JP5563976B2 - 燃料燃焼システム、燃焼方法及びバーナー - Google Patents
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Description
本発明は、液体燃料を蒸発させ、ガス燃料を完全に燃焼させることもできるバーナーで、非常に低い排出で液体燃料を燃焼する構成要素、システム及び方法を提供する。例えば、バーナーと、バーナーのコントローラが外部燃焼エンジン、化学プロセッサー又はヒーターに用いられる。一部の実施形態で、バーナーは液体又はガス燃料、点火率及びエア/燃料の割合を含む燃料形態の様々な範囲に関して燃焼を安定化させ得る旋回の安定したバーナーである。バーナー又は外部燃焼システムの燃料柔軟性は、燃料の選択が限定される際の緊急状況で非常に有用であり得る。
実施形態は、以下の特徴のうち一つ以上を含むことができる。方法は、バーナーの出力測定に基づき、バーナーへ第1の燃料又は第2の燃料のフローをコントロールすることを更に含む。前記方法は、バーナーの排出口の燃料エア混合物の温度又は化学量論の表示を測定することを更に含む。バーナーは、燃料排出口と、半径方向へ燃料排出口の少なくとも一部をオーバーラップするエア注入口を含む。エア注入口は、燃料排出口の少なくとも一つの寸法より更に大きい少なくとも一つの寸法を有する。前記方法は、エアをバーナーの周囲に非垂直角度で向わせることを更に含む。前記方法は、熱伝導性多孔質材料で液体燃料を蒸発させることを更に含む。前記方法は、多孔質材料を囲む空間に、燃料とエアを混合することを更に含む。前記方法は、曲がった方向にエアと燃料を向うようにすることを更に含む。バーナーは、円錐の一部の形状からなるバーナー排出口を含む。円錐は、略0°から略120°までの角度を有する。バーナーは、燃料注入口と、燃料注入口と流体連通される蒸発器キャビティと、蒸発器キャビティと流体連通される燃料排出口と、燃料排出口と流体連通されるエア注入口と、エア注入口と流体連通されるバーナー排出口を含む。バーナーは、蒸発器キャビティに、熱伝導性多孔質材料を更に含む。多孔質材料は、燃料排出口を通じてのみバーナー排出口と流体連通される。バーナーは、多孔質材料を加熱するように構成されたヒーターを更に含む。バーナーは、エア注入口の下流側に位置し、蒸発器キャビティを囲む空間を更に含む。バーナーは、空間内にエアとガス燃料を曲がった方向に向わせるように構成された突出部を更に含む。エア注入口は、バーナーの半径方向に沿って燃料排出口の少なくとも一部とオーバーラップする。バーナーは、バーナーの略周囲に位置し、エアを周囲に非垂直角度で向わせるように構成された複数のエア注入口を含む。バーナー排出口は、円錐の一部の形状からなる。円錐は略0°から略120°までの角度を有する。
実施形態は、以下の特徴のうち一つ以上を含むことができる。バーナーは、蒸発器キャビティに熱伝導性多孔質材料を更に含む。多孔質材料は、燃料排出口を通じてのみバーナー排出口と流体連通される。バーナーは、多孔質材料を加熱するように構成されたヒーターを更に含む。バーナーは、エア注入口の下流側に位置し、蒸発器キャビティを囲む空間を更に含む。バーナーは、空間内にエアとガス燃料を曲がった方向に向わせるように構成された突出部を更に含む。エア注入口は、バーナーの縦軸に沿って燃料排出口の少なくとも一部とオーバーラップする。バーナーは、バーナーの略周囲に位置し、エアを周囲に非垂直角度で向わせるように構成された複数のエア注入口を含む。バーナーは、円錐の一部の形状からなるバーナー排出口を更に含む。円錐は、略0°から略120°までの角度を有する。
実施形態は、以下の特徴のうち一つ以上を含むことができる。バーナーは、蒸発器キャビティに熱伝導性多孔質材料を更に含む。多孔質材料は、燃料排出口を通じてのみバーナー排出口と流体連通される。バーナーは、多孔質材料を加熱するように構成されたヒーターを更に含む。バーナーは、空間内にエアとガス燃料を曲がった方向に向わせるように構成された突出部を更に含む。バーナーは、バーナーの略周囲に位置し、エアを周囲に非垂直角度で向わせるように構成された複数のエア注入口とを含む。バーナーは、円錐の一部の形状からなるバーナー排出口を更に含む。円錐は、略0°から略120°までの角度を有する。
一部の実施形態でエアは、バーナーの端部に位置する開口又は通路を通じて導入できる。
実施形態は、以下の利点のうち一つ以上を含むことができる。
泡との蒸発は、コークスが泡内に形成されても、熱が供給燃料に伝達されるようにする。コーキングが発生すると、泡の最も熱い部分から熱が分散でき、コークスは絶縁特性によってそれ以上の蒸発を防止しないので、破壊されない。
一部の実施形態で、バーナーは、触媒バーナーのような他の多重燃料バーナーで発生し得る、硫黄による容易な汚染、及び/又は、高温での容易な腐敗が発生しない。
ここで用いられている通り、「バーナーの変更なく」とは、如何なる物理的構成要素もバーナーに追加されたりバーナーから除去されないことを意味する。しかし、燃料流量、エア流量及び温度のようなバーナーの作動上のパラメータは変更できない。
ここで用いられた通り、「システムの変更なく」とは、如何なる物理的構成要素もシステムに加わったりシステムから除去されないことを意味する。しかし、流量、温度、切り替え状態のようなシステム作動上のパラメータは変更できない。
一部の実施形態で、図5を参照すると、混合領域(50)で混合を更に増加させるため、バーナー(20)は、エア/ガス燃料を縦軸(L)に対して傾斜したり曲がった方向(例えば、混合領域(50)の外周に接する)に向かわせるのに役立つ混合領域での構造的特徴を含む。図示された通り、バーナー(20)は、蒸発器(40)の外周から延長される複数の旋回羽根(60)を含む。
例として、予熱されたエアは、例えばバーナーエアが回復すれば、蒸発工程を促進できもする。例えば、バーナーエアが排気ガスにより回復され得、回復の程度に応じて600℃に近接する温度に到達し得る。この温度のエアは燃料の蒸発工程を促進できる。
他の実施例として、図2を参照すると、バーナー排出口(28)は、略0°から略120°まで(略40°から略80°までのような)の角度(α)を有することができる。円錐角度が大きければ、半径方向へフレームを延長することができ、ある程度の熱がフレームから加熱されるボディに伝達されるのみならず、フレームの安定にも影響を与え得る。
「上部」、「下部」及び「底部」のような位置を示す用語は、図面に関連して便宜上用いられたもので限定されはしない。
Claims (23)
- 液体燃料を含む第1のソース、
ガス燃料を含む第2のソース、及び
前記第1及び第2のソースに連結され、前記液体燃料と前記ガス燃料とに選択的に連通され前記液体燃料またはガス燃料を収容する燃焼バーナーを含む燃料燃焼システムであって、
前記燃焼バーナーは、
燃料注入口と、
前記燃料注入口に流体連通される蒸発器キャビティと、
前記蒸発器キャビティに流体連通される燃料排出口と、
前記燃料排出口に流体連通されるエア注入口であって、前記燃焼バーナーの半径方向に沿って前記燃料排出口の少なくとも一部とオーバーラップし、かつ前記燃焼バーナーの縦軸に沿って前記燃料排出口の少なくとも一部とオーバーラップするエア注入口と、
前記エア注入口に流体連通されるバーナー排出口と、
前記エア注入口の下流側に位置し、前記蒸発器キャビティを囲む空間と、
前記蒸発器キャビティに設けられた、前記燃料排出口を通じてのみ前記バーナー排出口に流体連通される熱伝導性多孔質材料と、
前記熱伝導性多孔質材料を加熱可能に構成されたヒーターと、
を含み、
前記燃焼バーナー又は前記燃料燃焼システムの変更なく、前記液体燃料の燃焼と前記ガス燃料の燃焼との間でスイッチングできることを特徴とする燃料燃焼システム。 - 前記第1のソースからの前記液体燃料又は前記第2のソースからの前記ガス燃料の前記燃焼バーナーへのフローをコントロールするように構成されたコントローラーを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 前記燃焼バーナーの出力測定に基づいて、前記第1のソースからの前記液体燃料又は前記第2のソースからの前記ガス燃料の前記燃焼バーナーへのフローをコントロールするように構成されたコントローラーを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- エアと前記ガス燃料との混合物またはエアと前記液体燃料を蒸発させて得られた燃料との混合物の温度又は化学量論を感知するように構成されたセンサを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 前記エア注入口は、前記燃料排出口の一つ以上の寸法より更に大きい一つ以上の寸法を有することを特徴とする請求項4に記載の燃料燃焼システム。
- 前記燃焼バーナーは、当該燃焼バーナーの周囲に位置する複数のエア注入口を含み、前記エア注入口はエアを周囲に非垂直角度に向わせるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 前記燃焼バーナーは、前記エア注入口の下流側に突出部を含み、前記突出部は、エアと前記液体燃料を蒸発させて得られた燃料を角の傾く方向に向わせるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 前記バーナー排出口は、円錐の一部で形成されることを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 前記円錐は、0°から120°までの間の角度を有することを特徴とする請求項8に記載の燃料燃焼システム。
- 前記燃焼バーナーは、前記空間内にエアとガス燃料を角の傾く方向に向わせるように構成された突出部を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 前記燃焼バーナーは、当該燃焼バーナーの周囲に位置する複数の前記エア注入口を含み、前記エア注入口は、エアを非垂直角度に向わせるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料燃焼システム。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載の燃料燃焼システムを使用する燃焼方法であって、
前記燃料燃焼システムの前記燃焼バーナーの前記燃料注入口を通じて第1のフェイズで第1の燃料を導入するステップ、及び
前記燃料注入口を通じて前記第1のフェイズと異なる第2のフェイズにある第2の燃料を導入するステップを含み、
前記燃焼バーナーへの前記第2の燃料の導入は、前記燃焼バーナー又は前記燃料燃焼システムを変更せずに行うことを特徴とする燃焼方法。 - 前記燃焼バーナーの出力測定に基づいて、前記燃焼バーナーへの前記第1の燃料又は前記第2の燃料のフローをコントロールするステップを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の燃焼方法。
- 前記燃焼バーナーの出口の温度又は酸素含有量を測定するステップを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の燃焼方法。
- エアを前記燃焼バーナーの周囲に非垂直角度で向かわせるようにするステップを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の燃焼方法。
- 前記熱伝導性多孔質材料で液体燃料を蒸発させるステップを更に含むことを特徴とする請求項13に記載の燃焼方法。
- 前記熱伝導性多孔質材料を囲む前記空間に、前記ガス燃料または前記液体燃料を蒸発させて得られる燃料とエアとを混合するステップを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の燃焼方法。
- 角の傾く方向にエアと前記ガス燃料または前記液体燃料を蒸発させて得られる燃料とを向わせるようにするステップを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の燃焼方法。
- 液体燃料またはガス燃料を燃焼する燃焼バーナーであって、
燃料注入口と、
前記燃料注入口に流体連通される蒸発器キャビティと、
前記蒸発器キャビティに流体連通される燃料排出口と、
前記燃料排出口に流体連通されるエア注入口であって、前記燃焼バーナーの半径方向に沿って前記燃料排出口の少なくとも一部とオーバーラップし、かつ前記燃焼バーナーの縦軸に沿って前記燃料排出口の少なくとも一部とオーバーラップするエア注入口と、
前記エア注入口に流体連通されるバーナー排出口と、
前記エア注入口の下流側に位置し、前記蒸発器キャビティを囲む空間と、
前記蒸発器キャビティに設けられた、前記燃料排出口を通じてのみ前記バーナー排出口に流体連通される熱伝導性多孔質材料と、
前記熱伝導性多孔質材料を加熱可能に構成されたヒーターと、
を含むことを特徴とする燃焼バーナー。 - 前記空間内にエアとガス燃料が角の傾く方向に向うように構成された突出部を更に含むことを特徴とする請求項19に記載の燃焼バーナー。
- 当該燃焼バーナーの周囲に位置する複数のエア注入口を含み、前記エア注入口は、エアを周囲に非垂直角度で向わせるように構成されたことを特徴とする請求項19に記載の燃焼バーナー。
- 前記バーナー排出口は、円錐の一部で形成されることを特徴とする請求項19に記載の燃焼バーナー。
- 前記円錐は、0°から120°までの間の角度を有することを特徴とする請求項22に記載の燃焼バーナー。
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