特開 2024-78998 燃料ノズルおよびガスタービンエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078998

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】燃料ノズルおよびガスタービンエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02C 3/24 20060101AFI20240604BHJP

   F02C 7/232 20060101ALI20240604BHJP

   F23R 3/14 20060101ALI20240604BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

F02C3/24 A

F02C7/232 B

F23R3/14

F23R3/28 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022191676

(22)【出願日】2022-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】514275772

【氏名又は名称】三菱重工航空エンジン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】池田 有空

(72)【発明者】

【氏名】藤本 洋平

(57)【要約】

【課題】液体燃料の微粒化を促進してＮＯｘ等の有害排出物の生成を抑制する。
【解決手段】液体燃料を燃焼室ＣＣに向けて噴射するノズル部１０と、ノズル部１０との間に燃焼用空気ＣＡを流通させる内側流路ＩＣを形成する内側筒部２０と、内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡに旋回力を付与する内側旋回器３０と、を備え、内側筒部２０の内周面２０ａは、ノズル部１０から噴射された液体燃料を付着させて液膜を形成し、内側筒部２０は、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ内側筒部２０の内周面２０ａの軸線Ｘに直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている燃料ノズル１００を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線に沿って配置されるとともに液体燃料を噴射孔から燃焼室に向けて噴射するノズル部と、
前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記ノズル部の外周側に配置され、前記ノズル部との間に燃焼用空気を流通させる第１流路を形成する第１筒部と、
前記第１流路に配置されるとともに前記第１流路を流通する燃焼用空気が前記軸線回りに旋回する旋回力を付与する第１旋回器と、を備え、
前記第１筒部の内周面は、前記ノズル部から噴射された前記液体燃料を付着させて液膜を形成し、
前記第１筒部は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ前記第１筒部の前記内周面の前記軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている燃料ノズル。

【請求項2】

前記第１筒部の前記内周面は、前記軸線回りの周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第１凹凸形状を有し、
前記第１凹凸形状は、前記第１筒部を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第１旋回角を付与する形状である請求項１に記載の燃料ノズル。

【請求項3】

前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記第１筒部の外周側に配置され、前記第１筒部との間に燃焼用空気を流通させる第２流路を形成する第２筒部を備え、
前記第１筒部の外周面は、前記周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第２凹凸形状を有し、
前記第２凹凸形状は、前記第２流路を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第２旋回角を付与する形状である請求項２に記載の燃料ノズル。

【請求項4】

前記第１筒部の前記燃焼室側の先端部において、前記第１旋回角と前記第２旋回角とが異なるように前記第１凹凸形状および前記第２凹凸形状が形成されている請求項３に記載の燃料ノズル。

【請求項5】

前記第１凹凸形状は、前記周方向に前記軸線回りを１周する間に３以上の前記距離の増加と減少の周期数を有する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の燃料ノズル。

【請求項6】

前記第１凹凸形状は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、前記周期数が漸次増加するように形成されている請求項５に記載の燃料ノズル。

【請求項7】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料ノズルを備える燃焼器と、
前記燃焼器が液体燃料を燃焼させることにより生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を備えるガスタービンエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料ノズルおよびガスタービンエンジンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

航空機用エンジンの燃焼器に用いられる燃料ノズルとして、高速の気流を用いて液体燃料を微粒化させるエアブラスト式が主流となっている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ノズルの先端に周方向の複数箇所に隙間が形成されたリップエクステンダーを設け、薄膜状の燃料と隙間から流入する空気とを混合させることにより液体燃料の微粒化を促進することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第１０３１７０８３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年の航空機用エンジンでは、ＮＯｘ（窒素酸化物）に代表される有害排出物に対して厳しい規制が設けられている。燃料ノズルにおける液体燃料の微粒化が不十分な場合、燃焼器の内部における燃料濃度が不均一となって局所的に高温の燃焼ガスが生じ、ＮＯｘ排出量が増加してしまう。そのため、更なる液体燃料の微粒化の促進が求められている。

【0005】

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、液体燃料の微粒化を促進してＮＯｘ等の有害排出物の生成を抑制することが可能な燃料ノズルおよびそれを備えたガスタービンエンジンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る燃料ノズルは、軸線に沿って配置されるとともに液体燃料を噴射孔から燃焼室に向けて噴射するノズル部と、前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記ノズル部の外周側に配置され、前記ノズル部との間に燃焼用空気を流通させる第１流路を形成する第１筒部と、前記第１流路に配置されるとともに前記第１流路を流通する燃焼用空気が前記軸線回りに旋回する旋回力を付与する第１旋回器と、を備え、前記第１筒部の内周面は、前記ノズル部から噴射された前記液体燃料を付着させて液膜を形成し、前記第１筒部は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ前記第１筒部の前記内周面の前記軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、液体燃料の微粒化を促進してＮＯｘ等の有害排出物の生成を抑制することが可能な燃料ノズルおよびそれを備えたガスタービンエンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の第１実施形態に係る燃料ノズルを示す縦断面図である。

【図2】図１に示す内側筒部の先端側を軸線に沿って燃焼室側からみた平面図である。

【図3】図２に示す内側筒部の先端側の斜視図である。

【図4】図１の位置Ｘ１における内側筒部および外側筒部の断面図である。

【図5】図１の位置Ｘ０における内側筒部の断面図である。

【図6】図２に示す内側筒部の先端側のＡ－Ａ矢視断面図である。

【図7】図２に示す内側筒部の先端側の正面図である。

【図8】本開示の第２実施形態の内側筒部の先端側を軸線に沿って燃焼室側からみた平面図である。

【図9】本開示の第３実施形態の内側筒部の先端側を軸線に沿って燃焼室側からみた平面図である。

【図10】本開示の第４実施形態の内側筒部を、内周面を上方にして展開した展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態に係る燃料ノズル１００について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係る燃料ノズル１００を示す縦断面図である。

【0010】

本実施形態の燃料ノズル１００は、例えば、航空機等に用いられるガスタービンエンジンの燃焼器が備えるものである。本実施形態の燃料ノズル１００が備えられた燃焼器を有するガスタービンエンジンは、液体燃料を燃焼させることにより燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、タービンの駆動力によって駆動される駆動軸を備える。タービンから駆動軸に伝達された駆動力は、駆動軸に連結されたプロペラ等を回転させる動力として用いられる。

【0011】

図１に示すように、本実施形態の燃料ノズル１００は、ノズル部１０と、内側筒部（第１筒部）２０と、内側旋回器（第１旋回器）３０と、外側筒部（第２筒部）４０と、外側旋回器（第２旋回器）５０と、を備える。

【0012】

ノズル部１０は、軸線Ｘに沿って配置されるとともに液体燃料供給源（図示略）から供給される液体燃料を噴射孔１１から内側筒部２０を介して燃焼室ＣＣへ向けて噴射する燃料ノズルである。ノズル部１０は、軸線Ｘと交差する噴射方向ＩＤに沿って内側筒部２０の内周面２０ａに向けて液体燃料を噴射する。

【0013】

内側筒部２０は、軸線Ｘに沿って筒状に形成されるとともにノズル部１０の外周側に同軸に配置される筒体である。内側筒部２０は、ノズル部１０との間に燃焼用空気ＣＡを流通させる内側流路ＩＣを形成する。内側流路ＩＣは、図１に示すＸ０に到達するまでは軸線Ｘ回りに環状に形成され、Ｘ０からＸ２に到達するまでは錐台状に形成される流路である。内側流路ＩＣには、燃焼用空気供給源（図示略）から燃焼用空気ＣＡが供給される。

【0014】

内側旋回器３０は、内側流路ＩＣに配置されるとともに内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡが軸線Ｘ回りに旋回する旋回力を付与する装置である。内側旋回器３０は、軸線Ｘ回りの周方向に環状に配置されている。

【0015】

外側筒部４０は、軸線Ｘに沿って筒状に形成されるとともに内側筒部２０の外周側に同軸に配置される筒体である。内側筒部２０は、内側筒部２０との間に燃焼用空気ＣＡを流通させる外側流路ＯＣを形成する。外側流路ＯＣは、軸線Ｘ回りに環状に形成される流路である。外側流路ＯＣには、燃焼用空気供給源（図示略）から燃焼用空気ＣＡが供給される。

【0016】

外側旋回器５０は、外側流路ＯＣに配置されるとともに外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡが軸線Ｘ回りに旋回する旋回力を付与する装置である。外側旋回器５０は、軸線Ｘ回りの周方向に環状に配置されている。

【0017】

ここで、内側筒部２０により液膜ＬＦを形成して燃焼室ＣＣに吐出される液体燃料の微粒化を促進する構成について説明する。図１に示すように、内側筒部２０の内周面２０ａは、ノズル部１０から噴射された液体燃料の一部を付着させて液膜ＬＦを形成する。内周面２０ａに形成される液膜ＬＦは、内側筒部２０の燃焼室ＣＣに面する先端部２０ｂに向けて移動しながら漸次薄くなる。先端部２０ｂから燃焼室ＣＣへ吐出された液膜ＬＦは、内側流路ＩＣから吐出される燃焼用空気ＣＡと外側流路ＯＣから吐出される燃焼用空気ＣＡとのせん断作用によって微粒化される。

【0018】

先端部２０ｂから燃焼室ＣＣへ吐出されて微粒化して液滴となった液体燃料は、先端部２０ｂから遠ざかるにつれて更に液滴のサイズが小さくなり蒸発を開始する。蒸発した燃料は、燃焼用空気ＣＡと混合して燃焼室ＣＣを流通方向の下流側に向けて導かれる。

【0019】

次に、燃焼室ＣＣに吐出される液体燃料の微粒化を促進するための内側筒部２０の形状について説明する。図２は、図１に示す内側筒部２０の先端側を軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣ側からみた平面図である。図３は、図２に示す内側筒部の先端側の斜視図である。図２および図３に示すように、内側筒部２０の内周面２０ａは、軸線Ｘ回りの周方向ＣＤに沿って軸線Ｘからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す凹凸形状（第１凹凸形状）を有する。また、内側筒部２０の外周面２０ｃは、軸線Ｘ回りの周方向ＣＤに沿って軸線Ｘからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す凹凸形状（第２凹凸形状）を有する。

【0020】

内側筒部２０の先端部２０ｂにおいて、内周面２０ａは、軸線Ｘを中心とした半径Ｒ２よりも軸線Ｘからの距離が長い凹部２１と、軸線Ｘを中心とした半径Ｒ２よりも軸線Ｘからの距離が短い凸部２２とを、周方向ＣＤに沿って交互に配置した形状となっている。図２および図３において、谷部２１ａは、軸線Ｘからの距離が最も長くなる凹部２１の位置を示す。頂部２２ａは、軸線Ｘからの距離が最も短くなる凸部２２の位置を示す。

【0021】

図２および図３において、谷線ＶＬは、内側筒部２０の谷部２１ａの周方向ＣＤにおける位置をプロットして形成された線である。本実施形態の内側筒部２０は、略一定の板厚ｔを有するものであるため、内周面２０ａの形状と外周面２０ｃの形状が一致したものとなる。そのため、図２および図３では、内周面２０ａに形成される谷線ＶＬの位置を外周面２０ｃに示している。谷線ＶＬは、内側筒部２０における軸線Ｘ方向の一が図１に示すＸ０からＸ１、Ｘ１からＸ２に進むにつれて、周方向ＣＤに沿って移動するように形成される。

【0022】

図４は、図１の位置Ｘ１における内側筒部２０および外側筒部４０の断面図である。内側筒部２０の位置Ｘ１における内周面２０ａは、軸線Ｘを中心とした半径Ｒ１よりも軸線Ｘからの距離が長い凹部２１と、軸線Ｘを中心とした半径Ｒ１よりも軸線Ｘからの距離が短い凸部２２とを、周方向ＣＤに沿って交互に配置した形状となっている。図４において、谷部２１ａは、軸線Ｘからの距離が最も長くなる凹部２１の位置を示す。頂部２２ａは、軸線Ｘからの距離が最も短くなる凸部２２の位置を示す。

【0023】

図４に示す半径Ｒ１は、図２に示す半径Ｒ２よりも大きい。そのため、図１の位置Ｘ２で内側筒部２０の内周面２０ａにより形成される内側流路ＩＣの流路断面積は、図１の位置Ｘ１で内側筒部２０の内周面２０ａにより形成される内側流路ＩＣの流路断面積よりも小さくなる。また、図１の位置Ｘ２における内側筒部２０の内周面２０ａの濡れ縁長さは、図１の位置Ｘ１における内側筒部２０の内周面２０ａの濡れ縁長さよりも長くなる。ここで、濡れ縁長さは、内側筒部２０の内周面２０ａの軸線Ｘに直交する断面における長さであり、内周面２０ａの周方向ＣＤに沿った１周分の長さをいう。

【0024】

図５は、図１の位置Ｘ０における内側筒部２０の断面図である。図５に示すように、軸線Ｘ上の位置Ｘ０における内周面２０ａは、軸線Ｘからの距離がＲ０で一定の円形となっている。図５に示す半径Ｒ０は、図４に示す半径Ｒ１よりも大きい。そのため、図１の位置Ｘ１で内側筒部２０の内周面２０ａにより形成される内側流路ＩＣの流路断面積は、図１の位置Ｘ０で内側筒部２０の内周面２０ａにより形成される内側流路ＩＣの流路断面積よりも小さくなる。また、図１の位置Ｘ１における内側筒部２０の内周面２０ａの濡れ縁長さは、図１の位置Ｘ０における内側筒部２０の内周面２０ａの濡れ縁長さよりも長くなる。

【0025】

以上のように、内側筒部２０は、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて内側流路ＩＣの流路断面積が小さくなり、かつ内側筒部２０の内周面２０ａの軸線Ｘに直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている。

【0026】

以上の説明において、半径Ｒ１，Ｒ２は、軸線Ｘを中心とした径方向において、谷部２１ａまでの距離と頂部２２ａまでの距離が等しい位置に設定されている。半径Ｒ１，Ｒ２の円から谷部２１ａまでの距離と、半径Ｒ１，Ｒ２の円から頂部２２ａまでの距離は等しく、この距離を振幅ＶＡとする（図４参照）。振幅ＶＡは、以下の式（１）を満たすように定めるのが望ましい。
０．１５×（ｒ－Ｒ）≦ＶＡ≦０．５×（ｒ－Ｒ） （１）
ここで、ｒは、軸線Ｘに沿った各位置における外側筒部４０の内周面４０ａから軸線Ｘまでの距離である。位置Ｘ１におけるｒは、ｒ１である。また、Ｒは、軸線Ｘを中心とした径方向において、谷部２１ａまでの距離と頂部２２ａまでの距離が等しい位置に設定された円の半径である。位置Ｘ１，Ｘ２におけるＲは、Ｒ１，Ｒ２である。

【0027】

振幅ＶＡを０．１５×（ｒ－Ｒ）以上とすることで、液体燃料の薄膜化を促進するための濡れ縁長さとして適切な長さを確保することができる。また、振幅ＶＡを０．５×（ｒ－Ｒ）以下とすることで、振幅ＶＡが過度に大きくなって凹部２１に液体燃料の液溜まりが発生することを抑制することができる。

【0028】

なお、以上の説明では、内側筒部２０の内側流路ＩＣは、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて流路断面積が小さくなるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、内側筒部２０の内側流路ＩＣは、軸線Ｘに沿った燃焼室ＣＣからの距離によらずに一定の流路断面積となるように形成してもよい。すなわち、内側筒部２０の内側流路ＩＣは、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて流路断面積が拡大しないものとしてもよい。

【0029】

次に、内側筒部２０の内周面２０ａに形成される凹凸形状により内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡに第１旋回角αを付与することについて図面を参照して説明する。図６は、図２に示す内側筒部２０の先端側のＡ－Ａ矢視断面図である。図６に示すように、内側筒部２０の内周面２０ａに形成される谷線ＶＬの接線方向ＴＤと軸線Ｘが延びる方向とがなす角が第１旋回角αである。内側筒部２０の先端側に流入する燃焼用空気ＣＡは、接線方向ＴＤに沿って導かれ、第１旋回角αが付与される。

【0030】

図６に示す例では、軸線Ｘに沿った位置Ｘ０における第１旋回角αはα０であり、軸線Ｘに沿った位置Ｘ１における第１旋回角αはα１であり、軸線Ｘに沿った位置Ｘ２における第１旋回角αはα２である。例えば、第１旋回角αは、α０＜α１＜α２の関係となる。α０の一例は７０度であり、α２の一例は５０度である。このように、内側筒部２０の内周面２０ａに形成される凹凸形状は、内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡに第１旋回角αを付与する形状となっている。

【0031】

図６に示すように、第１旋回角αは、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて、連続的に漸次変化するように規定されている。そのため、第１旋回角αを急激に変化させる場合や、段階的に変化させる場合に比べ、内側流路ＩＣで圧力損失が発生することや、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡの剥離が生ずることを抑制することができる。

【0032】

次に、内側筒部２０の外周面２０ｃに形成される凹凸形状により外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡに第２旋回角βを付与することについて図面を参照して説明する。図７は、図２に示す内側筒部２０の先端側の正面図である。図７に示すように、内側筒部２０の外周面２０ｃに形成される谷線ＶＬの接線方向ＴＤと軸線Ｘが延びる方向とがなす角が第２旋回角βである。外側流路ＯＣに流入する燃焼用空気ＣＡは、接線方向ＴＤに沿って導かれ、第２旋回角βが付与される。

【0033】

図７に示す例では、軸線Ｘに沿った位置Ｘ０における第２旋回角βはβ０であり、軸線Ｘに沿った位置Ｘ１における第２旋回角βはβ１であり、軸線Ｘに沿った位置Ｘ２における第２旋回角βはβ２である。例えば、第２旋回角βは、β０＜β１＜β２の関係となる。β０の一例は７０度であり、β２の一例は５０度である。このように、内側筒部２０の外周面２０ｃに形成される凹凸形状は、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡに第２旋回角βを付与する形状となっている。

【0034】

図７に示すように、第２旋回角βは、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて、連続的に漸次変化するように規定されている。そのため、第２旋回角βを急激に変化させる場合や、段階的に変化させる場合に比べ、外側流路ＯＣで圧力損失が発生することや、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡの剥離が生ずることを抑制することができる。

【0035】

本実施形態の内側筒部２０は、略一定の板厚ｔを有するものであるため、内周面２０ａの形状と外周面２０ｃの形状が一致したものとなる。そのため、第１旋回角αと第２旋回角βは、軸線Ｘ方向の各位置で同一の角度となる。

【0036】

本実施形態の内側筒部２０の内周面２０ａの凹凸形状は、軸線Ｘ回りの周方向ＣＤに沿って軸線Ｘからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す形状である。このような凹凸形状とすることで、液膜ＬＦの面積を増大させることができる。内側筒部２０を流通する燃焼用空気ＣＡが液膜ＬＦに外力を加えることで界面形状を変化させ、燃料の微粒化を促進する。微粒化された燃料が燃焼用空気ＣＡと混合することで、燃焼室ＣＣ内の混合気の生成を適切に促進することができる。

【0037】

同様に、本実施形態の内側筒部２０の外周面２０ｃの凹凸形状は、軸線Ｘ回りの周方向ＣＤに沿って軸線Ｘからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す形状である。このような凹凸形状に沿って燃焼用空気ＣＡを軸線Ｘに漸次近づく方向に導くことで、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡが軸線Ｘに近づく方向に向けて燃焼室ＣＣへ吐出されるため、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気ＣＡとの混合を適切に促進することができる。

【0038】

特に、内周面２０ａの凹凸形状により旋回力が付与されて軸線Ｘから遠ざかる方向に向けて内側流路ＩＣから燃焼室ＣＣへ吐出される燃焼用空気ＣＡと、軸線Ｘに近づく方向に向けて外側流路ＯＣから燃焼室ＣＣへ吐出される燃焼用空気ＣＡとの混合により、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。

【0039】

内周面２０ａの凹凸形状の周期数および外周面２０ｃの凹凸形状の周期数は、３以上かつ２０以下とするのが好ましい。ここで、周期数とは、周方向ＣＤに軸線回りを１周する間に凹凸形状の増加と減少を繰り返す回数である。周期数を３以上とすることで、内周面２０ａの軸線Ｘに直交する断面における濡れ縁長さを十分に確保して薄膜化した液体燃料の微粒化を促進することができる。また、周期数を２０以下とすることで、凹凸形状の周方向ＣＤの長さが過度に短くなって凹部２１に液体燃料の液溜まりが発生することを抑制することができる。

【0040】

以上で説明した本実施形態の燃料ノズル１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の燃料ノズル（１００）によれば、ノズル部１０の噴射孔１１から燃焼室ＣＣに設けて噴射された液体燃料の一部は、内側旋回器３０により旋回力が付与された燃焼用空気ＣＡと混合して旋回し、内側筒部２０の内周面２０ａに付着する。軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて内側筒部２０の内周面２０ａの軸線Ｘに直交する断面における濡れ縁長さが長くなるため、内側筒部２０の内周面２０ａに付着した液体燃料が燃焼室ＣＣへ近づくにつれて漸次薄膜化し、内側筒部２０の先端部２０ｂから吐出される際に外側流路ＯＣから吐出される燃焼用空気ＣＡと合流する。

【0041】

また、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて内側筒部２０の流路断面積が拡大しないため、燃焼用空気ＣＡと液体燃料とが混合した燃焼用空気ＣＡの流速を低下させることなく、内側筒部２０の先端部から燃焼用空気ＣＡを吐出することができる。そして、外側流路ＯＣから吐出される燃焼用空気ＣＡには外側旋回器５０により旋回力が付与されているため、外側流路ＯＣから吐出される燃焼用空気ＣＡと、内側流路ＩＣから吐出される液体燃料が混合した燃焼用空気ＣＡとの間に生じるせん断力の作用により、薄膜化した液体燃料の微粒化を促進することができる。

【0042】

本実施形態の燃料ノズル１００によれば、内側筒部２０を流通する燃焼用空気ＣＡが内周面２０ａの凹凸形状により第１旋回角αが付与された状態で燃焼室ＣＣへ吐出されるため、内周面２０ａに凹凸形状を設けない場合に比べ、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を促進することができる。

【0043】

本実施形態の燃料ノズル１００によれば、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡが外周面２０ｃの凹凸形状により第２旋回角βが付与された状態で燃焼室ＣＣへ吐出されるため、外周面２０ｃに凹凸形状を設けない場合に比べ、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡと内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡとが混合する際に作用するせん断力が大きくなり、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。

【0044】

本実施形態の燃料ノズル１００によれば、内側筒部２０を流通する燃焼用空気が、３以上の周期数を有する凹凸形状により旋回角が付与された状態で燃焼室ＣＣへ吐出されるため、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気ＣＡとの混合を適切に促進することができる。

【0045】

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る燃料ノズル１００Ａについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

【0046】

第１実施形態の燃料ノズル１００が備える内側筒部２０は、略一定の板厚ｔを有するものであり、内周面２０ａの形状と外周面２０ｃの形状が一致し、第１旋回角αと第２旋回角βが軸線Ｘ方向の各位置で同一の角度となるものであった。それに対し、本実施形態の燃料ノズル１００Ａが備える内側筒部２０Ａは、内側流路ＩＣを形成する第１筒部２０Ａ１と、外側流路ＯＣを形成する第２筒部２０Ａ２とをそれぞれ別の部材により形成するものである。

【0047】

図８は、本開示の第２実施形態の内側筒部２０Ａの先端側を軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣ側からみた平面図である。図８に示すように、本実施形態の燃料ノズル１００Ａの内側筒部２０Ａは、第１筒部２０Ａ１と、第２筒部２０Ａ２と、を有する。第１筒部２０Ａ１の構造は、第１実施形態の内側筒部２０の構造と同一であるため、以下での説明を省略する。ただし、第１実施形態の内側筒部２０の外周面２０ｃは、外側流路ＯＣを形成するものであったが、本実施形態の第１筒部２０Ａ１の外周面は外側流路ＯＣを形成しない。

【0048】

本実施形態の燃料ノズル１００Ａの内側筒部２０Ａは、第１筒部２０Ａ１の外側に第２筒部２０Ａ２が配置される。第２筒部２０Ａ２は、軸線Ｘ上の位置Ｘ０から位置Ｘ２に向けて軸線Ｘから内周面２０Ａ２ａまで距離がＲ３からＲ４まで漸次減少する円錐台状に形成される筒体である。第２筒部２０Ａ２は、外周面２０Ａ２ｂにより、外側流路ＯＣを形成する。

【0049】

軸線Ｘに直交する径方向において、第１筒部２０Ａ１の内周面２０Ａ１ａから第２筒部２０Ａ２の外周面２０Ａ２ｂまでの距離をｔＬとした場合、第１筒部２０Ａ１の頂部２２ａから谷部２１ａまでの距離ＶＡ２は、以下の式（２）を満たすように設定される。
０．１５×ｔＬ≦ＶＡ２≦０．８５×ｔＬ （２）

【0050】

軸線Ｘ上の位置Ｘ０において、ＶＡ２＝０．１５×ｔＬとなる。また、軸線Ｘ上の位置Ｘ２において、ＶＡ２＝０．８５×ｔＬとなる。距離ＶＡ２は、軸線Ｘに沿った位置が位置Ｘ０から位置Ｘ２に向かって漸次増大するように設定される。

【0051】

本実施形態の燃料ノズル１００Ａが備える内側筒部２０Ａは、内側流路ＩＣを形成する第１筒部２０Ａ１と、外側流路ＯＣを形成する第２筒部２０Ａ２とをそれぞれ別の部材により形成するものであるため、外側流路ＯＣが第１筒部２０Ａ１の外周面ではなく第２筒部２０Ａ２の外周面２０Ａ２ｂにより形成される。第１筒部２０Ａ１の内周面２０Ａ１ａの形状と第２筒部２０Ａ２の外周面２０Ａ２ｂの形状が一致しない。

【0052】

そのため、第１旋回角αと第２旋回角βが軸線Ｘ方向の各位置で同一の角度となる第１実施形態の内側筒部２０に比べ、外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡと内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡとが混合する際に作用するせん断力が大きくなる。そのため、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。

【0053】

なお、本実施形態では、内側流路ＩＣを形成する第１筒部２０Ａ１と、外側流路ＯＣを形成する第２筒部２０Ａ２とをそれぞれ別の部材により形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１筒部２０Ａ１と、第２筒部２０Ａ２とを一体の部材として形成してもよい。また、例えば、第１筒部２０Ａ１と第２筒部２０Ａ２との間の隙間を封止した中実の部材により第１筒部２０Ａ１と第２筒部２０Ａ２とを一体に形成してもよい。

【0054】

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る燃料ノズル１００Ｂについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第２実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

【0055】

第２実施形態の燃料ノズル１００の内側筒部２０Ａは、第１筒部２０Ａ１と円錐台状の第２筒部２０Ａ２を備えるものであった。それに対して、本実施形態の内側筒部２０Ｂは、第１筒部２０Ｂ１と円錐台状の第２筒部２０Ｂ２に加え、更に第３筒部２０Ｂ３を備える。

【0056】

図９は、本開示の第３実施形態の内側筒部２０Ｂの先端側を軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣ側からみた平面図である。図９に示すように、本実施形態の燃料ノズル１００Ｂの内側筒部２０Ｂは、第１筒部２０Ｂ１と、第２筒部２０Ｂ２と、第３筒部２０Ｂ３と、を有する。第１筒部２０Ｂ１と、第２筒部２０Ｂ２は、それぞれ第２実施形態の第１筒部２０Ａ１と、第２筒部２０Ａ２と同一の構造であるため、以下での説明を省略する。

【0057】

本開示の第３実施形態の内側筒部２０Ｂは、第２筒部２０Ｂ２の外側に更に第３筒部２０Ｂ３が設けられている。第３筒部２０Ｂ３の外周面２０Ｂ３ａは、軸線Ｘ回りの周方向ＣＤに沿って軸線Ｘからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す凹凸形状（第２凹凸形状）を有する。外周面２０Ｂ３ａは、凸部２０Ｂ３ａ１と、軸線Ｘからの距離が凸部２０Ｂ３ａ１よりも短い凹部２０Ｂ３ａ２とを周方向ＣＤに沿って交互に有する。

【0058】

図９に示すように、第１筒部２０Ｂ１の凹部２１の位置と第３筒部２０Ｂ３の凸部２０Ｂ３ａ１の周方向ＣＤの位置（位相）、第１筒部２０Ｂ１の凸部２２の位置と第３筒部２０Ｂ３の凹部２０Ｂ３ａ２の周方向ＣＤの位置（位相）とが、それぞれ異なっている。このようにすることで、第１筒部２０Ｂ１に沿って内側流路ＩＣから燃焼室ＣＣへ流出する燃焼用空気ＣＡの周方向ＣＤに分散する主流の位置と、第３筒部２０Ｂ３に沿って外側流路ＯＣから燃焼室ＣＣへ流出する燃焼用空気ＣＡの周方向ＣＤに分散する主流の位置とを異ならせることができる。これにより、内側流路ＩＣから燃焼室ＣＣへ流出する燃焼用空気ＣＡと外側流路ＯＣから燃焼室ＣＣへ流出する燃焼用空気ＣＡとの間に作用するせん断力を良好に高めることができる。

【0059】

本実施形態では、第１筒部２０Ｂ１の内周面に形成される凹凸形状により内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡに付与される第１旋回角α（図６参照）と、第３筒部２０Ｂ３の外周面２０Ｂ３ａに形成される凹凸形状により外側流路ＯＣを流通する燃焼用空気ＣＡに付与される第２旋回角β（図７参照）とを、軸線Ｘ上の各位置で異ならせるようにしてもよい。

【0060】

また、第１旋回角αと第２旋回角βとを、少なくとも燃焼室ＣＣへの吐出位置（内側筒部２０Ｂの燃焼室ＣＣ側の先端部）で異ならせるようにしてもよい。第１旋回角αと第２旋回角βとを、燃焼室ＣＣへの吐出位置で異ならせることで、内側流路ＩＣから燃焼室ＣＣへ流出する燃焼用空気ＣＡと外側流路ＯＣから燃焼室ＣＣへ流出する燃焼用空気ＣＡとの間に作用するせん断力を良好に高めることができる。

【0061】

図９に示す内側筒部２０Ｂは、第１筒部２０Ｂ１の凹凸形状の周方向ＣＤの周期数（５）と、第３筒部２０Ｂ３の凹凸形状の周方向ＣＤの周期数（５）を一致させるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１筒部２０Ｂ１の凹凸形状の周方向ＣＤの周期数よりも、第３筒部２０Ｂ３の凹凸形状の周方向ＣＤの周期数を大きくするなど、周期数を異ならせてもよい。

【0062】

なお、本実施形態では、第１筒部２０Ｂ１と第２筒部２０Ｂ２と第３筒部２０Ｂ３とをそれぞれ独立した部材として形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１筒部２０Ｂ１と、第２筒部２０Ｂ２と、第３筒部２０Ｂ３とを一体の部材として形成してもよい。また、例えば、第１筒部２０Ｂ１と第３筒部２０Ｂ３との間の隙間を封止した中実の部材により第１筒部２０Ｂ１と第３筒部２０Ｂ３とを一体に形成してもよい。

【0063】

〔第４実施形態〕
次に、本開示の第４実施形態に係る燃料ノズルについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

【0064】

第１実施形態の内側筒部２０は、内側筒部２０の内周面２０ａおよび外周面２０ｃに形成される凹凸形状の周方向ＣＤの周期数を、軸線Ｘに沿った各位置において同一とするものであった。それに対して、本実施形態の内側筒部２０Ｃは、内側筒部２０Ｃの内周面および外周面に形成される凹凸形状の周方向ＣＤの周期数を、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて増加させるものである。

【0065】

図１０は、本実施形態の内側筒部２０Ｃを、内周面２０Ｃａを上方にして展開した展開図である。内側筒部２０Ｃは、周方向ＣＤの一端部２０Ｃ１と他端部２０Ｃ２とが同一位置となって筒体を形成する。

【0066】

図１０に示すように、軸線Ｘに沿った位置Ｘ０において、内側筒部２０Ｃの周方向ＣＤに沿って凹部２１Ｃと凸部２２Ｃとが、周期数４で交互に配置されている。また、軸線Ｘに沿った位置Ｘ１において、内側筒部２０Ｃの周方向ＣＤに沿って凹部２１Ｃと凸部２２Ｃとが、周期数６で交互に配置されている。また、軸線Ｘに沿った位置Ｘ２において、内側筒部２０Ｃの周方向ＣＤに沿って凹部２１Ｃと凸部２２Ｃとが、周期数１２で交互に配置されている。

【0067】

以上のように、本実施形態の内側筒部２０Ｃは、内側筒部２０Ｃの内周面２０Ｃａおよび外周面に形成される凹凸形状の周方向ＣＤの周期数を、軸線Ｘに沿って燃焼室ＣＣに近づくにつれて増加させる形状となっている。また、内側筒部２０Ｃの凹凸形状は、軸線Ｘに沿って周方向ＣＤの周期数を増加させる際に滑らかに位相数の切り替えが行われるように、図１０に示す曲面形状を有している。

【0068】

本実施形態の燃料ノズルによれば、内側筒部２０Ｃの凹凸形状の周期数が燃焼室ＣＣに近づくにつれて漸次増加するように形成されているため、内側流路ＩＣを流通する燃焼用空気ＣＡの周方向ＣＤの分割数が燃焼室ＣＣに近づくにつれて漸次増加し、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を更に促進することができる。

【0069】

以上説明した各実施形態に記載の燃料ノズルは、例えば以下のように把握される。
本開示の第１態様に係る燃料ノズル（１００）は、軸線（Ｘ）に沿って配置されるとともに液体燃料を噴射孔（１１）から燃焼室（ＣＣ）に向けて噴射するノズル部（１０）と、前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記ノズル部の外周側に配置され、前記ノズル部との間に燃焼用空気を流通させる第１流路（ＩＣ）を形成する第１筒部（２０）と、前記第１流路に配置されるとともに前記第１流路を流通する燃焼用空気が前記軸線回りに旋回する旋回力を付与する第１旋回器（３０）と、を備え、前記第１筒部の内周面（２０ａ）は、前記ノズル部から噴射された前記液体燃料を付着させて液膜を形成し、前記第１筒部は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ前記第１筒部の前記内周面の前記軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている。

【0070】

本開示に係る燃料ノズル（１００）によれば、ノズル部の噴射孔から燃焼室に設けて噴射された液体燃料の一部は、第１旋回器により旋回力が付与された燃焼用空気と混合して旋回し、第１筒部の内周面に付着する。軸線に沿って燃焼室に近づくにつれて第１筒部の内周面の軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるため、第１筒部の内周面に付着した液体燃料が燃焼室へ近づくにつれて漸次薄膜化する。

【0071】

また、軸線に沿って燃焼室に近づくにつれて第１筒部の流路断面積が拡大しないため、燃焼用空気と液体燃料とが混合した混合気の流速を低下させることなく、第１筒部の先端部から混合気を吐出することができる。そして、第１流路から吐出される燃焼用空気生じさせるせん断力の作用により、薄膜化した液体燃料の微粒化を促進することができる。

【0072】

本開示の第２態様に係る燃料ノズル（１００）は、第１態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第１筒部の前記内周面は、前記軸線回りの周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第１凹凸形状を有し、前記第１凹凸形状は、前記第１筒部を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第１旋回角（θ１）を付与する形状である。
本開示の第２態様に係る燃料ノズルによれば、第１筒部を流通する燃焼用空気が第１凹凸形状により第１旋回角が付与された状態で燃焼室へ吐出されるため、内周面に第１凹凸形状を設けない場合に比べ、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を促進することができる。

【0073】

本開示の第３態様に係る燃料ノズル（１００）は、第２態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記第１筒部の外周側に配置され、前記第１筒部との間に燃焼用空気を流通させる第２流路（ＯＣ）を形成する第２筒部（４０）を備え、前記第１筒部の外周面は、前記周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第２凹凸形状を有し、前記第２凹凸形状は、前記第２流路を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第２旋回角（θ２）を付与する形状である。
本開示の第３態様に係る燃料ノズルによれば、第２流路を流通する燃焼用空気が第２凹凸形状により第２旋回角が付与された状態で燃焼室へ吐出されるため、第２凹凸形状を設けない場合に比べ、第２流路を流通する燃焼用空気と第１流路を流通する燃焼用空気とが混合する際に作用するせん断力が大きくなり、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。

【0074】

本開示の第４態様に係る燃料ノズル（１００）は、第３態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第１筒部の前記燃焼室側の先端部において、前記第１旋回角と前記第２旋回角とが異なるように前記第１凹凸形状および第２凹凸形状が形成されている。
本開示の第４態様に係る燃料ノズルによれば、第１筒部の燃焼室側の先端部において第１旋回角と第２旋回角とが異なるため、第１旋回角と第２旋回角とが同一である場合に比べ、外側流路を流通する燃焼用空気と第１流路を流通する燃焼用空気とが混合する際に作用するせん断力が大きくなり、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。

【0075】

本開示の第５態様に係る燃料ノズル（１００）は、第２態様から第４態様のいずれかにおいて、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第１凹凸形状は、前記周方向に前記軸線回りを１周する間に３以上の前記距離の増加と減少の周期数を有する。
本開示の第５態様に係る燃料ノズルによれば、第１筒部を流通する燃焼用空気が、３以上の周期数を有する第１凹凸形状により旋回角が付与された状態で燃焼室へ吐出されるため、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を適切に促進することができる。

【0076】

本開示の第６態様に係る燃料ノズル（１００）は、第５態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第１凹凸形状は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、前記周期数が漸次増加するように形成されている。
本開示の第６態様に係る燃料ノズルによれば、第１凹凸形状の周期数が燃焼室に近づくにつれて漸次増加するように形成されているため、内側流路を流通する燃焼用空気の周方向の分割数が燃焼室に近づくにつれて漸次増加し、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を更に促進することができる。

【0077】

本開示の第７態様に係るガスタービンエンジンは、第１態様から第６態様にいずれかの燃料ノズルを備える燃焼器と、燃焼器が液体燃料を燃焼させることにより生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を備える。
本開示の第７態様に係るガスタービンエンジンによれば、液体燃料の微粒化を促進してＮＯｘ等の有害排出物の生成を抑制することが可能な燃料ノズルを備えたガスタービンエンジンを提供することができる。

【符号の説明】

【0078】

１０ ノズル部
１１ 噴射孔
１２ 周期数
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 内側筒部
２０ａ，２０Ａ１ａ，２０Ａ２ａ，２０Ｃａ，４０ａ 内周面
２０ｃ，２０Ａ２ｂ，２０Ｂ３ａ 外周面
２０ｂ 先端部
２０Ａ１，２０Ｂ１ 第１筒部
２０Ａ２，２０Ｂ２ 第２筒部
２０Ｂ３ 第３筒部
２０Ｂ３ａ１，２２，２２Ｃ 凸部
２０Ｂ３ａ２，２１，２１Ｃ 凹部
２０Ｃ１ 一端部
２０Ｃ２ 他端部
２１ａ 谷部
２２ａ 頂部
３０ 内側旋回器
４０ 外側筒部
５０ 外側旋回器
１００，１００Ａ，１００Ｂ 燃料ノズル
ＣＡ 燃焼用空気
ＣＣ 燃焼室
ＣＤ 周方向
ＩＣ 内側流路
ＬＦ 液膜
ＯＣ 外側流路
Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２ 半径
ＴＤ 接線方向
ＶＡ 振幅
ＶＡ２ 距離
ＶＬ 谷線
Ｘ 軸線
ｔ 板厚
α 第１旋回角
β 第２旋回角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】