JP2018112389A

JP2018112389A - ガスタービンの軸上燃料段への燃料の流れを受動的に制御する自動感熱バルブ

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Publication number: JP2018112389A
Application number: JP2017213393A
Authority: JP
Inventors: スタンリー・ケビン・ワイドナー; Stanley K Widener; カルロス・ミゲル・ミランダ; Carlos Miguel Miranda
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2018-07-19
Also published as: EP3321581A3; EP3321581B1; US20180135531A1; CN108071494A; EP3321581A2

Abstract

【課題】従来より、炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンが通常発生させる主要な大気汚染排出物として、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および未燃焼炭化水素の低減が求められている。本発明は、ガスタービンの軸上燃料段への燃料の流れを受動的に制御する自動感熱バルブを提供する。【解決手段】ガスタービン用の燃焼器であって、軸上燃料段の燃料インジェクタと、燃料の供給を該燃料の特徴に基づいて軸上燃料段の燃料インジェクタへと選択的に導く受動動作のバルブ（６６）とを含んでいる燃焼器を提供する。【選択図】図３

Description

本開示は、広くには、ガスタービンに関し、より具体的には、ガスタービンの軸上燃料段（例えば、後期希薄噴射）への燃料の流れを受動的に制御する自動感熱バルブに関する。

ガスタービンは、典型的には、圧縮機と、１つ以上の燃焼器を含む燃焼器部分と、少なくとも１つのタービン部分とを含む。圧縮機から吐出された空気が、各々の燃焼器へと導かれ、各々の燃焼器において燃料が注入され、混合され、燃やされる。次いで、燃焼ガスは、燃焼ガスからエネルギを抽出するタービン部分へと導かれる。

ガスタービン製造業者は、現時点において、望ましくない大気汚染排出物を生じることなく高効率で動作するガスタービンを生み出すための研究および工学プログラムに取り組んでいる。従来からの炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンが通常発生させる主要な大気汚染排出物として、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および未燃焼炭化水素が挙げられる。

燃焼器の一次反応ゾーンにおける燃料および空気の希薄予混合燃焼が、大気汚染物質のレベルを下げ、特にはサーマルＮＯｘ排出物のレベルを下げる方法として、ガスタービン産業の全体で広く使用されている。軸上燃料段による燃焼器の一次反応ゾーンの下流の二次反応ゾーンへの炭化水素燃料および空気の希薄直接噴射も、ガスタービンのＮＯｘ排出レベルを低減する有効な方法であることが示されている。

米国特許第９，０２８，２０６号明細書

本開示の第１の態様は、ガスタービン用の燃焼器であって、軸上燃料段の燃料インジェクタと、燃料の供給を該燃料の特徴に基づいて軸上燃料段の燃料インジェクタへと選択的に導く受動動作のバルブとを含む燃焼器を提供する。

本開示の第２の態様は、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを含むタービンシステムであって、燃焼器は、軸上燃料段の燃料インジェクタと、燃料の供給を該燃料の特徴に基づいて軸上燃料段の燃料インジェクタへと選択的に導く受動動作のバルブとを備えている、タービンシステムを提供する。

本開示の第３の態様は、ガスタービンの燃焼器における燃料の温度を制御することと、燃料の温度に基づいて燃焼器内の受動的な熱によって動作するバルブを選択的に動作させ、燃焼器の軸上燃料段へと燃料を噴射することと、を含む方法を提供する。

本開示の例示的な態様は、本明細書に記載された問題および／または論じられていない他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらの特徴および他の特徴は、本開示の種々の態様の以下の詳細な説明を本開示の種々の実施形態を示す添付の図面と併せて検討することで、より容易に理解されよう。図面において、同様の参照符号は同様の要素を指す。

いくつかの実施形態に係る複合サイクルガス発電システムの概略図である。いくつかの実施形態によるガスタービンシステムの燃焼器部分の断面図である。いくつかの実施形態による閉状態の自動感熱バルブを備えている図２の燃焼器の前端領域の部分拡大断面図である。いくつかの実施形態による開状態の自動感熱バルブを備えている図２の燃焼器の前端領域の部分拡大断面図である。いくつかの実施形態による自動感熱バルブを通過する燃料の温度対燃料の流量を示すグラフである。いくつかの実施形態による閉状態の自動感熱バルブを示している。いくつかの実施形態による開状態の図６の自動感熱バルブを示している。いくつかの実施形態による全開状態の図６の自動感熱バルブを示している。

本開示の図面が、必ずしも一定の縮尺ではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、図面間で類似する番号は類似する要素を示している。

図において、例えば図１に示されるように、「Ａ」軸は軸方向を表す。本明細書において使用されるとき、「軸方向」および／または「軸方向に」という用語は、ターボ機械（特には、ロータ部分）の回転軸に実質的に平行な軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに、本明細書において使用されるとき、「径方向」および／または「径方向に」という用語は、軸Ａに実質的に垂直でありかつただ１つの場所において軸Ａに交差する軸（ｒ）に沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに、「周方向」および／または「周方向に」という用語は、軸Ａを取り囲むが、いかなる場所においても軸Ａと交差しない円周（ｃ）に沿った物体の相対的な位置／方向を指す。本明細書において、要素の組は、１つ以上の要素を包含する。

図１を参照すると、例示の複合サイクル発電システム２の一部分の概略図が示されている。複合サイクル発電システム２は、発電機６に動作可能に接続されたガスタービンシステム４と、別の発電機１０に動作可能に結合した蒸気タービンシステム８とを含む。発電機６およびガスタービンシステム４を、シャフト１２によって機械的に結合させることができる。また、図１には、ガスタービンシステム４および蒸気タービンシステム８に動作可能に接続された熱交換器１４が示されている。熱交換器１４を、従来からの導管（参照番号は省略）を介してガスタービンシステム４および蒸気タービンシステム８の両方に流体に関して接続することができる。

ガスタービンシステム４は、圧縮機システム１６および燃焼器システム１８を含む。ガスタービンシステム４は、シャフト１２に結合したガスタービン２０も含む。動作時に、空気２２が、圧縮機システム１６の入口に入り、圧縮され、次いで燃焼器システム１８へと排出され、燃焼器システム１８において、供給された燃料２４が燃やされ、ガスタービン２０を駆動する高温の高エネルギ燃焼ガス２６をもたらす。典型的には、燃焼器システム１８は、周方向に間隔を置いて配置された燃焼器１１（図２）の円形アレイを含み、各々の燃焼器は、燃焼領域へと燃料を噴射するための少なくとも１つの燃料ノズルを含む。ガスタービン２０において、高温ガスのエネルギが仕事に変換され、その一部は、回転するシャフト１２を介して圧縮機システム１６を駆動するために使用され、残りは、電気を生み出すためにシャフト１２を介して発電機６などの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。本開示においては、ただ１つの燃焼器１１が図示されているが、ガスタービンシステム４の他の燃焼器は、図示の燃焼器１１と実質的に同様であると理解される。

さらに、図１は、ガスタービン２０を出る高温の排気ガス２８中のエネルギを追加の有用な仕事へと変換する単純な形態の複合サイクルを表している。排気ガス２８は、熱交換器１４に進入し、熱交換器１４において、水が蒸気３４に変換される。蒸気タービンシステム８は、例えば高圧（ＨＰ）タービン、中圧（ＩＰ）タービン、および低圧（ＬＰ）タービンなど、各々がシャフト３２に結合した１つ以上の蒸気タービン３０（１つだけが図示されている）を含むことができる。蒸気タービン３０は、シャフト３２に機械的に結合した複数の回転ブレード（図示せず）を含む。動作時、熱交換器１４からの蒸気３４が蒸気タービン３０の入口に進入し、蒸気タービン３０のブレードに力を伝えてシャフト３２を回転させるように導かれる。回転するシャフト３２を、さらなる電力を生み出すために発電機１０に結合させることができる。燃料２４を、例えば、熱交換器１４において生成される高温の水および／または蒸気を使用し、燃料ヒータを使用し、さらには／あるいは任意の他の適切な方法で、（例えば、ガスタービンシステム４の効率を高めるために）加熱することができる。ガスタービンシステム４および蒸気タービンシステム８に動作可能に結合した燃料制御システム３６が、燃料２４の温度を監視および調整する。

いくつかの実施形態によれば、燃料温度に敏感な少なくとも１つの受動式の自動感熱バルブが、ガスタービンシステムの燃焼器の軸上燃料段（ＡＦＳ）の燃料インジェクタ（例えば、後期希薄燃料インジェクタ）の組へと燃料を選択的に導くために設けられる。自動感熱バルブは、例えば、燃焼器の端部カバー内の燃料通路の内部に位置することができる。燃料は、例えば、ＤＬＮ２．６＋燃焼器（ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ）において用いられる予混合燃料（例えば、ＰＭ２、ＰＭ３）を含むことができる。

自動感熱バルブは、温度設定点よりも低い燃料温度で閉じ、温度設定点より高い燃料温度で開くように構成される。自動感熱バルブが閉じているとき、燃料は、ＡＦＳ燃料インジェクタへと流れることができない。自動感熱バルブが開いているとき、燃料は、ＡＦＳ燃料インジェクタの組へと流れることができる。

自動感熱バルブは、例えば上述の燃料制御システム３６によって制御され得る燃料温度に応答する。いくつかの実施形態において、燃料制御システム３６は、周囲燃料温度と目標燃料温度との間で燃料温度を制御する。中間燃料温度が、周囲燃料温度と目標燃料温度との間に設定される。自動感熱バルブは、自動感熱バルブの温度設定点が中間燃料温度に等しくなるように構成される。

中間燃料温度以下では、自動感熱バルブは閉じており、ＡＦＳ燃料インジェクタに燃料は流れない。ガスタービンが所望の出力レベルに達するとき、燃料制御システム３６は、燃料温度を目標温度に向かって上昇させる。自動感熱バルブは、中間燃料温度よりも高い燃料温度で開き始める。目標温度に到達すると、自動感熱バルブは全開になり、最大の燃料の流れがＡＦＳ燃料インジェクタに供給される。

図２が、いくつかの実施形態によるガスタービンシステム２の燃焼器１１の概略の断面図を示している。

ガスタービンシステム２の燃焼器１１は、圧縮機吐出ケーシング４２の内部に囲まれた燃焼器チャンバ４０を含む。一般的に説明すると、燃焼器チャンバ４０と圧縮機吐出ケーシング４２との間に位置する容積４４が、圧縮機部分４から吐出される圧縮された空気８の流れを受け取る。圧縮された空気８の流れは、端部カバーアセンブリ４８によって閉じられた燃焼器１１の前端４６に向かって容積４４を通過する。

燃焼器チャンバ４０は、燃料インジェクタ６８の組によって導入された燃料が圧縮された空気８と混合される一次反応ゾーン５０をさらに含む。燃料／空気混合物は、一次反応ゾーン５０において発火および燃焼し、高温の燃焼ガス２６の流れを生じさせる。高温の燃焼ガス２６は、二次反応ゾーン５２およびつなぎダクト５４を通過してタービン部分１６へと流れる。タービン部分１６において、高温の燃焼ガス２６を、例えば、ロータシャフト（例えば、図１のシャフト１２）を駆動して動力を生み出すために使用することができる。

ガスタービンシステム４の燃焼器１１のいくつかの動作段階において、一次反応ゾーン５０の下流に位置する二次反応ゾーン５２へと追加の燃料を噴射することができる。一般に、軸上多段化において、一次反応ゾーンは、低出力において最適な性能（および、低排出物）となるように設計される。より多くの出力が必要とされる場合に、燃料を、一次反応ゾーンの下流の１つ以上の反応ゾーンへと噴射することができる。

いくつかの実施形態によれば、ＡＦＳ燃料インジェクタ６２の組を含むインジェクタアセンブリ６０を、燃料６４の供給（空気などの担体流体を伴っても、伴わなくてもよい）を二次反応ゾーン５２へと噴射するために設けることができる。燃料６４は、一次反応ゾーン５０から出る高温ガス２６によって点火され、結果として生じる燃焼は、つなぎダクト５４において完了する。図３および図４に関して以下で詳述されるように、燃料６４は、自動感熱バルブ６６の状態に基づいてインジェクタアセンブリ６０へと選択的に供給される。

端部カバーアセンブリ４８は、燃料および／または予め混合された空気／燃料を燃焼のために一次反応ゾーン５０へと噴射するように構成された複数の燃料ノズル６８に燃料（例えば、燃料６４）を供給するための種々の供給通路、マニホルド、および関連の弁機構（図２には図示せず）を含むことができる。他の流体（例えば、空気、水、油、など）も、端部カバーアセンブリ４８を介して燃料ノズル６８および／または燃焼部分１０の他の構成要素へと供給することができる。

図２をさらに参照しつつ、図２の燃焼器１１の前端４６の部分拡大断面図が、図３および図４に示されている。図示されているように、燃料６４の供給は、端部カバーアセンブリ４８内に端部カバーアセンブリ４８を貫いて形成された少なくとも１つの燃料通路７０へと流れる。燃料６４は、１つ以上（この例では、１つだけ）の自動感熱バルブ６６の状態（例えば、閉、開）に応じて、燃料通路７２の組を通ってインジェクタアセンブリ６０のＡＦＳ燃料インジェクタ６２へと選択的に導かれる。また、燃料６４は、少なくとも１つの燃料通路７４を介して燃焼器１１の前端４６の燃料ノズル６８の組にも供給される。燃料６４は、燃料通路７０を通り、自動感熱バルブ６６の状態とは無関係に、燃料通路７４を介して燃料ノズル６８の組へと流れる。

燃料通路７２は、燃料通路７０を、自動感熱バルブ６６を介してインジェクタアセンブリ６０の燃料インジェクタ６２に流体に関して結合させる。図３および図４に示した構成においては、２つの燃料通路７２が示されているが、任意の数の燃料通路７２を利用することができる。さらに、各々が燃料通路７２のうちの１つ以上への燃料６４の流れを制御する複数の自動感熱バルブ６６を使用することができる。

自動感熱バルブ６６は、温度設定点を含み、自動感熱バルブ６６は、温度設定点よりも低い燃料温度で閉じ、温度設定点より高い燃料温度で開く。この限りにおいて、自動感熱バルブ６６の動作は、燃料通路７０を通って自動感熱バルブ６６を通過する燃料６４の温度によって制御される。燃料６４の温度は、上述したように、燃料制御システム３６によって制御される。したがって、燃料制御システム３６は、燃料６４の温度の調節を通じて自動感熱バルブ６６の動作を間接的に制御する。

図３に示されるように、燃料６４の温度が自動感熱バルブ６６の温度設定点よりも低い（例えば、燃料制御システム３６（図１）によって設定された中間燃料温度よりも低い）場合、自動感熱バルブ６６は閉じた状態であり、燃料６４は燃料通路７２の組へと流れることができない。したがって、燃料６４が、インジェクタアセンブリ６０の燃料インジェクタ６２を介して二次反応ゾーン５２へと噴射されることがない。このように、（燃料制御システム３６によって制御される）燃料６４の温度が自動感熱バルブ６６の温度設定点よりも低い燃焼器１１の部分負荷運転において、燃料６４は、燃料通路７４を介して燃料ノズル６８の組へと流れるが、燃料通路７２の組を通ってインジェクタアセンブリ６０のＡＦＳ燃料インジェクタ６２へと流れることはない。

燃焼器１１の運転負荷が増大すると、燃料制御システム３６は、燃料通路７０を通って自動感熱バルブ６６を過ぎる燃料６４の温度を上昇させる。燃料６４の温度が自動感熱バルブ６６の温度設定点を超えて上昇すると、自動感熱バルブ６６は、少なくともいくらかの燃料６４が燃料通路７２を通ってインジェクタアセンブリ６０の燃料インジェクタ６２へと流れることができる開状態に移行し始める。自動感熱バルブ６６は、燃料６４の温度が燃料制御システム３６の制御下で燃料制御システム３６によって設定された目標温度に向かって上昇するにつれて、さらに開く。目標温度において、自動感熱バルブ６６は完全に開き、燃料６４の最大の流れがインジェクタアセンブリ６０の燃料インジェクタ６２へと供給される。しかしながら、自動感熱バルブ６６の状態にかかわらず、燃料通路７４を通る燃料ノズル６８の組への燃料６４の流れは、中断されることがない。

自動感熱バルブ６６が完全に開く「目標」温度は、必ずしもベース負荷運転における燃料温度に対応している必要がないことに、留意されたい。例えば、いくつかの実施形態によれば、自動感熱バルブ６６は、システム内のすべての自動感熱バルブ６６がバルブの製造における小さなばらつきを考慮しても全開となるように、ベース負荷運転における燃料温度よりも低い燃料温度で完全に開いてもよい。

自動感熱バルブ６６の挙動のグラフが、図５に示されている。温度設定点Ｔ_Set未満では、燃料６４が自動感熱バルブ６６を通って流れることがない。燃料６４の温度がＴ_Setを超えて上昇すると、燃料６４は。自動感熱バルブ６６を通って流れ始める。自動感熱バルブ６６を通る燃料６４の流れは、温度が目標温度Ｔ_Targetに近づくときに増加を続け、目標温度Ｔ_Targetにおいて、最大量の燃料６４が、自動感熱バルブ６６を通過する。上述したように、自動感熱バルブ６６は、ベース負荷運転における燃料温度Ｔ_{Base Load}よりも低い燃料温度で完全に開いてもよい。

端部カバーアセンブリ４８内のドア９６が、自動感熱バルブ６６へのアクセスを提供する（例えば、自動感熱バルブ６６の設置、修理、および／または交換のため）。ただ１つの自動感熱バルブ６６が示されているが、複数の自動感熱バルブ６６を利用することもできる。複数の自動感熱バルブ６６の各々は、同じまたは異なる温度設定点および目標温度を有してよい。

燃料制御システム３６（図１）は、ガスタービンシステム４の動作時に燃料６４の温度を監視および調整する。したがって、燃料制御システム３６は、燃料６４の温度を自動感熱バルブ６６の温度設定点を上回って上昇させることにより、自動感熱バルブ６６を「オン」にすることができ、燃料６４の温度を自動感熱バルブ６６の温度設定点を下回って低下させることにより、自動感熱バルブ６６を「オフ」にすることができる。

自動感熱バルブ６６は、燃料６４の温度に敏感であり、受動的に動作する。換言すると、制御接続およびセンサ信号は不要である。例えば、自動感熱バルブ６６を、可動ピストンに結合させた温度感応性流体の膨張を介して、受動的に動作させることができる。

いくつかの実施形態による自動感熱バルブ６６が、図６〜図８に示されている。他の適切な種類の自動感熱バルブ６６も、使用可能である。図示されているように、自動感熱バルブ６６は、１つ以上の燃料入口ポート１０４と、燃料出口ポート１０６とを含む弁部分１０２を含む。自動感熱バルブ６６は、熱膨張性の材料１１２を収容するベローズまたは他の膨張可能要素１１０を囲むハウジング１０８をさらに含む。膨張可能要素１１０は、ロッド１１４に連結されている。弁板１１６が、ロッド１１４の遠位端に結合している。熱膨張性の材料１１２として、例えば、ケイ素熱伝導流体、サーマルソルトまたはオイル、あるいは本明細書に記載の機能を提供することができる任意の他の適切な熱膨張性の材料を挙げることができる。

自動感熱バルブ６６は、図６においては閉じた状態で示されている（例えば、燃料６４の温度が、自動感熱バルブ６６の温度設定点よりも低い）。この閉状態において、弁板１１６の表面１１８が、燃料出口ポート１０６に隣接して形成された相補的な（例えば、円錐形の）弁座１２０にぴったりと係合する。一般に、弁板１１６および弁座１２０は、流体出口ポート１０６を通る燃料６４の流れを阻止するためのシールを形成することができる任意の適切な構成を有することができる。閉状態において、燃料６４の流れが燃料入口ポート１０４から燃料出口ポート１０６を通って下流の場所へと流れることが、防止される。

燃料６４の温度の上昇は、膨張可能要素１１０の内部の熱膨張性の材料１１２の膨張を引き起こす。ハウジング１０８内の膨張可能要素１１０の膨張（例えば、矢印１２２によって示されるとおり）により、ロッド１１４および弁板１１６は、弁座１２０および燃料出口ポート１０６から離れるように押される。

自動感熱バルブ６６の温度設定点よりも上では、弁板１１６の表面１１８は、もはや弁座１２０に対するシールを形成しない。これにより、燃料６４は、（破線の矢印によって示されるように）燃料入口ポート１０４からガス流出口ポート１０６を通って下流の場所へと流れることができる。燃料６４の温度が目標温度に達すると、図８に示されるように、膨張可能要素１１０が完全に膨張し、最大量の燃料６４が燃料入口ポート１０４からガス流出口ポート１０６を通って流れることを可能にする。

自動感熱バルブ６６は、或る範囲の燃料温度にわたって開くように構成される。この場合、自動感熱バルブ６６は、第１の温度で開き始め、第２のより高い温度で完全に開くことができる。

異なる熱膨張係数をもたらすために、種々の熱膨張性の材料１１２を、異なる自動感熱バルブ６６に使用することができる。これは、例えば、異なる自動感熱バルブ６６に異なる開／閉温度設定点をもたらす。さらに、一般に、任意の数の自動感熱バルブ６６を使用することができる。加えて、自動感熱バルブ６６は、図において特定の場所に配置されて示されているが、これらの場所は、あくまでも説明の目的のためのものにすぎず、他の適切な場所が、ガスタービンシステムにおいて利用可能である。

他の実施形態においては、１つ以上の自動感熱バルブ６６に代え、あるいは１つ以上の自動感熱バルブ６６に加えて、感圧バルブを使用することができる。この場合、燃料温度が燃料ノズルにおける圧力低下を充分に高いレベルへと押し上げるのに充分に高いとき、感圧バルブが開く。当然ながら、１つ以上の自動感熱バルブ６６に代え、あるいは１つ以上の自動感熱バルブ６６に加えて、能動的に制御されるバルブを使用することもできる。

自動感熱バルブの使用は、燃料マニホルドおよび制御バルブを含む完全かつ高価な燃料回路を必要とすることなく、既存の燃焼器へのＡＦＳ燃料多段化の追加（例えば、後付け）を可能にする。ＡＦＳ燃料インジェクタへの燃料の流れは、燃料温度によって自動感熱バルブへと渡される制御「信号」によって間接的に制御される。典型的にはつなぎダクト上またはつなぎダクト付近に位置するＡＦＳ燃料インジェクタへと燃料を送るために必要な配管および／または管類は、多くの空間を必要とせず、ＡＦＳ燃料インジェクタと端部カバーアセンブリとの間の管類に限られる。これにより、製造業者は、今日の技術と比較して、きわめて低いコストでＡＦＳを備えるアップグレードパッケージを提供することができる。自動感熱バルブを使用するＡＦＳは、ガスタービンのターンダウン（排出物の規制等を満足する最小負荷）の大幅な改善を可能にする。この１つの理由は、ＡＦＳ空気流は燃焼器の前端を迂回するが、自動感熱バルブが低出力条件においてすべての燃料を前端へと導くことを可能にし、前端の温度を高め、流れが燃焼器から出る前にＣＯを完全に反応させることを可能にするからである。

種々の実施形態において、互いに「結合」しているとして説明される構成要素は、１つ以上の界面に沿って結び付けられてよい。いくつかの実施形態において、これらの界面は、別個の構成要素の間の接合部を含むことができ、他の場合には、これらの界面は、堅固および／または一体的に形成された相互接続を含むことができる。すなわち、いくつかの場合において、互いに「結合」した構成要素は、単一の連続的な部材を定めるように同時に形成されることができる。しかしながら、他の実施形態において、これらの結合した構成要素は、別々の部材として形成された後に公知のプロセス（例えば、締め付け、超音波溶接、接着）によって結び付けられてよい。

或る要素または層が、他の要素に対して「上に位置し」、「係合し」、「接続され」、あるいは「結合し」ていると称される場合、他の要素に対して直接的に上に位置し、係合し、接続され、あるいは係合しても、介在の要素が存在してもよい。対照的に、或る要素が、他の要素に対して「直接的に上に位置し」、「直接的に係合し」、「直接的に接続され」、あるいは「直接的に結合し」ていると称される場合、いかなる介在の要素または層も存在できないかもしれない。要素間の関係を説明するために使用される他の用語も、同様な方法で解釈されなければならない（例えば、「・・・の間に」に対する「・・・の間に直接的に」、「・・・に隣接」に対する「・・・に直接的に隣接」、など）。本明細書において使用されるとき、用語「および／または」は、そこに挙げられた項目のうちの１つ以上からなるあらゆるすべての組み合わせを含む。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを目的とするものではない。本明細書において用いられるとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈で別途明確に指示しない限り、複数形も含むものとする。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合に、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を示すが、１つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはこれらのグループの存在もしくは追加を排除するものではないことがさらに理解されるであろう。

本明細書においては、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到す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、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
［実施態様１］
ガスタービン（２０）用の燃焼器（１１）であって、
軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）と、
燃料（６４）の供給を前記燃料（６４）の特徴に基づいて前記軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）へと選択的に導く受動動作のバルブ（６６）と
を備える燃焼器（１１）。
［実施態様２］
前記受動動作のバルブ（６６）は、前記燃焼器（１１）の端部カバーアセンブリ（４８）の内部に位置する、実施態様１に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様３］
前記受動動作のバルブ（６６）にアクセスするための前記燃焼器（１１）の前記端部カバーアセンブリ（４８）内のドア（９６）
をさらに備える、実施態様２に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様４］
前記受動動作のバルブ（６６）は、熱によって動作するバルブ（６６）を備え、前記燃料（６４）の前記特徴は、前記燃料（６４）の温度を含む、実施態様１に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様５］
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が温度設定点を下回る場合に第１の状態にあり、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が前記温度設定点を上回る場合に第２の状態にある、実施態様４に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様６］
前記第１の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は閉じており、前記第２の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は開いている、実施態様５に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様７］
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点において開き始め、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点よりも上の目標温度において完全に開く、実施態様６に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様８］
一次反応ゾーン（５０）と、前記一次反応ゾーン（５０）の下流の二次反応ゾーン（５２）とをさらに備え、前記軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）は、前記熱によって動作するバルブ（６６）が開いているときに前記燃焼器（１１）の前記二次反応ゾーン（５２）へと燃料を噴射する、実施態様６に記載の燃焼器（１１）。
［実施態様９］
圧縮機（１６）と、
燃焼器（１１）と、
タービン（２０）と
を備えており、
前記燃焼器（１１）は、
軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）と、
燃料（６４）の供給を前記燃料（６４）の特徴に基づいて前記軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）へと選択的に導く受動動作のバルブ（６６）と
を備える、タービンシステム（４）。
［実施態様１０］
前記受動動作のバルブ（６６）は、前記燃焼器（１１）の端部カバーアセンブリ（４８）の内部に位置する、実施態様９に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１１］
前記受動動作のバルブ（６６）にアクセスするための前記燃焼器（１１）の前記端部カバーアセンブリ（４８）内のドア（９６）
をさらに備える、実施態様１０に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１２］
前記受動動作のバルブ（６６）は、熱によって動作するバルブ（６６）を備え、前記燃料（６４）の前記特徴は、前記燃料（６４）の温度を含む、実施態様９に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１３］
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が温度設定点を下回る場合に第１の状態にあり、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が前記温度設定点を上回る場合に第２の状態にある、実施態様１２に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１４］
前記第１の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は閉じており、前記第２の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は開いている、実施態様１３に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１５］
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点において開き始め、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点よりも上の目標温度において完全に開く、実施態様１４に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１６］
一次反応ゾーン（５０）と、前記一次反応ゾーン（５０）の下流の二次反応ゾーン（５２）とをさらに備え、前記軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）は、前記熱によって動作するバルブ（６６）が開いているときに前記燃焼器（１１）の前記二次反応ゾーン（５２）へと燃料を噴射する、実施態様１４に記載のタービンシステム（４）。
［実施態様１７］
ガスタービン（２０）の燃焼器（１１）における燃料（６４）の温度を制御することと、
前記燃料（６４）の温度に基づいて前記燃焼器（１１）内の受動的な熱によって動作するバルブ（６６）を動作させ、前記燃焼器（１１）の軸上燃料段へと燃料を噴射することと
を含む方法。
［実施態様１８］
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が温度設定点を下回る場合に第１の状態にあり、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が前記温度設定点を上回る場合に第２の状態にある、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記第１の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は閉じており、前記第２の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は開いている、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点において開き始め、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点よりも上の目標温度において完全に開く、実施態様１８に記載の方法。

２複合サイクル発電システム、ガスタービンシステム
４ガスタービンシステム、圧縮機部分
６発電機
８蒸気タービンシステム、圧縮された空気
１０発電機、燃焼部分
１１燃焼器
１２シャフト
１４熱交換器
１６圧縮機システム、タービン部分
１８燃焼器システム
２０ガスタービン
２２空気
２４燃料
２６高温の燃焼ガス、高温ガス、高エネルギ燃焼ガス
２８高温の排気ガス
３０蒸気タービン
３２シャフト
３４蒸気
３６燃料制御システム
４０燃焼器チャンバ
４２圧縮機吐出ケーシング
４４容積
４６前端
４８端部カバーアセンブリ
５０一次反応ゾーン
５２二次反応ゾーン
５４つなぎダクト
６０インジェクタアセンブリ
６２ＡＦＳ燃料インジェクタ
６４燃料
６６自動感熱バルブ
６８燃料ノズル、燃料インジェクタ
７０燃料通路
７２燃料通路
７４燃料通路
９６ドア
１０２弁部分
１０４燃料入口ポート
１０６燃料出口ポート、流体出口ポート、ガス流出口ポート
１０８ハウジング
１１０膨張可能要素
１１２熱膨張性の材料
１１４ロッド
１１６弁板
１１８表面
１２０弁座
１２２矢印

Claims

ガスタービン（２０）用の燃焼器（１１）であって、
軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）と、
燃料（６４）の供給を前記燃料（６４）の特徴に基づいて前記軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）へと選択的に導く受動動作のバルブ（６６）と
を備える燃焼器（１１）。
前記受動動作のバルブ（６６）は、前記燃焼器（１１）の端部カバーアセンブリ（４８）の内部に位置する、請求項１に記載の燃焼器（１１）。
前記受動動作のバルブ（６６）にアクセスするための前記燃焼器（１１）の前記端部カバーアセンブリ（４８）内のドア（９６）
をさらに備える、請求項２に記載の燃焼器（１１）。
前記受動動作のバルブ（６６）は、熱によって動作するバルブ（６６）を備え、前記燃料（６４）の前記特徴は、前記燃料（６４）の温度を含む、請求項１に記載の燃焼器（１１）。
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が温度設定点を下回る場合に第１の状態にあり、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記燃料（６４）の温度が前記温度設定点を上回る場合に第２の状態にある、請求項４に記載の燃焼器（１１）。
前記第１の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は閉じており、前記第２の状態において、前記熱によって動作するバルブ（６６）は開いている、請求項５に記載の燃焼器（１１）。
前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点において開き始め、前記熱によって動作するバルブ（６６）は、前記温度設定点よりも上の目標温度において完全に開く、請求項６に記載の燃焼器（１１）。
一次反応ゾーン（５０）と、前記一次反応ゾーン（５０）の下流の二次反応ゾーン（５２）とをさらに備え、前記軸上燃料段の燃料インジェクタ（６２）は、前記熱によって動作するバルブ（６６）が開いているときに前記燃焼器（１１）の前記二次反応ゾーン（５２）へと燃料を噴射する、請求項６に記載の燃焼器（１１）。