バーナ
【課題】高負荷に対応すべく酸化剤の供給量を増やした場合にも、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にする、バーナを提供する。
【解決手段】火炎の形成方向に向く中心軸Ｌを有し、一端２ａ側が火炎の形成方向に開口し、内部にて酸化剤と燃料とを混合する筒状の混合部２と、混合部２の他端２ｂ側に第１噴射口７を有し、第１噴射口７から混合部２内に燃料のうちの主燃料分を噴射する主燃料噴射部と、混合部２の内壁に第１開口６ａを有し、第１開口６ａから酸化剤を混合部２内に導入して混合部２内に旋回流を形成する旋回流形成部６と、主燃料噴射部の第１噴射口７より上流側に第２噴射口８を有し、第２噴射口８から混合部２内に燃料のうちの補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部と、を備えるバーナ１である。
【解決手段】火炎の形成方向に向く中心軸Ｌを有し、一端２ａ側が火炎の形成方向に開口し、内部にて酸化剤と燃料とを混合する筒状の混合部２と、混合部２の他端２ｂ側に第１噴射口７を有し、第１噴射口７から混合部２内に燃料のうちの主燃料分を噴射する主燃料噴射部と、混合部２の内壁に第１開口６ａを有し、第１開口６ａから酸化剤を混合部２内に導入して混合部２内に旋回流を形成する旋回流形成部６と、主燃料噴射部の第１噴射口７より上流側に第２噴射口８を有し、第２噴射口８から混合部２内に燃料のうちの補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部と、を備えるバーナ１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤と燃料とが混合された混合気を燃焼させるためのバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、ガスタービン等の燃焼排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の低減要求が高まっている。そこで、燃料と空気等の酸化剤とをより良好に混合するため、燃焼器用のバーナの筒状の混合部内に、噴霧状に燃料を供給するとともに、混合部の断面接線方向から燃焼用空気（酸化剤）を導入し、強い旋回流を形成して乱流状態にするものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。このような燃焼器用バーナによれば、酸化剤を旋回させることによって酸化剤と燃料との混合を促進し、急速混合することで、火炎を安定化させ、かつ、燃焼ガス中の低ＮＯｘ化を実現している。
【０００３】
ところで、ガスタービン等ではさらなる性能の向上が要求されており、したがってこのようなガスタービン等に用いられる燃焼器に用いられるバーナでも、現状よりさらに高負荷に対応可能となるものが求められている。具体的には、酸化剤としての空気の供給量を現状より増やし、希薄燃焼させることで、火炎中のホットスポットを減少して高温火炎の発生をなくし、さらなる低ＮＯｘ化を実現するといったことが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４０４１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５７９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１６２０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空気（酸化剤）の供給量を増やした場合には以下に述べる課題がある。
燃焼は主にバーナの一端側に配置された燃焼部内で起こるが、燃焼は化学反応であるため、燃料と酸化剤との混合時間を含む反応時間がある程度必要になる。ところが、空気（酸化剤）の供給量を増やすと空気の流速が速くなるため、空気が燃焼部の燃焼領域に到達するまでの時間が短くなる。すると、空気が燃焼領域に到達するまでの間に燃料と十分に混合できず、これにより空気と燃料との混合が不十分になるため、燃焼性が低下してしまう。
【０００６】
また、空気が燃焼領域に到達するまでの時間が短くなるため、十分な混合状態のもとで燃焼がなされる燃焼領域が従来の位置より下流側に移ってしまう。すると、燃焼部ではその下流側にて希釈空気を導入する場合があるため、このように希釈空気が導入される位置にまで燃焼領域が移ってしまうと、空気と燃料との比率が大きく変化してしまい、炎が消えてしまうおそれもある。
さらに、空気（酸化剤）の供給量を増やして空気の流速を速くすると、剪断力が強くなり過ぎ、燃焼の安定性が低下してしまうおそれもある。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高負荷に対応すべく酸化剤の供給量を増やした場合にも、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にする、バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のバーナは、火炎の形成方向に向く中心軸を有し、一端側が前記火炎の形成方向に開口し、内部にて酸化剤と燃料とを混合する筒状の混合部と、
前記混合部の他端側に第１噴射口を有し、該第１噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの主燃料分を噴射する主燃料噴射部と、
前記混合部の内壁に第１開口を有し、該第１開口から前記酸化剤を前記混合部内に導入して前記混合部内に旋回流を形成する旋回流形成部と、
前記主燃料噴射部の第１噴射口より上流側に第２噴射口を有し、該第２噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
このバーナによれば、主燃料噴射部の第１噴射口より上流側に第２噴射口を有し、該第２噴射口から混合部内に補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部を備えているので、この補助燃料噴射部の第２噴射口から噴射した補助燃料分を、主燃料噴射部の第１噴射口から主燃料分を噴射する前に、旋回流形成部の第１開口から導入された酸化剤と予備混合することができる。
【００１０】
また、前記バーナにおいては、前記混合部は円筒状に形成されてなり、前記旋回流形成部は、前記混合部の内壁面の接線方向から該混合部内に前記酸化剤を導入することで、前記混合部の内部に旋回流を形成するよう構成されているのが好ましい。
このようにすれば、混合部の内部により良好な旋回流を形成することができる。
【００１１】
また、前記バーナにおいては、前記旋回流形成部の第１開口より前記混合部の他端側に第２開口を有し、該第２開口から前記酸化剤を前記中心軸方向に沿って導入する、軸流形成部を備えているのが好ましい。
このようにすれば、軸流形成部から酸化剤を導入することで軸流が形成され、この軸流が旋回流に衝突することで強い乱流域が形成される。よって、この強い乱流域に補助燃料分が供給されることで、補助燃料分と酸化剤との予備混合がより良好になされるようになる。
【００１２】
また、前記バーナにおいて、前記主燃料噴射部と前記補助燃料噴射部とは、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比が、可変に構成されているのが好ましい。
このようにすれば、燃料中における補助燃料分の比率を適宜に設定することで、補助燃料分と酸化剤とを予備混合させて得られる予備混合物の量を適正化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のバーナにあっては、補助燃料分と酸化剤との予備混合を可能にしているので、高負荷に対応すべく酸化剤の供給量を増やすことで酸化剤の流速が速くなっても、補助燃料分を酸化剤と予備混合しておくことにより、燃焼領域では燃料と酸化剤とがすでに良好に混合されている状態となる。したがって、燃焼性が良好な状態で安定する。また、燃焼領域が従来の適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止することができ、これにより燃焼を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のバーナの第１実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】本発明のバーナの第２実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】本発明のバーナの第３実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係るバーナの一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態のバーナでは、特に、従来のものに比べて高負荷に対応可能となるよう、酸化剤としての空気（燃焼用空気）の供給量が、従来に比べて増加されているものとする。また、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナの第１実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において符号１はバーナであり、このバーナ１は、円筒状の混合部２を有したものである。混合部２は、内部にて酸化剤である燃焼用空気と燃料とを混合し、得られた混合気を火炎に供給するように構成されたもので、図１（ｂ）に示すように火炎の形成方向に向く中心軸Ｌを有したものである。
【００１７】
すなわち、混合部２の一端２ａ側は、燃焼により火炎を生じる燃焼部３に連通した状態で、この燃焼部３に接続されている。また、混合部２の他端２ｂ側は、混合部２の開口を覆う端板部２ｃとなっており、この端板部２ｃには、噴射ノズル４と軸流形成部５とが設けられている。さらに、混合部２の一端２ａと他端２ｂとの間の内壁には、旋回流形成部６が設けられている。
【００１８】
噴射ノズル４は、配管（図示せず）を介して燃料源（図示せず）に接続されたもので、その先端部が前記中心軸Ｌに沿って配置されたものである。この噴射ノズル４には、その先端において中心軸Ｌ上に開口する第１噴射口７と、噴射ノズル４の側壁に開口してなる第２噴射口８とが設けられている。第２噴射口８は、図１（ａ）に示すように中心軸Ｌを中心にして放射状に設けられ、かつ等間隔に配置されている。なお、本実施形態では第２噴射口８は４つ設けられている。このような構成のもとに第２噴射口８は、図１（ｂ）に示すように噴射ノズル４から供給する燃料の流れにおいて、第１噴射口７より上流側（混合部２の他端２ｂ側）に配置されたものとなっている。
【００１９】
第１噴射口７と第２噴射口８とは、本実施形態では同じ噴射ノズル４に設けられていることから、同一の燃料源に接続されている。そして、第１噴射口７は、この燃料源から供給された燃料のうちの主燃料分（一部）を噴射し、第２噴射口８は、補助燃料分（残部）を噴射するようになっている。すなわち、第１噴射口７は、燃料源から供給された、必要とされる燃料のうちの例えば半分を超える量を噴射し、第２噴射口８は、その残りの量を噴射するようになっている。
【００２０】
ここで、第１噴射口７から噴射する主燃料分と、第２噴射口８から噴射する補助燃料分との比率については、本実施形態では予め設定されている。つまり、この設定された比率に基づいて、第１噴射口７の開口面積と、第２噴射口８の合計の開口面積とが設計され、形成されている。なお、燃料源から供給される、必要とされる燃料は、従来と同じ量となっている。
【００２１】
また、本実施形態では、第１噴射口７を含む噴射ノズル４とこれに接続する前記燃料源とを備えて主燃料噴射部が構成され、第２噴射口８を含む噴射ノズル４とこれに接続する前記燃料源とを備えて補助燃料噴射部が構成されている。ただし、これら主燃料噴射部と補助燃料噴射部とは、第１噴射口７と第２噴射口８との位置が異なるだけで、その他は共通とされている。
【００２２】
また、本実施形態では、前記端板部２ｃの中央部、すなわち噴射ノズル４を囲む部位に、凹部９が形成されている。凹部９は、図１（ａ）に示すように外形が円環形状に形成されたもので、図１（ｂ）に示すようにその底面が前記第２噴射口８より混合部２の他端２ｂ側となるように形成されている。これにより、第２噴射口８から噴射される燃料（補助燃料分）は、一旦凹部９内に導入された後、混合部２の一端２ａ側に流れるようになっている。
【００２３】
軸流形成部５は、端板部２ｃに配設された複数の第２開口５ａと、該第２開口５ａに配管等（図示せず）を介して接続された燃焼用空気（酸化剤）の供給源（図示せず）と、を備えて構成されたものである。このような構成のもとに軸流形成部５は、供給源から供給された燃焼用空気を、中心軸Ｌ方向に沿って混合部２内に導入するようになっている。すなわち、中心軸Ｌ方向に沿う軸流を形成するようになっている。
【００２４】
また、第２開口５ａは、本実施形態では噴射ノズル４の第１噴射口７より混合部２の他端２ｂ側に配置されており、さらに、図１（ａ）に示すように前記凹部９の外側に、等間隔で４つ配設されている。なお、これら第２開口５ａは、後述する旋回流形成部６の開口位置にそれぞれ対応して配置されている。
【００２５】
旋回流形成部６は、図１（ｂ）に示すように混合部２の一端２ａ側の内壁に配設された第１開口６ａと、図１（ａ）に示すように該第１開口６ａに連通する流路６ｂと、該流路６ｂを介して接続された燃焼用空気（酸化剤）の供給源（図示せず）と、を備えて構成されたものである。流路６ｂは、混合部２の内壁面２ｄの接線方向に延在して形成されたもので、本実施形態では混合部２の周方向に等間隔で４つ形成されている。
【００２６】
このような構成のもとに旋回流形成部６は、供給源から供給された燃焼用空気を、流路６ｂを介して第１開口６ａから導入することにより、混合部２内に強い旋回流を形成するようになっている。すなわち、第１開口６ａから導入された燃焼用空気は、混合部２の内壁面２ｄを周方向、かつ、径方向内方に向かって流れることにより、混合部２内に強い旋回流を形成するようになっている。
【００２７】
ここで、前記の軸流形成部５における第２開口５ａは、図１（ｂ）に示すように旋回流形成部６の第１開口６ａより混合部２の他端２ｂ側に配置されている。また、これら第２開口５ａは、図１（ａ）に示すように対応する旋回流形成部６の第１開口６ａの前方に配置されている。したがって、軸流形成部５の第２開口５ａから中心軸Ｌ方向に沿って導入された燃焼用空気は、旋回流形成部６の第１開口６ａから導入されて形成された強い旋回流に衝突する。その結果、前記の旋回流が部分的に破壊されて渦崩壊を生じ、下流側（混合部２の一端２ａ側）に大きな乱流を形成する。
【００２８】
また、全ての第１開口６ａから供給される燃焼用空気と、全ての第２開口５ａから供給される燃焼用空気との合計量は、従来に比べ増加している。これは、前述したように本実施形態のバーナは従来のものに比べて高負荷に対応可能となっているためである。
【００２９】
また、噴射ノズル４に設けられた第２噴射口８は、それぞれ、旋回流形成部６の第１開口６ａとこれの前方に配置された第２開口５ａとに対応して配置されている。すなわち、本実施形態では、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口８は全て同数設けられ、互いに対応した位置に配設されたものどうしで４つのグループを形成している。そして、第２噴射口８は、その噴射方向が、対応する第２開口５ａより対応する第１開口６ａ側となるように、これらの間に向けられて噴射ノズル４の側面に配設されている。
【００３０】
次に、このような構成のバーナ１の作用について説明する。
まず、噴射ノズル４の第１噴射口７から燃料のうちの主燃料分を、図１（ｂ）中の実線矢印で示すように噴射するとともに、第２噴射口８から燃料のうちの補助燃料分を、図１（ｂ）中の破線矢印で示すように噴射する。
また、軸流形成部５の各第２開口５ａから中心軸Ｌ方向に沿って燃焼用空気を導入するとともに、旋回流形成部６の各第１開口６ａから混合部２の内壁面に沿って燃焼用空気を導入する。
【００３１】
すると、燃焼用空気は、前述したように軸流形成部５の第２開口５ａから導入された燃焼用空気が、旋回流形成部６の第１開口６ａから導入されて形成された強い旋回流に衝突することで、大きな乱流を形成する。
また、第２噴射口８は第１噴射口７より上流側に位置しているため、第２噴射口８から噴射された補助燃料分は、第１噴射口７から噴射された主燃料分が前記の大きな乱流を形成する燃焼用空気に混合されるのに先立って、この燃焼用空気に混合される。
【００３２】
すなわち、第２噴射口８から噴射された補助燃料分は、第１噴射口７から噴射された主燃料分に先だって、燃焼用空気に予備混合される。特に、本実施形態では第２噴射口８の噴射方向を、対応する第２開口５ａと第１開口６ａとの間に向けて配設しているので、補助燃料分は、第１開口６ａから導入された燃焼用空気の旋回流に直接導入され、その後第２開口５ａから導入された燃焼用空気の軸流によって空気と燃料との混合が促進されるようになる。もちろん、その後も旋回流に軸流が衝突することで形成された大きな乱流に同伴されることで、その混合度を増すようになる。
【００３３】
また、第１噴射口７から噴射された主燃料分は、大きな乱流を形成している燃焼用空気とこれに予備混合された補助燃料分との混合気に導入され、混合される。すなわち、燃焼用空気が形成する大きな乱流はその後も大きな乱れを維持したまま燃焼部３側に流れることで、第１噴射口７から噴射された主燃料分は、混合部２から燃焼部３側に流れつつ、前記の乱流に巻き込まれ、前記の混合気に混合される。
【００３４】
したがって、燃焼部３の火炎形成領域（図示せず）に到達した際には、補助燃料分及び主燃料分は、第１開口６ａ及び第２開口５ａから導入された燃焼用空気と十分に混合される。よって、本実施形態のバーナ１にあっては、燃焼性を良好な状態に安定させることができる。
【００３５】
また、従来のように第２噴射口８が無く第１噴射口７のみである場合、燃焼用空気の供給量が増えて空気の流速が速くなると、前述したように空気が燃焼部３での燃焼領域に到達するまでの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分になって燃焼性が低下していた。しかしながら、本実施形態のバーナ１では、燃焼用空気の供給量が従来に比べて増加しているものの、第２噴射口８を設けて補助燃料分を燃焼用空気に予備混合させることで、第１噴射口７からの主燃料分を合わせた全燃料を燃焼用空気と十分に混合させることができ、したがって、燃焼領域が適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止し、燃焼を適正化することができる。
【００３６】
また、このように十分に混合された混合気を燃焼部３に供給するため、空気の供給量が従来に比べて増加してその分剪断力が強くなっても、燃焼の安定性を低下させるおそれがなくなる。
よって、本実施形態のバーナ１によれば、高負荷に対応すべく従来に比べて燃焼用空気の供給量を増やしても、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００３７】
また、例えば飛行機のエンジンなど、低温環境下で用いられる装置に適用されるバーナでは、供給する燃焼用空気（酸化剤）が低温になることから、第１噴射口７から液滴状の燃料を噴射するだけでは十分な混合度が得られなくなるおそれがある。しかしながら、本実施形態のバーナ１にあっては、第２噴射口８から補助燃料分を噴射して燃焼用空気と予備混合するようにしたので、燃焼用空気が低温であっても良好な混合度を得ることができ、したがって燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナの第２実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）、（ｂ）において符号１０はバーナである。このバーナ１０が図１（ａ）、（ｂ）に示したバーナ１と異なるところは、主に噴射ノズルの構造にある。
【００３９】
すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示したバーナ１０において噴射ノズル１１は、内管１２とこれに外挿する外管１３とからなる二重管構造となっている。そして、内管１２は、図２（ｂ）に示すようにその先端が開口して第１噴射口１４となっているのに対し、外管１３は、その先端が閉塞されている。また、外管１３には、その側壁に４つの第２噴射口１５が形成されている。これら第２噴射口１５は、図２（ａ）に示すようにその噴射方向が、対応する前記第２開口５ａより対応する前記第１開口６ａ側となるように、これらの間に向けられて配設されている。すなわち、これら第２噴射口１５は、図１（ａ）、（ｂ）に示した第２噴射口８と同じ位置に配設されている。
【００４０】
また、本実施形態では、第１噴射口１４を形成した内管１２には配管（図示せず）を介して燃料源（図示せず）が接続され、第２噴射口１５を形成した外管１３には、この外管１３と内管１２との間に連通する配管（図示せず）を介して燃料源（図示せず）が接続されている。ただし、内管１２に接続する配管には第１バルブ１６が設けられ、外管１３と内管１２との間に接続する配管には第２バルブ１７が設けられている。
【００４１】
すなわち、本実施形態においては、第１噴射口１４を含む噴射ノズル１１の内管１２と、これに接続する前記燃料源と、さらに第１バルブ１６とを備えて主燃料噴射部が構成されている。また、第２噴射口１５を含む噴射ノズル４の外管１３及び内管１２と、これに接続する前記燃料源と、さらに第２バルブ１７とを備えて補助燃料噴射部が構成されている。このような構成のもとに、第１噴射口１４から噴射する主燃料分の噴射量と、第２噴射口１５から噴射する補助燃料分の噴射量との比（噴射比）は、第１バルブ１６、第２バルブ１７の一方あるいは両方を調整することにより、変えることができるようになっている。
【００４２】
このような構成からなるバーナ１０にあっても、第２噴射口１５が第１噴射口１４より上流側に位置しているため、第２噴射口１５から噴射された補助燃料分は、第１噴射口１４から噴射された主燃料分が前記の大きな乱流を形成する燃焼用空気に混合されるのに先立って、この燃焼用空気に予備混合される。
【００４３】
したがって、第１実施形態のバーナ１と同様に、補助燃料分及び主燃料分は燃焼部３の火炎形成領域（図示せず）に到達した際には、第１開口６ａ及び第２開口５ａから導入された燃焼用空気と十分に混合される。
よって、本実施形態のバーナ１０にあっても、燃焼性を良好な状態に安定させることができる。
【００４４】
また、従来のように第１噴射口１４のみである場合、燃焼用空気の供給量が増えて空気の流速が速くなると、前述したように空気が燃焼部３での燃焼領域に到達するまでの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分になって燃焼性が低下していた。
しかしながら、本実施形態のバーナ１０では、燃焼用空気の供給量が従来に比べて増加しているものの、第２噴射口１５を設けて補助燃料分を燃焼用空気に予備混合させることで、第１噴射口１４からの主燃料分を合わせた全燃料を燃焼用空気と十分に混合させることができ、したがって、燃焼領域が適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止し、燃焼を適正化することができる。
【００４５】
また、このように十分に混合された混合気を燃焼部３に供給するため、空気の供給量が従来に比べて増加してその分剪断力が強くなっても、燃焼の安定性を低下させるおそれがほとんどなくなる。
よって、本実施形態のバーナ１０によれば、高負荷に対応すべく従来に比べて燃焼用空気の供給量を増やしても、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００４６】
また、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と、補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比を可変にしたので、燃料中における補助燃料分の比率を適宜に設定することで、補助燃料分と燃焼用空気（酸化剤）とを予備混合させて得られる予備混合気（予備混合物）の量を適正化することができる。
【００４７】
また、例えば飛行機のエンジンなど、低温環境下で用いられる装置に適用されるバーナでも、前述したように第２噴射口１５から補助燃料分を噴射して燃焼用空気と予備混合するようにしたので、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナの第３実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３（ａ）、（ｂ）において符号２０はバーナである。このバーナ２０が図１（ａ）、（ｂ）に示したバーナ１と異なるところは、主に補助燃料噴射部の構成にある。
【００４９】
すなわち、図３（ａ）、（ｂ）に示したバーナ２０において補助燃料噴射部は、混合部２の端板部２ｃに埋設されたリング管２１と、このリング管２１に連通する配管等（図示せず）を介して接続された燃焼源（図示せず）とを備え、さらに第２バルブ２２を有するとともに、リング管２１に複数の噴射管（図示せず）を設け、その噴射口を第２噴射口２３として構成されたものである。第２噴射口２３は、図３（ｂ）に示すように混合部２の端板部２ｃに形成された凹部９の底面に設けられており、したがって噴射ノズル２４に設けられた第１噴射口２５より上流側に配置されている。
【００５０】
また、第２噴射口２３は、図３（ａ）に示すように旋回流形成部６の第１開口６ａとこれの前方に配置された第２開口５ａとに対応して４つ配置されている。すなわち、本実施形態でも、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口２３は全て同数設けられ、互いに対応した位置に配設されたものどうしで４つのグループを形成している。そして、第２噴射口２３は、その噴射方向が、対応する第２開口５ａより対応する第１開口６ａ側となるように、これらの間に向けられて凹部９に配設されている。
ただし、第１実施形態や第２実施形態では、第２噴射口８（１５）の噴射方向が中心軸Ｌと直交する方向であったのに対し、本実施形態の第２噴射口２３は、中心軸Ｌと平行な方向、すなわち第２開口５ａの噴射方向と同じ方向になっている。
【００５１】
また、主燃料噴射部は、第１実施形態と同様に、第１噴射口２５を含む噴射ノズル２４と、配管等（図示せず）を介して接続された燃焼源（図示せず）とを備え、さらに第１バルブ２６を有して構成されている。
このような構成のもとに、本実施形態にあっても、第１噴射口２５から噴射する主燃料分の噴射量と、全ての第２噴射口２３から噴射する補助燃料分の噴射量との比（噴射比）を、第１バルブ２６、第２バルブ２２の一方あるいは両方を調整することにより、変えることができるようになっている。
【００５２】
このような構成からなるバーナ２０にあっても、第２噴射口２３が第１噴射口２５より上流側に位置しているため、第２噴射口２３から噴射された補助燃料分は、第１噴射口２５から噴射された主燃料分が前記の大きな乱流を形成する燃焼用空気に混合されるのに先立って、この燃焼用空気に予備混合される。
【００５３】
したがって、第１実施形態のバーナ１と同様に、補助燃料分及び主燃料分は燃焼部３の火炎形成領域（図示せず）に到達した際には、第１開口６ａ及び第２開口５ａから導入された燃焼用空気と十分に混合される。
よって、本実施形態のバーナ２０にあっても、燃焼性を良好な状態に安定させることができる。
【００５４】
また、従来のように第１噴射口２５のみである場合、燃焼用空気の供給量が増えて空気の流速が速くなると、前述したように空気が燃焼部３での燃焼領域に到達するまでの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分になって燃焼性が低下していた。
しかしながら、本実施形態のバーナ２０では、燃焼用空気の供給量が従来に比べて増加しているものの、第２噴射口２３を設けて補助燃料分を燃焼用空気に予備混合させることで、第１噴射口２５からの主燃料分を合わせた全燃料を燃焼用空気と十分に混合させることができ、したがって、燃焼領域が適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止し、燃焼を適正化することができる。
【００５５】
また、このように十分に混合された混合気を燃焼部３に供給するため、空気の供給量が従来に比べて増加してその分剪断力が強くなっても、燃焼の安定性を低下させるおそれがなくなる。
よって、本実施形態のバーナ２０によれば、高負荷に対応すべく従来に比べて燃焼用空気の供給量を増やしても、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００５６】
また、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と、補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比を可変にしたので、燃料中における補助燃料分の比率を適宜に設定することで、補助燃料分と燃焼用空気（酸化剤）とを予備混合させて得られる予備混合気（予備混合物）の量を適正化することができる。
【００５７】
また、例えば飛行機のエンジンなど、低温環境下で用いられる装置に適用されるバーナでも、前述したように第２噴射口２３から補助燃料分を噴射して燃焼用空気と予備混合するようにしたので、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るバーナの好適な実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されないことは言うまでもない。前述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５９】
例えば、前記実施形態においては、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口８（１５、２３）をそれぞれ４つずつ設けたが、本発明はこれに限定されることなく、３つ以下であっても、５つ以上であってもよい。また、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口８（１５、２３）は、互いに同数でなくてもよい。
【００６０】
さらに、前記実施形態では、軸流形成部を設けて軸流を旋回流に衝突させ、より大きな乱流を形成するようにしたが、軸流形成部を設けることなく旋回流形成部のみを設ける構成としても、第２噴射口を設けることによる予備混合効果を十分に得ることができる。
【００６１】
また、前記実施形態では、従来のものに比べて高負荷に対応可能となるよう、酸化剤としての空気（燃焼用空気）の供給量が、従来に比べて増加されているものとしているが、空気（燃焼用空気）の供給量が従来と同じにされたバーナについても、本発明はもちろん適用可能である。
また、前記実施形態では、本発明の酸化剤として燃焼用空気を用いる構成について説明したが、例えば酸化剤として酸素等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０、２０…バーナ、２…混合部、２ａ…一端、２ｂ…他端、２ｃ…端板部、２ｄ…内壁面、３…燃焼部、４、１１、２４…噴射ノズル、５…軸流形成部、５ａ…第２開口、６…旋回流形成部、６ａ…第１開口、７、１４、２５…第１噴射口、８、１５、２３…第２噴射口、９…凹部、１２…内管、１３…外管、１６…第１バルブ、１７…第２バルブ、２１…リング管、２２…第２バルブ、２６…第１バルブ、Ｌ…中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤と燃料とが混合された混合気を燃焼させるためのバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、ガスタービン等の燃焼排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の低減要求が高まっている。そこで、燃料と空気等の酸化剤とをより良好に混合するため、燃焼器用のバーナの筒状の混合部内に、噴霧状に燃料を供給するとともに、混合部の断面接線方向から燃焼用空気（酸化剤）を導入し、強い旋回流を形成して乱流状態にするものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。このような燃焼器用バーナによれば、酸化剤を旋回させることによって酸化剤と燃料との混合を促進し、急速混合することで、火炎を安定化させ、かつ、燃焼ガス中の低ＮＯｘ化を実現している。
【０００３】
ところで、ガスタービン等ではさらなる性能の向上が要求されており、したがってこのようなガスタービン等に用いられる燃焼器に用いられるバーナでも、現状よりさらに高負荷に対応可能となるものが求められている。具体的には、酸化剤としての空気の供給量を現状より増やし、希薄燃焼させることで、火炎中のホットスポットを減少して高温火炎の発生をなくし、さらなる低ＮＯｘ化を実現するといったことが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４０４１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５７９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１６２０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空気（酸化剤）の供給量を増やした場合には以下に述べる課題がある。
燃焼は主にバーナの一端側に配置された燃焼部内で起こるが、燃焼は化学反応であるため、燃料と酸化剤との混合時間を含む反応時間がある程度必要になる。ところが、空気（酸化剤）の供給量を増やすと空気の流速が速くなるため、空気が燃焼部の燃焼領域に到達するまでの時間が短くなる。すると、空気が燃焼領域に到達するまでの間に燃料と十分に混合できず、これにより空気と燃料との混合が不十分になるため、燃焼性が低下してしまう。
【０００６】
また、空気が燃焼領域に到達するまでの時間が短くなるため、十分な混合状態のもとで燃焼がなされる燃焼領域が従来の位置より下流側に移ってしまう。すると、燃焼部ではその下流側にて希釈空気を導入する場合があるため、このように希釈空気が導入される位置にまで燃焼領域が移ってしまうと、空気と燃料との比率が大きく変化してしまい、炎が消えてしまうおそれもある。
さらに、空気（酸化剤）の供給量を増やして空気の流速を速くすると、剪断力が強くなり過ぎ、燃焼の安定性が低下してしまうおそれもある。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高負荷に対応すべく酸化剤の供給量を増やした場合にも、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にする、バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のバーナは、火炎の形成方向に向く中心軸を有し、一端側が前記火炎の形成方向に開口し、内部にて酸化剤と燃料とを混合する筒状の混合部と、
前記混合部の他端側に第１噴射口を有し、該第１噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの主燃料分を噴射する主燃料噴射部と、
前記混合部の内壁に第１開口を有し、該第１開口から前記酸化剤を前記混合部内に導入して前記混合部内に旋回流を形成する旋回流形成部と、
前記主燃料噴射部の第１噴射口より上流側に第２噴射口を有し、該第２噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
このバーナによれば、主燃料噴射部の第１噴射口より上流側に第２噴射口を有し、該第２噴射口から混合部内に補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部を備えているので、この補助燃料噴射部の第２噴射口から噴射した補助燃料分を、主燃料噴射部の第１噴射口から主燃料分を噴射する前に、旋回流形成部の第１開口から導入された酸化剤と予備混合することができる。
【００１０】
また、前記バーナにおいては、前記混合部は円筒状に形成されてなり、前記旋回流形成部は、前記混合部の内壁面の接線方向から該混合部内に前記酸化剤を導入することで、前記混合部の内部に旋回流を形成するよう構成されているのが好ましい。
このようにすれば、混合部の内部により良好な旋回流を形成することができる。
【００１１】
また、前記バーナにおいては、前記旋回流形成部の第１開口より前記混合部の他端側に第２開口を有し、該第２開口から前記酸化剤を前記中心軸方向に沿って導入する、軸流形成部を備えているのが好ましい。
このようにすれば、軸流形成部から酸化剤を導入することで軸流が形成され、この軸流が旋回流に衝突することで強い乱流域が形成される。よって、この強い乱流域に補助燃料分が供給されることで、補助燃料分と酸化剤との予備混合がより良好になされるようになる。
【００１２】
また、前記バーナにおいて、前記主燃料噴射部と前記補助燃料噴射部とは、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比が、可変に構成されているのが好ましい。
このようにすれば、燃料中における補助燃料分の比率を適宜に設定することで、補助燃料分と酸化剤とを予備混合させて得られる予備混合物の量を適正化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のバーナにあっては、補助燃料分と酸化剤との予備混合を可能にしているので、高負荷に対応すべく酸化剤の供給量を増やすことで酸化剤の流速が速くなっても、補助燃料分を酸化剤と予備混合しておくことにより、燃焼領域では燃料と酸化剤とがすでに良好に混合されている状態となる。したがって、燃焼性が良好な状態で安定する。また、燃焼領域が従来の適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止することができ、これにより燃焼を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のバーナの第１実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】本発明のバーナの第２実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】本発明のバーナの第３実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係るバーナの一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態のバーナでは、特に、従来のものに比べて高負荷に対応可能となるよう、酸化剤としての空気（燃焼用空気）の供給量が、従来に比べて増加されているものとする。また、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナの第１実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において符号１はバーナであり、このバーナ１は、円筒状の混合部２を有したものである。混合部２は、内部にて酸化剤である燃焼用空気と燃料とを混合し、得られた混合気を火炎に供給するように構成されたもので、図１（ｂ）に示すように火炎の形成方向に向く中心軸Ｌを有したものである。
【００１７】
すなわち、混合部２の一端２ａ側は、燃焼により火炎を生じる燃焼部３に連通した状態で、この燃焼部３に接続されている。また、混合部２の他端２ｂ側は、混合部２の開口を覆う端板部２ｃとなっており、この端板部２ｃには、噴射ノズル４と軸流形成部５とが設けられている。さらに、混合部２の一端２ａと他端２ｂとの間の内壁には、旋回流形成部６が設けられている。
【００１８】
噴射ノズル４は、配管（図示せず）を介して燃料源（図示せず）に接続されたもので、その先端部が前記中心軸Ｌに沿って配置されたものである。この噴射ノズル４には、その先端において中心軸Ｌ上に開口する第１噴射口７と、噴射ノズル４の側壁に開口してなる第２噴射口８とが設けられている。第２噴射口８は、図１（ａ）に示すように中心軸Ｌを中心にして放射状に設けられ、かつ等間隔に配置されている。なお、本実施形態では第２噴射口８は４つ設けられている。このような構成のもとに第２噴射口８は、図１（ｂ）に示すように噴射ノズル４から供給する燃料の流れにおいて、第１噴射口７より上流側（混合部２の他端２ｂ側）に配置されたものとなっている。
【００１９】
第１噴射口７と第２噴射口８とは、本実施形態では同じ噴射ノズル４に設けられていることから、同一の燃料源に接続されている。そして、第１噴射口７は、この燃料源から供給された燃料のうちの主燃料分（一部）を噴射し、第２噴射口８は、補助燃料分（残部）を噴射するようになっている。すなわち、第１噴射口７は、燃料源から供給された、必要とされる燃料のうちの例えば半分を超える量を噴射し、第２噴射口８は、その残りの量を噴射するようになっている。
【００２０】
ここで、第１噴射口７から噴射する主燃料分と、第２噴射口８から噴射する補助燃料分との比率については、本実施形態では予め設定されている。つまり、この設定された比率に基づいて、第１噴射口７の開口面積と、第２噴射口８の合計の開口面積とが設計され、形成されている。なお、燃料源から供給される、必要とされる燃料は、従来と同じ量となっている。
【００２１】
また、本実施形態では、第１噴射口７を含む噴射ノズル４とこれに接続する前記燃料源とを備えて主燃料噴射部が構成され、第２噴射口８を含む噴射ノズル４とこれに接続する前記燃料源とを備えて補助燃料噴射部が構成されている。ただし、これら主燃料噴射部と補助燃料噴射部とは、第１噴射口７と第２噴射口８との位置が異なるだけで、その他は共通とされている。
【００２２】
また、本実施形態では、前記端板部２ｃの中央部、すなわち噴射ノズル４を囲む部位に、凹部９が形成されている。凹部９は、図１（ａ）に示すように外形が円環形状に形成されたもので、図１（ｂ）に示すようにその底面が前記第２噴射口８より混合部２の他端２ｂ側となるように形成されている。これにより、第２噴射口８から噴射される燃料（補助燃料分）は、一旦凹部９内に導入された後、混合部２の一端２ａ側に流れるようになっている。
【００２３】
軸流形成部５は、端板部２ｃに配設された複数の第２開口５ａと、該第２開口５ａに配管等（図示せず）を介して接続された燃焼用空気（酸化剤）の供給源（図示せず）と、を備えて構成されたものである。このような構成のもとに軸流形成部５は、供給源から供給された燃焼用空気を、中心軸Ｌ方向に沿って混合部２内に導入するようになっている。すなわち、中心軸Ｌ方向に沿う軸流を形成するようになっている。
【００２４】
また、第２開口５ａは、本実施形態では噴射ノズル４の第１噴射口７より混合部２の他端２ｂ側に配置されており、さらに、図１（ａ）に示すように前記凹部９の外側に、等間隔で４つ配設されている。なお、これら第２開口５ａは、後述する旋回流形成部６の開口位置にそれぞれ対応して配置されている。
【００２５】
旋回流形成部６は、図１（ｂ）に示すように混合部２の一端２ａ側の内壁に配設された第１開口６ａと、図１（ａ）に示すように該第１開口６ａに連通する流路６ｂと、該流路６ｂを介して接続された燃焼用空気（酸化剤）の供給源（図示せず）と、を備えて構成されたものである。流路６ｂは、混合部２の内壁面２ｄの接線方向に延在して形成されたもので、本実施形態では混合部２の周方向に等間隔で４つ形成されている。
【００２６】
このような構成のもとに旋回流形成部６は、供給源から供給された燃焼用空気を、流路６ｂを介して第１開口６ａから導入することにより、混合部２内に強い旋回流を形成するようになっている。すなわち、第１開口６ａから導入された燃焼用空気は、混合部２の内壁面２ｄを周方向、かつ、径方向内方に向かって流れることにより、混合部２内に強い旋回流を形成するようになっている。
【００２７】
ここで、前記の軸流形成部５における第２開口５ａは、図１（ｂ）に示すように旋回流形成部６の第１開口６ａより混合部２の他端２ｂ側に配置されている。また、これら第２開口５ａは、図１（ａ）に示すように対応する旋回流形成部６の第１開口６ａの前方に配置されている。したがって、軸流形成部５の第２開口５ａから中心軸Ｌ方向に沿って導入された燃焼用空気は、旋回流形成部６の第１開口６ａから導入されて形成された強い旋回流に衝突する。その結果、前記の旋回流が部分的に破壊されて渦崩壊を生じ、下流側（混合部２の一端２ａ側）に大きな乱流を形成する。
【００２８】
また、全ての第１開口６ａから供給される燃焼用空気と、全ての第２開口５ａから供給される燃焼用空気との合計量は、従来に比べ増加している。これは、前述したように本実施形態のバーナは従来のものに比べて高負荷に対応可能となっているためである。
【００２９】
また、噴射ノズル４に設けられた第２噴射口８は、それぞれ、旋回流形成部６の第１開口６ａとこれの前方に配置された第２開口５ａとに対応して配置されている。すなわち、本実施形態では、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口８は全て同数設けられ、互いに対応した位置に配設されたものどうしで４つのグループを形成している。そして、第２噴射口８は、その噴射方向が、対応する第２開口５ａより対応する第１開口６ａ側となるように、これらの間に向けられて噴射ノズル４の側面に配設されている。
【００３０】
次に、このような構成のバーナ１の作用について説明する。
まず、噴射ノズル４の第１噴射口７から燃料のうちの主燃料分を、図１（ｂ）中の実線矢印で示すように噴射するとともに、第２噴射口８から燃料のうちの補助燃料分を、図１（ｂ）中の破線矢印で示すように噴射する。
また、軸流形成部５の各第２開口５ａから中心軸Ｌ方向に沿って燃焼用空気を導入するとともに、旋回流形成部６の各第１開口６ａから混合部２の内壁面に沿って燃焼用空気を導入する。
【００３１】
すると、燃焼用空気は、前述したように軸流形成部５の第２開口５ａから導入された燃焼用空気が、旋回流形成部６の第１開口６ａから導入されて形成された強い旋回流に衝突することで、大きな乱流を形成する。
また、第２噴射口８は第１噴射口７より上流側に位置しているため、第２噴射口８から噴射された補助燃料分は、第１噴射口７から噴射された主燃料分が前記の大きな乱流を形成する燃焼用空気に混合されるのに先立って、この燃焼用空気に混合される。
【００３２】
すなわち、第２噴射口８から噴射された補助燃料分は、第１噴射口７から噴射された主燃料分に先だって、燃焼用空気に予備混合される。特に、本実施形態では第２噴射口８の噴射方向を、対応する第２開口５ａと第１開口６ａとの間に向けて配設しているので、補助燃料分は、第１開口６ａから導入された燃焼用空気の旋回流に直接導入され、その後第２開口５ａから導入された燃焼用空気の軸流によって空気と燃料との混合が促進されるようになる。もちろん、その後も旋回流に軸流が衝突することで形成された大きな乱流に同伴されることで、その混合度を増すようになる。
【００３３】
また、第１噴射口７から噴射された主燃料分は、大きな乱流を形成している燃焼用空気とこれに予備混合された補助燃料分との混合気に導入され、混合される。すなわち、燃焼用空気が形成する大きな乱流はその後も大きな乱れを維持したまま燃焼部３側に流れることで、第１噴射口７から噴射された主燃料分は、混合部２から燃焼部３側に流れつつ、前記の乱流に巻き込まれ、前記の混合気に混合される。
【００３４】
したがって、燃焼部３の火炎形成領域（図示せず）に到達した際には、補助燃料分及び主燃料分は、第１開口６ａ及び第２開口５ａから導入された燃焼用空気と十分に混合される。よって、本実施形態のバーナ１にあっては、燃焼性を良好な状態に安定させることができる。
【００３５】
また、従来のように第２噴射口８が無く第１噴射口７のみである場合、燃焼用空気の供給量が増えて空気の流速が速くなると、前述したように空気が燃焼部３での燃焼領域に到達するまでの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分になって燃焼性が低下していた。しかしながら、本実施形態のバーナ１では、燃焼用空気の供給量が従来に比べて増加しているものの、第２噴射口８を設けて補助燃料分を燃焼用空気に予備混合させることで、第１噴射口７からの主燃料分を合わせた全燃料を燃焼用空気と十分に混合させることができ、したがって、燃焼領域が適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止し、燃焼を適正化することができる。
【００３６】
また、このように十分に混合された混合気を燃焼部３に供給するため、空気の供給量が従来に比べて増加してその分剪断力が強くなっても、燃焼の安定性を低下させるおそれがなくなる。
よって、本実施形態のバーナ１によれば、高負荷に対応すべく従来に比べて燃焼用空気の供給量を増やしても、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００３７】
また、例えば飛行機のエンジンなど、低温環境下で用いられる装置に適用されるバーナでは、供給する燃焼用空気（酸化剤）が低温になることから、第１噴射口７から液滴状の燃料を噴射するだけでは十分な混合度が得られなくなるおそれがある。しかしながら、本実施形態のバーナ１にあっては、第２噴射口８から補助燃料分を噴射して燃焼用空気と予備混合するようにしたので、燃焼用空気が低温であっても良好な混合度を得ることができ、したがって燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナの第２実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）、（ｂ）において符号１０はバーナである。このバーナ１０が図１（ａ）、（ｂ）に示したバーナ１と異なるところは、主に噴射ノズルの構造にある。
【００３９】
すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示したバーナ１０において噴射ノズル１１は、内管１２とこれに外挿する外管１３とからなる二重管構造となっている。そして、内管１２は、図２（ｂ）に示すようにその先端が開口して第１噴射口１４となっているのに対し、外管１３は、その先端が閉塞されている。また、外管１３には、その側壁に４つの第２噴射口１５が形成されている。これら第２噴射口１５は、図２（ａ）に示すようにその噴射方向が、対応する前記第２開口５ａより対応する前記第１開口６ａ側となるように、これらの間に向けられて配設されている。すなわち、これら第２噴射口１５は、図１（ａ）、（ｂ）に示した第２噴射口８と同じ位置に配設されている。
【００４０】
また、本実施形態では、第１噴射口１４を形成した内管１２には配管（図示せず）を介して燃料源（図示せず）が接続され、第２噴射口１５を形成した外管１３には、この外管１３と内管１２との間に連通する配管（図示せず）を介して燃料源（図示せず）が接続されている。ただし、内管１２に接続する配管には第１バルブ１６が設けられ、外管１３と内管１２との間に接続する配管には第２バルブ１７が設けられている。
【００４１】
すなわち、本実施形態においては、第１噴射口１４を含む噴射ノズル１１の内管１２と、これに接続する前記燃料源と、さらに第１バルブ１６とを備えて主燃料噴射部が構成されている。また、第２噴射口１５を含む噴射ノズル４の外管１３及び内管１２と、これに接続する前記燃料源と、さらに第２バルブ１７とを備えて補助燃料噴射部が構成されている。このような構成のもとに、第１噴射口１４から噴射する主燃料分の噴射量と、第２噴射口１５から噴射する補助燃料分の噴射量との比（噴射比）は、第１バルブ１６、第２バルブ１７の一方あるいは両方を調整することにより、変えることができるようになっている。
【００４２】
このような構成からなるバーナ１０にあっても、第２噴射口１５が第１噴射口１４より上流側に位置しているため、第２噴射口１５から噴射された補助燃料分は、第１噴射口１４から噴射された主燃料分が前記の大きな乱流を形成する燃焼用空気に混合されるのに先立って、この燃焼用空気に予備混合される。
【００４３】
したがって、第１実施形態のバーナ１と同様に、補助燃料分及び主燃料分は燃焼部３の火炎形成領域（図示せず）に到達した際には、第１開口６ａ及び第２開口５ａから導入された燃焼用空気と十分に混合される。
よって、本実施形態のバーナ１０にあっても、燃焼性を良好な状態に安定させることができる。
【００４４】
また、従来のように第１噴射口１４のみである場合、燃焼用空気の供給量が増えて空気の流速が速くなると、前述したように空気が燃焼部３での燃焼領域に到達するまでの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分になって燃焼性が低下していた。
しかしながら、本実施形態のバーナ１０では、燃焼用空気の供給量が従来に比べて増加しているものの、第２噴射口１５を設けて補助燃料分を燃焼用空気に予備混合させることで、第１噴射口１４からの主燃料分を合わせた全燃料を燃焼用空気と十分に混合させることができ、したがって、燃焼領域が適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止し、燃焼を適正化することができる。
【００４５】
また、このように十分に混合された混合気を燃焼部３に供給するため、空気の供給量が従来に比べて増加してその分剪断力が強くなっても、燃焼の安定性を低下させるおそれがほとんどなくなる。
よって、本実施形態のバーナ１０によれば、高負荷に対応すべく従来に比べて燃焼用空気の供給量を増やしても、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００４６】
また、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と、補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比を可変にしたので、燃料中における補助燃料分の比率を適宜に設定することで、補助燃料分と燃焼用空気（酸化剤）とを予備混合させて得られる予備混合気（予備混合物）の量を適正化することができる。
【００４７】
また、例えば飛行機のエンジンなど、低温環境下で用いられる装置に適用されるバーナでも、前述したように第２噴射口１５から補助燃料分を噴射して燃焼用空気と予備混合するようにしたので、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナの第３実施形態を示す図であって、（ａ）はバーナの下流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３（ａ）、（ｂ）において符号２０はバーナである。このバーナ２０が図１（ａ）、（ｂ）に示したバーナ１と異なるところは、主に補助燃料噴射部の構成にある。
【００４９】
すなわち、図３（ａ）、（ｂ）に示したバーナ２０において補助燃料噴射部は、混合部２の端板部２ｃに埋設されたリング管２１と、このリング管２１に連通する配管等（図示せず）を介して接続された燃焼源（図示せず）とを備え、さらに第２バルブ２２を有するとともに、リング管２１に複数の噴射管（図示せず）を設け、その噴射口を第２噴射口２３として構成されたものである。第２噴射口２３は、図３（ｂ）に示すように混合部２の端板部２ｃに形成された凹部９の底面に設けられており、したがって噴射ノズル２４に設けられた第１噴射口２５より上流側に配置されている。
【００５０】
また、第２噴射口２３は、図３（ａ）に示すように旋回流形成部６の第１開口６ａとこれの前方に配置された第２開口５ａとに対応して４つ配置されている。すなわち、本実施形態でも、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口２３は全て同数設けられ、互いに対応した位置に配設されたものどうしで４つのグループを形成している。そして、第２噴射口２３は、その噴射方向が、対応する第２開口５ａより対応する第１開口６ａ側となるように、これらの間に向けられて凹部９に配設されている。
ただし、第１実施形態や第２実施形態では、第２噴射口８（１５）の噴射方向が中心軸Ｌと直交する方向であったのに対し、本実施形態の第２噴射口２３は、中心軸Ｌと平行な方向、すなわち第２開口５ａの噴射方向と同じ方向になっている。
【００５１】
また、主燃料噴射部は、第１実施形態と同様に、第１噴射口２５を含む噴射ノズル２４と、配管等（図示せず）を介して接続された燃焼源（図示せず）とを備え、さらに第１バルブ２６を有して構成されている。
このような構成のもとに、本実施形態にあっても、第１噴射口２５から噴射する主燃料分の噴射量と、全ての第２噴射口２３から噴射する補助燃料分の噴射量との比（噴射比）を、第１バルブ２６、第２バルブ２２の一方あるいは両方を調整することにより、変えることができるようになっている。
【００５２】
このような構成からなるバーナ２０にあっても、第２噴射口２３が第１噴射口２５より上流側に位置しているため、第２噴射口２３から噴射された補助燃料分は、第１噴射口２５から噴射された主燃料分が前記の大きな乱流を形成する燃焼用空気に混合されるのに先立って、この燃焼用空気に予備混合される。
【００５３】
したがって、第１実施形態のバーナ１と同様に、補助燃料分及び主燃料分は燃焼部３の火炎形成領域（図示せず）に到達した際には、第１開口６ａ及び第２開口５ａから導入された燃焼用空気と十分に混合される。
よって、本実施形態のバーナ２０にあっても、燃焼性を良好な状態に安定させることができる。
【００５４】
また、従来のように第１噴射口２５のみである場合、燃焼用空気の供給量が増えて空気の流速が速くなると、前述したように空気が燃焼部３での燃焼領域に到達するまでの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分になって燃焼性が低下していた。
しかしながら、本実施形態のバーナ２０では、燃焼用空気の供給量が従来に比べて増加しているものの、第２噴射口２３を設けて補助燃料分を燃焼用空気に予備混合させることで、第１噴射口２５からの主燃料分を合わせた全燃料を燃焼用空気と十分に混合させることができ、したがって、燃焼領域が適正な位置より下流側に移ってしまうことも防止し、燃焼を適正化することができる。
【００５５】
また、このように十分に混合された混合気を燃焼部３に供給するため、空気の供給量が従来に比べて増加してその分剪断力が強くなっても、燃焼の安定性を低下させるおそれがなくなる。
よって、本実施形態のバーナ２０によれば、高負荷に対応すべく従来に比べて燃焼用空気の供給量を増やしても、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００５６】
また、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と、補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比を可変にしたので、燃料中における補助燃料分の比率を適宜に設定することで、補助燃料分と燃焼用空気（酸化剤）とを予備混合させて得られる予備混合気（予備混合物）の量を適正化することができる。
【００５７】
また、例えば飛行機のエンジンなど、低温環境下で用いられる装置に適用されるバーナでも、前述したように第２噴射口２３から補助燃料分を噴射して燃焼用空気と予備混合するようにしたので、燃焼部での安定で適正な燃焼を可能にすることができる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るバーナの好適な実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されないことは言うまでもない。前述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５９】
例えば、前記実施形態においては、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口８（１５、２３）をそれぞれ４つずつ設けたが、本発明はこれに限定されることなく、３つ以下であっても、５つ以上であってもよい。また、第１開口６ａ、第２開口５ａ、第２噴射口８（１５、２３）は、互いに同数でなくてもよい。
【００６０】
さらに、前記実施形態では、軸流形成部を設けて軸流を旋回流に衝突させ、より大きな乱流を形成するようにしたが、軸流形成部を設けることなく旋回流形成部のみを設ける構成としても、第２噴射口を設けることによる予備混合効果を十分に得ることができる。
【００６１】
また、前記実施形態では、従来のものに比べて高負荷に対応可能となるよう、酸化剤としての空気（燃焼用空気）の供給量が、従来に比べて増加されているものとしているが、空気（燃焼用空気）の供給量が従来と同じにされたバーナについても、本発明はもちろん適用可能である。
また、前記実施形態では、本発明の酸化剤として燃焼用空気を用いる構成について説明したが、例えば酸化剤として酸素等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０、２０…バーナ、２…混合部、２ａ…一端、２ｂ…他端、２ｃ…端板部、２ｄ…内壁面、３…燃焼部、４、１１、２４…噴射ノズル、５…軸流形成部、５ａ…第２開口、６…旋回流形成部、６ａ…第１開口、７、１４、２５…第１噴射口、８、１５、２３…第２噴射口、９…凹部、１２…内管、１３…外管、１６…第１バルブ、１７…第２バルブ、２１…リング管、２２…第２バルブ、２６…第１バルブ、Ｌ…中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎の形成方向に向く中心軸を有し、一端側が前記火炎の形成方向に開口し、内部にて酸化剤と燃料とを混合する筒状の混合部と、
前記混合部の他端側に第１噴射口を有し、該第１噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの主燃料分を噴射する主燃料噴射部と、
前記混合部の内壁に第１開口を有し、該第１開口から前記酸化剤を前記混合部内に導入して前記混合部内に旋回流を形成する旋回流形成部と、
前記主燃料噴射部の第１噴射口より上流側に第２噴射口を有し、該第２噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部と、
を備えることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
前記混合部は円筒状に形成されてなり、
前記旋回流形成部は、前記混合部の内壁面の接線方向から該混合部内に前記酸化剤を導入することで、前記混合部の内部に旋回流を形成することを特徴とする請求項１記載のバーナ。
【請求項３】
前記旋回流形成部の第１開口より前記混合部の他端側に第２開口を有し、該第２開口から前記酸化剤を前記中心軸方向に沿って導入する、軸流形成部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記主燃料噴射部と前記補助燃料噴射部とは、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比が、可変に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナ。
【請求項１】
火炎の形成方向に向く中心軸を有し、一端側が前記火炎の形成方向に開口し、内部にて酸化剤と燃料とを混合する筒状の混合部と、
前記混合部の他端側に第１噴射口を有し、該第１噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの主燃料分を噴射する主燃料噴射部と、
前記混合部の内壁に第１開口を有し、該第１開口から前記酸化剤を前記混合部内に導入して前記混合部内に旋回流を形成する旋回流形成部と、
前記主燃料噴射部の第１噴射口より上流側に第２噴射口を有し、該第２噴射口から前記混合部内に前記燃料のうちの補助燃料分を噴射する補助燃料噴射部と、
を備えることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
前記混合部は円筒状に形成されてなり、
前記旋回流形成部は、前記混合部の内壁面の接線方向から該混合部内に前記酸化剤を導入することで、前記混合部の内部に旋回流を形成することを特徴とする請求項１記載のバーナ。
【請求項３】
前記旋回流形成部の第１開口より前記混合部の他端側に第２開口を有し、該第２開口から前記酸化剤を前記中心軸方向に沿って導入する、軸流形成部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記主燃料噴射部と前記補助燃料噴射部とは、主燃料噴射部からの主燃料分の噴射量と補助燃料噴射部からの補助燃料分の噴射量との比が、可変に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３７１１４（Ｐ２０１２−３７１１４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７６４４９（Ｐ２０１０−１７６４４９）
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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