(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス・タービン・エンジンの燃焼器において、熱的ＮＯｘ形成のレベルを下げる。【解決手段】ガス・タービン・エンジン１０の燃焼器７０は、第１の燃料が燃焼可能である第１の内部２１と、燃焼器２０とタービン５０とを互いに流体的に結合させるように配置される移行ゾーン４３がある。移行ゾーン４３は第２の内部４１を備え、第２の内部４１は第２の燃料が燃焼可能である。燃料回路に結合される複数の燃料噴射器６０は、移行ゾーン４３によって支持され、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つまたは複数において第２の内部４１に第２の燃料を供給するように構成される燃料噴射器６０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の内部（２１）を有する燃焼器（２０）であって、燃料回路（７０）によって第１の内部（２１）に供給される第１の燃料が燃焼可能である燃焼器（２０）と、
回転タービン・ブレードを備えるタービン（５０）であって、タービン・ブレードの回転を推進するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物を受け取り可能であるタービン（５０）と、
第２の内部（４１）を備える移行ゾーン（４３）であって、燃料回路（７０）によって第２の内部（４１）に供給される第２の燃料と第１の燃料の燃焼の生成物とが燃焼可能であり、燃焼器（２０）とタービン（５０）とを互いに流体的に結合させるように配置される移行ゾーン（４３）と、
移行ゾーン（４３）によって構造的に支持され、燃料回路（７０）に結合される複数の燃料噴射器（６０）であって、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つまたは複数において第２の内部（４１）に第２の燃料を供給するように構成される燃料噴射器（６０）と、を備えるガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項２】
燃料噴射器（６０）はそれぞれ、第２の燃料混合物を第２の内部（４１）に噴射する請求項１に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項３】
第２の燃料混合物は、移行ゾーン（４３）を通る主な流れ方向に主に横断する方向に噴射される請求項２に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項４】
軸方向単段は単一の燃料噴射器（６０）を備える請求項１に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項５】
軸方向多段は、移行ゾーン（４３）の複数の軸方向箇所にそれぞれ配置される複数の燃料噴射器（６０）を備える請求項１に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項６】
軸方向円周単段は、移行ゾーン（４３）の単一の軸方向箇所の円周に沿ってそれぞれ配置される複数の燃料噴射器（６０）を備える請求項１に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項７】
軸方向円周多段は、移行ゾーン（４３）の円周に沿ってその複数の軸方向箇所において配置される複数の燃料噴射器（６０）を備える請求項１に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項８】
燃料噴射器（６０）はそれぞれ、制御器（８０）によって起動または停止される請求項１に記載のガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項９】
第１の内部（２１）を有する燃焼器（２０）であって、燃料回路（２０）によって第１の内部（２１）に供給される第１の燃料が燃焼可能である燃焼器（２０）と、回転タービン・ブレードを備えるタービン（５０）であって、タービン・ブレードの回転を推進するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物が受け取られるタービン（５０）とを備えるガス・タービン・エンジン（１０）であって、
第２の内部（４１）を備える移行ゾーン（４３）であって、燃料回路（７０）によって第２の内部（４１）に供給される第２の燃料と第１の燃料の燃焼の生成物とが燃焼可能であり、燃焼器（２０）とタービン（５０）とを互いに流体的に結合させるように配置される移行ゾーン（４３）と、
移行ゾーン（４３）によって構造的に支持され、燃料回路（７０）に結合される複数の燃料噴射器（６０）であって、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つにおいて第２の内部（４１）に第２の燃料を供給するように構成される燃料噴射器（６０）と、を備えるガス・タービン・エンジン（１０）。
【請求項１０】
タービン（５０）が燃焼器（２０）にそれらの間に配置される移行ゾーン（４３）によって流体的に結合されるガス・タービン・エンジン（１０）を動作させる方法であって、
燃焼器（２０）内の第１の内部（２１）に第１の燃料を供給することと、
燃焼器（２０）内の第１の内部（２１）において第１の燃料を燃焼させることと、
軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つにおいて移行ゾーン（４３）内の第２の内部（４１）に第２の燃料を供給することと、
第２の燃料と第１の内部（２１）から受け取った燃焼生成物のストリームとを、移行ゾーン（４３）内の第２の内部（４１）において燃焼させることと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、以下の出願に関係している。「燃料適応性が拡張された遅延希薄噴射」「遅延希薄噴射システム構成」「遅延希薄噴射燃料噴射器構成」「調整可能な空気分配を伴う遅延希薄噴射」「燃料適応性に対する遅延希薄噴射」および「遅延希薄噴射制御ストラテジ」。各出願は本出願と同時に出願され、その内容は本明細書において参照により取り入れられている。
【背景技術】
【０００２】
本発明の態様は、遅延希薄噴射（ＬＬＩ）燃料多段化構成およびそれを実現する方法に関する。
【０００３】
現在、ガス・タービン・エンジンの中には、高効率で動作せず、望ましくない空気汚染排出物を発生するものがある。通常、従来の炭化水素燃料を燃焼させるタービンによって生じる主な空気汚染排出物は、窒素酸化物、一酸化炭素、および未燃焼の炭化水素である。こうするために、ガス・タービン・エンジンにおけるたとえば分子窒素の酸化は、燃焼器における高温と、燃焼器内で反応体が高温にある滞留時間とに依存するため、熱的ＮＯｘ形成のレベルを下げることを、燃焼器温度を熱的ＮＯｘが形成されるレベル未満に維持することによってか、または反応体が高温にある滞留時間を制限してＮＯｘ形成反応が進行する時間が不十分となるようにすることによって行なう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度制御方法の１つは、燃料および空気を予混合して燃焼の前にそれらの希薄な混合物を形成することを伴うものである。しかし、ヘビー・デューティの工業用ガス・タービンの場合、予混合された希薄な燃料を用いても、燃焼生成物の要求温度が非常に高いために、燃焼器の動作を、反応ゾーンにおけるピーク・ガス温度が熱的ＮＯｘ形成閾値温度を超える状態で行なわなければならず、そのため、ＮＯｘが著しく形成されるということが分かっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、ガス・タービン・エンジンが提供される。前記ガス・タービン・エンジンは、第１の内部を有する燃焼器であって、燃料回路によって第１の内部に供給される第１の燃料が燃焼可能である燃焼器と、回転タービン・ブレードを備えるタービンであって、タービン・ブレードの回転を推進するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物を受け取り可能であるタービンと、第２の内部を備える移行ゾーンであって、燃料回路によって第２の内部に供給される第２の燃料と第１の燃料の燃焼の生成物とが燃焼可能であり、燃焼器とタービンとを互いに流体的に結合させるように配置される移行ゾーンと、移行ゾーンによって構造的に支持され、燃料回路に結合される複数の燃料噴射器であって、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つまたは複数において第２の内部に第２の燃料を供給するように構成される燃料噴射器と、を備える。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、第１の内部を有する燃焼器であって、第１の燃料が燃焼可能である燃焼器と、回転タービン・ブレードを備えるタービンであって、タービン・ブレードの回転を推進するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物を受け取り可能であるタービンとを備えるガス・タービン・エンジンが提供される。前記ガス・タービン・エンジンは、第２の内部を備える移行ゾーンであって、燃料回路によって第２の内部に供給される第２の燃料と第１の燃料の燃焼の生成物とが燃焼可能であり、燃焼器とタービンとを互いに流体的に結合させるように配置される移行ゾーンと、移行ゾーンによって構造的に支持され、燃料回路に結合される複数の燃料噴射器であって、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つにおいて第２の内部に第２の燃料を供給するように構成される燃料噴射器と、を備える。
【０００７】
本発明のさらに別の態様によれば、タービンが燃焼器にそれらの間に配置される移行ゾーンによって流体的に結合されるガス・タービン・エンジンを動作させる方法が提供される。前記方法は、燃焼器内の第１の内部に第１の燃料を供給することと、燃焼器内の第１の内部において第１の燃料を燃焼させることと、軸方向単段（ｓｉｎｇｌｅ  ａｘｉａｌ  ｓｔａｇｅ：単軸ステージ）、軸方向多段（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｘｉａｌ  ｓｔａｇｅｓ：多軸ステージ）、軸方向円周単段（ｓｉｎｇｌｅ  ａｘｉａｌ  ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｔａｇｅ：単軸円周ステージ）、および軸方向円周多段（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｘｉａｌ  ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｔａｇｅ：多軸円周ステージ）のいずれか１つにおいて移行ゾーン内の第２の内部に第２の燃料を供給することと、第２の燃料と第１の内部から受け取った燃焼生成物のストリームとを、移行ゾーン内の第２の内部において燃焼させることと、を含む。
【０００８】
これらおよび他の優位性および特徴が、図面とともに以下の説明からより明らかとなる。
【０００９】
本発明と考えられる主題は、特に明細書の終わりの請求項において指摘され明瞭に請求される。本発明の前述および他の特徴および優位性は、添付図面とともに以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】遅延希薄噴射能力を備えるタービンの側断面図である。
【図２】図１のタービンの焼成温度対ヘッド・エンド燃料分配割合のプロットを例示するグラフである。
【図３】図１のタービンを動作させる方法を例示するフロー図である。
【図４Ａ】種々のヘッド・エンド構成の側断面図である。
【図４Ｂ】種々のヘッド・エンド構成の側断面図である。
【図４Ｃ】種々のヘッド・エンド構成の側断面図である。
【図４Ｄ】種々のヘッド・エンド構成の側断面図である。
【図５Ａ】種々の燃料噴射器構成の斜視図である。
【図５Ｂ】種々の燃料噴射器構成の斜視図である。
【図５Ｃ】種々の燃料噴射器構成の斜視図である。
【図５Ｄ】種々の燃料噴射器構成の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明によって、本発明の実施形態を、優位性および特徴とともに、一例として図面を参照して説明する。
【００１２】
図１を参照して、ガス・タービン・エンジン１０が提供される。ガス・タービン・エンジン１０は、第１の内部２１を有する燃焼器２０であって、燃料回路７０によって第１の内部２１に供給される第１の燃料たとえば液体または気体燃料が燃焼可能である燃焼器２０と、吸気を圧縮して少なくとも燃焼器２０と移行ゾーン４３とに供給する圧縮機３０と、タービン５０とを備えている。タービン５０は、回転タービン・ブレードを備え、タービン・ブレードの回転を推進するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物を受け取り可能であるようになっている。移行ゾーン４３は、燃焼器２０とタービン５０とを流体的に結合させるように配置され、第２の内部４１を備えている。燃料回路７０によって第２の内部４１に供給される第２の燃料と第１の燃料の燃焼の生成物とが燃焼可能である。図示するように、燃焼器２０と移行ゾーン４３とは互いに組み合わさって一般的にヘッド・エンド１１の形状を有する。ヘッド・エンド１１は種々の構成を有する場合があり、これについては後述する。
【００１３】
図１に示すように、ヘッド・エンド１１は複数の予混合ノズル１２を備えていても良い。しかし、図４Ａ〜４Ｄに示すように、他のヘッド・エンド１１構成も可能である。このような代替的な構成には以下のものが含まれる（しかし限定されない）。図４Ａの標準的な燃焼器構成１３、図４Ｂの乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）１＋燃焼器構成１４、図４ＣのＤＬＮ２＋燃焼器構成１５、および図４ＤのＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器構成１６である。さらに他の燃焼器構成としては、ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）ヘッド・エンド、触媒ヘッド・エンド、拡散型ヘッド・エンド、およびマルチ・ノズル静隠燃焼（ＭＮＱＣ）型ヘッド・エンドが挙げられる。
【００１４】
前述の各ヘッド・エンド１１構成に対して、構成のバージョンは遅延希薄噴射（ＬＬＩ）互換であっても良いことが理解される。ＬＬＩ互換燃焼器は、出口温度が２５００°Ｆを超えるか、またはメタンよりも反応性が高い成分を伴う燃料を取り扱い高温側の滞留時間が１０ｍｓを超える任意の燃焼器である。一例として、ＤＬＮ１＋燃焼器構成１４のＬＬＩ互換バージョンは、出口温度が２５００°Ｆ未満であっても良いが、メタンよりも反応性が高い成分を伴う燃料を取り扱っても良い。拡散型ヘッド・エンド燃焼器のＬＬＩ互換バージョンは、出口温度が２５００°Ｆを超えていても良いとともに、メタンよりも反応性が高い成分を伴う燃料を取り扱っても良い。同様に、ＤＬＮ２．０／ＤＬＮ２＋燃焼器構成１５のＬＬＩ互換バージョンは出口温度が２５００°Ｆを超えていても良いとともに、メタンよりも反応性が高い成分を伴う燃料を取り扱っても良く、一方で、触媒ヘッド・エンドまたはＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器構成１６のＬＬＩ互換バージョンは、出口温度が２５００°Ｆを超えていても良いとともに、メタンよりも反応性が高い成分を伴う燃料を取り扱っても良い。
【００１５】
複数の燃料噴射器６０がそれぞれ、移行ゾーン４３の外壁によって、または移行ゾーン４３の周囲のスリーブ４０の外壁によって構造的に支持されるとともに、第２の内部４１内を種々の深さまで延びている。この構成により、燃料噴射器６０はそれぞれ、ＬＬＩ燃料多段化能力をもたらすように構成されている。すなわち、燃料噴射器６０はそれぞれ、第２の燃料（すなわち、ＬＬＩ燃料）を第２の内部４１へ供給するように構成されている。供給は、たとえば、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つにおいて移行ゾーン４３を通る主な流れ方向に概ね横断する方向に燃料を噴射することによって行なう。その際、燃焼器２０および移行ゾーン４３内の状態を多段化して、安定燃焼の局所ゾーンを形成する。
【００１６】
図５Ａ〜５Ｄを参照して、燃料噴射器６０は種々の特徴および機能性を有することができることが分かる。たとえば、５Ａに示すように、燃料噴射器６０は、チューブ・イン・チューブ噴射器構成１２５を備えることができる。この構成では、燃料は、移行ゾーン４３の内部４１にチューブ１３０内のノズルを通して能動的に供給され、空気は、チューブ１３０とスリーブ１４５（衝突スリーブ表面１４０からインターフェース部１５０まで延びる）との間の環状空間を通して受動的に供給される。５Ｂに示すように、燃料噴射器６０は渦巻き噴射器１５５を備えることもできる。この構成では、燃料は、移行ゾーン４３の内部４１にマニフォールド１６０を通して能動的に供給され、空気は、中央のパージ１６５を通しておよび／または旋回翼１７０によって受動的に供給される。加えて、図５Ｃおよび５Ｄに示すように、燃料噴射器６０構成の他の例として、リッチ触媒噴射器構成１７５（リッチ触媒要素１８０を備える）と、マルチ・チューブ／シャワーヘッド噴射器構成１８５（燃料が移行ゾーン４３に供給されるときに通るチューブ１９０を備える）が挙げられる。これらの場合のそれぞれにおいて、燃料噴射器６０を移行ゾーン４３に、移行ゾーン４３の外面上に予め存在する希釈孔４２（もしあれば）に対応する箇所において結合できることが理解される。このようにして、移行ゾーン４３の外面に付加的な孔を穿孔する必要がないため、製造コストおよび負の性能効果が制限されるかまたはかなり低減される。希釈孔４２がすでに存在するわけではない場合、燃料噴射器６０を、必要に応じて移行ゾーン４３の外部に配置しても良い。
【００１７】
実施形態によれば、軸方向単段は、現在動作中の単一の燃料噴射器６０を備え、軸方向多段は、多段に対する先行詞がここではないが、移行ゾーン４３の複数の軸方向箇所にそれぞれ配置される複数の現在動作中の燃料噴射器６０を備え、軸方向円周単段は、移行ゾーン４３の単一の軸方向箇所の円周に沿ってそれぞれ配置される複数の現在動作中の燃料噴射器６０を備え、軸方向円周多段は、移行ゾーン４３の円周に沿って移行ゾーン４３の複数の軸方向箇所において配置される複数の現在動作中の燃料噴射器６０を備える。
【００１８】
ここでは、複数の燃料噴射器６０が移行ゾーン４３の円周に配置されているが、燃料噴射器６０は実質的に一様にまたは不一様に互いから離間に配置されていても良い。一例として、８または１０個の燃料噴射器６０を特定の円周段において用いて、２、３、４または５個の燃料噴射器６０が、移行ゾーン４３の北および南半球上で互いから種々の分離度合いで組み込まれていても良い。また、複数の燃料噴射器６０が移行ゾーン４３の軸方向多段において配置されている場合には、燃料噴射器６０は、一直線であっても良くおよび／または互いに対して場所がずれていても良い。
【００１９】
ガス・タービン・エンジン１０の動作中、燃料噴射器６０をそれぞれ、合同でまたは別個に起動または停止して、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のうち現時点で効果的な１つを形成しても良い。こうするために、燃料噴射器６０それぞれに、ＬＬＩ燃料を、燃料回路７０によって、対応する燃料噴射器６０と燃料回路７０の分岐７１または７２との間に配置されるバルブ６１を介して、供給しても良いことが理解される。バルブ６１は、制御器８０と信号通信する。制御器８０は信号をバルブ６１に送って、バルブ６１を開閉させ、それによって、対応する燃料噴射器６０を起動または停止させる。
【００２０】
こうして、各燃料噴射器６０を現時点で起動すること（すなわち、軸方向円周多段）が現時点で望ましい場合には、制御器８０はバルブ６１のそれぞれに信号を送って開にし、それによって燃料噴射器６０をそれぞれ起動する。逆に、移行ゾーン４３の特定の軸方向段の各燃料噴射器６０を現時点で起動すること（すなわち、軸方向円周単段）が現時点で望ましい場合には、制御器８０は、軸方向円周単段の燃料噴射器６０のみに対応するバルブ６１のそれぞれに信号を送って開にし、それによって、燃料噴射器６０をそれぞれ起動する。当然のことながら、この制御システムは単に典型であり、燃料噴射器構成の複数の組み合わせが可能であること、および燃料噴射器６０の起動と停止の少なくとも一方を制御するための他のシステムおよび方法が利用可能であることが理解される。
【００２１】
加えて、前述したように、複数の燃料噴射器構成を有する複数の燃料噴射器６０が存在するので、制御器８０をさらに、特定の燃料噴射器構成を有する燃料噴射器６０のみを、どの時点においても起動するように構成しても良い。したがって、チューブ・イン・チューブ噴射器構成１２５を伴う各燃料噴射器６０を現時点で起動することが現時点で望ましい場合には、制御器８０は、その燃料噴射器６０に対応するバルブ６１のそれぞれに信号を送って開にする。逆に、各渦巻き噴射器１５５を備える燃料噴射器６０を起動することが現時点で望ましい場合には、制御器８０は、渦巻き噴射器１５５を備える燃料噴射器６０のみに対応するバルブ６１のそれぞれに信号を送って開にする。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、タービン５０が燃焼器２０にそれらの間に配置される移行ゾーン４３によって流体的に結合されるガス・タービン・エンジン１０を動作させる方法が、提供される。本方法は、燃焼器２０内の第１の内部２１に第１の燃料を供給することと、燃焼器２０内の第１の内部２１において第１の燃料を燃焼させることと、軸方向単段、軸方向多段、軸方向円周単段、および軸方向円周多段のいずれか１つにおいて移行ゾーン４３内の第２の内部４１に第２の燃料を供給することと、第２の燃料と第１の内部２１から受け取った燃焼生成物のストリームとを、移行ゾーン内の第２の内部４１において燃焼させることと、を含む。
【００２３】
ここでは、軸方向単段において第２の内部４１に第２の燃料を供給することは、単一の燃料噴射器６０を起動することを含み、軸方向多段において第２の内部４１に第２の燃料を供給することは、移行ゾーン４３の複数の軸方向箇所にそれぞれ配置される複数の燃料噴射器６０を起動することを含み、軸方向円周単段において第２の内部４１に第２の燃料を供給することは、移行ゾーン４３の円周に沿って移行ゾーン４３の単一の軸方向箇所においてそれぞれ配置される複数の燃料噴射器６０を起動することを含み、軸方向円周多段において第２の内部４１に第２の燃料を供給することは、移行ゾーン４３の円周に沿って移行ゾーン４３の複数の軸方向箇所においてそれぞれ配置される複数の燃料噴射器６０を起動することを含む。
【００２４】
図２を参照して、図２は、燃料分配制御に対する種々のオプションの図式的な説明図を示すことが分かる。図２において、ヘッド・エンド燃料分配の割合が、Ｔ燃焼値に対してプロットされている。Ｔ燃焼値は、燃焼器２０および／または移行ゾーン４３内の温度の測定値である。制御器８０はさらに、ヘッド・エンド１１および／または燃料噴射器６０に向かう第１および第２の燃料の流れ方向を制御するように構成されているため、ＬＬＩ燃料多段化をさらに、図２に示す制御オプションに従って制御器８０によって制御できることも分かる。こうするために、制御器８０は、前述したバルブ６１とバルブ７３とに結合されて、燃料噴射器６０への第２の燃料の送出を制御するとともに、ヘッド・エンド１１への第１および／またはＬＬＩ燃料の送出を制御する。
【００２５】
図２に示すように、このような制御に対する第１のオプションは、固定ヘッド・エンド分配を用いるものである。固定ヘッド・エンド分配では、Ｔ燃焼の予め選択された値が実現されたらすぐに、ある割合（＜１００％）の第１および／またはＬＬＩ燃料が、ＬＬＩ燃料多段化のための移行ゾーン４３に送出される。その時点から、移行ゾーン４３に送出される燃料の割合が、実質的に一定に留まる。第２のオプションは、ヘッド・エンド分配スケジュールを用いるものである。この場合、Ｔ燃焼の値が増加して予め選択された値を超えると、ＬＬＩ燃料の割合は、比例して増加するか、または何らかの他の好適な関数に従って増加する。第３のオプションは、ＬＬＩ燃料の割合を、燃焼器２０、圧縮機３０、移行ゾーン４３、および／またはタービン５０の内部環境の複数の特性のいずれか１つまたは複数の関数にすることである。たとえば、割合を、ＴｃｄまたはＰｃｄ（測定された圧縮機吐出温度および圧力状態）、燃焼器２０、圧縮機３０、または移行ゾーン４３内からの湿度読み取り値、ガス・タービン排気温度および／またはＴ３９（計算された燃焼器出口温度）の関数にすることができる。
【００２６】
また前述した第３のオプションは、現時点での変更ウォッベ・インデックス（Modified Wobbe Index）（ＭＷＩ）を考慮するように変更しても良い。この場合、ＭＷＩが燃料のエネルギー密度を測定することと、ある特定の燃料ノズル領域においては、ＭＷＩが低いことはヘッド・エンド燃料ノズルに渡って生じる圧力比の増加を示し、このような増加によって、ＬＬＩ燃料ノズルが鈍感である望ましくない力学を発生させる可能性があることとが知られているため、ＬＬＩ燃料の割合をＭＷＩの関数にすることもできる。このようにして、ＭＷＩが増加すると、より大きな割合のＬＬＩ燃料が移行ゾーン４３へと方向転換される。これらのオプションのそれぞれに従って、熱電対／圧力計１００または他の任意の好適な環境測定デバイスを、燃焼器２０、圧縮機３０、移行ゾーン４３、および／またはタービン５０内に組み込んでも良いことが理解される。なぜならば、燃焼器２０、圧縮機３０、移行ゾーン４３、およびタービン５０内の温度および圧力を測定するのに必要であると考えられるからである。
【００２７】
図３を参照して、ＬＬＩ能力を伴うタービンを制御する方法は、タービンを動作させること３００、特定の時間の後にか、またはＴ燃焼の予め選択された値が実現されたらすぐにＬＬＩを開始すること３１０、および、第１のオプションにより、同じレベルでＬＬＩを動作させ続けること３５０を含むことが分かる。逆に、第２のオプションによれば、本方法は、増加するレベルでＬＬＩを動作させ続けること３５０を含む。一方で、第３のオプションによれば、燃焼器２０、圧縮機３０、および／または移行ゾーン４３の任意の特定の測定された特性が、設定されたパラメーターよりも高いか低いかを判定し３２０、判定の結果に基づいて、ＬＬＩレベルを減少させるか３３０、増加させるか３４０、または維持し、その後、ＬＬＩ動作を続ける３５０。
【００２８】
さらに図１を参照して、制御器８０はさらに、三方バルブ１１０と、一部の実施形態においては、燃料噴射器６０の周りのマニフォールド上に配置される付加的なバルブ、または前述したようにバルブ６１とを制御するように構成されている。こうして制御器８０は、圧縮機３０によって燃焼器２０および移行ゾーン４３にまたは各燃料噴射器６０に送出される吸気の空気分配を制御することができる。このようにして、制御器８０は、燃料分配と空気分配とを同時に変更することができる。こうして制御器８０は、その結果、燃焼システムに対する動作経路として、燃焼システムの最適な燃料対空気比を守るような経路を形成する。本発明の種々の実施形態によれば、三方バルブ１１０をさらに、全体的な空気冷媒システム、拡張された低下の取り組み、および／またはエネルギー省（ＤｏＥ）プログラムの一部として組み込むことができる。
【００２９】
前述したように、三方バルブ１１０の制御を、燃焼システムの燃料対空気比を最適化するように行なわれる。これらの比率は、燃焼器２０および移行ゾーン４３に対する仕様に基づくものとして予め選択しても良いし、現在の環境条件に基づいても良い。この場合、制御器８０は、燃焼器２０または移行ゾーン４３における燃料対空気比を、燃焼器２０、圧縮機３０、移行ゾーン４３、およびタービン５０内に組み込まれた熱電対／圧力計１００から発生する温度および／または圧力読み取り値に基づいて、増加させることができる。
【００３０】
また遅延希薄噴射（ＬＬＩ）によって、複数のガス・ストリーム（代替ガスたとえば精製ガスを含む）を、一般的に非ＬＬＩ燃焼器が取り扱うことはできない移行ゾーン４３内に噴射することも可能になる。反応性がかなり高いガス（たとえば精製ガス）を、予混合された燃焼器が取り扱うことは、予混合器における望ましくない保炎に対する懸念があるために通常はできない。他方で、精製ガスは、天然ガスとブレンドしてもしなくても良いが、特定の場合において、このような問題を伴うことなく、移行ゾーン４３内に直接噴射することができる。これは特に、燃料噴射器６０に保炎の耐性がある場合である。ここで、精製ガスを天然ガスとブレンドした場合、天然ガスの使用量は、前述したようにＴｃｄ、Ｐｃｄ、およびＴ３９の関数とすることができる。また、精製ガスを移行ゾーン４３内に噴射した場合、保炎に敏感な予混合器をヘッド・エンド１１において用いて、保炎事件の可能性を防止できるかまたはかなり減らせることが理解される。
【００３１】
図１に示すように、代替ガスを、供給源９０から燃料回路７０の分岐７１または７２内に、精製ガス・バルブ９１を介して噴射することができる。精製ガス・バルブ９１は、制御器８０によって、燃焼器２０および移行ゾーン４３内に最終的に噴射する前に制御することができる。このように、代替ガスを移行ゾーン４３内に噴射すべきことが決定された場合、制御器８０は精製ガス・バルブ９１を開にして、代替ガスが燃料回路７０を通って燃料噴射器６１に向かって伝搬できるようにすることができる。
【００３２】
さらなる実施形態として、代替ガスを天然ガスとブレンドして、使用中の特定のヘッド・エンド１１の許容範囲を反映する組成で第１の燃料を形成できることが理解される。代替ガスに、このようなブレンディングを施してまたは施さずに、第２の燃料を形成することができる。
【００３３】
加えて、代替ガスとして、前述したように供給源９０から燃料回路７０が受け取る精製ガスと、メタンよりも反応性が高い成分からなるガスとを挙げても良いことがさらに理解される。より詳細には、代替ガスとして、約０．５体積％を超える量の水素、約５体積％を超える量のエタン、約１０体積％を超える量のプロパン、約５体積％を超える量のブタン、またはブタンを超える炭化水素を含むガスを挙げても良い。
【００３４】
また燃料回路７０は、燃料流量の変化に適応するために複数の分岐７１および７２を組み込んでいても良い。その結果、複数の分岐７１および７２を用いて燃料組成の大きな変化を可能にすることが、付加的な燃料流量領域を提供することによってか、または燃料を別個の燃焼モード（すなわち、拡散および予混合）を形成するように導入することによって可能である。また分岐７１および７２によって、燃料ウォッベ数と燃料組成との変更、および動的なチューニングを可能にすることができる。燃料回路７０の分岐７１および７２を、燃料回路７０の分岐、移行ゾーン４３における付加的な燃料ノズル、またはこれらのオプションならびに他の好適なオプションの組み合わせとして、具体化することができる。
【００３５】
分岐７１および７２はさらに、その長さに沿って配置される触媒部分酸化反応器（ＣＰＣＲ）１２０を備えていても良い。ＣＰＣＲ１２０は、第１または第２の燃料内のメタンを水素に変換し、および／または窒素酸化物を形成することなくメタンを部分的に酸化する。その結果、ＬＬＩに対して用いる反応済み燃料はすでに部分的に酸化されているため、燃料を移行ゾーン４３内に、本来噴射されるであろうときより遅い場合であっても噴射することができる。本発明を、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ本発明を変更して、これまで説明していないが本発明の趣旨および範囲に対応する任意の数の変化、変更、置換、または等価な配置を取り入れることができる。さらに、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様には、説明した実施形態の一部のみが含まれる場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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