(57)【要約】燃料噴射装置は、パイロット燃料供給ブロック及びパイロットシュラウドを有するパイロット燃料噴射部と、前記パイロット燃料噴射部を径方向外側から囲むように配置されたメイン燃料噴射部と、前記パイロット燃料噴射部と前記メイン燃料噴射部との間に配置された中間空気流路と、を備える。前記パイロットシュラウドは、前記パイロット燃料供給ブロックの下流側の絞り部と、前記絞り部の下流側の火炎を囲む火炎保持部と、を含む。前記火炎保持部には、前記中間空気流路からの圧縮空気を前記火炎保持部の内周面に沿う向きに前記内周面の全周を被覆するように噴射する空気噴射スリットが形成されている。
2019043751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から圧縮空気が供給される燃料噴射装置であって、
パイロット燃料供給ブロックと、前記パイロット燃料供給ブロックの径方向外側に配置されて前記パイロット燃料供給ブロックよりも下流側に突出した筒状のパイロットシュラウドとを有するパイロット燃料噴射部と、
予混合気を生成するメイン空気流路を有し、前記パイロット燃料噴射部を径方向外側から囲むように配置されたメイン燃料噴射部と、
前記パイロット燃料噴射部と前記メイン燃料噴射部との間に配置された中間空気流路と、を備え、
前記パイロットシュラウドは、前記パイロット燃料供給ブロックの下流側の絞り部と、前記絞り部の下流側の火炎を囲む火炎保持部と、を含み、
前記火炎保持部には、前記中間空気流路からの圧縮空気を前記火炎保持部の内周面に沿う向きに前記内周面の全周を被覆するように噴射する空気噴射スリットが形成されている、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記空気噴射スリットは、前記火炎保持部の内周面に沿った膜状直進流にて前記圧縮空気を噴射する、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記火炎保持部は、下流側に向けて拡径する形状を有し、
前記空気噴射スリットは、下流側かつ径方向外側に向けて開口している、請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記空気噴射スリットの噴射方向は、前記内周面と平行又は交差している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記メイン燃料噴射部は、前記メイン流路を画定する径方向内側の面を有する内側メインシュラウドを有し、
前記径方向において前記パイロットシュラウドの下流端部と前記内側メインシュラウドとの間には、圧縮空気を前記燃焼室に向けて噴射する空気噴射開口が形成されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記空気噴射開口は、第２の空気噴射スリットであり、
前記径方向において前記第２の空気噴射スリットと前記内側メインシュラウドとの間には、圧縮空気を前記燃焼室に向けて噴射する第３の空気噴射スリットが形成されている、請求項５に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記第２の空気噴射スリット及び前記第３の空気噴射スリットには、前記中間空気流路から圧縮空気が供給される、請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記パイロットシュラウドの前記中間空気流路に面する外周面には、前記絞り部において径方向内側に窪んだ凹部が形成されており、
前記空気導入口は、前記凹部の下流側かつ前記凹部の底面よりも径方向外側に配置されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記パイロットシュラウドには、前記中間空気流路の圧縮空気を前記空気噴射スリットに導入する空気導入口が設けられており、
前記空気導入口は、前記空気噴射スリットの噴射口よりも径方向外側に配置されている、請求項８に記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記火炎保持部の内周面のうち前記空気噴射スリットの下流側の内周面は、前記火炎保持部の内周面のうち前記空気噴射スリットの上流側の内周面に対して径方向外方に段差状にずれている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上流側から圧縮空気が供給される燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン燃焼器の径方向中心に拡散燃焼方式のパイロット燃料噴射部が配置され、その径方向外側に希薄燃焼方式のメイン燃料噴射部が配置されたコンセントリックハイブリッド燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料噴射装置は、出力条件に基づいて、パイロット燃料噴射部とメイン燃料噴射部の燃焼状態を変えることで、低NOx化を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、パイロット燃料噴射部とメイン燃料噴射部との間に軸線方向に空気を噴射する空気噴射ユニットが配置され、パイロット燃料噴射部と空気噴射ユニットがパイロットシュラウドにより区画されている。パイロット燃料噴射部から噴射された燃料は、パイロットシュラウドの内径側で燃焼して火炎を発生させる。近年は、高温高圧化の要求に伴ってガスタービン燃焼器の入口温度が高くなる傾向にある。そのため、燃焼器部品を冷却するための空気温度も高温となると共に、パイロットシュラウドには火炎から直接的に入熱があるため、パイロットシュラウドの出口端部（先端部）及びその近傍の内周面に対する熱負荷が増大することになる。【０００５】
そこで本発明は、パイロットシュラウドの内周面の下流部分を好適に冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る燃料噴射装置は、燃焼室の圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させる燃料噴射装置であって、パイロット燃料供給ブロックと、前記パイロット燃料供給ブロックの径方向外側に配置されて前記パイロット燃料供給ブロックよりも下流側に突出した筒状のパイロットシュラウドとを有するパイロット燃料噴射部と、予混合気を生成するメイン流路を有し、前記パイロット燃料噴射部を径方向外側から囲むように配置されたメイン燃料噴射部と、前記パイロット燃料噴射部と前記メイン燃料噴射部との間に配置された中間空気流路と、を備え、前記パイロットシュラウドは、前記パイロット燃料供給ブロックの下流側の絞り部と、前記絞り部の下流側の火炎を囲む火炎保持部と、を含み、前記火炎保持部には、前記中間空気流路からの圧縮空気を前記火炎保持部の内周面に沿う向きに前記内周面の全周を被覆するように噴射する空気噴射スリットが形成されている。【０００７】
前記構成によれば、空気噴射スリットから噴射される空気が火炎保持部の内周面に沿う向きに流れて当該内周面の全周を被覆するため、パイロットシュラウドの火炎保持部の内周面を火炎から離隔させることができると共に、火炎保持部の内周面上における当該空気の分布密度のバラツキも抑制される。よって、パイロットシュラウドの内周面の下流部分を好適に冷却することができる。【０００８】
前記空気噴射スリットは、前記火炎保持部の内周面に沿った膜状直進流にて前記圧縮空気を噴射する構成としてもよい。【０００９】
前記構成によれば、空気噴射スリットから噴射される空気が火炎保持部の内周面に沿った膜状直進流であるので、スワーラを通過させて旋回流を噴射する場合に比べ、火炎の火炎保持部の内周面への巻き込みが抑制され且つ当該空気が高温になる前に素早く下流側に排出される。また、縞状流に比べて縦渦が発生し難いために微小な火炎の火炎保持部の内周面への巻き込みも抑制される。よって、パイロットシュラウドの内周面の下流部分の冷却に際し、冷却効率及び冷却均一性の両方を同時に高めることができる。【００１０】
前記火炎保持部は、下流側に向けて拡径する形状を有してもよく、前記空気噴射スリットは、下流側かつ径方向外側に向けて開口していてもよい。【００１１】
前記構成によれば、火炎が径方向外方に拡がろうとする拡径部（火炎保持部）において、その内周面を空気で好適に保護することができる。【００１２】
前記空気噴射スリットの噴射方向は、前記内周面と平行又は交差していてもよい。【００１３】
前記構成によれば、空気噴射スリットから噴射された空気と火炎保持部の内周面との間に火炎が浸入することを好適に防止できる。【００１４】
前記メイン燃料噴射部は、前記メイン流路を画定する径方向内側の面を有する内側メインシュラウドを有してもよく、前記径方向において前記パイロットシュラウドの下流端部と前記内側メインシュラウドとの間には、圧縮空気を前記燃焼室に向けて噴射する空気噴射開口が形成されていてもよい。【００１５】
前記構成によれば、パイロットシュラウドの下流端部の内周面が空気噴射スリットから噴射された空気で冷却されると共に、パイロットシュラウドの下流端部の外周面が空気噴射開口を流れる空気で冷却される。即ち、パイロットシュラウドの下流端部を径方向両側から冷却でき、効果的に熱負荷を低減できる。【００１６】
前記空気噴射開口は、第２の空気噴射スリットであり、前記径方向において前記第２の空気噴射スリットと前記内側メインシュラウドとの間には、圧縮空気を前記燃焼室に向けて噴射する第３の空気噴射スリットが形成されてもよい。【００１７】
前記構成によれば、第２の空気噴射スリットから噴射される圧縮空気によるエアカーテンで、パイロットシュラウドで保持される火炎を囲むことができると共に、第３の空気噴射スリットを流れる空気により第２の空気噴射スリットの径方向外側の壁を冷却することができる。【００１８】
前記第２の空気噴射スリット及び前記第３の空気噴射スリットには、前記中間空気流路から圧縮空気が供給されてもよい。【００１９】
前記構成によれば、３つの空気噴射スリットに対して共有の空気流路から圧縮空気が供給されるので、装置の大型化を防ぐことができる。【００２０】
前記パイロットシュラウドには、前記中間空気流路の圧縮空気を前記空気噴射スリットに導入する空気導入口が設けられてもよく、前記空気導入口は、前記空気噴射スリットの噴射口よりも径方向外側に配置されていてもよい。【００２１】
前記構成によれば、火炎から径方向外側に離れた位置にある空気が中間空気流路から空気噴射スリットに導入されるので、噴射前における当該空気の昇温が抑制され、冷却性能を高めることができる。【００２２】
前記パイロットシュラウドの前記中間空気流路に面する外周面には、前記絞り部において径方向内側に窪んだ凹部が形成されてもよく、前記空気導入口は、前記凹部よりも径方向外側に配置されていてもよい。【００２３】
前記構成によれば、パイロットシュラウドの絞り部の外周面の凹部に滞留した空気が断熱空気層の役目を果たし、空気導入口を介して中間空気流路から空気噴射スリットに導入される空気の噴射前の昇温を好適に抑制できる。【００２４】
前記火炎保持部の内周面のうち前記空気噴射スリットの下流側の内周面は、前記火炎保持部の内周面のうち前記空気噴射スリットの上流側の内周面に対して径方向外方に段差状にずれていてもよい。【００２５】
前記構成によれば、空気噴射スリットから噴射された空気を火炎保持部の内周面に沿って流し易くできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、パイロットシュラウドの内周面の下流部分を好適に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る燃料噴射装置を備えた燃焼器の断面図である。
【図２】図１に示す燃料噴射装置の断面図である。
【図３】図２に示す燃料噴射装置の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、実施形態に係る燃料噴射装置１０を備えた燃焼器１の断面図である。図１に示すように、燃料噴射装置１０は、ガスタービンエンジンの燃焼器１の一部を構成する。燃焼器１は、圧縮機（図示せず）から供給された圧縮空気と燃料を混合して混合気を生成し、その混合気を燃焼させることで、高温高圧の燃焼ガスを発生させる。その発生した燃焼ガスは、タービン（図示せず）に供給されてタービンを駆動する。燃焼器１は、例えば、ガスタービンの軸心Ｃを囲む環状に形成されたアニュラ型である。ただし、燃焼器１は、他の方式（カン型等）でもよい。なお、図１において、紙面上側がガスタービンの径方向外側、紙面下側がガスタービンの径方向内側、紙面左側が燃焼ガスの上流側（前側）、紙面右側が燃焼ガスの下流側（後側）である。
【００３０】
燃焼器１は、環状の内部空間を形成する燃焼器ハウジング２と、燃焼器ハウジング２内に配置されて環状の燃焼室４を形成する燃焼筒３と、燃焼筒３の上流側部分において燃焼筒３の周方向に沿って等間隔に設けられた複数の燃料噴射装置１０とを備える。燃焼器ハウジング２の上流側部分には、圧縮機で生成した圧縮空気を燃焼器ハウジング２に取り入れるディフューザ５が設けられている。燃焼器ハウジング２に取り入れられた圧縮空気は、燃料噴射装置１０に供給されると共に、燃焼筒３に形成された複数の空気孔（図示せず）から燃焼筒３内の燃焼室４に供給される。
【００３１】
燃焼筒３には、ガスタービンの始動時に燃焼室４に着火用の火花を発生させる点火栓６が設けられている。燃料噴射装置１０は、燃焼器ハウジング２に固定されたステム７により支持されている。燃料噴射装置１０は、拡散燃焼を発生させるパイロット燃料噴射部１１と、希薄燃焼を発生させるメイン燃料噴射部１２とを備える。パイロット燃料噴射部１１及びメイン燃料噴射部１２には、ステム７内に形成された燃料流路Ｆ１，Ｆ２を介してそれぞれ液体の燃料が供給される。
【００３２】
図２は、図１に示す燃料噴射装置１０の断面図である。図２に示すように、燃料噴射装置１０では、パイロット燃料噴射部１１が燃料噴射装置１０の軸線Ｘ上に配置され、メイン燃料噴射部１２が、パイロット燃料噴射部１１を径方向外側から囲むように配置されている。パイロット燃料噴射部１１とメイン燃料噴射部１２とは、互いに径方向に隙間をあけて配置されている。パイロット燃料噴射部１１とメイン燃料噴射部１２との間には、中間空気流路１４が形成されている。中間空気流路１４には、ディフューザ５（図１参照）から燃焼器ハウジング２内に取り入れられた圧縮空気が流入する。なお、図２では、パイロット燃料噴射部１１とメイン燃料噴射部１２とが互いに連結部１３により連結されているが、これに限られず、連結部１３は無くてもよい。
【００３３】
パイロット燃料噴射部１１は、パイロット燃料供給ブロック２１と、パイロット燃料供給ブロック２１の径方向外側に離間して配置されてパイロット燃料供給ブロック２１よりも軸線Ｘ方向の下流側に突出した筒状のパイロットシュラウド２２と、パイロット燃料供給ブロック２１とパイロットシュラウド２２との間に設けられ、パイロット燃料供給ブロック２１の下流側に向けて旋回流が流れる環状のパイロット空気流路２３とを有する。
【００３４】
パイロット燃料供給ブロック２１は、軸線Ｘ上に配置されており、軸線Ｘに沿って延びた円柱形状を有する。パイロット燃料供給ブロック２１には、燃料流路Ｆ１に連通するパイロット燃料流路２１ａと、パイロット燃料流路２１ａから径方向外方に延びてパイロット燃料流路２１ａの燃料を噴射する複数のパイロット燃料噴射孔２１ｂとが形成されている。なお、パイロット燃料供給ブロック２１の形態は、前述した構成に限られない。例えば、パイロット燃料供給ブロック２１の形態は、円環状に噴射した燃料を圧縮空気の層で挟み込んでフィルム状に燃料を供給する構成でもよいし、燃料に圧力をかけて噴霧する構成でもよい。
【００３５】
パイロットシュラウド２２は、パイロット燃料供給ブロック２１の径方向外側に配置された基端部２２ａと、基端部２２ａの軸線Ｘ方向の下流側に隣接して且つパイロット燃料供給ブロック２１の下流側で下流に向かうにつれて縮径する絞り部２２ｂと、絞り部２２ｂの下流側に隣接して軸線Ｘ方向の下流側に向かうにつれて拡径する火炎保持部２２ｃ（下流部）とを有する。
【００３６】
パイロット空気流路２３の入口は、燃焼器ハウジング２と燃料噴射装置１０との間の空間に向けて開口している。パイロット空気流路２３は、内側パイロット空気流路２３Ａと、内側パイロット空気流路２３Ａの径方向外側に位置する外側パイロット空気流路２３Ｂと含む。内側パイロット空気流路２３Ａでは、燃料が軸線Ｘ方向の下流側に流れる。外側パイロット空気流路２３Ｂには、燃料が混合されていない圧縮空気が軸線Ｘに沿って下流側に流れる。なお、パイロット空気流路２３の具体的構成は、図２のものに限られない。また、パイロット空気流路２３を省略してもよい。
【００３７】
内側パイロット空気流路２３Ａは、パイロット燃料供給ブロック２１が挿入される筒状の内側筒状体２４と、内側筒状体２４から径方向外側に離間して配置された筒状の外側筒状体２５とによって画定された圧縮空気の流路である。内側パイロット空気流路２３Ａの入口には、圧縮空気を軸線Ｘ回りに旋回させる内側パイロットスワーラ２６が設けられている。
【００３８】
外側パイロット空気流路２３Ｂは、外側筒状体２５と、外側筒状体２５から径方向外側に離間して配置されたパイロットシュラウド２２とによって画定された圧縮空気の流路である。外側パイロット空気流路２３Ｂの入口には、圧縮空気を軸線Ｘ回りに旋回させる外側パイロットスワーラ２７が設けられている。
【００３９】
内側筒状体２４には、パイロット燃料供給ブロック２１のパイロット燃料噴射孔２１ｂと対応する位置に燃料通過孔２４ａが形成されている。パイロット燃料供給ブロック２１のパイロット燃料流路２１ａに供給された燃料は、パイロット燃料噴射孔２１ｂ及び燃料通過孔２４ａを介して、内側パイロット空気流路２３Ａに噴射される。内側パイロット空気流路２３Ａに噴射された燃料は、内側パイロット空気流路２３Ａ及び外側パイロット空気流路２３Ｂを通過する圧縮空気とともに、絞り部２２ｂ及び火炎保持部２２ｃで囲まれた空間を通って燃焼室４に供給されて拡散燃焼する。パイロット燃料供給ブロック２１から噴射された燃料が燃焼してなる火炎は、パイロットシュラウド２２の火炎保持部２２ｃにより囲まれる。
【００４０】
メイン燃料噴射部１２は、筒状の内側メインシュラウド３１と、内側メインシュラウド３１の径方向外側に離間して配置された筒状の外側メインシュラウド３２と、内側メインシュラウド３１と外側メインシュラウド３２との間に形成された環状のメイン空気流路３０と、メイン空気流路３０に燃料を噴射するメイン燃料供給ブロック３４とを備える。メイン空気流路３０では、予混合気が生成され、当該予混合気が旋回流にて燃焼室４に供給される。
【００４１】
内側メインシュラウド３１は、メイン空気流路３０を画定する径方向内側の面を有し、外側メインシュラウド３２は、メイン空気流路３０を画定する径方向外側の面を有する。内側メインシュラウド３１は、パイロットシュラウド２２に連結部１３により連結されている。内側メインシュラウド３１及び外側メインシュラウド３２は、パイロットシュラウド２２よりも軸線Ｘ方向の下流側に突出している。なお、メインシュラウド３１，３２の下流端は、軸線Ｘ方向においてパイロットシュラウド２２の下流端と略同じ位置にあってもよい。
【００４２】
メイン空気流路３０は、外側メイン空気流路３３Ａと、外側メイン空気流路３３Ａの径方向内側に設けられた内側メイン空気流路３３Ｂと、外側メイン空気流路３３Ａ及び内側メイン空気流路３３Ｂが合流して燃焼室４に連通する合流メイン空気流路３３Ｃとを含む。内側メインシュラウド３１と外側メインシュラウド３２との両方に対向する位置には、仕切メインシュラウド３５が設けられている。仕切メインシュラウド３５の下流端は、内側メインシュラウド３１及び外側メインシュラウド３２の下流端よりも上流側に配置されている。
【００４３】
外側メイン空気流路３３Ａは、外側メインシュラウド３２と仕切メインシュラウド３５との間に形成されている。内側メイン空気流路３３Ｂは、内側メインシュラウド３１と仕切メインシュラウド３５との間に形成されている。合流メイン空気流路３３Ｃは、仕切メインシュラウド３５の下流側において内側メインシュラウド３１と外側メインシュラウド３２との間に形成されている。
【００４４】
仕切メインシュラウド３５は、内側メインシュラウド３１の径方向外側かつ外側メインシュラウド３２の軸線Ｘ方向の上流側に配置されている。外側メイン空気流路３３Ａの入口は、径方向外方に向けて開口し、燃焼器ハウジング２と燃料噴射装置１０との間の空間から圧縮空気が流入する。外側メイン空気流路３３Ａの入口には、圧縮空気を軸線Ｘ回りに旋回させる外側メインスワーラ３６が設けられている。内側メイン空気流路３３Ｂの入口は、軸線Ｘ方向の上流側に向けて開口し、燃焼器ハウジング２と燃料噴射装置１０との間の空間から圧縮空気が流入する。内側メイン空気流路３３Ｂの入口には、圧縮空気を軸線Ｘ回りに旋回させる内側メインスワーラ３７が設けられている。合流メイン空気流路３３Ｃは、外側メイン空気流路３３Ａが取り込んだ圧縮空気と、内側メイン空気流路３３Ｂが取り込んだ圧縮空気とを合流させる流路であり、燃焼室４に向けて延びている。
【００４５】
なお、メイン燃料噴射部１２の空気流路や燃料供給構造は、図２の構成に限られない。例えば、内側メイン空気流路の入口が径方向内側に向けて開口した構成でもよいし、外側メイン空気流路の入口が軸線方向の上流側に向けて開口した構成でもよいし、仕切メインシュラウドが無い構成でもよい。
【００４６】
メイン燃料供給ブロック３４には、燃料流路Ｆ２に連通するメイン燃料流路３４ａと、メイン燃料流路３４ａの燃料をメイン空気流路３０に向けて噴射するメイン燃料噴射孔３４ｂとが形成されている。仕切メインシュラウド３５には、メイン燃料供給ブロック３４のメイン燃料噴射孔３４ｂに対応する位置に燃料通過孔３５ａが形成されている。メイン燃料流路３４ａのメイン燃料流路３４ａに供給された燃料は、メイン燃料噴射孔３４ｂ及び燃料通過孔３５ａを介して外側メイン空気流路３３Ａに噴射され、合流メイン空気流路３３Ｃで圧縮空気と十分に予混合されてから燃焼室４に供給されて希薄燃焼する。
【００４７】
図３は、図２に示す燃料噴射装置１０の拡大図である。図２及び３に示すように、パイロットシュラウド２２には、絞り部２２ｂよりも軸線Ｘ方向の下流側かつ火炎保持部２２ｃの下流端部２２ｃａよりも軸線Ｘ方向の上流側に空気噴射スリット４１が形成されている。空気噴射スリット４１は、中間空気流路１４からの圧縮空気を火炎保持部２２ｃの内周面に沿って下流側に噴射する。
【００４８】
空気噴射スリット４１は、火炎保持部２２ｃにおいて軸線Ｘ回りの全周にわたって形成されてもよいし、軸線Ｘ回りの全周の８５〜１００％を占めるように配置された複数のスリットにより形成されてもよい。中間空気流路１４から空気噴射スリット４１までの流路には、軸線Ｘ回りに圧縮空気を案内するスワーラは介在せず、空気噴射スリット４１は、軸線Ｘ方向の下流側に向けて膜状直進流ＦＬにて圧縮空気を噴射する。なお、直進流は、燃料噴射装置１０においてスワーラを通過せずに流れる空気の流れを意味し、若干の流れの傾きがあってもよい。
【００４９】
パイロットシュラウド２２には、中間空気流路１４の圧縮空気を空気噴射スリット４１に導入する空気導入口４２が設けられている。空気導入口４２の流路軸線に直交する流路断面積は、空気噴射スリット４１の流路軸線に直交する流路断面積よりも大きい。
【００５０】
空気導入口４２から空気噴射スリット４１に至る流路は、径方向から見た断面において屈曲形状を有する。即ち、空気導入口４２から空気噴射スリット４１に向けて流れる圧縮空気は、壁面に衝突することで分布の均一化が図られる。本実施形態の例では、空気導入口４２から空気噴射スリット４１に至る流路が２つの屈曲箇所を有し、それら屈曲箇所はクランク状に屈曲している。
【００５１】
空気導入口４２は、一例として軸線Ｘに沿う向きに開口している。空気導入口４２は、空気噴射スリット４１の噴射口４１ａよりも径方向外側に配置されている。パイロットシュラウド２２のうち中間空気流路１４に面する外周面４３には、絞り部２２ｂにおいて径方向内側に窪んだ凹部４３ａが形成されている。空気導入口４２は、凹部４３ａの下流側かつ凹部４３ａの底面から径方向外側に間隔をあけた位置に設けられている。本実施形態では、空気導入口４２は、その流路軸線を上流側に向けて延ばした仮想線がパイロットシュラウド２２に干渉しないように配置されている。なお、空気導入口４２から空気噴射スリット４１に至る流路は、図２の構成に限られず、例えば、空気導入口４２から空気噴射スリット４１へ直線状に繋がる流路としてもよい。
【００５２】
空気噴射スリット４１は、下流側かつ径方向外側に向けて開口している。火炎保持部２２ｃの内周面のうち空気噴射スリット４１の下流側の内周面４５は、火炎保持部２２ｃの内周面のうち空気噴射スリット４１の上流側の内周面４４に対して径方向外方に段差状にずれている。例えば、火炎保持部２２ｃの内周面のうち空気噴射スリット４１の下流側の内周面４５の上流側に向けた仮想延長面は、空気噴射スリット４１の上流側の内周面４４よりも径方向外側に位置する。さらに、内周面４５の上流側に向けた仮想延長面は、当該内周面４４と非交差であってもよい。空気噴射スリット４１の噴射方向は、空気噴射スリット４１の下流側における火炎保持部２２ｃの内周面４５と平行又は交差している。空気噴射スリット４１の噴射方向と火炎保持部２２ｃの内周面４５とが交差するとき、その交差角は０°〜１０°の範囲の角度に設定される。
【００５３】
火炎保持部２２ｃのうち空気噴射スリット４１の下流側の内周面４５は、空気噴射スリット４１に隣接し且つ下流に向かうにつれて拡径した第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１の下流側に設けられ且つ下流端部２２ｃａの内周面を含む第２領域Ｒ２とを有する。第２領域Ｒ２の軸線Ｘに対する傾斜角は、第１領域Ｒ１の軸線Ｘに対する傾斜角よりも小さい。第２領域Ｒ２の軸線Ｘ方向の長さは、第１領域Ｒ１の軸線Ｘ方向の長さよりも短い。
【００５４】
一例として、空気噴射スリット４１の流路軸線は、内周面４５の第１領域Ｒ１と平行に延び、且つ、内周面４５の第２領域Ｒ２と０°〜１０°の範囲内の角度で交差している。空気噴射スリット４１から膜状直進流ＦＬで噴射された圧縮空気は、内周面４５の第１領域Ｒ１に沿って流れてから第２領域Ｒ２に当たって若干向きが変わり燃焼室４に向けて流れる。
【００５５】
パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａと内側メインシュラウド３１との間には、中間空気流路１４からの圧縮空気を燃焼室４に向けて噴射する空気噴射開口５１（第２の空気噴射スリット）が設けられている。空気噴射開口５１は、スリット状である。空気噴射開口５１は、軸線Ｘ回りの全周にわたって形成されてもよいし、軸線Ｘ回りの全周の８５〜１００％を占めるように配置された複数のスリットにより形成されてもよい。空気噴射開口５１から噴射される圧縮空気は、軸線Ｘに沿って流れてもよい。中間空気流路１４から空気噴射開口５１までの流路には、軸線Ｘ回りに圧縮空気を案内するスワーラは介在せず、空気噴射開口５１は、軸線Ｘ方向の下流側に向けて膜状直進流にて圧縮空気を噴射してもよい。
【００５６】
空気噴射開口５１の軸線Ｘ方向の上流側で且つ空気噴射スリット４１の軸線Ｘ方向の下流側において、パイロットシュラウド２２の外周面から中間空気流路１４に向けて径方向外方に突起２２ｄが突出している。例えば、突起２２ｄは、軸線Ｘ周りの円環状である。これにより、突起２２ｄと突出端と内側メインシュラウド３１の内周面との間に環状の空気導入口５８が形成される。突起２２ｄは、軸線Ｘ方向から見て空気噴射開口５１と少なくとも部分的に重なっている。即ち、空気導入口５８は、空気噴射開口５１に対して径方向外方に位置ズレしている。そのため、空気導入口５８から空気噴開口５１に至る流路は、径方向から見た断面において屈曲形状を有する。よって、突起２２ｄの突出量を変えることで、中間空気流路１４から空気噴射開口５１に流入する空気の流量を調節できると共にウェイクの抑制を図ることもできる。なお、空気導入口５８は、内側メインシュラウド３１の内周面とパイロットシュラウド２２の外周面とを接続する環状壁に形成される孔としてもよい。
【００５７】
空気噴射開口５１は、空気噴射スリット４１及び空気導入口４２よりも軸線Ｘ方向の下流側に位置している。空気噴射開口５１は、空気噴射スリット４１用の空気導入口４２よりも径方向外側に位置している。具体的には、パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａの径方向外側には、内側メインシュラウド３１から径方向内方に突出して中間空気流路１４と燃焼室４との間に介在する環状の突出壁５２が配置されている。空気噴射開口５１は、その突出壁５２とパイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａとの間に形成された隙間である。空気噴射開口５１から噴射される圧縮空気は、パイロットシュラウド２２の下流側において空気噴射スリット４１から噴射された圧縮空気と交差する。
【００５８】
一例として、突出壁５２は、内側メインシュラウド３１から径方向内側かつ上流側に向けて突出した環状の隔壁板部５３と、隔壁板部５３の内径側端部に固定された保炎板部５４とを有する。保炎板部５４は、隔壁板部５３の内径端に固定されて軸線Ｘ方向に延びる筒状の周壁部５４ａと、周壁部５４ａの下流端から下流側に向かって拡径する傾斜部５４ｂとを有する。傾斜部５４ｂは、隔壁板部５３との間に隙間をあけた状態で隔壁板部５３に沿って延びている。即ち、傾斜部５４ｂは、隔壁板部５３と隙間をあけた状態で隔壁板部５３を下流側から覆っている。
【００５９】
空気噴射開口５１は、パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａと保炎板部５４との間に形成されている。隔壁板部５３のうち保炎板部５４で覆われている部分には、軸線Ｘ方向に開口する空気噴射孔５５が形成されている。空気噴射孔５５は、周方向に並んだ複数の孔であるがスリット状としてもよい。中間空気流路１４の圧縮空気のうち空気噴射スリット４１に向かわなかった圧縮空気は、空気噴射開口５１から燃焼室４へ向けて軸線Ｘ方向に噴射され、残りの一部が、空気噴射孔５５を介して隔壁板部５３と保炎板部５４との間に形成された第３の空気噴射スリット５６に流入して燃焼室４の径方向外側に向けて噴射される。即ち、第３の空気噴射スリット５６を流れる空気により、空気噴射開口５１の径方向外側の壁である保炎板部５４が冷却される。
【００６０】
空気噴射スリット４１の流路軸線に直交する流路断面積は、例えば、空気噴射開口５１の流路軸線に直交する流路断面積よりも小さい。軸線Ｘに直交する方向から見て、空気噴射スリット４１の流路厚さは、例えば、空気噴射開口５１の流路厚さよりも小さい。空気噴射スリット４１の流路軸線に直交する流路断面積は、例えば、空気噴射孔５５の流路軸線に直交する流路断面積よりも小さい。軸線Ｘに直交する方向から見て、空気噴射スリット４１の流路厚さは、例えば、空気噴射孔５５の流路厚さよりも小さい。
【００６１】
以上に説明した構成によれば、空気噴射スリット４１から噴射される圧縮空気が火炎保持部２２ｃの内周面４４ｂに沿った膜状直進流であるので、スワーラを通過させて旋回流を噴射する場合に比べ、当該空気への火炎の巻き込みが抑制され且つ当該空気が高温になる前に素早く下流側に排出される。また、空気噴射スリット４１から噴射される圧縮空気が火炎保持部２２ｃの内周面４５に沿った膜状直進流であるので、多数の円孔から縞状流を噴射する場合に比べ、火炎保持部２２ｃの内周面４５上における当該空気の分布密度のバラツキが抑制されると共に、縞状流に比べて縦渦が発生し難いために微小な火炎の内周面４５への巻き込みも抑制される。よって、パイロットシュラウド２２の内周面４４ｂの下流部分の冷却に際し、冷却効率及び冷却均一性の両方を同時に高めることができる。
【００６２】
特に、パイロット空気通路２３から下流側に向けて旋回流が流れる構成では、旋回流により絞り部２２ｂの下流側で火炎が径方向外方に拡がって火炎保持部２２ｃに火炎が接し易く、火炎保持部２２ｃが火炎に強く影響されることになる。本実施形態では、そのような火炎に強く影響される火炎保持部２２ｃの冷却性能が向上するため、パイロットシュラウドの耐久性が向上する。
【００６３】
また、空気噴射スリット４１が下流側かつ径方向外側に向けて開口しているため、下流側に向けて拡径する形状を有する火炎保持部２２ｃの内周面４５を膜状直進流の空気で好適に被覆することができる。また、空気噴射スリット４１の噴射方向は、その下流側の火炎保持部２２ｃの内周面４５と平行又は交差するように延びているため、空気噴射スリット４１から噴射された空気と火炎保持部２２ｃの内周面４５との間に火炎が浸入することを好適に防止できる。
【００６４】
また、パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａと内側メインシュラウド３１との間には、圧縮空気を燃焼室４に向けて噴射する空気噴射開口５１が形成されているため、パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａの内周面が空気噴射スリット４１から噴射された空気で冷却されると共に、パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａの外周面が空気噴射開口５１を流れる空気で冷却される。即ち、パイロットシュラウド２２の下流端部２２ｃａを径方向両側から冷却でき、効果的に酸化防止を図ることができる。
【００６５】
また、空気噴射開口５１から噴射される圧縮空気によるエアカーテンで、パイロット燃料噴射部１１からの燃料噴霧が外径側に飛散することを防止できると共に、第３の空気噴射スリット５６を流れる空気により保炎板部５４を冷却することができる。また、３つの空気噴射スリット４１，５１，５６に対して共通の中間空気流路１４から圧縮空気が供給されるので、燃料噴射装置１０の大型化を防ぐことができる。
【００６６】
また、中間空気流路１４の圧縮空気を空気噴射スリット４１に導入する空気導入口４２は、空気噴射スリット４１の噴射口４１ａよりも径方向外側に配置されているため、火炎から径方向外側に離れた位置にある圧縮空気が中間空気流路１４から空気噴射スリット４１に導入されるので、噴射前における当該空気の昇温が抑制され、冷却性能を高めることができる。
【００６７】
また、空気噴射スリット４１用の空気導入口４２は、パイロットシュラウド２２の絞り部２２ｂの外周面４３の凹部４３ａよりも径方向外側に配置されているため、凹部４３ａに滞留した空気が断熱空気層の役目を果たし、空気導入口４２を介して中間空気流路１４から空気噴射スリット４１に導入される空気の噴射前の昇温を好適に抑制できる。
【００６８】
また、空気噴射スリット４１は、その下流側に配置された空気噴射開口５１及び空気噴射孔５５の各々よりも小さい断面を有するため、空気噴射スリット４１から噴射される圧縮空気によって火炎保持部２２ｃの内周面４５を被覆する膜状直進流を安定形成できると共に、空気噴射スリット４１の下流側にある空気噴射開口５１への流量減少も抑制できる。
【００６９】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、空気噴射スリット４１の噴射方向は、火炎保持部２２ｃの内周面４４ｂの第１領域Ｒ１と平行に延びているが、０°〜１０°の範囲の角度で僅かに交差する方向に延びていてもよい。パイロットシュラウド２２の火炎保持部２２ｃは、下流に向かうにつれて拡径しなくてもよい。その場合には、空気噴射スリット４１も、下流に向かうにつれて拡径していなくてもよく、火炎保持部２２ｃの内周面に沿って膜状直進流の空気を噴射する向きに開口していればよい。空気噴射開口５１を形成せずにパイロットシュラウド２２の下流端部と内側メインシュラウド３１とを気密的に連結してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
４  燃焼室
１０  燃料噴射装置
１１  パイロット燃料噴射部
１２  メイン燃料噴射部
１４  中間空気流路
２１  パイロット燃料供給ブロック
２２  パイロットシュラウド
２２ｂ  絞り部
２２ｃ  火炎保持部
２２ｃａ  下流端部
３１  内側メインシュラウド
３０  メイン空気流路
４１  空気噴射スリット
４２  空気導入口
４３  外周面
４３ａ  凹部
４４ｂ  内周面
５１  空気噴射開口（第２の空気噴射スリット）
５６  第３の空気噴射スリット
ＦＬ  膜状直進流
【図１】
2019043751.tif 000003
【図２】
2019043751.tif 000004
【図３】
2019043751.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月13日(2020.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から圧縮空気が供給される燃料噴射装置であって、
パイロット燃料供給ブロックと、前記パイロット燃料供給ブロックの径方向外側に配置されて前記パイロット燃料供給ブロックよりも下流側に突出した筒状のパイロットシュラウドとを有するパイロット燃料噴射部と、
予混合気を生成するメイン空気流路を有し、前記パイロット燃料噴射部を径方向外側から囲むように配置されたメイン燃料噴射部と、
前記パイロット燃料噴射部と前記メイン燃料噴射部との間に配置された中間空気流路と、を備え、
前記パイロットシュラウドは、前記パイロット燃料供給ブロックの下流側の絞り部と、前記絞り部の下流側の火炎を囲み且つ下流側に向けて拡径する形状を有する火炎保持部と、を含み、
前記火炎保持部には、前記中間空気流路からの圧縮空気を前記火炎保持部の内周面に沿う向きに前記内周面の全周を被覆するように噴射する空気噴射スリットが形成されており、
前記空気噴射スリットは、下流側かつ径方向外側に向けて開口している、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記空気噴射スリットは、前記火炎保持部の内周面に沿った膜状直進流にて前記圧縮空気を噴射する、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記空気噴射スリットの噴射方向は、前記内周面と平行又は交差している、請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記メイン燃料噴射部は、前記メイン流路を画定する径方向内側の面を有する内側メインシュラウドを有し、
前記径方向において前記パイロットシュラウドの下流端部と前記内側メインシュラウドとの間には、圧縮空気を前記燃焼室に向けて噴射する空気噴射開口が形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記空気噴射開口は、第２の空気噴射スリットであり、
前記径方向において前記第２の空気噴射スリットと前記内側メインシュラウドとの間には、圧縮空気を前記燃焼室に向けて噴射する第３の空気噴射スリットが形成されている、請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第２の空気噴射スリット及び前記第３の空気噴射スリットには、前記中間空気流路から圧縮空気が供給される、請求項５に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記パイロットシュラウドの前記中間空気流路に面する外周面には、前記絞り部において径方向内側に窪んだ凹部が形成されており、
空気導入口は、前記凹部の下流側かつ前記凹部の底面よりも径方向外側に配置されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記パイロットシュラウドには、前記中間空気流路の圧縮空気を前記空気噴射スリットに導入する空気導入口が設けられており、
前記空気導入口は、前記空気噴射スリットの噴射口よりも径方向外側に配置されている、請求項７に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記火炎保持部の内周面のうち前記空気噴射スリットの下流側の内周面は、前記火炎保持部の内周面のうち前記空気噴射スリットの上流側の内周面に対して径方向外方に段差状にずれている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【国際調査報告】
2019043751.tif 000006
2019043751.tif 000007