JPH07190368A

JPH07190368A - 希薄予混合燃焼器

Info

Publication number: JPH07190368A
Application number: JP33244393A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Fukao; 吉照深尾; Hiroshi Yoshikawa; 浩吉川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】空気供給量の増減に際して、希薄予混合燃焼
器の内筒内に流入する空気の旋回流の流速を一定に保持
することにより、正常燃焼させて火炎を、例えばガスタ
ービンエンジンまで伸ばす。【構成】内筒２の燃料・空気供給部４のスワラー９の
下流側に、空気供給流路１０の面積を可変にするカメラ
の絞りと同等の構成になる絞り機構１１を設ければ、空
気供給筒２０から供給される空気量が一定であっても、
この機構１１の作動による空気供給流路の面積の拡縮
で、スワラー９を介して内筒２内に流入する空気の量が
増減されるが、内筒２内に流入する空気の旋回流の流速
が変化することがないので、燃料・空気供給部４から噴
射される燃料と旋回する空気とが十分に混合されて燃焼
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、コージェネレ
ーションシステム（電・熱併給システム）に適用する希
薄予混合燃焼器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、最近コージェネレーショ
ンシステムが普及し、大都市近郊にガスタービンエンジ
ンが設置される例が増加しつつある。それに伴い、ガス
タービンエンジンから排出される排出ガスの中で、問題
となるＮＯ_Xの排出規制も厳しくなっている。希薄予混
合燃焼器は、燃料濃度を希薄にして火炎温度を低下さ
せ、温度依存性の高いサーマル（ｔｈｅｒｍａｌ）ＮＯ
_Xの発生を抑制することができるので、ガスタービンエ
ンジンの駆動ガス発生用として優れている。このような
希薄予混合燃焼器は、例えば、本願出願人の出願になる
実開平４−９２１５１号公報に開示されている。

【０００３】以下、前記希薄予混合燃焼器を、その断面
図の図５を参照しながら、同明細書並びに添付図面に記
載されている同一名称と符号とを以て説明すると、外筒
５１の内部に内筒５２が配置され、内筒５２の基部に燃
料、空気供給部５４が設られている。さらに、燃焼領域
５５の下流側の内筒壁部に複数の希釈孔５６が設けら
れ、そのうちの一部がカバー５７で開閉されるように構
成されている。また、燃焼領域５５の内筒壁部には燃料
点火用の点火装置５８が設けてある。なお、これら両筒
間に空気流通空間５３が形成されている。

【０００４】燃料は、図５中で実線で示すように、パイ
ロット燃料供給流路５９からインジェクタ６０を介し
て、あるいはメイン燃料供給流路６１からインジェクタ
６２、固定旋回翼であるスワラー６３を含む予混合流路
６４を経て流れ、また、空気は、破線で示すように、パ
イロット燃料供給流路５９の周囲の流路である空気供給
流路６５からスワラー６６を介して、あるいは予混合流
路６４からスワラー６３を介して流入し、そして空気と
燃料とが混合されて燃焼領域５５に供給されるように構
成されている。

【０００５】なお、前記カバー５７は、外筒５１の外周
部に設けたシリンダ６７に内設したばね６９でピストン
６８、ピストン６８と一体的なピストンロッド７０を介
して常時希釈孔５６を閉じる方向に付勢されるようにし
てある。そして、カバー５７を開く場合には、外筒５１
の外周部で張出しているサポートリング７２に設けら
れ、内歯車状であって、かつ肉厚が漸増、あるいは漸減
する鋸歯状に形成されてなる駆動リング７３を、図示し
ないステップモータで回転される小歯車を介して回転さ
せ、駆動リング７３の鋸歯状の外周部を転接するカムフ
ォロア７１を介して、カバー５７が希釈孔５６から離反
する側にピストンロッド７０を作動させるものである。
これにより、ステップモータの電源が切れた時のような
異常時に、ばね５９の弾発力で常にカバー５７が希釈孔
５６側に移動して、これを閉じるように構成されてい
る。

【０００６】次に、前記希薄予混合燃焼器の運転状態を
説明すると、燃料、空気供給部４から十分に混合されて
供給された混合気は点火装置５８で点火され、その後燃
焼領域５５で燃焼する。燃焼ガスは希釈孔５６から流入
する空気で温度調節されて、基部とは反対側（図＊の右
側）から送出され、例えば図示しないタービンエンジン
に送られ、タービンの駆動源として利用される。一方、
希釈孔５６から流入する空気量の調節が必要なとき、つ
まり燃焼量を増大したいときは希釈孔５６を閉じ、逆に
燃焼量を抑制して燃焼ガスの温度を下げたいときは希釈
孔５６が開くように、ステップモータを正転・逆転させ
て駆動リング７３、カムフォロア７１、ピストンロッド
７０を介してカバー５７を作動させる。このようにし
て、燃焼領域５の空気比をＮＯ_X発生の抑制に必要な範
囲内に保持している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記希薄予混合燃焼器
は、内筒内に空気を旋回させて送込むためのスワラーが
固定式で、空気を旋回させるための角度（以下、翼角度
という）が一定であるため、旋回流として送込まれる空
気の流量調節範囲が狭く、広範囲の流量制御ができず、
多様な運転条件に対応し得ないという解決すべき課題が
あった。

【０００８】例えば、空気の流量を減少させるには、そ
の流入量を減少させなければならない。すると、空気の
流速が低速になり、内筒の径方向の中心を通る長手方向
の軸心方向の軸方向速度成分と、旋回方向速度、つまり
周方向速度成分とが低速になるので、これらの速度成分
が合成されてなる空気の旋回流の流速が低速になる。

【０００９】そのため、火炎を、例えば下流側のガスタ
ービンエンジンまで伸ばすことができなくなるだけでな
く、空気と燃料との混合状態の悪化で燃料濃度が高くな
るので、不完全燃焼による失火や異常燃焼を起こしてし
まう。このような不具合をなくするには、内筒内に流入
させる空気の流量の多少の如何を問わず、空気の旋回流
の流速が一定であることが好ましい。

【００１０】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであって、従って本発明の目的とするところ
は、空気の流量の如何を問わず、空気の旋回流の流速を
一定に維持することを可能ならしめる希薄予混合燃焼器
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る希薄予混合燃焼器が採用した主たる手
段の特徴とするところは、外筒の内部に内筒が配置さ
れ、空気を両筒の間を通過させた後に内筒の基部に導
き、この導かれた空気と燃料とを前記基部側の固定旋回
翼を備えた流路から前記内筒内に噴出させて該内筒内で
燃焼させる希薄予燃焼器において、前記流路の固定旋回
翼の上流側に、該流路の面積を可変にする手段を設けた
ところにある。

【００１２】

【作用】本発明に係る希薄予混合燃焼器によれば、空気
を内筒へ噴出させる流路の固定旋回翼の上流側に、この
流路の面積を可変にする手段を設けたので、供給される
空気量が一定であっても、この手段で流路の面積を変え
ると流路に流入する空気量が変化するが、固定旋回翼の
翼角度が一定のため、この固定旋回翼で旋回させられる
空気の旋回流の流速は変化しない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る希薄予混合燃焼
器を、その断面図の図１と、図１図１のＡ部構成説明図
の図２と、流路の面積を可変にする手段である絞り機構
の作動説明図の図３とを参照しながら説明する。

【００１４】即ち、図１に示す符号１は外筒であって、
この外筒１の外側には、この外筒１内に燃焼用の空気を
供給するための空気供給筒２０が外装されている。ま
た、前記外筒１の内部には後述する構成になる内筒２が
配置されており、これら外筒１と内筒２との間には空気
流通空間３が形成されている。

【００１５】前記内筒２は、一端側に後述する燃料・空
気供給部４を備え、内部に燃焼領域５を備え、他端側に
燃焼ガスを排出する燃焼ガス出口２ｏを備えると共に、
この内筒２の壁部の外周には、前記空気流通空間３から
燃焼領域５内に、燃焼ガスの温度を調整するための希釈
用の空気を流入させる複数の大希釈孔６ａと、中希釈孔
６ｂと、小希釈孔６ｃとがそれぞれ設けられている。

【００１６】なお、この内筒２は、その燃料・空気供給
部４側が内筒１の内側に一端が固着された支持部材１ａ
によって、また、燃焼ガス出口２ｏ側が前記空気供給筒
２０の鏡板２１に設けた嵌合孔２１ａにシールプレート
２２を介して嵌合されることにより支持されている。

【００１７】前記燃料・空気供給部４は、図２に示すよ
うに、内部に燃料を噴射するノズル７を備え、このノズ
ル７の外回りから燃焼領域５側へ空気を吹き出すバーナ
８と、このバーナ８の外周回りに取付けられ、前記空気
流通空間３を流れてきた空気が、その外周側からと、前
記バーナ８に沿う方向の端面側とから流入させると共
に、空気を旋回させて前記内筒２内に流入させる固定旋
回翼であるスワラー９とを備えている。このような燃料
・空気供給部４のスワラー９の下流側には、空気の流路
である空気供給流路１０の面積を可変にする手段である
後述する絞り機構１１が配置されている。

【００１８】前記絞り機構１１は、図２に示すように、
リング状のケース１２の内側に、複数の傾斜した長孔状
のガイド溝１３ａを有する外輪３が回動自在に内設さ
れ、この外輪３のガイド溝１３ａに、スワラー９の外側
リングに固着した支点ピン１６により揺動自在に支持さ
れてなる薄板部材１４に植設したピン１５が摺動可能に
嵌合されている。

【００１９】従って、図３に示すように、外輪１３を図
示しない駆動機構によって、例えば矢印方向（反時計回
り）に回転させると、内接円１７に接する状態にある実
線で示す薄板部材１４が支点ピン１６を支点として一転
鎖線で示す位置に揺動し、前記内接円１７よりも小径の
内接円１８に接する状態になる。つまり、外輪３の可逆
回転によって空気供給流路１０の面積が拡縮されるもの
で、いわゆるカメラにおける絞り機構と略同等に構成さ
れている。

【００２０】以下、上記構成になる絞り機構１１を有す
る希薄予混合燃焼器の作用態様を説明すると、空気供給
筒２０から供給される空気は、スワラー９の働きで旋回
されて旋回流となって、空気供給流路１０から内筒２内
の燃焼領域５側に流入する。一方、バーナ８の内側のノ
ズル７から噴射される燃料は前記空気の旋回流により攪
拌され、空気と燃料とが十分に混合される。このような
混合気が図示しない点火装置で点火されると、燃焼領域
５内で燃焼する。燃焼ガスは各希釈孔１ａ，１ｂ，１ｃ
から流入する空気により温度調整されて、例えば図示し
ないガスタービンエンジンに送られる。

【００２１】そして、空気の流量を減少させる必要が生
じた場合には、前記絞り機構１１を作動させて空気供給
流路１０の面積を狭めると、例え前記空気供給筒２０か
ら供給される空気の量が一定であっても、内筒２内に流
入する空気の量が減少する。しかしながら、流入する空
気の量が減少してもその流速は一定であって、しかもス
ワラー９の翼角度は一定であるから、従来のように、旋
回流の流速の軸方向速度成分と周方向速度成分とが低速
になることがない。

【００２２】そのため、火炎を、燃焼領域５からその下
流側のガスタービンエンジンまで十分伸ばすことがで
き、また空気と燃料との混合状態が悪化することもなく
なるので、空気量の如何を問わず、正常燃焼させてるこ
とが可能になる。つまり、従来例に比較して、空気の流
量調節範囲を広くすることができ、ガスタービンエンジ
ンのより多様な運転条件に対応できるようになる。

【００２３】次に、本発明の他の実施例に係る希薄予混
合燃焼器を、絞り機構の絞り状態を示す燃料・空気供給
部断面図の図４ａと、絞り機構の全開状態を示す燃料・
空気供給部断面図の図４ｂとを参照しながら、上記実施
例と同一のものを同一符号を以て以下に説明する。但
し、本実施例が上記実施例と相違するところは、絞り機
構の構成の相違にあるから、その相違点だけの説明に止
める。

【００２４】即ち、これらの図に示す符号１１は絞り機
構であり、この絞り機構１１は、同図から良く理解され
るように、中抜状円板を４分割した状態のもの、つまり
扇状の４つの薄板部材１４を、ケース１２の内側に放射
状に配設したシリンダ１９のピストンロッドの同期伸縮
でバーナ８に対して接近、かつ離反させて、空気供給流
路１０の断面を拡縮する構成としたものである。

【００２５】なお、本実施例では、薄板部材１４が４枚
である場合を説明したが、薄板部材１４は３枚以下であ
っても、また５枚以上であっても良く、その枚数には限
定されないものである。但し、これら薄板部材１４の枚
数が多くなると、当然、絞り機構１１の構造が複雑にな
るので、薄板部材１４の枚数は空気供給流路１０の絞り
効果に支障のない範囲で決定すれば良い。

【００２６】以下、この実施例に係る希薄予混合燃焼器
の作用態様を説明すれば、シリンダ１９のピストンロッ
ドの同期伸縮により空気供給流路１０の断面が拡縮され
るので、本実施例は上記実施例と同効である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る希薄予
混合燃焼器によれば、供給される空気量が一定であって
も、流路の面積を可変にする手段で流路の面積を変える
と流路に流入する空気量が変化し、そして、固定旋回翼
の翼角度が一定のため、この固定旋回翼で旋回させられ
る空気の旋回流の流速が変わらない。そのため、空気の
量を減少させても、従来のように、火炎がその下流側の
ガスタービンエンジンまで伸びなくなったり、空気と燃
料との混合状態が悪化することもなく、空気量の如何を
問わず、正常燃焼させることができて、空気の流量調節
範囲が広がるので、ガスタービンエンジン等の多様な運
転条件に容易に対応し得るという多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る希薄予混合燃焼器の断面
図である。

【図２】図１のＡ部構成説明図である。

【図３】本発明の実施例に係る希薄予混合燃焼器の絞り
機構の作動説明図である。

【図４】図４ａは本発明の他の実施例に係る希薄予混合
燃焼器の絞り機構の絞り状態を示す燃料・空気供給部断
面図、図４ｂは絞り機構の全開状態を示す燃料・空気供
給部断面図である。

【図５】従来例に係る希薄予混合燃焼器の断面図であ
る。

【符号の説明】

１…外筒，１ａ…支持部材，２…内筒，２ｏ…燃焼ガス
出口，３…空気流通空間，４…燃料・空気供給部，５…
燃焼領域，６ａ…大希釈孔，６ｂ…中希釈孔，６ｃ…小
希釈孔，７…ノズル，８…バーナ，９…スワラー，１０
…空気供給流路，１１…絞り機構，１２…ケース，１３
…外輪，１４…薄板部材，１５…ピン，１６…支点ピ
ン，１７…内接円，１８…内接円，１９…シリンダ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外筒の内部に内筒が配置され、空気を両
筒の間を通過させた後に内筒の基部に導き、この導かれ
た空気と燃料とを前記基部側の固定旋回翼を備えた流路
から前記内筒内に噴出させて該内筒内で燃焼させる希薄
予燃焼器において、前記流路の固定旋回翼の上流側に、
該流路の面積を可変にする手段を設けたことを特徴とす
る希薄予混合燃焼器。