バーナおよびボイラ
【課題】 装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質の低減を実現可能な、バーナを提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、複数の流体Ｏ１，Ｗ１を混合して噴出する燃料噴出部１０１と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部１４７とを備えたバーナ１００であって、前記燃料噴出部１０１が、添加流体導入部１４０と燃料導入部１３０とを有し、前記燃料導入部１３０にて導入される燃料Ｏ１の導入圧力によって、前記添加流体導入部１４０を介して導入される添加流体Ｗ１が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【解決手段】 本発明は、複数の流体Ｏ１，Ｗ１を混合して噴出する燃料噴出部１０１と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部１４７とを備えたバーナ１００であって、前記燃料噴出部１０１が、添加流体導入部１４０と燃料導入部１３０とを有し、前記燃料導入部１３０にて導入される燃料Ｏ１の導入圧力によって、前記添加流体導入部１４０を介して導入される添加流体Ｗ１が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナおよびボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境保護のために、ボイラやガスタービン等の燃焼装置から排出される燃焼ガス（排ガス）中の窒素酸化物（ＮＯｘ）については、その低減が求められている。そのため、我国においては、種々の低ＮＯｘ化技術の開発が進められている。
【０００３】
上述した低ＮＯｘ化技術の一つとして、例えば、エマルジョン燃料を用いた燃焼方法が知られている。これは、液体燃料に水を添加してエマルジョン燃料を構成し、このエマルジョン燃料を燃焼させる方法であり、この方法によれば、燃焼排ガス中のＮＯｘや煤塵を低減することができる。
【０００４】
一般に、エマルジョン燃料を構成する場合には、液体燃料と水とを混合させるためのミキシング装置が必要となる（例えば、特許文献１参照）。つまり、エマルジョン燃料を用いたバーナ等を用いた燃焼装置を構成する場合には、通常、バーナ（を構成する燃料噴出部）の上流側に、スクリューや攪拌翼等を備えたミキシング装置が設けられている。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術によれば、ミキシング装置が必要となることから、装置全体が大型化すると共に、消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、上記従来技術によれば、液体燃料と水とを混合させるためのミキシング装置が燃料噴出部から離れた位置に設けられているため、燃焼停止時にミキシング装置と燃料噴出部との間の配管内で液体燃料と水とが分離して、種々の不具合が発生するという問題があった。例えば、燃焼停止後の再着火時に分離した水が多量に噴出されて、着火が不安定になるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１５７２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナ（エマルジョン燃料を用いたバーナ）を提供することを課題とする。また、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、上述したバーナを用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、前記燃料噴出部が複数の流体を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、前記添加流体は、前記燃料の導入圧力によって前記燃料噴出部内に導入されるため、前記添加流体を供給するポンプ圧力を低減することができる。したがって、このような構成によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【００１１】
さらに、このような構成によれば、上記の通り、ミキシング装置を必要とせず、前記燃料噴出部にて流体を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で前記液体燃料と前記添加流体とが分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【００１２】
また、このような構成によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【００１３】
以上のように、このような構成によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部と空気導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
このような構成によれば、前記燃料噴出部が複数の流体を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、前記添加流体は、前記燃料の導入圧力によって前記燃料噴出部内に導入されるため、前記添加流体を供給するポンプ圧力を低減することができる。したがって、このような構成によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【００１６】
また、このような構成によれば、上記の通り、ミキシング装置を必要とせず、前記燃料噴出部にて流体を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で液体燃料と水とが分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【００１７】
さらに、このような構成によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【００１８】
また、このような構成によれば、前記燃料噴出部が三流体（添加流体、燃料、空気）を混合して噴出すべく構成されており、この際、前記燃料の導入圧力にて前記添加流体が前記燃料噴出部内に導入され混合されている。つまり、前記燃料に前記添加流体が添加されてから前記空気との混合処理がなされる。このような構成であれば、前記燃料の近くに前記添加流体が存在することとなって、火炎を効果的に冷却することができるため、ＮＯｘ低減の効果を高めることができる。仮に、前記空気側に前記添加流体を添加すると、ＮＯｘ低減効果が弱く、前記添加流体の添加量を増やす必要があるため（ＮＯｘ低減効果を高めるためには）、ボイラ効率も低下することとなる。すなわち、このような構成によれば、前記三流体を混合する際に、前記燃料の近くに前記添加流体を存在させることによって、少ない前記添加流体を用いて火炎冷却効果を高めて低ＮＯｘ化を図ると共に、ボイラ効率の低下も防ぐことができる。
【００１９】
さらに、このような構成によれば、前記燃料と前記添加流体に加えて、前記空気も混合されるため、前記空気により前記燃料等の微粒化が行われる。したがって、このような構成によれば、前記空気を混合させない場合と比較して、より少ない前記添加流体によって効果的な低ＮＯｘ化を実現できる。さらに、このように、前記燃料等の微粒化が行われることから、低煤塵化および低ＣＯ化も実現することができる。
【００２０】
以上のように、このような構成によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。
【００２１】
また、本発明にかかるバーナにおいては、前記添加流体として、水、エタノールおよびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体が用いられる構成が好ましい。
【００２２】
さらに、本発明にかかるバーナにおいては、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられている構成が好ましい。
【００２３】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、前記燃料（エマルジョン燃料）と前記燃焼用空気とが対応付けて噴出されるため、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態が良好となり、前記バーナにおける低煤塵化および低ＣＯ化を図ることができる。また、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態が良好となることから、前記燃料として液体燃料を用いる場合には、火炎が気化燃焼状態に近づくため、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態が良好となることから、前記バーナを効率的に燃焼させることが可能となるため、燃焼室の小型化、延いては缶体の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明にかかるバーナにおいては、前記空気噴出部から噴出される前記燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、前記燃料が噴出される構成であることが好ましい。
【００２５】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態を良好とすることが可能となって、上述したように、低煤塵化、低ＮＯｘ化、および缶体の小型化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明にかかるバーナにおいては、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部が複数設けられている構成（後述する「燃料を噴出する噴出孔が複数設けられている構成」も含む）が好ましい。
【００２７】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、複数の前記空気噴出部（前記燃焼用空気）と前記燃料噴出部（前記燃料（エマルジョン燃料））とが一対一に対応して構成され、分割火炎が形成されることとなる。したがって、このような構成によれば、上述した効果に加え、分割火炎による低ＮＯｘ化も図ることができる。
【００２８】
また、本発明にかかるバーナにおいては、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部には前記燃料を噴出する噴出孔が複数設けられている構成が好ましい。
【００２９】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、複数の前記空気噴出部（前記燃料用空気）と前記噴出孔（前記燃料（エマルジョン燃料））とが一対一に対応して構成され、上記と同様に分割火炎が形成されることとなる。したがって、このような構成によれば、上述した効果に加え、分割火炎による低ＮＯｘ化も図ることができる。
【００３０】
さらに、本発明にかかるバーナにおいては、それぞれの前記空気噴出部が、空気の噴出方向を制御するガイド部と、噴出される空気を拡散させる拡散部とを有する構成であることが好ましい。
【００３１】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、前記空気噴出部が前記ガイド部を有するため、缶体の構成（ガス流路の位置等）に応じて火炎（ガス）の流れを制御し、有害物質の低減化（低煤塵化、低ＮＯｘ化）を図ることができる。また、前記空気噴出部が前記拡散部を有するため、前記燃料と前記燃焼用空気とを効果的に混合させて、低煤塵化を図ることができる。このような構成（拡散部を有する構成）によれば、前記燃料噴出部から噴出される燃料と空気とのミキシング状態を一部分不均一にすることができる。つまり、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、拡散部によって一部意図的に不均一なミキシング状態を形成するため、かかるバーナを用いて構成されたボイラは、缶体内のガス温度を低下させ、ＮＯｘ値の低減化を図ることができる。また、このような構成によれば、前記ガイド部を有することにより、前記燃焼用空気を集束させて前記燃料に対し高速で接触させることが可能となるため、火炎の燃焼状態が気化燃焼に近づき、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、前記ガイド部を設けて噴出される前記空気の流速を高めることにより、前記ガイド部周辺のガスを巻き込むこととなるため（自己再循環の状態となるため）、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記バーナが上述したいずれかの構成を有するバーナであることを特徴としている。
【００３３】
このような構成にかかるボイラによれば、上述した種々の効果を発揮し得るバーナが搭載されているため、有害物質の低減化等を効果的に実現可能なボイラを得ることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。また、本発明によれば、上述したバーナを用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。
【００３６】
本明細書において、単に「ガス」と称する場合、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃焼ガスと称することもできる。つまり、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの両方を有する場合、燃焼反応中のガスのみを有する場合、あるいは燃焼反応が完了したガスのみを有する場合の、いずれをも含む概念である。以下、特に説明しない場合は同様の概念である。
【００３７】
また、排ガスとは、燃焼反応が完了または殆ど完了したガスを意味する。さらに、特に説明しない場合は、排ガスとは、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガス、および缶体内にて循環するガスの両方あるいはいずれかを意味するものとする。
【００３８】
また、ガス温度は、特に説明しない限り、燃焼反応中のガスの温度を意味し、燃焼温度あるいは燃焼火炎温度と同義である。さらに、ガス温度の抑制とは、ガス（燃焼火炎）温度の最高値を低く抑えることを意味する。なお、通常、燃焼反応は、上述した「燃焼反応が完了したガス」中においても極微量であるが継続しているので、「燃焼反応の完了」とは、燃焼反応の１００％完結を意味するものではない。
【００３９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４０】
まず、本実施形態の第一態様にかかるバーナは、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００４１】
また、本実施形態の第二態様にかかるバーナは、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部と空気導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００４２】
さらに、本実施形態の第三態様にかかるバーナは、第一態様または第二態様の構成において、前記添加流体として、水、エタノールおよびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体が用いられることを特徴としている。
【００４３】
また、本実施形態の第四態様にかかるバーナは、第一態様から第三態様のいずれかの構成において、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられていることを特徴としている。
【００４４】
さらに、本実施形態の第五態様にかかるバーナは、第四態様の構成において、前記空気噴出部から噴出される前記燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、前記燃料が噴出されることを特徴としている。
【００４５】
また、本実施形態の第六態様にかかるバーナは、第四態様または第五態様の構成において、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部が複数設けられていることを特徴としている。
【００４６】
さらに、本実施形態の第七態様にかかるバーナは、第四態様または第五態様の構成において、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部には前記燃料を噴出する噴出孔が複数設けられていることを特徴としている。
【００４７】
また、本実施形態の第八態様にかかるバーナは、第六態様または第七態様の構成において、それぞれの前記空気噴出部が、空気の噴出方向を制御するガイド部と、噴出される空気を拡散させる拡散部とを有することを特徴としている。
【００４８】
さらに、本実施形態の第九態様にかかるボイラは、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、このバーナが第一態様から第八態様のいずれかにかかるバーナであることを特徴としている。
【００４９】
＜第一実施例＞
以下、図面に基づき、本発明の第一実施例にかかるボイラについて説明する。
【００５０】
図１は、本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図２は、図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図３は、図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図４は、図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００５１】
図１等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ１００とを用いて構成されており、バーナ１００上方位置には、燃焼用空気をバーナ１００に供給する、ウインドボックス７０が設けられている。
【００５２】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路８０が形成されている。
【００５３】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００５４】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路８０に導くべく機能する。
【００５５】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００５６】
また、各外側水管３１間に連接された第二縦ヒレ部３４は、図１に示すように、缶体１０の内壁上方部に設けられた断熱材との間に所定の空間を有するべく設けられており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この第二縦ヒレ部３４の上方に形成された空間（第二縦ヒレ部３４と上部断熱材との間に形成された空間）が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路８０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路８０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００５７】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａの上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。より具体的には、環状ガス流路８０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路８０側に、複数の平板状の第一フィン２３（平板状のフィン）が設けられている。
【００５８】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。より具体的には、環状ガス流路８０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路８０側に、複数の平板状の第二フィン３３（平板状のフィン）が設けられている。
【００５９】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。
【００６０】
図５および図６は、本実施例にかかるボイラに設けられたバーナの概略図を示したものである。ここで、図５は、本実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示し、図６は、図５に示したバーナの下面図を示している。
【００６１】
本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ１００は、このバーナ１００に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス７０内の隔壁７１に設置されている（図１、図５参照）。具体的には、バーナ１００を構成する載置板１４１を隔壁７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板１４１を隔壁７１に締結することによって、バーナ１００をウインドボックス７０内の隔壁７１に設置している。なお、本実施例においては、ウインドボックス７０内に空気を供給する送風機の構成は、周知の技術であるため省略している。
【００６２】
本実施例にかかるバーナ１００は、図５および図６に示すように、混合燃料（複数の流体を混合して得られる燃料であって、詳細は後述する。）を噴霧する燃料噴出部１０１と、この燃料噴出部１０１近傍にその先端が位置すべく設けられた着火器（図示省略）と、ウインドボックス７０からの空気を燃料噴出部１０１から噴霧（噴出）される混合燃料に供給するために設けられた空気供給経路（一次空気供給用の第一空気供給経路１４４，二次空気供給用の第二空気供給経路１４５）と、第一空気供給経路１４４から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる中央空気噴出部１４６と、第二空気供給経路１４５から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる複数の周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）とを用いて構成されている。
【００６３】
本実施例にかかる燃料噴出部１０１には、その先端部にノズルチップ１１０が設けられている。このノズルチップ１１０には、混合燃料を噴出する複数（本実施例においては六つ）の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）が設けられている。本実施例にかかる燃料噴出部１０１においては、噴霧される液体燃料の圧力を調整することによって、ボイラにおける燃焼負荷を制御している。すなわち、必要とされるボイラの燃料量に対応して、燃料噴出部１０１に送られる液体燃料等の供給圧力が調整され、このように圧力調整された液体燃料等から成る混合燃料が、六つの噴出孔１１３Ａ〜１１３Ｆから缶体１０の燃焼室１６内に噴霧される。
【００６４】
上述したように、本実施例にかかるバーナ１００は、燃料噴出部１０１（複数の流体を混合して噴出（噴霧）する燃料噴出部）と周囲空気噴出部１４７（空気噴出部）等とを用いて構成されており、この燃料噴出部１０１は、液体燃料Ｏ１を導入する燃料導入部１３０と、添加流体Ｗ１を導入する添加流体導入部１４０と、これらの導入部１３０，１４０にて導入された流体をミキシングする混合部１２０と、この混合部１２０にて構成された混合燃料を噴霧するノズルチップ１１０とを用いて構成されている。
【００６５】
混合部１２０は、エゼクタノズルにて構成されており、燃料導入部１３０を介して導入された液体燃料Ｏ１の導入圧力によって、添加流体導入部１４０を介して導入される添加流体Ｗ１が混合部１２０に引き込まれるべく機能する。燃料導入部１３０および添加流体導入部１４０の上流側には、それぞれの流体を混合部１２０側へ供給する供給ポンプ（図示省略）が設けられているが、本実施例においては、上述の通り、混合部１２０がエゼクタ構造を有し、液体燃料Ｏ１によって添加流体Ｗ１が引き込まれるため、添加流体Ｗ１側に設けられる供給ポンプ動力（供給圧力）は小さくすることが可能となる。
【００６６】
また、本実施例においては、添加流体Ｗ１として、水、エタノール、およびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体を用いることが好ましい。したがって、ここで用いられる添加流体Ｗ１は、水単体でもよいし、水とエタノール（あるいはバイオエタノール）との水溶液等でもよい。
【００６７】
バーナ１００を構成する第一空気供給経路１４４は、燃料噴出部１０１の外側に設けられた第一筒部材１５４を用いて構成されており、第二空気供給経路１４５は、第一筒部材１５４を用いて構成されている。つまり、第一筒部材１５４の内側領域が第一空気供給経路１４４として機能し、第一筒部材１５４と第二筒部材１５５との間に形成される領域が第二空気供給経路１４５として機能する。第二筒部材１５５の上端部には、上方へ行くに従い外方へ拡開する拡開部１５５Ａが形成されている。このような形状を有する拡開部１５５Ａが設けられているのは、ウインドボックス７０から供給された空気が、第二空気供給経路１４５内の横断面方向に均一に流れるようにするためである。仮に、この拡開部１５５Ａを設けないとすれば、空気流が第二筒部材１５５の内壁に付着して流れてしまい、第二空気供給経路１４５内の横断面方向に均一に流れない。
【００６８】
第一筒部材１５４の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、中央空気噴出部１４６が穿孔された第一空気供給板１５６が設けられており、ウインドボックス７０から供給された空気は、この中央空気噴出部１４６を介して、燃焼室１６側に噴出される。また、第二筒部材１５５の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、複数の周囲空気噴出部１４７が設けられた第二空気供給板１５７が設けられており、ウインドボックス７０から供給された空気は、中央空気噴出部１４６のみならず、これら複数の周囲空気噴出部１４７を介しても燃焼室１６側に噴出される。
【００６９】
周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）は、図５および図６に示すように、燃料噴出部１０１（本発明の「燃料噴出部」に相当）の周囲に設けられている。この周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）は、燃料噴出部１０１の周囲に六つ設けられており、燃料噴出部１０１のノズルチップ１１０に設けられている噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）は、それぞれから噴出される混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが各周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）の直下に位置するように構成されている（図６参照）。
【００７０】
つまり、本実施例においては、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）における燃焼用空気の噴出箇所に対応して、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所（ノズルチップ１１０に設けられている噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ））が設けられている。より具体的には、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが噴出されるべく構成されている（図６参照）。
【００７１】
また、この周囲空気噴出部１４７は、バーナ１００にて生成されたガスが外側に広がらないように、空気を内側に向けて噴出させるべく構成されている。このような構成によれば、混合燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ１００直近における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【００７２】
本実施例にかかる周囲空気噴出部１４７は、それぞれの周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される空気を内側（燃料噴出部１０１側）方向に導くガイド部１５８（第一ガイド部１５８ａ〜第六ガイド部１５８ｆ）と、それぞれの周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される空気の拡散を促す拡散部１５９（第一拡散部１５９ａ〜第六拡散部１５９ｆ）とを有している。
【００７３】
より具体的には、本実施例においては、第二空気供給板１５７に六つの略台形状の貫通孔部１５１（第一貫通孔部１５１ａ〜第六貫通孔部１５１ｆ）が穿孔されており、それぞれの貫通孔部１５１の外周側（燃料噴出部１０１から遠い側）に板状部材を用いてガイド部１５８（第一ガイド部１５８ａ〜第六ガイド部１５８ｆ）が構成されている。このガイド部１５８は、それぞれの貫通孔部１５１の一部を覆うべく構成されており、本実施例においては、このガイド部１５８にて覆われていない部分が、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の拡散を促す拡散部１５９（第一拡散部１５９ａ〜第六拡散部１５９ｆ）として機能する。
【００７４】
それぞれのガイド部１５８は、各周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の少なくとも一部（主に貫通孔部１５１のガイド部１５８によって覆われている領域の空気）を内側（燃料噴出部１０１側）方向に噴出させるべく、板状部材を傾斜させて構成されている。この際の傾斜角度θ（取り付け角度）は、２０°〜６０°程度であることが好ましい。
【００７５】
また、それぞれのガイド部１５８は、燃料噴出部１０１におけるノズルチップ１１０の各噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）から噴霧される混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが接触しないように、各ガイド部１５８の高さが設定されている。
【００７６】
拡散部１５９（第一拡散部１５９ａ〜第六拡散部１５９ｆ）は、上述したように、貫通孔部１５１のうちのガイド部１５８にて覆われていない部分（図５および図６において破線で囲った領域）である。この部分（拡散部１５９）には、ガイド部１５８等のような第二空気供給経路１４５を介して供給された空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部１５９から噴出された空気は急拡大することになる。
【００７７】
したがって、本実施例にかかるバーナ１００においては、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気は、ガイド部１５８によって内側方向に導かれると共に、その一部が拡散部１５９によって拡散促進されることとなる。
【００７８】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のように作用する。以下、上述した図１〜図６を用いて、その作用を具体的に説明する。
【００７９】
本実施例にかかるバーナ１００を低燃焼状態で作動させる場合には、まずは、送風機（図示省略）を駆動させ、ウインドボックス７０を介して第一空気供給経路１４４および第二空気供給経路１４５に空気が供給される。次いで、燃料噴出部１０１におけるノズルチップ１１０の各噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）から低燃焼に対応した圧力にて混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが噴霧され、この噴霧タイミングに合わせて、着火器（図示省略）に通電がなされる。
【００８０】
つまり、本実施例においては、第一空気供給経路１４４および第二空気供給経路１４５を介して、中央空気噴出部１４６および周囲空気噴出部１４７から空気が噴出され、この空気と各噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）から噴霧される混合燃料とのミキシングが行われる。そして、燃料噴出部１０１の近傍に設けられた、通電されることによって電気火花を形成する着火器（図示省略）によって、空気とミキシングされた混合燃料に対して着火が行われる。この着火によって、燃料噴出部１０１から噴霧された混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが燃焼し、低燃焼に対応した圧力にて混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが供給され続ける限り、バーナ１００は低燃焼状態が維持されることとなる。また、高燃焼に対応した圧力に昇圧した状態にて混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが供給されれば、バーナ１００は高燃焼状態となる。
【００８１】
本実施例にかかるバーナ１００においては、燃料噴出部１０１における燃料供給状態（燃料供給圧力）を適宜制御することによって、停止状態、低燃焼状態、および高燃焼状態のいずれかへの切り換えが可能である。すなわち、燃焼状態継続時においては、低燃焼から高燃焼、あるいは高燃焼から低燃焼への切り換えが可能である。
【００８２】
バーナ１００に対する空気の供給量は、一般にウインドボックス７０と送風機との間のダクト内に設けられたダンパ（図示省略）や、送風機の回転数を制御するインバータ等（図示省略）を用いて調整される。そして、この空気は、混合燃料の供給量に対応して供給される。例えば、同様の燃料供給性能を有する２つのノズルチップを用いて構成されたバーナにおいて、どちらか一方のノズルチップから混合燃料を噴霧させる際（低燃焼時）に供給される空気量を「１」とすれば、両方のノズルチップから混合燃料を噴霧させる際（高燃焼時）に供給される空気量を「２」とする。このような空気量の調整をダンパやインバータを用いて行っている。
【００８３】
さて、以上のように構成され機能するバーナ１００においては、図６等に示すように、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）における燃焼用空気の噴出箇所に対応して、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所（ノズルチップ１１０に設けられている噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ））が設けられている。つまり、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、混合燃料Ｆａ〜Ｆｆを噴出させることによって、燃焼用空気と混合燃料との混合状態を高めるべく構成されている。
【００８４】
また、本実施例にかかるバーナ１００においては、図５等に示すように、周囲空気噴出部１４７からの空気を内側に噴出させるべく、ガイド部１５８が設けられている。よって、バーナ１００においては、広がりが抑えられた状態で下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）（図示省略）が形成されることとなる。そして、バーナ１００にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１および図２参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路８０内に導入される。
【００８５】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路８０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１および図４参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００８６】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ１００にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００８７】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（バーナ１００が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００８８】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００８９】
次いで、環状ガス流路８０を上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路８０を上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００９０】
本実施例にかかるバーナ１００およびボイラ１は、以上のように構成され機能するため、次のような効果を得ることができる。
【００９１】
本実施例にかかるバーナ１００によれば、燃料噴出部１０１が複数の流体を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、添加流体Ｗ１は、液体燃料Ｏ１の導入圧力によって燃料噴出部１０１（を構成する混合部１２０内）に導入されるため、添加流体Ｗ１を供給するポンプ圧力を低減することができる。すなわち、通常であれば、液体燃料Ｏ１を供給するために使用するポンプと、添加流体Ｗ１（例えば、水）を供給するために使用するポンプとは、同等の圧力を必要とするが、本実施例によれば、エゼクタ構造を有する混合部１２０を用いることで、添加流体Ｗ１を供給するポンプ圧力を、液体燃料Ｏ１を供給するポンプ圧力よりもかなり小さくすることができる。例えば、本実施例によれば、液体燃料Ｏ１を供給するポンプ圧力が１．５ＭＰａ〜２．０ＭＰａであるのに対し、添加流体Ｗ１を供給するポンプ圧力は０ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度に低減することができる。したがって、このような構成によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【００９２】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００によれば、ミキシング装置を必要とせず、燃料噴出部を構成する混合部１２０内で流体（液体燃料Ｏ１および添加流体Ｗ１）を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で液体燃料Ｏ１と添加流体Ｗ１とが分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【００９３】
また、本実施例にかかるバーナ１００によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【００９４】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００によれば、使用する添加流体Ｗ１によって、次のような効果を得ることができる。例えば、「水」を用いた場合には、火炎温度を低下させることが可能となって低ＮＯｘ化を実現することができる。また、「エタノール」を用いた場合であっても、一般的な液体燃料Ｏ１（Ａ重油等）よりも発熱量が低いため、火炎温度を低下させて低ＮＯｘ化を実現することができる。さらに、「エタノール水溶液」（例えば、水８０％＋エタノール２０％）を用いた場合には、エタノールを用いる場合よりも火炎温度を低下させるため、低ＮＯｘ化を実現することができる。また、「バイオエタノール（あるいはバイオエタノール水溶液）」を用いる場合には、ＮＯｘは勿論のこと、ＣＯの削減も図ることができる。
【００９５】
上述した種々の理由から、本実施例にかかるバーナ１００によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。また、このバーナ１００を用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを得ることができる。
【００９６】
また、本実施例にかかるバーナ１００は、混合燃料を噴出する燃料噴出部１０１と、燃焼用空気を噴出する周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）とを備えており、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所および周囲空気噴出部１４７における燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所および周囲空気噴出部１４７における燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられている。本実施例においては、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）に対応して、燃料噴出部１０１におけるノズルチップ１１０の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）が設けられている。つまり、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて（周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）の直下に）、混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが噴出されるべく構成されている
【００９７】
このような構成によれば、混合燃料と燃焼用空気とが対応付けて噴出されるため、混合燃料と燃焼用空気との混合状態が良好となり、バーナ１００における低煤塵化および低ＣＯ化を図ることができる。また、混合燃料と燃焼用空気との混合状態が良好となることから、気化燃焼状態に近づくため、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、混合燃料と燃焼用空気との混合状態が良好となることから、バーナ１００を効率的に燃焼させることが可能となるため、燃焼室１６の小型化、延いては缶体１０の小型化を図ることができる。
【００９８】
また、このような構成によれば、複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）（燃料用空気）とノズルチップ１１０の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）（混合燃料）とが一対一に対応して構成され、分割火炎が形成されることとなる。したがって、このような構成によれば、上述した効果に加え、分割火炎による低ＮＯｘ化も図ることができる。
【００９９】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００においては、複数の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）を有する燃料噴出部１０１（ノズルチップ１１０）の周囲に燃焼用空気を噴出する複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）が設けられており、それぞれの周囲空気噴出部１４７が、空気の噴出方向を制御するガイド部１５８と、噴出される空気を拡散させる拡散部１５９とを有している。
【０１００】
このような構成によれば、周囲空気噴出部１４７がガイド部１５８を有するため、缶体の構成（ガス流路の位置等）に応じて火炎（ガス）の流れを制御し、有害物質の低減化（低煤塵化、低ＮＯｘ化）を図ることができる。本実施例においては、缶体１０の内側ガス流路２５が下方に環状に構成されており、この内側ガス流路２５に対して均一にガスを流すと共に、内側水管群２０へのガス等の早期接触をなくすべく、ガイド部１５８は、燃焼用空気を内側（燃料噴出部１０１側）に噴出される角度に設けられている。このような構成に基づき、燃焼用空気を内側に向けて噴出させれば、混合燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ１００近傍における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【０１０１】
また、このような構成によれば、ガイド部１５８を有することにより、燃焼用空気を集束させて混合燃料に対し高速で接触させることが可能となるため、火炎の燃焼状態が気化燃焼に近づき、低ＮＯｘ化を図ることができる。また、このようにガイド部１５８を設けて噴出される燃焼用空気の流速を高めることにより、ガイド部１５８周辺のガスを巻き込むこととなるため（自己再循環の状態となるため）、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１０２】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００を構成する周囲空気噴出部１４７は、上述した種々の効果を発揮するガイド部１５８と共に、拡散部１５９をも有している。この拡散部１５９は、先にも説明したとおり、貫通孔部１５１のうち、ガイド部１５８にて覆われていない部分である（図５および図６参照）。つまり、この拡散部１５９には、ガイド部１５８等のような空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部１５９から噴出された空気は、拡散部１５９のエッジ部分（貫通孔部１５１のエッジ部分）にて急拡大することになる。そうすると、バーナ１００直近においては、空気に小さな乱れが生じ、燃料噴出部１０１から噴霧される混合燃料と空気とのミキシング状態を一部不均一にすることができる。本実施例にかかるバーナ１００は、このような拡散部１５９を有するため、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、一部意図的に不均一なミキシング状態を形成することができる。すなわち、本実施例においては、拡散部１５９を設けることによって、バーナ１００近傍において濃淡燃焼的な燃焼状態を形成可能となるため、ガス温度の低下を図り、ＮＯｘ値を低減させることができる。勿論、このような構成によれば、周囲空気噴出部１４７が拡散部１５９を有するため、混合燃料と燃焼用空気とを効果的に混合させて、低煤塵化をも図ることができる。
【０１０３】
以上のように、本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ１００は、周囲空気噴出部１４７から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、混合燃料が噴出される構成であることから、燃焼用空気と混合燃料とが効率的に混合されるため、低煤塵化、低ＣＯ化、および低ＮＯｘ化を図ることができる。また、本実施例にかかるボイラ１によれば、缶体１０の燃焼室１６内でガスの広がりを抑えることによるＣＯおよび煤塵の低下、缶体１０内で形成される適切な排ガス循環流によるガス温度の低下、適切な分割火炎が形成されることによるガス温度の低下、および拡散部１５９によって形成される濃淡燃焼によるガス温度の低下の相乗効果によって、ＮＯｘの低減、ＣＯの低減、および煤塵の低減等をも図ることができる。
【０１０４】
さらに、本実施例によれば、ボイラ１が以上のように構成され、その缶体１０内にて上述したようにガスが流動するため、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを得ることができる。
【０１０５】
具体的には、本実施例にかかるボイラ１によれば、温度差が大きくなる領域である内側ガス流路２５（ガス流路）近傍に、スタッドフィン２２，３２（拡大伝熱面）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、この内側ガス流路２５近傍に設けられている拡大伝熱面がスタッドフィン２２，３２であるため、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【０１０６】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【０１０７】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路８０内を上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【０１０８】
また、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【０１０９】
＜第二実施例＞
次に、本発明の第二実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第二実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様であって、バーナの構成（特に、燃料噴出部の構成）のみが異なる。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【０１１０】
図７は、本発明の第二実施例にかかるボイラに設けられたバーナの概略図を示したものであって、具体的には、本実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示している。なお、本実施例にかかるバーナの下面図は、第一実施例にて説明した図６と同様であるため、ここでは省略する（必要に応じて図６も参照する）。
【０１１１】
本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ２００は、このバーナ２００に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス７０内の隔壁７１に設置されている（図１、図７参照）。具体的には、バーナ２００を構成する載置板１４１を隔壁７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板１４１を隔壁７１に締結することによって、バーナ２００をウインドボックス７０内の隔壁７１に設置している。
【０１１２】
本実施例にかかるバーナ２００は、図７等に示すように、混合燃料（複数の流体を混合して得られる燃料であって、詳細は後述する。）を噴霧する燃料噴出部２０１と、この燃料噴出部２０１近傍にその先端が位置すべく設けられた着火器（図示省略）と、ウインドボックス７０からの空気を燃料噴出部２０１から噴霧（噴出）される混合燃料に供給するために設けられた空気供給経路（一次空気供給用の第一空気供給経路１４４，二次空気供給用の第二空気供給経路１４５）と、第一空気供給経路１４４から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる中央空気噴出部１４６と、第二空気供給経路１４５から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる複数の周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）とを用いて構成されている。
【０１１３】
本実施例にかかる燃料噴出部２０１には、その先端部にノズルチップ１１０が設けられている。このノズルチップ１１０には、混合燃料を噴出する複数（本実施例においては六つ）の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）が設けられている。本実施例にかかる燃料噴出部２０１においては、噴霧される液体燃料の圧力を調整することによって、ボイラにおける燃焼負荷を制御している。すなわち、必要とされるボイラの燃料量に対応して、燃料噴出部２０１に送られる液体燃料等の供給圧力が調整され、このように圧力調整された液体燃料等から成る混合燃料が、六つの噴出孔１１３Ａ〜１１３Ｆから缶体１０の燃焼室１６内に噴霧される。
【０１１４】
上述したように、本実施例にかかるバーナ２００は、燃料噴出部２０１（複数の流体を混合して噴出（噴霧）する燃料噴出部）と周囲空気噴出部１４７（空気噴出部）等とを用いて構成されており、この燃料噴出部２０１は、液体燃料Ｏ２を導入する燃料導入部２３０と、添加流体Ｗ２を導入する添加流体導入部２４０と、空気Ａ２を導入する空気導入部２５０と、これらの導入部２３０，２４０，２５０にて導入された流体（液体燃料Ｏ２、添加流体Ｗ２、および空気Ａ２）をミキシングする混合部２２０と、この混合部２２０にて構成された混合燃料を噴霧するノズルチップ１１０とを用いて構成されている。
【０１１５】
混合部２２０は、エゼクタノズルにて構成されており、燃料導入部２３０を介して導入された液体燃料Ｏ２の導入圧力によって、添加流体導入部２４０を介して導入される添加流体Ｗ２が混合部２２０に引き込まれるべく機能する。燃料導入部２３０および添加流体導入部２４０の上流側には、それぞれの流体を混合部２２０側へ供給する供給ポンプ（図示省略）が設けられているが、本実施例においては、上述の通り、混合部２２０がエゼクタ構造を有し、液体燃料Ｏ２によって添加流体Ｗ２が引き込まれるため、添加流体Ｗ２側に設けられる供給ポンプ動力（供給圧力）は小さくすることが可能となる。
【０１１６】
また、本実施例においても、第一実施例と同様に、添加流体Ｗ２として、水、エタノール、およびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体を用いることが好ましい。したがって、ここで用いられる添加流体Ｗ２は、水単体でもよいし、水とエタノール（あるいはバイオエタノール）との水溶液等でもよい。
【０１１７】
本実施例にかかるバーナ２００およびボイラ１は、以上のように構成され機能するため、第一実施例にて得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
【０１１８】
本実施例にかかるバーナ２００によれば、燃料噴出部２０１が複数の流体（液体燃料Ｏ２、添加流体Ｗ２、および空気Ａ２）を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、添加流体Ｗ２は、液体燃料Ｏ２の導入圧力によって燃料噴出部２０１（を構成する混合部２２０）内に導入されるため、添加流体Ｗ２を供給するポンプ圧力を低減することができる。したがって、このようなバーナ２００によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【０１１９】
また、このようなバーナ２００によれば、ミキシング装置を必要とせず、燃料噴出部２０１（を構成する混合部２２０）内にて複数の流体（液体燃料Ｏ２、添加流体Ｗ２、および空気Ａ２）を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で液体燃料Ｏ２と添加流体Ｗ２が分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【０１２０】
さらに、このようなバーナ２００によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【０１２１】
また、本実施例にかかるバーナ２００によれば、燃料噴出部２０１が三流体（添加流体Ｗ２、液体燃料Ｏ２、空気Ａ２）を混合して噴出すべく構成されており、この際、液体燃料Ｏ２の導入圧力にて添加流体Ｗ２が燃料噴出部２０１の混合部２２０内に導入され混合されている。つまり、液体燃料Ｏ２に添加流体Ｗ２が添加されてから空気Ａ２との混合処理がなされる。このような構成であれば、液体燃料Ｏ２の近くに添加流体Ｗ２が存在することとなって、火炎を効果的に冷却することができるため、ＮＯｘ低減の効果を高めることができる。仮に、空気側に添加流体を添加すると、ＮＯｘ低減効果が弱く、添加流体の添加量を増やす必要があるため（ＮＯｘ低減効果を高めるためには）、ボイラ効率も低下することとなる。すなわち、このような構成によれば、三流体を混合する際に、液体燃料Ｏ２の近くに添加流体Ｗ２を存在させることによって、少ない添加流体Ｗ２を用いて火炎冷却効果を高めて低ＮＯｘ化を図ると共に、ボイラ効率の低下も防ぐことができる。
【０１２２】
さらに、このようなバーナ２００によれば、液体燃料Ｏ２と添加流体Ｗ２に加えて、空気Ａ２も混合されるため、空気Ａ２により液体燃料Ｏ２等の微粒化が行われる。したがって、このような構成によれば、空気Ａ２を混合させない場合と比較して、より少ない添加流体Ｗ２によって効果的な低ＮＯｘ化を実現できる。さらに、このように、液体燃料Ｏ２等の微粒化が行われることから、低煤塵化および低ＣＯ化も実現することができる。
【０１２３】
上述した種々の理由から、本実施例にかかるバーナ２００によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。また、このバーナ２００を用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを得ることができる。
【０１２４】
＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態および実施例（以下「上記実施形態等」という。）に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２５】
上記実施形態等においては、燃料噴出部１０１の先端部に設けられたノズルチップ１１０に複数の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、燃焼用空気と混合燃料とが適宜対応可能となる構成であればよい。したがって、例えば、複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）に対応して、それぞれ一つの噴出孔が形成されたノズルチップを有する燃料噴出部を設けてもよい。つまり、周囲空気噴出部１４７の数だけ、複数の燃料噴出部を設けるような構成としてもよい。このような構成の場合、それぞれの燃料噴出部に対して、それぞれ一つずつの混合部を設ける構成とすることが好ましい。
【０１２６】
また、上述実施形態等においては、それぞれの周囲空気噴出部１４７に設けられたガイド部１５７が同様の方向に（内側方向に）同様の角度で傾斜して設けられる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、それぞれのガイド部１５７の設置傾斜角度を適宜異なるように構成してもよい。
【０１２７】
さらに、上述した実施形態等においては、ガイド部１５７が、断面コ字形状の板状部材（スコップ型）を用いて構成された場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の少なくとも一部を内側方向に導くことが可能であれば、どのような構成であってもよい。したがって、例えば、一枚の平板状の板状部材を用いてガイド部を構成してもよい。具体的には、それぞれの周囲空気噴出部１４７を成す貫通孔部１５１の外周部に、平板状の板状部材を傾斜させて設けてもよい。このような構成であっても、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の少なくとも一部を内側方向に導くことが可能であるから、上述した種々の効果を得ることができる。
【０１２８】
また、上記実施形態等においては、周囲空気噴出部１４７の全てにガイド部１５７が設けられた場合について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。本発明は、燃焼用空気と混合燃料とを適宜対応させると共に、バーナ１００にて生成されたガスが必要以上に外側に広がらないように、空気（燃焼用空気）の流れを制御することを目的とするものであるから、周囲空気噴出部の全てにガイド部を設ける構成の他に、周囲空気噴出部の一部にガイド部を設ける構成も含む概念である。
【０１２９】
さらに、上記実施形態等においては、複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）のそれぞれにガイド部１５８を設ける構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、周囲空気噴出部は、単に開口部（本実施例における貫通孔部５１）のみを有するような構成としてもよい。このような構成であっても、燃焼用空気と混合燃料とが適宜対応可能となるため（燃焼用空気と混合燃料とを一対一の関係で混合させることが可能となるため）、本発明の効果を得ることができる。
【０１３０】
また、上記実施形態等においては、液体燃料の種類については特に説明しなかったが、本発明は何等かの液体燃料に限定されず、灯油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油等の液体燃料について適用可能である。
【０１３１】
さらに、本発明にかかるボイラ１は、図１等にて説明した缶体１０の構造に限定されず、必要に応じて、種々の変更が可能である。したがって、例えば、図８に示すような構成としてもよい。ここで、図８は、本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。
【０１３２】
この他の実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【０１３３】
図８は、本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。より具体的には、先に説明した第一実施例にかかる図２に相当する簡略説明図である。すなわち、この図８は、本実施例にかかるボイラの内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）近傍における横断面の簡略説明図を示したものである。
【０１３４】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第一実施例と同様の構成を有しており、第一実施例との違いは、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィンの数である。本実施例においては、第一実施例と比較して、外側水管３１の下端部により多くの第二スタッドフィン３２が設けられている。
【０１３５】
第一実施例にて説明した通り、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後、そのガスは、外側水管群３０の下端部に衝突する。そして、その後、内側ガス流路２５近傍において、ガスは主に外側水管群３０を沿って上方向に流動する。そうとすれば、内側ガス流路２５近傍においては、外側水管群３０により多くのスタッドフィン（第二スタッドフィン３２）を設けることによって、ガスとの接触回数を高めることが可能となる。
【０１３６】
本実施例は、このガス流動に着目して構成されたものであり、より高い効率で熱回収を行うことができるボイラ１を提供することを目的としている。
【０１３７】
本実施例にかかるボイラは、上述した通り、内側ガス流路２５近傍における内側水管群２０および外側水管群３０に、スタッドフィン２２，３２が設けられており、外側水管群３０に対してより多くのスタッドフィンが設けられている。
【０１３８】
本実施例にかかるボイラ１によれば、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ１００にて生成された燃焼ガスが、内側ガス流路２５を介して外側水管群３０に接触した後、水管群間（内側水管群２０と外側水管群３０との間）（環状ガス流路８０）を流通する。この際、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路８０内においては、どうしてもガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。そして、本実施例によれば、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンを設けているため、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０１３９】
また、この他の実施例にかかるボイラ１によれば、上記作用効果に加えて、第一実施例にて得られる作用効果も当然のごとく得ることができる。
【０１４０】
さらに、上記実施形態等においては、内側ガス流路２５（ガス流路）近傍における内側水管群２０および外側水管群３０の両方にスタッドフィン２２，３２を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としてもよい。上述したように、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路８０内において、ガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。よって、このように、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としても、比較的効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０１４１】
また、上記実施形態等においては、略同心円状に二列の水管群を配設した缶体を用いてボイラを構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、三列以上の水管群を配設して缶体を構成してもよい。仮に、略同心円状に三列の水管群（例えば、内側水管群、中間水管群、外側水管群）を配設して缶体を構成した場合、内側水管群の一端側（例えば、下端側）に内側ガス流路を設けたら、中間水管群の他端側（例えば、上端側）に中間ガス流路を設け、外側水管群の一端側（例えば、下端側）に外側ガス流を設けるべく構成することが好ましい。
【０１４２】
さらに、上記実施形態等においては、円柱形状のスタッドフィン２２，３２を用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、水管に適切に溶接可能な耐久性の高い突起物であれば如何なる形状であってもよい。したがって、例えば、斜円柱形状、楕円柱形状（斜楕円柱形状も含む）、角柱形状（斜角柱形状も含む）、円錐形状（斜円錐形状も含む）、角錐形状（斜角錐形状も含む）等の形状を有するスタッドフィンを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図５】本発明の第一実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図６】図５に示したバーナの下面図を示したものである。
【図７】本発明の第二実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図８】本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１…ボイラ
１０…缶体
１１…上部ヘッダ
１２…下部ヘッダ
１６…燃焼室
２０…内側水管群
２１…内側水管
２１ａ…下端部
２２…第一スタッドフィン
２３…第一フィン（平板状のフィン）
２４…第一縦ヒレ部
２５…内側ガス流路
３０…外側水管群
３１…外側水管
３２…第二スタッドフィン
３３…第二フィン（平板状のフィン）
３４…第二縦ヒレ部
３５…外側ガス流路
７０…ウインドボックス
７１…隔壁
８０…環状ガス流路
９０…排気筒
１００…バーナ
１０１…燃料噴出部
１１０…ノズルチップ
１１３Ａ〜１１３Ｆ…第一噴出孔〜第六噴出孔
１２０…混合部
１３０…燃料導入部
１４０…添加流体導入部
１４１…載置板
１４４…第一空気供給経路
１４５…第二空気供給経路
１４６…中央空気噴出部
１４７…周囲空気噴出部
１４７ａ〜１４７ｆ…第一周囲空気噴出部〜第六周囲空気噴出部
１５１…貫通孔部
１５１ａ〜１５１ｆ…第一貫通孔部〜第六貫通孔部
１５４…第一筒部材
１５５…第二筒部材
１５５Ａ…拡開部
１５６…第一空気供給板
１５７…第二空気供給板
１５８…ガイド部
１５８ａ〜１５８ｆ…第一ガイド部〜第六ガイド部
１５９…拡散部
１５９ａ〜１５９ｆ…第一拡散部〜第六拡散部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナおよびボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境保護のために、ボイラやガスタービン等の燃焼装置から排出される燃焼ガス（排ガス）中の窒素酸化物（ＮＯｘ）については、その低減が求められている。そのため、我国においては、種々の低ＮＯｘ化技術の開発が進められている。
【０００３】
上述した低ＮＯｘ化技術の一つとして、例えば、エマルジョン燃料を用いた燃焼方法が知られている。これは、液体燃料に水を添加してエマルジョン燃料を構成し、このエマルジョン燃料を燃焼させる方法であり、この方法によれば、燃焼排ガス中のＮＯｘや煤塵を低減することができる。
【０００４】
一般に、エマルジョン燃料を構成する場合には、液体燃料と水とを混合させるためのミキシング装置が必要となる（例えば、特許文献１参照）。つまり、エマルジョン燃料を用いたバーナ等を用いた燃焼装置を構成する場合には、通常、バーナ（を構成する燃料噴出部）の上流側に、スクリューや攪拌翼等を備えたミキシング装置が設けられている。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術によれば、ミキシング装置が必要となることから、装置全体が大型化すると共に、消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、上記従来技術によれば、液体燃料と水とを混合させるためのミキシング装置が燃料噴出部から離れた位置に設けられているため、燃焼停止時にミキシング装置と燃料噴出部との間の配管内で液体燃料と水とが分離して、種々の不具合が発生するという問題があった。例えば、燃焼停止後の再着火時に分離した水が多量に噴出されて、着火が不安定になるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１５７２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナ（エマルジョン燃料を用いたバーナ）を提供することを課題とする。また、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、上述したバーナを用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、前記燃料噴出部が複数の流体を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、前記添加流体は、前記燃料の導入圧力によって前記燃料噴出部内に導入されるため、前記添加流体を供給するポンプ圧力を低減することができる。したがって、このような構成によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【００１１】
さらに、このような構成によれば、上記の通り、ミキシング装置を必要とせず、前記燃料噴出部にて流体を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で前記液体燃料と前記添加流体とが分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【００１２】
また、このような構成によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【００１３】
以上のように、このような構成によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部と空気導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
このような構成によれば、前記燃料噴出部が複数の流体を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、前記添加流体は、前記燃料の導入圧力によって前記燃料噴出部内に導入されるため、前記添加流体を供給するポンプ圧力を低減することができる。したがって、このような構成によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【００１６】
また、このような構成によれば、上記の通り、ミキシング装置を必要とせず、前記燃料噴出部にて流体を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で液体燃料と水とが分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【００１７】
さらに、このような構成によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【００１８】
また、このような構成によれば、前記燃料噴出部が三流体（添加流体、燃料、空気）を混合して噴出すべく構成されており、この際、前記燃料の導入圧力にて前記添加流体が前記燃料噴出部内に導入され混合されている。つまり、前記燃料に前記添加流体が添加されてから前記空気との混合処理がなされる。このような構成であれば、前記燃料の近くに前記添加流体が存在することとなって、火炎を効果的に冷却することができるため、ＮＯｘ低減の効果を高めることができる。仮に、前記空気側に前記添加流体を添加すると、ＮＯｘ低減効果が弱く、前記添加流体の添加量を増やす必要があるため（ＮＯｘ低減効果を高めるためには）、ボイラ効率も低下することとなる。すなわち、このような構成によれば、前記三流体を混合する際に、前記燃料の近くに前記添加流体を存在させることによって、少ない前記添加流体を用いて火炎冷却効果を高めて低ＮＯｘ化を図ると共に、ボイラ効率の低下も防ぐことができる。
【００１９】
さらに、このような構成によれば、前記燃料と前記添加流体に加えて、前記空気も混合されるため、前記空気により前記燃料等の微粒化が行われる。したがって、このような構成によれば、前記空気を混合させない場合と比較して、より少ない前記添加流体によって効果的な低ＮＯｘ化を実現できる。さらに、このように、前記燃料等の微粒化が行われることから、低煤塵化および低ＣＯ化も実現することができる。
【００２０】
以上のように、このような構成によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。
【００２１】
また、本発明にかかるバーナにおいては、前記添加流体として、水、エタノールおよびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体が用いられる構成が好ましい。
【００２２】
さらに、本発明にかかるバーナにおいては、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられている構成が好ましい。
【００２３】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、前記燃料（エマルジョン燃料）と前記燃焼用空気とが対応付けて噴出されるため、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態が良好となり、前記バーナにおける低煤塵化および低ＣＯ化を図ることができる。また、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態が良好となることから、前記燃料として液体燃料を用いる場合には、火炎が気化燃焼状態に近づくため、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態が良好となることから、前記バーナを効率的に燃焼させることが可能となるため、燃焼室の小型化、延いては缶体の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明にかかるバーナにおいては、前記空気噴出部から噴出される前記燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、前記燃料が噴出される構成であることが好ましい。
【００２５】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、前記燃料と前記燃焼用空気との混合状態を良好とすることが可能となって、上述したように、低煤塵化、低ＮＯｘ化、および缶体の小型化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明にかかるバーナにおいては、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部が複数設けられている構成（後述する「燃料を噴出する噴出孔が複数設けられている構成」も含む）が好ましい。
【００２７】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、複数の前記空気噴出部（前記燃焼用空気）と前記燃料噴出部（前記燃料（エマルジョン燃料））とが一対一に対応して構成され、分割火炎が形成されることとなる。したがって、このような構成によれば、上述した効果に加え、分割火炎による低ＮＯｘ化も図ることができる。
【００２８】
また、本発明にかかるバーナにおいては、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部には前記燃料を噴出する噴出孔が複数設けられている構成が好ましい。
【００２９】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、複数の前記空気噴出部（前記燃料用空気）と前記噴出孔（前記燃料（エマルジョン燃料））とが一対一に対応して構成され、上記と同様に分割火炎が形成されることとなる。したがって、このような構成によれば、上述した効果に加え、分割火炎による低ＮＯｘ化も図ることができる。
【００３０】
さらに、本発明にかかるバーナにおいては、それぞれの前記空気噴出部が、空気の噴出方向を制御するガイド部と、噴出される空気を拡散させる拡散部とを有する構成であることが好ましい。
【００３１】
この好ましい構成によれば、前記添加流体や前記空気を混合させることによる上述した種々の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
すなわち、この好ましい構成によれば、前記空気噴出部が前記ガイド部を有するため、缶体の構成（ガス流路の位置等）に応じて火炎（ガス）の流れを制御し、有害物質の低減化（低煤塵化、低ＮＯｘ化）を図ることができる。また、前記空気噴出部が前記拡散部を有するため、前記燃料と前記燃焼用空気とを効果的に混合させて、低煤塵化を図ることができる。このような構成（拡散部を有する構成）によれば、前記燃料噴出部から噴出される燃料と空気とのミキシング状態を一部分不均一にすることができる。つまり、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、拡散部によって一部意図的に不均一なミキシング状態を形成するため、かかるバーナを用いて構成されたボイラは、缶体内のガス温度を低下させ、ＮＯｘ値の低減化を図ることができる。また、このような構成によれば、前記ガイド部を有することにより、前記燃焼用空気を集束させて前記燃料に対し高速で接触させることが可能となるため、火炎の燃焼状態が気化燃焼に近づき、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、前記ガイド部を設けて噴出される前記空気の流速を高めることにより、前記ガイド部周辺のガスを巻き込むこととなるため（自己再循環の状態となるため）、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記バーナが上述したいずれかの構成を有するバーナであることを特徴としている。
【００３３】
このような構成にかかるボイラによれば、上述した種々の効果を発揮し得るバーナが搭載されているため、有害物質の低減化等を効果的に実現可能なボイラを得ることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。また、本発明によれば、上述したバーナを用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。
【００３６】
本明細書において、単に「ガス」と称する場合、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃焼ガスと称することもできる。つまり、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの両方を有する場合、燃焼反応中のガスのみを有する場合、あるいは燃焼反応が完了したガスのみを有する場合の、いずれをも含む概念である。以下、特に説明しない場合は同様の概念である。
【００３７】
また、排ガスとは、燃焼反応が完了または殆ど完了したガスを意味する。さらに、特に説明しない場合は、排ガスとは、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガス、および缶体内にて循環するガスの両方あるいはいずれかを意味するものとする。
【００３８】
また、ガス温度は、特に説明しない限り、燃焼反応中のガスの温度を意味し、燃焼温度あるいは燃焼火炎温度と同義である。さらに、ガス温度の抑制とは、ガス（燃焼火炎）温度の最高値を低く抑えることを意味する。なお、通常、燃焼反応は、上述した「燃焼反応が完了したガス」中においても極微量であるが継続しているので、「燃焼反応の完了」とは、燃焼反応の１００％完結を意味するものではない。
【００３９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４０】
まず、本実施形態の第一態様にかかるバーナは、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００４１】
また、本実施形態の第二態様にかかるバーナは、複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部と空気導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００４２】
さらに、本実施形態の第三態様にかかるバーナは、第一態様または第二態様の構成において、前記添加流体として、水、エタノールおよびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体が用いられることを特徴としている。
【００４３】
また、本実施形態の第四態様にかかるバーナは、第一態様から第三態様のいずれかの構成において、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられていることを特徴としている。
【００４４】
さらに、本実施形態の第五態様にかかるバーナは、第四態様の構成において、前記空気噴出部から噴出される前記燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、前記燃料が噴出されることを特徴としている。
【００４５】
また、本実施形態の第六態様にかかるバーナは、第四態様または第五態様の構成において、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部が複数設けられていることを特徴としている。
【００４６】
さらに、本実施形態の第七態様にかかるバーナは、第四態様または第五態様の構成において、前記空気噴出部が、複数設けられており、前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部には前記燃料を噴出する噴出孔が複数設けられていることを特徴としている。
【００４７】
また、本実施形態の第八態様にかかるバーナは、第六態様または第七態様の構成において、それぞれの前記空気噴出部が、空気の噴出方向を制御するガイド部と、噴出される空気を拡散させる拡散部とを有することを特徴としている。
【００４８】
さらに、本実施形態の第九態様にかかるボイラは、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、このバーナが第一態様から第八態様のいずれかにかかるバーナであることを特徴としている。
【００４９】
＜第一実施例＞
以下、図面に基づき、本発明の第一実施例にかかるボイラについて説明する。
【００５０】
図１は、本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図２は、図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図３は、図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図４は、図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００５１】
図１等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ１００とを用いて構成されており、バーナ１００上方位置には、燃焼用空気をバーナ１００に供給する、ウインドボックス７０が設けられている。
【００５２】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路８０が形成されている。
【００５３】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００５４】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路８０に導くべく機能する。
【００５５】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００５６】
また、各外側水管３１間に連接された第二縦ヒレ部３４は、図１に示すように、缶体１０の内壁上方部に設けられた断熱材との間に所定の空間を有するべく設けられており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この第二縦ヒレ部３４の上方に形成された空間（第二縦ヒレ部３４と上部断熱材との間に形成された空間）が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路８０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路８０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００５７】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａの上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。より具体的には、環状ガス流路８０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路８０側に、複数の平板状の第一フィン２３（平板状のフィン）が設けられている。
【００５８】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。より具体的には、環状ガス流路８０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路８０側に、複数の平板状の第二フィン３３（平板状のフィン）が設けられている。
【００５９】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。
【００６０】
図５および図６は、本実施例にかかるボイラに設けられたバーナの概略図を示したものである。ここで、図５は、本実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示し、図６は、図５に示したバーナの下面図を示している。
【００６１】
本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ１００は、このバーナ１００に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス７０内の隔壁７１に設置されている（図１、図５参照）。具体的には、バーナ１００を構成する載置板１４１を隔壁７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板１４１を隔壁７１に締結することによって、バーナ１００をウインドボックス７０内の隔壁７１に設置している。なお、本実施例においては、ウインドボックス７０内に空気を供給する送風機の構成は、周知の技術であるため省略している。
【００６２】
本実施例にかかるバーナ１００は、図５および図６に示すように、混合燃料（複数の流体を混合して得られる燃料であって、詳細は後述する。）を噴霧する燃料噴出部１０１と、この燃料噴出部１０１近傍にその先端が位置すべく設けられた着火器（図示省略）と、ウインドボックス７０からの空気を燃料噴出部１０１から噴霧（噴出）される混合燃料に供給するために設けられた空気供給経路（一次空気供給用の第一空気供給経路１４４，二次空気供給用の第二空気供給経路１４５）と、第一空気供給経路１４４から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる中央空気噴出部１４６と、第二空気供給経路１４５から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる複数の周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）とを用いて構成されている。
【００６３】
本実施例にかかる燃料噴出部１０１には、その先端部にノズルチップ１１０が設けられている。このノズルチップ１１０には、混合燃料を噴出する複数（本実施例においては六つ）の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）が設けられている。本実施例にかかる燃料噴出部１０１においては、噴霧される液体燃料の圧力を調整することによって、ボイラにおける燃焼負荷を制御している。すなわち、必要とされるボイラの燃料量に対応して、燃料噴出部１０１に送られる液体燃料等の供給圧力が調整され、このように圧力調整された液体燃料等から成る混合燃料が、六つの噴出孔１１３Ａ〜１１３Ｆから缶体１０の燃焼室１６内に噴霧される。
【００６４】
上述したように、本実施例にかかるバーナ１００は、燃料噴出部１０１（複数の流体を混合して噴出（噴霧）する燃料噴出部）と周囲空気噴出部１４７（空気噴出部）等とを用いて構成されており、この燃料噴出部１０１は、液体燃料Ｏ１を導入する燃料導入部１３０と、添加流体Ｗ１を導入する添加流体導入部１４０と、これらの導入部１３０，１４０にて導入された流体をミキシングする混合部１２０と、この混合部１２０にて構成された混合燃料を噴霧するノズルチップ１１０とを用いて構成されている。
【００６５】
混合部１２０は、エゼクタノズルにて構成されており、燃料導入部１３０を介して導入された液体燃料Ｏ１の導入圧力によって、添加流体導入部１４０を介して導入される添加流体Ｗ１が混合部１２０に引き込まれるべく機能する。燃料導入部１３０および添加流体導入部１４０の上流側には、それぞれの流体を混合部１２０側へ供給する供給ポンプ（図示省略）が設けられているが、本実施例においては、上述の通り、混合部１２０がエゼクタ構造を有し、液体燃料Ｏ１によって添加流体Ｗ１が引き込まれるため、添加流体Ｗ１側に設けられる供給ポンプ動力（供給圧力）は小さくすることが可能となる。
【００６６】
また、本実施例においては、添加流体Ｗ１として、水、エタノール、およびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体を用いることが好ましい。したがって、ここで用いられる添加流体Ｗ１は、水単体でもよいし、水とエタノール（あるいはバイオエタノール）との水溶液等でもよい。
【００６７】
バーナ１００を構成する第一空気供給経路１４４は、燃料噴出部１０１の外側に設けられた第一筒部材１５４を用いて構成されており、第二空気供給経路１４５は、第一筒部材１５４を用いて構成されている。つまり、第一筒部材１５４の内側領域が第一空気供給経路１４４として機能し、第一筒部材１５４と第二筒部材１５５との間に形成される領域が第二空気供給経路１４５として機能する。第二筒部材１５５の上端部には、上方へ行くに従い外方へ拡開する拡開部１５５Ａが形成されている。このような形状を有する拡開部１５５Ａが設けられているのは、ウインドボックス７０から供給された空気が、第二空気供給経路１４５内の横断面方向に均一に流れるようにするためである。仮に、この拡開部１５５Ａを設けないとすれば、空気流が第二筒部材１５５の内壁に付着して流れてしまい、第二空気供給経路１４５内の横断面方向に均一に流れない。
【００６８】
第一筒部材１５４の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、中央空気噴出部１４６が穿孔された第一空気供給板１５６が設けられており、ウインドボックス７０から供給された空気は、この中央空気噴出部１４６を介して、燃焼室１６側に噴出される。また、第二筒部材１５５の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、複数の周囲空気噴出部１４７が設けられた第二空気供給板１５７が設けられており、ウインドボックス７０から供給された空気は、中央空気噴出部１４６のみならず、これら複数の周囲空気噴出部１４７を介しても燃焼室１６側に噴出される。
【００６９】
周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）は、図５および図６に示すように、燃料噴出部１０１（本発明の「燃料噴出部」に相当）の周囲に設けられている。この周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）は、燃料噴出部１０１の周囲に六つ設けられており、燃料噴出部１０１のノズルチップ１１０に設けられている噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）は、それぞれから噴出される混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが各周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）の直下に位置するように構成されている（図６参照）。
【００７０】
つまり、本実施例においては、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）における燃焼用空気の噴出箇所に対応して、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所（ノズルチップ１１０に設けられている噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ））が設けられている。より具体的には、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが噴出されるべく構成されている（図６参照）。
【００７１】
また、この周囲空気噴出部１４７は、バーナ１００にて生成されたガスが外側に広がらないように、空気を内側に向けて噴出させるべく構成されている。このような構成によれば、混合燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ１００直近における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【００７２】
本実施例にかかる周囲空気噴出部１４７は、それぞれの周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される空気を内側（燃料噴出部１０１側）方向に導くガイド部１５８（第一ガイド部１５８ａ〜第六ガイド部１５８ｆ）と、それぞれの周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される空気の拡散を促す拡散部１５９（第一拡散部１５９ａ〜第六拡散部１５９ｆ）とを有している。
【００７３】
より具体的には、本実施例においては、第二空気供給板１５７に六つの略台形状の貫通孔部１５１（第一貫通孔部１５１ａ〜第六貫通孔部１５１ｆ）が穿孔されており、それぞれの貫通孔部１５１の外周側（燃料噴出部１０１から遠い側）に板状部材を用いてガイド部１５８（第一ガイド部１５８ａ〜第六ガイド部１５８ｆ）が構成されている。このガイド部１５８は、それぞれの貫通孔部１５１の一部を覆うべく構成されており、本実施例においては、このガイド部１５８にて覆われていない部分が、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の拡散を促す拡散部１５９（第一拡散部１５９ａ〜第六拡散部１５９ｆ）として機能する。
【００７４】
それぞれのガイド部１５８は、各周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の少なくとも一部（主に貫通孔部１５１のガイド部１５８によって覆われている領域の空気）を内側（燃料噴出部１０１側）方向に噴出させるべく、板状部材を傾斜させて構成されている。この際の傾斜角度θ（取り付け角度）は、２０°〜６０°程度であることが好ましい。
【００７５】
また、それぞれのガイド部１５８は、燃料噴出部１０１におけるノズルチップ１１０の各噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）から噴霧される混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが接触しないように、各ガイド部１５８の高さが設定されている。
【００７６】
拡散部１５９（第一拡散部１５９ａ〜第六拡散部１５９ｆ）は、上述したように、貫通孔部１５１のうちのガイド部１５８にて覆われていない部分（図５および図６において破線で囲った領域）である。この部分（拡散部１５９）には、ガイド部１５８等のような第二空気供給経路１４５を介して供給された空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部１５９から噴出された空気は急拡大することになる。
【００７７】
したがって、本実施例にかかるバーナ１００においては、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気は、ガイド部１５８によって内側方向に導かれると共に、その一部が拡散部１５９によって拡散促進されることとなる。
【００７８】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のように作用する。以下、上述した図１〜図６を用いて、その作用を具体的に説明する。
【００７９】
本実施例にかかるバーナ１００を低燃焼状態で作動させる場合には、まずは、送風機（図示省略）を駆動させ、ウインドボックス７０を介して第一空気供給経路１４４および第二空気供給経路１４５に空気が供給される。次いで、燃料噴出部１０１におけるノズルチップ１１０の各噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）から低燃焼に対応した圧力にて混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが噴霧され、この噴霧タイミングに合わせて、着火器（図示省略）に通電がなされる。
【００８０】
つまり、本実施例においては、第一空気供給経路１４４および第二空気供給経路１４５を介して、中央空気噴出部１４６および周囲空気噴出部１４７から空気が噴出され、この空気と各噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）から噴霧される混合燃料とのミキシングが行われる。そして、燃料噴出部１０１の近傍に設けられた、通電されることによって電気火花を形成する着火器（図示省略）によって、空気とミキシングされた混合燃料に対して着火が行われる。この着火によって、燃料噴出部１０１から噴霧された混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが燃焼し、低燃焼に対応した圧力にて混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが供給され続ける限り、バーナ１００は低燃焼状態が維持されることとなる。また、高燃焼に対応した圧力に昇圧した状態にて混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが供給されれば、バーナ１００は高燃焼状態となる。
【００８１】
本実施例にかかるバーナ１００においては、燃料噴出部１０１における燃料供給状態（燃料供給圧力）を適宜制御することによって、停止状態、低燃焼状態、および高燃焼状態のいずれかへの切り換えが可能である。すなわち、燃焼状態継続時においては、低燃焼から高燃焼、あるいは高燃焼から低燃焼への切り換えが可能である。
【００８２】
バーナ１００に対する空気の供給量は、一般にウインドボックス７０と送風機との間のダクト内に設けられたダンパ（図示省略）や、送風機の回転数を制御するインバータ等（図示省略）を用いて調整される。そして、この空気は、混合燃料の供給量に対応して供給される。例えば、同様の燃料供給性能を有する２つのノズルチップを用いて構成されたバーナにおいて、どちらか一方のノズルチップから混合燃料を噴霧させる際（低燃焼時）に供給される空気量を「１」とすれば、両方のノズルチップから混合燃料を噴霧させる際（高燃焼時）に供給される空気量を「２」とする。このような空気量の調整をダンパやインバータを用いて行っている。
【００８３】
さて、以上のように構成され機能するバーナ１００においては、図６等に示すように、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）における燃焼用空気の噴出箇所に対応して、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所（ノズルチップ１１０に設けられている噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ））が設けられている。つまり、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、混合燃料Ｆａ〜Ｆｆを噴出させることによって、燃焼用空気と混合燃料との混合状態を高めるべく構成されている。
【００８４】
また、本実施例にかかるバーナ１００においては、図５等に示すように、周囲空気噴出部１４７からの空気を内側に噴出させるべく、ガイド部１５８が設けられている。よって、バーナ１００においては、広がりが抑えられた状態で下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）（図示省略）が形成されることとなる。そして、バーナ１００にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１および図２参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路８０内に導入される。
【００８５】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路８０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１および図４参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００８６】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ１００にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００８７】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（バーナ１００が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００８８】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００８９】
次いで、環状ガス流路８０を上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路８０を上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００９０】
本実施例にかかるバーナ１００およびボイラ１は、以上のように構成され機能するため、次のような効果を得ることができる。
【００９１】
本実施例にかかるバーナ１００によれば、燃料噴出部１０１が複数の流体を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、添加流体Ｗ１は、液体燃料Ｏ１の導入圧力によって燃料噴出部１０１（を構成する混合部１２０内）に導入されるため、添加流体Ｗ１を供給するポンプ圧力を低減することができる。すなわち、通常であれば、液体燃料Ｏ１を供給するために使用するポンプと、添加流体Ｗ１（例えば、水）を供給するために使用するポンプとは、同等の圧力を必要とするが、本実施例によれば、エゼクタ構造を有する混合部１２０を用いることで、添加流体Ｗ１を供給するポンプ圧力を、液体燃料Ｏ１を供給するポンプ圧力よりもかなり小さくすることができる。例えば、本実施例によれば、液体燃料Ｏ１を供給するポンプ圧力が１．５ＭＰａ〜２．０ＭＰａであるのに対し、添加流体Ｗ１を供給するポンプ圧力は０ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度に低減することができる。したがって、このような構成によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【００９２】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００によれば、ミキシング装置を必要とせず、燃料噴出部を構成する混合部１２０内で流体（液体燃料Ｏ１および添加流体Ｗ１）を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で液体燃料Ｏ１と添加流体Ｗ１とが分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【００９３】
また、本実施例にかかるバーナ１００によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【００９４】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００によれば、使用する添加流体Ｗ１によって、次のような効果を得ることができる。例えば、「水」を用いた場合には、火炎温度を低下させることが可能となって低ＮＯｘ化を実現することができる。また、「エタノール」を用いた場合であっても、一般的な液体燃料Ｏ１（Ａ重油等）よりも発熱量が低いため、火炎温度を低下させて低ＮＯｘ化を実現することができる。さらに、「エタノール水溶液」（例えば、水８０％＋エタノール２０％）を用いた場合には、エタノールを用いる場合よりも火炎温度を低下させるため、低ＮＯｘ化を実現することができる。また、「バイオエタノール（あるいはバイオエタノール水溶液）」を用いる場合には、ＮＯｘは勿論のこと、ＣＯの削減も図ることができる。
【００９５】
上述した種々の理由から、本実施例にかかるバーナ１００によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。また、このバーナ１００を用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを得ることができる。
【００９６】
また、本実施例にかかるバーナ１００は、混合燃料を噴出する燃料噴出部１０１と、燃焼用空気を噴出する周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）とを備えており、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所および周囲空気噴出部１４７における燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、燃料噴出部１０１における混合燃料の噴出箇所および周囲空気噴出部１４７における燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられている。本実施例においては、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）に対応して、燃料噴出部１０１におけるノズルチップ１１０の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）が設けられている。つまり、周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて（周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）の直下に）、混合燃料Ｆａ〜Ｆｆが噴出されるべく構成されている
【００９７】
このような構成によれば、混合燃料と燃焼用空気とが対応付けて噴出されるため、混合燃料と燃焼用空気との混合状態が良好となり、バーナ１００における低煤塵化および低ＣＯ化を図ることができる。また、混合燃料と燃焼用空気との混合状態が良好となることから、気化燃焼状態に近づくため、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、混合燃料と燃焼用空気との混合状態が良好となることから、バーナ１００を効率的に燃焼させることが可能となるため、燃焼室１６の小型化、延いては缶体１０の小型化を図ることができる。
【００９８】
また、このような構成によれば、複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）（燃料用空気）とノズルチップ１１０の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）（混合燃料）とが一対一に対応して構成され、分割火炎が形成されることとなる。したがって、このような構成によれば、上述した効果に加え、分割火炎による低ＮＯｘ化も図ることができる。
【００９９】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００においては、複数の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）を有する燃料噴出部１０１（ノズルチップ１１０）の周囲に燃焼用空気を噴出する複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）が設けられており、それぞれの周囲空気噴出部１４７が、空気の噴出方向を制御するガイド部１５８と、噴出される空気を拡散させる拡散部１５９とを有している。
【０１００】
このような構成によれば、周囲空気噴出部１４７がガイド部１５８を有するため、缶体の構成（ガス流路の位置等）に応じて火炎（ガス）の流れを制御し、有害物質の低減化（低煤塵化、低ＮＯｘ化）を図ることができる。本実施例においては、缶体１０の内側ガス流路２５が下方に環状に構成されており、この内側ガス流路２５に対して均一にガスを流すと共に、内側水管群２０へのガス等の早期接触をなくすべく、ガイド部１５８は、燃焼用空気を内側（燃料噴出部１０１側）に噴出される角度に設けられている。このような構成に基づき、燃焼用空気を内側に向けて噴出させれば、混合燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ１００近傍における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【０１０１】
また、このような構成によれば、ガイド部１５８を有することにより、燃焼用空気を集束させて混合燃料に対し高速で接触させることが可能となるため、火炎の燃焼状態が気化燃焼に近づき、低ＮＯｘ化を図ることができる。また、このようにガイド部１５８を設けて噴出される燃焼用空気の流速を高めることにより、ガイド部１５８周辺のガスを巻き込むこととなるため（自己再循環の状態となるため）、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１０２】
さらに、本実施例にかかるバーナ１００を構成する周囲空気噴出部１４７は、上述した種々の効果を発揮するガイド部１５８と共に、拡散部１５９をも有している。この拡散部１５９は、先にも説明したとおり、貫通孔部１５１のうち、ガイド部１５８にて覆われていない部分である（図５および図６参照）。つまり、この拡散部１５９には、ガイド部１５８等のような空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部１５９から噴出された空気は、拡散部１５９のエッジ部分（貫通孔部１５１のエッジ部分）にて急拡大することになる。そうすると、バーナ１００直近においては、空気に小さな乱れが生じ、燃料噴出部１０１から噴霧される混合燃料と空気とのミキシング状態を一部不均一にすることができる。本実施例にかかるバーナ１００は、このような拡散部１５９を有するため、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、一部意図的に不均一なミキシング状態を形成することができる。すなわち、本実施例においては、拡散部１５９を設けることによって、バーナ１００近傍において濃淡燃焼的な燃焼状態を形成可能となるため、ガス温度の低下を図り、ＮＯｘ値を低減させることができる。勿論、このような構成によれば、周囲空気噴出部１４７が拡散部１５９を有するため、混合燃料と燃焼用空気とを効果的に混合させて、低煤塵化をも図ることができる。
【０１０３】
以上のように、本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ１００は、周囲空気噴出部１４７から噴出される燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、混合燃料が噴出される構成であることから、燃焼用空気と混合燃料とが効率的に混合されるため、低煤塵化、低ＣＯ化、および低ＮＯｘ化を図ることができる。また、本実施例にかかるボイラ１によれば、缶体１０の燃焼室１６内でガスの広がりを抑えることによるＣＯおよび煤塵の低下、缶体１０内で形成される適切な排ガス循環流によるガス温度の低下、適切な分割火炎が形成されることによるガス温度の低下、および拡散部１５９によって形成される濃淡燃焼によるガス温度の低下の相乗効果によって、ＮＯｘの低減、ＣＯの低減、および煤塵の低減等をも図ることができる。
【０１０４】
さらに、本実施例によれば、ボイラ１が以上のように構成され、その缶体１０内にて上述したようにガスが流動するため、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを得ることができる。
【０１０５】
具体的には、本実施例にかかるボイラ１によれば、温度差が大きくなる領域である内側ガス流路２５（ガス流路）近傍に、スタッドフィン２２，３２（拡大伝熱面）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、この内側ガス流路２５近傍に設けられている拡大伝熱面がスタッドフィン２２，３２であるため、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【０１０６】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【０１０７】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路８０内を上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【０１０８】
また、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【０１０９】
＜第二実施例＞
次に、本発明の第二実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第二実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様であって、バーナの構成（特に、燃料噴出部の構成）のみが異なる。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【０１１０】
図７は、本発明の第二実施例にかかるボイラに設けられたバーナの概略図を示したものであって、具体的には、本実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示している。なお、本実施例にかかるバーナの下面図は、第一実施例にて説明した図６と同様であるため、ここでは省略する（必要に応じて図６も参照する）。
【０１１１】
本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ２００は、このバーナ２００に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス７０内の隔壁７１に設置されている（図１、図７参照）。具体的には、バーナ２００を構成する載置板１４１を隔壁７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板１４１を隔壁７１に締結することによって、バーナ２００をウインドボックス７０内の隔壁７１に設置している。
【０１１２】
本実施例にかかるバーナ２００は、図７等に示すように、混合燃料（複数の流体を混合して得られる燃料であって、詳細は後述する。）を噴霧する燃料噴出部２０１と、この燃料噴出部２０１近傍にその先端が位置すべく設けられた着火器（図示省略）と、ウインドボックス７０からの空気を燃料噴出部２０１から噴霧（噴出）される混合燃料に供給するために設けられた空気供給経路（一次空気供給用の第一空気供給経路１４４，二次空気供給用の第二空気供給経路１４５）と、第一空気供給経路１４４から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる中央空気噴出部１４６と、第二空気供給経路１４５から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる複数の周囲空気噴出部１４７（本発明の「空気噴出部」に相当）（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）とを用いて構成されている。
【０１１３】
本実施例にかかる燃料噴出部２０１には、その先端部にノズルチップ１１０が設けられている。このノズルチップ１１０には、混合燃料を噴出する複数（本実施例においては六つ）の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）が設けられている。本実施例にかかる燃料噴出部２０１においては、噴霧される液体燃料の圧力を調整することによって、ボイラにおける燃焼負荷を制御している。すなわち、必要とされるボイラの燃料量に対応して、燃料噴出部２０１に送られる液体燃料等の供給圧力が調整され、このように圧力調整された液体燃料等から成る混合燃料が、六つの噴出孔１１３Ａ〜１１３Ｆから缶体１０の燃焼室１６内に噴霧される。
【０１１４】
上述したように、本実施例にかかるバーナ２００は、燃料噴出部２０１（複数の流体を混合して噴出（噴霧）する燃料噴出部）と周囲空気噴出部１４７（空気噴出部）等とを用いて構成されており、この燃料噴出部２０１は、液体燃料Ｏ２を導入する燃料導入部２３０と、添加流体Ｗ２を導入する添加流体導入部２４０と、空気Ａ２を導入する空気導入部２５０と、これらの導入部２３０，２４０，２５０にて導入された流体（液体燃料Ｏ２、添加流体Ｗ２、および空気Ａ２）をミキシングする混合部２２０と、この混合部２２０にて構成された混合燃料を噴霧するノズルチップ１１０とを用いて構成されている。
【０１１５】
混合部２２０は、エゼクタノズルにて構成されており、燃料導入部２３０を介して導入された液体燃料Ｏ２の導入圧力によって、添加流体導入部２４０を介して導入される添加流体Ｗ２が混合部２２０に引き込まれるべく機能する。燃料導入部２３０および添加流体導入部２４０の上流側には、それぞれの流体を混合部２２０側へ供給する供給ポンプ（図示省略）が設けられているが、本実施例においては、上述の通り、混合部２２０がエゼクタ構造を有し、液体燃料Ｏ２によって添加流体Ｗ２が引き込まれるため、添加流体Ｗ２側に設けられる供給ポンプ動力（供給圧力）は小さくすることが可能となる。
【０１１６】
また、本実施例においても、第一実施例と同様に、添加流体Ｗ２として、水、エタノール、およびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体を用いることが好ましい。したがって、ここで用いられる添加流体Ｗ２は、水単体でもよいし、水とエタノール（あるいはバイオエタノール）との水溶液等でもよい。
【０１１７】
本実施例にかかるバーナ２００およびボイラ１は、以上のように構成され機能するため、第一実施例にて得られる効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
【０１１８】
本実施例にかかるバーナ２００によれば、燃料噴出部２０１が複数の流体（液体燃料Ｏ２、添加流体Ｗ２、および空気Ａ２）を混合して噴出可能であるため、従来技術のようなミキシング装置を必要としない。また、添加流体Ｗ２は、液体燃料Ｏ２の導入圧力によって燃料噴出部２０１（を構成する混合部２２０）内に導入されるため、添加流体Ｗ２を供給するポンプ圧力を低減することができる。したがって、このようなバーナ２００によれば、装置の小型化および消費電力の削減を実現することができる。
【０１１９】
また、このようなバーナ２００によれば、ミキシング装置を必要とせず、燃料噴出部２０１（を構成する混合部２２０）内にて複数の流体（液体燃料Ｏ２、添加流体Ｗ２、および空気Ａ２）を混合しているため、燃焼停止時においても、配管内で液体燃料Ｏ２と添加流体Ｗ２が分離することはない。したがって、このような構成によれば、燃焼再開時の着火安定性が高まる。
【０１２０】
さらに、このようなバーナ２００によれば、エマルジョン燃料を用いて適切な燃焼状態を実現可能であるため、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を図ることができる。
【０１２１】
また、本実施例にかかるバーナ２００によれば、燃料噴出部２０１が三流体（添加流体Ｗ２、液体燃料Ｏ２、空気Ａ２）を混合して噴出すべく構成されており、この際、液体燃料Ｏ２の導入圧力にて添加流体Ｗ２が燃料噴出部２０１の混合部２２０内に導入され混合されている。つまり、液体燃料Ｏ２に添加流体Ｗ２が添加されてから空気Ａ２との混合処理がなされる。このような構成であれば、液体燃料Ｏ２の近くに添加流体Ｗ２が存在することとなって、火炎を効果的に冷却することができるため、ＮＯｘ低減の効果を高めることができる。仮に、空気側に添加流体を添加すると、ＮＯｘ低減効果が弱く、添加流体の添加量を増やす必要があるため（ＮＯｘ低減効果を高めるためには）、ボイラ効率も低下することとなる。すなわち、このような構成によれば、三流体を混合する際に、液体燃料Ｏ２の近くに添加流体Ｗ２を存在させることによって、少ない添加流体Ｗ２を用いて火炎冷却効果を高めて低ＮＯｘ化を図ると共に、ボイラ効率の低下も防ぐことができる。
【０１２２】
さらに、このようなバーナ２００によれば、液体燃料Ｏ２と添加流体Ｗ２に加えて、空気Ａ２も混合されるため、空気Ａ２により液体燃料Ｏ２等の微粒化が行われる。したがって、このような構成によれば、空気Ａ２を混合させない場合と比較して、より少ない添加流体Ｗ２によって効果的な低ＮＯｘ化を実現できる。さらに、このように、液体燃料Ｏ２等の微粒化が行われることから、低煤塵化および低ＣＯ化も実現することができる。
【０１２３】
上述した種々の理由から、本実施例にかかるバーナ２００によれば、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、バーナを得ることができる。また、このバーナ２００を用いることにより、装置の小型化、消費電力の削減、燃焼再開時の着火安定性と共に、有害物質（ＮＯｘおよび煤塵等）の低減を実現可能な、ボイラを得ることができる。
【０１２４】
＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態および実施例（以下「上記実施形態等」という。）に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２５】
上記実施形態等においては、燃料噴出部１０１の先端部に設けられたノズルチップ１１０に複数の噴出孔（第一噴出孔１１３Ａ〜第六噴出孔１１３Ｆ）を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、燃焼用空気と混合燃料とが適宜対応可能となる構成であればよい。したがって、例えば、複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）に対応して、それぞれ一つの噴出孔が形成されたノズルチップを有する燃料噴出部を設けてもよい。つまり、周囲空気噴出部１４７の数だけ、複数の燃料噴出部を設けるような構成としてもよい。このような構成の場合、それぞれの燃料噴出部に対して、それぞれ一つずつの混合部を設ける構成とすることが好ましい。
【０１２６】
また、上述実施形態等においては、それぞれの周囲空気噴出部１４７に設けられたガイド部１５７が同様の方向に（内側方向に）同様の角度で傾斜して設けられる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、それぞれのガイド部１５７の設置傾斜角度を適宜異なるように構成してもよい。
【０１２７】
さらに、上述した実施形態等においては、ガイド部１５７が、断面コ字形状の板状部材（スコップ型）を用いて構成された場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の少なくとも一部を内側方向に導くことが可能であれば、どのような構成であってもよい。したがって、例えば、一枚の平板状の板状部材を用いてガイド部を構成してもよい。具体的には、それぞれの周囲空気噴出部１４７を成す貫通孔部１５１の外周部に、平板状の板状部材を傾斜させて設けてもよい。このような構成であっても、周囲空気噴出部１４７から噴出される空気の少なくとも一部を内側方向に導くことが可能であるから、上述した種々の効果を得ることができる。
【０１２８】
また、上記実施形態等においては、周囲空気噴出部１４７の全てにガイド部１５７が設けられた場合について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。本発明は、燃焼用空気と混合燃料とを適宜対応させると共に、バーナ１００にて生成されたガスが必要以上に外側に広がらないように、空気（燃焼用空気）の流れを制御することを目的とするものであるから、周囲空気噴出部の全てにガイド部を設ける構成の他に、周囲空気噴出部の一部にガイド部を設ける構成も含む概念である。
【０１２９】
さらに、上記実施形態等においては、複数の周囲空気噴出部１４７（第一周囲空気噴出部１４７ａ〜第六周囲空気噴出部１４７ｆ）のそれぞれにガイド部１５８を設ける構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、周囲空気噴出部は、単に開口部（本実施例における貫通孔部５１）のみを有するような構成としてもよい。このような構成であっても、燃焼用空気と混合燃料とが適宜対応可能となるため（燃焼用空気と混合燃料とを一対一の関係で混合させることが可能となるため）、本発明の効果を得ることができる。
【０１３０】
また、上記実施形態等においては、液体燃料の種類については特に説明しなかったが、本発明は何等かの液体燃料に限定されず、灯油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油等の液体燃料について適用可能である。
【０１３１】
さらに、本発明にかかるボイラ１は、図１等にて説明した缶体１０の構造に限定されず、必要に応じて、種々の変更が可能である。したがって、例えば、図８に示すような構成としてもよい。ここで、図８は、本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。
【０１３２】
この他の実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【０１３３】
図８は、本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。より具体的には、先に説明した第一実施例にかかる図２に相当する簡略説明図である。すなわち、この図８は、本実施例にかかるボイラの内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）近傍における横断面の簡略説明図を示したものである。
【０１３４】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第一実施例と同様の構成を有しており、第一実施例との違いは、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィンの数である。本実施例においては、第一実施例と比較して、外側水管３１の下端部により多くの第二スタッドフィン３２が設けられている。
【０１３５】
第一実施例にて説明した通り、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後、そのガスは、外側水管群３０の下端部に衝突する。そして、その後、内側ガス流路２５近傍において、ガスは主に外側水管群３０を沿って上方向に流動する。そうとすれば、内側ガス流路２５近傍においては、外側水管群３０により多くのスタッドフィン（第二スタッドフィン３２）を設けることによって、ガスとの接触回数を高めることが可能となる。
【０１３６】
本実施例は、このガス流動に着目して構成されたものであり、より高い効率で熱回収を行うことができるボイラ１を提供することを目的としている。
【０１３７】
本実施例にかかるボイラは、上述した通り、内側ガス流路２５近傍における内側水管群２０および外側水管群３０に、スタッドフィン２２，３２が設けられており、外側水管群３０に対してより多くのスタッドフィンが設けられている。
【０１３８】
本実施例にかかるボイラ１によれば、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ１００にて生成された燃焼ガスが、内側ガス流路２５を介して外側水管群３０に接触した後、水管群間（内側水管群２０と外側水管群３０との間）（環状ガス流路８０）を流通する。この際、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路８０内においては、どうしてもガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。そして、本実施例によれば、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンを設けているため、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０１３９】
また、この他の実施例にかかるボイラ１によれば、上記作用効果に加えて、第一実施例にて得られる作用効果も当然のごとく得ることができる。
【０１４０】
さらに、上記実施形態等においては、内側ガス流路２５（ガス流路）近傍における内側水管群２０および外側水管群３０の両方にスタッドフィン２２，３２を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としてもよい。上述したように、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路８０内において、ガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。よって、このように、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としても、比較的効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０１４１】
また、上記実施形態等においては、略同心円状に二列の水管群を配設した缶体を用いてボイラを構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、三列以上の水管群を配設して缶体を構成してもよい。仮に、略同心円状に三列の水管群（例えば、内側水管群、中間水管群、外側水管群）を配設して缶体を構成した場合、内側水管群の一端側（例えば、下端側）に内側ガス流路を設けたら、中間水管群の他端側（例えば、上端側）に中間ガス流路を設け、外側水管群の一端側（例えば、下端側）に外側ガス流を設けるべく構成することが好ましい。
【０１４２】
さらに、上記実施形態等においては、円柱形状のスタッドフィン２２，３２を用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、水管に適切に溶接可能な耐久性の高い突起物であれば如何なる形状であってもよい。したがって、例えば、斜円柱形状、楕円柱形状（斜楕円柱形状も含む）、角柱形状（斜角柱形状も含む）、円錐形状（斜円錐形状も含む）、角錐形状（斜角錐形状も含む）等の形状を有するスタッドフィンを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図５】本発明の第一実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図６】図５に示したバーナの下面図を示したものである。
【図７】本発明の第二実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図８】本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１…ボイラ
１０…缶体
１１…上部ヘッダ
１２…下部ヘッダ
１６…燃焼室
２０…内側水管群
２１…内側水管
２１ａ…下端部
２２…第一スタッドフィン
２３…第一フィン（平板状のフィン）
２４…第一縦ヒレ部
２５…内側ガス流路
３０…外側水管群
３１…外側水管
３２…第二スタッドフィン
３３…第二フィン（平板状のフィン）
３４…第二縦ヒレ部
３５…外側ガス流路
７０…ウインドボックス
７１…隔壁
８０…環状ガス流路
９０…排気筒
１００…バーナ
１０１…燃料噴出部
１１０…ノズルチップ
１１３Ａ〜１１３Ｆ…第一噴出孔〜第六噴出孔
１２０…混合部
１３０…燃料導入部
１４０…添加流体導入部
１４１…載置板
１４４…第一空気供給経路
１４５…第二空気供給経路
１４６…中央空気噴出部
１４７…周囲空気噴出部
１４７ａ〜１４７ｆ…第一周囲空気噴出部〜第六周囲空気噴出部
１５１…貫通孔部
１５１ａ〜１５１ｆ…第一貫通孔部〜第六貫通孔部
１５４…第一筒部材
１５５…第二筒部材
１５５Ａ…拡開部
１５６…第一空気供給板
１５７…第二空気供給板
１５８…ガイド部
１５８ａ〜１５８ｆ…第一ガイド部〜第六ガイド部
１５９…拡散部
１５９ａ〜１５９ｆ…第一拡散部〜第六拡散部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、
前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項２】
複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、
前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部と空気導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項３】
前記添加流体として、水、エタノールおよびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体が用いられる請求項１または２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられている
請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナ。
【請求項５】
前記空気噴出部から噴出される前記燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、前記燃料が噴出される
請求項４に記載のバーナ。
【請求項６】
前記空気噴出部が、複数設けられており、
前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部が複数設けられている
請求項４または５に記載のバーナ。
【請求項７】
それぞれの前記空気噴出部が、空気の噴出方向を制御するガイド部と、噴出される空気を拡散させる拡散部とを有する
請求項６に記載のバーナ。
【請求項８】
環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、
前記バーナが請求項１から７のいずれか１項に記載のバーナである
ことを特徴とするボイラ。
【請求項１】
複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、
前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項２】
複数の流体を混合して噴出する燃料噴出部と、燃焼用空気を噴出する空気噴出部とを備えたバーナであって、
前記燃料噴出部が、添加流体導入部と燃料導入部と空気導入部とを有し、前記燃料導入部にて導入される燃料の導入圧力によって、前記添加流体導入部を介して導入される添加流体が引き込まれるように構成されている
ことを特徴とするバーナ。
【請求項３】
前記添加流体として、水、エタノールおよびバイオエタノールの少なくともいずれかを含んだ流体が用いられる請求項１または２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか一方に対応して、前記燃料噴出部における前記燃料の噴出箇所および前記空気噴出部における前記燃焼用空気の噴出箇所のいずれか他方が設けられている
請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナ。
【請求項５】
前記空気噴出部から噴出される前記燃焼用空気の流速の速い位置に合わせて、前記燃料が噴出される
請求項４に記載のバーナ。
【請求項６】
前記空気噴出部が、複数設けられており、
前記空気噴出部に対応して、前記燃料噴出部が複数設けられている
請求項４または５に記載のバーナ。
【請求項７】
それぞれの前記空気噴出部が、空気の噴出方向を制御するガイド部と、噴出される空気を拡散させる拡散部とを有する
請求項６に記載のバーナ。
【請求項８】
環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、
前記バーナが請求項１から７のいずれか１項に記載のバーナである
ことを特徴とするボイラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３０４１４６（Ｐ２００８−３０４１４６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５３３９６（Ｐ２００７−１５３３９６）
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
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