WO2019093382A1 - バーナ装置 - Google Patents

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fuel
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swirler
burner
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剛生 小田
俊明 櫻澤
遼祐 大島
三郎 湯浅
毅司 櫻井
光一 野▲崎▼
Original Assignee
川崎重工業株式会社
公立大学法人首都大学東京
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    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air

Definitions

  • the present invention relates to a burner apparatus for mixing and burning a fuel gas such as hydrogen gas and other types of gas.
  • NOx is likely to be generated when burning a fuel having a high burning rate.
  • a flashback phenomenon in which a flame generated in the combustion chamber returns to the burner side tends to occur.
  • a fuel for example, hydrogen or a gas containing hydrogen at a high concentration can be mentioned.
  • the floating flame refers to a flame in which the base of the flame is formed at a position away from the fuel injection portion downstream. It is known that the state of the flame rises by raising the flow velocity of the fuel from the state of the diffusion flame. In the floating flame, NOx is reduced by mixing the fuel and air in the space from the fuel injection portion to the base of the flame, and the occurrence of flashback is suppressed by the floating of the flame.
  • NOx is reduced by mixing the fuel and air in the space from the fuel injection portion to the base of the flame, and the occurrence of flashback is suppressed by the floating of the flame.
  • it is difficult to stably float and form and maintain a flame so it is difficult to use it for an actual device such as a gas turbine or a boiler whose operating conditions are not always constant.
  • An object of the present invention is to provide a burner device capable of stably forming a floating flame in order to solve the above-mentioned problems.
  • a burner device for supplying a mixture of a fuel gas and a combustion assisting gas to a combustion region, A mixing passage for injecting the air-fuel mixture into the combustion region from its downstream end; A fuel gas injection nozzle for injecting a fuel gas toward the combustion region in the mixing passage; An auxiliary fuel gas supply swirler for injecting auxiliary fuel gas radially outward into the mixing passage, wherein the auxiliary fuel gas is drawn tangentially to the fuel injection holes of the fuel gas injection nozzle in a cross-sectional view orthogonal to the axis of the burner device.
  • An auxiliary fuel gas supply swirler for injecting an auxiliary fuel gas so that at least a part of the fuel gas directly collides with the fuel gas injected from the fuel gas injection nozzle; Is equipped.
  • the auxiliary gas is directly sprayed to the fuel gas injected from the fuel gas injection nozzle, so that the space from the fuel gas injection portion to the combustion region is destabilized and floats easily. At the same time, mixing is promoted near the fuel gas injection port.
  • the swirling flow formed by the auxiliary gas supply swirler stably maintains the floating flame by forming a recirculation region around the burner axis near the outlet of the mixing passage.
  • the width of each auxiliary fuel gas passage of the auxiliary fuel gas supply swirler may be gradually narrowed from the inlet to the outlet of the auxiliary fuel gas supply swirler. According to this configuration, since the auxiliary combustion gas flow is injected from the auxiliary combustion gas supply swirler, the space from the injection portion of the fuel gas to the combustion region can be more effectively destabilized, and the floating flame is further increased. Can be made easier.
  • the diameter of the mixture injection port formed at the downstream end of the mixing passage may be set smaller than the diameter of the outlet of the auxiliary fuel gas supply swirler. According to this configuration, when the flow velocity of the mixture of the fuel gas and the auxiliary fuel gas is increased at the mixture injection port, the flame is less likely to be formed in this portion, and therefore the floating flame is more easily formed. Also, this makes it possible to increase the mixing distance between the fuel gas and the auxiliary fuel gas.
  • a plurality of burner main unit BU comprising the mixing passage, the fuel gas injection nozzle, and the auxiliary fuel gas supply swirler, and the auxiliary fuel gas inlet for introducing the auxiliary fuel into the burner apparatus.
  • it may be disposed upstream of the inlet of the auxiliary fuel gas supply swirler of each burner body unit BU in the fuel gas injection direction.
  • the auxiliary combustion gas from the auxiliary combustion gas inlet is at the swirler inlet portion facing the auxiliary combustion gas inlet. Since it does not flow directly but disperses in the process of moving backward, it is uniformly supplied to each combustion assisting gas supply swirler.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4;
  • FIG. 1 shows a burner apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the burner device 1 shown in the figure is a device for supplying a mixture MG of a fuel gas and a combustion assisting gas to a combustion region R.
  • the burner device 1 is used, for example, as a heating device of a power plant such as a gas turbine or a boiler.
  • the fuel gas is, for example, a fuel having a high burning rate and a wide flammable concentration range, and in the present embodiment, a hydrogen-containing gas such as hydrogen gas is used as the fuel gas. Further, in the present embodiment, air A is used as the auxiliary combustion gas.
  • auxiliary gas in addition to air, for example, gas in which the oxygen concentration in the air is adjusted, exhaust gas, etc. can be used.
  • the fuel gas is referred to as "fuel F”
  • the auxiliary fuel gas is referred to as "air A”.
  • the burner device 1 is formed in a substantially cylindrical shape as a whole.
  • the casing 7 of the burner device 1 is formed by the substantially disk-shaped burner wall 3 facing the combustion region R and the bottomed cylindrical burner cylinder 5.
  • the burner wall 3 is connected to the opening of the burner cylinder 5 by, for example, a bolt (not shown).
  • the burner device 1 has a mixing passage 9 for mixing the fuel F and the air A.
  • the air-fuel mixture MG is injected to the combustion region R from the air-fuel mixture injection port 11 formed at the downstream end of the mixing passage 9.
  • the mixing passage 9 and the mixture injection port 11 are arranged concentrically with the burner device 1.
  • an air-fuel mixture injection hole 13 which is a through hole in the axial direction is formed at the center of the burner wall 3 of the casing 7.
  • the downstream end opening of the mixture injection hole 13 forms a mixture injection port 11.
  • the combustion region R side i.e., the downstream side of the mixture MG flow
  • the opposite side i.e., the upstream side of the mixture MG flow
  • the burner apparatus 1 further includes a fuel injection nozzle (fuel gas injection nozzle) 15 for injecting the fuel F into the mixing passage 9 and an air supply passage (supporting gas supply passage) 17 for supplying the air A to the mixing passage 9. ing.
  • Fuel injection holes 19 for injecting the fuel F are formed in the fuel injection nozzle 15.
  • the fuel injection holes 19 extend along the axial center C1 of the burner device 1. That is, the fuel injection nozzle 15 is configured to inject the fuel F into the mixing passage 9 toward the combustion region R along the axial center C1.
  • the air supply passage 17 is configured to supply the air A to the mixing passage 9 from the radially outer side of the upstream portion of the mixing passage 9.
  • the air supply passage 17 is formed as a space inside the burner cylinder 5 of the casing 7.
  • a plurality of air inlets 21 are formed in the peripheral wall of the burner cylinder 5 of the casing 7.
  • External air A is introduced into the air supply path 17 via the air inlet 21.
  • An air supply swirler (auxiliary gas supply swirler) 23 is provided at the outlet of the air supply path 17. Through the air supply swirler 23, the air A is supplied to the mixing passage 9 as a swirling flow around the axis C1. As shown in FIG.
  • the air supply swirler 23 extends in an eccentric direction with respect to the axial center C1, and includes a plurality of (four in this example) flow passages (hereinafter, “swirlers” arranged at equal intervals in the circumferential direction. It is referred to as “the flow path”.
  • the air supply swirler 23 has a ring-shaped plate-like base 23a and a plurality of flow path walls 23b projecting from the base 23a.
  • a fitting hole 27 formed at the center of the annular plate-shaped base 23 a is fitted to the outer peripheral surface of the downstream end of the fuel injection nozzle 15.
  • the above-mentioned swirler channels 25 are formed between the adjacent channel walls 23b and 23b.
  • the wall surfaces 23ba and 23ba of the two flow path walls 23b and 23b extending in the eccentric direction, which form each swirler flow path 25, are both planar (that is, orthogonal to the axial center C1 of the burner device 1). It is formed in a linear shape in a cross sectional view.
  • the air supply swirler 23 is configured to inject the air A in the direction of the tangent T of the fuel injection hole 19 in a cross-sectional view orthogonal to the axial center C1 of the burner device 1 .
  • the configuration to inject air in the tangential direction of the fuel injection hole in a cross-sectional view orthogonal to the axis of the burner device means that the air supply swirler 23 forms each swirler flow path 25.
  • the wall surfaces 23ba and 23ba of the two flow path walls 23b and 23b extending in the eccentric direction, which form each swirler flow path 25, are not limited to the planar shape as illustrated, and may be formed, for example, in a curved shape. .
  • the air supply swirler 23 in the present embodiment has the above-described structure so that at least a portion of the air A injected from each swirler channel 25 directly collides with the fuel F injected from the fuel injection holes 19. Is configured.
  • each swirler channel 25 of the air supply swirler 23 gradually narrows from the inlet (hereinafter referred to as "swirler inlet”) 25b of the swirler channel 25 toward the swirler outlet 25a. There is.
  • the diameter Dm of the mixture injection port 11 formed at the downstream end of the mixing passage 9 is smaller than the diameter Ds of the swirler outlet 25a. More specifically, in the illustrated example, the burner wall 3 in which the mixture injection hole 13 is formed is in contact with the rear of the air supply swirler 23. Therefore, the diameter of the downstream portion (the mixture injection hole 13 in this example) decreases in a step-like manner from the upstream portion of the mixing passage 9, and the diameter Dm of the mixture injection port 11 which is the downstream end of the downstream portion The diameter is smaller than the diameter Ds of the swirl outlet 25a.
  • the shape from the swirler outlet 25a to the mixture injection port 11 is not limited to the illustrated example.
  • the flow path diameter of the downstream portion of the mixing passage 9 is tapered toward the mixture injection port 11 It may be formed in
  • the air A (supporting gas) from the air supply swirler 23 is directly sprayed to the fuel F (fuel gas) injected from the fuel injection nozzle 15
  • the space from the injection part of the fuel F to the combustion area R (the part to become the base of the normal flame) is destabilized and floats up easily in the combustion area R to form the flame LF.
  • Mixing is promoted.
  • the swirling flow formed by the air supply swirler 23 forms a recirculation region around the burner axis C1 in the vicinity of the outlet of the mixing passage 9, whereby the floating flame LF is stably held.
  • each swirler channel 25 of the air supply swirler 23 is gradually narrowed from the inlet 25 b of the air supply swirler 23 toward the outlet 25 a. Since a high-speed air (supporting gas) flow is injected from the air supply swirler 23, the space from the injection portion of the fuel F to the combustion region R can be destabilized more effectively, and floating more stably. The flame LF can be maintained.
  • each swirler flow path 25 of the air supply swirler 23 may be configured to have a uniform width from the swirler inlet 25b to the swirler outlet 25a unlike the illustrated example.
  • the diameter Dm of the mixture injection port 11 formed at the downstream end of the mixing passage 9 is smaller than the diameter Ds of the swirler outlet 25a.
  • the flow velocity of the mixture MG of the fuel F (fuel gas) and the air A (supporting gas) increases at the mixture injection port 11.
  • the flame is less likely to be formed in the vicinity of the mixture injection port 11, and therefore it is more likely to be lifted up to form the flame LF.
  • the mixing is promoted by the increase of the mixing distance between the fuel F and the air A, the generation of the local high temperature region is suppressed, and the amount of NOx generation is reduced.
  • the diameter Dm of the mixture injection port 11 and the diameter Ds of the swirler outlet 25a may be the same.
  • the burner apparatus 1 of this embodiment differs from the first embodiment in that a plurality of burner main units BU having the mixing passage 9, the fuel injection nozzle 15, and the air supply swirler 23 in one cylindrical casing 7 (this In the example, 7) are provided.
  • the configurations of the mixing passage 9, the fuel injection nozzle 15 (fuel gas injection nozzle), and the air supply swirler 23 (auxiliary gas supply swirler) constituting the burner body unit BU are the same as in the first embodiment, so I omit it.
  • a plurality of burner body units BU are parallel to the inside of the casing 7 with the axis C2 of the cylindrical casing 7 and the axis (axis of the fuel injection nozzle 15) C3 of each burner body unit BU parallel to each other. It is installed in the direction of becoming.
  • the internal space of the casing 7 is divided by the disk-shaped partition 31 into the air introducing chamber 33 on the downstream side (the combustion region R side) and the fuel introducing chamber 35 on the upstream side.
  • the plurality of burner body units BU are disposed in the air introduction chamber 33.
  • the fuel F is introduced into the fuel introduction chamber 35 from the outside through a fuel introduction hole 37 formed in the center of the bottom wall of the casing 7.
  • Fuel supply holes 39 are formed in the partition 31 at positions corresponding to the fuel injection holes 19 of the respective fuel injection nozzles 15.
  • the fuel F introduced into the fuel introduction chamber 35 is supplied to the fuel injection holes 19 via the respective fuel supply holes 39.
  • the fuel F supplied to the respective fuel injection holes 19 is homogenized by temporarily introducing the fuel F from the outside into the common fuel introduction chamber 35 and then supplying the fuel to the plurality of fuel injection holes 19. .
  • Air A is introduced into the air introduction chamber 33 from the outside via the air introduction port 21 formed on the downstream side of the peripheral wall of the casing 7.
  • a plurality (six in this example) of air inlets 21 are provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • one burner main unit BU is disposed at the center of the air introduction chamber 33, and a plurality of (six in this example) burner main units BU are arranged at equal intervals in the circumferential direction around it.
  • Each air introduction port 21 is formed at a circumferential position corresponding to the center between adjacent burner main units BU of the burner main units BU arranged in the circumferential direction.
  • the number of the air inlets 21 and the arrangement configuration in the circumferential direction are not limited to this example.
  • each air inlet 21 is upstream of the swirler inlet 25b of each burner body unit BU in the injection direction of the fuel F (in the illustrated example, in the axial direction of the burner device 1). It is arranged.
  • the air inlet 21 By arranging the air inlet 21 in this manner, the air A from the air inlet 21 is different from the case where the air inlet 21 is provided at the same axial direction position as the swirler inlet 25 b.
  • the air is supplied uniformly to the air supply swirlers 23 because it does not flow directly into the opposing swirler inlet 25b and disperses in the process of moving backward.
  • the annular plate-like base 23a of the air supply swirler 23 is fitted to the fitting portion 15a formed on the outer peripheral surface of the downstream end of the fuel injection nozzle 15
  • Each air inlet 21 is formed at a position in the axial center C2 direction corresponding to a front portion of the fuel injection nozzle 15 relative to the fitting portion 15a.
  • each air inlet 21 is disposed upstream of the swirler inlet 25b in the injection direction of the fuel F, whereby the plurality of swirler inlets 25b are equalized. Is supplied with air A.
  • the plurality of burner main units BU plural air supply swirlers 23
  • the flow of the air A is more uneven. Since it is easy, by arranging the air inlet 21 upstream of the swirler inlet 25b, the larger effect described above can be obtained.
  • burner device 9 mixing passage 15 fuel injection nozzle (fuel gas injection nozzle) 21 Air inlet (support gas inlet) 23 Air supply swirler (supporting gas supply swirler) 25 swirler channel 25a swirler outlet 25b swirler inlet A air (supporting gas) BU burner body unit F fuel (fuel gas) MG mixture R combustion area

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Abstract

燃料ガス（Ｆ）と助燃ガス（Ａ）との混合気（ＭＧ）を燃焼領域（Ｒ）に供給するバーナ装置（１）において、その下流端部から混合気（ＭＧ）を燃焼領域（Ｒ）に噴射する混合通路（９）と、前記混合通路（９）に、燃焼領域（Ｒ）に向けて燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射ノズル（１５）と、前記混合通路（９）に径方向外側から助燃ガスを噴射する助燃ガス供給スワラ（２３）であって、断面視において前記燃料ガス噴射ノズル（１５）の燃料噴射孔（１９）の接線（Ｔ）方向に、助燃ガスの少なくとも一部が前記燃料ガス噴射ノズル（１５）から噴射された燃料ガスに直接衝突するように助燃ガスを噴射する助燃ガス供給スワラ（２３）とを設ける。

Description

バーナ装置 関連出願
　本出願は、２０１７年１１月８日出願の特願２０１７－２１５８５１の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　本発明は、例えば水素ガスのような燃料ガスと他の種類のガスとを混合して燃焼させるバーナ装置に関する。
　近年、地球温暖化のような環境問題の原因となる二酸化炭素の排出を抑えるため、いわゆる低炭素社会の実現に向けて、燃料に水素を利用するバーナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０１２／０２５８４０９号明細書
　しかしながら、燃焼速度が大きい燃料を燃焼させる場合はＮＯｘが発生し易い。また、燃焼速度が大きい燃料を燃焼させる場合は燃焼室で発生した火炎がバーナ側に戻ってくる逆火現象が生じ易い。このような燃料としては、例えば水素、または水素を高濃度で含むガス等が挙げられる。
　これらの問題を解決するために、いわゆる浮き上がり火炎を利用することが考えられる。浮き上がり火炎とは、燃料の噴射部から下流側に離れた位置に火炎の基部が形成される火炎のことをいう。拡散火炎の状態から燃料の流速を上昇させることにより浮き上がり火炎の状態に遷移することが知られている。浮き上がり火炎では、燃料の噴射部から火炎の基部までの空間において燃料と空気の混合が行われることによってＮＯｘが低減されるとともに、火炎が浮き上がることによって逆火の発生が抑制される。もっとも、従来構造のバーナでは、安定的に浮き上がり火炎を形成、維持することが困難であることから、運転条件が必ずしも一定でないガスタービンやボイラのような実際の機器に利用することが困難であった。
　本発明の目的は、上記の課題を解決するために、浮き上がり火炎を安定的に形成することができるバーナ装置を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本発明に係るバーナ装置は、燃料ガスと助燃ガスとの混合気を燃焼領域に供給するバーナ装置であって、
　その下流端部から混合気を燃焼領域に噴射する混合通路と、
　前記混合通路に、燃焼領域に向けて燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射ノズルと、
　前記混合通路に径方向外側から助燃ガスを噴射する助燃ガス供給スワラであって、当該バーナ装置の軸心に直交する断面視において、前記燃料ガス噴射ノズルの燃料噴射孔の接線方向に、助燃ガスの少なくとも一部が前記燃料ガス噴射ノズルから噴射された燃料ガスに直接衝突するように助燃ガスを噴射する助燃ガス供給スワラと、
を備えている。
　この構成によれば、燃料ガス噴射ノズルから噴射された燃料ガスに助燃ガスが直接吹き付けられることにより、燃料ガスの噴射部分から燃焼領域までの空間が不安定化されて浮き上がり火炎が形成されやすくなるとともに、燃料ガス噴射口付近において混合が促進される。加えて、助燃ガス供給スワラによって形成される旋回流れが、混合通路の出口付近にバーナ軸心回りの再循環領域を形成することにより、浮き上がり火炎が安定的に保持される。
　本発明の一実施形態に係るバーナ装置において、前記助燃ガス供給スワラの各助燃ガス流路の幅が、当該助燃ガス供給スワラの入口から出口に向けて次第に狭くなっていてもよい。この構成によれば、助燃ガス供給スワラから高速の助燃ガス流が噴射されるので、より効果的に燃料ガスの噴射部分から燃焼領域までの空間を不安定化させることが可能となり、一層浮き上がり火炎を形成し易くすることができる。
　本発明の一実施形態に係るバーナ装置において、前記混合通路の下流端部に形成された混合気噴射口の直径が、前記助燃ガス供給スワラの出口の直径よりも小さく設定されていてもよい。この構成によれば、燃料ガスと助燃ガスとの混合気の流速を、混合気噴射口において大きくすることにより、この部分で火炎が形成されにくくなるので、さらに浮き上がり火炎が形成されやすくなる。また、これにより、燃料ガスと助燃ガスとの混合距離を長くとることができる。
　本発明の一実施形態に係るバーナ装置において、前記混合通路、燃料ガス噴射ノズル、および助燃ガス供給スワラからなるバーナ本体ユニットＢＵを複数備え、当該バーナ装置内に助燃ガスを導入する助燃ガス導入口が、各バーナ本体ユニットＢＵの前記助燃ガス供給スワラの入口よりも、燃料ガスの噴射方向における上流側に配置されていてもよい。この構成によれば、助燃ガス導入口がスワラの入口と同一の軸心方向位置に設けられた場合と異なり、助燃ガス導入口からの助燃ガスが、助燃ガス導入口に対向するスワラ入口部分に直接流れ込まず、後方へ移動する過程で分散するので、各助燃ガス供給スワラに均一に供給される。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の第１実施形態に係るバーナ装置を示す縦断面図である。 図１のバーナ装置に用いられる助燃ガス供給スワラを示す平面図である。 図１のバーナ装置の一部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るバーナ装置を示す縦断面図である。 図４のV-V線に沿った断面図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るバーナ装置１を示す。同図に示すバーナ装置１は、燃料ガスと助燃ガスとの混合気ＭＧを燃焼領域Ｒに供給する装置である。バーナ装置１は、例えば、ガスタービンやボイラのような動力装置の加熱装置として用いられる。
　燃料ガスは、例えば燃焼速度が大きく、可燃濃度範囲が広い燃料であり、本実施形態では、燃料ガスとして水素含有ガス、例えば水素ガスを使用している。また、本実施形態では、助燃ガスとして空気Ａを使用している。助燃ガスとしては、空気のほかに、例えば、空気中の酸素濃度を調整したガス、排ガス等を使用することができる。以下の説明では、燃料ガスを「燃料Ｆ」とし、助燃ガスを「空気Ａ」として説明する。
　バーナ装置１は全体としてほぼ円筒形状に形成されている。図示の例では、燃焼領域Ｒに面するほぼ円板状のバーナ壁３と、有底円筒状のバーナ筒５とによってバーナ装置１のケーシング７が形成されている。バーナ壁３は、例えば図示しないボルトによってバーナ筒５の開口部に連結されている。バーナ装置１は、燃料Ｆと空気Ａとを混合する混合通路９を有している。混合通路９の下流端部に形成された混合気噴射口１１から混合気ＭＧが燃焼領域Ｒへ噴射される。混合通路９および混合気噴射口１１はバーナ装置１と同心状に配置されている。図示の例では、ケーシング７のバーナ壁３の中心部に軸心方向の貫通孔である混合気噴射孔１３が形成されている。混合気噴射孔１３の下流端開口が混合気噴射口１１を形成している。なお、以下の説明において、バーナ装置１の軸心Ｃ１方向における燃焼領域Ｒ側（すなわち混合気ＭＧ流れの下流側）を単に「後方」と呼び、その反対側（すなわち混合気ＭＧ流れの上流側）を単に「前方」と呼ぶ場合がある。
　バーナ装置１は、さらに、混合通路９に燃料Ｆを噴射する燃料噴射ノズル（燃料ガス噴射ノズル）１５と、混合通路９に空気Ａを供給する空気供給路（助燃ガス供給路）１７とを備えている。燃料噴射ノズル１５には、燃料Ｆを噴射する燃料噴射孔１９が形成されている。燃料噴射孔１９はバーナ装置１の軸心Ｃ１に沿って延びている。すなわち、燃料噴射ノズル１５は、燃料Ｆを、混合通路９に、軸心Ｃ１に沿って燃焼領域Ｒに向けて噴射するように構成されている。
　空気供給路１７は、より具体的には、混合通路９の上流部の径方向外側から空気Ａを混合通路９に供給するように構成されている。図示の例では、空気供給路１７は、ケーシング７のバーナ筒５の内側の空間として形成されている。ケーシング７のバーナ筒５の周壁に複数の空気導入口２１が形成されている。空気導入口２１を介して外部の空気Ａが空気供給路１７に導入される。空気供給路１７の出口部には空気供給スワラ（助燃ガス供給スワラ）２３が設けられている。空気供給スワラ２３を介して、空気Ａは軸心Ｃ１回りの旋回流として混合通路９に供給される。図２に示すように、空気供給スワラ２３は、軸心Ｃ１に対して偏心する方向に延びる、周方向に等間隔に配置された複数（この例では４つ）の流路（以下、「スワラ流路」という。）２５を有している。
　また、この例では、図１に示すように、空気供給スワラ２３は、円環板状の基部２３ａと、基部２３ａ上に突設された複数の流路壁２３ｂとを有する。円環板状の基部２３ａの中心部に形成された嵌合孔２７が、燃料噴射ノズル１５の下流端部の外周面に嵌合されている。図２に示すように、隣り合う流路壁２３ｂ，２３ｂの間に上記各スワラ流路２５が形成されている。図示の例では、各スワラ流路２５を形成する、偏心方向に延びる２つの流路壁２３ｂ，２３ｂの壁面２３ｂａ，２３ｂａは、いずれも平面状（つまり、バーナ装置１の軸心Ｃ１に直交する断面視において直線状）に形成されている。
　本実施形態では、より具体的には、空気供給スワラ２３は、バーナ装置１の軸心Ｃ１に直交する断面視において燃料噴射孔１９の接線Ｔ方向に空気Ａを噴射するように構成されている。ここで、本明細書における「バーナ装置の軸心に直交する断面視において燃料噴射孔の接線方向に空気を噴射するように構成」とは、空気供給スワラ２３が、各スワラ流路２５を形成する、偏心方向に延びる２つの流路壁２３ｂ，２３ｂの壁面２３ｂａ，２３ｂａのうち、空気Ａの旋回方向Ｓにおける前側の壁面２３ｂに平行な燃料噴射孔１９の接線Ｔが、上記断面視において当該スワラ流路２５の出口（以下、「スワラ出口」という。）２５ａを通過する位置および形状に形成されていることを意味する。
　なお、各スワラ流路２５を形成する、偏心方向に延びる２つの流路壁２３ｂ，２３ｂの壁面２３ｂａ，２３ｂａは、図示したような平面状に限らず、例えば曲面状に形成されていてもよい。旋回方向Ｓにおける前側の壁面２３ｂａが曲面状に形成されている場合には、当該壁面２３ｂａの下流側半分の任意の一点に平行な燃料噴射孔１９の接線Ｔを上記「壁面に平行な燃料噴射孔の接線」とする。
　本実施形態における空気供給スワラ２３は、上記の構造を有することにより、各スワラ流路２５から噴射される空気Ａの少なくとも一部が、燃料噴射孔１９から噴射された燃料Ｆに直接衝突するように構成されている。
　また、図示の例では、空気供給スワラ２３の各スワラ流路２５の幅が、スワラ流路２５の入口（以下、「スワラ入口」という。）２５ｂからスワラ出口２５ａに向けて、次第に狭くなっている。
　図３に示すように、本実施形態では、混合通路９の下流端部に形成された混合気噴射口１１の直径Ｄｍが、スワラ出口２５ａの直径Ｄｓよりも小さい。より具体的には、図示の例では、空気供給スワラ２３の後方に、混合気噴射孔１３が形成されたバーナ壁３が当接している。したがって、混合通路９の上流部分から段差状に下流部分（この例では混合気噴射孔１３）の直径が小さくなっており、下流部分の下流端部である混合気噴射口１１の直径Ｄｍも、スワラ出口２５ａの直径Ｄｓよりも小さくなっている。なお、スワラ出口２５ａから混合気噴射口１１にかけての形状は図示の例に限定されず、例えば、混合通路９の下流部分の流路径が、混合気噴射口１１へ向けてテーパ状に小さくなるように形成されていてもよい。
　以上説明した本実施形態に係る図１のバーナ装置１によれば、空気供給スワラ２３からの空気Ａ（助燃ガス）が燃料噴射ノズル１５から噴射された燃料Ｆ（燃料ガス）に直接吹き付けられることにより、燃料Ｆの噴射部分から燃焼領域Ｒまでの空間（通常火炎の基部となる部分）が不安定化されて、燃焼領域Ｒにおいて浮き上がり火炎ＬＦが形成されやすくなるとともに、燃料噴射孔１９付近において混合が促進される。加えて、空気供給スワラ２３によって形成される旋回流れが、混合通路９の出口付近にバーナ軸心Ｃ１回りの再循環領域を形成することにより、浮き上がり火炎ＬＦが安定的に保持される。
　本実施形態では、特に、図２に示したように、空気供給スワラ２３の各スワラ流路２５の幅が、空気供給スワラ２３の入口２５ｂから出口２５ａに向けて次第に狭くなっていることにより、空気供給スワラ２３から高速の空気（助燃ガス）流が噴射されるので、より効果的に燃料Ｆの噴射部分から燃焼領域Ｒまでの空間を不安定化させることが可能となり、一層安定的に浮き上がり火炎ＬＦを維持することができる。もっとも、空気供給スワラ２３の各スワラ流路２５は、図示の例と異なり、スワラ入口２５ｂからスワラ出口２５ａにかけて均一の幅を有するように構成されていてもよい。
　さらに、本実施形態では、特に、図３に示したように、混合通路９の下流端部に形成された混合気噴射口１１の直径Ｄｍが、スワラ出口２５ａの直径Ｄｓよりも小さいことにより、燃料Ｆ（燃料ガス）と空気Ａ（助燃ガス）との混合気ＭＧの流速が、混合気噴射口１１において大きくなる。これにより、混合気噴射口１１近傍の部分で火炎が形成されにくくなるので、さらに浮き上がり火炎ＬＦが形成されやすくなる。また、燃料Ｆと空気Ａとの混合距離が長くなることにより混合促進されるので、局所的な高温域の発生が抑制され、ＮＯｘ発生量が低減される。もっとも、混合気噴射口１１の直径Ｄｍとスワラ出口２５ａの直径Ｄｓとは同一であってもよい。
　次に、図４に示す、本発明の第２実施形態に係るバーナ装置１について説明する。本実施形態のバーナ装置１は、第１実施形態と異なり、１つの円筒状のケーシング７内に、混合通路９、燃料噴射ノズル１５、および空気供給スワラ２３を有するバーナ本体ユニットＢＵを複数（この例では７個）備えている。バーナ本体ユニットＢＵを構成する混合通路９、燃料噴射ノズル１５（燃料ガス噴射ノズル）、および空気供給スワラ２３（助燃ガス供給スワラ）の構成は第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　図示の例では、ケーシング７の内部に、複数のバーナ本体ユニットＢＵが、円筒状のケーシング７の軸心Ｃ２と各バーナ本体ユニットＢＵの軸心（燃料噴射ノズル１５の軸心）Ｃ３とが平行になる向きに設置されている。
　より具体的には、ケーシング７の内部空間は、円板状の隔壁３１によって、下流側（燃焼領域Ｒ側）の空気導入室３３と、上流側の燃料導入室３５とに区画されている。複数のバーナ本体ユニットＢＵは空気導入室３３内に配置されている。ケーシング７の底壁の中心部に形成された燃料導入孔３７を介して、外部から燃料Ｆが燃料導入室３５へ導入される。隔壁３１には、各燃料噴射ノズル１５の燃料噴射孔１９に対応する位置に、燃料供給孔３９が形成されている。燃料導入室３５へ導入された燃料Ｆは、各燃料供給孔３９を介して燃料噴射孔１９へ供給される。このように、外部からの燃料Ｆをいったん共通の燃料導入室３５に導入してから複数の燃料噴射孔１９へ供給することにより、各燃料噴射孔１９へ供給される燃料Ｆが均質化される。
　ケーシング７の周壁の下流側部に形成された空気導入口２１を介して、外部から空気Ａが空気導入室３３へ導入される。図５に示すように、空気導入口２１は、周方向に等間隔に複数（この例では６つ）設けられている。図示の例では、空気導入室３３の中心部に１つのバーナ本体ユニットＢＵが配置され、その周りに複数（この例では６個）のバーナ本体ユニットＢＵが周方向に等間隔に配列されている。これら周方向に配列されたバーナ本体ユニットＢＵの、隣り合うバーナ本体ユニットＢＵ間の中央に相当する周方向位置に、各空気導入口２１が形成されている。もっとも、空気導入口２１の数および周方向の配置構成は、この例に限定されない。
　また、図４に示すように、各空気導入口２１は、各バーナ本体ユニットＢＵのスワラ入口２５ｂよりも、燃料Ｆの噴射方向（図示の例ではバーナ装置１の軸心方向）における上流側に配置されている。空気導入口２１をこのように配置することにより、空気導入口２１がスワラ入口２５ｂと同一の軸心方向位置に設けられた場合と異なり、空気導入口２１からの空気Ａが、空気導入口２１に対向するスワラ入口２５ｂ部分に直接流れ込まず、後方へ移動する過程で分散するので、各空気供給スワラ２３に均一に供給される。
　より具体的には、図示の例では、空気供給スワラ２３は、その円環板状の基部２３ａが、燃料噴射ノズル１５の下流端部の外周面に形成された嵌合部１５ａに嵌合されており、各空気導入口２１は、燃料噴射ノズル１５の嵌合部１５ａよりも前方部分に相当する軸心Ｃ２方向位置に形成されている。空気導入口２１をこのように配置することにより、空気導入口２１から導入された空気Ａは、いったん燃料噴射ノズル１５に衝突した後に後方へ流れてスワラ入口２１に導入されるので、その過程において空気導入口２１からの空気Ａの分散が促進され、各空気供給スワラ２３に極めて均一に供給される。
　なお、図１に示した第１実施形態においても、各空気導入口２１は、スワラ入口２５ｂよりも、燃料Ｆの噴射方向における上流側に配置されており、これによって複数のスワラ入口２５ｂに均等に空気Ａが供給される。もっとも、第２実施形態のように、共通の空気導入室３３内に複数のバーナ本体ユニットＢＵ（複数の空気供給スワーラ２３）が設けられている場合には、空気Ａの流れの偏りがより生じやすいので、空気導入口２１をスワラ入口２５ｂよりも上流側に配置することによって、より大きな上述の効果を得ることができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１　バーナ装置
９　混合通路
１５　燃料噴射ノズル（燃料ガス噴射ノズル）
２１　空気導入口（助燃ガス導入口）
２３　空気供給スワラ（助燃ガス供給スワラ）
２５　スワラ流路
２５ａ　スワラ出口
２５ｂ　スワラ入口
Ａ　空気（助燃ガス）
ＢＵ　バーナ本体ユニット
Ｆ　燃料（燃料ガス）
ＭＧ　混合気
Ｒ　燃焼領域

Claims (4)

  1. 　燃料ガスと助燃ガスとの混合気を燃焼領域に供給するバーナ装置であって、
    　その下流端部から混合気を燃焼領域に噴射する混合通路と、
    　前記混合通路に、燃焼領域に向けて燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射ノズルと、
    　前記混合通路に径方向外側から助燃ガスを噴射する助燃ガス供給スワラであって、当該バーナ装置の軸心に直交する断面視において、前記燃料ガス噴射ノズルの燃料噴射孔の接線方向に、助燃ガスの少なくとも一部が前記燃料ガス噴射ノズルから噴射された燃料ガスに直接衝突するように助燃ガスを噴射する助燃ガス供給スワラと、
    を備えるバーナ装置。
  2. 　請求項１に記載のバーナ装置において、前記助燃ガス供給スワラの各流路の幅が、当該助燃ガス供給スワラの入口から出口に向けて次第に狭くなっているバーナ装置。
  3. 　請求項１または２に記載のバーナ装置において、前記混合通路の下流端部に形成された混合気噴射口の直径が、前記空気供給スワラの出口の直径よりも小さいバーナ装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載のバーナ装置であって、
    　前記混合通路、燃料ガス噴射ノズル、および助燃ガス供給スワラからなるバーナ本体ユニットを複数備え、
    　当該バーナ装置内に助燃ガスを導入する助燃ガス導入口が、各バーナ本体ユニットの前記助燃ガス供給スワラの前記入口よりも、燃料ガスの噴射方向における上流側に配置されているバーナ装置。
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