WO2019163488A1 - バーナ装置 - Google Patents

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貴丈 宇土
昂志 平野
邦夫 岡田
敦史 堀川
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川崎重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D2203/10—Flame diffusing means
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    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/106—Assemblies of different layers

Definitions

  • the present invention relates to a burner device that mixes and burns a fuel gas such as hydrogen gas and another type of gas.
  • burner devices that use hydrogen as a fuel have been proposed for the realization of a so-called low-carbon society in order to suppress the emission of carbon dioxide, which causes environmental problems such as global warming (for example, patent documents) 1).
  • NOx is likely to be generated when fuel with a high combustion temperature is burned.
  • fuel with a high combustion rate when fuel with a high combustion rate is burned, a flashback phenomenon in which the flame generated in the combustion chamber returns to the burner side tends to occur.
  • Examples of such a fuel having a high combustion temperature and a high combustion rate include hydrogen or a gas containing hydrogen at a high concentration.
  • An object of the present invention is to provide a burner device that can suppress the generation of NOx and prevent the occurrence of flashback even when a fuel having a high combustion temperature and a high combustion rate is used.
  • a burner device comprises: A burner device for supplying a premixed mixture of fuel gas and auxiliary combustion gas to a combustion region, A premixing passage for premixing fuel gas and auxiliary combustion gas; A porous burner head made of sintered metal that passes the premixed gas from the premixed passage and injects it into the combustion region; With The burner head is A backside layer facing the premixing passage, the backside layer comprising a sintered metal having a large particle size; A front side layer facing the combustion region, a front side layer made of a sintered metal having a particle size smaller than that of the back side layer; have.
  • the premixed gas is rectified by the back side layer having a large pore size by being formed from sintered metal particles having a large particle size, and pressure loss occurs, thereby promoting premixing. Furthermore, when passing through the front side layer having a small pore diameter by being formed from sintered metal particles having a small particle size, the flow velocity of the premixed gas is increased and high-speed premixed gas is injected into the combustion region. Accordingly, generation of NOx can be suppressed and backfire can be prevented.
  • At least a part of a fuel gas supply pipe that forms a fuel gas supply passage for supplying fuel gas to the premixing passage may be disposed inside the burner head. According to this configuration, the burner head can be cooled by the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe. Thereby, even when a backfire occurs or when a flame is formed near the burner, burnout of the burner head can be prevented.
  • the burner head forms a peripheral wall of the cylindrical burner device, and the fuel gas supply pipe is provided with a plurality of peripheral fuel gas supplies disposed inside the burner head.
  • the plurality of outer peripheral fuel gas supply pipes may include a pipe and extend in parallel to the axial direction of the burner device and be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the burner head.
  • each outer peripheral fuel gas supply pipe has a fuel gas inlet on the upstream side of the burner head in the flow direction of the premixed gas, and the fuel gas supply pipe further includes the burner device.
  • a central fuel gas supply pipe provided on the axial center of the burner head, the central fuel gas supply pipe communicating with the plurality of outer peripheral fuel gas supply pipes at a downstream end of the burner head in the flow direction of the premixed gas,
  • a central fuel gas supply pipe having a fuel gas outlet to the premixing passage may be included on the upstream side.
  • FIG. 1 shows a burner apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the burner device 1 shown in the figure is a device that supplies a premixed gas M of fuel gas and auxiliary combustion gas to the combustion region R.
  • the burner device 1 is used, for example, as a heating device for a power device such as a boiler or a gas turbine.
  • the fuel gas is, for example, a fuel having a high combustion temperature, a high combustion rate, and a wide combustible concentration range.
  • a hydrogen-containing gas for example, hydrogen gas is used as the fuel gas.
  • air A is used as the auxiliary combustion gas.
  • the auxiliary combustion gas in addition to air, for example, gas with adjusted oxygen concentration in air, exhaust gas, or the like can be used.
  • the fuel gas is described as “Fuel F”
  • the auxiliary combustion gas is described as “Air A”.
  • the burner device 1 has a substantially cylindrical shape as a whole.
  • the inner space of the burner device 1 forms a premixing passage 3 in which the fuel F and air A are premixed.
  • This burner device 1 has an injection portion 1a that is a portion (right side portion in FIG. 1) that faces the combustion region R and injects the premixed gas M into the combustion region R, and the fuel F and air A in the burner device 1.
  • a base portion 1b which is a portion to be introduced (the left portion in FIG. 1).
  • the injection part 1 a and the base part 1 b are arranged in the direction of the axis C of the burner device 1.
  • a flange 5 is provided at a boundary portion between the injection portion 1a and the base portion 1b of the burner device 1.
  • the flange 5 serves as a connecting portion to a heating device in which the burner device 1 is used, and defines a combustion region R and a fuel F and / or air A introduction space.
  • the combustion region R side that is, the injection portion 1a side
  • the opposite side that is, the base portion 1b side
  • front side the opposite side in the flow direction of the premixed gas M in the premixing passage 3
  • the downstream side is the rear side.
  • the burner head 7 that injects the premixed gas M into the combustion region R forms a peripheral wall of the injection unit 1 a of the burner device 1.
  • the premixed gas M in the premixing passage 3 passes through the burner head 7 in the radial direction and is injected into the combustion region R.
  • An annular fuel introduction portion 9 is provided at the rear end portion of the base portion 1 b, that is, at a portion adjacent to the injection portion 1 a via the flange 5.
  • An outer peripheral fuel supply passage 11 extending in parallel with the axis C of the burner device 1 is formed from the inside of the fuel introduction portion 9 to the inside of the burner head 7.
  • Each outer peripheral fuel supply passage 11 is formed by an outer peripheral fuel supply pipe 13.
  • a plurality of outer peripheral fuel supply pipes 13 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the burner device 1.
  • a plurality of fuel introduction holes 15 extending in the radial direction are provided in the peripheral wall 9 a of the fuel introduction portion 9 so as to communicate the outer space of the fuel introduction portion 9 with each outer peripheral fuel supply passage 11.
  • Each fuel introduction hole 15 is a fuel inlet to the outer peripheral fuel supply passage 11, and fuel F from the outside of the burner device 1 is introduced into each outer peripheral fuel supply passage 11 through each fuel introduction hole 15.
  • One end portion of the burner device 1 serving as the rear end portion of the injection portion 1a is closed and formed into a bottomed shape.
  • An inner space at the rear end of the injection unit 1 a forms a common fuel header chamber 17 that communicates with each outer peripheral fuel supply passage 11.
  • a common central fuel supply pipe 21 that communicates with the fuel header chamber 17 and forms a central fuel supply passage 19 extending along the axis C is provided.
  • the central fuel supply pipe 21 extends from the fuel header chamber 17 to the inner space of the base 1b.
  • the fuel F is led out to the premixing passage 3 from the fuel lead-out portion 23 located at the downstream end portion (front end portion) of the central fuel supply pipe 21.
  • the fuel supply passage 25 to the premixing passage 3 is configured by the outer peripheral fuel supply passage 11, the fuel header chamber 17, and the central fuel supply passage 19.
  • the other end portion of the burner device 1 which is the front end portion of the base portion 1b is formed in a bottomless shape.
  • the opening at the front end of the base 1 b forms an air inlet 27.
  • the air A introduced from the air inlet 27 joins the fuel F in the fuel outlet 23 of the central fuel supply pipe 21.
  • a rectifying mechanism 29 that rectifies the flow of the air A into a uniform flow along the direction of the axis C is provided at the front end of the base 1b.
  • the rectifying mechanism 29 is provided at the opening of the air introduction port 27, and the divided blade 31 that equally divides the inner space of the opening in the circumferential direction, and the downstream of the divided blade 31.
  • the rectifying mechanism 29 is provided at the opening of the air introduction port 27, and the divided blade 31 that equally divides the inner space of the opening in the circumferential direction, and the downstream of the divided blade 31.
  • annular rectifying perforated plates 33 are formed of a plurality of (two in this example) annular rectifying perforated plates 33 provided in the.
  • Each of these elements constituting the rectifying mechanism 29 is provided on the outer periphery of a central column 35 extending forward from the central fuel supply pipe 21.
  • straightening mechanism 29 is not limited to this example.
  • the fuel lead-out portion 23 of the central fuel supply pipe 21 is provided as a tube group 41 of a plurality of (eight in this example) spoke-shaped pipes 39 protruding radially from the central fuel supply pipe 21. Yes.
  • a fuel outlet hole 43 serving as an outlet of the fuel F to the premixing passage 3 is provided on the rear side of each spoke tube 39.
  • a plurality of fuel outlet holes 43 are arranged in each spoke-like tube 39 at equal intervals along the longitudinal direction of the spoke-like tube 39.
  • the fuel outlet portion 23 of this example includes a tube group 41 of two sets of spoke-like tubes 39.
  • the two sets of tube groups are arranged such that the circumferential position of each spoke tube 39A of the first tube group 41A indicated by a solid line is adjacent to the second tube group 41B indicated by a broken line. It arrange
  • a premixing promoting member 45 that promotes premixing of the fuel F and the air A is provided on the downstream side (rear side) of the premixing passage 3 of the fuel outlet 23.
  • a plurality (three in this example) of annular premixed perforated plates 45 are provided as the premixing promoting member 45.
  • Each premixed perforated plate 45 is provided on the outer periphery of the central fuel supply pipe 21.
  • the premix promoting member 45 may be omitted.
  • the structure for supplying each gas to the premixing passage 3 and the structure for promoting premixing in the premixing passage 3 are not limited to the modes described above.
  • the burner head 7 is configured as a porous member made of sintered metal.
  • the fine pores formed between the sintered metal particles form a flow path of the premixed gas M from the premixing passage 3 to the combustion region R.
  • the burner head 7 includes a back side layer 51 (a layer shown by cross-hatching with a large interval in the figure) facing the premixing passage 3 and a front side layer facing the combustion region R. 53 (layer shown by small cross-hatching in the same figure).
  • the front side layer 53 and the back side layer 51 have different particle sizes of sintered metal particles forming each layer. That is, in this embodiment, the particle size of the sintered metal particles forming the front layer 53 is smaller than the particle size of the sintered metal particles forming the back layer 51.
  • the back side layer 51 has a large pore diameter, that is, a large flow path diameter by being formed from sintered metal particles having a large particle diameter.
  • the premixed gas M is rectified by the flow path of the back side layer 51, and premixing is promoted.
  • the front-side layer 53 is formed of sintered metal particles having a smaller particle diameter than the back-side layer 51, thereby having a smaller hole diameter than the back-side layer 51, that is, a smaller flow path diameter.
  • the particle size (diameter) of the sintered metal particles forming the back layer 51 is, for example, 500 to 1500 ⁇ m.
  • the particle size of the sintered metal particles forming the front side layer 53 is, for example, 50 to 400 ⁇ m.
  • the outer peripheral fuel supply pipe (fuel gas supply pipe) 13 that forms the outer peripheral fuel supply passage 11 is disposed inside the burner head 7.
  • a plurality of outer peripheral fuel supply pipes 13 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the burner head 7.
  • the front side layer 53 and the back side layer 51 have substantially the same thickness (radial width).
  • Each outer peripheral fuel supply pipe 13 is disposed at a boundary portion between the front side layer 53 and the back side layer 51.
  • the burner head 7 is cooled by the fuel F flowing through the fuel supply pipe. This cooling can prevent the burner head 7 from being burned out even when a backfire phenomenon occurs or when a flame is formed near the burner.
  • the flame holding region FR in which the premixed gas M is at a low speed is formed in a regular arrangement by the presence of the outer peripheral fuel supply pipe 13 between the high speed region HR of M. Due to the presence of the flame holding region FR, movement of the large flame in the circumferential direction in the high speed region HR is limited, and stable combustion is realized as the entire burner head 7.
  • each outer peripheral fuel gas supply pipe 13 has a fuel inlet at the base 1b located on the upstream side (front side) of the burner head 7 in the flow direction of the premixed gas M.
  • the central fuel supply pipe 21 communicates with the plurality of outer peripheral fuel supply pipes 13 at the downstream end (rear end) of the burner head 7 in the flow direction of the premixed gas M, and premixes on the upstream side of the burner head. It has a fuel outlet to the passage 3.
  • the arrangement of the outer peripheral fuel supply pipe 13 and the central fuel supply pipe 21 inside the burner head 7 is not limited to this example. Further, it is not essential to provide a fuel supply pipe such as the outer peripheral fuel supply pipe 13 inside the burner head 7.
  • the burner head 7 has an example having a two-layer structure including only the front side layer 53 and the back side layer 51.
  • the burner head 7 is not limited to such a two-layer structure. That is, the burner head 7 may have one or a plurality of intermediate layers made of sintered metal between the front side layer 53 and the back side layer 51.
  • the intermediate layer has, for example, a sintered metal particle diameter larger than the sintered metal particle diameter of the front side layer 53 and smaller than the sintered metal particle diameter of the back side layer.
  • the burner head 7 is made of sintered metal, and has a back side layer 51 made of sintered metal having a large particle size and a front side layer 53 made of sintered metal having a particle size smaller than that of the back side layer 51. If so, the shape is not limited to the cylindrical shape described above.
  • the burner head 7 may have a flat plate shape as shown in FIG.
  • a flat plate-like burner head 7 having a premix injection surface perpendicular to the axis C of the burner device 1 is attached to the downstream end of the premix passage 3 of the burner device 1.
  • a fuel supply pipe may be provided inside the burner head 7.
  • the premixed gas M is rectified by the back side layer 51 having a large pore diameter by being formed from sintered metal particles having a large particle size, and the premixing is performed. Is promoted. Furthermore, when passing through the front side layer 53 having a small pore size by being formed from sintered metal particles having a small particle diameter, the flow velocity of the premixed gas M increases, and the high-speed premixed gas M is generated in the combustion region R. Be injected. Accordingly, generation of NOx can be suppressed and backfire can be prevented.
  • burner device 1 can be applied not only to the above-described boiler device and gas turbine, but also to other types of power devices.
  • Burner device 3 Premixing passage 7 Burner head 11
  • Fuel (fuel gas) M Premixed gas R Combustion region

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Abstract

燃料ガス（Ｆ）と助燃ガス（Ａ）との予混合気（Ｍ）を燃焼領域（Ｒ）に供給するバーナ装置（１）において、燃料ガスと助燃ガスとを予混合する予混合通路（３）と、前記予混合通路（３）からの予混合気（Ｍ）を通過させて燃焼領域Ｒに噴射する、焼結金属からなる多孔質のバーナヘッド（７）とを設け、前記バーナヘッド（７）に、前記予混合通路（３）に面する、粒径が大きい焼結金属からなる裏側層（５１）と、前記燃焼領域（Ｒ）に面する、前記裏側層（５１）よりも粒径が小さい焼結金属からなる表側層（５３）とを設ける。

Description

バーナ装置 関連出願
　本出願は、２０１８年２月２１日出願の特願２０１８－０２８８５６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、燃焼温度が高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。このような燃焼温度が高く、燃焼速度が大きい燃料としては、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。
　本発明の目的は、燃焼温度が高く、かつ燃焼速度が大きい燃料を用いた場合にもＮＯｘの発生を抑制できるとともに、逆火の発生を防止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予混合気を燃焼領域に供給するバーナ装置であって、
　燃料ガスと助燃ガスとを予混合する予混合通路と、
　前記予混合通路からの予混合気を通過させて燃焼領域に噴射する、焼結金属からなる多孔質のバーナヘッドと、
を備え、
　前記バーナヘッドが、
　　前記予混合通路に面する裏側層であって、粒径が大きい焼結金属からなる裏側層と、
　　前記燃焼領域に面する表側層であって、前記裏側層よりも粒径が小さい焼結金属からなる表側層と、
を有している。
　この構成によれば、大粒径の焼結金属粒子から形成されることにより大きな孔径を有する裏側層によって予混合気が整流され、圧力損失が生じることにより、予混合が促進される。さらに、小粒径の焼結金属粒子から形成されることにより小さな孔径を有する表側層を通過する際に、予混合気の流速が増大し、燃焼領域に高速の予混合気が噴射される。したがって、ＮＯｘの発生を抑制できるとともに、逆火を防止できる。
　本発明の一実施形態において、前記バーナヘッドの内部に、前記予混合通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路を形成する燃料ガス供給管の少なくとも一部が配設されていてもよい。この構成によれば、燃料ガス供給管を流れる燃料ガスによってバーナヘッドを冷却することができる。これにより、逆火が発生した場合や火炎がバーナ近くに形成された場合にも、バーナヘッドの焼損を防止することができる。
　本発明の一実施形態において、前記バーナヘッドが、円筒状の当該バーナ装置の周壁を形成しており、前記燃料ガス供給管が、前記バーナヘッドの内部に配設された複数の外周燃料ガス供給管を含み、前記複数の外周燃料ガス供給管が、当該バーナ装置の軸心方向に平行に延び、かつ前記バーナヘッドの周方向に等間隔で配置されていてもよい。この構成によれば、バーナヘッドの噴射面において、燃料ガス供給管が存在しない予混合気の高速領域の間に、燃料ガス供給管が存在することにより予混合気が低速となる保炎領域が規則的な配置で形成される。この保炎領域の存在により、高速領域における大きな火炎の周方向の移動が制限され、バーナヘッド全体として安定した燃焼を実現できる。
　本発明の一実施形態において、各外周燃料ガス供給管が、前記バーナヘッドの、予混合気の流れ方向における上流側に燃料ガス入口を有し、前記燃料ガス供給管が、さらに、当該バーナ装置の軸心上に設けられた中心燃料ガス供給管であって、前記複数の外周燃料ガス供給管に前記バーナヘッドの、予混合気の流れ方向における下流端部で連通し、前記バーナヘッドの前記上流側に前記予混合通路への燃料ガス出口を有する中心燃料ガス供給管を含んでいてもよい。この構成によれば、外周燃料供給管を円筒形状のバーナヘッドの内部に設ける場合にも、配管構造の複雑化およびバーナ装置全体の寸法増大が抑制される。
　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。
本発明の一実施形態に係るバーナ装置の概略構造を示す破断斜視図である。 図１のバーナ装置の燃料ガス導出部の一例を示す平面図である。 図１のバーナ装置の燃料ガス導出部の一例を示す平面図である。 図１のバーナ装置のバーナヘッドを拡大して示す横断面図である。 図１の変形例に係るバーナ装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。
　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予混合気Ｍ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、ボイラやガスタービン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、例えば燃焼温度が高く、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を有している。バーナ装置１の内方空間が、燃料Ｆと空気Ａとが予混合される予混合通路３を形成している。このバーナ装置１は、燃焼領域Ｒに面して予混合気Ｍを燃焼領域Ｒに噴射する部分（図１の右側部分）である噴射部１ａと、燃料Ｆおよび空気Ａをバーナ装置１内に導入する部分（図１の左側部分）である基部１ｂとを有する。噴射部１ａと基部１ｂとは、バーナ装置１の軸心Ｃ方向に並んでいる。バーナ装置１の噴射部１ａと基部１ｂとの境界部分にはフランジ５が設けられている。フランジ５は、バーナ装置１が使用される加熱装置への連結部となり、かつ燃焼領域Ｒと、燃料Ｆおよび／または空気Ａの導入空間とを区画する。以下の説明において、バーナ装置１の軸心方向における燃焼領域Ｒ側（つまり噴射部１ａ側）を「後側」と呼び、燃焼領域と反対側（つまり基部１ｂ側）を「前側」と呼ぶ。本実施形態では、予混合通路３における予混合気Ｍの流れ方向の上流側が前側であり、下流側が後側である。
　燃焼領域Ｒに予混合気Ｍを噴射するバーナヘッド７は、バーナ装置１の噴射部１ａの周壁を形成している。予混合通路３の予混合気Ｍは、バーナヘッド７を径方向に通過して燃焼領域Ｒに噴射される。基部１ｂの後端部、つまり、フランジ５を介して噴射部１ａに隣接する部分には、環状の燃料導入部９が設けられている。燃料導入部９の内部からバーナヘッド７の内部にかけて、バーナ装置１の軸心Ｃに平行に延びる外周燃料供給通路１１が形成されている。各外周燃料供給通路１１は外周燃料供給管１３によって形成されている。この例では、複数の外周燃料供給管１３がバーナ装置１の周方向に等間隔に配置されている。燃料導入部９の周壁９ａに、燃料導入部９の外方空間と各外周燃料供給通路１１を連通させる、径方向に延びる複数の燃料導入孔１５が設けられている。各燃料導入孔１５が外周燃料供給通路１１への燃料入口であり、各燃料導入孔１５を介して、バーナ装置１の外部からの燃料Ｆが各外周燃料供給通路１１へ導入される。
　噴射部１ａの後端部となるバーナ装置１の一端部は閉止されて有底状に形成されている。噴射部１ａの後端部の内方空間が、各外周燃料供給通路１１に連通する共通の燃料ヘッダ室１７を形成している。バーナ装置１の中心部には、燃料ヘッダ室１７に連通し、軸心Ｃに沿って延びる中心燃料供給通路１９を形成する共通の中心燃料供給管２１が設けられている。中心燃料供給管２１は、燃料ヘッダ室１７から基部１ｂの内方空間まで延びている。中心燃料供給管２１の下流端部（前端部）に位置する燃料導出部２３から、予混合通路３へ燃料Ｆが導出される。このように、図示の例では、外周燃料供給通路１１，燃料ヘッダ室１７および中心燃料供給通路１９によって、予混合通路３への燃料供給通路２５が構成されている。
　基部１ｂの前端部となる、バーナ装置１の他端部は無底状に形成されている。基部１ｂの前端部の開口が空気導入口２７を形成している。空気導入口２７から導入された空気Ａは、中心燃料供給管２１の燃料導出部２３において燃料Ｆに合流する。
　図示の例では、基部１ｂの前端部に、空気Ａの流れを軸心Ｃ方向に沿った均一な流れに整流する整流機構２９が設けられている。具体的には、この例では、整流機構２９は、空気導入口２７の開口部に設けられて、この開口部の内方空間を周方向に均等分割する分割羽根３１と、分割羽根３１の下流に設けられた複数（この例では２つ）の円環状の整流多孔板３３からなる。整流機構２９を構成するこれらの各要素は、中心燃料供給管２１から前方へ延設された中央支柱３５の外周に設けられている。もっとも、整流機構２９の態様はこの例に限定されない。例えば、整流機構３３として分割羽根３１および整流多孔板３３のいずれか一方のみが設けられていてもよい。また、整流機構２９は省略してもよい。
　図示の例では、中心燃料供給管２１の燃料導出部２３は、中心燃料供給管２１から放射状に突設された複数（この例では８つ）のスポーク状管３９の管群４１として設けられている。図２に示すように、各スポーク状管３９の後側に、燃料Ｆの予混合通路３への出口となる燃料導出孔４３が設けられている。この例では、各スポーク状管３９に、複数の燃料導出孔４３がスポーク状管３９の長手方向に沿って等間隔に配列されている。
　また、この例の燃料導出部２３は２組のスポーク状管３９の管群４１を備えている。図３に模式的に示すように、２組の管群は、実線で示す第１の管群４１Ａの各スポーク管３９Ａの周方向位置が、破線で示す第２の管群４１Ｂの隣り合うスポーク管３９Ｂ，３９Ｂ間の中央の周方向位置となるように配置されている。
　また、図１に示した例では、燃料導出部２３の予混合通路３における下流側（後側）に、燃料Ｆと空気Ａとの予混合を促進する予混合促進部材４５が設けられている。より具体的には、この例では、予混合促進部材４５として、複数（この例では３つ）の円環状の予混合多孔板４５が設けられている。各予混合多孔板４５は、中心燃料供給管２１の外周に設けられている。なお、予混合促進部材４５は省略してもよい。
　もっとも、本実施形態において、予混合通路３へ各ガスを供給するための構造および予混合通路３において予混合を促進するための構造は、上記で説明した態様に限定されない。
　以下に、本実施形態におけるバーナヘッド７の構造について詳細に説明する。バーナヘッド７は、焼結金属からなる多孔質の部材として構成されている。焼結金属の粒子間に形成された微細な空孔が、予混合通路３から燃焼領域Ｒまでの予混合気Ｍの流路を形成する。
　具体的には、図４に示すように、バーナヘッド７は、予混合通路３に面する裏側層５１（同図の大きな間隔のクロスハッチングで示す層）と、燃焼領域Ｒに面する表側層５３（同図の小さな間隔のクロスハッチングで示す層）とを有している。表側層５３と裏側層５１とでは、各層を形成する焼結金属粒子の粒径が異なる。すなわち、本実施形態では、表側層５３を形成する焼結金属粒子の粒径が、裏側層５１を形成する焼結金属粒子の粒径よりも小さい。
　裏側層５１は、大粒径の焼結金属粒子から形成されることによって大きな孔径、すなわち大きな流路径を有する。このような裏側層５１の流路によって予混合気Ｍが整流され、予混合が促進される。他方、表側層５３は、裏側層５１よりも小粒径の焼結金属粒子から形成されることによって裏側層５１よりも小さな孔径、すなわち小さな流路径を有する。このような表側層５３の流路を通過する際に、予混合気Ｍの流速が増大し、燃焼領域Ｒに高速の予混合気Ｍが噴射される。
　バーナヘッド７を形成する焼結金属の素材となる金属材料としては、例えばステンレス鋼、青銅、ニッケル等を使用することができる。また、裏側層５１を形成する焼結金属粒子の粒径（直径）は、例えば500～1500μｍである。表側層５３を形成する焼結金属粒子
の粒径は、例えば50～400μｍである。
　また、上述したように、バーナヘッド７の内部に、外周燃料供給通路１１を形成する外周燃料供給管（燃料ガス供給管）１３が配設されている。図示の例では、複数の外周燃料供給管１３が、バーナヘッド７の周方向に等間隔に配置されている。また、表側層５３と裏側層５１とはほぼ同一の厚み（径方向幅）を有している。表側層５３と裏側層５１の境界部分に各外周燃料供給管１３が配設されている。
　バーナヘッド７の内部に外周燃料供給管１３のような燃料供給管を配設することにより、燃料供給管を流れる燃料Ｆによってバーナヘッド７が冷却される。この冷却により、逆火現象が生じた場合や火炎がバーナ近くに形成された場合にもバーナヘッド７の焼損を防止することができる。
　さらに、外周燃料供給管１３が、バーナヘッド７の周方向に等間隔に配置されていることによって、バーナヘッド７の予混合気Ｍの噴射面において、外周燃料供給管１３が存在しない予混合気Ｍの高速領域ＨＲの間に、外周燃料供給管１３が存在することにより予混合気Ｍが低速となる保炎領域ＦＲが規則的な配置で形成される。この保炎領域ＦＲの存在により、高速領域ＨＲにおける大きな火炎の周方向の移動が制限され、バーナヘッド７全体として安定した燃焼が実現される。
　また、本実施形態では、上述したように、各外周燃料ガス供給管１３が、バーナヘッド７の、予混合気Ｍの流れ方向における上流側（前側）に位置する基部１ｂに燃料入口を有し、中心燃料供給管２１が、複数の外周燃料供給管１３にバーナヘッド７の、予混合気Ｍの流れ方向における下流端部（後端部）で連通し、バーナヘッドの前記上流側で予混合通路３への燃料出口を有している。このように構成することにより、外周燃料供給管１３を円筒形状のバーナヘッド７の内部に設ける場合にも、配管構造の複雑化およびバーナ装置１全体の寸法増大が抑制される。
　もっとも、バーナヘッド７の内部における外周燃料供給管１３および中心燃料供給管２１の配列態様はこの例に限定されない。また、バーナヘッド７内部に外周燃料供給管１３のような燃料供給管を配設することは必須ではない。
　なお、本実施形態では、バーナヘッド７が表側層５３および裏側層５１のみからなる２層構造を有する例を示したが、バーナヘッド７はこのような２層構造に限定されない。すなわち、バーナヘッド７は、表側層５３と裏側層５１との間に、焼結金属からなる１つまたは複数の中間層を有していてもよい。この場合の中間層は、例えば、表側層５３の焼結金属粒子径よりも大きく裏側層の焼結金属粒子径よりも小さい焼結金属粒子径を有している。
　また、バーナヘッド７は、焼結金属から形成されており、粒径が大きい焼結金属からなる裏側層５１と、裏側層５１よりも粒径が小さい焼結金属からなる表側層５３とを有していれば、形状は上記で説明した円筒形状に限定されない。バーナヘッド７は、例えば、図５に変形例として示すように、平板形状であってもよい。この例では、バーナ装置１の予混合通路３の下流端部に、バーナ装置１の軸心Ｃに直交する予混合噴射面を有する平板形状のバーナヘッド７が取付けられている。また、この場合も、図示はしないが、バーナヘッド７の内部に燃料供給管が配設されていてもよい。
　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、大粒径の焼結金属粒子から形成されることにより大きな孔径を有する裏側層５１によって予混合気Ｍが整流され、予混合が促進される。さらに、小粒径の焼結金属粒子から形成されることにより小さな孔径を有する表側層５３を通過する際に、予混合気Ｍの流速が増大し、燃焼領域Ｒに高速の予混合気Ｍが噴射される。したがって、ＮＯｘの発生を抑制できるとともに、逆火を防止できる。
　なお、本実施形態に係るバーナ装置１は、上述したボイラ装置やガスタービンのみならず、他の種類の動力装置にも適用することができる。
　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
３　予混合通路
７　バーナヘッド
１１　外周燃料供給通路（燃料ガス供給通路）
１３　外周燃料供給管（燃料ガス供給管）
１９　中心燃料供給通路（燃料ガス供給通路）
２１　外周燃料供給管（燃料ガス供給管）
２５　燃料供給通路（燃料ガス供給通路）
５１　裏側層
５３　表側層
Ａ　空気（助燃ガス）
Ｆ　燃料（燃料ガス）
Ｍ　予混合気
Ｒ　燃焼領域

Claims (4)

  1. 　燃料ガスと助燃ガスとの予混合気を燃焼領域に供給するバーナ装置であって、
    　燃料ガスと助燃ガスとを予混合する予混合通路と、
    　前記予混合通路からの予混合気を通過させて燃焼領域に噴射する、焼結金属からなる多孔質のバーナヘッドと、
    を備え、
    　前記バーナヘッドが、
    　　前記予混合通路に面する裏側層であって、粒径が大きい焼結金属からなる裏側層と、
    　　前記燃焼領域に面する表側層であって、前記裏側層よりも粒径が小さい焼結金属からなる表側層と、
    　を有するバーナ装置。
  2. 　請求項１に記載のバーナ装置において、前記バーナヘッドの内部に、前記予混合通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路を形成する燃料ガス供給管の少なくとも一部が配設されているバーナ装置。
  3. 　請求項２に記載のバーナ装置において、前記バーナヘッドが、円筒状の当該バーナ装置の周壁を形成しており、前記燃料ガス供給管が、前記バーナヘッドの内部に配設された複数の外周燃料ガス供給管を含み、前記複数の外周燃料ガス供給管が、当該バーナ装置の軸心方向に平行に延び、かつ前記バーナヘッドの周方向に等間隔で配置されているバーナ装置。
  4. 　請求項３に記載のバーナ装置において、
    　各外周燃料ガス供給管が、前記バーナヘッドの、予混合気の流れ方向における上流側に燃料ガス入口を有し、
    　前記燃料ガス供給管が、さらに、当該バーナ装置の軸心上に設けられた中心燃料ガス供給管であって、前記複数の外周燃料ガス供給管に前記バーナヘッドの、予混合気の流れ方向における下流端部で連通し、前記バーナヘッドの前記上流側に前記予混合通路への燃料ガス出口を有する中心燃料ガス供給管を含む、
    バーナ装置。
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