JP3504013B2

JP3504013B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3504013B2
Application number: JP06302795A
Authority: JP
Inventors: 勇鈴木; 安夫岡本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 2004-03-08
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JPH08261414A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンエンジンや
産業用ガスタービンの燃焼器における燃料噴射装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガスタービンやコンバインドサ
イクル発電プラントには、ガスタービン燃焼器が複数台
組み込まれており、このガスタービン燃焼器には燃料噴
射装置が設けられている。この燃料噴射装置から噴射し
た燃料が燃焼器で燃焼し、燃焼ガスはガスタービンに案
内されてガスタービンを駆動させるようになっている。

【０００３】この種のガスタービンプラントでは、ター
ビン入口温度を上昇させるとタービン熱効率が向上する
ため、タービン入口温度すなわちガスタービン燃焼器の
出口温度の上昇が図られている。

【０００４】ところで、ガスタービン燃焼器ではＮＯｘ
発生が問題となるが、その主な原因は、拡散燃焼のよう
にガスタービン燃焼器内における燃料噴射装置から噴射
した燃料が大きな粒径のまま、燃焼室内に噴霧すること
による、燃焼ガスの局所的な高温化が挙げられる。ＮＯ
ｘ発生量は、ガスタービン燃焼器の燃焼域の燃焼ガス温
度に依存し、燃料が多いほど多量に発生する。

【０００５】ガスタービン燃焼器でＮＯｘの発生を低く
抑える手段として従来、燃料と空気を予め燃料稀薄状態
で混合して燃焼させる稀薄予混合燃焼方式が知られてい
る。この予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器は、メイ
ン燃料の予混合化に加えてパイロット燃料も一部予混合
化することにより、ＮＯｘ発生量の多く拡散燃焼を減少
させ、低ＮＯｘを図っている。

【０００６】近年のガスタービンプラントにおいては、
ガスタービンの一層の高効率化を図るため、ガスタービ
ン燃焼器での燃焼ガス温度の高温化が模索されており、
この燃焼ガス温度の高温化に伴って低ＮＯｘ化への要求
がより一層高まりつつある。低ＮＯｘ化の目標値を達成
するためには、ＮＯｘ発生量の多い拡散燃焼を少なくし
て、残りをＮＯｘが殆ど生じない予混合稀薄燃焼させる
ため、燃料の充分な微粒化および蒸発を促進する燃料噴
射装置の開発が要求されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料噴射装置で
は、燃料を充分に微粒化し、さらに燃料を稀薄混合させ
るためには、比較的多量の空気を流す設計構造であるた
め、燃料噴射装置が大型化し、効率よく燃料の微粒化お
よび蒸発の促進を行うことが困難となる問題があった。

【０００８】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、効率よく燃料の微粒子化を促進できるととも
に、燃料の蒸発を促進することができ、かつ燃料と空気
とをより一層均一に混合することができ、結果として低
ＮＯｘ化の促進が有効に図れ、しかも安定した燃焼を確
保することができる燃料噴射装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、一端側を空気導入用の入
口部とした筒状のノズル体の内部に燃料の噴出し部を設
けるとともに、このノズル体の他端側を燃料と空気との
混合燃料を噴射する出口部とした燃料噴射装置であっ
て、前記燃料の噴出し部は、前記ノズル体内に設けられ
燃料を前記出口部側に向って噴出する燃料噴出し口と、
この燃料噴出し口から噴出される燃料を前記ノズル体の
軸心に対して交差する方向に案内する斜面とを有するも
のとし、この斜面の頂部には前記ノズル体の出口部側に
亘り、そのノズル体の軸心と平行な平坦な薄膜形成用平
面部を連続させたことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃
料噴射装置において、斜面の表面両側に、その斜面の頂
部側に向って次第に幅広となる立上り壁からなる案内壁
を設けたことを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の燃
料噴射装置において、燃料噴出し口と斜面との間に一定
の間隔をあける溝を設けたことを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の燃
料噴射装置において、斜面はノズル体の軸心に対して５
度以上の角度で交差していることを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１記載の燃
料噴射装置において、斜面の途中からこれよりもノズル
体軸心との交差角度が小さい第二段の斜面を設けたこと
を特徴とする。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項１から５ま
でに記載の燃料噴射装置において、ノズル体の周壁内面
を平坦面とし、またはノズル体内に軸方向に沿って平板
を挿入し、この平坦面または平板の表面を燃料の薄膜形
成用平面部とするとともに、前記平坦面を構成する前記
ノズル体の周壁または前記平板に燃料噴出し口、溝、斜
面および案内壁を設けたこと特徴とする。

【００１５】請求項７記載の発明は、請求項６記載の燃
料噴射装置において、同一の薄膜形成用平面部を構成す
るノズル体の周壁または平板に、燃料噴出し口、溝、斜
面または案内壁を、複数配設し、または複数の平板をノ
ズル体の径方向に沿って平行に配設してその各々に燃料
噴出し口、溝、斜面または案内溝を設けたことを特徴と
する。

【００１６】請求項８記載の発明は、請求項１から７ま
でに記載の燃料噴射装置において、平板の入口部側端部
の断面形状を円弧状とし、または前記平板の厚さを出口
部側に向って次第に小さくして出口部先端の厚さを最小
にし、または薄膜形成用平面部の全ての位置での混合燃
料の速度が一定となるように前記平板の出口部側にノズ
ル体軸方向に沿って断面が変化する突起物を設けたこと
を特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明に係る燃料噴射装置によると、燃料は燃
料噴出し口から斜面に向けて噴き出すため、斜面におい
て燃料が衝突し、分散する。

【００１８】さらに、斜面と平面部と接する位置で燃料
は空気との剪断作用により微粒化を生じる。この場合、
ノズル体の軸心に対する斜面の交差角度が５度以上であ
ると、より剪断作用が効果的に行われる。

【００１９】また、第二段の斜面を設けた場合には、平
面部への流れが円滑となる。

【００２０】次に、平面部において、薄膜を形成するこ
とにより、蒸発効果が促進される。

【００２１】さらに、案内壁を設けた場合には斜面にお
いても下流に向けて均一な薄膜が形成される。さらにま
た、出口部においては、空気との剪断作用によりさらな
る微粒化が達成される。

【００２２】また、溝を設けた場合には、燃料噴出し口
から噴出した燃料の斜面への衝突力が増し、分散作用が
さらに促進される。

【００２３】さらに、燃料噴出し口、溝、斜面等をノズ
ル体内の各方向に複数設け、また平板の厚さや端部形状
を丸める等の手段により、上記の各作用をより効果的に
行わせることができる。

【００２４】このように、複数の作用を組み合せること
により、単一的な作用よりも燃料の微粒化の向上を図る
ことが可能となり、より一層均一な混合が得られ、結果
として、低ＮＯｘ化を図ることができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２６】実施例１（図１および図２）図１は本実施例による燃料噴射装置の一側方からの軸方
向断面図、図２は図１の直交断面図（図１のＡ−Ａ線断
面図）である。

【００２７】本実施例の燃料噴射装置１は、筒状のノズ
ル体２の一端側に空気ａ導入用の入口部３を有する。ノ
ズル体２の内部には燃料ｂの噴出し部４を有する。ノズ
ル体２の他端側には、燃料ｂと空気ａとの混合燃料ｃを
噴射する出口部５を有する。

【００２８】燃料ｂの噴出し部４は、図示しない燃料供
給源からノズル体２内に設けられ燃料ｂを導く燃料通路
部６と、ノズル体２の軸心と平行な方向に沿い出口部５
側に向って燃料ｂを噴出する燃料噴出し口７と、この燃
料噴出し口７から溝８を介して一定の間隔で配置され噴
出される燃料をノズル体２の軸心に対して所定角度θで
交差する方向に案内する斜面９とを有する構成となって
いる。

【００２９】この燃料ｂの噴出し部４の斜面９の頂部９
ａからノズル体２の出口部５側に亘り、ノズル体２の軸
心と平行な平坦な薄膜形成用平面部１０が設けられてい
る。

【００３０】また、斜面９の表面両側には、頂部側に向
って次第に幅広となる立上り壁からなる案内壁１１が設
けられている。

【００３１】なお、斜面９のノズル体２の軸心に対する
交差角度θは、５度以上の角度に設定されている。

【００３２】本実施例では、ノズル体２の周壁２ａが平
板状に構成されて、その内面の平坦面が前記の薄膜形成
用平面部１０とされている。この周壁２ａの内部に燃料
通路部６、燃料噴出し口７、溝８、斜面９および案内壁
１１が設けられている。

【００３３】このような構成の本実施例においては、ノ
ズル体２の入口部３から流入して内部空間１２を流れる
空気流により噴射燃料が微粒化される。即ち、外部燃料
供給装置から燃料通路部６の端部の供給口１３を通って
燃料が導かれ、さらに燃料噴出し口６から燃料が噴き出
される。

【００３４】燃料噴出し口６から噴出した燃料は、下流
の溝８から５度以上の角度を有する斜面９に衝突する。
この斜面９において燃料ｂが衝突し、分散する。次に、
斜面９と平坦面１０とが接する位置で、燃料ｂは空気ａ
によって剪断作用を受けて微粒化する。

【００３５】さらに、斜面９と接した後部の平面部１０
においては、薄膜を形成することにより、蒸発効果を促
進する。さらに、出口部５においては、燃料ｂが空気ａ
との剪断作用によりさらなる微粒化を達成する。

【００３６】よって、本実施例によれば、分散、剪断、
蒸発、薄膜化の複数の作用の効果的な組合せにより、燃
料ｂの微粒化が大幅に促進されるとともに、空気ａとの
混合が均一化され、局部燃焼などのない良好な燃焼によ
り低ＮＯｘ化、効率向上等が図られる。

【００３７】実施例２（図３）図３は本発明の他の実施例を示している。

【００３８】本実施例では、燃料ｂの噴出し部４が、ノ
ズル体２内の中心部にその軸心と平行に挿入された平板
１４に設けられている。

【００３９】燃料噴出し口６の背側には空気流路１５が
設けられ、空気流の入口部３側の端部１４ａは、空気ａ
が流れ易くなるように断面円弧状に丸くした構成となっ
ている。

【００４０】そして、斜面（θ角度）９の途中から、さ
らに交差角度が小さい第二段斜面（α角度）９ｂが形成
されている。

【００４１】このような実施例２の構成によれば、角度
αの第二段斜面９ｂにより燃料ｂの流れがスムーズにな
る。また、空気通路１５の形成により、燃料の稀薄化が
推進できるようになる。さらに、平板４の空気入口側の
端面を丸くしたことにより、空気ａの流れが、より円滑
に行われる。

【００４２】実施例３（図４）図４は本発明の実施例３を示している。

【００４３】本実施例は燃料ｂの噴出し部４としての噴
出し口７、溝８、斜面９および案内壁１１を、同一平板
１４の幅方向に複数設けたものである。噴出し部４の構
成は、それぞれ同一である。

【００４４】このような構成の実施例３によれば、ノズ
ル体２内の空間１２を流れる空気ａと燃料ｂとの混合
が、より多くの個所で行われるので、均一化が一層推進
される。

【００４５】実施例４（図５）図５は本発明の実施例４を示している。

【００４６】本実施例は燃料ｂの噴出し部４を有する複
数の平板１４をノズル体２内に多段式に組合せて設けた
ものである。各構成部分については、実施例１と略同様
である。

【００４７】このような構成の実施例４によれば、大量
の燃料混合が可能であるため、大型のガスタービン燃焼
器用として好適なものとなる。

【００４８】実施例５（図６）図６は本発明の実施例５を示している。

【００４９】本実施例は、実施例４と略同様に平板１４
を複数設けたものであるが、平板１４の出口部５におけ
る板厚を次第に薄くして出口部５先端の厚さを最小にし
たものである。

【００５０】このような構成の実施例５によれば、平板
１４の板厚変化および出口部側端部１４ｂの最小化厚に
より、流路断面が下流側で拡大し、蒸発および出口部側
端部での微粒化を促進することができる。

【００５１】実施例６（図７）図７は本発明の実施例６を示している。

【００５２】本実施例は前記実施例４と略同様の構成を
有するが、出口部５側における各平板１４間の空間に、
どの面でも混合燃料が一定速度となるように長手方向断
面の変化した突起物１７を設けたものである。

【００５３】このような構成の実施例６の構成によれ
ば、出口部側端部での燃料ｂの微粒化を促進することが
できる。

【００５４】実施例７（図８）図８は、本発明の実施例７を示している。

【００５５】本実施例では、燃料ｂの噴出し部４に溝を
設けず、噴出し口７から直接、斜面９を形成したもので
ある。

【００５６】なお、本発明はパイロット予混合燃焼部に
おける燃料噴射装置として適用できることは勿論のこ
と、拡散燃焼部の燃料噴射装置としても適用することが
できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明は以上の実施例で詳述したよう
に、燃料は燃料噴出し口から斜面に向けて噴き出すた
め、斜面において燃料が衝突し、分散する。さらに、斜
面と平坦面と接する位置で燃料は空気との剪断作用によ
り微粒化を生じる。この場合、ノズル体の軸心に対する
斜面の交差角度が５度以上であると、より剪断作用が効
果的に行われる。また、第二段の斜面を設けた場合に
は、平坦面への流れが円滑となる。次に、平面部におい
て、薄膜を形成することにより、蒸発効果が促進され
る。

【００５８】さらに、案内壁を設けた場合には斜面にお
いても下流に向けて均一な薄膜が形成される。さらにま
た、出口部においては、空気との剪断作用によりさらな
る微粒化が達成される。また、溝を設けた場合には、燃
料噴出し口から噴出した燃料の斜面への衝突力が増し、
分散作用がさらに促進される。さらに、燃料噴出し口、
溝、斜面等をノズル体内の各方向に複数設け、また平板
の厚さや端部形状を丸める等の手段により、上記の各作
用をより効果的に行わせることができる。

【００５９】このように、複数の作用を組み合せること
により、単一的な作用よりも燃料の微粒化の向上を図る
ことが可能となり、より一層の均一な混合が得られ、結
果として、低ＮＯｘ化、効率向上等を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】本発明の実施例２を示す断面図。

【図４】本発明の実施例３を示す断面図。

【図５】本発明の実施例４を示す断面図。

【図６】本発明の実施例５を示す断面図。

【図７】本発明の実施例６を示す断面図。

【図８】本発明の実施例７を示す断面図。

【符号の説明】

１燃料噴射装置２ノズル体３入口部４噴出し部５出口部６燃料通路部７燃料噴出し口８溝９斜面９ａ頂部９ｂ第二段斜面（α角度）１０薄膜形成用平面部１１案内壁１２内部空間１３供給口１４平板１４ａ端部１４ｂ出口部側端部１５空気通路１７突起物ａ空気ｂ燃料ｃ混合燃料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−126521（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−53424（ＪＰ，Ａ) 特開平７−4611（ＪＰ，Ａ) 実開平７−12758（ＪＰ，Ｕ) 実開平６−65750（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 11/12 F23D 11/38 F23R 3/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端側を空気導入用の入口部とした筒状
のノズル体の内部に燃料の噴出し部を設けるとともに、
このノズル体の他端側を燃料と空気との混合燃料を噴射
する出口部とした燃料噴射装置であって、前記燃料の噴
出し部は、前記ノズル体内に設けられ燃料を前記出口部
側に向って噴出する燃料噴出し口と、この燃料噴出し口
から噴出される燃料を前記ノズル体の軸心に対して交差
する方向に案内する斜面とを有するものとし、この斜面
の頂部には前記ノズル体の出口部側に亘り、そのノズル
体の軸心と平行な平坦な薄膜形成用平面部を連続させた
ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】請求項１記載の燃料噴射装置において、
斜面の表面両側に、その斜面の頂部側に向って次第に幅
広となる立上り壁からなる案内壁を設けたことを特徴と
する燃料噴射装置。
【請求項３】請求項１記載の燃料噴射装置において、
燃料噴出し口と斜面との間に一定の間隔をあける溝を設
けたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】請求項１記載の燃料噴射装置において、
斜面はノズル体の軸心に対して５度以上の角度で交差し
ていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】請求項１記載の燃料噴射装置において、
斜面の途中からこれよりもノズル体軸心との交差角度が
小さい第二段の斜面を設けたことを特徴とする燃料噴射
装置。
【請求項６】請求項１から５までに記載の燃料噴射装
置において、ノズル体の周壁内面を平坦面とし、または
ノズル体内に軸方向に沿って平板を挿入し、この平坦面
または平板の表面を燃料の薄膜形成用平面部とするとと
もに、前記平坦面を構成する前記ノズル体の周壁または
前記平板に燃料噴出し口、溝、斜面および案内壁を設け
たこと特徴とする燃料噴射装置。
【請求項７】請求項６記載の燃料噴射装置において、
同一の薄膜形成用平面部を構成するノズル体の周壁また
は平板に、燃料噴出し口、溝、斜面または案内壁を、複
数配設し、または複数の平板をノズル体の径方向に沿っ
て平行に配設してその各々に燃料噴出し口、溝、斜面ま
たは案内溝を設けたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項８】請求項１から７までに記載の燃料噴射装
置において、平板の入口部側端部の断面形状を円弧状と
し、または前記平板の厚さを出口部側に向って次第に小
さくして出口部先端の厚さを最小にし、または薄膜形成
用平面部の全ての位置での混合燃料の速度が一定となる
ように前記平板の出口部側にノズル体軸方向に沿って断
面が変化する突起物を設けたことを特徴とする燃料噴射
装置。