JP2013513774A - 低多孔率バーナデッキを有するバーナ - Google Patents

Abstract

ガスをガス供給チャンバ内に供給するための中心ガス吸込ポートを有する支持体（１２）を備えているガスバーナ（１０）、好ましくは、予混合バーナである。ガス供給チャンバは、有孔金属板（２２）によって囲まれている。有孔金属板では、その底が基部を介して支持体に接続されている。有孔金属板の孔がバーナデッキ（２０）をもたらしている。バーナデッキが１１％以下の全多孔率を有している。また、本発明は、例えば、熱交換器内におけるこのバーナの使用を提供している。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、予混合バーナ、さらに詳細には、有孔金属板材料から作製された保炎器を有するバーナに関する。好ましくは、前記バーナは、円筒形状を有する管状バーナになっている。これらのバーナは、特に、燃焼ボイラーに用いられることに適している。

予混合バーナの周知の一形式は、以下の構成要素の１つ又は複数から構成されている。これらの構成要素は、（ａ）バーナの先端に配置されるエンドキャップ、（ｂ）バーナデッキ（burner deck）：このバーナデッキは、底部の非有孔域、中心部の規則正しい（円形）（場合によっては、燃焼目的のために局部的にさらに修正されることもある）パターンを有する有孔域、及び先端の非有孔域から成っており、このパターンは、主に周方向に延在しており、ほとんどの場合、１ｍｍ〜１０ｍｍのピッチで高さ方向に繰り返されている、（ｃ）底の非有孔域、中心の有孔部分、及び先端の非有孔域を有する分配器、（ｄ）分配器を兼ねるエンドキャップ、（ｅ）フランジ、並びに（ｆ）圧力分布を調整するためにフランジ内又はその近くに配置される装置である騒音防止管に関する。このような予混合バーナは、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５に記載されている。前述した文献のほとんどにおいて見られるように、これらのバーナでは、分配器とも呼ばれるインナーライナー及び／若しくは騒音防止管のような装置が混合チャンバ内に設けられており、又はスワーラ（渦流器）若しくは有孔ディスクのような他の装置がフランジ内若しくはその近くに設けられている。これらの装置は、これらのバーナにおける火炎の安定化に必要である。この火炎の安定化は、騒音及び排ガスに効果を有するものである。これらの装置を用いることが必要とされる場合、バーナの作製及びバーナの組立が著しく複雑になり、著しいコストが掛かることになる。

欧州特許出願公開第１３３７７８９号明細書 欧州特許出願公開第２０３７１７５号明細書 国際特許出願公開第２００９／０７７３３３号パンフレット 国際特許出願公開第２００９／０６５７３３号パンフレット 国際特許出願公開第２００９／０５９９３３号パンフレット 国際特許出願公開第９５／２３３１５号パンフレット

本発明の目的は、前述した欠点をなくすことにある。

本発明の目的は、火炎の良好な安定性を得るため及び騒音の問題を低減又は排除するための装置をバーナの混合チャンバ内に設ける必要がない予混合バーナを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、高ＣＯ_２から低ＣＯ_２の全運転域にわたって、及び通常のガス品質、すなわち、天然のガス品質の全範囲にわたって、良好な安定性を有する予混合バーナを提供することにある。

通常の天然ガス品質の全範囲には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エテン、プロペン、ブテン、アセチレン等の炭化水素から選択される全てのガス種が含まれている。特許文献６とは対照的に、本発明は、明らかに、水素と通常の燃料ガスとの混合物である高反応性燃料ガスに関連するものではない。

本発明のさらに他の目的は、低ＮＯｘレベルをもたらす予混合バーナを提供することにある。

特許請求の範囲に記載されている本発明の一態様は、ガスをガス供給チャンバ内に供給するための中心ガス吸込ポートを有する支持体を備えているガスバーナ、好ましくは、予混合バーナを提供している。ガス供給チャンバは、有孔金属板によって囲まれている。前記有孔金属板の孔は、バーナデッキをもたらしている。有孔金属板は、その底が基部を介して支持体に接続されている。バーナデッキは、１１％以下、好ましくは、１０％未満、さらに好ましくは、９％未満の全多孔率を有している。

さらに他の態様では、本発明は、バーナが、前記ガス吸込ポートと実質的に対向して有孔金属板に接続されたエンドキャップをさらに備えている前述したガスバーナを提供している。

好ましい態様では、本発明は、エンドキャップもまた孔を備えている段落番号［０００９］（原文の段落番号［０００８］）に記載されているガスバーナを提供している。これらの孔は、バーナデッキの一部を成し、これによって、バーナデッキを拡大している。好ましい態様では、エンドキャップは、金属板材料から作製されている。さらに好ましい態様では、エンドキャップの孔パターンと有孔金属板の孔パターンとは、互いに等しくなっている。さらに他の代替的態様では、エンドキャップの孔パターンと有孔金属板の孔パターンとは、互いに異なっている。さらに他の好ましい態様では、エンドキャップ及び有孔金属板のそれぞれにおける孔、例えば、長孔及び孔は、互いに等しくなっている。さらに他の代替的態様では、エンドキャップ及び有孔金属板のそれぞれにおける孔は、互いに異なっている。

従来の予混合バーナは、１４％から１８％の範囲内の多孔率を有している。驚いたことに、バーナデッキの多孔率の減少によって、バーナデッキに生じた火炎の音響時間遅れを減少させ、これによって、拡散器をもはや必要としないバーナを作製することができることが見出された。また、驚いたことに、このバーナは、大気開放型として運転された場合には不安定な燃焼をもたらすが、熱交換器の内側に適用された場合には安定した火炎及び安定した燃焼パターンをもたらすことも見出された。また、このバーナは、熱交換器及びその周辺部の第１のヘルムホルツ共鳴に対するより安定した応答をもたらし、これによって、ハミング（humming）とも呼ばれる低周波数熱音響不安定性を引き起こすことがない。しかしながら、このバーナが組み込まれたボイラーの低温条件下での開始過程において、該ボイラーがハミング音を生じことがあるので、バーナがその混合チャンバ内に騒音防止装置を備えることが依然として必要とされる場合がある。このバーナ内に騒音防止装置を用いることによって、ＣＯ排気にも好ましい効果が得られる。また、多孔率の減少は、ホイッスル（whistling）又はハウリング（howling）とも呼ばれるボイラーの第１のヘルムホルツ共鳴よりも高い周波数の熱音響不安定性を減衰させないことも見出されている。これらの周波数を相殺するためにも、騒音防止装置が必要である。

本発明のさらに他の態様では、前述した形式のガスバーナは、バーナデッキの５０％を超える部分が９％以下の多孔率を有しており、バーナデッキの５０％以下の部分が１１％を超える多孔率を有しており、かつ全多孔率が１１％以下である、バーナデッキを有している。バーナデッキの孔パターンのこの変更によって、拡散器をなくすと共にハミング騒音を除去する効果に加えて、熱交換器の第２の高ヘルムホルツ共鳴、すなわち、高不安定音響共鳴に対するより安定した応答をもたらし、バーナが組み込まれたボイラーがもはやホイッスル音を生じないバーナが提供されることになる。加えて、低温条件下での開始過程において、ハミング音がなくなり、その結果、バーナの混合チャンバ内での騒音防止装置の使用を省略することができる。さらに、これによって、高ＣＯ_２から低ＣＯ_２の全運転域にわたって、及びガス品質の全範囲にわたって、安定したデッキが得られることになる。

特許請求の範囲に記載されている本発明の他の態様は、バーナデッキが互いに異なる孔パターンを有する段落番号［０００８］、段落番号［０００９］、段落番号［００１０］、又は段落番号［００１２］（原文の段落番号［０００７］、段落番号［０００８］、段落番号［０００９］、又は段落番号［００１１］）に記載されているようなガスバーナを提供している。互いに異なるピッチを有するさらなるパターンを加えることによって、ガス品質の全範囲にわたって安定性が増大し、ＮＯｘ排出が低下することが分かっている。好ましい態様では、バーナは、急峻かつ段階的に変化する孔パターンを有するバーナデッキを備えている。

好ましい態様では、本発明は、徐々に増加若しくは減少する孔パターン又は徐々に増加若しくは減少する孔パターン間ピッチを有するバーナデッキを備えているバーナを提供している。この勾配は、軸方向に設定されていてもよいし、又は周方向に設定されていてもよい。デッキの孔を徐々に増加又は減少させることによって、孔をほとんど無段階に変化させることができ、これによって、デッキの表面の可変孔配置を得ることができる。本発明の他の好ましい実施形態では、バーナは、バーナデッキの全高さ又は全周にわたって繰返しのない完全にランダムなデッキを有しており、これによって、前述した追加的な装置を必要としない安定したデッキが得られることになる。

最も好ましくは、火炎安定性を改良するために、下流に向かうにつれて多孔率が減少するようになっているとよい。一実施形態では、１１％を超える多孔率を有する部分が、ガス入口の最も近くに位置している。９％以下の多孔率を有する部分が、ガス入口から最も離れた、すなわち、最も下流側に位置している。

［定義］
「バーナデッキ（burner deck）」という用語は、本発明に照らして、孔の全体が存在しているバーナの部分であると理解されたい。２つ以上の互いに離間した孔領域がバーナ面に見出される場合、バーナデッキは、全ての孔領域に及ぶ表面として定義されている。

「バーナデッキの全多孔率」という用語は、本発明に照らして、１つ又は複数の有孔部分が配置されているバーナの表面によって除算された孔、長孔、又は他の開口の表面の比率として理解されたい。

「孔パターン」という用語は、本発明に照らして、孔の繰返し配列であると理解されたい。

以下、添付の図面を参照して、本発明の例示的実施形態について説明する。

本発明の第１の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明の第２の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明の第２の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明の第２の態様による例示的な孔パターンを示す図である。 本発明の第３の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明のさらに他の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明のさらに他の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明のさらに他の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明のさらに他の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明のさらに他の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明のさらに他の態様による例示的実施形態を示す図である。 本発明の態様によるさらに他の例示的実施形態を示す図である。 本発明の態様によるさらに他の例示的実施形態を示す図である。

図１〜図１１を参照して、本発明に係るバーナの実施形態について説明する。

図１は、ガスをガス供給チャンバ又はガス混合チャンバ１６内に供給するための中心ガス吸込ポート１４を有する支持体又はフランジ１２を備えているガスバーナ１０、好ましくは、予混合バーナを示している。ガス供給チャンバ１６は、有孔金属板２２によって囲まれている。有孔金属板２２では、その底が基部を介して支持体又はフランジ１２に接続されている。有孔金属板２２の孔２４は、バーナデッキ２０をもたらしている。バーナデッキ２０は、１１％以下、好ましくは、１０％未満、さらに好ましくは、９％未満の全多孔率を有している。

図２Ａは、本発明によるバーナの斜視図を示している。図２Ｂは、図２Ａの線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂは、ガスをガス供給チャンバ又はガス混合チャンバ１６内に供給するための中心ガス吸込ポート１４を有する支持体又はフランジ１２を備えているガスバーナ１０、好ましくは、予混合バーナを示している。ガス供給チャンバ１６は、有孔金属板２２と、前記ガス吸込ポート１４と実質的に対向するエンドキャップ１８とによって囲まれている。有孔金属板２２の孔２４は、バーナデッキ２０をもたらしている。エンドキャップ１８は、有孔金属板２２の先端に接続されており、有孔金属板２２は、その底が基部を介して支持体又はフランジ１８に接続されている。バーナデッキ２０は、１１％以下、好ましくは、１０％未満、さらに好ましくは、９％未満の全多孔率を有している。例示的実施形態では、図２Ｃに示されている孔パターンを有するバーナ１０は、１０２．４ｍｍの長さ及び７０．４ｍｍの直径を有している。バーナデッキは、８１．２ｍｍの長さ及び７．７％の多孔率を有している。有孔板の孔パターンは、長孔と丸孔との組合せである。有孔板の厚みが０．６ｍｍの場合、長孔は、４．０ｍｍ×０．５ｍｍであり、丸孔は、０．８ｍｍの直径を有している。孔は、４．８ｍｍのパターンにグループ化されており、このパターンが、バーナデッキの全体にわたって均等に繰り返されている。前述したように、このバーナは、騒音防止装置を依然として必要としているが、圧力分割器又は分配器をもはや必要としていない。

本発明のさらに他の態様は、エンドキャップ１８もまた孔を備えているバーナ１０を提供している。図３は、エンドキャップが孔３０を備えている本発明による例示的なバーナを示している。このバーナのバーナデッキは、符号２０によって示されている。

本発明のさらに他の態様は、バーナデッキの５０％を超える部分が９％以下の多孔率を有し、バーナデッキの１０％〜５０％の部分が１１％を超える多孔率を有するバーナデッキを備えているバーナ１０を提供している。このバーナデッキは、１１％以下の全多孔率を有している。例示的実施形態では、図４に示されているバーナ１０は、９４．８ｍｍの長さ及び７０．４ｍｍの直径を有している。バーナデッキ２０は、９３．６ｍｍの長さを有している。有孔板２２の孔パターンは、長孔と丸孔との組合せである。有孔板２２の厚みは、０．６ｍｍであり、長孔は、４．０ｍｍ×０．５ｍｍであり、丸孔は、０．８ｍｍの直径を有している。孔は、図４に示されているパターンにグループ化されており、バーナデッキの最初の１１．８ｍｍの長さ区域は、１５％の多孔率を有しており、バーナデッキの次の４６．８ｍｍの長さ区域は、７．３％の多孔率を有しており、バーナデッキの最後の５．８ｍｍの長さ区域は、１６．５％の多孔率を有している。このパターンは、バーナの周囲に沿ってバーナデッキの全体にわたって繰り返されている。これによって、９．８％の全多孔率を有するバーナデッキがもたらされている。バーナデッキの孔パターンのこの変更によって、拡散器をなくすと共にハミング騒音を除去する効果に加えて、熱交換器の第２の高ヘルムホルツ共鳴、すなわち、高不安定音響共鳴に対するより安定した応答をもたらし、これによって、バーナがもはやホイッスル（whistling）音を生じないバーナが得られている。これに加えて、低温条件下での開始過程において、ハミング音がなくなり、これによって、バーナの混合チャンバ内での騒音防止装置の使用を省略することができる。さらに、これによって、高ＣＯ_２から低ＣＯ_２の全運転域にわたって、及びガス品質の全範囲にわたって、安定したデッキが得られている。さらに、図４のこの特定例の場合、バーナデッキ２０の始端及び終端を比較的高多孔率にすることによって、バーナのさらに一層安定した火炎パターンが得られている。

特許請求の範囲に記載されている本発明のさらに他の態様による例示的実施形態は、図５に示されている孔パターンを有する有孔金属板２２を備えているガスバーナを提供している。図示されている孔パターンは、バーナの周囲にわたって繰り返されている。ここで、バーナデッキ２０は、互いに異なる孔パターンを有している。互いに異なるピッチを有するさらなるパターンを加えることによって、ガス品質の広範囲にわたって安定性が増大し、ＮＯｘ排出が低下することが分かっている。図５の例示的な孔パターンは、バーナデッキ２０の孔パターンを急峻かつ段階的に変化させたものである。

図６は、本発明の好ましい態様によるバーナデッキ２０の孔パターンの他の例を示している。この例では、バーナデッキ２０の多孔率は、下流方向において段階的に減少している。図示されている有孔金属板２２の孔パターンは、バーナの周囲にわたって繰り返されている。

図７は、本発明の好ましい態様によるバーナデッキ２０の孔パターンの一例を示している。この一例では、多孔率が徐々に大きくなっている。有孔金属板２２のこの孔パターンは、バーナの周囲にわたって繰り返されている。

図８は、バーナデッキ２０の例示的な孔パターンを示している。この孔パターンは、有孔金属板２２の長さ方向において繰り返されている。

図９は、さらに例示的な孔パターンを示している。この孔パターンは、バーナの周囲にわたって繰り返されている。この孔パターンでは、バーナデッキ２０の長さに沿っては、どのようなパターンの繰返しも行われていない。例示的なバーナは、９１．２ｍｍの長さ及び７０．４ｍｍの直径を有している。バーナデッキは、７０．４ｍｍの長さを有している。有孔板２２の孔パターンは、図９に示されているように、長孔と丸孔との組合せである。有孔板２２の厚みが０．６ｍｍの場合、長孔は、４．０ｍｍ×０．５ｍｍであり、丸孔は、０．８ｍｍの直径を有しており、このバーナデッキは、７．５％の全多孔率を有している。

当業者であれば、本発明によるバーナを得るために、どのような孔パターン又はどのような孔パターンの組が長さ方向に沿って又は周囲にわたって繰り返されてもよいことを認めるであろう。

本発明の他の好ましい実施形態が、図１０に示されている。有孔金属板２２から作製されたバーナ１０は、完全にランダムな有孔バーナデッキ２０を有している。すなわち、このバーナデッキ２０では、バーナデッキの全高さ又は全周にわたってどのような繰返しも存在していない。これによって、前述したような追加的な装置を必要としない安定したデッキが得られている。

図１１は、本発明の他の例示的実施形態を示している。このバーナは、有孔金属板２２の孔パターンと異なる孔パターンを有する有孔エンドキャップ２４を有している。孔３０は、孔２４と一緒になって、バーナデッキ２０をもたらしている。

以上、ガスをガス供給チャンバ内に供給するための中心ガス吸込ポートを有する支持体を備えているガスバーナ、好ましくは、予混合バーナについて説明した。ガス供給チャンバは、有孔金属板と、前記ガス吸込ポートと実質的に対向するエンドキャップとによって囲まれている。有孔金属板の孔は、バーナデッキをもたらしている。エンドキャップは、有孔金属板の先端に接続されており、有孔金属板は、その底が基部を介して支持体に接続されている。バーナデッキは、１１％以下の全多孔率を有している。また、本発明は、例えば、熱交換器におけるこのバーナの使用を提供するものである。

１０ ガスバーナ
１２ 支持体又はフランジ
１４ 中心ガス吸込ポート
１６ ガス供給チャンバ又はガス混合チャンバ
１８ エンドキャップ
２０ バーナデッキ
２２ 有孔金属板
２４ 孔
３０ 孔

Claims (11)

1. ガスをガス供給チャンバ（１６）内に供給するための中心ガス吸込ポート（１４）を有する支持体（１２）を備えているガスバーナ（１０）、好ましくは、予混合バーナであって、
   前記ガス供給チャンバ（１６）が有孔金属板（２２）によって囲まれており、
   前記有孔金属板（２２）では、その底が基部を介して前記支持体（１２）に接続されており、
   前記有孔金属板（２２）の孔（２４）がバーナデッキ（２０）をもたらし、
   前記バーナデッキ（２０）が１１％以下の全多孔率を有している、ガスバーナ。
2. 前記ガス吸込ポート（１４）と実質的に対向するエンドキャップ（１８）をさらに備え、
   前記エンドキャップ（１８）が前記有孔金属板（２２）に接続されている、請求項１に記載のガスバーナ（１０）。
3. 前記エンドキャップ（１８）もまた孔（３０）を備えており、これによって、前記孔（３０）が、前記バーナデッキ（２０）を拡大することになる、請求項２に記載のガスバーナ。
4. 前記バーナデッキの５０％を超える部分が９％以下の多孔率を有しており、
   前記バーナデッキの５０％以下の部分が１１％を超える多孔率を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスバーナ。
5. 前記バーナデッキが互いに異なる孔パターンを有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスバーナ。
6. 前記バーナデッキが少なくとも２つの互いに異なる孔パターンを有している、請求項５に記載のガスバーナ。
7. 前記バーナデッキが徐々に変化する多孔率を有している、請求項５に記載のガスバーナ。
8. 前記バーナデッキ（２０）が実質的に完全にランダムな多孔率を有している、請求項５に記載のガスバーナ。
9. 熱交換器内における請求項１〜８のいずれか一項に記載のガスバーナの使用方法。
10. 炉又は空気加熱器内における請求項１〜８のいずれか一項に記載のガスバーナの使用方法。
11. ガスをガス供給チャンバ（１６）内に供給するための中心ガス吸込ポート（１４）を有する支持体（１２）を備えているガスバーナ（１０）、好ましくは、予混合バーナであって、
    前記ガス供給チャンバ（１６）が有孔金属板（２２）によって囲まれており、
    これに関して、前記ガス吸込ポート（１４）と前記有孔金属板（２２）との間のガス拡散器が取り除かれており、
    前記有孔金属板（２２）では、その底が基部を介して前記支持体（１２）に接続されており、
    前記有孔金属板（２２）の孔（２４）がバーナデッキ（２０）をもたらし、
    前記バーナデッキ（２０）が１１％以下の多孔率を有している、ガスバーナ。

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