噴流混合装置及び燃焼装置
【課題】 中空型の縦渦を速やかに形成することにより、流体の混合を高効率に行うことができ、且つ、混合状態を容易に制御することができる噴流混合装置及び燃焼装置を提供する。
【解決手段】 内外二重に配設され、内管ノズル２から噴出される第１流体Ｆと外管ノズル３から噴出される第２流体Ａとを混合させる噴流混合装置であって、外管ノズル３を第２流体Ａの流れ方向と平行な中心軸Ｏ周りに回転させる回転手段５と、外管ノズル３の内部に設けられるとともに、第２流体Ａを流通可能な複数の孔を有するハニカム部４と、を備え、回転手段５による外管ノズル３の回転に伴ってハニカム部４を回転させ、ハニカム部４を流通する第２流体Ａに剛体回転を与えることにより、中心軸Ｏから離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する中空型の縦渦を発生させる噴流混合装置１。
【解決手段】 内外二重に配設され、内管ノズル２から噴出される第１流体Ｆと外管ノズル３から噴出される第２流体Ａとを混合させる噴流混合装置であって、外管ノズル３を第２流体Ａの流れ方向と平行な中心軸Ｏ周りに回転させる回転手段５と、外管ノズル３の内部に設けられるとともに、第２流体Ａを流通可能な複数の孔を有するハニカム部４と、を備え、回転手段５による外管ノズル３の回転に伴ってハニカム部４を回転させ、ハニカム部４を流通する第２流体Ａに剛体回転を与えることにより、中心軸Ｏから離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する中空型の縦渦を発生させる噴流混合装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内管ノズル及び外管ノズルからそれぞれ噴出される流体の混合状態を制御する噴流混合装置及び流体の混合状態を制御して燃焼を行う燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音速航空機用エンジンとして注目されているスクラムジェットエンジンや小型分散型エネルギーシステムとしての利用が期待されているマイクロガスタービン燃焼器では、燃焼器に供給される燃料と酸化剤の混合が抑制されやすい環境下において運転されるため、燃料と酸化剤の混合が効果的に行われ難い。
【０００３】
スクラムジェットエンジンでは、超音速の大気を燃焼器に導き、超音速燃焼を行う過程において、燃焼器内で燃焼反応を起すために必要な燃料と酸化剤の滞留時間が極めて短い。また、超音速流によって引き起こされる流体の圧縮性の影響によって擾乱の成長が抑制され、燃料と酸化剤の混合層の成長率は非圧縮性の場合と比べて顕著に減少する。また、数ｋＷ級のマイクロガスタービン燃焼器では、低レイノルズ数の環境下で燃料と酸化剤が供給されるため、燃料と酸化剤の混合が速やかに促進され難い。そのため、このような環境下においては、燃料と酸化剤の混合を速やかに促進し、高効率にこれらの混合を行うことが要求される。
【０００４】
従来、燃料と酸化剤の混合を高効率に行うために、例えば、外側ノズルの噴出口の近傍に、外側ノズル内の流体に擾乱を与え、外側ノズルを出た流体と内側ノズルを出た流体との混合を渦の発生下で促進するアクチュエータを配設した噴流混合装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、燃料と燃焼用空気の混合ガスが流れる円筒部の先端部に三角形状の縦渦発生板を有する保炎器を設けることにより、混合ガスの流れを縦渦発生板の三角形の２つの端縁で剥離し、下流側に流れ方向に中心軸を持つ縦渦を発生させて燃焼を促進させる燃焼装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、上記の燃焼装置等により発生される形状が中実且つ渦度分布が渦中心で最大値を持つ従来の縦渦ではなく、断面が渦中心でドーナツ状の形状をなし、渦度分布が渦中心において零で、円環状の周辺部で２個の極値を持っていることを特徴とする不安定中空縦渦を適用することにより、２相以上の流体の混合を短時間の内に促進できることが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７７５１３号公報
【特許文献２】特開平１０−３３２１１５号公報
【特許文献３】特開平０９−１９５７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の噴流混合装置は、中空縦渦を発生して混合を促進するものではなく、燃料と酸化剤の混合は燃焼器の下流部で行われることになる。また、噴出口近傍にアクチュエータが設けられるため、熱耐久性が低いという問題がある。また、特許文献２の燃焼装置も同様に中空縦渦を発生して混合を促進するものではない。また、円筒部の先端部に取り付けた三角形状の縦渦発生板により縦渦を発生させているため、構造上、流体の混合状態を制御することが困難である。また、特許文献３では、２相以上の流体の混合を促進する中空縦渦そのものの構造や性質については記載されているものの、このような中空縦渦を発生させるための手段等については記載されておらず、所望の中空縦渦を発生させて流体の混合を促進させる装置はこれまでなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みてなされたものであって、中空型の縦渦を速やかに形成することにより、流体の混合を高効率に行うことができ、且つ、混合状態を容易に制御することができる噴流混合装置及び燃焼装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の噴流混合装置は、流体を噴出するそれぞれのノズルが内外二重に配設され、内管ノズルから噴出される第１流体と外管ノズルから噴出される第２流体とを混合させる噴流混合装置であって、前記外管ノズルを前記第２流体の流れ方向と平行な中心軸周りに回転させる回転手段と、前記外管ノズルの内部に設けられるとともに、前記第２流体を流通可能な複数の孔を有するハニカム部と、を備え、前記回転手段による前記外管ノズルの回転に伴って前記ハニカム部を回転させ、該ハニカム部を流通する前記第２流体に剛体回転を与えることにより、前記中心軸から離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する中空型の縦渦を発生させることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の噴流混合装置は、前記回転手段が、回転力を付与するモータと、該モータの出力軸に固定される第１タイミングプーリと、前記外管ノズルに固定され、前記モータによる回転力が前記第１タイミングプーリ及びタイミングベルトを介して伝達される第２タイミングプーリとを有することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の噴流混合装置は、前記ハニカム部が、セラミック材料からなることを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の燃焼装置は、前記噴流混合装置の外管ノズルの先端に燃焼器を備え、前記第１流体として燃料、前記第２流体として酸化剤を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の噴流混合装置によれば、内部にハニカム部が設けられた外管ノズルを回転させることにより、中心軸周りには、ほとんど渦度が存在せず、中心軸から離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する不安定な中空型の縦渦を速やかに形成することができる。これにより、外管ノズルから噴出される第２流体からなる中空型の縦渦自身は噴出された後、速やかに崩壊するので、流体の混合が困難な低レイノルズ数環境下においても、内管ノズルから噴出される第１流体との混合を高効率に行うことができる。
【００１３】
請求項２記載の噴流混合装置によれば、外管ノズルを回転させるための回転力をモータから得ているので、このモータの回転数を制御することにより、容易に所望の渦度を有する中空型の縦渦を生じさせることができる。
【００１４】
請求項３記載の噴流混合装置によれば、ハニカム部が、セラミック材料により形成されているので、熱耐久性に優れており、高温な環境下においても有効に用いることができる。
【００１５】
請求項４記載の噴流混合装置によれば、燃料と酸化剤の混合を速やかに促進させることができるので、高効率な完全燃焼を実現することができる。これにより、燃焼に必要な燃料の使用量を軽減することができるので、コストを抑制するとともに省資源化を図ることができる。また、燃料の使用量軽減に伴って、窒素酸化物や一酸化炭素等の燃焼排出物や未燃炭化水素系燃料の排出を低減することができ、燃焼器の破損や騒音に繋がる振動燃焼も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る噴流混合装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る噴流混合装置の一例を示す概略平面図である。
【図３】回転手段の一例を示す概略模式図である。
【図４】中空型縦渦の不安定化の過程の一例を示す図である。
【図５】実施例１のＺ＝１．０における混合状態の様子を示す図である。
【図６】実施例２のＺ＝１．０における混合状態の様子を示す図である。
【図７】実施例２のＺ＝０．５における混合状態の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る噴流混合装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る噴流混合装置１は、流体の混合が困難な低レイノルズ数の環境下においても、流体の混合を速やかに促進させるためのものであって、図１及び図２に示すように、円筒形状の内管ノズル２と、該内管ノズル２と同軸に配設される外管ノズル３と、該外管ノズル３の内部に設けられるハニカム部４と、外管ノズル３を中心軸Ｏ周りに回転させるための回転手段５とを備えるものである。
【００１８】
図１及び図２に示すように、内管ノズル２及び外管ノズル３は、内外二重に同軸になるように配設されている。内管ノズル２は、その内部に形成される流路２ａを通じて噴出口２ｂから第１流体Ｆを噴出する。外管ノズル３は、内管ノズル２と外管ノズル３との間に形成される円環状の流路３ａを通じて、噴出口３ｂから第２流体Ａを噴出する。また、図１では、本実施形態に係る噴流混合装置１は、燃焼装置に適用される場合について示しており、外管ノズル３の先端には、燃焼器６が連結されている。このように噴流混合装置１が燃焼装置に利用される場合には、第１流体Ｆとして、天然ガスや石油等の所謂燃料が用いられ、第２流体Ａとして、燃焼用の酸化剤等が用いられる。
【００１９】
第１流体Ｆ及び第２流体Ａは、詳細は図示しないが、例えば、それぞれ高圧ボンベ等から質量流量計へと供給され、質量流量計によって指定された供給流量に制御されて、内管ノズル２の流路２ａ及び外管ノズル３の流路３ａへと供給される。尚、図１では、第２流体Ａは、外管ノズル３の流路３ａへと供給される前に、固定されている外管７の内部に設けられる拡散部７１にて均等に拡散され、流れ方向に長尺な複数の孔を有するハニカムからなる整流部７２にて不必要な乱れが生じないように十分に整流される。また、図１では、第１流体Ｆについては、内管ノズル２の流路２ａへと直接供給されているが、流路２ａと供給される前に、第２流体Ａと同様に拡散及び整流が行われるように構成しても良い。
【００２０】
このように、第２流体Ａが供給される外管ノズル３は、外管７の先端にベアリング８（８ａ、８ｂ）を介して取り付けられており、このベアリング８によって中心軸Ｏ周りに回転自在に支持されている。また、外管ノズル３の下端側に設けられるベアリング８ａは、円筒状のベース板９によって、外管ノズル３の外周に取付けらており、上方に設けられるベアリング８ｂは、ベース板９に複数のボルト１０を介して上方に連結されている円筒状の天板１１によって外管ノズル３の外周に取り付けられている。
【００２１】
外管ノズル３の内部にあたる流路３ａには、第２流体Ａが流通可能な複数の孔４ａを有するハニカム部４が隙間なく敷き詰められている。このハニカム部４は、外管ノズル３の回転に伴って回転するように外管ノズル３の内周に固定されており、内管ノズル２の外周と接する部分は、摩擦力の影響等が軽減されるように滑り易く形成されている。また、ハニカム部４は、回転手段５により外管ノズル３とともに回転した場合に、孔４ａを流通する第２流体Ａに剛体回転を与えるために、第２流体Ａの流れ方向に長尺に形成されている。尚、ハニカム部４の材質としては、高温の環境下等においても十分な耐久性が得られるように熱耐久性に優れたセラミック材料等により形成されることが好ましい。
【００２２】
回転手段５は、中心軸Ｏ周りに外管ノズル３を回転させるためのものであって、図３に示すように、回転力を付与するためのモータ５１と、該モータ５１の出力軸５２に固定される第１タイミングプーリ５３と、外管ノズル３の外周に固定される第２タイミングプーリ５４と、第１タイミングプーリ５３と第２タイミングプーリ５４とを巻き掛けするタイミングベルト５５とを備えている。この回転手段５では、モータ５１により第１タイミングプーリ５３を回転させることにより、タイミングベルト５５を介して所定のギア比に応じて第２タイミングプーリ５４を回転させることができる。従って、モータ５１の回転速度を制御することにより、外管ノズル３を所望の回転速度にて中心軸Ｏ周りで回転させることができる。
【００２３】
このような回転手段５を用いて、例えば、図２に矢印で示すような回転方向に外管ノズル３を回転させることにより、中空型縦渦を発生させることができる。この中空型縦渦は、中心軸Ｏから離れた所定の環状領域に渦度を有し、中心軸Ｏ周りにはほとんど渦度を有しないものであり、前記所定の環状領域に渦度の極値が存在する。また、この中空型縦渦は、従来の渦中心に渦度の極値を有する中実の縦渦に比べて不安定であるという性質を持っているので、内管ノズル２の噴出口２ｂから噴出される第１流体Ｆとの混合を促進するのに効果的である。
【００２４】
図４は、噴出口２ｂ、３ｂ近傍における中空型縦渦の不安定化の過程について示すものであり、図中の白い部分が第２流体Ａの噴流（外管噴流）を示しており、白い部分に囲まれた黒い部分が第１流体Ｆの噴流（内管噴流）を示している。尚、図４は、中心軸Ｏに垂直な方向、言い換えれば噴出口２ｂ、３ｂ断面と平行な断面（横断面）の様子を示めしている。図４（ａ）は、外管ノズル３を回転させていない状態を示すものであり、この状態では中空型縦渦は形成されていない。この状態から外管ノズル３を回転させることにより、中空型縦渦が発生し、外管ノズル３の回転数を増加させるのに伴って、中空型縦渦の不安定化が進む。
【００２５】
そして、外管ノズル３の回転数の増加に伴って、中空型縦渦の不安定化が進むと、外管噴流の外側せん断層に複数の角が形成され、図４（ｂ）に示すように、角から第２流体Ａが飛び出して、図４（ｃ）に示すような外管ノズル３の回転方向と逆向きで第２流体Ａの流れ方向と平行な軸を持つ複数の縦渦構造が形成される。更に不安定化が進むと、図４（ｄ）に示すように、外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し、図４（ｅ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成される。また、更に不安定化が進むと、外側せん断層に形成された縦渦構造も小規模な縦渦構造へと移行するとともに、これらの小規模な縦渦構造の数が増加する。また、これらの小規模な渦構造が形成、発達、崩壊を繰り返すことにより、図４（ｆ）に示すように外管噴流が大きく内側に入り込んで、外管噴流と内管噴流の混合が促進される。尚、本実施形態では、噴流混合装置１が燃焼装置に利用される場合について説明したが、本発明に係る噴流混合装置１の用途はこれに限定されるものではなく、低レイノルズ環境下における様々な流体の混合を促進する装置として有効に利用することができる。また、本実施形態では、内外二重に同軸になるように内管ノズル２と外管ノズル３が配設された噴流混合装置について説明しているが、更に外管ノズル３の外側に同軸となるように、中心軸Ｏ周りに回転可能な円筒状のノズルを配設することにより、３重同軸の噴流混合装置を構成することも考えられる。このような構成を採ることにより、更なる流体の多様な混合の促進を図ることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施形態に係る噴流混合装置１を用いて、流体の混合を行った場合の実施例について説明する。
【００２７】
（実施例１）
実施例１では、内管ノズル２として内径１０ｍｍ、高さ２８４ｍｍ、肉厚１ｍｍの円筒管、外管ノズル３として内径２０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒管を用いた。外管ノズル３の内部に設けるハニカム部４には、内径１．４ｍｍ、外径１．６ｍｍ、長さ４０ｍｍのセラミック製のストローが敷き詰められてなるストローハニカムを用いた。また、このストローハニカムは、その出口が外管ノズルの噴出口より、３０ｍｍ上流側に位置するように設けた。外管ノズルを回転させるためのモータには、ＡＣスピードコントロールモータ（オリエンタルモーター、ＭＳＳ５４０−０１１ＷＵ−Ｓ）を用いた。第１流体Ｆ及び第２流体ＡにはともにＡｉｒ（空気）を用いるとともに、レーザートモグラフィー法を用いて渦構造を可視化するために第２流体Ａにトレーサー粒子を混入させた。また、第１流体Ｆの平均流速Ｖｉ、第２流体Ａの平均流速Ｖｏは、ともに１．０ｍ／ｓとなるように設定した。
【００２８】
このような条件で、モータを制御して外管ノズル３の回転速度を調節して、流体の混合状態について観察した。図５は、無次元高さＺ＝ｚ／ｄｉ＝１．０の位置における噴出口２ｂ、３ｂ断面と平行な断面（横断面）から見た流体の混合状態の様子を示めしている。但し、ｚは噴出口３ｂからの高さ、ｄｉは外管ノズル３の内径を表している。尚、上述したように、図５〜７は、レーザートモグラフィー法を用いて渦構造の可視化を行ったものであって、白い部分が第２流体Ａの噴流（外管噴流）を示しており、白い部分に囲まれた黒い部分が第１流体Ｆの噴流（内管噴流）を示している。
【００２９】
図５（ａ）は、スワール数Ｓ０＝０．５２のときの渦構造を示しており、中空型縦渦の不安定化が進み、外管噴流の外側せん断層に形成された複数の角から外管噴流が飛び出し始めている。図５（ｂ）は、スワール数Ｓ０＝０．５９のときの渦構造を示しており、外管ノズル３の回転方向と逆向きの複数の縦渦構造が形成され、外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し始めている。スワール数Ｓ０＝０．９２としたときには、図５（ｃ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成され始める。スワール数Ｓ０＝１．３１としたときには、更に不安定化が進み、図５（ｄ）に示すように、外側せん断層に形成された縦渦構造も小規模な縦渦構造へと移行するとともに、これらの小規模な縦渦構造の数が増加する。図５（ｅ）のようにスワール数Ｓ０＝１．５７のときには、外管噴流が大きく内側に入り込み始め、図５（ｆ）のようにスワール数Ｓ０＝１．９６のときには、外管噴流が内側を覆うようになり、外管噴流と内管噴流の混合が促進される。
【００３０】
このように、本発明に係る噴流混合装置によれば、第１流体Ｆの平均流速Ｖｉと第２流体Ａの平均流速Ｖｏに速度差がないような場合でも噴出口３ｂ近傍において流体の混合を速やかに促進することができる。つまり、渦構造を発生させる従来手法において不可欠であった内管噴流と外管噴流の軸流速度の差に由来する渦度場が存在しない条件下においても、内管ノズル２を固定した状態で外管ノズル３の中心軸Ｏ周りの回転を調節することにより不安定な中空型縦渦を形成して、速やかに崩壊させることにより高効率に流体の混合を行うことができる。
【００３１】
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様の噴流混合装置を用いて、第１流体Ｆの平均流速Ｖｉは０．５ｍ／ｓ、第２流体Ａの平均流速Ｖｏは１．０ｍ／ｓとなるように設定し、モータを制御して外管ノズル３の回転速度を調節して、流体の混合状態について観察した。
【００３２】
図６は、無次元高さＺ＝１．０の位置における噴出口２ｂ、３ｂ断面と平行な断面（横断面）から見た流体の混合状態の様子を示めしている。図６（ａ）は、スワール数Ｓ０＝０．５２のときの渦構造を示しており、中空型縦渦の不安定化が進み、外管噴流の外側せん断層に形成された複数の角から外管噴流が飛び出し始めている。図６（ｂ）は、スワール数Ｓ０＝０．５９のときの渦構造を示しており、外管ノズル３の回転方向と逆向きの複数の縦渦構造が形成され、外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し始めている。スワール数Ｓ０＝０．９２としたときには、図６（ｃ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成され始め、スワール数Ｓ０＝１．３１としたときには、更に不安定化が進み、図６（ｄ）に示すように、外管噴流が内側へ入り込んでいる。スワール数Ｓ０＝１．５７、Ｓ０＝１．９６としたときには、それぞれ図６（ｅ）及び図６（ｆ）に示すように、外管噴流が大きく内側に入り込んで、外管噴流が内側を完全に覆うようになり、外管噴流と内管噴流の混合が促進されている。
【００３３】
図７では、更に噴出口２ｂ、３ｂ近傍である無次元高さＺ＝０．５の位置における横断面から見た流体の混合状態の様子を示めしている。図７（ａ）に示すように、スワール数Ｓ０＝０．５２のときには、外管噴流の外側せん断層に形成された複数の角から外管噴流が飛び出し始め、スワール数Ｓ０＝０．５９のときには、図７（ｂ）に示すように、角から外管噴流が飛び出して、外管ノズル３の回転方向と逆向きの複数の縦渦構造が形成される。図７（ｃ）に示すように、スワール数Ｓ０＝０．９２としたときには、更に不安定化が進み外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し、スワール数Ｓ０＝１．３１のときには、図７（ｄ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成される。また、外側せん断層に形成された縦渦構造も小規模な縦渦構造へと移行するとともに、これらの小規模な縦渦構造の数が増加している。図７（ｅ）のようにスワール数Ｓ０＝１．５７のときには、外管噴流が大きく内側に入り込む様子が観察され、図７（ｆ）のようにスワール数Ｓ０＝１．９６のときには、外管噴流がほとんど内側を覆い尽しており、外管噴流と内管噴流の混合が促進されている。
【００３４】
このように、第２流体Ａの流速Ｖｏが、第１流体Ｆの流速Ｖｉよりも速くなるように設定することにより、内管噴流と外管噴流の境界における軸流速度の差に由来する渦度場の影響も付加され、より効率的な混合を行うことができ、無次元高さＺ＝０．５のような更に噴出口３ｂ近傍でも流体の混合を速やかに促進することができる。尚、本実施例では、第１流体Ｆと第２流体Ａの平均流速の速度差がない場合及び第２流体Ａの平均流速を第１流体Ｆの平均流速より速く設定した場合について示しているが、第１流体Ｆの流速を第２流体Ａの流速より速く設定した場合も流体の混合を促進することができる。また、本実施例では、実験的に第１流体Ｆ及び第２流体Ａとして、ともにＡｉｒ（空気）を用いているが、第１流体Ｆとして燃料、第２流体Ａとして酸化剤を用いた場合も同様に効率的に混合が促進される。また、逆に第１流体Ｆとして酸化剤、第２流体Ａとして燃料を採用した場合等も同様に混合を促進することができ、様々な流体の混合に対して有効である。
【００３５】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る噴流混合装置は、低レイノルズ数のみならず、より広いレイノルズ数の範囲で流体を高効率に混合させるための装置として有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 噴流混合装置
２ 内管ノズル
３ 外管ノズル
４ ハニカム部
５ 回転手段
５１ モータ
５２ 出力軸
５３ 第１タイミングプーリ
５４ 第２タイミングプーリ
５５ タイミングベルト
６ 燃焼器
Ｆ 第１流体（燃料）
Ａ 第２流体（酸化剤）
Ｏ 中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内管ノズル及び外管ノズルからそれぞれ噴出される流体の混合状態を制御する噴流混合装置及び流体の混合状態を制御して燃焼を行う燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音速航空機用エンジンとして注目されているスクラムジェットエンジンや小型分散型エネルギーシステムとしての利用が期待されているマイクロガスタービン燃焼器では、燃焼器に供給される燃料と酸化剤の混合が抑制されやすい環境下において運転されるため、燃料と酸化剤の混合が効果的に行われ難い。
【０００３】
スクラムジェットエンジンでは、超音速の大気を燃焼器に導き、超音速燃焼を行う過程において、燃焼器内で燃焼反応を起すために必要な燃料と酸化剤の滞留時間が極めて短い。また、超音速流によって引き起こされる流体の圧縮性の影響によって擾乱の成長が抑制され、燃料と酸化剤の混合層の成長率は非圧縮性の場合と比べて顕著に減少する。また、数ｋＷ級のマイクロガスタービン燃焼器では、低レイノルズ数の環境下で燃料と酸化剤が供給されるため、燃料と酸化剤の混合が速やかに促進され難い。そのため、このような環境下においては、燃料と酸化剤の混合を速やかに促進し、高効率にこれらの混合を行うことが要求される。
【０００４】
従来、燃料と酸化剤の混合を高効率に行うために、例えば、外側ノズルの噴出口の近傍に、外側ノズル内の流体に擾乱を与え、外側ノズルを出た流体と内側ノズルを出た流体との混合を渦の発生下で促進するアクチュエータを配設した噴流混合装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、燃料と燃焼用空気の混合ガスが流れる円筒部の先端部に三角形状の縦渦発生板を有する保炎器を設けることにより、混合ガスの流れを縦渦発生板の三角形の２つの端縁で剥離し、下流側に流れ方向に中心軸を持つ縦渦を発生させて燃焼を促進させる燃焼装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、上記の燃焼装置等により発生される形状が中実且つ渦度分布が渦中心で最大値を持つ従来の縦渦ではなく、断面が渦中心でドーナツ状の形状をなし、渦度分布が渦中心において零で、円環状の周辺部で２個の極値を持っていることを特徴とする不安定中空縦渦を適用することにより、２相以上の流体の混合を短時間の内に促進できることが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７７５１３号公報
【特許文献２】特開平１０−３３２１１５号公報
【特許文献３】特開平０９−１９５７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の噴流混合装置は、中空縦渦を発生して混合を促進するものではなく、燃料と酸化剤の混合は燃焼器の下流部で行われることになる。また、噴出口近傍にアクチュエータが設けられるため、熱耐久性が低いという問題がある。また、特許文献２の燃焼装置も同様に中空縦渦を発生して混合を促進するものではない。また、円筒部の先端部に取り付けた三角形状の縦渦発生板により縦渦を発生させているため、構造上、流体の混合状態を制御することが困難である。また、特許文献３では、２相以上の流体の混合を促進する中空縦渦そのものの構造や性質については記載されているものの、このような中空縦渦を発生させるための手段等については記載されておらず、所望の中空縦渦を発生させて流体の混合を促進させる装置はこれまでなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みてなされたものであって、中空型の縦渦を速やかに形成することにより、流体の混合を高効率に行うことができ、且つ、混合状態を容易に制御することができる噴流混合装置及び燃焼装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の噴流混合装置は、流体を噴出するそれぞれのノズルが内外二重に配設され、内管ノズルから噴出される第１流体と外管ノズルから噴出される第２流体とを混合させる噴流混合装置であって、前記外管ノズルを前記第２流体の流れ方向と平行な中心軸周りに回転させる回転手段と、前記外管ノズルの内部に設けられるとともに、前記第２流体を流通可能な複数の孔を有するハニカム部と、を備え、前記回転手段による前記外管ノズルの回転に伴って前記ハニカム部を回転させ、該ハニカム部を流通する前記第２流体に剛体回転を与えることにより、前記中心軸から離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する中空型の縦渦を発生させることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の噴流混合装置は、前記回転手段が、回転力を付与するモータと、該モータの出力軸に固定される第１タイミングプーリと、前記外管ノズルに固定され、前記モータによる回転力が前記第１タイミングプーリ及びタイミングベルトを介して伝達される第２タイミングプーリとを有することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の噴流混合装置は、前記ハニカム部が、セラミック材料からなることを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の燃焼装置は、前記噴流混合装置の外管ノズルの先端に燃焼器を備え、前記第１流体として燃料、前記第２流体として酸化剤を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の噴流混合装置によれば、内部にハニカム部が設けられた外管ノズルを回転させることにより、中心軸周りには、ほとんど渦度が存在せず、中心軸から離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する不安定な中空型の縦渦を速やかに形成することができる。これにより、外管ノズルから噴出される第２流体からなる中空型の縦渦自身は噴出された後、速やかに崩壊するので、流体の混合が困難な低レイノルズ数環境下においても、内管ノズルから噴出される第１流体との混合を高効率に行うことができる。
【００１３】
請求項２記載の噴流混合装置によれば、外管ノズルを回転させるための回転力をモータから得ているので、このモータの回転数を制御することにより、容易に所望の渦度を有する中空型の縦渦を生じさせることができる。
【００１４】
請求項３記載の噴流混合装置によれば、ハニカム部が、セラミック材料により形成されているので、熱耐久性に優れており、高温な環境下においても有効に用いることができる。
【００１５】
請求項４記載の噴流混合装置によれば、燃料と酸化剤の混合を速やかに促進させることができるので、高効率な完全燃焼を実現することができる。これにより、燃焼に必要な燃料の使用量を軽減することができるので、コストを抑制するとともに省資源化を図ることができる。また、燃料の使用量軽減に伴って、窒素酸化物や一酸化炭素等の燃焼排出物や未燃炭化水素系燃料の排出を低減することができ、燃焼器の破損や騒音に繋がる振動燃焼も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る噴流混合装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る噴流混合装置の一例を示す概略平面図である。
【図３】回転手段の一例を示す概略模式図である。
【図４】中空型縦渦の不安定化の過程の一例を示す図である。
【図５】実施例１のＺ＝１．０における混合状態の様子を示す図である。
【図６】実施例２のＺ＝１．０における混合状態の様子を示す図である。
【図７】実施例２のＺ＝０．５における混合状態の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る噴流混合装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る噴流混合装置１は、流体の混合が困難な低レイノルズ数の環境下においても、流体の混合を速やかに促進させるためのものであって、図１及び図２に示すように、円筒形状の内管ノズル２と、該内管ノズル２と同軸に配設される外管ノズル３と、該外管ノズル３の内部に設けられるハニカム部４と、外管ノズル３を中心軸Ｏ周りに回転させるための回転手段５とを備えるものである。
【００１８】
図１及び図２に示すように、内管ノズル２及び外管ノズル３は、内外二重に同軸になるように配設されている。内管ノズル２は、その内部に形成される流路２ａを通じて噴出口２ｂから第１流体Ｆを噴出する。外管ノズル３は、内管ノズル２と外管ノズル３との間に形成される円環状の流路３ａを通じて、噴出口３ｂから第２流体Ａを噴出する。また、図１では、本実施形態に係る噴流混合装置１は、燃焼装置に適用される場合について示しており、外管ノズル３の先端には、燃焼器６が連結されている。このように噴流混合装置１が燃焼装置に利用される場合には、第１流体Ｆとして、天然ガスや石油等の所謂燃料が用いられ、第２流体Ａとして、燃焼用の酸化剤等が用いられる。
【００１９】
第１流体Ｆ及び第２流体Ａは、詳細は図示しないが、例えば、それぞれ高圧ボンベ等から質量流量計へと供給され、質量流量計によって指定された供給流量に制御されて、内管ノズル２の流路２ａ及び外管ノズル３の流路３ａへと供給される。尚、図１では、第２流体Ａは、外管ノズル３の流路３ａへと供給される前に、固定されている外管７の内部に設けられる拡散部７１にて均等に拡散され、流れ方向に長尺な複数の孔を有するハニカムからなる整流部７２にて不必要な乱れが生じないように十分に整流される。また、図１では、第１流体Ｆについては、内管ノズル２の流路２ａへと直接供給されているが、流路２ａと供給される前に、第２流体Ａと同様に拡散及び整流が行われるように構成しても良い。
【００２０】
このように、第２流体Ａが供給される外管ノズル３は、外管７の先端にベアリング８（８ａ、８ｂ）を介して取り付けられており、このベアリング８によって中心軸Ｏ周りに回転自在に支持されている。また、外管ノズル３の下端側に設けられるベアリング８ａは、円筒状のベース板９によって、外管ノズル３の外周に取付けらており、上方に設けられるベアリング８ｂは、ベース板９に複数のボルト１０を介して上方に連結されている円筒状の天板１１によって外管ノズル３の外周に取り付けられている。
【００２１】
外管ノズル３の内部にあたる流路３ａには、第２流体Ａが流通可能な複数の孔４ａを有するハニカム部４が隙間なく敷き詰められている。このハニカム部４は、外管ノズル３の回転に伴って回転するように外管ノズル３の内周に固定されており、内管ノズル２の外周と接する部分は、摩擦力の影響等が軽減されるように滑り易く形成されている。また、ハニカム部４は、回転手段５により外管ノズル３とともに回転した場合に、孔４ａを流通する第２流体Ａに剛体回転を与えるために、第２流体Ａの流れ方向に長尺に形成されている。尚、ハニカム部４の材質としては、高温の環境下等においても十分な耐久性が得られるように熱耐久性に優れたセラミック材料等により形成されることが好ましい。
【００２２】
回転手段５は、中心軸Ｏ周りに外管ノズル３を回転させるためのものであって、図３に示すように、回転力を付与するためのモータ５１と、該モータ５１の出力軸５２に固定される第１タイミングプーリ５３と、外管ノズル３の外周に固定される第２タイミングプーリ５４と、第１タイミングプーリ５３と第２タイミングプーリ５４とを巻き掛けするタイミングベルト５５とを備えている。この回転手段５では、モータ５１により第１タイミングプーリ５３を回転させることにより、タイミングベルト５５を介して所定のギア比に応じて第２タイミングプーリ５４を回転させることができる。従って、モータ５１の回転速度を制御することにより、外管ノズル３を所望の回転速度にて中心軸Ｏ周りで回転させることができる。
【００２３】
このような回転手段５を用いて、例えば、図２に矢印で示すような回転方向に外管ノズル３を回転させることにより、中空型縦渦を発生させることができる。この中空型縦渦は、中心軸Ｏから離れた所定の環状領域に渦度を有し、中心軸Ｏ周りにはほとんど渦度を有しないものであり、前記所定の環状領域に渦度の極値が存在する。また、この中空型縦渦は、従来の渦中心に渦度の極値を有する中実の縦渦に比べて不安定であるという性質を持っているので、内管ノズル２の噴出口２ｂから噴出される第１流体Ｆとの混合を促進するのに効果的である。
【００２４】
図４は、噴出口２ｂ、３ｂ近傍における中空型縦渦の不安定化の過程について示すものであり、図中の白い部分が第２流体Ａの噴流（外管噴流）を示しており、白い部分に囲まれた黒い部分が第１流体Ｆの噴流（内管噴流）を示している。尚、図４は、中心軸Ｏに垂直な方向、言い換えれば噴出口２ｂ、３ｂ断面と平行な断面（横断面）の様子を示めしている。図４（ａ）は、外管ノズル３を回転させていない状態を示すものであり、この状態では中空型縦渦は形成されていない。この状態から外管ノズル３を回転させることにより、中空型縦渦が発生し、外管ノズル３の回転数を増加させるのに伴って、中空型縦渦の不安定化が進む。
【００２５】
そして、外管ノズル３の回転数の増加に伴って、中空型縦渦の不安定化が進むと、外管噴流の外側せん断層に複数の角が形成され、図４（ｂ）に示すように、角から第２流体Ａが飛び出して、図４（ｃ）に示すような外管ノズル３の回転方向と逆向きで第２流体Ａの流れ方向と平行な軸を持つ複数の縦渦構造が形成される。更に不安定化が進むと、図４（ｄ）に示すように、外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し、図４（ｅ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成される。また、更に不安定化が進むと、外側せん断層に形成された縦渦構造も小規模な縦渦構造へと移行するとともに、これらの小規模な縦渦構造の数が増加する。また、これらの小規模な渦構造が形成、発達、崩壊を繰り返すことにより、図４（ｆ）に示すように外管噴流が大きく内側に入り込んで、外管噴流と内管噴流の混合が促進される。尚、本実施形態では、噴流混合装置１が燃焼装置に利用される場合について説明したが、本発明に係る噴流混合装置１の用途はこれに限定されるものではなく、低レイノルズ環境下における様々な流体の混合を促進する装置として有効に利用することができる。また、本実施形態では、内外二重に同軸になるように内管ノズル２と外管ノズル３が配設された噴流混合装置について説明しているが、更に外管ノズル３の外側に同軸となるように、中心軸Ｏ周りに回転可能な円筒状のノズルを配設することにより、３重同軸の噴流混合装置を構成することも考えられる。このような構成を採ることにより、更なる流体の多様な混合の促進を図ることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施形態に係る噴流混合装置１を用いて、流体の混合を行った場合の実施例について説明する。
【００２７】
（実施例１）
実施例１では、内管ノズル２として内径１０ｍｍ、高さ２８４ｍｍ、肉厚１ｍｍの円筒管、外管ノズル３として内径２０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒管を用いた。外管ノズル３の内部に設けるハニカム部４には、内径１．４ｍｍ、外径１．６ｍｍ、長さ４０ｍｍのセラミック製のストローが敷き詰められてなるストローハニカムを用いた。また、このストローハニカムは、その出口が外管ノズルの噴出口より、３０ｍｍ上流側に位置するように設けた。外管ノズルを回転させるためのモータには、ＡＣスピードコントロールモータ（オリエンタルモーター、ＭＳＳ５４０−０１１ＷＵ−Ｓ）を用いた。第１流体Ｆ及び第２流体ＡにはともにＡｉｒ（空気）を用いるとともに、レーザートモグラフィー法を用いて渦構造を可視化するために第２流体Ａにトレーサー粒子を混入させた。また、第１流体Ｆの平均流速Ｖｉ、第２流体Ａの平均流速Ｖｏは、ともに１．０ｍ／ｓとなるように設定した。
【００２８】
このような条件で、モータを制御して外管ノズル３の回転速度を調節して、流体の混合状態について観察した。図５は、無次元高さＺ＝ｚ／ｄｉ＝１．０の位置における噴出口２ｂ、３ｂ断面と平行な断面（横断面）から見た流体の混合状態の様子を示めしている。但し、ｚは噴出口３ｂからの高さ、ｄｉは外管ノズル３の内径を表している。尚、上述したように、図５〜７は、レーザートモグラフィー法を用いて渦構造の可視化を行ったものであって、白い部分が第２流体Ａの噴流（外管噴流）を示しており、白い部分に囲まれた黒い部分が第１流体Ｆの噴流（内管噴流）を示している。
【００２９】
図５（ａ）は、スワール数Ｓ０＝０．５２のときの渦構造を示しており、中空型縦渦の不安定化が進み、外管噴流の外側せん断層に形成された複数の角から外管噴流が飛び出し始めている。図５（ｂ）は、スワール数Ｓ０＝０．５９のときの渦構造を示しており、外管ノズル３の回転方向と逆向きの複数の縦渦構造が形成され、外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し始めている。スワール数Ｓ０＝０．９２としたときには、図５（ｃ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成され始める。スワール数Ｓ０＝１．３１としたときには、更に不安定化が進み、図５（ｄ）に示すように、外側せん断層に形成された縦渦構造も小規模な縦渦構造へと移行するとともに、これらの小規模な縦渦構造の数が増加する。図５（ｅ）のようにスワール数Ｓ０＝１．５７のときには、外管噴流が大きく内側に入り込み始め、図５（ｆ）のようにスワール数Ｓ０＝１．９６のときには、外管噴流が内側を覆うようになり、外管噴流と内管噴流の混合が促進される。
【００３０】
このように、本発明に係る噴流混合装置によれば、第１流体Ｆの平均流速Ｖｉと第２流体Ａの平均流速Ｖｏに速度差がないような場合でも噴出口３ｂ近傍において流体の混合を速やかに促進することができる。つまり、渦構造を発生させる従来手法において不可欠であった内管噴流と外管噴流の軸流速度の差に由来する渦度場が存在しない条件下においても、内管ノズル２を固定した状態で外管ノズル３の中心軸Ｏ周りの回転を調節することにより不安定な中空型縦渦を形成して、速やかに崩壊させることにより高効率に流体の混合を行うことができる。
【００３１】
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様の噴流混合装置を用いて、第１流体Ｆの平均流速Ｖｉは０．５ｍ／ｓ、第２流体Ａの平均流速Ｖｏは１．０ｍ／ｓとなるように設定し、モータを制御して外管ノズル３の回転速度を調節して、流体の混合状態について観察した。
【００３２】
図６は、無次元高さＺ＝１．０の位置における噴出口２ｂ、３ｂ断面と平行な断面（横断面）から見た流体の混合状態の様子を示めしている。図６（ａ）は、スワール数Ｓ０＝０．５２のときの渦構造を示しており、中空型縦渦の不安定化が進み、外管噴流の外側せん断層に形成された複数の角から外管噴流が飛び出し始めている。図６（ｂ）は、スワール数Ｓ０＝０．５９のときの渦構造を示しており、外管ノズル３の回転方向と逆向きの複数の縦渦構造が形成され、外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し始めている。スワール数Ｓ０＝０．９２としたときには、図６（ｃ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成され始め、スワール数Ｓ０＝１．３１としたときには、更に不安定化が進み、図６（ｄ）に示すように、外管噴流が内側へ入り込んでいる。スワール数Ｓ０＝１．５７、Ｓ０＝１．９６としたときには、それぞれ図６（ｅ）及び図６（ｆ）に示すように、外管噴流が大きく内側に入り込んで、外管噴流が内側を完全に覆うようになり、外管噴流と内管噴流の混合が促進されている。
【００３３】
図７では、更に噴出口２ｂ、３ｂ近傍である無次元高さＺ＝０．５の位置における横断面から見た流体の混合状態の様子を示めしている。図７（ａ）に示すように、スワール数Ｓ０＝０．５２のときには、外管噴流の外側せん断層に形成された複数の角から外管噴流が飛び出し始め、スワール数Ｓ０＝０．５９のときには、図７（ｂ）に示すように、角から外管噴流が飛び出して、外管ノズル３の回転方向と逆向きの複数の縦渦構造が形成される。図７（ｃ）に示すように、スワール数Ｓ０＝０．９２としたときには、更に不安定化が進み外管噴流の内側せん断層においても第２流体Ａが飛び出し、スワール数Ｓ０＝１．３１のときには、図７（ｄ）に示すように、中空型縦渦内に外側せん断層に形成された縦渦構造とは逆向きの複数の小規模な縦渦構造（孤立渦）が形成される。また、外側せん断層に形成された縦渦構造も小規模な縦渦構造へと移行するとともに、これらの小規模な縦渦構造の数が増加している。図７（ｅ）のようにスワール数Ｓ０＝１．５７のときには、外管噴流が大きく内側に入り込む様子が観察され、図７（ｆ）のようにスワール数Ｓ０＝１．９６のときには、外管噴流がほとんど内側を覆い尽しており、外管噴流と内管噴流の混合が促進されている。
【００３４】
このように、第２流体Ａの流速Ｖｏが、第１流体Ｆの流速Ｖｉよりも速くなるように設定することにより、内管噴流と外管噴流の境界における軸流速度の差に由来する渦度場の影響も付加され、より効率的な混合を行うことができ、無次元高さＺ＝０．５のような更に噴出口３ｂ近傍でも流体の混合を速やかに促進することができる。尚、本実施例では、第１流体Ｆと第２流体Ａの平均流速の速度差がない場合及び第２流体Ａの平均流速を第１流体Ｆの平均流速より速く設定した場合について示しているが、第１流体Ｆの流速を第２流体Ａの流速より速く設定した場合も流体の混合を促進することができる。また、本実施例では、実験的に第１流体Ｆ及び第２流体Ａとして、ともにＡｉｒ（空気）を用いているが、第１流体Ｆとして燃料、第２流体Ａとして酸化剤を用いた場合も同様に効率的に混合が促進される。また、逆に第１流体Ｆとして酸化剤、第２流体Ａとして燃料を採用した場合等も同様に混合を促進することができ、様々な流体の混合に対して有効である。
【００３５】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る噴流混合装置は、低レイノルズ数のみならず、より広いレイノルズ数の範囲で流体を高効率に混合させるための装置として有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 噴流混合装置
２ 内管ノズル
３ 外管ノズル
４ ハニカム部
５ 回転手段
５１ モータ
５２ 出力軸
５３ 第１タイミングプーリ
５４ 第２タイミングプーリ
５５ タイミングベルト
６ 燃焼器
Ｆ 第１流体（燃料）
Ａ 第２流体（酸化剤）
Ｏ 中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を噴出するそれぞれのノズルが内外二重に配設され、内管ノズルから噴出される第１流体と外管ノズルから噴出される第２流体とを混合させる噴流混合装置であって、
前記外管ノズルを前記第２流体の流れ方向と平行な中心軸周りに回転させる回転手段と、
前記外管ノズルの内部に設けられるとともに、前記第２流体を流通可能な複数の孔を有するハニカム部と、を備え、
前記回転手段による前記外管ノズルの回転に伴って前記ハニカム部を回転させ、該ハニカム部を流通する前記第２流体に剛体回転を与えることにより、前記中心軸から離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する中空型の縦渦を発生させることを特徴とする噴流混合装置。
【請求項２】
前記回転手段は、回転力を付与するモータと、該モータの出力軸に固定される第１タイミングプーリと、前記外管ノズルに固定され、前記モータによる回転力が前記第１タイミングプーリ及びタイミングベルトを介して伝達される第２タイミングプーリとを有することを特徴とする請求項１記載の噴流混合装置。
【請求項３】
前記ハニカム部は、セラミック材料からなることを特徴とする請求項１又は２記載の噴流混合装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の噴流混合装置の前記外管ノズルの先端に燃焼器を備え、前記第１流体として燃料、前記第２流体として酸化剤を用いることを特徴とする燃焼装置。
【請求項１】
流体を噴出するそれぞれのノズルが内外二重に配設され、内管ノズルから噴出される第１流体と外管ノズルから噴出される第２流体とを混合させる噴流混合装置であって、
前記外管ノズルを前記第２流体の流れ方向と平行な中心軸周りに回転させる回転手段と、
前記外管ノズルの内部に設けられるとともに、前記第２流体を流通可能な複数の孔を有するハニカム部と、を備え、
前記回転手段による前記外管ノズルの回転に伴って前記ハニカム部を回転させ、該ハニカム部を流通する前記第２流体に剛体回転を与えることにより、前記中心軸から離れた所定の環状領域に渦度の極値を有する中空型の縦渦を発生させることを特徴とする噴流混合装置。
【請求項２】
前記回転手段は、回転力を付与するモータと、該モータの出力軸に固定される第１タイミングプーリと、前記外管ノズルに固定され、前記モータによる回転力が前記第１タイミングプーリ及びタイミングベルトを介して伝達される第２タイミングプーリとを有することを特徴とする請求項１記載の噴流混合装置。
【請求項３】
前記ハニカム部は、セラミック材料からなることを特徴とする請求項１又は２記載の噴流混合装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の噴流混合装置の前記外管ノズルの先端に燃焼器を備え、前記第１流体として燃料、前記第２流体として酸化剤を用いることを特徴とする燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７２９５５（Ｐ２０１２−１７２９５５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８６６２（Ｐ２０１１−３８６６２）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【出願人】（５９２０６９５３９）
【出願人】（５１１０５０１１４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【出願人】（５９２０６９５３９）
【出願人】（５１１０５０１１４）
【Ｆターム（参考）】
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