JP2003047892A - Wall surface collision type liquid atomizing nozzle - Google Patents

Wall surface collision type liquid atomizing nozzle

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JP2003047892A
JP2003047892A JP2001234152A JP2001234152A JP2003047892A JP 2003047892 A JP2003047892 A JP 2003047892A JP 2001234152 A JP2001234152 A JP 2001234152A JP 2001234152 A JP2001234152 A JP 2001234152A JP 2003047892 A JP2003047892 A JP 2003047892A
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茂 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To atomize and jet a spouted liquid from a nozzle with the application of misty atomization of a liquid, which is performed by spouting the pressurized liquid from fine bole at a high speed and bringing the columnar jet stream to collide with a solid collision wall surface. SOLUTION: The wall surface collision type liquid atomizing nozzle 10 has a cylindrical injector 12 in which a passage for a liquid (fuel) 11 is formed and a cylindrical body 16 assembled coaxially in the outside thereof and provided with the collision wall surface 15 forming a part of a continuous conical surface in the circumferential direction at an end part. The liquid jet stream 14 jetted in the diameter direction from a plurality of jetting holes 13 formed in the injector 12 collides with the collision wall surface 15 of the cylindrical body 15 to form a liquid film extending obliquely outward to be atomized. The wall surface collision type liquid atomizing nozzle 10 highly atomizes the fuel even at a low jetting pressure and can be applied to a gas turbine combustor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ボ
イラ等に用いられる液体燃料、農薬や消毒薬等の液体を
微粒化して噴射する新規なノズルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel nozzle for atomizing and injecting liquid fuels used in gas turbines, boilers and the like, liquids such as agricultural chemicals and disinfectants.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ガスタービンの燃焼器に適用され
る燃料噴射ノズルとして、図6に示すように、螺旋状の
溝53等の構造によって燃料噴射ノズル50の先端に形
成される燃料噴射孔51のすぐ上流の空間52内での燃
料の流れに旋回を与える方式のノズル、即ち、スワール
ノズルが広く用いられてきた。簡易なディーゼルエンジ
ンの燃料ノズルのように、燃料流れに旋回を与えること
のない単純構造に形成された燃料噴射ノズルの場合に
は、噴射される燃料には100MPaを超える噴射圧を
加える必要があるが、スワールノズルでは燃料はその旋
回作用により分裂しやすい薄い液膜として噴出されるの
で、小容量のものでは0.5MPa程度の比較的低い噴
射圧力でも燃料の微粒化を良好に行うことができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a fuel injection nozzle applied to a combustor of a gas turbine, as shown in FIG. 6, a fuel injection hole formed at the tip of a fuel injection nozzle 50 by a structure such as a spiral groove 53. Nozzles of the type that impart swirl to the flow of fuel in the space 52 immediately upstream of 51, that is, swirl nozzles, have been widely used. In the case of a fuel injection nozzle having a simple structure that does not give a swirl to the fuel flow, such as a fuel nozzle of a simple diesel engine, it is necessary to apply an injection pressure exceeding 100 MPa to the injected fuel. However, in the swirl nozzle, the fuel is ejected as a thin liquid film that is easily split due to its swirling action, so that with a small capacity, the fuel can be atomized well even at a relatively low injection pressure of about 0.5 MPa. .

【0003】微粒化が良好なスワールノズルは、各種エ
ンジンの燃料噴射ノズルのみならず、農薬噴霧器のノズ
ルや小型ボイラの燃料ノズルとしても用いられている。
スワールノズルは、最近では、自動車用筒内噴射式のガ
ソリン機関の燃料噴射ノズルとしても使用されている
が、この場合の燃料噴射圧は5MPaを超えている。ス
ワールノズルから噴射される燃料噴霧は燃料粒子が小さ
いことに加え、その旋回作用のために円錐状に発達する
ので、一般に、燃料と空気との混合が良好である。その
ため、噴霧の貫通距離は、ディーゼルエンジンの燃料ノ
ズルの噴霧に比べて短い。
Swirl nozzles with good atomization are used not only as fuel injection nozzles for various engines, but also as pesticide sprayer nozzles and small boiler fuel nozzles.
Recently, the swirl nozzle is also used as a fuel injection nozzle for a gasoline engine of a cylinder injection type for automobiles, but the fuel injection pressure in this case exceeds 5 MPa. The fuel spray injected from the swirl nozzle generally has a good mixture of fuel and air because the fuel particles are small and develop into a conical shape due to their swirling action. Therefore, the penetration distance of the spray is shorter than that of the spray of the fuel nozzle of the diesel engine.

【0004】ところで、最近の高圧力比ガスタービンで
は、図7に示されているような、燃焼器に流入する空気
流により燃料を微粒化する気流微粒化(エアーブラス
ト)燃料ノズル60が使用される傾向にある。燃料はフ
ィルマー(液膜形成器)61と呼ばれる環状の薄肉円筒
内壁面上に供給され、円筒壁面上に形成される燃料液膜
はフィルマー61の先端62から離れるときにそれに接
する気流の剪断作用により微粒化される。多くの場合、
空気流Fはフィルマーの内外両面に沿って流され、それ
らの空気流Fi,Foには旋回羽根63,64により旋
回が与えられている。空気流の速度は、通常、100m
/s程度である。
By the way, in a recent high pressure ratio gas turbine, an air flow atomization (air blast) fuel nozzle 60 for atomizing fuel by an air flow flowing into a combustor as shown in FIG. 7 is used. Tend to The fuel is supplied onto the inner wall surface of an annular thin cylinder called a filmer (liquid film forming device) 61, and the fuel liquid film formed on the cylindrical wall surface is separated from the tip 62 of the filmer 61 by the shearing action of the air flow in contact therewith. Atomized. In many cases,
The airflow F is made to flow along both inner and outer surfaces of the filmer, and the airflows Fi and Fo are swirled by swirl vanes 63 and 64. Airflow speed is usually 100m
/ S.

【0005】高圧力比のガスタービンに気流微粒化方式
が使用されるようになった背景として、燃焼圧の上昇に
従ってスワールノズルでの燃料と空気の混合ではスモー
クやNOxの抑制が次第に困難になってきたこと、最大
・最小燃料流量比が広がり、小流量側で噴射圧を低くす
る必要が出てきたため良好な微粒化が困難になったこ
と、タービンの冷却空気量を増大する必要から燃焼器ラ
イナーにそれまでよりも大きな圧力損失が許容され、ラ
イナーに流入する気流の速度が上昇したため、気流微粒
化方式でもスワールノズルと同程度あるいはそれ以上の
微粒化が可能になったことが挙げられる。
As a background of the use of the air stream atomization method in a gas turbine with a high pressure ratio, it is becoming difficult to suppress smoke and NOx by mixing fuel and air in a swirl nozzle as the combustion pressure rises. Since the maximum / minimum fuel flow rate ratio has widened and it has become necessary to lower the injection pressure on the small flow rate side, it has become difficult to achieve fine atomization, and it is necessary to increase the turbine cooling air amount. A larger pressure loss than before was allowed in the liner, and the speed of the air flow flowing into the liner was increased. Therefore, even with the air flow atomization method, atomization at the same level as or higher than that of the swirl nozzle was possible.

【0006】NOxについては、大気汚染防止の観点か
らだけでなく地球温暖化防止やオゾン層保護の観点から
も一層の排出削減が求められている。液体燃料を使用す
るガスタービンでは、燃料の予蒸発化予混合化がNOx
の抑制に有効であることは基礎試験で明らかになってい
るが、空気温度が高くなると燃料を空気中に噴射してか
ら着火するまでの時間遅れが急速に短くなるので、燃料
が完全に蒸発する前に着火してしまうという、本質的な
問題がある。この問題は高圧になるほど顕著である。そ
のため、燃料の予蒸発化予混合化は、まだ実用化に至っ
ていない。燃料粒子が十分小さければ、蒸発時間が短く
なり着火する前に蒸発を完了することができるので、こ
の問題の解決には従来の燃料ノズルより格段に微細な噴
霧を発生することができる燃料ノズルが不可欠である。
With respect to NOx, further emission reduction is required not only from the viewpoint of preventing air pollution but also from the viewpoint of preventing global warming and protecting the ozone layer. In gas turbines that use liquid fuel, NOx
Although it has been clarified in the basic test that it is effective in suppressing fuel consumption, when the air temperature rises, the time delay between the injection of fuel into the air and the ignition is shortened rapidly, so the fuel evaporates completely. There is an essential problem that it ignites before starting. This problem becomes more remarkable as the pressure becomes higher. Therefore, the pre-evaporation and pre-mixing of the fuel has not yet been put to practical use. If the fuel particles are small enough, the evaporation time will be shorter and the evaporation can be completed before ignition, so a fuel nozzle that can generate much finer spray than conventional fuel nozzles can be used to solve this problem. It is essential.

【0007】気流微粒化燃料ノズルの微粒化性能は、液
膜の形成が適切であれば、ほぼ気流速度によって決まる
といってもよい。即ち、細部の設計の改善による微粒化
の改善効果はそれほど期待できないということである。
これまでの多様な設計の気流微粒化燃料ノズルについて
の噴霧測定の結果、噴霧粒子の代表径(例えば体表面積
平均径)は気流速度の1 〜1.2乗に逆比例して変化
することが分かっている。気流速度は気流微粒化燃料ノ
ズルが取り付けられている燃焼器ライナーの圧力差(差
圧)のほぼ平方根に比例するので、代表粒径を1/2に
しようとすると差圧は略4倍にする必要がある。この差
圧の大部分は差圧エネルギーの損失(圧力損失)とな
り、差圧の増大は燃費の増大に直結するので、微粒化性
能の向上のみの目的のために差圧を増大させることは論
外である。
It can be said that the atomizing performance of the air stream atomizing fuel nozzle is determined substantially by the air stream velocity if the formation of the liquid film is appropriate. That is, the effect of improving the atomization by improving the design of details cannot be expected so much.
As a result of spray measurement of airflow atomizing fuel nozzles of various designs up to now, the representative diameter (for example, the average body surface area diameter) of the spray particles may change in inverse proportion to the power of 1 to 1.2 to the airflow velocity. I know it. The airflow velocity is proportional to the square root of the pressure difference (differential pressure) of the combustor liner to which the airflow atomizing fuel nozzle is attached, so if the representative particle size is halved, the pressure difference will be approximately four times. There is a need. Most of this differential pressure is loss of differential pressure energy (pressure loss), and an increase in differential pressure is directly linked to an increase in fuel consumption. Therefore, increasing differential pressure only for the purpose of improving atomization performance is out of the question. Is.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】加圧した液体を微細な
孔から高速で噴出し、その柱状の噴流を固体壁面に衝突
させることによって液体を霧状に微粒化できることが知
られている。壁面に衝突した液柱は壁面上で膜状に拡が
り、それが壁面の縁から自由空間に飛び出し、分裂す
る。 そこで、壁面衝突による微粒化を利用して、噴出さ
れた液体を噴射ノズルから微粒化して噴射させる点で解
決すべき課題がある。
It is known that liquid can be atomized into a mist by ejecting a pressurized liquid at high speed from a fine hole and colliding the columnar jet with a solid wall surface. The liquid column that collides with the wall surface spreads in a film shape on the wall surface, and it jumps out from the edge of the wall surface into the free space and splits. Therefore, there is a problem to be solved in that atomization by wall collision is used to atomize and eject the ejected liquid from the ejection nozzle.

【0009】この発明の目的は、壁面衝突による微粒化
を利用して液体を微粒化させて噴出させることができる
ノズルを提供すること、特に、ガスタービンに用いた場
合においても、燃焼器の圧力損失を増加することなく、
従来のガスタービン用燃料ノズルでは不可能であったよ
うな液体燃料を微細な粒子に微粒化することを可能にす
る壁面衝突式液体微粒化ノズルを提供することである。
An object of the present invention is to provide a nozzle capable of atomizing and ejecting a liquid by utilizing atomization due to wall collision, and particularly when used in a gas turbine, the pressure of the combustor is also provided. Without increasing loss
It is an object of the present invention to provide a wall impingement type liquid atomization nozzle that enables atomization of liquid fuel into fine particles, which is impossible with conventional fuel nozzles for gas turbines.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明である壁面衝突式液体微粒化ノズルは、
加圧液体を噴出する噴射孔を具えた筒状の噴射器と、前
記噴射器の外側に前記噴射器と略同軸に配置され且つ前
記噴射孔から噴射された液噴流が衝突する衝突壁面を具
えた円筒体とから成ることを構成としている。この壁面
衝突式液体微粒化ノズルによれば、噴射器に具わる噴射
孔から噴出された加圧液体の液噴流は、噴射器の外側に
前記噴射器と略同軸に配置されている円筒体に具わる衝
突壁面に衝突して噴射器の周囲に同軸状の液膜を形成
し、その液膜から飛散することで噴射器から霧状に微粒
化する。
In order to solve the above problems, the wall collision type liquid atomizing nozzle of the present invention is
A cylindrical injector having an injection hole for ejecting a pressurized liquid, and a collision wall surface disposed outside the injector substantially coaxially with the injector and colliding with a liquid jet injected from the injection hole. And a cylindrical body. According to this wall collision type liquid atomization nozzle, the liquid jet flow of the pressurized liquid ejected from the ejection hole of the ejector is applied to the cylindrical body disposed outside the ejector and substantially coaxial with the ejector. It collides with a collision wall surface to form a coaxial liquid film around the injector and scatters from the liquid film to atomize the injector into mist.

【0011】上記の壁面衝突式液体微粒化ノズルにおい
て、前記噴射器の前記噴射孔は径方向に貫通して形成さ
れており、前記円筒体の前記衝突壁面は、前記円筒体の
先端部に形成された周方向の連続面、又は前記円筒体の
先端部に周方向に切込みを入れること若しくは前記円筒
体の先端部に独立した柱状突起体を形成することで前記
各噴射孔からの前記液噴流が個別に衝突する不連続面と
することができる。壁面衝突式液体微粒化ノズルをこの
ような径方向噴射型に構成した場合、円筒状の噴射器の
壁面に穿設された複数の噴射孔から噴射される径方向の
液噴流は、噴射器の外側に噴射器と略同軸に配置された
円筒体の先端部に周方向の連続面を形成した場合には、
その連続面に衝突し、円筒体の先端部に周方向に切込み
を入れること若しくは円筒体の先端部に独立して加工さ
れた柱状突起体に形成することで分割して不連続面を形
成した場合には、その不連続面に個別に衝突する。
In the above wall collision type liquid atomizing nozzle, the injection hole of the injector is formed so as to penetrate in the radial direction, and the collision wall surface of the cylindrical body is formed at the tip end portion of the cylindrical body. A continuous jet surface in the circumferential direction, or by making a notch in the circumferential direction at the tip of the cylindrical body or by forming an independent columnar projection at the tip of the cylindrical body, the liquid jet flow from each of the ejection holes. Can be individual discontinuities. When the wall impingement type liquid atomization nozzle is configured as such a radial jet type, the radial liquid jets jetted from the plurality of jet holes formed in the wall surface of the cylindrical injector are In the case where a circumferential continuous surface is formed at the tip of the cylindrical body that is disposed substantially coaxially with the injector,
It collides with the continuous surface and makes a notch in the circumferential direction at the tip of the cylindrical body or is formed into a columnar protrusion independently processed at the tip of the cylindrical body to form a discontinuous surface. In that case, the discontinuities are individually impacted.

【0012】また、上記の壁面衝突式液体微粒化ノズル
において、前記円筒体に形成された前記衝突壁面を、前
記円筒体の軸線に直交する平面との交線が2次曲線或い
はその一部で表される壁面とすることができる。そのよ
うな衝突壁面の一つとして、連続面の場合には、ノズル
先端方向に向かって外側に広がる円錐内壁面とすること
ができ、このとき、円筒体の軸線に直交する平面との交
線は円となる。また、衝突壁面を柱状突起体に形成する
場合には、円筒面や放物面の一部から成る壁面とするこ
とができ、このとき、円筒体の軸線に直交する平面との
交線は円や放物線のような2次曲線の一部となる。衝突
壁面の円筒体の軸線に直交する平面との交線を2次曲線
とし、円筒体の軸線を含む平面との交線をリニアにする
と、衝突壁面は、いわゆる二次曲面となり、三次元曲面
と比較して製作が格段に容易になる。連続する衝突壁面
の場合、壁面を、円筒体の軸線に直交する平面との交線
が円となる円錐等の曲面とすると、衝突壁面は回転軸対
称曲面であるので、円筒体を回転させ、切削バイトを回
転体の母線に沿って移動させるだけで機械加工を容易に
行うことができ、高精度の製品を安価に製造することが
できる。また、そうして形成された衝突壁面に径方向に
噴射した液噴流を衝突させると、衝突後には軸対称の噴
霧を形成することができる。
Further, in the above wall collision type liquid atomizing nozzle, the line of intersection of the collision wall formed on the cylinder with a plane orthogonal to the axis of the cylinder is a quadratic curve or a part thereof. It can be the wall represented. In the case of a continuous surface as one of such collision wall surfaces, it can be a conical inner wall surface that spreads outward in the nozzle tip direction, and at this time, the line of intersection with the plane orthogonal to the axis of the cylindrical body. Becomes a circle. Further, when the collision wall surface is formed on the columnar protrusion, it can be a wall surface formed of a part of a cylindrical surface or a parabolic surface. At this time, the line of intersection with the plane orthogonal to the axis of the cylinder is a circle. And become a part of a quadratic curve such as a parabola. If the line of intersection of the collision wall surface with the plane orthogonal to the axis of the cylinder is a quadratic curve, and the line of intersection with the plane containing the axis of the cylinder is linear, the collision wall surface becomes a so-called quadric surface, which is a three-dimensional curved surface. It is much easier to manufacture compared to. In the case of continuous collision wall surfaces, if the wall surface is a curved surface such as a cone whose intersection with a plane orthogonal to the axis of the cylindrical body is a circle, the collision wall surface is a rotationally axisymmetric curved surface, so the cylindrical body is rotated. Machining can be easily performed only by moving the cutting tool along the generatrix of the rotating body, and a highly accurate product can be manufactured at low cost. Further, when the liquid jet flow jetted in the radial direction is made to collide with the collision wall surface thus formed, it is possible to form an axisymmetric spray after the collision.

【0013】衝突壁面を円錐内壁面とした壁面衝突式液
体微粒化ノズルにおいて、前記円筒体の外周面を前記円
錐内壁面とエッジで接続し、前記円筒体の前記外周面に
沿って前記エッジ側に向かう気流を流すことが好まし
い。液膜が衝突面から空間に流出する際、時として、液
体が衝突面につながる他の面、例えば円筒体の外周面に
回り込むことがあるが、円筒体の外周面に沿ってエッジ
側に向かう気流を流し衝突面の先端に流れる気流を生じ
させることによって液の回り込みが回避される。この流
れに円筒体の周方向に回る旋回を与えることにより、液
の回り込みを更に回避し衝突した液噴流を更に微粒化す
ることが可能になる。また、円筒体の前記外周面の一部
である少なくとも前記エッジの近傍部分の表面に、疎水
性の材料からなるコーティング層を形成することによ
り、液膜の回り込みが更に回避される。
In a wall collision type liquid atomization nozzle having a collision inner wall surface as a conical inner wall surface, an outer peripheral surface of the cylindrical body is connected to the inner conical wall surface by an edge, and the edge side is formed along the outer peripheral surface of the cylindrical body. It is preferable to flow an air flow toward. When the liquid film flows out of the collision surface into the space, the liquid sometimes goes around to the other surface connected to the collision surface, for example, the outer peripheral surface of the cylindrical body, but goes to the edge side along the outer peripheral surface of the cylindrical body. The wraparound of the liquid is avoided by flowing the airflow and generating the airflow flowing to the tip of the collision surface. By giving a swirl to the flow in the circumferential direction of the cylindrical body, it is possible to further avoid the wraparound of the liquid and further atomize the colliding liquid jet. Further, by forming a coating layer made of a hydrophobic material on the surface of at least the portion in the vicinity of the edge which is a part of the outer peripheral surface of the cylindrical body, the wraparound of the liquid film is further avoided.

【0014】また、上記の壁面衝突式液体微粒化ノズル
において、前記噴射器の前記噴射孔を軸方向に貫通して
形成し、前記衝突壁面を、前記円筒体の先端部に形成さ
れた貫通孔の孔壁面とすることもできる。即ち、円筒状
噴射器の先端部壁に形成した噴射孔から噴射された液噴
流が、円筒体の閉じられた端部壁面に斜めに貫通して形
成された貫通孔の孔壁面に衝突することによって、液膜
が形成される。上記の構造では噴霧の前方に衝突壁面を
支持する物体がないので、燃焼器の燃料ノズルとして使
用可能である。この壁面衝突式液体微粒化ノズルでは、
液噴流を多数本配列することが可能で、そうすればスワ
ールノズルと同様、燃焼に適した形状である円錐状の噴
霧を発生することができる。
Further, in the above wall impingement type liquid atomizing nozzle, the injection hole of the injector is formed so as to penetrate through in the axial direction, and the collision wall surface is formed with a through hole formed at the tip of the cylindrical body. The wall surface of the hole can also be used. That is, the liquid jet injected from the injection hole formed in the tip end wall of the cylindrical injector collides with the hole wall surface of the through hole formed by obliquely penetrating the closed end wall surface of the cylindrical body. A liquid film is formed by. In the above structure, since there is no object supporting the collision wall surface in front of the spray, it can be used as a fuel nozzle of a combustor. With this wall collision type liquid atomization nozzle,
It is possible to arrange a large number of liquid jets, and then, like the swirl nozzle, it is possible to generate a conical spray that is a shape suitable for combustion.

【0015】衝突壁面を前記円筒体の先端部に形成され
た貫通孔の孔壁面とした壁面衝突式液体微粒化ノズルに
おいて、前記円筒体の前記先端部には、前記貫通孔に近
接又はエッジによって接続する状態で開口する気流通路
を形成することが好ましい。液膜が衝突面から空間に流
出する際、時として、液体が衝突面につながる他の面、
例えば円筒体の先端面に回り込むことがあるが、貫通孔
に近接又はエッジによって接続する状態で開口する気流
通路を設けることで、気流通路から吹き出る気流によっ
て液の回り込みが回避される。この流れに円筒体の軸回
りに回る旋回を与えることで、液の回り込みを更に回避
し衝突した液噴流を更に微粒化することが可能である。
また、前記貫通孔の前記孔壁面に近接する前記円筒体の
先端面又は前記気流通路の表面には、疎水性の材料から
なるコーティング層を形成すると、液膜の回り込みが更
に回避される。
In the wall collision type liquid atomizing nozzle in which the collision wall surface is the hole wall surface of the through hole formed in the tip end portion of the cylindrical body, the tip end portion of the cylinder body is close to the through hole or by an edge. It is preferable to form an airflow passage that opens in a connected state. When the liquid film flows out of the collision surface into the space, sometimes the other surface where the liquid connects to the collision surface,
For example, although it may wrap around the tip end surface of the cylindrical body, the wraparound of the liquid is avoided by the air flow blown out from the air flow passage by providing the air flow passage that opens in the state of being close to or connected to the through hole by the edge. By giving a swirl around the axis of the cylindrical body to this flow, it is possible to further prevent the liquid from wrapping around and further atomize the colliding liquid jet.
Further, when a coating layer made of a hydrophobic material is formed on the tip end surface of the cylindrical body or the surface of the airflow passage near the hole wall surface of the through hole, the wraparound of the liquid film is further avoided.

【0016】また、上記の壁面衝突式液体微粒化ノズル
において、前記液噴流が衝突する前記衝突壁面におい
て、前記衝突壁面の法線方向と前記液噴流の噴出方向と
のなす角を110度から160度の範囲に置くことがで
きる。衝突壁面と液噴流との交差角度をこの角度範囲に
設定することにより、噴射方向への液膜の伸展が効果的
で、薄い膜となり、液体の微粒化を促進することができ
る。
Further, in the above wall impingement type liquid atomizing nozzle, an angle between a normal direction of the impinging wall surface and a jetting direction of the liquid jet on the impinging wall surface on which the liquid jet collides is 110 degrees to 160 degrees. Can be placed in a range of degrees. By setting the intersecting angle between the collision wall surface and the liquid jet in this angle range, the liquid film can be effectively spread in the jet direction to form a thin film, and the atomization of the liquid can be promoted.

【0017】更に、上記の壁面衝突式液体微粒化ノズル
において、前記円筒体の円筒壁には、前記円筒体の内部
に向けて気流が流入する連通孔を形成することができ
る。円筒体の円筒壁に連通孔を形成することで、連通孔
から円筒内部に流入する気流によって噴霧がノズル内の
空間に進入するのを防止することができる。燃料ノズル
から微粒化された液体が燃料であるとき、連通孔からの
流入気流(空気)は、燃料が燃焼器で燃焼されたときに
生じる火焔からの放射熱を取り除き、また高温燃焼ガス
が燃料ノズルの近傍に滞留するのを防止する上でも有効
である。
Further, in the above wall impingement type liquid atomizing nozzle, a communication hole through which an air stream flows toward the inside of the cylinder can be formed in the cylinder wall of the cylinder. By forming the communication hole in the cylindrical wall of the cylindrical body, it is possible to prevent the spray from entering the space inside the nozzle by the airflow flowing into the cylinder from the communication hole. When the atomized liquid from the fuel nozzle is the fuel, the inflow air (air) from the communication hole removes the radiant heat from the flame generated when the fuel is burned in the combustor, and the high temperature combustion gas is the fuel. It is also effective in preventing staying in the vicinity of the nozzle.

【0018】上記の連通孔から流入空気を進入させる壁
面衝突式液体微粒化ノズルにおいて、前記連通孔の中心
軸を前記噴射器の軸とねじれの位置の関係に置くことが
できる。連通孔の中心軸を噴射器の軸とねじれの位置に
置くことで、連通孔を通して流入する気流(空気)には
旋回が与えられて、円筒内壁の沿った流れが形成される
ので、噴霧をより効果的に前方に押し出すことができ
る。
In the wall impingement type liquid atomization nozzle which allows the inflowing air to enter from the communication hole, the central axis of the communication hole can be placed in a twisted position relationship with the axis of the injector. By arranging the central axis of the communication hole at a position twisted with the axis of the injector, swirl is given to the air flow (air) flowing in through the communication hole, and a flow along the inner wall of the cylinder is formed. It can be pushed out more effectively.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による壁面衝突式液体ノズルの実施例について説明す
る。図1はこの発明の実施形態である壁面衝突式液体微
粒化ノズルを示す図であり、(a)はその縦断面、
(b)は燃料の噴射状態を示す端面図である。図1に示
される壁面衝突式液体微粒化ノズル(以下、「微粒化ノ
ズル」と略す)10は、液体を燃料としたガスタービン
燃焼器に適用されており、先端が閉じられ且つ内部に燃
料11用の通路が形成されている円筒状の噴射器12
と、噴射器12の外側に同軸に組み立てられ且つ周方向
に連続な衝突壁面15を端部に具えた円筒体16とを有
している。噴射器12の先端部の周壁には、径方向に延
びる複数(この実施例では6つ)の噴射孔13が穿設さ
れている。噴射孔13は、噴射器12の先端部の周方向
に等間隔に形成するのが好ましい。円筒体16の端部に
形成される衝突壁面15は、円筒の軸と同軸の周方向に
連続する回転体の表面又はその一部であり、円筒体16
の軸を直交する平面との交線が円となっている。衝突壁
面15は、好ましくは、円筒体16の軸と同軸に形成さ
れた周方向に連続する円錐面の一部である。連続する衝
突壁面15を直線状の母線を有する円錐面、或いは母線
を放物線とした回転軸対称な曲面とすることにより、回
転する円筒体素材に切削バイトを当てて加工することで
衝突壁面15の機械加工が容易となり、しかも高精度の
円筒体製品を安価に製造することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a wall collision type liquid nozzle according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a wall impingement type liquid atomization nozzle which is an embodiment of the present invention, and FIG.
(B) is an end view showing a fuel injection state. A wall collision type liquid atomization nozzle (hereinafter abbreviated as “atomization nozzle”) 10 shown in FIG. 1 is applied to a gas turbine combustor using liquid as a fuel, and has a tip closed and a fuel 11 inside. Cylindrical injector 12 having a passage formed therein
And a cylindrical body 16 coaxially assembled on the outside of the injector 12 and having an end portion with a collision wall surface 15 continuous in the circumferential direction. A plurality of (six in this embodiment) injection holes 13 extending in the radial direction are formed in the peripheral wall of the tip of the injector 12. The injection holes 13 are preferably formed at equal intervals in the circumferential direction of the tip of the injector 12. The collision wall surface 15 formed at the end of the cylindrical body 16 is a surface of a rotating body that is continuous in the circumferential direction coaxial with the axis of the cylinder, or a part thereof.
The line of intersection with the plane orthogonal to the axis of is a circle. The collision wall surface 15 is preferably a part of a circumferentially continuous conical surface formed coaxially with the axis of the cylindrical body 16. By forming the continuous collision wall surface 15 into a conical surface having a straight generatrix or a curved surface that is rotationally symmetric with respect to a parabola of the generatrix, the rotating cylindrical body is processed by applying a cutting tool to the collision wall surface 15. Machining becomes easy, and a highly accurate cylindrical product can be manufactured at low cost.

【0020】噴射孔13から径方向に噴射された燃料の
液噴流14は、円筒体16の衝突壁面15に衝突する。
衝突壁面15に衝突した燃料は、衝突壁面15が円錐面
であることから、斜め外側に広がる液膜を形成し、その
後、微粒化する。衝突壁面15は同軸の円錐面の一部で
あるので、衝突した後に生じる噴霧は微粒化ノズル10
について軸対称に形成される。燃料の噴霧は衝突壁面1
5に沿って発達するので、衝突壁面15の円錐角度を変
えることによって容易に希望の拡がり角を持った噴霧を
発生させることができる。図1(a)に示すように、衝
突壁面15の衝突点Aにおける方向(面の法線の方向n
で定義)と液噴流の方向iとのなす角度θは、110度
から160度の範囲に設定されている。角度θをこの角
度範囲に設定することにより、液噴流14の衝突後に液
膜の伸展が効果的であり、液膜は薄膜化し、その後更に
微粒化が促進される。
The liquid jet flow 14 of the fuel injected radially from the injection hole 13 collides with the collision wall surface 15 of the cylindrical body 16.
The fuel that has collided with the collision wall surface 15 forms a liquid film that spreads obliquely outward because the collision wall surface 15 is a conical surface, and then atomizes. Since the collision wall surface 15 is a part of the conical surface which is coaxial, the spray generated after the collision collides with the atomization nozzle 10.
Is formed to be axisymmetric with respect to. Fuel spray is on collision wall 1
5, the spray having a desired divergence angle can be easily generated by changing the cone angle of the collision wall surface 15. As shown in FIG. 1A, the direction at the collision point A of the collision wall surface 15 (direction n of the normal to the surface).
Defined by 1.) and the direction i of the liquid jet flow is set in the range of 110 to 160 degrees. By setting the angle θ within this angle range, the extension of the liquid film is effective after the collision of the liquid jet flow 14, the liquid film is thinned, and thereafter atomization is further promoted.

【0021】円筒体16の円筒壁部にはその上流側にお
いて、空気を噴射器12と円筒体16との間に形成され
る環状空部に流入させるための連通孔19が穿設されて
いる。連通孔19を通じて流入した空気流Fa1は、衝
突壁面15で衝突することによって霧化した燃料噴霧が
環状空部に侵入するのを防止すると共に、微粒化ノズル
10を燃焼器に用いた場合、火焔からの放射熱に起因し
て壁面の温度上昇を防止し、高温燃焼ガスが微粒化ノズ
ル10の近傍に滞留するのを防止する効果を奏する。連
通孔19の中心軸を噴射器12の軸とねじれの位置の関
係に置くことにより、連通孔19を通して流入する空気
流Fa1に旋回を与えることができる。空気流に旋回を
与えることにより、円筒体16の円筒内壁に沿った空気
旋回流れが形成されるので、円筒体16の先端に形成さ
れる衝突壁面15から噴霧をより効果的に前方に押し出
すことができる。
On the upstream side of the cylindrical wall of the cylindrical body 16, there is provided a communication hole 19 for allowing air to flow into an annular space formed between the injector 12 and the cylindrical body 16. . The air flow Fa1 flowing in through the communication hole 19 prevents the fuel spray atomized by the collision on the collision wall surface 15 from entering the annular space, and when the atomizing nozzle 10 is used in the combustor, the flame is burned. The temperature rise of the wall surface due to the radiant heat from the wall is prevented, and the high temperature combustion gas is prevented from staying in the vicinity of the atomizing nozzle 10. By arranging the central axis of the communication hole 19 in the relationship of the axis of the injector 12 and the position of the twist, the air flow Fa1 flowing through the communication hole 19 can be swirled. By giving swirl to the air flow, an air swirling flow is formed along the inner wall of the cylinder body 16, so that the spray can be more effectively pushed forward from the collision wall surface 15 formed at the tip of the cylinder body 16. You can

【0022】この実施例では、円筒体16の外側には同
心状の円筒17が設けられており、円筒体16の外周面
16aと円錐内壁面である衝突壁面15とはエッジ15
aで接続されている。円筒体16の外筒面16aと円筒
17との間に形成されている環状通路には、円筒体16
の外周面16aに沿って、エッジ側15aに向かって空
気等の気流Fa2が流される。液膜が衝突壁面15から
空間に流出する際、時として、液体が衝突壁面15につ
ながる円筒体16の外周面16aに回り込むことがある
が、円筒体16の外周面16aに沿って衝突壁面15の
先端のエッジ15aに向かって気流Fa2を流すこと
で、液の回り込みが回避される。この気流Fa2に適宜
のガイド手段等によって円筒体16の周方向に回る旋回
を与えることにより、衝突した液噴流を更に微粒化する
ことが可能である。円筒体16の外周面16aの一部で
ある少なくともエッジ15aの近傍部分の表面に、疎水
性の材料からなるコーティング層16bを形成すること
により、液膜の回り込みを更に回避することができる。
In this embodiment, a concentric cylinder 17 is provided outside the cylindrical body 16, and the outer peripheral surface 16a of the cylindrical body 16 and the collision wall surface 15 which is the inner wall surface of the cone are edges 15.
It is connected by a. In the annular passage formed between the outer cylindrical surface 16 a of the cylindrical body 16 and the cylinder 17, the cylindrical body 16
An air flow Fa2 such as air flows along the outer peripheral surface 16a toward the edge side 15a. When the liquid film flows out of the collision wall surface 15 into the space, the liquid sometimes goes around the outer peripheral surface 16a of the cylindrical body 16 connected to the collision wall surface 15. By flowing the air flow Fa2 toward the edge 15a at the tip of the liquid, the wraparound of the liquid is avoided. It is possible to further atomize the impinging liquid jet by giving a swirl to the air flow Fa2 in the circumferential direction of the cylindrical body 16 by an appropriate guide means or the like. By forming the coating layer 16b made of a hydrophobic material on the surface of at least the edge 15a which is a part of the outer peripheral surface 16a of the cylindrical body 16, it is possible to further prevent the liquid film from wrapping around.

【0023】図2は、この発明の別の実施形態である壁
面衝突式液体微粒化ノズルを示す図であり、(a)はそ
の縦断面、(b)は液体の噴射状態を示す端面図であ
る。図2に示す壁面衝突式液体微粒化ノズル(以下、
「微粒化ノズル」と略す)20は、円筒体16の構造が
異なる以外、同様の構造を有しているので、同じ機能を
奏する構成要素や部位については原則的に同じ符号を付
すことで再度の詳細な説明を省略する。微粒化ノズル2
0は、円筒体16の端部21において、各噴射孔13に
対応して、周方向に等間隔に隔置した位置に軸方向に突
出する断面三角形の複数(噴射孔13と同様に6つ)の
柱状突起体22を備えている。各柱状突起体22は、噴
射器12と同心状に且つ独立して配置されているので、
隣接する柱状突起体22,22間には隙間23が形成さ
れている。柱状突起体22の側面は、各噴射孔13から
噴射された液噴流24に対して傾斜した又は湾曲した衝
突壁面25を形成している。衝突壁面25と円筒体16
の軸線に直交する平面との交線は円(或いはそれに近い
2次曲線)の一部とすることができる。
2A and 2B are views showing a wall impingement type liquid atomizing nozzle which is another embodiment of the present invention. FIG. 2A is a longitudinal section thereof, and FIG. 2B is an end view showing a liquid jetting state. is there. The wall collision type liquid atomization nozzle shown in FIG. 2 (hereinafter,
The "atomization nozzle" 20 has a similar structure except that the structure of the cylindrical body 16 is different. Therefore, in principle, the same reference numerals are given to the constituent elements and parts having the same function. The detailed description of is omitted. Atomizing nozzle 2
In the end portion 21 of the cylindrical body 16, 0 is a plurality of triangular cross-sections that project in the axial direction at positions spaced at equal intervals in the circumferential direction (6 like the injection holes 13), corresponding to the respective injection holes 13. ) Columnar protrusions 22 are provided. Since each columnar protrusion 22 is arranged concentrically and independently of the injector 12,
A gap 23 is formed between the adjacent columnar protrusions 22, 22. The side surface of the columnar protrusion 22 forms a collision wall surface 25 that is inclined or curved with respect to the liquid jet flow 24 ejected from each ejection hole 13. Collision wall surface 25 and cylindrical body 16
The line of intersection with the plane orthogonal to the axis of can be part of a circle (or a quadratic curve close to it).

【0024】各噴射孔13から噴射された液噴流24
は、柱状突起体22に形成されている衝突壁面25に衝
突し、隙間23を通して外方に拡がる液膜が発生する。
液膜は、衝突壁面25での衝突によって、図2(a)に
示すように、軸方向にも拡がりを持った噴霧となる。噴
霧は衝突壁面25と同一面内を中心として成長するの
で、衝突壁面25と微粒化ノズル20の軸との傾き角や
位置関係を変えることによって、相当の自由度を持つ形
状の噴霧を形成できるノズルを実現できる。また、噴射
器12に形成される噴射孔13の孔形状についても、図
2(c)及び(d)に示すように、周方向に細長孔26
に形成したり、丸孔27に形成したりすることができ
る。
Liquid jet 24 jetted from each jet hole 13
Collides with the collision wall surface 25 formed on the columnar protrusion 22, and a liquid film spreading outward through the gap 23 is generated.
The liquid film becomes a spray having a spread in the axial direction as shown in FIG. 2A by the collision on the collision wall surface 25. The spray grows in the same plane as the collision wall surface 25. Therefore, by changing the inclination angle or the positional relationship between the collision wall surface 25 and the axis of the atomizing nozzle 20, it is possible to form a spray having a shape with a considerable degree of freedom. A nozzle can be realized. Further, regarding the hole shape of the injection hole 13 formed in the injector 12, as shown in FIGS. 2C and 2D, the elongated hole 26 is formed in the circumferential direction.
It can be formed in the round hole 27 or the round hole 27.

【0025】図3は、この発明の更に別の実施形態であ
る壁面衝突式液体微粒化ノズルを示す図であり、(a)
はその縦断面、(b)は燃料の噴射状態を示す端面図で
ある。図3に示す壁面衝突式液体微粒化ノズル(以下、
「微粒化ノズル」と略す)30は、先端部壁31に燃料
11が軸方向に向かって噴出する複数(図示の例では6
つ)の噴射孔33が形成されている円筒状の噴射器32
と、噴射器32の外側に同軸に嵌合された円筒体36と
を備えている。円筒体36の端部壁面37には、各噴射
孔33に対応して、放射状に複数(噴射孔33と同様に
6つ)の断面円形の貫通孔38が形成されている。貫通
孔38の軸線は各噴射孔33から噴射された液噴流34
の方向に対して傾斜しており、それによって、貫通孔3
8の孔壁面は、液噴流34と衝突する衝突壁面35とさ
れている。
FIG. 3 is a view showing a wall collision type liquid atomizing nozzle which is still another embodiment of the present invention, (a).
Is a longitudinal section thereof, and (b) is an end view showing a fuel injection state. The wall collision type liquid atomizing nozzle shown in FIG.
A plurality of "atomization nozzles" 30 are provided (6 in the example shown in the figure) to eject the fuel 11 toward the tip wall 31 in the axial direction.
(3) Cylindrical injector 32 having injection holes 33 formed therein
And a cylindrical body 36 coaxially fitted to the outside of the injector 32. The end wall surface 37 of the cylindrical body 36 is radially formed with a plurality of (six like the injection holes 33) through-holes 38 having a circular cross-section, corresponding to the injection holes 33. The axis of the through hole 38 is the liquid jet 34 ejected from each ejection hole 33.
Inclined with respect to the direction of the
The hole wall surface of No. 8 is a collision wall surface 35 that collides with the liquid jet 34.

【0026】各噴射孔33から噴射された液噴流34
は、衝突壁面35の特に円筒体36の径方向内側に位置
する面部分に衝突することによって、薄い液膜となって
円筒体36の外部に斜め放射状に飛散される。この実施
例の構造では、噴霧の前方に衝突壁面35を支持する物
体がないので、燃焼器の微粒化ノズルとして使用可能で
ある。この実施例では、液噴流34は噴射器32の軸に
平行に噴射されているが、ある角度を持って噴射されて
も良いことは明らかである。
Liquid jet 34 jetted from each jet hole 33
Collides with the surface portion of the collision wall surface 35 located on the radially inner side of the cylindrical body 36, and becomes a thin liquid film, which is scattered obliquely radially outside the cylindrical body 36. In the structure of this embodiment, since there is no object supporting the collision wall surface 35 in front of the spray, it can be used as the atomizing nozzle of the combustor. In this embodiment, the liquid jet 34 is jetted parallel to the axis of the injector 32, but it is clear that it may be jetted at an angle.

【0027】円筒体36の円筒壁部には噴射器32の下
流側において、空気を噴射器32と円筒体36との間に
形成される中空部39aに流入させるための連通孔39
が穿設されている。連通孔39を通じて流入した空気流
Fa1は、衝突壁面35で衝突することによって霧化し
た燃料噴霧が中空部39aに侵入するのを防止すると共
に、微粒化ノズル30を燃焼器に用いた場合、先の各実
施例の場合と同様に壁面の温度上昇と高温燃焼ガスの微
粒化ノズル30近傍における滞留を防止する効果を奏す
る。連通孔39の中心軸を噴射器32の軸とねじれの位
置の関係に置くことにより、連通孔39を通して流入す
る空気流Fa1に旋回を与えることができる。空気流に
旋回を与えることにより、円筒体36の中空部39a内
に空気旋回流れが形成されるので、円筒体36の先端に
形成される衝突壁面35から噴霧をより効果的に前方に
押し出すことができる。
A communication hole 39 for allowing air to flow into a hollow portion 39a formed between the injector 32 and the cylindrical body 36 on the downstream side of the injector 32 in the cylindrical wall portion of the cylindrical body 36.
Has been drilled. The air flow Fa1 flowing in through the communication hole 39 prevents the fuel spray atomized by colliding with the collision wall surface 35 from entering the hollow portion 39a, and when the atomizing nozzle 30 is used in the combustor, Similar to each of the embodiments, the effect of preventing the temperature rise of the wall surface and the retention of the high temperature combustion gas in the vicinity of the atomizing nozzle 30 is exerted. By arranging the central axis of the communication hole 39 in a relationship of a twist position with the axis of the injector 32, the air flow Fa1 flowing through the communication hole 39 can be swirled. By swirling the air flow, an air swirling flow is formed in the hollow portion 39a of the cylindrical body 36, so that the spray can be more effectively pushed forward from the collision wall surface 35 formed at the tip of the cylindrical body 36. You can

【0028】この実施例では、円筒体36の先端部36
aには、各貫通孔38について、円筒体36の中心軸側
寄りに中空部39aに連なる気流通路としてのスリット
40が設けられている。スリット40は、貫通孔38の
外形に沿う断面円弧状の構造を有しているのが好まし
い。スリット40は、円筒体36の端部壁面37におい
ては、図3(c)に示すように貫通孔38にエッジ40
a状に接続するように開口していても、また図3(d)
に示すように、僅かな弧状の壁面40bを残して開口し
ていてもよい。スリット40は、中空部39a内の気流
(空気)が円筒体36の端部壁面37に開く開口から外
側に向かって噴出するのを許容する。即ち、液膜が衝突
壁面35から空間に流出する際、時として、液体が円筒
体36の端部壁面37に回り込むことがあるが、円筒体
36の端部壁面37に開口するスリット40から気流F
a2を噴出させることにより、端部壁面37への液の回
り込みが回避され、むしろ液の微粒化が促進される。ス
リット40を周方向に傾斜して形成する等により、この
気流Fa2に円筒体36の軸線回りの旋回を与えると、
衝突した液噴流を更に微粒化することができる。また、
円筒体36の端部壁面37やスリット40の内面に、疎
水性の材料からなるコーティング層40cを形成するこ
とにより、液膜の回り込みを更に回避することもでき
る。
In this embodiment, the tip portion 36 of the cylindrical body 36 is
In each of the through holes 38, a slit 40 is provided in each of the through holes 38 near the center axis of the cylindrical body 36 as an airflow passage that is continuous with the hollow portion 39a. The slit 40 preferably has a structure having an arcuate cross section along the outer shape of the through hole 38. In the end wall surface 37 of the cylindrical body 36, the slit 40 has an edge 40 in the through hole 38 as shown in FIG.
Even if the opening is formed so as to be connected in a-shape, FIG.
As shown in, the opening may be left with a slight arc-shaped wall surface 40b. The slit 40 allows the air flow (air) in the hollow portion 39a to be jetted outward from the opening that opens to the end wall surface 37 of the cylindrical body 36. That is, when the liquid film flows out from the collision wall surface 35 into the space, the liquid sometimes sometimes wraps around the end wall surface 37 of the cylindrical body 36. F
By ejecting a2, the liquid is prevented from wrapping around the end wall surface 37, and rather atomization of the liquid is promoted. When the air flow Fa2 is swirled around the axis of the cylindrical body 36 by forming the slit 40 with an inclination in the circumferential direction,
The colliding liquid jet can be further atomized. Also,
By forming the coating layer 40c made of a hydrophobic material on the end wall surface 37 of the cylindrical body 36 and the inner surface of the slit 40, it is possible to further prevent the liquid film from wrapping around.

【0029】図1〜図3に示した各実施例では、液噴流
14,24,34は6本であるが、より多数の本数とな
るように、噴射孔13,33と衝突壁面15,25,3
5とを構成することが可能であり、そうすることで、ス
ワールノズルと同様、燃焼に適した形状である円錐状の
噴霧を発生することができる。
In each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 3, the number of liquid jets 14, 24, 34 is 6, but the injection holes 13, 33 and the collision wall surfaces 15, 25 are arranged so that the number of liquid jets becomes larger. , 3
5 can be configured so that a cone-shaped spray having a shape suitable for combustion can be generated in the same manner as the swirl nozzle.

【0030】本発明による壁面衝突式液体微粒化ノズル
と図7に示すような一般的な気流微粒化ノズル(エアブ
ラスノズル)との微粒化性能を比較したグラフが、図4
に示されている。微粒化性能の測定は、図5に示すよう
に、壁面衝突式微粒化ノズル(図1に示す微粒化ノズル
10)と気流微粒化ノズルとを空気旋回器41と同軸に
組み付け、ガスタービン燃焼器ライナー42のドーム4
3に取り付けて行われた。図4に示す性能比較グラフの
横軸は、ライナー差圧であり、縦軸は噴霧粒子の代表粒
径(SMD:体表面積平均径)である。微粒化性能に関
し、微粒化ノズル10,20,30は、気流微粒化ノズ
ルよりも、広範囲のライナー差圧に対して代表粒径が小
さくなり、遥かに優れていることは明らかである。この
発明による微粒化ノズルでは、SMDは空気の差圧に関
係なくほぼ一定であることが分かる。特に、この発明に
よる微粒化ノズルは、SMD10ミクロンという、従
来、液流量に対して数倍もの流量で、しかも圧力が0.
5MPa以上の圧縮空気を用いた特殊な微粒化ノズルで
ないと実現できなかった非常に微細な粒子を発生するこ
とができることから、例えば、農薬噴霧器、微水滴発生
器等の燃焼器の燃料ノズル以外にも利用が期待される。
即ち、発明者の実験により、液体を燃料とした場合に
は、噴射孔の大きさをディーゼル燃料噴射ノズルの噴射
孔程度に小さくし燃料噴射流を適切な衝突壁面に衝突さ
せることで、ディーゼル燃料噴射ノズルの数十分の1と
いう小さい噴射圧で、気流微粒化ノズルでは許容圧力損
失の限度内で到底発生できないような微細な粒子を発生
させることができることが明らかになった。
FIG. 4 is a graph comparing the atomization performances of the wall collision type liquid atomization nozzle according to the present invention and a general air flow atomization nozzle (air brass nozzle) as shown in FIG.
Is shown in. As shown in FIG. 5, the measurement of the atomization performance was carried out by assembling the wall collision type atomization nozzle (the atomization nozzle 10 shown in FIG. 1) and the airflow atomization nozzle coaxially with the air swirler 41, and then the gas turbine combustor. Dome 4 of liner 42
It was done by attaching to 3. The horizontal axis of the performance comparison graph shown in FIG. 4 is the liner differential pressure, and the vertical axis is the representative particle diameter (SMD: average body surface area diameter) of the spray particles. Regarding atomization performance, it is clear that the atomization nozzles 10, 20 and 30 are far superior to the airflow atomization nozzle in that the representative particle size is smaller for a wide range of liner pressure difference. It can be seen that in the atomizing nozzle according to the present invention, the SMD is almost constant regardless of the differential pressure of air. In particular, the atomizing nozzle according to the present invention has a flow rate of SMD of 10 microns, which is several times as large as the flow rate of liquid, and has a pressure of 0.
Since it is possible to generate extremely fine particles that could not be achieved without using a special atomizing nozzle that uses compressed air of 5 MPa or more, for example, in addition to fuel nozzles for combustors such as pesticide sprayers and water droplet generators. Also expected to be used.
That is, according to an experiment by the inventor, when liquid is used as the fuel, the size of the injection hole is reduced to about the size of the injection hole of the diesel fuel injection nozzle, and the fuel injection flow is made to collide with an appropriate collision wall surface. It has been clarified that a jet pressure as small as several tenths of the jet nozzle can generate fine particles that cannot be generated by the air stream atomizing nozzle within the limit of the allowable pressure loss.

【0031】[0031]

【発明の効果】この発明である壁面衝突式液体微粒化ノ
ズルによれば、加圧液体を噴出する噴射孔を具えた筒状
の噴射器と、噴射器の外側に噴射器と略同軸に配置され
且つ噴射孔から噴射された液噴流が衝突する衝突壁面を
具えた円筒体とから成ることを構成とされているので、
噴射器に具わる噴射孔から噴出された加圧液体の液噴流
は、噴射器の外側に噴射器と略同軸に配置されている円
筒体に具わる衝突壁面に衝突して液膜を形成し、その
後、飛散することで微粒化される。従って、この発明に
よる壁面衝突式液体微粒化ノズルを、液体を燃料として
ガスタービンに用いた場合には、燃焼器の圧力損失を増
加することなく、従来のガスタービン用燃料ノズルでは
不可能であった微細な粒子に微粒化できる微粒化ノズル
を提供することができる。
According to the wall impingement type liquid atomizing nozzle of the present invention, a cylindrical injector having an injection hole for ejecting a pressurized liquid, and an outside of the injector are disposed substantially coaxially with the injector. And a cylindrical body having a collision wall surface against which the liquid jet injected from the injection hole collides,
The liquid jet of the pressurized liquid ejected from the injection hole provided in the injector collides with the collision wall surface provided in the cylindrical body that is arranged substantially coaxial with the injector outside the injector to form a liquid film. , After that, it is atomized by scattering. Therefore, when the wall impingement type liquid atomization nozzle according to the present invention is used in a gas turbine as a liquid, it is impossible with the conventional fuel nozzle for a gas turbine without increasing the pressure loss of the combustor. It is possible to provide an atomizing nozzle that can atomize fine particles.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明による壁面衝突式液体微粒化ノズルの
一実施例を示す図である。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a wall collision type liquid atomizing nozzle according to the present invention.

【図2】この発明による壁面衝突式液体微粒化ノズルの
別の実施例を示す図である。
FIG. 2 is a view showing another embodiment of the wall collision type liquid atomizing nozzle according to the present invention.

【図3】この発明による壁面衝突式液体微粒化ノズルの
他の実施例を示す図である。
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the wall collision type liquid atomizing nozzle according to the present invention.

【図4】図1に示した壁面衝突式液体微粒化ノズルと従
来の気流微粒化ノズルと微粒化性能の比較結果を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing a comparison result of atomization performance between the wall collision type liquid atomization nozzle shown in FIG. 1 and a conventional airflow atomization nozzle.

【図5】図4に示す比較結果を得るための、図1に示す
壁面衝突式液体微粒化ノズルをガスタービン燃焼器ライ
ナーに取り付けた状態を示す図である。
5 is a view showing a state in which the wall collision type liquid atomizing nozzle shown in FIG. 1 is attached to a gas turbine combustor liner for obtaining the comparison result shown in FIG.

【図6】従来のスワールノズルの原理図である。FIG. 6 is a principle diagram of a conventional swirl nozzle.

【図7】従来の気流微粒化ノズルの一例である。FIG. 7 is an example of a conventional airflow atomizing nozzle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20,30 壁面衝突式液体微粒化ノズル 11 燃料 12,32 噴射器 13,33 噴射孔 14,24,34 液噴流 15,25,35 衝突壁面 15a,40a エッジ 16,36 円筒体 16a 円筒体の外周面 16b、40c コーティング層 17 柱状突起体 19,39 連通孔 20 先端部 21 端部壁面 38 貫通孔 40 スリット 41 空気旋回器 42 ガスタービン燃焼器ライナー 43 ドーム Fa1,Fa2 気流 10, 20, 30 Wall collision type liquid atomization nozzle 11 Fuel 12,32 injector 13,33 injection hole 14, 24, 34 Liquid jet 15,25,35 Collision wall 15a, 40a edge 16,36 cylindrical body 16a Outer peripheral surface of cylindrical body 16b, 40c coating layer 17 Columnar protrusion 19,39 communication holes 20 Tip 21 End wall 38 through hole 40 slits 41 Air swirler 42 gas turbine combustor liner 43 Dome Fa1, Fa2 air flow

フロントページの続き Fターム(参考) 3K056 AA08 AB01 AC01 AD01 AE01 AE07 BA06 4F033 AA06 AA13 BA03 CA04 DA05 EA01 JA02 JA03 KA02 KA03 NA01 QB02Y QB03X QB12Y QB14X QB17 QD02 QD07 QD09 QD10 QD23 QE05 QE14 QF07Y QF08X Continued front page    F term (reference) 3K056 AA08 AB01 AC01 AD01 AE01                       AE07 BA06                 4F033 AA06 AA13 BA03 CA04 DA05                       EA01 JA02 JA03 KA02 KA03                       NA01 QB02Y QB03X QB12Y                       QB14X QB17 QD02 QD07                       QD09 QD10 QD23 QE05 QE14                       QF07Y QF08X

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加圧液体を噴出する噴射孔を具えた筒状
の噴射器と、前記噴射器の外側に前記噴射器と略同軸に
配置され且つ前記噴射孔から噴射された液噴流が衝突す
る衝突壁面を具えた円筒体とから成る壁面衝突式液体微
粒化ノズル。
1. A cylindrical ejector having an ejection hole for ejecting a pressurized liquid, and a liquid jet ejected from the ejection hole, which is arranged on the outer side of the injector substantially coaxially with the injector and collides with the liquid jet. Wall-collision liquid atomizing nozzle consisting of a cylindrical body with a colliding wall surface.
【請求項2】 前記噴射器の前記噴射孔は径方向に貫通
して形成されており、前記円筒体の前記衝突壁面は、前
記円筒体の先端部に形成された周方向の連続面、又は前
記円筒体の先端部に周方向に切込みを入れること若しく
は前記円筒体の先端部に独立した柱状突起体を形成する
ことで前記各噴射孔からの前記液噴流が個別に衝突する
不連続面であることから成る請求項1に記載の壁面衝突
式液体微粒化ノズル。
2. The injection hole of the injector is formed so as to penetrate in a radial direction, and the collision wall surface of the cylindrical body is a circumferential continuous surface formed at a tip end portion of the cylindrical body, or By forming a notch in the distal end portion of the cylindrical body in the circumferential direction or by forming an independent columnar projection at the distal end portion of the cylindrical body, the liquid jets from each of the injection holes individually collide with each other on a discontinuous surface. A wall impingement liquid atomization nozzle according to claim 1, which comprises:
【請求項3】 前記円筒体に形成された前記衝突壁面
は、前記円筒体の軸線に直交する平面との交線が2次曲
線或いはその一部で表されることを特徴とする請求項1
に記載の壁面衝突式液体微粒化ノズル。
3. The collision wall surface formed on the cylindrical body has a line of intersection with a plane orthogonal to the axis of the cylindrical body represented by a quadratic curve or a part thereof.
The wall impingement type liquid atomization nozzle described in.
【請求項4】 前記衝突壁面は、ノズル先端方向に向か
って外側に広がる円錐内壁面であることを特徴とする請
求項3に記載の壁面衝突式液体微粒化ノズル。
4. The wall collision type liquid atomizing nozzle according to claim 3, wherein the collision wall surface is a conical inner wall surface that spreads outward in the nozzle tip direction.
【請求項5】 前記円筒体の外周面は前記円錐内壁面と
エッジで接続しており、前記円筒体の前記外周面に沿っ
て前記エッジ側に向かう気流が流されていることを特徴
とする請求項4に記載の壁面衝突式液体微粒化ノズル。
5. The outer peripheral surface of the cylindrical body is connected to the inner wall surface of the cone by an edge, and an air current flowing toward the edge side along the outer peripheral surface of the cylindrical body is flowed. The wall collision type liquid atomizing nozzle according to claim 4.
【請求項6】 前記噴射器の前記噴射孔は軸方向に貫通
して形成されており、前記衝突壁面は、前記円筒体の先
端部に形成された貫通孔の孔壁面であることを特徴とす
る請求項1に記載の壁面衝突式液体微粒化ノズル。
6. The injection hole of the injector is formed so as to penetrate therethrough in the axial direction, and the collision wall surface is a hole wall surface of a through hole formed at the tip of the cylindrical body. The wall impingement type liquid atomization nozzle according to claim 1.
【請求項7】 前記円筒体の前記先端部には、前記貫通
孔に近接又はエッジによって接続する状態で開口する気
流通路が形成されていることを特徴とする請求項6に記
載の壁面衝突式液体微粒化ノズル。
7. The wall collision type according to claim 6, wherein an airflow passage that opens in a state of being close to or connected to the through hole by an edge is formed at the tip end portion of the cylindrical body. Liquid atomization nozzle.
【請求項8】 前記液噴流が衝突する前記衝突壁面にお
いて、前記衝突壁面の法線方向と前記液噴流の噴出方向
とのなす角が110度から160度の範囲にあることか
ら成る請求項1〜7のいずれか1項に記載の壁面衝突式
液体微粒化ノズル。
8. The collision wall surface with which the liquid jet collides has an angle between the normal direction of the collision wall surface and the jet direction of the liquid jet in the range of 110 to 160 degrees. 7. The wall collision type liquid atomizing nozzle according to any one of items 1 to 7.
【請求項9】 前記円筒体の円筒壁には、前記円筒体の
内部に向けて気流が流入する連通孔が形成されているこ
とから成る請求項1〜8のいずれか1項に記載の壁面衝
突式液体微粒化ノズル。
9. The wall surface according to claim 1, wherein the cylindrical wall of the cylindrical body is formed with a communication hole through which an airflow flows toward the inside of the cylindrical body. Collision type liquid atomization nozzle.
【請求項10】 前記開口の中心軸が前記噴射器の軸と
ねじれの位置の関係にあることから成る請求項9に記載
の壁面衝突式液体微粒化ノズル。
10. The wall impingement type liquid atomization nozzle according to claim 9, wherein the central axis of the opening is in a twisted position relationship with the axis of the injector.
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