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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht nach der Pariser Verbandsübereinkunft Priorität der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-215851 ,eingereicht am 8. November 2017, deren gesamte Offenlegung hiermit durch Verweis als Teil dieser Anmeldung einbezogen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung zum Beispiel zum Mischen und Verbrennen eines Abgases, wie z.B. Wasserstoffgas und einer anderen Art von Gas.
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(Beschreibung des Stands der Technik)
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In den vergangenen Jahren ist eine Brennervorrichtung, bei der Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird, mit Blick auf eine kohlenstoffarm lebende Gesellschaft zum Verringern von Kohlenstoffdioxid-Emissionen, die Umweltprobleme, wie z.B. globale Erwärmung, verursachen, vorgeschlagen worden (siehe zum Beispiel Patentschrift 1).
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[Verwandtes Dokument]
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[Patentschrift]
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[Patentschrift 1]
US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012/ 0258409 -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Wenn jedoch ein Kraftstoff mit einer hohen Verbrennungsgeschwindigkeit verbrannt wird, wird wahrscheinlich NOx erzeugt. Wenn ein Brennstoff mit einer hohen Verbrennungsgeschwindigkeit verbrannt wird, tritt wahrscheinlich ein Rückzündungsphänomen auf, bei dem eine in einer Verbrennungskammer erzeugte Flamme zu der Brennerseite zurückkehrt. Ein solcher Brennstoff ist zum Beispiel Wasserstoff oder ein Gas, das Wasserstoff in einer hohen Konzentration enthält.
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Zur Lösung dieser Probleme wird die Verwendung einer sogenannten abgehobenen Flamme in Betracht gezogen. Die abgehobene Flamme bezieht sich auf eine Flamme, bei der ein Basisabschnitt der Flamme an einer Position gebildet ist, die in der stromabwärtigen Richtung von einem Brennstoffeinspritzabschnitt beabstandet ist. Es ist bekannt, dass sich ein Diffusionsflammenzustand durch Erhöhen einer Strömungsrate des Brennstoffs zu dem Abgehobene-Flamme-Zustand hin verschiebt. Die abgehobene Flamme ermöglicht eine Verringerung von NOx durch Mischen von Kraftstoff und Luft in einem Raum von dem Brennstoffeinspritzabschnitt zu dem Basisabschnitt der Flamme, und durch das Abheben der Flamme wird das Erzeugen des Rückzündungsphänomens unterbunden. Bei einem Brenner mit einer bekannten Struktur ist es schwierig, die abgehobene Flamme stabil auszubilden und aufrechtzuerhalten, und es ist schwierig, dies bei einer Vorrichtung, wie z.B. einer Gasturbine und einem Kessel, bei denen eine Betriebsbedingung nicht immer konstant ist, anzuwenden.
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Zum Lösen des vorgenannten Problems liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennervorrichtung bereitzustellen, mit der eine abgehobene Flamme stabil gebildet werden kann.
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Zum Lösen der vorgenannten Aufgabe betrifft eine Brennervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennervorrichtung zum Zuführen einer Mischung aus einem Brenngas und einem Verbrennungsunterstützungsgas zu einer Verbrennungsregion, und die Brennervorrichtung weist auf:
- einen Mischweg, der derart ausgebildet ist, dass er die Mischung von einem stromabwärtigen Endabschnitt des Mischwegs in die Verbrennungsregion einspritzt;
- eine Brenngaseinspritzdüse, die derart ausgebildet ist, dass sie das Brenngas in Richtung der Verbrennungsregion in den Mischweg einspritzt; und
- einen Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler, der derart ausgebildet ist, dass er das Verbrennungsunterstützungsgas von einer radial äußeren Seite in den Mischweg einspritzt, so dass zumindest ein Teil des Verbrennungsunterstützungsgases direkt mit dem Brenngas kollidiert, das aus der Brenngaseinspritzdüse in Richtung einer Tangente eingespritzt wird, die tangential zu einem Brennstoffeinspritzloch der Brenngaseinspritzdüse in einer Querschnittansicht orthogonal zu einer Achse der Brennervorrichtung ist.
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Bei dieser Konfiguration wird das Verbrennungsunterstützungsgas direkt dem aus der Brenngaseinspritzdüse eingespritzten Brenngas zugeführt, wodurch ein Raum von einem Abschnitt, an dem das Brenngas eingespritzt wird, zu der Verbrennungsregion instabil wird und wahrscheinlich eine abgehobene Flamme gebildet wird und die Mischung nahe der Brenngaseinspritzöffnung begünstigt wird. Des Weiteren wird durch den von dem Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler gebildeten Wirbelstrom eine Rezirkulationsregion um die Brennerachse herum nahe dem Auslass des Mischwegs zum stabilen Aufrechterhalten der abgehobenen Flamme gebildet.
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Bei einer Brennervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Breite eines Verbrennungsunterstützungsgas-Strömungswegs des Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirblers von einem Einlass des Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirblers in Richtung eines Auslasses desselben graduell verkleinert werden. Bei dieser Konfiguration wird der Verbrennungsunterstützungsgasstrom mit einer hohen Geschwindigkeit aus dem Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler eingespritzt, so dass ein Raum von dem Abschnitt, in dem das Brenngas eingespritzt wird, zu der Verbrennungsregion effektiver instabil wird. Somit ist es wahrscheinlicher, dass die abgehobene Flamme gebildet wird.
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Bei der Brennervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Durchmesser eines Mischungseinspritzauslasses, der in dem stromabwärtigen Endabschnitt des Mischwegs ausgebildet ist, kleiner sein als ein Durchmesser des Auslasses des Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirblers. Bei dieser Konfiguration erhöht sich die Strömungsrate der Mischung aus dem Brenngas und dem Verbrennungsunterstützungsgas am Mischungseinspritzauslass. Somit ist es unwahrscheinlich, dass eine Flamme an diesem Abschnitt gebildet wird, und es ist wahrscheinlicher, dass die abgehobene Flamme gebildet wird. Ferner kann sich eine Strecke, über die das Brenngas und das Verbrennungsunterstützungsgas gemischt werden, vergrößern.
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Die Brennervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Brennerkörpereinheiten BU aufweisen, die jeweils den Mischweg, die Brenngaseinspritzdüse und den Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler aufweisen. Eine Verbrennungsunterstützungsgas-Einleitungsöffnung, durch die das Verbrennungsunterstützungsgas in die Brennervorrichtung eingeleitet wird, kann auf einer stromaufwärtigen Seite des Einlasses des Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler jeder Brennerkörpereinheit BU in einer Richtung angeordnet sein, in der das Brenngas eingespritzt wird. Bei dieser Konfiguration strömt das Verbrennungsunterstützungsgas aus der Verbrennungsunterstützungsgas-Einleitungsöffnung nicht direkt in den Wirblereinlassabschnitt gegenüber jeder Verbrennungsunterstützungsgas-Einleitungsöffnung, anders als in dem Fall, in dem die Verbrennungsunterstützungsgas-Einleitungsöffnung und der Wirblereinlass in der axial gleichen Position angeordnet sind, und es wird dispergiert, während sich das Verbrennungsunterstützungsgas rückwärts bewegt, wodurch das Verbrennungsunterstützungsgas den Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirblern gleichförmig zugeführt wird.
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Jede beliebige Kombination aus mindestens zwei Konstruktionen, die in den beiliegenden Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den beigefügten Zeichnungen offengelegt sind, müssen als in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallend verstanden werden. Insbesondere muss jede Kombination aus zwei oder mehr der beiliegenden Ansprüche gleichermaßen als in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallend verstanden werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen dienen jedoch nur zum Zweck der Veranschaulichung und Erläuterung und dürfen nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend verstanden werden, der durch die beiliegenden Ansprüche festgelegt ist. In den beigefügten Zeichnungen werden in den verschiedenen Ansichten durchgehend gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Teile verwendet, und
- 1 ist eine längsgeschnittene Querschnittansicht einer Brennervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Draufsicht eines Verbrennungsgas-Zuführwirblers, der für die Brennervorrichtung von 1 verwendet wird;
- 3 ist eine vergrößerte längsgeschnittene Querschnittansicht eines Teils der Brennervorrichtung von 1;
- 4 ist eine längsgeschnittene Querschnittansicht einer Brennervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 5 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie V-V in 4.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Brennervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Brennervorrichtung 1 führt einer Verbrennungsregion R eine Mischung MG aus einem Brenngas und einem Verbrennungsunterstützungsgas zu. Die Brennervorrichtung 1 wird zum Beispiel als Heizvorrichtung für ein Stromaggregat, wie z.B. eine Gasturbine und einen Kessel, verwendet.
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Das Brenngas kann zum Beispiel ein Brenngas sein, das eine hohe Verbrennungsgeschwindigkeit und einen großen Bereich an Brennmaterialkonzentrationen aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein wasserstoffhaltiges Gas, wie z.B. ein Wasserstoffgas, als Brenngas verwendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Luft A als Verbrennungsunterstützungsgags verwendet. Außer Luft kann zum Beispiel ein Gas, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Luft eingestellt ist, oder ein Abgas als Verbrennungsunterstützungsgas verwendet werden. In der folgenden Beschreibung ist das Brenngas als „Brenngas F“ dargestellt und ist das Verbrennungsunterstützungsgas als „Luft A“ dargestellt.
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Die Brennervorrichtung 1 ist insgesamt in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet. Bei dem dargestellte Beispiel ist ein Gehäuse 7 der Brennervorrichtung 1 aus einer im Wesentlichen scheibenförmigen Brennerwand 3, die der Verbrennungsregion R zugewandt ist, und einem Brennerzylinder 5 mit einer zylindrischen Form im Bodenteil ausgebildet. Die Brennerwand 3 ist mit einem Öffnungsabschnitt des Brennerzylinders 5 verbunden, zum Beispiel mittels einer nicht dargestellten Schraube. Die Brennervorrichtung 1 weist einen Mischweg 9 auf, in dem der Brennstoff F und die Luft A gemischt werden. Die Mischung MG wird aus einem Mischungseinspritzauslass 11, der in dem stromabwärtigen Endabschnitt des Mischwegs 9 ausgebildet ist, in die Verbrennungsregion R eingespritzt. Der Mischweg 9 und der Mischungseinspritzauslass 11 sind derart angeordnet, dass sie mit der Brennervorrichtung 1 konzentrisch sind. Bei dem dargestellten Beispiel ist ein Mischungseinspritzloch 13 als Durchgangsloch in der axialen Richtung in einem mittleren Abschnitt der Brennerwand 3 des Gehäuses 7 ausgebildet. Der Mischungseinspritzauslass 11 ist als Öffnung am stromabwärtigen Ende des Mischungseinspritzlochs 13 ausgebildet. In der folgenden Beschreibung kann die Seite der Verbrennungsregion R (das heißt, die stromabwärtige Seite der Strömung der Mischung MG) in der Richtung der Achse C1 der Brennervorrichtung 1 einfach als „hinten“ bezeichnet werden und kann die gegenüberliegende Seite (das heißt, die stromaufwärtige Seite der Strömung der Mischung MG) einfach als „vorn“ bezeichnet werden.
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Die Brennervorrichtung 1 weist ferner eine Brennstoffeinspritzdüse (Brenngaseinspritzdüse) 15 zum Einspritzen des Brennstoffs F in den Mischweg 9 und einen Luftzuführweg (Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführweg) 17 zum Zuführen der Luft A zu dem Mischweg 9 auf. Die Brennstoffeinspritzdüse 15 weist ein Brennstoffeinspritzloch 19 auf, durch das der Brennstoff F eingespritzt wird. Das Brennstoffeinspritzloch 19 erstreckt sich entlang der Achse C1 der Brennervorrichtung 1. Das heißt, dass die Brennstoffeinspritzdüse 15 derart ausgebildet ist, dass sie den Brennstoff F entlang der Achse C1 in Richtung der Verbrennungsregion R in den Mischweg 9 einspritzt.
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Insbesondere ermöglicht der Luftzuführweg 17, dass die Luft A von der radial äußeren Seite des stromaufwärtigen Abschnitts des Mischwegs 9 dem Mischweg 9 zugeführt wird. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Zuführweg 17 als Innenraum des Brennerzylinders 5 des Gehäuses 7 ausgebildet. Eine Vielzahl von Lufteinleitungsöffnungen 21 ist in der Umfangswand des Brennerzylinders 5 des Gehäuses 7 ausgebildet. Die Luft A wird von außen durch die Lufteinleitungsöffnungen 21 in den Luftzuführweg 17 eingeleitet. Ein Luftzuführwirbler (Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler) 23 ist am Auslass des Luftzuführwegs 17 angeordnet. Die Luft A wird als Wirbelströmung um die Achse C1 herum durch den Luftzuführwirbler 23 dem Mischweg 9 zugeführt. Wie in 2 gezeigt, weist der Luftzuführwirbler 23 eine Vielzahl (vier bei diesem Beispiel) von Strömungswegen (nachstehend als „Wirblerströmungswege“ bezeichnet) 25 auf, die sich derart erstrecken, dass sie relativ zu der Achse C1 exzentrisch sind, und in der Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
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Bei diesem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, weist der Luftzuführwirbler 23 einen Basisabschnitt 23a mit der Form einer ringförmigen Platte und eine Vielzahl von Strömungswegwänden 23b auf, die von dem Basisabschnitt 23a vorstehend vorgesehen sind. Der Basisabschnitt 23a mit der Form einer ringförmigen Platte weist einen mittleren Abschnitt auf, der mit einem Passloch 27 ausgebildet ist, in das die Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endabschnitts der Brennstoffeinspritzdüse 15 eingepasst ist. Wie in 2 gezeigt, ist jeder Wirblerströmungsweg 25 zwischen den aneinander angrenzenden Strömungswegwänden 23b und 23b ausgebildet. Bei dem dargestellten Beispiel sind Wandflächen 23ba und 23ba der zwei Strömungswegwände 23b und 23b, die sich in jeweilige exzentrische Richtungen erstrecken und jeweils einen Wirblerströmungsweg 25 bilden, jeweils in einer planaren Form ausgebildet (das heißt, einer linearen Form in einer Querschnittansicht orthogonal zu der Achse C1 der Brennervorrichtung 1).
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Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Luftzuführwirbler 23 derart ausgebildet, dass er die Luft A in Richtung der Tangente T, die tangential zu dem Brennstoffeinspritzloch 19 in einer Querschnittansicht orthogonal zu der Achse C1 der Brennervorrichtung 1 ist, einspritzt. Bei der vorliegenden Beschreibung bedeutet " derart ausgebildet, dass er die Luft A in Richtung der Tangente T, die tangential zu dem Brennstoffeinspritzloch in einer Querschnittansicht orthogonal zu der Achse C1 der Brennervorrichtung ist", dass der Luftzuführwirbler 23 derart positioniert und geformt ist, dass die Tangente T, die tangential zu dem Brennstoffeinspritzloch 19 und parallel zu der Wandfläche 23b auf der vorderen Seite in der Wirbelrichtung S der Luft A ist, zwischen den Wandflächen 23ba und 23ba der zwei Strömungswegwände 23b und 23b, die sich in jeweilige exzentrische Richtungen erstrecken und die jeweils einen Wirblerströmungsweg 25 bilden, in der Querschnittansicht durch einen Auslass (nachstehend als „Wirblerauslass“ bezeichnet) 25a des Wirblerströmungsweg 25 verläuft.
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Die Wandflächen 23ba und 23ba der zwei Strömungswegwände 23b und 23b, die jeweils den Wirblerströmungsweg 25 bilden und sich in jeweilige exzentrische Richtungen erstrecken, müssen nicht notwendigerweise eine planare Form, wie hier gezeigt, haben und können zum Beispiel eine gekrümmte Form haben. Wenn die Wandfläche 23ba auf der vorderen Seite in der Wirbelrichtung S als gekrümmte Fläche ausgebildet ist, wird die Tangente T, die tangential zu dem Brennstoffeinspritzloch 19 und parallel zu jedem beliebigen Punkt in dem stromabwärtsseitigen halben Abschnitt der Wandfläche 23ba ist, als „Tangente, die tangential zu dem Brennstoffeinspritzloch und parallel zu der Wandfläche ist,“ bestimmt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Luftzuführwirbler 23 aufgrund der oben beschriebenen Struktur derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil der Luft A, die aus jedem Wirblerströmungsweg 25 eingespritzt wird, direkt mit dem aus dem Brennstoffeinspritzloch 19 eingespritzten Brennstoff F kollidiert.
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Bei dem dargestellten Beispiel verkleinert sich die Breite jedes Wirblerströmungswegs 25 des Luftzuführwirblers 23 graduell von einem Einlass (nachstehend als „Wirblereinlass“ bezeichnet) 25b des Wirblerströmungswegs 25 in Richtung eines Wirblerauslasses 25a.
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Wie in 3 gezeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Durchmesser Dm des Mischungseinspritzauslasses 11, der in einem stromabwärtigen Endabschnitt des Mischwegs 9 ausgebildet ist, kleiner als ein Durchmesser Ds des Wirblerauslasses 25a. Insbesondere ist bei dem dargestellten Beispiel die Brennerwand 3 mit dem darin ausgebildeten Mischungseinspritzloch 13 in Kontakt mit einem rückwärtigen Abschnitt des Luftzuführwirblers 23. Daher wird der Durchmesser des stromabwärtigen Abschnitts (das Mischungseinspritzloch 13 bei diesem Beispiel) stufenweise von dem stromaufwärtigen Abschnitt des Mischwegs 9 aus verkleinert und ist der Durchmesser Dm des Mischungseinspritzauslasses 11, der der stromabwärtige Endabschnitt des stromabwärtigen Abschnitts ist, ebenfalls kleiner als der Durchmesser Ds des Wirblerauslasses 25a. Die Form von dem Wirblerauslass 25a zu dem Mischungseinspritzauslass 11 ist nicht auf die dargestellte Form beschränkt und kann zum Beispiel eine derartige Form sein, dass der Strömungswegdurchmesser des stromabwärtigen Abschnitts des Mischwegs 9 verkleinert ist, so dass er sich in Richtung des Mischungseinspritzauslasses 11 verjüngt.
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Bei der in 1 gezeigten Brennervorrichtung 1 gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird die Luft A (Verbrennungsunterstützungsgas) aus dem Luftzuführwirbler 23 direkt dem aus der Brennstoffeinspritzdüse 15 eingespritzten Brennstoff F (Brenngas) zugeführt, wodurch ein Raum (normalerweise ein Abschnitt, der den Basisabschnitt der Flamme bildet) von einem Abschnitt, in dem der Brennstoff F eingespritzt wird, zu der Verbrennungsregion R instabil wird und wahrscheinlich eine abgehobene Flamme LF in der Verbrennungsregion R gebildet wird und die Mischung nahe dem Brennstoffeinspritzloch 19 begünstigt wird. Des Weiteren wird durch einen von dem Luftzuführwirbler 23 gebildeten Wirbelstrom eine Rezirkulationsregion um die Brennerachse C1 herum nahe dem Auslass des Mischwegs 9 zum stabilen Aufrechterhalten der abgehobenen Flamme LF gebildet.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform, die insbesondere in 2 gezeigt ist, wird, da sich die Breite jedes Wirblerströmungswegs 25 des Luftzuführwirblers 23 von dem Einlass 25b des Luftzuführwirblers 23 in Richtung des Auslasses 25a verkleinert, eine Luft- (Verbrennungsunterstützungsgas) Strömung mit einer hohen Geschwindigkeit aus dem Luftzuführwirbler 23 eingespritzt, so dass ein Raum von dem Abschnitt, an dem der Brennstoff F eingespritzt wird, zu der Verbrennungsregion R effektiver instabil wird, wodurch die abgehobene Flamme LF stabiler aufrechterhalten werden kann. Jeder Wirblerströmungsweg 25 des Luftzuführwirblers 23 kann, anders als bei dem dargestellte Beispiel, eine konstante Breite von dem Wirblereinlass 25b zu dem Wirblerauslass 25a haben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform, die insbesondere in 3 gezeigt ist, ist der Durchmesser Dm des Mischungseinspritzauslasses 11, der am stromabwärtigen Endabschnitt des Mischwegs 9 ausgebildet ist, kleiner als der Durchmesser Ds des Wirblerauslasses 25a, wodurch sich die Strömungsrate der Mischung MG aus Brennstoff F (Brenngas) und Luft A (Verbrennungsunterstützungsgas) an dem Mischungseinspritzauslass 11 vergrößert. Somit ist es unwahrscheinlich, dass eine Flamme nahe dem Mischungseinspritzauslass 11 gebildet wird, und ist es wahrscheinlicher, dass die abgehobene Flamme LF gebildet wird. Eine Strecke, über die der Brennstoff F und die Luft A gemischt werden, wird vergrößert, um die Mischung zu begünstigen. Daher wird verhindert, dass lokal eine Hochtemperaturregion gebildet wird, und wird eine Menge an erzeugtem NOx verringert. Der Durchmesser Dm des Mischungseinspritzauslasses 11 und der Durchmesser Ds des Wirblerauslasses 25 können gleich sein.
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Als Nächstes wird eine Brennervorrichtung 1, die in 4 gezeigt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der Brennervorrichtung der ersten Ausführungsform, dass die Brennervorrichtung 1 eine Vielzahl (sieben bei diesem Beispiel) von Brennerkörpereinheiten BU aufweist, die jeweils den Mischweg 9, die Brennstoffeinspritzdüse 15 und den Luftzuführwirbler 23 in einem zylindrischen Gehäuse 7 aufweisen. Die Strukturen des Mischwegs 9, der Brennstoffeinspritzdüse 15 (Brenngaseinspritzdüse) und des Luftzuführwirblers 23 (Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler) jeder Brennerkörpereinheit BU sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, und daher entfällt die detaillierte Beschreibung derselben.
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Bei dem dargestellten Beispiel ist die Vielzahl von Brennerkörpereinheiten BU derart in dem Gehäuse 7 angeordnet, dass eine Achse C2 des zylindrischen Gehäuses 7 und eine Achse (Achse der Brennstoffeinspritzdüse 15) C3 jeder Brennerkörpereinheit BU parallel zueinander sind.
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Insbesondere ist der Innenraum des Gehäuses 7 durch eine scheibenförmige Trennwand 31 in eine Lufteinleitungskammer 33 auf der stromabwärtigen Seite (Seite der Verbrennungsregion R) und eine Brennstoffeinleitungskammer 35 auf der stromaufwärtigen Seite unterteilt. Die Vielzahl der der Brennerkörpereinheiten BU ist in der Lufteinleitungskammer 33 angeordnet. Der Brennstoff F wird von außen durch ein im mittleren Abschnitt der Bodenwand des Gehäuses 7 ausgebildetes Brennstoffeinleitungsloch 37 in die Brennstoffeinleitungskammer 35 eingeleitet. Die Trennwand 31 weist ein Brennstoffzuführloch 39 an einer Position auf, die dem Brennstoffeinspritzloch 19 jeder Brennstoffeinspritzdüse 15 entspricht. Der in die Brennstoffeinleitungskammer 35 eingeleitete Brennstoff F wird durch jedes Brennstoffzuführloch 39 dem Brennstoffeinspritzloch 19 zugeführt. Somit wird der Brennstoff F von außen in die gemeinsam genutzte Brennstoffeinleitungskammer 35 eingeleitet und dann der Vielzahl von Brennstoffeinspritzlöchern 19 zugeführt, wodurch der Brennstoff F den Brennstoffeinspritzlöchern 19 gleichförmig zugeführt wird.
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Die Luft A wird von außen durch die in dem stromabwärtigen Seitenabschnitt der Umfangswand des Gehäuses 7 ausgebildeten Lufteinleitungsöffnungen 21 in die Lufteinleitungskammer 33 eingeleitet. Wie in 5 gezeigt, ist eine Vielzahl (sechs bei diesem Beispiel) der Lufteinleitungsöffnungen 21 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel ist eine der Brennerkörpereinheiten BU in dem mittleren Abschnitt der Lufteinleitungskammer 33 angeordnet und ist eine Vielzahl (sechs bei diesem Beispiel) von Brennerkörpereinheiten BU um die eine der Brennerkörpereinheiten BU herum in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Jede der Lufteinleitungsöffnungen 21 ist in der Umfangsposition entsprechend der Mitte zwischen den aneinander angrenzenden Brennerkörpereinheiten BU der Brennerkörpereinheiten BU, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ausgebildet. Die Anzahl der Lufteinleitungsöffnungen 21 und die Anordnung derselben in der Umfangsrichtung sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
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Wie in 4 gezeigt, ist jede der Lufteinleitungsöffnungen 21 auf der stromaufwärtigen Seite des Wirblereinlasses 25b jeder Brennerkörpereinheit BU in der Richtung (der axialen Richtung der Brennervorrichtung 1 bei dem dargestellten Beispiel), in der der Brennstoff F eingespritzt wird, angeordnet. Wenn die Lufteinleitungsöffnungen 21 derart angeordnet sind, strömt die Luft aus der Lufteinleitungsöffnung 21 nicht direkt in den Abschnitt des Wirblereinlasses 25b gegenüber jeder Lufteinleitungsöffnung 21, anders als in einem Fall, in dem die Lufteinleitungsöffnung 21 und der Wirblereinlass 25b axial in der gleichen Position angeordnet sind, und sie wird dispergiert, während sich die Luft A rückwärts bewegt, wodurch die Luft A den Luftzuführwirblern 23 gleichförmig zugeführt wird.
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Insbesondere passt bei dem dargestellten Beispiel der als ringförmige Platte ausgebildete Basisabschnitt 23a des Luftzuführwirblers 23 in einen Passabschnitt 15a, der in einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endabschnitts der Brennstoffeinspritzdüse 15 ausgebildet ist, und ist jede der Lufteinleitungsöffnungen 21 an einer Position in Richtung der Achse C2 ausgebildet, die einem Abschnitt vor dem Passabschnitt 15a der Brennstoffeinspritzdüse 15 entspricht. Wenn die Lufteinleitungsöffnungen 21 derart angeordnet sind, kollidiert die aus der Lufteinleitungsöffnung 21 eingeleitete Luft A mit der Brennstoffeinspritzdüse 15 und strömt dann rückwärts und wird in den Wirblereinlass 21 eingeleitet. Daher setzt sich bei dem Prozess die Dispersion der Luft A aus der Lufteinleitungsöffnung 21 fort und wird die Luft A den Luftzuführwirblern 23 sehr gleichförmig zugeführt.
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Auch ist bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform jede der Lufteinleitungsöffnungen 21 auf der stromaufwärtigen Seite des Wirblereinlasses 25b in der Richtung angeordnet, in der der Brennstoff F eingespritzt wird, und wird somit die Luft A der Vielzahl von Wirblereinlässen 25b gleichförmig zugeführt. Wie bei der zweiten Ausführungsform ist es dann, wenn eine Vielzahl der Brennerkörpereinheiten BU (eine Vielzahl von Luftzuführwirblern 23) in der gemeinsam genutzten Lufteinleitungskammer 33 angeordnet ist, wahrscheinlich, dass das Strömen der Luft A ungleichförmig ist. Daher kann, dann wenn die Lufteinleitungsöffnung 21 auf einer stromaufwärtigen Seite des Wirblereinlasses 25b angeordnet ist, der oben beschriebene Effekt verstärkt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsformen derselben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, können verschiedene Hinzufügungen, Modifikationen oder Streichungen durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Gehalt der Erfindung abgewichen wird. Entsprechend müssen solche Hinzufügungen, Modifikationen und Streichungen als in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen ausgelegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennervorrichtung
- 9
- Mischweg
- 15
- Brennstoffeinspritzdüse (Brenngaseinspritzdüse)
- 21
- Lufteinleitungsöffnung (Verbrennungsunterstützungsgas-Einleitungsöffnung)
- 23
- Luftzuführwirbler (Verbrennungsunterstützungsgas-Zuführwirbler)
- 25
- Wirblerströmungsweg
- 25a
- Wirblerauslass
- 25b
- Wirblereinlass
- A
- Luft (Verbrennungsunterstützungsgas)
- BU
- Brennerkörpereinheit
- F
- Brennstoff (Brenngas)
- MG
- Mischung
- R
- Verbrennungsregion
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017 [0001]
- US 2012/0258409 [0004]
