КАМЕРА СГОРАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F23R3/32 F23C3/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к камере сгорания, обеспечивающей сгорание топливовоздушной смеси, в которой осуществляется смешивание топлива, выпускаемого из первой трубы, и окислителя, выпускаемого из второй трубы, и которая нагревает рабочий газ, передавая теплоту отработавшего газа, образованную при сгорании, указанному выше окислителю через третью трубу. Приоритет испрашивается по заявке на патент Японии № 2008-314691, зарегистрированной 10 декабря 2008 г., и заявке на патент Японии № 2008-318537, зарегистрированной 15 декабря 2008 г., содержание которых включено сюда в качестве ссылочного материала.

Предпосылки изобретения

Ранее в качестве камеры сгорания, позволяющей уменьшить размеры, была известна камера сгорания, которая сжигает рабочий газ (топливовоздушную смесь, в которой смешиваются топливо и окислитель), который выпускается из первой трубы через отверстия, которые находятся в пределах расстояния гашения пламени в зоне сгорания внутри второй трубы.

Согласно этому типу камеры сгорания, распространение пламени в первую трубу предотвращается отверстиями, которые находятся в пределах расстояния гашения пламени, и можно устойчиво сжигать рабочий газ в очень узкой зоне сгорания внутри второй трубы, соответственно подавая рабочий газ.

В качестве этого типа камеры сгорания, для целей более устойчивого сгорания рабочего газа, дальнейшего уменьшения размеров камеры сгорания и повышения эффективности использования энергии была предложена камера сгорания, которая нагревает рабочий газ до сгорания посредством передачи теплоты отработавшего газа, который произведен при сгорании рабочего газа, рабочему газу через первую трубу (см., например, Патентный документ 1).

Патентный документ 1: Нерассмотренная заявка на патент Японии № 2004-156862.

Описание изобретения

Задачи, решаемые изобретением

Однако поскольку топливо и окислитель предварительно смешиваются, как указано выше, рабочий газ подвергается самовоспламенению, когда он нагрет до температуры самовоспламенения или выше. Следовательно, относительно камеры сгорания, которая передает теплоту отработавшего газа рабочему газу, чтобы ограничивать теплоту, которая передается от отработавшего газа рабочему газу, вводятся ограничения дистанции теплообмена и материала пути теплообмена, и также возникают ограничения или подобное относительно энергии сгорания, снижающие степень свободы конструирования камеры сгорания.

Кроме того, чтобы эффективно передавать теплоту отработавшего газа рабочему газу, предпочтительно сформировать трубу, которая образует канал для потока рабочего газа, из материала с высокой удельной теплопроводностью. Однако материалы, которые имеют высокую удельную теплопроводность, имеют низкое тепловое сопротивление. Следовательно, в случае, когда указанная выше труба сформирована из материала с высокой удельной теплопроводностью, область указанной выше трубы, которая подвергается воздействию высокотемпературной окружающей среды вблизи зоны сгорания, повреждается вследствие окислительного охрупчивания, и срок службы камеры сгорания сокращается.

С другой стороны, также можно предусматривать формирование указанной выше трубы из материала с высоким тепловым сопротивлением. Однако поскольку материал с высоким тепловым сопротивлением имеет низкую удельную теплопроводность, теплота отработавшего газа не может эффективно передаваться рабочему газу, и нагревание рабочего газа будет недостаточным.

Настоящее изобретение было сделано в свете предшествующих проблем, и относительно камеры сгорания, которая позволяет уменьшить размер и которая нагревает топливовоздушную смесь теплотой отработавшего газа, его объектом является предотвращение самовоспламенения топливовоздушной смеси и повышение степени свободы конструкции камеры сгорания, а также обеспечение достаточного нагревания рабочего газа и увеличение долговечности.

Средства для решения задач

Настоящее изобретение принимает следующие конфигурации для решения указанных выше задач.

Первый вариант осуществления изобретения относится к камере сгорания, которая включает: канал для потока топлива, который является проточным каналом для топлива и который выполнен с возможностью выпуска указанного выше топлива в наружное относительно него пространство; канал для потока окислителя, который является проточным каналом для окислителя и который выполнен с возможностью выпуска указанного выше окислителя в наружное относительно него пространство; и канал для потока отходящего газа, который имеет зону сгорания, в которой сгорает топливовоздушная смесь, в которой смешаны указанное выше топливо и указанный выше окислитель, и который составляет канал для отработавшего газа, который произведен сгоранием. В первом варианте осуществления изобретения нагревается по меньшей мере одно или другое: указанное выше топливо внутри указанного выше канала для потока топлива и указанный выше окислитель внутри указанного выше канала для потока окислителя теплотой указанного выше отработавшего газа и образуется указанная выше топливовоздушная смесь, смешивая указанное выше топливо, выпускаемое из указанного выше канала для потока топлива, и окислитель, выпускаемый из указанного выше канала для потока окислителя, в указанном выше канале для потока отходящего газа.

Относительно указанного выше первого варианта осуществления изобретения, второй вариант осуществления изобретения включает: первую трубу, один конец которой является закрытым концом; вторую трубу, которая окружает первую трубу и один конец которой на стороне закрытого конца указанной выше первой трубы является закрытым концом; и третью трубу, которая окружает вторую трубу и один конец которой на стороне закрытого конца указанной выше первой трубы является закрытым концом. Во втором варианте осуществления изобретения внутреннее пространство указанной выше первой трубы образует одну часть указанного выше канала для потока топлива и указанного выше канала для потока окислителя, пространство между указанной выше первой трубой и указанной выше второй трубой образует другую часть указанного выше канала для потока топлива и указанного выше канала для потока окислителя, и пространство между указанной выше второй трубой и указанной выше третьей трубой составляет указанный выше канал для потока отходящего газа.

Относительно указанного выше второго варианта осуществления изобретения, что касается третьего варианта осуществления изобретения, указанная выше первая труба снабжена выпускными отверстиями, и указанная выше вторая труба снабжена выпускными отверстиями, которые выполнены таким образом, что они перекрываются относительно указанных выше выпускных отверстий указанной выше первой трубы в направлении отверстия.

Относительно указанного выше третьего варианта осуществления изобретения, что касается четвертого варианта осуществления изобретения, площадь указанных выше выпускных отверстий указанной выше второй трубы больше, чем площадь указанных выше выпускных отверстий указанной выше первой трубы.

Относительно указанного выше третьего варианта осуществления изобретения, что касается пятого варианта осуществления изобретения, указанный выше закрытый конец указанной выше первой трубы соединен с указанным выше закрытым концом указанной выше второй трубы, причем предусмотрено поглощающее средство для поглощения теплового удлинения указанной выше первой трубы таким образом, чтобы не происходило проскальзывание в относительных положениях указанных выше выпускных отверстий указанной выше первой трубы и указанных выше выпускных отверстий указанной выше второй трубы.

Относительно указанного выше второго варианта осуществления изобретения, что касается шестого варианта осуществления изобретения, указанная выше первая труба выступает от указанной выше второй трубы таким образом, что указанный выше закрытый конец указанной выше первой трубы расположен ближе к указанному выше стороне закрытого конца указанной выше третьей трубы, чем указанный выше закрытый конец указанной выше второй трубы, указанная выше первая труба и указанная выше вторая труба снабжены выпускными отверстиями, и указанные выше выпускные отверстия указанной выше первой трубы выполнены ближе к указанной выше стороне закрытого конца указанной выше первой трубы, чем указанный выше закрытый конец указанной выше второй трубы.

Относительно указанного выше шестого варианта осуществления изобретения, что касается седьмого варианта осуществления изобретения в граничной области периферийной поверхности указанной выше первой трубы и указанного выше закрытого конца указанной выше второй трубы выполнены, по меньшей мере дискретно, промежутки.

Относительно указанных выше первого-шестого вариантов осуществления изобретения, что касается восьмого варианта осуществления изобретения, указанная выше вторая труба снабжена областью теплопередачи, которая открыта к окружающей среде, которая имеет температуру ниже температуры окислительной коррозии формирующего материала, и который имеет относительно высокую удельную теплопроводность и относительно низкое тепловое сопротивление, а также жаропрочную область, которая открыта к окружающей среде, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии указанного выше формирующего материала области теплопередачи, и которая имеет относительно высокое тепловое сопротивление по сравнению с указанной выше областью теплопередачи.

Относительно указанного выше восьмого варианта осуществления изобретения, что касается девятого варианта осуществления изобретения, указанная выше жаропрочная область имеет относительно высокую жаропрочность благодаря жаропрочному покрытию, которое нанесено на поверхность второй трубы.

Относительно указанного выше восьмого варианта осуществления изобретения, что касается десятого варианта осуществления изобретения, указанная выше жаропрочная области выполнена из материала с более высокой жаропрочностью, чем указанный выше формирующий материал указанной выше области теплопередачи.

Относительно любого из указанных выше восьмого-десятого вариантов осуществления изобретения, что касается одиннадцатого варианта осуществления изобретения, первый элемент, который снабжен указанной выше областью теплопередачи, и второй элемент, который имеет указанную выше жаропрочную область, выполнены в виде отдельных элементов, и указанная выше вторая труба выполнена посредством соединения указанного выше первого элемента и указанного выше второго элемента.

Эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению, канал для потока топлива, который представляет собой проточный канал для топлива и который выполнен с возможностью выпуска топлива, и канал для потока окислителя, который представляется собой проточный канал для окислителя и который выполнен с возможностью выпуска окислителя, применены как отдельные элементы. Следовательно, топливо, выпускаемое из канала для потока топлива, и окислитель, выпускаемый из канала для потока окислителя, смешиваются в канале для потока отходящего газа, который расположен в зоне сгорания. Кроме того, топливо или окислитель нагревается до смешивания теплотой отработавшего газа.

Согласно настоящему изобретению, поскольку топливовоздушная смесь не находится в канале для потока топлива или в канале для потока окислителя, самовоспламенение топливовоздушной смеси не происходит в канале для потока топлива или канала для потока окислителя. Кроме того, самовоспламенение топлива или окислителя обычно не происходит при отсутствии смешивания. Следовательно, формирование пламени не происходит ни в канале для потока топлива, ни в канале для потока окислителя.

Соответственно, независимо от количества теплоты, которая передается от отработавшего газа топливу и окислителю, можно предотвращать возникновение сгорания за пределами канала для потока отходящего газа, который снабжен зоной сгорания, и предотвращать самовоспламенение топливовоздушной смеси. Следовательно, нет необходимости в ограничении длины пути теплообмена, ограничении материала пути теплообмена, ограничении энергии сгорания или подобном.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, относительно камеры сгорания, которая допускает уменьшение размеров и нагревает топливовоздушную смесь теплотой отработавшего газа, самовоспламенение топливовоздушной смеси предотвращается, и степень свободы конструирования камеры сгорания увеличивается.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, рабочий газ может быть нагрет посредством передачи теплоты отработавшего газа рабочему газу в области теплопередачи второй трубы. Кроме того, в жаропрочной области второй трубы можно предотвращать окислительное охрупчивание второй трубы вследствие теплоты отработавшего газа.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, относительно камеры сгорания, которая выполняет нагревание, передавая теплоту отработавшего газа рабочему газу, можно достаточно нагревать рабочий газ и увеличивать долговечность.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - перспективный вид, который схематично показывает схемную структуру камеры сгорания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры сгорания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры сгорания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 - вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры сгорания согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 - вид в сечении, который показывает вариант выполнения камеры сгорания согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 - вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры сгорания согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 - вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры сгорания согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 - вид с пространственным разделением деталей в сечении внутренней трубы, которой снабжена камера сгорания согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Варианты выполнения камеры сгорания согласно настоящему изобретению описаны ниже со ссылками на чертежи.

На чертежах, которые следуют далее, размеры различных компонентов соответственно модифицировались до размера, который позволяет распознавать соответствующий компонент.

Первый вариант осуществления изобретения

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны чертежи, которые схематично изображают схемную структуру камеры 100 сгорания настоящего варианта осуществления изобретения. На фиг. 1 показан перспективный вид и на фиг. 2 показан вид в сечении.

Как показано на этих чертежах, камера 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения имеет так называемую конструкцию тройной трубы, имеющую первую трубу 1, вторую трубу 2 и третью трубу 3, которые расположены концентрически.

Первая труба 1 имеет цилиндрическую форму, причем один конец является закрытым концом 1а, выполненным из металлического материала, который имеет тепловое сопротивление.

Множество сквозных отверстий выполнено в периферийной поверхности вблизи закрытого конца 1а первой трубы 1. Сквозные отверстия образуют выпускные отверстия 1b, которые выпускают текучую среду из внутреннего пространства первой трубы 1 наружу из первой трубы 1.

Вторая труба 2 имеет цилиндрическую форму таким образом, что она окружает первую трубу 1 и таким образом, что один конец на стороне закрытого конца 1а первой трубы 1 образует закрытый конец 2a. Как и в случае с первой трубой 1, вторая труба 2 выполнена из металлического материала, который имеет тепловое сопротивление. Закрытый конец 1а первой трубы 1 и закрытый конец 2a второй трубы 2 расположены с взаимным разнесением.

Множество сквозных отверстий выполнено в периферийной поверхности вблизи закрытого конца 2a второй трубы 2. Сквозные отверстия образуют выпускные отверстия 2b, которые выпускают текучую среду из внутреннего пространства второй трубы 2 наружу из второй трубы 2.

Кроме того, выпускные отверстия 2b второй трубы 2 сформированы таким образом, что они перекрывают в направлении канала выпускные отверстия 1b первой трубы 1 и выполнены в таком же количестве, что и выпускные отверстия 1b первой трубы 1. Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения площадь выпускных отверстий 2b второй трубы 2 задана большей, чем площадь выпускных отверстий 1b первой трубы 1.

Третья труба 3 имеет цилиндрическую форму таким образом, что она окружает вторую трубу 2 и таким образом, что один конец на стороне закрытого конца 2а второй трубы 2 составляет закрытый конец 3a. Как и в случае первой трубы 1 и второй трубы 2, третья труба 3 выполнена из металлического материала, который имеет тепловое сопротивление. Закрытый конец 2a второй трубы 2 и закрытый конец 3a третьей трубы 3 расположены с взаимным разнесением.

В камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения внутреннее пространство первой трубы 1 образует канал 10 для потока топлива, который является проточным каналом для топлива G1 и который выполнен с возможностью выпуска топлива G1 из него наружу.

Этот канал 10 для потока топлива направляет топливо G1, которое подается внутрь первой трубы 1 от стороны, противоположной закрытому концу 1а, к стороне закрытого конца 1а и выпускает топливо из него наружу через выпускные отверстия 1b.

В качестве топлива G1 можно использовать, например, газообразный метан, газообразный пропан и т.п.

В камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения пространства между первой трубой 1 и второй трубой 2 образуют канал 20 для воздушного потока (канал для потока окислителя), который является проточным каналом для воздуха G2 (окислителя) и который позволяет выпускать воздух G2 из него наружу.

Этот канал 20 для воздушного потока направляет воздух G2, который подается между первой трубой 1 и второй трубой 2, от стороны, которая противоположна закрытому концу 2a, к стороне закрытого конца 2а и выпускает воздух G2 из него наружу через выпускные отверстия 2b.

В камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения пространство между второй трубой 2 и третьей трубой 3 образует канал 30 для потока отходящего газа, который имеет зону R сгорания, в которой сгорает топливовоздушная смесь, в которой смешано топливо G1 и воздух G2, и который является выпускным каналом для отработавшего газа G3, который генерируется сгоранием.

Этот канал 30 для потока отходящего газа направляет отработанный газ G3, который генерируется сгоранием топливовоздушной смеси в зоне R сгорания, к стороне, которая противоположна закрытому концу 3a, и выпускает его наружу.

Далее описаны операции камеры 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения с предшествующей конфигурацией.

Далее дано описание состояния, в котором топливовоздушная смесь уже воспламенена устройством воспламенения, которое не показано на чертежах и в котором топливовоздушная смесь сгорает в зоне R сгорания внутри канала 30 для потока отходящего газа.

Когда топливовоздушная смесь сгорает в зоне R сгорания, высокотемпературный отработавший газ G3, который генерируется при сгорании топливовоздушной смеси, направляется через канал 30 для потока отходящего газа к стороне, которая противоположна закрытому концу 3a.

В это время теплота отработавшего газа G3 передается воздуху G2, который проходит через канал 20 для воздушного потока через вторую трубу 2, приводя к нагреванию воздуха G2. Кроме того, теплота отработавшего газа G3 передается топливу G1, которое проходит через канал 10 для потока топлива через первую трубу 1, приводя к нагреванию топлива G1. В частности, большое количество теплоты передается воздуху G2, который проходит, будучи отделенным от отработавшего газа G3, только второй трубой 2, нагревающей воздух G2.

Топливо G1 нагревается описанным выше образом при прохождении через канал 10 для потока топлива к закрытому концу 1а и выпускается наружу из канала 10 для потока топлива через выпускные отверстия 1b, выполненные в первой трубе 1. Здесь выпускные отверстия 1b, выполненные в первой трубе 1, и сквозные отверстия 2b, выполненные во второй трубе 2, перекрываются в направлении проникновения. Следовательно, топливо G1 выпускается из выпускных отверстий 1b, выполненных в первой трубе 1, после чего оно далее поступает в канал 30 для потока отходящего газа через выпускные отверстия 2b, выполненные во второй трубе 2.

С другой стороны, воздух G2 нагревается описанным выше образом при прохождении через канал 20 для воздушного потока к закрытому концу 2a и выпускается наружу из канала 20 для воздушного потока, то есть в канал 30 для потока отходящего газа из выпускных отверстий 2b, выполненных во второй трубе 2.

Здесь топливо G1 и воздух G2 выпускаются через выпускные отверстия 1b и 2b, которые являются очень небольшими отверстиями по сравнению с площадями сечения каналов для потока (канала 10 для потока топлива и канала 20 для воздушного потока), через которые соответственно проходят топливо G1 и воздух G2. Следовательно, когда топливо G1 и воздух G2 выпускаются из выпускных отверстий 1b и 2b, они выпускаются с высоким расходом и в состоянии турбулентности.

Соответственно, топливо G1, выпускаемое из выпускных отверстий 1b, и воздух G2, выпускаемый из выпускных отверстий 2b, быстро смешиваются с получением высокотемпературной топливовоздушной смеси в процессе подачи в канал 30 для потока отходящего газа и подаются в зону R сгорания канала 30 для потока отходящего газа.

Топливо G1 и воздух G2, подаваемые в зону R сгорания, затем сгорают в контакте с пламенем, которое заблаговременно существует в зоне R сгорания.

Короче говоря, камера 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения имеет канал 10 для потока топлива, который является проточным каналом для топлива G1 и который позволяет выпускать топливо G1 из него наружу, канал 20 для воздушного потока, который является проточным каналом для воздуха G2 и который позволяет выпускать воздух G2 из него наружу, и зону R сгорания, в которой сгорает топливовоздушная смесь, в которой смешано топливо G1 и воздух G2. Кроме того, камера 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения снабжена каналом 30 для потока отходящего газа, который является выпускным каналом для отработавшего газа G3, генерируемого указанным выше сгоранием.

Камера 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения нагревает топливо G1 внутри канала 10 для потока топлива и воздух G2 внутри воздушного канала 20 теплотой отработавшего газа G3. Кроме того, камера 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения создает топливовоздушную смесь в канале 30 для потока отходящего газа, смешивая топливо G1, выпускаемое из канала 10 для потока топлива, и воздуха G2, выпускаемого из воздушного канала 20.

Согласно камере 100 сгорания в предшествующей конфигурации, канал 10 для потока топлива, который является проточным каналом для топлива G1 и который позволяет выпускать топливо G1, и канал 20 для воздушного потока, который является проточным каналом для воздуха G2 и который позволяет выпускать воздух G2, расположены отдельно. В камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения с предшествующей конфигурацией топливо G1, выпускаемое из канала 10 для потока топлива, и воздух G2, выпускаемый из воздушного канала 20, смешиваются в канале 30 для потока отходящего газа, который снабжен зоной G сгорания. Кроме того, топливо G1 и воздух G2 нагреваются до смешивания теплотой отработавшего газа G3.

Согласно камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку топливовоздушная смесь не присутствует в канале 10 для потока топлива и воздушном канале 20, явление самовоспламенения не происходит относительно топливовоздушной смеси в канале 10 для потока топлива и воздушном канале 20. Кроме того, самовоспламенение обычно не происходит относительно топлива G1 или относительно воздуха G2, пока они не смешаны. Следовательно, пламя не формируется в канале 10 для потока топлива и воздушном канале 20.

Соответственно, независимо от количества теплоты, полученной топливом G1 и воздухом G2 от отработавшего газа G3, можно предотвращать возникновение сгорания вне канала 30 для потока отходящего газа, который снабжен зоной R сгорания, и предотвращать самовоспламенение топливовоздушной смеси. Следовательно, дистанция теплообмена не ограничена. Материал пути теплообмена также не ограничен. Кроме того, ограничения или подобное для энергии сгорания не возникают. Например, большое количество энергии сгорания производится посредством подачи большого количества топливовоздушной смеси к зоне R сгорания, увеличивая производительность 100 сгорания.

Таким образом, согласно камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, можно предотвращать самовоспламенение топливовоздушной смеси в камере сгорания, которая нагревает топливовоздушную смесь теплотой отработавшего газа, и это позволяет уменьшить размеры. Кроме того, согласно камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, степень свободы конструирования камеры сгорания увеличена.

Кроме того, в камере 100 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения площадь выпускных отверстий 2b второй трубы 2 задана большей, чем площадь выпускных отверстий 1b первой трубы 1.

Следовательно, даже в случае, когда относительное положение первой трубы 1 и второй трубы 2 изменяется вследствие теплового расширения и сжатия, можно постоянно сохранять наложение выпускных отверстий 1b первой трубы 1 и выпускных отверстий 2b второй трубы 2 в направлении проникновения.

Первая труба 1 и вторая труба 2 подвергаются тепловому расширению и сжатию главным образом в направлении протяженности. Следовательно, например, можно предотвращать ненужное увеличение площади выпускных отверстий 2b второй трубы 2 посредством формирования выпускных отверстий 2b второй трубы 2 как удлиненных отверстий, которые удлинены в направлении протяженности.

Второй вариант осуществления изобретения

Далее описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. При описании этого второго варианта осуществления изобретения описание компонентов, идентичных таковым из первого варианта осуществления изобретения, опущено или сокращено.

На фиг. 3 показан вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры 200 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения. Как показано на этом чертеже, в камере 200 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения в выпускных отверстиях 1b первой трубы 1 установлены эжекторные сопла 4.

Согласно камере 200 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения с предшествующей конфигурацией топливо G1 и воздух G2, то есть текучая среда, которая имеет более высокий объем потока, является рабочей текучей средой и подается в канал 30 для потока отходящего газа, втягивая другую текучую среду.

Следовательно, смешивание топлива G1 и воздуха G2 дополнительно ускорено, и можно достигать более устойчивого сгорания топливовоздушной смеси в зоне R сгорания.

Третий вариант осуществления изобретения

Далее описан третий вариант осуществления настоящего изобретения. При описании этого третьего варианта осуществления изобретения описание компонентов, идентичных таковым из первого варианта осуществления изобретения, опущено или сокращено.

На фиг. 4 показан вид в сечении, который схематично показывает схемную структуру камеры 300 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения. Как показано на этом чертеже, относительно камеры 300 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, первая труба 1 выступает от второй трубы 2 таким образом, что закрытый конец 1а первой трубы 1 расположен ближе к стороне закрытого конца 3а третьей трубы 3, чем закрытый конец 2a второй трубы 2.

Кроме того, выпускные отверстия 1b первой трубы 1 сформированы ближе к стороне закрытого конца 1а первой трубы 1, чем закрытый конец 2a второй трубы 2.

Согласно камере сгорания 300 в настоящем варианте осуществления изобретения с предшествующей конфигурацией можно подавать топливо G1, выпускаемое из канала 10 для потока топлива, и воздух G2, выпускаемый из воздушного канала 20 в канал 30 для потока отходящего газа полностью отдельными маршрутами.

Следовательно, можно более надежно предотвращать наличие топливовоздушной смеси в областях вне канала 30 для потока отходящего газа и более надежно предотвращать возникновение сгорания вне канала 30 для потока отходящего газа.

Кроме того, как показано на фиг. 5, также приемлема подача воздуха G2 в пространство между закрытым концом 2a второй трубы 2 и закрытым концом 3а третьей трубы 3 через промежутки S благодаря формированию промежутков S по меньшей мере дискретно в граничной области периферийной поверхности первой трубы 1 и закрытого конца 2a второй трубы 2.

Согласно предшествующей конфигурации топливовоздушная смесь производится в пространстве между закрытым концом 2a второй трубы 2 и закрытым концом 3а третьей трубы 3. Следовательно, например, можно воспламенять топливовоздушную смесь в пространстве между закрытым концом 2a второй трубы 2 и закрытым концом 3а третьей трубы 3.

Четвертый вариант осуществления изобретения

Далее описан четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. При описании этого четвертого варианта осуществления изобретения описание компонентов, идентичных таковым из указанного выше первого варианта осуществления изобретения, опущено или сокращено.

На фиг. 6 показан вид в сечении, который схематично изображает схемную структуру камеры 400 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения. Как показано на этом чертеже, относительно камеры 400 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, закрытый конец 1а первой трубы 1 соединен с закрытым концом 2a второй трубы 2. Кроме того, в промежуточном положении первой трубы 1 и промежуточном положении второй трубы 2 расположены поглотители 401 (поглощающие средства), которые поглощают тепловое расширение и сокращение первой трубы 1 и второй трубы 2 таким образом, чтобы не происходило проскальзывание относительного положения выпускных отверстий 1b первой трубы 1 и выпускных отверстий 2b второй трубы 2. Поглотители 401 сконфигурированы, например, как гибкие жаропрочные элементы.

Относительно настоящего варианта осуществления изобретения в предшествующей конфигурации, даже в случае, когда происходит тепловое расширение и сокращение первой трубы 1 и второй трубы 2, закрытый конец 1а первой трубы 1 соединен с закрытым концом 2a второй трубы 2. Кроме того, поскольку поглотители 401 поглощают тепловое расширение и сокращение первой трубы 1 и второй трубы 2, можно постоянно сохранять наложение выпускных отверстий 1b первой трубы 1 и выпускных отверстий 2b второй трубы 2 в направлении проникновения.

Пятый вариант осуществления изобретения

Далее описан пятый вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 7 показан вид в сечении, который схематично изображает схемную структуру камеры 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения.

В настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку конструкция и относительные положения первой трубы 101, второй трубы 102, третьей трубы 103, закрытых концов 101a, 102a и 103a и выпускных отверстий 101b и 102b, соответственно, идентичны первой трубе 1, второй трубе 2, третьей трубе 3, закрытым концам 1а, 2a и 3a и выпускным отверстиям 1b и 2b указанного выше первого варианта осуществления изобретения, их описание опущено.

Относительно камеры 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку выпускные отверстия 102b второй трубы 102 выполнены в периферийной поверхности второй трубы 102, топливовоздушная смесь из топлива G1 и воздуха G2, выпускаемая из выпускных отверстий 102b, сталкивается с внутренней поверхностью стенки третьей трубы 103, и ее расход уменьшается. В результате, в области, где расход уменьшается, то есть вблизи внутренней поверхности стенки третьей трубы 103 образована устойчивая зона R сгорания.

Кроме того, отработавший газ G3, произведенный горением топливовоздушной смеси в зоне R сгорания, проходит к одному концу третьей трубы 103 и направляется к внешней поверхности стенки второй трубы 102 благодаря отталкивающей силе соударения топливовоздушной смеси с третьей трубой 103, как показано стрелками на фиг. 7.

В результате образования потока топливовоздушной смеси и отработавшего газа G3 этого типа внутри второй трубы 102, область А1 на стороне после зоны R сгорания вблизи зоны R сгорания образует область, которая подвергается воздействию относительно высокотемпературной окружающей среды, как показано на фиг. 7. Вторая труба 102 подвергается воздействию относительно низкотемпературной окружающей среды, поскольку она проходит дальше в направлении выпуска отработавшего газа G3 из области А1. Также, когда область на расположенной выше по потоку стороне относительно области А1 второй трубы в направлении выпуска отработавшего газа G3 охлаждается топливовоздушной смесью, выпускаемой из выпускных отверстий 102b второй трубы, область подвергается воздействию более низкотемпературной окружающей среды, чем область А1.

В камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения распределение температуры, которое воздействует на вторую трубу 102, получено предварительно физическими измерениями или моделированием. Вторая труба 102 разделена на область 210 теплопередачи, которая имеет относительно высокую удельную теплопроводность и которая имеет относительно низкое тепловое сопротивление, и жаропрочную область 220, которая имеет относительно высокое тепловое сопротивление по сравнению с область 210 теплопередачи.

В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения область 210 теплопередачи образует область, которая подвергается воздействию высокотемпературной окружающей среды, которая имеет температуру ниже температуры окислительной коррозии формирующего материала области 210 теплопередачи, в то время как жаропрочная область 220 образует область, которая подвергается воздействию температурной окружающей среды, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала указанной выше области 210 теплопередачи.

Таким образом, в камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения вторая труба 102 открыта к окружающей среде, которая имеет температуру ниже температуры окислительной коррозии формирующего материала. Вторая труба 102 снабжена областью 210 теплопередачи, которая имеет относительно высокую удельную теплопроводность и относительно низкое тепловое сопротивление, и жаропрочной областью 220, которая подвергается воздействию окружающей среды, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала области 210 теплопередачи и которая имеет относительно высокое тепловое сопротивление по сравнению с областью 210 теплопередачи. Эта жаропрочная область 220 должна включать указанную выше область А1 второй трубы 102, которая подвергается воздействию относительно высокотемпературной окружающей среды.

В камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения область на расположенной выше по потоку стороне относительно области А1 второй трубы 102 в направлении выпуска отработавшего газа G3 выполнена из того же материала, что и область 210 теплопередачи. Короче говоря, в камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения только область, которая открыта к окружающей среде, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала области 210 теплопередачи второй трубы 102, является жаропрочной областью 220.

В камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 7, жаропрочная область 220 имеет относительно высокое тепловое сопротивление благодаря жаропрочному покрытию 104, которое нанесено на поверхность второй трубы 102.

В качестве формирующего материала второй трубы 102 можно использовать углеродистую и нержавеющую сталь (например, SUS321 или SUS304). В качестве формирующего материала покрытия 104 можно использовать керамику.

Например, в случае, когда нержавеющая сталь используется как формирующий материал второй трубы 102 и когда керамика используется как формирующий материал покрытия 104, область теплопередачи 210 формируется только из нержавеющей стали, в то время как жаропрочная область 220 имеет двухслойную конструкцию из нержавеющей стали и керамического слоя.

В камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, имеющем указанную выше конфигурацию, когда воздух G2 поступает во вторую трубу, воздух G2 нагревается передачей теплоты отработавшего газа G3 через вторую трубу, проходя вдоль внешней стороны второй трубы 102 в процессе движения во второй трубе 102. Топливовоздушная смесь, содержащая топливо G1 и горячий воздух, выпускается из выпускных отверстий 102b второй трубы 102 в пространство между второй трубой 102 и третьей трубой 103 и сгорает в зоне R сгорания.

Отработавший газ G3 генерируется горением топливовоздушной смеси в зоне R сгорания. Затем отработавший газ G3 проходит внутри третьей трубы 103 и выпускается наружу. Здесь в камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения вторая труба 102 открыта к окружающей среде, которая имеет температуру ниже температуры окислительной коррозии формирующего материала. Вторая труба 102 снабжена областью 210 теплопередачи, которая имеет относительно высокую удельную теплопроводность и относительно низкое тепловое сопротивление, и жаропрочной областью 220, которая открыта к окружающей среде, имеющей температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала области 210 теплопередачи, и которая имеет относительно высокое тепловое сопротивление по сравнению с область 210 теплопередачи. Следовательно, предотвращается окислительное охрупчивание второй трубы 102 в жаропрочной области 220. Кроме того, можно передавать теплоту отработавшего газа G3 воздуху G2 в области 210 теплопередачи. Кроме того, можно передать теплоту горячего воздуха G2 топливу G1 через первую трубу.

Таким образом, согласно камере сгорания 500, соответствующей настоящему изобретению, воздух G2 может нагреваться посредством передачи теплоты отработавшего газа G3 воздуху G2 в области 210 теплопередачи второй трубы 102. Кроме того, теплота горячего воздуха G2 может передаваться топливу G1 через первую трубу. Кроме того, в жаропрочной области 220 второй трубы 102 можно предотвращать окислительное охрупчивание второй трубы 102 теплотой отработавшего газа.

Таким образом, согласно камере 500 сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, относительно камеры сгорания, которая выполняет нагревание, передавая теплоту отработавшего газа рабочему газу, можно достаточно нагревать рабочий газ. Кроме того, можно повышать долговечность.

Кроме того, согласно камере сгорания 500 в настоящем варианте осуществления изобретения, жаропрочная область 220 является только областью, которая открыта к окружающей среде, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала области 210 теплопередачи второй трубы 102, и покрытие 104 применено только в жаропрочной области 220.

Короче говоря, область, где применено покрытие 104, сохраняется минимальным. Следовательно, можно предотвращать отслаивание покрытия 104, которое возникает из-за разности теплового расширения и сжатия формирующего материала (керамического материала) покрытия 104 и формирующего материала (металлического материала) области 210 теплопередачи второй трубы 102.

Шестой вариант осуществления изобретения

Далее описан шестой вариант осуществления настоящего изобретения. При описании шестого варианта осуществления изобретения описание компонентов, идентичных таковым в указанном выше пятом варианте осуществления изобретения, опущено или сокращено.

На фиг. 8 показан вид в сечении с пространственным разделением деталей второй трубы 102, которой снабжена камера сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения. Как показано на этом чертеже относительно второй трубы 102, которой снабжена камера сгорания в настоящем варианте осуществления изобретения, первый элемент 105, снабженный областью 210 теплопередачи, и второй элемент 106, снабженный жаростойкой областью 220, соединены друг с другом резьбовой конструкцией.

В камере сгорания, соответствующей настоящему варианту осуществления изобретения, в первом элементе 105 выполнена внутренняя резьба 4а, а на втором элементе 106 выполнена внешняя резьбы 5а.

Однако также можно выполнить внешнюю резьбу на первом элементе 105 и выполнить внутреннюю резьбу во втором элементе 106.

В камере сгорания, соответствующей настоящему варианту осуществления изобретения, первый элемент 105 выполнен из материала, который имеет относительно высокую удельную теплопроводность и относительно низкое тепловое сопротивление. В результате этой конфигурации область 210 теплопередачи имеет высокую удельную теплопроводность.

С другой стороны, второй элемент 106 выполнен из материала с более высоким тепловым сопротивлением, чем формирующий материал указанной выше области 210 теплопередачи. В результате этой конфигурации жаропрочная область 220 имеет высокое тепловое сопротивление.

В качестве формирующего материала для первого элемента 105 можно использовать углеродистую или нержавеющую сталь (например, SUS321, SUS304, SUS316 и SUS310). В качестве формирующего материала второго элемента 106 можно использовать керамику.

Как в указанном выше пятом варианте осуществления изобретения, а также в камере сгорания предыдущего варианта осуществления изобретения, воздух G2 может нагреваться посредством передачи теплоты отработавшего газа G3 воздуху G2 в области 210 теплопередачи второй трубы 102. Кроме того, теплота горячего воздуха G2 может передаваться топливу G1 посредством первой трубы. Кроме того, в жаропрочной области 220 второй трубы 102 можно предотвращать окислительное охрупчивание второй трубы 102 теплотой отработавшего газа.

Таким образом, согласно камере сгорания, соответствующей настоящему варианту осуществления изобретения, относительно камеры сгорания, которая выполняет нагревание посредством передачи теплоты отработавшего газа рабочему газу, можно достаточно нагревать рабочий газ. Кроме того, можно повышать долговечность.

Хотя со ссылками на чертежи были описаны предпочтенные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что они являются примерами осуществления изобретения и не должны рассматриваться как вносящие ограничения. Могут быть сделаны добавления, исключения, подстановки и другие модификации без отхода от сущности или области настоящего изобретения. Соответственно, изобретение нельзя рассматривать как ограниченное предшествующим описанием, и оно ограничено только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Например, в предшествующих вариантах осуществления изобретения описана конфигурация, которая имеет канал 10 для потока топлива внутри первой трубы 1 и канал 20 для воздушного потока в пространстве между первой трубой 1 и второй трубой 2.

Однако настоящее изобретение не ограничено этим, и также можно иметь канал для воздушного потока внутри первой трубы 1 и канал для потока топлива в пространстве между первой трубой 1 и второй трубой 2.

Кроме того, в предшествующих вариантах осуществления изобретения была описана конфигурация, в которой воздух G2 используется как окислитель согласно настоящему изобретению.

Однако настоящее изобретение не ограничено этим, и можно также использовать в качестве окислителя, например, чистый кислород. Кроме того, можно также использовать кислородосодержащий газ с парциальным давлением кислорода, которое отличается от парциального давления воздуха.

Кроме того, например, в случае, когда нежелательно нагревать топливо или окислитель непосредственно до сгорания, также приемлемо иметь канал для потока топлива или окислителя внутри первой трубы 1 и также придавать теплоизолирующие свойства первой трубе 1.

В предшествующих вариантах осуществления изобретения были описаны конфигурации, в которых формирующие материалы покрытия 104 и второго элемента 106 являются керамикой.

Однако настоящее изобретение не ограничено этим, и также приемлемо формирование покрытия 104 и второго элемента 106 из другого жаропрочного материала, который имеет более высокое тепловое сопротивление, чем формирующий материал жаропрочной области 220.

Промышленная применимость

Согласно настоящему изобретению, в камере сгорания, которая позволяет уменьшить размеры и нагревает топливовоздушную смесь теплотой отработавшего газа, можно предотвращать самовоспламенение топливовоздушной смеси и увеличивать степень свободы конструирования камеры сгорания.

Описание ссылочных позиций

100, 200, 300, 400, 500: камера сгорания;

1, 101: первая труба;

1a, 2a, 3a, 101a, 102a, 103a: закрытый конец;

1b, 2b, 101b, 102b: выпускные отверстия;

2, 102: вторая труба;

3, 103: третья труба;

4: эжекторное сопло;

10: канал для потока топлива;

20: канал для потока воздуха (канал для потока окислителя);

30: канал для потока отходящего газа;

G1: топливо;

G2: воздух (окислитель);

G3: отработавший газ;

R: зона сгорания;

401: поглотитель (поглощающие средства);

104: покрытие;

105: первый элемент;

106: второй элемент;

210: область теплопередачи;

220: жаропрочная область.

Камера сгорания содержит канал для потока топлива, канал для потока окислителя, канал для потока отходящего газа. Канал для потока топлива представляет собой проточный канал для топлива и выполнен с возможностью выпуска топлива наружу в радиальном направлении относительно канала для потока топлива. Канал для потока окислителя представляет собой проточный канал для окислителя и выполнен с возможностью выпуска окислителя наружу в радиальном направлении относительно канала для потока окислителя. Канал для потока отходящего газа имеет зону сгорания, в которой сгорает топливовоздушная смесь, состоящая из топлива и окислителя, и образует проточный канал для отработавшего газа, образованного при сгорании. Топливо внутри канала для потока топлива и/или окислитель внутри канала для потока окислителя нагреваются теплотой отработавшего газа. Топливовоздушная смесь образуется посредством смешивания топлива, выпускаемого из канала для потока топлива, и окислителя, выпускаемого из канала для потока окислителя, в канале для потока отходящего газа. Изобретение направлено на предотвращение самовоспламенения топливовоздушной смеси, повышение степени свободы конструкции камеры сгорания, на обеспечение достаточного нагревания рабочего газа и увеличение долговечности. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Камера сгорания, содержащая: канал для потока топлива, который представляет собой проточный канал для топлива и который выполнен с возможностью выпуска топлива наружу в радиальном направлении относительно канала для потока топлива; канал для потока окислителя, который представляет собой проточный канал для окислителя и который выполнен с возможностью выпуска окислителя наружу в радиальном направлении относительно канала для потока окислителя; а также канал для потока отходящего газа, который имеет зону сгорания, в которой сгорает топливовоздушная смесь, состоящая из топлива и окислителя, и который образует проточный канал для отработавшего газа, образованного при сгорании,
при этом топливо внутри канала для потока топлива и/или окислитель внутри канала для потока окислителя нагреваются теплотой отработавшего газа, а топливовоздушная смесь образуется посредством смешивания топлива, выпускаемого из канала для потока топлива, и окислителя, выпускаемого из канала для потока окислителя, в канале для потока отходящего газа.

2. Камера сгорания по п.1, содержащая: первую трубу, один конец которой является закрытым концом; вторую трубу, которая окружает первую трубу и один конец которой на стороне закрытого конца первой трубы является закрытым концом; и третью трубу, которая окружает вторую трубу и один конец которой на стороне закрытого конца первой трубы является закрытым концом;
при этом внутреннее пространство первой трубы образует одну часть канала для потока топлива и канала для потока окислителя;
пространство между первой трубой и второй трубой образует другую часть канала для потока топлива и канала для потока окислителя;
и пространство между второй трубой и третьей трубой образует канал для потока отходящего газа.

3. Камера сгорания по п.2, в которой первая труба снабжена выпускными отверстиями, и вторая труба снабжена выпускными отверстиями, которые выполнены таким образом, что они перекрываются относительно выпускных отверстий первой трубы в направлении проникновения.

4. Камера сгорания по п.3, в которой площадь выпускных отверстий второй трубы больше, чем площадь выпускных отверстий первой трубы.

5. Камера сгорания по п.3, в которой закрытый конец первой трубы соединен с закрытым концом второй трубы, при этом предусмотрено поглощающее средство для поглощения теплового расширения и сокращения первой трубы таким образом, чтобы не было проскальзывания в относительных положениях выпускных отверстий первой трубы и выпускных отверстий второй трубы.

6. Камера сгорания по любому из пп.3-5, в которой в выпускных отверстиях первой трубы установлены эжекторные сопла.

7. Камера сгорания по п.2, в которой первая труба выступает от второй трубы таким образом, что закрытый конец первой трубы расположен ближе к стороне закрытого конца третьей трубы, чем закрытый конец второй трубы;
при этом первая труба и вторая труба снабжены выпускными отверстиями, и выпускные отверстия первой трубы выполнены ближе к стороне закрытого конца первой трубы, чем закрытый конец второй трубы.

8. Камера сгорания по п.7, в которой в граничной области периферийной поверхности первой трубы и закрытого конца второй трубы образованы, по меньшей мере, дискретно промежутки.

9. Камера сгорания по любому из пп.1-5 или 7, в которой первая труба имеет область теплопередачи и жаропрочную область,
область теплопередачи открыта к окружающей среде, которая имеет температуру ниже температуры окислительной коррозии формирующего материала, и имеет более высокую удельную теплопроводность и более низкое тепловое сопротивление, чем жаропрочная область,
и жаропрочная область открыта к окружающей среде, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала области теплопередачи и имеет более высокое тепловое сопротивление, чем область теплопередачи.

10. Камера сгорания по п.9, в которой жаропрочная область имеет более высокое тепловое сопротивление, чем область теплопередачи, благодаря покрытию, которое нанесено на поверхность первой трубы.

11. Камера сгорания по п.9, в которой жаропрочная область выполнена из материала с более высокой жаропрочностью, чем у формирующего материала области теплопередачи.

12. Камера сгорания по п.9, в которой первый элемент, который имеет область теплопередачи, и второй элемент, который имеет жаропрочную область, выполнены в виде отдельных тел,
при этом первая труба выполнена посредством соединения первого элемента и второго элемента.

13. Камера сгорания по п.6, в которой первая труба имеет область теплопередачи и жаропрочную область,
область теплопередачи открыта к окружающей среде, которая имеет температуру ниже температуры окислительной коррозии формирующего материала, и имеет более высокую удельную теплопроводность и более низкое тепловое сопротивление, чем жаропрочная область,
и жаропрочная область открыта к окружающей среде, которая имеет температуру выше температуры окислительной коррозии формирующего материала области теплопередачи и имеет более высокое тепловое сопротивление, чем область теплопередачи.

14. Камера сгорания по п.13, в которой жаропрочная область имеет более высокое тепловое сопротивление, чем область теплопередачи, благодаря покрытию, которое нанесено на поверхность первой трубы.

15. Камера сгорания по п.13, в которой жаропрочная область выполнена из материала с более высокой жаропрочностью, чем у формирующего материала области теплопередачи.

16. Камера сгорания по п.13, в которой первый элемент, который имеет область теплопередачи, и второй элемент, который имеет жаропрочную область, выполнены в виде отдельных тел,
при этом первая труба выполнена посредством соединения первого элемента и второго элемента.