(57)【要約】      （修正有）【課題】フレアバーナであって、火炎エンベロープの高さの制御が重要であるグラウンドフレア及び他のタイプのフレア装置と共に用いるのに特に適したフレアバーナを提供する。【解決手段】フレアバーナは、空気が取り込まれる予混合チャンバを含む。燃料と空気から成る均一な混合物が予混合ゾーンにおいて形成され、予混合チャンバの上部にある空気／燃料出口から放出される。一実施形態において、空気／燃料出口から放出される燃料／空気混合物中の空気の量は、混合物中の燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量を超えている。燃料が、空気／燃料出口の外周の周囲に噴射され、燃焼が開始され、火炎エンベロープが形成される。過剰空気を含む燃料と空気との混合物を火炎エンベロープの中心に噴射することにより、火炎エンベロープの中心部の燃焼が加速され、これが、所与の火炎エンベロープ高さでより多くの燃料が燃焼されることを可能にする。【選択図】図４
2008116195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合チャンバを含み、前記予混合チャンバが、上部、底部、前記上部を前記底部に連結する側壁、前記底部と前記側壁のうちの一方に配置された空気入口、並びに、前記上部に配置された空気／燃料出口を有する予混合ゾーンと、
燃料を前記予混合ゾーン内に噴射するための補助燃料入口であって、前記予混合ゾーンに対して、前記補助燃料入口から前記予混合ゾーン内への燃料の噴射が前記予混合ゾーン内に空気を取り込み、それにより、燃料と空気との混合物が前記予混合ゾーンにおいて形成され、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口から放出されるような位置に配置された補助燃料入口と、
主燃料出口であって、前記予混合チャンバの前記上部に対して、燃料が前記主燃料出口から、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口の周囲に噴射されることができるような位置に配置された主燃料出口と、
を備えるフレアバーナ。
【請求項２】
前記空気入口が前記予混合チャンバの前記底部に配置されている請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項３】
前記主燃料出口が、前記主燃料出口と前記予混合チャンバの間に空気取り込みスペースを設けるために、前記予混合チャンバから外側に間隔を有して配置されている請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項４】
前記予混合チャンバの外周の周囲に配置された燃料膜をさらに備え、前記膜が燃料入口を含み、且つ、前記主燃料出口と流体連通している請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項５】
前記燃料膜及び前記主燃料出口が、前記燃料膜及び主燃料出口と前記予混合チャンバの間に空気取り込みスペースを設けるために、前記予混合チャンバから外側に間隔を有して配置されている請求項４に記載のフレアバーナ。
【請求項６】
前記膜が前記補助燃料入口とも流体連通している請求項４に記載のフレアバーナ。
【請求項７】
前記補助燃料入口及び前記主燃料出口に燃料を導くために前記補助燃料入口及び前記主燃料出口と流体連通している燃料供給導管をさらに備える請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項８】
前記主燃料出口が、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口の外周の周囲に配置された複数の燃料ポートを備える請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項９】
前記空気／燃料出口を含む前記予混合チャンバ、前記燃料膜及び前記主燃料出口が、各々、円形の断面を有し、それにより、燃料が、前記主燃料出口から、前記空気／燃料出口の外周の周囲に環状に噴射されることができる請求項４に記載のフレアバーナ。
【請求項１０】
前記予混合チャンバの前記側壁が内面及び外面を含み、前記内面が、コアンダ面であるセクションを有する請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項１１】
前記補助燃料入口が、前記予混合チャンバに対して、燃料が前記補助燃料入口から前記コアンダ面上に噴射されることができるような位置に配置されている請求項１０に記載のフレアバーナ。
【請求項１２】
前記予混合チャンバの前記側壁が内面及び外面を含み、前記内面が、コアンダ面であるセクションを有する請求項４に記載のフレアバーナ
【請求項１３】
前記空気入口が前記予混合チャンバの前記底部に配置されており、前記空気入口を含む前記予混合チャンバ、前記膜及び前記補助燃料入口が、各々、円形の断面を有し、
前記コアンダ面が、前記予混合チャンバの前記側壁の前記内面の周囲に環状に延在する請求項１２に記載のフレアバーナ。
【請求項１４】
前記補助燃料入口が、前記予混合チャンバに対して、燃料が前記補助燃料入口から前記コアンダ面上に環状に噴射されることができるような位置に配置されている請求項１３に記載のフレアバーナ。
【請求項１５】
前記内面が、コアンダ面である対向する２つのセクションを含み、前記補助燃料入口が、前記予混合チャンバに対して、燃料が前記補助燃料入口から前記コアンダ面の各々の上に噴射されることができるような位置に配置されている請求項１０に記載のフレアバーナ。
【請求項１６】
前記予混合チャンバの長さの内側水力直径に対する比率が、約０．２５：１〜約４：１の範囲にある請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項１７】
前記予混合チャンバの長さの内側水力直径に対する比率が約１：１以下である請求項１に記載のフレアバーナ。
【請求項１８】
予混合チャンバを含み、前記予混合チャンバが、上部、底部、前記上部を底部に連結する側壁、前記底部に配置された空気入口、並びに、前記上部に配置された空気／燃料出口を有し、且つ、前記予混合チャンバの長さの内側水力直径に対する比率が、約０．２５：１〜約４：１の範囲にある予混合ゾーンと、
燃料を前記予混合ゾーン内に噴射するための補助燃料入口であって、前記予混合ゾーンに対して、前記補助燃料入口から前記予混合ゾーン内への燃料の噴射が前記予混合ゾーン内に空気を取り込み、それにより、燃料ガスと空気との混合物が前記予混合ゾーンにおいて形成され、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口から放出されるような位置に配置された補助燃料入口と、
主燃料出口であって、前記予混合チャンバの前記上部に対して、燃料が前記主燃料出口から、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口の周囲に噴射されることができるような位置に配置された主燃料出口と、
前記補助燃料入口及び前記主燃料出口に燃料を導くために前記補助燃料入口及び前記主燃料出口と流体連通している燃料供給導管と、
を備えるフレアバーナ。
【請求項１９】
前記空気入口及び前記空気／燃料出口を含む前記予混合チャンバと前記主燃料出口が円形の断面を有する請求項１８に記載のフレアバーナ。
【請求項２０】
前記主燃料出口が、前記予混合チャンバと前記主燃料出口との間に空気取り入れスペースを設けるために、前記予混合チャンバから外側に間隔を有して配置されている請求項１８に記載のフレアバーナ。
【請求項２１】
前記予混合チャンバの外周の周囲に配置された環状の燃料膜をさらに備え、前記膜が前記主燃料出口と流体連通しており、且つ、上部、底部、及び、前記上部を前記底部に連結する側壁を有する請求項１９に記載のフレアバーナ。
【請求項２２】
前記主燃料出口が、前記燃料膜の前記上部に取り付けられ、且つ、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口の外周の周囲に延在する複数の燃料ポートを備える請求項２１に記載のフレアバーナ。
【請求項２３】
前記燃料膜及び前記主燃料出口が、前記予混合チャンバと前記燃料膜及び前記主燃料出口との間に空気取り込みスペースを設けるために、前記予混合チャンバから外側に間隔を有して配置されている請求項２２に記載のフレアバーナ。
【請求項２４】
前記予混合チャンバの長さの内側水力直径に対する比率が約１：１以下である請求項１８に記載のフレアバーナ。
【請求項２５】
前記補助燃料入口が前記予混合チャンバの前記空気入口より下に間隔を有して配置されている請求項２４に記載のフレアバーナ。
【請求項２６】
前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口が前記主燃料出口より上に間隔を有して配置されている請求項１８に記載のフレアバーナ。
【請求項２７】
複数のフレアバーナ、前記フレアバーナの周囲に延在するエンクロージャ、及び、前記フレアバーナに燃料を供給するための燃料供給ラインを含むグラウンドフレアであって、前記フレアバーナの少なくとも１つが、
上部、底部、前記上部を前記底部に連結している側壁、前記底部と前記側壁のうちの一方に配置された空気入口、及び、前記上部に配置された空気／燃料出口を有する予混合チャンバを含む予混合ゾーンと、
燃料を前記予混合ゾーン内に噴射するための補助燃料入口であって、前記予混合ゾーンに対して、前記補助燃料入口から前記予混合ゾーン内への燃料の噴射が前記予混合ゾーン内に空気を取り込み、それにより、燃料ガスと空気との混合物が前記予混合ゾーンにおいて形成され、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口から放出されるような位置に配置された補助燃料入口と、
主燃料出口であって、前記予混合チャンバの前記上部に対して、燃料が前記主燃料出口から、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口の外周の周囲に噴射されることができるような位置に配置された主燃料出口と、
を含むグラウンドフレア。
【請求項２８】
前記空気入口が前記予混合チャンバの前記底部に配置されている請求項２７に記載のグラウンドフレア。
【請求項２９】
前記主燃料出口が、前記予混合チャンバと前記主燃料出口との間に空気取り込みスペースを設けるために、前記予混合チャンバから外側に間隔を有して配置されている請求項２７に記載のグラウンドフレア。
【請求項３０】
前記フレアバーナが、前記予混合チャンバの外周の周囲に配置された燃料膜をさらに備え、前記膜が燃料入口を含み、且つ、前記主燃料出口と流体連通している請求項２７に記載のグラウンドフレア。
【請求項３１】
前記燃料膜及び前記主燃料出口が、前記予混合チャンバと前記燃料膜及び前記主燃料出口との間に空気取り入れスペースを設けるために、前記予混合チャンバから外側に間隔を有して配置されている請求項３０に記載のグラウンドフレア。
【請求項３２】
前記膜が前記補助燃料入口とも流体連通している請求項３０に記載のグラウンドフレア。
【請求項３３】
前記補助燃料入口及び前記主燃料出口に燃料を導くために前記補助燃料入口及び前記主燃料出口と流体連通している燃料供給導管をさらに備える請求項２７に記載のグラウンドフレア。
【請求項３４】
前記主燃料出口が、前記予混合チャンバの前記空気／燃料出口の外周の周囲に配置された複数の燃料ポートを備える請求項２７に記載のグラウンドフレア。
【請求項３５】
前記空気／燃料出口を含む前記予混合チャンバ、前記燃料膜及び前記主燃料出口が、各々、円形の断面を有し、それにより、燃料が前記主燃料出口から前記空気／燃料出口の外周の周囲に環状に噴射されることができる請求項３０に記載のグラウンドフレア。
【請求項３６】
前記予混合チャンバの前記側壁が内面及び外面を含み、前記内面が、コアンダ面であるセクションを有する請求項２７に記載のグラウンドフレア。
【請求項３７】
前記補助燃料出口が、前記予混合チャンバに対して、燃料が前記補助燃料出口から前記コアンダ面上に噴射されることができるような位置に配置されている請求項３６に記載のフレアバーナ。
【請求項３８】
前記予混合チャンバの前記側壁が内面及び外面を含み、前記内面が、コアンダ面であるセクションを有する請求項３０に記載のグラウンドフレア。
【請求項３９】
前記空気入口が前記予混合チャンバの前記底部に配置されており、前記空気入口を含む前記予混合チャンバ、前記膜及び前記補助燃料入口が、各々、円形の断面を有し、
前記コアンダ面が、前記予混合チャンバの前記側壁の前記内面の周囲に環状に延在する請求項３８に記載のグラウンドフレア。
【請求項４０】
前記補助燃料入口が、前記予混合チャンバに対して、燃料が前記補助燃料入口から前記コアンダ面上に環状に噴射されることができるような位置に配置されている請求項３９に記載のグラウンドフレア。
【請求項４１】
前記内面が、コアンダ面である対向する２つのセクションを含み、前記補助燃料入口が、前記予混合チャンバに対して、燃料が前記補助燃料入口から前記コアンダ面の各々の上に噴射されることができるような位置に配置されている請求項３６に記載のグラウンドフレア。
【請求項４２】
フレアバーナを用いた燃料の燃焼方法であって、燃焼すべき燃料が前記バーナの燃料出口を通して燃焼ゾーン内に噴射され、点火されて火炎エンベロープを形成し、且つ燃料を燃焼する方法において、
前記予混合ゾーン内に空気を取り込み、前記予混合ゾーンにおいて空気と燃料との混合物を形成するように、前記バーナの予混合ゾーン内に燃焼すべき燃料の一部を導入するステップと、
前記空気と燃料との混合物を前記予混合ゾーンから前記火炎エンベロープの中心部に噴射させるステップと、
を含む方法。
【請求項４３】
前記予混合ゾーン内に取り込まれて前記火炎エンベロープの前記中心部に噴射される空気の量が、前記予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１２５％〜約３００％の範囲である請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記予混合ゾーン内に取り込まれて前記火炎エンベロープの前記中心部に噴射される空気の量が、前記予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１５０％〜約３００％の範囲である請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記予混合ゾーン内に導入される燃料の量が、前記フレアバーナにより燃焼されるべき燃料の全量の約５％〜約５０％の範囲である請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記予混合ゾーン内に導入される燃料の量が、前記フレアバーナにより燃焼されるべき燃料の全量の約１０％〜約３０％の範囲である請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性の廃ガス、及び、分流された燃料ストックを燃焼させるための装置及び方法に関する。一実施形態において、本発明は、グラウンドフレアバーナ、グラウンドフレア、及び、これらに関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレア装置及びその方法は、様々な用途において、可燃性の廃ガス及び分流された燃料ストックを燃焼及び処理するために用いられている。例えば、フレア装置は、典型的に、生産設備、精製所、処理プラントなどに配置されており、排出された可燃性廃ガス、及び／又は、これらの設備における換気、停止、異常又は緊急事態の間に分流された燃料ストック流を処理する。可燃性廃ガス、及び、分流された燃料ストック（本文以下「燃料」（“ｆｕｅｌ”）と称する）を、煙を発生せずに燃焼させることが通常望ましく、又は必須でもある。無煙燃焼は、酸化されていない煤が火炎から分離するほどに十分な量を形成しないことを保証することにより達成される。これは、十分な量の酸素を燃料と混合させ、それにより、この混合物を過剰に燃料リッチにさせずに有効性を保つことにより達成される。
【０００３】
多くの用途において、フレアにより形成される火炎エンベロープの長さも重要である。比較的短い火炎エンベロープが望ましいフレアのタイプの例は、美観フレア（例えば、ピットタイプの閉鎖型フレア）、グラウンドフレア、及び、浮遊式生産設備における高圧フレアである。このようなフレアにおいて、火炎がその周辺の地域社会に見えないようにすることがしばしば必要である。一方、このようなフレアは、任意の所与の時間で大容量の燃料を燃焼する性能を有する必要がある。火炎エンベロープの長さは、燃焼される燃料の容量が増大するに従って長くなる傾向がある。
【０００４】
所与の時間で燃焼されべき燃料の量が、比較的小容量から非常に高容量（例えば、１時間当たり１，０００，０００ポンド（４５３，６００ｋｇ）以上）まで変化する用途においては、典型的に、グラウンドフレア（マルチポイントフレアとも称される）が用いられる。燃料の容量の変化に適応させ、また、燃料が無煙状態で燃焼されることを可能にするために、複数のステージのバーナが用いられる。各ステージのバーナへの流れが、燃焼されるべき燃料の圧力及び容量に反応する制御システムにより制御される。こうして、適切な量の空気が取り込まれること、及び、空気と燃料との十分な混合が生じることを保証するための十分な圧力が、各バーナの動作に用いられることができ、これにより、適用範囲での無煙燃焼が保証される。
【０００５】
グラウンドフレアシステムは、一般に、広大な面積、例えば３エーカー（約１２１４０平方メートル）にわたり拡散して配置され、大きいフェンス又は他のエンクロージャ（包囲物）に取り囲まれている。エンクロージャは、職員及び動物を火炎領域から遮断し、また、周囲領域への輻射、可視性及びノイズを最小限にするように機能する。エンクロージャは、典型的に、金属又は他の何らかの熱屈折材料からつくられ、高さが２０フィート〜６０フィート（約６．１ｍ〜約１８．３ｍ）である。従って、エンクロージャの建設及び維持にコストがかかることがある。
【０００６】
グラウンドフレアシステムにおけるバーナの間隔及び燃料の流量も重要である。バーナは、クロス点火を生じさせるために互いに十分に近接し、また、システム及び周囲のエンクロージャの全体の寸法を減じるために、全体として十分に密接して詰めて配置されることが必要である。コストを考えると、点火パイロットの個数が最小限であることが望ましい。典型的なユニットは、１個のパイロットをバーナの各列の端部に含む。しかし一方、バーナは、空気流を妨害して無煙燃焼を妨げるほどに、又は、火炎を合体させてエンクロージャの高さを超える火の玉にするほどに互いに近接していてはならない。また、燃料の流量は、個々の火炎の高さがエンクロージャの高さを超えないように制御されなければならない。
【０００７】
これまでに用いられてきたグラウンドフレアバーナのタイプの１つは、燃料を供給し、且つ、燃焼に必要な空気を引き込むための複数の拡散ジェットを含む。これらのジェットは、燃焼空気をジェット内に引き込むための十分な速度で雰囲気中に噴射される。燃料の点火時に、周囲環境からの空気が、燃料の放出点より上から横方向に取り込まれる。流れの速度が低減すると、熱ガスの浮力作用が、燃料と空気との全体混合処理を促進するように働き、これが、残りの燃料の燃焼が完全に行われることを可能にする。
【０００８】
燃料を供給し、燃焼に必要な空気を横方向に取り込むための拡散ジェットのみを用いることにより形成される火炎エンベロープの全体は、高濃度の燃料中核を含む。この燃料中核は、火炎エンベロープの外側部分が燃焼を開始するまで、そのまま維持される。火炎エンベロープの外側部分が燃焼すると、空気が火炎エンベロープの内側領域に入り込むことができ、それにより酸化プロセスが完了される。不都合なことに、個々の燃料ジェットの相互作用により、火炎エンベロープの中心に形成される高濃度の燃料中核が、より大きい処理能力をもたらすための燃料流量の増大を、火炎エンベロープの長さの増大及び／又は煙の発生なくしては困難にしている。火炎エンベロープの長さの増大は、グラウンドフレアを取り囲むエンクロージャの高さをより高くすることを必要とすることが多く、これが、エンクロージャのコストを大幅に増大させることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明により、グラウンドフレア、高圧フレア及び他のタイプのフレア装置に用いるのに有用なフレアバーナが提供される。例えば、本発明のフレアバーナは、これまでに用いられてきたグラウンドフレアに関連する問題を克服する。本発明は、また、グラウンドフレア装置、及び、燃料をフレアバーナにおいて燃焼させる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従えば、高容量の燃料を、比較的長さの短い火炎エンベロープで燃焼させることができるフレアバーナが提供される。火炎エンベロープの長さの減少は、多くの利点をもたらす。例えば、グラウンドフレアの周囲のエンクロージャの高さを低くすることができ、或いは、既存のエンクロージャの高さで燃焼させることができる燃料の容量を増大することができる。
【００１１】
本発明のフレアバーナは、予混合チャンバを含む予混合ゾーン、予混合ゾーン内に燃料を噴射するための補助燃料入口、及び主燃料出口を備える。好ましくは、本発明のフレアバーナは、補助燃料入口及び主燃料出口と流体連通している燃料供給導管をさらに備える。
【００１２】
予混合チャンバは、上部、底部、及び、上部を底部に連結している側壁を含む。側壁は内面及び外面を含む。空気入口が、底部と側壁のうちの一方に配置されており、空気／燃料出口が上部に配置されている。
【００１３】
補助燃料入口は、予混合ゾーンに対して、補助燃料入口から予混合ゾーン内への燃料の噴射が空気を予混合ゾーン内に取り込み、それにより、燃料と空気との混合物が予混合ゾーンで形成され、予混合チャンバの空気／燃料出口から放出されるような位置に配置されている。
【００１４】
主燃料出口は、予混合チャンバの上部に対して、燃料が主燃料出口から、予混合チャンバの空気／燃料出口の外周の周囲に噴射されることができるような位置に配置されている。一実施形態において、主燃料出口は、予混合チャンバから外側に、予混合チャンバの側壁の外面と主燃料出口との間に空間を設けるために間隔を有して配置されている。以下にさらに論じるように、この空間は、新鮮な空気が、バーナの下から、主燃料出口の内部に配置された燃料ポート付近の地点に取り込まれることを可能にする。このような空気の取り込みにより混合が促進されることは、幾つかの用途（例えば、重質の炭化水素又は不飽和燃料が燃焼される場合）において重要であり得る。
【００１５】
燃料供給導管は、燃料を、補助燃料ガス入口及び主燃料ガス出口に導く。燃料は、用途に応じて、補助燃料入口と主燃料出口とに、同一の圧力又は異なる圧力で供給されることができる。
【００１６】
本発明のフレアバーナは、予混合チャンバの外周の周囲に配置された燃料膜をさらに備えることができる。燃料膜は、燃料入口を含み、且つ、主燃料出口と流体連通されている。幾つかの実施形態において、燃料膜は補助燃料入口とも流体連通されている。上記の空気取り込みスペースを設けるために、燃料膜は、予混合チャンバの側壁の外面から外側に間隔を有して配置されることができる。
【００１７】
本発明のフレアバーナの特定の構造によっては、予混合ゾーンは、予混合チャンバのみから構成されることができ、又は、実際の予混合チャンバより下及び／又はより上の領域も予混合チャンバと共に含むことができる。例えば、予混合チャンバの空気入口が予混合チャンバの底部にあり、且つ、補助燃料入口が空気入口より下に間隔を有して配置されている場合、燃料と空気とは、空気入口及び予混合チャンバより下で混合を開始する。また、燃料と空気とは、典型的に、燃焼ゾーンにおける点火及び燃焼の前に、予混合チャンバの上部に配置された空気／燃料出口より上で混合され続ける。
【００１８】
予混合チャンバ及び燃料膜は、様々な形状及び寸法で形成されることができる。一実施形態において、予混合チャンバ及び燃料膜は、円形の断面を有する。別の実施形態において、予混合チャンバ及び燃料膜は、矩形の断面を有する。
【００１９】
補助燃料入口を通して燃料を予混合ゾーン内に噴射することにより生じる空気の取り込みを増大するために、予混合チャンバの内面は、コアンダ面であるセクションを含むことができる。補助燃料入口は、予混合チャンバに対して、燃料が補助燃料入口からコアンダ面上に噴射されることができるような位置に配置されている。燃料は、コアンダ面の通路に付着し、且つこの通路に沿って進んで、比較的薄い膜を形成し、この膜が、より多くの空気を予混合チャンバ内に取り込ませ、また、空気と燃料のより十分な混合を予混合チャンバに生じさせる。
【００２０】
予混合チャンバの長さの水力直径（内径）（内側水力直径）に対する比率は、約０．２５：１〜約４：１である。予混合チャンバの長さの水力直径（内径）に対する比率が４：１よりも大きいユニットは、さらなる利益を有して機能するであろうが、概して非常にコスト高になろう。一実施形態において、予混合チャンバの長さの水力直径（内径）に対する比率は、約１：１〜約３：１である。別の実施形態において、予混合チャンバの長さの水力直径（内径）に対する比率は、約１：１以下である。比較的短い長さを有する予混合チャンバは、グラウンドフレアにおいて、及び、バーナの長さ（すなわち高さ）が重要である他のフレア装置において、或いは、高反応性の燃料が内部燃焼を生じる可能性のある用途において有利であり得る。また、幾つかの構造において、燃料は、予混合チャンバの長さが水力直径（内径）に対して非常に低い比率であっても空気と燃料との均一の混合が達成されることを可能にする状況（例えば、複数の小さいジェット；高圧）の下で、補助燃料入口から噴射される。
【００２１】
本発明のグラウンドフレアは、複数のフレアバーナ、フレアバーナの周囲に延在するフェンス又は他のエンクロージャ、及び、燃料をフレアバーナに供給するための燃料供給ラインを含む。フレアバーナの少なくとも１つは、上記の本発明のフレアバーナである。
【００２２】
本発明は、また、燃料をフレアバーナにより燃焼させる方法を含み、この方法において、燃焼される燃料は、バーナの燃料出口を通して燃焼ゾーン内に噴射され、火炎エンベロープを形成して燃料を燃焼するように点火される。本発明の方法に従えば、燃料の一部がフレアバーナの予混合ゾーン内に、空気を予混合ゾーン内に取り込んで、予混合ゾーン内で空気と燃料との混合物を生成するように導入される。空気と燃料との混合物は、予混合ゾーンから火炎エンベロープの中心部に噴射される。
【００２３】
予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量は、好ましくは、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の少なくとも約１５％である。幾つかの用途において、燃料と空気との「燃料リッチ」混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％よりも少ない量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが適切である。しかし、多くの用途においては、燃料と空気との「リーン（希薄）」な混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％より多い量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが望まれる。多くの用途において、予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量は、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１２５％〜約３００％の範囲である。
【００２４】
予混合ゾーン内に導入される燃料の量は、好ましくは、フレアバーナにより燃焼される燃料の全量の約５％〜約５０％の範囲である。本発明の方法に従って、予混合された燃料流を火炎エンベロープの中心部に噴射することにより、火炎エンベロープは、火炎エンベロープの外面にだけでなく、中心部にも燃焼部分を含む。こうして得られるトロイダル（ドーナツ形の）火炎は、さらなる混合及び乱流をもたらし、これにより、火炎エンベロープの、より均一で迅速な燃焼が生じる。その結果、火炎エンベロープの高さを低減することができ、或いは、所与の火炎エンベロープで燃焼されることができる燃料の容量を増大することができる。他の利点も、本発明のフレアバーナ及び方法により達成される。
【００２５】
従って、本発明の全体的な目的は、高容量の燃料を、長さが比較的短く且つ均一な火炎エンベロープで燃焼することができるフレアバーナ、及び関連する方法を提供することにある。
【００２６】
本発明の、他の、及びさらなる目的、特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態の説明を、添付図面を参照しつつ読むことにより、当業者に容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
ここで、図面、特に、図１〜図３を参照すると、先行技術のグラウンドフレアバーナが例示され、その全体が番号１０により示されている。先行技術のバーナ１０は、燃料ライザー１４に取り付けられたバーナキャスティング１２を含む。バーナキャスティング１２は、中央部１５、及び、中央部の周囲に、且つライザー１４の上部に同心状に配置された複数の燃料出口アーム１６を含む。燃料出口アーム１６は、各々、１以上の燃料ポート１８を含む。燃料は、燃料ポート１８に直接供給され、すなわち、燃料は、最初に空気と予混合されない。従って、ポート１８により形成される燃料ジェット（噴流）は拡散燃料ジェットである。
【００２８】
図３は、バーナ１０により形成された火炎エンベロープ２０を概略的に示す。燃料（黒い矢印により概略的に示す）が、空気をジェットに引き込む高速の速度で、ポート１８を通って燃焼ゾーン２２に噴射される。周囲環境からの空気が、燃料の放出点より上から横方向に取り込まれる。流れの速度が減じられると、ホットガスの浮力作用が、燃料の全体的な混合制御に寄与し、これが、燃焼が完全に行われることを可能にする。火炎エンベロープ２０の全体は長さ２３を有し、高濃度の燃料中核部２４を含む。燃料中核部２４は、火炎２２の外側部分２６が燃焼を開始するまで未酸化のまま維持される。火炎エンベロープの中心部は、幾つかのエアポケット２８を含み得るが、エアポケット内の空気の量は、燃料中核部２４の均一な燃焼を補助するのに十分ではない。高濃度の燃料中核部２４は、燃料の外側部分２６の十分な消耗により十分な量の空気が火炎エンベロープの内側境界内に入ることが可能になり、且つ酸化プロセスが完了されるまで、ほぼ元の状態のまま保たれる。不都合なことに、火炎エンベロープ２０の高濃度の燃料中核部２４が、フレーム長さの増大及び／又は煙の発生をもたらさずにより大きい火炎を補助するための燃料の流量の増大を困難にしている。
【００２９】
本発明のフレアバーナ
ここで図４〜図８を参照すると、本発明のフレアバーナの一実施形態が例示されており、その全体が番号３０で示されている。フレアバーナ３０は、予混合チャンバ３２を含む予混合ゾーン３１、燃料を予混合ゾーン内に噴射するための補助燃料入口３４、主燃料出口３６、及び燃料供給導管３８を備える。本文中及び添付の特許請求の範囲に用いられているように、「燃料」は、本発明のフレアバーナ、フレア装置（例えば、本発明のグラウンドフレア装置）及びその方法により燃焼される、廃ガス、分流された燃料ストック、及び／又は他のガス若しくは液体を意味する。例えば、重質の不飽和燃料又は飽和燃料の部分圧力が飽和状態であるか、又は飽和状態に達していないとき、液体の形態となることがある。図４に示されるように、パイロット４０が、バーナから放出される燃料と空気との混合物に最初に点火するために、バーナ３０に（以下に記載するように、バーナ１３０、２３０、及び３３０にも）関連付けられ得る。
【００３０】
図４〜図８により示される実施形態において、フレアバーナ３０の予混合チャンバ３２は、予混合ゾーン３１の主要部分をもたらす。燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）は、予混合チャンバ３２を含む予混合ゾーン３１において形成されることができる。以下に論じるように、予混合ゾーン３１で形成される混合物は、燃料リッチ又は燃料リーンのいずれであってもよい。予混合チャンバ３２は、円形の断面を含み、且つ円筒形状を有する。予混合チャンバは、上部４２、底部４４、及び、上部を底部に連結している側壁４６、底部４４に配置された空気入口４８、並びに、上部４２に配置された空気／燃料出口５０を含む。図示されるように、上部４２及び底部４４は開放されており、それにより、空気入口４８及び空気／燃料出口５０を形成している。その結果、空気入口４８及び空気／燃料出口の５０の各々も、円形の断面を有する。予混合チャンバ３２の下部５２は、流入する燃料及び空気の流量を増大するために、外側にフレア状に広げられて、釣鐘状（丸味付き）の形状を下方セクションにもたらしている。或いは、予混合チャンバ３２の下部５２は、外側に広がった形状でなく、すなわち、予混合チャンバ全体が均一な円筒形状を有する。図５に最良に示されるように、予混合ゾーン３１は、予混合チャンバ３２より下（補助燃料入口３４と、予混合チャンバの底部４４及び空気入口４８との間）の予混合スペース３１（ａ）、予混合チャンバの内部３１（ｂ）、並びに、予混合チャンバの上部４２及び空気／燃料出口５０のすぐ上の予混合スペース３１（ｃ）を含む。図４〜図９に示した実施形態において、予混合空気と燃料との主要な混合は、予混合チャンバ３２の内部３１（ｂ）及び予混合スペース３１（ｃ）において生じる。
【００３１】
予混合チャンバ３２の長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約０．２５：１〜約４：１であり、好ましくは、約１：１〜約３：１である。予混合チャンバ３２の長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する正確な比率は、燃焼される燃料のタイプ、並びに、取り込み及び混合のため用いられ得る圧力に幾分依存するであろう。概して、予混合チャンバがより長いことにより、チャンバ内で燃料と空気とがより良好に混合されることができる。しかし、この利点は、コスト及び他の考慮事項と釣り合いが取られる。好ましい実施形態において、予混合チャンバ３２の長さ（すなわち、高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約１．５：１である。本文中及び添付の特許請求の範囲に用いられているように、「水力直径（内径）」は、予混合チャンバ内の面積の４倍を、予混合チャンバの側壁の内面の周囲長で割ったものを意味する。
【００３２】
補助燃料入口３４は、予混合ゾーン３１に対して、補助燃料入口から予混合ゾーン内への燃料の噴射が空気を予混合スペース３１（ａ）内に取り込み、空気入口４８を通して予混合チャンバ３２内に導入し、それにより、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が予混合ゾーンにおいて形成され、予混合チャンバの上部４２の空気／燃料出口５０から放出されるような位置に配置されている。燃料と空気とは、予混合スペース３１（ｃ）において混合され続ける。燃料と空気との混合物の燃焼は、典型的には、混合物が空気／燃料出口５０から出る（概して、空気／燃料出口から離れた距離）まで生じない。燃焼が生じる、空気／燃料出口５０からの距離は、混合物中の空気の量、及び、混合物が空気／燃料出口から放出される速度により変化する。幾つかの場合においては、短いデステージタイミングシーケンスにより、燃焼が予混合ゾーンにおいて生じることがある（例えば、短時間の、非常に低圧のシナリオで）。図６及び図７に示されるように、補助燃料入口３４は、１以上の燃料ポート５８を内部に有する中央燃料インジェクタ５４を備える。
【００３３】
環状の燃料膜６０が予混合チャンバ３２の外周の周囲に配置されている。燃料膜６０は燃料供給導管３８に接続し、且つ、主燃料出口３６と流体連通している。燃料膜６０は、開放上部６２、底部６４、並びに、上部を底部に連結している外側の側壁６６及び内側の側壁６７を備える。図４〜図８により示される実施形態において、燃料膜６０の内側側壁６７は、予混合チャンバ３２の側壁４６でもある。環状のシール６８が、膜の完全性を保証するために燃料膜６０の底部６４に取り付けられて、予混合チャンバ３２の側壁４６の周囲に延在している。別の実施形態（図２５〜図２８に例示され、且つ、以下に説明されるような）において、燃料膜６０は、予混合チャンバ３２の側壁４６の外面と主燃料出口３６との間に環状の空間を設けるために、側壁４６から外側に間隔を有して配置されることができる。この環状の空間は、空気がバーナの下側から、主燃料出口３６の内部に配置された燃料ポート７４付近の地点に取り込まれることを可能にする。この実施形態において、膜６０の内側側壁６７は予混合チャンバ３２の側壁４６から分離されている。
【００３４】
主燃料出口３６は、予混合チャンバの上部４２に対して、燃料が主燃料出口３６から、予混合チャンバの空気／燃料出口５０の外周６９の周囲に噴射されることができるような位置に配置されている。図６に最良に示されるように、主燃料出口３６は、その内部に、複数の燃料ポート７４を有する環状の平坦な燃料インジェクタ体７０を含む。ポート７４により形成される燃料ジェットは拡散燃料ジェットである。環状の燃料インジェクタ体７０は、燃料ポート７４が予混合チャンバの空気／燃料出口５０の外周６９の周囲に配置されるように、環状膜６０の開放上部６２に取り付けられている。環状膜６０の内径及び外径と、環状の燃料インジェクタ体７０の内径及び外径とはほぼ同一である。燃料は、主燃料出口３６（すなわち、環状の燃料インジェクタ体７０）から、空気／燃料出口５０の外周６９の周囲に環状に噴射されることができる。ポート７４は、燃料がポートから噴射される様態（例えば、方向及び速度）を制御するための寸法及び間隔を有して配置されることができる。この特徴は、空気／燃料出口５０を通る燃料及び空気の流れと関連して、火炎エンベロープ全体の形状及び長さが制御されることを可能にする。
【００３５】
図７に示されるように、必要に応じて、拡散燃料ポート７４を、燃料インジェクタ体７０から、対応する複数のショートガスライザー又は先端エクステンション７６により、間隔を有して配置することができる。ポート７４を燃料インジェクタ体７０から、ライザー７６を用いて間隔をあけて配置することにより、幾つかの用途において、横方向における空気の取り込みをより多くすることができる。ライザーは、また、ポートの構造、及び、この構造により得られる燃料の流量特性を、必要に応じて機械的に変更することを可能にする。
【００３６】
環状の燃料インジェクタ体７０の別の実施形態が図８に示される。この実施形態では、複数の燃料ポート７４が、燃料インジェクタ体７０の外側周囲、内側周囲、及びこれらの中間部に、方策的に間隔を有して配置されている。このように燃料ポート７４を燃料インジェクタ体７０の周囲に間隔をあけて配置することにより、より良好な混合及び取り込みのためにジェット間の取り込み通路が利用されることが可能になる。当業者に理解されるように、燃料インジェクタ体７０は、ポート７４の様々な繰り返しを含むことができる。用いられる特定のポート構造は、燃焼される燃料のタイプ（燃料流の分子量、発熱量、化学量及び温度を含む）、及び、これらの燃料に関連して用いられ得る圧力を含む様々な因子に応じて変化する。
【００３７】
燃料供給導管３８は、補助燃料入口３４及び主燃料出口３６に、これらの入口３４及び出口３６に燃料を導くために流体連通している。燃料供給導管３８は、第１の端部８２及び第２の端部８４を有する主要ブランチ８０を含む。第１端部８２は、第１端部を燃料源に連結するためのフランジ８６を含む（当業者に理解されるように、これらのタイプの連結部は、より典型的には、パイプセクションを他の何らかの機械的連結部に合体させるように直接溶接することにより形成され、これは、ガスケットを必要としない。例えば、対応するフランジ間のガスケットは、周囲環境の輻射熱に、概して耐えられない）。第２端部８４は、燃料膜６０の外側側壁６６における対応する入口８８に連結されている。燃料供給導管３８は、また、燃料供給導管を補助燃料入口３４に連結する補助ブランチ９０を含む。補助ブランチ９０は、第１の端部９２及び第２の端部９４を含む。第１端部９２は、供給導管３８の主要ブランチ９０に連結されている。連結部９６が第２端部９４を補助燃料入口３４に連結している。或いは、別個の燃料供給導管又はライザー（一体化された単一の導管又はライザー３８ではない）が、燃料を、補助燃料入口３４及び主燃料出口３６に導くことができる。別個の導管又はライザーは、典型的に、共通の燃料ヘッダから延びるであろう。
【００３８】
図５を参照して、フレアバーナ３０の動作を説明する。燃焼される燃料の一部（黒い矢印により概略的に示す）が、燃料供給導管３８の主要ブランチ８０を通して、燃料膜６０及び主燃料出口３６に導かれる。また、燃焼される燃料の一部は、燃料供給導管３８の補助ブランチ９０を通して補助燃料入口３４にも導入される。補助燃料入口３４から予混合ゾーン３１及び予混合チャンバ３２内への燃料の噴射が、空気を予混合スペース３１（ａ）内に取り込み、空気入口４８を通して、予混合チャンバの内部３１（ｂ）に導入し、それにより、予混合ゾーン内で、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が形成され、混合物は、空気／燃料出口５０から放出される。燃料と空気とは、空気／燃料出口５０より上の短い距離にわたり混合され続ける。燃焼されるべき残りの燃料は、予混合チャンバの空気／燃料出口５０の外周６９の周囲の主燃料出口３６から、従って、予混合チャンバの空気／燃料出口から出てくる空気／燃料混合物の周囲に、環状に噴射される。バーナは、好ましくは、予混合チャンバ３２を含む予混合ゾーン３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量を超えるように設計及び操作される。この過剰空気は、火炎エンベロープの中心部に、中心部の燃料を燃焼させるために与えられる。しかし、以下にさらに説明するように、幾つかの用途において、バーナは、予混合チャンバ３２を含む予混合ゾーン３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量以下（それでも、まだ燃焼可能である）であるように設計及び操作される。燃料と空気との「燃料リッチ」混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量よりも少ない量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが、幾つかの用途においては望ましい。
【００３９】
図２４は、フレアバーナ３０（及び、以下に記載するバーナ１３０，２３０，及び３３０）により形成される火炎エンベロープ１００を概略的に示す。図示されるように、過剰空気が、予混合チャンバ３２から火炎エンベロープ１００の中心部１０２に噴射される。図２４のエアポケット１０３により示される過剰空気は、火炎エンベロープ１００の中心部１０２の燃料と混合して、実際に、２つの初期可燃性ゾーンであるゾーン１０４（ａ）及び１０４（ｂ）を形成する。このように空気が供給されなければ、火炎の中心部１０２の燃料は、火炎エンベロープの外側部分１０５が燃焼を開始して次の燃料層が空気に接触することが可能になるまで、酸化物質（空気）に接触しないであろう。空気を火炎エンベロープ１００の中心部１０２に供給することにより、可燃性の中央ゾーンが形成されるだけでなく、内側の燃焼ゾーンが燃焼熱により膨張するため、火炎が分離される。より大きい主火炎の内側に別の燃焼火炎を付加することにより、かなりの乱流がさらに生じ、それにより、燃料の中核の混合及び分散が促進される。その結果、火炎エンベロープの、より均一でより迅速な燃焼が生じ、この燃焼は、火炎の全長を短くし、又は、同一の火炎長さで非常により多くの燃料が燃焼されることを可能にする。火炎エンベロープ１００の中心部１０２に供給される過剰空気の量が増大すると、火炎の長さが減少し、又は、所与の火炎高さにおいて燃焼されることができる燃料の容量が増大する。例えば、図２４に示されるように、火炎エンベロープ１００は、同一量の燃料に関して、図３に示される先行技術の火炎エンベロープ２０の長さ２３よりも実質的に短い長さ１０６を有する。
【００４０】
ここで図９〜図１２を参照すると、本発明のフレアバーナの第２の実施形態が例示されており、その全体が参照番号１３０で示されている。本発明のフレアバーナの別の実施形態と同様に、フレアバーナ１３０は、予混合チャンバ１３２を含む予混合ゾーン１３１、及び、燃料を予混合ゾーン内に噴射するための補助燃料入口１３４、主燃料出口１３６、及び燃料供給導管１３８を備える。パイロット（図４に示されるような）が、バーナにより放出される燃料と空気の混合物に最初に点火するためにバーナ１３０に関連付けられ得る。
【００４１】
図９〜図１２に示される実施形態において、フレアバーナ１３０の予混合チャンバ１３２は、予混合ゾーン１３１の主要部をもたらす。燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）は、予混合チャンバ１３２を含む予混合ゾーン１３１において形成されることができる。以下に論じるように、予混合ゾーン１３１において形成される混合物は、燃料リッチ又は燃料リーンのいずれであってもよい。予混合チャンバ１３２は、円形の断面を含み、且つ円筒形状を有する。予混合チャンバは、上部１４２、底部１４４、上部を底部に連結している側壁１４６、底部１４４に配置された空気入口１４８、及び、上部に配置された空気／燃料出口１５０を含む。図示されるように、上部１４２及び底部１４４は開放されており、それにより、空気入口１４８及び空気／燃料出口１５０を形成している。従って、空気入口１４８及び空気／燃料出口１５０の各々も円形の断面を有する。
【００４２】
図１０に最良に示されるように、予混合ゾーン１３１は、予混合チャンバ３２より下（補助燃料入口１３４と、予混合チャンバの底部１４４及び空気入口１４８との間）の予混合スペース１３１（ａ）、予混合チャンバの内部１３１（ｂ）、並びに、予混合チャンバの上部１４２及び空気／燃料出口１５０のすぐ上の予混合スペース１３１（ｃ）を含む。図９〜図１２に示した実施形態において、空気と燃料との主要な混合は、予混合チャンバ１３２の内部３１（ｂ）及び予混合スペース１３１（ｃ）において生じる。予混合チャンバ１３２の側壁１４６は、内面１５４及び外面１５６を含む。側壁１４６の下方セクション１５８は、側壁の内面１５４に環状のコアンダ面１６０をもたらすために外側に曲線状に広がっている。
【００４３】
予混合チャンバ１３２の長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約０．２５：１〜約４：１であり、好ましくは、約１：１〜約３：１である。予混合チャンバ１３２の長さ（高さ）の水力直径（内径）に対する正確な比率は、燃焼される燃料のタイプ、並びに、取り込み及び混合のために用いられ得る圧力に幾分依存するであろう。概して、予混合チャンバがより長いことにより、チャンバ内で燃料と空気とがより良好に混合されることができる。しかし、この利点は、コスト及び他の考慮事項と釣り合いが取られる。好ましい実施形態において、予混合チャンバ１３２の長さ（すなわち、高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約１．５：１である。
【００４４】
補助燃料入口１３４は、予混合ゾーン１３１に対して、補助燃料入口から予混合ゾーン内への燃料の噴射が、空気を予混合スペース１３１（ａ）内に取り込み、空気入口１４８を通して予混合チャンバ内に導入し、それにより、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が予混合ゾーンにおいて形成され、予混合チャンバの上部１４２の空気／燃料出口１５０から放出されるような位置に配置されている。燃料と空気とは、予混合スペース１３１（ｃ）において混合され続ける。燃料と空気との混合物の燃焼は、典型的には、混合物が空気／燃料出口１５０から離出する（概して、空気／燃料出口から離れた距離）まで生じない。燃焼が生じる、空気／燃料出口１５０からの距離は、混合物中の空気の量、及び、混合物が空気／燃料出口から放出される速度により変化する。幾つかの場合において、短いデステージタイミングシーケンスにより、燃焼が予混合ゾーンにおいて生じることがある（例えば、短時間の、非常に低圧のシナリオで）。図１０及び図１２に示されるように、補助燃料ガス入口１３４は、複数の燃料ポート１６６を内部に有する環状の分配マニホルド１６４を備える。燃料ポート１６６は、実質的に円形の開口である。図１０により示されるように、環状の分配マニホルド１６４は、予混合チャンバ１３２に対して、燃料がマニホルド１６４から環状のコアンダ面１６０上に環状に噴射されることができるような位置に配置されている。
【００４５】
図１０Ａは、環状の分配マニホルド１６４の別の実施形態を示す。この実施形態において、燃料ポート１６６は、細長い穴又はスロットである。燃料ポート１６６のスロット形状は、環状のコアンダ面１６０上に燃料をシート状のパターンで噴射させる。これは、コアンダ面によりもたらされる取り込み及び混合効率を増大させるように機能し、また、燃料がマニホルド１６４から、より高速で噴射されることを可能にする。必要に応じて、スロット１６６は、連続した細長い穴又はスロットを分配マニホルド１６４に形成するように互いに連結されることができる。
【００４６】
環状の燃料膜１７０が、予混合チャンバ１３２の外周の周囲に配置されている。燃料膜１７０は燃料供給導管１３８に接続され、且つ、主燃料出口１３６及び補助燃料入口１３４の両方と流体連通している。燃料膜１７０は、開放上部１７２、底部１７４、並びに、上部を底部に連結している外側の側壁１７６及び内側の側壁１７７を備える。図９〜図１２により示される実施形態において、内側側壁１７７は予混合チャンバの側壁１４６でもある。膜の完全性を保証するために、環状のシール１７８が、燃料膜１７０の底部１７４に取り付けられ、且つ、予混合チャンバ１３２の側壁１４６の周囲に延在している。別の実施形態（図２５〜図２８により例示され、且つ、以下に説明されるような）において、燃料膜１７０は、予混合チャンバ１３２の側壁１４６の外面と主燃料出口１３６との間に環状の空間を設けるために、側壁１４６から外側に間隔を有して配置されることができる。この環状の空間は、空気がバーナの下側から、主燃料出口１３６の内部に配置された燃料ポート１９２付近の地点に取り込まれることを可能にする。この実施形態において、膜１７０の内側側壁１７７は、予混合チャンバ１３２の側壁１４６から分離されている。
【００４７】
補助燃料供給導管１８０（ａ），１８０（ｂ），１８０（ｃ），１８０（ｄ）が、燃料膜１７０から補助燃料入口１３４に（すなわち、環状の分配マニホルド１６４に）延在して、燃料を燃料膜１７０から入口１３４（すなわち、マニホルド１６４）に配送する。補助燃料供給導管１８０（ａ），１８０（ｂ），１８０（ｃ），１８０（ｄ）の各々が、燃料膜１７０に取り付けられた第１の端部１８２、及び、入口１３４（すなわち、マニホルド１６４）に取り付けられた第２の端部１８４を含む。
【００４８】
主燃料出口１３６は、予混合チャンバ１３２の上部１４２に対して、燃料が主燃料出口から、予混合チャンバの空気／燃料出口１５０の外周１８６の周囲に噴射されることができるような位置に配置されている。図１１により最良に示されるように、主燃料出口１３６は、複数の燃料ポート１９２を内部に有する平坦な環状の燃料インジェクタ体１８８を備える。ポート１９２により形成される燃料ジェットは拡散燃料ジェットである。環状の燃料インジェクタ体１８８は、燃料ポート１９２が予混合チャンバ１３２の空気／燃料出口１５０の外周１８６の周囲に配置されるように、環状膜１７０の開放上部１７２に取り付けられている。環状膜１７０の内径及び外径と、燃料インジェクタ体１８８の内径及び外径とはほぼ同一である。燃料は、主燃料出口１３６（すなわち、環状の燃料インジェクタ体１８８）から、空気／燃料出口１５０の外周１８６の周囲に環状に噴射されることができる。ポート１９２は、燃料がポートから噴射される様態（例えば、方向及び速度）を制御するような寸法及び間隔を有して配置されることができる。この特徴は、空気／燃料出口１５０を通る燃料及び空気の流れと関連して、火炎エンベロープ全体の形状及び長さが制御されることを可能にする。
【００４９】
図７に示されるように、必要に応じて、拡散燃料ポート１９２を、燃料インジェクタ体１８８から、対応する複数のショートガスライザー又は先端エクステンション１９６により、間隔を有して配置することができる。ポート１９２を、燃料インジェクタ体１８８から、ライザー１９６を用いて間隔をあけて配置することにより、幾つかの用途において、横方向における空気の取り込みをより多くすることができる。ライザーは、また、ポートの構造、及び、この構造により得られる燃料の流量特性を、必要に応じて機械的に変更することを可能にする。図８により示される燃料インジェクタ体７０の別の実施形態を、環状の燃料インジェクタ体１８８の代わりに用いてもよい。当業者に理解されるように、インジェクタ体１８８は、ポート１９２の様々な繰り返しを含むことができる。用いられる特定のポート構造は、燃焼される燃料のタイプ（燃料流の分子量、発熱量、化学量及び温度を含む）、及び、これらの燃料に関連して用いられ得る圧力を含む様々な因子に応じて変化する。
【００５０】
燃料供給導管１３８は、補助燃料入口１３４及び主燃料出口１３６に、これらの入口１３４及び出口１３６に燃料を導くために流体連通している。燃料供給導管１３８は、第１の端部２００及び第２の端部２０２を有する。第１端部２００は、第１端部を燃料源に連結するためのフランジ２０４を含む（この場合も、これらのタイプの連結部は、より典型的には、溶接によりつくられる）。第２端部２０２は、環状のガス膜１７０の外側側壁１７６における対応する入口２０６に連結されている。或いは、別個の燃料供給導管又はライザー（一体化された単一の導管又はライザー１３８ではない）が、燃料を、補助燃料入口１３４及び主燃料出口１３６に導くことができる。別個の導管又はライザーは、典型的に、共通の燃料ヘッダからびるであろう。
【００５１】
図１０を参照して、フレアバーナ１３０の動作を説明する。燃焼される燃料（黒い矢印により概略的に示す）が、燃料供給導管１３８を通して、環状のガス膜１７０へと導かれる。燃料の一部が、燃料膜１７０により、主燃料出口１３６（すなわち、環状のインジェクタ体１８８）に導かれる。燃料の残りの部分は、燃料膜１７０により、補助燃料供給導管１８０（ａ），１８０（ｂ），１８０（ｃ），１８０（ｄ）を通して補助燃料入口１３４（すなわち、環状の分配マニホルド１６４）に導かれる。燃料は、環状の分配マニホルド１６４の燃料ポート１６６から、予混合スペース１３１（ａ）を通して、予混合チャンバ１３２の内面１５４の環状コアンダ面１６０上に噴射される。燃料をガスポート１６６から予混合ゾーン１３１及び予混合チャンバ１３２内に噴射することにより、空気が予混合スペース１３１（ａ）内に取り込まれ、空気入口１４８を通って予混合チャンバの内部１３１（ｂ）に入り、それにより、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が予混合ゾーンにおいて形成されて、空気／燃料出口１５０から放出される。燃料と空気とは、空気／燃料出口１５０より上の短い距離にわたり混合され続ける。燃料ポート１６６から燃料をコアンダ面１６０上に噴射することにより、燃料がコアンダ面の通路に付着し、且つこの通路に沿って進み、比較的薄い膜を形成し、この膜により、空気が、より効率的に取り込まれ、また、空気と燃料とがより効率的に混合される。燃焼されるべき燃料は、主燃料出口１３６（環状のインジェクタ体１８８）から、予混合チャンバ１３２の空気／燃料出口１５０の外周１８６の周囲に、従って、予混合チャンバの空気／燃料出口１５０から出てくる空気／燃料混合物の周囲に噴射される。フレアバーナ１３０は、好ましくは、予混合チャンバ１３２を含む予混合ゾーン１３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量を超えるように設計及び操作される。この過剰空気は、火炎エンベロープの中心部に、中心部の燃料を燃焼させるために与えられる。しかし、以下にさらに説明するように、幾つかの用途において、バーナは、予混合チャンバ１３２を含む予混合ゾーン１３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量以下であるように設計及び操作される。燃料と空気との燃料リッチ（“ｆｕｅｌ−ｒｉｃｈ”）混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量よりも少ない量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが、幾つかの用途においては望ましい。
【００５２】
フレアバーナ１３０は、フレアバーナ３０によりもたらされる利点と同じ利点をもたらす。図２４により概略的に示される火炎エンベロープ１００は、フレアバーナ１３０によっても形成される。
【００５３】
ここで図１３〜図１８を参照すると、本発明のフレアバーナの第３の実施形態が例示されており、その全体が参照番号２３０で示されている。本発明のフレアバーナの別の実施形態と同様に、フレアバーナ２３０は、予混合チャンバ２３２を含む予混合ゾーン２３１、及び、燃料を予混合ゾーン内に噴射するための補助燃料入口２３４、主燃料出口２３６、並びに、燃料供給導管２３８を備える。パイロット（図４に示されるような）が、バーナにより放出される燃料と空気の混合物に最初に点火するためにバーナ１３０に関連付けられ得る。
【００５４】
図１３〜図１８に示される実施形態において、フレアバーナ２３０の予混合チャンバ２３２は、予混合ゾーン２３１の主要部をもたらす。燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）は、予混合チャンバ２３２を含む予混合ゾーン２３１において形成されることができる。以下に論じるように、予混合ゾーン２３１において形成される混合物は、燃料リッチ又は燃料リーンのいずれであってもよい。予混合チャンバ２３２は、矩形の断面を含み、且つ矩形の形状を有する。予混合チャンバは、上部２４２、底部２４４、及び、上部を底部に連結している側壁２４６、底部２４４に配置された空気入口２４８、並びに、上部に配置された空気／燃料出口２５０を含む。図示されるように、上部２４２及び底部２４４は開放されており、それにより、空気入口２４８及び空気／燃料出口２５０を形成している。従って、空気入口２４８及び空気／燃料出口２５０も、各々、矩形の断面を有する。
【００５５】
図１４に最良に示されるように、予混合ゾーン２３１は、予混合チャンバ２３２より下（補助燃料入口２３４と、予混合チャンバの底部２４４及び空気入口２４８との間）の予混合スペース２３１（ａ）、予混合チャンバの内部２３１（ｂ）、並びに、予混合チャンバの上部２４２及び空気／燃料出口２５０のすぐ上の予混合スペース２３１（ｃ）を含む。図１３〜図１８に示した実施形態において、空気と燃料との主要な混合は、予混合チャンバ２３２の内部３１（ｂ）及び予混合スペース２３１（ｃ）において生じる。
【００５６】
予混合チャンバ２３２の側壁２４６は、４つの側壁２４６（ａ），２４６（ｂ），２４６（ｃ）及び２４６（ｄ）を含む。側壁２４６（ａ），２４６（ｂ），２４６（ｃ）及び２４６（ｄ）の各々が、内面２５４及び外面２５６を含む。側壁２４６（ａ），２４６（ｂ），２４６（ｃ）及び２４６（ｄ）の各々の下部２５８が、側壁の内面２５４に環状のコアンダ面２６０をもたらすように外側に曲線状に広げられている。予混合チャンバ２３２の長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約０．２５：１〜約４：１であり、好ましくは、約１：１〜約３：１である。予混合チャンバ２３２の長さ（高さ）の水力直径（内径）に対する正確な比率は、燃焼される燃料のタイプ、並びに、取り込み及び混合のため用いられ得る圧力に幾分依存するであろう。概して、予混合チャンバがより長いことにより、チャンバ内で燃料と空気とがより良好に混合されることができる。しかし、この利点は、コスト及び他の考慮事項と釣り合いが取られる。好ましい実施形態において、予混合チャンバ２３２の長さ（すなわち、高さ）の水力直径に対する比率は、約１．５：１である。
【００５７】
補助燃料入口２３４は、予混合ゾーン２３１に対して、補助燃料入口から予混合ゾーン内への燃料の噴射が、空気を予混合スペース２３１（ａ）内に取り込み、空気入口２４８を通して予混合チャンバ２３２内に導入し、それにより、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が予混合ゾーンにおいて形成されて、予混合チャンバの上部２４２の空気／燃料出口２５０から放出されるような位置に配置されている。燃料と空気との混合物の燃焼は、典型的には、混合物が空気／燃料出口２５０から離出する（概して、空気／燃料出口から離れた距離）まで生じない。燃焼が生じる、空気／燃料出口２５０からの距離は、混合物中の空気の量、及び、混合物が空気／燃料出口から放出される速度により変化する。幾つかの場合において、短いデステージタイミングシーケンスにより、燃焼が予混合ゾーンにおいて生じることがある（例えば、短時間の、非常に低圧のシナリオで）。
【００５８】
図１８により最良に示されるように、補助燃料入口２３４は、２つの管状の分配マニホルド２６４（ａ）及び２６４（ｂ）を備え、これらのマニホルドの各々が、その内部に複数の燃料ポート２６６を有する。燃料ポート２６６は、実質的に円形の穴である。分配マニホルド２６４（ａ）は、予混合チャンバ２３２に対して、燃料が、マニホルド２６４（ａ）から、側壁２４６（ａ）の内面２５４のコアンダ面２６０上に噴射されることができるような位置に配置されている。同様に、分配マニホルド２６４（ｂ）は、予混合チャンバ２３２に対して、燃料がマニホルド２６４（ｂ）から、側壁２４６（ａ）に対向している側壁２４６（ｃ）の内面２５４のコアンダ面２６０上に噴射されることができるような位置に配置されている。当業者により理解されるように、ポート及びジェットの様々な構造が、燃料をこの実施形態のコアンダ面上に噴射するために用いられることができる。例えば、燃料ポートの個数及び間隔を、コアンダ面上に形成されるべき膜の所望の厚さに応じて変えることができる。
【００５９】
図１７Ａは、管状の分配マニホルド２６４（ａ）及び２６４（ｂ）の別の実施形態を示す。この実施形態において、燃料ポート２６６は、細長い穴又はスロットである。燃料ポート２６６のスロット形状は、環状のコアンダ面２６０上に燃料をシート状のパターンで噴射させ、これは、コアンダ面によりもたらされる取り込み及び混合効率を増大させるように機能し、また、より高容量のガスが燃焼されることを可能にする。必要に応じて、スロット２６６は、連続した細長い穴又はスロットを分配マニホルド２６４（ａ）及び２６４（ｂ）に形成するために連結されることができる。燃料ポート２６６は、円形の穴及びスロットだけでなく、特定の用途に応じて他の形状にも形成されることができる。他の形状の例は、細長い楕円形及び矩形のスロットを含む。
【００６０】
矩形の燃料膜２７０が、予混合チャンバ２３２の外周の周囲に配置されている。燃料膜２７０は、燃料供給導管２３８に接続し、且つ、主燃料出口２３６及び補助燃料入口２３４の両方と流体連通している。燃料膜２７０は、開放上部２７２、底部２７４、並びに、上部を底部に連結している外側の側壁２７６及び内側の側壁２７７を含む。図１３〜図１８により示される実施形態において、内側側壁２７７は、予混合チャンバの側壁２４６でもある。膜の完全性を保証するために、マッチングシール機構２７８が燃料膜２７０の底部２７４に取り付けられて、予混合チャンバ２３２の側壁２４６の周囲に延在している。別の実施形態（図２５〜図２８に例示され、且つ、以下に説明されるような）において、燃料膜２７０は、予混合チャンバ２３２の側壁２４６である側壁２４６（ａ），２４６（ｂ），２４６（ｃ）及び２４６（ｄ）の外面２５６と主燃料出口２３６との間に空間を設けるために、側壁２４６の外面２５６から外側に間隔を有して配置されることができる。この空間は、空気がバーナの下側から、主燃料出口２３６の内部に配置された燃料ポート２９２付近の地点に取り込まれることを可能にする。この実施形態において、膜２７０の内側側壁２７７は、予混合チャンバ２３２の側壁２４６から分離されている。
【００６１】
補助燃料供給導管２８０（ａ），２８０（ｂ），２８０（ｃ），２８０（ｄ）が、燃料膜２７０から補助燃料入口２３４に（すなわち、管状の分配マニホルド２６４（ａ）及び２６４（ｂ）に）延在しており、燃料を燃料膜から補助燃料入口に配送する。補助燃料供給導管２８０（ａ），２８０（ｂ），２８０（ｃ），２８０（ｄ）の各々が、燃料膜２７０に取り付けられた第１の端部２８２、及び、第２の端部２８４を含む。導管２８０（ａ）の第２端部２８４と導管２８０（ｂ）の第２端部２８４は、管状の分配マニホルド２６４（ａ）の反対側の端部に取り付けられている。導管２８０（ｂ）の第２端部２８４と導管２８０（ｃ）の第２端部２８４は、管状の分配マニホルド２６４（ｂ）の反対側の端部に取り付けられている。
【００６２】
主燃料出口２３６は、予混合チャンバ２３２の上部２４２に対して、燃料が主燃料出口から、予混合チャンバの空気／燃料出口２５０の外周２８６の周囲に噴射されることができるような位置に配置されている。図１５により最良に示されるように、主燃料出口２３６は、複数の拡散燃料ポート２９２を内部に有する平坦な矩形の燃料インジェクタ体２８８を含む。ポート２９２により形成される燃料ジェットは拡散燃料ジェットである。燃料インジェクタ体２８８は、拡散燃料ポート２９２が予混合チャンバ２３２の空気／燃料出口２５０の外周２８６の周囲に配置されるように、燃料膜２７０の開放上部２７２に取り付けられている。燃料膜２７０の内径及び外径と、燃料インジェクタ体２８８の外径及び内径とはほぼ同一である。燃料は、主燃料出口２３６（すなわち、燃料インジェクタ体２８８）から、空気／燃料出口２５０の外周２８６の周囲に噴射されることができる。ポート２９２は、燃料がポートから噴射される様態（例えば、方向及び速度）を制御するための寸法及び間隔を有して配置されることができる。この特徴は、空気／燃料出口２５０を通る燃料及び空気の流れと関連して、火炎エンベロープ全体の形状及び長さが制御されることを可能にする。
【００６３】
図１６により示されるように、必要に応じて、拡散燃料ポート２９２を、燃料インジェクタ体２８８から、対応する複数のショートガスライザー又は先端エクステンション２９６により、間隔を有して配置することができる。ポート２９２を燃料インジェクタ体２８８から、ライザー２９６により間隔を有して配置することにより、幾つかの用途において、空気を横方向により多く取り込むことができる。ライザーは、また、ポートの構造、及び、この構造により得られる燃料の流量特性を、必要に応じて機械的に変更することを可能にする。当業者に理解されるように、インジェクタ体２８８は、ポート２９２の様々な繰り返しを含むことができる。用いられる特定のポート構造は、燃焼される燃料のタイプ（燃料流の分子量、発熱量、化学量及び温度を含む）、及び、これらの燃料に関連して用いられ得る圧力を含む様々な因子に応じて変化する。
【００６４】
燃料供給導管２３８は、補助燃料入口２３４及び主燃料出口２３６に、これらの入口２３４及び出口２３６に燃料ガスを導くために流体連通している。燃料供給導管２３８は、第１の端部３００及び第２の端部３０２を有する。図示されるように、第１端部３００は、第１端部を燃料ガス源に連結するためのフランジ３０４を含む（この場合も、これらのタイプの連結部は、より典型的には、溶接によりつくられる）。第２端部３０２は、環状の燃料膜２７０の外側側壁１７６における対応する入口３０６に連結されている。或いは、別個の燃料供給導管又はライザー（一体化された単一の導管又はライザー２３８ではない）が、燃料を、補助燃料入口２３４及び主燃料出口２３６に導くことができる。別個の導管又はライザーは、典型的に、共通の燃料ヘッダから延びるであろう。
【００６５】
図１４を参照すると、バーナ２３０の動作において、燃焼される燃料（黒い矢印により概略的に示す）が、燃料供給導管２３８を通して燃料膜２７０に導かれる。燃料の一部が、燃料膜２７０により、主燃料出口２３６（及びインジェクタ体２８８）へと導かれる。燃料の残りの部分は、膜２７０により、補助燃料供給導管２８０（ａ），２８０（ｂ），２８０（ｃ），２８０（ｄ）を通して、補助燃料入口２３４（及び、補助燃料供給導管の管状の分配マニホルド２６４（ａ）及び２６４（ｂ））に導かれる。燃料は、分配マニホルド２６４（ａ）及び２６４（ｂ）の燃料ポート２６６から、予混合チャンバ２３２の側壁２４６（ａ）及び２４６（ｃ）の内面２５４上のコアンダ面２６０上に噴射される。燃料を燃料ポート２６６から予混合ゾーン２３１及び予混合チャンバ２３２内に噴射することにより、空気が予混合スペース２３１（ａ）内に取り込まれ、空気入口２４８を通って予混合チャンバの内部２３１（ｂ）に入り、それにより、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が予混合ゾーンにおいて形成されて、空気／燃料出口２５０から放出される。燃料と空気とは、空気／燃料出口２５０より上の短い距離にわたり混合され続ける。燃料を燃料ポート２６６から側壁２４６（ａ）及び２４６（ｃ）の内面２５４のコアンダ面２６０上に噴射することにより、燃料がコアンダ面の通路に付着し、且つこの通路に沿って進み、比較的薄い膜をこの通路上に形成し、この膜により、空気が、より効率的に取り込まれ、また、空気と燃料とがより効率的に混合される。燃焼されるべき燃料は、主燃料出口２３６（及び、環状の燃料インジェクタ体２８８）から、予混合チャンバ２３２の空気／燃料出口２５０の外周２８６の周囲に、従って、予混合チャンバの空気／燃料出口から出てくる空気／燃料混合物の周囲に噴射される。フレアバーナ２３０は、好ましくは、予混合チャンバ２３２を含む予混合ゾーン２３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量を超えるように設計及び操作される。この過剰空気は、火炎エンベロープの中心部に、中心部の燃料を燃焼させるために与えられる。しかし、以下にさらに説明するように、幾つかの用途において、バーナ２３０は、予混合チャンバ２３２を含む予混合ゾーン２３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量以下であるように設計及び操作される。燃料と空気との燃料リッチ混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量よりも少ない量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが、幾つかの用途においては望ましい。
【００６６】
フレアバーナ２３０は、フレアバーナ３０及びフレアバーナ１３０によりもたらされる利点と同じ利点をもたらす。図２４により概略的に示される火炎エンベロープ１００はフレアバーナ２３０によっても形成される。
【００６７】
フレアバーナ２３０の多角形（例示される実施形態においては矩形）の形状は、フレアバーナをグラウンドフレアバーナ用に間隔をあけて配置することにおいて、より高い融通性をもたらし得る。また、このような形状は、この幾何学的形状が、相互作用ゾーンを変更するために回転されることができるという事実により、拡散ガスポート２９２から燃料をどのように方向付けるかに関して、より高い融通性をもたらし得る。
【００６８】
ここで図１９〜図２３を参照すると、本発明のフレアバーナの第４の実施形態が例示されており、その全体が参照番号３３０で示されている。本発明のフレアバーナの別の実施形態と同様に、フレアバーナ３３０は、予混合チャンバゾーン３３２を含む予混合ゾーン３３１、及び、燃料を予混合ゾーンに噴射するための補助燃料入口３３４、主燃料出口３３６、並びに、燃料供給導管３３８を含む。パイロット４０（図４に示されるような）が、バーナにより放出される燃料と空気との混合物に最初に点火するためにバーナ３３０に関連付けられ得る。
【００６９】
燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）は、予混合チャンバ３３２を含む予混合ゾーン３３１において形成されることができる。以下に論じるように、予混合ゾーン３３１において形成される混合物は、燃料リッチ又は燃料リーンのいずれであってもよい。予混合チャンバ３３２は円形の断面を含み、且つ円筒形状を有する。予混合チャンバは、上部３４２、底部３４４、及び、上部を底部に連結している側壁３４６、底部３４４に配置された空気入口３４８、並びに、上部３４２に配置された空気／燃料出口３５０を含む。側壁３４６は、内面３４７及び外面３４９を含む。図示されるように、上部３４２及び底部３４４は開放されており、それにより、空気入口３４８及び空気／燃料出口３５０を形成している。従って、空気入口３４８及び空気／燃料出口３５０の各々も、円形の断面を有する。予混合チャンバ３３２の長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約０．２５：１〜約４：１である。
【００７０】
図１９、図２０，図２２及び図２３により示される実施形態（以下に論じる延長シリンダ４００を含まない）において、予混合チャンバ３３２の長さ（すなわち、高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約１：１以下である。好ましくは、図１９、図２０，図２２及び図２３により示される実施形態（以下に論じる延長シリンダ４００を含まない）において、予混合チャンバ３３２の長さ（すなわち、高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約０．２５：１〜約１：１である。先に論じたように、予混合チャンバがより長いことが、概して、予混合チャンバ内において燃料と空気のより良好な混合が生じることを可能にする。しかし、図１９及び図２０により示される実施形態において、予混合チャンバ３３２の長さ（すなわち、高さ）は、火炎伝播速度を調節することにより点火遅れが一定に保たれるならば、良好な混合を生じるためになお十分であることが分かった。図２０により最良に示されるように、この特定の実施形態（以下に論じる延長シリンダ４００を含まない）の予混合ゾーン３３１は、予混合チャンバ３３２より下（補助燃料入口３３４と、予混合チャンバの底部３４４及び空気入口３４８との間）のかなり大きい予混合スペース３３１（ａ）、予混合チャンバの内部３３１（ｂ）、及び、予混合チャンバの上部３４２及び空気／燃料出口３５０のすぐ上の予混合スペース３３１（ｃ）を含む。この実施形態において、空気と燃料との混合は、予混合ゾーン３３１の３つのセクションの全てにおいて生じる。
【００７１】
補助燃料入口３３４は、予混合ゾーン３３１に対して、補助燃料入口から予混合ゾーン内への燃料の噴射が、空気を予混合スペース３３１（ａ）内に取り込み、空気入口３４８を通して予混合チャンバ３３２内に導入し、それにより、燃料ガスと空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が予混合ゾーンにおいて形成され、予混合チャンバの上部３４２の空気／燃料出口３５０から放出されるような位置に配置されている。燃料と空気との混合物の燃焼は、典型的には、混合物が空気／燃料出口３５０から離出する（概して、空気／燃料出口から離れた距離）まで生じない。燃焼が生じる、空気／燃料出口３５０からの距離は、混合物中の空気の量、及び、混合物が空気／燃料出口から放出される速度により変化する。幾つかの場合において、短いデステージタイミングシーケンスにより、燃焼が予混合ゾーンで生じることがある（例えば、短時間の、非常に低圧のシナリオで）。
【００７２】
図１９及び図２２により示されるように、補助燃料入口３３４は、ブルノーズ（球状部）３５３を有するキャスティング３５２と、ブルノーズの周囲に同心状に配置され、且つ、予混合チャンバ３３２の空気入口３４８の下で中央に配置された複数の燃料出口アーム３５４とを含む。補助燃料入口３３４は、空気入口３４８及び予混合チャンバ３３２と同心状である。図１９及び図２０により示される実施形態において、補助燃料入口３３４は、予混合チャンバ３３２の空気入口３４８より下に間隔を有して配置されている。補助燃料入口３３４は、空気入口３４８よりゼロインチ〜２インチ（０ｃｍ〜５．０８ｃｍ）下の範囲に配置されることができ、好ましくは、空気入口より約１インチ（２．５４ｃｍ）下に配置される。正確な距離は、燃焼される燃料のタイプ、特定の用途、火炎エンベロープの許容長さ及び他の因子に従って変化し得る。
【００７３】
各燃料出口アーム３５４及びブルノーズ３５３は、複数の燃料ポート３５６を含む。ポート３５６は、各燃料出口アーム３５４の長手方向軸に沿って線状に配置されている。補助燃料入口３３４の別の実施形態が図２３により示されている。この実施形態において、ガス出口アーム３５４は、各々、２列の拡散燃料ポート３５６を含み、各列の各ポートは、隣りの列のポートと真向かいにならないように位置合わせされている。燃料出口アーム３５４を含む補助燃料入口３３４は、放出される燃料と取り込まれる空気との相互作用を可能な限り大きくさせるように意図的に小さくつくられている。入口３３４の寸法及び形状によりもたらされる「ブラフボディ」の作用は最小限にされて、放出燃料への空気のクリーンなアプローチが維持される。
【００７４】
環状の燃料膜３６０が予混合チャンバ３３２の外周の周囲に配置されている。燃料膜３６０は、燃料供給導管３３８に接続され、且つ、主燃料出口３３６と流体連通している。燃料膜３６０は、開放上部３６２、底部３６４、並びに、上部を底部に連結している外側の側壁３６６及び内側の側壁３６７を備える。好ましい実施形態において、外側側壁３６６は、内側側壁３６７から約３インチ（約７．６２ｃｍ）の間隔を有して配置されている（この距離は、燃料の性質及びバーナの全体の構造に依存する）。図１９，図２０，図２２及び図２３により示される実施形態において、燃料膜３６０の内側側壁３６７は、予混合チャンバ３３２の側壁３４６の外面３４９でもある。別の実施形態（図２５〜図２８に例示され、且つ、以下に説明されるような）において、燃料膜３６０は、予混合チャンバ３３２の側壁３４６の外面３４９と主燃料出口３３６との間に環状の空間を設けるために、側壁３４６の外面３４９から外側に間隔を有して配置されることができる。この空間は、空気がバーナの下側から、主燃料出口３３６の内部に配置された燃料ポート３７４付近の地点に取り込まれることを可能にする。この実施形態において、膜３６０の内側側壁３６７は予混合チャンバ３３２の側壁３４６から分離されている。
【００７５】
主燃料出口３３６は、予混合チャンバの上部３４２に対して、燃料が主燃料出口３３６から、予混合チャンバの空気／燃料出口３５０の外周３６８の周囲に噴射されることができるような位置に配置されている。図２２により最良に示されるように、主燃料出口３３６は、複数の燃料ポート３７４を内部に有する平坦な環状の燃料インジェクタ体３７０を含む。ポート３７４により形成される燃料ジェットは拡散燃料ジェットである。ポート３７４は、好ましくは、６度づつずれるように間隔をあけて配置されるが、この間隔は、特定の用途に応じて変わることがある。環状の燃料インジェクタ体３７０は、燃料ポート３７４が予混合チャンバの空気／燃料出口３５０の外周３６８の周囲に配置されるように、環状膜３６０の開放上部３６２に取り付けられている。環状膜３６０の内径及び外径と、燃料インジェクタ体３７０の内径及び外径とはほぼ同一である。燃料は、主燃料出口３３６（すなわち、燃料インジェクタ体３７０）から、空気／燃料出口３５０の外周３８６の周囲に環状に噴射されることができる。ポート３７４は、燃料がポートから噴射される様態（例えば、方向及び速度）を制御するような寸法及び間隔を有して配置されることができる。この特徴は、空気／燃料出口３５０を通る燃料及び空気の流れと関連して、火炎エンベロープ全体の形状及び長さが制御されることを可能にする。
【００７６】
図７に示されるように、必要に応じて、拡散燃料ポート３７４を、燃料インジェクタ体３７０から、対応する複数のショートガスライザー又は先端エクステンション３７６により、間隔を有して配置することができる。ポート３７４を燃料インジェクタ体３７０から、ライザー３７６を用いて間隔をあけて配置することにより、幾つかの用途において、横方向における空気の取り込みをより多くすることができる。ライザーは、また、ポートの構造、及び、この構造により得られる燃料の流量特性を、必要に応じて機械的に変更することを可能にする。当業者に理解されるように、インジェクタ体３７０は、ポート３７４の様々な繰り返しを含むことができる。用いられる特定のポート構造は、燃焼される燃料のタイプ（燃料流の分子量、発熱量、化学量及び温度を含む）、及び、これらの燃料に関連して用いられ得る圧力を含む様々な因子に応じて変化する。
【００７７】
燃料供給導管３３８は、補助燃料入口３３４及び主燃料出口３３６に、これらの入口３３４及び出口３３６に燃料を導くために流体連通している。燃料供給導管３３８は、第１の端部３８２及び第２の端部３８４を有する主要ブランチ３８０を含む。第１端部３８２は、第１端部を燃料ガス源に連結するためのフランジ３８６を含む（この場合も、これらのタイプの連結部は、より典型的には、溶接によりつくられる）。第２端部３８４は、燃料膜３６０の外側側壁３６６における対応する入口３８８に連結されている。燃料供給導管３３８は、燃料供給導管を補助燃料入口３３４に連結する補助ブランチ３９０も含む。補助ブランチ９０は、第１の端部３９２及び第２の端部３９４を含む。第１端部３９２は、燃料供給導管３３８の主要ブランチ３９０に連結されている。第２端部３９４は、補助燃料入口３３４（詳細には、キャスティング３５２）に連結されている。或いは、別個の燃料供給導管又はライザー（一体化された単一の導管又はライザー３３８ではない）が、燃料を、補助燃料入口３３４及び主燃料出口３３６に導くことができる。別個の導管又はライザーは、典型的に、共通の燃料ヘッダから延びるであろう。
【００７８】
ここで、特に図２１を参照すると、フレアバーナ３３０の別の実施形態が示されている。この実施形態は、予混合チャンバ延長シリンダ４００も含むことを除いては、先に記載したバーナ３３０の実施形態と同一である。予混合チャンバ延長シリンダ４００は、予混合チャンバ３３２の長さだけ延在する。この実施形態において、予混合チャンバの長さ（すなわち高さ）の、水力直径（内径）に対する比率は、約１：１〜約４：１であり、より好ましくは、約１：１〜約３：１である。最も好ましくは、この実施形態において、予混合チャンバの長さ（すなわち高さ）の、水力直径（内径）に対する比率は、約１．５：１である。シリンダ４００は、上方セクション４０２、下方セクション４０４、及び、上方セクションと下方セクションとを連結している中間セクション４０６を備える。中間セクション４０６は、環状の燃料膜３６０の内側側壁３６７に取り付けられている。
【００７９】
予混合チャンバの延長シリンダ４００により、予混合チャンバ３３２の上部３４２及び空気／燃料出口３５０は、主燃料出口３３６より上に間隔を有して配置されている。予混合チャンバ３３２の上部３４２及び空気／燃料出口３５０は、主燃料出口３３６より約０．５インチ〜約１０インチ（約１．２７ｃｍ〜２５．４ｃｍ）上の範囲にあり、好ましくは、約６インチ〜約８インチ（約１５．２４ｃｍ〜２０．３２ｃｍ）上の範囲にある。正確な距離は、燃焼される燃料のタイプ、特定の用途、火炎エンベロープの許容高さ、及び他の因子に従って変化し得る。予混合チャンバ３３２の底部３４４は、補助燃料入口３３４とほぼ同一平面か、又は、補助燃料入口３３４よりも約１インチ（２．５４ｃｍ）上にある。図２１に示されるように、この特定の実施形態（延長シリンダ４００を含む）における予混合ゾーン３３１は、予混合チャンバ３３２より下（補助燃料入口３３４と、予混合チャンバの底部３４４及び空気入口３４８との間）の予混合スペース３３１（ａ）、予混合チャンバの内部３３１（ｂ）、並びに、予混合チャンバの上部３４２及び空気／燃料出口３５０のすぐ上の予混合スペース３３１（ｃ）を含む。この実施形態において、空気と燃料との主要な混合は、予混合チャンバ３３２（予混合スペース３３１（ｂ））において生じる。
【００８０】
予混合チャンバ延長シリンダ４００の上方セクション４０２は、ウィンドシールドとしても、また、点火を遅延させるための物理的なバリアとしても機能する。詳細には、上方セクション４０２は、火炎を予混合チャンバの直径の内側に向けさせ、且つフレアバーナの無煙性能を妨げることのある、不都合なクロスフローエア作用を相殺する。上方セクション４０２は、また、予混合燃料流を拡散火炎点火から分離させるように機能する。同様に、シリンダ４００の下方セクション４０４は、底部のウィンドシールドとして機能し、火炎が引き戻されて早期点火が生じることを防止するように働く。この実施形態においても、予混合チャンバ３３２の長さが、延長シリンダ４００により長くされることにより、予混合チャンバ内での燃料と空気との混合が増大される。延長シリンダは全ての用途に必要ではなく、例えば、延長シリンダは、クロスフロー作用が問題とならない場合、又は、低分子量の燃料を燃焼する場合には必要ないであろう。シールドを含むか含まないかは、燃焼される燃料の分子量及び発熱量、燃料が飽和炭化水素又は不飽和炭化水素を含むかどうか、関連する温度及び圧力、並びに他の因子に依存する。
【００８１】
図２１に示される実施形態において、膜３６０の内側側壁３６７は、延長シリンダ４００の中間セクション４０６に取り付けられている。別の実施形態（図２５〜図２８に例示され、且つ、以下に説明されるような）において、燃料膜３６０は、延長シリンダ４００の外面と主燃料出口３３６との間に空間を設けるために、延長シリンダ４００から外側に間隔を有して配置されることができる。この空間は、空気がバーナの下側から、主燃料出口３３６の内部に配置された燃料ポート３７４付近の地点に取り込まれることを可能にする。
【００８２】
図２０及び２１を参照して、フレアバーナ３３０の動作を説明する。燃焼される燃料の一部（黒い矢印により概略的に示す）が、燃料供給導管３３８の主要ブランチ３８０を通して、燃料膜３６０及び主燃料出口３３６に導かれる。燃焼される燃料の一部は、また、燃料供給導管３３８の補助ブランチ３９０を通して補助燃料入口３３４に導かれる。補助燃料入口３３４から予混合ゾーン３３１及び予混合チャンバ３３２内への燃料の噴射が、空気を予混合スペース３３１（ａ）内に取り込み、空気入口３４８を通して予混合チャンバ内に導入し、それにより、予混合ゾーン内で、燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）が形成されて、空気／燃料出口３５０から放出される。燃料と空気とは、空気／燃料出口３５０より上の短い距離にわたり混合され続ける。燃焼されるべき残りの燃料は、主燃料出口３３６から、予混合チャンバの空気／燃料出口３５０の外周３６８の周囲に、従って、予混合チャンバの空気／燃料出口から出てくる空気／燃料混合物の周囲に噴射される。この実施形態においても、延長シリンダ４００が設置されると、さらなる混合が行われ、空気／燃料出口３５０から出る予混合流は、主燃料出口３３６からの燃料の放出時に形成される拡散火炎との相互作用により、早期点火から隔離される。延長シリンダ４００の使用が、予混合流の利用によりもたらされる作用全体を増大するように働く。フレアバーナ３３０は、好ましくは、予混合チャンバ３３２を含む予混合ゾーン３３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量を超えるように設計及び操作される。この過剰空気は、火炎エンベロープの中心部に、中心部の燃料を燃焼させるために与えられる。しかし、以下にさらに説明するように、幾つかの用途において、バーナ３３０は、予混合チャンバ３３２を含む予混合ゾーン３３１内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料を燃焼するのに必要な空気の化学量論的量以下であるように設計及び操作される。燃料と空気との「燃料リッチ」混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量よりも少ない量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが、幾つかの用途においては望ましい。
【００８３】
フレアバーナ３３０は、フレアバーナ３０，１３０及び２３０によりもたらされる利点と同じ利点をもたらす。図２４により概略的に示される火炎エンベロープ１００はフレアバーナ３３０によっても形成される。
【００８４】
ここで図２５〜図２８を参照すると、先に記載した本発明のフレアバーナの第４実施形態（図１９〜図２３により示される実施形態）に対して行うことができる変更が例示されている。同じ変更を、先に記載した本発明のフレアバーナの第１、第２及び第３実施形態にも同様に行うことができる。
【００８５】
この実施形態において、フレアバーナ３３０は、予混合チャンバ延長シリンダ４００を含む。しかし、延長シリンダ４００（従って、予混合チャンバ３３２）は、燃料膜３６０に直接取り付けられるのではなく、燃料膜から内側に間隔を有して配置されて、延長シリンダと燃料膜との間に空気流路をもたらし、これにより、主燃料出口３３６の内部に配置された燃料ポート３７４に空気が効率的に到達することを可能にする。延長シリンダ４００（従って、予混合チャンバ３３２）の直径は、燃料膜３６０の内径よりもかなり小さい。この実施形態において、予混合チャンバの長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約０．５：１〜約４：１の範囲であり、より好ましくは、約１：１〜約３：１の範囲である。最も好ましくは、予混合チャンバの長さ（すなわち高さ）の水力直径（内径）に対する比率は、約１．５：１である。
【００８６】
延長シールド４００の直径がより小さいことにより、燃料膜３６０の内側側壁３６７と延長シリンダ４００の外面（予混合チャンバ３３２の側壁３４６の外面３４９でもある）との間に環状の空間４３０が存在する。複数の薄い矩形のガセットプレート４３２が、延長シリンダ４００（従って、予混合チャンバ３３２）を燃料膜３６０内の中央に配置して保持するために用いられる。例示されているように、４つのプレート４３２が環状スペース４３０内に互いに９０度離して配置されている。各プレート４３２の一端が、燃料膜３６０の内側側壁３６７に取り付けられている。プレート４３２の各々の他端が、延長シリンダ４００の外面（予混合チャンバ３３２の側壁３４６の外面３４９でもある）に取り付けられている。上記のこの変更以外は、図２５〜図２８により示されるバーナ３３０は、図１９〜図２３により示され、且つ先に記載した実施形態と、全ての点において同一である。
【００８７】
主燃料出口３３６は、なお、予混合チャンバ１３２の上部３４２に対して、燃料が主燃料出口３３６から、予混合チャンバの空気／燃料出口３５０の外周３６８の周囲に噴射されることができるような位置に配置されている。環状スペース４３０は、新鮮な酸化性物質（酸化剤）が、主燃料出口３３６の内部に配置された燃料ポート３７４に効率的に到達することを可能にするための空気路を延長シリンダと燃料膜との間にもたらすだけである。バーナ３３０の動作は、新鮮な空気が、バーナより下から、燃料ポート３７４の内側の列の推進力により、環状スペース４３０を通して取り込まれること以外は、先に示した実施形態と同一である。取り込まれた空気は、主燃料出口３３６の燃料ポート３７４の内側の列により放出されている燃料と接近し、この燃料と混合される。例えば、環状スペース４３０によりもたらされる、この増強された混合制御は、煙を排出する傾向が大きい比較的重質の不飽和燃料ストックを燃焼させるときに有用である。この方法は、バーナを、煤を排出しない燃焼のために最適化する。
【００８８】
当業者に理解されるように、先に記載した本発明のフレアバーナの他の３つの実施形態にも同じ変更を行うことができる。例えば、図４〜図８により示される実施形態の変更において、予混合チャンバ３２の断面の直径を低減し、予混合チャンバ３２を燃料膜６０から内側に間隔を有して配置する。環状の燃料膜６０の内側側壁６７又は予混合チャンバ３２の側壁４６を付加する（図示されるように、膜の内側側壁と、予混合チャンバの側壁とは同一である）。環状のシール６８を排除する。予混合チャンバ３２を燃料膜６０から内側に間隔を有して配置することにより、予混合チャンバと燃料膜との間にエアスペースが設けられる。こうして、バーナの下から、主燃料出口３６の内部の燃料ポート７４から放出される燃料付近の地点に、新鮮な空気を取り込むことができる。図２５〜図２８により示されるように、予混合チャンバ３２を燃料膜６０の中央に配置し、複数のガセットを用いて燃料膜６０に取り付けることができる。
【００８９】
図２８は、図２５〜図２７により示された、変更されたフレアバーナ３３０（同じ方法で変更されるならば、バーナ１３０，２３０，３３０も）により形成される火炎エンベロープ１００を概略的に示す。図示されるように、過剰空気が、予混合チャンバ３３２から火炎エンベロープ１００の中心部１０２に噴射される。図２８においてエアポケット１０３により示される過剰空気は、火炎エンベロープ１００の中心部における燃料と混合して、実際に、２つの初期ゾーンであるゾーン１０４（ａ）及び１０４（ｂ）を形成する。また、空気は、バーナ３３０の下から、主燃料出口３３６の内側列の燃料ポート３７４により放出されている燃料付近の地点に取り込まれる。環状のスペース４３０を通して取り込まれた空気は、混合制御を向上させ、火炎エンベロープ１００全体内でのより迅速で均一な燃焼をもたらす。図２８により示されるように、火炎エンベロープ１００の長さ１０６は、図３により示される先行技術の火炎エンベロープ２０の長さ２３よりも、同量の燃料に関して実質的に短い。
【００９０】
概説
本発明の部分的予混合法は、燃料が燃焼されるときに同一火炎エンベロープ内で２つの火炎ゾーンが開始されることを可能にする。外側の火炎ゾーンは、典型的に、これまでに用いられていたタイプ（すなわち、拡散混合のみを用いるタイプ）のバーナにおいて通常観察される火炎ゾーンである。ガスの外側層が破断されてガスの連続層を露出させ、ガスの拡散、及びその後の燃焼を繰り返させる。第２の火炎ゾーンはバーナの予混合ゾーンにより形成され、予混合ゾーンは、燃焼可能な混合物を主要火炎エンベロープの内側に配送する。この燃焼流動場は、通常の拡散火炎においては一般的でない顕著な乱流状態を火炎の中核に形成するように働く。予混合ゾーンは、より燃料リーンになるため、火炎は、火炎の中核に配送される追加の酸化物質により、より短くなる。過剰空気は、残りのフレームクラウド（火炎雲状物）により用いられて、火炎の長さを短くするように機能し（又は、質量流が増大されることを可能にし）、尚且つ、排出物（窒素酸化物及び一酸化炭素など）を低減するためのクエンチ（消炎）機構としても働く。また、過剰空気は、煤の形成を低減して、未燃の炭化水素を全て燃焼させる。
【００９１】
フレアバーナ３０，１３０，２３０、及び３３０の各々は、好ましくは、予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量が、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１５％〜約３００％の範囲であるように設計及び操作される。従って、燃料リッチ法（予混合ゾーン内に導入される燃料と、この燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％より少ない量の空気との混合物が火炎エンベロープの中心部に噴射される）と、燃料リーン法（予混合ゾーン内に導入される燃料と、この燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％より多い量の空気との混合物が火炎エンベロープの中心部に噴射される）との両方を用いることができる。各方法が、これまでに用いられてきた典型的な拡散／自由ジェット駆動式の燃焼方法に比べてそれぞれの利点を有する。用いられる特定の方法は、燃焼される燃料のタイプ及び利用可能な圧力を含む特定の用途に応じて変わるであろう。この方法は、典型的なポート配置及び燃料配送機構により変更されることができる。
【００９２】
燃料リッチ法を用いる場合、火炎の中心に噴射される燃料の一部が、火炎の中核において、より小さい燃焼エンベロープを開始させ、この燃焼エンベロープは火炎の長さを短くし、また同時に、火炎エンベロープの中心に、追加の乱流燃焼ゾーンを形成するように作用する。燃料リーン法を用いる場合、より大きい予混合燃料部分が火炎の中核において燃焼することにより、火炎エンベロープの長さがかなり短くされる。そして、予混合流法により運ばれる過剰空気が、残りの火炎エンベロープの中心に対して、さらに燃焼を開始させるように働く。燃料により形成される追加の乱流が、燃焼中に火炎の中心において膨張し、次いで、残りの燃料のための混合状態を、高濃度の燃料中核を破砕し、破砕された燃料を外側の火炎境界に押し出すことにより促進するように働く。
【００９３】
燃料リッチ法を用いる場合、火炎エンベロープの中心に配送される予混合流が燃焼可能な範囲内に維持されることが重要である。そうでなければ、火炎エンベロープの中心において混合及び燃焼を増大することができない。混合の促進は、火炎の中核で開始して高速で膨張し、非常に大きい乱流を火炎の中核で形成する予混合火炎によりもたらされる。
【００９４】
しかし、多くの用途において、燃料と空気との「リーン」な混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％より多い量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが望ましい。多くの用途において、予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量は、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１２５％〜約３００％の範囲である。好ましくは、予混合ゾーン内に取り込まれる空気の量は、予混合ゾーン内に噴射される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１５０％〜約３００％であり、より好ましくは、約１７５％〜約３００％である。予混合ゾーン内に取り込まれる過剰空気の量が増大すると（すなわち、予混合ゾーン内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量を超えて増大すると）、火炎の長さ及び排出物に関する利点も増大する。予混合ゾーン内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約３００％より多いことが有利であろうが、これは、外部の空気取り込み源（例えば蒸気噴射）を必要とするであろうし、また、他の変更も必要なことがあり、従って、非常にコスト高になるであろう。
【００９５】
バーナ３０，１３０，２３０及び３３０の各々の予混合ゾーンに取り込まれる空気の量は、補助燃料入口から噴射される燃料の圧力及び質量流、燃焼される燃料のタイプ、補助燃料入口の構造（入口におけるポートの個数及び寸法を含む）、予混合チャンバに通じる空気の入口に対する補助燃料入口の配置、及び、空気入口の寸法に大きく依存する。多くの用途において、最終的な目的は、非常に希薄な、好ましくは可燃性の、燃料と空気との混合物を得ることである。可燃性のリーンな混合物は、火炎エンベロープの中核の内側に入ったならば、再び燃焼可能になることが必要とされる燃料を迅速に吸収するであろう。可燃性混合物が得られたならば、空気及びガスは、火炎エンベロープの内側に大きい火炎ゾーンを形成し、この火炎ゾーンは、燃料が酸化される比率をかなり増大させ、また同時に、大きい乱流を形成して、火炎ゾーンの外面における拡散混合も増大させるであろう。火炎エンベロープの中心に運ばれる追加の可燃性物質は、窒素酸化物及び一酸化炭素などの排出物の生成を低減するためのクエンチ機構としても働く。２つの火炎前面を維持しながら燃焼を生じさせる付加速度は、一酸化炭素及び煤の生成を低減するようにも作用し、また、未燃の炭化水素の放出も低減させる。
【００９６】
燃料は、空気を容易に取り込むための十分な運動量を有して、バーナの下から、燃料ジェット及び予混合ゾーン内に噴射される。燃料の分子量、及び、取り込みに用いられ得る配送圧力に応じて、バーナは、空気を、補助燃料入口より２フィート（約６１ｃｍ）下から取り込むことができる。
【００９７】
好ましくは、バーナ３０，１３０，２３０及び３３０の各々の予混合ゾーン内に導入される燃料の量は、フレアバーナにより燃焼されるべき燃料の全量の約５％〜約５０％の範囲、より好ましくは、約１０％〜約３０％の範囲である。最も好ましくは、予混合チャンバ内に導入される燃料の量は、フレアバーナにより燃焼されるべき燃料の全量の約１０％〜約２５％の範囲である。予混合ゾーン内に導入される燃料の量は、燃料ポートの直径及び燃料の圧力を操作することにより制御されることができる。
【００９８】
予混合ゾーン内に導入される燃料の比率が増大すると、火炎の長さがより短くなり、バーナの無煙性能が増大する。しかし、予混合ゾーン内に噴射される燃料の比率と、予混合ゾーン内に取り込まれることができる空気の量との適切なバランスが達成されなければならない。燃料リーン法を用いる場合、予混合ゾーン内に取り込まれる空気の量が、予混合ゾーン内に噴射される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の少なくとも約１２５％であることが通常重要である。空気の量がこの比率よりも小さいと、非常に高反応性（可燃性）の、最大比率でバーナにバーンバック又は逆火を生じさせ易くする混合物が形成され、最終的にバーナを損傷する可能性がある。取り込まれる空気の量が増大すると、クエンチ効果が増大し、燃料の火炎速度が低下する。この状態が、予混合流の点火遅延を増大するために理想的であり、こうして、予混合流の点火地点が、最大利益のための燃焼の前に火炎の中核に対して局所的であることが保証される。
【００９９】
空気及び燃料から成る十分に希薄な流れは、空気と燃料との混合物が空気／燃料出口から出て火炎エンベロープの中心に到達するまで、この混合物が点火されないことを保証するであろう。燃料と空気との混合物が空気／燃料出口から出て火炎エンベロープに入ったならば、混合物は、燃焼可能な混合物となるように十分な追加燃料を取り込み、その時点で、燃料が主要火炎エンベロープの内側で発火する。このような流れの制御が、２つの別々の火炎前面を有して燃焼する火炎内火炎、すなわちトロイダル火炎構造を形成する。燃焼中に火炎の中心で膨張するガスにより形成される追加の乱流は、高濃度の燃料中核を破砕し、破砕されたこの燃料片を外側の火炎境界に押し出すことにより、残りの燃料のための混合状況を促進するように働く。この方法は、火炎の高さ、及び、煙を排出する可能性を低減し、且つ、混合を促進することにより全体の燃焼効率を増大させる。
【０１００】
バーナ３０，１３０，２３０及び３３０の各々の予混合ゾーンにおける空気／燃料混合物が、予混合ゾーンの空気／燃料出口を出るまで燃焼しないことが重要である。予混合チャンバ内で燃焼が生じれば、例えば、予混合チャンバに背圧をかけることになり、予混合チャンバ内に取り込まれる空気の量を大幅に低減させるであろう。
【０１０１】
燃焼されるべき燃料の一部のみを、バーナ３０，１３０，２３０及び３３０の各々の予混合ゾーンに配送することにより、バーナの断面全体の寸法は比較的小さい。予混合法の全体における燃焼に必要な空気の１００％を供給できるバーナを設計及び建設したならば、バーナの寸法は非常に大きくなるであろう。このようなバーナのベンチュリ又はミキサー部は、必然的にかなり大きくなり、また、低い燃料圧力に適応する能力に欠けるであろう。
【０１０２】
本発明のバーナ３０，１３０，２３０及び３３０の各々の予混合チャンバは比較的小さいが、組み立てられた設備は、大量の過剰空気が取り込まれた空気と燃料との予混合流を形成するのに十分な空気及び燃料を供給することができる。その結果、火炎の高さ及び直径は同等のままで、燃料流全体の大幅な増大が実現され得る。本発明のバーナは、燃焼される燃料のタイプに応じて、これまでに用いられてきた拡散ジェットタイプのバーナにより典型的に配送可能な燃料量よりも１．４倍多い燃料量を配送するように設計されることができる燃料流量に容易に適応できる。これは、多くの場合、同じ火炎長さ及び直径をほぼ維持した状態でも達成されることができる。火炎高さをより高くすることが許容されるならば、これまでに用いられてきた拡散ジェットタイプのバーナよりも流量がかなり大きい燃料流量を得ることができる。さらに、本発明のバーナの各実施形態と組み合わせれば、燃料流量を増大しつつ、点火間隔及び火炎ターンダウン能力を維持することができる。低分子量燃料に関して、火炎の輻射率も火炎の調節により幾分減少されることができ、火炎全体の温度が下げられる。幾つかの場合において、これは、燃料の流量が増大しても、バーナが、バーナとフェンスとの間の距離を維持し、又は、この距離の増大を最小限にとどめることを可能にする。火炎の中心に配送される過剰空気は、空気を火炎の中心に供給するだけでなく、得られる燃料クラウドがバーナの先端から出るときに酸化される時限的比率を低減するようにも働く。これは、所与の熱放出に比例してより短くされた、よりクリーンな、無煙の火炎をもたらす。燃料の希釈、及び、その後の火炎に対するクエンチ作用は、窒素酸化物及び一酸化炭素の排出を減少するようにも働く。予混合チャンバを通る燃料及び空気の流れは、バーナ組立体を冷却することも補助する。
【０１０３】
補助燃料入口の様々な構造を記載してきた。さらに別の構造も可能であり、これらの構造は、利用可能な燃料圧力を考慮して、空気の取り込み及び混合を最大化するようにドリルで穴を開けたマルチポイントインジェクタ体又はヘッダを含む。先に記載した実施形態の各々の下方セクションは、コアンダ面を含むことができ、又は、真直なセクションであってもよい。コアンダ面を用いるならば、補助燃料入口のポートは、円形のオリフィス（ジェット）又はスロットであってよい。コアンダ技術に加え、燃料は、補助燃料入口から、火炎エンベロープの中心に噴射されることができる燃料と空気との混合物を迅速に得るために比較的高速で噴射されることができる。本発明のフレアバーナの様々な部品の寸法（予混合チャンバ及び燃料膜の寸法を含む）を変更することができる。さらに、多種多様なポート構成（例えば、ポートの寸法、ポート間の間隔）を、主燃料出口及び補助燃料入口と組み合わせて用いることができる。用いられる特定の寸法及び構造は、燃料のタイプ、及び、燃料の分子量、温度、発熱量、及び反応性、動作パラメータ（例えば、利用可能な圧力）並びに他の因子に依存するであろう。
【０１０４】
一般的に必要ではないが、予混合ゾーン内への空気の取り込みを増大するために、第３の不活性流体を、本発明のフレアバーナ（フレアバーナの実施形態のいずれか）の予混合ゾーン内に噴射することができる。用いられることができる第３の不活性流体の例は、蒸気、空気及び窒素を含む。蒸気が好ましい。
【０１０５】
図面は、本発明のフレアバーナの円形及び矩形（多角形）の実施形態を例示している。本発明のフレアバーナの実施形態の各々を、他の幾何学的形状でも形成することができる。例えば、円形及び矩形の形状に加えて、楕円形、三角形、正方形、五角形、八角形及び他の多角形の形状を用いることができる。これらの他の幾何学的形状は、コスト又は製造の点で有利であることが証明されるかもしれない。最適な方法は、希薄な過剰空気流を形成して、この空気流を、予混合チャンバから火炎の本体の中心に配送できることである。しかし、燃料リッチ流でも、本発明のバーナによりもたらされる促進された混合により、これまでに用いられてきた拡散のみのタイプのバーナを超える利益をもたらす。
【０１０６】
本発明のグラウンドフレア
図２９を参照すると、本発明のグラウンドフレアが概略的に例示されており、その全体が参照番号４２０により示されている。グラウンドフレア４２０は、複数のフレアバーナ４２２、フレアバーナの周囲に延在するエンクロージャ４２４、及び、燃料をフレアバーナに供給するための燃料供給ライン４２６を備える。
【０１０７】
フレアバーナは、列４３０（ａ）〜（ｆ）及び列４３２（ａ）〜（ｅ）に配置されている。列４３０（ａ）〜（ｆ）は、フレアバーナ４２２の第１のステージ４３４を形成し、列４３２（ａ）〜（ｅ）は、フレアバーナ４２２の第２のステージ４３６を形成している。フレアバーナ４２２の少なくとも１つが、先に記載した本発明のフレアバーナの実施形態の１つである。好ましくは、第２ステージ４３６におけるフレアバーナ４２２（比較的高容量の燃料を燃焼する必要があるときに用いられるバーナ）の各々が、先に記載した本発明のフレアバーナの実施形態の１つである。必要であれば、第１ステージ４３４のバーナ及び第２ステージ４３６のバーナの両方におけるフレアバーナ４２２の各々が、先に記載した本発明のフレアバーナの実施形態の１つである。
【０１０８】
燃料供給ライン４２６は、分配マニホルド４４２において終端となる主要ライン４４０を備える。第１ステージの供給ライン４４４及び第２ステージの供給ライン４４６が、分配マニホルド４４２に取り付けられ、且つ分配マニホルド４４２と流体連通している。個々の第１ステージ供給ライン４５０（ａ）〜（ｆ）が、第１ステージ燃料供給ライン４４４から、対応するバーナ列４３０（ａ）〜（ｆ）まで延在している。同様に、個々の第２ステージ供給ライン４５２（ａ）〜（ｅ）は、第２ステージ燃料供給ライン４４６から、対応するバーナ列４３２（ａ）〜（ｅ）まで延在している。例えば、本発明のフレアバーナ３３０の燃料供給導管３３８の主要ブランチ３８０の第１端部３８２が、個々の供給ライン４５０（ａ）〜（ｆ）又は４５２（ａ）〜（ｅ）の１つに取り付けられている。別のタイプのフレアバーナも、グラウンドフレア４２０に用いられるならば、これらのバーナの燃料供給導管は、個々の供給ライン４５０（ａ）〜（ｆ）又は４５２（ａ）〜（ｅ）の１つに適切に取り付けられる。
【０１０９】
一連のパイロット４６０（ａ）〜（ｆ）が第１ステージ供給ライン４４４と流体連通しており、且つ、点火前のバーナ及び燃料と適切に離隔して配置されている。パイロットは、典型的に、対応する列４３０（ａ）〜（ｆ）における第１フレアバーナ４２２の付近に配置される。同様に、一連のパイロット４６２（ａ）〜（ｅ）が第２ステージ供給ライン４４６と流体連通しており、且つ、対応する列４３２（ａ）〜（ｅ）における第１フレアバーナ４２２の付近に配置されている。
【０１１０】
エンクロージャ４２４は、フレアバーナ４２２を取り囲み、且つ、複数のポスト４７０、及び、ポスト間に連結されたフェンスセクション４７２を含む。エンクロージャ又はフェンスの高さは、約３０フィート〜約６０フィート（約９．１４ｍ〜１８．３ｍ）の範囲である。エンクロージャ４２４は、空気がエンクロージャを通って及びエンクロージャの下からグラウンドフレア内に引き込まれることができるように設計されている。
【０１１１】
本発明のグラウンドフレア４２０の動作において、燃焼されるべき燃料は、主要ライン４４０を通って分配マニホルド４４２に導入される。弁制御システム（図示せず）が、燃料を、第１ステージ燃料供給ライン４４４、又は、第１ステージ燃料供給ライン４４４及び第２ステージ燃料供給ライン４４６の両方に分配するように機能する。比較的低容量の燃料が分配マニホルド４４２に導入される場合には、弁システムは、燃料を第１ステージ燃料供給ライン４４４のみに方向付ける。分配マニホルド４４２に導入される燃料ガスの容量が比較的大きい場合には、燃料は、第１ステージ燃料供給ライン４４４及び第２ステージ燃料供給ライン４４６の両方に導入される。燃料の出入りを循環させるために、追加のステージを組み込むこともできる。燃料は、燃料の容量に応じて、燃料供給ライン４４４及び４４６の一方又は両方から、対応する個々の供給ライン４５０（ａ）〜（ｆ）及び／又は４５２（ａ）〜（ｅ）に導かれる。燃料は、個々の供給ライン４５０（ａ）〜（ｆ）及び／又は４５２（ａ）〜（ｅ）から、対応する列４３０（ａ）〜（ｆ）及び４３２（ａ）〜（ｅ）におけるフレアバーナ４２２に導かれる。
【０１１２】
必要に応じて、パイロット４６０（ａ）〜（ｆ）及びパイロット４６２（ａ）〜（ｅ）が、列の各々における対応する第１バーナ４２２から放出される燃料に点火する。各列の第１バーナ４２２からの点火された燃料は、次に、隣りのバーナから放出される燃料に点火し、そしてこの燃料は、この列における次のバーナから放出されている燃料に点火し、このようにして、この列のバーナの各々から放出されている燃料が点火されるまで、点火が続けられる。燃焼に必要な空気は、エンクロージャ４２４の壁を通って、且つ／又は壁の下から引き込まれる。空気をバーナ４２２又はグラウンドフレアに別個に供給する必要はない。
【０１１３】
本発明のグラウンドフレアは、比較的少容量の燃料（例えば、１時間当たり３，０００ポンド（１３６１ｋｇ）以下）から、非常に大容量の燃料ガス（例えば、燃焼される燃料の分子量、圧力の利用可能性、温度及び他の因子に応じて、１時間当たり１０，０００ポンド〜１５，０００ポンド（４，５３６ｋｇ〜６，８０４ｋｇ）以上）を燃焼するために用いられることができる。非常に高い流量（例えば、１時間当たり１０，０００ポンド（４，５３６ｋｇ））においても、本発明のグラウンドフレアバーナにより形成される火炎エンベロープは、一般的なグラウンドフレアエンクロージャ内に収容されることができる。本発明のフレアバーナの構造により、より高容量の燃料を、より小さいポート及びより高い圧力を用いて、グラウンドフレアにより形成される火炎エンベロープの高さを著しく増大せずに燃焼させることができる。或いは、火炎の高さを低減させ、それによりエンクロージャ４２４の高さを低くすることができる。本発明のバーナは、空気を、バーナの下から吸い上げ、これは、バーナが地面により近接して配置されることを可能にし、これもまた、エンクロージャ４２４の必要な高さを低減することになる。バーナ及び関連する部品の数がより少ないことにより、必要な設置面積は、より小さくなるであろう。
【０１１４】
多くの場合、既存のグラウンドフレアに本発明のグラウンドフレアバーナ４２２を改良部品として組み込んで、火炎エンベロープの高さを、グラウンドフレア周囲のエンクロージャの高さを著しく超える高さにせずに、より多くの燃料を燃焼できるようにすることができる。また、バーナの構造により、所与の火炎先端の無煙比率の範囲をかなり大きくすることが可能である。処理量の増大が実現されれば、個々のヘッダに、より多くのガスを配送することができる。これにより、ヘッダの個数を少なくすることができ、ヘッダが連結される制御機構（例えば、ガス制御弁、遮断弁、調節弁及び物理的配管）も、より少数にすることができる。ヘッダの個数を少なくして能力を増大することにより、エンクロージャ４３４を小さくすることも可能になる。
【０１１５】
本発明のグラウンドフレアは、様々なタイプの燃料ガスを燃焼するために用いられることができる。これらのガスの例は、飽和炭化水素及び不飽和炭化水素（例えば、プロパン及びプロピレン、並びに、プロパンとプロピレンとの混合物、プロパンとプロピレンと水素との混合物）、水蒸気及び／又は不活性ガス、例えば、窒素、一酸化炭素、アルゴンなどである。
【０１１６】
本発明のグラウンドフレアに関する上記の説明は、グラウンドフレアを、特には、本発明のフレアバーナをグラウンドフレアと関連付けてどのように用いるかを例示するためのものである。当業者に理解されるように、グラウンドフレアの設置は、グラウンドフレアがどのように構成されるか、バーナ、ヘッダ、フローシステム、制御弁及び関連する部品の個数及びタイプ、設置物を取り囲むエンクロージャのタイプ及び高さ、並びに他の多くの方法に関連して様々に変化する。本発明のグラウンドフレアは、本発明のフレアバーナが用いられるグラウンドフレア設置物のいずれをも包含する。
【０１１７】
本発明の方法
本発明の方法に従って、燃料が、本発明のフレアバーナ３０，１３０，２３０又は３３０の１つにおいて燃焼される。図２４を参照すると、燃料が、燃料インジェクタ体（すなわち、主燃料出口３６，１３６，２３６又は３３６）を通して燃焼ゾーン１０１に噴射され、点火されて、火炎エンベロープ１００を形成し、燃料を燃焼する。燃焼されるべき燃料の一部が、バーナの予混合チャンバ（すなわち、予混合チャンバ３２，１３２，２３２又は３３２）を含む予混合ゾーン内に、空気を予混合ゾーン内に取り込んで燃料と空気との混合物（好ましくは、実質的に均一の混合物）を予混合ゾーン内で形成するように導入される。次いで、空気と燃料との混合物は、予混合チャンバから火炎エンベロープの中心部１０４に噴射される。先に論じたように、予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量は、燃料リッチで且つ燃焼可能な混合物から、燃焼に必要な空気の化学量論的量を超える量の空気が取り込まれた混合物の範囲であってよい。火炎エンベロープの中心部に噴射される、この予混合された燃料と空気との流れが、第２の火炎ゾーンを開始させ、トロイダル形状の火炎エンベロープを形成する。全体的な結果として、火炎エンベロープ全体が、より速く均一に燃焼することになり、これにより、本発明のフレアバーナに関して先に論じた利点がもたらされる。
【０１１８】
先に論じたように、予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量は、好ましくは、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の少なくとも約１５％である。幾つかの用途においては、燃料と空気との「燃料リッチ」混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％より少ない量の空気を含有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが適切である。しかし、多くの用途において、燃料と空気との「リーン」な混合物（すなわち、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の１００％より多い量の空気を有する混合物）を火炎エンベロープの中心部に噴射することが望ましい。多くの用途において、予混合ゾーン内に取り込まれて火炎エンベロープの中心部に噴射される空気の量は、予混合ゾーン内に導入される燃料の燃焼を補助するのに必要な空気の化学量論的量の約１２５％〜約３００％の範囲である。
【０１１９】
予混合ゾーン及び予混合チャンバ（すなわち、予混合チャンバ３２，１３２，２３２又は３３２）内に導入される燃料の量は、フレアバーナにより燃焼されるべき燃料の全量の約５％〜約５０％の範囲、より好ましくは、約１０％〜約３０％の範囲であり、最も好ましくは、約１０％〜約２５％の範囲である。
【０１２０】
本発明をさらに説明するために、以下の例を示す。
【０１２１】
例Ｉ
本発明のフレアバーナの第１実施形態であるフレアバーナ３０を、先行技術の高容量拡散タイプのグラウンドフレアバーナ、すなわち、図１及び図２に例示したバーナと比較した。本発明のフレアバーナの２つをテストした。一方のフレアバーナは、長さが約３０インチ（７６．２ｃｍ）であり、他方のフレアバーナは、長さが約１６インチ（４０．６ｃｍ）である。本発明のフレアバーナのポート構造を、先行技術のフレアバーナに含まれる３平方インチ（約０．００１９平方メートル）の流れ面積に合致するようにした。
【０１２２】
最初に、本発明のフレアバーナを単独でテストした。テストは、プロパン及びプロピレンを用いて行った。燃料の約２０％を、本発明のフレアバーナの各々の予混合チャンバ内に噴射した。次いで、残りの燃料を、予混合チャンバから放出される空気／燃料混合物の外周の周囲に噴射した。上記の両方のタイプの燃料を用いた場合、本発明のフレアバーナの各々が、無煙火炎を展開しながら、かなりの量の燃料流を保持できることが確認された。各バーナから放出される火炎エンベロープは、非常に安定しており、高いターンダウン比を有することができ、また、燃焼放熱の範囲全体を通じて対称性が高いことがわかった。各バーナから放出される火炎エンベロープは、長さが非常に短く、且つ直径が小さいことが観察された。
【０１２３】
次いで、約３０インチ（７６．２ｃｍ）の長さを有する本発明のフレアバーナを先行技術のバーナと比較した。２つのフレアバーナを並べてテストした。各バーナに同じ容量の燃料を供給することを確実にするため、バーナを同一のヘッダに取り付けた。
【０１２４】
観察されたテストポイントの多くにおいて、本発明のフレアバーナが、長さがより短い火炎エンベロープを形成することが観察された。本発明のフレアバーナは、ターンダウン中の低圧でも燃焼を継続し、動作可能性の範囲が幾分拡大されていることを示した。最大の燃料流量で、本発明のフレアバーナにより生じた火炎エンベロープは、その全長が、先行技術の高容量拡散タイプのグラウンドフレアバーナによる火炎エンベロープの長さよりも短かった。しかし、このシナリオで、先行技術のフレアバーナにより形成される火炎エンベロープの鉛直方向の断面（幅）は、本発明のフレアバーナにより形成される火炎エンベロープよりも大きかった。本発明のフレアバーナでは、圧力が明確に１ｐｓｉｇ（６．８９ｋＰａＧ）より低くなるまで逆火は観察されなかった。本発明のフレアバーナにより生じた火炎エンベロープからの輻射は、先行技術のフレアバーナにより形成される火炎エンベロープにより生じた輻射と同等か、又は僅かに少ないとわかった。ターンダウン状態の間、先行技術のフレアバーナは、本発明のフレアバーナとほぼ同一の比率で煙を排出した。ほぼ同一の流量及び圧力で、両方のバーナからたなびいている煙が通常観察されるかも知れない。しかし、本発明のフレアバーナは、最初のテスト中、拡散タイプのバーナ先端よりも低圧状態で排出煙を薄い濃度に維持するとわかった。先行技術のバーナは、圧力を減じると、より高濃度の煙を排出するように変化した。
【０１２５】
例ＩＩ
本発明フレアバーナの第３の実施形態であるフレアバーナ２３０もテストして、先に論じた先行技術のフレアバーナと比較した。本発明のフレアバーナのこの実施形態の性能は、先行技術のバーナと少なくとも同等であるとわかった。しかし、本発明のバーナは、低圧で、例Ｉに記載した本発明のフレアバーナの第１実施形態よりも多くの煙を排出した。無煙動作の範囲は、先行技術のフレアバーナの無煙性能と同等であった。
【０１２６】
このテストにおいて、本発明のフレアバーナの予混合チャンバの角部が、複雑なフローパターンを形成し、これは、予混合チャンバ内での混合状況を幾分妨げるように見えた。その結果、擬似層状の燃料リッチゾーンが予混合放出領域の角部に形成される様子が観察され、可視の煙層が火炎ゾーンの面全体に観察された。一方、テストした本発明のフレアバーナは、先行技術のフレアバーナにより処理され得る燃料の約３倍の量の燃料を処理することができた。
【０１２７】
この例に記載された本発明のフレアバーナのテストユニットを組み立てるのに用いられる溶接は欠陥があり、最終的に（かなりの量のテストを実行した後）故障した。問題となった溶接は、テストユニット（炭素鋼からつくられた）のためだけに用いた。溶接の不具合は設計の問題によるものではなく、実際のバーナの動作又は性能と関連は全くない。いずれにせよ、テストは、フレアバーナ２３０が、排煙の問題を軽減しつつ大容量の燃料流を処理する能力が高いことを示した。
【０１２８】
このように、本発明は、課題を実行するように、且つ、上記の、及び本発明に特有の目的及び利益を達成するように良好に適合されている。多くの変更が当業者により行われることができ、このような変更は、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の精神の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】図１は、先行技術のグラウンドフレアバーナの前面図である。
【図２】図２は、図１に示したフレアバーナの上面図である。
【図３】図３は、図１及び図２に示した先行技術のフレアバーナにより形成される火炎エンベロープの概略図である。
【図４】図４は、本発明のグラウンドフレアバーナの第１実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、図４の線５−５に沿った断面図である。
【図６】図６は、図４及び図５に示したバーナの上面図である。
【図７】図７は、図６の線７−７に沿った断面図であり、選択的に用いられるライザー及び／又は先端エクステンションを示す。
【図８】図８は、本発明のフレアバーナの第１の実施形態、第２の実施形態及び第４の実施形態と共に用いられることができる環状の燃料インジェクタ体の別の実施形態を示す。
【図９】図９は、本発明のフレアバーナの第２の実施形態の斜視図である。
【図１０】図１０は、図１１の線１０−１０に沿った断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第２の実施形態と共に用いられる環状の分配マニホルドの別の実施形態を示す。
【図１１】図１１は、図９及び図１０により示したフレアバーナの上面図である。
【図１２】図１２は、図１０の線１２−１２に沿った断面図である。
【図１３】図１３は、本発明のフレアバーナの第３の実施形態の斜視図である。
【図１４】図１４は、図１３の線１４−１４に沿った断面図である。
【図１５】図１５は、図１３及び図１４により示したフレアバーナの上面図である。
【図１６】図１６は、図１３の線１６−１６に沿った断面図であり、選択的に用いられるライザー又は先端エクステンションを示す。
【図１７】図１７は、図１５の線１７−１７に沿った断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第３の実施形態と共に用いられる管状の分配マニホルドの別の実施形態を示す。
【図１８】図１８は、図１４の線１８−１８に沿った断面図である。
【図１９】図１９は、本発明のフレアバーナの第４の実施形態の斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９の線２０−２０に沿った断面図である。
【図２１】図２１は、図２２の線２１−２１に沿った断面図であり、選択的に用いられるバーナの部品を示す。
【図２２】図２２は、図１９〜図２１により示したバーナの上面図である。
【図２３】図２３は、図１９〜図２２により示したバーナの補助燃料入口の別の実施形態を示す。
【図２４】図２４は、本発明のフレアバーナの各実施形態により形成される火炎エンベロープの概略図である。
【図２５】図２５は、本発明のフレアバーナの各実施形態に行われることができる変更を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、図２５の線２６−２６に沿った断面図である。
【図２７】図２７は、図２５及び図２６により示したバーナの上面図である。
【図２８】図２８は、図２５〜図２７により示した方法で変更された本発明のフレアバーナの各実施形態により形成される火炎エンベロープの概略図である。
【図２９】図２９は、本発明のグラウンドフレアの一実施形態の概略図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１７Ａ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月19日(2007.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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【外国語明細書】
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