JP3904655B2 - ヒートジェネレータ用のバーナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートジェネレータ用のバーナであって、主として、燃焼空気のための渦流発生器と、燃焼空気内に少なくとも１つの燃料を噴射するための噴射手段と、渦流発生器に作用結合している混合区間とから成っており、これらの渦流発生器と噴射手段と混合区間とが、燃焼室の上流に配置されている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
純然たる前混合バーナとして運転されるすべてのバーナは、燃料の薄いつまりリーンの消化限界に極めて近い運転ポイントにおいて、最低のＮＯｘ放出を行う。したがって前混合燃焼室を備えたガスタービン運転時における空気分布は、可能な限りリーンなしかしながらなお確実に運転可能な運転ポイントが生ぜしめられるように、設計される。燃料量が減じられて負荷が最大出力の下に低下すると、コンプレッサへの調整作用なしには、炎が消えてしまう。それというのはこの場合リーンの消化限界が超えられるからである。このような関連において、今日のガスタービンにおいてそうであるように、コンプレッサ空気量を調整することができると、炎が消えることは原理的には確かに空気量を減じることによって、断熱の（adiabat）炎温度がほぼ一定に保たれるという意味においては、回避することができる。しかしながら一般的に、小さくなるタービン圧力比の結果、タービンの低圧部分における温度が許容できないほど上昇する。この問題を回避することができる通常の方法としては以下の方法がある：
ａ）燃焼室における空気バイパス；
ｂ）運転しているバーナの一部における燃料量の減少；
ｃ）汎用の形式でスタンダード方法として実現されるように、ディフュージョン段階への切換え。
【０００３】
ａ）及びｂ）に記載された最初の２つの方法は、複雑な燃焼室構造又は複雑な燃料分配系を必要とする。ｃ）に記載の第３の方法は、ＮＯｘ放出の飛躍的な上昇を惹起し、そして高い負荷範囲におけるこのＮＯｘ放出は、立法者によって定められた最大値を上回ってしまう。
【０００４】
ヨーロッパ特許第３２１８０９号明細書からは、円錐ヘッドにおいて閉じられた渦流を生ぜしめるための、複数のシェルから成る円錐形のバーナいわゆるダブル円錐バーナが、公知である。この場合における渦流は、増大する渦に基づいて円錐軸線に沿って不安定になり、コアにおいて逆流を伴った環状の渦流に移行する。例えば気体燃料のような燃料は、隣接した個々のシェルによって形成された空気流入スロットとも呼ばれる通路に沿って、内部に噴射されて、均一に空気と混合される。そしてこの混合は、保炎バッフルとして使用される逆流ゾーン又は逆流バブルのせき止めポイントにおける点火によって燃焼が生ぜしめられる前に行われる。液体燃料は有利には、バーナヘッドにおける中央のノズルを介して内部に噴射されて、円錐中空室内において気化される。ガスタービン型式の条件の下で、この液体燃料の点火は、燃料ノズルの近傍において既に早期に行われ、こによっては、ＮＯｘ値がまさにこの不十分な前混合に基づいて大きく上昇することを回避することができず、このことは例えば水の噴射を必要とする。さらに、天然ガスのような水素を含有する気体を燃焼させるという試みは、ガス孔における早期点火の問題とその後におけるバーナの過熱とを生ぜしめるということが、確認されねばならなかった。これに対して、バーナ出口においてこのような気体燃料のための特殊な噴射方法を導入することによって、解決策が模索されたが、しかしながらその結果は完全に満足できるものではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式のヒートジェネレータ用のバーナを改良して、種々様々な種類の燃料の完全な混合を可能にし、かつ所望の箇所における運転確実で最適な炎位置決めを達成することができるバーナを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、渦流発生器及び混合区間と燃焼室との間における、横断面飛躍部によって特徴付けられた移行部の範囲に、混合区間に対して同心的又はほぼ同心的に、複数の混合エレメントが配置されており、これらの混合エレメントにおいて、一部の燃焼空気と燃料との間における混合物形成が行われるようになっており、混合エレメントが、混合区間と作用結合して、燃焼室のパイロット段階である。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によるバーナに講じられている処置は、後置された混合区間の上流側及びヘッド側に渦流発生器を有しており、この渦流発生器は有利には、ヨーロッパ特許公開第３２１８０９号明細書に記載のいわゆるダブル円錐バーナのエアロダイナミック的な基本原理が使用されるように、設計されることができる。しかしながらまた原則的には、軸方向又は半径方向の渦流発生器を使用することも可能である。混合区間自体は有利には、管状の混合エレメント（以下においては混合管と呼ぶ）から成っており、この混合管は、種々異なった種類の燃料の著しく改善された前混合を可能にしている。
【０００８】
渦流発生器からの流れは、継ぎ目なしに混合管内に導入される。すなわちこのことは、複数の移行通路から成る移行ジオメトリによって生ぜしめられ、これらの移行通路は混合管の開始段階において切り欠かれており、かつ流れを混合管の後続の有効な流過横断面に引き渡す。渦流発生器と混合管との間におけるこのような損失の少ない流れ導入によって、まず初め、渦流発生器の出口における逆流ゾーンの直接的な形成が回避される。
【０００９】
まず初めに渦流強さは渦流発生器においてそのジオメトリによって選択される。すなわちこの場合、渦流の成長は混合管において行われるのではなく、さらに下流において燃焼室入口のところで行われ、そしてこの混合管の長さは、すべての燃料種類のために十分な混合品質が得られるように、寸法設定されている。例えば使用される渦流発生器がダブル円錐バーナの基本構成に基づいて構成されていると、渦流強さは、相応な円錐角と空気流入スロットとその数との設計によって生ぜしめられる。
【００１０】
混合管において、軸方向速度プロフィールは明確な最大値を軸線上に有しており、これによってこの範囲におけるフラッシュバックを阻止している。そして軸方向速度は壁に向かって低下する。この範囲においてもフラッシュバックを阻止するために、種々様々な処置が施される：例えば一方では全体的な速度レベルは、十分に小さな直径を備えた混合管の使用によって上昇させることができる。また別の可能性としては、混合管の外側範囲における速度だけを高めるということがある。この場合燃焼空気の小さな部分は、移行通路の下流における膜形成孔（Filmlegungsbohrung）を介して又はリング間隙を、混合管内に流入する。
【００１１】
上に述べた移行通路が渦流発生器から混合管内に流れを導入する場合には、これらの移行通路経過は、混合管の後続の有効な流過横断面に相応して、螺旋状に狭まるように構成されていても又は拡大するように構成されていてもよい。
【００１２】
場合によっては生じる圧力損失の一部は、混合管の終端部にディフューザを設けることによって補償することができる。この範囲に又はその上流に、ベンチュリ区間を設けることも可能である。
【００１３】
混合管の終端部には、横断面飛躍部を備えた燃焼室が接続している。そこには中央の逆流ゾーンが形成され、この逆流ゾーンの特性は、保炎バッフルの特性を有している。
【００１４】
安定した逆流ゾーンの形成は、混合管における十分に高い渦流数を必要とする。しかしながらこのような高い渦流数がまず初めに望ましくない場合には、安定した逆流ゾーンは、全空気量の５〜２０％である小さな、強くねじられた空気量の供給によって、管終端部において生ぜしめることが可能である。
【００１５】
上に述べた横断面飛躍部との関連において、混合管の終端部には剥離縁部が形成されており、この剥離縁部を形成することによって逆流ゾーンに、空間的な高い安定性が与えられる。一般的に、上に述べた処置によって下記の利点が得られる：
ａ）安定した炎ポジション；
ｂ）低い有害物質放出（Ｃｏ，ＵＨＣ，ＮＯｘ）；
ｃ）脈動の最小化；
ｄ）完全燃焼；
ｅ）大きな運転範囲カバー；
ｆ）種々異なったバーナ間における良好な横方向点火、特に、バーナが相互に依存して運転される段階的な負荷発生時における、種々異なったバーナ間における良好な横方向点火；
ｇ）相応な燃焼室ジオメトリへの炎の適合；
ｈ）コンパクトな構造形式；
ｉ）流れ媒体の改善された混合；
ｊ）燃焼室における温度分布の改善された「パターンファクタ」（＝燃焼室流れの均された温度プロフィール）。
【００１６】
他方ではこのバーナは次のように有利に構成することができる。すなわちこの場合横断面飛躍部の範囲において、混合管に対して同心的に、それ自体閉じられた個々の混合エレメントが複数配置されており、この場合各混合エレメントは、空気数が相応に選択されている場合には、パイロットバーナの特性を示す。燃焼空気の小さな部分は、主空気流から分岐され、前記混合エレメント内に流入する。この場合の空気量は燃焼空気の２〜１０％で十分である。各混合エレメントには少なくとも１つの燃焼ノズルが配属されており、この場合そこで形成された混合物は前壁における噴射開口を介して、燃焼室内に噴射される。燃焼空気供給部の範囲における過負荷時には、混合エレメントは事実上、通常のディフュージョン段階におけるように燃料だけを搬送する。このことは特に重要である。それというのはこれによって、バーナの要求プロフィールを、つまりアイドリング時及び負荷低下時における炎の高い安定範囲及び最小のＮＯｘ放出を、満たすことができ、しかもこの際に機械への切り離された燃料供給は必要ない。混合エレメントのこのような有利な構成は、ヨーロッパ特許第３２１８０９号明細書に開示されたバーナの品質をも上昇させることができる。
【００１７】
本発明のその他の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に図面につき本発明の実施の形態を説明する。図面においては、本発明の直接的な理解に重要でない部分はすべて省かれている。また等しいエレメントもしくは部材には、図面が異なっていても同じ符号が付けられている。また媒体の流れ方向は、矢印で示されている。
【００１９】
図１にはバーナの基本構造が示されている。最初に渦流発生器１００が有効であり、この渦流発生器１００の構成は、後で図２〜図５を参照しながら詳しく述べる。この渦流発生器１００は、接線方向で何回も、接線方向に流入する燃焼空気流１１５が供給される円錐形の構造体である。そこで形成される流れは、渦流発生器１００の下流に設けられた移行ジオメトリによって、継ぎ目なしに、移行部材２００内に導かれ、そこでは剥離領域が発生しないようになっている。この移行ジオメトリの輪郭については、後で図６を参照しながら詳しく述べる。移行部材２００は、移行ジオメトリの下流側において管２０によって延長されており、この場合両方の部分つまり移行部材２００と管２０とは、バーナの本来の混合管２２０（混合区間とも呼ばれる）を形成している。もちろん、混合管２２０はただ１つの部材から構成されていてもよく、すなわちこの場合には、移行部材２００と管２０とは互いにまとめられて関連するただ１つの構成体として形成され、そしてそれぞれの部分の特性はそのまま維持される。移行部材２００と管２０とが２つの部分から構成される場合には、両部分はブシュリング１０によって結合され、この場合同じブシュリング１０が、ヘッド側において、渦流発生器１００のための固定面としても働く。このようなブシュリング１０はさらに、種々異なった混合管を使用できるという利点を有している。管２０の流出側には、図面には単に炎管（Flammrohr）によって略示されているに過ぎない本来の燃焼室３０が位置している。混合管２２０は次の条件、すなわち渦流発生器１００の下流において、種々異なった形式の燃料の完全な前混合が達成される規定された混合区間が準備されるという条件を満たしている。この混合区間つまり混合管２２０は、さらに損失のない流れ案内を可能にし、この結果、移行ジオメトリとの作用結合においてもまず第１に逆流ゾーンを形成することがなく、これにより混合管２２０の長さにわたって、すべての燃料形式のための混合品質に対して影響を与えることができる。この混合管２２０はしかしながらさらに、混合管２２０自体に軸方向速度プロフィールが軸線上において明らかな最大値を有しているという別の特性を有しており、この結果燃焼室からの炎のフラッシュバックは不可能になる。しかしながら、このような輪郭形状において、この軸方向速度が壁に向かって低下するということは否めない。このような範囲においてもフラッシュバックを回避するために、混合管２２０は流れ方向及び周方向において、規則的に又は不規則的に分配配置されていてバーナ軸線６０に対して種々様々な方向及び横断面をもつ複数の孔２１を備えており、これらの孔２１を通して空気量が、混合管２２０の内部に流入し、かつ壁に沿って膜形成（Filmlegung）して速度上昇を促す。同じ作用効果を得るための別の可能性では、混合管２２０の流過横断面が、前記移行ジオメトリを形成する移行通路２０１の流出側において狭められており、これによって混合管２２０の内部における全体の速度レベルが高められる。図面では孔２１は、バーナ軸線６０に対して鋭角を成して延びている。さらに移行通路２０１の流出部は、混合管２２０の最も狭い流過横断面と合致している。これによって移行通路２０１は、形成される流れに不利な影響を与えることなしに、横断面の差異を補正している。選択された処置が、混合管２２０に沿った流れ４０の案内時に許容不能な圧力損失を生ぜしめる場合には、これに対して、混合管の端部に図示されていないディフューザを設けることによって対抗手段を講じることができる。混合管２２０の終端部には燃焼室３０が接続されており、この場合両方の流過横断面の間には、前壁８０によって形成された横断面飛躍部（Querschnittssprung）７０が設けられている。ここに初めて、保炎バッフル（Flammenhalter）の特性を有する中央の逆流ゾーン５０が形成される。流過横断面が大きく変化するこの横断面飛躍部７０の内部において、運転中に流れの縁部ゾーンが形成され、この縁部ゾーンにおいてそこに生じる負圧によって渦流剥離が発生すると、これによって、逆流ゾーン５０の強化されたリング安定作用（Ringstabilisation）が生ぜしめられる。安定的な逆流ゾーン５０の発生は、当該の管における十分に高い渦流数（Drallzahl）を必要とする。このような高い渦流数がまず初めに望まれていない場合には、安定的な逆流ゾーンは、例えば接線方向の開口を通して管端部においてあまり強くない渦流状の空気流を供給することによって、生ぜしめることができる。この場合、このために必要な空気量は全空気量のほぼ５〜２０％である。
【００２０】
混合管の終端部における剥離縁部（Abrisskante）の構成に関しては、後で図７を参照しながら述べる。
【００２１】
前壁８０に対して垂直又はほぼ垂直に、そして混合管２０に対して同心的に複数の混合エレメント３００が配置されており、これらの混合エレメント３００は、燃焼空気の１部分１１５ａによって貫流される管状の流れ通路から成っており、この燃焼空気の部分１１５ａは通常、全体的に利用される燃焼空気１１５の２〜１０％である。混合エレメントは適当な箇所に、燃料３０３を供給するための少なくとも１つの供給部３０１を有している。混合エレメント３００及び該混合エレメントの空気流入ジオメトリ並びに燃料噴射部を適宜に構成することによって、液体燃料及び気体燃料を使用することが可能である。空気流入ジオメトリ及び燃料噴射部のサイズは、支持される運転のために負荷範囲全体にわたって必要な全燃焼空気量及び燃料量を、混合エレメント３００内にもたらすことができるように、設計されている。全負荷時に、メイン段階（１００）とパイロット段階（３００）との間における燃料量は、空気分布に対してほぼ正比例的に選択される。混合エレメント３００において形成される混合物３０４の、燃焼室側の出口は、前壁８０に一体的に組み込まれたノズル３１によって引き受けられる。混合管２０の回りに環状に配置された混合エレメント３００の数は、バーナの各輪郭形状及びバーナの運転パラメータに合わせられている。
【００２２】
混合エレメント３００との関連において分かったことであるが、ここで前混合に対して運転可能なバーナの空気数範囲（Luftzahlbereich）を、リーンな混合物に向かって少し広く拡大することができ、しかもこの場合、バーナの直ぐ近くに強力な点火源が位置していない場合には、高められたＣＯ放出を甘受する必要がない。このようにして、混合物によって伝播する炎前面が形成される。したがって有利には、負荷の低下に連れてメイン段階の燃料量だけが減じられ、この場合、パイロット段階の燃料量の適度な上昇が、ＮＯｘ放出に関するその限界内で可能であり、そしてこの構成において点火作用が高められる。
【００２３】
ある一定の燃焼空気数にわたって、つまり燃焼室３０の限界負荷の下では、炎前面はもはや十分には速く広がらず、その結果未燃焼の燃料が放出される。これに対して提供される解決策では、燃料３０３が益々多く単に、パイロット段階として運転可能な混合エレメント３００にだけ供給される。空気数はこの場合極めて迅速に極めて小さな値（＜＜１）を取り、かつ流れ通路を通る空気流が大きな燃料量に基づいて部分的にブロックされるので、パイロット段階のこの運転形式は、通常のディフュージョン燃焼段階と実質的に異ならない。
【００２４】
基本的には混合エレメント３００は、空気数が相応に選択されている限りは、パイロットバーナと同じ特性を示す。燃焼空気量に関して過負荷の場合、混合エレメント３００は実質的に、通常のディフュージョン燃焼段階におけるような燃料しか搬送しない。このことは特に重要である。それというのはこの場合、燃焼室３０への切り離された燃料供給を必要とすることなしに、燃焼室の高い負荷範囲における支持炎（Stuetzflamme）の最低のＮＯｘ放出に関する要求プロフィールと、アイドリング及び負荷低減時における支持炎の極めて高い安定範囲に関する要求プロフィールとが満たされるからである。
【００２５】
上に述べた混合エレメント３００を設けることは、ここに示したバーナに制限されるものではない。同様な形式でこれらのエレメントを、ヨーロッパ特許第３２１８０９号明細書に記載のバーナにおいても、そこに記載されかつ図示された前壁の範囲に設けることが可能である。
【００２６】
渦流発生器１００の構造をより良好に理解するためには、図２と同時に少なくとも図３も参照すると有利である。さらに、図２を不必要に見難くしないために、図２には、図３に示されたガイドプレート１２１ａ，１２１ｂは単に略示されいるに過ぎない。以下においては図２について記載するが、必要に応じて、他の図面をも参照する。
【００２７】
図１に示されたバーナの第１の部分は、図２に示された渦流発生器１００を形成する。この渦流発生器１００は、中空の円錐形の２つの部分体１０１，１０２から成っていて、両部分体は互いにずらされてかつ互いに内外に位置するように配置されている。円錐形の部分体の数は、もちろん、図４及び図５に示されているように３つ以上でもよい。このことは、後でさらに詳しく述べるように、バーナ全体の運転形式によって決定される。ある特定の運転状況では、ただ１つの螺旋から成る渦流発生器を設けることも可能である。円錐形の部分体１０１，１０２の各中心軸線又は長手方向対称軸線１０１ｂ，１０２ｂが互いにずらされていることによって、隣接した壁においては、鏡像的な配置形式において、各１つの接線方向の通路つまり空気流入スロット１１９，１２０が形成され、これらの空気流入スロットを通って燃焼空気１１５が、渦流発生器１００の内室つまり渦流発生器１００の円錐中空室１１４内に流入する。図示された部分体１０１，１０２の、流れ方向における円錐形状は、規定された一定の角度を有している。もちろん運転形式に応じて、部分体１０１，１０２は流れ方向において、トランペットのように増大する又はチューリップのように減少する円錐傾斜を有することができる。このような増大又は減少する形状は、当業者が容易に想像することができるので、図面には示されていない。両方の円錐形の部分体１０１，１０２は、各１つの円筒形の開始部分１０１ａ，１０２ａを有しており、この両開始部分は、円錐形の部分体１０１，１０２同様、互いにずらされて延びており、その結果接線方向の空気流入スロット１１９，１２０は、渦流発生器１００の全長にわたって存在することになる。円筒形の開始部分の範囲には、有利には液体燃料１１２のためのノズル１０３が設けられており、このノズル１０３の噴射部１０４は、円錐形の部分体１０１，１０２によって形成された円錐中空室１１４の最も狭い横断面とほぼ合致している。このノズルの噴射容量及び形式は、各バーナの所与のパラメータによって設定される。もちろん渦流発生器１００を純然たる円錐形に、つまり円筒形の開始部分１０１ａ，１０２ａなしに構成することも可能である。円錐形の部分体１０１，１０２はさらに各１つの燃料導管１０８，１０９を有しており、これらの燃料導管１０８，１０９は、接線方向の空気流入スロット１１９，１２０に沿って配置されていて、かつ複数の噴射開口１１７を備えており、これらの噴射開口１１７を通って有利には気体燃料１１３が、そこを貫流する燃焼空気１１５内に噴射される（矢印１１６参照）。燃料導管１０８，１０９は有利には遅くとも、接線方向の流入部の端部において、円錐中空室１１４内への入口の前に配置されており、これによって最適な空気／燃料混合物を得ることができる。ノズル１０３を通してもたらされる燃料１１２は、既に述べたように、通常の場合液体燃料であり、他の媒体との混合物形成は難無く可能である。この燃料１１２は鋭角を成して円錐中空室１１４内に噴射される。したがってノズル１０３からは円錐形の燃料スプレイ１０５が形成され、この燃料スプレイ１０５は、接線方向に流入する回転する燃焼空気１１５によって取り囲まれる。軸方向においては、噴射された燃料１１２のコンセントレーションは連続的に流入する燃焼空気１１５によって、気化品質をもつ混合に分解される。気体燃料１１３が開口ノズル１１７を介してもたらされると、燃料／空気混合物の形成は、空気流入スロット１１９，１２０の端部の直ぐそばにおいて行われる。燃焼空気１１５が付加的に予加熱されていると、又は例えば戻された煙ガス又は排ガスによってリッチにされていると、このことは、この混合物が後置の段階に流入する前に、液体燃料１１２の気化を持続的に助成することになる。同様な重畳は、導管１０８，１０９を介して液体燃料を供給することが望まれている場合にも言える。接線方向の空気流入スロット１１９，１２０の幅及び円錐角に関する円錐形の部分体１０１，１０２の構成時に、狭い限界を維持することができるので、渦流発生器１００の出口における燃焼空気１１５の所望の流れ領域を調節することが可能である。一般的に言えることであるが、接線方向の空気流入スロット１１９，１２０の縮小は既に渦流発生器の範囲における逆流ゾーンの迅速な形成を促進する。渦流発生器１００の内部における軸方向速度は、軸方向の燃焼空気流の相応な供給（図示せず）によって変えることができる。相応な渦流の発生は、渦流発生器１００に後置された混合管の内部における流れ剥離の形成を阻止する。渦流発生器１００の構造は、さらに、接線方向の空気流入スロット１１９，１２０の大きさを変化させるためにも有利に適しており、これによって、渦流発生器１００の構造長さを変えることなしに比較的大きな運転可能な帯域幅を得ることができる。もちろん部分体１０１，１０２は他の平面においても相対的にシフト可能であり、これによって両方の部分体を互いにオーバラップさせることも可能である。さらにまた、部分体１０１，１０２を逆向きの回転運動によって螺旋状に互いに内外に位置させることも可能である。これによって、接線方向の空気流入スロット１１９，１２０の形状、大きさ及び輪郭形状もしくは構成を任意に変化させることが可能であり、ひいては渦流発生器１００をその構造長さを変えることなしにユニバーサルに使用することができる。
【００２８】
図３には、ガイドプレート１２１ａ，１２１ｂの幾何学的な輪郭形状もしくは構成が示されている。ガイドプレート１２１ａ，１２１ｂは流れ導入機能を有しており、この場合ガイドプレート１２１ａ，１２１ｂは、その長さに相応して、円錐形の部分体１０１，１０２の各端部を燃焼空気１１５に対する流れ方向において延長する。円錐中空室１１４内への燃焼空気１１５の通路もしくは通流は、円錐中空室１１４内へのこの通路の入口範囲に配置された旋回中心１２３を中心にしたガイドプレート１２１ａ，１２１ｂの開閉によって、最適化することができ、このことは特に、接線方向の空気流入スロット１１９，１２０の本来の間隙サイズを動的に変化させることが望まれている場合に、必要である。もちろんこの動的な処置は、静的に行うことも可能であり、この場合必要に応じたガイドプレートは、円錐形の部分体１０１，１０２と共に固定的な構成部分を形成する。同様に渦流発生器１００は、ガイドプレートなしに運転することも可能であるし、又はそのための他の補助手段を設けることも可能である。
【００２９】
図４に示された実施例では、図３に示された実施例とは異なり、渦流発生器１００は４つの部分体１３０，１３１，１３２，１３３から構成されている。各部分体に所属の長手方向対称軸線には、それぞれの符号にａを加えて示されている。図４に示された輪郭形状もしくは構成について述べると、このような構成は、これによって生ぜしめられる比較的小さな渦強さに基づいてかつ相応に増大されたスロット幅との共働において、渦流発生器の下流側における混合管内での渦流の成長を阻止するのに、最も適しており、これによって混合管は、該混合管に与えられた役割を最も良く満たすことができる。
【００３０】
図５に示された実施例が、図４に示された実施例に対して異なっているのは次の点である。すなわち図５に示された実施例では、部分体１４０，１４１，１４２，１４３は、ある特定の流れを準備するために設けられる羽根成形形状を有している。その他の点では、渦流発生器の運転形式は等しいままである。燃焼空気流１１５内への燃料１１６の混合は、羽根成形体の内部から生ぜしめられる。つまり燃料導管１０８はこの実施例では、個々の羽根に一体に組み込まれている。またこの実施例においても、個々の部分体に所属の長手方向対称軸線は、部分体の符号にａを加えた符号で示されている。
【００３１】
図６には、移行部材２００が三次元的な図で示されている。移行ジオメトリは、図４又は図５に相応して、４つの部分体を備えた渦流発生器１００のために構成されている。したがって移行ジオメトリは、上流において作用する部分体の自然な延長として４つの移行通路２０１を有しており、これによって前記部分体の円錐四半面（Kegelviertelflaeche）が、管２０もしくは混合管２２０の壁と交差するまで、延長される。同様のことは、渦流発生器が図２に記載の構成のように別の原理に基づいて構成されている場合でも、言える。個々の移行通路２０１の、下方に向かって流れ方向において延びている面は、流れ方向において螺旋状に延びている形状を有しており、この形状は鎌形の経過を有していて、これにより、移行部材２００の流過横断面は流れ方向において円錐形に拡大することになる。流れ方向における移行通路２０１のねじり角度は次のように選択されている。すなわちこの場合、管流れが引き続き燃焼室入口における横断面飛躍部７０までなお十分な大きさの区間残存し、噴射された燃料との完全な前混合を実施できるようになっている。さらに、上に述べた処置によって、渦流発生器の下流における混合管壁のところにおける軸方向速度もまた高められる。混合管の範囲における処置及び移行ジオメトリは、混合管の中心点に向かっての軸方向速度プロフィールの明らかな上昇を生ぜしめ、この結果早期点火のおそれは決定的に回避される。
【００３２】
図７には、バーナ出口に形成されている既に述べた剥離縁部が示されている。管２０の流過横断面はこの範囲に移行半径Ｒを有しており、この移行半径Ｒの大きさは、基本的には、管２０の内部における流れによって決定される。この半径Ｒは、流れが壁に接触しかつこれによって渦流数が著しく上昇することができるように選択される。数量的に半径Ｒの大きさは、この半径Ｒが管２０の内径ｄの１０％を上回る値を有するように、つまり半径Ｒ＞管２０の内径ｄの１０％という式が成り立つように、規定することができる。半径のない流れに対して、これによって逆流ゾーン５０が強力に増大される。この半径Ｒは管２０の出口平面にまで延びており、この場合曲率の始端部と終端部との間における角度βは９０°未満である。角度βの一方の脚に沿って剥離縁部Ａは管２０の内部にまで延びていて、これによって剥離縁部Ａの前方のポイントに対して剥離段部Ｓを形成し、この剥離段部Ｓの深さは３ｍｍを上回る値、つまり剥離段部Ｓの深さ＞３ｍｍである。もちろん、この場合管２０の出口平面に対して平行に延びる縁部が、湾曲した経過で再び出口平面のところにもたらされるようになっていてもよい。剥離縁部Ａの接線と管２０の出口平面に対する垂線との間に形成された角度β′は、角度βと等しい大きさである。この構成の利点については、「発明の効果」の項において詳しく述べられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーナと該バーナに続く燃焼室とを示す図である。
【図２】渦流発生器の一部を破断して示す斜視図である。
【図３】図２に示された２つのシェルから成る渦流発生器を示す断面図である。
【図４】４つのシェルから成る渦流発生器を示す断面図である。
【図５】羽根状に成形されたシェルを備えた渦流発生器を示す断面図である。
【図６】渦流発生器と混合管との間における移行ジオメトリの形を示す図である。
【図７】逆流ゾーンを空間的に安定化させるための剥離縁部を示す図である。
【符号の説明】
２０ 管、 ２１ 孔、 ３０ 燃焼室、 ３１ ノズル、 ５０ 逆流ゾーン、 ６０ バーナ軸線、 ７０ 横断面飛躍部、 ８０ 前壁、 １００ 渦流発生器、 １０１，１０２ 部分体、 １０１ａ，１０２ａ 開始部分、 １０１ｂ，１０２ｂ 長手方向対称軸線、 １０３ ノズル、 １０４ 噴射部、１０５ 燃料スプレイ、 １０８，１０９ 燃料導管、 １１２ 液体燃料、１１３ 気体燃料、 １１４ 円錐中空室、 １１５ 燃焼空気流、 １１７開口ノズル、 １１９，１２０ 空気流入スロット、 １２１ａ，１２１ｂ ガイドプレート、 １２３ 旋回中心、 １３０，１３１，１３２，１３３，１４０，１４１，１４２，１４３ 部分体、 ２００ 移行部材、 ２０１ 移行通路、 ２２０ 混合管、 ３００ 混合エレメント、 ３０４ 混合物、 ｄ管の内径、 Ｒ 移行半径、 Ｔ 剥離縁部の接線、 Ａ 剥離縁部、 Ｓ 剥離段部、 β 移行半径の移行角、 β′ 剥離縁部の接線と剥離縁部との間の角度

Claims (14)

1. ヒートジェネレータ用のバーナであって、主として、
   燃焼空気（１１５）のための渦流発生器（１００）と、
   燃焼空気（１１５）内に少なくとも１つの燃料（１１６）を噴射するための噴射手段（１１７）と、
   渦流発生器（１１０）に作用結合している混合区間（２２０）とから成っており、これらの渦流発生器（１００）と噴射手段（１１７）と混合区間（２２０）とが、燃焼室（３０）の上流に配置されている形式のものにおいて、
   渦流発生器（１００）及び混合区間（２２０）と燃焼室（３０）との間における、横断面飛躍部（７０）によって特徴付けられた移行部の範囲に、混合区間に対して同心的又はほぼ同心的に、複数の混合エレメント（３００）が配置されており、これらの混合エレメント（３００）において、一部の燃焼空気（１１５ａ）と燃料（３０３）との間における混合物形成が行われるようになっており、混合エレメントが、混合区間と作用結合して、燃焼室のパイロット段階であり、
   混合区間（２２０）が渦流発生器（１００）の下流に混合管（２０）として配置されており、
   混合管（２０）が、燃焼室（３０）への出口の範囲に、下流に形成される逆流ゾーン（５０）の安定化及び増大のために剥離縁部（Ａ）を備えていることを特徴とする、ヒートジェネレータ用のバーナ。
2. 剥離縁部（Ａ）が、混合管（２０）の出口の範囲における移行半径（Ｒ）と、混合管の出口から段付けされた剥離段部（Ｓ）とから成っている、請求項１記載のバーナ。
3. 移行半径（Ｒ）が混合管（２０）の内径の１０％よりも大きく、剥離段部（Ｓ）が３ｍｍよりも大きな深さを有している、請求項２記載のバーナ。
4. 混合管（２０）が、第１の区間部分（２００）の内部に流れ方向に延びる移行通路（２０１）を、渦流発生器（１００）において形成された流れ（４０）を引き渡すために、有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のバーナ。
5. 混合区間（２２０）における移行通路（２０１）の数が、渦流発生器（１００）によって形成される部分流の数に相当している、請求項４記載のバーナ。
6. 移行通路（２０１）に後置された混合管（２０）が流れ方向及び周方向に、混合管（２０）の内部に空気流を噴射するための複数の開口（２１）を備えている、請求項４記載のバーナ。
7. 前記開口（２１）が、混合管（２０）のバーナ軸線（６０）に対して鋭角をなして延びている、請求項６記載のバーナ。
8. 移行通路（２０１）の下流における混合管（２０）の流過横断面が、渦流発生器（１００）において形成された流れ（４０）の横断面よりも小さいか、等しい大きさか又は大きい、請求項４記載のバーナ。
9. 横断面飛躍部（７０）の上流に、ディフューザ及び／又はベンチュリ区間が設けられている、請求項１記載のバーナ。
10. 渦流発生器（１００）が、流れ方向において互いに内外に位置するように配置された少なくとも２つの中空で円錐形の部分体（１０１，１０２；１３０，１３１，１３２，１３３；１４０，１４１，１４２，１４３）から成っており、これらの部分体の各長手方向対称軸線（１０１ｂ，１０２ｂ；１３０ａ，１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ；１４０ａ，１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ）が互いにずらされて延びていて、部分体の隣接した壁がその長手方向の延びにおいて、燃焼空気流（１１５）のための接線方向の通路（１１９，１２０）を形成しており、さらに、部分体によって形成された円錐中空室（１１４）内に、少なくとも１つの燃料ノズル（１０３）が配置されている、請求項１記載のバーナ。
11. 接線方向の通路（１１９，１２０）の範囲に該通路の長手方向の延びにおいて、別の燃料ノズル（１１７）が配置されている、請求項１０記載のバーナ。
12. 部分体（１４０，１４１，１４２，１４３）が横断面に、羽根状の成形体を有している、請求項１０記載のバーナ。
13. 部分体が流れ方向に、一定の円錐角又は増大する円錐傾斜又は減少する円錐傾斜を有している、請求項１０記載のバーナ。
14. 部分体が螺旋状に互いに内外に配置されている、請求項１０記載のバーナ。

Images