JPH09189406A - 円錐バーナ - Google Patents
円錐バーナInfo
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- JPH09189406A JPH09189406A JP8350307A JP35030796A JPH09189406A JP H09189406 A JPH09189406 A JP H09189406A JP 8350307 A JP8350307 A JP 8350307A JP 35030796 A JP35030796 A JP 35030796A JP H09189406 A JPH09189406 A JP H09189406A
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Abstract
ナを改良して、NOx及びCO放出を少なくする。 【解決手段】 部分円錐体1,2がその下流側の端部に
共通の1つの出口ディフューザ27を備えている。部分
円錐体は出口ディフューザ27への移行領域28を備え
ており、この移行領域内で空気流入スリット7,8の大
きさが流れ方向3に連続して減少している。出口ディフ
ューザ27は円環状空気流入スリット7,8なしで円環
状に形成されている。
Description
の燃料のための円錐バーナであって、1つの円錐体を補
完する少なくとも2つの中空な部分円錐体を備えてお
り、これらの部分円錐体の中央軸線が流れ方向で互いに
オフセットして配置されており、部分円錐体間に配置さ
れた接線方向の空気流入スリットを備えており、空気流
入スリットの全領域内に均一に分配された複数の燃料供
給部をガス状の燃料のために備えており、流れ方向で円
錐状に拡大したバーナ内室を備えており、円錐バーナの
上流側端部に配置されてバーナ内室内に開口した中央の
液体燃料ノズルを備えている形式のものに関する。
書により、ガス状及び又は液状の燃料の燃焼のために適
した二重円錐バーナが公知である。このバーナは1つの
円錐体を補完する2つの中空な部分円錐体から成ってお
り、これらの部分円錐体は接線方向の空気流入スリット
を備えている。各空気流入スリットの半径方向の端部に
はガス状の燃料のための導管が配置されている。従っ
て、接線方向で流入する燃焼空気内へのガス状の燃料の
混入はこの空気流入スリットの内部で、それもバーナの
内室全体で行われる。液状の燃料を使用する場合は、液
状の燃料が中央に配置されたノズルを介してバーナ内室
内へ噴入される。
中央に燃焼混合物の逆流区域が形成される。この領域内
ではすでに、時間的な平均でバーナ横断面にわたり均一
な燃料プロフィールが得られている。燃焼混合物の点火
はこの逆流区域の尖端で行われ、従って、この場所には
安定した火炎フロントが生じる。その上、燃焼器へ至る
突然の面積拡大により、外側の再循環領域も形成され、
この再循環領域が同様に火炎安定化に貢献する。
される燃焼空気により燃料濃度が軸方向に減少させら
れ、その結果、良好に予混合された燃焼混合物が生じ
る。しかし、ガス状の燃料が使用される場合には、少な
くとも、バーナの下流側領域内に位置する燃料混入箇所
から火炎までの間隔が極めてわずかである。それゆえ、
時間的にも位置的にもいまだ完全には均一化されていな
い状態でその場所に存在する燃焼混合物は窒素酸化物及
び一酸化炭素の生成を増大せしめる。
ころは、これらすべての欠点を排除すべく、わずかなN
Ox及びCO放出しか生じないような、ガス状及び又は
液状の燃料のための円錐バーナを製作することにある。
ば、請求項1の上位概念に記載された形式の装置におい
て、部分円錐体がその下流側の端部に共通の1つの出口
ディフューザを備えており、部分円錐体が出口ディフュ
ーザへの移行領域を備えており、この移行領域内で空気
流入スリットの大きさが流れ方向に連続的に減少してお
り、かつ出口ディフューザが空気流入スリットなしに円
環状に形成されていることにより解決される。
幅を適当に選択することにより、渦の崩壊ひいては燃焼
混合物の点火が著しく下流へ出口ディフューザの近くま
でずらされる。このことにより、バーナ端部のところで
供用される混合区域並びに混合時間が著しく延長され
る。それゆえ、良好に均一化された燃焼混合物が生じ、
このことがNOx及びCO放出の明らかな軽減へつなが
る。このことは、液状の燃料の使用時でも、かつガス状
の燃料の使用時でも当てはまるが、後者における利点が
著しく大きい。空気流入スリットの大きさの連続的な減
少により、円錐バーナジオメトリ(Kegelbrennergeometr
ie; cone-burner geometry)から円環状の出口ディフュ
ーザへの移行領域内の突然の横断面跳躍(Querschnittsp
rung; jumpin cross section)が阻止される。このよう
にして、新鮮燃焼混合物の流れの剥離帯域が回避され、
ひいてはその場所の不所望な保炎現象(Flammenhaltung;
flame retention)が回避される。いまや円錐バーナは燃
焼室へ至る円環状の流出横断面を有しており、それゆ
え、公知の二重円錐バーナに対比して、その場所に使用
されるシールドのための冷却空気要求が不要となる。付
加的な利点として、出口ディフューザは隣合うバーナに
対して反応区域の著しい遮蔽効果を生ぜしめ、これによ
り火炎安定性が高められる。
領域では燃料供給部の直径が流れ方向に減少していると
特別効果的である。これにより、移行領域内のガスホー
ルパターンが局所的なスリット幅に相応して適合され、
かつ、燃焼空気内でのガス状燃料の均一な分布が得られ
る。
の全長のほぼ10ないし25%の長さを有し、かつ部分
円錐体により形成された二重円錐部分の、移行領域の始
端部に形成された横断面の1.3倍より大きくない流出
面を備えていると有利である。このような比較的短いデ
ィフューザは結果的にはわずかな厚さの境界層しか有し
ておらず、その結果、境界層内での火炎のフラッシュバ
ック(Rueckschlagen;flaschback)が阻止される。
が、始めはバーナの円錐角に等しくかつその下流では円
錐角より連続的に大きくなるように流れ方向で連続的に
増大した開角を有している。このことにより、壁境界層
が安定化され、流れの剥離のリスクが減少する。
円錐バーナに基づき本発明の2つの実施例を図面に即し
て説明する。
メントだけが示されている。作動媒体の流れ方向は矢印
で示されている。
ナが示されている。この二重円錐バーナは半割された2
つの中空な部分円錐体1,2から成っており、これらの
部分円錐体は互いに側方へオフセットしていて互いに上
下に位置しており、かつ1つの円錐体を補完している。
それゆえ、部分円錐体1,2は互いにオフセットして流
れ方向3に向けられた中央軸線4,5(図2)を有して
いる。この二重円錐バーナは流れ方向3で円錐状に拡大
されたバーナ内室6を備えている。両方の部分円錐体
1,2間に接線方向の空気流入スリット7,8が形成さ
れている。
ット7,8の外側端部のところにそれぞれガス燃料11
のための燃料導管9,10が配置されている(図1)。
この燃料導管9,10は空気流入スリット7,8の全域
に均一に分配されていて開口として形成された複数の燃
料供給部12を備えている。両方の部分円錐体1,2
は、同様に互いにオフセットして配置されたそれぞれ1
つの円筒状の始端部13,14を備えている。これによ
り、接線方向の空気流入スリット7,8は向流側では二
重円錐バーナの全長にわたり形成されている。二重円錐
バーナの上流側の端部、換言すれば、その円筒状の始端
部13,14には、バーナ内室6内に開口した中央の液
体燃料ノズル15が配置されている。両方の部分円錐体
1,2は10°ないし30°の範囲で形成された円錐角
16を有している。燃焼器17側では二重円錐バーナ
に、部分円錐体1,2のための固定部材として役立つフ
ランジ状の閉鎖板18が配置されている。この閉鎖板1
8には多数の孔19が形成されており、この孔を通し
て、この閉鎖板18のすぐ上流に位置する、部分円錐体
1,2の三日月状端部のための冷却空気20が燃焼器1
7へ誘導される。
入は鋭角でバーナ内室6の最狭横断面のところで行われ
る。このことにより、コーン状の燃料プロフィール22
が形成され、この燃料プロフィールは接線方向の空気流
入スリット7,8を介して流入する回転する燃焼空気2
3により囲まれる。液体燃料21の濃度は噴入された燃
焼空気23により軸方向に連続的に減少する。二重円錐
バーナの下流側の端部では中央に燃焼混合物の逆流区域
24が形成され、これがコーン状の燃料プロフィール2
2を崩壊(渦崩壊)せしめる。このことにより、この領
域内ではバーナ横断面にわたり良好な燃料濃度が得られ
る。燃焼混合物の点火はこの逆流区域24の尖端のとこ
ろで行われる。この箇所でのみ安定した火炎フロント2
5が生じる。
ガス燃料は開口として形成された燃料供給部12を通し
てバーナ内室6内へ到達する。その場合、このガス燃料
11は燃焼空気23と混合される。その際、バーナ内室
6内には同様にコーン状の燃料プロフィール22が形成
される。
略示されている。図面を見やすくするため、重要な部分
もしくは図1及び図2に示された従来技術に対比して異
なった構成部分だけが示されている。
体1,2は二重円錐部分26として形成された1つの円
錐体を補完しており、この円錐体は下流で1つの共通の
円環状の出口ディフューザ27へ移行している。この出
口ディフューザ27のすぐ上流には二重円錐部分26か
ら出口ディフューザ27への移行領域28が形成されて
いる。この移行領域28内では空気流入スリット7,8
の大きさが流れ方向3に連続して減少している。しか
し、その場合、バーナ横断面は連続的に拡大されてお
り、このことにより、この移行領域28内でも燃焼混合
物により貫流される面は同様に増大するか、又は少なく
ともコンスタントに留まる。
全長30のほぼ15%の長さ29を有している。その流
出面31は移行領域28の始端部の横断面32のほぼ
1.3倍に相応している。出口ディフューザ27は、ま
ずバーナの円錐角16に等しく、次いで流れ方向3に連
続的に増大する開角33を有している。
域28が拡大図示されており、これにより、移行領域2
8の下流側の端部で終わっている燃料導管9の配置及び
構成が明らかになっている。
の3つの部分横断面が移行領域28内で示されている。
図5には移行領域28の始端部が、図6には中央部が、
かつ図7には終端部が示されている。これから判るよう
に、移行領域28内では燃料導管9並びに燃料供給部1
2としての開口の直径が流れ方向に減少している。移行
領域28の終端部ではすでに空気流入スリット7,8及
び開口12が完全に閉鎖されている。下流側に接続され
た円環状の出口ディフューザ27には空気流入スリット
7,8も燃料導管9,10(図3)も配置されていな
い。
能と相違して、出口ディフューザ27の配置により付加
的に、二重円錐部分26の下流側の領域内ではじめて導
入されたガス燃料11の混入のための時間及びスペース
が得られる。このようにして、バーナ横断面にわたり最
適な燃料濃度が得られる。このように均一化された燃焼
混合物の燃焼時にはNOx及びCO放出が著しく削減さ
れる。液体燃料を使用した場合でも、これらの放出の削
減が得られるが、しかし、この場合の利点はそれほど大
きくない。
流れが若干減速し、これにより流れの中央部が不安定と
なる。このことにより、まず出口ディフューザ27の下
流側の端部の近くでは中央に燃焼混合物の逆流区域が生
じ、従ってコーン状の燃料プロフィールの渦崩壊が生じ
る。出口ディフューザ27がトランペット状に形成され
ているために、燃焼器17内へ燃焼混合物が流入するま
で移行領域28の表面は常に滑らかに経過する。これに
応じて、移行領域の内部では境界層が剥離せず、従っ
て、二重円錐バーナの下流ではじめて安定な火炎フロン
トが形成される。二重円錐部分26の長さと、空気流入
スリット7,8のスリット幅、開角及び数の変化によ
り、渦崩壊の場所が具体的な条件に相応して影響され
る。
7への移行領域28内で連続的に空気流入スリット7,
8の大きさが減少することにより、二重円錐バーナのジ
オメトリから円環状の出口ディフューザ27への移行が
流れに関して効果的となる。これにより、突然の横断面
跳躍が回避される。空気流入スリット7,8の局所的な
大きさへのガスホールパターンの適合は開口(燃料供給
部)直径の適当な減少により行われる。開口12の相互
間隔を大きくしてもよい。トランペット状に形成された
出口ディフューザ27の付加的な利点はその凸に湾曲し
た壁が安定化作用を有することにある。
はバーナの円錐角16に等しい開角34を有している
(図8)。出口ディフューザ27が簡単な直な形状を有
していることにより、この二重円錐バーナは著しく簡単
かつ安価に製作される。その上、燃焼器壁35の外部に
冷却空気案内板36が配置されており、この冷却空気案
内板は上流へ出口ディフューザ27まで達しており、か
つ空気流入スリット7,8の下流側端部のところで終わ
っている。この出口ディフューザ27は燃焼器壁35と
冷却空気案内板36との間のスペース内で逆流する冷却
空気により外側から冷却され、その際、冷却空気案内板
36は最終的にはバーナの上流に形成されたプレナム3
7内へ開口している。出口ディフューザ27のこの対流
冷却に基づき、第1実施例に対比して運転確実性が著し
く改善される。
断して示す斜視図である。
る。
略示側面図である。
に拡大して示す側面図である。
面した図である。
に断面した図である。
分的に断面した図である。
面図である。
中央軸線、 6 バーナ内室、 7,8 空気流入
スリット、 9,10 燃料導管、 11ガス燃
料、 12 開口(燃料供給部)、 13,14
始端部、 15 液体燃料ノズル、 16 円錐
角、 17 燃焼器、 18 閉鎖板、 19
孔、 20 冷却空気、 21 液体燃料、 2
2 コーン状の燃料プロフィール、 23 燃焼空
気、 24 逆流区域、 25火炎フロント、
26 二重円錐部分(円錐体)、 27 出口ディフ
ューザ、 28 移行領域、 29 出口ディフュ
ーザの長さ、 30 二重円錐部分と出口ディフュー
ザとの全長、 31 出口ディフューザの流出面、3
2 横断面、 33,34 出口ディフューザの開
角、 35 燃焼器壁、 36 冷却空気案内板、
37 プレナム
Claims (5)
- 【請求項1】 ガス状及び又は液状の燃料(11,2
1)のための円錐バーナであって、 a) 1つの円錐体(26)を補完する少なくとも2つ
の中空な部分円錐体(1,2)を備えており、これらの
部分円錐体の中央軸線(4,5)が流れ方向(3)で互
いにオフセットして配置されており、 b) 部分円錐体(1,2)間に配置された接線方向の
空気流入スリット(7,8)を備えており、 c) 空気流入スリット(7,8)の全領域内に均一に
分配された複数の燃料供給部(12)をガス状の燃料
(11)のために備えており、 d) 流れ方向(3)で円錐状に拡大したバーナ内室
(6)を備えており、 e) 円錐バーナの上流側端部に配置されてバーナ内室
(6)内に開口した中央の液体燃料ノズル(15)を備
えている形式のものにおいて、 f) 部分円錐体(1,2)がその下流側の端部に共通
の1つの出口ディフューザ(27)を備えており、 g) 部分円錐体(1,2)が出口ディフューザ(2
7)への移行領域(28)を備えており、この移行領域
内で空気流入スリット(7,8)の大きさが流れ方向
(3)に連続的に減少しており、かつ h) 出口ディフューザ(27)が、空気流入スリット
(7,8)なしに円環状に形成されていることを特徴と
する円錐バーナ。 - 【請求項2】 燃料供給部(12)の直径が部分円錐体
(1,2)の移行領域(28)内で流れ方向(3)に減
少している請求項1記載の円錐バーナ。 - 【請求項3】 出口ディフューザ(27)が円錐バーナ
の全長(30)のほぼ10ないし25%の長さ(29)
を有しており、かつ円錐体(26)の、移行領域(2
8)の始端部に形成された横断面(32)の1.3倍よ
り大きくない流出面(31)を備えている請求項2記載
の円錐バーナ。 - 【請求項4】 出口ディフューザ(27)がバーナの円
錐角(16)に等しい開角(32)を有している請求項
3記載の円錐バーナ。 - 【請求項5】 出口ディフューザ(27)が始端部では
バーナの円錐角(16)に等しい開角(33)を有して
おり、この開角が流れ方向(3)に連続的に増大してい
る請求項3記載の円錐バーナ。
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