世界的に深刻になるにつれ、排出量基準もますます厳しくなってきており、特に工業用および動力発生用のガスタービンの汚染物排出量はかなりの削減が必要である。大気を汚染する主な物質である窒素酸化物(NOx)は、一般にガスタービン燃焼器の高温域内で大気含有窒素の酸素による直接酸化により発生する。従来、ガスタービンのNOx排出量の低減は、燃焼器内の火炎温度を、例えば燃焼器内の高純度の水または水蒸気の噴射により下げることにより行われた。排気中の排出物の低減は選択的な触媒還元のような方法により達成された。湿式技術(水・水蒸気噴射)と選択的触媒還元は当該分野において有効であることがわかっているが、両技術とも補助装置の広範な使用を必要とする。これは明らかにエネルギー発生費を高くする。このような場合、燃料は比較的低い温度で燃やされる。temperature.【0003】代表的な航空エンジン派生型の工業用ガスタービンエンジンでは、燃料は環状燃焼器内で燃やされる。燃料は多数のノズルにより流量調整されて燃焼器内に噴射され、所定量の旋回をなす燃焼用空気とともにベンチュリに入る。end,燃料と空気を均等に混合して火炎温度を下げることに特別な注意が払われていない。NOxの発生量がかなり多くなる。lot.【0004】代表的な航空機ガスタービンエンジンでは、エンジンの保炎性と可変サイクル運転が燃焼器設計要件を支配する。その結果、一般に、燃焼器のドーム端での燃焼が化学量論的状態において可能な最高温度で進行するような燃焼器設計がなされる。従って、このようなガスタービン燃焼器では多量のNOxが発生する。その重要性が2次的なものとされていたからである。ones.【0005】先行技術の予混合ダクトが希薄燃焼設計において利用されているが、最新ガスタービン用としては逆火と自己点火の点で不満足なものとわかっている。逆火は燃焼器の火炎が混合域内に引き戻されることで、圧縮機の不安定性と過渡流による燃焼器からの逆流により非常にしばしば発生する。空燃混合気の自己点火は、空気流が十分速くない場合、すなわち、滞留時間の長い局所域が存在する場合、予混合ダクト内で発生しうる。逆火と自己点火は、圧力比と運転温度を高めるので、航空エンジン派生型エンジン用の混合器の設計において重大な要目となっている。LM6000ガスタービンエンジンであるから、これらの要目は極めて重要である。Flows)」)がなされているが、このような旋回の効果が、燃焼前に燃料と空気を均等に予混合する燃料噴射技術とともに利用されたことはない。4653278号における円すい形先端を有する燃料噴射器は、逆旋回式スワーラにより形成される強烈せん断域と併用するものでもなければ、燃料をダクトまたは空気流とほぼ垂直に噴射して混合を最大にするものでもない。[0007]【発明の目的】従って、本発明の主目的は、自己点火と逆火の問題を回避する航空エンジン派生型ガスタービンエンジン用の空気燃料混合器を提供することである。flashback.【0008】本発明の他の目的は、燃料と高圧空気との均等混合を引起こす強烈せん断域を空気燃料混合器内に設ける手段を含み、これにより、空燃混合気が空気燃料混合器の下流端から燃焼器内に放出されかつ点火された時の汚染物の生成を最少にするような空気燃料混合器を提供することである。minimum.【0009】本発明の他の目的は、燃焼器からの逆流を引起こすことなく燃料と空気を均等に混合する空気燃料混合器を提供することである。combustor.【0010】本発明の他の目的は、空燃混合気にかなりの旋回を与えて燃焼器の1次燃焼域内に逆圧力勾配を発生させ、これにより高温再循環域を1次燃焼域内に設けるような空気燃料混合器を提供することである。混合を最大にするように燃料を混合器内に噴射することである。mixer.【0012】本発明の他の目的は、航空エンジン派生型エンジン内の限定された利用可能空間において空気燃料混合器に供給された燃料と空気の混合の程度を最大にする空気燃料混合器を提供することである。be.【0013】本発明のこれらの目的と他の特徴は、添付図面と関連する以下の説明からさらに明らかとなろう。[0014]【発明の概要】本発明の一特徴によれば、混合ダクトと、この混合ダクトの上流端における1組の内側および外側逆旋回スワーラと、混合ダクトに沿って軸方向に配置されてその中央体を形成している燃料ノズルとを有する混合器が設けられ、この混合器において、圧縮機からの高圧空気が内外両スワーラを経て混合ダクト内に噴射されて強烈せん断域を形成しそして燃料が燃料ノズルから混合ダクト内に噴射されることにより、高圧空気と燃料が混合ダクト内で均等に混合され、従って、空燃混合気が混合ダクトの下流端から燃焼器内に放出されかつ点火された時極めて少ない汚染物を生成する。[0015]【実施例の記載】添付図面の全図を通じて同符号は同要素を表す。10を示し、この燃焼装置は、内部に燃焼室14を画成する中空体12を含んでいる。20とで構成されている。本発明はこのような環状形態に限定されるものではなく、周知の筒形またはキャニュラ形の燃焼装置にも同様に有効に利用できるものであることを理解されたい。本例の環状中空体12のドーム形端部20は旋回カップ22を含み、このカップ内に本発明の混合器24が配置され、これによりカップ内で燃料と空気が均等に混合された後燃焼室14内に導入されるので、空燃混合気の点火による汚染物の発生が最少になる。図1に概略的に示した旋回カップ22は、混合器24と、以下に説明する旋回手段とで構成されている。below.【0016】図2に明示のように、混合器24には内側スワーラ26と外側スワーラ28が含まれ、旋回カップ22内にろう付け等により装着されている。内側および外側スワーラ26、28は好ましくは逆旋回式(図3参照)である。内側スワーラ26と外側スワーラ28の旋回方向は重要なことではなく、互いに逆向きである限りどちらの方向でもよい。26,28はハブ30によって分割されており、従って、両スワーラは同軸環状でありかつ別々の旋回が可能である。28は好ましくは軸方向形つまり軸流形であるが、半径方向形か、軸方向形と半径方向形の組合せでもよい。24の中心に延在することに注意されたい。内側スワーラ26と外側スワーラ28との空気質量比の好適値は約1/3である。1/3.【0017】燃料ノズル35が内側スワーラ26と外側スワーラ28の中央に配置されている。内側および外側スワーラ26、28の下流には環状混合ダクト37が存在する。燃料ノズル35は内側スワーラ26の好ましくはすぐ下流に配設した1組の孔39を有し、これらの孔から燃料が好ましくは軸線Aまたは空気流60とほぼ垂直に噴射されて混合ダクト37に入り混合を良くする。mixed.噴射孔39の個数と寸法は、燃料ノズル35を通流する燃料の量と、燃料の圧力と、スワーラ26、28の個数と特定設計とに依存するが、6〜12個の孔が適切に作用することがわかっている。噴射孔39を内側スワーラ26の後縁と整合して羽根の伴流を利用し混合を増大しうる。空気の温度と圧力により短い滞留時間内に燃料の自己点火が発生する場合には、噴射孔39は内側スワーラ26の羽根の伴流と整合すべきではない。26.【0018】燃料ノズル35は真っ直ぐな筒形部でよく、あるいはその上流端から下流端まで実質上均等に先細になっているものが好ましい。所望に応じ、燃料ノズル35の前面面積は、火炎からの加熱のために小さな断面を呈するように減少していても、あるいは混合ダクト37からの下流火炎再循環域41(後に詳述)の入口を湾曲させるように増大していてもよい。これは、燃料ノズル35が混合ダクト37の全長にわたって延在しそして燃料を孔39からだけではなく先端55からも送り出すことができるからである。35は特定量の燃料流を通すように寸法を定められ、その結果、混合器24の出口面43で希薄予混合が発生する。「希薄」とは、空燃混合気が燃料の完全燃焼に要するより多くの空気を含有すること、すなわち、当量比が1より小さいことを意味する。0.3〜0.6の範囲の当量比が好適であることがわかっている。suitable.【0020】内側スワーラ26と外側スワーラ28を出た空気流60は混合ダクト37内に強烈せん断層45を形成する。37の内面49に沿う逆流を防止する。混合ダクト37は真っ直ぐな筒形部でよいが、その上流端から下流端まで均等に先細になっているものが好ましい。way,燃料流速を高めそして1次燃焼域62からの逆流を防ぐことができる。加えて、混合ダクト37の先細設計は空燃混合気流を均等に加速するように作用するので、ダクト側面に沿う境界層の堆積とそれによる逆火を防ぐ。side.(内側および外側スワーラ26、28も同様な先細設計のものでよい。)本発明は概してガス燃料の場合に利用されるように配慮されているが、液体燃料の場合にも利用できるものである。sprayer,エンジンを液体燃料で運転できる。液体燃料は、燃料ノズル35内に全体的に設けた液体流回路53を経て流量規制された状態で液体噴霧器51に供給される。液体回路53はまた、ガスを燃料ノズル先端55に供給してパイロットノズル火炎を発生させ、また、制御された量の空気を燃焼室14内に噴射して燃料ノズル先端55を冷却するために利用しうるものである。be.【0021】運転中、圧縮機(図示せず)からの圧縮空気58が混合器24の上流端内に流入し、そこで内側および外側スワーラ26、28を通って混合ダクト37に入る。混合ダクト37の下流端において、空燃混合気が、内側および外側ライナ18、16を境界とする燃焼室14の1次燃焼域62内に放出される。この空燃混合気は燃焼室14内で燃焼し、そこで火炎再循環域41が、混合ダクト37を出る旋回流の助けにより設定される。強調すべきことは、スワーラ26、28から出た2つの逆旋回空気流がエネルギーの非常に高いせん断層45を形成し、そこで相伴う両空気流の乱流エネルギーの強烈な消散により燃料と空気の強烈な混合が達成されることである。燃料はこれらの高エネルギーせん断層45内に噴射されるので、マクロ(約1インチ)とミクロ(約1000分の1インチ以下)の混合が非常に短い区域または距離内で発生する。このように、混合ダクト37に供給された燃料と空気との極めて多大な混合が、航空エンジン派生型エンジン内の限定された利用可能空間(約2〜4インチ)において発生する。1PPMほどの低いNOxレベルが達成された。「ドライ」環境(水または蒸気噴射なしの環境)におけるこのようなNOxレベルは、当該技術における他のエンジンにより達成されるレベルより明らかに優れている。art.【0023】混合ダクト37は、内側および外側スワーラ26、28により発生する旋回が1次燃焼域62内で火炎再循環域41を維持しない程度に消散してしまわないうちに燃料と空気との混合が混合ダクト37内で完了するのにちょうど十分な長さをもつように寸法を定められるということに特に注意されたい。空燃混合気の旋回を増大してその旋回流を半径方向外方に曲げそして1次燃焼域62内に逆圧力勾配を発生させ、これにより火炎再循環域41を設定しかつ強化するために、混合ダクト37の下流端を外方に張り開いた形にすることができる。62に入る新しい「コールド」空燃混合気の点火を促進する。26、28の寸法を、混合ダクト37の下流端において旋回がほとんど存在しなくなるように定めてもよい。その結果、下流の火炎は、火炎再循環域41の代りに絶壁状構造体(例えば多孔板)の背後の従来の噴流火炎安定化により安定する。invention,もちろん、本発明の範囲内で混合器をさらに改変して燃料と空気の均等な混合を達成することができる。DRAWINGS【図1】燃焼器構造体の縦断面図である。structure.【図2】図1の燃焼器ドーム部と本発明の空気燃料混合器の拡大図である。1.【図3】図2に示した本発明の空気燃料混合器の正面図である。従って、空燃混合気が前記混合ダクトの下流端から燃焼器内に放出されかつ点火された時極めて少ない汚染物を生成する予混合装置。duct希薄予混合が発生する請求項1記載の装置。axial-type記載の装置。前記スワーラの少なくとも一方が半径方向形である請求項1記載の装置。前記燃料ノズルは燃料を前記混合ダクトとほぼ垂直に噴射する、請求項1記載の装置。かなりの旋回が空燃混合気に与えられる結果、燃焼器の1次燃焼域内に逆圧力勾配が発生し、これにより高温再循環域が前記1次燃焼域内に設定されかつ強化される、請求項1記載の装置。前記混合ダクトはその上流端からその下流端まで実質上均等に先細になっている、請求項1記載の装置。前記混合ダクトは、前記スワーラにより発生する旋回が前記1次燃焼域内で再循環域を維持しない程度に消散してしまわないうちに混合が前記混合ダクト内で完了するのにちょうど十分な長さをもつように寸法を定められる、請求項6記載の装置。前記燃料ノズルはその上流端からその下流端まで実質上均等に先細になっている、請求項1記載の装置。前記混合ダクトの下流端が外方に張り開いており、従って、空燃混合気の旋回流が半径方向外方に曲がって前記1次燃焼域内の前記逆圧力勾配を確定して前記再循環域を設定しかつ強化し得る、請求項6記載の装置。前記燃料ノズルは燃料を前記混合ダクト内の空気流とほぼ垂直に噴射する、請求項1記載の装置。same一半径方向平面に配置される請求項1記載の装置。ago記混合ダクト内に配置される請求項1記載の装置。thatされ、従って、空燃混合気が前記混合ダクトの下流端から燃焼器内に放出されかつ点火された時極めて少ない汚染物を生成する予混合装置。