JPH073155Y2 - 燃焼器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、燃焼器に関し、特に、予蒸発予混合式の逆流
缶形等の燃焼器の空燃比制御技術に関する。

〈従来の技術〉 従来より、ガスタービンから排出されるNOxを低減する
ために、燃焼器での燃焼を希薄燃焼とすることが行われ
ている。

このような希薄燃焼を行うガスタービン用燃焼器とし
て、例えば、予蒸発予混合式の逆流缶形の燃焼器があ
る。（特開昭60-117008号公報等参照）。

このものは、燃料の予蒸発予混合を行う独立した円筒形
の予混合室と、該予混合室と並列に配置され予混合気を
燃焼させる燃焼室と、前記予混合室で得られた予混合気
を燃焼室に導く連通室と、を備え、予混合室に主燃料噴
射弁から燃料を噴射させて流入空気中で予蒸発予混合を
行わせ、これを連通室を介して燃料室に導くように構成
されている。

このものでは、希薄燃焼との組み合わせにより、拡散燃
焼方式に比して一様な希薄混合気の供給と安定した火炎
とが得られることからNOx低減効果に優れている。

しかしながら、ガスタービン特に自動車用のガスタービ
ンの場合には、運転状態が多様化するため負荷変動が大
きく、これに伴い燃焼器の燃焼部に供給される空気量の
変化も著しくなってくる。

このため、各運転状態での燃焼性の確保と排気エミッシ
ョンの良化を同時に図ることは非常に困難である。

例えば、タービンアイドリング回転時に燃焼室の空燃比
が過度に希薄化し、燃焼性の悪化を招き、最悪の場合に
は消炎に至るという問題点がある。

このため、従来、燃料噴射量（負荷）に応じて燃焼室の
１次燃焼領域と希薄燃焼領域の空気配分を可変にするよ
うにして、空燃比を的確に制御するようにしたものが知
られている（実開昭53-157205号公報，特開昭54-141914
号公報，実開昭60-101571号公報及び実開昭63-30764号
公報等参照）。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の空燃比可変システムでは、前記空
気配分の可変機構の機械的可動部が存在するため、これ
が高温（例えば約900℃）に曝されて、溶損や焼き付き
を生じ、種々のトラブルを発生する等、システムとして
耐久性に劣り、信頼性に劣るという欠点がある。

そこで、本考案は以上のような従来の問題点に鑑み、燃
焼室の１次燃焼領域と希薄燃焼領域の空気配分の可変機
構として、予混合室に配設される流体素子を採用した構
成により、装置の耐久性及び信頼性を向上した燃焼器を
提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本考案の燃焼器は、燃料の予蒸発予混合を行
う独立した予混合室と、該予混合室と並列に配置され予
混合気を燃焼させる燃焼室と、前記予混合室で得られた
予混合気を燃焼室に導く連通室と、を備えてなる燃焼器
において、前記予混合室の連通室との連通部に形成され
る主室上流側から分岐して延び終端が閉塞された副室を
設け、前記主室と副室とを隔てる位置に配設され、該主
室に至る予混合気流と副室を通り抜けて主室に至る予混
合気流とを生じしめる位置と主室に至る予混合気流のみ
を生じしめる位置とに切換動作可能な流体素子からなる
予混合気流制御板と、前記予混合室内と連通し該室内に
前記制御板の前記切換動作を行わせるための制御圧力を
導く制御ポートと、を設けた構成とする。

〈作用〉 かかる構成において、燃焼用空気は予混合室に導かれ、
ここで燃料と混合し、予混合気となって連通室を経て燃
焼室に導かれる。かくして、充分気化された予混合気は
燃焼室で燃焼されながら更にその下流側で空気によって
希釈され、希薄混合気となって燃焼が継続され、高温ガ
スが得られる。

次に、制御ポートへ制御圧力を供給して、制御板を主室
に至る予混合気流のみを生じしめる位置に動作させる
と、副室への予混合気の流れがないので、燃焼室の一次
燃焼領域へと流れる空気流量が多くなると共に、希薄燃
焼領域へと流れる空気流量が少なくなる。この結果、燃
焼室の一次燃焼領域に比較的薄い混合気が生成される。

制御板を主室に至る予混合気流と副室を通り抜けて主室
に至る予混合気流を生じしめる位置に動作させると、予
混合気流の一部が副室を通り抜けて、主室へと流れる主
流と対向し、該主流の流れを遮るので、一次燃焼領域へ
と流れる空気流量が少なくなると共に、希薄燃焼領域へ
と流れる空気流量が多くなる。この結果、燃焼室の一次
燃焼領域に比較的濃い混合気が生成される。

従って、例えば負荷に応じて燃焼室の１次燃焼領域と希
薄燃焼領域の空気配分を可変にするようにして、空燃比
を的確に制御する構成とした結果、例えばガスタービン
特に自動車用のガスタービンのように負荷変動が大きい
ものであっても各運転状態での燃焼性の確保と排気エミ
ッションの良化を同時に図ることができ、機械的可動部
がない可変機構であるから、システムとして耐久性に優
れ、信頼性に優れたものとできる。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、燃料の予蒸発予混合を行う独立した円
筒状の予混合室１と、該予混合室１と並列に配置され予
混合気を燃焼させる燃焼室２と、が設けられており、こ
れらは断熱を兼ねた一体の成形ブロック３としてキャス
タブル若しくはマシナブルな断熱材料を用いて成形され
る。この成形ブロック３は、ヘッドケーシング4A側のブ
ロック3Aと燃焼室ケーシング4B側のブロック3Bに分離さ
れ、ケーシング４の組み立て時に一体に成形されるよう
になっており、夫々のブロック3A,3Bは接着剤によりケ
ーシング4A,4B内壁面に固着される。

前記ブロック3Bには、予混合室１で得られた予混合気を
燃焼室２に導く連通室５が設けられている。この場合、
予混合室１の頂部から連通室５には、第１図（ｂ）に示
すように予混合気がその接線方向から導入されるように
構成されている。

燃焼室２の閉塞終端部には、ブロック3Aの頂部に嵌め込
まれて両ブロック3A,3B間に保持されたバッフル板６が
設けられている。このバッフル板６によって連通室５と
燃焼室２との間が隔成され、該バッフル板６とヘッドケ
ーシング4A端壁に貫通支持された円筒状の保炎器７とに
よって燃焼室２へ予蒸発予混合気を噴射する環状ノズル
８が形成される。保炎器７の内側には、該保炎器７とそ
の中心を合わせてヘッドケーシング4A端壁外部から着脱
自由に補助燃料噴射弁９が挿入されている。予混合室１
内には、燃焼室ケーシング4Bの周壁外部から主燃料噴射
弁10が挿入されている。燃焼室２内には、燃焼室ケーシ
ング4Bの周壁外部から予混合気を点火させる点火栓11が
挿入されている。

前記ブロック3Bの円筒状に形成された燃焼室２の下流側
には希釈孔12が周壁に設けられた円形の希釈筒13が嵌合
取付されており、該希釈筒13の下流端部にはスクロール
部14が一体成形されている。

ここで、前記予混合室１の連通室５との連通部に形成さ
れる主室15の上流側から分岐して延び終端が閉塞された
副室16が該主室15と並列して設けられている。これら主
室15と副室16の閉塞端部内面は第１図（ｃ）に示すよう
に湾曲した面に形成される。

そして、前記主室15と副室16とを隔てる位置に配設さ
れ、該主室15に至る予混合気流と副室16を通り抜けて主
室15に至る予混合気流を生じしめる位置と主室15に至る
予混合気流のみを生じしめる位置とに切換動作可能な金
属或いはセラミック等からなる流体素子（尾崎省太郎
原美明共著 （株）日刊工業新聞社 昭和42年５月31日
発行「純流体素子」第45〜61頁参照）により構成される
予混合気流制御板17と、前記予混合室１内と連通し該室
１内に前記制御板17の前記切換動作を行わせるための制
御圧力を導く２つの制御ポート18,19と、が設けられて
いる。

制御板17は回転支点17aを中心に揺動可能に設けられて
いる。

制御ポート18,19は夫々燃焼室ケーシング4B壁とブロッ
ク3Bとを貫通し、予混合室１内に前記制御板17の下流端
部に向けて互いに相対向して臨まされる。

制御ポート18,19への制御圧力としては、第２図（ａ）
に示すように、コンプレッサ20からの吐出圧を配管21を
介して導くようにする。即ち、コンプレッサ20の吐出口
に配管21を接続し、この配管21を２叉に分岐させて分岐
管21a,21b夫々を制御ポート18,19に連通する。

分岐管21a,21bの分岐部には切換バルブ22を介装し、吐
出圧を一対の制御ポート18,19に選択的に切り換えて供
給するようになっている。

上記制御圧力は一度制御ポート18,19に導入すれば、そ
の後導入を停止しても、その状態を維持する特徴を有し
ており、分流率は１に近い。

尚、制御圧力として吸入負圧を使用する構成としても良
い。

次に、かかる構成の燃焼器の作用について説明する。

希釈筒13の外周面に沿って流れる燃焼用空気は予混合室
１に導かれ、ここで主燃料噴射弁10からの噴射によって
霧化された燃料と混合し、予混合気となって連通室５へ
と導かれる。

この場合、予混合室１の頂部から連通室５には、予混合
気がその接線方向から導入されるように構成されている
ので、予混合気は保炎器７の周りを旋回流となり、更
に、ここで反転させられた予混合気は環状ノズル８から
燃焼室２に導かれる。

かくして、充分気化された予混合気は燃焼室２で燃焼さ
れながら更にその下流側で希釈孔12から供給される稀釈
空気によって稀釈され、希薄混合気となって燃焼が継続
される。これによって得られた高温ガスはスクロール14
に送られる。

次に、制御板17の制御による燃焼室２の１次燃焼領域Ａ
と希薄燃焼領域Ｂの空気配分可変機構について、第２図
及び第３図に基づき説明する。

切換バルブ22を操作して、制御ポート19へと制御圧力と
してのコンプレッサ20の吐出圧を供給すると、第２図
（ａ）に示すように、制御板17の下流側端部は他方の制
御ポート18側へと押しやられて該ポート18開口部に接触
し、主室15に至る予混合気流のみを生じしめる位置に動
作される。

一方、制御ポート18へと吐出圧を供給すると、第２図
（ｂ）に示すように、制御板17の下流側端部は他方の制
御ポート19側へと押しやられてポート18,19間に移動
し、主室15に至る予混合気流と副室16を通り抜けて主室
15に至る予混合気流を生じしめる位置に動作される。

第２図（ａ）に示す状態においては、副室16への予混合
気の流れがないので、一次燃焼領域へと流れる空気流量
GAが多くなると共に、希薄燃焼領域へと流れる空気流量
GA′が少なくなる（第３図実線図示）。

この結果、燃焼室２の一次燃焼領域Ａに比較的薄い混合
気が生成される。

又、第２図（ｂ）に示す状態においては、予混合気流の
一部が副室16を通り抜けて、主室15へと流れる主流と対
向し、該主流の流れを遮るので、一次燃焼領域Ａへと流
れる空気流量が少なくなると共に、希薄燃焼領域Ｂへと
流れる空気流量が多くなる（第３図破線図示）。

この結果、燃焼室２の一次燃焼領域Ａに比較的濃い混合
気が生成される。

従って、例えば、低速低負荷運転時において、第２図
（ｂ）に示す状態とすることによって、空燃比が過度に
希薄化するのを防止でき、燃焼の安定化を図れ、消炎の
虞をなくすことができると共にHC,COの生成も極力低減
できる。又、このような低負荷運転時においては、燃焼
温度が低いので当然NOx生成量も極めて少ない。

一方、高速高負荷運転時において、第２図（ａ）に示す
状態とすることによって、燃焼室２の一次燃焼領域Ａに
供給される空気量の増大化が図れ、燃焼の最高温度が抑
制され、NOx生成量を低減できる。

以上のように、燃料噴射量（負荷）に応じて燃焼室２の
１次燃焼領域Ａと希薄燃焼領域Ｂの空気配分を可変にす
るようにして、空燃比を的確に制御する構成とした結
果、ガスタービン特に自動車用のガスタービンのように
負荷変動が大きいものであっても各運転状態での燃焼性
の確保と排気エミッションの良化を同時に図ることがで
きる。

かかる構成によれば、燃焼室２の１次燃焼領域Ａと希薄
燃焼領域Ｂの空気配分の可変機構として、予混合室１に
配設される流体素子からなる制御板17と、これの制御ポ
ート18,19を予混合室１に臨ませて設けた構成としたか
ら、機械的可動部がなく、該可動部が高温に曝されて溶
損や焼き付きを生じて種々のトラブルを発生するという
従来の問題点を解消でき、システムとして耐久性に優
れ、信頼性に優れたものとできる。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案の燃焼器によれば、予蒸発
予混合式の逆流缶形等の燃焼器において、予混合室に配
設される流体素子からなる制御板と、これの制御ポート
を予混合室に臨ませて設け、該制御板によって燃焼室の
１次燃焼領域と希薄燃焼領域の空気配分を可変する構成
としたから、空燃比を的確に制御することができ、ガス
タービン特に自動車用のガスタービンのように負荷変動
が大きいものであっても各運転状態での燃焼性の確保と
排気エミッションの良化を同時に図ることができる一
方、可変機構として、機械的可動部がない構成であるた
め、システムとして高温等に対する耐久性に優れ、信頼
性に優れたものとできる実用的効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る燃焼器の一実施例を示す図で、
（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）中B-B矢視断面
図、（ｃ）は（ａ）中C-C矢視断面図、第２図（ａ），
（ｂ）は夫々同上実施例の制御板の作動状態を説明する
図、第３図は１次燃焼領域と希薄燃焼領域の空気配分を
示すグラフである。 １……予混合室、２……燃焼室、５……連通室 15……主室、16……副室、17……予混合気流制御板、1
8,19……制御ポート

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料の予蒸発予混合を行う独立した予混合
   室と、該予混合室と並列に配置され予混合気を燃焼させ
   る燃焼室と、前記予混合室で得られた予混合気を燃焼室
   に導く連通室と、を備えてなる燃焼器において、前記予
   混合室の連通室との連通部に形成される主室上流側から
   分岐して延び終端が閉塞された副室を設け、前記主室と
   副室とを隔てる位置に配設され、該主室に至る予混合気
   流と副室を通り抜けて主室に至る予混合気流とを生じし
   める位置と主室に至る予混合気流のみを生じしめる位置
   とに切換動作可能な流体素子からなる予混合気流制御板
   と、前記予混合室内と連通し該室内に前記制御板の前記
   切換動作を行わせるための制御圧力を導く制御ポート
   と、を設けたことを特徴とする燃焼器。