(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射器（１８）であって、
燃料送給チューブ（２０）と、
各々少なくとも１つの燃料噴射孔（７）を備えた複数の予混合チューブ（６）と、
前記複数の予混合チューブの上流端部を支持した上流側チューブ支持プレート（１６）と、
前記複数の予混合チューブの下流端部を支持した下流側チューブ支持プレート（２４）と、
前記上流側チューブ支持プレート及び下流側チューブ支持プレートを連結しかつそれらと共にプレナム（２６）を形成した外側壁（３）と、
前記プレナム内に設けられかつ半径方向部分（１０）を備えたバッフル（２２）と、を含み、
前記燃料送給チューブによって上流方向で送給された燃料（２）が、前記バッフルの半径方向部分及び下流側チューブ支持プレート間を半径方向外向きに前記プレナム内に導かれ、次に下流方向で前記半径方向部分の外側端縁部分（１４）の周りに導かれかつ次に前記半径方向部分及び上流側チューブ支持プレート間を半径方向内向きに導かれる、
燃料噴射器。
【請求項２】
前記バッフルが、前記燃料送給チューブに連結された少なくとも円筒形（９）又は円錐形部分を含む、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記複数の予混合チューブが、互いにほぼ等距離に配置される、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記上流側及び下流側チューブ支持プレートが、円形である、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記バッフルの半径方向部分が、円形である、請求項４記載の燃料噴射器。
【請求項６】
前記バッフルの半径方向部分が、ベント孔を含む、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項７】
前記バッフルの半径方向部分が、円錐形状を含む、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項８】
前記少なくとも１つの燃料噴射孔が、前記予混合チューブの外側半径部分から内側半径部分まで延びかつ上流から下流に傾斜した少なくとも１つの貫通孔を含む、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項９】
前記少なくとも１つの燃料噴射孔が、各々上流から下流に傾斜した２つの燃料噴射孔を含む、請求項８記載の燃料噴射器。
【請求項１０】
前記バッフルの半径方向部分の形状が、前記下流側チューブ支持プレート及びチューブに沿った冷却を高めるように速度を制御して熱保護をもたらす、請求項１記載の燃料噴射器。
【請求項１１】
上流側面及び下流側面を有するプレナム（２６）内に設けられかつ各々少なくとも１つの燃料噴射孔（７）を有する複数の予混合チューブ（６）を備えた燃料噴射器（１８）内で燃料（２）及び空気（１）を予混合する方法であって、
前記プレナム（２６）の上流側面の中心部に燃料流（２）を送給するステップと、
前記プレナムの半径方向外側部分に向けて前記燃料流（２）を導くステップと、
前記送給方向と対向する方向に前記燃料流（２）を導くステップと、
前記プレナムの半径方向内側部分に向けて前記燃料流を導いて、該燃料を前記燃料噴射孔（７）内に供給して前記予混合チューブ（６）に供給された空気流（１）と混合するようにするステップと、を含む、
方法。
【請求項１２】
前記プレナムの半径方向外側部分に向けて前記燃料流を導くステップが、該燃料流を加速させるステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記燃料流を方向転換させるステップが、該燃料流を減速させかつ該燃料流の圧力を増大させるステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記プレナムの半径方向内側部分に向けて前記燃料流を導くステップが、該燃料流を一定速度で導くステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料流が、気体燃料を含む、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射器に関し、より具体的には、内部バッフルを備えた燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ノズルは、天然ガス燃料を予混合するように設計することができる。燃料ノズルはまた、さらに一層反応性があり、従ってさらに高い火炎速度を有する水素燃料を燃焼させるように設計することができる。予混合燃焼という用語は、空気及び燃料がそれらの燃焼が行なわれる場所より上流に導入されるような燃焼システム用の燃料ノズルを意味している。高反応性燃料を燃焼させるノズルを設計する１つの方法は、消炎作用の増大及び燃料ジェットの背後における最小の再循環ゾーンの保証などの理由から非常に多くの細いチューブ内でこの予混合を行なうようにすることである。実用可能な機械的パッケージとしてそのような噴射器を構成するためには、単一のチューブから噴射器の中心部に燃料を導入することが望ましい。しかしながら、内部ガス流を考慮せずにこのようにした場合には、ガスから見て、最初の混合チューブを通って流れる速度が非常に高くなり、また最外側の混合チューブにおいて非常に低い速度になる。これにより、ノズル内に大きな全体圧力勾配が生じ、このことは、各混合チューブ内に均一なガス量が噴射されるのを達成する上で非常に望ましくないものである。この許容できない圧力場に加えて、供給チューブから最も遠く離れた箇所におけるこの発生した非常に低い速度により、冷却効果の大きな低下が生じ、それにより、高い金属温度が生じ、従って部品寿命を短縮させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００９７８８３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的な実施形態によると、燃料噴射器は、燃料送給チューブと、各々少なくとも１つの燃料噴射孔を備えた複数の予混合チューブと、複数の予混合チューブの上流端部を支持した上流側チューブ支持プレートと、複数の予混合チューブの下流端部を支持した下流側チューブ支持プレートと、上流側チューブ支持プレート及び下流側チューブ支持プレートを連結しかつそれらと共にプレナムを形成した外側壁と、プレナム内に設けられたバッフルとを含む。バッフルは、半径方向部分を含む。燃料送給チューブによって上流方向に送給された燃料は、バッフルの半径方向部分及び下流側チューブ支持プレート間を半径方向外向きにプレナム内に導かれ、次に半径方向部分の外側端縁部分の周りを下流方向に導かれかつ次に半径方向部分及び上流側チューブ支持プレート間を半径方向内向きに導かれる。
【０００５】
別の例示的な実施形態によると、燃料噴射器内で燃料及び空気を予混合する方法を提供する。燃料噴射器は、上流側面及び下流側面を有するプレナム内に設けられかつ各々少なくとも１つの燃料噴射孔を有する複数の予混合チューブを含む。本方法は、プレナムの上流側面の中心部に燃料流を送給するステップと、プレナムの半径方向外側部分に向けて燃料流を導くステップと、送給方向と対向する方向に燃料流を方向転換させるステップと、プレナムの半径方向内側部分に向けて燃料流を導いて、該燃料を燃料噴射孔内に供給して予混合チューブに供給された空気流と混合するようにするステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】１つの例示的な実施形態による燃料噴射器の概略図。
【図２】半径方向バッフルを取外した状態での燃料ノズルの内部部分の前面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１及び図２を参照すると、燃料噴射器１８は、燃料送給チューブ２０と複数の予混合チューブ６とを含む。予混合チューブ６は、燃料噴射器の上流面つまり側面４において第１のつまり上流側チューブ支持プレート１６によって支持されかつ該燃料噴射器１８の下流面つまり側面５において第２のつまり下流側チューブ支持プレート２４によって支持される。外側壁３が、チューブ支持プレート１６、２４を連結する。プレナム２６が、外側壁３及びチューブ支持プレート１６、２４によって形成される。予混合チューブ６は、第１のつまり上流側チューブ支持プレート１６及び第２のつまり下流側チューブ支持プレート２４によって支持される。
【０００８】
燃料送給チューブ２０の端部には、内部バッフル２２が支持される。内部バッフル２２は、燃料送給チューブ２０によって支持された円筒形部分９と、半径方向にプレナム内に延びる半径方向部分１０とを含む。
【０００９】
燃料２が、第１のつまり上流側チューブ支持プレート１６に連結された燃料送給チューブ２０から燃料噴射器１８のプレナム２６に流入しかつ内部バッフル２２の円筒形部分９を通して送られ、燃料流１１は、第２のつまり下流側チューブ支持プレート２４の背面において停滞する。燃料流１１は次に、内部バッフル２２の半径方向部分１０の後方面２８の背面と第２のつまり下流側チューブ支持プレート２４との間を半径方向外向きに移動しながら加速される。同時に、ガス（気体燃料）流１１は、予混合チューブ６の外側表面間を移動する。予混合チューブ６の最内側列は、その半径方向寸法において断面積が最も小さいので、最も制限された面積を有する。
【００１０】
予混合チューブ６の全てを互いにほぼ等距離に配置して、面全体面積当たり最も大きな流れ面積量が得られるようにする。燃料流１１が半径方向外向き通路を移動するので、半径方向外向き通路は、それを通って流れるチューブ間ギャップをより多く有するようにする。燃料流１１がノズルの半径方向最外側部分に到達すると、燃料流１１は、内部バッフル２２の半径方向部分１０の外側端縁部の周りで方向転換しかつ後方方向に流れ、次に第１のつまり上流側チューブ支持プレート１６と内部バッフル２２の半径方向部分１０との間を半径方向内向きに流れる。燃料流１１は次に、燃料噴射孔７に曝され、そこで、燃料流１１は、空気流１と混合する予混合チューブ６内に流入し始める。
【００１１】
半径方向外側位置においては、大きな面積の故に、燃料は、より遅い速度で流れ続ける。この低い速度により、予混合チューブ６には高い圧力が供給されることになる。燃料が半径方向内向きに移動するにつれて面積は減少するが、燃料流の幾らかが燃料噴射孔７を介してプレナム２６から流出したので、流速は増大しない。このことにより、各列について、各予混合チューブ６内への望ましい均一なガス供給量を維持し続けることになる。予混合燃料及び空気は、燃焼器の火炎領域８内で燃焼される。このような経路でガス流１１を流すことにより、燃料噴射器１８の半径方向最外側部分が燃料の停滞を生じることがなく、低い熱伝達率が得られることになることが保証される。高い冷却度合を可能にすることに加えて、バッフル２２は、燃料噴射器１８内でのより均一な圧力分布を達成するのを助ける。これにより、各燃料噴射孔７にわたる一定した供給圧力が得られ、従って予混合チューブ６内における燃空比が予測可能になる。
【００１２】
バッフルの形状及び位置は、図示したものとは別のものとすることができることを理解されたい。例えば、燃料噴射器が円形ではなくて方形又はパイ形状である場合には、バッフルは、その形状を取ることになる。加えて、バッフル内においてベント孔を使用して、均一な圧力／速度を達成するのを助けることができる。円筒形及び／又は半径方向バッフル部分はまた、均一な流れパラメータを得るような円錐形状を有することができる。
【００１３】
さらに、その他の方法を使用しても燃料噴射器を低温に保つことができることを理解されたい。例えば、燃料噴射器はまた、断熱皮膜（ＴＢＣ）、或いは近くの供給源からの冷却空気に依存することができる外部熱シールドを含むことができる。
【００１４】
水素燃料又はその他の高反応性燃料を燃焼させるマルチチューブ燃料ノズルに関連する２つの懸案が、解決される。本燃料噴射器は、高い均一な冷却率をもたらして、水素燃料又はその他の高反応性燃料を燃焼させる環境内での部品寿命を増大させ、また予混合チューブに対する均一な燃料供給を可能にして、その作動性及びエミッション適合性を向上させる。より高反応性ガスのより高い火炎速度は、積極的冷却スキームを必要とするが、このような積極的冷却スキームは、本燃料噴射器により、ロバストだが簡単な設計で対処される。
【００１５】
本燃料噴射器では、燃料の速度及び圧力が同時に制御される。本燃料噴射器はまた、ＴＢＣ又は導入される外側冷却空気を必要としない状態で、十分な冷却を可能にする。本燃料噴射器はまた、小型かつ低コストの設計で圧力分布の問題を解決することによって、単一の中心燃料供給設計を使用する。この設計は、例えば改造によって本設計を様々な形状及び寸法内に組入れることができる自由度を有し、そのことは、本設計を拡大縮小する場合に有用である。
【００１６】
本燃料噴射器は、非常に高い反応性燃料のためのマルチチューブ設計を採用するあらゆるガスタービン燃料ノズルにおいて使用することができる。本燃料噴射器はまた、現在水素燃料又はその他の高反応性燃料を使用している加熱炉のようなその他のバーナにおいて使用することができる。
【００１７】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明が開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００１８】
１  空気流
２  燃料
３  外側壁
４  上流面／側面
５  下流面／側面
６  予混合チューブ
７  燃料噴射孔
８  火炎
９  内部バッフル円筒形部分
１０  内部バッフル半径方向部分
１１  燃料通路
１４  内部バッフル半径方向部分の外側端縁部
１６  第１の／上流側チューブ支持プレート
１８  燃料噴射器
２０  燃料送給チューブ
２２  内部バッフル
２４  第２の／下流側チューブ支持プレート
２６  プレナム
２８  後方面
【図１】
0005538113.tif 000002
【図２】
0005538113.tif 000003