JP6033457B2 - 燃料噴射器 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射器に関する。

ガスタービン等では燃料ガスを燃焼器等に供給する際に、燃料噴射器によって空気と燃料ガスとを予め均一に混合させて霧状にして噴射している。
このような燃料噴射器として例えば特許文献１には、円筒状をなして内部にプレナムを形成し、下流側に向かって拡径するよう配置された内部バッフルを有する燃料噴射器が開示されている。

この燃料噴射器は、上流側チューブ支持部と下流側チューブ支持部とが外側壁によって連結されて、内部の空間をプレナムとする燃料噴射器本体を備えている。この燃料噴射器本体には、内部のプレナムを径方向に横断するように径方向外側向かって広がる内部バッフルが配置されている。さらに、燃料噴射器本体には、上流側から燃料送給チューブが接続されている。燃料噴射器本体には、上流側チューブ支持部、内部バッフル、及び下流側チューブ支持部を貫通して固定される予混合チューブが複数設けられている。予混合チューブは、燃料ガスを導入するための燃料噴射孔をプレナム内の内部バッフルよりも上流側に配置している。

このような構成の燃料噴射器では、燃料ガスが燃料送給チューブからプレナムに導入されると、燃料ガスは内部バッフルの下流側の面に沿って径方向外側に向かって進み外側壁付近まで到達する。その後、径方向外側に配置された予混合チューブの燃料噴射孔から流入しながら、プレナム内の燃料ガスは内部バッフルの上流側の面に沿って径方向内側に向かって進む。プレナムの断面積は、径方向内側に向かうにしたがって減少する。そのため、プレナム内の燃料ガスは、径方向内側に向かうにしたがって、徐々にその流量が減少する。これにより、予混合チューブの燃料噴射孔における燃料ガスの流速が一定となり、予混合チューブに供給される燃料ガスの供給量が一定となる。よって、この燃料噴射器では、予混合チューブの上流側から共有される空気と燃料導入孔から供給される燃料ガスとを、予混合チューブに配置されている位置によらず均一に混合して噴射することができる。

特開２０１１−６９６０２号公報

特許文献１に記載の燃料噴射器では、内部バッフルを一定の角度に調整しておくことが重要である。ところが、この燃料噴射器は、内部バッフルが燃料噴射器本体内の閉鎖された空間であるプレナム内に配置されていることで、一定の角度に調整することが難しい。
さらに、内部バッフルには、予混合チューブを通すための貫通孔が多数形成されている。予混合チューブと内部バッフルとの間の隙間からの燃料の流入を防ぐために溶接等を行い、内部バッフルの面に凹凸が生じる。そのため、内部バッフルの面に沿って滑らかに燃料ガスを流動させることが難しくなる。
これらによって、燃料導入孔付近の燃料ガスの流速を任意の速度に調整することが難しくなってしまい、燃料ガスを予混合チューブで均一に混合して噴射させることが難しい。

本発明は、均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる燃料噴射器を提供する。

本発明の第一の態様に係る燃料噴射器は、軸線方向の第一の端部側から内側に燃料ガスが導入されて、軸線方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ筒状をなす上流支持プレートと、前記軸線と交差して前記上流支持プレートの軸線方向の第二の端部側に配置され、該上流支持プレートとともに内側にプレナムを画成する下流支持プレートと、軸線方向に延在して前記上流支持プレート及び下流支持プレートに支持されるように複数が設けられて、軸線方向の第一の端部側から空気が導入される複数の予混合チューブと、を備え、前記複数の予混合チューブは、前記軸線を中心とした半径寸法が互いに異なる複数の円状の形状を有する列上にそれぞれ配置され、同一列上に配置された互いに隣り合う前記予混合チューブは、周方向に互いに等距離離間して配置され、前記予混合チューブにおける前記プレナムに位置する部分に、該予混合チューブを内外に貫通する燃料導入孔が形成され、前記燃料導入孔を介して前記プレナムから前記予混合チューブ内に供給された前記燃料ガスが、該予混合チューブ内で前記空気と混合された後、該予混合チューブの軸線方向の第二の端部側から噴射される。

このような燃料噴射器は、上流支持プレート及び下流支持プレートの内側に画成されるプレナムを、軸線の中心から径方向外側に向かうにしたがって軸線方向の距離を狭められるように形成することができる。そのため、複数設けられる予混合チューブに燃料導入孔から供給される燃料ガスは、プレナム内で徐々に燃料ガスの流通量が減少しても、燃料ガスの流速を一定に維持することができる。したがって、複数設けられる予混合チューブに燃料導入孔から供給される燃料ガスは、プレナム内で径方向外側に向かうにしたがって徐々に燃料ガスの流量が減少する。このため、予混合チューブが増えても、燃料ガスの流速を一定に維持することができる。その結果、プレナムに位置する燃料導入孔から予混合チューブ内に供給される燃料ガスの供給量を、予混合チューブの配置位置に関わらず一定とすることができる。これにより、予混合チューブによって空気と燃料ガスを均一に混合させることができるため、均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

本発明の第二の態様に係る燃料噴射器は、前記複数の予混合チューブの周方向の間を径方向に向かって流通する前記燃料ガスの流速が一定となるように、各前記列における前記プレナムの前記軸線方向の長さを設定されてもよい。

このような燃料噴射器は、予混合チューブの周方向の間を径方向に向かって流通する燃料ガスの流速が一定となるように、軸線からの半径寸法が互いに異なる列に位置するプレナムの軸線方向の長さが設定されている。そのため、プレナム内を流れる燃料ガスの各列における流路面積を全体として小さくするよう調整することができる。その結果、径方向の流速を高い精度で一定にすることができる。これにより、より均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

本発明の第三の態様に係る燃料噴射器は、前記上流支持プレートは、最も径方向内側の前記列を第一列目とした場合の第ａ列目における前記プレナムの前記軸線方向の長さをＬａ、前記第ａ列目における前記予混合チューブの本数をＮａ、前記第ａ列目における前記燃料ガスの体積流量をＧａとした際に、前記第ａ列目における前記プレナムの前記軸線方向の長さＬａが以下の式、
Ｌａ＝Ｌ１×Ｇａ／Ｇ１×Ｎ１／Ｎａ
Ｌ１：第一列目における前記プレナムの前記軸線方向の長さ
Ｇ１：第一列目における前記燃料ガスの体積流量
Ｎ１：第一列目における前記予混合チューブの本数
で表されてもよい。

このような燃料噴射器は、各列における予混合チューブの本数や燃料ガスの体積流量によって、プレナムの軸線方向の長さを決定する。そのため、プレナム内を流れる燃料ガス流路面積をより正確に調整することができる。これにより、径方向の流速をより高い精度で一定にすることができ、より一層均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

本発明の第四の態様に係る燃料噴射器は、前記予混合チューブが、前記上流支持プレート又は下流支持プレートの少なくとも一方よりも前記プレナムの外側に向かって軸線方向に突出していてもよい。

このような燃料噴射器は、予混合チューブをプレナムの外側に向かって軸線方向に突出させる。そのため、予混合チューブ全体の長さをプレナム内に配置されている予混合チューブの長さよりも軸線方向に延ばすことができる。プレナムが軸線の中心から径方向外側に向かうにしたがって軸線方向の距離を狭めるように形成されている。これにより、プレナム内に配置される予混合チューブの長さは径方向外側に向かうにしたがって短くなる。予混合チューブは、径方向外側に向かうにしたがって圧力損失が小さくなるため、プレナム内に配置されている予混合チューブは、予混合チューブが配置されている軸線からの径方向の位置によって圧力損失の大きさに差が生じ、予混合チューブ内を流れる空気量に差が生じてしまい均一な予混合ガスの供給ができなくなる。
これに対して、予混合チューブをプレナムの外側に向かって延ばすことで、径方向の配置されている位置の異なる予混合チューブの圧力損失の差を低減することができる。そのため、予混合チューブの配置位置によらず燃料ガスの供給量を均一にすることができ、より均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

本発明の第五の態様に係る燃料噴射器は、前記プレナム内における前記下流支持プレートの軸線方向の第一の端部側の面に固定されて、前記軸線を中心として軸線方向の第一の端部側から軸線方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ面を有するとともに燃料誘導部を備えていてもよい。

このような燃料噴射器は、燃料誘導部が、軸線を中心として軸線方向に第一の端部側から第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ面を有する。これにより、プレナム内の燃料ガスは燃料誘導部によって径方向外側に向かって誘導され、径方向外側に向かって流通し易くなる。そのため、径方向外側に配置された予混合チューブへも燃料ガスが供給されやすくなり、予混合チューブの配置されている位置に関わらず燃料導入孔から供給される燃料ガスの量を、より高い精度で一定にすることができる。これにより、高い精度で均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

上記した燃料噴射器によれば、プレナムを軸線の中心から径方向外側に向かうにしたがって軸線方向の距離を狭めるように形成することで、均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

本発明の第一実施形態に係る燃料噴射器を説明する縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係る燃料噴射器を説明する図１におけるＩＩ−ＩＩにおける横断面図である。 本発明の第二実施形態に係る燃料噴射器を説明する縦断面図である。 本発明の第三実施形態に係る燃料噴射器を説明する縦断面図である。 本発明の第一変形例に係る燃料噴射器を説明する縦断面図である。

以下、本発明の第一実施形態の燃料噴射器１０について図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の燃料噴射器１０には、軸線Ｏに沿って延在する燃料送給チューブ１によって、軸線Ｏ方向の第一の端部側から燃料ガスＦが導入される。燃料噴射器１０は、該燃料ガスＦと空気Ａを混合した後に、軸線Ｏ方向の第二の端部側に向かって噴射させて排出している。軸線Ｏ方向の第一の端部側を燃料ガスＦが導入されてくる上流側（図１紙面左側）、軸線Ｏ方向の第二の端部側を燃料ガスＦが噴射される下流側（図１紙面右側）とすると、燃料ガスＦ及び空気Ａは上流側から下流側に向かって流通している。

燃料噴射器１０は、図１に示すように、燃料送給チューブ１と接続される上流支持プレート１１と、上流支持プレート１１とともにプレナムを画成する下流支持プレート１２と、上流支持プレート１１及び下流支持プレート１２に支持される複数の予混合チューブ１３と、予混合チューブ１３を下流支持プレート１２よりも下流側で支持する予混合チューブ支持部１４とを備えている。

上流支持プレート１１は、上流側から燃料ガスＦを導入する燃料送給チューブ１と接続されている。上流支持プレート１１は、軸線Ｏ方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ筒状の形状を有する。具体的には、上流支持プレート１１は、内部が中空状の形状を有する。上流支持プレート１１は、燃料送給チューブ１と接続されて軸線Ｏ方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径する拡径部１１ａを有している。
拡径部１１ａは、燃料送給チューブ１と接続されている。拡径部１１ａは、該燃料送給チューブとの接続部分では燃料送給チューブ１と同じ径を有している。拡径部１１ａは、軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に向かうにしたがって徐々に径が大きくなるよう形成されている。

下流支持プレート１２は、軸線Ｏと交差して上流支持プレート１１の軸線Ｏ方向の第二の端部側に配置されている。具体的には、下流支持プレート１２は、軸線Ｏを中心に円板状の形状を有する。下流支持プレート１２は、下流側で円筒部１２ｂと一体に接続される円板部１２ａと、円板部１２ａの軸線Ｏ方向の第一の端部側に接続された円筒状をなす円筒部１２ｂとを有している。下流支持プレート１２の円板部１２ａ及び円筒部１２ｂは、上流支持プレート１１の拡径部１１ａとともに、これらの内側に空間であるプレナムを画成している。

円板部１２ａは、軸線Ｏを中心とする円板状の形状を有する。円板部１２ａには、複数の予混合チューブを挿通させて支持するための複数の貫通孔が形成されている。
円筒部１２ｂは、軸線Ｏ方向の第一の端部側を上流支持プレート１１の拡径部１１ａの最も径の大きい部分に接続されている。円筒部１２ｂは、軸線Ｏ方向の第二の端部側を円板部１２ａの外周部分と一体に形成されている。円筒部１２ｂは、拡径部１１ａの最も径の大きい部分に合わせて軸線Ｏ方向に延びて円筒状をなしている。

予混合チューブ１３は、軸線Ｏ方向に延在する円筒状の形状を有する管材である。予混合チューブ１３には、軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側から空気Ａが導入されている。予混合チューブ１３は、軸線Ｏ方向の第二の端部側が下流支持プレート１２よりもプレナムの外側に向かって軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に突出するよう固定される。予混合チューブ１３は、軸線Ｏ方向の第一の端部側が上流支持プレート１１の拡径部１１ａから突出せずに面一となるように固定されている。予混合チューブ１３の下流支持プレート１２から突出している部分は、後述する予混合チューブ支持部１４によって支持されている。予混合チューブ１３には、プレナムに位置する部分に予混合チューブ１３を径方向に向かって内外に貫通する燃料導入孔１３ａが形成されている。

予混合チューブ１３は、上流支持プレート１１及び下流支持プレート１２を軸線Ｏ方向に貫通して複数配置されている。予混合チューブ１３は、上流支持プレート１１及び下流支持プレート１２によって固定されて支持されている。これら複数の予混合チューブ１３は、互いに同じ断面形状を有する。一方、これら複数の予混合チューブ１３は、上流支持プレート１１から突出せずに面一に固定されている。これにより、これら複数の予混合チューブ１３は、長さの異なるものが、軸線Ｏを中心とした半径寸法が互いに異なる複数の円状の形状を有する列上にそれぞれ配置されている。同一列上に配置された互いに隣り合う予混合チューブ１３は、周方向に互いに等距離ｔだけ離間して配置されている。即ち、複数の予混合チューブ１３が、各列上では周方向に等間隔の距離を開けて径方向に向かって複数の列をなして配置されている。これにより、複数の予混合チューブ１３は、軸線Ｏを中心に放射状に、径方向外側に向かうに連れて徐々に数が増加するように配置されている。例えば、図２に示すように、本実施形態における予混合チューブ１３は、軸線Ｏを中心から徐々に径が大きくなるような五列の円周上に配置されている。本実施形態における予混合チューブ１３は、軸線Ｏに最も近い円である第一列目１３１に１２本、第二列目１３２に１８本、第三列目１３３に２４本、第四列目１３４に３０本、軸線Ｏから最も遠い円である第五列目１３５に３６本が配置されている。

燃料導入孔１３ａは、プレナム内の燃料ガスＦを予混合チューブ１３内に流入させる貫通孔である。燃料導入孔１３ａは、予混合チューブ１３のプレナムに位置する部分に形成される。燃料導入孔１３ａは、円形状の断面形状を有し、予混合チューブ１３を径方向に貫通している。燃料導入孔１３ａは、予混合チューブ１３の配置位置に関わらず、プレナムに対して軸線Ｏ方向の同じ位置に配置されている。

上流支持プレート１１は、画成されるプレナムの軸線Ｏ方向の長さを調整しながら徐々に径が大きくなるよう形成されている。即ち、上流支持プレート１１は、予混合チューブ１３の周方向の間を径方向に向かって流通する燃料ガスＦの流速が一定となるように、軸線Ｏからの半径寸法が互いに異なる列に位置するプレナムの軸線Ｏ方向の長さを設定するよう拡径している。第一実施形態においては、例えば、第一列目１３１に配置されている予混合チューブ１３の周方向の間を径方向に向かって流通する燃料ガスＦの流速と、第五列目１３５に配置される予混合チューブ１３の周方向の間を径方向に向かって流通する燃料ガスＦの流速とが同じになるように、配置されている列の半径寸法が大きくなるにしたがってプレナムの軸線Ｏ方向の長さは短くなっている。

具体的には、予混合チューブ１３の周方向の間を径方向に向かって流通する燃料ガスＦの流速をｖとする。流速ｖは、燃料ガスＦの単位流量Ｇと各列の位置における軸線Ｏと直交する断面（例えば、図２に示すＩＩ−ＩＩ断面参照）の流路面積Ｓによって決定される。流路面積Ｓは、予混合チューブ１３の配置されている数Ｎと、予混合チューブ１３の各列における周方向の距離ｔと、各列の位置におけるプレナムの軸線Ｏ方向の長さＬとで決定される。
予混合チューブ１３の各列における周方向の距離ｔが同じである場合、プレナム内では径方向外側に向かうにしたがって、予混合チューブ１３の数が増加し、隣接する予混合チューブ１３同士の間の流路の数も増加する。一方、プレナム内を流通する燃料ガスＦは、径方向内側に配置された第一列目１３１に配置された予混合チューブ１３に供給される。そのため、径方向外側の第五列目１３５に配置された予混合チューブ１３に到達するまでに燃料ガスＦの流量は減少していく。

最も径方向内側の列を第一列目１３１とした場合の第ａ列目におけるプレナムの軸線Ｏ方向の長さをＬａ、第ａ列目における予混合チューブ１３の本数をＮａ、第ａ列目における燃料ガスＦの体積流量をＧａとした際に、第ａ列目と第一列目１３１との体積流量比は、以下（１）式によって表される。

Ｇａ／Ｇ１＝（ｔ×Ｎａ×Ｌａ）／（ｔ×Ｎ１×Ｌ１）…（式１）

Ｌ１：第一列目における予混合チューブ１３の軸線Ｏ方向の長さ
Ｇ１：第一列目における燃料ガスＦの体積流量
Ｎ１：第一列目における予混合チューブ１３の本数

よって、第ａ列目における予混合チューブ１３の軸線Ｏ方向の長さをＬａは、以下（２）式によって算出し設定される。

Ｌａ＝Ｌ１×（Ｇａ／Ｇ１）×（Ｎ１／Ｎａ）…（式２）

予混合チューブ支持部１４は、下流支持プレート１２と同じ円形断面を有し、軸線Ｏ方向に延在する円柱状の形状を有する。予混合チューブ支持部１４には、予混合チューブ１３を挿通させる複数の貫通孔が形成されている。予混合チューブ支持部１４は、下流支持プレート１２と一体になるように固定されている。予混合チューブ支持部１４は、予混合チューブ１３の下流側の端部と、下流側の端面とが面一になるよう延在している。予混合チューブ支持部１４は、下流側の端面で予混合チューブ１３を固定している。
なお、予混合チューブ支持部１４は、下流支持プレート１２から突出する予混合チューブ１３を支持できれば良い。予混合チューブ支持部１４は、例えば、下流支持プレート１２から下流側に離間した位置に軸線Ｏを中心に円板状の形状を有して配置されて予混合チューブ１３を支持する平板部材であっても良い。

次に、上記構成の燃料噴射器１０の作用について説明する。
上記のような本実施形態の燃料噴射器１０では、燃料送給チューブ１を介して、軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側から燃料ガスＦがプレナム内に導入される。導入された燃料ガスＦは、漸次拡径する上流支持プレート１１の形状に沿って径方向外側に向けて流れる。そして、燃料ガスＦは、第一列目１３１に配置された予混合チューブ１３のプレナム内に形成された燃料導入孔１３ａに到達し、予混合チューブ１３内に流入する。その後、燃料ガスＦは、第二列目１３２に配置された予混合チューブ１３に向かって径方向外側に流れ、燃料導入孔１３ａから予混合チューブ１３内に流入する。同様に、径方向外側に向かって順に第三列目１３３、第四列目１３４と燃料ガスＦが流れ、第五列目１３５に配置された予混合チューブ１３の燃料導入孔１３ａまで到達し、第五列目１３５に配置された予混合チューブ１３内に流入する。

燃料ガスＦが第一列目１３１から第五列目１３５の予混合チューブ１３まで径方向外側に向かう間に、燃料ガスＦは第一列目１３１から順に予混合チューブ１３に取り込まれる。そのため、プレナム内の燃料ガスＦの量が減少していく。さらに、径方向外側に向かうにしたがって、予混合チューブ１３の本数が増加している。これにより、隣接する予混合チューブ１３の周方向の間に形成される流路の数が増加する。しかしながら、上流支持プレート１１は、径方向外側に向かうにしたがってプレナムの軸線Ｏ方向の長さを狭めるように形成されている。その結果、径方向へ向かう燃料ガスＦの軸線Ｏと平行な断面における流路面積が減少し、燃料ガスＦは径方向外側に向かうにしたがって流速が増加する。そのため、軸線Ｏからの径方向の距離が徐々に遠くなるように配置される第一列目１３１から第五列目１３５までの予混合チューブ１３の燃料導入孔１３ａには同じ流速で流れる燃料ガスＦが流入する。これにより、予混合チューブ１３内に供給される燃料ガスＦの供給量は一定となる。
そして、予混合チューブ１３内では、軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側から導入される空気Ａと、予混合チューブ１３内に供給された燃料ガスＦが混合され、軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側から噴射して排出される。

上記のような燃料噴射器１０によれば、軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ筒状の形状を有する上流支持プレート１１及び軸線Ｏと交差する平板状の形状を有する下流支持プレート１２によって内側に画成されるプレナムを、軸線Ｏの中心から径方向外側に向かうにしたがって軸線Ｏ方向の距離を狭めるように形成することができる。そのため、軸線Ｏからの径方向の距離が徐々に遠くなるように複数設けられる第一列目１３１から第五列目１３５までの予混合チューブ１３に燃料導入孔１３ａから供給される燃料ガスＦは、プレナム内で径方向外側に向かうにしたがって徐々に燃料ガスＦの流量が減少する。そして、予混合チューブ１３が増えても、燃料ガスＦの流速を一定に維持することができる。その結果、プレナムに位置する燃料導入孔１３ａから予混合チューブ１３内に供給される燃料ガスＦの供給量を、予混合チューブ１３の配置されている位置に関わらず一定とすることができる。そのため、予混合チューブ１３によって空気Ａと燃料ガスＦを均一に混合させることができる。これにより、均一に混合された燃料ガスＦを容易に噴射することが可能となる。

軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ筒状の形状を有する上流支持プレート１１が外部から確認できるようになっている。その結果、上流支持プレート１１の形状を外部から微調整することができ、容易に調整してプレナムの形状を変化させることができる。そして、予混合チューブ１３の配置や配置される本数に応じて、上流支持プレート１１の拡径具合を変更することができる。そのため、プレナム内を流通する燃料ガスＦの流速の調整を容易に調整できる。これにより、予混合チューブ１３に供給される燃料ガスＦの供給量を容易に一定にすることができる。

予混合チューブ１３の周方向の間を径方向に向かって流通する燃料ガスＦの流速が一定となるように、軸線Ｏからの半径寸法が互いに異なる列に位置するプレナムの軸線Ｏ方向の長さが設定されている。そのため、予混合チューブ１３の増加に伴って流路の数が増加しても、プレナム内を流れる燃料ガスＦの各列における流量に合わせて、軸線Ｏと平行な面の流路面積を調整することができる。これにより、径方向の流速を高い精度で一定にすることができ、より均一に混合された燃料ガスＦを容易に噴射することができる。

また、各列における予混合チューブ１３の本数や燃料ガスＦの体積流量によって、プレナムの軸線Ｏ方向の長さを決定することで、軸線Ｏと直交する断面の流路面積に対するプレナム内を流れる燃料ガスＦの各列における軸線Ｏと平行な面の流路面積をより正確に調整することができる。これにより、径方向の流速をより高い精度で一定にすることができ、より一層均一に混合された燃料ガスＦを容易に噴射することができる。

さらに、予混合チューブ１３をプレナムの外側に向かって下流支持プレート１２よりも下流側に向かって軸線Ｏ方向に突出させる。これにより、予混合チューブ１３全体の長さをプレナム内に配置されている予混合チューブ１３の長さよりも軸線Ｏ方向の第二の端部側に延ばすことができる。プレナムが軸線Ｏの中心から径方向外側に向かうにしたがって軸線Ｏ方向の距離を狭めるように形成されている。プレナム内に配置される予混合チューブ１３の長さは径方向外側に向かうにしたがって短くなる。管材である予混合チューブ１３は軸線Ｏ方向に延在する長さが短くなるほど圧力損失が小さくなる。そのため、プレナム内に配置されている予混合チューブ１３は、径方向外側に向かうにしたがって圧力損失が小さくなり、予混合チューブ１３が配置されている軸線Ｏからの径方向の位置によって圧力損失の大きさに差が生じてしまう。そのため、燃料導入孔１３ａから予混合チューブ１３への供給量も径方向外側に向かうにしたがって大きくなることで差が生じ、予混合チューブ１３内を流れる空気量に差が生じてしまい気に予混合ガスを供給できなくなる。
しかし、予混合チューブ１３をプレナムの外側に向かって延ばすことで、径方向の配置されている位置の異なる予混合チューブ１３の圧力損失の差の割合を低減することができる。そのため、予混合チューブ１３の配置位置によらず燃料ガスＦの供給量を均一にすることができ、より均一に混合された燃料ガスＦを容易に噴射することが可能となる。

次に、図３を参照して第二実施形態の燃料噴射器１０について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の燃料噴射器１０は、配置される複数の予混合チューブ１３の長さを同一としている点について第一実施形態と相違する。

即ち、図３に示すように、第二実施形態では、同じ長さでプレナムの外側に向かって軸線Ｏ方向の第一の端部側に突出する予混合チューブ２３と、予混合チューブ２３を上流支持プレート１１の上流側で支持する上流予混合チューブ支持部２４と、第一実施形態と同様の上流支持プレート１１及び下流支持プレート１２とを有している。

予混合チューブ２３は、第一実施形態と同様の断面形状を有し、軸線Ｏ方向に延在して円筒状の形状を有する管材である。予混合チューブ２３は、プレナムに位置する部分に予混合チューブ１３を内外に貫通する燃料導入孔１３ａを有している。予混合チューブ２３は、軸線Ｏ方向の第一の端部側がプレナムの外側である軸線Ｏ方向の第一の端部側ある上流側に向かって上流支持プレート１１より突出して固定される。予混合チューブ２３は、軸線Ｏ方向の第二の端部側が下流支持プレート１２から突出せずに面一となるように固定されている。予混合チューブ２３は、長さが同一のものが軸線Ｏを中心として同心円上に離間して複数本配置される。予混合チューブ２３は、第一実施形態と同様に、これが径方向に複数列配置されていることで軸線Ｏを中心に放射状に徐々に数を増やしながら配置されている。第二実施形態においても第一実施形態と同様に、五列にわたって配置されている。

上流予混合チューブ支持部２４は、上流支持プレート１１の拡径部１１ａと対応するように内部を窪ませた円筒状の形状を有する。上流予混合チューブ支持部２４は、上流支持プレート１１を軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側から覆うように配置されている。つまり、上流予混合チューブ支持部２４は、上流支持プレート１１と一体に固定されることで、プレナムを画成する上流支持プレート１１及び下流支持プレート１２とともに外形形状が円柱状である。上流予混合チューブ支持部２４は、軸線Ｏ方向に延在する複数の貫通孔を有している。上流予混合チューブ支持部２４は、予混合チューブ１３をこの貫通孔に挿通させて、予混合チューブ１３の上流側の端部と面一になるように、上流側の端面で予混合チューブ１３を固定している。
なお、上流予混合チューブ支持部２４は、予混合チューブ支持部１４と同様に、上流支持プレート１１から突出する予混合チューブ１３を支持できれば良い。上流予混合チューブ支持部２４は、例えば、上流支持プレート１１から上流側に離間した位置で軸線Ｏを中心に円板状をなして配置されて予混合チューブ１３を支持する平板部材であっても良い。

上記のような第二実施形態の燃料噴射器１０によれば、予混合チューブ２３によって、配置される位置に関わらず予混合チューブ１３の軸線Ｏ方向の長さをすべて同一とすることで、プレナムの形状に関わらず予混合チューブ２３の軸線Ｏ方向の長さを同一とすることができる。そのため、径方向の異なる位置に配置された予混合チューブ２３内の圧力損失を一定とすることができる。その結果、燃料導入孔１３ａから予混合チューブ２３内への燃料ガスＦの供給量を径方向の配置されている位置に関わらず一定とすることができる。これにより、より一層均一に混合された燃料ガスＦを容易に噴射することが可能となる。

次に、図４を参照して第三実施形態の燃料噴射器１０について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の燃料噴射器１０は、プレナム内に燃料ガスＦの流れを誘導する燃料誘導部３を有している点について第一実施形態と相違する。

即ち、図４に示すように、第三実施形態では、軸線Ｏを中心として軸線Ｏ方向の第一の端部側から軸線Ｏ方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径する燃料誘導部３をさらに有している。
燃料誘導部３は、プレナム内における下流支持プレート１２の軸線Ｏ方向の第一の端部側の面に円錐状の底部が固定されている。燃料誘導部３は、軸線Ｏを中心として軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側から軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ面３ａを有する円錐状の形状を有する。

上記のような第三実施形態の燃料噴射器１０によれば、軸線Ｏを中心として燃料誘導部３が、軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側から軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ面３ａを有する円錐状の形状を有する。そのため、燃料送給チューブ１を介してプレナム内に導入された燃料ガスＦは、燃料誘導部３の形状に沿って径方向外側に向かって流れる。即ち、プレナム内に導入された燃料ガスＦは、燃料誘導部３によって径方向外側に向かって誘導され、径方向外側に向かって流通し易くなる。そのため、径方向外側に配置された予混合チューブ１３へも燃料ガスＦが供給されやすくなる。その結果、予混合チューブ１３の配置されている位置に関わらず燃料導入孔１３ａから供給される燃料ガスＦの量を、より高い精度で一定にすることができる。これにより、高い精度で均一に混合された燃料ガスＦを容易に噴射することが可能となる。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、本実施形態の変形例として第二実施形態と第三実施形態とを同時に有する燃料噴射器１０が挙げられる。
即ち、変形例は、図５に示すように、第二実施形態の燃料噴射器１０が燃料誘導部３を有していても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

なお、本実施形態では、予混合チューブ１３が軸線Ｏ方向の第一の端部側である上流側や軸線Ｏ方向の第二の端部側である下流側に突出しているが、突出する方向は本実施形態に限定されるものではなく、異なる方向や両方向に向かって突出していても良い。例えば、第二実施形態のように同一の長さの予混合チューブ２３を下流側に向けて突出させても良い。
さらに、予混合チューブ１３が軸線Ｏを中心に五列にわたって複数配置されているが、五列に限定されるものでなく、必要とされる燃料噴射器１０の性能に合わせて適宜選択されれば良い。
また、予混合チューブ支持部１４は、予混合チューブ１３を軸線Ｏと平行な姿勢を維持させるために設けられていることが好ましいが、設けられていなくても良い。その場合、予混合チューブ１３自体に強度を持たせて軸線Ｏと平行な姿勢を維持させることが好ましい。
さらに、径方向の流速を一定するとするようプレナムの軸線Ｏ方向の長さを設定することに限定されるものではない。例えば、径方向だけでなく軸線Ｏ方向の成分も有する燃料ガスＦの流れ方向における燃料ガスＦの流速を一定とするようプレナムの軸線Ｏ方向の長さを設定してもよい。

上記した燃料噴射器によれば、プレナムを軸線の中心から径方向外側に向かうにしたがって軸線方向の距離を狭めるように形成することで、均一に混合された燃料ガスを容易に噴射することができる。

Ｏ 軸線
Ｆ 燃料ガス
Ａ 空気
１ 燃料送給チューブ
１０ 燃料噴射器
１１ 上流支持プレート
１１ａ 拡径部
１２ 下流支持プレート
１２ａ 円板部
１２ｂ 円筒部
１３，２３ 予混合チューブ
１３ａ 燃料導入孔
１３１ 第一列目
１３２ 第二列目
１３３ 第三列目
１３４ 第四列目
１３５ 第五列目
１４ 予混合チューブ支持部
２４ 上流予混合チューブ支持部
３ 燃料誘導部

Claims (7)

1. 軸線方向の第一の端部側から内側に燃料ガスが導入されて、前記軸線方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ筒状の形状を有する上流支持プレートと、
   前記軸線と交差して前記上流支持プレートの軸線方向の第二の端部側に配置され、該上流支持プレートとともに内側にプレナムを画成する下流支持プレートと、
   軸線方向に延在して前記上流支持プレート及び下流支持プレートに支持されるように複数が設けられて、軸線方向の第一の端部側から空気が導入される予混合チューブと、を備え、
   前記複数の予混合チューブは、前記軸線を中心とした半径寸法が互いに異なる複数の円状の形状を有する列上にそれぞれ配置され、
   同一列上に配置された互いに隣り合う前記予混合チューブは、周方向に互いに等距離離間して配置され、
   前記予混合チューブにおける前記プレナムに位置する部分に、該予混合チューブを内外に貫通する燃料導入孔が形成され、
   前記燃料導入孔を介して前記プレナムから前記予混合チューブ内に供給された前記燃料ガスが、該予混合チューブ内で前記空気と混合された後、該予混合チューブの軸線方向の第二の端部側から噴射される燃料噴射器。
2. 前記複数の予混合チューブの周方向の間を径方向に向かって流通する前記燃料ガスの流速が一定となるように、各前記列における前記プレナムの前記軸線方向の長さが設定される請求項１に記載の燃料噴射器。
3. 前記上流支持プレートは、最も径方向内側の前記列を第一列目とした場合の第ａ列目における前記プレナムの前記軸線方向の長さをＬａ、前記第ａ列目における前記予混合チューブの本数をＮａ、前記第ａ列目における前記燃料ガスの体積流量をＧａとした際に、
   前記第ａ列目における前記プレナムの前記軸線方向の長さＬａが以下の式、
   Ｌａ＝Ｌ１×Ｇａ／Ｇ１×Ｎ１／Ｎａ
   Ｌ１：第一列目における前記プレナムの前記軸線方向の長さ
   Ｇ１：第一列目における前記燃料ガスの体積流量
   Ｎ１：第一列目における前記予混合チューブの本数
   で表される請求項２に記載の燃料噴射器。
4. 前記予混合チューブが、前記上流支持プレート又は下流支持プレートの少なくとも一方よりも前記プレナムの外側に向かって軸線方向に突出している請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
5. 前記プレナム内における前記下流支持プレートの軸線方向の第一の端部側の面に固定されて、前記軸線を中心として軸線方向の第一の端部側から軸線方向の第二の端部側に向かうにしたがって漸次拡径するテーパ面を有するとともに燃料誘導部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射器を備える燃焼器。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射器を備えるガスタービン。

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