JP3863631B2 - バーナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼技術の分野において、２重円錐型式のバーナ、それも燃焼空気流に対してバーナ内室へ流入する前にガス状燃料を供給する形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許第０３２１８０９号により、本発明の対象とする２重円錐型式のバーナの基本構成が公知である。この公知のバーナは、実質的に、互いに補完し合って１つの円錐体を形成する中空の部分円錐体から成り、接線方向の空気流入スリットと、ガス状燃料及び液状燃料の供給部とを備えており、中空の部分円錐体の中心軸線が、流れ方向に拡大する円錐角(Kegelneigung)を有し、互いにずらされて縦方向に延びている。部分円錐体によって形成された円錐形内室内でバーナヘッドに燃料ノズルが配置されている。ガス状燃料は、燃焼空気流がバーナ内室へ流入する前に、空気流入スリットに沿って配置された燃料インジェクタを介して、燃焼空気流に供給される。燃料／空気混合気は、従って、接線方向の空気流入スリットの端部のすぐ近くで生成される。空気流入平面とガス流入平面（孔平面）とは、この公知の形式の場合には互いに重なっている。
【０００３】
バーナ出口のところで突然に横断面が拡張されることに関連して、円錐軸線に沿って、旋回流が増大することにより、バーナ出口下流のバーナ軸線上に、火炎を安定化する逆流域が形成される。火炎の着火は、この逆流域のよどみ点で初めて行われる。
【０００４】
空気流入スリットに沿って終りのほうの複数燃料インジェクタは、前記公知の形式の場合、バーナ出口に極めて近く、従って火炎にも近い。これらの箇所では、従って、予混合区間の長さが、極めて短いため、下流に位置する燃料インジェクタから噴射される燃料は、空気との混合が不良となる。燃料と空気との混合が不良となることで、局所的に濃厚混合気区域が発生し、このため火炎温度が上昇し、ひいてはＮＯｘ値を上昇させる。さらに、これらの箇所でのバーナフロントに対して更に負荷が高まることで、過熱が生じるため、バーナフロント材料を高価なジルコン被覆で保護しなければならない。
【０００５】
バーナ軸線に沿って予混合区間を延長して、ＮＯｘエミッションを減少させるには、バーナと、後置部材、例えば燃焼室の手前に配置される管との間に、複雑な移行片が必要である。バーナが下流に発生させる流れ区域によって、後置部材の、縁部若しくは中央部に、軸線方向速度に関わる問題が生じる。この結果、逆火が発生して、バーナが運転され得なくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記欠点をすべて除去しようとするものである。本発明の根底をなす課題は、次のような２重円錐型式のバーナを製作することである。即ち、簡単な構造で、安価に製造でき、また下流に位置する終りのほうの燃料インジェクタからの燃料を、より良く燃焼空気と予混合でき、それにより先行技術に比してＮＯｘエミッションが減少され、更に、バーナフロントに対する熱負荷をより減少させることで、高価な特殊な被覆を必要としないバーナである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は本発明では、液状燃料及びガス状燃料を燃焼させるバーナであって、互いに補完しあって１つの円錐体を形成する中空の２つの部分円錐体から成っており、流れ方向に拡大する円錐角を有する２つの部分円錐体の各中心軸線が、中心軸線に対し直交する方向かつ部分円錐体同士をせん断する方向にずらされており、各中心軸線がずらされることにより部分円錐体の端部に沿って形成される２つの間隙から、接線方向に燃焼空気を流入させ、ずらされた各中心軸線を含む平面によって空気流入平面が規定されており、ガス状燃料のための供給部が配置されており、部分円錐体によって形成された円錐形内室内でバーナヘッドに、液状燃料のための燃料ノズルが配置されており、ガス状燃料のための供給部が、各部分円錐体の外側端部に複数の燃料インジェクタを備えている形式のものにおいて、各部分円錐体の外側端部を周方向に伸張することによって、部分円錐体を部分的に重ね合わせてあり、各部分円錐体の中心軸線に直交する断面において、該断面と空気流入平面とが交わることにより形成される直線と、各部分円錐体の外側端部に設けられた２つの対応する燃料インジェクタを結ぶ直線とが交差することによって規定される重ね合わせ角度が、バーナの流れ方向で増大し、かつ同時に、燃料インジェクタとバーナ内への空気流入平面との間隔が重ね合わせ角度の増大に伴って増大するようになっている。従って、燃料噴射平面と空気流入平面とがもはや重ならず、燃料噴射平面は、バーナに沿って、空気流入平面に対する位置を変化させている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明の利点は、とりわけ次の点にある。即ち下流に位置する燃料インジェクタの区域において、予混合区間の延長によって、ガス状燃料と燃焼空気との予混合が改善され、その結果、ＮＯｘエミッション及びバーナフロントの熱負荷が減少される。さらにバーナは、火炎位置を安定化させ、脈動を減少させる。
【０００９】
重ね合わせ角度が円錐の頂点では０°であり、バーナフロントまで連続的に増大し、最大の重ね合わせ角度が９０°であると有利である。
【００１０】
円錐の頂点では、部分円錐体を重ね合わせないようにすることにより、公知技術の場合のように、バーナ内部の対称軸線上に高い軸方向速度が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図１乃至図４に示した実施例に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図面には、２つの部分円錐体により形成されたバーナの本発明に基づく実施例が示されている。図面には、本発明の理解にとって重要な部材のみが示してある。異なる媒体の流れ方向は矢印で示されている。図１は、本発明のバーナの斜視図である。理解し易くするために、図１と同時に図２乃至図４の断面図を参照するとよい。
【００１３】
図１のバーナは、互いにずらして重ね合わされた２つの部分円錐体１，２から成っている。部分円錐体１，２の各中心軸線を相互にずらすことにより、鏡像的な配置で両側に接線方向の各１つの空気流入スリット５，６が形成される。これらの空気流入スリット５，６を介して、燃焼空気７がバーナの内室８内に達する。両方の部分円錐体１，２はそれぞれ、円筒形の始端部９，１０を有しており、これらの始端部も、同様に互いにずらされて延びているおり、従って該区域にも接線方向の空気流入スリット５，６が形成される。円筒形の始端部９，１０内には液状燃料１２の噴霧のためのノズル１１が収容されている。バーナは円筒形の始端部９，１０なしに、即ち純然たる円錐形に構成されていてもよい。この場合には、燃料ノズル１１は直接に円錐体先端に収容されている。両方の部分円錐体１，２は、各１つの供給部、即ち燃料管１３，１４を有しおり、これらの燃料管の開口１５が燃料インジェクタを形成している。燃料インジェクタ１５を介して、ガス状燃料が、接線方向の空気流入スリット５，６を通って流入する燃焼空気７に混入される。
【００１４】
バーナは燃焼室１７の側に部分円錐体１，２のための固定部として役立つフロントプレート１８を備えており、フロントプレート１８が多数の孔１９を有しており、これらの孔を介して、必要な場合には、希釈空気若しくは冷却空気２０が燃焼室１７の前部又は燃焼室壁に供給される。
【００１５】
バーナの運転のために液状燃料を１２を用いる場合には、液状燃料が燃料ノズル１１を通って流れて、鋭角を成してバーナ内室１７内へ噴射され、均質の燃料噴霧が生じる。円錐形の液状燃料プロフィール(Fluessigbrennstoffprofil)２３は、接線方向に流入して旋回する燃焼空気流７によって取囲まれる。液状燃料１２の濃度は、混入される燃焼空気７によって軸線方向で連続的に減少される。横断面にわたる最適な燃料濃度は、渦流崩壊(Wirbelaufplatzen)の領域、即ち、逆流区域２４の領域で達成される。着火は、逆流区域２４の先端で行われる。この箇所において初めて安定的な火炎前面２５が生じる。火炎安定が、円錐体軸線に沿って流れ方向でスワール数の増加によって得られる。これによって、バーナ内部への逆火はもはや発生しない。
【００１６】
ガス状燃料１６の燃焼時には、空気流入スリット５，６内で燃焼空気７との混合気が生成される。本発明に基づき、両方の部分円錐体１，２は互いに部分的に重ね合わされ、重ね合わせ角度δが円錐体の頂点では０°であり（即ち、頂点では重ね合わせは生じておらず）、次いで重ね合わせ角度δは流れ方向にバーナ出口まで、即ちフロントプレート１８まで次第に増大している。最大の重ね合わせ角度δは９０°である。
【００１７】
両方の部分円錐体１，２の円錐体先端若しくは円筒形の始端部９，１０で、重ね合わせ角度が０°である場合、即ち該領域で両方の部分円錐体が重なり合っていない場合には、それによって更に、バーナ内に対称軸線上で高い軸線方向速度が達せられる利点が得られる。部分円錐体１，２の重なり合った壁部によって、燃焼空気流７の通路が形成される。
【００１８】
重ね合わせ角度δが変化するのと同じ程度に、燃料インジェクタ１５も上流方向でずらされている。これによって、空気流入平面２１と燃料噴射平面２２とは、もはや重なっていない。燃料噴射平面２２はバーナに沿ってバーナフロントに向かう方向で空気流入平面２１に対する位置を変化させ、これによってガス状燃料１６の各燃料インジェクタから空気流入平面２１までの予混合区域が、次第に広くなっている。
【００１９】
これによって、ガス状燃料１６と燃焼空気７との均質の混合が達成され、このことは火炎温度を低くし、ひいてはＮＯｘエミッションを減少させる。バーナ出口区域でのこのような火炎温度低下はバーナフロントの材料に対する熱負荷を減少させ、材料に対してそうでない場合には必要なジルコン被覆を不要にする。
【００２０】
さらに火炎は、部分円錐体１，２を互いに重ね合わせてなくかつ燃料噴射平面２２と空気流入平面２１とを互いに重ねた従来技術の場合と比較して、より安定的な位置を占める。本発明に基づくバーナは付加的な利点として、脈動を減少させる傾向にある。本発明に基づくバーナは、構造的に極めて簡単に構成され（例えば、予混合区間延長のための複雑な移行片が不要であり）、従って製造費も廉価である。
【００２１】
もちろん本発明は、前述の実施例に限定されるものではない。本発明に基づく構成は２つよりも多くの部分円錐体から成るバーナ、例えばいわゆる４スリットバーナ(Vierschlitzbrenner)にも、同じよう用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２重円錐型式のバーナの斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ平面に沿ったバーナの概略的な横断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ平面に沿ったバーナの概略的な横断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ平面に沿ったバーナの概略的な横断面図である。
【符号の説明】
１，２ 部分円錐体、 ３，４ 中心軸線、 ５，６ 空気流入スリット、 ７ 燃焼空気、 ８ バーナ内室、 ９，１０ 円筒形の始端部、 １２ 液状燃料、 １３，１４ 燃料管、 １５ 燃料インジェクタ、 １６ ガス状燃料、 １７ 燃焼室、 １８ フロントプレート、 １９ 孔、 ２０ 希釈空気若しくは冷却空気、 ２１ 空気流入平面、 ２２ 燃料噴射平面、 ２３ 液体燃料の輪郭、 ２４ 逆流区域、 ２５ 火炎前面、 δ 重ね合わせ角度

Claims (2)

1. 液状燃料（１２）及びガス状燃料（１６）を燃焼させるバーナであって、互いに補完しあって１つの円錐体を形成する中空の２つの部分円錐体（１，２）から成っており、流れ方向に拡大する円錐角を有する２つの部分円錐体（１，２）の各中心軸線（３，４）が、中心軸線（３，４）に対し直交する方向かつ部分円錐体同士をせん断する方向にずらされており、各中心軸線（３，４）がずらされることにより部分円錐体（１，２）の端部に沿って形成される２つの間隙から、接線方向に燃焼空気を流入させ、ずらされた各中心軸線（３，４）を含む平面によって空気流入平面が規定されており、ガス状燃料（１６）のための供給部（１３，１４）が配置されており、部分円錐体（１，２）によって形成された円錐形内室（８）内でバーナヘッドに、液状燃料（１２）のための燃料ノズル（１１）が配置されており、ガス状燃料のための供給部が、各部分円錐体（１，２）の外側端部に複数の燃料インジェクタ（１５）を備えている形式のものにおいて、各部分円錐体（１，２）の外側端部を周方向に伸張することによって、部分円錐体（１，２）を部分的に重ね合わせてあり、各部分円錐体（１，２）の中心軸線（３，４）に直交する断面において、該断面と空気流入平面とが交わることにより形成される直線と、各部分円錐体（１，２）の外側端部に設けられた２つの対応する燃料インジェクタ（１５）を結ぶ直線とが交差することによって規定される重ね合わせ角度（δ）が、バーナの流れ方向で増大し、かつ同時に、燃料インジェクタ（１５）とバーナ内への空気流入平面（２１）との間隔が重ね合わせ角度（δ）の増大に伴って増大することを特徴とするバーナ。
2. 重ね合わせ角度（δ）が円錐体の頂点で０°であり、下流側に向かって連続的にバーナフロント（１８）まで増大して、最大の重ね合わせ角度（δ）が９０°である請求項１記載のバーナ。

Images