(57)【要約】セグメント化された（Ａ、Ｂ、Ｃ）放射バーナは、各セグメントへの燃料ガス流（６６、６７、６８）を独立に制御することによって、熱出力を調節することができる。バーナは、二様間隙率を任意選択的に有する多孔性ファイバ・バーナ面（５４）と、コンパクトな燃焼領域を提供する金属ライナ（５７）とを特徴とする。バーナは、燃料流（６６、６７、６８）を、プリナム（５１、５２、５３）を通って燃焼領域（７５）内に入る空気流と独立に制御することができるため、ガス・タービン用に理想的である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリナムすべてに流入する空気の並流のための固定された吸気開口をもつ少なくとも２つのプリナムを備え、前記プリナムの各々が、多孔性ファイバ・バーナ面と、前記固定された開口の各々の中に燃料ガスを独立に噴射するための個別のバルブ付き手段とを有し、前記プリナムすべての多孔性ファイバ・バーナ面が、ほぼ連続したバーナ面を形成しており、さらに、前記連続したバーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように位置決めされた金属ライナを備える、セグメント化された放射ガス・バーナ。
【請求項２】
各プリナムおよびその多孔性ファイバ・バーナ面が、前記バーナから取り外すことができるモジュールである、請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
アセンブルされたモジュールのバーナ面が、円錐様の形状を有するほぼ連続したバーナ面を形成している、請求項２に記載のバーナ。
【請求項４】
各プリナムの固定された吸気開口が、フランジによって包囲され、前記固定された開口内に燃料ガスを噴射するための個別のバルブ付き手段が、前記フランジと並置された穴の開いた円形マニホルドを備える、請求項１に記載のバーナ。
【請求項５】
プリナムが単体のバーナ面を仕切るバッフルによって互いに分離されている、請求項１に記載のバーナ。
【請求項６】
単体のバーナ面が円錐様の形状を有する、請求項５に記載のバーナ。
【請求項７】
各プリナムの固定された吸気開口が、フランジによって包囲され、前記固定された開口内に燃料ガスを噴射するための個別のバルブ付き手段が、前記フランジに並置された穴の開いた円形マニホルドを備える、請求項６に記載のバーナ。
【請求項８】
バーナ面が、大気圧で燃焼されたとき、青炎燃焼を点在された放射表面燃焼をもたらすことができる二様間隙率を有する、請求項１に記載のバーナ。
【請求項９】
バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように位置決めされた、ルーバ付きの金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを備える、請求項１に記載のバーナ。
【請求項１０】
固定された吸気開口を備える少なくとも２つのプリナムを有するセグメント化されたバーナを通ってかつその周囲に圧縮空気を送るステップであって、前記プリナムが多孔性ファイバ・バーナ面を備えるステップと、前記固定された開口の各々の中への燃料ガスの噴射を独立に制御するステップであって、前記燃料ガスの噴射が、いかなるバーナ面の燃焼中も、約２６００°Ｆから３３００°Ｆの範囲のそのバーナ面の断熱火炎温度を維持するために高い過剰空気を提供するように制御されるステップと、金属ライナを備える前記バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域内に燃焼を制限するステップとを含む、燃焼空気汚染物質の形成を抑制するためのガス・タービン用の燃焼方法。
【請求項１１】
燃焼が、それぞれのバーナ面で、約５から１５大気圧の範囲の圧力、および少なくとも約５００，０００ＢＴＵ／ｈｒ／ｓｆ／ａｔｍの燃焼率で行われる、請求項１０に記載の燃焼方法。
【請求項１２】
多孔性ファイバ・バーナ面が、大気圧で燃焼されたとき、青炎燃焼を点在された放射表面燃焼をもたらすことができる二様間隙率を有する、請求項１１に記載の燃焼方法。
【請求項１３】
多孔性ファイバ・バーナ面が、点在された穴を有する多孔性の金属ファイバ・マットであり、燃焼が、それぞれのバーナ面で、少なくとも３大気圧の圧力および少なくとも約５００，０００ＢＴＵ／ｈｒ／ｓｆ／ａｔｍの燃焼率で行われる、請求項１０に記載の燃焼方法。
【請求項１４】
燃焼が、２７５０°Ｆから２９００°Ｆの範囲のそのバーナ面の断熱火炎温度を維持するのに十分な過剰空気を提供するために、燃料ガス噴射の制御を用いて各バーナ面で行われる請求項１３に記載の燃焼方法。
【請求項１５】
少なくとも２つのセグメントを有するセグメント化されたバーナを通ってかつその周囲に圧縮空気を少なくとも３大気圧の圧力で送るステップであって、前記セグメントそれぞれが、固定された吸気開口と、バーナ面として点在された穴を備える多孔性の金属ファイバ・マットとを備えるプリナムを有するステップと、燃料ガスの噴射を独立に制御して、高い過剰空気と混合し、各セグメントの燃焼中、約２６００°Ｆから３３００°Ｆの範囲に断熱火炎温度を維持するステップと、金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを有する前記バーナ面に隣接したコンパクトな燃焼領域内に燃焼を制限するステップとを含む、燃焼空気汚染物質の形成を抑制するためのガス・タービン用の燃焼方法。
【請求項１６】
燃焼が、約５から１５大気圧の範囲の圧力、および少なくとも約５００，０００ＢＴＵ／ｈｒ／ｓｆ／ａｔｍの燃焼率で行われる、請求項１５に記載の燃焼方法。
【請求項１７】
燃焼が、２７５０°Ｆから２９００°Ｆの範囲の各バーナ面の断熱火炎温度を維持するのに十分な過剰空気で行われる、請求項１６に記載の燃焼方法。
【請求項１８】
（１）それぞれが、圧縮空気流への固定された開口を有し、前記セグメント化されたバーナの多孔性ファイバ・バーナ面のセグメントを有する、少なくとも２つのプリナムを備えるセグメント化されたバーナを用いるステップと、（２）前記プリナムすべての内部および前記セグメント化されたバーナの周囲へ同時に圧縮空気の流れを方向付けるステップと、（３）第１のプリナムの中で約４０％から１５０％過剰空気の燃料ガス／空気混合物を形成するような燃焼率で、燃料ガスを第１のプリナム内へ噴射するステップと、（４）前記第１のプリナム内に存在する燃料ガス／空気混合物を燃焼させて、放射表面燃焼を行うステップと、高い熱入力が必要であるとき、（５）ステップ（３）で特定された燃焼率で、第２のプリナム内へ燃料ガスを噴射して、出るときは、前記第２のプリナムが追加の放射表面燃焼として燃焼される、燃料ガス／空気混合物を形成するステップとを含む、ガス・タービンの熱入力を調節する方法。
【請求項１９】
多孔性ファイバ・バーナ面が、点在された穴を備える多孔性の金属ファイバ・マットまたは編製された金属ファイバ布である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
各プリナム内への燃料ガスの噴射が、約２６００°Ｆから３３００°Ｆの範囲の断熱火炎温度を各プリナムから得るように独立に制御される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
すべての燃焼が、約５から１５大気圧の範囲の圧力および少なくとも約５００，０００ＢＴＵ／ｈｒ／ｓｆ／ａｔｍの燃焼率で行われる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
バーナ面が、大気圧で燃焼されたとき、青炎燃焼を点在された放射表面燃焼をもたらすことができる二様間隙率を有する、請求項３に記載のバーナ。
【請求項２３】
バーナ面が、大気圧で燃焼されたとき、青炎燃焼を点在された放射表面燃焼をもたらすことができる二様間隙率を有する、請求項４に記載のバーナ。
【請求項２４】
バーナ面が、大気圧で燃焼されたとき、青炎燃焼を点在された放射表面燃焼をもたらすことができる二様間隙率を有する、請求項６に記載のバーナ。
【請求項２５】
バーナ面が、大気圧で燃焼されたとき、青炎燃焼を点在された放射表面燃焼をもたらすことができる二様間隙率を有する、請求項７に記載のバーナ。
【請求項２６】
バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように位置決めされた、ルーバ付きの金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを備える、請求項３に記載のバーナ。
【請求項２７】
バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように配置された、ルーバを付けられた金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを備える、請求項４に記載のバーナ。
【請求項２８】
バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように配置された、ルーバを付けられた金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを備える、請求項６に記載のバーナ。
【請求項２９】
バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように配置された、ルーバを付けられた金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを備える、請求項７に記載のバーナ。
【請求項３０】
バーナ面に隣接するコンパクトな燃焼領域を提供するように配置された、ルーバを付けられた金属ライナまたはバックサイド冷却ライナを備える、請求項２５に記載のバーナ。
【請求項３１】
バーナ・セグメントが不等な熱送出容量を有する、請求項２４に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、大気汚染物質、特に窒素酸化物（ＮＯＸ）の最小の放出をもたらす概してモジュ−ル化された放射ガス・バーナに関する。より詳細には、本発明のバーナ面は、個別に燃焼させることができるセグメントに分割された金属および／またはセラミック・ファイバの多孔性マットである。
【０００２】
放射表面燃料ガス・バーナは、燃料ガスの完全燃焼を確実にするために十分な空気と混合された燃料ガスを供給される。これらのバーナは２次空気なしで機能するため、これらの熱出力の調節は制限される。しかし、ガス・タービンのケーシングなどの狭い空間では、表面燃料ガス・バーナのかなりの使用があり、ここでは、熱送出を増加させるために予備バーナを追加することは、広範囲の熱調節に対する実用的な解決法ではない。
【０００３】
１９９９年１月２２日に提出された譲受人の係属中特許出願第０９／２３５，２０９号は、ガス・タービンでの使用に適切であるコンパクトな放射ガス・バーナを開示している。本発明のバーナの重要な用途は、ガス・タービンである。
本発明の主な目的は、広い範囲の熱送出を特徴とするコンパクトな放射ガス・バーナを提供することである。
【０００４】
別の重要な目的は、各バーナを、熱出力を変化させるために個別におよび独立に燃焼させることができる２つ以上のセグメントに分割する内部壁面を備える、このような放射ガス・バーナを提供することである。
【０００５】
さらに別の目的は、製造ならびに操作が簡単であるセグメント化された放射ガス・バーナを提供することである。
【０００６】
本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、以下に続く説明から明らかになるであろう。
【０００７】
（発明の概要）
基本的に、金属および／またはセラミック・ファイバで形成された燃焼表面を有する、本発明のセグメント化された放射ガス・バーナは、独立なバーナ・セグメントを提供する内部仕切りを備える単一の本体を有してもよい。または、互いにコンパクトに嵌合された２つ以上のバーナ・モジュールを有してもよい。
【０００８】
Ｋｒｉｌｌ等に対する米国特許第４，５４３，９４０号は、軸方向に並べて互いにボルト留めされた大きな円筒形セグメントで形成された、セグメント化された放射バーナを記載している。大きなバーナ・セグメントのこの構成は、煙管ボイラの燃焼室の特殊な形状に当てはまると考えられていた。一連の配列は、隣接するバーナ・セクションの衝合された端部間の密閉を伴い、燃料ガスおよび空気を各バーナ・セグメントへ供給する個別のダクトを必要とする。各バーナ・セグメントへの燃料ガスおよび空気の複雑なダクト構造は、ガス・タービンで使用するバーナに不可欠である、バーナのコンパクト性という本発明の目的と対照的である。
【０００９】
燃焼表面は、Ｌａｎｎｕｔｔｉに対する米国特許第４，７４６，２８７号によって教示されたようなセラミック・ファイバで、ＭｃＣａｕｓｌａｎｄに対する米国特許第４，５９７，７３４号に記述されているような金属で、またはＣａｒｓｗｅｌｌ等に対する米国特許第５，３２６，６３１号に記載の混合された金属とセラミック・ファイバで形成することができる。バーナ表面の高い表面燃焼率、すなわち、少なくとも約５００，０００ＢＴＵ／ｈｒ／ｓｆ（英国熱量単位／時間／平方フィート）のために、穴の点在した帯域または領域を有する、焼結金属ファイバ製の剛性であるが、多孔性のマットが好ましい。このようなバーナ面は、Ｄｕｒｅｔ等に対する米国特許第５，４３９，３７２号の図１に示されている。ベルギー、ズーヴィーゲン（Ｚｗｅｖｅｇｅｎ）のＮ．Ｖ．Ａｃｏｔｅｃｈ  Ｓ．Ａ．によって販売されている、多孔性の金属ファイバ・マットというさらに別の形態は、金属ファイバで形成された糸で作製された編布である。Ｄｕｅｔ等の剛性、多孔性の、穴の空いたバーナでは、穴によって、放射表面燃焼に、青炎燃焼が点在される。同様に、金属ファイバ編布の糸は放射表面燃焼を提供し、編布の隙間は必然的に、青炎をもたらす間隙率の高い点在したスポットを提供する。
【００１０】
前記の高い表面燃焼率では、高い間隙率の領域からの炎が非常に強い非表面放射を生成するため、より低い間隙率の領域からの通常の表面放射は消滅する。しかし、二様間隙率によって、表面安定化された燃焼、すなわち、バーナ面に付着した青炎を安定化させる表面燃焼を維持することが可能になる。二様間隙率を有するバーナ面を、簡潔のために表面安定化バーナと呼ぶことにする。このようなバーナでは、炎は極めてコンパクトであるので、見かけ上、強い赤外線放射の領域は、バーナ面の近傍に浮遊してみえる。少なくとも約４０％の過剰空気では、表面安定化された燃焼は、２ｐｐｍ（１００万分の１）だけのＮＯＸを、せいぜい１０ｐｐｍのＣＯおよびＵＨＣ（未燃焼炭化水素）と混合したものを含む燃焼生成物をもたらすことは顕著である。
【００１１】
本発明のセグメント化されたバーナは、燃焼領域が空間的に制限されているところでの使用に特に有用であるため、フラット・バーナであるのはまれである。円筒形のバーナ面および、たとえばテーパ付きまたは円錐形などのそのバリエーションが、セグメント化されたバーナの通常の形態である。
【００１２】
互いに嵌合するバーナ・セグメントは、等しい量の熱を送出するように設計することができるが、熱送出容量の等しくないセグメントを備えることが通常有利である。たとえば、２セグメント・バーナは、バーナの総熱送出容量の６０％を有する一方のセグメントと、４０％を有する他方のセグメントとを有することができる。このような等しくないセグメントは、バーナが２つの等しいセグメントを有する場合よりも大きい熱送出調節をすることができる。３セグメント・バーナでも同じである。５５％、３５％および１０％の熱送出容量の３つのセグメントは、等しい熱送出容量の３つのセグメントで可能であるよりも、大きい熱送出の調節をすることができる。
【００１３】
本発明のさらなる説明および理解を容易にするために添付の図面を参照する。
【００１４】
（好ましい実施形態の説明）
図１は、漏斗様バッフル１２によって２つの別個の燃焼セグメントに分割された多孔性ファイバ燃焼表面１１を有する、２セグメント円筒形バーナ１０を概略的に示している。漏斗１２の円錐台形部分１４に接続されたチューブ１３は、コア・プリナム１６および環状プリナム１７を作成するために、シリンダ１５内に同軸に嵌合されている。コア・プリナム１６は、テーパ形バッフル１４を越えて、燃焼表面１１のセグメントＡへ燃料ガスおよび空気を供給するプリナム１８内へ延びている。表面１１のセグメントＡは、バッフル１４がファイバ表面１１の内部支持スクリーン（図示せず）と出会う線の右側の部分である。環状プリナム１７を包囲する多孔性ファイバ燃焼表面１１は、セグメントＡに隣接するセグメントＢである。
【００１５】
多孔性ファイバ燃焼表面１１のセグメントＡのみでの表面燃焼のために、チューブ１３に燃料ガスおよび空気を供給することができるのは明らかである。熱出力を上昇させるため、ファイバ層１１のセグメントＢでの燃焼のためにシリンダ１５を介して環状プリナム１７へ燃料ガスおよび空気を導入することができる。もちろん、プリナム１７へ燃料ガスおよび空気を供給し、熱入力の上昇が望まれるときにコア・プリナム１６へ燃料ガスおよび空気を供給することによって、逆の順序の燃焼を行うこともできる。
【００１６】
図１のバーナ１０の単純性およびコンパクト性は、半球形の閉端部と円筒形の本体の反対側の開端部を通って挿入された漏斗様バッフルとを有する、単一の円筒形本体を用いて作成することができることを示している。実際、これは図１に関して説明された構造である。しかし、漏斗１２を形成している図１の線１３、１４の各々は、２つの隣接する金属シートとみなされ、ファイバ層１１のセグメントＡ、Ｂは円周線Ｓで結合されず、バーナ１０は、２つの鏡筒式のバーナ・モジュールを有するものとなる。プリナム１６、１８を備えるモジュールは、そのチューブ１３が、環状ブレナム１７の中央の類似のチューブ内に挿入されている。挿入は、多孔性ファイバ層１１のセグメントＢを支持しているシリンダ１５の右端から行われる。プリナム１８のテーパ形壁面１４が、環状プリナム１７の類似のテーパ形壁面と接触させられて、挿入は完了し、燃焼表面１１のセグメントＡはセグメントＢと出会い、ほぼ、表面１１が、両プリナム１７、１８をまたぐ連続した多孔性ファイバ層１１として真空形成されたかのように機能する。
【００１７】
図２は、その右端が金属ディスク２１によって密封され、その反対側の端が開いている、円筒形バーナ２０の軸方向断面を示している。
【００１８】
図３は、バーナ２０内に３つのプリナム２５、２６、２７を形成している２つの半径方向バッフル２２、２３、２４を示す、バーナ２０の左端部図である。プリナム２５、２６、２７は、シリンダ２９上の多孔性ファイバ燃焼表面２８内の３つの等しいセグメントに供給している。しかし、バッフル２２、２３、２４の間の角度を不等にし、それによって燃焼表面２８の３つのセグメントの面積も不等にすることが通常好ましい。また、バッフルは放射状である必要はない。たとえば、シリンダ２９内の互いに直角である２つのバッフルが、不等なサイズの３つのプリナムを提供することもできる。直径分割でない１つのバッフルは、不等な面積の２つのセグメントに分割された多孔性ファイバ層２８によってバーナ２０内に不等なサイズの２つのプリナムを形成することになる。
【００１９】
図４は、図３と同様に、図１のバーナ１０と同様に、環状プリナムによって包囲された漏斗様プリナムを有する円筒形バーナ３０の開端部の図である。バーナ３０は、環状プリナムが、チューブ３３から、多孔性ファイバ層３４を支持している円筒形スクリーン（図示せず）へ外側に延びるバッフル３１、３２によって２つの不等な部分に分割されている点で、バーナ１０と異なっている。すなわち、バッフル３１、３２は、図１の２セグメント・バーナ１０を３セグメント・バーナ３０に変換した。
【００２０】
図５は、吸気開口４２を備えるパン・プリナム４１を有する半球形のバーナ４０の直径方向断面図である。金属および／またはセラミック・ファイバの多孔性層４３を支持する半球形のスクリーンが、パン４１に取り付けられている。そのチューブ４５がパン４１を通って延びている漏斗様バッフル４４が、燃焼表面４３を、別個にまたは一緒に燃焼させることができる２つのセグメントＡ、Ｂに分割している。チューブ４５に供給される燃料ガスおよび空気は、多孔性ファイバ層４３のセグメントＡ上の放射表面燃焼をもたらす。加熱の上昇が望まれるとき、吸気口４２を通ってパン４１に導入された燃料ガスおよび空気は、多孔性ファイバ層４３のセグメントＢ上で燃焼することになる。もちろん、バーナ４０のセグメントＢのみによって燃焼を行うことができる。より高い加熱が望まれるとき、多孔性ファイバ層４３のセグメントＡ上の燃焼のために、チューブ４５に燃料ガスおよび空気を供給することができる。
【００２１】
図６は、ガス・タービンで使用するための本発明の３セグメント・バーナ５０を示している。図６は、譲受人の出願第０９／２３５，２０９号の図６のバーナ６２に代わるものとしての、改良型（より高い温度調節を提供する）のバーナとして示されている。従来のバーナ６２は単一のプリナム６３を有するが、新規のバーナ５０は、多孔性燃焼表面５４の３つのセグメントＡ、Ｂ、Ｃに燃料ガスおよび空気を供給する３つのプリナム５１、５２、５３を有する。管状バッフル５５は、プリナム５１をプリナム５２から分離し、プリナム５２は、管状バッフル５６によってプリナム５３から分離されている。本発明のバーナ５０は、譲受人の先行出願のバーナ６２と同様に、多数のルーバ５８を有する金属のライナ５７によって包囲されている。燃焼表面５４から離隔されたライナ５７は、燃焼領域を制限する働きをする。
【００２２】
ハウジング５９は、ガス・タービン（図示せず）のケーシングに取り付けられた鋼製のシリンダである。３セグメント・バーナ５０は、スペーサ・ボルト（図示せず）によってハウジング・キャップ６３に取り付けられている。従来のバーナ６２が二様間隙率のバーナ面６４を備えて作製されているため、新規な３セグメント・バーナ５０もまた、二様間隙率を有するバーナ面５４を備えることができる。バーナ面５４のテーパされた円筒形の支持部は、金属ディスク６０内の円形開口に溶接された不透水性の円筒形の延長部５４Ａを有する。同様に、バッフル５６は、ディスク６１内の開口に溶接されており、バッフル５５はディスク６２内の開口に接続されている。スペーサ・ボルト（図示せず）が、ディスク６０、６１、６２を所望の間隔の空いた配置に保持し、ディスク６２とハウジング・キャップ６３の間のスペーサ・ボルトが、バーナ５０の構成要素であるディスク６０、６１、６２のアセンブリ全体を支持している。円筒形のバンド６５が、ディスク６０に溶接されており、ライナ５７のカラー６４と滑合するような寸法にされている。すなわち、キャップ６３がハウジング５９から持ち上げられると、バーナ５０のすべてが、ハウジング５９から引き出される。
【００２３】
プリナム５１、５２、５３は、それぞれ、バルブ付きチューブ６６、６７、６８によって燃料ガスを供給されている。パイプ６９は、それぞれリング・マニホルド７０、７１、７２に接続されたチューブ６６、６７、６８へ供給し、各マニホルドは、それぞれ、ディスク６２、６１、６０上に燃料ガスを噴射するように位置決めされた多数の穴を有する。ガス・タービン（図示せず）の圧縮機セクションからの圧縮空気は、タービンのケーシングの一部であるハウジング５９内に流入して、ハウジング５９を満たす。ハウジング５９内の圧縮空気は、それぞれ、ディスク６０、６１、６２上を流れ、プリナム５３、５２、５１内に流入する。圧縮空気は、プリナム５１、５２、５３から、多孔性ファイバ・バーナ面５４の各々、セグメントＡ、Ｂ、Ｃを通って、燃焼領域７５内へ排出される。圧縮空気はまた、ライナ５７の多数のルーバ５８を通って、燃焼領域７５内へ送られる。チューブ６８のバルブを開放することによって、燃料ガスが、リング・マニホルド７２内の穴から多数のジェットとして、ディスク６０上を流れる圧縮空気内に上向きに噴射され、その結果、ガス空気混合物が、プリナム５３内に流入し、そこから多孔性バーナ面５４のセグメントＣを通って出て、点火の際、放射表面燃焼される。セグメントＣ近傍のディスク６０の下に位置決めされた、任意の知られている点火器７６が、多孔性バーナ面５４のガス空気混合物流出セグメントＣに点火することになる。
【００２４】
より大きな熱送出が必要とされるとき、同様に燃料ガスをバルブ付きチューブ６７を通ってリング・マニホルド７１へ供給し、マニホルド７１によって多数のジェットとして、ディスク６１、６２の間を流れる圧縮空気内へ噴射することができる。そこから、混合物がプリナム５２およびバーナ面５４のセグメントＢを通って流れて、より表面安定化された燃焼を生成する。最大の加熱のためには、燃料ガスは、バルブ付きチューブ６６を通ってマニホルド７０へ入れられ、そこからディスク６２とハウジング・キャップ６３の間を通る圧縮空気内へ多数のジェットとして漏出される。ガス気体混合物は、プリナム５１を満たし、多孔性バーナ面５４の既存のセグメントＡ上で燃焼する。セグメントＡ、Ｂ、Ｃからの燃焼生成物は、ライナ５７のルーバ５８を通って燃焼領域７５に入る圧縮空気と混合する。燃焼領域７５からの高温ガス流全体は、曲線状ダクト７７（部分的に図示）を通る。このダクトは、高温ガスをタービン（図示せず）へその駆動力として流通させる。
【００２５】
セグメント化されたバーナ５０の燃焼表面５４の面積と、従来のバーナ６２（出願第０９／２３５，２０９号）の燃焼表面６４の面積とが等しくされた場合、本発明によって可能にされた大きな領域の熱調節は、最も評価される。バーナ６２は、選択されたタイプの燃焼表面に特徴的である範囲にわたって熱的に調節することができる。同じタイプの燃焼表面をセグメント化されたバーナ５０上で使用する場合、３つのセグメントＡ、Ｂ、Ｃをすべて、個別におよび独立に従来のバーナ６２の燃焼表面６４と同じ量だけ調節することができる。しかし、セグメント化されたバーナ５０は、セグメントＡ、Ｂ、Ｃのうちの１つまたは２つのいずれかを、それぞれバルブ付きチューブ６６、６７、６８を閉鎖することによってオフにして、従来のバーナ６２を用いて可能な最低のターンダウンのごく一部にまで、熱入力の多大なターンダウンを達成できる。
【００２６】
従来のバーナ６２よりも実質上広範囲の熱調節をすることができる、２セグメント・バーナは、管状のバッフル５５ならびにディスク６２、マニホルド７０およびバルブ付きチューブ６６か、管状のバッフル５６ならびにディスク６１、マニホルド７１およびバルブ付きチューブ６７かのいずれかを除去することによって、可視化することができる。セグメント化されたバーナ５０が、好ましい円錐様の形状、すなわち、尖った先端の代わりに凹状の端部を有する円錐形状で図６に示されている。円錐様形状という、この用語は、ここで使用したように、円錐台形状も含む。もちろん、たとえば図１、２、４、５に示したものなどのセグメント化されたバーナの他の形態も、ガス・タービンで使用するように構成することができる。
【００２７】
ガス・タービン用の本発明のセグメント化されたバーナの独特な特徴は、１つのセグメントが燃料ガスを供給されるか、全部のセグメントが供給されるかにかかわらず、ガス・タービンの圧縮機からの圧縮空気が、セグメント化されたバーナ内へ連続的に流入し、その周囲を流れることである。各セグメント内およびバーナの周囲へ流れる圧縮空気の割合は、バーナの様々な部品に与えられた寸法によって固定される。たとえば、ディスク６１、６２間の間隔が短縮された場合、より少ない圧縮空気が、プリナム５２内へ流入することになる。一言で言えば、バーナが動作中である間は、いかなるプリナム内へ入る圧縮空気の流れも変えることはできない。各プリナムに対して変えることができるのは、燃料ガスの流れのみである。
【００２８】
バーナ５０は、ルーバ付きライナ５７を有して図６に示されているが、代替となるライナは、バックサイド冷却ライナとして知られている（ＡＳＭＥ  Ｐａｐｅｒ  ９９−ＧＴ−２３９）。図７は、図６にルーバ付きライナ５７の代替としてのバックサイド冷却ライナ５７Ａの概略図である。左側の輪郭は、図７の鏡像にすぎないため、ライナ５７Ａの右側の輪郭のみを示している。ライナ５７Ａは、曲線状ダクト７７に接続されたライナ５７Ａの端部部分の２、３のルーバ５８Ａを除いて、ルーバまたは他の開口がない。ＡＳＭＥ論文中で対流放熱器と呼ばれた円筒形の金属殻５７Ｂが、ライナ５７Ａを包囲し、それから離隔されて、狭い環状の隙間を提供している。対流放熱器５７Ｂは、ライナ５７Ａのほぼ全長にわたって延びており、ライナ５７Ａが曲線状のダクト７７と出会う５７Ｃの所でライナ５７Ａと接続され、密封されている。
【００２９】
したがって、ハウジング５９と対流放熱器５７Ｂの間を流れる圧縮空気は、ディスク６０、６１、６２とハウジング・キャップ６３の間の空間に入るほか、曲線状のダクト７７に隣接するライナ５７Ａの２、３列の開口またはルーバ５８Ａを通り存在している、対流放熱器５７Ｂとライナ５７Ａの間の隙間を通って流れる。したがって、バーナ表面の近傍の燃焼領域を制限し、燃焼温度を調節する働きをするいかなるライナも、セグメント化されたバーナに使用することができる。
【００３０】
また、各バーナは、個別のライナを有する必要はない。出願第０９／２３５，２０９号は、環状の領域内の５個のライナすべての燃焼を制限する１対の金属ライナを有する、図３の５個のバーナの円形の配列を示している。このような集約型ライナを、本発明のいくつかのバーナに使用することができる。集約型ライナは、２つの同心な部分にあるため、異なる方式で圧縮空気を用いて各部分を冷却することが可能である。たとえば、内側層をルーバ付けし、外側層をバックサイド冷却する、またはその逆をすることもできる。
【００３１】
知られているように、表面燃焼バーナの多孔性ファイバ層を支持している金属スクリーンは、通常、多孔性ファイバ・バーナ面のすべてを通して燃料ガス／空気混合物の一様な流れを確実にすることができる、穴の空いたバックアップ・プレートを有する。本発明の独特に（モジュラーではない）セグメント化されたバーナでは、各内部バッフルを、バックアップ・プレートに溶接することによって定位置に保持することができる。バックアップ・プレートのないとき、バッフルは、多孔性ファイバ層を支持しているスクリーンに溶接することができる。
【００３２】
天然ガスが、ガス・タービンで通常使用される燃料であるが、本発明のバーナは、プロパンなどのより高い炭化水素を用いて燃焼することができる。アルコールやガソリンなどの液体燃料は、多孔性バーナ面を通過する前に液体燃料が完全に気化される場合、本発明のバーナで使用することができる。気体状の燃料という用語は、通常気体である燃料、ならびに液体であるがバーナ面を通過する前に完全に気化される燃料を含むものとして使用されている。本発明の別の特徴は、約４０％のメチレンしかないことがある埋立地ガスなどの、低いＢＴＵを有するガスでさえも、バーナが効果的であることである。
【００３３】
過剰空気という用語は、従来通りに、混合される燃料の化学式的必要量を超えている空気の量を示すものとしてここで使用された。
【００３４】
本発明の変形形態および修正形態が、前記の教示に照らして本発明の精神および範囲を逸脱しないことが当業者には明らかであろう。たとえば、バルブ付き燃料チューブ６６が、混合ノズルを通って、バフル５５がディスク６２に接合されている開口内へ排出するように延びている場合、図６の円形マニホルド７０を除去することができる。したがって、添付の特許請求の範囲で述べられているような制限だけが、本発明に課されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
軸方向断面で示した、単純な２セグメントの円筒形バーナの概略図である。
【図２】
軸方向断面で示した、３セグメントの円筒形バーナの同様の図である。
【図３】
図２のバーナの左端部図である。
【図４】
３つのバーナ・セグメントを提供するように修正された、図１のバーナの左端部図である。
【図５】
２つのバーナ・セグメントを有する半球形のバーナの概略図である。
【図６】
ガス・タービンで使用するように構成された３セグメント円錐形バーナの軸断面概略図である。
【図７】
図６のバーナの要素の代替となる形態を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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