JPS591915A - 環状円錐形の空気−燃料混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンエンジン、加熱ユニットのよう
な目的に、及び／または、液体窒素のような極低温液体
の蒸発用に使用し５る燃焼器のバーナの設計に関する。

このような燃焼器では、オイルのような液体燃料が一次
燃焼室に導入され、ここでの燃焼室で空気と混合されて
可燃性混合気を形成する。一般に一次燃焼用空気を流入
させること釦よって、空気が燃焼室に供給され、燃焼室
で該空気は霧化された液体・燃料と混合する。

燃焼に当って、最大制御を保持し、そしてライナのある
部分を過熱したり或は、時おり消炎して再点火を必要と
するほど不安定になるような不均一な燃焼を防止する、
ために安定な火炎パターンを確立する多様な手段が使用
されている。

これらの燃焼室では、空気が燃料ノズルからの液体燃料
の流れに当るとき空気を旋回させるために旋回用羽根が
通常使用されている。このような−次燃焼用空気を適確
に旋回させるのに必要とされるような数と大きさの孔が
確立されている。このよ、うな燃焼混合装置の説明につ
いては、著者ＨＥＲＢＥＲＴ　Ｒ，ＨＡＺＡＲＤ　Ｋよ
るｇスタービンエンジニアリングハンドブック第Ｓ章「
燃焼器」に示されている。この著者に示されているよう
に、当該技術は、火炎を燃料ノズルに向かって連続的に
再循環させるために、−次空気の旋回運動および燃焼軸
線での低圧領域の発生を提案している。

しかしながら、流れの接線方向及び軸線方向の両方を処
理する必要性によって、このような旋回運動を設計する
際困難性が増し、その結果、最終的な火炎ツクターンを
確実性をもって予測することはしばしば極めてむずかし
い。上述の著者の７３ページに示すように、当該技術に
おいては、問題を解決する多くの異なった手段が考案さ
れている。

安定した火炎を作る混合装置を股引する際の上述の困難
性は、燃料ノズルによって一次燃焼室へ噴霧された末広
がり中空円錐形の液体燃料へ、収束する円錐形の一次燃
焼空気を噴射してこれに当てる本発明によって非常に転
減される。

本発明の股鹸によれば、燃料／空気混合気の広い範囲に
わたって空りと液体燃料を混合させる低コストの設計が
可能になる。火炎自体は非常に安定しており、おびただ
しい流入空気のジュツトの流れ、又は圧力の不安定性に
欽敏ではない。

二次燃焼用空気を実際の火炎のさらに下流に導入するこ
とによって、火炎の安定性は二次燃焼用空気の流れの変
化によって影響されない。

収束する円錐形の一次燃焼空気は一様であるから、火炎
の付は根を燃焼器の内壁或は表面から引き離すことが回
部であり、かくしてこのような燃焼器の内面さえも通常
の銅で、即ちＮさん、２７關（左θミル）の３／θステ
ンレス鋼で構成することができ、耐火性材料を必要とし
ない。

混合帯域を囲む拐料と構造とに関して、燃焼器自体を製
造する全コストを軽減することができる。

最初に第１図を参照すると、オイルのような液体燃料と
ともに使用する燃焼器３０が示され【いる。熱焼器３０
は形状が円筒形であるのが望ましく、一般的に７２５’
−ジのステンレス鋼で構成された外殻３２を有している
。燃焼器の一般的な説明は前述したガスタービンエンジ
ニアリングハン・ドブツクに示され【いる。

外殻３２の中には、円筒形で外殻と同軸のライナ３４が
あり、このライナ３４は比較的薄いステンレス鋼（厚さ
へ２７闘（０，０！ｒインチ））で構成されており、ラ
イチ内には一次燃焼室３６及び二次燃焼室３８が含まれ
ており、二次燃焼室で、−次燃焼室３６からの熱いガス
を二次空気と混合させて燃焼過程を完全にする。

ここで示すような実施態様では、−次燃焼皐３６で生ず
る燃焼用の空気及び二次燃焼室３８での完全燃焼用の空
気は、ファン（図示せず）によって供給され、空気はラ
イナ３４と外殻３２との間の環状通路４０を通り、該空
気の流れはライナ３４及び外殻３２を冷却するのに役立
つ。第１図に示すように、空気は矢印４２の方向に環状
通路を通過する。

端板４４は、燃焼器３０の一端を塞ぎ、ライナ３４及び
外殻３２の端部に嵌められて、これらを衆ぐ。端板４４
を頂通して、ノズル保持部４６が中央に位置決めされて
おり、該ノズル保持部は、とりわけ、燃料ノズル４８に
よって噴射された液体燃料の燃料分布のパターンを決定
するための空気を注入する。

ノズル保持部４６は第一図に断面図で、第３図に端面図
で、より十分に示されており、該ノズル保持部４６は、
一般的に、開口部５２をもつ本体５０を有し、該開口部
５２の一端は図示のように、該開口部５２の中実軸線の
周りに約９０°の角度の、傾斜開口部５４に開放してお
り、さらにノズル保持部４６は傾斜開口部５４に開放し
ている複数の半径方向に向いた開口部５６を有する。本
体５０には、燃料ノズル４８（第を図、及び第３図には
図示せず）を受けるために、凹部が形成されている。燃
料ノズル４８はＤεしＡＶＡＮ　Ｃ０ＲＰＯＲＡＴＩＯ
Ｎノズル型式第２７７７０−７号によって提供されるよ
うな在来の市販設計のものでも良く、該ノズル型式第２
７７７０−７号は、７　ｘ　１０’　Ｋｙ／ｍ“　ｒ−
ジ圧（／θＯｐｓｌｇ）の供給圧力で毎時λλＪＫｙ（
Ａ；　Ｏｌｂｓ、／ｈｒ、）の燃料消費（ＪＰ４）　　
が見積られている。

特定の燃料ノズル４８は霧化燃料オイルを円錐形の中実
軸線の周りに約りＳ０±５０の全体角度で末広がり中空
円錐形の形状に噴餠する設計のものである。開口部５６
に空気を通すことによって、液体燃料は旋回し、−次燃
焼室３６に渦流を作ることになる。

また、第１図に示すように、ノズル保持部４６の外面５
７は、ノズル保持部の中実軸ａＫ対して、約３０°の角
度をなし、即ち、截頭円錐形の形状に、ノズル保持部の
中実軸線に対して約６θ０の全体角度で収束している。

円形のバッフル板６０が燃料ノズル４８とノズル保持部
４６を囲んでいる。バッフル板６０の詳細を、第り図、
及び第３図に示し、バッフル板６０が燃焼器３０に組立
られた状態を第１図に示すＯ 第９図、及び第５図には、形状が一般的に円形であって
、環状皿形内部６２と中央開口部６４とをもつバッフル
板６０が示されている。環状皿形内部６２の内方リッゾ
６６はバッフル板６０の中実軸線に対ｌ−て約３００の
角度に、即ち、収束する円錐形の形態で６０°の全体角
度に形成されている。

第１図に示すように、バッフル板６０はナツト７０によ
って端板４４に固定されているボルト６８のような手段
によって、ノズル保持部４６と燃料ノズル４８に対して
同軸的に取付けられ、かつスペーサ７２によって燃料ノ
ズル４８に対して所定位置に保持されている。好ましい
実施態様では、３つの、このようなボルト６８、スペー
サ７２、及びナツト７０がバッフル板６０のボルト孔７
４を通ってバッフル板６０を固定位置に保持し、さらに
白熱型式の点火装置（機能は以下に説明する）に関連し
てバッフル板６０の孔７６が使用される。

いま、第１図でわかるように、−次燃焼室３６と二次燃
焼室３８で使用するための空気の流れは以下のように進
む。−次空気、即ち、液体燃料の燃焼で実際に使用され
る空気は、環状通路４０に沿１て通り、環状通路４０の
複数の開口部８２を通ってプレナム室８０に進入する。

かくしてプレナム室８０はバッフル板６０の後部に形成
されており、核ゾレナム室８０からの空気は多様な目的
に使用される。

プレナム室８０からの空気の一部は、ノズル保持部４６
の半径方向に向いた開口部５６を通過し、このような空
気は燃料ノズル４８かも一次燃焼室３６へ噴射された燃
料に対して旋回移動を生じさせるのに役立つ。

プレナム室８０からの空気の他の一部は、バッフル板６
０の外縁部８４を越えて漏れ、ライナ３４の内面をいく
らか冷却して、−次燃焼室３６の燃焼ガスによる直接作
用、即ち接触からライナ３４を保饅する＠ しかしながら、プレナム室８０かもの空気の大部分は、
環状円錐形開口部８６を通過して、液体燃料の燃焼のた
めの酸素を供給する一次空気として使用される。

上述のように、ノズル保持部４６の外面５７とバッフル
板６０の内方リツ７’６６の設計角度によって環状円錐
形開口部８６は、燃料ノズル４８の中実軸線の周りに約
６００の全体角度で、−次燃焼室に向かう方向に収束し
ている。

二次空気は、複数の開口部８７を通って二次燃焼室３８
に供給されて、二次燃焼室３８で熱い燃焼ガスと混合し
て燃焼過程を完全にする。

従って、作動中、燃料は、燃料ノズル４８によって、約
７３０士３０の全体角度の末広がりの中空円錐形の・や
ターンで一次燃焼室３６へ外方に噴射される。実際に燃
焼が生ずるようなある帯域に液体燃料と空気との可燃性
混合気を作るために、燃料は燃料ノズル４８によってこ
のような所定のパターンに霧化されて小滴になる。可燃
性混合気用の酸素を供給するための一次空気は、収束す
る環状円錐形開口部８６を通って、液体燃料の末広がり
中空円錐形のノやターンに突き当り、一般的に第１図の
矢印で示すような運動ノ４ターンを形成する。

これによって液体燃料／空気の混合気のパターンは帯域
８８で可燃性混合気の帯域を形成し、該帯域、はバッフ
ル板６０によって液体燃料の直接流れから保饅された比
較的安定な、静かな帯域である。かくして、この帯域８
８は白熱型式の点火組立体７８によって容易に点火され
る混合側を含む。

点火組立体７８は高電圧放１！によって液体燃料空気混
合気を帯域８８で点火させる在来のスパーク型式の点火
装置でもよいし、或は、図示のように、端板４４の適当
な大きさの開口部９２内に固定された一端と、バッフル
板６０の開口部７６を通る他端とをもつ円筒形のハウジ
ング９０を有するのが良い。白熱型式の、又はスパーク
型式の点火装置９４を、番号９５の位置で組立て、又は
、取り外しを容易にするねじ係合部のような手段によっ
て円筒形のハウジング９０内に位置決めすることができ
る。図示のように、点火装置９４は、十分な高温を作っ
て一次燃焼室３６内の帯域８８で液体燃料／空気混合気
を点火するための高抵抗電熱線を有しており、ＣＨＡＭ
ＰＩＯＮ　型式ＣＨ，のような市販されているグロープ
ラグであるのが良い。

再び、第１図の矢印で示すように、一旦点火すると、火
炎は極めて安定した位置を維持し、燃料流れのレベルの
広い変化にもかかわらず、変化しない。安定した火炎ツ
ヤターンは、収束する環状円錐形の形で供給され、かつ
燃料ノズル４８からの液体燃料の末広がり円錐形の噴霧
の周りに一様なパターンで突き当る一次空りによって生
ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図には、本発明に従って構成された燃料／空気混合
装置をもつオイル燃焼式燃焼器の部分断面側面図が示さ
れている。 第２図は第１図の燃焼器に液体燃料を導入し霧化するた
めの燃料ノズルを保持するのに使用されるノズル保持部
の部分断面側面図である。 第３図は第２図のノズル保持部の一部切欠断面端面図で
ある。 第グ図は安定した火炎／４’ターンを作るために第１図
の燃焼器で使用されるバッフル板の側断面図である。 第Ｓ図は第り図のバッフル板の端面図である。 ３０・・・・・・燃焼器、　３２・・・・・・外殻、　
３４・・・・・・ライ、す、　　３６・・・・・・−火
燃焼室、　　３８・・・・・・二次燃焼室、　４０・・
・・・・環状通路、　　４４・・・・・・端板、４６・
・・・・・ノズル保持部、　５０・・・・・・本体、５
２．５４．５６・・・・・・開口部、　４８・・・・・
・燃料ノズル、　　６０・・・・・・バッフル板、　　
６２・・・・・・環状皿形内部、　６４・・・・・・中
央開口部、　６６・・・・・・内方リップ、　　６Ｂ・
・・・・・ボルト、　　７０・・・・・・ナツト、７２
・・・・・・スペーサ、　　７４ｔ７６・・・・・・孔
、８０・・・・・・ブレナム室、　　８６・・・・・・
環状円錐形開口部、　８８・・・・・・帯域、　７８・
・・・・・点火組立体、９０・・・・・・ハウジング、
　９４・・・・・・点火装置。 ＩＧ、４　　　　　　　　ＦＩＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）安定した火炎を、燃焼室内に作る方法において、 液体燃料を、所定の角度をもつ中空円錐形のパターンで
   燃焼室へ噴霧する工程と、 −次空気を、前記燃料噴射の流れと同じ方向に収束する
   環状円錐形のパターンで燃焼室へ噴射する工程と、 液体燃料と空気の可燃性混合気の帯域を作るために収束
   する環状円錐形の一次空気士、液体燃料の末広がり噴霧
   に一様に当てるように差し向ける工程と、 燃料を生じさせるために前記可燃性混合気を前記帯域で
   点火する工程と、 からなる安定した火炎を作る方法。 ２）収束する環状円錐形の一次空気を差し向ける前記工
   程は、噴霧された液体燃料の前記中空円錐形の軸線と、
   前記空気の環状円錐形の軸線とを同軸的に整列させるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３）液体燃料と一次空気とを燃焼室で混合させるための
   装置において、 液体燃料の噴霧を、流れの方向に末広がり中空円錐形の
   ／’Ｐターンで前記燃焼室へ差し向け、かつ所定、の末
   広がり角度をもつ燃料ノズル装置と、−次空気を、液体
   燃料の前記噴霧に当てて液体燃料と一次空気の可燃性混
   合気の帯域を形成するために、−次空気を、流れの方向
   に所定の角度で収束する環状円錐形として、前記燃焼室
   へ噴射させる装置と、 液体燃料と空気の前記可燃性混合気を前記燃焼室内で選
   択的に点火させる点火装置と、からなることを特徴とす
   る装置。 グ）燃焼装置において、 円筒形の燃焼室と、 前記燃焼室に向かって所定の角度で収束する外面をもち
   、液体燃料を末広がり中空円錐形のノ々ターンで前記燃
   焼室へ噴霧させる、前記燃焼室の一端にあるノズル装置
   と、 前記ノズル装置と同軸で、かつこれを囲む円形バッフル
   板と、を有し、前記バッフル板は、該バッフル板と前記
   ノズル装置との間に、前記燃焼室に向かって所定の角度
   で収束する環状円錐形開口部を形成するために、前記燃
   焼室に向かって所定の角度で収束する内面をもつリップ
   によって形成された中央開口部を〒方、更に、−次空気
   を末広がりの中空円錐形の液体燃料に当てて前記燃焼室
   内に、液体燃料と一次空気の可燃性混合気の帯域を形成
   するために１前記−次空気を前記環状円錐形開口部から
   導入する装置と、 前記液体燃料を前記燃焼室内で燃焼させるために前記可
   燃性混合気を含む前記帯域を点火する点火装置と、有す
   ることを特徴とする燃焼装置。 ！ｒ）　　前記環状円錐形開口部は前記燃焼室の方向に
   約６Ｏ０の全体角度で収束していることを特徴とする特
   許請求の範囲第ダ項に記載の燃焼装置。