JP4917548B2 - バーナの燃焼効率向上化装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体燃料又はガス燃料をノズルから噴出して燃焼させるバーナにおいて、燃料の燃焼効率を向上させるバーナの燃焼効率向上化装置に関する。

一般に、ボイラーは、燃焼室内で燃料を燃焼させて熱を発生させ、発生した熱によって容器内の熱媒を加熱し、蒸気又は温水をつくる。ボイラーの燃料として、液体の燃料又はガスが広く用いられている。液体の燃料として、例えば、重油や灯油等が挙げられ、ガスとしてはプロパンガスが挙げられる。

重油や灯油等の燃料は、タンクからポンプによってオイルバーナヘ送られ、オイルバーナからボイラーの燃焼室内に送られ、点火されて燃焼する。

従来あるオイルバーナは、２つのタイプに大きく分類される（非特許文献１を参照）。一方のタイプのオイルバーナは、重油等の燃料を噴出し、霧化させて点火し、燃焼させる。他方のタイプのオイルバーナは、灯油等の燃料を蒸発させて点火し、燃焼させる。前者のタイプのオイルバーナとして、例えば、圧力噴霧式バーナ、高圧蒸気噴霧式バーナ、高圧空気噴霧式バーナ、混気噴霧式バーナ、ロータリーバーナ、ガンタイプバーナが挙げられる。

圧力噴霧式バーナは、旋回溝をノズルの背面に有している。加圧された燃料が旋回溝を通り、ノズルから円錐状に広がって噴出する。噴出した燃料は、微粒化して霧化する。霧化した燃料は、点火バーナの炎によって点火されて燃焼する。

高圧蒸気噴霧式バーナでは、燃料が高圧蒸気のエネルギーによって霧化する。霧化した燃料は、点火バーナの炎によって点火されて燃焼する。

高圧空気噴霧式バーナでは、燃料が高圧空気のエネルギーによって霧化する。霧化した燃料は、点火バーナの炎によって点火されて燃焼する。

混気噴霧式バーナでは、ほぼ同じ圧力の気体と燃料とが一緒に旋回して混合し、混合した気体と燃料とがノズルから噴出する。噴出した燃料は、膨張して霧化する。霧化した燃料は、点火バーナの炎によって点火されて燃焼する。

ロータリーバーナは、高速回転するカップを有している。燃料が高速回転するカップ内に送られる。燃料は遠心力によってカップの内面に張り付き、カップの先端の出ロヘ向かって流れる。空気がカップの外側から回転しつつ噴出している。この空気の噴出方向はカップの回転方向と逆方向となっている。カップの先端の出口から出た燃料は、カップの外側から噴出する空気によって剪断され、霧化する。霧化した燃料は、点火バーナの炎によって点火されて燃焼する。

ガンタイプバーナは、圧力噴霧式バーナに送風機を組み合わせたものであり、点火プラグを点火装置として有している。ノズルから噴出した燃料は、点火プラグのスパークによって直接点火されて燃焼する。

これらのオイルバーナの用途は、ボイラーに限定されるものではない。例えば、各種炉等においても、オイルバーナが広く使われている。

また、これまでにオイルバーナの燃焼を補助する装置も提唱されている（特許文献１、２、３、４を参照）。

更に、ガスバーナにおいては、プロパンガスと空気とを混合せしめ出口において点火して炎を燃焼室に噴出せしめるようにしている。
南雲健治、「絵とき ボイラーのやさしい知識」、ＩＳＢＮ４−２７４−０８６６２−３、株式会社オーム社、平成８年１０月１５日、ｐ．１１８−１２３ 実願昭５９−０７５７１４号（実開昭６０−１８９７１７号）のマイクロフイルム 特開昭６０−２４５９１５号公報 実用新案登録第３１１７０１９号公報

前述したオイルバーナには、燃焼効率が低いという問題が存在する。すなわち、オイルバーナから噴出した燃料は、霧化して点火される。しかし、噴出した燃料の一部は、燃焼せず、そのまま排ガスと一緒に排出されてしまう。この排ガスと一緒に排出される燃料の割合が大きく、燃焼効率が低くなっている。

本発明者の測定によれば、ガンタイプオイルバーナを用いてＡ重油をボイラーの燃焼室で燃焼させる場合、燃焼室から出る排ガス中には、燃料のＡ重油の２０〜３０質量％が燃焼せずにそのまま含まれている。燃焼していないＡ重油等が排ガスと一緒に大気放散されれば、大きな負担が周辺の環境にかかり、好ましくない。また、燃料の燃焼効率が低いということは、燃料の無駄使いが行われているということであり、省エネルギーの観点から好ましくない。さらに、燃料が燃焼室内で完全に燃焼しないので、多量のタールや煤が燃焼室内やオイルバーナ近傍に付着する。この結果、清掃やメンテナンスにおける作業量が増えてしまう。

また、ガスバーナにおいては、火口から噴射される火炎の調整が十分でなく不完全燃焼の部分が存在する。

本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、燃料の燃焼効率を向上させることができるバーナの燃焼効率向上化装置を提供することである。

本発明に係るバーナの燃焼効率向上化装置は、燃料をノズルから噴出して燃焼させるバーナにおいて、ノズル前方に噴射する炎の中に炎の軸方向に沿って燃料の流れを規制する少なくても一つの流れ規制部材を設け、この流れ規制部材は、燃料の流れを遮断する遮断部分と、その流れを通過せしめる開口部分とからなることを特徴とする。

流れ規制部材が一つの場合にはバーナのノズル近傍の炎の中に設け、燃料の流れに衝突させて乱流を起こさせ噴射された油滴を小さくするとともに燃料と空気とを混合せしめ、遮断部分に衝突した流れはその外側を通って流れ、開口部分の流れと混合する。

流れ規制部材を複数設ける場合において、複数の流れ規制部材のノズルに近い規制部材は主として乱流を起こさせる作用をし、他の規制部材は主として燃料の流れに抵抗を与える作用をする。これにより、オイルバーナにおいては、噴霧された油滴が小さくなり燃焼がし易くなるばかりでなく、燃料の流れが抵抗を受け、燃焼室内で長い時間滞留するので完全燃焼となる。また、ガスバーナにおいては、各流れ規制部材は乱流を生じさせる作用と抵抗作用をなし、燃料と空気との混合が十分に行われ完全燃焼となる。

本発明に係るオイルバーナの燃焼効率向上化装置は、油滴が存在するオイルバーナに最適であるが、ガスバーナにも適用され、完全燃焼が行われる。

本発明に係わるバーナの燃焼効率向上化装置においては、前記バーナはオイル燃料を使用するオイルバーナであり、前記流れ規制部材は、前記ノズルの前方に設置され、前記ノズルから噴出する燃料の流れに衝突して燃料の流れを乱流とする第一規制部材と、前記第一規制部材の下流側に設置され前記第一規制部材から下流側に向かって流れる燃料の流れに抵抗を与える第二規制部材とからなることを特徴とする。

本発明者の経験によれば、オイルバーナにおいて燃料の流れが第一規制部材と衝突して乱れると、第一規制部材の近傍に滞在する燃料の粒子径が小さくなり、燃料の霧化が促進される。霧化した燃料は非常に燃焼しやすい。霧化した燃料が、点火されて、燃焼を開始する。燃焼を開始した燃料は、そのまま燃焼しながら第一規制部材から第二規制部材に向かって流れる。

第二規制部材が、第一規制部材から流れてくる燃料に抵抗を与える。第二規制部材に向かう燃料の流れは、第二規制部材から抵抗を受け、その流速が遅くなる。流速が遅くなると、燃料が第一規制部材と第二規制部材との間に滞在する時間が長くなる。また燃料が第二規制部材の近傍に滞在する時間も長くなる。この結果、第一規制部材と第二規制部材との間において、燃料が燃焼する時間が長くなる。また、第二規制部材の近傍において、燃料が燃焼する時間も長くなる。

したがって、第一規制部材と第二規制部材との間において、燃焼してしまう燃料の割合が大きくなる。また、第二規制部材の近傍において、燃焼してしまう燃料の割合も大きくなる。

第一規制部材と第二規制部材との間において、燃料の燃焼が進むので、燃料の燃焼温度は第一規制部材から第二規制部材にかけて上昇し、第二規制部材の近傍が高温となる。第二規制部材の近傍が高温となると、第二規制部材の近傍における燃料の燃焼がさらに進む。そして、燃焼せずに第二規制部材よりも下流側に流れる燃料の割合が小さくなる。また、単位時間当たりに発生する熱量が大きくなる。

この結果、オイルバーナにおける燃料の燃焼効率が良くなる。燃料の燃焼効率が良くなれば、排ガス中に含まれる燃焼していない燃料の量が減少し、排ガスの処理が容易化される。また、燃料の無駄使いが防止され、省エネルギーが促進される。さらに、タールや煤の発生が少なくなり、オイルバーナやオイルバーナの周辺機器の清掃やメンテナンスが容易化される。

なお、燃焼効率向上化装置を適用可能なオイルバーナは、液体の燃料をノズルから噴出して燃焼させるタイプのものであればよい。燃焼効率向上化装置を適用可能なオイルバーナとして、従来ある圧力噴霧式バーナ、高圧蒸気噴霧式バーナ、高圧空気噴霧式バーナ、混気噴霧式バーナ、ロータリーバーナ、ガンタイプバーナを挙げることができる。

本発明に係わるバーナの燃焼効率向上化装置においては、前記流れ規制部材又はセラミックスは金属からなり、前記第一、第二規制部材の外形は円形であり、前記第一規制部材の燃料の流れを遮断する面積は第二規制部材の燃料の流れを遮断する面積よりも小さいことを特徴とする。

これにより、第一規制部材は、乱流発生作用を確保し、第二規制部材は燃料の流れの抵抗作用を確保する。

本発明に係わるバーナの燃焼効率向上化装置においては、前記流れ規制部材はセラミックス又は金属からなり、前記第一規制部材は、円形リングからなり、前記第二規制部材は複数の開口を有する前記円形リングとほぼ同一直径の円板からなり、前記第一規制部材の円形リングの開口面積は、前記第二規制部材の複数の開口面積の総和より大であることを特徴とする。

火炎の横断面は円形であり、火炎の中に両規制部材はセットされるので規制部材の形状は円形が好ましく、第二規制部材に主として抵抗作用を持たせるために燃料の流れが通過する開口面積を第一規制部材のそれよりも小さくしている。

本発明に関連するバーナの燃焼効率向上化装置においては、前記流れ規制部材はセラミックス又は金属からなり、前記第一、第二規制部材はほぼ同一直径の円形リングからなり、前記各円形リングはその中央部分に円形開口を備え、前記第一規制リングの円形リングの開口は第二規制部材のそれよりも大であることを特徴とする。

前記流れ規制部材は、低温ボイラーの場合は金属で、高温ボイラーの場合はセラミックスで製造され、第一規制部材に主として乱流発生作用を持たせ、第二規制部材は主として抵抗作用を持たせるために両部材の円形開口の大きさを特定した。

本発明に関連するバーナの燃焼効率向上化装置は、前記第一規制部材の燃料の流れを遮断する面積と前記第二規制部材の燃料の流れを遮断する面積との比が５：１０乃至９：１０の範囲であることを特徴とする。

両部材の遮断面積の比が５：１０以下の場合は、第一規制部材の燃焼の流れを乱す作用が十分でなく、第一規制部材の乱流発生作用と第二規制部材の抵抗作用とのバランスが崩れ、不完全燃焼が起こる。また、両規制部材がセラミックス製であると割れ易くなる。両部材の遮断面積の比が９：１０以上であると、第一規制部材の抵抗作用が極端に大きくなり、燃料の流れがノズル近傍で大きく遮断されるので、炎の全体の形状が崩れて完全燃焼が阻害される。

前記両規制部材は一体化され、ボイラーの燃焼室に載置されてもよく、バーナに一体的に支持バーにより取付けられてもよく、ボイラーの燃焼室の内壁に着脱自在に取付けられてもよく、両規制部材を金属で作った場合にそれらを耐熱被覆してもよい。

本発明に関連するバーナの燃焼効率向上化装置は、ノズル部分に空気を送る空気室を備えたボイラーに取付けられ、前期バーナはノズル前方で前記第一規制部材の手前に燃料の流れをガイドするガイド筒を設け、このガイド筒内に空気と燃料を混合させるディフューザを設け、このディフューザとガイド筒間に間隙を設けたことを特徴とする。

前記空気室から送られた空気は、ガイド筒内に全て流入して燃料の流れが第一規制部材の方向へ絞られ、ディフューザにより拡散され、空気の一部はディフューザとガイド筒内の間隙を通って第一規制部材の方向へ向かう。

また、送られた空気の大部分はディフューザの中心開口を噴霧油滴とともに通りつつ油滴と空気とが混合する。前記ディフューザとガイド筒との間隙を通った空気とディフューザの中心開口を通った油滴と空気との混合気体が適切に混ざり合いこれにより空気と燃料とが十分混合される。

ノズル前方に設けられた複数の燃料の流れを規制する複数の流れ規制部材のうち、ノズルに近い規制部材で乱流を生じさせ、ノズルから遠い規制部材が燃料の流れを部分的に止める抵抗となり、燃焼ガスのボイラーの燃焼室内での滞留時間を長くして完全燃焼させることができ、少ない燃料でより多くのカロリーを発生できるとともに排ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素の量を減少させることができる。

第一の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置の斜視図である。 第一の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置及びガンタイプバーナを設置したボイラーの構成図である。 変形例に係る抵抗体の構成図であり、（ｉ）は変形例１に係る抵抗体の平面図、（ｉｉ）は変形例２に係る抵抗体の平面図、（ｉｉｉ）は変形例３に係る抵抗体の平面図、（ｉｖ）は変形例４に係る抵抗体の平面図である。 変形例５に係る抵抗体の構成図であり、（ｉ）は変形例５に係る抵抗体の平面図、（ｉｉ）は（ｉ）のＩ−Ｉ線断面図である。 ボイラーの燃焼室内における燃焼していない燃料の粒子の温度の説明図である。 本発明の作用説明図である。 第二の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置を縦型ボイラー内に設置したときのボイラーの斜視図である。 図７に示した燃焼効率向上化装置の拡大斜視図である。 縦型ボイラーの燃焼室内に設置されるタイプの燃焼効率向上化装置の正面図である。 第二の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置を横型ボイラー内に設置したときのボイラーの構造図である。 図１０に示した燃料効率向上化装置の拡大斜視図である。 本発明の第三の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置を設置した縦型ボイラーの上部断面図である。 本発明をガスバーナに応用したときの概略説明図である。 流れ規制部材が一つの場合の作用説明図である。

符号の説明

１００、２００、４００、５０７ 燃焼効率向上化装置
１０、１１０、１３９、４０２、５０８ 第一規制部材
１２、１１２、１４０、４０３、５０９ 第二規制部材
１８ 抵抗体
２０ 棒状の部材
２４ 円環状の部材
２６ 網状の部材
２８ 湾曲面
３０ 円形板
３４、１３４、３０３、５１０ 支持バー
１３８ 基台
４０、４０５、５０１ オイルバーナ
４４ ケーシング
４６ モータ
４８ オイルポンプ
５０ 送風機
５２ 高燃焼ノズル
５４ 低燃焼ノズル
２５２ 一次ノズル
２５４ 二次ノズル
１５１ ノズル
５６ 点火プラグ
５８ 点火用トランス
６０ ディフューザ
７０、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３ ボイラー

発明を案施するための最良の形態

本発明を実施するための第一の実施の形態を図１及び図２を参照しつつ説明する。

図１は第一の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置の斜視図であり、図２は第一の実施の形態に係る燃焼効率向上化装置及びガンタイプバーナを設置したボイラーの構成図である。

図１及び図２に示すように、燃焼効率向上化装置１は第一規制部材１０及び第二規制部材１２を備えている。

第一規制部材１０はリング状の部材を有している。第一規制部材１０のリング状の部材はＳＵＳ３１６Ｓ製の板によって形成されている。第一規制部材１０の中央には、円形の開口１４ａがあいている。開口１４ａの周囲のリングが縁１６ａ（燃料の流れを遮断する遮断部分）を形成している。

第一規制部材１０と同様に、第二規制部材１２はリング状の部材を有している。第二規制部材１２のリング状の部材はＳＵＳ３工６Ｓ製の板によって形成されている。第二規制部材１２の中央には、円形の開口１４ｂがあいている。開口１４ｂの周囲のリングが縁１６ｂ（遮断部分の一部）を形成している。

仮想線Ｌｂが、開口１４ｂの中心Ｏｂを通り、開口１４ｂの円を左右２つの半円に分断している。仮想線Ｌｂをはさむ左右の縁１６ｂが、複数本のまっすぐな棒状の部材（遮断部分の一部）２０の各基端を支承している。各棒状の部材２０はＳＵＳ３１６Ｓ製である。仮想線Ｌｂよりも左側の縁１６ｂに支承された棒状の部材２０と、仮想線Ｌｂよりも右側の縁１６ｂに支承された棒状の部材２０とは、仮想線Ｌｂをはさんで互いに左右対称に配置されている。各棒状の部材２０の先端は仮想線Ｌｂ側を向き、自由端となっている。各棒状の部材２０の先端は、仮想線Ｌｂに届いていない。仮想線Ｌｂの左側において、各棒状の部材２０は互いに平行に並んでおり、隣接する棒状の部材２０同士の間隔はほぼ等しい。仮想線Ｌｂの右側においても同様である。すなわち、仮想線Ｌｂをはさむ左右両側において、棒状の部材２０が櫛状に並んでいる。これらの棒状の部材２０が抵抗体１８を形成している。

３本の支持バー３４が、第一規制部材１０の縁１６ａと第二規制部材１２の縁１６ｂとの間を接続している。支持バー３４は、ＳＵＳ３１６Ｓ製である。各支持バー３４は、開口１４ａの中心Ｏａと開口１４ｂの中心Ｏｂとを結ぶ中心線ＣＬと平行である。各支持バー３４の先端が第二規制部材１２の縁１６ｂに取り付けられている。各支持バー３４の先端同士の間には、第二規制部材１２の縁１６ｂの周方向に１２０度の間隔があいている。

各支持バー３４の中間部が、第一規制部材１０の縁１６ａを貫通している。各支持バー３４の末端側が、第二規制部材１２とは反対側に向かって第一規制部材１０の縁１６ａから突出して伸びている。燃焼効率向上化装置１の表面は、セラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。

図２に示すように、燃焼効率向上化装置１は、ガンタイプのオイルバーナ４０の先端部分４２に装着されている。

オイルバーナ４０は従来あるガンタイプのオイルバーナであり、ケーシング４４、モータ４６、オイルポンプ４８、送風機５０、高燃焼ノズル５２、低燃焼ノズル５４、点火プラグ５６、点火用トランス５８及びディフューザ６０を備えている。

モータ４６、オイルポンプ４８及び点火用トランス５８がケーシング４４の外側に取り付けられている。送風機５０、高燃焼ノズル５２、低燃焼ノズル５４、点火プラグ５６及びディフューザ６０が、ケーシング４４の内側に取り付けられている。

オイルポンプ４８及び送風機５０がモータ４６に接続されており、オイルポンプ４８及び送風機５０がモータ４６によって駆動する構成となっている。

オイルポンプ４８は高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４へ接続されており、オイルポンプ４８が重油又は灯油の燃料をタンク（図示せず）から高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４へ吐出する構成となっている。

送風機５０がケーシング４４の内側の最奥に配置されており、空気が、ケーシング４４の内側からオイルバーナ４０の先端部分４２を通ってケーシング４４の外側へ送風される構成となっている。

オイルバーナ４０の先端部分４２近傍に、高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４が配置されており、燃料がオイルバーナ４０の先端部分４２からケーシング４４の外側へ噴出する構成となっている。高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から噴出する燃料の量はそれぞれ制御可能となっている。

低燃焼ノズル５４の先端近傍には点火プラグ５６が配置されている。点火プラグ５６は点火用トランス５８と接続されている。点火プラグ５６によって発生するスパークによって、高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から噴出する燃料が強制的に点火される構成となっている。

ディフューザ６０がオイルバーナ４０の先端部分４２に配置されている。ディフューザ６０は、リング状の円形板であり、中央に開口があいている。ディフューザ６０の中央の開口が、高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４の前方に位置している。ディフューザ６０の中央の開口の内周部分には、複数本の細い切り込みが周方向に等間隔で形成されている。これらの切り込みは、ディフューザ６０の径方向に伸びている。ディフューザ６０の外側と、オイルバーナ４０の先端部分４２のケーシング４４の内面との間には、隙間が形成されている。ディフューザ６０が、送風機５０によって送風される空気と、高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から噴出する燃料とを混合する構成となっている。

燃焼効率向上化装置１の３本の支持バー３４の末端同士の間に、オイルバーナ４０の先端部分４２のケーシング４４がはさみこまれており、オイルバーナ４０の先端部分４２に燃焼効率向上化装置１がしっかりと固定されている。

図２に示すボイラー７０は、従来ある小型貫流ボイラーである。ボイラー７０は、ボイラー７０の容器内の水又は熱媒を加熱し、蒸気又は温水をつくる構成となっている。ボイラー７０の燃焼室７２はバーナ挿入口７４を有する。オイルバーナ４０の先端部分４２及び燃焼効率向上化装置１が、バーナ挿入口７４から燃焼室７２内に水平に挿入されている。オイルバーナ４０の先端部分４２がバーナ挿入口７４のフランジにボルト止めされている。燃焼室７２は排気口（図示せず）を有しており、燃焼室７２の排ガスを排気口からボイラー７０外へ排出可能に構成されている。

次に、作用について図２、図６を参照して説明する。

モータ４６が回転し、オイルポンプ４８と送風機５０が駆動する。オイルポンプ４８が駆動して燃料を高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４へ吐出し、燃料が高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から燃焼室７２内へ噴出する。送風機５０が駆動して、空気がオイルバーナ４０の先端部分４２から燃焼室７２内へ噴出する。

燃料は、高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から燃焼室７２内へ向かって噴出し、およそ０．６ｍｍ以下の粒径の粒子になる。ディフューザ６０が、燃料の粒子と、オイルバーナ４０の先端部分４２から燃焼室７２内へ噴出する空気とを、一緒に混合する。

スパークが点火プラグ５６によって発生する。プラグ５６のスパークによって高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から噴出する燃料は、点火プラグ５６のスパークによって強制的に点火され、燃料の燃焼が始まる。オイルバーナ４０の先端部分４２から燃焼室７２内へ噴出した直後の燃料は、殆どが０．６〜０．３ｍｍの粒径の粒子であり、ごく一部の燃料が０．１ｍｍ以下の粒径の粒子となって霧化している。燃焼を開始する燃料は、０．１ｍｍ以下の粒径の粒子となって霧化した燃料である。霧化していない粒径の大きな粒子の燃料は、燃焼をしていない。これら第一、第二規制部材１０、１２は炎Ｆの中に配置される。

高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から噴出した燃料は、ディフューザ６０によって空気と混合され、第一規制部材１０に向かって流れる。燃焼が始まった燃料も第一規制部材１０に向かって流れる。

第一規制部材１０に向かう燃料の流れの一部が、第一規制部材１０の縁１６ａに衝突し、第一規制部材１０の近傍で燃料の流れが乱れる。この結果、第一規制部材１０の近傍で、燃料の粒子の粒径が小さくなり、燃料の粒子の粒径はおよそ０．１ｍｍ以下となる。燃料の粒子の粒径が０．１ｍｍ以下になると、燃料は霧化して非常に着火しやすくなる。既に燃焼を開始している燃料が火種となり、霧化した燃料が着火する。そして、第一規制部材１０の近傍で燃料の燃焼が爆発的に始まる。

第一規制部材１０の上流側の燃料は、第一規制部材１０の開口１４ａの内側や縁１６ａの外側を通り、下流側の第二規制部材１２に向かって流れる。燃料が第一規制部材１０から第二規制部材１２に向かって流れる間、燃料の燃焼は進み、燃料の燃焼温度が第一規制部材１０から第二規制部材１２にかけて急激に上昇する。

燃料は、爆発的に燃焼しながら、第二規制部材１２の抵抗体１８まで流れる。燃料の流れは抵抗体１８の棒状の部材２０の間の隙間を通過する。この際、燃料の流れは抵抗体１８および縁１６ｂから抵抗を受け、燃料の流れの流速が遅くなる。この結果、燃料が第一規制部材１０と第二規制部材１２との間に滞在する時間が長くなる。また、燃料が第二規制部材１２の近傍に滞在する時間も長くなる。

燃料が第一規制部材１０と第二規制部材１２との間に長い時間滞在するので、第一規制部材１０と第二規制部材１２との間で燃焼する燃料の割合が大きくなる。また、燃料が第二規制部材１２の近傍に長い時間滞在するので、第二規制部材１２の近傍で燃焼する燃料の割合が大きくなる。前記両規制部材１０、１２は炎Ｆの中に配置されることが必要であり、炎の横断面全体に位置することは炎の形状が崩れ却って不完全燃焼を起こす。すなわち、各規制部材１０、１２の炎の中の外側部分Ｐから規制部材で抵抗を受けた流れが回り込み炎の形を大きく崩すことなく燃料と空気との混合を向上する。

第一規制部材１０と第二規制部材１２との間で、燃焼する燃料の割合が大きくなるので、燃料の燃焼温度は第一規制部材１０から第二規制部材１２にかけて上昇し、第二規制部材１２の近傍が高温となる。第二規制部材１２の近傍が高温となると、第二規制部材１２の近傍で燃料の燃焼がさらに進む。

この結果、オイルバーナ４０における燃料の燃焼効率が良くなる。燃料の燃焼効率が良くなれば、第二規制部材１２から下流の排気ロヘ流れる排ガス中において、燃焼せずにそのまま含まれる燃料の量が減少し、排ガスの処理が容易化される。また、燃料の無駄使いが防止され、省エネルギーも促進される。さらに、タールや煤の発生量が少なくなり、オイルバーナ４０、燃焼効率向上化装置１、燃焼室７２等の清掃やメンテナンスが容易化される。

第二規制部材１２の近傍が高温となると、第二規制部材１２の抵抗体１８を形成する棒状の部材２０が高温にさらされる。棒状の部材２０は高温にさらされて熱膨張し、伸張する。棒状の部材２０の先端は自由端となっているので、棒状の部材２０は自由端に向かって自由に伸張できる。棒状の部材の熱膨張によって生じる応力は、自由端の伸張によって吸収される。したがって、棒状の部材２０が高温にさらされて破損することが防止される。

また、燃焼効率向上化装置１の表面のうちの高温にさらされる部分では、セラミックスの粉を混合した水ガラスが、溶融してガラス質の層となる。このガラス質の層が燃焼効率向上化装置１の表面を覆う。このガラス質の層によって、耐熱性と耐腐食性が燃焼効率向上化装置1に付与される。

なお、第一の実施の形態の形態において、抵抗体１８をなす棒状の部材２０が櫛状に並んでいる。この代わりに、抵抗体１８を、図３（ｉ）〜（ｉｖ）の変形例１〜４や図５の変形例５に示す構成としてもよい。

図３（ｉ）に示すように、変形例１に係る抵抗体1８は棒状の部材２０によって形成されている。棒状の部材２０はＳＵＳ３１６Ｓ製であり、表面がセラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。棒状の部材２０の基端は縁１６ｂに支承されており、棒状の部材２０の中間部から複数本の枝２２が分岐している。各枝２２の先端が自由端となっている。

図３（ｉｉ）に示すように、変形例２に係る抵抗体１８は複数本の円環状の部材２４と２本のまっすぐな棒状の部材２0によって形成されている。円環状の部材２４及び棒状の部材２０はそれぞれＳＵＳ３１６Ｓ製であり、表面がセラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。各棒状の部材２０の基端が縁１６ｂに支承されており、各棒状の部材２０の先端が自由端となっている。複数本の円環状の部材２４は、互いに異なる直径を有し、穴１４ｂの中心Ｏｂの周りに同心に配置されている。各円環状の部材２４は、２本の棒状の部材２０を介して縁１６ｂに支承されている。

図３（ｉｉｉ）に示すように、変形例３に係る抵抗体１８は複数本のまっすぐな棒状の部材２０によって形成されている。棒状の部材２０はＳＵＳ３１６Ｓ製であり、表面がセラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。各棒状の部材２０の長さは穴１４ｂの半径よりも短い。各棒状の部材２０の基端が縁１６ｂに支承されており、各棒状の部材２０の軸方向が穴１４ｂの半径方向と一致している。各棒状の部材２０の先端は穴１４ｂの中心Ｏｂの方向を向いており、それぞれ自由端となっている。

図３（ｉｖ）に示すように、変形例４に係る抵抗体1８は棒状の部材２０と円形板３０とによって形成されている。棒状の部材２０及び円形板３０はそれぞれＳＵＳ３１６Ｓ製であり、表面がセラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。円形板３０の直径は開口１４ｂの直径よりも小さく、円形板３０の表面が接触面３２をなす。円形板３０は棒状の部材２０によって縁1６ｂに支承されている。なお、円形板３０に穴をあけて接触面３２の面積を調節すれば、燃料の流れが抵抗体１８から受ける抵抗の大きさを簡単に調節できる。

図４（ｉ）及び（ｉｉ）に示すように、変形例５に係る抵抗体１８は格子をなす網状の部材２６によって形成されている。網状の部材２６はＳＵＳ３１６Ｓ製であり、表面がセラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。網状の部材２６が湾曲面２８を形成している。なお、網状の部材２６をセラミックス製とし、網状の部材２６が形成する面を平面としてもよい。

第一の実施の形態において、燃焼効率向上化装置１はＳＵＳ３１６Ｓ製である。しかし、燃焼効率向上化装置１を他の金属によって形成することが可能であることは勿論である。また、耐熱性を有するセラミックス等によって焼効率向上化装置１を形成することも可能である。さらに、脚３４を金属製とし、第一規制部材１０及び第二規制部材１２をセラミックスによって形成することも可能である。

第一の実施の形態において、燃焼効率向上化装置１の表面がセラミックスの粉を混合した水ガラスによって被覆されている。燃焼効率向上化装置１の表面を被覆する素材として、例えば、シリカ・アルミナを主成分とするコーティング剤（テルニック工業株式会社製耐熱性無機コーティング剤のベタック＃１６００Ｓ）を挙げることができる。

第一の実施の形態において、燃焼効率向上化装置１は３本の支持場バー３４を有する。しかし、支持バー３４の数は３本に限定されないことは勿論である。例えば、支持バー３４を４本以上の数とすることが可能である。

第一の実施の形態において、オイルバーナ４０の先端部分４２のケーシング４４が、燃焼効率向上化装置１の３本の支持バー３４の末端同士の間にはさみこまれている。代わりに、各支持バー３４の末端とオイルバーナ４０の先端部分４２のケーシング４４とを嵌合可能に構成してもよい。各支持バー３４の末端とオイルバーナ４０の先端部分４２のケーシング４４とを嵌合させれば、燃焼効率向上化装置１をオイルバーナ４０の先端部分４２に容易に固定できる。また、支持バー３４の末端とオイルバーナ４０の先端部分４２とを嵌合可能に構成すれば、１本又は２本の支持バー３４によって燃焼効率向上化装置１をオイルバーナ４０の先端部分４２に固定することも可能である。

第一の実施の形態において、燃焼効率向上化装置１が３本の支持バー３４によってオイルバーナ４０の先端部分４２に固定されている。代わりに、第一規制部材１０及び第二規制部材１２が燃焼室７２の内壁にそれぞれ直接固定される構成としてもよい。

第一の実施の形態において、オイルバーナ４０の先端部分４２及び燃焼効率向上化装置１がボイラー７０のバーナ挿入口７４から燃焼室７２内に水平に挿入されている。ボイラー７０のバーナ挿入口７４を燃焼室７２の上方に形成し、オイルバーナ４０の先端部分４２及び燃焼効率向上化装置１を燃焼室７２の上方から垂直に降ろして挿入する構成としてもよい。また、バーナ挿入口７４を燃焼室７２の上方に形成する場合、燃焼効率向上化装置１の３本の支持バー３４の末端側部分を外側に湾曲させ、支持バー３４同士の間隔を広げ、３本の支持バー３４を燃焼室７２の内壁に着脱自在に引っ掛ける構成としてもよい。

次に、本発明を実施するための第二の実施の形態を図７から図１１を参照しつつ説明する。

図７に示すように、燃焼効率向上化装置１００は第一規制部材１１０及び第二規制部材１１２を備えており、装置１００は縦型ボイラーＢ₁（小型ボイラーであり、１ｔ以下水処理／時間の能力を有する場合が多い。）の燃焼室３００内に配置されている。前記ボイラーＢ₁においては、燃焼室３００の周囲に水管３０１が配設され、装置１００はバーナの上蓋３０２に吊持されている。第一、第二規制部材１１０、１１２は、セラミックの３本支持バー３０３、３０３、３０３に支持され、支持バー３０３の上端は上蓋３０２から垂下する支持筒２９０に固着された３枚の支持板３０４、３０４、３０４に固着されている。

第一規制部材１１０はリング状をなし、耐火性の骨材にアルミナセメントを配合したキャスタブル耐火物（旭硝子セラミックス株式会社製不定形耐火物のうちの汎用キャスタブルＣＡ１８−Ｕ）を成型してなり、その化学組成はアルミナ（Ａ１_２Ｏ_３）が９８％以上、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が０．１％以下である。

第一規制部材１１０の中央には、円形の開口１１４があいている。開口１１４の周囲のリングが縁１１６を形成し、その上面１１１の面積はＳ１である。

第二規制部材１１２は円盤状をなし、耐火性の骨材にアルミナセメントを配合したキャスタブル耐火物（旭硝子セラミックス株式会社製不定形耐火物のうちの汎用キャスタブルＣＡ１８−Ｕ）からなる。

第二規制部材１１２の上面が、抵抗面１３２をなしている。抵抗面１３２の中央には、開口１１２aがあいており、その周囲の抵抗面１３２上には、周方向に等間隔で開口１１５があいている。開口１１５の数は２個以上の任意の数とすることができる。抵抗面１３２の面積はＳ２である。

第一規制部材１１０の上面１１１の面積（遮断面積）Ｓ１と、第二規制部材１１２の抵抗面１３２の面積（遮断面積）Ｓ２との間には、次式（１）が成立している。
５≦Ｓ１／Ｓ２≦０．９…（１）
すなわち、面積Ｓ₁とＳ₂の比が５：１０〜９：１０である。実験によれば、この比が模型の大型ボイラー（２ｔ以上水処理／時間）の場合には、この比が７：１０〜８：１０が好ましく、更に７．４：１０〜７．７：１０がより好ましい。また、縦型の小型ボイラー（１ｔ以下水処理／時間）は、この比が６．５：１０〜８：１０が好ましく、７：１０〜８：１０がより好ましい。この値よりも小さいと、十分な乱流が生じないし、これよりも大きいと、乱流発生作用と抵抗作用とのバランスが崩れ、不完全燃焼となる。更に、この値以外の値では、両規制部材をセラミックで作った場合に温度バランスが崩れて割れが生じる場合が多い。これは、図１、図３、図４の実施例においても適用され、この場合面積Ｓ₁は第一規制部材のリング面の面積に相当し、面積Ｓ₂は第二規制部材の抵抗となる面積に相当する（リングの縁１６ｂと部材２０）。

図７に示す実施例において、燃焼効率向上化装置１００は上蓋３０２に吊持されているが、図９に示すように、燃焼効率向上化装置２００を燃焼室３００の底部に載置してもよい。この燃焼効率向上化装置２００は、３本の支持バー１３４がブロック状の基台１３８に立設されており、各支持バー１３４の基端側が基台１３８に固定されている。

基台１３８は、アルミナ（Ａ１_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスによって形成されている。支持バー１３４は、アルミナ（Ａ１_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスによって形成されており、その化学組成はアルミナ（Ａ１_２Ｏ_３）が９９．６％である。

前記支持バー１３４の上端には、円形リングの第一規制部材１３９が支持され、その中間部分には円形リングの第二規制部材１４０が支持され、両部材の直径はほぼ等しく各規制部材の１３９、１４０の中央部分は円形開口１３９a、１４０aをなしており、円形開口１３９aの開口面積は円形開口１４０aのそれよりも大となっている。すなわち、第一、第二規制部材の上面は燃料の流れを遮断する面積をそれぞれ形成しており、第一、第二規制部材１３９、１４０の燃料の流れを遮断する面積比は５：１０乃至９：１０である。

なお第一規制部材１３９の上面から第二規制部材１４０の上面迄の距離は１０乃至３０ｃｍである。この範囲であれば、第一規制部材１３９で生じた乱流作用と第二規制部材１４０の抵抗作用がバランスが取れ、この長さ部分で十分な撹拌作用が生じ油滴と空気とが十分に混合される。また、１０ｃｍ未満であると、すすが両部材に付着し、３０ｃｍを越える両部材１３９、１４０にタール状の異物が付着する。

また、ノズル先端から第一規制部材１３９の上面迄の距離は１５〜２５ｃｍが好ましく、これより近付けると炎の周囲全体がリング部分に当たって燃料の流れの遮断効果が大きくなり過ぎ、リングの周囲の外側に拡開する流れが大きくなり過ぎて第一規制部材の中心部を流れる混合ガスとの混合が十分でなくなる。更に、すすが発生し、黒い煙が出る。また、２５ｃｍ以上離れると、乱流発生効果が小さくなり好ましくないし、両規制部材１３９、１４０にタール状の異物が付着する。

次に、燃焼効率向上化装置４００を横型ボイラーＢ_２（大型ボイラーであり、２ｔ以上水処理／時間の能力を有する場合が多い）内に設置する場合について説明する（図１０、１１参照）。

ボイラーＢ_２は、従来ある貫流ボイラーと同じ構成を有し、バーナ４０５と燃焼室４０１の周囲に設けられた水管４０６を有している。装置４００は、リング状のセラミックスからなり、ノズル５２から１５〜２５ｃｍ離れた第一規制部材４０２と、これから１０〜３０ｃｍ（この理由は縦型ボイラーB_１の場合と同じである）離れた円板状の第二規制部材４０３と、これら両部材４０２、４０３を支持する左右の支承体４０４、４０４からなる。これら支承体４０４は燃焼室４０１の底面に着脱自在に固定されている。前記第一規制部材４０２は開口４０２ａを備え、前記第二規制部材４０３はその中心部に開口４０３ａを備え、その周囲に円形に所定間隔で細孔４０３ｂ、４０３ｂ−４０３ｂが設けられており、前記第一規制部材４０２の燃料の流れの遮蔽面積は第二規制部材のそれより小さくなっており、その比は前述のように５：１０〜９：１０の範囲にある。

図１２は、本発明の第三の実施の形態を示している。ボイラーＢ３の上面には、上蓋５００が着脱自在に設けられ、この上蓋５００には、バーナ５０１が支持され、このバーナ５０１は支持筒５０２を有し、この支持筒５０２内にはノズル５２（５４）が収納され、この支持筒５０２の下端部には支持フレーム５０３が取付けられている。これら各部材は空気室５０５内に設けられ、この空気室５０５内には外部から空気が供給される。

ボイラーＢ３の燃焼室５０６内には、燃焼効率向上化装置５０７が設けられ、この装置５０７は金属リング板からなる第一規制部材５０８と、これから１０〜３０ｃｍ離れた位置にセットされた第二規制部材５０９と、その上端が支持フレーム５０３に固定された３本の金属バー５１０、５１０、５１０からなっている。前記ノズル５２の下側にはディフューザ５１１が設けられ、このディフューザ５１１は、筒状の空気のガイド筒５１２内に設けられ、このガイド筒５１２は前記支持バー５１０に支持され、その上端には閉鎖リング５１３が係合し、そのフランジ５１３ａが空気室５０５の底面とガイド筒５１２の周囲間隔５１４を閉塞している。前記ディフューザ５１１の周囲とガイド筒５１２の内壁間には間隔５１５が設けられ、この間隔はガイド筒５１２の横断面積の１０％程度の面積を有するのが好ましい。かかる構造においては、空気室５０５内の全ての空気がガイド筒５１２内に導入され、その一部が間隔５１５を通ってディフューザ５１１の中心部を通過した空気と油との混合ガスと適切な状態で混合する。

以上はオイルバーナについて説明したが、図１３に示すようなガスバーナ６００においても本発明を適用できる。バーナ６００においては、ガス管６０５の先端ノズルからガスを噴出させるとともに、空気供給管６０６から空気をノズルの周囲に送り込み、図示しない着火装置で点火するようになっている。例えばプロパンガスと空気との混合ガスの炎Ｆの中にリング状のセラミック板（第一、第二規制部材）６０１、６０２をセットして混合ガスの流れを乱流とし、かつその流れに抵抗を与えて混合ガスを長く燃焼室内に滞留させれば、使用ガス量が少なくて高カロリーが得られる。

上述の各実施態様においては、水ボイラーのみについて説明したが、空気を加熱する空気ボイラーにも本発明は適用できる。また、両規制部材にセラミックスを使用すると高温での遠赤外線効果により油滴が小さくなるとともに、燃焼室が高温になり、これらセラミックスとしては、上述のアルミナの他に、例えば、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、単結晶サファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉO_５）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、ケイ化モリブデン（Ｍｏｓｉ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等や、これらの複合物を挙げることができる。

なお、上述の実施態様においては、規制部材が２枚の場合のみについて説明しているが、第二規制部材の下流側に燃料の流れに僅かな抵抗を与える抵抗作用部材としての第三規制部材を設けてよい。更に、図１４に示すように、ノズル５２から噴射される炎Fの中に乱流発生作用を有する一つの流れ規制板７００のみを設けても２枚以上設ける場合に比較して効果は小さいが、その位置を乱流発生作用と抵抗作用の両者のバランスした位置に定めれば、燃焼効率を上昇させることが確認されている。流れ規制板が１枚のものについては、前述の特許文献３に開示されているが、特許文献３は、噴射する燃料は流れ規制部材の開口を通すようになっており、流れ規制部材を炎の中に設置して流れを遮断する部分を設け、そこに噴射燃料を衝突させて油滴を小さくするという概念は開示されていない。

（実施例）
次に、本発明者が実施した試験について説明する。

本発明者は、燃料の燃焼効率を評価することを目的として、実施例１及び比較例１について以下に説明する試験を実施した。

実施例１では、本発明者は、図１及び図２に示す燃焼効率向上化装置１、オイルバーナ４０及びボイラー７０を使用した。比較例１では、本発明者は、図１及び図２に示すオイルバーナ４０及びボイラー７０を使用した。すなわち、実施例１では、燃焼効率向上化装置１をオイルバーナ４０に装着してあり、比較例１では、燃焼効率向上化装置１をオイルバーナ４０に装着していない。

実施例１で使用した燃焼効率向上化装置１の寸法は以下の通りである。

第一規制部材１０のリング状の部材の外径と第二規制部材１２のリング状の部材の外径は、それぞれ１２．０ｃｍである。開口１４ａと開口１４ｂの直径は、それぞれ９．０ｃｍである。縁１６ａと縁１６ｂの幅は、それぞれ１．５ｃｍである。縁１６ａと縁１６ｂの幅は、開口１４ａ又は開口１４ｂの径方向に測定した値である。

棒状の部材２０は丸棒であり、直径が３．５ｍｍである。棒状の部材２０は、仮想線Ｌｂをはさんで左右両側の縁１６ｂに８本ずつ支承されている。左側の棒状の部材２０の先端と右側の棒状の部材２０の先端との間隔は３．０ｍｍである。

支持バー３４の長さは３５ｃｍである。オイルバーナ４０のデイフューザ６０から第一規制部材１０のリング状の部材までの距離が２０ｃｍであり、オイルバーナ４０のディフューザ６０から第二規制部材１２のリング状の部材までの距離が３５ｃｍであり、第一規制部材１０のリング状の部材から第二規制部材１２のリング状の部材までの距離が１５ｃｍである。

実施例１及び比較例１で使用したオイルバーナ４０は同じものである。オイルバーナ４０のオイルポンプ４８の吐出圧力は、１．１８×１０^６Ｐａ（＝１２ｋｇｆ／ｃｍ^２）である。高燃焼ノズル５２は、２０℃で１．１８×１０^６Ｐａの噴出圧力の下、１２．３ｋｇ／ｈのＡ重油を噴出可能である。低燃焼ノズル５４は、２０℃で１．１８×１０^６Ｐａの噴出圧力の下、１８．４ｋｇ／ｈのＡ重油を噴出可能である。

オイルバーナ４０の燃料はＡ重油である。このＡ重油の高位発熱量は１２．４７ｋｗ、水分は０．０５体積％、水素含有量は１２．９質量％である。

実施例１及び比較例１で使用したボイラー７０は同じものである。ボイラー７０は貫流ボイラーであり、定格蒸発量は７５０ｋｇ／ｈ、最高圧力は０．６９×１０^６Ｐａ（＝７ｋｇｆ／ｃｍ^２）である。

実施例１において、本発明者は、これらの燃焼効率向上化装置１、オイルバーナ４０、ボイラー７０及びＡ重油を使用し、ボイラー７０を運転した。また、比較例１において、本発明者は、これらのオイルバーナ４０、ボイラー７０及びＡ重油を使用し、ボイラー７０を運転した。

実施例１及び比較例１において、オイルバーナ４０の高燃焼ノズル５２から噴出する燃料（Ａ重油）は、１２．３ｋｇ／ｈである。低燃焼ノズル５４から噴出する燃料（Ａ重油）は、１８．４ｋｇ／ｈである。

実施例１及び比較例１において、ボイラー７０の燃焼室７２内を流れる燃料の粒子の粒径、ボイラー７０の燃焼室７２内において燃焼していない燃料の粒子の温度、ボイラー７０の燃焼室７２から出る排ガスの性状、ボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達するまでに要した時間、ボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達するまでに消費した燃料の量を、本発明者はそれぞれ測定した。

本発明者は、ボイラー７０の燃焼室７２内を流れる燃料の粒子の粒径を、ディフューザ６０からの距離に応じて測定した。

また、本発明者は、ボイラー７０の燃焼室７２内において燃焼していない燃料の粒子の温度を、ディフューザ６０からの距離に応じて測定した。

ボイラー７０の燃焼室７２から出る排ガスの性状について、本発明者が測定した項目は以下の通りである。すなわち、測定した項目は、排ガスの温度、排ガス中の酸素濃度、排ガス中の一酸化炭素濃度、酸素濃度を０体積％に換算した排ガス中の酸素換算一酸化炭素濃度、酸素濃度を２体積％に換算した排ガス中の酸素換算一酸化炭素濃度である。

測定結果を表１に示す。

実施例１において、ボイラー７０の燃焼室７２内を流れる燃料の粒子の粒径は、以下のように変化した。ディフューザ６０からの距離が０〜１５ｃｍの範囲では、燃料の粒子の粒径が約０．６ｍｍ以下であった。ディフューザ６０からの距離が１５〜２０ｃｍの範囲（すなわち、第一規制部材１０の上流側５ｃｍから第一規制部材１０にかけての範囲）では、燃料の粒子の粒径が約０．３ｍｍ以下であった。ディフューザ６０からの距離が２０〜５６ｃｍの範囲（すなわち、第一規制部材１０よりも下流側の範囲）では、燃料の粒子の粒径が約０．１ｍｍ以下であった。

比較例１において、ボイラー７０の燃焼室７２内を流れる燃料の粒子の粒径は、ディフューザ６０からの距離が０〜５６ｃｍの範囲で、約０．６ｍｍ以下であった。

実施例１では、第一規制部材１０よりも上流側５ｃｍの位置において、燃料の粒子の粒径の微小化が始まっている。そして、第一規制部材１０よりも下流側では、燃料の粒子の粒径が約０．１ｍｍ以下となり、燃料は霧化し、非常に燃焼しやすい状態となる。

これに対して、比較例１では、ディフューザ６０の下流側全体において燃料の粒子の粒径が約０．６ｍｍ以下となっており、燃料は十分に霧化していない。

したがって、燃焼効率向上化装置１が燃料を霧化させて燃焼しやすい状態にしていることが確認できる。

表１及び図５に示すように、実施例１では、ボイラー７０の燃焼室７２内における燃焼していない燃料の粒子の温度は、ディフューザ６０からの距離が離れるにつれて上昇していた。ディフューザ６０からの距離が０ｃｍの位置では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約２０℃であった。ディフューザ６０からの距離が２０ｃｍの位置（すなわち、第一規制部材１０の位置）では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約１５０℃となっていた。ディフューザ６０からの距離が３５ｃｍの位置（すなわち、第二規制部材１２の位置）では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約１２５０℃まで上昇していた。ディフューザ６０からの距離が４５ｃｍの位置（すなわち、第二規制部材１２よりも１０ｃｍ下流側の位置）では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約１３００℃まで上昇していた。そして、ディフューザ６０からの距離が４５〜５６ｃｍの範囲では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約１３００℃となって一定していた。

表１及び図５に示すように、比較例１では、ボイラー７０の燃焼室７２内における燃焼していない燃料の粒子の温度は、ディフューザ６０からの距離が離れるにつれて上昇していた。ディフューザ６０からの距離が０ｃｍの位置では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約２０℃であった。ディフューザ６０からの距離が２０ｃｍの位置では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約１５０℃となっていた。ディフューザ６０からの距離が３５ｃｍの位置では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約４００℃まで上昇していた。ディフューザ６０からの距離が４５ｃｍの位置では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約５６０℃まで上昇していた。そして、ディフューザ６０からの距離が５６ｃｍの範囲では、燃焼していない燃料の粒子の温度が約７２０℃まで上昇していた。

実施例１においては、燃焼室７２内の第一規制部材１０と第二規制部材１２との間で、燃料の燃焼が爆発的に進み、燃焼していない燃料の粒子の温度が急激に上昇することが確認される。また、実施例１の燃焼室７２では、燃料の燃焼によって発生する熱量が非常に大きいことがわかる。

これに対して、比較例１の燃焼室７２では、燃焼していない燃料の粒子の温度の急激な上昇が見られず、燃焼室７２内で燃料が爆発的に燃焼することもない。また、比較例１の燃焼室７２においては、燃料の燃焼によって発生する熱量が少ない。

したがって、燃焼効率向上化装置１が燃焼室７２内において燃料を爆発的に燃焼させ、非常に大きな熱量を燃焼室７２内で発生させることが確認できる。

実施例１における排ガスの温度は３０８．３℃であり、比較例１における排ガスの温度は２８３．７℃であった。実施例１における排ガスの温度の方が２４．６℃高い。

この理由として次のことが考えられる。すなわち、実施例１では、燃焼効率向上化装置１が燃焼室７２内で燃料の燃焼を爆発的に進ませ、燃焼室７２内の温度が高くなり、燃焼室７２から出る排ガスの温度も高くなるのである。

実施例１における排ガス中の酸素濃度は９．２体積％であり、比較例１における排ガス中の酸素濃度は９．３体積％であった。実施例１における排ガス中の酸素濃度が、比較例１における排ガス中の酸素濃度よりも０．１％少ない。

この理由として次のことが考えられる。すなわち、実施例１では、燃焼効率向上化装置１が燃焼室７２内で燃料の燃焼を爆発的に進ませ、燃料の燃焼に用いられる酸素の量が多くなり、燃焼室７２から出る排ガス中の酸素濃度が下がるのである。

実施例１における排ガス中の一酸化炭素濃度は、直接測定した実測値で１６ｐｐｍであり、排ガス１ｍ^３中に含まれる一酸化炭素は２０ｍｇであった。実施例１において、排ガス中の一酸化炭素濃度は、酸素濃度が０体積％として酸素換算して算出すると、２９ｐｐｍであつた。実施例１において、排ガス中の一酸化炭素濃度は、酸素濃度が２体積％として酸素換算して算出すると、２６ｐｐｍであった。

比較例１における排ガス中の一酸化炭素濃度は、直接測定した実測値で２８ｐｐｍであり、排ガス１ｍ^３中に含まれる一酸化炭素は３５ｍｇであった。比較例１において、排ガス中の一酸化炭素濃度は、酸素濃度が０体積％として酸素換算して算出すると、５０ｐｐｍであった。実施例１において、排ガス中の一酸化炭素濃度は、酸素濃度が２体積％として酸素換算して算出すると、４６ｐｐｍであった。いずれにしても、実施例１における排ガス中の一酸化炭素濃度が、比較例１における排ガス中の一酸化炭素濃度よりも少ない。

この理由として次のことが考えられる。すなわち、実施例１では、燃焼効率向上化装置１が燃焼室７２内で燃料の燃焼を爆発的に進ませ、燃焼室７２内の温度が高温となるので、燃料の不完全燃焼が少なくなるのである。

実施例１において、ボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達するまでに要した時間は３分８秒であった。比較例１において、ボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達するまでに要した時間は４分２６秒であった。実施例１の時間が、比較例１の時間よりも１分１８秒短い。

この理由として次のことが考えられる。すなわち、実施例１では、燃焼効率向上化装置１が燃焼室７２内で燃料の燃焼を爆発的に進ませ、燃焼室７２内の温度が高温となり、燃料の燃焼によって発生する熱量が非常に大きいからである。

実施例１において、ボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達するまでに消費した燃料の量は１．５８×１０^−３ｍ^３であった。比較例１において、ボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達するまでに消費した燃料の量は２．１８×１０^−３ｍ^３であった。実施例１で消費した燃料が、比較例１で消費した燃料よりも０．６０×１０^−３ｍ^３少ない。すなわち、実施例１で消費した燃料の量は、比較例１で消費した燃料の量の７２．５％であり、燃焼効率向上化装置１によって２７．５％の燃料を節約できた。

この理由として次のことが考えられる。すなわち、実施例１では、燃焼効率向上化装置１が燃焼室７２内で燃料の燃焼を爆発的に進ませる。燃焼室７２内の温度が高温となり、燃料の燃焼によって発生する熱量が非常に大きくなり、短時間のうちにボイラー７０が最高圧力０．６９×１０^６Ｐａに達する。したがって、高燃焼ノズル５２と低燃焼ノズル５４から燃料を噴出する時間が短くなり、燃焼させる燃料も少なくなる。

次に、本発明者が実施した排ガスの外観に関する試験について説明する。

本発明者は、上記実施例１、上記比較例１について、排ガスを肉眼観察した。
実施例１において、ボイラー７０の燃焼室７２から出る排ガスは無色透明であった。比較例１において、ボイラー７０の燃焼室７２から出る排ガスは、黒煙であり、排ガス中には多量の煤が含まれていた。そして、比較例１の各排ガス中には、高燃焼ノズル５２及び低燃焼ノズル５４から噴出した燃料のうちの２０〜３０％が燃焼せずにそのまま含まれていた。

比較例１において、排ガスが黒煙となり、排ガス中に燃焼せずに含まれる燃料の割合が高い理由として、次のことが考えられる。すなわち、燃焼室内で燃料の流れを妨げるものが無く、燃料の流れの流速は遅くならない。そして、霧化した燃料は、燃焼室７２内で燃焼しきる前に、排ガスとともに燃焼室７２から排出されてしまうのである。

本発明に係る燃焼効率向上化装置は、オイル又はガスバーナの燃料の燃焼効率を向上させる装置として有用であり、燃料を噴射するタイプの燃料装置、すなわち、水を加熱する水ボイラー、空気を加熱する空気ボイラー、焼却炉、暖房装置等に適用できる。

Claims (2)

1. オイル燃料をノズルから噴出して燃焼させるオイルバーナにおいて、ノズル前方に噴射する炎の中に炎の軸方向に沿ってオイル燃料の流れを規制する複数の流れ規制部材を所定間隔で設け、
   前記流れ規制部材は、前記ノズルの前方に設置され、前記ノズルから噴出するオイル燃料の流れに衝突してオイル燃料の流れを乱流とする第一規制部材と、前記第一規制部材の下流側に設置され前記第一規制部材から下流側に向かって流れるオイル燃料の流れに抵抗を与える第二規制部材とからなり、
   前記流れ規制部材はセラミックス又は金属からなり、
   前記第一規制部材の外形は円形リングであり、
   前記第二規制部材の外形は円形であり、
   前記第一規制部材のオイル燃料の流れを遮断する面積は第二規制部材のオイル燃料の流れを遮断する面積よりも小さく、
   前記第二規制部材は複数の開孔を有する前記円形リングとほぼ同一直径の円板からなり、
   前記第一規制部材の円形リングの開口面積は、前記第二規制部材の複数の開口面積の総和より大であることを特徴とするオイルバーナの燃焼効率向上化装置。
2. 前記第一規制部材及び第二規制部材はほぼ同一直径の円形リングからなり、
   前記各円形リングはその中央部分に円形開孔を備え、
   前記第一規制リングの円形リングの開口は第二規制部材の開口よりも大であることを特徴とする請求項１記載の燃焼効率向上化装置。

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