JPH109515A - ヒートジェネレータ用のバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々様々な種類の燃料の完全な混合を可能に
し、かつ所望の箇所における運転確実で最適な炎位置決
めを達成することができるバーナを提供する。 【解決手段】 渦流発生器１００及び混合区間２２０と
燃焼室３０との間における、横断面飛躍部７０によって
特徴付けられた移行部の範囲に、混合区間に対して同心
的又はほぼ同心的に、複数の混合エレメント３００が配
置されており、これらの混合エレメント３００におい
て、一部の燃焼空気１１５ａと燃料３０３との間におけ
る混合物形成が行われるようになっており、混合エレメ
ントが、混合区間と作用結合して、燃焼室のパイロット
段階である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートジェネレー
タ用のバーナであって、主として、燃焼空気のための渦
流発生器と、燃焼空気内に少なくとも１つの燃料を噴射
するための噴射手段と、渦流発生器に作用結合している
混合区間とから成っており、これらの渦流発生器と噴射
手段と混合区間とが、燃焼室の上流に配置されている形
式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】純然たる前混合バーナとして運転される
すべてのバーナは、燃料の薄いつまりリーンの消化限界
に極めて近い運転ポイントにおいて、最低のＮＯｘ放出
を行う。したがって前混合燃焼室を備えたガスタービン
運転時における空気分布は、可能な限りリーンなしかし
ながらなお確実に運転可能な運転ポイントが生ぜしめら
れるように、設計される。燃料量が減じられて負荷が最
大出力の下に低下すると、コンプレッサへの調整作用な
しには、炎が消えてしまう。それというのはこの場合リ
ーンの消化限界が超えられるからである。このような関
連において、今日のガスタービンにおいてそうであるよ
うに、コンプレッサ空気量を調整することができると、
炎が消えることは原理的には確かに空気量を減じること
によって、断熱の（adiabat）炎温度がほぼ一定に保た
れるという意味においては、回避することができる。し
かしながら一般的に、小さくなるタービン圧力比の結
果、タービンの低圧部分における温度が許容できないほ
ど上昇する。この問題を回避することができる通常の方
法としては以下の方法がある： ａ）燃焼室における空気バイパス； ｂ）運転しているバーナの一部における燃料量の減少； ｃ）汎用の形式でスタンダード方法として実現されるよ
うに、ディフュージョン段階への切換え。

【０００３】ａ）及びｂ）に記載された最初の２つの方
法は、複雑な燃焼室構造又は複雑な燃料分配系を必要と
する。ｃ）に記載の第３の方法は、ＮＯｘ放出の飛躍的
な上昇を惹起し、そして高い負荷範囲におけるこのＮＯ
ｘ放出は、立法者によって定められた最大値を上回って
しまう。

【０００４】ヨーロッパ特許第３２１８０９号明細書か
らは、円錐ヘッドにおいて閉じられた渦流を生ぜしめる
ための、複数のシェルから成る円錐形のバーナいわゆる
ダブル円錐バーナが、公知である。この場合における渦
流は、増大する渦に基づいて円錐軸線に沿って不安定に
なり、コアにおいて逆流を伴った環状の渦流に移行す
る。例えば気体燃料のような燃料は、隣接した個々のシ
ェルによって形成された空気流入スロットとも呼ばれる
通路に沿って、内部に噴射されて、均一に空気と混合さ
れる。そしてこの混合は、保炎バッフルとして使用され
る逆流ゾーン又は逆流バブルのせき止めポイントにおけ
る点火によって燃焼が生ぜしめられる前に行われる。液
体燃料は有利には、バーナヘッドにおける中央のノズル
を介して内部に噴射されて、円錐中空室内において気化
される。ガスタービン型式の条件の下で、この液体燃料
の点火は、燃料ノズルの近傍において既に早期に行わ
れ、こによっては、ＮＯｘ値がまさにこの不十分な前混
合に基づいて大きく上昇することを回避することができ
ず、このことは例えば水の噴射を必要とする。さらに、
天然ガスのような水素を含有する気体を燃焼させるとい
う試みは、ガス孔における早期点火の問題とその後にお
けるバーナの過熱とを生ぜしめるということが、確認さ
れねばならなかった。これに対して、バーナ出口におい
てこのような気体燃料のための特殊な噴射方法を導入す
ることによって、解決策が模索されたが、しかしながら
その結果は完全に満足できるものではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ゆえに本発明の課題
は、冒頭に述べた形式のヒートジェネレータ用のバーナ
を改良して、種々様々な種類の燃料の完全な混合を可能
にし、かつ所望の箇所における運転確実で最適な炎位置
決めを達成することができるバーナを提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、渦流発生器及び混合区間と燃焼室
との間における、横断面飛躍部によって特徴付けられた
移行部の範囲に、混合区間に対して同心的又はほぼ同心
的に、複数の混合エレメントが配置されており、これら
の混合エレメントにおいて、一部の燃焼空気と燃料との
間における混合物形成が行われるようになっており、混
合エレメントが、混合区間と作用結合して、燃焼室のパ
イロット段階である。

【０００７】

【発明の効果】本発明によるバーナに講じられている処
置は、後置された混合区間の上流側及びヘッド側に渦流
発生器を有しており、この渦流発生器は有利には、ヨー
ロッパ特許公開第３２１８０９号明細書に記載のいわゆ
るダブル円錐バーナのエアロダイナミック的な基本原理
が使用されるように、設計されることができる。しかし
ながらまた原則的には、軸方向又は半径方向の渦流発生
器を使用することも可能である。混合区間自体は有利に
は、管状の混合エレメント（以下においては混合管と呼
ぶ）から成っており、この混合管は、種々異なった種類
の燃料の著しく改善された前混合を可能にしている。

【０００８】渦流発生器からの流れは、継ぎ目なしに混
合管内に導入される。すなわちこのことは、複数の移行
通路から成る移行ジオメトリによって生ぜしめられ、こ
れらの移行通路は混合管の開始段階において切り欠かれ
ており、かつ流れを混合管の後続の有効な流過横断面に
引き渡す。渦流発生器と混合管との間におけるこのよう
な損失の少ない流れ導入によって、まず初め、渦流発生
器の出口における逆流ゾーンの直接的な形成が回避され
る。

【０００９】まず初めに渦流強さは渦流発生器において
そのジオメトリによって選択される。すなわちこの場
合、渦流の成長は混合管において行われるのではなく、
さらに下流において燃焼室入口のところで行われ、そし
てこの混合管の長さは、すべての燃料種類のために十分
な混合品質が得られるように、寸法設定されている。例
えば使用される渦流発生器がダブル円錐バーナの基本構
成に基づいて構成されていると、渦流強さは、相応な円
錐角と空気流入スロットとその数との設計によって生ぜ
しめられる。

【００１０】混合管において、軸方向速度プロフィール
は明確な最大値を軸線上に有しており、これによってこ
の範囲におけるフラッシュバックを阻止している。そし
て軸方向速度は壁に向かって低下する。この範囲におい
てもフラッシュバックを阻止するために、種々様々な処
置が施される：例えば一方では全体的な速度レベルは、
十分に小さな直径を備えた混合管の使用によって上昇さ
せることができる。また別の可能性としては、混合管の
外側範囲における速度だけを高めるということがある。
この場合燃焼空気の小さな部分は、移行通路の下流にお
ける膜形成孔（Filmlegungsbohrung）を介して又はリン
グ間隙を、混合管内に流入する。

【００１１】上に述べた移行通路が渦流発生器から混合
管内に流れを導入する場合には、これらの移行通路経過
は、混合管の後続の有効な流過横断面に相応して、螺旋
状に狭まるように構成されていても又は拡大するように
構成されていてもよい。

【００１２】場合によっては生じる圧力損失の一部は、
混合管の終端部にディフューザを設けることによって補
償することができる。この範囲に又はその上流に、ベン
チュリ区間を設けることも可能である。

【００１３】混合管の終端部には、横断面飛躍部を備え
た燃焼室が接続している。そこには中央の逆流ゾーンが
形成され、この逆流ゾーンの特性は、保炎バッフルの特
性を有している。

【００１４】安定した逆流ゾーンの形成は、混合管にお
ける十分に高い渦流数を必要とする。しかしながらこの
ような高い渦流数がまず初めに望ましくない場合には、
安定した逆流ゾーンは、全空気量の５〜２０％である小
さな、強くねじられた空気量の供給によって、管終端部
において生ぜしめることが可能である。

【００１５】上に述べた横断面飛躍部との関連におい
て、混合管の終端部には剥離縁部が形成されており、こ
の剥離縁部を形成することによって逆流ゾーンに、空間
的な高い安定性が与えられる。一般的に、上に述べた処
置によって下記の利点が得られる： ａ）安定した炎ポジション； ｂ）低い有害物質放出（Ｃｏ，ＵＨＣ，ＮＯｘ）； ｃ）脈動の最小化； ｄ）完全燃焼； ｅ）大きな運転範囲カバー； ｆ）種々異なったバーナ間における良好な横方向点火、
特に、バーナが相互に依存して運転される段階的な負荷
発生時における、種々異なったバーナ間における良好な
横方向点火； ｇ）相応な燃焼室ジオメトリへの炎の適合； ｈ）コンパクトな構造形式； ｉ）流れ媒体の改善された混合； ｊ）燃焼室における温度分布の改善された「パターンフ
ァクタ」（＝燃焼室流れの均された温度プロフィー
ル）。

【００１６】他方ではこのバーナは次のように有利に構
成することができる。すなわちこの場合横断面飛躍部の
範囲において、混合管に対して同心的に、それ自体閉じ
られた個々の混合エレメントが複数配置されており、こ
の場合各混合エレメントは、空気数が相応に選択されて
いる場合には、パイロットバーナの特性を示す。燃焼空
気の小さな部分は、主空気流から分岐され、前記混合エ
レメント内に流入する。この場合の空気量は燃焼空気の
２〜１０％で十分である。各混合エレメントには少なく
とも１つの燃焼ノズルが配属されており、この場合そこ
で形成された混合物は前壁における噴射開口を介して、
燃焼室内に噴射される。燃焼空気供給部の範囲における
過負荷時には、混合エレメントは事実上、通常のディフ
ュージョン段階におけるように燃料だけを搬送する。こ
のことは特に重要である。それというのはこれによっ
て、バーナの要求プロフィールを、つまりアイドリング
時及び負荷低下時における炎の高い安定範囲及び最小の
ＮＯｘ放出を、満たすことができ、しかもこの際に機械
への切り離された燃料供給は必要ない。混合エレメント
のこのような有利な構成は、ヨーロッパ特許第３２１８
０９号明細書に開示されたバーナの品質をも上昇させる
ことができる。

【００１７】本発明のその他の有利な構成は、請求項２
以下に記載されている。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に図面につき本発明の実施の形
態を説明する。図面においては、本発明の直接的な理解
に重要でない部分はすべて省かれている。また等しいエ
レメントもしくは部材には、図面が異なっていても同じ
符号が付けられている。また媒体の流れ方向は、矢印で
示されている。

【００１９】図１にはバーナの基本構造が示されてい
る。最初に渦流発生器１００が有効であり、この渦流発
生器１００の構成は、後で図２〜図５を参照しながら詳
しく述べる。この渦流発生器１００は、接線方向で何回
も、接線方向に流入する燃焼空気流１１５が供給される
円錐形の構造体である。そこで形成される流れは、渦流
発生器１００の下流に設けられた移行ジオメトリによっ
て、継ぎ目なしに、移行部材２００内に導かれ、そこで
は剥離領域が発生しないようになっている。この移行ジ
オメトリの輪郭については、後で図６を参照しながら詳
しく述べる。移行部材２００は、移行ジオメトリの下流
側において管２０によって延長されており、この場合両
方の部分つまり移行部材２００と管２０とは、バーナの
本来の混合管２２０（混合区間とも呼ばれる）を形成し
ている。もちろん、混合管２２０はただ１つの部材から
構成されていてもよく、すなわちこの場合には、移行部
材２００と管２０とは互いにまとめられて関連するただ
１つの構成体として形成され、そしてそれぞれの部分の
特性はそのまま維持される。移行部材２００と管２０と
が２つの部分から構成される場合には、両部分はブシュ
リング１０によって結合され、この場合同じブシュリン
グ１０が、ヘッド側において、渦流発生器１００のため
の固定面としても働く。このようなブシュリング１０は
さらに、種々異なった混合管を使用できるという利点を
有している。管２０の流出側には、図面には単に炎管
（Flammrohr）によって略示されているに過ぎない本来
の燃焼室３０が位置している。混合管２２０は次の条
件、すなわち渦流発生器１００の下流において、種々異
なった形式の燃料の完全な前混合が達成される規定され
た混合区間が準備されるという条件を満たしている。こ
の混合区間つまり混合管２２０は、さらに損失のない流
れ案内を可能にし、この結果、移行ジオメトリとの作用
結合においてもまず第１に逆流ゾーンを形成することが
なく、これにより混合管２２０の長さにわたって、すべ
ての燃料形式のための混合品質に対して影響を与えるこ
とができる。この混合管２２０はしかしながらさらに、
混合管２２０自体に軸方向速度プロフィールが軸線上に
おいて明らかな最大値を有しているという別の特性を有
しており、この結果燃焼室からの炎のフラッシュバック
は不可能になる。しかしながら、このような輪郭形状に
おいて、この軸方向速度が壁に向かって低下するという
ことは否めない。このような範囲においてもフラッシュ
バックを回避するために、混合管２２０は流れ方向及び
周方向において、規則的に又は不規則的に分配配置され
ていてバーナ軸線６０に対して種々様々な方向及び横断
面をもつ複数の孔２１を備えており、これらの孔２１を
通して空気量が、混合管２２０の内部に流入し、かつ壁
に沿って膜形成（Filmlegung）して速度上昇を促す。同
じ作用効果を得るための別の可能性では、混合管２２０
の流過横断面が、前記移行ジオメトリを形成する移行通
路２０１の流出側において狭められており、これによっ
て混合管２２０の内部における全体の速度レベルが高め
られる。図面では孔２１は、バーナ軸線６０に対して鋭
角を成して延びている。さらに移行通路２０１の流出部
は、混合管２２０の最も狭い流過横断面と合致してい
る。これによって移行通路２０１は、形成される流れに
不利な影響を与えることなしに、横断面の差異を補正し
ている。選択された処置が、混合管２２０に沿った流れ
４０の案内時に許容不能な圧力損失を生ぜしめる場合に
は、これに対して、混合管の端部に図示されていないデ
ィフューザを設けることによって対抗手段を講じること
ができる。混合管２２０の終端部には燃焼室３０が接続
されており、この場合両方の流過横断面の間には、前壁
８０によって形成された横断面飛躍部（Querschnittssp
rung）７０が設けられている。ここに初めて、保炎バッ
フル（Flammenhalter）の特性を有する中央の逆流ゾー
ン５０が形成される。流過横断面が大きく変化するこの
横断面飛躍部７０の内部において、運転中に流れの縁部
ゾーンが形成され、この縁部ゾーンにおいてそこに生じ
る負圧によって渦流剥離が発生すると、これによって、
逆流ゾーン５０の強化されたリング安定作用（Ringstab
ilisation）が生ぜしめられる。安定的な逆流ゾーン５
０の発生は、当該の管における十分に高い渦流数（Dral
lzahl）を必要とする。このような高い渦流数がまず初
めに望まれていない場合には、安定的な逆流ゾーンは、
例えば接線方向の開口を通して管端部においてあまり強
くない渦流状の空気流を供給することによって、生ぜし
めることができる。この場合、このために必要な空気量
は全空気量のほぼ５〜２０％である。

【００２０】混合管の終端部における剥離縁部（Abriss
kante）の構成に関しては、後で図７を参照しながら述
べる。

【００２１】前壁８０に対して垂直又はほぼ垂直に、そ
して混合管２０に対して同心的に複数の混合エレメント
３００が配置されており、これらの混合エレメント３０
０は、燃焼空気の１部分１１５ａによって貫流される管
状の流れ通路から成っており、この燃焼空気の部分１１
５ａは通常、全体的に利用される燃焼空気１１５の２〜
１０％である。混合エレメントは適当な箇所に、燃料３
０３を供給するための少なくとも１つの供給部３０１を
有している。混合エレメント３００及び該混合エレメン
トの空気流入ジオメトリ並びに燃料噴射部を適宜に構成
することによって、液体燃料及び気体燃料を使用するこ
とが可能である。空気流入ジオメトリ及び燃料噴射部の
サイズは、支持される運転のために負荷範囲全体にわた
って必要な全燃焼空気量及び燃料量を、混合エレメント
３００内にもたらすことができるように、設計されてい
る。全負荷時に、メイン段階（１００）とパイロット段
階（３００）との間における燃料量は、空気分布に対し
てほぼ正比例的に選択される。混合エレメント３００に
おいて形成される混合物３０４の、燃焼室側の出口は、
前壁８０に一体的に組み込まれたノズル３１によって引
き受けられる。混合管２０の回りに環状に配置された混
合エレメント３００の数は、バーナの各輪郭形状及びバ
ーナの運転パラメータに合わせられている。

【００２２】混合エレメント３００との関連において分
かったことであるが、ここで前混合に対して運転可能な
バーナの空気数範囲（Luftzahlbereich）を、リーンな
混合物に向かって少し広く拡大することができ、しかも
この場合、バーナの直ぐ近くに強力な点火源が位置して
いない場合には、高められたＣＯ放出を甘受する必要が
ない。このようにして、混合物によって伝播する炎前面
が形成される。したがって有利には、負荷の低下に連れ
てメイン段階の燃料量だけが減じられ、この場合、パイ
ロット段階の燃料量の適度な上昇が、ＮＯｘ放出に関す
るその限界内で可能であり、そしてこの構成において点
火作用が高められる。

【００２３】ある一定の燃焼空気数にわたって、つまり
燃焼室３０の限界負荷の下では、炎前面はもはや十分に
は速く広がらず、その結果未燃焼の燃料が放出される。
これに対して提供される解決策では、燃料３０３が益々
多く単に、パイロット段階として運転可能な混合エレメ
ント３００にだけ供給される。空気数はこの場合極めて
迅速に極めて小さな値（＜＜１）を取り、かつ流れ通路
を通る空気流が大きな燃料量に基づいて部分的にブロッ
クされるので、パイロット段階のこの運転形式は、通常
のディフュージョン燃焼段階と実質的に異ならない。

【００２４】基本的には混合エレメント３００は、空気
数が相応に選択されている限りは、パイロットバーナと
同じ特性を示す。燃焼空気量に関して過負荷の場合、混
合エレメント３００は実質的に、通常のディフュージョ
ン燃焼段階におけるような燃料しか搬送しない。このこ
とは特に重要である。それというのはこの場合、燃焼室
３０への切り離された燃料供給を必要とすることなし
に、燃焼室の高い負荷範囲における支持炎（Stuetzflam
me）の最低のＮＯｘ放出に関する要求プロフィールと、
アイドリング及び負荷低減時における支持炎の極めて高
い安定範囲に関する要求プロフィールとが満たされるか
らである。

【００２５】上に述べた混合エレメント３００を設ける
ことは、ここに示したバーナに制限されるものではな
い。同様な形式でこれらのエレメントを、ヨーロッパ特
許第３２１８０９号明細書に記載のバーナにおいても、
そこに記載されかつ図示された前壁の範囲に設けること
が可能である。

【００２６】渦流発生器１００の構造をより良好に理解
するためには、図２と同時に少なくとも図３も参照する
と有利である。さらに、図２を不必要に見難くしないた
めに、図２には、図３に示されたガイドプレート１２１
ａ，１２１ｂは単に略示されいるに過ぎない。以下にお
いては図２について記載するが、必要に応じて、他の図
面をも参照する。

【００２７】図１に示されたバーナの第１の部分は、図
２に示された渦流発生器１００を形成する。この渦流発
生器１００は、中空の円錐形の２つの部分体１０１，１
０２から成っていて、両部分体は互いにずらされてかつ
互いに内外に位置するように配置されている。円錐形の
部分体の数は、もちろん、図４及び図５に示されている
ように３つ以上でもよい。このことは、後でさらに詳し
く述べるように、バーナ全体の運転形式によって決定さ
れる。ある特定の運転状況では、ただ１つの螺旋から成
る渦流発生器を設けることも可能である。円錐形の部分
体１０１，１０２の各中心軸線又は長手方向対称軸線１
０１ｂ，１０２ｂが互いにずらされていることによっ
て、隣接した壁においては、鏡像的な配置形式におい
て、各１つの接線方向の通路つまり空気流入スロット１
１９，１２０が形成され、これらの空気流入スロットを
通って燃焼空気１１５が、渦流発生器１００の内室つま
り渦流発生器１００の円錐中空室１１４内に流入する。
図示された部分体１０１，１０２の、流れ方向における
円錐形状は、規定された一定の角度を有している。もち
ろん運転形式に応じて、部分体１０１，１０２は流れ方
向において、トランペットのように増大する又はチュー
リップのように減少する円錐傾斜を有することができ
る。このような増大又は減少する形状は、当業者が容易
に想像することができるので、図面には示されていな
い。両方の円錐形の部分体１０１，１０２は、各１つの
円筒形の開始部分１０１ａ，１０２ａを有しており、こ
の両開始部分は、円錐形の部分体１０１，１０２同様、
互いにずらされて延びており、その結果接線方向の空気
流入スロット１１９，１２０は、渦流発生器１００の全
長にわたって存在することになる。円筒形の開始部分の
範囲には、有利には液体燃料１１２のためのノズル１０
３が設けられており、このノズル１０３の噴射部１０４
は、円錐形の部分体１０１，１０２によって形成された
円錐中空室１１４の最も狭い横断面とほぼ合致してい
る。このノズルの噴射容量及び形式は、各バーナの所与
のパラメータによって設定される。もちろん渦流発生器
１００を純然たる円錐形に、つまり円筒形の開始部分１
０１ａ，１０２ａなしに構成することも可能である。円
錐形の部分体１０１，１０２はさらに各１つの燃料導管
１０８，１０９を有しており、これらの燃料導管１０
８，１０９は、接線方向の空気流入スロット１１９，１
２０に沿って配置されていて、かつ複数の噴射開口１１
７を備えており、これらの噴射開口１１７を通って有利
には気体燃料１１３が、そこを貫流する燃焼空気１１５
内に噴射される（矢印１１６参照）。燃料導管１０８，
１０９は有利には遅くとも、接線方向の流入部の端部に
おいて、円錐中空室１１４内への入口の前に配置されて
おり、これによって最適な空気／燃料混合物を得ること
ができる。ノズル１０３を通してもたらされる燃料１１
２は、既に述べたように、通常の場合液体燃料であり、
他の媒体との混合物形成は難無く可能である。この燃料
１１２は鋭角を成して円錐中空室１１４内に噴射され
る。したがってノズル１０３からは円錐形の燃料スプレ
イ１０５が形成され、この燃料スプレイ１０５は、接線
方向に流入する回転する燃焼空気１１５によって取り囲
まれる。軸方向においては、噴射された燃料１１２のコ
ンセントレーションは連続的に流入する燃焼空気１１５
によって、気化品質をもつ混合に分解される。気体燃料
１１３が開口ノズル１１７を介してもたらされると、燃
料／空気混合物の形成は、空気流入スロット１１９，１
２０の端部の直ぐそばにおいて行われる。燃焼空気１１
５が付加的に予加熱されていると、又は例えば戻された
煙ガス又は排ガスによってリッチにされていると、この
ことは、この混合物が後置の段階に流入する前に、液体
燃料１１２の気化を持続的に助成することになる。同様
な重畳は、導管１０８，１０９を介して液体燃料を供給
することが望まれている場合にも言える。接線方向の空
気流入スロット１１９，１２０の幅及び円錐角に関する
円錐形の部分体１０１，１０２の構成時に、狭い限界を
維持することができるので、渦流発生器１００の出口に
おける燃焼空気１１５の所望の流れ領域を調節すること
が可能である。一般的に言えることであるが、接線方向
の空気流入スロット１１９，１２０の縮小は既に渦流発
生器の範囲における逆流ゾーンの迅速な形成を促進す
る。渦流発生器１００の内部における軸方向速度は、軸
方向の燃焼空気流の相応な供給（図示せず）によって変
えることができる。相応な渦流の発生は、渦流発生器１
００に後置された混合管の内部における流れ剥離の形成
を阻止する。渦流発生器１００の構造は、さらに、接線
方向の空気流入スロット１１９，１２０の大きさを変化
させるためにも有利に適しており、これによって、渦流
発生器１００の構造長さを変えることなしに比較的大き
な運転可能な帯域幅を得ることができる。もちろん部分
体１０１，１０２は他の平面においても相対的にシフト
可能であり、これによって両方の部分体を互いにオーバ
ラップさせることも可能である。さらにまた、部分体１
０１，１０２を逆向きの回転運動によって螺旋状に互い
に内外に位置させることも可能である。これによって、
接線方向の空気流入スロット１１９，１２０の形状、大
きさ及び輪郭形状もしくは構成を任意に変化させること
が可能であり、ひいては渦流発生器１００をその構造長
さを変えることなしにユニバーサルに使用することがで
きる。

【００２８】図３には、ガイドプレート１２１ａ，１２
１ｂの幾何学的な輪郭形状もしくは構成が示されてい
る。ガイドプレート１２１ａ，１２１ｂは流れ導入機能
を有しており、この場合ガイドプレート１２１ａ，１２
１ｂは、その長さに相応して、円錐形の部分体１０１，
１０２の各端部を燃焼空気１１５に対する流れ方向にお
いて延長する。円錐中空室１１４内への燃焼空気１１５
の通路もしくは通流は、円錐中空室１１４内へのこの通
路の入口範囲に配置された旋回中心１２３を中心にした
ガイドプレート１２１ａ，１２１ｂの開閉によって、最
適化することができ、このことは特に、接線方向の空気
流入スロット１１９，１２０の本来の間隙サイズを動的
に変化させることが望まれている場合に、必要である。
もちろんこの動的な処置は、静的に行うことも可能であ
り、この場合必要に応じたガイドプレートは、円錐形の
部分体１０１，１０２と共に固定的な構成部分を形成す
る。同様に渦流発生器１００は、ガイドプレートなしに
運転することも可能であるし、又はそのための他の補助
手段を設けることも可能である。

【００２９】図４に示された実施例では、図３に示され
た実施例とは異なり、渦流発生器１００は４つの部分体
１３０，１３１，１３２，１３３から構成されている。
各部分体に所属の長手方向対称軸線には、それぞれの符
号にａを加えて示されている。図４に示された輪郭形状
もしくは構成について述べると、このような構成は、こ
れによって生ぜしめられる比較的小さな渦強さに基づい
てかつ相応に増大されたスロット幅との共働において、
渦流発生器の下流側における混合管内での渦流の成長を
阻止するのに、最も適しており、これによって混合管
は、該混合管に与えられた役割を最も良く満たすことが
できる。

【００３０】図５に示された実施例が、図４に示された
実施例に対して異なっているのは次の点である。すなわ
ち図５に示された実施例では、部分体１４０，１４１，
１４２，１４３は、ある特定の流れを準備するために設
けられる羽根成形形状を有している。その他の点では、
渦流発生器の運転形式は等しいままである。燃焼空気流
１１５内への燃料１１６の混合は、羽根成形体の内部か
ら生ぜしめられる。つまり燃料導管１０８はこの実施例
では、個々の羽根に一体に組み込まれている。またこの
実施例においても、個々の部分体に所属の長手方向対称
軸線は、部分体の符号にａを加えた符号で示されてい
る。

【００３１】図６には、移行部材２００が三次元的な図
で示されている。移行ジオメトリは、図４又は図５に相
応して、４つの部分体を備えた渦流発生器１００のため
に構成されている。したがって移行ジオメトリは、上流
において作用する部分体の自然な延長として４つの移行
通路２０１を有しており、これによって前記部分体の円
錐四半面（Kegelviertelflaeche）が、管２０もしくは
混合管２２０の壁と交差するまで、延長される。同様の
ことは、渦流発生器が図２に記載の構成のように別の原
理に基づいて構成されている場合でも、言える。個々の
移行通路２０１の、下方に向かって流れ方向において延
びている面は、流れ方向において螺旋状に延びている形
状を有しており、この形状は鎌形の経過を有していて、
これにより、移行部材２００の流過横断面は流れ方向に
おいて円錐形に拡大することになる。流れ方向における
移行通路２０１のねじり角度は次のように選択されてい
る。すなわちこの場合、管流れが引き続き燃焼室入口に
おける横断面飛躍部７０までなお十分な大きさの区間残
存し、噴射された燃料との完全な前混合を実施できるよ
うになっている。さらに、上に述べた処置によって、渦
流発生器の下流における混合管壁のところにおける軸方
向速度もまた高められる。混合管の範囲における処置及
び移行ジオメトリは、混合管の中心点に向かっての軸方
向速度プロフィールの明らかな上昇を生ぜしめ、この結
果早期点火のおそれは決定的に回避される。

【００３２】図７には、バーナ出口に形成されている既
に述べた剥離縁部が示されている。管２０の流過横断面
はこの範囲に移行半径Ｒを有しており、この移行半径Ｒ
の大きさは、基本的には、管２０の内部における流れに
よって決定される。この半径Ｒは、流れが壁に接触しか
つこれによって渦流数が著しく上昇することができるよ
うに選択される。数量的に半径Ｒの大きさは、この半径
Ｒが管２０の内径ｄの１０％を上回る値を有するよう
に、つまり半径Ｒ＞管２０の内径ｄの１０％という式が
成り立つように、規定することができる。半径のない流
れに対して、これによって逆流ゾーン５０が強力に増大
される。この半径Ｒは管２０の出口平面にまで延びてお
り、この場合曲率の始端部と終端部との間における角度
βは９０°未満である。角度βの一方の脚に沿って剥離
縁部Ａは管２０の内部にまで延びていて、これによって
剥離縁部Ａの前方のポイントに対して剥離段部Ｓを形成
し、この剥離段部Ｓの深さは３ｍｍを上回る値、つまり
剥離段部Ｓの深さ＞３ｍｍである。もちろん、この場合
管２０の出口平面に対して平行に延びる縁部が、湾曲し
た経過で再び出口平面のところにもたらされるようにな
っていてもよい。剥離縁部Ａの接線と管２０の出口平面
に対する垂線との間に形成された角度β′は、角度βと
等しい大きさである。この構成の利点については、「発
明の効果」の項において詳しく述べられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】バーナと該バーナに続く燃焼室とを示す図であ
る。

【図２】渦流発生器の一部を破断して示す斜視図であ
る。

【図３】図２に示された２つのシェルから成る渦流発生
器を示す断面図である。

【図４】４つのシェルから成る渦流発生器を示す断面図
である。

【図５】羽根状に成形されたシェルを備えた渦流発生器
を示す断面図である。

【図６】渦流発生器と混合管との間における移行ジオメ
トリの形を示す図である。

【図７】逆流ゾーンを空間的に安定化させるための剥離
縁部を示す図である。

【符号の説明】

２０ 管、 ２１ 孔、 ３０ 燃焼室、 ３１ ノズ
ル、 ５０ 逆流ゾーン、 ６０ バーナ軸線、 ７０
横断面飛躍部、 ８０ 前壁、 １００ 渦流発生
器、 １０１，１０２ 部分体、 １０１ａ，１０２ａ
開始部分、 １０１ｂ，１０２ｂ 長手方向対称軸
線、 １０３ ノズル、 １０４ 噴射部、１０５ 燃
料スプレイ、 １０８，１０９ 燃料導管、 １１２
液体燃料、１１３ 気体燃料、 １１４ 円錐中空室、
１１５ 燃焼空気流、 １１７開口ノズル、 １１
９，１２０ 空気流入スロット、 １２１ａ，１２１ｂ
ガイドプレート、 １２３ 旋回中心、 １３０，１３
１，１３２，１３３，１４０，１４１，１４２，１４３
部分体、 ２００ 移行部材、 ２０１ 移行通路、
２２０ 混合管、 ３００ 混合エレメント、 ３０
４ 混合物、 ｄ管の内径、 Ｒ 移行半径、 Ｔ 剥
離縁部の接線、 Ａ 剥離縁部、 Ｓ剥離段部、 β
移行半径の移行角、 β′ 剥離縁部の接線と剥離縁部
との間の角度

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートジェネレータ用のバーナであっ
   て、主として、燃焼空気のための渦流発生器と、燃焼空
   気内に少なくとも１つの燃料を噴射するための噴射手段
   と、渦流発生器に作用結合している混合区間とから成っ
   ており、これらの渦流発生器と噴射手段と混合区間と
   が、燃焼室の上流に配置されている形式のものにおい
   て、渦流発生器（１００）及び混合区間（２２０）と燃
   焼室（３０）との間における、横断面飛躍部（７０）に
   よって特徴付けられた移行部の範囲に、混合区間に対し
   て同心的又はほぼ同心的に、複数の混合エレメント（３
   ００）が配置されており、これらの混合エレメント（３
   ００）において、一部の燃焼空気（１１５ａ）と燃料
   （３０３）との間における混合物形成が行われるように
   なっており、混合エレメントが、混合区間と作用結合し
   て、燃焼室のパイロット段階であることを特徴とする、
   ヒートジェネレータ用のバーナ。
2. 【請求項２】 渦流発生器が同時にバーナの混合区間で
   ある、請求項１記載のバーナ。
3. 【請求項３】 混合区間（２２０）が渦流発生器（１０
   ０）の下流に配置されていて、混合区間（２２０）が第
   １の区間部分（２００）の内部に流れ方向に延びる移行
   通路（２０１）を、渦流発生器（１００）において形成
   された流れ（４０）を移行通路（２０１）の下流に後置
   された混合管（２０）に引き渡すために、有している、
   請求項１記載のバーナ。
4. 【請求項４】 混合管（２０）が、燃焼室（３０）への
   出口の範囲に、下流に形成される逆流ゾーン（５０）の
   安定化及び増大のために剥離縁部（Ａ）を備えている、
   請求項３記載のバーナ。
5. 【請求項５】 剥離縁部（Ａ）が、混合管（２０）の出
   口の範囲における移行半径（Ｒ）と、混合管の出口から
   段付けされた剥離段部（Ｓ）とから成っている、請求項
   ４記載のバーナ。
6. 【請求項６】 移行半径（Ｒ）が混合管（２０）の内径
   の１０％よりも大きく、剥離段部（Ｓ）が３ｍｍよりも
   大きな深さを有している、請求項５記載のバーナ。
7. 【請求項７】 混合区間（２２０）における移行通路
   （２０１）の数が、渦流発生器（１００）によって形成
   される部分流の数に相当している、請求項３記載のバー
   ナ。
8. 【請求項８】 移行通路（２０１）に後置された混合管
   （２０）が流れ方向及び周方向に、混合管（２０）の内
   部に空気流を噴射するための複数の開口（２１）を備え
   ている、請求項３記載のバーナ。
9. 【請求項９】 前記開口（２１）が、混合管（２０）の
   バーナ軸線（６０）に対して鋭角をなして延びている、
   請求項８記載のバーナ。
10. 【請求項１０】 移行通路（２０１）の下流における混
    合管（２０）の流過横断面が、渦流発生器（１００）に
    おいて形成された流れ（４０）の横断面よりも小さい
    か、等しい大きさか又は大きい、請求項３記載のバー
    ナ。
11. 【請求項１１】 横断面飛躍部（７０）の範囲において
    逆流ゾーン（５０）が作用可能である、請求項１記載の
    バーナ。
12. 【請求項１２】 横断面飛躍部（７０）の上流に、ディ
    フューザ及び／又はベンチュリ区間が設けられている、
    請求項１記載のバーナ。
13. 【請求項１３】 渦流発生器（１００）が、流れ方向に
    おいて互いに内外に位置するように配置された少なくと
    も２つの中空で円錐形の部分体（１０１，１０２；１３
    ０，１３１，１３２，１３３；１４０，１４１，１４
    ２，１４３）から成っており、これらの部分体の各長手
    方向対称軸線（１０１ｂ，１０２ｂ；１３０ａ，１３１
    ａ，１３２ａ，１３３ａ；１４０ａ，１４１ａ，１４２
    ａ，１４３ａ）が互いにずらされて延びていて、部分体
    の隣接した壁がその長手方向の延びにおいて、燃焼空気
    流（１１５）のための接線方向の通路（１１９，１２
    ０）を形成しており、さらに、部分体によって形成され
    た円錐中空室（１１４）内に、少なくとも１つの燃料ノ
    ズル（１０３）が配置されている、請求項１記載のバー
    ナ。
14. 【請求項１４】 接線方向の通路（１１９，１２０）の
    範囲に該通路の長手方向の延びにおいて、別の燃料ノズ
    ル（１１７）が配置されている、請求項１３記載のバー
    ナ。
15. 【請求項１５】 部分体（１４０，１４１，１４２，１
    ４３）が横断面に、羽根状の成形体を有している、請求
    項１３記載のバーナ。
16. 【請求項１６】 部分体が流れ方向に、一定の円錐角又
    は増大する円錐傾斜又は減少する円錐傾斜を有してい
    る、請求項１３記載のバーナ。
17. 【請求項１７】 部分体が螺旋状に互いに内外に配置さ
    れている、請求項１３記載のバーナ。