JP2010107185A - 保炎又はフラッシュバック事象からノズルを保護するための複数管温度ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械燃焼システムの複数管ノズルを保護するための火炎抑制システムに関する。
【解決手段】タービン（３０）エンジン（２）における予混合装置（１４）のための保護システムであって、入口部分（４６）、出口部分（５２）、及び外壁（４５）を有し、これらが集合的に燃料送給プレナムを構築する本体（４４）と、燃料送給プレナムの少なくとも一部を通って延び、該燃料送給プレナムに流体接続された少なくとも１つの燃料送給開口を各々が含む複数の燃料混合管体と、少なくとも１つの管体（６０）の外部表面上に配置され、少なくとも１つの管体（６０）内の燃料点火時に融解して燃料送給開口から少なくとも１つのバイパス開口に燃料を迂回させるようにする材料を含む少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）とを備える。保護システムによる方法及びタービン（３０）エンジン（２）も提供される。
【選択図】 図２

Description

本発明の例示的な実施形態は、ターボ機械燃焼システムの分野に関し、より詳細には、複数管ノズルを保護するための火炎抑制システムに関する。

一般に、ガスタービンエンジンは、熱エネルギーを放出する燃料／空気混合気を燃焼させて、高温のガス流を形成する。高温ガス流は、高温ガス通路を介してタービンに送られる。タービンは、高温のガス流からの熱エネルギーを機械エネルギーに変換し、タービンシャフトを回転させる。シャフトは、ポンプ又は発電機に動力を供給するなど、様々な用途で使用することができる。

ガスタービンでは、燃焼ガス流の温度が上昇するにつれてエンジン効率が高くなる。残念なことに、ガス流がより高温であるほど、発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）すなわちエミッションのレベルが高くなり、このエミッションは、連邦規制及び州規制の両方の適用対象となる。従って、効率的な範囲でガスタービンを運転することと共に、ＮＯｘの出力を法律で義務付けられたレベル未満に確実に維持することを注意深くバランス調整する動作が存在する。

低ＮＯｘレベルは、燃料と空気との極めて良好な混合を確保して、希薄混合気を燃焼させることによって達成することができる。希薄予混合燃焼器及び希薄直接噴射燃焼器を含む乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器などの種々の技術が適切な混合を確保するために使用される。希薄予混合燃焼器を利用するタービンでは、燃料は、反応又は燃焼ゾーンに入れられる前に予混合装置内で空気と予混合される。予混合することによりピーク燃焼温度が低下し、結果としてＮＯｘ出力もまた低下する。しかしながら、利用される特定の燃料によっては、予混合により、予混合装置内で自己点火、フラッシュバック及び／又は保炎を引き起こす可能性がある。予混合装置内での自己点火、フラッシュバック及び／又は保炎ケースでは、機械構成部品に損傷を及ぼす可能性があると推測される。こうした状況は、最低でもエミッション並びに燃焼システムの性能に影響を与え、設備の劣化又は破壊を生じることになる可能性がある。

Benjamin Paul Lacy, et al. "A Pre-Mixing Apparatus for a Turbine Engine". Application Serial Number 12/169,865, Filed July 9, 2008.

従って、予混合装置内での自己点火、フラッシュバック及び／又は保炎に関連する問題に対処するための方法及び装置が必要とされている。

１つの実施形態において、本発明は、タービンエンジンにおける予混合装置のための保護システムを提供し、該システムは、入口部分、出口部分、及び外壁を有し、これらが集合的に少なくとも１つの燃料送給プレナムを構築する本体と、少なくとも１つの燃料送給プレナムの少なくとも一部を通って延び、少なくとも１つの燃料送給プレナムに流体接続された少なくとも１つの燃料送給開口を各々が含む複数の燃料混合管体と、少なくとも１つの管体の外部表面上に配置され、少なくとも１つの管体内の燃料点火時に融解して、燃料送給開口から少なくとも１つのバイパス開口に燃料を迂回させるようにする材料を含む少なくとも１つの温度ヒューズとを備える。

別の実施形態では、本発明は、燃焼室に燃料を送給するための予混合装置の製造方法を提供し、本方法は、入口部分、出口部分、及び外壁を有し且つこれらが集合的に少なくとも１つの燃料送給プレナムを構築する本体と、少なくとも１つの燃料送給プレナムの少なくとも一部を通って延び且つ少なくとも１つの燃料送給プレナムに流体接続された少なくとも１つの燃料送給開口を各々が含む複数の燃料混合管体とを備えた予混合装置を選択する段階と、予混合装置に少なくとも１つの温度ヒューズを設置するためのヒューズ材料を選択する段階と、少なくとも１つの温度ヒューズを予混合装置の少なくとも１つの管体の外部表面上に配置する段階とを含む。

更に別の実施形態では、本発明は、タービンエンジンを提供し、該タービンエンジンが、少なくとも１つの燃料源と、少なくとも１つの燃焼空気源と、燃料を燃焼空気と混合するための装置とを備え、該装置が、入口部分、出口部分、及び外壁を有し且つこれらが集合的に少なくとも１つの燃料送給プレナムを構築する本体と、少なくとも１つの燃料送給プレナムの少なくとも一部を通って延び且つ少なくとも１つの燃料送給プレナムに流体接続された少なくとも１つの燃料送給開口を各々が含む複数の燃料混合管体と、少なくとも１つの管体の外部表面上に配置され、少なくとも１つの燃料管体内の燃料点火時に融解して、燃料送給開口から少なくとも１つのバイパス開口に燃料を迂回させるようにする材料を含む少なくとも１つの温度ヒューズとを含む。

本発明の例示的な実施形態に従って構成された燃料送給ノズルを含む例示的なガスタービンエンジンの側断面図。 図１に示すノズルの側面図。 図２のノズルの側断面図。 燃料送給開口が描かれた、ノズルの出口部分の断面斜視図。 保炎事象及びフラッシュバック事象を含む動作上の異常が描かれた、ノズルの別の実施形態の側断面図。 温度ヒューズを付加した図５に描かれ、熱保護システムとしての温度ヒューズの動作の態様を更に示したノズルの部分側断面図。 温度ヒューズの別の実施形態。 温度ヒューズの別の実施形態。 温度ヒューズの別の実施形態。 温度ヒューズの別の実施形態。 温度ヒューズの別の実施形態。 温度ヒューズの別の実施形態。 温度ヒューズの別の実施形態。

タービンエンジンの複数管供給噴射装置における保炎及び／又はフラッシュバック保護を提供する方法及び装置が本明細書で開示される。本明細書において本発明の教示の関連状況を提供するために、タービンエンジンの例示的な実施形態及び複数管供給噴射装置の例示的な実施形態の態様が、図１から図４に提供される。

図１は、例示的なガスタービンエンジン２の概略図である。エンジン２は、圧縮機４及び燃焼器組立体８を含む。燃焼器組立体８は、燃焼室１２を少なくとも部分的に定める燃焼器組立体壁１０を含む。少なくとも１つの予混合装置又はノズル１４が、燃焼器組立体壁１０を通って延び、燃焼室１２に至る。以下でより十分に検討するように、ノズル１４は、燃料入口１８を介して第１の流体又は燃料と、圧縮機４からの第２の流体又は加圧空気とを受ける。燃料及び加圧空気が混合され、燃焼室１２に移行して点火され、高温高圧の燃焼生成物又は空気流を形成する。例示的な実施形態では単一の燃焼器組立体８だけが図示されているが、エンジン２は、複数の燃焼器組立体８を含むことができる。何れの場合においても、エンジン２はまた、タービン３０と圧縮機／タービンシャフト３４（ロータと呼ばれることもある）とを含む。当該技術分野で既知の方法で、タービン３０は、シャフト３４に結合されてこれを駆動し、該シャフト３４は圧縮機４を駆動する。

作動中、空気は圧縮機４に流入し、加圧されて高圧ガスにされる。高圧ガスは、燃焼器組立体８に送給され、例えばプロセスガス及び／又は合成ガス（シンガス）などの燃料とノズル１４内で混合される。燃料／空気又は燃焼可能混合気は燃焼室１２に移行されて点火され、高圧高温燃焼ガス流を形成する。或いは、燃焼器組立体８は、限定ではないが天然ガス及び／又は燃料油を含む燃料を燃焼することができる。何れの場合においても、燃焼組立体８は、燃焼ガス流をタービン３０に送り、該タービンは、熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。

ここで、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたノズル１４の説明を図２〜４を参照しながら行う。図示のように、ノズル１４は、外壁４５を有し、第１の流体入口４８を含む入口部分４６と、燃焼可能混合気が燃焼室１２に移行される出口部分５２とを定める本体４４を含む。ノズル１４は更に、その１つが参照符号６０で示された、入口部分４６と出口部分５２との間に延びる複数の流体送給又は混合管体と、以下でより十分に検討するように第１の流体及び／又は他の物質を送給管体６０に選択的に送給する複数の流体送給プレナム７４、７６及び７８とを含む。図示の例示的な実施形態では、プレナム７４は、出口部分５２に近接して配置された第１のプレナムを定め、プレナム７６は、ノズル１４内に中心に配置された中間プレナムを定め、プレナム７８は、入口部分４６に近接して配置された第３のプレナムを定める。最後に、ノズル１４は、取付けフランジ８０を含むように図示されている。取付けフランジ８０は、ノズル１４を燃焼器組立体壁１０に固定するのに利用される。

管体６０は、第２の流体及び燃焼可能混合気を燃焼室１２に送給するための通路を提供する。１つの管体当たりに１つよりも多い通路を設けることができ、各管体６０は、エンジン２の動作要件に応じて様々な角度で形成される（図２及び図３）点に留意されたい。勿論、管体６０はまた、図４に示すような角度付きセクションなしでも形成することができる。以下で明らかになるように、各管体６０は、燃焼室１２に導入される前に第１及び第２の流体の適切な混合を確保するよう構成される。この目的のために、各管体６０は、入口部分４６に設けられた第１又は入口端部セクション８８と、出口部分５２に設けられた第２又は出口端部セクション８９と、中間セクション９０とを含む。

図示の例示的な実施形態によれば、管体６０は、性能向上及び製造容易性に基づいた大きさにされる直径を有するほぼ円形の断面を含む。以下でより十分に検討するように、管体６０の直径は、管体６０の長さに沿って変わることができる。１つの実施例によれば、管体６０は、ほぼ２．５ｍｍから約２２ｍｍ又はそれ以上の直径を有するように形成される。管体６０はまた、直径のほぼ１０倍の長さを含む。勿論、特定の直径と長さの関係は、エンジン２用に選択された特定の用途に応じて変わることができる。更に図示の実施形態によれば、図２及び３に示す中間セクション９０は、入口端部セクション８８が出口端部セクション８９に対してオフセットした軸に沿って延びるようにされた角度付き部分９３を含む。角度付き部分９３は、管体６０内に二次流れを生成することにより第１及び第２の流体の混合を促進させる。勿論、管体６０は、図４に示すように構造及び／又は動作要件に応じて角度付き部分９３なしで形成することができ、第１の流体入口４８は、その側部又は同様の場所に配置される。

図１〜４に示す例示的な実施形態によれば、各管体６０は、出口端部セクション８９に近接して配置され且つ第１のプレナム７４に流体接続された第１の流体送給開口１０３と、中間セクション９０に沿って配置され且つ第２のプレナム７６に流体接続された第２の流体送給開口１０４と、第１及び第２の送給開口１０３及び１０４の上流側で入口端部セクション８８から実質的に間隔を置いて配置された第３の流体送給開口１０５とを含む。第３の流体送給開口１０５は、第３のプレナム７８に流体接続される。流体送給開口１０３〜１０５は、エンジン２が利用される特定の用途に応じて様々な角度で形成することができる。本発明の例示的な態様によれば、空気が管体６０を貫流するのを燃料が支援して管体６０による圧力低下を低減できるようにするために、浅い角度が利用される。加えて、浅い角度は、燃料ジェットにより引き起こされる空気流におけるあらゆる潜在的変動を低減する。別の例示的な態様によれば、管体６０は、減少する直径を有するように形成され、例えば第１の流体送給開口１０３において高速の流れ領域を生成して保炎の可能性を低減する。次いで、直径は下流側で増大し、圧力回復を可能にする。この構成では、第１の流体送給開口１０３は燃料混合気の凹状の希薄直接噴射を可能にし、第２の流体送給開口１０４は部分予混合燃焼可能混合気噴射を可能にし、第３の流体送給開口１０５は燃焼室１２への完全予混合燃焼可能混合気送給を可能にする。

より具体的には、第１の流体送給開口１０３は、既に第２の流体又は空気の流れを含む管体６０に第１の流体又は燃料を導入することを可能にする。第１の流体送給開口１０３の特定の場所により、第１の流体が燃焼室１２に入る直前に第２の流体と確実に混合されるようにする。このようにして、流体と空気は、燃焼室１２に入るまでは実質的に非混合が維持される。第２の流体送給開口１０４は、出口端部セクション８９から離れたポイントで第１の流体を第２の流体に導入することを可能にする。第２の流体送給開口１０４を出口端部セクション８９から離間させることにより、燃料及び空気は、燃焼室１２に導入される前に部分的に混合することが許容される。最後に、第３の流体送給開口１０５は、好ましくは角度付き部分９３から上流側で且つ出口端部セクション８９から実質的に間隔を置いて配置され、第１及び第２の流体が、燃焼室１２に導入される前に実質的に完全に予混合されるようになる。燃料及び空気が管体６０に沿って進むと、角度付き部分９３が混合に寄与する旋回動作をもたらすようになる。流体送給開口１０３〜１０５を種々の角度で形成することに加えて、管壁（単独では符号表記していない）から流体を配向する突起部を各管体６０に付加することができる。突起部は、対応する流体送給開口１０３〜１０５と同じ角度で形成することができ、或いは、流入流体の噴射角度を調整するために異なる角度で形成することもできる。

この全体構成では、燃料は、第１の流体入口４８を通ってプレナム７４、７６及び７８の１つ又はそれ以上に選択的に送給され、管体６０に沿った異なるポイントで空気と混合され、燃料／空気混合気を調整して、周囲又は動作条件の差違に対応するようにする。すなわち、完全に混合された燃料／空気は、部分的混合又は非混合の燃料／空気よりも低いＮＯｘレベルを生成する傾向がある。しかしながら、低温始動及び／又はターンダウン条件下では、よりリッチな混合気が好ましい。従って、本発明の例示的な実施形態は、有利には、エンジン２の種々の動作条件又は周囲条件に対応するために燃料／空気混合気を選択的に制御することにより、燃焼副生成物に対して優れた制御を可能にする。

燃料を選択的に導入することに加えて、他の材料又は希釈剤を燃料／空気混合気に導入し、燃焼特性を調整することができる。すなわち、燃料は通常第３のプレナム７８に導入されるが、希釈剤は、例えば第２のプレナム７６に導入されて、燃焼室１２に導入される前に燃料及び空気と混合することができる。上記の配置の別の利点は、プレナム７４、７６、及び／又は７８内の燃料又は他の材料が管体６０を通過する燃料／空気混合気を冷却して火炎を消炎させ、従って、より良好な保炎機能をもたらすことになる。何れの場合においても、複数のプレナム及び送給開口に対して明白な利点があるが、ノズル１４は、エンジン２の種々の用途に対応するために効率的な燃焼を促進するよう戦略的に位置決めされた単一の燃料プレナムに流体接続される単一の燃料送給開口と共に形成できる点を理解されたい。

ここでノズル１４の熱保護に関して、場合によっては、運転中に保炎事象又はフラッシュバック事象が生じる可能性がある。すなわち、燃料の不一致（すなわち、低引火点燃料の限定的な量の導入）、スパーク、及び他の課題などの特定の問題は、管体６０内及び燃焼室１２への噴射前に燃料及び空気の混合気の点火（広範には「事象」と呼ばれる運転上の異常）を引き起こす可能性がある。これに応じて、ノズル１４の熱保護の種々の実施形態が提供される。

一般に、本明細書では熱保護は、保炎事象又はフラッシュバック事象が生じたときに、温度ヒューズのような機構が作動（すなわち融解）して、ノズル１４の残りの部分に対する更なる損傷を制限するように説明されている。更なる損傷は、問題の領域周辺の燃料を迂回させて、ノズル１４を補修又は交換することができるまである程度のレベルの継続的作動性を許容することにより制限される。

最初に、図１〜４の上述の例示的な実施形態は、エンジン２、ノズル１４、及び種々の関連する態様の単なる例証に過ぎない点を認識されたい。従って、本明細書で与えられる保護機構は、図６〜１３に図示される実施形態に限定さるものではない。

ここで図５を参照すると、ノズル１４の別の実施形態の実施例が図示されている。この実施形態では、ノズル１４は、空気を出口部分１５２を通じて燃焼室１２に送給するための複数の管体１６０を含む。複数の管体１６０は、燃料プレナムの外壁１４５により境界付けられ、細長い中間セクション１９０を含む。複数の管体１６０の間には燃料プレナムスペース１６１がある。第１の取付けフランジ１８１及び第２の取付けフランジ１８２が外部燃料プレナム壁１４５に一体化されて、ノズル１４の長さに沿って軸方向に配置されている。一般に、第１の取付けフランジ１８１及び第２の取付けフランジ１８２は、ノズル１４の固定設置を可能にする。ノズル１４は入口部分１４６を含む。ノズルは、第１の流体送給プレナム１７４と第２の流体送給プレナム１７６とを含む。

一般に、空気は入口部分１４６を通って複数の管体１６０に配向される。燃料は、種々の燃料送給開口（図６〜１３に記載）を通って燃料プレナムスペース１６１から複数の管体１６０に入る。図５には２つの事象１７１が示されている。これらは、１つの管体１６０内の中央部分における保炎事象１７１と、別の管体１６０内のフラッシュバック事象１７１（燃焼室１２から）とを含む。これらの事象１７１の実施例は単に事象１７１の２つの形態の例証に過ぎない点を認識されたい。形態に関係なく、このような事象１７１は、ノズル１４の保護、燃料供給の早期の又は対処できない点火の阻止、及び不完全燃焼状態の制限のためにできる限り迅速に消炎するのが望ましい。

ノズル１４の長さＬを変更することで、燃料の混合及び状態燃焼を制御する機会を設計者に提供する。従って、設計者は、燃料の相当な量が出口部分１５２又はその近傍で複数の管体１６０に噴射される「希薄直接噴射」（ＬＤＩ）、燃料の相当な量が出口部分１５２の上流側で複数の管体１６０に噴射され、結果として燃料と空気の実質的で完全な混合をもたらす「予混合直接噴射」（ＰＤＩ）、及び他の噴射形態に対する実施形態を優先することができる。図６〜１３を検討する前に、最初にノズル１４の熱保護の一般的態様を考える。一般に、ノズル１４は、温度ヒューズの形態の熱保護機構と少なくとも１つのバイパス開口とを含む。通常の動作では、燃料プレナムスペース１６１が少なくとも１つの燃料送給開口（すなわち、管体１６０の側部の開口）を通って各管体１６０に入る。少なくとも１つのヒューズが燃料送給開口の下流側に配置される。一般に、少なくとも１つのバイパス開口が、少なくとも１つの温度ヒューズに近接して、隣接して、その後で、又は多少類似した関連で配置される。事象１７１が起こると、温度ヒューズの融解（作動とも呼ばれる）が生じる。結果として、ノズル１４内の燃料の流れが変化する。すなわち、燃料の相当な部分が、少なくとも１つの燃料送給開口を通り、温度ヒューズの事前位置をほぼ横断して、少なくとも１つのバイパス開口を通って出ていく。図６〜１３に提供された図では、燃料及び空気は一般に、Ｘ方向として描かれている方向に流れている点に留意されたい。温度保護機構の第１の実施形態は図６に示されている。

図６は、温度保護機構を含むノズル１４の１つの実施形態の態様を示している。この図は、複数の管体１６０及び燃料プレナムスペース１６１の切り欠き部分を示している点に留意されたい。この実施例では、入口部分１４６の下流側で、各管体１６０が燃料送給開口２０３を含む。更に下流側には単一の温度ヒューズ２０１があり、これはまた、「ユニタリヒューズ」、「共用ヒューズ」、及び他の同様の用語で呼ばれる。ユニタリ温度ヒューズ２０１は一般に、各管体１６０を囲み、燃料プレナムスペース１６１全体に及ぶ（共用温度ヒューズ２０１は、燃料プレナムスペース１６１全体に及ぶことはできない）。これは、温度ヒューズ２０１が損なわれていない間、温度ヒューズ２０１を越えて燃料が連通するのを効率的に遮断する。最終的には、燃料は出口部分１５２を通って出ていく。

燃料は通常、燃料送給開口２０３を通ってそれぞれの管体１６０に流れ、入口部分１４６から流入する空気と混合される。保炎事象１７１が生じた場合、温度ヒューズ２０１は、保炎事象１７１を含む管体１６０の近傍で融解することにより作動する。結果として、温度ヒューズ２０１はもはや、管体１６０の近傍で燃料プレナムスペース１６１を遮断しないようになる。従って、燃料の少なくとも一部が、温度ヒューズ２０１の下流側の燃料プレナムスペース１６１（例えば、温度ヒューズ２０１が配置された場所）に入り、最終的には出口部分１５２に含まれるバイパス開口２０５を直接通ってノズル１４から出る。この実施形態では、バイパス開口２０５は、出口部分１５２にわたる単一の開口として（すなわち、開放面として）実現されるが、出口部分１５２にわたる複数の連結開口もまた存在することができる点に留意されたい。すなわち、一部の実施形態では、出口部分１５２の面は開放していない場合があり、燃料がノズル１４から出ることができる複数の孔を有するプレート（図示せず、管体１６０を支持するようなもの）を含むことができる。

温度ヒューズ２０１が作動すると、燃料は、大部分が燃料送給開口２０３を迂回することになり、従って、火炎事象１７１に効果的に燃料を枯渇させる。すなわち、ノズル１４は、加えられる熱負荷及び結果として生じる劣化から保護されることになる。

図７は、熱保護機構を含むノズル１４の別の実施形態の態様を示す。図６の実施形態と同様に、各管体１６０は燃料送給開口２０３を含む。更に下流側にはユニタリ温度ヒューズ２０１があり、その上、複数のバイパス開口２０５がある。通常運転では、燃料は、各管体１６０を通って出口部分１５２から出ていく。温度ヒューズ２０１が損なわれていない間、バイパス開口２０５は休止状態のままである。

図６の実施例と同様に、保炎事象１７１が生じると、温度ヒューズ２０１は、保炎事象１７１を含む管体１６０の近傍で融解することにより作動することになる。結果として、温度ヒューズ２０１の一部が除去され、管体１６０を囲む燃料プレナムスペース１６１の一部をもはや遮断しない。従って、ユニタリ温度ヒューズ２０１の一部が作動（すなわち融解）することにより、燃料が対象の管体１６０の燃料送給開口２０３を迂回できるようになる。

ユニタリ温度ヒューズ２０１の一部の融解により、燃料の少なくとも幾らかが温度ヒューズ２０１の下流側の燃料プレナムスペース１６１内（すなわちＹ方向）で分散させることが可能になる。これに応じて、燃料が事象１７１を含む管体１６０のバイパス開口２０５に入り、また、燃料の一部は、すぐ傍の他の管体１６０のバイパス開口２０５に入ることができる。温度ヒューズ２０１が作動した結果として、燃料の大部分は、対象の管体１６０の燃料送給開口２０３を迂回し、火炎事象１７１を効果的に枯渇させることになる。この実施形態は、混合気がノズル１４から出る前に一部の燃料／空気の混合を行うことを可能にすることによって、ノズル１４の能力の少なくとも一部が維持される利点を提供する。

図８は、熱保護機構が実装された別の実施形態の態様を示している。この実施例では、複数の薄型温度ヒューズ２０１が利用される。薄型温度ヒューズ２０１の各々は、個々にそれぞれのバイパス開口２０５を覆う。通常動作では、燃料は、燃料送給開口２０３の各々を通ってそれぞれの管体１６０に流れる。次いで、燃料は、入口部分１４６から流入する空気と混合される。保炎事象１７１が生じた場合、事象１７１を含む管体１６０を保護する薄型温度ヒューズ２０１は、融解により作動することになる。これにより、燃料は燃料送給開口２０３を迂回して、バイパス開口２０５に入ることが可能になる。燃料の一部が燃料送給開口２０３を迂回することになるので、事象１７１を効果的に枯渇させ、従って、加えられる熱負荷及び結果として生じる劣化からノズル１４が保護される。これは、他の管体１６０が事象１７１による変動がなく動作することができると共に、それぞれの管体１６０の作動性の少なくとも一部が維持されるといった利点を提供する。

図９は、熱保護機構を用いた別の実施形態の態様を示している。この実施形態は、図８の実施形態に類似している。温度ヒューズ２０１は、出口側１５２にある管体１６０の排出口近傍で下流側バイパス開口２０５を個々に覆っている。この実施形態は、既に述べたように影響を受けない管体１６０が動作を継続することを可能にすると同時に、損傷を受けた管体１６０内で事象１７１が持続するリスクを低減する利点を提供する。

勿論、これらの例証は、検討の目的で提供され、ノズル１４の動作、大きさ、又は縮尺を正確に表しているものではない。

一般に、温度ヒューズ２０１は、管体１６０、外壁１４５、及び異常部１７１に近接する可能性のある他の構成部品の各々の製造に使用される材料よりも低い又は実質的に低い融解温度を有する材料で製造される。一般に、各ヒューズ２０１に使用される材料は、エンジン２の通常動作中に損なわれずに保持すると同時に、事象１７１が生じた結果としてのノズル１４の劣化を実質的に防ぐことになる温度で融解するよう選択される。例示的な材料は、アルミニウム、鉛、スズ、はんだ、このような金属の種々の合金、及び他のこのような材料を含む。材料は、燃料の燃焼温度に応じて選択することができる。

温度ヒューズ２０１は一般に、管体１６０の各々の外部表面上に配置される。温度ヒューズ２０１は、それぞれの管体１６０を少なくとも部分的に囲むことができ、更に、それぞれの管体１６０の周りを完全に取り囲むことができる。単一の温度ヒューズ２０１は、管体１６０全てを取り囲み、全管体間のスペースから燃料プレナムスペース１６１の外壁にわたることができる。温度ヒューズ２０１の種々の実施形態が図１０に例示されている。

図１０は、ノズル１４の一部の端面図を示す。この実施例では、温度ヒューズ２０１の関係の種々の実施形態が図示されている。これらの実施形態の一部は、ある用途においては共存するのに好適ではない可能性があり、従って、図１０は単なる例証として提供されているに過ぎない。この実施例では、温度ヒューズ２０１は、管体１６０の選択されたもの並びに燃料送給開口２０３及びバイパス開口２０５の少なくとも１つとして使用される開口と関連して示されている。例えば、共用の温度ヒューズ２１１が図示されている。一般に、共用温度ヒューズ２１１は、少なくとも２つの管体１６０の間に設けられる。一部の実施形態では、共用温度ヒューズ２１１は、ユニタリ温度ヒューズ（図６及び７を参照）のように燃料プレナムスペース１６１（全管体間のスペースであり、燃料プレナム壁１４５に延びている）全体にわたる。図１０に示す別の実施例では、別個の温度ヒューズ２１２が各燃料管体１６０内の単一のバイパス開口２０５を覆い、薄型温度ヒューズとして実現することができ、従って、流れ変動の低減を可能にする。図１０に示す更に別の実施例では、複数の放射状の温度ヒューズ２１３が、単一の管体１６０の周りで放射状に分布され、何れもが異なる開口を覆っている。放射状の温度ヒューズ２１３は、例えば、１つの管体１６０当たりに１つよりも多いバイパス開口を有するのが望ましい場合に用いることができる。

図１１は、図７に示された実施形態において使用することができる、共用温度ヒューズ２１１を備えた単一管体１６０の拡大図を示している。図１２は、図８に示された実施形態において使用することができる、共用温度ヒューズ２１１を備えた単一管体１６０の拡大図を示している。図１３は、本明細書で説明された他の実施形態において使用することができる、管体１６当たりに別個のヒューズ２１２を備えた単一管体１６０の拡大図を示している。

複数管体ノズル１４及びノズル１４の熱保護の態様をこのように確立すると、様々な実施形態を得ることができる点を認識されたい。例えば、前述の開口（燃料送給開口２０３又はバイパス開口２０５）の各々は、単一の開口又は複数の開口として実現することができる。開口の配置並びにそれぞれの温度ヒューズの配置は、温度ヒューズ２０１が飛んだときに混合特性が適切に制御されるように選択することができる。一部の限定的な実施例では、ノズル１４は、管体の間の出口部分１５２で燃料が放出されるように構成することができる。排出口放出は、希薄直接噴射型動作を可能にするよう角度を付けることができる。一部の実施形態では、燃料放出は、ある程度の予混合を可能にするよう設計される。別の実施形態では、燃料放出は、実質的な予混合を可能にし、本質的に予混合直接噴射動作を可能にするよう設計される。これに応じて、設計者は、ＮＯｘのような特定の燃焼副生成物の発生を制御するような設計を行うように努めることができ、更に、エンジン２で使用される燃料タイプを考慮することができる。

更に、温度ヒューズ２０１の配置は、温度ヒューズ２０１が存在することでそれぞれの燃料送給開口２０３への燃料供給を促進する（燃料送給開口２０３の直ぐ後に配置するなど）ようにすることができる。複数の温度ヒューズ２０１及びバイパス開口２０５は、管体１６０に沿って使用することができ、複数の保護層が設けられる。

更に、熱保護は、温度ヒューズを含むように本明細書で説明されているが、用語「ヒューズ」はこれに限定されない点を認識されたい。例えば、熱保護は、プラグ状材料、シート状材料、材料の少なくとも１つの層、及び熱保護をもたらすのに好適と見なされる１つ又は複数の材料の他の形態を利用することができる。

一般に、本明細書は、実施例を用いて最良のモードを含む本発明を開示しており、更に、あらゆる装置又はシステムを実施及び利用し、及びあらゆる組み込まれた方法を実行することを含めて、全ての当業者が本発明を実施できるようにする。本発明の特許保護される範囲は、請求項により定められ、更に、当業者には想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

２ エンジン
４ 圧縮機
８ 燃焼器組立体
１０ 燃焼器組立体壁
１２ 燃焼室
１４ 予混合装置／ノズル
１８ 燃料入口
３０ タービン
３４ 圧縮機／タービンシャフト
４４ 本体
４５ 外壁
４８ 第１の流体入口
５２ 外側部分
６０ 管体
４６ 入口部分
７４ 第１の流体送給プレナム
７６ 第２の流体送給プレナム
７８ 第３の流体送給プレナム
８０ 取付けフランジ
８８ 第１の又は入口端部セクション
８９ 第２の又は出口端部セクション
９０ 中間セクション
９３ 角度付き部分
１０３ 第１の流体送給開口
１０４ 第２の流体送給開口
１０５ 第３の流体送給開口
１６０ 管体
１４５ 外壁
１７４ 第１の流体送給プレナム
１７６ 第２の流体送給プレナム
１５２ 出口部分
１４６ 入口部分
１９０ 細長い中間セクション
１８１ 第１の取付けフランジ
１８２ 第２の取付けフランジ
１７１ 燃焼異常
１６１ 燃料チャンネル
２０３ 第１の燃料送給開口
２０４ 第２の流体送給開口
２０５ 第３の流体送給開口 （バイパス開口）
２０１ ヒューズ
２１１ 共用温度ヒューズ
２１２ 別個の温度ヒューズ

Claims (10)

1. タービン（３０）エンジン（２）における予混合装置（１４）のための保護システムであって、
   入口部分（４６）、出口部分（５２）、及び外壁（４５）を有し、これらが集合的に少なくとも１つの燃料送給プレナムを構築する本体（４４）と、
   前記少なくとも１つの燃料送給プレナムの少なくとも一部を通って延び、前記少なくとも１つの燃料送給プレナムに流体接続された少なくとも１つの燃料送給開口を各々が含む複数の燃料混合管体と、
   少なくとも１つの管体（６０）の外部表面上に配置され、前記少なくとも１つの管体（６０）内の燃料点火時に融解して、前記燃料送給開口から少なくとも１つのバイパス開口に燃料を迂回させるようにする材料を含む少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）と、
   を備える保護システム。
2. 前記バイパス開口が、前記少なくとも１つの管体（６０）の出口部分（５２）及び下流側部分の少なくとも一方に配置される、請求項１記載の保護システム。
3. 前記少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）が、アルミニウム、鉛、スズ、及び点火時に融解するように選択された材料を含む、請求項１記載の保護システム。
4. 前記少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）が前記管体の少なくとも２つの間で共用される、請求項１記載の保護システム。
5. 前記温度ヒューズ（２１１）がユニタリ温度ヒューズ（２１１）である、請求項１記載の保護システム。
6. 燃焼室（１２）に燃料を送給するための予混合装置（１４）の製造方法であって、
   入口部分（４６）、出口部分（５２）、及び外壁（４５）を有し且つこれらが集合的に少なくとも１つの燃料送給プレナムを構築する本体（４４）と、前記少なくとも１つの燃料送給プレナムの少なくとも一部を通って延び且つ前記少なくとも１つの燃料送給プレナムに流体接続された少なくとも１つの燃料送給開口を各々が含む複数の燃料混合管体とを備えた予混合装置（１４）を選択する段階と、
   前記予混合装置（１４）に少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）を設置するためのヒューズ（２０１）材料を選択する段階と、
   少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）を前記予混合装置（１４）の少なくとも１つの管体（６０）の外部表面上に配置する段階と
   を含む方法。
7. 前記少なくとも１つの温度ヒューズ（２１１）の作動時に燃料を受けるように選択された場所に少なくとも１つのバイパス開口を配置する段階を更に含む、請求項６記載の方法。
8. 前記材料選択段階が、前記予混合装置（１４）内で燃料が点火する温度に達したときに超過する融解点を有するヒューズ（２０１）材料を識別する段階を含む、請求項６記載の方法。
9. 前記材料選択段階が、前記予混合装置（１４）の通常動作中には到達しない融解点を有するヒューズ（２０１）材料を識別する段階を含む、請求項６記載の方法。
10. 前記温度ヒューズ（２１１）の融解時の前記タービン（３０）の性能特性に応じてバイパス開口及び前記温度ヒューズ（２１１）の少なくとも１つを配置する段階を更に含む、請求項６記載の方法。

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