(57)【要約】      （修正有）【課題】製作容易で熱膨張に対応できる燃料噴射管を提供する。【解決手段】燃料噴射管１２は、入口端部３２と出口端部３０とを有する一体単一構造の多角形管を備える。燃料噴射管はさらに、入口端部３２から出口端部３０まで該多角形管の長手軸に沿って延在する燃料通路２２と、該燃料通路２２を取り囲み入口端部３２から出口端部３０まで延在する複数の空気通路と、複数の燃料孔２４とを含む。各燃料孔２４は空気通路と燃料通路とを接続する。多角形管の入口端部３２は燃料管１６へと賦形される。燃料噴射装置１０は複数の燃料噴射管１２とプレート１４とを備える。複数の燃料噴射管１２は、それらの入口端部３２に隣接したプレート１４に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口端部と出口端部とを有する一体単一構造の多角形管（１２）を備える燃料噴射管であって、
一体単一構造の多角形管（１２）が、入口端部（３２）から出口端部（３０）まで多角形管の長手軸に沿って延在するブラインド燃料通路（２２）と、該燃料通路（２２）を取り囲み入口端部（３２）から出口端部（３０）まで延在する複数の空気通路（２０）と、空気通路（２０）を燃料通路（２２）と各々接続する複数の燃料孔（２４，２６，２８）とをさらに含んでおり、多角形管（１２）の入口端部（３２）が燃料管（１６）へと賦形されている、燃料噴射管。
【請求項２】
空気通路（２０）の数が多角形管（１２）の側面の数に対応する、請求項１記載の燃料噴射管。
【請求項３】
燃料孔（２４，２６，２８）が出口端部（３０）に近接している、請求項１記載の燃料噴射管。
【請求項４】
多角形管（１２）が六角形である、請求項１記載の燃料噴射管。
【請求項５】
各燃料孔（２４，２６，２８）が管（１２）の外面から燃料通路（２２）まで延在する、請求項１記載の燃料噴射管。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の複数の燃料噴射管とプレート（１４）とを備える燃料噴射装置（１０）であって、複数の燃料噴射管（１２）がそれらの入口端部（３２）に隣接するプレート（１４）に接続されている、燃料噴射装置（１０）。
【請求項７】
複数の燃料噴射管（１２）が互いに接合されていない、請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
複数の燃料噴射管（１２）がハニカムパターンに配置されている、請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
燃料プレナム（３６）と空気プレナム（３８）とをさらに含んでいて、燃料プレナム（３６）と空気プレナム（３８）がプレート（１４）で分離されている、請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
燃料噴射管（１２）の製造方法であって、
一体単一構造の多角柱（３４）を貫通する第１の穴（２０）であって該多角柱（３４）の長手軸から離隔した複数の第１の穴（２０）を機械加工する段階と、
多角柱（３４）を貫通する第２の穴（２２）であって長手軸に沿った第２の穴（２２）を機械加工する段階と、
多角柱（３４）の第１の端部（３０）に隣接して、第１及び第２の穴（２０、２２）に対して所定の角度で多角柱（３４）の側面を貫通する複数の第３の穴（２４，２６，２８）であって多角柱（３４）の側面から第２の穴（２２）まで延在する複数の第３の穴（２４，２６，２８）を機械加工する段階と、
多角柱（３４）の第２の端部（３２）を燃料管（１６）へと機械加工する段階
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射管並びに複数の燃料噴射管を有する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ガスタービンは、一般に環状アレイの燃焼器で形成される燃焼セクションを有する。各燃焼器は円筒状チャンバであって、気体及び／又は液体燃料と燃焼用空気が供給され、混合されて可燃性混合気とされる。この空気／燃料混合気は燃焼器内で燃焼して高温の加圧燃焼ガスを発生し、タービンの駆動に用いられる。
【０００３】
燃焼器は一般にデュアルモード単段マルチバーナ装置である。デュアルモードとは、燃焼器が気体又は液体燃料を燃焼させる能力を有していることをいう。単段とは、各燃焼器の円筒状内筒が単一の燃焼領域を画成していることをいう。
【０００４】
燃焼器内の火炎を安定させると、連続燃焼に役立ち、さらに高温燃焼ガスを効率的に発生させ、燃焼による排出物を低減することができる。多管予混合器では、出口平面での再循環領域を最小限に抑制し、実用的な空気側有効面積を与えるため、管を密集させるのが望ましい。多ベンチュリ管予混合器は、多管予混合器の一例である。
【０００５】
米国特許第４８４５９５２号及び同第４９６６００１号には、一対の離隔したヘッダープレートに配設された複数の密接した平行ベンチュリ管を用いる多ベンチュリ管装置が開示されている。ベンチュリ管はヘッダープレートにろう付けされ、ヘッダープレートの周縁部は封止されてプレナムを形成し、そこに加圧気体燃料が供給される。ベンチュリ管は円形パターンで配置され、その出口平面に数多くの大きく不規則な形状の再循環領域を生じる。こうした大きく不規則な再循環領域のため、予混合器の出口での火炎保持抵抗力が乏しくなる。
【０００６】
米国特許第７０９３４３８号には、第１のヘッダープレートと、該ヘッダープレートから下流側に離隔した第２のヘッダープレートと、複数の列に配列され、第１及び第２のヘッダープレートに封止可能に固定された複数のベンチュリ管とを備える気体燃料噴射装置が開示されている。各ベンチュリ管は、入口部、のど部及び出口を含む。出口は、複数のベンチュリ管の各々の出口で各々のベンチュリ管の間隔を縮小するパターンに形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４８４５９５２号明細書
【特許文献２】米国特許第４９６６００１号明細書
【特許文献３】米国特許第７０９３４３８号明細書
【特許文献４】米国特許第７１８５４９４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態では、燃料噴射管は、入口端部と出口端部とを有する一体単一構造の多角形管を備える。燃料噴射管はさらに、入口端部から出口端部まで多角形管の長手軸に沿って延在する燃料通路と、該燃料通路を取り囲み入口端部から出口端部まで延在する複数の空気通路と、複数の燃料孔とを含む。各燃料孔は、空気通路を燃料通路と接続する。多角形管の入口端部は、燃料管へと賦形される。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、燃料噴射装置は、複数の燃料噴射管とプレートとを備える。複数の燃料噴射管の燃料管は、複数の燃料噴射管の入口端部に隣接するプレートに接続される。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、燃料噴射管の製造方法は、一体単一構造の多角柱を貫通する複数の第１の穴であって該多角柱の長手軸から離隔した複数の第１の穴を機械加工する段階と、該多角柱を貫通する第２の穴であってその長手軸に沿った第２の穴を機械加工する段階と、第１の端部の近傍において、第１及び第２の穴に対して所定の角度で多角柱の側面を貫通する複数の第３の穴であって多角柱の側面から第２の穴まで延在する複数の第３の穴を機械加工する段階と、多角柱の第２の端部を燃料管へと機械加工する段階を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料噴射管の概略端面図である。
【図３】図２の燃料噴射管の側面図である。
【図４】燃料通路と空気通路とを有する燃料噴射管用の原材料としての多角形素材の概略図である。
【図５】燃料孔を含む図４の燃料噴射管の概略図である。
【図６】ベンチュリ管出口を含む燃料噴射管の概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、燃料噴射装置１０は複数の燃料噴射管１２を備える。各燃料噴射管１２は入口端部３２と出口端部３０（図２）とを有する。燃料噴射管１２は、入口端部３２でプレート１４によって支持されている。燃料噴射管１２の入口端部３２は、１８でプレート１４に接続されている。各接続部１８は、例えば溶接部であっても、ろう付け部であってもよい。燃料噴射管１２は、プレート１４を貫通し、その内側で溶接又はろう付けされて燃料プレナム３６を生じる。燃料噴射管１２は、例えば直接金属レーザ焼結法で接続することもできる。燃料流Ｆは、燃料プレナム３６から燃料噴射管１２の入口側３２の燃料通路２２の入口１６へと供給される。空気流Ａは、空気プレナム３８から燃料噴射管１２の空気通路２０（図２）に供給される。燃焼器内筒４０は、燃料噴射管１２の周囲に配設される。
【００１３】
図２及び図３を参照すると、各燃料噴射管１２は、該燃料噴射管１２の長手軸に沿って延在する燃料通路２２を含む。複数の空気通路２０も各々、燃料噴射管１２の長手軸と平行に形成される。便宜上、１本の空気通路２０のみを図３に隠線で示す。各燃料噴射管１２は、空気通路２０を燃料通路２２と接続する複数の燃料孔２４を含む。図２及び図３に示すように、各燃料噴射管１２は多角形であり、燃料通路２２は燃料噴射管１２の中心に形成され、空気通路２０は燃料噴射管１２の周辺近くに形成される。さらに図２及び図３に示すように、燃料噴射管１２は六角形であり、６本の空気通路２０が、六角形の燃料噴射管１２の周辺近くに形成される。なお、燃料噴射管１２は、その他の多角形、例えば八角形又は五角形であってもよい。さらに、燃料通路２２及び空気通路２０は、図では円形として示してあるが、長円形もしくは楕円形又は多角形であってもよい。
【００１４】
図４及び図５を参照すると、各燃料噴射管１２は、一体単一構造の中実多角柱つまり出発素材３４から形成される。出発素材３４の中心に、例えばドリル加工によって燃料通路２２を形成する。出発素材３４を貫通する空気通路２０も、例えばドリル加工などで形成する。図４に示すように、出発素材３４に燃料孔２４を穿孔して、空気通路２０を燃料通路２２と接続する。再び図２を参照すると、各燃料孔２４は、燃料通路２２を各空気通路２０と接続する内側孔２６を含む。各燃料孔２４は、空気通路２０から燃料噴射管１２の外周まで延在する外側孔又はダミー孔２８も含んでいる。外側孔又はダミー孔２８は、燃料噴射管１２の動作に影響しないので、孔を塞ぐ必要はない。
【００１５】
図６を参照すると、各燃料噴射管１２は、入口端部３２を機械加工して燃料管を生じさせる。燃料管１２の入口端部３２は、例えば、燃料通路２２が燃料管入口１６を形成するまで旋削加工される。
【００１６】
図７を参照すると、燃料噴射装置は、複数の燃料管１２の集団からなる。図７に示す実施形態では、集団は、「シャワーヘッド」状に配置された６本の燃料噴射管１２を含む。図７に示すように、シャワーヘッドはハニカムパターンをなす。ハニカムパターンは、まとまっているが束縛されないので、燃料噴射管１２の熱膨張差に対応できる。再び図１を参照すると、燃料噴射管１２は、プレート１４を貫通し、その内側で溶接又はろう付けされて燃料プレナム３６を生じる。
【００１７】
図１及び図７に示す燃料噴射装置１０では、封止される管端の数が減る。従来技術のシェル／管構成では、各管端を封止しなければならなかった。しかし、図１及び図７に示す燃料噴射装置１０では、１つの管端を封止すればよく、管６本毎に１つを封止すればよい。燃料噴射装置１０は多角形の燃料噴射管を用いて製造され、熱誘起応力を防ぐため自由に動くことができるように束ねられる。
【００１８】
図１及び図７に示す燃料噴射装置１０は、予混合高水素予燃焼にも使用できる。燃料噴射装置１０は燃料と空気との良好な混合、（フラッシュバックを抑制する）大きな表面／体積比、（対フラッシュバックのための）小さな燃料孔及び低いジェット侵入深さ（jet penetration）をもたらす。
【００１９】
管を束ねるとともに、それらへの燃料プレナムを形成することによって、管の本数を減らすことができる。例えば、本明細書に開示した実施形態に係る六角形の管を束ねることによって、「封止される」管の本数を６分の１に減らすことができる。
【００２０】
燃料噴射管は、互いに接合されておらず、互いに「変動自在」であるので、熱膨張差に対応することができ、熱誘起応力を防ぐことができる。
【００２１】
以上、現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態にとどまらず、特許請求の範囲の要旨及び技術的範囲に属する様々な変更及び均等な構成を包含する。
【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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【図７】
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