(57)【要約】【課題】改良された操作性、保守容易性及び環境性能を有する、ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器を提供する。【解決手段】４つまでの予混合バーナ１４が、フロントパネル１３に実質的に環状の配列で取り付けられており、予混合バーナ１４のそれぞれは、燃料／空気混合物のスワールを生ぜしめるために、円錐形のスワール発生器１５及び混合管１６を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器であって、該缶型燃焼器（１０）は、少なくとも、軸方向で上流のフロントパネル（１３）及び軸方向で下流の出口端部を備えた実質的に円筒形のケーシング（１１）と、前記フロントパネル（１３）から上流方向へ延び、前記ケーシング（１１）内の燃焼ゾーン（１２）へ燃料／空気混合物を供給するための、この前記フロントパネル（１３）によって支持されたバーナ出口（１７）を有する、複数の予混合バーナ（１４）と、を備える缶型燃焼器において、
４つまでの前記予混合バーナ（１４）が、前記フロントパネル（１３）に実質的に環状の配列で取り付けられており、前記予混合バーナ（１４）のそれぞれは、前記燃料／空気混合物のスワール流を生ぜしめるために、円錐形のスワール発生器（１５）及び混合管（１６）を有することを特徴とする、ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器。
【請求項２】
前記円錐形のスワール発生器（１５）のそれぞれは、少なくとも２つの軸方向に延びた空気入口スロットを有する、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項３】
少なくとも１つのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）の前記円錐形のスワール発生器（１５）は、少なくとも４つの軸方向に延びた空気入口スロットを有する、請求項２記載の缶型燃焼器。
【請求項４】
少なくとも１つのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）の円錐形のスワール発生器（１５）は、８つの軸方向に延びた空気入口スロットを有する、請求項３記載の缶型燃焼器。
【請求項５】
少なくとも１つのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、付加的な燃料をスワール発生器（１５）内へ、混合管（１６）内へ、又は燃焼ゾーン（１２）内へ噴射するための、中心バーナ軸線（１９）に対して平行に整列させられたランスを備える、請求項１から４までのいずれか１項記載の缶型燃焼器。
【請求項６】
少なくとも１つのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、多段燃料供給部を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の缶型燃焼器。
【請求項７】
前記予混合バーナ（１４）は、３つまでの燃料段、すなわち１つ又は２つの予混合段と、１つのパイロット段とを有する、請求項６記載の缶型燃焼器。
【請求項８】
前記フロントパネル（１３）は、４つの予混合バーナ（１４）を有し、該フロントパネル（１３）のそれぞれ個々の９０°セクタに１つのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）が位置決めされている、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項９】
前記バーナ（１４）は、２つの直交する対称軸線に関して前記フロントパネル（１３）に対称的に配置されている、すなわち、前記バーナ（１４）は、それぞれの四分の一区分（９０°セクタ）において同じ方位角（α1，α2，α3，α4）に、かつ同じ仮想円（前記缶（１０）の前記中心軸線（２０）からの半径方向距離）上に位置決めされている、請求項８記載の缶型燃焼器。
【請求項１０】
少なくとも１つの予混合バーナ（１４’）は、少なくとも１つの他のバーナ（１４’’，１４’’’，１４’’’’）に関してそれぞれの９０°セクタ内で、異なる仮想円（２３）に及び／又は異なる方位角（α1，α2，α3，α4）で前記フロントパネル（１３）に配置されている、請求項８記載の缶型燃焼器。
【請求項１１】
前記予混合バーナ（１４）のそれぞれは、中心長手方向軸線（１９）を有し、前記フロントパネル（１３）に取り付けられた全ての前記予混合バーナ（１４）の中心長手方向軸線（１９）は、互いに平行である、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項１２】
前記予混合バーナ（１４）の前記中心長手方向軸線（１９）は、中心燃焼器軸線（２０）に対して平行である、請求項１１記載の缶型燃焼器。
【請求項１３】
前記フロントパネル（１３）に取り付けられた少なくとも１つの予混合バーナ（１４’）の中心長手方向軸線（１９）の整列は、半径方向及び／又は方位方向で、少なくとも１つの他の予混合バーナ（１４’’，１４’’’，１４’’’’）の中心長手方向軸線（１９）の整列とは異なる、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの予混合バーナ（１４’）の中心長手方向軸線（１９）は、燃焼器軸線（２０）に対して±１０°まで傾斜させられている、請求項１３記載の缶型燃焼器。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの予混合バーナ（１４’）の中心長手方向軸線（１９）は、対角方向で向き合ったバーナ（１４’’’）に対して±２０°まで傾斜させられている、請求項１３記載の缶型燃焼器。
【請求項１６】
前記フロントパネル（１３）に取り付けられた全てのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、前記缶（１０）の中心軸線（２０）に対して同じ傾斜角度を有する、請求項１４記載の缶型燃焼器。
【請求項１７】
全てのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、同じに寸法決めされたスワール発生器（１５）及び混合管（１６）を有する、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項１８】
少なくとも１つの予混合バーナ（１４’）の前記混合管（１６）の長さ（２４）及び／又は直径（２６）は、少なくとも１つの他の予混合バーナ（１４’’，１４’’’，１４’’’’）の前記混合管（１６）の長さ（２４）及び／又は直径（２６）とは異なる、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項１９】
全てのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、前記混合管（１６）の異なる長さ（２４）及び／又は異なる直径（２６）を有する、請求項１８記載の缶型燃焼器。
【請求項２０】
全ての取り付けられた予混合バーナ（１４）は、同じ回転方向を有するスワール（１８）、例えば時計回りのスワール（１８’）を発生する、請求項１から１９までのいずれか１項記載の缶型燃焼器。
【請求項２１】
取り付けられた予混合バーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、２つのバーナグループを含み、第１のグループは、時計回りの回転方向を有するスワール流（１８’）を発生し、第２のグループは、反時計回りの回転方向を有するスワール流（１８’’）を発生する、請求項１から１９までのいずれか１項記載の缶型燃焼器。
【請求項２２】
対角方向で向き合ったバーナ（１４’−１４’’’，１４’’−１４’’’’）は、同じ回転方向を有するスワール（１８）を発生する、請求項２１記載の缶型燃焼器。
【請求項２３】
２つの隣接するバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）は、同じ回転方向を有するスワール（１８）を発生する、請求項２１記載の缶型燃焼器。
【請求項２４】
１つのバーナ（１４’）は、他のバーナ（１４’’，１４’’’，１４’’’’）のスワール方向とは異なる回転方向を有するスワール（１８）を発生する、請求項２１記載の缶型燃焼器。
【請求項２５】
前記フロントパネル（１３）は、前記缶（１０）の中心軸線（２０）に対して直交するように配置された実質的に円形の平坦なプレートであり、前記予混合バーナ（１４）は、前記平坦なプレートから上流へ延びており、前記バーナ出口（１７）は、平坦なフロントプレートによって支持されている、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項２６】
前記バーナ（１４）の前記混合管（１６）は、前記フロントパネル（１３）を貫通しており、前記バーナ出口（１７）は、前記燃焼ゾーン（１２）内へ突出している、請求項２５記載の缶型燃焼器。
【請求項２７】
前記バーナ出口（１７）は、前記フロントパネル（１３）と同一平面に位置している、請求項２５記載の缶型燃焼器。
【請求項２８】
前記フロントパネル（１３）は、円錐として形成されており、前記バーナ（１４）は、この円錐の横方向領域に取り付けられている、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項２９】
前記バーナ（１４）の前記混合管（１６）は、円錐形のフロントパネル（１３）を貫通しており、前記バーナ出口（１７）は、少なくとも部分的に、前記燃焼ゾーン（１２）内へ突出している、請求項２８記載の缶型燃焼器。
【請求項３０】
前記バーナ出口（１７）は、該バーナ出口（１７）が、円錐形の前記フロントパネル（１３）と同一平面に位置するように、傾斜させられている、請求項２８記載の缶型燃焼器。
【請求項３１】
前記フロントパネル（１３）は、実質的に三角形の複数のセグメントから形成されており、これらのセグメントの数は、前記フロントパネル（１３）に取り付けられたバーナ（１４）の数と等しい、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項３２】
円錐形のスワール発生器（１５）を有する４つの予混合バーナ（１４）が前記フロントパネル（１３）に取り付けられており、１つのバーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）が前記フロントパネル（１３）のそれぞれ個々の９０°セクタに位置決めされており、４つのバーナ（１４）は、それぞれの９０°セクタにおいて同じ方位角（α1，α2，α3，α4）で、同じ仮想円（ｒ1＝ｒ2＝ｒ3＝ｒ4）に位置決めされており、前記４つの予混合バーナ（１４）それぞれは、中心長手方向軸線（１９）を有し、全ての予混合バーナ（１４）の前記中心長手方向軸線（１９）は、互いに平行であり、かつ中心燃焼器軸線（２０）に対して平行である、請求項１記載の缶型燃焼器。
【請求項３３】
前記バーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）のうちの少なくとも１つは、時計回りの回転方向を有するスワール流（１８’）を発生し、前記バーナ（１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’）のうちの少なくとも１つは、反時計回りの回転方向を有するスワール流（１８’’）を発生する、請求項３２記載の缶型燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ及びＣＯエミッションが低い、ガスタービン、好適には発電プラント用のヘビーデューティガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のヘビーデューティガスタービンには、マルチバーナサイロ型燃焼器、環状燃焼器、又は缶型環状燃焼器配列が備えられている。
【０００３】
缶型環状燃焼器は、ガスタービンの燃焼室に環状に配置された、複数の個々の缶型燃焼器から成る。慣用の缶型燃焼器の設計は、その上流端部において、１つの中央のバーナと、円形の燃焼器の中心軸線に対して一定の半径方向距離において等間隔の環状のパターンで配置された６つ以上のバーナと、を備えた、円筒形燃焼器を有することを特徴とする。中央のバーナは、異なる設計のものであってよく、他のバーナに対して異なる軸方向出口平面を有してよい。中央のバーナは、しばしば、拡散火炎モードにおいて噴射される燃料のパイロットステージ特徴部分として、又は部分的に予混合されたパイロットとして作動する。
【０００４】
この種類の燃焼器は、例えば、公開された特許出願であるＤＥ１０２０１００６０３６３又はＤＥ１０２０１１０００５８９に開示されている。
【０００５】
国際公開第２０１２／１３６７８７号は、再熱燃焼原理を利用するヘビーデューティガスタービンに関連した缶型環状燃焼システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ１０２０１００６０３６３
【特許文献２】ＤＥ１０２０１１０００５８９
【特許文献３】国際公開第２０１２／１３６７８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、改良された操作性、保守容易性及び環境性能を有する、ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複数の態様のうちの１つは、ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器であって、缶型燃焼器は、軸方向で上流のフロントパネルを備えた実質的に円筒形のケーシングと、前記フロントパネルから上流方向へ延び、缶型ケーシング内の燃焼ゾーンへ燃料／空気混合物を供給するための、このフロントパネルによって支持された、バーナ出口を有する、複数の予混合バーナとを備え、缶ごとのバーナの数は、実質的に環状の配列でフロントパネルに取り付けられた４つの予混合バーナまでに制限されており、前記バーナのそれぞれは、前記燃料／空気混合物のスワール流を生ぜしめるために、円錐形のスワール発生器及び混合管を有する、ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列用の缶型燃焼器を含む。
【０００９】
中央バーナの不在、及び缶あたり最大で４つの予混合バーナまでのバーナの合計数の制限は、著しいコスト削減可能性を提供する。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、前記円錐形のスワール発生器のそれぞれは、少なくとも２つの軸方向に延びた空気入口スロットを有する。円錐形のスワール発生器と、２つ以上の軸方向に延びた空気入口スロットとを有する予混合バーナが、本出願人によって開発されてきた。これらのバーナは、当業者に公知であり、例えば欧州特許第３２１８０９号明細書又は欧州特許第７０４６５７号明細書に記載されている。このバーナタイプについてのさらなる詳細は、この説明において後で開示される。
【００１１】
本発明の好適な実施の形態によれば、缶型燃焼器における少なくとも１つのバーナの円錐形スワール発生器は、軸方向に延びた４〜８つの空気入口スロットを有する。
【００１２】
別の実施の形態によれば、少なくとも１つのバーナは、付加的な燃料をスワール発生器内へ、混合管内へ、又は直接に燃焼ゾーン内へ噴射するための、中央のバーナに対して平行に整列させられたランスを備える。
【００１３】
本発明の特に好適な実施の形態によれば、少なくとも１つ、好適には全てのバーナが、多段燃料供給部を有する。予混合されたバーナは、３つまでの燃料段、すなわち１つ又は２つの予混合段と、１つのパイロット段とを有する。燃料噴射の可能な構成は後で開示する。
【００１４】
多段燃料供給部は、付加的な操作的頑強性及びフレキシビリティを提供し、低いＮＯｘエミッションを維持する。
【００１５】
別の態様では、取り付けられた予混合バーナは、２つのバーナグループを含み、第１のグループは、時計回りの回転方向でスワール流を生ぜしめ、第２のグループは、反時計回りの回転方向でスワール流を生ぜしめる。少なくとも１つのバーナは、他のバーナのスワール回転とは異なる回転方向のスワールを生ぜしめる。好適な実施の形態では、４つの予混合バーナが取り付けられた缶型燃焼器に基づき、直径方向で向き合った２つのバーナ、又は同じ回転方向のスワールを生じる２つの隣接するバーナを提供することが提案される。
【００１６】
同方向スワール及び逆方向スワール配列の利用は、バーナ／バーナ相互安定性を著しく支持し、付加的な操作的頑強性を提供する。隣接するバーナの空力境界面における逆方向の流れ又は同方向の流れは異なる火炎安定性を生じることが分かった。
【００１７】
本発明の別の基本的な態様は、缶内での予混合バーナの配列に関する。特に、この配列は、熱音響的不安定性を励起する可能性が低減されるようになされなければならない。これに関する様々な手段が本発明の部分である。アプローチは、対称平面を回避し、コヒーレントな流れ構造のサイズを減じることである。本発明によれば、これは、バーナをフロントパネルの中心軸線から異なる半径方向距離でフロントパネルに配置する（異なる仮想円）、バーナ軸線を半径方向及び／又は方位方向に傾斜させる及び／又は円錐形のフロントパネル設計を用いることによって実現される。これらの実施の形態は、従属請求項にさらに詳細に示されている。
【００１８】
別のアプローチは、燃料と燃焼用空気との特徴的な混合時間のより広いスペクトルを生じることである。この理由から、本発明は、基本的なパラメータが異なる、特にあるバーナ構成部材の寸法が異なるバーナを提供することを教示する。本発明の１つの態様によれば、少なくとも１つのバーナの混合管の長さ及び／又は直径は、少なくとも１つの他のバーナの混合管の長さ及び／又は直径とは異なる。これに加えて又はこれに代えて、少なくとも１つのバーナのスワール発生器のジオメトリが異なっていてよい。これらの手段は、質量スループット及び混合時間に対する影響を有する。
【００１９】
本発明によるガスタービン燃焼システムの利点は、特に以下のとおりである：
ガスタービン燃焼システムは、マルチロード条件において、減じられたエミッション及び改良された火炎安定性を有する。これは、円錐形のスワール発生器と、その下流の適応された混合管とを備えたバーナにおける燃料及び燃焼用空気の完全な予混合により達成される。
【００２０】
缶型燃焼器内のバーナ／バーナ・コミュニケーション及びひいては安定化は、バーナ配列の開示された手段によって、及び同方向スワール及び逆方向スワール配列によるせん断層の形成、配置及び強度に影響することによって高めることができる。
【００２１】
バーナ出口の近くにおける結果的な二次的流れスキーム、及び燃焼器に沿った残留スワールは、タービン入口における最適な作動挙動及び温度パターンを得るために使用することができる。
【００２２】
缶型燃焼器を備えた異なるバーナ構成を備えた配列は、より広い作動範囲につながる。
【００２３】
本発明によるガスタービン燃焼システムは、しばしばパイロットバーナとして作用する共通の中央バーナの配列を排除する。このことと、取り付けられた予混合バーナの制限された数とが、コスト削減可能性を提供する。
【００２４】
本発明は、ＮＯｘ及びＣＯのエミッションが低い、再熱又は非再熱ガスタービンにおける缶型環状燃焼器配列において適用可能である。
【００２５】
コンパクトサイズは、摩耗部品の数が制限された設計を可能にし、燃焼動力学に対する反応を小さくする。
【００２６】
缶型燃焼器の構成は、タービン入口における周方向温度勾配を減じる。これは、タービン部品の寿命をもたらす。
【００２７】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照してさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】缶型燃焼器の第１の実施の形態の概略図を平面図（図１ａ）及び断面側面図（図１ｂ）で示している。
【図２】異なる仮想円において（図２ａ）又は異なる方位角度において（図２ｂ）フロントパネルに取り付けられた４つのバーナを備えるフロントパネルの平面図である。
【図３】混合管の異なる長さのバーナを備えた缶型燃焼器の概略図を平面図（図３ａ）及び側面図（図３ｂ）で示している。
【図４】異なる寸法のバーナを備えた缶型燃焼器の概略図である。
【図５】異なるスワール回転方向を有する４つの取り付けられたバーナを備えたフロントパネルの平面図である。
【図６】平坦なフロントパネル又は円錐形のフロントパネルを備えた缶型燃焼器の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１ａ及び図１ｂを参照すると、発明の第１の典型的な実施の形態によるガスタービン用の缶型燃焼器１０が概略的に示されている。この缶型燃焼器１０は、通常、ガスタービンケーシングにおいて環状の配列で配置された複数の付加的な類似又は同一の燃焼器であって、各燃焼器が高温の燃焼用ガスを下流のタービン段に供給する燃焼器、と組み合わされる。
【００３０】
各缶型燃焼器１０は、燃料及び燃焼用空気の混合物を燃焼させるための燃焼ゾーン１２を包囲する円筒形ケーシング１１を有する。上流端部において、燃焼ゾーン１２はフロントパネル１３によって画定されている。フロントパネル１３から上流方向へ延びた４つの予混合バーナ１４がフロントパネル１３に取り付けられている。バーナ出口１７において、バーナはフロントパネル１３によって支持されている。バーナは、燃料と空気との混合物を燃焼ゾーン１２へ供給する。全てのバーナ１４は、互いに平行にかつ燃焼器中心軸線２０に対して平行に整列させられている。バーナ出口１７は、フロントパネル１３と同一平面に位置している。
【００３１】
予混合バーナ１４は、例えば欧州特許第３２１８０９号明細書又は欧州特許７０４６５７号明細書に記載されたタイプのバーナである。これらのタイプのバーナは、円錐形のスワール発生器を特徴とする。このスワール発生器は、相互にずらされた少なくとも２つの中空の部分円錐セグメントから組み立てられており、スワール発生器１５内へ燃焼用空気を接線方向に供給するために個々のセグメントの間に軸方向に延びた空気入口スロットを形成している。空気入口スロットには、空気流内へ気体及び／又は液体燃料を噴射するためのノズルが備えられている。このようなバーナの典型的な実施の形態は、２つ、４つ又は８つの空気入口スロットを有する。
【００３２】
本発明の１つの実施の形態によれば、１つ又は２つ以上のバーナ１４にはランスが備えられており、このランスは、燃料／空気流へ付加的な燃料及び／又は空気を噴射するために、中心軸線１９に対して平行に整列させられている。特にこのランスは、パイロット燃料と、オプションとして、付加的な予混合燃料とを供給するために使用することができる。
【００３３】
全ての個々のバーナ１４の前記複数の燃料ノズルは、互いに独立して制御される、燃料ノズルの異なるグループを有してよい。この手段により、予混合バーナは、３つ以上の燃料段、例えば１つのパイロット段及び２つの予混合段を省略してよい。
【００３４】
スワール発生器１５の下流には、燃料と空気とを均一に混合するための混合管１６が続いている。予混合バーナ１４の出口端部１７において、燃料及び燃焼用空気の均一な混合物が燃焼ゾーン１２に供給される。燃料／空気混合物の点火は、バーナ出口端部１７の下流において開始する。渦崩壊及び逆流ゾーンの形成により、火炎は、バーナ出口端部１７の下流の領域において安定化される。
【００３５】
混合管１６の長さは、全てのタイプの関連する燃料のための十分な混合品質が得られるように選択される。図１ｂに示された実施の形態によれば、４つのバーナ１４は、同じに構成されたスワール発生器１５及び混合管１６を有し、すなわち、全てのスワール発生器１５は、同じ数の空気入口スロットを有し、全ての混合管１６は、同じ長さ及び同じ直径を有する。
【００３６】
混合管１６において、軸方向速度分布は、中心軸線の領域において最大となっており、これにより、この領域における逆火を防止する。軸方向速度は、壁部に向かって減少している。その領域における逆火も防止するために、様々な公知の手段がとられており、例えば、混合管１６の直径及び／又は長さのそれぞれの寸法決めにより全体の流速を高めるための手段がとられている。
【００３７】
特に、前記予混合バーナは、全ての種類の液体及び／又は気体燃料を用いて作動させることができる。すなわち、ガスタービンの個々の缶１０内に異なる燃料又は燃料品質を提供することが容易に可能である。
【００３８】
図１ａ及び図５ａを参照すると、フロントパネル１３の平面図が概略的に示されている。フロントパネル１３には４つの予混合バーナ１４が取り付けられている。慣用の缶型燃焼器における中央のバーナが存在しないことが分かる。４つの予混合バーナ１４は、フロントパネル１３の４つの同じ９０°セクタに、同じ仮想円上に対称的に位置決めされている。全てのバーナ１４は、同じスワール回転方向を有し、すなわち、全てのバーナは、時計回りのスワール又は反時計回りのスワールを発生する。図５ａに示された実施の形態では、全てのバーナ１４は、時計回りのスワール流１８を発生する。その結果、隣接するバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’のスワール流１８の方向は、接線境界領域２１において反対方向であり、この領域における増大した乱流及び増大したせん断力、及びより多くの熱伝達及び物質移動を提供する。下流では、二次的な半径方向外側のスワール流２５が形成されている。
【００３９】
図５ｂ、図５ｃ及び図５ｄは、バーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’の２つのグループ、すなわち、第１の方向、例えば時計回りの流れ方向でのスワール流を発生するように構成された第１のグループと、反対方向、例えば反時計回りの流れ方向でスワール流を発生するためのバーナの第２のグループとを備えた択一的な実施の形態を示している。
【００４０】
図５ｂの実施の形態によれば、隣接するバーナ１４は、反対の回転方向のスワール流１８を発生するのに対し、対角方向で向き合ったバーナ１４’−１４’’’，１４’’−１４’’’’は、同じ回転方向を有する。隣接するバーナ１４の間の接線境界領域２２において、流れは同じ方向に循環し、この領域における隣接するスワールの相対速度は、ゼロに近く、この領域２２においては低いせん断力及び低い乱流が存在し、この領域における著しく低減された熱伝導及び物質移動の効果が存在する。
【００４１】
図５ｃ及び図５ｄは、本発明による４つのバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’を備えた缶型燃焼器１０における異なるスワール方向を備えたバーナの付加的な構成を開示している。図５ｃは、対角方向で向き合ったバーナがスワールの異なる回転方向を有する構成を示しており、図５ｄは、３つのバーナ１４’，１４’’’，１４’’’’が時計回りのスワール流１８を発生し、１つのバーナ１４’’が反時計回りのスワール流１８を発生する構成を示している。
【００４２】
２つの隣接するバーナ１４’，１４’’，１４’’’又は１４’’’’の間の空力的境界面における同方向流れ及び逆方向流れを形成する流れパターンの変更、及び結果的な特定の二次的流れパターン２５は、それぞれに装備された缶１０の異なる燃焼挙動を生ぜしめ、燃焼の最適な安定性及び低エミッションのために使用されてよい。
【００４３】
本発明による缶型燃焼器の別の実施の形態が図２ａに開示されている。４つの９０°セクタのそれぞれに１つのバーナが配置された４つのバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’は、缶１０の中心から異なる半径方向距離に位置決めされている。少なくとも１つのバーナ１４’の半径方向距離ｒ1は、少なくとも１つの他のバーナ１４’’，１４’’’，１４’’’’の半径方向距離ｒ2，ｒ3又はｒ4とは異なり、半径方向距離ｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4は、缶１０の長手方向軸線２０と、それぞれのバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’の長手方向軸線１９との間の距離として規定されている。具体的には、図２ａは、４つのバーナを備えた１つの実施の形態を示しており、バーナのそれぞれは、缶燃焼器１０の中心軸線から異なる距離においてフロントパネル１３に位置決めされている：ｒ1≠ｒ2≠ｒ3≠ｒ4。
【００４４】
図２ｂは、発明の別の実施の形態を開示している。４つの等しい９０°セクタのそれぞれに１つのバーナが配置された４つのバーナ１４のうちの少なくとも１つのバーナ１４’は、少なくとも１つの他のバーナ１４’’，１４’’’，１４’’’’の位置に対して、それぞれの９０°セクタにおいて異なる方位角α1，α2，α3又はα4に位置決めされている。
【００４５】
缶型燃焼器１０における対称性の回避は、缶１０内の方位不安定性モード（azimuthal instability mode）の発生を減じる。
【００４６】
図３ａ及び図３ｂは、別の実施の形態において、４つのバーナ１４を備えた缶型燃焼器１０を概略的に示しており、この場合、少なくとも１つから全てのバーナ１４には、異なる長さの混合管１６が備えられている。図３の側面図から、あらゆるバーナ１４’，１４’’及び１４’’’が別のバーナ１４の混合管長さに対して異なる混合管長さ２４を有することが見て取れる。予混合バーナ１４の混合管１６の異なる長さ２４は、燃料／空気混合物の異なる特徴的な混合時間、その結果、燃料がバーナ内に噴射される瞬間と、燃料が火炎フロントに到達する瞬間との間の異なる時間を生じる。異なる混合時間は、燃料供給と、燃焼ゾーンにおける圧力パラメータとの相互作用を切り離し、ひいては、缶型燃焼器における熱音響的振動を減じるための有効な手段である。
【００４７】
本発明の缶型燃焼器１０の別の実施の形態が図４ａ及び図４ｂに開示されている。この実施の形態によれば、缶１０内のバーナ１４の寸法は、標準サイズからスケールアップ又はスケールダウンすることによって異なっている。特に、バーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’は、スワール発生器１５及び／又は混合管１６の直径及び／又は長さにおいて異なっていてよい。図４ａ及び図４ｂは、４つのバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’を備えた缶型燃焼器１０を概略的に示している。全てのバーナ１４は缶１０の中心軸線２０から等距離に位置決めされており、全ての個々のバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’の中心軸線１９は同じ仮想円２３に配置されている。バーナの２つのグループ、すなわちバーナ１４’及びバーナ１４’’’と、バーナ１４’’及びバーナ１４’’’’とを認めることができる。２つのグループは、スワール発生１５及び混合管１６の長さ及び直径の寸法と、バーナ出口１７の直径２７とにおいて異なり、直径方向で向き合ったバーナ１４’と１４’’’、バーナ１４’’と１４’’’’は、等しく寸法決めされている。
【００４８】
別の好適な実施の形態によれば、少なくとも１つのバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’は、他のバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’よりも小さな直径を備えるので、より少ない流過という効果を有する。より少ない流過を有するこのバーナは、より高いパイロット比で作動させることができ、燃焼器ダイナミクスの低下、ひいては缶１０における燃焼の安定化という効果を有する。
【００４９】
本発明の別の実施の形態によれば、個々のバーナ１４’，１４’’，１４’’’，１４’’’’は、異なる強さのスワール１８を発生する。好適には、この手段は、個々のバーナ部分の異なる寸法決め又は缶型燃焼器１０内の同方向及び逆方向の流れの異なる流れパターンの形成という前記手段のうちのいずれかによって伴われてよい。スワール強さのばらつきは、バーナ部分の寸法によって影響することができるが、特にスワール流の異なる強さ（高いスワールバリアント又は低いスワールバリアント）は、個々のバーナ１４のスワール発生器１５の空気入口スロットの寸法によって実現される。その利点は、やはり、燃焼器における流れ条件のより高い均一性、ひいては、できるだけ低い燃焼器ダイナミクスにある。
【００５０】
図６ａ、図６ｂ及び図６ｃを参照すると、缶１０のフロントパネル１３におけるバーナ１４の３つの主な配列が概略的に示されている。
【００５１】
図６ａによる缶１０は、上流端部に平坦なフロントパネル１３を備えた円筒形のハウジング１１を有する。平坦なフロントパネル１３は、実質的に、缶型燃焼器１０の中心軸線２０に対して直交するように配置されている。このフロントパネル１３に４つのバーナ１４が取り付けられている。全てのバーナ１４の長手方向軸線１９は互いに対して平行であり、かつ缶１０の中心軸線２０に対して平行である。図６ａは、代替例として、少なくとも１つのバーナ１４’を異なる方向に配置することを開示している。前記少なくとも１つのバーナ１４’又はより多くのバーナ１４’’，１４’’’及び／又は１４’’’’の長手方向軸線１９は、缶型燃焼器１０の中心軸線２０に対して±１０°まで傾斜させられていてよい。この場合、好適な実施の形態として、それぞれのバーナ出口１７は、フロントパネル１３と同一平面に位置するように切断されている。その結果、傾斜したバーナは、楕円形のバーナ出口１７を有する。
【００５２】
代替的な実施の形態では、図６ｂに開示したように、平坦なフロントパネル１３の代わりに、円錐形のフロントパネル１３が用いられており、円錐形のフロントパネルの傾斜角度は、バーナ軸線１９の傾斜角度に対応している。その結果、バーナ出口１７の平面はフロントパネル１３に対して平行である。
【００５３】
図６ｃによる第３の代替的な実施の形態では、缶型燃焼器１０には、上流端部において、円錐形に形成されたフロントパネル１３が備えられている。互いに及び缶１０の中心軸線２０に対して平行な長手方向軸線１９を有する４つのバーナが前記フロントパネル１３に取り付けられている。バーナ１４をフロントパネル１３に取り付けるための２つのオプションが明らかである。バーナ出口１７が部分的に又は完全に燃焼ゾーン１２内へ突出するようにバーナ１４をフロントパネル１３に固定することができる、又はこれに代えて、バーナ出口１７が円錐形のフロントパネル１３に対して同一平面に位置するようにバーナ出口１７は楕円形の出口になるように傾斜させられている。
【００５４】
上に開示された円錐形に代えて、実質的に三角形の形状の複数の平坦なセグメント、好適には４つのセグメントに基づき、フロントパネル１３が、分割された構造から形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０  缶型燃焼器
１１  ケーシング
１２  燃焼ゾーン
１３  フロントパネル
１４  予混合バーナ
１５  スワール発生器
１６  混合管
１７  バーナ出口
１８  スワール流
１９  バーナの中心長手方向軸線
２０  缶型燃焼器の中心長手方向軸線
２１  逆方向の流れの領域
２２  同一方向の流れの領域
２３  仮想円、すなわち、中心軸線２０からの一定の距離の経路
２４  バーナ１４の混合管１６の長さ
２５  缶１０における二次的な流れパターン
２６  混合管１６の直径
２７  バーナ出口１７の直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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