(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流通する酸素含有ガスに燃料が供給され、燃焼部に混合気を供給して燃焼させる複数の燃焼用流路を備えたバーナ装置であって、
前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、
一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を、前記供給部からの前記燃料の流量が所定の臨界流量以上のときのみ受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、
前記供給部からの前記燃料の流量が、前記所定の臨界流量を包含する範囲内となるように、前記燃料の総供給流量を調整して燃焼負荷を調整する燃焼負荷調整手段を備え、
少なくとも一つの前記供給路の前記供給部が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かって開口する供給口であるバーナ装置。
【請求項２】
前記供給部としての供給口と、前記供給路の前記燃料が受け入れられる受入口との間に、前記燃焼用流路に開放される開放部が形成され、
前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記開放部の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向である請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項３】
前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向である請求項２に記載のバーナ装置。
【請求項４】
前記供給路の一部が、前記酸素含有ガスが供給される酸素含有ガス供給部に開放されている請求項１から３の何れか１項に記載のバーナ装置。
【請求項５】
前記供給路の、前記酸素含有ガス供給部に前記燃料を吹出す吹出口が、前記酸素含有ガス供給部における前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向に開口するものである請求項４に記載のバーナ装置。
【請求項６】
内部に流通する酸素含有ガスに燃料が供給され、燃焼部に混合気を供給して燃焼させる複数の燃焼用流路を備えたバーナ装置であって、
前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、
一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を、前記供給部からの前記燃料の流量が所定の臨界流量以上のときのみ受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、
前記供給部からの前記燃料の流量が、前記所定の臨界流量を包含する範囲内となるように、前記燃料の総供給流量を調整して燃焼負荷を調整する燃焼負荷調整手段を備え、
前記供給路の一部が、前記酸素含有ガスが供給される酸素含有ガス供給部に開放され、
前記供給路の、前記酸素含有ガス供給部に前記燃料を吹出す吹出口が、前記酸素含有ガス供給部における前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向に開口するものであるバーナ装置。
【請求項７】
前記供給部としての供給口と、前記供給路の前記燃料が受け入れられる受入口との間に、前記燃焼用流路に開放される開放部が形成され、
前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記開放部の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向である請求項６に記載のバーナ装置。
【請求項８】
前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向である請求項７に記載のバーナ装置。
【請求項９】
少なくとも一つの前記供給路の前記供給部が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かって開口する供給口である請求項６から８の何れか１項に記載のバーナ装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載のバーナ装置を備え、バーナ装置から排出される燃焼排ガスの運動エネルギによりタービンを回転させるガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に流通する酸素含有ガスに燃料が供給され、燃焼部に混合気を供給して燃焼させる複数の燃焼用流路を備えたバーナ装置、及びそのバーナ装置を備えたガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のバーナ装置は、コジェネレーションシステムにおけるガスタービンエンジンのバーナ装置や、焼却炉のバーナ装置等として利用される。このバーナ装置は、燃焼部における燃焼負荷の増減に応じて、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に供給する燃料ガスの流量を、夫々の燃焼用流路から燃焼部に供給される夫々の混合気の当量比を適正に保って良好な燃焼を維持するために調整するのみならず、夫々の燃焼用流路に供給する空気（酸素含有ガスの一例）の流量を調整する必要がある。
【０００３】
従来では、そのようなメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの流量の調整を行うために、メイン燃焼用流路への燃料ガスの供給路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給路の夫々に流量調整弁を設けて、夫々の燃焼用流路への燃料ガス流量の調整を独立して行っていた。
しかし、上記従来の技術によれば、燃焼部における燃焼負荷に基づく夫々の流路への燃料ガスの供給流量の調整を、夫々独立して行うから、調整操作がわずらわしいものであった。
【０００４】
また、このようなパイロット燃焼用流路とメイン燃焼用流路とを備えたバーナ装置では、定格燃焼負荷に対する燃焼負荷の減少に伴って、メイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量を減少させるのであるが、その
供給流量の減少に伴いパイロット燃焼用流路への供給流量を増やし、安定したパイロット燃焼を維持する必要がある。
【０００５】
そこで、近年、燃焼負荷等に基づくメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路への燃料ガスの供給流量の調整を容易に行え、しかも、供給流量の減少に伴いパイロット燃焼流路への供給流量の分配比率を大きくできるバーナ装置が提案されている（特開２０００−００２４２２号公報）。
【０００６】
この種のバーナ装置は、パイロット燃焼を行うためのパイロット燃焼用流路と、その周囲を円筒状に囲んで予混合希薄燃焼であるメイン燃焼を行うためのメイン燃焼用流路とを備えて構成されており、さらに、パイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路に燃料を供給する供給口を夫々備え、パイロット燃焼用流路の供給口から供給される燃料の一部を受け入れてメイン燃焼用流路の供給口に供給する供給路を備えて構成されている。即ち、パイロット燃焼用流路において、供給口と供給路のパイロット燃焼用流路に開口する受入口との間には、パイロット燃焼用流路に開放されるスリット状の開放部が形成されている。そして、この開放部及び供給路が、パイロット燃焼用流路の空気の流れにより燃料の運動を制御する流体素子構造として構成されている。
【０００７】
即ち、このような流体素子構造により、バーナ装置は、高燃焼負荷運転を行うときは、パイロット燃焼用流路において、供給口から開放部に供給された燃料の大部分が、受入口から供給路に受け入れられてメイン燃焼用流路の供給口に供給される程度に、燃料の総供給流量を大きく設定して運転を行い、これに対して、低燃焼負荷運転を行うときは、パイロット燃焼用流路において、開放部に供給された燃料の多くが、受入口から供給路に受け入れられずにパイロット燃焼用流路に供給され、若干の燃料が開放部を通過して受入口から供給路に受け入れられてメイン燃焼用流路に供給される程度に、燃料の総供給流量を設定して運転を行うように構成されている。
【０００８】
なお、当量比とは、燃料と燃焼用の空気とを混合させた混合気の濃度上の性質を表す量であり、以下のように定義する。
当量比＝（燃料濃度／空気濃度）／（燃料濃度／空気濃度）ｓｔ
各濃度はモル数で表したものであり、（燃料濃度／空気濃度）ｓｔは、理論燃空比であり、理論燃空比とは、燃料と、その燃料が完全に酸化するのに必要な空気との濃度比である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような流体素子構造を有するバーナ装置は、低燃焼負荷時において、スリット状等の開放部を通過し供給路に受け入れられてメイン燃焼用流路へ到達する燃料の量が少なすぎると、メイン燃焼用流路から燃焼部に供給される混合気が過剰に希薄状態となり、パイロット燃焼が安定した保炎燃焼であったとしても、この過剰希薄混合気を着火できなくなり、ＣＯ等の未燃成分の排出の原因となる。
【００１０】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、流体素子構造を有するバーナ装置において、低燃焼負荷運転を行っても、未燃成分の排出を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項１に記載したごとく、前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、
一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を、前記供給部からの前記燃料の流量が所定の臨界流量以上のときのみ受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、
前記供給部からの前記燃料の流量が、前記所定の臨界流量を包含する範囲内となるように、前記燃料の総供給流量を調整して燃焼負荷を調整する燃焼負荷調整手段を備え、
少なくとも一つの前記供給路の前記供給部が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かって開口する供給口であることを特徴とする。
【００１２】
〔作用効果〕
本発明のバーナ装置は、本構成のごとく、パイロット燃焼またはメイン燃焼等を行うための複数の燃焼用流路を備えて構成されている。
そして、パイロット燃焼用流路又はメイン燃焼用流路等である複数の燃焼用流路に燃料を供給する供給部が夫々設けられ、さらに、パイロット燃焼用流路等である１の燃焼用流路に供給部から供給された燃料の一部を受け入れ可能であり、受け入れた燃料をメイン燃焼用流路等の次段の燃焼用流路の供給部に供給する供給路が、各燃焼用流路間に設けられている。よって、前段の燃焼用流路において、供給部と、前記供給路の燃料を受け入れる受入部との間には、当該燃焼用流路に開放された開放部や、多孔板等により全部又は一部が覆われて部分的に燃焼用流路に開放された流路等が形成されることになる。
【００１３】
そして、この供給部及び供給路の受入部は、前段流路を流通する空気（酸素含有ガスの一例）の前記前段開放部における流れを利用して、上記のような燃料の分配比率調整を行う流体素子構造をなし、この流体素子構造により、燃焼負荷等に基づくメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路等への燃料の分配比率の調整を容易に行え、しかも、燃料の総供給流量の減少に伴い、メイン燃焼用流路等の次段の燃焼用流路に対する、パイロット燃焼用流路等の燃焼用流路への供給流量の分配比率を大きくできるバーナ装置が実現できる。
【００１４】
さらに、本発明のバーナ装置の流体素子構造においては、供給部から供給路の受入部が設けられた燃焼用流路に供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量未満であるときに、供給された燃料の全てが当該燃焼用流路の空気の流れにさらわれて供給路には到達せず、供給部から供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量以上であるときのみに、供給された燃料の一部が供給路に受け入れられて次段の燃焼用流路に供給されるように、供給部及び供給路の受入部の形状及び位置関係又はその間における空気の流速等が設定されている。尚、上記所定の臨界流量とは、その臨界流量の燃料をパイロット燃焼用流路等として構成される流体素子構造を有する燃焼用流路に供給しても、その燃焼用流路に形成される混合気が燃焼上限界当量比以上にならない程度の流量である。
【００１５】
そして、燃料の総供給流量を調整して、燃焼負荷の調整を行う燃焼負荷調整手段は、燃料の総供給流量を、供給部から供給路の受入部がある燃焼用流路に供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量未満になるように設定して、一部の燃焼用流路のみに燃料を供給してパイロット燃焼のみを行う低燃焼負荷運転を行うことができ、低燃焼負荷運転において、メイン燃焼用流路等の次段の燃焼用流路に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができる。
【００１６】
一方、燃焼負荷調整手段は、燃料の総供給流量を、供給部から供給路の受入部がある燃焼用流路に供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量以上になるように設定し、次段の燃焼用流路にも燃料を供給してメイン燃焼及びパイロット燃焼を行う高燃焼負荷運転を行うことができる。さらに、この高燃焼負荷運転においては、供給部から供給路の受入部がある燃焼用流路への燃料の流量が大きいほど、供給路に受け入れられる燃料の比率が大きくなり、その結果、燃料の総供給流量を大きくするほど、メイン燃焼流路等の次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を大きくすることができ、逆に、燃料の供給流量を小さくするほど、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を小さくすることができる。
【００１７】
よって、燃料の流量の増加に伴い、言換えれば燃焼負荷の増加に伴い、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を増加させることができるので、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が低いときは、パイロット燃焼を安定したものとしながらも、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が高いときは、燃料を各燃焼用流路全体に均一に供給して、希薄予混合気による低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００１８】
従って、本発明により、簡単な構成で、低燃焼負荷運転時における未燃成分の排出を抑制すると共に、広い燃焼負荷範囲において高効率且つ低ＮＯｘを図ることができるバーナ装置を実現することができる。
尚、本発明のバーナ装置は、３つ以上の燃焼用流路を備え、各燃焼用流路間に、これまで説明してきた供給路を設けて、複数の上記流体素子構造を設けることもできる。
更に、供給路に受け入れた燃料を、次段の燃焼用流路に供給するための供給部が、その燃焼用流路の空気の流れ方向に直交する方向よりも空気の流れ方向の上流側に開口する供給口であることで、当該供給口から燃料が空気の流れ方向に逆行して流出するので、次段の燃焼用流路において、燃料と空気とが衝突して燃料が空気中で自然に攪拌混合され、流路断面方向に燃料を分散させることができる。
このように、本構成のバーナ装置であれば、メイン燃焼用流路等の供給口を上記のように構成することで、その供給口を燃料を均一に供給するために小径且つ多数の供給口とする必要がなく、供給路の供給口の開口面積を大きく設定することができる。よって、供給路において燃料の供給に際して大きな圧力損失を伴うことがなく、空気と燃料との衝突を利用して次段の燃焼用流路における混合気の混合程度を高めることができる。
そして、供給部と供給路の受入部等によって構成される流体素子構造を有するバーナ装置と組み合わせることで、供給路においては、供給口に対向する空気の流れによって、供給口から受入部側の方向に適度な圧力が付与される。このように供給口から受入部側へ付与される圧力によって、低燃焼負荷運転において、前段の燃焼用流路の供給部から受入部側に向かって供給される燃料の流量の、高燃焼負荷運転に対する閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができ、低燃焼負荷運転時において前段の燃焼用流路に供給された燃料の、供給路の受入部への流入を適切に阻止して、次段の燃焼用流路への少量の燃料供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
一方、高燃焼負荷運転時においては、前段の燃焼用流路に供給部から供給される燃料の少なくとも一部が、供給路の供給口から受入部側に付与される圧力に打ち勝って供給路に受け入れられるように、供給部から前段の燃焼用流路へ供給される燃料の流量が調整され、さらに、後段供給口における圧力損失が少ないので、燃焼負荷増加に伴って、良好に後段流路側へ供給する燃料の流量を増加させることができ、燃料の均一供給による低ＮＯｘ効果を向上することができる。
【００１９】
〔構成２〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項２に記載したごとく、上記構成１のバーナ装置の構成に加えて、前記供給部としての供給口と、前記供給路の前記燃料が受け入れられる受入口との間に、前記燃焼用流路に開放される開放部が形成され、
前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記開放部の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向であることを特徴とする。
【００２０】
〔作用効果〕
本構成のごとく、燃焼用流路に、当該燃焼用流路を横断する方向に所定の間隔を隔て設けられ、互いに対向して開口する上記供給口と上記受入口とが設けられ、夫々の間に、スリット状等の隙間である開放部が形成され、燃料は、開放部における空気の流れ方向に交差して受入口側に向かう方向で、供給口から燃焼用流路に晒された開放部に供給されることになる。
そして、開放部に流出した燃料は、そのスリット状の開放部を横切る燃焼用流路の空気の流れに影響され、例えば、この燃料の流量が、上記臨界流量未満である場合は、開放部に流出した全ての燃料が、受入口に到達すること無く、空気の流れにさらわれて当該燃焼用流路の下流側に供給され、これに対して、燃料の流量が、上記臨界流量以上である場合は、開放部に流出した燃料の一部が当該燃焼用流路の下流側に供給されるものの、燃料の一部が受入口に到達して、供給路を介して次段の燃焼用流路に供給されることになる。
【００２１】
また、上記開放部が、空気の流れ方向に沿ったスリット状であるので、開放部に安定して空気を通過させることができ、開放部を通過しようとする燃料に安定して空気の影響を与えて、各燃焼用流路への燃料の分配を安定して行うことができる。
【００２２】
従って、流体素子構造を有して、燃料をパイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路等の夫々の燃焼用流路に独特な分配比率調整を伴って分配供給して、低燃焼負荷運転時における未燃成分の排出抑制と、広い燃焼負荷範囲における高効率且つ低ＮＯｘを実現できるバーナ装置において、高負荷運転時におけるメイン燃焼とパイロット燃料とを安定したものとすることができる。
【００２３】
〔構成３〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項３に記載したごとく、上記構成２のバーナ装置の構成に加えて、前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向であることを特徴とする。
【００２４】
〔作用効果〕
上記流体素子構造として構成された供給部及び供給路の受入部を有するバーナ装置において、本構成のごとく、上記供給部から開放部への燃料の供給方向が、その開放部を流れる空気の流れ方向の直交方向よりも、空気の流れ方向の上流側に傾斜した方向であることで、供給部から開放部に流出した燃料が、上記供給路の受入部に受け入れられるためには、供給部から流出する燃料の流量を、空気の流れ方向に逆らって開放部を通過する程度の流量以上とする必要がある。よって、低燃焼負荷運転における供給部から開放部に供給される燃料の流量の、高燃焼負荷運転に対する閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができ、低燃焼負荷運転時において、燃焼用流路に供給される燃料の受入口側への流入を良好に阻止して、後段流路への少量の燃料供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００２５】
〔構成４〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項４に記載したごとく、上記構成１から３の何れかのバーナ装置の構成に加えて、前記供給路の一部が、前記酸素含有ガスが供給される酸素含有ガス供給部に開放されていることを特徴とする。
【００２６】
〔作用効果〕
本構成のごとく、供給路の一部が、空気が供給される上記酸素含有ガス供給部に開放されることで、供給路を流通する燃料が適当な濃度となるように、供給路に空気を取り入れて、次段の燃焼用流路に供給される燃料の濃度を適切なものとすることができ、夫々の燃焼用流路において適切な当量比の混合気を形成し、燃焼部においてＮＯｘ及び未燃成分の発生を抑制できる適当な当量比の混合気を燃焼させることができる。
【００２７】
〔構成５〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項５に記載したごとく、上記構成４のバーナ装置の構成に加えて、前記供給路の、前記酸素含有ガス供給部に前記燃料を吹出す吹出口が、前記酸素含有ガス供給部における前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向に開口するものであることを特徴とする。
【００２８】
〔作用効果〕
本構成のごとく上記酸素含有ガス供給部に、供給路の受入部側に通じる上記吹出口が設けられ、その吹出口が、当該酸素含有ガス供給部の空気の流れ方向の上流側に向かう方向、即ち、空気の流れ方向の直交方向よりも、空気の流れ方向の上流側に傾斜した方向に開口していることで、供給路の吹出口の上流側にある受入部には、酸素含有ガス供給部の空気の流れにより吹出口にかかる圧力によって、燃料の流れに対する若干の抵抗が付与されることになる。
【００２９】
よって、低燃焼負荷運転において、前段の燃焼用流路の供給部から受入部側に向かって供給される燃料の流量の、高燃焼負荷運転に対する閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができ、低燃焼負荷運転時において前段の燃焼用流路に供給された燃料の、供給路の受入部への流入を適切に阻止して、次段の燃焼用流路への少量の燃料供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００３０】
〔構成６〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項６に記載したごとく、前記各燃焼用流路に、前記燃料を供給する供給部を夫々備え、
一の前記燃焼用流路に前記供給部から供給された前記燃料の一部を、前記供給部からの前記燃料の流量が所定の臨界流量以上のときのみ受け入れて、次段の前記燃焼用流路の前記供給部に供給する供給路を、前記各燃焼用流路間に備え、
前記供給部からの前記燃料の流量が、前記所定の臨界流量を包含する範囲内となるように、前記燃料の総供給流量を調整して燃焼負荷を調整する燃焼負荷調整手段を備え、
前記供給路の一部が、前記酸素含有ガスが供給される酸素含有ガス供給部に開放され、
前記供給路の、前記酸素含有ガス供給部に前記燃料を吹出す吹出口が、前記酸素含有ガス供給部における前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向に開口するものである点にある。
【００３１】
〔作用効果〕
本発明のバーナ装置は、本構成のごとく、パイロット燃焼またはメイン燃焼等を行うための複数の燃焼用流路を備えて構成されている。
そして、パイロット燃焼用流路又はメイン燃焼用流路等である複数の燃焼用流路に燃料を供給する供給部が夫々設けられ、さらに、パイロット燃焼用流路等である１の燃焼用流路に供給部から供給された燃料の一部を受け入れ可能であり、受け入れた燃料をメイン燃焼用流路等の次段の燃焼用流路の供給部に供給する供給路が、各燃焼用流路間に設けられている。よって、前段の燃焼用流路において、供給部と、前記供給路の燃料を受け入れる受入部との間には、当該燃焼用流路に開放された開放部や、多孔板等により全部又は一部が覆われて部分的に燃焼用流路に開放された流路等が形成されることになる。
【００３２】
そして、この供給部及び供給路の受入部は、前段流路を流通する空気（酸素含有ガスの一例）の前記前段開放部における流れを利用して、上記のような燃料の分配比率調整を行う流体素子構造をなし、この流体素子構造により、燃焼負荷等に基づくメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路等への燃料の分配比率の調整を容易に行え、しかも、燃料の総供給流量の減少に伴い、メイン燃焼用流路等の次段の燃焼用流路に対する、パイロット燃焼用流路等の燃焼用流路への供給流量の分配比率を大きくできるバーナ装置が実現できる。
【００３３】
さらに、本発明のバーナ装置の流体素子構造においては、供給部から供給路の受入部が設けられた燃焼用流路に供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量未満であるときに、供給された燃料の全てが当該燃焼用流路の空気の流れにさらわれて供給路には到達せず、供給部から供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量以上であるときのみに、供給された燃料の一部が供給路に受け入れられて次段の燃焼用流路に供給されるように、供給部及び供給路の受入部の形状及び位置関係又はその間における空気の流速等が設定されている。尚、上記所定の臨界流量とは、その臨界流量の燃料をパイロット燃焼用流路等として構成される流体素子構造を有する燃焼用流路に供給しても、その燃焼用流路に形成される混合気が燃焼上限界当量比以上にならない程度の流量である。
【００３４】
そして、燃料の総供給流量を調整して、燃焼負荷の調整を行う燃焼負荷調整手段は、燃料の総供給流量を、供給部から供給路の受入部がある燃焼用流路に供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量未満になるように設定して、一部の燃焼用流路のみに燃料を供給してパイロット燃焼のみを行う低燃焼負荷運転を行うことができ、低燃焼負荷運転において、メイン燃焼用流路等の次段の燃焼用流路に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができる。
【００３５】
一方、燃焼負荷調整手段は、燃料の総供給流量を、供給部から供給路の受入部がある燃焼用流路に供給される燃料の流量が上記所定の臨界流量以上になるように設定し、次段の燃焼用流路にも燃料を供給してメイン燃焼及びパイロット燃焼を行う高燃焼負荷運転を行うことができる。さらに、この高燃焼負荷運転においては、供給部から供給路の受入部がある燃焼用流路への燃料の流量が大きいほど、供給路に受け入れられる燃料の比率が大きくなり、その結果、燃料の総供給流量を大きくするほど、メイン燃焼流路等の次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を大きくすることができ、逆に、燃料の供給流量を小さくするほど、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を小さくすることができる。
【００３６】
よって、燃料の流量の増加に伴い、言換えれば燃焼負荷の増加に伴い、次段の燃焼用流路への燃料の分配比率を増加させることができるので、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が低いときは、パイロット燃焼を安定したものとしながらも、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が高いときは、燃料を各燃焼用流路全体に均一に供給して、希薄予混合気による低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００３７】
従って、本発明により、簡単な構成で、低燃焼負荷運転時における未燃成分の排出を抑制すると共に、広い燃焼負荷範囲において高効率且つ低ＮＯｘを図ることができるバーナ装置を実現することができる。
尚、本発明のバーナ装置は、３つ以上の燃焼用流路を備え、各燃焼用流路間に、これまで説明してきた供給路を設けて、複数の上記流体素子構造を設けることもできる。
さらに、供給路の一部が、空気が供給される上記酸素含有ガス供給部に開放されることで、供給路を流通する燃料が適当な濃度となるように、供給路に空気を取り入れて、次段の燃焼用流路に供給される燃料の濃度を適切なものとすることができ、夫々の燃焼用流路において適切な当量比の混合気を形成し、燃焼部においてＮＯｘ及び未燃成分の発生を抑制できる適当な当量比の混合気を燃焼させることができる。
更に、本構成のごとく上記酸素含有ガス供給部に、供給路の受入部側に通じる上記吹出口が設けられ、その吹出口が、当該酸素含有ガス供給部の空気の流れ方向の上流側に向かう方向、即ち、空気の流れ方向の直交方向よりも、空気の流れ方向の上流側に傾斜した方向に開口していることで、供給路の吹出口の上流側にある受入部には、酸素含有ガス供給部の空気の流れにより吹出口にかかる圧力によって、燃料の流れに対する若干の抵抗が付与されることになる。
【００３８】
よって、低燃焼負荷運転において、前段の燃焼用流路の供給部から受入部側に向かって供給される燃料の流量の、高燃焼負荷運転に対する閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができ、低燃焼負荷運転時において前段の燃焼用流路に供給された燃料の、供給路の受入部への流入を適切に阻止して、次段の燃焼用流路への少量の燃料供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００３９】
〔構成７〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項７に記載したごとく、上記構成６のバーナ装置の構成に加えて、前記供給部としての供給口と、前記供給路の前記燃料が受け入れられる受入口との間に、前記燃焼用流路に開放される開放部が形成され、
前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記開放部の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向であることを特徴とする。
【００４０】
〔作用効果〕
本構成のごとく、燃焼用流路に、当該燃焼用流路を横断する方向に所定の間隔を隔て設けられ、互いに対向して開口する上記供給口と上記受入口とが設けられ、夫々の間に、スリット状等の隙間である開放部が形成され、燃料は、開放部における空気の流れ方向に交差して受入口側に向かう方向で、供給口から燃焼用流路に晒された開放部に供給されることになる。
そして、開放部に流出した燃料は、そのスリット状の開放部を横切る燃焼用流路の空気の流れに影響され、例えば、この燃料の流量が、上記臨界流量未満である場合は、開放部に流出した全ての燃料が、受入口に到達すること無く、空気の流れにさらわれて当該燃焼用流路の下流側に供給され、これに対して、燃料の流量が、上記臨界流量以上である場合は、開放部に流出した燃料の一部が当該燃焼用流路の下流側に供給されるものの、燃料の一部が受入口に到達して、供給路を介して次段の燃焼用流路に供給されることになる。
【００４１】
また、上記開放部が、空気の流れ方向に沿ったスリット状であるので、開放部に安定して空気を通過させることができ、開放部を通過しようとする燃料に安定して空気の影響を与えて、各燃焼用流路への燃料の分配を安定して行うことができる。
【００４２】
従って、流体素子構造を有して、燃料をパイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路等の夫々の燃焼用流路に独特な分配比率調整を伴って分配供給して、低燃焼負荷運転時における未燃成分の排出抑制と、広い燃焼負荷範囲における高効率且つ低ＮＯｘを実現できるバーナ装置において、高負荷運転時におけるメイン燃焼とパイロット燃料とを安定したものとすることができる。
【００４３】
〔構成８〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項８に記載したごとく、上記構成７のバーナ装置の構成に加えて、前記供給部から前記開放部への前記燃料の供給方向が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かう方向であることを特徴とする。
【００４４】
〔作用効果〕
上記流体素子構造として構成された供給部及び供給路の受入部を有するバーナ装置において、本構成のごとく、上記供給部から開放部への燃料の供給方向が、その開放部を流れる空気の流れ方向の直交方向よりも、空気の流れ方向の上流側に傾斜した方向であることで、供給部から開放部に流出した燃料が、上記供給路の受入部に受け入れられるためには、供給部から流出する燃料の流量を、空気の流れ方向に逆らって開放部を通過する程度の流量以上とする必要がある。よって、低燃焼負荷運転における供給部から開放部に供給される燃料の流量の、高燃焼負荷運転に対する閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができ、低燃焼負荷運転時において、燃焼用流路に供給される燃料の受入口側への流入を良好に阻止して、後段流路への少量の燃料供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００４５】
〔構成９〕
本発明に係るバーナ装置は、請求項９に記載したごとく、上記構成６から８の何れかのバーナ装置の構成に加えて、少なくとも一つの前記供給路の前記供給部が、前記燃焼用流路の前記酸素含有ガスの流れ方向の上流側に向かって開口する供給口であることを特徴とする。
【００４６】
〔作用効果〕
本構成のごとく、供給路に受け入れた燃料を、次段の燃焼用流路に供給するための供給部が、その燃焼用流路の空気の流れ方向に直交する方向よりも空気の流れ方向の上流側に開口する供給口であることで、当該供給口から燃料が空気の流れ方向に逆行して流出するので、次段の燃焼用流路において、燃料と空気とが衝突して燃料が空気中で自然に攪拌混合され、流路断面方向に燃料を分散させることができる。
【００４７】
このように、本構成のバーナ装置であれば、メイン燃焼用流路等の供給口を上記のように構成することで、その供給口を燃料を均一に供給するために小径且つ多数の供給口とする必要がなく、供給路の供給口の開口面積を大きく設定することができる。よって、供給路において燃料の供給に際して大きな圧力損失を伴うことがなく、空気と燃料との衝突を利用して次段の燃焼用流路における混合気の混合程度を高めることができる。
【００４８】
そして、供給部と供給路の受入部等によって構成される流体素子構造を有するバーナ装置と組み合わせることで、供給路においては、供給口に対向する空気の流れによって、供給口から受入部側の方向に適度な圧力が付与される。このように供給口から受入部側へ付与される圧力によって、低燃焼負荷運転において、前段の燃焼用流路の供給部から受入部側に向かって供給される燃料の流量の、高燃焼負荷運転に対する閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができ、低燃焼負荷運転時において前段の燃焼用流路に供給された燃料の、供給路の受入部への流入を適切に阻止して、次段の燃焼用流路への少量の燃料供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００４９】
一方、高燃焼負荷運転時においては、前段の燃焼用流路に供給部から供給される燃料の少なくとも一部が、供給路の供給口から受入部側に付与される圧力に打ち勝って供給路に受け入れられるように、供給部から前段の燃焼用流路へ供給される燃料の流量が調整され、さらに、後段供給口における圧力損失が少ないので、燃焼負荷増加に伴って、良好に後段流路側へ供給する燃料の流量を増加させることができ、燃料の均一供給による低ＮＯｘ効果を向上することができる。
【００５０】
〔構成１０〕
本発明に係るガスタービンエンジンは、請求項１０に記載したごとく、上記構成１から９の何れかのバーナ装置を備え、バーナ装置から排出される燃焼排ガスの運動エネルギによりタービンを回転させることを特徴とする。
【００５１】
〔作用効果〕
即ち、これまで説明してきた、低燃焼負荷運転時における未燃成分の排出を抑制すると共に、広い燃焼負荷範囲において高効率且つ低ＮＯｘを図ることができるバーナ装置は、単独で焼却炉用などのバーナ装置として利用することができるが、特に、本構成のごとく、ガスタービンエンジンのバーナ装置として利用することが有効であり、このようなガスタービンエンジンは、未燃成分及びＮＯｘの排出を抑制でき、さらに高効率を保ちながら、広い運転負荷範囲で運転することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバーナ装置の第１実施形態について以下に説明する。
特にガスタービンエンジンに利用されるバーナ装置は、図１に示すように、天然ガス系都市ガスである燃焼ガスＧ（燃料の一例）が流量調整弁２１を介して供給される燃料流路３０を規定するガス筒１と、このガス筒１を外囲するパイロット燃焼用流路である第２流路Ａ２を規定する内筒２と、この内筒２を外囲するメイン燃焼用流路である第１流路Ａ１を規定する外筒３と、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２の夫々に空気Ａ（酸素含有ガスの一例）を供給するための空気供給手段と、燃料流路３０の燃料を第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２の夫々に供給するための燃料供給手段１０とを設けて構成されており、これらのメイン燃焼用流路及びパイロット燃焼用流路に対して燃料ガスＧ及び燃焼用の空気Ａを供給し、両者を流路内において混合して混合気を形成し、燃焼室１５（燃焼部の一例）において燃焼させる。
【００５３】
上記のガス筒１と内筒２と外筒３とは、図２に示すように、同心状に配置されている。つまり、第１流路Ａ１、第２流路Ａ２、燃料流路３０は並設されている。
【００５４】
上記空気供給手段は、図示しない圧縮機や送風機等により、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に一端開口から空気Ａを押し込む手段である。
【００５５】
上記燃料供給手段１０は、燃料流路３０に供給された燃料ガスＧを、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に分配供給する手段である。
即ち、この燃料供給手段１０は、図２及び図３に示すように、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２と燃料流路３０との３者の間にわたって、燃料流路３０内の燃料ガスＧを第１流路Ａ１と第２流路Ａ２とに分配供給するように構成されている。
即ち、燃料供給手段１０は、燃料流路３０の燃料ガスＧを、燃焼用流路の一つである第２流路Ａ２の開放部９に供給するための供給口７（供給部の一例）と、供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときのみに、開放部９に供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる受入口８を一方の端部に有する供給路６とからなり、供給路６の他方の端部は、次段の燃焼用流路である第１流路Ａ１に開口する供給口５（供給部の一例）として形成されている。さらに、これら供給口７及び供給路６は、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２の軸心を中心とした周方向に沿って８個所に分散配置されている。
【００５６】
そして、この開放部９及び供給路６が、燃料流路３０から供給口７を介して開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が所定の臨界流量未満のときに、開放部９に供給された燃料ガスＧの全てが第２流路Ａ２に供給され、供給口７を介して開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が所定の臨界流量以上のときに、開放部９に供給された燃料ガスＧの一部が、供給路６に受け入れられて供給口５を介して第１流路Ａ１に供給される所謂流体素子構造として構成されているのである。
尚、上記の所定の臨界流量は、その臨界流量の燃料ガスＧの全てを第２流路Ａ２に供給しても、第２流路Ａ２に形成される混合気が燃焼上限界当量比以上にならない程度の流量である。
【００５７】
この流体素子構造の特徴である開放部９は、燃料ガスＧが供給される供給口７と、供給口７に対向して設けられた供給路６の受入口８との間に形成されるものであり、供給口７から受入口８側への燃料ガスＧの供給方向が第２流路Ａ２の空気Ａの流れ方向の直交方向となっている。
【００５８】
このように構成された流体素子構造の開放部９において、燃料ガスＧは、供給口７から第２流路Ａ２に晒されたスリット状の開放部９に受入口８側に向かう方向で供給されることになる。そして、第２流路Ａ２の開放部９に流出した燃料ガスＧは、開放部９を通過する第２流路Ａ２の空気Ａの流れに影響され、この開放部９に流出した燃料ガスＧの流量（ここでいう流量は、供給口７の開口面積が固定であるので、流速に比例する。）が、上記臨界流量未満である場合は、開放部９に流出した全ての燃料ガスＧが、受入口８に到達すること無く、空気Ａの流れにさらわれて第２流路Ａ２の下流側に供給され、これに対して、燃料ガスＧの流量が、上記臨界流量以上である場合は、開放部９に流出した燃料ガスＧの一部が第２流路Ａ２の下流側に供給されるものの、燃料ガスＧの一部が受入口８に到達して、供給口５から第１流路Ａ１に供給されることになる。
【００５９】
さらに、バーナ装置には、流量調整弁２１によって、供給流路３０への燃料ガスＧの総供給流量を調整し、燃焼部１５における燃焼負荷の調整を行う燃焼負荷調整手段２０が設けられている。
そして、この燃焼負荷調整手段２０は、図４に示すように、低燃焼負荷運転を行うときは、供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が上記所定の臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を設定することで、第２流路Ａ２のみに燃料ガスＧを供給して、燃焼室１５においてパイロット燃焼のみを行い、一方、高燃焼負荷運転を行うときは、供給口７から開放部９に供給される燃料ガスＧの流量が上記所定の臨界流量以上となるように燃料ガスＧの総供給流量を設定することで、第２流路Ａ２と第１流路の両方に燃料ガスＧを供給して、燃焼室１５においてメイン燃焼及びパイロット燃焼の両方を行うように構成されている。
【００６０】
以上のように構成した流体素子構造を有する燃料供給手段１０によって、低燃焼負荷運転においては、第１流路Ａ１に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができ、高燃焼負荷運転においては、供給口７から開放部９に流出する燃料ガスＧの流量が大きいほど、言換えれば燃焼負荷が定格に近づくほど、開放部９を通過して供給口５側即ち第１流路Ａ１側に供給される燃料ガスＧの比率が大きくなり、その結果、燃料ガスＧの総供給流量を大きくするほど、メイン燃焼用の第１流路Ａ１側への燃料ガスＧの分配比率を大きくすることができる。よって、燃料ガスＧの総供給流量の増加に伴い、言換えれば燃焼負荷の増加に伴い、第２流路Ａ２に対する第１流路Ａ１への燃料の分配比率を増加させることができる。そして、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が低いときは、パイロット燃焼を安定したものとしながらも、高燃焼負荷運転において比較的燃焼負荷が高く定格に近いときは、燃料ガスＧを第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２全体に均一に供給して、希薄予混合気による低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００６１】
さらに、供給口７から開放部９への燃料ガスＧの供給方向を、開放部９の空気Ａの流れ方向に対して上流側に傾斜する方向とすることで、受入口８へ燃料ガスＧが流入し難くすることができ、上記臨界流量の値を高めに設定して、低燃焼負荷運転及び高燃焼負荷運転の切換えを行うことができる。
【００６２】
また、本実施形態のバーナ装置において、供給口５からの第１流路Ａ１への燃料ガスＧの供給方向は、第１流路Ａ１における空気Ａの流れ方向の逆方向となっており、さらに供給口５は、第１流路の軸心に向かう径方向において概略中央に設置されている。
したがって、高燃焼負荷運転時において、供給口５から第１流路Ａ１に空気Ａの流れに逆らって供給された燃料ガスＧを、空気Ａに衝突させて、第１流路Ａ１の径方向及び周方向に分散させることができる。
【００６３】
さらに、供給口５が、第１流路Ａ１の空気Ａの流れ方向の上流側に向かう方向に燃料ガスＧを供給する姿勢で形成されているので、供給口５に対向する空気Ａの流れによって、供給路６の供給口５から受入口８の方向に適度な圧力が付与され、開放部９から受入口８に流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることができ、低燃焼負荷運転における、高燃焼負荷運転に切り換わる閾値である上記所定の臨界流量を、比較的高く設定することができる。このように、開放部９から受入口８に流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることで、低燃焼負荷運転時において、開放部９に流出した燃料ガスＧが受入口８側に流入することを良好に阻止でき、未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００６４】
第１流路Ａ１の燃料供給手段１０よりも下流側の部位には、空気Ａと燃料ガスＧとの混合気に、旋回力を付与する第１スワラー１１が配置されている。
また、第２流路Ａ２のうち流れ方向の中間部位には、この第２流路Ａ２内に流れてきた空気Ａと燃料ガスＧとの混合気に旋回力を付与する第２スワラー１２が配置されている。
このスワラー１１，１２によって、パイロット燃焼の火炎によるメイン燃焼の保炎性を向上することができる。すなわち、第２スワラー１２で旋回力を付与されると同時に混合された混合気に図示しない点火装置で点火することにより、この混合気が着火燃焼して、パイロット燃焼が起こり、このパイロット燃焼の炎が、第１流路Ａ１を流れてきた混合気に火移りすることで混合気が着火燃焼して、メイン燃焼が起こる。
【００６５】
更に、内筒２の下流側端部近くには、第１流路Ａ１を流れてきた混合気の一部を、第２流路Ａ２を流れてきた混合気に合流混合させるエアステージリング１３が配置されている。
図中Ｓは、周方向に分散位置して外筒３に内筒２を支持させるストラットである。
【００６６】
〔別実施の形態〕
次に、本発明のバーナ装置の別の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〈１〉  上記実施の形態のバーナ装置は、内部に流通する空気Ａに燃料ガスＧが供給されて、燃焼室１５に混合気を供給して燃焼させる燃焼用流路を、第２流路Ａ２と第１流路Ａ１との２つの燃焼用流路で構成したが、別に３つ以上の燃焼用流路を設けたバーナ装置においても、本発明の特徴である流体素子構造の燃料供給手段１０を構成することができ、その燃料供給手段１０の詳細について以下に説明する。
【００６７】
図５に示すバーナ装置の燃料供給手段１０は、第１流路Ａ１、第２流路Ａ２、及び第３流路Ａ３の３つの燃焼用流路に燃料を分配供給するように構成されている。
即ち、この燃料供給手段１０は、２つの供給路６ａ，６ｂが、第３流路Ａ３と第２流路Ａ２との間、及び第２流路Ａ２と第１流路Ａ２との間に夫々配設され、供給路６ａの最端部は、第１流路Ａ１に開口する供給口５として形成されている。
【００６８】
即ち、第３流路Ａ３においては、燃料流路３０の燃料ガスＧを第３流路Ａ３の開放部９ｂに供給するための供給口７ｂと、供給口７ｂから開放部９ｂに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときのみに、開放部９ｂに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路６ｂの受入口８ｂとが設けられ、同様に、第２流路Ａ２においては、供給路６ｂに受け入れた燃料ガスＧを第２流路Ａ２の開放部９ａに供給するための供給口７ａと、供給口７ａから開放部９ａに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときのみに、開放部９ａに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路６ａの受入口８ｂとが設けられている。このように構成された燃料供給手段１０は、夫々の開放部９ａ，９ｂと夫々の供給路６ａ，６ｂとからなる複数の流体素子構造を直列的に配設して有するものである。
【００６９】
そして、燃焼負荷調整手段２０が、流量調整弁２１によって、供給口７ｂから開放部９ｂに供給される燃料ガスＧの流量が所定の臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を調整して、第１低燃焼負荷運転を行うと、供給口７ｂから開放部９ｂに供給された燃料ガスＧの全てが第３流路Ａ３に供給される。また、供給口７ｂから開放部９ｂに供給される燃料ガスＧの流量が所定の第１臨界流量以上で、且つ、供給路６ｂに受け入れられて供給口７ａから開放部９ａに供給される燃料ガスＧの流量が所定の臨海流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を調整して、第２低燃焼負荷運転を行うと、開放部９ｂに供給された燃料ガスＧの一部が受入口８ｂに流入して供給路６ｂに受け入れられ、供給路６ｂに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口７ａから第２流路Ａ２に供給される。さらに、供給路６ｂに受け入れられて供給口７ａから開放部９ａに供給される燃料ガスＧの流量が所定の臨界流量以上となるように燃料ガスＧの総供給流量を調整して、高燃焼負荷運転を行うと、開放部９ａに供給された燃料ガスＧの一部が受入口８ａに流入して供給路６ａに受け入れられ、供給路６ａに受け入れられた燃料ガスＧが供給口５から第１流路Ａ１に供給される。
【００７０】
以上のように構成した燃料供給手段１０によって、第１低燃焼負荷運転においては、第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができる。さらに、第２低燃焼負荷運転においては、第２流路Ａ２に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができると共に、燃料ガスＧの流量が大きくなるほど、第２流路Ａ２側に供給される燃料ガスＧの比率を大きくして、第２流路Ａ２及び第３流路Ａ３に均一に燃料ガスＧを供給して低ＮＯｘ運転を行うことができる。さらに、高燃焼負荷運転においては、燃料ガスＧの流量が大きくなるほど、言換えれば燃焼負荷が定格に近づくほど、開放部９ａ，９ｂを通過して供給口５側即ち第１流路Ａ１側に供給される燃料ガスＧの比率が大きくなる。
【００７１】
その結果、燃料ガスＧの総供給流量を大きくするほど、メイン燃焼用の第１流路Ａ１側への燃料ガスＧの分配比率を大きくすることができ、燃料ガスＧの総供給流量の増加に伴い、言換えれば燃焼負荷の増加に伴い、第３流路Ａ３に対する第２流路への燃料ガスＧの分配比率、及び第２流路Ａ２に対する第１流路Ａ１への燃料の分配比率を増加させることができる。よって、高燃焼負荷運転において、比較的燃焼負荷が低いときは、第２流路Ａ２及び第３流路Ａ３におけるパイロット燃焼を安定したものとしながらも、比較的燃焼負荷が高く定格に近いときは、燃料ガスＧを第１流路Ａ１及び第２流路Ａ２及び第３流路Ａ３全体に均一に供給して、希薄予混合気による低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００７２】
さらに、図５に示すバーナ装置の燃料供給手段１０においては、供給路６が、供給口５側を空気Ａの流れ方向の上流側に傾斜するように配設され、供給口７ａ，７ｂが、開放部９ａ，９ｂにおける空気Ａの流れ方向の上流側に向かう方向に燃料ガスＧを供給する姿勢で形成されている。従って、供給口７ａ，７ｂから開放部９ａ，９ｂに流出した燃料ガスＧが、受入口８ａ，８ｂに流入するためには、供給口７ａ，７ｂから流出する燃料ガスＧの流量を、開放部９ａ，９ｂの空気Ａの流れ方向に逆らって開放部９ａ，９ｂを通過する程度の流量以上とする必要があるので、上記所定の第１及び第２臨界流量を、比較的高く設定することができ、第１又は第２低燃焼負荷運転時において、開放部９ａ又は開放部９ｂに供給される燃料ガスＧの受入口８ａ又は受入口８ｂ側への流入を良好に阻止して、第１流路Ａ１への少量の燃料ガスＧ供給による未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００７３】
〈２〉  また、本発明のバーナ装置は、図６に示すように、供給路６ｂに空気Ａを取り入れる空気供給部３５（酸素含有ガス供給部の一例）を備えることができ、その構成について以下に説明する。
図６に示すバーナ装置の燃料供給手段１０は、前述の図５に示すバーナ装置の燃料供給機構１０と同様に、第１流路Ａ１、第２流路Ａ２、及び第３流路Ａ３の３つの燃焼用流路に燃料を分配供給するように構成されており、図５に示すバーナ装置の燃料供給手段１０と同様に、２つの開放部９ａ，９ｂ及び供給路６ａ，６ｂが流体素子構造として構成されている。
さらに、このバーナ装置の燃料供給手段１０は、供給路６ｂの受入口８ｂと供給口７ａとの間に、上記空気供給部３５が設けられており、空気供給部３５には、第１乃至第３流路Ａ１，Ａ２，Ａ３と同様に空気供給手段により空気Ａが供給され、空気Ａを取り入れた燃料ガスＧが開口３７を介して下流側に流れる。このような空気供給部３５により、供給路６ｂを流通する燃料ガスＧが適当な濃度となるように、供給路６ｂに空気Ａを取り入れて、供給路６ｂの空気供給部３５の燃料ガスＧの流れ方向の下流側にある、開放部９ａ及び供給口５から、第２流路Ａ２及び第１流路Ａ１へ供給される燃料ガスＧの濃度を適切なものとすることができる。
【００７４】
さらに、空気供給部３５には、供給路６ｂの燃料ガスＧの流れ方向の上流側に接続され、空気供給部３５における空気Ａの流れ方向の上流側に向かう方向に燃料ガスＧを供給する姿勢で形成されている吹出口３６が設けられている。
このような姿勢で形成された吹出口３６によって、吹出口３６から空気供給部３５の空気Ａの流れに逆らって供給された燃料ガスＧを、空気Ａに衝突させて、供給路６ｂにおいて分散させることができ、さらに、吹出口３６に対向する空気Ａの流れによって、供給路６ｂの吹出口３６から開放部９ｂの方向に適度な圧力が付与され、開放部９ｂから受入口８ｂに流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることができ、第１低燃焼負荷運転における、第２低燃焼負荷運転に切り換わる閾値である上記所定の第１臨界流量を、比較的高く設定することができる。このように、開放部９ｂから受入口８ｂに流入する燃料ガスＧに適度な抵抗を与えることで、第１低燃焼負荷運転時において、開放部９ｂに流出した燃料ガスＧが受入口８ｂ側に流入することを良好に阻止できるので、未燃成分の発生を良好に防止することができる。
【００７５】
〈３〉  また、上記のように３つ以上の燃焼用流路を設けたバーナ装置としては、図７（イ）に示すように、パイロット燃焼用流路である第４流路Ａ４と、その周方向に等間隔で配設された複数のメイン燃焼用流路である第１流路Ａ１，第２流路Ａ２，第３流路Ａ３とを備えた所謂マルチバーナがある。
【００７６】
このようなバーナ装置において、燃焼負荷が最も低い運転状態では、第４流路Ａ４のみに燃料ガスＧを供給して、図７（イ）に示すように、第４流路Ａ４のみを燃焼状態とする運転を行なう。尚、図７では、ドットで塗りつぶされた燃料用流路が燃焼状態である。
そして、このようなバーナ装置は、その運転から燃焼負荷を増加させる場合に、燃料ガスＧを供給する燃焼用流路の数を順次増加させて、図７（ロ）に示すように、第４流路Ａ４に加えて、互いに点対称で配設された一対の第３流路Ａ３を燃焼状態とする運転、及び、図７（ハ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３に加えて、互いに点対称で配設された一対の第２流路Ａ２を燃焼状態とする運転を経て、図７（ニ）に示すように、第４流路Ａ４、第３流路Ａ３及び第２流路Ａ２に加えて、互いに点対称で配設された一対の第１流路Ａ１を燃焼用流路を燃焼状態とする定格運転に移行する。
【００７７】
また、このようなバーナ装置は、流体素子構造を有する燃料供給手段１１０で実現することができ、その構造について図８に基づいて説明する。
即ち、図８に示す燃料供給手段１１０は、夫々の流路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の上流側に燃料流路１１９の燃料ガスＧを分配供給して混合気を形成するように構成されている。
また、この燃料供給手段１１０における流体素子構造は、図８において隣接する流路間に夫々設けられ、一の流路に供給された燃料ガスＧの一部を次段の流路側に分配するように構成されている。
【００７８】
詳しくは、先ず燃料流路１１９の燃料ガスＧは、２系統に分割されて、第４流路Ａ４の上流側に、２つの供給口１０７ｃ（供給部の一例）を介して供給される。このときに、燃料流路１１９を２系統に分割するのは、燃料ガスＧが分配供給される６つの流路Ａ１，Ａ２，Ａ３の夫々が、互いに点対称で配設された２つの流路からなり、その１つづつを含む２つのグループの夫々に燃料ガスＧを分割して供給するためである。
尚、上記燃料流路１１９を２つに分割せずに、流体素子構造において燃料ガスＧが分配供給され形成された混合気を、２つの流路に分割して供給することもできる。
【００７９】
また、燃料供給手段１１０は、３つの供給路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが、第１流路Ａ１と第２流路Ａ２との間、第２流路Ａ２と第３流路Ａ３との間、及び第３流路Ａ３と第４流路Ａ４との間に夫々配設され、供給路１０６ａの最端部は、第１流路Ａ１に開口する供給口１０５として形成されている。
【００８０】
即ち、第４流路Ａ４の上流側においては、燃料流路１１９の燃料ガスＧを第４流路Ａ４の開放部１０９ｃに供給するための供給口１０７ｃと、供給口１０７ｃから開放部１０９ｃに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときにのみ、開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ｃの受入口１０８ｃとが設けられている。同様に、第３流路Ａ３の上流側においては、供給路１０６ｃに受け入れた燃料ガスＧを第３流路Ａ３の開放部１０９ｂに供給するための供給口１０７ｂと、供給口１０７ｂから開放部１０９ｂに供給される燃料ガスＧの流量が、所定の臨界流量以上のときにのみ、開放部１０９ｂに供給された燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ｂの受入口１０８ｂとが設けられ、さらに同様に、第２流路Ａ２の上流側においては、供給口１０７ａと、開放部１０９ａと、燃料ガスＧの一部を受け入れる供給路１０６ａの受入口１０８ａとが設けられている。
このように構成された燃料供給手段１１０は、夫々の開放部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃと夫々の供給路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃとからなる複数の流体素子構造を直列的に配設して有するものである。
【００８１】
そして、このように構成された燃料供給手段１１０において、燃焼負荷調整手段１２０が流量調整弁１２１により、供給口７ｃから開放部９ｃに供給される燃料ガスＧの流量が所定の第１臨界流量未満となるように燃料ガスＧの総供給流量を調整すると、供給口１０７ｃから開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの全てが第４流路Ａ４に供給され、図７（イ）に示すように、第４流路Ａ４のみが燃焼状態となる。
【００８２】
また、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第１臨界流量以上且つ第２臨界流量未満となるように調整すると、開放部１０９ｃに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ｃに流入して供給路１０６ｃに受け入れられ、供給路１０６ｃに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０７ｂから第３流路Ａ３に供給され、図７（ロ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３のみが燃焼状態となる。
【００８３】
さらに、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第２臨界流量以上且つ第３臨界流量未満となるように調整すると、開放部１０９ｂに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ｂに流入して供給路１０６ｂに受け入れられ、供給路１０６ｂに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０７ａから第２流路Ａ２に供給され、図７（ハ）に示すように、第４流路Ａ４及び第３流路Ａ３及び第２流路Ａ２のみが燃焼状態となる。さらにまた、上記燃料ガスＧの総供給流量を上記第３臨界流量以上となるように調整すると、開放部１０９ａに供給された燃料ガスＧの一部が受入口１０８ａに流入して供給路１０６ａに受け入れられ、供給路１０６ａに受け入れられた燃料ガスＧの全てが供給口１０５から第１流路Ａ１に供給され、図７（ニ）に示すように、全ての流路が燃焼状態となる。
【００８４】
以上のように構成した燃料供給手段１１０によって、低燃焼負荷運転においては、燃焼状態でない流路に過剰希薄混合気が形成されないので、未燃成分の発生を抑制することができる。さらに、燃焼負荷を増加させるほど、燃焼状態とする流路の数を順次増加させることで、燃焼負荷範囲全体に渡って安定した燃焼状態を維持することができる。
【００８５】
〈４〉  上記実施の形態及び別実施の形態において、パイロット燃焼用流路及びメイン燃焼用流路の複数の燃焼用流路を、半径方向又は周方向に配設した構成を説明したが、夫々の燃焼用流路の配置状態を、保炎性及び低ＮＯｘ性を考慮して適宜決定することができる。また、夫々の燃焼用流路間に設けられる流体素子構造は、燃焼負荷増加に対する分配順序及び分配比率等を考慮して、設計することができる。
【００８６】
〈５〉上記実施の形態において、一般的な例として、燃料ガスＧの燃焼のための酸素含有ガスとして空気Ａを利用したものを説明したが、空気の以外の燃焼用酸素含有ガスとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高い酸素富化ガス等を利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のバーナ装置の実施形態を示す縦断側面図
【図２】  図１に示すバーナ装置の横断正面図
【図３】  図１に示すバーナ装置の燃料供給手段部の拡大図
【図４】  図１に示すバーナ装置の燃料ガスの供給量と供給状態との関係を示すグラフ図
【図５】  別実施形態のバーナ装置の燃料供給手段部の拡大図
【図６】  別実施形態のバーナ装置の燃料供給手段部の拡大図
【図７】  別実施形態のバーナ装置の流路配置を示す図
【図８】  図７に示すバーナ装置の燃料供給手段の概略構成を示す図
【符号の説明】
１    ガス筒
２    内筒
３    外筒
５    供給口
６    供給路
７    供給口
８    受入口
９    開放部
１０  燃料供給手段
１１  スワラー
１２  スワラー
１３  エアステージリング
１５  燃焼室
３０  燃料流路
３５  空気供給部
３６  吹出口
Ｓ    ストラット
Ａ１  第１流路
Ａ２  第２流路
Ａ３  第３流路
Ｇ    燃料ガス
Ａ    空気
【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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