JP5507947B2 - 燃焼器内に希釈流を導入する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に燃焼器に関する。具体的に、本発明は、燃料ノズルを介した燃焼器内への希釈流の送給に関する。

燃焼器は、一般に、燃焼室内で点火される燃料又は燃料と空気との混合物を該燃焼室に導入する１つ以上の燃料ノズルを含む。一部の燃焼器において、燃料ノズルは、燃焼器のバッフルプレート内に設けられる穴を貫通して延在する。これらの燃焼器においては、ある量の窒素又は蒸気であることが多い希釈剤を燃焼器に導入してＮＯｘ排出を低減し、且つ／又は燃焼器の出力を高めることが有利であることがよくある。希釈剤は、チャンバからバッフルプレートと各燃料ノズルとの間の間隙を介して送り込まれるとともに、しかる後に燃料ノズルの周辺部に沿って流れて、ここで希釈剤の一部分が燃料ノズルの空気カラー内の穴を介して燃料ノズルに進入する。しかし、バッフルプレートと燃料ノズルとの間の間隙は、バッフルプレートと燃料ノズルとの間における累計組立公差によって変動する。間隙の変動の結果として、各ノズルの周り及び燃焼器組立体全体における希釈流量の変動が引き起こされる。さらに、間隙と燃料ノズルの空気カラー穴との間における軸方向距離は、希釈剤が燃料ノズルを通過することなく、また燃料及び空気と直接混じり合うことなく、燃焼反応域に到達することを可能にする。これらのいずれの効果も希釈効率を低下させ、従って、燃料ノズル内に等価量の希釈流を流入させるためには、より大量の希釈剤が必要になる。

米国特許第３７０４７６２号明細書 米国特許第５９４６９１７号明細書 米国特許第３７４７３３６号明細書 米国特許第６２９３０８８号明細書 米国特許第５９３０９９０号明細書 米国特許第６７８２７０３号明細書 米国特許第７２２８６８２号明細書 米国特許第６５３０２２４号明細書 米国特許第６４０５５２１号明細書 米国特許第６７４８７３３号明細書 米国特許第４９２８４７８号明細書 米国特許第６４２２０２２号明細書 米国特許第６０８９０２４号明細書 米国特許第５７９３８３１号明細書 米国特許第６４９９３０３号明細書 米国特許第５４５７７２１号明細書 米国特許第６５２６７５８号明細書 米国特許第６０４７５３９号明細書 米国特許第５８７３２３４号明細書 米国特許第５３２９７５８号明細書 米国特許第４４２１９８９号明細書 米国特許第３７２４２２９号明細書 米国特許第５３３１８０６号明細書 米国特許第５３７５４０９号明細書 米国特許第６００３２９９号明細書 米国特許第４９４８０５５号明細書 米国特許第６１８９３１０号明細書 米国特許第６０９４９１６号明細書 米国特許第５２７１２１６号明細書 米国特許第５８１３２３２号明細書 米国特許第５７９４４４９号明細書 米国特許第６３７０８６２号明細書 米国特許第５２７１２１８号明細書 米国特許第４８９３４６８号明細書 米国特許第６９８３６０５号明細書 米国特許第６３８９８００号明細書 米国特許第７１０４０６９号明細書 米国特許第６９２８８２１号明細書 米国特許第６１９２６８８号明細書 米国特許第６３９３８２３号明細書 米国特許第５３６１５７８号明細書 米国特許第７３９５６７０号明細書 米国特許第６４３４９４５号明細書 米国特許第５６３４３２９号明細書 米国特許第４０８５７０８号明細書 米国特許第５０５４２７９号明細書 米国特許第５８６７９７７号明細書 米国特許第５０５８３７４号明細書 米国特許第５５２６３８６号明細書 米国特許第６４９９３０３号明細書

燃料ノズルを通過することなく燃焼反応域の方へと流れる過剰な希釈剤は、燃焼器における動態及び希薄吹消え等の運転性の問題をもたらす。

本発明の一態様によれば、燃焼器は、１以上の貫通バッフル穴と、この１以上のバッフル穴を貫通して延在する１以上の燃料ノズルとを有するバッフルプレートを含む。１以上のシュラウドは、バッフルプレートに固定されるとともに、該１以上のシュラウドに配設される１以上のピストンリングを含む。この１以上のピストンリングは、１以上のシュラウドと１以上の燃料ノズルとの間において希釈剤の流量を調量する。

本発明の他の態様によれば、希釈剤を燃焼器に供給する方法は、バッフルプレートに配設される１以上のピストンリングとバッフルプレートの貫通穴を貫通して延在する燃料ノズルとによって形成されるピストンリング間隙を設ける段階を含む。希釈剤は、ピストンリング間隙を通って燃料ノズルの１以上の空気流穴の方へと流れる。

上記及びその他の利点と特徴とは、図面と併せた以下の説明により明らかにする。

燃焼器の実施形態の断面図である。 燃焼器のバッフルプレート組立体の実施形態の端面図である。 図２のバッフルプレート組立体の燃料ノズルの部分断面図である。 図２のバッフルプレート組立体により形成されるプレナムに希釈剤を供給するカバーリングの実施形態の斜視図である。 図２のバッフルプレート組立体のピストンリング機構の実施形態を示す断面図である。 図５のピストンリング機構の位置決め装置の斜視図である。

本発明は、本明細書の最後の特許請求の範囲において特に指摘され、且つ明瞭に記載されている。本発明の上記及びその他の特徴と利点とは、以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことにより明らかになる。

図面を参照した一例として、本発明の実施形態を以下の詳細な説明に利点及び特徴と併せて説明する。

図１に、燃焼器１０を示す。この燃焼器１０は、６つのバッフル穴１４を有するバッフルプレート１２を含み、６つの燃料ノズル１６はその穴を貫通して延在し、例えば図２に最も分かり易く示すように、１つの燃料ノズル１６が各バッフル穴１４を貫通して延在する。図２に６つの燃料ノズル１６を示すが、その他の個数の燃料ノズル１６、例えば１つ又は４つの燃料ノズル１６が用いられて良いことが理解される。図３に示すように、バッフルプレート１２とカバーリング１８とは、希釈流２２がカバーリング１８内の配列状のオリフィス２４（図４に最も分かり易く図示）を介してその中に導かれるプレナム２０を形成する。一部の実施形態では、希釈流２２は、蒸気又は窒素等のその他の希釈剤からなる。

各燃料ノズル１６には、図３に示すように、シュラウド２６がバッフルプレート１２と燃料ノズル１６との間においてバッフル穴１４に配設される。このシュラウド２６は、溶接又は１つ以上の機械的締結具等のその他の取り付け手段、ろう付け又は接着剤によりバッフルプレート１２に固定される。シュラウド２６は、燃料ノズル１６の周りにおいて周方向に延在するとともに、シュラウド２６と燃料ノズル１６との間においてシュラウド間隙２８を残存させて、燃料ノズル１６からある半径距離に配設される。一部の実施形態では、シュラウド２６は、該シュラウド２６をバッフルプレート１２に取り付ける取付けフランジ３０と、燃料ノズル１６に沿って長手方向に延在して、自身と燃料ノズル１６との間に流路３４を形成する環状の流動部３２とからなる。一部の実施形態において、流動部３２は、燃料ノズル１６に対して略平行であり、流路３４がノズル軸３６に沿って略一定の断面積を有するようになっている。図５に示すように、シュラウドは、流動部３２の内面４０において、燃料ノズル１６の周りに周方向に延在するピストンリングスロット３８を含む。１つ以上のピストンリング４２がピストンリングスロット３８内に配設されるとともに、半径方向内方に燃料ノズル１６の方へと延在して、燃料ノズル１６と１つ以上のピストンリング４２の内側部分４６との間においてピストンリング間隙４４を形成する。図５の実施形態には２つのピストンリング４２を示すが、その他の個数のピストンリング４２、例えば１つ又は３つのピストンリング４２が用いられて良いことが理解される。

図６に示すように、ピストンリング４２は、半径方向内方に内側部分４６から燃料ノズル１６の方へと延在する１以上の位置決めタブ４８を含む。各位置決めタブ４８は、燃料ノズル１６の対応する位置決めスロット５０内において受けられるように構成される。バッフルプレート１２と取り付けられたピストンリング４２とが燃料ノズル１６に組み付けられると、位置決めタブ４８は位置決めスロット５０と整合するとともに、該スロットに取り付けられて、燃料ノズル１６の周りにおけるピストンリング４２の周方向の配向を設定し、且つ各位置決めタブ４８の位置において中断される所望のピストンリング間隙４４を確定する。位置決めタブ４８と位置決めスロット５０との組合せによって位置決めされるピストンリング４２を用いることにより、各燃料ノズル１６の周りにおいて一貫したピストンリング間隙４４が確定される。

動作時において、希釈流２２は、プレナム２０からシュラウド間隙２８に沿って、且つピストンリング間隙４４を通って案内される。一旦ピストンリング間隙４４を通ると、希釈流２２は、燃料ノズル１６の複数の空気流穴５６に極めて接近して、燃焼器１０の先端５４においてバッフルプレート１２の外側５２に導入される。希釈流２２の少なくとも一部分は、これらの複数の空気流穴５６に進入するとともに、ノズル１６内において空気及び燃料と混合する。希釈流２２をシュラウド間隙２８に沿って案内することにより、希釈流２２を空気流穴５６の近傍において噴射して、希釈流２２の効率を高めることが可能になる。さらに、希釈流２２は、ピストンリング間隙４４により調量されるとともに、位置決めタブ４８を用いて一貫したピストンリング間隙４４を確定することにより、バッフルプレート１２の周りにおいて一貫した量となる。このため、必要とされる希釈流２２の量は、これによって減り、動態及び希薄吹消え等の運転性の問題が減少する。

限られた数の実施形態に関連して本発明を詳細に記載してきたが、本発明はこの開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。正確に言えば、本発明は、本発明の精神及び範囲に相応する、前述されていない多数の変形、修正、置き替え又は同等の構成を含むように変更可能である。また、本発明の様々な実施形態を記載してきたが、本発明の態様は、記載したいくつかの実施形態のみを含んで良いことを理解されたい。従って、本発明は、前述の記載に限定されるものとして理解されるのではなく、添付の特許請求の範囲に限定されるだけである。

１０ 燃焼器
１２ バッフルプレート
１４ バッフル穴
１６ 燃料ノズル
１８ カバーリング
２０ プレナム
２２ 希釈流
２４ オリフィス
２６ シュラウド
２８ シュラウド間隙
３０ 取付けフランジ
３２ 環状の流動部
３４ 流路
３６ ノズル軸
３８ ピストンリングスロット
４０ 内面
４２ ピストンリング
４４ ピストンリング間隙
４６ 内側部分
４８ 位置決めタブ
５０ 位置決めスロット
５２ 外側
５４ 先端
５６ 空気流穴

Claims (8)

1. １以上の貫通バッフル穴（１４）を含むバッフルプレート（１２）と、
   前記バッフルプレート（１２）の上流に配置され該バッフルプレート（１２）と希釈プレナム（２０）を形成するカバーリング（１８）であって１以上のオリフィス（２４）を備えて前記希釈プレナム（２０）内に希釈剤の流れ（２２）を導くカバーリング（１８）と、
   前記１以上の貫通バッフル穴（１４）を貫通して延在する１以上の燃料ノズル（１６）と、
   前記バッフルプレート（１２）に固定される１以上のシュラウド（２６）と
   を含み、
   前記１以上のシュラウド（２６）と前記１以上の燃料ノズル（１６）とは、両者間において、前記希釈プレナム（２０）から前記バッフルプレート（１２）まで延びる流路（３４）を形成し、
   前記１以上のシュラウド（２６）は、該１以上のシュラウド（２６）に配設された１以上のピストンリング（４２）を含み、
   前記ピストンリング（４２）は、前記希釈プレナムから前記１以上のシュラウド（２６）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間の前記流路（３４）を通る希釈剤の流量を制御するように構成された
   ことを特徴とする、燃焼器（１０）。
2. 前記１以上のピストンリング（４２）は、前記１以上の燃料ノズル（１６）内の対応する位置決めスロット（５０）に配置可能な１以上の位置決め装置（４８）を含む、請求項１記載の燃焼器（１０）。
3. 前記１以上の位置決め装置（４８）は、前記１以上のピストンリング（４２）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間においてピストンリング間隙（４４）を設定する、請求項２記載の燃焼器（１０）。
4. 前記１以上のピストンリング（４２）は、前記流路（３４）の下流側の端部に配設される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
5. 燃焼器（１０）に希釈剤を供給する方法において、
   バッフルプレート（１２）に配設される１以上のピストンリング（４２）と、前記バッフルプレート（１２）内の貫通穴を貫通して延在する燃料ノズル（１６）とにより形成されるピストンリング間隙（４４）を設ける段階と、
   前記バッフルプレート（１２）と該記バッフルプレート（１２）の上流に配置されたカバーリング（１８）とから形成された希釈プレナム（２０）内に、該カバーリング（１８）内の１以上のオリフィス（２４）を通じて希釈剤の流れ（２２）を導く段階と、
   前記ピストンリング間隙（４４）を介して前記希釈剤を前記燃料ノズル（１６）内の１以上の空気流穴の方へと流す段階と
   からなる方法。
6. 前記１以上のピストンリング（４２）は、前記シュラウド（２６）内の１以上のピストンリングスロット（３８）内に配設される、請求項５記載の方法。
7. 前記希釈剤（２２）の少なくとも一部分は、前記ピストンリング間隙（４４）の下流において、前記燃料ノズル（１６）内の前記１以上の空気流穴に進入する、請求項５又は６記載の方法。
8. 前記１以上のピストンリング（４２）は、前記燃料ノズル（１６）内の対応する位置決めスロット（５０）に配置可能な１以上の位置決め装置（４８）を含む、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の方法。
   

Images