JP4495179B2 - 燃料ノズル装置、ガスタービンおよび燃料ノズル装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば航空機に用いられて好適な、燃料ノズル装置、ガスタービンおよび燃料ノズル装置の制御方法に関する。

近年の排気ガス規制により、ガスタービン等においても排出されるガスに含まれるＮＯｘ濃度等を抑えることが要求されている。
この要求に応えるため、プラントに用いられるガスタービンにおいて、ＮＯｘ濃度等を抑えるさまざまな技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２１０４２９号公報

上述のように、排出されるガスに含まれるＮＯｘ濃度等を抑える方法としては、希薄燃焼が挙げられる。しかしながら、単純に燃料ノズルからガスタービンの燃焼器に噴射される燃料を均一に減らすだけでは燃料の燃焼が不安定となり、ガスタービンが所定の能力を発揮できなかった。
そこで、複数の燃料ノズルのうち、一部の燃料ノズルにおける燃料の噴射を停止し、残りの燃料ノズルから燃料を噴射させることにより、ガスタービン全体として希薄燃焼を実現するとともに、燃料の燃焼を安定させるステージングが行われていた。

ところで、燃料ノズルは、一般的に、周囲を流れる高温高圧のガス（例えば圧縮空気）と接触しており、さらに燃焼器内の燃焼により発生する強い輻射熱にさらされている。
燃料の噴射が行われている燃料ノズルでは、燃料ノズルの内部を流れる燃料により冷却されているため、燃料ノズル自体の温度はそれほど上がらず、燃料噴射を継続して行えていた。

一方、燃料ノズルからの燃料噴射が停止された燃料ノズルでは、燃料ノズルを冷却する燃料の流れが止まるため、燃料ノズル自体の温度が上昇する。ガスタービンに用いられる燃料は、所定の温度（例えば１７０℃程度）を超えると炭化反応を起こすため、燃料ノズルが炭化した燃料により目詰まり（以下、コーキングと表記する。）する可能性があった。

また、ガスタービンを停止した直後のソークバック時、つまり、燃料ノズルからの燃料噴射が停止され、燃焼器等の熱が燃料ノズルに伝わった時にも、上述のような燃料ノズルのコーキングが発生しやすかった。
従来においては、コーキングを防止するため、アイドル運転を行ってガスタービン温度を下げた後に停止したり、燃料ノズルから燃料を抜き取る燃料パージ機構を設けたりしていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、コーキングの発生を防止するとともに、排出ガス規制をクリアすることができる燃料ノズル装置、ガスタービンおよび燃料ノズル装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の燃料ノズル装置は、燃料を送出する燃料ポンプと、前記燃料が流れる循環流路が形成された燃料流路と、前記燃料ポンプから前記循環流路に流入する前記燃料の流量を制御する流量制御部と、前記燃料を前記循環流路内で循環させる循環ポンプと、前記循環流路から外部に前記燃料を噴射させる噴射口が形成されたノズル部と、前記循環流路と前記噴射口との間に配置され、前記噴射口から噴射される前記燃料の噴射量を制御する弁体を有する噴射制御部と、が設けられ、前記弁体と隣接した前記循環流路には、流路面積が狭くなるスロート部が設けられ、前記スロート部内の圧力は、前記循環流路に流入する前記燃料の流量と、前記循環流路を循環する前記燃料の流量と、により制御され、前記循環流路には、前記スロート部により接続された半径の異なる２つの円筒状の内側流路および外側流路が設けられ、前記スロート部に対向して前記噴射口が配置され、前記スロート部と前記噴射口との間に、断面が略円状の円環状の前記弁体が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃料は循環ポンプにより循環流路に循環される。燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できる。そのため、燃料ノズル装置におけるコーキングの発生を防止できる。

特に、噴射制御部により噴射口から燃料の噴射が停止された場合、燃料を循環させない場合には容易に燃料の炭化が発生するのに対して、燃料の炭化を防止してコーキングの発生を防止できる。
燃料の噴射が停止される場合としては、ガスタービンの運転時に、複数の燃料ノズル装置のうちの一部において燃料噴射を停止して希薄燃焼を行うステージング時や、ガスタービンの運転停止時などが挙げられる。
スロート部は流路面積が狭くなっているため、循環流路に新たな燃料が供給されない状態で、燃料が循環流路内を循環させると、スロート部における燃料の圧力を噴射口外の圧力より低くすることができる。一方、循環流路に新たな燃料が供給されると、燃料の循環の有無にかかわらず、スロート部における燃料の圧力を噴射口外の圧力より高くすることができる。
そのため、循環流路に流入する燃料の流量と、循環流路を循環する燃料の流量を制御することによりスロート部内の圧力を制御できるため、弁体の移動を制御することができる。
燃料は循環ポンプによりスロート部を介して内側流路および外側流路の間を循環される。燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できる。
弁体はスロート部における圧力と、噴射口外の圧力との間の圧力差によりスロート部側および噴射口側に移動される。弁体は円環状に形成されているため、弁体の半径方向へ移動しにくく、噴射口に流入する燃料の流路を形成しやすい。

上記発明においては、前記噴射制御部は、前記循環流路内の圧力と前記噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記噴射口に流入する前記燃料の流路面積を変更し、前記燃料の噴射量を制御することが望ましい。

本発明によれば、噴射制御部は圧力差のみに基づいて燃料の噴射量を制御するため、噴射制御部の構成を簡素化することができる。そのため、アクチュエータ等を用いて燃料の噴射量を制御する方法と比較して、燃料ノズル装置を小型・軽量化ができるとともに、噴射制御部の耐熱性を向上させることができる。

上記発明においては、前記噴射制御部には、前記循環流路と前記噴射口との間に配置された弁体が設けられ、該弁体は、前記循環流路内の圧力と前記噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記循環流路側および前記噴射口側に移動し、前記噴射口に流入する前記燃料の流路面積を変更することが望ましい。

本発明によれば、循環流路における燃料の圧力が噴射口外の圧力より低い場合には、弁体は上述の圧力差により循環流路側に引き寄せられる。一方、循環流路における燃料の圧力が噴射口外の圧力より高い場合には、弁体は上述の圧力差により噴射口側に押し出される。
これらの弁体の移動を利用することで、噴射口に流入する燃料の流路面積を変更することができる。

本発明の燃料ノズル装置は、燃料を送出する燃料ポンプと、前記燃料が流れる循環流路が形成された燃料流路と、前記燃料ポンプから前記循環流路に流入する前記燃料の流量を制御する流量制御部と、前記燃料を前記循環流路内で循環させる循環ポンプと、前記循環流路から外部に前記燃料を噴射させる噴射口が形成されたノズル部と、前記噴射口から噴射される前記燃料の噴射量を制御する噴射制御部と、が設けられ、前記循環流路は、円筒状の外側流路と、該円筒状の流路内に配置された内側流路とを接続して形成され、前記流量制御部には、前記内側流路に流入する前記燃料の流量を制御するプライマリ流量制御弁と、前記外側流路に流入する前記燃料の流量を制御するセカンダリ流量制御弁と、が設けられ、前記ノズル部には、前記内側流路に連通されたプライマリ噴射口と、前記外側流路に連通されたセカンダリ噴射口と、が設けられ、前記噴射制御部には、前記プライマリ噴射口と前記内側流路との間に配置されたプライマリ弁体と、前記セカンダリ噴射口と前記外側流路との間に配置されたセカンダリ弁体と、が設けられ、前記プライマリ弁体は、前記内側流路内の圧力と、前記プライマリ噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記内側流路側および前記プライマリ噴射口側に移動して、前記プライマリ噴射口に流入する燃料の流路面積を変更し、前記セカンダリ弁体は、前記外側流路内の圧力と、前記セカンダリ噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記外側流路側および前記セカンダリ噴射口側に移動して、前記セカンダリ噴射口に流入する燃料の流路面積を変更することを特徴とする。

本発明によれば、燃料は循環ポンプにより外側流路と、内側流路との間を循環される。燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できる。
内側流路における燃料の圧力がプライマリ噴射口外の圧力より低い場合には、プライマリ弁体は圧力差により内側流路側に引き寄せられる。一方、内側流路における燃料の圧力がプライマリ噴射口外の圧力より高い場合には、プライマリ弁体は圧力差によりプライマリ噴射口側に押し出される。
一方、外側流路における燃料の圧力がセカンダリ噴射口外の圧力より低い場合には、セカンダリ弁体は圧力差により外側流路側に引き寄せられる。一方、外側流路における燃料の圧力がセカンダリ噴射口外の圧力より高い場合には、セカンダリ弁体は圧力差によりセカンダリ噴射口側に押し出される。
これらのプライマリ弁体およびセカンダリ弁体の移動を利用することで、プライマリ噴射口およびセカンダリ噴射口に流入する燃料の流路面積を変更することができる。

上記発明においては、前記プライマリ弁体と前記内側流路との間には、流路面積が狭くなるプライマリスロート部が設けられ、前記セカンダリ弁体と前記外側流路との間には、流路面積が狭くなるセカンダリスロート部が設けられ、前記プライマリスロート部内の圧力は、前記内側流路に流入する前記燃料の流量と、前記循環流路を循環する前記燃料の流量と、により制御され、前記セカンダリスロート部内の圧力は、前記外側流路に流入する前記燃料の流量と、前記循環流路を循環する前記燃料の流量と、により制御されていることが望ましい。

本発明によれば、プライマリスロート部は流路面積が狭くなっているため、内側流路に燃料ポンプから燃料が供給されない状態で、内側流路および外側流路の間に燃料を循環させると、プライマリスロート部における燃料の圧力はプライマリ噴射口外の圧力より低くなる。一方、内側流路に燃料ポンプから燃料が供給されると、燃料の循環の有無にかかわらず、プライマリスロート部における燃料の圧力はプライマリ噴射口外の圧力より高くなる。
そのため、内側流路に流入する燃料の流量と、内側流路および外側流路の間を循環する燃料の流量を制御することにより、プライマリスロート部内の圧力を制御でき、プライマリ弁体の移動を制御することができる。
一方、セカンダリスロート部は流路面積が狭くなっているため、外側流路に燃料ポンプから燃料が供給されない状態で、外側流路および内側流路の間に燃料を循環させると、セカンダリスロート部における燃料の圧力はセカンダリ噴射口外の圧力より低くなる。一方、外側流路に燃料ポンプから燃料が供給されると、燃料の循環の有無にかかわらず、セカンダリスロート部における燃料の圧力はセカンダリ噴射口外の圧力より高くなる。
そのため、外側流路に流入する燃料の流量と、外側流路および内側流路の間を循環する燃料の流量を制御することにより、セカンダリスロート部内の圧力を制御でき、セカンダリ弁体の移動を制御することができる。

上記発明においては、前記循環流路には、内部を流れる前記燃料を冷却する冷却部が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、循環流路を流れる燃料の温度を下げることにより、燃料の炭化を防止でき、コーキングの発生を防止することができる。

本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮部と、圧縮された空気に燃料を噴射する請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料ノズル装置を備え、該噴射された燃料を内部で燃焼させる燃焼部と、燃焼ガスから回転駆動力を抽出し、前記コンプレッサを回転駆動するタービン部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、上記本発明の燃料ノズル装置を備えることにより、燃料ノズル装置のコーキングを防止しつつ、ステージングを行いガスタービンから排出されるガスに含まれるＮＯｘ等の濃度を低減することができる。
また、アイドル運転をすることなくガスタービンを停止してもコーキングの発生を防止することができる。

本発明の燃料ノズル装置、ガスタービンおよび燃料ノズル装置の制御方法によれば、
燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できるため、燃料ノズル装置のコーキングを防止しつつ、ステージングを行いガスタービンから排出されるガスに含まれるＮＯｘ等の濃度を低減し排出ガス規制をクリアすることができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスタービンエンジンついて図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るガスタービンエンジンの概略を説明する模式図である。
本実施形態では、図１に示すように、本発明を航空機用のガスタービンエンジンに適用して説明する。

ガスタービンエンジン（ガスタービン）１には、ファン部２と、空気を圧縮する圧縮部３と、圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスをつくりだす燃焼部４と、燃焼ガスから回転駆動力を抽出し、圧縮部３に回転駆動力を伝達するタービン部５と、が設けられている。

ファン部２は、回転駆動されることによりガスタービンエンジン１の前方（図１の左方向）の空気を取り込み、取り込んだ空気の一部を圧縮部３に導くとともに、残りは圧縮部３をバイパスさせて直接ガスタービンエンジン１の後方（図１の右方向）へ排出するものである。ファン部２は低圧タービン５Ｌと同一の回転軸に設けられ、低圧タービン５Ｌにより回転駆動されるように構成されている。
ファン部２の周囲には円筒状のリング部６が配置され、ファン部２はリング部６により覆われている。ファン部２と圧縮部３との間には、バイパスされた空気が流れるバイパスダクト７が構成されている。

圧縮部３には、ガスタービンエンジン１の前方（図１の左側）から順に、低圧圧縮機３Ｌと、高圧圧縮機３Ｈとが設けられている。低圧圧縮機３Ｌおよび高圧圧縮機３Ｈは軸流式コンプレッサとして構成され、流入した空気をそれぞれ所定の圧力まで昇圧させるものである。

低圧圧縮機３Ｌは、回転駆動されることにより、ファン部２を通過した空気の一部を取り込み、所定の圧力まで昇圧するものである。低圧圧縮機３Ｌは低圧タービン５Ｌと同一の回転軸に設けられ、低圧タービン５Ｌにより回転駆動されるように構成されている。
高圧圧縮機３Ｈは、回転駆動されることにより、低圧圧縮機３Ｌにおいて圧縮された空気を取り込み、さらに高圧な所定の圧力まで昇圧するものである。高圧圧縮機３Ｈは高圧タービン５Ｈと同一の回転軸に設けられ、高圧タービン５Ｈにより回転駆動されるように構成されている。

図２は、図１における燃焼部の構成を説明する模式図である。
燃焼部４は、図１および図２に示すように、圧縮部３とタービン部５との間に配置され、圧縮部３により圧縮された空気が流入するとともに、作り出した燃焼ガスをタービン部５に排出するものである。
燃焼部４には、図２に示すように、内部で燃料が燃焼される燃焼器８と、燃焼器８内に燃料を噴射する燃料ノズル装置１０と、が設けられている。

燃焼器８は、圧縮部３側端部に配置された燃料ノズル１５から内部に燃料が噴射され、内部で燃料を燃焼させるものである。
燃焼器８には、噴射された燃料を拡散させる空気流れを形成する拡散部１１と、燃焼器８の側面から空気を流入させる希釈空気口１２と、燃焼ガスをタービン部５に向けて排出する排出口１３とが設けられている。

拡散部１１は、燃焼器８における圧縮部３側端部であって燃料ノズル１５の周囲に配置され、燃焼器８の内部に流入する空気の一部は拡散部１１を通る。拡散部１１を通過した空気は、燃料ノズル１５から噴射された空気を拡散させ蒸発を促進する。燃料を拡散させる流れとしては、例えば渦状の空気流れを挙げることができ、このような空気流れを形成する拡散部１１としては、スワールベーンなどを挙げることができる。

希釈空気口１２は、燃焼器８の側面に形成された貫通孔であって、燃焼器８の外側を流れる空気の一部を燃焼器８の内部に導くものである。
希釈空気口１２から流入した空気は、燃料の燃焼により作り出された燃焼ガスを希釈するとともに、燃焼ガスに含まれる可燃物質の再燃焼を促進する。さらに、燃焼器８内の空気流れを、燃料が安定して燃焼させることができる流れに制御する。

図３は、図２における燃料ノズル装置の概略を説明する模式図である。
燃料ノズル装置１０には、図１から図３に示すように、燃料ノズル１５と、循環流路１６と、放熱器（放熱部）１７と、循環ポンプ１８と、燃料ポンプ１９と、流量制御弁（流量制御部）２０と、制御装置（ＦＡＤＥＣ：Ｆｕｌｌ Ａｕｔｈｏｒｉｚｅｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｒ）２１とが設けられている。

図４は、図３における燃料ノズルの構成を説明する模式図である。
燃料ノズル１５は、図１に示すように、ガスタービンエンジン１の中心軸線を中心とした円周上に、等間隔に複数配置されている。
燃料ノズル１５には、図３に示すように、取り付け部であるノズルフランジ２２と、ノズルフランジ２２とノズル本体２４とを繋ぐノズルステー２３と、円筒状に形成されたノズル本体（ノズル部）２４とが設けられている。

ノズルフランジ２２は、燃料ノズル１５をガスタービンエンジン１に固定する板状の部材である。
ノズルフランジ２２には、ノズル本体２４の外側流路２６Ａと連通する配管ポート２５Ａと、内側流路２６Ｂと連通する配管ポート２５Ｂとが設けられている。

ノズル本体２４は円筒状に形成された部材であって、ノズルステー２３を介してノズルフランジ２２に取り付けられている部材である。
ノズル本体２４には、燃料が流れる外側流路（循環流路、燃料流路）２６Ａおよび内側流路（循環流路、燃料流路）２６Ｂと、燃料を燃焼器８内に噴射する噴射口２７と、燃料の噴射を制御する噴射制御部２８とが設けられている。
ノズル本体２４の外周面における下流側（図４の左側）の端部は、下流側に向かってノズル本体２４の中心軸線に近づく傾斜面とされている。

外側流路２６Ａは、内側流路２６Ｂよりも外側に配置された円筒状の流路であって、内側流路２６Ｂとともに循環流路１６を形成するものである。一方、内側流路２６Ｂは、外側流路２６Ａよりも内側に配置された円筒状の流路であって、外側流路２６Ａとともに循環流路１６を形成するものである。
外側流路２６Ａおよび内側流路２６Ｂは、ノズル本体２４の下流側（図４の右側）端部において、開口部２９Ａ、スロート部３０および開口部２９Ｂにより連通されている。

噴射口２７は、ノズル本体２４の下流側端面に形成された孔であって、ここから燃料が噴射されるものである。噴射口２７は、ノズル本体２４の内周面に近い位置に設けられ、内側流路２６Ｂを流れてきた燃料が、開口部２９Ｂおよび弁室３２を介して流入するように配置されている。

噴射制御部２８には、噴射口２７に流入する燃料の流路面積を変更する内蔵弁（弁体）３１および弁室３２が設けられている。
弁室３２は、内部に内蔵弁３１を収納するとともに、開口部２９Ａやスロート部３０や開口部２９Ｂ等と、噴射口２７とを繋ぐ流路を形成するものである。
内蔵弁３１は、断面が略円状の円環に形成された部材であって、金属から形成された部材である。

弁室３２におけるノズル本体２４の中心軸線側の面である内周面３３は、ノズル本体２４の下流側に向かって、当該中心軸側に接近するように傾斜して形成されている。弁室３２におけるノズル本体２４の下流側の端部には、内蔵弁３１の移動を規制する当接面３４が形成されている。弁室３２には、内蔵弁３１がノズル本体２４の中心軸線に沿う方向に移動できる空間が確保されている。
なお、内蔵弁３１がノズル本体２４の中心軸線に沿って平行に移動させるガイド部を弁室３２に設けてもよく、特に限定するものではない。

開口部２９Ａは、外側流路２６Ａとスロート部３０とを繋ぐ流路であり、開口部２９Ｂは、内側流路２６Ｂと弁室３２およびスロート部３０とを連通する流路である。
スロート部３０は、外側流路２６Ａと内側流路２６Ｂとを分ける壁部３５、および、内蔵弁３１により形成される流路であって、一方の端部が開口部２９Ａと繋がり、他方の端部が開口部２９Ｂおよび弁室３２と繋がっている。

放熱器１７は、図２および図３に示すように、循環流路１６を循環する燃料の熱を、バイパスダクト７を流れる空気に放出する放熱用のラジエータである。
燃料ポンプ１９は、図３に示すように、燃料タンク（図示せず）から流入した燃料を昇圧して、流量制御弁２０を介して循環流路１６に供給するものである。

循環ポンプ１８は、図３に示すように、制御装置２１から入力される制御信号に基づいて燃料の循環を制御するポンプであって、循環流路１６に配置されている。
循環ポンプ１８としては、電気的な制御信号に基づいて流量を制御する電動式のスクリューポンプ等の公知のポンプを用いることができ、特に限定するものではない。

流量制御弁２０は、図３に示すように、燃料ポンプ１９により昇圧され循環流路１６に流入する燃料の流量を制御する弁である。流量制御弁２０は、制御装置２１から入力される制御信号に基づいて制御され、出口圧力によらず通過する燃料の流量を制御している。流量制御弁２０を通過した燃料は、循環ポンプ１８と内側流路２６Ｂとの間に流入されている。
なお、流量制御弁２０としては、電気的な制御信号に基づいて流量を制御する電気式流量制御弁などの公知の制御弁を用いることができ、特に限定するものではない。

制御装置２１は、図１および図３に示すように、リング部６に配置され、ワイヤハーネス３６により接続された流量制御弁２０および循環ポンプ１８を制御するものである。

タービン部５には、図１に示すように、燃焼部４から排出された燃焼ガスが流入する高圧タービン５Ｈと、高圧タービン５Ｈから流出した燃焼ガスが流入する低圧タービン５Ｌとが設けられている。
高圧タービン５Ｈは、燃焼部４から流入した燃焼ガスにより回転駆動されるものであって、同一の回転軸に設けられた高圧圧縮機３Ｈを回転駆動するものである。
低圧タービン５Ｌは、高圧タービン５Ｈから流入した燃焼ガスにより回転駆動されるものであって、同一の回転軸に設けられた低圧圧縮機３Ｌを回転駆動するものである。

次に、上記の構成からなるガスタービンエンジン１における動作の概略について説明する。
図１に示すように、低圧タービン５Ｌにより回転駆動されたファン部２は、ガスタービンエンジン１の前方から後方へ空気を押し出す。ファン部２により後方へ押し出された空気の一部は、低圧圧縮機３Ｌに流入し、残りはバイパスダクト７を通ってガスタービンエンジン１の後方へ押し出される。

低圧圧縮機３Ｌは低圧タービン５Ｌにより回転駆動され、流入した空気を所定の圧力まで圧縮する。圧縮された空気は、低圧圧縮機３Ｌから高圧圧縮機３Ｈに流入する。高圧圧縮機３Ｈは高圧タービン５Ｈにより回転駆動され、流入した空気をさらに高圧な所定の圧力まで圧縮する。圧縮された高温高圧な空気は、高圧圧縮機３Ｈから燃焼部４に流入する。

燃焼部４に流入した高温高圧な空気の一部は、図２に示すように、燃焼器８の内部に流入し、燃料ノズル１５から噴射された燃料と混合し燃焼される。残りの空気は、燃焼器８の周囲を流れ、希釈空気口１２から燃焼器８内に流入する。燃焼器８内で作り出された燃焼ガスは、燃焼器８の排出口１３から高圧タービン５Ｈに流入する。

高圧タービン５Ｈは、燃焼ガスが有するエネルギの一部を回転エネルギに変換し、回転エネルギを高圧圧縮機３Ｈに伝達する。高圧タービン５Ｈを回転させた燃焼ガスは、高圧タービン５Ｈから低圧タービン５Ｌに流入する。低圧タービン５Ｌは、燃焼ガスが有するエネルギのさらに一部を回転エネルギに変換し、回転エネルギを低圧圧縮機３Ｌに伝達する。低圧タービン５Ｌを回転させた燃焼ガスは、低圧タービン５Ｌからガスタービンエンジン１の後方へ噴射される。

次に、本実施形態の特徴である燃料ノズル部における動作について説明する。
まず、燃料ノズル１５から燃料を噴射させる状態について説明する。
制御装置２１は、図３に示すように、流量制御弁２０を開く制御信号を出力して流量制御弁２０を開かせる。流量制御弁２０が開くと燃料ポンプ１９により昇圧された燃料が循環流路１６に流入する（供給ステップ）。
同時に、制御装置２１は、循環ポンプ１８に駆動信号を出力して、循環流路１６内で燃料を図３における反時計回りに循環させる（循環ステップ）。

図５は、図４における燃料噴射時の燃料流れを説明する模式図である。
燃料は放熱器１７において冷却された後、図３および図５に示すように、内側流路２６Ｂから開口部２９Ｂ、スロート部３０および開口部２９Ａを通って外側流路２６Ａに流入し、循環ポンプ１８により再び内側流路２６Ｂに送られる。

スロート部３０、開口部２９Ａおよび開口部２９Ｂにおける燃料の圧力（全圧）は、燃料ポンプ１９により昇圧された燃料が供給され静圧が上昇していることから、噴射口２７外の圧力よりも高くなる。すると、内蔵弁３１は圧力差により噴射口２７側へ移動し、当接面３４に接触する。このとき、内蔵弁３１と内周面３３との間に燃料の流路となる隙間が形成される。内側流路２６Ｂを流れてきた燃料の一部は開口部２９Ｂから弁室３２に流入し、噴射口２７を通って燃焼器８内へ噴射される。残りの燃料は、開口部２９Ｂからスロート部３０および開口部２９Ａに流れ、循環流路１６を循環し続ける。
ここで、噴射口２７から噴射される燃料の量は、流量制御弁２０を通過して循環流路１６に流入した燃料の量と等しい。

次に、燃料ノズル１５からの燃料噴射を停止した状態について説明する。
燃料噴射を停止する場合には、図３に示すように、制御装置２１は流量制御弁２０を閉じる制御信号を出力する。すると流量制御弁２０は閉じられ、燃料ポンプ１９から循環流路１６への燃料の流入は止められる（供給ステップ）。
同時に、制御装置２１は、循環ポンプ１８に駆動信号を出力して、循環流路１６内で燃料を図３における反時計回りに循環させる（循環ステップ）。

図６は、図３における燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。
燃料は放熱器１７において冷却された後、図３および図６に示すように、内側流路２６Ｂから開口部２９Ｂ、スロート部３０および開口部２９Ａを通って外側流路２６Ａに流入し、循環ポンプ１８により再び内側流路２６Ｂに送られる。

スロート部３０、開口部２９Ａおよび開口部２９Ｂにおける燃料の圧力（全圧）は、燃料ポンプ１９により昇圧された燃料の供給が停止され、かつ、スロート部３０における燃料の流速が速く動圧が低くなっているため、噴射口２７外の圧力よりも低くなる。すると、内蔵弁３１は圧力差によりスロート部３０側に移動し、弁室３２の壁面３３等と接触する。このため、開口部２９Ａおよび開口部２９Ｂから、弁室３２および噴射口２７に通じる流路が閉じられ、噴射口２７から燃料の噴射が停止される。

なお、循環流路１６内に燃料を循環させて燃料を冷却する必要がない場合、例えば、噴射する燃料の量が多い場合等には、循環ポンプ１８を停止させてもよい。

制御装置２１は、空燃比が所定の値を超えた場合に、一部の燃料ノズル装置１０において燃料噴射を停止し、残りの燃料ノズル装置１０において燃料噴射を継続する制御（ステージング）を行う。
燃料噴射が停止される燃料ノズル装置１０では、上述のように、燃料の循環制御が行われている。具体的には、流量制御弁２０の開度や循環ポンプ１８の回転数などの値が予め定められており、定められた値に従って制御が行われている。

さらに、ガスタービンエンジン１の運転停止直後においても、燃料ノズル１５の温度が十分に下がるまで、燃料を循環させる制御を行ってもよい。燃料の循環制御を行う期間としては、予め温度が十分に下がるのに要する期間を試験等で求めてもよいし、センサ等で温度を計測してもよく、特に限定するものではない。

上記の構成によれば、燃料は循環ポンプ１８により循環流路１６に循環される。燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できる。そのため、燃料ノズル装置１０におけるコーキングの発生を防止できる。

特に、噴射制御部２８により噴射口２７から燃料の噴射が停止された場合、燃料を循環させない場合には容易に燃料の炭化が発生するのに対して、燃料の炭化を防止してコーキングの発生を防止できる。
燃料の噴射が停止される場合としては、ガスタービンエンジン１の運転時に、複数の燃料ノズル装置１０の一部において燃料の噴射を停止して希薄燃焼を行うステージング時や、ガスタービンエンジン１の運転停止時などが挙げられる。

噴射制御部２８は圧力差のみに基づいて燃料の噴射量を制御するため、噴射制御部２８の構成を簡素化することができる。そのため、アクチュエータ等を用いて燃料の噴射量を制御する方法と比較して、燃料ノズル装置１０を小型・軽量化ができるとともに、噴射制御部２８の耐熱性を向上できる。

循環流路１６における燃料の圧力が噴射口２７外の圧力より低い場合には、内蔵弁３１は上述の圧力差により循環流路１６側に引き寄せられる。一方、循環流路１６における燃料の圧力が噴射口２７外の圧力より高い場合には、内蔵弁３１は上述の圧力差により噴射口２７側に押し出される。
これらの内蔵弁３１の移動を利用することで、噴射口２７に流入する燃料の流路面積を変更することができる。

スロート部３０は流路面積が狭くなっているため、循環流路１６に新たな燃料が供給されない状態で、燃料が循環流路１６内を循環させると、スロート部３０における燃料の圧力を噴射口２７外の圧力より低くすることができる。一方、循環流路１６に新たな燃料が供給されると、燃料の循環の有無にかかわらず、スロート部３０における燃料の圧力を噴射口２７外の圧力より高くすることができる。
そのため、循環流路１６に流入する燃料の流量と、循環流路１６を循環する燃料の流量を制御することによりスロート部３０内の圧力を制御できるため、内蔵弁３１の移動を制御することができる。

放熱器１７により循環流路１６を流れる燃料の温度を下げることにより、燃料の炭化を防止でき、コーキングの発生を防止することができる。

循環流路１６へ燃料を供給するとともに、循環流路１６内での燃料の循環を停止することで、循環流路１６内の圧力が噴射口２７外の圧力よりも高くなり、供給された燃料を噴射口２７から噴射させることができる。一方、循環流路１６へ燃料を供給するとともに、循環流路１６内での燃料の循環を行うことで、循環流路１６内の圧力が噴射口２７外の圧力よりも高くなり、供給された燃料の一部を噴射口２７から噴射させるとともに、残りを循環流路１６内で循環させることができる。さらに、循環流路１６への燃料の供給を停止するとともに、循環流路１６内での燃料の循環を行うことで、循環流路１６内の圧力を噴射口２７外の圧力よりも低くし、燃料の噴射を停止して、燃料を循環流路１６内で循環させることができる。
これらのいずれの場合でも、循環流路１６内を燃料が流れるため、燃料の温度上昇を防止し、コーキングの発生を防止できる。

燃料は循環ポンプ１８によりスロート部３０を介して内側流路２６Ｂおよび外側流路２６Ａの間を循環される。燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できる。
内蔵弁３１はスロート部３０における圧力と、噴射口２７外の圧力との間の圧力差によりスロート部３０側および噴射口２７側に移動される。内蔵弁３１は円環状に形成されているため、内蔵弁３１の半径方向へ移動しにくく、噴射口２７に流入する流路を形成しやすい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態にかかるガスタービンエンジンついて図７から図１２を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンエンジンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、燃料ノズル装置の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７および図１２を用いて燃料ノズル装置の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図７は、本実施形態に係るガスタービンエンジンに用いられる燃料ノズル装置の概略を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

ガスタービンエンジン１０１の燃料ノズル装置１１０には、図７に示すように、燃料ノズル１１５と、循環流路１１６と、放熱器１７と、循環ポンプ１８と、燃料ポンプ１９と、プライマリ流量制御弁（プライマリ流量制御部）１２０Ｐと、セカンダリ流量制御弁（セカンダリ流量制御部）１２０Ｓと、制御装置２１とが設けられている。

図８は、図７における燃料ノズルの構成を説明する模式図である。
燃料ノズル１１５は、ガスタービンエンジン１０１の中心軸線を中心とした円周上に、等間隔に複数配置されている（図１参照。）。
燃料ノズル１１５には、図８に示すように、取り付け部であるノズルフランジ２２と、ノズルフランジ２２とノズル本体２４とを繋ぐノズルステー２３と、円筒状に形成されたノズル本体（ノズル部）１２４とが設けられている。

ノズル本体１２４は、円筒状に形成された円筒体１２４Ｓとその内部に配置された円柱状の円柱体１２４Ｐとから構成され、ノズルステー２３を介してノズルフランジ２２に取り付けられているものである。
ノズル本体１２４には、燃料が流れる外側流路（循環流路、燃料流路）１２６Ａおよび内側流路（循環流路、燃料流路）１２６Ｂと、燃料を噴射するプライマリ噴射口１２７Ｐおよびセカンダリ噴射口１２７Ｓと、燃料の噴射を制御するプライマリ噴射制御部１２８Ｐおよびセカンダリ噴射制御部１２８Ｓと、が設けられている。

外側流路１２６Ａは、円筒体１２４Ｓ内に形成された円筒状の流路であって、内側流路１２６Ｂとともに循環流路１１６を形成するものである。一方、内側流路１２６Ｂは、ノズル本体１２４の円柱体１２４Ｐ内に形成された流路であって、外側流路１２６Ａとともに循環流路１１６を形成するものである。
外側流路１２６Ａおよび内側流路１２６Ｂは、ノズル本体１２４の下流側（図８の右側）端部において、オリフィス１４１により連通されている。

図９は、図８のプライマリ噴射口およびセカンダリ噴射口の燃料噴射時の燃料流れを説明する模式図である。
プライマリ噴射口１２７Ｐは、図８および図９に示すように、円柱体１２４Ｐの下流側端面に形成された孔であって、ここから燃料が噴射されるものである。プライマリ噴射口１２７Ｐは、内側流路１２６Ｂを流れてきた燃料が、開口部１２９ＰＢおよび弁室１３２Ｐを介して流入するように配置されている。

セカンダリ噴射口１２７Ｓは、円筒体１２４Ｓの下流側端面に形成された孔であって、ここから燃料が噴射されるものである。セカンダリ噴射口１２７Ｓは、外側流路１２６Ａを流れてきた燃料が、開口部１２９ＳＡおよび弁室１３２Ｓを介して流入するように配置されている。

プライマリ噴射制御部１２８Ｐには、図８および図９に示すように、プライマリ噴射口１２７Ｐに流入する燃料の流路面積を変更するプライマリ内蔵弁（プライマリ弁体）１３１Ｐおよび弁室１３２Ｐが設けられている。
弁室１３２Ｐは、内部にプライマリ内蔵弁１３１Ｐを収納するとともに、開口部１２９ＰＡやプライマリスロート部１３０Ｐや開口部１２９ＰＢ等と、プライマリ噴射口１２７Ｐとを繋ぐ流路を形成するものである。
プライマリ内蔵弁１３１Ｐは、略球状に形成された部材であって、金属から形成された部材である。

弁室１３２Ｐは、プライマリスロート部１３０Ｐ側（図８の左側）に向かって断面積が狭くなる形状に形成されている。弁室１３２Ｐは、プライマリ内蔵弁１３１Ｐがプライマリスロート部１３０Ｐ側に移動した際に、プライマリ内蔵弁１３１Ｐにより弁室１３２Ｐとプライマリスロート部１３０Ｐとが隔離される。
弁室１３２Ｐの内部には、プライマリ噴射口１２７Ｐ側に、プライマリ内蔵弁１３１Ｐを保持してプライマリ噴射口１２７Ｐに流入する燃料に流路を確保する間隔保持部１４０が設けられている。

開口部１２９ＰＡは、オリフィス１４１とプライマリスロート部１３０Ｐとを繋ぐ流路であり、開口部１２９ＰＢは、内側流路１２６Ｂと弁室１３２Ｐおよびプライマリスロート部１３０Ｐとを連通する流路である。
プライマリスロート部１３０Ｐは、スロート壁部１３５Ｐ、および、プライマリ内蔵弁１３１Ｐにより形成される流路であって、一方の端部が開口部１２９ＰＡと繋がり、他方の端部が開口部１２９ＰＢおよび弁室１３２Ｐと繋がっている。

セカンダリ噴射制御部１２８Ｓには、セカンダリ噴射口１２７Ｓに流入する燃料の流路面積を変更するセカンダリ内蔵弁（セカンダリ弁体）１３１Ｓおよび弁室１３２Ｓが設けられている。
弁室１３２Ｓは、内部にセカンダリ内蔵弁１３１Ｓを収納するとともに、開口部１２９ＳＡやセカンダリスロート部１３０Ｓや開口部１２９ＳＢ等と、セカンダリ噴射口１２７Ｓとを繋ぐ流路を形成するものである。
セカンダリ内蔵弁１３１Ｓは、断面が略円状の円環に形成された部材であって、金属から形成された部材である。

弁室１３２Ｓにおけるノズル本体１２４の中心軸線側の面である内周面３３は、セカンダリ噴射口１２７Ｓ側に向かって、当該中心軸側に接近するように傾斜して形成されている。弁室１３２Ｓにおけるセカンダリ噴射口１２７Ｓ側の端部には、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓの移動を規制する当接面３４が形成されている。弁室１３２Ｓには、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓがノズル本体１２４の中心軸線に沿う方向に移動できる空間が確保されている。
なお、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓがノズル本体１２４の中心軸線に沿って平行に移動させるガイド部を弁室１３２Ｓに設けてもよく、特に限定するものではない。

開口部１２９ＳＡは、外側流路１２６Ａと弁室１３２Ｓおよびセカンダリスロート部１３０Ｓとを繋ぐ流路であり、開口部１２９ＳＢは、オリフィス１４１とセカンダリスロート部１３０Ｓとを連通する流路である。
セカンダリスロート部１３０Ｓは、スロート壁部１３５Ｓ、および、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓにより形成される流路であって、一方の端部が開口部１２９ＳＡと繋がり、他方の端部が開口部１２９ＳＢおよび弁室１３２Ｓと繋がっている。

プライマリ流量制御弁１２０Ｐは、図７に示すように、燃料ポンプ１９により昇圧され循環流路１１６に流入する燃料の流量を制御する弁である。プライマリ流量制御弁１２０Ｐは、制御装置２１から入力される制御信号に基づいて制御され、出口圧力によらず通過する燃料の流量を制御している。プライマリ流量制御弁１２０Ｐを通過した燃料は、循環ポンプ１８と内側流路１２６Ｂとの間に流入されている。

セカンダリ流量制御弁１２０Ｓは、図７に示すように、燃料ポンプ１９により昇圧され循環流路１１６に流入する燃料の流量を制御する弁である。セカンダリ流量制御弁１２０Ｓは、制御装置２１から入力される制御信号に基づいて制御され、出口圧力によらず通過する燃料の流量を制御している。セカンダリ流量制御弁１２０Ｓを通過した燃料は、循環ポンプ１８と外側流路１２６Ａとの間に流入されている。

次に、本実施形態の特徴である燃料ノズル部における動作について説明する。
なお、本実施形態に係るガスタービンエンジン１０１の動作は第１の実施形態と同一であるので、その説明を省略する。

まず、プライマリ噴射口１２７Ｐおよびセカンダリ噴射口１２７Ｓから燃料を噴射させる状態について説明する。
制御装置２１は、図７に示すように、プライマリ流量制御弁１２０Ｐおよびセカンダリ流量制御弁１２０Ｓを開く制御信号を出力してプライマリ流量制御弁１２０Ｐおよびセカンダリ流量制御弁１２０Ｓを開かせる。プライマリ流量制御弁１２０Ｐおよびセカンダリ流量制御弁１２０Ｓが開くと燃料ポンプ１９により昇圧された燃料が循環流路１１６に流入する（供給ステップ）。
具体的には、プライマリ流量制御弁１２０Ｐを通過した燃料は内側流路１２６Ｂに流入し、セカンダリ流量制御弁１２０Ｓを通過した燃料は外側流路１２６Ａに流入する。

プライマリスロート部１３０Ｐ、開口部１２９ＰＡおよび開口部１２９ＰＢにおける燃料の圧力（全圧）は、燃料ポンプ１９により昇圧された燃料が供給され静圧が上昇していることから、プライマリ噴射口１２７Ｐ外の圧力よりも高くなる。すると、プライマリ内蔵弁１３１Ｐは圧力差によりプライマリ噴射口１２７Ｐ側へ移動し、間隔保持部１４０に当接する。このとき、プライマリ内蔵弁１３１Ｐと間隔保持部１４０との間に燃料の流路となる隙間が形成される。内側流路２６Ｂを流れてきた燃料の一部は開口部１２９ＰＢから弁室１３２Ｐに流入し、プライマリ噴射口１２７Ｐを通って噴射される。

セカンダリスロート部１３０Ｓ、開口部１２９ＳＡおよび開口部１２９ＳＢにおける燃料の圧力（全圧）は、燃料ポンプ１９により昇圧された燃料が供給され静圧が上昇していることから、セカンダリ噴射口１２７Ｓ外の圧力よりも高くなる。すると、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓは圧力差によりセカンダリ噴射口１２７Ｓ側へ移動し、当接面３４に当接する。このとき、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓと内周面３３との間に燃料の流路となる隙間が形成される。外側流路１２６Ａを流れてきた燃料の一部は開口部１２９ＳＡから弁室１３２Ｓに流入し、セカンダリ噴射口１２７Ｓを通って噴射される。

このとき同時に、制御装置２１は、循環ポンプ１８に駆動信号を出力して、循環流路１１６内で燃料を循環させる（循環ステップ）。
燃料を循環させることにより、オリフィス１４１において、プライマリ噴射口１２７Ｐとセカンダリ噴射口１２７Ｓとから独立して燃料噴射を行う時の圧力差が付けられる。

次に、セカンダリ噴射口１２７Ｓから燃料を噴射させ、プライマリ噴射口１２７Ｐからの燃料噴射を停止した状態について説明する。
制御装置２１は、図７に示すように、セカンダリ流量制御弁１２０Ｓを開く制御信号を出力するとともに、プライマリ流量制御弁１２０Ｐを閉じる制御信号を出力する。すると、燃料ポンプ１９により昇圧された燃料がセカンダリ流量制御弁１２０Ｓを通って外側流路１２６Ａに流入する（供給ステップ）。

同時に、制御装置２１は、循環ポンプ１８に駆動信号を出力して、循環流路１１６内で燃料を循環させる（循環ステップ）。
これにより循環流路１１６内には、循環ポンプ１８から外側流路１２６Ａ、オリフィス１４１を通って内側流路１２６Ｂに流れる循環流れが形成される。

図１０は、図８のセカンダリ噴射口の燃料噴射時、および、プライマリ噴射口の燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。
セカンダリスロート部１３０Ｓ、開口部１２９ＳＡおよび開口部１２９ＳＢにおける燃料の圧力（全圧）は、外側流路１２６Ａに昇圧された燃料が供給され静圧が上昇していることから、セカンダリ噴射口１２７Ｓ外の圧力よりも高くなる。すると、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓは圧力差によりセカンダリ噴射口１２７Ｓ側へ移動し、燃料の流路となる隙間が形成される。外側流路１２６Ａを流れてきた燃料の一部はセカンダリスロート部１３０Ｓから弁室１３２Ｓに流入し、セカンダリ噴射口１２７Ｓから噴射される。残りの燃料は、セカンダリスロート部１３０Ｓから開口部１２９ＳＢ、オリフィス１４１、開口部１２９ＰＡ、プライマリスロート部１３０Ｐおよび開口部１２９ＰＢを通って内側流路１２６Ｂに流れ、循環流路１１６を循環し続ける。

プライマリスロート部１３０Ｐ、開口部１２９ＰＡおよび開口部１２９ＰＢにおける燃料の圧力（全圧）は、内側流路１２６Ｂへの燃料の供給が停止され、かつ、プライマリスロート部１３０Ｐにおける燃料の動圧が低くなっているため、プライマリ噴射口１２７Ｐ外の圧力よりも低くなる。すると、プライマリ内蔵弁１３１Ｐは圧力差によりプライマリスロート部１３０Ｐ側に移動し、弁室１３２Ｐの壁面と接触する。このため、開口部１２９ＰＡおよび開口部１２９ＰＢから、弁室１３２Ｐおよびプライマリ噴射口１２７Ｐに通じる流路が閉じられ、プライマリ噴射口１２７Ｐから燃料の噴射が停止される。

次に、プライマリ噴射口１２７Ｐから燃料を噴射させ、セカンダリ噴射口１２７Ｓからの燃料噴射を停止した状態について説明する。
制御装置２１は、図７に示すように、プライマリ流量制御弁１２０Ｐを開く制御信号を出力するとともに、セカンダリ流量制御弁１２０Ｓを閉じる制御信号を出力する。すると、燃料ポンプ１９により昇圧された燃料がプライマリ流量制御弁１２０Ｐを通って内側流路１２６Ｂに流入する（供給ステップ）。

同時に、制御装置２１は、循環ポンプ１８に駆動信号を出力して、循環流路１１６内で燃料を循環させる（循環ステップ）。
これにより循環流路１１６内には、循環ポンプ１８から内側流路１２６Ｂ、オリフィス１４１を通って外側流路１２６Ａに流れる循環流れが形成される。

図１１は、図８のプライマリ噴射口の燃料噴射時、および、セカンダリ噴射口の燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。
プライマリスロート部１３０Ｐ、開口部１２９ＰＡおよび開口部１２９ＰＢにおける燃料の圧力（全圧）は、内側流路１２６Ｂに昇圧された燃料が供給され静圧が上昇していることから、プライマリ噴射口１２７Ｐ外の圧力よりも高くなる。すると、プライマリ内蔵弁１３１Ｐは圧力差によりプライマリ噴射口１２７Ｐ側へ移動し、燃料の流路となる隙間が形成される。内側流路１２６Ｂを流れてきた燃料の一部はプライマリスロート部１３０Ｐから弁室１３２Ｐに流入し、プライマリ噴射口１２７Ｐから噴射される。残りの燃料は、プライマリスロート部１３０Ｐから開口部１２９ＰＡ、オリフィス１４１、開口部１２９ＳＢ、セカンダリスロート部１３０Ｓおよび開口部１２９ＳＡを通って外側流路１２６Ａに流れ、循環流路１１６を循環し続ける。

セカンダリスロート部１３０Ｓ、開口部１２９ＳＡおよび開口部１２９ＳＢにおける燃料の圧力（全圧）は、外側流路１２６Ａへの燃料の供給が停止され、かつ、セカンダリスロート部１３０Ｓにおける燃料の動圧が低くなっているため、セカンダリ噴射口１２７Ｓ外の圧力よりも低くなる。すると、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓは圧力差によりセカンダリスロート部１３０Ｓ側に移動し、弁室１３２Ｓの壁面と接触する。このため、開口部１２９ＳＡおよび開口部１２９ＳＢから、弁室１３２Ｓおよびセカンダリ噴射口１２７Ｓに通じる流路が閉じられ、セカンダリ噴射口１２７Ｓから燃料の噴射が停止される。

最後に、プライマリ噴射口１２７Ｐおよびセカンダリ噴射口１２７Ｓからの燃料噴射を停止した状態について説明する。
制御装置２１は、図７に示すように、プライマリ流量制御弁１２０Ｐおよびセカンダリ流量制御弁１２０Ｓを閉じる制御信号を出力する。すると、循環流路１１６への
燃料ポンプ１９により昇圧された燃料の流入が停止される（供給ステップ）。
同時に、制御装置２１は、循環ポンプ１８に駆動信号を出力して、循環流路１１６内で燃料を循環させる（循環ステップ）。

図１２は、図８のプライマリ噴射口およびセカンダリ噴射口の燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。
これにより循環流路１１６内には、循環ポンプ１８から外側流路１２６Ａ、開口部１２９ＳＡ、セカンダリスロート部１３０Ｓ、開口部１２９ＳＢ、オリフィス１４１、開口部１２９ＰＡ、プライマリスロート部１３０Ｐ、開口部１２９ＰＢを通って内側流路１２６Ｂに流れる循環流れが形成される。

オリフィス１４１
プライマリスロート部１３０Ｐ、開口部１２９ＰＡおよび開口部１２９ＰＢにおける燃料の圧力（全圧）は、内側流路１２６Ｂへの燃料の供給が停止され、かつ、プライマリスロート部１３０Ｐにおける燃料の動圧が低くなっているため、プライマリ噴射口１２７Ｐ外の圧力よりも低くなる。すると、プライマリ内蔵弁１３１Ｐは圧力差によりプライマリスロート部１３０Ｐ側に移動し、弁室１３２Ｐの壁面と接触する。このため、開口部１２９ＰＡおよび開口部１２９ＰＢから、弁室１３２Ｐおよびプライマリ噴射口１２７Ｐに通じる流路が閉じられ、プライマリ噴射口１２７Ｐから燃料の噴射が停止される。

セカンダリスロート部１３０Ｓ、開口部１２９ＳＡおよび開口部１２９ＳＢにおける燃料の圧力（全圧）は、外側流路１２６Ａへの燃料の供給が停止され、かつ、セカンダリスロート部１３０Ｓにおける燃料の動圧が低くなっているため、セカンダリ噴射口１２７Ｓ外の圧力よりも低くなる。すると、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓは圧力差によりセカンダリスロート部１３０Ｓ側に移動し、弁室１３２Ｓの壁面と接触する。このため、開口部１２９ＳＡおよび開口部１２９ＳＢから、弁室１３２Ｓおよびセカンダリ噴射口１２７Ｓに通じる流路が閉じられ、セカンダリ噴射口１２７Ｓから燃料の噴射が停止される。

制御装置２１は、第１の実施形態と同様に、空燃比が所定の値を超えた場合に、一部の燃料ノズル装置１１０において燃料噴射を停止し、残りの燃料ノズル装置１１０において燃料噴射を継続する制御（ステージング）を行う。燃料噴射が停止される燃料ノズル装置１１０では、上述のように、燃料の循環制御が行われている。
さらには、燃料の噴射量に応じて、燃料ノズル装置１１０のプライマリ噴射口１２７Ｐから燃料を噴射するか、セカンダリ噴射口１２７Ｓから燃料を噴射するか、プライマリ噴射口１２７Ｐおよびセカンダリ噴射口１２７Ｓから燃料を噴射するかを制御する。

上記の構成によれば、燃料は循環ポンプ１８により外側流路１２６Ａと、内側流路１２６Ｂとの間を循環される。燃料を循環させることにより、燃料が炭化を起こす温度にまで燃料の温度が上昇することを防止できる。

プライマリスロート部１３０Ｐは流路面積が狭くなっているため、内側流路１２６Ｂに燃料ポンプ１９から燃料が供給されない状態で、内側流路１２６Ｂおよび外側流路１２６Ａの間に燃料を循環させると、プライマリスロート部１３０Ｐにおける燃料の圧力はプライマリ噴射口１２７Ｐ外の圧力より低くなる。一方、内側流路１２６Ｂに燃料ポンプ１９から燃料が供給されると、燃料の循環の有無にかかわらず、プライマリスロート部１３０Ｐにおける燃料の圧力はプライマリ噴射口１２７Ｐ外の圧力より高くなる。
そのため、内側流路１２６Ｂに流入する燃料の流量と、内側流路１２６Ｂおよび外側流路１２６Ａの間を循環する燃料の流量を制御することにより、プライマリスロート部１３０Ｐ内の圧力を制御でき、プライマリ内蔵弁１３１Ｐの移動を制御することができる。

一方、セカンダリスロート部１３０Ｓは流路面積が狭くなっているため、外側流路１２６Ａに燃料ポンプ１９から燃料が供給されない状態で、外側流路１２６Ａおよび内側流路１２６Ｂの間に燃料を循環させると、セカンダリスロート部１３０Ｓにおける燃料の圧力はセカンダリ噴射口１２７Ｓ外の圧力より低くなる。一方、外側流路１２６Ａに燃料ポンプ１９から燃料が供給されると、燃料の循環の有無にかかわらず、セカンダリスロート部１３０Ｓにおける燃料の圧力はセカンダリ噴射口１２７Ｓ外の圧力より高くなる。
そのため、外側流路１２６Ａに流入する燃料の流量と、外側流路１２６Ａおよび内側流路１２６Ｂの間を循環する燃料の流量を制御することにより、セカンダリスロート部１３０Ｓ内の圧力を制御でき、セカンダリ内蔵弁１３１Ｓの移動を制御することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガスタービンエンジンの概略を説明する模式図である。 図１における燃焼部の構成を説明する模式図である。 図２における燃料ノズル装置の概略を説明する模式図である。 図３における燃料ノズルの構成を説明する模式図である。 図４における燃料噴射時の燃料流れを説明する模式図である。 図３における燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスタービンエンジンに用いられる燃料ノズル装置の概略を説明する模式図である。 図７における燃料ノズルの構成を説明する模式図である。 図８のプライマリ噴射口およびセカンダリ噴射口の燃料噴射時の燃料流れを説明する模式図である。 図８のセカンダリ噴射口の燃料噴射時、および、プライマリ噴射口の燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。 図８のプライマリ噴射口の燃料噴射時、および、セカンダリ噴射口の燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。 図８のプライマリ噴射口およびセカンダリ噴射口の燃料噴射停止時の燃料流れを説明する模式図である。

符号の説明

１，１０１ ガスタービンエンジン（ガスタービン）
３ 圧縮部
４ 燃焼部
５ タービン部
１０，１１０ 燃料ノズル装置
１６，１１６ 循環流路
１７ 放熱器（放熱部）
１８ 循環ポンプ
１９ 燃料ポンプ
２０ 流量制御弁（流量制御部）
２４，１２４ ノズル本体（ノズル部）
２６Ａ，１２６Ａ 外側流路（循環流路、燃料流路）
２６Ｂ，１２６Ｂ 内側流路（循環流路、燃料流路）
２７ 噴射口
２８ 噴射制御部
３０ スロート部
３１ 内蔵弁（弁体）
１２０Ｐ プライマリ流量制御弁（プライマリ流量制御部）
１２０Ｓ セカンダリ流量制御弁（セカンダリ流量制御部）
１２７Ｐ プライマリ噴射口
１２７Ｓ セカンダリ噴射口
１２８Ｐ プライマリ噴射制御部
１２８Ｓ セカンダリ噴射制御部
１３１Ｐ プライマリ内蔵弁（プライマリ弁体）
１３１Ｓ セカンダリ内蔵弁（セカンダリ弁体）
１３０Ｐ プライマリスロート部
１３０Ｓ セカンダリスロート部

Claims (7)

1. 燃料を送出する燃料ポンプと、
   前記燃料が流れる循環流路が形成された燃料流路と、
   前記燃料ポンプから前記循環流路に流入する前記燃料の流量を制御する流量制御部と、
   前記燃料を前記循環流路内で循環させる循環ポンプと、
   前記循環流路から外部に前記燃料を噴射させる噴射口が形成されたノズル部と、
   前記循環流路と前記噴射口との間に配置され、前記噴射口から噴射される前記燃料の噴射量を制御する弁体を有する噴射制御部と、
   が設けられ、
   前記弁体と隣接した前記循環流路には、流路面積が狭くなるスロート部が設けられ、
   前記スロート部内の圧力は、前記循環流路に流入する前記燃料の流量と、前記循環流路を循環する前記燃料の流量と、により制御され、
   前記循環流路には、前記スロート部により接続された半径の異なる２つの円筒状の内側流路および外側流路が設けられ、
   前記スロート部に対向して前記噴射口が配置され、
   前記スロート部と前記噴射口との間に、断面が略円状の円環状の前記弁体が配置されていることを特徴とする燃料ノズル装置。
2. 前記噴射制御部は、前記循環流路内の圧力と前記噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記噴射口に流入する前記燃料の流路面積を変更し、前記燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料ノズル装置。
3. 前記弁体は、前記循環流路内の圧力と前記噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記循環流路側および前記噴射口側に移動し、前記噴射口に流入する前記燃料の流路面積を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ノズル装置。
4. 燃料を送出する燃料ポンプと、
   前記燃料が流れる循環流路が形成された燃料流路と、
   前記燃料ポンプから前記循環流路に流入する前記燃料の流量を制御する流量制御部と、
   前記燃料を前記循環流路内で循環させる循環ポンプと、
   前記循環流路から外部に前記燃料を噴射させる噴射口が形成されたノズル部と、
   前記噴射口から噴射される前記燃料の噴射量を制御する噴射制御部と、
   が設けられ、
   前記循環流路は、円筒状の外側流路と、該円筒状の流路内に配置された内側流路とを接続して形成され、
   前記流量制御部には、前記内側流路に流入する前記燃料の流量を制御するプライマリ流量制御弁と、前記外側流路に流入する前記燃料の流量を制御するセカンダリ流量制御弁と、が設けられ、
   前記ノズル部には、前記内側流路に連通されたプライマリ噴射口と、前記外側流路に連通されたセカンダリ噴射口と、が設けられ、
   前記噴射制御部には、前記プライマリ噴射口と前記内側流路との間に配置されたプライマリ弁体と、前記セカンダリ噴射口と前記外側流路との間に配置されたセカンダリ弁体と、が設けられ、
   前記プライマリ弁体は、前記内側流路内の圧力と、前記プライマリ噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記内側流路側および前記プライマリ噴射口側に移動して、前記プライマリ噴射口に流入する燃料の流路面積を変更し、
   前記セカンダリ弁体は、前記外側流路内の圧力と、前記セカンダリ噴射口外の圧力との間の差圧に基づいて前記外側流路側および前記セカンダリ噴射口側に移動して、前記セカンダリ噴射口に流入する燃料の流路面積を変更することを特徴とする燃料ノズル装置。
5. 前記プライマリ弁体と前記内側流路との間には、流路面積が狭くなるプライマリスロート部が設けられ、
   前記セカンダリ弁体と前記外側流路との間には、流路面積が狭くなるセカンダリスロート部が設けられ、
   前記プライマリスロート部内の圧力は、前記内側流路に流入する前記燃料の流量と、前記循環流路を循環する前記燃料の流量と、により制御され、
   前記セカンダリスロート部内の圧力は、前記外側流路に流入する前記燃料の流量と、前記循環流路を循環する前記燃料の流量と、により制御されていることを特徴とする請求項４記載の燃料ノズル装置。
6. 前記循環流路には、内部を流れる前記燃料を冷却する冷却部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料ノズル装置。
7. 空気を圧縮する圧縮部と、
   圧縮された空気に燃料を噴射する請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料ノズル装置を備え、該噴射された燃料を内部で燃焼させる燃焼部と、
   燃焼ガスから回転駆動力を抽出し、前記コンプレッサを回転駆動するタービン部と、
   が設けられていることを特徴とするガスタービン。

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