JP2007504422A

JP2007504422A - 液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズル

Info

Publication number: JP2007504422A
Application number: JP2006524225A
Authority: JP
Inventors: ケルダル，ベント; ボエ，オブ・スティーン
Original assignee: ダンフォスアクチーセルスカブ
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2007-03-01
Also published as: US7273187B2; EP1668290A1; CN1846096A; KR100685204B1; WO2005022036A1; US20070001029A1; KR20060060716A

Abstract

液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズル（１００）は、燃料供給通路（１１０）と、空気供給通路（１１４）と、円錐形状のスプレーを出すために燃料と空気を出口オリフィス（１２６）に通すことができる渦チャンバ（１１８）とを含む。空気バイパス通路（１２２）が、渦チャンバ（１１８）を通って、出口オリフィス（１２６）に対して、ノズルの動作の間、空気出口（１２４）を通ってくる空気が、ノズル要素（１０８）の下流表面（１３０、１３２、１３６）上の残留物の付着を低減させるように配置された空気出口（１２４）に空気流のごく小部分を空気供給通路（１１４）に導くために設けられる。溝または他の流れを案内する要素が、空気供給通路（１１４）および／または空気バイパス通路（１２２）の中あるいは下流で空気の渦または回転を与えることができる。

Description

本発明は、一般に、液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズルの分野に関し、より詳細には、燃料供給通路と空気供給通路が、燃料の噴霧が開始される渦チャンバに燃料と空気を導き、渦チャンバの下流に噴霧燃料のスプレーを放出するための手段が設けられるノズルに関する。

上述のタイプの様々なスプレー・ノズルが、従来技術において提案された。ＷＯ０３／０２４６１１は、細長いノズル本体を備える低圧スプレー・ノズルを開示している。空気渦インサートと、その空気渦インサート内の内側ボア内部に、内向きにテーパが付けられた外側表面上に、径方向で円周に配置された空気渦羽根の内部セットをもつ流体分配インサートとが設けられる。空気渦インサートは、内向きにテーパが付けられた外側表面上に、径方向に、円周に配置された空気渦羽根の外部セットをもつ。後者の空気渦羽根は、空気渦インサートの外側表面と、ノズル本体の内側チャンバのテーパが付けられた壁部分との間に流れる低圧の空気に、運動の回転成分を与える。空気渦羽根は、空気渦インサートの上流流体混合チャンバを出る剪断流体の滴と相互作用をするように、下流流体混合チャンバに向けて渦巻く空気を導く。ノズル本体の遠い下流端部に、円錐形状のスプレー分布パターンが放出される、外向きにテーパが付けられた出口オリフィスが設けられる。

本発明の好ましい実施形態の目的は、ノズルを組み込んだ、炉などの燃焼機器から放出される排気ガス中の有害な成分の存在を低減させることができるスプレー・ノズルを提供することである。

したがって、本発明は、液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズルにおいて、ハウジングを含み、前記ハウジングの内部に、
燃料供給通路と空気供給通路と、
前記燃料供給通路と空気供給通路それぞれの下流端部に配置された渦チャンバと、
前記渦チャンバの下流で、ノズル要素（１０８）から円錐形状の燃料のスプレーを出すことができる出口オリフィスと、
前記渦チャンバを通って少なくとも１つの空気出口に、前記空気供給通路内の前記空気流の一部を導くための空気バイパス通路とを含むノズルであって、
前記出口オリフィスに対して、前記ノズルの動作中に、前記空気出口を通って出る空気が前記ノズル要素の下流側の面上への燃料の残留物の付着を低減させるように、前記少なくとも１つの空気出口が配置されノズルを提供する。

ノズル要素の下流側の面への燃料の残留物の付着を低減させることによって、燃焼機器のスタート・アップとシャット・ダウンの間に、ノズルが組み込まれる燃焼機器から放出される排気ガス中の有害な成分を低減させることがわかった。

単一の空気出口と１つまたは複数の空気バイパス通路、あるいは別法として、単一の空気バイパス通路または複数の別の空気バイパス通路の複数の空気出口を設けることができる。１つまたは複数の空気出口と１つまたは複数の空気バイパス通路の位置と形状は、複数の出口オリフィスがノズルに設けられる場合、通常、１つまたは複数の出口オリフィスの配置に依存する。本発明の１つの好ましい実施態様では、空気出口は、環状、すなわちリング形状または開口として、出口オリフィスの周りに空気ばねまたは空気流を形成し、ノズル要素の下流側の面への燃料の残留物の付着を低減させるために設けられる。あるいは、別の空気出口を同様な空気ばねまたは空気流を形成するように配置して、複数の別の空気出口を出口オリフィスに対して径方向に移動させることができる。出口オリフィスは、好ましくはハウジングおよび／またはノズル要素の内部で中心に設けられる。ハウジングまたはノズル要素の回転軸に垂直な平面での空気出口の断面形状は、例えば、円形、長方形または弓形状でよい。単一の空気出口だけが設けられる場合、そのような空気出口は、好ましくは、その内側半径が出口オリフィスの外側半径より大きい環状である。ノズル要素はハウジングの組み込み部品でもハウジング内の別のインサートでもよく、少なくとも空気バイパス通路の一部が、好ましくはノズル要素内に設けられる。

本発明の１つの実施態様では、空気供給通路の上流部分は、燃料供給通路が中心通路として設けられるノズルのコア要素の外側面に沿って延びる環状通路として設けられる。したがって、空気供給通路の環状部分を、ボアの内側面またはハウジング内の通路、ならびにコア要素の外側面によって形成することができる。コア要素内には、空気供給通路の一部を形成する複数の内向きに延びる通路を設けることができる。ノズル要素の上流端部面は、好ましくは内向きにテーパが付けられる。環状通路とコア要素内の内向きに延びる通路の間の移行のところで、空気バイパス通路の上流部分を、ノズル要素の外側円周面とハウジングの内側面の間のギャップとして形成することができる。渦チャンバは、好ましくは、ハウジング内部の中心で空気供給通路と燃料供給通路の下流端部に配置される。

空気出口は、好ましくは、渦チャンバの下流の位置に配置され、したがって、空気出口を燃料の残留物の付着が低減されるノズル要素の下流端部面のその部分の方向に集中させ、それに向けることができる。ハウジングの下流端部の内部円周面を、空気出口からハウジングの遠い下流端部面に外向きにテーパを付けることでき、またはそれをノズルの長手方向軸と平行に延ばすことができる。ハウジングの端の下流端部部分は、ノズルの下流端部面に凹みを形成させることができ、その凹み内でノズル要素の下流側の面が露出される。

空気出口の下流で効率的な空気流を達成することを目的で、回転する空気流を、回転軸に垂直な断面内で湾曲された空気バイパス通路の少なくとも一部で発生させることができる。あるいは、回転する空気流を、案内羽根または溝で発生することができる。空気流の回転方向は、渦チャンバを出る燃料の回転方向と同じでもよく、またはそれは渦チャンバを出る燃料の回転方向と反対でもよい。空気と燃料の流量および圧力などの動作特性によって、１つまたは複数の空気出口とその下流での空気流が乱流であることが望ましいことがある。空気バイパス通路の部分が、回転軸に平行な断面内で回転軸にほぼ平行であってもよい。

出口通路を、好ましくは、燃料の制御された計量分配をさせるためのノズル要素の中心オリフィスとして渦チャンバの下流に設けることができ、出口通路の上流端部は渦チャンバと流体連通する。渦チャンバは出口通路に延びてもよい。出口オリフィス、すなわち出口通路のアウトレットを、１つまたは複数の空気出口の下流に配置することができ、出口オリフィスは、ノズル要素の下流側の面で短い管状突起部分によって形成される。テストによれば、そのような管状突起がノズル要素の下流端部面上への燃料の残留物の付着を低減させる点からみて有益な効果があることを示した。したがって、ノズル要素の端部面の平らな部分を出口オリフィスの上流で露出させることができ、１つまたは複数の空気出口が出口オリフィスの上流で、好ましくは出口オリフィスに対して径方向外側に配置される。１つの実施態様では、出口オリフィスは、ハウジングの端の下流端部面によって形成される平面に配置される。

本発明はまた、液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズル内のノズル要素の下流側の面上の燃料の残留物の付着を低減するための方法において、ノズルがハウジングを有し、ハウジングの内部に、
燃料供給通路および空気供給通路と、
燃料と空気供給通路それぞれの下流端部に配置された渦チャンバと、
渦チャンバの下流で、ノズル要素から円錐形状の燃料のスプレーを出すことができる出口オリフィスと、
渦チャンバを通って少なくとも１つの空気出口に、空気供給通路内の空気流の一部を導くための空気バイパス通路とを含む方法であって、
空気出口を通って出る空気の少なくとも一部をノズル要素の下流側の面を通るように導くことを含む方法にも関する。

この明細書で述べられたノズルのいかなる機能と特徴が、本発明の方法にも適用されることが理解されるであろう。

本発明を、燃料と空気の流量および圧力の広い範囲にわたって適用することができる。特に使用に関連する分野は、加圧流体燃料と加圧空気が、比較的低い動作圧力、例えば０．０１−０．５バールでノズルに入る低い圧力の分野である。

本発明の好ましい実施形態が、図面に関連してさらに説明されるであろう。

図１に示されるノズル１００は、ハウジング１０２と、燃料供給部材１０４と、コア要素１０６と、ノズル要素１０８とを含む。燃料供給通路１１０は、燃料供給部材１０４とコア要素を通って延び、燃料供給部材は、燃料供給通路の大きい直径区間と減少させられた直径区間との間の移行箇所に内向きにテーパが付けられた部分１１２を有する。空気供給通路１１４は、ハウジング１０２の上流端部１１６から渦チャンバ１１８まで延び、渦チャンバはハウジング内で燃料供給通路１１０と中心を合わせるように配置されている。空気供給通路１１４の上流部分は、燃料供給部材１１４の外側円周面に沿って配置された３つの明確な溝として形成され、溝は燃料供給部材のねじ部１１５に設けられる。空気供給通路１１４の下流部分はコア要素内の溝１２０（図２参照）として形成され、溝は渦チャンバ１１８に向かって内向きに延びる。コア要素１０６に設けられた溝１２０は、図５、６により明白に示されている。図１に示されるように、燃料供給部材１０４のねじ部１１５は、対応するハウジングの内側ネジ部と係合し、したがって、燃料供給部材１０４は、コア要素１０６に当接しこれを押し付け、コア要素１０６は次いでノズル要素１０８に当接し、ノズル要素１０８は、端部壁の内側面またはフランジまたはハウジングに当接する。

ノズルの動作の間に、燃料の残留物がノズル要素の外側面１３０、１３２に付着する傾向にあることがわかった。

したがって、空気バイパス通路１２２が、渦チャンバ１１８を通り、かつ空気出口すなわちスリット１２４に、空気供給通路内の空気の一部を導くために設けられる。燃料用の出口オリフィス１２６が、ノズル要素１０８の管状突起部分１２８の下流端部に設けられている。出口オリフィス１２６がノズル要素１０８内に単純なボアとして設けられている実施形態、すなわちノズル要素１０８の下流側の面が完全に平らである実施形態と比べると、そのような管状突起部分１２８を備える実施形態内のノズル要素１０８の下流側の面に付着する燃料の残留物がより少なくなるという傾向があることがわかった。ノズルの動作の間、燃料の残留物がノズル要素の外側面１３０、１３２に付着することを効果的に防止するために、空気出口１２４が管状突起部分１２８と面１３０、１３２に対して径方向外側に、かつその上流に配置される。外向きにテーパが付けられた部分１３４がハウジングの端の下流端部で内部円周面に設けられる。別の実施形態では、内部円周面は回転軸と平行である。

ノズル要素１０８が図３、４に詳細に示される。ノズル要素がハウジング１０２に取り付けられたとき、円形の内部壁を備える溝１２４ａが、空気バイパス通路１２２の境界と開口１２４の境界を決める。その外側円周面のところで、溝１２４ａは、ノズル要素の外側円周面に延びる４つの横に延びる部分１２２ａを有し、したがって、それによって、ノズル要素がハウジング１０２に取り付けられたとき、空気が空気供給通路１１４から溝１２４ａに通過することを可能にする。溝１２４が円形であることにより、ノズルが組立てられ動作中の場合、空気バイパス通路１２２に流入する空気は、空気出口１２４を通って出るときに回転する。

図５、６は、溝１２０を備えるコア要素１０６の端面図を示す。上記参照。

ノズルの第２実施形態の下流端面図が図７に示されている。図７のノズルは、（図２に１３４で示される）ハウジングの端の下流端部における内部円周面が、テーパが付けられず、ハウジングの回転軸に平行であることを除いて、図１、２と同一である。燃料供給通路１１０と出口オリフィス１２６が、ハウジング内部で中心に配置され、出口オリフィス１２６は、管状突起部分１２８によって形成されている。ノズル要素の下流端部面１３２と空気出口１２４は、出口オリフィス１２６に対して径方向外側に配置される。ハウジングの外側面は、表面部分１３６、１３８と六角形のナット部分１４０を形成している。

本発明によるノズルの実施形態を通る断面図を示す図である。図１のノズルの下流部分の拡大詳細図を示す図である。図１、２のノズル内に含まれるノズル要素を通る断面図を示す図である。図３のノズル要素の端面図を示す図である。図１、２のノズル内に含まれるコア要素を通る断面図を示す図である。図５のコア要素の下流端面図を示す図である。本発明によるノズルの第２実施形態の下流端面図を示す図である。

Claims

液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズル（１００）において、ハウジング（１０２）を含み、前記ハウジングの内部に、
燃料供給通路（１１０）と空気供給通路（１１４）と、
前記燃料供給通路と空気供給通路それぞれの下流端部に配置された渦チャンバ（１１８）と、
前記渦チャンバの下流で、ノズル要素（１０８）から円錐形状の燃料のスプレーを出すことができる出口オリフィス（１２６）と、
前記渦チャンバ（１１８）を通って少なくとも１つの空気出口（１２４）に、前記空気供給通路（１１４）内の前記空気流の一部を導くための空気バイパス通路（１２２）とを含むノズル（１００）であって、
前記出口オリフィス（１２６）に対して、前記ノズルの動作中に、前記空気出口（１２４）を通って出る空気が前記ノズル要素（１０８）の下流側の面（１３０、１３２，１３６）上への燃料の残留物の付着を低減させるように、前記少なくとも１つの空気出口（１２４）が配置されることを特徴とするノズル（１００）。
前記ハウジング（１０２）が前記出口オリフィス（１２６）を通って延びる回転軸を画定し、前記空気出口（１２４）が前記出口オリフィスに対して径方向に位置をずらせて配置される請求項１に記載のノズル。
前記空気出口からの空気の回転流を達成するための手段（１２４ａ）をさらに含む請求項１または２に記載のノズル。
前記空気バイパス通路（１２２）の少なくとも一部（１２２ａ；１２４ａ）が前記ノズル要素（１０８）内に設けられている前記請求項のいずれかに記載のノズル。
前記空気出口（１２４）が環状オリフィスとして形成される前記請求項のいずれかに記載のノズル。
前記空気出口（１２４）が前記渦チャンバ（１１８）の下流の位置に配置される前記請求項のいずれかに記載のノズル。
前記空気出口が前記ノズル要素（１０８）の表面と前記ハウジング（１０２）の表面との間に設けられる前記請求項のいずれかに記載のノズル。
前記ハウジング（１０２）が、前記空気出口（１２４）から前記ハウジングの遠い下流端部面まで外向きにテーパが付けられている前記請求項のいずれかに記載のノズル。
前記回転軸に平行な断面において、前記空気バイパス通路（１２２）が、前記空気出口（１２４）の領域で前記回転軸にほぼ平行である請求項２から８のいずれかに記載のノズル。
前記回転軸に垂直な断面において、前記空気バイパス通路（１２２）の少なくとも一部が湾曲する請求項２から９のいずれかに記載のノズル。
前記出口オリフィス（１２６）が出口通路の下流端部に設けられ、その上流端部が前記渦チャンバ（１１８）と流体連通する前記請求項のいずれかに記載のノズル。
前記出口通路が、前記ノズル要素（１０８）の下流側の面から突起する管状部分（１２８）として形成される請求項１１に記載のノズル。
前記出口通路が前記ノズル要素（１０８）内に中心オリフィスによって構成される請求項１１または１２に記載のノズル。
前記出口オリフィスが、前記ハウジング（１０２）の端の下流端部面によって形成される平面内に配置される前記請求項のいずれかに記載のノズル。
液体燃料の空気アシスト式噴霧用ノズル（１００）内のノズル要素（１０８）の下流側の面（１３０、１３２、１３６）上への燃料の残留物の付着を低減させるための方法において、前記ノズルがハウジング（１０２）を有し、前記ハウジングの内部に、
燃料供給通路（１１０）と空気供給通路（１１４）と、
前記燃料と空気供給通路それぞれの下流端部に配置された渦チャンバ（１１８）と、
前記渦チャンバ（１１８）の下流で、前記ノズル要素（１０８）から円錐形状の燃料のスプレーを出すことができる出口オリフィス（１２６）と、
前記渦チャンバ（１１８）を通って少なくとも１つの空気出口（１２４）に、前記空気供給通路（１１４）内の前記空気流の一部を導くための空気バイパス通路（１２２）とを含む方法であって、
前記空気出口（１２４）を通って放出された空気の少なくとも一部を、前記ノズル要素（１０８）の前記下流側の面（１３０、１３２、１３６）を通るように導くことを特徴とする方法。