WO2012004946A1

WO2012004946A1 - 燃料ノズルパージ方法、燃料ノズルパージ装置、及び熱機関

Info

Publication number: WO2012004946A1
Application number: PCT/JP2011/003651
Authority: WO
Inventors: 亮宮前; 大野　達也
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-01-12
Also published as: JP2012017957A

Abstract

　本発明に係る方法は、燃料ノズルに残留する液体燃料を燃料ノズルからパージするための方法であって、燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止する燃料停止ステップ（Ｓ２）と、燃料ノズルにパージガスを供給し、燃料ノズル内の液体燃料を燃料ノズルからパージするパージステップ（Ｓ３）と、液体燃料のパージに必要な圧力及び／又は流量のガスを燃料ノズルに供給することを停止する非パージステップ（Ｓ４）と、を有し、パージステップ及び非パージステップが交互に繰り返される。

Description

燃料ノズルパージ方法、燃料ノズルパージ装置、及び熱機関

　本発明は、燃料ノズル内に残留する液体燃料を燃料ノズルからパージするための方法及び装置、並びに該装置を備える熱機関に関する。

　液体燃料を利用する熱機関及び燃焼装置は、液体燃料を供給するための液体燃料ラインの下流端部に燃料ノズルを備えている。燃料ノズルは、小径の噴霧孔を有するノズルケーシングを備えており、液体燃料が液体燃料ラインからノズルケーシングの内部に流入する。燃料ノズルは、ノズルケーシング内の液体燃料を噴霧孔より燃焼室へと噴射する。

　熱機関及び燃焼装置の運転を停止するときには、燃料ノズルによる燃料噴射を必要としない。このような場合に、燃料ノズル内に液体燃料が残留したままであれば、その残留燃料が、燃料ノズルに残存する高熱によりコーキングしてタール状又は固形状となり、噴霧孔をはじめとするノズルケーシングの内部に付着することがある。このような付着物（以下、「デポジット」と称す）が形成されると、噴霧孔が塞がれるといった不具合が生じ、それにより燃料ノズルの動作信頼性が落ちたり、燃料ノズルの寿命が縮まったりする。そこで従来から、熱機関及び燃焼装置には、燃料噴射を必要としなくなったときに、デポジットの形成の抑制と燃料ノズルの冷却とを目的として、燃料ノズル内の液体燃料を燃料ノズルから燃焼室へとパージするための装置が設けられている。

　特開２００２－２５０５１７号公報（以下、「文献１」と称す）は、ガスタービン燃焼器システムを開示している。このシステムにおいては、燃料系統に燃料が流れていないときに、圧縮空気が乾燥ガス供給管を介してその燃料系統に送られる。特開平１１－３５０９７８号公報（以下、「文献２」と称す）は、燃料ノズルパージ装置を開示している。この装置においては、液体燃料系統が空気パージ系統及び水パージ系統と接続され、燃料ノズル内の残留燃料をパージするときには、水パージ系統からの水が燃料ノズルより噴射される。水の噴射を終えた後には、圧縮空気が空気パージ系統から供給され、液体燃料系統がスイープされる。

　ところで、燃料ノズルのノズルケーシングは、単純な円筒形状に形成されているわけではない上、ノズルケーシングには複数の部品が内蔵されている。このため、ノズルケーシングの内部には、液体燃料は容易に進入し得るものの圧縮空気は流れにくい入り組んだスペースが存在する。

　文献１によれば、燃料ノズル内の液体燃料をパージしようとするときに、パージに必要な流量の圧縮空気が一定期間供給され続ける。液体燃料が上記のような入り組んだスペースに一旦押しやられると、この期間をどれだけ長く設定したとしても、パージされることなくそのスペースに残留し続ける。よって、空気の供給を停止した後のデポジットの形成を抑制することが困難となる。文献２によれば、このような問題が解決されるかもしれないが、熱機関又は燃焼装置に別途水を供給するための系統を付加しなければならず、構成の複雑化を招くこととなる。

　そこで本発明は、構成を複雑にすることなく燃料ノズル内に残留する液体燃料を良好にパージ可能にすることを目的としている。

　本発明は上記目的を達成するべくなされたものであり、本発明に係る燃料ノズルパージ方法は、燃料ノズルに残留する液体燃料を燃料ノズルからパージするための方法であって、前記燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止する燃料停止ステップと、前記燃料ノズルにパージガスを供給し、前記燃料ノズル内の液体燃料を前記燃料ノズルからパージするパージステップと、液体燃料のパージに必要な圧力及び／又は流量のガスを前記燃料ノズルに供給することを停止する非パージステップと、を有し、前記パージステップ及び前記非パージステップが交互に繰り返されることを特徴としている。

　前記方法によれば、パージガスが燃料ノズルに間欠的に供給される。すると、パージに必要なガスが供給されていない間に、パージガスが流れにくい箇所に残留していた液体燃料を、パージガスが流れやすい箇所に集合させることができる。よって、再びパージガスを燃料ノズルに供給したときには、集合された液体燃料を燃料ノズルからパージすることができる。したがって、一定の期間パージガスを流し続けるだけの方法と比較して、多くの液体燃料をパージすることができる。これにより、デポジットの形成を抑制することができ、燃料ノズルの動作信頼性の確保及び燃料ノズルの長寿命化に貢献することができる。しかも、パージガス以外の流体を供給する系統を別途付加する必要がないので、構成が複雑になることもない。

　繰返しにより複数回実行される前記パージステップのうち、１回目の前記パージステップが、２回目以降の前記パージステップよりも長い時間かけて実行されてもよい。これにより、例えば、１回目のパージステップにおいては、パージガスライン及び液体燃料ラインに溜まっている液体燃料をスイープし且つ燃料ノズル内の液体燃料の大部分をパージするための時間を確保し、また、２回目以降のパージステップにおいては、非パージステップにおいて集合された少量の液体燃料をパージするための最小限の時間のみを確保することができる。これにより、燃料ノズル内の残留燃料量をなるべく低減しつつも、燃料ノズルパージ方法の実行に要する時間をなるべく短くすることができる。

　繰返しにより複数回実行される前記非パージステップのうち、或る回の非パージステップが、当該非パージステップより以前に実行された非パージステップよりも、長い時間かけて実行されてもよい。これにより、燃料ノズルパージ方法の後半に、パージするために十分なガスの供給を停止する時間が長くなる。パージステップと非パージステップとを繰り返していくうちに燃料ノズル内の液体燃料は少なくなるところ、燃料ノズルパージ方法の後半において、残り少なくなった液体燃料をパージガスが流れやすい箇所に集合させるための時間を確保することができるようになる。これにより、燃料ノズル内の残留燃料量を良好に低減することができる。

　繰返しにより複数回実行される前記パージステップのうち、或る回のパージステップにおけるパージガスの圧力及び／又は流量が、当該パージステップより以前に実行されたパージステップにおけるパージガスの圧力及び／又は流量よりも、小さく設定されてもよい。これにより、パージステップと非パージステップとを繰り返していくうちに燃料ノズル内の液体燃料が少なくなるところ、残り少なくなった液体燃料については、パージガスの圧力及び／又は流量を絞っても十分にパージ可能となる。そこで、燃料ノズルパージ方法の後半にパージガスの圧力及び／又は流量を小さくすることによって、パージガスの消費をなるべく抑えることができる。

　また、本発明に係る燃料ノズルパージ装置は、液体燃料を供給するための液体燃料ラインと、前記液体燃料ラインの下流端部に設けられた燃料ノズルと、前記液体燃料ラインに接続され、パージガスを前記燃料ノズルに供給するためのパージガスラインと、前記パージガスラインを開閉するパージガス供給弁と、前記パージガス供給弁を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止した後に、前記パージガスラインを介して前記燃料ノズルにパージガスを供給して前記燃料ノズル内に残留する液体燃料を前記燃料ノズルからパージするパージ状態と、液体燃料のパージに必要な圧力及び／又は流量のガスを前記燃料ノズルに供給することを停止する非パージ状態とが交互に繰り返されるように、前記パージガス供給弁を制御することを特徴としている。

　前記構成によれば、前述した本発明に係る燃料ノズルパージ方法と同様にして、装置の構成を複雑にすることなく、液体燃料を良好にパージすることができる。

　前記パージガス供給弁が電磁開閉弁であり、前記燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止している状態で、前記パージガス供給弁が前記パージガスラインを開くと前記パージ状態が成立し、前記パージガス供給弁が前記パージガスラインを閉じると前記非パージ状態が成立してもよい。これにより、パージガス供給弁の構成とパージガス供給弁の制御シーケンスとを簡素なものとすることができる。

　本発明に係る熱機関は、上記燃料パージ装置を備えることを特徴とする。かかる熱機関によれば、前述同様、装置の構成を複雑にすることなく液体燃料を良好にパージすることができる。

　以上のように、本発明によれば、構成を複雑にすることなく、燃料ノズル内に残留する液体燃料を良好にパージすることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料ノズルパージ装置の系統図である。図２は、図１に示す燃料ノズルの断面図である。図３は、図１に示す制御器により実行される、本発明の実施形態に係る燃料ノズルパージ処理を示すフローチャートである。図４は、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける残留燃料量の変化、燃料供給弁及びパージガス供給弁の制御シーケンス、及びパージガス消費量の変化の一例を示すタイミングチャートである。図５Ａは、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける燃料ノズル内の液体燃料の残留状況を概念的に示す燃料ノズルの断面図であって、燃料供給を停止した直後の液体燃料の残留状況を概念的に示す図である。図５Ｂは、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける燃料ノズル内の液体燃料の残留状況を概念的に示す燃料ノズルの断面図であって、１度目のパージを終了した直後の液体燃料の残留状況を概念的に示す図である。図５Ｃは、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける燃料ノズル内の液体燃料の残留状況を概念的に示す燃料ノズルの断面図であって、２度目のパージを開始する直前の液体燃料の残留状況を概念的に示す図である。図５Ｄは、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける燃料ノズル内の液体燃料の残留状況を概念的に示す燃料ノズルの断面図であって、２度目のパージを終了した直後の液体燃料の残留状況を概念的に示す図である。図６は、本発明の実施形態の第１の変形例に係るパージガス供給弁の制御シーケンスを示す図である。図７は、本発明の実施形態の第２の変形例に係るパージガス供給弁の制御シーケンスを示す図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料ノズルパージ装置１の構成を示す概念図である。図１に示す燃料ノズルパージ装置１は、液体燃料を利用する内燃機関や外燃機関等の熱機関、又はボイラ等の燃焼装置に好適に適用される。以下、便宜的に、当該燃料ノズルパージ装置１の適用対象を単に「熱機関」と称す。

　燃料ノズルパージ装置１は、液体燃料を供給するための液体燃料ライン２を備えている。液体燃料ライン２には、液体燃料を圧送する燃料ポンプ３と、燃料ポンプ３より吐出される液体燃料を濾過するフィルタ４と、フィルタ４により濾過された液体燃料を熱機関の燃焼室４０内に噴射する燃料ノズル５とが設けられている。燃料ノズル５は、液体燃料ライン２の下流端部に位置している。

　燃料ノズルパージ装置１は、窒素ガス等の不活性ガスを圧縮してパージガスを生成するコンプレッサ８を備え、このコンプレッサ８にはパージガスを供給するためのパージガスライン９が接続されている。パージガスライン９は、液体燃料ライン２に接続されているため、コンプレッサ８により生成されたパージガスを、パージガスライン９及び液体燃料ライン２を介して燃料ノズル５に供給することができる。なお、コンプレッサ８に替えて高圧窒素ガス等の予め昇圧された不活性ガスを蓄えたガスボンベが設けられていてもよい。

　液体燃料ライン２には、燃料ポンプ３の下流側であってパージガスライン９との接続箇所よりも上流側において、燃料供給弁６が設けられている。燃料供給弁６は、例えば電磁開閉弁である。燃料供給弁６が開のときには、燃料ノズル５に液体燃料を供給することができ、燃料供給弁６が閉のときには、燃料ノズル５への液体燃料の供給が停止する。また、パージガスライン９には、パージガス供給弁１０が設けられている。パージガス供給弁１０は、例えば電磁開閉弁である。パージガス供給弁１０が開のときには、パージガスライン９を介して燃料ノズル５にパージガスを供給することができ、パージガス供給弁１０が閉のときには、燃料ノズル５へのパージガスの供給が停止する。これら燃料供給弁６及びパージガス供給弁１０の開閉は、制御器１２により制御される。

　なお、液体燃料ライン２には、燃料供給弁６よりも下流側であってパージガスライン９との接続箇所よりも上流側において、逆止弁７が設けられている。逆止弁７は、液体燃料、及びパージガスライン９からのパージガスの逆流を阻止する。また、パージガスライン９にも、パージガス供給弁１０よりも上流側において、逆止弁１１が設けられている。逆止弁１１は、パージガス、及び液体燃料ライン２からの液体燃料の逆流を阻止する。

　図２は、図１に示す燃料ノズル５の構成を示す断面図である。図２に示すように、燃料ノズル５は、燃焼室４０を形成する壁に固定されるノズルケーシング２１を有している。ノズルケーシング２１は、段付き円筒形状に形成されており、例えば、ノズルケーシング２１の軸線は、鉛直に向けられる。ノズルケーシング２１は、上端部において内部空間２２を開放している。このノズルケーシング２１の上端部は、液体燃料ライン２の下流端部を構成する配管２ａと液密に接続されている。ノズルケーシング２１の下端部には、小径の噴霧孔２３が貫通形成されている。噴霧孔２３の下端は、燃焼室４０に開口している。

　ノズルケーシング２１の内周面には、半径方向に突出するフランジ２４が設けられている。ノズルケーシング２１の内部空間２２のうちフランジ２４の下側には、上から順に、コイルスプリング２５、フィルタ２６、固定用部品２７及びディストリビュータ２８が収容されている。

　ノズルケーシング２１の内底面は椀状に形成され、この椀状の内底面に円錐状のディストリビュータ２８が嵌め込まれている。これにより噴霧孔２３の上端がディストリビュータ２８により覆われる。一方、ディストリビュータ２８の側面には、複数の溝２９が形成されており、内部空間２２は、各溝２９を介して噴霧孔２３に連通している。コイルスプリング２５は、一端部にてフランジ２４の下面に支持され、他端部にてフィルタ２６の上面に支持されている。コイルスプリング２５は予め圧縮された状態で内部空間２２に収容されている。圧縮されたコイルスプリング２５の弾発力は、フィルタ２６及び固定用部品２７を介し、ディストリビュータ２８に下向きに作用する。これによりディストリビュータ２８がノズルケーシング２１の内底面に密着した状態に保持される。

　液体燃料ライン２より供給される液体燃料は、配管２ａ及びノズルケーシング２１の上端部を介し、ノズルケーシング２１の内部空間２２に流入する。熱機関を稼動させる場合など、液体燃料が供給されている間は、液体燃料が配管２ａ及び内部空間２２に充満される。内部空間２２に流入した液体燃料は、フィルタ２６により濾過され、内部空間２２の下部からディストリビュータ２８の溝２９を介して噴霧孔２３の上端へと送られ、噴霧孔２３の下端より燃焼室４０へと霧状になって噴射される。

　燃料ノズル５からの燃料噴射を必要としなくなった場合に、液体燃料が内部空間２２に残留したままであれば、燃焼室４０を形成する壁が保有する熱、その他ノズルそのものが有する熱や燃焼室４０周辺の雰囲気の影響を受けて残留燃料がコーキングし、ノズルケーシング２１内にデポジットが形成されてしまう。そのため、制御器１２（図１参照）は、燃料噴射が必要でなくなると、デポジットの形成を抑制することを目的として、燃料供給弁６（図１参照）及びパージガス供給弁１０（図１参照）を制御し、それにより燃料ノズル５内に残留する液体燃料を燃料ノズル５から燃焼室４０にパージするための燃料ノズルパージ処理を実行する。

　図３は、本発明の実施形態に係る燃料ノズルパージ処理を示すフローチャートである。図３に示すように、燃料ノズルパージ処理は、燃焼停止指令が生成されることを契機にして開始する（ステップＳ１）。この燃焼停止指令は、典型的には、熱機関の運転を停止させるときに生成される。その他、熱機関が複数の燃料ノズル及びそれに対応する液体燃料ラインを備える場合において、部分負荷運転を行うときにも、同様の指令が生成される。つまり、全ての燃料ノズルのうち幾つかの燃料ノズルからの燃料噴射を必要としなくなったときにも、その燃料ノズルに対応する液体燃料ラインからの燃料の供給を停止させるべく、燃焼停止指令が生成される。

　燃焼停止指令が生成されると、制御器１２は、燃料供給弁６を閉とし（ステップＳ２）、燃料ノズル５への液体燃料の供給を停止する。その直後、パージガス供給弁１０を開とし（ステップＳ３）、コンプレッサ８により生成されるパージガスをパージガスライン９及び液体燃料ライン２を介して燃料ノズル５に供給し、燃料ノズル５内の液体燃料を燃料ノズル５から燃焼室４０へとパージする。パージガス供給弁１０を開としてから所定の期間が経過した後、パージガス供給弁１０を閉とし（ステップＳ４）、燃料ノズル５へのパージガスの供給を停止する。

　次に、パージガス供給弁１０を開とした回数が所定の回数に達したか否かを判断する（ステップＳ５）。所定の回数に達していなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、パージガス供給弁１０を閉としてから所定の期間が経過した後に、再びパージガス供給弁１０を開とし（ステップＳ３）、パージガスを再び燃料ノズル５に供給する。そして、パージガス供給弁１０を開としてから所定の期間が経過した後、再びパージガス供給弁１０を閉とし（ステップＳ４）、パージガスの燃料ノズル５への供給を再び停止し、ステップＳ５に進む。

　つまり、パージガスをパージガスライン９及び液体燃料ライン２を介して燃料ノズル５に供給して燃料ノズル５内の液体燃料を燃料ノズル５から燃焼室４０にパージするパージ状態と、パージガスを燃料ノズル５に供給することを停止する非パージ状態とが、所定の回数分だけ交互に繰り返される。よって、燃料ノズル５にはパージガスが間欠的に供給される。パージ状態は、パージガス供給弁１０が開となることによって成立し、非パージ状態は、パージガス供給弁１０が閉となることによって成立する。パージガス供給弁１０の開閉を切り換えることによりパージ状態と非パージ状態とが所定の回数分だけ交互に繰り返されると（Ｓ５：Ｙｅｓ）、パージガス供給弁１０を閉としたまま燃料ノズルパージ処理を終了する。

　なお、上記所定の回数は、複数回に設定されており、好ましくは、５～７回程度に設定される。このような回数に設定すれば、残留燃料量をなるべく減らすことと、燃料ノズルパージ処理の時間が無用に長くなるのを防ぐこととを両立することができる。また、燃料ノズルパージ処理の実行中には、この所定の回数分だけパージ状態となるが、パージ状態を維持する期間（すなわち、パージガス供給弁１０を開としてから閉とするまでに経過する期間）を、回ごとに異ならせてもよい。非パージ状態を維持する期間（すなわち、パージガス供給弁１０を閉としてから開とするまでに経過する期間）についても同様である。

　以下、図４及び図５に基づいて、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときの作用について説明する。図４は、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける残留燃料量の変化、燃料供給弁６及びパージガス供給弁１０の制御シーケンス、及びパージガス消費量の変化の一例を示すタイミングチャートであり、図５Ａ～Ｄは、図３に示す燃料ノズルパージ処理を実行したときにおける燃料ノズル５内の液体燃料の残留状況を概念的に示した燃料ノズル５の断面図である。なお、図４中の「残留燃料量」は、ノズルケーシング２１内に残留している液体燃料量に、パージガスライン９のうち逆止弁１１よりも上流側に溜まっている液体燃料量と、燃料供給ライン２のうち逆止弁７よりも下流側に溜まっている液体燃料量とを合わせた燃料量とする。また、図５Ａ～Ｄにおいては、説明の便宜のため、ノズルケーシング２１及びフィルタ２６の断面に対してハッチングが施さておらず、燃料ノズル５内に残留する液体燃料が網掛けで表示されている。

　図４は、時点ｔ１において燃料停止指令が生成された場合を例示している。この指令に伴い、当該時点ｔ１において、燃料供給弁６が開から閉となり、パージガス供給弁１０が閉から開となる。この燃料ノズルパージ処理の実行が開始される時点ｔ１では、燃料ノズル５内には液体燃料が充満している（図５Ａ参照）。

　燃料ノズルパージ処理の実行が開始されると、まず、パージガスにより、パージガスライン９及び液体燃料ライン２に溜まっている液体燃料が、液体燃料ライン２の下流端部に位置する燃料ノズル５へと押し出される。これらライン２，９に溜まっていた液体燃料は燃料ノズル５のノズルケーシング２１の内部空間２２へと順次流入していき、内部空間２２内に充満していた液体燃料は燃焼室４０へと順次パージされていく。

　ライン２，９に溜まっていた液体燃料がスイープされると、パージガスは、配管２ａ及びノズルケーシング２１の上端部を介して内部空間２２に供給される（図５Ｂ参照）。内部空間２２に供給されたパージガスは、噴霧孔２３が配置されている側である鉛直下側に向けて流れていき、それにより内部空間２２に残留していた液体燃料は、燃焼室２２へと順次パージされていく。

　ただし、パージガスは、内部空間２２のうち流れやすい箇所を通り、噴霧孔２３に向けて流れていく。このため、内部空間２２のうちパージガスが流れにくい箇所には、液体燃料が依然として残留してしまう。なお、このパージガスが流れやすい箇所には、例えば、コイルスプリング２５の中空部分、フィルタ２６の外周縁部、固定用部材２７の表面付近、及び、ディストリビュータ２８の溝２９の周辺部分が含まれる（図５Ｂ参照）。これらは、ノズルケーシング２１の内部空間２２におけるパージガスの流路として機能することとなる。他方、パージガスが流れにくい箇所には、例えば、コイルスプリング２５の表面付近、フィルタ２６の中心部、及び、ディストリビュータ２８の上面付近であって溝２９から離隔した部分が含まれる（図５Ｂ参照）。これらは、ノズルケーシング２１の内部空間２２のうちパージガスの流路から外れたスペースとなってしまう。

　そこで、本実施形態に係る燃料ノズルパージ処理においては、パージ状態が所定の期間Ｔ１維持されると、その時点ｔ２でパージガス供給弁１０を一旦閉じ、非パージ状態が所定の期間Ｔ２維持される。すると、期間Ｔ１が経過する間にはパージされなかった残留燃料が、期間Ｔ２が経過する間に自重や圧力により集合していき、それにより、パージガスが流れやすい箇所（パージガスの流路として機能し得る箇所）にも滞留していく。例えば、コイルスプリング２５の表面付近に残留していた液体燃料は、自重で落下してフィルタ２６に捕捉され又はフィルタ２６の上面側に滞留していき、その液面が水平となる（図５Ｃ参照）。また、フィルタ２６の中心部に残留していた液体燃料は、一部がフィルタに捕捉されたままとなるものの、一部が自重で落下してディストリビュータ２８の溝２９付近に滞留していく（図５Ｃ参照）。ディストリビュータ２８の上面付近に残留していた液体燃料も、自重で落下してディストリビュータ２８の溝２９付近に滞留していく（図５Ｃ参照）。このような滞留をより確実に実現するために、ディストリビュータ２８の上面を下傾するテーパ面とし、上面付近に残留した液体燃料が溝２９の上端部に案内されるようにしてもよい。

　非パージ状態が所定の期間Ｔ２維持されると、その時点ｔ３において、再びパージ状態となる。これにより、期間Ｔ２が経過する間に自重等により集合した液体燃料が、燃料ノズル５から燃焼室４０へとパージされる（図５Ｄ参照）。パージ状態が所定の期間Ｔ３維持されると、その時点ｔ４において、再び非パージ状態とし、この非パージ状態が所定の期間Ｔ４維持される。この２回目のパージ状態を終えたときにも、燃料ノズル５内には液体燃料が残留し得る（図５Ｄ参照）。しかし、この残留した液体燃料についても、２回目の非パージ状態が維持されている期間Ｔ４内に、上記同様にして再び集合し、パージガスが流れやすい箇所に再び滞留していく。すると、次回のパージ状態において、それ以前にはパージされ得なかった液体燃料をパージすることができる。このようにしてパージ状態と非パージ状態とを交互に繰り返していくことにより、図４の上部に示すように、燃料ノズル５内の液体燃料が順次パージされ、残留燃料量が順次低減していく。

　ここで、図４の一点鎖線は、燃料ノズルパージ処理においてパージガス供給弁を開とし続け、燃料ノズル５にパージガスを供給し続けるといった従来例を示している。この従来例においては、パージガスがどれだけ長い時間供給され続けても、パージガスが流れにくい箇所に液体燃料が残留したままとなってしまい、図５Ｂに示すような状態でパージガスのみが噴霧孔２３から燃焼室４０に排出され続けることとなる。よって、従来例によれば、残留燃料の排出に寄与しないにも関わらず、パージガスが時間に比例して消費され続けることとなる。

　これに対し、本実施形態では、このような従来例においてはパージし得なかった残留燃料も良好にパージすることができる。これにより、デポジットが形成されることのないレベルにまで液体燃料を排出することができるようになり、燃料ノズル５の動作信頼性の確保及び燃料ノズル５の長寿命化に貢献することができる。また、断続的に非パージ状態にしており、この非パージ状態としているときにはパージガスが消費されることはない。このため、仮に本実施形態と従来例との間で燃料ノズルパージ処理の開始から終了までの時間が同じであっても、その時間内における本実施形態のパージガスの消費量は、従来例の消費量と比較して少なくなる。

　また、燃料ノズル５のノズルケーシング２１の軸線を鉛直に向けているため、残留燃料量が少なくなっていっても、噴霧孔２３付近、具体的にはディストリビュータ２８の溝２９付近に液体燃料を集合させることができ、残留燃料量を良好に低減することができる。パージガスの主成分は窒素等の不活性ガスであるため、燃料ノズルパージ処理の終了後に、ガス中の水分等でライン２，９及び燃料ノズル５が腐食するといった二次的問題が生じるおそれもない。

　このように、本実施形態においては、液体燃料ラインにパージガス供給ラインを接続するという構造自体には特別な変更をせず、パージガス供給弁１０の制御シーケンスを変更することにより残留燃料量の低減が図られている。そのため、燃料ノズルパージ装置１の構成が複雑になることもない。

　また、図１に示すパージガス供給弁１０の制御シーケンスによれば、非パージ状態を維持する期間が、２回目以降のパージ状態を維持する期間よりも長く設定されている。より具体的には、非パージ状態においては、直前のパージ状態においてパージされなかった液体燃料が上記のように集合して滞留するために十分な時間を確保し、２回目以降のパージ状態においては、このように滞留した液体燃料をパージするために必要となる最小限の時間のみを確保するようにしている。これにより、残留燃料量をなるべく低減することができる。

　さらに、１回目のパージ状態を維持する期間が、２回目以降のパージ状態を維持する期間よりも長く設定されている。より具体的には、１回目のパージ状態においては、ライン２，９に溜まっている液体燃料をスイープし且つ燃料ノズル５内に充満している液体燃料を部分的にパージするために十分な時間を確保し、２回目以降のパージ状態においては、上記最小限の時間のみを確保するようにしている。これにより、無用にパージガスが消費されるのを避けることができる。

　図６は、本発明の実施形態の第１の変形例に係るパージガス供給弁１０の制御シーケンスを示す図である。図６に示すように、或る回における非パージ状態の維持期間を、それより以前の回における非パージ状態の維持期間よりも長くしてもよい。なお、図６では、全５回の非パージ状態のうち、後半２回の非パージ状態の維持期間を、前半３回の非パージ状態の維持期間よりも長くした具体例を示している。

　パージ状態と非パージ状態とを繰り返していくうちに、燃料ノズル５に残留する液体燃料量は低減していくため、後半の非パージ状態においては、パージガスの流れやすい箇所に滞留するために必要となる時間が長くなる可能性がある。よって、図６に示す制御シーケンスを採用すれば、後半の非パージ状態においても、燃料ノズル５内に残留する液体燃料をパージガスの流れやすい箇所に滞留させることができ、その直後のパージ状態において液体燃料を燃料ノズル５から燃焼室へと良好にパージすることができる。

　図７は、本発明の実施形態の第２の変形例に係るパージガス供給弁１０の制御シーケンスを示す図である。ここで、パージガス供給弁１０は、電磁開閉弁に代えて電磁比例弁から構成してもよい。この場合、パージ状態とするときには、制御器１２がパージガス供給弁１０の開度を制御することで、燃料ノズル５に供給するパージガスの流量及び／又は圧力を可変的に設定することができる。

　そして、図７に示すように、或る回におけるパージ状態でのパージガスの流量Ｑ１ａを、それより以前の回におけるパージ状態でのパージガスの流量Ｑ１よりも小さくしてもよい。なお、図７には、全６回のパージ状態のうち、後半２回を流量Ｑ１ａとし、前半４回を流量Ｑ１とした具体例を示している。ただし、流量Ｑ１，Ｑ１ａは何れも、液体燃料を燃料ノズル５から燃焼室４０へとパージするために十分に大きい流量である。

　前述のとおり、パージ状態と非パージ状態とを繰り返していくうちに、燃料ノズル５に残留する液体燃料量は低減していくため、後半のパージ状態においては、パージガスの流量を絞っても液体燃料を十分にパージ可能となる。よって、図７に示す制御シーケンスを採用することにより、液体燃料を良好にパージしつつもパージガスの消費を抑えることができるようになる。

　また、本発明に係る非パージ状態には、パージガスライン９にガスを流さない状態だけでなく、液体燃料のパージに必要な圧力及び／又は流量のガスを燃料ノズル５に供給することを停止する状態、すなわち、液体燃料を燃料ノズル５から燃焼室４０へとパージするには不十分な圧力及び／又は流量のガスを供給する状態も含まれる。よって、図７に示すように、パージガス供給弁１０を電磁比例弁としたときには、液体燃料をパージするために十分に大きい流量Ｑ１，Ｑ１ａのパージガスを供給した後に、液体燃料をパージするには不十分な流量Ｑ２のガスを供給するような状態とし、この状態を非パージ状態としてもよい。

　これまで、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、上記の構成は、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更可能である。

　本発明は、構成を複雑にすることなく、燃料ノズル内に残留する液体燃料を良好にパージすることができるという作用効果を奏し、液体燃料を使用する内燃機関等の熱機関及び燃焼装置に適用すると有益である。

Claims

　燃料ノズルに残留する液体燃料を燃料ノズルからパージするための方法であって、
　前記燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止する燃料停止ステップと、
　前記燃料ノズルにパージガスを供給し、前記燃料ノズル内の液体燃料を前記燃料ノズルからパージするパージステップと、
　液体燃料のパージに必要な圧力及び／又は流量のガスを前記燃料ノズルに供給することを停止する非パージステップと、を有し、
　前記パージステップ及び前記非パージステップが交互に繰り返されることを特徴とする燃料ノズルパージ方法。
　繰返しにより複数回実行される前記パージステップのうち、１回目の前記パージステップが、２回目以降の前記パージステップよりも長い時間かけて実行される、請求項１に記載の燃料ノズルパージ方法。
　繰返しにより複数回実行される前記非パージステップのうち、或る回の非パージステップが、当該非パージステップより以前に実行された非パージステップよりも、長い時間かけて実行される、請求項１に記載の燃料ノズルパージ方法。
　繰返しにより複数回実行される前記パージステップのうち、或る回のパージステップにおけるパージガスの圧力及び／又は流量が、当該パージステップより以前に実行されたパージステップにおけるパージガスの圧力及び／又は流量よりも、小さく設定される、請求項１に記載の燃料ノズルパージ方法。
　液体燃料を供給するための液体燃料ラインと、
　前記液体燃料ラインの下流端部に設けられた燃料ノズルと、
　前記液体燃料ラインに接続され、パージガスを前記燃料ノズルに供給するためのパージガスラインと、
　前記パージガスラインを開閉するパージガス供給弁と、
　前記パージガス供給弁を制御する制御器と、を備え、
　前記制御器は、前記燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止した後に、前記パージガスラインを介して前記燃料ノズルにパージガスを供給して前記燃料ノズル内に残留する液体燃料を前記燃料ノズルからパージするパージ状態と、液体燃料のパージに必要な圧力及び／又は流量のガスを前記燃料ノズルに供給することを停止する非パージ状態とが交互に繰り返されるように、前記パージガス供給弁を制御することを特徴とする燃料ノズルパージ装置。
　前記パージガス供給弁が電磁開閉弁であり、
　前記燃料ノズルへの液体燃料の供給を停止している状態で、前記パージガス供給弁が前記パージガスラインを開くと前記パージ状態が成立し、前記パージガス供給弁が前記パージガスラインを閉じると前記非パージ状態が成立する、請求項５に記載の燃料ノズルパージ装置。
　請求項５に記載の燃料ノズルパージ装置を備えることを特徴とする熱機関。