JP6638935B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

拡散燃焼による燃焼の安定と、希薄燃焼によるＮＯｘ排出量の低減を両立するガスタービン用燃料噴射装置が知られている。この燃料噴射装置は、拡散燃焼を行うためのパイロット燃焼噴射部と、希薄燃焼を行うためのメイン燃料噴射部とを備えている。上記のメイン燃料噴射部では圧縮空気と燃料の予混合が行われるため、メイン燃料噴射部の構成がＮＯｘの低減に大きく影響する。

特許文献１には、拡散燃焼を行うためのパイロット燃焼噴射部と、希薄燃焼を行うためのメイン燃料噴射部とを備えた燃料噴射装置が開示されている。特許文献１に記載のメイン燃料噴射部は、圧縮空気と燃料を予混合する予混合空気流路を有しており、圧縮空気はメイン外側空気流路及びメイン内側空気流路の２つの流路から予混合空気流路に供給される。また、燃料はメイン内側空気流路に噴射されることによって、予混合空気流路に供給される。

特開２０１３−２５３７３８号公報

ただし、引用文献１に記載のメイン外側空気流路では、環状に形成された入口部が圧縮空気を取り入れる空気取入管（ディフューザ）に対向するようにして開口していることから、ディフューザとの位置関係によって圧縮空気が直接流れ込む部分とそうでない部分が存在する。つまり、メイン外側空気流路の周方向位置によって、圧縮空気の動圧の差が生じ、メイン外側空気流路の圧縮空気の流量に差が生じるおそれがある。そのため、引用文献１の燃料噴射装置では、メイン外側空気流路の周方向位置によって予混合状態にばらつきが生じるおそれがある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、メイン燃料噴射部において位置による予混合状態のばらつきが生じにくい燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る燃料噴射装置は、軸心方向前方側から圧縮空気が供給される燃料噴射装置であって、軸心上に位置するパイロット燃料噴射部と、前記パイロット燃料噴射部を囲むように配置されたメイン燃料噴射部と、を備え、前記メイン燃料噴射部は、径方向外方に開口する入口部から圧縮空気を取り込むメイン外側空気流路と、径方向内方に開口する入口部から圧縮空気を取り込むメイン内側空気流路と、前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気と前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気が合流する合流空気流路と、前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気又は前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射するメイン燃料噴射孔と、を有する。

この構成では、圧縮空気を取り込む入口部が径方向外方又は径方向内方に開口しているため、ディフューザから流れ込む圧縮空気の動圧の影響を受けにくい。そのため、メイン外側空気流路において動圧の差に起因する流量の差が生じにくく、周方向位置による予混合状態のばらつきを抑えることができる。なお、上記の燃料噴射装置には、入口部の開口方向が、燃料噴射装置の軸心に対して厳密に垂直な方向である場合のみならず、燃料噴射装置の軸心に対して垂直な方向からわずかに傾斜した方向である場合も含まれる。後者の場合であっても、上述した作用効果を得ることができる。

また、上記の燃料噴射装置において、前記メイン燃料噴射部は、前記メイン外側空気流路の入口部に設けられ、前記メイン外側空気流路の入口部から取り込んだ圧縮空気を径方向内方に導くとともに軸心周りに旋回させるメイン外側スワーラと、前記メイン内側空気流路の入口部に設けられ、前記メイン内側空気流路の入口部から取り込んだ圧縮空気を径方向外方に導くとともに軸心周りに旋回させるメイン内側スワーラと、をさらに有するように構成されていてもよい。

この構成によれば、圧縮空気が旋回しながら合流空気流路に供給されるため、燃料噴射装置の下流側に位置する燃焼室において圧縮空気が半径方向外側に広がり、大きな逆流領域を形成することができ、効率のよい燃焼が行われる。

また、上記の燃料噴射装置において、前記合流空気流路は、軸心方向前方部分に境界壁を有し、前記境界壁は、前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気を軸心方向後方の速度成分が増加するように偏向する外側偏向部と、前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気を軸心方向後方の速度成分が増加するように偏向する内側偏向部と、を有していてもよい。

この構成によれば、取り込まれた圧縮空気は軸心方向後方に向けて偏向されるため、合流空気流路で生成された予混合気を燃料噴射装置の下流側に位置する燃焼室へと適切に供給することができる。

また、上記の燃料噴射装置において、前記メイン燃料噴射孔は、出口部が前記境界壁の前記外側偏向部と前記内側偏向部との境界部分である軸心方向後方端部よりも上流側に位置していてもよい。

この構成によれば、メイン燃料噴射孔により、メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気又はメイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を確実に噴射することができる。

また、上記の燃料噴射装置において、前記メイン燃料噴射部は、前記メイン外側空気流路の軸心方向後方に隣接し前記合流空気流路を画する合流外周面と、前記メイン内側空気流路の軸心方向後方に隣接し前記合流空気流路を画する合流内周面と、を有し、前記境界壁の軸心方向後方端部は、前記合流外周面の軸心方向前方端部よりも軸心方向前方側に位置し、かつ、前記合流内周面の軸心方向前方端部よりも軸心方向前方側に位置するように構成されていてもよい。

この構成によれば、メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気及びメイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気は、境界壁との衝突による径方向の速度成分の損失を抑えることができる。また、この構成によれば、境界壁の高さが低い（軸心方向の長さが短い）ため、メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気とメイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気の合流を合流空気流路の上流側から開始させることができる。その結果、合流空気流路内における圧縮空気と燃料の混合が行われる予混合距離を大きく確保でき、圧縮空気と燃料を十分に混合することができる。

また、上記の燃料噴射装置において、前記メイン燃料噴射孔は、出口部が前記合流外周面を臨む位置において前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射し、又は、出口部が前記合流内周面を臨む位置において前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射するように構成されていてもよい。

この構成によれば、出口部が合流外周面を臨む位置においてメイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射する場合、燃料はメイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気から運動エネルギを得て、壁面等に衝突することなく、メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気に向かって移動することができる。これにより、燃料は上記２つの圧縮空気のいずれとも混合される結果、燃料が均一に分散するような予混合を行うことができる。なお、この効果は、出口部が合流内周面を臨む位置においてメイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射する場合も同様に奏する。

また、上記の燃料噴射装置において、前記メイン燃料噴射孔は径方向に延びており、前記出口部が前記外側偏向部に位置していてもよい。

この構成によれば、メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射する場合であっても、メイン燃料噴射孔に燃料を供給する機構を軸心に近い位置に配置することができる。そのため、燃料噴射装置の外形寸法の拡大を抑えることができる。

また、上記の燃料噴射装置において、前記メイン燃料噴射部は、前記パイロット燃料噴射部に対して径方向外方に離間しており、当該燃料噴射装置は、前記パイロット燃料噴射部と前記メイン燃料噴射部の間で圧縮空気を一時的に溜める空気貯留部を備え、前記メイン内側空気流路は、前記空気貯留部に向かって開口しかつ径方向内方に開口する入口部から、前記空気貯留部に溜められた圧縮空気を取り込んでもよい。

この構成によれば、メイン内側空気流路は、空気貯留部で速度が均一化された圧縮空気を取り込むことになる。そのため、メイン燃料噴射部で行われる予混合は、圧縮空気の動圧の差による影響を一層受けにくい。

上記の燃料噴射装置によれば、メイン燃料噴射部において位置による予混合状態のばらつきが生じにくい。

図１は、第１実施形態の燃焼器の断面図である。 図２は、図１に示す燃料噴射装置の断面図である。 図３は、図２に示すメイン燃料噴射部の拡大図である。 図４は、第２実施形態のメイン燃料噴射部の拡大図である。 図５は、第３実施形態のメイン燃料噴射部の拡大図である。

以下、実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態に係る燃料噴射装置１００について説明する。

＜燃焼器＞
本実施形態に係る燃料噴射装置１００は、ガスタービン用の燃焼器１０１の一部を構成する。まず、ここでは、燃焼器１０１について説明する。燃焼器１０１は、圧縮機から供給された圧縮空気と燃料を混合して混合気を生成し、生成した混合気を燃焼させることにより、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。発生した燃焼ガスは、タービンに供給されタービンを駆動する。

燃焼器１０１の形式は特に限定されないが、本実施形態で説明する燃焼器１０１はガスタービンの軸心を囲む環状に形成されたアニュラ型である。図１は、燃焼器１０１の断面の一部を示している。図１の紙面左右方向がガスタービンの軸心方向であり、紙面上方がガスタービンの径方向外方であり、紙面下方がガスタービンの径方向内方である。便宜上、図１の紙面左方を「前方」、紙面右方を「後方」と称して説明する。

図１に示すように、燃焼器１０１は、外郭を形成する環状の燃焼器ハウジング１０２と、燃焼器ハウジング１０２内に設けられた環状の燃焼筒１０３と、燃焼筒１０３の前方部分において燃焼筒１０３の周方向に沿って等間隔に設けられた複数の燃料噴射装置１００と、を備えている。

燃焼器ハウジング１０２は、主に、環状のアウタケーシング１０４と環状のインナケーシング１０５によって構成されている。燃焼器ハウジング１０２の前方部分にはディフューザ１０６が環状に形成されている。ディフューザ１０６は、圧縮機で生成した圧縮空気を燃焼器ハウジング１０２内の燃料噴射装置１００に向かって吹き出す。なお、ディフューザ１０６は燃焼器ハウジング１０２の周方向に沿って複数形成される構成であってもよい。また、ディフューザ内にストラットを配置してもよい。

燃焼筒１０３は、主に、筒状のインナライナ１０７と筒状のアウタライナ１０８によって構成されており、内部に燃焼室１０９が形成されている。インナライナ１０７とアウタライナ１０８には、それぞれ複数の空気導入口１１０、１１１が形成されており、この空気導入口１１０、１１１から圧縮空気が燃焼室１０９に導入される。また、アウタケーシング１０４及びアウタライナ１０８を貫通するようにして点火栓１１２が設けられている。ガスタービンの始動時には、この点火栓１１２によって燃焼室１０９に着火用の火花を発生させる。

燃料噴射装置１００は、拡散燃焼を行うためのパイロット燃焼噴射部１０と、希薄燃焼を行うためのメイン燃料噴射部３０とを備えている。パイロット燃料噴射部１０及びメイン燃料噴射部３０には、それぞれ燃料配管ユニット１１３から独立して液体の燃料が供給される。ここで、図１の一点鎖線は、燃料噴射装置１００の軸心を示している。以下、単に「軸心」というときは、燃料噴射装置１００の軸心を意味する。また、燃料噴射装置１００の軸心の延在方向を「軸心方向」と称し、単に「軸心方向前方」というときは、軸心方向の圧縮空気の流れの上流に向かう方向を意味し、単に「軸心方向後方」というときは、その反対の方向を意味する。また、単に「径方向」というときは、軸心方向に直交する方向を意味する。以下、燃料噴射装置１００が備えるパイロット燃料噴射部１０とメイン燃料噴射部３０について詳しく説明する。

＜パイロット燃料噴射部＞
図２は、図１に示す燃料噴射装置１００の拡大図である。図２の紙面左方が軸心方向前方であり、紙面右方が軸心方向後方である。この方向の概念は、図３乃至図５も同様である。パイロット燃料噴射部１０は、環状のパイロット内側空気流路１１と、パイロット内側空気流路の径方向外方側に位置する環状のパイロット外側空気流路１２と、を有している。

パイロット内側空気流路１１は圧縮空気の流路であり、筒状の内側筒状体１３と、内側筒状体１３から径方向外方に離間して設けられた筒状の外側筒状体１４とによって画されている。パイロット内側空気流路１１の軸心方向前方部分には、圧縮空気を軸心回りに旋回させるパイロット内側スワーラ１５が設けられている。

パイロット外側空気流路１２も圧縮空気の流路であり、上述した外側筒状体１４と、外側筒状体１４から径方向外方に離間して設けられた筒状のパイロットシュラウド１６とによって画されている。パイロット外側空気流路１２の軸心方向前方部分には、圧縮空気を軸心回りに旋回させるパイロット外側スワーラ１７が設けられている。

内側筒状体１３には周方向に等間隔で燃料貫通孔１８が形成されており、また、内側筒状体１３の径方向内側には燃料配管ユニット１１３の燃料噴射ブロック１１４が挿入されている。燃料噴射ブロック１１４は、円柱状の形状を有しており、内部にパイロット燃料流路１１５が形成されているとともに、パイロット燃料流路１１５から径方向外方に延びる複数のパイロット燃料噴射孔１１６が形成されている。パイロット燃料流路１１５に燃料が供給されると、パイロット燃料噴射孔１１６及び燃料貫通孔１８を介して、燃料がパイロット内側空気流路１１に噴射される。パイロット内側空気通路１１に噴射された燃料は、パイロット内側空気流路１１を通過する圧縮空気、及びパイロット外側空気流路１２を通過する圧縮空気とともに燃焼室１０９に供給され、燃焼室１０９において拡散燃焼する。

上述したパイロットシュラウド１６は、軸心方向前方部分に位置し軸心方向位置にかかわらず径寸法が一定である同径部１９と、同径部１９の軸心方向後方側に隣接し軸心方向後方に向かうに従って径が小さくなる縮径部２０と、縮径部２０の軸心方向後方側に隣接し軸心方向後方に向かうに従って径が大きくなる拡径部２１とを有している。また、パイロットシュラウド１６には、後述する空気貯留部２２の軸心方向後方に位置し、パイロット燃料噴射部１０とメイン燃料噴射部３０を連結する環状の接続壁２３が設けられている。接続壁２３には周方向において等間隔に空気貫通孔２４が形成されている。これにより、空気貯留部２２に一時的に溜められた圧縮空気の一部は、空気貫通孔２４を介して、接続壁２３と隔離板２５の間に形成された隔離空間２６へと流れる。

上記のとおり、本実施形態に係る燃料噴射装置１００は、空気貯留部２２を備えている。空気貯留部２２は、パイロット燃料噴射部１０とメイン燃料噴射部３０の間に位置しており、パイロット燃料噴射部１０とメイン燃料噴射部３０の間に流れ込んだ圧縮空気を一時的に溜める部分である。空気貯留部２２は、パイロット燃料噴射部１０とメイン燃料噴射部３０によって画される流路の入口部分よりも断面積が大きい。具体的には、メイン燃料噴射部３０とパイロット燃料噴射部１０の間に形成された空間のうち縮径部２０から拡径部２１に対応する部分が空気貯留部２２に相当し、この部分における断面積はパイロットシュラウド１６の同径部１９に対応する部分に比べて断面積が大きい。

なお、本実施形態では、パイロット燃料噴射部１０とメイン燃料噴射部３０の間に流れ込んだ圧縮空気の大部分は、空気貯留部２２を通って後述するメイン燃料噴射部３０のメイン内側空気流路３２へと流れる。このメイン内側空気流路３２の流路面積は空気貯留部２２の流路面積よりも小さいため、空気貯留部２２に流れ込んだ圧縮空気は空気貯留部２２で一時的に溜められる。その結果、空気貯留部２２に流れ込んだ圧縮空気は、周方向位置における速度の差が小さくなった状態、すなわち圧縮空気の速度が均一化された状態で、メイン内側空気流路３２に流れることになる。そのため、本実施形態のメイン内側空気流路３２では、周方向位置における圧縮空気の流量の差が生じにくい。なお、本実施形態では空気貯留部２２が上記のように構成されているが、空気貯留部２２の構成は上記のものに限定されない。

＜メイン燃料噴射部＞
続いて、メイン燃料噴射部３０について説明する。メイン燃料噴射部３０は、パイロット燃料噴射部１０に対して径方向外方に離間して、パイロット燃料噴射部１０を囲むように配置されている。図３は、図２に示すメイン燃料噴射部３０の拡大図であり、メイン燃料噴射部３０の一部を示している。メイン燃料噴射部３０は、径方向外方側に位置するメイン外側空気流路３１と、径方向内方側に位置するメイン内側空気流路３２と、圧縮空気が合流する合流空気流路３３と、燃料を噴射するメイン燃料噴射孔３４と、を有している。なお、詳しくは後述するが、本実施形態では、図３に示す２本の一点鎖線に挟まれた部分は合流空気流路３３に含まれるものとする。

メイン外側空気流路３１は、径方向外方に開口する環状の入口部３５を有している。また、メイン外側空気流路３１は、少なくともその入口部３５付近において、径方向に延びるように構成されている。本実施形態では、メイン外側空気流路３１全体が径方向に延びるように構成されている。そして、メイン外側空気流路３１は、軸心方向後方に向かって流れる圧縮空気をこの入口部３５から取り込む。つまり、メイン外側空気流路３１は、圧縮空気をその流れ方向に対して垂直な方向に取り込んで、径方向内方に位置する合流空気流路３３に供給する。メイン外側空気流路３１の入口部３５には、圧縮空気を径方向内方に導くとともに軸心回りに旋回させるメイン外側スワーラ３６が設けられている。換言すれば、メイン外側スワーラ３６が設けられる部分が、メイン外側空気流路３１の入口部３５となる。メイン外側空気流路３１は、メイン外側後面３７とメイン前面３８によって画されている。メイン外側後面３７は、筒状のメイン外側シュラウド３９の軸心方向前方に向く面である。また、メイン前面３８は、メイン外側シュラウド３９よりも軸心方向前方に位置するメイン前方部材４０の軸心方向後方に向く面である。

メイン内側空気流路３２は、径方向内方に開口する環状の入口部４１を有している。また、メイン内側空気流路３２は、少なくともその入口部４１部付近において、径方向に延びるように構成されている。本実施形態では、メイン内側空気流路３２全体が径方向に延びるように構成されている。そして、メイン内側空気流路３２は、軸心方向後方に向かって流れる圧縮空気をこの入口部４１から取り込む。つまり、メイン内側空気流路３２は、圧縮空気をその流れ方向に対して垂直な方向に取り込んで、径方向外方に位置する合流空気流路３３に供給する。その際、メイン内側空気流路３２は、前述の空気貯留部２２から、圧縮空気を取り込む。詳細には、メイン内側空気流路３２は、空気貯留部２２に向かって開口しかつ径方向内方に開口する入口部４１から、空気貯留部２２に溜められた圧縮空気を取り込む。なお、メイン内側空気流路３２の入口部４１には、圧縮空気を径方向外方に導くとともに軸心回りに旋回させるメイン内側スワーラ４２が設けられている。換言すれば、メイン内側スワーラ４２が設けられる部分が、メイン内側空気流路３２の入口部４１となる。メイン内側空気流路３２は、メイン内側後面４３とメイン前面３８によって画されている。メイン内側後面４３は、筒状のメイン内側シュラウド４４の軸心方向前方に向く面である。また、メイン前面３８は、前述のとおり、メイン前方部材４０の軸心方向後方に向く面である。

合流空気流路３３は、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気と、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気とを合流させる流路である。合流空気流路３３は、合流外周面４５と合流内周面４６によって画されている。合流外周面４５は、メイン外側シュラウド３９の径方向内方に向く面であって、メイン外側空気流路３１の軸心方向後方に位置し互いに隣接している。また、合流内周面４６は、メイン内側シュラウド４４の径方向外方に向く面であって、メイン内側空気流路３２の軸心方向後方に位置しメイン内側空気流路３２と隣接している。

さらに、本実施形態では、上記の合流外周面４５をメイン前方部材４０まで延長した仮想面と、上記の合流内周面４６をメイン前方部材４０まで延長した仮想面とによって画された部分も合流空気流路３３に含まれる。つまり、前述したように、図３における２つの一点鎖線に挟まれた部分も合流空気流路３３に含まれる。別の言い方をすると、合流空気流路３３には、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気とメイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気が合流した後に流れる部分、及び、その部分を軸心方向前方に延長した部分が含まれる。なお、本実施形態では、合流空気流路３３の軸心方向中央部分は軸心方向に延びており、合流空気流路３３の軸心方向後方部分は軸心方向に対して径方向外に向かって延びている。

また、合流空気流路３３は、軸心方向前方部分に境界壁４７を有している。境界壁４７は、合流空気流路３３の径方向中央付近に位置している。境界壁４７は、断面視において軸心方向後方に向かって突出する形状を有している。また、境界壁４７は、外側偏向部４８と、内側偏向部４９と、を有している。外側偏向部４８は、断面視において表面が湾曲しており、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気を軸心方向後方の速度成分が増加するように偏向する。内側偏向部４９は、断面視において表面が湾曲しており、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気を軸心方向後方の速度成分が増加するように偏向する。

また、本実施形態では、境界壁４７の外側偏向部４８と内側偏向部４９との境界部分である軸心方向後方端部（先端部分）６０は、合流外周面４５の軸心方向前方端部よりも軸心方向前方側に位置し、かつ、合流内周面４６の軸心方向前方端部よりも軸心方向前方側に位置している。さらに、本実施形態では、境界壁４７の軸心方向後方端部（先端部分）６０は、メイン外側後面３７よりも軸方向前方側に位置し、かつ、メイン内側後面４３よりも軸心方向前方側に位置している。このように、本実施形態では、境界壁４７の突出量が抑えられている。また、この境界壁４７の軸心方向後方端部（先端部分）６０は、メイン外側スワーラ３６とメイン内側スワーラ４２のそれぞれの軸方向後方端部よりも軸方向前方側に位置していてもよい。

メイン燃料噴射孔３４は、メイン燃料噴射部３０において燃料を噴射する部分である。ここでは、まず、メイン燃料噴射孔３４が形成されているメイン燃料噴射ブロック５０について説明する。メイン燃料噴射ブロック５０は、燃料配管ユニット１１３から供給された燃料を一時的に溜める環状の燃料流路５１と、燃料流路５１の軸心方向後方側において燃料流路５１の周方向に沿って設けられた複数の噴射突出部５２と、を有している。このメイン燃料噴射ブロック５０は、メイン前方部材４０に取り付けられており、メイン前方部材４０に対して軸心方向に移動させることで着脱することができる。なお、メイン燃料噴射ブロック５０は、上記の構成に限られない。また、メイン燃料噴射ブロック５０を省略してもよい。例えば、メイン前方部材４０の内部に燃料流路５１を設け、その燃料流路５１へ燃料配管ユニット１１３から燃料を供給してもよい。なお、この場合、燃料噴射孔はメイン前方部材４０に設けられることになる。

メイン前方部材４０には、軸心方向に延びる挿入孔５３が、噴射突出部５２の周方向位置に対応して複数形成されている。また、各挿入孔５３は、境界壁４７の先端部（軸心方向後方端部６０）よりも径方向内方側に形成されている。そして、上述したメイン燃料噴射ブロック５０の各噴射突出部５２は、それぞれ対応する挿入孔５３に環状の隙間５４が形成されるようにして挿入されている。この環状の隙間５４には、空気導入路５５を介して圧縮空気が供給される。環状の隙間５４を通過した圧縮空気は、噴出して筒状の空気膜を形成する。後述するように、噴射突出部５２に形成されたメイン燃料噴射孔３４から燃料が噴射されるが、上記の筒状の空気膜により、メイン燃料噴射孔３４からの燃料噴射を停止したときに燃料がパージされ、コーキングを防ぐことができる。

メイン燃料噴射孔３４は、メイン燃料噴射ブロック５０の噴射突出部５２に形成されている。メイン燃料噴射孔３４は、軸心方向に延びており、軸心方向前方端部に位置し燃料流路５１から燃料を取り込む入口部５６と、軸心方向後方端部に位置し燃料を噴射する出口部５７とを有している。本実施形態のメイン燃料噴射孔３４は、このように構成されているため、燃料流路５１から供給された燃料を軸心方向後方に向かって噴射することができる。また、メイン燃料噴射孔３４は、入口部５６寄りに位置する小径部５８と、出口部５７寄りに位置し小径部５８よりも径寸法が大きい大径部５９とを有している。

本実施形態の出口部５７は、境界壁４７の軸心方向後方端部６０よりも径方向内方側に位置している。また、出口部５７は境界壁４７の軸心方向後方端部６０より軸心方向前方側に位置している。より詳細には、メイン内側空気流路３２と合流空気流路３３の境界付近に位置している。換言すれば、境界壁４７の軸心方向後方端部６０よりも上流（内側偏向部４９に沿う圧縮空気の流れの上流）側に位置している。これにより、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射することができる。ただし、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射することができるのであれば、出口部５７が開口する位置は上記の位置に限られない。例えば、メイン内側空気流路３２内の適切な位置に出口部５７を配置することもできる。また、出口部５７は、前述の合流外周面４５を臨むような位置に配置されている。つまり、出口部５７から合流外周面４５が視認できるように出口部５７が配置されている。これにより、出口部５７から合流外周面４５に向かう流れは、境界壁等によって遮られることはない。

本実施形態のメイン燃料噴射部３０は、以上のように構成されているため、メイン燃料噴射孔３４から噴射された燃料は、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気に乗って、合流外周面４５に向かって気化しながら運ばれる。そして、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気とメイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気が合流すると、圧縮空気の流れが大きく乱れて燃料は広く分散する。これにより合流空気流路３３内の全体に燃料の濃度が均一な予混合気が生成され、生成された予混合気は燃焼室１０９に供給されて燃焼室１０９で希薄燃焼する。その結果、燃焼温度が抑えられ、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

また、本実施形態では、圧縮空気を取り込むメイン外側空気流路３１の入口部３５及びメイン内側空気流路３２の入口部４１は、それぞれ径方向外方及び径方向内方に開口しており、流れ方向に対して垂直な方向に圧縮空気を取り込む。そのため、ディフューザ１０６から流れ込む圧縮空気の動圧の差に起因する圧縮空気の流量の差が生じにくく、周方向位置による予混合状態のばらつきを抑えることができる。特に、メイン内側空気流路３２は、空気貯留部２２において軸心方向の速度が均一化された圧縮空気を取り込むことになるため、圧縮空気の動圧の差による影響をさらに抑えることができる。

また、本実施形態では、圧縮空気を取り込むメイン外側空気流路３１の入口部３５及びメイン内側空気流路３２の入口部４１は、それぞれ径方向外方及び径方向内方に開口しているため、各入口部３５、４１の軸方向寸法を大きくすれば圧縮空気を多く取り入れることができる。これに対し、例えば、各入口部３５、４１が軸心方向前方に開口している場合は、同じように圧縮空気を多く取り入れようとすると、各入口部３５、４１の径方向寸法を大きくする必要があり、さらに、これに伴って燃焼器１０１全体の径方向寸法を大きくする必要がある。そのため燃焼器１０１の設計の自由度が低い。このような例に比べ、本実施形態の燃料噴射装置１００は、燃焼器１０１の設計自由度が高い。

また、本実施形態では、燃料噴射装置１００で取り込んだ圧縮空気が軸心方向後方に位置する燃焼室１０９に供給できるように、合流空気流路３３に外側偏向部４８と内側偏向部４９を有する境界壁４７を設けている。ただし、境界壁４７の軸心方向後方への突出量を小さくしているため、メイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気とメイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気を合流空気流路３３の上流側から合流を開始させることができる。その結果、合流空気流路３３内における圧縮空気と燃料の混合が行われる予混合距離を大きく確保でき、圧縮空気と燃料を十分に混合することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る燃料噴射装置２００について説明する。図４は、本実施形態に係る燃料噴射装置２００におけるメイン燃料噴射部３０の拡大図である。図４に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置２００は、メイン燃料噴射孔３４の位置が第１実施形態に係る燃料噴射装置１００の場合と異なる。ただし、それ以外の点は第１実施形態に係る燃料噴射装置１００と基本的に同じである。以下、本実施形態のメイン燃料噴射孔３４の位置を中心に説明する。

本実施形態のメイン前方部材４０には、第１実施形態の場合と同様に複数の挿入孔５３が形成されている。ただし、各挿入孔５３は、境界壁４７の先端部（軸心方向後方端部６０）よりも径方向外方側に形成されている。メイン燃料噴射ブロック５０の各噴射突出部５２は、この各挿入孔５３に挿入されている。メイン燃料噴射孔３４の出口部５７は、境界壁４７の軸心方向後方端部６０よりも径方向外方側に位置している。また、出口部５７は、境界壁４７の軸心方向後方端部６０より軸心方向前方側に位置している。より詳細には、出口部５７はメイン外側空気流路３１と合流空気流路３３の境界部分に開口している。換言すれば、境界壁４７の軸心方向後方端部６０よりも上流（外側偏向部４８に沿う圧縮空気の流れの上流）側に位置している。そのため、本実施形態のメイン燃料噴射孔３４は、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射することになる。なお、出口部５７は、合流内周面４６を臨むような位置に配置されている。

本実施形態のメイン燃料噴射部３０は、以上のように構成されているため、メイン燃料噴射孔３４から噴射された燃料は、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気に乗って、合流内周面４６に向かって気化しながら運ばれる。そして、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気とメイン内側空気流路３２が取り込んだ圧縮空気が合流すると、圧縮空気の流れが大きく乱れて燃料は広く分散する。これにより全体的に燃料の濃度が均一な予混合気が生成される。よって、本実施形態に係る燃料噴射装置２００であっても、第１実施形態に係る燃料噴射装置１００と同様の作用効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る燃料噴射装置３００について説明する。図５は、本実施形態に係る燃料噴射装置３００におけるメイン燃料噴射部３０の拡大図である。図５に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置３００は、メイン燃料噴射孔３４の構成が第１実施形態に係る燃料噴射装置１００の場合と異なる。ただし、それ以外の点は第１実施形態に係る燃料噴射装置１００と基本的に同じである。以下、本実施形態のメイン燃料噴射孔３４の構成を中心に説明する。

本実施形態では、メイン前方部材４０に挿入孔５３（図３参照）は形成されておらず、これに代えてメイン前方部材４０には径方向に延びる大径部５９が形成されている。また、メイン燃料噴射ブロック５０は噴射突出部５２（図３参照）を有していないが、燃料流路５１の径方向外方側の部分には、燃料流路５１と大径部５９をつなぐ小径部５８が形成されている。このように、本実施形態では、メイン前方部材４０に形成された大径部５９とメイン燃料噴射ブロック５０に形成された小径部５８によってメイン燃料噴射孔３４が構成されている。そして、このメイン燃料噴射孔３４は、径方向に延びており、その出口部５７は外側偏向部４８に位置している。

本実施形態のメイン燃料噴射孔３４は上記のように構成されているため、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気に対して、径方向外方に向かって燃料を噴射することになる。この場合であっても、メイン燃料噴射孔３４から噴射された燃料は、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気に乗って、合流内周面４６に向かって気化しながら運ばれる。そして、第１実施形態の場合と同じように、燃料は広く分散して、全体的に燃料の濃度が均一な予混合気が生成される。

また、本実施形態によれば、メイン外側空気流路３１が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射する場合であっても、メイン燃料噴射孔３４は径方向に延びているため、メイン燃料噴射孔３４に燃料を供給する機構（メイン燃料噴射ブロック５０）を軸心に近い位置に配置することができる。そのため、燃料噴射装置３００の径方向寸法を小さく抑えることができ、燃焼器１０１の設計の自由度を向上させることができる。

１０ パイロット燃料噴射部
２２ 空気貯留部
３０ メイン燃料噴射部
３１ メイン外側空気流路
３２ メイン内側空気流路
３３ 合流空気流路
３４ メイン燃料噴射孔
３５ 入口部
４１ 入口部
４５ 合流外周面
４６ 合流内周面
４７ 境界壁
４８ 外側偏向部
４９ 内側偏向部
５７ 出口部
６０ 境界壁の軸心方向後方端部
１００、２００、３００ 燃料噴射装置

Claims (8)

1. 軸心方向前方側から圧縮空気が供給される燃料噴射装置であって、
   軸心上に位置するパイロット燃料噴射部と、
   前記パイロット燃料噴射部を囲むように配置されたメイン燃料噴射部と、を備え、
   前記メイン燃料噴射部は、
   径方向外方に開口する入口部から圧縮空気を取り込むメイン外側空気流路と、
   径方向内方に開口する入口部から圧縮空気を取り込むメイン内側空気流路と、
   前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気と前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気が合流する合流空気流路と、
   前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気又は前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射するメイン燃料噴射孔と、を有する、燃料噴射装置。
2. 前記メイン燃料噴射部は、
   前記メイン外側空気流路の入口部に設けられ、前記メイン外側空気流路の入口部から取り込んだ圧縮空気を径方向内方に導くとともに軸心周りに旋回させるメイン外側スワーラと、
   前記メイン内側空気流路の入口部に設けられ、前記メイン内側空気流路の入口部から取り込んだ圧縮空気を径方向外方に導くとともに軸心周りに旋回させるメイン内側スワーラと、をさらに有する、請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記合流空気流路は、軸心方向前方部分に境界壁を有し、
   前記境界壁は、前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気を軸心方向後方の速度成分が増加するように偏向する外側偏向部と、前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気を軸心方向後方の速度成分が増加するように偏向する内側偏向部と、を有する、請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 前記メイン燃料噴射孔は、出口部が前記境界壁の前記外側偏向部と前記内側偏向部との境界部分である軸心方向後方端部よりも上流側に位置している、請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記メイン燃料噴射部は、
   前記合流空気流路を画し前記メイン外側空気流路の軸心方向後方に隣接する合流外周面と、
   前記合流空気流路を画し前記メイン内側空気流路の軸心方向後方に隣接する合流内周面と、を有し、
   前記境界壁の軸心方向後方端部は、前記合流外周面の軸心方向前方端部よりも軸心方向前方側に位置し、かつ、前記合流内周面の軸心方向前方端部よりも軸心方向前方側に位置する、請求項３又は４に記載の燃料噴射装置。
6. 前記メイン燃料噴射孔は、出口部が前記合流外周面を臨む位置において前記メイン内側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射し、又は、出口部が前記合流内周面を臨む位置において前記メイン外側空気流路が取り込んだ圧縮空気に燃料を噴射するように構成されている、請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記メイン燃料噴射孔は、径方向に延びており、出口部が前記外側偏向部に位置している、請求項３乃至５のうちいずれか一の項に記載の燃料噴射装置。
8. 前記メイン燃料噴射部は、前記パイロット燃料噴射部に対して径方向外方に離間しており、
   当該燃料噴射装置は、前記パイロット燃料噴射部と前記メイン燃料噴射部の間で圧縮空気を一時的に溜める空気貯留部を備え、
   前記メイン内側空気流路は、前記空気貯留部に向かって開口しかつ径方向内方に開口する入口部から、前記空気貯留部に溜められた圧縮空気を取り込む、請求項１乃至７のうちいずれか一の項に記載の燃料噴射装置。

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