JP3612738B2

JP3612738B2 - Spray combustion equipment

Info

Publication number: JP3612738B2
Application number: JP16873794A
Authority: JP
Inventors: 裕文安田; 淑田村
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JPH0814511A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は燃料噴射ノズルから燃焼筒内へ燃料を噴射すると共に空気を供給して燃焼を行う噴霧燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の噴霧燃焼装置として、図１１に示す装置がある。この装置は本出願人が特願平２−３１９２３９号で提案した装置で、液体燃料が燃料噴射ノズル１１から保炎器の中心孔８ａを通って燃焼筒７内に噴霧供給され、また空気が燃焼筒７内に供給されて燃焼が行われる。
前記供給空気に関しては、保炎器の中心孔８ａを通って燃焼筒７内に供給される空気Ｑ_０と、保炎器の本体である旋回羽根部８ｂを通って燃焼筒７内に供給される空気Ｑ_１とは第１空気分離筒２によって完全に独立分離するように構成している。そしてこの構成により、旋回羽根部８ｂを通って燃焼筒７内に供給される空気量を増加させて、燃焼筒７内に供給するようにしている。一方の別の空気を燃焼筒７の内周面の孔２０から供給している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の噴霧燃焼装置においては、保炎器の中心孔８ａより燃焼筒７内に供給される空気量が多くなるほど、旋回羽根部８ｂを通って燃焼筒７内に供給される旋回流の旋回強さが弱くなり、火炎の安定が悪くなる傾向にあった。また、中心孔８ａからの空気量が少なすぎると前記旋回強さが強くなり、火炎の安定性は良くなるが、中心軸Ｘ上に大きな再循環領域が形成されるために噴射ノズル１１先端の温度が上昇し、煤やタール等を付着する欠点があった。
また一方、噴射ノズル１１の取り付け、組み立て時におけるノズル１１の中心軸Ｘと中心孔８ａの中心とのズレや、ノズル１１自体が持っている噴霧の偏り（ノズル１１の個体差による）等により、燃焼筒７内に噴霧される燃料の半径方向分布が一様でなくなった場合には、燃焼性の悪化がみられ、燃焼装置の持つ燃焼性のバラツキの原因となっていた。
このように、旋回羽根部８ｂより流入供給される旋回空気流と中心孔８ａから流入供給される軸方向空気流とは、相反する効果を持つため、燃焼装置の設計段階において、ある一定の旋回強さまでしかとることができなかった。さらに燃焼装置の個体差が持つ燃焼性のバラツキを含めると、燃焼余裕幅を十分大きくする効果は得られなかった。
【０００４】
そこで、本発明は上記従来装置の欠点を解消し、中心孔８ａから供給される空気流の効果を生かしながら、同時に旋回流の旋回強さを強くして火炎安定領域を広げ、その結果、燃焼余裕幅を十分に広く得ることができる噴霧燃焼装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の噴霧燃焼装置は、燃焼筒７の基端側に中心孔８ａを有する旋回羽根部８ｂと、該旋回羽根部８ｂの中心孔８ａを通して前記燃焼筒７内に燃料を噴霧する燃料噴射ノズル１１と、一次空気分離筒２によって該燃料噴射ノズル１１の回りに分離構成され且つ空気流を前記一次空気分離筒２先端部のコーン部２ａで先絞りしながら旋回羽根部８ｂの中心孔８ａを通して前記燃料と共に燃焼筒７内に供給する第１の空気室１４と、該第１の空気室１４の外側に分離独立して構成され且つ空気流を前記旋回羽根部８ｂを通して旋回流にして燃焼筒７内に供給する第２の空気室１５とを有する噴霧燃焼装置であって、前記第１の空気室１４内の空気流を前記旋回羽根部８ｂによる旋回空気流と同じ旋回方向に旋回させる旋回空気流供給器２２と、該旋回空気流供給器２２の他に第１の空気室１４内の空気流を燃料噴射ノズル１１と同軸方向に流す軸方向空気流供給器２１を組み合わせて設けたことを第１の特徴としている。
また本発明の噴霧燃焼装置は、上記第１の特徴に加えて、軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流は、燃料噴射ノズル１１に沿って、旋回空気流供給器２２による旋回空気流の渦の中心に流す構成としたことを第２の特徴としている。
【０００６】
【作用】
上記本発明の第１の特徴によれば、旋回空気流供給器２２により第１の空気室１４内にも旋回空気流が形成される。そしてこの旋回流が下流のコーン部２ａで流路を先絞りされることで、第１の空気室１４内での圧力が降下されると同時にそのエネルギーが周方向速度成分に代わり、中心孔８ａの出口の所では、ほとんどが周方向速度成分となり、残りの圧力が軸方向の速度成分となる。従って従来の軸方向成分のみの場合と比較すると、旋回速度成分が大きくなっているために、旋回強さが大きくなる。
一方、一次空気分離筒２内の第１の空気室１４における旋回強さが大きくなると、燃料噴射ノズル１１の前方の中心軸Ｘ上に円柱状の負圧部Ａが発生し易くなるが、その円柱径は中心孔８ａ径に比べて十分に小さいので、火炎が逆流したりすることはない。
したがって、中心孔８ａを通過する空気の役割、即ち燃料噴射ノズル１１の温度上昇を防ぎ、噴霧、未燃物、煤などの付着を回避する役割を果たしながら、同時に火炎の安定効果を増大させることが可能になる。
また第１の空気室１４内の旋回流により、空気流の軸対称性を保つ効果が現れ、第１の空気室１４内に旋回流成分がない場合に比較して、噴霧の半径方向分布の偏りが抑制される。
特に、軸方向空気流供給器２１を旋回空気流供給器２２と共に組み合わせて設けているので、旋回空気流供給器２２による旋回空気流と軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流との比率を調整することで、第１の空気室１４から中心孔８ａを通って燃焼筒７に供給される空気流の旋回強さの調節が可能となる。即ち、装置やその他の条件に応じて適切な旋回空気流にすることができる。
また上記本発明の第２の特徴によれば、上記第１の特徴による作用に加えて、軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流は、燃料噴射ノズル１１に沿って、旋回空気流供給器２２による旋回空気流の渦の中心に流す構成としたので、第１の空気室１４内において、燃料噴射ノズル１１のすぐ回りには軸方向空気流が流れ、その回りに旋回空気流が流れる。よって中心孔８ａから燃焼筒７内へ出た所で、中心軸Ｘ上に円柱状の負圧部が形成され難くなる。即ち、噴霧、未燃物、煤などの付着を回避しながら同時に火炎の安定効果を増大させる効果が増大する。
【０００７】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例を示す噴霧燃焼装置の縦断面図、図２は第１の実施例の要部を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のイ−イ断面である。図３は第１の実施例の変形例を示す縦断面図、図４は第１の実施例における旋回空気流の旋回強さを従来例と比較した図、図５は本発明の第２の実施例の要部を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のロ−ロ断面である。図６は第２の実施例の変形例を示す縦断面図、図７は第２の実施例における旋回空気流の旋回強さを従来例と比較した図、図８は本発明の第３の実施例を示す要部の縦断面図、図９は第３の実施例の変形例を示す縦断面図、図１０は第３の実施例のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【０００８】
図１、図２を参照して、ノズル取り付けフランジ１の一方の面に、ほぼ円管状の一次空気分離筒２と、該一次空気分離筒２に所定間隔をあけて外嵌するほぼ円管状の二次空気筒３と、該二次空気筒３に所定間隔をあけて外嵌するほぼ円管状の外筒４とが設けられている。またノズル取り付けフランジ１の他方に、ほぼ円管状の空気流入筒５が取り付けられている。
【０００９】
前記一次空気分離筒２は、先端部に先窄まり状のコーン部２ａを、また中間部に旋回空気流供給器２２を一体に有しており、さらに基端部はノズル取り付けフランジ１に嵌合している。
前記旋回空気流供給器２２は一次空気分離筒２自体に対してその円周方向位置に複数の旋回空気孔２２ａを一体的に取り付けることで構成されており、旋回空気孔２２ａは、第１の空気室１４から中心孔８ａを通って燃焼室７に供給される空気流が旋回羽根部８ｂを通過して燃焼筒７に供給される旋回空気流と同じ旋回（回転）方向成分を持つように、半径中心方向とある旋回角度ω（０＜ω＜９０度）をもって開口されている。一次空気分離筒２の前記旋回空気流供給器２２より上流側は遮蔽板２３で遮蔽されている。
前記二次空気筒３は、先端部に円管状の環状筒部３ａを、基端側に円管板状の環状板部３ｂを一体にして、ノズル取り付けフランジ１に取り付けられている。
前記外筒４の先端部には、ほぼ円管状の燃焼筒７が所定間隔を開けて内嵌しており、燃焼筒７の先端は外筒４の環状板部４ａの内周に固着されている。
【００１０】
前記燃焼筒７の基端側に保炎器８を設けている。該保炎器８は前記一次空気分離筒２のコーン部２ａ先端と前記二次空気筒３の環状筒部３ａの内周との間に設けられ、中心部の中心孔８ａと、保炎器８の本体部分である旋回羽根部８ｂと、該旋回羽根部８ｂの外周から連続して形成され前方へ拡大するスワラ・コーン部８ｃとから構成され、燃焼筒７と一体形成されている。
【００１１】
ノズル取り付けフランジ１の中心部に、ほぼ円管状のノズルアダプタ９が内嵌している。ノズルアダプタ９の先端部には燃料噴射ノズル１１が取り付けられている。ノズル１１の中心軸Ｘは保炎器８の中心孔８ａや燃焼筒７の中心軸に一致するように配置される。
前記二次空気筒３の内部にはイグナイタ１０が一端に取り付けられ、電極棒先端１０ａは、保炎器８のスワラ・コーン部８ｃの一部に開口された孔８ｄから突出している。
【００１２】
以上の構成により、空気流入筒５とノズル取り付けフランジ１とにより囲まれた燃焼用空気室１３と、保炎器８の中心孔８ａを介して燃焼筒７内に連通する第１の空気室１４と、一次空気分離筒２と二次空気筒３との間に構成される第２の空気室１５と、外筒４とノズル取り付けフランジ１と二次空気筒３と燃焼筒７とにより囲まれた第３の空気室１６とが形成されている。
前記ノズル取り付けフランジ１には、燃焼用空気室１３と第２の空気室１５とを連通させる複数の整流空気孔１７と、燃焼用空気室１３と第３の空気室１６とを連通させる複数の整流空気孔１８とが成形されている。また燃焼筒７には一部分に多数の孔２０が形成されている。
【００１３】
次に動作を説明する。燃料供給管１２とノズルアダプタ９とを介して燃料噴射ノズル１１に供給された燃料は、燃料噴射ノズル１１の先端の噴射孔から噴霧され、保炎器８の中心孔８ａを通って燃焼筒７内に流入供給される。
一方、燃焼用空気供給管６を介して燃焼用空気室１３に圧送された燃焼用空気は、整流板を兼ねたノズル取り付けフランジ１の整流空気孔１７を通って、第２の空気室１５に送られる。そして第２の空気室１５内に送り込まれた空気流の一部は旋回空気流供給器２２の旋回空気孔２２ａから一次空気分離筒２内の第１の空気室１４に旋回空気流となって流入供給される。第１の空気室１４内を下流へ流れる旋回空気流は、一次空気分離筒２のコーン部２ａにより先絞り状に絞られる。このような空気の流れの下では、圧力が降下すると同時にそのエネルギーが周方向速度成分に変わり、中心孔８ａの出口の所では、そのほとんどが周方向の旋回速度成分となり、残りの圧力が軸方向の速度成分となる。従って、第１の空気室１４から中心孔８ａを通って燃焼筒７内に供給される空気流は、従来の軸方向成分のみ（図１１参照）の空気流と比較すると、旋回速度成分が大きくなっているために、旋回強さが大きくなる。
【００１４】
前記第２の空気室１５内に送り込まれた空気流の残りは、保炎器８の旋回羽根部８ｂを通過する。このとき、旋回羽根部８ｂを通過する空気流は旋回空気流となって燃焼筒７に流入供給され、燃焼筒７の気流ガイドであるスワラ・コーン部８ｃにより、円滑な流れになって保炎させる役目を果たす。
また燃焼用空気室１３の燃焼用空気は、整流空気孔１８を通って第３の空気室１６に供給され、孔２０を通って、燃焼筒７内に流入供給される。
かくして、イグナイタ１０により燃料噴射ノズル１１から噴霧された燃料に着火されると、燃焼筒７内に安定した火炎が形成される。
【００１５】
図４は、旋回強さを示すパラメータであるスワール数Ｓと、中心孔８ａを通過する空気量Ｑ_０と旋回羽根部８ｂを通過する空気量Ｑ_１の比Ｋ_０１との関係を示し、任意の旋回羽根部を用いて一次空気分離筒２内を通過する空気の全圧および空気流量とを等しくおいた場合における従来例との比較で示している。図４から明らかなように、従来例においては例えば中心孔８ａを通る空気量Ｑ_０が増加する（比Ｋ_０１が増加する）につれて旋回強さが大きく低下しているが、本第１の実施例では旋回強さの低下の度合いが少なく、火炎の安定した燃焼を行うことができることを示している。
尚、本実施例の場合、一次空気分離筒２内の第１の空気室１４の旋回空気流の旋回強さが大きくなると、燃料噴射ノズル１１の前方の中心軸Ｘ上に負圧部Ａ（図２参照）が生じることがあるが、その円柱径は中心孔８ａの径に比較して十分に小さいため、火炎が逆流したりすることはない。よって中心孔８ａを通る空気流はその役割であるノズル１１の温度上昇防止、噴霧や未燃物や煤等の付着回避を果たしながら、同時に火炎の安定効果を増大させる。
【００１６】
図３は第１の実施例の変形例である。この例では、一次空気分離筒２内の第１の空気室１４に切り起こし型の旋回羽根部２２ｂを持つ旋回空気流供給器２２を設けている。そして、燃焼用空気室１３から整流空気孔１９を通して空気を第１の空気室１４に供給するようにしている。第１の空気室１４に供給された空気流は旋回空気流供給器２２を通過する際に旋回羽根部２２ｂによって旋回流とされる。この旋回流の旋回方向は前記保炎器８の旋回羽根部８ｂを通過して燃焼筒７内に供給される旋回空気流の旋回方向と同方向になるようにする。
【００１７】
図５から図７を参照して本発明の第２の実施例を説明する。先ず図５を参照して、この第２の実施例においては、旋回空気流供給器２２の他に第１の空気室１４内の空気流を燃料噴射ノズル１１と同軸方向に流す軸方向空気流供給器２１を組み合わせて設けている。この実施例では旋回空気流供給器２２の上流側に、前記第１の実施例における図１の遮蔽板２３の代わりに、軸方向空気流供給器２１が設けられている。軸方向空気流供給器２１は一次空気分離筒２を仕切るように設けられる整流板２１ａと該整流板２１ａに構成される複数の整流孔２１ｂとからなる。この整流孔２１ｂは軸Ｘ方向に平行に開孔されている。
よってこの実施例では、燃焼用空気室１３（図１参照）から第２の空気室１５を通って、旋回空気流供給器２２から第１の空気室１４に供給される旋回空気流の他に、燃焼用空気室１３から第２の空気室１５に入り、さらに第２の空気室１５から一次空気分離筒２の空気孔２ｂを通って一次空気分離筒２内に入った後、前記軸方向空気流供給器２１の整流孔２１ｂを経て第１の空気室１４に供給される軸方向空気流が組み合わされる。
即ち、旋回空気流と軸方向空気流とが組み合わされるので、旋回空気量Ｑ_０Ｓと軸方向空気量Ｑ_０ａとの比率を調整することによって、第１の空気室１４内の旋回強さを変化させることができる。
【００１８】
図７は、図４と同様、旋回強さを示すパラメータであるスワール数Ｓと、中心孔８ａを通過して供給される空気量Ｑ_０と旋回羽根部８ｂを通過して供給される空気量Ｑ_１の比Ｋ_０１との関係を示したものであるが、図７に示すように、スワール数Ｓは、旋回空気量Ｑ_０Ｓと軸方向空気量Ｑ_０ａとの比率によって、斜線で示す領域を変化する。即ち、装置やその他の条件に応じて中心孔８ａを通過して供給される空気流の旋回強さを調整することができる。
【００１９】
図６に第２の実施例の変形例を示す。この変形例は、一次空気分離筒２内に、切り起こし型の旋回羽根部２２ｂを持つ旋回空気流供給器２２と整流板２１ａ及び複数の整流孔２１ｂを持つ軸方向空気流供給器２１とを一体にして設けている。
よってこの場合には、燃焼用空気室１３の空気の一部は整流空気孔１９を通って一次空気分離筒２内に入り、さらにその一部は旋回空気流供給器２２を通って第１の空気室１４に入り、他は軸方向空気流供給器２１を通って第１の空気室１４に入る。
即ち、本変形例でも旋回空気流と軸方向空気流とが組み合わされて第１の空気室１４に入るので、該第１の空気室１４に入る旋回空気流と軸方向空気流との比率を調整することによって、第１の空気室１４内の旋回強さを変化させ、装置に応じた旋回強さを得ることが可能となる。
【００２０】
図８から図１０を参照して本発明の第３の実施例を説明する。先ず図８を参照して、この第３の実施例においては、軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流を、燃料噴射ノズル１１に沿って、旋回空気流供給器２２による旋回空気流の渦の中心に流す構成としている。即ち、この第３の実施例は記述した第２の実施例における図５に示す構成において、軸方向空気流供給器２１として絞り筒２１ｃを追加した構成となっており、軸方向空気流供給器２１の絞り筒２１ｃが整流板２１ａの下流側に配置され、整流孔２１ｂを通って第１の空気室１４に入ってきた空気流をガイドして燃料噴射ノズル１１に沿った中心付近に流すようにしている。これによって軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流と旋回空気流供給器２２による旋回空気流とが互いの流れを弱めることなく、しかも旋回空気流の中心に十分な軸方向空気流の流れを確保することができる。よって本第３の実施例では燃料噴射ノズル１１の前方の中心軸Ｘ上に負圧部（図２の符号Ａ参照）等が発生したりするのを確実に防止することができ、火炎が逆流したり、またこれによってノズル１１の温度が上昇したり、ノズル１１に噴霧や未燃物や煤等が付着するのを確実に防止しながら、同時に火炎の安定効果を増大させることができる。
【００２１】
図９に示す変形例は、一次空気分離筒２内に、切り起こし型の旋回羽根部２２ｂを持つ旋回空気流供給器２２と、軸方向空気流供給器２１として絞り筒２１ｃを一体にして設けた構成としている。図８における軸方向空気流供給器２１の整流板２１ａと整流孔２１ｂとを省略している。即ち旋回空気流供給器２２の旋回羽根部２２ｂを半径方向の外側に配し、その旋回羽根部２２ｂの内側に絞り筒２１ｃを一体に配している。燃焼用空気室１３から整流空気孔１９を通って一次空気分離筒２内に入った空気流の一部を旋回空気流供給器２２である旋回羽根部２２ｂで旋回空気流とし、残りを軸方向空気流供給器２１である絞り筒２１ｃでガイドして燃料噴射ノズル１１に沿った中心付近に流れる軸方向空気流としている。これによって軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流と旋回空気流供給器２２による旋回空気流とが互いの流れを弱めることなく、しかも旋回空気流の中心に十分な軸方向空気流の流れを確保することができる。
また図１０に示す変形例は、一次空気分離筒２内に、切り起こし型の旋回羽根部２２ｂを持つ旋回空気流供給器２２と、整流板２１ａと整流孔２１ｂと絞り筒２１ｃからなる軸方向空気流供給器２１とを一体にして設けている。燃焼用空気室１３から整流空気孔１９を通って一次空気分離筒２内に入った空気流の一部は旋回空気流供給器２２である旋回羽根部２２ｂを通って旋回空気流となり、残りは軸方向空気流供給器２１の整流板２１ａの整流孔２１ｂを通過した後絞り筒２１ｃでガイドされて、燃料噴射ノズル１１に沿った中心付近を流れる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上の構成、作用よりなり、請求項１に記載の噴霧燃焼装置によれば、第１の空気室１４内の空気流を前記旋回羽根部８ｂによる旋回空気流と同じ旋回方向に旋回させる旋回空気流供給器２２を設けたので、燃焼筒７内に供給される旋回流の旋回強さを強くすることができ、それだけ火炎の安定性を良くすることができる。
また第１の空気室１４内の旋回空気流により、空気流に軸対称性を保つ効果が現れ、第１の空気室１４内に旋回流成分がない場合に比較して、噴霧の半径方向分布の偏りを抑制することができる。
よって上記の効果により燃焼器としての燃焼余裕幅を広くすることができる。
加えて、旋回空気流供給器２２の他に第１の空気室１４内の空気流を燃料噴射ノズル１１と同軸方向に流す軸方向空気流供給器２１を組み合わせて設けたので、旋回空気流供給器２２による旋回空気流と軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流との比率を調整することができ、第１の空気室１４から中心孔８ａを通って燃焼筒７に供給される空気流の旋回強さを調節することができる。よって、それだけ装置やその他の条件に応じた適切な旋回空気流の程度を得ることができる。
また請求項２に記載の噴霧燃焼装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、軸方向空気流供給器２１による軸方向空気流は、燃料噴射ノズル１１に沿って、旋回空気流供給器２２による旋回空気流の渦の中心に流す構成としたので、よって燃料噴射ノズル１１の前方の中心軸Ｘ上に負圧部等が発生したりするのを確実に防止することができ、火炎が逆流したり、またこれによってノズル１１の温度が上昇したり、ノズル１１に噴霧や未燃物や煤等が付着するのを確実に防止しながら、同時に火炎の安定効果を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す噴霧燃焼装置の縦断面図である。
【図２】第１の実施例の要部を示す図である。
【図３】第１の実施例の変形例を示す縦断面図である。
【図４】第１の実施例における旋回空気流の旋回強さを従来例と比較した図である。
【図５】本発明の第２の実施例の要部を示す図である。
【図６】第２の実施例の変形例を示す縦断面図である。
【図７】第２の実施例における旋回空気流の旋回強さを従来例と比較した図である。
【図８】本発明の第３の実施例を示す要部の縦断面図である。
【図９】第３の実施例の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】第３の実施例のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【図１１】従来の装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２一次空気分離筒
７燃焼筒
８ａ保炎器の中心孔
８ｂ旋回羽根部
１１燃料噴射ノズル
１４第１の空気室
２１軸方向空気流供給器
２１ａ整流板
２１ｂ整流孔
２２旋回空気流供給器
２２ａ旋回空気孔[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a spray combustion apparatus that injects fuel from a fuel injection nozzle into a combustion cylinder and performs combustion by supplying air.
[0002]
[Prior art]
As a conventional spray combustion apparatus, there is an apparatus shown in FIG. This apparatus is an apparatus proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2-319239, in which liquid fuel is sprayed from the fuel injection nozzle 11 through the center hole 8a of the flame stabilizer into the combustion cylinder 7 and air is supplied. The fuel is supplied into the combustion cylinder 7 and combusted.
The supplied air is supplied into the combustion cylinder 7 through the air Q ₀ supplied into the combustion cylinder 7 through the center hole 8a of the flame holder and the swirl vane portion 8b which is the main body of the flame holder. The air Q ₁ is configured to be completely separated by the first air separation cylinder 2. With this configuration, the amount of air supplied into the combustion cylinder 7 through the swirl vane portion 8 b is increased and supplied to the combustion cylinder 7. One other air is supplied from the hole 20 on the inner peripheral surface of the combustion cylinder 7.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional spray combustion apparatus, the swirl flow supplied into the combustion cylinder 7 through the swirl vane portion 8b as the amount of air supplied into the combustion cylinder 7 from the center hole 8a of the flame holder increases. There was a tendency for the turning strength of the flame to become weaker and the stability of the flame to worsen. Further, if the amount of air from the center hole 8a is too small, the swirl strength is increased and the flame stability is improved. However, since a large recirculation region is formed on the center axis X, the tip of the injection nozzle 11 is formed. There was a drawback that the temperature increased and soot and tar adhered.
On the other hand, due to the attachment of the injection nozzle 11, the deviation between the center axis X of the nozzle 11 and the center of the center hole 8a at the time of assembly, the deviation of the spray held by the nozzle 11 itself (due to individual differences of the nozzles 11), etc. When the radial distribution of the fuel sprayed into the combustion cylinder 7 is not uniform, the combustibility is deteriorated, which causes the combustibility variation of the combustion device.
Thus, since the swirling air flow supplied and supplied from the swirl vane portion 8b and the axial air flow supplied and supplied from the center hole 8a have a contradictory effect, a certain swirling is performed in the design stage of the combustion device. I could only take it to strength. In addition, if the variation in combustibility of individual combustion devices was included, the effect of sufficiently increasing the combustion margin could not be obtained.
[0004]
Therefore, the present invention eliminates the above-mentioned drawbacks of the conventional apparatus, and at the same time increases the swirl strength of the swirl flow and expands the flame stable region while taking advantage of the effect of the air flow supplied from the center hole 8a. An object of the present invention is to provide a spray combustion apparatus capable of obtaining a sufficiently wide margin.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the spray combustion apparatus of the present invention has a swirl vane portion 8b having a center hole 8a on the proximal end side of the combustion tube 7 and a center hole 8a of the swirl blade portion 8b in the combustion tube 7. A fuel injection nozzle 11 for spraying fuel and a primary air separation cylinder 2 are configured to be separated around the fuel injection nozzle 11, and a swirl vane while pre-squeezing the air flow at a cone portion 2 a at the tip of the primary air separation cylinder 2. A first air chamber 14 that is supplied into the combustion cylinder 7 together with the fuel through the center hole 8a of the portion 8b, and is configured to be separated and independent on the outside of the first air chamber 14, and the air flow is configured to be the swirl vane portion 8b. A spray combustion apparatus having a second air chamber 15 supplied as a swirl flow through the combustion cylinder 7 to the swirl air flow generated by the swirl vane portion 8b. Rotate in the same direction A rotating air flow supply device 22, provided in combination an axial air flow supply 21 to flow to the addition to the first fuel injection nozzle 11 and coaxially air flow in the air chamber 14 of the revolving airflow supplying 22 This is the first feature.
In addition to the first feature described above, the spray combustion apparatus of the present invention is configured such that the axial airflow generated by the axial airflow supply device 21 is generated along the fuel injection nozzle 11 by the swirling airflow supply device 22. The second feature is that it is configured to flow in the center of the vortex.
[0006]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, a swirling air flow is also formed in the first air chamber 14 by the swirling air flow supply device 22. Then, by this swirling flow is squeezed above the flow path downstream of the cone portion 2a, simultaneously with the energy pressure within the first air chamber 14 is lowered is instead circumferential velocity component, the central hole 8a Most of the outlets are circumferential velocity components and the remaining pressure is the axial velocity component. Therefore, compared with the case of only the conventional axial component, the turning strength is increased because the turning speed component is increased.
On the other hand, when the swirl strength in the first air chamber 14 in the primary air separation cylinder 2 is increased, a cylindrical negative pressure portion A is likely to be generated on the central axis X in front of the fuel injection nozzle 11. Since the cylinder diameter is sufficiently smaller than the diameter of the center hole 8a, the flame does not flow backward.
Therefore, the role of the air passing through the center hole 8a, that is, the temperature increase of the fuel injection nozzle 11 is prevented, and the role of avoiding the adhesion of spray, unburned material, soot, etc., while at the same time increasing the stability effect of the flame. Is possible.
The first swirling flow in the air chamber 14 was or appear the effect of maintaining the axial symmetry of the air flow, as compared to the case without swirl flow component to the first air chamber 14, the radial distribution of the spray Is suppressed.
In particular, since the axial air flow supply device 21 is provided in combination with the swirling air flow supply device 22, the ratio of the swirling air flow by the swirling air flow supply device 22 to the axial air flow by the axial air flow supply device 21. Thus, the swirl strength of the air flow supplied from the first air chamber 14 to the combustion cylinder 7 through the center hole 8a can be adjusted. In other words, an appropriate swirling air flow can be obtained according to the apparatus and other conditions.
Further, according to the second feature of the present invention, in addition to the operation of the first feature , the axial air flow by the axial air flow supplier 21 is supplied along the fuel injection nozzle 11 by the swirling air flow supply. In the first air chamber 14, the axial air flow flows immediately around the fuel injection nozzle 11, and the swirling air flow flows around the fuel injection nozzle 11. . Therefore, it is difficult to form a columnar negative pressure portion on the central axis X at the place where it exits into the combustion cylinder 7 from the central hole 8a. That is, the effect of increasing the flame stabilizing effect is increased while avoiding adhesion of spray, unburned material, soot and the like.
[0007]
【Example】
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spray combustion apparatus showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a main part of the first embodiment, (A) is a longitudinal sectional view, and (B) is (A). It is a II cross section. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a modification of the first embodiment, FIG. 4 is a diagram comparing the swirling strength of swirling airflow in the first embodiment with that of the conventional example, and FIG. 5 is a second view of the present invention. The principal part of an Example is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view, (B) is a roll cross section of (A). FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a modification of the second embodiment, FIG. 7 is a diagram comparing the swirling strength of swirling airflow in the second embodiment with that of the conventional example, and FIG. 8 is a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a modification of the third embodiment, and FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing still another modification of the third embodiment.
[0008]
Referring to FIGS. 1 and 2, a substantially cylindrical primary air separation cylinder 2 is formed on one surface of a nozzle mounting flange 1 and a substantially cylindrical pipe that is externally fitted to the primary air separation cylinder 2 at a predetermined interval. A secondary air cylinder 3 and a substantially circular outer cylinder 4 that is externally fitted to the secondary air cylinder 3 with a predetermined interval are provided. A substantially circular air inflow cylinder 5 is attached to the other side of the nozzle attachment flange 1.
[0009]
The primary air separation cylinder 2 has a tapered cone portion 2a at the distal end portion and a swirling air flow supply device 22 at the middle portion, and a proximal end portion is fitted to the nozzle mounting flange 1. Match.
The swirling air flow supply device 22 is configured by integrally attaching a plurality of swirling air holes 22a to the primary air separation cylinder 2 itself at the circumferential position thereof. The air flow supplied from the air chamber 14 to the combustion chamber 7 through the center hole 8a has the same swirl (rotation) direction component as the swirl air flow supplied to the combustion cylinder 7 through the swirl vane portion 8b. The opening is made at a certain turning angle ω (0 <ω <90 degrees) with the radial center direction. The upstream side of the swirling air flow supplier 22 of the primary air separation cylinder 2 is shielded by a shielding plate 23.
The secondary air cylinder 3 is attached to the nozzle mounting flange 1 with a circular annular cylindrical portion 3a at the distal end and a circular tubular plate-shaped annular plate 3b at the proximal end.
A substantially circular combustion cylinder 7 is fitted into the front end of the outer cylinder 4 at a predetermined interval, and the front end of the combustion cylinder 7 is fixed to the inner periphery of the annular plate portion 4 a of the outer cylinder 4. Yes.
[0010]
A flame holder 8 is provided on the base end side of the combustion cylinder 7. The flame holder 8 is provided between the tip of the cone portion 2a of the primary air separation cylinder 2 and the inner periphery of the annular cylinder portion 3a of the secondary air cylinder 3, and includes a center hole 8a in the center, and a flame holder. 8 is composed of a swirl vane portion 8b, which is a main body portion, and a swirler cone portion 8c that is formed continuously from the outer periphery of the swirl vane portion 8b and expands forward, and is integrally formed with the combustion cylinder 7.
[0011]
A substantially circular nozzle adapter 9 is fitted in the center of the nozzle mounting flange 1. A fuel injection nozzle 11 is attached to the tip of the nozzle adapter 9. The central axis X of the nozzle 11 is arranged so as to coincide with the central hole 8 a of the flame holder 8 and the central axis of the combustion cylinder 7.
An igniter 10 is attached to one end of the secondary air cylinder 3, and the electrode rod tip 10 a protrudes from a hole 8 d opened in a part of the swirler cone portion 8 c of the flame holder 8.
[0012]
With the above configuration, the combustion air chamber 13 surrounded by the air inflow cylinder 5 and the nozzle mounting flange 1 and the first air chamber 14 communicating with the inside of the combustion cylinder 7 through the center hole 8 a of the flame stabilizer 8. And a second air chamber 15 formed between the primary air separation cylinder 2 and the secondary air cylinder 3, the outer cylinder 4, the nozzle mounting flange 1, the secondary air cylinder 3, and the combustion cylinder 7. A third air chamber 16 is formed.
The nozzle mounting flange 1 has a plurality of rectifying air holes 17 that allow the combustion air chamber 13 and the second air chamber 15 to communicate with each other, and a plurality of the communication air chambers 13 that communicate with the third air chamber 16. A rectifying air hole 18 is formed. The combustion cylinder 7 is formed with a large number of holes 20 in a part thereof.
[0013]
Next, the operation will be described. The fuel supplied to the fuel injection nozzle 11 through the fuel supply pipe 12 and the nozzle adapter 9 is sprayed from the injection hole at the tip of the fuel injection nozzle 11, passes through the center hole 8 a of the flame holder 8, and the combustion cylinder 7. Inflow is supplied.
On the other hand, the combustion air pressure-fed to the combustion air chamber 13 via the combustion air supply pipe 6 passes through the rectifying air hole 17 of the nozzle mounting flange 1 which also serves as a rectifying plate, and enters the second air chamber 15. Sent. A part of the air flow sent into the second air chamber 15 becomes a swirl air flow from the swirl air hole 22 a of the swirl air flow supply device 22 to the first air chamber 14 in the primary air separation cylinder 2. Inflow supply. The swirling airflow that flows downstream in the first air chamber 14 is throttled in a tip shape by the cone portion 2 a of the primary air separation cylinder 2. Under such a flow of air, the pressure drops and at the same time the energy changes to a circumferential velocity component, and most of the energy becomes a circumferential swirl velocity component at the outlet of the center hole 8a, and the remaining pressure is converted into a shaft. It becomes the velocity component of the direction. Therefore, the air flow supplied from the first air chamber 14 through the center hole 8a into the combustion cylinder 7 has a larger swirl velocity component than the conventional air flow only in the axial direction component (see FIG. 11). Therefore, the turning strength is increased.
[0014]
The remainder of the air flow sent into the second air chamber 15 passes through the swirl vane portion 8 b of the flame holder 8. At this time, the air flow passing through the swirl vane portion 8b is supplied to the combustion cylinder 7 as a swirl air flow, and is smoothly flown by the swirler cone portion 8c which is an airflow guide of the combustion cylinder 7 to hold the flame. Play the role of letting.
The combustion air in the combustion air chamber 13 is supplied to the third air chamber 16 through the rectifying air hole 18, and flows into the combustion cylinder 7 through the hole 20.
Thus, when the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 11 is ignited by the igniter 10, a stable flame is formed in the combustion cylinder 7.
[0015]
FIG. 4 shows the relationship between the swirl number S, which is a parameter indicating the turning strength, and the ratio K ₀₁ of the air amount Q ₀ passing through the center hole 8a and the air amount Q ₁ passing through the turning blade portion 8b. This is shown in comparison with the conventional example in which the total pressure and the air flow rate of the air passing through the primary air separation cylinder 2 are kept equal using the swirl vane portion. As is apparent from FIG. 4, in the conventional example, for example, as the air amount Q ₀ passing through the center hole 8a increases (the ratio K ₀₁ increases), the turning strength greatly decreases. The example shows that the degree of decrease in the turning strength is small and that the flame can be stably burned.
In the case of the present embodiment, when the swirl strength of the swirling air flow in the first air chamber 14 in the primary air separation cylinder 2 increases, the negative pressure portion A ( Although the cylinder diameter is sufficiently smaller than the diameter of the center hole 8a, the flame does not flow backward. Therefore, the air flow through the center hole 8a prevents the temperature increase of the nozzle 11 which is its role, and avoids the adhesion of spray, unburned material, soot, etc., and at the same time increases the stability effect of the flame.
[0016]
FIG. 3 shows a modification of the first embodiment. In this example, a swirling air flow supply device 22 having a cut-and-raised swirling blade portion 22 b is provided in the first air chamber 14 in the primary air separation cylinder 2. Then, air is supplied from the combustion air chamber 13 to the first air chamber 14 through the rectifying air hole 19. The air flow supplied to the first air chamber 14 is swirled by the swirl vane portion 22b when passing through the swirl air flow supplier 22. The swirl direction of the swirl flow is set to be the same as the swirl direction of the swirl air flow that passes through the swirl vane portion 8 b of the flame holder 8 and is supplied into the combustion cylinder 7.
[0017]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, referring to FIG. 5, in this second embodiment, in addition to the swirling air flow supply device 22, an axial air flow that causes the air flow in the first air chamber 14 to flow coaxially with the fuel injection nozzle 11. A feeder 21 is provided in combination. In this embodiment, an axial airflow supplier 21 is provided on the upstream side of the swirling airflow supplier 22 instead of the shielding plate 23 of FIG. 1 in the first embodiment. The axial airflow supply device 21 includes a rectifying plate 21a provided so as to partition the primary air separation cylinder 2 and a plurality of rectifying holes 21b formed in the rectifying plate 21a. The rectifying hole 21b is opened in parallel with the axis X direction.
Therefore, in this embodiment, in addition to the swirling air flow supplied from the swirling air flow supply device 22 to the first air chamber 14 through the second air chamber 15 from the combustion air chamber 13 (see FIG. 1). Then, after entering the second air chamber 15 from the combustion air chamber 13 and further entering the primary air separation cylinder 2 through the air hole 2b of the primary air separation cylinder 2 from the second air chamber 15, the axial direction The axial airflow supplied to the first air chamber 14 via the rectifying holes 21b of the airflow supply device 21 is combined.
That is, since the swirling air flow and the axial air flow are combined, the swirling strength in the first air chamber 14 is changed by adjusting the ratio of the swirling air amount Q _0S and the axial air amount Q _0a. Can be made.
[0018]
As in FIG. 4, FIG. 7 shows the swirl number S, which is a parameter indicating the turning strength, the amount of air Q ₀ supplied through the center hole 8a, and the amount of air supplied through the turning blade 8b. FIG. 7 shows the relationship with the ratio K _{01 of} Q ₁ , but as shown in FIG. 7, the swirl number S is a region indicated by hatching depending on the ratio of the swirling air amount Q _0S and the axial air amount Q _0a. Change. That is, the swirl strength of the airflow supplied through the center hole 8a can be adjusted according to the apparatus and other conditions.
[0019]
FIG. 6 shows a modification of the second embodiment. In this modified example, a swirling air flow supply device 22 having a cut-and-raised swirl blade portion 22b and an axial air flow supply device 21 having a rectifying plate 21a and a plurality of rectifying holes 21b are provided in the primary air separation cylinder 2. It is provided as a unit.
Therefore, in this case, a part of the air in the combustion air chamber 13 enters the primary air separation cylinder 2 through the rectifying air hole 19, and a part of the air passes through the swirling air flow supply device 22 to the first air. The air chamber 14 is entered, and the other enters the first air chamber 14 through the axial airflow supply 21.
That is, since the swirling air flow and the axial air flow are combined and enter the first air chamber 14 in this modification, the ratio of the swirling air flow and the axial air flow entering the first air chamber 14 is By adjusting, it becomes possible to change the turning strength in the first air chamber 14 and obtain the turning strength according to the apparatus.
[0020]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, referring to FIG. 8, in the third embodiment, the axial air flow by the axial air flow supplier 21 is changed along the fuel injection nozzle 11 by the swirling air flow by the swirling air flow supplier 22. It is configured to flow in the center of the vortex. That is, the third embodiment has a configuration in which a throttle cylinder 21c is added as an axial airflow supply device 21 to the configuration shown in FIG. 5 in the second embodiment described, and the axial airflow supply device 21 throttle cylinders 21c are arranged on the downstream side of the rectifying plate 21a and guide the air flow that has entered the first air chamber 14 through the rectifying holes 21b so as to flow near the center along the fuel injection nozzle 11. I have to. As a result, the axial air flow by the axial air flow supply device 21 and the swirling air flow by the swirling air flow supply device 22 do not weaken each other's flow, and the flow of the axial air flow is sufficient at the center of the swirling air flow. Can be secured. Therefore, in the third embodiment, it is possible to reliably prevent the occurrence of a negative pressure portion (see reference symbol A in FIG. 2) or the like on the central axis X in front of the fuel injection nozzle 11, and the flame flows backward. In addition, it is possible to increase the temperature stabilizing effect of the flame while at the same time reliably preventing the temperature of the nozzle 11 from rising or spraying, unburned material, soot and the like from adhering to the nozzle 11.
[0021]
In the modification shown in FIG. 9, a swirling air flow supply device 22 having a cut-and-raised swirl blade portion 22 b and a throttle tube 21 c as an axial air flow supply device 21 are integrally provided in the primary air separation tube 2. It has a configuration. The rectifying plate 21a and the rectifying hole 21b of the axial airflow supply device 21 in FIG. 8 are omitted. That is, the swirl vane portion 22b of the swirl air flow supply device 22 is arranged on the outer side in the radial direction, and the throttle cylinder 21c is arranged integrally on the inner side of the swirl vane portion 22b. A part of the air flow entering the primary air separation cylinder 2 from the combustion air chamber 13 through the rectifying air hole 19 is converted into a swirl air flow by the swirl vane portion 22b which is the swirl air flow supplier 22, and the rest is axially An axial air flow that flows in the vicinity of the center along the fuel injection nozzle 11 is guided by a throttle cylinder 21 c that is an air flow supply device 21. As a result, the axial airflow by the axial airflow supply device 21 and the swirling airflow by the swirling airflow supply device 22 do not weaken the flow of each other, and the axial airflow is sufficient at the center of the swirling airflow. Can be secured.
Further, in the modification shown in FIG. 10, the primary air separation cylinder 2 includes a swirling airflow supply device 22 having a cut-and-raised swirl vane portion 22b, an rectifying plate 21a, a rectifying hole 21b, and a throttle cylinder 21c. The airflow supply device 21 is provided integrally. A part of the air flow that enters the primary air separation cylinder 2 from the combustion air chamber 13 through the rectifying air hole 19 becomes a swirl air flow through a swirl vane portion 22b that is a swirl air flow supplier 22, and the rest After passing through the rectifying hole 21 b of the rectifying plate 21 a of the axial air flow supply device 21, it is guided by the throttle cylinder 21 c and flows near the center along the fuel injection nozzle 11.
[0022]
【The invention's effect】
The present invention has the above-described configuration and action. According to the spray combustion apparatus of claim 1, the air flow in the first air chamber 14 is swirled in the same swirling direction as the swirling air flow by the swirling blade portion 8b. Since the swirling air flow supply device 22 is provided, the swirl strength of the swirling flow supplied into the combustion cylinder 7 can be increased, and the stability of the flame can be improved accordingly.
The first revolving airflow in the air chamber 14 was or appear the effect of maintaining the axial symmetry to the air flow, as compared to the case without swirl flow component to the first air chamber 14, radial spray Distribution unevenness can be suppressed.
Therefore, the combustion margin as a combustor can be widened by the above effect.
In addition, since there is provided a combination of axial airflow supply device 21 supplying a first air flow in the air chamber 14 in addition to the swivel airflow supplying device 22 to the fuel injection nozzle 11 and coaxially, revolving airflow The ratio of the swirling air flow by the supply device 22 and the axial air flow by the axial air flow supply device 21 can be adjusted, and is supplied from the first air chamber 14 to the combustion cylinder 7 through the center hole 8a. The swirl strength of the air flow can be adjusted. Therefore, it is possible to obtain an appropriate degree of swirling air flow according to the apparatus and other conditions.
Moreover, according to the spray combustion apparatus of Claim 2 , in addition to the effect by the structure of the said Claim 1 , the axial direction airflow by the axial direction airflow supply device 21 follows the fuel injection nozzle 11, Since the configuration is such that the swirling air flow is supplied to the center of the swirling air flow by the swirling air flow supply device 22, it is possible to reliably prevent a negative pressure portion or the like from being generated on the central axis X in front of the fuel injection nozzle 11. It is possible to prevent the reverse flow of the flame, the temperature of the nozzle 11 is increased, and the nozzle 11 is reliably prevented from spraying, unburned material, soot and the like, and at the same time, the stability of the flame is increased. Can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spray combustion apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a main part of the first embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a modification of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram comparing swirl strength of swirling airflow in the first embodiment with a conventional example.
FIG. 5 is a diagram showing a main part of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a modification of the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram comparing the swirling strength of swirling airflow in the second embodiment with a conventional example.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a modification of the third embodiment.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing still another modification of the third embodiment.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
2 Primary air separation cylinder 7 Combustion cylinder 8a Flame holder center hole 8b Swivel blade 11 Fuel injection nozzle 14 First air chamber 21 Axial airflow supply 21a Rectification plate 21b Rectification hole 22 Swirl airflow supply 22a Swirl Air hole

Claims

A swirl vane portion 8b having a center hole 8a on the proximal end side of the combustion tube 7, a fuel injection nozzle 11 for spraying fuel into the combustion tube 7 through the center hole 8a of the swirl blade portion 8b, and a primary air separation tube 2 Is separated around the fuel injection nozzle 11 and the air flow is preliminarily narrowed by the cone portion 2a at the tip of the primary air separation tube 2 and then into the combustion tube 7 together with the fuel through the center hole 8a of the swirl vane portion 8b. A first air chamber 14 to be supplied and a second air chamber configured to be separated and independent from the outside of the first air chamber 14 and supplying the air flow into the combustion cylinder 7 as a swirl flow through the swirl vane portion 8b. A spray combustion apparatus having an air chamber 15, a swirling air flow supply device 22 for swirling the air flow in the first air chamber 14 in the same swirling direction as the swirling air flow by the swirling blade portion 8 b , Of the swirling airflow supply 22 First spray combustion apparatus characterized by comprising in combination an axial air flow supply device 21 to be supplied to the fuel injection nozzle 11 and coaxially air flow in the air chamber 14 to the.

The axial air flow by the axial air flow supply device 21 is configured to flow along the fuel injection nozzle 11 in the center of the swirl of the swirling air flow by the swirling air flow supply device 22. The spray combustion apparatus as described.