JPS5825933B2 - 液体微粒化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流体、例えば液体燃料、を微粒化する装置に
関するものである。

従来、燃料等の液体を微粒化する方法として第５図に示
すように回転軸３０１にこれと同心に結合された円盤３
０２に向って３０３から液体燃料を噴射して回転する円
盤３０２に衝突させることが知られている。

然しこのような方法では回転軸３０１の回転数が高くな
って円盤３０２の周速が高くなると液体は円盤３０２に
当ってはね飛ばされ、円盤３０２には耐着しないため液
体の微粒化は不可能であった。

すなわちこの方法が実施できるのは液体が衝突する位置
での円盤３０２の周速が１０ｍ／ｓ以下であり、周速が
２０ｍ／ｓを超すと燃料と同程度の粘性を有する液体の
微粒化はできなかった。

この発明の一つの目的は高速回転する円筒の遠心力を利
用した構造が簡単であり、しかも極めて小さい粒子径と
全周に均一な分布とが得られる液体微粒化装置を提供す
ることである。

この発明の他の目的は液体燃料を使用するガスタービン
に容易に使用でき、高温に対しても伺等影響を受けない
でガスタービンに高い燃焼効率と燃焼室内での均一な温
度分布とを発揮させる液体微粒化装置を提供することで
ある。

以下実施例を示す図面に基づきこの発明を説明し、併せ
てガスタービンへの使用例について述べる。

第２図の１００はこの発明の液体微粒化装置の第１実施
例を示し、円筒１０１とノズル１１０とからなっている
。

円筒１０１はその前端部において円筒１０１の内方に屈
曲するリム１０２と、後端部の回転軸への取付部１０３
と、内周面１０４ａが平滑円筒状の中間部１０４とから
連成されている。

１０５は噴射口でリズム１０２に近接して中間部１０４
にその円周方行に沿い等間隔で複数個設けられている。

液体はノズル１１０の液体通路１１０ａを経て噴射口１
１０ｃから中間部１０４の円筒状内周面１０４ａに向っ
て噴射される。

円筒１０１の回転により内周面１０４ａには該円筒１０
１の回転と同方向に流れる気体の薄い膜すなわち境界層
が出来ている。

内周面１０４ａに噴射された液体はこの気体の流れおよ
び円筒１０１の回転に引きずられて円筒と同方向に回転
し、強い遠心力を受けることとなる。

この遠心力はガスタービンエンジンに適用した場合には
円筒状内周面の風速が約２００ ｍｌ ｓｅｃとなるの
で約１０５０（Ｇは重力加速度→ものオーダーとなる。

円筒状内周面１０４ａはきわめて平滑に構成されている
ので噴射された液体は前記強い遠心力の作用により極め
て薄い膜となって前記円筒状内周面１０４ａに均一に広
がっていく。

この薄膜状の液体はリム１０２によって円筒状内周面１
０４ａの一端から飛散しないようせき止められているの
で、全量が前記噴射口１０５から外側に向けて放射され
ることになる。

このとき液体は前記したごとく極めて薄い膜状となって
いるため、前記噴射口１０５からの放射の形態は、噴射
口１０５内を液体が充満して流れる形態とはならず第８
図に模式的に示すように円筒状内周面１０４ａに膜状に
広がった液体８０１が噴射口１０５の周壁の部分で矢印
Ｐの方向に作用している強い遠心力および同じく矢印Ｐ
の方向に流れている周囲の気体流の作用により強いせん
断力を受けて小径の液滴８０２に分裂させられ、噴射口
１０５の周壁から少量ずつ放射させられるのである。

本願発明のごとく遠心力により液体の微粒化を行なう場
合はこの模式図（第８図）からも明らかなとおり分裂開
始前に液体の表面積／重量の比をできるだけ大きく、す
なわち分裂前にできるだけ薄い膜状にしておくことが極
めて重要である。

従って円筒１０１の回転速度が増加する程液体膜が薄く
なり噴射口１０５から放射される液滴の粒子径は小さく
なる。

第３図および第４図における２００はこの発明の液体微
粒化装置の第２実施例を示し、円筒２０１とノズル２１
０とからなっている。

円筒２０１はその後端部に形成された段差状の取付部２
０３と前端部において円筒２０１の内方に屈曲するリム
２０２と内周面２０４ａが平滑な中間部２０４とから構
成されている。

中間部２０４にはリム２０２の附根に近接して小径の複
数個（この実施例では４個）の噴射口２０５が円周方向
に等間隔で配設されており、噴射口２０５の列と間隔ａ
をへだてて噴射口２０５と同径の噴射口２０６が千鳥状
に配設されている。

間隔ａは約１〜２闘である。

リム２０２の内周面２０４ａからの突出量すはＯ，Ｘ５
〜１．５ ｒｒｒｍ程度でよい。

円筒２０１はその取付部２０３において一つの回転軸、
例えば後述するガスタービンＴの回転軸１に同心で取り
つけられる。

液体はノズル２１０の液体通路２１０ａの端部に設けた
噴出口２１０ｂから円筒２０１の内周面２０４ａに向け
て適当な圧力で噴射され噴出口２１０ｂから噴射された
液体は前述の第１実施例の場合と同様に遠心力により円
周面１０４ａに押しつけられて薄い液体膜となって内周
面２０４ａ上に拡がって行き、各噴射口２０５，２０６
から粒子径及び粒子の分布状態が一様な霧伏流となって
噴射される。

円筒２０１の回転速度が増加する程液体膜は薄くなり噴
射口２０５．２０６から放出される粒子が小さくなるの
は前記第１実施例と同じである。

リム２０２は内周面２０４ａに附着している液体の薄膜
が円筒２０１の前端から円筒２０１外に漏出するのを防
止し、かつ１ケのノズル２１０から噴射された液体が円
周面２０４ａに附着して薄膜化するのを助長している。

この効果は内周面２０４ａの周速が液体流量に対して相
対的に低い時は特に大きい。

これは前記第１実施例の場合においても同様である。

なお、噴射口２０５，２０６の存在により円筒２０１が
回転を停止した場合リム２０２が設けられていても円周
面２０４ａに液体が残留することはない。

第６図は水を使用して実験した場合のこの発明の第１．
第２実施例の特性図を示し、横軸は円筒の周速であり、
縦軸は噴出口から噴射される粒子径である。

粒子径は５ａｕｔｅｒ平均直径（体面積平均直径）で示
す。

イは第２実施例、口は第１実施例を示す。

噴射口１０５．２０５の直径は０．２ｍｍ〜２ｍ＋＋で
ある。

第６図から分るように噴出口を２列有する第２実施例の
方が噴出口が１列のみの第１実施例より微粒化効果が大
きい。

すなわち噴射口が１列の場合はその口径を相当小さくし
ても噴射口が２列の場合に得られる粒径よりも小さい粒
径は得られないことが分る。

なお、ガスタービンで使用されている従来の燃料微粒化
ノズルの微粒化性能は第６図に示した第１実施例の微粒
化性能に比べても、若干悪い（即ち粒子径が大きい）位
である。

本発明による第２実施例の微粒化性能は非常に優れてい
ることがわかる。

第１図は第２実施例の液体微粒化装置２００のガスター
ビンＴへの一使用例を示す。

円筒２０１の取付部２０３はガスタービンＴの回転軸１
に同心に取りつけられ、回転軸１とともに高速回転する
。

この場合の液体微粒化装置２００の作用をガスタービン
Ｔの構成及び作用とともに説明すると、ガスタービンＴ
の回転軸１の回転により圧縮機口−タ４が回転し空気は
矢印Ａのように圧縮機ロタ４に吸入され同ロータにより
速度エネルギを附与されてディフューザ６のディフュー
ザ翼６ａに矢印Ｂのように流入しディフューザ６により
減速、昇圧され矢印Ｃのように外側ハウジング８間の環
状の空気流路９に送り込まれる。

空気流路９から矢印りのように図示されていない熱交換
器に導入され、加熱されて矢印Ｅのように空気室１０に
導入され、又通気管１２を通って矢印Ｆのように空気室
１１にも導入される。

一方前部ハウジング５に設けられた燃料供給口５ａから
供給された液体燃料は前部ハウジング５内の燃料通路５
ｂ、ディフューザ６内の燃料通路６ｂ及びリテーナ３内
の燃料通路３ａを経て燃料ノズル２の燃料通路２ａに供
給され、燃料噴出口２ｂから円筒２０１の内周面２０４
ａに向って噴射され、円筒２０１の回転により生じる大
きな遠心力によって噴射口２０５゜２０６から噴射され
て円周方向に均一な流量分布を有する粒径の極めて小さ
い噴霧が環状の燃焼室１５に供給される。

ガスタービンＴのケーシング１３ａ、１４ａに設けられ
た空気孔１９ ａ ｔ １９ ｂ 。

１９ ｃ 、１９ ｄ 、１９ ｅから燃焼室１５に導
入された空気と噴霧状の燃料とが混合して点火プラグ２
０で着火され、以後燃焼室１５内で連続燃焼する。

さらに燃焼ガスはケーシング１３ｂ、１４ｂに設けられ
た空気孔１９ｆ、１９ｇから導入される空気と混合して
適正な温度に下げられ矢印Ｇのようにタービンノズル１
６に導入され、回転軸１に取りつけられたタービンロー
タ１７に吹きつけられてこれを回転させる。

なお、１８は気体軸受装置で図示されていないもう一つ
の軸受とで回転軸１を高速回転可能に支承している。

第７図はガスタービンＴ′へのこの発明のもう一つの使
用例を示す。

ガスタービンＴ′では燃料は回転軸２１の前端の燃料孔
２１ａから回転軸２１内の隔壁２１ｄを有する孔２１ｂ
に導入され、燃料噴出口２１ｃから液体微粒化装置２０
０の円筒１０１内に噴射される。

この第２使用例では燃料噴出口２１ｃは円筒２０１と同
一速度で回転し、この点が燃料噴出口２ｂが固定してい
る第１使用例と異なっているが燃料微粒化に関する作用
は第１使用例と変らない。

この発明は上述のように一端において高速回転体に同心
で取り付は可能の円筒体の他端に円筒の内方に屈曲する
リムを取りつけ、このリムに近接して円筒の周壁に複数
個の噴射口を設け、さらに円筒の内周面に向って液体を
噴射するノズルを設けたものであるから、液体は極めて
微細な径の霧状の粒子として円筒の噴射口から噴射され
円筒の外側に極めて小径の粒子が均一に分布した噴霧を
形成する。

従ってこの液体微粒化装置をガスタービンに使用すると
ガスタービンの燃焼室において優れた燃料の蒸発及び蒸
発した燃料と空気との均一な混合が得られるので燃焼室
内の温度分布は均一となり、ガスタービンの燃焼効率が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例をその一つの形態でガスタ
ービンに使用した場合のガスタービンの部分縦断面図、
第２図は一実施例の縦断正面図、第３図はこの発明の他
の実施例の縦断正面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線
断面図、第５図は従来の液体微粒化装置の縦断正面図、
第６図はこの発明の液体微粒化装置の特性図、第７図は
この発明の一実施例をその別の形態でガスタービンに使
用した場合のガスタービンの部分縦断面図をそれぞれ示
す。 第８図はこの発明装置による液体微粒化の説明図である
。 １０１．２０１・・・・・・円筒、１０２．２０２・・
・・・・リム、１０５．２０５・・・・・・噴射孔、１
１０，２１０・・・・・・ノズル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一つの円筒状内周面を有する筒体と、この円筒状内
   周面に向って液体を噴射するノズルとからなり、前記円
   筒状内周面は高速回転体にこの回転体と同心で回転する
   ように取りつけられ、筒体は高速回転体と反対側の端部
   において内周面よりも内方に屈曲するリムを有し、さら
   にこのリムに近接して筒体周壁に複数個の噴射口を有す
   ることを特徴とする液体微粒化装置。 ２ 前記複数個の噴射口は前記リムに沿って複数列の千
   鳥状に配列されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の液体微粒化装置。