(57)【要約】【課題】耐熱性が良い流体噴射装置を得る。【解決手段】燃焼器１０では、主ノズル１２が主噴射口１２Ａから主流体１８を噴射する。さらに、一対の副ノズル２４の副噴射口２４Ａが、主流体１８の噴射方向に対して逆方向でかつ該噴射方向に対して所定角度傾斜した方向から、子午面Ｔ内に位置する主流体１８の渦輪構造に向けて、副流体２８を噴射する。また、制御装置３０の制御により各副ノズル２４から副流体２８が間欠的に噴射される。このため、主流体１８を効率良く拡散させることができる。ここで、主ノズル１２及び副ノズル２４が耐熱性を有するため、燃焼器１０の耐熱性を良くできる。【選択図】図１
2007203267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主噴射口を備え、該主噴射口から主流体を噴射する主ノズルと、
断面積が前記主ノズルの主噴射口の断面積より小さい副噴射口を備え、該副噴射口が、前記主流体の噴射方向に対して逆方向でかつ該噴射方向に対して所定角度傾斜した方向から、前記主流体の噴射方向と直交する子午面内に位置する前記主流体の渦輪構造に向けて副流体を噴射するように設けられた複数の副ノズルと、
前記副ノズルの各々から前記副流体が間欠的に噴射するように前記副流体の噴射を制御する制御手段と、
を含む流体噴射装置。
【請求項２】
前記子午面の位置を前記主噴射口から前記主噴射口の直径に相当する距離離れた位置に想定した請求項１記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記副流体の流速を前記主流体の流速より速くした請求項１または請求項２記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記複数の副ノズルからの前記副流体の前記主流体との接触位置を、噴射された前記主流体と前記子午面とが交差して形成される子午線の周囲に沿って０°以上９０°以下の範囲内に等間隔に配置した請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記副噴射口の断面積を前記主噴射口の断面積に対して１／１００〜１／１３０の大きさにした請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主ノズルの主噴射口から噴射された主流体を拡散することができる流体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器、特にサイズの小さなものは、分散型のエネルギーシステムにおいて必要とされる。その場合、燃焼特性を改善する上で、バーナから噴出するガスの周囲ガス（酸素、空気）との混合が効率良く行われる必要がある。また、燃焼器は、様々な負荷の下で稼動されるため、ＮＯＸ等の低減を考えると、燃料と周囲ガスである酸化剤との混合も制御する必要がある。
【０００３】
ここで、外側ノズル内に内側ノズルが設けられると共に、外側ノズルの内壁に複数のフラップ型アクチュエータが配置された同軸ノズルがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
この同軸ノズルでは、外側ノズルから噴射される外側流体（例えば空気）の流速を内側ノズルから噴射される内側流体（例えばメタン）の流速より速くすると共に、すべてのフラップ型アクチュエータを矩形波で同時に駆動させると、フラップ型アクチュエータの動作に同期して外側流体のせん断層に強い渦輪が生じることで、内側流体が外側流体側へ引き出されて、内側流体と外側流体との混合が著しく促進される。
【０００５】
しかしながら、この同軸ノズルでは、外側ノズルの内壁に配置されるフラップ型アクチュエータが流体に接触すると共にプラスチックで形成されている。このため、同軸ノズルの耐熱性が悪くなる可能性がある。
【非特許文献１】［Ｎｏ．０１−１］日本機械学会２００１年度年次大会講演論文集（II）［２００１−８．２７〜３０，福井市］、「Ｋ−１３０９  アクチュエータ群を用いた円形噴流のアクティブ制御」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、耐熱性の良い流体噴射装置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】
【０００７】
請求項１に記載の流体噴射装置は、主噴射口を備え、該主噴射口から主流体を噴射する主ノズルと、断面積が前記主ノズルの主噴射口の断面積より小さい副噴射口を備え、該副噴射口が、前記主流体の噴射方向に対して逆方向でかつ該噴射方向に対して所定角度傾斜した方向から、前記主流体の噴射方向と直交する子午面内に位置する前記主流体の渦輪構造に向けて副流体を噴射するように設けられた複数の副ノズルと、前記副ノズルの各々から前記副流体が間欠的に噴射するように前記副流体の噴射を制御する制御手段と、を含んでいる。
【０００８】
請求項１に記載の流体噴射装置では、主ノズルの主噴射口より複数の副ノズルの各副噴射口が断面積を小さくされており、主ノズルが主噴射口から主流体を噴射すると共に、副ノズルが副噴射口から副流体を噴射する。
【０００９】
また、複数の副噴射口が、主流体の噴射方向に対して逆方向でかつ該噴射方向に対して所定角度傾斜した方向から、主流体の噴射方向と直交する子午面内に位置する主流体の渦輪構造に向けて、副流体を噴射する。しかも、制御手段が、副ノズルの各々から副流体が間欠的に噴射するように、副流体の噴射を制御する。
【００１０】
このため、主流体に副流体が効率良く混合されて主流体が刺激されることで、主流体を効率良く拡散させることができる。
【００１１】
ここで、主流体の渦輪構造には副流体が接触するだけであるので耐熱性を向上することができ、更に、副ノズルが耐熱性を有する構成にすることで、仮に流体噴射装置が燃焼器である場合でも、流体噴射装置の耐熱性を更に良くすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の流体噴射装置は、請求項１に記載の流体噴射装置において、前記子午面の位置を前記主噴射口から前記主噴射口の直径に相当する距離離れた位置に想定する。
【００１３】
請求項２に記載の流体噴射装置では、前記子午面の位置が主噴射口から主噴射口の直径に相当する距離離れた位置に想定されている。このため、主流体を一層効率良く拡散させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の流体噴射装置は、請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置において、前記副流体の流速を前記主流体の流速より速くする。
【００１５】
請求項３に記載の流体噴射装置では、副流体の流速が主流体の流速より速くされている。このため、主流体を一層効率良く拡散させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の流体噴射装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の流体噴射装置において、前記複数の副ノズルからの前記副流体の前記主流体との接触位置を、噴射された前記主流体と前記子午面とが交差して形成される子午線の周囲に沿って０°以上９０°以下の範囲内に等間隔に配置する。
【００１７】
請求項４に記載の流体噴射装置では、複数の副ノズルからの副流体の主流体との接触位置が、噴射された主流体と前記子午面とが交差して形成される子午線の周囲に沿って０°以上９０°以下の範囲内に等間隔に配置されている。このため、主流体を一層効率良く拡散させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の流体噴射装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の流体噴射装置において、前記副噴射口の断面積を前記主噴射口の断面積に対して１／１００〜１／１３０の大きさにする。
【００１９】
請求項５に記載の流体噴射装置では、副ノズルの副噴射口の断面積が主ノズルの主噴射口の断面積に対して１／１００〜１／１３０の大きさにされている。このため、主流体を一層効率良く拡散させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明の流体噴射装置によれば、耐熱性を良くすることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１には、本発明の流体噴射装置が適用されて構成された実施の形態に係る燃焼器１０が側面図にて示されている。なお、図面では、燃焼器１０の前方を矢印ＦＲで示し、燃焼器１０の上方を矢印ＵＰで示す。
【００２２】
本実施の形態に係る燃焼器１０は、例えばガスタービンや石油ファンヒータ等の暖房器用の燃焼器等に適用されるものである。
【００２３】
燃焼器１０は、鉄等で形成された耐熱性を有する主ノズル１２を備えており、主ノズル１２の後端部には、管状の導入管１４が設けられている。導入管１４の後端には、電磁バルブである主バルブ１６が設けられており、主バルブ１６が開放されることで、燃料である主流体１８（例えば、液体燃料）が導入管１４を介して主ノズル１２内に導入され、下記主噴射口１２Ａより噴射される。
【００２４】
主ノズル１２の前後方向中間部（導入管１４の前側）には、筒状のチャンバ部２０が設けられており、チャンバ部２０内は、導入管１４内に連通されると共に、導入管１４内に比し断面積が大きくされている。
【００２５】
主ノズル１２の前端部（導入管１４の前側）には、円管状の噴射管２２が設けられており、噴射管２２内は、チャンバ部２０内に連通され、かつ、導入管１４内に比し断面積が大きくされると共にチャンバ部２０内に比し断面積が小さくされている。噴射管２２の前端には、円状の主噴射口１２Ａが形成されており、上述の如く主バルブ１６が開放されることで、主流体１８が、導入管１４、チャンバ部２０及び噴射管２２を介して主噴射口１２Ａから、円錐台状の主噴流として酸化剤中（空気中）に噴射されると共に主噴流の周囲に断面円環状の渦輪構造が形成され、燃焼された状態で、前方へ噴射される。
【００２６】
主ノズル１２の主噴射口１２Ａの前側には、鉄、セラミックス等で形成された耐熱性を有する矩形管状の副ノズル２４（ミニノズル）が一対配置されており、一対の副ノズル２４は、主噴射口１２Ａの上側及び左右方向一側に配置されて、それぞれ後方（主噴流と逆方向）へ向かうに従い主噴射口１２Ａ側へ向かう方向へ傾斜されている。
【００２７】
副ノズル２４の基端には、電磁バルブである副バルブ２６が設けられており、副バルブ２６が開放されることで、副流体２８（例えば主流体１８と同じ流体、酸化剤を含む流体等）が副ノズル２４内に導入される。副ノズル２４の先端には、矩形状の副噴射口２４Ａが形成されており、副バルブ２６が開放されることで、副流体２８が副ノズル２４を介して副噴射口２４Ａから噴射される。
【００２８】
一対の副噴射口２４Ａは、噴射された主流体１８の外側でかつ主流体１８の噴射方向（前方）と直交する平面（子午面）Ｓ内に配置されており、図２に示す如く、主噴流の周囲に角度θ、例えば９０°の間隔で配置されている。
【００２９】
副噴射口２４Ａの断面積（副流体２８の噴射方向に垂直な断面積）は、主噴射口１２Ａの断面積（主流体１８の噴射方向に垂直な断面積）に対して小さく、例えば１／１００〜１／１３０の大きさにされており、副流体２８の噴射速度は、主流体１８より流速が若干速くなるようにポンプ等によって供給される。
【００３０】
これにより、図１に示す如く、一対の副噴射口２４Ａからの副流体２８が、主流体１８の噴射方向（前方）に対して逆方向（後方）でかつ該噴射方向に対して所定角度（例えば５°〜１０°好ましくは５°〜６°）傾斜した方向から、主流体１８の噴射方向と直交する子午面Ｔ内に位置する主流体１８の渦輪構造に向けて、噴射される。また、子午面Ｔは、主バルブ１６の主噴射口１２Ａから主噴射口１２Ａの直径Ｄに等しい距離Ｘだけ前方（主流体１８の噴射方向）へ離れた位置に配置されると共に、一対の副噴射口２４Ａからの副流体２８の主流体１８の渦輪構造との接触位置は、主流体１８と子午面Ｔとが交差して形成される子午線の周囲に沿って９０°離間している。
【００３１】
上記主バルブ１６及び一対の副バルブ２６は、制御手段としての制御装置３０（コンピュータ）に接続されており、制御装置３０の制御によって、主バルブ１６及び一対の副バルブ２６が間欠的で、かつ交互に開放制御される。
【００３２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
以上の構成の燃焼器１０では、制御装置３０の制御によって主バルブ１６が継続して開放されることで、主ノズル１２が主噴射口１２Ａから主流体１８を、渦輪構造を有する円錐台状の噴流として噴射されると共に燃焼された状態で、継続して前方へ噴射する。
【００３４】
さらに、制御装置３０の制御によって一対の副バルブ２６が開放されることで、一対の副ノズル２４の副噴射口２４Ａから、主流体１８の噴射方向に対して逆方向でかつ該噴射方向に対して所定角度傾斜した方向から、子午面Ｔ内に位置する主流体１８の渦輪構造に向けて、副流体２８が間欠的で、かつ交互に噴射される。
【００３５】
すなわち、制御装置３０は、一対の副バルブ２６を制御することで、副ノズル２４の各々から副流体２８が間欠的に噴射するように、副流体２８の噴射を制御する。具体的には、図３に示す如く、制御装置３０は、一対の副バルブ２６の双方に対して、副バルブ２６を所定時間Ｔ１開放して副ノズル２４から所定時間Ｔ１副流体２８を噴射させた後に副バルブ２６を特定時間Ｔ２（例えば所定時間Ｔ１の２倍の時間）閉鎖して副ノズル２４からの副流体２８の噴射を特定時間Ｔ２停止させる制御を、繰り返す。しかも、制御装置３０は、一方の副バルブ２６を所定時間Ｔ１開放して一方の副ノズル２４から所定時間Ｔ１副流体２８を噴射させた直後に他方の副バルブ２６を所定時間Ｔ１開放して他方の副ノズル２４から所定時間Ｔ１副流体２８を噴射させることで、一方の副バルブ２６を開放して一方の副ノズル２４から副流体２８を噴射させている間は他方の副バルブ２６を閉鎖して他方の副ノズル２４からの副流体２８の噴射を停止させる。
【００３６】
このため、主流体１８に副流体２８が効率良く混合されて主流体１８の渦輪構造が刺激されることで、主流体１８を子午面Ｔより下流において断面楕円状にさせて、主流体１８を効率良く拡散させることができる。これにより、ＮＯＸ等の発生を低減することができる。
【００３７】
また、副流体２８が主噴射口１２Ａから主噴射口１２Ａの直径Ｄに相当する距離Ｘだけ前方へ離れた位置の渦輪構造に噴射される。さらに、副流体２８の流速が主流体１８の流速より若干速くされている。しかも、一対の副噴射口２４Ａからの副流体２８の主流体１８との接触位置が、主流体１８と子午面Ｔとが交差して形成される子午線の周囲に沿って９０°離間して配置される。さらに、副噴射口２４Ａの断面積が主噴射口１２Ａの断面積に対して１／１００〜１／１３０の大きさにされている。このため、主流体１８を一層効率良く拡散させることができる。
【００３８】
ここで、主ノズル１２及び副ノズル２４が耐熱性を有し、副ノズル２４は主流体１８の渦輪構造に接触しない位置に配置されているため、燃焼器１０の耐熱性を良くすることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、一対の副噴射口２４Ａからの副流体２８と主流体１８との接触位置を、主流体１８の周囲に沿って９０°離間して配置した構成としたが、０°以上９０°以下の範囲内、例えば４５°の間隔で配置してもよい。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、副ノズル２４を一対設けた構成としたが、副ノズル２４を３つ以上設けた構成としてもよい。この場合、３つ以上の副噴射口２４Ａからの副流体２８の主流体１８との接触位置が、主流体１８と子午面Ｔとが交差して形成される子午線の周囲に沿って０°以上９０°以下の範囲内に等間隔に配置した構成にするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃焼器を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃焼器における主噴射口と副噴射口との配置を示す前方から見た模式図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る燃焼器における一対の副バルブの各々に対する制御装置の制御を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０    燃焼器（流体噴射装置）
１２    主ノズル
１２Ａ  主噴射口
１８    主流体
２４    副ノズル
２４Ａ  副噴射口
２８    副流体
３０    制御装置（制御手段）
Ｔ    子午面
【図１】
2007203267.tif 000003
【図２】
2007203267.tif 000004
【図３】
2007203267.tif 000005