JP2010096492A - 燃焼器における希釈流の調量 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器において、燃料ノズル内へ大量の希釈剤が必要となるが、過剰な希釈剤が燃料ノズルに沿って流れ、吹消えのような燃焼器における動作上の問題を引き起こす。
【解決手段】燃焼器は、１以上の貫通バッフル孔１４を有するバッフルプレート１２と、該貫通バッフル孔１４を貫通して延びる１以上の燃料ノズル１６とを含む。円周方向に調整可能なカラー２６が、バッフルプレート１２と１以上の燃料ノズル１６との間で１以上の貫通バッフル孔１４に設置され、複数の開口部４６が、カラー２６に配置され、かつバッフル孔１４と１以上の燃料ノズル１６との間における希釈剤２２の流れを調量する。希釈剤２２は、複数の開口部４６を通して１以上の燃料ノズル１６内の１以上の流路５６に向けて流される。
【選択図】図３

Description

本発明は、総括的には燃焼器に関する。より具体的には、本発明は、燃焼器燃料ノズルにおける希釈流の調量に関する。

燃焼器は一般的に、その中でそれを点火燃焼させる燃焼チャンバに燃料或いは燃料及び空気の混合気を導入する１以上の燃料ノズルを含む。幾つかの燃焼器では、燃料ノズルは、燃焼器のバッフルプレート内に配置された孔を貫通して延びる。これらの燃焼器では、多くの場合は窒素又は蒸気である大量の希釈剤を燃焼器に導入して、ＮＯｘエミッションを低減しかつ／又は燃焼器の出力を強化することが有利であることが多い。希釈剤は、バッフルプレートと各燃料ノズルとの間のギャップを通してチャンバから強制的に送られる。希釈剤は次に、燃料ノズルの周辺部に沿って流れ、その周辺部において、希釈剤の一部分が燃料ノズルの空気カラー内の孔を介して該燃料ノズルに流入する。しかしながら、バッフルプレートと燃料ノズルとの間のギャップは、該バッフルプレートと燃料ノズルとの間の累積組立公差によって変化する。このギャップ変化により、各ノズルの周り及び燃焼器組立体の全体にわたって希釈（剤）流の変動が生じ、従って燃料ノズル内への希釈流の量を得るためには、一層大量の希釈剤が必要となる。過剰な希釈剤が、燃料ノズルに沿って流れ、吹消えのような燃焼器における動作性の問題を引き起こす。

米国特許第３７０４７６２号明細書 米国特許第５９４６９１７号明細書 米国特許第３７４７３３６号明細書 米国特許第６２９３０８８号明細書 米国特許第５９３０９９０号明細書 米国特許第６７８２７０３号明細書 米国特許第７２２８６８２号明細書 米国特許第６５３０２２４号明細書 米国特許第６４０５５２１号明細書 米国特許第６７４８７３３号明細書 米国特許第４９２８４７８号明細書 米国特許第６２２００２２号明細書 米国特許第６０８９０２４号明細書 米国特許第５７９３８３１号明細書 米国特許第６４９９３０３号明細書 米国特許第５４５７７２１号明細書 米国特許第６５２６７５８号明細書 米国特許第６０４７５３９号明細書 米国特許第５８７３２３４号明細書 米国特許第５３２９７５８号明細書 米国特許第４４２１９８９号明細書 米国特許第３７２４２２９号明細書 米国特許第５３３１８０６号明細書 米国特許第５３７５４０９号明細書 米国特許第６００３２９９号明細書 米国特許第４９４８０５５号明細書 米国特許第６１８９３１０号明細書 米国特許第６０９４９１６号明細書 米国特許第５２７１２１６号明細書 米国特許第５８１３２３２号明細書 米国特許第５７９４４４９号明細書 米国特許第６３７０８６２号明細書 米国特許第５２７１２１８号明細書 米国特許第４８９３４６８号明細書 米国特許第６９８３６０５号明細書 米国特許第６３８９８００号明細書 米国特許第７１０４０６９号明細書 米国特許第６９２８８２１号明細書 米国特許第６１９２６８８号明細書 米国特許第６３９３８２３号明細書 米国特許第５３６１５７８号明細書 米国特許第７３９５６７０号明細書 米国特許第６４３４９４５号明細書 米国特許第５６３４３２９号明細書 米国特許第４０８５７０８号明細書 米国特許第５０５４２７９号明細書 米国特許第５８６７９７７号明細書 米国特許第５０５８３７４号明細書 米国特許第５５２６３８６号明細書 米国特許第６４９９３０３号明細書

本発明の１つの態様によると、燃焼器は、１以上の貫通バッフル孔を備えるバッフルプレートと、１以上のバッフル孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズルとを含む。円周方向に調整可能なカラーが、バッフルプレートと１以上の燃料ノズルとの間で１以上の貫通バッフル孔に設置される。複数の開口部が、カラーに配置されかつバッフル孔と１以上の燃料ノズルとの間における希釈剤の流れを調量するように構成される。

本発明の別の態様によると、燃焼器に希釈剤を供給する方法は、バッフルプレートと該バッフルプレート内の貫通孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズルとの間において円周方向に調整可能なカラーに配置された複数の開口部を通して希釈剤を流すステップを含む。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記の及びその他の目的、特徴並びに利点は、添付図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。

燃焼器の実施形態の断面図。 図１の燃焼器のバッフルプレートの実施形態の端面図 図２の燃焼器の浮動カラーの実施形態の断面図。 別体のシュラウドを備える浮動カラーの別の実施形態の断面図。 カバーリングの実施形態の部分斜視図。 シュラウドを含まない浮動カラーの実施形態の断面図。 スロット開口部を有する浮動カラーの実施形態の断面図。 希釈剤の計量及び供給のため燃料ノズル内のスロット開口部を利用したバッフルプレートの実施形態の断面図。

この詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、その利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

図１に示すのは、燃焼器１０である。燃焼器１０は、６つのバッフル孔１４を有するバッフルプレート１２を含み、それら６つのバッフル孔１４を貫通して６つの燃料ノズル１６が延びており、例えば１つの燃料ノズル１６が各バッフル孔１４を貫通して延びている。図１には６つの燃料ノズル１６を示しているが、その他の個数の燃料ノズル１６を用いることができることを理解されたい。例えば、燃焼器１０は、１つの燃料ノズル１６又は４つの燃料ノズル１６を含むことができる。図２及び図３に示すように、バッフルプレート１２及びカバーリング１８は、プレナム２０を形成し、このプレナム２０内には、カバーリング１８内のオリフィス２４の配列（図５に最も良く示している）を介して希釈（剤）流２２が導かれる。幾つかの実施形態では、希釈流２２としては、蒸気、又は窒素のようなその他の希釈剤を含むことができる。

図２及び図３に示すように、各燃料ノズル１６では、バッフルプレート１２と該燃料ノズル１６との間において、カラー２６が、バッフル孔１４に配置される。この図３の実施形態では、カラー２６は、カラー本体３０から延びる位置決めフランジ２８を含む。位置決めフランジ２８は、バッフルプレート１２の位置決めポケット３２内に配置されて、カラー２６を燃料ノズル１６の中心軸線にほぼ平行に軸方向に位置決めするが、該カラー２６が、位置決めポケット３２の深さ３２にほぼ等しい大きさだけ半径方向に浮動するつまり移動するのを可能にする。それにより、例えば構成要素製造公差のために燃料ノズル１６がバッフル孔１４内で位置合せ不良になるような組立状況を補償するようにカラー２６を配置することが可能になる。図３の位置決めポケット３２は、溶接によってバッフルプレート１２の後面３８に固定されているが、位置決めポケット３２は、例えば１以上のメカニカルファスナ、ロウ付け、或いは接着剤の使用によるようなその他の手段によってバッフルプレート１２に固定することができることを理解されたい。さらに、幾つかの実施形態では、位置決めポケット３２は、例えばバッフルプレート１２の前面４０などの該バッフルプレート１２の他の部分に固定することができる。

図３のカラー本体３０は、燃料ノズル１６の外表面４４にほぼ当接した底面４２を含み、底面４２は、該底面４２と外表面４４との間における漏洩を防止する。カラー本体３０はさらに、該カラー本体３０を貫通して上流側４８から下流側５０に延びかつそれを通って希釈流２２が流れるのを可能にするように構成された複数の調量開口部４６を含む。複数の調量開口部４６は、中心軸線３４にほぼ平行に延びることができ、或いは図３に示すように、中心軸線３４に対して傾斜させて配置することができる。さらに、図４に示すように、幾つかの実施形態では、複数の調量開口部４６は、底面４２内における複数のスロット５２を含むことができる。

図３のカラー２６は、カラー本体３０から燃料ノズル１６の外表面４４に沿って該カラー本体３０の下流に延びるシュラウド５４を含む。シュラウド５４と外表面４４とは、それらの間に流路５６を形成して、複数の調量開口部４６から燃料ノズル１６内の複数の空気流孔５８に向けて希釈流２２を導く。図６に示すような別の実施形態では、カラー本体３０は、シュラウド５４を含まず、シュラウドは、バッフルプレート１２から、例えばその前面４０から延びる。

図７を参照すると、１つの実施形態では、シュラウド５４は、カラー本体３０と一体形になっており、複数の調量開口部４６は、カラー本体３０及びシュラウド５４の両方を貫通して延びて、空気流孔５８に向けて希釈流２２を導く。幾つかの実施形態ではまた図７に示すように、複数の調量開口部４６は、複数のスロット５２を含む。これに代えて、図８に示すように、複数のスロット５２と複数の空気流孔５８との間の円周方向の整列をより一層保証するために、複数のスロット５２は、燃料ノズル１６内に設けられる。複数のスロット５２を燃料ノズル１６内に設けることによって、複数の空気流孔５８に対する複数のスロット５２の所望の整列は、累積組立公差を最少にして整列を向上させることに依存する必要なしに、燃料ノズル１６の製作時に決定することができる。この図８の実施形態では、シュラウド５４は、複数のスロット５２の外側に設置されて該スロット５２と共に複数の調量開口部４６を形成するほぼ環状の形状である。

作動中に、希釈流２２は、プレナム２０から複数の調量開口部４６を通して導かれる。調量開口部４６を通ると、希釈流２２は、燃料ノズル１６内の複数の空気流孔５８に近接近した状態で燃焼器１０の内部６０に導入される。希釈流２２の少なくとも一部分は、複数の空気流孔５８に流入しかつノズル１６内において空気及び燃料と混合される。複数の調量開口部４６を通して希釈流２２を導くことにより、空気流孔５８近傍への希釈流２２の噴射が可能になって、該希釈流２２の有効性が向上する。さらに、希釈流２２は、バッフル開口１４内での燃料ノズル１６の位置に基づいてカラー２６を円周方向に位置決めすることが可能になることにより、調量開口部４６によって調量されかつ燃焼器１０全体にわたって一定になる。従って、必要な希釈流２２のボリュームが低下し、それによってダイナミックス及び希薄吹消えのような動作性の問題が減少する。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 燃焼器
１２ バッフルプレート
１４ バッフル孔
１６ 燃料ノズル
１８ カバーリング
２０ プレナム
２２ 希釈流
２４ オリフィス
２６ カラー
２８ 位置決めフランジ
３０ カラー本体
３２ 位置決めポケット
３４ 中心軸線
３６ 深さ
３８ 後面
４０ 前面
４２ 底面
４４ 外表面
４６ 調量開口部
４８ 上流側
５０ 下流側
５２ スロット
５４ シュラウド
５６ 流路
５８ 空気流孔
６０ 内部
６２ ヘッド端部

Claims (10)

1. １以上の貫通バッフル孔（１４）を備えるバッフルプレート（１２）と、
   前記１以上の貫通バッフル孔（１４）を貫通して延びる１以上の燃料ノズル（１６）と、
   前記バッフルプレート（１２）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間で前記１以上の貫通バッフル孔（１４）に配置された円周方向に調整可能なカラー（２６）と、
   前記カラー（２６）に配置されかつ前記１以上の貫通バッフル孔（１４）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間に希釈剤（２２）の流れを流すように構成された複数の開口部（４６）と
   を備える燃焼器（１０）。
2. 前記カラー（２６）が、前記バッフルプレート（１２）のポケット（３２）内に少なくとも部分的に挿入可能である、請求項１記載の燃焼器（１０）。
3. 前記複数の開口部（４６）が、前記カラー（２６）を貫通する複数の孔を含む、請求項１記載の燃焼器（１０）。
4. 前記複数の開口部（４６）の各開口部（４６）が、前記１以上の燃料ノズル（１６）内の複数の流路（５６）の空気流孔（５８）と円周方向にほぼ整列している、請求項１記載の燃焼器（１０）。
5. シュラウド（５４）が前記カラー（２６）から下流（５０）に延びて、前記１以上の燃料ノズル（１６）内の複数の流路（５６）に向けて希釈流（２２）を導く、請求項１記載の燃焼器（１０）。
6. 前記複数の開口部（４６）が、前記１以上の燃料ノズル（１６）の中心軸線（３４）にほぼ平行に延びる、請求項１記載の燃焼器（１０）。
7. 燃焼器（１０）に希釈剤（２２）を供給する方法であって、
   バッフルプレート（１２）と前記バッフルプレート（１２）内の１以上の貫通孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズル（１６）との間において円周方向に調整可能なカラー（２６）に配置された状態で複数の開口部（４６）を設けるステップと、
   前記複数の開口部（４６）を通して前記１以上の燃料ノズル（１６）内の１以上の流路（５６）に向けて前記希釈剤（２２）を流すステップと
   を含む方法。
8. 前記バッフルプレート（１２）の下流（５０）に延びるシュラウド（５４）と前記１以上の燃料ノズル（１６）の外表面（４４）とによって形成された流路（５６）に沿って前記希釈剤（２２）を流すステップを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記希釈剤（２２）の少なくとも一部分を前記１以上の燃料ノズル（１６）内の１以上の流路（５６）内に流すステップを含む、請求項７記載の方法。
10. 前記複数の開口部（４６）を通して前記希釈剤（２２）を流すステップが、前記カラー（２６）内の複数の孔を通して該希釈剤（２２）を流すステップを含む、請求項７記載の方法。

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