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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer und eine Brennkammeranordnung.
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Im Allgemeinen wird in einer Brennkammer Brennstoff, der von einer Brennstoffdüse eingespritzt wird, innerhalb eines zylindrischen Körpers gemischt und verbrannt, um eine Flamme innerhalb des zylindrischen Körpers zu bilden. Insbesondere umfasst die Brennstoffdüse eine erste Düse, die an einer Mittelachse der Brennkammer angeordnet ist, und eine Vielzahl von zweiten Düsen, die um die erste Düse herum in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Brennstoff wird von der ersten Düse eingespritzt. Der Brennstoff verbrennt in der Umgebungsluft. Folglich wird eine Diffusionsflamme gebildet. Andererseits wird ein vorgemischtes Gas, in dem Brennstoff und Luft vorab gemischt werden, von den zweiten Düsen ausgestoßen. Wenn die Diffusionsflamme das vorgemischte Gas berührt, wird eine vorgemischte Flamme gebildet.
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Hierbei wird in der wie oben beschriebenen Brennkammer eine vorgemischte Flamme, die sich in einer Axialrichtung erstreckt, ausgehend von der ersten Düse gebildet. Aus diesem Grund neigt die Flammenlänge dazu, in der Axialrichtung zuzunehmen. Wenn die Länge der Flamme sich erhöht, da eine Verweilzeit der Flamme in der Brennkammer sich ebenfalls erhöht, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die Erzeugung von NOx gefördert wird. Somit entsteht eine erhöhte Nachfrage nach einer Brennkammer, die die Länge der Flamme reduzieren kann, während die Ausgabe beibehalten wird.
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Auf diese Weise wurde als eine Brennkammer, die die Flammengröße reduzieren kann, beispielsweise eine in Patentdokument 1 unten beschriebene Vorrichtung vorgeschlagen. Die im Patentdokument 1 beschriebene Vorrichtung hat eine Vielzahl von Rohren, die sich alle in der gleichen Richtung erstrecken. Ein Brennstoffzuführloch zum Einspritzen von Brennstoff ist an einer Innenumfangsoberfläche eines jeden Rohres ausgebildet, und die Luft und Brennstoff, der von einer Stromaufseite strömt, werden gemischt und von einem distalen Ende des Rohres ausgeblasen. Durch Zünden des Luft-Brennstoff-Gemisches wird eine kurze Flamme ausgehend von dem distalen Ende von jedem Rohr gebildet.
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Patentdokument 2 offenbart eine magere vorgemischte Wirbeldüse einer schadstoffarmen Brennkammer und einer Vollring-Brennkammer. Die Technologie der mageren vorgemischten Verbrennung wird übernommen, eine Brennstoffdüsenöffnung befindet sich auf einer inneren Nabe eines Wirbels, Brennstoff und Luft beginnen sich zu treffen und werden in einem Rotationsströmungskanal gemischt und werden weiter in einem Vormischsegment gemischt.
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Patentdokument 3 offenbart eine schadstoffarme Gasturbinen-Brennkammer mit Einzelwirbelkopfstruktur. Zunächst werden die zentrale Wirbelluft und das zentrale Erdgas sowie die nicht-wirbelnde Außenwandluft und das Außenwanderdgas vermischt. Danach werden die Wirbelluft, die nicht-wirbelnde Luft, das zentrale Erdgas und das Außenwanderdgas in einem Erdgas-Luft-Mischhohlraum weiter vermischt.
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Patentdokument 4 bezieht sich auf Treibstoffbrenner, die für die Bedürfnisse von Gasturbinentriebwerken besonders geeignet sind, sowie auf verbesserte Brennstoffinjektoren für diese Brenner.
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[Patentdokumente]
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Zusammenfassung der Erfindung
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Jedoch wendet die in Patentdokument 1 beschriebene Brennkammer eine Ausgestaltung an, bei der Brennstoff von der Innenumfangsoberfläche des Rohres zugeführt wird. Aus diesem Grund wird ein Bereich, der eine höhere Brennstoffkonzentration aufweist als andere Bereiche entlang der Innenumfangsoberfläche des Rohres gebildet. Dies kann ein Phänomen verursachen, bei dem die Flamme zurück zu einer Stromaufseite strömt (ein Flammenrückschlag oder „flashback“). Folglich besteht ein Risiko einer Behinderung eines stabilen Betriebs der Brennkammer.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkammer und eine Brennkammeranordnung vorzusehen, die stabiler betrieben werden können.
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Eine Brennkammer gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem distalen Endabschnitt, der eine Düse ausbildet, die sich entlang einer Achse erstreckt und an einem distalen Ende geöffnet ist, einem Zwischenabschnitt, der einen Mischraum hinter dem distalen Endabschnitt bildet, der sich von der Düse in einer die Achse schneidenden Richtung erweitert, einem proximalen Endabschnitt, der einen Brennstoffraum hinter dem Zwischenabschnitt bildet, zu dem Brennstoff von der Außenseite zugeführt wird, und eine Vielzahl von Lufteinführrohren, die den proximalen Endabschnitt in einer Richtung der Achse durchdringen, ein distales Ende haben, das mit dem Mischraum in Verbindung steht, und in einer Umfangsrichtung der Achse angeordnet sind, um die Achse zu umgeben, wobei ein Brennstoffzuführloch, durch welches der Brennstoffraum und der Mischraum miteinander in Verbindung stehen, an einer Oberfläche, die der distalen Endseite eines Abschnitts zugewandt ist, der von der Vielzahl von Lufteinführrohren umgeben ist, in dem proximalen Endabschnitt ausgebildet ist, und ein Verlängerungszylinderteil, das sich in der Richtung der Achse erstreckt, um das Brennstoffzuführloch von einer Außenumfangseite abzudecken, und ein Luftloch hat, das ausgebildet ist, um mit dem Mischraum in Verbindung zu stehen, an der Oberfläche, die der distalen Endseite zugewandt ist, vorgesehen ist.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung wird die Luft, die in den Mischraum durch das Lufteinführrohr eingeführt wird, in dem Mischraum mit Brennstoff gemischt, um ein Luft-Brennstoff-Gemisch zu bilden. Durch Zündung des Luft-Brennstoff-Gemisches wird eine Flamme an einer Stromabseite der Düse des distalen Endabschnitts gebildet. Hierbei wird das Brennstoffzuführloch an einer Oberfläche ausgebildet, die der distalen Endseite des Abschnitts zugewandt ist, der von der Vielzahl von Lufteinführrohren in dem proximalen Endabschnitt umgeben ist. Der Brennstoff wird also von dem Brennstoffzuführloch in der Richtung der Achse eingespritzt. Ferner ist das Brennstoffzuführloch mit dem Erweiterungszylinderteil von der Außenumfangseite abgedeckt. Zusätzlich ist in dem Erweiterungszylinderteil ein Luftloch, durch welches der Mischraum mit dem Raum in Verbindung steht, an der Innenumfangsseite des Erweiterungszylinderteils ausgebildet. Deshalb kann, nach dem Mischen des Brennstoffs und Luft in einem bestimmten Umfang in dem Raum an der Seite des Innenumfangs des Erweiterungszylinderteils, das Luft-Brennstoff-Gemisch zu dem Mischraum zugeführt werden. Das Mischen von Brennstoff und Luft in dem Mischraum kann also weiter gefördert werden.
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Außerdem erhöht sich, da das Brennstoffzuführteil entlang der Achse vorgesehen ist, die Brennstoffkonzentration in dem Mischraum, wenn der Abschnitt näher an der Achse ist. Deshalb wird in einem Flammenbereich, der an der Stromabseite der Düse gebildet ist, eine Brennstoffkonzentration am höchsten in einem Bereich, durch den die Achse verläuft. Mit anderen Worten ist die Brennstoffkonzentration relativ niedrig an der Innenumfangsoberfläche der Düse, der Innenoberfläche des Mischraums und einem Bereich entlang der Oberfläche an einer Außenseite in der Radialrichtung von jedem Lufteinführrohr. Folglich kann die Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass Flammenrückschlag entlang diesen Oberflächen auftritt.
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Eine Brennkammeranordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Vielzahl von Brennkammern gemäß dem obigen Aspekt. Die Vielzahl von Brennkammern sind in der Mehrzahl in einer Ebene orthogonal zu der Achse angeordnet.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung kann eine Brennkammeranordnung vorgesehen werden, die eine hohe Ausgabe hat und stabil betrieben werden kann, durch Anordnen einer Vielzahl von Brennkammern, in denen die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Flammenrückschlag reduziert wird.
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In der Brennkammeranordnung kann die Vielzahl von Brennkammern in einer Gitterform in der Ebene orthogonal zu der Achse angeordnet werden.
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In der Brennkammeranordnung kann jede der Vielzahl von Brennkammern eine hexagonale Form haben, wenn sie von der Richtung der Achse betrachtet wird, und sie können in einer Wabenform durch miteinander in Verbindung bringen der Endflächen davon angeordnet werden.
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In der Brennkammeranordnung kann die Vielzahl von Brennkammern in einer Ringform angeordnet sein.
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In der Brennkammeranordnung kann die Vielzahl von Brennkammern in einer versetzten Weise so angeordnet sein, dass sich Positionen der Achse voneinander in der Ebene orthogonal zu der Achse unterscheiden.
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In der Brennkammeranordnung kann die Vielzahl von Brennkammern entlang einer gekrümmten konkaven Oberfläche angeordnet sein, die von der einen Seite zu der anderen Seite konvex ist.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung wird die Flammenverteilung einheitlich gemacht und eine stabilere Flamme kann erhalten werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Brennkammer und eine Brennkammeranordnung vorgesehen werden, die stabiler betrieben werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine Draufsicht, die eine Ausgestaltung einer Brennkammeranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine Querschnittansicht, die die Ausgestaltung der Brennkammer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 3 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausgestaltung einer Brennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausgestaltung der Brennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 5 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausgestaltung einer Brennkammer gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 6 ist eine Draufsicht, die die Ausgestaltung der Brennkammer gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 7 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausgestaltung einer Brennkammer gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 8 ist eine Draufsicht, die eine Ausgestaltung einer Brennkammer gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 9 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausgestaltung einer Brennkammer gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 10 ist eine Draufsicht, die ein erstes modifiziertes Beispiel einer Brennkammeranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 11 ist eine Draufsicht, die ein zweites modifiziertes Beispiel der Brennkammeranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 12 ist eine Draufsicht, die ein drittes modifiziertes Beispiel der Brennkammeranordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 13 ist eine Draufsicht, die ein weiteres modifiziertes Beispiel der Brennkammeranordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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[Erste Ausführungsform]
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu den 1 und 2 beschrieben werden. Eine Brennkammeranordnung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Vielzahl von Brennkammern 1 ausgestattet. Jede Brennkammer 1 ist eine kleine Vorrichtung, die eine kleine Flamme bildet. Die Brennkammeranordnung 100 ist also als eine sogenannte Mikroflammen-Brennkammer ausgestaltet.
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Insbesondere ist wie in 1 gezeigt die Brennkammeranordnung 100 mit einer Vielzahl von (9) Brennkammern 1 ausgestattet, die in einer Gitterform in einer Ebene orthogonal zu einer Achse O angeordnet sind, die eine Mittelachse der Brennkammer 1 ist. Die Brennkammer 1 hat eine rechteckige (quadratische) Querschnittform, wenn sie von einer Richtung der Achse O betrachtet wird. Äußere Oberflächen von einem Paar von angrenzenden Brennkammern 1 sind aneinander ohne Zwischenraum angeordnet.
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Als nächstes wird die Ausgestaltung der Brennkammer 1 mit Bezug zu 2 beschrieben werden. 1 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A von 2. Wie in 2 gezeigt ist die Brennkammer 1 mit einem distalen Endabschnitt 31, einem Zwischenabschnitt 32, einem proximalen Endabschnitt 33 und einem Lufteinführrohr 12 ausgestattet.
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Eine Düse 11, die sich entlang der Achse O erstreckt und ein distales Ende 11T hat, das nach außen geöffnet ist, ist in dem distalen Endabschnitt 31 ausgebildet. Wie in 1 gezeigt hat die Düse 11 eine kreisförmige Querschnittform, die auf die Achse O zentriert ist.
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Der Zwischenabschnitt 32 ist integral an einer Seite gegenüber dem distalen Ende 11T des distalen Endabschnitts 31 in einer Richtung der Achse O (einem hinteren Ende 11R) vorgesehen. In der folgenden Beschreibung wird eine Seite, an der sich das distale Ende 11T befindet, wenn es von dem hinteren Ende 11R in der Richtung der Achse O betrachtet wird, als „Vorderseite“ und „vordere Seite“ bezeichnet und eine gegenüberliegende Seite dazu wird als „Rückseite“ und „hintere Seite“ bezeichnet. Ein Mischraum 32V, der mit der Düse 11 in Verbindung steht, ist innerhalb des Zwischenabschnitts 32 ausgebildet. Der Mischraum 32V erweitert sich in einer Richtung (einer Radialrichtung), die die Achse O schneidet. Insbesondere ist der Mischraum 32V durch einen konischen Mischraum S1 definiert, der einen Durchmesser hat, der sich fortschreitend nach außen in der Radialrichtung von einem hinteren Ende 11R der Düse 11 zu der Rückseite entlang der Achse O erweitert, und eine zylindrische Oberfläche S2, die sich in einer Zylinderform von einem Endbereich an einer hinteren Seite der Mischoberfläche S1 entlang der Achse O erstreckt. Der Mischraum 32V ist also in seinem Durchmesser von der Rückseite zu der Düse 11 fortschreitend reduziert.
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Der proximale Endabschnitt 33 ist an der Seite der Rückseite des Zwischenabschnitts 32 integral vorgesehen. Ein Brennstoffraum 33V ist als ein Hohlteil innerhalb des proximalen Endabschnitts 33 ausgebildet. Brennstoff, der von der Außenseite zugeführt wird, wird in dem Brennstoffraum 33V gespeichert. Eine Oberfläche, die der Vorderseite des proximalen Endabschnitts 33 zugewandt ist, ist durch eine ringförmige Oberfläche S3 ausgestaltet, die mit der zylindrischen Oberfläche S2 des Mischraums 33V und einer zentralen Oberfläche S4 verbunden ist, die sich an der Innenumfangsseite der ringförmigen Oberfläche S3 befindet. Die ringförmig Oberfläche S3 und die zentrale Oberfläche S4 erweitern sich an der gleichen Position in der Richtung der Achse O. Ferner erweitern sich beide, die ringförmig Oberfläche S3 und die zentrale Oberfläche S4 in einer Richtung orthogonal zu der Achse O.
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Das Lufteinführrohr 12 ist ein Strömungsweg, der den proximalen Endabschnitt 33 in der Richtung der Achse O durchdringt. Luft, die von der Außenseite zugeführt wird, wird in den vorgenannten Mischraum 32V durch das Lufteinführrohr 12 eingeführt. Eine Vielzahl (vier) von Lufteinführrohren 12 sind vorgesehen, um die Achse O in Intervallen in der Umfangsrichtung zu umgeben. Jedes Lufteinführrohr 12 erstreckt sich entlang einer Hilfsachse O2, die sich parallel zu der Achse O erstreckt. Ein Innendurchmesser des Lufteinführrohrs 12 ist konstant über den gesamten Bereich in der Richtung der Hilfsachse O2. Endabschnitte an einer Vorderseite von jedem Lufteinführrohr 12 stehen mit dem oben beschriebenen Mischraum 32V in Verbindung. Endabschnitte an der Rückseite von jedem Lufteinführrohr 12 stehen mit einer Luftzuführquelle (nicht gezeigt) in Verbindung.
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Jedes einzelne Brennstoffzuführloch 40 ist an der Innenseitenoberfläche des Einführrohres 12A, welche ein Abschnitt an der Innenseite in der Radialrichtung der Achse O ist, in der Innenumfangsoberfläche der Vielzahl von Lufteinführrohren 12 ausgebildet. Die Innenseitenoberfläche des Einführrohres 12A ist ein Bereich, der der Seite der Achse O zugewandt ist, wenn das Lufteinführrohr 12 von der Richtung der Achse O betrachtet wird. In der Innenumfangsoberfläche des Lufteinführrohres 12 ist ein Bereich, ausgenommen die Innenseitenfläche des Einführrohres 12A (d. h., ein Bereich, der einer Seite gegenüber der Achse O zugewandt ist), eine Außenseitenoberfläche eines Einführrohres 12B. Jedes Brennstoffzuführloch 40 steht mit dem Brennstoffraum 33V und dem Raum innerhalb des Lufteinführrohres 12 in Verbindung. Der Brennstoff, der in dem Brennstoffraum 33V gespeichert ist, wird in das Lufteinführrohr 12 durch das Brennstoffzuführloch 40 eingeführt.
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Als nächstes wird der Betrieb der oben genannten Brennkammer 1 beschrieben werden. Im Betrieb der Brennkammer 1 wird Brennstoff und Luft jeweils zu der Brennkammer 1 zugeführt. Luft strömt von der Rückseite zu der Vorderseite durch die Vielzahl von Lufteinführrohren 12. Brennstoff wird in die Luftströmung von dem Brennstoffraum 33V durch das vorgenannte Brennstoffzuführloch 40 zugeführt (gesprüht). Der Brennstoff strömt von der Rückseite zu der Vorderseite entlang der Innenseitenoberfläche des Einführrohres 12A in das Lufteinführrohr 12. Danach werden der Brennstoff und Luft in dem Mischraum 32V gemischt, um ein vorgemischtes Gas zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Bereich gebildet, der eine relativ hohe Brennstoffkonzentration hat (ein hochkonzentrierter Bereich X), um die Innenseitenoberfläche des Einführrohres 12A und die zentrale Oberfläche S4 von der Außenseite abzudecken. Das vorgemischte Gas wird durch die Mischoberfläche S1 des Mischraum 32V geführt, um zu der Innenseite in der Radialrichtung der Achse O zu kontrahieren. Das kontrahierte vorgemischte Gas wird zu der Außenseite durch die Düse 11 geführt. Durch Zünden des vorgemischten Gases mit einer Zündvorrichtung (nicht gezeigt) wird eine vorgemischte Flamme gebildet, die sich nach vorne von der Düse 11 erstreckt. Wenn solch ein Phänomen simultan in jeder Brennkammer 1 auftritt, betreibt die Brennkammeranordnung 100 eine Mikroflammen-Brennkammer, die eine Vielzahl von kleinen Flammen bildet.
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Wie oben beschrieben wird, gemäß der vorgenannten Ausgestaltung, die Luft, die in den Mischraum 32V durch das Lufteinführrohr 12 eingeleitet wird, mit dem Brennstoff in dem Mischraum 32V gemischt, um ein vorgemischtes Gas zu bilden. Durch Zünden des vorgemischten Gases wird eine Flamme an einer Stromabseite von der Düse 11 des distalen Endabschnitts 31 gebildet. Hierbei sind die Brennstoffzuführlöcher 40 in jedem der Abschnitte an der Innenseite in der Radialrichtung der Vielzahl von Lufteinführrohren 12 ausgebildet, d.h., Abschnitte nahe bei der Achse O (die Innenseitenoberfläche des Einführrohres 12A). Demgemäß wird in dem Mischraum 32V, wenn der Abschnitt näher an der Achse O ist, die Brennstoffkonzentration höher (ein hochkonzentrierter Bereich X wird ausgebildet). Ferner ist, da die Düse 11 sich um die Achse O erstreckt, die Brennstoffkonzentration in einem Bereich am höchsten, durch den die Achse O verläuft, in einem Flammenbereich, der an der Stromabseite der Düse 11 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, ist die Brennstoffkonzentration in der Innenumfangsoberfläche der Düse 11, der Innenoberfläche des Mischbereichs 32V und einem Bereich entlang der Oberfläche an einer Außenseite in der Radialrichtung (der Außenseitenoberfläche des Einführrohres 12B) von jedem Lufteinführrohr 12 relativ niedrig. Folglich kann eine Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass Flammenrückschlag entlang der Oberflächen auftritt. Deshalb kann die Brennkammer 1 und die Brennkammeranordnung 100 stabiler betrieben werden.
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Außerdem erweitert sich fortschreiten, gemäß der vorgenannten Ausgestaltung, die Mischoberfläche S1 zu der Außenseite in der Radialrichtung von der Düse 11 zu der Rückseite. Mit anderen Worten, ist die Mischoberfläche S1 im Durchmesser zu der Düse 11 von der Außenseite zu der Innenseite in der Radialrichtung fortschreitend reduziert. Deshalb können beispielsweise, im Vergleich mit einer Ausgestaltung, in der die Mischoberfläche S1 sich in der Radialrichtung der Achse O erweitert, der Brennstoff und Luft fortschreitend kontrahiert werden und zu der Düse gerichtet werden, während das Mischen des Brennstoffs und Luft gefördert wird. Folglich kann der Druckverlust in dem Mischraum 32V reduziert werden. Deshalb können die Brennkammer 1 und die Brennkammeranordnung 100 stabiler betrieben werden.
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Zusätzlich kann gemäß der vorgenannten Ausgestaltung durch Anordnen einer Vielzahl von Brennkammern 1, in denen die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Flammenrückschlag reduziert ist, eine Brennkammeranordnung 100 vorgesehen werden, die eine hohe Ausgabe hat und stabiler betrieben werden kann. Insbesondere sind gemäß der vorgenannten Ausgestaltung die Vielzahl von Brennkammern 1 in einer Gitterform in einer Ebene orthogonal zu der Achse O angeordnet. Deshalb wird die Verteilung der Flamme in der Ebene orthogonal zu der Achse O einheitlich gemacht und es kann eine stabilere Flamme erhalten werden.
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Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen zu der vorgenannten Ausgestaltung ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 3 beschrieben werden. Zusätzlich werden Komponenten ähnlich zu solchen der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung ist nicht vorgesehen. Wie in 3 gezeigt ist in einer Brennkammer 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Form einer Mischoberfläche S1b verschieden von der von der ersten Ausführungsform. Die Mischoberfläche S1b hat eine gekrümmte Oberflächenform, die gekrümmt ist, um konvex zu der Außenseite in der Radialrichtung der Achse O in einer die Achse O enthaltenden Querschnittansicht zu sein. Die Mischoberfläche S1b ist gleichmäßig mit einer zylindrischen Oberfläche S2 verbunden, die sich an der Rückseite befindet.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung kann, da die Mischoberfläche S1b gekrümmt ist, um konvex zu der Außenseite in der Radialrichtung der Achse O zu sein, der Brennstoff und Luft weiter fortschreitend kontrahiert werden. Deshalb kann ein Druckverlust in dem Mischraum 32V weiter reduziert werden.
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Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen zu der vorgenannten Ausgestaltung ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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[Dritte Ausführungsform]
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Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 4 beschrieben werden. Zusätzlich sind Ausgestaltungen ähnlich zu denen von jedem der zuvor genannten Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung ist nicht vorgesehen. Wie in 4 gezeigt sind in einer Brennkammer 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Formen einer Düse 11b und eines Lufteinführrohres 12b verschieden von jedem von den vorgenannten Ausführungsformen. Die Düse 11b erstreckt sich von dem distalen Ende 11T zu dem hinteren Ende 11R, während sie in der Radialrichtung bezüglich der Achse O exzentrisch ist. Insbesondere ist die Düse 11b durch abwechselndes Verbinden eines Abschnitts, der exzentrisch bezüglich der Achse O ist (ein exzentrischer Abschnitt E1), und einem Abschnitt, der an der Achse O zentriert ist (ein zentrierte Abschnitt C1), ausgebildet. Ferner sind der exzentrische Abschnitt E1 und der zentrierte Abschnitt C1 in einer gleichmäßig gekrümmten Oberflächenform verbunden.
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Außerdem erstreckt sich das Lufteinführrohr 12b von der Seite des Zwischenabschnitts 32 zu der Rückseite, während es in der Radialrichtung bezüglich der Hilfsachse O2 exzentrisch ist. Insbesondere ist das Lufteinführrohr 12b durch abwechselndes Verbinden eines Abschnitts, der exzentrisch bezüglich der Hilfsachse O2 (einem exzentrischen Abschnitt E2), und einem Abschnitt, der an der Hilfsachse O2 zentriert ist (ein zentrierte Abschnitt C2), ausgebildet. Ferner sind der exzentrische Abschnitt E2 und der zentrierte Abschnitt C2 in einer gleichmäßigen gekrümmten Oberflächenform verbunden.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung erstreckt sich die Düse 11b von der Seite des distalen Endes 11T zu der Rückseite, während sie in der Radialrichtung bezüglich der Achse O exzentrisch ist. Deshalb können beispielsweise, im Vergleich mit einem Fall, in dem die Düse 11b sich linear entlang der Achse O erstreckt, mehr turbulente Strömungskomponenten an die Strömung des Brennstoffs und Luft in der Düse 11b übertragen werden. Folglich kann das Mischen von Brennstoff und Luft in der Düse 11b weiter gefördert werden.
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Außerdem erstreckt sich gemäß der vorgenannten Ausgestaltung das Lufteinführrohr 12b von der Seite des Zwischenabschnitts 32 zu der Rückseite, während es in der Radialrichtung bezüglich der Hilfsachse O2 exzentrisch ist, welche die zentrale Achse des Lufteinführrohres 12b ist. Deshalb können, im Vergleich zu einem Fall, in dem sich das Lufteinführrohr 12b sich linear entlang der Hilfsachse O2 erstreckt, mehr turbulente Strömungskomponenten an die Luftströmung in dem Lufteinführrohr 12b übertragen werden. Folglich kann das Mischen von Brennstoff und Luft in dem Mischraum 32V weiter gefördert werden.
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Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen zu der vorgenannten Ausgestaltung ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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[Vierte Ausführungsform]
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Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 5 und 6 beschrieben werden. Zusätzlich werden Ausgestaltungen ähnlich zu denen von jedem von den vorgenannten Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mit einer wiederholten Beschreibung versehen werden. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgestaltung eines Lufteinführrohres 12c verschieden von denen von jedem von den vorgenannten Ausführungsformen. Das Lufteinführrohr 12c hat ein Stromaufteil 12c1, das sich entlang der vorgenannten Hilfsachse O2 erstreckt, und ein Stromabteil 12c2, das mit einer Stromabseite (einer Vorderseite) des Stromaufteils 12c1 verbunden ist. Wie in 6 gezeigt ist das Stromabteil 12c2 von der einen Seite in der Umfangsrichtung der Achse O zu der anderen Seite fortschreitend verdreht, von der Seite des Zwischenabschnitts 32 zu der Rückseite. Das Stromabteil 12c2 ist also bezüglich der Achse O in einer die Achse O enthaltenden Querschnittansicht geneigt.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung ist das Lufteinführrohr 12c verdreht, um von einer Seite in der Umfangsrichtung der Achse O zu der anderen Seite von der Seite des Zwischenabschnitts 32 zu der Rückseite gerichtet zu sein. Deshalb kann die Wirbelkomponente, die von einer Seite in der Umfangsrichtung zu der anderen Seite gerichtet ist, an die Strömung der Luft übertragen werden, welche das Lufteinführrohr 12c durchströmt. Folglich kann das Mischen von Brennstoff und Luft in dem Mischraum 32V weiter gefördert werden.
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Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorgenannten Ausgestaltung ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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[Fünfte Ausführungsform]
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Nachfolgend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 7 beschrieben werden. Zusätzlich werden Ausgestaltungen ähnlich zu denen von jedem von den vorgenannten Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mit einer wiederholten Beschreibung versehen werden. Wie in 7 gezeigt ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Erleichterungsteil VL als ein Hohlteil in einem Abschnitt des distalen Endabschnitts 31 an der Außenumfangseite der Düse 11 ausgebildet. Das Erleichterungsteil VL hat eine Querschnittform entlang der Außenformen der Düse 11 und der Mischoberfläche S1. Das Erleichterungstal VL steht mit der Außenseite in Verbindung. D. h., Luft kann in dem Erleichterungsteil VL zirkulieren.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung ist das Erleichterungsteil VL als das Hohlteil in dem Abschnitt näher an der Außenumfangseite als die Düse 11 an dem distalen Endabschnitt 31 ausgebildet. Folglich wird eine Konvektion in der Luft erzeugt, die zu der hohen Temperatur der Flamme in dem Erleichterungsteil VL ausgesetzt ist. Da die uneinheitliche Temperaturverteilung entlang der Düse 11 durch die Konvektion reduziert wird, kann die Flamme, die von der Düse 11 gebildet wird, effektiver gehalten werden.
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Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorgenannten Ausgestaltung ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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[Sechste Ausführungsform]
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Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 8 beschrieben werden. Zusätzlich werden Ausgestaltungen ähnlich zu denen von jeder von den vorgenannten Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen beschrieben und nicht mit einer wiederholten Beschreibung versehen werden. Wie in 8 gezeigt ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Vorstehteil 33P, das zu der Seite des Mischraum 32V entlang der Achse O vorsteht, an einer Oberfläche, die der Vorderseite des proximalen Endabschnitt 33 zugewandt ist (d.h., einer zentralen Oberfläche S4) vorgesehen. Das Vorstehteil 33P hat eine Säulenform, die an der Achse O zentriert ist, und ein Brennstoffzuführloch 40b, durch welches der Brennstoffraum 33V und der Mischraum 32V miteinander in Verbindung stehen, an der Außenumfangoberfläche (einer Außenumfangoberfläche eines Vorstehteils 33S) ausgebildet. Eine Vielzahl von Brennstoffzuführlöchern 40b sind in Intervallen in der Umfangsrichtung der Achse O ausgebildet. D. h., der Brennstoff, der durch das Brennstoffzuführloch 40b geführt wird, wird in den Mischraum 32V direkt zugeführt (gesprüht).
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung ist das Vorstehteil 33P, das in den Mischraum 32V entlang der Achse O vorsteht, an der Vorderseite des proximalen Endabschnitts 33 vorgesehen. Ferner ist das Brennstoffzuführloch 40b an der Außenumfangoberfläche (der Außenumfangoberfläche des Vorstehteils 33S) des Vorstehteils 33P ausgebildet. Deshalb kann Brennstoff zu einem Bereich in dem Mischraum 32V näher bei der Düse 11 zugeführt werden. Folglich kann das Mischen von Brennstoff und Luft in dem Mischraum 32V weiter gefördert werden.
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Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen zu der vorgenannten Ausgestaltung ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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[Siebte Ausführungsform]
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Nachfolgend wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 9 beschrieben werden. Zusätzlich werden Ausgestaltungen ähnlich zu denen von jedem von den vorgenannten Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mit einer wiederholten Beschreibung versehen werden. Wie in 9 gezeigt ist in der vorliegenden Ausführungsform ein zylindrisches Verlängerungszylinderteil 33T, das an der Achse O zentriert ist, an einer zentralen Oberfläche S4 des proximalen Endabschnitt 33 vorgesehen. Außerdem ist ein zylindrisches äußeres Verlängerungszylinderteil 33U, das an der Achse O zentriert ist, an einer ringförmigen Oberfläche S3c des proximalen Endabschnitt 33 vorgesehen. Das Brennstoffzuführloch 40c ist an der zentralen Oberfläche S4 ausgebildet. Ein Brennstoffzuführloch 40c ist an der Achse O ausgebildet. Eine Vielzahl von Luftlöchern 50, die das Verlängerungszylinderteil 33T in der Radialrichtung durchdringen, sind in dem Verlängerungszylinderteil 33D ausgebildet. Der Mischraum 32V und der Raum an der Innenumfangsseite des Verlängerungszylinderteil 33T stehen miteinander durch das Luftloch 50 in Verbindung.
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Gemäß der vorgenannten Ausgestaltung wird die Luft, die in den Mischraum 32V durch das Lufteinführrohr 12 eingeführt wird, mit Brennstoff in dem Mischraum 32V gemischt, um ein vorgemischtes Gas zu bilden. Durch Zünden des vorgemischten Gases wird eine Flamme an einer Stromabseite von der Düse 11 des distalen Endabschnitts 31 gebildet. Hierbei ist das Brennstoffzuführloch 40c in einer Oberfläche ausgebildet, die an der Seite des distalen Endes 11T des Abschnitts, der durch die Vielzahl von Lufteinführrohren 12 in dem proximalen Endabschnitt 33 umgeben ist (einer zentralen Oberfläche S4). Der Brennstoff wird also von dem Brennstoffzuführloch 40c in der Richtung der Achse O eingespritzt. Ferner wird das Brennstoffzuführloch 40c mit dem Verlängerungszylinderteil 33T von der Außenumfangseite abgedeckt. Zusätzlich ist das Verlängerungszylinderteil 33T mit einem Luftloch 50 ausgebildet, durch welches der Mischraum 32V mit dem Raum an der Innenumfangsseite des Verlängerungszylinderteils in Verbindung steht. Deshalb kann nach dem Mischen des Brennstoffs und Luft zu einem bestimmten Ausmaß in dem Raum an der Innenumfangsseite des Verlängerungszylinderteils 33T das Luft-Brennstoff-Gemisch zu dem Mischraum 32V zugeführt werden. Das Mischen von Brennstoff und Luft in dem Mischraum 32V kann also weiter gefördert werden.
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Außerdem wird sich, da das Brennstoffzuführloch 40c an der Achse O vorgesehen ist, die Brennstoffkonzentration in dem Mischraum 32V erhöhen, wenn der Abschnitt näher an der Achse O ist. Deshalb wird in dem Flammenbereich, der an der Stromabseite der Düse 11 gebildet ist, eine Brennstoffkonzentration in dem Bereich am höchsten, durch welchen die Achse O verläuft. Mit anderen Worten, ist die Brennstoffkonzentration in der Innenumfangsoberfläche der Düse 11, der Innenumfangsoberfläche des Mischraum 32V und einem Bereich entlang der Oberfläche an einer Außenseite in der Radialrichtung von jedem Lufteinführrohr 12 (eine Außenseitenoberfläche eines Einführrohres 12B) relativ niedrig. Folglich kann die Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass Flammenrückschlag entlang diesen Oberflächen auftritt. Deshalb kann die Brennkammer 1 und die Brennkammeranordnung 100 stabiler betrieben werden.
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Die siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen zu den vorgenannten Ausgestaltungen ohne Verlassen des Kerns der vorliegenden Erfindung gemacht werden. Bei einem modifizierten Beispiel, das in der obigen Ausführungsformen üblich ist, ist die Anzahl von Brennkammern 1, die in der Brennkammeranordnung 100 enthalten sind, nicht auf neun beschränkt, und kann acht oder weniger oder zehn oder mehr sein. Ferner ist die Anzahl von Lufteinführrohren 12 in der Brennkammer 1 nicht auf vier beschränkt und kann drei oder weniger oder fünf oder mehr sein.
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Außerdem können die Brennkammern 1 in der oben beschriebenen Brennkammeranordnung 100 auch auf eine gestufte Weise wie in 10 beschrieben angeordnet werden (ein erstes modifiziertes Beispiel). Insbesondere ist eine Vielzahl von Brennkammern 1 in einer Ebene orthogonal zu der Achse O auf eine gestufte Weise so angeordnet, dass die Positionen der Achse O verschieden voneinander sind. Außerdem kann wie in 11 gezeigt jede Brennkammer 1 in einer hexagonalen Form ausgebildet werden, wenn sie von der Richtung der Achse O betrachtet wird, und die Brennkammern können in einer Wabenform durch einander bringen deren Endflächen miteinander in Verbindung stehen (ein zweites modifiziertes Beispiel). Zusätzlich kann auch wie in 12 gezeigt eine ringförmige Brennkammeranordnung 100 durch Ausbilden von einem Außendurchmesser von jedem von den Brennkammern 1 in einer ringförmigen Bogenform und Verbinden der Brennkammern 1 in der Umfangsrichtung ausgestaltet werden (ein drittes modifiziertes Beispiel).
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Ferner wurden in jedem von den oben beschriebenen Ausführungsformen und modifizierten Beispielen Beispiele beschrieben, in denen die Brennkammer 1 auf einer Ebene angeordnet ist. Jedoch kann wie in 13 gezeigt eine Ausgestaltung, in der die Brennkammer 1 entlang einer gekrümmten Oberfläche angeordnet ist, angepasst werden (ein viertes modifiziertes Beispiel). Insbesondere sind diese Brennkammern 1 entlang einer gekrümmten konkaven Oberfläche angeordnet, die von der einen zu der anderen konvex ist. Es sei darauf hingewiesen, dass solch eine gekrümmte Oberfläche auch eine kontinuierliche Oberfläche sein kann. Es kann ein Polyeder sein, der durch eine Vielzahl von Ebenen, die mit einer verbunden sind, ausgebildet ist.
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Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben und dargestellt wurden, sollte verstanden werden, dass diese exemplarisch für die Erfindung sind und nicht als beschränkend zu betrachten sind. Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können ohne Verlassen des Kerns oder Umfangs der vorliegenden Erfindung gemacht werden. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorhergehende Beschreibung beschränkend anzusehen und ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
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Erklärung der Bezugszeichen
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- 100
- Brennkammeranordnung
- 1
- Brennkammer
- 11,11b
- Düse
- 11R
- hinteres Ende
- 11T
- distales Ende
- 12,12b,12c
- Lufteinführrohr
- 12c1
- Stromaufteil
- 12c2
- Stromabteil
- 12A
- Innenseitenoberfläche des Einführrohres
- 12B
- Außenseitenoberfläche des Einführrohres
- 31
- distaler Endabschnitt
- 32
- Zwischenabschnitt
- 32V
- Mischraum
- 33
- proximaler Endabschnitt
- 33P
- Vorstehteil
- 33S
- Außenumfangoberfläche des Vorstehteils
- 33T
- Verlängerungszylinderteil
- 33U
- äußeres Verlängerungszylinderteil
- 33V
- Brennstoffraum
- 40,40b,40c
- Brennstoffzuführloch
- 50
- Luftloch
- C1,C2
- zentriertes Teil
- E1,E2
- exzentrisches Teil
- O
- Achse
- O2
- Hilfsachse
- S1,S1b
- Mischoberfläche
- S2
- zylindrische Oberfläche
- S3
- ringförmige Oberfläche
- S4
- zentrierte Ebene
- VL
- Erleichterungsteil
- X
- hochkonzentrierter Bereich