特許 7191160 ガスバーナ、及び燃焼設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-08

(45)【発行日】2022-12-16

(54)【発明の名称】ガスバーナ、及び燃焼設備

(51)【国際特許分類】

   F23D 14/24 20060101AFI20221209BHJP

   F23C 99/00 20060101ALI20221209BHJP

   F23D 14/22 20060101ALN20221209BHJP

【ＦＩ】

F23D14/24 C

F23C99/00 324

F23D14/22 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021106793

(22)【出願日】2021-06-28

【審査請求日】2021-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】516047175

【氏名又は名称】三菱重工パワーインダストリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】津村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】高嶋 洋平

(72)【発明者】

【氏名】冠木 豊

(72)【発明者】

【氏名】上妻 富明

(72)【発明者】

【氏名】田口 雄三

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１５５９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７７０１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｄ １４／２０－１４／２４

Ｆ２３Ｃ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を含むガス燃料を噴出するノズルと、
前記ノズルより前記ノズルの径方向の外側を前記ノズルの軸線に沿って延び、前記ノズルとの間に一次空気が流通する一次空気流路を形成するスリーブと、
前記一次空気の流通方向において、前記スリーブの下流端から前記ノズルの径方向の外側に向かうように前記一次空気流路側とは反対側に延びる第１延在部と、
火炉の炉壁を開口する開口空間を画定するストレート面と傾斜面を含むバーナスロートと、を備え、
前記ストレート面は、前記開口空間の入口を形成し、
前記傾斜面は、前記開口空間の出口を形成し、前記ノズルの軸方向において前記開口空間の前記出口に向かうにつれて前記開口空間を拡径し、
前記スリーブの下流端は、前記ノズルの軸方向において、前記ストレート面と前記傾斜面とが互いに接続する接続点よりも前記開口空間の出口側に位置し、
前記スリーブを前記一次空気の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線と前記第１延在部とによって形成される角度をθ１とすると、
４５度≦θ１≦６０度を満たす、
ガスバーナ。

【請求項2】

前記第１延在部の先端は、前記開口空間の前記出口に位置している、
請求項１に記載のガスバーナ。

【請求項3】

前記第１延在部の先端は、前記火炉の内部空間内に位置している、
請求項１に記載のガスバーナ。

【請求項4】

前記スリーブより前記ノズルの径方向の外側を前記ノズルの軸線に沿って延び、前記スリーブとの間に二次空気が流通する二次空気流路を形成する二次空気流路形成部をさらに備え、
前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記一次空気の空気比は、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記二次空気の空気比よりも低い、
請求項１から３の何れか一項に記載のガスバーナ。

【請求項5】

前記二次空気の流通方向において、前記二次空気流路形成部の下流端に接続され、前記ノズルの径方向の外側に向かうように前記二次空気流路側とは反対側に延びる第２延在部をさらに備え、
前記二次空気流路形成部を前記二次空気の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線と前記第２延在部とによって形成される角度をθ２とすると、
３５度≦θ２≦６０度を満たす、
請求項４に記載のガスバーナ。

【請求項6】

４５度＜θ２≦６０度を満たす、
請求項５に記載のガスバーナ。

【請求項7】

θ２≧θ１である、
請求項５又は６に記載のガスバーナ。

【請求項8】

前記第２延在部は、前記バーナスロートである、
請求項５から７の何れか一項に記載のガスバーナ。

【請求項9】

前記二次空気流路を流通する前記二次空気に旋回力を付与する旋回力付与装置をさらに備える、
請求項４から８の何れか一項に記載のガスバーナ。

【請求項10】

前記火炉と、
前記火炉内にガス燃料を噴出する請求項１から９の何れか一項に記載のガスバーナと、を備える、
燃焼設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスバーナ、及び燃焼設備に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制するガスバーナの開発が行われてきた。例えば、特許文献１には、ノズルの先端に形成された主孔の噴出角度を３５°～４５°とし、副孔の噴出角度を４５°～５５°とすることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４６００８５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術を適用することで、ある程度のＮＯｘの発生を抑制可能である。しかしながら、ＮＯｘの発生は可能な限り抑制できることが望ましい。本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘの発生を抑制することができるガスバーナ、及びこのガスバーナを備える燃焼設備を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本開示に係るガスバーナは、水素を含むガス燃料を噴出するノズルと、前記ノズルより前記ノズルの径方向の外側を前記ノズルの軸線に沿って延び、前記ノズルとの間に一次空気が流通する一次空気流路を形成するスリーブと、前記一次空気の流通方向において、前記スリーブの下流端から前記ノズルの径方向の外側に向かうように前記一次空気流路側とは反対側に延びる第１延在部と、を備え、前記スリーブを前記一次空気の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線と前記第１延在部とによって形成される角度をθ１とすると、４５度≦θ１≦６０度を満たす。

【発明の効果】

【0006】

本開示のガスバーナによれば、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るガスバーナを備える燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図2】一実施形態に係るガスバーナの構成を概略的に示す図である。

【図3】空気比とガス燃料の燃焼速度との関係を示すグラフである。

【図4】幾つかの実施形態に係るガスバーナの構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施の形態によるガスバーナについて、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0009】

（燃焼設備の構成）
図１は、一実施形態に係るガスバーナ１を備える燃焼設備１００の構成を概略的に示す図である。図１に例示するように、燃焼設備１００は、火炉１０２と、火炉１０２内にガス燃料Ｆを噴出するガスバーナ１と、を備える。このような燃焼設備１００は、例えば、ボイラであって、火炉１０２内に噴出されたガス燃料Ｆを火炎Ｘを発生させて燃焼することで高温の燃焼ガスＧを生成し、この高温の燃焼ガスＧから熱を回収することで蒸気を生成する。尚、燃焼ガスＧの熱は、火炉１０２内に設けられる熱交換器によって回収されてもよいし、火炉１０２外に設けられる熱交換器によって回収されてもよい。

【0010】

（ガスバーナの構成）
図２は、一実施形態に係るガスバーナ１の構成を概略的に示す図である。一実施形態では、図２に例示するように、ガスバーナ１は、ノズル２と、スリーブ４と、第１延在部６と、バーナスロート８と、を備える。バーナスロート８は、火炉１０２の炉壁を開口する開口空間１６を形成する。バーナスロート８（第２延在部）の構成については、後述する。

【0011】

ノズル２は、水素を含むガス燃料Ｆを噴出する。ノズル２は、例えば、円筒形状を有しており、不図示のガス燃料供給装置から供給されるガス燃料Ｆが流通するガス燃料流路１０を含む。ガス燃料供給装置は、例えば、水素ガスが貯蔵されている水素ガスタンクである。ノズル２の先端２ａは、ガス燃料Ｆが噴出されるガス燃料流路１０の出口１２を形成する。

【0012】

一実施形態では、ノズル２の先端２ａは、バーナスロート８の開口空間１６内に位置している。言い換えると、ガス燃料流路１０の出口１２は、バーナスロート８の開口空間１６と連通している。ガス燃料Ｆは、ノズル２から噴出されると、バーナスロート８の開口空間１６を通って、火炉１０２の内部空間１０３（燃焼室）に噴出される。火炉１０２の内部空間１０３に噴出されたガス燃料Ｆは、火炎Ｘを形成して燃焼する。尚、別の実施形態では、ノズル２はバーナスロート８の開口空間１６を挿通していない。この場合、ノズルの先端２ａは、ノズル２の軸線Ｃが延びる軸方向Ｄ２において、バーナスロート８を挟んで火炉１０２の内部空間１０３とは反対側に位置している。

【0013】

以下、ノズル２の軸線Ｃを中心とする径方向をノズル２の径方向Ｄ１と記載する。ノズル２の軸線Ｃが延びる軸方向Ｄ２をノズル２の軸方向Ｄ２と記載する。

【0014】

スリーブ４は、例えば、円筒形状を有しており、ノズル２よりノズル２の径方向Ｄ１の外側をノズル２の軸線Ｃに沿って延びる。そして、スリーブ４は、ノズル２との間に一次空気Ａ１が流通する一次空気流路１４を形成する。言い換えると、スリーブ４の内径はノズル２の外径より大きく、ノズル２がスリーブ４内に配置されている。スリーブ４は、スリーブ４の内壁面とノズル２の外壁面との間に、一次空気流路１４を形成する。

【0015】

一実施形態では、図２に例示するように、スリーブ４の下流端４ａは、スリーブ４の両端のうち一次空気Ａ１の流通方向の下流側に位置するスリーブ４の一端であり、バーナスロート８の開口空間１６内に位置している。スリーブの下流端４ａは、ノズル２の軸方向Ｄ２において、ノズル２の先端２ａよりも火炉１０２の内部空間１０３側に位置している。

【0016】

第１延在部６は、一次空気Ａ１の流通方向において、スリーブ４の下流端４ａからノズル２の径方向Ｄ１の外側に向かうように一次空気流路１４側とは反対側に延びる。スリーブ４を一次空気Ａ１の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線Ｌ１と第１延在部６とによって形成される角度をθ１とすると、４５度≦θ１≦６０度を満たす。

【0017】

一実施形態では、図２に例示するように、第１延在部６は、第１延在部６の先端６ａがバーナスロート８の開口空間１６内に位置するように、スリーブ４の下流端４ａから火炉１０２の内部空間１０３に向かって延びている。言い換えると、第１延在部６は、火炉１０２の内部空間１０３内に挿入されていない。図２に例示する形態では、第１延在部６の先端６ａは、バーナスロート８の開口空間１６と火炉１０２の内部空間１０３との境界（バーナスロート８の開口空間１６の出口）に位置している。尚、本開示は、図２に例示する形態に限定されず、別の実施形態では、第１延在部６は、第１延在部６の先端６ａが火炉１０２の内部空間１０３内に位置するように、スリーブ４の下流端４ａから火炉１０２の内部空間１０３に向かって延びている。

【0018】

一実施形態では、図２に例示するように、ガスバーナ１は、二次空気流路形成部１８をさらに備える。二次空気流路形成部１８は、例えば、円筒形状を有しており、スリーブ４よりノズル２の径方向Ｄ１の外側をノズル２の軸線Ｃに沿って延びる。そして、二次空気流路形成部１８は、スリーブ４との間に二次空気Ａ２が流通する二次空気流路２０を形成する。言い換えると、二次空気流路形成部１８の内径はスリーブ４の外径より大きく、スリーブ４が二次空気流路形成部１８内に配置されている。二次空気流路形成部１８は、二次空気流路形成部１８の内壁面とスリーブ４の外壁面との間に、二次空気流路２０を形成する。二次空気流路形成部１８は、二次空気流路２０の出口２２がバーナスロート８の開口空間１６と連通するように、二次空気流路形成部１８の二次空気Ａ２の流通方向の下流側の一端１８ａがバーナスロート８に接続されている。

【0019】

このようなガスバーナ１は、ガス燃料Ｆが一次空気Ａ１と混合して燃焼してから、二次空気Ａ２と混合して燃焼するように構成されており、いわゆる二段燃焼型の燃焼装置である。尚、本開示は、ガスバーナ１を二段燃焼型の燃焼装置に限定するものではない。ガスバーナ１は、一次空気Ａ１だけでガス燃料Ｆを燃焼する単段燃焼型の燃焼装置であってもよい。ガスバーナ１は、一次空気Ａ１及び二次空気Ａ２に加え、ガス燃料Ｆと三次空気とを混合して燃焼する３段以上の多段燃焼型の燃焼装置であってもよい。

【0020】

一実施形態では、ノズル２から噴出するガス燃料Ｆに対する一次空気Ａ１の空気比は、１未満である。空気比とはガス燃料Ｆを完全燃焼させるのに必要な空気量を１としたときの空気量の比率をいう。一実施形態では、一次空気Ａ１の空気比は、ノズル２から噴出するガス燃料Ｆに対する二次空気Ａ２の空気比よりも低い。一実施形態では、一次空気Ａ１の空気比と二次空気Ａ２の空気比との合計値は１以上である。つまり、ガスバーナ１は、ガス燃料Ｆを完全燃焼するように構成されている。この場合、火炉１０２は、バーナスロート８とは別に火炉１０２内に空気を供給する空気供給口（アフターエアポート）が形成される必要がなく、コスト削減を図ることができる。

【0021】

一実施形態では、図２に例示するように、ガスバーナ１は、旋回力付与装置２１をさらに備える。旋回力付与装置２１は、二次空気流路２０を流通する二次空気Ａ２に旋回力を付与する。旋回力付与装置２１は、例えば、二次空気流路２０に配置されるエアレジスタであって、エアレジスタのベーンがノズル２の軸方向Ｄ２に対して傾斜している。このため、エアレジスタを流通した二次空気Ａ２は旋回力を付与される。

【0022】

一実施形態に係るバーナスロート８の構成について説明する。一実施形態では、図２に例示するように、バーナスロート８は、二次空気Ａ２の流通方向において、二次空気流路形成部１８の下流端１８ａに接続され、ノズル２の径方向Ｄ１の外側に向かうように二次空気流路２０側とは反対側に延びる。

【0023】

具体的には、図２に例示するように、バーナスロート８は、開口空間１６を画定するストレート面２４と傾斜面２６とを含む。

【0024】

ストレート面２４は、開口空間１６の入口を形成している。ストレート面２４は、二次空気流路２０の内面に対してフラットであるように、二次空気流路形成部１８の先端２２ａから火炉１０２の内部空間１０３に向かって延びている。

【0025】

傾斜面２６は、ノズル２の軸方向Ｄ２において、ストレート面２４より火炉１０２の内部空間１０３側に位置している。傾斜面２６は、開口空間１６の出口を形成している。傾斜面２６は、ノズル２の軸方向Ｄ２において、火炉１０２の内部空間１０３に向かうにつれて開口空間１６を拡径している。

【0026】

一実施形態では、ストレート面２４と傾斜面２６とが互いに接続する接続点２８は、ノズル２の軸方向Ｄ２において、ノズル２の先端２ａよりも火炉１０２の内部空間１０３側に位置している。一実施形態では、スリーブ４の下流端４ａは、ノズル２の軸方向Ｄ２において、接続点２８よりも火炉１０２の内部空間１０３側に位置している。一実施形態では、接続点２８は、ノズル２の軸方向Ｄ２において、ノズル２の先端２ａとスリーブ４の下流端４ａとの間に位置している。

【0027】

図２に例示するように、二次空気流路形成部１８を二次空気Ａ２の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線Ｌ２とバーナスロート８の傾斜面２６とによって形成される角度をθ２とすると、３５度≦θ２≦６０度を満たす。一実施形態では、４５度≦θ２≦６０度を満たし、θ１＝θ２である。

【0028】

（作用・効果）
一実施形態に係るガスバーナ１の作用・効果について説明する。一般的に、燃料（例えば、水素、プロパン、メタンなど）の燃焼による燃焼温度は、燃料に対する空気比がおよそ１（理論空気量）の場合に最も高温となる。そして、空気比を１より低減すると、燃焼可能な燃料の量が減少するので、燃焼温度が低減し、ＮＯｘの発生を抑制する。

【0029】

一実施形態によれば、一次空気Ａ１の空気比は１未満であるので、ガス燃料Ｆの燃焼による燃焼温度を低減させ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0030】

ところで、燃料に対する空気比を１より小さくすることで、ＮＯｘの発生を抑制できるが、燃料の燃焼速度（着火性・燃焼性）が悪化する場合がある。図３は、空気比とガス燃料Ｆの燃焼速度との関係を示すグラフであって、横軸が空気比を表し、縦軸が燃焼速度を表している。図３において、Ｌ１は水素を含むガス燃料Ｆの燃焼速度を表し、Ｌ２はプロパンを含むガス燃料の燃焼速度を表し、Ｌ３はメタンを含むガス燃料の燃焼速度を表している。Ｌ１～Ｌ３のそれぞれは、燃焼が発生する空気比から空気比が大きくなるにつれて大きくなり、各成分に応じた空気比で最大値に達する。そして、Ｌ１～Ｌ３のそれぞれは、最大の燃焼速度となる空気比から空気比がさらに大きくなるにつれて小さくなる。

【0031】

図３に示すように、メタン（Ｌ２）やプロパン（Ｌ３）は、空気比が１より小さくなるにつれて燃焼速度が低減している。つまり、メタンやプロパンは、空気比を１より小さくすると着火性・燃焼性が悪化する。さらに、メタンやプロパンは、炭素成分を含むので、燃焼性の悪化により、一酸化炭素や煤が発生する虞がある。

【0032】

水素（Ｌ１）は、メタンやプロパンと比較して燃焼速度が非常に大きく、水素の燃焼速度は、空気比が１より小さい場合であっても、空気比が１である場合のメタンやプロパンの燃焼速度より大きい。つまり、水素は、メタンやプロパンと比較して、空気比が１未満での着火性・燃焼性に優れている。尚、水素は、炭素成分を含まないので、燃焼しても一酸化炭素や煤を発生させない点でも優れている。

【0033】

一次空気Ａ１の空気比が１未満である場合、ガス燃料Ｆと一次空気Ａ１とが混合して燃焼する領域（以下、第１領域とする）を拡げることで、ＮＯｘの発生を抑制することができる。しかし、ガス燃料が、メタンを含む都市ガスやプロパンを含むＬＰＧ等の場合、火炉１０２内での燃焼が可能である程度の着火性・燃焼性を有しつつ、第１領域を拡げるためにθ１を４５度以上にすることが容易ではない。これに対して、水素を含むガス燃料Ｆは、火炉１０２内での燃焼が可能である程度の着火性・燃焼性を有しつつ、第１領域を拡げるためにθ１を４５度以上にすることができる。

【0034】

一実施形態によれば、ガス燃料Ｆは水素を含み、且つ４５度≦θ１≦６０度を満たすので、ガス燃料Ｆと一次空気Ａ１とをノズル２の径方向Ｄ１の外側に広く拡散させて、第１領域を拡大することができる。よって、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0035】

一実施形態によれば、ガスバーナ１は、ガス燃料Ｆを一次空気Ａ１及び二次空気Ａ２のそれぞれと混合させて完全燃焼する二段燃焼型の燃焼装置である。このため、一次空気Ａ１だけでガス燃料Ｆを完全燃焼する場合と比較して、一次空気Ａ１の空気比を低減し、第１領域の燃焼温度をさらに低減することができる。よって、ＮＯｘの発生をさらに抑制することができる。

【0036】

一実施形態によれば、一次空気Ａ１の空気比は二次空気Ａ２の空気比よりも低いので、第１領域の燃焼温度はガス燃料Ｆと二次空気Ａ２とが混合して燃焼する領域（以下、第２領域）の燃焼温度と比較して低くなっていることが多い。よって、一次空気Ａ１の空気比が二次空気Ａ２の空気比以上である場合と比較して、第１領域の燃焼温度を低くし、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0037】

ガスバーナが二段燃焼型の燃焼装置であり、且つガス燃料がメタンを含む都市ガスやプロパンを含むＬＰＧ等の場合、火炉１０２内での燃焼が可能である程度の着火性・燃焼性を有するために、θ２が３５度未満となるようにバーナスロート８が設計されていた。一実施形態によれば、３５度≦θ２を満たすので、二次空気Ａ２をノズル２の径方向Ｄ１の外側に拡散させ、ガス燃料Ｆを第２領域よりも温度の低い第１領域で燃焼させる割合を相対的に増加させる。よって、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0038】

一方で、θ２が６０度を超えると、二次空気Ａ２がノズル２の径方向Ｄ１の外側に拡散し過ぎて、ガス燃料Ｆと二次空気Ａ２とが混合しない虞がある。つまり、２次燃焼（ガス燃料Ｆと二次空気Ａ２とが混合することによる燃焼）が発生しない虞がある。一実施形態によれば、θ２≦６０度を満たすので、二次空気Ａ２がノズル２の径方向Ｄ１外側に拡散し過ぎることを抑制し、２次燃焼を確実に発生させることができる。

【0039】

第１延在部６が火炉１０２の内部空間１０３に向かって長く延びるほど、一次空気Ａ１と二次空気Ａ２との分離が促進され、ガス燃料Ｆを第１領域で燃焼させる割合を相対的に増加させ、ＮＯｘの発生を抑制する。一方で、二次空気Ａ２がノズル２の径方向Ｄ１の外側に拡散し過ぎて、２次燃焼が発生しない虞がある。一実施形態によれば、第１延在部６の先端６ａをバーナスロート８の開口空間１６と火炉１０２の内部空間１０３との境界に位置させることで、一次空気Ａ１と二次空気Ａ２との分離によってＮＯｘの発生を抑制しつつ、２次燃焼を確実に発生させることができる。

【0040】

一実施形態によれば、ガスバーナ１は旋回力付与装置２１をさらに備えるので、二次空気Ａ２に旋回力を付与することで、二次空気Ａ２のノズル２の径方向Ｄ１の内側への巻き戻りを促進する。このため、二次空気Ａ２の循環が繰り返される再循環領域を形成し、二次燃焼を促進させることができる。すなわち、旋回力付与装置２１から二次空気Ａ２に付与する旋回力を調整することで火炎形状を調整し、燃焼の安定化を図ることができる。

【0041】

一実施形態によれば、θ１＝θ２であるので、二次空気Ａ２を一次空気Ａ１よりもノズル２の径方向Ｄ１の外側に拡散させ、ガス燃料Ｆを第２領域よりも温度の低い第１領域で燃焼する割合を相対的に増加させる。よって、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに、θ１＝θ２とすることで、火炉１０２の内部空間１０３における二次空気Ａ２の流れを滑らかにすることができる。尚、本開示は、二次空気Ａ２を一次空気Ａ１よりもノズル２の径方向Ｄ１の外側に拡散可能であるならば、θ１＝θ２に限定しない。幾つかの実施形態では、θ２＞θ１である。

【0042】

一実施形態によれば、従来から設けられるバーナスロートに３５度≦θ２≦６０度を満たす傾斜面２６を形成することで、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、部材を新たに追加する必要がないので、コスト削減を図ることができる。

【0043】

ところで、一実施形態では、二次空気流路形成部１８の下流端１８ａにバーナスロート８が接続され、３５度≦θ２≦６０度を満たすように、バーナスロート８の傾斜面２６が傾斜していたが、本開示はこの形態に限定されない。図４は、幾つかの実施形態に係るガスバーナ１の構成を概略的に示す図である。

【0044】

幾つかの実施形態では、図４に例示するように、ガスバーナ１は、バーナスロート８に代わり、二次空気流路形成部１８の下流端１８ａに接続され、二次空気流路形成部１８と一体的に構成されるガイド部材３０（第２延在部）をさらに備える。

【0045】

ガイド部材３０は、二次空気Ａ２の流通方向において、ノズル２の径方向Ｄ１の外側に向かうように二次空気流路２０側とは反対側に延びる。そして、二次空気流路形成部１８を二次空気Ａ２の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線Ｌ１とガイド部材３０とによって形成される角度をθ２とすると、３５度≦θ２≦６０度を満たす。図４に例示する形態では、θ１＜θ２を満たす。

【0046】

図４に例示する形態では、バーナスロート８は火炉１０２の炉壁を開口する開口空間１６を形成しており、二次空気流路形成部１８の一端１８ａがバーナスロート８の開口空間１６内に位置している。ガイド部材３０は、二次空気流路形成部１８の一端１８ａから火炉１０２の内部空間１０３に向かうにつれて、ノズル２の径方向Ｄ１の外側に向かって延びている。

【0047】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0048】

［１］本開示に係るガスバーナ（１）は、水素を含むガス燃料（Ｆ）を噴出するノズル（２）と、前記ノズルより前記ノズルの径方向（Ｄ１）の外側を前記ノズルの軸線（Ｃ）に沿って延び、前記ノズルとの間に一次空気（Ａ１）が流通する一次空気流路（１４）を形成するスリーブ（４）と、前記一次空気の流通方向において、前記スリーブの下流端（４ａ）から前記ノズルの径方向の外側に向かうように前記一次空気流路側とは反対側に延びる第１延在部（６）と、を備え、前記スリーブを前記一次空気の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線（Ｌ１）と前記第１延在部とによって形成される角度をθ１とすると、４５度≦θ１≦６０度を満たす。

【0049】

上記［１］に記載の構成によれば、４５度≦θ１≦６０度を満たす。この角度θ１は、メタンを含む都市ガスやプロパンを含むＬＰＧのような従来からのガス燃料を採用するガスバーナと比較して大きい。よって、ガス燃料と一次空気とを径方向の外側に広く拡散させ、ガス燃料と一次空気とが混合して燃焼する領域（第１領域）を拡大することができる。よって、一次空気の空気比を１より小さくすることで、燃焼温度の低い第１領域で燃焼させる状態が長くなり、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0050】

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、前記スリーブより前記ノズルの径方向の外側を前記ノズルの軸線に沿って延び、前記スリーブとの間に二次空気（Ａ２）が流通する二次空気流路（１４）を形成する二次空気流路形成部（１８）をさらに備え、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記一次空気の空気比は、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記二次空気の空気比よりも低い。

【0051】

上記［２］に記載の構成によれば、一次空気だけでガス燃料を燃焼（完全燃焼）する場合と比較して、一次空気の空気比を低減し、第１領域の燃焼温度を低減することができる。このため、ＮＯｘの発生をさらに抑制することができる。また、一次空気の空気比は二次空気の空気比よりも低いので、第１領域の燃焼温度はガス燃料と二次空気とが混合して燃焼する領域（第２領域）の燃焼温度と比較して低くなっていることが多い。よって、一次空気の空気比が二次空気の空気比以上である場合と比較して、第１領域の燃焼温度を低くすることができる。

【0052】

［３］幾つかの実施形態では、上記［２］に記載の構成において、前記二次空気の流通方向において、前記二次空気流路形成部の下流端（１８ａ）に接続され、前記ノズルの径方向の外側に向かうように前記二次空気流路側とは反対側に延びる第２延在部（８、３０）をさらに備え、前記二次空気流路形成部を前記二次空気の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線（Ｌ２）と前記第２延在部とによって形成される角度をθ２とすると、３５度≦θ２≦６０度を満たす。

【0053】

上記［３］に記載の構成によれば、３５度≦θ２を満たすので、二次空気を径方向の外側に拡散させ、ガス燃料を第２領域よりも温度の低い第１領域で燃焼させる割合を相対的に増加させる。よって、ＮＯｘの発生を抑制することができる。一方で、θ２が６０度を超えると、二次空気が径方向の外側に拡散し過ぎて、ガス空気と二次空気とが混合しない虞がある。つまり、２次燃焼が発生しない虞がある。上記［３］に記載の構成によれば、θ２≦６０度を満たすので、二次空気が径方向の外側に拡散し過ぎることを抑制し、２次燃焼を確実に発生させることができる。

【0054】

［４］幾つかの実施形態では、上記［３］に記載の構成において、θ２≧θ１である。

【0055】

上記［４］に記載の構成によれば、二次空気を一次空気よりも径方向の外側に拡散させ、ガス燃料を第２領域よりも温度の低い第１領域で燃焼する割合を相対的に増加させる。よって、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0056】

［５］幾つかの実施形態では、上記［３］又は［４］に記載の構成において、前記第２延在部は、火炉の炉壁を開口するバーナスロートである。

【0057】

上記［５］に記載の構成によれば、従来から設けられるバーナスロートが３５度≦θ２≦６０度を満たすように構成されることで、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、部材を新たに追加する必要がないので、コスト削減を図ることができる。

【0058】

［６］幾つかの実施形態では、上記［２］から［５］の何れか１つに記載の構成において、前記二次空気流路を流通する前記二次空気に旋回力を付与する旋回力付与装置をさらに備える。

【0059】

上記［６］に記載の構成によれば、二次空気に旋回力を付与することで、二次空気のノズルの径方向の内側への巻き戻りを促進する。このため、二次空気の循環が繰り返される再循環領域を形成し、燃焼を促進させることができる。

【0060】

［７］本開示に係る燃焼設備（１００）は、火炉と、前記火炉内にガス燃料を噴出する上記［１］から［６］の何れか１つに記載のガスバーナと、を備える。

【0061】

上記［７］に記載の構成によれば、ガスバーナによってＮＯｘの発生を抑制することができる。このため、燃焼設備から排出されるＮＯｘの量を抑制することができる。

【符号の説明】

【0062】

１ ガスバーナ
２ ノズル
４ スリーブ
４ａ スリーブの下流端
６ 第１延在部
８ バーナスロート（第２延在部）
１４ 一次空気流路
１８ 二次空気流路形成部
１８ａ 二次空気流路形成部の下流端
２０ 二次空気流路
２１ 旋回力付与装置
３０ ガイド部材（第２延在部）
１００ 燃焼設備
１０２ 火炉

Ａ１ 一次空気
Ａ２ 二次空気
Ｃ ノズルの軸線
Ｄ１ ノズルの径方向
Ｆ ガス燃料
Ｌ１ 仮想の直線
Ｌ２ 仮想の直線

【要約】

【課題】ＮＯｘの発生を抑制することができるガスバーナを提供する。
【解決手段】ガスバーナは、水素を含むガス燃料を噴出するノズルと、ノズルよりノズルの径方向の外側をノズルの軸線に沿って延び、ノズルとの間に一次空気が流通する一次空気流路を形成するスリーブと、一次空気の流通方向において、スリーブの下流端からノズルの径方向の外側に向かうように一次空気流路側とは反対側に延びる第１延在部と、を備え、スリーブを一次空気の流通方向の下流側に延ばした仮想の直線と第１延在部とによって形成される角度をθ１とすると、４５度≦θ１≦６０度を満たす。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】