JP2010236550A - システムによって生成される排ガスのレベルを削減する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】一次反応ゾーンと、一次反応ゾーン内で生成される燃焼生成物の流れに流体を噴射するインジェクタを含む二次反応ゾーンとを備える燃焼システムに関し、燃焼システムによって生成される排ガスのレベルを削減する。
【解決手段】希薄直接噴射（ＬＤＩ）機能を有する燃焼システムの動作方法７００及びシステムは、ＬＤＩシステムのインジェクタの受動冷却システムを提供する。方法及びシステムは更に、ＬＤＩシステムのインジェクタから流出する流体の流れを方向付ける手段を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は一般に燃焼システムに関し、より具体的には、一次反応ゾーンと、一次反応ゾーン内で生成される燃焼生成物の流れに流体を噴射するインジェクタを含む二次反応ゾーンとを備える燃焼システムに関する。

一般に、ある種の燃焼システムは、燃料空気混合気を燃焼させることによって機械的トルクを生成する。このプロセスは、好ましくない排ガスを含む副産物を生ずる。ある燃焼システムは、それに限らないがガスタービン等のターボ機械の不可欠な部分を形成する。一次排ガスは、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素（ＵＨＣ）である。それに限らないがガスタービン等の吸気機械での窒素分子の酸化は、燃焼システムの反応ゾーン内の最高温度、及び燃焼器内で達する最高温度の反応物の滞留時間に大きく左右される。反応ゾーンの温度を熱ＮＯ_Ｘが形成されるレベル未満に保つことによって、又は高温での滞留時間を極度に短く保ち、ＮＯ_Ｘの形成反応が進展する時間を不十分とすることによって、熱ＮＯ_Ｘの形成レベルは最小限になる。

反応ゾーンの温度を熱ＮＯ_Ｘが形成されるレベル未満に制御する方法の１つは、燃焼前に燃料と空気とを事前に混合して希薄混合気にすることである。１９８１年１０月付の米国特許第４，２９２，８０１号は、ガスタービンの用途の希薄予混合燃焼技術に基づくデュアルステージ・デュアルモードの低ＮＯ_Ｘ燃焼器を記載している。１９９３年１１月付の米国特許第５，２５９，１８４号は、ガスタービンのシングルステージ・デュアルモードの乾式低ＮＯ_Ｘ燃焼器の構成を記載している。

希薄予混合燃焼器の反応ゾーン内にある過剰空気の熱質量は、熱を吸収し、燃焼生成物の温度上昇を熱ＮＯ_Ｘの形成が削減されるレベルまで低減させる。しかし、あるターボ機械にとっては、ある負荷で第１段のタービンノズルに流入する生成された燃焼生成物に必要な温度を保つには、反応ゾーン内のガスのピーク温度で動作することが必要とされる。ピーク温度での動作は、通常は熱ＮＯ_Ｘ形成の閾値温度を超え、その結果、燃料と空気が希薄予混合気の形態であっても相当のＮＯ_Ｘが形成される。従って、相当量の熱ＮＯ_Ｘが形成されることなく、これらのターボ機械の要求基準を満たすのに十分に高い燃焼器の出口温度を得ることが望まれる。

空気中の炭化水素燃料の希薄予混合気燃焼は、排出レベル、特にガスタービン燃焼器の熱ＮＯ_Ｘ排出レベルを低減するためにターボ機械産業全体で広く利用されている。炭化水素燃料と空気の希薄直接噴射（ＬＤＩ）もまた、ＮＯ_Ｘ排出レベルを低減する有効な方法である。

あるＬＤＩシステムには、能動冷却システムが必要である。能動冷却システムには、噴霧空気圧縮機、マ二ホルド、配管及びその他のコストが高い構造が含まれることがある。能動冷却システムはターボ機械の出力への寄生負荷であると見なしても良く、相当量のエネルギを消費し、運転コストがかかる。

あるＬＤＩシステムでは、噴射された燃料空気混合気を均一に配分しないことがあり、それによって局部的な高ＮＯ_Ｘ領域が生じ、タービン及び燃焼のハードウエアにホットストリークを誘発することがある。この場合、インジェクタの位置は固定され、調整がきかないことがある。

米国特許第６，８６８，６７６Ｂ１号

ＬＤＩシステムの動作方法は改良されることが望ましい。この方法は、受動冷却システムを組み込むものとし、能動冷却システムは必要ない。この方法は更に、インジェクタから噴射される流体の位置を調整できるものとする。

本発明の実施形態によれば、システムによって生成される排ガスのレベルを削減する方法は、燃焼生成物の流れを生成する少なくとも１つの一次燃料ノズルを含む一次燃焼システムと、燃料を燃焼生成物の流れに供給する少なくとも１つのインジェクタを含む、一次燃焼システムの下流に位置する二次燃焼システムとを備える、動力を生成する燃焼システムを提供するステップと、一次燃焼システムと二次燃焼システムとに空気を供給する空気流を提供するステップと、燃料を一次燃焼システムと二次燃焼システムとに分配するステップとを含む。

本発明の代替実施形態によれば、ターボ機械によって生成される排ガスのレベルを削減するシステムは、入口セクションと、圧縮機セクションと、タービンセクションとを含むターボ機械と、燃焼生成物の流れを生成する複数の一次燃料ノズルを含む一次燃焼システムと、燃料を燃焼生成物の流れに供給する複数のインジェクタを含む、一次燃焼システムの下流に位置する二次燃焼システムとを含む燃焼システムとを備え、空気流は圧縮機セクションから流出し、一次燃焼システム及び二次燃焼システムへと流れるように構成される。

本発明の実施形態によるターボ機械の部分断面側面図である。 図１の燃焼器の実施形態の断面側面図である。 本発明の実施形態による図２の二次燃焼システムの実施形態の軸断面図である。 本発明の実施形態による二次燃焼システムで使用される流体の流路を示す概略図である。 本発明の代替実施形態による二次燃焼システムで使用される流体の流路を示す概略図である。 本発明の代替実施形態による二次燃焼システムで使用される流体の流路を示す概略図であり、図５Ａと図５Ｂとを図５で総称する。 本発明の代替実施形態によるインジェクタ端部の実施形態を示す概略図である。 本発明の実施形態によるターボ機械の動作方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、ターボ機械を動作させる例示的システムのブロック図である。

本明細書のある特定の用語は便宜的なものであり、発明を限定するものと見なされるべきではない。例えば「上部」、「下部」、「左」、「前」、「右」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」「前部」及び「後部」等の語は図面に示す構成を記述するものであるに過ぎない。実際には、構成部品はどの方向を向いていても良く、従って、別途指定されない限りこのような変化を包含するものと理解されたい。

以下の記述は、それに限らないがガスタービン等のターボ機械と統合した本発明の実施形態に焦点を当てる。本発明の別の実施形態を、オペレータが排ガスのレベル削減を望む別の燃焼システムと統合しても良い。別の燃焼システムは、それに限らないが、例えば窯、炉、燃焼ボイラ等を含んでも良い。

本発明の実施形態は、ＬＤＩの機能性を有する燃焼システムの動作方法を提供する。この方法は、ＬＤＩシステムのインジェクタの受動冷却システムを提供する。この方法は更に、ＬＤＩシステムのインジェクタから噴出する流体の流れを方向付けする手段をも提供する。

次に、図面を参照するが、様々な参照番号が図面全体を通して同様の要素を表す。図１は、本発明の実施形態によるターボ機械１０の部分断面側面図である。ターボ機械１０は、一次燃焼システム２２と、一次燃焼システム２２によって生成される燃焼生成物の流れに二次流体を噴射する少なくとも１つのインジェクタ１２（図１には図示せず）を含む二次燃焼システム２４とを含む。

ターボ機械１０の実施形態は、入口セクション１４と、入口セクション１４の下流の圧縮機セクション１６と、入口セクション１４の下流の一次燃焼システム２２と一次燃焼システム２２の下流の二次燃焼システム２４とを含む燃焼セクション２０と、タービンセクション１８と、排出セクション２６とを備える。二次燃焼システム２４はＬＤＩシステムと見なされるか、又はこれと統合される。図示のように、例えば図２では、二次燃焼システム２４は、それに限らないが燃料空気混合気等の二次流体を一次燃焼システム２２から流れる燃焼生成物の流れに噴射する少なくとも１つのインジェクタ１２を備える。再び図１を参照すると、ターボ機械１０はタービンセクション１８を更に含む。タービンセクション１８は、共通シャフト連結を介して圧縮機セクション１６と負荷２８とを駆動する。負荷２８は、それに限らないが発電機、機械駆動等である。

燃焼セクション２０は、周囲方向に隔置された複数の燃焼器１１０の円形アレイを含む。燃料空気混合気が各燃焼器１１０内で燃焼して燃焼生成物の第２の流れが生成され、この流れは遷移部１２２を通ってタービンセクション１８の複数のタービンノズル１１２へ流れる。従来の燃焼器１１０は、前述の米国特許第５，２５９，１８４号に記載されている。本明細書の記載目的のため、１つの燃焼器１１０のみを参照し、燃焼セクション２０の周囲に配置された他の全ての燃焼器１１０は、図示の燃焼器１１０と実質的に同じものとする。

図１は周囲方向に隔置された複数の燃焼器１１０を示し、図２は筒形燃焼器と見なされる燃焼器１１０の断面図を示すが、本発明は環状又は筒形燃焼器システムを含むがこれに限定されない他の燃焼器システムと組み合わせて使用しても良い。

図２は、図１の燃焼セクション２０の燃焼器１１０の実施形形態の断面側面図である。図２は、米国特許第６，０４７，５５０号及び米国特許第６，１９２，６８８号に記載のようなアセンブリ内に一次燃焼システム２２と二次燃焼システム２４とを備える燃焼器１１０を示す。燃焼器１１０の実施形態は更に、インジェクタ１２と、遷移部１２２とを備え、生成された燃焼生成物がタービンノズル１１２へと流れることを可能にする。

一次燃焼システム２２の実施形態は、ケーシング１２６と、端部カバー１２８と、複数の始動燃料ノズル１３０と、複数の予混合燃料ノズル１１６と、キャップアセンブリ１３４と、フロースリーブ１２０と、フロースリーブ１２０内の燃焼ライナ１３２とを含む。キャップアセンブリ１３４の実施例は、米国特許第５，２７４，９９１号に記載されている。一次燃焼システム２２内での燃焼は、燃焼ライナ１３２内で行われる。典型的には、燃焼空気はフロースリーブ１２０を介して燃焼ライナ１３２内に向けられ、キャップアセンブリ１３４内に形成された複数の開口部を通って燃焼ライナ１３２へと流入する。空気は、キャップアセンブリ１３４前後の差圧で燃焼ライナ１３２に流入し、燃焼ライナ１３２内の始動燃料ノズル１３０及び／又は予混合燃料ノズル１１６からの燃料と混合する。その結果、燃焼ライナ１３２内で燃焼反応が生じ、それによってタービンセクション１８を駆動する熱エネルギを放出する。

一次燃焼システム２２の高圧空気は、環状プレナム１４４からフロースリーブ１２０及び衝突スリーブ１１８に流入する。一連のベーン、別の圧縮機部品１１４にあるブレード、及びディフューザ１３６によって表される圧縮機セクション１６は、この高圧空気を供給する。各々の予混合燃料ノズル１１６は渦流器１４８を含み、これは流入する空気に回転運動を加え、流入する燃料が回転する空気流内に分散されることを可能にする複数の渦流ベーンを備える。そして、燃料と空気は、一次反応ゾーン１５２に達する前に予混合燃料ノズル１１６内の環状通路内で混合する。

二次燃焼システム２４の実施形態は、少なくとも１つのインジェクタ１２と連通するアセンブリ１３８を備える。図２及び３に示すように、アセンブリ１３８の実施形態は、希釈剤マ二ホルド１４０と、燃料混合気マ二ホルド１４２と、燃焼ライナ１３２を浸透し、追加の燃料混合気と希釈剤とを燃焼器１１０内の二次反応ゾーン１２４内に投入する複数のインジェクタ１２とを備える。一次反応ゾーン１５２から出る燃焼生成物は、二次燃料混合気の自動点火を可能にする熱力学状態にある。その結果生ずる二次炭化水素燃料の酸化反応は、遷移部１２２でほぼ完了する。二次燃焼システム２４及びインジェクタ１２の実施形態によって、一次燃焼システム２２内で燃焼する燃料とは異なる燃料を燃焼させることが可能になる。例えば、インジェクタは、それに限らないが合成燃料、合成ガス等の燃焼を可能にする。

図２に示すように、二次燃焼システム２４の実施形態は、全体に配置された複数のインジェクタ１２を備える。本発明の実施形態は、遷移部１２２内に位置する少なくとも１つのインジェクタ１２によって機能する。本発明の代替実施形態は、それに限らないが例えば図２に示すように、遷移部１２２の全体に配置された複数のインジェクタ１２を組み込む。この場合、インジェクタ１２は、遷移部１２２の上流及び下流側の端部に隣接して配置される。本発明の実施形態では、複数のインジェクタ１２は、その径方向、軸方向又はそれを組み合わせた方向に挿入可能である。それに限らないが、例えば第１のインジェクタ１２を遷移部１２２の下流側端部の近傍で軸方向に配置し、第２のインジェクタ１２を遷移部１２２の上流側端部の近傍で径方向に配置する。

図３は、本発明の実施形態による図２の二次燃焼システム２４の実施形態の軸断面図である。２００５年３月２２日付の米国特許第６，８６８，６７６号は、二次燃焼システム２４の実施形態を記載している。図３に示すように、二次燃焼システム２４は、一次燃焼システム２２によって生成される燃焼生成物の流れの中に空間的に分散される複数のインジェクタ１２を含む。複数のインジェクタ１２は、この例に限らないが長いインジェクタ６２と短いインジェクタ６０等の交互の組み合わせ等の、長いインジェクタ６２と短いインジェクタ６０の組み合わせを含む。

図４及び５は、本発明の実施形態による二次燃焼システム２４で使用される流体の流路の概略図である。二次燃焼システム２４の流体は、空気と、それに限らないが天然ガス等の燃料と、その混合気とを含む。二次燃焼システム２４のインジェクタ１２を通って流れる流体は、ターボ機械の動作モードに左右される。

本発明の実施形態は、受動冷却システムと統合したインジェクタ１２を備える。この実施形態では、二次燃焼システム２４が追加の燃焼生成物を生成する必要のないモードでターボ機械１０が動作している場合は、インジェクタ１２は継続的に冷却される。受動冷却システムによって、一般に噴霧空気圧縮機、蒸気源等を備える高価な能動冷却システムの必要がなくなる。

受動冷却システムの実施形態は、圧縮機セクション１６から放出される空気流の一部をインジェクタ１２の上流側端部に供給する。ある燃焼システムでは、圧縮機セクション１６は管路によって燃焼空気を一次燃焼システム２２に供給することが可能になる。この場合、受動冷却システムをその管路と連結する。それによって、インジェクタ１２への冷却液の流れを可能にしたり不能にしたりする必要性を低減できる。

本発明の実施形態による二次燃焼システム２４で使用される流体の流路を概略的に示す図４を、特に参照する。図示のように、インジェクタ１２を衝突スリーブ１１８と遷移部１２２との間に接続する。しかし、本発明は、インジェクタ１２を衝突スリーブ１１８と遷移部１２２との間に配置するものに限らない。インジェクタ１２を燃焼セクション２０内の別の位置に取り付けても良い。

本発明の実施形態では、圧縮機から放出される空気流は、（図２に示すように）ディフューザ１３６から上流に、一次燃焼システム２２の方向に進む。圧縮機から放出される空気流の一部は、図４に示すようにインジェクタ１２の近傍を流れる。二次燃焼システム２４が燃焼生成物を生成する場合、圧縮機から放出される空気流は燃料と予混合する。そして混合気は、一次燃焼システム２２から流れる燃焼生成物の熱力学特性により自動点火する。二次燃焼システム２４が燃焼生成物を生成しない場合は、圧縮機から放出される空気流は一般に、一次燃焼システム２２の燃焼生成物の流れによって加熱されたインジェクタ１２を冷却する役割を果たす。

インジェクタ１２の実施形態は、流体が一次及び二次燃焼システム２２、２４の流路に流入できるようにする開口部を有する複数の筒形の形状である。インジェクタ１２の実施形態は、燃焼室内に延びず、遷移部１２２内に取り付けられる非侵襲的インジェクタであると考えられる。本発明の実施形態は、インジェクタ１２から噴射される流体の位置を調整できる。それにより、遷移部１２２に流入する二次燃焼生成物の通路の位置を決めることができる。

図５で総称する図５Ａ及び５Ｂは、本発明の代替実施形態による二次燃焼システム２４で使用される流体の流路を示す概略図である。基本的に、図５は本発明の実施形態の二次燃焼システム２４に組み込むインジェクタ１２の代替実施形態を示す。この場合、インジェクタ１２は、インジェクタ端部３４とタビュレータ３６とを含む。

タビュレータ３６は一般に、燃料と空気との予混合を補助する役割を果たす。タビュレータ３６は、それに限らないが例えば図５に示すように、インジェクタ端部３４の近傍に位置するノンフレーム保持構造の形態をとる。インジェクタ１２の代替実施形態は、別の予混合気構造である。インジェクタ端部３４は一般に、二次燃焼システム２４の燃料と空気との予混合を補助する役割を果たす。インジェクタ端部３４はインジェクタ１２の上流側端部に配置し、燃焼前に燃焼と空気とを受け、且つ／又は引き込む部分である。インジェクタ端部３４は更に、インジェクタ１２内を進行する流体のほぼ均一な流れを可能にする整流器の役割も果たす。インジェクタ端部３４は、ａ）流体を浸入し易くし、ｂ）予混合を強化し、且つｃ）二次燃焼システム２４内の流体の径方向への段階的供給を可能にすること等の多くの利点を二次燃焼システム２４にもたらす。

図５Ａは特に、実質的に遷移部１２２の一部によって固定されるインジェクタ１２の実施形態を示す。この場合、衝突スリーブ１１８はインジェクタ１２の本体全体を密閉する。図５Ａは更に、冷却空気の流れを集中させることを補助する冷却空気流集中器１５４も示す。この場合、冷却空気流は、冷却空気流の優先方向を可能にするバッキングエアパージであると見なす。

図５Ｂは特に、実質的に遷移部１２２の一部と衝突スリーブ１１８の一部とによって固定されるインジェクタ１２の実施形態を示す。この場合、インジェクタ１２の一部は、図５Ｂに示すように衝突スリーブ１１８の上表面を超えて延びる。

図６は、本発明の代替実施形態によるインジェクタ端部３４の様々な実施形態を示す概略図である。図示した各々の実施形態は、二次燃焼システム２４の実施形態と統合する。これらの実施形態は、インジェクタ１２に冷却空気を供給する一方で、インジェクタ１２に流入する燃料と空気を予混合する簡単な手段を提供する。これらの実施形態によって更に、より長いインジェクタ１２が可能になり、予混合された燃料を遷移部１２２内により良好に配分することが可能になる。図示のように、これらの実施形態は、のこぎり歯状端部３８と、有孔端部４０と、ベルマウス状端部４２と、ペダル状端部４４と、城郭状端部４６と、階段状端部４８とを含む。インジェクタ端部３４の図示していないその他の形状も本発明に統合できる。本発明の実施形態の構成部品は、インジェクタ端部３４とインジェクタ１２とがさらされる動作環境に耐えることができるどの材料で形成しても良い。

理解されるように、本発明は、方法、システム又はコンピュータプログラム製品として実施できる。従って、本発明は、完全なハードウエアの実施形態、完全なソフトウエアの実施形態（ファームウエア、常駐ソフトウエア、マイクロコード等を含む）、又は本明細書では「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ばれるソフトウエアとハードウエアの態様とを全て組み合わせた実施形態の形態をとる。更に、本発明は、媒体内に組み込まれたコンピュータ利用可能プログラムコードを有するコンピュータ利用可能記憶媒体でのコンピュータプログラム製品の形態をとる。本明細書で用いる用語「ソフトウエア」と「ファームウエア」は置き換え可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むプロセッサによって実行されるメモリ内に記憶されるどのコンピュータプログラムをも含むものである。上記のメモリの種類は例示的なものに過ぎず、従ってコンピュータプログラムを記憶するために使用できるメモリの種類を限定するものではない。

適当などのコンピュータ読み取り可能媒体を使用して良い。コンピュータ利用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体は、それに限らないが例えば電子、磁気、光学、電磁、赤外線又は半導体のシステム、装置、デバイス又はプログラム媒体である。コンピュータ読み取り可能媒体のより具体的な例（非網羅的リスト）には以下が含まれよう。すなわち、１つ又は複数の配線を有する電気接続、携帯用コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去及びプログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯用コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、インターネット又はイントラネットを支援するような送信媒体、又は磁気記憶デバイスである。プログラムは、例えば紙又はその他の媒体を光学的に走査し、次いでコンパイルされ、解釈され、又は必要ならばその他の方法で別途処理され、次いでコンピュータメモリに記憶されることによって電子的に取り込むことができるので、コンピュータ利用可能又はコンピュータ読み取り可能媒体は、プログラムがプリントされる紙又はその他の適宜の媒体でも良い。本明細書では、コンピュータ利用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって使用され、又はこれと関連するプログラムを格納、記憶、通信、伝搬又は搬送することができるどの媒体でも良い。

本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ７（商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（商標）又はＣ＋＋等の目的志向型プログラミング言語で書き込まれる。しかし、本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、「Ｃ」プログラミング言語又はこれと同類の言語等の従来の手続き型プログラミング言語で書き込まれても良い。プログラムコードは全体がユーザーのコンピュータで実行され、一部が独立型のソフトウエアパッケージで、一部がユーザーのコンピュータで、また一部がリモートコンピュータで実行されても良く、又は全体がリモートコンピュータで実行されても良い。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を経てユーザーのコンピュータに接続され、又は（例えばインターネットサービスプロバイダを利用したインターネットを介して）外部コンピュータに接続されても良い。

本発明の実施形態による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して、以下に本発明を説明する。フローチャート及び／又はブロック図の各ブロック、及びフローチャート及び／又はブロック図内のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装可能であることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又はその他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令が、フローチャート及び／又はブロック図又はブロックに指定された機能／活動を実施する手段を生成するように、公共目的コンピュータ、特定目的コンピュータ、又は機械を作製するその他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに供給される。

これらのコンピュータプログラム命令もコンピュータ読み取り可能メモリに記憶され、コンピュータ読み取り可能メモリに記憶された命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで指定された機能／活動を実行する命令手段を含むメーカーの製品を作製するような特定の方法で機能するように、コンピュータ又はその他のプログラム可能データ処理装置に対して命令できる。コンピュータプログラム命令をコンピュータ又はその他のプログラム可能データ処理装置にロードして、一連の動作ステップがコンピュータ又はその他のプログラム可能データ処理装置で実行されるようにし、コンピュータ又はその他のプログラム可能データ処理装置で実行される命令がフローチャート及び／又はブロック図のブロックで指定される機能／活動を実行するステップを提供するように、コンピュータで実行される処理を行うようにする。本明細書で用いられるプロセッサという用語は、中央処理ユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び本明細書に記載の機能を実行できるその他のいずれかの回路又はプロセッサを意味する。

前述のように、本発明は、一次燃焼システム２２と二次燃焼システム２４とを備えるターボ機械１０の動作方法を提供する。本明細書に記載の方法は本発明の一例を示すだけであり、本発明を実施するために使用できる唯一の方法であると見なされるべきではない。

図７は、本発明の実施形態によるターボ機械又はその他の吸気燃焼システムの動作方法７００を示すフローチャートである。前述のように、本発明の実施形態は、ＬＤＩ機能を有する燃焼システムの動作方法を提供する。この方法は、ＬＤＩシステムのインジェクタの受動冷却システムを提供する。この方法は更に、インジェクタから流出し、燃焼システムの流路に流入する流体の流れを方向付けする手段も提供する。

前述のように、燃焼システムは、それに限らないがガスタービン、又は燃焼システムを組み込むその他の機械等のタービン機械１０と統合する。ステップ７１０で、ターボ機械１０は排ガスを発生する。この場合、ターボ機械１０は、始動、瞬動予備力、部分負荷状態、又は全負荷状態で動作する。

ステップ７２０で、方法７００は二次燃焼システム２４の少なくとも１つのインジェクタ１２を受動冷却する。前述のように、本発明の実施形態は、二次燃焼システム２４の受動冷却システムを提供する。本発明の実施形態は、インジェクタ１２への空気を冷却し、且つ／又は供給するために、典型的には一部が一次燃焼システム２２に流入する圧縮機の排気を利用することにより受動冷却する方法を提供する。この場合、インジェクタ１２は、一次燃焼システム２２も適切な空気流を受けるので、適切な空気流を受けることができる。この受動的な特徴は、それに限らないが噴霧空気圧縮機の動作等の能動冷却システムに関連する寄生負荷を低減できることで有利であることが実証されている。

ステップ７３０で、方法７００は燃焼セクション１８内を流れる燃料を配分するか否かを判定する。この場合、ターボ機械１０の動作状態が変化するので、オペレータはより大量の燃料を一次燃焼システム２２又は二次燃焼システム２４に送ることを望む場合がある。配分が必要な場合は、方法７００はステップ７４０に進む。そうではない場合は、方法７００はステップ７２０に戻る。

ステップ７４０で、方法７００は一次燃焼システム２２と二次燃焼システム２４との間の燃料の流れの分離を決定する。本発明の実施形態は、分離を自動的に決定する。本発明の代替実施形態では、ユーザーが必要な流れの分離をできるようにしても良い。

ステップ７５０で、方法７００はステップ７４０で決定した燃料の分離を適用する。本発明の実施形態は、分離を自動的に適用する。本発明の代替実施形態では、ユーザーが必要な流れの分離をできるようにしても良い。

方法７００は、多くの新規の利点と特徴をもたらす。使用時には、インジェクタ１２の実施形態により燃焼システム内での燃料の配分を変更できる。それによってインジェクタ１２は、二次燃焼システム２４の１つの領域に、従来その領域に流れた以上の空気／燃料を送ることが可能になる。

ターボ機械１０がより低い負荷で動作する場合は、インジェクタ１２は使用しない。この場合は、圧縮機からのより多くの排気が一次燃焼システム２２に流入し、それによってより低い火炎温度が可能になり、生成されるＮＯ_Ｘ排気ガスは減少する。

ターボ機械１０がより高い負荷で動作する場合は、インジェクタ１２を使用する。この場合は、圧縮機からのより多くの排気がインジェクタ１２に流入し、それによって燃料との予混合が可能になる。実際の空気配分は、燃料インジェクタ１２の選択された実施形態の特徴によって決まる。この特徴により共鳴時間が短縮され、生成されるＮＯ_Ｘ排気ガスが減少する。

図８は、本発明の実施形態による受動冷却システムを動作させる例示的システム８００のステップ図である。方法７００の要素がシステム８００で実施され、システム８００によって実行される。システム８００は、１つ又は複数のユーザー、クライアント通信デバイス８０２、同様のシステム、又はデバイス（その２つを図８に示す）を含む。各通信デバイス８０２は、それに限らないが、例えばコンピュータシステム、パーソナルディジタルアシスタント、携帯電話、又は電子メッセージを送受信できる同様のデバイスである。

通信デバイス８０２は、システムメモリ８０４又はローカルファイルシステムを含む。システムメモリ８０４は、それに限らないが、例えば読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む。ＲＯＭは基本入出力システム（ＢＩＯＳ）を含む。ＢＩＯＳは、通信デバイス８０２の素子又は構成部品間での情報の伝送を補助する基本ルーチンを含む。システムメモリ８０４は、通信デバイス８０２の動作全体を制御するオペレーティングシステム８０６を含む。システムメモリ８０４は更に、ブラウザ８０８又はウェブブラウザを含む。システムメモリ８０４は更に、図７に示す方法７００と同様の、又はその要素を含む受動冷却システムを動作させるデータ構造８１０又はコンピュータ実行可能コードを含む。

システムメモリ８０４は更に、受動冷却システムを動作させるために図７の方法７００と関連して使用するテンプレートキャッシュメモリ８１２を含む。

通信デバイス８０２は更に、通信デバイス８０２の他の構成部品の動作を制御するためにプロセッサ又は処理ユニット８１４を含む。オペレーティングシステム８０６、ブラウザ８０８、データ構造８１０をプロセッサ８１４上で動作可能にする。システムバス８１６によって、プロセッサ８１４をメモリシステム８０４、及び通信デバイス８０２のその他の構成部品と結合する。

通信デバイス８０２は更に、複数の入力デバイス、出力デバイス、又は入力／出力デバイス８１８の組み合わせを含む。入力／出力インターフェース（図８には図示せず）によって、各入力／出力デバイス８１８をシステムバス８１６に結合する。入力及び出力デバイス、又は組み合わせのＩ／Ｏデバイス８１８によって、ユーザーは通信デバイス８０２を動作させ、これとインターフェースし、且つブラウザ８０８及びデータ構造８１０の動作を制御することができ、ソフトウエアにアクセスし、これを動作させ、制御して、受動冷却システムを動作させる。Ｉ／Ｏデバイス８１８は、キーボード及びコンピュータポインティングデバイス等を含み、本明細書に記載の動作を実行する。Ｉ／Ｏデバイス８１８は更に、ディスクドライブ、光学、機械、磁気又は赤外線による入力／出力デバイス、モデム等を含む。媒体８２０にアクセスするためにＩ／Ｏデバイス８１８を使用しても良い。媒体８２０は、通信デバイス８０２等のシステムによって使用され、又はこれに接続されるコンピュータ読み出し可能命令、コンピュータ実行可能命令又はその他の情報を含み、記憶し、これと通信し、又は伝達する。通信デバイス８０２は更に、ディスプレイ又はモニタ８２２等のその他のデバイスを含み、又はこれらに接続される。ユーザーが通信デバイス８０２とインターフェースできるように、モニタ８２２を使用しても良い。

通信デバイス８０２は更に、ハードディスクドライブ８２４を含む。ハードドライブ８２４は、ハードドライブインターフェース（図８には図示せず）によってシステムバス８１６に結合する。ハードドライブ８２４は更に、ローカルファイルシステム又はシステムメモリ８０４の一部を形成する。通信デバイス８０２を動作させるために、プログラム、ソフトウエア及びデータを、システムメモリ８０４とハードドライブ８２４との間で伝送し、且つ交換する。

通信デバイス８０２はリモートサーバー８２６と通信し、ネットワーク８２８を介して別のサーバー又は通信デバイス８０２と同類の別の通信デバイスにアクセスする。システムバス８１６は、ネットワークインターフェース８３０によってネットワーク８２８に結合する。ネットワークインターフェース８３０は、ネットワーク８２８に結合するためのモデム、イーサネット（商標）カード、ルータ、ゲートウェイ等である。結合は配線接続又はワイヤレスである。ネットワーク８２８は、インターネット、専用ネットワーク、イントラネット等である。

サーバー８２６は更に、ファイルシステム、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むシステムメモリ８３２を含む。システムメモリ８３２は、通信デバイス８０２と通信するオペレーティングシステム８０６と同様のオペレーティングシステム８３４を含む。システムメモリ８３２は更に、受動冷却システムを動作させるためのデータ構造８３６を含む。データ構造８３６は、本発明の実施形態による方法７００に関して記載した動作と同様の動作を含む。サーバーシステムメモリ８３２は更に、別のファイル８３８、アプリケーション、モジュール等を含む。

サーバー８２６は更に、サーバー８２６内の他のデバイスの動作を制御するプロセッサ８４２又は処理ユニットを含む。サーバー８２６は更に、Ｉ／Ｏデバイス８４４を含む。Ｉ／Ｏデバイス８４４は、通信デバイス８０２のＩ／Ｏデバイス８１８と同様のものである。サーバー８２６は更に、Ｉ／Ｏデバイス８４４と共にインターフェースをサーバー８２６に提供するモニタ等のような他のデバイス８４６を含む。サーバー８２６は更に、ハードディスクドライブ８４８を含む。システムバス８５０は、サーバー８２６の異なる構成部品と接続する。ネットワークインターフェース８５２は、システムバス８５０を介してサーバー８２６をネットワーク８２８に結合させる。

図のフローチャート及びステップ図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法及びコンピュータプログラム製品のアーキテクチャ、機能及び動作を示す。これに関して、フローチャート又はステップ図中の各ステップは、特定の論理機能（１つ又は複数）を実行するための１つ又は複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント又はコードの一部を示す。更に、ある代替の実装では、ステップに記載の機能は図に記載された順序ではない順序で実行しても良いことに留意されたい。例えば、連続して示された２つのステップを、実際にはほぼ同時に実行し、又は場合によっては、含まれている機能に応じて、逆の順序で実行しても良い。更に、ブロック図及び／又はフローチャート図の各ステップ、及びブロック図及び／又はフローチャート図のステップの組み合わせは、特定の機能又は活動、又は特定用途向けハードウエア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する特定用途向けハードウエアを使用するシステムによって実施することができることに留意されたい。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を記載する目的のためだけの用語であり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で用いられる単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は文脈上明らかに別途示されていない限り、複数形も含むことを意図する。更に、「備える」という用語は、本明細書で用いられる場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を特定するものであるが、１つ又は複数の別の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそのグループの存在を特定することも理解されたい。

本発明をいくつかの例示的実施形態のみに関してかなり詳細に図示し、記載したが、特に前述の教示内容に照らして本発明の新規の教示及び利点から大きく離れることなく、開示した実施形態に様々な修正、省略及び追加を行っても良いので、本発明は上記の実施形態に限定するものではないことが当業者には理解されよう。従って、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の趣旨及び範囲内に含まれるこのような修正、省略、追加及び等価物の全てを含むことを意図している。

１０ ターボ機械
１２ インジェクタ
１４ 入口セクション
１６ 圧縮機セクション
１８ タービンセクション
２０ 燃焼セクション
２２ 一次燃焼システム
２４ 二次燃焼システム
２６ 排出セクション
２８ 負荷
３４ インジェクタ端部
３６ タビュレータ３６
３８ のこぎり歯状端部
４０ 有孔端部
４２ ベルマウス状端部
４４ ペダル状端部
４６ 城郭状端部
４８ 階段状端部
６０ 短いインジェクタ
６２ 長いインジェクタ
１１０ 燃焼器
１１２ タービンノズル
１１４ 圧縮機部品
１１６ 予混合燃料ノズル
１１８ 衝突スリーブ
１２０ フロースリーブ
１２２ 遷移部
１２４ 二次反応ゾーン
１２６ ケーシング
１２８ 端部カバー
１３０ 始動燃料ノズル
１３２ 燃焼ライナ
１３４ キャップアセンブリ
１３６ ディフューザ
１３８ アセンブリ
１４０ 希釈剤マ二ホルド
１４２ 燃料混合気マ二ホルド
１４４ 環状プレナム
１４８ 渦流器
１５０ 燃料スポーク
１５２ 一次反応ゾーン
１５４ 冷却空気流集中器

Claims (10)

1. システムによって生成される排ガスのレベルを削減する方法（７００）であって、
   動力を生成する燃焼システムを提供するステップであって、前記燃焼システムは、
   燃焼生成物の流れを生成する少なくとも１つの一次燃料ノズルを含む一次燃焼システム（２２）と、
   燃料を前記燃焼生成物の流れに供給する少なくとも１つのインジェクタ（１２）を含む、前記一次燃焼システムの下流に位置する二次燃焼システム（２４）とを備える、燃焼システムを提供するステップと、
   前記一次燃焼システム（２２）と前記二次燃焼システム（２４）とに空気を供給する空気流を提供するステップ（７２０）と、
   前記燃料を前記一次燃焼システムと二次燃焼システムとに分配するステップ（７３０）とを含む方法。
2. 前記少なくとも１つのインジェクタ（１２）は、前記二次燃焼システム（２４）内に径方法に配置される、請求項１に記載の方法（７００）。
3. 前記少なくとも１つのインジェクタ（１２）は、前記二次燃焼システム（２４）内に軸方向に配置される、請求項１に記載の方法（７００）。
4. 複数のインジェクタ（１２）を更に備え、前記複数のインジェクタ（１２）は各々、前記二次燃焼システム（２２）内に軸方向、径方向又はそれを組み合わせた方向に配置される、請求項１に記載の方法（７００）。
5. 前記燃焼システム（２０）は、フロースリーブ（１２０）と、遷移部（１２２）と、ケーシング（１２６）と、端部カバー（１２８）と、燃焼ライナ（１３２）と、キャップアセンブリ（１３４）の少なくとも１つを更に備える、請求項１に記載の方法（７００）。
6. 前記一次燃焼システム（２２）は、前記端部カバー（１２８）、前記キャップアセンブリ（１３４）、前記フロースリーブ（１２０）、前記燃焼ライナ（１３２）、又は前記ケーシング（１２６）の少なくとも１つによって密閉される、請求項５に記載の方法（７００）。
7. 前記二次燃焼システム（２４）は、衝突スリーブ（１１８）又はフロースリーブ（１２０）の少なくとも１つによって密閉される、請求項５に記載の方法（７００）。
8. 前記少なくとも１つのインジェクタ（１２）は管状の形状を有し、流体を調整する端部を更に備える、請求項１に記載の方法（７００）。
9. 前記端部は、のこぎり歯状端部（３８）、有孔端部（４０）、ベルマウス状端部（４２）、ペダル状端部（４４）、城郭状端部（４６）、階段状端部（４８）又はその組み合わせの少なくとも１つの形状を有する、請求項８に記載の方法（７００）。
10. 前記燃焼システムが排ガスを生成しているか否かを判定するステップ（７１０）と、
    前記少なくとも１つのインジェクタの受動冷却を可能にするステップ（７２０）と、
    前記一次燃焼システムと前記二次燃焼システムとの間で燃料の分離を配分するか否かを決定するステップ（７３０）と、
    前記一次燃焼システムと前記二次燃焼システムとの間の流れの分離を決定するステップ（７４０）と、
    前記一次燃焼システムと前記二次燃焼システムとの間の燃焼の分離を適用するステップ（７５０）とを更に含む、請求項１に記載の方法（７００）。

Images