JP2006207938A

JP2006207938A - 粉状燃料バーナ

Info

Publication number: JP2006207938A
Application number: JP2005020824A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shinya; 謙治新屋; Satoru Ishizuka; 悟石塚
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】微粉砕されたバイオマス燃料などの粉状燃料を用いるものであって確実な着火と高燃焼率を達成することができる粉状燃料バーナを提供する。
【解決手段】管状の第１燃焼室と第２燃焼室とを直列接続し、第１燃焼室では、内壁面の接線方向に向けて設けられたノズルから、燃焼室内に空気と助燃燃料とを吹き込むことにより当該空気と当該助燃燃料との混合気を旋回させるとともに当該混合気を点火プラグで点火して旋回火炎を形成し、第２燃焼室では、内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて設けられたノズルから、燃焼室内に空気と粉状燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該粉状燃料とを旋回させ、且つ、当該粉状燃料を第１燃焼室から第２燃焼室へと移動してきた旋回火炎に供給して燃焼させるように構成する。また、第１燃焼室の閉端面に設けたノズルから粉状燃料を空気とともに吹き込むようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明はバーナの燃料として微粉砕されたバイオマス燃料などの粉状燃料を用いる粉状燃料バーナに関する。

間伐材や建築現場の廃材等の木材などのバイオマスを原料として生成されるバイオマス燃料は再生可能燃料として着目されている。そしてバイオマス燃料の従来の燃焼方式としては、下記の特許文献１に示されているようにペレット状に成型したバイオマス燃料を、スクリューフィーダで火格子に供給して火格子上で燃焼させる方式や、下記の特許文献２に示されているようにバイオマスやプラスチックなどを微粉砕した可燃粉体（粉状燃料）を、旋回を与えながら軸方向にバーナに供給して燃焼する方式がある。

なお、下記の特許文献３には液体燃料を用いる管状火炎バーナが開示されている。

特開２００４−１９１０１６号公報特開２００４−１００９６７号公報特開平１１−２８１０１８号公報

しかしながら、上記特許文献１の方式は火格子燃焼となるため燃焼負荷が小さく、家庭用のストーブなどの小型の燃焼器にはよく利用されているが、大型の高負荷燃焼炉には適さないという課題がある。上記特許文献２の方式はプラスチック等の揮発性の高い高カロリー燃料を用いる場合には利用できるが、バイオマス燃料のような低カロリー燃料を用いる場合には火炎温度が低く高負荷での火炎の吹き飛びなどが生じるために保炎性能が低いという問題があり、また、高負荷時の未燃分の発生が多いなどの問題もある。バイオマス燃料は高含水率（４〜１５％）で且つ低カロリー（１０〜２０ＭＪ／ｋｇ）の燃料である。また、上記特許文献３の管状火炎バーナは高負荷燃焼が可能で且つ燃焼量の調整範囲が広いなどの優れた特徴を有するものであるが、バイオマス燃料などの粉状燃料ではなく、灯油や軽油などの液体燃料を用いている。

従って本発明は上記の事情に鑑み、微粉砕されたバイオマス燃料などの粉状燃料を用いるものであって確実な着火（安定した燃焼）と高燃焼率を達成することができる粉状燃料バーナを提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１発明の粉状燃料バーナは、管状の第１燃焼室と管状の第２燃焼室とを直列に接続して、前記第１燃焼室側の端面を閉じる一方、前記第２燃焼室側の端面を開放した構成とし、
前記第１燃焼室では、前記第１燃焼室の内壁面の接線方向に向けて前記第１燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第１燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を前記第１燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を前記第１燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記第１燃焼室内に旋回火炎を形成し、
前記第２燃焼室では、前記第２燃焼室の内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて前記第２燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第２燃焼室内に酸素含有ガスと粉状燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該粉状燃料とを前記第２燃焼室内で旋回させ、且つ、当該粉状燃料を前記第１燃焼室から前記第２燃焼室へと移動してきた前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする。

また、第２発明の粉状燃料バーナは、第１発明の粉状燃料バーナにおいて、
前記第２燃焼室に設けられたノズルは前記第２燃焼室の径方向に対して４５〜９０度の範囲内の角度に設定されていることを特徴とする。

また、第３発明の粉状燃料バーナは、管状の第１燃焼室と管状の第２燃焼室とを直列に接続して、前記第１燃焼室側の端を閉じる一方、前記第２燃焼室側の端を開放した構成とし、
前記第１燃焼室では、前記第１燃焼室の内壁面の接線方向に向けて前記第１燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第１燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を前記第１燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を前記第１燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記第１燃焼室内に旋回火炎を形成し、
前記第２燃焼室では、前記第２燃焼室の内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて前記第２燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第２燃焼室内に酸素含有ガスのみを吹き込むことにより当該酸素含有ガスを前記第２燃焼室内で旋回させ、且つ、前記第２燃焼室に設けた他の１つ又は複数のノズルから、前記第２燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより当該粉状燃料を前記第１燃焼室から前記第２燃焼室へと移動してきた前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする。

また、第４発明の粉状燃料バーナは、第１〜第３発明の何れかの粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室と前記第２燃焼室は相互の管軸が同一軸上となるように接続されていることを特徴とする。

また、第５発明の粉状燃料バーナは、第１〜第４発明の何れかの粉状燃料バーナにおいて、
前記第２燃焼室の内径を、前記第１燃焼室の内径よりも大きくし、
前記第２燃焼室内に吹き込む前記酸素含有ガスの量を、前記第１燃焼室内に吹き込む酸素含有ガスの量よりも多くしたことを特徴とする。

また、第６発明の粉状燃料バーナは、第５発明の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室と前記第２燃焼室は、一端が前記第１燃焼室に接続され他端が前記第２燃焼室に接続された接続管を介して、直列に接続されており、
前記接続管の内壁面が、前記第１燃焼室の内径と同一の内径を有する前記一端から前記第２燃焼室の内径と同一の内径を有する前記他端へと向かうにしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていることを特徴とする。

また、第７発明の粉状燃料バーナは、第１〜第６発明の何れかの粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室の端面に設けたノズルから、前記第１燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする。

また、第８発明の粉状燃料バーナは、一方の端面を閉じ、他方の端面を開放した管状の燃焼室を有し、
前記燃焼室では、前記燃焼室の内壁面の接線方向に向けて前記燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を前記燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を前記燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記燃焼室内に旋回火炎を形成し、且つ、前記燃焼室の一方の端面に設けたノズルから、前記燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする。

また、第９発明の粉状燃料バーナは、第７又は第８発明の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室側の端面に設けたノズルの内壁面が、前記第１燃焼室の端面に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていること、又は、前記燃焼室の一方の端面に設けたノズルの内壁面が、前記燃焼室の一方の端面に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていることを特徴とする。

また、第１０発明の粉状燃料バーナは、第１〜第９発明の何れかの粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室及び前記第２燃焼室の管軸方向が鉛直方向となるように設置されていることを特徴とする。

また、第１１発明の粉状燃料バーナは、第１〜第１０発明の何れかの粉状燃料バーナにおいて、
前記粉状燃料はバイオマス燃料を微粉砕したものであることを特徴とする粉状燃料バーナ。

第１発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室では、第１燃焼室の内壁面の接線方向に向けて第１燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、第１燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を第１燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を第１燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記第１燃焼室内に旋回火炎を形成し、第２燃焼室では、第２燃焼室の内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて第２燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、第２燃焼室内に酸素含有ガスと粉状燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該粉状燃料とを第２燃焼室内で旋回させて供給する、助燃燃料の燃焼により形成される火炎は強旋回を受け燃焼室の内壁面に沿って拡がり燃焼室壁面の内側に火炎を形成し、回転しながら上昇する。バイオマス等の微粉砕された粉状燃料も強い旋回を受けるために燃焼室の内壁面に沿って回転しながら上昇する。該粉状燃料は、遠心力により内壁面の表面に引き寄せられ、助燃燃料により形成される火炎帯の内部に入り込み、火炎帯と同伴しながら上昇することになる。これにより、低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料等の低品位粉状燃料においても確実な着火と安定した燃焼が可能となり、比較的広い空気比の範囲での保炎も可能となる。

第２発明の粉状燃料バーナによれば、第２燃焼室に設けられたノズルは第２燃焼室の径方向に対して４５〜９０度の範囲内の角度に設定されているため、供給する粉状燃料の旋回の強度が可変となり、対象とする粉状燃料の粒径に応じて角度を設定することにより、粉状燃料を旋回火炎に確実に入り込ませて確実に着火させることができる。

第３発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室では、第１燃焼室の内壁面の接線方向に向けて第１燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、第１燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を第１燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を第１燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記第１燃焼室内に旋回火炎を形成し、第２燃焼室では、第２燃焼室の内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて第２燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、第２燃焼室内に酸素含有ガスのみを吹き込むことにより当該酸素含有ガスを第２燃焼室内で旋回させ、且つ、第２燃焼室に設けた他の１つ又は複数のノズルから、第２燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより当該粉状燃料を第１燃焼室から第２燃焼室へと移動してきた前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したため、粉状燃料として低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料などの低品位の粉状燃料を用いても、確実な着火と安定した燃焼が可能となり、比較的広い空気比の範囲での保炎も可能となる。しかも、粉状燃料を吹き込むためのノズルとは別に酸素含有ガスのみを吹き込むためのノズルを設けたことにより、酸素含有ガスのみを吹き込むためのノズルとは別個に粉状燃料を吹き込むためのノズルの取り付け角度を任意に設定することができるため、供給する粉状燃料の旋回の強度が可変となり、対象とする粉状燃料の粒径に応じて角度を設定することにより、粉状燃料を旋回火炎に確実に入り込ませて確実に着火させることができる。

第４発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室と第２燃焼室は相互の管軸が同一軸上となるように接続されているため、相互の管軸がずれている場合に比べて助燃燃料によって形成された旋回火炎を減衰させることなく、より確実に第１燃焼室から第２燃焼室へと導くことができる。

第５発明の粉状燃料バーナによれば、第２燃焼室の内径を、第１燃焼室の内径よりも大きくし、第２燃焼室内に吹き込む酸素含有ガスの量を、第１燃焼室内に吹き込む酸素含有ガスの量よりも多くしたため、比較的少ない量の助燃燃料の旋回火炎で多量の粉状燃料を燃焼させて高負荷燃焼を実現することができる。

第６発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室と第２燃焼室は、一端が第１燃焼室に接続され他端が第２燃焼室に接続された接続管を介して、直列に接続されており、前記接続管の内壁面が、第１燃焼室の内径と同一の内径を有する前記一端から第２燃焼室の内径と同一の内径を有する前記他端へと向かうにしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっているため、第１燃焼室と第２燃焼室との接続部で内径がステップ状に変化している場合に比べて助燃燃料によって形成された旋回火炎を減衰させることなく、より確実に第１燃焼室から第２燃焼室へと導くことができる。

第７発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室の端面に設けたノズルから、第１燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を助燃燃料で形成された旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことにより、助燃燃料によって形成される旋回火炎の基部に粉状燃料が供給されて前記旋回火炎及び内壁面からの熱放射による熱が粉状燃料に供給されるため、粉状燃料として低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料などの低品位の粉状燃料を用いても、確実な着火と安定した保炎が可能となる。

第８発明の粉状燃料バーナによれば、燃焼室では、燃焼室の内壁面の接線方向に向けて燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を燃焼室に設けた点火プラグで点火して燃焼室内に旋回火炎を形成し、且つ、燃焼室の一方の端面に設けたノズルから、燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したため、助燃燃料によって形成される旋回火炎の基部に粉状燃料が供給されて前記旋回火炎及び内壁面からの熱放射による熱が粉状燃料に供給されるため、粉状燃料として低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料などの低品位の粉状燃料を用いても、確実な着火と安定した保炎が可能となる。

第９発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室側の端面に設けたノズルの内壁面が、第１燃焼室の端面に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていること、又は、燃焼室の一方の端面に設けたノズルの内壁面が、燃焼室の一方の端面に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっているため、このノズルから前記第１燃焼室内、又は、前記燃焼室内に空気とともに吹き込まれた粉状燃料が、内壁面に沿って剥離することなく前記第１燃焼室内又は前記燃焼室内で十分に広がるため、助燃燃料によって形成された旋回火炎に確実に供給され、当該粉状燃料のより確実な着火と安定した保炎が可能となる。

第１０発明の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室及び第２燃焼室の管軸方向が鉛直方向となるように設置されているため、未燃粉状燃料が重力によって落下しても、下から上昇してくる旋回火炎や空気によって再び吹き上げられることにより、鉛直方向に未燃粉状燃料の循環流が形成されるため、燃焼室内における粉状燃料の滞留時間が延長されることになり、比較的粒の粗い粉状燃料でも安定した燃焼が可能となる。

第１１発明の粉状燃料バーナによれば、粉状燃料はバイオマス燃料を微粉砕したものであることを特徴とするため、上記第１〜第１０発明の効果が得られることにより、微粉砕されたバイオマス燃料用のバーナとして好適な粉状燃料バーナを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき、詳細に説明する。なお、本発明の粉状燃料バーナは例えばロータリキルン用のバーナ、直接還元炉用のバーナ、燃焼炉用のバーナなど、広く一般に利用することができるものである。

＜実施の形態例１＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る粉状燃料バーナの側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。

図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、本実施の形態例１の粉状燃料バーナは管状（円筒状）の第１燃焼室１と管状（円筒状）の第２燃焼室２とを有しており、これらの第１燃焼室１と第１燃焼室２とが、接続管３を介して直列に接続されている。第１燃焼室１側の端面４は閉じられている一方、第２燃焼室２側の端面５は開放されている。第１燃焼室１と第２燃焼室２は相互の管軸（中心軸）が同一軸上となるように接続されている。勿論、接続管３の管軸も第１燃焼室１及び第２燃焼室２の管軸と同一軸上になっている。

また、本粉状燃料バーナは第１燃焼室１及び第２燃焼室２の管軸方向が鉛直方向となるように設置されている。なお、必ずしもこれに限定するものではなく、本粉状燃料バーナは第１燃焼室１及び第２燃焼室２の管軸方向が水平方向となるように設置してもよい。

また、第２燃焼室２の内径は、第１燃焼室１の内径の内径よりも大きくなっている。これは第２燃焼室２において多量の粉状燃料を燃焼させるために第２燃焼室２内に吹き込む空気の量を、第１燃焼室１内に吹き込む空気の量よりも多くするためである（詳細後述）。換言すれば、比較的少ない量の助燃燃料によって形成される旋回火炎（詳細後述）でできるだけ多量の粉状燃料を燃焼させて高負荷燃焼を実現するためである。図示例では第２燃焼室２の内径が第１燃焼室１の内径の約３倍となっている。なお、第２燃焼室２の内径を具体的にどの程度にするかは、第２燃焼室２内への具体的な粉状燃料の吹き込み量や、当該粉状燃料の吹き込み量に応じた具体的な空気（酸素含有ガス）の吹き込み量などに応じて適宜設定される。

接続管３は一端（下端）が第１燃焼室１に接続され、他端（上端）が第２燃焼室２に接続されている。そして、接続管３の内壁面３ａは、第１燃焼室１の内径と同一の内径を有する前記一端から第２燃焼室２の内径と同一の内径を有する前記他端へと向かうにしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっている。内壁面３ａの燃焼室１，２の管軸方向（鉛直方向）に対する角度θ₁は、接続管３内を流れる空気と助燃燃料の混合気（詳細後述）が内壁面３ａから剥離しない角度（例えば５〜１０度程度）に設定されている。このような角度θ₁の具体的な値については理論的又は実験的に適宜設定することができる。

なお、第１燃焼室１と第２燃焼室２との接続は必ずしもテーパー状の接続管３を介して接続する場合に限定するものではなく、図１（ａ）に一点鎖線で示すように第１燃焼室１と第２燃焼室２とを直接的に接続して内径が、両者の接続部でステップ状に変化してもよい。

第１燃焼室１の側面（周面）には２つのノズル６が設けられている。これらのノズル６は、図示しない助燃燃料供給装置から送られてきた助燃燃料と空気の予混合気を第１燃焼室１内に吹き込むためのものである。助燃燃料としては着火性のよい都市ガスやＬＰＧなどの気体燃料が用いられる。第１燃焼室１の周面（側面）には管軸方向に沿って長いスリット状の孔１ａが形成されており、この孔１ａの周縁部にノズル６の先端部６ａがそれぞれ接続されている。また、２つのノズル６及び孔１ａは第１燃焼室１の周面における同一の管軸方向位置に設けられ、且つ、管軸に対して線対称の位置関係となっている。なお、ノズル６は図示例のように第１燃焼室２に２つ設けることが望ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、第１燃焼室２に１つ又は３つ以上設けてもよい。

また、ノズル６は第１燃焼室１の径方向に対する角度θ₂が９０度となっている。即ち、ノズル６は第１燃焼室１の内壁面１ｂの接線方向に向けられた状態で第１燃焼室１に設けられている。なお、２つのノズル６は何れも先端側が、同じ周方向（図示例では反時計回りの方向）に向けられている。

従って、これらのノズル６から図１（ｄ）に矢印で示すように第１燃焼室１内に助燃燃料と空気の混合気が吹き込まれると、第１燃焼室１内では内壁面１ｂに沿って前記混合気の旋回流が形成される。ノズル６は、その先端部６ａの形状が第１燃焼室１の管軸方向に沿って長い偏平であり、且つ、その開口面積が縮小されているため、前記混合気を確実に前記接線方向に高速で吹き込むことができる。また、第１燃焼室１の側面にはノズル６に近接して点火プラグ８が設けられており、この点火プラグ８によって第１燃焼室１内に吹き込まれた前記混合気を点火するようになっている。

一方、第２燃焼室２の側面（周面）には２つのノズル７が設けられている。これらのノズル７は、図示しない粉状燃料供給装置から送られてきた粉状燃料と空気の予混合気を第２燃焼室２内に吹き込むためのものである。前記粉状燃料としては、バイオマス燃料を微粉砕したものの他、各種の粉状燃料を用いることができる。

第２燃焼室２の周面（側面）には管軸方向に沿って長いスリット状の孔２ａが２つ形成されており、これらの孔２ａの周縁部にノズル７の先端部７ａがそれぞれ接続されている。また、２つのノズル７及び孔２ａは第２燃焼室２の周面における同一の管軸方向位置に設けられ、且つ、管軸に対して線対称の位置関係となっている。なお、ノズル７は図示例のように第２燃焼室２に２つ設けることが望ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、第２燃焼室２に１つ又は３つ以上設けてもよい。

ノズル７は第２燃焼室２の径方向に対する角度θ₃が９０度となっている。即ち、ノズル７は第２燃焼室２の内壁面２ｂの接線方向に向けられた状態で第２燃焼室２に設けられている。また、２つのノズル７は何れも先端側が、同じ周方向（図示例では反時計回りの方向）に向けられている。従って、これらのノズル７から図１（ｂ）に矢印で示すように第２燃焼室２内に粉状燃料と空気が吹き込まれると、第２燃焼室２内には内壁面２ｂに沿って当該空気と当該粉状燃料の旋回流が形成される。ノズル７は、その先端部７ａの形状が第２燃焼室２の管軸方向に沿って長い偏平であり、且つ、その開口面積が縮小されているため、前記空気と前記粉状燃料を確実に前記接線方向に高速で吹き込むことができる。

なお、ノズル７の取り付けは、必ずしも前記接線方向に向ける場合に限定するものではなく、旋回火炎１１（管状の火炎帯）に粉状燃料が確実に入り込むようにするために前記接線方向に対して傾斜する方向に向けて取り付けるようにしてもよい。つまり、空気の旋回流を形成するには前記接線方向に向けてノズル７を取り付けることが望ましいが、粉状燃料が確実に旋回火炎１１に入り込むようにするには前記接線方向に対して傾斜した方向に向けてノズル７を取り付けたほうがよい場合がある。この場合、ノズル７の取り付け角度（吹き込み角度）は図１（ｂ）に一点鎖線で示すように第２燃焼室２の径方向に対して４５度（θ₄）の角度から前記径方向に対して９０度（θ₃）の角度までの範囲（４５〜９０度の範囲）内で設定するのが適当である。なお、具体的にどの角度に設定するかは、粉状燃料の粒径に応じた当該粉状燃料の旋回火炎１１の通過時間などを考慮して決定され、例えば比較的粒径が小さい場合には９０度寄りの角度とし、比較的粒径が大きい場合には４５度寄りの角度とする。

以上のことから、本実施の形態例１の粉状燃料バーナでは次のような作用効果が得られる。

即ち、本実施の形態例１によれば、第１燃焼室１では、第１燃焼室１の内壁面１ｂの接線方向に向けて第１燃焼室１に設けられたノズル６から、第１燃焼室１内に空気と助燃燃料の混合気を吹き込むと、当該混合気が第１燃焼室１内で旋回する。このため、当該混合気を点火プラグ８で点火すると、当該混合気の助燃燃料の燃焼によって形成される火炎が強旋回を受けるため、第１燃焼室１内には第１燃焼室１の内壁面１ｂに沿って旋回する旋回火炎１１が形成される。そして、この旋回火炎１１は旋回しながら上昇（移動）し、接続管３内を経て第２燃焼室２内へと達する。

このとき、第１燃焼室１と第２燃焼室２は相互の管軸が同一軸上となるように接続されているため、相互の管軸がずれている場合に比べて旋回火炎１１を、より確実に第１燃焼室１から第２燃焼室２へと導くことができる。更に、接続管３は内壁面３ａが、第１燃焼室１の内径と同一の内径を有する一方の端から第２燃焼室２の内径と同一の内径を有する他方の端へと向かうにしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっているため、第１燃焼室１と第２燃焼室２との接続部で内径がステップ状に変化している場合に比べて旋回火炎１１を、より確実に第１燃焼室１から第２燃焼室２へと導くことができる。

一方、第２燃焼室では、第２燃焼室２の内壁面２ｂの接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて第２燃焼室２に設けられたノズル７から、第２燃焼室２内に空気と粉状燃料とを吹き込むと、当該空気と当該粉状燃料とが第２燃焼室２内で旋回する。そして、当該粉状燃料が、第１燃焼室１から第２燃焼室２へと移動（上昇）してきた旋回火炎１１に供給されて燃焼する。

詳述すると、第２燃焼室２では、粉状燃料が、空気とともに強い旋回が与えられて第２燃焼室２内に投入（旋回火炎１１に供給）されるため、第２燃焼室２の内壁面２ｂに沿って旋回しながら上昇（開放端面５へと向かって移動）する。このため、当該粉状燃料は、遠心力により、旋回火炎１１（管状の火炎帯）の内部を貫通した後、助燃燃料の高温反応域に同伴された状態で旋回しながら上昇する。その結果、第２燃焼室２内では当該粉状燃料と助燃燃料の高温反応域との熱交換が非常に効率よく行われるため、当該粉状燃料の酸化反応（燃焼）が急速に進展する。従って、本粉状燃料バーナでは、粉状燃料として低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料などの低品位の粉状燃料を用いても、確実な着火と安定した燃焼が可能となり、比較的広い空気比の範囲での保炎も可能となる。

また、この場合、特に第２燃焼室２に設けるノズル７の取り付け角度を、第２燃焼室２の径方向に対して４５〜９０度の範囲内の角度に調整して設定（固定）することにより、粉状燃料を旋回火炎１１（管状の火炎帯）により確実に入り込ませて、より確実に着火させることができる。

また、本実施の形態例１の粉状燃料バーナでは第２燃焼室２の内径を、第１燃焼室１の内径よりも大きくして、第２燃焼室２内に吹き込む空気の量を第１燃焼室１内に吹き込む空気の量よりも多くしたため、比較的少ない量の助燃燃料の旋回火炎１１で多量の粉状燃料を燃焼させて高負荷燃焼を実現することができる。

また、本実施の形態例１の粉状燃料バーナは第１燃焼室１及び第２燃焼室の管軸方向が鉛直方向となるように設置されているため、未燃粉状燃料が重力によって落下しても、下から上昇してくる旋回火炎１１や空気によって再び吹き上げられることにより、鉛直方向に未燃粉状燃料の循環流が形成される。このため、第２燃焼室２内における粉状燃料の滞留時間が延長されることになり、比較的粒の粗い粉状燃料でも安定した燃焼が可能となる。なお、前述のように本粉状燃料バーナは第１燃焼室１及び第２燃焼室２の管軸方向が水平方向となるように設置しても使用することができるが、この場合には平均粒径の小さな粉状燃料を用いることが望ましい。

＜実施の形態例２＞
図２は本発明の実施の形態例２に係る粉状燃料バーナの要部断面図であり、図１（ｂ）に相当する断面図である。なお、本実施の形態例２の粉状燃料バーナでは第２燃焼室に設けるノズルの構成のみが上記実施の形態例１（図１参照）と異なり、その他の構成については上記実施の形態例１と同様であるため、ここでの詳細な説明及び図示は省略する。

図２に示すように、本実施の形態例２の粉状燃料バーナでは、第２燃焼室２の側面（周面）に４つのノズル７Ａ，７Ｂが設けられている。このうちの２つのノズル７Ａは図示しない空気（酸素含有ガス）供給装置から送られてきた空気（酸素含有ガス）のみを第２燃焼室２内に吹き込むためのものであり、他の２つのノズル７Ｂは図示しない粉状燃料供給装置から空気（酸素含有ガス）とともに送られてきた粉状燃料を第２燃焼室２内に吹き込むためのものである。

第２燃焼室２の周面（側面）には管軸方向に沿って長いスリット状の孔２ａが４つ形成されており、これらの孔２ａの周縁部にノズル７Ａ，７Ｂの先端部７ａがそれぞれ接続されている。また、４つのノズル７Ａ，７Ｂ及び孔２ａは第２燃焼室２の周面における同一の管軸方向位置に設けられ、且つ、２つのノズル７Ａ及び孔２ａは管軸に対して線対称の位置関係となっており、他の２つのノズル７Ｂ及び孔２ａも管軸に対して線対称の位置関係となっている。ノズル７Ａ，７Ｂは何れも先端側が、同じ周方向（図示例では反時計回りの方向）に向けられている。また、ノズル７は先端部７ａの形状が第２燃焼室２の管軸方向に沿って長い偏平であり、且つ、その開口面積が縮小されているため、空気や粉状燃料を前記接線方向に高速で吹き込むことができる。なお、ノズル７Ａは図示例のように第２燃焼室２に２つ設けることが望ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、第２燃焼室２に１つ又は３つ以上設けてもよい。ノズル７Ｂも図示例のように第２燃焼室２に２つ設けることが望ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、第２燃焼室２に１つ又は３つ以上設けてもよい。

ノズル７Ａは第２燃焼室２の内壁面２ｂの接線方向に向けられた状態で第２燃焼室２に設けられている。従って、このノズル７Ａから図２に矢印で示すように第２燃焼室２内に空気が吹き込まれると、第２燃焼室２内には内壁面２ｂに沿って当該空気の旋回流が形成される。なお、この場合も、ノズル７Ａの取り付け角度は必ずしも前記接線方向に向けられた場合に限定するものでなく、第２燃焼室２内で空気の旋回流を形成することができれば前記接線方向に対して傾斜した方向に向けてもよい（例えば第２燃焼室２の径方向に対して４５〜９０度の範囲内の角度に設定してもよい）。

ノズル７Ｂも、図示例では第２燃焼室２の内壁面２ｂの接線方向に向けられた状態で第２燃焼室２に設けられている。但し、空気のみを吹き込むノズル７Ａを粉状燃料を吹き込むノズル７Ｂとは別に設けたため、ノズル７Ｂの取り付け角度は前記接線方向に向けた角度だけでなく、粉状燃料が旋回火炎１１（管状の火炎帯）に確実に供給される（入り込む）任意の角度、即ち、第２燃焼室２の径方向に対して４５〜９０度の範囲内の角度だけではく、４５度より小さな角度にも設定することができる。

本実施の形態例２の粉状燃料バーナおいても、第２燃焼室２に設けるノズルの数は上記実施の形態例１の粉状燃料バーナよりも多くなるものの、上記実施の形態例２の粉状燃料バーナと同様の作用効果が得られる。しかも、本実施の形態例２では第２燃焼室２の内壁面２ｂの接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて第２燃焼室２に設けられたノズル７Ａから、第２燃焼室２内に空気のみを吹き込むことにより当該空気を第２燃焼室２内で旋回させ、且つ、第２燃焼室２に設けた他のノズル７Ｂから、第２燃焼室２内に粉状燃料を空気とともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を第１燃焼室１から第２燃焼室２へと移動してきた旋回火炎１１に供給して燃焼させるように構成したこと、即ち、粉状燃料を吹き込むためのノズル７Ｂとは別に空気のみを吹き込むためのノズル７Ａを設けたことにより、ノズル７Ａとは別個にノズル７Ｂの取り付け角度を任意に設定することができるため、より確実に旋回火炎１１に粉状燃料を供給することができる。

＜実施の形態例３＞
図３（ａ）は本発明の実施の形態例３に係る粉状燃料バーナの側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図である。

図３（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、本実施の形態例３の粉状燃料バーナでは第１燃焼室１の端面４に管状のノズル２１が設けられている。ノズル２１は、その管軸が第１燃焼室１の管軸と同軸上となるように設けられている。そして、このノズル２１から、図３（ａ）中に矢印で示すように第１燃焼室１内へ管軸方向にバイオマス燃料などの粉状燃料を空気（酸素含有ガス）とともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を、助燃料によって形成された旋回火炎１１に供給して燃焼させるように構成されている。

本実施の形態例３のその他の構成は上記実施の形態例１又は２（図１，図２参照）と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。なお、この場合、ノズル７，７Ａ，７Ｂから第２燃焼室２内への粉状燃料の供給は行わず、ノズル２１からの第１燃焼室１内への粉状燃料の供給のみを行うようにしてもよい。この場合、燃焼室としては第２燃焼室２を設けずに第１燃焼室１だけを設ければよい。

本実施の形態例３の粉状燃料バーナによれば、第１燃焼室１内に供給された粉状燃料の周囲には助燃燃料による旋回火炎１１が安定に形成されており、ノズル２１から第１燃焼室１内に吹き込まれた粉状燃料が、その直後に旋回火炎１１からの熱移動により急速に加熱されて熱分解、揮発、着火にいたる。即ち、助燃燃料によって形成される旋回火炎１１の基部に粉状燃料が供給されて確実に旋回火炎１１の熱が粉状燃料に供給されるため、粉状燃料として低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料などの低品位の粉状燃料を用いても、確実な着火と安定した保炎が可能となる。

＜実施の形態例４＞
図４は本発明の実施の形態例４に係る粉状燃料バーナの要部を一部破断して示す側面図である。図４に示すように、本実施の形態例４の粉状燃料バーナでは、第１燃焼室１の端面４に設けたノズル２１の内壁面２１ａが、第１燃焼室１の端面４に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっている。なお、内壁面２１ａの第１燃焼室２の管軸方向（鉛直方向）に対する角度θ₅は、ノズル２１内を流れる粉状燃料が混合された空気が内壁面２１ａから剥離しない角度（例えば５〜１０度程度）に設定されている。このような角度θ₅の具体的な値については理論的又は実験的に適宜設定することができる。

本実施の形態例４のその他の構成は上記実施の形態例１〜３（図１〜図３参照）と同様であるため、ここでの詳細な説明及び図示は省略する。

本実施の形態例４の粉状燃料バーナによれば、上記実施の形態例３と同様の作用効果が得られる。しかも、本実施の形態例４の粉状燃料バーナではノズル２１の内壁面２１ａが、第１燃焼室１の端面４に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっているため、ノズル２１から第１燃焼室１内に空気とともに吹き込まれた粉状燃料が、上記実施の形態例３のような単なる管状のノズル２１に比べて第１燃焼室１内で十分に広がるため、より確実に助燃燃料によって形成された旋回火炎１１（管状の火炎帯）に供給されるため、当該粉状燃料のより確実な着火と安定した保炎が可能となる。

本発明は粉状燃料バーナに関するものであり、特にバーナの燃料として低カロリー且つ高含水率のバイオマス燃料などの低品位の粉状燃料を用いる場合に適用して有用なものである。

（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る粉状燃料バーナの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。本発明の実施の形態例２に係る粉状燃料バーナの要部断面図である。（ａ）は本発明の実施の形態例３に係る粉状燃料バーナの側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図である。本発明の実施の形態例４に係る粉状燃料バーナの要部を一部破断して示す側面図である。

符号の説明

１第１燃焼室
１ａ孔
１ｂ内壁面
２第２燃焼室
２ａ孔
２ｂ内壁面
３接続管
３ａ内壁面
４，５端面
６ノズル
６ａ先端部
７ノズル
７ａ先端部
７Ａ，７Ｂノズル
８点火プラグ
１１旋回火炎
２１ノズル
２１ａ内壁面

Claims

管状の第１燃焼室と管状の第２燃焼室とを直列に接続して、前記第１燃焼室側の端面を閉じる一方、前記第２燃焼室側の端面を開放した構成とし、
前記第１燃焼室では、前記第１燃焼室の内壁面の接線方向に向けて前記第１燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第１燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を前記第１燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を前記第１燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記第１燃焼室内に旋回火炎を形成し、
前記第２燃焼室では、前記第２燃焼室の内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて前記第２燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第２燃焼室内に酸素含有ガスと粉状燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該粉状燃料とを前記第２燃焼室内で旋回させ、且つ、当該粉状燃料を前記第１燃焼室から前記第２燃焼室へと移動してきた前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項１に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第２燃焼室に設けられたノズルは前記第２燃焼室の径方向に対して４５〜９０度の範囲内の角度に設定されていることを特徴とする粉状燃料バーナ。
管状の第１燃焼室と管状の第２燃焼室とを直列に接続して、前記第１燃焼室側の端を閉じる一方、前記第２燃焼室側の端を開放した構成とし、
前記第１燃焼室では、前記第１燃焼室の内壁面の接線方向に向けて前記第１燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第１燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を前記第１燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を前記第１燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記第１燃焼室内に旋回火炎を形成し、
前記第２燃焼室では、前記第２燃焼室の内壁面の接線方向に向けて又は前記接線方向に対して傾斜した方向に向けて前記第２燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記第２燃焼室内に酸素含有ガスのみを吹き込むことにより当該酸素含有ガスを前記第２燃焼室内で旋回させ、且つ、前記第２燃焼室に設けた他の１つ又は複数のノズルから、前記第２燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより当該粉状燃料を前記第１燃焼室から前記第２燃焼室へと移動してきた前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項１〜３の何れか１項に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室と前記第２燃焼室は相互の管軸が同一軸上となるように接続されていることを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項１〜４の何れか１項に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第２燃焼室の内径を、前記第１燃焼室の内径よりも大きくし、
前記第２燃焼室内に吹き込む前記酸素含有ガスの量を、前記第１燃焼室内に吹き込む酸素含有ガスの量よりも多くしたことを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項５に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室と前記第２燃焼室は、一端が前記第１燃焼室に接続され他端が前記第２燃焼室に接続された接続管を介して、直列に接続されており、
前記接続管の内壁面が、前記第１燃焼室の内径と同一の内径を有する前記一端から前記第２燃焼室の内径と同一の内径を有する前記他端へと向かうにしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていることを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項１〜６の何れか１項に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室の端面に設けたノズルから、前記第１燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする粉状燃料バーナ。
一方の端面を閉じ、他方の端面を開放した管状の燃焼室を有し、
前記燃焼室では、前記燃焼室の内壁面の接線方向に向けて前記燃焼室に設けられた１つ又は複数のノズルから、前記燃焼室内に酸素含有ガスと助燃燃料とを吹き込むことにより当該酸素含有ガスと当該助燃燃料との混合気を前記燃焼室内で旋回させるとともに当該混合気を前記燃焼室に設けた点火プラグで点火して前記燃焼室内に旋回火炎を形成し、且つ、前記燃焼室の一方の端面に設けたノズルから、前記燃焼室内に粉状燃料を酸素含有ガスとともに吹き込むことにより、当該粉状燃料を前記旋回火炎に供給して燃焼させるように構成したことを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項７又は８に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室側の端面に設けたノズルの内壁面が、前記第１燃焼室の端面に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていること、又は、前記燃焼室の一方の端面に設けたノズルの内壁面が、前記燃焼室の一方の端面に近づくしたがって内径が漸増するテーパー状の面となっていることを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項１〜９の何れか１項に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記第１燃焼室及び前記第２燃焼室の管軸方向が鉛直方向となるように設置されていることを特徴とする粉状燃料バーナ。
請求項１〜１０の何れか１項に記載の粉状燃料バーナにおいて、
前記粉状燃料はバイオマス燃料を微粉砕したものであることを特徴とする粉状燃料バーナ。