WO2021079657A1 - 液体燃料噴射器 - Google Patents

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WO2021079657A1
WO2021079657A1 PCT/JP2020/035022 JP2020035022W WO2021079657A1 WO 2021079657 A1 WO2021079657 A1 WO 2021079657A1 JP 2020035022 W JP2020035022 W JP 2020035022W WO 2021079657 A1 WO2021079657 A1 WO 2021079657A1
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fuel injector
swivel
air passage
blade
liquid fuel
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PCT/JP2020/035022
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武彦 渡瀬
洸太 金井
廣光　永兆
潤弥 高和
真一郎 石崎
克昌 高橋
智広 井出
翔ノ介 喜多
光紀 伊藤
裕樹 岩城
成美 安藤
均 服部
一男 米倉
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株式会社Ihi
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    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/232—Fuel valves; Draining valves or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
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    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
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    • F23D11/383—Nozzles; Cleaning devices therefor with swirl means
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    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances

Definitions

  • the present disclosure relates to a liquid fuel injector, particularly a liquid fuel injector used in a combustor of a gas turbine engine.
  • liquid fuel When burning liquid fuel in the combustor of a gas turbine engine, it is desirable to atomize the liquid fuel in order to promote vaporization of the liquid fuel and mixing with combustion air. Amplification of liquid fuel also contributes to reduction of NOx (nitrogen oxide) and unburned fuel and CO (carbon monoxide) emissions by increasing the rate of combustion reaction.
  • NOx nitrogen oxide
  • CO carbon monoxide
  • One of the liquid fuel atomization methods is the airflow atomization method. This atomizes the liquid fuel injected as an annular liquid film by utilizing the shearing force (due to the speed difference) acting between the liquid fuel flowing adjacent to the inside and outside in the radial direction and the swirling air flow. It is a method.
  • liquid fuel injector for a conventional gas turbine engine combustor a multi-structured one in which a plurality of airflow atomizing injectors are concentrically arranged is known.
  • a flow atomization type injector with a small injection flow rate arranged on the inner diameter side operates over the entire operating range from the start of the gas turbine engine to the rated load operation.
  • the injector primary injector
  • the airflow atomization type injector with a large injection flow rate arranged on the outer diameter side is used as the main injector (secondary injector) that operates in the high load operation range of the gas turbine engine.
  • first feature see Patent Documents 1 and 2
  • the swivel blades provided in each of the radial inner and outer air passages have, for example, the center line of the profile (cross-sectional shape) from the front edge to the trailing edge. Over the entire area, it is formed as a helical blade inclined in the circumferential direction at a substantially constant angle with respect to the axial direction (hereinafter referred to as "second feature"; see Patent Documents 1 and 2).
  • both the inner and outer air passages in the radial direction have a throttle portion (that is, a portion where the passage area is reduced toward the downstream) on the downstream side of the swivel blade. It has and is configured to increase the angular velocity applied to the airflow by the swivel blades and generate a strong swirling airflow. Since such a strong swirling air flow diffuses outward in the radial direction by the action of centrifugal force, it has an action of expanding the spray of liquid fuel in a conical shape.
  • the air passage on the outer side in the radial direction is oriented inward in the radial direction in order to properly control the diffusion of the swirling air flow flowing out from the air passage on the inner side in the radial direction to the outer side in the radial direction (hereinafter, "third”. Features ”; see Patent Documents 1 and 2).
  • the airflow atomization type injector arranged on the inner diameter side is provided with a rod-shaped member called a pintle whose diameter expands in a trumpet shape toward the rear at the radial center of the outlet portion. ..
  • the atomizing air flow that flows around the pintle spreads in a conical shape along the trumpet-like expanding portion of the pintle, thereby improving the dispersibility of the liquid fuel spray (hereinafter referred to as "fourth feature").
  • the individual airflow atomizing injectors constituting the above-mentioned multi-structured liquid fuel injector have a characteristic that the atomizing performance deteriorates as the flow velocity of the air passing through the injector decreases. Therefore, when the gas turbine engine having a small air flow rate is started, the ignitability of the pilot injector deteriorates, and there is a possibility that the gas turbine engine cannot be started smoothly.
  • the combustion stability of both the main injector and the pilot injector under low load conditions deteriorates, and in particular, the gas turbine engine There was a possibility that the blowout would occur during sudden acceleration / deceleration (when the load suddenly fluctuates).
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and is a liquid fuel injector capable of improving ignitability under operating conditions with a small air flow rate and combustion stability under a wide range of operating conditions.
  • the purpose is to provide.
  • the liquid fuel injector of the present disclosure includes a cylindrical primary fuel injector having a central axis, an annular shroud concentrically arranged on the radial outer side of the primary fuel injector, and the above.
  • An annular secondary fuel injector concentrically arranged between the primary fuel injector and the shroud is provided in an annular inner air passage formed between the primary fuel injector and the secondary fuel injector.
  • a plurality of arranged outer swivel blades are provided, the primary fuel injector is configured as a pressure spray injector, the secondary fuel injector, and the inner air passage and the outer air passage. Work together to form an airflow atomization type injector.
  • liquid fuel injector of the present disclosure it is possible to obtain an excellent effect that the ignitability under operating conditions with a small air flow rate and the combustion stability under a wide range of operating conditions can be improved.
  • FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of the liquid fuel injector according to the embodiment of the present disclosure.
  • the upstream side and the downstream side in the flow direction of the air and the liquid fuel in the liquid fuel injector are referred to as the front side and the rear side, respectively.
  • the liquid fuel injector 100 includes a cylindrical primary fuel injector 110 having a central axis C, an annular shroud 130 concentrically arranged on the radial outer side of the primary fuel injector 110, and a primary fuel injector 110 and a shroud 130.
  • An annular secondary fuel injector 120 which is concentrically arranged with these, is provided between the two.
  • the liquid fuel injector 100 can be used, for example, in a combustor of a gas turbine engine.
  • the primary fuel injector 110 is coupled to the secondary fuel injector 120 via the inner swivel blade 115 described later, and the secondary fuel injector 120 is coupled to the shroud 130 via the outer swivel blade 125 described later.
  • the liquid fuel injector 100 composed of these components is integrally formed as a whole.
  • it is effective to apply, for example, an AM (Additive Manufacturing) technique (laminated modeling technique) using a 3D printer.
  • the primary fuel injection body 110 includes a fuel supply pipe portion 112, a sleeve portion 114 located on the outer periphery of the rear end side of the fuel supply pipe portion 112, and a fuel injection tip portion 116 located on the rear end side of the sleeve portion 114. It consists of. In FIG. 1, for convenience of explanation, the fuel supply pipe portion 112 and the sleeve portion 114, and the sleeve portion 114 and the fuel injection tip portion 116 are shown separated by a broken line, but these members are actually shown. May be integrally formed with the primary fuel supply piping section CFp described later.
  • the fuel supply pipe portion 112 is a cylindrical pipe, and a primary fuel passage PFp is formed inside.
  • the primary fuel which is a liquid fuel, is supplied to the primary fuel passage PFp through the primary fuel supply pipe section CFp coupled to the vicinity of the front end of the fuel supply pipe section 112.
  • the binding site of the primary fuel supply pipe section CFp is not limited to the vicinity of the front end of the fuel supply pipe section 112, and may be any position.
  • the sleeve portion 114 is a cylindrical portion located on the outer periphery of the rear end side of the fuel supply pipe portion 112. Inside the rear portion of the sleeve portion 114, a fuel plenum FP, which is a columnar space, is formed between the rear end of the fuel supply pipe portion 112 and the front surface of the front protruding portion 116F of the fuel injection tip portion 116, which will be described later. It is formed. Further, an annular fuel annulus FA is formed between the inner surface of the rear end portion of the sleeve portion 114 and the outer surface of the front protruding portion 116F of the fuel injection tip portion 116 described above.
  • the shape of the fuel plenum FP is not limited to a columnar shape, and may be a conical shape, a truncated cone shape, a hemispherical shape, or the like.
  • the fuel injection tip portion 116 is a portion located on the rear end side of the sleeve portion 114, and includes a pintle portion 116P composed of a columnar front portion and a truncated cone-shaped rear portion whose diameter increases toward the rear, and a pintle. It is composed of a columnar front projecting portion 116F projecting from the front surface of the portion 116P toward the front.
  • a swivel chamber SC composed of a columnar front space and a truncated cone-shaped rear space whose diameter decreases toward the rear is formed in the radial center of the pintle portion 116P, and the rear end of the swivel chamber SC. Communicates with the space behind through the fuel injection hole 116A.
  • a plurality of (for example, four) swivel grant passages 116S connecting the fuel annulus FA and the swivel chamber SC described above are provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • the swivel grant passage 116S is configured to allow the primary fuel flowing in from the fuel annulus FA to flow out into the swivel chamber SC in a state of having a swivel speed component around the central axis C. Therefore, the swivel imparting passage 116S may be formed, for example, so that its outlet end is tangentially connected to the outer periphery of the columnar front portion of the swivel chamber SC.
  • the primary fuel flows from the primary fuel supply pipe section CFp into the primary fuel passage PFp in the fuel supply pipe section 112, as shown by the arrow FFp, and then flows into the primary fuel passage PFp. It flows from the fuel plenum FP into the fuel anuras FA. After that, the primary fuel flows into the swivel chamber SC with the swivel speed component through the swirl imparting passage 116S, is injected through the fuel injection hole 116A while maintaining the swirl speed component, and sprays fuel that spreads in a conical shape.
  • the primary fuel injector 110 functions as a pressure spray injector. Unlike the airflow atomizing injector, the pressure spraying injector is not affected by the air flow rate, and exhibits good atomization performance under a wide range of operating conditions. Therefore, by adopting the primary fuel injector 110 configured as the pressure spray injector, the liquid fuel injector 100 has a multi-structured liquid fuel injector in which a plurality of airflow atomization injectors are concentrically arranged. In comparison (see the first feature described in the background technology section), the ignitability under operating conditions with a low air flow rate and the combustion stability under a wide range of operating conditions can be improved.
  • the secondary fuel injector 120 is a double circular pipe in which an annular outer wall 122 and an inner side wall 124 are integrally formed, and annular secondary fuel passages PFs are formed inside.
  • the outer wall 122 and the inner side wall 124 are integrally formed with the secondary fuel supply piping portions CFs, which will be described later.
  • Secondary fuel which is a liquid fuel, is supplied to the secondary fuel passages PFs through the secondary fuel supply piping section CFs coupled to the vicinity of the front end of the outer wall 122.
  • the binding site of the secondary fuel supply piping portions CFs is not limited to the vicinity of the front end of the outer wall 122, and may be any position.
  • the secondary fuel flows into the secondary fuel passage PFs from the secondary fuel supply piping section CFs as indicated by the arrows FFs, and then forms an annular liquid film from the downstream end thereof. It is injected.
  • An annular ring is provided between the primary fuel injector 110 and the secondary fuel injector 120 (more precisely, the inner wall 124) and between the secondary fuel injector 120 (more precisely, the outer wall 122) and the shroud 130.
  • An inner air passage PAi and an outer air passage PAo are formed.
  • a plurality of inner swivel blades 115 are arranged at equal intervals in the circumferential direction between the sleeve portion 114 of the primary fuel injector 110 and the inner side wall 124 of the secondary fuel injector 120 in the inner air passage PAi. Has been done.
  • a plurality of outer swivel blades 125 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the secondary fuel injector 120 configured as described above, the inner air passage PAi provided with the inner swivel blade 115, and the outer air passage PAo provided with the outer swivel blade 125 cooperate to function as an airflow atomizing injector IAB.
  • the secondary fuel which is a liquid fuel
  • the secondary fuel is injected as an annular liquid film from the downstream end of the secondary fuel injector 120, as indicated by the arrows FFs.
  • the injected liquid fuel does not substantially have a circumferential velocity component, the air flowing out from each of the inner air passage PAi and the outer air passage PAo in a state of having the circumferential velocity component as described above.
  • a shearing force due to the speed difference between the flow FAi and FAo acts, thereby atomizing the liquid fuel.
  • the airflow atomization type injector IAB described above in the liquid fuel injector 100 of the embodiment of the present disclosure is characterized by the shape of the downstream end portion of the inner air passage PAi and the outer air passage PAo. This will be described in detail below.
  • the downstream ends of the inner air passage PAi and the outer air passage PAo do not have a throttle portion, and the swirling air flow flowing out is in the axial direction (central axis). It is configured to be oriented outward (in the direction of C) or radially outward.
  • the fuel injection tip portion 116 of the primary fuel injection body 110 that defines the radial inner boundary and the outer boundary, respectively.
  • the columnar front portion (outer surface) of the pintle portion 116P and the inner side wall 124 (inner surface) of the secondary fuel injector 120 both have a constant diameter along the axial direction at least in the portions facing each other in the radial direction. It is configured to have.
  • the outer wall 122 (outer surface) of the secondary fuel injector 120 defining its radial inner and outer boundaries, respectively.
  • the shroud 130 (inner surface) is configured to have a constant diameter along the axial direction at least in portions facing each other in the radial direction.
  • neither the inner air passage PAi nor the outer air passage PAo has a throttle portion at the downstream end thereof.
  • the fuel injection tip portion of the primary fuel injection body 110 that defines the radial inner boundary of the passage.
  • the outer surface 116Po of the truncated cone-shaped rear portion of the pintle portion 116P of the 116 has a shape in which the diameter increases rearward.
  • the inner surface 130i of the shroud 130 defining the radial outer boundary of the passage is rearward. It has a shape in which the diameter expands toward it.
  • the swirling air flow flowing out from the inner air passage PAi is guided by the outer surface 116Po (inner swirling air flow guide portion) of the truncated cone-shaped rear portion of the pintle portion 116P of the fuel injection tip portion 116 of the primary fuel injection body 110.
  • the swirling air flow flowing out from the outer air passage PAo is guided by the inner surface 130i (outer swirling air flow guide portion) of the shroud 130, and is oriented outward in the radial direction.
  • the means for orienting the swirling air flow outward in the radial direction in the conventional airflow atomizing injector instead of the airflow throttle used as (see the third feature described in the background technology section), the above-mentioned inner and outer swirling airflow guides are used. Therefore, it is easy to directly control the flow pattern of the swirling air flow, and it is possible to obtain the swirling air flow and the fuel spray that diffuse outward in the radial direction in a desired manner. Further, since neither the inner air passage PAi nor the outer air passage PAo has a throttle portion, the maximum passage area feasible in the structure of the liquid fuel injector 100 can be used, and the liquid fuel injector 100 can be used. It can be configured compactly.
  • the airflow atomizing injector IAB described above in the liquid fuel injector 100 of the embodiment of the present disclosure has features in the aspects of the inner swivel blade 115 and the outer swivel blade 125 in addition to the above-mentioned features. However, this will be described in detail below.
  • the inner swivel blade 115 is composed of a guide blade 115G arranged on the upstream side (front side) and a helical blade 115H arranged on the downstream side (rear side) in the inner air passage PAi. ..
  • the helical blade 115H is the same as that used in the conventional airflow atomization type injector, and the center line of its profile (cross-sectional shape) covers the entire area from the front edge to the trailing edge. Over there, it is tilted in the circumferential direction at a substantially constant angle with respect to the axial direction (see the second feature described in the background technology column).
  • the guide wing 115G is for turning the air flow flowing in through the inner air passage PAi, and the center line of the profile is substantially axially oriented at the front edge and is rearward. At the edge, it is oriented substantially in the same direction as the centerline of the profile at the front edge of the helical blade 115H.
  • the air passing through the inner swivel blade 115 configured as described above flows into the guide blade 115G substantially axially through the inner air passage PAi, and then is converted while passing through the guide blade 115G and downstream. It smoothly flows into the helical blade 115H arranged in (that is, with substantially zero incident), is given a swivel while passing through the helical blade 115H, and flows out as a swirling air flow.
  • the swivel blade consists only of a helical blade, as in a conventional airflow atomization injector, the airflow that flows into the helical blade substantially axially can separate downstream of the front edge of the helical blade. high. Therefore, the swivel blade in the conventional airflow atomization type injector has a problem of an increase in pressure loss or a decrease in the flow rate due to a decrease in the effective passage area due to peeling.
  • the guide blade 115G is arranged upstream of the helical blade 115H, so that the air flow is separated downstream of the front edge of the helical blade 115H. Is prevented.
  • a large effective passage area can be secured as compared with the case of the conventional air flow atomization type injector, so that the actual passage area of the swivel blade required to obtain the same air flow rate can be suppressed to a small size.
  • the liquid fuel injector 100 can be compactly configured.
  • the guide blades 115G and the helical blades 115H are arranged at intervals in the axial direction (that is, with an annular space between them). This is because the air flow flowing into the inner swivel blade 115 through the inner air passage PAi is a non-uniform flow having a total pressure distribution in the circumferential direction, for example, because the primary fuel supply piping section CFp is arranged on the upstream side. If this is the case, the purpose is to reduce the non-uniformity.
  • the air flow flowing into the guide blade 115G with the total pressure distribution in the circumferential direction flows out of the guide blade 115G with the total pressure distribution substantially preserved, but is between the guide blade 115H and the guide blade 115H.
  • the non-uniformity of the total pressure in the circumferential direction is alleviated and flows into the helical blade 115H.
  • the swivel blade 115 having a structure divided into the guide blade 115G and the helical blade 115H as described above.
  • the swivel blade 115 is an integral body in which the trailing edge of the guide blade 115G and the front edge of the helical blade 115H are connected, for example, when the non-uniformity of the inflowing air flow in the circumferential direction is small enough to be tolerated. It may be formed as a wing of.
  • the outer swivel blade 125 has a guide blade portion configured in the same manner as the guide blade 115G in the inner swivel blade 115 and a helical blade portion configured in the same manner as the helical blade 115H in the inner swivel blade 115.
  • the guide blade portion and the helical blade portion may be arranged at intervals in the axial direction, as in the case of the inner swivel blade 115.
  • the fuel injection tip portion 116 of the primary fuel injector 110 in the liquid fuel injector 100 of the embodiment of the present disclosure is characterized by the shape of the pintle portion 116P, which will be described in detail below. ..
  • the rear portion of the pintle portion 116P is formed in a truncated cone shape whose diameter increases rearward. This shape is similar to the shape of the pintle used in the conventional airflow atomization type injector (see the fourth feature explained in the background technology column), and circulates on the downstream side of the outer peripheral portion of the rear end. A flow is generated.
  • the circulating flow CF'generated at the outer peripheral portion of the rear end is small, and the fuel spray FS' generated by the airflow atomizing injector IAB'is the largest.
  • the fuel droplets caught in the circulating flow CF'on the inner diameter side and returned to the upstream side tended to adhere to the rear surface of the pintle PT without being evaporated.
  • the attached fuel droplets are carbonized by heat input from the combustion region located on the downstream side and are deposited as carbon on the rear surface of the pintle PT.
  • the deposited carbon CD' is, for example, the outer peripheral portion of the rear end of the pintle PT. If it protrudes outward in the radial direction, it will obstruct the flow of the surrounding air, which is not desirable.
  • an annular recess 116PR having a triangular cross section is formed on the rear surface of the pintle portion 116P of the fuel injection tip portion 116.
  • the central portion of the pintle portion 116P in which the fuel injection hole 116A is formed is in a state of protruding rearward from the bottom portion of the recess 116PR.
  • the central portion of the pintle portion 116P projects rearward from the bottom portion of the recess 116PR, it is possible to prevent the primary fuel injected from the fuel injection hole 116A formed therein from being caught in the recess 116PR due to the induced airflow. be able to.
  • the primary fuel passage from the fuel plenum FP to the swivel chamber SC is formed by the annular fuel annulus FA and the swivel grant passage 116S.
  • the passage may be formed in a different manner.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of a main part of the liquid fuel injector 200 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the outer shape of the primary fuel injection body 210 is the same as that of the primary fuel injection body 110 of the liquid fuel injection device 100 shown in FIG. 1, and a fuel injection hole 216A is formed in the radial center portion at the rear end. ..
  • the fuel injection passage FIP formed inside the primary fuel injection body 210 has a supply plenum SP communicating with the fuel plenum FP and a columnar front and rear diameters. It consists of a swivel chamber SC consisting of a truncated truncated cone-shaped rear portion and a plurality of (for example, four) swivel grant passages SA connecting the supply plenum SP and the swivel chamber SC. Each of the plurality of swivel grant passages SA is configured to allow the primary fuel flowing in from the supply plenum SP to flow out into the swivel chamber SC in a state having a swirl speed component.
  • the swivel imparting passage SA may be formed, for example, so that its outlet end is tangentially connected to the outer circumference of the columnar front portion of the swivel chamber SC. Further, in order to suppress the pressure loss inside the swirl imparting passage SA as low as possible, it is desirable that the swirl imparting passage SA is formed as having a smooth shape having no bent portion as shown in the drawing.
  • the liquid fuel injector according to the first aspect of the present disclosure includes a cylindrical primary fuel injector having a central axis, an annular shroud concentrically arranged radially outward of the primary fuel injector, and the primary fuel injection.
  • An annular secondary fuel injector concentrically arranged between the body and the shroud is provided, and an annular inner air passage formed between the primary fuel injector and the secondary fuel injector is provided with a circumference.
  • a plurality of inner swivel blades arranged at equal intervals in the direction are provided, and the annular outer air passages formed between the secondary fuel injector and the shroud are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of outer swivel blades are provided, the primary fuel injector is configured as a pressure spray injector, and the secondary fuel injector and the inner air passage and the outer air passage cooperate with each other.
  • the airflow atomization type injector is constructed.
  • the primary fuel passage formed inside the primary fuel injector is a fuel plenum and an annular space directly connected to the fuel plenum.
  • the swivel grant passage includes a swivel chamber which is a columnar space connected to the fuel annurus via a plurality of swivel grant passages, and the swivel grant passage allows fuel flowing in from the fuel annulus to be taken around the central axis. It is configured to flow out into the swirl chamber with the swirl speed component of.
  • the inner swivel blade and the outer swivel blade are respectively arranged upstream in the air flow direction in the inner air passage and the outer air passage. It consists of a guide wing and a helical wing arranged on the downstream side, and the center line of the profile of the helical wing extends substantially from the front edge to the trailing edge with respect to the direction of the center axis.
  • the centerline of the profile of the guide wing is substantially oriented in the direction of the central axis at the front edge and substantially the helical at the trailing edge. It is oriented in the same direction as the centerline of the profile at the front edge of the wing.
  • the guide blade and the helical blade are arranged at intervals in the direction of the central axis. Has been done.
  • the guide blade and the helical blade are integrally formed in at least one of the inner swivel blade and the outer swivel blade.
  • the inner air passage on the downstream side of the inner swivel is at a portion where the radial inner boundary and the radial outer boundary are at least radially opposed to each other.
  • the outer air passage which is configured to have a constant diameter along the direction of the central axis and is downstream of the outer swivel, has its radial inner and radial outer boundaries, at least those of which.
  • the portions facing in the radial direction are configured to have a constant diameter along the direction of the central axis.
  • the air flow flowing out from each of the air passages is oriented radially outward to the downstream side of the downstream ends of the inner air passage and the outer air passage.
  • a guide section is provided for this purpose.
  • the inner swirling air flow guide portion which is the guide portion for the air flow flowing out from the inner air passage, is provided at the downstream end of the primary fuel injector.
  • the outer swirling air flow guide portion which is formed by the outer surface of a truncated cone-shaped portion whose diameter increases toward the downstream and is the guide portion for the air flow flowing out from the outer air passage, is the shroud. It is formed by a part of the inner surface of the air whose diameter increases toward the downstream.
  • an annular recess having a triangular cross section that is depressed toward the upstream side is formed on the downstream end surface of the truncated cone-shaped portion of the primary fuel injector.
  • the truncated cone-shaped central portion in which the fuel injection hole is formed protrudes from the bottom of the recess toward the downstream side.

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Abstract

空気流量の少ない運転条件における着火性、及び、広範な運転条件における燃焼安定性を向上させることができる液体燃料噴射器を提供する。　液体燃料噴射器は、中心軸を有する円筒状のプライマリ燃料噴射体と、その径方向外側に同心配置された環状のシュラウドと、プライマリ燃料噴射体とシュラウドの間にこれらと同心配置された環状のセカンダリ燃料噴射体と、を備え、プライマリ燃料噴射体とセカンダリ燃料噴射体の間に形成された環状の内側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の内側旋回翼が設けられており、セカンダリ燃料噴射体とシュラウドの間に形成された環状の外側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の外側旋回翼が設けられており、プライマリ燃料噴射体は圧力噴霧式噴射器として構成されており、セカンダリ燃料噴射体、並びに、内側及び外側空気通路は、協働して気流微粒化式噴射器を構成する。

Description

液体燃料噴射器
　本開示は、液体燃料噴射器、特にガスタービンエンジンの燃焼器において用いられる液体燃料噴射器に関する。
　ガスタービンエンジンの燃焼器において液体燃料を燃焼させる場合、液体燃料の気化及び燃焼用空気との混合を促進するために、液体燃料を微粒化することが望ましい。液体燃料の微粒化は、燃焼反応の速度を高めることを通じて、ＮＯｘ（窒素酸化物）、並びに、未燃燃料及びＣＯ（一酸化炭素）の排出量低減にも寄与する。
　液体燃料の微粒化方式の一つに、気流微粒化方式がある。これは、環状の液膜として噴射された液体燃料を、その径方向内側及び外側に隣接して流れる旋回空気流との間に作用する剪断力（速度差に起因）を利用して微粒化する方式である。
　従来のガスタービンエンジンの燃焼器用の液体燃料噴射器として、複数の気流微粒化式噴射器を同心配置した多重構造のものが知られている。
　この多重構造の液体燃料噴射器においては、内径側に配置された噴射流量の小さい気流微粒化式噴射器が、ガスタービンエンジンの始動から定格負荷運転までの全運転範囲に亘って作動するパイロット噴射器（プライマリ噴射器）として、外径側に配置された噴射流量の大きい気流微粒化式噴射器が、ガスタービンエンジンの高負荷運転範囲において作動するメイン噴射器（セカンダリ噴射器）として、それぞれ使用されている（以下、「第１の特徴」という；特許文献１及び２参照）。
　また、それぞれの気流微粒化式噴射器において、径方向内側及び外側の空気通路のそれぞれに設けられた旋回翼は、例えば、そのプロファイル（断面形状）の中心線が、前縁から後縁までの全域に亘って、軸方向を基準として実質的に一定の角度で周方向に傾斜したヘリカル翼として形成されている（以下、「第２の特徴」という；特許文献１及び２参照）。
　更に、それぞれの気流微粒化式噴射器において、径方向内側及び外側の空気通路は、いずれも、旋回翼より下流側に絞り部（すなわち、通路面積が下流へ向かって縮小している部位）を有し、旋回翼によって空気流に付与された角速度を増大させ、強い旋回空気流を生成するように構成されている。このような強い旋回空気流は、遠心力の作用によって径方向外側へ拡散するため、液体燃料の噴霧を円錐状に拡大させる作用を有する。なお、径方向内側の空気通路から流出する旋回空気流の径方向外側への拡散を適正に制御すべく、径方向外側の空気通路は径方向内向きに配向されている（以下、「第３の特徴」という；特許文献１及び２参照）。
　また、内径側に配置された気流微粒化式噴射器は、その出口部の径方向中心部に、ピントル（pintle）と呼ばれる後方へ向かって径がラッパ状に拡大する棒状の部材を備えている。ピントルの周囲を流れる微粒化用空気流は、ピントルのラッパ状に拡大する部位に沿って円錐状に広がり、これにより液体燃料の噴霧の分散性を向上させる（以下、「第４の特徴」という）。
特許第５１９３６９５号明細書 米国特許第１０１９０７７４号明細書
　しかしながら、上述した多重構造の液体燃料噴射器を構成する個々の気流微粒化式噴射器は、その内部を通過する空気の流速の低下と共に微粒化性能が悪化するという特性を有している。そのため、空気流量の少ないガスタービンエンジンの始動時には、パイロット噴射器の着火性が悪化し、ガスタービンエンジンを円滑に始動できない可能性があった。また、ガスタービンエンジンの高負荷運転時に、ＮＯｘ排出量を低減すべく希薄燃焼を行う場合、低負荷条件でのメイン噴射器及びパイロット噴射器の双方の燃焼安定性が低下し、特にガスタービンエンジンの急加減速時（負荷の急変動時）には吹き消えが生じる可能性もあった。
　本開示は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、空気流量の少ない運転条件における着火性、及び、広範な運転条件における燃焼安定性を向上させることができる液体燃料噴射器を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示の液体燃料噴射器は、中心軸を有する円筒状のプライマリ燃料噴射体と、前記プライマリ燃料噴射体の径方向外側に同心配置された環状のシュラウドと、前記プライマリ燃料噴射体と前記シュラウドの間にこれらと同心配置された環状のセカンダリ燃料噴射体と、を備え、前記プライマリ燃料噴射体と前記セカンダリ燃料噴射体の間に形成された環状の内側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の内側旋回翼が設けられており、前記セカンダリ燃料噴射体と前記シュラウドの間に形成された環状の外側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の外側旋回翼が設けられており、前記プライマリ燃料噴射体は圧力噴霧式噴射器として構成されており、前記セカンダリ燃料噴射体、並びに、前記内側空気通路及び前記外側空気通路は、協働して気流微粒化式噴射器を構成する。
　本開示の液体燃料噴射器によれば、空気流量の少ない運転条件における着火性、及び、広範な運転条件における燃焼安定性を向上させることができるという優れた効果を得ることができる。
本開示の実施形態の液体燃料噴射器の全体概略断面図である。 従来の液体燃料噴射器のプライマリ燃料噴射体の燃料噴射チップ部において、凹部を有さないピントルの後端外周部の下流側に生成される循環流の態様を説明する図である。 図１の液体燃料噴射器のプライマリ燃料噴射体の燃料噴射チップ部において、後面に凹部が形成されたピントルの後端外周部の下流側に生成される循環流の態様を説明する図である。 本開示の別の実施形態の液体燃料噴射器を説明する図であって、当該液体燃料噴射器の要部概略断面図を示している。 本開示の別の実施形態の液体燃料噴射器を説明する図であって、燃料噴射通路形成体内に形成された燃料噴射通路の全体概略斜視図を示している。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本開示の実施形態の液体燃料噴射器の全体概略断面図である。なお、本明細書においては、液体燃料噴射器内の空気及び液体燃料の流れ方向における上流側、下流側を、それぞれ前側、後側と称することにする。
　液体燃料噴射器１００は、中心軸Ｃを有する円筒状のプライマリ燃料噴射体１１０と、プライマリ燃料噴射体１１０の径方向外側に同心配置された環状のシュラウド１３０と、プライマリ燃料噴射体１１０とシュラウド１３０の間にこれらと同心配置された環状のセカンダリ燃料噴射体１２０と、を備えている。なお、液体燃料噴射器１００は、例えばガスタービンエンジンの燃焼器において用いられ得るものである。
　ここで、プライマリ燃料噴射体１１０は後述する内側旋回翼１１５を介してセカンダリ燃料噴射体１２０と、セカンダリ燃料噴射体１２０は後述する外側旋回翼１２５を介してシュラウド１３０と、それぞれ結合されているが、これらの構成要素から成る液体燃料噴射器１００は、全体として一体に形成されている。なお、液体燃料噴射器１００の一体形成には、例えば３Ｄプリンタを用いたＡＭ（Additive Manufacturing）技術（積層造形技術）を適用することが有効である。
　プライマリ燃料噴射体１１０は、燃料送給管部１１２と、燃料送給管部１１２の後端側の外周に位置するスリーブ部１１４と、スリーブ部１１４の後端側に位置する燃料噴射チップ部１１６とから成っている。なお、図１においては、説明の都合上、燃料送給管部１１２とスリーブ部１１４、スリーブ部１１４と燃料噴射チップ部１１６を、それぞれ破線で区切って示しているが、これらの部材は、実際には、後述するプライマリ燃料供給配管部ＣＦｐと共に一体に形成されていてもよい。
　燃料送給管部１１２は、円筒状の管であって、内部にプライマリ燃料通路ＰＦｐが形成されている。プライマリ燃料通路ＰＦｐには、燃料送給管部１１２の前端近傍に結合されたプライマリ燃料供給配管部ＣＦｐを通じて、液体燃料であるプライマリ燃料が供給される。なお、プライマリ燃料供給配管部ＣＦｐの結合部位は、燃料送給管部１１２の前端近傍に限られず、任意の位置であってよい。
　スリーブ部１１４は、燃料送給管部１１２の後端側の外周に位置する円筒状の部位である。スリーブ部１１４の後部の内側には、燃料送給管部１１２の後端と、後述する燃料噴射チップ部１１６の前方突出部１１６Ｆの前面との間に、円柱状の空間である燃料プレナムＦＰが形成されている。また、スリーブ部１１４の後端部の内面と上述した燃料噴射チップ部１１６の前方突出部１１６Ｆの外面との間には、環状の燃料アニュラスＦＡが形成されている。なお、燃料プレナムＦＰの形状は円柱状に限られず、円錐状、円錐台状，半球状などでもよい。
　燃料噴射チップ部１１６は、スリーブ部１１４の後端側に位置する部位であって、円柱状の前部と後方へ向かって径が拡大する円錐台状の後部とから成るピントル部１１６Ｐと、ピントル部１１６Ｐの前面から前方へ向かって突出する円柱状の前方突出部１１６Ｆとから成っている。
　ピントル部１１６Ｐの径方向中央部には、円柱状の前部空間と後方へ向かって径が縮小する円錐台状の後部空間とから成る旋回チャンバＳＣが形成されており、旋回チャンバＳＣの後端は、燃料噴射孔１１６Ａを経て後方の空間と連通している。
　また、ピントル部１１６Ｐの前面には、上述した燃料アニュラスＦＡと旋回チャンバＳＣとを接続する複数（例えば４個）の旋回付与通路１１６Ｓが、周方向に等間隔で設けられている。
　旋回付与通路１１６Ｓは、燃料アニュラスＦＡから流入したプライマリ燃料を、中心軸Ｃ周りの旋回速度成分を有する状態で旋回チャンバＳＣ内へ流出させるように構成されている。そのために、旋回付与通路１１６Ｓは、例えば、その出口端が、旋回チャンバＳＣの円柱状の前部の外周に対して接線方向に接続されるように形成されていてもよい。
　以上のように構成されたプライマリ燃料噴射体１１０において、プライマリ燃料は、矢印ＦＦｐで示されるように、プライマリ燃料供給配管部ＣＦｐから燃料送給管部１１２内のプライマリ燃料通路ＰＦｐに流入した後、燃料プレナムＦＰから燃料アニュラスＦＡに流入する。その後、プライマリ燃料は、旋回付与通路１１６Ｓを経て旋回速度成分を有する状態で旋回チャンバＳＣに流入し、旋回速度成分を維持した状態で燃料噴射孔１１６Ａを経て噴射され、円錐状に広がる燃料噴霧を形成する。
　このように、プライマリ燃料噴射体１１０は、圧力噴霧式噴射器として機能する。圧力噴霧式噴射器は、気流微粒化式噴射器のように微粒化性能が空気流量の影響を受けず、広範な運転条件で良好な微粒化性能を発揮する。したがって、圧力噴霧式噴射器として構成されたプライマリ燃料噴射体１１０を採用することにより、液体燃料噴射器１００においては、複数の気流微粒化式噴射器を同心配置した多重構造の液体燃料噴射器と比較して（背景技術欄において説明した第１の特徴参照）、空気流量の少ない運転条件における着火性、及び、広範な運転条件における燃焼安定性を向上させることができる。
　セカンダリ燃料噴射体１２０は、環状の外側壁１２２及び内側壁１２４が一体に形成された二重円管であり、内部に環状のセカンダリ燃料通路ＰＦｓが形成されている。なお、外側壁１２２及び内側壁１２４は、後述するセカンダリ燃料供給配管部ＣＦｓと共に一体に形成されている。
　セカンダリ燃料通路ＰＦｓには、外側壁１２２の前端近傍に結合されたセカンダリ燃料供給配管部ＣＦｓを通じて、液体燃料であるセカンダリ燃料が供給される。なお、セカンダリ燃料供給配管部ＣＦｓの結合部位は、外側壁１２２の前端近傍に限られず、任意の位置であってよい。
　このように構成されたセカンダリ燃料噴射体１２０において、セカンダリ燃料は、矢印ＦＦｓで示されるように、セカンダリ燃料供給配管部ＣＦｓからセカンダリ燃料通路ＰＦｓに流入した後、その下流端から環状の液膜として噴射される。
　プライマリ燃料噴射体１１０とセカンダリ燃料噴射体１２０（より厳密には、内側壁１２４）の間、セカンダリ燃料噴射体１２０（より厳密には、外側壁１２２）とシュラウド１３０の間には、それぞれ環状の内側空気通路ＰＡｉ、外側空気通路ＰＡｏが形成されている。そして、内側空気通路ＰＡｉのうち、プライマリ燃料噴射体１１０のスリーブ部１１４と、セカンダリ燃料噴射体１２０の内側壁１２４との間には、複数の内側旋回翼１１５が、周方向に等間隔で配置されている。同様に、外側空気通路ＰＡｏには、複数の外側旋回翼１２５が、周方向に等間隔で配置されている。
　空気は、内側空気通路ＰＡｉ及び外側空気通路ＰＡｏに、それぞれ矢印ＦＡｉ及びＦＡｏで示されるように流入し、それぞれ内側旋回翼１１５及び外側旋回翼１２５を通過する際に旋回を付与され、周方向速度成分を有する旋回空気流として流出する。
　以上のように構成されたセカンダリ燃料噴射体１２０と、内側旋回翼１１５を備える内側空気通路ＰＡｉ及び外側旋回翼１２５を備える外側空気通路ＰＡｏは、協働して気流微粒化式噴射器ＩＡＢとして機能する。すなわち、液体燃料であるセカンダリ燃料は、矢印ＦＦｓで示されるように、セカンダリ燃料噴射体１２０の下流端から環状の液膜として噴射される。このとき、噴射された液体燃料は実質的に周方向速度成分を有していないため、上述したように周方向速度成分を有する状態で内側空気通路ＰＡｉ及び外側空気通路ＰＡｏのそれぞれから流出する空気流ＦＡｉ及びＦＡｏとの速度差に起因する剪断力が作用し、これにより液体燃料が微粒化される。
　ここで、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００における上述した気流微粒化式噴射器ＩＡＢは、内側空気通路ＰＡｉ及び外側空気通路ＰＡｏの下流端部の形状に特徴を有しているが、これについて以下で詳述する。
　本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００において、内側空気通路ＰＡｉ及び外側空気通路ＰＡｏの下流端部は、絞り部を有しておらず、且つ、流出する旋回空気流が軸方向（中心軸Ｃの方向）又は径方向外向きに配向されるように構成されている。
　具体的には、内側空気通路ＰＡｉの下流端部（内側旋回翼１１５より下流側の部位）において、その径方向内側境界及び外側境界をそれぞれ画定するプライマリ燃料噴射体１１０の燃料噴射チップ部１１６のピントル部１１６Ｐの円柱状の前部（の外面）及びセカンダリ燃料噴射体１２０の内側壁１２４（の内面）は、少なくとも径方向に互いに対向する部位において、いずれも軸方向に沿って一定の径を有するように構成されている。同様に、外側空気通路ＰＡｏの下流端部（外側旋回翼１２５より下流側の部位）において、その径方向内側境界及び外側境界をそれぞれ画定するセカンダリ燃料噴射体１２０の外側壁１２２（の外面）及びシュラウド１３０（の内面）は、少なくとも径方向に互いに対向する部位において、いずれも軸方向に沿って一定の径を有するように構成されている。
　これにより、内側空気通路ＰＡｉ及び外側空気通路ＰＡｏは、いずれも、その下流端部において絞り部を有さないこととなる。
　一方、内側空気通路ＰＡｉの径方向外側境界を画定するセカンダリ燃料噴射体１２０の内側壁１２４の下流端より後方において、当該通路の径方向内側境界を画定するプライマリ燃料噴射体１１０の燃料噴射チップ部１１６のピントル部１１６Ｐの円錐台状の後部の外面１１６Ｐｏは、上述したように、後方へ向かって径が拡大する形状を有している。同様に、外側空気通路ＰＡｏの径方向内側境界を画定するセカンダリ燃料噴射体１２０の外側壁１２２の下流端より後方において、当該通路の径方向外側境界を画定するシュラウド１３０の内面１３０ｉは、後方へ向かって径が拡大する形状を有している。
　これにより、内側空気通路ＰＡｉから流出する旋回空気流は、プライマリ燃料噴射体１１０の燃料噴射チップ部１１６のピントル部１１６Ｐの円錐台状の後部の外面１１６Ｐｏ（内側旋回空気流ガイド部）によって案内され、外側空気通路ＰＡｏから流出する旋回空気流は、シュラウド１３０の内面１３０ｉ（外側旋回空気流ガイド部）よって案内され、それぞれ径方向外向きに配向されることとなる。
　以上のように、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００の気流微粒化式噴射器ＩＡＢにおいては、従来の気流微粒化式噴射器において旋回空気流を径方向外向きに配向するための手段として用いられていた空気流の絞りに代えて（背景技術欄において説明した第３の特徴参照）、上述した内側及び外側旋回空気流ガイド部を採用している。そのため、旋回空気流のフローパターンを直接的に制御しやすく、所望の態様で径方向外側へ拡散する旋回空気流及び燃料噴霧を得ることができる。また、内側空気通路ＰＡｉ及び外側空気通路ＰＡｏのいずれも絞り部を有さないため、液体燃料噴射器１００の構造上実現可能な最大の通路面積を利用することができ、液体燃料噴射器１００をコンパクトに構成することが可能となる。
　ここで、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００における上述した気流微粒化式噴射器ＩＡＢは、上述した特徴に加えて、内側旋回翼１１５及び外側旋回翼１２５の態様に特徴を有しているが、これについて以下で詳述する。
　図示した実施例において、内側旋回翼１１５は、内側空気通路ＰＡｉ内において上流側（前側）に配置された案内翼１１５Ｇと、下流側（後側）に配置されたヘリカル翼１１５Ｈとから成っている。
　このうち、ヘリカル翼１１５Ｈは、従来の気流微粒化式噴射器において用いられていたものと同様のものであって、そのプロファイル（断面形状）の中心線は、前縁から後縁までの全域に亘って、軸方向を基準として実質的に一定の角度で周方向に傾斜している（背景技術欄において説明した第２の特徴参照）。
　一方、案内翼１１５Ｇは、内側空気通路ＰＡｉを経て流入する空気流を転向させるためのものであって、そのプロファイルの中心線は、前縁においては実質的に軸方向に配向されており、後縁においては実質的にヘリカル翼１１５Ｈの前縁におけるプロファイルの中心線と同じ方向に配向されている。
　以上のように構成された内側旋回翼１１５を通過する空気は、内側空気通路ＰＡｉを経て実質的に軸方向に案内翼１１５Ｇに流入した後、当該案内翼１１５Ｇを通過する間に転向され、下流に配置されたヘリカル翼１１５Ｈに円滑に（すなわち、実質的にインシデンスがゼロの状態で）流入し、当該ヘリカル翼１１５Ｈを通過する間に旋回を付与され、旋回空気流として流出する。
　従来の気流微粒化式噴射器のように、旋回翼がヘリカル翼のみから成る場合、実質的に軸方向にヘリカル翼に流入する空気流は、ヘリカル翼の前縁の下流で剥離する可能性が高い。そのため、従来の気流微粒化式噴射器における旋回翼は、圧損の増大、あるいは、剥離に起因して有効通路面積が減少することによる流量の減少という問題を有していた。
　これに対して、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００における旋回翼１１５では、ヘリカル翼１１５Ｈの上流に案内翼１１５Ｇを配置したことにより、ヘリカル翼１１５Ｈの前縁の下流における空気流の剥離が防止される。これにより、従来の気流微粒化式噴射器の場合と比較して大きな有効通路面積を確保することができるので、同一の空気流量を得るために必要となる旋回翼の実通路面積が小さく抑えられ、液体燃料噴射器１００をコンパクトに構成することが可能となる。
　なお、図示した実施例において、案内翼１１５Ｇとヘリカル翼１１５Ｈとは、軸方向に間隔をあけて（すなわち、間に環状の空間を有する状態で）配置されている。これは、内側空気通路ＰＡｉを経て内側旋回翼１１５に流入する空気流が、例えば上流側にプライマリ燃料供給配管部ＣＦｐが配置されていることにより、周方向に全圧分布を有する不均一な流れであった場合に、当該不均一性を低減させることを目的としたものである。すなわち、周方向に全圧分布を有する状態で案内翼１１５Ｇに流入した空気流は、当該全圧分布が実質的に保存された状態で案内翼１１５Ｇを流出するが、ヘリカル翼１１５Ｈとの間に形成された環状の空間において周方向における全圧の不均一性が緩和されてヘリカル翼１１５Ｈに流入することになる。これにより、空気は、周方向において実質的に均一な流れとして、ヘリカル翼１１５Ｈを流出することになる。
　外側空気通路ＰＡｏと比較して径の小さい内側空気通路ＰＡｉでは、その上流側に配置された構造物に起因する周方向の不均一性の影響が、外側空気通路ＰＡｏにおける場合よりも顕著に表れるため、上述したような案内翼１１５Ｇとヘリカル翼１１５Ｈとに分割された構造の旋回翼１１５を採用することが特に有利である。
　なお、旋回翼１１５は、例えば流入する空気流の周方向における不均一性が許容し得る程度に小さい場合などには、案内翼１１５Ｇの後縁とヘリカル翼１１５Ｈの前縁とが接続された一体の翼として形成されていてもよい。
　更に、図示した実施例において、外側旋回翼１２５は、内側旋回翼１１５における案内翼１１５Ｇと同様に構成された案内翼部と、内側旋回翼１１５におけるヘリカル翼１１５Ｈと同様に構成されたヘリカル翼部とから成る一体の翼として形成されているが、内側旋回翼１１５と同様に、案内翼部とヘリカル翼部とを、軸方向に間隔をあけて配置してもよい。
　ここで、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００におけるプライマリ燃料噴射体１１０の燃料噴射チップ部１１６は、そのピントル部１１６Ｐの形状に特徴を有しているが、これについて以下で詳述する。
　ピントル部１１６Ｐの後部は、上述したとおり、後方へ向かって径が拡大する円錐台状に形成されている。この形状は、従来の気流微粒化式噴射器において採用されていたピントルの形状と類似したものであり（背景技術欄において説明した第４の特徴参照）、その後端外周部の下流側には循環流が生成される。
　しかしながら、図２Ａに示されるように、従来のピントルＰＴにおいては、その後端外周部で生成される循環流ＣＦ‘が小さく、気流微粒化式噴射器ＩＡＢ’によって生成された燃料噴霧ＦＳ‘の最内径側において循環流ＣＦ‘に巻き込まれ上流側へ戻ってくる燃料液滴は、未蒸発のままピントルＰＴの後面に付着する傾向があった。付着した燃料液滴は、下流側に位置する燃焼領域からの入熱によって炭化し、ピントルＰＴの後面にカーボンとして堆積することになるが、堆積したカーボンＣＤ’が例えばピントルＰＴの後端外周部から径方向外方へはみ出すと、周囲の空気の流れを阻害することになり望ましくない。
　そこで、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００においては、燃料噴射チップ部１１６のピントル部１１６Ｐの後面に、前方へ向かって陥没する三角形断面の環状の凹部１１６ＰＲが形成されている。これにより、燃料噴射孔１１６Ａが形成されているピントル部１１６Ｐの中央部は、凹部１１６ＰＲの底部から後方へ突出した状態となる。
　このように、ピントル部１１６Ｐの後面に凹部１１６ＰＲが形成されていると、ピントル部１１６Ｐの後端外周部は、後方へ向かって尖った形状となる。その結果、そこで生成される循環流は大きくなり（図２Ｂ参照）、気流微粒化式噴射器ＩＡＢによって生成された燃料噴霧ＦＳの最内径側において循環流ＣＦに巻き込まれ上流側へ戻ってくる燃料液滴は、既に蒸発し気体の状態でピントル部１１６Ｐの後面に衝突する。このような気体状態の燃料は、ピントル部１１６Ｐの後面に付着することはなく、したがって、そこにカーボンの堆積が生じることもない。更に、ピントル部１１６Ｐの中央部が凹部１１６ＰＲの底部から後方へ突出していることにより、そこに形成された燃料噴射孔１１６Ａから噴射されるプライマリ燃料の誘引気流による凹部１１６ＰＲへの巻き込み付着を防止することができる。
　以上のように、本開示の実施形態の液体燃料噴射器１００においては、従来の気流微粒化式噴射器におけるピントルに対応するプライマリ燃料噴射体１１０の燃料噴射チップ部１１６のピントル部１１６Ｐの後面に、カーボンの堆積が生じることを防止することができる。
　ここで、上述した実施形態においては、プライマリ燃料噴射体１１０において、燃料プレナムＦＰから旋回チャンバＳＣへ至るプライマリ燃料の通路は、環状の燃料アニュラスＦＡ及び旋回付与通路１１６Ｓから形成されている。しかしながら、当該通路を、これとは異なる態様で形成してもよい。
　図３Ａは、本開示の別の実施形態の液体燃料噴射器２００の要部概略断面図である。
　プライマリ燃料噴射体２１０の外形形状は、図１に示された液体燃料噴射器１００のプライマリ燃料噴射体１１０と同一であり、その後端の径方向中央部には燃料噴射孔２１６Ａが形成されている。
　一方、プライマリ燃料噴射体２１０の内部に形成された燃料噴射通路ＦＩＰは、図３Ｂに示されるように、燃料プレナムＦＰと連通する供給プレナムＳＰと、円柱状の前部と後方へ向かって径が縮小する円錐台状の後部とから成る旋回チャンバＳＣと、供給プレナムＳＰと旋回チャンバＳＣとを接続する複数（例えば４個）の旋回付与通路ＳＡとから成っている。複数の旋回付与通路ＳＡのそれぞれは、供給プレナムＳＰから流入するプライマリ燃料を、旋回速度成分を有する状態で旋回チャンバＳＣ内へ流出させるように構成されている。そのために、旋回付与通路ＳＡは、例えば、その出口端が、旋回チャンバＳＣの円柱状の前部の外周に対して接線方向に接続されるように形成されていてもよい。また、旋回付与通路ＳＡは、その内部における圧損を可及的に低く抑えるために、図示したように屈曲部を有さない滑らかな形状を有するものとして形成されることが望ましい。
（本開示の態様）
　本開示の第１の態様の液体燃料噴射器は、中心軸を有する円筒状のプライマリ燃料噴射体と、前記プライマリ燃料噴射体の径方向外側に同心配置された環状のシュラウドと、前記プライマリ燃料噴射体と前記シュラウドの間にこれらと同心配置された環状のセカンダリ燃料噴射体と、を備え、前記プライマリ燃料噴射体と前記セカンダリ燃料噴射体の間に形成された環状の内側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の内側旋回翼が設けられており、前記セカンダリ燃料噴射体と前記シュラウドの間に形成された環状の外側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の外側旋回翼が設けられており、前記プライマリ燃料噴射体は圧力噴霧式噴射器として構成されており、前記セカンダリ燃料噴射体、並びに、前記内側空気通路及び前記外側空気通路は、協働して気流微粒化式噴射器を構成する。
　本開示の第２の態様の液体燃料噴射器において、前記プライマリ燃料噴射体の内部に形成されたプライマリ燃料通路は、燃料プレナムと、前記燃料プレナムと直接的に接続された環状の空間である燃料アニュラスと、複数の旋回付与通路を介して前記燃料アニュラスと接続された円柱状の空間である旋回チャンバと、を含み、前記旋回付与通路は、前記燃料アニュラスから流入した燃料を、前記中心軸周りの旋回速度成分を有する状態で前記旋回チャンバ内へ流出させるように構成されている。
　本開示の第３の態様の液体燃料噴射器において、前記内側旋回翼及び前記外側旋回翼のそれぞれは、前記内側空気通路及び前記外側空気通路内の空気の流れ方向において、上流側に配置された案内翼と、下流側に配置されたヘリカル翼とから成っており、前記ヘリカル翼のプロファイルの中心線は、前縁から後縁までの全域に亘って、前記中心軸の方向を基準として実質的に一定の角度で周方向に傾斜しており、前記案内翼のプロファイルの中心線は、前縁においては実質的に前記中心軸の方向に配向されており、後縁においては実質的に前記ヘリカル翼の前記前縁における前記プロファイルの中心線と同じ方向に配向されている。
　本開示の第４の態様の液体燃料噴射器において、前記内側旋回翼及び前記外側旋回翼のうち少なくとも一方において、前記案内翼と前記ヘリカル翼とは、前記中心軸の方向に間隔をあけて配置されている。
　本開示の第５の態様の液体燃料噴射器において、前記内側旋回翼及び前記外側旋回翼のうち少なくとも一方において、前記案内翼と前記ヘリカル翼は一体に形成されている。
　本開示の第６の態様の液体燃料噴射器において、前記内側旋回翼より下流側の前記内側空気通路は、その径方向内側境界及び径方向外側境界が、少なくともそれらが径方向に対向する部位で、前記中心軸の方向に沿って一定の径を有するように構成されており、前記外側旋回翼より下流側の前記外側空気通路は、その径方向内側境界及び径方向外側境界が、少なくともそれらが径方向に対向する部位で、前記中心軸の方向に沿って一定の径を有するように構成されている。
　本開示の第７の態様の液体燃料噴射器において、前記内側空気通路及び前記外側空気通路のそれぞれの下流端より下流側に、それぞれの前記空気通路から流出する空気流を径方向外向きに配向するためのガイド部が設けられている。
　本開示の第８の態様の液体燃料噴射器において、前記内側空気通路から流出する空気流のための前記ガイド部である内側旋回空気流ガイド部は、前記プライマリ燃料噴射体の下流端に設けられた、下流へ向かって径が拡大する円錐台状の部位の外面によって形成されており、前記外側空気通路から流出する空気流のための前記ガイド部である外側旋回空気流ガイド部は、前記シュラウドの内面のうち下流へ向かって径が拡大する部位によって形成されている。
　本開示の第９の態様の液体燃料噴射器において、前記プライマリ燃料噴射体の前記円錐台状の部位の下流端面には、上流側へ向かって陥没する三角形断面の環状の凹部が形成されており、これにより、燃料噴射孔が形成されている前記円錐台状の中央部は、前記凹部の底部から下流側へ向かって突出している。
　１１０　　　プライマリ燃料噴射体
　１１５　　　内側旋回翼
　１１５Ｇ　　案内翼
　１１５Ｈ　　ヘリカル翼
　１１６Ｓ　　旋回付与通路
　１１６Ｐｏ　プライマリ燃料噴射体の燃料噴射チップ部のピントル部の外面（内側旋回空気流ガイド部）
　１１６ＰＲ　プライマリ燃料噴射体の燃料噴射チップ部のピントル部の後面に設けられた環状の凹部
　１２０　　　セカンダリ燃料噴射体
　１２５　　　外側旋回翼
　１３０　　　シュラウド
　１３０ｉ　　シュラウドの内面（外側旋回空気流ガイド部）
　ＦＡ　　　　燃料アニュラス
　ＦＰ　　　　燃料プレナム
　ＰＡｉ　　　内側空気通路
　ＰＡｏ　　　外側空気通路
　ＳＣ　　　　旋回チャンバ

Claims (9)

  1. 　中心軸を有する円筒状のプライマリ燃料噴射体と、
    　前記プライマリ燃料噴射体の径方向外側に同心配置された環状のシュラウドと、
    　前記プライマリ燃料噴射体と前記シュラウドの間にこれらと同心配置された環状のセカンダリ燃料噴射体と、を備え、
    　前記プライマリ燃料噴射体と前記セカンダリ燃料噴射体の間に形成された環状の内側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の内側旋回翼が設けられており、
    　前記セカンダリ燃料噴射体と前記シュラウドの間に形成された環状の外側空気通路には、周方向に等間隔で配置された複数の外側旋回翼が設けられており、
    　前記プライマリ燃料噴射体は圧力噴霧式噴射器として構成されており、
    　前記セカンダリ燃料噴射体、並びに、前記内側空気通路及び前記外側空気通路は、協働して気流微粒化式噴射器を構成する、液体燃料噴射器。
  2. 　前記プライマリ燃料噴射体の内部に形成されたプライマリ燃料通路は、
    　燃料プレナムと、
    　前記燃料プレナムと直接的に接続された環状の空間である燃料アニュラスと、
    　複数の旋回付与通路を介して前記燃料アニュラスと接続された円柱状の空間である旋回チャンバと、を含み、
    　前記旋回付与通路は、前記燃料アニュラスから流入した燃料を、前記中心軸周りの旋回速度成分を有する状態で前記旋回チャンバ内へ流出させるように構成されている、
    請求項１に記載の液体燃料噴射器。
  3. 　前記内側旋回翼及び前記外側旋回翼のそれぞれは、
    　前記内側空気通路及び前記外側空気通路内の空気の流れ方向において、上流側に配置された案内翼と、下流側に配置されたヘリカル翼とから成っており、
    　前記ヘリカル翼のプロファイルの中心線は、前縁から後縁までの全域に亘って、前記中心軸の方向を基準として実質的に一定の角度で周方向に傾斜しており、
    　前記案内翼のプロファイルの中心線は、前縁においては実質的に前記中心軸の方向に配向されており、後縁においては実質的に前記ヘリカル翼の前記前縁における前記プロファイルの中心線と同じ方向に配向されている、
    請求項１又は２に記載の液体燃料噴射器。
  4. 　前記内側旋回翼及び前記外側旋回翼のうち少なくとも一方において、前記案内翼と前記ヘリカル翼とは、前記中心軸の方向に間隔をあけて配置されている、請求項３に記載の液体燃料噴射器。
  5. 　前記内側旋回翼及び前記外側旋回翼のうち少なくとも一方において、前記案内翼と前記ヘリカル翼は一体に形成されている、請求項３に記載の液体燃料噴射器。
  6. 　前記内側旋回翼より下流側の前記内側空気通路は、その径方向内側境界及び径方向外側境界が、少なくともそれらが径方向に対向する部位で、前記中心軸の方向に沿って一定の径を有するように構成されており、
    　前記外側旋回翼より下流側の前記外側空気通路は、その径方向内側境界及び径方向外側境界が、少なくともそれらが径方向に対向する部位で、前記中心軸の方向に沿って一定の径を有するように構成されている、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の液体燃料噴射器。
  7. 　前記内側空気通路及び前記外側空気通路のそれぞれの下流端より下流側に、それぞれの前記空気通路から流出する空気流を径方向外向きに配向するためのガイド部が設けられている、請求項６に記載の液体燃料噴射器。
  8. 　前記内側空気通路から流出する空気流のための前記ガイド部である内側旋回空気流ガイド部は、前記プライマリ燃料噴射体の下流端に設けられた、下流へ向かって径が拡大する円錐台状の部位の外面によって形成されており、
    　前記外側空気通路から流出する空気流のための前記ガイド部である外側旋回空気流ガイド部は、前記シュラウドの内面のうち下流へ向かって径が拡大する部位によって形成されている、
    請求項７に記載の液体燃料噴射器。
  9. 　前記プライマリ燃料噴射体の前記円錐台状の部位の下流端面には、上流側へ向かって陥没する三角形断面の環状の凹部が形成されており、これにより、燃料噴射孔が形成されている前記円錐台状の中央部は、前記凹部の底部から下流側へ向かって突出している、請求項８に記載の液体燃料噴射器。
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