure gradient, promoting mixing. On the other hand, when the inlet side swirl vanes are provided but the outlet side swirl vanes are not provided, the velocity distribution is as shown in Figure 7 (b), and a strong swirl flow flows near the tube wall, and a backflow occurs due to the reverse pressure gradient on the center side of the main body 3, so that the flow does not separate at the tube wall and tends to be difficult to mix. Therefore, by providing the outlet side swirl vanes 6 on the outlet side of the main body 3, the swirl flow generated near the tube wall is promoted while creating a flow toward the center of the main body 3, and the turbulent energy in the divergent part 3c can be promoted and a uniform mixed state can be obtained. The flow toward the center of the main body 3 can be further promoted by providing a center hole 6d of the outlet side swirl vanes 6.

旋回羽根を備えない通常のベンチュリ構造の場合、ベンチュリ構造体の前後にある程度の直管部を設けて燃焼用空気を整流する必要があるが、本発明の場合、図1に示すようにベンチュリ形の本体3の上流側直近に曲がりがあるような空気通路形状であってもベンチュリの性能は殆ど変化しない。ベンチュリ形の本体3の前後に直管部を設けなくてもよい分、装置の配置の自由度が増す。 In the case of a normal venturi structure without swirl vanes, it is necessary to provide some straight pipe sections before and after the venturi structure to straighten the combustion air, but in the case of the present invention, the performance of the venturi is hardly changed even if the air passage shape has a bend immediately upstream of the venturi-shaped main body 3 as shown in Figure 1. Since there is no need to provide straight pipe sections before and after the venturi-shaped main body 3, there is more freedom in the arrangement of the device.

入口側旋回羽根5により、噴射孔4aからの燃料ガスの吸引、及び、燃料ガスと燃焼用空気との混合が良好になるため、ベンチュリ形の本体3はコンパクトに設計できる。例えば、図1に示すように、ベンチュリ形の本体3の軸方向長さLは、送風機8のケーシング寸法Kの範囲に入る寸法で設計できる。そのため、図8(a)は先混合式バーナを装着したボイラを示し、図8(b)は本発明の予混合装置を備える予混合式バーナを装着したボイラを示している。図8(a)、(b)に示すように、同出力の送風機8を備える先混合式バーナと比較してもボイラが大型化することはない。なお、図8に示すボイラは、いわゆる真空式温水発生機であり、符号13は火炉、符号14は減圧蒸気室、符号15は熱媒水、符号16は水管、符号17は煙室、符号18は温水Wが流通する熱交換管を其々示している。 The inlet side swirl vane 5 improves the suction of fuel gas from the injection hole 4a and the mixing of fuel gas and combustion air, so the venturi-shaped body 3 can be designed compactly. For example, as shown in FIG. 1, the axial length L of the venturi-shaped body 3 can be designed to be within the range of the casing dimension K of the blower 8. Therefore, FIG. 8(a) shows a boiler equipped with a premixing burner, and FIG. 8(b) shows a boiler equipped with a premixing burner equipped with the premixing device of the present invention. As shown in FIGS. 8(a) and (b), the boiler does not become larger in size compared to a premixing burner equipped with a blower 8 of the same output. The boiler shown in FIG. 8 is a so-called vacuum hot water generator, and reference numeral 13 indicates a furnace, reference numeral 14 indicates a reduced pressure steam chamber, reference numeral 15 indicates heat transfer water, reference numeral 16 indicates a water tube, reference numeral 17 indicates a smoke chamber, and reference numeral 18 indicates a heat exchange tube through which hot water W flows.

ベンチュリ原理により燃料ガスと燃焼用空気との混合を適切な割合にすることは、スロート部3bの内径や噴射孔4aの孔径等を微調整する必要があるため困難である。また、送風機8の出力を変化させて燃焼量を変更した場合、燃料ガスと燃焼用空気との混合割合は一定に保つことが困難である。即ち、送風機の出力が大きい場合に比して送風機の出力が小さい場合、ベンチュリ形の本体3の内壁面において発生する境界層剥離の影響が大きくなり、ベンチュリ形の本体3に導入される燃焼用空気の流量係数が低下する。流量係数が変化すると空気比を一定に保つことができないため、流量係数の変化に応じて燃料ガスの供給圧力を調整しなければならない。そこで、コントロールモータ11によってガスダンパ11とエアダンパ10の夫々の開度を制御することにより、燃料ガスと燃焼用空気の混合割合の微調整を可能にする。 It is difficult to achieve an appropriate ratio of fuel gas and combustion air by the Venturi principle because it is necessary to fine-tune the inner diameter of the throat portion 3b and the hole diameter of the injection hole 4a. In addition, when the output of the blower 8 is changed to change the amount of combustion, it is difficult to maintain a constant mixture ratio of fuel gas and combustion air. That is, when the output of the blower is small compared to when the output of the blower is large, the effect of boundary layer separation occurring on the inner wall surface of the Venturi-shaped main body 3 becomes large, and the flow coefficient of the combustion air introduced into the Venturi-shaped main body 3 decreases. If the flow coefficient changes, the air ratio cannot be kept constant, so the supply pressure of the fuel gas must be adjusted according to the change in the flow coefficient. Therefore, by controlling the opening of the gas damper 11 and the air damper 10 with the control motor 11, it is possible to fine-tune the mixture ratio of fuel gas and combustion air.

コントロールモータ11によってガスダンパ11とエアダンパ10の開度を微調整することにより、予混合式バーナ専用の特殊な送風機(ファンミックス)やゼロガバナを必要とせず、先混合バーナと同じ部品で構成できるため安価にできる。 By finely adjusting the opening of the gas damper 11 and air damper 10 using the control motor 11, it is possible to eliminate the need for a special blower (fan mix) or zero governor specifically for premixed burners, and it can be constructed using the same parts as premixed burners, making it inexpensive.

実施例及び比較例を挙げて、数値流体力学(CFD)シミュレーションと実機を用いた燃焼性能試験とにより、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明は、各例によって、限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail using examples and comparative examples, computational fluid dynamics (CFD) simulations, and combustion performance tests using actual equipment. However, the present invention is not limited to these examples.

実施例及び比較例の基本条件は、図8(b)に示す真空式温水発生機(出力930kw)の定格運転とし、空気流量1223m(N)/時(空気入口流速18.4m/秒)、メタンガス流量86.6m(N)/時(ガス入口流速8.2m/秒)、炉内圧力(バーナ出力圧力)870Paとした。 The basic conditions for the examples and comparative examples were rated operation of the vacuum hot water generator (output 930 kW) shown in Figure 8 (b), with an air flow rate of 1,223 m3 (N)/hour (air inlet flow velocity 18.4 m/sec), a methane gas flow rate of 86.6 m3 (N)/hour (gas inlet flow velocity 8.2 m/sec), and a furnace pressure (burner output pressure) of 870 Pa.

実施例は、図1、図2に示す構成の予混合式バーナとした。比較例1は、実施例の構成から出口側旋回羽根を省いた構成の予混合式バーナとした。比較例2は、実施例の構成から入口側旋回羽根と出口側旋回羽根を省いた予混合式バーナとした。 The embodiment was a premixed burner with the configuration shown in Figures 1 and 2. Comparative Example 1 was a premixed burner with the configuration of the embodiment omitting the outlet swirl vanes. Comparative Example 2 was a premixed burner with the configuration of the embodiment omitting the inlet and outlet swirl vanes.

図9~図11は数値流体力学(CFD)シミュレーションによる速度-流線図を示しており、図9は実施例、図10は比較例1、図11は比較例2を示す。図9の実施例は、図10の比較例1,図11の比較例2に比べて、より強い旋回流が発生していることが判る。 Figures 9 to 11 show velocity-streamline diagrams based on computational fluid dynamics (CFD) simulations, with Figure 9 showing the embodiment, Figure 10 showing Comparative Example 1, and Figure 11 showing Comparative Example 2. It can be seen that the embodiment in Figure 9 generates a stronger swirling flow than Comparative Example 1 in Figure 10 and Comparative Example 2 in Figure 11.

図12~図14は数値流体力学(CFD)シミュレーションによる速度-ベクトル図(中心垂直断面)を示し、図15~図17は、数値流体力学(CFD)シミュレーションによる速度-コンター図(中心垂直断面)を示している。図12及び図15は実施例、図13及び図16は比較例1、図14及び図17は比較例2を、それぞれ示している。図14及び図17の比較例2は、ウインドボックス7へ供給される燃焼用空気の流れ方向の影響を受けて、ベンチュリ形の本体3を通過した後、バーナヘッド12内では速度分布に偏りが生じている。図14及び図16の比較例1は、図14及び図17の比較例2のような大きな偏りは無いが、末広部3cからバーナヘッド12にかけて管壁近傍の流れが速く、バーナヘッド12の速度分布が不均一である。一方、図12及び図15の実施例は、ベンチュリ形の本体3の末広部3c内(出口側旋回羽根6の一次側)において、圧力の逆勾配による逆流が完了し、且つ管壁近傍の流れが出口側旋回羽根6によりベンチュリ形の本体3の中心側へ誘導、整流されるため、バーナヘッド12内での速度分布に偏りが無くなっていることが判る。 Figures 12 to 14 show velocity vector diagrams (central vertical cross section) by computational fluid dynamics (CFD) simulation, and Figures 15 to 17 show velocity contour diagrams (central vertical cross section) by computational fluid dynamics (CFD) simulation. Figures 12 and 15 show an embodiment, Figures 13 and 16 show Comparative Example 1, and Figures 14 and 17 show Comparative Example 2. In Comparative Example 2 in Figures 14 and 17, the velocity distribution is biased in the burner head 12 after passing through the venturi-shaped main body 3 due to the influence of the flow direction of the combustion air supplied to the wind box 7. Comparative Example 1 in Figures 14 and 16 does not have a large bias like Comparative Example 2 in Figures 14 and 17, but the flow near the tube wall is fast from the divergent portion 3c to the burner head 12, and the velocity distribution in the burner head 12 is non-uniform. On the other hand, in the embodiments of Figures 12 and 15, the reverse flow due to the reverse pressure gradient is completed in the divergent portion 3c of the venturi-shaped body 3 (the primary side of the outlet swirl vanes 6), and the flow near the tube wall is guided and rectified by the outlet swirl vanes 6 toward the center of the venturi-shaped body 3, so it can be seen that there is no bias in the velocity distribution in the burner head 12.

図18~図20は、数値流体力学(CFD)シミュレーションによる乱流エネルギーの解析結果を示している。図18は実施例、図19は比較例1、図20は比較例2を其々示す。比較例1(図19)は、比較例2(図20)に比べて、ベンチュリ形の本体3内の乱流エネルギーが明らかに大きくなっているが、その範囲はバーナヘッド12にまたがっているため、混合完了までに時間を要していると推察できる。それに対して、実施例(図18)では、乱流エネルギーはベンチュリ形の本体3の末広部3cで大きな値を示し、バーナヘッド12内で小さな値となっている。これは、末広部3cで混合が促進され、混合完了までの時間が比較例1に比べて短くなっていると推察される。 Figures 18 to 20 show the results of turbulent energy analysis by computational fluid dynamics (CFD) simulation. Figure 18 shows the Example, Figure 19 shows Comparative Example 1, and Figure 20 shows Comparative Example 2. In Comparative Example 1 (Figure 19), the turbulent energy in the venturi-shaped body 3 is clearly greater than in Comparative Example 2 (Figure 20), but since this range spans the burner head 12, it can be inferred that it takes time to complete mixing. In contrast, in the Example (Figure 18), the turbulent energy shows a large value in the divergent portion 3c of the venturi-shaped body 3 and a small value inside the burner head 12. This is inferred to be because mixing is promoted in the divergent portion 3c, and the time to complete mixing is shorter than in Comparative Example 1.

図21~図23は、数値流体力学(CFD)シミュレーションによる密度分布を示している。比較例2(図23)では、バーナヘッド12内の速度分布(図14参照)に偏りがあるため、流速が速い領域の混合が悪くなっていることが判る。比較例1(図22)では、比較例2に比べて密度分布は均一化が図れているが、バーナヘッド12に入る前に混合が完了していない。実施例(図21)では、バーナヘッド12に入る前にほぼ混合が完了していることが判る。 Figures 21 to 23 show density distributions based on computational fluid dynamics (CFD) simulations. In Comparative Example 2 (Figure 23), there is a bias in the velocity distribution (see Figure 14) inside the burner head 12, which shows that mixing in areas with high flow rates is poor. In Comparative Example 1 (Figure 22), the density distribution is more uniform than in Comparative Example 2, but mixing is not completed before entering the burner head 12. In the Example (Figure 21), it can be seen that mixing is almost completed before entering the burner head 12.

図24~図26は、数値流体力学(CFD)シミュレーションによる圧力分布を示す。実施例(図24)では、スロート部3bで速い旋回流が発生しているため、ガスノズル4内が負圧となり、燃料ガスの吸引力が増している。また、実施例(図24)は、比較例1(図25)と比べると、出口側旋回羽根6を備えることにより、感覚的には圧力損失が増大すると思われるが、出口側旋回羽根6の整流作用によりウインドボックス7内の圧力がほぼ変わっていないことが判る。実機試験では、出口側旋回羽根6を備えている方がウインドボックス7内の圧力が低下しているデータが得られている。これは、圧力の逆勾配によって起こる逆流が出口側旋回羽根6の一次側で完了することにより、整流されたコンパクトな循環流を形成しているためと考えられる。 Figures 24 to 26 show pressure distributions based on computational fluid dynamics (CFD) simulations. In the example (Figure 24), a fast swirling flow occurs at the throat 3b, creating negative pressure inside the gas nozzle 4 and increasing the suction force of the fuel gas. In addition, compared to Comparative Example 1 (Figure 25), the example (Figure 24) has outlet swirl vanes 6, which may seem to increase pressure loss, but it can be seen that the pressure inside the wind box 7 remains almost unchanged due to the straightening action of the outlet swirl vanes 6. In actual machine testing, data was obtained showing that the pressure inside the wind box 7 is lower when the outlet swirl vanes 6 are provided. This is thought to be because the backflow caused by the reverse pressure gradient is completed on the primary side of the outlet swirl vanes 6, forming a straightened, compact circulating flow.

上記実施例と比較例2とについて、実機を用いて排ガス成分を測定する燃焼性能試験を行った。燃焼性能試験結果を図27のグラフに示す。図27のグラフは、燃焼排ガス中のNOx濃度とCO濃度を測定した結果を示している。図27より、比較例2では、燃料ガスと燃焼用空気との混合が不完全なため、燃焼に偏りが生じ不安定な燃焼状態となり、不完全燃焼の指標であるCOが大量に発生していることが判る。一方、実施例では、燃料ガスと燃焼用空気との混合が良好なためCOの発生が抑えられ、且つNOx値も低下し、メタルニットバーナの本来の性能を発揮している。このことから、実施例1は比較例2よりも良好な燃焼が得られていることが判り、燃料ガスと燃焼用空気との良好な混合が達成されていると考えられる。 A combustion performance test was conducted to measure the exhaust gas components using an actual machine for the above Example and Comparative Example 2. The results of the combustion performance test are shown in the graph in Figure 27. The graph in Figure 27 shows the results of measuring the NOx concentration and CO concentration in the combustion exhaust gas. From Figure 27, it can be seen that in Comparative Example 2, the fuel gas and the combustion air are incompletely mixed, which causes the combustion to become unbalanced, resulting in an unstable combustion state and the generation of a large amount of CO, which is an indicator of incomplete combustion. On the other hand, in the Example, the fuel gas and the combustion air are well mixed, so the generation of CO is suppressed and the NOx value is also reduced, demonstrating the inherent performance of the metal knit burner. From this, it can be seen that Example 1 has better combustion than Comparative Example 2, and it is considered that good mixing of the fuel gas and the combustion air has been achieved.

次に、出口側旋回羽根6について行った実験について説明する。図28は、図5に示す出口側旋回羽根6の正面図である。出口側旋回羽根6は、出口側旋回羽根6の中心、即ち内枠6bの内側に、中心穴6dが形成されており、中心穴6dの周りに複数の羽根6cが円周方向に並べて配列されている。羽根6cは、ねじり起点部6fで外枠6a及び内枠6bと連結されている。ねじり起点部6fを捻じり加工することにより、羽根6cが外枠6a及び内枠6bに対して傾斜させられる。ねじり起点部6fは羽根6cの長さ方向の一端側に偏った位置に設けられ、ねじり起点部6fに対して羽根6cの長い方の部分が末広部3cのテーパー面に沿うように形成されている。 Next, an experiment conducted on the outlet side swirl vane 6 will be described. Figure 28 is a front view of the outlet side swirl vane 6 shown in Figure 5. The outlet side swirl vane 6 has a central hole 6d formed at the center of the outlet side swirl vane 6, i.e., inside the inner frame 6b, and a plurality of vanes 6c are arranged in the circumferential direction around the central hole 6d. The vane 6c is connected to the outer frame 6a and the inner frame 6b at the twist origin 6f. By twisting the twist origin 6f, the vane 6c is inclined relative to the outer frame 6a and the inner frame 6b. The twist origin 6f is provided at a position biased toward one end of the vane 6c in the length direction, and the longer part of the vane 6c is formed to follow the tapered surface of the divergent portion 3c relative to the twist origin 6f.

出口側旋回羽根6の中心穴6dの大きさ即ち中心穴6dの開口面積が流路断面積に対する割合(開口面積比率)を、図29に示すように複数のパターン(a)~(e)で上記と同様の燃焼性能試験を実施した。図29において、ハッチング(斜線)の内側の空隙が中心穴6dに相当する部分であり、各パターンの下部の数字は前記開口面積比率を示している。試験の結果、前記開口面積比率が5%以上のいずれのパターン((b)~(e))でもNOxおよびCOの発生が抑制され、良好な燃焼性能が得られた。そして、パータン(a)~(e)では、中心穴6dの前記開口面積比率が大きいほど燃焼状態が良好であった。一方、図13及び図16の比較例1のシミュレーション結果を参照すると、出口側旋回羽根が無い場合には管壁近傍に速い流れ(15m/s以上)があり、この早い流れが存在する範囲に出口側旋回羽根を設けないと、出口側旋回羽根による中心側への流れ及び旋回流の促進効果が限定的となるため、中心穴6dの開口面積比率を80%以下とすることが望ましい。そのため、出口側旋回羽根6は、前記開口面積比率が好適には5%~80%となるように構成され得る。 As shown in Figure 29, the size of the central hole 6d of the outlet side swirl vane 6, i.e., the ratio of the opening area of the central hole 6d to the cross-sectional area of the flow passage (opening area ratio), was changed to multiple patterns (a) to (e). In Figure 29, the gap inside the hatching (diagonal lines) corresponds to the central hole 6d, and the numbers at the bottom of each pattern indicate the opening area ratio. As a result of the test, the generation of NOx and CO was suppressed in all patterns ((b) to (e)) where the opening area ratio was 5% or more, and good combustion performance was obtained. Furthermore, in patterns (a) to (e), the larger the opening area ratio of the central hole 6d, the better the combustion state. On the other hand, referring to the simulation results of Comparative Example 1 in Figures 13 and 16, when there is no outlet side swirl vane, there is a fast flow (15 m/s or more) near the pipe wall, and unless the outlet side swirl vane is provided in the area where this fast flow exists, the effect of the outlet side swirl vane in promoting the flow toward the center and the swirling flow is limited, so it is desirable to set the opening area ratio of the center hole 6d to 80% or less. Therefore, the outlet side swirl vane 6 can be configured so that the opening area ratio is preferably 5% to 80%.

出口側旋回羽根6を設けることにより、ウインドボックス内の圧力損失が低下するため、送風機に余力ができ、燃焼範囲(Oの上限)が広がる。また、図29に示す何れのパターンでも定格運転におけるCOの発生率はほぼ同じであったが、中間負荷(75~20%)での運転においてはCOの抑制が確認された。一般に、中間負荷での運転では、流速が遅くなるため燃料ガスと燃焼用空気との混合が悪くなりCOが発生しやすくなる傾向があるが、出口側旋回羽根6によるCO発生抑制効果が顕著に現れた。 By providing the outlet side swirl vanes 6, the pressure loss in the wind box is reduced, which creates spare capacity for the blower and expands the combustion range (upper limit of O2 ). In addition, the CO generation rate at rated operation was almost the same in all patterns shown in Figure 29, but CO suppression was confirmed in operation at medium load (75-20%). In general, in operation at medium load, the flow rate is slow, which leads to poor mixing of the fuel gas and the combustion air, making it easier for CO to be generated, but the effect of suppressing CO generation by the outlet side swirl vanes 6 was remarkable.

本発明は、上記実施形態に限定解釈されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The present invention should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

1 予混合装置
2 予混合式バーナ
3 本体
3a 先細部
3b スロート部
3c 末広部
4 ガスノズル
4a 噴射孔
5 入口側旋回羽根
5c 羽根
5e ガスノズル用中心穴
6 出口側旋回羽根
6c 羽根
6d 中心穴
8 送風機
10 エアダンパ
11 ガスダンパ
CM コントロールモータ
Reference Signs List 1 Premixing device 2 Premixing burner 3 Body 3a Tapered section 3b Throat section 3c Divergent section 4 Gas nozzle 4a Injection hole 5 Inlet side swirl vane 5c Vanes 5e Gas nozzle central hole 6 Outlet side swirl vane 6c Vanes 6d Central hole 8 Blower 10 Air damper 11 Gas damper CM Control motor

Claims (8)

燃料ガスと燃焼用空気と混合させて燃焼させる予混合式ガスバーナの予混合装置と、
前記予混合装置の出口側に接続されたバーナヘッドと、を備え
前記予混合装置は、
ベンチュリ形の本体と、
前記本体内に燃料ガスの噴射孔が配置されたガスノズルと、
前記本体の入口側に設けられ、前記本体内に供給される燃焼用空気を旋回させる入口側旋回羽根と、
前記本体の出口側に設けられ、燃料ガスと燃焼用空気との混合を促進するための出口側旋回羽根と、
を備え
前記本体は、先窄まり状の先細部と、前記先細部に連設され筒状のスロート部と、前記スロート部に連設された末広がり状の末広部と、を備え、
前記ガスノズルは、前記入口側旋回羽根を貫通するように設けられ、前記本体の軸線上に位置するとともに、前記噴射孔が前記スロート部内に配設され、
前記入口側旋回羽根は、前記ガスノズルが貫通するガスノズル用中心穴と、前記ガスノズル用中心穴の周囲を囲むように配列された複数の羽根と、を備え、
前記出口側旋回羽根は、中心に設けられた中心穴と、前記中心穴の周囲を囲み、通過するガスが前記入口側旋回羽根と同じ方向に旋回するように配列された複数の羽根と、を備え、
前記バーナヘッドは、前記末広部の出口側に接続されて前記末広部と連通する金属筒体と、前記金属筒体と連通する筒状のメタルニットとを有する、
予混合式ガスバーナ
A premixing device for a premix gas burner that mixes fuel gas and combustion air and burns the mixture ;
a burner head connected to an outlet side of the premixing device ;
The premixing device comprises:
A venturi-shaped body;
a gas nozzle having a fuel gas injection hole disposed within the body;
an inlet side swirl vane provided on an inlet side of the main body for swirling the combustion air supplied into the main body;
an outlet side swirl vane provided on the outlet side of the main body for promoting mixing of the fuel gas and the combustion air;
Equipped with
The main body includes a tapered portion that narrows toward the tip, a cylindrical throat portion that is connected to the tapered portion, and a divergent portion that is connected to the throat portion,
the gas nozzle is provided to penetrate the inlet side swirl vane, is located on the axis of the main body, and the injection hole is disposed within the throat portion;
the inlet side swirl vane includes a gas nozzle central hole through which the gas nozzle passes, and a plurality of vanes arranged to surround the gas nozzle central hole,
The outlet side swirl vane includes a central hole provided at the center, and a plurality of vanes surrounding the central hole and arranged so that gas passing through the central hole swirls in the same direction as the inlet side swirl vane,
The burner head includes a metal cylinder connected to an outlet side of the divergent portion and communicating with the divergent portion, and a tubular metal knit communicating with the metal cylinder.
Premix gas burner .
前記中心穴の開口面積は、前記本体内の流路断面積の5%~80%の割合で形成されている、請求項に記載の予混合式ガスバーナ 2. The premix gas burner according to claim 1 , wherein an opening area of said central hole is formed at a ratio of 5% to 80% of a flow passage cross-sectional area within said body. 燃焼用空気を送る送風機が前記本体と併設され、前記本体の軸方向において、前記本体の外寸が前記送風機の外寸より小さく設定されている、請求項1又は2に記載の予混合式ガスバーナ 3. A premix gas burner as claimed in claim 1 or 2 , wherein a blower for blowing combustion air is provided in tandem with said main body, and the outer dimensions of said main body in the axial direction of said main body are set smaller than the outer dimensions of said blower . 前記ガスノズルに送る燃料ガスの流量を調節するガスダンパと、前記送風機から前記本体に送る燃焼用空気の流量を調節するエアダンパと、前記ガスダンパ及び前記エアダンパを制御するコントロールモータと、を更に備える、請求項に記載の予混合式ガスバーナ 4. The premixed gas burner according to claim 3, further comprising: a gas damper for adjusting the flow rate of fuel gas sent to the gas nozzle ; an air damper for adjusting the flow rate of combustion air sent from the blower to the main body; and a control motor for controlling the gas damper and the air damper . 前記入口側旋回羽根が着脱可能に設けられている、請求項1~の何れかに記載の予混合式ガスバーナ 5. The premix gas burner according to claim 1, wherein the inlet side swirl vane is detachably provided. 前記出口側旋回羽根が着脱可能に設けられている、請求項1~の何れかに記載の予混合式ガスバーナ 6. The premix gas burner according to claim 1, wherein the outlet side swirl vane is detachably provided. 前記ガスノズルが着脱可能に設けられている、請求項1~の何れかに記載の予混合式ガスバーナ 7. The premix gas burner according to claim 1, wherein the gas nozzle is detachably provided. 燃焼用空気を送る送風機が接続されたウインドボックスを更に備え、
前記ウインドボックスは、取り外し可能又は開閉可能な側板を備えるとともに、前記ウインドボックス内に前記ガスノズル及び入口側旋回羽根が取り外し可能に取り付けられている、請求項1に記載の予混合式ガスバーナ
A wind box is further provided to which a blower for blowing combustion air is connected,
2. The premix gas burner according to claim 1, wherein the wind box has a removable or openable side plate, and the gas nozzle and the inlet side swirl vane are removably attached within the wind box.
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