(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼器用の同軸燃料／空気プレミキサを提供する。【解決手段】混合チャンバ（１４）を形成する周辺壁（１２）と、周辺壁（１２）から間隔を置いて配置されて該周辺壁（１２）との間に外側空気通路（２３）を形成する外側環状壁（２２）、外側環状壁（２２）の内部に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁（２２）から間隔を置いて配置されて内側空気通路（２５）を形成する内側環状壁（２４）、及び外側環状壁（２２）と内側環状壁（２４）との間に位置しかつ燃料ガス通路（２７）を形成した燃料ガスアニュラス（２６）を備えた状態で、該周辺壁（１２）の内部に少なくとも部分的に配置されノズル（２０）と、内側空気通路（２５）及び外側空気通路（２３）を通して混合チャンバ（１４）に空気を導入する空気入口と、燃料ガス通路（２７）を通して混合チャンバ（１４）に燃料を噴射して空気／燃料混合気を形成する燃料入口とを含む。【選択図】      図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合チャンバ（１４）を形成する周辺壁（１２）と、
前記周辺壁（１２）から間隔を置いて配置されて該周辺壁（１２）との間に外側空気通路（２３）を形成するようになった外側環状壁（２２）、前記外側環状壁（２２）の内部に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁（２２）から間隔を置いて配置されて内側空気通路（２５）を形成するようになった内側環状壁（２４）、及び前記外側環状壁（２２）と前記内側環状壁（２４）との間に位置しかつ少なくとも１つの燃料ガス通路（２７）を形成した少なくとも１つの燃料ガスアニュラス（２６）を備えた状態で、該周辺壁（１２）の内部に少なくとも部分的に配置されノズル（２０）と、
前記内側空気通路（２５）及び外側空気通路（２３）を通して前記混合チャンバ（１４）に空気を導入するようになった少なくとも１つの空気入口と、
前記燃料ガス通路（２７）を通して前記混合チャンバ（１４）に燃料を噴射して空気／燃料混合気を形成するようになった少なくとも１つの燃料入口と、
を含む、空気／燃料プレミキサ（１０）。
【請求項２】
前記外側環状壁（２２）及び内側環状壁（２４）が、湾曲した出口端部を有する、請求項１記載の空気／燃料プレミキサ（１０）。
【請求項３】
前記外側環状壁（２２）及び内側環状壁（２４）が、細幅エッジに尖鋭にした出口端部を有する、請求項１記載の空気／燃料プレミキサ（１０）。
【請求項４】
前記ノズル（２０）が、前記外側環状壁（２２）及び内側環状壁（２４）間に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁（２２）及び内側環状壁（２４）から間隔を置いて配置されて少なくとも１つの不活性アニュラス（３６）を形成するようになった第３の環状壁（３０）をさらに含み、
前記少なくとも１つの不活性アニュラス（３６）が、前記燃料ガス通路（２７）に隣接して少なくとも１つの不活性ガス通路（３７）を形成し、
前記少なくとも１つの不活性アニュラス（３６）が、前記少なくとも１つの燃料ガスアニュラス（２６）の端部で又は該端部のすぐ上流で終端する、
請求項１記載の空気／燃料プレミキサ（１０）。
【請求項５】
前記ノズル（２０）及び／又は少なくとも１つの燃料ガスアニュラス（２６）が、非円形形状である、請求項１記載の空気／燃料プレミキサ（１０）。
【請求項６】
請求項１記載の空気／燃料プレミキサ（１０）を含むガスタービン燃焼器。
【請求項７】
前記プレミキサが、前記少なくとも１つの空気入口の下流に旋回手段（３８）をさらに含む、請求項６記載のガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記少なくとも１つの空気入口の下流に乱流発生スクリーン又はメッシュをさらに含む、請求項６記載のガスタービン燃焼器。
【請求項９】
混合チャンバ（１４）を形成する周辺壁（１２）と、前記周辺壁（１２）から間隔を置いて配置されて該周辺壁（１２）との間に外側空気通路（２３）を形成するようになった外側環状壁（２２）、前記外側環状壁（２２）の内部に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁（２２）から間隔を置いて配置されて内側空気通路（２５）を形成するようになった内側環状壁（２４）、及び前記外側環状壁（２２）と前記内側環状壁（２４）との間に位置しかつ少なくとも１つの燃料ガス通路（２７）を形成した少なくとも１つの燃料ガスアニュラス（２６）を備えた状態で、該周辺壁（１２）の内部に少なくとも部分的に配置されノズル（２０）と、少なくとも１つの空気入口と、少なくとも１つの燃料入口とを含む、ガスタービンの燃焼システム用のプレミキサ（１０）内において燃料及び空気を予混合する方法であって、
前記外側空気通路（２３）内に空気を導入して外側空気ストリームを形成するステップと、
前記内側空気通路（２５）内に空気を導入して内側空気ストリームを形成するステップと、
前記燃料ガス通路（２７）内に燃料を導入して燃料ストリームを形成するステップと、
前記流入空気を前記流入燃料と同軸に流すステップと、
前記外側空気ストリーム及び内側空気ストリームを前記燃料ストリームと同軸に流すステップと、
その後に、前記混合チャンバ（１４）内で前記燃料ストリーム、外側空気ストリーム及び内側空気ストリームを混合して、前記混合チャンバ（１４）と連結状態になった燃焼チャンバ（１６）内に噴射するための空気／燃料混合気を形成するステップと、を含む、
方法
【請求項１０】
前記プレミキサ（１０）が、少なくとも１つの不活性ガス入口をさらに含み、
前記ノズル（２０）が、前記外側環状壁（２２）及び内側環状壁（２４）間に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁（２２）及び内側環状壁（２４）から間隔を置いて配置されて、前記少なくとも１つの燃料ガス通路（２７）及び外側空気通路（２３）間に外側不活性ガス通路（３５）を形成した外側不活性アニュラス（３４）を形成するようになった第３の環状壁（３０）と、前記第３の環状壁（３０）及び内側管状壁（２４）間に少なくとも部分的に配置されかつ該第３の環状壁（３０）及び内側環状壁（２４）から間隔を置いて配置されて、前記少なくとも１つの燃料ガス通路（２７）及び内側空気通路（２５）間に内側不活性ガス通路（３７）を形成した内側不活性アニュラス（３６）を形成するようになった第４の環状壁（３２）と、をさらに含み、該方法が、
前記外側不活性ガス通路（３５）内に不活性ガスを導入して外側不活性ガスストリームを形成するステップと、
前記内側不活性ガス通路（３７）内に不活性ガスを導入して内側不活性ガスストリームを形成するステップと、
前記流入不活性ガスを前記流入燃料と同軸に流すステップと、
前記外側不活性ガスストリーム及び内側ガスストリームを前記燃料ストリームと同軸に流すステップと、
前記混合チャンバ（１４）内に前記燃料ストリームを噴射する箇所で又は該箇所のすぐ上流で該混合チャンバ（１４）内に前記内側及び外側不活性ガスストリームを噴射するステップと、をさらに含む、
請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関し、具体的には、それに限定されないが水素含有燃料での使用に好適なガスタービン用の空気／燃料プレミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、加圧空気を燃料と混合して燃焼器内で燃焼させて燃焼ガスを発生させるようにし、その燃焼ガスからエネルギー及び動力を生成する。通常の炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンで発生する一般的な大気汚染物質は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素である。ＮＯｘ形成量は、指数関数的に温度に依存しており、この温度は次に、燃焼チャンバ内に供給される混合気の燃料−空気比と相関していることが、当技術分野では知られている。汚染物質エミッションを低減するために、燃料及び空気は、燃焼に先立って希薄混合気に予混合される。
【０００３】
最近では、ガスタービンは、伝統的石炭プラントよりも汚染物質エミッションが低下した状態で石炭を動力に変換する手段として石炭由来合成ガス（「シンガス」）を使用し始めている。大量の水素を含有するもののような一部の合成ガス燃料は、高度に反応性があり、プレミキサ内で保炎、自己着火及び逆火の問題を一層生じさせ易く、その結果として過熱によるエミッション性能の低下及びハードウェア損傷を引き起こすようになる。
【０００４】
先行技術では、プレミキサ内に再循環ゾーンが生じる可能性があることが知られている。例えば、空気の直交流れ内への燃料噴射は多くの場合に、燃料ジェットの背後に再循環ゾーンを形成し、この再循環ゾーンにおいて、燃料が二次流れ内に加わって、この領域の外側よりも非常に長い間にわたってこの領域内に燃料を残留させる。高度に反応性がある燃料の場合には、高い火炎速度及び短いブローオフ時間と言うのは、低速度再循環ゾーン内において保炎が一層発生し易いことを意味する。一部のプレミキサは、高度に反応性がある燃料において保炎の傾向を減少させることができるが、プレミキサ内において大きな圧力低下を招くという犠牲を払うことになることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００５００５７  Ａ１号公報
【特許文献２】米国特許第７，００７，４７７  Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第６，９９３，９１６  Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，６１５，５７４  Ｂ１号公報
【特許文献５】米国特許第６，４５７，９６３  Ｂ１号公報
【特許文献６】米国特許第６，６４０，５４５  Ｂ２号公報
【特許文献７】米国特許第６，４３８，９６１  Ｂ２号公報
【特許文献８】米国特許第６，１９２，６８８  Ｂ１号公報
【特許文献９】米国特許第６，０８２，９６３  Ｂ２号公報
【特許文献１０】米国特許第５，９２１，７４９  Ａ号公報
【特許文献１１】米国特許第５，６７１，５９７  Ａ号公報
【特許文献１２】米国特許第５，１４１，３９４  Ａ号公報
【特許文献１３】米国特許第４，８９０，９７８号公報
【特許文献１４】米国特許第４，６５０，３９６号公報
【特許文献１５】米国特許第４，２８６，９２１号公報
【特許文献１６】米国特許第４，１１２，５８２号公報
【特許文献１７】米国特許第４，０７８，３７７号公報
【特許文献１８】米国特許第３，７５４，８３３号公報
【特許文献１９】米国特許第３，６２８，８８４号公報
【特許文献２０】米国特許第３，５９２，５５７号公報
【特許文献２１】米国特許第３，５８４，９６７号公報
【特許文献２２】米国特許第３，４９８，７２７号公報
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００７／０１３０９５４  Ａ１号公報
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００６／０２６０３１６  Ａ１号公報
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００８／００４４７８２  Ａ１号公報
【特許文献２６】米国特許出願公開第２００５／０２４７０６５  Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、タービン効率、機能性又はライフサイクルを損なわずに、高度に反応性がある燃料で使用することができる空気／燃料プレミキサの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的及び利点は、その一部を以下の説明の記載において記述することにし、或いはその説明から明らかにすることができ、或いは本発明の実施によって学ぶことができる。特にそうではないことを明記しない限り、本明細書で使用した全ての技術的及び科学的用語及び略語は、本発明に関係する当業者によって普通に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で説明したものと同様な又は均等な方法及び組成は本発明の実施において使用することができるが、好適な方法及び構成は、あらゆるそのような方法及び構成が本明細書における本発明を限定することを意図しないものとして説明している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】同軸環状空気／燃料プレミキサの実施形態の軸方向概略図。
【図１Ｂ】同軸環状空気／燃料プレミキサの実施形態の断面図。
【図１Ｃ】同軸環状空気／燃料プレミキサの実施形態の斜視図。
【図２】不活性ガスストリームを用いた空気／燃料プレミキサの実施形態の軸方向概略図。
【図３】不活性ガスストリームを用いた空気／燃料プレミキサの実施形態の断面図。
【図４】湾曲端部を備えた内側及び外側環状壁を有する空気／燃料プレミキサの実施形態の拡大図。
【図５】尖鋭端部を備えた内側及び外側環状壁を有する空気／燃料プレミキサの実施形態の拡大図。
【図６】尖鋭端部を備えた内側及び外側環状壁を有する空気／燃料プレミキサの実施形態の拡大図。
【図７】徐々に減少する壁厚さを備えたノズルの内側及び外側環状壁を有する空気／燃料プレミキサの実施形態の拡大図。
【図８Ａ】ノズルの先端に吐出孔を有する空気／燃料プレミキサの断面図。
【図８Ｂ】ノズルの先端に連続吐出スリットを有する空気／燃料プレミキサの断面図。
【図９Ａ】旋回ベーンを備えた空気／燃料プレミキサの実施形態の軸方向概略図。
【図９Ｂ】旋回ベーンを備えた空気／燃料プレミキサの実施形態の断面図。
【図１０】非円形形状ノズルを備えた空気／燃料プレミキサの実施形態の断面図。
【図１１】空気／燃料プレミキサの実施形態の斜視図。
【図１２】空気／燃料プレミキサの実施形態の斜視図。
【図１３】空気／燃料プレミキサの実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、それに限定されないが、高度に反応性がある燃料で使用するのに適した空気／燃料プレミキサを備えたガスタービン燃焼器を含む。本発明の空気／燃料プレミキサは、それに限定されないが、天然ガス、合成ガス（シンガス）、無炭素合成ガス及び高水素含有ガスを含むあらゆるガス燃料で使用することができる。
【００１０】
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、ガスタービンの燃焼システムで使用する空気／燃料プレミキサの特定の実施形態を示している。空気／燃料プレミキサ１０は、混合チャンバ１４を形成する周辺壁１２と、周辺壁１２の内部に少なくとも部分的に配置されかつ少なくとも１つの環状燃料ガス通路２７を備えたノズル２０と、燃料ガス通路２７を通して混合チャンバ１４に燃料を噴射するようになった少なくとも１つの燃料入口（図示せず）とを含む。
【００１１】
特定の実施形態では、ノズル２０は、周辺壁１２から間隔を置いて配置されて、該周辺壁１２との間に外側環状空気通路２３を形成するようになった外側環状壁２２を含む。さらに特定の実施形態では、外側環状壁２２の内部に、燃料ガス通路２７が形成される。別の実施形態では、ノズル２０はさらに、外側環状壁２２の内部に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁２２から間隔を置いて配置されて、内側空気通路２５を形成するようになった内側環状壁２４と、外側環状壁２２及び内側環状壁２４間に位置しかつ少なくとも１つの燃料ガス通路２７を形成した少なくとも１つの燃料ガスアニュラス２６とを含む。さらに特定の実施形態では、空気／燃料プレミキサ１０は、内側空気通路２５及び外側空気通路２３を通して混合チャンバに空気を導入するようになった少なくとも１つの空気入口（図示せず）を含む。
【００１２】
空気が少なくとも１つの空気入口を通って空気／燃料プレミキサ１０に流入すると、空気ストリームは、内側空気通路２５及び／又は外側空気通路２３を通って流れて混合チャンバ１４に流入する。燃料ストリームは、少なくとも１つの燃料入口（図示せず）を通って流入しかつ燃料ガス通路２７を通って流れて混合チャンバ１４に流入して、空気／燃料混合気を形成する。本明細書で使用する場合に、「（１つ又は複数の）空気ストリーム」という用語は、内側空気通路２５及び／又は外側空気通路２３内における流体流れを意味するために使用する。特定の実施形態では、空気及び燃料は、同軸に導入される。別の実施形態では、燃料ストリームは、外側空気通路２３及び／又は内側空気通路２５内を流れる１つ又は複数の空気ストリームとほぼ同じ方向で燃料ガス通路２７内を流れる。さらに別の実施形態では、燃料ストリームは、１つ又は複数の空気ストリーム間で該１つ又は複数の空気ストリームの流れとほぼ同じ方向で混合チャンバ１４に流入する。燃料ストリームと１つ又は複数の空気ストリームとの間の接触面積を増大させることにより、混合チャンバ１４内での混合を促進させることができる。
【００１３】
１つの実施形態では、１つ又は複数の空気ストリームは、完全に軸方向に配向されかつ混合チャンバ１４に流入する前に外側空気通路２３及び／又は内側空気通路２５にわたって均一に分布する。別の実施形態では、少なくとも１つの空気入口は、１つ又は複数の空気ストリームが混合チャンバ１４に流入する前に完全に軸方向に配向されるのに十分なほど該混合チャンバ１４の上流に設置される。さらに別の実施形態では、ノズル２０は、１つ又は複数の空気ストリームが混合チャンバ１４に流入する前に外側空気通路２３及び／又は内側空気通路２５にわたってほぼ均一な分布に至るのに十分なほどの長さになっている。当業者は、それに限定されないが、空気ストリームの速度、外側空気通路２３及び内側空気通路２５の寸法、並びに空気入口の幾何学形状特性を含む要因に基づいてノズル２０の長さを容易に決定することになるであろう。さらに特定の実施形態では、ノズル２０は、空気入口から燃料／空気混合気出口１５までのプレミキサの全体長さの少なくとも５０％である。の実施形態では、内側空気通路２５及び外側空気通路２３の断面積は、互いに４０％の範囲内にある。これは、それに限定されないが、外側周辺壁１２の直径を調整すること及び／又はノズル２０の内側及び外側直径を調整することによって行うことができる。
【００１４】
空気／燃料混合気は、混合チャンバ１４の吐出端部１５から流出して燃焼チャンバ１６に流入する。１つの実施形態では、混合チャンバ１４は、燃料／空気混合気の燃料密度がより大きな燃焼チャンバ１６内に流出するのに先立ってほぼ均一性を達成するのに十分なほどの長さになっている。当業者は、それに限定されないが、燃料の種類、プレミキサのコスト、プレミキサによる圧力低下、タービン効率、並びにＮＯｘ、ＣＯ及びその他の汚染物質の所望のエミッションレベルを含む要因を考慮して混合チャンバ１４の長さを容易に決定することになるであろう。さらに別の実施形態では、燃焼チャンバ１６の断面積は、該燃焼チャンバ１６内における火炎安定性を可能にするために、混合チャンバ１４の断面積よりも少なくとも５０％大きくなっている。１つの実施形態では、１つ又は複数の空気ストリーム及び燃料ストリームは、局所的な火炎速度よりも大きい速度で移動して、空気／燃料混合気が混合チャンバ１４と連結状態になった燃焼チャンバ１６に到達した時に燃焼のみが生じるようになる。
【００１５】
材料及び構成方法により、保炎が一層発生する傾向がある領域におけるプレミキサ内にごく小さいウェークゾーン又は再循環ゾーンが発生する可能性がある。例えば、小さい再循環ゾーンが、有限厚さを有する燃料アニュラス壁の端部のほぼすぐ後方におけるウェーク領域内に発生する可能性がある。そのような領域近くでの着火事象は、望ましくない事象である保炎をプレミキサの内部に一層生じ易くする傾向がある。
【００１６】
図２及び図３を参照すると、本発明の１つの実施形態では、ノズル２０が、外側環状壁２２及び内側環状壁２４間に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁２２及び該内側環状壁２４から間隔を置いて配置されて、燃料ガス通路２７に隣接して少なくとも１つの不活性ガス通路を形成した少なくとも１つの不活性アニュラスを形成するようになった第３の環状壁３０を含む。さらに特定の実施形態では、不活性アニュラスは、燃料ガスアニュラス２６の端部又は該端部のすぐ上流で終端する。なおさらに特定の実施形態では、空気／燃料プレミキサ１０は、不活性ガス通路を通して不活性ガスを噴射するようになった少なくとも１つの不活性ガス入口（図示せず）を含む。不活性ガスストリームは、ウェークゾーン内で燃料ストリーム及び１つ又は複数の空気ストリームの混合を減少させるか又は排除して、プレミキサ内での保炎を最少にするのを助けることができる。好適な不活性ガスには、それに限定されないが、窒素、蒸気及び炭酸ガスが含まれる。それに限定されないが、タービン効率及びコストを含む要因に応じて、様々な構成になった複数の不活性ガス通路及び燃料ガス通路を望ましいものとすることができることは、当業者には分かるであろう。
【００１７】
特定の実施形態では、ノズル２０はさらに、外側環状壁２２及び内側環状壁２４間に少なくとも部分的に配置されかつ該外側環状壁２２及び内側環状壁２４から間隔を置いて配置されて、燃料ガス通路２７及び外側空気通路２３間に外側不活性ガス通路３５を形成した外側不活性アニュラス３４を形成するようになった第３の環状壁３０と、第３の環状壁３０及び内側環状壁２４間に少なくとも部分的に配置されかつ該第３の環状壁３０及び内側環状壁２４から間隔を置いて配置されて、燃料ガス通路２７及び内側空気通路２５間に内側不活性ガス通路３７を形成した内側不活性アニュラス３６を形成するようになった第４の環状壁３２とを含む。さらに特定の実施形態では、空気／燃料プレミキサ１０は、外側不活性通路３５及び内側不活性通路３７を通して不活性ガスを噴射するようになった少なくとも１つの不活性ガス入口（図示せず）を含む。
【００１８】
プレミキサ構成要素の物理的構造、具体的には端部及びエッジは、ウェークゾーン及びその他の低速度再循環領域の発生及び大きさを最少にするような形状とすることができる。１つの実施形態では、図４に示すように、ノズル２０の端部は、空気力学的な湾曲形状とすることができる。図５及び図６に示す別の実施形態では、ノズル２０の端部は、細幅エッジに尖鋭にすることができる。図７に示すさらに別の実施形態では、外側環状壁２２は、軸方向に徐々に減少した厚さを有する壁を含む。図８Ａ及び図８Ｂに示すさらに一部の実施形態では、ノズル２０の下流端部は、該ノズル２０の先端４２に複数の吐出孔４０を含むか又は該ノズル２０の先端４２の周りで円周方向に延びる連続吐出スリット４４を含むことができる。
【００１９】
本発明で又は本発明に加えて様々な機構を使用して混合チャンバ１４から流出する空気／燃料混合気の均一性を高めることができる。１つの実施形態では、空気／燃料プレミキサ１０は、少なくとも１つの空気入口の下流でありかつ混合チャンバ１４内に燃料を噴射する箇所の上流に乱流発生スクリーン又はワイヤメッシュを含むことができる。別の実施形態では、空気／燃料プレミキサ１０は、少なくとも１つの空気入口の下流でありかつ混合チャンバ１４内に燃料を噴射する箇所の上流における空気ストリームの１つ又は複数の１つ又はそれ以上内に旋回手段を含むことができる。旋回手段の非限定的な実施例には、ベーン又はスワーラが含まれる。旋回手段は、下流により安定した火炎をもたらしかつ／或いはプレミキサ内での燃料ストリーム及び１つ又は複数の空気ストリームの混合を高めるために使用することができる。図９Ａ及び図９Ｂに示す１つの実施形態では、外側空気ストリーム２３及び内側空気ストリーム２５の両方内に、旋回ベーン３８が設けられる。そのような実施形態では、スワール方向は、内側及び外側空気ストリームの両方において同じものとすることができる。それに代えて、内側空気ストリーム２５に与えられたスワールは、外側空気ストリーム２３に与えられたスワールと逆方向である。
【００２０】
１つの実施形態では、図１０に示すように、ノズル２０は、非円形形状とすることができる。さらに特定の実施形態では、ノズル２０は、少なくとも１つの非円形形状アニュラスで構成される。幾つかの非円形形状には、それに限定されないが、楕円形状、ヒナギク形状又はその他の形状が含まれる。別の実施形態では、ノズル２０は、シャープエッジがない状態の形状とすることができる。ノズルの円周部を増大させることにより、燃料ストリームと１つ又は複数の空気ストリームとの間の接触面積を増大させ、従って燃料ストリームが混合チャンバ１４に流入した時に該混合チャンバ１４の断面全体にわたる一層良好な初期燃料分布を得ることができる。なおさらに特定の実施形態では、外側不活性アニュラス３４及び内側不活性アニュラス３２は、燃料ガスアニュラス２６の形状に応じた形状にすることができる。前述の実施形態は、当業者に公知のあらゆる好適な設計機構を使用して構成することができる。本出願と同一出願人の「アニュラ型燃料及び空気並流プレミキサ」の名称の同時米国特許出願第１２/３６０４４９号には、特定の構造支持体が詳細に記載されており、その開示内容は、その全体を参照として本明細書に組入れている。簡潔に説明するように、また図１１に示すように、周辺壁１２から内向きに複数のストラット４６を延ばして燃料ガスアニュラス２６を支持することができる。各ストラットは、中空にすることができ、或いは該ストラットを貫通して延びる少なくとも１つの入口空気通路４８を含むことができる。入口空気通路４８は、周辺壁１２から内側空気通路２５の外面まで延び、それによって空気が内側空気通路２５に流入する入口を形成することができる。内側空気通路２５の上流端部にキャップ５０を配置して、該内側空気通路２５に流入空気を混合チャンバ１４に向かって下流方向に導くことができる。複数のストラット４６は、該複数のストラット４６が空気を該複数のストラット４６を通過して下流方向に外側空気通路２０を通して混合チャンバ１４に向かって流すのを可能にするように配置される。
【００２１】
実施形態では、ストラット４６は、該ストラット４６によって生じたあらゆる乱流が減衰された後に１つ又は複数の空気ストリームが混合チャンバ１４に到達することになるのに十分な距離をおいて該ストラット４６が混合チャンバ１４の上流に位置するように配置される。一部の特定の実施形態では、ストラット４６は、１つ又は複数の空気ストリーム内における乱流を最少にするような空気力学的流線形状を有することができる。
【００２２】
図１２に示す実施形態では、複数のストラット４６は、燃料ガス通路２７に燃料を供給するようになった１つ又はそれ以上の燃料入口５４を含む。この実施形態では、１つ又は複数の空気ストリームは、プレミキサ１０内部で上流及び下流の両方に開口しており、空気がプレミキサ１０を通ってほぼ軸方向に流れ、それによって乱流を減少させることを可能にする。
【００２３】
図１３に示すさらに別の実施形態では、１つ又はそれ以上の空気入口４８が周辺壁１２に配置されている。一部の実施形態では、１つ又はそれ以上の空気入口４８は、空気ストリームがほぼ半径方向に外側空気通路２３に流入するように配置される。外側空気通路２３は、半径方向から軸方向に湾曲し、それによって混合チャンバ１４の上流において空気ストリームを半径方向流から軸方向流に配向し直すことができる。同様に、複数の燃料通路入口５４が、外側空気通路２３への１つ又はそれ以上の空気入口４８の上流に配置される。燃料通路入口５４は、混合チャンバ１４に向かって下流方向に燃料を導く。この実施形態では、燃料ガス通路２７が外側空気通路２３と交差していないので、ストラットは必要でない。そのような実施形態では、ストラットによって生じる乱流の発生可能性が軽減され、プレミキサ及び燃焼器の作動性が向上する。
【００２４】
本発明の実施形態はまた、ガスタービンの燃焼システム用の空気／燃料プレミキサ内において燃料及び空気を予混合する方法を含み、本方法は、外側空気通路２３内に空気を導入して外側空気ストリームを形成するステップと、内側空気通路２５内に空気を導入して内側空気ストリームを形成するステップと、燃料ガス通路２７内に燃料を導入して燃料ストリームを形成するステップと、流入空気を流入燃料と同軸に流すステップと、外側空気ストリーム及び内側空気ストリームを燃料ストリームと同軸に流すステップと、その後に、混合チャンバ内で燃料ストリーム、外側空気ストリーム及び内側空気ストリームを混合して、混合チャンバ１４と連結状態になった燃焼チャンバ１６内に噴射するための空気／燃料混合気を形成するステップとを含む。
【００２５】
別の実施形態では、本方法はさらに、外側不活性ガス通路３５内に不活性ガスを導入して外側不活性ガスストリームを形成するステップと、内側不活性ガス通路３７内に不活性ガスを導入して内側不活性ガスストリームを形成するステップと、流入不活性ガスを流入燃料と同軸に流すステップと、外側不活性ガスストリーム及び内側ガスストリームを燃料ストリームと同軸に流すステップと、混合チャンバ１４内に燃料ストリームを噴射する箇所で又は該箇所のすぐ上流で該混合チャンバ１４内に内側及び外側不活性ガスストリームを噴射するステップとを含む。
【００２６】
本発明の複数空気／燃料プレミキサは、各タービン燃焼器内で使用することができる。当業者は、それに限定されないが、目標速度、圧力低下、タービン性能、及びタービン寸法を含む要因に基づいてプレミキサ及び燃焼器の個数並びに寸法を決定することができることになる。
【００２７】
以上の説明は、本発明の特定の実施形態に関するものであること、及び特許請求の範囲により定まる本発明の技術的範囲から逸脱せずにそれら実施形態において数多くの変更を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２８】
１０  空気／燃料プレミキサ
１２  周辺壁
１４  混合チャンバ
１５  混合チャンバの吐出口
１６  燃焼チャンバ
２０  ノズル
２２  外側環状壁
２３  外側空気通路
２４  内側環状壁
２５  内側空気通路
２６  燃料ガスアニュラス
２７  燃料ガス通路
３０  第３の環状壁
３２  第４の環状壁
３４  外側不活性アニュラス
３５  外側不活性ガス通路
３６  内側不活性アニュラス
３７  内側不活性ガス通路
３８  旋回手段
４０  吐出孔
４２  先端
４４  吐出スリット
４６  ストラット
４８  入口空気通路
５０  キャップ
５２  ストラット燃料ガイド
５４  燃料入口
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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