JPH07280223A - 予混合式バーナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極く短い区間内で燃焼空気と燃料との親密な
混合と同時に混合ゾーンにおける均等な速度分布を得る
ことができ、かつ機械的な保炎器を使用せず逆火を避け
ることができ、しかも現存の予混合燃焼室に追加装備で
きるような手段を提供する。 【構成】 中央に配置されたパイロットバーナー１０１
と、該パイロットバーナーの周りに配置された複数のメ
インバーナー５２とを主体として成る予混合式バーナー
において、メインバーナー５２の流動通路２０内で、ガ
ス状及び／又は液状の燃料が二次流体としてガス状の主
流体内へ噴入され、該主流体が渦発生器９を介して導か
れ、しかも複数の前記渦発生器が、前記流動通路２０の
全周にわたって並列配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中央に配置されたパイ
ロットバーナーと、該パイロットバーナーの周りに配置
された複数のメインバーナーとを主体として成る予混合
式バーナーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】著しく高い圧力によるオイル運転におい
ても、また水素含有量の高いガスによるガス運転におい
ても予混合式バーナーでは、保炎式バーナーを所謂「低
窒素酸化物（Ｌｏｗ−ＮＯｘ）バーナー」としては最早
使用できないほど点火遅れ時間が短くなる場合がある。

【０００３】予混合通路内を流動する燃焼空気流内への
燃料の混合は、概ねクロスジェット流式混合器を用いて
燃料を半径方向に噴入することによって行なわれる。し
かしながら燃料の運動量は、ほぼ完全な混合が通路高さ
の約１００倍の距離を経たのちに始めて生じるほど小さ
い。またベンチュリ形混合器も使用されている。ラチス
構造を介して燃料を噴入することも公知である。更には
又、特別に構成された旋回体の手前で燃料を噴射するこ
とも採用されている。

【０００４】クロスジェット流又は層流をベースとして
作動する装置は混合距離が著しく長くなるか又は高い噴
射運動量を必要とする。高圧下でかつ化学量論的な混合
比を下回って予混合を行なう場合には、逆火の危険や混
合気の自発着火の危険すらも生じる。予混合管内におけ
る層流剥離及び淀みゾーン、周壁に沿った厚い境界層又
は場合によっては通流横断面全体にわたる極端な速度プ
ロフィールは管内における自発着火の要因となり、或い
は、下流側に位置する燃焼ゾーンから予混合管内へ火炎
が逆火となつて侵入する通路を形成することもある。従
って予混合区間の幾何学的形状の設計には最高度の留意
を払う必要がある。

【０００５】保炎式バーナーとしては所謂「二重円錐形
の予混合式バーナー」を挙げることができる。この形式
の二重円錐形バーナーは例えば欧州特許第０３２１８０
９号明細書に基づいて公知であり、これについては図１
及び図３に関連して追って説明する。この場合燃料、例
えば天然ガスは入口ギャップ又は入口スリットにおい
て、圧縮機から流れて来る燃焼空気内へインジェクタノ
ズル列を介して噴入される。該インジェクタノズル列は
大抵は入口スリット全体にわたって均等に分配されてい
る。

【０００６】保炎式バーナーの下流側に後置された燃焼
室内における混合気の確実な点火と申し分のない燃焼度
を得るためには、燃料を空気と親密に混合させることが
必要である。充全な混合は、殊に不都合なＮＯｘを生成
することになる燃焼室内における所謂「ホットスポッ
ト」を避けるためにも寄与する。

【０００７】例えばクロスジェット流式混合器のような
従来慣用の手段によっては前記のように燃料を噴入させ
ることは困難である。それというのは、燃料そのもの
が、所要の大スケールの分配と微小スケールの混合とを
得るのには不充分な運動量しか有していないからであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、冒頭で述べた形式の予混合式バーナーにおいて、極
く短い区間内で燃焼空気と燃料との親密な混合と同時に
混合ゾーンにおける均等な速度分布を得ることができ、
かつ機械的な保炎器を使用せず逆火を避けることがで
き、しかも現存の予混合燃焼室に追加装備できるような
手段を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、メインバーナーの流動通路内
で、ガス状及び／又は液状の燃料が二次流体としてガス
状の主流体内へ噴入され、該主流体が渦発生器を介して
導かれ、しかも複数の前記渦発生器が、流体の通流する
流動通路の全周にわたって互いに並列的に配置されてい
る点にある。

【００１０】

【作用】三次元的な渦発生器である本発明の新規な静的
な混合器を用いることによって、メインバーナーにおい
て著しく短い混合距離を得ることができると同時に圧力
損失を僅かにすることが可能になる。再循環領域のない
長手方向の渦流を発生することによって、渦流が完全に
１回転した後にはすでに両流体の粗混合が達成される一
方、乱流と分子拡散プロセスとに基づいて、通路高さの
数倍分に相当する距離を経た後にはすでに微混合が得ら
れている。

【００１１】この混合方式は、比較的低い予圧でかつ大
きな希釈度で燃料を燃焼空気内へ混入するのに特に適し
ている。燃料の低い予圧は、中カロリー及び低カロリー
燃焼ガスを使用する場合に特に有利である。その場合混
合のために必要なエネルギの大部分は、比較的高い体積
流を有する流体、つまり燃焼空気の流動エネルギから取
り出される。

【００１２】本発明のような渦発生器の利点は、その構
成が特に単純な点にある。流体の流過する３つの壁面か
ら成る渦発生器は製造技術の面から見ても容易に製造で
き何の問題も生じない。屋根面は多種多様の形式で両側
面と接合せることができる。扁平な又は湾曲した通路壁
面に対する渦発生器の固着も、溶接可能な材料の場合に
は簡単なシーム溶接継手によって行なうことができる。
流動技術的な観点から見れば、該渦発生器を流過する際
に生じる流体の圧力損失は極めて僅かであり、かつ淀み
ゾーンのない渦が発生する。更にまた該渦発生器は、概
して中空の内室を設けることによって、種々異なった形
式と手段とによって冷却することができる。

【００１３】

【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。

【００１４】但し図面には本発明を理解する上で重要な
構成要素だけを図示した。作業媒体の流動方向は矢印で
示した。図面中、同一の構成要素には夫々同一の対照符
号を付した。ケーシング、固定手段、導管通し部、燃料
調製部、制御装置などのような本発明にとって重要でな
い構成要素の図示は省略した。

【００１５】図１において示されている六角形のバーナ
ー壁５３は出口側で適当な手段によって燃焼室（図示せ
ず）の前壁１００と結合されている。前記燃焼室は環状
燃焼室であっても、或いはサイロ燃焼室であってもよ
く、いずれのタイプの燃焼室においても夫々複数のバー
ナーが前壁１００に配置されている。

【００１６】バーナー壁５３の内部には中央に配置され
た１個のパイロットバーナー１０１をめぐって６個を１
グループとするメインバーナー５２が配置されている。
パイロットバーナーは二重円錐（ダブルコーン）形の予
混合式バーナーである。ここで決定的に重要な点は、該
パイロットバーナーの幾何学的形状を可能な限り小さく
することである。該パイロットバーナーにおいては燃料
の約１０〜３０％が燃焼されねばならない。各メインバ
ーナー５２は円筒形の形状を有している。メインバーナ
ー５２の管状壁５４には、流動方向に後述の渦発生器９
が配置されている。燃料は中央燃料ランス１２０を介し
てパイロットバーナー１０１に、また燃料ランス５１を
介してメインバーナー５２に供給される。燃焼空気はプ
レナムチャンバー（図示せず）からケーシング内部１０
３内へ達し、そこからパイロットバーナー１０１及びメ
インバーナー５２へ流入する。

【００１７】図１のＡ、図２のＡ及び図３のＡ，Ｂにお
いて概略的に示した予混合式バーナー１０１は、例えば
欧州特許第０３２１８０９号明細書に基づいて公知にな
っているような所謂「二重円錐形バーナー」である。該
二重円錐形バーナーは実質的に２つの中空の部分円錐体
１１１，１１２から成っており、両部分円錐体は流動方
向で互いに間隔をおいて嵌め合わされた状態にある。そ
の場合両部分円錐体１１１，１１２の各中心軸線１１
３，１１４は互いにずらされている。両部分円錐体の隣
接し合った壁はその長手延在方向で燃焼空気用の接線方
向入口スリット１１９を形成し、該接線方向入口スリッ
トを経て燃焼空気はバーナー内部に到達する。バーナー
内部には液状燃料用の第１燃料ノズル１１６が配置され
ている。燃料は鋭角を成して該第１燃料ノズルから中空
円錐体内へ噴射される。発生する円錐形状の燃料は、接
線方向に流入する燃焼空気によって包囲される。燃料の
濃度は燃焼空気との混合に基づいて軸方向で連続的に希
釈・低下される。図示例では該予混合式バーナーは同様
にガス状燃料によっても運転される。このために前記接
線方向入口スリット１１９の領域内において両部分円錐
体１１１，１１２の壁内には、長手方向に分配された複
数のガス流入ポート１１７が設けられている。従ってガ
ス運転時には燃焼空気との混合気形成はすでに接線方向
入口スリット１１９の領域で始まる。以上の記載から、
このようにして両燃料種による混合運転も可能であるこ
とが判る。

【００１８】バーナー出口１１８では、負荷される円環
状横断面全体にわたって、可能な限り均質な燃料濃度が
生じる。またバーナー出口では、所定の僧帽状の逆流ゾ
ーン１２１（図１５のＡ参照）が生じ、該逆流ゾーンの
先端部において点火が行なわれる。この点までの円錐形
バーナーの構成は前掲の欧州特許第０３２１８０９号明
細書に基づいて公知である。

【００１９】メインバーナー５２内における混合器の組
込みに関して詳説するに先立って、本発明の作用態様に
とって重要な渦発生器９を先ず説明する。

【００２０】図４、図５及び図６では、大い矢印で示し
た主流体の通流する本来の流動通路は図示されていな
い。これらの図面によれば渦発生器は実質的に、流体の
擦過流動自在の３つの三角形面、つまり１つの屋根面１
０と２つの側面１１及び１３とから成っている。長手延
在方向で見て該屋根面及び側面１１，１３は所定の角度
で流動方向に延びている。

【００２１】直角三角形から成る渦発生器の両側壁は、
その長い底辺側でもって通路壁２１に固定され、殊に有
利には気密に固着されている。両側壁は高さ辺側におい
て互いに矢尻角αを成して突合せラインを形成してい
る。該突合せラインはシャープな接合エッジ１６として
構成されており、かつ各側面の密接している通路壁２１
に対して直立している。前記矢尻角αを形成する両側面
１１，１３は図４では形状、サイズ及び方位づけの点で
対称的であり、かつ対称軸線１７の両側に配置されてい
る。該対称軸線１７の方向は通路軸線方向に等しい。

【００２２】前記屋根面１０は、流体の通流する通路に
対して直角な横方向に延びている極めて肉薄に形成され
た横方向エッジ１５でもって両側面１１，１３と同様に
接している。屋根面１０の両長手方向エッジ１２，１４
は、流動通路の内部へ向かって張出すように侵入してい
る両側面１１，１３の長手方向エッジに合致している。
屋根面１０は通路壁２１に対して仰角θを成して延びて
いる。屋根面の長手方向エッジ１２，１４は接合エッジ
１６と相俟って尖端１８を形成している。

【００２３】渦発生器は勿論、適当な形式で通路壁２１
に固定された底面を有していてもよい。とは云え、この
ような底面は、渦発生器の作用態様には何の関係もな
い。

【００２４】図４では両側面１１，１３の接合エッジ１
６は渦発生器の下流側エッジを形成している。従って、
流体の通流する通路に対して直角に延びる屋根面１０の
横方向エッジ１５は、通路流体の負荷を最初に受けるエ
ッジでもある。

【００２５】渦発生器９の作用態様は次の通りである。
両長手方向エッジ１２と１４を経て流れる際、主流体は
１対の逆向きの渦に変換される。両渦の渦軸線は主流体
の軸線内に位置している。旋回数及び（渦崩壊が所望さ
れる限りでは）渦の崩壊点は、仰角θと矢尻角αを適当
に選択することによって決定される。前記角度の増加に
伴って渦流の強さもしくは旋回数は増大し、かつ渦崩壊
点は渦発生器自体の作用開始領域の方に上流側へ向かっ
て移動する。適用に応じて仰角θと矢尻角αとは設計上
の条件並びに混合プロセス自体によって規定される。そ
の場合はなお、渦発生器の長さＬ並びに接合エッジ１６
の高さｈだけを適合させればよい（図７参照）。

【００２６】図５には、図４に示した渦発生器をベース
とした所謂「ハーフ（１／２）渦発生器」が図示されて
おり、渦発生器９ａの両側面の一方の側面１１だけが矢
尻角α／２を有しているにすぎない。他方の側面１３は
流動方向に真直ぐ整合されている。対称的な渦発生器９
とは異なってこの場合は矢尻角を有する側にだけ渦が発
生される。従って渦発生器９ａの下流側には渦中立ゾー
ンは存在せず、流体の流れに旋回が与えられる。

【００２７】図４とは異なって図６では渦発生器９のシ
ャープな接合エッジ１６は、通路流の負荷を先ず最初に
受ける部位である。要するに渦発生器は図４の場合に対
して１８０°回動されている。図示から判るように、互
いに逆向きの両渦流はその旋回方向を変化している。

【００２８】図７では渦発生器９が流動通路２０内に組
込まれている。原則としては接合エッジ１６の高さｈ
は、発生渦が渦発生器の直ぐ下流側ですでに通路高さＨ
全体を占めるような大きさに達するように通路高さＨ又
は渦発生器に所属した通路部分の高さと調和されてい
る。これによって、流体の負荷を受ける横断面積内に均
等な速度分布が生じる。選択すべき比率＝ｈ／Ｈに対し
て影響を及ぼすことになる別の決定的なファクターは、
渦発生器に沿って流れる際に生じる圧力降下である。比
率ｈ／Ｈが大きくなるに伴って圧力損失率も増大するの
は明らかである。

【００２９】図示例では図１のＢから判るように、６個
のメインバーナーの夫々において、円形横断面の全周に
わたって４個の渦発生器９が間隔をおいて分配されてい
る。個々の渦発生器に配設された通路部分の前記の高さ
は、この場合は円の半径に相当している。勿論前記４つ
の渦発生器９は、通路壁２１に間隙を明けないように通
路壁の各セクタ壁面に沿って周方向に並列されていても
よい。この場合、発生すべき渦は決定的である。渦発生
器９間の自由空間内にでは、中央燃料ランス５１をめぐ
って、４個を１グループとする渦発生器９ｂが配置され
ている。該渦発生器９ｂは、図６から判るように、流体
が先ずシャープな接合エッジ１６を負荷するように配向
されている。

【００３０】渦発生器９及び９ｂは主として２流体を混
合するために使用される。燃焼空気としての主流体は矢
印方向で入口側の横方向エッジ１５又は接合エッジ１６
に衝突する。ガス状燃料及び／又は液状燃料としての二
次流体は、主流体よりも著しく小さな質量流を有し、本
例では渦発生器の下流側で主流体へ導入される。

【００３１】図１によればメインバーナー５２では燃料
は夫々中央燃料ランス５１を介して噴入される。該燃料
ランス５１は、流動通路２０を通る総体積流の約１０％
に設計されている。図面から判るように燃料の噴射は流
動方向に行なわれる。この場合の噴入燃料の運動量は主
流体の流動運動量にほぼ等しい。また同じく横方向に噴
射するノズルを設けることも可能であり、この場合の燃
料運動量は主流体の流動運動量の約２倍でなければなら
ない。

【００３２】噴射された燃料は渦によって一緒に引張ら
れて主流体流と混合される。該燃料は渦流の螺旋経過に
追従し、渦の下流側の燃焼室内で均等に微分配される。
これによって、（冒頭で述べたような、渦を形成しない
流れ内へ燃料ジェット流を半径方向に噴射する場合に生
じる）対向壁で噴射流が跳ね返る危険及び所謂「ホット
スポット」の形成が低下する。

【００３３】主たる混合プロセスが渦内で行なわれかつ
二次流の噴射運動量の影響を受けにくくなるので、燃料
噴射はフレキシブルになりかつその他の限界条件に適合
させることができる。こうして例えば全ての負荷範囲に
おいて同じ噴射運動量を維持することが可能になる。混
合動作が渦発生器の幾何学的形状によって規定され、機
械の負荷、例えばガスタービンの出力、によっては規定
されないので、このように構成されたバーナーは部分負
荷条件の場合にも最適に動作する。燃焼プロセスは、点
火遅れ時間と渦の混合時間とを適合させることによって
最適化され、これによって放出物質を最小限に抑えるこ
とが保証される。

【００３４】更にまた強力な混合によって、通流横断面
積全体にわたって良好な温度プロフィールが生じ、かつ
熱音響的な不安定の発生可能性が低下する。これが存在
する場合に限り渦発生器は熱音響的な振動に対する減衰
手段として働く。

【００３５】前記バーナーの六角形形状は、サイロ燃焼
室内にこのようなバーナーを周知のようにハニカム状に
グループづけするのに適している。

【００３６】図２では、方形状の外形を有するバーナー
が図示されている。このような多数の渦発生器は例えば
環状燃焼室内において周方向に並列的に配置することが
でき、従って独立した互換可能なバーナーモジュールを
形成することができる。このバーナーも実質的に、中央
に配置された１つのパイロットバーナー１０１と、該パ
イロットバーナーをめぐってグループづけされて配置さ
れた４つのメインバーナー５２ａとから成っている。該
パイロットバーナー１０１もやはり、円筒状の外側輪郭
を有する二重円錐形の予混合式バーナーである。メイン
バーナー５２ａは間隙なしに、二重円錐形バーナーの外
周に直接配置されている。バーナーモジュールの方形状
の外側輪郭と、二重円錐形バーナー領域における円形制
限面とによって、流体の通流する流動通路２０の形状は
規定されている。この流動通路形状は、渦発生器９ｃを
バーナーモジュールの角隅に直接配置することによって
最良に活用される。４つのメインバーナーにおける異な
った大きさの渦発生器９ｃは、この極度にコンパクトな
バーナーの場合には自明のことながら、異なった大きさ
の渦を発生することになる。

【００３７】図１及び図２に示した実施例では燃料はパ
イロットバーナー１０１には中央燃料ランス１２０を介
して、またメインバーナー５２，５２ａには燃料ランス
５１を介して供給される。

【００３８】中央燃料ランス１２０を用いてこのように
燃料を供給する場合には、渦発生器は、下流側の再循環
ゾーンを極力避けるように設計される。これによって高
熱ゾーンにおける燃料粒子の滞在時間は著しく短くな
り、これは、ＮＯｘ生成を最小限に抑える有利な方向に
作用する。しかしながら渦発生器は、メインバーナー５
２，５２ａの出口で、機械的な保炎器を用いずに空力的
学的に火炎を安定化させる所定の逆流ゾーンを生ぜしめ
るように流動通路２０の深さ方向で階段状に構成されて
いてもよい。

【００３９】図８乃至図１４には、燃焼空気へ燃料を導
入するためのメインバーナーの可能態様が図示されてい
る。これらの変化実施態様は多種多様な形式で互いに、
かつ中央燃料ランスと組合せることができる。

【００４０】図８ではは、渦発生器の下流側の複数の壁
孔２２ａを介してだけでなく、更に付加的な複数の壁孔
２２ｃを介して燃料が噴入される。該付加的な壁孔２２
ｃは、渦発生器の両側面１１，１３の直ぐ傍で該側面の
延在方向で渦発生器の配置された通路壁２１の同一セク
タ壁内に穿孔されている。該付加的な壁孔２２ｃを通っ
て導入される燃料は、発生渦に付加的な運動量を与え、
これによって発生渦は更に延命される。

【００４１】図９及び図１０では燃料は１条のスリット
２２ｅ又は複数の壁孔２２ｆを介して噴入され、該スリ
ット２２ｅ及び壁孔２２ｆは、流体の通流する通路に対
して直角な横方向に延びる屋根面１０の横方向エッジ１
５の直ぐ前でかつ該横方向エッジの延在方向に、渦発生
器の配置された通路壁２１の同一セクタ壁内に配置され
ている。スリット２２ｅ又は壁孔２２ｆの幾何学的形状
は、燃料を主流体流内へ所定の噴射角度で噴入させかつ
高熱の主流体に対する保護膜として後続の渦発生器に沿
って流動するように選ばれる。

【００４２】次に説明する実施態様では、二次流体は先
ず、図示を省いた手段を介して通路壁２１を通って渦発
生器の中空内室へ導入される。これによって渦発生器の
内部冷却の可能性が得られる。

【００４３】図１１では、主流体の通流する通路に対し
て直角な横方向に延びる横方向エッジ１５の直ぐ後方の
屋根面１０の領域内で前記横方向エッジの延在方向に位
置している複数の壁孔２２ｇを介して燃料は主流体内へ
噴入される。渦発生器の冷却は内部よりも外部で多く行
なわれる。噴出する二次流体は、屋根面１０に沿って流
れる際に、該屋根面を高熱の主流体に対して遮蔽する保
護層を形成する。

【００４４】図１２では、屋根面１０の領域内で対称線
１７に沿って階段状に配列された複数の壁孔２２ｈを介
して燃料は噴入される。この変化態様においては、燃料
が先ず渦の外周域で導入されるので、通路壁は高熱の主
流体に対して特に良好に防護される。

【００４５】図１３では、屋根面１０の両方の長手方向
エッジ１２，１４内に位置している複数の壁孔２２ｊを
介して燃料は主流体内へ噴入される。この構成手段は、
渦発生器の良好な冷却を保証する。それというのは燃料
が、極限的なエッジに沿って噴出し、従って渦発生器の
全内壁面を完全にすすぐことになるからである。二次流
体はこの場合は、発生する渦内へ直接投入され、これに
よって規定の流動条件が生じる。

【００４６】図１４では、両方の縦方向エッジ１２，１
４の領域と接合エッジ１６の領域とにおける両側面１
１，１３内に位置している複数の壁孔２２ｄを介して燃
料の噴入が行なわれる。この変化態様は、図８の壁孔２
２ａの場合及び図１１の壁孔２２ｊの場合に類似した作
用効果を奏する。

【００４７】前記のバーナーを用いれば、燃料を個々の
バーナーモジュールへ段階付けて供給することによっ
て、燃焼室の部分負荷運転が簡単に実現される。中央の
パイロットバーナーは運転コンセプトに応じてハイブリ
ッドモードで、例えば低負荷の場合には拡散炎で、比較
的高い負荷の場合には予混合式燃焼に切換えて運転する
ことができる。この可能性は、安定性及び燃焼度に関す
る要求を充分に満たす。パイロットバーナーだけを予混
合炎で運転する場合には、メインバーナーの主流体は希
釈用空気として使用される。この強度に渦動される主流
体はメインバーナーの出口で、パイロット段から流出す
る高熱ガスと極めて迅速に混合する。従って下流側では
均一な温度プロフィールが生じる。バーナーの負荷時
に、燃料は段階的にメインバーナー内へ噴射され、点火
前に燃焼空気内へ強力に混入される。該メインバーナー
は常に予混合式運転で稼働し、パイロットバーナーによ
って点火されて安定化される。

【００４８】バーナー空力学は、半径方向で段階づけら
れた２つの渦パターンから成っている。半径方向外寄り
の渦は渦発生器９の個数と幾何学的形状とに関連し、二
重円錐形バーナーから発生する半径方向内寄りの渦構造
は、二重円錐形バーナーの或る所定の幾何学的パラメー
タを適合させることによって影響を及ぼすことができ
る。パイロットバーナーとメインバーナーとの間の量分
配は、流体の通流する流過面積を相応に調和することに
よって任意に行なうことができ、その場合、圧力損失が
考慮に入れられる。渦発生器の圧力損失は比較的僅かで
あるので、流体はパイロットバーナーよりも高い速度で
メインバーナーを通流することができる。メインバーナ
ーの出口において、より高い速度が得られることは、火
炎の逆火に関して有利に作用する。

【００４９】図１５では円形バーナーが提案され、この
場合前記の半径方向で段階づけられた渦パターンは正確
に規定されている。半径方向内寄りの大きなスケールの
渦と半径方向外寄りの渦とは逆の回転方向を有してい
る。これを得るために、二重円錐形バーナー１０１をめ
ぐって、図５に示したような所定数の渦発生器９ａがグ
ループづけられている。この渦発生器９ａは、該渦発生
器９ａの両側面のうちの一方の側面だけが矢尻角α／２
を有するところの、所謂「ハーフ（１／２）渦発生器」
である。他方の側面は真直ぐでありバーナー軸線に整合
されている。この場合は、対称的な渦発生器とは異なっ
て、矢尻角を有する方の側面でだけ渦が発生するにすぎ
ない。従って渦発生器の下流側には渦中立ゾーンは存在
せず、むしろ流体には強制的に旋回が与えられる。周方
向に均等に配分された渦発生器はすべて同一の方位を有
しているので、渦発生器の下流側において、当初は旋回
運動成分を有していなかった主流体流から、図１５のＢ
に示したような、全周にわたって単一方向の旋回流が発
生する。

【００５０】本例ではパイロットバーナーは渦発生器９
ａに対比して流動方向で見て幾分後方へずらして配置さ
れている。この二重円錐形バーナーは、１本の中央のオ
イル用ランス２４と１本のガス用ランス２３とを装備し
ており、その場合、別個の燃料運転も混合式燃料運転も
共に可能である。バーナー出口１１８の燃焼室を制限す
る側面周壁１２２は、メインバーナー５２ｂの環状の流
動通路２０の内周壁を形成している。渦発生器９ａの尖
端１８はメインバーナーの出口平面内に位置しかつ前記
側面周壁１２２と結合されている。この場合は矢印１２
３で示したように、渦発生器９ａの中空内室と尖端１８
とによって冷却空気を中央部分へ導くことが可能にな
る。燃料は複数の通路１２４を介してメインバーナー５
２ｂに供給される。前記通路１２４は渦発生器９ａの上
流側でバーナーの流動通路２０へ開口している。

【００５１】このような構成は独立したコンパクトなバ
ーナーユニットとして好適である。例えばガスタービン
の環状燃焼室内で複数の前記のようなバーナーユニット
を使用することによって、外側の主流体に強制的に与え
られる旋回流を、例えば部分負荷運転時におけるバーナ
ーの横方向点火挙動を改善するために利用することが可
能になる。

【００５２】本発明は、前記の図示の実施例に限定され
るものではない。渦発生器を複合配置する場合、本発明
の思想を逸脱しない範囲で多数の組合せが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による予混合式バーナーの縦断
面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。

【図２】図１とは異なった実施態様による予混合式バー
ナーの縦断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。

【図３】二重円錐形予混合式バーナーの出口領域の横断
面図（Ａ）と円錐頂部領域の横断面図（Ｂ）である。

【図４】渦発生器の斜視図である。

【図５】図４に示した渦発生器の第１変化態様の斜視図
である。

【図６】図４に示した渦発生器の第２変化態様の斜視図
である。

【図７】通路内に配置された渦発生器の概略側面図であ
る。

【図８】燃料供給方式の第１実施態様の斜視図である。

【図９】燃料供給方式の第２実施態様の斜視図である。

【図１０】燃料供給方式の第３実施態様の斜視図であ
る。

【図１１】燃料供給方式の第４実施態様の斜視図であ
る。

【図１２】燃料供給方式の第５実施態様の斜視図であ
る。

【図１３】燃料供給方式の第６実施態様の斜視図であ
る。

【図１４】燃料供給方式の第７実施態様の斜視図であ
る。

【図１５】本発明の異なった実施態様による予混合式バ
ーナーの縦断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

Ｌ 渦発生器の長さ、 Ｈ 通路高さ、 ｈ 接
合エッジの高さ、 α矢尻角、 θ 仰角、 ９，９
ａ，９ｂ，９ｃ 渦発生器、 １０屋根面、 １１
側面、 １２ 長手方向エッジ、 １３ 側面、
１４長手方向エッジ、 １５ 横方向エッジ、 １
６ 接合エッジ、 １７対称線、 １８ 尖端、
２０ 流動通路、 ２１ 通路壁、 ２２ａ，２２
ｃ，２２ｄ 壁孔、 ２２ｅ スリット、 ２２
ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｊ 壁孔、 ２３ ガス
用ランス、 ２４ オイル用ランス、５１ 燃料ラ
ンス、 ５２，５２ａ，５２ｂ メインバーナー、
５３バーナー壁、 ５４ 管状壁、 １００ 前
壁、 １０１ パイロットバーナー、 １０３ ケ
ーシング内部、 １１１，１１２ 部分円錐体、 １
１３，１１４ 中心軸線、 １１６ 液状燃料用の
第１燃料ノズル、 １１７ ガス流入ポート、 １１
８ バーナー出口、 １１９ 接線方向入口スリッ
ト、 １２０ 中央燃料ランス、 １２１ 逆流ゾ
ーン、 １２２側面周壁、 １２３ 矢印、 １２４
通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央に配置されたパイロットバーナー
   （１０１）と、該パイロットバーナーの周りに配置され
   た複数のメインバーナー（５２，５２ａ，５２ｂ）とを
   主体として成る予混合式バーナーにおいて、メインバー
   ナー（５２，５２ａ，５２ｂ）の流動通路（２０）内
   で、ガス状及び／又は液状の燃料が二次流体としてガス
   状の主流体内へ噴入され、該主流体が渦発生器（９，９
   ａ，９ｂ，９ｃ）を介して導かれ、しかも複数の前記渦
   発生器が、流体の通流する流動通路（２０）の全周にわ
   たって互いに並列的に配置されていることを特徴とす
   る、予混合式バーナー。
2. 【請求項２】 パイロットバーナーが、流動方向で互い
   に間隔をおいて嵌め合わされた状態にある実質的に２つ
   の中空の部分円錐体（１１１，１１２）によって二重円
   錐原理に基づいて作動し、前記両方の部分円錐体の中心
   軸線（１１３，１１４）が互いにずらされており、両方
   の部分円錐体の隣接し合った周壁がその長手方向で燃焼
   空気用の接線方向入口スリット（１１９）を形成してお
   り、しかも該接線方向入口スリットの領域において両方
   の部分円錐体の周壁内には、長手方向に分配された複数
   のガス流入ポート（１１７）が設けられている、請求項
   １記載の予混合式バーナー。
3. 【請求項３】 渦発生器（９）が、流体の流過自在な、
   流動方向に延在する３つの面を（１０，１１，１３）を
   有し、該３つの面のうち１つが屋根面（１０）を、また
   他の２つが側面（１１，１３）を形成しており、両方の
   側面（１１，１３）が通路壁（２１）の同一セグメント
   壁面に密接しかつ互いに矢尻角（α，α／２）を形成し
   ており、かつ前記屋根面（１０）が、流体の通流する流
   動通路（２０）に対して直角な横方向に延びる横方向エ
   ッジ（１５）でもって、前記の両側面（１１，１３）の
   場合と同一のセグメント壁面に接しており、かつ前記屋
   根面（１０）の両長手方向エッジ（１２，１４）が、前
   記両側面（１１，１３）の、流動通路（２０）内へ張出
   すように侵入して延びる長手方向エッジと合致しかつ前
   記セグメント壁面に対して仰角（θ）をとって延びてい
   る、請求項１記載の予混合式バーナー。