JPS6232973B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は液体、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装置の内で、
回転微粒化装置として例えば第３図、第４図及び
第５図に示すものがある。このうち第３図に示す
装置は回転軸７０１に結合され、これとともに回
転する円盤７０２にノズル７０３から液体を噴射
して、円盤７０２に付着させ遠心力で液体を微粒
化させる装置である。然しこの装置では回転軸７
０１の回転数が高くなるとノズル７０３から噴射
された液体が円盤７０２に衝突する部分ではじき
飛ばされてしまい、円盤７０２に全然付着しない
ので微粒化作用は皆無となる。この装置は液体が
衝突する位置での円盤７０２の周速が10ｍ／ｓ以
下の時は微粒化に有効であるが周速が20ｍ／ｓを
越えると液体の微粒化は不可能である。

第４図に示す装置は回転軸８０１の一端から回
転軸８０１の中心に設けた孔８０２に燃料を供給
し、回転軸８０１に設けた噴射口８０３から遠心
力によつて燃料を噴射して微粒化する装置であ
る。然しこの装置では噴射口８０３の孔径を如何
に小さくしても粒子の直径を十分に小さくするこ
とができないことが知られており、このことは後
述する実験結果（第６図）からも明らかである。

第５図は第４図の噴射口８０３の代りに渦巻き
ノズル９０３を設けたものであり、第４図の装置
よりも粒子径を小さくすることができるがそれで
もまだ十分とは言えない。しかもこの装置では渦
巻きノズル９０３は回転軸９０１に固定されてお
り、回転軸９０１の回転により非常に大きい遠心
力が渦巻きノズル９０３に作用するので回転軸９
０１への渦巻きノズル９０３の固定を十分にして
おかないと渦巻きノズル９０３が脱落する危険が
ある。

更に第４図、第５図に示す装置は燃料が回転軸
８０１、９０１の一端から回転軸８０１、９０１
の中心に設けた孔８０２、９０２に供給され、回
転するノズル８０３、９０３から燃料が噴射され
る場合にのみ応用できる装置であり、固定したノ
ズルから燃料を供給したい場合には使用できない
欠点がある。

この発明の一つの目的は回転する円筒の遠心力
を利用した小型で構造が簡単であり、しかも粒子
径の極めて小さい噴霧が得られ、かつその噴霧が
円筒の全周均一に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、高温に対しても何等
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図はこの発明の第１実施例を示す。液体微
粒化装置１００は筒体１０１とノズル１１０とか
らなつている。筒体１０１はその後部に形成され
た段差状の取付部１０３と、前部に形成された内
側円筒１０２と、この内側円筒１０２にこれとの
間に後端が閉鎖され、前端（第２図で左端）が開
口したリング溝１０４を形成して同心に取り付け
た外側円筒１０５と、内側円筒１０２及び外側円
筒１０５と取付部１０３とを連結する中間部１０
６とからなつている。外側円筒１０５の前端１０
５ｂは内側円筒１０２の前端１０２ａよりも距離
ａだけ前方に突出している。距離ａは1.5mm〜3.0
mm程度でよい。筒体１０１はその取付部において
一つの回転軸、例えば後述するガスターピンＴの
回転軸１に同心に取り付けられる。ノズル１１０
は管状でその液体通路１１０ａは閉鎖端の近くで
噴出口１１０ｂにより外部に通じている。噴出口
１１０ｂは内側円筒１０２の内周面１０６ａに近
接して対向している。

液体はノズル１１０の噴出口１１０ｂから内側
円筒１０２の内周面１０６ａに向けて適当な圧力
で噴射される。内側円筒１０２は回転しているの
で内周面１０６ａにはこれと同じ周速で動く薄い
気体層、すなわち境界層が形成される。噴出口１
１０ｂは内周面１０６ａに近接しているので噴出
口１１０ｂから噴射された液体は前述の高速回転
のため負圧となつている境界層に飛び込んで前記
気体の流れ及び内側円筒１０２の回転に引きづら
れて、内周面１０６ａと同じ方向に回転して遠心
力により内周面１０６ａに押付けられて流体膜と
なり内周面１０６ａ上に拡がつて行く。この遠心
力の大きさはガスタービンの回転軸１の回転によ
つて内周面１０６ａの周速が200ｍ／sec程度とな
るので10⁵G（Ｇは重力加速度）のオーダーとな
る。内側円筒１０２の回転速度が速くなると内周
面１０６ａ上の液体膜は薄くなり、筒体１０１の
後部に形成された段差状の取付部１０３の存在に
より内側円筒１０２の前端１０２ａからその全周
に亘つてほぼ一様な極めて薄い膜状又は極めて細
い糸状になつて半径方向外側に噴射され、リング
溝１０４内の空気層により微粒化されて外側円筒
１０５の内周面１０５ａに到達する。外側円筒１
０５の内周面１０５ａにも内周面１０６ａと同様
に境界層が形成されているので内周面１０５ａに
到達した上述の微粒化された液体は上記境界層内
で内周面１０５ａに付着し、内側円筒１０２の内
周面１０６ａに発生する遠心力よりも大きい遠心
力で内周面１０５ａに押付けられて内周面１０５
ａ全周に亘つて分布し、内側円筒１０２の内周面
１０６ａにおける液膜よりもさらに薄い液膜とな
る。この液膜は外側円筒１０５の前端１０５ｂの
全周から半径方向外側に内側円筒１０２における
遠心力より大きな遠心力により噴射されて極めて
小さい粒子の噴霧となる。一般に液体が液滴に分
裂する前に、液体の表面積と重量との比を出来る
だけ大きくすることが、粒径の小さい噴霧を得る
最も効果的な方法であることは知られているが内
周面１０５ａの全周に拡がつている液膜は極めて
薄いので、外側円筒１０５の前端１０５ｂの全周
から噴射される直前の液膜は、その表面積と重量
との比、すなわち表面積／重量の値は非常に大き
くなつている。その結果、外側円筒１０５の前端
１０５ｂから噴射された液体は極めて粒径の小さ
い噴霧になる。

第６図はこの発明の第１実施例の液体微粒化装
置１００と第４図、第５図に示す液体微粒化装置
との特性図示し、横軸に円筒体の周速、縦軸に粒
子の直径が示されており、液体として水を使用し
ている。液体として燃料を使用すると粒径は水の
場合の60〜70％になることが知られている。第４
図の液体微粒化装置では噴射口８０３の直径は
0.2mm〜2.0mmの範囲であり、第５図の液体微粒化
装置では渦巻きノズル９０３の噴射口の直径は
0.3mmである。第６図より明らかなようにこの発
明の液体微粒化装置１００は第４図、第５図の液
体微粒化装置よりも小径の粒子を発生する。特に
第４図の液体微粒化装置では噴射口８０３の直径
をいかに小さくしても液体微粒化装置１００で得
られる粒子径より小さくすることができない。

第７図、第８図はこの発明の第２実施例の液体
微粒化装置３００を示す。液体微粒化装置３００
は筒体３０１とノズル３１０とから構成されてい
る。筒体３０１はその後部に形成された段差状の
取付部３０３と、前端部において設けられた内側
円筒３１１とその内方に突出するリム３０２と、
内側円筒３１１と取付部３０３とを連結する中間
部３０４と、内側円筒３１１の外側にリング溝３
０５を形成する、内側円筒３１１と同心の外側円
筒３０６とからなつている。リム３０２の前端３
０２ａと外側円筒３０６の前端３０６ｂとは同一
平面内にある。内側円筒３１１にはリム３０２に
近接して複数個（第７図、第８図では４個）の噴
射口３０７が円周方向に等間隔に配置され、内側
円筒３１１の内周面３１１ａとリング溝３０５と
を連通している。さらに内側円筒３１１には噴射
口３０７と軸方向に距離ｂを隔てて噴射口３０８
が噴射口３０７に対し千鳥状に配置され、内側円
筒３１１の内周面３１１ａとリング溝３０５とを
連通している。距離ｂは約１mm〜２mmでよい。又
リム３０２が内周面３１１ａから突出する量ｃは
0.5mm〜1.2mm程度でよい。筒体３０１はその取付
部３０３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に同心で取り付けられ
る。液体はノズル３１０の液体通路３１０ａの閉
鎖端部に設けた噴出口３１０ｂから内側円筒３１
１の内周面３１１ａに向けて適当な圧力で噴射さ
れる。噴出口３１０ｂは内周面３１１ａに近接し
ている。内側円筒３１１は回転しているので内周
面３１１ａにはこれと同速度で動く負圧の境界層
が形成され、この中に液体が飛び込んで内周面３
１１ａに付着し、内側円筒３１１及び気体の流れ
に引きずられ内側円筒３１１ａと同じ速度で走行
しつつ前記第１実施例と同様に大きな遠心力によ
り内周面３１１ａに押付けられて内周面３１１ａ
上に液膜となつて拡がつて行くがこの液膜は筒体
３０１の後部に形成された段差状の取付部３０３
の存在により、又リム３０２により内側円筒３１
１の前端からの流出を阻害されるので、各噴射口
３０７，３０８から粒径及び流量の分布状態が一
様な細い糸状流となつてリング溝３０５内に噴射
される。この糸状流はリング溝３０５の空気層に
より微粒化されて外側円筒３０６の平滑な内周面
３０６ａに生じている境界層内に侵入して内側円
筒３１１の内周面３１１ａにおける遠心力よりも
強い遠心力の作用の下で内周面３１１ａにおける
液膜よりもさらに薄い液膜となつて内周面３０６
ａに付着し、外側円筒３０６の前端３０６ｂの全
周から半径方向に大きな遠心力で均一に噴射さ
れ、第１実施例とほぼ同じ効果を発揮する。

第９図はこの発明の第３実施例を示す。この液
体微量化装置４００は第２実施例の液体微粒化装
置３００′から噴射口３０８を除いたものに該当
し、液体微粒化作用は第２実施例よりやや劣る。
４０１は筒体、４０２はリム、４０５はリング
溝、４０６は外側円筒、４０７は噴射口、４１０
はノズル、４１０ｂは噴出口である。

第１０図はこの発明の第４実施例を示す、この
液体微粒化装置５００は第２実施例の液体微粒化
装置３００からリム３０２を除いたものに該当
し、ノズル５１０の噴出口５１０ｂから噴射され
た液体は内側円筒５０１の内周面５０１ａに付着
して液膜となりその一部は内側円筒５０１の前端
５０１ｂから、又残りは噴射口５０７，５０８を
経て外側円筒５０６の内周面５０６ａに付着して
液膜となつた後前端５０６ｂから均一に噴射され
る。５０５はリング溝である。

第１１図はこの発明の第５実施例を示す。この
液体微粒化装置６００は第４実施例の液体微粒化
装置５００から噴射口５０８を除いたものであ
り、液体微粒化作用は第４実施例よりやや劣る。
６０１は筒体、６０５はリング溝、６０６は外側
円筒、６０７は噴射口、６１０はノズル、６１０
ｂは噴出口である。

次に第１実施例の液体微粒化装置１００を第１
図のガスタービンＴに組み込んだ場合の同装置の
作用をガスタービンＴの構成、作用とともに説明
する。液体微粒化装置１００の内側円筒１０１は
その後端の取付部１０３によりガスタービンＴの
回転軸１に取付けられ、回転軸１とともに高速回
転する。回転軸１は後述のタービンロータ１７に
より回転させられる。回転軸１の回転により圧縮
機ロータ４が回転し、空気は矢印Ａのように圧縮
機ロータ４に吸入され、同ロータにより速度エネ
ルギを付与されてデイフユーザ６のデイフユーザ
翼６ａに矢印Ｂのように流入し、デイフユーザ６
により減速、昇圧され矢印Ｃのように外側ハウジ
ング７、内側ハウジング８間の環状の空気流路９
に送り込まれる。空気は空気流路９から矢印Ｄ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を通つて矢印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５ｂ、デイフユーザ
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から液体微粒化装置１００の
内側円筒１０１の内周面１０６ａに向つて噴射さ
れる。この燃料は前述のように内側円筒１０２の
前端１０２ａを経て外側円筒１０５の内周面１０
５ａに達し、内側円筒１０２の遠心力よりも更に
高い外側円筒１０５の遠心力により内周面１０５
ａで極めて薄い液膜となり、外側円筒１０５の前
端１０５ｂから均一に極めて粒径の小さい噴霧と
なつて燃焼室１５に供給される。この燃料はガス
タービンＴのケーシング１３ａ，１４ａに設けら
れた空気孔１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１
９ｅから燃焼室１５に導入される空気と混合さ
れ、点火プラグ２０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１
３ｂ，１４ｂに設けられた空気孔１９ｆ、１４ｇ
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１６に導入さ
れ、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１２図はガスタービンＴへのこの発明の液体
微粒化装置１００のもう一つの使用形態例を示
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１００の内側円筒１０２内に
噴射される。この第２使用例では燃料噴出口２１
ｃ内側円筒１０２と同一回転数で回転し、この点
が燃料噴射口２ｂが固定している第１図の第１使
用例と異なつ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。

この発明は内側円筒の内周面に向けて近接位置
からノズルにより噴射された液体の少なくとも大
部分を、内側内筒の回転により内周面に形成され
た負圧の境界層内に吸収して遠心力により内側円
筒内周面に均一に分散させ、ついで内側円筒内周
面全体から均等に外側円筒内周面に供給し、さら
に内側円筒内周面上の遠心力よりも大きな外側円
筒内周面上の遠心力により外側円筒内周面上で極
めて薄い液膜にして外側円筒の端部からその全周
に亘り均一に噴射させるようにしたので、極めて
微細な粒子とすることができる。従つてこの液体
微粒化装置をガスタービンの回転軸に取付けると
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が均一となり、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一つの使用形態
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図は第１実施例の縦断正面
図、第３図、第４図及び第５図はそれぞれ従来の
液体微粒化装置の縦断正面図、第６図はこの発明
の液体微粒化装置と第４図、第５図に示す微粒化
装置との特性比較図、第７図は第２実施例の縦断
正面図、第８図は第７図の―線断面図、第９
図、第１０図及び第１１図はそれぞれこの発明の
第３実施例、第４実施例及び第５実施例の縦断正
面図、第１２図は第１図とは別の使用形態でこの
発明の一実施例を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である。 １００，３００，４００，５００，６００…液
体微粒化装置、１０１，３０１，４０１，５０
１，６０１…筒体、１０４，３０５，４０５，５
０５，６０５…シリンダ溝、１０５，３０６，４
０６，５０６，６０６…外側円筒、１１０，３１
０…ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一つの内側円筒内周面を有する筒体と、この
   内側円筒内周面に向つて近接位置から液体を噴射
   するノズルとからなり、筒体はその後端部におい
   て内方に突出するリング状の段差部を形成すると
   ともに一つの回転軸に同心で取りつけ可能であ
   り、その前端部において内側円筒内周面と同心の
   外側円筒内周面を有し、内側円筒の外周面の前端
   部と外側円筒内周面の前端部との間に後端が閉鎖
   され前端が開口したリング溝が形成され、両円筒
   内周面はともに平滑であり、内側円筒前端部には
   これとリング溝との相乗効果により液体を微粒化
   させるための、外側円筒の前端より後方に位置し
   てリング溝内に液体を噴出する噴出部が設けられ
   ていることを特徴とする液体微粒化装置。