(57)【要約】【課題】ターボ機械の全ての動作速度において、燃料の噴霧および蒸発の時間特性が短縮される空気力式の噴射システムを提供する。【解決手段】ターボ機械燃焼室に空気／燃料混合物を噴射する空気力式噴射システム（２）は、空気／燃料混合物を運ぶよう下流端（４ｂ）で開かれている軸ＸＸ’を有する管状構造（４）と、管状構造に圧力ＰＡで空気を導入するよう管状構造（４）に対して開かれる少なくとも一つの空気供給チャネル（６）と、管状構造（４）において軸ＸＸ’の回りに形成され、燃料が圧力ＰＣで流れる少なくとも一つの燃料供給チャネル（１０）に接続され、管状構造（４）において下流端（８ｂ）で開かれる、環状の燃料路（８）と、少なくとも一つの燃料供給路（１０）に気体を噴射する手段と、を備え、気体は構造に導入される燃料に発泡を生じさせるようＰＡよりも大きくＰＣ以上の圧力ＰＧにある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械燃焼室に空気／燃料混合物を噴射する空気力式噴射システム（２、２’）であって、
空気／燃料混合物を運ぶよう下流端（４ｂ）において開かれる軸ＸＸ’を有する管状構造（４）と、
ターボ機械の圧縮段に接続され、管状構造に圧力ＰＡで空気を導入するよう管状構造（４）に対して開かれる少なくとも一つの空気供給チャネル（６、６’）と、
管状構造（４）においてこの軸ＸＸ’の回りに形成され、燃料が圧力ＰＣで流れる少なくとも一つの燃料供給チャネル（１０）に接続され、管状構造（４）に下流端（８ｂ）で開かれ拡大部を形成する、環状の燃料路（８）と、を備え、
システムは更に、少なくとも一つの燃料供給チャネル（１０）に気体を噴射する手段を更に備え、気体は、管状構造（４）に導入される際に燃料に発泡を生じさせるよう圧力ＰＡよりも大きくＰＣ以上の圧力、ＰＧにあることを特徴とする、システム。
【請求項２】
燃料供給チャネル（１０）に対して開かれ、気体供給管（１４）に接続される少なくとも一つの気体噴射チャネル（１２）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
気体噴射チャネル（１２）が燃料供給チャネル（１０）に対して略垂直に開かれることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
管状構造（４）において燃料路（８）の回りに形成され、気体供給管（１４）に接続され、気体噴射チャネル（１２）に開かれる環状の気体分配空洞（１６）を更に備えることを特徴とする、請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
管状構造（４）に形成され、燃料供給管（２０）に接続され、燃料供給チャネル（１０）に開かれる環状の燃料分配空洞（１８）を更に含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
燃料供給チャネル（１０）が環状の燃料路（８）に対して接線方向に傾けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
空気供給チャネル（６）が、空気が回転する状態で、管状構造（４）に対して上流端（４ａ）で開かれることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
管状構造（４）の周りに配置され、燃料路（８）に対して半径方向にオフセットされ、回転運動と共に略軸方向に管状構造（４）の出口に空気を噴射するよう設計される、外側空気旋回器（２４）を更に含むことを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
外側空気旋回器（２４）がターボ機械の圧縮段に接続されることを特徴とする、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
管状構造（４）から下流に取り付けられる分岐部分を形成するボウル（２６）を更に含むことを特徴とする、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１１】
空気供給チャネル（６’）が管状構造（４）の周りに配置され、燃料路（８）にこの上流端（８ａ）で軸方向に開かれることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
環状の燃料路（８）が管状構造（４）における燃料の流れを促進するために燃料流れ方向において狭くなる部分（８ｃ）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
気体が空気であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
気体を構成する空気が圧縮される前にターボ機械の圧縮段から取得されることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
燃料供給チャネルに噴射される気体の流速を制御する装置（２２）を更に備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に従って、空気／燃料混合物を噴射する空気力式噴射システム（２、２’）を含む、ターボ機械燃焼室。
【請求項１７】
請求項１から１５のいずれか一項に従って、空気／燃料混合物を噴射する空気力式噴射システム（２、２’）が取り付けられた燃焼室を有する、ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械燃焼室に空気／燃料混合物を噴射するシステムの一般的な分野に関する。より詳細には、本発明は、空気と混合される前に燃料に発泡を生じさせる手段を提供する空気力学式のタイプの噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械燃焼室を設計および最適化する従来の処理は、汚染物質（窒素酸化物、一酸化炭素、未燃炭化水素等）の放出を最小化する一方でターボ機械が取り付けられる飛行機の意図する任務との相関関係として室の動作性能（燃焼効率、安定範囲、点火および再点火範囲、燃焼領域の寿命等）を実行することに折り合いをつけることを主に追求している。このために、燃焼室内に空気／燃料混合物を噴射する噴射システムの性質および性能、燃焼室内での希釈拡散の分配、および、燃焼室内の空気／燃料混合の動力に特に作用することが可能である。
【０００３】
ターボ機械の燃焼室は、典型的には、フレームチューブ、冷却システム、および、希釈システムに空気／燃料混合物を噴射する噴射システムを有する。燃焼は、フレームチューブ（「一次ゾーン」と呼ばれる）の第１の部分内で主に行われ、燃焼は噴射システムから来る空気の流れによって誘導される空気／燃料混合再循環ゾーンによって安定化される。混合管（「希釈ゾーン」と呼ばれる）の第２の部分では、行われる化学的活動は強くなく、流れは、希釈孔によって希釈される。
【０００４】
フレームチューブの一次ゾーンでは、燃料の微細な小滴への噴射および噴霧、小滴の蒸発、燃料蒸気と空気の混合、および、空気中の酸素により酸化される燃料の化学反応といった様々な物理的現象が伴われる。
【０００５】
これら物理的現象は、時間特性によって管理される。従って、噴霧時間は、燃料シートを分解して空気／燃料スプレーを形成するために空気が必要とする時間を表す。噴霧時間は、使用される噴射システムの性能および技術、並びに、燃料シートの近傍にある空気力学に主に依存する。蒸発時間も使用される噴射システムに依存する。蒸発時間は、燃料シートの分解から、結果として生ずる小滴のサイズの直接的な関数であり、小滴が小さいほど、蒸発時間は短くなる。混合時間は、小滴の蒸発から得られる燃料蒸気が空気と混合するために必要な時間に対応する。混合時間は、燃料領域内の乱流のレベル、従って、一次ゾーンにおける流れ力学に主に依存する。化学的時間は、化学反応が展開するために必要な時間を表す。化学的時間は、燃料室への入口における圧力および温度、並びに、使用される燃料の性質に依存する。
【０００６】
従って、使用される噴射システムは、燃焼室を設計する過程で、特に燃料の噴霧および蒸発の時間特性を最適化するときに欠かせない役割を担う。
【０００７】
噴射システムには二つの主な種類が存在し、燃料と空気との大きな圧力差の結果として燃料が霧状にされる「空気機械式」システムと、二面の空気間で剪断されることによって燃料が霧状される「空気力式」システムとがある。本発明は、より特定的には空気力式システムに関する。
【０００８】
従来技術において公知の空気力式の噴射システムは多数の欠点を有する。特に、低ターボ機械速度では、燃料の噴霧は非常に劣化され、燃焼の安定性を低下させ、燃焼領域を外れる危険性を生じ、その一方で、窒素酸化物のタイプの汚染排気物を増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、ターボ機械の全ての動作速度において燃料の噴霧および蒸発の時間特性を短縮することができる空気力式の噴射システムを提供することで上述の欠点を緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このために、本発明は、ターボ機械燃焼室に空気／燃料混合物を噴射する空気力式噴射システムを提供し、システムは、空気／燃料混合物を運ぶよう下流端で開かれる軸ＸＸ’を有する管状構造と、ターボ機械の圧縮段に接続され、管状構造に圧力ＰＡで空気を導入するよう管状構造に対して開かれる少なくとも一つの空気供給チャネルと、管状構造において軸ＸＸ’の回りに形成され、燃料が圧力ＰＣで流れる少なくとも一つの燃料供給チャネルに接続され、管状構造に下流端で開かれ拡大部を形成する、環状の燃料路と、を備え、少なくとも一つの燃料供給チャネルに気体を噴射する手段を更に備え、気体は、管状構造に導入される際に燃料に発泡を生じさせるよう圧力ＰＡよりも大きくＰＣ以上の圧力ＰＧにあることを特徴とする。
【００１１】
燃料の圧力以上の圧力で気体を燃料管に噴射することにより、液体／気体の混合が圧力ＰＣで行われた後に、それが分散される主要構造に導入される。この混合物が圧力ＰＣから主要構造の内部圧力まで膨張しているとき、気相の突然の膨張が燃料シートを分解させる。これが発泡である。その結果、噴射システムからの出口における燃料噴霧および蒸発の時間特性が相当減少される。
【００１２】
従って、時間の短縮は、ターボ機械の遅い動作速度においては、燃焼率を上昇させ、火が消えることを回避させるように燃焼領域の能力を高めることができ、ターボ機械動作のフル・スロットル速度においては、窒素酸化物および煤の汚染排気物の生成を制限することが可能となる。
【００１３】
より特定的には、噴射システムは、燃料供給チャネルに対して開かれ、気体供給管に接続される少なくとも一つの気体噴射チャネルを更に含む。
【００１４】
有利には、気体噴射チャネルが燃料供給チャネルに対して略垂直に開かれる。
【００１５】
噴射システムは、管状構造において燃料路の回りに形成され、気体供給管に接続され、気体噴射チャネルに開かれる環状の気体分配空洞を更に備える。
【００１６】
噴射システムは、管状構造に形成され、燃料供給管に接続され、燃料供給チャネルに対して開かれる環状の燃料分配空洞を更に含む。
【００１７】
本発明の一実施形態では、空気供給チャネルは、管状構造においてその上流端で開かれる。噴射システムは、管状構造の周りに配置され、燃料路に対して半径方向にオフセットされ、略軸方向に管状構造の出口に空気を噴射するよう機能する、外側空気旋回器（ｓｗｉｒｌｅｒ）を更に含んでもよい。外側空気旋回器は、ターボ機械の圧縮段に接続されてもよい。分岐部分を形成するボウルが管状構造から下流に取り付けられてもよい。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、空気供給チャネルは、管状構造の周りに配置され、燃料路にその上流端で軸方向に開かれる。環状の燃料路は、管状構造における燃料の流れを促進するために燃料流れ方向において狭くなる部分を含む。
【００１９】
本発明の有利な特徴によると、使用される気体は空気であり、空気は圧縮される前にターボ機械の圧縮段から取得されることが好ましい。
【００２０】
本発明の有利な特徴によると、燃料供給チャネルに噴射される気体の流速を制御する装置が更に設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の他の特徴および利点は、制限的でない実施形態を示す添付の図面を参照してなされる以下の説明から明らかとなるであろう。
【００２２】
図１および図３を参照するに、本発明の空気力学噴射システム２、２’は、空気／燃料混合物を運ぶために下流端４ｂで開かれている軸ＸＸ’を有する管状構造４の形態を一般的に有する。
【００２３】
噴射システム２、２’は、ターボ機械の圧縮段（図示せず）に接続され、管状構造４に対して開かれている少なくとも一つの空気／燃料チャネル６、６’を含む。従って、空気は、例えば、０．５から５０バールのオーダーの圧力ＰＡで上記チャネル６、６’を介して管状構造４に導入される。
【００２４】
噴射システム２、２’は、軸ＸＸ’について管状構造に形成される環状の燃料路８を更に含む。燃料路８の下流端８ｂは、管状構造４に対して開かれ、中で突然拡大される。
【００２５】
管状構造４の軸ＸＸ’を中心とする燃料路８は、圧力ＰＣで燃料が中を流れる少なくとも一つの燃料供給チャネル１０に接続される。路８により、燃料が軸ＸＸ’方向に沿って管状構造４に導入される。例として、燃料供給チャネル１０で流れる燃料の圧力ＰＣは約４バールから８０バールである。
【００２６】
図２に示すように、環状の燃料路８は、路８中に燃料の均一な分配を得るよう管状構造４の円周全体にわたって定期的に分配される二十の燃料供給チャネル１０に、例として接続される。
【００２７】
燃料供給チャネル１０は、例えば、約４５°の角で環状の燃料路８に対して接線方向に傾けられることが好ましい（図２）。その結果、燃料は、路８に導入されるよう回転される。
【００２８】
本発明によると、噴射システム２、２’は、燃料供給チャネル１０に対して開かれ、気体供給管１４に接続される少なくとも一つの気体噴射チャネル１２を更に有する。
【００２９】
図２に示すように、気体噴射チャネル１２は、各燃料噴射チャネル１０に対して設けられてもよい。図２の実施形態では、噴射システム２は、管状構造４の円周の周りに分配された二十の気体噴射チャネル１２を有している。燃料供給チャネルよりも少ない数の気体噴射チャネルが設けられることも可能である。
【００３０】
本発明によると、気体は、空気供給チャネル６、６’を介して管状構造４に導入される空気の圧力ＰＡよりも大きく、燃料供給チャネル１０を流れる燃料の圧力ＰＣより大きい若しくは略等しい圧力ＰＧで燃料供給チャネルに導入される。
【００３１】
圧力ＰＡよりも大きく、圧力ＰＣ以上の圧力ＰＧで燃料供給チャネル１０に気体を導入することで、管状構造４に混合物が導入される前に圧力ＰＣで液体／気体混合物が生成される。燃料における発泡は、気体が管状構造４に導入される際に突然膨張することにより燃料が霧状にされることで特徴付けられる。
【００３２】
特に、発泡は、次の条件が満たされるときに燃料で行われる。気体が燃料の圧力ＰＣに略等しい（または僅かに大きい）圧力ＰＧであること、燃料との気体の混合が実質的に限定された空間で行われること（具体的には、混合は気体噴射チャネル１２と燃料供給チャネル１０との間の合流ゾーンで行われる）。
【００３３】
燃料における発泡は、燃料路８を流れる燃料シートにおける気体の泡の存在によって特徴付けられる。従って、管状構造４に混合物を導入する際の気泡の膨張は、後続する噴霧を容易化する。燃料の噴霧および蒸発の時間特性は、従って、短縮される。
【００３４】
気体は、空気／燃料混合物の燃焼に直接的な影響を与えない不活性気体であることが好ましい。例えば、気体は、ターボ機械の圧縮段から得られ、空気供給チャネル６、６’に供給する空気の圧力ＰＡよりも大きい圧力ＰＧに到達するよう更に圧縮される空気である。
【００３５】
本発明の有利な特徴によると、気体噴射チャネル１２は、燃料供給チャネル１０に対して略垂直に開かれている。この特定の配置により、燃料における発泡の出現が助長される。
【００３６】
環状の気体空洞１６が燃料路８の周りで管状構造４に形成されてもよい。このような気体空洞１６は、燃料路８と同軸になるよう管状構造４の軸ＸＸ’を中心とする。気体空洞１６は気体供給管１４に接続され気体噴射チャネル１２に対して開かれている。この気体空洞１６は、従って、気体分配空洞として作用する。
【００３７】
同様にして、環状の燃料空洞１８が管状構造４に形成されてもよい。図示するように、燃料空洞１８は、燃料路８および気体空洞１６と同軸になるよう管状構造４の軸ＸＸ’を中心とする。燃料空洞１８は燃料供給管２０に接続され燃料供給チャネル１０に対して開かれている。この燃料空洞１８は、従って、燃料分配空洞として作用する。
【００３８】
本発明の別の有利な特徴によると、噴射システム２、２’は、燃料供給チャネル１０に噴射される気体の流速を制御する装置２２を更に有する。従って、装置２２は、燃料における発泡を実現するために噴射に必要な気体の流速を制御するよう機能する。例えば、気体流速は、燃料の流速および圧力ＰＣの関数として制御されてもよい。
【００３９】
図１および図２に示す本発明の噴射システム２の実施形態における、特定の特徴は以下に説明される。
【００４０】
本実施形態では、噴射システム２は、互いから軸方向に離間され、管状構造４の円周全体にわたって定期的に分配される二列の空気供給チャネル６を有してもよい。これらのチャネル６は、管状構造４の上流端４ａに対して開かれる。
【００４１】
従って、圧力ＰＡでチャネル６を介して導入される空気は、管状構造４内の回転効果に伴って構造の下流端４ｂへ軸ＸＸ’方向に管状構造４を流れる。
【００４２】
更に、噴射システム２は、管状構造４の周りに配置され、燃料路８に対して半径方向にオフセットされる外側空気旋回器２４を含むことが好ましい。この外側空気旋回器２４は、略軸の方向で同様に回転効果に伴われる管状構造４の出口で空気を噴射するよう機能する。従って、燃料路８を介して管状構造４に導入される発泡燃料は、空気供給チャネル６および外側空気旋回器２４からの、空気間のシヤーの効果によって霧状にされる。
【００４３】
外側空気旋回器２４に供給する空気は、ターボ機械の圧縮段から、例えば、空気供給チャネル６を介して管状構造４に導入される空気と同じ段から得られることが好ましい。更に、本発明の本実施形態では、分岐部分を形成するボウル２６が管状構造４から下流に取り付けられてもよい。
【００４４】
図３に示す噴射システム２’の実施形態の特定の特徴は以下に説明される。
【００４５】
本実施形態では、噴射システム２’は、単一の空気供給チャネル６’を有する。このチャネルは環状で、管状構造４の周りに配置され燃料路８にその上流端８ａにおいて軸方向に開かれる。従って、圧力ＰＡでチャネル６’を介して導入される空気は、管状構造４にその拡大を介して、導入される前に燃料路８を流れる。
【００４６】
更に、燃料路８は、管状構造４における燃料の流れを促進するために燃料の流れ方向において狭くなる部分８ｃを有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態を構成する噴射システムの軸方向断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおいて部分的に切り取られた断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による噴射システムの軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２、２’  噴射システム
４  管状構造
４ｂ  下流端
６、６’  空気供給チャネル
８  燃料路
８ａ  上流端
８ｂ  下流端
８ｃ  狭くなる部分
１０  燃料供給チャネル
１２  気体噴射チャネル
１４  気体供給管
１６  気体空洞
１８  燃料分配空洞
２０  燃料供給管
２２  装置
２４  外側空気旋回器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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