(57)【要約】【課題】構造的な改良によって第１段目に対する圧力要求を制限することが可能な、予混合バーナを備えた複数段式のバーナ装置を提供すること。【解決手段】スワール室１７を包囲する二重の円すい状部材１１として形成されたスワール発生器本体部と、該スワール発生器本体部の端部からスワール室１７内へ突出して設けられた燃料供給配管１２とを備えて成り、第１段目において予混合燃料が燃料供給配管１２に設けられた複数の第１の供給開口部からスワール室１７へ径方向外方に供給され、第２段目において予混合燃料が円すい状部材１１内に設けられた第２の供給開口部を通って該円すい状部材１１内で案内される空気流に対して供給されるバーナ装置において、予混合燃料を、拡大された開口部直径を有する互いに逆方向に配向された２つの第１の供給開口部を通って第１段目１３においてスワール室１７内へ供給するよう構成した。
2009531641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スワール室（１７）を包囲する二重の円すい状部材（１１）として形成されつつ当該バーナ装置の軸中心線（２１）に対して同心状に設けられたスワール発生器本体部と、
前記軸中心線（２１）内に設けられつつ前記スワール発生器本体部の端部から前記スワール室（１７）内へ突出して設けられた燃料供給配管（１２）と
を備えて成り、
第１段目（１８）が設けられており、該第１段目において予混合燃料が前記燃料供給配管（１２）に設けられた複数の第１の供給開口部（１９）から前記スワール室（１７）へ径方向外方に供給され、
第２段目（１４）が設けられており、該第２段目において予混合燃料が前記円すい状部材（１１）内に設けられた第２の供給開口部を通って該円すい状部材（１１）内で案内される空気流に対して供給される
バーナ装置において、
予混合燃料を、拡大された開口部直径を有する互いに逆方向に配向された２つの前記第１の供給開口部（１９）を通って前記第１段目（１８）において前記スワール室（１７）内へ供給するよう構成したことを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
前記第１段目（１８）における前記２つの第１の供給開口部（１９）の直径をそれぞれ約５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載のバーナ装置。
【請求項３】
前記燃料供給配管（１２）の端部が前記スワール室（１７）の開放端部から約１３５ｍｍの間隔（ｂ）をもって配置され、かつ、前記２つの第１の供給開口部（１９）を前記燃料供給配管（１２）の端部から軸方向に約１１５ｍｍの間隔（ａ）をもって配置されるよう前記燃料供給配管（１２）を前記スワール室（１７）内に突出するよう配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のバーナ装置。
【請求項４】
前記２つの第１の供給開口部（１９）を、接線方向に流入する空気の流れ方向に平行な中心平面（２２）と周方向に約６５°の角度（α）をなすように配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【請求項５】
液体燃料（１６）を、前記燃料供給配管（１２）の端部において軸方向に前記スワール室（１７）内へ供給するよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【請求項６】
液体燃料（１６）を仕切り用空気（１５）の外層で覆ったことを特徴とする請求項５記載のバーナ装置。
【請求項７】
前記燃料供給配管（１２）の端部を前記軸中心線（２１）に対して直角な端面で画成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【請求項８】
前記燃料供給配管（１２）の端部をアールを付けた形状又は流線形に形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン技術の分野に属し、特に、請求項１の上位概念に基づくバーナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二重の円すい状部材を備えたタイプの予混合バーナの多段式の動作は、特許文献１あるいは特許文献２に記載されている。この特許文献１又は特許文献２に記載された動作方法によれば、燃料についてのパラメータ及び周囲環境についてのパラメータの広範囲において、バーナのフレキシブルな動作と、低い有害物質放出量及び少ない脈動とを達成することが可能となっている。
【０００３】
また、上記特許文献１又は特許文献２に記載された動作方法を行うためのバーナ装置が図１に示されている。この図１にはいわゆる二重コーン型バーナとして形成されたバーナ装置１０が示されており、このバーナ装置１０は、円すい状部材１１によって包囲されたスワール室１７を備えている（二重コーン型バーナの機能については、例えば特許文献３参照。）。
【０００４】
ここで、スワール室１７内にはバーナの軸中心線２１方向へ燃料供給配管１２が突出して設けられており、この燃料供給配管１２の先端部から、仕切り用空気１５によって覆われた液体燃料１６が軸方向へ供給されるようになっている。予混合燃料は２つの段１３，１４によりバーナへ供給され、第１の段１３においては、予混合燃料が燃料供給配管１２の中央部から複数の供給開口部を通って径方向外方（図１における矢印参照）へ供給される。これら供給開口部は、予混合燃料の所定の配分がなされるように形成及び配置されている。
【特許文献１】国際公開第２００１／０９６７８５号
【特許文献２】米国特許第６，７６９，９０３号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０３２１８０９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかして、燃料と空気の良好な混合を達成するために、燃料噴射到達深さはこれに直交する空気流内の深い部分に到達する必要があるが、この燃料噴射到達深さは、燃料噴射流の直径及び燃料噴射流と空気流の脈動比率に依存するものとなっている。そして、小さな直径を有する複数の供給開口部によって十分な燃料噴射到達深さを得るためには、かなり大きな燃料噴射速度が必要となってしまう。その結果、第１段目に対して高い圧力が必要となる。
【０００６】
また、第１段目における高い圧力は、予混合バーナに対して重大な問題を引き起こす。そのため、低圧力のシステムにおける多段式予混合バーナにおいて制限が設定されている。更なるコンプレッサによって圧力を高めることによって上記問題を低減することが理論的には可能であるが、これにより設備及び運転にかかる費用が大幅に増大することとなってしまう。そのため、バーナの機能を制限することなく第１段目に対する圧力についての要求をバーナの構成によって低減する解決方法を見つけることが望ましい。
【０００７】
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、構造的な改良によって第１段目に対する圧力要求を制限することが可能な、予混合バーナを備えた複数段式のバーナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１の特徴によって達成される。すなわち、上記目的は、予混合燃料を、拡大された開口部直径を有する互いに逆方向に配向された２つの第１の供給開口部を通って第１段目においてスワール室内へ供給するよう構成したことにより達成される。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、第１段目における前記２つの第１の供給開口部の直径をそれぞれ約５ｍｍとしたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態は、燃料供給配管の端部がスワール室の開放端部から約１３５ｍｍの間隔をもって配置され、かつ、２つの第１の供給開口部を前記燃料供給配管の端部から軸方向に約１１５ｍｍの間隔をもって配置されるよう前記燃料供給配管を前記スワール室内に突出するよう配置したことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の一実施形態は、２つの第１の供給開口部を、接線方向に流入する空気の流れ方向に平行な中心平面と周方向に約６５°の角度をなすように配置したことを特徴としている。
【００１２】
特に、液体燃料を、燃料供給配管の端部において軸方向にスワール室内へ供給するよう構成するとともに、仕切り用空気の外層で覆うのが好ましい。さらに、燃料供給配管の端部を前記軸中心線に対して直角な端面で画成するようにしてもよい。なお、燃料供給配管の端部をアールを付けた形状又は流線形に形成することも可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、拡大された開口部直径を有する互いに逆方向に配向された２つの供給開口部により、ゼロ負荷時及び最大負荷時であってもガス圧を低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明による解決手段は、単純かつ信頼性が高い上、従来のバーナ装置に対して何ら困難を伴うことなく適用することが可能である。さらに、本発明によれば付着物の付着を低減することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図２には図１に示すものと比較可能な本実施の形態によるバーナ装置２０が示されており、このバーナ装置２０は、スワール室１７を包囲する二重の円すい状部材１１を含んで構成されている。また、燃料供給配管１２がこのスワール室１７内に突出するように設けられている。
【００１７】
ここで、第２段目１４においては複数の供給開口部を通って予混合燃料がスワール室１７内へ流入してくる空気に対して接線方向に供給されるようになっている一方、第１段目１８においては、従来の複数の比較的小さな供給開口部に代えて、燃料供給配管１２において互いに反対側に位置する２つの比較的大きな供給開口部１９が設けられている。そして、この供給開口部１９を通って、第１段目１８における予混合燃料の供給がなされるようになっている。
【００１８】
ところで、図３に示すように、第１段目における両供給開口部１９は燃料供給配管１２の端部から間隔ａをもって配置されており、燃料供給配管１２のこの端部はスワール室１７の開放端部から間隔ｂをもって配置されている。ここで、間隔ａを１１５±１０ｍｍとし、間隔ｂを１３５ｍｍとし、供給開口部１９の直径を５±０．５ｍｍとするのが好ましい。
【００１９】
しかして、上記供給開口部１９は、径方向へ配向されているとともに、図４に示すように円すい状部材１１の周方向へ所定の角度ずらして配置されている。ここで、円すい状部材１１を通りスワール室１７へ接線方向に流入する空気の流れ方向（矢印で示していない。）に平行かつバーナ装置の軸中心線を通る中心平面２２を設定すれば、供給開口部１９はこの中心平面２２に対して６５°（＋５°又は−１０°）の角度αをなしている。
【００２０】
図２〜図４に示すものでは燃料供給配管１２の端部がバーナの軸中心線２２に対して直角な端面によって画成されているが、液体燃料噴射用のノズル１６及び仕切り用空気の形状に応じて燃料供給配管１２の端部形状をアールを付けた形状としたり、流線形としてもよい。
【００２１】
なお、本発明によるバーナ装置は、上記各特許文献に記載されているような原理に基づき動作可能である。
【００２２】
本発明によるバーナ装置によれば、ゼロ負荷時及び最大負荷時であってもガス圧を低減することが可能であるとともに、簡易かつ強固な構造を有している上、付着物の付着を低減することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】多段の予混合バーナを備えた従来技術によるバーナ装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態に基づく図１と比較可能な図である。
【図３】図２における寸法を示す図である。
【図４】図２に示す予混合バーナの右方から見た図であり、第１段目における供給開口部の配向状態を示すものである。
【符号の説明】
【００２４】
１０，２０    バーナ装置
１１          円すい状部材
１２          燃料供給配管
１３，１８    第１段目
１４          第２段目
１５          仕切り用空気（プロテクトエア）
１６          液体燃料
１７          スワール室
１９          供給開口部
２１          バーナ装置の軸中心線
２２          中心平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009531641.tif 000008
2009531641.tif 000009
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