(57)【要約】【課題】  従来のガスタービンエンジンの高圧システムに取って代わる改善されたコアシステムを有するガスタービンエンジン設計に関し、特にこのようなコアシステムと関連付けられた冷却システムに関する。【解決手段】  ブースタ圧縮機（２０）の下流側に配置されたコアシステム（４５）と、該コアシステム（４５）と流れ連通してその下流側に配置され、第１の駆動シャフト（４０）に動力を供給するために使用される低圧タービン（３６）と、燃料（６４）が燃焼システム（４６）に供給される前に冷却流体として利用される、燃焼システム（４６）を冷却するためのシステム（５８）とを含むガスタービンエンジンが開示される。コアシステムは、第２の駆動シャフト（６９）に接続された圧縮機（２０）と流れ連通して、その下流側に位置付けられた中間圧縮機（４７）と、作動流体（４８）と流れ連通して燃焼システム（４６）の下流側に位置付けられた中間タービン（４９）とを更に含む。【選択図】      図２
2006084171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通して通る長手方向中心軸線（１２）を有するガスタービンエンジン（４４）であって、
（ａ）第１の駆動シャフト（４０）に接続された少なくとも第1のファンブレード列を含む、前記ガスタービンエンジン（４４）の前端にあるファンセクション（１６）と、
（ｂ）各々が静止圧縮機ブレード列と、駆動シャフト（４０、５１、５３）に接続されて前記静止圧縮機ブレード列と交互に嵌合される回転圧縮機ブレード列とを有する複数の段を含む、前記ファンセクション（１６）と少なくとも部分的に流れ連通してその下流側に配置されたブースタ圧縮機（２０）と、
（ｃ）入口（５４）に供給される流体流（５２）から高圧高温のガスのパルスを発生させて出口（５０）において作動流体（４８）を発生するようにする燃焼システム（４６）を更に含む、前記ブースタ圧縮機（２０）の下流側に配置されたコアシステム（４５）と、
（ｄ）前記コアシステム（４５）と流れ連通してその下流側に配置され、前記第１の駆動シャフト（４０）に動力を供給するために使用される低圧タービン（３６）と、
（ｅ）燃料（６４）が、前記燃焼システム（４６）に供給される前に冷却流体として利用される、前記燃焼システム（４６）を冷却するためのシステム（５８）と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン（４４）。
【請求項２】
燃料（６４）が、前記燃焼システム（４６）に直接的に冷却するために利用されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項３】
燃料（６４）が、前記燃焼システム（４６）に間接的に冷却するために利用されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項４】
前記冷却システム（５８）が、前記燃料（６４）と接触して前記燃焼システム（４６）を冷却するために利用される中間作動流体（７４）を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項５】
前記燃焼システム（４６）が、前記駆動シャフト（６６）に動力を供給するために少なくとも１つの回転部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項６】
（ａ）前記ブースタ圧縮機（２０）と流れ連通してその下流側にある中間圧縮機（４７）と、
（ｂ）前記作動流体（４８）と流れ連通して前記燃焼システム（４６）の下流側に位置付けられ、前記第２の駆動シャフト（６９）に動力を供給するために利用される中間タービン（４９）と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項７】
前記冷却流体が、前記タービン（４９）に流入する作動流体（４８）を冷却するために供給されることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項８】
前記流体（６４）と流れ連通した熱交換器（６０）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項９】
前記ブースタ圧縮機（２０）が、前記第１の駆動シャフト（４０）により駆動されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【請求項１０】
前記ブースタ圧縮機（２０）が、前記第２の駆動シャフト（６９）により駆動されることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン（４４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に従来のガスタービンエンジンの高圧システムに取って代わる改善されたコアシステムを有するガスタービンエンジン設計に関し、特にこのようなコアシステムと関連付けられた冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンエンジンは理想的Ｂｒａｙｔｏｎサイクルに基づいており、ここでは、空気が断熱圧縮され、熱が一定の圧力で加えられ、結果として得られる高温ガスがタービン内で膨張して、熱が一定の圧力で冷却されることがよく知られている。従って、圧縮システムを駆動するために必要とされる以上のエネルギーは、推進又は他の仕事のために利用可能である。そのようなガスタービンエンジンは、一般に、燃料／空気混合物を燃焼させ、比較的遅い速度及び比較的一定の圧力で燃焼チャンバ内を移動する燃焼ガス生成物を発生させる爆燃性燃焼に依存する。Ｂｒａｙｔｏｎサイクルに基づくエンジンは、構成要素の効率における着実な改善と、圧力比及びピーク温度の増大とにより高いレベルの熱力学的効率に到達したが、更なる改善を得ることは、益々難しくなってきている。
【０００３】
従来のガスタービンエンジン内で使用されている燃焼器は、その内部の圧力が実質的に一定に維持されるタイプのものであるが、エンジンサイクル性能及び効率における改善は、連続モード又は脈動モードのいずれかのデトネーションとして燃焼が生じるようにエンジンを運転させることによって得られてきた。例えば、幾つかのパルスデトネーションシステム設計は、以下の特許出願において本発明の譲受人によって開示されている。すなわち特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５で開示されている。
【０００４】
パルスデトネーション装置は、ほぼ同じ圧力である高温ガスのパルスを発生することが理解されるであろう。そのようなパルスの時間平均圧力は、典型的な低圧タービンエンジン内で発生される圧力と大きさは同じであるが、通常低圧タービンエンジンに関係するよりも高温でのものである。定容燃焼器は、やはりパルスデトネーション形式の装置において使用することのできる高圧高温ガスのパルスを同様に発生することが理解されるであろう。静止定容型燃焼器の1つの実施例が、Ｈａｇｅｎに付与された特許文献６に開示されており、回転要素を含む定容型燃焼器は、Ｚｄｖｏｒａｋ，Ｓｒ．に付与された特許文献７で開示されている。
【０００５】
このように、従来のガスタービンエンジンのコア又は高圧システムは、異なる形式の燃焼器を含む、より効率的で複雑さがより少ないシステムで置き換えることができる。同時に、変更されたガスタービンエンジンは、従来の低圧タービン、並びに従来のその作動性を保持することができる。本発明の冷却システムは、本発明の譲受人によって所有され、本出願と同時出願である、特許文献８及び特許文献９で開示されているような改善されたコアシステムを有するガスタービンエンジンのための冷却システムに代わるものとして使用することができる。これらの出願で分かるように、冷却システムは、燃焼システムの入口に供給される加圧空気の一部分を利用する。冷却のためのこのような加圧空気は、衝突冷却を提供するシステムで使用できるが、フィルム冷却を提供するシステムで使用される燃焼システム（すなわち、パルスデトネーション又は定容燃焼）向けには実用的ではない。これは、冷却空気を更に加圧しなければ、流入する空気よりも燃焼装置内の圧力が高いことが原因である。
【特許文献１】米国特許出願第１０／３８３，０２７号公報
【特許文献２】米国特許出願第１０／４０５，５６１号公報
【特許文献３】米国特許出願第１０／４１８，８５９号公報
【特許文献４】米国特許出願第１０／４２２，３１４号公報
【特許文献５】米国特許出願第１０／８０３，２９３号公報
【特許文献６】米国特許第３，８７７，２１９号公報
【特許文献７】米国特許第５，９６０，６２５号公報
【特許文献８】米国特許出願第１０／９４１，５０８号公報
【特許文献９】米国特許出願第１０／９４１，５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、全体的なエンジン効率を更に改善するために、パルスデトネーション装置又は定容型燃焼器を使用するガスタービンエンジンのための実用的な全体的アーキテクチャが開発されることが望ましいであろう。更に、そのようなアーキテクチャにおいて冷却システムを組み込むこと、及び燃焼排気の脈動特性を軽減し、エンジンノイズを低減する方法を組み込むことが望ましいであろう。同時に、このような冷却システムが、必要以上の変更を行うことなくより効率的なフィルム冷却法を採用することもまた望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の実施形態によれば、貫通して通る長手方向中心軸線を有するガスタービンエンジンであって、第１の駆動シャフトに接続された少なくとも１つの第1のファンブレード列を含む、ガスタービンエンジンの前端にあるファンセクションと、各々が静止圧縮機ブレード列と、駆動シャフトに接続されて静止圧縮機ブレード列と交互に嵌合される回転圧縮機ブレード列とを有する複数の段を含む、ファンセクションと少なくとも部分的に流れ連通してその下流側に配置されたブースタ圧縮機と、入口に供給される流体流から高圧高温のガスのパルスを発生させて出口において作動流体を発生させるようにする燃焼システムを更に含む、ブースタ圧縮機の下流側に配置されたコアシステムと、該コアシステムと流れ連通してその下流側に配置され、第１の駆動シャフトに動力を供給するために使用される低圧タービンと、燃料が燃焼システムに供給される前に冷却流体として利用される、燃焼システムを冷却するためのシステムとを含むガスタービンエンジンが開示される。コアシステムは、第２の駆動シャフトに接続された圧縮機と流れ連通して、その下流側に位置付けられた中間圧縮機と、作動流体と流れ連通して燃焼システムの下流側に位置付けられた中間タービンとを更に含む。
【０００８】
本発明の第２の実施形態によれば、複数の段を有するブースタ圧縮機を含むガスタービンエンジンの燃焼システムを冷却する方法であって、燃料を冷却流体として燃焼システムに供給する段階と、燃料を燃焼システムに供給する段階とを含む方法が開示される。
【０００９】
本発明の第３の実施形態によれば、ガスタービンエンジンは、各々が静止圧縮機ブレード列と駆動シャフトに接続されて静止圧縮機ブレード列と交互に嵌合される回転圧縮機ブレード列とを含む複数の段を有する、ガスタービンエンジンの前端に配置された圧縮機と、入口に供給される流体から高圧高温のガスのパルスを発生させて出口において作動流体を発生させるようにする燃焼システムを更に含む、ブースタ圧縮機の下流側に配置されたコアシステムと、駆動シャフトに動力を供給するために燃焼システムと流れ連通してその下流側にあるタービンと、前記駆動シャフトに接続された負荷と、燃料が燃焼システムに供給される前に冷却流体として利用される、燃焼システムを冷却するためのシステムとを含むものとして開示される。コアシステムは、第２の駆動シャフトに接続された圧縮機と流れ連通してその下流側に位置付けられた中間圧縮機と、作動流体と流れ連通して燃焼システムの下流側に位置付けられた中間タービンとを更に含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、図全体を通じて同じ参照符号が同じ構成要素を示す各図面を詳細に参照すると、図１は、基準として全体を通る長手方向すなわち軸方向中心軸線１２を有する、航空機用の従来のガスタービンエンジン１０（高バイパス型）を概略的に示している。空気の流れ（矢印１４で表す）は、ファンセクション１６を通って導かれ、その一部分（矢印１８で表す）がブースタ圧縮機２０に供給される。その後、第１の加圧流（矢印２２で表す）は、コアすなわち高圧システム２５に供給される。
【００１１】
より具体的には、コアシステム２５は、第２の加圧流２６を燃焼器２８に供給する高圧圧縮機２４を含む。燃焼器２８は、当技術分野においてよく知られた定圧型のものであることは理解されるであろう。高圧タービン３０は、燃焼器２８の下流側に配置され、燃焼器２８によって生成されたガス生成物（矢印３２で表す）を受け入れて、それからエネルギーを取り出し、第１の駆動シャフトすなわち高圧駆動シャフト３４により高圧圧縮機２４を駆動する。高圧圧縮機２４は、燃焼器２８の入口に第２の加圧流２６を供給するだけでなく、冷却流（点線矢印４２で表す）を燃焼器２８に供給することができることも更に理解されるであろう。
【００１２】
低圧タービン３６は、コアシステム２５（すなわち、高圧タービン３０）の下流側に配置され、ガス生成物（矢印３８で表す）が該低圧タービン内を流れ、エネルギーが取り出されて、第２の駆動シャフトすなわち低圧駆動シャフト４０を介してブースタ圧縮機２０及びファンセクション１６を駆動する。次に、残りのガス生成物（矢印４１で表す）は、ガスタービンエンジン１０から排出される。ファンセクション１６は一般に、第２の駆動シャフト４０に接続された少なくとも１列のファンブレードを含むことは理解されるであろう。ブースタ圧縮機２０及び高圧圧縮機２４は、好ましくは複数の段を含み、ブースタ圧縮機２０の各段は、静止圧縮機ブレード列と、第２の駆動シャフト４０に接続され、該静止圧縮機ブレード列と交互に嵌合した回転ブレード列とを含むことも理解されるであろう。
【００１３】
図２に見られるように、ガスタービンエンジン４４は同様に、長手方向中心軸線１２、ファンセクション１６への空気流１４、ブースタ圧縮機２０への空気流１８、及び低圧タービン３６がファンセクション１６とブースタ圧縮機２０とを駆動する低圧駆動シャフト４０を含む。しかしながら、ガスタービンエンジン４４は、主として燃焼システム４６を伴う新たなコアシステム４５を含む。定容型燃焼器又はパルスデトネーションシステムのいずれかとすることができる燃焼システム４６は、入口５４に供給される空気流（矢印５２で表す）と比べて圧力及び温度が高められたガスパルスから成る作動流体（矢印４８で表す）を出口５０において生成する。上述のコアシステム２５において使用される燃焼器２８とは対照的に、燃焼システム４６は、その内部で比較的一定の圧力を維持しない。更にコアシステム４５は、コアシステム２５において理想Ｂｒａｙｔｏｎサイクルではなく、実質的には理想Ｈｕｍｐｈｒｅｙサイクルに従って作動する。
【００１４】
作動流体４８は、低圧タービン３６の直ぐ上流側に位置付けられたタービンノズル５６に供給され、その流れを最適な方向で低圧タービン３６内に配向するのが好ましいことが分かるであろう。図２に示す実施形態においては、燃焼システム４６は静止型であり、その結果低圧タービン３６は、駆動シャフト４０により必ずファンセクション１６とブースタ圧縮機２０の両方を駆動する。
【００１５】
参照符号５８で全体的に示された冷却システムは、コアシステム４５と関連付けられ、ここでは熱交換器６０が好ましくは燃焼システム４６と一体化されている。より具体的には、ポンプ６２は、燃料６４を燃焼システム４６の入口５４に流入させる前に直接熱交換器６０に供給することが分かるであろう。このようにして、燃料６４の顕熱及び気化熱は、燃料６４が燃焼システム４６の高温壁から熱を吸収し、冷却空気を必要とせずに冷却を行うことを可能にする。燃焼システム４６の冷却に加えて、燃料６４は、燃焼システム４６内への噴射前に熱交換器６０を通過する間に気化される。従って、燃焼システム４６内で燃焼プロセスを開始することは、デトネーション又はコンフラグレーションのいずれであっても、液体よりも気体すなわち気化状態においての方がより容易である。燃料６４を燃焼システム４６の冷却媒体として熱交換器６０で直接使用する場合における１つの主要な懸案事項は、ガム及び／又はコークス付着物が形成される傾向があることであるので、熱交換器６０は、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＣｏｆｆｉｎｂｅｒｒｙ他に付与された米国特許第５，８０５，９７３号及びＣｏｆｆｉｎｂｅｒｒｙに付与された米国特許第５，２４７，７９２号で開示された設計を利用することが好ましい。
【００１６】
冷却システム５８はまた、図５、８、及び１１で分かるように、他のガスタービンエンジン構成において実装することができる。図５に関して、燃焼システム４６は、好ましくはブースタ圧縮機２０を駆動する駆動シャフト６６に動力を供給するような回転部材を含む。このようにして、低圧タービン３６は、駆動シャフト４０を介してファンセクション１６を独立して駆動することができる。図８において、コアシステム６８は、好ましくはブースタ圧縮機２０の直ぐ下流側に配置された中間圧縮機４７と、燃焼システム４６と低圧タービン３６との間に位置付けられた中間タービン４９（直ぐ上流側にタービンノズル５５を有する）とを含む。これにより、ガスタービンエンジン４４がより大きな推力を発生することが可能になる。更に、中間タービン４９が、中間圧縮機４７と恐らくはブースタ圧縮機２０（駆動シャフト６９からブースタ圧縮機２０まで延びる仮想線によって示す）とを駆動する駆動シャフト６９に動力を供給することが分かるであろう。図１１のガスタービンエンジン９０は、本明細書で更に詳細に検討されることになるが、上述のような冷却システム１１６も使用する。
【００１７】
図３で分かるように、ガスタービンエンジン４４は、燃焼システム４６を冷却するために燃料６４が間接的に利用される別の冷却システム７０を含む。より具体的には、燃焼システム４６の壁と一体的でない熱交換器７２が設けられる。加圧空気７４が、ブースタ圧縮機２０から熱交換器７２に供給され、熱交換器７２への燃料６４の導入によって冷却される。その後、冷却された加圧空気７６の流れが、燃焼システム４６を冷却するために使用される。熱交換器７２内における加圧空気７４から燃料６４への熱伝達は、燃焼システム４６の入口５４において噴射される前に燃料６４の気化を促進させる。冷却流７６の圧力は、燃焼システム４６に供給される加圧空気流５２よりも高くなくてはならないことが理解されるであろう。従って、加圧空気流５２は、冷却システム７０に加圧空気流７４を供給する第２の供給源７３（例えば、ブースタ圧縮機２０の後端）の上流側にある第１の供給源５１（例えば、ブースタ圧縮機２０の中間段にあるポート）から生じるのが好ましい。冷却システム７０をこのように構成することにより、冷却システム５８におけるような燃料６４がゴム化又はコークス付着する懸念は回避される。冷却流７６をタービンノズル５６に導入することにより、低圧タービン３６に供給される作動流体４８の非定常性を減衰させる利点が付加される。更に、ノイズが軽減され、ガスタービンエンジン４４の滑らかな運転が可能となる。
【００１８】
冷却システム７０はまた、図６、９、及び１２に見られるような、他のガスタービンエンジン構成においても実装することができる。図６に関しては、燃焼システム４６は、駆動シャフト６６に動力を供給し（図５で上述のように）、従って好ましくはブースタ圧縮機２０を駆動するような回転部材を含む。このようにして、低圧タービン３６は、駆動シャフト４０を介してファンセクション１６を独立して駆動することができる。図９において、コアシステム６８は、好ましくはブースタ圧縮機２０の直ぐ下流側に位置付けられた中間圧縮機４７と、燃焼システム４６と低圧タービン３６との間に位置付けられた中間タービン４９とを含む。つまり、中間タービン４９は、中間圧縮機４７と恐らくはブースタ圧縮機２０とを駆動する駆動シャフト６９に動力を供給する（図８に関連して上述したように）。図１２のガスタービンエンジン９０は、本明細書で更に詳細に検討されることになるが、上述のような冷却システム１２６も使用する。
【００１９】
図４で分かるように、ガスタービンエンジン４４は、燃焼システム４６を冷却するために燃料６４が間接的に利用される第２の別の冷却システム８０を含む。より具体的には、第１の熱交換器８２（燃焼システム４６の壁と一体的ではない）と第２の熱交換器８４（燃焼システム４６の壁と一体的である）とが備えられる。中間流体８６が第１の熱交換器８２と第２の熱交換器８４との間に流れ、燃焼システム４６を冷却するために利用されることが分かるであろう。中間流体８６が第１の熱交換器８２を通過すると、燃料６４が第１の熱交換器８２に導入され、このような中間流体８６を冷却する。中間流体８６は、冷却された状態において第２の熱交換器８４に供給され、そこで該中間流体８６は、燃焼システム４６の高温壁から熱を吸収して、冷却空気を必要とせずにそこを冷却する。第１の熱交換器８２と第２の熱交換器８４との間で中間流体８６を移動させるために、別個のポンプ８８を備えるのが好ましいことが分かるであろう。
【００２０】
更に、第１の熱交換器８２を通って流れる燃料６４は、好ましくは燃焼システム４６の入口５４に流入する前に、中間流体８６によって加熱されることが理解されるであろう。このようにして、デトネーション又はコンフラグレーションのいずれであっても、燃焼システム４６において燃焼プロセスを開始することがより容易になる。
【００２１】
図７、１０、及び１３に見られるような冷却システム８０はまた、他のガスタービンエンジン構成においても実装することができる。図７に関しては、燃焼システム４６は、駆動シャフト６６に動力を供給し（図５で上述のように）、従って好ましくはブースタ圧縮機２０を駆動するような回転部材を含む。このようにして、低圧タービン３６は、駆動シャフト４０を介してファンセクション１６を独立して駆動することができる。図１０において、コアシステム６８は、好ましくはブースタ圧縮機２０の直ぐ下流側に位置付けられた中間圧縮機４７と、燃焼システム４６と低圧タービン３６との間に位置付けられた中間タービン４９とを含む。つまり、中間タービン４９は、中間圧縮機４７と恐らくはブースタ圧縮機２０とを駆動する駆動シャフト６９に動力を供給する（図８に関連して上述したように）。図１３のガスタービンエンジン９０は、本明細書で更に詳細に検討されることになるが、上に述べたような冷却システム１３８も使用する。
【００２２】
本発明はまた、ブースタ圧縮機２０が複数の段を含み、且つ作動流体４８がこのような燃焼システムから排出されるガスタービンエンジン４４の燃焼システム４６を冷却する方法も企図している。この方法は、燃料６４を冷却流体として供給して、このようなそれぞれの燃焼システム４６を冷却する段階と、その後に燃料６４を燃焼システム４６に供給する段階とを含む。燃料６４は、その冷却機能を直接的に（図２の冷却システム５８におけるように）、又は間接的に（図３及び４の冷却システム７０及び８０におけるように）果たすことができる点に留意されたい。
【００２３】
図１１は、長手方向中心軸線９２を有する工業用及び他の軸出力用途（例えば、船舶又はヘリコプター推進）で使用するための代替のガスタービンエンジン９０を示している。ここで分かるように、ガスタービンエンジン９０は、空気流（矢印９６で表す）と流れ連通した圧縮機９４を含む。圧縮機９４は、好ましくは少なくとも第１の静止圧縮機ブレード列と、第１の駆動シャフト９８に接続され、且つ第１の静止圧縮機ブレード列と交互に嵌合した第２の回転圧縮機ブレード列とを含む。追加の圧縮機ブレード列を駆動シャフト９８に接続し、追加の静止圧縮機ブレード列を該圧縮機ブレード列と交互に嵌合することができる。空気流を圧縮機９４内に向けるために、入口案内ベーン（図示せず）を圧縮機９４の上流側端部に配置することができる。図２〜図４と関連して上記で説明されたような静止燃焼システム１０２を有するコアシステム１００は、第１の駆動シャフト９８に動力を供給する低圧タービン１０６に作動流体１０４を供給する。次いで、燃焼ガス（矢印１０８で表す）は、低圧タービン１０６から出て排出される。ガスタービンエンジン９０のコアシステム１００は、回転可能な燃焼システム（図５〜図７参照）又は燃焼システム１０２と関連付けられた中間圧縮機及び中間タービン（図８〜図１０参照）を含むことができる点は理解されるであろう。
【００２４】
作動流体１０４は、低圧タービン１０６の直ぐ上流側に位置付けられたタービンノズル１１０に供給され、その流れを最適な方向で低圧タービン１０６内へ向けるようにするのが好ましいことが分かるであろう。図１１に示す実施形態においては、低圧タービン１０６は、第１の駆動シャフト９８により圧縮機９４（燃焼システム１０２に加圧空気９５を提供する）を駆動すると共に、第２の駆動シャフト１１４により負荷１１２を駆動する。
【００２５】
図２に関連して本明細書で説明したのと同様に、全体的に参照符号１１６で示した冷却システムは、コアシステム１００と関連付けられ、ここでは、熱交換器１１８が好ましくは燃焼システム１０２と一体化されている。より具体的には、ポンプ１２０は、燃料１２２を燃焼システム１０２の入口１２４に流入させる前に直接熱交換器１１８に供給することが分かるであろう。このようにして、燃料１２２の顕熱及び気化熱は、燃料１２２が燃焼システム１０２の高温壁から熱を吸収し、冷却空気を必要とせずに冷却を行うことを可能にする。燃焼システム１０２の冷却に加えて、燃料１２２は、燃焼システム１０２内への噴射前に熱交換器１１８を通過する間に気化される。従って、燃焼システム１０２内でデトネーションを開始することは、デトネーション又はコンフラグレーションのいずれであっても、液体よりも気体すなわち気化状態においての方がより容易である。
【００２６】
図３に関連して説明したのと同様に、図１２のガスタービンエンジン９０は、燃焼システム１０２を冷却するために燃料１２２が間接的に利用される別の冷却システム１２６を含む。より具体的には、燃焼システム１０２の壁と一体的でない熱交換器１２８が備えられる。加圧空気１３０が、圧縮機９４から熱交換器１２８に供給され、熱交換器１２８への燃料１２２の導入によって冷却される。その後、冷却された加圧空気１３２の流れは、燃焼システム１０２を冷却するために利用される。熱交換器１２８内における加圧空気１３０から燃料１２２への熱伝達は、燃焼システム１０２の入口１２４において噴射される前に燃料１２２の気化を促進させる。冷却流１３２の圧力は、燃焼システム１０２に供給される加圧空気流９５よりも高くなくてはならないことが理解されるであろう。従って、加圧空気流９５は、冷却システム１２６に加圧空気流１３０を供給する第２の供給源１３６（例えば、圧縮機９４の後端）の上流側にある第１の供給源１３４（例えば、圧縮機９４の中間段にあるポート）から生じるのが好ましい。冷却システム１２６をこのように構成することにより、冷却システム１１６におけるような燃料１２２がゴム化又はコークス付着する懸念は回避される。更に、冷却流１３２をタービンノズル１１０に導入することにより、低圧タービン１０６に供給される作動流体１０４の非定常性を減衰させる利点が付加される。更に、ノイズが軽減され、ガスタービンエンジン９０の滑らかな運転が可能となる。
【００２７】
同様に図４に関連して説明したように、図１３は、燃焼システム１０２を冷却するために燃料１２２が間接的に利用される第２の別の冷却システム１３８を含むガスタービンエンジン９０を示している。より具体的には、第１の熱交換器１４０（燃焼システム１０２の壁と一体的ではない）と第２の熱交換器１４２（燃焼システム１０２の壁と一体的である）とが備えられる。中間流体１４４が第１の熱交換器１４０と第２の熱交換器１４２との間で流れ、燃焼システム１０２を冷却するために利用されることが分かるであろう。中間流体１４４が第１の熱交換器１４０を通過すると、燃料１２２が第１の熱交換器１４０に導入され、このような中間流体１４４を冷却する。ポンプ１４６は、第１の熱交換器１４０と第２の熱交換器１４２との間で中間流体１４４を移動させるために備えられるのが好ましい。中間流体１４４は、冷却された状態において、第２の熱交換器１４２に供給され、そこで該中間流体１４４は、燃焼システム１０２の高温壁から熱を吸収して、冷却空気を必要とせずにそこを冷却する。第１の熱交換器１４０を通って流れる燃料１２２が、好ましくは、燃焼システム１０２の入口１０４に流入する前に中間流体１４４により加熱されることは理解されるであろう。このようにして、デトネーション又はコンフラグレーションのいずれであっても、燃焼システム１０２においてデトネーションを開始することがより容易になる。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態を図示し且つ説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく適切に変更することによって、コアシステム４５、６８、１００、及び特に燃焼システム４６、１０２の更なる改作を実現することができる。更に、燃焼システム４６、５８、８８、１００は、本明細書に示されていない他の形式のガスタービンエンジンにも利用することができる点が理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】冷却システムが図示されている、先行技術によるコアシステムを含むガスタービンエンジン構成の概略図。
【図２】第１の冷却システムがこのような燃焼装置と一体化された熱交換器を含むものとして示されている、静止燃焼装置を有する本発明によるコアシステムを含むガスタービンエンジンの概略図。
【図３】第１の別の冷却システムが燃焼装置から分離された熱交換器を含むものとして示されている、図２に示すガスタービンエンジン構成の概略図。
【図４】第２の別の冷却システムが燃焼装置から分離された第１の熱交換器と、燃焼装置と一体化された第２の熱交換器とを含むものとして示されている、図２に示すガスタービンエンジン構成の概略図。
【図５】図２の冷却システムが共に示されている、回転燃焼装置を有する本発明によるコアシステムを含むガスタービンエンジン構成の概略図。
【図６】図３の冷却システムが共に示されている、図５に示すガスタービンエンジン構成の概略図。
【図７】図４の冷却システムが共に示されている、図５に示すガスタービンエンジン構成の概略図。
【図８】図２の冷却システムが共に示されている、静止燃焼装置を有する本発明によるコアシステムを含む別のガスタービンエンジン構成の概略図。
【図９】図３の冷却システムが共に示されている、図８に示すガスタービンエンジン構成の概略図。
【図１０】図４の冷却システムが共に示されている、図８に示すガスタービンエンジン構成の概略図。
【図１１】図２の冷却システムが共に示されている、回転燃焼装置を有する本発明によるコアシステムを含む別のガスタービンエンジン構成の概略図。
【図１２】図３の冷却システムが共に示されている、図１１に示す別のガスタービンエンジン構成の概略図。
【図１３】図４の冷却システムが共に示されている、図１１に示す別のガスタービンエンジン構成の概略図。
【符号の説明】
【００３０】
１６  ファンセクション
２０  ブースタ圧縮機
２４  高圧圧縮機
３６  低圧タービン
４０  第２の駆動シャフト、低圧駆動シャフト
４４  ガスタービンエンジン
４５  コアシステム
４６  燃焼システム
５０  燃焼システム４６の出口
５４  燃焼システム４６の入口
５６  タービンノズル
６０  熱交換器
６２  ポンプ
６４  燃料
【図１】
2006084171.tif 000003
【図２】
2006084171.tif 000004
【図３】
2006084171.tif 000005
【図４】
2006084171.tif 000006
【図５】
2006084171.tif 000007
【図６】
2006084171.tif 000008
【図７】
2006084171.tif 000009
【図８】
2006084171.tif 000010
【図９】
2006084171.tif 000011
【図１０】
2006084171.tif 000012
【図１１】
2006084171.tif 000013
【図１２】
2006084171.tif 000014
【図１３】
2006084171.tif 000015