(57)【要約】【課題】効率的で有効な空気旋回器及び噴霧器並びにこれらの設計方法を提供する。【解決手段】燃料出口を構成するよう形作られた燃料出口部分（64）と、空気の流れを燃料に差し向けるよう形作られた空気旋回器部分（40）とを有する噴霧器（52）。空気旋回器部分は、外側開口部（42）及び外側開口部に対して半径方向内方に位置した内側開口部（44）を有する。内側開口部及び外側開口部は、内側開口部を通過した空気流が外側開口部を通過した空気流により構成された円錐形部分と交差しないように配列されている。ただし、これら空気流の両方が、少なくとも部分的に半径方向外方に動いていないことを条件とする。【選択図】　　　図５
2004122124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　噴霧器であって、
　燃料の出口を構成するよう形作られた燃料出口部分と、
　空気の流れを燃料に差し向けるよう形作られた空気旋回器部分とを有し、
　前記空気旋回器部分は、外側開口部及び前記外側開口部に対して半径方向内方に位置した内側開口部を有し、前記内側及び外側開口部は、前記内側開口部を通過した空気流と前記外側開口部を通過した空気流の両方が少なくとも部分的に半径方向外方に動いていない限り、前記内側開口部を通過した前記空気流が前記外側開口部を通過した前記空気流により構成される円錐形部分と交差しないように配列されている、
　ことを特徴とする噴霧器。
【請求項２】
　前記内側及び外側開口部は、これらを通った空気流が先ず最初に少なくとも部分的に半径方向内方に差し向けられるように配列されている、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項３】
　前記噴霧器は、中心軸線を有し、各開口部の中心軸線は、前記空気旋回器部分の中心軸線と鋭角をなしている、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項４】
　前記燃料出口部分は、下流側軸方向に移動する燃料スプレを生じさせるよう形作られている、
　ことを特徴とする請求項３記載の噴霧器。
【請求項５】
　前記空気旋回器部分は、或る形態に配列された１組の外側開口部及び前記１組の外側開口部と略同心の形態に配列された１組の内側開口部を有している、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項６】
　前記噴霧器は、中心軸線を有し、前記内側及び外側開口部は各々、前記中心軸線の周りに略円形のパターンをなして配列され、前記内側及び外側の組をなす開口部の各々は、任意の隣りの開口部から半径方向に間隔を置いて位置している、
　ことを特徴とする請求項５記載の噴霧器。
【請求項７】
　前記燃料出口部分は、燃料が前記燃料出口部分を通過するとき、前記燃料スプレを生じさせるよう燃料を通過させることができるオリフィスを有している、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項８】
　前記燃料出口部分は、燃料が前記燃料出口部分を通過するとき、略円錐形の燃料スプレを生じさせるよう形作られている、
　ことを特徴とする請求項７記載の噴霧器。
【請求項９】
　前記燃料出口部分は、単式、複式、デュアルオリフィス又は環状予備皮膜形成噴霧器先端部を有している、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項１０】
　前記噴霧器は、前記開口部に隣接して位置した外側壁部分を有し、前記外側壁部分は全体として湾曲しており、前記外側壁部分は、前記外側開口部を通過した空気流の経路に全体として形状が一致する凸状部分を有している、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項１１】
　前記空気旋回器部分は、内側の段及び外側の段を備えた全体として段付きの内面を有し、前記内側開口部は、前記内側段に設けられ、前記外側開口部は、前記外側段に設けられている、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項１２】
　前記外側開口部は、前記内側開口部よりも大きい、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項１３】
　前記噴霧器は、前記開口部を通過した空気流の流れを妨害し又は遮断する物理的構造を備えていない、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項１４】
　前記開口部を通過した前記空気流は、前記外側の組をなす開口部の少なくとも半径方向オフセットの距離について略双曲線の経路を辿る、
　ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
【請求項１５】
　噴霧器であって、燃料の出口を構成するよう形作られた燃料出口部分と、空気の流れを燃料に差し向けるよう形作られた空気旋回器部分とを有し、前記空気旋回器部分は、外側開口部及び前記噴霧器の半径方向中心から半径方向オフセット距離だけ半径方向に間隔を置いて設けられた内側開口部を有し、前記内側及び外側開口部は、前記噴霧器の前側フェースから測定した半径方向オフセット距離の少なくとも約３倍の軸方向距離内では前記内側開口部のうちの１つを通過した空気流が前記外側開口部のうちの１つを通過した空気流によって構成される円錐形部分と交差しないように配列されている、
　ことを特徴とする噴霧器。
【請求項１６】
　空気旋回器であって、旋回器本体と、前記旋回器本体に設けられていて、或る形態に配列された少なくとも１つの組をなす外側開口部と、前記旋回器本体に設けられていて、前記組をなす外側開口部と略同心の形態に配列された少なくとも１つの組をなす内側開口部とを有し、前記内側及び外側開口部は、前記内側開口部のうちの１つを通過した空気流と前記外側開口部のうちの１つを通過した空気流のうち少なくとも一方が少なくとも部分的に内方に動いているとき、前記内側開口部のうちの１つを通過した空気流が前記外側開口部のうちの１つを通過した空気流と交差しないように配列されている、
　ことを特徴とする空気旋回器。
【請求項１７】
　噴霧器であって、燃料が導入されると、燃料の皮膜を生じさせるよう形作られた燃料旋回器部分と、空気の流れを前記燃料の皮膜のところに差し向けるよう形作られた空気旋回器部分とを有し、前記空気旋回器部分は、或る形態に配列された１組の外側開口部及び前記１組の外側開口部と略同心の形態に配列された１組の内側開口部を有し、前記内側及び外側開口部は、前記内側開口部のうちの１つを通過した空気流と前記外側開口部のうちの１つを通過した空気流の両方が少なくとも部分的に半径方向外方に動いていない限り、前記内側開口部のうちの１つを通過した空気流が前記外側開口部のうちの１つを通過した空気流と交差しないように配列されている、
　ことを特徴とする噴霧器。
【請求項１８】
　噴霧器であって、燃料の出口を構成するよう形作られた燃料出口部分と、空気の流れを燃料に差し向けるよう形作られた空気旋回器部分とを有し、前記空気旋回器部分は、外側開口部及び前記外側開口部に対して半径方向内方に位置した内側開口部を有し、前記内側及び外側開口部は、前記内側開口部を通過した空気流と前記外側開口部を通過した空気流の両方が少なくとも部分的に半径方向外方に動いていない限り、前記内側開口部を通過した空気流の平面上への投影像が前記外側開口部を通過した空気流の前記平面上への投影像と交差しないように配列されている、
　ことを特徴とする噴霧器。
【請求項１９】
　中心軸線、前側フェース、内側開口部及び外側開口部を備えた本体を有する空気旋回器を設計する方法であって、前記中心軸線に対する各開口部の半径方向オフセットを選択する段階と、前記開口部の各々を通過した空気流について、前記中心軸線に沿って位置すると共に前記前側フェースから間隔を置いたピンチポイント距離を選択する段階と、前記中心軸線に対する前記開口部の各々の角度オフセットを選択する段階と、前記半径方向オフセット、前記ピンチポイント距離及び前記角度オフセットを用いて前記開口部を通る空気流の経路を決定する段階とを有する、
　ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
　前記決定段階では、双曲線方程式に基づいて前記開口部の各々を通る空気流の経路の投影像を決定する、
　ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
　前記双曲線方程式は、
（ｙ2／ａ2）−｛（ｘ−ｈ）2／ｂ2｝＝１
であり、上式において、ａは、前記開口部の半径方向オフセットを表し、小さいｈは、ピンチポイントを表し、θは、開口部の角度オフセットを表し、ｂは、ａ／（ｔａｎθ）である、
　ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
　前記選択段階と前記決定段階を繰り返し行なって前記半径方向オフセット、ピンチポイント距離及び角度オフセットについての複数の互いに異なる値について空気流の経路を決定する段階と、前記空気流の所望の経路を提供する前記値のうちの選択されたものを選択する段階とを更に有する、
　ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
　前記選択段階では、前記交差する空気流の前記両方が前記中心軸線に対し少なくとも部分的に外方に動いていない限り、前記内側開口部を通過した空気流が前記外側開口部を通過した空気流と交差しないよう前記半径方向オフセット、前記ピンチポイント距離及び前記角度オフセットについての値を選択する、
　ことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴霧器に関し、特に、液体／気体スプレを形成する噴霧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
　液体噴霧器は、工業システム、農業システム、推進システム及び他のシステムで広く用いられている。かかる液体噴霧器は典型的には、種々の目的、例えば、小滴のスペクトルの形成、液体スループットの制御又は計量、周囲空気との混合のための液滴の分散及び小滴速度の発生又は小滴進入のためにスプレ（即ち、微細な液滴を含む液体／気体混合物）を生じさせるのに用いられている。一例では、スプレへのバルク液体の変換を行なうには例えば、種々の形態のエネルギ例えば、油圧エネルギ、空気圧エネルギ、電気的エネルギ、音響エネルギ又は機械的エネルギをバルク液体に差し向けて液体がばらばらになって小滴の状態になるようにするのがよい。
【０００３】
　空気圧噴霧器は、ガスタービンエンジン用途で用いられる場合が多い。ガスタービンエンジン用途で用いられる大抵の空気圧噴霧器は、２つの構成要素、即ち、燃料旋回器及び空気旋回器を有する噴霧器先端部を有している。燃料旋回器は、一端で液体を受け入れ、出口オリフィスを通って代表的には螺旋運動をなして液体を噴出し又は送り出して液体の皮膜又はスプレを生じさせる。空気旋回器（例えば、離散ジェット空気旋回器）は、加圧空気を出力された液体に差し向けて加圧空気が液体に当たって液体を液滴のスペクトルの状態に破砕し、液滴を分散させるようにするようになっているのがよい。
【０００４】
　かかる空気圧噴霧器では、空気流は、大容積低圧滴の空気流か、小容積高圧的の空気流であるのが典型的であり、これらは、バルク液体に差し向けられ、液体フィルムまたはスプレに衝突あるいは切り込む空気流である。バルク流体に或いはこの上方に向けられる空気流は、液体表面との混合及び相互作用を高めると共に、液滴の分散度を向上させる回転成分、即ち、「旋回（スワール：ｓｗｉｒｌ）」運動をしばしば含む。したがって、空気流は、燃料液滴の所望の分布度及び一様性並びに流体の小滴スプレの所望の角度を生じさせるよう配置されると共に制御される場合がある。特に、ガスタービンにおいて、噴霧器が、ガスタービンが低騒音且つ低排出大気汚染分で長期間にわたり広範囲の燃焼限度にわたって動作することができるようにする燃料スプレをもたらすのが好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　空気旋回器は、試行錯誤の方法で設計される場合が依然として多く、かかる試行錯誤の方法では、設計上の幾何学的形状を微調整し、又は、所望のスプレ特性を達成するのに多大な開発努力及び時間が必要である。さらに、空気旋回器から出た空気流は、空気旋回器の付近で互いにオーバーラップすると共に、交差する場合があり、その結果、エネルギの損失、スプレ制御度の減少及び狭いスプレ角度が生じる。ガスタービンエンジンで用いられる場合、空気流が交差する方式のかかる噴霧器は、結果的に、燃料安定性限度の範囲が比較的狭く、過剰な騒音が生じ、低出力状態では高レベルの煙が生じる場合がある。かかる噴霧器は又、噴霧器フェースに炭素が付着生成する場合があり、しかも、標高の高い場所での再点火が困難な場合がある。或る従来設計では、空気流は、煙を減少させると共に内張り壁上でのホットスポットの存在を無くそうとして、互いに交差してスプレを壊すよう設計されている。
　したがって、効率的で有効な空気旋回器及び噴霧器並びにこれらの設計方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明は、好ましい空気流、燃料スプレ及び燃料／空気混合物を提供できる噴霧器又は空気旋回器である。使用に当たり、例えばガスタービン用途では、空気旋回器及び噴霧器は、エネルギ効率が高く、騒音を減少させ、炭素の付着生成を減少させ、点火及び燃焼の安定性を向上させる。本発明は又、空気旋回器及び噴霧器を設計する方法にも関する。
【０００７】
　一実施形態では、本発明は、燃料の出口を構成するよう形作られた燃料出口部分と、空気の流れを燃料に差し向けるよう形作られた空気旋回器部分とを有する噴霧器に関する。空気旋回器部分は、外側開口部及び外側開口部に対して半径方向内方に位置した内側開口部を有する。内側及び外側開口部は、内側開口部を通過した空気流と外側開口部を通過した空気流の両方が少なくとも部分的に半径方向外方に動いていない限り、内側開口部を通過した空気流が外側開口部を通過した空気流により構成される円錐形部分と交差しないように配列されている。
【０００８】
　本発明の他の目的及び利点は、添付の図面及び明細書本文から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　図１は、空気旋回器（エアースワーラ：Ａｉｒ　Ｓｗｉｒｌｅｒ）１０並びにこれを通る空気流のパターンを決定する座標系及び設計パラメータを示している。図１の空気旋回器１０は、中心軸線１２（図１のｘ軸）及び中心が中心軸線１２と一致した軸方向に延びる開口部１４を有している。空気旋回器１０は、前側フェース１６及び空気旋回器１０の後面２０からその前側フェース１６まで延びる１組の半径方向に間隔を置いた開口部１８を有している。開口部１８は各々、断面が略円形であって、中心軸線１９を有するのがよい。しかしながら、開口部１８は、円形以外の種々の形状、例えば、「翼形」又は四辺形の形をしていてもよい。
【００１０】
　開口部１８は各々、前側フェース１６のところの空気旋回器１０の中心軸線１２から半径方向オフセット距離ａだけ離れて位置している。開口部１８の各々の中心軸線１９は、角度オフセットθで示された角度だけ空気旋回器１０の中心軸線１２と角度をなすのがよく、この角度オフセットθは、鋭角であるのがよい。開口部１８は各々好ましくは、各開口部１８がａ及びθについて略同一の値を持つように整列したものであるのがよい。開口部１８は各々、各開口部１８を通過した空気が図１の紙面に出入りする速度成分を持つような傾斜角（図示せず）を有するのがよい（図２ａ参照）。
【００１１】
　投影された空気流２２として示されている圧縮空気を開口部１８に通すと、空気流２２は、略双曲線経路を辿る。図１、図２及び図３〜図９は、開口部を通過した空気流（例えば、図１の空気流２２）の経路を示している。しかしながら、空気流は各々、３次元の速度成分を有する場合があるので、図１、図２及び図３〜図９の各々に示された空気流は、空気流の投影像を表している。例えば、図１に示すように、空気流２２は各々、ｘ−ｙ平面上に投影され、図６は、ｙ−ｚ平面上に投影された空気流４６，４８を示している。
【００１２】
　図１に示すように、ｘ−ｙ平面上への空気流２２の各々の投影像は、主として軸方向速度成分を有するが、空気流が先ず最初に空気旋回器１０から出るときには当初半径方向内方の速度成分であり、最終的にピンチポイント２４と名付けられた場所で半径方向外方の速度成分に変わる半径方向速度成分を更に有している。このため、空気流２２は先ず最初に、代表的にはノズルフェース１６内の短い距離のところ（即ち、約プラスマイナス３ａ又は約プラスマイナス１０ａ）のところに位置するピンチポイント２４に向かって内方に収斂する。次に、空気流２２は、ピンチポイント２４から半径方向外方に広がり始めて液滴を断面が円形の領域内へ分散させる。空気旋回器１０の前側フェース１６からピンチポイント２４までの軸方向距離は、寸法ｈで示されている。
【００１３】
　ピンチポイント２４を空気旋回器１０の内部に配置するのがよい（即ち、ピンチポイントを図１の前側フェース１６の外縁部の左側に設けるのがよい）ことがわかる。この場合、寸法ｈは、負の値を持つよう指示されるのがよい。しかしながら、前側フェース１６からの距離は、正の値として一般に測定され、即ち、ｈは、前側フェース１６からの距離の絶対値を表す場合がある。
【００１４】
　空気流２２の双曲線経路の投影像は、１対の漸近線２６を含み、これら漸近線は各々、開口部１８の中心軸線１９にほぼ平行に延びて、距離ｈのところで互いに交差している。１対の線２８が、ピンチポイント２４のところで双曲線空気流２２に対し接線をなした状態で略軸方向に延びている。下流側のオフセットｂは、漸近線２６の交差点から（又は、ピンチポイント２４から）漸近線２６が線２８と交差する点までの軸方向距離である。
【００１５】
　図１に示す空気流２２の投影経路は、以下の双曲線の方程式によって特定することができる。
（ｙ2／ａ2）−｛（ｘ−ｈ）2／ｂ2｝＝１
【００１６】
　図１を参照すると、これは簡単な三角法に基づいていて、ｔａｎθ＝ａ／ｂである。したがって、この方程式を念頭において、空気流２２の経路又は経路の投影像を、半径方向オフセット距離ａ、ピンチポイント距離ｈ及び角度オフセットθを知ることにより前もってプロットして求めることができる。半径方向オフセットａは、旋回器１０の幾何学的形状によって可能な最大距離のところに設定されることが望ましい場合がある。
【００１７】
　図２及び図６に示すように、空気旋回器４０は、少なくとも２つの組をなす穴又は開口部４２，４４を有するのがよい。図６に示すように、空気旋回器４０は、略円形の形態に配列された１組の外側開口部４２及び略円形の形態に配列された１組の内側開口部４４を有するのがよい。組をなす内側開口部４４は、組をなす外側開口部４２と略同心であるのがよく、開口部４２，４４の各組は、中心軸線１２の周りに配置されている。内側開口部４４の組は、外側開口部４２の組よりも全体として小さいものであるのがよい。図５に示すように、内側開口部４４及び内側流路４８の投影像は、パラメータａ１，θ１，ｈ１を有し、外側開口部４２及び外側流路４６の投影像は、パラメータａ２，θ２，ｈ２を有するのがよい。
【００１８】
　図２ａは、図２の空気旋回器４０、これを通過した空気流４６，４８の３次元プロットを示している。空気流４６は、３次元双曲線４７のプロフィール内に位置し、空気流４８は、３次元双曲線４９のプロフィール内に位置していることが分かる。換言すると、双曲線４７（又は４９）は、中心軸線１２回りに回転したときの空気流４６（又は４８）の投影によって定まる回転本体として視覚化できる。図２ｂ及び図２ｃに示すように、個々の空気流４６，４８は、中心軸線１２を通る垂直平面（即ち、線２ｃ〜２ｃで定められる平面）を切っている。
【００１９】
　上述したように、図２は、ｘ−ｙ平面上の流路４６，４８の投影像を有している。このため、中心軸線１２からそれぞれａ２，ａ１の距離だけ離隔した開口部４２′，４４′（図６参照）だけが、真の意味で、ｘ−ｙ平面上に投影されたθ１，θ２の角度を有することになる。残りの開口部４２，４４は、ｘ−ｙ平面上に投影された角度θ１，θ２よりも小さな角度を有することになる。この結果、角度オフセットθを、１組の開口部の内の任意の開口部が中心軸線１２を通る平面となす最大角度として定めることができる。
【００２０】
　図５に示すように、図２の空気旋回器４０を燃料旋回器５０、例えば、単式噴射先端部に用いると、離散ジェット噴霧器５２を形成することができる。単式噴射先端部５０は、燃料送りライン５６に連結された燃料旋回器コーン５４を有する周知の構成部品であり、密封ボール５８を燃料旋回器コーン５４内に設けるのがよい。単式噴射先端部５０及び燃料送りライン５６は、空気旋回器４０の開口部１０の内部に受け入れられる。作用を説明すると、燃料送りライン５６内の液体燃料を圧力下で、燃料コーン５４に設けられた１組のオフセットスピン穴を通って燃料コーン５４の内部の中空スワール室６２内へ押し込む。スワール室６２内における液体燃料の螺旋運動により、スワール室内でスワール室６２の出口オリフィス６４に向かう空気コーンの形成が誘発される。このため、液体燃料がオリフィス６４から出ると、液体燃料は、半径方向外方に広がって周知の方法で円錐形皮膜６６を形成する。空気旋回器４０を通過した空気流は、燃料スプレコーン６６に当たって燃料スプレ６６を小滴状態に噴霧化し、小滴を所望の仕方で分散させる。
【００２１】
　空気旋回器１０及び噴霧器５２は好ましくは、空気旋回器の近くに設けられる物理的構造体又は構成部品が存在せず、空気流４６，４８が自由にこれらの自然の双曲線経路を辿ることができるように配置されると共に構成されている。例えば、一実施形態では、少なくともほぼ半径方向オフセット距離ａ又は下流側の方向において半径方向オフセットａの約３倍又は１０倍の距離以内には物理的構造体又は構成部品は存在しない。
【００２２】
　内側の組をなす開口部４４及び外側の組をなす開口部４２を通って流れる空気の速度はほぼ同一であるが、内側の組をなす穴４４を通過する少量の空気流４８は、燃料の最初の噴霧化を可能にし、外側の組をなす開口部４２を通過する衝撃の強い空気流４６は、小滴を所望の領域まで分散状態で送ることができる。このため、噴霧化された状態の燃料小滴は、空気流４６，４８をこれらの流路に沿って送る傾向があり、それにより、噴霧化された燃料を混合及び燃焼のために所望の領域に送り、外側空気流４６は、噴霧化の度合いを増大させてより望ましいスプレ角を生じさせるのに役立つ。このため、図２に示す実施形態では、外側空気流４６及び内側空気流４８は、互いに協働して効率的な噴霧及び液滴分散を可能にする。
【００２３】
　空気流４６，４８を開口部４２，４４の各々を通過させると（即ち、圧縮空気を開口部４２，４４の各々を通すことにより）、空気流４６，４８の投影像は、略平行なままであり、或いは、少なくとも、前側フェース１６の付近にある間は互いに交差しないことが望ましい場合がある。図４は、空気流４６，４８の投影像が互いに横切り又は交差する形態を示している。図４の形態では、内側の組をなす穴４４の空気流４８の投影像は、空気流４６のピンチポイントの上流側では、外側の組をなす穴４２の空気流４６の投影像と交差している。内側空気流４８は、外側空気流４６よりも広い角度を有するのがよく、したがって、空気流４６は、空気流４８の内部に位置した状態で終わるのがよい。空気流４６，４８（又は、これらの投影像）が図４に示すように互いに横切っている場合、互いに交わっている空気流４６，４８のエネルギ及び有向速度は、空気流４６，４８相互間の干渉に起因して失われる。このため、図４の形態では、投影された内側空気流４８の流路は、投影された外側空気流４６を切る傾向があり、その結果、ランダム且つ乱れた状態のスプレパターンが生じることになる。さらに、互いに横切った状態の空気流４６，４８は、燃料スプレ６６のところに正しく差し向けられず、それにより、燃料スプレ６６に対する空気流の効果が小さくなり、バルク液体の噴霧度が減少する。ガスタービン用途で用いられる場合、空気流が互いに横切る空気旋回器は、標高の高いところでの再点火の問題の原因となる場合があり、燃焼の安定性限度の範囲が比較的狭くなり、低出力状態では高レベルの煙が生じ、騒音が増大する場合がある。
【００２４】
　したがって、空気流４６，４８（又は、これらの投影物）が互いに横切らない空気旋回器を提供することが望ましい場合がある。例えば、図２の実施形態における空気流４６，４８の投影像は、幾分平行なままなので（又は、下流側方向において幾分広がっているので）、互いに交差しない。しかしながら、或る場合には、図２の流れ形態（即ち、完全にオーバーラップせず、完全に交差しない空気流）は、空気旋回器４０又は他の噴霧器構成部品の物理的な制約に起因して達成することができない。このため、図３に示すように、空気流４６，４８（又は、これらの投影物）も又、安定性のある流れ様式の妨害を最小限に抑えるのに十分下流側で合流するようになる。この実施形態では、空気流４６，４８の投影像は、互いに合体して、下流側方向における十分な距離のところで単一の空気流になるが、互いに横切らず又は交差しない。
【００２５】
　このように、内側空気流４８は好ましくは、外側空気流４６（又は、空気流４６のうち１以上によって構成される双曲線又は円錐形部分４７）と交差しないが、もしこれらが互いに交差すれば、これら空気流は、互いに交差状態にある空気流４６，４８の両方が中心軸線１２に対して少なくとも部分的に半径方向外方に動くまで、又はもしそのようでなければ、互いに交差しない。内側開口部４４及び外側開口部４２は、例えば外側開口部４２の半径方向オフセット距離の少なくとも約３倍の距離又は外側開口部４２の半径方向オフセット距離の少なくとも約１０倍の距離内では内側空気流４８（又は、その投影像）が外側空気流４６（又は、その投影像）と交差しないように配列されたものであるのがよい。換言すると、空気流４６，４８（又は、これらの投影像）は互いに交差せず、又は、もしこれら空気流が交差したとすれば、空気流４６，４８（又は、これらの投影像）は両方とも、空気流４６，４８（又は、これらの投影像）が互いに交差したときに中心軸線１２に対し少なくとも部分的に外方に動いている場合がある。
【００２６】
　噴霧器は、３以上の組をなす開口部４２，４４を有するのがよい。この場合、組合す開口部の各々は、開口部の各々を通過した空気流の投影像が上述したのと同一又は類似の方法で互いに交差しないように配列されたものであるのがよい。
　空気流４６，４８が互いに交差しないように空気旋回器１０の開口部４２，４４を配列するため、所与の半径方向オフセット距離ａ、ピンチポイント距離ｈ及び角度オフセットθに基づいて空気流４６，４８のプロットを計算することができる。その結果得られる開口部４２，４４を通る空気流４６，４８の双曲線を次にプロットすることができ、設計者は、空気流４６，４８（又は、空気流４６，４８の２次元投影像）が交差しているかどうかを判定するために図形プロット又はデータをレビューすることができる。もし空気流４６，４８が互いに交差していれば（図４のように）、種々の寸法（ａ，ｈ，θ）を所望の結果が達成されるまで変更することができる。
【００２７】
　図２及び図３の空気旋回器４０（即ち、互いに交差していない投影空気流４６，４８を有する空気旋回器）をガスタービン用途において噴霧器の一部として用いる場合、結果的に得られる噴霧器は、増大した燃焼安定性限度、減少した騒音、一様なスプレ及び十分に噴霧化された液滴サイズをもたらすことができ、これらは全て、高い燃焼効率及び低エミッションを得るのに好ましい十分に混合された状態の燃料／空気混合気を生じさせる。
　このように、空気流パターンを予め確認できるようにして設計者において、空気旋回器が効率的な空気力学的パターンをもたらして液体の噴霧、液滴の分散、スプレパターン及び流れ構造を制御することができるようにする方法を用いることにより、空気旋回器の設計及び製作を行うことができる。空気流の所望のパターンを確立した後、寸法ａ，ｈ，θを製造業者に与えると、空気旋回器本体を所望の方法で構成することができるようになる。
【００２８】
　空気噴霧器４０を多種多様な燃料旋回器又は噴射器のうち任意のものと組み合わせて用いると多種多様な噴霧器をどれでも構成することができる。例えば、本発明の空気旋回器４０を単式噴射先端部を越えて多種多様な燃料旋回器と共に用いることができ、かかる燃料旋回器としては、単式、複式、デュアルオリフィス及び環状予備皮膜形成噴霧器先端部又はこれらの組み合わせ（例えば、パイロット付き先端部）が挙げられるが、これらには限定されない。さらに、図５に示す離散ジェット噴霧器５２は、デュアル燃料回路を搭載した拡張された流量要件に適合するよう改造できる。この種の離散ジェット噴霧器を構成するには、単式噴射先端部５０に代えて燃料ターンダウン比が高い状態で拡張流量制御を可能にする複式又はデュアルオリフィス噴射先端部を用いるのがよい。さらに、空気旋回器は、一連の別々の開口部及び空気流を有するものとして示されているが、単一の又は１対の開口部、例えば、１対の略環状の開口部（これは、羽根を有していてもよく、或いは有さなくてもよい）を有することが必要であるに過ぎない。
【００２９】
　上述のように、空気旋回器を通過した空気流が、互いに交差しないように空気旋回器を配置することが望ましい場合がある。しかしながら、空気旋回器を通過した空気流が燃料噴射コーン６６を通って交差せず又は横切らないように空気旋回器及び燃料旋回器を配置することが望ましい場合もある。一般に、空気流が燃料スプレコーンに接近し、次にこれから遠ざかるよう定めることが望ましい。ただし、場合によっては、最も内側の空気流が燃料スプレコーンと交差してスプレを壊し、それによりスプレ角度を制御することが望ましい場合がある。
【００３０】
　幾つかの従来型空気旋回器では、空気旋回器の内壁又は構成部品は、空気流を妨害しない。このため、図７の実施形態では、空気旋回器１０は、投影された空気流７２の軌道と一致した湾曲状態の内壁７０を有している。具体的に説明すると、内壁７０は好ましくは、空気旋回器１０の中心軸線１２に対して凸状であり、それにより、空気流７２が壁７０上をスムーズに流れるようにする。内面７０をこのように曲線状に設計することにより、噴霧空気流７２は、空気旋回器１０の内部の液体燃料皮膜６６と十分に係合して予備混合燃料／空気混合気を形成することができる。図７の空気旋回器は単一の組をなす開口部４４しか備えていないが、多数のアレイ又は組をなす開口部を図７の空気旋回器１０に設けてもよい。
【００３１】
　図８は、段付き内壁８０及び２つの組をなす開口部４２，４４を有する別の離散ジェット旋回器を示している。内側の組をなす開口部４４は、内側（後方）段８２に設けられ、外側の組をなす開口部４２は、外側（前方）段８４に設けられている。このように、組をなす開口部４２，４４及び対応関係にあるピンチポイント場所４６ｈ，４８ｈを軸方向且つ半径方向に間隔を置いて設けて所望のスプレパターンを作ることができるようにするのがよい。例えば、図８の空気旋回器４０の段付き壁８０は、開口部４２，４４の配設場所に関して融通性をもたらして、開口部４２，４４を所望の空気パターンを生じさせるよう適切な角度で且つ半径方向位置に配置することができるようにする。図８は２つの段８２，８４及び２つの組をなす開口部４２，４４しか示していないが、これよりも多い数の段及び（又は）組をなす開口部を要することができる。
【００３２】
　内側開口部４４を通過した空気流４８の投影部は、空気旋回器１０の内側に設けられた（即ち、前側フェース１６の最も外側の部分８８から軸方向内方に間隔を置いて位置した）ピンチポイント４８ｈを有するのがよく、外側開口部４２を通過した空気流４６の投影像は、空気旋回器１０の本体の外部に設けられたピンチポイント４６ｈを有するのがよい。２つの空気流４６，４８の投影図の軌道は、スプレ角度を種々の様々な条件において一定に保つために中心軸線１２に沿って互いに略平行であるのがよい。
【００３３】
　図９は、環状予備皮膜形成噴射装置の形態をした燃料旋回器９５に用いられる２つの空気旋回器構成要素９０，９２を備えた本発明の別の実施形態を示している。内側空気旋回器構成要素９２は、空気流９８を生じさせる１組の開口部９４を有し、外側空気旋回器９０は、２つの同心状態の組をなす開口部９６，１０１を有している。空気旋回器構成要素９０，９２により、燃料旋回器９５は、内側空気旋回器構成要素９２の空気流９８と外側空気旋回器構成要素９０の空気１００，１０２との間に位置した燃料スプレ９７を噴出する。
【００３４】
　図９の空気旋回器９５は、周知の予備皮膜形成燃料噴射装置である。特に、燃料旋回器９５は、燃料送りライン１０４に結合されるのがよく、この燃料送りラインは、燃料を曲がりくねった巻き通路１０６を通って複数のスピンスロット１０８のうちの１つに送り、そして環状燃料ギャラリー１１０内へ送り込む。螺旋又は旋回速度を有するのがよい燃料は、スピンスロット１０８によって燃料に与えられ、次に、燃料は予備皮膜形成領域１１２に達し、この予備皮膜形成領域により、液体皮膜は、皮膜として付着可能であって、周方向への一様の放出のための準備ができている。次に、内側空気流９８は、液体皮膜の内面に当たってこれを攻撃し、外側空気流１００，１０２は、液体皮膜の外面に当たってこれを攻撃し、それにより、燃料スプレ９７を生じさせ、燃料スプレを所望のように分散させる。図９の実施形態では、上述したような仕方で、空気流９８，１００，１０２の各々は、互いに交差しないことが望ましく、又は、空気流９８，１００，１０２は下流側方向に十分な距離のところで互いに合体することが望ましい場合がある。
【００３５】
　本発明を好ましい実施形態を参照して詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱することなくその改造例及び変形例を想到できることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】単一の組をなす穴を備えた空気旋回器の種々の幾何学的形状及び座標を示す空気旋回器の断面側面図である。
【図２】２つの組をなす穴を備えた空気旋回器の断面側面図であり、互いに交差しない空気流を示す図である。
【図２ａ】図２の空気旋回器を通過した空気流を表す３次元図である。
【図２ｂ】図２ａの略図の正面図である。
【図２ｃ】図２ｂの略図の２Ｃ−２Ｃ線矢視断面側面図である。
【図３】２つの組をなす穴を備えた空気旋回器の断面側面図であり、下流側で合体する空気流を示す図である。
【図４】２つの組をなす穴を備えた空気旋回器の断面側面図であり、互いに交差する空気流を示す図である。
【図５】燃料旋回器及び図２の空気旋回器を有する噴霧器システムの断面側面図である。
【図６】図５の噴霧器の正面図である。
【図７】変形例としての空気旋回器を有する噴霧器の断面側面図及び正面図である。
【図８】別の変形例としての空気旋回器を有する噴霧器の断面側面図及び正面図である。
【図９】２つの空気旋回器及び予備膜形成形燃料旋回器装置を有する噴霧器の断面側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
　１０，４０　空気旋回器（ａｉｒ　ｓｗｉｒｌｅｒ）
　１２　中心軸線
　１４，１８，４２，４４　開口部
　１６　前側フェース
　２２，４６，４８　空気流
　２４　ピンチポイント
　５０，９５　燃料旋回器
　５２　離散ジェット噴霧器
　５６　燃料送りライン
　６６　燃料スプレ又は円錐形皮膜
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月5日(2003.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2004122124.tif 000019
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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