(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用の第１および第２の気流（２９、３０）を供給するために、それぞれの気流（２９、３０）に対応する空気用の第１および第２の導管（１０、３１）と接続する給気手段と、
環状の前記第１の導管（１０）を通過する第１の気流（２９）をかき混ぜながら送風する旋回羽根（８）と、
前記第１の導管の内側に配置した前記第２の導管（３１）と、
少なくとも一つのハウジング（１５）に液体燃料を流す燃料導管（５６）と
を備えており、
前記ハウジング（１５）内で、前記第２の導管（３１）から空気を注入するように接続する注入口オルフィス（２２）と、前記第１の導管（１０）への排出口となる注出口オルフィス（３４）と、前記液体燃料が入る燃料充填室（２５）を挟むように一直線上に並んで配置された前記注入口オルフィス（２２）と前記注出口オルフィス（３４）とを一対にして、前記燃料充填室（２５）にこのオルフィス対を多数配置しており、
前記注入口オルフィス（２２）と前記注出口オルフィス（３４）との間の前記燃料充填室（２５）に、前記第２の導管（３１）からの空気を前記多数の注入口オルフィス（２２）から流れ込むようにして、
そして、前記燃料充填室（２５）から、ジェットポンプ作用により多数の燃料／空気ジェットを前記第１の導管（１０）内に発射して、
前記旋回羽根（８）で送出された前記第１の気流（２９）内に、前記液体燃料と前記第２の気流とを拡散することを特徴とする液体燃料の燃焼器具のための燃料噴射装置。
【請求項２】
前記給気手段により供給された前記空気のうち、前記第２の気流（３０）へ注がれる空気よりもより多くの空気が前記第１の気流（２９）へ注がれる請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記給気手段により供給された前記空気のうち約８０％が前記第１の気流（２９）へ注がれ、前記給気手段により供給された前記空気のうち約２０％が前記第２の気流（３０）へ供給される請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記注入口オルフィス（２２）が前記ハウジング内のバリア（１９）に取付けられており、前記バリア（１９）が前記ハウジング内で前記燃料充填室（２５）と空気室（２４）を分離するものであって、前記空気室（２４）が前記第２の導管（３１）からの気流を流入するように接続する請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記ハウジングの形態として、空気用の第２の導管（４２）の端壁（４４）と側壁（２１）とが成す空間の中で、その一部の空間としてハウジング（４０）を定める請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第２の導管（３１）の壁（２１）から前記第１の気流の通路に向けて放射状に伸延させたポストの形態をとる請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
少なくとも前記ハウジングの一つには、前記第２の導管の壁から放射状に伸延した環状または半環状の形態のハウジングを含む請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記注出口オリフィス（３４）は、燃料が前記第１の気流の流れの方向に従って前記第１の気流（２９）に噴出されるように配置される請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記注出口オリフィス（３４）は、燃料が前記第１の気流の流れの方向に対してある角度をなして前記第１の気流（２９）に噴出されるように配置される請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
燃料充填室（２５、４１）の注出口オリフィス（３４、４７）は、燃料充填室（２５、４１）の注入口オリフィス（２２、４６）の断面積よりも大きい断面積である請求項１乃至９のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃料噴射装置に合体するガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関する。「噴射装置」の用語は、混合装置を含むことが意図されている。その混合装置では液体燃料と空気とが、燃焼器具、例えばタービン、エンジン、バーナー等内で燃焼されるための混合物を形成するために混合される。また従って、この用語は特にキャブレータおよびバーナーミキサー装置をも含む。本発明は、特にガス燃料のリーンバーン燃焼器装置に適している。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来型の、環状の気流導管１０の内部に位置づけられる室を明確にするハウジングを有する、燃料噴射装置を示している。ハウジング１は、側壁２、３と端壁４により明確にされ、液体燃料充填部５として作用する。充填部５には液体燃料が循環部の導管６を経て供給される。導管６は環状の導管１０により囲まれている。ハウジング１は、燃料がその間を導管６から充填部５へ流れるのに適した相互接続とともに、燃料導管６から外の方に放射状に拡張する燃料ポストの形態を特に取り得るということが理解されるべきである。また、一般にこのようなポストが複数個、導管６の周りに配置され得る。二者択一の関係で、ハウジング１は、燃料導管６の周りを全部または部分的に取り囲むように拡張する環状または半環状の形態となり得る。いずれにしてもハウジング１は、複数個の放射状および／または円周状に間隔のある孔７または孔７の列とともに形成されている。その孔７を通って燃料の噴射は気流１１へと通過する。気流１１は充填部５を取り囲む導管１０を通って流れ、また、ハウジング１の周りおよびハウジング１を過ぎて通過する。これにより燃料が気流１１へと載せられる。導管１０は従来、気流を旋回させるためのブレード８を有する。燃料と空気は、燃焼可能な混合物を形成するために空気がハウジング１から下流に動くにつれ一緒に混合される。この燃焼可能な混合物は、燃焼室１４内で燃焼される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の装置は、多くの不利益を被っている。燃料と空気の配分の統一を確実にするために、大量の孔７がなければならず、またこのため各孔の面積は小さくなり得る。このことは、製造技術が精密な公差を伴うことを意味するとともに、使用中は、この孔が堆積物の蓄積のために塞がれる傾向があることをも意味する。このように塞がれた孔では、燃料の搭載が乏しくなり、また、燃料の燃焼の能率が上がらない結果となる。さらに、小さい孔は燃料の気流への浸透を限定し、従って、燃料／空気混合過程の効率を制限する。
【０００４】
本発明は、上記の欠点を克服する燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の形態によれば、液体燃料の燃焼器具のための燃料噴射装置が提供される。この燃焼器具は、各前記導管内の第１および第２の気流を供給するための第１および第２の導管、および、液体燃料をハウジングへ流すための第３の導管に接続された給気手段を有する。前記ハウジングは、おおよそ一直線上に並んで配置した少なくとも１対のオリフィスを有する燃料充填室に合体し、また、前記オリフィスは注入口オリフィスと注出口オリフィスにより構成される。また、注入口オリフィスは、第２の導管に接続されている。この第２の導管により、使用中の、第２の気流中の空気は、充填室外の燃料を注出口オリフィス経由で前記第１の導管へと噴出するために、充填室へと流れる。第１の導管では前記燃料が、前記第１の気流に載せられる。
【０００６】
好ましい実施例において、給気手段により供給された空気のうち、第２の気流へ注がれるよりも高い割合の空気が第１の気流へ注がれる。例えば、給気手段により供給された空気のうち約８０％が第１の気流へ、約２０％が第２の気流へ注がれる。
【０００７】
第１の導管は環状の形態であり、第２の導管を取り囲んでもよい。また、第２の導管はバリアにより第３の導管から分離されてもよい。
【０００８】
さらに、バリアはハウジング内のバリアを拡張したものでもよい。ハウジングバリアは注入口オリフィスとともに形成されている。
【０００９】
ハウジングは、少なくとも一部分は、第２の導管における側壁と端壁との間で明確にされ得る。または、壁から放射状に拡張したポストの形態を取り得る。または、第１の導管を第２の導管から分かつ壁から、第１の気流の経路へと放射状に拡張したポストの形態を取り得る。または、第１の導管を第２の導管から分かつ壁から、放射状に拡張した環状あるいは半環状の形態を取り得る。
【００１０】
この、または各注出口オリフィスは、燃料が、第１の気流の流れる方向に従って第１の気流へと圧入されるように配置され得る。または代わりに、燃料が、第１の気流の流れる方向に対して斜めに第１の気流へと圧入されるように配置され得る。
【００１１】
好ましい実施例において、燃料充填室は、１個の燃料を受け取るための第１の燃料室を構成する。また、使用中の、第２の燃料を受け取るための第２の燃料充填室が供給される。また、第２の燃料充填室は少なくとも１個のオリフィスにより第２の導管に接続され得る。第２の導管では、第２の燃料が第１の燃料充填室へと流れ得る。
【００１２】
１個の燃料と次の燃料とは発熱量が相違し得る。また、制御手段は燃焼器具の作動状態に対する応答における２個の燃料の流れを制御するために提供される。
【００１３】
本発明のさらなる形態によれば、液体燃料の燃焼器具のための燃料噴射装置が提供される。これは、気流の流れのための第１の導管と、第１の燃料が第１の燃料充填室へ流れるための第２の導管を有する。第１の燃料充填室は、実質的にまっすぐな配置における少なくとも１対のオリフィスを有する。前記オリフィスは注入口オリフィスと注出口オリフィスにより構成される。注入口オリフィスは、第１の導管に接続されている。この配置はまた、第２の燃料が第２の燃料充填室へ流れるための第３の導管を有している。第２の燃料充填室は、第１の燃料充填室における前記注出口オリフィスとともに、おおよそ一直線上に並んだ配置で少なくとも１個の注出口オリフィスを有する。
【００１４】
第２の燃料は第２の燃料充填室から、また、第１の導管を経由して第１の燃料充填室へと流れ得る。
【００１５】
第１の燃料と第２の燃料とで異なる発熱比率を有するのが好ましい。また、制御手段は燃焼器具の作動状態に対する応答における２個の燃料の流れを制御するために提供される。
【００１６】
上記の装置において、燃料充填室または第１の燃料充填室における、この、または各注出口オリフィスは、この、または各注入口オリフィスの断面積よりも大きくなり得る。
【００１７】
本発明のさらなる形態によれば、液体燃料噴射装置の動作方法が提供される。これによれば、気流中の空気は、液体燃料を包含する燃料充填室へ、前記燃料充填室の少なくとも１個の注入口オリフィスを経由して流されている。また、前記燃料は、前記第１の充填室からの空気の前記流れにより、前記燃料充填室の少なくとも１個の注出口オリフィスを経由してさらなる気流へと噴出される。
【００１８】
このような方法が、前記液体燃料の前記燃料充填室への流れを分断するさらなる工程を有することが好ましい。また、さらなる液体燃料がさらなる燃料充填室へ流れるようにし、前記さらなる液体燃料が前記さらなる燃料充填室から前記燃料充填室の少なくとも１個の注出口オリフィスを経由して前記気流に通過するようにし、前記さらなる液体燃料と前記気流からの空気が、前記燃料充填室の少なくとも１個の注出口オリフィスを経由して前記燃料充填室へと通過するようにし、また、前記燃料充填室を離れるようにする。
【００１９】
さらに、前記さらなる液体燃料充填室における前記さらなる燃料の圧力が前記気流の圧力よりも大きいことが好ましく、これにより、前記気流からの空気が前記燃料充填室へと通過することが多大に防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、添付図面を参照して以下に記載する。
【００２１】
図１の装置は、第１の環状の導管１０内を流れる第１の気流２９を図示する。この導管１０は、ハウジング２６から気流へ圧入された燃料の完全な混合を促進するために、気流２９を旋回させる旋回羽根８と合体している。気流２９における空気は、給気手段（図示なし）により旋回羽根８の上流に供給される。しかし、この給気手段はまた、第２の環状部導管３１内を流れる第２の気流３０のための空気をも供給する。環状部導管３１は、環状導管１０により囲まれている。２個の導管は壁２１により分離され、環状導管３１の内壁は、燃料供給手段３５へと燃料を供給する円周部燃料導管５６の壁５５により明確にされる。給気手段により供給される空気の総量のうち一定の割合が第１の気流２９へ送られること、また、一定の割合が第２の気流３０へ送られることは明らかとなり得る。すなわち、常に、例えば、給気手段により供給された空気の一定の割合が冷却のために使用されるような場合は必ずしもはないが、この２個の割合が、給気手段により供給される空気の１００％と、総じてなるのが標準的な場合である。図１の実施例において、給気手段により供給された空気のうち実質８０％が第１の気流を形成するために第１の導管１０に流れ、残りの割合、すなわち実質２０％が第２の気流を形成するために第２の導管３１に流れることが特に予見される。
【００２２】
ハウジング１５は、壁２１から放射状に、また、導管１０を放射状に横切って拡張している。また、ハウジング１５は、平らな端壁１８とともに直立のシリンダまたはポストの形態を取り得、あるいは、壁２１の円周部分の周りに拡張した形態で半環状的であり得るし、あるいは環状的形態であり得る。
【００２３】
いずれにしても、ハウジング１５は壁２１から実質、直角に拡張し、端壁１８により内部接続している２個の側壁１６、１７を有している。
【００２４】
バリア１９は、壁５５を横断するように形成され、ハウジング１５の側壁１６、１７の間に拡張している。また、バリア１９は、ハウジング１５における空気室２４および燃料充填室２５を明確にするように作動する。すなわち、バリアは、下記の如き目的のため、複数個の注入口オルフィス２２で形成されている。バリア１９は、導管３１を横切るバリアを形成するため、壁２１を抜け、導管３１へと通過する。導管３１は、第２の気流３０の空気を、バリア１９の一方の面、すなわち示されているように左面に向いている、ハウジング１５における空気室２４へと注ぐように作動する。
【００２５】
バリア１９の右面に向く燃料充填室２５は、燃料供給手段３５から液体燃料を受け取る。示されているように、燃料供給手段３５は、バリア１９の右面に向かう導管５６からの延長として表示されている。しかし、どの装置も、それがバリア１９のそれぞれ反対面における空気室２４、２５への空気と燃料の供給を伴うことが考えられる。
【００２６】
上記のように、バリア１９は複数個の注入口オルフィス２２を有する。この注入口オルフィス２２は、その壁テーパーが燃料充填室２５へ向かうジェットオリフィスとして形成される。燃料充填室２５の右側の壁を構成する側壁１７もまた注出口オリフィス３４を構成する。各注出口オリフィス３４は、各注入口オルフィス２２とともにおおよそ一直線上に並んで配置されている。（例えば図１のＡ−Ａ線）しかし、注入口オルフィス２２は、注出口オリフィス３４よりも直径が小さい。
【００２７】
導管３１への給気手段からの圧力下において供給された空気は、バリア１９を用いて空気室２４へと注がれるように流れる。また、それゆえ、注入口オルフィス２２を経由して、注出口オリフィス３４を経由して燃料を、ハウジング１５の周りを流れる第１の気流２９へ噴出するために燃料充填室２５に注がれる。
【００２８】
燃料は燃焼室１４で燃焼するための燃焼可能な混合物を提供するために、第１気流の中で空気と混合され得る。このような混合は、旋回羽根８による第１の気流の回転運動により助けられるものである。
【００２９】
第２の気流からの空気もまた、ハウジング１５の下流の燃料／空気混合物の一部となるために、注出口オリフィス３４を経由して充填室から流れ出ることができるのが理解されなければならない。従って、給気手段により供給された全ての空気が導管１０と導管３１に流れるような、通常の装置においては、ハウジング１５の下流の混合物は、供給された空気の全てを含有し得る。このようにして、制御された偏向性のある混合物が得られる（図５を参照）。
【００３０】
燃料充填室２５内の燃料には、空気の事前混合のものが、ほとんど無いか、または全く無い、ということが認識されるべきである。むしろ、燃料充填室２５内部の空気の作用は、燃料を注出口オリフィス３４へと押し流すジェットポンプの作用である。
【００３１】
図１に見られるように、オリフィス３４は、燃料が、導管１０に沿う、すなわち導管１０の軸と平行な流れの軸の方向で気流２９へと圧入されるように配置される。燃料が流れの方向とは異なる気流へと注がれるために、燃料オリフィスが別な方法で配置され得る、ということが銘記される。図２は、ハウジング１５が、オリフィス３４ａが配置されている、円筒形のポストの形状にある場合の使用に適した配置を示す。これは燃料が流れの方向に対して直角の気流へと圧入されるためである。実際問題として、このことは、ポスト１５の下流での空気と燃料との混合の高い効率性を確実とする。
【００３２】
明らかに、オリフィスのこの位置づけは、必要な配列を確保するために、バリア１９と空気ジェットの注入口オルフィス２２の適切な配置を必要とする。
【００３３】
他の実施例も可能である。例えば、燃料と空気充填室とオリフィス２２、３４の好ましい配置により、燃料が、気流２９へと横断する、ポストの反対面から噴出される。また、バリア１９とオリフィス２２、３４は、第１の気流２９に対して９０度より小さい角度で流出させるように位置づけられ得る。
【００３４】
前記のように構成され配置された燃料噴出をともない、また、そこでは燃料が上流側の空気によりオリフィスへと噴出され、または押し流される。燃料の注出口オリフィス３４は従来の噴出装置の横断面よりも大きい面積を有するように構成され得る。これにより、オリフィスが塞がれることが多大に防止され得る。さらに、燃料／空気ジェットは、流れのより大きい容積測定の結果、第１の気流２９へと浸透し、従って、燃料の配分が増し、その後の混合を改善する。
【００３５】
図３により示される他の実施例において、環状または半環状の形態の燃料充填室４１を明確にする、燃料充填室のハウジング４０は、第２の気流導管４２の円周部分の壁２１と、壁２１に取り付けられた（例えば合体した）壁４３と、導管４２の端壁４４との部分により形成される。燃料は、導管４２を通って拡張する導管４５を経由して燃料充填室４１へ供給される。
【００３６】
空気は壁４３内の少なくとも１個の注入口オリフィス４６を経由して充填室へ入る。また、燃料を、壁２１内の少なくとも１個の注出口オリフィス４７を通り抜けさせ第１の気流２９へと噴出する。オリフィス４６、４７は、おおよそ一直線上に並んだ配列にある。
【００３７】
図４の実施例は、図３の効果的な変更である装置を含むものであるが、ある燃料の型から他の燃料の型への変更を認める（例えば、高発熱型から低発熱型へまたはその逆に低発熱型から高発熱型へ、のように）。これは、動作上の要求、例えば、エンジンが作動するような仕事量の状態次第である。図に見られるように、充填室４１は高発熱量を有する燃料を導管４５を通して受け取る。（相対的に）低発熱量の燃料は、導管６１によりさらなる燃料充填室６２へと供給される。導管６１は、第２の気流導管４２を通って軸状に拡張している円周導管として見られる。充填室６２は、注入口オリフィス４６、それゆえ注出口オリフィス４７とともにあるおおよそ一直線上に並んだ配列でオリフィス６３を有する。高発熱量の燃料を燃焼する必要がある状態下で装置が作動している場合、第２の気流３０における空気は、図３の実施例におけるように、燃料を充填室４１から注出口オリフィス４７を通って第１の気流２９へと噴出する。しかしながら、作動状態が低発熱量の燃料を燃焼することを要求する場合、導管４５における高発熱量の燃料の流れは、最初は分離され、その後、低発熱量の燃料が導管６１を抜け燃料充填部６２へと流れさせられる。燃料は、充填室６２からオリフィス６３を経由して第２の気流へ、それから燃料充填室４１へ、また、注出口オリフィス４７を経由して第１の気流へと噴出する。低発熱量の燃料が（作動上の必要に応じて）増加するにつれ、その流れは第２の気流（燃料充填室内の圧力における中間の圧力での気流）の流れを分断するように作動し得ることを認識すべきである。それは、燃料要求の最大値において注入口オリフィス４６を通る第２の気流がなくなり得るためである。低発熱量の燃料から高発熱量の燃料への変更において、注入口オリフィス４６を通る空気の流れが再開する。
【００３８】
明らかに、作動状態（例えば、タービン、エンジンまたはバーナーの仕事量および／または速度の状態）に良く反応する好ましい制御手段が、ある燃料から他の燃料への変更を制御するために提供される。
【００３９】
本発明における他の多くの実施例が可能であり、付加された請求項の範囲内での、空気導管、燃料導管、また、充填室の様々な配置を利用できる。
【００４０】
通常は、提供されるオリフィスの外面は、ぎざぎざが流れの割合に影響しないように、滑らかに作られる。
【００４１】
さらに、充填部ハウジング内の空気と燃料のためのオリフィスの形態と配置は、特有の環境と特有の使用燃料に適するように選択される。特に、個々のオリフィスの直径と形態、および、付近の空気と燃料のオリフィスの間の距離は、これらの要素を考慮して選択され得る。さらに、ハウジングは、このような方法、すなわちオリフィスの大きさおよび／または間隔の調節の程度が、燃料の型、作動の圧力等における変化を、例えば代替可能なノズルを利用することにより認めることが可能であるような方法で、構成され装備され得る。
【００４２】
【発明の効果】
前記の本発明の様々な実施例で、環状導管１０内のブレードまたは羽根の使用が気流２９に旋回を与え、またそれゆえ混合を増進することが当然と思われてきたにもかかわらず、本発明に係る燃料噴射装置はこの構成を不要にし得ることが認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料噴射装置の一実施例を示す図である。
【図２】図１における実施例の変更例を示す図である。
【図３】他の実施例を示す図である。
【図４】異なる発熱量を伴う２個の異なる燃料を使用するための他の実施例を示す図である。
【図５】従来の燃料噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２、３  側壁
４  端壁
５  液体燃料充填部
６  燃料導管
７  孔
８  旋回羽根
１０  環状気流導管
１１  気流
１４  燃焼室
１５  ハウジング
１６、１７  側壁
１８  端壁
１９  バリア
２１  壁
２２  空気ジェットオリフィス
２４  空気室
２５  燃料充填室
２６  ハウジング
２９、３０  気流
３１  環状導管
３４、３４ａ  オリフィス
４０  ハウジング
４１  燃料充填室
４２  気流導管
４３  壁
４４  端壁
４５  導管
４６、４７  オリフィス
５５  壁
５６  円周部燃料導管
６１  導管
６２  燃料充填室
６３  オリフィス
【図１】
0003899383.tif 000002
【図２】
0003899383.tif 000003
【図３】
0003899383.tif 000004
【図４】
0003899383.tif 000005
【図５】
0003899383.tif 000006