JPH09178128A - 水素を燃焼させる方法およびバーナー - Google Patents
水素を燃焼させる方法およびバーナーInfo
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- JPH09178128A JPH09178128A JP8338408A JP33840896A JPH09178128A JP H09178128 A JPH09178128 A JP H09178128A JP 8338408 A JP8338408 A JP 8338408A JP 33840896 A JP33840896 A JP 33840896A JP H09178128 A JPH09178128 A JP H09178128A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details
- F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2209/00—Safety arrangements
- F23D2209/20—Flame lift-off / stability
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃焼領域の数が大幅に増えるにもかかわら
ず、製作技術コストが少ないままである、水素の燃焼方
法およびバーナーを提供する。 【解決手段】 水素と酸化剤がバーナーに導入され、主
流方向が酸化剤の流れ方向であり、水素が主流方向に対
してほぼ垂直方向に向いた横方向流れで個々の燃焼領域
に分配される、拡散燃焼で水素を燃焼させる方法および
バーナーにおいて、本発明は、酸化剤として空気が使用
され、横方向流れが多数の個々の微小燃焼領域への微細
分配を生じることに存する。
ず、製作技術コストが少ないままである、水素の燃焼方
法およびバーナーを提供する。 【解決手段】 水素と酸化剤がバーナーに導入され、主
流方向が酸化剤の流れ方向であり、水素が主流方向に対
してほぼ垂直方向に向いた横方向流れで個々の燃焼領域
に分配される、拡散燃焼で水素を燃焼させる方法および
バーナーにおいて、本発明は、酸化剤として空気が使用
され、横方向流れが多数の個々の微小燃焼領域への微細
分配を生じることに存する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素を燃焼させる
ための方法とこの方法を実施するためのバーナーに関す
る。
ための方法とこの方法を実施するためのバーナーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】あらゆる種類のバーナー、例えばガスタ
ービンの燃焼室のための燃料としての水素（Ｈ2 ）は、
反応性と燃焼の安定性がきわめて高いことが特徴であ
り、しかも最新のガスタービンの燃焼室のように空気過
剰の場合にもこの特徴を有する。ヘイウッド(Heywood)
とマイカス（Mikus)の刊行物により、過剰空気が充分に
多い範囲において混合度を高めることにより、窒素酸化
物（ＮＯx ）の発生を減らすことが燃焼技術において知
られている。その際、例えば本来の燃焼領域の手前で予
備混合によって達成されるような完全に均質な燃料−空
気−混合気の場合に、ＮＯx の発生が最少となる。これ
に対応する、水素の均一予備混合燃焼の提案が、カナダ
国のプラットアンドホイットニー(Pratt & Whitney) 社
によってなされている。ＮＯx 低減の観点からの予備混
合によって生じるこの利点があるにもかかわらず、この
手段は、炎が混合範囲に逆戻りするという重要な欠点が
ある。
ービンの燃焼室のための燃料としての水素（Ｈ2 ）は、
反応性と燃焼の安定性がきわめて高いことが特徴であ
り、しかも最新のガスタービンの燃焼室のように空気過
剰の場合にもこの特徴を有する。ヘイウッド(Heywood)
とマイカス（Mikus)の刊行物により、過剰空気が充分に
多い範囲において混合度を高めることにより、窒素酸化
物（ＮＯx ）の発生を減らすことが燃焼技術において知
られている。その際、例えば本来の燃焼領域の手前で予
備混合によって達成されるような完全に均質な燃料−空
気−混合気の場合に、ＮＯx の発生が最少となる。これ
に対応する、水素の均一予備混合燃焼の提案が、カナダ
国のプラットアンドホイットニー(Pratt & Whitney) 社
によってなされている。ＮＯx 低減の観点からの予備混
合によって生じるこの利点があるにもかかわらず、この
手段は、炎が混合範囲に逆戻りするという重要な欠点が
ある。
【０００３】予備混合を行うバーナーの技術的な解決策
は構造が比較的に簡単である。この場合、例えば板状の
形をした水素用の分配室が、空気の流通方向（以下主流
方向と言う）に対して横方向に燃焼室に挿入される。入
口と出口を有する多数の空気案内管がこの分配室を通過
している。各々の空気案内管は入口の近くに配置された
孔を介して分配室に接続している。Ｈ2 が分配室に導入
されると、Ｈ2 は主流方向に対して横方向に個々の孔へ
流れ、空気案内管に達する。同時に空気が空気案内管を
通って燃焼室に吹き込まれると、両ガスは空気案内管内
で混合される。このようにして発生した混合気は燃焼室
に達し点火される。分配室を配置することにより、バー
ナーの構造が非常に簡単になる。なぜなら、これによ
り、個々の空気案内管または燃焼領域に通じる個々の水
素管が不要であるからである。
は構造が比較的に簡単である。この場合、例えば板状の
形をした水素用の分配室が、空気の流通方向（以下主流
方向と言う）に対して横方向に燃焼室に挿入される。入
口と出口を有する多数の空気案内管がこの分配室を通過
している。各々の空気案内管は入口の近くに配置された
孔を介して分配室に接続している。Ｈ2 が分配室に導入
されると、Ｈ2 は主流方向に対して横方向に個々の孔へ
流れ、空気案内管に達する。同時に空気が空気案内管を
通って燃焼室に吹き込まれると、両ガスは空気案内管内
で混合される。このようにして発生した混合気は燃焼室
に達し点火される。分配室を配置することにより、バー
ナーの構造が非常に簡単になる。なぜなら、これによ
り、個々の空気案内管または燃焼領域に通じる個々の水
素管が不要であるからである。
【０００４】Ｈ2 燃焼時のＮＯx 発生の観点からの混合
度の重要性を考慮して、予備混合しないですなわち拡散
燃焼で作動する公知の水素バーナーと水素燃焼室は、多
数の水素噴射ノズルを備えている。このノズルは通常は
慣用の旋回渦流ノズルである。これと同様の解決策がロ
シア国のトラッド(TRUD)／クスネトゾフ(Kusnetzov)と
ドイツ連邦共和国のエムテーウー(MTU) で発表された。
例えばトラッドによるこの原理を適用する場合、燃料領
域の数が５倍以上増えるので、所定の燃焼室の場合に
は、３０個の燃焼領域が１５０個以上に増える。その
際、個々の燃焼領域は約２０ｍｍの直径を有する。燃焼
領域を更に小さくし、噴射ノズルの数を増やすと、多数
の個々の水素管が必要となる。
度の重要性を考慮して、予備混合しないですなわち拡散
燃焼で作動する公知の水素バーナーと水素燃焼室は、多
数の水素噴射ノズルを備えている。このノズルは通常は
慣用の旋回渦流ノズルである。これと同様の解決策がロ
シア国のトラッド(TRUD)／クスネトゾフ(Kusnetzov)と
ドイツ連邦共和国のエムテーウー(MTU) で発表された。
例えばトラッドによるこの原理を適用する場合、燃料領
域の数が５倍以上増えるので、所定の燃焼室の場合に
は、３０個の燃焼領域が１５０個以上に増える。その
際、個々の燃焼領域は約２０ｍｍの直径を有する。燃焼
領域を更に小さくし、噴射ノズルの数を増やすと、多数
の個々の水素管が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の根底
をなす課題は、燃料領域を著しく増やすことによって、
拡散燃焼の従来のバーナーと比べてＮＯx 発生を大幅に
減らすことができる、水素を拡散燃焼する方法とこの方
法を実施するためのバーナーを提供することである。
をなす課題は、燃料領域を著しく増やすことによって、
拡散燃焼の従来のバーナーと比べてＮＯx 発生を大幅に
減らすことができる、水素を拡散燃焼する方法とこの方
法を実施するためのバーナーを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は冒頭に述べた
方法およびバーナーにおいて、請求項１，４，１０記載
の特徴によって解決される。
方法およびバーナーにおいて、請求項１，４，１０記載
の特徴によって解決される。
【０００７】その際特に、燃焼領域が著しく増えたにも
かかわらず、製作技術的コストは少ないままであるとい
う利点がある。本発明の有利な実施形は従属請求項に記
載してある。
かかわらず、製作技術的コストは少ないままであるとい
う利点がある。本発明の有利な実施形は従属請求項に記
載してある。
【０００８】請求項２記載の実施形の利点は、水素が構
造体に対してきわめて良好な冷却作用を及ぼすことにあ
る。
造体に対してきわめて良好な冷却作用を及ぼすことにあ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態が図に示して
ある。次に、この実施の形態について詳しく説明する。
ある。次に、この実施の形態について詳しく説明する。
【００１０】図１〜４には、例えばガスタービンの燃焼
室に組み込まれる、水素（Ｈ2 ）を燃焼させるためのバ
ーナーを示している。バーナーは板状の形をし、主流方
向に対して横方向に燃焼室内に組み込まれている。バー
ナーの縁範囲と、図示していない燃焼室ケーシングとの
バーナーの連結部は、図示しておらず、任意に形成可能
である。バーナーは第１の穴あき板２と第２の穴あき板
３を備えている。この両穴あき板は一定の間隔ｄをおい
て多数の案内管４によって保持されている。その際、穴
は所定のマトリックス模様に従って配置可能である。穴
あき板２は例えば適当な金属からなり、ガスを透過しな
い。これに対して第２の穴あき板３はガスを透過し、適
当な多孔性材料、例えば焼結金属からなっている。その
際、両穴あき板２，３の穴は合同であるので、第２の穴
あき板２の穴は第２の穴あき板３の穴と共に対の穴を形
成している。バーナーをばらばらにならないように保持
することは実質的に、案内管４がスペーサとして各々の
対の穴に挿入され固定されていることによって行われ
る。案内管４は外側へ圧延して形成した周溝５を備えて
いる。穴あき板２内での案内管４の固定は例えばろう付
けまたは溶接によって行われ、これに対して穴あき板３
内での案内管の固定は圧延または縁曲げによって行うこ
とができる。その際、周溝５と協働して、案内管４と穴
あき板３の間でそれぞれ形状補完的な連結が行われる。
それによって、穴あき板２，３は案内管４と共に分配室
を形成する。各々の案内管４内には、図３，４に拡大し
て示すように、空気案内ピン６が挿入されている。この
空気案内ピンは基本的にはストッパー６ａ、案内部分６
ｂ、保持部材８および円板９を備えた円筒状の回転体か
らなっている。案内部分６ｂの外径は案内管４の内径に
ほぼ等しく、図示の実施の形態では軸方向の４つの案内
通路７を備えている。保持部材８は図３において右側で
案内部分に取付けられ、直径が小さくなった範囲であ
る。この範囲は同心的に取付けられた円板９を支持して
いる。この円板の外径は案内部分６ｂの外径にほぼ等し
い。ストッパー６ａは軸方向において短い範囲によって
形成され、その外径は案内部分６ｂの外径よりも大き
い。各々の案内管４内には、ストッパー６ａが穴あき板
２に接触するまでバーナーの空気側から案内ピン６が挿
入され、この位置で永久的に固定されている。このよう
な構造グループはそれぞれインゼクタを形成している。
バーナーを運転開始するために、ガス状の水素が穴あき
板２，３からなる分配室に導入される。更に、空気は案
内管を通って燃焼室に入れられる。その際、水素は分配
室の中を主流方向に対して横方向に流れ、多孔性の穴あ
き板３の局部範囲で微細に分配され、この穴あき板３を
通って燃焼室に入り、ここで周囲の水素を形成する。そ
の際、各々の案内管４の出口で円板９による変向のため
に円錐外周壁の形をした空気流が生じる。この円錐外周
壁の形をした空気流は周囲の水素と共に混合気形成プロ
セスに入り、回転対称の拡散炎を形成する。ここで、混
合プロセスの活性化のために互いに衝突する隣接する円
錐炎の相互作用が促進される。案内ピン６の形状は、そ
れぞれのストッパー６ａまで挿入する際に、所定の変
向、すなわち所定の炎形状が生じるように選択されてい
る。重量上の理由からストッパー６ａは省略することが
できる。この場合、所定の軸方向位置までの案内管４内
への案内ピン６の挿入は、製作装置によって行われる。
インゼクタのきわめて簡単な構造により、多数のインゼ
クタを各々の燃焼室に取付けできるように、このインゼ
クタは小型化可能である。上記のオーダーの小型化によ
り、本発明に従って形成された燃焼領域は微小燃焼領域
と呼ばれる。
室に組み込まれる、水素（Ｈ2 ）を燃焼させるためのバ
ーナーを示している。バーナーは板状の形をし、主流方
向に対して横方向に燃焼室内に組み込まれている。バー
ナーの縁範囲と、図示していない燃焼室ケーシングとの
バーナーの連結部は、図示しておらず、任意に形成可能
である。バーナーは第１の穴あき板２と第２の穴あき板
３を備えている。この両穴あき板は一定の間隔ｄをおい
て多数の案内管４によって保持されている。その際、穴
は所定のマトリックス模様に従って配置可能である。穴
あき板２は例えば適当な金属からなり、ガスを透過しな
い。これに対して第２の穴あき板３はガスを透過し、適
当な多孔性材料、例えば焼結金属からなっている。その
際、両穴あき板２，３の穴は合同であるので、第２の穴
あき板２の穴は第２の穴あき板３の穴と共に対の穴を形
成している。バーナーをばらばらにならないように保持
することは実質的に、案内管４がスペーサとして各々の
対の穴に挿入され固定されていることによって行われ
る。案内管４は外側へ圧延して形成した周溝５を備えて
いる。穴あき板２内での案内管４の固定は例えばろう付
けまたは溶接によって行われ、これに対して穴あき板３
内での案内管の固定は圧延または縁曲げによって行うこ
とができる。その際、周溝５と協働して、案内管４と穴
あき板３の間でそれぞれ形状補完的な連結が行われる。
それによって、穴あき板２，３は案内管４と共に分配室
を形成する。各々の案内管４内には、図３，４に拡大し
て示すように、空気案内ピン６が挿入されている。この
空気案内ピンは基本的にはストッパー６ａ、案内部分６
ｂ、保持部材８および円板９を備えた円筒状の回転体か
らなっている。案内部分６ｂの外径は案内管４の内径に
ほぼ等しく、図示の実施の形態では軸方向の４つの案内
通路７を備えている。保持部材８は図３において右側で
案内部分に取付けられ、直径が小さくなった範囲であ
る。この範囲は同心的に取付けられた円板９を支持して
いる。この円板の外径は案内部分６ｂの外径にほぼ等し
い。ストッパー６ａは軸方向において短い範囲によって
形成され、その外径は案内部分６ｂの外径よりも大き
い。各々の案内管４内には、ストッパー６ａが穴あき板
２に接触するまでバーナーの空気側から案内ピン６が挿
入され、この位置で永久的に固定されている。このよう
な構造グループはそれぞれインゼクタを形成している。
バーナーを運転開始するために、ガス状の水素が穴あき
板２，３からなる分配室に導入される。更に、空気は案
内管を通って燃焼室に入れられる。その際、水素は分配
室の中を主流方向に対して横方向に流れ、多孔性の穴あ
き板３の局部範囲で微細に分配され、この穴あき板３を
通って燃焼室に入り、ここで周囲の水素を形成する。そ
の際、各々の案内管４の出口で円板９による変向のため
に円錐外周壁の形をした空気流が生じる。この円錐外周
壁の形をした空気流は周囲の水素と共に混合気形成プロ
セスに入り、回転対称の拡散炎を形成する。ここで、混
合プロセスの活性化のために互いに衝突する隣接する円
錐炎の相互作用が促進される。案内ピン６の形状は、そ
れぞれのストッパー６ａまで挿入する際に、所定の変
向、すなわち所定の炎形状が生じるように選択されてい
る。重量上の理由からストッパー６ａは省略することが
できる。この場合、所定の軸方向位置までの案内管４内
への案内ピン６の挿入は、製作装置によって行われる。
インゼクタのきわめて簡単な構造により、多数のインゼ
クタを各々の燃焼室に取付けできるように、このインゼ
クタは小型化可能である。上記のオーダーの小型化によ
り、本発明に従って形成された燃焼領域は微小燃焼領域
と呼ばれる。
【００１１】図６，７は本発明によるバーナーの他の実
施の形態を示している。このバーナーは水素のためのＵ
字形横断面の細長い個々の分配通路１１を備えている。
分配通路は燃焼室の側が多孔性焼結金属からなる壁１２
によって閉鎖されている。通路１１は山形材状の横断面
を有する穴あき形材１３によって互いに連結され、それ
ぞれ穴あき形材１３の自由縦縁が隣接する２個の分配通
路１１の縦縁に固定されている。その際、穴１４は穴あ
き形材１３の条片状の脚部に規則的な間隔をおいて形成
されている。このバーナーの運転を開始するために、ガ
ス状水素が分配通路１１に導入される。それと同時に、
空気が穴１４を通って燃焼室に入る。その際、水素は分
配通路１１の中を主流方向に対して横方向に流れ、微細
分配によって多孔性壁１２の局部範囲に分配される。水
素はこの多孔性壁を通って燃焼室に入り、そこで周囲水
素を形成する。空気供給により、各々の穴１４の範囲に
化学量論的な領域が形成される。この領域はバーナーの
点火時に固有の炎を形成す。このバーナーはきわめて簡
単に形成され、薄板構造として製作可能である。その際
例えば、Ｕ字形の分配通路１１は薄板を曲げて作られ、
Ｕ字の各々の脚部は斜めに曲げられた穴あき条片に一体
連結されている。多孔性の壁１２を挿入した後で、隣接
する通路１１が例えば溶接によって穴あき条片の自由縁
部に沿って互いに連結されている。このバーナーは、燃
焼室内に数千個の燃焼領域が得られるように、小型化可
能である。
施の形態を示している。このバーナーは水素のためのＵ
字形横断面の細長い個々の分配通路１１を備えている。
分配通路は燃焼室の側が多孔性焼結金属からなる壁１２
によって閉鎖されている。通路１１は山形材状の横断面
を有する穴あき形材１３によって互いに連結され、それ
ぞれ穴あき形材１３の自由縦縁が隣接する２個の分配通
路１１の縦縁に固定されている。その際、穴１４は穴あ
き形材１３の条片状の脚部に規則的な間隔をおいて形成
されている。このバーナーの運転を開始するために、ガ
ス状水素が分配通路１１に導入される。それと同時に、
空気が穴１４を通って燃焼室に入る。その際、水素は分
配通路１１の中を主流方向に対して横方向に流れ、微細
分配によって多孔性壁１２の局部範囲に分配される。水
素はこの多孔性壁を通って燃焼室に入り、そこで周囲水
素を形成する。空気供給により、各々の穴１４の範囲に
化学量論的な領域が形成される。この領域はバーナーの
点火時に固有の炎を形成す。このバーナーはきわめて簡
単に形成され、薄板構造として製作可能である。その際
例えば、Ｕ字形の分配通路１１は薄板を曲げて作られ、
Ｕ字の各々の脚部は斜めに曲げられた穴あき条片に一体
連結されている。多孔性の壁１２を挿入した後で、隣接
する通路１１が例えば溶接によって穴あき条片の自由縁
部に沿って互いに連結されている。このバーナーは、燃
焼室内に数千個の燃焼領域が得られるように、小型化可
能である。
【００１２】上記のバーナーで発生する微細分配の場
合、Ｈ2 は分配室または分配通路を経て数千個の微小燃
焼領域に分配されるので、いわば水素の微小拡散燃焼が
発生する。上記のバーナーの場合燃焼室の中に周囲水素
が形成され、この周囲水素に空気噴流が噴射されること
により、逆の拡散燃焼が生じる。この逆の拡散燃焼は、
発生する微小領域内でほとんど乱流の状態で安定化する
ことが可能である。この逆の水素拡散燃焼の重要な利点
は、Ｈ2 によって構造体の良好な冷却が達成されること
にある。
合、Ｈ2 は分配室または分配通路を経て数千個の微小燃
焼領域に分配されるので、いわば水素の微小拡散燃焼が
発生する。上記のバーナーの場合燃焼室の中に周囲水素
が形成され、この周囲水素に空気噴流が噴射されること
により、逆の拡散燃焼が生じる。この逆の拡散燃焼は、
発生する微小領域内でほとんど乱流の状態で安定化する
ことが可能である。この逆の水素拡散燃焼の重要な利点
は、Ｈ2 によって構造体の良好な冷却が達成されること
にある。
【００１３】上記のバーナーの場合には、多孔性焼結金
属の代わりに、他の多孔性金属材料を使用することがで
きる。例えば“フェルトメタル”の名称で知られている
ような、金属繊維をベースとした多孔性材料を使用する
ことができる。更に、多孔性材料をセラミックス材料か
ら作ることができる。場合によって多孔性材料内に存在
する不均質性の作用を制限するために、多孔性材料の比
較的に薄い層の所定の微細な穴あき格子を備えた穴あき
板を手前に配置してもよいし、この穴あき格子を単独で
使用することができる。
属の代わりに、他の多孔性金属材料を使用することがで
きる。例えば“フェルトメタル”の名称で知られている
ような、金属繊維をベースとした多孔性材料を使用する
ことができる。更に、多孔性材料をセラミックス材料か
ら作ることができる。場合によって多孔性材料内に存在
する不均質性の作用を制限するために、多孔性材料の比
較的に薄い層の所定の微細な穴あき格子を備えた穴あき
板を手前に配置してもよいし、この穴あき格子を単独で
使用することができる。
【００１４】図８〜１１は、バーナーの他の実施の形態
を示している。このバーナーは、上述のバーナーと異な
り、逆の拡散燃焼で作動しないで、通常の拡散燃焼で作
動する。このバーナーは実質的に、合同の２個の穴あき
板１５，１６からなっている。両穴あき板は、それぞれ
入口を出口を有する案内管１７を介して互いに固定連結
されているので、分配室が形成される。出口の近くにお
いて、複数の孔１８が等しい角度で分配されて案内管１
７に形成されている。各々の案内管１７には案内ピン１
９が挿入されている。この案内ピンはストッパー２０と
案内部分２１と自由噴流部分２２とからなっている。こ
の場合、自由噴流部分は実際には小径の軸方向区間であ
る。ストッパー２０と案内部分２１は軸方向に延びる複
数の溝２３を有する。この溝の深さは自由噴流部分２２
の外径まで達することができる。その際、孔１８の数は
溝２３の数に等しい。バーナーの運転開始時に、空気は
案内管１７を通って燃焼室に吹き込まれる。同時にＨ2
が分配室に導入されるので、Ｈ2 は個々の孔１８を通っ
て案内管内に噴射され、この案内管から、溝２３を通過
して来る空気によって連行される。その際その都度孔１
８の下流で微小燃焼領域が生じる。この微小燃焼領域で
はバーナーの点火時に炎が安定する。図示の実施の形態
では案内管１７がそれぞれ６個の孔１８を有するので、
各々の案内管に６個の微小燃焼領域が生じる。それによ
って、燃焼領域の数が一層増える。この原理を冒頭に述
べたトラッド(TRUD)の燃焼室に適用すると、設置可能な
燃焼領域の数は約５０００に増える。これにより、予備
混合しないでも、非常に高い混合度が達成され、ＮＯx
の発生が大幅に減少することになる。案内ピン１９を案
内管１７に対して回転およびまたは軸方向に摺動させる
ことにより、バーナーのいろいろな調節を行うことがで
きる。この場合にも、ストッパー２０を省略し、空気案
内ピンの軸方向の位置を適当な装置に基づいて調節する
ことができる。
を示している。このバーナーは、上述のバーナーと異な
り、逆の拡散燃焼で作動しないで、通常の拡散燃焼で作
動する。このバーナーは実質的に、合同の２個の穴あき
板１５，１６からなっている。両穴あき板は、それぞれ
入口を出口を有する案内管１７を介して互いに固定連結
されているので、分配室が形成される。出口の近くにお
いて、複数の孔１８が等しい角度で分配されて案内管１
７に形成されている。各々の案内管１７には案内ピン１
９が挿入されている。この案内ピンはストッパー２０と
案内部分２１と自由噴流部分２２とからなっている。こ
の場合、自由噴流部分は実際には小径の軸方向区間であ
る。ストッパー２０と案内部分２１は軸方向に延びる複
数の溝２３を有する。この溝の深さは自由噴流部分２２
の外径まで達することができる。その際、孔１８の数は
溝２３の数に等しい。バーナーの運転開始時に、空気は
案内管１７を通って燃焼室に吹き込まれる。同時にＨ2
が分配室に導入されるので、Ｈ2 は個々の孔１８を通っ
て案内管内に噴射され、この案内管から、溝２３を通過
して来る空気によって連行される。その際その都度孔１
８の下流で微小燃焼領域が生じる。この微小燃焼領域で
はバーナーの点火時に炎が安定する。図示の実施の形態
では案内管１７がそれぞれ６個の孔１８を有するので、
各々の案内管に６個の微小燃焼領域が生じる。それによ
って、燃焼領域の数が一層増える。この原理を冒頭に述
べたトラッド(TRUD)の燃焼室に適用すると、設置可能な
燃焼領域の数は約５０００に増える。これにより、予備
混合しないでも、非常に高い混合度が達成され、ＮＯx
の発生が大幅に減少することになる。案内ピン１９を案
内管１７に対して回転およびまたは軸方向に摺動させる
ことにより、バーナーのいろいろな調節を行うことがで
きる。この場合にも、ストッパー２０を省略し、空気案
内ピンの軸方向の位置を適当な装置に基づいて調節する
ことができる。
【００１５】図１２〜１５は上記のバーナーのいろいろ
な調節を示している。図１２では、案内ピンの溝２３が
案内管１７の孔１８に対して次のように調節されてい
る。すなわち、水素の噴射が孔１８を経て空気噴流の間
の隙間内に行われるように調節されている。この空気噴
流は溝２３を通って到達する。図１３は、案内部分２１
が孔１８に密接する、案内ピンの位置を示している。こ
れにより、水素噴流は下流にのみ偏向可能である。しか
し、図１４に示すように、孔１８から幾分大きく離れる
ように、案内部分２１が案内管１７内に固定されると、
ある程度の再循環が発生し得る。図１５は、溝２３を通
って来る空気噴流が孔から入る水素噴流に正確に当たっ
ている状態を示している。これらすべての場合、水素の
自由噴流が孔１８によって周囲空気内に導入されるの
で、通常の拡散燃焼が生じる。この場合、個々の燃焼領
域は２ｍｍのオーダーの直径を有する。その際、炎は多
くの場合孔１８で安定する。上述のように、自由噴流部
分２２は本発明の実施の形態では、特に図１５の空気噴
射の場合省略可能である。
な調節を示している。図１２では、案内ピンの溝２３が
案内管１７の孔１８に対して次のように調節されてい
る。すなわち、水素の噴射が孔１８を経て空気噴流の間
の隙間内に行われるように調節されている。この空気噴
流は溝２３を通って到達する。図１３は、案内部分２１
が孔１８に密接する、案内ピンの位置を示している。こ
れにより、水素噴流は下流にのみ偏向可能である。しか
し、図１４に示すように、孔１８から幾分大きく離れる
ように、案内部分２１が案内管１７内に固定されると、
ある程度の再循環が発生し得る。図１５は、溝２３を通
って来る空気噴流が孔から入る水素噴流に正確に当たっ
ている状態を示している。これらすべての場合、水素の
自由噴流が孔１８によって周囲空気内に導入されるの
で、通常の拡散燃焼が生じる。この場合、個々の燃焼領
域は２ｍｍのオーダーの直径を有する。その際、炎は多
くの場合孔１８で安定する。上述のように、自由噴流部
分２２は本発明の実施の形態では、特に図１５の空気噴
射の場合省略可能である。
【００１６】図１６，１７は他の実施の形態を示してい
る。この場合、水素噴流と空気噴流は燃焼室に入るまで
別々に案内される。そのために、孔１８を備えた上記の
案内管１７が使用される。この案内管は穴あき板１５，
１６に挿入されている。この穴あき板のうち１６で示し
た穴あき板だけが見える。ここで使用した案内ピン２４
は溝２３を有するが、２つの重要な変更を有する。第１
の変更は、ピンがほぼ出口横断面まで一定の直径を有す
ることにある。第２の変更は、溝２３の間にある材料範
囲の中央に、軸方向に延びる小さな案内通路２５が形成
されていることにある。それぞれの案内ピン２４は、各
々の孔１８が案内通路２５に開口するように当該の案内
管１７に挿入されている。これにより、例えば過度の構
造体熱負荷を回避するために、水素と空気の間の拡散は
穴あき板１６の下流の範囲で開始される。この解決策の
場合には、炎が案内通路２５の開口で安定する。
る。この場合、水素噴流と空気噴流は燃焼室に入るまで
別々に案内される。そのために、孔１８を備えた上記の
案内管１７が使用される。この案内管は穴あき板１５，
１６に挿入されている。この穴あき板のうち１６で示し
た穴あき板だけが見える。ここで使用した案内ピン２４
は溝２３を有するが、２つの重要な変更を有する。第１
の変更は、ピンがほぼ出口横断面まで一定の直径を有す
ることにある。第２の変更は、溝２３の間にある材料範
囲の中央に、軸方向に延びる小さな案内通路２５が形成
されていることにある。それぞれの案内ピン２４は、各
々の孔１８が案内通路２５に開口するように当該の案内
管１７に挿入されている。これにより、例えば過度の構
造体熱負荷を回避するために、水素と空気の間の拡散は
穴あき板１６の下流の範囲で開始される。この解決策の
場合には、炎が案内通路２５の開口で安定する。
【００１７】図１８，１９は、二次元タイプの通常の拡
散燃焼のためのバーナーの実施の形態を示している。こ
のバーナーはＨ2 のための細長い個々の分配通路２６を
備えている。この分配通路は図６，７の分配通路１１と
異なり、閉鎖横断面を有する。この横断面は実質的に偏
平な長方形であるが、図においてその右側の範囲に屋根
形縁部２６ａを備えている。この屋根形縁部の両側に、
自由孔２７がずらして形成されている。個々の通路２６
は図示していない保持部材によって相互間隔をおいて保
持され、それによって格子を形成している。空気はこの
格子を図１９で左側から右側へ流通することができる。
バーナーは更に、条片状の隙間板２８を備えている。こ
の隙間板の縦縁部に隙間２９が形成されている。隙間板
２８はそれぞれ孔２７の範囲において２個の分配通路２
６の間で図示していない保持部材によって固定されてい
る。その際、各々の孔２７に１個の隙間２９が付設され
るように固定されている。その際、図示した１個の孔２
７の代わりに、複数の微細な孔を設けることができる。
このバーナーの運転開始時には、空気は矢印３０に相応
して隙間２９を通って燃焼室に吹き込まれ、Ｈ2 は孔２
７を通って矢印３１に従って燃焼室に吹き込まれる。そ
れにより、燃焼室内で、周囲空気が多数の微小燃焼領域
によって孔２７のそれぞれの範囲に形成される。燃焼室
の点火の後で、炎が孔２７で安定する。
散燃焼のためのバーナーの実施の形態を示している。こ
のバーナーはＨ2 のための細長い個々の分配通路２６を
備えている。この分配通路は図６，７の分配通路１１と
異なり、閉鎖横断面を有する。この横断面は実質的に偏
平な長方形であるが、図においてその右側の範囲に屋根
形縁部２６ａを備えている。この屋根形縁部の両側に、
自由孔２７がずらして形成されている。個々の通路２６
は図示していない保持部材によって相互間隔をおいて保
持され、それによって格子を形成している。空気はこの
格子を図１９で左側から右側へ流通することができる。
バーナーは更に、条片状の隙間板２８を備えている。こ
の隙間板の縦縁部に隙間２９が形成されている。隙間板
２８はそれぞれ孔２７の範囲において２個の分配通路２
６の間で図示していない保持部材によって固定されてい
る。その際、各々の孔２７に１個の隙間２９が付設され
るように固定されている。その際、図示した１個の孔２
７の代わりに、複数の微細な孔を設けることができる。
このバーナーの運転開始時には、空気は矢印３０に相応
して隙間２９を通って燃焼室に吹き込まれ、Ｈ2 は孔２
７を通って矢印３１に従って燃焼室に吹き込まれる。そ
れにより、燃焼室内で、周囲空気が多数の微小燃焼領域
によって孔２７のそれぞれの範囲に形成される。燃焼室
の点火の後で、炎が孔２７で安定する。
【００１８】図２０，２１は穴３２ａを有する一体の穴
あき板３２を備えたバーナーを示している。この穴あき
板に、複数の分配通路３３が保持部材３４によって固定
されている。分配通路３３は長円形横断面を有し、穴あ
き板３２寄りのその範囲に多数の孔３５を備えている。
保持部材３４は線材で形成してもよいし、薄板で形成し
てもよい。図２１に示すように、穴あき板３２の各々の
穴３２ａには２個の小さな孔３５が付設されている。そ
れによって、Ｈ2 は矢印３７に従って流出することがで
きる。
あき板３２を備えたバーナーを示している。この穴あき
板に、複数の分配通路３３が保持部材３４によって固定
されている。分配通路３３は長円形横断面を有し、穴あ
き板３２寄りのその範囲に多数の孔３５を備えている。
保持部材３４は線材で形成してもよいし、薄板で形成し
てもよい。図２１に示すように、穴あき板３２の各々の
穴３２ａには２個の小さな孔３５が付設されている。そ
れによって、Ｈ2 は矢印３７に従って流出することがで
きる。
【００１９】このバーナーの運転開始時には、空気は矢
印３６に従って穴あき板３２を通って燃焼室に吹き込ま
れる。これにより、燃焼室内で、周囲空気が多数の微小
燃焼領域によって孔３５のそれぞれの範囲に形成され
る。燃焼室の点火の後で炎が孔３５で安定する。
印３６に従って穴あき板３２を通って燃焼室に吹き込ま
れる。これにより、燃焼室内で、周囲空気が多数の微小
燃焼領域によって孔３５のそれぞれの範囲に形成され
る。燃焼室の点火の後で炎が孔３５で安定する。
【００２０】図２２，２３はバーナーの他の実施の形態
を示している。図２２の部分図は、湾曲した分配通路３
８を示している。この分配通路は環状バーナーの構成部
分であり、図２３に従って長円形の横断面を有する。こ
の場合、各々の分配通路は閉じたリングを形成してい
る。このリングは固有の接続管を介してＨ2 管に接続さ
れている。バーナーをばらばらにならないように保持す
ることは例えば個々の分配通路３８の間に配置された波
形のセパレータ３９によって行われる。このセパレータ
は例えば溶接によって分配通路３８に連結されている。
セパレータ３９はそれぞれ薄板条片によって形成され、
空気を通過させるために個々の分配通路３８の間に充分
な間隔を保っている。分配通路３８はセパレータ３９と
共に巻取りによって円板状またはリング状のバーナーに
一体化することができる。それによって、分配通路３８
はらせん形となる。多数の微小燃焼領域を形成するため
に、分配通路３８には孔が形成されている。この孔はこ
こでは４０で示してある。その都度２つの水素噴流４１
が一点で交差する。円板状分配通路とらせん状分配通路
の共通の特徴は、湾曲した形を有することである。この
バーナーは原理的には、図１８〜２１に関連して既に説
明した作用を同じ作用に従って作動する。
を示している。図２２の部分図は、湾曲した分配通路３
８を示している。この分配通路は環状バーナーの構成部
分であり、図２３に従って長円形の横断面を有する。こ
の場合、各々の分配通路は閉じたリングを形成してい
る。このリングは固有の接続管を介してＨ2 管に接続さ
れている。バーナーをばらばらにならないように保持す
ることは例えば個々の分配通路３８の間に配置された波
形のセパレータ３９によって行われる。このセパレータ
は例えば溶接によって分配通路３８に連結されている。
セパレータ３９はそれぞれ薄板条片によって形成され、
空気を通過させるために個々の分配通路３８の間に充分
な間隔を保っている。分配通路３８はセパレータ３９と
共に巻取りによって円板状またはリング状のバーナーに
一体化することができる。それによって、分配通路３８
はらせん形となる。多数の微小燃焼領域を形成するため
に、分配通路３８には孔が形成されている。この孔はこ
こでは４０で示してある。その都度２つの水素噴流４１
が一点で交差する。円板状分配通路とらせん状分配通路
の共通の特徴は、湾曲した形を有することである。この
バーナーは原理的には、図１８〜２１に関連して既に説
明した作用を同じ作用に従って作動する。
【図１】燃焼室のためのマトリックス構造のバーナーを
示す図である。
示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】案内ピンを示す図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】案内ピンを備えた案内管を示す図である。
【図６】二次元構造のバーナーを示す図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図であ
る。
る。
【図８】マトリックス構造の他のバーナーを示す図であ
る。
る。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】案内ピンを備えた図９の案内管を示す図であ
る。
る。
【図１１】図１０のＸＩ方向矢視図である。
【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図で
ある。
ある。
【図１３】図１０の１３部分の詳細図である。
【図１４】案内ピンの軸方向位置を変更した図１３と同
様な図である。
様な図である。
【図１５】案内ピンの角度位置を変更した図１２と同様
な図である。
な図である。
【図１６】案内通路を有する案内管−案内ピン−装置の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面
図である。
図である。
【図１８】二次元構造の他のバーナーを示す図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿った断面図で
ある。
ある。
【図２０】一体の穴あき板を備えたバーナーを示す図で
ある。
ある。
【図２１】図２０のＸＸＩ方向の矢視図である。
【図２２】湾曲した分配通路を有するバーナーを示す図
である。
である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線の沿った
断面図である。
断面図である。
２ 第１の穴あき板 ３ 第２の穴あき板 ４ 案内管 ６，１９，２４ 空気案内ピン ６ａ，２０ ストッパー ７，２３ 案内通路 ８ 保持部材 ９ 円板 １１，２６，３３，３８ 分配通路 １２ 壁 １３ 穴あき形材 １５，１６ 穴あき板 ２１ 案内部分 ２２ 自由噴流部分 ２５ 案内通路 ２７ 孔 ２８ 隙間板 ２９ 隙間 ３２ 穴あき板 ３４ 保持部材 ３５ 孔 ３９ セパレータ
Claims (21)
- 【請求項１】 水素と酸化剤がバーナーに導入され、主
流方向が酸化剤の流れ方向であり、水素が主流方向に対
してほぼ垂直方向に向いた横方向流れで個々の燃焼領域
に分配される、拡散燃焼で水素を燃焼させる方法におい
て、酸化剤として空気が使用され、横方向流れが多数の
個々の微小燃焼領域への微細分配を生じることを特徴と
する方法。 - 【請求項２】 個々の微小燃焼領域で空気が周囲水素内
に導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 個々の微小燃焼領域内で水素が周囲空気
内に導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 バーナーがほぼ板状の形をした分配室を
備えている、請求項１記載の水素を燃焼させる方法を実
施するためのバーナーにおいて、分配室が第１の穴あき
板（２）と第２の穴あき板（３）を備え、この両穴あき
板が多数の案内管（４）によって一定の間隔に保持さ
れ、各々の案内管（４）内に、複数の軸方向案内通路
（７，２３）を有する空気案内ピン（６）が挿入されて
いることを特徴とするバーナー。 - 【請求項５】 第２の穴あき板（３）がガスを透過する
多孔性材料からなっていることを特徴とする請求項４記
載のバーナー。 - 【請求項６】 穴あき板（１５，１６）がガスを透過し
ない材料からなっていることを特徴とする請求項４記載
のバーナー。 - 【請求項７】 空気案内ピン（６）が円板（９）を有す
る保持部材（８）を備えていることを特徴とする請求項
４〜６のいずれか一つに記載のバーナー。 - 【請求項８】 空気案内ピン（６，１９）が案内部分
（２１）と自由噴流部分（２２）を備えていることを特
徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載のバーナ
ー。 - 【請求項９】 空気案内ピン（６，１９，２４）が当該
の案内管の入口から出口まで達し、かつ一定の直径を有
し、溝（２３）の間にある材料範囲の中央に軸方向に延
びる案内通路（２５）が形成されていることを特徴とす
る請求項４〜６のいずれか一つに記載のバーナー。 - 【請求項１０】 バーナーが少なくとも一つの分配通路
を備えている、請求項１記載の水素を燃焼させる方法を
実施するためのバーナーにおいて、分配通路（１１）が
Ｕ字形の横断面を有し、燃焼室側で多孔性材料からなる
壁（１２）によって閉鎖され、穴あき形材（１３）の縦
方向自由縁部が隣接する分配通路（１１）の縦方向縁部
に固定されるように、分配通路（１１）が角度をなした
形の横断面を有する穴あき形材（１３）によって隣の分
配通路に接続されていることを特徴とするバーナー。 - 【請求項１１】 バーナーが少なくとも一つの分配通路
を備えている、請求項１記載の水素を燃焼させる方法を
実施するためのバーナーにおいて、分配通路（１１，２
６）がほぼ偏平な長方形の閉じた横断面を有し、燃焼室
側に多数の孔（２７）を有することを特徴とするバーナ
ー。 - 【請求項１２】 各々の孔（２７）に隙間（２９）が付
設されるように、隙間板（２８）がそれぞれ２つの分配
通路（１１，２６）の間で孔（２７）の範囲に固定され
ていることを特徴とする請求項１１記載のバーナー。 - 【請求項１３】 バーナーが一体の穴あき板（３２）を
備え、この穴あき板に、複数の分配通路（３３）が保持
部材（３４）によって固定され、穴あき板（３２）の各
々の穴に１つの孔（３５）またはグループの孔（３５）
が付設されていることを特徴とする請求項１１記載のバ
ーナー。 - 【請求項１４】 分配通路（１１，２６，３３，３８）
が湾曲した形をしていることを特徴とする請求項１０〜
１２のいずれか一つに記載のバーナー。 - 【請求項１５】 バーナーが波形のセパレータ（３９）
を備えていることを特徴とする請求項１４記載のバーナ
ー。 - 【請求項１６】 多孔性材料が焼結金属であることを特
徴とする請求項５〜１５のいずれか一つに記載のバーナ
ー。 - 【請求項１７】 多孔性材料がセラミックス材料である
ことを特徴とする請求項５〜１５のいずれか一つに記載
のバーナー。 - 【請求項１８】 多孔性材料が金属繊維をベースとした
材料であることを特徴とする請求項５〜１５のいずれか
一つに記載のバーナー。 - 【請求項１９】 所定の微細な穴格子を有する穴あき板
が多孔性材料の手前に配置されていることを特徴とする
請求項５〜１５のいずれか一つに記載のバーナー。 - 【請求項２０】 多孔性材料が所定の微細な穴格子を有
する穴あき板によって置き換えられていることを特徴と
する請求項５〜１５のいずれか一つに記載のバーナー。 - 【請求項２１】 空気案内ピン（６，１９）がストッパ
ー（６ａ，２０）を備えていることを特徴とする請求項
４〜９のいずれか一つに記載のバーナー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19547506A DE19547506B4 (de) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | Verfahren und Brenner zum Verbrennen von Wasserstoff |
| DE19547506:2 | 1995-12-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178128A true JPH09178128A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3830596B2 JP3830596B2 (ja) | 2006-10-04 |
Family
ID=7780607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33840896A Expired - Lifetime JP3830596B2 (ja) | 1995-12-19 | 1996-12-18 | 水素を燃焼させる方法およびバーナー |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0780631B1 (ja) |
| JP (1) | JP3830596B2 (ja) |
| DE (2) | DE19547506B4 (ja) |
| RU (1) | RU2152559C2 (ja) |
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| JPWO2015182727A1 (ja) * | 2014-05-30 | 2017-04-20 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンエンジンの燃焼装置 |
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