JP6634909B2 - ベンチュリノズル及び該ベンチュリノズルを備える燃料供給装置 - Google Patents
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Description
このように、予混合バーナを、ベンチュリノズルを含んで構成することで、ベンチュリ効果を利用して燃料ガスを効率よく燃焼用空気と混合させられるため、燃料供給装置への燃料ガスの供給圧力を高めることなく、燃料ガスと燃焼用空気とを好適に混合させられる。
本実施形態の燃料供給装置100は、送風機よりも上流側で燃焼用空気と燃料ガスとを混合するファンサクションミキシング方式の予混合バーナであり、蒸気ボイラ等の燃焼装置(図示せず)に燃料ガス及び燃焼用空気の混合気を供給する。この燃料供給装置100は、送風機20と、制御部30と、ベンチュリノズル1と、燃料ガス供給ライン40と、第1混合気供給ライン50と、第2混合気供給ライン60と、を備える。
ケーシング11は、例えば、アルミニウムやステンレス等の金属部材により一端側及び他端側が開放された筒状に構成される。ケーシング11は、ベンチュリノズル1の外形を構成する。
ノズル部12は、燃焼用空気が導入される燃焼用空気の導入部として機能する。
ノズル部12の内面には、図2及び図3に示すように、周方向に延びると共に燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の凸条部16が形成されている。凸条部16の詳細については、後述する。
混合部13は、ノズル部12から導入される燃焼用空気と、後述の燃料ガス導入口15から導入される燃料ガスとを混合する。
燃料ガス供給ライン40には、均圧弁41及びオリフィス42が配置される。均圧弁41オリフィス42は、燃料ガス供給ライン40を流通する燃料ガスの圧力を設定された圧力に減圧してベンチュリノズル1側に供給する。
混合部13において混合された燃焼用空気と燃料ガスとの混合気は、第1混合気供給ライン50、送風機20及び第2混合気供給ライン60を通って燃焼装置に供給され、燃焼装置において燃焼される。
これにより、ノズル部12を型を用いて成形する場合に、凸条部16を好適に形成することができる。
内面に複数の凸条部16を形成したノズル部12を具備する実施例1のベンチュリノズル1、並びに凸条部を形成していないノズル部120を具備する比較例1及び2のベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させて、各流量におけるノズル部の入口の流量係数を測定した。
図5に示すディンプルが形成されていないノズル部120を用いた比較例のベンチュリノズルを製造し、燃焼用空気の流量を変化させて各流量における流量係数を測定した。
ノズル部120として、上流側端部の直径D1が下流側端部の直径D2の約1.75倍であり、内面は、径方向断面視において、下流側端部側に直線部分121を有すると共に、半径Rが下流側端部の直径D2の約0.4倍の内側に凸となるように湾曲した四分円の曲面部分122を有するものを用いた。このノズル部120の長さD3は、下流側端部の直径D2の約0.5倍の長さであった。
図2〜図4に示す実施例1のノズル部12を用いたベンチュリノズル1につき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
実施例1のノズル部12は、比較例1と同様のノズル部を用い、このノズル部12の内面の曲面部分122に複数の凸条部16を形成して製造した。
図6に示す比較例2のノズル部120を用いたベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
比較例2のノズル部120は、上流側端部の直径D1、下流側端部の直径D2及び長さD3は実施例1と同じ大きさであるが、内面は、径方向断面視において、下流側端部側から第1の直線部分123、第2の直線部分124、及び第3の直線部分125を有する不連続な複数の内面を有するものを用いた。
レイノルズ数が2.5E+5〜1.0E+5の範囲において、流量係数Cの変化率を抑制することで、例えば、ベンチュリノズルを送風機の出力を大きく変化させる燃焼装置(例えば、ターンダウン比率の大きい蒸気ボイラ)に適用した場合においても、安定した燃焼状態を実現できる。
そこで、ベンチュリノズル1を、ノズル部12の内面に複数の凸条部16を形成して構成し、このベンチュリノズル1を含んで燃料供給装置100を構成した。これにより、ノズル部12に形成した複数の凸条部16によりノズル部12の表面において乱流を生じさせて境界層剥離の発生を抑制できるので、燃焼用空気の流量が小さい場合における流量係数の低下を抑制できる。よって、燃焼用空気の流量の変動があった場合においてもベンチュリノズル1における流量係数を一定に保てるので、燃焼用空気の流量の変動があった場合でも、燃焼用空気と燃料ガスとの混合比(空気比)を一定に保てる。その結果、ターンダウン比の高いボイラにおいても、燃焼量変化に伴うガス圧力調整機構等を含むことなく、ボイラを構成できるので、ベンチュリノズル1を含んで構成される燃料供給装置100及びこの燃料供給装置100を含んで構成されるボイラの製造コストを低減できる。
また、燃焼用空気と燃料ガスとの混合比(空気比)を一定に保てるため、ガス圧力調整機構を含んで燃料供給装置を構成した場合においても、ガス圧力調整機構への依存度を下げられ、より簡易な制御によって、空気比を安定させられる。
例えば、本実施形態では、ノズル部12の曲面部分122の内面から突出した形状の凸条部16を複数形成してベンチュリノズル1を構成したが、これに限らない。即ち、図8に示すように、ノズル部12Aの曲面部分122Aの内面から凹んだ形状の溝部16Aを複数形成してベンチュリノズルを構成してもよい。この場合、溝部16Aの高さ(h)は、溝部16Aの最奥部からノズル部12の曲面部分122の内面に対する垂直方向の距離をいう。また、隣り合う溝部16A間の距離(l)とは、隣り合う溝部16Aの裾野部分(最も内面側に位置する部分)の間の直線距離をいう。また、この場合、溝部16Aを構成する面のうちノズル部12Aの中心軸X側に位置する面16aは、中心軸Xに対して垂直に延びている。そして、溝部16Aを構成する面のうちノズル部12Aの外面側に位置する面16bは、中心軸Xに対して平行に延びている。
即ち、本明細書において、「燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の溝部又は凸条部」とは、ノズル部を軸方向視した場合に隣り合う溝部又は凸条部が重なる位置に配置されることを示す。
12 ノズル部
13 混合部
15 燃料ガス導入口
16 凸条部
20 送風機
30 制御部
100 燃料供給装置
Claims (5)
- 送風機の上流側に配置され、該送風機の吸込圧により燃焼用空気と燃料ガスとを混合するベンチュリノズルであって、
下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、
前記ノズル部の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、
前記ノズル部と前記混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を備え、
前記ノズル部の内面には、周方向に延びると共に燃焼用空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配置される複数の溝部又は凸条部が形成され、
前記溝部又は凸条部を構成する面のうち前記ノズル部の中心軸側に位置する面は、該中心軸に対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って前記中心軸から離間する方向に延び、
前記溝部又は凸条部を構成する面のうち、前記ノズル部の外面側に位置する面は、前記中心軸に対して平行、垂直又は上流側に向かうに従って前記中心軸に接近する方向に延びるベンチュリノズル。 - 前記ノズル部の内面は、内側に向かって凸となるように湾曲した曲面により形成される請求項1に記載のベンチュリノズル。
- 前記溝部又は凸条部の高さ(h)は、0.5mm〜5mmであり、隣り合う溝部又は凸条部間の距離(l)の該溝部又は凸条部の高さ(h)に対する比(l/h)は、1〜5である請求項1又は2に記載のベンチュリノズル。
- 隣り合う前記溝部から構成される頂部又は前記凸条部の頂部をリブ状に形成する請求項1〜3のいずれかに記載のベンチュリノズル。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のベンチュリノズルと、
前記ベンチュリノズルの下流側に配置され、出力を変化させる送風機と、
前記送風機の出力を制御する制御部と、を備える、燃焼量を変更可能な燃料供給装置。
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