JP4629945B2 - 流体分配器及びバーナ装置及びガスタービンエンジン及びコジェネレーションシステム - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、第２流路を規定する内筒と、前記内筒を外囲する第１流路を規定する外筒とを備え、前記第１流路及び前記第２流路に空気（酸素含有ガスの代表例）を供給するための空気供給手段（酸素含有ガス供給手段の代表例）と、前記第１流路及び前記第２流路にガス流路の燃料ガスを供給するガス供給手段とを備え、第１流路及び第２流路の何れか一方をメイン燃焼用流路とし、他方をパイロット燃焼用流路として、前記メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に燃料ガスを供給して燃焼させるバーナ装置、及びそのバーナ装置を備えたガスタービンエンジン、及びそのガスタービンエンジンを備えたコジェネレーションシステム、及びそのようなバーナ装置等において、空気等の第１流体が流動する第１流路及び第２流路と、燃料ガス等の第２流体が流動するガス流路（流体流路の代表例）との３者間にわたって設けられて、前記流体流路内の前記燃料ガスを前記第１流路と前記第２流路とに分配供給する流体分配器に関する。
【０００２】
背景技術
上記のバーナ装置は、コジェネレーションシステムにおけるガスタービンエンジンのバーナ装置や、焼却炉のバーナ装置等として利用される。このバーナ装置は、燃焼負荷の増減に応じて、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に供給する燃料ガスの流量を、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路における当量比を適正に保って良好な燃焼を維持するために調整するのみならず、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に供給する空気の流量を調整する必要がある。
【０００３】
従来では、そのようなメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの流量の調整を行うために、メイン燃焼用流路への燃料ガスの供給路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給路のそれぞれに流量調整弁を設けて、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路のそれぞれへの燃料ガス流量の調整を独立して行っていた。
【０００４】
しかし、上記従来の技術によれば、燃焼負荷に基づく第１流路への燃料ガスの供給流量の調整及び第２流路への燃料ガスの供給流量の調整のそれぞれを独立して行うから、調整操作がわずらわしいものであった。
【０００５】
また、このようなパイロット燃焼とメイン燃焼とを行うバーナ装置では、定格燃焼負荷に対する燃焼負荷の減少に伴って、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量を減少させるのであるが、その供給流量の減少に伴いパイロット燃焼用流路への供給流量を増やし、安定したパイロット燃焼を維持する必要がある。
【０００６】
さらに、このようなバーナ装置では、特に、メイン燃焼を行う第１流路の内部で燃料ガスと空気とを確実に混合させることが必要である。両者が良好に混合されない場合には、例えば、燃料ガスと空気とを混合させた混合気の当量比にばらつきが生じ、当量比の大きい領域では高温燃焼が生じてＮＯｘ発生量が増大することになるからである。
【０００７】
従来のバーナ装置では、図４４に示すように、燃焼用流路内に設けられ燃料ガスが供給される供給路に複数の供給口を分散形成し、複数の供給口を介して燃料ガスを燃焼用流路に噴出させる。この場合に、複数の供給口は燃焼用流路の空気の流れ方向下流側に開口させてあり、空気と同方向に燃料ガスを噴出させるものであった。このように構成することで、燃料ガスを燃焼用流路に分散させて供給して、空気と燃料ガスＧとの混合程度の向上を図っていた。
【０００８】
このような従来のバーナ装置では、１つの供給路に対して複数の供給口を設けて燃焼用流路への燃料ガスの供給を均一化するためには、前記供給口の設置数が多いほど好ましい。しかし、燃焼用流路に供給する燃料ガスの総流量が予め設定されているため、供給口の数を増やすほど、一つの供給口の開口面積を縮小する必要がある。
【０００９】
この結果、供給口において生じる圧力損失が増大し、所定の流量で燃料ガスを噴出させようとすると、供給路に対して燃料ガスを高圧で供給する必要があり、バーナ装置のガス供給手段が大掛かりなものとなる等の欠点が生じていた。
【００１０】
なお、前記当量比とは、燃料と燃焼用の空気とを混合させた混合気の濃度上の性質を表す量であり、以下のように定義する。
当量比＝（燃料濃度／空気濃度）／（燃料濃度／空気濃度）ｓｔ
各濃度はモル数で表したものであり、（燃料濃度／空気濃度）ｓｔは、理論燃空比であり、理論燃空比とは、燃料と、その燃料が完全に酸化するのに必要な空気との濃度比である。
【００１１】
発明の開示
したがって、本発明の目的は、燃焼負荷等に基づくメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量の調整を容易に行え、しかも、供給流量の減少に伴いパイロット燃焼用流路への供給流量の分配比率を大きくできる流体分配器と、それを利用した好適なバーナ装置と、そのバーナ装置を備えたガスタービンエンジンと、そのガスタービンエンジンを備えたコジェネレーションシステムを提供する点にある。
さらに、本発明の目的は、燃料ガスを燃焼用流路に供給する際の圧力損失が小さく、燃料ガスと空気との混合性に優れたバーナ装置を提供する点にある。
【００１２】
このような目的を達成するための、本発明のバーナ装置は、前記メイン燃焼用流路内に前記燃料ガスを供給するための第１供給口と、前記第１供給口に前記ガス流路内の前記燃料ガスを供給するための供給路と、前記供給路に前記ガス流路からの前記燃料ガスの総供給流量の増加に伴い前記第１供給口側への前記燃料ガスの分配比率を増加させ、逆に、前記総供給流量の減少に伴い前記第１供給口側への前記燃料ガスの分配比率を減少させるように前記パイロット流路内に前記燃料ガスを分配供給する分配手段とを有する流体分配器の複数個を、前記メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路の周方向に分散配置して前記ガス供給手段を構成してあることを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第１流路を前記メイン燃焼用流路とし、前記第２流路を前記パイロット燃焼用流路としたことを特徴とする。
【００１４】
つまり、メイン燃焼用流路としての第１流路には、空気供給手段により空気が供給されるとともに、ガス供給手段を介してガス流路内の燃料ガスが供給されることにより、空気と燃料ガスとの混合気が生成されて、この混合気に点火すると着火して混合気がメイン燃焼する。他方、パイロット燃焼用流路としての第２流路には、空気供給手段により空気が供給されるとともに、ガス供給手段を介してガス流路内の燃料ガスが供給されることにより、空気と燃料ガスとの混合気が生成されて、この混合気に点火すると着火して混合気がパイロット燃焼する。
【００１５】
そして、ガス供給手段は、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に燃料ガスを供給すると共に、ガス流路内の燃料ガスをメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に分配供給する流体分配器として構成されている。即ち、流体分配器は、ガス流路内の燃料ガスをメイン燃焼用流路に第１供給口を介して供給するための供給路に分配手段を備えることにより、メイン燃焼用流路とパイロット燃焼用流路に燃料ガスを分配供給するとともに、ガス流路からの燃料ガスの総供給流量の増加に伴い第１供給口側への燃料ガスの分配比率を増加させ、燃料ガスの総供給流量の減少に伴い第１供給口側への燃料ガスの分配比率を減少させるように構成されている。
【００１６】
従って、メイン燃焼用流路への燃料ガスの供給流量及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量のそれぞれを各別に調整する必要がなくて、燃料ガス流路への燃料ガスの総供給流量を調整するだけで、燃焼負荷変動等に基づくメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路へ燃料ガスの分配比率を容易に調整することができ、しかも、本発明のバーナ装置は、低燃焼負荷時における燃料ガス総供給流量の減少に伴いパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量を増加させ、パイロット燃焼を安定したものとしながらも、定格燃焼負荷時における燃料ガス総供給流量の増加に伴いメイン燃焼用流路への燃料ガスの供給流量を増加させ、燃料ガスをメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路全体に均一に供給して、希薄混合気による低ＮＯｘ燃焼を実現でき、簡単な構成で、広い燃焼負荷範囲において高効率化を図ることができる。
【００１７】
そのうえ、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に燃料ガスを供給する流体分配器の複数をメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路の周方向に分散配置してあるから、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路内に燃料ガスを周方向で分散供給してメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路内での燃料ガスと空気との混合性を良好なものにできることで混合気の均一化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明のバーナ装置は、外側の第１流路及び内側の第２流路において、何れの燃焼用流路をメイン燃焼用流路としても構わないが、外側の第１流路をメイン燃焼用流路とし、内側の第２流路をパイロット燃焼用流路とすることができ、このように構成することで、パイロット燃焼用流路への燃料ガスの分配比率を増加させる低燃焼負荷時において、燃料ガスを内側のパイロット燃焼用流路に集めて、パイロット燃焼用流路におけるパイロット燃焼を安定したものとすることができる。
【００１９】
さらに、このように外側の第１流路をメイン燃焼用流路とし、内側の第２流路をパイロット燃焼用流路とした場合、前記ガス流路を規定するガス筒をパイロット燃焼用流路としての第２流路を規定する内筒に内挿して備えて、ガス流路及びパイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路を内側から外側に向けて順に形成することができ、メイン燃焼用流路の第１供給口にガス流路の燃料ガスを供給する供給路はパイロット燃焼用流路を横断するものとなるので、その供給路のパイロット燃焼用流路を横断する部位において簡単に前記分配手段を構成することができる。
【００２０】
また、外側の第１流路をパイロット燃焼用流路とし、内側の第２流路をメイン燃焼用流路とした場合は、外部から前記パイロット燃焼用流路に挿入される点火栓が短くてすむ。なお、上記の内筒及び外筒としては、勿論、断面形状が円形の円柱筒を利用できるが、別に断面形状が多角形の角筒等も利用できる。
【００２１】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記分配手段が、前記パイロット燃焼用流路内の前記空気の流れ方向に直交する方向で前記パイロット燃焼用流路内に前記燃料ガスを噴出する第２供給口と、前記第２供給口からの噴出した前記燃料ガスを受け入れて前記第１供給口に導く連通路とを前記供給路に備えると共に、前記第２供給口の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に前記第２供給口に向かって開放する状態に前記連通路の受入れ口を配置して構成されていることを特徴とする。
【００２２】
つまり、本発明のバーナ装置は、パイロット燃焼用流路に隣接するガス筒を設け、そのガス流路に、パイロット燃焼用流路へ燃料ガスを噴出させる第２供給口と、パイロット燃料用流路を介して第２供給口と対向し、前記燃料ガスの噴出が方向付けられる内筒の部位に、受入れ口が設けられている。
【００２３】
すなわち、ガス流路内に供給された燃料ガスは、第２供給口を介してパイロット燃焼用流路に受入れ口側に向かって噴出されることになる。
【００２４】
そして、パイロット燃焼用流路において噴出された燃料ガスが存在する第２ガス供給領域において、パイロット燃焼用流路を横断する燃料ガスの一部がパイロット燃焼用流路の空気の流れにさらわれて、パイロット燃焼用流路の下流側に流れるが、残部がパイロット燃焼用流路の空気の流れを貫流して、受入れ口を介して第１供給口に到達し、メイン燃焼用流路へ供給されることになる。
【００２５】
詳しくは、第２供給口からパイロット燃焼用流路内に噴出された燃料ガスのうち受入れ口から連通路内に移入した燃料ガスは、連通路を介して第１供給口に導かれてメイン燃焼用流路に供給される一方、受入れ口に移入しなかった燃料ガスは、パイロット燃焼用流路に供給される。そして、第２供給口から噴出された燃料ガスの供給流量が多くて流速が速いほど、噴出された燃料ガスが受入れ口に移入する比率が多くなり、その結果、燃料ガスの供給流量が多いほど、第１供給口側、つまり、メイン燃焼用流路側への燃料ガスの分配比率が大きくなり、逆に、燃料ガスの供給流量が少ないほど、メイン燃焼用流路側への燃料ガスの分配比率が小さくなる。
【００２６】
したがって、バーナ装置において、第２供給口と、受入れ口を有する連通路を設けるだけで、簡単な構造で流体分配器の分配手段を構成できるようになった。
更に、パイロット燃焼用流路を流れる空気流量は、通常、所定の範囲内に収まっており、第２供給口側と受入れ口側との位置関係等が確定するため、第２供給口からの燃料ガスの供給流量を増加していくと、パイロット燃焼用流路の下流側へ流れる燃料量と、パイロット燃焼用流路へ供給される燃料量との割合を、燃料供給流量の増減に伴い可逆的に変化させるようにできる。
【００２７】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記流体分配器が、前記第１供給口の複数を、前記メイン燃焼用流路の前記パイロット燃焼用流路側から離間する方向に分散配置して構成されていることを特徴とする。
【００２８】
つまり、パイロット燃焼用流路側から離間する方向、すなわち、第１流路及び第２流路の径方向に分散させる状態で第１供給口の複数個をメイン燃焼用流路内に配置した流体分配器を用いることで、より一層混合気を均一化でき、当量比を小さくして希薄燃焼による低ＮＯｘ化を図ると共に、希薄燃焼を安定させることができる。
【００２９】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記複数の第１供給口のそれぞれに対応して各別に前記供給路が設けられていることを特徴とする。
つまり、複数の第１供給口のそれぞれに対応して各別に供給路を設けてあるから、例えば、一つの供給路で複数の第１供給口に燃料ガスを供給する場合と比較して、各複数の第１供給口から均等に燃料ガスを供給するために発生する圧力損失を小さなものにできる。
したがって、圧力損失を小さくしながらも、メイン燃焼用流路内での空気と燃料ガスとの均一混合性を一層優れたものにでき、低ＮＯｘ性能を維持したままで、燃料ガス供給に伴う圧力損失を低減できる。
【００３０】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記流体分配器が、前記複数の第１供給口に対応する前記供給路を、板面を前記空気の流れ方向に沿わせる姿勢で前記メイン燃焼用流路内に配置した板状体内に形成して構成されていることを特徴とする。
【００３１】
つまり、空気の流れる方向に沿わせてメイン燃焼用流路内に配設される板状体内に複数の供給路を形成してあって、供給路を形成する板状体が空気の流れ方向に沿うものであるから、複数の供給路を設けながらも、そのために、空気の流れを阻害することが少ない。
しかも、板状体の内部に複数の供給路を形成して、ユニット化してあるから、組み付け等の取り扱いが容易である。
【００３２】
したがって、メイン燃焼用流路での空気の流れ性能を良好に維持した状態で燃料ガスを空気に対して均一に供給することができ、しかも、複数の供給路を設けながらも、保管や組み付け等の取り扱い性を優れたのにできるようになった。
【００３３】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記複数の流体分配器の板状体が、夫々の板面を前記メイン燃焼用流路の螺旋方向に沿わせる姿勢で配置され、供給される空気に旋回力を付与するスワラーのフィンとして構成されていることを特徴とする。
【００３４】
このようなバーナ装置において、スワラーによりメイン燃焼用流路に供給される空気に旋回力を付与して、空気と燃料ガスとの混合性を高めることで、希簿燃焼を良好に行うことができるのであるが、ガス流路内の燃料ガスをメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路内に分配供給するための流体分配器が、第１供給口及び供給路を形成する板状体を備えていることに着目して、板状体をメイン燃焼用流路の螺旋方向に沿わせる姿勢に配置することで、この板状体でスワラーのフィンを構成することができ、流体分配器とスワラーとの間で部材の兼用化を図ることができる。
【００３５】
したがって、均一混合性能を優れたものにしながらも、構造の簡素化及びコストダウンを図ることができるようになった。
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記メイン燃焼用流路において、前記第１供給口よりも前記空気の流れ方向の下流側に、前記空気と前記燃料ガスとの混合気に前記メイン燃焼用流路の螺旋方向への旋回力を付与するスワラーを配置してあることを特徴とする。
【００３６】
本発明のバーナ装置において、メイン燃焼用流路における流体分配器よりも下流側の部位に、メイン燃焼用流路におけるメイン燃焼の保炎性を向上するためのスワラーを配置して、空気と燃料ガスとの混合気に旋回力を付与するように構成することができ、第１供給口の向きを単純なものとして、さらに、第１供給口における空気の流れを乱すことなく、混合気を旋回させて、メイン燃焼の安定性を高めることができる。
したがって、希薄燃焼性を優れたものにできるようになった。
【００３７】
更に、本発明のバーナ装置は、前記第１供給口が、前記メイン燃焼用流路において、前記酸素含有ガスの流れ方向に直交する方向よりも前記酸素含有ガス流れ方向の上流側に向かって燃料ガスを噴出する姿勢に設けてあることを特徴とする。
【００３８】
つまり、空気の流れ方向に直交する方向よりも空気の流れ方向の上流側に向けて燃料ガスを噴出できるように第１供給口を形成することで、メイン燃焼用流路において、燃料ガスは空気の流れに逆行して噴出されることになる。この結果、燃料ガスと空気とが衝突して燃料ガスが空気中で自然に攪拌混合され、メイン燃焼用流路の径方向及び周方向に分散する。
【００３９】
このように、本構成のバーナ装置であれば、燃料を均一に噴出させるために小径の第１供給口を多数設ける必要がなく、第１供給口の開口径を大きく設定することができる。よって、燃料の供給に際して大きな圧力損失を伴うことがなく、空気の流れを利用して燃料ガスと空気との混合程度を高めることができる。
【００４０】
しかも、前記第１供給口から燃料ガスを噴出させるためには、流通する空気の圧力を上回る圧力を燃料ガスに付与すればよいが、当該空気の圧力は、燃料ガスを噴出するのにほとんど影響を与えない程度のものである。よって、燃料ガスを供給するガス供給手段を大掛かりにする必要もなく、簡便な装置としながら燃料ガスを確実に混合させることができ、ＮＯｘ発生量の少ないバーナ装置を提供することができる。
【００４１】
そして、本発明のガス供給手段としての流体分配器と組み合わせることで、分配手段は、燃料ガスの供給を第２供給口、パイロット燃焼用流路、受入れ口、第１供給口、メイン燃焼用流路という経路を経て燃料ガスを供給するに、上記のように第１供給口を空気の流れ方向の上流側に向けて燃料ガスを噴出するように形成して第１供給口の圧力損失を低減することで、第２供給口からパイロット燃焼用流路内に噴出された燃料ガスを、圧力損失が低減された第１供給口に連通する受入れ口に良好に受け入れることができる分配手段を構成することができ、比較的簡単な構造で、機構を構築できる。
【００４２】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第１供給口が、前記メイン燃焼用流路において、前記空気の流れ方向に対して逆方向に前記燃料ガスを噴出する姿勢に設けてあることを特徴とする。
【００４３】
つまり、本構成のように、第１供給口が、空気の流れ方向とは逆方向に燃料ガスを噴出させるものであれば、噴出する燃料ガスと空気との相対速度が最大となるため、メイン燃焼用流路における燃料ガスの混合程度を最も高めることができる。
【００４４】
更に、本発明のバーナ装置は、前記メイン燃焼用流路内に前記燃料ガスを供給するための第１供給口、又は前記パイロット燃焼用流路内に前記燃料ガスを供給するための第２供給口から噴出した前記燃料ガスが衝突し、衝突した前記燃料ガスを前記メイン燃焼用流路において拡散させる混合促進部材を、前記メイン燃焼用流路又は前記パイロット燃焼用流路に備えたことを特徴とする。
【００４５】
また、本発明のガス供給手段としての流体分配器と組み合わせる場合においては、本発明のバーナ装置は、前記第１供給口から前記メイン燃焼用流路に噴出した前記燃料ガスが衝突し、衝突した前記燃料ガスを前記メイン燃焼用流路において拡散させる混合促進部材を備えたことを特徴とする。
【００４６】
つまり、このような混合促進部材を設けることで、供給口から噴出された燃料ガスを、混合促進部材に衝突させて拡散させ、前記メイン燃焼用流路又はパイロット燃焼用流路において、より一層混合気を均一化できる。
【００４７】
さらにまた、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記混合促進部材が、前記メイン燃焼用流路の周方向に渡って設けられ、前記周方向に分散配置されている複数の前記第１供給口又は前記第２供給口の前記燃料ガスの噴出方向に板面を有するリング状の部材であることを特徴とする。
【００４８】
つまり、前記混合促進部材を、メイン燃焼用流路又はパイロット燃焼用流路の周方向に設けられた複数の第１又は第２供給口に渡って連続的又は間欠的に設けられたリング状の部材として構成することができる。すなわち、周方向に複数設けられた供給口から噴出された燃料ガスを、このリング状の混合促進部材の板面に衝突させることで、少なくとも燃焼用流路の周方向に燃料ガスを拡散させることができる。
【００４９】
また、上記のような混合促進部材と前記供給口との距離が近すぎると、燃料ガスの噴出抵抗が増加し、前記距離が遠い場合は燃料ガスの拡散を良好に行えないので、この距離は前記噴出抵抗及び拡散状態を考慮して好ましいものに設定される。
【００５０】
また、本発明のガス供給手段としての流体分配器と組み合わせる場合においては、この混合促進部材はメイン燃焼用流路の第１供給口に対して設けられ、メイン燃焼用流路における燃料の拡散に利用される。そして、メイン燃焼用流路に混合促進部材を設けることにより、メイン燃焼用流路に燃料ガスを均一に噴出させるために小径の第１供給口を多数設ける必要がなく、第１供給口の開口径を大きく設定することができる。よって、燃料の供給に際して大きな圧力損失を伴うことがなく、空気の流れを利用して燃料ガスと空気との混合程度を高めることができ、第１供給口の圧力損失を低減することで、第２供給口からパイロット燃焼用流路内に噴出された燃料ガスを、圧力損失が低減された第１供給口に連通する受入れ口に良好に受け入れることができる分配手段を構成することができ、比較的簡単な構造で、機構を構築できる。
【００５１】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第２供給口の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側から、前記パイロット燃焼用流路の前記第２供給口から前記受入れ口までの前記第２ガス供給領域に対する、前記酸素含有ガスの流入量を調整する第２遮断体を備えたことを特徴とする。
【００５２】
つまり、本構成のように、第２の流路の第２の供給口の上流側に第２遮断体を設けることで、パイロット燃焼用流路において上流側から空気が第２ガス供給領域に流入するのを抑制して、第２ガス供給領域への空気の流入量を好ましいものに調整することができるので、第２ガス供給領域において燃料ガスが第２の供給口へ到達して流入する比率を好ましいものに調整し、メイン燃焼用流路への燃料ガスの分配比率をバーナ装置の運転状態にあったものに調整することができる。
【００５３】
また、この第２遮断体によって、第２ガス供給領域に流入する空気の流れの上流側から空気が流入することが抑制されるので、第２供給口の径を拡大して、燃料ガスの噴出速度を遅くさせて、第２供給口における燃料ガスの圧力損失を低下させることができる。
【００５４】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第２遮断体が、前記第２ガス供給領域の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側の少なくとも一部に渡って設けられた部材であることを特徴とする。
【００５５】
つまり、第２遮断体として、第２ガス供給領域の空気の流れ方向の上流側の、少なくとも一部に渡って設けられ、例えば、第２供給口の空気の流れの上流側の第２流路において、ガス流路側の壁部からメイン燃焼用流路側の壁部側に延出し、空気の流れと直交若しくは傾斜した板面を有する平板若しくは湾曲板状等の部材を利用することができる。
【００５６】
このような板状の部材を設ける場合においても、パイロット燃焼用流路において燃料ガスが供給される第２ガス供給領域に対して、パイロット燃焼用流路の空気の流れ方向の上流側から空気が流入するのを抑制し、第２ガス供給領域へ流入する空気の流入量を好ましいものに調整して、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの分配比率をバーナ装置の運転状態にあったものに調整することができる。
【００５７】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第２遮断体が、前記第２ガス供給領域の一部を外囲する筒状の部材であることを特徴とする。
つまり、第２遮断体を、例えば、第２供給口の外周からメイン燃焼用流路側へ延出して設けられ、第２ガス供給領域の一部を外囲する円筒若しくは角筒状の部材とすることができる。
【００５８】
また、このような筒状の部材に外囲された第２ガス供給領域においては、上流側から空気が流入するのを確実に抑制することができると共に、燃料ガスの噴出方向を正確に調整することができる。更に、パイロット燃焼用流路の筒状の部材の端部には、第２ガス供給領域のパイロット燃焼用流路の空気の流れに暴露されるスリット空間が形成される。よって、この筒状の部材の第１及び第２供給口を結ぶ軸方向の高さを調整して、そのスリット空間の幅を好ましいものとすることで、スリット空間に流入する空気による燃料ガスの流れに対する影響力を好ましいものに正確に調整することができ、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの分配比率を、よりバーナ装置の運転状態にあったものに調整することができる。
【００５９】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第２遮断体に、前記第２ガス供給領域への前記酸素含有ガスの流入状態を調整する開口を穿設して備えたことを特徴とする。
【００６０】
つまり、第２遮断体としての板状の部材に、本構成のように、少なくとも１つの円形状、スリット状、若しくは多角形状の開口を穿設し、空気の第２ガス供給領域への流入状態として流入量や流入する空気の分布を調整することができる。
【００６１】
すなわち、空気は前記開口を介して板状の部材を貫流し、その貫流した空気が、第２ガス供給領域に流入することになる。よって、開口の穿設状態を好ましいものとすることで、燃料ガスが第２ガス供給領域を貫流して受入れ口及び第１供給口を介してメイン燃焼用流路へ流入する比率をバーナ装置の運転状態にあったものに調整することができる。
更に、本発明のバーナ装置は、夫々の前記第１供給口における前記酸素含有ガスの流通による前記燃料ガスの噴出抵抗を、前記パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって増加させて設定してあることを特徴とする。
【００６２】
つまり、本構成のごとく、メイン燃焼用流路においてパイロット燃焼用流路側から離間する方向に分散配設した複数の燃料ガスの第１供給口を備えると共に、夫々の第１供給口における空気の流通による燃料ガスの噴出抵抗が、パイロット燃焼用流路側から離間するにつれて増加するように設定されていることで、例えば定格燃焼負荷時の燃料ガスの供給圧が高い場合においては、すべての第１供給口において燃料ガスを上記噴出抵抗に打ち勝ってメイン燃焼用流路に供給し、逆に、低燃焼負荷運転時の燃料ガスの供給圧力が低い場合においては、メイン燃焼用流路においてパイロット燃焼用流路に対して離間して配設され上記噴出抵抗が高い第１供給口においては、上記噴出抵抗により燃料ガスを噴出することができず、パイロット燃焼用流路側に近接した第１供給口のみで燃料ガスをメイン燃焼用流路に供給することになる。
【００６３】
従って、定格燃焼負荷時においては、メイン燃焼用流路の幅方向（パイロット燃焼用流路側から離間する方向）全体に燃料ガスを供給して、高燃焼負荷の定格燃焼負荷運転を行うことができると共に、逆に、低燃焼負荷運転を行う場合においては、定格燃焼負荷時よりも、パイロット燃焼用流路に近接したメイン燃焼用流路の部分に燃料ガスを供給することができ、さらに本発明のガス供給手段としての流体分配器と組み合わせることで、好ましい状態でメイン燃焼用の燃料ガスをパイロット燃焼によって着火して燃焼させることができ、広い燃焼負荷範囲において高効率化を図ることができる。
【００６４】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記燃料ガスの噴出抵抗を設定するに、前記メイン燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側方向に対する夫々の前記第１供給口の前記燃料ガスの噴出角度を、前記パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって減少させて設定することを特徴とする。
【００６５】
つまり、本構成のように、メイン燃焼用流路の空気の流れ方向の上流側方向に対する夫々の第１供給口の燃料ガスの噴出角度を、パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって連続的若しくは段階的に減少させるように設定することで、パイロット燃焼用流路に近接して配設された第１供給口よりも、パイロット燃焼用流路側から離間して配設された第１供給口のほうが、空気の流れに対して対向して燃料ガスを噴出させることになり、空気の流れによる燃料ガスの噴出抵抗が大きくなる。よって、本構成のバーナ装置は、低燃焼負荷時において、定格燃焼負荷時よりも、パイロット燃焼用流路に近接した部分に燃料ガスを供給することができるので、好ましい状態でメイン燃焼用の燃料ガスをパイロット燃焼によって着火して燃焼させることができる。
【００６６】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記燃料ガスの噴出抵抗を設定するに、前記複数の第１供給口の前記燃料ガスの噴出方向を、前記メイン燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向と直交する方向よりも上流側方向に設定すると共に、夫々の前記第１供給口の開口面積を、前記パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって拡大して設定することを特徴とする。
【００６７】
つまり、本構成のように、複数の第１供給口の燃料ガスの噴出方向をメイン燃焼用流路の空気の流れ方向と直交する方向よりも上流側の方向に設定することで、夫々の第１供給口において、空気の流れ方向に燃料ガスの噴出抵抗がかかることになり、第１供給口の開口面積が大きいほど、その燃料ガスの噴出抵抗は大きくなる。
【００６８】
そこで、夫々の第１供給口の開口面積を、パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって連続的若しくは段階的に拡大して設定することで、パイロット燃焼用流路に近接して配設された第１供給口よりも、パイロット燃焼用流路に対して離間して配設された第１供給口のほうが、燃料ガスの噴出抵抗を大きく設定することができる。よって、本構成のバーナ装置は、低燃焼負荷時において、定格燃焼負荷時よりも、パイロット燃焼用流路に近接した部分に燃料ガスを供給することができるので、好ましい状態でメイン燃焼用の燃料ガスをパイロット燃焼によって着火して燃焼させることができる。
【００６９】
また、本発明のバーナ装置は、前記第１供給口が、前記メイン燃焼用流路の前記パイロット燃焼用流路側から離間する方向に沿って前記第１流路内に前記燃料ガスを供給するものであり、前記第１供給口から供給した燃料ガスが前記メイン燃焼用流路の内部に形成する第１ガス供給領域に対して、前記第１流路の空気の流れ方向に沿った上流側から前記空気が流入するのを防止する第１遮断体を備えたことを特徴とする。
【００７０】
つまり、本発明のバーナ装置に第１遮断体を設けて、メイン燃焼用流路において燃料ガスが供給されるガス供給領域に対して、メイン燃焼用流路の空気の流れ方向、すなわち内筒及び外筒の軸心方向に沿った上流側から空気が流入するのを防止する構成とすれば、内筒から外筒側に離間する方向に沿って供給された燃料ガスは、前記空気の流れの影響を受け難くなって、メイン燃焼用流路のパイロット燃焼用流路に対する外方まで拡散し易いものとなる。このため、メイン燃焼用流路の内部における燃料ガスと空気との混合が均一化され、メイン燃焼の低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００７１】
このように燃料ガスをメイン燃焼用流路の外方まで容易に拡散させ得るものであれば、第１供給口における燃料ガスの噴出速度を遅くすることができ、例えば、燃料ガスの供給圧力を低減させ、ガス供給手段の圧力損失を低減させることができて、ガス供給手段等の装置をコンパクトなものにすることができる。
【００７２】
そして、本発明のガス供給手段としての流体分配器と組み合わせることで、分配手段は、燃料ガスの供給を第２供給口、パイロット燃焼用流路、受入れ口、第１供給口、メイン燃焼用流路という経路を経て燃料ガスを供給するに、上記のように第１遮断体を設けて第１供給口の圧力損失を低減することで、第２供給口からパイロット燃焼用流路内に噴出された燃料ガスを、圧力損失が低減された第１供給口に連通する受入れ口に良好に受け入れることができる分配手段を構成することができ、ガス供給手段を極めて簡便な構成としながら、メイン燃焼用流路におけるメイン燃焼の燃焼状態とパイロット燃焼用流路におけるパイロット燃焼の燃焼状態とを適切に設定することができる。
【００７３】
また、第１遮断体によりメイン燃焼用流路への燃料ガスの拡散が確実に行われることとなれば、メイン燃焼用流路の何れの場所においても空気と燃料ガスとの混合気の当量比が一定となり、この結果、局所的に高温燃焼が生じる等の不都合が生じず、ＮＯｘ発生量の少ない燃焼を行わせることができる。
【００７４】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記メイン燃焼用流路の空気の流れ方向に沿って規定する、前記第１供給口の開口中央部と前記第１遮断体との距離ｃと、同方向において規定する前記第１供給口の開口幅ｅとの比ｃ／ｅが０．５以上１．５以下であることを特徴とする。
【００７５】
つまり、第１供給口と第１遮断体との距離を一定範囲に特定する、すなわち、ｃ／ｅが０．５ということは、前記遮断体に対して前記燃料ガス第１供給口が接した状態を意味する。一方、ｃ／ｅが１．５である場合、第１遮断体と第１供給口の縁部との距離が、パイロット燃焼用流路の軸心方向、言い換えれば内筒及び外筒の軸心方向における燃料ガス第１供給口の開口幅と等しいことを意味する。
【００７６】
このように、第１供給口と遮断体との距離を設定することで、第１供給口からメイン燃焼用流路に供給された燃料ガスに及ぼす空気の影響を最小限に止めることができる。よって、メイン燃焼用流路への燃料ガスの均一化が更に確実なものとなり、メイン燃焼の一層の低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００７７】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記第１遮断体が、前記メイン燃焼用流路の前記パイロット燃焼用流路側から離間する方向に延出する部材であり、前記第１遮断体の前記第１供給口に近接した側の一方の第１端部の前記メイン燃焼用流路の周方向に沿った幅をａとすると共に、他方の第２端部の前記周方向に沿った幅をｂとし、前記周方向に沿った前記第１供給口の幅ｄに対して、前記幅ａと前記幅ｄとの比ａ／ｄが１以上３以下であり、前記幅ｂと前記幅ｄとの比ｂ／ｄが０以上２以下であることを特徴とする。
【００７８】
つまり、前記第１遮断体は、メイン燃焼用流路の内部において、パイロット燃焼用流路側から離間する方向、言い換えれば内筒及び外筒の径方向に延出するものであり、その延出方向における両端部である第１端部と第２端部を持たせてある。そして、本構成では、これら両端部の幅と第１供給口の開口幅との関係を規定するものである。
【００７９】
すなわち、第１遮断体の両端部のうち、第１供給口に近接した側の端部を第１端部とし、前記第１供給口から離間した側の端部を第２端部として、メイン燃焼用流路の周方向における第１端部の幅を、同方向における前記第１供給口の開口幅の１倍から３倍と規定する。つまり、第１端部の幅を、第１供給口の幅以上として、第１供給口からメイン燃焼用流路に噴出された燃料ガスに空気が直に衝突するのを防止するのである。これにより、噴出された燃料ガスが有する速度のうち、特に、前記径方向の速度成分が良好に維持されて、径方向への燃料ガスの均一混合効果が向上する。
【００８０】
一方、前記周方向に沿った前記第２端部の幅は、同方向における第１供給口の開口幅に対して０以上２倍以下に設定してある。第１供給口からメイン燃焼用流路に噴出された燃料ガスは、多少は拡散しながら径方向外方に流通する。しかし、燃料ガスの噴出速度、あるいは、メイン燃焼用流路の径方向の寸法等種々の条件によって、前記第２端部の近傍に到達した燃料ガスの拡散状態には差が生じる。すなわち、当該拡散の程度に応じて燃料ガスに衝突させる空気の量を加減し、メイン燃焼用流路の全体において混合気の当量比が一定となるようにするのである。
【００８１】
勿論、第２端部の幅は、ゼロでも構わない。すなわち、第２端部の近傍において、燃料ガスに空気を大量に衝突させ、攪拌効果を増大させたい場合には、前記第２端部の幅をゼロに設定する。しかし、第２端部の近傍において既に燃料ガスの拡散が進んでいるような場合であって、空気流を直に衝突させたのではメイン燃焼用流路の最外方まで燃料ガスを拡散させることが困難であるような場合には、前記第２端部の幅を、例えば第１供給口の幅の２倍に設定するのである。
【００８２】
本構成であれば、メイン燃焼用流路の径方向における燃料ガスの拡散程度を加減することができるため、メイン燃焼用流路における混合気の当量比を均一化することができ、ガス供給手段を第１供給口における圧力損失が小さな手段としながら、低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００８３】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、多孔質の壁部を有する中空筒状の燃料供給部材を、前記第１供給口に取り付けてあることを特徴とする。
つまり、本構成のように、多孔質の燃料供給部材を燃料ガスの前記第１供給口に取り付けておけば、燃料ガスがメイン燃焼用流路の径方向、言い換えればメイン燃焼用流路の流路断面方向に沿って移動する間に、燃料供給部材の壁部に形成した多孔から燃料ガスが徐々に噴出されるから、燃料ガスをメイン燃焼用流路の全体に均等に分散させることができる。
【００８４】
ただし、本構成で用いる多孔質体は、燃料供給に際しての圧力損失を防止する必要上、粗い多孔を備えたものが好ましい。つまり、本構成で用いる燃料供給部材は、燃料ガスが径方向外方に流通する際に、容易に拡散してしまうのを抑制できる程度のものでよい。例えば、当該燃料供給部材が前記空気の流れの中に配置された場合には、当該空気流が燃料供給部材の内部に容易に侵入できる程度の多孔を備えておく。
【００８５】
このような燃料供給部材を設けると共に、当該燃料供給部材の上流側に前記第１遮断体を設けることで、これら両部材が有する燃料ガスの拡散抑制効果が相乗されて、メイン燃焼用流路の外方まで燃料ガスを確実に拡散させることができるのである。
【００８６】
更に、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記流体分配器が、前記メイン燃焼用流路に設けられ、外表面部に前記第１供給口が形成されていると共に、内部に前記供給路と前記空気供給手段から供給される空気を前記パイロット燃焼用流路に導く空気導入路（酸素含有ガス導入路の代表例）とが形成された分配部材により構成され、前記分配手段が、前記分配部材内において、前記空気導入路内の前記空気の流れ方向に交差する方向で前記空気導入路内に前記燃料ガスを噴出する第２供給口と、前記第２供給口からの噴出した前記燃料ガスを受け入れて前記第１供給口に導く連通路とを前記供給路に備えると共に、前記第２供給口の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に前記第２供給口に向かって開放する状態に前記連通路の受入れ口を配置して構成されていることを特徴とする。
【００８７】
つまり、メイン燃焼用流路に前記分配部材を設け、その分配部材の内部に形成され前記パイロット燃焼用流路に空気を導入するための空気導入路の壁部に、燃料ガスを空気導入路に噴出させる第２供給口と、前記空気導入路を介して第２供給口と対向し、前記燃料ガスの噴出が方向付けられる分配部材内の空気導入路の壁部に受入れ口が設けられており、その受入れ口は、分配部材の外表面に形成されている第１供給口に連通路を介して接続されている。
【００８８】
すなわち、分配部材内の供給路に供給された燃料ガスは、第２供給口を介して空気導入路に受入れ口側に向かって噴出されることになる。
【００８９】
そして、分配部材内の空気導入路において噴出された燃料ガスが存在するガス供給領域において、空気導入路を横断する燃料ガスの一部が空気導入路の空気の流れにさらわれて、パイロット燃焼用流路側に流れるが、残部が空気導入路の空気の流れを貫流して、受入れ口を介して第１供給口に到達し、メイン燃焼用流路へ供給されることになる。
【００９０】
詳しくは、第２供給口から空気導入路内に噴出された燃料ガスのうち受入れ口から連通路内に移入した燃料ガスは、連通路を介して第１供給口に導かれてメイン燃焼用流路に供給される一方、受入れ口に移入しなかった燃料ガスは、空気導入路からパイロット燃焼用流路に供給される。そして、第２供給口から噴出された燃料ガスの供給流量が多くて流速が速いほど、噴出された燃料ガスが受入れ口に移入する比率が多くなり、その結果、燃料ガスの供給流量が多いほど、第１供給口側、つまり、メイン燃焼用流路側への燃料ガスの分配比率が大きくなり、逆に、燃料ガスの供給流量が少ないほど、メイン燃焼用流路側への燃料ガスの分配比率が小さくなる。
したがって、バーナ装置において、簡単な構造で流体分配器の分配手段を構成できるようになった。
【００９１】
さらに、本発明のバーナ装置は、上記のバーナ装置の構成にくわえて、前記分配部材が、板面を前記メイン燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向に沿わせる姿勢で前記メイン燃焼用流路内に配置した板状の部材であることが好ましい。
このように、メイン燃焼用流路に分配部材を設けると、メイン燃焼用流路内の空気の流れが乱れることがあるが、この分配部材を前記空気の流れ方向に副った板面を有する板状の部材として構成することで、メイン燃焼用流路の空気の乱れをできるだけ小さくすることができる。
【００９２】
また、これまで説明してきた、広い燃焼負荷範囲において低ＮＯｘ且つ高効率を図ることができる本発明のバーナ装置は、単独で焼却炉用などのバーナ装置として利用することができるが、特に、ガスタービンエンジンのバーナ装置として利用することが有効であり、このようなガスタービンエンジンは、低ＮＯｘ且つ高効率を保ちながら、広い運転負荷範囲で運転することができる。
【００９３】
また、本発明の流体分配器及びバーナ装置を備えたガスタービンエンジンを備え、排ガスの熱回収を行う熱回収装置を備えたコジェネレーションシステムは、ガスタービンエンジンから排出される排ガスが低ＮＯｘであるため、脱硝装置等を小型化又は省略することができ、低コスト且つ小型化を実現することができる。
【００９４】
発明を実施するための最良の形態
（第１実施形態）
本発明に係るバーナ装置の第１実施形態について以下に説明する。
ガスタービンエンジンや焼却炉等に用いられるバーナ装置は、図１、図２に示すように、ガス流路Ａ３を規定するガス筒１と、このガス筒１を外囲するパイロット燃焼用流路である第２流路Ａ２を規定する内筒２と、この内筒２を外囲するメイン燃焼用流路である第１流路Ａ１を規定する外筒３と、前記第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に第１流体である空気Ａ（酸素含有ガスの一例）を供給するための空気供給手段（酸素含有ガス供給手段の一例）と、前記第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に第２流体である燃料ガスＧを供給するためのガス供給手段とを設けて構成されており、これらメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に対して燃料ガスＧ及び燃焼用の空気Ａを供給し、両者を流路内において混合して混合気を形成し、燃焼室１５において燃焼させる。
【００９５】
前記ガス筒１と内筒２と外筒３とは同心状に配置されている。つまり、第１流路Ａ１、第２流路Ａ２、ガス流路Ａ３は並設されている。
前記空気供給手段は、図示しない圧縮機や送風機等により、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に一端開口から空気Ａを押し込む手段である。
【００９６】
前記ガス供給手段は、燃料ガスＧを蓄えた図示しないガス供給源から図示しない導管を介してガス流路Ａ３に燃料ガスＧを供給し、このガス流路Ａ３内の燃料ガスＧを前記第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配供給する手段である。つまり、前記ガス流路Ａ３に燃料ガスＧを供給する手段を設けるとともに、このガス流路Ａ３内の燃料ガスＧを第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配供給する分配手段を設けて構成されている。
【００９７】
前記分配手段は、前記第１流路Ａ１と第２流路Ａ２と、ガス流路Ａ３との３者の間にわたって、ガス流路Ａ３内の燃料ガスＧを第１流路Ａ１と第２流路Ａ２とに分配供給する複数の流体分配器４を周方向に分散配置する状態で設けて構成されている。
【００９８】
前記流体分配器４は、図３、図４にも示すように、前記第１流路Ａ１内に燃料ガスＧを供給するための複数の第１供給口５を設け、これら複数の第１供給口５のそれぞれに独立に前記ガス流路Ａ３内の燃料ガスＧを供給するための各別の供給路６を設け、前記第２流路Ａ２内に燃料ガスＧを分配供給するとともに、前記ガス流路Ａ３から第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２への燃料ガスＧの供給流量の増加に伴い前記第１供給口５側への燃料ガスＧの分配比率を増加させ、逆に、燃料ガスＧの総供給流量の減少に伴い第１供給口５側への燃料ガスの分配比率を減少させるように第１流路Ａ２内に燃料ガスＧを分配供給する分配手段を前記各供給路６に設けて構成されている。
【００９９】
前記分配手段は、前記第２流路Ａ２内にその第２流路Ａ２内の空気Ａの流れ方向に直交する方向でガス流路Ａ３から燃料ガスＧを噴出する第２供給口７を有するノズル１６と、この第２供給口７からの噴出燃料ガスＧを受け入れて前記第１供給口５に導く連通路８とを供給路６に備えさせるとともに、前記第２供給口７の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に前記第２供給口７に向かって開放する状態に前記連通路８の受入れ口９を配置して構成されている。
【０１００】
前記各流体分配器４の複数の第１供給口５は、前記第１流路Ａ１に空気Ａの流れる方向に沿わせて配設した板状体１０の端面に、同一方向に開口する状態で空気Ａの流れ方向に適宜間隔を隔てて形成されており、供給路６のうち各連通路８は、前記板状体１０内に形成されている。
【０１０１】
前記板状体１０の端面は、空気Ａの流れ方向において下流側ほど第２流路Ａ２側から離間位置する姿勢に配置されている。つまり、記各流体分配器４の複数の第１供給口５は、空気Ａの流れの上流側方向の同一方向に開口している状態で、且つ第２流路Ａ２から離間する方向である第１流路Ａ１幅方向（径方向）に分散配置していることになる。
【０１０２】
したがって、この流体分配手段によるときは、ガス流路Ａ３内の燃料ガスＧの供給流量が多くなると、第１供給口５側への燃料ガスＧの分配比率が大きくなって、第１流路Ａ１に多くの燃料ガスＧが供給される。そして、複数の流体分配器４が周方向に分散配置するとともに、各流体分配器４の複数の第１供給口５が第１流路幅方向に分散配置していることにより、燃料ガスＧを第１流路Ａ１内に第１流路Ａ１の幅方向及び周方向に分散させて供給することができるのである。
【０１０３】
更に、第１供給口５が板状体１０の空気Ａの流れの上流側に対向する端面に形成されているので、第１供給口５から第１流路Ａ１に供給された燃料ガスＧは、空気Ａの流れによってその端面に衝突して拡散し、第１流路Ａ１における均一混合性を良好にすることができる。
【０１０４】
そして、前記第１流路Ａ１の流体分配器４よりも下流側の部位には、前記空気Ａと燃料ガスＧとの混合気に、旋回力を付与する第１スワラー１１が配置されている。
また、前記第２流路Ａ２のうち流れ方向の中間部位には、この第２流路Ａ２内に流れてきた空気Ａと燃料ガスＧとの混合気に旋回力を付与する第２スワラー１２が配置されている。
【０１０５】
このスワラー１１，１２によって、パイロット燃焼の火炎によるメイン燃焼の保炎性を向上することができる。すなわち、第２スワラー１２で旋回力を付与されると同時に混合された混合気に図示しない点火装置で点火することにより、この混合気が着火燃焼して、パイロット燃焼が起こり、このパイロット燃焼の炎が、第１流路Ａ１を流れてきた混合気に火移りすることで混合気が着火燃焼して、メイン燃焼が起こる。
【０１０６】
更に、前記内筒２の下流側端部近くには、第１流路Ａ１を流れてきた混合気の一部を、第２流路Ａ２を流れてきた混合気に合流混合させるエアステージリング１３が配置されている。
【０１０７】
図中Ｓは、周方向に分散位置して外筒３に内筒２を支持させるストラットである。
更に、ノズル１６は、第２流路Ａ２における供給路６の第２供給口７から受入れ口９までの燃料ガスＧが噴出される第２ガス供給領域の径方向の一部を外囲する筒状の部材であり、空気Ａの流れの上流側からその第２ガス供給領域へ空気Ａが流入するのを抑制して空気Ａの流入量を好ましいものに調整する第２遮断体として作用する。
【０１０８】
すなわち、第２流路Ａ２のノズル１６の端部と受入れ口９との間に、第２流路Ａ２に噴出された燃料ガスＧが空気Ａの流れに暴露されるスリット状の空間が形成されることになり、ノズルの高さを調整してそのスリット空間の幅を好ましいものとすることで、燃料ガスＧがスリット空間に流入する空気Ａを貫流して受入れ口９へ流入する比率を好ましいものに調整し、第１流路Ａ１への燃料ガスの分配比率をバーナ装置の運転状態にあったものに調整することができる。
【０１０９】
よって、燃焼負荷変動等に伴う第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２への燃料ガスＧの分配比率を、容易に調整することができる。
また、ノズル１６によって、第２流路Ａ２の燃料ガスＧが噴出される第２ガス供給領域に空気Ａが流入するのが抑制されるので、供給路６の径を拡大して、燃料ガスＧの噴出速度を遅く調整して、ガス供給手段における燃料ガスの圧力損失を低下させることができる。
また、ノズル１６は、円筒状のもの以外に、楕円若しくは長円筒状のもの、又は、断面形状が半円、半楕円、三角若しくは四角等の筒状のもの等あらゆる形状の筒状の部材を利用することができる。
【０１１０】
また、ノズル１６の代わりに、第２ガス供給領域の空気Ａの流れの上流側の少なくとも一部に渡って設けられた部材として、第２供給口７の空気Ａの流れの上流側のガス筒１から内筒２側の方向へ延出して、空気Ａの流れ方向である軸芯方向と直交する面を板面とする板状の部材、空気Ａの流れの直交方向から傾斜した面を板面とする板状の部材、又は、上記の筒状の部材を筒軸方向に割った形状であり、少なくとも第２供給口７の上流側を包囲する円弧、楕円弧、コの字、若しくはハの字状等の断面形状を内筒２側の方向へ延出させた湾曲若しくは屈折板状の部材等を設けることもできる。
【０１１１】
また、板状の部材を設ける場合は、その板状の部材に複数の開口を穿設して、空気Ａのガス領域への流入状態として流入量や流入する空気Ａの分布を調整することもできる。また、この開口の形状としては、円若しくは半円形状、楕円若しくは半楕円形、スリット状、若しくはその他の多角形状等を採用することができ、コスト面や性能面等を考慮して形状を決定することができる。
【０１１２】
また、第２供給口７における燃料ガスＧの噴出方向を、前記第２流路Ａ２内にその第２流路Ａ２内の空気Ａの流れ方向に直交する方向でガス流路Ａ３から燃料ガスＧを噴出するように構成したが、この噴出方向は本発明を限定する構成ではなく、また、第２供給口７を、第２流路Ａ２内の空気Ａの流れ方向に対して受入れ口９側に２０ー傾斜した方向から、空気Ａの流れの逆方向に対して受入れ口９側に２０ー傾斜した方向までの範囲内で、燃料ガスＧを前記第２流路Ａ２内に噴出するように構成することが好ましい。
【０１１３】
（第２実施形態）
上記実施の形態に対して、前記流体分配器４が異なる第２実施形態を以下に説明する。
上記第１実施形態のバーナ装置は、第１供給口５を板状体１０の空気Ａの流れの上流側に対向する端面に形成することで、燃料ガスＧの第１流路Ａ１における均一混合性を向上する構成であったが、別に、前記板状体１０の第１供給口５が形成される端面を、空気Ａの流れる方向で下流側ほど第２流路Ａ２側から離間位置する姿勢に配置するのではなく、図５に示すように、第１実施形態とは逆に、空気Ａの流れる方向で下流側ほど第２流路Ａ２側から近接位置する姿勢に配置して、第１供給口５を板状体１０の空気Ａの流れの下流側に対向する端面に形成しても構わない。
このように構成することでも、本願の目的である、ガス流路Ａ３内の燃料ガスＧの供給流量調整によって、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２とに所定の分配比で燃料ガスＧを供給することができる。
【０１１４】
（第３実施形態）
つぎに、第１及び第２実施形態に対する別の第３実施形態について、図６〜図８に基づいて以下に説明する。
図６及び図７に示すバーナ装置は、図１及び図２等に示す第１実施形態のバーナ装置との構成にくわえて、流体分配器４の第１供給口５から噴出された燃料ガスＧが内筒２から離間する方向に衝突し、衝突した燃料ガスＧをメイン燃焼用流路としての第１流路Ａ１において拡散させる５つの混合促進部材３６を備えている。更に、この混合促進部材３６は、第１流路Ａ１の周方向に渡って設けられ、周方向に分散配置されて内筒２からの距離が同じである複数の第１供給口５の燃料ガスＧの噴出方向に板面を有するリング状の部材である。
【０１１５】
このような混合促進部材３６を設けることで、第１供給口５から噴出された燃料ガスＧを、混合促進部材３６に衝突させて拡散させ、第１流路Ａ１において、燃料ガスＧを空気Ａに対して均一に供給することができる。
【０１１６】
また、混合促進部材３６は、第１流路Ａ１の周方向に渡って設けられたリング状の部材であるので、周方向に複数設けられた第１供給口５から噴出された燃料ガスＧを、このリング状の混合促進部材３６の板面に衝突させることで、少なくとも第１流路Ａ１の周方向に燃料ガスＧを拡散させることができる。
【０１１７】
そして、第１流路Ａ１に混合促進部材３６を設けることにより、大きな圧力損失を伴うことがなく、第１流路Ａ１に燃料ガスＧを均一に供給することができ、第１供給口５の圧力損失が低減されることで、第２供給口７から第２流路Ａ２内に噴出された燃料ガスＧを、受入れ口９に良好に受け入れることができる分配手段を構成することができる。
また、図８に示すように、図５に示す第２実施形態のバーナ装置に上記のリング状の混合促進部材３６を設けることもできる。
【０１１８】
なお、このリング状の混合促進部材３６は、複数の第１供給口５に対して間欠的に設けても構わない。すなわち、混合促進部材３６を第１供給口５の付近のみに板面を有するリング状の部材として構成することもでき、更に、夫々の板面の形状等は、燃料ガスの拡散状態を考慮した形状に形成することもでき、更に周方向においてその形状が同じである必要はない。
【０１１９】
（第４実施形態）
上記実施の形態に対して、前記流体分配器４が異なる第４実施形態を以下に説明する。
図９〜図１２に示すように、板状体１０の端面に第１供給口５を形成するのではなく、両板面のうち一方に、板面に対して直交する方向に燃料ガスＧを噴出するための複数の第１供給口５を第１流路Ａ１の幅方向及び空気Ａの流れ方向に分散形成し、他方の板面のうち各第１供給口５に板厚方向で対向する部分のそれぞれにも板面に対して直交する方向に燃料ガスＧを噴出するための第１供給口５を形成し、前記第２流路Ａ２からの距離が同じで対向する二つの第１供給口５に対して一つの割合で、ガス流路Ａ３からそれぞれ独立に複数の第１供給口５に燃料ガスＧを導く複数の供給路６（連通路８）を板状体１０内に形成してある。
【０１２０】
そして、複数の板状体１０を、夫々の板面を第１流路Ａ１の螺旋方向に沿わせる姿勢で配置して、第１流路Ａ１に供給される空気Ａに旋回力を付与するスワラー１１のフィン１１ａのうち周方向で一つ置きに位置するものを前記板状体１０から構成してある。
【０１２１】
（第５実施形態）
本発明のバーナ装置の第５実施形態について、図１３〜１５を参照しながら説明する。図１３に示すバーナ装置は、ガス供給手段として前述の実施形態の前記流体分配器４の代わりに、２つのガス流路Ａ３のうち、一方のガス流路Ａ３を第２流路Ａ２に燃料ガスＧを供給する第２供給口７に連通させ、他方を第１流路Ａ１に燃料ガスＧを供給する第１供給口５に供給路６を介して連通させている。そして、このように構成することでも、２つのガス流路Ａ３への燃料ガスＧの供給流量調整によって、メイン燃焼用流路としての第１流路Ａ１とパイロット燃焼用流路としての第２流路Ａ２とに所定の分配比で燃料ガスＧを供給することができる。
【０１２２】
そして、本実施形態では、燃料ガスＧを前記第１流路Ａ１での空気Ａの流れ方向Ｘに直交する方向よりも前記空気Ａ流れ方向Ｘの上流側に向かって噴出するように前記第１供給口５を形成する。そのために本実施形態では、前記供給路６の端部を所定の方向に曲げた構成にしてある。
【０１２３】
特に、本実施形態では、前記第１供給口５を前記空気Ａの流通方向に対して１８０度対向させた方向に設定してある。この場合には、空気Ａと燃料ガスＧとの相対速度を最大に設定することができ、燃焼ガスの混合程度を高めることができるからである。
なお、第１供給口５の開口方向は、必ずしも上記のように空気Ａと逆方向に設定しなければならないものではなく、空気Ａの流れ方向Ｘに対して、上流側から８０度の範囲内で設定するのが望ましい。この場合にも空気Ａと燃料ガスＧとの相対速度を比較的大きく設定できるので、混合程度の良好な混合気を得ることができる。
【０１２４】
以上のように、本実施形態のバーナ装置では、一つの供給路６に対して第１流路Ａ１の径方向Ｙに小径の噴出口を複数設ける必要がない。つまり、ガス供給手段の供給圧力を高める必要がない。この結果、少なくとも空気Ａの圧力に負けない程度の圧力で燃料ガスＧを噴射すればよいから、燃料ガスＧの噴出圧力あるいは噴出流速を低く設定することができ、燃料ガスＧの供給に際して圧力損失を小さくすることができる。
【０１２５】
図１３に示すバーナ装置を用いて、試験圧力１１９ｋＰａ（ａｂｓ）（１．２１ｋｇｆ／ｃｍ^２（ａｂｓ））として燃焼評価試験を行った。なお、この試験においては、燃料ガスＧを空気Ａの流れ方向の上流側に向けて噴出する第１供給口５の効果である、第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給にかかる圧力損失低減効果と第１流路Ａ１における均一混合による低ＮＯｘ効果を確認するために、第１供給口５とガス流路Ａ３とを直接接続して燃焼ガスＧを第１供給口５に供給し、第２流路Ａ２への燃料ガスＧの供給は別に行う図１３に示すバーナ装置を利用している。なお、前記第１供給口５の内径を２．６ｍｍφとし、８箇所の第１供給口５から第１流路Ａ１へ燃料ガスＧを供給する。
【０１２６】
結果、ＮＯｘ発生量が、酸素０％換算で１０ｐｐｍ以下となった。燃焼効率は９９％以上、第１流路Ａ１への燃料供給の最大圧損は５６ｋＰａ（０．５７ｋｇｆ／ｃｍ^２）であった。
比較例である図４４のバーナ装置は、この場合にも管部材４１は第１流路Ａ１の周方向に８本設けられているから、噴出口３０は合計で２４個となる。一つの噴出口３０の内径は０．７ｍｍφである。
【０１２７】
図４４のバーナ装置においては、ＮＯｘ発生量が、酸素０％換算で１３ｐｐｍ以下であった。燃焼効率は９９％以上であったが、第１流路Ａ１への燃料供給の最大圧損は２５０ｋＰａ（２．５５ｋｇｆ／ｃｍ^２）であり、図１３のバーナ装置に比べて圧損がかなり大きいことがわかり、本発明のバーナ装置は、均一混合をたもちながら圧力損失低下効果を発揮していることが判る。
【０１２８】
なお、上記の燃焼評価試験の条件は、空気Ａの温度を３５０℃とし、空気Ａに対する燃料ガスＧの当量比を０．３５とし、第２流路Ａ２への燃料供給流量を２．６ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）、第１流路Ａ１への燃料供給流量を２３．６ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）、ＴＩＴ（燃焼器出口部（タービン入口部）の平均温度）を１０００℃とする条件である。
つぎに、このようなガス供給手段を、流体分配器４と組み合わせる場合について説明する。
【０１２９】
すなわち、図１４に示すバーナ装置は、前述の実施形態と同様に、ガス供給手段としての前記流体分配器４が、第２供給口７から前記第２流路Ａ２に供給される燃料ガスＧの少なくとも一部を、前記第２流路Ａ２から受け入れて前記第１流路Ａ１に供給するよう構成されている。
【０１３０】
すなわち、前述の実施形態と同様に、単一のガス流路Ａ３を前記第２供給口７にのみ連通させる。当該第２供給口７は、第２流路Ａ２に開口する。前記第２供給口７からの燃料ガスＧの噴出方向を前記空気Ａの流れに対して略直角となるように構成してある。
そして、前記第２供給口７に対向する位置であって、前記内筒２には第１流路Ａ１に設けられた第１供給口５に連通する受入れ口９を設けてある。前記第２供給口７及び前記第１供給口５は何れもバーナ装置の周方向Ｚに沿って８個所に分散配置してある。また、前記第１流路Ａ１の径方向Ｙにおける第１供給口５の位置は、第１流路Ａ１の幅の中央とする。
【０１３１】
よって、極めて簡便な構成でありながら、第２流路Ａ２におけるパイロット燃焼の燃焼状態と第１流路Ａ１におけるメイン燃焼の燃焼状態とを適切に設定することができる。
図１５に示すように、本実施形態では、８本の供給路６を前記第１流路Ａ１の周方向Ｚに沿って均等配置する。一本の供給路６から噴出させる燃料ガスＧは、空気Ａと衝突し、前記第１供給口５を中心にして外側に拡散する。この結果、燃料ガスＧが、第１流路Ａ１の略全域に分散されつつ混合され、混合気の当量比が略一定値となる。
【０１３２】
（第６実施形態）
つぎに、第５実施形態に対する別の第６実施形態について、図１６〜図１８に基づいて以下に説明する。
図１６及び図１７に示すバーナ装置は、図１４から図１５に示す第５実施形態のバーナ装置との構成にくわえて、流体分配器４の第１供給口５から噴出された燃料ガスＧが第１流路Ａ１の空気Ａの流れの逆方向に衝突し、衝突した燃料ガスＧをメイン燃焼用流路としての第１流路Ａ１において拡散させる混合促進部材３６を備えている。更に、この混合促進部材３６は、第１流路Ａ１の周方向に渡って設けられ、周方向に分散配置され、複数の第１供給口５の燃料ガスＧの噴出方向に板面を有するリング状の部材である。
【０１３３】
このような混合促進部材３６を設けることで、第１供給口５から噴出された燃料ガスＧを、混合促進部材３６に衝突させて少なくとも第１流路Ａ１の周方向に拡散させ、第１流路Ａ１において、燃料ガスＧを空気Ａに対して均一に供給することができる。
【０１３４】
そして、第１流路Ａ１に混合促進部材３６を設けることにより、大きな圧力損失を伴うことがなく、第１流路Ａ１に燃料ガスＧを均一に供給することができ、第１供給口５の圧力損失が低減されることで、第２供給口７から第２流路Ａ２内に噴出された燃料ガスＧを、受入れ口９に良好に受け入れることができる分配手段を構成することができる。
また、図１８に示すように、第１供給口５の開口方向を、空気Ａの流れ方向Ｘの逆方向に対して傾斜させて設定する場合、その第１供給口５から噴出される燃料ガスＧが衝突するように、第１供給口５側に向けられた板面を有するリング状の混合促進部材３６を設けることができる。
【０１３５】
また、このような拡散部材３６は、上記の流体分配器４を設けたバーナ装置以外に、図１３に示すバーナ装置の第１供給口５や第２供給口７に対して設けることもできる。
【０１３６】
（第７実施形態）
つぎに、混合促進部材３６の別の実施の形態について、図１９〜図２０に基づいて以下に説明する。
図１９に示すバーナ装置は、第１流路Ａ１に燃料ガスを供給する第１供給口５の開口方向が、第１流路Ａ１の空気Ａの流れ方向に直角の内筒２から外筒３側へ離間する方向に設定されている。
【０１３７】
そして、このようなバーナ装置においては、混合促進部材３６として、第１供給口５から外筒３側へ離間した板面を有し、第１流路Ａ１の周方向に渡って設けられたリング状の部材を用いることができ、第１供給口５から噴出された燃料ガスＧを混合促進部材３６に衝突させて燃料ガスＧを少なくとも第１流路Ａ１の周方向において拡散させて供給することができる。
【０１３８】
また、図２０に示すように、燃料ガスＧが衝突する板面を、第１流路Ａ１の空気Ａの流れ方向の上流側に向けたリング状の部材である混合促進部材３６を用いることができ、混合促進部材３６に衝突した燃料ガスＧは、第１流路Ａ１の周方向において拡散しながら空気Ａの流れに対して逆方向に向けられ、空気Ａの流れによって第１流路Ａ１全体に拡散されるので、第１流路Ａ１に一層均一に燃料ガスＧを供給することができる。
【０１３９】
（第８実施形態）
本発明のバーナ装置の第６実施形態について、図２１〜図２９を参照しながら説明する。
図２１〜図２４に示すバーナ装置は、前述の実施形態と同様に、前記流体分配器４が、第２供給口７から前記第２流路Ａ２に供給される燃料ガスＧの少なくとも一部を、前記第２流路Ａ２から受け入れて前記第１流路Ａ１に供給するよう構成されている。
【０１４０】
即ち、流体分配器４は、第１流路Ａ１内に燃料ガスを供給するための５個の第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを第１流路Ａ１の幅方向（第２流路Ａ２から離間する方向）に分散させて設けられている。これら５個の第１供給口５のそれぞれに独立にガス流路Ａ３内の燃料ガスＧを供給するための各別の供給路６が設けられ、第２流路Ａ２内に燃料ガスを分配供給すると共に、ガス流路Ａ３から第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２への燃料ガスＧの総供給流量の増加に伴って第１供給口５側への燃料ガスの分配比率を増加させ、逆に燃料ガスＧの総供給流量の減少に伴って第２流路Ａ２側への燃料ガスの分配比率を増加させるように各供給路６が構成されている。
【０１４１】
すなわち、第２流路Ａ２内にその第２流路Ａ２内の空気Ａの流れと直交する方向でガス流路Ａ３から燃料ガスＧを噴出する第２供給口７を有するノズル１６と、この第２供給口７からの噴出燃料ガスＧを受け入れて第１供給口５に導く連通路８とを供給路６に備えさせるとともに、第２供給口７の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に第２供給口７に向かって開放する状態に連通路８の受入れ口９を配置して構成されている。
更に、流体分配器４は、夫々の第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅにおける空気Ａの流通による燃料ガスＧの噴出抵抗が、第２流路Ａ２から離間するにしたがって増加させて設定されている。
【０１４２】
つまり、図２３及び図２４に示すように、第１流路Ａ１において第２流路Ａ２に最も近接している第１供給口５ａの開口方向を空気Ａの流れ方向に対して直角方向とし、第２流路Ａ２から離間するほど第１供給口５の開口方向が順に空気Ａの流れの上流側方向に方向付けられるように構成し、第２流路Ａ２に最も離れている第１供給口５ｅの開口方向を空気Ａの流れの上流側方向としている。すなわち、流体分配器４は、第１流路Ａ１の空気Ａの流れの上流側方向に対する夫々の第１供給口５の燃料ガスの噴出角度を、第２流路Ａ２から離間するにしたがって減少させて設定して構成されており、夫々の第１供給口５における空気Ａの流通による燃料ガスＧの噴出抵抗を、第２流路Ａ２から離間するにしたがって増加させて設定する。
【０１４３】
よって、図２５に示すように、ガス流路Ａ３からの燃料ガス供給流量を減少させて低負荷燃焼を行う場合、夫々の第１供給口５のうち、第２流路Ａ２から離れている第１供給口５ｄ，５ｅにおいては、燃料ガスＧの噴出抵抗が大きいため、燃料ガスＧを噴出させることができず、第２流路Ａ２に近く燃料ガスＧの噴出抵抗が小さい第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃにおいてのみ燃料ガスＧを第１流路Ａ１に噴出することができるので、メイン燃焼用の第１流路Ａ１に流通する燃料ガスＧを、第２流路Ａ２の下流側端部のパイロット燃焼に近づけて、好ましい着火状態で燃焼させることができるのである。
【０１４４】
つぎに、流体分配器４の構成において、上記の第６実施形態とは別の実施の形態について説明する。
図２６に示す流体分配器４は、５個の第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅの燃料ガスＧの噴出方向を第１流路Ａ１の空気Ａの流れの上流側方向に設定すると共に、夫々の第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅの開口面積を、第２流路Ａ２から離間するにしたがって拡大して設定している。
【０１４５】
夫々の第１供給口５において、空気Ａの流れ方向に逆らって燃料ガスを噴出することで発生する燃料ガスＧの噴出抵抗は、第２流路Ａ２に対して近くに配設された供給口５ａから第２流路Ａ２に対して離間して配設された第１供給口５ｅにいくにつれて大きくなり、上記第６実施形態と同様に低燃焼負荷時における燃焼安定性を向上することができる。
つぎに、流体分配器４の構成において、上記の第６実施形態とは別の実施の形態について説明する。
【０１４６】
図２７に示す流体分配器４は、５個の第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅが、第１流路Ａ１に空気Ａの流れる方向に沿わせて配設した板状体１０の外面に開口する状態で空気Ａの流れ方向に適宜間隔を隔てて形成されており、連通路８は、板状体１０内に形成されている。
【０１４７】
また、第１供給口５において、第１流路に近接した側から説明すると、第１供給口５ａは、板状体１０の空気Ａの流れ方向下流側において下流側ほど第２流路Ａ２に近接する端面１０ａに形成されており、端面１０ａは空気Ａの流れ方向下流側に面しているので、供給口５ａにおいて燃料ガスＧは空気Ａの流れによって第１流路Ａ１側へ吸い出されることになり、燃料ガスＧの噴出抵抗としては負の値となる。
【０１４８】
また、次の第１供給口５ｂは、図２８に示すように、板状体１０の空気Ａの流れに沿った側面１０ｂに形成されており、燃料ガスＧの噴出抵抗としては空気Ａの静圧のみとなり、第１供給口５ａよりも燃料ガスＧの噴出抵抗が大きくなる。
【０１４９】
また、第１供給口５ｃは、空気Ａの流れる方向で下流側ほど第２流路Ａ２側から離間位置する姿勢に配置される板状体１０の端面１０ｃに形成されており、第１供給口５ｃ付近の連通路８の形状により燃料ガスＧを空気Ａの流れ方向と直角方向に噴出する。この第１供給口５ｃにおいては、端面１０ｃが空気Ａの流れ方向の上流側に面していることから、第１供給口５ｂよりも燃料ガスＧの噴出抵抗が大きくなる。
【０１５０】
また、第１供給口５ｄ，５ｅは、上記第１供給口５ｃと同じく端面１０ｃに形成されているが、連通路８の形状により燃料ガスＧを空気Ａの流れに逆らって噴出させるので、第１供給口５ｃよりも燃料ガスＧの噴出抵抗が大きくなる。よって、各供給口５における燃料ガスＧの噴出抵抗を第２流路Ａ２から離間するにしたがって増加させて設定することができ、上記実施の形態と同様に低燃焼負荷時における燃焼安定性を向上することができる。
【０１５１】
つぎに、流体分配器４の構成において、上記の第６実施形態とは別の実施の形態について説明する。
図２９に示す流体分配器４は、第１流路Ａ１においてガス流路Ａ３から燃料ガスを供給される連通路８を有する筒状体を設け、その筒状体の側面に第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを形成し、各第１供給口５における燃料ガスＧの噴出抵抗を第２流路Ａ２から離間するにしたがって増加させて設定するに、第１流路Ａ１において第２流路Ａ２に近接している第１供給口５ａ，５ｂの開口方向を空気Ａの流れ方向に対して直角方向とし、第２流路Ａ２から離間している第１供給口５ｃ，５ｄ，５ｅの開口方向を空気Ａの流れの上流側方向としている。
【０１５２】
本実施形態のバーナ装置についても、ガス供給手段として前記流体分配器４の代わりに、ガス流路Ａ３からの第１供給口及び第２供給口への燃料ガスの供給を各別に行い、夫々の供給口への燃料ガスＧの供給流量調整によって、メイン燃焼用流路としての第１流路Ａ１とパイロット燃焼用流路としての第２流路Ａ２とに所定の分配比で燃料ガスＧを供給することもできる。
【０１５３】
（第９実施形態）
本発明のバーナ装置の第９実施形態について、図３０〜図３５を参照しながら説明する。
図３０〜図３２に示すバーナ装置は、前述の実施形態と同様に、前記流体分配器４が、第２供給口７から前記第２流路Ａ２に供給される燃料ガスＧの少なくとも一部を、前記第２流路Ａ２から受け入れて前記第１流路Ａ１に供給するよう構成されている。
すなわち、単一のガス流路Ａ３を前記第２供給口７にのみ連通する。当該第２供給口７は、第２流路Ａ２に開口する。前記第２供給口７からの燃料ガスＧの噴出方向を前記空気Ａの流れに対して略直角となるように構成してある。
【０１５４】
そして、前記第２供給口７に対向する位置であって、前記内筒２には第１流路Ａ１に設けられた第１供給口５に連通する受入れ口９を設けてある。前記第２供給口７及び前記第１供給口５は何れもバーナ装置の周方向Ｚに沿って分散配置してある。
【０１５５】
よって、極めて簡便な構成でありながら、第２流路Ａ２におけるパイロット燃焼の燃焼状態と第１流路Ａ１におけるメイン燃焼の燃焼状態とを適切に設定することができる。
前記空気Ａの流れ方向に沿って、前記第１供給口５の上流側には前記空気Ａの流れを遮断する第１遮断体２９を設けてある。前記空気Ａの流れを遮断することで、前記第１流路Ａ１への燃料ガスＧの拡散程度を向上させるのである。すなわち、図３０において、前記第１供給口５から第１流路Ａ１に噴出された燃料ガスＧは、当初は第１流路Ａ１の径方向Ｙに沿って外方に流通する。しかし、仮に当該燃料ガスＧに対して側方から空気Ａの流れが衝突すると、燃料ガスＧは第１流路Ａ１の下流側に偏向し、燃料ガスＧの噴出速度が小さい場合等には第１流路Ａ１の外周部にまで十分に拡散されないおそれがある。そこで、前記第１供給口５の上流側に前記第１遮断体２９を設けるのである。
【０１５６】
本実施形態では、図３０及び図３１に示すように、前記第１遮断体２９として第１流路Ａ１の径方向Ｙに沿って延出した板状の部材を用いる。
【０１５７】
前記第１遮断体２９は、例えば図３２に示すように、前記軸心方向Ｘに沿って規定する前記第１供給口５の開口中央部と前記第１遮断体２９との距離ｃと、同方向において規定する前記第１供給口５の開口幅ｅとの比ｃ／ｅが、０．５以上１．５以下であるように構成する。
【０１５８】
すなわち、ｃ／ｅが０．５の場合、前記第１遮断体２９に対して前記第１供給口５が接した状態となる。一方、ｃ／ｅが１．５である場合、前記第１遮断体２９と前記第１供給口５の縁部との距離が、前記開口幅ｅと等しくなる。
【０１５９】
このように、第１供給口５と前記第１遮断体２９との距離を設定することで、前記第１供給口５から噴出された燃料ガスＧに対して、空気Ａが直に衝突するのを確実に防止することができ、空気Ａによって燃料ガスＧが不必要に下流側に流されるのを防止することができる。よって、第１流路Ａ１の最外方に対しても燃料ガスＧを確実に拡散させることができ、第１流路Ａ１における燃料ガスＧと空気Ａとの当量比を一定として、低ＮＯｘ燃焼を実現することができる。
【０１６０】
一方、前記第１遮断体２９の延出方向に沿った前記第１遮断体２９の形状は、例えば図３２に示すごとく構成する。
前記第１遮断体２９の両端部のうち、前記第１供給口５に近接した側の端部を第１端部３０とし、前記第１供給口５から離間した側の端部を第２端部３１とする。第１端部３０の前記軸心方向Ｘに対する周方向Ｚに沿った幅をａとする。同時に、第２端部３１の前記周方向Ｚに沿った幅をｂとする。そして、前記周方向Ｚに沿った前記第１供給口５の幅ｄに対して、前記幅ａと前記幅ｄとの比ａ／ｄが１以上３以下となり、前記幅ｂと前記幅ｄとの比ｂ／ｄが０以上２以下となるように第１遮断体２９を構成する。
【０１６１】
このように、第１流路Ａ１の周方向Ｚにおける第１端部３０の幅ａを、同方向における前記第１供給口５の開口幅ｄの１倍から３倍と規定し、第１端部３０の幅ａを第１供給口５の幅ｄ以上とすることで、第１供給口５から噴出された燃料ガスＧに空気Ａが直に衝突するのを防止するのである。これにより、噴出された燃料ガスＧが有する速度のうち、特に、前記径方向Ｙの速度成分が良好に維持されて、径方向Ｙへの燃料ガスＧの均一混合効果が向上する。
【０１６２】
一方、前記周方向Ｚに沿った前記第２端部３１の幅ｂは、同方向における第１供給口５の開口幅ｄに対して０以上２倍以下に設定する。第１供給口５から噴出された燃料ガスＧは、ある程度の拡散を伴いながら径方向Ｙの外方に流通する。しかし、燃料ガスＧの噴出速度、あるいは、第１流路Ａ１の径方向Ｙの寸法等種々の条件によって、前記第２端部３１の近傍に到達した燃料ガスＧの拡散状態には差が生じる。すなわち、当該拡散の程度に応じて燃料ガスＧに衝突させる空気Ａの量を加減し、第１流路Ａ１の全体において混合気の当量比が一定となるようにするのである。
【０１６３】
すなわち、第２端部３１の近傍において、燃料ガスＧの均一混合効果を向上させたい場合には、空気Ａを大量に衝突させるように、第２端部３１の幅をゼロに設定する。逆に、第２端部３１の近傍において既に燃料ガスＧの拡散が進んでいるような場合であって、空気Ａの流れを直に衝突させたのでは第１流路Ａ１の最外方まで燃料ガスＧを拡散させることが困難であるような場合には、前記第２端部３１の幅ｂを、例えば第１供給口５の幅ｄの２倍に設定するなど幅広の形状にするのである。
【０１６４】
本構成であれば、第１流路Ａ１の径方向Ｙにおける燃料ガスＧの拡散程度を加減することができるため、第１流路Ａ１における混合気の当量比を均一化することができ、流体分配器４であるガス供給手段を圧力損失の小さな手段としながら、低ＮＯｘ燃焼を実現することができる。
【０１６５】
以上のように、第１遮断体２９を備えて、燃料ガスＧが供給される第１ガス供給領域３２に対して、第１流路Ａ１の軸心方向Ｘに沿った上流側から燃焼用の空気Ａが流入するのを防止する構成とすれば、前記内筒２から離間する方向に沿って供給された燃料ガスＧは、前記空気Ａの流れの影響を受け難くなって、第１流路Ａ１の外方まで拡散し易いものとなる。このため、第１流路Ａ１の内部における燃料ガスＧと空気Ａとの混合が均一化され、低ＮＯｘ燃焼を実現することができる。
【０１６６】
更に、前記第１供給口５の下流側近傍に、内筒２から第１流路Ａ１側へ突出する突出部３８が設けてある。第１供給口５から噴出された燃料ガスの直進性を向上することで、第１供給口５から第１流路Ａ１内に噴出された燃料ガスＧが、一層前記空気Ａの流れの影響を受け難くなって、燃料ガスＧと空気Ａとの混合がより均一化され、低ＮＯｘ化の効果を向上することができる。
【０１６７】
また、上記のように燃料ガスＧを第１流路Ａ１の外方まで容易に拡散させ得るものであれば、前記第１供給口５における燃料ガスＧの噴出速度を遅くすることができ。そのためには、例えば、第１流路Ａ１に対する燃料ガスＧの供給圧力を低減することができる。この結果、流体分配器４の圧力損失が小さくなり、ガス供給手段等の装置をコンパクト化することができる。
【０１６８】
更に、第１流路Ａ１への燃料ガスＧの拡散が確実に行われることとなれば、第１流路Ａ１の何れの場所においても燃料ガスＧと空気Ａとの当量比が一定となり、この結果、局所的に高温燃焼が生じる等の不都合が生じることがなく、ＮＯｘ発生量の少ない燃焼が可能となる。
【０１６９】
つぎに、第１遮断体２９及び第１供給口５の具体的な寸法についての実施例と、そのときの第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給にかかる圧力損失について以下に説明する。
なお、この試験においては、第１遮断体２９による効果である、第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給にかかる圧力損失低減効果及び第１流路Ａ１における均一混合による低ＮＯｘ効果を確認するために、図３３に示すように、本発明のバーナ装置を、ガス供給手段として前述の実施形態の前記流体分配器４の代わりに、２つのガス流路Ａ３のうち、一方のガス流路Ａ３を第２流路Ａ２に燃料ガスＧを供給する第２供給口７に連通させ、他方を第１流路Ａ１に燃料ガスＧを供給する第１供給口５に供給路６を介して連通させて構成し、このバーナ装置を試験に利用した。
【０１７０】
また、前記第１遮断体２９及び前記第１供給口５の寸法として、第１端部３０の幅ａを４．０ｍｍとし、第２端部３１の幅ｂを２．６ｍｍ、前記第１遮断体２９と前記第１供給口５の中心との間隔ｃを１．３ｍｍ、周方向Ｚ及び軸心方向Ｘにおける第１供給口５の開口幅ｄ，ｅをともに２．６ｍｍとした。すなわち、第１供給口５が前記第１遮断体２９に接した状態である。
【０１７１】
一方、前記第１供給口５の内径を２．６ｍｍφとし、８箇所の第１供給口５から第１流路Ａ１へ第２の燃料ガスＧを供給する。
【０１７２】
当該バーナ装置を用いて、試験圧力１１９ｋＰａ（ａｂｓ）（１．２１ｋｇｆ／ｃｍ^２（ａｂｓ））として燃焼評価試験を行った。結果、図３３のバーナ装置においては、ＮＯｘ発生量が、酸素０％換算で１３ｐｐｍ以下となった。燃焼効率は９９％以上、第１流路Ａ１への燃料供給の最大圧損は５１ｋＰａ（０．５２ｋｇｆ／ｃｍ^２）であった。
なお、上記の燃焼評価試験の条件は、空気Ａの温度を３５０℃とし、空気Ａに対する燃料ガスＧの当量比を０．３５とし、第２流路Ａ２への燃料供給流量を２．６ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）、第１流路Ａ１への燃料供給流量を２３．６ｍ^３／ｈ（Ｎｏｒｍａｌ）、ＴＩＴ（燃焼器出口部（タービン入口部）の平均温度）を１０００℃とする条件である。
本実施形態のバーナ装置は、図３４に示すように、多孔質の壁部３７ａを有する中空筒状の燃料供給部材３７を、第１供給口５に取り付けて構成することができる。
【０１７３】
当該燃料供給部材３７は、壁部３７ａの多孔を介して燃料ガスＧを分散供給し得るものである。本構成のように、多孔質の燃料供給部材３７を前記第１供給口５に取り付けておけば、燃料ガスＧが第１流路Ａ１の径方向Ｙに沿って移動する間に、燃料供給部材３７の壁部３７ａに形成した多孔から燃料ガスＧが徐々に噴出されるから、燃料ガスＧを第１流路Ａ１の全体に均等に分散させることができる。
【０１７４】
ただし、本構成で用いる多孔質体は、燃料供給に際しての圧力損失を防止する必要上、粗い多孔を備えたものが好ましい。つまり、当該燃料供給部材３７は、燃料ガスＧが径方向Ｙに沿った外方に流通する際の拡散傾向をある程度抑制できるものであればよい。例えば、当該燃料供給部材３７が前記空気Ａの流れの中に配置された場合には、当該空気Ａが燃料供給部材３７の内部に容易に侵入できる程度の多孔を備えておく。
前記燃料供給部材３７としては、例えば、各種金属の焼結体や金属等の網部材、あるいは、無機質の焼結体等を利用することができる。
【０１７５】
このような燃料供給部材３７を設けると共に、当該燃料供給部材３７の上流側に前記第１遮断体２９を設けることで、これら両部材が有する燃料ガスＧの拡散抑制効果が相乗されて、第１流路Ａ１の外方まで燃料ガスＧを確実に拡散させることができる。
また、上記の第１遮断体２９として、上記の空気Ａの流れ方向である軸芯方向と直交する面を板面とする板状の部材のほかに、空気Ａの流れの直交方向から傾斜した面を板面とする板状の部材、又は、上記の筒状の部材を筒軸方向に割った形状であり、少なくとも第１供給口５の上流側を包囲する円弧、楕円弧、コの字、若しくはハの字状等の断面形状を内筒３側の方向へ延出させた湾曲若しくは屈折板状の部材等を利用することができ、第１供給口５を外囲する筒状の部材を利用することもできる。
【０１７６】
また、このように板状の第１遮断体２９の代わりに筒状の部材を利用する場合、図３５に示すように、第２流路Ａ２における第２遮断体としてのノズルと、第１流路Ａ１における第１遮断体としての筒状の部材とを一体型構造とした筒状の部材３４を利用することができる。
【０１７７】
（第１０実施形態）
本発明のバーナ装置の第１０実施形態について、図３６〜図３９を参照しながら説明する。
図３６及び図３７に示すバーナ装置は、外筒３の外側に、燃焼室１５の燃焼ガスの流れ方向と逆方向に空気Ａが供給される空気流路５０が設けられ、前記空気流路５０から前記第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に空気Ａを供給する、所謂逆流形のバーナ装置である。
さらに、前記流体分配器４が、メイン燃焼用流路としての第１流路Ａ１に設けられ、外表面部に第１供給口５が形成されていると共に、内部に供給路６と空気流路５０から供給される空気Ａをパイロット燃焼用流路としての第２流路Ａ２に導く空気導入路５３とが形成された分配部材５１により構成されており、分配手段が、分配部材５１内において、空気導入路５３内の空気Ａの流れ方向に交差する方向で空気導入路５３内に燃料ガスＧを噴出する第２供給口７と、第２供給口７からの噴出した燃料ガスＧを受け入れて第１供給口５に導く連通路８とを供給路６に備えると共に、第２供給口７の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に第２供給口７に向かって開放する状態に連通路８の受入れ口９を配置して構成されている。
【０１７８】
また、分配部材５１は、板面を第１流路Ａ１の空気Ａの流れ方向に沿わせる姿勢で第１流路Ａ１内に配置した板状の部材であり、この板状の分配部材５１は、図３９に示すように、第１流路Ａ１の周方向において８箇所に等間隔に配置されており、第１流路に供給された空気Ａは、殆ど乱れることなく分配部材５１の外表面を通過することになる。
【０１７９】
以上のように流体分配器４を構成することで、第２供給口７から分配部材５１内の空気導入路５３において噴出された燃料ガスＧが存在するガス供給領域において、空気導入路５３を横断する燃料ガスＧの一部が空気導入路５３の空気Ａの流れにさらわれて、第２流路Ａ２側に流れるが、残部が空気導入路５３の空気Ａの流れを貫流して、受入れ口９を介して第１供給口５に到達し、第１流路Ａ１へ供給されることになる。即ち、第２供給口７から空気導入路５３内に噴出された燃料ガスＧのうち受入れ口９から連通路８内に移入した燃料ガスＧは、連通路８を介して第１供給口５に導かれて第１流路Ａ１に供給される一方、受入れ口９に移入しなかった燃料ガスＧは、空気導入路５３から第２流路Ａ２に供給される。そして、第２供給口７から噴出された燃料ガスＧの供給流量が多くて流速が速いほど、噴出された燃料ガスＧが受入れ口９に移入する比率が多くなり、その結果、燃料ガスＧの供給流量が多いほど、第１供給口５側、つまり、第１流路Ａ１側への燃料ガスＧの分配比率が大きくなり、逆に、燃料ガスＧの供給流量が少ないほど、メイン燃焼用流路側への燃料ガスの分配比率が小さくなるのである。
【０１８０】
さらに、第１供給口５は、前記第１流路の空気Ａの流れ方向と逆方向に開口した状態で、分配部材５１の外表面に形成されているので、前述の第５実施形態と同様に、ガス供給手段の供給圧力を高める必要がなく、少なくとも空気Ａの圧力に負けない程度の圧力で燃料ガスＧを噴射すればよいから、燃料ガスＧの噴出圧力あるいは噴出流速を低く設定することができ、燃料ガスＧの供給に際して圧力損失を小さくすることができる。
【０１８１】
また、板状の部材５１は、前記板状の部材以外に、第１流路Ａ１の空気の流れをあまり乱さない形状のものとして構成することができ、たとえば、第１流路Ａ１の径方向を高さ方向とした柱状の部材とし、その柱状の部材の断面形状を、円形状、空気Ａの流れ方向を長手方向とする楕円形状、空気Ａの流れの上流側に頂点を有する三角形形状、又は空気Ａの流れ方向に副った流線形状とすることで、空気Ａの流れをあまり乱さないように、分配部材５１を構成することができる。
【０１８２】
次に、別の実施形態について、図３８及び図３９に示すバーナ装置について説明する。このバーナ装置は、これまで説明してきたバーナ装置とは逆に、第１流路Ａ１をパイロット燃焼用流路とし、第２流路をメイン燃焼用流路としたバーナ装置である。
【０１８３】
空気供給手段から供給される空気Ａは、まず第２流路Ａ２に供給され、メイン燃焼用流路としての第２流路Ａ２に供給された空気Ａの一部が、後述する分散部材５１内に形成された空気導入路５３を介してパイロット燃焼用流路としての第１流路Ａ１に供給される。即ち、分配部材５１は、メイン燃焼用流路としての第２流路Ａ２に設けられており、図３９に示すように、その中心部に空気導入路５３の入口部が空気Ａの流れと逆方向に開口しており、中心部から前記内筒２に向かって放射状に延出した部位の内部に、前記空気導入路５３が形成されており、空気導入路５３に流入した空気Ａは第１流路Ａ１に供給されるように構成されている。
【０１８４】
そして、この分配部材５１において、空気導入路５３内の空気Ａの流れ方向に交差する方向で空気導入路５３内に燃料ガスＧを噴出する第２供給口７と、第２供給口７からの噴出した燃料ガスＧを受け入れて第１供給口５に導く連通路８とを供給路６に備えると共に、第２供給口７の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に第２供給口７に向かって開放する状態に連通路８の受入れ口９を配置して分配手段が構成されており、燃料ガスを第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配比率調整を伴って分配供給することができる。
【０１８５】
（参考例）
本発明のバーナ装置の参考例について、図４０〜図４２を参照しながら説明する。
図４０及び図４１に示すバーナ装置は、前記の実施形態と同様に、ガス筒１に供給口４６（共通供給口の一例）が備えられているが、内筒２の空気Ａの流れの上流側の端部が、空気Ａの流れ方向における供給口４６の終端部の位置となっており、その上流側に形成された共通流路４７へ供給された空気Ａが供給口４６の下流側で第１の流路１及び第２の流路２に分割されて流れ、燃料ガスＧは、供給口４６から燃料ガスＧが共通流路４７の幅方向に延出するガス領域に噴出される。
【０１８６】
即ち、供給口４６からのガス領域に噴出された燃料ガスＧは、共通流路４７において、一部が空気Ａの流れにさらわれて第２流路Ａ２供給されるが、残部が空気Ａの流れに打ち勝って、後に説明する板状の部材５５と内筒２の空気Ａの流れの上流側の端部に形成される隙間５７を介して、第１流路Ａ１の上流側の共通流路４７に到達し、第１流路Ａ１へ供給されることになるので、１つの燃料ガス供給手段で、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２へ燃料ガスＧを分配供給することができ、更に、ガス流路Ａ３から第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２への燃料ガスＧの総供給流量の増加に伴って第２流路２側への燃料ガスの分配比率を増加させ、逆に燃料ガスＧの総供給流量の減少に伴って第２流路Ａ２側への燃料ガスの分配比率を増加させることができる。
【０１８７】
また、本実施形態のバーナ装置は、そのガス領域の空気Ａの流れの上流側に設けられ、空気Ａの流れ方向と直交する面を板面とする板状の部材５５（共通遮断体の一例）が設けられており、板状の部材５５は、燃料ガスＧが噴出されるガス領域に空気Ａが流入するのを抑制して空気Ａの流入量を好ましいものに調整する。
【０１８８】
この板状の部材５５によって、上記の実施形態と同様に、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に流入する燃料ガスＧの分配比率を好ましいものに調整し、燃料ガスＧの分配比率をバーナ装置の運転状態にあったものに調整することができる。
【０１８９】
更に、燃料ガスＧが噴出されるガス領域への空気Ａの流入状態を調整するために、上記の板状の部材５５に複数の開口５５ａを設けることができ、燃料ガスＧの分配比率をより好ましいものとすることができる。また、この開口５５ａの形状としては、円若しくは半円形状、楕円若しくは半楕円形、スリット状、若しくはその他の多角形状等を採用することができ、コスト面や性能面等を考慮して形状を決定することができる。
また、板状の部材５５として、上記の空気Ａの流れ方向である軸芯方向と直交する面を板面とする板状の部材の他に、空気Ａの流れの直交方向から傾斜した面を板面とする板状の部材、又は、上記の筒状の部材を筒軸方向に割った形状であり、少なくとも供給口４６の上流側を包囲する円弧、楕円弧、コの字、若しくはハの字状等の断面形状を外筒４側の方向へ延出させた湾曲若しくは屈折板状の部材等をまた、図４２に示すように、第２流路Ａ２の上流側の共通流路４７において、ガス筒１の供給口４６を外周から内筒２の上流側の端部の手前まで延出する筒状の部材１１を設けて、本発明のバーナ装置を構成することもできる。
【０１９０】
（第１１実施形態）
本発明のバーナ装置の第１１実施形態について、図４３を参照しながら説明する。
図４３に示すバーナ装置は、空気Ａの流れに沿って複数の位置に、第２供給口７ａ，７ｂ，７ｃと第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃとを設けることもでき、夫々の第２の供給口７ａ，７ｂ，７ｃに対して、例えば筒状のノズル１６ａ，１６ｂ，１６ｃを設けることができる。また、この場合、夫々のノズル１６ａ，１６ｂ，１６ｃの高さ（第２流路Ａ２への突出量）を、例えば空気Ａの流れに沿って短くなるように調整することもでき、夫々の第２供給口７ａ，７ｂ，７ｃから第１供給口５ａ，５ｂ，５ｃへの燃料ガスＧの分配状態を変化させて、第１の流路１及び第２の流路２において燃料ガスＧを広範囲で供給することができる。
【０１９１】
上記実施の形態において、一般的な例として、燃料の燃焼のための酸素含有ガスとして空気を利用したものを説明したが、空気の以外の燃焼用酸素含有ガスとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高い酸素富化ガス等を利用することが可能である。
本発明に係るバーナ装置は、メイン及びパイロット燃焼用流路に供給される空気の流れ方向と、燃焼室１５における燃焼ガスの流れ方向が同方向である直流形のバーナ装置や、空気が外筒３の外側を燃焼室１５における燃焼ガスの流れ方向とは逆方向に流れ、夫々の燃焼用流路に供給される逆流形のバーナ装置として構成することができる。
【０１９２】
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係るバーナ装置及び流体分配器は、燃焼負荷等に基づくメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量の調整を容易に行え、しかも、供給流量の減少に伴いパイロット燃焼用流路への供給流量の分配比率を大きくできる流体分配器及びそれを利用した好適なバーナ装置として有用であり、特に、発電等を行うガスタービンエンジンや、このようなガスタービンエンジンを備えたコジェネレーションシステムや、焼却炉等に用いるバーナ装置に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第１実施形態を示す縦断側面図、
図２は、図１に示すバーナ装置の横断正面図、
図３は、図１に示す流体分配器の要部の縦断側面図、
図４は、図３に示す流体分配器の要部の斜視図、
図５は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第２実施形態を示す縦断側面図、
図６は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第３実施形態を示す縦断側面図、
図７は、図６に示すバーナ装置の横断正面図、
図８は、第３実施形態の別の形態であるバーナ装置を示す縦断側面図、
図９は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第４実施形態を示す縦断側面図、
図１０は、図９に示すバーナ装置の横断正面図、
図１１は、図１０に示す流体分配器の要部の縦断側面図、
図１２は、図１０に示す流体分配器の要部の横断正面図
図１３は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第５実施形態を示す縦断側面図、
図１４は、図１３に示すバーナ装置の別実施形態を示す縦断側面図、
図１５は、図１４に示すバーナ装置の横断正面図、
図１６は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第６実施形態を示す縦断側面図、
図１７は、図１６に示すバーナ装置の横断正面図、
図１８は、図１６に示すバーナ装置の別実施形態を示す縦断部分側面図、
図１９は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第７実施形態を示す縦断側面図、
図２０は、図１９に示すバーナ装置の別実施形態を示す縦断部分側面図、
図２１は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第８実施形態を示す縦断側面図、
図２２は、図２１に示すバーナ装置の横断正面図、
図２３は、ガス供給手段の第１供給口部の拡大側面図、
図２４は、ガス供給手段の第１供給口部の拡大平面図、
図２５は、各第１供給口における総燃料ガス供給流量に対する燃料ガス噴出量の変化を示す図、
図２６は、第８実施形態の別の形態であるガス供給手段の第１供給口部の拡大側面図、
図２７は、第８実施形態の別の形態であるガス供給手段の第１供給口部の拡大側面図、
図２８は、図２７のガス供給手段の第１供給口部の拡大横断正面図、
図２９は、第８実施形態の別の形態であるガス供給手段の第１供給口部の拡大側面図、
図３０は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第９実施形態を示す縦断側面図、
図３１は、図３０に示すバーナ装置の横断正面図、
図３２は、図３０に示す第１遮断体の設置態様を示す説明図、
図３３は、図３０に示すバーナ装置の別実施形態を示す縦断側面図、
図３４は、バーナ装置に設けられる燃料供給部材の斜視図
図３５は、第９実施形態の別の形態であるガス供給手段の第１供給口部の側面図、
図３６は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第１０実施形態を示す縦断側面図、
図３７は、図３６に示すバーナ装置の横断正面図、
図３８は、第１０実施形態の別の形態であるバーナ装置を示す縦断側面図、
図３９は、図３８に示すバーナ装置の横断正面図、
図４０は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の参考例を示す縦断側面図、
図４１は、図４０に示すバーナ装置の横断正面図、
図４２は、参考例の別の形態であるバーナ装置の縦断側面図、
図４３は、本発明に係る流体分配器を備えたバーナ装置の第１１実施形態を示す縦断側面図、
図４４は、比較例としての従来のバーナ装置の部分断面図、である。

Claims (34)

1. 第２流路を規定する内筒と、前記内筒を外囲する第１流路を規定する外筒とを備え、前記第１流路及び前記第２流路に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段と、前記第１流路及び前記第２流路にガス流路の燃料ガスを供給するガス供給手段とを備え、前記第１流路及び前記第２流路の何れか一方をメイン燃焼用流路とし、他方をパイロット燃焼用流路として、前記メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に燃料ガスを供給して燃焼させるバーナ装置であって、
   前記メイン燃焼用流路内に前記燃料ガスを供給するための第１供給口と、前記第１供給口に前記ガス流路内の前記燃料ガスを供給するための供給路と、前記供給路に前記ガス流路からの前記燃料ガスの総供給流量の増加に伴い前記第１供給口側への前記燃料ガスの分配比率を増加させ、逆に、前記総供給流量の減少に伴い前記第１供給口側への前記燃料ガスの分配比率を減少させるように前記パイロット流路内に前記燃料ガスを分配供給する分配手段と、を有する流体分配器の複数個を、前記メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路の周方向に分散配置して前記ガス供給手段を構成してあることを特徴とするバーナ装置。
2. 前記第１流路を前記メイン燃焼用流路とし、前記第２流路を前記パイロット燃焼用流路としたことを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
3. 前記分配手段が、前記パイロット燃焼用流路内の前記酸素含有ガスの流れ方向に直交する方向で前記パイロット燃焼用流路内に前記燃料ガスを噴出する第２供給口と、前記第２供給口からの噴出した前記燃料ガスを受け入れて前記第１供給口に導く連通路とを前記供給路に備えると共に、前記第２供給口の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に前記第２供給口に向かって開放する状態に前記連通路の受入れ口を配置して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
4. 前記第１供給口及び前記第２供給口の少なくとも一方が、前記メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路の周方向に副った長手方向を有するスリット状の口である請求項３に記載のバーナ装置。
5. 前記流体分配器が、前記第１供給口の複数を、前記メイン燃焼用流路の前記パイロット燃焼用流路側から離間する方向に分散配置して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
6. 前記複数の第１供給口のそれぞれに対応して各別に前記供給路が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のバーナ装置。
7. 前記流体分配器が、前記複数の第１供給口に対応する前記供給路を、板面を前記酸素含有ガスの流れ方向に沿わせる姿勢で前記メイン燃焼用流路内に配置した板状体内に形成して構成されていることを特徴とする請求項５に記載のバーナ装置。
8. 前記複数の流体分配器の板状体が、夫々の板面を前記メイン燃焼用流路の螺旋方向に沿わせる姿勢で配置され、供給される酸素含有ガスに旋回力を付与するスワラーのフィンとして構成されていることを特徴とする請求項７に記載のバーナ装置。
9. 前記メイン燃焼用流路において、前記第１供給口よりも前記酸素含有ガスの流れ方向の下流側に、前記酸素含有ガスと前記燃料ガスとの混合気に前記メイン燃焼用流路の螺旋方向への旋回力を付与するスワラーを配置してあることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
10. 前記第１供給口が、前記メイン燃焼用流路において、前記酸素含有ガスの流れ方向に直交する方向よりも前記酸素含有ガス流れ方向の上流側に向かって燃料ガスを噴出する姿勢に設けてあることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
11. 前記第１供給口が、前記メイン燃焼用流路において、前記酸素含有ガスの流れ方向に対して逆方向に前記燃料ガスを噴出する姿勢に設けてあることを特徴とする請求項１０に記載のバーナ装置。
12. 前記第１供給口から前記メイン燃焼用流路に噴出した前記燃料ガスが衝突し、衝突した前記燃料ガスを前記メイン燃焼用流路において拡散させる混合促進部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
13. 前記混合促進部材が、前記メイン燃焼用流路の周方向に渡って設けられ、前記周方向に分散配置されている複数の前記第１供給口の前記燃料ガスの噴出方向に板面を有するリング状の部材であることを特徴とする請求項１２に記載のバーナ装置。
14. 前記第２供給口の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側から、前記パイロット燃焼用流路の前記第２供給口から前記受入れ口までの前記第２ガス供給領域に対する、前記酸素含有ガスの流入量を調整する第２遮断体を備えたことを特徴とする請求項３に記載のバーナ装置。
15. 前記第２遮断体が、前記第２ガス供給領域の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側の少なくとも一部に渡って設けられた部材であることを特徴とする請求項１４に記載のバーナ装置。
16. 前記第２遮断体が、前記第２ガス供給領域の一部を外囲する筒状の部材であることを特徴とする請求項１４に記載のバーナ装置。
17. 前記第２遮断体に、前記第２ガス供給領域への前記酸素含有ガスの流入状態を調整する開口を穿設して備えたことを特徴とする請求項１４に記載のバーナ装置。
18. 夫々の前記第１供給口における前記酸素含有ガスの流通による前記燃料ガスの噴出抵抗を、前記パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって増加させて設定してあることを特徴とする請求項５に記載のバーナ装置。
19. 前記燃料ガスの噴出抵抗を設定するに、前記メイン燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側方向に対する夫々の前記第１供給口の前記燃料ガスの噴出角度を、前記パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって減少させて設定することを特徴とする請求項１８に記載のバーナ装置。
20. 前記燃料ガスの噴出抵抗を設定するに、前記複数の第１供給口の前記燃料ガスの噴出方向を、前記メイン燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向と直交する方向よりも上流側方向に設定すると共に、夫々の前記第１供給口の開口面積を、前記パイロット燃焼用流路側から離間するにしたがって拡大して設定することを特徴とする請求項１８に記載のバーナ装置。
21. 前記第１供給口が、前記メイン燃焼用流路の前記パイロット燃焼用流路側から離間する方向に沿って前記第１流路内に前記燃料ガスを供給するものであり、
    前記第１供給口から供給した燃料ガスが前記メイン燃焼用流路の内部に形成する第１ガス供給領域に対して、前記第１流路の酸素含有ガスの流れ方向に沿った上流側から前記酸素含有ガスが流入するのを防止する第１遮断体を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
22. 前記メイン燃焼用流路の酸素含有ガスの流れ方向に沿って規定する、前記第１供給口の開口中央部と前記第１遮断体との距離ｃと、同方向において規定する前記第１供給口の開口幅ｅとの比ｃ／ｅが０．５以上１．５以下であることを特徴とする請求項２１に記載のバーナ装置。
23. 前記第１遮断体が、前記メイン燃焼用流路の前記パイロット燃焼用流路側から離間する方向に延出する部材であり、前記第１遮断体の前記第１供給口に近接した側の一方の第１端部の前記メイン燃焼用流路の周方向に沿った幅をａとすると共に、他方の第２端部の前記周方向に沿った幅をｂとし、
    前記周方向に沿った前記第１供給口の幅ｄに対して、前記幅ａと前記幅ｄとの比ａ／ｄが１以上３以下であり、前記幅ｂと前記幅ｄとの比ｂ／ｄが０以上２以下であることを特徴とする請求項２１に記載のバーナ装置。
24. 多孔質の壁部を有する中空筒状の燃料供給部材を、前記第１供給口に取り付けてあることを特徴とする請求項２１に記載のバーナ装置。
25. 前記流体分配器が、前記メイン燃焼用流路に設けられ、外表面部に前記第１供給口が形成されていると共に、内部に前記供給路と前記酸素含有ガス供給手段から供給される酸素含有ガスを前記パイロット燃焼用流路に導く酸素含有ガス導入路とが形成された分配部材により構成され、
    前記分配手段が、前記分配部材内において、前記酸素含有ガス導入路内の前記酸素含有ガスの流れ方向に交差する方向で前記酸素含有ガス導入路内に前記燃料ガスを噴出する第２供給口と、前記第２供給口からの噴出した前記燃料ガスを受け入れて前記第１供給口に導く連通路とを前記供給路に備えると共に、前記第２供給口の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に前記第２供給口に向かって開放する状態に前記連通路の受入れ口を配置して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
26. 前記分配部材が、板面を前記メイン燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向に沿わせる姿勢で前記メイン燃焼用流路内に配置した板状の部材である請求項２５に記載のバーナ装置。
27. 第１流体が流動する第１流路及び第２流路と第２流体が流動する流体流路との３者間にわたって設けられて、前記流体流路内の前記第２流体を前記第１流路と前記第２流路とに分配供給する流体分配器であって、
    前記第１流路内に前記第２流体を供給するための第１供給口と、前記第１供給口に前記流体流路内の前記第２流体を供給するための供給路とを備え、前記供給路には、前記第２流路内に前記第２流体を分配供給するとともに、前記流体流路からの前記第２流体の総供給流量の増加に伴い前記第１供給口側への第２流体分配比率を増加させ、逆に、前記総供給流量の減少に伴い前記第１供給口側への前記第２流体分配比率を減少させる分配手段を設けてある流体分配器。
28. 前記供給路に、前記第２流路内にその第２流路内の前記第１流体の流れ方向に直交する方向で前記第２流体を噴出する第２供給口と前記第２供給口からの噴出第２流体を受け入れて前記第１供給口に導く連通路とを備えるとともに、
    前記第２供給口の噴出方向で設定間隔を隔てて対向する箇所に前記第２供給口に向かって開放する状態に前記連通路の受入れ口を配置して、前記分配手段を構成してある請求項２７に記載の流体分配器。
29. 前記第１流路と前記第２流路とが並設され、前記第１供給口の複数が、前記第１流路において前記第２流路側から離間する方向に分散配置されている請求項２７に記載の流体分配器。
30. 前記複数の第１供給口のそれぞれに対応して各別に前記供給路が設けられている請求項２９に記載の流体分配器。
31. 前記複数の第１供給口に対応する前記供給路を、板面を前記第１流体の流れ方向に沿わせる姿勢で前記第１流路内に配置した板状体内に形成してある請求項２９に記載の流体分配器。
32. 前記第１流路及び前記第２流路に前記第１流体としての酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段と、前記第１流路及び前記第２流路に流体流路としてのガス流路に前記第２流体としての燃料ガスを供給するガス供給手段とを備え、前記第１流路をメイン燃焼用流路とし、前記第２流路をパイロット燃焼用流路として、前記メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に燃料ガスを供給して燃焼させるバーナ装置であって、
    前記請求項２７〜３１の何れかに記載の流体分配器を、前記ガス流路内の前記燃料ガスを前記第１流路と前記第２流路とに分配供給する流体分配器として配置して前記ガス供給手段を構成してあることを特徴とするバーナ装置。
33. 前記請求項１〜２６、及び３２の何れかに記載のバーナ装置を備え、前記バーナ装置から排出される燃焼排ガスの運動エネルギによりタービンを回転させるガスタービンエンジン。
34. 前記請求項３３のガスタービンエンジンを備え、前記タービンを回転させ排出された排ガスの熱を回収する熱回収装置を備えたコジェネレーションシステム。

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