JPH09327641A - 加圧噴霧ノズル - Google Patents

加圧噴霧ノズル

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JPH09327641A
JPH09327641A JP9048908A JP4890897A JPH09327641A JP H09327641 A JPH09327641 A JP H09327641A JP 9048908 A JP9048908 A JP 9048908A JP 4890897 A JP4890897 A JP 4890897A JP H09327641 A JPH09327641 A JP H09327641A
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liquid
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flow
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Klaus Dr Doebbeling
デッベリング クラウス
Peter Dr Jansohn
ヤンゾーン ペーター
Hans Peter Knoepfel
ペーター クネプフェル ハンス
Christian Dr Steinbach
シュタインバッハ クリスティアン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な構造形式を有し、僅かな構成空間しか
必要とせず、その都度の運転条件に最適化された、霧化
すべき液体のスプレー角を可能にする加圧噴霧ノズルを
開発する。 【解決手段】 霧化すべき液体３７の一部分のための又
は霧化すべき第２の液体３７′のための少なくとも１つ
の別の供給通路３８が前記室３９に開口し、該供給通路
３８を介して、前記液体３７の一部分又は前記第２の液
体３７′が加圧下でかつ捩りをかけつつ供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼技術分野に係
わり、かつ特に、乱流室及び／又は回旋流室として室を
内部に形成したノズル本体が設けられており、前記室
が、ノズル孔を介してノズル外室と連通しかつ霧化すべ
き液体のための少なくとも１つの第１の供給通路を有
し、該供給通路を介して前記液体が加圧下で供給される
形式の加圧噴霧ノズル、並びに該加圧噴霧ノズルの運転
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃焼のために到達するオイルを機械的に
微分配する噴霧バーナーは公知である。該オイルは約１
０〜４００μｍ直径の微細な霧滴に分解され（オイル煙
霧又はオイルスプレー形成）、該オイル煙霧は燃焼空気
と混合しつつ火炎内で気化して燃焼する。加圧噴霧器
（ Lueger 著： Lexikon der Technik , Deutsche Verl
ags-Anstalt Stuttgart , 1965 , Band 7 , S. 600 参
照 ）では、オイルポンプによってオイルが高圧下で噴
霧ノズルに供給される。該オイルは、実質的に接線方向
に延びるスリットを介して渦室内に達し、かつノズル孔
を経て前記噴霧ノズルから噴出する。これによってオイ
ル微粒子は２つの運動成分、つまり軸方向運動成分と半
径方向運動成分とを得る。回転する中空円筒体として前
記ノズル孔から出るオイル膜は、遠心力に基づいて拡張
して中空円錘体を形成し、該中空円錘体の縁部は不安定
に振動させられて、微小なオイル霧滴に分裂する。霧化
されたオイルは、程度の差こそあれ大きな開放角の円錘
体を形成する。
【０００３】最近のバーナー、例えば欧州特許第０３２
１８０９号明細書においてその原理的構造が開示されて
いるダブルコーン型予混合バーナーにおいて、有毒物質
放出量が低くなるように鉱物質燃料を燃焼させる場合、
液状燃料の霧化に対して特別の要求が課される。その要
件とは殊に次の通りである。すなわち： １．燃焼前にオイル霧滴が完全に気化できるようにする
ために、霧滴サイズは微小でなければならない； ２．オイル煙霧の開放角（拡張角）は、高圧下燃焼の場
合には特に、小さくなくてはならない； ３．オイル霧滴は、燃料蒸気が着火面（火炎前面）に到
達する前に燃焼空気と完全に予混合できるようにするた
めに、圧縮された燃焼空気質量流内へ充分に侵入できる
ほどの高い速度と高い運動量とを有するものでなければ
ならない。
【０００４】最高約１００バールの圧力を使用する公知
の構造の回旋流式ノズル（加圧噴霧器）及び圧力空気の
支援を受ける噴霧器は、前記の諸要件を満たすためには
殆ど適していない。それというのは、公知の噴霧器は小
さな拡張角を許さず、霧化の質的度合が制約されてお
り、かつ霧滴スプレーの運動量が僅かだからである。
【０００５】従って燃料の不充分な気化と予混合の結
果、火炎温度、ひいてはＮＯｘ形成を局所的に低下させ
るために水添加が必要になる。元々ＮＯｘ発生量は少な
いが火炎安定性のために極めて重要であるところの火炎
ゾーンが、供給される水によって頻繁に撹乱されるの
で、火炎脈動及び／又は不完全燃焼のような不安定現象
の発生頻度が高くなり、これによってＣＯ放出量の上昇
が惹起されることになる。
【０００６】欧州特許第０４９６０１６号明細書に基づ
いて公知になっている高圧噴霧ノズルを採用すれば、或
る程度の改良が得られる。該高圧噴霧ノズルは、乱流室
を内部に形成しているノズル本体から成り、前記乱流室
は、少なくとも１つのノズル孔を介してノズル外室と連
通しており、かつ、加圧供給される霧化すべき液体のた
めに少なくとも１つの供給通路を有している。前記乱流
室の特徴とするところは、乱流室に開口している供給通
路の横断面積が、ノズル孔の横断面積よりも２〜１０倍
大きいことである。この構成によって乱流室内には、ノ
ズルからの出口に至るまでの途上で消滅することのない
高いレベルの乱流を発生させることが可能である。液体
噴流は、ノズル孔の手前で発生された乱流によって、ノ
ズル外室において、要するにノズル孔を出た後に、急速
に崩壊させられ、その場合、２０゜以下の低い拡張角が
生じる。オイル霧滴サイズは同様に極めて低い。
【０００７】液状燃料を用いてガスタービンバーナーを
運転する場合、可能な限りガスタービンの負荷範囲全体
にわたって（公称負荷条件に関して約１０％〜１２０
％）霧滴スプレーを発生させ、規定の空気流動フィール
ドにおいて有毒物質放出量が少なくなるような安定した
燃焼を可能にする努力が払われている。
【０００８】ガスタービンバーナーで液状燃料を霧化す
るために前記の高圧噴霧ノズルを採用することによって
成る程、全負荷運転時及び過負荷運転時（１００〜１２
０％）には、過度に高くない圧力（１００バール）と微
小な霧滴サイズが所望のように生じ、しかも狭いスプレ
ー角に基づいて、不都合な壁濡れや炭化作用が回避され
る。
【０００９】しかしながら部分負荷運転時には、総燃料
質量流の減少に基づいて燃料予圧が低下する。しかし加
圧噴霧器が霧化のために必要とするエネルギは燃料予圧
を介して与えられているので、当該負荷範囲では霧化度
合は劣化し、かつ低い燃料予圧によって空気流内への燃
料スプレーの侵入深さは浅くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、公知技術の
前記欠点をすべて回避しようとするものである。つまり
本発明の課題は、単純な構造形式を有し、僅かな構成空
間しか必要とせず、その都度の運転条件に最適化され
た、霧化すべき液体のスプレー角を可能にする加圧噴霧
ノズルを開発することであり、かつ該加圧噴霧ノズルを
ガスタービンバーナーで採用する場合に、燃料質量流が
小さくても（公称負荷条件に関して約２５％の燃料質量
流であっても）充分に大きなノズル予圧を発生させ、燃
料質量流が大きい場合（公称負荷条件に関して約１００
％〜１２０％の燃料質量流の場合）には過度に高いノズ
ル予圧をノズルが必要とせず、こうして発生した燃料霧
滴スプレーによって、ガスタービンの負荷範囲全体にわ
たって有毒物質の少ない安定した燃焼を可能にすること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、乱流室及び／又は回旋流室とし
て室を内部に形成したノズル本体が設けられており、前
記室が、ノズル孔を介してノズル外室と連通しかつ霧化
すべき液体のための少なくとも１つの第１の供給通路を
有し、該供給通路を介して前記液体が加圧下で供給され
る形式の加圧噴霧ノズルにおいて、霧化すべき液体の一
部分のための又は霧化すべき第２の液体のための少なく
とも１つの別の供給通路が前記室に開口し、該供給通路
を介して、前記液体の一部分又は前記第２の液体が加圧
下でかつ捩りをかけた状態で供給される点にある。
【００１２】
【作用】本発明によって得られる格別顕著な利点は、こ
の２段式加圧噴霧ノズルによって燃料霧滴スプレー（霧
化特性、霧滴サイズ、スプレー角）をその都度の負荷条
件に最適に適合させることができ、更には又、僅かなス
ペースしか必要としない単純な構造が得られることであ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】加圧噴霧ノズルは、霧化すべき液
体が無回旋状態で単数又は複数の第１の供給通路を介し
て室内に供給されるように構成されているのが特に有利
である。従って主霧化段は、回旋しない乱流の支援を受
ける加圧噴霧ノズルから成り、該加圧噴霧ノズルは、高
いノズル予圧の場合、例えば１００バールのノズル予圧
の場合には、極度に小さなスプレー円錐角を有する著し
く微細な噴霧流を供給する。この乱流発生霧化段を、小
さな流量の場合に小霧滴を発生させる前記回旋流発生段
と組合せることによって、その都度の運転状態に噴霧流
を良好に適合させることが可能になる。霧化すべき液体
のうち回旋流通路を通って室内に供給される液体部分は
室内で回旋させられる。この回旋運動によってノズル孔
で中空円錐流が発生されるので、回旋流発生段を通って
供給される或る所定の質量分以降の液体は、単に液膜と
してノズルから出る。ところで回旋流発生段の質量分
が、総液体質量流の低下に伴って増大すると、液体予圧
は高いレベルに保たれるので、低い質量流の場合にも微
細な噴霧を維持することが可能になる。液体スプレー円
錐角は、低負荷運転時には大きくなり、これによって、
空気流内への液体スプレーの僅かな侵入深さが補償され
る。全負荷運転時及び過負荷運転時には極めて小さなス
プレー円錐角が所望されるので、この場合には回旋流通
路を通って流入する霧化すべき液体質量流は減少される
か或いは完全に断たれる。
【００１４】更に本発明の加圧噴霧ノズルでは、霧化す
べき液体が回旋しつつ単数又は複数の第１の供給通路を
介して室内に供給されるのが有利である。これによって
２段回旋流発生式の加圧噴霧ノズルが形成され、ここで
は両回旋流発生段は１つの共通な室（つまり１つの回旋
流室）内に集結される。いま霧化すべき液体が僅かな回
旋状態で、つまり僅かな捩りを加えつつ主回旋流発生段
内へ導かれると、霧化すべき液体の狭いスプレー円錐角
が得られる。
【００１５】加圧噴霧ノズルは、全負荷運転時及び過負
荷運転時には、主加圧回旋流発生段を介して僅かな回旋
流で運転され、しかも霧化すべき総液体が少なくとも１
つの第１の供給通路を介して回旋しつつ（つまり捩りを
加えつつ）回旋流室に供給され、該回旋流室内で回旋流
が発生され、次いでノズル孔を通ってノズル外室に達す
るのに対して、部分負荷運転時及び低負荷運転時には該
加圧噴霧ノズルは、付加的に別の加圧回旋流発生段を介
して、より大きな回旋状態で運転され、しかも霧化すべ
き液体の一部分又は、霧化すべき第２の液体は、少なく
とも１つの別の供給通路を介して、より強く捩りをかけ
た状態で室に供給され、該室内で強い回旋流が発生さ
れ、次いでノズル孔を通ってノズル外室に到達し、その
場合前記の別の旋回流発生段を介して供給される、より
強く捩りを加えられた液体は総液体質量流の低下に伴っ
て増大されるので、こうしてその都度の負荷範囲に対す
る霧化の顕著な適合が行われる。
【００１６】両発生段間でスライド切換えを行い、かつ
負荷条件に応じてノズルを両発生段の内の一方のみで運
転するのが有利である。
【００１７】本発明の加圧噴霧ノズルの有利な構成は、
従属請求項に記載した通りである。
【００１８】本発明のノズルは、ダブルコーン型の予混
合バーナー又は４スリット型バーナーで使用されるのが
有利であり、この場合ノズル近傍領域において燃焼空気
流の一部分（約３〜７％）が、ジャケット空気流として
ノズルをめぐってガイドされる。これによって局所的な
剥離・再循環帯域が回避され、かつ再循環帯域がノズル
からバーナー内部へシフトされる不都合な事態が防止さ
れる。
【００１９】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。但し図面には、本発明を理解する上で重要な構成エ
レメントのみが図示されているにすぎない。また異なっ
た図面であっても同一の構成エレメントには同一符号を
付した。図面中の矢印は媒体の流動方向を示す。
【００２０】図１乃至図３には本発明の第１実施例が図
示されており、しかも図１は加圧噴霧ノズルの部分縦断
面図、図２及び図３は異なった平面に沿った２つの横断
面図である。
【００２１】加圧噴霧ノズルは、流動方向で見た端部に
円錐形のカバー３２によって閉じられた第１の管３１か
ら成るノズル本体３０を有している。前記カバー３２の
中心にはノズル孔３３が配置されており、該ノズル孔の
縦軸線は符号３４で示されている。前記第１の管３１内
には、該第１の管３１の内径よりも小さな外径を有する
第２の管３５が挿入されており、該第２の管は前記円錐
形のカバー３２にまで達して該カバーに当接している。
第１の管３１と第２の管３５との間の環状スペース３６
は、霧化すべき液体３７又は該液体の一部分を供給する
ために役立てられる。カバー３２に当接している第２の
管３５の端部は、接線方向に設定された４つのスロット
３８を有し、これらのスロットは前記環状室３６を、該
環状室からスロット３８を通って流入する霧化すべき液
体３７に回旋流を発生させるための回旋流室としての室
３９と連通させる。室３９は、カバー３２及び第２の管
３５の内壁と、該第２の管３５の内部に挿入されて固定
された充填材４０とによって画成される。前記充填材４
０は、本実施例では前記スロット３８の上縁から間隔を
とって配置されているが、別の実施態様では該スロット
上縁と同一レベルに位置することもできる。充填材４０
内には、霧化すべき液体３７を供給するための４つの供
給通路４１が配置されており、該供給通路は液体３７を
室３９内へ捩りをかけない状態で流入させることができ
るので、室３９はこの場合は乱流室として働く。従って
本発明による加圧噴霧ノズルは２つの発生段、つまり乱
流発生段（図２参照）と圧力回旋流発生段（図３参照）
とを有している。
【００２２】図示の実施例とは異なって、加圧噴霧ノズ
ルは、５つ以上又は３つ以下のスロット３８及び供給通
路４１を有していてもよい。例えば供給通路４１を充填
材４０の全周にわたらせて、乱流室３９への供給通路と
して１つの環状スリットが生じるようにすることもでき
る。同じく供給通路を充填材の全周にわたって別の形態
で分配することも可能である。
【００２３】図４乃至図６には本発明の第２実施例が図
示されており、しかも図４は加圧噴霧ノズルの部分縦断
面図、図５及び図６は異なった平面に沿った２つの横断
面図である。
【００２４】図４乃至図６に示した加圧噴霧ノズルの構
造が前記の第１実施例の場合と相違している点は、乱流
発生段の代わりに該ノズル内に主回旋流発生段が設けら
れていることにすぎない。このために供給通路４１ａ
は、図１における供給通路４１とは異なって、充填材４
０内で軸方向に方位づけられてはいず、接線方向に設定
されているので、霧化すべき液体３７はスロット３８並
びに供給通路４１ａを介して共に捩りをかけつつ室３９
内へ到達する。その場合に重要な点は、霧化すべき液体
３７が供給通路４１ａを通流した場合には狭いスプレー
円錐角Φをとる小さな回旋流しか該液体３７に生ぜしめ
ないのに対して、スロット３８を通流して生じる液体３
７の回旋流はより大きく、従って、より広いスプレー円
錐角Φが得られることである。図４の実施例に示したよ
うに、加圧噴霧ノズルは第１と第２の霧化すべき液体３
７，３７′によって負荷される。第１と第２の液体３
７，３７′は共に室３９（この場合は純然たる回旋流室
である）に捩りを加えつつ供給されるが、この場合第１
の液体３７の回旋流は第２の液体３７′の回旋流よりも
小さい。回旋流が異なることによってスプレー円錐角
Φ、ひいてはノズル後方の液体の質量流の分布が影響を
受ける。
【００２５】図７には、１つの乱流発生段と１つの回旋
流発生段とを備えた本発明による２段式加圧噴霧ノズル
の異なった実施例が図示されている。該加圧噴霧ノズル
は、流動方向で見た終端部で円錐形のカバー３２によっ
て閉鎖された第１の管３１から成るノズル本体３０を備
えている。前記円錐形のカバー３２内にはやはりノズル
孔３３が配設されている。第１の管３１内には、該第１
の管３１の内径よりも小さな外径を有する第２の管３５
が挿入されているので、両管３１と３５との間には環状
スペース３６が形成されるが、該環状スペースは、図７
の実施例では種々のインサート体が内設されているの
で、異なった高さを有することができる。前記環状スペ
ース３６は回旋流発生段のための供給管路として役立て
られる。第２の管３５は、該管の管径よりも大きな直径
の充填材４０によって制限され、該充填材は、第１の管
３１のカバー３２と相俟って室３９を包囲している。充
填材４０内には、環状スペース３６を前記室３９と連通
させるために、接線方向に設定された少なくとも１つの
回旋流通路３８が配設されている。この場合例えば６つ
の回旋流通路３８を設けるのが有利である。更に又、第
２の管３５及び充填材４０内には少なくとも１つの供給
通路４１が、霧化すべき液体のための乱流通路として軸
平行に配置されており、しかも単数又は複数の供給通路
４１は単数又は複数の回旋流通路３８に開口している。
【００２６】勿論また、例えば回旋流通路３８を逆に供
給通路４１に開口させて、霧化すべき液体が供給通路４
１のみを介して室３９内へ達するように、回旋流通路３
８と供給通路４１とを配設することも可能である。
【００２７】図８には、加圧噴霧ノズルに対する液体供
給系の可能態様が概略的に図示されている。霧化すべき
液体（この場合は液状の燃料つまりオイル）１２はポン
プ４２を介して圧力容器４３へ圧送される。逆止弁４９
は、ポンプ予圧を調整するために役立つ。ポンプ４２と
圧力容器４３との間で燃料導管内に遮断弁５０が配置さ
れている。圧力容器４３を起点として２本の導管４４，
４５が延在しており、しかも導管４４は環状スペース３
６（ひいては回旋流発生段）に液状の燃料を供給し、ま
た導管４５は供給通路４１（乱流発生段）又は供給通路
４１ａ（回旋流発生段）と連通している。導管４４及び
４５内には夫々１つの制御弁４６，４７が配置されてお
り、各制御弁は、夫々供給される液体量の調節を行う。
必要に応じて両制御弁４６，４７の一方を全閉すること
もできるので、この場合は、加圧噴霧ノズルの両段の一
方だけが稼働する。両段間ではスライド切換えが可能で
ある。図８に示したように前記液体供給系を介して、例
えば１つのガスタービンコンバスターの複数のバーナー
に燃料が供給される。図示の接続回路は、２つの段を制
御するためにはただ２つの制御弁４６，４７、つまり各
段当りただ１つの制御弁しか必要でないという利点を有
している。
【００２８】図９には、図８に類似した別の実施態様が
図示されている。この場合は、導管４４を介して水５１
が、また導管４５を介してオイル１２が加圧噴霧ノズル
に供給される。各導管４４，４５内には夫々１つのポン
プ４２が配置され、かつ該ポンプの下流側に１つの遮断
弁５０が配置されており、該遮断弁によって選択的に導
管４４，４５を閉鎖することが可能である。霧化すべき
液体１２，５１の両制御弁４６，４７によって調節され
る。図９に示したように前記液体供給系を介して例えば
ガスタービンコンバスターの複数のバーナーに液状の燃
料つまりオイル１２又は水５１を供給する場合、始動時
又は部分負荷運転時に、主回旋流発生段を介してオイル
１２だけを微細に霧化するようにして加圧噴霧ノズルを
稼働させることが可能である。その場合、回旋流発生段
は燃料質量流ｍBSの最大時に最大圧力を得るように設計
することができる。高負荷時もしくは全負荷時には導管
４４を介して水５１の供給が行われる。水５１とオイル
１２は室３９内で混合されて乳濁液を形成し、該乳濁液
は、加圧噴霧ノズルから出る際に霧化される。これによ
ってＮＯx-エミッションが低下される。又この場合も、
段当たりただ１つの制御弁しか必要とせず、ガスタービ
ン運転のためにただ１本のオイル導管しか必要とせず、
かつ回旋流発生段を純然たるオイル運転のために設計で
きるという利点が得られる。それというのは導管４４を
介して水５１を供給することによって、等圧で総質量流
が増大されるからである。
【００２９】図１０には、図１に示した実施例による加
圧噴霧ノズルの場合に該加圧噴霧ノズルから或る程度隔
たった所におけるスプレー半径Ｒを関数とする燃料質量
流ｍBSの分布が図示されている。乱流発生段だけが稼働
する場合、極めて狭いスプレー円錐角Φが得られる。こ
れに対して回旋流発生段だけが稼働されると、より広い
スプレー円錐角Φが得られる。両段つまり乱流発生段と
回旋流発生段との運転を組合せることによって、両段間
の質量分布を無段階に変化させることが可能である。
【００３０】図１１には、図４に示した実施例による加
圧噴霧ノズルの場合に該加圧噴霧ノズルから或る程度隔
たった所におけるスプレー半径Ｒを関数とする燃料質量
流ｍBSの分布が図示されている。異なったスプレー円錐
角Φで稼働する２つの回旋流発生段の運転を組合せるこ
とによって、両回旋流発生段間の質量流分布を同様に変
化させることが可能である。
【００３１】本発明の加圧噴霧ノズルは例えばガスター
ビンバーナーに組込まれ、かつ次のように稼働すること
ができる。すなわち：先ず、図１に示した実施例による
加圧噴霧ノズルを使用するものとする。全負荷時及び過
負荷時には極めて狭いスプレー円錐角Φが所望されるの
で、乱流で支援される霧化段だけが使用される。このた
めに、霧化すべき総燃料質量流は、少なくとも１つの供
給通路４１（図１によれば４つの供給通路４１）を介し
て捩りを加えない状態で乱流室３９に供給され、それに
よって該乱流室３９で高乱流が発生され、次いでノズル
孔３３を通ってバーナー内に達する。該主加圧霧化段
は、約１００バールのノズル予圧で、スプレー円錐角Φ
の極度に狭い（約２０゜）の極微噴霧体を供給する。部
分負荷運転時及び低負荷運転時には、この乱流の支援を
受ける主加圧霧化段は、小さな装入量で小さな霧滴を発
生させるために回旋流発生段と組合せられる。このため
に、霧化すべき燃料の一部分は、少なくとも１つの別の
回旋流通路３８（図１では４つの回旋流通路３８）を介
して捩りをかけられて乱流室３９に供給されるので、該
乱流室３９は付加的に回旋流室として使用される。回旋
運動によってノズル孔３３では中空円錐流が発生する。
燃料は、回旋流発生段を通って導かれる或る所定の質量
流分が噴出すると、それ以降は燃料膜としてノズルから
出るにすぎない。ところで、回旋流発生段を通って導か
れる燃料質量流分が、総燃料質量流の低下に伴って増大
すると、燃料予圧は高いレベル（＞１０バール）に保持
され、従って低質量流の場合でも微細な噴霧が維持され
る。これによって低負荷運転の場合に、付加的にスプレ
ー円錐角Φが拡大される。低負荷運転時には空気流への
燃料スプレーの侵入深さは全負荷運転時よりも小さいの
で、これはスプレー円錐角Φの増大によって補償され
る。全負荷運転及び過負荷運転のためには、著しく狭い
スプレー円錐角Φが所望される。このために、回旋流通
路３８を通って流入する燃料質量流は完全に遮断されね
ばならないので、純然たる乱流支援型の加圧噴霧ノズル
の挙動が得られる。
【００３２】図４に示した加圧噴霧ノズルを使用する場
合には、ガスタービンの全負荷運転時及び過負荷運転時
に霧化すべき総燃料は、少なくとも１つの第１の供給通
路４１ａ（図４によれば４つの供給通路４１ａ）を介し
て弱く捩りをかけた状態で回旋流室３９に供給され、該
回旋流室内で回旋流が発生され、次いでノズル孔３３を
通ってノズル外室に達する。弱く捩りを加えることによ
って、狭いスプレー円錐角Φが実現され、該スプレー円
錐角は高圧によって燃料の微細な霧化を惹起する。部分
負荷運転時及び低負荷運転時には、霧化すべき燃料の一
部分は付加的に少なくとも１つの別の供給通路つまり回
旋流通路３８（図４によれば４つの回旋流通路３８）を
介して、より強く捩りをかけて室３９に供給される。室
３９内では、これによって、より強度の回旋流が発生さ
れ、次いでノズル孔３３を通ってノズル外室に達する。
その場合、別の回旋流発生段を介して供給され強く回旋
させられる燃料質量流分は、総燃料質量流の低下に伴っ
て増大する。この場合強回旋によって、より大きなスプ
レー円錐角Φが惹起され、該スプレー円錐角は、やはり
空気流への燃料スプレーの低い侵入深さを補償する。前
記スプレー円錐角Φを可変にすることによって、ガスタ
ービンの各運転条件に対して燃料の霧化を最適に適合さ
せることが可能である。慣用の２段式回旋ノズルとは異
なって本発明の構成では、２つの回旋流発生段が、１つ
の共通の回旋流室において集結される。更に又、負荷範
囲に応じて異種の液体、例えばオイル１２と水５１を２
つの段で霧化することも可能である。
【００３３】本発明の加圧噴霧ノズルは例えばダブルコ
ーン型予混合バーナーに組込むことができ、該ダブルコ
ーン型予混合バーナーの原理的な構造は欧州特許第０３
２１８０９号明細書に記載されている。
【００３４】図１２には、予混合ゾーンを組込んだダブ
ルコーン型バーナーが斜視図で示されている。両部分円
錘体１，２はその対称縦軸線１ｂ，２ｂに関して、互い
に半径方向にずらして配置されている。これによって部
分円錘体１，２の両側で逆向きの流入配置形式で夫々接
線方向の空気流入スリット１９，２０が生じ、該空気流
入スリットを通って燃焼空気流１５がバーナーの内室１
４へ、つまり両部分円錘体１，２によって形成された円
錐中空室内へ流入する。両部分円錘体１，２は直線的に
流動方向に拡張し、つまり鎖線で示したバーナー軸線５
に対して一定の角度αを成している（図１６参照）。両
部分円錘体１，２は夫々円筒形始端部分１ａ，２ａを有
し、該円筒形始端部分も同様に互いにずれて延びてい
る。両円筒形始端部分１ａ，２ａ内に本発明による加圧
噴霧ノズル３が位置しており、該加圧噴霧ノズルは、バ
ーナーの円錐状の内室１４のほぼ最細横断面内に配置さ
れている。バーナーは勿論また円筒形始端部分なしに、
要するに純然たる円錐形状に構成されていてもよい。液
状の燃料１２は噴霧ノズル３によって前述のようにして
霧化される。その都度の運転条件に関連して種々異なっ
たスプレー円錐角Φが生じる。燃料霧滴スプレー４はバ
ーナーの内室１４内では、空気流入スリット１９，２０
を通ってバーナー内へ接線方向に流入する燃焼空気流１
５によって包囲され、混合気の着火はバーナーの出口で
始めて行われ、しかもバーナー火口の領域で火炎は逆流
ゾーン６によって安定化される。
【００３５】両部分円錘体１，２は空気流入スリット１
９，２０の長手方向に沿って夫々１つの燃料供給管路
８，９を備え、該燃料供給管路は縦辺側に複数のオリフ
ィス１７を有しており、該オリフィスを通って別の液状
又はガス状の燃料１３が通流することができる。該燃料
１３は、接線方向の空気流入スリット１９，２０を通っ
てバーナーの内室１４へ流入する燃焼空気１５に混加さ
れ、この場合の混加燃料流は矢印１６で図示されてい
る。噴霧ノズル３と燃料供給管路８，９とを介してバー
ナーの混合運転が可能になる。
【００３６】燃焼室寄りに複数の開口１１を穿設した正
面板１０が配置されており、必要に応じて前記開口を介
して燃焼空気又は冷却空気が燃焼室２２に供給される。
この空気供給は、バーナー出口における火炎安定化のた
めに寄与する。バーナー出口では、逆流ゾーン６を伴っ
た安定的な着火面（前炎）が生じる。
【００３７】図１３乃至図１５に基づいてガイドプレー
ト２１ａ，２１ｂの配置形式が判る。該ガイドプレート
は例えば回旋支点２３を中心として開閉することができ
るので、この開閉によって接線方向の空気流入スリット
１９，２０の元のギャップ寸法が変更される。勿論この
ガイドプレート２１ａ，２１ｂなしでもバーナーを稼働
させることができる。
【００３８】このようなバーナーではノズル近傍領域に
おいて剥離・再循環帯域を形成する危険があるので、こ
の危険は、図１６に示したように噴霧ノズル３をめぐっ
て１つの通路２４を配置し、該通路を通し掃気としてジ
ャケット空気流１５ａを流すことによって防止される。
該ジャケット空気流１５ａは燃焼空気流１５の約３〜７
％である。
【００３９】いま述べた方法を用いて、燃焼空気流１５
用の回旋流発生器１００と燃料噴入手段とから主として
成るバーナー（図１７参照）を運転することも勿論可能
であり、この場合、前記回旋流発生器１００の下流側に
混合区間２２０が配置されており、かつ該混合区間は、
最初の区間部分２００内で流動方向に延びる複数の移行
通路２０１を有し、該移行通路２０１は、回旋流発生器
１００内で形成された流れを、前記移行通路２０１の下
流側に後置された混合区間２２０の通流横断面部１８内
へ移送するためのものである。また前記の燃料噴入手段
は、前記の運転法に基づいて稼働する本発明の加圧噴霧
ノズルである。前記回旋流発生器１００は円錐形状の成
形体であるのが有利であり、該成形体は、接線方向に流
入する燃焼空気流１５によって、接線方向に数回（例え
ば４つのスリットを介して４回）負荷される。この燃焼
空気流１５は、２段式加圧噴霧ノズル３内で前以て液状
の燃料を霧化することによって形成された燃料霧滴スプ
レー４を囲む。形成される流れは、回旋流発生器１００
の下流側に規定された移行ジオメトリー（移行通路２０
１）に基づいて継ぎ目なく最初の区間部分２００内へ移
行され、該区間部分は、管から成る通流横断面部１８に
よって延長されている。両部分つまり最初の区間部分２
００と通流横断面部１８が混合区間２２０を形成し、該
混合区間の下流側に、ここでは図示を省いた本来の燃焼
室が接続している。混合区間２２０は、燃料と燃焼空気
との極めて良好な予混合を可能にし、かつ損失なく流れ
を案内し、かつ軸線に沿った最大限の軸方向速度によっ
て燃焼室からの逆火を防止する。軸方向速度は管壁寄り
になるにつれて低下するので、通流横断面部１８の壁つ
まり管壁に複数の孔４８が設けられており、該孔を介し
て燃焼空気１５が流入して管壁に沿って速度上昇を惹起
する。混合区間２２０つまり混合管の下流側で始めて逆
流ゾーン６が中心に形成され、該逆流ゾーンは保炎特性
を有している。この実施例の場合も燃焼空気流１５の３
〜７％がジャケット空気流として加圧噴霧ノズルをめぐ
ってガイドされるのが有利である。このようにしてノズ
ル近傍領域における剥離・再循環帯域が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】乱流発生段と回旋流発生段を備えた加圧噴霧ノ
ズルの部分縦断面図である。
【図２】乱流発生段領域を図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って
断面した加圧噴霧ノズルの横断面図である。
【図３】回旋流発生段領域を図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に
沿って断面した加圧噴霧ノズルの横断面図である。
【図４】２つの回旋流発生段を備えた加圧噴霧ノズルの
部分縦断面図である。
【図５】主回旋流発生段領域を図４のＶ−Ｖ線に沿って
断面した加圧噴霧ノズルの横断面図である。
【図６】別の回旋流発生段領域を図４のＶＩ−ＶＩ線に
沿って断面した加圧噴霧ノズルの横断面図である。
【図７】異なった実施形態による加圧噴霧ノズルの図１
相当の部分縦断面図である。
【図８】２つの段でオイルを霧化する２段式加圧噴霧ノ
ズルに対する液体供給系の概略構成図である。
【図９】２つの段で夫々異なった液体（オイルと水）を
霧化する２段式加圧噴霧ノズルに対する液体供給系の概
略構成図である。
【図１０】図１に示したノズルのための概略的な質量流
分配線図である。
【図１１】図４に示したノズルのための概略的な質量流
分配線図である。
【図１２】ダブルコーン型の予混合バーナーの概略斜視
図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ平面に沿った略
示断面図である。
【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ平面に沿った略示断
面図である。
【図１５】図１２のＸＶ−ＸＶ平面に沿った略示断面図
である。
【図１６】ノズル近傍域にジャケット空気流案内機構を
有するダブルコーン型バーナーの概略側面図である。
【図１７】ノズル近傍域にジャケット空気流案内機構を
有する４スリット型バーナーの概略側面図である。
【符号の説明】
１，２ 部分円錘体、 １ａ，２ａ 円筒形始端部
分、 １ｂ，２ｂ部分円錘体の対称縦軸線、 ３ 噴
霧ノズル、 ４ 燃料霧滴スプレー、５ バーナー
軸線、 ６ 逆流ゾーン（渦崩壊）、 ７ 着火面
（前炎）、 ８，９ 燃料供給管路、 １０ 正面
板、 １１ 正面板に穿設された開口、 １２ 液
状の燃料或いはオイル、 １３ 別の液状又はガス状
の燃料、 １４ バーナーの内室、 １５ 燃焼空
気流、 １５ａ ジャケット空気流（燃焼空気流の部
分）、 １６ 混加燃料流を示す矢印、 １７オリフ
ィス、 １８ 管から成る通流横断面部、 １９，２
０ 接線方向の空気流入スリット、 ２１ａ，２１ｂ
ガイドプレート、 ２２ バーナー下流側の燃焼
室、 ２３ 回旋支点、 ２４ 通路、 ３０
ノズル本体、 ３１ 第１の管、 ３２ 円錐形の
カバー、 ３３ ノズル孔、３４ 縦軸線、 ３５
第２の管、 ３６ 環状スペース、 ３７ 霧
化すべき液体、 ３７′ 霧化すべき第２の液体、
３８ スリットとして接線方向に設定された回旋流通
路、 ３９ 乱流室又は回旋流室としての室、４０
充填材、 ４１，４１ａ 供給通路、 ４２ ポ
ンプ、 ４３圧力容器、 ４４，４５ 導管、 ４
６，４７ 制御弁、 ４８ 孔、４９ 逆止弁、
５０ 遮断弁、 ５１ 水、 １００ 回旋流
発生器、 ２００ 最初の区間部分、 ２０１ 移
行通路、 ２２０ 混合区間、 α バーナー軸線
に対する角度、 Φ スプレー円錐角、 Ｒ スプ
レーの半径、 ｍBS 燃料質量流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス ペーター クネプフェル スイス国 ベーゼンビューレン イム ネ ッセル １ (72)発明者 クリスティアン シュタインバッハ スイス国 ノイエンホーフ クリュツリベ ルクヴェーク 14

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 乱流室及び／又は回旋流室として室（３
    ９）を内部に形成したノズル本体（３０）が設けられて
    おり、前記室（３９）が、ノズル孔（３３）を介してノ
    ズル外室と連通しかつ霧化すべき液体（３７）のための
    少なくとも１つの第１の供給通路（４１，４１ａ）を有
    し、該供給通路を介して前記液体（３７）が加圧下で供
    給される形式の加圧噴霧ノズルにおいて、霧化すべき液
    体（３７）の一部分のための又は霧化すべき第２の液体
    （３７′）のための少なくとも１つの別の供給通路（３
    ８）が前記室（３９）に開口し、該供給通路（３８）を
    介して、前記液体（３７）の一部分又は前記第２の液体
    （３７′）が加圧下でかつ捩りを加えつつ供給されるこ
    とを特徴とする、加圧噴霧ノズル。
  2. 【請求項２】 霧化すべき液体（３７）が単数又は複数
    の第１の供給通路（４１）を介して捩りをかけない状態
    で室（３９）内に供給される、請求項１記載の加圧噴霧
    ノズル。
  3. 【請求項３】 霧化すべき液体（３７）が単数又は複数
    の第１の供給通路（４１ａ）を介して捩りをかけた状態
    で室（３９）内に供給される、請求項１記載の加圧噴霧
    ノズル。
  4. 【請求項４】 ノズル孔（３３）が、第１の管（３１）
    のカバー（３２）内に配設されており、前記第１の管内
    には、より小さな外径の第２の管（３５）が挿入されて
    前記カバー（３２）にまで達しており、該第２の管（３
    ５）のカバー側端部に、接線方向に設定された少なくと
    も１つのスリット（３８）が設けられて回旋流通路を形
    成し、かつ前記第１の管（３１）と前記第２の管（３
    ５）との間の環状スペース（３６）を室（３９）と連通
    させており、該室から前記ノズル孔（３３）がノズル外
    室へ通じており、しかも前記室（３９）が実質的に、カ
    バー（３２）と、前記第２の管（３５）の内壁と、該第
    ２の管（３５）内に配置された充填材（４０）とによっ
    て画成されており、かつ単数又は複数の第１の供給通路
    （４１）が前記充填材（４０）内に軸平行に配置されて
    いる、請求項２記載の加圧噴霧ノズル。
  5. 【請求項５】 ノズル孔（３３）が、第１の管（３１）
    のカバー（３２）内に配設されており、前記第１の管内
    には、より小さな外径の第２の管（３５）が挿入されて
    前記カバー（３２）にまで達しており、該第２の管（３
    ５）のカバー側端部に、接線方向に設定された少なくと
    も１つのスリット（３８）が設けられて回旋流通路を形
    成し、かつ前記第１の管（３１）と前記第２の管（３
    ５）との間の環状スペース（３６）を室（３９）と連通
    させており、該室から前記ノズル孔（３３）がノズル外
    室へ通じており、しかも前記室（３９）が実質的に、カ
    バー（３２）と、前記第２の管（３５）の内壁と、該第
    ２の管（３５）内に配置された充填材（４０）とによっ
    て画成されており、かつ第１の供給通路（４１）が前記
    充填材（４０）と前記第２の管（３５）の内壁との間に
    環状ギャップとして配置されている、請求項２記載の加
    圧噴霧ノズル。
  6. 【請求項６】 ノズル孔（３３）が、第１の管（３１）
    のカバー（３２）内に配設されており、前記第１の管内
    には、より小さな外径の第２の管（３５）が挿入されて
    おり、前記第１の管（３１）と前記第２の管（３５）と
    の間に形成された環状スペース（３６）が回旋流発生段
    のための環状供給管路として設けられており、かつ前記
    第２の管（３５）が充填材（４０）によって制限され、
    該充填材は前記第１の管（３１）のカバー（３２）と相
    俟って室（３９）を形成しており、しかも前記充填材
    （４０）内には、前記環状供給管路（３６）を前記室
    （３９）と接続するために少なくとも１つの接線方向に
    設定された回旋流通路（３８）が配置されており、かつ
    前記の第２の管（３５）及び充填材（４０）内には、少
    なくとも１つの供給通路（４１）が、霧化すべき液体の
    ための乱流通路として軸平行に配置されており、かつ単
    数又は複数の前記供給通路（４１）が、単数又は複数の
    前記回旋流通路（３８）に開口している、請求項１記載
    の加圧噴霧ノズル。
  7. 【請求項７】 ノズル孔（３３）が、第１の管（３１）
    のカバー（３２）内に配設されており、前記第１の管内
    には、より小さな外径の第２の管（３５）が挿入されて
    おり、前記第１の管（３１）と前記第２の管（３５）と
    の間に形成された環状スペース（３６）が回旋流発生段
    のための環状供給管路として設けられており、かつ前記
    第２の管（３５）が充填材（４０）によって制限され、
    該充填材は前記第１の管（３１）のカバー（３２）と相
    俟って室（３９）を形成しており、しかも前記充填材
    （４０）内には、前記環状供給管路（３６）を前記室
    （３９）と接続するために少なくとも１つの接線方向に
    設定された回旋流通路（３８）が配置されており、かつ
    前記の第２の管（３５）及び充填材（４０）内には、少
    なくとも１つの供給通路（４１）が、霧化すべき液体の
    ための乱流通路として軸平行に配置されており、かつ単
    数又は複数の前記回旋流通路（３８）が、単数又は複数
    の前記供給通路（４１）に開口している、請求項１記載
    の加圧噴霧ノズル。
  8. 【請求項８】 ２つの回旋流発生段が、異なったスプレ
    ー円錐角（Φ）を有している、請求項３記載の加圧噴霧
    ノズル。
  9. 【請求項９】 ノズル孔（３３）が、第１の管（３１）
    のカバー（３２）内に配設されており、前記第１の管内
    には、より小さな外径の第２の管（３５）が挿入されて
    前記カバー（３２）にまで達しており、該第２の管（３
    ５）のカバー側端部に、接線方向に設定された少なくと
    も１つのスリット（３８）が設けられて回旋流通路を形
    成し、かつ前記第１の管（３１）と前記第２の管（３
    ５）との間の環状スペース（３６）を室（３９）と連通
    させており、該室から前記ノズル孔（３３）がノズル外
    室へ通じており、しかも前記室（３９）が実質的に、カ
    バー（３２）と、前記第２の管（３５）の内壁と、該第
    ２の管（３５）内に配置された充填材（４０）とによっ
    て画成されており、かつ単数又は複数の第１の供給通路
    （４１ａ）が、前記充填材（４０）内に単数又は複数の
    回旋流通路として接線方向に配置されている、請求項８
    記載の加圧噴霧ノズル。
  10. 【請求項１０】 霧化すべき液体（３７）が単数又は複
    数の第１の供給通路（４１ａ）によって、単数又は複数
    の別の供給通路（３８）により回旋させられる前記液体
    （３７）の部分又は第２の液体（３７′）よりも弱く回
    旋させられる、請求項９記載の加圧噴霧ノズル。
  11. 【請求項１１】 全負荷運転時及び過負荷運転時には、
    捩りを加えない主乱流発生段を介して加圧噴霧ノズルを
    運転し、しかも霧化すべき総液体（３７）を、少なくと
    も１つの供給通路（４１）を介して捩りをかけない状態
    で室（３９）に供給して、この場合乱流室として働く室
    （３９）内において高乱流を発生させ、次いで該高乱流
    をノズル孔（３３）を通流させてノズル外室へ到達させ
    るようにし、また部分負荷運転時及び低負荷運転時には
    付加的に加圧回旋流発生段を介して加圧噴霧ノズルを運
    転し、しかも霧化すべき液体（３７）の一部分又は霧化
    すべき第２の液体（３７′）を少なくとも１つの別の供
    給通路（３８）を介して捩りをかけた状態で前記室（３
    ９）に供給して、この場合回旋流室として働く室（３
    ９）内において強回旋流を発生させ、次いで該強回旋流
    を少なくとも１つのノズル孔（３３）を通流させてノズ
    ル外室へ到達させ、かつ回旋流発生段を介して供給され
    る液体分（３７，３７′）を、総液体質量流の低下に伴
    って増大させるようにすることを特徴とする、請求項１
    から６までのいずれか１項記載の加圧噴霧ノズルの運転
    法。
  12. 【請求項１２】 全負荷運転時及び過負荷運転時には、
    軽度に捩りを加える主加圧回旋流発生段を介して加圧噴
    霧ノズルを運転し、しかも霧化すべき総液体（３７）
    を、少なくとも１つの第１の供給通路（４１ａ）を介し
    て捩りをかけた状態で室（３９）に供給して、この場合
    回旋流室として働く室（３９）内において回旋流を発生
    させ、次いで該回旋流を少なくとも１つのノズル孔（３
    ３）を通流させてノズル外室へ到達させるようにし、ま
    た部分負荷運転時及び低負荷運転時には付加的に、より
    強く捩りを加える別の加圧回旋流発生段を介して加圧噴
    霧ノズルを運転し、しかも霧化すべき液体（３７）の一
    部分又は霧化すべき第２の液体（３７′）を少なくとも
    １つの別の供給通路（３８）を介して強く捩りをかけた
    状態で前記室（３９）に供給して、この場合回旋流室と
    して働く室（３９）内において強回旋流を発生させ、次
    いでこの強回旋流を少なくとも１つのノズル孔（３３）
    を通流させてノズル外室へ到達させ、かつ別の回旋流発
    生段を介して供給される強回旋液体分（３７，３７′）
    を、総液体質量流の低下に伴って増大させるようにする
    ことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１
    項記載の加圧噴霧ノズルの運転法。
  13. 【請求項１３】 両発生段間でスライド切換えを行う、
    請求項１１又は１２記載の運転法。
  14. 【請求項１４】 両発生段を同時にかつ通流量可変に運
    転する、請求項１１又は１２記載の運転法。
  15. 【請求項１５】 両発生段の一方のみを運転する、請求
    項１１又は１２記載の運転法。
  16. 【請求項１６】 ノズル（３）における液状燃料（１
    ２）の霧化によってバーナーの内室（１４）内に、該内
    室（１４）の壁を濡らさないように流動方向に拡がる円
    錐形状の液状燃料柱を燃料霧滴スプレー（４）として形
    成し、該燃料霧滴スプレーを、バーナー内へ接線方向に
    流入する燃焼空気流（１５）によって包囲し、混合気の
    着火をバーナーの出口で行わせ、バーナー火口の領域で
    火炎を逆流ゾーンによって安定化させるようにした形式
    の、予混合区間を有しないバーナーにおける液状燃料の
    燃焼法において、ノズル（３）が、請求項１１から１５
    までのいずれか１項記載の運転法で運転される請求項１
    から１０までのいずれか１項記載の加圧噴霧ノズルであ
    り、かつ燃焼空気流（１５）の３〜７％が、ジャケット
    空気流（１５ａ）としてノズル（３）をめぐってガイド
    されることを特徴とする、液状燃料の燃焼法。
  17. 【請求項１７】 ノズル（３）における液状燃料（１
    ２）の霧化によってバーナーの内室（１４）内に、該内
    室（１４）の壁を濡らさないように流動方向に拡がる円
    錐形状の液状燃料柱を燃料霧滴スプレー（４）として形
    成し、該燃料霧滴スプレーを、バーナー内へ接線方向に
    流入する燃焼空気流（１５）によって包囲し、これによ
    って回旋流を発生させ、該回旋流を下流側で、流動方向
    に延びる移行通路（２０１）を介して混合区間（２２
    ０）内へ到達させ、かつ混合気の着火をバーナーの出口
    で始めて行わせ、バーナー火口の領域で火炎を逆流ゾー
    ンによって安定化させるようにした形式の、予混合区間
    を有するバーナーにおける液状燃料の燃焼法において、
    ノズル（３）が、請求項１１から１５までのいずれか１
    項記載の運転法で運転される請求項１から１０までのい
    ずれか１項記載の加圧噴霧ノズルであり、かつ燃焼空気
    流（１５）の３〜７％が、ジャケット空気流（１５ａ）
    としてノズル（３）をめぐってガイドされることを特徴
    とする、液状燃料の燃焼法。
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