(57)【要約】【課題】本発明は、タービン（１０）用のクロスフロー羽根（２００）を提供する。【解決手段】本クロスフロー羽根（２００）は、該羽根に配設された複数の噴出口（２３０）と、噴出口（２３０）の１以上の内部に配設されてそこに複数の燃料スロット（２５０）を形成するディバイダ（２４０）とを含むことができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１０）用のクロスフロー羽根（２００）であって、
該羽根に配設された複数の噴出口（２３０）と、
上記複数の噴出口（２３０）の１以上の内部に配設されてそこに複数の燃料スロット（２５０）を形成するディバイダ（２４０）と
を備えるクロスフロー羽根（２００）。
【請求項２】
当該羽根がスウォズル羽根（２００）をなす、請求項１記載のクロスフロー羽根（２００）。
【請求項３】
前記複数の噴出口（２３０）の１以上の周りに配設された燃料カーテンスロット（２６０）をさらに含む、請求項１又は請求項２記載のクロスフロー羽根（２００）。
【請求項４】
前記燃料カーテンスロット（２６０）が複数の燃料カーテンスロット（２６０）を含む、請求項３記載のクロスフロー羽根（２００）。
【請求項５】
前記ディバイダ（２４０）が複数のディバイダ（２４０）を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のクロスフロー羽根（２００）。
【請求項６】
前記ディバイダ（２４０）が下流側に拡大した幅を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のクロスフロー羽根（２００）。
【請求項７】
複数の燃料スロット（２５０）が曲線形状を含む、請求項１記載のクロスフロー羽根（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、保炎及び圧力低下を減少させるクロスフロースウォズル羽根に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスフロー式噴出口（ジェット）は、流体の流れがオリフィスから流出して、該オリフィスを横断して流れる流体の交差流と相互作用する場合にみられる。クロスフロー式噴出口は、ガスタービン燃焼器、燃料噴射器、及び煙突における汚染物質制御装置のような様々な用途で中核的なものである。クロスフロー式噴出口は一般に、その下流に再循環域を形成し、この再循環域から、クロスフローが導入される。再循環域は典型的には流速が低く、流れの構成に応じて様々な有害な影響を引起しかねない。
【０００３】
具体的には、クロスフロージェットの後方の再循環域は、空気燃料混合気を保持する可能性がある。燃焼器内の高温のため、火炎が、逆火を生じかつ低い速度領域内に保持されるようになる可能性がある。さらに、局所的スパークにより、再循環域内に捕捉された空気燃料混合気が、点火燃焼する可能性がある。従って、再循環域は、火炎を保持するのを助長する。この問題は、より高い火炎速度のために、水素（Ｈ2）のような高ＢＴＵの燃料（高カロリ燃料）の場合に一層顕著となる可能性がある。同様に、ＢＦＧ（高炉ガス）のような低ＢＴＵ燃料（低カロリ燃料）の場合には、高い体積流量のために、再循環域が形成される可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４０５５３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、特にクロスフロー式噴出口の設計におけるスウォズル羽根を改良することが望まれている。改良設計は、それによる保炎及び圧力低下を減少させて、全体システム性能及び効率を向上させるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明は、タービン用のクロスフロー羽根を提供する。クロスフロー羽根は、該羽根に配設された複数の噴出口と、該噴出口の１以上の内部に配設されてそこに複数の燃料スロットを形成するディバイダとを含む。
【０００７】
本発明はさらに、ガスタービン用のクロスフローシステムを提供する。本クロスフローシステムは、羽根と、羽根上を流れる第１の流れと、羽根に配設された噴出口と、噴出口から流出しかつ第１の流れと交差する第２の流れと、噴出口の内部に配設されて、第２の流れを分割するディバイダと、噴出口の周りに配設されて、第１の流れを案内する燃料カーテンスロットとを含む。
【０００８】
本発明はさらに、ガスタービン用のクロスフロースウォズル羽根を提供する。本クロスフロースウォズル羽根は、該羽根に配設された複数の噴出口と、該噴出口の１以上の内部に配設されてそこに複数の燃料スロットを形成するディバイダと、噴出口の１以上の周りに配設された燃料カーテンスロットとを含む。
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【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】燃焼器スウォズルの斜視図。
【図３】本発明に係るスウォズル羽根の一部分の斜視図。
【図４】本発明に係るスウォズル羽根噴出口の別の実施形態の平面図。
【図５】本発明に係るスウォズル羽根噴出口の別の実施形態の平面図。
【図６】本発明に係るスウォズル羽根噴出口の別の実施形態の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図を示す。公知の通り、ガスタービンエンジン１０は、流入空気の流れを加圧する圧縮機２０を含む。圧縮機２０は、加圧空気の流れを燃焼器３０に送給する。燃焼器３０は、加圧空気の流れを加圧燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。（単一の燃焼器３０のみを示すが、ガスタービンエンジン１０に含まれる燃焼器３０の数は幾つでもよい。）。次に、高温燃焼ガスが、タービン４０に送給される。高温燃焼ガスは、タービン４０を駆動して、機械的仕事を生じる。タービン４０で産生された機械的仕事は、圧縮機２０を駆動しかつ発電機などのような外部負荷５０を駆動する。ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス及びその他のタイプの燃料を使用できる。ガスタービンエンジン１０はその他の構成を有していてもよいし、その他のタイプの構成要素を使用してもよい。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１０、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用できる。
【００１２】
図２は、上記その他の燃焼器３０で使用し得る公知の燃焼器スウォズル１００を示す。燃焼器スウォズル１００は、複数のスウォズル羽根１１０を含む。スウォズル羽根１１０の各々は、前縁１２０、第１の表面１３０及び第２の表面１３５を有する。第１の表面１３０は、羽根に配設された少なくとも１つのクロスフロー噴出口１４０を有する。同様に、第２の表面１３５は、該羽根に配設された少なくとも１つのクロスフロー噴出口１４０を有する。燃焼プロセスの間に、加圧空気の第１の流れ１５０は、スウォズル羽根１１０の前縁１２０に接近しかつ表面１３０、１３５を横切って流れる。燃焼器燃料の第２の流れ１６０は、燃料チャンバ１７０によって供給されかつ第１の流れ１５０に対して交差角度でクロスフロー噴出口１４０から吐出される。スウォズル羽根１１０は、最大約９０度までのプロフィールでクロスフロー噴出口１４０から下流方向に湾曲させて２つの流れ１５０、１６０の混合物を混合しかつ旋回させるようにするか或いはそのようにしないことができる。
【００１３】
第２の流れ１６０は、ガソリン、天然ガス、プロパン、ディーゼル、ケロシン、Ｅ８５（８５％エタノール及び１５％ガソリン）、バイオディーゼル、バイオガス、又は燃焼に使用するその他の燃料のような可燃性燃料の噴出口とすることができる。第２の流れ１６０はまた、あらゆるその他の気体又は液体物質或いはそれらの組合せの流れとすることができる。上述の通り、第１の流れは、加圧空気流又はあらゆるその他のタイプの流れとすることができる。クロスフロー噴出口１４０は、ほぼ円形であるように示すが、噴出口１４０は、卵形、多角形、湾曲形又はあらゆるその他の形状、或いはそれらの組合せとすることができる。
【００１４】
図３は、本発明に係るスウォズル羽根２００を示す。上述のものと同様に、スウォズル羽根２００は、前縁２１０、第１の表面２２０及び第２の表面２２５を含む。スウォズル羽根２００はまた、複数のクロスフロー噴出口２３０を含む。クロスフロー噴出口２３０の後方に、再循環域２３５を形成することができる。再循環域２３５は、その寸法、形状及び強さを変化させることができる。
【００１５】
この実施例では、クロスフロー噴出口２３０の少なくとも１つは、該羽根に配設されたディバイダ２４０を含む。ディバイダ２４０は、クロスフロー噴出口２３０を二分しかつその中に２つの燃料スロット２５０を形成する。ディバイダ２４０及び燃料スロット２５０は、あらゆる望ましい寸法及び形状を採ることができる。クロスフロー噴出口２３０の１つ又はそれ以上はまた、その周りに配設された１以上の燃料カーテンスロット２６０を有することができる。燃料カーテンスロット２６０は、幾らか湾曲しかつ傾斜したものとして示すが、本明細書では、あらゆる寸法、形状又は配向を使用することができる。燃料カーテンスロット２６０は、本願出願人の米国特許出願第１２／２６２３５８号に記載されたものなどの構造と同様にすることができる。
【００１６】
クロスフロー噴出口２３０の周りで燃料カーテンスロット２６０を使用することにより、空気ストリームの一部を伴流領域内に向け直すことによって該噴出口２３０の後方における再循環域を最小にする流れカーテンとして作用させることができる。このように向け直すことは、クロスフロー状況においてそのような噴出口内での保炎を軽減するのに役立つ。燃料スロット２５０は、ディバイダ２４０によって生じた該燃料スロット間のギャップの十分な大きさを有する寸法にして、空気がそれを通って流れかつ噴出口２３０の後方に形成された伴流を洗い流すのを可能にするようにすることができる。従って、ディバイダ２４０による噴出口２３０の分岐は、該噴出口２３０の後方の再循環域２３５をさらに縮小させると同時に燃料空気混合を高めかつ圧力低下を減少させるのに役立てることができる。
【００１７】
従って、クロスフロー噴出口２３０は、より良好な燃料空気混合を行なって、保炎のリスクを低下させ、かつそれ故に燃料自由度を一層高めるようにする。同様に、そこにおける圧力低下は、燃料が流れるための面積をより大きくすることによって減少させることができる。さらに、そのように圧力低下を一層減少させることにより、燃料圧縮機をより小型にすることが可能になる。クロスフロー噴出口２３０は、流れに対する妨害物がほとんどなくて、改善された構造的滑らかさが得られるようになる。噴出口２３０はまた、容易に製造することができ、また既存のフレームに改造することができる。
【００１８】
図４は、クロスフロー噴出口３００の別の実施形態を示す。この実施例では、噴出口３００は、下流方向にその幅が拡大したディバイダ３１０を含む。従って、ディバイダ３１０は、中心空気ストリームの大きさを増大させて噴出口３００の後方の伴流を減少させるようにする。ディバイダ３１０は、あらゆる望ましい寸法、形状又は構成を有することができる。
【００１９】
図５は、クロスフロー噴出口３５０の別の実施形態を示す。この実施例では、クロスフロー噴出口３５０は、複数のディバイダ３６０を含む。複数のディバイダ３６０を使用することにより、噴出口３５０を横切って複数の空気通路が得られる。ディバイダ３６０は、あらゆる望ましい寸法、形状又は構成を有することができる。あらゆる数のディバイダ３６０を使用することができる。
【００２０】
図６は、クロスフロー噴出口４００の別の実施形態を示す。この実施例では、クロスフロー噴出口４００は、ディバイダ４１０と複数の成形燃料スロット４２０とを含む。成形燃料スロット４２０では、燃料カーテンスロット２６０を使用してそれを通して空気流を向けるようにすることができる。ディバイダ４１０及びスロット４２０は、あらゆる望ましい寸法、形状又は構成を有することができる。
【００２１】
上記の説明は本発明の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ガスタービンエンジン
２０  圧縮機
３０  燃焼器
４０  タービン
５０  外部負荷
１００  燃焼器スウォズル
１１０  スウォズル羽根
１２０  前縁
１３０  第１の表面
１３５  第２の表面
１４０  クロスフロー噴出口
１５０  第１の流れ
１６０  第２の流れ
１７０  燃料チャンバ
２００  スウォズル羽根
２１０  前縁
２２０  第１の表面
２２５  第２の表面
２３０  クロスフロー噴出口
２３５  再循環域
２４０  ディバイダ
２５０  燃料スロット
２６０  燃料カーテンスロット
３００  クロスフロー噴出口
３１０  ディバイダ
３５０  クロスフロー噴出口
３６０  ディバイダ
４００  クロスフロー噴出口
４１０  ディバイダ
４２０  成形燃料スロット
【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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【図６】
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