JPH11230548A - 空燃比が制御可能な改良された対流冷却・単段階・完全予備混合式燃焼器 - Google Patents
空燃比が制御可能な改良された対流冷却・単段階・完全予備混合式燃焼器Info
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- JPH11230548A JPH11230548A JP10096539A JP9653998A JPH11230548A JP H11230548 A JPH11230548 A JP H11230548A JP 10096539 A JP10096539 A JP 10096539A JP 9653998 A JP9653998 A JP 9653998A JP H11230548 A JPH11230548 A JP H11230548A
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- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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Abstract
(57)【要約】
燃焼器システム用プレミキサは、流れ軸線を有するベン
チュリ型混合管と、混合管の軸線方向一端に近接する入
口と、混合管の軸線方向他端に近接するノズル組立体と
を有する。混合管入口は圧縮空気源及び燃料源と流体接
続しており、混合管は燃焼チャンバと、環状又は缶型ラ
ジアルと入口とを有し、ノズル組立体は燃焼チャンバ内
に延び、燃料／空気混合物を単段式燃焼域内に送給する
ための少なくとも１つのポートを有する。好ましい構造
では、一対のプレミキサは環状燃焼チャンバ状の正反対
の位置に配置されており、ベンチュリ軸線は燃焼チャン
バの軸線に対して半径方向を向きかつ軸線方向に傾斜し
ている。中央に位置する単一の円筒形空気弁は、マニホ
ルド及び分配導管を経て両プレミキサに送給される圧縮
空気の流量を制御する。
チュリ型混合管と、混合管の軸線方向一端に近接する入
口と、混合管の軸線方向他端に近接するノズル組立体と
を有する。混合管入口は圧縮空気源及び燃料源と流体接
続しており、混合管は燃焼チャンバと、環状又は缶型ラ
ジアルと入口とを有し、ノズル組立体は燃焼チャンバ内
に延び、燃料／空気混合物を単段式燃焼域内に送給する
ための少なくとも１つのポートを有する。好ましい構造
では、一対のプレミキサは環状燃焼チャンバ状の正反対
の位置に配置されており、ベンチュリ軸線は燃焼チャン
バの軸線に対して半径方向を向きかつ軸線方向に傾斜し
ている。中央に位置する単一の円筒形空気弁は、マニホ
ルド及び分配導管を経て両プレミキサに送給される圧縮
空気の流量を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低レベルの汚染物質
（窒素酸化物、一酸化炭素及び未燃焼炭化水素）しか発
生しないという優れた利点を有するガスタービン式ガス
発生器、ガスタービンエンジンその他の熱機関用の燃焼
器システムに関する。本発明はまた、ガスタービンモジ
ュール又はガス発生器モジュール中で燃料を燃焼するシ
ステム、方法及び装置であって、燃焼前（さらに必要に
応じて液体燃料を完全に揮発させる前）に燃料と空気を
十分に予備混合するとともに、全てのエンジン作動条件
で燃焼域にほとんど一定の燃料／空気比を与えることに
より、汚染物質のレベルを著しく下げるものに関する。
さらに本発明は、ガスタービンの燃料／空気プレミキサ
組立体用の単段式で燃料／空気比が制御可能な燃焼器に
関する。さらに本発明は、流れ軸線、混合管の軸線方向
一端に近接する入口ポート及び混合管の軸線方向他端に
位置するノズル組立体を有する燃焼器システム用のプレ
ミキサチャンバ内の混合管に関する。混合管の入口は圧
縮空気源及び燃料源と流体接続しているとともに、ライ
ナーハウジングの入口ポート及びノズル組立体に接続し
ており、ノズル組立体は混合管の流れ軸線に沿って燃焼
チャンバまで延びて、燃焼域に燃料／空気の混合物を送
給する少なくとも１つのポートを有する。
（窒素酸化物、一酸化炭素及び未燃焼炭化水素）しか発
生しないという優れた利点を有するガスタービン式ガス
発生器、ガスタービンエンジンその他の熱機関用の燃焼
器システムに関する。本発明はまた、ガスタービンモジ
ュール又はガス発生器モジュール中で燃料を燃焼するシ
ステム、方法及び装置であって、燃焼前（さらに必要に
応じて液体燃料を完全に揮発させる前）に燃料と空気を
十分に予備混合するとともに、全てのエンジン作動条件
で燃焼域にほとんど一定の燃料／空気比を与えることに
より、汚染物質のレベルを著しく下げるものに関する。
さらに本発明は、ガスタービンの燃料／空気プレミキサ
組立体用の単段式で燃料／空気比が制御可能な燃焼器に
関する。さらに本発明は、流れ軸線、混合管の軸線方向
一端に近接する入口ポート及び混合管の軸線方向他端に
位置するノズル組立体を有する燃焼器システム用のプレ
ミキサチャンバ内の混合管に関する。混合管の入口は圧
縮空気源及び燃料源と流体接続しているとともに、ライ
ナーハウジングの入口ポート及びノズル組立体に接続し
ており、ノズル組立体は混合管の流れ軸線に沿って燃焼
チャンバまで延びて、燃焼域に燃料／空気の混合物を送
給する少なくとも１つのポートを有する。
【０００２】
【従来の技術】エンジン及びガス発生器のようなガスタ
ービン装置は、大気中に多量の窒素酸化物を放出するこ
とはないが、これらの窒素酸化物の排出量を減らせば窒
素酸化物の全量の低減化に寄与することになり、その点
で多くの国は窒素酸化物の放出量を制限する法律を制定
している。大気中で窒素酸化物を生成する窒素と酸素の
反応は、ほとんど全ての化学反応と同様に、温度が高く
なるに従って速く進行する。生成したＮＯｘの量を制限
する１つの方法は、反応温度を制限することである。Ｎ
Ｏｘは通常サイクル中に最高温度が存在するガスタービ
ン装置の燃焼工程で発生するので、ＮＯｘの生成量を制
限する１つの方法は、燃焼温度を制限することである。
ービン装置は、大気中に多量の窒素酸化物を放出するこ
とはないが、これらの窒素酸化物の排出量を減らせば窒
素酸化物の全量の低減化に寄与することになり、その点
で多くの国は窒素酸化物の放出量を制限する法律を制定
している。大気中で窒素酸化物を生成する窒素と酸素の
反応は、ほとんど全ての化学反応と同様に、温度が高く
なるに従って速く進行する。生成したＮＯｘの量を制限
する１つの方法は、反応温度を制限することである。Ｎ
Ｏｘは通常サイクル中に最高温度が存在するガスタービ
ン装置の燃焼工程で発生するので、ＮＯｘの生成量を制
限する１つの方法は、燃焼温度を制限することである。
【０００３】燃料及び空気を導入する唯一の燃焼域を有
する「単段式」燃焼器、及び別々の燃料及び空気導入手
段を有するいくつかの燃焼域が直列に連結したパイロッ
ト・バーナーを具備する「多段式」燃焼器の両方におい
て、燃焼温度及びそれによるＮＯｘの生成を制限するた
めに種々の試みがなされている。米国特許第4,994,149
号、米国特許第4,297,842 号及び米国特許第4,255,927
号は、環状燃焼器の燃焼域及び希釈域への圧縮空気の流
れを制御して、タービン排気ガス中のＮＯｘの濃度を減
少させる単段ガス・タービン燃焼器を開示している。上
記燃焼器において、ほとんど混合されていない燃料と空
気は別々に燃焼器に入り、次いで混合及び燃焼が同じチ
ャンバ内で起こる（特開昭55-45739号を参照）。米国特
許第5,069,029 号、米国特許第4,898,001 号、米国特許
第4,829,764 号、及び米国特許第4,766,721 号は二段燃
焼器を開示している。同様に独国実用新案第99215856.0
号を参照。しかし燃料及び空気は少くとも部分的に未混
合の状態で各段に送給され、完全な混合はそれぞれの燃
焼域内で起こる。
する「単段式」燃焼器、及び別々の燃料及び空気導入手
段を有するいくつかの燃焼域が直列に連結したパイロッ
ト・バーナーを具備する「多段式」燃焼器の両方におい
て、燃焼温度及びそれによるＮＯｘの生成を制限するた
めに種々の試みがなされている。米国特許第4,994,149
号、米国特許第4,297,842 号及び米国特許第4,255,927
号は、環状燃焼器の燃焼域及び希釈域への圧縮空気の流
れを制御して、タービン排気ガス中のＮＯｘの濃度を減
少させる単段ガス・タービン燃焼器を開示している。上
記燃焼器において、ほとんど混合されていない燃料と空
気は別々に燃焼器に入り、次いで混合及び燃焼が同じチ
ャンバ内で起こる（特開昭55-45739号を参照）。米国特
許第5,069,029 号、米国特許第4,898,001 号、米国特許
第4,829,764 号、及び米国特許第4,766,721 号は二段燃
焼器を開示している。同様に独国実用新案第99215856.0
号を参照。しかし燃料及び空気は少くとも部分的に未混
合の状態で各段に送給され、完全な混合はそれぞれの燃
焼域内で起こる。
【０００４】また、予備混合された燃料／空気流を燃焼
器に供給するために別々のプレミキサチャンバを利用す
る試みも行われている。特開昭57-41524号は、多段式の
缶型燃焼器へ導入する全燃料流の一部を、段階式燃焼チ
ャンバに導入する前に、別の混合チャンバ中で予備混合
する燃焼器システムを開示している。米国特許第501644
3 号においては、環状プレミキサチャンバに燃料を注入
するために、多数の別々の燃料ノズルが使われている。
しかし複数の燃料ノズル及び燃料分岐装置を使う上記構
造は、複雑なために制御が困難となるだけでなく、初期
コストが高いという問題がある。
器に供給するために別々のプレミキサチャンバを利用す
る試みも行われている。特開昭57-41524号は、多段式の
缶型燃焼器へ導入する全燃料流の一部を、段階式燃焼チ
ャンバに導入する前に、別の混合チャンバ中で予備混合
する燃焼器システムを開示している。米国特許第501644
3 号においては、環状プレミキサチャンバに燃料を注入
するために、多数の別々の燃料ノズルが使われている。
しかし複数の燃料ノズル及び燃料分岐装置を使う上記構
造は、複雑なために制御が困難となるだけでなく、初期
コストが高いという問題がある。
【０００５】従って、ガスタービン式ガス発生器及びガ
スタービンエンジンモジュールとともに使用する燃焼器
装置であって、ガスタービン式ガス発生器及びガスター
ビンエンジンモジュールの全作動期間中に汚染物質や燃
焼副生物の放出量を低減させる燃焼器装置を設計するこ
とが望ましい。
スタービンエンジンモジュールとともに使用する燃焼器
装置であって、ガスタービン式ガス発生器及びガスター
ビンエンジンモジュールの全作動期間中に汚染物質や燃
焼副生物の放出量を低減させる燃焼器装置を設計するこ
とが望ましい。
【０００６】さらに、燃焼器からプレミキサへの「フラ
ッシュバック」（火炎の速度がプレミキサ中の燃料／空
気混合物の速度より大きい場合に起こる）を低減するこ
とができるプレミキサシステムを設計するのが有利であ
る。フラッシュバックはプレミキサシステム及び関連構
造の機械的性能に悪影響を与える。さらに、プレミキサ
部品の幾何学的形状によりプレミキサ内で起こる流れ分
離を低減することができるプレミキサシステムを設計す
るのが有利である。流れ分離はプレミキサ内でフラッシ
ュバックを引き起こす恐れがある。さらに、プレミキサ
から燃焼チャンバへ送給される燃料／空気混合物の流れ
に起こる脈流（プレミキサ内で圧縮空気の速度の僅かな
変動により起こる。）を低減することができるプレミキ
サシステムを設計するのが望ましい。脈流は燃焼器ライ
ナー及びエンジン構造に悪影響を与える恐れがある。上
記条件の各々が起こると、ガスタービンの機械的健全性
及び性能に悪影響を与える恐れがある。さらに、全体構
造を比較的簡単な幾何学的形状にしながら燃料／空気混
合物の流れの燃焼器ライナーへの衝突を低減するように
燃料／空気混合物を燃焼チャンバに送給することができ
るプレミキサシステムを設計するのが有利である。燃料
／空気混合物の流れがライナー壁に衝突すると、カーボ
ンの付着量が増大し、熱伝達性能を低減させるととも
に、熱疲労を増大させる。
ッシュバック」（火炎の速度がプレミキサ中の燃料／空
気混合物の速度より大きい場合に起こる）を低減するこ
とができるプレミキサシステムを設計するのが有利であ
る。フラッシュバックはプレミキサシステム及び関連構
造の機械的性能に悪影響を与える。さらに、プレミキサ
部品の幾何学的形状によりプレミキサ内で起こる流れ分
離を低減することができるプレミキサシステムを設計す
るのが有利である。流れ分離はプレミキサ内でフラッシ
ュバックを引き起こす恐れがある。さらに、プレミキサ
から燃焼チャンバへ送給される燃料／空気混合物の流れ
に起こる脈流（プレミキサ内で圧縮空気の速度の僅かな
変動により起こる。）を低減することができるプレミキ
サシステムを設計するのが望ましい。脈流は燃焼器ライ
ナー及びエンジン構造に悪影響を与える恐れがある。上
記条件の各々が起こると、ガスタービンの機械的健全性
及び性能に悪影響を与える恐れがある。さらに、全体構
造を比較的簡単な幾何学的形状にしながら燃料／空気混
合物の流れの燃焼器ライナーへの衝突を低減するように
燃料／空気混合物を燃焼チャンバに送給することができ
るプレミキサシステムを設計するのが有利である。燃料
／空気混合物の流れがライナー壁に衝突すると、カーボ
ンの付着量が増大し、熱伝達性能を低減させるととも
に、熱疲労を増大させる。
【０００７】さらに、多数の別々のプレミキサとマッチ
させる必要がないために、他の従来の環状燃焼器装置及
びシステムと比較して極めて構造が簡単で、操作が容易
であり、装置の初期コストが低く、燃料／空気比の制御
性が非常に改善された装置を設計するのが望ましい。
させる必要がないために、他の従来の環状燃焼器装置及
びシステムと比較して極めて構造が簡単で、操作が容易
であり、装置の初期コストが低く、燃料／空気比の制御
性が非常に改善された装置を設計するのが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本明細書に広範かつ具体
的に記載した本発明によれば、圧縮空気源及び燃料源と
ともに作動するための燃焼器システムは、燃焼チャンバ
を形成する円筒状ライナーを有し、ハウジングは１つの
軸線とチャンバの一端に近接する１つ以上の入口を有
し、前記一端に近接するチャンバ部分は燃焼域を構成す
る。燃焼器システムはまた１つ以上の燃料／空気プレミ
キサを有し、各燃料／空気プレミキサはライナーの外側
に配置されており、圧縮空気を吸入する入口と、燃料を
吸入する入口と、装入した圧縮空気及び燃料を混合して
燃料／空気混合物を各ライナー入口より燃焼域に送給す
る混合管とを有する。混合管（例えばベンチュリー）は
入口、出口及び流れ軸線を有する。混合管入口は圧縮空
気源及び燃料源と流体接続しており、出口は燃料／空気
混合物を燃焼域に送給するためにライナー入口に接続し
ている。
的に記載した本発明によれば、圧縮空気源及び燃料源と
ともに作動するための燃焼器システムは、燃焼チャンバ
を形成する円筒状ライナーを有し、ハウジングは１つの
軸線とチャンバの一端に近接する１つ以上の入口を有
し、前記一端に近接するチャンバ部分は燃焼域を構成す
る。燃焼器システムはまた１つ以上の燃料／空気プレミ
キサを有し、各燃料／空気プレミキサはライナーの外側
に配置されており、圧縮空気を吸入する入口と、燃料を
吸入する入口と、装入した圧縮空気及び燃料を混合して
燃料／空気混合物を各ライナー入口より燃焼域に送給す
る混合管とを有する。混合管（例えばベンチュリー）は
入口、出口及び流れ軸線を有する。混合管入口は圧縮空
気源及び燃料源と流体接続しており、出口は燃料／空気
混合物を燃焼域に送給するためにライナー入口に接続し
ている。
【０００９】好ましい実施例では、混合管はライナー軸
線に関して実質的に半径方向に位置する流れ軸線と、混
合管の軸線方向一端に近接する入口と、混合管の流れ軸
線にト沿って燃焼チャンバまで延び、燃焼域内に燃料／
空気混合物を流入させるための１つ以上のポートを有す
るノズル組立体とを有する。
線に関して実質的に半径方向に位置する流れ軸線と、混
合管の軸線方向一端に近接する入口と、混合管の流れ軸
線にト沿って燃焼チャンバまで延び、燃焼域内に燃料／
空気混合物を流入させるための１つ以上のポートを有す
るノズル組立体とを有する。
【００１０】さらに好ましくは、ノズル組立体のポート
の全断面積の大きさは、ポートを通る混合物を加速する
ために、混合管の最大断面積に対して決める。
の全断面積の大きさは、ポートを通る混合物を加速する
ために、混合管の最大断面積に対して決める。
【００１１】さらに好ましくは、ノズル組立体はチャネ
ルを有し、各チャネルは混合管の流れ軸線に対して傾斜
しており、燃料／空気混合物を燃焼域に送給するために
各ノズル組立体ポートまで延びるチャネルを有する。さ
らに好ましくは、ノズル組立体のポートの少なくとも２
つは燃料／空気混合物をライナー軸線に関して実質的に
対向する角度に送給するように、配向している。
ルを有し、各チャネルは混合管の流れ軸線に対して傾斜
しており、燃料／空気混合物を燃焼域に送給するために
各ノズル組立体ポートまで延びるチャネルを有する。さ
らに好ましくは、ノズル組立体のポートの少なくとも２
つは燃料／空気混合物をライナー軸線に関して実質的に
対向する角度に送給するように、配向している。
【００１２】さらに本明細書に具体的かつ広範に記載し
た本発明によれば、燃料源及び燃焼用圧縮空気の供給源
を有するガスタービン用燃焼装置は、単段式燃焼域を形
成する部分を含む環状燃焼チャンバを有し、環状燃焼チ
ャンバは軸線、及び燃料源及び圧縮空気源に接続してい
るとともに、燃料を燃焼用空気と混合するとともに燃料
／空気混合物を燃焼域に送給するために燃焼チャンバの
軸線に対して角度的に離隔した２つのプレミキサを有す
る。燃焼チャンバ部分はそれ以外は圧縮空気源から遮断
されている。各プレミキサは、軸線が実質的に半径方向
に配向するとともに、燃焼チャンバの軸線に関して軸線
方向に傾斜するように、配向した混合管を有し、各混合
管は入口及び出口を有し、また各プレミキサは混合管入
口を包囲するハウジングを有し、プレミキサハウジング
は空気の入口及び燃料源に接続した燃料入口を有する。
ノズルは各混合管に接続し、燃料／空気混合物を単段式
燃焼域内に流入させるために単段式燃焼域まで延びてい
る。ノズルは各混合管軸線に対して傾斜した２つ以上の
ポートまで延び、そこで２つ以上のポートを通る各流れ
方向は燃焼域軸線に関して実質的に対向している。プレ
ミキサ組立体はさらに、空気分配マニホルドと、一対の
分配導管（それぞれマニホルドを各プレミキサハウジン
グの空気入口に接続する）と、マニホルド及び分配導管
を経て両プレミキサへ流れる燃焼用空気を制御するため
に圧縮空気源とマニホルドとの間の流路内に設けられた
単一空気弁とを有する。
た本発明によれば、燃料源及び燃焼用圧縮空気の供給源
を有するガスタービン用燃焼装置は、単段式燃焼域を形
成する部分を含む環状燃焼チャンバを有し、環状燃焼チ
ャンバは軸線、及び燃料源及び圧縮空気源に接続してい
るとともに、燃料を燃焼用空気と混合するとともに燃料
／空気混合物を燃焼域に送給するために燃焼チャンバの
軸線に対して角度的に離隔した２つのプレミキサを有す
る。燃焼チャンバ部分はそれ以外は圧縮空気源から遮断
されている。各プレミキサは、軸線が実質的に半径方向
に配向するとともに、燃焼チャンバの軸線に関して軸線
方向に傾斜するように、配向した混合管を有し、各混合
管は入口及び出口を有し、また各プレミキサは混合管入
口を包囲するハウジングを有し、プレミキサハウジング
は空気の入口及び燃料源に接続した燃料入口を有する。
ノズルは各混合管に接続し、燃料／空気混合物を単段式
燃焼域内に流入させるために単段式燃焼域まで延びてい
る。ノズルは各混合管軸線に対して傾斜した２つ以上の
ポートまで延び、そこで２つ以上のポートを通る各流れ
方向は燃焼域軸線に関して実質的に対向している。プレ
ミキサ組立体はさらに、空気分配マニホルドと、一対の
分配導管（それぞれマニホルドを各プレミキサハウジン
グの空気入口に接続する）と、マニホルド及び分配導管
を経て両プレミキサへ流れる燃焼用空気を制御するため
に圧縮空気源とマニホルドとの間の流路内に設けられた
単一空気弁とを有する。
【００１３】プレミキサは正反対に対向するのが好まし
く、マニホルドは燃焼チャンバの軸線に関して２つのプ
レミキサから実質的に等距離に傾斜しているのが好まし
く、空気弁は回転自在な円筒部を有するのが好ましい。
く、マニホルドは燃焼チャンバの軸線に関して２つのプ
レミキサから実質的に等距離に傾斜しているのが好まし
く、空気弁は回転自在な円筒部を有するのが好ましい。
【００１４】また各混合管はノズルの上流位置で最大断
面積を有するのが好ましく、ポートの全断面積はポート
を通る燃料／空気混合物を加速するために、混合管の最
大断面積に対して小さいのが好ましい。
面積を有するのが好ましく、ポートの全断面積はポート
を通る燃料／空気混合物を加速するために、混合管の最
大断面積に対して小さいのが好ましい。
【００１５】さらに好ましくは、燃焼装置は分離自在な
端部を有する圧力容器を具備し、圧力容器は燃焼チャン
バを包囲し、またプレミキサ組立体は端部に分離自在に
取り付けられている。圧力容器の端部はまた、プレナム
の一部を有し、プレナムは主燃焼用空気流路に沿って空
気弁を経てプレミキサに流体接続している。各プレミキ
サハウジングは燃焼用空気の不利用部分をプレナムから
各混合管（プレナムとプレミキサとの間で主燃焼用空気
流路をバイパスする）まで送給する形状を有する。
端部を有する圧力容器を具備し、圧力容器は燃焼チャン
バを包囲し、またプレミキサ組立体は端部に分離自在に
取り付けられている。圧力容器の端部はまた、プレナム
の一部を有し、プレナムは主燃焼用空気流路に沿って空
気弁を経てプレミキサに流体接続している。各プレミキ
サハウジングは燃焼用空気の不利用部分をプレナムから
各混合管（プレナムとプレミキサとの間で主燃焼用空気
流路をバイパスする）まで送給する形状を有する。
【００１６】さらに本明細書に具体的かつ広範に記載し
た本発明によれば、燃料源及び燃焼用圧縮空気源を有す
るガスタービン用燃焼装置は、燃焼チャンバ及び燃料を
燃焼用空気で燃焼させるための燃焼域を形成する燃焼チ
ャンバライナー部を有し、燃焼チャンバは軸線を有す
る。さらに、プレミキサ組立体は燃料源及び圧縮空気源
に接続しており、燃料を実質的に全ての燃焼用空気と混
合させるとともに混合管軸線に沿った流路により燃料／
空気混合物を燃焼チャンバに送給するための軸線を具備
する混合管を有する。さらに、燃料／空気混合物の流路
内の燃焼チャンバ内に炎保持装置を位置させる。
た本発明によれば、燃料源及び燃焼用圧縮空気源を有す
るガスタービン用燃焼装置は、燃焼チャンバ及び燃料を
燃焼用空気で燃焼させるための燃焼域を形成する燃焼チ
ャンバライナー部を有し、燃焼チャンバは軸線を有す
る。さらに、プレミキサ組立体は燃料源及び圧縮空気源
に接続しており、燃料を実質的に全ての燃焼用空気と混
合させるとともに混合管軸線に沿った流路により燃料／
空気混合物を燃焼チャンバに送給するための軸線を具備
する混合管を有する。さらに、燃料／空気混合物の流路
内の燃焼チャンバ内に炎保持装置を位置させる。
【００１７】さらに好ましくは、炎保持装置は混合管に
付属させるかその一部とし、燃料／空気混合物を燃焼域
内に分配するためのノズル組立体の形状にする。炎保持
装置は混合管に接続した延長部、及び延長部に接続した
端部キャップを具備し、延長部及び端部キャップは燃焼
域内まで延び、ともにノズル組立体（燃料／空気混合物
により冷却される）を形成する。
付属させるかその一部とし、燃料／空気混合物を燃焼域
内に分配するためのノズル組立体の形状にする。炎保持
装置は混合管に接続した延長部、及び延長部に接続した
端部キャップを具備し、延長部及び端部キャップは燃焼
域内まで延び、ともにノズル組立体（燃料／空気混合物
により冷却される）を形成する。
【００１８】上記発明の技術的意義は、燃焼工程の力学
的考察から分かる。排気ガス中の窒素酸化物の量は以下
の式： ＮＯｘ＝ 3.2×10-6×EXP(7.97×10-3×Ｔ）・Ｐ-2 （ただし、Ｔは°Ｋで表した炎温度であり、ＮＯｘは、
燃焼域から流出する窒素酸化物の濃度（体積ppm で表わ
すＮＯ2 換算値）であり、Ｐは気圧（atm で表す）であ
る。）により表すことができる。炎温度は、完全に予備
混合された混合物の燃料／空気比と、燃焼器入口におけ
る空気及び燃料の温度との関数である。純粋な燃料に対
して炎温度が約2550°ランキン（1417°Ｋ）を超える場
合、あるいは窒素のような非燃焼性希釈剤を含んでいる
燃料に対して炎温度が約2550°ランキン（1417°Ｋ）よ
り僅かに高い場合、燃焼器中の炎が燃え続けることが経
験的に分かった。しかしこのレベルでは炎は消える寸前
であり、一酸化炭素の放出量は多い。
的考察から分かる。排気ガス中の窒素酸化物の量は以下
の式： ＮＯｘ＝ 3.2×10-6×EXP(7.97×10-3×Ｔ）・Ｐ-2 （ただし、Ｔは°Ｋで表した炎温度であり、ＮＯｘは、
燃焼域から流出する窒素酸化物の濃度（体積ppm で表わ
すＮＯ2 換算値）であり、Ｐは気圧（atm で表す）であ
る。）により表すことができる。炎温度は、完全に予備
混合された混合物の燃料／空気比と、燃焼器入口におけ
る空気及び燃料の温度との関数である。純粋な燃料に対
して炎温度が約2550°ランキン（1417°Ｋ）を超える場
合、あるいは窒素のような非燃焼性希釈剤を含んでいる
燃料に対して炎温度が約2550°ランキン（1417°Ｋ）よ
り僅かに高い場合、燃焼器中の炎が燃え続けることが経
験的に分かった。しかしこのレベルでは炎は消える寸前
であり、一酸化炭素の放出量は多い。
【００１９】両汚染源のレベルを許容範囲内に低くする
ために、燃焼器入口温度に関連して、約2800〜3000°ラ
ンキン（1556〜1667°Ｋ）の炎温度を出す燃料／空気比
とするのが望ましい。ＮＯｘレベルをさらに低減するた
めに希釈用空気を加える前では、ＮＯｘレベルは１気圧
当たり0.8 〜2.0 ppmv（体積ppm ）であることが上記式
から分かる。これらの温度での一酸化炭素レベルは20pp
mv未満であり、より高い圧力ではさらに低いことが、経
験的に分かった。
ために、燃焼器入口温度に関連して、約2800〜3000°ラ
ンキン（1556〜1667°Ｋ）の炎温度を出す燃料／空気比
とするのが望ましい。ＮＯｘレベルをさらに低減するた
めに希釈用空気を加える前では、ＮＯｘレベルは１気圧
当たり0.8 〜2.0 ppmv（体積ppm ）であることが上記式
から分かる。これらの温度での一酸化炭素レベルは20pp
mv未満であり、より高い圧力ではさらに低いことが、経
験的に分かった。
【００２０】本発明の燃焼チャンバ中での一定の燃料／
空気比は、プレミキサへの空気流を燃料流量と比例させ
るように調節することにより得られる。燃料が液滴又は
拡散ガス炎として燃焼すると、燃焼はほぼ化学量論的値
で進み、局所的な温度は非常に高く、もって過剰なＮＯ
ｘを生成するので、平均の温度を制限するだけでは十分
でないことが経験的に分かった。ＮＯｘの生成量を最低
にするために、本発明の燃焼器は、燃焼チャンバ自身か
ら離隔したプレミキサ中で、全ての燃料及び燃焼用空気
を完全に予備混合し、液体燃料を使用する場合には、燃
焼に使用すべき燃料及び空気を予備混合する前に燃料を
気化させる。ある種のガスタービンエンジン（主とし
て、定速で運転しなければならないので単一シャフトで
直列的に連結した発電装置用）では、空気流量は出力レ
ベルに関係なくほとんど一定であり、また別のガスター
ビンエンジン（例えば、フリータービンユニット及び推
進力ユニット等用）では、空気流量は出力レベルの低下
とともに減少する。両型のユニットにおいて一定の燃料
／空気比を維持するためには、ほとんど一定の燃料／空
気比を与えるのに必要な空気量を与える空気弁を燃料弁
に結合しなければならないことがある。明らかに空気弁
は２種のエンジンでは異なるが、原理は同じである。
空気比は、プレミキサへの空気流を燃料流量と比例させ
るように調節することにより得られる。燃料が液滴又は
拡散ガス炎として燃焼すると、燃焼はほぼ化学量論的値
で進み、局所的な温度は非常に高く、もって過剰なＮＯ
ｘを生成するので、平均の温度を制限するだけでは十分
でないことが経験的に分かった。ＮＯｘの生成量を最低
にするために、本発明の燃焼器は、燃焼チャンバ自身か
ら離隔したプレミキサ中で、全ての燃料及び燃焼用空気
を完全に予備混合し、液体燃料を使用する場合には、燃
焼に使用すべき燃料及び空気を予備混合する前に燃料を
気化させる。ある種のガスタービンエンジン（主とし
て、定速で運転しなければならないので単一シャフトで
直列的に連結した発電装置用）では、空気流量は出力レ
ベルに関係なくほとんど一定であり、また別のガスター
ビンエンジン（例えば、フリータービンユニット及び推
進力ユニット等用）では、空気流量は出力レベルの低下
とともに減少する。両型のユニットにおいて一定の燃料
／空気比を維持するためには、ほとんど一定の燃料／空
気比を与えるのに必要な空気量を与える空気弁を燃料弁
に結合しなければならないことがある。明らかに空気弁
は２種のエンジンでは異なるが、原理は同じである。
【００２１】しかし本発明は、別の圧縮空気弁により与
えられる燃料／空気比を正確に制御する必要がない用途
（例えばフリータービンやフリージェット推進のような
用途）においても非常に有用である。これらの用途では
ガス発生器の回転数（rpm ）の燃料流速に対する依存性
により、圧縮空気の制御は自動的に行なわれる。従っ
て、予備混合した燃料／空気の導入や、燃料と予備混合
しない圧縮空気の実質的に全ての部分を対流冷却用に使
用することから得られる燃焼効率の向上及び構造の単純
化は、圧縮空気弁があってもそれを一定の開度にプリセ
ットすることができる用途、あるいは弁が全くないよう
な用途に対して非常に有利である。
えられる燃料／空気比を正確に制御する必要がない用途
（例えばフリータービンやフリージェット推進のような
用途）においても非常に有用である。これらの用途では
ガス発生器の回転数（rpm ）の燃料流速に対する依存性
により、圧縮空気の制御は自動的に行なわれる。従っ
て、予備混合した燃料／空気の導入や、燃料と予備混合
しない圧縮空気の実質的に全ての部分を対流冷却用に使
用することから得られる燃焼効率の向上及び構造の単純
化は、圧縮空気弁があってもそれを一定の開度にプリセ
ットすることができる用途、あるいは弁が全くないよう
な用途に対して非常に有利である。
【００２２】本発明では唯一の燃焼域を使い、燃料／空
気比及び炎温度は効果的に一酸化炭素及び炭化水素を燃
やすのに常に十分に高い。従って本発明では、燃焼の各
段間に移行域ができないようにすることにより、窒素酸
化物の生成量が低いのみならず、一酸化炭素及び未燃焼
炭化水素の放出量も少ない。本発明は唯一の燃焼域を有
するので、第一及び第二の燃焼域（多段式燃焼器）を分
離したり、そのような分離部分を冷却する必要がない。
またパイロット炎又は関連装置を使用する必要もない。
さらに１つの燃料制御弁（正確でなければならない）、
及び多くても各プレミキサ組立体用の１つの圧縮空気制
御弁（精度及び漏洩に関して許容度が大きい）を有する
ことにより、制御システムを非常に単純化することがで
きる。さらに圧縮空気制御弁がなくてもよいような用途
では付加的な単純化が可能である。
気比及び炎温度は効果的に一酸化炭素及び炭化水素を燃
やすのに常に十分に高い。従って本発明では、燃焼の各
段間に移行域ができないようにすることにより、窒素酸
化物の生成量が低いのみならず、一酸化炭素及び未燃焼
炭化水素の放出量も少ない。本発明は唯一の燃焼域を有
するので、第一及び第二の燃焼域（多段式燃焼器）を分
離したり、そのような分離部分を冷却する必要がない。
またパイロット炎又は関連装置を使用する必要もない。
さらに１つの燃料制御弁（正確でなければならない）、
及び多くても各プレミキサ組立体用の１つの圧縮空気制
御弁（精度及び漏洩に関して許容度が大きい）を有する
ことにより、制御システムを非常に単純化することがで
きる。さらに圧縮空気制御弁がなくてもよいような用途
では付加的な単純化が可能である。
【００２３】本明細書において特に詳細に記載する燃料
／空気混合装置では、出口での燃料／空気の重量比がほ
とんど均一である。もちろん混合管内のどの地点におい
ても、軸線方向速度を炎が乱流となる速度より早く保つ
ことが必要であり、燃料／空気混合系内の再循環も防止
することが必要である。これらの要件が満たされると、
燃料／空気混合物が予備混合装置を出る前に燃焼が起こ
ることはない。
／空気混合装置では、出口での燃料／空気の重量比がほ
とんど均一である。もちろん混合管内のどの地点におい
ても、軸線方向速度を炎が乱流となる速度より早く保つ
ことが必要であり、燃料／空気混合系内の再循環も防止
することが必要である。これらの要件が満たされると、
燃料／空気混合物が予備混合装置を出る前に燃焼が起こ
ることはない。
【００２４】本発明の他の目的及び利点を以下に説明す
るが、その他の点は以下の記載及び本発明の実施から明
らかになる。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲
の欄に記載した装置及び組合せから理解することがで
き、またそれらにより達成することができる。
るが、その他の点は以下の記載及び本発明の実施から明
らかになる。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲
の欄に記載した装置及び組合せから理解することがで
き、またそれらにより達成することができる。
【００２５】
【実施例】添付図面を参照して本発明の好ましい実施例
を説明する。
を説明する。
【００２６】図1Aは参照番号10により一般的に示す本発
明の燃焼器システムを示す。図示の燃焼器システム10
は、ラジアルガスタービンエンジンモジュール12ととも
に使用するものである。ガスタービンエンジンモジュー
ル12は、軸線18の回りに回転できるシャフト16が内部に
取り付けられた圧力ハウジング14を有する。シャフト16
の一端にラジアルタービン20が取り付けられており、ラ
ジアルタービン20は、シャフト16の他端に取り付けられ
た遠心コンプレッサ22を駆動する。図1Aに示す構造で
は、ガスタービンエンジンモジュール12の出力は、遠心
コンプレッサ22に近接する機械的連結装置（24で一般的
に示す）から取り出す。しかし本発明の燃焼器システム
は、当業者であれば直ちに理解するように、例えば「フ
リー出力タービン」（図5A参照）、「フリージェット」
推進ユニット（図示せず）、その他のタービン・エンジ
ンシステムと組み合わせて、ガス発生器に使用すること
もできる。また本発明はラジアルガスタービンエンジン
又はガス発生器のモジュールとともに使用する場合に限
られるものではなく、少くとも最も広い意味でアキシャ
ルタービンエンジンモジュール、アキシャル−ラジアル
混合型タービンエンジンモジュール及びガス発生器モジ
ュールとともに使用することもできる。
明の燃焼器システムを示す。図示の燃焼器システム10
は、ラジアルガスタービンエンジンモジュール12ととも
に使用するものである。ガスタービンエンジンモジュー
ル12は、軸線18の回りに回転できるシャフト16が内部に
取り付けられた圧力ハウジング14を有する。シャフト16
の一端にラジアルタービン20が取り付けられており、ラ
ジアルタービン20は、シャフト16の他端に取り付けられ
た遠心コンプレッサ22を駆動する。図1Aに示す構造で
は、ガスタービンエンジンモジュール12の出力は、遠心
コンプレッサ22に近接する機械的連結装置（24で一般的
に示す）から取り出す。しかし本発明の燃焼器システム
は、当業者であれば直ちに理解するように、例えば「フ
リー出力タービン」（図5A参照）、「フリージェット」
推進ユニット（図示せず）、その他のタービン・エンジ
ンシステムと組み合わせて、ガス発生器に使用すること
もできる。また本発明はラジアルガスタービンエンジン
又はガス発生器のモジュールとともに使用する場合に限
られるものではなく、少くとも最も広い意味でアキシャ
ルタービンエンジンモジュール、アキシャル−ラジアル
混合型タービンエンジンモジュール及びガス発生器モジ
ュールとともに使用することもできる。
【００２７】図1Aにおいて、ガスタービンエンジンモジ
ュール12は、一般的に以下のように作動する。矢印26に
より示す方向に遠心コンプレッサ22に導入された空気
は、遠心力により加速され、ディフューザ28に入って静
圧を増大する。ディフューザ28から出た圧縮空気は、プ
レナムチャンバ30に集められ、次いでプレナム30から出
た圧縮空気は、燃焼器システム10のプレミキサ60によ
り、燃料源32から来る燃料と混合され（詳細については
後述する）、燃焼して高温の排気ガスを生成する。高温
の排気ガスは入口案内ベーン34を経てラジアルタービン
20に流入し、そこで出力が得られる。タービン20から出
る排気ガスは大気中に放出されるか、あるいは後段のエ
ンジンモジュールに送給される。フリー出力タービン配
列の場合、タービン20から出たガスは一層大きな出力を
得るためにフリー出力タービンに送給される。
ュール12は、一般的に以下のように作動する。矢印26に
より示す方向に遠心コンプレッサ22に導入された空気
は、遠心力により加速され、ディフューザ28に入って静
圧を増大する。ディフューザ28から出た圧縮空気は、プ
レナムチャンバ30に集められ、次いでプレナム30から出
た圧縮空気は、燃焼器システム10のプレミキサ60によ
り、燃料源32から来る燃料と混合され（詳細については
後述する）、燃焼して高温の排気ガスを生成する。高温
の排気ガスは入口案内ベーン34を経てラジアルタービン
20に流入し、そこで出力が得られる。タービン20から出
る排気ガスは大気中に放出されるか、あるいは後段のエ
ンジンモジュールに送給される。フリー出力タービン配
列の場合、タービン20から出たガスは一層大きな出力を
得るためにフリー出力タービンに送給される。
【００２８】本発明によれば、燃焼器システムは燃焼チ
ャンバを形成する円筒形ハウジングを有し、ハウジング
は軸線を有するとともに、チャンバの軸線方向一端に近
接する少くとも１つの吸入ポートを有する。チャンバの
軸線方向一端に近接するチャンバ部分は単段燃焼域を有
することが重要である。排気はチャンバの軸線方向他端
に位置し、チャンバの軸線方向他端に近接する燃焼チャ
ンバ部分は希釈域を有する。ハウジングはさらに希釈域
と連通する希釈ポートの形状の開口部手段を有する。
ャンバを形成する円筒形ハウジングを有し、ハウジング
は軸線を有するとともに、チャンバの軸線方向一端に近
接する少くとも１つの吸入ポートを有する。チャンバの
軸線方向一端に近接するチャンバ部分は単段燃焼域を有
することが重要である。排気はチャンバの軸線方向他端
に位置し、チャンバの軸線方向他端に近接する燃焼チャ
ンバ部分は希釈域を有する。ハウジングはさらに希釈域
と連通する希釈ポートの形状の開口部手段を有する。
【００２９】図1Aに示すように、燃焼器システム10は、
ほぼトロイダル状の環状燃焼器ライナーハウジング40
（単に「ハウジング」又は「ライナー」と呼ぶ）を有す
る。好ましい実施例では環状ハウジングを図示している
が、「缶型」の円筒形ハウジングもまた使用可能であ
る。ハウジング40は圧力容器14内にあり、その軸線42は
実質的にガスタービンエンジンモジュールの軸線18と一
致する。ハウジング40は、吸入ポート43を除いて軸線方
向端部44で閉じられているが、軸線方向端部46では開放
して環状排気ポート48（燃焼器出口）を形成している。
排気ポート48はチャネル50及び入口案内ベーン34を介し
てラジアルタービン20と流体連通している。
ほぼトロイダル状の環状燃焼器ライナーハウジング40
（単に「ハウジング」又は「ライナー」と呼ぶ）を有す
る。好ましい実施例では環状ハウジングを図示している
が、「缶型」の円筒形ハウジングもまた使用可能であ
る。ハウジング40は圧力容器14内にあり、その軸線42は
実質的にガスタービンエンジンモジュールの軸線18と一
致する。ハウジング40は、吸入ポート43を除いて軸線方
向端部44で閉じられているが、軸線方向端部46では開放
して環状排気ポート48（燃焼器出口）を形成している。
排気ポート48はチャネル50及び入口案内ベーン34を介し
てラジアルタービン20と流体連通している。
【００３０】さらに図1Aにおいて、ハウジング40により
形成されたトロイダル状のチャンバ52は、異なる作用を
有する２つのほぼ軸線方向のセクションを有する。軸線
方向一端44に近接するセクション54は単段燃焼域を形成
し、ハウジング端部46に近接するセクション56は希釈域
を形成する。希釈域56に開口するハウジング40に、複数
の開口部58a 、58b が設けられている。ハウジングの軸
線42を基準として、希釈ポート58a はハウジング40の外
周面に形成された一連の開口部であり、希釈ポート58b
はハウジング40の内周面に形成された一連の開口部であ
る。一般に希釈ポート58a 及び58b を有する開口部手段
は、圧縮空気導管手段（以下にさらに詳細に記載する）
から来る圧縮空気を燃焼チャンバ52の希釈域56に導入す
る。しかし希釈用開口部は、燃焼器ライナーの内外壁の
両方に設ける必要はなく、例えば希釈用空気の全流量に
適応した大きさの開口部58b を使用すれば、開口部58a
を省略しても良い。
形成されたトロイダル状のチャンバ52は、異なる作用を
有する２つのほぼ軸線方向のセクションを有する。軸線
方向一端44に近接するセクション54は単段燃焼域を形成
し、ハウジング端部46に近接するセクション56は希釈域
を形成する。希釈域56に開口するハウジング40に、複数
の開口部58a 、58b が設けられている。ハウジングの軸
線42を基準として、希釈ポート58a はハウジング40の外
周面に形成された一連の開口部であり、希釈ポート58b
はハウジング40の内周面に形成された一連の開口部であ
る。一般に希釈ポート58a 及び58b を有する開口部手段
は、圧縮空気導管手段（以下にさらに詳細に記載する）
から来る圧縮空気を燃焼チャンバ52の希釈域56に導入す
る。しかし希釈用開口部は、燃焼器ライナーの内外壁の
両方に設ける必要はなく、例えば希釈用空気の全流量に
適応した大きさの開口部58b を使用すれば、開口部58a
を省略しても良い。
【００３１】さらに本発明では、円筒形ハウジングの外
側に配置された少なくとも１つの燃料／空気プレミキサ
は、圧縮空気流の一部を燃料と混合して燃料／空気混合
物を生成し、その混合物を吸入ポートを通して燃焼域に
送給する。燃料／空気プレミキサは、圧縮空気吸入手
段、燃料吸入手段、及び吸入した圧縮空気の流れを平滑
化するとともに吸入した圧縮空気を燃料と混合するため
のチャンバ手段を有する。本明細書で具体的に記載する
ように（図1Aを参照）、燃焼器システム10はさらに参照
番号60により一般的に示す単一の燃料／空気プレミキサ
を有する。プレミキサ60は、以下に詳細に記載する導管
手段から圧縮空気を吸入するハウジング組立体62、及び
燃料ライン66を通して燃料源32から燃料を吸入する単一
燃料ノズル64を有する。図1Aに示す燃料ノズル64は、液
体燃料とともに使用する場合に噴霧化及び気化の促進に
特に有利な「エアブラスト」式燃料ノズルである。しか
し気体燃料に「エアブラスト」式ノズルを使用すると、
以下に記載するベンチュリ手段に供給する前に、燃料を
空気と初期混合するという利点がある。従って、本発明
の燃焼器システムは液体燃料又はエアブラスト式燃料ノ
ズルの使用に制限されず、気体燃料及び渦流型ノズルの
ような他種の燃料ノズルも使用することができる。
側に配置された少なくとも１つの燃料／空気プレミキサ
は、圧縮空気流の一部を燃料と混合して燃料／空気混合
物を生成し、その混合物を吸入ポートを通して燃焼域に
送給する。燃料／空気プレミキサは、圧縮空気吸入手
段、燃料吸入手段、及び吸入した圧縮空気の流れを平滑
化するとともに吸入した圧縮空気を燃料と混合するため
のチャンバ手段を有する。本明細書で具体的に記載する
ように（図1Aを参照）、燃焼器システム10はさらに参照
番号60により一般的に示す単一の燃料／空気プレミキサ
を有する。プレミキサ60は、以下に詳細に記載する導管
手段から圧縮空気を吸入するハウジング組立体62、及び
燃料ライン66を通して燃料源32から燃料を吸入する単一
燃料ノズル64を有する。図1Aに示す燃料ノズル64は、液
体燃料とともに使用する場合に噴霧化及び気化の促進に
特に有利な「エアブラスト」式燃料ノズルである。しか
し気体燃料に「エアブラスト」式ノズルを使用すると、
以下に記載するベンチュリ手段に供給する前に、燃料を
空気と初期混合するという利点がある。従って、本発明
の燃焼器システムは液体燃料又はエアブラスト式燃料ノ
ズルの使用に制限されず、気体燃料及び渦流型ノズルの
ような他種の燃料ノズルも使用することができる。
【００３２】燃料／空気プレミキサ60はさらに、燃料／
空気プレミキサハウジング組立体62の内に配置されたベ
ンチュリ入口70、及び吸入ポート43に連結するベンチュ
リ出口72を有するベンチュリ68の形状の混合チャンバ手
段を有する。ベンチュリ68は流れ軸線74を有し、燃料ノ
ズル64は軸線74に実質的に沿ってベンチュリ入口70に燃
料スプレーを送給するように位置する。ベンチュリチャ
ンバ内で燃料と圧縮空気を激しく完全に混合し、かつ矢
印76で概略的に示すように燃料／空気混合物をベンチュ
リの軸線74に沿って燃焼域54に導くように、ベンチュリ
68の流路断面積及び寸法を選択する。燃料／空気混合物
の最小速度（アイドリング時の速度）が燃料／空気混合
物の炎伝播速度より大きくなるように、ベンチュリ出口
72の流れ面積を選定しなければならない。燃焼域54内で
の燃焼の安定性を向上させるために、参照番号78により
概略的に示すような炎保持手段をベンチュリ出口72付近
に設けてもよい。
空気プレミキサハウジング組立体62の内に配置されたベ
ンチュリ入口70、及び吸入ポート43に連結するベンチュ
リ出口72を有するベンチュリ68の形状の混合チャンバ手
段を有する。ベンチュリ68は流れ軸線74を有し、燃料ノ
ズル64は軸線74に実質的に沿ってベンチュリ入口70に燃
料スプレーを送給するように位置する。ベンチュリチャ
ンバ内で燃料と圧縮空気を激しく完全に混合し、かつ矢
印76で概略的に示すように燃料／空気混合物をベンチュ
リの軸線74に沿って燃焼域54に導くように、ベンチュリ
68の流路断面積及び寸法を選択する。燃料／空気混合物
の最小速度（アイドリング時の速度）が燃料／空気混合
物の炎伝播速度より大きくなるように、ベンチュリ出口
72の流れ面積を選定しなければならない。燃焼域54内で
の燃焼の安定性を向上させるために、参照番号78により
概略的に示すような炎保持手段をベンチュリ出口72付近
に設けてもよい。
【００３３】図1Bに最もよく示すように、ベンチュリの
軸線74がハウジングの軸線42に対して実質的に接線方向
を向くように混合用ベンチュリ68が配置されているの
で、吸入した燃料／空気混合物は燃焼域54内で軸線42の
回りに渦巻く。以下に一層詳細に記載する好ましいプレ
ミキサ構造から分かるように、単一燃料ノズルより供給
を受ける単一の燃料／空気プレミキサのみを使用するこ
とにより、燃焼チャンバ52に適切に燃料／空気混合物を
供給することができる。しかし特に燃焼チャンバ52の半
径方向「厚さ」（軸線42から測定）がその外径に対して
小さい場合に、複数の燃料／空気プレミキサを使用して
もよい。
軸線74がハウジングの軸線42に対して実質的に接線方向
を向くように混合用ベンチュリ68が配置されているの
で、吸入した燃料／空気混合物は燃焼域54内で軸線42の
回りに渦巻く。以下に一層詳細に記載する好ましいプレ
ミキサ構造から分かるように、単一燃料ノズルより供給
を受ける単一の燃料／空気プレミキサのみを使用するこ
とにより、燃焼チャンバ52に適切に燃料／空気混合物を
供給することができる。しかし特に燃焼チャンバ52の半
径方向「厚さ」（軸線42から測定）がその外径に対して
小さい場合に、複数の燃料／空気プレミキサを使用して
もよい。
【００３４】本発明の好ましい一実施例によれば、燃焼
器システムは、ベンチュリの流れ軸線の交点に近い位置
で環状ライナーハウジング上に配置された点火装置を有
する。図1Bにおいて、点火装置79は流れ軸線74とライナ
ーハウジング40との交点付近に位置し、燃焼域54内に僅
かな距離だけ延びる。従って、理想的には点火装置79は
燃焼を開始させるためにプレミキサ60から出る燃料／空
気混合物と交差するように位置する。一旦燃焼が開始す
ると、燃焼域54内で渦巻く高温の燃焼ガスは燃料／空気
混合物を自動点火させ、点火装置79（電気的でよい）は
通常停止する。
器システムは、ベンチュリの流れ軸線の交点に近い位置
で環状ライナーハウジング上に配置された点火装置を有
する。図1Bにおいて、点火装置79は流れ軸線74とライナ
ーハウジング40との交点付近に位置し、燃焼域54内に僅
かな距離だけ延びる。従って、理想的には点火装置79は
燃焼を開始させるためにプレミキサ60から出る燃料／空
気混合物と交差するように位置する。一旦燃焼が開始す
ると、燃焼域54内で渦巻く高温の燃焼ガスは燃料／空気
混合物を自動点火させ、点火装置79（電気的でよい）は
通常停止する。
【００３５】さらに本発明では、圧縮空気出口と燃料／
空気プレミキサとを連結するために圧縮空気導管手段が
設けられており、圧縮空気流の一部をプレミキサの圧縮
空気吸入手段に送給するとともに、圧縮空気流の実質的
な残部を開口部手段に送給し、希釈用空気を希釈域に送
給する。本明細書で具体的に説明するように（図1A参
照）、参照番号80により一般的に示す圧縮空気導管手段
は、圧力ハウジング14とハウジング40との間に配置され
たほぼ環状の流路82を有する。流路82は圧縮空気吸入プ
レナム30とリング状プレナム84との間に延在し、タービ
ンの排気セクションに近接するハウジング14の一部とし
て形成されている。上記の通り、燃料／空気プレミキサ
ハウジング組立体62は、プレナム84から圧縮空気を吸入
し、ベンチュリ入口70に送給するように連結されてい
る。図示したプレナム84は環状断面を有するが、他の形
状及び位置も本発明の範囲内である。
空気プレミキサとを連結するために圧縮空気導管手段が
設けられており、圧縮空気流の一部をプレミキサの圧縮
空気吸入手段に送給するとともに、圧縮空気流の実質的
な残部を開口部手段に送給し、希釈用空気を希釈域に送
給する。本明細書で具体的に説明するように（図1A参
照）、参照番号80により一般的に示す圧縮空気導管手段
は、圧力ハウジング14とハウジング40との間に配置され
たほぼ環状の流路82を有する。流路82は圧縮空気吸入プ
レナム30とリング状プレナム84との間に延在し、タービ
ンの排気セクションに近接するハウジング14の一部とし
て形成されている。上記の通り、燃料／空気プレミキサ
ハウジング組立体62は、プレナム84から圧縮空気を吸入
し、ベンチュリ入口70に送給するように連結されてい
る。図示したプレナム84は環状断面を有するが、他の形
状及び位置も本発明の範囲内である。
【００３６】図1Aから明らかなように、流路82を流れる
圧縮空気がハウジング40（特に燃焼域54を直接包囲する
ハウジングのうち最高の燃焼温度が予想される部分86）
を冷却するように、流路82は構成されている。ライナー
ハウジング40の部分86は対流冷却だけを行えばよく、境
膜冷却の必要がない。すなわち、ハウジング40の部分86
において、流路82内を流れる圧縮空気は燃焼域54中で燃
焼している燃料／空気混合物から隔離されている。この
構造のために燃焼域54中で混合物の燃料／空気比を制御
することができ、かつ所望の希薄燃料／空気比を有する
「単段燃焼器」として作動することができる。このよう
な作動によりＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃焼副生物の排出
量を低減することができる。以下に検討するように本発
明の燃焼器システムの特有の構造により、他の従来の燃
焼器システムと比較するとＮＯｘのレベルが非常に低く
なる。
圧縮空気がハウジング40（特に燃焼域54を直接包囲する
ハウジングのうち最高の燃焼温度が予想される部分86）
を冷却するように、流路82は構成されている。ライナー
ハウジング40の部分86は対流冷却だけを行えばよく、境
膜冷却の必要がない。すなわち、ハウジング40の部分86
において、流路82内を流れる圧縮空気は燃焼域54中で燃
焼している燃料／空気混合物から隔離されている。この
構造のために燃焼域54中で混合物の燃料／空気比を制御
することができ、かつ所望の希薄燃料／空気比を有する
「単段燃焼器」として作動することができる。このよう
な作動によりＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃焼副生物の排出
量を低減することができる。以下に検討するように本発
明の燃焼器システムの特有の構造により、他の従来の燃
焼器システムと比較するとＮＯｘのレベルが非常に低く
なる。
【００３７】流路82は実質的に燃焼チャンバ52を包囲
し、対流冷却するとともに希釈ポート58a 及び58b に圧
縮空気を供給する。図1Aに示すように、流路82はまたタ
ービン20に近接する圧力容器14の部分を冷却するために
圧縮空気流を導くチャネル82aを有してもよい。タービ
ンの入口案内ベーン34は、境膜冷却された入口案内ベー
ンでよく、また流路82又は82a から圧縮空気の供給を受
けてもよい。また圧縮空気導管手段80は、特に液体燃料
でエアブラスト式燃料ノズル64を使用する場合、圧縮空
気吸入プレナム30とエアブラスト式燃料ノズル64とを連
結する別の流路88を有することができる。
し、対流冷却するとともに希釈ポート58a 及び58b に圧
縮空気を供給する。図1Aに示すように、流路82はまたタ
ービン20に近接する圧力容器14の部分を冷却するために
圧縮空気流を導くチャネル82aを有してもよい。タービ
ンの入口案内ベーン34は、境膜冷却された入口案内ベー
ンでよく、また流路82又は82a から圧縮空気の供給を受
けてもよい。また圧縮空気導管手段80は、特に液体燃料
でエアブラスト式燃料ノズル64を使用する場合、圧縮空
気吸入プレナム30とエアブラスト式燃料ノズル64とを連
結する別の流路88を有することができる。
【００３８】図1Aに関連した上記説明から明らかなよう
に、圧縮空気導管手段80は、燃料／空気プレミキサ60に
圧縮空気流の一部を導くとともに、圧縮空気流の実質的
な残部を希釈ポート58a 及び58b に導く。燃料／空気プ
レミキサ及び希釈ポートのいずれにも導かれない圧縮空
気流（すなわち、入口案内ベーン34を冷却するために使
用する空気）は非常に少量で、いずれにしても燃焼域内
の燃料／空気比を乱すことはなく、タービン20に入る前
に排気ガスをさらに僅かに希釈するだけである。
に、圧縮空気導管手段80は、燃料／空気プレミキサ60に
圧縮空気流の一部を導くとともに、圧縮空気流の実質的
な残部を希釈ポート58a 及び58b に導く。燃料／空気プ
レミキサ及び希釈ポートのいずれにも導かれない圧縮空
気流（すなわち、入口案内ベーン34を冷却するために使
用する空気）は非常に少量で、いずれにしても燃焼域内
の燃料／空気比を乱すことはなく、タービン20に入る前
に排気ガスをさらに僅かに希釈するだけである。
【００３９】さらに本発明の一実施例では、プレミキサ
に供給する圧縮空気の流量を定めるために、圧縮空気流
路内に弁手段が配置されている。図1Aに示す用途のよう
にコンプレッサの速度（従って圧縮空気の体積流量）が
ほとんど燃料の流量に依存しない場合には、圧縮空気弁
手段は特に重要である。本明細書で具体的に説明するよ
うに（図1Aを参照）、プレナム84からベンチュリ入口70
に入る圧縮空気の流量を定めるために、燃料／空気プレ
ミキサハウジング組立体62内に弁90が設けられている。
弁90は連続的に調整可能であり、弁90の適当な構造は本
発明の燃料／空気プレミキサの好ましい構造の記載に関
連して、以下に一層詳細に検討する。弁の開度が変化す
ると、プレミキサ60による圧力低下が変化し、希釈域へ
の空気の流量が増加又は減少する。このように空気流の
変化及び分割は燃焼器の外側で起こる。
に供給する圧縮空気の流量を定めるために、圧縮空気流
路内に弁手段が配置されている。図1Aに示す用途のよう
にコンプレッサの速度（従って圧縮空気の体積流量）が
ほとんど燃料の流量に依存しない場合には、圧縮空気弁
手段は特に重要である。本明細書で具体的に説明するよ
うに（図1Aを参照）、プレナム84からベンチュリ入口70
に入る圧縮空気の流量を定めるために、燃料／空気プレ
ミキサハウジング組立体62内に弁90が設けられている。
弁90は連続的に調整可能であり、弁90の適当な構造は本
発明の燃料／空気プレミキサの好ましい構造の記載に関
連して、以下に一層詳細に検討する。弁の開度が変化す
ると、プレミキサ60による圧力低下が変化し、希釈域へ
の空気の流量が増加又は減少する。このように空気流の
変化及び分割は燃焼器の外側で起こる。
【００４０】図２は、別の形状の圧縮空気導管手段を有
する燃焼器システム110 を示す。図1A及び図1Bの実施例
と同じ又は類似の作用を有する構成要素には、「100 」
から始まる以外同じ参照番号を付与する。図２において
参照番号180 で一般的に示す圧縮空気導管手段におい
て、圧縮空気捕集プレナム130 とハウジング140 を囲む
環状流路182 との間に分配導管181 が設けられており、
燃料／空気プレミキサハウジング組立体162 は流路182
の上流で分配導管181 に直接連結している。燃料／空気
プレミキサハウジング組立体162 と分配導管181 との間
の連結部に弁190が設けられており、空気流は燃料／空
気プレミキサ160 に流入する第一の部分と、分岐導管部
181aを経て流路182 に流れる残部とに分割される。図1A
の実施例（プレミキサに流入する圧縮空気の実質的に全
ての部分はまず燃焼チャンバ52を形成するライナーハウ
ジング部分86の少くとも一部を冷却するために使用され
る）と比べて、燃料／空気プレミキサ160 に流入する圧
縮空気のどの部分も、燃焼域152 を形成するハウジング
140 の部分186 を冷却するために使われない。しかし図
２の実施例により、希釈ポート158a及び158bに流入する
圧縮空気流部分に対して、燃料／空気プレミキサに流入
する圧縮空気部分を直接制御することができる。それで
も図1Aに示す形状の方が、種々の構成要素、主に弁を燃
料／空気プレミキサハウジングと直接一体化できる燃料
／空気プレミキサ（以下詳細に説明する）の組み立てが
容易であるという理由で、好ましいと言うことができ
る。
する燃焼器システム110 を示す。図1A及び図1Bの実施例
と同じ又は類似の作用を有する構成要素には、「100 」
から始まる以外同じ参照番号を付与する。図２において
参照番号180 で一般的に示す圧縮空気導管手段におい
て、圧縮空気捕集プレナム130 とハウジング140 を囲む
環状流路182 との間に分配導管181 が設けられており、
燃料／空気プレミキサハウジング組立体162 は流路182
の上流で分配導管181 に直接連結している。燃料／空気
プレミキサハウジング組立体162 と分配導管181 との間
の連結部に弁190が設けられており、空気流は燃料／空
気プレミキサ160 に流入する第一の部分と、分岐導管部
181aを経て流路182 に流れる残部とに分割される。図1A
の実施例（プレミキサに流入する圧縮空気の実質的に全
ての部分はまず燃焼チャンバ52を形成するライナーハウ
ジング部分86の少くとも一部を冷却するために使用され
る）と比べて、燃料／空気プレミキサ160 に流入する圧
縮空気のどの部分も、燃焼域152 を形成するハウジング
140 の部分186 を冷却するために使われない。しかし図
２の実施例により、希釈ポート158a及び158bに流入する
圧縮空気流部分に対して、燃料／空気プレミキサに流入
する圧縮空気部分を直接制御することができる。それで
も図1Aに示す形状の方が、種々の構成要素、主に弁を燃
料／空気プレミキサハウジングと直接一体化できる燃料
／空気プレミキサ（以下詳細に説明する）の組み立てが
容易であるという理由で、好ましいと言うことができ
る。
【００４１】さらに本発明では、燃料源をプレミキサ燃
料吸入手段に連結させるために燃料導管手段が設けられ
ている。燃料導管手段は、プレミキサ燃料吸入手段とと
もに、プレミキサに流入する全ての燃料用の流路を形成
する。燃料の流量を定めるために燃料流路内に燃料弁手
段が配置されている。本明細書で具体的に説明するよう
に（図1Aを参照）、燃料ライン66は燃料源32を燃料ノズ
ル64に連結する。燃料弁92は燃料ライン66のうち燃料ノ
ズル64の直ぐ上流の位置に配置されている。燃料ノズル
64は、上記の通り液体燃料とともに使用するのに特に好
適な「エアブラスト」式燃料ノズルとして示している。
料吸入手段に連結させるために燃料導管手段が設けられ
ている。燃料導管手段は、プレミキサ燃料吸入手段とと
もに、プレミキサに流入する全ての燃料用の流路を形成
する。燃料の流量を定めるために燃料流路内に燃料弁手
段が配置されている。本明細書で具体的に説明するよう
に（図1Aを参照）、燃料ライン66は燃料源32を燃料ノズ
ル64に連結する。燃料弁92は燃料ライン66のうち燃料ノ
ズル64の直ぐ上流の位置に配置されている。燃料ノズル
64は、上記の通り液体燃料とともに使用するのに特に好
適な「エアブラスト」式燃料ノズルとして示している。
【００４２】さらに本発明では、プレミキサに送給する
圧縮空気部分及び燃料のそれぞれの流量を実質的に制御
して、吸入ポートより燃焼域に所定の希薄燃料／空気比
の混合物を送給するために、燃焼器システムは圧縮空気
弁手段及び燃料弁手段の両方に連結している制御手段を
有する。本明細書で具体的に説明するように（図1Aに概
略的に示す）、機械式又は電気式（例えば、マイクロプ
ロセッサ）のいずれでもよいコントローラ94は、圧縮空
気弁90と連結し、直接ベンチュリ入口70に流入する圧縮
空気の流量を実質的に制御する。「エアブラスト」式ノ
ズルを使用する場合、燃料／空気プレミキサ60に流入す
る全圧縮空気の僅かな部分（典型的には５％以下）が導
管88を通ることがあるが、圧縮空気流の残部（95％以
上）を弁90で制御すれば全燃料／空気比を適当に制御す
ることが期待できる。さらに以下の実施例に示す天然ガ
スのような気体燃料を使用する場合には、導管88を省略
して、燃料／空気プレミキサに流入する圧縮空気流の全
てを圧縮空気用流量弁で制御することができる。
圧縮空気部分及び燃料のそれぞれの流量を実質的に制御
して、吸入ポートより燃焼域に所定の希薄燃料／空気比
の混合物を送給するために、燃焼器システムは圧縮空気
弁手段及び燃料弁手段の両方に連結している制御手段を
有する。本明細書で具体的に説明するように（図1Aに概
略的に示す）、機械式又は電気式（例えば、マイクロプ
ロセッサ）のいずれでもよいコントローラ94は、圧縮空
気弁90と連結し、直接ベンチュリ入口70に流入する圧縮
空気の流量を実質的に制御する。「エアブラスト」式ノ
ズルを使用する場合、燃料／空気プレミキサ60に流入す
る全圧縮空気の僅かな部分（典型的には５％以下）が導
管88を通ることがあるが、圧縮空気流の残部（95％以
上）を弁90で制御すれば全燃料／空気比を適当に制御す
ることが期待できる。さらに以下の実施例に示す天然ガ
スのような気体燃料を使用する場合には、導管88を省略
して、燃料／空気プレミキサに流入する圧縮空気流の全
てを圧縮空気用流量弁で制御することができる。
【００４３】また図1Aに示すように、コントローラ94は
燃料弁92に接続して燃料ノズル64に流入する燃料の流量
を測定する。コントローラ94で燃料／空気プレミキサ60
に流入する燃料流及び圧縮空気流の両方を制御すること
により、ガスタービンエンジンモジュールの全作動期間
中に燃料／空気比を一定にし、もって可燃性混合物の流
量を負荷の関数として変化させることができる。あるい
は一連の所定の燃料／空気比が負荷の関数となるよう
に、コントローラ94を構成することもできる。当業者で
あれば本明細書の記載及び公知の知識に基づき、特定の
用途に適するコントローラを適宜採用することができ
る。
燃料弁92に接続して燃料ノズル64に流入する燃料の流量
を測定する。コントローラ94で燃料／空気プレミキサ60
に流入する燃料流及び圧縮空気流の両方を制御すること
により、ガスタービンエンジンモジュールの全作動期間
中に燃料／空気比を一定にし、もって可燃性混合物の流
量を負荷の関数として変化させることができる。あるい
は一連の所定の燃料／空気比が負荷の関数となるよう
に、コントローラ94を構成することもできる。当業者で
あれば本明細書の記載及び公知の知識に基づき、特定の
用途に適するコントローラを適宜採用することができ
る。
【００４４】図1A及び図1Bにおいて、運転中には圧縮空
気吸入手段30から来る圧縮空気は流路（包囲部）82を介
してハウジング40の外面上に導かれ、ハウジング40（特
に燃焼域54を囲む部分86）を冷却する。流路82内を流れ
る圧縮空気の一部はプレナム84に入り、次にコントロー
ラ94に制御された圧縮空気弁90により制御されて、燃料
／空気プレミキサハウジング組立体62とプレナム84との
間の連結部を経て燃料／空気プレミキサ60に流入する。
ベンチュリ68では、圧縮空気部分は、燃料ノズル64から
出る燃料（ノズル64が「エアブラスト」式ノズルである
ときは圧縮空気の少量の追加部分であることもある）と
混合され、ベンチュリの軸線74に沿って吸入ポート43を
経て燃焼チャンバ52の燃焼域54に入る。
気吸入手段30から来る圧縮空気は流路（包囲部）82を介
してハウジング40の外面上に導かれ、ハウジング40（特
に燃焼域54を囲む部分86）を冷却する。流路82内を流れ
る圧縮空気の一部はプレナム84に入り、次にコントロー
ラ94に制御された圧縮空気弁90により制御されて、燃料
／空気プレミキサハウジング組立体62とプレナム84との
間の連結部を経て燃料／空気プレミキサ60に流入する。
ベンチュリ68では、圧縮空気部分は、燃料ノズル64から
出る燃料（ノズル64が「エアブラスト」式ノズルである
ときは圧縮空気の少量の追加部分であることもある）と
混合され、ベンチュリの軸線74に沿って吸入ポート43を
経て燃焼チャンバ52の燃焼域54に入る。
【００４５】図1Bに示すようにハウジングの軸線42に対
してベンチュリの軸線74は接線方向を向いているので、
燃焼域54内に渦巻状の燃焼が起こる。入口案内ベーンに
より若干空力学的アンローディングを行うために、ベン
チュリの軸線74の方向を、タービンの回転方向に対して
特定の角度（時計回り又は反時計回り）となるように選
択する。図1A及び図1Bに示す形状（方向ＡＡから見て燃
焼域54内で時計回り方向に渦巻く燃焼を起こすように燃
料／空気混合物を吸入する）では、タービン20の回転方
向も時計回り方向である。燃焼域54内で燃料／空気混合
物が燃焼して生成した高温の排気ガスは希釈域56に流入
し、チャネル50を通って入口案内ベーン34を経てタービ
ン20に入り、そこで膨張することにより仕事をするが、
その前に希釈ポート58a 及び58b から来る希釈用空気に
より平均温度が低下する。
してベンチュリの軸線74は接線方向を向いているので、
燃焼域54内に渦巻状の燃焼が起こる。入口案内ベーンに
より若干空力学的アンローディングを行うために、ベン
チュリの軸線74の方向を、タービンの回転方向に対して
特定の角度（時計回り又は反時計回り）となるように選
択する。図1A及び図1Bに示す形状（方向ＡＡから見て燃
焼域54内で時計回り方向に渦巻く燃焼を起こすように燃
料／空気混合物を吸入する）では、タービン20の回転方
向も時計回り方向である。燃焼域54内で燃料／空気混合
物が燃焼して生成した高温の排気ガスは希釈域56に流入
し、チャネル50を通って入口案内ベーン34を経てタービ
ン20に入り、そこで膨張することにより仕事をするが、
その前に希釈ポート58a 及び58b から来る希釈用空気に
より平均温度が低下する。
【００４６】本発明の燃焼器システム10による燃焼の制
御は、燃焼チャンバの外側の燃料／空気プレミキサ内で
燃料と空気とを完全に混合することにより行うもので、
液体燃料を使用する場合燃料を完全に気化させるととも
に、燃焼チャンバに送給する混合物の燃料／空気比を制
御し、上記の通りＮＯｘレベル及び未燃焼燃料及び燃焼
副生物のレベルを著しく低減することができる。さら
に、タービンの上流で燃料を燃やすか、あるいは排気ガ
スを薄めるために圧縮空気流の実質的に全量を使用する
と、従来の燃焼器の構造と比較して燃焼器のピーク温度
が著しく低下し、もって燃焼器ライナーの寿命が伸び
る。
御は、燃焼チャンバの外側の燃料／空気プレミキサ内で
燃料と空気とを完全に混合することにより行うもので、
液体燃料を使用する場合燃料を完全に気化させるととも
に、燃焼チャンバに送給する混合物の燃料／空気比を制
御し、上記の通りＮＯｘレベル及び未燃焼燃料及び燃焼
副生物のレベルを著しく低減することができる。さら
に、タービンの上流で燃料を燃やすか、あるいは排気ガ
スを薄めるために圧縮空気流の実質的に全量を使用する
と、従来の燃焼器の構造と比較して燃焼器のピーク温度
が著しく低下し、もって燃焼器ライナーの寿命が伸び
る。
【００４７】上記の通り、本発明の好ましい燃料／空気
プレミキサは、圧縮空気吸入手段と、空気流平滑化手段
を有する圧縮空気吸入手段に連結した入口を有するベン
チュリと、燃料スプレーを実質的にベンチュリの軸線に
沿ってベンチュリ入口に送給するように位置する出口を
有するノズルを具備する燃料吸入手段と、圧縮空気吸入
手段と連動してベンチュリ入口に入る圧縮空気の流量を
定める弁手段とを有する。図3Aを参照して具体的に記載
するように、燃料／空気プレミキサ260 は、ハウジング
組立体262 の形状の空気吸入手段を有する。図1A及び図
1Bの実施例のものと同様の作用を有する構成要素は、20
0 台の同じ参照番号により示す。ハウジング組立体262
は、ハウジング300 と、ガスタービンエンジンモジュー
ル212 の圧力容器214 にハウジング300 を取り付けるた
めのハウジング支持体302 とを有する。ハウジング支持
体302 は中空で、ハウジング300 及びそこに含まれた構
成要素を支持する他に、プレナム284 からハウジング30
0 に圧縮空気を導く作用を有する。図3Aに示す構造にお
いて、冷却シュラウド部材303 は燃焼チャンバライナー
ハウジング240 と圧力容器214 との間に位置し、燃焼域
254 の境界を形成するハウジング240 の部分286 の少く
とも近傍に流路282 を形成する。シュラウド部材303 は
また、圧力容器214 とともに、圧縮空気の一部を集めて
ハウジング支持体302 を経てハウジング300 に最終的に
送給するためのプレナム284 を形成する。
プレミキサは、圧縮空気吸入手段と、空気流平滑化手段
を有する圧縮空気吸入手段に連結した入口を有するベン
チュリと、燃料スプレーを実質的にベンチュリの軸線に
沿ってベンチュリ入口に送給するように位置する出口を
有するノズルを具備する燃料吸入手段と、圧縮空気吸入
手段と連動してベンチュリ入口に入る圧縮空気の流量を
定める弁手段とを有する。図3Aを参照して具体的に記載
するように、燃料／空気プレミキサ260 は、ハウジング
組立体262 の形状の空気吸入手段を有する。図1A及び図
1Bの実施例のものと同様の作用を有する構成要素は、20
0 台の同じ参照番号により示す。ハウジング組立体262
は、ハウジング300 と、ガスタービンエンジンモジュー
ル212 の圧力容器214 にハウジング300 を取り付けるた
めのハウジング支持体302 とを有する。ハウジング支持
体302 は中空で、ハウジング300 及びそこに含まれた構
成要素を支持する他に、プレナム284 からハウジング30
0 に圧縮空気を導く作用を有する。図3Aに示す構造にお
いて、冷却シュラウド部材303 は燃焼チャンバライナー
ハウジング240 と圧力容器214 との間に位置し、燃焼域
254 の境界を形成するハウジング240 の部分286 の少く
とも近傍に流路282 を形成する。シュラウド部材303 は
また、圧力容器214 とともに、圧縮空気の一部を集めて
ハウジング支持体302 を経てハウジング300 に最終的に
送給するためのプレナム284 を形成する。
【００４８】さらに図3Aにおいて、燃料／空気プレミキ
サハウジング300 は、分割板308 によりそれぞれ上流及
び下流のコンパートメント304 、306 に分割されてい
る。分割板308 に開口部310 が設けられており、開口部
310 内にバタフライ型弁板290が回転自在に取り付けら
れている。図3Aの実施例において、開口部310 内での弁
板290 の方向は、選択的な流れの妨害度及びそれによる
圧力の低下度を与えるように、制御ロッド312 （図3B参
照）により制御される。図3B及び図3Cに示す弁板290 の
方向では、分割板308 に対して垂直に向いた弁板290
（図3Cに示す角度キャリブレーション板314 のゼロ設定
に対応する）により、流れの妨害が最小となる。制御ロ
ッド312 の位置がインジケータ314 上の両方の位置９に
対応するとき、開口部310 を流れる圧縮空気部分に最大
の流れの妨害及び圧力低下が起こる。当業者に明らかな
ように、上流コンパートメント304 と下流コンパートメ
ント306 との間における圧縮空気流の妨害度及びそれに
よる制御は、ゼロ位置と位置９との間で制御ロッド312
の角度を変えることにより行うことでき、もって燃料／
空気プレミキサ260 のバランス点に圧縮空気の流量を制
御することができる（詳細は後述する）。
サハウジング300 は、分割板308 によりそれぞれ上流及
び下流のコンパートメント304 、306 に分割されてい
る。分割板308 に開口部310 が設けられており、開口部
310 内にバタフライ型弁板290が回転自在に取り付けら
れている。図3Aの実施例において、開口部310 内での弁
板290 の方向は、選択的な流れの妨害度及びそれによる
圧力の低下度を与えるように、制御ロッド312 （図3B参
照）により制御される。図3B及び図3Cに示す弁板290 の
方向では、分割板308 に対して垂直に向いた弁板290
（図3Cに示す角度キャリブレーション板314 のゼロ設定
に対応する）により、流れの妨害が最小となる。制御ロ
ッド312 の位置がインジケータ314 上の両方の位置９に
対応するとき、開口部310 を流れる圧縮空気部分に最大
の流れの妨害及び圧力低下が起こる。当業者に明らかな
ように、上流コンパートメント304 と下流コンパートメ
ント306 との間における圧縮空気流の妨害度及びそれに
よる制御は、ゼロ位置と位置９との間で制御ロッド312
の角度を変えることにより行うことでき、もって燃料／
空気プレミキサ260 のバランス点に圧縮空気の流量を制
御することができる（詳細は後述する）。
【００４９】分割板308 は、ベンチュリ268 の入口270
が取り付けられている追加の開口部316 を有する。分割
板308 の平坦な上面とベンチュリ入口270 の内面とが滑
らかに連結するように、ベンチュリ入口270 は構成さ
れ、分割板308 に取り付けられている。ベンチュリ268
は、上流ハウジングコンパートメント304 、ハウジング
支持体302 、圧力容器214 及び燃焼器チャンバライナー
303 を経て延在し、吸入ポート243 の位置でハウジング
240 に連結している。図1Aに示す実施例に関して上記し
たように、ベンチュリ268 内の燃料／空気混合物の流れ
方向にほぼ対応するベンチュリの軸線274 は、環状燃焼
チャンバハウジング240 の軸線（図示せず）に対して実
質的に接線方向に配向している。
が取り付けられている追加の開口部316 を有する。分割
板308 の平坦な上面とベンチュリ入口270 の内面とが滑
らかに連結するように、ベンチュリ入口270 は構成さ
れ、分割板308 に取り付けられている。ベンチュリ268
は、上流ハウジングコンパートメント304 、ハウジング
支持体302 、圧力容器214 及び燃焼器チャンバライナー
303 を経て延在し、吸入ポート243 の位置でハウジング
240 に連結している。図1Aに示す実施例に関して上記し
たように、ベンチュリ268 内の燃料／空気混合物の流れ
方向にほぼ対応するベンチュリの軸線274 は、環状燃焼
チャンバハウジング240 の軸線（図示せず）に対して実
質的に接線方向に配向している。
【００５０】さらに図3Aにおいて、燃料ノズル264 は下
流コンパートメント306 に取り付けられており、燃料ノ
ズル出口318 はベンチュリの軸線274 に沿ってベンチュ
リ入口270 に燃料スプレーを送給するように位置する。
燃料ノズル264 はポート320及び渦流ベーン322 を使用
する渦流スプレー型であり、出口318 より燃料スプレー
を出す前に圧縮空気の一部を導入し、燃料ポート324 よ
り入る燃料を渦巻かせる。また図3Aに示す流れ平滑化多
孔部材326 は、下流コンパートメント306 内に位置し、
燃料ノズル出口318 及びベンチュリ入口270 を囲み、ベ
ンチュリ内の不均等な速度及び分離を防止する（さもな
ければベンチュリ内で炎保持が起こる）。多孔部材326
を具備すると僅かな圧力低下が起こるが、それにより下
流コンパートメント306 から燃料ノズル264 を経てベン
チュリ入口270 に入る圧縮空気流は、ベンチュリ入口27
0 のリップ部において分離を起こすことなく安定化する
ことが分かった。
流コンパートメント306 に取り付けられており、燃料ノ
ズル出口318 はベンチュリの軸線274 に沿ってベンチュ
リ入口270 に燃料スプレーを送給するように位置する。
燃料ノズル264 はポート320及び渦流ベーン322 を使用
する渦流スプレー型であり、出口318 より燃料スプレー
を出す前に圧縮空気の一部を導入し、燃料ポート324 よ
り入る燃料を渦巻かせる。また図3Aに示す流れ平滑化多
孔部材326 は、下流コンパートメント306 内に位置し、
燃料ノズル出口318 及びベンチュリ入口270 を囲み、ベ
ンチュリ内の不均等な速度及び分離を防止する（さもな
ければベンチュリ内で炎保持が起こる）。多孔部材326
を具備すると僅かな圧力低下が起こるが、それにより下
流コンパートメント306 から燃料ノズル264 を経てベン
チュリ入口270 に入る圧縮空気流は、ベンチュリ入口27
0 のリップ部において分離を起こすことなく安定化する
ことが分かった。
【００５１】図４は、図3A〜図3Cに示す好ましい燃料／
空気プレミキサの商業的な変更例（参照番号360 で一般
的に示す）を示す。図1A及び図1Bの実施例に関して記載
したものと同じ又は類似の性能を有する構成要素は、30
0 台で始まる同じ参照番号により示す。燃料／空気プレ
ミキサ360 は、分割板408 の表面より僅かに上に延在す
る入口370 を有するベンチュリ368 を有する。また燃料
ノズル出口418 は、ベンチュリ入口370 内に延在する。
燃料ノズル364 の最適な性能は、ベンチュリ368 （また
図3A〜図3Cに示す変更例ではノズル264 及びベンチュリ
268 ）と関連して用途ごとに異なることがあり、またベ
ンチュリの軸線374 に沿ってベンチュリ入口370 の近傍
に設ける燃料ノズル出口418 を最適な位置に調節するこ
とができることは、当業者であれば容易に分かる。図４
の実施例の場合も、多孔スクリーン部材426 を使用する
と流れが安定化する。図４に示す実施例は、一体的なベ
ル型のハウジング400 を使用するもので、図3Aに示す構
造に匹敵する燃料／空気プレミキサの構造の改良例であ
る。
空気プレミキサの商業的な変更例（参照番号360 で一般
的に示す）を示す。図1A及び図1Bの実施例に関して記載
したものと同じ又は類似の性能を有する構成要素は、30
0 台で始まる同じ参照番号により示す。燃料／空気プレ
ミキサ360 は、分割板408 の表面より僅かに上に延在す
る入口370 を有するベンチュリ368 を有する。また燃料
ノズル出口418 は、ベンチュリ入口370 内に延在する。
燃料ノズル364 の最適な性能は、ベンチュリ368 （また
図3A〜図3Cに示す変更例ではノズル264 及びベンチュリ
268 ）と関連して用途ごとに異なることがあり、またベ
ンチュリの軸線374 に沿ってベンチュリ入口370 の近傍
に設ける燃料ノズル出口418 を最適な位置に調節するこ
とができることは、当業者であれば容易に分かる。図４
の実施例の場合も、多孔スクリーン部材426 を使用する
と流れが安定化する。図４に示す実施例は、一体的なベ
ル型のハウジング400 を使用するもので、図3Aに示す構
造に匹敵する燃料／空気プレミキサの構造の改良例であ
る。
【００５２】上記の通り、本発明の利点は、フリー出力
タービン又はフリージェット推進ユニットとともに使用
するガスタービン式ガス発生器モジュールのような用途
に利用することができる。このガス発生器は、図1A及び
図２に示す上記実施例と異なり、圧縮空気流量弁及びそ
れに関連する制御手段を必要としない。図５は本発明に
より構成されたエンジンシステム（参照番号500 で一般
的に示す）を概略的に示す。エンジン500 は、後述する
燃焼器システム510 と、フリー出力タービンモジュール
513 とを具備するガスタービン式ガス発生器モジュール
512 を有する。フリータービンモジュール513 はフリー
タービン513aを有し、このフリータービン513aはアキシ
ャルタービンとして図示されているが、用途次第ではラ
ジアルタービンでもアキシャル−ラジアル混合型タービ
ンでも良い。図1Aの実施例のエンジンシステム（出力は
シャフト16に連結したギア手段24から取る）と対照的
に、図5Aの実施例では出力をフリータービンシャフト51
3bと連動するギア手段を介してエンジンシステム500 か
ら取る。ガス発生器モジュールの軸線518 と同軸的に示
されているが、フリー出力タービン513 の回転軸513c
は、全システム500 の要求を満たすように角度的に変位
していても良い。
タービン又はフリージェット推進ユニットとともに使用
するガスタービン式ガス発生器モジュールのような用途
に利用することができる。このガス発生器は、図1A及び
図２に示す上記実施例と異なり、圧縮空気流量弁及びそ
れに関連する制御手段を必要としない。図５は本発明に
より構成されたエンジンシステム（参照番号500 で一般
的に示す）を概略的に示す。エンジン500 は、後述する
燃焼器システム510 と、フリー出力タービンモジュール
513 とを具備するガスタービン式ガス発生器モジュール
512 を有する。フリータービンモジュール513 はフリー
タービン513aを有し、このフリータービン513aはアキシ
ャルタービンとして図示されているが、用途次第ではラ
ジアルタービンでもアキシャル−ラジアル混合型タービ
ンでも良い。図1Aの実施例のエンジンシステム（出力は
シャフト16に連結したギア手段24から取る）と対照的
に、図5Aの実施例では出力をフリータービンシャフト51
3bと連動するギア手段を介してエンジンシステム500 か
ら取る。ガス発生器モジュールの軸線518 と同軸的に示
されているが、フリー出力タービン513 の回転軸513c
は、全システム500 の要求を満たすように角度的に変位
していても良い。
【００５３】以下の説明においては、図1Aの実施例と類
似の構成部品は500 台で始まる同じ参照番号で表す。
似の構成部品は500 台で始まる同じ参照番号で表す。
【００５４】本発明によれば、ガスタービン式ガス発生
器モジュール512 は、機械的に独立したスプール、すな
わちシャフト516 上で供回りするために圧力ハウジング
514内に設けられた遠心コンプレッサ522 及びラジアル
タービン520 を有する。従って、ガス発生器512 とフリ
ータービンモジュール513 とはガス流サイクル内で連結
しているが、シャフト516 はフリータービンシャフト51
3bと独立に回転することができる。モジュール512 はま
た燃焼器ライナーハウジング540 を有する燃焼器システ
ム510 を有し、燃焼器ライナーハウジング540 は圧力ハ
ウジング514 内に収容され、外部プレミキサ560 からベ
ンチュリ軸574 に沿って入口ポート543を経て燃料／空
気予備混合物を吸入する。図1Aに関して既に説明したよ
うに、ベンチュリ軸574 は環状燃焼器ライナーハウジン
グ540 の軸線542 に対して接線方向に配向しているの
で、効率的な渦巻き燃焼を起こすとともに、入口案内ベ
ーン534 を部分的にアンロードする（図5Bを参照）。
器モジュール512 は、機械的に独立したスプール、すな
わちシャフト516 上で供回りするために圧力ハウジング
514内に設けられた遠心コンプレッサ522 及びラジアル
タービン520 を有する。従って、ガス発生器512 とフリ
ータービンモジュール513 とはガス流サイクル内で連結
しているが、シャフト516 はフリータービンシャフト51
3bと独立に回転することができる。モジュール512 はま
た燃焼器ライナーハウジング540 を有する燃焼器システ
ム510 を有し、燃焼器ライナーハウジング540 は圧力ハ
ウジング514 内に収容され、外部プレミキサ560 からベ
ンチュリ軸574 に沿って入口ポート543を経て燃料／空
気予備混合物を吸入する。図1Aに関して既に説明したよ
うに、ベンチュリ軸574 は環状燃焼器ライナーハウジン
グ540 の軸線542 に対して接線方向に配向しているの
で、効率的な渦巻き燃焼を起こすとともに、入口案内ベ
ーン534 を部分的にアンロードする（図5Bを参照）。
【００５５】図5Bはまた点火装置579 の好ましい位置、
すなわちベンチュリ軸574 との交点に近いライナーハウ
ジング540 上の位置を示す。点火装置579 をプレミキサ
内のような比較的低温の環境内に配置することにより、
点火装置の寿命を伸ばすとともに、ライナーハウジング
540 内へ貫通する部品の点数を低減できるが、環状チャ
ンバ内で燃料／空気混合物が低速なために図5Bに示す配
置により着火（light-off)が確実になる。
すなわちベンチュリ軸574 との交点に近いライナーハウ
ジング540 上の位置を示す。点火装置579 をプレミキサ
内のような比較的低温の環境内に配置することにより、
点火装置の寿命を伸ばすとともに、ライナーハウジング
540 内へ貫通する部品の点数を低減できるが、環状チャ
ンバ内で燃料／空気混合物が低速なために図5Bに示す配
置により着火（light-off)が確実になる。
【００５６】図5A及び図5Bに示す実施例において、ライ
ナーハウジング540 及び圧力ハウジング514 はコンプレ
ッサプレナム530 から来る圧縮空気流のための流路を形
成する。またこの実施例のエンジンには、ライナーハウ
ジング540 と圧力ハウジング514 の外周近接部分との間
に配置されて両者から半径方向に離隔している環状冷却
シュラウド583 が含まれている。図面から分かるよう
に、冷却シュラウド583とライナーハウジング540 は、
ライナーハウジング540 により形成された燃焼器チャン
バを対流的に冷却するための流路582 の一部を形成す
る。一方冷却シュラウド583 と圧力ハウジング514 は、
圧縮空気流のうち燃料と混合するためにプレミキサ560
に導入すべき部分を捕集するための環状プレナム584 を
形成する。図5Aの実施例では、図1Aの実施例と同様に、
圧縮空気の一部は対流冷却の後コンプレッサ出口に連通
する流路から取り出し、次いで燃料と混合するためにプ
レミキサに導入する。しかし図5Aの装置は、構造的に図
1Aのリング状プレナム84よりはるかにコンパクトにする
ことができる。さらに冷却シュラウド583 は相対的に高
温のライナーハウジング540 から圧力ハウジング514 の
近接部分に到る放射熱をシールドするので、圧力ハウジ
ングに比較的安価な材料を使用することができるととも
に、その寿命を延ばすことができる。
ナーハウジング540 及び圧力ハウジング514 はコンプレ
ッサプレナム530 から来る圧縮空気流のための流路を形
成する。またこの実施例のエンジンには、ライナーハウ
ジング540 と圧力ハウジング514 の外周近接部分との間
に配置されて両者から半径方向に離隔している環状冷却
シュラウド583 が含まれている。図面から分かるよう
に、冷却シュラウド583とライナーハウジング540 は、
ライナーハウジング540 により形成された燃焼器チャン
バを対流的に冷却するための流路582 の一部を形成す
る。一方冷却シュラウド583 と圧力ハウジング514 は、
圧縮空気流のうち燃料と混合するためにプレミキサ560
に導入すべき部分を捕集するための環状プレナム584 を
形成する。図5Aの実施例では、図1Aの実施例と同様に、
圧縮空気の一部は対流冷却の後コンプレッサ出口に連通
する流路から取り出し、次いで燃料と混合するためにプ
レミキサに導入する。しかし図5Aの装置は、構造的に図
1Aのリング状プレナム84よりはるかにコンパクトにする
ことができる。さらに冷却シュラウド583 は相対的に高
温のライナーハウジング540 から圧力ハウジング514 の
近接部分に到る放射熱をシールドするので、圧力ハウジ
ングに比較的安価な材料を使用することができるととも
に、その寿命を延ばすことができる。
【００５７】流路582 内の圧縮空気流の残部は希釈孔55
8bを通る。図1Aの実施例ではポート58ａに相当する希釈
ポートがないが、希釈ポート558bは２つの離隔した環状
ポート558b1 、558b2 を有する。分割器559 及びポー
ト558b1 、558b2 の寸法の設定により、ポート558b2
を通った希釈用空気はまずタービンシュラウド557を
経て流路582aを流れる。当業者であれば、寸法分析を行
って希釈用空気を適当に分配し、所望のタービンシュラ
ウド冷却を達成することができる。前述の通り、境膜冷
却がないために燃焼域554 内で燃料／空気比の制御をす
ることができることは、本発明の重要な利点である。
8bを通る。図1Aの実施例ではポート58ａに相当する希釈
ポートがないが、希釈ポート558bは２つの離隔した環状
ポート558b1 、558b2 を有する。分割器559 及びポー
ト558b1 、558b2 の寸法の設定により、ポート558b2
を通った希釈用空気はまずタービンシュラウド557を
経て流路582aを流れる。当業者であれば、寸法分析を行
って希釈用空気を適当に分配し、所望のタービンシュラ
ウド冷却を達成することができる。前述の通り、境膜冷
却がないために燃焼域554 内で燃料／空気比の制御をす
ることができることは、本発明の重要な利点である。
【００５８】図5Aは「エアブラスト」式液体燃料ノズル
を使用する場合を示すが、前述の理由によりコンプレッ
サ出口プレナム530 からプレミキサ560 まで延びる導管
588は点線で示されている。図5Aでは貫通するコンプレ
ッサプレナム出口530 は明瞭化のために軸線方向に傾斜
して示されているが、全ダイナミックヘッド（dynamic
head）を獲得するために導管588 への入口はコンプレッ
サ出口の接線方向かつ軸平面内にある。当業者であれば
本明細書の記載から適当な入口形状を設計することがで
きる。
を使用する場合を示すが、前述の理由によりコンプレッ
サ出口プレナム530 からプレミキサ560 まで延びる導管
588は点線で示されている。図5Aでは貫通するコンプレ
ッサプレナム出口530 は明瞭化のために軸線方向に傾斜
して示されているが、全ダイナミックヘッド（dynamic
head）を獲得するために導管588 への入口はコンプレッ
サ出口の接線方向かつ軸平面内にある。当業者であれば
本明細書の記載から適当な入口形状を設計することがで
きる。
【００５９】エアブラスト式液体燃料ノズルを作動させ
るため（及び可能ならば入口案内ベーンの冷却のため）
に必要な少量の圧縮空気とは別に、圧縮空気の全てを、
燃料に混合するため又は希釈のために使用する前に、ラ
イナーハウジング540 の少なくとも一部を対流的に冷却
するのに使用する。この構造により圧縮空気の対流冷却
能力が最適化される。図示していないが、本発明はまた
図２の実施例（燃料と混合するのに使用する圧縮空気部
分は最初に対流冷却のためには使用されない）に相当す
るガス発生器の態様も包含する。このようなシステムの
簡単な構造は冷却能力の低下を補って余りあるので、用
途によっては望ましいものである。
るため（及び可能ならば入口案内ベーンの冷却のため）
に必要な少量の圧縮空気とは別に、圧縮空気の全てを、
燃料に混合するため又は希釈のために使用する前に、ラ
イナーハウジング540 の少なくとも一部を対流的に冷却
するのに使用する。この構造により圧縮空気の対流冷却
能力が最適化される。図示していないが、本発明はまた
図２の実施例（燃料と混合するのに使用する圧縮空気部
分は最初に対流冷却のためには使用されない）に相当す
るガス発生器の態様も包含する。このようなシステムの
簡単な構造は冷却能力の低下を補って余りあるので、用
途によっては望ましいものである。
【００６０】図5Aに示すように、空気はプレミキサ560
中で燃料と直接混合するために流路582 から環状プレナ
ム584 に導入される。図5Aは圧縮空気弁590 を破線で示
しているが、これは弁590 が任意的な部品であるからで
ある。圧縮空気弁590 は作動中に燃料／空気比を「微調
整」するのに使用することができるが、作動中固定した
開度にプリセットしたり、又は以下の理由により完全に
取り除いたりすることもできる。エンジンシステム510
では、コンプレッサ522 の速度、従って圧縮空気の流量
は全作動範囲にわたって燃料の流量にほぼ比例し、燃料
／空気比を所定のリーン値に自動的に制御することがで
きる。従って、燃料弁592 を通って燃料源532 から燃料
ノズル564 へ入る燃料の流量を制御するコントローラ59
4 の作用は、出力要求値に応答する従来のスロットルの
コントローラと同じである。
中で燃料と直接混合するために流路582 から環状プレナ
ム584 に導入される。図5Aは圧縮空気弁590 を破線で示
しているが、これは弁590 が任意的な部品であるからで
ある。圧縮空気弁590 は作動中に燃料／空気比を「微調
整」するのに使用することができるが、作動中固定した
開度にプリセットしたり、又は以下の理由により完全に
取り除いたりすることもできる。エンジンシステム510
では、コンプレッサ522 の速度、従って圧縮空気の流量
は全作動範囲にわたって燃料の流量にほぼ比例し、燃料
／空気比を所定のリーン値に自動的に制御することがで
きる。従って、燃料弁592 を通って燃料源532 から燃料
ノズル564 へ入る燃料の流量を制御するコントローラ59
4 の作用は、出力要求値に応答する従来のスロットルの
コントローラと同じである。
【００６１】プレミキサ560 はエンジンシステム510 の
所定の作動期間中に必要な全燃料／空気混合物を燃焼域
554 に送給するが、図5Bに示すシステム596 のような補
助の燃料補給システムを使用して、スタートアップ及び
アイドリングの条件では高い燃料比の混合物を送給して
も良い。システム596 は燃料源532 （図5A参照）から供
給を受ける従来の燃料スプレーノズル597 を有し、補助
燃料の流量は弁598 を介してコントローラ594 により制
御することができる。開示の実施例では、スプレーノズ
ル597 はベンチュリ出口572 に近接した位置でライナー
ハウジング540内に半径方向に突出するように配置され
ている。しかしベンチュリ570 より入る燃料／空気混合
物との混合を良好にするために、ノズル597 はベンチュ
リ570 （図示せず）に対して対向する接線方向に位置さ
せることができる。スプレーノズル597 の位置、構造及
び方向を変えることが可能であるのは当然であり、本発
明の範囲内である。
所定の作動期間中に必要な全燃料／空気混合物を燃焼域
554 に送給するが、図5Bに示すシステム596 のような補
助の燃料補給システムを使用して、スタートアップ及び
アイドリングの条件では高い燃料比の混合物を送給して
も良い。システム596 は燃料源532 （図5A参照）から供
給を受ける従来の燃料スプレーノズル597 を有し、補助
燃料の流量は弁598 を介してコントローラ594 により制
御することができる。開示の実施例では、スプレーノズ
ル597 はベンチュリ出口572 に近接した位置でライナー
ハウジング540内に半径方向に突出するように配置され
ている。しかしベンチュリ570 より入る燃料／空気混合
物との混合を良好にするために、ノズル597 はベンチュ
リ570 （図示せず）に対して対向する接線方向に位置さ
せることができる。スプレーノズル597 の位置、構造及
び方向を変えることが可能であるのは当然であり、本発
明の範囲内である。
【００６２】図６はエンジンシステム510 に使用するこ
とができる「弁無し」プレミキサ構造（一般的に参照番
号660 で示す）を概略的に示す。プレミキサ660 はハウ
ジング662 と、外周渦巻きベーン665 を有する形式の燃
料ノズル663 と、燃焼器の軸線（図示せず）に対して接
線方向を向いた軸線674 を有するベンチュリ668 とを有
する。また図3Aの「弁有り」の実施例において対応する
構成部品に関連して前述した理由により、流れ平滑化多
孔部材667 はノズル664 及びベンチュリ668 の入口を包
囲する。プレミキサ660 はまた、ベンチュリ668 の喉部
を包囲してリード線671 を介して電源（図示せず）に接
続されている電気抵抗式ヒータージャケット669 のよう
な加熱手段を有する。スタートアップ及び液体燃料を使
用している間、燃料の薄膜がベンチュリの内面に集積し
ようとする。ヒータージャケット669 はこの燃料の薄膜
の気化を高め、プレミキサ中での燃料と空気との混合を
増進する。作動中、プレナム684 からベンチュリ668 の
外面を流れる圧縮空気部分の温度は、液体燃料の気化に
十分な熱を与えるか、液体燃料の薄膜の形成を完全に防
止するので、ヒータージャケット669 を連続的に作動さ
せる必要がない。
とができる「弁無し」プレミキサ構造（一般的に参照番
号660 で示す）を概略的に示す。プレミキサ660 はハウ
ジング662 と、外周渦巻きベーン665 を有する形式の燃
料ノズル663 と、燃焼器の軸線（図示せず）に対して接
線方向を向いた軸線674 を有するベンチュリ668 とを有
する。また図3Aの「弁有り」の実施例において対応する
構成部品に関連して前述した理由により、流れ平滑化多
孔部材667 はノズル664 及びベンチュリ668 の入口を包
囲する。プレミキサ660 はまた、ベンチュリ668 の喉部
を包囲してリード線671 を介して電源（図示せず）に接
続されている電気抵抗式ヒータージャケット669 のよう
な加熱手段を有する。スタートアップ及び液体燃料を使
用している間、燃料の薄膜がベンチュリの内面に集積し
ようとする。ヒータージャケット669 はこの燃料の薄膜
の気化を高め、プレミキサ中での燃料と空気との混合を
増進する。作動中、プレナム684 からベンチュリ668 の
外面を流れる圧縮空気部分の温度は、液体燃料の気化に
十分な熱を与えるか、液体燃料の薄膜の形成を完全に防
止するので、ヒータージャケット669 を連続的に作動さ
せる必要がない。
【００６３】図７は本発明の燃焼器を有利に利用するこ
とができるさらに別の実施例のエンジン（すなわち本明
細書の一部をなす米国特許第5,081,832 号に記載された
ようなガスタービンエンジンシステム）を概略的に示
す。図７の実施例では、エンジンシステム700 は高圧ス
プール711 及び機構的に独立な低圧スプール709 を有す
る。低圧スプール709 は、低圧タービン703 によりシャ
フト702 を介して駆動される低圧コンプレッサ701 を含
む。低圧コンプレッサ701 から流出する圧縮空気はディ
フューザ704 を流れ、さらに圧縮するために高圧コンプ
レッサ722 に流入する。高圧スプール711 の構成部品と
して、高圧コンプレッサ722 はシャフト716 を介して高
圧タービン720 により駆動される。高圧タービン720 か
ら排出されるガスはディフューザ705 内で拡散され、低
圧タービン703 内で膨張する。米国特許第5,081,832 号
に十分に説明されている理由により、ネットの出力は高
圧スプール711 のシャフト716 に連結されたギア装置72
4 を介してエンジンシステム700 から得られる。低圧ス
プール709 は主として高圧スプール711 に予備圧縮した
空気を送給するのに使用されるが、エンジン支持システ
ム（例えば潤滑部材）の駆動にも使用することができ
る。
とができるさらに別の実施例のエンジン（すなわち本明
細書の一部をなす米国特許第5,081,832 号に記載された
ようなガスタービンエンジンシステム）を概略的に示
す。図７の実施例では、エンジンシステム700 は高圧ス
プール711 及び機構的に独立な低圧スプール709 を有す
る。低圧スプール709 は、低圧タービン703 によりシャ
フト702 を介して駆動される低圧コンプレッサ701 を含
む。低圧コンプレッサ701 から流出する圧縮空気はディ
フューザ704 を流れ、さらに圧縮するために高圧コンプ
レッサ722 に流入する。高圧スプール711 の構成部品と
して、高圧コンプレッサ722 はシャフト716 を介して高
圧タービン720 により駆動される。高圧タービン720 か
ら排出されるガスはディフューザ705 内で拡散され、低
圧タービン703 内で膨張する。米国特許第5,081,832 号
に十分に説明されている理由により、ネットの出力は高
圧スプール711 のシャフト716 に連結されたギア装置72
4 を介してエンジンシステム700 から得られる。低圧ス
プール709 は主として高圧スプール711 に予備圧縮した
空気を送給するのに使用されるが、エンジン支持システ
ム（例えば潤滑部材）の駆動にも使用することができ
る。
【００６４】図７から明らかなように、エンジンシステ
ム700 は燃焼器システム710 を有し、高圧コンプレッサ
722 から来る圧縮空気の一部で燃料を燃焼させることに
より高温の燃焼ガスを高圧タービン720 に送給する。燃
焼器システム710 は外部プレミキサ760 を使用し、外部
プレミキサ760 は燃料ノズル764 （点線で示す接線方向
の入口を有する導管788 を経てコンプレッサ722 から直
接圧縮空気を吸入する「エアブラスト」式でよい）と、
ライナーハウジング740 により形成された環状燃焼域75
4 に接線方向に燃料／空気予備混合物を送給するベンチ
ュリ768 を有する。冷却シュラウド783 とライナーハウ
ジング740 は対流冷却流路782 の一部を形成し、冷却シ
ュラウド783 と圧力ハウジング714 の円周方向近接部分
は圧縮空気の一部をプレミキサ760 に送給するための環
状プレナム784 を形成する。圧縮空気流の残部は、図5A
に示すものと類似の構造を用いて、追加の対流冷却及び
最終的な希釈に使用される。
ム700 は燃焼器システム710 を有し、高圧コンプレッサ
722 から来る圧縮空気の一部で燃料を燃焼させることに
より高温の燃焼ガスを高圧タービン720 に送給する。燃
焼器システム710 は外部プレミキサ760 を使用し、外部
プレミキサ760 は燃料ノズル764 （点線で示す接線方向
の入口を有する導管788 を経てコンプレッサ722 から直
接圧縮空気を吸入する「エアブラスト」式でよい）と、
ライナーハウジング740 により形成された環状燃焼域75
4 に接線方向に燃料／空気予備混合物を送給するベンチ
ュリ768 を有する。冷却シュラウド783 とライナーハウ
ジング740 は対流冷却流路782 の一部を形成し、冷却シ
ュラウド783 と圧力ハウジング714 の円周方向近接部分
は圧縮空気の一部をプレミキサ760 に送給するための環
状プレナム784 を形成する。圧縮空気流の残部は、図5A
に示すものと類似の構造を用いて、追加の対流冷却及び
最終的な希釈に使用される。
【００６５】しかし図７に示すエンジンシステムはほぼ
一定の高圧スプール軸速度で出力を得るためのものであ
り、図1Aの実施例と同様に、全圧縮空気流量は図5Aの実
施例のガス発生器モジュールのように異なる燃料流量に
対して自動的に調節されることはない。その結果、燃焼
器システム710 は特にプレミキサ760 と統合された圧縮
空気弁790 を有し、コントローラ794 の制御下で燃料弁
792 は制御されて所定のリーン燃料／空気比を達成す
る。図示していないが、図７の実施例は他の実施例の特
徴（ライナーに取り付けられた点火装置、補助燃料スプ
レーシステム、段階的希釈ポート等）を含んでもよい。
一定の高圧スプール軸速度で出力を得るためのものであ
り、図1Aの実施例と同様に、全圧縮空気流量は図5Aの実
施例のガス発生器モジュールのように異なる燃料流量に
対して自動的に調節されることはない。その結果、燃焼
器システム710 は特にプレミキサ760 と統合された圧縮
空気弁790 を有し、コントローラ794 の制御下で燃料弁
792 は制御されて所定のリーン燃料／空気比を達成す
る。図示していないが、図７の実施例は他の実施例の特
徴（ライナーに取り付けられた点火装置、補助燃料スプ
レーシステム、段階的希釈ポート等）を含んでもよい。
【００６６】図８は本発明を利用するのが有利なエンジ
ンのさらに別の例を概略的に示す。図８において、本発
明の燃焼器システムは一般に参照番号810 により示す。
（燃焼器システム810 の上部が破断されており、システ
ムの上半分の断面を示す。）システム810 はラジアルガ
スタービンエンジンモジュール812 とともに使用する。
ガスタービンエンジンモジュール812 は圧力ハウジング
814 を具備し、圧力ハウジング814 の中に軸線818 の回
りを回転し得るシャフト組立体816 が取り付けられてい
る。シャフト組立体816 の一端には遠心コンプレッサ82
2 を駆動するラジアルタービン820 が取り付けられてお
り、遠心コンプレッサ822 はシャフト組立体816 の他端
に取り付けられている。図８に示す構造では、ガスター
ビンエンジンモジュール812 の出力は遠心コンプレッサ
822 に近接する機械的連結装置（一般に824 で示す）よ
り取り出される。しかし、本発明の燃焼器システムは例
えば「フリー出力タービン」、「フリージェット」推進
ユニット、その他当業者等が直ちに分かるタービンエン
ジンシステムとともにガス発生器中で使用することがで
きる。また本発明はラジアルガスタービンエンジン又は
ガス発生器モジュール中で使用するのに限定されない
が、少なくとも最も広い意味では、ガス発生器モジュー
ルと同様にアキシャル又はアキシャル−ラジアル混合型
タービンエンジンとともに使用することもできる。
ンのさらに別の例を概略的に示す。図８において、本発
明の燃焼器システムは一般に参照番号810 により示す。
（燃焼器システム810 の上部が破断されており、システ
ムの上半分の断面を示す。）システム810 はラジアルガ
スタービンエンジンモジュール812 とともに使用する。
ガスタービンエンジンモジュール812 は圧力ハウジング
814 を具備し、圧力ハウジング814 の中に軸線818 の回
りを回転し得るシャフト組立体816 が取り付けられてい
る。シャフト組立体816 の一端には遠心コンプレッサ82
2 を駆動するラジアルタービン820 が取り付けられてお
り、遠心コンプレッサ822 はシャフト組立体816 の他端
に取り付けられている。図８に示す構造では、ガスター
ビンエンジンモジュール812 の出力は遠心コンプレッサ
822 に近接する機械的連結装置（一般に824 で示す）よ
り取り出される。しかし、本発明の燃焼器システムは例
えば「フリー出力タービン」、「フリージェット」推進
ユニット、その他当業者等が直ちに分かるタービンエン
ジンシステムとともにガス発生器中で使用することがで
きる。また本発明はラジアルガスタービンエンジン又は
ガス発生器モジュール中で使用するのに限定されない
が、少なくとも最も広い意味では、ガス発生器モジュー
ルと同様にアキシャル又はアキシャル−ラジアル混合型
タービンエンジンとともに使用することもできる。
【００６７】図８において、ガスタービンエンジンモジ
ュール812 は一般に以下のように作動する。矢印826 で
示す方向に空気が遠心コンプレッサ822 に入り、遠心力
により加速され、ディフューザ828 に入って静圧を増大
させる。ディフューザ828 を出た圧縮空気はプレナム83
0 に捕集される。その後プレナム830 から来た圧縮空気
の一部は、燃焼器システム810 のプレミキサ組立体860
により、燃料源832 から来る燃料と混合され、詳細に後
述するように高温排気ガスを生成し、排気ガスは入口案
内ベーン834 を経てラジアルタービン820 に流入し、そ
こで出力が取り出される。タービン820 から来る排気ガ
スは大気中に排出されるか、続くエンジンモジュールに
送給される。例えば、フリー出力タービン装置の場合に
は、タービン820 から出たガスはさらに出力を取り出す
ためにフリー出力タービンに送給される。
ュール812 は一般に以下のように作動する。矢印826 で
示す方向に空気が遠心コンプレッサ822 に入り、遠心力
により加速され、ディフューザ828 に入って静圧を増大
させる。ディフューザ828 を出た圧縮空気はプレナム83
0 に捕集される。その後プレナム830 から来た圧縮空気
の一部は、燃焼器システム810 のプレミキサ組立体860
により、燃料源832 から来る燃料と混合され、詳細に後
述するように高温排気ガスを生成し、排気ガスは入口案
内ベーン834 を経てラジアルタービン820 に流入し、そ
こで出力が取り出される。タービン820 から来る排気ガ
スは大気中に排出されるか、続くエンジンモジュールに
送給される。例えば、フリー出力タービン装置の場合に
は、タービン820 から出たガスはさらに出力を取り出す
ためにフリー出力タービンに送給される。
【００６８】本発明によれば、燃焼器システムは燃焼チ
ャンバを形成する円筒形燃焼器ライナーを有し、ライナ
ーは軸線及び１つ以上の入口（チャンバの軸線方向一端
に近接）を有する。チャンバの軸線方向一端に近接する
チャンバ部分は単段式燃焼域を有する。本明細書に記載
の具体例（図８参照）において、燃焼器システム810は
一般にトロイダル形状の環状燃焼器ライナー840 を有す
る。ハウジング840 は圧力容器814 内に収容されてお
り、ガスタービンエンジンモジュールの軸線818とほぼ
一致する軸線842 を有する。ライナー840 は入口843 を
除いて軸線方向端部844 で閉じているが、軸線方向端部
846 では開放されており、環状燃焼器出口848 を形成す
る。複数のプレミキサを使用する場合、追加のプレミキ
サを収容するために、ライナーに追加の入口を設けても
良い。燃焼器の出口848 は入口案内ベーン834 を経るチ
ャネル850 を通って、ラジアルタービン820 と流体接続
している。
ャンバを形成する円筒形燃焼器ライナーを有し、ライナ
ーは軸線及び１つ以上の入口（チャンバの軸線方向一端
に近接）を有する。チャンバの軸線方向一端に近接する
チャンバ部分は単段式燃焼域を有する。本明細書に記載
の具体例（図８参照）において、燃焼器システム810は
一般にトロイダル形状の環状燃焼器ライナー840 を有す
る。ハウジング840 は圧力容器814 内に収容されてお
り、ガスタービンエンジンモジュールの軸線818とほぼ
一致する軸線842 を有する。ライナー840 は入口843 を
除いて軸線方向端部844 で閉じているが、軸線方向端部
846 では開放されており、環状燃焼器出口848 を形成す
る。複数のプレミキサを使用する場合、追加のプレミキ
サを収容するために、ライナーに追加の入口を設けても
良い。燃焼器の出口848 は入口案内ベーン834 を経るチ
ャネル850 を通って、ラジアルタービン820 と流体接続
している。
【００６９】続けて図８において、ライナー840 により
形成されたトロイダル状チャンバ852 は異なる作用を有
する２つのほぼ軸線方向のセクションを有する。軸線方
向一端844 に近接する領域854 は単段燃焼域（例えば燃
焼体積）を形成し、ライナー端部846 に近接する領域85
6 は希釈域を形成する。複数のポート858 はライナー84
0 の外周に形成され希釈域856 に開口する。ハウジング
の軸線42を基準として、希釈ポート858 は圧縮空気導管
（以下にさらに詳細に記載する）から来る圧縮空気を燃
焼チャンバ852 の希釈域856 に導入する。またプレミキ
サから来る圧縮空気を希釈域に再び向けることにより、
圧縮空気を一連の開口部としてライナー840 の内周に形
成された希釈ポートの第二の組（図示せず）を通して希
釈域に送給しても良い。
形成されたトロイダル状チャンバ852 は異なる作用を有
する２つのほぼ軸線方向のセクションを有する。軸線方
向一端844 に近接する領域854 は単段燃焼域（例えば燃
焼体積）を形成し、ライナー端部846 に近接する領域85
6 は希釈域を形成する。複数のポート858 はライナー84
0 の外周に形成され希釈域856 に開口する。ハウジング
の軸線42を基準として、希釈ポート858 は圧縮空気導管
（以下にさらに詳細に記載する）から来る圧縮空気を燃
焼チャンバ852 の希釈域856 に導入する。またプレミキ
サから来る圧縮空気を希釈域に再び向けることにより、
圧縮空気を一連の開口部としてライナー840 の内周に形
成された希釈ポートの第二の組（図示せず）を通して希
釈域に送給しても良い。
【００７０】さらに本発明によれば、円筒形ライナーに
対して配置された１つ以上の燃料／空気プレミキサ組立
体の各々は、圧縮空気流の一部を燃料と混合して燃料／
空気混合物を生成し、混合物を各ライナー入口を経て燃
焼域に送給する。燃料／空気プレミキサ組立体は圧縮空
気を吸入する空気入口、燃料を吸入する燃料入口、及び
吸入した圧縮空気の流れを平滑化するとともに吸入した
圧縮空気及び燃料を混合するための混合管とを有する。
燃焼中使用したほとんど全ての空気は１つ以上の燃料／
空気プレミキサ組立体を経て燃焼域に送給される。燃焼
域はプレミキサ組立体を経る以外圧縮空気を吸入しない
ように封止されている。
対して配置された１つ以上の燃料／空気プレミキサ組立
体の各々は、圧縮空気流の一部を燃料と混合して燃料／
空気混合物を生成し、混合物を各ライナー入口を経て燃
焼域に送給する。燃料／空気プレミキサ組立体は圧縮空
気を吸入する空気入口、燃料を吸入する燃料入口、及び
吸入した圧縮空気の流れを平滑化するとともに吸入した
圧縮空気及び燃料を混合するための混合管とを有する。
燃焼中使用したほとんど全ての空気は１つ以上の燃料／
空気プレミキサ組立体を経て燃焼域に送給される。燃焼
域はプレミキサ組立体を経る以外圧縮空気を吸入しない
ように封止されている。
【００７１】図８及び図8Aにおいて、燃焼器システム81
0 はさらに参照番号860 により一般的に示す単一の燃料
／空気プレミキサ組立体を有する。プレミキサ組立体86
0 は、以下に一層詳細に記載する導管から空気入口861
を経て圧縮空気を吸入するハウジング組立体862 、及び
燃料ライン866 を介した燃料源832 から燃料入口865を
経て燃料を吸入する燃料ノズル864 を有する。図８に示
す燃料ノズル864 は、燃料を圧縮空気の渦流と混合する
「エアブラスト」式燃料ノズルであり、液体燃料ととも
に使用する場合に噴霧化及び気化の促進に特に有利であ
る。しかし気体燃料に「エアブラスト」式ノズルを使用
すると、ベンチュリ部材に供給する前に燃料を空気と初
期混合するという利点がある。従って、本発明の燃焼器
システムは液体燃料又はエアブラスト燃料ノズルの使用
に制限されず、気体燃料及び渦流型ノズルのような他種
の燃料ノズルも使用することができる。図8Aに示すよう
に、燃焼器システム810 の始動作動中に使用するため
に、補助燃料ノズル867 を設けても良い。
0 はさらに参照番号860 により一般的に示す単一の燃料
／空気プレミキサ組立体を有する。プレミキサ組立体86
0 は、以下に一層詳細に記載する導管から空気入口861
を経て圧縮空気を吸入するハウジング組立体862 、及び
燃料ライン866 を介した燃料源832 から燃料入口865を
経て燃料を吸入する燃料ノズル864 を有する。図８に示
す燃料ノズル864 は、燃料を圧縮空気の渦流と混合する
「エアブラスト」式燃料ノズルであり、液体燃料ととも
に使用する場合に噴霧化及び気化の促進に特に有利であ
る。しかし気体燃料に「エアブラスト」式ノズルを使用
すると、ベンチュリ部材に供給する前に燃料を空気と初
期混合するという利点がある。従って、本発明の燃焼器
システムは液体燃料又はエアブラスト燃料ノズルの使用
に制限されず、気体燃料及び渦流型ノズルのような他種
の燃料ノズルも使用することができる。図8Aに示すよう
に、燃焼器システム810 の始動作動中に使用するため
に、補助燃料ノズル867 を設けても良い。
【００７２】さらに本発明によれば、ベンチュリのよう
な混合管は燃焼器ライナーの軸線に関して実質的に半径
方向に配向した流れ軸線と、混合管の軸線方向一端に近
接した入口と、混合管の軸線方向他端に位置するノズル
組立体とを有する。混合管入口はプレミキサの空気入口
及び燃料入口と流体接続している。混合管はライナー入
口に接続しており、ノズル組立体は流れ軸線に沿って燃
焼チャンバ内に延びており、燃料／空気混合物を燃焼域
内に送給する。
な混合管は燃焼器ライナーの軸線に関して実質的に半径
方向に配向した流れ軸線と、混合管の軸線方向一端に近
接した入口と、混合管の軸線方向他端に位置するノズル
組立体とを有する。混合管入口はプレミキサの空気入口
及び燃料入口と流体接続している。混合管はライナー入
口に接続しており、ノズル組立体は流れ軸線に沿って燃
焼チャンバ内に延びており、燃料／空気混合物を燃焼域
内に送給する。
【００７３】さらに図８において、プレミキサ組立体86
0 はさらに、燃料／空気プレミキサハウジング組立体86
2 内に配置され入口843 でライナー840 に接続した混合
管入口870 を有するベンチュリ型混合管868 の形状の混
合用チャンバを有する。さらに混合管868 は燃料／空気
混合物を燃焼チャンバ（燃焼域854 内に延びる混合管部
分に接続している）に送給するためのノズル組立体872
を有する。混合管868は流れ軸線874 を有し、燃料ノズ
ル864 は燃料を実質的に軸線874 に沿って混合管入口87
0 内に噴霧するように位置する。
0 はさらに、燃料／空気プレミキサハウジング組立体86
2 内に配置され入口843 でライナー840 に接続した混合
管入口870 を有するベンチュリ型混合管868 の形状の混
合用チャンバを有する。さらに混合管868 は燃料／空気
混合物を燃焼チャンバ（燃焼域854 内に延びる混合管部
分に接続している）に送給するためのノズル組立体872
を有する。混合管868は流れ軸線874 を有し、燃料ノズ
ル864 は燃料を実質的に軸線874 に沿って混合管入口87
0 内に噴霧するように位置する。
【００７４】混合管内で燃料を気化して圧縮空気と混合
し、得られた混合物の流れを混合管軸線874 に沿ってノ
ズル組立体872 に送給するのに十分な滞留時間を得るよ
うに、混合管868 の流れ断面積及び寸法を選択する。混
合管内の混合物の滞留時間は２〜８ミリ秒であるのが好
ましい。図８に示す好ましい混合管はベンチュリ型混合
管868 であるが、当業者であれば例えば円錐状又は円筒
形状の混合管のような他の幾何学的構造でも可能である
ことが分かる。
し、得られた混合物の流れを混合管軸線874 に沿ってノ
ズル組立体872 に送給するのに十分な滞留時間を得るよ
うに、混合管868 の流れ断面積及び寸法を選択する。混
合管内の混合物の滞留時間は２〜８ミリ秒であるのが好
ましい。図８に示す好ましい混合管はベンチュリ型混合
管868 であるが、当業者であれば例えば円錐状又は円筒
形状の混合管のような他の幾何学的構造でも可能である
ことが分かる。
【００７５】さらに図８に示すように、圧縮空気導管
は、ライナー840 と第二の外周環状ライナー841 との間
に配置されたほぼ環状の冷却流路882 を有する。流路88
2 は圧縮空気プレナム830 と希釈ポート858 との間に延
びる。燃料／空気プレミキサハウジング組立体862 は、
ライナー841 中のオリフィス885 から圧縮空気を受けて
プレナム884 及び弁890 （後述する）を通して空気を送
給するように、混合管入口870 に連通している。
は、ライナー840 と第二の外周環状ライナー841 との間
に配置されたほぼ環状の冷却流路882 を有する。流路88
2 は圧縮空気プレナム830 と希釈ポート858 との間に延
びる。燃料／空気プレミキサハウジング組立体862 は、
ライナー841 中のオリフィス885 から圧縮空気を受けて
プレナム884 及び弁890 （後述する）を通して空気を送
給するように、混合管入口870 に連通している。
【００７６】図８に概略的に示すところから明らかなよ
うに、流路882 中を流れる圧縮空気によりライナー840
、特に燃焼域854 を直に包囲するライナー部分886 を
冷却するように、流路882 は構成されている。ライナー
840 の部分886 は境膜冷却のない対流冷却のみを行うよ
うに構成されている。すなわち、ライナー840 の部分88
6 において、ライナーにより流路882 内を流れる圧縮空
気は燃焼域854 内で燃焼される燃料／空気混合物から遮
断される。流路882 は燃焼チャンバ852 を包囲し、対流
冷却を行うとともに、圧縮空気を希釈ポート858 に送給
する。この構成により、燃焼域854 内で混合物の燃料／
空気比を制御し、所望の燃料／空気比で「単段式燃焼
器」としての作動が可能となる。このような作動によ
り、ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物の排出量を低下
させることができる。
うに、流路882 中を流れる圧縮空気によりライナー840
、特に燃焼域854 を直に包囲するライナー部分886 を
冷却するように、流路882 は構成されている。ライナー
840 の部分886 は境膜冷却のない対流冷却のみを行うよ
うに構成されている。すなわち、ライナー840 の部分88
6 において、ライナーにより流路882 内を流れる圧縮空
気は燃焼域854 内で燃焼される燃料／空気混合物から遮
断される。流路882 は燃焼チャンバ852 を包囲し、対流
冷却を行うとともに、圧縮空気を希釈ポート858 に送給
する。この構成により、燃焼域854 内で混合物の燃料／
空気比を制御し、所望の燃料／空気比で「単段式燃焼
器」としての作動が可能となる。このような作動によ
り、ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物の排出量を低下
させることができる。
【００７７】さらに図8Aに示すように、プレナム884 か
ら混合管入口870 への圧縮空気の流速を決定するため
に、燃料／空気プレミキサのハウジング組立体862 内に
弁890が位置する。弁890 は連続的に調節自在であり、
バタフライ型として図示されているが、弁890 の構造は
適宜変更し得る。弁の開度が変化すると、プレミキサに
よる圧力低下も変化し、空気の流量が減少又は増大す
る。概略的に示すコントローラ894 （例えばマイクロプ
ロセッサー等）は弁890 と接続しており、混合管入口87
0 に直接流入する圧縮空気の流速を制御する。コントロ
ーラ864 はまた燃料弁に接続されており、燃料ノズル86
4 への燃料の流量を計測する。当業者に明らかなよう
に、コントローラ894 はプレミキサ組立体860 への燃料
の流量及び圧縮空気の流量の両方を制御するように作動
し、もってガスタービンエンジンモジュールの全作動範
囲にわたって、所定の燃料／空気比（例えば大気条件、
作動条件及び燃料の種類により予め選定される）を達成
することができる。コントローラ894 は無段階に又は段
階的に燃料／空気比を変化させることができる。当業者
であれば、本明細書の開示及び当業界の一般的知識に基
づいて特定の用途に適するコントローラを適宜採用する
ことができるであろう。
ら混合管入口870 への圧縮空気の流速を決定するため
に、燃料／空気プレミキサのハウジング組立体862 内に
弁890が位置する。弁890 は連続的に調節自在であり、
バタフライ型として図示されているが、弁890 の構造は
適宜変更し得る。弁の開度が変化すると、プレミキサに
よる圧力低下も変化し、空気の流量が減少又は増大す
る。概略的に示すコントローラ894 （例えばマイクロプ
ロセッサー等）は弁890 と接続しており、混合管入口87
0 に直接流入する圧縮空気の流速を制御する。コントロ
ーラ864 はまた燃料弁に接続されており、燃料ノズル86
4 への燃料の流量を計測する。当業者に明らかなよう
に、コントローラ894 はプレミキサ組立体860 への燃料
の流量及び圧縮空気の流量の両方を制御するように作動
し、もってガスタービンエンジンモジュールの全作動範
囲にわたって、所定の燃料／空気比（例えば大気条件、
作動条件及び燃料の種類により予め選定される）を達成
することができる。コントローラ894 は無段階に又は段
階的に燃料／空気比を変化させることができる。当業者
であれば、本明細書の開示及び当業界の一般的知識に基
づいて特定の用途に適するコントローラを適宜採用する
ことができるであろう。
【００７８】さらに本発明によれば、ノズル組立体は混
合管の流れ軸線に沿って燃焼チャンバ内に延びており、
燃料／空気混合物を燃焼域内に送給する１つ以上のポー
トを有する。ノズル組立体はさらに各ノズル組立体ポー
ト用の少なくとも１つのチャネルを有し、各ノズル組立
体ポート内で各チャネルは混合管の流れ軸線に対して傾
斜しており、燃焼域内に燃料／空気混合物を送給するた
めのノズル組立体ポートで終わっている。
合管の流れ軸線に沿って燃焼チャンバ内に延びており、
燃料／空気混合物を燃焼域内に送給する１つ以上のポー
トを有する。ノズル組立体はさらに各ノズル組立体ポー
ト用の少なくとも１つのチャネルを有し、各ノズル組立
体ポート内で各チャネルは混合管の流れ軸線に対して傾
斜しており、燃焼域内に燃料／空気混合物を送給するた
めのノズル組立体ポートで終わっている。
【００７９】図９〜図11において、ノズル組立体872 は
燃焼チャンバ852 内に位置し、幾何学的形状の端部キャ
ップ903 及びノズル組立体872 の内側壁905 により形成
されたチャネル901 を有する。側壁905 は混合管868 用
の延長部として形成することができ、異なる幾何学的形
状としても良い。ノズル組立体872 はまた端部キャップ
903 及び側壁905 により形成されたポート907 を有す
る。ポート907 はチャネル901 と流体接続されており、
燃焼域854 内に燃料／空気混合物を送給する。端部キャ
ップ903 を側壁905 に接合するためにフィン909 が追加
的に設けられている。
燃焼チャンバ852 内に位置し、幾何学的形状の端部キャ
ップ903 及びノズル組立体872 の内側壁905 により形成
されたチャネル901 を有する。側壁905 は混合管868 用
の延長部として形成することができ、異なる幾何学的形
状としても良い。ノズル組立体872 はまた端部キャップ
903 及び側壁905 により形成されたポート907 を有す
る。ポート907 はチャネル901 と流体接続されており、
燃焼域854 内に燃料／空気混合物を送給する。端部キャ
ップ903 を側壁905 に接合するためにフィン909 が追加
的に設けられている。
【００８０】ノズル組立体（及び特にチャネル901 ）の
ベーベル面又は傾斜表面のために、図11の矢印により示
されるように、燃料／空気混合物の流れは流れ軸線874
から離れる。すなわち、燃料／空気混合物の流れは、種
々の幾何学的配向の面を利用することにより所望の方向
に送給することができる。幾つかのチャネル及びノズル
組立体ポートを図示したが、単一のチャネル及びそれに
関連するポートのみを利用することにより本発明の目的
を達成することができることが分かる。しかし、ライナ
ー軸線に関して対向する角度方向に燃料／空気混合物を
送給するための少なくとも２つのポートは、全燃焼域を
利用する点で特に有利である。
ベーベル面又は傾斜表面のために、図11の矢印により示
されるように、燃料／空気混合物の流れは流れ軸線874
から離れる。すなわち、燃料／空気混合物の流れは、種
々の幾何学的配向の面を利用することにより所望の方向
に送給することができる。幾つかのチャネル及びノズル
組立体ポートを図示したが、単一のチャネル及びそれに
関連するポートのみを利用することにより本発明の目的
を達成することができることが分かる。しかし、ライナ
ー軸線に関して対向する角度方向に燃料／空気混合物を
送給するための少なくとも２つのポートは、全燃焼域を
利用する点で特に有利である。
【００８１】さらに、ノズル組立体（及び特にチャネル
901 ）の構成部材は、燃焼器ライナー壁に衝突させずに
燃料／空気混合物を燃焼域内の種々の方向に送給するよ
うに、構成することができる。例えばノズル組立体872
のチャネル901 は、燃料／空気混合物が燃焼域の実質的
に半径方向又は半径／軸線方向（混合管の流れ軸線から
離れる方向）に流入するように、構成することができ
る。さらに、流れはライナー軸線に対して複数の方向
（例えば図９に矢印で示すように燃焼チャンバライナー
の軸線に対して実質的に接線方向）に送給することがで
きる。さらに、図10及び図11に示すように流れを混合管
軸線に関して２つ以上の方向に送給するように、チャネ
ル901 を構成することもできる。
901 ）の構成部材は、燃焼器ライナー壁に衝突させずに
燃料／空気混合物を燃焼域内の種々の方向に送給するよ
うに、構成することができる。例えばノズル組立体872
のチャネル901 は、燃料／空気混合物が燃焼域の実質的
に半径方向又は半径／軸線方向（混合管の流れ軸線から
離れる方向）に流入するように、構成することができ
る。さらに、流れはライナー軸線に対して複数の方向
（例えば図９に矢印で示すように燃焼チャンバライナー
の軸線に対して実質的に接線方向）に送給することがで
きる。さらに、図10及び図11に示すように流れを混合管
軸線に関して２つ以上の方向に送給するように、チャネ
ル901 を構成することもできる。
【００８２】さらに上記幾何学的形状のノズル組立体87
2 により、端部キャップ903 の付近で出で来る燃料／空
気混合物を急激に膨張・再循環させることにより、炎保
持効果が有利に得られることが分かる。すなわち、例え
ば端部キャップ903 の形状により、燃料／空気混合物を
循環させてポート907 に近接するノズル組立体872 の外
側で燃焼させるための領域911 が得られる。ポート907
の付近の炎を安定化し、もって炎先端を安定に維持して
種々の作動条件中に燃焼を安定させるために、炎保持は
有利である。
2 により、端部キャップ903 の付近で出で来る燃料／空
気混合物を急激に膨張・再循環させることにより、炎保
持効果が有利に得られることが分かる。すなわち、例え
ば端部キャップ903 の形状により、燃料／空気混合物を
循環させてポート907 に近接するノズル組立体872 の外
側で燃焼させるための領域911 が得られる。ポート907
の付近の炎を安定化し、もって炎先端を安定に維持して
種々の作動条件中に燃焼を安定させるために、炎保持は
有利である。
【００８３】燃料／空気混合物を加速し、燃焼チャンバ
852 に送給される混合物の速度を混合管868 中の速度に
対して高くするために、ポート907 の全断面積を混合管
868（一般に参照番号913 で示す）の断面積の約70〜90
％とするのが好ましい。この特徴の重要性は、燃料／空
気混合物の流速が燃焼域854 内の炎の速度に対して低い
とチャンバ852 から来る炎は混合管868 内で燃料を着火
させる恐れがあることから分かる。燃料／空気混合物の
流速を増大させるような大きさのポート907 を利用する
ことにより、燃焼チャンバ852 から来る炎が混合管内に
「フラッシュバック」する恐れが小さくなる。さらに流
速を増大することにより、チャンバ901に沿ってポート9
07 にある境界層が減少し、もって燃焼チャンバ852 か
らの炎がノズル組立体872 の表面に沿って這い、混合管
868 内にフラッシュバックする低速領域が除去されると
考えられる。また圧縮空気の変化が混合管868 内で起こ
る場合に特に上記幾何学的形状が有用であり、そうでな
ければ燃焼チャンバ852 内に炎先端の変動又は脈動が起
こると考えられる。ポート907 における圧力が増大する
と、プレミキサ中の圧縮空気の速度の変化が低減し、脈
動も減少する。これらの利点は、燃焼器システム及び個
々の構成部材の構造健全性を維持するのに有用であり、
全ガスタービンエンジン自身の健全性及び性能に有利で
ある。
852 に送給される混合物の速度を混合管868 中の速度に
対して高くするために、ポート907 の全断面積を混合管
868（一般に参照番号913 で示す）の断面積の約70〜90
％とするのが好ましい。この特徴の重要性は、燃料／空
気混合物の流速が燃焼域854 内の炎の速度に対して低い
とチャンバ852 から来る炎は混合管868 内で燃料を着火
させる恐れがあることから分かる。燃料／空気混合物の
流速を増大させるような大きさのポート907 を利用する
ことにより、燃焼チャンバ852 から来る炎が混合管内に
「フラッシュバック」する恐れが小さくなる。さらに流
速を増大することにより、チャンバ901に沿ってポート9
07 にある境界層が減少し、もって燃焼チャンバ852 か
らの炎がノズル組立体872 の表面に沿って這い、混合管
868 内にフラッシュバックする低速領域が除去されると
考えられる。また圧縮空気の変化が混合管868 内で起こ
る場合に特に上記幾何学的形状が有用であり、そうでな
ければ燃焼チャンバ852 内に炎先端の変動又は脈動が起
こると考えられる。ポート907 における圧力が増大する
と、プレミキサ中の圧縮空気の速度の変化が低減し、脈
動も減少する。これらの利点は、燃焼器システム及び個
々の構成部材の構造健全性を維持するのに有用であり、
全ガスタービンエンジン自身の健全性及び性能に有利で
ある。
【００８４】図9Aは図８及び図９に示す構造の変形例を
示し、主な相違は、プレミキサ860'がバタフライ型空気
弁890 及び非対称ノズル組立体872'の代わりに円筒形空
気弁890'を有する点である。空気弁890'は回転自在の円
筒形内側セクション890a' を有し、円筒形内側セクショ
ン890a' は弁出口の開口部890c' の閉塞度を徐々に増大
又は減少させ、もってシリンダー／スリーブ890a' が軸
線890b' の回りを回転する時に弁890'を通過する空気流
を増減する。
示し、主な相違は、プレミキサ860'がバタフライ型空気
弁890 及び非対称ノズル組立体872'の代わりに円筒形空
気弁890'を有する点である。空気弁890'は回転自在の円
筒形内側セクション890a' を有し、円筒形内側セクショ
ン890a' は弁出口の開口部890c' の閉塞度を徐々に増大
又は減少させ、もってシリンダー／スリーブ890a' が軸
線890b' の回りを回転する時に弁890'を通過する空気流
を増減する。
【００８５】図9Aはまたライナー840 の軸線方向後壁に
衝突する燃料／空気混合物の量を最小化するような構造
とした非対称ノズルポート907a' 及び970b' を有するノ
ズル組立体872'を示す。すなわち、ノズルの端部キャッ
プ872a' の流れ方向ずけ面901a' 及び901b' の形状によ
り、燃料／空気混合物は主として燃焼チャンバの軸線84
2 に対する接線方向で燃焼域854 に入り、燃料／空気混
合物のいくらかは他の領域（図9Aにおけるベンチュリ軸
線874 の左右）に入る。このようなノズルポートの非対
称な配置により、燃料／空気混合物のライナー壁への衝
突（炭素の堆積、不均一な熱伝達及び熱応力による歪み
の増大を引き起こす恐れがある）を最少にしながら、燃
焼体積をより効果的に利用することが可能になる。
衝突する燃料／空気混合物の量を最小化するような構造
とした非対称ノズルポート907a' 及び970b' を有するノ
ズル組立体872'を示す。すなわち、ノズルの端部キャッ
プ872a' の流れ方向ずけ面901a' 及び901b' の形状によ
り、燃料／空気混合物は主として燃焼チャンバの軸線84
2 に対する接線方向で燃焼域854 に入り、燃料／空気混
合物のいくらかは他の領域（図9Aにおけるベンチュリ軸
線874 の左右）に入る。このようなノズルポートの非対
称な配置により、燃料／空気混合物のライナー壁への衝
突（炭素の堆積、不均一な熱伝達及び熱応力による歪み
の増大を引き起こす恐れがある）を最少にしながら、燃
焼体積をより効果的に利用することが可能になる。
【００８６】図9Bは図9Aに示す構造の変形例であり、円
筒形空気弁890"はプレミキサハウジング862 のうちベン
チュリ混合管868 を支持する部分から大きく離隔してい
る。空気弁890"をプレミキサハウジングから大きく離隔
させることにより、空気弁890"から出る圧縮空気の流れ
の不可避的な非対称性を低減するのに役立つのみなら
ず、圧縮空気流をベンチュリ混合管868 の入口に続くプ
レミキサハウジング内により均一に分配するのが可能に
なる。これにより、空気弁からベンチュリ入口までの空
気流路に沿った圧力低下が最低になり、低排気レベルを
維持したままエンジンの最大出力レベルを一層高くする
ことができる。
筒形空気弁890"はプレミキサハウジング862 のうちベン
チュリ混合管868 を支持する部分から大きく離隔してい
る。空気弁890"をプレミキサハウジングから大きく離隔
させることにより、空気弁890"から出る圧縮空気の流れ
の不可避的な非対称性を低減するのに役立つのみなら
ず、圧縮空気流をベンチュリ混合管868 の入口に続くプ
レミキサハウジング内により均一に分配するのが可能に
なる。これにより、空気弁からベンチュリ入口までの空
気流路に沿った圧力低下が最低になり、低排気レベルを
維持したままエンジンの最大出力レベルを一層高くする
ことができる。
【００８７】当業者に公知の設置方法により、本発明の
出口ノズルを混合管に接続することができる。例えば図
10及び図11に示すように、ノズル組立体872 にフランジ
部915 及びアタッチメント部917 を設け、係合するフラ
ンジ構造を有する混合管にそのノズル組立体を接続して
も良い。また混合管によりノズル組立体を構造物全体に
組み入れることもできる。
出口ノズルを混合管に接続することができる。例えば図
10及び図11に示すように、ノズル組立体872 にフランジ
部915 及びアタッチメント部917 を設け、係合するフラ
ンジ構造を有する混合管にそのノズル組立体を接続して
も良い。また混合管によりノズル組立体を構造物全体に
組み入れることもできる。
【００８８】さらに本発明によれば、混合管はライナー
に接続しており、混合管の流れ軸線はほぼライナー軸線
と交わるように配向している。しかし、出口ノズルのチ
ャネルの少なくとも幾つかは、燃料／空気混合物をライ
ナー軸線に対して実質的に接線方向で燃焼域内に送給す
るように形成されている。燃焼器の入口開口部は長くな
いので、混合管のこの半径方向配向により混合管と燃焼
器ライナーとは正確に摺接することができる。このため
漏れが少なくなり、作動中横方向の動き及び熱歪みが少
なくなる。
に接続しており、混合管の流れ軸線はほぼライナー軸線
と交わるように配向している。しかし、出口ノズルのチ
ャネルの少なくとも幾つかは、燃料／空気混合物をライ
ナー軸線に対して実質的に接線方向で燃焼域内に送給す
るように形成されている。燃焼器の入口開口部は長くな
いので、混合管のこの半径方向配向により混合管と燃焼
器ライナーとは正確に摺接することができる。このため
漏れが少なくなり、作動中横方向の動き及び熱歪みが少
なくなる。
【００８９】図８及び図９において、燃料／空気混合物
がライナー壁840aとライナー壁840bとのほぼ間の方向に
流れるように、ノズル組立体872 を配向させることによ
り、燃焼域854 内に制御された渦流及び燃焼をもたらす
ことができる。混合管868 はライナー840 に半径方向に
取り付けられているので、混合管の流れ軸線874 はライ
ナー軸線842 とほぼ交差する。燃料／空気混合物の分割
された流れがライナー壁840a、840bにほとんど衝突せず
にノズル組立体872 により燃焼チャンバ内に送給される
限り、配置は正確である必要はない。ライナー壁へのあ
る程度の衝突は予想されるが、所定の表面に衝突する燃
料／空気混合物の量を最少にして燃焼過程の間そのよう
な表面に堆積する炭素量を低減するのが好ましい。炭素
の堆積があるライナー領域は断熱され、燃焼チャンバの
熱疲労及び局所的加熱の問題を引き起こす。
がライナー壁840aとライナー壁840bとのほぼ間の方向に
流れるように、ノズル組立体872 を配向させることによ
り、燃焼域854 内に制御された渦流及び燃焼をもたらす
ことができる。混合管868 はライナー840 に半径方向に
取り付けられているので、混合管の流れ軸線874 はライ
ナー軸線842 とほぼ交差する。燃料／空気混合物の分割
された流れがライナー壁840a、840bにほとんど衝突せず
にノズル組立体872 により燃焼チャンバ内に送給される
限り、配置は正確である必要はない。ライナー壁へのあ
る程度の衝突は予想されるが、所定の表面に衝突する燃
料／空気混合物の量を最少にして燃焼過程の間そのよう
な表面に堆積する炭素量を低減するのが好ましい。炭素
の堆積があるライナー領域は断熱され、燃焼チャンバの
熱疲労及び局所的加熱の問題を引き起こす。
【００９０】作動においては、図８〜11において、プレ
ナム830 から来る圧縮空気はライナー840 （特に燃焼域
854 を包囲する部分）を冷却するためにライナー840 の
外面上の流路882 に沿って流れる。流路882 内を流れる
圧縮空気の一部は、オリフィス885 を経てプレナム884
に入り、次いで燃料／空気プレミキサハウジング組立体
862 及びプレナム884 （コントローラ894 を介して圧縮
空気弁890 より制御されている）の間の接点を経て燃料
／空気プレミキサ組立体860 に流入する。圧縮空気のこ
の部分は、漏れ及びエアブラスト型燃料ノズルの駆動用
以外ほぼ全て、燃焼に使用される。混合管868 におい
て、圧縮空気部分は燃料ノズル864 から来る燃料と混合
され、またノズル864 が「エアブラスト型ノズル」の場
合には少量の追加的な圧縮空気部分と混合され、次いで
混合管軸線874 に沿ってノズル組立体872 に送給され
て、そこで燃料／空気混合物はチャネル901 に沿った流
路に分割され、加速されてポート907 を流出し、燃焼チ
ャンバ852 の燃焼域854 に流入する。ノズル組立体ポー
ト907 の配向及び大きさにより、燃焼体積内への燃料／
空気混合物の流入及び方向を制御することができる。
ナム830 から来る圧縮空気はライナー840 （特に燃焼域
854 を包囲する部分）を冷却するためにライナー840 の
外面上の流路882 に沿って流れる。流路882 内を流れる
圧縮空気の一部は、オリフィス885 を経てプレナム884
に入り、次いで燃料／空気プレミキサハウジング組立体
862 及びプレナム884 （コントローラ894 を介して圧縮
空気弁890 より制御されている）の間の接点を経て燃料
／空気プレミキサ組立体860 に流入する。圧縮空気のこ
の部分は、漏れ及びエアブラスト型燃料ノズルの駆動用
以外ほぼ全て、燃焼に使用される。混合管868 におい
て、圧縮空気部分は燃料ノズル864 から来る燃料と混合
され、またノズル864 が「エアブラスト型ノズル」の場
合には少量の追加的な圧縮空気部分と混合され、次いで
混合管軸線874 に沿ってノズル組立体872 に送給され
て、そこで燃料／空気混合物はチャネル901 に沿った流
路に分割され、加速されてポート907 を流出し、燃焼チ
ャンバ852 の燃焼域854 に流入する。ノズル組立体ポー
ト907 の配向及び大きさにより、燃焼体積内への燃料／
空気混合物の流入及び方向を制御することができる。
【００９１】燃焼域854 内での燃料／空気混合物の燃焼
後、高温排気ガスは希釈域856 に入り、そこで排気ガス
が仕事用膨張のためにベーン834 を通ってチャネル850
よりタービン820 に排気される前に、希釈ポート858 か
ら来る希釈用空気により排気ガスの平均温度が低下す
る。
後、高温排気ガスは希釈域856 に入り、そこで排気ガス
が仕事用膨張のためにベーン834 を通ってチャネル850
よりタービン820 に排気される前に、希釈ポート858 か
ら来る希釈用空気により排気ガスの平均温度が低下す
る。
【００９２】燃料／空気プレミキサ中の燃焼チャンバの
外側で燃料と空気とを完全に混合することにより（液体
燃料を使用する場合には燃料の完全に気化させることに
より）、本発明の燃焼システム810 により燃焼を制御す
るとともに、燃焼チャンバに送給された混合物中の燃料
／空気比の制御することにより、上記の通り、エンジン
モジュール812 から出るＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副
生物のレベルを著しく低下させることができる。さらに
燃料を燃焼させたりタービンの上流で排気ガスを希釈す
るために圧縮空気流のほとんど全量を有効に利用するこ
とにより、効率が向上するとともに燃焼器のピーク温度
が相当に低下し、もって従来の構造と比較して燃焼器ラ
イナーの寿命が延びる。
外側で燃料と空気とを完全に混合することにより（液体
燃料を使用する場合には燃料の完全に気化させることに
より）、本発明の燃焼システム810 により燃焼を制御す
るとともに、燃焼チャンバに送給された混合物中の燃料
／空気比の制御することにより、上記の通り、エンジン
モジュール812 から出るＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副
生物のレベルを著しく低下させることができる。さらに
燃料を燃焼させたりタービンの上流で排気ガスを希釈す
るために圧縮空気流のほとんど全量を有効に利用するこ
とにより、効率が向上するとともに燃焼器のピーク温度
が相当に低下し、もって従来の構造と比較して燃焼器ラ
イナーの寿命が延びる。
【００９３】記載したシステムにより、種々の幾何学的
流れ装置が燃焼器の高温領域から離隔されるとともに、
入口温度が高いガスタービンの用途に対して全ての出力
レベルにおいて汚染物の排出量が低下することが期待さ
れる。
流れ装置が燃焼器の高温領域から離隔されるとともに、
入口温度が高いガスタービンの用途に対して全ての出力
レベルにおいて汚染物の排出量が低下することが期待さ
れる。
【００９４】また図12に示すもう一つの実施例では、ノ
ズル組立体972 は単一チャネル1001を有し、前記チャネ
ル1001はその下方傾斜面により燃料／空気混合物の流れ
を燃焼チャンバのほぼ接線方向に送給する。ノズル組立
体972 はさらに、燃焼チャンバ952 内に燃料／空気混合
物を送給するためにチャネル1001に連通している単一ポ
ート1007を有する。燃焼チャンバ952 に送給される燃料
／空気混合物を加速するために、ポート1007の全断面積
を混合管968 （一般に参照番号913 で示す）の断面積の
約70〜90％とするのが好ましい。
ズル組立体972 は単一チャネル1001を有し、前記チャネ
ル1001はその下方傾斜面により燃料／空気混合物の流れ
を燃焼チャンバのほぼ接線方向に送給する。ノズル組立
体972 はさらに、燃焼チャンバ952 内に燃料／空気混合
物を送給するためにチャネル1001に連通している単一ポ
ート1007を有する。燃焼チャンバ952 に送給される燃料
／空気混合物を加速するために、ポート1007の全断面積
を混合管968 （一般に参照番号913 で示す）の断面積の
約70〜90％とするのが好ましい。
【００９５】上記記載は燃焼チャンバ内に延びるノズル
組立体を有する半径方向に取り付けられた混合管に関す
るが、本発明及びその利点は他の混合管の位置及び構造
に対しても適用可能である。例えば、混合管の流れ軸線
がライナー軸線に対して僅かに接線方向に配向するよう
に、混合管をライナーに接続可能である。そのようなも
のとして、例えば図1Bに示すような構造（ベンチュリ軸
線74がライナー軸線42に対して実質的に接線方向であ
る）と比較してライナー入口における幾何学的形状を簡
単にしたまま、燃料／空気混合物流が燃焼域内に接線方
向に流入するとともに、流れがライナーに衝突するのが
最少になるように、混合管の出口ノズルその他の構造物
を配向することができる。
組立体を有する半径方向に取り付けられた混合管に関す
るが、本発明及びその利点は他の混合管の位置及び構造
に対しても適用可能である。例えば、混合管の流れ軸線
がライナー軸線に対して僅かに接線方向に配向するよう
に、混合管をライナーに接続可能である。そのようなも
のとして、例えば図1Bに示すような構造（ベンチュリ軸
線74がライナー軸線42に対して実質的に接線方向であ
る）と比較してライナー入口における幾何学的形状を簡
単にしたまま、燃料／空気混合物流が燃焼域内に接線方
向に流入するとともに、流れがライナーに衝突するのが
最少になるように、混合管の出口ノズルその他の構造物
を配向することができる。
【００９６】さらに本発明によれば、記載したプレミキ
サ組立体を缶型燃焼器システムにより利用しても良い。
図13において、燃焼器システム1100は燃焼チャンバライ
ナー1114により形成された燃焼域1113を有する燃焼チャ
ンバ1112を具備する。ライナー1114の周囲に離隔して配
置されているのは、部分的に冷却シュラウドとして作用
する圧力容器1116である。プレミキサ組立体1126は空気
弁1128、ベンチュリ型混合管1130（その一部はライナー
1114の外部に配置されている）、及びチャンバ1112の燃
焼域1113内に燃料／空気混合物を送給するために配置さ
れたノズル組立体部分1132を有する。プレミキサハウジ
ング1139に取り付けられた燃料ノズル組立体1138は燃料
噴霧を混合管の入口領域1131に送給し、そこで燃料噴霧
は混合管1130内で弁1128により部分的に制御された量の
圧縮空気（コンプレッサ1102から供給される）と混合さ
れる。図13に示すように、弁1128は回転自在のスリーブ
1128a を具備する円筒型三方弁であるが、他の弁でも良
い。弁1128は空気をベンチュリ混合管1130に送給する
か、バイパス管1142及びマニホルド1144を経てライナー
1114内の第二の希釈ポート1140に送給することができ
る。
サ組立体を缶型燃焼器システムにより利用しても良い。
図13において、燃焼器システム1100は燃焼チャンバライ
ナー1114により形成された燃焼域1113を有する燃焼チャ
ンバ1112を具備する。ライナー1114の周囲に離隔して配
置されているのは、部分的に冷却シュラウドとして作用
する圧力容器1116である。プレミキサ組立体1126は空気
弁1128、ベンチュリ型混合管1130（その一部はライナー
1114の外部に配置されている）、及びチャンバ1112の燃
焼域1113内に燃料／空気混合物を送給するために配置さ
れたノズル組立体部分1132を有する。プレミキサハウジ
ング1139に取り付けられた燃料ノズル組立体1138は燃料
噴霧を混合管の入口領域1131に送給し、そこで燃料噴霧
は混合管1130内で弁1128により部分的に制御された量の
圧縮空気（コンプレッサ1102から供給される）と混合さ
れる。図13に示すように、弁1128は回転自在のスリーブ
1128a を具備する円筒型三方弁であるが、他の弁でも良
い。弁1128は空気をベンチュリ混合管1130に送給する
か、バイパス管1142及びマニホルド1144を経てライナー
1114内の第二の希釈ポート1140に送給することができ
る。
【００９７】図13A は図13の一部を拡大した図であり、
回転自在のスリーブ1128a を有する空気弁1128を示す。
スリーブ1128a は弁の内周の約１／３だけシールとして
作用することができる環状セグメントである。スリーブ
1128a は、バイパス管1142への入口1142a を完全に閉塞
する位置（図13A に実線で示す）からプレミキサハウジ
ング1139を経てベンチュリ混合管1130への空気流を阻止
する位置（図13A に点線で示す）まで、アクチュエータ
（図示せず）により軸線の回りを回転することができ、
第二希釈ポート（図示せず）へのバイパス流を可能とす
る。
回転自在のスリーブ1128a を有する空気弁1128を示す。
スリーブ1128a は弁の内周の約１／３だけシールとして
作用することができる環状セグメントである。スリーブ
1128a は、バイパス管1142への入口1142a を完全に閉塞
する位置（図13A に実線で示す）からプレミキサハウジ
ング1139を経てベンチュリ混合管1130への空気流を阻止
する位置（図13A に点線で示す）まで、アクチュエータ
（図示せず）により軸線の回りを回転することができ、
第二希釈ポート（図示せず）へのバイパス流を可能とす
る。
【００９８】複数のプレミキサを必要とするエンジンの
場合、例えば図14A 〜図14D （後述する）に示す実施例
のように、各缶型燃焼器（図13A に示す）又は各対の燃
焼器に空気弁を設け、次いで共通のアクチュエータ（可
変ステータブレードがアキシャルコンプレッサ上を動く
のと同様に、全ての弁を同時に作動する）に接続するこ
とができる。従って、当業者であれば本発明をこのよう
なエンジン用に使用するのは容易であると考えられる。
場合、例えば図14A 〜図14D （後述する）に示す実施例
のように、各缶型燃焼器（図13A に示す）又は各対の燃
焼器に空気弁を設け、次いで共通のアクチュエータ（可
変ステータブレードがアキシャルコンプレッサ上を動く
のと同様に、全ての弁を同時に作動する）に接続するこ
とができる。従って、当業者であれば本発明をこのよう
なエンジン用に使用するのは容易であると考えられる。
【００９９】さらに図13A において、第一希釈ポート11
60は弁1128のマニホルド1128b の上流の位置で圧縮空気
の一部をコンプレッサ1102から吸入する。当業者に明ら
かなように、希釈部分は各流路の圧力低下及び希釈ポー
ト1160の数及び大きさに依存する。燃焼域1113を形成す
るライナー1114の部分は、燃料／空気比の制御を維持し
低排気ガス量を維持するために、チャンバ入口1113a に
配置された混合管1130以外で空気を吸入するのを阻止す
るように意図的に封止されている。混合管1130と圧力容
器1116との間にギャップ1130a が設けられており、アイ
ドリング中に十分な燃焼用空気を流通させる。
60は弁1128のマニホルド1128b の上流の位置で圧縮空気
の一部をコンプレッサ1102から吸入する。当業者に明ら
かなように、希釈部分は各流路の圧力低下及び希釈ポー
ト1160の数及び大きさに依存する。燃焼域1113を形成す
るライナー1114の部分は、燃料／空気比の制御を維持し
低排気ガス量を維持するために、チャンバ入口1113a に
配置された混合管1130以外で空気を吸入するのを阻止す
るように意図的に封止されている。混合管1130と圧力容
器1116との間にギャップ1130a が設けられており、アイ
ドリング中に十分な燃焼用空気を流通させる。
【０１００】ノズル組立体1132は混合管1130の一部であ
り、缶型燃焼器ライナー1114の中心において燃焼チャン
バ1112内に延びている。さらに図13B に示すように、ノ
ズル組立体1132は４つのチャネル（チャンバ1112内の燃
料／空気混合物をポート1133に向け、もって利用可能な
燃焼体積を最適化する）を形成する表面渦部材1135aを
有する端板1135を有する。４つのポート1133の全ては混
合管軸線1130a の回りに対称に配置されているが、それ
より少ないか多いポートを非対称に配置するのも可能で
ある。ポート1133よりチャネル1112に入る燃料／空気混
合物の速度を増大するために、ノズル組立体1132のポー
ト1133における全面積は混合管1130の最大断面積の約70
〜90％とすべきである。上記構造も図８の実施例のノズ
ル組立体872 の利点を得ることができる。
り、缶型燃焼器ライナー1114の中心において燃焼チャン
バ1112内に延びている。さらに図13B に示すように、ノ
ズル組立体1132は４つのチャネル（チャンバ1112内の燃
料／空気混合物をポート1133に向け、もって利用可能な
燃焼体積を最適化する）を形成する表面渦部材1135aを
有する端板1135を有する。４つのポート1133の全ては混
合管軸線1130a の回りに対称に配置されているが、それ
より少ないか多いポートを非対称に配置するのも可能で
ある。ポート1133よりチャネル1112に入る燃料／空気混
合物の速度を増大するために、ノズル組立体1132のポー
ト1133における全面積は混合管1130の最大断面積の約70
〜90％とすべきである。上記構造も図８の実施例のノズ
ル組立体872 の利点を得ることができる。
【０１０１】低出力作動の間高速のバイパス空気流（ラ
イナー1114及び圧力容器1116により形成された冷却チャ
ネルを通る）が必要な用途に非常に有用な三方弁1128に
ついて示したが、本明細書の他の箇所に記載した二方空
気弁とともに缶型燃焼器システム1100を使用することも
できる。また燃焼器システム1100は、アキシャルコンプ
レッサセクション1102及びアキシャルタービンセクショ
ン1104を有するアキシャル型エンジン（エンジン軸は図
13に1106で概略的に示す）に使用することができる。缶
型燃焼チャンバを使用する燃焼器システム1100は、ラジ
アル型及びアキシャル−ラジアル混合型コンプレッサ及
びタービンを使用するエンジン構造体に使用することが
できる。
イナー1114及び圧力容器1116により形成された冷却チャ
ネルを通る）が必要な用途に非常に有用な三方弁1128に
ついて示したが、本明細書の他の箇所に記載した二方空
気弁とともに缶型燃焼器システム1100を使用することも
できる。また燃焼器システム1100は、アキシャルコンプ
レッサセクション1102及びアキシャルタービンセクショ
ン1104を有するアキシャル型エンジン（エンジン軸は図
13に1106で概略的に示す）に使用することができる。缶
型燃焼チャンバを使用する燃焼器システム1100は、ラジ
アル型及びアキシャル−ラジアル混合型コンプレッサ及
びタービンを使用するエンジン構造体に使用することが
できる。
【０１０２】また１つ以上の燃焼器システムを軸線1106
の回りに円周状に配置し、タービン入口プレナム1108内
に捕集・分配された各高温ガスによりエンジンの低排気
ガス作動を行うことができる。
の回りに円周状に配置し、タービン入口プレナム1108内
に捕集・分配された各高温ガスによりエンジンの低排気
ガス作動を行うことができる。
【０１０３】図14A 〜図14D は本発明による燃焼装置を
有するガスタービンエンジンの特に好ましい構造を示
す。具体的には、図14A はエンジン軸線1218の回りを回
転するように接続されているコンプレッサセクション12
14及びタービンセクション1216を有するガスタービンエ
ンジン1210の断面を示す。エンジン1210は、ライナー12
22により形成され、燃焼域1224及び希釈域1226を有する
環状燃焼チャンバ1220を具備する。冷却シュラウド1228
はライナー1222を包囲し、特に燃焼域1224の付近におい
てライナー1222の対流冷却を行うための流路を提供す
る。既述の他の実施例と同様に、燃焼域1224はシュラウ
ド1228とライナー1220との間の流路1262及び1268（図14
D 参照）を流れる冷却空気から封止されている。従っ
て、燃焼域1224はプレミキサ組立体1230より燃焼域1224
に送給された燃料／空気混合物の一部としてのみ燃焼用
空気を吸入する（以下詳述する）。従って、燃焼域1224
は「単段式」燃焼域を構成すると言うことができる。
有するガスタービンエンジンの特に好ましい構造を示
す。具体的には、図14A はエンジン軸線1218の回りを回
転するように接続されているコンプレッサセクション12
14及びタービンセクション1216を有するガスタービンエ
ンジン1210の断面を示す。エンジン1210は、ライナー12
22により形成され、燃焼域1224及び希釈域1226を有する
環状燃焼チャンバ1220を具備する。冷却シュラウド1228
はライナー1222を包囲し、特に燃焼域1224の付近におい
てライナー1222の対流冷却を行うための流路を提供す
る。既述の他の実施例と同様に、燃焼域1224はシュラウ
ド1228とライナー1220との間の流路1262及び1268（図14
D 参照）を流れる冷却空気から封止されている。従っ
て、燃焼域1224はプレミキサ組立体1230より燃焼域1224
に送給された燃料／空気混合物の一部としてのみ燃焼用
空気を吸入する（以下詳述する）。従って、燃焼域1224
は「単段式」燃焼域を構成すると言うことができる。
【０１０４】さらに図14A において、プレミキサ組立体
1230は一対のプレミキサ1232（図14A に１つのみ示す）
を有し、各プレミキサ1232は燃料ノズル1236から燃料を
吸入するとともにベンチュリ一対の1240を経てプレミキ
サハウジング1238から空気を吸入するように配置された
ベンチュリ型混合管1234を有する。各ベンチュリ型混合
管1234は、ベンチュリ軸線1242に沿ってノズル組立体12
44を通って燃焼域1224に燃料／空気混合物を送給するよ
うに構成されている。ノズル組立体1244は延長部1244a
及び端部キャップ1244b からなり、端部キャップ1244b
はベンチュリ軸線1242に対して斜めに燃焼域1244内に燃
料／空気混合物を流入させるために、チャネル及びポー
ト1246a 、b を形成する表面形状を有する。例えば図10
及び図11を参照。図14A に示されていないが、ポート12
46はまた燃料／空気混合物流を軸線1242に関して反対方
向に向ける。図14A から明らかなように、ベンチュリ混
合管1234を包囲し燃料ノズル1236を取り付けるプレミキ
サハウジング1238自身は、エンジンの圧力容器1250の分
離自在な端部1250a に取り付けられている。
1230は一対のプレミキサ1232（図14A に１つのみ示す）
を有し、各プレミキサ1232は燃料ノズル1236から燃料を
吸入するとともにベンチュリ一対の1240を経てプレミキ
サハウジング1238から空気を吸入するように配置された
ベンチュリ型混合管1234を有する。各ベンチュリ型混合
管1234は、ベンチュリ軸線1242に沿ってノズル組立体12
44を通って燃焼域1224に燃料／空気混合物を送給するよ
うに構成されている。ノズル組立体1244は延長部1244a
及び端部キャップ1244b からなり、端部キャップ1244b
はベンチュリ軸線1242に対して斜めに燃焼域1244内に燃
料／空気混合物を流入させるために、チャネル及びポー
ト1246a 、b を形成する表面形状を有する。例えば図10
及び図11を参照。図14A に示されていないが、ポート12
46はまた燃料／空気混合物流を軸線1242に関して反対方
向に向ける。図14A から明らかなように、ベンチュリ混
合管1234を包囲し燃料ノズル1236を取り付けるプレミキ
サハウジング1238自身は、エンジンの圧力容器1250の分
離自在な端部1250a に取り付けられている。
【０１０５】図14B はエンジン1210の端部の概略斜視図
であり、エンジン1210の有利な構造を理解するのに役立
つ。図14B に示すように、プレミキサ1230の対は軸線12
18に関してほぼ正反対に対向する位置において、分離自
在な圧力容器の端部1250a に取り付けられている。プレ
ミキサ組立体1230はまた圧力容器の端部1250a に取り付
けられた単段式円筒形空気弁1252を有する。マニホルド
1254及び一対の分配導管1256を通る空気流路に沿って両
プレミキサ1232に供給される燃焼用圧縮空気の流量を制
御するために、空気弁1252はアクチュエータ1253により
駆動される。分配導管1256は燃焼装置及びエンジンの構
成部材のバランスによる空間的制限に応じて種々の形状
とすることができる。しかし、圧力低下が最小になると
ともに流れの制限特性がほぼ等しくなるように、分配導
管の構造を決めるべきである。分配導管1256は、各プレ
ミキサ1232における圧縮空気入口1260に導く蛇腹式コネ
クター1258とともに示してある。また空気弁1252は軸線
1218に対して傾斜しており、かつ各プレミキサ1232から
ほぼ等距離となるように配置されており、もってプレミ
キサ組立体1230の配置をコンパクトにするともに、空気
弁1252と個々のプレミキサ1232との間の等しい圧力低下
を確実にするのに役立つ。図14B に示していないが、製
造時に流れのバランスをとることを可能とするために、
分配導管1256の一方又は両方の流れ抵抗を、意図的に他
方より僅かに高く又は低くすることができる。またプレ
ミキサ間に適当な流れのバランスを確実にするために、
分配導管1256内に所定の流れ制限装置を使用することが
できるが、そのような構造は圧縮空気の流路における全
制限を増大させるので好ましくない。
であり、エンジン1210の有利な構造を理解するのに役立
つ。図14B に示すように、プレミキサ1230の対は軸線12
18に関してほぼ正反対に対向する位置において、分離自
在な圧力容器の端部1250a に取り付けられている。プレ
ミキサ組立体1230はまた圧力容器の端部1250a に取り付
けられた単段式円筒形空気弁1252を有する。マニホルド
1254及び一対の分配導管1256を通る空気流路に沿って両
プレミキサ1232に供給される燃焼用圧縮空気の流量を制
御するために、空気弁1252はアクチュエータ1253により
駆動される。分配導管1256は燃焼装置及びエンジンの構
成部材のバランスによる空間的制限に応じて種々の形状
とすることができる。しかし、圧力低下が最小になると
ともに流れの制限特性がほぼ等しくなるように、分配導
管の構造を決めるべきである。分配導管1256は、各プレ
ミキサ1232における圧縮空気入口1260に導く蛇腹式コネ
クター1258とともに示してある。また空気弁1252は軸線
1218に対して傾斜しており、かつ各プレミキサ1232から
ほぼ等距離となるように配置されており、もってプレミ
キサ組立体1230の配置をコンパクトにするともに、空気
弁1252と個々のプレミキサ1232との間の等しい圧力低下
を確実にするのに役立つ。図14B に示していないが、製
造時に流れのバランスをとることを可能とするために、
分配導管1256の一方又は両方の流れ抵抗を、意図的に他
方より僅かに高く又は低くすることができる。またプレ
ミキサ間に適当な流れのバランスを確実にするために、
分配導管1256内に所定の流れ制限装置を使用することが
できるが、そのような構造は圧縮空気の流路における全
制限を増大させるので好ましくない。
【０１０６】プレミキサ1232のみならず空気弁1252を分
離自在な圧力容器の端部1250a に取り付けるようにプレ
ミキサ組立体1230を構成する結果として、プレミキサ組
立体全体1230は圧力容器の端部1250a とともに取り外し
自在である。図14A に最も良く示されているように、タ
ービンの排気ガス管1262を取り外すと、プレミキサ組立
体1230は圧力容器の端部1250a とともに取り外すことが
できる。組立及び分解がこのように容易であることは、
図14A 〜図14D に示す燃焼装置の構造にとって非常に重
要である。
離自在な圧力容器の端部1250a に取り付けるようにプレ
ミキサ組立体1230を構成する結果として、プレミキサ組
立体全体1230は圧力容器の端部1250a とともに取り外し
自在である。図14A に最も良く示されているように、タ
ービンの排気ガス管1262を取り外すと、プレミキサ組立
体1230は圧力容器の端部1250a とともに取り外すことが
できる。組立及び分解がこのように容易であることは、
図14A 〜図14D に示す燃焼装置の構造にとって非常に重
要である。
【０１０７】個々のプレミキサ1232は、ベンチュリ混合
管1240の流れ軸線1242が軸線1218に対して半径方向に位
置するとともに軸線方向に傾斜するように、配向し構成
するのが重要である。すなわち、ベンチュリ軸線1242の
延長線はエンジン／燃焼チャンバの軸線1218と交差する
か近くを通過すると同時に、図14B に概略的に示すよう
に軸線1218に対して90°より著しく小さい角度を示す。
この配向は、通常は利用していない環状空間（タービン
の排気管を包囲する）を有効に利用し、エンジン1210の
全「包絡面」の直径をより小さいものとするという利点
を与える。これはある種の航空機のように軸線方向の外
形を最小にすることが必要な用途に重要である。さらに
燃焼域1224中の燃焼空間をより有効に利用することによ
り、ＣＯ及びＮＯｘを許容値に低減するのに十分な燃焼
器内滞留時間を確保しながら、燃焼チャンバ1220の軸線
方向長さを低減することができる。燃焼チャンバ1220の
軸線を短くすることによる利点は、流路1262及び1268に
より冷却しなければならない全熱伝達面積を低減するこ
とである（図14D 参照）。冷却空気流の必要量の減少に
より、特に回収空気が高温の場合に復熱エンジン用途に
おいて、圧縮空気をより有効に利用することができる。
管1240の流れ軸線1242が軸線1218に対して半径方向に位
置するとともに軸線方向に傾斜するように、配向し構成
するのが重要である。すなわち、ベンチュリ軸線1242の
延長線はエンジン／燃焼チャンバの軸線1218と交差する
か近くを通過すると同時に、図14B に概略的に示すよう
に軸線1218に対して90°より著しく小さい角度を示す。
この配向は、通常は利用していない環状空間（タービン
の排気管を包囲する）を有効に利用し、エンジン1210の
全「包絡面」の直径をより小さいものとするという利点
を与える。これはある種の航空機のように軸線方向の外
形を最小にすることが必要な用途に重要である。さらに
燃焼域1224中の燃焼空間をより有効に利用することによ
り、ＣＯ及びＮＯｘを許容値に低減するのに十分な燃焼
器内滞留時間を確保しながら、燃焼チャンバ1220の軸線
方向長さを低減することができる。燃焼チャンバ1220の
軸線を短くすることによる利点は、流路1262及び1268に
より冷却しなければならない全熱伝達面積を低減するこ
とである（図14D 参照）。冷却空気流の必要量の減少に
より、特に回収空気が高温の場合に復熱エンジン用途に
おいて、圧縮空気をより有効に利用することができる。
【０１０８】空気弁1252及び分配マニホルド1254の断面
図である図14A 〜図14C において、プレミキサ組立体へ
の燃焼用空気の主たる流路が分かる。特に空気は、まず
燃焼チャンバライナー1222と冷却シュラウド1228との間
に形成された冷却流路1262に沿ってラジアルコンプレッ
サユニット1214から流れる。単段式燃焼域1224付近の燃
焼チャンバ1220の端部付近において、圧縮空気の一部は
冷却シュラウド1228内の開口部1264より外部に流れ、冷
却シュラウド1228及び圧力容器部分1250a により形成さ
れたプレナム1266内に捕集される。残留する冷却空気が
案内されかつ適当な速度を維持する限り、開口部1264の
形状及び数は限定されない。
図である図14A 〜図14C において、プレミキサ組立体へ
の燃焼用空気の主たる流路が分かる。特に空気は、まず
燃焼チャンバライナー1222と冷却シュラウド1228との間
に形成された冷却流路1262に沿ってラジアルコンプレッ
サユニット1214から流れる。単段式燃焼域1224付近の燃
焼チャンバ1220の端部付近において、圧縮空気の一部は
冷却シュラウド1228内の開口部1264より外部に流れ、冷
却シュラウド1228及び圧力容器部分1250a により形成さ
れたプレナム1266内に捕集される。残留する冷却空気が
案内されかつ適当な速度を維持する限り、開口部1264の
形状及び数は限定されない。
【０１０９】プレナム1266から圧縮空気は空気弁1252を
通過して分配マニホルド1254に流入し、そこでほぼ半分
に分かれてそれぞれプレミキサに入る（図14C に示さ
ず) 。圧縮空気の残部（開口部1264を通過しない部分）
は環状燃焼チャンバ1220の内部に沿う流路1268に沿って
希釈ポート1269（図14A ）に流入する。燃焼は希釈用空
気を導入する希釈域1226の付近で実質的に完了するの
で、流路1268に沿って流れる空気は燃焼せずに、ノズル
案内ベーン1215及びタービンユニット1216に流入する前
に高温燃焼生成物と混合するだけである。
通過して分配マニホルド1254に流入し、そこでほぼ半分
に分かれてそれぞれプレミキサに入る（図14C に示さ
ず) 。圧縮空気の残部（開口部1264を通過しない部分）
は環状燃焼チャンバ1220の内部に沿う流路1268に沿って
希釈ポート1269（図14A ）に流入する。燃焼は希釈用空
気を導入する希釈域1226の付近で実質的に完了するの
で、流路1268に沿って流れる空気は燃焼せずに、ノズル
案内ベーン1215及びタービンユニット1216に流入する前
に高温燃焼生成物と混合するだけである。
【０１１０】図14C に示すように、空気弁1252は回転自
在な内部シリンダーセクション1252a を有する円筒形弁
であり、上記実施例と同様にアクチュエータ1253を介し
た燃料／空気コントローラ（図示せず）の制御により、
空気弁を通る空気流を連続的な開度で開閉することがで
きる。バタフライ弁等のような他種の空気弁を使用する
こともできるが、円筒形弁はより予測可能な流れ特性を
示し、低流速時に空力学的変動を余り受けないので好ま
しいことが分かった。図14C に示す円筒形空気弁1252は
「二方空気弁」であるが、第二の組の希釈ポートととも
に使用される三方弁を含むように構造を変更しても良
い。このような構造は、第二の希釈ポート1272（図14A
）と接続したバイパス導管1270を示す図14A 、図14B
及び図14C に点線で示してあり、図13で1144により示す
システムに類似している。このようなバイパス構造の利
点は同出願人の米国特許出願第08/892,397号（1997年７
月15日出願）及び予備出願第60/038,943号（1997年３月
７日出願）に記載してあり、いずれの内容も本明細書に
参照として含む。
在な内部シリンダーセクション1252a を有する円筒形弁
であり、上記実施例と同様にアクチュエータ1253を介し
た燃料／空気コントローラ（図示せず）の制御により、
空気弁を通る空気流を連続的な開度で開閉することがで
きる。バタフライ弁等のような他種の空気弁を使用する
こともできるが、円筒形弁はより予測可能な流れ特性を
示し、低流速時に空力学的変動を余り受けないので好ま
しいことが分かった。図14C に示す円筒形空気弁1252は
「二方空気弁」であるが、第二の組の希釈ポートととも
に使用される三方弁を含むように構造を変更しても良
い。このような構造は、第二の希釈ポート1272（図14A
）と接続したバイパス導管1270を示す図14A 、図14B
及び図14C に点線で示してあり、図13で1144により示す
システムに類似している。このようなバイパス構造の利
点は同出願人の米国特許出願第08/892,397号（1997年７
月15日出願）及び予備出願第60/038,943号（1997年３月
７日出願）に記載してあり、いずれの内容も本明細書に
参照として含む。
【０１１１】図14D は図14A に示すプレミキサの断面の
拡大図であり、好ましい構造の追加的な特徴をより詳細
に示す。具体的には、図14D はプレミキサハウジング12
38とともに環状開口部を形成する円筒形フランジ1280を
有するベンチュリ混合管1234を示す。この環状開口部
は、アイドリング状態でエンジン1210を駆動するのに十
分な量の圧縮空気が通過するような形状及び大きさを有
する。すなわち、開口部1282を通る空気流は、空気を空
気弁1252を経てプレミキサに供給するのと同じプレナム
1266から取り入れるが、空気弁1252をバイパスするので
直接制御されない。この配置により、アイドリング状態
で燃焼を維持するために最少量の空気も通すことが要求
されないので、空気弁1252の構造を簡単化することがで
きる。開口部1282は予測可能で容易に制御できる空気の
流速を得るような構造とすることができる。
拡大図であり、好ましい構造の追加的な特徴をより詳細
に示す。具体的には、図14D はプレミキサハウジング12
38とともに環状開口部を形成する円筒形フランジ1280を
有するベンチュリ混合管1234を示す。この環状開口部
は、アイドリング状態でエンジン1210を駆動するのに十
分な量の圧縮空気が通過するような形状及び大きさを有
する。すなわち、開口部1282を通る空気流は、空気を空
気弁1252を経てプレミキサに供給するのと同じプレナム
1266から取り入れるが、空気弁1252をバイパスするので
直接制御されない。この配置により、アイドリング状態
で燃焼を維持するために最少量の空気も通すことが要求
されないので、空気弁1252の構造を簡単化することがで
きる。開口部1282は予測可能で容易に制御できる空気の
流速を得るような構造とすることができる。
【０１１２】図14D に示すように、流れ平準化グリッド
1284はプレミキサハウジング1138内に取り付けられてお
り、入口1240の付近でベンチュリ混合管1234を包囲す
る。グリッド1284の作用は、入口1260を経てプレミキサ
ハウジング1238に流入する流れを再分配させるととも
に、プレミキサハウジング1238の構造上の特徴に起因す
る流れの非対称性を平準化し、もってベンチュリ入口12
40への円周方向流入をより均一にすることである。グリ
ッド1284は等間隔に離隔した同一寸法のオリフィスを有
することができるが、ベンチュリ入口1240付近で流れの
所望の再分配を達成するためにオリフィスの位置又は寸
法が非対称でも良い。
1284はプレミキサハウジング1138内に取り付けられてお
り、入口1240の付近でベンチュリ混合管1234を包囲す
る。グリッド1284の作用は、入口1260を経てプレミキサ
ハウジング1238に流入する流れを再分配させるととも
に、プレミキサハウジング1238の構造上の特徴に起因す
る流れの非対称性を平準化し、もってベンチュリ入口12
40への円周方向流入をより均一にすることである。グリ
ッド1284は等間隔に離隔した同一寸法のオリフィスを有
することができるが、ベンチュリ入口1240付近で流れの
所望の再分配を達成するためにオリフィスの位置又は寸
法が非対称でも良い。
【０１１３】図14D に示すように、滞留時間を長くする
ことによりＣＯレベルを低下するために燃焼器1220内の
燃焼生成物の軸線方向流れを遅らせるとともに、構造体
を撓み等に対して強化するために、燃焼器ライナー1222
に円周方向凹み1222a が設けてある。ノズル組立体1244
は、ノズルの端部キャップ1244b と延長部1244a との協
力により形成された出口ポート1246a 及び1246b につい
て、明らかに非対称である。上記の通り、ノズルの出口
ポートの非対称により、燃焼器ライナーの付近部分に燃
料／空気混合物が過剰に直接衝突するのを防止しなが
ら、燃焼域内に燃料／空気混合物を良好に流入させるこ
とができる。すなわち、出口ポート1246a及び1246b は
燃料／空気混合物をベンチュリ軸線1242に対して異なる
角度で流入させ、燃焼チャンバ内のノズルの配向に関係
する。図８、図９、図9A及び図9Bに示された実施例と同
様に、ノズルの出口ポート1246a 及び1246b の全出口面
積は、ベンチュリ型混合管1234内の最大流れ断面積より
小さく、もって「フラッシュバック」及びベンチュリ混
合管内での燃焼の可能性を低減するためにノズルポート
を通過する流れを加速する。一般に流れ断面積はベンチ
ュリ領域の分岐部分の端部で最大になる。
ことによりＣＯレベルを低下するために燃焼器1220内の
燃焼生成物の軸線方向流れを遅らせるとともに、構造体
を撓み等に対して強化するために、燃焼器ライナー1222
に円周方向凹み1222a が設けてある。ノズル組立体1244
は、ノズルの端部キャップ1244b と延長部1244a との協
力により形成された出口ポート1246a 及び1246b につい
て、明らかに非対称である。上記の通り、ノズルの出口
ポートの非対称により、燃焼器ライナーの付近部分に燃
料／空気混合物が過剰に直接衝突するのを防止しなが
ら、燃焼域内に燃料／空気混合物を良好に流入させるこ
とができる。すなわち、出口ポート1246a及び1246b は
燃料／空気混合物をベンチュリ軸線1242に対して異なる
角度で流入させ、燃焼チャンバ内のノズルの配向に関係
する。図８、図９、図9A及び図9Bに示された実施例と同
様に、ノズルの出口ポート1246a 及び1246b の全出口面
積は、ベンチュリ型混合管1234内の最大流れ断面積より
小さく、もって「フラッシュバック」及びベンチュリ混
合管内での燃焼の可能性を低減するためにノズルポート
を通過する流れを加速する。一般に流れ断面積はベンチ
ュリ領域の分岐部分の端部で最大になる。
【０１１４】図14A 〜図14D の実施例では一対のプレミ
キサ1232が示されているが、二対以上使用しても良く、
各対は燃焼チャンバの傾斜部分に供給し、関連するプレ
ミキサの間に位置する単一空気弁及びそれぞれの分配マ
ニホルド及び分配導管を有する。一般に比較的大型のエ
ンジンに対して、燃焼域の全ての部分に実質的に均一な
ガス流速の分布を達成し、ライナーへの熱伝達の変動を
最小化するために、複数のプレミキサを有するのが非常
に好ましい。図14A 〜図14D の実施例におけるポート12
46a 、1246b のようなノズルポートの形状、位置及び数
もまたガス流速の分布に影響を与えるので、考慮しなけ
ればならない。
キサ1232が示されているが、二対以上使用しても良く、
各対は燃焼チャンバの傾斜部分に供給し、関連するプレ
ミキサの間に位置する単一空気弁及びそれぞれの分配マ
ニホルド及び分配導管を有する。一般に比較的大型のエ
ンジンに対して、燃焼域の全ての部分に実質的に均一な
ガス流速の分布を達成し、ライナーへの熱伝達の変動を
最小化するために、複数のプレミキサを有するのが非常
に好ましい。図14A 〜図14D の実施例におけるポート12
46a 、1246b のようなノズルポートの形状、位置及び数
もまたガス流速の分布に影響を与えるので、考慮しなけ
ればならない。
【０１１５】またそれぞれ関連する空気弁及びアクチュ
エータとともに複数のプレミキサを使用することができ
るが、アクチュエータは均一な制御を達成するために例
えば回転リングにより相互に接続している。さらに別の
実施例では、ドーナツ状のプレナムを介して複数のプレ
ミキサと接続した単一の空気弁を使用する。このような
構造は図15A 及び図15B （それぞれ個別の燃料ノズル13
14を有する複数のプレミキサ1312を有するエンジン1310
の長手方向断面図及び端面図である）に概略的に示す。
単一空気弁1316は、各プレミキサ1312に連通する分配プ
レナム1314への燃焼用空気の流れを制御する。プレナム
1318の流れ断面積は十分に大きいので、弁1316から個々
のプレミキサへの流路に沿った圧力低下は実質的に同一
であり、バランスある流れを確保する。空気弁1316は、
圧力容器1320の周囲のいずれの位置でも適宜取り付ける
ことができ、好ましくは上記実施例で説明した「円筒
形」型である。図15A から明らかなように、圧縮空気
は、コンプレッサ（図示せず）から圧力容器1320と冷却
シュラウド1324との間の流路1322を通り、またシュラウ
ド1324とライナー1328との間の冷却流路1326から開口部
1334を通って、いずれも直接空気弁1316に流入する。円
周状シール1330は、圧縮空気が流路1322及び1326からプ
レナム1318へ直接流入するのを阻止する。空気弁1316
は、過剰な圧縮空気が導管1332を経て第二の希釈ポート
（図示せず）に直接流入するのを阻止する「三方弁」で
ある。
エータとともに複数のプレミキサを使用することができ
るが、アクチュエータは均一な制御を達成するために例
えば回転リングにより相互に接続している。さらに別の
実施例では、ドーナツ状のプレナムを介して複数のプレ
ミキサと接続した単一の空気弁を使用する。このような
構造は図15A 及び図15B （それぞれ個別の燃料ノズル13
14を有する複数のプレミキサ1312を有するエンジン1310
の長手方向断面図及び端面図である）に概略的に示す。
単一空気弁1316は、各プレミキサ1312に連通する分配プ
レナム1314への燃焼用空気の流れを制御する。プレナム
1318の流れ断面積は十分に大きいので、弁1316から個々
のプレミキサへの流路に沿った圧力低下は実質的に同一
であり、バランスある流れを確保する。空気弁1316は、
圧力容器1320の周囲のいずれの位置でも適宜取り付ける
ことができ、好ましくは上記実施例で説明した「円筒
形」型である。図15A から明らかなように、圧縮空気
は、コンプレッサ（図示せず）から圧力容器1320と冷却
シュラウド1324との間の流路1322を通り、またシュラウ
ド1324とライナー1328との間の冷却流路1326から開口部
1334を通って、いずれも直接空気弁1316に流入する。円
周状シール1330は、圧縮空気が流路1322及び1326からプ
レナム1318へ直接流入するのを阻止する。空気弁1316
は、過剰な圧縮空気が導管1332を経て第二の希釈ポート
（図示せず）に直接流入するのを阻止する「三方弁」で
ある。
【０１１６】実施例 本発明の環状燃焼器システムの性能を評価するために、
図3A〜図3Cに示す燃料／空気プレミキサを有する環状燃
焼器を、空気及び気体燃料（天然ガス）の外部供給源を
使用することにより大気中でテストした。表１はテスト
に使用した装置の重要な寸法値を示す。
図3A〜図3Cに示す燃料／空気プレミキサを有する環状燃
焼器を、空気及び気体燃料（天然ガス）の外部供給源を
使用することにより大気中でテストした。表１はテスト
に使用した装置の重要な寸法値を示す。
【０１１７】 表１ 燃焼チャンバの容積・・・・12.3×10-3ｍ3 燃焼域の外径・・・・・・・0.346 ｍ 燃焼域の内径・・・・・・・0.200 ｍ ハウジングの軸線からベンチュリの軸線までの半径方向距離・・・0.124 ｍ ベンチュリの直径 喉部・・・45ｍｍ 出口・・・75ｍｍ 多孔部材の各穴の直径及びピッチ・・・φ3.75ｍｍ×５ｍｍ
【０１１８】テストは、アイドリング及びフル作動に対
応する流れ状態で行った。所定の燃料／空気比を達成す
る流量は、制御手段を使用しないで（使用することは可
能であるが）、手動で圧縮空気弁290 及び燃料弁（図示
せず）をセットすることにより定めた。表２はテストに
用いた燃料及び圧縮空気の流量及び他の重要なパラメー
タ、及びＮＯｘレベルの測定値及びＣＯのおおよその放
出レベルを示す。
応する流れ状態で行った。所定の燃料／空気比を達成す
る流量は、制御手段を使用しないで（使用することは可
能であるが）、手動で圧縮空気弁290 及び燃料弁（図示
せず）をセットすることにより定めた。表２はテストに
用いた燃料及び圧縮空気の流量及び他の重要なパラメー
タ、及びＮＯｘレベルの測定値及びＣＯのおおよその放
出レベルを示す。
【０１１９】 表２ アイドリング時 フル作動時 天然ガスのＢＴＵ比（MJ／kg） 38.02 38.02 燃料流量（g/s) 2.45 3.12 全空気流量（g/s) 183 160 燃料／空気比 0.033 0.033 圧縮空気の入口温度（℃） 376 430 全圧力損失（％） 5 3 全空気因子（factor） 2.3 2.3 パターン因子（％） 11 8 15％Ｏ2 時のＮＯｘ（ppm) 5 3
【０１２０】上記データは著しく低いＮＯｘ放出レベル
を示すが、このレベルは高圧作動時に換算しても、プレ
ミキサを使用する従来のガスタービンエンジンモジュー
ルの燃焼器システムの典型的な値より十分に低い。G. L
eonard et al., "Development of Aero Derivative Gas
Turbine DLE Combustion System" （空力学的ガス・タ
ービンＤＬＥ燃焼器システムの開発）、Diesel And Gas
Turbine Worldwide、1993年５月、22頁及び24頁を参
照。
を示すが、このレベルは高圧作動時に換算しても、プレ
ミキサを使用する従来のガスタービンエンジンモジュー
ルの燃焼器システムの典型的な値より十分に低い。G. L
eonard et al., "Development of Aero Derivative Gas
Turbine DLE Combustion System" （空力学的ガス・タ
ービンＤＬＥ燃焼器システムの開発）、Diesel And Gas
Turbine Worldwide、1993年５月、22頁及び24頁を参
照。
【０１２１】本発明の燃焼器システム、燃料／空気プレ
ミキサ装置及び作動方法について詳細に説明したが、本
発明の精神を逸脱することなくこれらに対して変更をす
ることができる。従って、本発明の範囲は上記実施例に
限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びそ
の均等物により決定される。
ミキサ装置及び作動方法について詳細に説明したが、本
発明の精神を逸脱することなくこれらに対して変更をす
ることができる。従って、本発明の範囲は上記実施例に
限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びそ
の均等物により決定される。
【図1A】 本発明の燃焼器システムを使用するガスター
ビンエンジンモジュールを示す概略断面図である。
ビンエンジンモジュールを示す概略断面図である。
【図1B】 図1Aに示す装置をAA方向から見た概略端面図
である。
である。
【図２】 図1Aに示す燃焼器システムの他の態様を具備
するガスタービンエンジンモジュールの概略端面図であ
る。
するガスタービンエンジンモジュールの概略端面図であ
る。
【図3A】 図1Aに示す装置の好ましい燃料／空気プレミ
キサの好ましい構成要素のテスト版を示す詳細断面図で
ある。
キサの好ましい構成要素のテスト版を示す詳細断面図で
ある。
【図3B】 図1Aに示す装置の好ましい燃料／空気プレミ
キサの好ましい構成要素のテスト版を示す詳細断面図で
ある。
キサの好ましい構成要素のテスト版を示す詳細断面図で
ある。
【図3C】 図1Aに示す装置の好ましい燃料／空気プレミ
キサの好ましい構成要素のテスト版を示す詳細断面図で
ある。
キサの好ましい構成要素のテスト版を示す詳細断面図で
ある。
【図４】 図3A〜3Cに示す燃料／空気プレミキサのエン
ジン版を示す詳細断面図である。
ジン版を示す詳細断面図である。
【図5A】 本発明の燃焼器システムを使用するもう１つ
のガスタービンエンジンモジュールを示す概略断面図で
ある。
のガスタービンエンジンモジュールを示す概略断面図で
ある。
【図5B】 本発明の燃焼器システムを使用するもう１つ
のガスタービンエンジンモジュールを示す概略断面図で
ある。
のガスタービンエンジンモジュールを示す概略断面図で
ある。
【図６】 図５に示すガスタービンエンジンモジュール
に使用するもう１つのプレミキサ構造（一体的圧縮空気
流量弁を有さない）を示す概略断面図である。
に使用するもう１つのプレミキサ構造（一体的圧縮空気
流量弁を有さない）を示す概略断面図である。
【図７】 本発明のさらにもう１つのガスタービンエン
ジンモジュールを示す概略断面図である。
ジンモジュールを示す概略断面図である。
【図８】 本発明のさらにもう１つのガスタービンエン
ジンモジュールを示す概略断面図である。
ジンモジュールを示す概略断面図である。
【図8A】 図８の線分8A−8Aに沿って得られたプレミキ
サ組立体の概略断面図である。
サ組立体の概略断面図である。
【図９】 図８の線分９−９に沿って得られたプレミキ
サ組立体を示す概略断面図である。
サ組立体を示す概略断面図である。
【図9A】 図９に示すプレミキサ組立体の一種（円筒状
空気弁を使用する）を示す概略断面図である。
空気弁を使用する）を示す概略断面図である。
【図9B】 図9Aに示すプレミキサ組立体の別種を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図10】 本発明のノズル組立体の斜視図である。
【図11】 図10のノズル組立体の斜視断面図である。
【図12】 本発明のもう１つのプレミキサ組立体の概略
断面図である。
断面図である。
【図13】 本発明のもう１つのガスタービンエンジンモ
ジュール( 缶型燃焼器を有する) を示す概略断面図であ
る。
ジュール( 缶型燃焼器を有する) を示す概略断面図であ
る。
【図13A 】 図13の空気弁を示す拡大図である。
【図13B 】 線分13B-13B に沿って得られた図13のノズ
ルの概略断面図である。
ルの概略断面図である。
【図14A 】 本発明のもう１つのガスタービンエンジン
モジュールを示す概略断面図である。
モジュールを示す概略断面図である。
【図14B 】 図14A のエンジンモジュールの一部を示す
概略斜視端面図である。
概略斜視端面図である。
【図14C 】 線分14C -14Cに沿って得られた図14B のエ
ンジンモジュール部分の概略断面図である。
ンジンモジュール部分の概略断面図である。
【図14D 】 プレミキサ組立体を示す図14A の部分拡大
図である。
図である。
【図15A 】 本発明のもう１つの燃焼装置を有するエン
ジンの長手方向概略断面図である。
ジンの長手方向概略断面図である。
【図15B 】 図15A の実施例を示す部分端面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年７月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１Ｂ】
【図３Ｃ】
【図８Ａ】
【図１３Ｂ 】
【図１Ａ】
【図２】
【図３Ｂ】
【図４】
【図１５Ｂ 】
【図３Ａ】
【図５Ａ】
【図７】
【図５Ｂ】
【図６】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１１】
【図９Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１３Ａ 】
【図１４Ａ 】
【図１４Ｃ 】
【図１４Ｂ 】
【図１４Ｄ 】
【図１５Ａ 】
Claims (22)
- 【請求項１】 圧縮空気源及び燃料源とともに作動する
ための燃焼器システムにおいて、(a) 燃焼チャンバを形
成する円筒形ライナーであって、軸線及びチャンバの軸
線方向一端に近接する１つ以上の入口を有し、前記一端
に近接するチャンバ部分が単段式燃焼域を有するライナ
ーと、(b) それぞれ圧縮空気吸入口、燃料吸入口、及び
圧縮空気と燃料とを混合し燃料／空気混合物を各ライナ
ー入口を経て前記燃焼域に送給するための混合管を有す
る１つ以上の燃料／空気プレミキサであって、それのみ
により実質的に全ての燃焼用空気を前記燃焼域に送給す
る燃料／空気プレミキサとを有し、前記混合管は流れ軸
線と、混合管の軸線方向一端に近接する入口と、混合管
の軸線方向他端に位置するノズルとを有し、前記混合管
入口は前記圧縮空気入口及び前記燃料入口と流体接続さ
れており、前記ノズルは前記燃焼チャンバ内に延び、燃
料／空気混合物を混合管軸線に対して角度を持って前記
燃焼域内に流入させるための１つ以上のポートを有する
ことを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項２】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記混合管は前記ノズルの上流位置で最大断面積を
有し、１つ以上のノズルポートの全断面積は１つ以上の
ポートを通る燃料／空気混合物を加速するために前記混
合管の最大断面積に対して小さくされていることを特徴
とする燃焼器システム。 - 【請求項３】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記燃焼チャンバは環状燃焼器であり、混合管軸線
はライナー軸線に対して実質的に半径方向を向いてお
り、１つ以上のノズルポートの少なくとも１つは燃料／
空気混合物をライナー軸線に対して接線方向に向けるよ
うな構造を有することを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項４】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記燃焼チャンバは缶型燃焼器であり、混合管軸線
はライナー軸線と実質的に平行であり、１つ以上のノズ
ルポートの少なくとも１つは燃料／空気混合物をライナ
ー軸線に対して半径方向に向けるような構造を有するこ
とを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項５】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記ノズルは複数のノズルポートを有し、前記複数
のノズルポートの少なくとも１つは燃料／空気混合物を
混合管軸線に対して他のノズルポートの角度と異なる角
度に向けるような構造を有することを特徴とする燃焼器
システム。 - 【請求項６】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記ノズルは複数のノズルポートを有し、複数のノ
ズルポートの少なくとも２つは燃料／空気混合物をライ
ナー軸線に対して実質的に反対方向に送給するような構
造を有することを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項７】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記ノズルは混合管の軸線方向他端に接続した延長
部と、前記延長部に接続し１つ以上のポートを形成する
ように前記延長部から離隔した周辺部を有する端部キャ
ップとを有し、前記端部キャップは１つ以上のポートに
燃料／空気混合物を向けるための導管を形成するような
構造を有することを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項８】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記混合管がベンチュリであることを特徴とする燃
焼器システム。 - 【請求項９】 請求項１に記載の燃焼器システムを具備
することを特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項10】 燃料源及び燃焼用圧縮空気源を有するガ
スタービン用燃焼装置において、(a) 単段式燃焼域を形
成する部分を具備し、軸線を有する環状燃焼チャンバ
と、(b) 前記燃料源及び前記圧縮空気源と接続し、燃料
を燃焼用空気と混合し、燃料／空気混合物を前記燃焼域
に送給するために燃焼チャンバの軸線に対して角度的に
離隔した２つのプレミキサとを有するプレミキサ組立体
とを具備し、前記燃焼チャンバ部分はその他の場合には
圧縮空気源から遮断されており、各プレミキサの混合管
の軸線は燃焼チャンバの軸線に対して実質的に半径方向
で軸線方向に傾斜しており、各混合管は入口及び出口を
有し、各プレミキサはまた混合管の入口を包囲するハウ
ジングを有し、プレミキサハウジングは空気入口及び燃
料源に接続した燃料入口を有し、前記プレミキサ組立体
はさらに空気分配マニホルドと、前記マニホルドを各プ
レミキサハウジングの空気入口に接続する一対の分配導
管と、前記マニホルド及び前記分配導管を通してプレミ
キサの両方への燃焼用空気の流れを制御するために前記
圧縮空気源と前記マニホルドとの間の流路内に設けられ
た単一空気弁とを具備し、前記燃焼装置はさらに、(c)
各混合管に接続し、燃料／空気混合物を単段式燃焼域内
に流入させるために単段式燃焼域内に延びるノズルであ
って、各混合管軸線に対して傾斜した２つ以上のポート
で終わるノズルを具備し、２つ以上のポートを通る各流
れ方向は燃焼チャンバの軸線に対してお互いに実質的に
傾斜していることを特徴とする燃焼装置。。 - 【請求項11】 請求項10に記載の燃焼装置において、２
つのプレミキサは燃焼チャンバの軸線に対して実質的に
正反対に対向しており、前記空気弁及び前記マニホルド
は前記燃焼チャンバの軸線に対して傾斜しているととも
に２つのプレミキサから実質的に等距離に位置すること
を特徴とする燃焼装置。 - 【請求項12】 請求項10に記載の燃焼装置において、前
記空気弁は回転自在の円筒形セクションを有することを
特徴とする燃焼装置。 - 【請求項13】 請求項10に記載の燃焼装置において、各
混合管は前記ノズルの上流位置において最大の断面積を
有し、２つ以上のポートの全断面積は２つ以上のポート
を通る燃料／空気混合物を加速するために混合管の最大
断面積に対して小さくされていることを特徴とする燃焼
装置。 - 【請求項14】 請求項10に記載の燃焼装置において、前
記燃焼チャンバは前記単段式燃焼域の下流に位置する一
組の第二の希釈ポートを具備し、前記燃焼装置はさらに
前記第二の希釈ポートの組及び前記空気弁と作動的に接
続された導管組立体を具備し、前記空気弁はまた前記圧
縮空気源から前記第二の希釈ポートの組へのバイパス空
気流を制御することを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項15】 請求項14に記載の燃焼装置において、前
記空気弁は前記燃焼チャンバを包囲する１つ以上の第一
の冷却流路を経て前記圧縮空気源の捕集位置に接続して
おり、前記燃焼チャンバは前記単段式燃焼域の下流に位
置する一組の主希釈ポートを有し、第二の冷却流路によ
り第一の冷却流路の捕集位置に流体接続しており、前記
導管組立体を通るバイパス空気流は前記第二の冷却流路
をバイパスすることを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項16】 請求項10に記載の燃焼装置において、前
記混合管の各々は入口を有するベンチュリであり、前記
燃焼装置はさらに前記プレミキサハウジングの空気入口
と前記ベンチュリ入口との間の空気流路において各プレ
ミキサハウジング内に位置する流れ平準化部材を具備す
ることを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項17】 請求項10に記載の燃焼装置において、さ
らに燃焼チャンバを包囲し、分離自在な端部を有する圧
力容器を具備し、前記プレミキサ組立体はそれから分離
自在な端部に取り付けられていることを特徴とする燃焼
装置。 - 【請求項18】 請求項17に記載の燃焼装置において、前
記圧力容器の端部はプレナムの一部を有し、前記プレナ
ムは主空気流路に沿って前記空気弁を経て前記プレミキ
サに流体接続されており、前記プレミキサハウジングの
各々は、前記プレナムと前記プレミキサとの間の主燃焼
用空気流路をバイパスする各混合管に前記プレナムから
圧縮空気のアイドリング部分を送給するように構成され
ていることを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項19】 請求項10に記載の燃焼装置を有すること
を特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項20】 燃料源及び燃焼用圧縮空気源を有するガ
スタービン用燃焼装置において、(a) 燃料を燃焼用空気
で燃焼させるための単段式燃焼域（軸線を有する）を形
成する燃焼チャンバライナー部と、(b) 前記燃料源及び
前記圧縮空気源に接続され、燃料を実質的に全ての燃焼
用空気と混合して燃料／空気混合物を混合管軸線に沿っ
た流路内の単段式燃焼域に送給するための混合管を有す
るプレミキサであって、前記単段式燃焼域がそれ以外で
は前記圧縮空気源から遮断されているプレミキサと、
(c) 燃料／空気混合物の流路内の単段式燃焼域内に位置
する炎保持手段とを具備することを特徴とする燃焼装
置。 - 【請求項21】 請求項20に記載の燃焼装置において、前
記炎保持手段は前記混合管の一部であり、燃料／空気混
合物を前記単段式燃焼域内に流入させるために単段式燃
焼域内に延びたノズルの形状を有し、前記ノズルは前記
燃料／空気混合物により内部的に冷却され、前記ノズル
の全出口流れ断面積は前記混合管の最大流れ断面積より
小さいことを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項22】 請求項20に記載の燃焼装置を有すること
を特徴とするガスタービンエンジン。
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