(57)【要約】【課題】  排出規制を順守しつつ全体的効率及び保炎マージンを増大させるため、良好な燃料−空気混合を与える、燃焼器（３０）用の予混合器（１００）を提供する。【解決手段】  予混合器（１００）は、複数の燃料管（１３０）を有する燃料プレナム（１１０）と、複数の空気管（１５０）を有するバーナ管（１４０）とを備えており、燃料管（１３０）は空気管（１５０）内に延在する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（３０）用の予混合器（１００）であって、当該予混合器（１００）が、
複数の燃料管（１３０）を有する燃料プレナム（１１０）と、
複数の空気管（１５０）を有するバーナ管（１４０）と
を備えており、燃料管（１３０）が空気管（１５０）内に延在している、予混合器（１００）。
【請求項２】
前記バーナ管（１４０）が、第１の端部にベルマウス（１６０）を備えているとともに、第２の端部にバーナ管ノズル（１７０）を備えている、請求項１記載の予混合器（１００）。
【請求項３】
前記複数の空気管（１５０）が、ベルマウス（１６０）からバーナ管ノズル（１７０）まで延在する、請求項２記載の予混合器（１００）。
【請求項４】
前記燃料プレナム（１１０）とバーナ管（１４０）の間に位置する複数のスペーサ（１８０）をさらに備える、請求項１記載の予混合器（１００）。
【請求項５】
前記燃料プレナム（１１０）が、前記複数の燃料管（１３０）と連通するチャンバ（１２０）を含む、請求項１記載の予混合器（１００）。
【請求項６】
前記燃料プレナム（１１０）が複数のチャンバ（２３０，２４０）を含む、請求項１記載の予混合器（１００）。
【請求項７】
前記複数のチャンバ（２３０，２４０）が第１のチャンバ（２３０）を含み、前記複数の燃料管（１３０）が、第１のチャンバ（２３０）と連通する複数の第１の燃料管（２５０）を含む、請求項６記載の予混合器（１００）。
【請求項８】
前記複数のチャンバ（２３０，２４０）が第２のチャンバ（２４０）を含み、前記複数の燃料管（１３０）が、第２のチャンバ（２４０）と連通する複数の第２の燃料管（２６０）を含む、請求項７記載の予混合器（１００）。
【請求項９】
複数の第１の燃料管（２５０）が複数の第２の燃料管（２６０）を囲む、請求項８記載の予混合器（１００）。
【請求項１０】
第１の流れと第２の流れを混合する方法であって、
第１の流れを複数の第１流れ管（１３０）に分け、
第２の流れを複数の第２流れ管（１５０）に分け、
第１流れ管（１３０）を第２流れ管（１５０）内に配置し、
複数の第２流れ管（１５０）内で第１の流れと第２の流れを混合する
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、総括的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、二重管（tube-in-tube）式ガス噴射器と挿入シースを有する多管式予混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン効率は一般に燃焼ガス流の温度の上昇に伴って向上する。しかし、燃焼ガス流温度の高温化は、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの望ましくない排出物を多量に発生するおそれがある。ＮＯｘ排出は一般に政府規制を受ける。従って、ガスタービン効率の改善は排出規制の順守と調和したものでなければならない。
【０００３】
低いＮＯｘ排出レベルは、燃料流と空気流との良好な混合によって達成できる。例えば、燃料流と空気流を、それらが反応領域つまり燃焼領域に導入される前に乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器で予混合する。このような予混合は、燃焼温度を低下させＮＯｘ排出量を低減する傾向がある。その他のシステムは、燃料−空気混合気に希釈剤を導入して、所定の混合及び／又は温度を達成しようとするものである。
【０００４】
しかし、予混合は、自己着火、フラッシュバック、保炎その他のタイプの性能上の問題を引き起こしかねない。具体的には、保炎は、流入特性に起因する燃料及び空気流の不均一性によって影響される。さらに、保炎は、ノズル内での燃料ジェット相互作用に関しても問題となりかねない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、排出規制を順守しつつ全体的効率及び保炎マージンを増大させるため、良好な燃料−空気混合を与える予混合器に対するニーズが存在する。かかる予混合器が新規施設でも既存施設でも使用できれば好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本願は燃焼器用の予混合器を提供する。本予混合器は、複数の燃料管を有する燃料プレナムと、複数の空気管を有するバーナ管とを備える。燃料管は空気管内に延在する。
【０００７】
本願は、第１の流れと第２の流れを混合する方法も提供する。本方法は、第１の流れを複数の第１流れ管に分流するステップと、第２の流れを複数の第２流れ管に分流するステップと、第１流れ管を第２流れ管内に配置するステップと、第２流れ管内で第１の流れと第２の流れを混合するステップとを含む。
【０００８】
本願は、燃焼器用の予混合器も提供する。本予混合器は、複数の第１流れ管及び複数の第２流れ管を有する燃料プレナムと、複数の空気管を有するバーナ管とを含む。第１流れ管及び第２流れ管は空気管内に延在する。
【０００９】
本願発明の上記その他の特徴については、図面及び特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】本願発明に係る予混合器の斜視図。
【図３】図２の予混合器の側面断面図。
【図４】本願発明に係る予混合器の別の実施形態の斜視図。
【図５】図４の予混合器の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して説明するが、図面を通して同じ符号は同様の部品又は構成要素を示す。図１は、ガスタービンエンジン１０の具体例の概略図を示す。公知の通り、ガスタービンエンジン１０は、流入空気流を圧縮する圧縮機２０を備える。圧縮機２０は、圧縮空気流を燃焼器３０に送る。燃焼器３０は、圧縮空気流を燃料流と混合して混合気を点火させる。（図には１個の燃焼器３０しか示していないが、ガスタービンエンジン１０は任意の数の燃焼器３０を有し得る。）。高温燃焼ガスは次いで燃焼器３０からタービン４０に送られる。タービン４０は、圧縮機２０とさらに発電機のような外部負荷５０を駆動する。本発明において、ガスタービンエンジン１０には他の構成及び部品も使用し得る。
【００１２】
図２は、本願発明に係る予混合器１００を示す。予混合器１００は燃焼器３０その他同様の装置で使用できる。予混合器１００は燃料プレナム１１０を含む。燃料プレナム１１０は、複数の燃料管１３０と連通したチャンバ１２０を含む。チャンバ１２０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。本発明では、任意の数の燃料管１３０を使用し得る。燃料管１３０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。
【００１３】
予混合器１００はバーナ管１４０も含んでいる。バーナ管１４０は、その内部を貫通する複数の空気管１５０を含む。任意の数の空気管１５０を使用し得る。空気管１５０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。空気管１５０は、燃料プレナム１１０に面したベルマウス１６０から反対側のバーナ管ノズル１７０まで延在し得る。空気管１５０は、燃料管１３０よりも大きい直径を有し得る。
【００１４】
燃料プレナム１１０とバーナ管１４０は、複数のスペーサ１８０で隔てることができる。任意の数のスペーサ１８０を使用し得る。スペーサ１８０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。スペーサ１８０は、一端を燃料プレナムフランジ１９０に取付け、他端をバーナ管フランジ２００に取付ければよい。本発明では、その他のタイプの連結手段も使用し得る。燃料プレナム１１０とバーナ管１４０の間隔は種々変更できる。
【００１５】
燃料管１３０は、燃料プレナム１１０からバーナ管１４０内部の空気管１５０内へと延在し得る。こうして、燃料は、チャンバ１２０を介して燃料プレナム１１０に流入し、燃料管１３０に分配され、次いで各空気管１５０内で空気流に噴射されてその内部で混合される。同様に、空気流は、燃料プレナム１１０とベルマウス１６０の間で導入され、空気管１５０へと導かれる。空気管１５０の全部又は一部に燃料管１３０を配置し得る。予混合器１００では、燃料管１３０を有する複数の空気管１５０を用いて、空気と燃料の複数（マルチ）共流ジェットを生じさせることができる。各燃料管１３０の端部が各空気管１５０のベルマウス１６０に近いほど、燃料と空気は空気管１５０内でよく混合される。管１３０，１５０の寸法及び数は種々変更できる。本発明では、予混合器１００のその他の構成も使用し得る。
【００１６】
図４及び図５は、本願発明に係る予混合器２１０の別の実施形態を示す。この実施形態では、予混合器２１０は、内側チャンバ２３０と外側チャンバ２４０とを有する燃料プレナム２２０を含んでいる。チャンバ２３０，２４０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。（内側チャンバ２３０と外側チャンバ２４０の位置は区別のためのものにすぎず、配置は相対的なものである。）。内側チャンバ２３０からは複数の内側チャンバ燃料管２５０が延在し得る。同様に、外側チャンバ２４０から複数の外側チャンバ燃料管２６０が内側チャンバ２３０を貫通して延在し得る。管２５０，２６０の寸法及び数は種々変更できる。外側チャンバ燃料管２６０は、内側チャンバ燃料管２５０を囲んでいてもよい。本発明では、その他の構成も使用し得る。
【００１７】
予混合器２１０はバーナ管２７０も含んでいる。最初の実施形態と同様に、バーナ管２７０は、その内部を貫通する複数の空気管２８０を含む。空気管２８０の寸法及び数は種々変更できる。空気管２８０は、ベルマウス２９０からバーナノズル３００まで延在し得る。空気管２８０の一部はその内部に内側チャンバ燃料管２５０が延在していてもよく、他の空気間にはその内部に外側チャンバ燃料管２６０が延在していてもよい。空気管２８０は、燃料管２５０，２６０よりも大きい直径を有し得る。
【００１８】
予混合器２１０は、燃料プレナム２２０とバーナ管２７０とを隔てる複数のスペーサ３１０も含んでいる。任意の数のスペーサ３１０を使用し得る。スペーサ２１０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。燃料プレナム２２０が燃料プレナムフランジ２３０を有し、バーナ管２７０がバーナ管フランジ３３０を有していてもよい。フランジ３２０，３３０は適宜所望の寸法及び構成のものでよい。本発明では、その他のタイプの連結手段も使用し得る。燃料プレナム２２０とバーナ管２７０の間隔は種々変更できる。
【００１９】
従って、燃料その他の種類の流れは内側及び外側チャンバ２３０，２４０から燃料管２５０，２６０を流れ、空気管２８０内の空気と混合される。内側及び外側チャンバ２３０，２４０は、燃料と空気と希釈剤の様々な構成に対して使用できる。例えば、外側チャンバ２４０を窒素（Ｎ2）のような希釈剤に使用し、内側チャンバ２３０を水素（Ｈ2）のような燃料に使用することができる。或いは、希釈剤の流れは反応性の低い燃料であってもよいし、反応性の低い燃料を含んでいてもよい。この希釈剤と燃料の構成によって、燃料の流れを囲繞する希釈剤不活性シースを形成できる。かかる外側不活性シースを空気管２８０に流すと、バーナノズル３００の周りでの保炎を防ぐことができる。
【００２０】
本発明では、その他の燃料／空気混合メカニズムも使用し得る。例えば、内側チャンバ２３０を空気で構成し、外側チャンバ２４０が水素と窒素の混合物を含むようにしてもよい。同様に、内側チャンバ２３０で窒素を使用し、外側チャンバ２４０で水素と窒素の混合物を使用してもよい。本発明では、その他の構成、種類及び燃料と空気と希釈剤の組合せも使用し得る。
【００２１】
本明細書で説明した予混合器１００，２１０では、複数の燃料管及び空気管を使用して空気と燃料のマルチ共流ジェットを生じさせることができる。燃料と空気の混合は、空気管の長さ対直径によって促進し得る。予混合器１００，２１０は、燃料ジェットと併せて希釈剤及び／又は希釈剤・空気のシースも使用できる。マルチジェットは、空気流に対する燃料流の軸方向成分の増大並びに従来のバーナ管の多管への分割によって保炎マージンの増大をもたらす。また、不活性窒素その他の希釈剤及び／又は高空気流量によって局所消炎作用を惹起して、保炎を制限することができる。従って、燃料を各小空気管に噴射することによる良好な混合によって、非常に低レベルの排出を達成できる。
【００２２】
以上の説明は本願の幾つかの実施形態に関するものにすぎず、当業者であれば、特許請求の範囲及びその均等の範囲で定まる本発明の技術的範囲内で、数多くの変更及び修正をなすことができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービン
２０  圧縮機
３０  燃焼器
４０  タービン
５０  外部負荷
１００  予混合器
１１０  燃料プレナム
１２０  チャンバ
１３０  燃料管
１４０  バーナ管
１５０  空気管
１６０  ベルマウス
１７０  バーナ管ノズル
１８０  スペーサ
１９０  燃料プレナムフランジ
２００  バーナ管フランジ
２１０  予混合器
２２０  燃料プレナム
２３０  内側チャンバ
２４０  外側チャンバ
２５０  内側チャンバ燃料管
２６０  外側チャンバ燃料管
２７０  バーナ管
２８０  空気管
２９０  ベルマウス
３００  バーナ管ノズル
３２０  燃料プレナムフランジ
３３０  バーナ管フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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