(57)【要約】  燃料とオキシダントを混合するための装置と、燃料／オキシダント混合物の燃焼が生じる燃焼室と、混合装置と燃焼室の間に配置された予燃焼室と、予燃焼室にガスを供給して、予燃焼室の内部表面にガスの薄膜を形成し、燃焼室からの燃焼炎がこの内部表面について、予燃焼室に損傷を与えるのを防ぐようにするための手段が含まれており、予燃焼室へのガスの供給が、ガスが最初に予燃焼室に到達した際に、この内部表面にほぼ連続したガスの薄膜を形成するように実施されることを特徴とする燃焼装置。
2009517621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料とオキシダントを混合するための装置と、燃料／オキシダント混合物の燃焼が生じる燃焼室と、前記混合装置と前記燃焼室との間に配置された予燃焼室と、前記予燃焼室にガスを供給して前記予燃焼室の内部表面にガスの薄膜を形成し、前記燃焼室からの燃焼炎がこの内部表面に付着して、前記予燃焼室に損傷を与えるのを防ぐようにするための手段とを含む燃焼装置であって、
前記ガスが最初に前記予燃焼室に到達した際、この内部表面に連続したガスの薄膜を形成するように前記予燃焼室へのガスの供給が行われることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記供給手段が、前記予燃焼室の前記内部表面を移動して前記燃焼室に達する前記ガスの旋回流を発生するための旋回発生器を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記旋回発生器が、円をなすように配列され、半径方向の内側に延びるガスを導くための複数のスロットを含むことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記旋回発生器が、環状基板と、前記環状基板の周りで円周方向に間隔をあけて配置され、隣接する楔形片間にガスを導くためのスロットを形成する複数の楔形片とを含むことと、前記楔形片が前記環状基板の半径方向の内側縁から後退しており、前記半径方向の内側縁の半径方向のすぐ外側において前記環状基板に環状の棚が形成されたこととを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
一方の側が前記スロットの壁面を形成するように前記旋回発生器に固定された環状閉鎖板を含むことと、前記楔形片が前記環状閉鎖板の半径方向の内側縁から後退しており、その結果、前記環状閉鎖板の前記半径方向の内側縁の半径方向のすぐ外側において前記環状閉鎖板に環状の棚が形成されたこととを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記旋回発生器が前記混合装置と前記予燃焼室の間に配置され、前記旋回発生器が、前記旋回発生器の前記環状基板の環状棚と前記予燃焼室の内部表面の間に形成された平滑な肩により前記予燃焼室と接触することを特徴とする請求項４又は５記載の装置。
【請求項７】
前記供給手段が前記混合装置と前記予燃焼室の間に配置されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
【請求項８】
前記混合装置が、前記予燃焼室に沿って前記燃焼室迄進む燃料とオキシダントの旋回混合物を発生する旋回発生器を含むことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
前記オキシダントが空気であり、前記ガスが空気であることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の装置。
【請求項１０】
エンジンの圧縮機からの圧縮ガスが前記混合装置と前記供給手段の間で分配されることと、前記ガスの大部分が混合装置に供給されることとを特徴とする請求項１から９の１つに記載の装置を有するガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼装置に関する。
【０００２】
本発明は、特に燃料とオキシダントを混合するための装置と、燃料とオキシダントの混合物の燃焼が生じる燃焼室と、混合装置と燃焼室の間に配置された予燃焼室と、予燃焼室にガスを供給し予燃焼室の内部表面にガスの薄膜を形成し、燃焼室からの燃焼炎がこの内部表面に付着して予燃焼室に損傷を与えるのを防ぐ手段とを含む燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
既知の如く、予燃焼室壁面に穴を設け、該穴を介して予燃焼室にガスを供給することで予燃焼室の内部表面にガスの薄膜を形成することは公知である。しかしこのようにすると、ガスが最初に予燃焼室の内部表面に到達した際、ガスが各穴から１つずつの幾つかの離散的ガス流の形態をなすという欠点がある。従って、内部表面の離散的ガス流間の領域に関する限り、炎が付着しないように内部表面が保護されることはない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、燃料とオキシダントを混合するための装置と、燃料／オキシダント混合物の燃焼が生じる燃焼室と、混合装置と燃焼室の間に配置された予燃焼室と、予燃焼室にガスを供給して予燃焼室の内部表面にガスの膜を形成し、燃焼室からの燃焼炎がこの内部表面に付着して、予燃焼室に損傷を与えるのを防ぐための手段が含まれており、予燃焼室へのガスの供給が、最初に予燃焼室の内部表面に到達した際、ガスがこの内部表面にほぼ連続したガスの薄膜を形成するように行われることを特徴とする燃焼装置を提供する。
【０００５】
上記の燃焼装置の場合、供給手段が予燃焼室の内部表面を移動して燃焼室に達するガスの旋回流を発生するための旋回発生器を含むと望ましい。
【０００６】
上記の燃焼装置の場合、旋回発生器が、円をなすように配列されて、ほぼ半径方向の内側に延びるガスを導くための複数のスロットを含むとよい。
【０００７】
前記の燃焼装置の場合、旋回発生器は、環状基板と、環状基板の周りで円周方向に間隔をあけて配置され、隣接する楔形片間にガスを導くためのスロットを形成する複数の楔形片とを含み、楔形片が環状基板の半径方向の内側縁から後退し、その結果、半径方向の内側縁の半径方向のすぐ外側において環状基板に環状の棚を形成するとよい。
【０００８】
この燃焼装置が、更に旋回発生器に取り付けられた環状閉鎖板を含み、環状閉鎖板の一方の側がスロットの壁面を形成し、楔形片が環状閉鎖板の半径方向の内側縁から後退し、その結果、環状閉鎖板の半径方向の内側縁の半径方向のすぐ外側において環状閉鎖板に環状の棚を形成すると望ましい。
【０００９】
前記の段落０００７及び０００８に記載の燃焼装置において、旋回発生器は、混合装置と予燃焼室の間に配置され、旋回発生器の環状基板の環状棚と予燃焼室の内部表面の間に形成された平滑な肩によって予燃焼室と接触するのが望ましい。
【００１０】
前記３つの段落の１つではなくて、３つの全ての段落に従う燃焼装置において、供給手段は混合装置と予燃焼室の間に配置されるのが望ましい。
【００１１】
段落０００４から００１０の任意の１つによる燃焼装置において、混合装置には、予燃焼室に沿って燃焼室迄移動する燃料とオキシダントの旋回混合物を発生するための旋回発生器を含むことが可能である。
【００１２】
段落０００４から００１１の任意の１つによる燃焼装置において、オキシダントは空気とすることが可能であり、ガスは空気とすることが可能である。
【００１３】
本発明は、更に、ガスタービンエンジンの圧縮機からの圧縮ガスが混合装置と供給手段の間で分配され、ガスの大部分が混合装置に供給される段落０００４から００１２の１つによる燃焼装置を含むガスタービンエンジンに敷衍される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、添付の図面により本発明の説明を行う。
【００１５】
図面を参照すると、燃焼装置は、燃料と空気の旋回混合物を発生するための第１の旋回発生器１と、燃料／空気混合物の燃焼が生じる燃焼室３と、空気の旋回流を発生するための第２の旋回発生器５と、旋回発生器１と旋回発生器５を分離する環状閉鎖板７と、第２の旋回発生器５と燃焼室３の間に配置された予燃焼室９を含んでいる。
【００１６】
第１の旋回発生器１は、環状基板１１と、環状基板１１の周りで間隔をあけて円周方向に配置され、隣接する楔形片１３間にスロット１５を形成する複数の楔形片１３を含んでいる。基板１１は、各スロット１５の半径方向の外側端に燃料を第１の旋回発生器１に供給するポート１７を含む。各楔形片１３は、その一方の側１９の半径方向の外側端にやはり燃料を第１の旋回発生器１に供給する穴２１を含んでいる。複数の固定穴２３が楔形片１３と基板１１を貫通している。楔形片１３の半径方向の内側の薄い端部２５が、環状基板１１の半径方向の内側縁２７から後退しており、その結果、縁２７の半径方向のすぐ外側に環状の棚２９が形成されている。
【００１７】
第２の旋回発生器５は、形状が第１の旋回発生器１に類似しており、環状基板３１と、環状基板３１の周りで間隔をあけて円周方向に配置され、隣接する楔形片３３間にスロット３５を形成する複数の楔形片３３を含んでいる。基板３１からの楔形片３３の高さは、第１の旋回発生器１における基板１１からの楔形片１３の高さに比べてかなり低い。複数の固定穴３７が楔形片３３及び基板３１を貫通している。楔形片３３の半径方向の内側の薄い端部３９が、環状基板３１の半径方向の内側縁４１から後退しており、その結果、縁４１の半径方向のすぐ外側に環状の棚４３が形成されている。
【００１８】
予燃焼室９は形状が円筒形であり、内部表面４７を備えている。予燃焼室９は第２の旋回発生器５と一体に形成されている。これに関して、予燃焼室９が第２の旋回発生器５と接する箇所で、予燃焼室９の内部表面４７と第２の旋回発生器５の環状の棚４３との間に平滑な９０°の肩４９が形成される。
【００１９】
環状の閉鎖板７には、複数の固定穴４５が含まれている。
【００２０】
第１の旋回発生器１、環状の閉鎖板７及び第２の旋回発生器５が、一体成形された予燃焼室９と共に、旋回発生器１の固定穴２３、閉鎖板７の固定穴４５及び旋回発生器５の固定穴３７を利用し、ナットとボルトで互いに固定されている。従って、閉鎖板７の一方の側は第１の旋回発生器１のスロット１５の各壁面を形成し、閉鎖板７のもう一方の側は第２の旋回発生器５のスロット３５の各壁面を形成している。第１の旋回発生器１の楔形片１３と環状閉鎖板７との関係は、図８に示す。即ち、楔形片１３の半径方向の内側の薄い端部２５が、ちょうど環状閉鎖板７の半径方向の内側縁５１迄延びている。第２の旋回発生器５の楔形片３３と環状閉鎖板７との関係は、図９に示すとおりである。楔形片３３の半径方向の内側の薄い端部３９は、環状閉鎖板７の半径方向の内側縁５１から後退しており、その結果、縁５１の半径方向のすぐ外側に環状の棚５３が生じている。
【００２１】
次に、燃焼装置の動作について説明する。
【００２２】
第１の旋回発生器１のスロット１５の半径方向の外側端部に空気が供給され、スロット１５に沿ってほぼ半径方向の内側に進む。第１の旋回発生器１のポート１７と穴２１に燃料が供給され、スロット１５に流入して、スロット１５に沿って進む空気と混合する。従って、第１の旋回発生器１によって、スロット１５の半径方向内側端部の、半径方向のすぐ内側に位置する環状領域で燃料と空気の旋回混合物が生じる（図８の矢印５５参照）。この旋回混合物は、環状閉鎖板７、第２の旋回発生器５及び予燃焼室９を通過して、燃焼装置に沿って燃焼室３迄軸方向に進む（図１０の矢印５７参照）。
【００２３】
燃料／空気混合物の点火は第１の旋回発生器１の環状基板１１の円形開口部に配置された点火装置（不図示）によって実施される。これに関して、燃焼装置には、図１に示す燃焼装置の左側に配置されたもう１つの部分（不図示）が含まれており、この部分には環状基板１１の円形開口部を占める面が備わっている。この面内に点火装置が配置され、該装置による点火後、燃焼が自己持続する。
【００２４】
第２の旋回発生器５のスロット３５の半径方向の外側端部にも空気が供給され、スロット３５に沿い半径方向内側に進む。従って、第２の旋回発生器５によりスロット３５の半径方向内側端部の、半径方向のすぐ内側に位置する環状領域に空気の旋回流が生ずる（図４の矢印５９参照）。この旋回流は、環状閉鎖板７の環状の棚５３と第２の旋回発生器５の環状の棚４３との間で旋回し、環状の棚４３と予燃焼室９の内部表面４７の９０°の肩４９を通過し、予燃焼室９に沿って燃焼室３迄軸方向に進む（図１０の矢印６１参照）。
【００２５】
第２の旋回発生器５により生じる空気流の目的は、予燃焼室９の内部表面４７に空気の薄膜を形成し、もって燃焼室３からの燃焼炎が内部表面４７に関し、予燃焼室９に損傷を与えるのを阻止することにある。第２の旋回発生器５による空気の供給は、空気が最初に内部表面４７に達すると、即ち９０°の肩４９に沿って進むと、内部表面４７に空気の連続した薄膜が生ずるように行う。この連続性は、（１）第２の旋回発生器５の縁４１から楔形片３３を後退させることで形成した環状の棚４３の存在と、（２）環状閉鎖板７の縁５１から楔形片３３を後退させることで形成した環状の棚５３の存在と、（３）第２の旋回発生器５と予燃焼室９との間における９０°の肩４９の存在とに起因する。
【００２６】
この設計意図は、第２の旋回発生器５からの空気流（図１０の矢印６１参照）の速度が旋回発生器１からの燃料と空気の混合物（図１０の矢印５７参照）の速度にできるだけ近くなるようにすることである。こうして、混合流５７による空気流６１の乱れが最小限になり、保護空気薄膜６１の破壊を最小限に抑えられる。
【００２７】
上述の燃焼装置の場合、空気の保護薄膜は予燃焼室９の内部表面に生ずる。理解しておくべきは、この保護薄膜は空気である必要はなく、例えば二酸化炭素等の他のガスでもよいことである。同様に、用いられる特定の混合（空気中における燃料の濃度）に従い、予燃焼室９内に存在する条件では予燃焼室９の内部表面の領域において点火しない場合、保護薄膜は気体燃料と空気の混合物とすることができる。従って、燃料の濃度が点火の発生可能な濃度未満であるなら、希薄混合気を利用できるし、燃料の濃度が点火の発生可能な濃度を超える場合には、濃混合気を利用できる。実際、濃混合気の場合、燃料の濃度が１００パーセントになる、即ち、空気が存在しない可能性がある。
【００２８】
上述の燃焼装置の場合、燃焼のための燃料と空気の混合には旋回発生器を用いている。理解しておくべきは、十分に均質な燃料と空気の混合が可能な代替装置によって燃料と空気の混合が可能な点である。
【００２９】
上述の燃焼装置の場合、予燃焼室９の内部表面に保護薄膜を形成する空気の供給に旋回発生器が使用できる。理解しておくべきは、空気の供給が、空気が最初に内部表面に到達した際に、この表面にほぼ連続した空気の薄膜を形成するように実施される場合、このために代替手段を使用できる点である。
【００３０】
上述の燃焼装置の場合、第２の旋回発生器５が予燃焼室９の直前に配置される。理解しておくべきは、空気の保護薄膜を、旋回発生器５と燃焼室３の間にある予燃焼室９の残りの部分についてのみ施する場合には、旋回発生器５は予燃焼室９の全長に沿って部分的に配置できる点である。更に、この燃焼装置が２つの第２の旋回発生器５を含むことも可能であり、一方は予燃焼室９の直前に、もう一方は予燃焼室９の全長に沿って部分的に配置される。従って、予燃焼室９の全長に沿って部分的に配置された旋回発生器５は、予燃焼室９の直前に配置された旋回発生器５によって供給される保護空気を補う補助空気を供給することになる。この補助空気は、予燃焼室の全長に沿って部分的に配置された旋回発生器５の下流にある予燃焼室９の保護を助ける。
【００３１】
本発明はガスタービンエンジンに特定の用途がある。上述の燃焼装置の場合、エンジンの圧縮機からの圧縮空気が第１の旋回発生器１と第２の旋回発生器５の間で分配され、大部分の空気は第１の旋回発生器に供給される。
【００３２】
本発明は、特に高火炎伝播速度の燃料の燃焼に役立つ。この燃料を利用する際、燃焼室からの燃焼炎が予燃焼室にフラッシュバックし、予燃焼室の内部表面につく傾向が強くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による燃焼装置の分解透視図である。
【図２】図１の燃焼装置を異なる視点から見た、燃焼装置の分解透視図である。
【図３】燃焼室が省略された図１の燃焼装置の分解側面図である。
【図４】図３のラインＩＶ−ＩＶに沿った図である。
【図５】図３のラインＶ−Ｖに沿った図である。
【図６】図３のラインＶＩ−ＶＩに沿った図である。
【図７】燃焼室を省略して組み立てた場合の図１の燃焼装置の側面図である。
【図８】図７のラインＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図９】図７のラインＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。
【図１０】図１の装置の全長に沿った略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、５  旋回発生器、３  燃焼室、７  環状閉鎖板、９  予燃焼室、１１、３１  環状基板、１３、３３  楔形片、１５  スロット、１７  ポート、２９、４３、５３  環状の棚、４７  予燃焼室の内部表面、４９  肩
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2009517621.tif 000013
2009517621.tif 000014
2009517621.tif 000015