(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生器用のバーナであって、燃焼室の上流側で少なくとも１つの予混合区間から成っており、この予混合区間は燃焼空気の旋回流を生ぜしめるための手段を有しており、この予混合区間内に少なくとも１つの燃料インゼクタが設けられている形式のものにおいて、燃料インゼクタの下流側にセンサが配置されており、このセンサは、燃焼室からバーナの内部への予混合火炎の逆火を検出して、燃料制御を開始させ、バーナが大体において、燃焼空気のための空気旋回器と、少なくとも１種の燃料を燃焼空気流内に噴霧して予混合火炎を形成するための手段とから成っており、その際空気旋回器の下流側に混合区間が配置されており、この混合区間は流動方向で第１の区間部分内に、多数の移行通路を、空気旋回器内で形成された流動をこれらの移行通路の下流側に接続されている混合管内に導くために有しており、混合管（２０）の下流側端部の範囲には、混合管（２０）の下流側に接続されたバーナ（３０）内に作用するパイロットバーナ系（３００）が配置されており、パイロットバーナ系（３００）が冷却されていて、少なくとも１つの点火装置（３１１）によって運転可能であることを特徴とする、熱発生器用のバーナ。
【請求項２】
空気旋回器（１００）が少なくとも２つの中空部分円すい形状の、流動方向に沿って互いに組み込まれたシャーレ（１０１、１０２；１３０、１３１、１３２、１３３；１４０、１４１、１４２，１４３）から成っており、これらのシャーレのそれぞれの縦対称軸線（１０１ｂ、１０２ｂ；１３０ａ、１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ；１４０ａ、１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ）は互いにずらされて延びていて、これらのシャーレの互いに隣り合う縦方向の壁部分が燃焼空気流（１１５）のための接線方向の通路（１１９，１２０）を形成しており、これらのシャーレによって形成されている内室（１１４）内に少なくとも１つの燃料ノズル（１０３）が作用可能であることを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項３】
パイロットバーナ系（３００）が少なくとも２つの媒体を導く室（３０１、３０２）と、これらの室の下流側に共通に接続された別の１つの室（３０８）とから成っており、この下流側に接続された室（３０８）内で、上流側の両方の室（３０１、３０２）からの媒体（３０３、３０４）が混合可能であり、下流側に接続された室（３０８）は、両方の媒体（３０３、３０４）の混合気によって運転可能で燃焼室（３０）内に作用するパイロットバーナ（３０６）を形成するための手段を有していることを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項４】
媒体を導く室（３０１、３０２）が環状にかつ互いに内外に配置されているように構成されており、第１の環状室（３０１）を通してガス状燃料（３０３）が流れ、かつ第２の環状室（３０２）を通して空気（３０４）が流れ、第２の環状室（３０２）内に取り付けられている手段（３０５）によって、この第２の環状室を流れる空気（３０４）がパイロットバーナ系（３００）の端部に配置されている熱保護板（３０７）に衝突冷却作用を及ぼし、点火装置（３１１）が第２の環状室（３０２）を通して導かれていることを特徴とする、請求項１又は３記載のバーナ。
【請求項５】
衝突冷却を生ぜしめる手段が第２の環状室（３０２）内で底を形成する有孔板（３０５）であることを特徴とする、請求項４記載のバーナ。
【請求項６】
混合管（２０）が、下流側に接続された燃焼室（３０）に対してはぎ取り縁（Ａ）を形成されていることを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項７】
混合区間（２２０）内の移行通路（２０１）の数が、空気旋回器（１００）によって形成される部分流の数に等しいことを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項８】
移行通路（２０１）の下流側に接続されている混合管（２０）が、流動方向及び接線方向に向いた複数の孔（２１）を、空気流を混合管（２０）の内部に噴射するために備えていることを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項９】
混合区間（２２０）の下流側に燃焼室（３０）が配置されており、混合区間（２２０）と燃焼室（３０）との間で横断面が急激に変化しており、この横断面変化により燃焼室（３０）の最初の横断面が形成されており、この横断面変化の範囲内で、逆流域（５０）を有する予混合火炎が形成されることを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項１０】
燃焼室（３０）の上流側の予混合区間が空気旋回器（１００）から成っており、この空気旋回器は、少なくとも２つの中空部分円すい形状の、流動方向に沿って互いに組み込まれたシャーレ（１０１、１０２；１３０、１３１、１３２、１３３；１４０、１４１、１４２，１４３）から成っており、これらのシャーレのそれぞれの縦対称軸線（１０１ｂ、１０２ｂ；１３０ａ、１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ；１４０ａ、１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ）は互いにずらされて延びていて、これらのシャーレの互いに隣り合う縦方向の壁部分が燃焼空気流（１１５）のための接線方向の通路（１１９，１２０）を形成しており、これらのシャーレによって形成されている内室（１１４）内に少なくとも１つの燃料ノズル（１０３）が作用可能であることを特徴とする、請求項１記載のバーナ。
【請求項１１】
接線方向の通路（１１９，１２０）の範囲においてその縦方向に沿って別の複数の燃料インゼクタ（１１７）が配置されていることを特徴とする、請求項２又は１０記載のバーナ。
【請求項１２】
シャーレ（１４０、１４１、１４２、１４３）が横断面を羽根形に成形されていることを特徴とする、請求項１０記載のバーナ。
【請求項１３】
バーナ内に取り付けられているセンサ（４００）によって火炎の逆火を検出し、次いで少なくとも一時的に、この火炎の燃料量を減少させると同時にパイロット燃料量を増大させて、全燃料量ひいてはタービン出力をコンスタントに保つことを特徴とする、請求項１又は２又は１０記載のバーナを運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱発生器用のバーナであって、燃焼室の上流側で少なくとも１つの予混合区間から成っており、この予混合区間は燃焼空気の旋回流を生ぜしめるための手段を有しており、この予混合区間内に少なくとも１つの燃料インゼクタが設けられている形式のもの関する。本発明はまたこのようなバーナを運転する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からガスタービンのバーナは予混合運転で運転される。このような予混合バーナは、EP-B1-0 321 809及びDE-195 47 913.0から公知になっている。このような予混合バーナにおいては、上流側で行われる燃料噴霧によって、燃料は空気と予混合せしめられてから、燃焼せしめられる。これによってバーナの内部において点火可能な混合気が引き続く燃焼のために準備される。一般に、このような新しい世代に属するバーナはかなりの利点を提供することが確認されている。例えば、火炎の位置が安定しており、有害物質（CO、UHC、NOx）の排出量がわずかであり、脈動が最低限にされており、完全な燃焼が行われ、大きな運転範囲がカバーされ、特に段階的な負荷が生ぜしめられる状態でバーナが相互に関連して運転される場合に種々のバーナの間の横点火が良好に行われ、火炎が当該の燃焼室幾何形状に適合せしめられ、構造がコンパクトであり、流動媒体が良好に混合せしめられ、燃焼室内の温度分布の「パターンファクタ」が改善せしめられて、燃焼室流動の温度プロフィールが補償される。
【０００３】
しかしながら運転中に予期し得ない障害が生じると、火炎が不安定になる。その場合一度逆火になった火炎がバーナの内部で安定になることができると、この火炎はデフューザ火炎として約１９００℃の極めて高い温度で燃焼する。１０秒から最大で３０秒の程度の短い時間内に、バーナは過熱し、破損せしめられる。その場合下流側に続いているタービン羽根が損傷せしめられることがあり、いずれにせよガスタービンを停止させ、検査をし、修理しなければならない。このことは莫大な費用を必要とする。
【０００４】
新しい燃焼工学による、あるいは水素含有の燃料（MBtuガスあるいはLBtuガス）を燃焼させる、プロトタイプのガスタービンにおいては、逆火に関して大きな危険があることが判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、最初に述べた形式のバーナ及び方法において、バーナ内の火炎を最大限に安定化する措置を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バーナの適当な箇所にコンパクトな無接触型の火炎監視器を設けることを提案する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の重要な利点は、バーナ内に取り付けたセンサが火炎の逆火を知らせることである。次いで予混合燃料量が減少せしめられると同時に、パイロット燃料量が増大せしめられて、全燃料量ひいてはタービン出力がコンスタントに保たれる。予混合燃料量を減少させることによって、逆火した火炎はもはやバーナ内で安定化することができず、必然的にバーナから取り除かれる。これによってバーナの破損を回避することができる。
【０００８】
このようなセンサ又は火炎監視器は耐高温性のガラス繊維によって実現することができる。このガラス繊維は、その制御フィールドが危険な範囲をカバーするが、正常に燃焼しているパイロット火炎及び予混合火炎はカバーしないように、配置される。センサによって把握される光線のUV分（約300〜330nm）は適当なフィルタによってスペクトル分析される。種々の波長における強さの比を介して、バーナ内のフラッシュバックをミリ秒単位の短い時間内で認識することができる。燃焼室が複数のバーナから成っている場合には、適当なデータ把握によって、どのバーナにおいて火炎の逆火が生じたかを確認することができ、その原因を取り除く適当な手段を講じることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の有利な実施の形態は、請求項２〜１４に記載したとおりである。
【００１０】
【実施例】
以下においては、図面に示した実施例に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。本発明の直接的な理解にとって不要なすべての部分は省略されている。種々の図において同じ部分には同じ符号が付けられている。媒体の流動方向は矢印で示されている。
【００１１】
図１は予混合バーナの概略図であって、このようなバーナの構成の詳細は図４〜１１に示されている。原理的にこの予混合バーナは空気旋回器１００と、この空気旋回器の下流側に接続された混合区間２２０とから成っており、その際混合区間２２０の下流側に接続された燃焼室３０内に、パイロットバーナ系３００がパイロット火炎７０をもって作用する。この図１及び図２は、この場合逆流域５０によって示されている予混合火炎の逆火８１がセンサ４００によって検出され、瞬間的に対応手段が開始されることを示すだけのものである。この場合、燃焼室３０から燃料インゼクタ１１６への逆点火が行われる。この燃料インゼクタ１１６の範囲で逆点火された火炎８０の安定化は避けなければならない。火炎８０が安定化すると、約１９００℃の極めて高い温度を有するデフューザ火炎が生じ、数秒で必然的にバーナの破損が生ぜしめられる。本発明によれば少なくとも１つのセンサ４００が燃料インゼクタ１１６の直ぐ下流側に配置されていて、予混合火炎５０やパイロット火炎７０ではなしに、単に危険な範囲だけを監視する。このようなセンサ４００は有利には耐高温性のガラス繊維から成り、その視角４０２が単に危険な範囲だけをカバーするように配置される。センサによって把握された光線は導体４０１によって伝達されて、適当なフィルタでスペクトル分析される。種々の波長における強さの比によってバーナ内での火炎の逆火をミリ秒単位の短い時間で認識することができる。適当なデータ把握によって、複合バーナのどのバーナにおいて火炎の逆火が生じたかを確認することができ、次いで原因を取り除く適当な手段を講じることができる。
【００１２】
図３は、火炎の逆火に続いてどのような手段が講じられるかを示すものである。火炎の逆火が生じたことが通知されると直ちに、第１の制御８２によって予混合火炎５０に対する燃料量が減少せしめられ、同時に第２の制御８３によってパイロットバーナ系３００、つまりパイロット火炎７０に対する燃料量が増大せしめられる。この逆向きの制御の目的はタービン出力をコンスタントに維持することである。予混合火炎５０に対する燃料量が減少せしめられることによって、逆火した火炎はもはやバーナ内で安定化することができず、バーナから消滅する。これによってバーナの破損が確実に防止される。この図３から、時間に対する燃料制御の質的な経過が明らかであり、その際符号８４は逆火の消滅を表す。
【００１３】
火炎の逆火を直接に確認するこの方法は、バーナが幾何形状をどのように構成されているか、またどのような形式で旋回流が生ぜしめられるかに無関係に、すべての旋回流型予混合バーナにおいて、行うことができる。特にこの方法はEP-B1-0 321 809による予混合バーナに適用することができる。このEP-B1-0 321 809は本明細書の一体的な構成部分となるものである。
【００１４】
図４は旋回流によって運転可能なバーナの全体構造を示す。最初は空気旋回器１００が作用する。この空気旋回器の構成は図６〜９に関連して後述する。この空気旋回器１００は円すい形の構造体であり、複数の燃焼空気流１１５がその中に接線方向に流入する。空気旋回器内で形成される流動は、空気旋回器１００の下流側に設けられた移行片２００内に滑らかに移行し、はがれ領域が形成されることはない。この移行片２００の移行通路２０１の幾何形状については図１０に関連して後述する。移行片２００は下流側を混合管２０によって延長されており、移行片と混合管とは本来の混合区間２２０を形成する。もちろん移行片２００と混合管２０とを１つの構造体にして、混合区間２２０を一体に構成することもできる。混合区間２２０が２つの部分から成っている場合には、これらの部分はブッシュリング１０によって結合され、その際このブッシュリング１０は空気旋回器１００の固定面としても役立つ。更にこのようなブッシュリング１０は、種々の混合管を使用することができるという利点を有している。混合管２０の下流側には燃焼室３０があり、この場合この燃焼室は単に火炎管として略示されている。混合区間２２０は、空気旋回器１００の下流側で特定の区間を用意し、この区間において種々の形式の燃料の完全な予混合を行うためのものである。更にこの混合区間２２０若しくは混合管２０は、損失のない流動案内を可能にするものであって、逆流域を形成することがなく、混合区間２２０の全長にわたってすべての燃料が申し分なく混合せしめられる。しかしこの混合区間２２０はなお別の性質を有していて、混合区間内では軸方向速度プロフィールの明確な最大値が軸線のところに位置しており、したがって燃焼室からの逆火はそれ自体としては防止されている。もちろん、この場合軸方向速度プロフィールが壁面に向かってずれることがある。壁面の範囲においても逆火を可能な限り防止するために、混合管２０は流動方向及び円周方向で規則的又は不規則的に分配された種々の横断面及び方向の複数の孔２１を有しており、これらの孔を通して空気が混合管２９内に流入して、壁面に沿ってフィルムを形成し、流通速度を増大させるようになっている。これらの孔２１は、混合管２０の内壁において少なくとも付加的に噴出冷却が生じるように構成することもできる。混合管２０内部での速度を増大させる別の可能性は、混合管の流通横断面を移行通路２０１の下流側で狭め、これによって混合管２０の内部における速度水準を増大させることである。図４においては、孔２１はバーナ軸線６０に対して鋭角に延びている。更に移行通路２０１の出口は混合管２０の最も狭い横断面のところにある。したがって移行通路２０１は横断面差を橋絡しており、形成される流動にネガティブな影響を及ぼすことはない。
【００１５】
混合管２０に沿っての管流４０を案内する前述の措置が無視し得ない圧力損失を生ぜしめる場合には、この混合管の端部に図示していないデフューザを設けることができる。混合管２０の端部には燃焼室３０が接続しており、両者の流通横断面の間には、パイロット火炎７０によって形成されている横断面変化が存在している。この箇所において初めて逆流域５０を有する中央の火炎フロントが形成され、この逆流域は火炎フロントに対して部材のない保炎器の性質を有している。この横断面変化箇所において運転中に負圧に基づく渦が形成されると、逆流域５０の環状安定化作用が補強せしめられる。更に、安定した逆流域５０を生ぜしめることは、管内の充分に大きな旋回数を必要とする。この大きな旋回数が最初望まれない場合には、小さな強く旋回せしめられる空気流を管端部に、例えば接線方向の開口によって、供給することによって、安定した逆流域を生ぜしめることができる。この場合、必要となる空気量は全空気量の５〜２０％である。
【００１６】
混合管２０に対して同心的に、混合管の出口の範囲に、パイロットバーナ系３００が設けられている。このパイロットバーナ系は内側の環状室３０１から成り、この環状室内には燃料、有利にはガス状の燃料３０３が流入する。この内側の環状室３０１と並んで第２の環状室３０２が配置されており、この第２の環状室内には空気３０４が流入する。両方の環状室３０１，３０２はそれぞれ貫流開口を有していて、個々の媒体３０３、３０４が下流側に共通に接続されている環状室３０８内に流入するようになっている。ガス状の燃料３０３を環状室３０１から下流側の環状室３０８に導くことは円周方向に配置された多数の孔３０９によって行われる。これらの孔は、ガス状の燃料３０３が大きな混合ポテンシャルをもって下流側の環状室３０８に流入するように、大きさを定められている。他方の環状室３０２は有孔板３０５によって閉じられており、その際有孔板の孔３１０は、有孔板を通る空気３０４が下流側の環状室３０８の底板３０７を衝突冷却するように、大きさを定められている。この底板は燃焼室３０からの熱負荷に対する熱保護板として機能し、したがって衝突冷却は特に効果的に行わなければならない。この空気は冷却を行った後にこの環状室３０８内で、上流側の環状室３０１の孔３０９から流入するガス状の燃料３０３と混合し、次いでこの混合気は燃焼室側に配置されている多数の孔３０６を通って燃焼室３０内に流入する。この流入する混合気は予混合されたデフューザ火炎として最低の有害物質排出量で燃焼し、したがって各孔３０６は燃焼室３０内に作用するパイロットバーナを形成する。パイロットバーナは安定した運転を保証する。
【００１７】
空気が流れる環状室３０２を通して点火装置３１１が導かれ、この点火装置は下流側の環状室３０８内で、そこに形成されている混合気の点火を行う。一面では、点火装置３１１を導くために別個の構造的手段を必要とせず、かつ他面では、点火装置３１１はもともとそこに存在している空気によって冷却される。このことは極めて重要である。なぜなら白熱点火ピンを使用する場合、ピーク温度が約１０００℃になるからである。しかしここで提案する運転のためには単にわずかな電圧とそのために大きな電流とが必要であるので、点火装置が凝縮水を生ぜしめることはない。白熱点火ピン（点火プラグを使用することも可能である）をバーナ内に配置することによって、それぞれの点火装置３１１が受ける熱負荷はわずかであり、これによって付加的な冷却は必要でなく、このため漏れも回避される。
【００１８】
図５は図４のバーナの概略図であって、この場合特に中央に配置されている燃料ノズル１０３（図６参照）の回りの流動及び燃料インゼクタ１７０についての説明がなされる。バーナの残りの主構成部分、すなわち空気旋回器１００及び移行片２００の作用形式は図６以下において詳細に説明する。燃料ノズル１０３は間隔をおいたリング１９０によって取り囲まれ、このリング内には円周方向に並んだ多数の孔１６１が形成されており、これらの孔を通して空気１６０が環状の室１８０内に流入し、そこで燃料を取り囲んで流れる。これらの孔１６１は斜めに形成されていて、バーナ軸線６０に沿った適当な軸方向の空気流成分が生じる。これらの孔１６１と作用結合して、付加的な燃料インゼクタ１７０が設けられており、これらの燃料インゼクタは特定の量の、有利にはガス状の燃料を空気１６０内に供給し、これによって混合管２０内において流動横断面にわたって一様な燃料濃度１５０が生ぜしめられる。まさにこの一様な燃料濃度１５０、特にバーナ軸線６０上の大きな濃度によって、特に中央で液状の燃料を噴霧する場合に、バーナの出口における火炎フロントの安定化が生ぜしめられ、これによって燃焼室内の脈動が回避される。
【００１９】
空気旋回器１００の詳細な構造は図６及び少なくとも図７から知ることができる。以下においては、図６及び必要に応じてほかの図面も参照して説明する。
【００２０】
図４に示したバーナの第１の部分は図６に示した空気旋回器１００である。この空気旋回器は２つの中空の部分円すい状シャーレ１０１、１０２から成っており、これらのシャーレは互いにずらされて組み込まれている。もちろんシャーレの数は３以上であってもよい。シャーレの数は後述するようにバーナ全体の運転形式に関連している。特定の運転形式の場合には、ただ１つのシャーレから成る空気旋回器を設けることも可能である。中空部分円すい状のシャーレ１０１、１０２の縦対称軸線１０１ｂ、１０２ｂの相互のずれ（図７参照）によって、互いに隣り合う壁区分の間に、鏡像的な配置で、それぞれ１つの接線方向の通路、換言すれば空気入口スリット１１９、１２０（図７参照）が形成されており、これらの空気入口スリットを通して燃焼空気１１５が空気旋回器１００の内部、換言すれば空気旋回器の円すい中空室１１４内に流入する。図示のシャーレ１０１、１０２の流動方向における円すい形状は特定の固定した角度を有している。もちろん、場合によってはシャーレ１０１、１０２は、デフューザあるいはコンフューザと同じように、流動方向で増大又は減少する円すい角を有することもできる。両方のシャーレ１０１、１０２はそれぞれ１つの環状の始端部分１０１ａを有している。この環状の始端部分の範囲において、既に図５において説明した燃料ノズル１０３が設けられており、この燃料ノズルは有利には液状の燃料１１２で運転される。この燃料１１２の噴霧点１０４は、シャーレ１０１、１０２によって形成されている円すい中空室１１４の最も狭い横断面のところにある。燃料ノズル１０３の噴霧能力及び形式はその都度のバーナの所定のパラメータに関連して選択される。更に、シャーレ１０１、１０２はそれぞれ１つの燃料導管１０８、１０９を有しており、これらの燃料導管は接線方向の空気入口スリット１１９、１２０に沿って配置されていて、多数の噴口１１７を備えており、これらの噴口を通して、矢印１１６で示すように、有利にはガス状の燃料１１３がそこを流れる燃焼空気１１５内に噴霧される。燃料導管１０８、１０９は有利には遅くとも接線方向の空気入口スリットの終わりに配置されている。これは最適の空気・燃料混合気を得るためである。燃料ノズル１０３によって供給される燃料は、既に述べたように、通常は液状の燃料であり、別の媒体例えば戻された煙道ガスとの混合気形成も簡単に可能である。この燃料１１２は有利には極めて鋭角の角度で円すい中空室１１４内に噴霧される。したがって燃料ノズル１０３から円すい状の燃料スプレイ１０５が形成され、この燃料スプレイは接線方向に流入する回転する燃焼空気１１５によって取り囲まれ、混合せしめられる。このようにして噴霧された燃料１１２の濃度は軸方向で連続的に減少せしめられる。ガス状の燃料１１３が噴口１１７を通して流入せしめられると、燃料・空気混合気が空気入口スリット１１９、１２０の端部のところで直接に形成される。燃焼空気１１５が付加的に予熱されているか、あるいは戻された煙道ガス又は排ガスを混合せしめられていると、液状の燃料の気化が補助され、次いで混合気が下流側の段、この場合移行片２００（図４及び１０参照）内に流入する。燃料導管１０８、及び１０９を通して液状の燃料が供給される場合でも、同じことである。シャーレ１０１、１０２を設計する場合、円すい角及び接線方向の空気入口スリット１１９、１２０の幅に関しては狭い範囲を維持して、空気旋回器１００の出口において燃焼空気１１５の所望の流動フィールドを生じさせるようにしなければならない。一般的には、接線方向の空気入口スリットを小さくすると、既に空気旋回器の範囲で逆流域が迅速に形成されやすい。空気旋回器１００の内部における軸方向速度は、図５に関連して説明した空気１６０の相応の供給量によって増大若しくは安定化することができる。適当な旋回流を生ぜしめて、これを下流側の移行片２００（図４及び１０参照）と作用結合させることによって、空気旋回器１００の下流側に接続された混合管内で流動のはがれが形成されることが阻止される。更に空気旋回器１００の構造は、有利には、接線方向の空気入口スリット１１９、１２０の大きさを変化させるのに適しており、これによって、空気旋回器１００の全長を変化させることなしに、比較的に大きな運転帯域をカバーすることができる。もちろんシャーレ１０１、１０２は別の平面内で互いに接近しゅう動させ、部分的に重なり合わせることもできる。更にシャーレ１０１、１０２を互いに逆向きに回転運動させて、らせん状に互いに組み込むことも可能である。したがって、接線方向の空気入口スリットの形状、大きさ及び構造を任意に変化させて、空気旋回器１００をその全長を変えることなしに、万能的に使用可能であるようにすることが可能である。
【００２１】
図７からなかんずく、選択的に設けることのできる案内板１２１ａ、１２１ｂの構造が明らかである。これらの案内板は流動案内機能を有しており、その際これらの案内板はその長さに応じて、シャーレ１０１、１０２の端部を燃焼空気１１５の流動方向とは逆の方向に延長させることができる。円すい中空室１１４内への燃焼空気１１５の通路は、この通路の円すい中空室１１４内への入口の範囲に配置されている回転点１２３を中心にして案内板１２１ａ、１２１ｂを開閉することによって、最適の通路にすることができる。特にこのことは、例えば燃焼空気１１５の速度を変化させるために、接線方向の空気入口スリット１１９、１２０の透き間の最初の大きさを動力学的に変化させる場合、必要である。もちろんこの動力学的措置は、必要に応じて設けられる案内板がシャーレ１０１、１０２に固定された部分を形成しているようにすることによって、静力学的に行うこともできる。
【００２２】
図８においては、図７と異なって、空気旋回器１００は４つのシャーレ１３０、１３１、１３２、１３３から構成されている。これらのシャーレの縦対称軸線は符号ａを付加して示されている。この構成では、生ぜしめられる旋回力がわずかであり、空気入口スリットの幅が相応して増大せしめられていることによって、空気旋回器の下流側の混合管内での渦流のほころびを阻止して、混合管がその役目を申し分なく果たすようにするのに特に適している。
【００２３】
図９においては、図８と異なって、シャーレ１４０、１４１、１４２、１４３は羽根のプロフィールを有していて、確実な流動が生ぜしめられるようになっている。その他の点では空気旋回器の運転形式は変わらない。燃料１１６を燃焼空気１１５に混入することは、羽根プロフィールの内部から行われる。換言すれば燃料導管１０８は個々の羽根内に内蔵されている。この場合においても、個々のシャーレの縦対称軸線は符号ａを付加して示されている。
【００２４】
図１０は移行片２００を立体的に示す。移行通路２０１は、図８又は９に示したような４つのシャーレを有する空気旋回器１００に適合するように構成されている。すなわち移行通路２０１は上流側で作用するシャーレの自然の延長部として４つ設けられており、これによってシャーレの１／４円すい面は混合管の壁を切るまで延長される。個々の移行通路２０１の流動方向に延びる面は流動方向でらせん形に延びる形状を有していて、かつ、移行片２００の流動横断面が流動方向で円すい状に拡大している事実に応じて、三日月形に経過している。移行通路２０１の流動方向でのねじり角度は次のように選ばれている。すなわち、燃焼室入口における横断面の急激な変化に至るまでの管流動にまだ充分な区間が残されていて、噴霧された燃料との完全な予混合が行われるように、選ばれている。更に前述の手段によって、空気旋回器の下流側の混合管壁に沿った軸方向速度も増大せしめられる。移行幾何形状及び混合管の範囲内の手段によって、混合管の中心点に向かっての軸方向速度プロフィールの明確な増大が生ぜしめられ、したがって早期点火の危険が著しく減少せしめられる。
【００２５】
図１１は、燃焼室入口に形成されている既に述べたはぎ取り縁を示す。混合管２０の流通横断面はこの範囲において移行半径Ｒを有しており、この移行半径の大きさは原理的に混合管２０の内部における流動に関連している。この移行半径は、流動が壁に密着して行われ、したがってねじり数を著しく増大させ得るように、選ばれる。量的に、移行半径Ｒの大きさは混合管２０の内径ｄの１０％よりも大きいように定めることができる。移行半径のない流動に対して逆流域５０は著しく増大する。この移行半径Ｒは混合管２０の出口平面まで延びており、その際湾曲の始めと終わりとの間の角度βは９０°よりも小さい。角度βの一方の仕切り線に沿ってはぎ取り縁Ａは混合管２０の内部に延びており、これによってはぎ取り縁Ａの前方の点に対してはぎ取り段Ｓが形成されており、その深さは３mmよりも大きい。はぎ取り縁Ａの接線と混合管２０の出口平面に立てた垂線との間の角度β′は角度βと同じ大きさである。このはぎ取り縁の構成の利点はEP-0 780 629 A2 の「発明の説明」の欄から明らかである。同じ目的のためのはぎ取り縁の別の構成は、燃焼室側の円環面に似た刻み目によって達成することができる。このEP-0 780 629 A2 は、はぎ取り縁に関する技術範囲を含めて本明細書の一体の構成部分をなすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサを内蔵したバーナの概略図である。
【図２】フラッシュバックが行われ、続いてバーナ内の火炎が安定化せしめられるバーナを示した図である。
【図３】火炎の逆火の際の時間に対する燃料制御の概略的経過を示した図である。
【図４】渦発生器の下流側の混合区間とパイロットバーナとを有する予混合バーナとして構成されたバーナの部分的断面図である。
【図５】付加的な燃料インゼクタを配置した図１のバーナの概略図である。
【図６】複数のシャーレから成る渦発生器を部分的に破断して示した図である。
【図７】２シャーレの渦発生器の横断面図である。
【図８】４シャーレの渦発生器の横断面図である。
【図９】シャーレが羽根形に成形されている渦発生器を示した図である。
【図１０】渦発生器と混合区間との間の移行幾何形状を示した図である。
【図１１】逆流領域の空間的安定化のためのはぎ取り縁を示した図である。
【符号の説明】
１０  ブッシュリング、  ２０  混合管、  ２１  孔、  ３０  燃焼室、  ４０  管流、  ５０  逆流域、予混合火炎、  ６０  バーナ軸線、  ７０  パイロット火炎、  ８０  火炎、  ８１  逆火、  ８２  第１の制御、  ８３  第２の制御、  ８４  逆火の消滅、  １００  空気旋回器、  １０１  シャーレ、  １０１ａ  始端部分、  １０１ｂ  縦対称軸線、  １０２  シャーレ、  １０２ｂ縦対称軸線、  １０３  燃料ノズル、  １０４  噴霧点、  １０５  燃料スプレー、  １０８、１０９  燃料導管、  １１２、１１３  燃料、  １１４  円すい中空室、  １１５  燃焼空気、  １１６  燃料インゼクタ、矢印、  １１７  噴口、  １１９、１２０  空気入口スリット、  １２１ａ、１２１ｂ  案内板、１２３  回転点、  １３０  シャーレ、  １３０ａ  縦対称軸線、  １３１  シャーレ、  １３１ａ  縦対称軸線、  １３２  シャーレ、  １３２ａ  縦対称軸線、  １３３  シャーレ、  １３３ａ  縦対称軸線、  １４０  シャーレ、  １４０ａ  縦対称軸線、  １４１  シャーレ、  １４１ａ  縦対称軸線、  １４２  シャーレ、  １４２ａ  縦対称軸線、  １４３  シャーレ、  １４３ａ  縦対称軸線、  １５０  燃料濃度、  １６０  空気、  １６１  孔、  １７０  燃料インゼクタ、  １８０  室、  １９０  リング、  ２００  移行片、  ２０１移行通路、  ２２０  混合区間、  ３００  パイロットバーナ系、  ３０１  環状室、  ３０２  第２の環状室、  ３０３  ガス状燃料、媒体、  ３０４  空気、媒体、  ３０５  有孔板、  ３０６  孔、  ３０７  底板、  ３０８  環状室、  ３０９、３１０  孔、  ３１１  点火装置、  ４００  センサ、  ４０１導体、  ４０２  視角、  Ａ  はぎ取り縁、  ｄ  内径、  Ｒ  移行半径、  Ｓ  はぎ取り段、  β、β′  角度
【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１１】
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