具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其能提高產(chǎn)品可靠性且抑制壓力損失增大。該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器具備燃燒器內(nèi)襯、設(shè)在該燃燒器內(nèi)襯的外周的流動(dòng)筒，由上述燃燒器內(nèi)襯與上述流動(dòng)筒形成傳熱介質(zhì)流通的環(huán)狀流道，該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的特征在于，在上述流動(dòng)筒的內(nèi)側(cè)表面具備產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的縱渦的多個(gè)渦產(chǎn)生單元，上述多個(gè)渦產(chǎn)生單元以產(chǎn)生的渦的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榛ハ喾聪虻纳鲜鰷u產(chǎn)生單元成對(duì)的方式配置。
【專利說(shuō)明】具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]作為本【技術(shù)領(lǐng)域】的【背景技術(shù)】，具有專利3967521號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)。在該公報(bào)中公開(kāi)了 “在部件與傳熱介質(zhì)間進(jìn)行熱授受的傳熱裝置中，設(shè)置產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的縱渦，構(gòu)成為攪拌傳熱介質(zhì)流通的流道整體的縱渦產(chǎn)生器，在上述傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向并列設(shè)置該縱渦產(chǎn)生器，并且，在該并列設(shè)置的縱渦產(chǎn)生器間設(shè)置多個(gè)破壞在由縱渦產(chǎn)生器攪拌的傳熱介質(zhì)上產(chǎn)生的邊界層的亂流促進(jìn)體”。這種主要的制造方法具有切割較短的尺寸的部件的一端面并利用沖壓機(jī)等折彎而形成縱渦產(chǎn)生器的加工工序、將該部件折彎為圓筒狀的加工工序。通過(guò)制造多個(gè)該部件并重合，形成燃燒器內(nèi)襯。之后，通過(guò)利用焊接或熔敷在燃燒器內(nèi)襯的外周面設(shè)置肋狀的亂流促進(jìn)體，形成燃燒器內(nèi)襯。
[0003]另外，具有日本特開(kāi)昭62-131927號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)。在該公報(bào)中公開(kāi)了“組合了利用沖突噴流冷卻與突起葉片的冷卻的冷卻法”。另外，具有日本特開(kāi)平4-116315號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)。在該公報(bào)中公開(kāi)了“通過(guò)改變?nèi)~片的熱傳導(dǎo)率，使燃燒器內(nèi)襯的溫度分布均勻”。另外，具有日本特開(kāi)平6-221562號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)。在該公報(bào)中公開(kāi)了“通過(guò)使葉片的熱傳導(dǎo)率變化，使燃燒器內(nèi)襯的溫度分布均勻”。另外，具有日本特開(kāi)平9-116315號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)。在該公報(bào)中公開(kāi)了“通過(guò)在內(nèi)襯的外周部設(shè)置螺旋狀的肋，以不會(huì)損害燃?xì)廨啓C(jī)整體的效率的程度的較少的壓力損失維持必要的冷卻性能，同時(shí)，能夠降低燃燒振動(dòng)應(yīng)力的燃燒器內(nèi)襯結(jié)構(gòu)”。另外，具有日本特開(kāi)2000-320837號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)6)。在該公報(bào)中公開(kāi)了“通過(guò)在內(nèi)襯的外周側(cè)及流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)設(shè)置引導(dǎo)葉片，提高流速而實(shí)現(xiàn)傳熱效果提聞”。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本專利3967521號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)昭62-131927號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平4-116315號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)平6-221562號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)平9-196377號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2000-320837號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供提高了產(chǎn)品可靠性且能抑制壓縮損失增大的燃?xì)廨啓C(jī)燃
[0012]為了解決上述課題，例如采用要求保護(hù)的范圍所記載的結(jié)構(gòu)。
[0013]本申請(qǐng)?jiān)诰邆鋫鳠嵫b置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器結(jié)構(gòu)中，具備形成傳熱介質(zhì)的環(huán)狀流道的內(nèi)周側(cè)的燃燒器內(nèi)襯與外周側(cè)的流動(dòng)筒，在外周側(cè)的流動(dòng)筒的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的渦(縱渦)的渦產(chǎn)生單元。
[0014]另外，本發(fā)明的特征在于，在形成環(huán)狀流道的內(nèi)周側(cè)的燃燒器內(nèi)襯與外周側(cè)的流動(dòng)筒中的、流動(dòng)筒的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的渦(縱渦)的渦產(chǎn)生單元，并且在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面設(shè)置破壞在傳熱介質(zhì)產(chǎn)生的邊界層的亂流促進(jìn)單元。
[0015]另外，本發(fā)明的特征在于，在部件表面對(duì)產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的渦(縱渦)的渦產(chǎn)生單元進(jìn)行成型加工，在彎曲加工為圓筒形狀后，通過(guò)插入流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)，在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面形成上述渦產(chǎn)生單元。
[0016]另外，本發(fā)明的特征在于，在設(shè)置了渦產(chǎn)生單元的流動(dòng)筒上，還在渦產(chǎn)生單元下游位置設(shè)置了接觸冷卻孔。
[0017]另外，本發(fā)明的特征在于，在每列改變?cè)谳S向上并列設(shè)置的渦產(chǎn)生單元的設(shè)置相位地設(shè)置渦產(chǎn)生單元。
[0018]本發(fā)明的效果如下。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，能提供提高了產(chǎn)品可靠性且能抑制壓力損失的增大的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0021]圖2是在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面具備傳熱裝置的具體例。
[0022]圖3是在部件表面成型加工了渦產(chǎn)生單元的傳熱裝置的例子。
[0023]圖4是在對(duì)渦產(chǎn)生單元進(jìn)行成型加工，并彎曲加工為圓筒形狀后，插入流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)的傳熱裝置的例子。
[0024]圖5是在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面設(shè)置亂流促進(jìn)單元的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0025]圖6是在具備傳熱裝置的流動(dòng)筒設(shè)置了接觸冷卻孔的例子。
[0026]圖7是在其他實(shí)施例的流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面具備向內(nèi)引導(dǎo)葉輪的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0027]圖8是在其他實(shí)施例的部件表面成型加工向內(nèi)引導(dǎo)葉輪，在彎曲加工為圓筒形狀后，插入流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)的傳熱裝置的例子。
[0028]圖9是在其他實(shí)施例的燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面以較窄的間隔設(shè)置多個(gè)亂流促進(jìn)單元的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0029]圖10是具備在每列改變并列設(shè)置在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面的渦產(chǎn)生單元的設(shè)置相位的傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0030]圖11是表示在每列改變渦產(chǎn)生單元的設(shè)置相位而生成的縱渦的流線的圖。
[0031]圖12是具備現(xiàn)有的傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0032]圖13是表示渦產(chǎn)生單元、亂流促進(jìn)單元的流線與傳熱促進(jìn)概念的圖。
[0033]圖14是表示燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的剖視圖。
[0034]圖中:I—燃燒器內(nèi)襯，2—流動(dòng)筒，3—轉(zhuǎn)變片，4一外殼，5—傳熱介質(zhì)(空氣)，6—預(yù)混合燃燒用空氣，7—擴(kuò)散燃燒用噴嘴，8—預(yù)混合燃燒用噴嘴，9一擴(kuò)散燃燒用空氣，10—潤(rùn)廣生單兀，11—亂流促進(jìn)單兀，12—縱禍,13—分尚潤(rùn)，14一噴流，19—部件,20—接觸冷卻孔，21—向內(nèi)引導(dǎo)葉輪，31—燃燒氣體。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下說(shuō)明的本發(fā)明的各實(shí)施例涉及具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，尤其涉及具備促進(jìn)利用強(qiáng)制對(duì)流的流體與部件之間的傳熱的裝置、即沿部件的表面使熱介質(zhì)流通，在部件與傳熱介質(zhì)間進(jìn)行熱授受的傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
[0036]在強(qiáng)制對(duì)流傳熱中，為了提高效率，需要相對(duì)于傳熱促進(jìn)抑制壓力損失增大。例如，為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率，需要提高燃燒氣體溫度。隨此，要求內(nèi)襯冷卻強(qiáng)化，在進(jìn)一步的冷卻促進(jìn)法中，需要避免壓力損失增大。其中，在沖突噴流冷卻(接觸冷卻)中，伴隨噴流速度的增加，有時(shí)壓力損失變大。另外，在葉片冷卻中，具有葉片增加，并且壓力損失變大的傾向。利用肋的亂流促進(jìn)壓力損失增加少，但即使縮小肋間隔，也無(wú)法期望大幅提高冷卻性能，因此在利用增加肋的冷卻促進(jìn)方面具有界限。
[0037]因此，為了抑制壓力損失的增大且實(shí)現(xiàn)傳熱性能的提高，提出了多個(gè)具備傳熱裝置的燃燒器內(nèi)襯。其具體例之一通過(guò)在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面設(shè)置板狀的渦產(chǎn)生單元與肋狀的亂流促進(jìn)單元，以較少的壓力損失提高冷卻性能。這種技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)為在溫度為高溫側(cè)的燃燒器內(nèi)襯表面設(shè)置傳熱裝置，因此附加在燃燒器內(nèi)襯表面的部件、焊接部位增加，由于制造成本的增加及熱強(qiáng)度的關(guān)系，在確保產(chǎn)品可靠性方面需要較多的成本、時(shí)間。
[0038]接著，在專利文獻(xiàn)6中，表示在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面與流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面分別設(shè)置引導(dǎo)葉片的具體例。專利文獻(xiàn)6所記載的燃燒器的基本結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置引導(dǎo)葉片而縮小(減少)由燃燒器內(nèi)襯與流動(dòng)筒形成的環(huán)狀流道的截面積，使通過(guò)的空氣(傳熱介質(zhì))的流速增速而實(shí)現(xiàn)傳熱效果提高。但是，流速的增加也成為增大壓力損失，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)整體的效率下降的一個(gè)原因。
[0039]因此，考慮這些情況，提供提高產(chǎn)品可靠性且抑制壓力損失增大的設(shè)備的傳熱裝置。例如，在作為其一的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器中，提供作為以將燃?xì)廨啓C(jī)效率下降抑制為最小限的壓力損失維持必要的冷卻性能，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠性，增加預(yù)混合燃燒空氣而實(shí)現(xiàn)低NOx化，并且進(jìn)一步提高傳熱性能(冷卻效果)的設(shè)備結(jié)構(gòu)的渦產(chǎn)生單元。
[0040]作為更具體的例子，在具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器結(jié)構(gòu)中，具備形成傳熱介質(zhì)的環(huán)狀流道的內(nèi)周側(cè)的燃燒器內(nèi)襯與外周側(cè)的流動(dòng)筒，在外周側(cè)的流動(dòng)筒的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的渦(縱渦)的渦產(chǎn)生單元。
[0041]另外，作為其他具體的例子，在形成環(huán)狀流道的內(nèi)周側(cè)的燃燒器內(nèi)襯與外周側(cè)的流動(dòng)筒的、流動(dòng)筒的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的渦(縱渦)的渦產(chǎn)生單元，并且，在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面設(shè)置破壞在傳熱介質(zhì)上產(chǎn)生的邊界層的亂流促進(jìn)單元。
[0042]另外，作為其他具體的例子，在部件表面對(duì)產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的渦(縱渦)的渦產(chǎn)生單元進(jìn)行成型加工，在彎曲加工為圓筒形狀后，通過(guò)插入流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)而在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面形成上述渦產(chǎn)生單元。
[0043]另外，作為其他具體的例子，在設(shè)置了渦產(chǎn)生單元的流動(dòng)筒上，在渦產(chǎn)生單元下游位置附加接觸冷卻孔。
[0044]另外，作為其他具體的例子，在每列改變?cè)谳S向上并列設(shè)置的渦產(chǎn)生單元的設(shè)置相位地設(shè)置。
[0045]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面具備傳熱裝置，能夠提高產(chǎn)品可靠性且增大壓力損失。另外，能夠通過(guò)安裝在燃燒器內(nèi)襯上的部件的減少來(lái)減少焊接部位，因此提高燃燒器內(nèi)襯的可靠性，實(shí)現(xiàn)隨此的長(zhǎng)壽命化。另外，焊接部件的減少也能抑制燃燒器內(nèi)襯變形。另外，通過(guò)在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面設(shè)置渦產(chǎn)生單元，設(shè)置在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面的亂流促進(jìn)單元的安裝自由度增加，實(shí)現(xiàn)局部的冷卻效果提高。
[0046]下面，根據(jù)圖示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。另外，本發(fā)明廣泛適用于具備傳熱裝置的設(shè)備，尤其在此以在高溫狀態(tài)下使用且氣流為亂流場(chǎng)即燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器為主要例子進(jìn)行說(shuō)明。
[0047]圖14是表示燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的截面的圖。燃燒器主要為將燃燒器內(nèi)襯1、轉(zhuǎn)變片
3、流動(dòng)筒2收放在外殼4內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在燃燒器的上游端中央部配置擴(kuò)散燃燒用噴嘴7，在其外周配置環(huán)狀的預(yù)混合用燃燒用噴嘴8。燃燒器內(nèi)襯I與流動(dòng)筒2大致為同心圓狀的雙重圓筒結(jié)構(gòu)，通過(guò)使流動(dòng)筒的直徑比燃燒器內(nèi)襯大，形成環(huán)狀流道。
[0048]傳熱介質(zhì)即空氣5在該環(huán)狀流道中流動(dòng)。即，當(dāng)從壓縮機(jī)供給的傳熱介質(zhì)(空氣5)在燃燒器內(nèi)襯I與流動(dòng)筒2之間的環(huán)狀流道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，作為燃燒器內(nèi)襯I的冷卻流體使用。之后，分為預(yù)混合燃燒用空氣6與擴(kuò)散燃燒用空氣9并供給到燃燒器內(nèi)襯內(nèi)，分別作為燃燒用空氣使用。燃燒氣體31通過(guò)燃燒器內(nèi)襯I內(nèi)部，并經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變片3供給到渦輪機(jī)。
[0049]圖13表示各實(shí)施例的渦產(chǎn)生單元10與亂流促進(jìn)單元11的流線、傳熱促進(jìn)的概念。渦產(chǎn)生單元10由從傳熱介質(zhì)流通側(cè)表面突出的板狀的突出部構(gòu)成。并且，該突出部相對(duì)于傳熱介質(zhì)的主流方向具有一定的仰角Y，因此產(chǎn)生在流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)軸的縱渦，一邊較大地?cái)嚢枇鞯纼?nèi)的傳熱介質(zhì)(空氣5) —邊形成縱渦地向下游流動(dòng)。
[0050]就該傳熱介質(zhì)一邊被較大地?cái)嚢枰贿吜鲃?dòng)而言，例如當(dāng)考慮應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器時(shí)，當(dāng)在由燃燒器內(nèi)襯與流動(dòng)筒形成的環(huán)狀流道內(nèi)設(shè)置渦產(chǎn)生單元的場(chǎng)合，變暖的空氣與冷卻的空氣利用縱渦而交換。其結(jié)果，總是向燃燒器內(nèi)襯表面供給低溫的傳熱介質(zhì)，因此能夠有效地進(jìn)行燃燒器內(nèi)襯表面的對(duì)流冷卻。
[0051]另外，通過(guò)設(shè)在燃燒器內(nèi)襯表面的亂流促進(jìn)單元11的長(zhǎng)軸方向與傳熱介質(zhì)的主流方向相交，在內(nèi)襯壁面附近產(chǎn)生分離渦。該分離渦破壞在壁面附近產(chǎn)生的傳熱介質(zhì)的邊界層的效果大，因此通過(guò)與渦產(chǎn)生單元一起使用，得到較大的冷卻促進(jìn)效果。該亂流促進(jìn)單元11的高度h考慮分離渦的內(nèi)襯再附著距離而決定。
[0052]一般地，因?yàn)槎ㄐ缘亓私庠俑街嚯xL=IOh (高度的十倍)，因此本發(fā)明的各實(shí)施例的亂流促進(jìn)單元11的高度h以I?數(shù)_左右的大小為基準(zhǔn)進(jìn)行假設(shè)。另外，就渦產(chǎn)生單元10的仰角Y及高度H而言，假設(shè)仰角具有10°?20°，并且，高度H形成為傳熱介質(zhì)流通的流道的I / 4?I / 2。
[0053]在各實(shí)施例中，除了燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)、含有燃料噴嘴的燃燒器的詳細(xì)作用的說(shuō)明外，對(duì)此參照專利文獻(xiàn)I的內(nèi)容。另外，流動(dòng)筒是為了調(diào)節(jié)供給到燃燒器的空氣的流速、偏流，設(shè)在燃燒器內(nèi)襯外周側(cè)的圓筒形狀的結(jié)構(gòu)體。
[0054](實(shí)施例一)
[0055]圖1是表示在本實(shí)施例的流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。燃燒器內(nèi)襯I與流動(dòng)筒2大致為同心圓狀的雙重圓筒結(jié)構(gòu)，通過(guò)使流動(dòng)筒的直徑比燃燒器內(nèi)襯大，形成環(huán)狀流道，傳熱介質(zhì)即空氣5在該環(huán)狀流道中流動(dòng)。在該流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面沿流通方向并列設(shè)置產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)軸的縱渦的渦產(chǎn)生單元10。在此所述的渦產(chǎn)生單元的并列設(shè)置以下述方式設(shè)置:以具有產(chǎn)生的渦的旋轉(zhuǎn)方向互相為反向的仰角的渦產(chǎn)生單元10為一對(duì)，以等間隔在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)的圓周方向設(shè)置成對(duì)的渦產(chǎn)生單元構(gòu)成列，相對(duì)于流通方向使該列保持一定的間隔地排列。
[0056]另外，如圖2中的放大詳細(xì)圖所示，渦產(chǎn)生單元10構(gòu)成為與相鄰的渦產(chǎn)生單元成對(duì)，具有產(chǎn)生的渦的旋轉(zhuǎn)方向互相為反向的仰角地設(shè)置。另外，并列設(shè)置在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面的渦產(chǎn)生單元的間隔為比由前級(jí)的渦產(chǎn)生單元產(chǎn)生的渦消失的位置短的距離間隔，以總是在燃燒器內(nèi)襯I與流動(dòng)筒2的間隙內(nèi)存在縱渦的方式設(shè)置。
[0057]通過(guò)這樣成對(duì)地配置產(chǎn)生的渦的旋轉(zhuǎn)方向互相為反向的渦產(chǎn)生單元10，反轉(zhuǎn)的縱渦彼此互相作用，因此能夠有效地形成縱渦并保持。因此，能以較小的壓力損失進(jìn)行充分的冷卻，能提高產(chǎn)品可靠性并且抑制壓力損失增大。另外，在流動(dòng)筒2的圓周方向配置多個(gè)成對(duì)的渦產(chǎn)生單元并形成列，通過(guò)在流動(dòng)筒2的軸向配置多列該列，能有效地冷卻燃燒器內(nèi)襯整體。
[0058]圖2表示在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面設(shè)置渦產(chǎn)生單元10的本實(shí)施例的具體例子。在此，表示利用焊接或點(diǎn)焊接將各個(gè)渦產(chǎn)生單元10固定在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面。另外，圖12表示具備現(xiàn)有的傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的例子。在現(xiàn)有的傳熱裝置中，以在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面具備渦產(chǎn)生單元與亂流促進(jìn)單元雙方為特征，為在成為高溫的燃燒器內(nèi)襯側(cè)設(shè)置傳熱裝置的結(jié)構(gòu)。
[0059]相對(duì)于此，如本實(shí)施例那樣在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面設(shè)置渦產(chǎn)生單元10的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)設(shè)在作為低溫部件側(cè)的流動(dòng)筒2上，渦產(chǎn)生單元10焊接部的熱疲勞變少，因此能提高作為具備傳熱裝置的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的產(chǎn)品可靠性，抑制壓力損失的增大。另外，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)減少安裝在燃燒器內(nèi)襯的部件而減少焊接部位，因此能實(shí)現(xiàn)成本降低，并且也抑制燃燒器內(nèi)襯變形。即，流動(dòng)筒與燃燒器內(nèi)襯不同，由于用于形成傳熱介質(zhì)流動(dòng)的環(huán)狀流道，因此總是為低溫狀態(tài)，不需要冷卻。因此，制造流動(dòng)筒的材質(zhì)可以為碳素鋼等便宜的材料。
[0060]另外，通過(guò)在流動(dòng)筒側(cè)設(shè)置渦產(chǎn)生單元，即使更換燃燒器內(nèi)襯也能夠在原狀態(tài)下繼續(xù)使用作為傳熱裝置的渦產(chǎn)生單元，不需要更換。相對(duì)于流動(dòng)筒，燃燒器內(nèi)襯的主要作用是分隔高溫的燃燒氣體31與作為傳熱介質(zhì)的空氣5，因此需要總是冷卻為一定溫度以下。考慮了，當(dāng)在該燃燒器內(nèi)襯中產(chǎn)生由焊接引起的變形時(shí)，冷卻用空氣的平衡局部被打破，由于冷卻空氣量不足而引起燃燒器內(nèi)襯燒損。但是，在本發(fā)明中，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)減少安裝在燃燒器內(nèi)襯上的部件來(lái)減少焊接部位，因此也能抑制燃燒器內(nèi)襯變形，提高產(chǎn)品可靠性。
[0061]另外，專利文獻(xiàn)6中公開(kāi)了“只利用設(shè)置在燃燒筒外筒的引導(dǎo)葉片，在燃燒筒附近使環(huán)狀流道的氣流增速，提高熱傳導(dǎo)率的效果”。即，通過(guò)在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面設(shè)置相對(duì)于主流方向以30°?60°的角度分別斷續(xù)的引導(dǎo)葉片，縮小(減少)環(huán)狀流道的截面積，使通過(guò)的空氣(傳熱介質(zhì))的流速增加而提高傳熱效果(冷卻效果)，流速的增加導(dǎo)致增大了壓力損失。
[0062]另外，在注重產(chǎn)生的渦的場(chǎng)合，以專利文獻(xiàn)6所示的設(shè)置在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面的圓周方向斷續(xù)的引導(dǎo)葉片的結(jié)構(gòu)是在傳熱介質(zhì)(空氣)通過(guò)引導(dǎo)葉片兩端的間隙時(shí)，在燃燒器內(nèi)襯表面上產(chǎn)生橫渦(平面渦)的結(jié)構(gòu)，利用該橫渦(平面渦)，能夠破壞燃燒器內(nèi)襯表面的邊界層，因此冷卻效果局部提高。但是，該橫渦(平面渦)隨著向下游方向流，溫度變高，因此傳熱特性(冷卻性能)下降。
[0063]相對(duì)于此，在本實(shí)施例中，由于渦產(chǎn)生單元10相對(duì)于主流方向的角度為10°?20°，為銳角，因此能幾乎不會(huì)減少環(huán)狀流道內(nèi)的截面積地抑制壓力損失增加。另外，通過(guò)并列設(shè)置的渦產(chǎn)生單元，在環(huán)狀流道內(nèi)總是存在縱渦，因此能在流道內(nèi)全部區(qū)域放置攪拌冷卻的傳熱介質(zhì)(空氣)而防止冷卻特性下降。
[0064](實(shí)施例二)
[0065]圖3是表示具備實(shí)施例二的傳熱裝置的燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。在薄板狀的部件19的表面利用一體成型加工產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)軸的縱渦的渦產(chǎn)生單元10，在將其彎曲為圓筒形狀后，插入流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面，利用點(diǎn)焊接固定而制成。圖4表示將通過(guò)對(duì)薄板狀的部件19進(jìn)行成型加工而制成的傳熱裝置插入流動(dòng)筒2內(nèi)周側(cè)的具體例子。
[0066]在此，對(duì)具有渦產(chǎn)生單元10的傳熱裝置的制造方法進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。在薄板狀的部件19中，利用沖壓機(jī)等對(duì)相對(duì)于流通方向具有一定的仰角的渦產(chǎn)生單元10進(jìn)行成型加工，在流通方向并列設(shè)置具有成型的渦產(chǎn)生單元10的多個(gè)部件19。該渦產(chǎn)生單元以由鄰接的渦產(chǎn)生單元產(chǎn)生的渦的旋轉(zhuǎn)方向互相反向的方式具有仰角而成型。
[0067]如果是這種制造方法，則能通過(guò)制造金屬模具，在薄板狀的部件19上利用一體成型簡(jiǎn)單地加工具備渦產(chǎn)生單元的傳熱裝置，并且通過(guò)使制造方法簡(jiǎn)單化，實(shí)現(xiàn)成本降低。
[0068](實(shí)施例三)
[0069]圖5是表示具備實(shí)施例三的傳熱裝置的燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。具體地說(shuō)，在燃燒器內(nèi)襯I外側(cè)表面設(shè)置了亂流促進(jìn)單元11。這樣，以與傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向相交的方式設(shè)置的亂流促進(jìn)單元11的作用在燃燒器內(nèi)襯I壁面附近產(chǎn)生分離渦。該渦不具有較大地?cái)嚢铚u產(chǎn)生單元10那樣的流道整體的效果，但破壞燃燒器內(nèi)襯壁面附近的邊界層的效果大，因此通過(guò)與設(shè)在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面的渦產(chǎn)生單元10 —起使用，冷卻促進(jìn)效果成倍地變大。
[0070]這是因?yàn)?，通過(guò)由亂流促進(jìn)單元11形成的分離渦破壞燃燒器內(nèi)襯壁面附近的邊界層，能夠有效地將由縱渦從流動(dòng)筒2側(cè)運(yùn)來(lái)的低溫的空氣用于燃燒器內(nèi)襯I的冷卻。因此，根據(jù)同時(shí)在渦產(chǎn)生單元10與燃燒器內(nèi)襯的外側(cè)表面具備在傳熱介質(zhì)產(chǎn)生的邊界層的亂流促進(jìn)單元11的本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，能進(jìn)一步提高冷卻效率，因此能得到更顯著的產(chǎn)品可靠性的提高效果及壓力損失增大的抑制效果。
[0071](實(shí)施例四)
[0072]圖6是表示具備實(shí)施例四的傳熱裝置的燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。具體地說(shuō)，在流動(dòng)筒2設(shè)置接觸冷卻孔20，該流動(dòng)筒2在內(nèi)側(cè)表面具備渦產(chǎn)生單元10。該接觸冷卻孔20設(shè)在渦產(chǎn)生單元10的下游側(cè)位置。即，在渦產(chǎn)生單元10的下游側(cè)緊后的區(qū)域，縱渦12在逐漸發(fā)展的狀態(tài)下流動(dòng)，因此產(chǎn)生無(wú)法充分地得到由縱渦產(chǎn)生的攪拌效果的區(qū)域。因此，通過(guò)在渦產(chǎn)生單元10下游側(cè)緊后設(shè)置接觸冷卻孔20，不會(huì)利用從接觸冷卻孔流入的傳熱介質(zhì)破壞縱渦12地得到在短距離推向燃燒器內(nèi)襯側(cè)的效果，因此能有效地冷卻燃燒器內(nèi)襯全部區(qū)域。
[0073]S卩，如圖6中的放大詳細(xì)圖所示，在渦產(chǎn)生單元10下游側(cè)緊后的區(qū)域，未產(chǎn)生充分發(fā)展的縱渦12，因此攪拌作用較小，無(wú)法得到對(duì)流冷卻效果。因此，在本實(shí)施例中，在該渦產(chǎn)生單元10下游側(cè)緊后的區(qū)域設(shè)置接觸冷卻孔20，通過(guò)與該接觸冷卻一起使用，實(shí)現(xiàn)冷卻效果提高。根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，能利用接觸冷卻來(lái)冷卻未產(chǎn)生發(fā)達(dá)的縱渦12的渦產(chǎn)生單元10下游側(cè)緊后的區(qū)域，因此能提高產(chǎn)品可靠性。
[0074]另外，在與利用現(xiàn)有的接觸冷卻的冷卻結(jié)構(gòu)比較的場(chǎng)合，如果是本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，則通過(guò)由渦產(chǎn)生單元10形成的縱渦的相乘效果，能夠不過(guò)度增加接觸冷卻孔20的設(shè)置數(shù)地實(shí)現(xiàn)充分的冷卻性能，因此能抑制壓力損失的增大。
[0075]另外，如圖6的向視圖所示，通過(guò)以由成對(duì)的渦產(chǎn)生單元10形成的縱渦12的旋轉(zhuǎn)方向與從接觸冷卻孔20流入的傳熱介質(zhì)的噴流14的噴射方向一致的方式配置接觸冷卻孔20，能利用從接觸冷卻孔20流入的傳熱介質(zhì)的噴流14強(qiáng)化縱渦12。另外，能將從接觸冷卻孔20流入的低溫的傳熱介質(zhì)混入縱渦12。由此，能進(jìn)一步提高冷卻性能，因此能提高產(chǎn)品可靠性，并且抑制壓力損失的增大。
[0076](實(shí)施例五)
[0077]圖7是表示具備其他實(shí)施例的傳熱裝置的燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。具體地說(shuō)，在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面，在初級(jí)的渦產(chǎn)生單元前方(上游側(cè))設(shè)置傳熱介質(zhì)的氣流強(qiáng)制地向內(nèi)周方向(向內(nèi))改變方向的向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21。利用該向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21，將低溫的傳熱介質(zhì)的氣流的一部分供給到燃燒器內(nèi)襯表面?zhèn)取?br> [0078]尤其通過(guò)在需要冷卻效果的局部區(qū)域一并使用向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21與渦產(chǎn)生單元10，能有效提高燃燒器內(nèi)襯I的冷卻。該向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21與渦產(chǎn)生單元相比，流體阻力大，因此壓力損失增加，通過(guò)設(shè)置強(qiáng)制地改變傳熱介質(zhì)的氣流的方向的向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21，有效地冷卻燃燒器內(nèi)襯整體。
[0079]另外，圖8表示將通過(guò)對(duì)薄板狀的部件19進(jìn)行成型加工來(lái)制造的傳熱裝置插入流動(dòng)筒2內(nèi)周側(cè)的具體例。在薄板狀的部件19的表面，利用一體成型加工傳熱介質(zhì)的流動(dòng)向內(nèi)周方向(向內(nèi))改變方向的向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21，在將其彎曲為圓筒形狀后，插入流動(dòng)筒2內(nèi)周側(cè)，利用點(diǎn)焊接固定而制造。如果是該制造方法，則通過(guò)制造金屬模具，能利用一體成型簡(jiǎn)單地對(duì)薄板狀的部件19加工向內(nèi)引導(dǎo)葉輪21，并且，通過(guò)制造方法的簡(jiǎn)單化實(shí)現(xiàn)成本降低。
[0080](實(shí)施例六)
[0081]圖9是表示具備實(shí)施例三的其他傳熱裝置的燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。通過(guò)在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面設(shè)置渦產(chǎn)生單元10，產(chǎn)生設(shè)在燃燒器內(nèi)襯外側(cè)表面的亂流促進(jìn)單元11的個(gè)數(shù)、間隔的自由度增加的優(yōu)點(diǎn)。由此，尤其能在想要強(qiáng)化冷卻的燃燒器內(nèi)襯下游側(cè)區(qū)域(轉(zhuǎn)變片3偵彳)表面以比其他區(qū)域窄的間隔設(shè)置多個(gè)亂流促進(jìn)單元11。
[0082]該亂流促進(jìn)單元11破壞燃燒器內(nèi)襯壁面附近的邊界層的效果大，因此通過(guò)與設(shè)在流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面的渦產(chǎn)生單元10 —起使用，冷卻促進(jìn)效果更大。
[0083](實(shí)施例七)
[0084]圖10是表示具備實(shí)施例一的其他傳熱裝置的燃燒器的結(jié)構(gòu)的例子。具體地說(shuō)，在流動(dòng)筒2內(nèi)側(cè)表面，在每列改變并列地設(shè)置的渦產(chǎn)生單元10的相位地設(shè)置。具體地說(shuō)，如圖11所示，通過(guò)以渦產(chǎn)生單元的相位在前后的列不同的方式設(shè)置，通過(guò)利用由下游側(cè)的縱渦產(chǎn)生單元產(chǎn)生的縱渦卷入由上游側(cè)的縱渦產(chǎn)生單元生成的縱渦，得到攪拌效果，擴(kuò)大燃燒器內(nèi)襯壁面的冷卻特性區(qū)域。
[0085]根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，由上游側(cè)的縱渦產(chǎn)生單元生成的IA渦與IB渦的成對(duì)的縱渦向下游側(cè)流動(dòng)，不久，被由下游側(cè)的縱渦產(chǎn)生單元產(chǎn)生的縱渦3B渦卷入而攪拌。該作用隨著向下游流動(dòng)，在縱渦產(chǎn)生單元的每列反復(fù)。因此，由于在環(huán)狀流道內(nèi)形成相位不同的縱渦，因此得到更大的攪拌效果，能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒器內(nèi)襯的冷卻效果提高。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其具備燃燒器內(nèi)襯、設(shè)在該燃燒器內(nèi)襯的外周的流動(dòng)筒，由上述燃燒器內(nèi)襯與上述流動(dòng)筒形成傳熱介質(zhì)流通的環(huán)狀流道，該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的特征在于， 在上述流動(dòng)筒的內(nèi)側(cè)表面具備產(chǎn)生沿傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向具有旋轉(zhuǎn)的中心軸的縱渦的多個(gè)渦產(chǎn)生單元， 上述多個(gè)渦產(chǎn)生單元以產(chǎn)生的渦的旋轉(zhuǎn)方向互相為反向的上述渦產(chǎn)生單元成對(duì)的方式配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在上述燃燒器內(nèi)襯的外側(cè)表面，沿上述燃燒器內(nèi)襯的軸向配置多個(gè)破壞在傳熱介質(zhì)產(chǎn)生的邊界層的亂流促進(jìn)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 上述亂流促進(jìn)單元具備以比其他區(qū)域窄的間隔配置的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 還在設(shè)置渦產(chǎn)生單元的流動(dòng)筒上的、相對(duì)于該傳熱介質(zhì)的氣流位于該渦產(chǎn)生單元下游位置處設(shè)置接觸冷卻孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在由成對(duì)地配置的上述縱渦產(chǎn)生器形成的縱渦的旋轉(zhuǎn)方向和從上述接觸冷卻孔流入的傳熱介質(zhì)的噴流的方向一致的位置配置接觸冷卻孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在上述流動(dòng)筒的圓周方向配置多個(gè)成對(duì)地配置的上述渦產(chǎn)生單元而形成列，在上述流動(dòng)筒的軸向配置多列該列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 配置多列的上述渦產(chǎn)生單元在上述流動(dòng)筒的圓周方向的設(shè)置相位至少在前后列不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在上述流動(dòng)筒內(nèi)側(cè)表面的、比上述渦產(chǎn)生單元靠傳熱介質(zhì)的流動(dòng)方向上游側(cè)具備將傳熱介質(zhì)的流動(dòng)強(qiáng)制地改變?yōu)閮?nèi)周方向的方向的向內(nèi)引導(dǎo)葉輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在部件的表面對(duì)上述向內(nèi)引導(dǎo)葉輪進(jìn)行成型加工，在將該部件彎曲加工為圓筒形狀后，插入流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)而形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在部件的表面對(duì)上述渦產(chǎn)生單元進(jìn)行成型加工，在將該部件彎曲加工為圓筒形狀后，插入流動(dòng)筒內(nèi)周側(cè)而形成。
【文檔編號(hào)】F23R3/52GK103994468SQ201310573186
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月20日
【發(fā)明者】橫田修, 小金澤知己, 沼田祥平, 吉田正平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所