JPH10148330A - 燃焼器及び同燃焼器における逆火抑制方法 - Google Patents

燃焼器及び同燃焼器における逆火抑制方法

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JPH10148330A
JPH10148330A JP9310899A JP31089997A JPH10148330A JP H10148330 A JPH10148330 A JP H10148330A JP 9310899 A JP9310899 A JP 9310899A JP 31089997 A JP31089997 A JP 31089997A JP H10148330 A JPH10148330 A JP H10148330A
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air
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デイビッド・ジョゼフ・エイモス
Maurice Newberry Donald
ドナルド・モーリス・ニューベリー
Robert Vance Richard
リチャード・ロバート・バンス
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N2241/20—Gas turbines

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入口端部及び排出端部を有する複数の空燃予
混合通路を備え、予め混合された燃料及び圧縮空気を燃
焼することにより熱ガスを生成するための逆火抑制装置
を備えた燃焼器と逆火抑制方法を提供する。 【解決手段】 空燃予混合通路の入口端部の直ぐ上流側
に該通路に燃料を供給するための燃料マニホルドが配置
される。燃料流量制御弁７８を備えた燃料管路で燃料マ
ニホルドは燃料供給部１１８と接続される。逆火抑制装
置１００は、空燃予混合通路の排出端部の上流側に配設
されて少なくとも１つの空燃予混合通路の少なくとも一
部分に方向付けられた受光部１０２を有する１つ又は複
数の光学炎検出器１０１を有する。該光学炎検出器は、
受光部１０２により逆火からの光を受け、それに応答し
出力信号１１０を伝送する。制御装置１１２は、該出力
信号に応答して燃料流量制御弁７８を制御し、逆火を消
失するように該燃料流量制御弁を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、予混合された燃料
及び圧縮空気を燃焼するための燃焼器に関し、特に、逆
火を抑制することができる燃焼器と逆火抑制装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンにおいては、燃料は、１つ
又は複数の燃焼器において、圧縮機で発生される圧縮空
気と共に燃焼される。このような燃焼器の一例が、「ガ
スタービンの超低ＮＯx燃焼器（Gas Turbine Ultra Low
NOx Combustor）」と称するマクワータ(McWhirter）外
の米国特許第５,３６１,５８６号明細書に開示されてい
る。なお、上記米国特許明細書の全内容は参考のために
本明細書において援用する。
【０００３】燃焼器の空燃予混合通路内に逆火が生ずる
と、燃焼器に対する損傷が迅速に生ずる。燃焼器の望ま
しい運転中は、予混合された燃料及び空気は、燃焼領域
内で空燃予混合通路の下流側で燃焼する。逆火が生ずる
と、予混合通路内の空燃混合気が燃焼する。
【０００４】上記米国特許明細書には、逆火を検出し抑
圧もしくは抑制する目的で、燃料供給制御系に接続され
た熱電対の使用が開示されている。該熱電対は、空燃予
混合通路に取り付けられている。逆火の発生で、熱電対
が加熱すると、該熱電対から燃料供給制御系に信号が発
生される。そこで制御系は、燃料供給を抑制し、逆火へ
の燃料供給を遮断して逆火を消失する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱電対式逆火
抑制方式には幾つかの限界がある。先ず、制御系の熱電
対の熱応答時間で、制御系の応答が緩慢となり、制御系
が応答する前に比較的長時間に亙って逆火が存在し続け
る。加えて、熱電対は、空燃予混合通路内に設置する必
要があるため、燃焼器内における空燃混合気の流れが擾
乱され、それにより、却って逆火の発生を生来し得るこ
とになる。また、熱電対は、比較的に寿命が短いため、
頻繁な交換を必要とする。更に、熱電対が予混合通路内
に設置されているため、熱電対を交換するためには燃焼
器を取り外さなければならない。この作業には比較的手
間が掛かる。
【０００６】従って、燃焼器には、妨害性のない経済的
な逆火抑制装置を設けるのが望ましい。
【０００７】よって、本発明の一般的な目的は、比較的
使用寿命が長く、応答が迅速で応答時間が短く、しかも
修繕に要する費用が少なくて済む非妨害性逆火抑制装置
を備えた燃焼器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的及び追って明
らかになるであろう本発明の他の目的は、圧縮空気と予
混合された燃料を燃焼することにより熱ガスもしくはホ
ットガスを発生する逆火抑制装置を備えた燃焼器により
達成される。燃焼器は、空燃予混合通路を有しており、
該通路の各々には、流入端部及び排出端部が設けられ
る。空燃予混合通路の流入端部の直ぐ上流側には、燃料
を通路に給配するための燃料マニホルドが配置される。
燃料制御弁を有する燃料管路を介して燃料マニホルドは
燃料供給部と連結されている。逆火抑制装置は、１つ又
は複数個の光学炎検出器を有しており、該光学炎検出器
の受光部は、空燃予混合通路の排出端の上流側に配設さ
れて少なくとも１つの空燃混合通路の少なくとも一部分
に面するように方向付けられる。炎検出器の受光部は、
逆火から受ける光に応答し、炎検出器は、制御系に出力
信号を送る。制御系は、炎検出器の出力信号に応答して
燃料流量制御弁を調整することにより逆火を阻止する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し本発明の実施
の形態に関して説明する。なお、図面中、同様要素は、
同じ参照数字で示されている。図１を参照するに、同図
には既述の米国特許第５,３６１,５８６号明細書に開示
されているガスタービンの燃焼器１が示してある。これ
と関連して、ここでは、上記米国特許明細書に記述され
ている燃焼器と関連しての使用を前提として説明する
が、本発明は、別旨の記述が無い限り、上記米国特許に
よる燃焼器との使用に制限されるものではない。米国特
許第５,３６１,５８６号明細書に詳しく説明されている
ように、燃焼器１は、入口端部及び出口端部をそれぞれ
有する空燃予混合通路２３〜２６を有している。空燃予
混合通路２３〜２６は、該通路の入口端部の上流側に配
置されているトロイド状マニホルド（給配手段）７０〜
７３を介して供給される燃料５と空気（圧縮空気）４と
を予め混合、即ち、予混合する。しかし、本発明の他の
実施形態として、空燃予混合通路及び燃料供給マニホル
ドに対し別の配列形態を採用することも可能である。
【００１０】マニホルド７０〜７３には燃料管路７４〜
７７を介して燃料が供給される。各燃料管路には、マニ
ホルド７０〜７３並びに燃焼器１の燃料管（燃料供給
部）３７及び３８に対する燃料流量を調整するための燃
料流量制御弁７８が設けられている。しかし、本発明の
他の実施形態として、単一の燃料流量制御弁７８で燃焼
器１に供給される燃料流量を調整する構成の燃料供給系
を採用することも可能である。
【００１１】空燃予混合通路２３〜２６及びマニホルド
７０〜７３は、周囲に配置された燃焼器ライナー２７を
有している。燃焼器ライナー２７は、密封された上流側
端部を形成する板１４に連結されている。
【００１２】本発明によれば、図１及び図２に示すよう
に、燃焼器１には逆火抑制装置１００が設けられる。該
逆火抑制装置１００は、１つ又は２つ以上の光学炎検出
器１０１と制御装置１１２を備えている。光学炎検出器
１０１は、米国ミネソタ州イーガン（Eagan）トラップ
・ロード（Trapp Road）１２５６番(ＺＩＰコード５５
１２１）所在のローゼモント・エーロスペース（Rosemo
nt Aerospace）社から「モデル０７０５ＭＡ１炎検出器
（Model 0705MA1 Flame Detector）」として、並びに米
国マサチュセッツ州ウィルミントン（Wilmington）フォ
ードハム・ロード(Fordham Road)５０番(ＺＩＰコード
０１８８７)所在のアメテック・パワーアンド・インダ
スタトリアル・プロダクツ（Ametek Power and Industr
ial Products）」社から、「ＴＰ１０シリーズ炎検出器
（TP10 Series Flame Detectors)」として、市場で入手
可能な検出器することができる。光学炎検出器は比較的
長い使用寿命を有し、修繕及び交換の必要回数が少な
い。上に述べたローゼモント・エーロスペース社並びに
アメテック・パワーアンド・インダスタトリアル・プオ
ダクツ社から市販品として入手可能である炎検出器は、
それぞれ、１つ又は複数個の光学センサ及び、以下に詳
述するように該光学センサから受信する光信号を処理す
るための電子モジュールを有している。
【００１３】光学炎検出器１０１は、受光部１０２（光
学センサ）と電子モジュール１０８を有する。受光部１
０２は、受信した光１０６を電子モジュール１０８に伝
送する。本発明の好適な実施形態においては、受光部１
０２は、板１４を貫通し、空燃予混合通路２３〜２６に
面するように方向付けて取り付けられる。この構成によ
り、受光部１０２は、燃焼器１を取り外す必要を伴わず
に取り外すことが可能となる。また、該受光部で、空燃
予混合通路２３〜２６内の流れパターンが擾乱されるこ
とはない。しかし、本発明の別の実施形態として、受光
部１０２をマニホルド７０〜７３の上流側或いは予混合
通路２３〜２６の入口端部の上流側或いは排出端部の上
流側で上記通路内に配設することも可能である。
【００１４】空燃予混合領域の内の１つに発生した逆火
１０４から光１０６を受けると、電子モジュール１０８
は出力信号１１０を発生する。該出力信号１１０は制御
装置１１２に伝送される。本発明の好適な実施形態にお
いては、制御装置１１２は、タービンの運転を制御する
タービン制御システム（図示せず）と一体化され統合さ
れている。制御装置１１２は、燃料流量制御弁７８に、
該弁を閉じることができるように接続されている。出力
信号１１０を受信すると、制御装置１１２は燃料流量制
御弁７８を閉じる。燃料流量制御弁７８が閉じると、燃
料供給部１１８から燃料５が燃焼器に供給されなくな
る。燃料が供給されなくなると、逆火１０４は抑制され
消失する。本発明の代替実施形態においては、制御装置
１１２は、燃料流量を変えるように燃料流量制御弁７８
を調整する構成とすることができる。その場合、出力信
号１１０を受信すると、制御装置１１２は燃料流量制御
弁を調整して、燃料の供給を中断することなく逆火が消
失するように空燃予混合比を変更することができる。後
者によれば、連続した燃焼器の運転が可能になる。
【００１５】上から明らかなように、本発明によれば、
修理費用が低減され、修繕回数が減少し、逆火が迅速に
消失し、しかも予混合通路における有害な流れパターン
の発生が減少する。なお、ガスタービン用燃焼器と関連
して本発明を説明したが、本発明は、逆火の抑制が望ま
しい他の種類の機器で用いられている燃焼器と関連し実
施することも可能である。従って、本発明は、その精神
もしくは本質的な属性から逸脱することなく他の実施の
形態で具現することも可能であり、上述した実施形態に
関する記述に制限されるものではない。
【００１６】また、当業者は、上述の説明が単に例示的
であり、本発明を決して限定する意図のないことを認識
するであろう。従って、本発明は、添付請求項だけでな
く、下記の項目に記載の概念もその保護の対象とするこ
とができる。 （１） 各受光部が前記複数個の空燃予混合通路の入口
端部の上流側に配置されている請求項１に記載の燃焼
器。 （２） 上記（１）項に記載の燃焼器であって、 ａ） 前記給配手段が、前記空燃予混合通路の前記入口
端部の上流側に配置されたマニホルド系を含み、 ｂ） 各受光部が該マニホルド系の上流側に配置されて
いる、燃焼器。 （３） 更に、前記複数個の空燃予混合通路及びマニホ
ルド系の周囲に配置された燃焼器ライナーを含み、該燃
焼器ライナーは密封された上流側端部を有し、各受光部
は、密封された上流側端部を貫通して取り付けられてい
る上記（２）項に記載の燃焼器。 （４） 前記密封された上流側端部が板から構成される
上記（３）項に記載の燃焼器。 （５） 前記制御装置がタービン制御システムと一体的
に統合されている請求項１に記載の燃焼器。 （６） 前記制御装置は、前記出力信号の発生に応答し
て前記１つ又は複数個の燃料流量制御弁を閉じる請求項
１に記載の燃焼器。 （７） 前記伝送ステップが更に、１つ又は複数個の燃
料流量制御弁の各々を閉じるステップを含む請求項２に
記載の逆火抑制方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 米国特許第５,３６１,５８６号明細書に詳述
されている型式の燃焼器の前側部分の縦断面図である。
【図２】 逆火抑制装置のブロック・ダイヤグラムであ
る。
【符号の説明】
１…燃焼器、４…予混合空気（圧縮空気）、５…燃料、
１４…密封された上流側端部を形成する板、２３〜２６
…空燃予混合通路、２７…燃焼器ライナー、３７，３８
…燃料管、７０〜７３…トロイド状マニホルド（マニホ
ルド系もしくは給配手段）、７４〜７７…燃料管路、７
８…燃料流量制御弁、１００…逆火抑制装置、１０１…
光学炎検出器、１０２…受光部、１０４…逆火、１０６
…受信した光、１０８…電子モジュール、１１０…出力
信号、１１２…制御装置、１１８…燃料供給部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 21/00 Ｇ０１Ｎ 21/00 Ｚ (72)発明者 ドナルド・モーリス・ニューベリー アメリカ合衆国、フロリダ州、オーラン ド、ファブリー・サークル 2423 (72)発明者 リチャード・ロバート・バンス アメリカ合衆国、フロリダ州、キャセルベ リー、ライマン・ドライブ 261

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予混合された燃料及び圧縮空気を燃焼す
    ることにより熱ガスを生成するための燃焼器において、 ａ） それぞれ入口端部及び排出端部を有する複数個の
    空燃予混合通路と、 ｂ） 該複数個の空燃予混合通路に燃料を供給するため
    の給配手段と、 ｃ） 該給配手段を燃料供給部に動作上連結する１つ又
    は複数個の燃料管路と、 ｄ） 前記１つ又は複数個の燃料管路にそれぞれ設置さ
    れた１つ又は複数個の燃料流量制御弁と、 ｅ） 逆火抑制装置とを備え、該逆火抑制装置が、 ｉ） それぞれ受光部を有する１つ又は複数個の光学炎
    検出器を備え、該受光部は、前記複数個の空燃予混合通
    路の排出端部の上流側に、少なくとも１つの前記空燃予
    混合通路の少なくとも一部分に面するように方向付けら
    れて配置され、前記光学炎検出器は、逆火から受ける光
    に応答して出力信号を制御装置に伝送し、 ii） 該制御装置は、前記１つ又は複数個の燃料流量制
    御弁と動作上接続関係にあって前記出力信号を受けるた
    めの受信手段を有し、該出力信号の発生に応答して前記
    燃料流量制御弁を調整し逆火を消失する、 燃焼器。
  2. 【請求項２】 複数個の空燃予混合通路を含む燃焼器に
    おける逆火抑制方法において、 ａ） 逆火から受ける光に応答して出力信号を発生する
    光学炎検出器を用いて、前記複数個のの空燃予混合通路
    の少なくとも１つの通路における逆火を検出するステッ
    プと、 ｂ） 前記光学炎検出器からの出力信号を制御装置に伝
    送するステップとを含み、前記制御装置は、前記出力信
    号に応答して１つ又は複数の燃料管路に設置されている
    １つ又は複数個の燃料流量制御弁の各々を調節して逆火
    を消失する逆火抑制方法。
  3. 【請求項３】 複数個の空燃予混合通路を含む燃焼器に
    おける逆火抑制方法において、 ａ） 逆火から受ける光に応答して出力信号を発生する
    光学炎検出器を用いて、前記複数個のの空燃予混合通路
    の少なくとも１の通路における逆火を検出するステップ
    と、 ｂ） 前記光学炎検出器からの出力信号を制御装置に伝
    送するステップとを含み、前記制御装置は、燃料流量制
    御弁に動作上接続され、前記出力信号に応答して、燃料
    流量制御弁を調節することにより空燃予混合比を調整し
    て逆火を消失する逆火抑制方法。
JP9310899A 1996-11-12 1997-11-12 燃焼器及び同燃焼器における逆火抑制方法 Pending JPH10148330A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US08/746328 1996-11-12
US08/746,328 US5857320A (en) 1996-11-12 1996-11-12 Combustor with flashback arresting system

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EP (1) EP0948705A1 (ja)
JP (1) JPH10148330A (ja)
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TW (1) TW348211B (ja)
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