(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器ライナと、該燃焼器ライナ内に配置され燃焼器ライナの内面との間に予混合気または新気を供給するための供給室を区画する逆流部ライナと、前記逆流部ライナ中心部に配置され前記逆流部ライナ内面との間に既燃ガス逆流通路を形成するとともに内部に燃焼室上流部を形成する通路部材とを備え、前記供給室と前記通路部材内の燃焼室上流部とを連通し供給室の予混合気または新気を通路部材内の接線方向に供給し通路部材の燃焼室上流部内に旋回流を発生する旋回流発生手段を設け、前記供給室から予混合気または新気を前記旋回流手段を介して通路部材内に供給し、前記通路部材に連続して形成した燃焼室で発生した既燃ガスを前記逆流通路を介して前記通路部材内に供給し前記旋回流に混合できるようにしたことを特徴とする既燃ガス自己循環低排出バーナ。
【請求項２】
前記通路部材内の燃焼室上流部にエアを供給できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の既燃ガス自己循環低排出バーナ。
【請求項３】
前記通路部材内の燃焼室上流部に燃料を供給できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の既燃ガス自己循環低排出バーナ。
【請求項４】
前記通路部材内の燃焼室上流部に燃料およびエアを供給できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の既燃ガス自己循環低排出バーナ。
【請求項５】
前記通路部材内の燃焼室上流部に新気または予混合気の何れか一つと燃料とを供給できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の既燃ガス自己循環低排出バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空エンジンやガスタービンなどの連続燃焼装置の低ＮＯｘ化と低未燃焼成分排出を両立するために、燃焼器内に導入される予混合気あるいは新気、さらにはそれらの噴流によって発生する周囲より圧力の低い領域あるいは低い領域と高い領域とを利用して燃焼室内の既燃ガスの一部を燃焼室の上流に導き、予混合気あるいは新気と既燃ガスとを混合するようにした既燃ガス循環低排出バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼ガス中に含まれる大気汚染成分の代表的なものは、ＣＯや炭化水素のような未燃焼成分とＮＯｘとである。ＮＯｘは燃焼ガス温度が高いと盛んに生成される。従って、低ＮＯｘ燃焼の基本は過剰空気燃焼（希薄燃焼）による火炎温度の抑制であるが、火炎温度が低いとＣＯや未燃炭化水素の排出が増えやすいという問題がある。空気温度が低い場合にはその傾向が特に顕著で、そのため未燃焼成分の排出も抑制しなければならないほとんどの装置においては、ＮＯｘの排出低減は空気温度が高い場合よりも困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ピストンエンジンでは排気をシリンダーに戻す排気循環（ＥＧＲ）がＮＯｘ抑制技術として実用になっている。ＥＧＲによるＮＯｘ抑制作用は、シリンダ内の燃焼ガスよりも温度のかなり低い排気の混入によって燃焼温度が抑制されることと、ＣＯ2 やＨ2 Ｏを含む排気の混入による燃焼室内の空気中の酸素濃度の低下や希釈効果によって説明される。
【０００４】
ピストンエンジンでは吸引行程でシリンダー内が大気より圧力が低くなるので圧力がほぼ大気と同じに下がった排気の一部を新気とともにシリンダーに供給することは困難ではない。しかし、連続燃焼のバーナにおいては、送風機、圧縮機あるいはポンプ等によって排気を昇圧する手段を追加しない限り一旦燃焼室から排出された圧力の下がった既燃ガスの一部を燃焼室に新気とともに供給することは出来ない。高温空気を連続して昇圧するための機器は価格や所要動力等の点でデメリットが大きく、実用的ではない。
【０００５】
そこで本発明は、燃焼器内に予混合気あるいは新気を旋回流として、あるいは噴流として導入し、この旋回流あるいは噴流によって発生する周囲より圧力の低い領域あるいは圧力の低い領域と高い領域とを利用することによって、燃焼室内の既燃ガスの一部を燃焼室の上流に戻し、予混合気あるいは新気に混入することを可能にするものである。こうすることにより連続燃焼のバーナにおいても送風機、圧縮機あるいはポンプを使用せずに予混合気あるいは新気に既燃ガスを容易に混入することが可能となる。
【０００６】
本発明は、燃焼器内に予混合気あるいは新気を旋回流として導入する手段、あるいは燃焼器内に予混合気あるいは新気を噴流として導入手段と、これら導入手段によって発生した周囲より圧力の低い領域あるいは圧力の低い領域と高い領域とを利用することによって既燃ガスを逆流させるための既燃ガス逆流通路と、この既燃ガスが燃焼室に流入する内側通路とを備えている。
予混合気あるいは新気が旋回手段あるいは噴流手段によって燃焼室に供給されると、予混合気あるいは新気の旋回流あるいは噴流によって燃焼室の中心軸上が周囲より圧力の低い領域となり、外周部の圧力が上昇する。この外周部に形成される火炎によって生成される燃焼ガスの一部（既燃ガスの一部）は燃焼室内に設けられた既燃ガス逆流通路を通って、内側通路に流入し、新気あるいは予混合気と混合しながら燃焼室に流入する。
【０００７】
こうして、循環される高温の既燃ガスと予混合気あるいは新気とが混合され、燃焼室へ流入する新気あるいは予混合気の温度が高められるので、希薄燃焼において問題となる未燃焼成分の排出を抑制できる。その結果、より燃料希薄な条件での運転が可能になり、ＮＯｘの排出が低減できる。またＣＯ2 やＨ2 Ｏによる燃焼室内の酸素濃度の低下や希釈効果によってもＮＯｘ生成速度が抑制される。なお、上記構成のものにおいて燃焼室に新気を供給するものにあっては、燃焼室に燃料を供給する燃料供給ノズルが必要となり、燃料は既燃ガスが混合された空気の流れにその燃料供給ノズルから噴射され、燃焼室で燃焼される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した課題解決手段は、
燃焼器ライナと、該燃焼器ライナ内に配置され燃焼器ライナの内面との間に予混合気または新気を供給するための供給室を区画する逆流部ライナと、前記逆流部ライナ中心部に配置され前記逆流部ライナ内面との間に既燃ガス逆流通路を形成するとともに内部に燃焼室上流部を形成する通路部材とを備え、前記供給室と前記通路部材内の燃焼室上流部とを連通し供給室の予混合気または新気を通路部材内の接線方向に供給し通路部材の燃焼室上流部内に旋回流を発生する旋回流発生手段を設け、前記供給室から予混合気または新気を前記旋回流手段を介して通路部材内に供給し、前記通路部材に連続して形成した燃焼室で発生した既燃ガスを前記逆流通路を介して前記通路部材内に供給し、前記旋回流に混合できるようにしたことを特徴とする既燃ガス自己循環低排出バーナである。
また、前記通路部材内の燃焼室上流部にエアを供給できるようにしたことを特徴とする既燃ガス自己循環低排出バーナである。
また、前記通路部材内の燃焼室上流部に燃料を供給できるようにしたことを特徴とする既燃ガス自己循環低排出バーナである。
また、前記通路部材内の燃焼室上流部に燃料およびエアを供給できるようにしたことを特徴とする既燃ガス自己循環低排出バーナである。
また、前記通路部材内の燃焼室上流部に新気または予混合気の何れか一つと燃料とを供給できるようにしたことを特徴とする既燃ガス自己循環低排出バーナである。
【０００９】
削除
【００１０】
削除
【００１１】
削除
【００１２】
【実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係わる既燃ガス自己循環低排出バーナの説明をすると、図１は同バーナの第１実施形態としての模式的断面図、図２は図１中のＡ−Ａ断面図である。
図において１は既燃ガス自己循環低排出バーナを構成する、円筒状をした燃焼器ライナ１であり、この燃焼器ライナ１内に、一端が密閉され、且つ、他端には所定幅のフランジ２ａが立設された円筒状の逆流部逆流部ライナ２が配置されている。逆流部ライナ２のフランジ２ａの端部は燃焼器ライナ１の内周に気密状態で接続３されており、逆流部ライナ２の外面と燃焼器ライナ１の内面との間には予混合気Ｘを逆流部ライナ２内に供給する供給室４が形成されている。なお燃焼器ライナ１は必ずしも円筒状である必要はない。
【００１３】
逆流部ライナ２の内部には、逆流部ライナ２の内面との間に既燃ガス逆流通路５を形成する円筒形の通路部材６が配置されている。同通路部材６の逆流部ライナ２の密閉側の端部は、前記既燃ガス逆流通路５からの既燃ガスＹを通路部材６の中心部に導入できるよう、中心部に向けて曲げ加工７がなされおり、この通路部材６内は燃焼室８に連通する燃焼室上流部を構成している。また、前記供給室４と通路部材６との間には図２の矢印に示すように円筒状の通路部材６の接線方向に予混合気Ｘを供給室４から通路部材６内に導入するための旋回流発生手段９が設けられており、供給室４からの予混合気Ｘは旋回流発生手段９の導入口９ａ→供給口９ｂより通路部材６内に供給される。このとき、供給される予混合気Ｘは図２に示すように通路部材６の接線方向に流れるため、通路部材６の中心を旋回中心とした旋回流となり、旋回流中部に周囲より圧力の低い領域を発生することになる。なお、旋回流発生手段９は、図２では２箇所に設けられているが、必要に応じて適宜、数を増やすこと（例えば３〜５箇所程度）も可能である。
【００１４】
上記の構成からなる既燃ガス自己循環低排出バーナの作動を説明すると、逆流部ライナ２の外面と燃焼器ライナ１の内面との間に形成されている供給室４に導入された予混合気Ｘは旋回発生手段９によって燃焼室上流部を構成する通路部材６内に導入されて周囲より圧力の低い領域を発生するとともに、既燃ガスと混合しながら燃焼室８に入り、与えられた旋回によって半径方向に押し拡げられ、その流れに沿って火炎Ｋが形成される。この火炎Ｋによる既燃ガスの一部は、既燃ガス逆流通路５を通って周囲より圧力の低い領域となっている燃焼室上流部に戻り、旋回発生手段９を構成する通路部材６の円筒壁面で形成される中心軸上の通路１０を通って燃焼室８に向けて流れる。このようにして、既燃ガスが連続的に予混合気Ｘと混合する循環が形成される。
【００１５】
第２実施形態を図３を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態のものにおいて、既燃ガスの循環をさらに強めるために提案されたものであり、図１に示す逆流部ライナ２の密閉部を図３に示すように通路部材６側に曲げ加工３ａし、この中心部から通路部材６の中心部に向けて空気Ａｉを噴出することができるようにしてある。こうした空気噴流を追加することにより循環を一段と強めることができる。
【００１６】
第３実施形態を図４を参照して説明する。
第３実施形態は、第１実施形態のものの予混合気に代えて、新気（既燃ガスが混合していない新鮮な空気）ＸＸを燃焼室８内に導入する形式のものであり、このため、通路部材６内に燃料１３を供給する燃料供給ノズル１１が配置されている。燃料供給ノズル１１の周囲には、既燃ガスを図示のように既燃ガス逆流通路５を通って燃焼室８の上流側に戻すことができるように通路１２が形成されている。なお、旋回流発生手段９は第１実施形態のものと同様である。この自己循環低排出バーナも第１実施形態と同様に新気ＸＸは旋回発生手段によって通路部材６内に導入され、燃料供給ノズル１１から供給された燃料１３と既燃ガスと混合しながら燃焼室８に入り、与えられた旋回によって半径方向に押し拡げられ、その流れに沿って火炎Ｋが形成される。この火炎Ｋによる既燃ガスの一部は、既燃ガス逆流通路５を通って燃焼室８の上流側に戻り、旋回発生手段を構成する通路部材６の円筒壁面で形成される中心軸上の通路１２を通って燃焼室８に向けて流れる。
【００１７】
第４実施形態を図５を参照して説明する。
第４実施形態は、第３実施形態のものにおいて、ガス循環をさらに強めるために、図５に示すように燃料供給ノズルの周囲に、通路部材６の中心部に向けて空気Ａｉを噴出できる構成としてあり、こうした空気噴流を追加することにより既燃ガスの循環を一段と強めることができる。
【００１８】
第５実施形態を図６を参照して説明する。
第５実施形態は、先述した実施形態中の旋回流発生手段９の代わりに、軸流旋回器２０を用いた点に特徴がある。この軸流旋回器２０は内リング２２、外リング２１および旋回流を発生するための捩じれた羽根２３等から構成されており、予混合気あるいは新気ＸＸがこの羽根の作用により旋回しながら燃焼室８内に供給される。また外リング２１と逆流部ライナ２の内面との間には先の実施形態と同様に既燃ガス逆流通路５が形成されており、先述した実施形態と同様に既燃ガスの循環が形成される。なおこの第５実施形態のものにおいて、予混合気の代わりに新気ＸＸを燃焼室８内に導入する場合には図中一点鎖線で示すように燃料供給ノズル１１が必要となり、また、必要に応じて通路部材６中心部に向けて先述した実施形態と同様に空気を噴出できる空気噴出手段を設けることも可能である。
【００１９】
第６実施形態を図７を参照して説明する。
第６実施形態は、先述した図４、図５、図６に示す実施形態中の逆流部ライナ２を省略し、通路部材６と燃焼器ライナ１内壁との間に既燃ガス逆流通路５を形成し、新気ＸＸを燃料供給ノズル１１の周囲から燃焼室８内に吹き込むようにしたものである。こうした構造を採用することにより構成を一層簡略化でき、新気ＸＸによって生じる周囲より圧力の低い領域によって既燃ガスが逆流し、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２０】
さらに、第７、第８、第９実施形態を図８、図９、図１０を参照して説明する。
第７実施形態は、図３に示すものにおいて、予混合気Ｘを逆の方から供給するようにしたもの、第８実施形態は、図４に示すものにおいて、空気（新気ＸＸ）を逆の方から供給するようにしたもの、第９実施形態は、図６に示すものにおいて、予混合気Ｘ（または新気ＸＸ）を逆の方から供給するようにしたものであり、燃焼室に周囲より圧力の低い領域を発生させ、この領域によって既燃ガスを逆流させるという基本的な燃焼形態は、先述した実施形態と同じである。ただ、予混合気あるいは新気の供給方向を逆にすることで設計時の自由度が増すことになる。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の形態を実施することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼器内に予混合気あるいは新気を旋回流として導入し、この旋回流によって発生する周囲より圧力の低い領域を利用することによって、燃焼室内の既燃ガスの一部を燃焼室の上流に戻し、予混合気あるいは新気に混入することを可能にするものであり、こうすることにより連続燃焼のバーナにおいても送風機、圧縮機あるいはポンプを使用せずに予混合気あるいは新気に既燃ガスを容易に混入することが可能となる、またＮＯｘの排出低減、未燃焼成分の排出低減を実現できる等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図２】  図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  第２実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図４】  第３実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図５】  第４実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図６】  第５実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図７】  第６実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図８】  第７実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図９】  第８実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【図１０】  第９実施形態としての既燃ガス自己循環低排出バーナの模式的断面図である。
【符号の説明】
１                    燃焼器ライナ
２                    逆流部ライナ
３                    燃焼器ライナと逆流部ライナの接続部
３ａ                  曲げ加工部
４                    供給室
５                    既燃ガス逆流通路
６                    通路部材
７                    曲げ加工部
８                    燃焼室
９                    旋回流発生手段
１０、１２              通路
１１                    燃料供給ノズル
１３                    燃料
Ｘ                    予混合気
ＸＸ                    新気
【図１】
0003921509.tif 000002
【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】
0003921509.tif 000008
【図８】
0003921509.tif 000009
【図９】
0003921509.tif 000010
【図１０】
0003921509.tif 000011