JP6940338B2 - 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体 - Google Patents
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Description
外管と、当該外管と同心に配置された内管と、当該外管と当該内管との間を絞るスタビライザーとを備え、
当該内管は、当該内管の軸方向に貫通する軸開口孔と、当該内管の径方向に貫通する周開口孔とを有する内管端部を備え、
当該内管は、水素ガスが流通し、
当該周開口孔は、水素ガスを当該内管の径方向に流出させ、
当該軸開口孔は、水素ガスを当該内管の軸方向に流出させ、
当該外管と当該スタビライザーとの間には、酸素含有ガスが流通する水素ガスバーナー装置用のノズル構造体であって、
前記軸開口孔の断面積S1と、前記周開口孔の断面積S2との比S2/S1は、50%以下であり、
前記内管と前記外管との間の断面積S4と、前記スタビライザーの外縁と前記外管との間の断面積S3との比S3/S4は、45%以下である。
このような構成によれば、比S2/S1の上限を定めることによって、水素ガスの直進性を確保する。また、比S3/S4の上限を定めることによって、水素ガスと酸素含有ガスとの混合の進行を抑制する。これらによって、燃焼炎の温度が局所的に高くなることを抑えるため、NOxの発生量を低減することができる。
(S3/S4)2≦0.0179×(S2/S1)2−1.7193×(S2/S1)+45
を満たすことを特徴としてもよい。
このような構成によれば、さらに、比S2/S1と、比S3/S4との範囲を限定するため、水素ガスと酸素含有ガスとの混合の進行をさらに抑制する。よって、燃焼炎の温度が局所的に高くなることをさらに抑えるため、NOxの発生量をさらに低減することができる。
図1〜図4を参照して実施の形態1に係るノズル構造体について説明する。
続いて、ノズル構造体10の詳細について説明する。図3及び図4に示すように、軸開口孔2cの断面積S1と、周開口孔2dの断面積S2と、スタビライザー3の外縁3fと外管1との間の断面積S3と、内管2と外管1との間の断面積S4がある。具体的には、図4に示すように、断面積S1は、ノズル構造体10の断面において軸開口孔2cの開口端に囲まれる領域の面積である。断面積S2は、複数の周開口孔2dの総断面積である。断面積S3は、ノズル構造体10の断面においてスタビライザー3の外縁3fと外管1の内周面1eとに囲まれる領域の面積である。断面積S4は、ノズル構造体10の断面において内管2の外周面2fと外管1の内周面1eとに囲まれる領域の面積である。
S2/S1≦50 …(関係式1)
なお、S2は0(ゼロ)%よりも大きければよく、これは燃焼火炎を安定化するためである。また、比S2/S1が、4.0%もあれば、燃焼火炎を十分に安定化することができることが実験的に確認されている。
S3/S4≦45 …(関係式2)
なお、S3は0(ゼロ)%よりも大きければよい。これは、燃焼を急激に生じさせないためであり、圧損が過大になることを抑制するためである。また、比S3/S4が、10,0%もあれば、圧損が水素ガスバーナー装置用のノズル構造体に実用上問題となるような悪影響を与えないことが実験的に確認されている。
(S3/S4)2≦0.0179×(S2/S1)2−1.7193×(S2/S1)+45 …(関係式3)
上記関係式3を満たすと、所定の条件下において、NOx濃度を20ppm以下により確実に抑えることができる。そのため、ノズル構造体10を多種多様な環境やガスバーナー装置に利用しても、NOx濃度の規制値をより確実に下回ることができて好ましい。
次に、酸素含有ガスとして空気を用いて、ノズル構造体10により燃焼火炎を発生させる方法について説明する。
S2/S1≦50 …(関係式1)
(S3/S4)2≦0.0179×(S2/S1)2−1.7193×(S2/S1)+45 …(関係式3)
上記関係式を満たすと、NOx濃度の計算結果が20ppm以下により確実に抑え得ることができて好ましい。
S3/S4≦45 …(関係式2)
次に、図7及び図8を参照して、水素ガスバーナー装置用のノズル構造体10の応用例について説明する。
1 外管
2 内管
2c 軸開口孔 2d 周開口孔
2f 外周面
3 スタビライザー
S1、S2、S3、S4 断面積 S2/S1、S3/S4 比
Claims (1)
- 外管と、当該外管と同心に配置された内管と、当該外管と当該内管との間を絞るスタビライザーとを備え、
当該内管は、当該内管の軸方向に貫通する軸開口孔と、当該内管の径方向に貫通する周開口孔とを有する内管端部を備え、
当該内管は、水素ガスが流通し、
当該周開口孔は、水素ガスを当該内管の径方向に流出させ、
当該軸開口孔は、水素ガスを当該内管の軸方向に流出させ、
当該外管と当該スタビライザーとの間には、空気が流通する水素ガスバーナー装置用のノズル構造体であって、
前記軸開口孔の断面積S1と、前記周開口孔の断面積S2との比S2/S1は、50%以下であり、
前記内管と前記外管との間の断面積S4と、前記スタビライザーの外縁と前記外管との間の断面積S3との比S3/S4は、45%以下であり、
前記比S2/S1と、前記比S3/S4とが、
(S3/S4)2≦0.0179×(S2/S1)2−1.7193×(S2/S1)+45
を満たし、
燃焼条件として、前記流通する空気の空気比は、1.0〜1.5であり、
前記流通する空気と、前記周開口孔及び前記軸開口孔から流出させた水素ガスとを混合して燃焼することによって、燃焼火炎を発生させ、
前記燃焼火炎によるNOxの発生量を抑制して、NOx濃度が20ppm以下である水素ガスバーナー装置用のノズル構造体。
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