JP2011242123A - 遅延希薄噴射用噴射器 - Google Patents

Abstract

【課題】遅延希薄噴射用の燃料噴射器を提供する。
【解決手段】燃料噴射器（１０）は、外側胴体（３０）と、先細部分（４０１）を含み、その中に先細環状通路（５０）を画成する先細管状胴体（４０）であって、当該先細管状胴体（４０）は前記外側胴体（３０）の内側に配置されて、前記外側胴体（３０）の内面と当該先細管状胴体（４０）の外面との間に外側環状通路（６０）を画成しており、また前記環状通路（５０、６０）の各々が、そのそれぞれの入口に流体（７０）を受け取って、該流体をそのそれぞれの出口へ向けて流れるように導くようになっている、当該先細管状胴体（４０）と、少なくとも前記先細管状胴体（４０）の前記先細部分（４０１）を通って、前記先細管状胴体（４０）の円周方向の湾曲に対して実質的に接線方向に前記先細環状通路（５０）へ燃料（１０１）を供給する燃料管路（１００）とを含む。
【選択図】図１

Description

本書で開示する内容は、予混合噴射器を持つ燃焼器に関するものである。

タービン・エンジン、特にガスタービン・エンジンにおいては、ガスの様な燃料及び圧縮空気が燃焼器に供給され、そこで燃焼が生じる。この燃焼から発生された高温流体が移行部材を通ってタービンに導かれて、動力及び／又は電気を発生させる。一般に、圧縮空気は圧縮機から燃焼器へ供給されて、そのヘッドエンドへ向かって上流へ進み、該ヘッドエンドで他の燃料と混合される。

燃料／空気混合物が燃焼したとき、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような或る汚染物質が生成される。ＮＯｘは一般に望ましくないので、ＮＯｘの生成及び排出を少なくするための努力が近年なされている。場合によっては、このような努力は空気及び燃料のより完全な混合を行うことに向けられている。このような及び／又は他の場合には、遅延希薄噴射（late lean injection ；ＬＬＩ）も採用されている。

ＬＬＩの目的は、燃焼器内の燃料及び空気の滞留時間を短くすることによってＮＯｘの形成を低減することである。これを達成するには、燃料及び空気の一部分を、主燃焼域から下流の軸方向位置において燃焼器の中に噴射する。このやり方では、ＬＬＩ燃料及び空気は燃焼するが、その他の場合に起こり得るほど遠くまで燃焼器中を進行しない。このような場合、充分な燃料及び空気の混合が生じる限り、ＬＬＩ燃料及び空気は一般に、他の場合に生じるほど多量のＮＯｘを形成しない。

米国特許第６５１３３２９号

本発明の一面によれば、燃料噴射器を提供し、該燃料噴射器は、（１）外側胴体と、（２）先細部分を含み、その中に先細環状通路を画成する先細管状胴体であって、当該先細管状胴体は前記外側胴体の内側に配置されて、前記外側胴体の内面と当該先細管状胴体の外面との間に外側環状通路を画成しており、また前記環状通路の各々が、そのそれぞれの入口に流体を受け取って、該流体をそのそれぞれの出口へ向けて流れるように導くようになっている、先細管状胴体と、（３）少なくとも前記先細管状胴体の前記先細部分を通って、前記先細管状胴体の円周方向の湾曲に対して実質的に接線方向に前記先細環状通路へ燃料を供給する燃料管路と、を含む。

本発明の別の面によれば、燃料噴射器を提供し、該燃料噴射器は、（１）外側胴体と、（２）前記外側胴体の長さと同様であるか又はそれよりも長い長さを持つ先細管状胴体であって、当該先細管状胴体は、先細部分を含み、その中に先細環状通路を画成し、且つ前記外側胴体の内側に配置されて、前記外側胴体の内面と当該先細管状胴体の外面との間に外側環状通路を画成しており、また前記環状通路の各々が、そのそれぞれの入口に流体を受け取って、該流体をそのそれぞれの出口へ向けて流れるように導くようになっている、先細管状胴体と、（３）少なくとも前記先細管状胴体の前記先細部分を通って、前記先細管状胴体の円周方向の湾曲に対して実質的に接線方向に前記先細環状通路へ燃料を供給する燃料管路と、を含む。

本発明の更に別の面によれば、遅延希薄噴射（ＬＬＩ）燃焼器を提供し、該遅延希薄噴射（ＬＬＩ）燃焼器は、主流体流を発生する燃焼が生じる上流区域からの主流体流が進行する通路を画成するライナーと、前記上流区域より下流で前記ライナーに結合された燃料噴射器とを含む。前記燃料噴射器は、（１）外側胴体と、（２）先細部分を含み、その中に先細環状通路を画成する先細管状胴体であって、当該先細管状胴体は前記外側胴体内に配置されて、前記外側胴体の内面と当該先細管状胴体の外面との間に外側環状通路を画成しており、また前記環状通路の各々が、そのそれぞれの入口に流体を受け取って、前記ライナーの内側に配置されたそのそれぞれの出口へ向けて該流体を流れるように導くようになっている、先細管状胴体と、（３）少なくとも前記先細管状胴体の前記先細部分を通って、前記先細管状胴体の円周方向の湾曲に対して実質的に接線方向に前記先細環状通路へ燃料を供給する燃料管路と、を含む。

これらの及び他の利点及び特徴は、図面を参照した以下の説明からより一層明らかになろう。

発明と見なされる内容は「特許請求の範囲」に具体的に指摘して明瞭に記載している。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかである。

図１は、燃料噴射器の斜視図である。 図２は、別の実施形態による燃料噴射器の斜視図である。 図３は、図１又は図２の燃料噴射器の軸に沿って見た図である。

以下に、本発明の実施形態について、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に詳しく説明する。

図１〜図３について説明すると、燃料及び空気が燃焼器内で、より詳しく述べると、遅延希薄噴射（ＬＬＩ）燃焼器内で、混合する程度を増大させるために、燃料噴射器１０が設けられており、この燃料噴射器１０は燃焼器ライナー２０に流体結合される。燃焼器ライナー２０は、それに沿って主流体流が上流区域２５（これは、ＬＬＩ燃焼器の場合、燃焼域とすることができる）から進行する内部２１を画成するように形成される。

燃料噴射器１０は、環状内面３１及び環状外面３２を持つ外側胴体３０と、環状内面４１及び環状外面４２を持つ先細管状胴体４０と、燃料管路１００とを含む。先細管状胴体４０は先細部分４０１を含み、該先細部分４０１は、その第１の端からその第２の端まで断面積が減少していて、その中に先細環状通路５０を画成するように形成される。先細管状胴体４０は外側胴体３０の内側に配置され、このような場合、先細管状胴体４０及び外側胴体３０は協働して、外側胴体３０の内面３１と先細管状胴体４０の外面４２との間に外側環状通路６０を画成する。

先細環状通路５０及び外側環状通路６０の両方は、そのそれぞれの入口８１及び８０に、圧縮機から抽出された圧縮空気のような流体７０を受け取って、該流体７０をそのそれぞれの出口９１及び９０へ向けて流れるように導く。入口８１及び８０は実質的に互いと同一平面上にあるようにするか、さもなければ燃焼器ライナー２０を通る主流体流に対して実質的に同様な半径方向位置に配置することができる。

外側環状通路６０の出口９０は、主流体流の中へ所定の深さまで燃焼器ライナー２０に貫入する。先細環状通路５０の出口９１は、出口９０の主流体流の中へ少なくとも所定の深さまで燃焼器ライナー２０に貫入する。場合によっては、出口９１は、燃焼器ライナー２０を通る主流体流の中へより更に延在する。すなわち、先細管状胴体４０は、外側環状胴体３０の長さＬ₂ に等しいか又はそれよりも長い長さＬ₁ を持つことができる。

燃料管路１００は、少なくとも先細管状胴体４０の先細部分４０１を通って先細環状通路５０へ燃料１０１（例えば、天然ガス、合成ガス及び油の内の一種以上）を供給する。燃料１０１は、図３に示されているように、先細管状胴体４０の円周方向の湾曲に対して実質的に接線方向に供給される。実質的に接線方向に供給されることによって、燃料１０１及び流体７０は互いと混合する。この混合は、少なくとも部分的に燃料１０１と流体７０との間に生じる剪断力に因るものであり、その結果として先細環状通路５０内に燃料１０１及び流体７０のサイクロン状の流れが生じる。サイクロン状の流れの圧力が先細管状胴体４０の先細の構成によって維持される。

先細環状通路５０が外側環状通路６０よりも長い場合、流体７０及び燃料１０１の混合物は、外側環状通路６０からの流体７０の噴射の比較的高い半径方向位置と比べて、燃焼器ライナー２０の比較的低い半径方向位置で主流体流の中へ噴射することができる。このような場合、外側環状通路６０から噴射される流体７０は、流体７０／燃料１０１の混合物と燃料噴射器１０より下流の燃焼器ライナー２０の内面との間に介在配置された障壁層として作用することができる。この障壁層は、燃焼器ライナー２０の内面を高温の流体から遮蔽することができ、また、場合によっては、燃焼器ライナー２０と流体連通関係に配置された移行部材（ＴＰ）の中まで下流へ延在することができる。

燃料管路１００の末端１０２は、先細管状胴体４０の内面４１と同一平面上にあるようにして、内面４１が末端１０２で実質的に滑らかにさえなるようにすることができる。

実質的に接線方向は、先細環状通路５０及び外側環状通路６０を通る流体の流れの支配的な方向に対して横断する向きにすることができる。実施形態によっては、実質的に接線方向は、先細環状通路５０及び外側環状通路６０を通る流体の流れの支配的な方向に対して実質的に直角の向きにする。他の実施形態では、燃料管路１００の方向は、燃料１０１が、先細環状通路５０及び外側環状通路６０を通る流体の流れの支配的な方向に対して上向き傾斜で又は下向き傾斜で先細環状通路５０に入るように定めることができる。

燃料管路１００は、外側胴体３０の外部から外側環状通路６０を通り、次いで先細管状胴体４０を通って延在する配管で形成することができ、また複数の個別の燃料管路１１０、１１１及び１１２を含むことができる。これらの個別の燃料管路の数は、２つ、３つ又はそれより多くして、各々の管路は一定の又は不規則な間隔で分離することができる。個別の燃料管路１１０、１１１及び１１２は、互いに対して横断方向に配向し、また同一平面上に又は互いからづらして配置することができる。個別の燃料管路１１０、１１１及び１１２はまた、実質的に真っ直ぐで且つ先細環状通路５０への燃料供給方向と一致させることができる。

以上、本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に制限されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。また、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の様々な面が説明した実施形態の幾つかのみを含み得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制限されるものと考えるべきではなく、「特許請求の範囲」の項に記載の範囲によって制限されるに過ぎない。

１０ 燃料噴射器
２０ 燃焼器ライナー
２１ 内部
２５ 上流区域
３０ 外側胴体
３１ 環状内面
３２ 環状外面
４０ 先細管状胴体
４１ 環状内面
４２ 環状外面
５０ 先細環状通路
６０ 外側環状通路
７０ 流体
８０ 入口
８１ 入口
９０ 出口
９１ 出口
１００ 燃料管路
１０１ 燃料
１０２ 末端
１１０、１１１、１１２ 個別の燃料管路
４０１ 先細部分

Claims (10)

1. 外側胴体（３０）と、
   先細部分（４０１）を含み、その中に先細環状通路（５０）を画成する先細管状胴体（４０）であって、当該先細管状胴体（４０）は前記外側胴体（３０）の内側に配置されて、前記外側胴体（３０）の内面と当該先細管状胴体（４０）の外面との間に外側環状通路（６０）を画成しており、また前記環状通路（５０、６０）の各々が、そのそれぞれの入口に流体（７０）を受け取って、該流体をそのそれぞれの出口へ向けて流れるように導くようになっている、先細管状胴体（４０）と、
   少なくとも前記先細管状胴体（４０）の前記先細部分（４０１）を通って、前記先細管状胴体（４０）の円周方向の湾曲に対して実質的に接線方向に前記先細環状通路（５０）へ燃料（１０１）を供給する燃料管路（１００）と、
   を有する燃料噴射器（１０）。
2. 前記流体（７０）は圧縮空気を有している、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
3. 前記燃料（１０１）は、少なくとも天然ガス、合成ガス及び油の内の一種以上を有している、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
4. 前記燃料（１０１）及び前記流体（７０）は、前記先細環状通路（５０）内でサイクロン状に流れる混合物を形成する、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
5. 前記燃料管路（１００）の末端（１０２）は前記先細管状胴体（４０）の内面（４１）と同一平面上にある、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
6. 前記実質的に接線方向は、前記環状通路（５０、６０）を通る流体の流れの支配的な方向に対して横断する向きである、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
7. 前記実質的に接線方向は、前記環状通路（５０、６０）を通る流体の流れの支配的な方向に対して実質的に直角の向きである、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
8. 前記燃料管路（１００）は複数の個別の燃料管路（１１０、１１１、１１２）を有している、請求項１記載の燃料噴射器（１０）。
9. 前記複数の個別の燃料管路は実質的に一定の間隔で互いから分離されている、請求項８記載の燃料噴射器（１０）。
10. 前記複数の個別の燃料管路の各々は、互いに対して横断方向に配向されている、請求項８記載の燃料噴射器（１０）。