(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器用燃料噴射器を提供する。【解決手段】燃焼器用燃料噴射器は一般に入口と出口とを有する環状外側本体を含む。この外側本体は少なくとも部分的に外側流路を形成する。内側流路は少なくとも部分的に外側流路を通って延在し、放射状スワラが外側本体の入口に配設される。放射状スワラは第２の半径方向通路から分離された第１の半径方向通路を含む。第１の半径方向通路は第１の複数の旋回翼を有し、第２の半径方向通路は第２の複数の旋回翼を有する。第１の半径方向通路は外側流路と連通し、第２の半径方向通路は内側流路と連通する。【選択図】図１
2014132214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器用燃料噴射器において、
（ａ）入口と出口とを有する環状外側本体であって、少なくとも部分的に外側流路を形成する環状外側本体と、
（ｂ）少なくとも部分的に前記外側流路を通って延在する内側流路と、
（ｃ）前記外側本体の前記入口に設けられる放射状スワラであって、第２の半径方向通路から分離される第１の半径方向通路を有し、前記第１の半径方向通路は第１の複数の旋回翼を有し、前記第２の半径方向通路は第２の複数の旋回翼を有し、前記第１の半径方向通路は前記外側流路と連通し、前記第２の半径方向通路は前記内側流路と連通する放射状スワラとを含む、燃料噴射器。
【請求項２】
少なくとも部分的に前記外側本体を貫通して延在する燃料回路を更に含む、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記第１の複数の半径方向延在旋回翼又は前記第２の複数の半径方向延在旋回翼の前記半径方向延在旋回翼の少なくとも１つは燃料噴射口を含み、前記燃料噴射口は前記燃料回路と連通する、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記第１の複数の旋回翼と前記第２の複数の旋回翼との間に設けられる、半径方向に延在する環状板を更に含み、前記板は少なくとも部分的に前記内側流路への入口を形成する、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記環状板の前記入口から下流方向に延在する内側本体を更に含む、請求項５に記載の燃料噴射器。
【請求項６】
前記第１の複数の旋回翼の各旋回翼は前縁と後縁とを含み、前記後縁は、燃料噴射器の軸方向中心線と前記前縁との間に延在する第１の半径方向線に対して第１の旋回角に配置される、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項７】
前記第２の複数の旋回翼の各旋回翼は前縁と後縁とを含み、前記後縁は、燃料噴射器の軸方向中心線と前記前縁との間に延在する第２の半径方向線に対して第２の旋回角をなして配置される、請求項６に記載の燃料噴射器。
【請求項８】
前記第１の半径方向線に対する前記第１の旋回角と前記第２の半径方向線に対する第２の旋回角とは相違する、請求項７に記載の燃料噴射器。
【請求項９】
前記第１の旋回角は約４０°〜６０°の範囲内であり、前記第２の旋回角は約−４０°〜約４０°の範囲内である、請求項７に記載の燃料噴射器。
【請求項１０】
燃焼器用燃料噴射器において、
（ａ）上流端部に入口を有する環状外側本体であって、少なくとも部分的に外側流路を形成する環状外側本体と、
（ｂ）少なくとも部分的に前記外側本体の前記外側流路を通って延在する内側流路と、
（ｃ）燃料噴射器の前記外側本体の前記入口に設けられる放射状スワラであって、
（ｉ）放射状スワラの上部分に配設される、半径方向に延在するキャップ板と、
（ｉｉ）前記外側本体の前記入口と前記キャップ板との間に配設される、半径方向に延在する環状板であって、前記外側流路の内側に延在する内側流路を少なくとも部分的に形成する環状板と、
（ｉｉｉ）前記外側本体の前記上流端部と前記環状板との間において軸方向に延在する第１の複数の半径方向延在旋回翼を有する第１の半径方向通路であって、前記外側本体の前記外側流路と連通する第１の半径方向通路と、
（ｉｖ）前記環状板と前記キャップ板との間において軸方向に延在する第２の複数の半径方向延在旋回翼を有する第２の半径方向通路であって、前記内側流路と連通する第２の半径方向通路とを具備する放射状スワラとを含む、燃料噴射器。
【請求項１１】
前記キャップ板を貫通して延在する液体燃料プレナムを更に含み、前記液体燃料プレナムは前記第２の半径方向通路又は内側流路の少なくとも一方と連通する、請求項１０に記載の燃料噴射器。
【請求項１２】
少なくとも部分的に前記液体燃料プレナムを通って前記第２の半径方向通路又は前記内側流路の少なくとも一方に流入する軸方向流路を更に含む、請求項１１に記載の燃料噴射器。
【請求項１３】
少なくとも部分的に前記外側本体を貫通して延在する燃料回路を更に含み、前記第１の複数の半径方向延在旋回翼の前記半径方向延在旋回翼の少なくとも１つ又は前記第２の複数の半径方向延在旋回翼の前記半径方向延在旋回翼の少なくとも１つは燃料噴射口を含み、前記燃料噴射口は前記燃料回路と連通する、請求項１０に記載の燃料噴射器。
【請求項１４】
更に前記内部流路を形成する環状内側本体を更に含み、前記内側本体は前記環状板から下流方向に延在する、請求項１０に記載の燃料噴射器。
【請求項１５】
前記第１の複数の半径方向延在旋回翼の各半径方向延在旋回翼は前縁と後縁とを含み、前記後縁は、燃料噴射器の軸方向中心線と前記前縁との間に延在する第１の半径方向線に対して第１の旋回角に配置される、請求項１０に記載の燃料噴射器。
【請求項１６】
前記第２の複数の半径方向延在旋回翼の各半径方向延在旋回翼は前縁と後縁とを含み、前記後縁は、燃料噴射器の軸方向中心線と前記前縁との間に延在する第２の半径方向線に対して第２の旋回角に配置され、前記第１の半径方向線に対する前記第１の旋回角と前記第２の半径方向線に対する前記第２の旋回角とは相違する、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項１７】
ガスタービンにおいて、
（ａ）圧縮機と、前記圧縮機より下流の燃焼器と、前記燃焼器より下流のタービンとを含み、前記燃焼器は、
（ｉ）燃焼室と、
（ｉｉ）前記燃焼室の少なくとも一部分を周方向に取り巻くライナと、
（ｉｉｉ）前記燃焼室より上流において半径方向に前記燃焼器を横切って配置される複数の燃料ノズルと、
（ｉｖ）前記複数の燃料ノズルより下流において少なくとも部分的に前記ライナを貫通して延在する燃料噴射器であって、
（１）入口と外側流路とを形成する環状外側本体と、
（２）少なくとも部分的に前記外側流路を通って延在する内側流路と、
（３）前記外側本体の前記入口に配設される放射状スワラであって、第１の複数の旋回翼を含む第１の半径方向通路と第２の複数の旋回翼を含む第２の半径方向通路とを有し、前記第１の半径方向通路は前記外側流路と連通し、前記第２の半径方向通路は前期内側流路と連通する放射状スワラとを含む燃料噴射器とを備えるガスタービン。
【請求項１８】
前記第１の複数の半径方向延在旋回翼の各半径方向延在旋回翼は前縁と後縁とを含み、前記後縁は、燃料噴射器の軸方向中心線と前記前縁との間に延在する第１の半径方向線に対して第１の旋回角に配置される、請求項１７に記載のガスタービン。
【請求項１９】
前記第２の複数の半径方向延在旋回翼の各半径方向延在旋回翼は前縁と後縁とを含み、前記後縁は、燃料噴射器の軸方向中心線と前記前縁との間に延在する第２の半径方向線に対して第２の旋回角に配置され、前記第１の半径方向線に対する前記第１の旋回角と前記第２の半径方向線に対する前記第２の旋回角とは相違する、請求項１８に記載のガスタービン。
【請求項２０】
前記燃料噴射器は、少なくとも部分的に前記外側本体を通って延在する燃料回路と、前記第１の複数の半径方向延在旋回翼又は前記第２の複数の半径方向延在旋回翼の少なくとも１つを貫通して延在する少なくとも１つの燃料噴射口とを更に含み、前記燃料噴射口は前期燃料回路と連通する、請求項１７に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、燃焼器に燃料を供給する燃料噴射器に関する。特に、この燃料噴射器は、圧縮作動流体に半径方向の渦を巻かせて圧縮作動流体と燃料とを燃焼に向けて予混合する複数の転向翼を有する２つの各半径方向流路を含む。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器は、燃料に点火して高い温度と圧力とを有する燃焼ガスを生成するために、産業及び発電施設において一般に用いられる。例えば、ガスタービン等のターボ機械は、動力又は推力を生み出すために、一般に１つ以上の燃焼器を含む。一般的なガスタービンは、吸気部と圧縮部と燃焼部とタービン部と排気部とを含む。吸気部は、作動流体（例えば空気）を清浄化し且つ調整すると共に、この作動流体を圧縮部に供給する。圧縮部は作動流体の圧力を増加させると共に、圧縮された作動流体を燃焼部に供給する。燃焼部は、燃料と圧縮された作動流体とを混合すると共に、この混合物に点火して、高い温度と圧力とを有する燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン部へと流れて、そこで膨張して仕事を生じる。例えば、タービン部における燃焼ガスの膨張により、発電機に接続された軸を回転させて電気を生じることができる。
【０００３】
燃焼部は、圧縮部とタービン部との間において環状に配置される１つ以上の燃焼器を含み、燃焼ガスの温度は、燃焼器の熱力学的効率と設計マージンと結果として得られる排気とに直接影響する。例えば、燃焼ガス温度を高温化すると、一般に燃焼器の熱力学的効率が向上する。しかし、燃焼ガス温度の高温化は、燃焼炎がノズルにより供給される燃料の方へと広がって、相対的に短期間でノズルに対する損傷を加速させる可能性がある保炎条件も助長する。加えて、燃焼ガス温度の高温化は一般に二原子窒素の解離速度を増加させて、燃焼器内における同じ滞留時間中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を増加させる。逆に、燃料流量の低下及び／又は部分負荷運転（ターンダウン）に付随する燃焼ガス温度の低下は一般に燃焼ガスの化学反応速度を低下させて、燃焼器内における同じ滞留時間中の一酸化炭素と未燃炭化水素との発生を増加させる。
【０００４】
特定の燃焼器設計において、燃焼器は、燃焼器の少なくとも一部分を半径方向に横切って延在するキャップアセンブリを含むことがあり、燃焼器に燃料を供給するために、１つ以上の燃料ノズルがこのキャップアセンブリを横切って半径方向に配置されることがある。燃焼器は、更に、キャップアセンブリより下流方向に延在する少なくとも１つの環状ライナを含むことがある。このライナは燃焼器内において少なくとも部分的に燃焼室を形成する。ライナは、更に、燃焼室とタービンへの入口との間に延在する高温ガス流路を形成する。燃料ノズルは、燃料と圧縮作動流体との間における混合を促進して燃焼用の希薄燃料空気混合物を生成するために、旋回翼及び／又はその他の流れ案内部を含むことがある。渦を巻く燃料空気混合物は燃焼室内に流入し、そこで点火されて高温燃焼ガスを発生する。この高温燃焼ガスは、高温ガス流路を介してタービンの入口へと導かれる。
【０００５】
燃焼器は、更に、燃焼室及び／又はライナの周りにおいて周方向に配置されて燃焼室及び／又は燃焼室より一般に下流の高温ガス流路に燃焼用の追加燃料を供給する１つ以上の燃料噴射器を含むことがある。この燃焼器運転システム及び方法は発電産業において一般に遅延希薄噴射又はＬＬＩと呼ばれる。燃料噴射器により供給される追加の燃料は、燃焼室内部における燃焼ガスの滞留時間の相応の増加を生じさせることなしに燃焼器の燃焼温度を上昇させる。
【０００６】
ＬＬＩの全体としての有効性は、運転温度の高温化を可能にする上で一般に効果的ではあるが、少なくとも１つには、噴射器から流れてくる燃料空気複合物が燃焼室内において渦を巻く燃料空気混合物及び／又は燃焼室から一般に下流方向にライナを介して流れる高温燃焼ガスと如何にうまく混合されるかに依る。例えば、噴射器からの燃料空気複合物と燃焼室内において渦を巻く燃料空気混合物及び／又はライナを介して流れる高温燃焼ガスとの混合促進は、燃焼器内におけるピーク火炎温度を低下させて、以ってＮＯｘレベルを低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７１３７２５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、燃焼室及び／又はライナの周りにおいて周方向に配置される燃料噴射器から流れる燃料空気複合物と燃焼室内において渦を巻く燃料空気混合物及び／又はライナを介して流れる高温燃焼ガスとの混合を促進させる燃焼器への燃料供給システムは有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において下記に示されており、即ち、この説明によって明らかになるか、又は本発明の実施を通して知ることができる。
【００１０】
本発明の１つの態様は、燃焼器用燃料噴射器である。この燃料噴射器は、入口と出口とを有する環状外側本体を含む。外側本体は少なくとも部分的に外側流路を形成する。内側流路は少なくとも部分的に外側流路を通って延在し、放射状スワラが外側本体の入口に設けられる。放射状スワラは、第２の半径方向通路から分離される第１の半径方向通路を含む。第１の半径方向通路は第１の複数の旋回翼を有し、第２の半径方向通路は第２の複数の旋回翼を有する。第１の半径方向通路は外側流路と連通し、第２の半径方向通路は内側流路と連通する。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、燃焼器用燃料噴射器である。この燃料噴射器は、上流端部に入口を有する環状の外側本体を含む。外側本体は少なくとも部分的に外側流路を形成する。内側流路は少なくとも部分的に外側流路を通って延在する。放射状スワラが燃料噴射器の外側本体の入口に設けられる。放射状スワラは、放射状スワラの上部分に設けられる、半径方向に延在するキャップ板を含む。外側本体の入口とキャップ板との間には、半径方向に延在する環状板が設けられる。この環状板は、少なくとも部分的に、外側流路の内側に延在する内側流路を形成する。第１の半径方向通路は、外側本体の上流端部と環状板との間において軸方向に延在する、第１の複数の半径方向延在旋回翼を含む。第１の半径方向通路は外側本体の外側流路と連通する。第２の半径方向通路は、環状板とキャップ板との間において軸方向に延在する、第２の複数の半径方向延在旋回翼を含む。第２の半径方向通路は内側流路と連通する。
【００１２】
本発明は、更に、圧縮機と、圧縮機より下流の燃焼器と、燃焼器より下流のタービンとを有するガスタービンを含む。燃焼器は、一般に、燃焼室と、燃焼室の少なくとも一部分を周方向に取り巻くライナと、燃焼室より上流において燃焼器を横切って半径方向に配置される複数の燃料ノズルと、複数の燃料ノズルより下流においてライナを少なくとも部分的に貫通して延在する燃料噴射器とを含む。燃料噴射器は、入口と外側流路とを有する環状外側本体を有する。内側流路は、この外側流路を少なくとも部分的に通って延在する。放射状スワラが外側本体の入口に設けられる。放射状スワラは、第１の複数の旋回翼を有する第１の半径方向通路と、第２の複数の旋回翼を含む第２の半径方向通路とを含む。第１の半径方向通路は外側流路と連通し、第２の半径方向通路は内側流路と連通する。
【００１３】
本明細書を吟味すると、当業者にはこうした実施形態の特徴及び態様がよりよく理解されよう。
【００１４】
本発明の最良の形態を含めて、当業者に対する完全な且つ実施可能な程度の開示を、添付図面の参照を含めて本明細書の残りの部分により具体的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の範囲内に含まれる例示的なガスタービンの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な実施形態に従った例示的な燃焼器の簡略側断面図である。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態に従った燃料噴射器の斜視図である。
【図４】図３に示す燃料噴射器の拡大側断面図である。
【図５】図３に示す燃料噴射器の線５−５における断面の上面図である。
【図６】図３に示す燃料噴射器の線６−６における断面の上面図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図３に示す燃料噴射器の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、１つ以上の例を添付図面に示す本発明の実施形態を詳細に参照する。詳細な説明では、数字及び符号を用いて図面中の機構を示す。図面及び説明中の同様又は類似の符号は、本発明の同様又は類似の部分を示すために用いられている。本明細書で使用する場合、「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、ある構成要素をまた他の構成要素から区別するために互換的に用いられることがあり、個別の構成要素の位置又は重要性を示すことを意図するものではない。「上流」、「下流」、「半径方向」及び「軸方向」という用語は、流体通路内における流体流に関する相対方向を示す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を示し、「下流」は流体が流れていく方向を示す。同様に、「半径方向」は流体流に対して実質的に垂直な相対方向を示し、「軸方向」は流体流に対して実質的に平行な相対方向を示す。
【００１７】
各例は、本発明の説明のために示すものであって、本発明を制限するものではない。実際に、当業者には、本発明の範囲又は精神から逸脱することなしに本発明に改変及び変更が加えられることは明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部分として示されているか又は説明されている特徴をまた他の実施形態に用いて、更に他の実施形態を創出することができる。このため、本発明は、こうした改変及び変更を、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に含まれるものとして包含することを意図している。例証のために、本発明の例示的な実施形態を一般にガスタービンに内蔵される燃焼器用燃料噴射器との関連で説明するが、当業者には、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に特段の記載がない限り、いかなるターボ機械に内蔵されるいかなる燃焼器にも適用可能であって、ガスタービンの燃焼器に制限されないことが容易に理解されよう。
【００１８】
次に、図を通して同じ符号が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本発明の様々な実施形態を取り入れることができる例示的なガスタービン１０の機能ブロック図である。図に示すように、ガスタービン１０は、一般に、ガスタービン１０に流入する作動流体（例えば空気）１４の浄化及びその他の調整を行うために、一連のフィルタ、冷却コイル、気水分離気及び／又はその他の装置を含む吸気部１２を含む。作動流体１４は圧縮部へと流れ、そこで圧縮機１６が作動流体１４に漸増的に運動エネルギーを付与して、高エネルギー状態の圧縮された作動流体１８を生成する。この圧縮作動流体１８は燃焼部へと流れ、そこで１つ以上の燃焼器２０が燃料供給部２３からの燃料２２と圧縮作動流体１８とに点火して、高い温度と圧力とを有する燃焼ガス２４が生成される。燃焼ガス２４は、タービン２６を有するタービン部を通って流れて仕事を生じる。例えば、タービン２６は軸２８に接続されて、タービン２６の回転により圧縮機１６が駆動されて圧縮作動流体１８が生成されるようになっている。代案又は追加として、軸２８によりタービン２６を発電機３０に接続して電気を生成することができる。タービン２６からの排気ガス３２は、タービン２６をタービン２６より下流の排気筒３６に接続する排気部３４を通って流れる。排気部３４は、例えば、排気ガス３２を清浄化すると共に更なる熱を抽出した後に環境に放出する排熱回収ボイラ（図示せず）を含んでよい。
【００１９】
燃焼器２０は、当該技術分野において周知のいかなる種類の燃焼器であってもよく、本発明は、特許請求の範囲に特段の記載がない限り、いかなる特定の燃焼器設計にも制限されない。図２は、本発明の様々な実施形態に従った例示的な燃焼器２０の簡略側断面図である。図２に示すように、ケーシング４０とエンドカバー４２とは組み合わさって、燃焼器２０へと流れる圧縮作動流体１８を包み込む。キャップアセンブリ４４は、燃焼器２０の少なくとも一部分を半径方向に横切って延在し、軸方向に延在する１つ以上の燃料ノズル４６がキャップアセンブリ４４を横切って半径方向に配置されて、キャップアセンブリ４４より下流において燃焼室４８に燃料２２を供給する。ライナ５０は燃焼室４８の少なくとも一部分を周方向に取り巻き、ライナ５０より下流のトランジションダクト５２が燃焼室４８をタービン２６の入口に接続する。流通穴５６を有するインピンジメントスリーブ５４がトランジションダクト５２を周方向に取り巻き、フロースリーブ５８はライナ５０を周方向に取り巻く。このような態様で、圧縮作動流体１８はインピンジメントスリーブ５４の流通穴５６を通り抜けてトランジションダクト５２及びライナ５０の外側の環状通路６０を通って流れて、トランジションダクト５２とライナ５０との対流冷却を行なう。圧縮作動流体１８がエンドカバー４２に到達すると、圧縮作動流体１８は自身の方向を反転させて、燃料ノズル４６とキャップアセンブリ４４とを通って燃焼室４８内に流入する。
【００２０】
燃焼器２０は、更に、燃焼のために燃料２２と圧縮作動流体１８との遅延希薄噴射を行なうことができる燃料ノズル４６より下流の１つ以上の燃料噴射器６２を含む。図３は本発明の少なくとも１つの実施形態に従った図２に示す燃料噴射器６２の斜視図であり、図４は図３に示す燃料噴射器６２の拡大側断面図である。図３に示すように、燃料噴射器６２は、一般に、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して下流端部６８から軸方向に分離された上流端部６６を有する外側本体６４を含む。
【００２１】
入口７０は外側本体６４の上流端部６６を貫通して延在する。放射状スワラ７２が外側本体６４の上流端部６６に設けられる。放射状スワラ７２は、外側本体６４の入口７０の周りにおいて少なくとも部分的に周方向に延在する第１の半径方向通路７４と、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して第１の半径方向通路７４から軸方向外方に延在する第２の半径方向通路７６とを含む。第１の半径方向通路７４は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して、第１の半径方向通路７４を介して軸方向に突出する、第１の複数の半径方向延在旋回翼７８を含む。第１の複数の半径方向延在旋回翼７８の半径方向延在旋回翼は、少なくとも部分的に外側本体６４の入口７０を取り巻く環状配列に配置される。第２の半径方向通路７６は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して、第２の半径方向通路７６を介して軸方向に突出する、第２の複数の半径方向延在旋回翼８０を含む。図３に示すように、第１の複数の半径方向延在旋回翼７８の少なくとも幾つかは１つ以上の燃料噴射口８２を含む。追加又は代案として、第２の複数の半径方向延在旋回翼８０の少なくとも幾つかは１つ以上の燃料噴射口８４を含む。
【００２２】
特定の実施形態において、キャップ板８６が外側本体６４の上流端部６６から軸方向外方に設けられる。キャップ板８６は半径方向に放射状スワラ７２の第２の半径方向通路７６を横切って延在する。半径方向に延在する環状板８８は、第１の半径方向通路７４と第２の半径方向通路７６との間に設けられる。環状板８８は、第１の半径方向通路７４を第２の半径方向通路７６から少なくとも部分的に分離させてよい。
【００２３】
特定の実施形態においては、図４に示すように、外側本体６４は、少なくとも部分的に燃料噴射器６２の外側本体６４を貫通して延在する燃料回路９０を少なくとも部分的に形成する。燃料回路９０は、図２に示すように燃焼部のケーシング４０の内側において且つ／又はケーシング４０を通って延在する一連の流体コンジットを介して燃料供給部２３と連通してよい。燃料回路９０は、気体燃料及び／又は液体燃料が流れるように構成されてよい。様々な実施形態において、図４に示すように、燃料回路９０と第１及び／又は第２の複数の半径方向延在旋回翼７８、８０の燃料噴射口８２、８４との間に燃料通路９２が形成される。
【００２４】
更に図４に示すように、外側本体６４は、外側本体６４を貫通して延在する外側流路９４を少なくとも部分的に形成する。第１の半径方向通路７４は外側流路９４と連通する。内側流路９６が第２の半径方向通路７６から第１の半径方向通路７４を通って且つ少なくとも部分的に外側流路９４を通って延在する。内側流路９６は、少なくとも部分的に、下流端部に出口９９を有する内側本体９８によって形成される。内側本体９８は第２の半径方向通路７６から下流方向に延在する。特定の実施形態において、環状板８８は少なくとも部分的に内側流路９６への入口１００を形成する。入口１００は、圧縮作動流体１８及び／又は燃料を第２の半径方向通路７６から内側流路９６内へと導くために、円錐形状とされてよい。更に他の実施形態では、環状板８８は少なくとも部分的に内側流路９６を形成する。図に示すように、燃料噴射器６２の外側本体６４は少なくとも部分的にライナ５０及び／又はフロースリーブ５８を貫通して延在して、燃焼室４８内及び／又は燃焼室より下流でライナ５０内へと至る流路を形成する。
【００２５】
図５は、図３に示す燃料噴射器６２の第１の半径方向通路７４の、断面線５−５における断面上面図であり、図６は、図３に示す燃料噴射器６２の第２の半径方向通路７６の、断面線６−６における断面上面図である。図５に示すように、第１の半径方向通路７４内に設けられる第１の複数の半径方向延在旋回翼７８の各半径方向延在旋回翼７８は、前縁又は半径方向外方点１０２と後縁１０４とを含む。後縁１０４は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して垂直をなす平面上において燃料噴射器６２の軸方向中心線と旋回翼７８の前縁１０２との間で半径方向に延在する線１０８に対して第１の旋回角１０６に配置される。図５に示すように０°より大きい第１の旋回角１０６は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して反時計回りの方向等の第１の回転方向１１０に対応する。０°より小さい、点線１１１で示す第１の旋回角１０６は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して時計回りの方向等の第２の回転方向１１２に対応する。
【００２６】
図６に示すように、第２の半径方向通路７６内に設けられる第２の複数の半径方向延在旋回翼８０の各半径方向延在旋回翼８０は前縁又は半径方向外方点１１４と後縁１１６とを含む。後縁１１６は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して垂直をなす平面上において燃料噴射器６２の軸方向中心線と旋回翼８０の前縁１１４との間で半径方向に延在する線１２０に対して第２の旋回角１１８に配置される。点線１２２で示す、０°より大きい第２の旋回角１１８は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して反時計回りの方向等の第１の回転方向１１０に対応する。図６に示すように０°より小さい第２の旋回角１１８は、燃料噴射器６２の軸方向中心線に対して時計回りの方向等の第２の回転方向１１２に対応する。
【００２７】
特定の実施形態において、第１の旋回角１０６は約４０°〜約６０°の範囲内である。特定の実施形態において、第２の旋回角１１８は約−４０°〜約４０°の範囲内である。特定の実施形態において、例えば、第１の旋回角１０６及び第２の旋回角１１８がいずれも０°より大又は小である場合に、第１の旋回角１０６及び第２の旋回角１１８は、それぞれ第１の半径方向通路７４及び第２の半径方向通路７６内において同じ方向に共回転する旋回又は回転を生じる。その他の実施形態において、第１の旋回角１０６及び第２の旋回角１１８は、それぞれ第１の半径方向通路７４及び第２の半径方向通路７６内において逆の回転方向に逆回転する旋回又は回転を生み出す。
【００２８】
動作時において、図３〜図６に示すように、圧縮機からの圧縮作動流体１８の第１の部分は燃料噴射器６２の第１の半径方向通路７４内へと導かれる。燃料２２は、第１の複数の半径方向延在旋回翼７８の燃料噴射口８２を介して噴射される。第１の複数の半径方向延在旋回翼７８は、圧縮作動流体１８の第１の部分及び／又は燃料２２に第１の旋回角１０６で半径方向の渦を巻かせる。圧縮作動流体１８の第１の部分と燃料２２とは、第１の半径方向流路７４内において、又は、この複合体が外側本体６４の出口６８の方へと流れる時に外側流路９４内において混合される。同時に、圧縮作動流体１８の第２の部分は燃料噴射器６２の第２の半径方向通路７６内へと導かれる。燃料２２は、第２の複数の半径方向延在旋回翼８０の燃料噴射口８４を介して噴射される。第２の複数の半径方向延在旋回翼８０は、圧縮作動流体１８の第２の部分及び／又は燃料２２に、一般に第１の複数の半径方向延在旋回翼７８の第１の旋回角１０６より小さい第２の旋回角１１８で半径方向に渦を巻かせる。圧縮作動流体１８の第２の部分と燃料２２とは、この複合体が内側本体９８の出口９９の方へと流れる時に、内側流路９６内において混合される。第１及び第２の旋回角１０６、１０８を異ならせること及び／又は第１及び第２の半径方向通路７４、７６を通る流量を異ならせることによって、燃料噴射器６２から燃焼室４８内へと流れる燃料２２と圧縮作動流体１８との予混合が促進され、以って軸方向に延在する燃料ノズルから燃焼室内に流入する燃料及び圧縮作動流体の渦流との混合が向上する。その結果として、燃焼器内のピーク火炎温度が低下し、よってＮＯｘの発生が減る。加えて、内側流路内における半径方向の渦は、外側流路内における半径方向の渦より小さくなるので、燃料噴射器の内側における再循環領域の形成が防がれる。
【００２９】
図７は、本発明の少なくとも１つのまた他の実施形態に従った、図２に示す燃料噴射器６２の断面図である。図７に示すように、燃料噴射器６２は更に液体燃料プレナム１２４を含んでよい。１つ以上の燃料噴射口１２６が、液体燃料プレナム１２４と第２の半径方向通路７６及び／又は内側流路９６との間における連通をもたらす。図に示すように、液体燃料プレナム１２４は燃料噴射器６２のキャップ板８６に結合されてよい。液体燃料プレナム１２４は、少なくとも部分的に、液体燃料プレナム１２４を少なくとも部分的に通って延在すると共に第２の半径方向流路７６又は内側流路９６の少なくとも一方に流入する軸方向流路１２６を形成する。
【００３０】
図７に示す実施形態において、圧縮作動流体１８は第２の半径方向流路７６内に流入し、そこで第２の複数の旋回翼８０が圧縮作動流体１８に第１又は第２の回転方向１１０、１１２のいずれかに半径方向の渦を巻かせる。液体燃料１２８は、液体燃料プレナム１２４から第２の半径方向通路７６内及び／又は内側流路９６内に噴射される時に霧化される。半径方向に渦を巻く圧縮作動流体１８は液体燃料１２８の第１の部分１３０と予混合されながら内側流路９６を通って内側本体９８の出口１３２の方へと流れる。第１の部分１３０より大きい液滴状の液体燃料を含む、液体燃料１２８の第２の部分１３４は内側本体９８に対して遠心する。液体燃料１２８の第２の部分１３４は、圧縮作動流体１８と液体燃料１２８との混合物の渦運動により内側本体９８を通って押し出されながら内側流路９６から軸方向外方に流れる。液体燃料１２８の第２の部分１３４が内側本体９８の出口１３２の縁部１３６を横切って流れる時に、外側流路９４を通って流れる渦流状の圧縮作動流体１８が液体燃料１２８の第２の部分１３４を空気噴射し、即ち更に霧化させて、以って燃料噴射器６２内における液体燃料１２８と圧縮作動流体１８との混合を向上させた後に、これを燃焼室４８内に且つ／又は燃焼室４８の下流においてライナ５０を介して導入する。
【００３１】
本明細書に開示し且つ図２〜７に示した本発明は、既存の燃料噴射器及び燃焼器を上回る様々な技術的利点及び／又は改良をもたらす。本発明は、外側流路内において大きい旋回角と合理的な軸方向速度とを維持して、スワラ内部における混合を促進すると共に、燃料噴射器から流れる燃料及び空気と、軸方向に延在する燃料ノズルから燃焼室に供給される燃料及び空気との混合を促進し、それによってピーク火炎温度を低下させると共に、以って窒素酸化物、即ちＮＯｘ等の望ましくない排出物質の発生を削減する。加えて、内側スワラによる渦を小さくすることにより、スワラ内部における再循環領域の形成を防ぎ、それによって燃料噴射器に対する熱応力を減らす。本発明のまた他の利点は、燃空比、即ち燃料噴射器出口における燃料の体積を空気の体積で割った商を制御して、ＮＯｘ性能を最適化できるようにすることができるところにある。その結果として、本発明の様々な実施形態は、燃焼器の長期的な運転条件の実現、様々な燃焼器構成要素の寿命及び／又は保全間隔の延長、保炎の適切な設計マージンの維持、及び／又は望ましくない排出物質の削減を可能にすることができる。
【００３２】
本明細書は、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示すると共に、更にまた、何らかの装置又はシステムの製作及び使用と何らかの援用方法の実施とを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定められると共に、当業者が想到するその他の例を含む。こうしたその他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの表現と相違しない構造要素を含む場合、又は、それらが特許請求の範囲の文字通りの表現と実質的に相違しない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図１】
2014132214.tif 000003
【図２】
2014132214.tif 000004
【図３】
2014132214.tif 000005
【図４】
2014132214.tif 000006
【図５】
2014132214.tif 000007
【図６】
2014132214.tif 000008
【図７】
2014132214.tif 000009
【外国語明細書】
2014132214000001.pdf