(57)【要約】【課題】燃焼器（２０）に可燃性材料を供給するバーナチューブ（１０）を提供する。【解決手段】本バーナチューブ（１０）は、環状シュラウド（３０）と、その中に形成された空洞（７０）を有しかつ環状シュラウド（３０）内に配置されて環状通路（５０）を形成した中心本体（４０）とを含み、環状通路（５０）は、その後方部分（５４）において燃焼器（２０）の燃焼ゾーン（２１）と連通可能になっておりかつそこでは該環状通路（５０）内に燃料が噴射される前方部分（５２）を含む。中心本体（４０）は、表面（８０）を含み、表面（８０）は、燃料噴射の下流であってかつ燃焼ゾーン（２１）の上流である位置において該表面内に形成されて、それを通して空洞（７０）から環状通路（５０）に空気が供給されるようになった通路（８１）を有する。また、中心本体（４０）の輪郭形成部も設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（２０）に可燃性材料を供給するバーナチューブ（１０）であって、
環状シュラウド（３０）と、
その中に形成された空洞（７０）を有しかつ前記環状シュラウド（３０）内に配置されて環状通路（５０）を形成した中心本体（４０）と、を含み、
前記環状通路（５０）が、その後方部分（５４）において前記燃焼器（２０）の燃焼ゾーン（２１）と連通可能になっておりかつそこでは該環状通路（５０）内に燃料が噴射される前方部分（５２）を含み、
前記中心本体（４０）が、表面（８０）を含み、
前記表面（８０）が、前記燃料噴射の下流であってかつ前記燃焼ゾーン（２１）の上流である位置において該表面内に形成されて、それを通して前記空洞（７０）から前記環状通路（５０）に空気が供給されるようになった通路（８１）を有する、
バーナチューブ（１０）。
【請求項２】
前記環状シュラウド（３０）が、該環状シュラウド内に形成されて、それを通して前記環状通路（５０）に空気が供給されるようになった第２の通路（９０）を有する、請求項１記載のバーナチューブ（１０）。
【請求項３】
前記通路（８１）が、複数個設けられ、かつ前記中心本体（４０）の周りでほぼ直線状に配置されている、請求項１記載のバーナチューブ（１０）。
【請求項４】
前記通路（８１）が、複数個設けられ、かつ前記中心本体（４０）の周りで千鳥状形態として配置されている、請求項１記載のバーナチューブ（１０）。
【請求項５】
前記通路（８１）が、同心環状通路（８２）を含む、請求項１記載のバーナチューブ（１０）。
【請求項６】
前記表面（８０）が、外向きフレア（１３１）を含む、請求項１記載のバーナチューブ（１０）。
【請求項７】
前記表面（８０）が、ハンプ（１３２）を含む、請求項１記載のバーナチューブ（１０）。
【請求項８】
燃焼器（２０）に可燃性材料を供給するバーナチューブ（１０）であって、
環状シュラウド（３０）と、
前記環状シュラウド（３０）内に配置されて環状通路（５０）を形成した中心本体（４０）と、を含み、
前記環状通路（５０）が、その後方部分（５４）において前記燃焼器（２０）の燃焼ゾーン（２１）と連通可能になっておりかつそこでは該環状通路（５０）内に燃料が噴射される前方部分（５２）を有し、
前記中心本体（４０）が、前記燃料噴射の下流であってかつ前記燃焼ゾーン（２１）の上流である位置において前記環状通路（５０）内に突出した表面（８０）を含む、
バーナチューブ（１０）。
【請求項９】
それから可燃性材料が送給されるバーナチューブ（１０）と、
その内部では燃焼ゾーン（２１）が前記可燃性材料を受容する燃焼器（２０）と、
を含み、前記燃焼器（２０）が、
ライナ壁（２２）と、
端部プレート（２３）と、
を含み、前記端部プレート（２３）が、
前記ライナ壁（２２）の前方端部に結合された第１の半径方向部分（２４）と、
それに対して前記バーナチューブ（１０）の後方端部が結合された第２の半径方向部分（２５）と、
前記第１及び第２の半径方向部分（２４）及び（２５）間に配置された湾曲セクション（２６）と、を有する、
装置（１４０）。
【請求項１０】
前記端部プレート（２３）の内部接面が、前記燃焼器（２０）の燃焼ゾーン（２１）と連通可能になっている張出し環状空間（１５０）を形成する、請求項９記載の装置（１４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、総括的にはスワール安定化ノズルを利用した乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器における窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出（エミッション）を低減するバーナチューブ及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器は、その中で燃料及び空気の燃焼が行なわれるガスタービンエンジンの構成要素である。燃焼器は、熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーは、タービンブレードによって発電に利用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃焼過程により、汚染物質として大気に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）のような望ましくない副生成物の形成が生じる。近年においては、ＮＯｘエミッションの量を減少させて燃焼器をより汚染が少ないものにする努力がなされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によると、燃焼器に可燃性材料を供給するバーナチューブを提供し、本バーナチューブは、環状シュラウドと、その中に形成された空洞を有しかつ環状シュラウド内に配置されて環状通路を形成した中心本体とを含み、環状通路は、その後方部分において燃焼器の燃焼ゾーンと連通可能になっておりかつそこでは該環状通路内に燃料が噴射される前方部分を含む。中心本体は、表面を含み、表面は、燃料噴射の下流であってかつ燃焼ゾーンの上流である位置において該表面内に形成されて、それを通して空洞から環状通路に空気が供給されるようになった通路を有する。
【０００５】
本発明の別の態様によると、燃焼器に可燃性材料を供給するバーナチューブを提供し、本バーナチューブは、環状シュラウドと、環状シュラウド内に配置されて環状通路を形成した中心本体とを含み、環状通路は、その後方部分において燃焼器の燃焼ゾーンと連通可能になっておりかつそこでは該環状通路内に燃料が噴射される前方部分を有する。中心本体は、燃料噴射の下流であってかつ燃焼ゾーンの上流である位置において環状通路内に突出した表面を含む。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によると、装置を提供し、本装置は、それから可燃性材料が送給されるバーナチューブと、その内部では燃焼ゾーンが可燃性材料を受容する燃焼器とを含む。燃焼器は、ライナ壁と、端部プレートとを含み、端部プレートは、ライナ壁の前方端部に結合された第１の半径方向部分と、それに対してバーナチューブの後方端部が結合された第２の半径方向部分と、第１及び第２の半径方向部分間に配置された湾曲セクションとを有する。
【０００７】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、
添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態による、空気噴射通路を有するバーナチューブ及び燃焼器の側面断面図。
【図２Ａ】別の実施形態による、空気噴射通路を有するバーナチューブ及び燃焼器の側面断面図。
【図２Ｂ】別の実施形態による、空気噴射通路を有するバーナチューブ及び燃焼器の側面断面図。
【図３Ａ】別の実施形態による、輪郭形成中心本体を有するバーナチューブ及び燃焼器の側面断面図。
【図３Ｂ】別の実施形態による、輪郭形成中心本体を有するバーナチューブ及び燃焼器の側面断面図。
【図４】別の実施形態による、空気噴射通路を有するバーナチューブ及び輪郭形成中心本体の側面断面図。
【図５】別の実施形態による、バーナチューブ及び燃焼器の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１１】
図１を参照すると、燃焼器２０に可燃性材料を供給するバーナチューブ１０を示している。バーナチューブ１０は、燃料及び空気混合気を予混合しまたその燃料及び空気混合気が該バーナチューブ１０から流出しかつ燃焼器２０に流入する後方部分１１を備えた予混合ノズルを含むことができる。つまり、空気及び燃料は、バーナチューブ１０内で予混合されかつ後方部分１１に向かって移動する。燃焼器２０は、後方部分１１に結合されかつそこに主再循環ゾーン２８が形成された燃焼ゾーン２１を含む。正常発電運転時には、燃焼器２０は、可燃性材料を受容して主再循環ゾーン２８の近傍で燃焼を行ない、このことは、燃焼反応における空気力学的安定メカニズムとして役立つ。燃焼器２０の端部壁の近傍には、コーナ再循環ゾーン２７が存在することになる。
【００１２】
燃焼の結果として、燃焼の生成物によって生じたピーク温度及びその高温における該生成物の滞留時間により決まる濃度で、ＮＯｘエミッションが発生する。しかしながら、後で説明するように、ＮＯｘエミッションの発生は、例えばピーク温度を低下させること並びに／或いは主再循環ゾーン２８及びコーナ再循環ゾーン２７のいずれか又は両方の大きさを変更することによって低減することができる。
【００１３】
図１に示すように、バーナチューブ１０は、環状シュラウド３０と、延長中心本体４０とを含む。環状シュラウド３０は、ほぼ円筒形とすることができかつ燃焼ゾーン２１に向かって開放した後方部分３１を含む。中心本体４０は、環状シュラウド３０と同様な形態にされかつ該環状シュラウド３０内に配置される。中心本体４０はさらに、ほぼ後方部分３１の僅かに前方に配置されたその遠位端における中心本体先端部４２を含む。
【００１４】
中心本体４０及び環状シュラウド３０は、環状通路５０を形成する。バーナチューブ１０の一部分を囲む高圧プレナムからの加圧空気が、ベルマウス形入口において環状通路５０に流入する。加圧空気は次に、燃焼ゾーン２１に向かって後方に移動する。中央燃料噴射孔６１及びスワーラベーン６２を備えた燃料噴射器６０を環状通路５０の前方部分５２に配置して、該燃料噴射器６０によって環状通路５０内に噴射した燃料が、加圧空気と予混合されて燃料−空気混合気が形成されるようにする。環状通路５０は、該環状通路５０の後方部分５４において燃焼器２０の燃焼ゾーン２１と連通可能になっている。
【００１５】
中心本体４０には、その中に空洞７０が形成され、また中心本体４０はさらに、表面８０を含む。表面８０は、中心本体４０の外面を形成し、また燃料噴射の位置の下流であってかつ燃焼ゾーン２１の上流である位置において該表面内に形成され通路８１を有する。空洞７０は、例えば噴射によって通路８１を通して環状通路５０に供給されるようになったハブ側空気の付加的供給を行なう。通路８１は、様々な形状及び寸法として形成することができ、また様々な形態として設けることができる。図１に示すように、通路８１は、中心本体４０の外周部の周りで延びる同心環状通路８２を含むことができる。別の実施例では、図２Ａに示すように、通路８１は、その数を複数個とすることができる。この図では、通路８３は、中心本体４０の周りでほぼ直線状に配置される。さらに別の実施例では、図２Ｂに示すように、通路８１は、ここでも同様にその数を複数個とすることができるが、通路８４は、中心本体４０の周りで千鳥状形態として配置される。
【００１６】
環状通路５０内にハブ側空気を噴射した場合には、再循環ゾーン内に同伴される可燃性燃料の局所的燃料対空気比が低下する。従って、局所的燃料対空気比の関数となるＮＯｘ形成もまた低減される。さらに、ハブ側空気の噴射により中心本体先端部４２付近の燃料濃度が相対的に低くなるので、境界層フラッシュバックが防止される。
【００１７】
数値シミュレーションでは、少量のハブ側空気噴射では、燃焼器２０内における流れ場が認め得るほど変化しないことが観察された。しかしながら、ＮＯｘエミッションは、大幅な量で低減された。さらに、その他の因子は別として、ＮＯｘ形成の量は、通路７０を通してのハブ側空気噴射の量に強く依存している。
【００１８】
シュラウド側空気もまた、環状通路５０内に噴射することができる。その場合には、環状シュラウド３０は、該環状シュラウド内に形成されて、それを通してシュラウド側空気が環状通路５０に向かって移動する第２の通路９０を含む。第２の通路９０は、通路８１の形態と同じ又は異なる形態で形成することができる。
【００１９】
空洞７０から環状通路５０に供給される空気の量は、現在の状態（条件）に応じて自動的に制御することができる。つまり、空洞７０に対して弁１００を結合することができ、弁１００は、該弁に結合された制御装置１１０によって開放又は閉鎖するように制御して、それによって大量の空気が空洞７０内に流れるのを可能にし、或いはそれによって空気の量を減少させるようにすることができる。制御装置１１０は、その上に実行可能な命令を記憶した記憶装置を有する処理ユニットを含むことができ、実行させた時に、処理ユニットが、現在の条件を分析しかつ従って弁１００によって流れを制御するようにすることができる。現在の条件は、バーナチューブ１０及び燃焼器２０内部の圧力及び／又は温度とすることができる。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、表面８０は、輪郭形成部１３０を含むことができる。図３Ａに示すように、輪郭形成部１３０は、外向き配向フレア１３１を含むことができ、また図３Ｂに示すように、輪郭形成部１３０は、表面８０上に配置されたハンプ１３２を含むことができる。外向き配向フレア１３１の場合には、数値シミュレーションは、燃焼ゾーンピーク温度の低下に合せて主再循環ゾーン２８の大きさを変更することができることを示した。このことは、それに対応してＮＯｘエミッションが大幅な量で低減されることになることを意味していると見なされた。
【００２１】
図４を参照すると、実施形態では、表面８０を貫通する通路８１及び該表面８０の輪郭形成部１３０を共に採用することができる。このケースでは、主再循環ゾーン２８の大きさの変更とピーク温度の大幅な低下との組合せ効果により、大幅なＮＯｘエミッションの低減が得られる。
【００２２】
図５を参照すると、装置１４０を提供しており、装置１４０は、それから可燃性材料が送給されるバーナチューブ１０と、その内部では燃焼ゾーン２１がその可燃性材料を受容する燃焼器２０とを含む。燃焼器２０は、ライナ壁２２と、端部プレート２３とを含む。端部プレート２３は、ライナ壁２２の前方端部に結合された第１の半径方向部分２４と、それに対してバーナチューブ１０の後方部分１１が結合された第２の半径方向部分２５と、第１及び第２の半径方向部分２４及び２５間に配置された湾曲セクション２６とを有する。この構成により、端部プレート２３の内部接面が、燃焼器２０の燃焼ゾーン２１と連通可能になっている張出し環状空間１５０を形成する。張出し環状空間１５０は、コーナ再循環ゾーン２７の選択した大きさを形成してＮＯｘ形成の低減をもたらすように設計することができる。
【００２３】
図５には示していないが、装置１４０のバーナチューブ１０は、上記に説明した機構の何れか又は全てを含むことができることを理解されたい。同様に、図１〜図４に示す実施形態もまた、図５に示す機構を含むことができる。さらに、図１は１つのバーナチューブ１０を示しているが、本明細書に記載した本発明は、複数のバーナチューブを利用して燃焼器２０に可燃性材料を供給することができるような実施形態に拡大適用される。
【００２４】
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２５】
１０  バーナチューブ
１１  後方部分
２０  燃焼器
２１  燃焼ゾーン
２２  環状ライナ壁
２３  端部プレート
２４  第１の半径方向部分
２５  第２の半径方向部分
２６  湾曲セクション
２７  コーナ再循環ゾーン
２８  主再循環ゾーン
３０  環状シュラウド
３１  後方部分
４０  中心本体
４２  中心本体先端部
５０  環状通路
５１  入口
５２  前方部分
５４  後方部分
６０  燃料噴射器
６１  燃料噴射孔
６２  スワーラベーン
７０  空洞
８０  表面
８１  通路
８２  同心環状通路
８３  直線状配置通路
８４  千鳥状配置通路
９０  第２の通路
１００  弁
１１０  制御装置
１３０  輪郭形成部
１３１  外向きフレア
１３２  ハンプ
１４０  装置
１５０  張出し環状空間
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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