(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンエンジンに関し、空気室内の空気分布を改善する空気流整流システムを提供する。【解決手段】システムは、タービン燃焼器の燃焼室から隔てられた空気室に装着されるように構成された空気流整流器５０を備える。空気流整流器は、タービン燃焼器の軸に対して軸方向及び半径方向の両方に空気流を送るように構成された有孔環状壁７２を備える。さらに、空気流整流器は、１以上の燃料ノズルの空気入口に空気流を均一に供給するように構成されている。【選択図】図８
2010261706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１０）を備え、タービンエンジン（１０）は燃焼器（１６）を備え、燃焼器（１６）は、燃焼室（５２）と、空気室（６８）と、燃焼室（５２）と空気室（６８）との間の仕切板（１２６）と、仕切板（１２６）を通って延在する燃料ノズル（１２）であって、空気室（６８）内の空気入口と燃焼室（５２）内の出口とを有する燃料ノズル（１２）と、空気室（６８）への空気供給経路（３８）に沿って空気室（６８）に配置された整流器（５０）であって、空気供給経路（３８）からの空気流（８８）を、空気室（６８）の中央部に向けて内側に転向させるように構成された有孔転向羽根（７０）を備える整流器（５０）と、を備えるシステム。
【請求項２】
有孔転向羽根（７０）が、燃焼器（１６）の長手軸（４６）の周りに配置された第１の有孔環状壁（７２）を備え、第１の有孔環状壁（７２）の直径が長手軸（４６）に沿って変化する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
第１の有孔環状壁（７２）が、長手軸（４６）に沿って直線状に収束又は発散する１以上の有孔円錐壁（７８、８０、１４２、１４４、１４８、１５０、１５２）を備える、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
第１の有孔環状壁（７２）が長手軸（４６）に沿って凸面又は凹面状に曲がる、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
空気流整流器（５０）が、燃焼器（１６）の長手軸（４６）の周りに配置された第２の有孔環状壁を有する有孔円筒（８２）を備え、第２の有孔環状壁が長手軸（４６）に沿って略一定の直径を有する、請求項２記載のシステム。
【請求項６】
第１及び第２の有孔環状壁が互いに同心である、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
燃料ノズル（１２）が空気入口に吸気流整流器を備え、吸気流整流器がノズル穿孔（４８）を備える、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
空気流整流器（５０）が燃料ノズル（１２）の空気入口に空気流を均一に供給するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
仕切板（１２６）を通って延在する複数の燃料ノズル（１２）を備え、空気流整流器（５０）が複数の燃料ノズル（１２）の間に空気流を均一に分配するように構成される、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
空気流整流器（５０）が、空気室（６８）で、燃料ノズル（１２）の空気入口から軸方向にずれた軸方向位置に取り付けられるように構成される、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義にはタービンエンジンに関し、具体的には、空気室内の空気分布を改善する空気流整流システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンなどの様々なエンジンにおいて、燃料と空気の混合はエンジン性能及び排出量に影響する。例えば、ガスタービンエンジンには、燃焼器内での燃料空気混合を促進するため１以上の燃料ノズルを用いて空気及び燃料を取り入れるものがある。ノズルをタービンのヘッドエンド部に配置し、空気流を取り入れて燃料入力と混合するように構成することがある。しかし、空気流が複数のノズル間で一様に分配されないことがあり、燃料と空気の混合にばらつきを生じる。さらに、単一ノズルの実施形態では、タービン燃焼器のヘッドエンドの幾何形状のため、空気流がノズル内で一様でなくなることがある。燃料ノズル内での不均一な流れは燃料との不適当な混合を招いて、タービンエンジンの性能及び効率を低下させてしまう。その結果、ヘッドエンドに入る空気流は、各ノズル内への及び複数のノズル間での空気の不均一な流れのため、排出量の増大及び性能の低下を起こすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６４３８９５９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態では、システムはタービンエンジンを備える。タービンエンジンは燃焼器を備える。燃焼器は燃焼室を備える。燃焼器は空気室も備える。燃焼器はさらに、燃焼室と空気室の間に仕切板を備える。さらに、燃焼器は、仕切板を通って延在する燃料ノズルを備える。燃料ノズルは、空気室内の空気入口と燃焼室内の出口とを有する有する。燃焼器は、空気室への空気供給経路に沿って空気室に設けられた空気流整流器も備える。空気流整流器は、空気供給経路からの空気流を、空気室の中央部に向けて内側に転向させるように構成された有孔転向羽根を備える。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは、タービン燃焼器の燃焼室から隔てられた空気室に装着されるように構成された空気流整流器を備える。空気流整流器は、タービン燃焼器の軸に対して軸方向及び半径方向に空気流を向けるように構成された有孔環状壁を備える。さらに、空気流整流器は、１以上の燃料ノズルの空気入口に空気流を均一に供給するように構成されている。
【０００７】
第３の実施形態では、システムはタービン燃焼器を備える。タービン燃焼器は燃焼室を備える。タービン燃焼器は、燃焼生成物の流れに対して燃焼室の上流にヘッドエンドも備える。ヘッドエンドは、ヘッドエンドに設けられた燃料ノズルを備える。燃料ノズルは、タービン燃焼器の長手軸に対して第１の軸方向位置に空気入口を備える。ヘッドエンドは、ヘッドエンドに設けられた空気流整流器も備える。空気流整流器は、長手軸に対して第２の軸方向位置に配置される。第１の軸方向位置は第２の軸方向位置とは異なる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】空気流整流器を有するタービンシステムの実施形態のブロック図である。
【図２】１以上の燃料ノズルを有する燃焼器を有する図１に示すタービンシステムの実施形態の側断面図である。
【図３】ヘッドエンド領域から圧縮空気を吸い込むように配置し得る図２に示す１以上の燃料ノズルを有する燃焼器の実施形態の側断面図である。
【図４】図３の線４−４で囲まれたヘッドエンド領域の実施形態の側断面図であり、ヘッドエンド領域に流れ込む圧縮空気を示す。
【図５】図３の線４−４で囲まれたヘッドエンド領域の実施形態の別の側断面図であり、ヘッドエンド領域に流れ込む圧縮空気を示す。
【図６】図５のヘッドエンド領域の例示的実施形態の矢視６−６正面断面図であり、燃料ノズル間で半径方向に均一な圧縮空気の分布を示す。
【図７】図６の燃料ノズルのうちの１本の例示的実施形態の矢視７−７部分側断面図であり、軸方向に均一な圧縮空気の分布を示す。
【図８】ヘッドエンド領域で使用し得る仕切板及び空気流整流器の例示的実施形態の斜視図である。
【図９Ａ】図３及び図４に示す空気流整流器の有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｂ】有孔転向羽根の前縁がヘッドエンド領域の外壁に接続していない図９Ａの有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｃ】図５及び図８に示す空気流整流器の有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｄ】有孔転向羽根の前縁がヘッドエンド領域の外壁に接続していない図９Ｃの有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｅ】空気流整流器のＬ字形有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｆ】空気流整流器のフック形有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｇ】空気流整流器の湾曲形有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図９Ｈ】空気流整流器の別の湾曲形有孔転向羽根の部分断面プロファイルである。
【図１０】有孔転向羽根の例示的実施形態の一部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面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るであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。作動パラメータ及び／又は環境条件の例は、開示した実施形態以外のパラメータ／条件を除外するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」又は「実施形態」という場合、その実施形態に記載された特徴をもつ別の実施形態が存在することを除外するものではない。
【００１２】
以下で詳しく説明する通り、、タービンエンジンの性能を向上させ、排出量を低減するため、空気流整流器及び関連構造の様々な実施形態を用いることができる。例えば、開示した空気流整流器をガスタービン燃焼器のヘッドエンド領域に配置すれば、空気流整流器によって１以上の燃料ノズルへの空気流の分布及び均一性を改善することができる。空気流整流器は、複数の燃料ノズル間（２以上の燃料ノズルが存在する場合）での空気流の均一性を改善するとともに、各燃料ノズル（例えば、各燃料ノズルの周囲の空気流整流器）に入る空気流の均一性も改善するように構成される。
【００１３】
例えば、空気流整流器の実施形態は有孔転向羽根を含んでいてもよく、有孔転向羽根は、燃焼器の長手軸に沿って直径が変化する環状構造体である。具体的には、有孔転向羽根は凸状でも凹状でもよく、有孔転向羽根は、燃焼器の長手軸に沿って空気流を軸方向及び半径方向内側及び外側に向けるように構成される。半径方向及び軸方向を含めた複数の方向に空気を向けることによって、有孔転向羽根は、大規模な流動構造を小さな流動構造へと分解し、もって燃焼器のヘッドエンドの空気室内で均衡した空気質量流を生じるように構成される。
【００１４】
別の実施形態では、有孔転向羽根は円錐形でも環状の幾何形状でもよく、空気流を空気室内で軸方向及び半径方向に向けるように構成してもよい。さらに、有孔転向羽根は有孔円筒又は壁に連結してもよく、有孔円筒又は壁は空気を半径方向に向けるように構成された環状構造であってもよい。有孔環状壁又は円筒を、有孔転向羽根と共に用いると、空気室内の流動構造を壊して、空気室内の１以上の燃料ノズルに一様に均衡して空気を分配することができる。
【００１５】
したがって、１以上の燃料ノズルへの空気の改善・均衡した流れによって、燃焼器内での空気と燃料の混合の予測性を高めることができ、性能が改善される。さらに、有孔転向羽根環状部材を含む有孔空気流整流器は、燃料ノズルに入る空気流を均一化して個々の燃料ノズルへの流れを改善できる。有孔転向羽根環状部材を含む有孔空気流整流器は、ヘッドエンドの空気室に分配される空気を均一化し均衡させることができ、複数の燃料ノズル間での吸気量の一様な分布が確保される。こうして、燃料ノズル間での空気の均一な分布によって燃焼性能が向上し、もって排出量が低減するとともにシステム効率が向上する。
【００１６】
次いで図面のうち、まず図１を参照すると、タービンシステム１０の実施形態のブロック図が示してある。以下で詳しく説明する通り、開示したタービンシステム１０では、空気流整流器を用いて、タービンシステム１０の性能を改善するとともに排出量を低減することができる。タービンシステム１０は、液体又はガス燃料（例えば天然ガス及び／又は水素リッチ合成ガス）を用いて、タービンシステム１０を運転し得る。図に示すように、複数の燃料ノズル１２で、燃料供給１４を取り込んで燃料と空気を混合し、空気燃料混合気を燃焼器１６に分配する。空気燃料混合気は燃焼器１６内の燃焼室で燃焼して、高温加圧排気ガスを生成する。燃焼器１６は排気ガスをタービン１８を通して排気口２０へと送る。排気ガスがタービン１８を通過する際に、ガスが１以上のタービン動翼に作用して、システム１０の軸に沿ってシャフト２２を回転させる。図に示すように、シャフト２２を、タービンシステム１０の様々な構成要素（例えば、圧縮機２４）に接続してもよい。圧縮機２４も動翼を備えており、動翼はシャフト２２に連結してもよい。シャフト２２が回転すると圧縮機２４内の動翼も回転し、その結果、空気取入口２６からの空気が、圧縮機２４を通る間に圧縮されて燃料ノズル１２及び／又は燃焼器１６に入る。シャフト２２は、負荷２８に接続していてもよい。負荷２８は、車両でもよいし、定常負荷（例えば発電所における発電機又は航空機のプロペラなと）でもよい。当然のことながら、負荷２８は、タービンシステム１０の回転出力によってパワー供給することができる任意の好適な装置を含んでいてもよい。
【００１７】
図２に、図１に概略的に示したタービンシステム１０の実施形態の側断面図を示す。タービンシステム１０は、１以上の燃焼器１６の内部に配置された１以上の燃料ノズル１２を備える。動作時には、空気が、空気取入口２６を通ってタービンシステム１０に入る。空気を圧縮機２４において加圧してもよい。圧縮空気を次に、燃焼器１６内でガスと混合して燃焼を図ってもよい。例えば、燃料ノズル１２から燃料空気混合気を燃焼器１６内に、最適な燃焼、排出、燃料消費、及びパワー出力に適した比率で噴射してもよい。燃焼によって高温加圧排気ガスが発生する。高温加圧排気ガスによって次に、タービン１８内の１以上の動翼３０が駆動され、シャフト２２したがって圧縮機２４及び負荷２８が回転する。タービン動翼３０が回転することによってシャフト２２が回転し、その結果、圧縮機２４内の動翼３２が、取入口２６によって受け取られた空気を吸い込んで加圧する。
【００１８】
以下で詳しく説明する通り、タービンシステム１０の実施形態は、燃料ノズル１２に入る空気の流れを改善するために、ある構造及び構成要素を燃焼器１６のヘッドエンド内に備え、その結果、性能が改善されて排出が低下する。例えば、空気流整流器（有孔転向羽根を含む）を、空気室に至る空気流路に配置してもよい。有孔転向羽根によって、空気が、一様で均衡した方法で送られて、燃料ノズル１２に入る空気の分布が改善され、その結果、燃料空気混合気比率が改善されて、その比率の精度が高まる。
【００１９】
図３は、１以上の燃料ノズル１２を有する燃焼器１６の実施形態の側断面図である。燃料ノズル１２は、ヘッドエンド領域３４から圧縮空気を吸い込むように配置してもよい。端部カバー３６が、燃料及び／又は加圧ガスを燃料ノズル１２に送る導管又は経路を備えていてもよい。圧縮機２４からの圧縮空気３８が、燃焼器１６に、燃焼器流れスリーブ４２と燃焼器ライナ４４との間に形成された環状通路４０を通って流れ込む。圧縮空気３８はヘッドエンド領域３４に流れ込む。ヘッドエンド領域３４には、複数の燃料ノズル１２が含まれている。特に、ある実施形態では、ヘッドエンド領域３４は、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６を通って延在する中央の燃料ノズル１２と、中央の長手軸４６の周りに配置された複数の外部燃料ノズル１２とを備えていてもよい。しかし他の実施形態では、ヘッドエンド領域３４は、中央の長手軸４６を通って延在する１つの燃料ノズル１２のみを備えていてもよい。ヘッドエンド領域３４内の燃料ノズル１２の特定の構成は、特定の設計間で変わってもよい。
【００２０】
しかし一般的に、ヘッドエンド領域３４に流れ込む圧縮空気３８は、燃料ノズル１２に、吸気口穿孔４８を有するノズル吸気流整流器を通って流れ込んでもよい。吸気口穿孔４８は燃料ノズル１２の外部の円筒壁に配置してもよい。以下でより詳しく説明する通り、空気流整流器５０があると、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に送られたときに、圧縮空気３８の大規模な流動構造（例えば、単一の環状噴流）を小さな流動構造へと壊すことがある。さらに、空気流整流器５０は、空気流を、異なる燃料ノズル１２間での空気流分布の均一性が高まる仕方で案内するか又は送る。その結果、各個々の燃料ノズル１２に入る空気流の均一性も改善される。したがって、圧縮空気３８の分配がより一様になって、ヘッドエンド領域３４内の燃料ノズル１２間で空気取り入れがバランスされることがある。圧縮空気３８は燃料ノズル１２に吸気口穿孔４８を介して入った後に、燃料と混合して、燃焼器ライナ４４の内部容積５２を通って流れる（矢印５４で示す）。空気及び燃料の混合物は燃焼キャビティ５６に流れこむ。燃焼キャビティ５６は燃焼ゾーンとして機能してもよい。燃焼キャビティ５６から出た加熱された燃焼ガスが、タービンノズル５８に流れ込み（矢印６０で示す）、そこで燃焼ガスがタービン１８に送出される。
【００２１】
図４は、図３の線４−４で囲まれたヘッドエンド領域３４の実施形態の側断面図である。図に示すように、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に入ってもよく、方向を変えて燃料ノズル１２の吸気口穿孔４８に入ってもよい（矢印６２で示す）。前述したように、燃料ノズル１２内では、圧縮空気３８を燃料及び／又は加圧ガス６４と混合してもよい。燃料及び／又は加圧ガス６４は、燃料ノズル１２に、端部カバー３６を通る導管及びバルブを通して導入される。空気／燃料混合気６６を次に、ヘッドエンド領域３４から燃焼器ライナ４４の内部容積５２（図３に示す）に送ってもよい。
【００２２】
図４に示すように、燃料ノズル１２に入る前に、ヘッドエンド領域３４に流れ込む圧縮空気３８は空気流整流器５０を通ってもよい。空気流整流器５０は、ヘッドエンド領域３４内の空気室６８に配置されている。空気室６８は、空気流ダンプ領域又は空気流反転領域と記述してもよい。なぜならば、空気流が、より大きな体積の中に拡がるとともに、方向を上流流れ方向から下流流れ方向へと反転させるからである。前述したように、圧縮空気３８が燃料ノズル１２に入る均一性を高めることを確実にすることによって、空気流整流器５０による燃焼器１６の性能の改善が行なわれることがある。特に、空気流整流器５０によって、燃料ノズル１２間で圧縮空気３８が均一に分配されるとともに、個々のノズル断面に渡って圧縮空気３８が均一に分配される。言い換えれば、空気流整流器５０は、燃料ノズル１２の吸気口穿孔４８の中に圧縮空気３８の流れを均一に供給して、複数の燃料ノズル１２間で圧縮空気３８の流れを均一に分配するように、構成されている。具体的には、空気流整流器５０は、圧縮空気３８の流れを、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に対して軸方向及び半径方向に向けるように構成されている。  図に示すように、空気流整流器５０は、圧縮空気３８流れを高めることに寄与する２つの主な特徴を備えていてもよい。特に、空気流整流器５０は、圧縮空気３８を空気室６８の中央部に向かって転向させるように構成された有孔転向羽根７０を備えていてもよい。具体的には、有孔転向羽根７０は、圧縮空気３８の方向を燃料ノズル１２の吸気口穿孔４８の方へゆるやかに変えてもよい。例えば、有孔転向羽根７０のある実施形態は一般的に、空気流の方向を、１以上の角度の付いた構造又は湾曲形構造を用いて変える。これらの構造の角度は少なくとも、長手軸に対して０、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、又は８０度より大きくてもよい。有孔転向羽根７０は、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６の周りに配置された有孔環状壁７２を備えていてもよい。有孔環状壁７２は、中央の長手軸４６に沿って直径が変わってもよい。例えば、図４に示すように、有孔環状壁７２は、中央の長手軸４６に沿って燃焼器端部７４からヘッドエンド７６へと直径が徐々に小さくなってもよい。ある実施形態では、有孔環状壁７２は、中央の長手軸４６に沿って直線的に収束又は発散する複数の円錐壁を備えていてもよい。例えば、図４に示すように、有孔環状壁７２は、第１の有孔環状壁７８と、第１の有孔環状壁７８が接続される第２の有孔壁８０とを備えていてもよい。図に示すように、第１の有孔環状壁７８は中央の長手軸４６に向かって徐々に収束しているだけであり、一方で、第２の有孔壁８０は中央の長手軸４６に向かってより急激に集束している。実際、以下でより詳しく説明する通り、有孔環状壁７２は、燃料ノズル１２に向かう圧縮空気３８の流れを高めることがある様々な構成及び配置を備えていてもよい。
ある実施形態では、有孔環状壁７２に加えて、空気流整流器５０は、有孔円筒８２を備えていてもよい。本質的に、有孔円筒８２は、有孔環状壁７２に接続しヘッドエンド領域３４の燃焼器端部７４に向かって後方に延在する空気流整流器５０の内部有孔環状壁であってもよい。図４に示すように、有孔円筒８２は、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６の周りに配置された有孔円筒壁を構成してもよい。有孔円筒８２は、中央の長手軸４６に沿って直径が略一定であってもよい。特に、ある実施形態では、有孔円筒８２及び有孔環状壁７２は互いに略同心であってもよい。一般的に、有孔円筒８２は、圧縮空気３８の方向を燃料ノズル１２の方に最適な方法で変える際に、有孔環状壁７２を補ってもよい。
【００２３】
図５は、ヘッドエンド領域３４の実施形態の別の側断面図である。前述したように、圧縮空気３８はヘッドエンド領域３４に入って空気流整流器５０に渡って流れてもよい。図５に示すように、ある実施形態では、空気流整流器５０は有孔転向羽根７０のみを備えていてもよい。圧縮空気３８が空気流整流器５０に渡って流れるときに、圧縮空気３８を、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に対して軸方向８４及び半径方向８６の両方に送ってもよい。一般的に、軸方向８４に送られた圧縮空気３８は、ヘッドエンド領域３４の半径方向の周囲に沿った燃料ノズル１２に向かって集中し、一方で、半径方向８６に送られた圧縮空気３８は、中央の長手軸４６の近くに配置された燃料ノズル１２に向かってより分散される。こうして圧縮空気３８が燃料ノズル１２間でより一様に分配される場合があり、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に入る近くで燃料ノズル１２に向かって集中するのとは対照的である。例えば、矢印８８は、ヘッドエンド領域３４において複数の燃料ノズル１２間でより一様に分配された圧縮空気３８を例示している。ある実施形態では、有孔転向羽根７０を燃料ノズル、整流器などの特定の配置に合わせて調整してもよい。例えば、有孔転向羽根７０の調整を、有孔転向羽根７０の角度、幾何形状、及び長さを調整する一方で穿孔の数、サイズ、及び分布も調整することによって行なってもよい。
【００２４】
図６は、図５の線分６−６に沿って見たヘッドエンド領域３４の例示的実施形態の正面断面図であり、燃料ノズル１２間で圧縮空気３８の半径方向に均一な分布を示す。ヘッドエンド領域３４は複数の燃料ノズル１２を備えていてもよい。特に、ある実施形態では、ヘッドエンド領域３４は、１つの中心に配置された燃料ノズル９０と、中心に配置された燃料ノズル９０の周りに半径方向に配置された複数の燃料ノズル９２、９４、９６、９８、及び１００とを備えていてもよい。前述したように、空気流整流器５０は、圧縮空気３８が燃料ノズル９０、９２、９４、９６、９８、及び１００間で均一に分散されるとともに各個々の燃料ノズルの周りに均一に分散されるのを確実にするのに役立つことがある。例えば、中心に配置された燃料ノズル９０に対する空気速度ベクトル１０２と、半径方向に配置された燃料ノズル９２、９４、９６、９８、及び１００に対する空気速度ベクトル１０４、１０６、１０８、１１０、及び１１２とを示して、圧縮空気３８が空気流整流器５０によってどのように均一に分散され得るかを示す。図に示すように、空気速度ベクトル１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、及び１１２の大きさは、燃料ノズル９０、９２、９４、９６、９８、及び１００のすべてに対して実質的に同様であってもよい。言い換えれば、空気速度は、燃料ノズル９０、９２、９４、９６、９８、及び１００のそれぞれの中へと実質的に同じであってもよい。
【００２５】
場合によっては、空気流整流器５０を用いないと、外部燃料ノズル９２、９４、９６、９８、及び１００の付近における高速度によって、外部燃料ノズル９２、９４、９６、９８、及び１００の空気が不足し、一方で、中心に配置された燃料ノズル９０に過剰に供給される傾向となることがある。空気流整流器５０によって、外部燃料ノズル９２、９４、９６、９８、及び１００の付近における接線方向の速度が減少し、その結果、外部燃料ノズル９２、９４、９６、９８、及び１００の周りの静的な圧力が増加して、空気のより均一な分布が可能になる。
【００２６】
また、空気流整流器５０を用いた場合、各個々の燃料ノズル９０、９２、９４、９６、９８、及び１００に対して、空気速度ベクトル１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、及び１１２の大きさは、特定の燃料ノズル９０、９２、９４、９６、９８、及び１００の円周に沿って実質的に同様となることがある。例えば、半径方向に配置された燃料ノズル９２の円周に沿った空気速度ベクトル１０４のそれぞれの大きさは、実質的に同じとなることがある。これは、やはり、少なくとも部分的には、空気流整流器５０によって、本来は行なわれ得ない仕方で圧縮空気３８を均一に分配できるということに起因している。
【００２７】
さらに、図７は、図６の燃料ノズルの１つ（例えば、９２）の例示的実施形態の矢視７−７部分側断面図であり、圧縮空気３８の軸方向に均一な分布を示す。特に、燃料ノズル９２に対して、空気速度ベクトル１１４、１１６、１１８、及び１２０が、燃料ノズル９２の長さに沿った複数の軸方向位置に例示されている。特に、空気速度ベクトル１１４は燃料ノズル９２のヘッドエンド１２２付近であってもよく、空気速度ベクトル１２０は燃料ノズル９２の燃焼器端部１２４付近であってもよい。言い換えれば、空気速度ベクトル１２０の方が、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に入る場所に近くてもよい一方で、空気速度ベクトル１１４の方が、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に入る場所から遠くてもよい。
【００２８】
図７に示すように、空気速度ベクトル１１４、１１６、１１８、及び１２０の大きさはすべて、実質的に同様なことがある。言い換えれば、空気速度は、対応する軸方向位置のそれぞれにおいて実質的に同じであることがある。これは、燃料ノズル９２に対して、圧縮空気３８がどのように軸方向により均一に分散され得るかを例示している。
【００２９】
次に図５に戻って、ヘッドエンド領域３４の空気室６８を仕切板１２６（別の状況では「キャップ」として知られる）によって燃焼器１６から分離してもよい。図８は、仕切板１２６及び空気流整流器５０の例示的実施形態の斜視図である。図８に示すように、仕切板１２６は、燃料ノズル１２を収容して支持するための複数の開口部１２８を備えていてもよい。特に、開口部１２８は、燃料ノズル１２の外部の円筒壁に対して封止を形成するように構成してもよい。ある実施形態では、図に示すように、空気流整流器５０に付随する有孔円筒８２が仕切板１２６に接続していてもよい。さらに、ある実施形態では、燃料ノズル１２を副仕切板１３２の開口部１３０間に配置して、ヘッドエンド領域３４の空気室６８を燃焼器１６からさらに隔離してもよい。ある実施形態では、仕切板１２６、１３２間のスペースに予混合アセンブリを配置してもよい。
【００３０】
前述したように、空気流整流器５０の有孔転向羽根７０によって、ヘッドエンド領域３４の燃料ノズル１２間において圧縮空気３８の均一な分布が可能になることがある。図８に示すように、有孔転向羽根７０は、軸４６の周りの周方向において断面が実質的に一定である円環形状を備えていてもよい。しかし、環状の有孔転向羽根７０の特定の断面プロファイルは変わってもよい。例えば、穿孔の幾何形状、分布、及び穿孔のサイズは、軸４６に対して軸方向、半径方向、及び／又は周方向において一定でも可変でもよい。例示した実施形態では、有孔環状壁７２上の穿孔７３は、有孔円筒８２上の穿孔８３よりも、サイズが小さく、より密接に互いに詰められている。さらに、穿孔７３は直径が一定であり、一方で、穿孔８３は上流方向に直径が小さくなっている。穿孔の幾何形状、分布、及び穿孔のサイズの他の様々な組み合わせも実施してよい。
【００３１】
図９Ａ〜９Ｈは、空気流整流器５０の有孔転向羽根７０の例示的実施形態の部分断面プロファイル図である。図９Ａに、図３及び図４に示す空気流整流器５０に対応する有孔転向羽根７０の部分断面プロファイルを示す。具体的には、例示した有孔転向羽根７０は、第１の有孔環状壁７８と、第１の有孔環状壁７８が接続される第２の有孔環状壁８０とを備える。例示した実施形態では、第１の有孔環状壁７８はヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に向かって徐々に集束しているだけであり、一方で、第２の有孔壁８０は中央の長手軸４６に向かってより急激に収束している。しかし一般的に、有孔転向羽根７０の例示した実施形態が備える断面プロファイルは、２つの直線的に収束する有孔壁部分７８、８０を備えるものである。例示した実施形態では、第１の有孔環状壁７８の前縁１３４はヘッドエンド領域３４の外壁１３６の内面に接続していてもよい。しかし、図９Ｂに示すように、第１の有孔環状壁７８の前縁１３４はヘッドエンド領域３４の外壁１３６に接続していなくてもよい。さらに、ある実施形態では、第１の有孔環状壁７８の前縁１３４を、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に流れ込むときに通る環状通路４０内の半径方向中心に置いてもよい。この結果、有孔転向羽根７０の周りの空気流に対して環状の間隙が形成されてもよい。
【００３２】
図９Ｃに、図５及び図８に示す空気流整流器５０と一致する有孔転向羽根７０の部分断面プロファイルを示す。具体的には、例示した有孔転向羽根７０は、湾曲形有孔環状壁１３８を備える。例示した実施形態では、湾曲形有孔環状壁１３８は、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に向かう凹面形状である。しかし他の実施形態では、その代わりに、湾曲形有孔環状壁１３８はわずかに凸面であってもよい。さらに、ある実施形態では、有孔転向羽根７０は、様々な程度の湾曲（例えば、Ｃ形状、Ｕ形状、Ｊ形状、Ｓ形状など）を伴う複数の壁部分を備えていてもよい。例示した実施形態では、湾曲形有孔環状壁１３８の前縁１４０はヘッドエンド領域３４の外壁１３６に接続していてもよい。しかし、図９Ｄに示すように、湾曲形有孔環状壁１３８の前縁１４０はヘッドエンド領域３４の外壁１３６に接続していなくてもよい。さらに、ある実施形態では、湾曲形有孔環状壁１３８の前縁１４０を、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に流れ込むときに通る環状通路４０内の半径方向中心に置いてもよい。この場合もやはり、これによって、有孔転向羽根７０の周りの空気流に対して環状の間隙が形成されることがある。
【００３３】
しかし、これらの直線及び曲線断面は、有孔転向羽根７０に対して用いてもよい断面のタイプの一部でしかない。さらに、より複雑な形状を用いてもよい。例えば、図９Ｅに、Ｌ字形有孔転向羽根７０に対する部分断面プロファイルを示す。図に示すように、有孔転向羽根７０は、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に向かって直線的に収束する第１の有孔壁１４２と、第１の有孔壁１４２に接続され、やはり中央の長手軸４６に向かって直線的に収束する第２の有孔壁１４４とを備えていてもよい。しかし第２の有孔壁１４４は、仕切板１２６に向かって後方を向き、第１の有孔壁１４２と第２の有孔壁１４４との間でＬ字形部分を形成している。ある実施形態では、第１の有孔壁１４２と第２の有孔壁１４４との間の形状は略三角形であってもよいが、第１及び第２の有孔壁１４２、１４４は完全に直線でなくてもよい。むしろ、第１及び第２の有孔壁１４２、１４４は曲線であるがそれでも両者の間に略三角形が形成されている状態であってもよい。図９Ａ〜９Ｄに関して前述したように、有孔転向羽根７０の前縁１４６は、ヘッドエンド領域３４の外壁１３６に接続していてもよいし接続されていなくてもよい。
【００３４】
図９Ｆに、フック形有孔転向羽根７０に対する部分断面プロファイルを示す。図に示すように、有孔転向羽根７０は、ヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に向かって直線的に収束する第１の有孔壁１４８と、第１の有孔壁１４８に接続され、やはり中央の長手軸４６に向かって直線的に収束する第２の有孔壁１５０とを備えていてもよい。しかし第２の有孔壁１５０は、仕切板１２６に向かって後方を向いている。さらに、空気流整流器５０は、第３の有孔壁１５２を備えていてもよい。第３の有孔壁１５２は、第２の有孔壁１５０に接続しているが、中央の長手軸４６から離れるように発散する一方で、ヘッドエンド領域３４の外壁１３６に向かって後方を向き、第１の有孔壁１４８と第２の有孔壁１５０と第３の有孔壁１５２との間にフック形部分を形成している。ある実施形態では、第１の有孔壁１４８と第２の有孔壁１５０と第３の有孔壁１５２との間の形状は略矩形であってもよいが、第１、第２、及び第３の有孔壁１４８、１５０、１５２は完全に直線になっていなくてもよい。むしろ、第１、第２、及び第３の有孔壁１４８、１５０、１５２は曲線であるがそれでもそれらの間に略矩形形状が形成されている状態であってもよい。この場合もやはり、図９Ａ〜９Ｄに関して前述したように、有孔転向羽根７０の前縁１５４は、ヘッドエンド領域３４の外壁１３６に接続していてもよいし接続されていなくてもよい。
【００３５】
図９Ｇ及び９Ｈに、有孔転向羽根７０に対するある程度同様の他の２つの部分断面プロファイルを示す。例えば、図９Ｇに示すのは、３／４トーラス１５８を伴う有孔壁１５６を備える有孔転向羽根７０の部分断面プロファイルである。さらに、他の量の湾曲（例えば、一周の少なくとも５０、６０、７０、８０、又は９０％）の有孔壁１５６を用いてもよい。こうして有孔壁１５６は、略環状の仕方でそれ自体に向かって後方に丸くなっている。同様に、図９Ｈに、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に流れ込むときに通る環状通路４０に向かって後方を向く湾曲形後縁１６２を伴う有孔壁１６０を備える有孔転向羽根７０の部分断面プロファイルを示す。これらの実施形態のそれぞれに対して、有孔転向羽根７０の断面プロファイルの特定の形状は変わってもよい。しかし一般的に、実施形態は、湾曲形有孔壁の後縁が環状通路４０に向かって後方を向く有孔転向羽根７０の断面プロファイルを備える。この場合もやはり、図９Ａ〜９Ｄに関して前述したように、図９Ｇ及び９Ｈに示す有孔転向羽根７０の前縁１６４、１６６は、ヘッドエンド領域３４の外壁１３６に接続していてもよいし接続されていなくてもよい。
【００３６】
図９Ｅ〜９Ｈに示す有孔転向羽根７０の実施形態のそれぞれは、圧縮空気３８の流れがヘッドエンド領域３４の空気室６８に入ることをある程度まで直接妨げることがある後縁の特定の特徴を共有している。例えば、図１０は、有孔転向羽根７０の例示的実施形態の一部の斜視図である。具体的には、図１０に示す有孔転向羽根７０は図９Ｈの有孔転向羽根７０であり、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４に流れ込むときに通る環状通路４０に向かって後方を向く湾曲形後縁１６２を備えるものである。圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４の空気室６８に入るときに、湾曲形後縁１６２によって圧縮空気３８の流れが実質的に妨げられることがある。これをある程度軽減するために、後縁１６２は「城構え」又は「ジグザグ形」の設計を備えていてもよい。この設計は、後縁１６２において切り取り部分１６８を含んでいる。ある実施形態では、切り取り部分１６８は矩形であってもよいが、他の切り取り部分形状（例えば、三角形、円形など）を用いてもよい。切り取り部分１６８によって、圧縮空気３８の完全速度が後縁１６２において発生することが防止されることがある。
【００３７】
逆に、図９Ａ〜９Ｈに記載された有孔転向羽根７０のある実施形態は、圧縮空気３８の流れがヘッドエンド領域３４の空気室６８に入ることをある程度まで直接妨げる後縁を備えてはいない。例えば、図９Ａ〜９Ｄに示す有孔転向羽根７０の実施形態は、圧縮空気３８を空気室６８により徐々に送り直す断面プロファイルを備えている。こうして図９Ａ〜９Ｄに示す実施形態は、ある実施形態では、有孔壁の代わりに一枚壁を用いてもよい。一枚壁を用いると、圧縮空気３８を案内羽根７０の壁を通して送ることができないことがあるが、一枚壁によってやはり、圧縮空気３８がヘッドエンド領域３４の中央の長手軸４６に向かって送り直されるため、燃料ノズル１２に対する空気分布の均一化を促進する。また、穿孔を用いる実施形態では、穿孔のサイズ、数、及び分布を変えてもよい。
【００３８】
本明細書に記載した空気流整流器５０の実施形態は、多くの方法で有益なことがある。特に、空気流整流器５０によって燃料ノズル１２間で圧縮空気３８のより均一な分布が形成されるため、同様に、均一な静圧場が燃料ノズル１２の空気入口の周りに存在する。さらに、均一な静圧によって、すべての燃料ノズル１２を通る均衡した空気質量流が可能になり、その結果、空気及び燃料の混合の均一化を促進する。さらに、各燃料ノズル１２は実質的に同様の量の空気流を受けるため、単一の燃料ノズル１２の設計を用いてもよく、その結果、ハードウェア又は初期コスト費用が下がる。さらに、空気及び燃料の混合がより一定になるため、排出が改善されることがある。他の利益として、燃料ノズル１２における空気プロファイルがより均一であることを挙げてもよい。この結果、燃料ノズル１２の保炎性能をより良好にすることができる。特に、燃料ノズル１２における空気プロファイルがより均一であるために、速度が低下したゾーンが生じる可能性は低い。このようなゾーンがあると、火炎が燃料ノズル１２の内部に固定されてハードウェアを破壊する可能性がある。
【００３９】
本明細書の説明では、例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示するとともに、当業者も本発明を実施できるように、例えば任意の装置又はシステムを作り及び用いること、並びに取り入れられた任意の方法を行なうことができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されるとともに、当業者に想起される他の例を含んでもよい。このような他の例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有するか、又は請求項の文字通りの言葉使いとの差が非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【図１】
2010261706.tif 000003
【図２】
2010261706.tif 000004
【図３】
2010261706.tif 000005
【図４】
2010261706.tif 000006
【図５】
2010261706.tif 000007
【図６】
2010261706.tif 000008
【図７】
2010261706.tif 000009
【図８】
2010261706.tif 000010
【図９Ａ】
2010261706.tif 000011
【図９Ｂ】
2010261706.tif 000012
【図９Ｃ】
2010261706.tif 000013
【図９Ｄ】
2010261706.tif 000014
【図９Ｅ】
2010261706.tif 000015
【図９Ｆ】
2010261706.tif 000016
【図９Ｇ】
2010261706.tif 000017
【図９Ｈ】
2010261706.tif 000018
【図１０】
2010261706.tif 000019