(57)【要約】【課題】燃料噴射圧力を任意の圧力に保持したまま燃料流量を調節可能として燃料を燃焼室内へ効率よく噴射し、燃焼性能を向上させる。【解決手段】燃料噴射弁１は、燃料流入口２ｂに環状空間２ｆ等を介して連通する燃料噴射孔２ａが先端に開口して設けられた燃料噴射弁本体２と、先細のテーパ軸部３ａが燃料噴射孔２ａに臨ませられて燃料噴射弁本体２内に設けた弁支持部材６に軸方向に移動可能に嵌合して設けられたニードルバルブ３と、燃料噴射弁本体２の後端に設けられ、ニードルバルブ３の軸方向における移動位置を調節してニードルバルブ３による燃料噴射孔２ａの開度を変化させる電磁アクチュエータ４とを備えた構成とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料通路に連通する燃料噴射孔が先端に開口して設けられた燃料噴射弁本体と、先細のテーパ軸部が前記燃料噴射孔に臨ませられて燃料噴射弁本体内に軸方向に移動可能に設けられたニードルバルブと、前記燃料噴射弁本体の基端に設けられ、前記ニードルバルブの軸方向における移動位置を調節して該ニードルバルブによる前記燃料噴射孔の開度を変化させるアクチュエータとを備えていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記アクチュエータは、電気量に対応して電磁吸引力を変化させ、前記ニードルバルブに連結された可動鉄心の移動位置を調節する電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記燃料噴射弁本体が、前記燃料噴射孔をガスタービンの燃焼器の燃焼室内に向けて該燃焼器に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃焼器等の連続燃焼装置の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃焼器においては、着火時、低負荷時から高負荷時までの負荷に対応させた広い流量範囲の燃料を、出来るだけ燃料噴射圧力を一定に保って燃料噴射弁から噴霧させる必要がある。そのため、従来、負荷範囲の大きさに対応させた大小２種類の燃料噴射孔を備え、燃料ポンプから送り出されて圧力と流量をそれぞれ調整された燃料を、負荷の大きさによって選択された一方または両方の燃料噴射孔を通して燃焼器の燃焼室内に噴霧するようにした燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５９７５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の燃料噴射弁においては、前記燃料噴射孔の開口の大きさが一定の固定オリフィスであるために、燃料噴射弁に供給される燃料の流量が低下された場合には、圧力制御弁によって圧力が設定値に調整された燃料であっても燃料噴射孔の開口部での燃料噴射圧力が低下するので、ガスタービンの燃焼器に対する燃焼噴霧状態を悪化させ、結果的に燃焼器の着火性能、保炎性能、燃焼効率、エミッション、排気濃度等を悪化させる問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、燃料噴射圧力を任意の圧力に保持したまま燃料流量を調節可能として燃料を燃焼室内へ効率よく噴射することができ、燃焼性能を向上させることができる構造の簡単な燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る燃料噴射弁は、燃料通路に連通する燃料噴射孔が先端に開口して設けられた燃料噴射弁本体と、先細のテーパ軸部が前記燃料噴射孔に臨ませられて燃料噴射弁本体内に軸方向に移動可能に設けられたニードルバルブと、前記燃料噴射弁本体の基端に設けられ、前記ニードルバルブの軸方向における移動位置を調節して該ニードルバルブによる前記燃料噴射孔の開度を変化させるアクチュエータとを備えた構成としたことを特徴としている。
この燃料噴射弁においては、燃料噴射弁本体の燃料噴射孔がニードルバルブのテーパ軸部とによって可変オリフィスとして構成され、アクチュエータによって前記ニードルバルブが位置調節されることによって前記可変オリフィスの開口面積が調節される。これにより、燃料噴射弁本体の燃料流入口に供給された燃料が所定圧力を維持した状態で燃料噴射孔からの噴射量を調整される。
【０００６】
前記燃料噴射弁において、前記アクチュエータが、電気量に対応して電磁吸引力を変化させ、前記ニードルバルブに連結された可動鉄心の移動位置を調節する電磁アクチュエータであると、ニードルバルブの位置調節機構の構成が簡単となり、実施が容易となる。
【０００７】
また、前記燃料噴射弁において、前記燃料噴射弁本体が、前記燃料噴射孔をガスタービンの燃焼器の燃焼室内に向けて該燃焼器に取り付けられた構成とすると、燃焼器における燃焼性能を大幅に向上させることができ、ガスタービンの安定運転を確保することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁本体の燃料噴射孔がニードルバルブの軸方向の移動位置によって開度が調節される可変オリフィスとして構成されているので、前記燃料噴射孔の開度を変化させて燃料流量の調節を容易に行え、燃料流量を変化させても、圧力を調節されて燃料噴射弁本体に供給された燃料が、従来の固定オリフィス型の燃料噴射孔のように、特に流量を少量に変化したときに燃料噴射孔からの燃料噴射圧力の低下を来すといった問題が生じることなく、燃料流量の調節の範囲に関わりなく、常に、任意に設定された燃料噴射圧力を維持した状態で燃料を効率良く噴射することができる。
【０００９】
このため、連続燃焼装置において、良好な着火性能、保炎性能、燃焼効率、エミッション、排気濃度等の燃焼性能に関して良好な改善効果を得ることができる。
また、燃料噴射弁の燃料噴射孔自体が可変オリフィスとして燃料流量制御機能を有するので、従来、燃料供給ラインに設置していた燃料流量制御弁が不要となると共に、燃料噴射弁への燃料供給配管の本数も一本で足りるので、燃料系統が単純化され、装置の小型化、製造コストの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態に係る燃料噴射弁について図１を参照して説明する。
図１において、１は本発明の一実施の形態に係る燃料噴射弁を示す。この燃料噴射弁１は、燃料噴射孔２ａを先端に有する燃料噴射弁本体２と、該燃料噴射弁本体２内に軸方向に移動自在に配置され、前記燃料噴射孔２ａの開口面積を調節するたニードルバルブ３と、該ニードルバルブ３の移動位置を制御するリニア型の電磁アクチュエータ４とを備え、前記燃料噴射弁本体２が、ガスタービンの燃焼器５に取り付けられ、前記燃料噴射孔２ａを燃焼器５の燃焼室５ａ内に向けて設けられている。
【００１１】
前記燃料噴射弁本体２は、円筒状に形成され、その先端に前記燃料噴射孔２ａが貫通して設けられ、基端部側（図１で上端部側）の側壁に燃料流入口２ｂが内部２ｃに連通して設けられており、先端部側がガスタービンの燃焼器５に取り付けられ、前記燃料噴射孔２ａが燃焼器５の燃焼室５ａに開口されている。前記燃料噴射孔２ａは、燃料噴射弁本体２の内部側の平行孔部２ｄと、該平行孔部２ｄより外側が先広がりとされたテーパ孔部２ｅとを備えている。
【００１２】
また、前記燃料噴射弁本体２の内部２ｃには、それと軸線を一致させた弁挿通穴６ａを有する円筒状の弁支持部材６が、上端に設けたフランジ６ｂを燃料噴射弁本体２の基端（図１で上端）に固定して設けられており、前記弁支持部材６は、その先端が燃料噴射弁本体２の底部に液密に当接され、前記弁挿通穴６ａが前記燃料噴射孔２ａの平行孔部２ｄに連通されている。また、前記弁支持部材６の外周部と前記燃料噴射弁本体２の内壁との間には環状空間（燃料通路）２ｆが形成され、前記弁支持部材６の先端には、前記環状空間２ｆと前記燃料噴射孔２ａの平行孔部２ｄとを前記弁挿通穴６ａの先端部（燃料通路）を介して連通させる複数の連絡孔（燃料通路）６ｃが、直径方向にに向けて周方向に所定間隔をあけて設けられている。
【００１３】
前記ニードルバルブ３は、非磁性部材で構成され、先端側に先窄まりのテーパ軸部３ａが設けられ、基端側に平行軸部３ｂが設けられており、前記弁支持部材６の弁挿通穴６ａ内に平行軸部３ｂがその軸方向（図１で上下方向）に摺動自在に嵌合され、前記テーパ軸部３ａの先端部が前記燃料噴射弁本体２における燃料噴射孔２ａ内に臨ませられている。  なお、前記弁支持部材６の弁挿通穴６ａの上端部にはＯリング７が装着され、前記ニードルバルブ３と弁挿通穴６ａとの嵌合隙間を液密に保っている。また、前記弁支持部材６のフランジ６ｂの上端には、前記電磁アクチュエータ４が固定され、その棒状の可動鉄心に前記ニードルバルブ３の平行軸部３ｂの基端（図１で上端）が連結されている。
【００１４】
前記電磁アクチュエータ４は、その電磁コイルに流す電流（電気量）を制御することにより電磁吸引力を変化させ、前記可動鉄心また該可動鉄心に連結された出力軸を、それらの軸方向における移動ストロークの全域にわたって安定させて変位させる従来周知のものである。
前記燃料噴射弁本体２の燃料流入口２ｂには、燃料ポンプ８を設けた燃料供給ライン９を介して燃料供給源が連絡されており、前記燃料ポンプ８の下流側の燃料供給ライン９ａには、該燃料供給ライン９ａの燃料の一部を燃料供給源側に戻しながら、燃料流入口２ｂに流入する燃料の圧力を制御する圧力調整弁または比例圧力調整弁等の圧力制御弁１０が設けられている。
【００１５】
前記圧力制御弁１０は、制御装置１１に電気的に接続され、該制御装置１１に設けた圧力設定器１２の設定値にもとづいて制御部１３によって動作され、燃料供給ライン９ａを流れる燃料の圧力を任意に制御するようになっている。また、前記電磁アクチュエータ４には、その電磁コイルに電流を流す電流調節器１４が接続され、該電流調節器１４は、前記制御装置１１に電気的に接続され、制御装置１１に設けたニードル位置設定器１５の設定値にもとづいて前記制御部１３によって動作され、前記電磁アクチュエータ４の電磁コイルに流す電流量を調節し、ニードル位置設定器１５による電流設定値に対応して前記ニードルバルブ３の軸方向における移動位置を所定関係のもとに変化させるようになっている。すなわち、前記ニードル位置設定器１５による電流量と、ニードルバルブ３の軸方向における移動位置にもとづく前記燃料噴射孔２ａの開口面積の大きさ（燃料の流量（燃料噴射量））が一定の関係で変化し得るようになっている。前記電流調節器１４とニードル位置設定器１５と制御部１３とによってニードル位置制御器１６が構成されている。
【００１６】
前記実施の形態に係る燃料噴射弁１においては、燃料供給源から所要の燃料が、前記燃料ポンプ８によって吸入されて、燃料供給ライン９を通して前記燃料噴射弁本体２の燃料流入口２ｂに供給される。該燃料流入口２ｂに供給された燃料は、前記環状通路２ｃを通って、その底部に至って前記弁支持部材６の先端の連絡孔６ｃを通り、該弁支持部材６の弁挿通穴６ａ内から、前記燃料噴射孔２ａの平行穴部２ｄと前記ニードルバルブ３のテーパ軸部３ａとで形成される可変オリフィスから、前記ガスタービンの燃焼器５の燃焼室５ａ内へ噴射され、前記燃料噴弁本体２の外周側から燃焼器５の燃焼室５ａ内に導入された圧縮エアによって燃焼される。
【００１７】
その際、前記燃料噴射弁本体２の燃料流入口２ｂから燃料噴射孔２ａの平行孔部２ｄに供給される燃料の圧力は、前記圧力制御弁１０によって前記制御装置１１の圧力設定器１２で予め設定された圧力に調節される。また、前記ニードルバルブ３の移動位置によりテーパ軸部３ａと燃料噴射孔２ａの平行孔部２ｄとの間に形成される開口部（可変オリフィス）を通過する燃料の流量は、前記制御装置１１のニードル位置設定器１５の設定値にもとづいて、前記電流調節器１４が電磁アクチュエータ４の電磁コイルに供給する電流を変化させることによってニードルバルブ３の移動位置が調節される。
【００１８】
ガスタービンの負荷の変化に対応して前記燃料噴射弁１の燃料噴射孔２ａから前記燃焼器５の燃焼室５ａに噴射させる燃料の流量を調整する場合には、前記ニードル位置設定器１５に従って制御部１３によって動作される電流調節器１４によるニードルバルブ３の移動位置によって任意に調節することができる。この燃料流量の調節は、燃料噴射弁本体２の燃料噴射孔２ａ部の可変オリフィスで行われるため、前記制御装置１１の圧力設定器１２に従って制御部１３によって動作される前記圧力制御弁１０で予め調節された圧力は、前記燃料調節に影響されることなく、設定値通りに安定して維持される。
【００１９】
以上説明したように、一実施の形態に係る燃料噴射弁１は、燃料流入口２ｂ、環状空間２ｆ、弁支持部材６の連絡孔６ｃ等からなる燃料通路に連通する燃料噴射孔２ａが先端に開口して設けられた燃料噴射弁本体２と、先細のテーパ軸部３ａが前記燃料噴射孔２ａに臨ませられて前記弁支持部材６の弁挿通穴６ａに嵌合させて燃料噴射弁本体２内に軸方向に移動可能に設けられたニードルバルブ３と、前記燃料噴射弁本体２の基端に設けられ、前記ニードルバルブ３の軸方向における移動位置をニードル位置制御器１６により調節して該ニードルバルブ３による前記燃料噴射孔２ａの開度を変化させる電磁アクチュエータ４とを備えた構成とされている。
【００２０】
したがって、前記実施の形態に係る燃料噴射弁１によれば、燃料噴射弁本体２の燃料噴射孔２ａがニードルバルブ３の軸方向の移動位置によって開度が調節される可変オリフィスとして構成されているので、前記燃料噴射孔２ａの開度を変化させて燃料の流量を変化させても、圧力制御弁１０で圧力を調節されて燃料噴射弁本体２に供給された燃料が、従来の固定オリフィス型の燃料噴射孔のように、特に流量を少量に変化したときに燃料噴射孔２ａからの燃料噴射圧力の低下を来すといった問題が生じることなく、燃料流量の調節の範囲に関わりなく、常に、任意に設定された燃料噴射圧力を維持した状態で燃料を効率良く噴射することができる。
【００２１】
このため、ガスタービンの燃焼器５において、良好な着火性能、保炎性能、燃焼効率、エミッション、排気濃度等の燃焼性能に関して良好な改善効果を得ることができる。
前記圧力制御弁１０を比例圧力制御弁としたときには、燃料流量と燃料噴射圧力を無段階にかつ自在に変更可能なことから、任意の燃料流量における最適な燃料噴射圧力の制御が可能となり、上記のような燃焼性能を一層改善することができる。
また、燃料噴射弁１の燃料噴射孔２ａ自体が可変オリフィスとして燃料流量制御機能を有するので、従来、燃料供給ラインに設置していた燃料流量制御弁が不要となると共に、燃料噴射弁１への燃料供給配管の本数も一本で足りるので、燃料系統が単純化され、装置の小型化、製造コストの低減が可能となる。
【００２２】
なお、前記一実施の形態に係る燃料噴射弁１においては、前記ニードルバルブ３の移動位置を調節するアクチュエータとして、リニア型の電磁アクチュエータを使用したが、これに限らず、油圧、空圧シリンダを使用してもよく、また、リニア型でなく回転運動を直線運動に変換させる機構を有する型式のものであってもよい。
前記一実施の形態に係る燃料噴射弁１は、ガスタービンの燃焼器５内に燃料を噴霧する燃料噴射弁に適用した場合の例であるが、本発明はこれに限らず、ボイラ、焼却炉、乾燥炉等の連続燃焼装置のバーナにも適用して、同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  燃料噴射弁
２  燃料噴射弁本体
２ａ  燃料噴射孔
２ｂ  燃料流入口
３  ニードルバルブ
３ａ  テーパ軸部
４  電磁アクチュエータ
５  ガスタービンの燃焼器
６  弁支持部材
８  燃料ポンプ
９，９ａ  燃料供給ライン
１０  圧力制御弁
１１  制御装置
１６  ニードル位置制御器
【図１】
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