(57)【要約】      （修正有）【課題】ミキサ空気の付加は、コストを高め、熱音響的振動を誘発するという可能性を抑制する。【解決手段】燃料質量流は、第１の酸化剤質量流に対する燃料質量流の化学量論超過比を達成するように配分される。第１の酸化剤質量流との燃料質量流の燃焼が開始され、これにより、燃焼生成物の流れを発生させ、燃焼生成物の流れは残留可燃性成分を含む。燃焼生成物の流れは、熱交換アプライアンス１３の少なくとも１つの第１のダクト１３１に提供される。第２の酸化剤質量流は、熱交換アプライアンス１３の少なくとも１つの第２のダクト１３２に提供され、燃焼生成物の流れは、熱交換アプライアンスを通る第２の酸化剤質量流と熱交換関係で提供される。熱は、燃焼生成物の流れと、第２の酸化剤質量流との間で交換され、これにより、第２の酸化剤質量流を加熱し、燃焼生成物の流れを冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させる方法において、該方法は、第１の酸化剤質量流（５１）を提供し、第２の酸化剤質量流（５５）を提供し、燃料質量流（５２）を前記第１の酸化剤質量流（５１）へ排出し、これにより、燃料／酸化剤質量流を提供し、
前記第１の酸化剤質量流に対する前記燃料質量流の化学量論超過比を達成するように前記燃料質量流（５２）を配分し、
前記第１の酸化剤質量流によって前記燃料質量流の燃焼を開始し、これにより、燃焼生成物の流れ（５４）を発生させ、該燃焼生成物の流れは、残留可燃性成分を含んでおり、
前記燃焼生成物の流れ（５４）を熱交換アプライアンス（１３）の少なくとも１つの第１のダクト（１３１）に提供し、
前記第２の酸化剤質量流（５５）を前記熱交換アプライアンス（１３）の少なくとも１つの第２のダクト（１３２）に提供し、前記燃焼生成物の流れは、前記熱交換アプライアンスを通る前記第２の酸化剤質量流と熱交換関係において提供され、
前記燃焼生成物の流れと前記第２の酸化剤質量流との間で熱交換し、これにより、前記第２の酸化剤質量流を加熱し、かつ前記燃焼生成物の流れを冷却し、
前記熱交換アプライアンス（１３）の下流端部において前記熱交換アプライアンスの前記第１のダクトから前記燃焼生成物の流れ（５４）を排出し、
前記熱交換アプライアンス（１３）の下流端部において前記熱交換アプライアンスの前記第２のダクトから前記第２の酸化剤質量流（５５）を排出し、前記第２の酸化剤質量流の存在のもとで前記燃焼生成物の流れに提供された前記残留可燃性成分を燃焼させることを含むことを特徴とする、燃料を燃焼させる方法。
【請求項２】
前記燃焼生成物の流れおよび前記第２の酸化剤質量流の混合を回避するように前記燃焼生成物の流れ（５４）および前記第２の酸化剤質量流（５５）を排出し、これにより、前記熱交換アプライアンスの下流において前記第２の酸化剤質量流と前記燃焼生成物の流れとの間に境界面を形成し、前記第２の酸化剤質量流と前記燃焼生成物の流れとの間の前記境界面において、前記燃焼生成物の流れに提供された残留可燃性成分を燃焼させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記燃料質量流（５２）を前記第１の酸化剤質量流（５１）に関連させるときに化学量論超過燃料／空気比が達成され、かつ前記燃料質量流（５２）を組み合わされた第１および第２の酸化剤質量流（５１，５５）に関連させるときに化学量論未満燃料／空気比が達成されるように、前記燃料質量流（５２）と、前記第１および第２の酸化剤質量流（５１，５５）とを配分することを含むことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記第２の酸化剤質量流は、前記第１の酸化剤質量流を超過することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１の酸化剤質量流に対する前記燃料質量流の比を制御するために前記第１の酸化剤質量流（５１）を調整することを含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
第２の燃料質量流（５７）を前記第２の酸化剤質量流（５５）に加え、これにより、第２の燃料／酸化剤流を提供し、前記第２の燃料質量流は、前記熱交換アプライアンスの下流端部の上流、特に前記熱交換アプライアンスの上流で加えられることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記第１の酸化剤質量流（５１）および前記第２の酸化剤質量流（５５）から成る組み合わされた酸化剤質量流に対する、第２の燃料／酸化剤流の燃料／酸化剤比に対して、および、前記第１の酸化剤質量流に加えられた前記燃料質量流（５２）と前記第２の燃料質量流（５７）とから成る組み合わされた燃料質量流の組み合わされた燃料／酸化剤質量流比に対して、化学量論未満燃料／酸化剤比を達成するように、前記第２の燃料質量流を配分することを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
希薄な予混合された第２の燃料／酸化剤流を前記熱交換アプライアンスの前記下流端部において供給するために前記第２の燃料質量流（５７）を付加することを特徴とする、第２の燃料質量流の付加が請求された請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
燃料を燃焼させる燃焼装置（１）において、該装置は、第１の流体流（５１）を提供する手段と、
前記第１の流体流へ燃料流（５２）を排出する燃料排出手段と、
第１の燃焼ゾーン（１２）であって、火炎（５３）を安定化させるように適応および構成され、かつ前記燃料排出手段の下流に配置され、かつ前記燃焼ゾーンの上流端部において、前記第１の流体流を提供する手段と流体連通している、第１の燃焼ゾーン（１２）と、
熱交換アプライアンス（１３）であって、該熱交換アプライアンスは、少なくとも１つの第１のダクト（１３１）と、少なくとも１つの第２のダクト（１３２）とを有しており、前記熱交換アプライアンスは、前記第１のダクトに提供された流体（５４）と、前記第２のダクトに提供された流体（５５）との間の熱交換を可能にするように提供されており、前記熱交換アプライアンス（１３）の前記少なくとも１つの第１のダクト（１３１）は、該第１のダクトの上流端部において、前記第１の燃焼ゾーン（１２）に該燃焼ゾーンの下流端部において流体連通している、熱交換アプライアンス（１３）と、
前記熱交換アプライアンス（１３）の前記少なくとも１つの第２のダクト（１３２）の上流端部に第２の流体流（５５）を提供する手段と、
前記熱交換アプライアンスの下流に提供された第２の燃焼ゾーン（１４）であって、前記少なくとも１つの第１のダクトと、前記少なくとも１つの第２のダクトとは、それぞれのダクトの下流端部において前記第２の燃焼ゾーンと流体連通して提供されている、第２の燃焼ゾーン（１４）と、を有することを特徴とする、燃料を燃焼させるための燃焼装置（１）。
【請求項１０】
前記第１のダクト（１３１）および前記第２のダクト（１３２）は、少なくともそれぞれのダクトの下流端部において、前記ダクトから排出されたときに第１の流体の流れと第２の流体の流れとの混合を回避するために、互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記熱交換アプライアンス（１３）は、ヒートパイプ（１６）を含むことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の流体（５１）の質量流および／または前記第２の流体（５５）の質量流のうちの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御手段を有することを特徴とする、前記装置請求項のうちのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の流体流（５５）へ第２の燃料（５７）を排出するように提供および構成された少なくとも１つの第２の燃料排出手段（１７）を提供することを特徴とする、前記装置請求項のうちのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記第２の燃料排出手段（１７）と、第２の流体を提供する手段とは、前記熱アプライアンス装置（１３）の下流端部において第２の流体および第２の燃料の予混合された流れを提供するように適応および構成されていることを特徴とする、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記装置請求項のいずれか１項記載の装置を含む少なくとも１つの燃焼室を含むガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１に開示された、燃料を燃焼させる方法、および当該方法を実施するのに特に適した燃焼装置に関する。
【０００２】
開示の背景
ガスタービンエンジンの燃焼室およびその他の工業用アプライアンスにおける燃焼は、大きな負荷範囲にわたって、かつ同時に最小限の汚染物質排出で行われる必要がある。
【０００３】
ガスタービンエンジンでは、例えば欧州特許第３２１８０９号明細書（EP321809）、欧州特許第７８０６２９号明細書（EP780629）、国際公開第９３／１７２７９号（WO93/17279）または欧州特許第９４５６７７号明細書（EP945677）から公知のような、しかしながらこれらの出願に開示されたものに限定されない、希薄予混合バーナがしばしば適用される。しかしながら、前記タイプの個々のバーナは、バーナが安全に作動させられ得る、バーナ当量比の、負荷のかなり制限された範囲しかそれぞれ有さない。低負荷運転におけるより低い当量比の場合、熱音響的振動が発生する場合があるか、または火炎が完全に消滅する場合がある。したがって、これらの希薄予混合タイプのバーナは、部分負荷運転のために、極めて制限されたターンダウン比を生じる。この範囲での１つの可能なアプローチは、バーナにおけるいわゆるパイロット段の適用であり得る。パイロット段は、拡散燃焼によって運転させられる。拡散燃焼は、拡散燃焼における固有の化学量論的勾配により、極めて低い全体的な当量比においてさえも、優れた火炎安定性を有する。他方で、拡散燃焼では、化学量論的燃焼のゾーンが一般的に存在し、その結果、高いピーク温度、ひいては、熱により誘発される酸化窒素の高い発生を生じる。
【０００４】
いわゆる定圧連続燃焼（ＣＰＳＣ）を適用することも公知である。ＣＰＳＣは、化学量論値未満の当量比においてフロント燃焼段を適用する。依然として酸素リッチな燃焼生成物の生じた流れに、別の燃料が噴射され、燃焼させられる。概して、熱により誘発される酸化窒素の形成を減じるために、フロント燃焼段は、ミキサ空気の付加を必要とする。しかしながら、ミキサ空気の付加は、コストを高め、熱音響的振動を誘発するという可能性を有する。
【０００５】
本開示の内容の説明
本開示の課題は、燃料を燃焼させる方法を提供することである。さらに、提案された方法を実施するのに特に適したそれぞれの燃焼装置が開示される。１つの態様において、熱により誘発される酸化窒素の大規模な形成なしに安定した燃焼を許容する方法および関連する燃焼装置が開示される。別の態様において、一酸化炭素および未燃焼炭化水素などの不完全燃焼生成物を放出するという問題が解決される。この問題は、一般的に、適切に高い温度での保持時間が不十分であることによる部分負荷運転に関係している。全ての可燃性成分を完全に酸化させるために、十分に高い温度における可燃物の十分な滞留時間を提供することは、燃料を燃焼させる際の一般的な問題である。他方で、前記温度および滞留時間が高すぎると、これは、熱により誘発される酸化窒素の大規模な形成を生じ得る。特に、所定の負荷範囲がカバーされるべきであるならば、この問題は、全負荷範囲にわたって解決されなければならない。別の態様では、ＣＳＰＣにおけるミキサ空気の付加の必要性は、排除されないとしても大幅に減じられる。方法および燃焼装置は、別の態様によれば、良好なターンダウン比、すなわち完全燃焼を考慮した優れた燃焼性能、低い酸化窒素形成、熱音響的振動を発生する可能性が低い確実かつ安定した燃焼、を可能にする。さらに別の態様では、方法および装置は、温度不均一の迅速な下流均一化を可能にする。
【０００６】
これは、請求項１およびその他の独立請求項に記載された対象によって達成される。
【０００７】
開示された対象のその他の効果および利点は、明示的に言及されているかどうかにかかわらず、以下に提供される開示内容を考慮すれば明らかになるであろう。
【０００８】
したがって、燃料を燃焼させる方法であって、第１の酸化剤質量流を提供し、第２の酸化剤質量流を提供し、燃料質量流を第１の酸化剤質量流内へ排出し、これにより、燃料／酸化剤質量流を提供することを含む方法が開示される。酸化剤は、一例として、最も一般的には空気または依然として酸素リッチの煙道ガスであってもよいが、同様に、純粋な酸素、酸素エンリッチ空気、または前記のもののうちの１つまたは複数の混合物であってもよく、最も一般的な意味では、酸素、または発熱反応において燃料と反応するのに適した別の作用物質を含む、あらゆる流体であってもよい。最も一般的には、第１および第２の酸化剤質量流は同じ流体から成ってもよいが、第１および第２の酸化剤質量流において異なる流体を提供することも考えられ得る。ガスタービンエンジンにおける用途では、一例として、酸化剤質量流は、圧縮機によって提供される合計質量流のうちの部分質量流であってもよい。方法は、第１の酸化剤質量流に関連した燃料質量流の化学量論超過比を達成するように燃料質量流を配分し、前記燃料リッチ条件下で第１の酸化剤質量流とともに燃料質量流の燃焼を開始し、これにより、燃焼生成物の流れを発生させ、燃焼生成物の流れは、残留可燃性成分を含む。
【０００９】
化学量論超過の燃料／酸化剤比による燃焼は、リッチな組み合わされた燃料／酸化剤質量流を燃焼させることであると容易に理解されるであろう。その場合、所定量の酸化剤、例えば、空気が酸化剤として提供される場合は酸素が、提供された所定量の燃料を完全に燃焼させるには不十分である。これにより、酸化剤の完全な消費時でさえも、残留可燃性成分が残留する。前記残留可燃性成分は、燃焼させられていないおよび／または部分的に燃焼させられた燃料成分のうちの少なくとも一方を含む。前記残留可燃性成分は、炭化水素燃料を燃焼させる場合、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃焼または不完全燃焼炭化水素（ＵＨＣ）、炭化水素ラジカルなどを含んでもよいが、必ずしもこれらに限定されない。酸化剤の欠乏により、さらに、化学量論的燃焼と比較したとき、より低い温度により、熱により誘発される酸化窒素の形成は、空気からの窒素の存在時でさえも、最小限に制限される。他方で、リッチな火炎は、比較的低い燃焼温度においてさえも顕著な燃焼安定性を示す。これにより、低い酸化窒素発生での確実な燃焼が、化学量論超過条件において、第１の酸化剤質量流において燃料質量流を燃焼させるときに達成される。安定した燃焼は、化学量論比の大きな幅にわたって、予混合されたリッチ燃料／酸化剤混合物によっても達成されるが、必然的に不完全燃焼に結びつけられる。対照的に、化学量論未満の燃料／酸化剤比での燃焼または希薄燃焼は、余剰の酸化剤による燃焼であると理解され、すなわち、燃料の完全燃焼時でさえも、残留酸化剤は、結果的に生じる燃焼生成物に残る。全体的な化学量論未満燃焼は、完全燃焼の可能性を有するが、予混合燃焼は、ある前提条件が満たされないならば、すなわち、特に予混合燃焼温度が所定のしきい値レベルよりも低いならば、固有の燃焼不安定性および不完全燃焼を阻止する。これにより、希薄予混合燃焼は、特定の化学量論的範囲において優れて行われるが、燃焼性能は、前記範囲外では急速に低下する。希薄全体条件下での燃焼は、拡散燃焼モードにおける優れた燃焼安定性で達成されてもよく、その場合、局所的な燃料／酸化剤比の勾配、結果的に局所的な燃焼温度の勾配が存在する。高い局所的温度により、余剰の酸化剤による拡散火炎モードにおける燃焼は、概して、熱により誘発される酸化窒素の大きな発生に結びつけられる。
【００１０】
本明細書に開示された方法は、さらに、燃焼生成物の流れを熱交換アプライアンスの少なくとも１つの第１のダクトに提供し、第２の酸化剤質量流を熱交換アプライアンスの少なくとも１つの第２のダクトに提供することを含み、その場合、燃焼生成物の流れは、熱交換アプライアンスを通る第２の酸化剤質量流と熱交換関係で提供される。これにより、熱は、燃焼生成物の流れと、第２の酸化剤質量流との間で交換され、これにより、第２の酸化剤質量流を加熱し、燃焼生成物の流れを冷却する。燃焼生成物の流れと、第２の酸化剤質量流とは、特に、互いに物理的に分離されながら熱交換装置において単なる熱交換関係にあるということに留意されたい。燃焼生成物の流れおよび第２の酸化剤質量流は、熱交換装置において混合せず、熱交換装置は、燃料／酸化剤質量流および第２の酸化剤質量流のための２つの完全に分離された流路を提供してもよい。その後、燃焼生成物の流れは、熱交換アプライアンスの下流端部において熱交換アプライアンスの第１のダクトから排出され、第２の酸化剤質量流は、熱交換アプライアンスの下流端部において熱交換アプライアンスの第２のダクトから排出され、燃焼生成物の流れに提供された残留可燃性成分は、第２の酸化剤質量流の存在において燃焼させられる。
【００１１】
燃焼生成物の流れと第２の酸化剤質量流との間で熱が交換されることにより、燃料質量流の完全燃焼の合計熱放出は、より大きな合計質量流へ分散させられる。第１の酸化剤質量流において燃料質量流を不完全に燃焼させることによる熱の一部は、第２の酸化剤質量流へ転移させられる。また、第２の酸化剤質量流とともに、燃料、または燃料の可燃性残留物の最終的な燃焼を行う場合、燃焼のピーク温度が低下させられ、また、少なくとも拡散モード燃焼に言及したときに、組み合わされた第１および第２の酸化剤質量流における１つの単一のステップでの燃料質量流の燃焼と比較した場合に、酸化窒素の熱的に誘発される形成が強く減じられる。燃焼方法は、燃料質量流を２つのステップで燃焼させることを含み、燃焼の第１のステップの後、燃焼の第１のステップからの熱が、燃焼のピーク火炎温度、ひいては熱により誘発される酸化窒素の形成を低下させるように分散させられると言ってもよい。可燃性成分および最も一般的には不活性の成分を含む燃焼生成物の流れは、第１の不完全燃焼からの熱が分散させられながら、第１の酸化剤質量流内へ排出させられる燃料と比較して、より低い特定の加熱値、ひいては燃焼時のより低い温度上昇を伴う燃料であると考えられてもよい。
【００１２】
より特定の態様では、方法は、燃焼生成物の流れおよび第２の酸化剤質量流の混合を回避するように燃焼生成物の流れおよび第２の酸化剤質量流を排出し、これにより、熱交換アプライアンスの下流において第２の酸化剤質量流と燃焼生成物の流れとの間に境界面を提供し、第２の酸化剤質量流と燃焼生成物の流れとの間の境界面において燃焼生成物の流れに提供される残留可燃性成分を燃焼させることを含んでもよい。すなわち、燃焼生成物の流れは、拡散燃焼モードにおいてさらに燃焼させられる。上述のように、第１のリッチな不完全燃焼段からの熱の一部が第２の酸化剤質量流へ転移させられることにより、拡散火炎のピーク温度は、１つの単一のステップにおける拡散火炎における燃料の燃焼と比較したとき、より低く、酸化窒素形成の著しい減少を生じる一方、燃焼は、優れた安定性、および拡散火炎のターンダウンまたは部分負荷能力で達成される。
【００１３】
これらの特性は、方法を、酸化窒素エミッションにおける著しいペナルティを生じることなしに低負荷での希薄予混合バーナのための支持パイロット火炎を提供するときに適用するのに特によく適したものにする。
【００１４】
さらに別の態様では、方法は、燃料質量流を第１の酸化剤質量流に関連させるときに化学量論超過燃料／空気比が達成され、燃料質量流を組み合わされた第１および第２の酸化剤質量流に関連させるときに化学量論未満の燃料／空気比が達成されるように、燃料質量流と第１および第２の酸化剤質量流とを配分することを含む。この手段は、完全燃焼を達成し、例えば一酸化炭素および未燃焼炭化水素エミッションを回避するために有効であり、さらに、不完全な第１の燃焼からの熱を、より大きな第２の酸化剤質量流へ希釈することを補助する。全体的な化学量論未満の燃料／酸化剤比の場合のように、第２の酸化剤質量流の全てが燃焼生成物の流れを燃焼させることに関与するわけではなく、第２の酸化剤質量流に転移される熱の一部は、燃焼生成物の流れからの可燃性残留物が燃焼させられる領域には存在しない。これにより、燃焼のピーク温度は、酸化窒素形成に関する既述の利点とともに、さらに減じられる。
【００１５】
燃焼の熱負荷を変化させる際に燃料質量流が変化させられることが理解される。方法は、複数の態様において、第１段燃焼の化学量論比を所定の範囲内に維持するために第１の酸化剤質量流を変化させることを含む。
【００１６】
複数の例において、燃料／酸化剤比は、燃料質量流を第１の酸化剤質量流に関連させる場合、１．５以上かつ３以下であってもよく、特に、１．８以上かつ２．５以下であってもよく、特定の例では、少なくともほぼ２に等しいまたは約２であってもよい。認められるように、これは、第１の不完全燃焼段におけるかなりリッチな燃焼、したがって良好な火炎安定性、低からゼロの酸化窒素形成、および、燃焼させられていないまたは不完全に燃焼させられた成分の大きな部分を含む燃焼生成物の流れの提供を意味する。
【００１７】
複数の例において、第２の酸化剤質量流は、第１の酸化剤質量流を超過する。より特定の実施の形態では、第２の酸化剤質量流は、第１の酸化剤質量流の４倍から、第１の酸化剤質量流の２０倍に達してもよい。１つの特定の例では、第２の酸化剤質量流は、第１の酸化剤質量流の少なくともほぼ１０倍であってもよい。“リッチな”段の当量比の上に明示した範囲により、全体的な希薄の、化学量論未満の燃料／空気比は、燃料質量流を、第１および第２の酸化剤質量流の合計に関連させることに基づき、達成される。
【００１８】
上述のように、別の例において、方法は、第１の酸化剤質量流に対する燃料質量流の比を制御するために第１の酸化剤質量流を制御することを含んでもよい。特定の実施の形態では、第２の酸化剤質量流と、第１および第２の酸化剤質量流の合計とのうちの一方は、前記制御手段によって影響されない。第１および第２の燃焼段の間での空気スプリット、または、より一般的に言えば酸化剤質量流スプリットを変化させる場合、第１の酸化剤質量流に対する燃料質量流の比、または、第１の燃焼段当量比は、著しく変化する燃料質量流においてさえも、想定された範囲内に維持されてもよい。最終的な燃焼段は、特に拡散燃焼モードにおいて運転されたときに、全体的な当量比の変化に対してかなり鈍感である。
【００１９】
本明細書に説明された方法を実施する別の典型的な態様では、方法は、第２の燃料質量流を第２の酸化剤質量流に加え、これにより、第２の燃料／酸化剤流を提供し、第２の燃料質量流は、熱交換アプライアンスの下流端部の上流、特に熱交換アプライアンスの上流で加えられる。これに関して、方法は、さらに、第１の酸化剤質量流および第２の酸化剤質量流から成る組み合わされた酸化剤質量流に対する、第２の燃料／酸化剤流の燃料／酸化剤比のための、および、第１の酸化剤質量流に加えられた燃料質量流と第２の燃料質量流とから成る組み合わされた燃料質量流の組み合わされた燃料／酸化剤質量流比のための、化学量論未満の燃料／酸化剤比を達成するなどのために、第２の燃料質量流を配分することを含んでもよい。前記実施の形態により、この方法は、大きな負荷範囲にわたって実施され得ることが認識される。第１の燃料質量流は、十分に安定したパイロット火炎を提供するように配分されるのに対し、かなりより大きな燃料質量流が、第２の燃料質量流として第２の酸化剤質量流に提供されてもよい。
【００２０】
別の態様において、第２の燃料質量流は、熱交換アプライアンスの下流端部において希薄な予混合された第２の燃料／酸化剤流を提供するために、第２の酸化剤質量流に提供および混合されてもよい。これに関して、第２の酸化剤質量流および第２の燃料質量流は、従来公知の、上記で引用した希薄予混合バーナアプライアンスを介して提供および混合されてもよい。第１のリッチな燃焼段からの不完全燃焼生成物の最終的な燃焼は、次いで、複数の典型的な実施の形態では、第２の燃料質量流および第２の酸化剤質量流によって提供される希薄予混合燃料／空気混合物のための補助段またはパイロット段として機能する。しかしながら、別の例では、第２の燃料質量流および第２の酸化剤質量流の組合せからの希薄な予混合された燃料／酸化剤流の予混合燃焼に伴う不完全燃焼生成物の燃焼は、従来公知の希薄予混合バーナの補助パイロット火炎として機能してもよい。概して、第２の酸化剤質量流と熱を交換し、これにより、予熱された希薄な燃料／酸化剤混合物を提供することは、希薄な予混合された燃料／酸化剤混合物の安定した燃焼をさらに補助するように機能してもよい。
【００２１】
これに関して、１つの方法が開示され、上述の方法は、少なくとも低い予混合燃焼負荷において希薄予混合燃焼を補助または誘導するために適用され、前記用語は同義語として使用されており、低い予混合燃焼負荷は、さもなければ、安定した希薄予混合燃焼のために必要な最低限の予混合燃料／酸化剤比よりも低下することがある。１つの態様において、第１の燃焼段からの不完全燃焼生成物の流れは、熱交換アプライアンスの第１のダクトから排出されてもよく、第２の酸化剤質量流、または熱交換アプライアンスの第２のダクトから排出された希薄な予混合された燃料／酸化剤とともに燃焼させられてもよい。次いで、主要な希薄な予混合された流れは、第１および第２の酸化剤質量流とは別個および別異であってもよく、自他公知の形式で、例えば、最初に引用した予混合アプライアンスを介して提供されてもよい。これに関して、第１および第２の酸化剤質量流は、そこに排出された、部分的に燃焼させられた１つまたは複数の燃料質量流とともに、それぞれ、別の酸化剤および燃料質量流が提供される希薄予混合燃焼器のためのパイロット燃焼器として機能する。別の態様では、第２の酸化剤質量流は、第２の酸化剤質量流に排出された第２の燃料質量流とともに、主要な予混合燃焼段として機能するのに対し、第１のリッチな燃焼段において発生した燃焼生成物は、予熱された主要な予混合燃焼質量流内へ排出され、この予熱された主要な予混合燃焼質量流において燃焼させられ、パイロット火炎を提供するために機能する。
【００２２】
これに関して、主要な予混合燃焼流における、熱負荷、ひいては当量比が、パイロット段なしに安定した希薄予混合燃焼を提供するために十分であるならば、第１の燃料質量流を遮断することが考えられることに留意されたい。
【００２３】
さらに別の典型的な実施の形態では、当該方法は、定圧連続燃焼におけるフロント段燃焼法として適用され、すなわち、熱交換アプライアンスから排出された燃焼生成物の流れが完全に燃焼させられた後に、さらに付加的な燃料が、燃焼生成物内へ排出され、燃焼生成物において燃焼させられてもよい。これは、上記の燃焼プロセスの全体的な燃料／酸化剤質量流比、すなわち、第１および第２の酸化剤質量流の合計に対する、第１および第２の酸化剤質量流へ排出された燃料質量流の合計が化学量論未満であり、それにより、前記燃料の完全燃焼後に、十分な残留酸素を含んだ完全燃焼された燃焼生成物の流れが発生されるならば、可能である。燃焼生成物の流れは、付加的な燃料を排出する前には膨張させられないが、合計圧力は、流れによるおよび熱の付加による不可避な損失とは別に、一定に維持されることが理解される。
【００２４】
さらに、パワーエンジン、特に内燃パワーエンジン、さらに特にガスタービンエンジンにおける燃料の燃焼のための方法を適用することが開示されている。
【００２５】
本開示のさらに別の態様では、上述の方法を実施するのに特に適した、燃料を燃焼させる装置が開示されている。前記装置は、第１の流体流を提供する手段と、第１の流体流に燃料流を排出する燃料排出手段と、火炎を安定させるように適応および構成されかつ燃料排出手段の下流に配置されかつ燃焼ゾーンの上流端部において第１の流体流を提供する手段と流体連通している第１の燃焼ゾーンとを含む。装置は、さらに、熱交換アプライアンスを有しており、前記熱交換アプライアンスは、少なくとも１つの第１のダクトと、少なくとも１つの第２のダクトとを有しており、熱交換アプライアンスは、第１のダクトに提供された流体と、第２のダクトに提供された流体との間で熱交換を可能にするように設けられている。熱交換アプライアンスの少なくとも１つの第１のダクトは、当該第１のダクトの上流端部において、燃焼ゾーンの下流端部において第１の燃焼ゾーンと流体連通している。第２の流体流を少なくとも１つの第２のダクトの上流端部に提供する手段が設けられている。第２の燃焼ゾーンは熱交換アプライアンスの下流に設けられており、少なくとも１つの第１のダクトと、少なくとも１つの第２のダクトとは、それぞれのダクトの下流端部において第２の燃焼ゾーンと流体連通して設けられている。構成部材のこの配置により、第１の燃焼ゾーンからの燃焼生成物は、少なくとも１つの第１のダクトを通流し、これにより、少なくとも１つの第２のダクトに提供された流体と熱交換することが明らかである。燃焼成分と、少なくとも１つの第２のダクトに提供された流体とは、熱交換した後、一緒に第２の燃焼ゾーンへ排出され、第１の燃焼ゾーンからの燃焼生成物が不完全燃焼の生成物であり、可燃性成分をまだ含んでいる限り、燃焼生成物は、第２の燃焼ゾーンにおいて最終的に燃焼させられてもよい。
【００２６】
熱交換アプライアンスには、十分な熱伝達を可能にしながら、十分に大きな熱交換面と、可能な限り小さな圧力損失勾配とが提供されるべきであることが理解される。特に、第１および第２のダクトを分離する壁構造は、熱交換アプライアンスによって提供される流過横断面と比較して熱交換面を増大させるために、ローブ付きまたは渦巻状の構造であってもよい。
【００２７】
第１のダクトおよび第２のダクトは、複数の例において、少なくとも各ダクトの下流端部において、ダクトから排出されたときに第１の流体の流れと第２の流体の流れとの混合を回避するために、ダクトの通流方向が互いに平行になるように配置されていてもよい。これにより、第１および第２の流体の間の境界面の形成が補助され、これは、熱交換アプライアンスの少なくとも１つの第１のダクトから排出される流れに含まれ得る可燃性成分の上述の拡散燃焼を促進する。
【００２８】
別の態様では、熱交換アプライアンスは、少なくとも１つのヒートパイプを含んでもよい。ヒートパイプ技術は、基本的に当業者に公知である。簡単に言えば、ヒートパイプは中空体を有しており、この中空体に、中空体の材料の融点よりも低い沸点を有する物質が提供される。ヒートパイプの相対的に高温の側において、前記物質は沸騰するように意図されており、蒸気は相対的に低温の側へ案内されて、凝縮し、液体がヒートパイプの相対的に高温の側へ戻る。これにより、熱交換は、熱伝導によってのみならず、対流および相変化によっても促進される。中空体内での物質の搬送は、例えば、重力、蒸気および液体の密度差、毛細管現象などによって推進されてもよい。ヒートパイプ技術それ自体は当該技術分野において周知であるため、これ以上の説明は無意味である。
【００２９】
装置は、さらに、第１の流体の質量流および／または第２の流体の質量流のうちの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御手段を有してもよい。これは、第１の燃焼ゾーンにおける燃焼の当量比を調節するためにおよび／または運転要求を満たすように第１および第２の流体の質量流比を適応させるために、燃料質量流との第１の流体の質量流の適応を可能にするように機能してもよい。
【００３０】
別の態様によれば、第２の流体流へ第２の燃料を排出するように提供および構成された少なくとも１つの第２の燃料排出手段が設けられてもよい。より特定の態様では、第２の燃料排出手段と、第２の流体を提供する手段とは、熱アプライアンス装置の下流端部において第２の流体および第２の燃料の予混合された流れを提供するように提供、適応および構成されていてもよい。
【００３１】
さらに、希薄予混合バーナ、例えば、ただしそれに限定されないが、最初に説明したタイプのうちのいずれかと、さらに、当業者に公知の形式で予混合燃焼を補助するパイロット段として提供された上述のような装置とを含む、燃焼装置が開示されている。
【００３２】
さらに、定圧連続燃焼アプライアンスが開示されている。定圧連続燃焼アプライアンスにおいては、上述の種類の燃焼装置が、フロント燃焼段として提供され、第２の燃焼ゾーンからの完全燃焼した燃焼生成物をダクト内へ排出するように配置および構成されており、別の燃料を前記ダクト内へ排出する手段が設けられている。前記アプライアンスにおいて、燃焼装置と、別の燃料を排出する手段との間に膨張タービン段が配置されていないことに留意されたい。
【００３３】
上に開示されたような燃料を燃焼させる装置が装備された少なくとも１つの燃焼室を有するガスタービンエンジンが開示される。少なくとも１つの燃料質量流が、上に開示された方法に従って燃焼させられる、ガスタービンエンジンの運転が開示される。
【００３４】
上に開示された特徴および実施の形態は互いに組み合わされてもよいことが理解される。当業者にとって明白かつ明らかな、本開示および請求された対象の範囲内のさらに別の実施の形態が考えられることが、さらに認識されるであろう。
【００３５】
図面の簡単な説明
ここで、本開示の対象が、添付図面に示された選択された典型的な実施の形態によってさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】上に開示された方法が実施される、本開示による燃焼装置の第１の典型的な実施の形態を示す図である。
【図２】図１の燃焼装置の熱交換アプライアンスの断面図である。
【図３】上に開示された方法が実施される、本開示による燃焼装置の第２の典型的な実施の形態を示す図である。
【図４】図３の燃焼装置の熱交換アプライアンスの断面図である。
【図５】上に開示された方法が実施される、ヒートパイプを有する本開示による燃焼装置の第３の典型的な実施の形態を示す図である。
【００３７】
図面は大いに概略的であり、使用説明目的のために必要ない詳細は、理解および説明を容易にするために省略されていることもあることが理解される。さらに、図面は、選択された例示的な実施の形態のみを示しており、示されていない実施の形態がさらに、本明細書に開示および／または請求された対象の十分に範囲内であることが理解される。
【００３８】
本開示の教示を実施する典型的なモード
図１は、上述の燃焼装置の第１の典型的な実施の形態を示しており、本明細書に開示された方法を実施する典型的な態様を示している。燃焼装置１は、フロントバーナ１１と、フロントバーナ１１の下流に配置された第１の燃焼ゾーン１２とを有する。第１の流体流もしくは第１の酸化剤質量流５１は、適切な手段を介してフロントバーナ１１に提供される。前記手段の特定の実施は、この説明とは関係ない。第１の酸化剤質量流５１は、例えば、ガスタービンエンジンにおける圧縮機によって提供される圧縮空気質量流の一部であってもよい。第１の酸化剤質量流５１は、例えば、スワール発生手段１１０を通って案内される。燃料質量流５２は、第１の酸化剤質量流５１へ供給される。第１の酸化剤質量流５１と燃料質量流５２との組み合わされた流れは、第１の燃焼ゾーン１２に進入する。第１の燃焼ゾーン１２は、この例では、横断面拡大部として提供されている。一般的に、第１の燃焼ゾーン１２において火炎５３を安定させるための適切な手段が設けられている。当業者に公知のあらゆる適切な手段が設けられてもよい。燃料質量流５２は、火炎５３において第１の酸化剤質量流５１において燃焼させられる。フロントバーナ１１および第１の燃焼ゾーン１２は、拡散火炎、予混合火炎、またはそれらのあらゆるハイブリッドタイプとして火炎５３を提供するように設けられていてもよい。燃料質量流５２および第１の酸化剤質量流５１は、化学量論超過燃料／酸化剤比を提供するように配分される。すなわち、第１の酸化剤質量流５１における酸化剤の質量流、すなわち、例えば空気質量流に提供された酸素の質量流は、燃料質量流５２を完全に燃焼させるには不十分である。したがって、火炎５３におけるピーク燃焼温度は、化学量論燃焼温度よりも著しく低い。これにより、酸化剤の欠乏により、熱により誘発される汚染物の形成、例えば、熱により誘発される酸化窒素の形成は、化学量論的条件下での燃焼またはさらには余剰の酸化剤を用いる燃焼と比較して、著しく減じられる。その理由は、容易に認識されるであろうが、熱により誘発される酸化窒素を開始するためのより低い温度、および酸化窒素の形成のために利用可能な酸化剤の欠乏である。第１の酸化剤質量流５１における燃料質量流５２の燃焼から生じる燃焼生成物５４は、これにより、炭化水素の燃焼の場合における、未燃焼のまたは不完全燃焼した炭化水素および一酸化炭素などの残留可燃性成分、および／またはその他の残留可燃性物質を含む。第１の燃焼ゾーン１２の下流に、熱交換アプライアンス（装置）１３が設けられている。図１におけるＡ−Ａに沿った断面図を示す図２に関連して示されるように、この例における熱交換アプライアンス１３は、コア１３０と、熱交換アプライアンスの第１のダクト１３１と、熱交換アプライアンスの第２のダクト１３２とを有する。第１のダクト１３１および第２のダクト１３２を分離する壁部は、第１および第２のダクトに提供される流体の間の熱交換面を増大するように、渦巻状であるかまたはローブ付きである。当業者に公知のように、壁部は、さらに、熱伝達をさらに高める構造を有してもよい。ダクト１３１，１３２は、コア１３０の周囲にらせん状に延びているかまたはさもなければ巻き付けられていてもよい。第１の燃焼ゾーン１２は、熱交換アプライアンスの上流端部において第１のダクト１３１と流体連通しており、第１の燃焼ゾーン１２から燃焼生成物の流れ５４を受け取る。第２の酸化剤質量流５５は、熱交換アプライアンス１３の第２のダクト１３２に、第２のダクト１３２の上流端部において提供される。第１および第２の酸化剤質量流５１，５５は、例えば、ガスタービンエンジンの圧縮機によって提供される圧縮空気質量流などの、共通の酸化剤質量流であってもよい。第２の酸化剤質量流５５は、概して、第１の酸化剤質量流５１よりも多い。燃焼装置１における組み合わされた燃料／酸化剤質量流は、化学量論未満であってもよく、すなわち、以下で説明するように、酸化剤余剰を提供する。第２の酸化剤質量流５５と、燃焼生成物の流れ５４とは、熱交換関係において熱交換アプライアンス１３におけるそれぞれのダクトを通流する。概して、第１の燃焼段１２における燃焼により、燃焼生成物５４の温度は、第２の酸化剤質量流５５の温度よりも高くなると仮定され得る。したがって、熱交換アプライアンス１３において、燃焼生成物の流れ５４は冷却され、第２の酸化剤質量流５５は加熱される。熱交換アプライアンス１３の下流端部において、加熱された第２の酸化剤質量流と、燃焼生成物の冷却された流れとは、熱交換アプライアンスのダクトから、熱交換アプライアンス１３の下流端部に配置された第２の燃焼ゾーン１４へ排出される。燃焼生成物の流れ５４と、第２の酸化剤質量流５５とは、少なくともほぼ、横方向の、互いに衝突する速度成分なしに排出され、または少なくともほぼ互いに対して平行である。すなわち、流れの急速な大規模な混合が回避される。熱交換アプライアンスからの排出された流れは、これら流れの間に境界層を形成する。燃焼生成物の流れ５４に含まれた残留可燃性成分は、排出された冷却された燃焼生成物と排出された加熱された第２の酸化剤質量流との間の流れ境界面において、火炎５６において、第２の酸化剤質量流からの酸化剤とともに燃焼させられる。火炎５６は、ほぼ第１のダクト１３１の下流に配置されている。前記燃焼は、熱交換アプライアンス１３から排出された流体の間の混合の欠如により、拡散燃焼モードで生じ、全体的な希薄な、著しく化学量論未満の条件においてさえも優れた燃焼安定性を提供する。第２の酸化剤質量流に提供された酸化剤の余剰により、第２の酸化剤質量流に提供された全ての酸化剤が、火炎５６における燃焼プロセスに関与するわけではない。実際には、以下に説明するように、第２の酸化剤質量流の僅かな部分のみが火炎５６における燃焼に関与する。しかしながら、第１の燃焼ゾーン１２における燃焼から生じた熱は、燃焼生成物の流れから、燃焼生成物の質量流と第２の酸化剤質量流との合計に分散させられる。これにより、第１の燃焼ゾーン１２における燃焼により生じた熱の一部は、火炎５６における燃焼に関与しない流体に提供される。次いで、燃料質量流５２の燃焼から生じた全ての熱が、第２の燃焼ゾーン１４における火炎５６における燃焼に存在するわけではない。次いで、火炎５６は、拡散火炎であり、これにより化学量論的条件において局所的に燃焼するが、火炎５６におけるピーク温度は、１つの単一のステップにおける拡散燃焼モードにおける燃料質量流５２の燃焼と比較した場合、低下させられる。その結果、火炎５３および５６、もしくは第１および第２の燃焼ゾーン１２および１４における、組み合わされた熱的に誘発される酸化窒素の形成は、優れた燃焼安定性および拡散火炎の部分負荷運転を依然として提供しながら、１つの単一の段における拡散燃焼と比較した場合に、著しく減じられる。
【００３９】
第２の酸化剤質量流５５は、典型的には第１の酸化剤質量流５１の４〜２０倍であってもよく、より特定の例では、第１の酸化剤質量流５１の少なくとも約１０倍であってもよい。第１の酸化剤質量流５１に対する燃料質量流の当量比は、１．５以上かつ３以下であってもよく、特に、１．８以上かつ２．５以下であってもよく、特定の例では、少なくともほぼ２または約２であってもよい。第１の燃焼段１２における当量比を、燃焼装置の大きな負荷範囲、すなわち、燃料質量流５２の大きな範囲にわたって前記範囲に維持するために、第１の酸化剤質量流５１を制御することが考えられる。燃料質量流５２を、第１および第２の酸化剤質量流の合計に関連させた場合に結果として生じる、全体の当量比は、結果的に、０．５以下であってもよく、運転の状態に応じて、０．２５以下であってもよい。その結果、第２の酸化剤質量流５５の少なくとも５０％は、燃焼に関与せず、その結果、燃焼により放出され、熱交換アプライアンス１３における第２の酸化剤質量流５５へ伝達される熱の大きなシェアは、火炎に存在せず、その結果、上で言及した、より低いピーク火炎温度を生じる。熱交換アプライアンス１３の下流の拡散火炎は、熱交換アプライアンス１３において、第１の燃焼ゾーン１２において放出された熱を第２の酸化剤質量流５５へ伝達することによって冷却されると言ってもよい。
【００４０】
上に開示した方法を実施するのに適した、本開示による燃焼装置の別の実施の形態が、図３および図４に関連して示されている。実質上、燃焼装置は、熱交換アプライアンス１３の異なる実施の形態において、図１および図２に関連して示されたものとは異なる。図３のＢ−Ｂに沿った断面図である図４は、第１の内側のダクト１３１と、第２の外側のダクト１３２とが設けられた熱交換アプライアンス１３を示している。第１の燃焼ゾーン１２からの燃焼生成物の流れ５４は、内側ダクト１３１を通じて提供され、第２の外側のダクト１３２を通じて提供される第２の酸化剤質量流５５と熱交換関係において、第１の内側ダクト１３１を通流する。上に提供された例におけるように、第１のダクト１３１を第２のダクト１３２から分離する壁部は、熱交換面を増大するために、渦巻状またはローブ付きである。第１のダクト１３１は、概して星形の横断面を示している。再び、壁部と、壁部に沿って流れる流体との間の熱伝達をさらに高める別のエレメントが、当業者に公知の形式で設けられてもよい。また、上に提供された例におけるように、燃料質量流５２および第１の酸化剤質量流５１は、第１の燃焼ゾーン１２においてリッチな化学量論超過燃焼を提供するように配分される。これにより、燃焼生成物５４は、上に提供された例におけるように、残留可燃性物質を含む。熱交換アプライアンス１３を通流しながら、燃焼生成物の流れ５４は冷却されるのに対し、第２の酸化剤質量流５５は加熱される。加熱された第２の酸化剤質量流５５および燃焼生成物５４が熱交換アプライアンス１３の下流端部において第２の燃焼ゾーン１４へ排出されるとき、再び、流れの急激な混合が回避される。燃焼生成物の流れ５４に含まれた可燃性残留物は、排出された燃焼生成物と、排出された第２の酸化剤質量流５５との間の境界面において拡散火炎５６において燃焼させられる。単一の概して星形の拡散火炎５６が第２の燃焼ゾーン１４に生じることが認識されるであろう。図３および図４の実施の形態に示された熱交換アプライアンスは、図１および図２の実施の形態のものと比較して、より低い合計圧力損失を生じると仮定され得る。しかしながら、熱交換アプライアンス１３の単位長さあたりの熱交換面は、図１および図２の実施の形態と比較したときに、より小さい。さらに、燃焼生成物の排出された流れと、第２の燃焼ゾーン１４における排出された第２の酸化剤質量流との間の流体境界面は、同等の流過横断面において、より小さい。これにより、燃焼生成物の流れに含まれた可燃性残留物の完全な燃え切りを提供するために、第２の燃焼ゾーン１４において、より大きな距離が必要とされ得る。このことは、燃焼装置を設計する際に考慮される必要がある。
【００４１】
図５に関連して示される別の実施の形態では、熱交換アプライアンスの別の実施の形態が示されている。第１の燃焼ゾーン１２からの燃焼生成物の流れ５４が提供される熱交換アプライアンス１３の第１のダクト１３１と、第２の酸化剤質量流５５が提供される熱交換アプライアンス１３の第２のダクト１３２とは、壁部１５によって分離されている。第２のダクト１３２は、特に、環状ダクトとして提供されてもよい。しかしながら、熱交換は主に壁部１５を介して熱伝導によって行われるのではなく、当業者に一般的に公知のヒートパイプ技術を利用する。第１のダクト１３１内から第２のダクト１３２内へ延びるヒートパイプ１６が設けられており、これにより、燃焼生成物の流れ５４から第２の酸化剤質量流５５への熱の伝達を可能にしている。第２の燃料排出装置１７が、第２の酸化剤質量流５５に設けられており、第２の燃料質量流５７を第２の酸化剤質量流５５へ排出するようになっている。第２の燃料排出装置１７は、第２の燃料５７を可能な限り微細にかつ均一に第２の酸化剤質量流５５へ分散させるように配置および構成されている。少なくとも、第２のダクト１３２内へ延びたヒートパイプ１６のセクションは、スワーラおよび／または渦発生装置として提供されており、これにより、第２の燃料質量流５７が第２の酸化剤質量流５５と均一に混合され、第２のダクト１３２に渦流が発生させられる。熱交換アプライアンス１３から第２の燃焼ゾーン１４への移行位置には、横断面の急激な変化が提供されている。第２のダクト１３２から排出された渦流は、急激に広がり、火炎安定化領域を提供する。さらに、上述の例におけるように、燃焼生成物の流れ５４において残留可燃性物質を燃焼させる拡散火炎５６が、第２の酸化剤質量流５５と燃焼生成物の流れ５４との間の流体境界面に形成される。予混合された渦流において第２の酸化剤質量流５５に提供された第２の燃料質量流５７は、予混合火炎５８において燃焼させられる。予混合火炎５８は、熱交換アプライアンス１３または熱交換アプライアンス１３の第２のダクト１３２から第２の燃焼ゾーン１４内への予混合渦流の排出時における渦崩壊によって、および、さらに、熱交換アプライアンス１３から第２の燃焼ゾーン１４への移行部における横断面の急激な変化により誘発される。予混合火炎５８は、特に、予混合された燃料／酸化剤混合物の低い当量比において、拡散火炎５６によって、補助および安定化される。
【００４２】
図１から図４までに関連して説明した燃焼装置は、図５の装置の形式において、第２の酸化剤質量流５５へ燃料を排出するために提供された燃料排出装置１７が装備されていてもよく、したがって、第２の酸化剤質量流５５および第２の酸化剤質量流５５に排出された第２の燃料質量流５７からの予混合された燃料／酸化剤流からの第２の燃焼ゾーン１４における予混合火炎５８によって、および、さらに第１の燃焼ゾーン１２からの燃焼生成物５４における可燃性残留物が第２の酸化剤質量流５５からの酸化剤とともに燃焼させられる拡散火炎５６によって、作動させられてもよいことが認識されるであろう。本明細書に開示されたタイプのあらゆる燃焼装置、および概説された燃焼方法は、予混合バーナ、例えば、冒頭に言及したタイプの予混合バーナ、ただし冒頭に言及したタイプの予混合バーナに限定されない予混合バーナ、のためのパイロット段として使用されてもよい。一例において、第２の燃料質量流が第２の酸化剤質量流へ排出される場合に、そこからの予混合火炎を含む、燃焼プロセスもしくは燃焼装置は、少なくとも低い予混合バーナ燃料／酸化剤質量流比において、予混合バーナの予混合燃焼を補助するパイロット段として機能してもよいことが容易に認識されるであろう。その他の例において、第２の酸化剤質量流は、主予混合バーナの酸化剤質量流として提供されてもよく、第１の燃焼段からの可燃性残留物を燃焼させる拡散火炎は、補助パイロット段として機能してもよい。さらに、容易に認識されるように、本明細書に開示された方法および燃焼装置は、１つの単一の段におけるパイロット燃料質量流のパイロット拡散燃焼と比較した場合に、著しくより低い酸化窒素エミッションペナルティを伴う予混合バーナの補助パイロット作動を提供することを可能にする。
【００４３】
開示の対象が典型的な実施の形態によって説明されているが、これらの実施の形態は、請求された発明の範囲を限定しようとするものではないことが理解される。請求項は、本明細書に明示的に示されていないまたは開示されていない実施の形態をもカバーしており、本開示の教示を実施する典型的なモードにおいて開示されたものから逸脱する実施の形態は、依然として請求項によってカバーされることが認識されるであろう。
【符号の説明】
【００４４】
１  燃焼装置
１１  フロントバーナ
１２  第１の燃焼ゾーン
１３  熱交換アプライアンス
１４  第２の燃焼ゾーン
１５  壁部
１６  ヒートパイプ
１７  第２の燃料排出装置
５１  第１の流体流、第１の酸化剤質量流
５２  燃料質量流
５３  火炎
５４  燃焼生成物、燃焼生成物の流れ
５５  第２の酸化剤質量流
５６  火炎、拡散火炎
５７  第２の燃料、第２の燃料質量流
５８  火炎、予混合火炎
１１０  スワール発生手段
１３０  熱交換アプライアンスのコア
１３１  熱交換アプライアンスの第１のダクト
１３２  熱交換アプライアンスの第２のダクト
【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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【外国語明細書】
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