JPH07332611A - 燃焼器及び燃焼方法 - Google Patents

燃焼器及び燃焼方法

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JPH07332611A
JPH07332611A JP7164803A JP16480395A JPH07332611A JP H07332611 A JPH07332611 A JP H07332611A JP 7164803 A JP7164803 A JP 7164803A JP 16480395 A JP16480395 A JP 16480395A JP H07332611 A JPH07332611 A JP H07332611A
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air
combustion
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gas
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JP7164803A
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Jeffrey C Bowker
チャールズ ボーカー ジェフリー
Dennis M Bachovchin
マイケル バチョフチン デニス
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Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＮＯｘ発生量の減少のために超希薄混合気に
よる安定燃焼を行うことができる燃焼器及び燃焼方法を
提供する。 【構成】 燃焼器（15）から排出された高温ガス（40）
からの熱伝達により燃料と空気から成る第１の混合気を
予熱する。次に、予熱した第１の混合気に触媒反応装置
（86）内で触媒作用を及ぼしてからこれを燃焼させて温
度が燃料の着火温度よりも高い高温ガスを生じさせる。
次に、第２及び第３の希薄混合気（84,85）を順次、高
温ガス中に導入してこれらの温度を着火温度以上にする
と共に第２の混合気と第３の混合気の均一燃焼を行わせ
る。この均一燃焼は、第１の混合気に触媒作用を及ぼし
ている間に生じる遊離基の存在により促進される。さら
に、触媒反応装置は、第２及び第３の希薄混合気の燃焼
に安定性を与えるパイロットとして役立つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼器に関する。特
に，本発明は、ガスタービン等に用いられ、触媒を用い
て連続的に多段燃焼又はステージング（staging)させる
燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガスタ
ービンでは、一又は二以上の燃焼器内において圧縮機に
より生じた空気中で燃料を燃焼させる。従来、かかる燃
焼器は、燃料と空気から成る近似理論混合気を生じさ
せ、これを本質的に均一の条件下において拡散燃焼方式
で燃焼させるプライマリ燃焼領域を有していた。総合的
な燃料と空気の比（以下、「燃空比」という）は理論比
よりもかなり小さいが、始動時における燃料と空気の混
合気（明細書全体にわたり、単に「混合気」という）へ
の点火は容易であり、プライマリ燃焼領域内において混
合気が局部的に濃厚になるために、広範な着火温度帯で
良好な火炎安定性が得られた。
【０００３】残念なことに、かかる近似理論混合気を用
いると、結果的にプライマリ燃焼領域中の温度が非常に
高くなっていた。このように温度が高いと、大気汚染物
と考えられる窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が促進され
た。希薄燃空比で燃焼（「希薄予混合燃焼」と称される
場合がある）を行うと、ＮＯｘ生成量が減少することが
知られている。しかしながら、希薄混合気は着火が困難
であり、火炎安定性を損ねる。中央に設けられた点火バ
ーナーからの拡散燃焼方式の利用により点火性及び安定
性が向上したが、かかるパイロット方式ではＮＯｘ生成
量が増加し、それによりＮＯｘ生成の抑制が弱くなる。
【０００４】したがって、不均一な燃焼プロセスにおい
て燃焼触媒を用いることが提案された。触媒作用が及ぼ
された混合気中に遊離基（free radicals)が生じると、
燃焼反応と関連した活性化エネルギが減少することにな
る。その結果、燃焼温度を、窒素分子がＮＯｘ（サーマ
ルＮＯｘと呼ばれる場合がある）に変換される温度レベ
ル以下に一層容易に維持することができる。さらに、サ
ーマルＮＯｘの生成を促進する温度においても、混合気
に対する触媒作用によって酸素に関する燃料の窒素との
競争力が高くなるので、ＮＯｘ生成量は減少することに
なる。
【０００５】触媒燃焼方式が、混合気を全て点火バーナ
ーの後で触媒式燃焼器中に流通させるモード、又は希薄
予混合燃焼器と並列関係にある触媒式燃焼器を動作させ
るモードを含む種々のモードで提案されている。いずれ
の場合においても、触媒方式では混合気を一般に少なく
とも４００℃の温度まで予熱する必要がある。残念なが
ら、ガスタービンの圧縮機で得られる圧縮空気の温度は
４００℃以下である。したがって、拡散形予混合バーナ
ーを必要とする場合が多い。しかしながら、希薄予混合
形燃焼器の場合のように、予熱用バーナーは、極少排出
量基準（ultra-low emission requirements)を満たすた
めの触媒式燃焼器の性能を損ねるほど量のＮＯｘを生じ
させる場合がある。
【０００６】したがって、ＮＯｘを生じさせるパイロッ
トを使用しないで、ＮＯｘ生成量を減少させるよう超希
薄混合気を用いて安定した燃焼を行なうことができる燃
焼器を提供することが望ましい。
【０００７】したがって、本発明の主目的は、ＮＯｘを
生じさせるパイロットを使用しないで、ＮＯｘ生成量を
減少させるよう超希薄混合気を用いて安定した燃焼を行
なうことができる燃焼器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的及び他
の目的は、燃料を空気中で燃焼させるための燃焼器にお
いて、燃料の第１の流れを混合領域内で第１の空気流中
へ混ぜて第１の混合気を生じさせる手段と、燃焼触媒
と、第１の混合気を触媒中へ差し向けて触媒作用が及ぼ
された混合気を生じさせる手段と、触媒作用が及ぼされ
た前記混合気を燃焼させて燃焼ガスを生じさせる第１の
燃焼領域と、第１の燃焼領域の下流に設けられた第２の
燃焼領域と、第１の燃焼領域からの前記燃焼ガスを第２
の燃焼領域に差し向けるための手段と、第２の混合気を
前記第２の燃焼領域中の高温ガス中へ混ぜて第２の混合
気を燃焼させ、それにより再燃焼ガスを生じさせる手段
とを有することを特徴とする燃焼器によって達成され
る。
【０００９】本発明は又、燃料を空気中で燃焼させる方
法において、第１の燃料流を第１の空気流中へ混ぜて第
１の混合気を形成する段階と、第１の混合気を燃焼触媒
中へ流通させて触媒作用が及ぼされた混合気を生じさせ
る段階と、前記触媒作用が及ぼされた混合気を燃焼させ
て燃焼ガスを生じさせる段階と、第２の燃料流を第２の
空気流中へ混ぜて第２の混合気を生じさせる段階と、第
２の混合気を前記燃焼ガス中へ混ぜて第２の混合気の温
度をその着火温度以上に上げることによって第２の混合
気を燃焼させ、それにより再燃焼ガスを生じさせる段階
とから成ることを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
【実施例】図面を参照すると、図１には、燃焼区分の付
近に位置するガスタービンの部分が縦断面図で示されて
いる。ガスタービンは、圧縮機区分１、燃焼区分２、タ
ービン区分３、及びこれら３つの区分を貫通するロータ
４で構成されている。圧縮機は、複数の静翼列５と動翼
列７を交互に配置して形成される。静翼はシリンダ９に
取り付けられ、動翼はロータ４に固定されたディスク８
に取り付けられている。従前通り、燃焼区分２は、複数
の燃焼器１５及びダクト１６が設けられた室２７を形成
するシリンダ１０を有する。タービン区分３は、複数の
静翼列６と動翼列（図示せず）を交互に配置して形成さ
れる。静翼６は、外側シリンダ１２によって包囲された
内側シリンダ１１（一部のみ図示してある）に固定され
ている。
【００１１】作動中、圧縮機２は、周囲空気を引き込ん
でこれを圧縮する。次に、圧縮機１からの圧縮空気１７
は室２７に差し向けられ、この室２７は圧縮空気を燃焼
器１５に分配供給する。燃焼器１５内では、燃料（例え
ば液体であっても留出油のような液体であっても、天然
ガスのような気体であってもよい）は、以下に詳細に説
明するように、圧縮空気１７中で燃やされ、高温圧縮ガ
ス４０が生じる。高温ガス４０はダクト１６によりター
ビン区分３に差し向けられる。高温ガス４０はタービン
区分内で膨張し、それによりロータ４の動力が得られ
る。
【００１２】図２に示すように、各燃焼器１５は、バレ
ル１３内へ延び、このバレルはシリンダ１０から延び、
端部プレート１４で封止されている。燃焼器１５の前端
部は、互いに同心状の内側ライナ５１と外側ライナ５２
で形成されている。ライナ５１と５２の間には、環状通
路７５が形成され、この環状通路は圧縮機１からの圧縮
空気１７の第１の部分１８を受け入れる円周方向入口５
８を有している。好ましい実施例では、圧縮空気１８は
燃焼器１５についての全燃焼用空気の約２０％である。
通路７５は初めは入口５８から半径方向内方に延び、次
に９０°曲がって軸方向に延びる。
【００１３】複数の軸方向に延びる燃料供給バー６３
が、入口５８のすぐ下流側で環状通路７５内に円周方向
に分布して配置されている。複数の燃料出口ポートが、
通路７５内に延びる燃料供給バー６３の各々の長さに沿
って分布して配置されている。その結果、燃料供給バー
６３は、燃料の第１の部分３０を環状通路７５の周りに
十分良好に分布させるのに役立ち、それにより希薄混合
気を生じさせる。スワーラ又は空気旋回器６７（羽根形
式のものであるのがよい）を通路７５の周りに分布して
設け、燃料３０と圧縮空気１８の混合を促進するように
してもよいが、これを設けるかどうかは任意である。好
ましい実施例では、燃料供給バー６３によって圧縮空気
１８中へ導入される燃料３０の流量を調節して、０．５
未満の当量比が通路７５中に保たれるようにする。な
お、当量比は、理論混合比に対する実際の燃空比として
定義される。
【００１４】混合気８３は通路７５から予熱領域９１に
流入する。好ましい実施例では、混合気８３の予熱は２
つの方法で達成される。起動の際、燃料供給管８２から
の追加の燃料３１を燃料ノズル５０（これは従来型スプ
レータイプのものであるのがよい）によって内側ライナ
５１で形成された通路５９内へ導入する。導管７３から
の空気２１も混合領域として機能する通路５９中へ導入
して濃厚混合気を生じさせ、これに点火装置（図示して
いないが、従来型スパークタイプのものであるのがよ
い）によって火を付けて燃焼させ、非常に安定した拡散
火炎が得られるようにする。追加燃料３１の燃焼により
生じた高温ガスは、通路７５からの希薄混合気８３と予
熱領域９１で交じり合い、それにより混合気８３の温度
を上げて、後述する触媒作用に適した温度範囲にする。
好ましい実施例では、混合気８３を約４００℃に加熱す
る。
【００１５】本発明の一実施例では、燃焼器１５は、燃
料ノズル５０からの拡散燃焼を予熱源として連続的に作
動する。しかしながら、予熱火炎のサイズは、従来型の
非触媒式希薄予混合燃焼器に必要なサイズよりも非常に
小さい。というのは、本発明では、空気流のうち２０％
しか予熱する必要がなく、また非常に低い温度に予熱す
るだけで良いからである。かくして、ＮＯｘ生成量は著
しく減少する。本発明のもう一つの実施例では、燃焼器
１５が安定動作になった後、追加燃料３１の供給を止め
る。しかる後、熱を燃焼器１５から排出中の高温ガス４
０から希薄混合気８３に伝達して予熱を行う。
【００１６】図２に示す実施例では、この熱伝達は、燃
焼器１５から排出中の高温ガス４０の一部をダクト８０
中へ引き込み、次にこれを予熱領域９１で混合気８３中
に混ぜることにより達成される。ダクト８０はライナ５
６中に形成された入口ポート８１に通じ、この入口ポー
トは燃焼領域９５（以下に説明するように、燃焼領域９
５は３つの燃焼領域の第３番目のものである）と流体連
通状態にある。ダクト８０は入口ポート８１を内側ライ
ナ５１に形成されている出口ポート８２に通じさせる。
出口ポート８２の周りを流れる混合気８３の軸方向速度
が高いので、内側ライナ５１の軸方向に延びる部分は、
高温ガス４１を第３の燃焼領域９５から引き入れるエダ
クタ(eductor）３３を形成する。
【００１７】間接式熱交換器、即ち高温ガス４０と混合
気８３を互いに接触させないで熱伝達を行なう熱交換器
を用いて混合気８３を予熱するための変形例が図４に示
されている。熱交換器１００は、燃焼領域９５を包囲す
るライナ５６´の一部をシェル１０４で包囲し、それに
より環状の軸方向に延びる通路１０２，１０３を形成す
ることにより構成される。複数の半径方向に延びる伝熱
ピン１０１が通路１０２，１０３の中に延びている。圧
縮機１から圧縮空気１７の一部２１は通路１０２，１０
３を通って引き込まれる。圧縮空気２１は通路１０２，
１０３を通って流れているときに、高温ガス４０からピ
ン１０１及びライナ５６´に伝達された熱を受け取り、
それにより空気の温度を上昇させる。加熱された空気２
５は通路１０２，１０３から、シェル１０４を包囲して
いる円周方向に延びるマニホルド７４に流入する。マニ
ホルド７４から、加熱された空気２５は導管８０の入口
に流入する。
【００１８】上述のように、図２に示すエダクタ３３を
用いて圧縮空気２４が熱交換器１００を通って流れるよ
うにしてもよい。図４に示すように変形例として、エダ
クタ３４をダクト８０に組み込んでもよい。圧縮機１か
らの圧縮空気１７の一部２２はブースト圧縮機４２によ
ってさらに加圧される。次に、この更に加圧された空気
２５の高速ジェットをエダクタ３４によってダクト８０
内へ差し向け、それにより圧縮空気２４を熱交換器１０
０内へ引き込む。
【００１９】上述の実施例では、予熱は、混合気８３自
体の予熱により達成される。変形例として、予熱を達成
するのに、圧縮空気１８と燃料３０を混合する前に圧縮
空気１８を予熱してもよい。かかる空気の予熱を行なう
には、通路７５の下流に位置する半径方向に延びる燃料
供給バー６３´（図２に想像線で示す）だけを利用して
空気１８だけが通路７５を通って流れるようにしてもよ
い。圧縮空気１８が予熱領域９１で予熱された後、この
圧縮空気１８を燃料３０と混合させて混合気を生じさせ
る。
【００２０】予熱方法の如何にかかわらず、予熱領域９
１から予熱された混合気８９を末広がり形状のライナ５
７によって、図２に示すように燃焼触媒の入っている触
媒反応装置８６を通って流れるよう差し向ける。ライナ
５７は触媒反応装置８６を支持するのに役立ち、その後
方端部は以下に延びるように２つの燃焼領域を包囲して
いる。
【００２１】好ましい実施例では、触媒反応装置８６
は、一又は二以上の触媒活性化物質を含浸させたハニカ
ム構造を備えた一体基材（この材質は金属またはセラミ
ック材料であるのが良い）を含む。ハニカム構造は、多
数の通路を形成し、予熱された混合気８９はこれら通路
を通って流れ、それにより混合気を触媒材料と表面接触
させる。変形例として、多形式の触媒反応装置（例え
ば、充填層式のもの）を用いてもよい。ただし、これら
がガス流に対しあまり大きすぎない圧力降下を及ぼすも
のでないことが条件である。燃焼の対象である燃料の性
状に応じて種々の燃焼触媒材料、例えばプラチナ、パラ
ジウムまたはニッケルを用いるのがよい。適当な触媒反
応装置が米国特許第３，９２８，９６１号及び第４，０
７２，００７号に開示されており、これら米国特許の内
容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引
用する。
【００２２】図２及び図３に示すように、中間及び外側
円筒形ライナ５３，５４がライナ５７を包囲している。
外側環状通路７７が中間ライナ５３と外側ライナ５４と
の間に形成され、内側環状通路７６が中間ライナ５３と
ライナ５７との間に形成されている。圧縮機１からの圧
縮空気１７の一部１８は、入口７８を経て内側通路７６
に流入する。圧縮空気１７の別の部分２０は入口７９を
通って外側通路７７に流入する。好ましい実施例では、
燃焼器１５のための燃焼用空気の約８０％が通路７６，
７７を通って流れる。
【００２３】図２及び図３に示すように、複数の半径方
向に延びる燃料供給バー６４が、入口７８，７９のすぐ
下流側で通路７６，７７の周りにそれぞれ円周方向に分
布して設けられている。円形のマニホルド７０が燃料３
２を燃料供給管７１から種々の供給バー６４に分配して
供給する。図３に示すように、複数の燃料出口ポートが
通路７６，７７内に延びる供給バー６４の各々の長さの
部分に沿って分布して設けられている。その結果、燃料
供給バー６４は燃料３２を通路の周りに十分良好に分配
して供給するのに役立ち、それにより内側通路７６及び
外側通路７７内にそれぞれ希薄混合気８４，８５を生じ
させる。混合装置を通路７６，７７内に設けて燃料３２
と圧縮空気１９，２０の混合を促進させることが好まし
い。これら混合装置がスワール又は旋回翼、上述の通路
７５に利用されたものであるのがよい。変形例として、
半径方向に延びるバッフル６９を図２に示すように通路
７６，７７の周りに分布して配置してもよい。好ましい
実施例では、燃料供給バー６４によって圧縮空気１９，
２０中へ導入される燃料３２の流量を調節して、０．５
未満の当量比が通路７６，７７内に維持されるようにす
る。
【００２４】図２に示すように、ライナ５７は、触媒反
応装置８６のすぐ下流側に形成されている燃焼領域９３
を包囲する。複数の出口ポート８７が、内側通路７６の
端壁を形成するライナ５７の外側フレアー状部分の周り
に円周方向に分布して設けられている。出口ポート８７
は混合気８４を、ライナ５３の後方端部によって包囲さ
れている第２の燃焼領域９４内へ差し向ける。複数の出
口ポート８８が、外側通路７７の端壁を形成するライナ
５３の外方フレアー状部分の周りに円周方向に分布して
設けられている。出口ポート８８は混合気８５を、ライ
ナ５６によって包囲されている第３の燃焼領域９５中へ
差し向ける。出口ポート８７，８８は、燃焼領域９４，
９５内のガスが通路７６，７７内へ逆流するのを防止す
る圧力降下を生じさせるのに役立つ。好ましくは、ライ
ナ５６の内面をセラミック材料９０で被覆してライナ表
面が燃焼領域９５内で生じる熱により十分に耐えること
ができるようにする。
【００２５】触媒反応装置８６内では、予熱された混合
気８９は触媒表面に接触する。この表面上において、燃
料はガス流中よりも一層容易に酸化される。というの
は、触媒は反応機構を変える、即ち反応のための活性化
エネルギーを低くするからである。触媒表面上における
燃料のこの酸化により熱が生じ、この熱はガス流中へ放
出されてその温度を上昇させる。ガス流の温度が上昇す
ると、ガス中の酸化速度が増大し、これは触媒層の下流
側で自続状態 (self-sustaining)になるガスの温度の上
昇効果に加えて、触媒は酸化を促進する遊離基をガス中
に導入する。遊離基の種類に応じて、この効果は燃料を
伴なう酸化反応を、窒素を伴なう酸化反応よりも大きく
促進させ、それによりＮＯｘの生成率を減少させる。例
えば、一般に認められている反応方式は、メタンまたは
そのフラグメントとの多くの反応段階に関与するヒドロ
キシル（ＯＨ）及び酸素原子（Ｏ）を有し、これら酸化
ラジカルは窒素とのより少ない素反応（elementary rea
ctions）に関与する。かくして、もし触媒がＯ又はＯＨ
をガス流中へ導入すると、燃料の酸化速度は窒素の酸化
速度よりも著しく早められると予想される。
【００２６】上述のように混合気８３への触媒作用の結
果として、触媒反応装置８６を出る際、混合気８３の温
度は点火に必要な温度、代表的には５５０℃よりも急速
に高くなる。その結果、均一気相燃焼が、混合気８９が
触媒反応装置を出たほぼ直後に燃焼領域９３中で始ま
る。好ましい実施例では、触媒反応装置を出ている混合
気８９の温度は約４８０℃である。しかしながら、第１
の燃焼領域９３内における均一燃焼の結果として、第２
の燃焼領域９４を出るガス３８の温度はおそらくは１０
５０℃を超え、好ましくは約１２３０℃である。
【００２７】ガス３８の温度が高いために、内側通路７
６内に生じた混合気８４の温度は、出口ポート８７から
燃焼領域９４に流入する時、その着火温度よりも急速に
高くなり、それにより均一燃焼反応を引き起こし、この
均一燃焼反応は好ましい実施例では、第２の燃焼領域９
４から出ている合流状態のガス流３９の温度を燃料の着
火温度よりも高く保つ。同様に、高温ガス９４が高温で
あるために、外側通路７７内で生じる混合気８５の温度
は、第３の燃焼領域９５に流入する時にその着火温度よ
りも急速に高くなり、それによりタービン高温ガス４０
の温度をタービン区分３内での膨張にとって所望の値ま
で上昇させるのに十分な一段と均一な燃焼反応を引き起
こす。
【００２８】好ましい実施例では、内側通路７６及び外
側通路７７内に導入された燃料３２は、燃焼器１５内で
燃やされる燃料の約８０％を占める。この追加の燃料及
びその関連の燃焼用空気１９，２０を二段階で順次、触
媒反応装置８６の燃焼性生成物中に注入することによ
り、燃焼ガスの消炎（これはその温度を着火に必要な温
度以下にする場合がある）が防止される。単純化の目的
で二段しか示していないが、三以上の燃焼段階を触媒反
応装置８６の下流側で利用できることが理解されるべき
である。いずれの場合においても、混合気８４，８５の
希薄燃焼の結果として局部的に高温になることがないた
めに、ＮＯｘの生成量は最小限になる。
【００２９】上述のことから分かるように、本発明にし
たがって燃焼を多段で行うことにより、第２及び第３の
混合気８４，８５の均一燃焼が第１の混合気８３の触媒
を用いる燃焼と連絡し、且つその次に生じる状態で、Ｎ
Ｏｘの生成量を、従来の希薄燃焼プロセスと関連した生
成量よりも一段と減少させる。触媒反応装置８６は、希
薄混合気８４，８５の燃焼のためのパイロットとして作
用し、それにより超希薄燃空比での作動が可能になると
共に適度な安定性が得られるようになる。この安定性は
拡散方式の点火バーナーの使用の結果としてＮＯｘをそ
れ以上発生させないで達成されるということは注目され
るべきである。
【００３０】ＮＯｘを生じさせる点火バーナーを使用し
ないで希薄燃焼を可能にすることに加えて、別な方法に
よる混合気８４，８５の均一燃焼の結果として混合気８
３の触媒作用によって生じる遊離基がＮＯｘ生成量を減
少させることが考えられる。上述のように、遊離基によ
って、利用可能な酸素について窒素に対する燃料の強剛
性が高められ、したがって燃空比８４，８５の燃焼によ
り生じるＮＯｘが、同程度の希薄燃空比での非触媒式燃
焼と関連したＮＯｘ生成量と比べて減少するようにな
る。また、遊離基を利用することにより、これを利用し
なかった場合に可能な燃空比よりもより希薄な燃空比で
燃焼が生じることができるようになる。
【００３１】上述のように、好ましくは混合気８３の予
熱は、高温ガス３９からの熱伝達によって達成され、Ｎ
Ｏｘがさらに生成するのが回避される。しかしながら、
燃料と空気が全て触媒反応装置８６を通って流れるとは
限らないような燃焼のステージングにより例え燃料ノズ
ル５０が予熱のために連続的に用いられたとしても、Ｎ
Ｏｘの生成量は少なくなる。その理由は、本発明によれ
ば、燃料と空気の大部分が触媒反応装置８６を通って流
れず、それゆえに予熱の必要がないからである。かくし
て、ＮＯｘ生成量が多い燃料ノズル５０内で燃やされる
燃料の量は、燃料と燃焼用空気の全てを予熱しなければ
ならない方法よりも少ないであろう。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃焼器の付近に位置するガスター
ビンの一部の縦断面図である。
【図２】図１に示す燃焼器の詳細図である。
【図３】図２に示す３−３線における横断面図である。
【図４】高温ガス抽出ポートの付近における図２に示す
燃焼器の変形例の詳細図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機区分 ２ 燃焼区分 ３ タービン区分 １５ 燃焼器 １８ 圧縮空気 ３０ 燃料 ３１ 追加燃料 ３３，３４ エダクタ ４０ 高温圧縮ガス ５９ 通路又は混合領域 ６４ 燃料供給バー ６７ スワール ７５ 環状通路 ８０ ダクト ８１ 入口ポート ８３ 希薄混合気 ８６ 触媒反応装置 ９１ 予熱領域 ９３ 第１の燃焼領域 ９４ 第２の燃焼領域 ９５ 第３の燃焼領域 １００ 間接式熱交換器 １０１ フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｒ 3/40 Ｃ (72)発明者 デニス マイケル バチョフチン アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 デル モント ブエナ・ビスタ・ドライブ 110

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料を空気中で燃焼させるための燃焼器
    において、燃料の第１の流れを混合領域内で第１の空気
    流中へ混ぜて第１の混合気を生じさせる手段と、燃焼触
    媒と、第１の混合気を触媒中へ差し向けて触媒作用が及
    ぼされた混合気を生じさせる手段と、触媒作用が及ぼさ
    れた前記混合気を燃焼させて燃焼ガスを生じさせる第１
    の燃焼領域と、第１の燃焼領域の下流に設けられた第２
    の燃焼領域と、第１の燃焼領域からの前記燃焼ガスを第
    ２の燃焼領域に差し向けるための手段と、第２の混合気
    を前記第２の燃焼領域中の高温ガス中へ混ぜて第２の混
    合気を燃焼させ、それにより再燃焼ガスを生じさせる手
    段とを有することを特徴とする燃焼器。
  2. 【請求項２】 第２の燃料流を第２の空気流中へ混ぜて
    前記第２の混合気を生じさせる手段をさらに有し、第２
    の燃料流と第２の空気流の前記混合手段は、燃焼触媒の
    周りに設けられた環状通路から成ることを特徴とする請
    求項１の燃焼器。
  3. 【請求項３】 第２の燃焼領域の下流に設けられた第３
    の燃焼領域及び第２の燃焼領域からの前記再燃焼ガスを
    第３の燃焼領域に差し向けるための手段と、第３の混合
    気を第３の燃焼領域中の前記再燃焼ガス中へ混ぜて第３
    の混合気を燃焼させるための手段とをさらに有すること
    を特徴とする請求項１の燃焼器。
  4. 【請求項４】 第１の混合気を燃焼触媒中へ差し向ける
    前に、前記第１の混合気を加熱するための手段をさらに
    有することを特徴とする請求項１の燃焼器。
  5. 【請求項５】 第１の混合気を加熱するための手段は、
    熱を前記再燃焼ガスから前記第１の混合気に伝達させる
    手段から成ることを特徴とする請求項４の燃焼器。
  6. 【請求項６】 前記熱伝達手段は、前記再燃焼ガスの少
    なくとも一部を前記第１の混合気中へ混ぜるための手段
    から成ることを特徴とする請求項５の燃焼器。
  7. 【請求項７】 第１の混合気を加熱する前記手段は、第
    ３の燃料流を空気中で燃焼させて再々燃焼ガスを生じさ
    せるための手段及び前記再々燃焼ガスを前記第１の混合
    気中へ混ぜるための手段から成ることを特徴とする請求
    項４の燃焼器。
  8. 【請求項８】 第１の混合気を加熱する前記手段は、前
    記第１の燃料流を前記第１の空気流中に混ぜるのに先立
    って、前記再燃焼ガスの少なくとも一部を前記第１の空
    気流中へ混ぜるための手段から成ることを特徴とする請
    求項４の燃焼器。
  9. 【請求項９】 燃料を空気中で燃焼させる方法におい
    て、第１の燃料流を第１の空気流中へ混ぜて第１の混合
    気を形成する段階と、第１の混合気を燃焼触媒中へ流通
    させて触媒作用が及ぼされた混合気を生じさせる段階
    と、前記触媒作用が及ぼされた混合気を燃焼させて燃焼
    ガスを生じさせる段階と、第２の燃料流を第２の空気流
    中へ混ぜて第２の混合気を生じさせる段階と、第２の混
    合気を前記燃焼ガス中へ混ぜて第２の混合気の温度をそ
    の着火温度以上に上げることによって第２の混合気を燃
    焼させ、それにより再燃焼ガスを生じさせる段階とから
    成ることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 触媒作用が及ぼされた前記混合気を燃
    焼させる段階は、燃焼器の第１の燃焼領域中で生じ、前
    記第１の燃焼領域は、前記触媒から見て下流に設けら
    れ、第２の混合気を混合させて燃焼させる段階は、第１
    の燃焼領域から見て下流に設けられた第２の燃焼領域中
    で生じることを特徴とする請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 第３の燃料流を第３の空気流中へ混ぜ
    て第３の混合気を生じさせる段階と、第３の混合気を前
    記再燃焼ガス中へ混ぜて前記第３の混合気の温度をその
    着火温度以上に上げることによって第３の混合気を燃焼
    させる段階とをさらに有することを特徴とする請求項９
    の方法。
  12. 【請求項１２】 触媒作用が及ぼされた前記混合気を燃
    焼させる段階は、燃焼器の第１の燃焼領域中で生じ、第
    １の燃焼領域は、触媒から見て下流に設けられ、第２の
    混合気の混合及び燃焼段階は、第１の燃焼領域から見て
    下流に設けられた第２の燃焼領域で生じ、第３の混合気
    の混合及び燃焼段階は、第２の燃焼領域から見て下流に
    設けられた第３の燃焼領域で生じることを特徴とする請
    求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 第１の混合気を加熱する段階では、第
    １の混合気を少なくとも約４００℃に加熱することを特
    徴とする請求項９の方法。
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