JP2023026336A - ガスタービン用水燃料エマルジョンシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンにおける燃焼を改善するための水燃料エマルジョンを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジンは、第１の燃料ノズルを有する第１の燃焼器を備えており、第１の燃料ノズルは、水燃料エマルジョンを第１の燃焼器に供給するように構成される。水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含み、複数の水滴は、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、霧化した燃料は、燃焼して燃焼ガスを生成するように構成される。ガスタービンエンジンは、第１の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンをさらに備える。【選択図】図１

Description

本願は、一般に、ガスタービンシステムに関し、特に、ガスタービンシステムの燃焼器における燃焼の制御に関する。

ガスタービンシステムは、圧縮機セクション、燃焼器セクション及びタービンセクションを含む。燃焼器セクションは、燃料を空気で燃焼させて高温燃焼生成物を生成せしめ、タービンセクション内の１以上のタービン段を駆動するように構成される。しかし、燃焼プロセスでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び煤のような望ましくない排気物質を発生しかねない。したがって、性能に悪影響を与えることも、ガスタービンシステムの運転に付随するコストを実質的に増加させることもなく、排気物質を低減することが望まれる。

本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属する幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態をも包含する。

ある実施形態では、ガスタービンエンジンは、第１の燃料ノズルを有する第１の燃焼器を備えており、第１の燃料ノズルは、水燃料エマルジョンを第１の燃焼器に供給するように構成される。水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含んでおり、複数の水滴は、燃焼器への噴射後に、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、燃料は燃焼して燃焼ガスを生成するように構成される。ガスタービンエンジンは、第１の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンをさらに備える。

ある実施形態では、システムは、ガスタービンエンジンの第１の燃焼器への第１の燃料ノズルを介しての水燃料エマルジョンの供給を制御するように構成されたコントローラを備える。水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含み、複数の水滴は、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、燃料は、燃焼して、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成するように構成される。

ある実施形態では、方法は、ガスタービンエンジンの第１の燃焼器に第１の燃料ノズルを介して水燃料エマルジョンを供給することを含み、水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含む。本方法は、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために複数の水滴を燃料内部で気化させることをさらに含む。本方法は、燃料を燃焼させて、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成させることをさらに含む。

本願で開示する技術の上記その他の特徴、態様及び利点については、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。

図１は、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含む水燃料エマルジョンを生成するように構成された水燃料乳化システムを有するガスタービンシステムの実施形態の概略図である。 図２は、図１の水燃料乳化システムの一実施形態の概略図である。 図３は、図１及び図２の水燃料乳化システムの乳化装置の一実施形態の概略図であり、さらに、燃料と水の乳化を促進する複数の攪拌器も示してある。 図４は、図１～図３の水燃料乳化システムの実施形態の概略図であり、さらに、複数の乳化段階及び各燃料ノズルのための抽出導管も示してある。。 図５は、エマルジョンの大きな燃料液滴中に分散した水滴のミクロ爆発と、その後の燃料液滴の霧化及び燃焼を示す燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン燃焼プロセスの実施形態の概略図である。 図６は、大きな燃料液滴中に分散した小さな水滴を示す、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン液滴の実施形態の概略図である。 図７は、大きな燃料液滴の内部で蒸発する際の小さな水滴のミクロ爆発のプロセスを示す、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン液滴の実施形態の概略図である。 図８は、図５～図７に示すような燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン液滴中の水滴のミクロ爆発で得られる小さな燃料液滴の実施形態の概略図である。 図９は、図１に示すようなガスタービンシステムにおける水燃料エマルジョンの燃焼プロセスの一実施形態のフローチャートである。

以下、本願で開示する技術の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかであろう。

本開示の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。

開示される実施形態は、ガスタービンエンジンにおける燃焼を改善するように構成された、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン及び／又は水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンのような水燃料エマルジョンに関する。ＷＩＦエマルジョンは、大きな燃料液滴内での小さな水滴のミクロ爆発によって燃料の霧化（アトマイゼーション）を改善することにより、燃焼を改善する。例えば、ＷＩＦエマルジョンは、液体燃料の連続相中に分散した小さな水滴で形成される。ＷＩＦエマルジョンは、液滴（すなわち、大きな燃料液滴中の小さな水滴）のスプレー（一次霧化）として燃焼器内に噴射される。ミクロ爆発は燃料の二次霧化をもたらす。すなわち大きな燃料液滴内で小さな水滴が蒸発して、大きな燃料液滴から小さな燃料液滴への炸裂又は分解を起こす。小さな燃料液滴（すなわち、微細霧化した燃料）は次いで急速に蒸発して空気と混合され、燃料と空気とのより均一な混合、より均質な燃焼及び温度分布、並びにＮＯｘ及び煤の排出量の低減をもたらす。ＦＩＷエマルジョンも、ガスタービンエンジンの燃焼に利点をもたらすことができる。ＦＩＷエマルジョンは、水の連続相に分散した小さな燃料液滴で形成される。いずれの場合も、水燃料エマルジョン（例えば、ＷＩＦ又はＦＩＷエマルジョン）は、燃焼プロセス、排出レベル、水使用量及びガスタービンエンジンの他の運転面での制御性を向上させるのに役立つ可能性がある。水燃料エマルジョンは、低品位燃料、粘稠燃料、重質燃料油（ＨＦＯ）、原油、ディーゼル燃料及び／又は夾雑燃料に特に有益である。

図１は、発電機のような負荷１４に駆動結合されたガスタービンエンジン１２を有するガスタービンシステム１０の一実施形態の概略図である。ガスタービンシステム１０は、ガスタービンエンジン１２に結合した流体供給システム１６も備える。図に示す通り、流体供給システム１６は、１以上の燃料供給システム２０、１以上の水供給システム２２及び１以上の乳化剤供給システム２４に結合した水燃料乳化システム１８を含む。水燃料乳化システム１８は、ガスタービンエンジン１２に水燃料エマルジョンを分配するように構成されたエマルジョン分配システム２６にも結合される。ガスタービンシステム１０は、流体供給システム１６及びガスタービンエンジン１２に結合した制御システム２８及び監視システム３０も備える。

以下でさらに詳しく説明する通り、水燃料乳化システム１８は、ガスタービンエンジン１２に分配し燃焼させるための水燃料エマルジョンを生成するように構成される。水燃料エマルジョンは、燃焼生成物中のＮＯｘ生成を低減し、燃焼生成物中の煤生成を低減し、ガスタービンエンジン１２における燃焼プロセスを全般的に改善するように構成される。さらに、水燃料エマルジョンは、燃料とは別個にガスタービンエンジン１２に供給される水の体積を減少するように構成される。開示される実施形態は、燃焼プロセスを制御するために、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン、水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョン及び／又は様々な水対燃料比のような、多種多様な組成の水燃料エマルジョンを生成するようにも構成される。

ガスタービンエンジン１２は、吸気セクション３２と、圧縮機セクション３４と、１以上の一次燃焼器３８を有する一次燃焼器セクション３６と、一次タービンセクション４０とを備える。ある実施形態では、ガスタービンエンジン１２は、１以上の二次燃焼器４４を有する二次燃焼器セクション４２及び二次タービンセクション４６をさらに含んでいてもよい（又は含んでいなくてもよい）。ガスタービンエンジン１２は、排気セクション４８も備える。

圧縮機セクション３４は、中心ロータ又はシャフト５４に各々結合した複数の圧縮機ブレード５２を有する１以上の圧縮機段５０を有する軸流圧縮機であってもよい。圧縮機ブレード５２は、圧縮機ケーシング５６内のシャフト５４によって駆動されて回転する。圧縮機セクション３４は、１～２８又はそれ以上の圧縮機段５０を含んでいてもよい。

一次燃焼器セクション３６は、各々１以上の燃料ノズル５８を有する燃焼器３８を含む。例えば、各燃焼器３８は、１、２、３、４、５、６又はそれ以上の燃料ノズル５８を含んでいてもよい。追加の例として、各燃焼器３８は、複数の周縁燃料ノズル５８で囲まれた中央燃料ノズル５８を含んでいてもよい。燃料ノズル５８は、一次燃焼器３８のヘッドエンド６０に配置された一次燃料ノズルである。さらに、燃焼器３８は、一次燃焼器３８の燃焼器ライナ又は側壁６４に沿って１以上の側方又は四次燃料噴射器又はノズル６２を含んでいてもよい。燃料ノズル５８及び６２は、互いに交差する方向（例えば、垂直又は鋭角）に配向される。例えば、燃料ノズル５８は、一次燃焼器３８の中心軸に対して軸方向に配向しているが、燃料ノズル６２は、中心軸に対して半径方向に配向している。燃料ノズル５８及び６２は、燃料と水のエマルジョンを一次燃焼器３８の燃焼室又は燃焼域６６に噴射するように構成されており、その結果、燃焼が起きて一次タービンセクション４０に送られる高温燃焼生成物９６を生成する。

一次タービンセクション４０は、ロータ又はシャフト７２に各々結合された複数のタービンブレード７０を有する１以上のタービン段６８を含んでいてもよい。運転中、高温燃焼生成物９６は一次タービンセクション４０を通って流れ、タービンケーシング７４内のシャフト７２を回転させるようにタービンブレード７０を駆動する。一次タービンセクション４０は、１～１０又はそれ以上のタービン段６８を含んでいてもよい。

図１に示す特定の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、二次燃焼器セクション４２及び二次タービンセクション４６を含んでいてもよい。ただし、ガスタービンシステム１０のいくつかの実施形態では、二次燃焼器セクション４２及び二次タービンセクション４６は除かれる。図に示す通り、二次燃焼器セクション４２は１以上の二次燃焼器４４を含んでおり、各二次燃焼器は１以上の一次燃料ノズル７６及び１以上の側方又は四次燃料噴射器又はノズル７８を有するむ。燃料ノズル７６及び７８は、燃料と水のエマルジョンを二次燃焼器４４内の燃焼室又は燃焼域８０に噴射するように構成され、その結果、燃焼が起きて高温燃焼ガス１００が二次タービンセクション４６に送られる。

二次タービンセクション４６は１以上のタービン段８２を含んでいてもよく、各タービン段は、ロータ又はシャフト８６に結合した複数のタービンブレード８４を有していて、それらは集合体としてケーシング８７内で回転可能である。例えば、二次タービンセクション４６は、１～５以上のタービン段８２を含んでいてもよい。図に示す実施形態では、シャフト５４及び７２は中間シャフト８８を介して互いに結合しており、シャフト７２及び８６は中間シャフト９０を介して互いに結合している。ただし、図に示すシャフト５４、８８、７２、９０及び８６をまとめて一体化して１以上の共通のシャフトとしてもよい。さらに、シャフト８６は、荷重１４に結合されている。

運転中、圧縮機セクション３４は、矢印９２で示すように吸気セクション３２を介して空気を受け取るように構成される。吸気セクション３２は、１以上のエアフィルタ、サイレンサ、防氷システムその他の入口空気調整システムを含んでいてもよい。圧縮機セクション３４は、１以上の圧縮機段５０を介して吸気９２を圧縮するように構成され、矢印９４で示すように、空気を漸次圧縮してから一次燃焼器セクション３６へと送る。圧縮空気９４は、燃焼器ライナ６４に沿って、各々の一次燃焼器３８のヘッドエンド６０に送られる。ある実施形態では、圧縮空気９４は、燃焼器ライナ６４の外表面と、燃焼器ライナ６４を冷却するための周囲フローガイドとの間の流路を通して送られる。

圧縮空気９４は、次いで、燃焼室６６に送られる。ある実施形態では、圧縮空気９４の一部は、燃料ノズル５８及び／又は燃料ノズル６２の周囲に送ってもよい。さらに、燃料の霧化を促進するため、ある量の霧化用空気（例えば、圧縮空気）を燃料ノズル５８及び／又は燃料ノズル６２を通して送ってもよい。霧化用空気（例えば、圧縮空気）は、圧縮機セクション３４、別個の空気圧縮機又は他の空気供給源から供給し得る。ここでは、圧縮空気（例えば、９４）について言及するが、圧縮空気は１又は複数の空気供給源に由来するものでもよい。

燃料ノズル５８及び／又は燃料ノズル６２は、流体供給システム１６から燃料と水のエマルジョンも受け取る。燃料と水のエマルジョンは、燃焼室６６内で圧縮空気９４と混合され、燃焼して高温の燃焼ガスを生成するが、燃焼ガスは次いで矢印９６で示すように一次タービンセクション４０に流れ込む。以下でさらに詳しく説明する通り、流体供給システム１６によって供給される水と燃料のエマルジョンは、燃焼室６６内での燃料の霧化を促進するように構成され、もって燃焼反応を改善させ、ＮＯｘ生成を低減し、煤を低減し、燃焼プロセスを全体的に改善する。

燃焼ガス９６は、一次タービンセクション４０の１以上のタービン段６８を流れて、各段６８のタービンブレード７０を駆動してシャフト７２を回転させる。燃焼ガスは、矢印９８で示すように、一次タービンセクション４０から出る。この時点で、燃焼ガスは二次燃焼セクション４２に流入してもよい。二次燃焼器セクション４２の二次燃焼器４４の各々は、流体供給システム１６から燃焼ガス９８及び水と燃料のエマルジョンを受け取るように構成され、二次燃焼セクション４２の燃焼室８０でのエマルジョン中の燃料のさらなる燃焼を促進する。燃焼は、矢印１００で示すように、排気ガス又は燃焼生成物の追加の出力をもたらす。燃焼ガス１００は次いで二次タービンセクション４６に入り、燃焼ガス１００はタービンブレード８４を駆動して１以上のタービン段８２のシャフト８６を回転させる。

最終的に、燃焼ガスは矢印１０２で示すように排気ガスとして二次タービンセクション４６から出る。排気ガス１０２は次いで排気セクション４８を通して流れ、排気セクション４８は、排気スタック、排気処理システム、サイレンサその他の機器を含むことができる。運転中、一次タービンセクション４０の回転を駆動する燃焼ガス９６及び二次タービンセクション４６の回転を駆動する燃焼ガス１００は、シャフト７２及び８６を回転するように構成されており、もって負荷１４、圧縮機セクション３４並びにガスタービンシステム１０に結合した他の負荷又は機器の回転を駆動する。

上述の通り、流体供給システム１６は、燃焼反応を改善し、ＮＯｘ生成を低減し、煤生成を低減し、燃焼プロセスを改善するために、水と燃料のエマルジョンを様々な燃料ノズル５８、６２、７６及び７８並びにガスタービンエンジン１２に供給するように構成される。図に示す実施形態では、水燃料乳化システム１８は、互いに直列及び／又は並列に配置された複数の乳化装置１０４を含む。例えば、乳化装置１０４は、直列又は連続配置に配置された第１の一連の乳化装置１０６、直列又は連続配置に配置された第２の一連の乳化装置１０８及び直列又は連続配置に配置された第３の一連の乳化装置１１０を備えていてもよく、乳化装置１０６、１０８及び１１０は互いに並列に配置される。

これらの並列及び直列に配置された乳化装置１０４は、ガスタービンエンジン１２の様々な位置で使用するための異なる乳化レベルの乳化及び水燃料乳化の複数の独立した経路をもたらすように構成される。例えば、以降でさらに詳しく説明する通り、特定の運転状態、噴射位置などに応じて、異なる乳化技術を使用してもよいし、併せて／或いは異なる特性の乳化水燃料を供給してもよい。

水燃料乳化システム１８は、矢印１１７で示すように、燃料供給システム２０から１種以上の燃料を受け取るように構成される。図に示す通り、燃料供給システム２０の各々は、燃料供給源１１２、１以上の流量装置１１４（例えば、流量計、レギュレータ及び／又は弁）及び１以上のポンプ１１６を含んでいてもよい。燃料供給源１１２は、燃料槽、配管、貯蔵槽又は別の燃料源を含んでいてもよい。燃料供給源１１２は、燃料の温度を制御するための１以上の燃料加熱器又は熱交換器を含んでいてもよい。燃料としては、低品位燃料、高粘度燃料、重質燃料油（ＨＦＯ）、原油、ディーゼル燃料及び／又は夾雑液体燃料を挙げることができる。ただし、どのような燃料も燃料供給源１１２に使用し得る。

さらに具体的には、流量装置１１４は、レギュレータ、逆止弁又はアクチュエータに結合された弁（例えば、ゲート弁又はボール弁）を含んでいてもよく、これらは制御システム２８で制御し得る。ある実施形態では、流量装置１１４は、燃料の流量を監視して、乳化装置１０４で水及び乳化剤と混合される燃料の百分率又は比率の制御を向上させる流量計を含んでいてもよい。ポンプ１１６はポンプ部及び駆動部を含むことができ、駆動部は、ポンプ部を駆動するように構成されたモータ又はドライブ（例えば、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ））を含んでいてもよい。ＶＦＤは、流量制御をさらに精密に行えるように構成できる。ポンプ１１６のポンプ部は、ロータリーポンプ及び／又は往復ポンプを含んでいてもよい。

繰り返すが、流体供給システム１６は、１以上の燃料供給システム２０を含んでいてもよい。これらの燃料供給システム２０の各々は、他の燃料供給システム２０と同一であっても異なっていてもよい。さらに、燃料供給源１１２の各々は、他のものと同一であっても異なっていてもよい。例えば、ある燃料供給源１１２は原油を含んでいてもよく、別の燃料供給源１１２は夾雑液体燃料を含んでいてもよく、別の燃料供給源１１２はバイオ燃料を含んでいてもよく、別の燃料供給源１１２は他の廃棄又は低質燃料を含んでいてもよく、或いはこれらの任意の組合せであってもよい。ある実施形態では、燃料供給システム２０の各々は、水燃料乳化システム１８内の乳化装置１０４の１つだけ又は複数に液体燃料を供給するように構成してもよい。例えば、各燃料供給システム２０は、一連の乳化装置１０６、１０８又は１１０の１つに燃料を供給するように構成してもよい。

水燃料乳化システム１８は、１以上の水供給システム２２から水を受け取るように構成される。各水供給システム２２は、水供給源１１８、流量装置１２０（例えば、流量計、レギュレータ及び／又は弁）及びポンプ１２２を含んでいてもよい。水供給源１１８は、燃料供給源１１２と同様に、水槽、配水管、貯水槽又は別の水源を含んでいてもよい。水供給源１１８は、水の温度を制御するための１以上の水加熱器又は熱交換器を含んでいてもよい。流量装置１２０は、レギュレータ、逆止弁又はアクチュエータに結合された弁（例えば、ゲート弁又はボール弁）を含んでいてもよく、これらは制御システム２８で制御し得る。ある実施形態では、流量装置１２０は、水の流量を監視して、乳化装置１０４で燃料及び乳化剤と混合される水の百分率又は比率の制御を向上させる流量計を含んでいてもよい。ポンプ１２２はポンプ部及び駆動部を含むことができ、駆動部は、ポンプ部を駆動するように構成されたモータ又はドライブ（例えば、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ））を含んでいてもよい。ＶＦＤは、流量制御をさらに精密に行えるように構成できる。ポンプ１２２のポンプ部は、ロータリーポンプ、往復ポンプ又はポンプの組合せを含んでいてもよい。水供給システム２２は、矢印１２４で示すように、水燃料乳化システム１８に１以上の水の流れ又は水流を供給する。

水燃料乳化システム１８は、１以上の乳化剤供給システム２４を含んでいてもよい。乳化剤供給システム２４の各々は、乳化剤供給源１２６、１以上の流量装置１２８（例えば、流量計、レギュレータ及び／又は弁）及び１以上のポンプ１３０を含んでいてもよい。乳化剤供給源１２６は、乳化剤供給槽、乳化剤貯蔵槽又は別の適切な乳化剤供給貯蔵媒体を含んでいてもよい。乳化剤供給源１２６は、乳化剤の温度を制御するための１以上の加熱器又は熱交換器を含んでいてもよい。流量装置１２８は、レギュレータ、逆止弁又はアクチュエータに結合された弁（例えば、ゲート弁又はボール弁）を含んでいてもよく、これらは制御システム２８で制御し得る。ある実施形態では、流量装置１２８は、乳化剤の流量を監視して、乳化装置１０４で水及び燃料と混合される乳化剤の百分率又は比率の制御を向上させる流量計を含んでいてもよい。ポンプ１３０はポンプ部及び駆動部を含むことができ、駆動部は、ポンプ部を駆動するように構成されたモータ又はドライブ（例えば、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ））を含んでいてもよい。ＶＦＤは、流量制御をさらに精密に行えるように構成できる。ポンプ１３０のポンプ部は、往復ポンプ及び／又はロータリーポンプを含んでいてもよい。

各乳化剤供給システム２４は、矢印１３２で示すように、水燃料乳化システム１８に乳化剤を供給するように構成される。ある実施形態では、単一の乳化剤供給システム２４ですべての乳化装置１０４に乳化剤を供給するように構成してもよいし、或いは各乳化剤供給システム２４で、乳化装置１０４（一連の乳化装置１０６、１０８又は１１０など）の１又は複数に乳化剤を供給するように構成してもよい。動作中、各乳化装置１０４は、燃料供給システム２０からの燃料と水供給システム２２からの水を受け取るように構成される。さらに、運転モード、センサフィードバック及び制御入力に応じて、水燃料乳化システム１８は、乳化剤供給システム２４から１種以上の乳化剤を受け取るように構成してもよい。

水燃料乳化システム１８は、多種多様な種類及び組成の水燃料エマルジョンを供給するように構成される。コントローラ１５２は、水燃料エマルジョンの生成を制御して、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン又は水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを始めとする複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するように構成し得る。複数の異なる水燃料エマルジョンは、異なる種類の燃料若しくは燃料百分率、異なる種類の乳化剤若しくは乳化剤百分率、異なる水百分率、又はそれらの組合せを含むことができる。さらに、複数の異なる水燃料エマルジョンは、燃料中に分散した複数の水滴（例えば、ＷＩＦエマルジョン）の異なるサイズ及び／又は水中に分散した複数の燃料液滴（例えば、ＦＩＷエマルジョン）の異なるサイズを含んでいてもよい。例えば、燃料中に分散した水滴及び／又は水中に分散した燃料液滴の異なるサイズは、液滴の平均直径として約５μｍ未満、１０μｍ未満、１５μｍ未満又は２０μｍ未満とし得る。ある実施形態では、水燃料乳化システム１８及び流体供給システム１６は、制御システム２８（例えば、コントローラ１５２）によって、水、燃料及び乳化剤の比率又は百分率の異なる水燃料エマルジョン、種類の異なるエマルジョン（例えば、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン又は水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョン）、異なる種類の燃料、異なる種類の乳化剤、又は燃料と乳化剤と水の異なる混合物を与えるように制御される。

燃料、水及び乳化剤を種々の方法で混合して水燃料エマルジョンを生成してもよい。例えば、乳化装置１０４の１つは、乳化剤供給システム２４からの乳化剤なしで、１つの燃料供給システム２０からの燃料を１つの水供給システム２２からの水と混合するように構成してもよいし、別の乳化装置１０４は、１つの燃料供給システム２０からの燃料と、１つの水供給システム２２からの水と、１つの乳化剤供給システム２４からの乳化剤とを混合するように構成してもよい。追加の例として、乳化装置１０４の１つは、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンの生成を促進するため水に対して多量の燃料を供給するように構成してもよいし、乳化装置１０４の１つは、水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するために燃料に対して多量の水を供給するように構成してもよい。追加の例として、乳化装置１０４の１つは、制御パラメータで原油を水及び乳化剤と混合するように構成してもよく、乳化装置１０４の別のものは、夾雑液体燃料又はバイオ燃料を水及び乳化剤と混合するように構成してもよい。

以下の実施例は、ＷＩＦ及びＦＩＷエマルジョンを生じる水燃料エマルジョンの組成に対応し得る。例えば、コントローラ１５２は、水燃料乳化システム１８の乳化装置１０４に供給される水、燃料及び乳化剤の相対量を制御して、水の第１の百分率と、水の第１の百分率よりも大きい燃料の第１の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第１の百分率とを有する第１の組成のＷＩＦエマルジョンを生成するように構成してもよい。本例では、水の第１の百分率は、１～１０％、２～８％、３～７％又は約５％とすることができ、第１の組成の残部は燃料に相当する（例えば、燃料の第１の百分率を９０～９９％、９２～９８％、９３～９７％又は約９５％とすることができる）。

別の例として、コントローラ１５２は、乳化装置１０４に供給される水、燃料及び乳化剤の相対量を制御して、水の第１の百分率よりも大きい水の第２の百分率と、水の第２の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第２の百分率と、ゼロよりも大きい乳化剤の第２の百分率とを有する第２の組成のＷＩＦエマルションを生成するように構成してもよい。本例では、水の第２の百分率は２０～３０％とすることができ、第２の組成の残部は燃料及び乳化剤に相当する（例えば、燃料の第２の百分率を６５～７９％とし、乳化剤の第２の百分率を１～５％とすることができる）。

コントローラ１５２は、乳化装置１０４に供給される水、燃料及び乳化剤の相対量を制御して、水の第１の百分率よりも大きい水の第３の百分率と、水の第３の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第３の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第３の百分率とを有する第３の組成の水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するように構成してもよい。本例では、水の第３の百分率は３０～５０％とすることができ、第２の組成の残部は燃料に相当する（例えば、燃料の第３の百分率を５０～７０％とすることができる）。

したがって、水燃料乳化システム１８は、複数の異なる乳化装置１０４を使用して、異なる種類のエマルジョン、水と燃料と適宜乳化剤の異なる比率、並びに種類の異なる燃料及び／又は乳化剤に基づく異なる組成をもたらすことができる。ある実施形態では、水燃料乳化システム１８は、始動状態、定常状態、過渡状態、部分負荷状態、全負荷状態、様々な排出要件、様々な環境条件、様々な燃料組成及び品質などの、ガスタービンエンジン１２の運転状態に応じて、水燃料エマルジョンのパラメータを変更するように構成してもよい。

水燃料乳化システム１８で生成させた水燃料エマルジョンは、エマルジョン分配システム２６を介してガスタービンエンジン１２全体に分配することができる。図に示す通り、エマルジョン分配システム２６は、１以上の流体分配マニホールド１３４、１以上の弁１３６及び１以上の流体分流器又は合流器１３８を含んでいてもよい。例えば、各マニホールド１３４は、入力流を複数の出力流に分配するように構成してもよく、弁１３６は、逆止弁、ゲート弁、ボール弁その他の作動可能な弁を含んでいてもよく、分流器又は合流器１３８は、水燃料エマルジョンの流体の流れを分割又は結合するように構成し得る。

エマルジョン分配システム２６は、１以上のエマルジョン分配ライン又は導管１４０を介してガスタービンエンジン１２に流体結合し得る。例えば、ある実施形態では、単一のラインを、燃料ノズル５８、６２、７６及び７８のすべてに流体結合してもよい。ただし、いくつかの実施形態では、複数の燃料回路を用いて、エマルジョンを、様々な燃料ノズル５８、６２、７６及び７８に制御及び分配してもよい。例えば、導管１４０の各々を、燃料ノズル５８、６２、７６及び７８の１以上のサブセットに結合してもよい。ある実施形態では、燃料ノズル５８は、一次又は中央燃料ノズル及び二次又は周縁燃料ノズルを含んでいてもよい。したがって、導管１４０は、第１の燃料回路又は導管１４２を介して中央燃料ノズル５８に結合し、第２の燃料流体回路又は導管１４４を介して周縁又は二次燃料ノズル５８に独立して結合してもよい。導管１４０は、側方燃料ノズル６２に結合した独立導管１４６、燃料ノズル７６に結合した独立導管１４８及び側方燃料ノズル７８に結合した独立燃料導管１５０を含んでいてもよい。ある実施形態では、これらの独立した導管１４２、１４４、１４６、１４８及び１５０の各々は、それぞれの燃料ノズル５８、６２、７６及び７８への流れを独立して制御するため、制御システム２８に結合した作動可能な弁を含んでいてもよい。こうして、これらの燃料ノズル５８，６２，７６，７８の各々への水燃料エマルジョンの流れを制御して、燃焼を改善し、ＮＯｘ生成を低減し、煤生成を低減し、燃焼プロセス全体を制御することができる。

ガスタービンエンジン１２及び流体供給システム１６は、制御システム２８及び監視システム３０によって制御及び監視することができる。制御システム２８は、１以上のコントローラ１５２を含んでいてもよく、各々、１以上のプロセッサ１５４と、メモリ１５６と、メモリ１５６に格納されプロセッサ１５４によって実行可能な命令１５８とを有する。例えば、コントローラ１５２は、ガスタービンエンジン１２、水燃料乳化システム１８、エマルジョン分配システム２６を通してのエマルジョンの分配、燃料供給システム２０を通しての燃料の供給、水供給システム２２を通しての水の供給、及び乳化剤供給システム２４を通しての乳化剤の供給を動作させるための様々な制御を含んでいてもよい。監視システム３０は、様々な監視機能又はサブシステムを含んでいてもよい。

図に示す通り、監視システム３０はセンサフィードバック取得システム１６０を含んでおり、センサフィードバック取得システム１６０は、タービンモニタ１６２、エマルジョンモニタ１６４、供給モニタ１６６及び分配モニタ１６８を含んでいてもよい。監視システム３０は、ガスタービンシステム１０全体に分布する様々なセンサ１７０に通信可能に結合される。センサ１７０（図１～図３ではＳで示す）は、１以上の監視又は通信回線１７２を介して監視システム３０に通信可能に結合される。図に示す通り、センサ１７０は、圧縮機セクション３４、一次燃焼器３８、一次タービンセクション４０、二次燃焼器４４、二次タービンセクション４６、負荷１４、水燃料乳化システム１８、燃料供給システム２０、水供給システム２２、乳化剤供給システム２４及びエマルション分配システム２６に沿った１以上の位置に結合される。これらのセンサ１７０は、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、振動センサ、排気物センサ、燃焼ダイナミクス又は組成センサ、流体組成センサ、漏れセンサ又はこれらの組合せを含んでいてもよい。センサ１７０は、監視システム３０にセンサフィードバックを提供し、監視システムは、次いで、センサフィードバックを用いて様々なモニタ（又は監視機能）１６２、１６４、１６６及び１６８の利便を図る。

モニタ１６２、１６４、１６６、１６８は、制御システム２８の制御機能を容易にするためガスタービンシステム１０を監視する。タービンモニタ１６２は、始動状態、定常状態、過渡状態、部分負荷又は全負荷状態、燃焼ダイナミクス、燃焼生成物中の排気物質、燃焼の火炎温度、その他制御システム２８による制御を容易にするのに使用し得る適切なパラメータのような、ガスタービンエンジン１２の運転特性を監視するように構成される。監視される排気物質として、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）を挙げることができる。

エマルジョンモニタ１６４は、燃料、水及び乳化剤の比率、水燃料エマルジョンの特性又は種類（例えば、ＷＩＦ又はＦＩＷエマルジョン）、流体供給又はエマルジョンの圧力その他の特性のような、水燃料乳化システム１８の態様を監視するように構成し得る。供給モニタ１６６は、燃料供給システム２０、水供給システム２２及び乳化剤供給システム２４を監視するように構成し得る。例えば、供給モニタ１６６は、流体供給源（例えば、１１２、１１８、１２６）の量又はレベル、供給圧力、供給流量、供給温度、潜在的な漏れ、或いは流体供給システム１６（例えば、２０、２２、２４）から水燃料乳化システム１８への流体の流れ（例えば、１１７、１２４、１３２）の他の特性を監視するように構成し得る。

分配モニタ１６８は、エマルジョン分配システム２６を介した水燃料エマルジョンの分布を監視するように構成される。したがって、分配モニタ１６８は、流体圧力、流体流量、温度、漏れ、エマルジョンの組成又は様々な燃料ノズル５８、６２、７６及び７８へのエマルジョンの分布に影響を与える他の特性をモニタし得る。様々なモニタ１６２、１６４、１６６及び１６８は、全体として、制御システム２８によるガスタービンエンジン１２の運転の制御、水燃料エマルジョンの生成及び分配の制御、並びに燃焼室６６及び８０内の燃焼反応及び排出レベルの制御に役立つ。

図２は、複数の乳化装置１０４を有する水燃料乳化システム１８の一部の一実施形態の概略図である。図に示す通り、水燃料乳化システム１８は、燃料供給システム２０の１つと、水供給システム２２の１つと、乳化装置１０４に結合した乳化剤供給システム２４の１つとを有する。燃料供給システム２０の燃料供給源１１２、流量装置１１４及びポンプ１１６は、乳化装置１０４に流体結合される。同様に、水供給システム２２の水供給源１１８、流量装置１２０及びポンプ１２２は、乳化装置１０４に流体結合される。乳化剤供給システム２４の乳化剤供給源１２６、流量装置１２８及びポンプ１３０は、乳化装置１０４に流体結合される。図２の実施形態では、各供給システム２０、２２及び２４の１つしか示していないが、流体の供給並びに様々な燃料ノズルへのエマルジョンの独立した制御及び分配における柔軟性を高めるために、２以上の供給システムを備えていてもよい。図に示す通り、乳化装置１０４は、ライン又は導管２０２、２０４及び２０６からそれぞれ燃料、水及び乳化剤を受け取る。各々の乳化装置１０４は、弁２１４、２１６及び２１８をそれぞれ有する分岐ライン２０８、２１０及び２１２を介してライン又は導管２０２、２０４及び２０６に結合し得る。したがって、弁２１４、２１６及び２１８は、乳化装置１０４の各々への燃料、水及び乳化剤の分配及び流れの制御に役立つように構成し得る。

各乳化装置１０４は、乳化剤の使用の有無にかかわらず燃料と水を乳化するように構成される。乳化装置１０４の各々は、乳化装置１０４の本体もしくはハウジング２２２の周囲又は内部に配置された１以上の乳化誘発器又は攪拌器２２０を含んでいてもよい。攪拌器２２０は、固定スクリーン、突起、凹部その他流体を混合するように構成された特徴などの機械的構造を含んでいてもよい。攪拌器２２０は、回転翼又はインペラ、振動誘導器、音響式攪拌器、異種流体の衝突流又はそれらの組合せを含んでいてもよい。乳化装置１０４の各々は、他の乳化装置１０４から独立して動作するように構成してもよく、乳化装置１０４は、水、燃料及び乳化剤の異なるエマルジョンを与えるように構成してもよい。いずれにせよ、各乳化装置１０４は、矢印２２４で示すような水燃料エマルジョンを出力するように構成される。水燃料乳化システム１８は、エマルジョン２２４をエマルジョン分配システム２６に送るように構成される。

図に示す通り、エマルジョン分配システム２６は、乳化装置１０４と燃料ノズル２２８との間のマニホールド１３４、弁１３６及び熱交換器２２６を含む。各マニホールド１３４は、１以上の流体入口通路２３０と、複数の流体出口通路２３２と、通路２３０と通路２３２との間の共通又は接続通路２３４とを含む。出口通路２３２の各々は、マニホールド１３４と燃料ノズル２２８の１つとの間に延在する出口又は分配導管２３６に沿って、弁１３６の１つ及び熱交換器２２６の１つに流体結合される。弁１３６は、各燃料ノズル２２８への水燃料エマルジョンの流体の流れを選択的に開閉するように構成される。

熱交換器２２６は、弁２４２及びポンプ２４４を有する熱交換回路２４０を介して熱交換器２２６に流体結合する熱流体２３８（例えば水）と熱交換するように構成される。弁２４２は、熱交換回路２４０を通る熱流体２３８の流れを通す又は遮るために開閉するように構成され、ポンプ２４４は、熱交換回路２４０に熱流体２３８の流れを強制的に通して１以上の熱交換器２２６又は熱交換器２２６の各々と熱交換するように構成される。例えば、熱流体２３８は、水燃料エマルジョンよりも高温であってもよく、燃料ノズル２２８に送られる前の水燃料エマルジョンに熱を伝達する。ただし、ある実施形態では、熱流体２３８は、水燃料エマルジョンよりも低温であってもよく、熱交換器２２６内のエマルジョンから熱流体２３８に熱が伝達されるようにする。制御システム２８は、弁２４２及びポンプ２４４の制御により、所望に応じて水燃料エマルジョンと熱流体２３８との間の熱交換を選択的に制御して、燃料ノズル２２８に入る前のエマルジョンの温度を制御するように構成してもよい。

各燃料ノズル２２８（例えば、５８、６２、７６、７８）は、上述の通り、水燃料エマルジョンを燃焼室（例えば、６６、８０）に噴射するように構成される。図に示す実施形態では、水燃料乳化システム１８は、乳化装置１０４、マニホールド１３４、弁１３６、熱交換器２２６及び燃料ノズル２２８の複数の系列を有する。例えば、水燃料エマルジョンシステム１８は、様々な燃料ノズル２２８に送達するための水と燃料の乳化のために、これらの系列の１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０以上を含んでいてもよい。ある実施形態では、乳化装置１０４、マニホールド１３４、弁１３６、熱交換器２２６及び燃料ノズル２２８の各系列は、単一の燃焼器（例えば、６６、８０）又は燃焼セクション（例えば、３６、４２）、複数の燃焼器（例えば、６６、８０）又は燃焼セクション（例えば、３６、４２）、１以上の燃料回路又はそれらの組合せに付随し得る。例えば、各系列は、一次燃料回路、二次燃料回路などに付随し得る。いくつかの実施形態では、各系列は、異なるガスタービンエンジン１２に対応してもよく、その結果、各系列は、発電所その他の施設の負荷１４に結合した異なるガスタービンエンジン１２に燃料と水のエマルジョンを分配する。

図１と同様に、図２の水燃料乳化システム１８は、乳化装置１０４、マニホールド１３４、弁１３６、熱交換器２２６及び燃料ノズル２２８の様々なセンサ１７０に結合した監視システム３０を有する。センサ１７０（「Ｓ」で示す）は、１以上の通信回線１７２を介して監視システム３０に結合される。さらに、制御システム２８は、１以上の制御ライン１５９を介して水燃料乳化システム１８に通信可能に結合される。例えば、制御システム２８は、水燃料乳化システム１８全体にわたって、流量装置１１４、１２０、１２８、弁２１４、２１６及び２１８、ポンプ１１６、１２２及び１３０、弁１３６その他の機器に通信可能に結合される。

制御システム２８は、水燃料乳化システム１８の動作に資するための様々な制御を含んでいてもよい。例えば、コントローラ１５２は、乳化制御２５０、水／燃料分割制御２５２、攪拌制御２５４、過渡運転制御２５６、定常運転制御２５８、負荷状態制御２６０、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン制御２６２及び水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョン制御２６４をプログラムしてもよい。これらの制御２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２及び２６４の各々は、水燃料乳化システム１８の特性を変更して、センサ１７０からの様々なセンサフィードバック、ユーザ入力又は動作状態に応じて、燃料ノズル２２８に供給される水燃料エマルジョン２２４の１以上の特性を変更するように構成される。

制御２５０、２５２、２５４、２６２及び２６４は、乳化装置１０４における乳化プロセスの態様を変化させるように構成してもよい。乳化制御２５０は、乳化装置１０４及び流体供給源２０、２２及び２４の様々な態様を制御するように構成してもよく、そうすると水燃料エマルジョンの乳化プロセス及び組成の制御に役立つ。水／燃料分割制御２５２は、流体供給源２０、２２及び２４から乳化装置１０４への水、燃料及び乳化剤の比率を制御するように構成してもよく、そうすると水燃料エマルジョン２２４の組成を制御するのに役立つ。攪拌制御２５４は、攪拌器２２０の位置、速度、強度その他の特性の制御など、乳化誘発器又は攪拌器２２０の各々を制御するように構成してもよい。制御２６２及び２６４は、所望のエマルジョンの種類に応じて水燃料乳化システム１８の態様を変化させるように構成してもよい。燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン制御２６２は、水が燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンとして燃料の内部に封入されるように、水燃料乳化システム１８の特性を調整又は変更するように構成される。対照的に、水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョン制御２６４は、水燃料乳化システム１８の特性を調整又は変更して、水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンが得られるように構成される。これらの制御２５０、２５２、２５４、２６２及び２６４は、水燃料エマルジョン２２４を調整するために独立に及び／又は協調的に動作するように構成される。

制御２５６、２５８及び２６０は、ガスタービンシステム１０の運転状態及び負荷に応じて、水燃料乳化システム１８の態様を変更するように構成してもよい。例えば、過渡運転制御２５６は、水燃料乳化システム１８及び／又はガスタービンエンジン１２の過渡運転状態、例えば始動状態、シャットダウン状態又は概して運転中の不安定な状態の際に、水燃料乳化システム１８の態様を制御又は変更するように構成し得る。定常状態運転制御２５８は、水燃料乳化システム１８及び／又はガスタービンエンジン１２の定常状態、例えば、始動状態とシャットダウン状態の間の比較的連続又は安定した状態の際に、水燃料乳化システム１８の特性を調整又は変更するように構成し得る。負荷状態制御２６０は、ガスタービンエンジン１２の負荷状態、例えば全負荷状態や部分負荷状態などに応じて、水燃料乳化システム１８の特性を調整するように構成し得る。こうして、水燃料乳化システム１８は、負荷に応じて水燃料エマルジョンの特性を調整又は変更することができる。これらの制御２５６、２５８及び２６０は、水燃料エマルジョン２２４を調整するために、制御２５０、２５２、２５４、２６２及び２６４と独立に及び／又は協調的に動作するように構成される。

図３は、水燃料エマルジョンシステム１８の一実施形態の概略図であり、複数の様々なタイプの乳化誘発器又は攪拌器２２０を有する乳化装置１０４を示す。図に示す通り、攪拌器２２０は、乳化装置１０４の本体２２２に結合しており、本体内部に延在していてもよい。例えば、攪拌器２２０は、流体衝突式攪拌器２８０、回転式攪拌器２８２、回転式攪拌器２８４、静止型攪拌器２８６、音響式攪拌器２８８、振動式攪拌器２９０、又は共通のユニットに一体化されたこれらの攪拌器の任意の組合せを含む。説明のため、軸方向又は軸方向軸２９２、半径方向又は半径方向軸２９４及び軸方向２９２の周りに延在する周方向又は周方向軸２９６を参照し得る。これらの軸又は方向２９２、２９４及び２９６の各々は、乳化装置１０４の長手方向軸２９８に対するものである。攪拌器２２０は、本体２２２の様々な側面に、長手方向軸２９８に対して様々な配向で、かつ本体２２２の内部３１６を通して結合される。

流体衝突式攪拌器２８０は、異種流体の混合を促進するために、燃料２０、水２２及び乳化剤２４を乳化装置１０４の本体２２２内に噴射するように構成された複数の流体噴射器又はノズル３００を含む。図に示す通り、流体噴射器３００は、流体の混合を促進するため互いに交差する方向（例えば垂直又は鋭角）に配向した流体噴射器３０２及び流体噴射器３０４を含む。例えば、流体噴射器３０２を軸方向２９２に沿って配向させ、流体噴射器３０４を半径方向２９４に沿って配向させてもよい。いくつかの実施形態では、流体噴射器３０２及び／又は３０４は、乳化装置１０４の長手軸２９８の周りの旋回流を促進する角度に配向し得る。例えば、燃料噴射器３０２は、略軸方向２９２に沿って周方向２９６にわずかな角度（例えば、長手軸２９８に対して５度、１０度、１５度、２０度、２５度又は３０度）をもって、長手軸２９８を中心として時計回り又は反時計回りに、配向し得る。同様に、流体噴射器３０４は、略半径方向２９４に長手軸２９８の周りにある角度をもって配向させ、流体噴射器３０４から周方向２９６に流体の流れが噴射されるようにし得る。ある実施形態では、流体噴射器３０２及び３０４は、噴射される流体の流れを表す矢印３０６及び３０８で示すように、流体の流れが互いに直接衝突するように構成される。

噴射される流体３０６及び３０８の流れは、乳化装置１０４の本体２２２の外側側壁３１０と、本体２２２の内部３１６に配置された中央ハブ３１４の外側側壁３１２との間に制限してもよい。したがって、側壁３１０及び３１２は、流体流３０６と流体流３０８との間の混合をさらに向上させるための制限されたキャビティ又は流路３１８を画成し得る。例えば、制限流路３１８は、ハブ３１４の周囲に延在しかつ軸方向２９２に延在する環状流路とすることができる。流体衝突式攪拌器２８０は、この制限流路３１８での燃料２０と水２２及び適宜乳化剤２４との混合及び乳化を促進するように構成される。ある実施形態では、ハブ３１４は、回転式攪拌器２８２の他の態様と共に、回転移動するように構成してもよい。

回転式攪拌器２８２は、シャフト３２４を介して回転プロペラ３２２に結合したドライブ３２０を含む。動作中、ドライブ３２０は、シャフト３２４を介してプロペラ３２２を回転させて、乳化装置１０４の内部３１６での燃料２０、水２２及び適宜乳化剤２４の混合を促進して、乳化の促進に資するように構成される。プロペラ３２２の直径は、ハブ３１４の外径と等しくても、小さくても、大きくてもよい。したがって、プロペラ３２２は、制限流路３１８を半径方向２９４に部分的に横断して延在し得る。ドライブ３２０は、電気モータ又はドライブ、油圧モータ又はドライブ、空気圧モータ又はドライブ又は任意の他の適切なモータ又はドライブを含んでいてもよい。ドライブ３２０は、混合を促進するため、プロペラ３２２及びシャフト３２４を長手方向軸２９８に沿って軸方向２９２に移動させるように、例えばプロペラ３２２及びシャフト３２４をある周波数で往復運動させるように構成し得る。

回転式攪拌器２８４は、回転ハブ３２８に結合したドライブ３２６を含み、回転ハブ３２８は、環状外壁３３２から内側に延在する複数の半径方向突起又はスポーク３３０を含んでいてもよい。ドライブ３２６は、複数の半径方向突起３３０を有する環状壁３３２を回転させて、燃料２０、水２２及び適宜乳化剤２４の混合を促進し、乳化を向上させるように構成される。ある実施形態では、外側環状壁３３２は、ドライブ３２６が乳化装置１０４の外側に沿って環状外壁３３２を直接回転させることができるように、本体２２２の外側側壁３１０に沿って封止し得る。ただし、ある実施形態では、ドライブ３２６は、回転ハブ３２８に結合したベルト又はチェーン駆動アセンブリなどの別の駆動技術によって環状外壁３３２の回転を促進してもよい。さらに、ドライブ３２６は、追加の混合を促進するために、回転ハブ３２８を特定の周波数で軸方向２９２及び／又は半径方向２９４に前後に移動するように構成してもよい。ドライブ３２０と同様に、ドライブ３２６は、電気モータ又はドライブ、油圧モータ又はドライブ、空気圧モータ又はドライブ又は別の適切なモータ又はドライブを含んでいてもよい。

静止型攪拌器２８６は、内部３１６を第１の方向に横断する複数のワイヤ又は線３３６と、内部３１６を第２の方向に横断する複数の第２のワイヤ又は線３３８とのメッシュを有する１以上のスクリーン３３４を含み、ワイヤ又は線３３６及び３３８は互いに交差する方向に延在する。例えば、線３３６及び３３８は、内部３１６を横断するメッシュを画成するために互いに垂直に配向させてもよい。いくつかの実施形態では、あるスクリーン３３４と別のスクリーン３３４とで線３３６及び３３８をずらしてもよい。図に示す通り、スクリーン３３４を有する静止型攪拌器２８６は、回転式攪拌器２８２の下流及び回転式攪拌器２８４の上流など、内部３１６の複数の位置に配置し得る。ただし、乳化装置１０４の実施形態は、スクリーン３３４を備える静止型攪拌器２８６の１組以上を様々な位置に有し得る。

音響式攪拌器２８８は、乳化装置１０４の１箇所以上の位置に、例えば矢印３４０、３４２及び３４４で示すように本体２２２の外側側壁３１０に、矢印３４６及び３４８で示すように流体衝突式攪拌器２８０の流体噴射器３０２及び３０４に、矢印３５０で示すように回転式攪拌器２８２及び２８４の一方又は両方に、或いは乳化装置１０４の他の位置に直接、様々な攪拌器２２０に、乳化装置１０４の上流及び／又は乳化装置１０４の下流に、音響又は音波エネルギーを与えるように構成される。音響式攪拌器２８８は、音波の形態の音響又は音波エネルギー（例えば超音波エネルギー）を与えるように構成される。したがって、音響式攪拌器２８８は、乳化装置１０４の様々な位置に超音波を加えるように構成された超音波攪拌器を含んでいてもよい。超音波エネルギーは、燃料２０、水２２及び適宜乳化剤２４の混合及び乳化を補助するように構成される。

振動式攪拌器２９０は、乳化装置１０４の様々な位置に振動エネルギーを与えるように構成される。例えば、振動式攪拌器２９０は、矢印３５２で示すように乳化攪拌器１０４の外側側壁３１０に、矢印３５４で示すように静止型攪拌器２８６のスクリーン３３４の１以上に、矢印３５６及び３５８で示すように流体衝突式攪拌器２８０の１以上の流体噴射器３０２及び３０４に、或いは矢印３６０で示すように回転式攪拌器２８２、２８４の一方又は両方に振動エネルギーを加えることができる。振動エネルギーは、燃料２０と水２２及び適宜乳化剤２４との混合及び乳化を誘発するのに役立つように構成される。振動式攪拌器２９０は、乳化装置１０４の周囲の１箇所以上の位置、例えば外側側壁３１０の周りの周方向に或いは乳化装置１０４の本体２２２の両側端壁３６２及び３６４の一方又は両方に沿って配置し得る。

図３に示す攪拌器２２０は、乳化装置１０４の各々において、互いに任意の組合せ、配向又は順序で使用することができる。例えば、乳化システム１８が、図１に示すように複数の直列１０６、１０８及び１１０の乳化装置１０４を互いに並列に含む場合、これらの乳化装置１０４の各々は、互いに異なる配置又は同じ配置の１以上の攪拌器２２０を有し得る。したがって、異なる乳化装置１０４に複数段の攪拌器２２０を使用し得る。ある実施形態では、流体衝突式攪拌器２８０は、燃料２０、水２２及び適宜乳化剤２４を流体噴射器３０２及び３０４の一方又は両方に噴射することができる。例えば、流体噴射器３０２を、燃料２０、水２２又は乳化剤２４のいずれかの噴射のみに用いてもよいし、或いはこれらの流体の２種類又はすべての組合せの噴射に用いてもよい。同様に、流体噴射器３０４は、燃料２０、水２２又は乳化剤２４のいずれかの噴射のみに用いてもよいし、或いはこれらの流体の２種類又はすべての組合せの噴射に用いてもよい。加えて、流体噴射器３０２及び３０４は、流れ３０６及び３０８が燃料２０及び水２２の流れに対応するように、燃料２０と水２２が対になるように構成してもよい。

コントローラ１５２は、各々の攪拌器２２０に結合した制御ライン１５９を介して図に示す攪拌器２２０の各々を制御するように構成される。コントローラ１５２は、上述の通り、監視システム３０からのセンサフィードバックに応答し得る。監視システム３０は、乳化装置１０４全体に分布した各種センサ１７０及び制御システム２８と通信可能に結合される。例えば、１以上のセンサ１７０は、攪拌器２２０の各々に結合し得る。センサ１７０は、これらの攪拌器２２０の動作及び／又は乳化装置１０４内の内部状態を監視するように構成し得る。

図４は、第１の乳化段階３７２、第２の乳化段階３７４、第３の乳化段階３７６、さらにＮ番目の乳化段階３７８に至るまでの一連の追加の乳化段階を含む複数の乳化段階３７０を有する水燃料乳化システム１８の一実施形態の概略図である。乳化段階３７０の各々は、図３に関して説明したものなど、上述の１以上の攪拌器２２０を含んでいてもよい。例えば、第１の乳化段階３７２は流体衝突式攪拌器２８０を含んでいてもよく、第２の乳化段階３７４は回転式攪拌器２８２を含んでいてもよく、第３の乳化段階３７６は静止型攪拌器２８６を含んでいてもよい。別の乳化段階は、音響式攪拌器２８８、振動式攪拌器２９０、静止型攪拌器２８６及び／又は回転式攪拌器２８４を含んでいてもよい。このように、乳化段階３７０は、Ｎ番目の乳化段階３７８に至るまで同一又は異なる攪拌器２２０の１以上で継続し得る。ある実施形態では、乳化段階３７０の各々は、前又は後の乳化段階３７０と同一の攪拌器２２０の１以上を含んでいてもよい。

一連の乳化段階３７０は、水燃料エマルジョン２２４の特性を徐々に変化させることができる。例えば、第１の乳化段階３７２は第１の特性を有する水燃料エマルジョン３８０を生成し、第２の乳化段階３７４は第２の特性を有する水燃料エマルジョン３８２を生成し、第３の乳化段階３７６は第３の特性を有する水燃料エマルジョン３８４を生成し、順次Ｎ番目の乳化段階３７８はＮ番目の特性を有する水燃料エマルジョン３８６を生成するようにしてもよい。異なる水燃料エマルジョン３８０、３８２、３８４及び３８６の特性は、キャリア流体中に分散する液滴の異なるサイズ、燃料、水及び乳化剤の異なる比率、種類の異なる水燃料エマルジョン、異なる全体組成又はそれらの組合せを含んでいてもよい。例えば、種類の異なる水燃料エマルジョンは、水の連続流又は主流中に燃料の液滴が分散した水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを含んでいてもよいし、或いは水燃料エマルジョンは、燃料の主流中に水の液滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含んでいてもよい。ある実施形態では、水燃料エマルジョンの種類に応じて燃料液滴又は水滴のいずれかに適用し得る異なる液滴サイズは、乳化段階３７０のある段階から別の段階へと漸減してもよい。燃料、水及び乳化剤の比率は、これら異なる流体の質量％で変化させることができる。水燃料エマルジョンの異なる組成は、異なるエマルジョンで異なる乳化剤を使用すること或いは後続の段階３７０で異なる乳化剤を添加することに対応し得る。異なる組成は、水燃料エマルジョン中に異なる燃料又は後続の段階３７０で添加される異なる燃料を含んでいてもよい。

したがって、水燃料乳化システム１８は、潜在的に特性の異なる水燃料エマルジョン３８０、３８２、３８４及び３８６を生成し、次いで導管３８８、３９０、３９２、３９４で示すように異なる抽出導管に沿って異なる点で抽出することができる。導管３８８は、第１の乳化段階３７２から第１の燃料ノズル３９６まで延在しており、第１の燃料ノズル３９６への水燃料エマルジョン３８０の流れを選択的に制御できるようにするため、制御システム２８に結合した弁３９８を含む。同様に、導管３９０は、第２の乳化段階３７４から第２の燃料ノズル４００まで延在しており、第２の燃料ノズル４００への水燃料エマルジョン３８２の流れを選択的に制御するための制御システム２８に結合した弁４０２を含む。導管３９２は、第３の乳化段階３７６から第３の燃料ノズル４０４まで延在しており、第３の水燃料エマルジョン３８４から第３の燃料ノズル４０４への流れを選択的に制御するための制御システム２８に結合した弁４０６を含む。追加の導管、弁及びノズルが、Ｎ番目の乳化段階３７８までの後続の乳化段階３７０に結合される。導管３９４は、Ｎ番目の乳化段階３７８からＮ番目の燃料ノズル４０８まで延在しており、弁４１０は、導管３９４に沿って配置され、Ｎ番目の燃料ノズル４０８への水燃料エマルジョン３８６の流れを選択的に制御するための制御システム２８に結合される。したがって、水燃料乳化システム１８は、ガスタービンエンジン１２における様々な乳化段階３７０から様々な燃料ノズル２２８への様々な水燃料エマルジョンの流れを制御できるように構成される。

図に示す通り、燃料供給システム２０、水供給システム２２及び乳化剤供給システム２４は、第１の乳化段階３７２に結合される。ただし、これらの供給システム２０、２２及び２４の１以上は、第２の乳化段階３７４、第３の乳化段階３７６及びＮ番目の乳化段階３７８などの後続の段階３７０の各々に結合して、ある段階から別の段階へと流れを順次乳化する際に追加の燃料、水及び／又は乳化剤を添加することができる。例えば、後続の乳化段階３７０は、水燃料エマルジョンの組成を変化させるために、同一又は異なる燃料及び／又は乳化剤を受け取るようにすることができる。

図５は、燃料ノズル２２８の下流の燃焼域又は燃焼室４２２で起こる燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン燃焼プロセス４２０の一実施形態の概略図である。燃料ノズル２２８は、限定されるものではないが燃料ノズル５８、６２、７６、７８、２２８、３９６、４００、４０４及び４０８を始めとする、上記で詳しく説明した燃料ノズルのいずれかに対応し得る。図に示す通り、燃料ノズル２２８は、燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン４２４（例えば、一次霧化によって形成されるＷＩＦ噴霧）を燃焼室４２２内に噴射し、その結果、燃焼室４２２内の熱によって、各燃料液滴４２８中に分散した水滴４２６のミクロ爆発が起こるのを助ける。燃料液滴４２８よりも先に水滴４２６が蒸発して、燃料液滴４２８の内部で水滴４２６が蒸気へと変化する。蒸発中の水滴４２６は外向きの力又は圧力を発生して、燃料液滴４２８を爆発（ミクロ爆発）させて、燃料液滴４２８の二次霧化を生じさせてさらに微細に霧化された燃料液滴にする。図５に示すように、矢印４３０は、内部の水滴４２６の蒸発によって生じる燃料液滴４２８のミクロ爆発を示す。得られる微細霧化燃料液滴を、液滴４３２で示す。この時点で、霧化燃料液滴は急速に蒸発して空気と混合し、燃焼中の燃料液滴４３４で示すように燃焼を起こす。このＷＩＦエマルジョン４２４のミクロ爆発のプロセスは燃焼を向上させ、水はＮＯｘ及び煤の生成の低減に役立つ。ＷＩＦエマルジョン４２４は、（燃料とは別個の）水の直接噴射よりも水の消費量が減り、水の蒸発に用いられる熱量が少ないので熱速度の改善及び燃料節約をもたらす。

図６は、図５の燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン液滴４２４の１つの実施形態の概略図である。図に示す通り、ＷＩＦ液滴４２４は、大きな燃料液滴４２８中に分散した複数の水滴４２６を有する。水滴４２６のサイズは、様々なパラメータ及び上述の乳化装置１０４の攪拌器２２０による攪拌に依存し得る。例えば、水滴４２６は、５μｍ未満、１０μｍ未満、１５μｍ未満又は２０μｍ未満の平均直径を有し得る。ある実施形態では、水滴４２６は、１～１５μｍ又は５～１０μｍの範囲内の平均直径を有し得る。燃料液滴４２８のサイズは、燃料ノズル２２８による霧化の特性に対応し得る。例えば、燃料液滴４２８は、２５～２００μｍ又は５０～１００μｍの範囲内の平均直径を有し得る。液滴サイズの範囲は、範囲の端点を含む。

図７は、図５の燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョン液滴４２４の１つの実施形態の概略図であり、ＷＩＦエマルジョン液滴４２４内で生じるミクロ爆発を例示する。図に示す通り、矢印４３０は、燃料液滴４２８中に分散した水滴４２６の蒸発によって生じる外向きの圧力又は力を示す。各燃料液滴４２８は、１以上の水滴４２６、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０個以上の水滴４２６を含んでいてもよい。これらの水滴４２６の各々は蒸発して燃料液滴４２８のミクロ爆発を引き起こし、燃料液滴４２８を複数の霧化燃料液滴４３２へと霧化するのを助ける。

図８は、図５、図６及び図７に関して説明してきたＷＩＦエマルジョン液滴４２４で起こるミクロ爆発で得られる微細霧化燃料液滴４３２（すなわち、二次霧化）を示す概略図である。微細霧化燃料液滴４３２は、５μｍ未満、１０μｍ未満、１５μｍ未満、２０μｍ未満、２５μｍ未満又は３０μｍ未満の平均直径を有し得る。例えば、微細霧化燃料液滴４３２は、５～１０μｍの範囲内の平均直径を有し得る。

図９は、上述の通り、ガスタービンエンジン１２の１以上の燃焼器内で水燃料エマルジョンを燃焼させるプロセス４４０の一実施形態のフローチャートである。図に示す通り、プロセス４４０は、ブロック４４２に示すように１以上の乳化装置１０４に水を供給すること、ブロック４４４に示すように１以上の乳化装置１０４に燃料を供給すること、及び（適宜）ブロック４４６に示すように１以上の乳化装置１０４に乳化剤を供給することを含む。なお、順番に記載されているが、水、燃料及び乳化剤の供給は、異なる順序で行ってもよいし、或いは同時に行ってもよい。

プロセス４４０は、ブロック４４８に示すように、１以上の乳化装置１０４内の流体（例えば、水、燃料及び乳化剤）の比率を制御することを含む。例えば、水、燃料又は乳化剤の供給量を増減させて水燃料エマルジョンの組成及び種類を変更するために、水、燃料及び乳化剤の比率を変更することができる。例えば、水に対する燃料の比率を高めると、燃料の連続体積又は連続流中に小さな水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを生じさせることができる。或いは、燃料に対する水の比率を高めると、水の連続体積又は連続流中に燃料の小さな液滴が分散した水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生じさせることができる。したがって、プロセス４４０は、ブロック４５０に示すように、１以上の乳化装置１０４内でエマルジョンの種類（例えば、燃料中水型又は水中燃料型エマルジョン）を制御することを含んでいてもよい。

比率の制御（ブロック４４８）及びエマルジョンの種類の制御（ブロック４５０）は互いに密接に関連していることがあり、流体の比率を変えることで、エマルジョンの種類がＷＩＦ型エマルジョンとＦＩＷ型エマルジョンとの間で変化することもある。ただし、流体の比率を制御することは、一方の流体の内部に懸濁する他方の流体の液滴の組成及び／又はサイズを変更するのにも役立つ。さらに、流体の比率を制御すること（ブロック４４８）は、界面活性剤のような１種以上の乳化剤の有無を含めた比率を選択的に選択することを含んでいてもよい。様々な量の乳化剤の配合又は除外も、水燃料エマルジョンの全体的な特性に影響を与え得る。

プロセス４４０は、ブロック４５２に示すように、１以上の乳化装置１０４での乳化の前後途中に流体（例えば、水、燃料及び乳化剤）の攪拌を制御することを含んでいてもよい。例えば、攪拌の制御は、上記で詳しく説明した攪拌器２２０のいずれか１以上を制御することを含んでいてもよい。例えば、攪拌の制御は、乳化攪拌器１０４に注入される燃料、水及び乳化剤の圧力及び流量、振動式攪拌器２９０による振動の強度又は周波数、音響式攪拌器２８８による音響攪拌の強度及び周波数、回転式攪拌器２８２及び２８４の回転速度又はそれらの組合せを制御することを含むことができる。

プロセス４４０は、ブロック４５４に示すように、水燃料エマルジョンの分配を制御することを含んでいてもよい。例えば、分配制御４５４は、様々な弁を選択的に開閉して、ガスタービンエンジン１２内の様々な燃料ノズルへの様々なエマルジョンの流れを制御することを含んでいてもよい。分配制御４５４は、同一の水燃料エマルジョンを異なる燃料ノズル、燃焼器及び／又はガスタービンエンジンに分配するように構成してもよいし、或いは異なる水燃料エマルジョンを異なる燃料ノズル、燃焼器及び／又はガスタービンエンジンに分配するように構成してもよい。

プロセス４４０は、ブロック４５６に示すように、センサからのフィードバックを監視することを含んでいてもよい。例えば、監視システム３０は、上述の通りセンサ１７０からのセンサフィードバックを監視し得る。プロセス４４０は、ブロック４５８に示すように、ガスタービンエンジン１２及び水燃料乳化システム１８のフィードバック及び運転モード／状態に基づいて制御を調整することを含んでいてもよい。例えば、ブロック４５８の制御調整は、ガスタービンエンジン１２の運転モード（例えば、定常状態、始動、シャットダウン又は過渡状態）、ガスタービンエンジン１２の負荷状態（例えば、部分負荷又は全負荷）、環境条件（例えば、湿度、温度その他のパラメータ）、排出要件、負荷要求（例えば、電力網の需要）又はそれらの組合せに応じて、水燃料乳化システム１８によって供給される水燃料エマルジョンの特性を変化させることを含んでいてもよい。

開示した実施形態の技術的効果は、ガスタービンエンジンの燃焼器における水燃料エマルジョンの生成、分配及び燃焼を含む。例えば、水燃料エマルジョンは燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンとして供給することができ、これは、燃料液滴内部で起こる水滴のミクロ爆発の際に燃料をさらに霧化するのに役立つ。さらに、燃料はミクロ爆発によってさらに微細に霧化され、燃料のさらなる蒸発を招いて、空気との混合がさらに進む。こうして燃料は燃焼器でさらに完全かつ均一に燃焼される。その結果、ＷＩＦエマルジョンは、燃焼器への水の別個の噴射と比較して、水の使用量を削減しつつ、燃焼プロセスでのＮＯｘ及び煤の生成量を低減するのに役立つ。例えば、水燃料エマルジョン（例えば、ＷＩＦエマルジョン）は、（すなわち、燃料とは別個の）水の直接噴射に比べて、ＮＯｘ排出量を３０～５０％低減し、煤排出量を６０～９０％低減し、燃料消費量を３～１５％低減し、水消費量を４０～６０％低減するのに役立つことがある。

以上詳細に説明して技術的事項は、以下に記載する１又は複数の段落で定義することができる。

システムは、第１の燃料ノズルを備える第１の燃焼器を有するガスタービンエンジンを含んでおり、第１の燃料ノズルは、水燃料エマルジョンを第１の燃焼器に供給するように構成される。水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含み、複数の水滴は、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、霧化した燃料は、燃焼して燃焼ガスを生成するように構成される。本システムは、第１の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンをさらに含む。

前段落に記載のシステムは、水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成されたコントローラを備える。

前段落に記載されたシステムは、水と燃料を乳化して水燃料エマルジョンを生成するように構成された乳化装置を備えており、コントローラは、水と燃料との比率を制御して水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、乳化装置は、音響撹拌機、振動撹拌機、回転撹拌機、流体衝突撹拌機、固定撹拌機又はそれらの組合せを含む。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、乳化装置に供給される水、燃料及び乳化剤の相対量を制御して、第１の組成を有するＷＩＦエマルジョンを生成し、適宜第２の組成を有するＷＩＦエマルジョンを生成するように構成され、第１の組成は、水の第１の百分率と、水の第１の百分率よりも大きい燃料の第１の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第１の百分率とを有し、第２の組成は、水の第１の百分率よりも大きい水の第２の百分率と、水の第２の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第２の百分率と、ゼロよりも大きい乳化剤の第２の百分率とを有する。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、乳化装置に供給される相対量を制御して、水の第１の百分率よりも大きい水の第３の百分率と、水の第３の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第３の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第３の百分率とを有する第３のの組成を有する水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、水燃料エマルジョンの生成を制御して、複数の水滴の各水滴の平均直径が１５μｍ未満であるＷＩＦエマルジョンを生成するように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、複数の異なる水燃料エマルジョンは、異なる種類の燃料若しくは燃料百分率、異なる種類の乳化剤若しくは乳化剤百分率、異なる水百分率、又はそれらの組合せを含む。

前段落に記載されたシステムにおいて、複数の異なる水燃料エマルジョンは、燃料中に分散した複数の水滴の異なるサイズを含む。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、第１のの燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分配を制御するように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、複数の異なる燃料ノズルは第１のの燃焼器に配置される。

前段落に記載されたシステムにおいて、複数の異なる燃料ノズルは、第１のの燃焼器を含む複数の異なる燃焼器に配置される。

システムは、ガスタービンエンジンの第１のの燃焼器への第１のの燃料ノズルを介しての水燃料エマルジョンの供給を制御するように構成されたコントローラを備えており、水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含み、複数の水滴は、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、霧化した燃料は、燃焼して、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成するように構成される。

前段落に記載されたシステムは、水と燃料を乳化して水燃料エマルジョンを生成するように構成された乳化装置を備えており、コントローラは、水と燃料との比率を制御して水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、乳化装置は音響式攪拌器を含み、音響式攪拌器は超音波攪拌器を含む。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、第１のの燃焼器又は第２のの燃焼器に供給するための水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するために水燃料エマルジョンの生成を制御するように構成される。

前段落に記載されたシステムにおいて、コントローラは、水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するように構成され、コントローラは、第１のの燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分配を制御するように構成される。

方法は、ガスタービンエンジンの第１のの燃焼器に第１のの燃料ノズルを介して水燃料エマルジョンを供給するステップを含み、水燃料エマルジョンは、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含む。本方法は、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために複数の水滴を燃料内部で気化させるステップをさらに含む。本方法は、霧化した燃料を燃焼させて、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成させるステップをさらに含む。

前段落の方法は、水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するステップと、第１のの燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分布を制御するステップをさらに含む。

以下、本発明の様々な実施態様について記載する。
［実施態様１］
ガスタービンエンジンを含むシステムであって、前記ガスタービンエンジンが、
第１の燃料ノズルを備える第１の燃焼器であって、第１の燃料ノズルが、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含む水燃料エマルジョンを第１の燃焼器に供給するように構成されており、複数の水滴が、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、霧化した燃料が燃焼して燃焼ガスを生成するように構成されている、第１の燃焼器と、
第１の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと
を備える、システム。
［実施態様２］
水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成されたコントローラを備える、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
水と燃料を乳化して水燃料エマルジョンを生成するように構成された乳化装置を備えており、前記コントローラが、水と燃料との比率を制御して水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成されている、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様４］
前記乳化装置が、音響式攪拌器、振動式攪拌器、回転式攪拌器、流体衝突式攪拌器、静止型攪拌器又はこれらの組合せを含む、実施態様３に記載のシステム。
［実施態様５］
前記コントローラが、前記乳化装置に供給される水、燃料及び乳化剤の相対量を制御して、第１の組成を有するＷＩＦエマルジョンを生成し、適宜第２の組成を有するＷＩＦエマルジョンを生成するように構成され、第１の組成が、水の第１の百分率と、水の第１の百分率よりも大きい燃料の第１の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第１の百分率とを有し第２の組成が、水の第１の百分率よりも大きい水の第２の百分率と、水の第２の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第２の百分率と、ゼロよりも大きい乳化剤の第２の百分率とを有する、実施態様３又は実施態様４に記載のシステム。
［実施態様６］
前記コントローラが、前記乳化装置に供給される相対量を制御して、水の第１の百分率よりも大きい水の第３の百分率と、水の第３の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第３の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第３の百分率とを有する第３の組成を有する水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するように構成されている、実施態様５に記載のシステム。。
［実施態様７］
前記コントローラが、水燃料エマルジョンの生成を制御して、複数の水滴の各水滴の平均直径が１５μｍ未満であるＷＩＦエマルジョンを生成するように構成されている、実施態様２乃至実施態様６のいずれか１項に記載のシステム。
［実施態様８］
前記コントローラが、水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するように構成されている、実施態様２乃至実施態様７のいずれか１項に記載のシステム。
［実施態様９］
前記複数の異なる水燃料エマルジョンが、異なる種類の燃料若しくは燃料百分率、異なる種類の乳化剤若しくは乳化剤百分率、異なる水百分率、又はそれらの組合せを含む、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１０］
前記複数の異なる水燃料エマルジョンが、燃料中に分散した複数の水滴の異なるサイズを含む、実施態様８又は実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１１］
前記コントローラが、第１の燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分配を制御するように構成されている、実施態様８乃至実施態様１０のいずれか１項に記載のシステム。
［実施態様１２］
前記複数の異なる燃料ノズルが第１の燃焼器に配置される、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１３］
複数の異なる燃料ノズルが、第１の燃焼器を含む複数の異なる燃焼器に配置される、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１４］
ガスタービンエンジンの第１の燃焼器への第１の燃料ノズルを介しての水燃料エマルジョンの供給を制御するように構成されたコントローラを備えるシステムであって、水燃料エマルジョンが、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含み、複数の水滴が、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成されており、霧化した燃料が、燃焼して、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成するように構成されている、システム。
［実施態様１５］
水と燃料を乳化して水燃料エマルジョンを生成するように構成された乳化装置を備えており、前記コントローラが、水と燃料との比率を制御して水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成されている、実施態様１４に記載のシステム。
［実施態様１６］
前記乳化攪拌器が音響式攪拌器を含み、前記音響式攪拌器が超音波攪拌器を含む、実施態様１４又は実施態様１５に記載のシステム。
［実施態様１７］
前記コントローラが、第１の燃焼器又は第２の燃焼器に供給するための水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するために水燃料エマルジョンの生成を制御するように構成されている、実施態様１４乃至実施態様１６のいずれか１項に記載のシステム。
［実施態様１８］
前記コントローラが、水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するように構成され、コントローラが、第１の燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分布を制御するように構成されている、実施態様１４乃至実施態様１７のいずれか１項に記載のシステム。
［実施態様１９］
ガスタービンエンジンの第１の燃焼器に第１の燃料ノズルを介して水燃料エマルジョンを供給するステップであって、水燃料エマルジョンが、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含んでいる、ステップと、
燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために複数の水滴を燃料内部で気化させるステップと、
霧化した燃料を燃焼させて、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成させるステップと
を含む方法。
［実施態様２０］
水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するステップと、第１の燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分配を制御するステップとをさらに含む、実施態様１９に記載の方法。

本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲と文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

１０ ガスタービンシステム
１２ ガスタービンエンジン
１４ 負荷
１６ 流体供給システム
１８ 水燃料乳化システム
２０ 燃料供給システム
２２ 水供給システム
２４ 乳化剤供給システム
２６ エマルジョン分配システム
２８ 制御システム
３０ 監視システム

Claims (15)

1. ガスタービンエンジンを含むシステムであって、前記ガスタービンエンジンが、
   第１の燃料ノズルを備える第１の燃焼器であって、第１の燃料ノズルが、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含む水燃料エマルジョンを第１の燃焼器に供給するように構成されており、複数の水滴が、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成され、霧化した燃料が燃焼して燃焼ガスを生成するように構成されている、第１の燃焼器と、
   第１の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと
   を備える、システム。
2. 水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成されたコントローラを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 水と燃料を乳化して水燃料エマルジョンを生成するように構成された乳化装置を備えており、前記コントローラが、水と燃料との比率を制御して水燃料エマルジョンの生成を制御してＷＩＦエマルジョンを生成させるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
4. 前記乳化装置が、音響式攪拌器、振動式攪拌器、回転式攪拌器、流体衝突式攪拌器、静止型攪拌器又はそれらの組合せを含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記コントローラが、前記乳化装置に供給される水、燃料及び乳化剤の相対量を制御して、第１の組成を有するＷＩＦエマルジョンを生成し、適宜第２の組成を有するＷＩＦエマルジョンを生成するように構成されており、第１の組成が、水の第１の百分率と、水の第１の百分率よりも大きい燃料の第１の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第１の百分率とを有し、第２の組成が、水の第１の百分率よりも大きい水の第２の百分率と、水の第２の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第２の百分率と、ゼロよりも大きい乳化剤の第２の百分率とを有する、請求項３又は請求項４に記載のシステム。
6. 前記コントローラが、前記乳化装置に供給される相対量を制御して、水の第１の百分率よりも大きい水の第３の百分率と、水の第３の百分率よりも大きくかつ燃料の第１の百分率よりも小さい燃料の第３の百分率と、ゼロに等しい乳化剤の第３の百分率とを有する第３の組成を有する水中燃料型（ＦＩＷ）エマルジョンを生成するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記コントローラが、水燃料エマルジョンの生成を制御して、複数の水滴の各水滴の平均直径が１５μｍ未満であるＷＩＦエマルジョンを生成するように構成されている、請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記コントローラが、水燃料エマルジョンの生成を制御して、ＷＩＦエマルジョンを含む複数の異なる水燃料エマルジョンを生成するように構成されている、請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記複数の異なる水燃料エマルジョンが、異なる種類の燃料若しくは燃料百分率、異なる種類の乳化剤若しくは乳化剤百分率、異なる水百分率、又はそれらの組合せを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記複数の異なる水燃料エマルジョンが、燃料中に分散した複数の水滴の異なるサイズを含む、請求項８又は請求項９に記載のシステム。
11. 前記コントローラが、第１の燃料ノズルを含む複数の異なる燃料ノズルへの複数の異なる水燃料エマルジョンの分配を制御するように構成される、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記複数の異なる燃料ノズルが第１の燃焼器に配置されている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記複数の異なる燃料ノズルが、第１の燃焼器を含む複数の異なる燃焼器に配置される、請求項１１に記載のシステム。
14. ガスタービンエンジンの第１の燃焼器への第１の燃料ノズルを介しての水燃料エマルジョンの供給を制御するように構成されたコントローラを備えるシステムであって、水燃料エマルジョンが、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含んでおり、複数の水滴が、燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために燃料内部で気化するように構成されており、霧化した燃料が、燃焼して、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成するように構成されている、システム。
15. ガスタービンエンジンの第１の燃焼器に第１の燃料ノズルを介して水燃料エマルジョンを供給するステップであって、水燃料エマルジョンが、燃料中に複数の水滴が分散した燃料中水型（ＷＩＦ）エマルジョンを含んでいる、ステップと、
    燃料を霧化させるミクロ爆発を起こすために複数の水滴を燃料内部で気化させるステップと、
    霧化された燃料を燃焼させて、ガスタービンエンジンのタービンを駆動する燃焼ガスを生成させるステップと
    を含む方法。

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