(57)【要約】      （修正有）【課題】予混合一次燃料ノズルアセンブリを有する二段式低ＮＯｘ燃焼器を提供する。【解決手段】燃焼器２００は、第１燃焼室２０２と、第１燃焼室２０２に関連する予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０と、第２燃焼室２０４と、第２燃焼室２０４に関連する二次燃料ノズルアセンブリ２１２と、を有する。予混合一次燃料ノズル２１０アセンブリは、空気流を旋回させるべく構成された複数のベーン２２２を有し、各ベーン２２２は、燃料を空気流内に噴射するべく構成された複数の燃料噴射孔２２４を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１燃焼室（２０２）と、
前記第１燃焼室（２０２）に関連する予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリであって、空気流を旋回させるべく構成された複数のベーン（２２２）を有し、各ベーン（２２２）は、燃料を前記空気流中に噴射するべく構成された複数の燃料噴射孔（２２４）を有する、予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリと、
第２燃焼室（２０４）と、
前記第２燃焼室（２０４）に関連する二次燃料ノズル（２１２）アセンブリと、
を有する燃焼器（２００）。
【請求項２】
前記ベーン（２２２）の第１サブセットに燃料を供給する第１燃料マニホルド（２３８Ａ）と、
前記ベーン（２２２）の第２サブセットに燃料を供給する第２燃料マニホルド（２３８Ｂ）と、
を更に有する、請求項１に記載の燃焼器（２００）。
【請求項３】
燃料が前記第１燃料マニホルド（２３８Ａ）に流入することを可能にするか又は阻止するべく動作可能な第１弁（２４０Ａ）アセンブリと、
燃料が前記第２燃料マニホルド（２３８Ｂ）に流入することを可能にするか又は阻止するべく動作可能な第２弁（２４０Ｂ）アセンブリと、
前記燃焼器（２００）が拡散モードにあるとき、燃料が前記第１燃料マニホルド（２３８Ａ）に流入し、前記燃焼器（２００）が予混合モードにあるとき、燃料が前記第１及び前記第２燃料マニホルド（２３８Ａ、２３８Ｂ）に流入するように、前記弁（２４０Ａ、２４０Ｂ）を開閉するべく動作可能なコントローラ（２４２）と、
を更に有する、請求項２に記載の燃焼器（２００）。
【請求項４】
前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリは、前記二次燃料ノズルアセンブリ（２１２）の周りにおいて同心状に配置される、請求項１に記載の燃焼器（２００）。
【請求項５】
前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリは、空気が前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリを通じて半径方向に流れ、燃料が前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリを通じて軸方向に流れるように、前記第１燃焼室（２０２）内に配置される、請求項４に記載の燃焼器（２００）。
【請求項６】
前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリは、空気が前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリを通じて半径方向に流れ、燃料が前記予混合一次燃料ノズル（２１０）アセンブリを通じて軸方向に流れるように、前記第１燃焼室（２０２）内に配置される、請求項１に記載の燃焼器（２００）。
【請求項７】
前記第１及び第２燃焼室（２０２、２０４）の境界を画定する燃焼ライナ（２０６）を更に有し、前記燃焼ライナ（２０６）は、前記燃焼ライナ（２０６）の周りを移動する空気のほぼ全てが前記予混合一次燃料ノズルアセンブリ（２１０）に送られるように、前記第１燃焼室（２０２）の周りにおいて実質的に連続状である、請求項１に記載の燃焼器（２００）。
【請求項８】
予混合一次燃料ノズルアセンブリ（２１０）であって、
複数の空気通路開口（２２６）を有する内側環状カラー（２３８）と、
前記内側環状カラー（２３８）から半径方向外側に延在する複数のベーン（２２２）と、
各ベーン（２２２）に形成された複数の燃料噴射孔（２２４）と、
を有する予混合一次燃料ノズルアセンブリ（２１０）。
【請求項９】
前記アセンブリは、空気が前記ベーン（２２２）どうしの間を半径方向内側に流れるように、外側の環状縁部の周りにおいて開口している、請求項８に記載の予混合一次燃料ノズルアセンブリ（２１０）。
【請求項１０】
前記ベーン（２２２）は、前記内側カラー（２３８）の周りにおいて相互に周方向に離間しており、
前記空気通路開口（２２６）は、前記ベーン（２２２）と交互に配置されており、
前記予混合一次燃料ノズルアセンブリ（２１０）は、半径方向内側に流れる空気が前記ベーン（２２２）の間及び前記開口（２２６）を通過可能なように、外側の環状縁部の周りにおいて開口している、請求項８に記載の予混合一次燃料ノズルアセンブリ（２１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概してガスタービン用の燃焼器に関し、特に、予混合一次燃料ノズルアセンブリを有する二段式低ＮＯｘ燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン用の低ＮＯｘ燃焼器は、産業界において周知である。例えば、特許文献１は、燃焼プロセス中に生成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を削減する「デュアルステージ−デュアルモード低ＮＯｘ燃焼器（Ｄｕａｌ  Ｓｔａｇｅ−Ｄｕａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｌｏｗ  ＮＯｘ  Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）」について記述している。図１は、このような既知の燃焼器１００の一実施例の断面図である。燃焼器１００は、通常、第１燃焼室１０２と、第２燃焼室１０４を含む。燃焼室１０２、１０４は、燃焼ライナ１０６によって周縁が画定され、２つの燃焼ゾーンを分離する熱力学的セパレータとして機能する小さな断面を有するスロートによって分離されている。
【０００３】
上流端部において、燃焼器１００は、端部カバー１０８によって封止されている。端部カバー１０８は、燃料を燃焼室に送達可能な複数の燃料ノズルを支持している。更に具体的には、複数の一次燃料ノズル１１０が燃料を第１室１０２に供給しており、二次燃料ノズル１１２が燃料を第２室１０４に供給している。一次燃料ノズル１１０は、通常、二次燃料ノズル１１２の周りに円形アレイ状に配置されており、二次燃料ノズルは、第１室１０２を通じて第２室１０４に向かって中央に位置し、軸方向に延在している。
【０００４】
空気が燃焼室１０２、１０４に進入するように、フロースリーブ１１４が燃焼ライナ１０６の周りに配置されている。フロースリーブ１１４及び燃焼ライナ１０６は共に、コンプレッサと連通する環状の空気通路１１６を画定している。コンプレッサからの空気は、環状通路１１６を通り、燃焼ライナ１０６と端部カバー１０８の間の環状ギャップ１１８を通じて燃焼室１０２、１０４に進入する。
【０００５】
運転時、一次及び二次燃料ノズル１１０、１１２を通じて燃料を選択的に導入し、ＮＯｘ排出物の生成が削減されるように、燃焼室１０２、１０４の一方又は両方の燃焼を開始及び終了させる。具体的には、燃焼器１００は、拡散モード又は予混合モードにおいて動作可能である。拡散モードにおいて、燃料は、一次燃料ノズル１１０を通じて導入され、第１室１０２内で燃焼が生じる。予混合モードにおいて、燃料は、一次及び二次燃料ノズル１１０、１１２の両方を通じて導入されるが、第２室１０４のみで燃焼が生じる。第１室１０２は、空気と燃料を予混合して空気−燃料混合物を形成する予混合ゾーンとして機能し、第２室１０４は、空気−燃料混合物を燃焼させて高温の燃焼生成物を生成する燃焼室として機能する。予混合した空気−燃料混合物を燃焼させることによって、生成されるＮＯｘ排出物を削減することは周知である。このように、燃焼器１００は通常、定常運転時は予混合モードで動作し、拡散モードを、定常状態への過渡時又は出力低下が必要なときに用いる。
【０００６】
燃焼器１００が伴う問題点の１つは、一次燃料ノズル１１０が真の予混合ノズルではないという点である。その代わりに、一次ノズル１１０は、基本的に、別個の空気スワラーによって遠端部が取り囲まれた燃料ペグである。この空気スワラーは、遠端部の直ぐ上流側において、空気流中に噴射を行う燃料ペグの周りの空気を旋回させる。このように、一次燃料ノズル１１０は、通常は拡散ノズルであると考えられる。
【０００７】
燃焼器１００が伴う更なる問題点は、第１室１０２に進入する空気の一部分のみが環状ギャップ１１８を通過して空気スワラーに進入するという点である。第１室１０２に進入する空気の大部分は、燃焼ライナ１０６に直接形成された混合孔を通過する。その結果、拡散モードでは、予混合がノズルレベルでごく僅かしか行われず、予混合モードにおいても、比較的良好な第１段混合よりも少ない混合しか行われない。
【０００８】
既知の予混合ノズルのタイプの１つに、通常は内側ハブと外側シュラウドの間に延在する複数のベーンを含む、旋回環状燃料ノズル又は「スウォズル（ｓｗｏｚｚｌｅ）」がある。このベーンは、周方向に離間していて、燃料噴射口を有する。燃料噴射口は、内側ハブの燃料導入口から半径方向外側に延在する燃料通路を通じて燃料を受け入れる。運転時、スウォズルを通じて軸方向に移動する空気はベーンによって旋回され、この旋回空気流中に、スウォズルを通じて半径方向に移動する燃料が噴射される。このようなノズルによって混合は改善するが、通常は単段式の燃焼器に使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４２９２８０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
予混合一次燃料ノズルアセンブリを有する二段式低ＮＯｘ燃焼器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
燃焼器は、第１燃焼室と、第１燃焼室に関連する予混合一次燃料ノズルアセンブリと、第２燃焼室と、第２燃焼室に関連する二次燃料ノズルアセンブリと、を含む。予混合一次燃料ノズルアセンブリは、空気流を旋回させるべく構成された複数のベーンを含み、各ベーンは、燃料を空気流中に噴射するべく構成された複数の燃料噴射孔を有する。
【００１２】
本発明の別の態様において、予混合一次燃料ノズルアセンブリは、内側環状カラーと、複数のベーンと、各ベーンに形成された複数の燃料噴射孔と、を含む。ベーンは、内側環状カラーから半径方向外側に延在している。また、内側環状カラーは、複数の空気通路開口も含み得る。
【００１３】
本発明の更に別の態様において、燃焼器は、予混合一次燃料ノズルアセンブリに関連する第１燃焼室と、二次燃料ノズルアセンブリに関連する第２燃焼室と、を含む。予混合一次燃料ノズルアセンブリは、二次燃料ノズルアセンブリの周りに同心状に配置されている。
【００１４】
開示のシステム及び方法にかかるその他のシステム、装置、方法、特徴、利点は、当業者には明らかであろう。或いは、次の図面及び詳細な説明を考察すると、これらが明らかになるであろう。そのような付随のシステム、装置、方法、特徴、利点は全て、本明細書に含まれており、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。
【００１５】
次の図面を参照することによって、本開示の理解が深まるであろう。全図面を通じて一致する参照符号は対応のパーツを示しているが、図中の部品は縮尺通りとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術による二段式燃焼器の断面図である。
【図２】本発明による二段式燃焼器の一実施例の断面図である。
【図３】端部カバーに関連する予混合一次燃料ノズルアセンブリの一実施例を示す、図２に示した二段式燃焼器の一部分の斜視図である。
【図４】図３に示す予混合一次燃料ノズルアセンブリのベーンの一実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一次ゾーンの予混合を増進するべく構成された二段式燃焼器の実施例について説明する。また、予混合一次燃料ノズルアセンブリの実施例についても説明する。
【００１８】
図２は、二段式燃焼器２００の一実施例の断面図である。図１に示す二段式燃焼器１００と同様、燃焼器２００は、通常、第１段又は一次ゾーンともよばれる第１室２０２と、第２段又は二次ゾーンともよばれる第２室２０４とを含む。第１室２０２は、第２室２０４の上流に配置されている。燃焼室２０２、２０４は、その周縁が燃焼ライナ２０６によって画定されており、２つの燃焼ゾーンを分離する熱力学的なセパレータとして機能する小さな断面を有するスロートによって分離されている。上流端部において、燃焼器２００は、端部カバー２０８によって封止されている。端部カバー２０８は、燃焼ライナ２０６から離間し、環状のギャップ２１８を形成している。環状ギャップ２１８は、燃焼ライナ２０６とフロースリーブ２１４の間において燃焼器２００の周りに形成された環状通路２１６と連通している。環状通路２１６と環状ギャップ２１８は共に、圧力差によって流動する空気を、コンプレッサから燃焼室２０２、２０４に到達させる。実施例において、燃焼ライナ２０６は、実質的に連続状であるか、又は穿孔されておらず、環状通路２１６内の空気のほぼ全てが環状ギャップ２１８を通じて燃焼室２０２、２０４に送られる。換言すると、燃焼ライナ２０６には、一般的には第１室の周りにおいて燃焼ライナに沿ってみられる混合孔がなくてもよい。
【００１９】
燃料は、燃料ノズル２１０、２１２を通じて燃焼室２０２、２０４に到達する。具体的には、燃焼器２００は、端部カバー２０８によって支持される、第１室２０２を通じて第２室２０４に向かって延在する二次燃料ノズルアセンブリ２１２を含む。二次燃料ノズルアセンブリ２１２は、現在既知の、或いは将来開発される二次燃料ノズルの一実施例であってよい。このような燃料ノズルについては、既知であるので、ここでは更なる説明を割愛する。
【００２０】
燃焼器２００は、第１室２０２内に延在する予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０も含む。予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０の後側は、端部カバー２０８によって支持されており、前側は、燃焼ライナ２０６に向かって延在している。このように、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を環状ギャップ２１８内に配置して、この環状ギャップを実質的に封止することによって、環状通路２１６から環状ギャップ２１８に進入する空気のほぼ全てが、混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を通った後、燃焼室２０２、２０４内へ移動するようになる。図１の一次燃料ノズル１１０とは異なり、燃焼器２００は、形状が環状の、二次燃料ノズルアセンブリ２１２の周りに同心状に配置されるか或いはこのアセンブリを取り囲んでいる、単一の予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を含むのみである。但し、その他の構成も可能である。例えば、２つ以上の予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を用意してもよく、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０が二次燃料ノズルアセンブリ２１２の周りに同心状に配置されていなくてもよい。
【００２１】
予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、一次ゾーンの予混合を増進するべく構成されている。具体的には、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、概して、到来する空気を旋回させると共に、燃料を空気中に噴射して比較的均一な空気−燃料混合物を得る「スウォズル（ｓｗｏｚｚｌｅ）」又は空気旋回燃料ノズルである。したがって、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、一次ゾーン内における予混合を改善してＮＯｘ排出物を削減し、旋回速度又は周方向の速度を流れに与えることによって、下流の火炎の安定性を改善する。
【００２２】
燃焼器２００の予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０及び端部カバー２０８の、燃焼器２００の残りの部分を除いた斜視図である図３を参照しながら、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０について更に説明する。図示のように、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、形状が略環状のアセンブリ本体２２０を含む。アセンブリ本体２２０は、空気流を旋回させるべく構成された複数のベーン２２２を含み、各ベーン２２２は、燃料を空気流中に噴射するべく構成された複数の燃料噴射孔２２４を含む。各燃料噴射孔２２４は、ベーン２２２内の燃料通路と流体連通しており、この燃料通路は、更に後述するが、同様に燃料マニホルドと流体連通している。アセンブリ本体２２０は、空気をこのアセンブリ本体２２０を通して二次燃料ノズルアセンブリ２１２内に流入させる、複数の空気通路開口２２６を更に含む。
【００２３】
図示の実施例において、アセンブリ本体２２０は、ベーン２２２を支持する内側環状ハブ２２８を含み、このベーンは、ハブ２２８の周りに環状アレイ状に配置され、半径方向外側に延在している。ベーン２２２は、互いに離間しており、外側の環状縁部の周りにおいて開口している。ベーン２２２どうしの間には、空気通路開口２２６がハブ２２８を貫通して形成されている。換言すると、ベーン２２２及び開口２２６は、アセンブリ２１０の周りに周方向に交互に配置されている。
【００２４】
各ベーン２２２は、燃料通路部とエアフォイル部を含む。燃料通路部は、端部カバー２０８に隣接して配置されており、エアフォイル部は、燃料通路部から軸方向に離れて延在している。燃料噴射孔２２４は、エアフォイル部の圧力側及び吸込側のうち一方又は両方に通じる等して、エアフォイル部を貫通して形成されている。
【００２５】
図４は、このようなベーン２２２のうち１つの一実施例の断面図である。図示のように、燃料通路２３０が、燃料導入口２３２から燃料通路部２３４を通ってエアフォイル部２３６へと延在し、燃料噴射孔２２４で終端している。幾つかの実施例において、ベーン２２２は、燃料通路２３０を通る燃料の流れによって冷却されるべく構成されている。更に具体的には、冷却目的で、燃料がエアフォイル部２３６の内側表面の一部分に行き渡った後に、燃料が燃料噴射孔２２４を通ってエアフォイル部２３６から出るように、燃料通路２３０を配置する。例えば、エアフォイル部２３６の反対側に配置されている燃料噴射孔２２４に向かってエアフォイル部２３６の内側表面に沿って分岐及び延在する燃料通路２３０を、ベーン２２２を軸方向に貫通してエアフォイル部２３６の表面へと延在させる。但し、その他の構成も可能である。
【００２６】
図２を再び参照すると、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、燃焼器２００に取り付けられ、第１室２０２内に延在している。具体的には、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、二次燃料ノズルアセンブリ２１２を取り囲む端部カバー２０８に取り付けられる。その後側において、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、端部カバー２０８によって支持されており、その前側において、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、燃焼ライナ２０６に近接している。例えば、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０の外側の環状縁部は、図示のように、燃焼ライナ２０６と同心状に位置合わせされる。場合によっては、リーフスプリングを燃焼ライナ２０６と予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０の前方外側環状エッジとの間に配置してアセンブリ２１０を更に支持し、任意の空間を封止する。このように、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、端部カバー２０８と燃焼ライナ２０６の間の環状ギャップ２１８のほぼ全体を占めてもよい。
【００２７】
このように配置すると、燃料は軸方向に流れ、端部カバー２０８を通ってアセンブリ２１０に流入し、空気は半径方向に流れ、環状ギャップ２１８を通ってアセンブリ２１０に流入する。アセンブリ２１０は、空気を旋回させ、この旋回空気流中に燃料を噴射する。このような構成及び流路は、通常は半径方向において燃料を受け取り、軸方向において空気を受け取る既知の「スウォズル（ｓｗｏｚｚｌｅ）」型の燃料ノズルとは異なる。また、このような構成及び流路は、二次燃料ノズルアセンブリ２１２に進入する空気のほぼ全てが予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を通って移動し、ベーン２２２によって旋回されるという点においても、既知のスウォズル型燃料ノズルとは異なる。
【００２８】
燃料を予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０内に送るにあたり、端部カバー２０８は、少なくとも２つの燃料マニホルド２３８を含み、各燃料マニホルド２３８は、少なくとも１つのベーン２２２と流体連通している。したがって、各ベーン２２２は、燃料マニホルド２３８のうち少なくとも１つから、燃料をその燃料通路内に受け取ることができる。端部カバー２０８の上流の複数の地点において、各燃料マニホルド２３８は、この燃料マニホルド２３８への燃料を流入させるか又は阻止することによって関連するベーン２２２への燃料を流入させるか又は阻止するように動作可能な、弁アセンブリ２４０にも関連している。弁アセンブリ２４０は、この弁アセンブリ２４０を制御することによって燃料マニホルド２３８への燃料の流れを調整するように動作可能な、コントローラ２４２によって制御可能である。このような構成によって、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を通して旋回空気流中に噴射する燃料の量を変更し易くなる。例えば、燃焼器２００が拡散モードにあるときは、ベーン２２２のサブセットに燃料を供給し、燃焼器２００が予混合モードにあるときは、ベーン２２２の全てに燃料を供給する。
【００２９】
図示の実施例において、端部カバー２０８は、２つの個別の燃料マニホルド２３８Ａ及び２３８Ｂを含む。各燃料マニホルド２３８Ａ、２３８Ｂは、ベーン２２２の個別のサブセットと流体連通しており、各ベーン２２２は、燃料マニホルド２３８Ａ、２３８Ｂのいずれか一方と流体連通している。具体的には、図示の燃料ノズルアセンブリ２１０は、１５枚のベーン２２２を含み、ベーン２２２のうち５枚は、第１燃料マニホルド２３８Ａから燃料を供給され、その他の１０枚のベーン２２２は、第２燃料マニホルド２３８Ｂから燃料を供給される。第１燃料マニホルド２３８Ａから燃料を供給されるベーン２２２は、アセンブリ２１０の周りにおいて均等に離間しているが、これは、２つおきに位置するベーン２２２は、第１燃料マニホルド２３８Ａから燃料を供給され、残りのベーン２２２は、第２燃料マニホルド２３８Ｂから燃料を供給されることを意味している。このように離間させることで、空気−燃料混合物全体に、燃料を均等に分散させる。
【００３０】
引き続き図示の実施例を参照すると、第１燃料マニホルド２３８Ａは第１弁アセンブリ２４０Ａと関連しており、第２燃料マニホルド２３８Ｂは第２弁アセンブリ２４０Ｂと関連している。コントローラ２４２等によって、弁アセンブリ２４０Ａ、２４０Ｂを制御し、ベーン２２２内への燃料の流れを制御できる。例えば、燃料を第１燃料マニホルド２３８Ａに送り、燃料を５枚の離間したベーン２２２に供給して残りの１０枚のベーン２２２に供給しないようにできる。また、燃料を両方の燃料マニホルド２３８Ａ、２３８Ｂに送り、燃料を１５枚の全てのベーン２２２に供給することもできる。
【００３１】
本開示の範囲内において、その他様々な構成も考えられる。例えば、任意の数のベーン２２２を燃料ノズルアセンブリ２１０の周りに配置し、端部カバー２０８に任意の数の燃料マニホルド２３８を備え、燃料マニホルド２３８から、燃料を任意の数のベーン２２２又はベーン２２２の任意の組合せに送るようにできる。例えば、一実施例において、第１燃料マニホルド２３８Ａは、ベーン２２２のサブセットとの流体連通しており、第２燃料マニホルド２３８Ｂは、全てのベーン２２２と流体連通している。このように、燃料を第１燃料マニホルド２３８Ａに送ることによってベーン２２２のサブセットに燃料を供給すること、並びに、燃料を第２燃料マニホルド２３８Ｂに送ることによってベーン２２２の全てに燃料を供給することができる。但し、このような構成では、両方の燃料マニホルド２３８と連通するベーン２２２の全てに、燃料マニホルド２３８間のクロストークが生じることがあり、その場合には、一方の燃料マニホルドからの燃料を、燃料噴射孔２２４から旋回空気流中に出射する代わりに、他方の燃料マニホルドに向かって後方へ流す。燃料マニホルド２３８間のこのようなクロストークは、上述のように、各ベーン２２２に対して１つの燃料マニホルド２３８のみによって燃料供給することにより、除去可能である。
【００３２】
運転時、コンプレッサからの空気は、圧力差によって環状通路２１６に沿って流動し、環状ギャップ２１８に流入する。環状ギャップ２１８を通る空気のほぼ全てが、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０へと送られる。燃焼ライナ２０６が第１室２０２の周りにおいて実質的に連続状である実施例においては、ヘッド端部の空気のほぼ全てが予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を通過する。
【００３３】
空気流を旋回させるベーン２２２の間を空気が半径方向内側に移動し、燃料噴射孔２２４を通じて燃料が旋回空気流中に噴射されることによって、空気−燃料混合物が生成される。空気−燃料混合物の一部分は、向きを変えてアセンブリ２１０を通り第１室２０２内へと軸方向に移動し、空気のその他の部分は、開口２２６を通り半径方向に移動し、向きを変え、二次燃料ノズルアセンブリ２１２を通って第２室２０４へと軸方向に移動する。このような構成は、一次燃料ノズル１１０のいずれもが第１室２０２内の空気の一部分のみと相互作用し、第２室２０４内の空気とは全く相互作用しない燃焼器１００とは異なる。また、このような構成は、一次ゾーンの空気の全てとヘッド端部の空気の本質的に全てが予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０内で予混合されるので、燃焼器１００とは異なる。
【００３４】
動作モードに応じて、ベーン２２２のうちの幾つか又は全てに対して燃料を供給できる。例えば、燃料を燃料マニホルド２３８のうち１つのみに供給して、ベーン２２２の個別のサブセットに対して燃料を供給すること、或いは、燃料を燃料マニホルド２３８Ａ、２３８Ｂの両方に供給して、ベーン２２２の全てに対して燃料を供給することができる。図示の実施例においては、ベーン２２２のうち５枚に対して燃料を供給するモードも、１５枚のベーン２２２の全てに対して燃料を供給するモードもある。ベーン２２２内への燃料の流れは、コントローラ２４２によって制御可能であり、これによって、弁アセンブリ２４０Ａ、２４０Ｂを作動させることで燃料マニホルド２３８と、これに伴ってベーン２２２への燃料を流入させること又は阻止することができる。
【００３５】
燃焼器２００は、燃焼が第１室２０２内で生じる拡散モードにおいて動作することも、第１室２０２が予混合ゾーンとして機能すると共に第２室２０４が燃焼ゾーンとして機能する予混合モードにおいて動作することも可能である。従来の燃焼器と同様、拡散モードは、予混合モードへの遷移時又は出力の低減が望ましいときに用いられ、予混合モードは、定常動作時又は出力の増大が望ましいときに用いられる。但し、従来の燃焼器とは異なり、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、両方のモードにおいて、一次ゾーン内でベーンレベルの予混合を行う。一次ゾーンの空気のほぼ全てと、場合によっては燃焼器に進入する空気のほぼ全てが、一次ゾーン内においてベーンレベルで予混合される。この一次ゾーン内におけるベーンレベルの予混合の改善は、特に、予混合モード時のＮＯｘ排出物の削減に繋がる（予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０に対して火炎が近接しているので、混合長が短過ぎるかもしれないが、拡散モード時のＮＯｘ排出物の削減も可能である）。予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０は、流れに旋回速度又は周方向の速度を与え、火炎の安定性を改善する。こうして、流れが更に均一になる上、安定する。一次ゾーンの空気のほぼ全てと、場合によっては燃焼器に進入する空気のほぼ全てが、予混合一次燃料ノズルアセンブリ２１０を通過するので、空気のほぼ全てが旋回する。旋回の増加によって、空気の一部分のみを旋回させる従来システムよりも、更に下流側に旋回が伝わり、火炎の安定性が高まる。これによって、燃料の燃焼を減らし、排出物を削減できる。
【００３６】
本明細書では、最適な態様も含め、例を用いて本発明を開示しており、また、これによって当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びに付随するあらゆる方法の実行を含め、本発明を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に明示されると共に、当業者に想到可能なその他の例も含む。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は請求項の文言と殆ど変わらない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１００  既知の燃焼器
１０２  第１燃焼室
１０４  第２燃焼室
１０６  燃焼ライナ
１０８  端部カバー
１１０  一次燃料ノズル
１１２  二次燃料ノズル
１１４  フロースリーブ
１１６  環状空気通路
１１８  環状ギャップ
２００  二段式燃焼器
２０２  第１室
２０４  第２室
２０６  燃焼ライナ
２０８  端部カバー
２１０  一次燃料ノズルアセンブリ
２１２  二次燃料ノズルアセンブリ
２１４  フロースリーブ
２１６  環状通路
２１８  環状ギャップ
２２０  アセンブリ本体
２２２  ベーン
２２４  燃料噴射孔
２２６  空気通路開口
２２８  ハブ
２３０  燃料通路
２３２  燃料導入口
２３４  燃料通路部
２３６  エアフォイル部
２３８  燃料マニホルド
２４０  弁アセンブリ
２４２  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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