音響バーナ

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【発明の名称】	音響バーナ
【発明者】	【氏名】園田圭介【氏名】本田巌【氏名】橋口和明
【要約】	【課題】本発明は、燃焼効率を上げることを課題とする。【解決手段】ガス燃料に一次空気を加えた混合燃料を燃焼反応域２６へ供給する主配管２１と、この主配管２１の外周部に配置され、二次空気を前記燃焼反応域２６へ供給する副配管２７と、前記燃焼反応域２６へ音響を加える音響発振器２２とを具備することを特徴とする音響バーナ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】燃料、あるいは燃料に酸化剤を加えた混合燃料を燃焼反応域へ供給する主配管と、この主配管の外周部に配置され、酸化剤を前記燃焼反応域へ供給する副配管と、前記燃焼反応域へ音響を加える音響発振器とを具備することを特徴とする音響バーナ。
【請求項２】前記音響発振器から前記主配管内を通って燃焼反応域へ音響を加えることを特徴とする請求項１記載の音響バーナ。
【請求項３】前記音響発振器から前記副配管内を通って燃焼反応域へ音響を加えることを特徴とする請求項１記載の音響バーナ。
【請求項４】前記主配管の先端部に噴霧用ノズルを配置し、この噴霧用ノズルから液体燃料を前記燃焼反応域に供給することを特徴とする請求項１記載の音響バーナ。
【請求項５】前記主配管は液体燃料を燃焼反応域側へ供給する第１の配管と噴霧用空気を燃焼反応域側へ供給する第２の配管とからなるとともに、前記第1、第２配管の先端部に噴霧用ノズルを配置し、この噴霧用ノズルから噴霧用空気を混入した液体燃料を前記燃焼反応域に供給することを特徴とする請求項１記載の音響バーナ。
【請求項６】前記主配管の燃焼反応域側に、多数のガス吹出し穴を有した多孔板を配置したことを特徴とする請求項１記載の音響バーナ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス焚、油焚、微粉炭焚等のバーナとして、あるいは燃焼器に使用される音響バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のバーナとしては、例えば主要な配管（主配管）からプロパン等のガス燃料（あるいは微粉炭）に一次空気を加えたものを燃焼反応域に供給するとともに、前記主配管の外周部に該主配管と同心円上に形成された別な配管（副配管）から二次空気をスワラ（旋回ベーン）により旋回させて燃焼反応域に供給して、燃焼を行うものが知られている。
【０００３】こうしたバーナでは、従来、ガス燃料の噴霧の強度、流量を調整したり、スワラによる二次空気の旋回強さを調整したり、あるいはガス燃料の量を調整するなどして、ＮＯｘ，ＣＯ，Ｏ_２等の燃焼生成物の量を制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃料あるいは燃料に酸化剤を加えた混合燃料を燃焼反応域へ供給する主配管と、この主配管の外周部に配置され、酸化剤を前記燃焼反応域へ供給する副配管と、前記燃焼反応域へ音響を加える音響発振器とを有する構成とし、音響発振器から音響を燃焼反応域に加えることにより、燃焼反応域での乱流混合を促進させ、火炎長を調節したり、燃焼生成物の量を制御し燃焼効率を高めることが可能な音響バーナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料、あるいは燃料に酸化剤を加えた混合燃料を燃焼反応域へ供給する主配管と、この主配管の外周部に配置され、酸化剤を前記燃焼反応域へ供給する副配管と、前記燃焼反応域へ音響を加える音響発振器とを具備することを特徴とする音響バーナである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の音響バーナについて詳しく説明する。本発明において、前記音響発振器は、前記主配管あるいは副配管、あるいは主配管又は副配管から分岐する分岐管のいずれに配置しても良い。但し、音響発振器からの音響は燃焼反応域に達し、ここで火炎噴射方向に疎密波を伝播させて、乱流混合層で乱流混合を促進させる必要がある。
【０００７】図８は本発明に係る音響バーナの一例を示すもので、図８（Ａ）は音響バーナの概略図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の要部の説明図を示す。図８（Ａ）に示すように、音響バーナは、主配管２１と、この主配管２１の上端外周部に該主配管２１と同心円上に配置された副配管２７と、主配管２１の一端部（下端部）に配置された音響発振器２２とを有している。ここで、主配管２１の途中からは例えば（プロパン＋一次空気）Ｘが主配管２１の軸方向に沿って燃焼反応域２６に供給され、副配管２７からは図示しない旋回ベーンを経た例えば二次空気Ｙが燃焼反応域２６に供給される。音響発振器から音響を燃焼反応域２６に送って、プロパンを混合した一次空気に振動を与える。これにより、この一次空気の流れが二次空気に対して速くなったり遅くなったりし、乱流混合が促進される。
【０００８】本発明において、主配管から燃焼反応域に供給する燃料としては、例えばプロパン等のガス燃料、微粉炭、あるいは液体燃料が挙げられる。
【０００９】図１は、本発明に係るアクティブ音響燃焼試験装置の一例を示す。
【００１０】図中の付番１は、一端部に音響発生器２を配置した主配管を示す。前記音響発生器２には、増幅器３、周波数変調器４が接続されている。前記主配管１には混合器５が分岐管６を介して接続され、前記混合器５には空気（一次空気）、ＬＰＧ及びＮＨ_３が供給されるようになっている。
【００１１】前記主配管１の他端部には、主配管１と同心上に副配管７が配置され、この副配管７内に二次空気を旋回させる旋回ベーン（スワラ）８が配置されている。前記主配管１及び副配管７は、夫々観察窓９を有した風洞１０に接続されている。
【００１２】前記観察窓９から観察される燃焼反応域（図示せず）には、スパーク電源１１に接続されたイグナイタ１２が配置されている。また、前記風洞１０の下流側には、排ガス成分を計測する排ガス成分計測器１３が配置されている。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の各実施例について図面を参照して説明する。
（実施例１）図２を参照する。図２は、本発明の実施例１に係る音響バーナの例を示す。図中の付番２１は、一端に音響発振器２２が配置された主配管を示す。前記音響発振器２２には、増幅器２３、周波数変調器２４が順次電気的に接続されている。前記主配管２１には分岐管２５が接続され、この分岐管２５より（ガス燃料＋一次空気）が主配管２１を経て燃焼反応域２６へ供給される。前記主配管２１の他端部寄りの外周部には、主配管２１と同心円上の副配管２７が配置されている。この副配管２７の先端には、二次空気を旋回するためのスワラ（旋回ベーン）２８が配置されている。
【００１４】こうした構成のガス焚バーナでは、分岐管２５、主配管２１を順次経た（ガス燃料＋一次空気）の流れと、副配管２７からの旋回された二次空気の流れを燃焼反応域２６に供給し、両者の混合領域に音響発生器２２から主配管２１の軸方向に音響を与える。すなわち、ガス燃料を混合した一次空気に振動を与える。その結果、（ガス燃料＋一次空気）と二次空気との乱流混合層では、一次空気の流れが二次空気に対して速くなったり遅くなったりし、乱流混合が促進される。これにより、火炎長を調整したり、ＮＯｘ、ＣＯ、Ｏ_２等の燃焼生成物を制御することができる。
【００１５】事実、上記実施例１に係る音響バーナを図１の音響燃焼試験装置のようにセットし、例えば下記の燃焼条件及び音響条件で試験をしたところ、下記表１のような結果が得られた。
【００１６】
（燃焼条件）
流量：プロパン（０．２５リットル／ｍｉｎ）一次空気（１．３リットル／ｍｉｎ）二次空気（９．０リットル／ｍｉｎ）流速：予混合（１．０ｍ／ｓ）二次空気（０．４ｍ／ｓ）（音響条件）５５０Ｈｚ、１６．５Ｗ（９９ｄＢ）
【００１７】
【表１】

【００１８】上記表１より、音圧を加えた場合、ＣＯが音圧を加えない通常の燃焼に比べて減少し、逆にＮＯｘは増加することが確認された。また、火炎長に関しては、音圧を加えることにより、２００ｍｍから１４０ｍｍに短くできることが確認された。
【００１９】なお、上記実施例１では、分岐管を経て主配管から（ガス燃料＋一次空気）を供給し、副配管から二次空気を供給する場合について述べたが、これに限らず、分岐管から主配管を経てからガス燃料のみを供給し、副配管から空気を供給する場合でもよい。
【００２０】（実施例２）図３を参照する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例２に係る音響バーナは、実施例１の音響バーナと比べ、主配管２１に分岐管２５から（ガス燃料＋一次空気）の代わりに（微粉炭＋一次空気）を供給する点が異なる。他の構成は同じである。
【００２１】こうした構成の微粉炭焚バーナでは、分岐管２５、主配管２１を順次経た（微粉炭＋一次空気）の流れと、副配管２７からの旋回された二次空気の流れを燃焼反応域２６に供給し、両者の混合領域に音響発生器２２から主配管２１の軸方向に音響を与える。すなわち、微粉炭を混合した一次空気に振動を与える。その結果、（微粉炭＋一次空気）と二次空気との乱流混合層では、（微粉炭＋一次空気）の流れが二次空気に対して速くなったり遅くなったりし、乱流混合が促進され、実施例１と同様な効果が得られる。
【００２２】（実施例３）図４を参照する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例３に係る音響バーナは、実施例１の音響バーナと比べ、音響発振器２２を分岐管２５の一端部に配置すること、及び（微粉炭＋一次空気）を主配管２５の一端側から燃焼反応域２６に供給することが異なる。他の構成は同じである。
【００２３】こうした構成の音響バーナでは、分岐管２５からの（微粉炭＋一次空気）の流れと、副配管２７からの旋回された二次空気の流れを燃焼反応域２６に供給し、両者の混合領域に音響発生器２２から分岐管２５を経て主配管２１の軸方向に音響を与える。すなわち、微粉炭を混合した一次空気に振動を与える。その結果、（微粉炭＋一次空気）と二次空気との乱流混合層では、一次空気の流れが二次空気に対して速くなったり遅くなったりし、乱流混合が促進され、実施例１と同様な効果が得られる。
【００２４】（実施例４）図５を参照する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例４に係る音響バーナは、実施例１の音響バーナと比べ、音響発振器２２を副配管２７の一端部に配置して二次空気に音響を印加すること、及び（ガス燃料＋一次空気）の代わりに（微粉炭＋一次空気）を主配管２５の一端側から燃焼反応域２６に供給することが異なる。他の構成は同じである。
【００２５】こうした構成の音響バーナでは、主配管２１からの（微粉炭＋一次空気）の流れと、副配管２７からの旋回された二次空気の流れを燃焼反応域２６に供給し、両者の混合領域に音響発生器２２から副配管２７を経て主配管２１の軸方向に音響を与える。すなわち、二次空気に振動を与える。その結果、（微粉炭＋一次空気）と二次空気との乱流混合層では、二次空気の流れが微粉炭を混合した一次空気に対して速くなったり遅くなったりし、乱流混合が促進され、実施例１と同様な効果が得られる。
【００２６】（実施例５）図６を参照する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例５に係る音響バーナは、実施例１の音響バーナと比べ、音響発振器２２を副配管２７の一端部に配置して二次空気に音響を印加すること、及び（微粉炭＋一次空気）の代わりに液体燃料を分岐管２９から副配管２７を経て燃焼反応域２６に供給すること、及び主配管２１の他端側に液体燃料噴霧用ノズル３１を設けたことが異なる。他の構成は同じである。
【００２７】こうした構成の音響バーナでは、主配管２１からの液体燃料を前記噴霧用ノズル３１を経て燃焼反応域２６へ供給し、かつ分岐管２９からの旋回された二次空気を燃焼反応域２６に供給し、ここで両者を混合する。液体燃料は、前記噴霧用ノズル３１により圧力を加えて燃焼反応域２６に供給される。そして、この混合領域に音響発生器２２から副配管２７を経て主配管２１の軸方向に音響を与える。すなわち、二次空気に振動を与える。その結果、噴霧用ノズル３１から圧力により噴霧される液体燃料と二次空気との乱流混合層では、この二次空気の流れが液体燃料に対して速くなったり遅くなったりし、乱流混合が促進され、実施例１と同様な効果が得られる。
【００２８】（実施例６）図７を参照する。但し、図２、図６と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例６に係る音響バーナは、実施例１の音響バーナと比べ、音響発振器２２を副配管２７の一端部に配置して二次空気に音響を印加すること、及び（微粉炭＋一次空気）の代わりに液体燃料と噴霧用空気を主配管２５の一端側から燃焼反応域２６に供給すること、及び主配管２１の他端側に液体燃料噴霧用ノズル３１’を設けたことが異なるのみで、他の構成は同じである。ここで、主配管２１は、液体燃料を供給する第１の配管２１ａと、噴霧用空気を供給する第２の配管２１ｂとから構成されている。
【００２９】こうした構成の音響バーナでは、第１の配管２１ａからの液体燃料と第２の配管２１ｂからの噴霧用空気は前記噴霧用ノズル３１’を経て燃焼反応域２６へ供給され、かつ副配管２７からの旋回された二次空気の流れは燃焼反応域２６に供給され、ここで両者が混合される。そして、この混合された領域に音響発生器２２から副配管２７の一端部から主配管２１の軸方向に沿って音響を与える。その結果、（液体燃料＋噴霧空気）と二次空気との乱流混合が促進され、実施例１と同様な効果を有する。
【００３０】なお、以上の実施例では、副配管の先端にスワラ（旋回ベーン）を設置した場合を説明したが、スワラがない場合もありえる。
【００３１】また、上記実施例では、主配管から燃料あるいは燃料に酸化剤を加えた混合燃料が燃焼反応域へ直接あるいは噴霧用ノズルを介して供給される音響バーナの場合について述べたが、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すようにフラットバーナにも適用できる。ここで、図９（Ａ）はフラットバーナの全体図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の一構成部材である多孔板の平面図を示す。
【００３２】多孔板４１は、図９（Ｂ）に示すように平面的にみて略等間隔にガス吹出し部（白ヌキ部）４１ａ，ガス吹出し部（斜線部）４１ｂを有している。ここで、主配管２１の分岐管２１ａから供給された空気は多孔板４１のガス吹出し部４１ａを矢印Ｘのように通過し、副配管２７から供給されたガス燃料は多孔板４１のガス吹出し部４１ｂを矢印Ｙのように通過する（図９（Ａ）参照）。他の構成は上記実施例と同様である。
【００３３】図９のフラットバーナでは、主配管から空気が副配管からガス燃料が供給される場合について述べたが、これに限らず、例えば主配管から二次空気及び副配管から（ガス燃料＋一次空気）が供給される場合、あるいは主配管からガス燃料及び副配管から空気が供給される場合、あるいは主配管から（ガス燃料＋一次空気）及び副配管から二次空気が供給される場合でもよい。
【００３４】こうした構成のフラットバーナによれば、上記実施例と同様に燃焼生成物を制御したり、燃焼効率を上げることができるという利点を有する他、短炎化を実現することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、燃料あるいは燃料に酸化剤を加えた混合燃料を燃焼反応域へ供給する主配管と、この主配管の外周部に配置され、酸化剤を前記燃焼反応域へ供給する副配管と、前記燃焼反応域へ音響を加える音響発振器とを有する構成とし、音響発振器から音響を燃焼反応域に加えることにより、燃焼反応域での乱流混合を促進させ、火炎長を調節したり、燃焼生成物の量を制御して燃焼効率を高めることが可能な音響バーナを提供できる。

【出願人】	【識別番号】０００００６２０８【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】	平成１１年１０月２５日（１９９９．１０．２５）
【代理人】	【識別番号】１０００５８４７９【弁理士】【氏名又は名称】鈴江武彦（外４名）
【公開番号】	特開２００１－１２４３０８（Ｐ２００１－１２４３０８Ａ）
【公開日】	平成１３年５月１１日（２００１．５．１１）
【出願番号】	特願平１１－３０２３８９