(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼器用の燃料ノズルの構造及び作動を開示する。【解決手段】本燃料ノズルは、保炎防止を行い、またより具体的には、保炎からの非破壊保護を行うようなノズルを構成する。本ノズルは、燃料通路（３７５）を形成するチューブ（３７０）（３６０）間に熱膨張差を生じさせて、保炎状態時に燃料の非破壊放出が可能になる。保炎状態が消滅すると、ノズルは、正常作動状態に復帰する。【選択図】      図３
2010271036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用の燃料ノズル（１００）であって、当該燃料ノズルが、
外面を形成し、軸方向を定めかつ先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）もまた有するノズル本体（１０５）と、
前記ノズル本体（１０５）内で軸方向に延びかつ内側通路（３５５、４５５、５５５、６５５）を形成した内側チューブ（３５０、４５０、５５０、６５０）と、
前記ノズル本体（１０５）内で軸方向に延び、前記内側チューブ（３５０、４５０、５５０、６５０）と同心に配置されると共に該内側チューブ（３５０、４５０、５５０、６５０）から半径方向に間隔を置いて配置されかつ該内側チューブ（３５０、４５０、５５０、６５０）との間に中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）を形成した中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）と、
前記ノズル本体（１０５）内で軸方向に延び、前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）と同心に配置されると共に該中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）から半径方向に間隔を置いて配置されかつ該中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）との間に外側通路（３７５、４７５、５７５、６７５）を形成した外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）と、
前記ノズル本体（１０５）の先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）に取付けられかつ前記外側通路（３７５、４７５、５７５、６７５）に連結された第１のポート（３４１、４４１、５４１、６４１）を形成したプラグ（３９５、４９５、５９５、６９５）と
を備えており、
前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）が、前記外面に連結された第２のポート（３４４、４４４、５４４、６４４）を形成し、
前記第２のポート（３４４、４４４、５４４、６４４）が、前記第１のポート（３４１、４４１、５４１、６４１）に近接した位置において前記ノズル本体の先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）の近くに設置されて、正常状態時には該第１のポート（３４１、４４１、５４１、６４１）が前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）によって閉鎖されるが、保炎状態時には前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）が前記プラグ（３９５、４９５、５９５、６９５）に対して摺動して該第２のポート（３４４、４４４、５４４、６４４）を該第１のポート（３４１、４４１、５４１、６４１）と連結し、それによって前記外側通路（３７５、４７５、５７５、６７５）を前記ノズル本体（１０５）の外面に連結する、
燃料ノズル（１００）。
【請求項２】
前記プラグ（３９５、４９５、５９５、６９５）が、前記ノズル本体（１０５）の先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）の近くに設置された第３のポート（３６６、４６６、５６６、６６６）をさらに形成し、
前記第３のポート（３６６、４６６、５６６、６６６）が、前記中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）に連結されて、該中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）を前記ノズル本体（１０５）の外面に通気する、
請求項１記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項３】
前記プラグ（３９５、４９５、５９５、６９５）が、前記ノズル本体（１０５）の先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）の近くに設置された第３のポート（３６６、４６６、５６６、６６６）をさらに形成し、
前記第３のポート（３６６、４６６、５６６、６６６）が、前記中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）に連結されかつ前記燃料ノズル本体（１０５）の軸方向に対して傾斜して配置され、
前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）が、前記ノズル本体（１０５）の先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）の近くに設置された第４のポート（５７７、６７７）をさらに形成し、
前記第４のポート（５７７、６７７）が、前記第３のポート（３６６、４６６、５６６、６６６）に連結されて、前記中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）を前記ノズル本体（１０５）の外面に通気する、
請求項１又は請求項２記載の燃料ノズル。
【請求項４】
前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）が、前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）よりも大きい熱膨張率を有する、請求項１又は請求項２記載の燃料ノズル。
【請求項５】
前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）が、前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）に比較して薄い壁厚さを有する、請求項１又は請求項２記載の燃料ノズル。
【請求項６】
外面及び先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）を形成したノズル本体（１０５）と、前記ノズル本体（１０５）内で軸方向に延びかつ内側通路（３５５、４５５、５５５、６５５）を形成した内側チューブ（３５０、４５０、５５０、６５０）と、前記ノズル本体（１０５）内で軸方向に延びかつ前記内側チューブ（３５０、４５０、５５０、６５０）と共に中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）を形成した中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）と、前記ノズル本体（１０５）内で軸方向に延びかつ前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）と共に外側通路（３７５、４７５、５７５、６７５）を形成した外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）とを備えたガスタービンの燃料ノズル（１００）を保炎状態時に保護する方法であって、
前記外側通路（３７５、４７５、５７５、６７５）内に燃料を供給するステップと、
前記中間通路（３６５、４６５、５６５、６６５）にカーテン空気又はパージ空気を供給するステップと、
保炎状態時に前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）を前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）に対して軸方向に沿って摺動させて、前記先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）の近くの前記ノズル本体（１０５）の外面に前記燃料の少なくとも一部を放出するステップと、
前記保炎状態を消滅させるステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記保炎状態を消滅させた後に前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）をその元の位置に復帰させるステップをさらに含む、請求項６記載のガスタービンの燃料ノズル（１００）を保護する方法。
【請求項８】
正常作動時に前記先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）の近くの前記ノズル本体（１０５）の外面に前記外側通路（３７５、４７５、５７５、６７５）から燃料を漏洩させると同時に前記ノズル（１００）の先端部分（３１５、４１５、５１５、６１５）からカーテン空気又はパージ空気を放出させるステップをさらに含む、請求項６又は請求項７記載のガスタービンの燃料ノズル（１００）を保護する方法。
【請求項９】
前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）を摺動させるステップが、該外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）を前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）よりも高い温度に加熱して、該中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）に比較して該外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）のより大きい軸方向熱膨張を生じさせるステップを含む、請求項６又は請求項７記載のガスタービンの燃料ノズル（１００）を保護する方法。
【請求項１０】
前記中間チューブ（３６０、４６０、５６０、６６０）に使用する材料よりも大きい熱膨張率を有する材料を前記外側チューブ（３７０、４７０、５７０、６７０）の製作のために選択するステップをさらに含む、請求項６又は請求項７記載のガスタービンの燃料ノズル（１００）を保護する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、総括的には保炎防止を行うガスタービン燃焼器における燃料ノズルの構造及び作動に関し、より具体的には、保炎からの非破壊保護を行うそのような燃料ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術として、ガスタービン燃焼器は基本的に、大量の燃料及び空気を混合しかつ得られた混合気を燃焼させるために使用する装置である。一般的に、ガスタービン圧縮機は吸入空気を加圧し、この加圧吸入空気は次に、該加圧吸入空気が燃焼器を冷却しかつさらに燃焼プロセスに空気を供給するために使用されるように、燃焼器に向かって方向転換させるか又は逆流させる。本発明の出願人は、その高出力ガスタービンにおいて複数の燃焼チャンバ組立体を利用して、信頼性がありかつ効率的なタービン運転を実現している。各燃焼チャンバ組立体は、円筒形燃焼器と、燃料噴射システムと、燃焼器からの高温ガスの流れをタービンセクションの入口に導くトランジションピースとを含む。本燃料ノズル設計を利用しようとしているガスタービンは、タービンロータ軸線の周りに円形アレイの形態で配置された６個、１０個、１４個又は１８個の燃焼器を備えることができる。
【０００３】
ガスタービンの排気ガス中のＮＯｘの量を低減する目的で、燃焼火炎に供給する前に空気及び燃料を実質的に予混合して火炎の温度が従来型の拡散火炎に比較して低くなるようにした燃料ノズルが、開発されてきている。これらの予混合燃料ノズルの正常な作動には、火炎が予混合チャンバ内に形成されないようにする必要がある。さらに、予混合燃料ノズルは、例えばガスタービンにおける突然の過渡又は燃料供給条件における瞬間的変化による一時的不調状態に起因して予混合チャンバ内に偶然に発生する可能性がある火炎を放出かつ消滅させることができるように設計される。
【０００４】
一般的に、予混合チャンバは、燃焼チャンバ内で生じる高温度に耐えるようには設計されていない。しかしながら、火炎が燃焼チャンバから予混合チャンバ内に「逆火」して該予混合チャンバ内で火炎が燃焼し続けることになる−保炎と呼ばれる状態を生じるように燃焼器が誤って作動するおそがある点で、問題が存在する。保炎を生じるおそれがある別の問題は、通常は天然ガス燃料に対応するように設計された予混合ゾーンを有するガスタービンに対して水素又はより高次元炭化水素を適用した場合である。これらの成分の存在は、メタンよりも早い火炎速度を引き起こし、またメタンで作動するように設計された予混合ゾーンの標準熱力学では逆火の発生可能性が一層高くなりかつ保炎の消滅が一層困難となる環境を形成する。何れの場合でも、逆火及び保炎は各々、燃焼による燃焼器構成要素への重大な損傷並びに燃焼した燃焼器パッドが遊離しかつタービンセクションを通って流れる時におけるタービンの高温ガス通路への損傷を引き起こすおそれがある。
【０００５】
米国特許第５６８５１３９号には、ノズルの吐出端部の近くのフューズ領域を使用して逆火に対処する予混合ノズルが説明されている。燃焼逆火が発生した場合に、これらのフューズ領域は、火炎がノズルの半径方向燃料噴射器に付着した時に生じる高温度に起因して溶落ちる。この溶落ちにより、燃料が半径方向燃料噴射器を実質的にバイパスし、それによって保炎現象を終わらせることが可能になる。破壊フューズ領域のために燃焼器内に遊離したあらゆる溶融金属は、燃焼器又は高温ガス通路をさらに損傷させずに燃焼チャンバ内で実質的に蒸発することになる。同時に、燃焼器は、補修を行うことができるまで、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードに切替わる。この場合には、タービンはより高いＮＯｘエミッションで作動することになるが、それでもなお、タービンは、燃焼器に対する最少の損傷状態及びタービン自体に対する損傷が全くない状態で十分に作動することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６５３０２０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、保炎防止のための改良型の燃料ノズル構造及び作動を提供する。より具体的には、本発明は、起動した時に保炎を消滅させるように作動しかつ次にノズル又はタービンに対する補修を必要とする損傷がない状態でその元の状態に自動的に復帰するノズルによる保炎からの非破壊保護を提供する。本発明の付加的な態様及び利点は、部分的には以下の説明において明らかにすることができ、或いはそれら説明から自明なものとすることができ、或いは本発明の実施を通して学ぶことができるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの例示的な実施形態では、ガスタービン用の燃料ノズルを提供し、本燃料ノズルは、外面を形成しかつ軸方向を定めたノズル本体を含む。ノズル本体はまた、先端部分を有する。内側チューブが、ノズル本体内で軸方向に延びかつ内側通路を形成する。中間チューブが、ノズル本体内で軸方向に延びる。中間チューブは、内側チューブと同心に配置されると共に該内側チューブから半径方向に間隔を置いて配置されかつ該内側チューブとの間に中間通路を形成する。外側チューブが、ノズル本体内で軸方向に延びる。外側チューブは、中間チューブと同心に配置されると共に該中間チューブから半径方向に間隔を置いて配置されかつ該中間チューブとの間に外側通路を形成する。プラグが、ノズル本体の先端部分に取付けられる。プラグは、外側通路に連結された第１のポートを形成する。
【０００９】
外側チューブはまた、外面に連結された第２のポートを形成する。第２のポートは、第１のポートに近接した位置においてノズル本体の先端部分の近くに設置されて、正常状態時には該第１のポートが外側チューブによって閉鎖されるが、保炎状態時には外側チューブがプラグに対して摺動して該第２のポートを該第１のポートと連結し、それによって外側通路をノズル本体の外面に連結する。従って、外側通路からの燃料は、保炎状態時に非破壊的方式でノズルの外面に放出することができる。
【００１０】
本発明の別の例示的な態様では、ガスタービンの燃料ノズルを保炎状態時に保護する方法を提供する。燃料ノズルは、外面及び先端部分を形成したノズル本体と、ノズル本体内で軸方向に延びかつ内側通路を形成した内側チューブと、ノズル本体内で軸方向に延びかつ内側チューブと共に中間通路を形成した中間チューブと、ノズル本体内で軸方向に延びかつ中間チューブと共に外側通路を形成した外側チューブとを備える。本例示的な方法は、外側通路内に燃料を供給するステップと、中間通路にカーテン空気又はパージ空気を供給するステップと、保炎状態時に外側チューブを中間チューブに対して軸方向に沿って摺動させて、先端部分の近くのノズル本体の外面に燃料の少なくとも一部を放出するステップと、保炎状態を消滅させるステップとを含む。
【００１１】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、以下の説明及び特許請求の範囲を参照することにより一層よく理解されるようになるであろう。本明細書の一部として組入れかつその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示しており、かつ以下の説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
添付の図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスタービン用の公知の燃料ノズルの斜視図。
【図２】図１に示す燃料ノズルの断面図。
【図３】本発明に係る燃料ノズルの先端部分の例示的な実施形態の断面図。
【図４】本発明に係る燃料ノズルの先端部分の別の例示的な実施形態の断面図。
【図５】本発明に係る燃料ノズルの先端部分のさらに別の例示的な実施形態の断面図。
【図６】本発明に係る燃料ノズルの先端部分のさらに別の例示的な実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の説明の目的で示すものであり、本発明を限定する目的で示すものではない。実際に、本発明の技術的範囲又は技術思想から逸脱することなく本発明において様々な修正及び変更を行うことができることは当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示し又は説明した特徴は、他の実施形態で使用してさらに別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変更を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１５】
図１は、公知の燃料ノズル１００の斜視図であり、また図２は、燃料ノズル１００の断面図である。ノズル１００は、後方供給セクション１１０に連結されたノズル本体１０５を含む。ノズル本体の先端部分において、燃料ノズル１００はまた、ノズル先端１１５に前方燃料／空気送給セクションを含む。また、ノズル本体１０５との間に環状通路１２５を形成したカラー１２０が設けられる。この環状通路内には、複数の半径方向燃料噴射器１３５の上流に空気スワーラ１３０が設けられ、半径方向燃料噴射器１３５の各々には、予混合ガスのような燃料を燃焼器の予混合チャンバ内部の通路１２５内に吐出するようになった複数の吐出オリフィス１４５が形成される。
【００１６】
図２を具体的に参照すると、燃料ノズル１００は、ノズル本体１０５内で軸方向に延びかつ内側通路１５５を形成した内側チューブ１５０を含む。内側通路１５５は、例えば燃焼ゾーンに空気を供給することができ又は液体燃料送給カートリッジを受けるように構成することができる。中間チューブ１６０もまた、ノズル本体１０５内で軸方向に延びる。中間チューブ１６０は、内側チューブ１５０の周りに同心状態であるがより大きな直径として配置されて、中間通路１６５を形成する。中間通路１６５は、例えばオリフィス１６６を通して拡散ガス、カーテン空気又はパージ空気の流れを供給する。同様に、外側チューブ１７０は、ノズル本体１０５に沿って軸方向に延びる。外側チューブ１７０は、中間チューブ１６０の周りに同心状態であるがより大きな直径として配置されて、外側通路１７５を形成する。外側通路１７５は、予混合ガスのような燃料の搬送を行なう。燃料ノズル１００の正常（非保炎）作動時には、燃料は、半径方向燃料噴射器１３５内の吐出オリフィス１４５を通して流出させることによって外側通路１７５から強制的に吐出される。
【００１７】
図１及び図２に示すノズルをさらに参照すると、ノズル１００は、ノズル先端１１５に設置されたプラグ１９５を含む。プラグ１９５は、ノズル本体１０５と係合するような寸法にされかつ一般的に接合部１８０においてノズル本体に対して溶接される。プラグ１９５には、中間チューブ１６０の前方端縁部を受けかつこの前方端縁部において溶接又はロウ付けされた内部環状ショルダ部１８５（図２）が形成される。中間通路１６５の前方又は下流端部が閉鎖される部位もまた、ショルダ部１８５又はその近くである。
【００１８】
米国特許第５６８５１３９号に説明されているように、外側通路１７５の前方又は下流部分を形成した長手方向向きの円筒形壁１９０に沿ったプラグ１９５の壁厚さは、ノズル先端１１５の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数のフューズ領域１４０（図２）において薄くなっている。予混合ゾーン内への燃焼逆火が発生した場合には、薄くなった壁１９０によって形成されたフューズ領域１４０の１つ又はそれ以上は、火炎が半径方向燃料噴射器１３５に付着した時にフューズ領域１４０に生じる高温度の結果として溶落ちることになる。この溶落ちにより、燃料が半径方向燃料噴射器１３５を実質的にバイパスしかつ溶落ちた壁領域を通って燃焼ゾーン内に直接流出することが可能になる。幾らかの燃料が半径方向燃料噴射器１３５から流出し続けることができる状態では、燃料流れは、火炎を持続させるには不十分なものとなり、それによって保炎が終わることになる。ノズル１００を含む燃焼器は、フューズ領域１４０に対する補修を行うことができるまで、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードに切替わることになる。
【００１９】
図３〜図６は、本発明に係るノズルで使用することができるノズル先端３１５、４１５、５１５及び６１５の例示的な実施形態を示している。例えば、これらのノズル先端は、燃料ノズル１００で又はノズル先端１１５に代わる別の構造の燃料ノズルで使用することができる。ノズル先端３１５、４１５、５１５及び６１５は、本発明の限定としてではなく実例として示している。
【００２０】
次に図３を参照すると、ノズル先端３１５のプラグ３９５は、燃料を収容している外側通路３７５に連結された第１のポート３４１を形成する。第１のポート３４１は、例えばプラグ３９５の周りに円周方向に設置されかつ該プラグ３９５の半径方向外側表面内に機械加工された環状グルーブ３４３に連結された複数の孔３４２によって形成される。さらに、孔３４２は、燃料ノズル本体１０５の長手方向軸線（すなわち、軸方向）に対して傾斜している。外側チューブ３７０は、ノズル先端３１５の外面（外部）に連結された第２のポート３４４を形成する。図３に示すように、第２のポート３４４は、例えば外側チューブ３７０の壁を貫通して延びかつ該外側チューブ３７０の周辺部の周りに配置された複数の孔又は開口部によって形成される。プラグ３９５は、ノズル先端３１５の外面に、例えば拡散ガス、カーテン空気又はパージ空気の流れを供給する第３のポート３６６を形成する。第３のポート３６６は、例えばプラグ３９５の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の孔によって形成される。
【００２１】
特に、プラグ３９５は、中間チューブ３６０に取付けられかつ内側チューブ３５０に取付けることができる。しかしながら、プラグ３９５は、外側チューブ３７０には取付けられておらず、外側チューブ３７０は、矢印Ａで示すようにプラグ３９５に対して自由に移動又は摺動する。外側チューブ３７０及び中間チューブ３６０は、半径方向燃料噴射器１３５（図１）の上流又はその近くとすることができる位置におけるそれらの上流又は前方端部において互いに固定される。
【００２２】
保炎状態時には、外側チューブ３７０に隣接した予混合ゾーン内における火炎燃焼の熱は、外側チューブ３７０を急速に加熱することになる。例えば、正常作動状態時には、外側チューブ３７０は、約４２５°Ｃの温度に達する可能性がある。保炎状態時には、火炎の温度は約１６５０°Ｃもの高温に達する可能性があるので、外側チューブ３７０は、約８１５°Ｃの温度に達するおそれがある。しかしながら、ノズル先端３１５が正常状態又は保炎状態を受けていても、中間チューブ３６０の温度は、比較的一定にかつ外側通路３７５内の燃料とほぼ同じ温度（例えば、２００°Ｃ）に維持されることになる。
【００２３】
従って、保炎状態時には、外側チューブ３７０は、図３における矢印Ａで示すように軸方向に沿って熱膨張を生じることになるが、中間チューブ３６０は、全く膨張を生じないか又は外側チューブ３７０が生じるよりも遥かに小さい膨張を生じるかのいずれかとなる。プラグ３９５は中間チューブ３６０に固定されているので、この熱膨張差は、外側チューブ３７０を中間チューブ３６０及びプラグ３９５に対して矢印Ａの方向に摺動させることになる。その結果、外側チューブ３７０内の第２のポート３４４が、プラグ３９５内の第１のポート３４１と連結し、それによって外側通路３７５をノズル本体１０５の外面に連結することになる。これで、外側通路３７５内の燃料は、燃料ノズル１００の外面に放出され、それによって通常は外側通路３７５から半径方向燃料噴射器１３５を通り、次に吐出オリフィス１４５（図１）を通って外に向かって流れる燃料の流れを減少させることになる。
【００２４】
第１及び第２のポート３４１及び３４４における有効流れ断面積の寸法は、吐出オリフィス１４５から流れる燃料の減少がノズル本体１０５に隣接した予混合チャンバ内の火炎を衰えさせ、それによって保炎状態を消滅させることになるようなものにされる。例えば、第１及び第２のポート３４１及び３４４が整列した時の有効流れ断面積は、吐出オリフィス１４５の流れ面積と同じ程度の寸法とすることができる。そのようなケースでは、保炎状態時には、吐出オリフィス１４５から流れる燃料の量は、正常作動時に流れる量の約半分となることになる。このような減少は、保炎状態を消滅させるのに充分であるといえる。
【００２５】
その結果として、保炎状態を消滅させると、外側チューブ３７０は、冷却し始めかつその元の寸法及び位置に復帰することになる。より具体的には、外側チューブ３７０が冷却すると、外側チューブ３７０は、矢印Ａで示す方向とは逆の状態で軸方向に沿って摺動することになる。その結果、ノズル先端３１５がその正常な作動状態に復帰すると、第１のポート３４１及び第２のポート３４４は、最終的には連結を断つ（分離する）ことになる。その時、吐出オリフィス１４５への燃料の流れは、その元の作動流れに回復することになる。損傷が発生する前に保炎状態を消滅させるので、今や燃料ノズルは、ノズル先端３１５に対する補修を必要とせずに作動を継続することができ、かつ必要に応じて別の保炎状態に応答することができる。さらに、ノズル先端３１５の場合では、ノズル１００はさらに、一定量の水素又はより高次元炭化水素を含む可能性がある天然ガス燃料で使用することができる。
【００２６】
保炎状態に対するノズル先端３１５の熱応答性を高めるために、外側チューブ３７０の壁厚さは、中間チューブ３６０の壁厚さに比較して薄くすることができる。壁厚さを減少させることにより、外側チューブ３７０が、より急速に加熱され、それによって保炎状態時に矢印Ａの方向により迅速に摺動されることが可能になることになる。変形形態として又はそれに加えて、外側チューブ３７０は、中間チューブ３６０の製作に使用した材料の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料で製作することができる。
【００２７】
前述したように、第２のポート３４４は、外側チューブ３７０の周辺部の周りに配置された複数の開口部又は孔で構成することができる。図４は、第２のポート３４４を形成するのに必要な孔の個数を減少させかつ該孔の直径を増大させるために使用することができる本発明の別の例示的な実施形態を示している。より具体的には、ノズル先端４１５は、先端３１５と同じ方法で製作しかつ作動する。しかしながら、外側チューブ４７０には、該外側チューブ４７０の半径方向内側表面の周りに円周方向に延びた環状グルーブ４４６が設けられる。環状グルーブ４４６は、外側チューブ４７０の周辺部の周りに第３のポート４４４を形成した円周方向に間隔を置いて配置された孔の各々を連結するリザーバとして作用する。環状グルーブ４４３及び４４６間に形成された環状ギャップにより、プラグ４９５に対する外側チューブ４７０の移動によって流れるように開口される面積が、図３に示す設計を用いて実現可能とすることができるよりも大きくなる。従って、環状グルーブ４４６により、図３の例示的な実施形態で必要とされるものよりも少ない数の、外側チューブ４７０の周辺部の周りに設置されたより大きな直径の孔を有しながら、より多くの燃料を第１のポート４４１から第２のポート４４４内に放出することが可能になる。
【００２８】
図５は、ノズル先端５１５のさらに別の例示的な実施形態を示している。前述の実施形態と同様に、外側チューブ５７０は、中間チューブ５６０に固定されたプラグ５９５に対して摺動するように構成される。外側チューブ５７０は、プラグ５９５に隣接して半径方向に設置された第４のポート５７７を形成する。第４のポート５７７は、例えば外側チューブ５７０の内側表面に沿った環状グルーブ及び該外側チューブ５７０の端部の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の軸方向孔５７９によって形成される。外側チューブ５７０はまた、導管５８４によって燃料ノズル１００の外面に連結された第２のポート５４４を形成し、導管５８４は次に、第４のポート５７７の環状グルーブにさらに連結される。
【００２９】
プラグ５９５はまた、例えばカーテン空気又はパージ空気の流れを供給する中間通路５６５に連結された第３のポート５６６を形成する。しかしながら、前述の実施形態とは異なり、第３のポート５６６は、ノズル本体１０５の軸方向（すなわち、長手方向軸線）に対して傾斜している。さらに、燃料ノズル１００の外面に連結する代わりに、第３のポート５６６は、中間通路５６５を第４のポート５７７に連結して空気流れが該第４のポート５７７を通して流出することを可能にする。第４のポート５７７は、中間チューブ５６０に対する外側チューブ５７０の移動に拘らず第３のポート５６６との連結を維持して、燃料ノズル１００が正常に作動しているか又は保炎状態を生じているか否かに関係なく中間通路５６５からの空気の流れを可能にするような位置及び寸法にされる。
【００３０】
プラグ５１５はまた、燃料を収容している外側通路５７５に連結された第１のポート５４１を形成する。第１のポート５４１は、例えばプラグ５９５の半径方向外側表面内に機械加工された環状グルーブ５４３に連結した複数の軸方向向きの導管で形成される。
【００３１】
保炎状態時には、外側チューブ５７０は、矢印Ａで示すように軸方向に沿って熱膨張を生じることになるが、中間チューブ５６０は、全く膨張を生じないか又は外側チューブ５７０が生じるよりも遥かに小さい膨張を生じるかのいずれかとなる。プラグ５９５は中間チューブ５６０に固定されているので、この熱膨張差は、外側チューブ５７０を中間チューブ５６０及びプラグ５９５に対して矢印Ａの方向に摺動させることになる。その結果、外側チューブ５７０内の第２のポート５４４は、プラグ５９５内の第１のポート５４１と連結し、それによって導管５８４及び第４のポート５７７を介して外側通路５７５をノズル本体１０５の外面に連結することになる。これで、外側通路５７５内の燃料は、燃料ノズル１００の外面に放出され、それによって吐出オリフィス１４５（図１）を通る燃料の流れを減少させることになる。しかしながら、外面に放出する前に、燃料は、第３のポート５６６からの空気と混合して、その後に燃料が燃焼する時におけるＮＯｘ形成を最少にするのを助けることになる。第３のポート５６６を通る空気の流れはまた、プラグ５９５を冷却するのを助ける。
【００３２】
保炎状態が消滅すると、外側チューブ５７０は、冷却し始め、かつ矢印Ａで示す方向とは逆の状態で軸方向に沿って摺動することによってその元の寸法及び位置に復帰することになる。その結果、ノズル先端５１５がその正常な作動状態に復帰すると、第１のポート５４１及び第２のポート５４４は、最終的には連結を断つことになる。その時、吐出オリフィス１４５への燃料の流れは、その元の作動流れに回復することになる。損傷が発生する前に保炎状態を消滅させるので、今や燃料ノズルは、ノズル先端５１５に対する補修を必要とせずに作動を継続することができる。さらに、前述の実施形態の場合と同様に、ノズル先端５１５は、水素又はより高次元炭化水素を含む天然ガスを燃焼させる場合にノズル１００がより望ましい性能を示すことを可能にする。
【００３３】
外側チューブ５７０とプラグ５９５との間の摺動嵌合のために、正常作動状態時に第１のポート５４１から第２のポート５４４及び／又は第４のポート５７７への少量の燃料漏れが発生する可能性があることも理解されたい。より具体的には、正常作動時に第１のポート５４１がそれらの他のポートと連結を断たれたとしても、外側チューブ５７０とプラグ５９５との間の可動接合部を通して幾らかの燃料が漏洩する可能性がある。しかしながら、図５に示すように第３のポート５６６を配置して第４のポート５７７内にカーテン空気又はパージ空気を放出することによって、燃焼する前に漏洩燃料がそのような空気と混合することになるので望ましくないＮＯｘの形成が最少にされることになる。
【００３４】
図６は、図５の実施形態において説明したものと同様な構造を有しかつ同様な作動を行なう本発明のさらに別の例示的な実施形態を示している。しかしながら、ノズル先端６１５が、正常作動時には接触しかつ保炎状態時には分離するように構成された一対の斜め端縁部６８２及び６８３を含む。より具体的には、プラグ６９５が、外側チューブ６７０によって形成された相補形斜め端縁部６８３と接触するようになった斜め端縁部６８２を備える。前述したように、保炎作動時における外側チューブ６７０の移動は、端縁部６８２及び６８３を分離して、外側通路６７５から燃料を放出しかつ保炎状態を消滅させる。保炎状態が消滅した後に、端縁部６８２及び６８３は、図６に示す閉鎖位置に復帰することになる。従って、図６の例示的な実施形態では、正常作動状態時にポジティブ閉鎖力を得るための「ポペット型」弁シートを備えている。
【００３５】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３６】
１００  燃料ノズル
１０５  ノズル本体
１１０  供給セクション
１１５  ノズル先端
１２０  カラー
１２５  環状通路
１３０  空気スワーラ
１３５  半径方向燃料噴射器
１４０  フューズ領域
１４５  吐出オリフィス
１５０  内側チューブ
１５５  内側通路
１６０  中間チューブ
１６５  中間通路
１６６  オリフィス
１７０  外側チューブ
１７５  外側通路
１８０  接合部
１８５  内部環状ショルダ部
１９０  円筒形壁
１９５  プラグ
３１５  ノズル先端
３４１  第１のポート
３４２  軸方向オフセット孔
３４３  環状グルーブ
３４４  第２のポート
３５０  内側チューブ
３５５  内側通路
３６０  中間チューブ
３６５  中間通路
３６６  第３のポート
３７０  外側チューブ
３７５  外側通路
３９５  プラグ
４１５  ノズル先端
４４１  第１のポート
４４３  環状グルーブ
４４４  第２のポート
４４６  環状グルーブ
４５０  内側チューブ
４５５  内側通路
４６０  中間チューブ
４６５  中間通路
４７０  外側チューブ
４７５  外側通路
４９５  プラグ
５１５  ノズル先端
５４１  第１のポート
５４３  環状グルーブ
５４４  第２のポート
５５０  内側チューブ
５５５  内側通路
５６０  中間チューブ
５６５  中間通路
５６６  第３のポート
５７０  外側チューブ
５７５  外側通路
５７７  第４の通路
５７９  孔
５８４  導管
５９５  プラグ
６１５  ノズル先端
６４１  第１のポート
６４３  環状グルーブ
６４４  第２のポート
６５０  内側チューブ
６５５  内側通路
６６０  中間チューブ
６６６  第３のポート
６７０  外側チューブ
６７５  外側通路
６７７  第４のポート
６７９  孔
６８２  斜め端縁部
６８３  斜め端縁部
６８４  導管
６９５  プラグ
Ａ  矢印
【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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