JPH04136606A - バーナ及びバーナの運転法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［０００１］

【産業上の利用分野１ 本発明は互いに上下に配置された少なくとも２つの部分
円錐形体より成るバーナであって、流れ方向で開放する
円錐形の形状を有しており、部分円錐形体の中心軸線が
長手方向で互いにずらして配置されていて、これによっ
てバーナの全長に互ってバーナの内室に侵入する接線方
向の侵入スリットが形成されているバーナ及びその運転
法に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】 ヨーロッパ特許公開第０３２１８０９号明細書には、互
いに上下にずらして配置された中空の２つの部分円錐形
体半部より成るバーナが開示されている。この明細書の
図面に示された部分円錐形体の円錐形の形状は、流れ方
向で所定の角度を成して延びている。部分円錐形体を互
いにずらして配置することによって、バーナ本体の両側
に、バーナの全長に亙って接線方向に延びるそれぞれ１
つの侵入スリットが形成され、この侵入スリットの幅は
、部分円錐形体の中心軸線を互いにずらした寸法に相当
し、これによって燃焼空気はバーナの内室に流入する。 ［０００３］ バーナの始端部における内室には燃料ノズルが配置され
ており、この燃料ノズルは有利には、互いにずらして配
置された部分円錐形体の中心軸線の中央で燃料を噴霧す
る。接線方向の侵入スリットの範囲には別の燃料ノズル
が設けられている。中央の燃料ノズルによって、有利に
は液状の燃料が供給され、接線方向の侵入スリット範囲
の燃料ノズルによって有利にはガス状の燃料が供給され
る。さてこのようなバーナが、燃焼し易い水素を含有す
る平均的なカロリーを有するガスによって運転されると
、供給された燃焼空気とガスとが、侵入範囲、つまり空
気とガスとがぶつかり合う箇所で強く混合されて混合気
の点火が早められる危険性がある。これによって、多量
のＮＯｘエミツションを伴う拡散状の燃焼形状が形成さ
れることになる。また、このような空気／ガスの混合に
おいてはせん断層が生じ、次いで強い渦流が形成される
ために混合過程が不安定になる。さらにまたこのような
不安定性のために、脈動圧力が生じ、ひいてはシステム
内で強い振動が生じることになる。 ［０００４］

【発明の課題】

そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式のバーナを改
良して、燃料として平均的なカロリーを有するガスを使
用しながら、ガスと空気の混合が早期に行われ得ないよ
うな手段を講じることである。この手段によれば、混合
過程の安定化も可能である。 ［０００５］

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決した本発明のバーナによれば、侵入スリ
ットの上側で、部分円錐形体によって形成されたバーナ
の外側に侵入路が延びており、該侵入路内にインジェク
ターが配置されており、該インジェクターから侵入スリ
ットの範囲に燃料が流入せしめられ、この燃料が、この
侵入スリットの範囲で、前記侵入路から流入する空気流
と混合せしめられるようになっている。 ［０００６） また、上記課題を解決した本発明のバーナの運転法によ
れば、インジェクターを介して供給される燃料をガス状
の燃料とし、該燃料がバーナの内室内に侵入する侵入速
度を、侵入スリットの範囲で燃料と混合される空気流の
速度と同じにするか、又はこれよりも低くなるように調
節するようにした。 ［０００７］

【発明の効果】

本発明によれば、ガスと空気とが早期に混合されること
がないので、ＮＯｘエミツションが低く押えられるとい
う利点が得られた。 ［０００８］ また、上記課題を解決するインジェクターは、空気／ガ
ス混合気の、平均的なカロリーを有するガスの流量が多
いにも拘わらず、バーナの燃料の流域が不都合に変化す
ることはないという利点も得られた。これは、同じ大き
さの多数のインジェクター孔を適当に分配することによ
って、また直径の異なる多数の孔を適当に分配すること
によって行われる。ガス孔の密度（ＰＧＢ）は、バーナ
の接線方向の空気侵入スリットを通る、半径方向で測定
された平均的な燃焼空気侵入速度に比例する。 ［０００９］ 本発明によるインジェクターは、混合過程時にせん断層
が生じないようにする。混合箇所におけるガス状の燃料
の速度が空気の速度よりも高い場合に常に生じるせん断
層は、強い渦流を生ぜしめ、ひいてはシステム全体の不
安定性を招くことになる。空気とガスとの混合箇所で、
空気とガスとがほぼ同速度でぶつかす合特開平４−１３
６６Ｏ６（６） うように、インジェクターを構成すれば、渦流が生じる
ことはなく、また、混合及び燃焼過程に不都合な影響を
与える脈動圧力も生じないので、システム全体に振動が
生じることもない。混合過程は、ガス状の燃料の流過速
度に関連して全負荷に設定されている。ガス状の燃料は
ほぼ無圧で空気流内に「静かに」入り込む。また本発明
によれば、燃料が噴霧される際の音響学的に不都合な影
響が避けられるという利点も得られる。インジェクター
のギャップ幅及び長さを相応に構成することによって、
インジェクターを通過する前の流れを、前記音響学的に
不都合な影響が生じないように繰り返し得ることができ
る。 ［００１０］ 本発明によれば、相応の温度及び圧力範囲において、低
い発熱量を有するガスを燃焼させることも考えられ得る
。 ［００１１］

【実施例】

以下に図示の実施例を用いて本発明の構成を具体的に説
明する。 ［００１２］ 本発明を説明するのに必要でない部分は省略した。種々
異なる媒体の流れ方向は矢印で示されている。同一の部
材には同一の符号を記した。 ［００１３］ バーナ１の構成を理解するために第１図及び第２図を参
照する。第１図を分かり易くするために第２図に示した
インジェクターは第１図に示されていない。 ［００１４］ 第１図には、互いに上下にずらして配置された、２つの
中空の半分の部分円錐形体２，３より成るバーナ１２が
示されている。図示の部分円錐形体２，３の円錐形は流
れ方向で所定の角度を有している。もちろん部分円錐形
体２，３は、流れ方向で次第に大きくなる円錐角（凸状
）を有していてもよいし又は次第に小さくなる円錐角（
凹状）を有していてもよい。この凹凸状は、図面からは
見て取れない。どの形状を最終的に使用するかは、燃焼
プロセスの種々異なるパラメータによるが、有利には図
示の形状が使用される。各部分円錐形体２，３のそれぞ
れの中心軸線２ａ、３ａを互いにずらすことによって、
バーナ１の両側で流れ方向でそれぞれ１つの、所定のス
リット幅Ｓを有する接線方向の侵入スリン）　２　ｂ。 ３ｂが形成される。この侵入スリット２ｂ、３ｂを通っ
て燃焼空気８（空気／燃料混合気）がバーナ１の内室１
７内に流入する。この侵入スリット幅Ｓの寸法は、部分
円錐形体２．３の２つの中心軸線２ａ、３ａをずらした
程度に基づいている。これら２つの部分円錐形体２，３
はそれぞれ円筒形の始端部２ｃ、３ｃを有しており、こ
れらの始端部２ｃ、３ｃは部分円錐形体２，３と同様に
やはり互いにずらして配置されているので、接線方向の
侵入スリット２ｂ、３ｂは初めから存在している。もち
ろんバーナ１が、円筒形の始端部を有していない純粋な
円錐形に形成されていてもよい。円筒形の始端部にはノ
ズルが設けられており、このノズルには有利には液状の
燃料が供給され、その燃料噴出口１５は有利には２つの
中心軸線の中央に配置されている。２つの部分円錐形体
２，３は別の燃料供給部としてそれぞれ１つの燃料導管
１０．１１を有している。これらの燃料導管１０．１１
は流れ方向で、燃料導管の全長に亙って分割された開口
２１を備えている。燃料導管１０．１１を通って有利に
はガス状の燃料６が案内され、この時に燃料は接線方向
の侵入スリン）２ｂ、３ｂ内で噴霧される（第２図参照
）。さらにバーナ１は、有利にはガス状の燃料４を供給
するための別の燃料供給部を有している。この燃料供給
は、インジェクター１２．１３を介して行われ、また接
線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂ範囲で複数のガス孔１
４を介しても行われる（第２図参照）。これについては
第２図に関連して説明されている。基本的には、バーナ
１の駆動は、個別の燃料供給部を介して、又は存在する
可能な燃料との混合運転によって行われる得る。燃焼室
２２の側でバーナ１はつば状の壁部２０を有しており、
この壁部２０には、場合によっては孔（図示せず）が形
成されており、該孔を通って希釈用の空気又は冷却空気
が燃焼室２２の前部分に供給される。 ノズル９を通って有利にはバーナ１内に供給された液状
の燃料５は、バーナ出口平面で出来るだけ均一な円錐形
の噴射形状が形成されるように、鋭角を成して内室１７
内に噴霧される。この燃料噴出口１５においては空気に
よる噴霧又は圧力による噴霧が行われる。液状燃料の円
錐形の燃料プロフィール１６は、接線方向に流入する空
気／燃料混合気８（燃焼空気流）と軸方向に案内された
別の空気流７ａとによって囲まれている。接線方向に流
入する空気／燃料混合気８につり・ては第２図に関連し
て詳しく説明されている。バーナ１の軸方向で、噴霧さ
れた液状の燃焼５の凝縮は、空気流によって又は空気／
燃料混合気８によって連続して分散される。ガス状の燃
料６が２つの燃料導管１０．１１を介して供給されると
、接線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂの範囲で開口部２
１に応じて直接的に空気流（第２図の符号２参照）との
混合が開始される。ノズル９によって液状の燃料５が噴
霧されると、渦巻きが壊れる範囲、つまり逆流ゾーン１
８の範囲で、均一な最適な燃料凝縮が横断面全体に亙っ
て得られる。各空気／燃料混合気の燃焼は逆流ゾーン１
８の先端で得られる。この先端箇所で安定した火炎の先
端が形成される。火炎がバーナ１の内部に後退する危険
性は、公知の装置の前混合区域では常に生じる可能性が
あった（これに対抗する手段として公知の装置において
は複雑な火炎維持装置が必要とされていた）が、本発明
のバーナにおいてはこのような危険性はない。必要な場
合、供給された空気（第２図の符号７参照）が前加熱さ
れると、バーナ１の出口で、混合気の燃焼過程が開始さ
れるポイントに達する前に、液状の燃料５の全体的な気
化が加速される。気化の程度は、バーナ１の大きさ、空
気／燃料混合気８の滴の大きさ、空気流７ａ、７の温度
若しくは空気／燃料混合気８の温度に基づいている。少
なくとも６０％の余剰空気量が存在し、これによってＮ
Ｏｘエミツションを減少させるための付加的な手段を講
じられていれば、低い温度の燃焼空気流によって均一な
温湿合気が得られるが又は、前過熱された燃焼空気によ
って部分的又は完全な滴の気化が得られるかには関係な
く、窒素酸化物−及び−酸化炭素エミッションは減少さ
れる。供給された燃料が、燃焼ゾーンに侵入する前に完
全に気化された場合は、有害物質のエミッション値は最
小である。これと同じことは、再循環された煙道ガスに
よって余剰空気量が補われる場合の化学量論的な運転に
おいても当てはまる。安定した突形状を得るための、バ
ーナ開口部範囲での逆流ゾーン１８を有する空気の所望
の流域を形成するために、部分円錐形体２，３．の円錐
角形状、及び接線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂの幅寸
法は狭い範囲内に維持されなければならない・一般的に
は・接線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂを狭くして、つ
まり侵入幅Ｓ（第２図参照）を狭くして、逆流ゾーン１
８をより上流にずらし、これによって混合気の点火をよ
り早めるようにする。また、幾何学的に規定された逆流
ゾーン１８の位置は、ずれないようにしなければならな
い。何故ならば、回転数はバーナ１の円錐形状範囲で次
第に高くなるからである。軸方向速度は、前述の空気流
７ａが軸方向で供給されることによって影響を受ける。 所定の長さのバーナ１においては、バーナ１の構造は、
接線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂの大きさを必要に応
じて合わせて構成すると有利である。つまり、部分円錐
形体２，３を互いにシフトさせて、２つの中心軸線２ａ
、３ａの間隔を小さくさせるか大きくさせ、これに応じ
て侵入ス幅Ｓも変えることによって、侵入スリット２ｂ
、３ｂの大きさを必要に応じて合わせると有利である（
第２図参照）。勿論、部分円錐形体２，３を別の平面で
互いにずらせることもできる。これによってバーナ１は
、長さを変えることなしに個別に調節することができる
。 ［００１５］ 第２図は、第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿ったバーナ１の中
心の断面図である。バーナ１の内室１７内に開口する、
軸線を中心にして左右対称に配置された侵入路２３２４
は、それぞれ１つのインジェクター１２．１３を有して
おり、このインジェクターは、バーナ１の接線方向長さ
の全長に亙って延びている。インジェクター１２．１３
は、ガス状の燃料４が、貫流可能なガス供給路１２ａ、
１３ａから複数のガス孔１４を通ってガスインジェクタ
ー通路（吹き込み通路）１２ｂ、１３ｂに流入するよう
に構成されている。ガスインジェクター通路１２ｂ、１
３ｂは、接線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂの範囲にま
で達している。インジェクター１２．１３の幅は、ガイ
ドされた空気流７がインジェクター１２．１３の側壁に
沿って流れ、接線方向の侵入スリット２ｂ、３ｂの範囲
でガス状の燃料４と混合開始されて空気／燃料混合気８
が形成されるように構成されている。このインジェクタ
ー１２．１３の基本的な特性は、空気／ガス混合気にお
けるガス（平均的なカロリーの）の流入量が多いにも拘
わらず、バーナ１の流域を著しく変化させないという点
にある。これは、同じ大きさのガス孔１４を適当に分布
させることによって、又はそれぞれ相応に異なる寸法の
直径を有する孔装置することによっても得られる。この
場合、ガス孔の密度（ＰＧＢ）は、バーナ１の侵入スリ
ット２ｂ、３ｂ内に侵入する空気７を半径方向で測定し
た平均速度と比例し、次の式によって得られる： 特開平４−１３６ｆ；０６　（ｊＱ） ［００１６］

【数２】 ［００１７］ この式中、αはバーナ１の開放角度（第１図参照）　Ｓ
は侵入スリット幅、Ｒは侵入スリット２ｂ、３ｂのそれ
ぞれ測定した箇所における平均半径（第１図参照）であ
る。ガス孔１４の方向は有利には、侵入スリット２ｂ、
３ｂにおける優勢な流れ方向に合わせられる。このとき
に重要なことは、ガス状の燃料４が、ガス供給通路１２
ａ、１３ａとガス孔１４とが重なる箇所で絞られるよう
にすることである。平均的なカロリーのガスは燃え易い
燃料を含有しているので、ガス孔１４は、ガスがバーナ
１の内室１７内に自由に吹き込まないように構成されて
いる。ガス孔１４は、侵入スリット２ｂ、３ｂにまで達
するガスインジェクター通路１２ｂ、１３ｂ内に開口し
ている。この通路は、多数のガイド板（図示せず）によ
って長平方向で分割されていて、ガス状の燃料４が設定
条件下、例えば全負荷で燃焼空気流の方向でガイドされ
るようになっていれば有利である。また、ガス状の燃料
４が、供給された空気７の速度で侵入スリット２ｂ、３
ｂの範囲に吹き込まれるようにすれば有利である。この
ようにすれば、空気７と、供給されたガス状の燃料４（
平均的なのカロリーを有する）とが、バーナ１の内室１
７の侵入範囲で強く混合されることは避けられる。何故
ならば、空気とガスとが強く混合されると、点火が強制
的に早まり、ひいては高いＮＯｘエミツションを伴う拡
散形状の燃焼が生じるからである。このような目的を達
成するために。ガス孔１４からガスインジェクター通路
１２ｂ、１３ｂへの移行部は、有利にはボルダ・カルノ
ー（Ｂｏｒｄａ−Ｃａｒｎｏｔ）拡張部として構成され
ている。ガスインジェクターの最小長さは、一般的なよ
うに、それぞれ６〜１０のギャップ幅で３〜５の液圧直
径を有していれば有利である。このような構成によれば
、ゆるやかなガス流（ガス状の燃料４）が空気流７と「
静かに」混合され、これによって混合過程時における音
響学的に不都合な影響も避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のバーナの一部破断した概略的な斜視図である。

【図２】 第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略的な断面図である。

【符号の説明】

１　バーナ、２　部分円錐形体、２ａ　中心軸線、２ｂ
　接線方向のスリット２０　円筒形の始端部、３　円錐
形体、３ａ　中心軸線、３ｂ　接線方向の侵入スリット
、３０　円筒形の始端部、４　ガス状の燃料、５　液状
の燃料、６ガス状の燃料、７　空気流、７ａ　空気流、
８　空気／燃料混合気（燃焼空気流）、９　ノズル、１
０．ＬＬ　　燃料導管、１２　インジェクター　１２ａ
、１３ａ　ガス供給通路、１２ｂ、１３ｂ　　ガスイン
ジェクター通路、１３　インジェクター　１４　ガス孔
、１５　燃料噴出口、１６　燃料プロフィール、１７　
バーナ１の内室、１８　逆流ゾーン、１９　火炎の先端
、２０　フランジ状の壁部２１　開口、２２　燃焼室、
２３．２４　　侵入路、α　円錐形バーナの開放角度、
Ｓ　侵入スリット幅、Ｒ侵入スリットのそれぞれの箇所
の平均半径、ＰＣＢ　ガス孔の幅、

【書類芯】図面

【図１】

【図２】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】互いに上下に配置された少なくとも２つの
   部分円錐形体より成るバーナであって、流れ方向で開放
   する円錐形の形状を有しており、部分円錐形体の中心軸
   線が長手方向で互いにずらして配置されていて、これに
   よってバーナの全長に亙ってバーナの内室に侵入する接
   線方向の侵入スリットが形成されている形式のものにお
   いて、各侵入スリット（２ｂ、３ｂ）の上側で、部分円
   錐形体（２、３）によって形成されたバーナ（１）の外
   側に侵入路（２３、２４）が延びており、該侵入路（２
   ３、２４）内にインジェクター（１２、１３）が配置さ
   れており、該インジェクター（１２、１３）から侵入ス
   リット（２ｂ、３ｂ）の範囲に燃料（４）が流入せしめ
   られ、この燃料（４）が、この侵入スリット（２ｂ、３
   ｂ）の範囲で、前記侵入路（２３、２４）から流入する
   空気流（７）と混合せしめられることを特徴とする、バ
   ーナ。 【請求項２】前記インジェクター（１２、１３）が、バ
   ーナ（１）の流過方向に延びる、燃料（４）用の供給通
   路（１２ａ、１３ａ）より成っており、該供給通路（１
   ２ａ、１３ａ）が燃料（４）の流れ方向で複数の孔（１
   ４）を有しており、これら複数の孔（１４）が、侵入ス
   リット（２ｂ、３ｂ）の範囲まで延びるインジェクター
   通路（１２ｂ、１３ｂ）に開口している、請求項１記載
   のバーナ。 【請求項３】前記孔（１４）からインジェクター通路（
   １２ｂ、１３ｂ）への移行部が、ボルダ・カルノー（Ｂ
   ｏｒｄａ−Ｃａｒｎｏｔ）拡張部によって形成されてい
   る、請求項２記載のバーナ。 【請求項４】前記孔（１４）の密度（ＰＧＢ）は、バー
   ナ（１）の侵入スリット（２ｂ、３ｂ）の範囲で半径方
   向で測定した空気流（７）の平均侵入速度に比例し、次
   の式によって計算され、 【請求項６】両流れ方向のための貫流開口（１３２、１
   ３６）がばねエレメント（６４）を用いて制御可能であ
   る、請求項５記載の弁。 【請求項７】一方の流れ方向において有効な受圧面（１
   ３１）が第１の弁体部分（１１１）に形成され、他方の
   流れ方向において有効な受圧面（１３５）が第２の弁体
   部分（１１２）に形成されている、請求項５又は６記載
   の弁。 【請求項８】両流れ方向のために有効な受圧面（１３１
   、１３５）が異なった大きさを有している、請求項５か
   ら請求項７までのいずれか１項記載の弁。 【請求項９】流れが、緩衝系の両作業室（２４、２６）
   の間で交換される圧力媒体流の少なくとも１部である、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の弁。 【請求項１０】圧力作動式の弁（６０）によって緩衝系
   の緩衝力に影響可能である、請求項８記載の弁。