JP4671556B2 - バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン - Google Patents
バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン Download PDFInfo
- Publication number
- JP4671556B2 JP4671556B2 JP2001249179A JP2001249179A JP4671556B2 JP 4671556 B2 JP4671556 B2 JP 4671556B2 JP 2001249179 A JP2001249179 A JP 2001249179A JP 2001249179 A JP2001249179 A JP 2001249179A JP 4671556 B2 JP4671556 B2 JP 4671556B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- temperature
- combustion
- flow path
- supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
Landscapes
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に流通する酸素含有ガスに燃料が供給され、燃焼部に混合気を供給して燃焼させる複数の燃焼用流路を備え、
前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、前記一の燃焼用流路の前記供給部と前記供給路とが、前記燃料の総供給流量の増加に伴い前記供給路側への前記燃料の分配比率が増加し、逆に、前記総供給流量の減少に伴い前記供給路側への前記燃料の分配比率が減少する流体素子構造として構成されているバーナ装置、及びそのバーナ装置を備えたガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ものである。また、このように構成されたバーナ装置は、燃焼部における燃焼負荷の増減に応じて、メイン燃焼用流路（前記次段の燃焼用流路の一例）及びパイロット燃焼用流路（前記一の燃焼用流路の一例）に供給される燃料の総供給流量が、夫々の燃焼用流路から燃焼部に供給される夫々の混合気の当量比を適正に保って良好な燃焼を維持するように調整され、さらに、夫々の燃焼用流路に供給する空気（酸素含有ガスの一例）の流量も調整される。
【０００３】
また、近年、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流路への供給流量の分配比率を大きくできるバーナ装置が提案されている（特開２０００−２４２２号公報）。
【０００４】
このバーナ装置は、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ことができる。
【０００５】
即ち、上記のバーナ装置は、パイロット燃焼を行なうためのパイロット燃焼用流路と、その周囲を円筒状に囲んで予混合希薄燃焼であるメイン燃焼を行なうためのメイン燃焼用流路とを備えており、パイロット燃焼用流路とメイン燃焼用流路とには、燃料を供給する供給口が夫々設けられ、さらに、両燃焼用流路間には、パイロット燃焼用流路の供給口から供給される燃料の一部を受け入れてメイン燃焼用流路の供給口に供給するための供給路が形成されている。従って、パイロット燃焼用流路には、供給口と供給路のパイロット燃焼用流路に開口する受入口との間に、パイロット燃焼用流路に開放されるスリット状の開放部が形成されることになる。そして、この開放部及び供給路が、パイロット燃焼用流路の空気の流れにより燃料の運動を制御する流体素子構造とされる。
【０００６】
このような流体素子構造により、バーナ装置は、高燃焼負荷運転を行なうときは、燃料の総供給流量を大きめに設定して運転を行なう。そして、このときの燃料の総供給流量は、パイロット燃焼用流路において、供給口から開放部に供給された燃料の大部分が、受入口から供給路に受け入れられてメイン燃焼用流路の供給口に供給される程度とされる。
【０００７】
一方、バーナ装置は、中燃焼負荷運転若しくは低燃焼負荷運転を行なうときは、燃料の総供給流量を小さめに設定して運転を行なう。そして、このときの燃料の総供給流量は、パイロット燃焼用流路において、開放部に供給された燃料の多く又は全部が、受入口から供給路に受け入れられずにパイロット燃焼用流路に供給される程度とされる。
【０００８】
即ち、上記流体素子構造は、パイロット燃焼用流路に供給される燃料の総供給流量の増加に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路側への燃料の分配比率を増加させ、逆に、総供給流量の減少に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路側への前記燃料の分配比率を減少させるのである。
【０００９】
尚、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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような流体素子構造を有するバーナ装置は、設計基準となる環境下において、その流体素子構造における燃料のメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への分配状態が、最も低ＮＯｘ且つ高燃焼効率化が望める目標分配状態になるように設計される。
【００１１】
しかし、上記のようなバーナ装置が設計基準の環境と異なる環境に設置された場合には、基準とした燃料の体積及び密度等の状態が変化してしまう。そして、このような燃料の状態変化により、上記流体素子構造における燃料の分配状態と目標分配状態との差が生じてしまい、燃焼部における燃焼状態を好ましいものに維持できなくなる場合がある。
【００１２】
また、燃焼部における燃焼負荷又は燃焼温度等の燃焼状態、燃料流路における燃料流量、燃料流路に温度影響を与える空気の流量又は温度等の変化によって、上記流体素子構造における分配状態と目標分配状態との差が生じてしまうことがあり、このような場合にも、燃焼状態が好ましいものに維持できなくなる場合がある。
【００１３】
具体的には、流体素子構造における燃料のメイン燃焼用流路への分配比率が目標よりも過剰に大きくなると、中燃焼負荷運転時においては、パイロット燃焼用流路への燃料の供給流量が不足して、パイロット燃焼が不安定となり、燃焼効率が低下し、一方、高燃焼負荷運転時においてもＮＯｘが増加する場合がある。
【００１４】
また、分配比率が目標よりも小さくなると、メイン燃焼用流路への燃料の供給量が不足し、その結果、中及び高燃焼負荷運転時におけるパイロット燃焼用流路への燃料の過剰供給によりＮＯｘが増加する。
【００１５】
このような流体素子構造において、上記分配状態と目標分配状態との差を小さくするには、燃焼負荷や環境温度に応じて流体素子構造の各部寸法を調整するための可変機構を設けることが考えられるが、このような可変機構はコスト高及び耐久性の低下の原因となるので好ましくない。そのため、流体素子構造において、そのような可変機構を設けなくても、あらゆる燃焼負荷又は環境温度等の運転条件において、良好な燃焼状態を実現できる技術が求められている。
【００１６】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、流体素子構造を有するバーナ装置であって、常に燃焼状態を好ましいものに維持できるバーナ装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項１に記載したごとく、前記流体素子構造における前記総供給流量によって定まる前記分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、前記流体素子構造に供給される前記燃料の温度を制御する燃料温度制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
〔作用効果〕
即ち、本構成のバーナ装置は、上記従来技術の欄で説明したように、流体素子構造において、パイロット燃焼用流路等である前記一の燃焼用流路に供給される燃料の総供給流量の増加に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路等である前記次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を増加させ、逆に、総供給流量の減少に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路側への前記燃料の分配比率を減少させることができる。
また、このような分配比率は、前記総供給流量によって定められるものであり、本願において分配比率は、流体素子構造に供給される燃料流量である総供給流量に対する次段の燃焼用流路に供給される燃料流量の割合とする。
【００１９】
そして、上記燃料温度制御手段により、上記流体素子構造における燃料の分配比率が、好ましい燃焼状態を維持できる設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、燃料の温度を制御することができる。
従って、例えば、外部環境温度等の環境条件や燃焼負荷等が変化しても、流体素子構造において、燃料の総供給流量に対して常に好ましい分配比率で燃料を前記一の燃焼用流路及び前記次段の燃焼用流路に分配して、燃焼部において好ましい燃焼状態を維持できるバーナ装置を実現することができる。
【００２０】
また、上記のような所定の設定分配比率は、予め実験等により求めることができ、その値は、燃焼負荷の設定範囲内における夫々の総供給流量において、低ＮＯｘ且つ高燃焼効率である好ましい燃焼状態を維持することができるように求められた値である。さらに、このようなバーナ装置は、その所定の設定分配比率に基づいて、上記流体素子構造の寸法や、空気流量等が決定されている。
【００２１】
〔構成２〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項２に記載したごとく、上記構成１のバーナ装置の構成に加えて、前記燃料温度制御手段が、前記燃料の温度が所定の温度範囲内となるように、前記燃料の温度を制御する手段であることを特徴とする。
【００２２】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記燃料温度制御手段により、流体素子構造に供給される燃料の温度が所定の温度範囲内となるように燃料の温度を制御することで、外部環境条件又は燃焼負荷等の変化に起因する燃料の体積変化及び密度変化を所定の範囲内に収めることができ、結果、上記総供給流量によって定められる分配比率を、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収めることができる。
【００２３】
よって、流体素子構造において、燃料を、燃料の総供給流量に対して常に好ましい所定の分配比率で複数の燃焼用流路に分配して、燃焼部において好ましい燃焼状態を維持することができる本発明のバーナ装置を実現することができる。
【００２４】
〔構成３〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項３に記載したごとく、上記構成１又は２のバーナ装置の構成に加えて、前記燃料の温度に影響を与える環境温度を検出可能な温度検出手段を備え、
前記燃料の温度を調整可能な温度調整手段を備え、
前記燃料温度制御手段が、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記温度調整手段を働かせて前記燃料の温度を制御する手段であることを特徴とする。
【００２５】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記温度検出手段により、燃料の温度に影響を与える環境温度として、燃焼用流路に供給される空気の温度、燃料流路を流通する燃料の温度、一の燃焼用流路に燃料を供給するための供給口付近の温度、又はバーナ装置の外気温度等の外部環境温度等を検出し、さらに、上記温度調整手段により、燃料の加熱又は冷却又はそれらの組み合わせによって、燃料の温度を調整することができる。
【００２６】
そして、上記燃料温度制御手段により、上記温度検出手段で検出された温度に基づいて、上記温度調整手段を働かせ、流体素子構造において流体素子構造に供給される燃料の温度が所定の温度範囲内となり、上記総供給流量によって定まる分配比率が所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、燃料の温度を制御して、燃焼部における燃焼状態を好ましいものとすることができる。
【００２７】
〔構成４〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項４に記載したごとく、上記構成３のバーナ装置の構成に加えて、前記温度調整手段が、前記燃料を加熱する加熱手段と、前記加熱手段における前記燃料の加熱量を調整する加熱量調整手段とにより構成されていることを特徴とする。
【００２８】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記温度調整手段を、上記加熱手段と上記加熱量調整手段とにより構成することができ、このような温度調整手段を設けることで、簡単且つ安価に上記燃料温度制御手段を構成して、常に好ましい燃焼状態を維持できる流体素子構造を有するバーナ装置を実現することができる。
【００２９】
〔構成５〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項５に記載したごとく、上記構成４のバーナ装置の構成に加えて、前記加熱手段が、前記燃焼部における燃焼により発生する熱を利用して、前記燃料流路を流通する前記燃料を加熱する手段であることができる。
【００３０】
〔作用効果〕
上記燃料温度調整手段を、上記加熱量調整手段と共に構成する上記加熱手段を、本構成のごとく構成することができ、特に外部の熱源等を利用することなく、バーナ装置の排熱を利用して燃料を加熱し、燃料の温度をこれまで説明してきたように制御して、常に分配比率を所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収めて、良好な燃焼状態を維持することができるバーナ装置を、簡単且つ安価に構成することができる。
【００３１】
〔構成６〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項６に記載したごとく、上記構成１から５の何れかのバーナ装置の構成に加えて、前記流体素子構造における前記総供給流量と前記燃料の設定温度との相関データが格納された記憶手段を備え、前記燃料温度制御手段が、前記記憶手段に格納された相関データに基づいて、前記燃料の温度を制御する手段であることを特徴とする。
【００３２】
〔作用効果〕
燃料の総供給流量又はそれによって決定される燃焼負荷の変動範囲に渡って、燃料の分配比率が上記設定分配比率に対して所定の範囲内となるような燃料の設定温度は、予め実験又は計算等で求めることができる。そして、本構成のバーナ装置によれば、このようにして求めた燃料の総供給流量と燃料の設定温度との相関データを格納した上記記憶手段を設けて、上記温度制御手段により、その記憶手段に格納された相関データに基づいて、燃料温度を、現時点での燃料の総供給流量に対して適切な燃料の設定温度となるように制御して、燃料の分配比率を所定の設定分配比率に対して所定の許容範囲内に収めることができる。
【００３３】
また、燃料の総供給流量に対して適切な燃料の設定温度は、環境温度によっても異なるので、上記記憶手段に格納する相関データを、環境温度と燃料の総供給流量と燃料の設定温度との相関データとして、環境温度検出手段により検出された環境温度、及び燃料の総供給流量に対して、適切な燃料の設定温度となるように燃料温度を制御することもできる。
【００３４】
〔構成７〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項７に記載したごとく、上記構成１から６の何れかのバーナ装置の構成に加えて、前記流体素子構造に供給される前記燃料を前記燃焼部における燃焼により発生する熱を利用して加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
〔作用効果〕
即ち、本構成のバーナ装置によれば、流体素子構造を有すると共に、上記加熱手段を設けることで、流体素子構造へ供給される燃料を、燃焼により発生する熱を利用して、例えば所定の温度範囲内の温度となるように加熱することができ、流体素子構造においては、常に所定の温度範囲内の燃料が供給されることになるので、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を、燃焼部における燃焼状態が好ましいものとなる所定の設定分配比率に対して所定の許容範囲内に収めることができる。
従って、例えば、外部環境温度等が変化しても、燃料を、燃料の総供給流量に対して、常に好ましい分配比率で複数の燃焼用流路に分配して、燃焼部における燃焼状態を好ましいものに維持することができるバーナ装置を実現することができる。
【００３６】
〔構成８〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項８に記載したごとく、上記構成７のバーナ装置の構成に加えて、前記燃料の温度に影響を与える環境温度を検出可能な温度検出手段を備え、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記加熱手段における前記燃料の加熱量を調整する加熱量調整手段を備えたことを特徴とする。
【００３７】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記温度検出手段により、燃料の温度に影響を与える環境温度として、燃焼用流路に供給される空気の温度、燃料流路を流通する燃料の温度、一の燃焼用流路に燃料を供給するためのる供給口付近の温度、又はバーナ装置の外気温度等の外部環境温度等を検出し、上記温度調整手段により、流体素子構造へ供給する燃料を、例えば所定の温度範囲内となるように加熱することができる。よって、流体素子構造において、常に所定の温度範囲内である燃料を供給して、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を燃焼状態が好ましいものとなる所定の設定分配比率に対して所定の許容範囲内に収めることができる。
【００３８】
〔構成９〕
本発明に係るガスタービンエンジンは、請求項９に記載したごとく、上記構成１から８の何れか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ことを特徴とする。
【００３９】
〔作用効果〕
即ち、これまで説明してきた、外部環境温度又は燃焼負荷等が変化しても、燃焼を、燃料の総供給流量に対して常に好ましい分配比率で複数の燃焼用流路に分配し、燃焼部における燃焼状態を好ましいものに維持できるバーナ装置は、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、本構成のごとく、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、外部環境温度又は燃焼負荷が変化しても、安定した運転状態を維持することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバーナ装置の実施形態について以下に説明する。
特に、ガスタービンエンジンに利用されるバーナ装置２０は、図１に示すように、後述する流量調整手段４６等を介して燃料流路１９に供給される天然ガス系都市ガスである燃料ガスＧ（燃料の一例）を、空気流路２６から圧縮機２１により供給される空気Ａ（酸素含有ガスの一例）と混合して混合気を形成し、その混合気を燃焼室１５（燃焼部の一例）において燃焼させて、燃焼排ガスをタービン２３が設けられた排ガス流路２７に排出するように構成されている。
【００４１】
詳しくは、このバーナ装置２０は、燃料ガスＧが供給される燃料流路１９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（一の燃焼用流路の一例）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（次段の燃焼用流路の一例）を規定する外筒３とを備えており、圧縮機２１により圧縮された空気Ａは、この第１流路Ａ１と第２流路Ａ２の夫々に供給される。
【００４２】
そして、これらの第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に対して燃料ガスＧ及び燃焼用の空気Ａが供給され、両者は夫々の流路Ａ１，Ａ２内において混合されて混合気となり、その混合気が燃焼室１５で燃焼することになる。また、ガスタービンエンジンは、このバーナ装置２０と、このバーナ装置２０の燃焼室１５から排ガス流路２７に排出された燃焼排ガスの運動エネルギを利用して回転するタービン２３とを備えて構成され、タービン２３の回転動力は発電機等の動力等として利用される。
さらに、排ガス流路２８には、このタービン２３により消費されなかった排ガスの廃熱を水との熱交換により回収し、蒸気又は温水を生成する廃熱回収熱交換器５７等が設けられている。
【００４３】
このバーナ装置２０において、上記のガス筒１と内筒２と外筒３とは、図２に示すように、同心状に配置されている。つまり、第１流路Ａ１、第２流路Ａ２、燃料流路１９は並設されている。
【００４４】
バーナ装置２０には、燃料流路１９に供給された燃料ガスＧを、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配供給する燃料供給手段１０が設けられている。
この燃料供給手段１０は、図２及び図３に示すように、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２と燃料流路１９との３者の間に渡って、燃料流路１９内の燃料ガスＧを第１流路Ａ１と第２流路Ａ２とに分配供給するように構成されている。
【００４５】
即ち、燃料供給手段１０は、燃料流路１９の燃料ガスＧを、燃焼用流路の一つである第２流路Ａ２の開放部９に供給するための第２供給口７（供給部の一例）と、第２供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの総供給流量が、所定の臨界流量以上のときのみに、開放部９に供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる受入口８を一方の端部に有する供給路６とからなる。さらに、供給路６の他方の端部は、第１流路Ａ１に開口する第１供給口５（供給部の一例）として形成されている。
そして、これら第２供給口７及び供給路６は、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２の軸心を中心とした周方向に沿って８個所に分散配置されている。
【００４６】
このような燃料供給手段１０において、燃料流路１９から第２供給口７を介して開放部９に供給される燃料ガスＧの総供給流量が所定の臨界流量以上である場合には、開放部９に供給された燃料ガスＧの一部が、供給路６に受け入れられて、第１供給口５を介して次段の第１流路Ａ１に供給され、一方、上記燃料ガスＧの総供給流量が所定の臨界流量未満である場合においては、開放部９に供給された燃料ガスＧの全てが第２流路Ａ２に供給されるように第２供給口７及び供給路６が構成されており、このような構成を所謂流体素子構造と呼ぶ。
尚、上記の所定の臨界流量とは、その臨界流量の燃料ガスＧの全てを第２流路Ａ２に供給しても、第２流路Ａ２に形成される混合気が燃焼上限界当量比以上にならない程度の流量である。
【００４７】
即ち、この流体素子構造において、燃料ガスＧを第２流路Ａ２に供給する第２供給口７と、第２供給口７に対向して設けられた供給路６の受入口８との間には、上記開放部９が形成され、さらに、この開放部９において、第２供給口７から受入口８側への燃料ガスＧの供給方向が、第２流路Ａ２における空気Ａの流れ方向の直交方向となっている。
【００４８】
そして、この第２流路Ａ２に晒されたスリット状の開放部９において、燃料ガスＧは、第２供給口７から受入口８側に向かう方向で供給されることになる。このように燃焼ガスＧを供給することで、第２流路Ａ２の開放部９に流出した燃料ガスＧは、開放部９を通過する第２流路Ａ２の空気Ａの流れに影響される。そして、この開放部９に流出した燃料ガスＧの総供給流量が上記臨界流量未満である場合は、開放部９に流出した全ての燃料ガスＧが、受入口８に到達することなく、空気Ａの流れにさらわれて第２流路Ａ２の下流側に供給され、一方、燃料ガスＧの総供給流量が上記臨界流量以上である場合は、開放部９に流出した燃料ガスＧの一部が第２流路Ａ２の下流側に供給されるものの、燃料ガスＧの一部が受入口８に到達して、第１供給口５から第１流路Ａ１に供給されることになるのである。
尚、ここでいう総供給流量は質量流量であり、例えば、その単位を、ｍ3（Ｎｏｒｍａｌ）／ｈで示したり、また、投入する空気量に対する割合である当量比で示すことができる。
【００４９】
さらに、バーナ装置２０には、流量調整手段４６によって、燃料流路１９への燃料ガスＧの総供給流量を調整し、燃焼部１５における混合気の当量比で示される燃焼負荷の調整及び設定を行なう燃焼負荷設定手段３３を有する制御装置３０が設けられている。
【００５０】
この燃焼負荷調整手段３３は、低燃焼負荷運転を行なうときは、第２供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が上記所定の臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を設定することで、第２流路Ａ２のみに燃料ガスＧを供給して、燃焼室１５においてパイロット燃焼のみを行ない、一方、高燃焼負荷運転を行なうときは、第２供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が上記所定の臨界流量以上となるように燃料ガスＧの総供給流量を設定することで、第２流路Ａ２と第１流路Ａ１の両方に燃料ガスＧを供給して、燃焼室１５においてメイン燃焼及びパイロット燃焼の両方を行なうように構成されている。
【００５１】
これまで説明してきた流体素子構造を有する燃料供給手段１０により、低燃焼負荷運転においては、第１流路Ａ１に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができ、高燃焼負荷運転においては、第２供給口７から開放部９に流出する燃料ガスＧの総供給流量を増加させると、言換えれば燃焼負荷が定格に近づけると、開放部９を通過して第１供給口５側即ち第１流路Ａ１側に供給される燃料ガスＧが増加し、その結果、燃料ガスＧの総供給流量を増加させるほど、第１流路Ａ１側への燃料ガスＧの分配比率を増加させることができるのである。
【００５２】
よって、本実施形態のバーナ装置２０は、燃料ガスＧの総供給流量の増加に伴い、言換えれば燃焼負荷の増加に伴い、第２流路Ａ２に対する第１流路Ａ１への燃料ガスＧの分配比率を増加させることができる。そして、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が低いときは、パイロット燃焼を安定したものとし、一方、比較的燃焼負荷が高く定格に近いときは、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２両方に燃料ガスＧを供給して、当量比を適切且つ全体的に均一にすることで、低ＮＯｘ燃焼を実現できるのである。
【００５３】
しかし、このように構成された流体素子構造を有する燃料供給手段１０においては、上記従来の技術及び発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、外部環境温度が変化したときや、燃焼室１５における燃焼負荷又は燃焼温度等の燃焼状態、燃料流路１９における燃料ガスＧの総供給流量、燃料流路１９の外側を流通する空気Ａの流量又は温度等の変化により、可変機構等を持たない流体素子構造においては、そのままでは、燃料ガスＧの総供給流量に対する第１流路Ａ１への供給流量の割合である分配比率を、好ましい設定分配比率に対して所定の範囲に収めることができず、あらゆる運転条件をカバーできない場合がある。そして、このように何らかの原因で、分配比率が、設定分配比率に対してずれてしまうと、燃焼部１５の燃焼状態を好ましいものに維持できなくなる場合がある。
【００５４】
そこで、本実施形態のバーナ装置２０においては、常に燃焼室１５の燃焼状態をそのときの燃焼負荷にあった好ましいものに維持することができるように構成されており、その特徴構成について以下に説明する。
【００５５】
バーナ装置２０の燃焼流路１９において、流量調整手段４６の下流側には、その燃料ガスＧの温度を調整する温度調整手段４０が設けられており、その温度調整手段４０は、制御装置３０に設けられている燃料温度制御手段３１により調整される。
【００５６】
詳しくは、この温度調整手段４０は、燃料供給手段１０に供給される燃料ガスＧを、排ガス流路２８を流通する排ガスとの熱交換若しくは電気ヒータ等により加熱可能、冷却水又は外気との熱交換等により冷却可能、それらの組合わせにより加熱及び冷却可能に構成されている。また、燃料温度制御手段３１は、温度調整手段４０における燃料ガスＧの加熱量又は冷却量を調整して、上記流体素子構造における総供給流量によって定められる分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、第２供給口７に供給される燃料ガスＧの温度を制御するように構成されている。
【００５７】
即ち、燃料温度制御手段３１は、温度調整手段４０を働かせて、燃料ガスＧの総供給流量に対する第１流路Ａ１への供給流量の割合である分配比率を増加させたい場合には、燃料ガスＧの温度を増加させることで、燃料ガスＧの体積及び流速を増加させて、流体素子構造において燃料ガスＧが第１流路Ａ１へ供給されやすくする。逆に、分配比率を低下させたい場合には、燃料ガスＧの温度を低下させることで、燃料ガスＧの体積及び流速を減少させて、流体素子構造において燃料ガスＧが第１流路Ａ１へ供給され難くする。このようにして、燃料温度制御手段３１による燃料ガスＧの温度制御により、燃料ガスＧの分配比率を調整することができる。
【００５８】
また、バーナ装置２０の空気流路２６において、圧縮機２１の上流側には、バーナ装置２０の夫々の流路Ａ１，Ａ２に供給される空気Ａの温度を検出するために、熱電対式の温度センサ５２（温度検出手段の一例）が設けられており、制御装置３０は、この空気Ａの温度を、燃料ガスＧの温度に影響を与える環境温度として検出することができる。
【００５９】
これまで説明してきた流体素子構造を有するバーナ装置２０において、温度制御手段３１により燃料ガスＧの温度を制御することなく燃料ガスＧをそのまま供給したとき（以下、無制御時と呼ぶ。）における、燃料ガスＧの総供給流量の変動範囲における第１流路Ａ１への供給流量の変化状態、即ち分配状態と、予め実験又は計算等で求めることができる、燃焼室１５において低ＮＯｘ且つ高燃焼効率のための好ましい目標分配状態との差の状態と、それに対する前述の燃料ガスＧの温度制御方法の具体例について以下に説明する。
【００６０】
尚、本実施形態において、環境温度としての空気Ａの温度がＴHであるときには、無制御時の分配状態が、図４のグラフ図のｆH0に示すような状態であると仮定すると共に、そのときの目標分配状態が、図４のグラフ図のｆHに示す状態であると仮定し、一方、環境温度としての空気Ａの温度がＴHよりも低いＴLであるときには、上記無制御時の分配状態が、図４のグラフ図のｆL0に示すような状態であると仮定すると共に、そのときの目標分配状態が、図４のグラフ図のｆLに示す状態であると仮定する。
【００６１】
即ち、この場合は、この無制御時の分配状態ｆH0において、低燃焼負荷運転から高燃焼負荷運転に切り換わる時点における燃料ガスＧの総供給流量である境界値が、目標分配状態ｆHの境界値φHCよりも大きく、さらに、高燃焼負荷運転時の燃焼ガスＧの総供給流量が比較的小さい領域における第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量が、目標分配状態ｆHよりも小さいので、そのときの第２流路Ａ２へ燃料ガスＧの供給流量が過剰となり、ＮＯｘ増加が懸念される。
また、高燃焼負荷運転時の燃焼ガスＧの総供給流量が比較的大きい領域における第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量が、目標分配状態ｆHよりも大きいので、第１流路Ａ１へ燃料ガスＧが過剰に供給されて、メイン燃焼におけるＮＯｘ増加及びパイロット燃焼における保炎性の低下が懸念される。
【００６２】
一方、環境温度としての空気Ａの温度が、上記ＴHよりも低いＴLである場合にも、分配状態は、図４のグラフ図のｆL0に示すような状態となり、この分配状態ｆL0も、目標分配状態ｆLに対してずれており、ＮＯｘの増加又は燃焼効率の悪化等が懸念される。
【００６３】
尚、環境温度がＴHからＴLへと低くなった場合に、燃料ガスＧの総供給流量の最大値が、φHMからφLMへと高くなるのは、本構成のバーナ装置２０において燃焼室１５の下流側に設置する図示しないタービン入口部の温度が所定の許容温度となるように、燃料ガスＧの総供給流量の最大値を決定しているからである。
【００６４】
また、環境温度がＴHからＴLへと低くなった場合に、メイン燃焼用流路である第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量の最大値が高くなるのは、環境温度（空気温度）が低下した場合に、同程度のＮＯｘ特性及び燃焼効率特性を得るためには、全体的に当量比をより高くする必要がある、即ちメイン燃焼用及びパイロット燃焼用の両流路Ａ１，Ａ２の当量比を高くする必要があるからである。
【００６５】
また、環境温度がＴHからＴLへと低くなった場合に、低燃焼負荷運転から高燃焼負荷運転に切り換わる時点における燃料ガスＧの総供給流量である境界値が、φHCからφLCへと高くなるのは、環境温度（空気温度）の低下により、上記切り換わる時点付近の燃焼負荷での燃焼性が悪化する虞があり、その燃焼性の悪化を抑制するためには、上記切り換わる時点を高燃焼負荷側に持っていき、パイロット燃焼用流路側への燃料ガスＧの供給流量を大きくして、保炎性能を高める必要があるからである。
【００６６】
そこで、バーナ装置２０は、燃料温度制御手段３１により、燃料ガスＧの分配状態ｆH0，ｆL0が、上記目標分配状態ｆH，ｆLに対して所定の範囲内に収まるように、温度調整手段４０を働かせて、燃料ガスＧの温度を制御し、常に低ＮＯｘ且つ高燃焼効率を図ることができる。
【００６７】
即ち、制御装置３０に設けられた記憶手段３５には、図５のグラフ図に示すように、夫々の環境温度としての空気Ａの温度ＴH，ＴLにおいて、燃料ガスＧの分配状態が上記目標分配状態に対して所定の範囲内に収まるときの、燃焼負荷即ち燃料ガスＧの総供給流量と、燃料ガスＧの設定温度との相関データが格納されている。そして、燃料温度制御手段３１は、温度センサ５２により検出される空気Ａの温度、燃料負荷設定手段３３により設定される燃料ガスＧの総供給流量を用いて、上記記憶手段３５から、その時点において適切な燃料ガスＧの設定温度を抽出する。そして、燃料温度制御手段３１は、温度調整手段４０を働かせて、供給する燃料ガスＧの温度を設定温度に調整するので、常に低ＮＯｘ且つ高燃焼効率を実現することができる。
尚、ここでいう上記燃焼ガスＧの設定温度とは、温度調整手段４０により設定され、温度調整手段４０から流出する燃料ガスＧの温度である。また、このように温度調整手段４０から流出した燃料ガスＧは、燃料流路１９を通って流体素子構造における第２供給口７から第２流路Ａ２の開放部９に供給されるのであるが、その間に、燃焼室１５からの伝熱等により昇温し、その昇温量が燃焼負荷の変動によって変化する場合がある。
【００６８】
具体的には、温度センサ５２により検出された空気Ａの温度がＴHである場合において、燃料ガスＧの総供給流量がφHC以下であるときには、燃料ガスＧの設定温度を高めの一定温度に維持し、φHC以上であるときには、燃焼ガス総供給流量の増加に伴って、燃焼ガスＧの設定温度を所定の割合で低下させる。また、温度センサ５２により検出された空気Ａの温度がＴLである場合において、燃料ガスＧの総供給流量がφLC以下であるときには、燃料ガスＧの設定温度を低めの一定温度に維持し、φLC以上であるときには、燃焼ガスＧの総供給流量の増加に伴って、燃焼ガスＧの設定温度を所定の割合で上昇させるのである。従って、流体素子構造において、燃料ガスＧの総供給流量に対して常に好ましい所定の分配比率で燃料ガスＧが第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配され、燃焼室１５において好ましい燃焼状態が維持されるのである。
尚、上記図４及び図５に示すグラフ図において、燃料ガスＧの供給流量は混合気の当量比に換算して示されている。
【００６９】
また、上記具体例において、低燃焼負荷運転から高燃焼負荷運転に切り換わる時点における燃料ガスＧの総供給流量である境界値が、目標分配状態の境界値に対してずれている場合について説明したが、この境界値は目標分配状態に対してずれていないが、高燃焼負荷運転における第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量のみが目標分配状態に対してずれている場合にも、当然、上記燃料ガスの温度制御を実施することで、そのずれを所定の範囲内に収めて、好ましい燃焼状態を実現することができる。
【００７０】
次に、燃料ガスＧの温度を調整するための温度調整手段４０の具体的な実施の形態について図６に基づいて説明する。
温度調整手段４０は、廃熱回収熱交換器５７から排出された排ガスと燃料ガスＧとの熱交換を行なうことで、バーナ装置２０の燃焼室１５における燃焼により発生する熱を利用して、燃料流路１９を流通する燃料ガスＧを加熱する熱交換器４２（加熱手段の一例）と、熱交換器４２から排出される燃料ガスＧの温度を検出する熱電対式の温度センサ５１と、その熱交換器４２に供給する排ガスの量を調整して、熱交換器４２における燃料ガスＧの加熱量を調整する調整弁４４（加熱量調整手段の一例）とを備えて構成されている。
そして、制御装置３０の燃料温度制御手段３１は、温度センサ５１で燃料ガスＧの温度を検出しながら、調整弁４４を調整することで、流体素子構造を有する燃料供給手段１０へ供給する燃料ガスＧの温度を所望の値に設定することができるのである。
尚、温度センサ５１は、燃焼負荷の変化、例えば燃焼室１５の温度変化等に対して温度影響を受ける前の燃料ガスＧの温度を検出するように配置されている。
【００７１】
また、このような温度調整手段４０に設けられた加熱手段としての熱交換器４２は、電気ヒータにより燃料ガスＧを加熱するように構成することもでき、この場合、その加熱量を調整するか加熱量調整手段は、その電気ヒータの出力を調整するように構成される。
【００７２】
また、温度調整手段４０として、加熱手段を設ける場合には、燃料ガスＧが加熱されないときの燃料ガスＧの分配状態が、目標分配状態に対して、燃焼負荷の変動範囲全体において、第１流路Ａ１への燃料ガスＧの分配比率が若干小さくなるように、流体素子構造の寸法等の構造が決定される。
【００７３】
さらに、加熱手段の代わりに、燃料ガスを冷却水等との熱交換により冷却する熱交換器等の冷却手段を設けることもでき、この場合、制御装置３０の燃料温度制御手段３１は、温度センサ５１で燃料ガスＧの温度を検出しながら、その冷却手段としての熱交換器に供給する冷却水の流量を調整して、流体素子構造を有する燃料供給手段１０へ供給する燃料ガスＧの温度を所望の値に設定することができる。また、加熱手段と冷却手段との両方を設けて、燃料ガスを加熱又は冷却して、燃料ガスの温度を所望の値に設定することもできる。
【００７４】
また、このようなバーナ装置２０において、第２供給口７から開放部９への燃料ガスＧの供給方向を、開放部９の空気Ａの流れ方向に対して上流側に傾斜する方向としても構わず、このように構成すれば、受入口８へ燃料ガスＧが流入し難くすることができ、上記臨界流量の値を高めに設定して、低燃焼負荷運転及び高燃焼負荷運転の切換えを行なうことができる。
【００７５】
また、バーナ装置２０において、第１供給口５からの第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給方向は、第１流路Ａ１における空気Ａの流れ方向の逆方向とされており、さらに第１供給口５は、第１流路Ａ１の軸心に向かう径方向において概略中央に設置されている。
従って、高燃焼負荷運転時において、第１供給口５から第１流路Ａ１に空気Ａの流れに逆らって供給された燃料ガスＧを、空気Ａに衝突させて、第１流路Ａ１の径方向及び周方向に分散させることができる。
【００７６】
さらに、第１供給口５が、第１流路Ａ１の空気Ａの流れ方向上流側に向かう方向に燃料ガスＧを供給する姿勢で形成されているので、第１供給口５に対向する空気Ａの流れによって、供給路６の第１供給口５から受入口８の方向に適度な圧力が付与され、開放部９から受入口８に流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることができ、低燃焼負荷運転における、高燃焼負荷運転に切り換わる閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができる。このように、開放部９から受入口８に流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることで、低燃焼負荷運転時において、開放部９に流出した燃料ガスＧが受入口８側に流入することを良好に阻止でき、未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００７７】
第１流路Ａ１の燃料供給手段１０よりも下流側の部位には、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、第２流路Ａ２の空気Ａの流れ方法における中間部位には、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。
【００７８】
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。即ち、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。
【００７９】
さらに、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。
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。
【００８０】
〔別実施形態〕
本発明に係るバーナ装置の別の実施形態を以下に説明する。
【００８１】
〈１〉 上記実施の形態において、一般的な例として、燃料ガスＧの燃焼のための酸素含有ガスとして空気Ａ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。
【００８２】
〈２〉 上記実施の形態においては、燃料ガスＧの質量流量を調整するための流量調整手段４６を備えた構成を説明したが、別に、この流量調整手段４６の代わりに、一般的な制御弁を設けても構わない。そして、このように構成する場合には、燃焼負荷設定手段３３は、記憶手段３５に予め記憶している燃焼負荷と制御弁の開度との関係に基づいて、制御弁の開度を調整し、燃焼負荷を設定するのであるが、本発明に係るバーナ装置２０においては、燃料ガスＧの温度が、燃料温度制御手段３１により制御されるので、その燃料ガスＧの温度をも考慮して、所望の燃焼負荷となるように制御弁を調整することが好ましい。
【００８３】
〈３〉 上記の実施の形態において、熱交換器４２として構成された加熱手段が、燃料供給手段１０に供給される燃料ガスＧを一定の温度範囲内に収めるように加熱可能である場合は、加熱量調整手段としての調整弁４４等を省略することも可能であり、燃料供給手段１０の流体素子構造において、上記分配比率を所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収めることができる。
【００８４】
〈４〉 上記実施の形態において、加熱手段として、燃料ガスＧと排ガスとの熱交換を行なう熱交換器４２を利用したが、加熱手段を、燃料流路を構成する管材を例えば燃焼部の燃焼により高温となっているガスタービンエンジンの本体ケーシングの周囲、又は外筒３の周囲等に渡って配設し、そこからの伝熱により加熱された燃料流路１９に燃料ガスを流通させることで、燃料ガスＧを加熱するように構成しても構わない。
また、このように加熱手段を構成した場合には、加熱量調整手段は、その加熱される燃料流路における燃料ガスが流通する距離を変更するように構成できる。
【００８５】
〈５〉 上記実施の形態において、混合気を生成して燃焼部に供給し燃焼させるための燃焼用流路として、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２のみを備えたバーナ装置について説明したが、別に、本発明に係るバーナ装置は、上記燃焼用流路を３つ以上設け、さらに、その夫々の燃焼用流路間に流体素子構造を備えたバーナ装置として構成することもでき、その具体例について、図面に基づいて説明する。
【００８６】
上記のように３つ以上の燃焼用流路を設けたバーナ装置としては、図７（イ）に示すように、パイロット燃焼用流路である第４流路Ａ４と、その周方向に等間隔で配設された複数のメイン燃焼用流路である第１流路Ａ１，第２流路Ａ２，第３流路Ａ３とを備えた所謂マルチバーナがある。
【００８７】
このようなバーナ装置において、燃焼負荷が最も低い運転状態では、第４流路Ａ４のみに燃料ガスＧを供給して、図７（イ）に示すように、第４流路Ａ４のみを燃焼状態とする運転を行なう。尚、図７では、ドットで塗りつぶされた燃料用流路が燃焼状態である。
そして、このようなバーナ装置は、その運転から燃焼負荷を増加させる場合に、燃料ガスＧを供給する燃焼用流路の数を順次増加させて、図７（ロ）に示すように、第４流路Ａ４に加えて、互いに点対称で配設された一対の第３流路Ａ３を燃焼状態とする運転、及び、図７（ハ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３に加えて、互いに点対称で配設された一対の第２流路Ａ２を燃焼状態とする運転を経て、図７（ニ）に示すように、第４流路Ａ４、第３流路Ａ３及び第２流路Ａ２に加えて、互いに点対称で配設された一対の第１流路Ａ１を燃焼用流路を燃焼状態とする定格運転に移行する。
【００８８】
また、このようなバーナ装置は、流体素子構造を有する燃料供給手段１１０で実現することができ、その構造について図８に基づいて説明する。
即ち、図８に示す燃料供給手段１１０は、夫々の流路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の上流側に燃料流路１１９の燃料ガスＧを分配供給して混合気を形成するように構成されている。
また、この燃料供給手段１１０における流体素子構造は、図８において隣接する流路間に夫々設けられ、一の流路に供給された燃料ガスＧの一部を次段の流路側に分配するように構成されている。
【００８９】
詳しくは、先ず燃料流路１１９の燃料ガスＧは、２系統に分割されて、第４流路Ａ４の上流側に、２つの供給口１０７ｃ（供給部の一例）を介して供給される。このときに、燃料流路１１９を２系統に分割するのは、燃料ガスＧが分配供給される６つの流路Ａ１，Ａ２，Ａ３の夫々が、互いに点対称で配設された２つの流路からなり、その１つづつを含む２つのグループの夫々に燃料ガスＧを分割して供給するためである。
尚、上記燃料流路１１９を２つに分割せずに、流体素子構造において燃料ガスＧが分配供給され形成された混合気を、２つの流路に分割して供給することもできる。
【００９０】
また、燃料供給手段１１０は、３つの供給路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２との間、第２流路Ａ２と第３流路Ａ３との間、及び第３流路Ａ３と第４流路Ａ４との間に夫々配設され、供給路１０６ａの最端部は、第１流路Ａ１に開口する供給口１０５として形成されている。
【００９１】
即ち、第４流路Ａ４の上流側においては、燃料流路１１９の燃料ガスＧを第４流路Ａ４の開放部１０９ｃに供給するための供給口１０７ｃと、供給口１０７ｃから開放部１０９ｃに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときにのみ、開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ｃの受入口１０８ｃとが設けられている。同様に、第３流路Ａ３の上流側においては、供給路１０６ｃに受け入れた燃料ガスＧを第３流路Ａ３の開放部１０９ｂに供給するための供給口１０７ｂと、供給口１０７ｂから開放部１０９ｂに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときにのみ、開放部１０９ｂに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ｂの受入口１０８ｂとが設けられ、さらに同様に、第２流路Ａ２の上流側においては、供給口１０７ａと、開放部１０９ａと、燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ａの受入口１０８ａとが設けられている。
このように構成された燃料供給手段１１０は、夫々の開放部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃと夫々の供給路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃとからなる複数の流体素子構造を直列的に配設して有するものである。
【００９２】
そして、このように構成された燃料供給手段１１０において、燃焼負荷設定手段が流量調整手段１４６により、供給口７ｃから開放部９ｃに供給される燃料ガスＧの流量が所定の第１臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を調整すると、供給口１０７ｃから開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの全てが第４流路Ａ４に供給され、図７（イ）に示すように、第４流路Ａ４のみが燃焼状態となる。
【００９３】
また、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第１臨界流量以上且つ第２臨界流量未満となるように調整すると、開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ｃに流入して供給路１０６ｃに受け入れられ、供給路１０６ｃに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０７ｂから第３流路Ａ３に供給され、図７（ロ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３のみが燃焼状態となる。
【００９４】
さらに、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第２臨界流量以上且つ第３臨界流量未満となるように調整すると、開放部１０９ｂに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ｂに流入して供給路１０６ｂに受け入れられ、供給路１０６ｂに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０７ａから第２流路Ａ２に供給され、図７（ハ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３及び第２流路Ａ２のみが燃焼状態となる。さらにまた、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第３臨界流量以上となるように調整すると、開放部１０９ａに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ａに流入して供給路１０６ａに受け入れられ、供給路１０６ａに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０５から第１流路Ａ１に供給され、図７（ニ）に示すように、全ての流路が燃焼状態となる。
【００９５】
以上のように構成した燃料供給手段１１０によって、低燃焼負荷運転においては、燃焼状態でない流路に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができる。さらに、燃焼負荷を増加させるほど、燃焼状態とする流路の数を順次増加させることで、燃焼負荷範囲全体に渡って安定した燃焼状態を維持することができる。
また、このような３つ以上の燃焼用流路に燃料ガスＧを分配可能な流体素子構造を有するバーナ装置においても、前述の温度調整手段１４０を設けて、上記流体素子構造における総供給流量によって定められる夫々の流路への燃料ガスＧの分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、燃料ガスＧの温度を制御することができる。
【００９６】
〈６〉 上記実施の形態及び別実施の形態において、パイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路の複数の燃焼用流路を、半径方向又は周方向に配設した構成を説明したが、夫々の燃焼用流路の配置状態を、保炎性及び低ＮＯｘ性を考慮して適宜決定することができる。また、夫々の燃焼用流路間に設けられる流体素子構造は、燃焼負荷増加に対する分配順序及び分配比率等を考慮して、設計することができる。
【００９７】
〈７〉 燃料ガスＧの温度に影響を与える環境温度を検出する温度検出手段として、上記温度センサ５２の代わりに、空気流路２６の圧縮機２１の下流側の空気Ａの温度、バーナ装置２０の周囲等の外気の温度、燃料流路１９を流通する燃料ガスＧの温度、又は第２供給口７の付近の温度等を、環境温度として検出する温度センサを設けても構わない。また、それらの温度の複数を環境温度として検出しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーナ装置及びガスタービンエンジンの実施形態を示す側断面図
【図２】図１に示すバーナ装置の横断正面図
【図３】図１に示すバーナ装置の燃料供給手段部の拡大図
【図４】燃料ガスの総供給流量とメイン燃焼用流路への供給流量との関係を示すグラフ図
【図５】燃料ガスの総供給流量と燃料ガスの設定温度との関係を示すグラフ図
【図６】バーナ装置の燃料温度調整手段の別実施形態を示す側断面図
【図７】別実施形態のバーナ装置の流路配置を示す図
【図８】図７に示すバーナ装置の燃料供給手段の概略構成を示す図
【符号の説明】
１ ガス筒
２ 内筒
３ 外筒
５ 第１供給口（供給部）
６ 供給路
７ 第２供給口（供給部）
８ 受入口
９ 開放部
１０ 燃料供給手段
１５ 燃焼室
１９ 燃料流路
２０ バーナ装置
２３ タービン
３１ 燃料温度制御手段
３５ 記憶手段
４０ 温度調整手段
４２ 熱交換器（加熱手段）
４４ 調整弁（加熱量調整手段）
４６ 流量調整手段
５１ 温度センサ
５２ 温度センサ（温度検出手段）
Ａ１ メイン燃焼用流路
Ａ２ パイロット燃焼用流路
Ｇ 燃料ガス
Ａ 空気
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に流通する酸素含有ガスに燃料が供給され、燃焼部に混合気を供給して燃焼させる複数の燃焼用流路を備え、
前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、前記一の燃焼用流路の前記供給部と前記供給路とが、前記燃料の総供給流量の増加に伴い前記供給路側への前記燃料の分配比率が増加し、逆に、前記総供給流量の減少に伴い前記供給路側への前記燃料の分配比率が減少する流体素子構造として構成されているバーナ装置、及びそのバーナ装置を備えたガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ものである。また、このように構成されたバーナ装置は、燃焼部における燃焼負荷の増減に応じて、メイン燃焼用流路（前記次段の燃焼用流路の一例）及びパイロット燃焼用流路（前記一の燃焼用流路の一例）に供給される燃料の総供給流量が、夫々の燃焼用流路から燃焼部に供給される夫々の混合気の当量比を適正に保って良好な燃焼を維持するように調整され、さらに、夫々の燃焼用流路に供給する空気（酸素含有ガスの一例）の流量も調整される。
【０００３】
また、近年、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流路への供給流量の分配比率を大きくできるバーナ装置が提案されている（特開２０００−２４２２号公報）。
【０００４】
このバーナ装置は、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ことができる。
【０００５】
即ち、上記のバーナ装置は、パイロット燃焼を行なうためのパイロット燃焼用流路と、その周囲を円筒状に囲んで予混合希薄燃焼であるメイン燃焼を行なうためのメイン燃焼用流路とを備えており、パイロット燃焼用流路とメイン燃焼用流路とには、燃料を供給する供給口が夫々設けられ、さらに、両燃焼用流路間には、パイロット燃焼用流路の供給口から供給される燃料の一部を受け入れてメイン燃焼用流路の供給口に供給するための供給路が形成されている。従って、パイロット燃焼用流路には、供給口と供給路のパイロット燃焼用流路に開口する受入口との間に、パイロット燃焼用流路に開放されるスリット状の開放部が形成されることになる。そして、この開放部及び供給路が、パイロット燃焼用流路の空気の流れにより燃料の運動を制御する流体素子構造とされる。
【０００６】
このような流体素子構造により、バーナ装置は、高燃焼負荷運転を行なうときは、燃料の総供給流量を大きめに設定して運転を行なう。そして、このときの燃料の総供給流量は、パイロット燃焼用流路において、供給口から開放部に供給された燃料の大部分が、受入口から供給路に受け入れられてメイン燃焼用流路の供給口に供給される程度とされる。
【０００７】
一方、バーナ装置は、中燃焼負荷運転若しくは低燃焼負荷運転を行なうときは、燃料の総供給流量を小さめに設定して運転を行なう。そして、このときの燃料の総供給流量は、パイロット燃焼用流路において、開放部に供給された燃料の多く又は全部が、受入口から供給路に受け入れられずにパイロット燃焼用流路に供給される程度とされる。
【０００８】
即ち、上記流体素子構造は、パイロット燃焼用流路に供給される燃料の総供給流量の増加に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路側への燃料の分配比率を増加させ、逆に、総供給流量の減少に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路側への前記燃料の分配比率を減少させるのである。
【０００９】
尚、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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような流体素子構造を有するバーナ装置は、設計基準となる環境下において、その流体素子構造における燃料のメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への分配状態が、最も低ＮＯｘ且つ高燃焼効率化が望める目標分配状態になるように設計される。
【００１１】
しかし、上記のようなバーナ装置が設計基準の環境と異なる環境に設置された場合には、基準とした燃料の体積及び密度等の状態が変化してしまう。そして、このような燃料の状態変化により、上記流体素子構造における燃料の分配状態と目標分配状態との差が生じてしまい、燃焼部における燃焼状態を好ましいものに維持できなくなる場合がある。
【００１２】
また、燃焼部における燃焼負荷又は燃焼温度等の燃焼状態、燃料流路における燃料流量、燃料流路に温度影響を与える空気の流量又は温度等の変化によって、上記流体素子構造における分配状態と目標分配状態との差が生じてしまうことがあり、このような場合にも、燃焼状態が好ましいものに維持できなくなる場合がある。
【００１３】
具体的には、流体素子構造における燃料のメイン燃焼用流路への分配比率が目標よりも過剰に大きくなると、中燃焼負荷運転時においては、パイロット燃焼用流路への燃料の供給流量が不足して、パイロット燃焼が不安定となり、燃焼効率が低下し、一方、高燃焼負荷運転時においてもＮＯｘが増加する場合がある。
【００１４】
また、分配比率が目標よりも小さくなると、メイン燃焼用流路への燃料の供給量が不足し、その結果、中及び高燃焼負荷運転時におけるパイロット燃焼用流路への燃料の過剰供給によりＮＯｘが増加する。
【００１５】
このような流体素子構造において、上記分配状態と目標分配状態との差を小さくするには、燃焼負荷や環境温度に応じて流体素子構造の各部寸法を調整するための可変機構を設けることが考えられるが、このような可変機構はコスト高及び耐久性の低下の原因となるので好ましくない。そのため、流体素子構造において、そのような可変機構を設けなくても、あらゆる燃焼負荷又は環境温度等の運転条件において、良好な燃焼状態を実現できる技術が求められている。
【００１６】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、流体素子構造を有するバーナ装置であって、常に燃焼状態を好ましいものに維持できるバーナ装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項１に記載したごとく、前記流体素子構造における前記総供給流量によって定まる前記分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、前記流体素子構造に供給される前記燃料の温度を制御する燃料温度制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
〔作用効果〕
即ち、本構成のバーナ装置は、上記従来技術の欄で説明したように、流体素子構造において、パイロット燃焼用流路等である前記一の燃焼用流路に供給される燃料の総供給流量の増加に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路等である前記次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を増加させ、逆に、総供給流量の減少に伴い、供給路及びメイン燃焼用流路側への前記燃料の分配比率を減少させることができる。
また、このような分配比率は、前記総供給流量によって定められるものであり、本願において分配比率は、流体素子構造に供給される燃料流量である総供給流量に対する次段の燃焼用流路に供給される燃料流量の割合とする。
【００１９】
そして、上記燃料温度制御手段により、上記流体素子構造における燃料の分配比率が、好ましい燃焼状態を維持できる設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、燃料の温度を制御することができる。
従って、例えば、外部環境温度等の環境条件や燃焼負荷等が変化しても、流体素子構造において、燃料の総供給流量に対して常に好ましい分配比率で燃料を前記一の燃焼用流路及び前記次段の燃焼用流路に分配して、燃焼部において好ましい燃焼状態を維持できるバーナ装置を実現することができる。
【００２０】
また、上記のような所定の設定分配比率は、予め実験等により求めることができ、その値は、燃焼負荷の設定範囲内における夫々の総供給流量において、低ＮＯｘ且つ高燃焼効率である好ましい燃焼状態を維持することができるように求められた値である。さらに、このようなバーナ装置は、その所定の設定分配比率に基づいて、上記流体素子構造の寸法や、空気流量等が決定されている。
【００２１】
〔構成２〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項２に記載したごとく、上記構成１のバーナ装置の構成に加えて、前記燃料温度制御手段が、前記燃料の温度が所定の温度範囲内となるように、前記燃料の温度を制御する手段であることを特徴とする。
【００２２】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記燃料温度制御手段により、流体素子構造に供給される燃料の温度が所定の温度範囲内となるように燃料の温度を制御することで、外部環境条件又は燃焼負荷等の変化に起因する燃料の体積変化及び密度変化を所定の範囲内に収めることができ、結果、上記総供給流量によって定められる分配比率を、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収めることができる。
【００２３】
よって、流体素子構造において、燃料を、燃料の総供給流量に対して常に好ましい所定の分配比率で複数の燃焼用流路に分配して、燃焼部において好ましい燃焼状態を維持することができる本発明のバーナ装置を実現することができる。
【００２４】
〔構成３〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項３に記載したごとく、上記構成１又は２のバーナ装置の構成に加えて、前記燃料の温度に影響を与える環境温度を検出可能な温度検出手段を備え、
前記燃料の温度を調整可能な温度調整手段を備え、
前記燃料温度制御手段が、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記温度調整手段を働かせて前記燃料の温度を制御する手段であることを特徴とする。
【００２５】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記温度検出手段により、燃料の温度に影響を与える環境温度として、燃焼用流路に供給される空気の温度、燃料流路を流通する燃料の温度、一の燃焼用流路に燃料を供給するための供給口付近の温度、又はバーナ装置の外気温度等の外部環境温度等を検出し、さらに、上記温度調整手段により、燃料の加熱又は冷却又はそれらの組み合わせによって、燃料の温度を調整することができる。
【００２６】
そして、上記燃料温度制御手段により、上記温度検出手段で検出された温度に基づいて、上記温度調整手段を働かせ、流体素子構造において流体素子構造に供給される燃料の温度が所定の温度範囲内となり、上記総供給流量によって定まる分配比率が所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、燃料の温度を制御して、燃焼部における燃焼状態を好ましいものとすることができる。
【００２７】
〔構成４〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項４に記載したごとく、上記構成３のバーナ装置の構成に加えて、前記温度調整手段が、前記燃料を加熱する加熱手段と、前記加熱手段における前記燃料の加熱量を調整する加熱量調整手段とにより構成されていることを特徴とする。
【００２８】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記温度調整手段を、上記加熱手段と上記加熱量調整手段とにより構成することができ、このような温度調整手段を設けることで、簡単且つ安価に上記燃料温度制御手段を構成して、常に好ましい燃焼状態を維持できる流体素子構造を有するバーナ装置を実現することができる。
【００２９】
〔構成５〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項５に記載したごとく、上記構成４のバーナ装置の構成に加えて、前記加熱手段が、前記燃焼部における燃焼により発生する熱を利用して、前記燃料流路を流通する前記燃料を加熱する手段であることができる。
【００３０】
〔作用効果〕
上記燃料温度調整手段を、上記加熱量調整手段と共に構成する上記加熱手段を、本構成のごとく構成することができ、特に外部の熱源等を利用することなく、バーナ装置の排熱を利用して燃料を加熱し、燃料の温度をこれまで説明してきたように制御して、常に分配比率を所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収めて、良好な燃焼状態を維持することができるバーナ装置を、簡単且つ安価に構成することができる。
【００３１】
〔構成６〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項６に記載したごとく、上記構成１から５の何れかのバーナ装置の構成に加えて、前記流体素子構造における前記総供給流量と前記燃料の設定温度との相関データが格納された記憶手段を備え、前記燃料温度制御手段が、前記記憶手段に格納された相関データに基づいて、前記燃料の温度を制御する手段であることを特徴とする。
【００３２】
〔作用効果〕
燃料の総供給流量又はそれによって決定される燃焼負荷の変動範囲に渡って、燃料の分配比率が上記設定分配比率に対して所定の範囲内となるような燃料の設定温度は、予め実験又は計算等で求めることができる。そして、本構成のバーナ装置によれば、このようにして求めた燃料の総供給流量と燃料の設定温度との相関データを格納した上記記憶手段を設けて、上記温度制御手段により、その記憶手段に格納された相関データに基づいて、燃料温度を、現時点での燃料の総供給流量に対して適切な燃料の設定温度となるように制御して、燃料の分配比率を所定の設定分配比率に対して所定の許容範囲内に収めることができる。
【００３３】
また、燃料の総供給流量に対して適切な燃料の設定温度は、環境温度によっても異なるので、上記記憶手段に格納する相関データを、環境温度と燃料の総供給流量と燃料の設定温度との相関データとして、環境温度検出手段により検出された環境温度、及び燃料の総供給流量に対して、適切な燃料の設定温度となるように燃料温度を制御することもできる。
【００３４】
〔構成７〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項７に記載したごとく、上記構成１から６の何れかのバーナ装置の構成に加えて、前記流体素子構造に供給される前記燃料を前記燃焼部における燃焼により発生する熱を利用して加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
〔作用効果〕
即ち、本構成のバーナ装置によれば、流体素子構造を有すると共に、上記加熱手段を設けることで、流体素子構造へ供給される燃料を、燃焼により発生する熱を利用して、例えば所定の温度範囲内の温度となるように加熱することができ、流体素子構造においては、常に所定の温度範囲内の燃料が供給されることになるので、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を、燃焼部における燃焼状態が好ましいものとなる所定の設定分配比率に対して所定の許容範囲内に収めることができる。
従って、例えば、外部環境温度等が変化しても、燃料を、燃料の総供給流量に対して、常に好ましい分配比率で複数の燃焼用流路に分配して、燃焼部における燃焼状態を好ましいものに維持することができるバーナ装置を実現することができる。
【００３６】
〔構成８〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項８に記載したごとく、上記構成７のバーナ装置の構成に加えて、前記燃料の温度に影響を与える環境温度を検出可能な温度検出手段を備え、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記加熱手段における前記燃料の加熱量を調整する加熱量調整手段を備えたことを特徴とする。
【００３７】
〔作用効果〕
本構成のごとく、上記温度検出手段により、燃料の温度に影響を与える環境温度として、燃焼用流路に供給される空気の温度、燃料流路を流通する燃料の温度、一の燃焼用流路に燃料を供給するためのる供給口付近の温度、又はバーナ装置の外気温度等の外部環境温度等を検出し、上記温度調整手段により、流体素子構造へ供給する燃料を、例えば所定の温度範囲内となるように加熱することができる。よって、流体素子構造において、常に所定の温度範囲内である燃料を供給して、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を燃焼状態が好ましいものとなる所定の設定分配比率に対して所定の許容範囲内に収めることができる。
【００３８】
〔構成９〕
本発明に係るガスタービンエンジンは、請求項９に記載したごとく、上記構成１から８の何れか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ことを特徴とする。
【００３９】
〔作用効果〕
即ち、これまで説明してきた、外部環境温度又は燃焼負荷等が変化しても、燃焼を、燃料の総供給流量に対して常に好ましい分配比率で複数の燃焼用流路に分配し、燃焼部における燃焼状態を好ましいものに維持できるバーナ装置は、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、本構成のごとく、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、外部環境温度又は燃焼負荷が変化しても、安定した運転状態を維持することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバーナ装置の実施形態について以下に説明する。
特に、ガスタービンエンジンに利用されるバーナ装置２０は、図１に示すように、後述する流量調整手段４６等を介して燃料流路１９に供給される天然ガス系都市ガスである燃料ガスＧ（燃料の一例）を、空気流路２６から圧縮機２１により供給される空気Ａ（酸素含有ガスの一例）と混合して混合気を形成し、その混合気を燃焼室１５（燃焼部の一例）において燃焼させて、燃焼排ガスをタービン２３が設けられた排ガス流路２７に排出するように構成されている。
【００４１】
詳しくは、このバーナ装置２０は、燃料ガスＧが供給される燃料流路１９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（一の燃焼用流路の一例）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（次段の燃焼用流路の一例）を規定する外筒３とを備えており、圧縮機２１により圧縮された空気Ａは、この第１流路Ａ１と第２流路Ａ２の夫々に供給される。
【００４２】
そして、これらの第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に対して燃料ガスＧ及び燃焼用の空気Ａが供給され、両者は夫々の流路Ａ１，Ａ２内において混合されて混合気となり、その混合気が燃焼室１５で燃焼することになる。また、ガスタービンエンジンは、このバーナ装置２０と、このバーナ装置２０の燃焼室１５から排ガス流路２７に排出された燃焼排ガスの運動エネルギを利用して回転するタービン２３とを備えて構成され、タービン２３の回転動力は発電機等の動力等として利用される。
さらに、排ガス流路２８には、このタービン２３により消費されなかった排ガスの廃熱を水との熱交換により回収し、蒸気又は温水を生成する廃熱回収熱交換器５７等が設けられている。
【００４３】
このバーナ装置２０において、上記のガス筒１と内筒２と外筒３とは、図２に示すように、同心状に配置されている。つまり、第１流路Ａ１、第２流路Ａ２、燃料流路１９は並設されている。
【００４４】
バーナ装置２０には、燃料流路１９に供給された燃料ガスＧを、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配供給する燃料供給手段１０が設けられている。
この燃料供給手段１０は、図２及び図３に示すように、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２と燃料流路１９との３者の間に渡って、燃料流路１９内の燃料ガスＧを第１流路Ａ１と第２流路Ａ２とに分配供給するように構成されている。
【００４５】
即ち、燃料供給手段１０は、燃料流路１９の燃料ガスＧを、燃焼用流路の一つである第２流路Ａ２の開放部９に供給するための第２供給口７（供給部の一例）と、第２供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの総供給流量が、所定の臨界流量以上のときのみに、開放部９に供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる受入口８を一方の端部に有する供給路６とからなる。さらに、供給路６の他方の端部は、第１流路Ａ１に開口する第１供給口５（供給部の一例）として形成されている。
そして、これら第２供給口７及び供給路６は、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２の軸心を中心とした周方向に沿って８個所に分散配置されている。
【００４６】
このような燃料供給手段１０において、燃料流路１９から第２供給口７を介して開放部９に供給される燃料ガスＧの総供給流量が所定の臨界流量以上である場合には、開放部９に供給された燃料ガスＧの一部が、供給路６に受け入れられて、第１供給口５を介して次段の第１流路Ａ１に供給され、一方、上記燃料ガスＧの総供給流量が所定の臨界流量未満である場合においては、開放部９に供給された燃料ガスＧの全てが第２流路Ａ２に供給されるように第２供給口７及び供給路６が構成されており、このような構成を所謂流体素子構造と呼ぶ。
尚、上記の所定の臨界流量とは、その臨界流量の燃料ガスＧの全てを第２流路Ａ２に供給しても、第２流路Ａ２に形成される混合気が燃焼上限界当量比以上にならない程度の流量である。
【００４７】
即ち、この流体素子構造において、燃料ガスＧを第２流路Ａ２に供給する第２供給口７と、第２供給口７に対向して設けられた供給路６の受入口８との間には、上記開放部９が形成され、さらに、この開放部９において、第２供給口７から受入口８側への燃料ガスＧの供給方向が、第２流路Ａ２における空気Ａの流れ方向の直交方向となっている。
【００４８】
そして、この第２流路Ａ２に晒されたスリット状の開放部９において、燃料ガスＧは、第２供給口７から受入口８側に向かう方向で供給されることになる。このように燃焼ガスＧを供給することで、第２流路Ａ２の開放部９に流出した燃料ガスＧは、開放部９を通過する第２流路Ａ２の空気Ａの流れに影響される。そして、この開放部９に流出した燃料ガスＧの総供給流量が上記臨界流量未満である場合は、開放部９に流出した全ての燃料ガスＧが、受入口８に到達することなく、空気Ａの流れにさらわれて第２流路Ａ２の下流側に供給され、一方、燃料ガスＧの総供給流量が上記臨界流量以上である場合は、開放部９に流出した燃料ガスＧの一部が第２流路Ａ２の下流側に供給されるものの、燃料ガスＧの一部が受入口８に到達して、第１供給口５から第１流路Ａ１に供給されることになるのである。
尚、ここでいう総供給流量は質量流量であり、例えば、その単位を、ｍ3（Ｎｏｒｍａｌ）／ｈで示したり、また、投入する空気量に対する割合である当量比で示すことができる。
【００４９】
さらに、バーナ装置２０には、流量調整手段４６によって、燃料流路１９への燃料ガスＧの総供給流量を調整し、燃焼部１５における混合気の当量比で示される燃焼負荷の調整及び設定を行なう燃焼負荷設定手段３３を有する制御装置３０が設けられている。
【００５０】
この燃焼負荷調整手段３３は、低燃焼負荷運転を行なうときは、第２供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が上記所定の臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を設定することで、第２流路Ａ２のみに燃料ガスＧを供給して、燃焼室１５においてパイロット燃焼のみを行ない、一方、高燃焼負荷運転を行なうときは、第２供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が上記所定の臨界流量以上となるように燃料ガスＧの総供給流量を設定することで、第２流路Ａ２と第１流路Ａ１の両方に燃料ガスＧを供給して、燃焼室１５においてメイン燃焼及びパイロット燃焼の両方を行なうように構成されている。
【００５１】
これまで説明してきた流体素子構造を有する燃料供給手段１０により、低燃焼負荷運転においては、第１流路Ａ１に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができ、高燃焼負荷運転においては、第２供給口７から開放部９に流出する燃料ガスＧの総供給流量を増加させると、言換えれば燃焼負荷が定格に近づけると、開放部９を通過して第１供給口５側即ち第１流路Ａ１側に供給される燃料ガスＧが増加し、その結果、燃料ガスＧの総供給流量を増加させるほど、第１流路Ａ１側への燃料ガスＧの分配比率を増加させることができるのである。
【００５２】
よって、本実施形態のバーナ装置２０は、燃料ガスＧの総供給流量の増加に伴い、言換えれば燃焼負荷の増加に伴い、第２流路Ａ２に対する第１流路Ａ１への燃料ガスＧの分配比率を増加させることができる。そして、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が低いときは、パイロット燃焼を安定したものとし、一方、比較的燃焼負荷が高く定格に近いときは、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２両方に燃料ガスＧを供給して、当量比を適切且つ全体的に均一にすることで、低ＮＯｘ燃焼を実現できるのである。
【００５３】
しかし、このように構成された流体素子構造を有する燃料供給手段１０においては、上記従来の技術及び発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、外部環境温度が変化したときや、燃焼室１５における燃焼負荷又は燃焼温度等の燃焼状態、燃料流路１９における燃料ガスＧの総供給流量、燃料流路１９の外側を流通する空気Ａの流量又は温度等の変化により、可変機構等を持たない流体素子構造においては、そのままでは、燃料ガスＧの総供給流量に対する第１流路Ａ１への供給流量の割合である分配比率を、好ましい設定分配比率に対して所定の範囲に収めることができず、あらゆる運転条件をカバーできない場合がある。そして、このように何らかの原因で、分配比率が、設定分配比率に対してずれてしまうと、燃焼部１５の燃焼状態を好ましいものに維持できなくなる場合がある。
【００５４】
そこで、本実施形態のバーナ装置２０においては、常に燃焼室１５の燃焼状態をそのときの燃焼負荷にあった好ましいものに維持することができるように構成されており、その特徴構成について以下に説明する。
【００５５】
バーナ装置２０の燃焼流路１９において、流量調整手段４６の下流側には、その燃料ガスＧの温度を調整する温度調整手段４０が設けられており、その温度調整手段４０は、制御装置３０に設けられている燃料温度制御手段３１により調整される。
【００５６】
詳しくは、この温度調整手段４０は、燃料供給手段１０に供給される燃料ガスＧを、排ガス流路２８を流通する排ガスとの熱交換若しくは電気ヒータ等により加熱可能、冷却水又は外気との熱交換等により冷却可能、それらの組合わせにより加熱及び冷却可能に構成されている。また、燃料温度制御手段３１は、温度調整手段４０における燃料ガスＧの加熱量又は冷却量を調整して、上記流体素子構造における総供給流量によって定められる分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、第２供給口７に供給される燃料ガスＧの温度を制御するように構成されている。
【００５７】
即ち、燃料温度制御手段３１は、温度調整手段４０を働かせて、燃料ガスＧの総供給流量に対する第１流路Ａ１への供給流量の割合である分配比率を増加させたい場合には、燃料ガスＧの温度を増加させることで、燃料ガスＧの体積及び流速を増加させて、流体素子構造において燃料ガスＧが第１流路Ａ１へ供給されやすくする。逆に、分配比率を低下させたい場合には、燃料ガスＧの温度を低下させることで、燃料ガスＧの体積及び流速を減少させて、流体素子構造において燃料ガスＧが第１流路Ａ１へ供給され難くする。このようにして、燃料温度制御手段３１による燃料ガスＧの温度制御により、燃料ガスＧの分配比率を調整することができる。
【００５８】
また、バーナ装置２０の空気流路２６において、圧縮機２１の上流側には、バーナ装置２０の夫々の流路Ａ１，Ａ２に供給される空気Ａの温度を検出するために、熱電対式の温度センサ５２（温度検出手段の一例）が設けられており、制御装置３０は、この空気Ａの温度を、燃料ガスＧの温度に影響を与える環境温度として検出することができる。
【００５９】
これまで説明してきた流体素子構造を有するバーナ装置２０において、温度制御手段３１により燃料ガスＧの温度を制御することなく燃料ガスＧをそのまま供給したとき（以下、無制御時と呼ぶ。）における、燃料ガスＧの総供給流量の変動範囲における第１流路Ａ１への供給流量の変化状態、即ち分配状態と、予め実験又は計算等で求めることができる、燃焼室１５において低ＮＯｘ且つ高燃焼効率のための好ましい目標分配状態との差の状態と、それに対する前述の燃料ガスＧの温度制御方法の具体例について以下に説明する。
【００６０】
尚、本実施形態において、環境温度としての空気Ａの温度がＴHであるときには、無制御時の分配状態が、図４のグラフ図のｆH0に示すような状態であると仮定すると共に、そのときの目標分配状態が、図４のグラフ図のｆHに示す状態であると仮定し、一方、環境温度としての空気Ａの温度がＴHよりも低いＴLであるときには、上記無制御時の分配状態が、図４のグラフ図のｆL0に示すような状態であると仮定すると共に、そのときの目標分配状態が、図４のグラフ図のｆLに示す状態であると仮定する。
【００６１】
即ち、この場合は、この無制御時の分配状態ｆH0において、低燃焼負荷運転から高燃焼負荷運転に切り換わる時点における燃料ガスＧの総供給流量である境界値が、目標分配状態ｆHの境界値φHCよりも大きく、さらに、高燃焼負荷運転時の燃焼ガスＧの総供給流量が比較的小さい領域における第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量が、目標分配状態ｆHよりも小さいので、そのときの第２流路Ａ２へ燃料ガスＧの供給流量が過剰となり、ＮＯｘ増加が懸念される。
また、高燃焼負荷運転時の燃焼ガスＧの総供給流量が比較的大きい領域における第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量が、目標分配状態ｆHよりも大きいので、第１流路Ａ１へ燃料ガスＧが過剰に供給されて、メイン燃焼におけるＮＯｘ増加及びパイロット燃焼における保炎性の低下が懸念される。
【００６２】
一方、環境温度としての空気Ａの温度が、上記ＴHよりも低いＴLである場合にも、分配状態は、図４のグラフ図のｆL0に示すような状態となり、この分配状態ｆL0も、目標分配状態ｆLに対してずれており、ＮＯｘの増加又は燃焼効率の悪化等が懸念される。
【００６３】
尚、環境温度がＴHからＴLへと低くなった場合に、燃料ガスＧの総供給流量の最大値が、φHMからφLMへと高くなるのは、本構成のバーナ装置２０において燃焼室１５の下流側に設置する図示しないタービン入口部の温度が所定の許容温度となるように、燃料ガスＧの総供給流量の最大値を決定しているからである。
【００６４】
また、環境温度がＴHからＴLへと低くなった場合に、メイン燃焼用流路である第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量の最大値が高くなるのは、環境温度（空気温度）が低下した場合に、同程度のＮＯｘ特性及び燃焼効率特性を得るためには、全体的に当量比をより高くする必要がある、即ちメイン燃焼用及びパイロット燃焼用の両流路Ａ１，Ａ２の当量比を高くする必要があるからである。
【００６５】
また、環境温度がＴHからＴLへと低くなった場合に、低燃焼負荷運転から高燃焼負荷運転に切り換わる時点における燃料ガスＧの総供給流量である境界値が、φHCからφLCへと高くなるのは、環境温度（空気温度）の低下により、上記切り換わる時点付近の燃焼負荷での燃焼性が悪化する虞があり、その燃焼性の悪化を抑制するためには、上記切り換わる時点を高燃焼負荷側に持っていき、パイロット燃焼用流路側への燃料ガスＧの供給流量を大きくして、保炎性能を高める必要があるからである。
【００６６】
そこで、バーナ装置２０は、燃料温度制御手段３１により、燃料ガスＧの分配状態ｆH0，ｆL0が、上記目標分配状態ｆH，ｆLに対して所定の範囲内に収まるように、温度調整手段４０を働かせて、燃料ガスＧの温度を制御し、常に低ＮＯｘ且つ高燃焼効率を図ることができる。
【００６７】
即ち、制御装置３０に設けられた記憶手段３５には、図５のグラフ図に示すように、夫々の環境温度としての空気Ａの温度ＴH，ＴLにおいて、燃料ガスＧの分配状態が上記目標分配状態に対して所定の範囲内に収まるときの、燃焼負荷即ち燃料ガスＧの総供給流量と、燃料ガスＧの設定温度との相関データが格納されている。そして、燃料温度制御手段３１は、温度センサ５２により検出される空気Ａの温度、燃料負荷設定手段３３により設定される燃料ガスＧの総供給流量を用いて、上記記憶手段３５から、その時点において適切な燃料ガスＧの設定温度を抽出する。そして、燃料温度制御手段３１は、温度調整手段４０を働かせて、供給する燃料ガスＧの温度を設定温度に調整するので、常に低ＮＯｘ且つ高燃焼効率を実現することができる。
尚、ここでいう上記燃焼ガスＧの設定温度とは、温度調整手段４０により設定され、温度調整手段４０から流出する燃料ガスＧの温度である。また、このように温度調整手段４０から流出した燃料ガスＧは、燃料流路１９を通って流体素子構造における第２供給口７から第２流路Ａ２の開放部９に供給されるのであるが、その間に、燃焼室１５からの伝熱等により昇温し、その昇温量が燃焼負荷の変動によって変化する場合がある。
【００６８】
具体的には、温度センサ５２により検出された空気Ａの温度がＴHである場合において、燃料ガスＧの総供給流量がφHC以下であるときには、燃料ガスＧの設定温度を高めの一定温度に維持し、φHC以上であるときには、燃焼ガス総供給流量の増加に伴って、燃焼ガスＧの設定温度を所定の割合で低下させる。また、温度センサ５２により検出された空気Ａの温度がＴLである場合において、燃料ガスＧの総供給流量がφLC以下であるときには、燃料ガスＧの設定温度を低めの一定温度に維持し、φLC以上であるときには、燃焼ガスＧの総供給流量の増加に伴って、燃焼ガスＧの設定温度を所定の割合で上昇させるのである。従って、流体素子構造において、燃料ガスＧの総供給流量に対して常に好ましい所定の分配比率で燃料ガスＧが第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配され、燃焼室１５において好ましい燃焼状態が維持されるのである。
尚、上記図４及び図５に示すグラフ図において、燃料ガスＧの供給流量は混合気の当量比に換算して示されている。
【００６９】
また、上記具体例において、低燃焼負荷運転から高燃焼負荷運転に切り換わる時点における燃料ガスＧの総供給流量である境界値が、目標分配状態の境界値に対してずれている場合について説明したが、この境界値は目標分配状態に対してずれていないが、高燃焼負荷運転における第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給流量のみが目標分配状態に対してずれている場合にも、当然、上記燃料ガスの温度制御を実施することで、そのずれを所定の範囲内に収めて、好ましい燃焼状態を実現することができる。
【００７０】
次に、燃料ガスＧの温度を調整するための温度調整手段４０の具体的な実施の形態について図６に基づいて説明する。
温度調整手段４０は、廃熱回収熱交換器５７から排出された排ガスと燃料ガスＧとの熱交換を行なうことで、バーナ装置２０の燃焼室１５における燃焼により発生する熱を利用して、燃料流路１９を流通する燃料ガスＧを加熱する熱交換器４２（加熱手段の一例）と、熱交換器４２から排出される燃料ガスＧの温度を検出する熱電対式の温度センサ５１と、その熱交換器４２に供給する排ガスの量を調整して、熱交換器４２における燃料ガスＧの加熱量を調整する調整弁４４（加熱量調整手段の一例）とを備えて構成されている。
そして、制御装置３０の燃料温度制御手段３１は、温度センサ５１で燃料ガスＧの温度を検出しながら、調整弁４４を調整することで、流体素子構造を有する燃料供給手段１０へ供給する燃料ガスＧの温度を所望の値に設定することができるのである。
尚、温度センサ５１は、燃焼負荷の変化、例えば燃焼室１５の温度変化等に対して温度影響を受ける前の燃料ガスＧの温度を検出するように配置されている。
【００７１】
また、このような温度調整手段４０に設けられた加熱手段としての熱交換器４２は、電気ヒータにより燃料ガスＧを加熱するように構成することもでき、この場合、その加熱量を調整するか加熱量調整手段は、その電気ヒータの出力を調整するように構成される。
【００７２】
また、温度調整手段４０として、加熱手段を設ける場合には、燃料ガスＧが加熱されないときの燃料ガスＧの分配状態が、目標分配状態に対して、燃焼負荷の変動範囲全体において、第１流路Ａ１への燃料ガスＧの分配比率が若干小さくなるように、流体素子構造の寸法等の構造が決定される。
【００７３】
さらに、加熱手段の代わりに、燃料ガスを冷却水等との熱交換により冷却する熱交換器等の冷却手段を設けることもでき、この場合、制御装置３０の燃料温度制御手段３１は、温度センサ５１で燃料ガスＧの温度を検出しながら、その冷却手段としての熱交換器に供給する冷却水の流量を調整して、流体素子構造を有する燃料供給手段１０へ供給する燃料ガスＧの温度を所望の値に設定することができる。また、加熱手段と冷却手段との両方を設けて、燃料ガスを加熱又は冷却して、燃料ガスの温度を所望の値に設定することもできる。
【００７４】
また、このようなバーナ装置２０において、第２供給口７から開放部９への燃料ガスＧの供給方向を、開放部９の空気Ａの流れ方向に対して上流側に傾斜する方向としても構わず、このように構成すれば、受入口８へ燃料ガスＧが流入し難くすることができ、上記臨界流量の値を高めに設定して、低燃焼負荷運転及び高燃焼負荷運転の切換えを行なうことができる。
【００７５】
また、バーナ装置２０において、第１供給口５からの第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給方向は、第１流路Ａ１における空気Ａの流れ方向の逆方向とされており、さらに第１供給口５は、第１流路Ａ１の軸心に向かう径方向において概略中央に設置されている。
従って、高燃焼負荷運転時において、第１供給口５から第１流路Ａ１に空気Ａの流れに逆らって供給された燃料ガスＧを、空気Ａに衝突させて、第１流路Ａ１の径方向及び周方向に分散させることができる。
【００７６】
さらに、第１供給口５が、第１流路Ａ１の空気Ａの流れ方向上流側に向かう方向に燃料ガスＧを供給する姿勢で形成されているので、第１供給口５に対向する空気Ａの流れによって、供給路６の第１供給口５から受入口８の方向に適度な圧力が付与され、開放部９から受入口８に流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることができ、低燃焼負荷運転における、高燃焼負荷運転に切り換わる閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができる。このように、開放部９から受入口８に流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることで、低燃焼負荷運転時において、開放部９に流出した燃料ガスＧが受入口８側に流入することを良好に阻止でき、未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００７７】
第１流路Ａ１の燃料供給手段１０よりも下流側の部位には、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、第２流路Ａ２の空気Ａの流れ方法における中間部位には、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。
【００７８】
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。即ち、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。
【００７９】
さらに、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。
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。
【００８０】
〔別実施形態〕
本発明に係るバーナ装置の別の実施形態を以下に説明する。
【００８１】
〈１〉 上記実施の形態において、一般的な例として、燃料ガスＧの燃焼のための酸素含有ガスとして空気Ａ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。
【００８２】
〈２〉 上記実施の形態においては、燃料ガスＧの質量流量を調整するための流量調整手段４６を備えた構成を説明したが、別に、この流量調整手段４６の代わりに、一般的な制御弁を設けても構わない。そして、このように構成する場合には、燃焼負荷設定手段３３は、記憶手段３５に予め記憶している燃焼負荷と制御弁の開度との関係に基づいて、制御弁の開度を調整し、燃焼負荷を設定するのであるが、本発明に係るバーナ装置２０においては、燃料ガスＧの温度が、燃料温度制御手段３１により制御されるので、その燃料ガスＧの温度をも考慮して、所望の燃焼負荷となるように制御弁を調整することが好ましい。
【００８３】
〈３〉 上記の実施の形態において、熱交換器４２として構成された加熱手段が、燃料供給手段１０に供給される燃料ガスＧを一定の温度範囲内に収めるように加熱可能である場合は、加熱量調整手段としての調整弁４４等を省略することも可能であり、燃料供給手段１０の流体素子構造において、上記分配比率を所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収めることができる。
【００８４】
〈４〉 上記実施の形態において、加熱手段として、燃料ガスＧと排ガスとの熱交換を行なう熱交換器４２を利用したが、加熱手段を、燃料流路を構成する管材を例えば燃焼部の燃焼により高温となっているガスタービンエンジンの本体ケーシングの周囲、又は外筒３の周囲等に渡って配設し、そこからの伝熱により加熱された燃料流路１９に燃料ガスを流通させることで、燃料ガスＧを加熱するように構成しても構わない。
また、このように加熱手段を構成した場合には、加熱量調整手段は、その加熱される燃料流路における燃料ガスが流通する距離を変更するように構成できる。
【００８５】
〈５〉 上記実施の形態において、混合気を生成して燃焼部に供給し燃焼させるための燃焼用流路として、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２のみを備えたバーナ装置について説明したが、別に、本発明に係るバーナ装置は、上記燃焼用流路を３つ以上設け、さらに、その夫々の燃焼用流路間に流体素子構造を備えたバーナ装置として構成することもでき、その具体例について、図面に基づいて説明する。
【００８６】
上記のように３つ以上の燃焼用流路を設けたバーナ装置としては、図７（イ）に示すように、パイロット燃焼用流路である第４流路Ａ４と、その周方向に等間隔で配設された複数のメイン燃焼用流路である第１流路Ａ１，第２流路Ａ２，第３流路Ａ３とを備えた所謂マルチバーナがある。
【００８７】
このようなバーナ装置において、燃焼負荷が最も低い運転状態では、第４流路Ａ４のみに燃料ガスＧを供給して、図７（イ）に示すように、第４流路Ａ４のみを燃焼状態とする運転を行なう。尚、図７では、ドットで塗りつぶされた燃料用流路が燃焼状態である。
そして、このようなバーナ装置は、その運転から燃焼負荷を増加させる場合に、燃料ガスＧを供給する燃焼用流路の数を順次増加させて、図７（ロ）に示すように、第４流路Ａ４に加えて、互いに点対称で配設された一対の第３流路Ａ３を燃焼状態とする運転、及び、図７（ハ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３に加えて、互いに点対称で配設された一対の第２流路Ａ２を燃焼状態とする運転を経て、図７（ニ）に示すように、第４流路Ａ４、第３流路Ａ３及び第２流路Ａ２に加えて、互いに点対称で配設された一対の第１流路Ａ１を燃焼用流路を燃焼状態とする定格運転に移行する。
【００８８】
また、このようなバーナ装置は、流体素子構造を有する燃料供給手段１１０で実現することができ、その構造について図８に基づいて説明する。
即ち、図８に示す燃料供給手段１１０は、夫々の流路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の上流側に燃料流路１１９の燃料ガスＧを分配供給して混合気を形成するように構成されている。
また、この燃料供給手段１１０における流体素子構造は、図８において隣接する流路間に夫々設けられ、一の流路に供給された燃料ガスＧの一部を次段の流路側に分配するように構成されている。
【００８９】
詳しくは、先ず燃料流路１１９の燃料ガスＧは、２系統に分割されて、第４流路Ａ４の上流側に、２つの供給口１０７ｃ（供給部の一例）を介して供給される。このときに、燃料流路１１９を２系統に分割するのは、燃料ガスＧが分配供給される６つの流路Ａ１，Ａ２，Ａ３の夫々が、互いに点対称で配設された２つの流路からなり、その１つづつを含む２つのグループの夫々に燃料ガスＧを分割して供給するためである。
尚、上記燃料流路１１９を２つに分割せずに、流体素子構造において燃料ガスＧが分配供給され形成された混合気を、２つの流路に分割して供給することもできる。
【００９０】
また、燃料供給手段１１０は、３つの供給路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２との間、第２流路Ａ２と第３流路Ａ３との間、及び第３流路Ａ３と第４流路Ａ４との間に夫々配設され、供給路１０６ａの最端部は、第１流路Ａ１に開口する供給口１０５として形成されている。
【００９１】
即ち、第４流路Ａ４の上流側においては、燃料流路１１９の燃料ガスＧを第４流路Ａ４の開放部１０９ｃに供給するための供給口１０７ｃと、供給口１０７ｃから開放部１０９ｃに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときにのみ、開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ｃの受入口１０８ｃとが設けられている。同様に、第３流路Ａ３の上流側においては、供給路１０６ｃに受け入れた燃料ガスＧを第３流路Ａ３の開放部１０９ｂに供給するための供給口１０７ｂと、供給口１０７ｂから開放部１０９ｂに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときにのみ、開放部１０９ｂに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ｂの受入口１０８ｂとが設けられ、さらに同様に、第２流路Ａ２の上流側においては、供給口１０７ａと、開放部１０９ａと、燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ａの受入口１０８ａとが設けられている。
このように構成された燃料供給手段１１０は、夫々の開放部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃと夫々の供給路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃとからなる複数の流体素子構造を直列的に配設して有するものである。
【００９２】
そして、このように構成された燃料供給手段１１０において、燃焼負荷設定手段が流量調整手段１４６により、供給口７ｃから開放部９ｃに供給される燃料ガスＧの流量が所定の第１臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を調整すると、供給口１０７ｃから開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの全てが第４流路Ａ４に供給され、図７（イ）に示すように、第４流路Ａ４のみが燃焼状態となる。
【００９３】
また、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第１臨界流量以上且つ第２臨界流量未満となるように調整すると、開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ｃに流入して供給路１０６ｃに受け入れられ、供給路１０６ｃに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０７ｂから第３流路Ａ３に供給され、図７（ロ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３のみが燃焼状態となる。
【００９４】
さらに、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第２臨界流量以上且つ第３臨界流量未満となるように調整すると、開放部１０９ｂに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ｂに流入して供給路１０６ｂに受け入れられ、供給路１０６ｂに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０７ａから第２流路Ａ２に供給され、図７（ハ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３及び第２流路Ａ２のみが燃焼状態となる。さらにまた、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第３臨界流量以上となるように調整すると、開放部１０９ａに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ａに流入して供給路１０６ａに受け入れられ、供給路１０６ａに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０５から第１流路Ａ１に供給され、図７（ニ）に示すように、全ての流路が燃焼状態となる。
【００９５】
以上のように構成した燃料供給手段１１０によって、低燃焼負荷運転においては、燃焼状態でない流路に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができる。さらに、燃焼負荷を増加させるほど、燃焼状態とする流路の数を順次増加させることで、燃焼負荷範囲全体に渡って安定した燃焼状態を維持することができる。
また、このような３つ以上の燃焼用流路に燃料ガスＧを分配可能な流体素子構造を有するバーナ装置においても、前述の温度調整手段１４０を設けて、上記流体素子構造における総供給流量によって定められる夫々の流路への燃料ガスＧの分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、燃料ガスＧの温度を制御することができる。
【００９６】
〈６〉 上記実施の形態及び別実施の形態において、パイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路の複数の燃焼用流路を、半径方向又は周方向に配設した構成を説明したが、夫々の燃焼用流路の配置状態を、保炎性及び低ＮＯｘ性を考慮して適宜決定することができる。また、夫々の燃焼用流路間に設けられる流体素子構造は、燃焼負荷増加に対する分配順序及び分配比率等を考慮して、設計することができる。
【００９７】
〈７〉 燃料ガスＧの温度に影響を与える環境温度を検出する温度検出手段として、上記温度センサ５２の代わりに、空気流路２６の圧縮機２１の下流側の空気Ａの温度、バーナ装置２０の周囲等の外気の温度、燃料流路１９を流通する燃料ガスＧの温度、又は第２供給口７の付近の温度等を、環境温度として検出する温度センサを設けても構わない。また、それらの温度の複数を環境温度として検出しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーナ装置及びガスタービンエンジンの実施形態を示す側断面図
【図２】図１に示すバーナ装置の横断正面図
【図３】図１に示すバーナ装置の燃料供給手段部の拡大図
【図４】燃料ガスの総供給流量とメイン燃焼用流路への供給流量との関係を示すグラフ図
【図５】燃料ガスの総供給流量と燃料ガスの設定温度との関係を示すグラフ図
【図６】バーナ装置の燃料温度調整手段の別実施形態を示す側断面図
【図７】別実施形態のバーナ装置の流路配置を示す図
【図８】図７に示すバーナ装置の燃料供給手段の概略構成を示す図
【符号の説明】
１ ガス筒
２ 内筒
３ 外筒
５ 第１供給口（供給部）
６ 供給路
７ 第２供給口（供給部）
８ 受入口
９ 開放部
１０ 燃料供給手段
１５ 燃焼室
１９ 燃料流路
２０ バーナ装置
２３ タービン
３１ 燃料温度制御手段
３５ 記憶手段
４０ 温度調整手段
４２ 熱交換器（加熱手段）
４４ 調整弁（加熱量調整手段）
４６ 流量調整手段
５１ 温度センサ
５２ 温度センサ（温度検出手段）
Ａ１ メイン燃焼用流路
Ａ２ パイロット燃焼用流路
Ｇ 燃料ガス
Ａ 空気
Claims (9)
- 内部に流通する酸素含有ガスに燃料が供給され、燃焼部に混合気を供給して燃焼させる複数の燃焼用流路を備え、
前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、
一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、
前記一の燃焼用流路の前記供給部と前記供給路とが、前記燃料の総供給流量の増加に伴い前記供給路側への前記燃料の分配比率が増加し、逆に、前記総供給流量の減少に伴い前記供給路側への前記燃料の分配比率が減少する流体素子構造として構成されているバーナ装置であって、
前記流体素子構造における前記総供給流量によって定まる前記分配比率が、所定の設定分配比率に対して一定の範囲内に収まるように、前記流体素子構造に供給される前記燃料の温度を制御する燃料温度制御手段を備えたバーナ装置。 - 前記燃料温度制御手段が、前記燃料の温度が所定の温度範囲内となるように、前記燃料の温度を制御する手段である請求項１に記載のバーナ装置。
- 前記燃料の温度に影響を与える環境温度を検出可能な温度検出手段を備え、
前記燃料の温度を調整可能な温度調整手段を備え、
前記燃料温度制御手段が、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記温度調整手段を働かせて前記燃料の温度を制御する手段である請求項１又は２に記載のバーナ装置。 - 前記温度調整手段が、前記燃料を加熱する加熱手段と、前記加熱手段における前記燃料の加熱量を調整する加熱量調整手段とにより構成されている請求項３に記載のバーナ装置。
- 前記加熱手段が、前記燃焼部における燃焼により発生する熱を利用して、前記燃料流路を流通する前記燃料を加熱する手段である請求項４に記載のバーナ装置。
- 前記流体素子構造における前記総供給流量と前記燃料の設定温度との相関データが格納された記憶手段を備え、前記燃料温度制御手段が、前記記憶手段に格納された相関データに基づいて、前記燃料の温度を制御する手段である請求項１から５の何れか１項に記載のバーナ装置。
- 前記流体素子構造に供給される前記燃料を前記燃焼部における燃焼により発生する熱を利用して加熱する加熱手段を備えた請求項１から６の何れか１項に記載のバーナ装置。
- 前記燃料の温度に影響を与える環境温度を検出可能な温度検出手段を備え、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記加熱手段における前記燃料の加熱量を調整する加熱量調整手段を備えた請求項７に記載のバーナ装置。
- 請求項１から８の何れか１項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249179A JP4671556B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249179A JP4671556B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003056365A JP2003056365A (ja) | 2003-02-26 |
| JP4671556B2 true JP4671556B2 (ja) | 2011-04-20 |
Family
ID=19078221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001249179A Expired - Fee Related JP4671556B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4671556B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4997645B2 (ja) * | 2008-10-14 | 2012-08-08 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 流体素子による空気流量配分制御機構を備えた燃焼器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001044720A1 (fr) * | 1999-12-15 | 2001-06-21 | Osaka Gas Co., Ltd. | Distributeur de fluide, dispositif a bruleur, moteur de turbine a gaz, et systeme cogenerateur |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11270850A (ja) * | 1998-03-24 | 1999-10-05 | Toshiba Corp | ガスタービンプラントの燃料供給装置 |
-
2001
- 2001-08-20 JP JP2001249179A patent/JP4671556B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001044720A1 (fr) * | 1999-12-15 | 2001-06-21 | Osaka Gas Co., Ltd. | Distributeur de fluide, dispositif a bruleur, moteur de turbine a gaz, et systeme cogenerateur |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003056365A (ja) | 2003-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2143250C (en) | Gas turbine combustion system and combustion control method therefor | |
| US6438937B1 (en) | System and method for modular control of a multi-fuel low emissions turbogenerator | |
| JP5406460B2 (ja) | 保炎マージンの範囲内で作動させるのを可能にするための方法及びシステム | |
| CN110878947A (zh) | 燃气轮机燃烧器 | |
| JP4683787B2 (ja) | バーナ装置及びガスタービンエンジン | |
| JP4671556B2 (ja) | バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン | |
| JP2006144759A (ja) | ガスタービン用予混合燃焼器およびその燃料供給制御方法 | |
| JP7307441B2 (ja) | 燃焼器 | |
| JP4386195B2 (ja) | 二流体サイクル用低ＮＯｘ燃焼器とその運転方法 | |
| JP2004053144A (ja) | 円筒内旋回燃焼器 | |
| JP3954566B2 (ja) | 燃焼器サイクル空気流量の調整方法 | |
| JP3946574B2 (ja) | エアヒートバーナ | |
| JP2014001910A (ja) | 複合管状火炎バーナの燃焼方法および複合管状火炎バーナ | |
| JP2000329346A (ja) | 予混合燃焼器及びその燃焼器を持つコージェネレーションシステム | |
| JP3809465B2 (ja) | ガスタービン用予混合燃焼器とその燃料供給制御装置および方法 | |
| JP2000074371A (ja) | バーナ装置 | |
| JP4463220B2 (ja) | 排気再燃バーナ装置 | |
| JP4608154B2 (ja) | ガスタービン用燃焼装置及びそれを備えたガスタービン | |
| JPH08210640A (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| JP3946575B2 (ja) | エアヒートバーナ | |
| JPH08261468A (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| US20230332770A1 (en) | Burner assembly for a steam production boiler assembly and method for operating said burner assembly | |
| JP4148656B2 (ja) | 燃焼装置 | |
| EP4235026A1 (en) | Burner assembly for a boiler unit for steam generation and boiler unit comprising said burner assembly | |
| JP2003130352A (ja) | ガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080325 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100628 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100701 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100826 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110106 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110118 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |