(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料インジェクタチップ（１８）が後方端に設けられた細長いステム（１６）であって、前記燃料インジェクタチップ（１８）には、パイロット燃料オリフィス（５２）へ延在するパイロット燃料通路が設けられ、複数の空気チャネル（４０）が、前記パイロット燃料通路を囲み、さらに複数の空気出口開口と連通し、環状主燃料通路（３６）が、前記複数の空気チャネル（４０）を囲み、さらに複数の燃料出口孔（３８）と連通し、複数の実質的に半径方向に配向される空気供給孔（６６）が、前記ステム（１６）にあり、前記複数の空気チャネル（４０）と連通する前記チップ（１８）の前方端の上流であるが、前記チップ（１８）の前方端に近接する、ステム（１６）を備えるガスタービン燃焼器用液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項２】
ノズルインサート（４２）が、前記チップ（１８）内に配置され、さらに前記パイロット燃料オリフィス（５２）を備える、請求項１記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項３】
前記ノズルインサート（４２）が、前記複数の空気出口開口をさらに備える、請求項２記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項４】
前記ノズルインサート（４２）が、前記パイロット燃料オリフィス（５２）へ延在する第１の内向きテーパ部（５０）、および前記パイロット燃料オリフィス（５２）の下流に第２の外向きテーパ部（５４）を含み、前記複数の空気出口開口が前記第２の外向きテーパ部（５４）に配置される、請求項３記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項５】
前記インジェクタチップ（１８）が、外側スリーブ（２４）と、同心に配置された内側スリーブ（２６）と、同心に配置された中央コア（２８）とから構成され、前記パイロット燃料通路および前記複数の空気チャネル（４０）が前記中央コア（２８）に形成され、前記環状主燃料通路（３６）が前記第１の内側スリーブ（２６）と前記中央コア（２８）との間の半径方向の空間に形成される、請求項１記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項６】
前記内側スリーブ（２６）には、後方端（３２）に環状リングが形成され、前記環状主燃料通路（３６）と連通する周方向に離間した複数の主燃料オリフィス（３８）が前記環状リングの上流側に配置される、請求項５記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項７】
前記複数の空気出口開口が、周方向に傾斜した孔（６０）の少なくとも１つの環状列または周方向に傾斜したスロット（６２）の環状列を備える、請求項３記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項８】
スワラ（６４）が、前記内向きテーパ部（５０）の上流で、前記内向きテーパ部（５０）に隣接して、前記ノズルインサート（４２）内に配置される、請求項１記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項９】
前記複数の空気出口開口が、孔（６０）の半径方向内側列およびスロット（６２）の半径方向外側列を備え、さらに、前記孔（６０）の少なくとも１つの環状列の内の孔（６０）、および前記スロット（６２）の半径方向外側列の内のスロット（６２）が周方向反対向きに傾斜する、請求項７記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１０】
燃料インジェクタチップ（１８）が後方端に設けられた細長い中空のステム（１６）であって、前記燃料インジェクタチップ（１８）には、前記チップ（１８）の長手方向軸線に沿って前記チップ（１８）内中央にあり、パイロット燃料オリフィス（５２）へ延在するパイロット燃料通路が設けられ、複数の空気チャネル（４０）が、前記パイロット燃料通路を囲んで、前記燃料インジェクタチップ（１８）内の複数の空気出口開口と連通し、環状主燃料通路（３６）が、前記複数の空気チャネル（４０）を囲んで、前記複数の空気出口開口の半径方向外側にある複数の燃料出口孔（３８）と連通し、前記ステム（１６）内で前記チップ（１８）の上流の複数の実質的に半径方向に配向される空気供給孔（６６）が、前記複数の空気チャネル（４０）と連通する、ステム（１６）を備えるガスタービンの燃焼器用液体燃料カートリッジ組立体（１０）であって、前記ステム（１６）が、前記パイロット燃料通路と流体連通する第１のパイロット燃料供給パイプ（２２）、および前記環状主燃料通路（３６）と流体連通し、前記中空ステム（１６）の長手部分に沿って撚り合わされた第２の主燃料供給パイプ（２０）を囲む、液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１１】
ノズルインサート（４２）が、前記チップ（１８）内に配置され、前記パイロット燃料オリフィス（５２）および前記複数の空気出口孔を備える、請求項１０記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１２】
前記ノズルインサート（４２）が、前記パイロット燃料オリフィス（５２）へ延在する第１の内向きテーパ部（５０）、および前記パイロット燃料オリフィス（５２）の下流の第２の外向きテーパ部（５４）を備え、前記複数の空気出口開口が前記第２の外向きテーパ部（５４）に配置される、請求項１１記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１３】
前記複数の空気出口開口が、孔（６０）の少なくとも１つの半径方向内側環状列、およびスロット（６２）の半径方向外側環状列を備え、さらに、前記孔（６０）の少なくとも１つの列の内の孔（６０）、および／または前記スロット（６２）の環状列の内のスロット（６２）が周方向に傾斜する、請求項１２記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１４】
環状空気チャンバ（４１）が、前記第１の内向きテーパ部（５０）と前記第２の外向き傾斜部（５４）との間で、前記ノズルインサート（４２）の外側に形成される、請求項１２記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１５】
燃料インジェクタチップ（１８）が後方端に設けられた細長いステム（１６）であって、前記ステム（１８）が、主燃料供給パイプ（２０）およびパイロット燃料供給パイプ（２２）を囲み、前記燃料インジェクタチップ（１８）には、前記チップ（１８）の長手方向軸線に沿って前記チップ（１８）内中央にあるパイロット燃料通路が設けられ、複数の空気チャネル（４０）が、前記パイロット燃料通路を囲み、環状主燃料通路（３６）が、前記複数のパージ／冷却空気チャネル（４０）を囲み、複数の実質的に半径方向に配向される空気供給孔（６６）が、前記燃料インジェクタチップ（１８）の上流で前記燃料インジェクタチップ（１８）に隣接して前記ステム（１６）内にあり、前記複数の空気チャネル（４０）と連通する、ステム（１６）を備えるガスタービンの燃焼器用液体燃料カートリッジ組立体（１０）であって、前記インジェクタチップ（１８）が、外側スリーブ（２４）、同心に配置された内側スリーブ（２６）、および同心に配置された中央コア（２８）から構成され、前記パイロット燃料通路および前記複数の空気チャネル（４０）が前記中央コア（２８）に形成され、前記環状主燃料通路（３６）が前記第１の内側スリーブ（２６）と前記中央コア（２８）との間の半径方向の空間に形成される、液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１６】
ノズルインサート（４２）が前記チップ（１８）内に配置され、前記ノズルインサート（４２）には、前記パイロット燃料オリフィス（５２）、および前記複数の空気チャネル（４０）と連通する複数の空気出口開口、ならびに前記パイロット燃料オリフィス（５２）の上流にスワラ（６４）が設けられる、請求項１５記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１７】
前記ノズルインサート（４２）が、前記パイロット燃料オリフィス（５２）へ延在する第１の内向きテーパ部（５０）、および前記パイロット燃料オリフィス（５２）の下流の第２の外向きテーパ部（５４）を含み、前記複数の空気出口開口が前記第２の外向きテーパ部（５４）に配置される、請求項１６記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１８】
前記複数の空気出口開口が、孔（６０）の少なくとも１つの半径方向内側環状列、およびスロット（６２）の半径方向外側環状列を備え、さらに、前記孔（６０）の少なくとも１つの半径方向内側列の内の孔（６０）、または前記スロット（６２）の半径方向外側列の内のスロット（６２）が周方向に傾斜する、請求項１７記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項１９】
前記複数の空気出口開口が、孔（６０）の少なくとも１つの半径方向内側環状列、およびスロット（６２）の半径方向外側列を備え、さらに、前記孔（６０）の少なくとも１つの環状列の内の孔（６０）、および前記スロット（６２）の半径方向外側列の内のスロット（６２）が周方向反対向きに傾斜する、請求項１７記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【請求項２０】
前記内側スリーブ（２６）には、後方端（３２）に環状リングが形成され、前記環状主燃料通路（３６）と連通する周方向に離間した複数の主燃料オリフィス（３８）が前記環状リングの上流側に配置される、請求項１５記載の液体燃料カートリッジ組立体（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン燃焼器に関し、詳細には、燃料ノズルチップの周りに内部コークス堆積物が形成されるのを防止するように設計される液体燃料カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料インジェクタノズルのチップにコークス堆積物が形成されると、様々な燃焼の段階にわたって燃焼室に供給される所望の燃料／空気混合気に対して支障が出る場合があり、そのため排ガス規制で要求される窒素酸化物（ＮＯｘ）の削減に悪影響を与える。
【０００３】
コークスの形成の問題を解決するための１つの試みが米国特許第６，７１５，２９２号に記載されている。低エミッション燃焼器用のコーキング防止燃料インジェクタには、圧力噴霧コアノズルおよびエアブラスト二次インジェクタが形成される。エアブラスト部は内側および外側の空気通路を含み、それらは、共に環状で共に旋回する流れを燃焼器缶内へ噴射する。空気分配バッフルは内側空気通路を半径方向に横切って延在して、内側空気流をサブストリームと複数の空気噴流に分流する。空気バッフルおよび共に旋回する内側および外側空気流の存在によって、燃料と空気の良好な混合が促進され、クリーンな燃焼が促進され、コークスの形成が抑えられるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２００５／２２３７１３（Ａ１）号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内部ヒートシールドおよびパージ空気を利用してＬＦＣチップの内部コーキング形成および過熱を防ぐ液体燃料カートリッジ（ＬＦＣ：ｌｉｑｕｉｄ  ｆｕｅｌ  ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）を提供する。
【０００６】
第１の例示的であるが非限定的な実施形態では、燃料インジェクタチップが後方端に設けられた細長いステムであって、前記燃料インジェクタチップには、パイロット燃料オリフィスへ延在するパイロット燃料通路が設けられ、複数の空気チャネルが、前記パイロット燃料通路を囲み、さらに複数の空気出口開口と連通し、環状主燃料通路が、前記複数の空気チャネルを囲み、さらに複数の燃料出口孔と連通し、複数の実質的に半径方向に配向される空気供給孔が、前記ステムにあり、前記複数の空気チャネルと連通する前記チップの前方端の上流であるが、前記チップの前方端に近接する、ステムを備えるガスタービン燃焼器用液体燃料カートリッジ組立体が提供される。
【０００７】
別の態様では、本発明は、燃料インジェクタチップが後方端に設けられた細長い中空のステムであって、前記燃料インジェクタチップには、前記チップの長手方向軸線に沿って前記チップ内中央にあり、パイロット燃料オリフィスへ延在するパイロット燃料通路が設けられ、複数の空気チャネルが、前記パイロット燃料通路を囲んで、前記燃料インジェクタチップ内の複数の空気出口開口と連通し、環状主燃料通路が、前記複数の空気チャネルを囲んで、前記複数の空気出口孔の半径方向外側にある複数の燃料出口開口と連通し、前記ステム内で前記チップの上流の複数の実質的に半径方向に配向される空気供給孔が、前記複数の空気チャネルと連通する、ステムを備えるガスタービンの燃焼器用液体燃料カートリッジ組立体であって、前記ステムが、前記パイロット燃料通路と流体連通する第１のパイロット燃料供給パイプ、および前記環状主燃料通路と流体連通し、前記中空ステムの長手部分に沿って撚り合わされた第２の主燃料供給パイプを囲む、液体燃料カートリッジ組立体を提供する。
【０００８】
さらに別の態様では、燃料インジェクタチップが後方端に設けられた細長いステムであって、前記ステムが、主燃料供給パイプおよびパイロット燃料供給パイプを囲み、前記燃料インジェクタチップには、前記チップの長手方向軸線に沿って前記チップ内中央にあるパイロット燃料通路が設けられ、複数の空気チャネルが、前記パイロット燃料通路を囲み、環状主燃料通路が、前記複数のパージ／冷却空気チャネルを囲み、複数の実質的に半径方向に配向される空気供給孔が、前記燃料インジェクタチップの上流で前記燃料インジェクタチップに隣接して前記ステム内にあり、前記複数の空気チャネルと連通する、ステムを備えるガスタービンの燃焼器用液体燃料カートリッジ組立体であって、前記インジェクタチップが、外側スリーブ、同心に配置された内側スリーブ、および同心に配置された中央コアから構成され、前記パイロット燃料通路および前記複数の空気チャネルが前記中央コアに形成され、前記環状主燃料通路が前記第１の内側スリーブと前記中央コアとの間の半径方向の空間に形成される、液体燃料カートリッジ組立体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の例示的であるが非限定的な実施形態による、液体燃料カートリッジの斜視図である。
【図２】内部空気冷却チャネルを示すために切断された、図１に示した液体燃料カートリッジの先端部の部分斜視図である。
【図３】内部燃料供給チャネルを示すために切断された、図１に示した液体燃料カートリッジの先端部の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、ガスタービンエンジンに使用される液体燃料カートリッジすなわちインジェクタ１０を示す。燃焼器の前方端またはキャップ組立体（図示せず）にカートリッジ１０を固定するために、カートリッジ１０には、前方端に従来型の取付具１２が従来型の燃料供給器具１４とともに設けられる。中空のステムまたはチューブ１６は、取付具１２からインジェクタチップ１８が装着された後方端まで延在する。
【００１１】
液体燃料は、器具１４に接続された撚り合わせた導管またはらせん状のパイプ２０、２２（図２も参照）によってチップ１８に供給される。単にパイプ２０、２２を見えるようにするために、ステムまたはチューブ１６は半透明で示されている。パイプ２０は主燃料をチップ１８に供給し、一方、パイプ２２はパイロット燃料をチップに供給する。パイプ２０、２２は、必要とされる製造性および機械的性質を有する任意のステンレス鋼または他の材料から作ることができる。パイプ２０、２２を撚り合わせて配置すると、熱膨張差が許容され、パイプの熱膨張差に適応するための取付具および／またはノズルチップを設計する必要がなくなる。
【００１２】
図２で最もよくわかるように、インジェクタチップ１８は、外側の実質的に円筒形のスリーブ２４、同心に配置された内側スリーブ２６、および同心に配置された中央コア２８から構成される。第１の内側スリーブ２６は、外向きに拡がった前方端３０で外側スリーブ２４に接合され、フランジ状の後方端３２で中央コア２８に接合される。中央コア２８には、外側スリーブ２４の前方端とステムまたはチューブ１６の後方縁との間に挟まれた前方の半径方向フランジ３４が形成される。上記の固定は、溶接、ろう付けなどの任意の適切な公知の方法で実装することができる。
【００１３】
内側スリーブ２６と中央コア２８との間の半径方向の空間は、環状の主燃料チャネル３６を形成し、内側スリーブ２６の後方の先端部には、フランジ状の端部３２の周りに配置された傾斜した燃料出口オリフィス３８が形成される。中央コア２８には、周方向に配置された複数の軸方向に延在する冷却チャネル４０が、中央コアの半径方向外側領域に、形成され、ノズルインサート４２の隣接するテーパ部５０、５４（下記）によって形成される環状空間４１に開口する。ノズルインサート４２は、コア２８の中央に形成された座ぐり穴４４内に受け入れられる。座ぐり穴４４は、パイロット燃料通路を形成する孔４６から後方へ延在し、かつ穴４６とつながっている。ノズルインサート４２は、座ぐり穴４４の中に受け入れられる軸方向に延在する円筒部４８、および中央にある単一のパイロット燃料出口オリフィス５２に通じる内向きテーパ部５０を含む。ノズルインサートはさらにテーパ部５４を経て縁部５６まで外向きに延在する。外向きテーパ部５４は、それぞれ下記でさらに詳しく説明する孔６０および任意選択のスロット６２の形態の開口の環状列またはアレイを含む。スワラ要素６４は、出口オリフィス５２の上流でノズルインサート内に配置され、ここで円筒部４８は、内向きテーパ部５０に接合する。スワラ要素は、パイロット燃料がオリフィス５２を通って出る前に旋回を与え、したがって、ノズルチップの下流で空気とのよりよい混合を促進する。
【００１４】
図２は、ノズルチップ１８を通る冷却／パージ空気流路を特に示す断面図である。具体的には、冷却／パージ空気は、チップ１８の前方端近くに配置された孔６６の周方向のアレイによって、ステムまたはチューブ１６に供給される。冷却／パージ空気は、中央コア２８の半径方向外側領域に形成され、周方向に配置された複数の軸方向に延在する冷却チャネル４０を通って、環状空間４１に流入する。空気は、ノズルインサート４２の孔６０および任意選択のスロット６２の環状列を通って出る。孔６０および任意選択のスロット６２の列はそれぞれ異なった形状（例えば、円形、楕円形、四角形、長方形など）、旋回角度、および傾き角に形成することができる。加えて、各列の孔および任意選択のスロットは、同じ方向に角度をつける、すなわち傾斜させてもよく、あるいは、その代わりに、反対の方向に角度をつける、すなわち傾斜させて、反対の旋回流を与えて、パイロット燃料出口オリフィス５２を出る燃料とのよりよい混合をもたらすことができる。孔６０の列は、周辺のスロット６２がなくても用いることができ、逆に、周辺のスロット６２は孔６０がなくても用いることができることは理解されよう。加えて、周辺のスロット６２の有無にかかわらず、孔６０を１列より多くの列にして設けることもできる。
【００１５】
図３は、ノズルチップ１８を通る液体燃料流路をより明瞭に示す断面図である。パイロット燃料のらせん状のパイプ２２は中央コア２８に受け入れられ、穴４４と連通してパイロット燃料が中央コア２８を通ってパイロット燃料ノズルオリフィス５２から流出する。パイロット燃料は、オリフィス５２を出る前にスワラ６４を通って流れる。主燃料のらせん状のパイプ２０は、インジェクタチップ１８の前方端に接続され、主燃料を環状のチャネル３６に供給する。主燃料は孔３８を出て、外側スリーブ２４と内側スリーブ２６との間の受動空気の空間６６に入る。
【００１６】
上記の構造から、主燃料チャネル３６は、チャネル４０を通って流れるパージ／冷却空気（半径方向内側）、および外側スリーブ２４と内側スリーブ２６との間の半径方向の空間の受動空気（半径方向外側）によって、半径方向の両側で遮熱されることが理解されよう。外側スリーブ２４はまた、液体燃料に対するヒートシールドとしても働く。パージ／冷却空気入口６６はチップ１８の近くに配置され、したがって、ステム１６を軸方向に通って供給するよりも低い温度のパージ空気を供給する。チャネル４０を通って流れるパージ空気はまた、中央穴４６を通って流れるパイロット燃料の過熱を防ぐ。ノズルインサート４２の内向きテーパ部５０および外向きテーパ部５４によって形成された環状空間４１によって、パージ空気は、孔６０および任意選択のスロット６２の環状列を旋回して、かつ／または反対方向に旋回して流出して、それによって、ノズルインサート４２の先端でのコークスの形成を防ぐ、または少なくとも最小限にすることができる。また、パージ空気がパイロット燃料オリフィス出口５２の周りから出ることによって、低ＮＯｘエミッションを伴う準予混合のパージガス燃焼が可能となる。
【００１７】
現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の趣旨と範囲内に含まれる様々な変更および等価構成を包含することを意図することと理解されたい。
【符号の説明】
【００１８】
１０  カートリッジ
１２  取付具
１４  燃料供給器具
１６  ステムまたはチューブ
１８  インジェクタチップ
２０  らせん状のパイプ
２２  らせん状のパイプ
２４  円筒形のスリーブ
２６  内側スリーブ
２８  中央コア
３０  拡がった端
３２  フランジ状の後方端
３４  半径方向フランジ
３６  環状主燃料チャネル
３８  燃料出口オリフィス
４０  冷却チャネル
４１  環状空間
４２  ノズルインサート
４４  座ぐり穴
４６  孔
４８  円筒部
５０  内向きテーパ部
５２  燃料出口オリフィス
５４  外向きテーパ部
５６  縁部
６０  孔
６２  スロット
６４  スワラ要素
６６  空気の空間
【図１】
0006018714.tif 000002
【図２】
0006018714.tif 000003
【図３】
0006018714.tif 000004