JP3820446B2

JP3820446B2 - 希薄予混合燃焼器

Info

Publication number: JP3820446B2
Application number: JP2002207547A
Authority: JP
Inventors: 武山本; 一雄下平; 要治黒澤; 征二吉田
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004053048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービンエンジンのように連続燃焼を行う燃焼器に関し、特に、希薄予混合気を燃焼室で燃焼させる希薄予混合燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスタービンエンジンの一部においては、燃焼室に繋がる通路を流れる空気流に燃料を供給することで予め空気と燃料の混合気（予混合気）を形成し、予混合気を燃焼器内で燃焼させており、そうした燃焼方法は予混合燃焼と呼ばれている。噴射される燃料が液体の場合には、そうした燃焼形態は、特に、予混合予蒸発燃焼と呼ばれる。この場合、燃料が完全に蒸発しないで、粒子の状態で残存することも含まれる。更に、燃料と混合される空気量がその燃料を完全燃焼させるのに必要な量よりもかなり多い（空気温度等によって異なるが、通常、約１．５倍以上）場合には、その燃焼形態は、希薄予混合燃焼と呼ばれている。
【０００３】
ガスタービン燃焼器等に対して、排気中に含まれる窒素酸化物の大幅に低減することが求められている。燃焼によるＮＯｘの生成速度は温度依存性が非常に強く、燃焼温度が高いほど高くなるが、希薄予混合燃焼は、空気が燃料に対して過剰に存在している燃焼形態であるため平均燃焼温度が制御され、更に燃料と空気がよく混合されているため局所的な高温領域の形成が排除されると共に燃焼温度が空間的に一様に近いので、ＮＯｘの生成抑制にとって極めて効果的である。ガスタービンで燃焼に費やされる空気量はタービン材料の耐熱温度の制約から全空気量の５０％以下であるので、希薄燃焼は、余剰空気が存在しているという点では、ガスタービンに適した低ＮＯｘ燃焼技術であると言える。
【０００４】
混合気を希薄にするほどＮＯｘの発生を抑制することができるが、反面、燃焼温度が抑制されるので一酸化炭素等の未燃焼成分の酸化速度が遅くなり、未燃焼成分の排出量が増加する傾向にある。また、希薄限界近くでは、燃焼器として一般的に好ましくない発熱量や圧力の変動が生じることがある。未燃焼成分の排出量の増大は、燃焼効率の低下（燃費の悪化）に他ならないので、大気汚染防止の点からも許容されない。このように、希薄予混合燃焼は、燃料濃度が低い条件では燃焼が不安定となるという問題点がある。
【０００５】
希薄予混合燃焼においては、十分に燃料濃度を下げても安定燃焼を継続可能とする点でなお一層に改善が求められている。希薄予混合燃焼において燃焼を維持する手段の一つとして、予混合気供給通路と燃焼室との間に保炎器を配設することが行われている。保炎器を配設することで、予混合気が希薄限界に近づくときに、燃焼が不安定になるのを幾分でも抑えて、安定した希薄予混合気燃焼を維持することが図られている。しかしながら、従来の保炎器は、燃焼が不安定化したときに最小限の保炎を図るためだけの機能に留まっており、燃焼の不安定化を積極的に解消しようとする機能までを備えてはいない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ＮＯｘの低排出特性を持つ希薄予混合燃焼において、保炎器の構造に工夫を施すことにより、予混合気の一部が燃焼して生じたパイロット火炎を径方向に拡大して保炎機能を高めて、希薄限界付近での火炎の本来的な不安定性を改善して、一層の安定化を図る点で解決すべき課題がある。
【０００７】
この発明の目的は、希薄予混合燃焼において、希薄限界付近での燃焼の不安定性を改善し、希薄限界となる燃料濃度を従来よりも更に低下させることができ、また、保炎器の自己保炎性に加えて、能動制御を適用して更に一層の火炎の安定化を図ることができる希薄予混合燃焼器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明による希薄予混合燃焼器は、予混合気が供給される予混合気通路と前記予混合気通路を通じて供給された前記予混合気が燃焼する燃焼室とが内部に形成された燃焼筒体、及び前記燃焼筒体内に配設され且つ前記燃焼室における火炎を保持するための保炎器を備え、前記予混合気通路は、内側に形成され、入口側にパイロット燃料ノズルを有するパイロット予混合気通路、及び前記パイロット予混合気通路の外側に形成され、入口側にメイン燃料ノズルを有するメイン予混合気通路から構成されており、前記保炎器は、前記パイロット予混合気通路と前記燃焼室とを連通する通路孔が形成されている端壁部、及び前記端壁部から下流側に向かって拡大して延び且つ前記メイン予混合気通路と前記燃焼室とを連通する周方向に隔置した複数の窓部が形成されているスカート部を有し、且つ該スカート部の端部は前記燃焼筒体の内壁面まで延びている円錐型保炎器であることから成っている。
【０００９】
この希薄予混合燃焼器によれば、予混合気通路のパイロット予混合気通路を通して供給されるパイロット予混合気は、円錐型保炎器の端壁部から円錐型保炎器の内部に流入して燃焼し、パイロット火炎を生じる。パイロット火炎の熱や活性化学種はスカート部の内面に沿って広がる態様で誘導され、後流側に向かうに従って半径方向外側に拡大伝播される。拡大伝播されたパイロット火炎の熱や活性化学種は、メイン予混合気通路を通して供給され円錐型保炎器の窓部を通じて燃焼室に流入するメイン予混合気に作用してメイン火炎を生じる。従って、希薄限界に近いメイン予混合気であっても、円錐型保炎器それ自身の構造によって火炎が円錐型保炎器に安定して保持される。
【００１０】
この希薄予混合燃焼器において、前記窓部には、前記窓部を通過する前記メイン予混合気に乱れを増加させる乱れ生成部を形成することができる。メイン予混合気通路を通して供給される希薄限界に近いメイン予混合気は、円錐型保炎器の窓部を通過するときに窓部に形成されている乱れ生成部によって乱れを生じ、その乱れを伴って燃焼室に流入し、パイロット火炎の熱や活性化学種と混合が促進され、メイン予混合気と既燃ガスとの混合が促進されて火炎の保持を効率的に行うことができる。
【００１１】
乱れ生成部が形成されている希薄予混合燃焼器において、前記乱れ生成部は、前記窓部において前記スカート部の母線方向に延びる縁部分に沿って外側に突出する態様で列状に並んで形成された複数の突起とすることができる。希薄限界に近いメイン予混合気は、燃焼室に流入する直前に、乱れ生成部としてスカート部の窓部に母線方向に列状に並んで形成されている複数の突起を回り込むときに、渦等の乱れを生じ易くなる。
【００１２】
予混合気通路を二つの通路から構成した希薄予混合燃焼器において、前記燃焼室内を臨む位置において前記燃焼筒体又は前記円錐型保炎器に配設され前記燃焼室における前記火炎の状態を検出する燃焼状態検出手段、及び前記希薄予混合火炎を安定化するため前記燃焼状態検出手段が検出した燃焼状態に基づいて前記燃焼室における希薄燃焼の強さを変更する制御装置を備えていることが好ましい。燃焼筒体又は円錐型保炎器において燃焼室内を臨む位置に配設されている燃焼状態検出手段が燃焼室における火炎の状態を検出しており、希薄限界に近い予混合気が燃焼される場合に、燃焼状態検出手段が円錐型保炎器により保持されるべき火炎が保炎器から離れる等、燃焼室における火炎の安定度が低下したことを検出したときには、制御装置は、燃焼器に付随する各種機器を燃焼の安定化に向けて制御し、燃焼室内での火炎を安定化させて良好な希薄予混合燃焼を維持する。
【００１３】
制御装置を備えている希薄予混合燃焼器において、前記メイン予混合気通路には、前記メイン予混合気通路を通るメイン予混合気に旋回流を与える可変角旋回羽根が配設されており、前記制御装置は、前記燃焼状態検出手段が検出した前記燃焼状態に基づいて、前記可変角旋回羽根の角度を変更することによって前記メイン予混合気の旋回強さの制御をすることができる。メイン予混合気通路に配設されている可変角旋回羽根によってメイン予混合気に旋回流が付与されている場合には、燃焼状態検出手段が検出した燃焼状態に基づいて可変角旋回羽根の角度を変えることによってメイン予混合気の旋回強さを変化させることが可能である。窓部を通して燃焼室に流入しようとするメイン予混合気の旋回強さが変わり、燃焼室に形成されている火炎の強さが調整されて、例えば、燃焼室内の火炎の強さが弱くなった場合に旋回羽根の角度を大きくすることによってメイン予混合気の旋回強さを強めることで、火炎を再び保炎器に付着した強く且つ安定した火炎とする制御をすることができる。特に、円錐部の窓部に形成された列状の突起から成る乱れ生成部が設けられている場合には、メイン予混合気の旋回強さが変わると乱れ生成部によって生成される乱れの強度が大きく変わり、燃焼室の火炎を効果的に安定化させる制御を行うことができる。
【００１４】
制御装置を備えている希薄予混合燃焼器において、前記パイロット予混合気通路を通じて供給されるパイロット予混合気を形成するため前記パイロット予混合気通路に関連してパイロット燃料供給装置が配設されており、前記制御装置は、前記燃焼状態検出手段が検出した前記燃焼状態に基づいて、前記パイロット燃料供給装置から供給されるパイロット燃料供給量を変更することによって前記パイロット予混合気の燃料濃度の制御をすることができる。即ち、燃焼室内の火炎の強さが弱化する又は強過ぎることに応じて、それぞれパイロット燃料供給装置から供給されるパイロット燃料を増量又は減量することでパイロット予混合気の燃料濃度を変更する制御が行われるので、燃焼状態検出手段が検出した燃焼状態に基づいてパイロットバーナに供給されるパイロット予混合気の当量比を変更して、再循環領域に形成されているパイロット火炎の強度（発熱量及び活性化学種の量）を調整し、延いては燃焼室に生じている火炎を効果的に安定化させる制御を行うことができる。パイロット火炎の安定保持のため、パイロット予混合気の当量比は常に希薄限界より高めに設定されている。メイン予混合気の当量比が低くなりパイロット火炎からの熱や化学種の供給が不足するとき、パイロット予混合気の当量比を更に高める制御が行われる。
【００１５】
制御装置を備えている希薄予混合燃焼器において、前記燃焼室の再循環領域に付加燃料を直接に供給するため前記燃焼室に関連して前記円錐型保炎器の前記端壁部に形成されている前記通路孔を通じて前記付加燃料を供給する付加燃料供給装置が配設されており、前記制御装置は、前記燃焼状態検出手段が検出した前記燃焼状態に基づいて、前記付加燃料供給装置から供給される前記付加燃料の供給パターンを変更する制御をすることができる。付加燃料は、短い時定数の変動を持つ少量の追加的な燃料であり、円錐型保炎器の端壁部に形成されている通路孔を通じて燃焼室の再循環領域に直接に供給される。燃焼状態として再循環領域に生じている圧力変動や発熱量変動を検出し、そうした圧力や発熱量の変動に応じて付加燃料の供給パターン、即ち、付加燃料の噴射回数や位相の供給態様を制御することによって、再循環領域に生じている圧力変動や発熱量変動を打ち消すように付加燃料の供給パターンを変更し、燃焼室に生じている火炎の更なる安定化を図ることが可能である。
【００１６】
制御装置を備えている希薄予混合燃焼器において、前記燃焼状態検出手段を、前記燃焼室における燃焼ガスの圧力変動を検出する圧力計又は前記燃焼室における前記火炎の発光を帯域フィルタを通して検出する火炎センサとすることができる。圧力計は、火炎の不安定さに応じて燃焼室に生じる圧力変動を検出する。また、火炎センサは、燃焼室、特に円錐型保炎器の内側における火炎の中に存在する化学種、例えばＯＨからの発光を捉えることで、火炎の強さを検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による希薄予混合燃焼器の実施例を説明する。図１はこの発明による希薄予混合燃焼器の一実施例を示す断面模式図である。
【００１８】
図１に示す希薄予混合燃焼器１によれば、概略筒状の燃焼器本体２の一端部３は空気入口４となっており、空気入口４の直ぐ下流の領域は、燃焼器本体２と同心状に筒状体５を配置することにより、環状のメイン予混合気通路６とその内側の筒状のパイロット予混合気通路７とに区分けされている。従って、空気入口４より入った燃焼用空気Ａｉは、メイン燃焼用空気Ａｍとパイロット燃焼用空気Ａｐの２系統に分けられる。メイン予混合気通路６の入り口側にはメイン燃料供給装置８が設けられており、メイン燃料供給装置８から供給された燃料がメイン燃料ノズル９からメイン燃焼用空気Ａｍ中に噴射されることによって、燃料とメイン燃焼用空気Ａｍとが予め混合されたメイン予混合気ＰＭｍが生成される。同様に、パイロット予混合気通路７の入り口側にはパイロット燃料供給装置１０が設けられており、パイロット燃料供給装置１０から供給された燃料がパイロット燃料ノズル１１からパイロット燃焼用空気Ａｐ中に噴射されることによって、燃料とパイロット燃焼用空気Ａｐとが予め混合されたパイロット予混合気ＰＭｐが生成される。
【００１９】
パイロット予混合気通路７には、また、付加燃料供給装置１２から延びる配管１３が配置されており、配管１３の先端に設けられる付加燃料ノズル１４が、後述する円錐型保炎器２０の端壁部２１の中心部に配置されており、パイロット火炎が形成される再循環領域２７に開口している。メイン予混合気通路６の出口側には可変角旋回羽根１５が配設されており、可変角旋回羽根１５はサーボモータ１６によって角度が変更可能である。可変角旋回羽根１５の角度を変更することによってメイン予混合気ＰＭｍの旋回強さが変化するので、可変角旋回羽根１５は、後述する保炎器２０での火炎保持制御を可能にする手段の一つである。
【００２０】
筒状体５の下流端には、円錐型保炎器２０の小径側に設けられた端壁部２１が取り付けられており、円錐型保炎器２０の大径側の端部２２は燃焼器本体２の内壁面にまで延びている。円錐型保炎器２０は、メイン予混合気通路６及びパイロット予混合気通路７と、その後流側の燃焼室３０とを仕切る状態に配置されている。円錐型保炎器２０のスカート部２３には、母線方向に延びると共に周方向に並び且つメイン予混合気通路６と燃焼室３０とを連通する複数の窓部２４が形成されている。円錐型保炎器２０のスカート部２３には、窓部２４の母線方向に延びる周縁部分に列状に並んで形成された複数の突起から成る乱れ生成器２５が設けられている。乱れ生成器２５は、円錐型保炎器２０の窓部２４を通じて燃焼室３０に流入するメイン予混合気ＰＭｍに乱れを生じさせることができる。
【００２１】
円錐型保炎器２０の窓部２４から流入するメイン予混合気がパイロット火炎と接する付近の火炎の様子を検出するため、円錐型保炎器２０には、その内側を覗く位置において貫通して形成された孔２８に、火炎センサ３１が外側から取り付けられている。火炎センサ３１は、火炎の中に多く存在する、例えば化学種ＯＨからの発光をバンドパスフィルタを通して捉えて、円錐型保炎器２０内側の火炎の強度を検出するセンサである。また、円錐型保炎器２０の下流側は燃焼室３０となっており、燃焼器本体２の燃焼室３０内を臨む位置に圧力センサ３２が設けられている。圧力センサ３２は、燃焼室３０内の圧力を数ｋＨｚで検出するセンサであって、火炎の不安定に起因して生じる燃焼室３０内の圧力変動の周波数、強度、位相などを検出することができる。火炎センサ３１と圧力センサ３２の検出信号は制御用コンピュータ１７に送られる。
【００２２】
このようにして構成された希薄予混合燃焼器１において、希薄限界に近いメイン予混合気ＰＭｍは環状通路とその下流に配置されている旋回羽根１５を通って、円錐型保炎器２０の窓部２４から燃焼室３０内に噴出される。パイロット予混合気ＰＭｐは筒状体５によって形成される中央通路を通って、円錐型保炎器２０の端壁部２１の周辺部に隔置して形成される複数の通路孔２６から再循環領域２７に噴出される。燃焼した予混合気は高温の既燃ガスとなり、その一部が再循環領域２７に入って新しく流入してくる予混合気と接触・混合して新予混合気を燃焼させる。このようにして、再循環領域２７においてパイロット火炎が形成される。パイロット予混合気通路７と再循環領域２７とを連通する通路孔２６が形成されている端壁部２１は、予混合パイロットバーナを構成している。
【００２３】
パイロット火炎で生成された熱や活性化学種が円錐型保炎器２０により半径方向に導かれ、円錐型保炎器２０下流側において主予混合気ＰＭｍが燃焼することによって安定したメイン火炎が形成される。このように、円錐型保炎器２０は、上記構造によって、燃料希薄で希薄限界に近いメイン予混合気の噴出を許容しながらパイロット火炎の半径方向への拡大を確保でき、火炎の安定性を高めることができる。更に、円錐型保炎器２０の窓部２４には乱れ生成器２５が設けられており、窓部２４から流入するメイン予混合気に乱れを与え、火炎との混合を促進して保炎性を高めることができる。
【００２４】
図２は、円錐型保炎器の一例を示す斜視図である。図２に示すように、円錐型保炎器２０の端壁部２１には、パイロット予混合気ＰＭｐが通過する複数の通路孔２６が周方向に隔置して形成されており、スカート部２３には周方向に隔置し且つそれぞれが母線方向に延びる複数の窓部２４が形成されている。旋回が与えられているメイン予混合気ＰＭｍは、これら窓部２４を通って燃焼室３０側に噴出される。乱れ生成器２５を構成する複数の突起２５ａは、各窓部２４において、メイン予混合気ＰＭｍが流れ込む側の縁部分に母線方向に列状に並んで形成されている。従って、メイン予混合気ＰＭｍは、各突起２５ａによって流れを乱されて渦を作りながら窓部２４を通過して燃焼室３０内に流入する。燃焼室３０内に流入したメイン予混合気ＰＭｍは乱れを伴っているので、円錐型保炎器２０に保持されている既燃ガスとメイン予混合気ＰＭｐとの混合を促進して火炎を安定化させると共に、燃焼室での希薄限界に近いメイン予混合気ＰＭｍの燃焼を効率良く行うことができる。
【００２５】
火炎の状態は、火炎センサ３１と圧力センサ３２により検出されて、制御用コンピュータ１７に検出信号として送られる。制御用コンピュータ１７は、火炎センサ３１と圧力センサ３２の検出信号に基づいて火炎の不安定さを判定し、火炎の状態に応じて、予め定められている制御アルゴリズムによって得られた制御信号をパイロット燃料供給装置１０、付加燃料供給装置１２及びサーボモータ１６に出力する。パイロット燃料供給装置１０はパイロット予混合気の燃料濃度を変更し、付加燃料供給装置１２は再循環領域２７への直接の付加燃料量を変更し、サーボモーター１６は可変角旋回羽根１５の角度を変えてメイン予混合気の旋回強さを変更する。
【００２６】
図３には、燃焼室における火炎の制御において、円錐型保炎器２０内側の火炎について火炎センサ３１が検出した化学種ＯＨの発光量と、制御量として設定されるパイロット燃料供給量及び旋回羽根角度との関係が示されている。パイロット予混合気の当量比は、パイロット火炎の安定のためメイン予混合気の当量比に比べて高めに設定されているが、例えば、メイン火炎が保炎器２０から離れる等に起因して化学種ＯＨの自発光強度、即ち、メイン火炎の発光量が低下したことを火炎センサ３１が検出すると、制御用コンピュータ１７は、メイン火炎の強度を回復させるため、パイロット予混合気の当量比を更に高める制御を行うことで、パイロット火炎の強化を図る。即ち、パイロット燃料供給装置１０の作動を制御することでパイロット燃料供給量を増量してパイロット予混合気の燃料濃度を上昇させ、パイロット予混合気の当量比を高めてパイロット火炎を強化することによって、メイン火炎の強さが回復する。しかしながら、化学種ＯＨの発光量が回復するときでも、パイロット火炎の維持のため、パイロット燃料供給量は減少されても零の量にまでは減少されない。
【００２７】
また、燃焼室の火炎の強度が低下したと判断した制御用コンピュータ１７は、サーボモータ１６を制御して可変角旋回羽根１５の角度を増加させてメイン火炎を直接に制御する。即ち、可変角旋回羽根１５の角度を増加することで、メイン予混合気ＰＭｍの旋回強さを強めて、乱れ生成器２５に当たる予混合気の速度を速め、メイン予混合気ＰＭｍの保炎器２０内側への流入する予混合気の流れの乱れを強めると共に、再循環領域２７を拡大させる。その結果、既燃ガスと未燃予混合気との混合が促進され、メイン火炎が回復する。化学種ＯＨの発光量が回復するときには、可変角旋回羽根１５の角度は、零に戻される。
【００２８】
希薄予混合燃焼器１では、ある条件で、振動燃焼と称される高い周波数（数十〜数百Ｈｚ）の発熱変動と圧力変動を伴う燃焼が生じる。火炎センサ３１が円錐型保炎器２０内側の火炎に関して化学種ＯＨの発光量変動を検出したり圧力センサ３２が燃焼室３０内の圧力変動を検出すると、制御用コンピュータ１７は、燃焼室３０内のメイン火炎状態が不安定であると判定し、これらの変動と逆位相の発熱量が生じるように付加燃料を付加燃料ノズル１４から燃焼室３０の再循環領域内に噴射することによって、上記の振動燃焼を抑制する。付加燃料は短い時定数で変動する少量の燃料噴射であるので、ＮＯｘの発生量を大きく増加させることなく振動燃焼の抑制を行うことができる。図４には、燃焼室における火炎の制御、特にパイロット火炎制御において、火炎センサ３１が検出した化学種ＯＨの発光量の変動と圧力センサ３２が検出した燃焼室３０内の圧力変動に応じて、制御用コンピュータ１７が付加燃料供給装置１２から再循環領域２７に供給される付加燃料供給量を制御する一例が示されている。図４に示すように、付加燃料噴射による付加燃料供給量制御は、付加燃料の燃焼による発熱量が化学種ＯＨの発光量や燃焼室３０内の圧力変動を打ち消す逆位相となるように、付加燃料の噴射からの発熱までの燃焼遅れを考慮して、進み位相で行われる。
【００２９】
このように、パイロット燃料供給装置１０、付加燃料供給装置１２及びサーボモータ１６は、保炎器２０における火炎保持性能をアクティブに制御する制御手段を構成している。ただし、パイロット火炎の当量比を高めるとＮＯｘの生成量が増加し、可変角旋回羽根１５の角度を大きくすると圧力損失が増える傾向があるので、どちらも与える変化は必要最小限とする。上記のように、希薄予混合燃焼器１においては、円錐型保炎器２０において施された形状・構造の工夫によって火炎を安定して保持することが可能になると共に、そうした工夫によってもなおも火炎が不安定になるときには、検出手段が検出した火炎の状態に基づいてパイロットバーナに供給されるパイロット予混合気の当量比や旋回強さを制御して火炎を積極的に安定となるように制御することができる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、上記のように、予混合気が供給される予混合気通路と予混合気通路を通じて供給された予混合気が燃焼する燃焼室とが内部に形成された燃焼筒体、及び燃焼筒体内に配設され且つ燃焼室における火炎を保持するための保炎器を備えている希薄予混合燃焼器において、予混合気通路を、内側に形成されているパイロット予混合気通路、及びパイロット予混合気通路の外側に形成されているメイン予混合気通路から構成し、保炎器を、パイロット予混合気通路と燃焼室とを連通する通路孔が形成されている端壁部、及び端壁部から下流側に向かって拡大して延び且つメイン予混合気通路と燃焼室とを連通する周方向に隔置した複数の窓部が形成されているスカート部を有している円錐型保炎器としたので、パイロット予混合気通路を通して供給されるパイロット予混合気は、円錐型保炎器の端壁部から円錐型保炎器の内側に流入してパイロット火炎を生じ、パイロット火炎の熱や活性化学種はスカート部の内面に沿って広がる態様で誘導され、後流側に向かうに従って半径方向外側に伝播される。半径方向に伝播されたパイロット火炎の熱や活性化学種は、予混合気通路のメイン予混合気通路を通して供給され円錐型保炎器の窓部を通じて燃焼室に流入するメイン予混合気に作用して火炎を安定化するので、希薄限界に近いメイン予混合気であっても火炎を円錐型保炎器に安定して保持することができると共に、メイン予混合気の希薄限界を従来よりも更に低下させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による希薄予混合燃焼器のー実施例を示す断面模式図である。
【図２】図１に示す希薄予混合燃焼器に用いられる円錐型保炎器を示す斜視図である。
【図３】この発明による希薄予混合燃焼器における燃焼室の火炎制御について、化学種ＯＨの発光量に応じた、パイロット燃料供給量及び旋回羽根角度の一制御例を示す図である。
【図４】この発明による希薄予混合燃焼器における燃焼室の火炎制御について、化学種ＯＨの発光量の変動と燃焼室内の圧力変動とに応じた、再循環領域への付加燃料供給の一制御例を示す図である。
【符号の説明】
１希薄予混合燃焼器２燃焼筒体
３一端部４空気入口
５空気入口６メイン予混合気通路
７パイロット予混合気通路８メイン燃料供給装置
９メイン燃料ノズル１０パイロット燃料供給装置
１１パイロット燃料ノズル１２付加燃料供給装置
１３配管１４付加燃料ノズル
１５筒状体１６サーボモータ
１７制御用コンピュータ
２０円錐型保炎器２１端壁部
２２大径側端部２３スカート部
２４窓部
２５乱れ生成器２５ａ突起
２６通路孔２７再循環領域
２８孔３０燃焼室
３１火炎センサ３２圧力センサ
Ａｐパイロット燃焼用空気Ａｍメイン燃焼用空気
ＰＭｐパイロット予混合気ＰＭｍメイン予混合気

Claims

予混合気が供給される予混合気通路と前記予混合気通路を通じて供給された前記予混合気が燃焼する燃焼室とが内部に形成された燃焼筒体、及び前記燃焼筒体内に配設され且つ前記燃焼室における火炎を保持するための保炎器を備え、前記予混合気通路は、内側に形成され、入口側にパイロット燃料ノズルを有するパイロット予混合気通路、及び前記パイロット予混合気通路の外側に形成され、入口側にメイン燃料ノズルを有するメイン予混合気通路から構成されており、前記保炎器は、前記パイロット予混合気通路と前記燃焼室とを連通する通路孔が形成されている端壁部、及び前記端壁部から下流側に向かって拡大して延び且つ前記メイン予混合気通路と前記燃焼室とを連通する周方向に隔置した複数の窓部が形成されているスカート部を有し、且つ該スカート部の端部は前記燃焼筒体の内壁面まで延びている円錐型保炎器であることから成ることを特徴とする希薄予混合燃焼器。
前記窓部には、前記窓部において前記スカート部の母線方向に延びる縁部分に沿って外側に突出する態様で列状に並んで形成された複数の突起からなる乱れ生成部が形成されている請求項１に記載の希薄予混合燃焼器。
前記燃焼室内を臨む位置において前記燃焼筒体又は前記円錐型保炎器に配設され前記燃焼室における前記火炎の状態を検出する燃焼状態検出手段、及び前記希薄予混合火炎を安定化するため前記燃焼状態検出手段が検出した燃焼状態に基づいて前記燃焼室における希薄燃焼の強さを変更する制御装置を備えていることから成る請求項１また２に記載の希薄予混合燃焼器。
前記メイン予混合気通路には、前記メイン予混合気通路を通るメイン予混合気に旋回流を与える可変角旋回羽根が配設されており、前記制御装置は、前記燃焼状態検出手段が検出した前記燃焼状態に基づいて、前記可変角旋回羽根の角度を変更することによって前記メイン予混合気の旋回強さの制御をすることから成る請求項３に記載の希薄予混合燃焼器。
前記パイロット予混合気通路を通じて供給されるパイロット予混合気を形成するため前記パイロット予混合気通路に関連してパイロット燃料供給装置が配設されており、前記制御装置は、前記燃焼状態検出手段が検出した前記燃焼状態に基づいて、前記パイロット燃料供給装置から供給されるパイロット燃料供給量を変更することによって前記パイロット予混合気の燃料濃度の制御をすることから成る請求項３に記載の希薄予混合燃焼器。
前記燃焼室の再循環領域に付加燃料を直接に供給するため前記燃焼室に関連して前記円錐型保炎器の前記端壁部に形成されている前記通路孔を通じて前記付加燃料を供給する付加燃料供給装置が配設されており、前記制御装置は、前記燃焼状態検出手段が検出した前記燃焼状態に基づいて、前記付加燃料供給装置から供給される前記付加燃料の供給パターンを変更する制御をすることから成る請求項３に記載の希薄予混合燃焼器。
前記燃焼状態検出手段は、前記燃焼室における燃焼ガスの圧力変動を検出する圧力計又は前記燃焼室における前記火炎の発光を帯域フィルタを通して検出する火炎センサであることから成る請求項３〜６のいずれか１項に記載の希薄予混合燃焼器。