(57)【要約】【課題】燃料と空気をより均一に混合する。【解決手段】混合管設計（２８）および燃料ノズル（２５）では、複数の混合管（２８）がそれぞれ、各混合管（２８）内の２本の中空円筒（５１、５２）間に、燃料を流すための輪環状経路を画定する一対の同心中空円筒（５１、５２）と、同心中空円筒（５１、５２）に形成され、各混合管（２８）の外側からその混合管（２８）の内部へ対応する空気流経路を画定する空気噴射スロット（２７）と、複数の空気噴射スロット（２７）のうちの選択された空気噴射スロット（２７）に形成され、中空円筒（５１、５２）によって形成された環状経路から空気流経路内へ燃料が流れることを可能にする１つまたは複数の燃料噴射ポート（５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ）とを備え、燃料／空気混合物の混合を改善し、ノズル（２５）の下流、燃焼器（２１）の上流での燃料／空気混合物の熱力学的挙動を改善する。【選択図】図２
2011232023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（２２）の燃焼器（２１）に供給する燃料と空気を結合する混合管（２８）であって、
対間に燃料を流すための輪環状経路を画定する一対の同心中空円筒（５１、５２）と、
前記同心中空円筒（５１、５２）に形成された複数の空気噴射スロット（２７）であり、混合管（２８）の外側から混合管（２８）の内部へ対応する複数の空気流経路を画定する空気噴射スロット（２７）と、
前記環状経路から前記空気流経路内へ燃料が流れることを可能にするために、前記複数の空気噴射スロット（２７）のうちの選択された空気噴射スロット（２７）に形成された１つまたは複数の燃料噴射ポート（５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ）と
を備える混合管（２８）。
【請求項２】
前記複数の空気噴射スロット（２７）が、等間隔に配置された列（５３、５４、５５、５６、５７、５８）として、混合管（２８）の長手方向軸に沿って配置された、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項３】
前記複数の空気噴射スロット（２７）が、混合管（２８）の外側から混合管（２８）の内部へ角度の付いた空気流経路を形成する、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項４】
前記燃料噴射ポート（５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ）が、前記複数の空気噴射スロット（２７）の１つの側面を貫通する２つ以上の小径の開口を備え、それによって燃料噴射流経路を画定する、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項５】
前記複数の空気噴射スロット（２７）が、燃料噴射ポートを有する長手方向軸に沿った第１の部分（５３、５４）と、前記第１の部分の下流にあって燃料噴射ポートを含まない第２の部分（５５、５６、５７、５８）とを含む、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項６】
混合管（２８）内へ空気を反時計回りに流入させるため、前記複数の空気噴射スロット（２７）が、前記同心中空円筒（５１、５２）に対して鋭角に配置された、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項７】
霧化された補足供給燃料／空気を前記燃焼器（２１）に供給するために、前記複数の空気噴射スロット（２７）のうちの選択された空気噴射スロット（２７）の上流の混合管（２８）の内側に配置された液体燃料／圧縮空気噴射器（８６）をさらに備える、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項８】
前記液体燃料／圧縮空気噴射器（８６）が、混合物が混合管（２８）内へ放出される前に圧縮空気によって霧化される液体燃料を放出する複数のピンホール開口（１６３）を有する燃料噴射ノズル（１５０）を備える、請求項７記載の混合管（２８）。
【請求項９】
前記複数の中空円筒（５１、５２）の外側に配置された有孔の円筒形のスクリーン（１９３）をさらに備える、請求項１記載の混合管（２８）。
【請求項１０】
ガスタービンエンジン（２２）の燃焼器（２１）に空気／燃料混合物を供給する燃料ノズル（２５）であって、
前記燃料ノズル（２５）の長手方向軸から等距離にある前記燃料ノズル（２５）の長手方向軸の周りの半径方向位置に配置された複数の燃料／空気混合管（２８）であり、それぞれが、対間に燃料用の輪環状流れ経路を画定する一対の同心中空円筒（５１、５２）と、前記中空円筒（５１、５２）に形成された複数の空気噴射スロット（２７）と、前記複数の空気噴射スロット（２７）のうちの選択された空気噴射スロット（２７）に形成された１つまたは複数の燃料噴射ポート（５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ）とを備える複数の燃料／空気混合管（２８）と、
その一端の前記燃料ノズル（２５）の長手方向軸から等距離にある前記燃料ノズル（２５）の長手方向軸の周りの対応する半径方向位置に、各前記混合管（２８）を固定するエンドプレート（３１）と
を備える燃料ノズル（２５）。
【請求項１１】
一端が前記複数の混合管（２８）の放出端を取り囲み、他端が開くようなサイズに形成された円筒形エンドキャップ（２６）をさらに備える、請求項１０記載の燃料ノズル（２５）。
【請求項１２】
各前記混合管（２８）の前記複数の空気噴射スロット（２７）が、列（５３、５４、５５、５６、５７、５８）として、各混合管の長手方向軸に沿って配置された、請求項１０記載の燃料ノズル（２５）。
【請求項１３】
各前記混合管（２８）の前記空気噴射スロット（２７）が、各混合管（２８）の外側からその混合管（２８）の内部へ角度の付いた空気流経路を形成する、請求項１０記載の燃料ノズル（２５）。
【請求項１４】
各混合管（２８）の前記燃料噴射ポート（５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ）が、前記空気噴射スロット（２７）の１つの側面を貫通する２つ以上の小径の開口を備え、それによって対応する燃料噴射流経路を画定する、請求項１０記載の燃料ノズル（２５）。
【請求項１５】
ガスタービンエンジン用の分配式燃料／空気燃焼システムであって、
燃焼器（２１）と、
前記燃焼器に炭化水素燃料を供給する燃料供給システムと、
前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮空気源と、
燃料と空気の分配混合物を前記燃焼器（２１）に供給する燃料ノズル（２５）と
を備え、前記燃料ノズルが、前記燃料ノズル（２５）の長手方向軸の周りに配置された複数の燃料／空気混合管（２８）を備え、前記混合管（２８）がそれぞれ、対間に燃料用の環状流れ経路を画定する一対の同心中空円筒（５１、５２）と、前記中空円筒（５１、５２）に形成された複数の空気噴射スロット（２７）と、前記複数の空気噴射スロット（２７）のうちの選択された空気噴射スロット（２７）に形成された１つまたは複数の燃料噴射ポート（５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ）とを備える
分配式燃料／空気燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン用の燃焼システムに関し、より具体的には、燃焼前の燃料と空気の混合を大幅に改善し、それによりガスタービンシステム全体の全体効率を高め、同時に燃焼ガスの不必要な圧力変動を低減させ、望ましくない気体放出物の大気中への解放を制限する、改良された燃料ノズル設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般に、圧縮空気と燃料の混合物を燃やして高温の燃焼ガスを発生させる１つまたは複数の燃焼器を含み、発生した高温の燃焼ガスはタービンを駆動して電気を発生させる。ガスタービンエンジンは通常、回転軸の周りに円形に配置された複数の燃焼器を含む。各燃焼器内の空気および燃料の圧力は時間とともに変化することがあることが知られており、その結果、しばしば、空気／燃料混合物の不必要なばらつきが生じ、この不必要なばらつきは、不完全な（したがってより非効率な）燃焼、および燃焼ガスの潜在的な、ある振動数の不必要な圧力振動（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を引き起こす。燃焼振動数（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が、タービンエンジン内の構成部品またはサブシステムの固有振動数に一致する場合には、正常運転時であっても、時間が経つにつれて、その部品またはエンジン自体が損傷する可能性がある。
【０００３】
ガスタービンエンジンに供給される燃料と空気を混合する技法を改良する必要は、大気汚染に対する関心が世界的に高まっていることから直接生じたものであり、この関心の高まりの結果、近年、国内でも、国際的にも、より厳しい放出基準が示されている。大部分のガスタービンエンジンには、窒素酸化物、未燃炭化水素（ｕｎｂｕｒｎｅｄ  ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）および一酸化炭素の放出を取り締まる米国環境保護庁（ＥＰＡ：Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ）が発令した厳しい基準が適用される。これらの放出物は全て、都市における光化学スモッグ問題の一因となりうるものである。この同じ環境基準は必然的に、ガスタービンエンジンの燃焼器の動作にも影響を及ぼす。したがって、燃料消費量が小さく、放出物の制御が改善されたより効率的な低コスト動作を実現する燃焼器設計が依然として強く求められている。
【０００４】
ガスタービンエンジンの放出物は一般に、主要な２つの種類、すなわち、高い燃焼火炎温度によって形成される放出物（ＮＯｘ）と、燃料−空気反応が完了まで進むことができない低い火炎温度によって形成される放出物に分けられる。ＮＯｘ放出物を減らすために低い燃焼温度で動作させると、燃焼が不完全、または部分的に不完全となることがあり、それにより、過大な量の未燃炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）が発生し、エンジンの出力パワーおよび熱効率が低下することがある。一方で、燃焼温度を高くすると、熱効率が向上し、ＨＣおよびＣＯの量が減る傾向が見られるが、燃焼混合物および動作条件の監視および制御が適切になされない場合には、ＮＯｘの生成量が増大することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３１０９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
望ましくない燃焼副生物の生成を減らす１つの提案は、燃焼時に使用される噴射された燃料と空気の相互混合をより効果的にすることである。すなわち、燃料／空気混合物全体にわたって燃焼（酸化）が均一に起こると、不完全燃焼により高濃度のＨＣおよびＣＯが発生する可能性は低下する傾向を示す。燃焼前の燃料と空気の混合を改善するため、長年にわたって数多くの設計が提案されてきたが、ときおり火炎温度が高くなりすぎたとき（時に「高パワー（ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ）」条件と呼ばれる）に形成される望ましくないＮＯｘの濃度を低下させるための燃焼器設計の改良が依然として求められている。高パワー条件時のＮＯｘ放出の改善もガスタービン分野における大きな関心事であり、そのため、ガスタービン業界は、燃焼器の上流での燃料／空気混合を改善し、熱効率を高め、燃焼後のＮＯｘ放出物および未燃炭化水素放出物を減らす燃焼前システムを求め続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ガスタービンエンジン内で使用する改良された燃料ノズル設計であって、燃焼器に供給されている燃料と空気をより均一に、かつより徹底的に混合することができる改良された燃料ノズル設計を提供する。例示的な一実施形態では、この燃料ノズルが、独特の構成の複数の燃料／空気混合管を含み、これらの複数の燃料／空気混合管がそれぞれ、一対の同心中空円筒であり、各混合管内の２本の中空円筒間に、燃料を流すための輪環状経路を画定する同心中空円筒と、同心中空円筒に形成された複数の空気噴射スロットであり、各混合管の外側からその混合管の内部へ延びる対応する空気流経路を形成する空気噴射スロットと、選択された空気噴射スロットに形成された１つまたは複数の燃料噴射ポートであり、中空円筒によって形成された環状経路から空気流経路内へ燃料が直接に流れることを可能にする燃料噴射ポートとを備える。この新規の混合管およびノズル設計の結果、燃料／空気混合物の混合が大幅に改善され、燃料／空気混合物が燃焼器に到達する前のノズルの下流での燃料／空気混合物の熱力学的挙動が改善する。本発明はさらに、燃焼器と、燃焼器に炭化水素燃料を供給する燃料源と、燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮空気源と、燃焼器の上流にあって、後述する独特の混合管構成を使用する改良された燃料／空気ノズル設計とを備える、ガスタービンエンジン用の新規の燃料／空気燃焼システムを企図する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】改善された空気と燃料の混合を提供する本発明に基づく複数の分配式空気／燃料混合管を備える燃料ノズルを使用する、例示的なガスタービンエンジンシステムのブロック図である。
【図２】等間隔に配置された一連のアパーチャ（スロット）および燃料噴射ポートによって接続された２本の同心中空円筒をそれぞれが備える複数の例示的な混合管を示す、本発明に基づく燃料ノズルの第１の実施形態の透視図である。
【図３】ノズル全体を取り囲むように構成されたライナまたはハウジングに結合された、本発明に基づく例示的な燃料ノズルの透視図であり、ノズルおよびライナは、ガスタービンエンジンの燃焼器の上流にある複数の燃料／空気混合管を含む。
【図４Ａ】混合管を形成する同心管およびアパーチャの相対的な配置および向きを示すために部分的に断面図として示された、本発明に基づく例示的な燃料／空気混合管の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示した線に沿って切った燃料／空気混合管実施形態の断面図である。
【図４Ｃ】各管の均等に配置されたアパーチャ（時に「接線方向」スロットまたは「角度付き」スロットと呼ばれる）の追加の詳細を示す、図４Ｂの燃料／空気混合管の一部分の断面図である。
【図４Ｄ】混合管を形成する同心中空円筒と、等間隔に配置された複数の角度付きスロットとの使用を示す、本発明の第１の実施形態に基づく例示的な燃料／空気混合管の部分透視図である。
【図５】本発明に基づく例示的な燃料／空気混合管と組み合わせて使用することができる液体噴射システムの断面図である。
【図６】本発明に基づく同心中空円筒／アパーチャ設計を使用した燃料／空気混合物の速度の相対変化および燃料／空気流パターンを示す速度ベクトル図である。
【図７】本発明を使用した燃料および空気成分の改善された再循環によって生じる相対的な燃料／空気速度および混合度を示す図であり、この図では、その結果生じた再循環ゾーンが識別される。
【図８】圧縮器の放出空気を、第１の実施形態で説明したスロット付きアパーチャ構成の概ね上流に位置する液体燃料噴射システムと組み合わせて使用することを示す、本発明の代替実施形態の断面図である。
【図９Ａ】図８の液体燃料／圧縮空気噴射システムの正面図である。
【図９Ｂ】図８の代替実施形態に示した液体燃料／圧縮空気噴射システムを示す透視図である。
【図１０】軸方向に間隔をあけて配置された複数の燃料／空気開口（角度付きスロット）を有する補助圧縮空気／液体燃料混合管の使用を示す、本発明の他の実施形態の断面図である。
【図１１】本発明に基づく基本の混合管設計と組み合わせて使用する図１０に示した圧縮空気／液体燃料噴射ノズルの正面図である。
【図１２】燃料と空気の混合をさらに改善する役目を果たす均一に穴があけられたスクリーン状のエンクロージャを含む、本発明に基づく例示的な混合管の他の実施形態の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
前述のとおり、本発明は、燃焼器へ供給する燃料成分と空気成分の混合を大幅に改善することによって、ガスタービンエンジンの燃焼効率を増大させ、不必要な気体放出物および圧力変動を低減させる。この混合の改善は、複数の混合管を備えるノズルを使用することによって達成され、これらの複数の混合管はそれぞれ、各混合管の長手方向軸に沿った特定の位置および制御された流量での燃料と空気の制御された混合を可能にするために、供給空気用の正確な数のアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）と、一部の空気スロット内の選択されたいくつかの燃料噴射ポートとを有する。アパーチャおよび燃料噴射ポートの正確なサイズ設定、配置および配向により、燃焼器の上流における空気／燃料混合がより均一かつ分散したものになる。本発明はさらに、ノズルの長手方向軸から等距離にあるノズルの長手方向軸の周りの半径方向位置に配置された複数の例示的な燃料／空気混合管を備える、ガスタービンエンジンの燃焼器の上流の新規の燃料ノズル設計を含む。
【００１０】
一実施形態では、各新規な混合管が、空気が流れることができる一連のアパーチャ（スロット）（一部のアパーチャは燃料噴射ポートを有する）を有する上流部分と、アパーチャのない混合管の下流部分とを含む。本明細書に記載した全ての混合管実施形態は、混合管内に渦流を生じさせる傾向を有し、渦流の程度は、管の長さに沿ったアパーチャの軸方向位置によって変化する。渦流効果は、混合を改善し、ディフューザの圧力回復を強化し、燃焼の直前のノズル出口における火炎安定性（ｆｌａｍｅ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を向上させる傾向を有する。実際には、この設計は、混合管内の燃料／空気経路長を延長し、それによって燃焼前の燃料および空気の滞留時間をわずかに増大させる。
【００１１】
後述する図の混合管設計およびノズル設計は、時間および空間に関して燃料−空気混合を改善することによって、システム内の燃焼器主導の振動（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ  ｄｒｉｖｅｎ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を低減させる傾向を有する。燃焼器主導の振動は、燃料および空気が燃焼器に入り、燃焼器内で混合し、点火するときの燃焼器内の圧力振動に起因する。この不必要な振動は、燃焼器の上流および下流の回転構成要素の摩損の増大および潜在的な損傷の原因となるが、燃焼器に供給される燃料および空気の上流での圧力振動を低減させることによって、この振動を低減し、または最小限に抑えることができる。本明細書に記載した混合管設計は、燃料／空気混合物の不必要な圧力振動を低減させる傾向を有することが分かっている。
【００１２】
本発明の例示的な第１の実施形態は、圧縮空気および気体燃料噴射器からの燃料の一部を受け取るようなサイズに形成された同心中空円筒からなる独特の構成を有する複数の混合管を使用して、燃料と空気の所望の特定の混合物を供給する燃料ノズルを含む。一方の中空円筒は、外側円筒の半径方向内側に配置され、したがって外側円筒よりもわずかに小さな直径を有する。これらの同心中空円筒は共同で、燃料を流すための輪環状空間を画定し、この燃料を、外側からの供給空気と混合することができる。
【００１３】
したがって、ノズル内の混合管はそれぞれ、同心円筒を貫通する角度の付いた複数のスロット（ａｎｇｌｅｄ  ｓｌｏｔ）（以下、角度付きスロット）を使用して、燃料と空気を結合する。複数のスロットの一部は、燃料噴射の下流の所定の位置にある。混合管内への空気の流入を容易にし、管内の入口点において渦流運動を開始させるために、名目上、これらのスロットは長手方向軸に対してある角度をなす。渦流および混合の量は、開口のサイズおよび管の長さに沿った開口の軸方向位置に依存する。
【００１４】
各管内の所定の位置で燃料／空気混合物の燃料成分を供給するため、一部の角度付きスロットの１つの側面に、その側面を貫通するコンパニオン燃料噴射通路ないし「ポート」が形成される。気体燃料は、２本の中空円筒間の輪環状空間内へ供給され、その後、「ピンホール」型の小さな複数の燃料噴射ポートを使用して空気流経路内へ噴射され、そこでこの燃料は、スロットを通して混合管の外側から中心へ流れている空気と結合する。したがって、複数の角度付きスロットは、管のある所定の長さに沿って、等間隔に配置された円周方向の一連の開口列（一般に６列未満）を形成し、それらのスロットのうち一部のスロットだけが、同心円筒によって画定された環状空間に燃料噴射ポートを有する。この正確に制御された燃料噴射は、燃料が噴射された直後に、空気と燃料を非常に高速に、かつ効率的に混合する。この設計はさらに、先行技術のノズル設計内での燃料噴射で遭遇するプロセス制御問題の多くを軽減するのに役立つ。
【００１５】
本発明は、名目上「ブラッフボディ（ｂｌｕｆｆ  ｂｏｄｙ）」火炎安定化および「渦流駆動（ｓｗｉｒｌ  ｄｒｉｖｅｎ）の」火炎安定化と識別される、基本的な２つのタイプの火炎安定化（ｆｌａｍｅ  ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）で使用することができることが分かっている。改善された燃焼を保証するためには、燃焼点の近くの燃料／空気混合物の速度を低下させ、それによって燃焼器へ流入する流れを安定させる必要がある。従来の「ブラッフボディ」は一般に、主気体経路内に、速度を低減させる役目を果たし、燃焼器の上流の気体再循環（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を刺激する幾何学的障害物を含む。一方、「渦流駆動の」火炎安定化は、流れ経路内に幾何学的障害物を必要としない空気／燃料混合物安定化の一型を指す。後に詳述するが、角度付きスロットおよび噴射ポートの使用は、燃焼器の上流に追加の「ブラッフボディ」を配置し、または配置せずに、渦流駆動の火炎安定化を達成する。
【００１６】
以上の概説に留意してまとめると、以下のプロセス変量が、本発明に基づく燃料／空気混合管設計およびノズル設計の動作に影響を及ぼすことが分かっている。すなわち、（１）各混合管のアパーチャ（スロット）の合計有効開面積（これは、各管の角度付きスロットの総数に直接に関係する）、（２）個々の角度付きスロットの物理サイズ（寸法）、（３）各管のスロット列の数、（４）各列のスロットの相対的な軸方向位置、（５）混合管の長手方向軸に対するスロットの角度、（６）選択された角度付きスロット列にある燃料噴射ポート（例えばピンホール）のサイズ（これは、１つには、燃焼器の上流のさまざまな位置における所望の燃料／空気比に基づく）、（７）一部の角度付きスロットにある燃料噴射ポートの正確な位置、（８）燃料ノズル内の１つまたは複数の混合管内での追加の液体燃料噴射（霧化された燃料）の使用、（９）ノズル内で使用される液体および／または気体燃料ストリーム（例えば天然ガス、ディーゼル燃料など）の正確な化学量論的組成。
【００１７】
図１を参照すると、燃焼器に結合された燃料ノズルを有する例示的なタービンシステム１０のブロック図が示されており、この燃料ノズルは、本発明に基づく複数の混合管を使用して、改善された空気と燃料の混合を提供するように構成されている。このブロック流れ図は、燃料ノズル１９、燃料源１８および燃焼器２１を含む。示されているように、燃料源１８は、タービンシステム１０に対する液体炭化水素燃料および／または天然ガスなどの気体燃料を、燃料ノズル１９を通して燃焼器２１内へ送る。燃料ノズル１９は、燃焼効率を向上させ、燃焼器主導の振動を最小限に抑える前述の方法で、燃料と圧縮空気を混合し、次いで噴射するように構成されている。燃焼器２１は、この燃料−空気混合物に点火し、燃焼させ、次いで加圧された高温の排出ガスをタービン２２内へ送る。この排出ガスは、タービン２２内のタービン翼の間を通り抜け、タービンを回転させる。タービン２２内の翼とシャフト１７とが結合されていることにより、シャフト１７の回転は、示されているように、タービンシステム１０内の他の構成要素に結合される。最終的に、この燃焼過程の排出物は排出口２３から放出される。
【００１８】
図１はさらに、シャフト１４を介して圧縮器に結合された負荷１１を示し、このシステムには、空気取入口１２を通して周囲空気１３が供給される。入口空気は、出口１６を備えた圧縮器１５内へ供給され、燃料と結合されて、燃焼器供給ライン２０を形成する。圧縮器１５の構成要素として含まれる圧縮器羽根ないし圧縮器翼はシャフト１７に直接に結合されており、シャフト１７がタービン２２によって駆動されて回転すると回転する。負荷１１は、発電設備または外部機械負荷、例えば発電機など、タービンシステム１０の回転出力によって発電する適当な任意の装置とすることができる。
【００１９】
図１に示すように、空気取入口１２は、冷空気取入口などの適当な機構を介して空気１３をタービンシステム１０内へ引き入れ、それにより、空気と燃料源１８からの燃料とを燃料ノズル１９によって混合する。空気１３は、圧縮器１５内の翼を回転させることによって圧縮することができ、次いで、矢印１６によって示されているように燃料ノズル１９内へ供給することができる。燃料ノズル１９は、加圧された空気と燃料を２０に示されているように混合して、燃焼に適した混合比を与える。
【００２０】
図２は、本発明に基づく複数の燃料／空気混合管をより詳細に示す燃料ノズルアセンブリの第１の実施形態の透視図であり、空気／燃料混合管はそれぞれ、示されているように、等間隔に配置されたスロットを有する構成を有する。全体が２５で示された燃料ノズルアセンブリは、複数の混合管（この例では５本。それぞれ品目２８として識別される）を含み、これらの混合管は全て、３２で示された対応する個々の取付けフランジ（ｆｌａｎｇｅ）によって、燃料ノズルアセンブリのエンドプレート（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅ）３１に固定されている。この実施形態では、混合管がエンドプレートに固定され、エンドプレート３１の中心から等距離にある角度位置に配置されており、したがって、共通の長手方向軸に沿って互いに平行に固定されている。
【００２１】
図２に示すように、燃料ノズルアセンブリ２５内の混合管２８はそれぞれ、いくつかの例を２７で示し、後により詳細に説明する、等間隔に配置された複数の燃料／空気噴射スロットを含む。燃料ノズルアセンブリ２５内の個々の各混合管の中心体／拡散先端２９は、エンドキャップアセンブリ２６の中に格納されており、エンドキャップアセンブリ２６は、ノズル内の全ての混合管からの燃料／空気混合物を放出して、直接に共通の燃焼器供給ストリームとする。ある動作条件下では、これらの混合管をそれぞれ、図５に関して後に説明する、図２では全体が２９で示されたタイプの液体燃料噴射器と組み合わせることができる。しかしながら、このような追加の液体燃料噴射システムを使用せずに本発明を使用することもできる。いずれの実施形態でも、各混合管内で形成された燃料／空気混合物は、エンドキャップアセンブリ２６から、３０に示すように放出される。例示的なエンドキャップアセンブリ２６は一般に、複数の混合管を示されているように取り囲むハウジングを含み、個々の燃料／空気出口３０はアセンブリ内の各混合管に対応する。
【００２２】
図２の実施形態の燃料／空気噴射スロット２７のうちの一部のスロットだけが、関連する噴射ポートを通して燃料を噴射することができる。燃料噴射の上流の位置で燃料は追加せずに空気だけを追加することは、噴射された燃料との混合が実際に行われる下流の噴射点における空気速度を増大させるのに役立つことが分かっている。下流の噴射点における空気速度の増大および混合の改善は、最終的な燃料／空気混合物が燃焼器に接近したときに混合物が早期に発火するのを防ぐのに役立つ。このノズル構成のこの「渦流駆動」火炎安定化特性は、燃焼器へ向かう燃料／空気混合物の全体的な流れのパターンを改善し、各混合管の出口のところまで流れが滑らかで均一であることを保証する。複数の混合管を備えた各ノズル内へ供給される空気および燃料の例示的な全体流量は、それぞれ約６０ポンド／秒および１．８５ポンド／秒である。
【００２３】
図３は、本発明に基づく例示的な燃料ノズルアセンブリ４０の透視図であり、ここでは、燃料ノズルアセンブリ４０が、前述のとおりに対応する個々の取付けフランジ４３に取り付けられ、エンドキャップアセンブリ（図示せず）に結合された個々の混合管４１を取り囲むハウジングまたはライナ４４に結合されている。個々の混合管４１はそれぞれ、同心管を接続する空気流通路を画定する等間隔に配置された複数の空気分配スロットを含み、前述のとおり、これらのアパーチャの一部は燃料噴射ポートを含む。この場合も、ハウジングを含む燃料ノズルアセンブリ４０の全体が、ガスタービンエンジン内の燃焼器の上流に設置され、結合された燃料と空気の放出が４５に示されている。
【００２４】
同心中空円筒および相互接続アパーチャを使用する図２および３に示したノズル構成は、燃料／空気混合を改善することに加えて、プロセス制御上および環境上のさまざまな利点を有する。例えば、この新規の設計は、対称形の燃料／空気噴射スロット、すなわち円周方向およびノズルに沿った縦方向の所定の位置に配置された角度の付いた燃料／空気スロットを使用することによって、燃焼振動（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を低減させる傾向を有する（これは時に「波減衰（ｗａｖｅ  ｄａｍｐｉｎｇ）」と呼ばれる）。
【００２５】
図４Ａは、混合管の不可欠な一部分を構成する同心管の幾何学的形状および向きを示すために部分的に断面図として示された、本発明に基づく例示的な燃料／空気混合管構成の側面図である。混合管は全体が５０で示されている。管の放出端６１における静圧をわずかに増大させるため、２本の同心中空円筒５１および５２の放出端は、６０で示されているように、わずかなテーパ（一般にわずかに１度または２度）を有することができる。このケースでは、等間隔の列として、接線方向の角度で、混合管の所定の長さに沿って配置された複数の角度付きスロットが、６つの一連の列５３、５４、５５、５６、５７および５８として示されている。前述のとおり、下流での所望の燃焼条件に応じて、角度付きスロットの正確なサイズ、スロットの総数、および同心管に対するスロットの正確な角度（向き）を変更することができる。
【００２６】
図４Ａはさらに、選択された角度付きスロット列、この実施形態では、混合管の左（入口）側から流れる流れの方向に３番目、４番目および５番目の列において同心管を流体接続する、矢印５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ、５７Ａおよび５７Ｂによって識別される燃料噴射ポートの使用を示す。この場合も、燃焼器の上流の特定の位置における所望の正確な燃料／空気混合物に応じて、燃料噴射ポートを含む空気分配スロットの列の選択および向きを変更することができる。したがって、円周方向の角度付きスロットの正確な数および特定の位置と、混合管の長さに沿った角度付きスロットの正確な数および特定の位置の両方を変更することができる。燃料噴射ポートも、やはり異なる噴射位置における所望の特定の燃料／空気混合物および混合効率に応じて選択されたあるスロット列でだけ使用される。例えば、図４Ａに示した例示的な実施形態では、３番目、４番目および５番目の円周方向列のスロットだけが燃料噴射ポートを有し、これらのスロットの上流および下流の残りのスロットは、ノズル内へ空気を噴射するためだけに使用される。上流の空気分配スロットは、最初の燃料噴射が起こる直前に、ノズル内の空気に軸方向および接線方向の初期運動量を与える（実際には初期渦流を生み出す）傾向を有する。これらの上流の点における管内の渦流は、結合した流れが燃焼器に接近したときに、管の全体的な混合効果および減衰効果を向上させる傾向を有する。
【００２７】
図４Ａはさらに、潜在的に、外部霧化空気６３および６４に示した液体燃料噴射が、前述の例示的な混合管設計と組み合わせて使用されることを示す。このような任意選択の液体燃料噴射の使用については、図８に関してより詳細に説明する。
【００２８】
図４Ｂは、図４Ａの線４Ｂに沿って切った混合管設計の断面図である。上で示したとおり、中空同心管５１および５２は、全体が５７で示された複数の角度付きスロットを含む。この実施形態では５７Ａおよび５７Ｂで示された２つの燃料噴射ポートが、３番目、４番目および５番目の列の各角度付きスロット内に互いに等間隔に配置され、空気／燃料流は左から右へ燃焼器に向かって移動する。したがって、圧縮空気が各混合管の外側からスロット内へ流入し、各混合管の中心へ移動するときに、２本の円筒間の環状空間内に燃料を噴射し、その後、選択されたスロットの噴射ポートを通して燃料を噴射することができ、したがって、燃料は、燃料が噴射されたときに空気流と混合する。
【００２９】
図４Ｃは、図４Ｂの均等に配置された角度付きスロットの追加の詳細を示す、図４Ｂに示した燃料／空気ノズル設計の一部分の断面図であり、この図にもやはり、同心管５１および５２、ならびに外側からの圧縮空気が混合管に入ることを可能にする複数のスロット（一例が５７で示されている）が示されており、選択された接線方向スロット内の気体燃料噴射ポートは、燃料が、５８で示された２本の同心管間の環状空間からスロット内へ流入することを可能にする。この実施形態では、同心円筒によって画定された環状空間を通過する予測される特定の量の気体燃料を、噴射ポート５７Ａで示された噴射ポート（一般に各スロット内に２つ以上配置される）を通して角度付きスロット内へ噴射することができる。
【００３０】
図４Ｃは、（ノズルから燃焼ゾーンに向かって下流方向を見たときに）反時計回りに形成されたスロットを示しているが、混合管が達成すべき所望の渦流効果および燃料／空気混合によっては、一部のスロットを時計回りに形成することもできる。このように、角度付きスロットの向きを変更する、おそらくは一部の列を時計回りにし、その他の列を反時計回りにすることによって、燃料／空気流を変更することができることが分かっている。管内における反時計回り流または時計回り流の所望のレベルに応じて、スロットの角度を変える（異なる角度の「接線」を有するようにする）こともできる。例えば、一部のスロットの向きを実質的に「まっすぐに」にし、混合管の長手方向軸に対して垂直にすることができ、他のスロットを、管の外面に対してより鋭角に配置することができる。ある動作条件では、ノズルの異なるスロット列のスロットの傾きが反対であることに起因する反対方向の流れが、空気／燃料混合物の不必要な振動を減衰するのに役立つことがあり、それでも、燃焼ゾーンの上流の高いレベルの混合は達成される。所望の最終結果に応じて、スロット設計および長手方向軸に対するスロット向きの他の変更も可能である。
【００３１】
図４Ｄは、各混合管に対する同心中空円筒７１および７２と、これらの円筒を流体接続する等間隔に配置された複数のスロット７３とを使用する、例示的な混合管設計７０の他の透視図である。この混合管は、取付けフランジ７４によって所定の位置に固定されている。
【００３２】
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄに示された燃料噴射ポートは、管の長さに沿って所定の軸方向距離のところにある一部のスロット列でだけ、一般に３番目、４番目および５番目の列でのみ使用されることが好ましい。したがって、ノズルの長さに沿った異なる位置で空気が均一に分配されるだけでなく、燃料も、それらの特定の軸方向位置にある小さな噴射点を通して均一に分配される。その結果、対流時間（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）、すなわち燃料／空気混合物が燃焼器の火炎ゾーンに到達するまでの時間は、管の長手方向軸に沿った異なる位置ごとにわずかに異なる。本発明のこの態様は、燃料が１箇所だけから追加されるため単一の対流時間しか持たない先行技術の多くの設計とは異なる。対照的に、長手方向軸に沿った異なる位置にあるスロットおよび燃料噴射ポートの使用は、異なる対流時間を与え、より均一な燃料／空気混合物を生み出し、燃焼振動をより小さくする傾向を有する。最終結果は、燃焼ゾーン内へのより安定した燃料／空気供給、および燃焼振動が少ない（「火炎の揺らぎ（ｆｌａｍｅ  ｗｏｂｂｌｉｎｇ）」が小さい）より均一で効率的な燃焼である。
【００３３】
図２から４Ｄに示した設計の追加の１つの利点は、燃焼の上流でより良好でより均一な燃料／空気混合を達成するのに必要なノズルの数を減らすことができることであり、その結果、システム内での総圧力損失がより小さくなり、このことは、ガスタービンエンジンの他の段から供給される圧縮空気を使用するシステムにおいて特に有益である。中空円筒／角度付きスロットの比較的に単純で簡単な幾何学的構成はさらに、ノズルおよび燃焼器の全体コストを低減させる傾向を有する。
【００３４】
図２から４Ｄに示した設計の他の利点は、燃焼ゾーンの上流の選択された位置での保炎（ｆｌａｍｅ−ｈｏｌｄｉｎｇ）／逆火（ｆｌａｓｈｂａｃｋ）の危険が低下することである。すなわち、結果として生じる渦を巻く空気流（渦流数は渦流数の限界値よりも大きい）によって、スロットの下流にコンパクトな「再循環ゾーン」が形成されることが分かっており、この場合も、燃焼前の燃料と空気の非常に効率的な混合を指示する。噴射ポートの下流に形成されるこのコンパクトな再循環ゾーン（「再循環バブル（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｂｕｂｂｌｅ）」）は、全体的な火炎安定性を向上させる傾向を有する。さらに、角度付きスロットおよび選択された噴射ポートを使用する図２から４Ｄの実施形態の最終結果は、管内の噴射点における回転乱流の改善であり、その結果、不必要な圧力変動が低減し、火炎安定性がより良好となり（「火炎の揺らぎ」が低減し）、燃料／空気比が改善される。燃焼ゾーン内へ進入するときの燃料／空気混合物の当量比、すなわち理論上の化学量論的燃料／空気比を実際の燃料／空気比で割ったものも改善する。
【００３５】
図２から４Ｄの混合管構成はさらに、速度変動がより少なく、混合物が燃焼器に到達したときの燃焼振動がより小さく、燃焼後の不必要な放出物がより少ない、燃料／空気混合物のより良好な制御を提供する。燃焼の間際の混合が不均一である場合には、燃焼温度が変動し、燃焼温度がわずかに高くなることがあり、その場合にも、不必要な放出物および／または汚染物質が生成される。
【００３６】
図５は、本発明に基づく他の例示的な燃料／空気混合管設計と組み合わせて使用することができる液体噴射システム、このケースでは、角度付きスロットおよび噴射ポートによって提供される１次燃料空気混合物の補足として、角度付きスロットの上流での従来の燃料噴射の使用と組み合わせる液体噴射システムの断面図である。本発明と一緒に使用すると有用な１つの知られている液体噴射システムは、一般に拡散気体燃料噴射器と液体噴射器の組合せを含む図５に全体が８０として示された中心体型の液体噴射器を含む。したがって、噴射器８０は、中心に配置された拡散ベースの液体／気体燃料噴射器を備えることができる。
【００３７】
図５に示すように、この噴射器の放出端は、角度付きスロット（全体が８３ＡからＥで示されている）の最後の列をわずかに超えて延びており、燃料／空気混合物は左から右へ流れて燃焼ゾーン８７に入る。前述の同心管／接線方向スロット配置を使用して生成された混合物と結合させるため、補足液体燃料噴射器は８６で燃料を霧化する。補足燃料噴射器の使用は、燃焼器の上流の所望の正確な燃料／空気混合条件に応じて任意に選択することができる。
【００３８】
図６は、本発明に基づく例示的な空気／燃料混合管設計を使用した燃料／空気混合物の速度の相対変化および燃料／空気流パターンを示す速度ベクトル図１３０である。同心中空円筒１３１および１３２は、同じ複数の角度付きスロットないし開口１３３を含み、これらの開口のうちの選択された開口は、空気ストリーム中への効率的な燃料噴射および燃焼器の上流の混合管内での燃料と空気の最終的な均一な混合を可能にする１３４および１３５で示された燃料噴射ポートを有する。
【００３９】
図６はさらに、混合管の周囲に円周方向列として等間隔に配置された複数のアパーチャを使用することによって達成される利点を図式で示す。空気と燃料噴射ポートからの燃料が均一に混合されると、管内において前述の渦流駆動の火炎安定化が達成され、したがって、均一な混合は、（早過ぎる燃焼による）保炎／逆火の危険を低下させる傾向を有する。分かりやすくするため、図６では、管内において混合物を形成する２つの成分のさまざまな予測軸方向速度が着色されて示されており、対応する当量比の凡例が図の中央に示されている。
【００４０】
（例えば図４Ａから４Ｃに示された）個々の噴射ポートを通して各角度付きスロット列内に流入する燃料の流れは、特定の列の噴射ポートについては全て実質的に同じだが、異なるスロット列については、燃料のタイプおよび燃焼器の上流の所望の動作条件によってわずかに異なることがあることが分かった。さらに、図６に示すように、混合管に入る空気流が全体に反時計回り方向に流れ、それによって負の再循環ベクトルを生み出すように、空気噴射スロットを配置することができる。したがって、混合管の外側から角度付きスロットを通して流入した圧縮空気は、選択された噴射ポートを通して噴射された燃料と結合し、燃焼ゾーンに入る前に、均一で安定した燃料／空気混合物となる。混合物が燃焼ゾーンに接近するにつれて軸方向速度はよりたくなり、このことは、「保炎／逆火」および（さもなければより上流の混合ゾーンの近くで起こる可能性がある）早過ぎる燃焼を防ぐのに役立つ。
【００４１】
図７は、本発明によって達成される相対的な混合度および再循環による火炎安定性を示す混合管１４２内の燃料／空気速度プロファイル１４０を示す図であり、わずかに傾いた再循環ゾーンが識別される。図の右上の部分に、対応するカラーコードが示されている。したがって、図７は、前述の渦流駆動の火炎安定化によって達成されるおおよその「再循環ゾーン」または「再循環バブル」１４１を示す。すなわち、速度ベクトルはバルクフローとは反対の方向を指す。再循環ゾーンは、この図ではわずかに内側に傾いた領域として現れ、管内で改善された混合が達成されることによって発生し、改善された混合は、下流でのより滑らかな燃焼を保証する。
【００４２】
図７はさらに、同心中空円筒、複数の角度付きスロット列および噴射ポートを使用する本発明の他の利点、すなわち、燃料／空気混合物が燃焼ゾーンに接近したときの混合管出口の直ぐ下流の領域における燃料／空気圧力回復を示すのに役立つ。したがって、図７は、混合管に沿った異なる位置での静圧の回復を示し、このこともやはり、上記の混合管構成を使用して達成される渦流駆動の火炎安定化の利点を示す。ノズル出口の直ぐ下流の再循環ゾーンの形成を含む改善された混合は、燃料／空気混合物が燃焼器に向かって移動するときに混合管内のさまざまな軸方向の平面で起こる。生じている燃料／空気混合は、再循環ゾーンが形成される前に約９９％完了することが分かっている。
【００４３】
図８は、圧縮器の放出空気を、図４Ａから４Ｃの実施形態で説明した混合管の概ね上流に配置された液体燃料噴射システム、すなわち同心中空円筒１５１および１５２ならびに最初のスロット列の（燃料は導入せず空気だけを導入することができる）複数の角度付きスロット１５３および１５９を使用する設計と組み合わせて使用することを示す、本発明の代替実施形態の断面図である。この実施形態の違いは、別個の霧化空気（圧縮器段の１つから抽出した空気など）によって、あるいは圧縮器の放出空気もしくは燃焼入口空気またはその両方を使用することによって霧化された所定量の補足液体燃料を使用することである。
【００４４】
この実施形態では、本発明が、新規の中空円筒／角度付きスロット設計と、最初の角度付きスロット列の上流のエンドプレートの近くに（混合／燃焼ゾーンから離れて）位置する中心に置かれた液体噴射器とを組み合わせる。ある場合には、補足液体噴射および圧縮空気を使用してノズルの中心付近で液体燃料を霧化することが、混合効率および燃焼熱力学の点で全体的な燃焼力学を改善する傾向を有する。したがって、図８は、液体噴射器を使用して、同心管および角度付きスロットだけを使用して達成される混合を補うことを示す。この組合せでは、さまざまな設計の液体噴射器を使用することができ、それらの設計は全て、混合管だけによって生成される空気／燃料混合物の接線方向の速度プロファイルを、噴射器のタイプ、設計および正確な位置に応じてわずかに変化させる傾向を有する。
【００４５】
図８はさらに、追加の液体燃料１５６が液体燃料噴射器１５０内へ移動して（左から右へ流れて）、一例を１６３で示す、ノズルヘッドの円周方向の非常に小さな複数のアパーチャを通して加圧下で噴射される様子を示し、液体燃料の一部は、霧化ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）１５４の内面に衝突して、その位置に液体燃料の膜を形成する。一般に周囲温度よりも高い温度の圧縮された霧化空気が、霧化空気回路１５７を通って燃料噴射器に入り、霧化ベローズ１５４によって画定された混合ゾーン内へ比較的に速い速度で流入する。この例では、混合管の最初のスロット列の角度付きスロットのうちの１つまたは複数のスロット１５３または１５９を使用して、追加の霧化空気１６１を噴射することができる。この補足空気流は、円周方向の開口１６３を通して噴射されている液体燃料を霧化する役目を果たす。逆流防止壁１６４が、最初の角度付きスロット列からの空気流が逆流することを防ぐ。
【００４６】
図８の結合され霧化された燃料／空気混合物は、燃料／空気開口１５５を通って噴射器を出て、基本の混合管設計を使用して前述のとおりに形成されている別の燃料／空気混合物と結合される。このときも、最初のスロット列の角度付きスロット１５３を通って流入した空気流は、空気通路１６１を通って下流へ流れるときに、液体燃料を霧化する役目を果たす。この空気は、霧化ベローズ１５４の内面の燃料と接触する。使用している全ての混合管の角度付きスロットを通過する空気の量は、ノズルを通過する全空気流の約１５％を超えるべきではないことが分かっている。
【００４７】
この実施形態の霧化空気回路１５７内の霧化空気は、ガスタービン（またはおそらくは圧縮器）のある段から供給することができ、中心の気体流チャネル１５８を通り、示されているように出口１５５の直ぐ上流で噴射することを可能にする噴射器ヘッドの等間隔に配置された円周方向の開口を使用して混合領域内へ直接に導入された追加の気体燃料を使用することを企図する。
【００４８】
図９Ａは、図８の代替実施形態に示した液体燃料／圧縮空気噴射システムの正面図であり、この図は、噴射ノズルのベローズ１５４上に液体膜を形成し、それによって前述のように圧縮空気流を使用して液体燃料を霧化することを可能にする円周方向の複数の開口１６３を示す。図９Ａはさらに逆流防止壁１６４の使用を示す。
【００４９】
図９Ｂは、図８の代替実施形態に示した圧縮器放出空気駆動の液体燃料／空気噴射システムを示す透視図であり、噴射ヘッドの周りには円周方向の開口１６３が配置されている。
【００５０】
図１０は、空気／液体燃料噴射器を、以前の図で説明した混合管実施形態の複数の燃料／空気スロットおよび同心管と組み合わせて使用することを示す、本発明の他の実施形態１７０の断面図である。この実施形態は、前述のとおり、同心管１７１および１７２と、角度付きスロット１７３および１８２の等間隔に配置された複数の列とを含む。混合管内の最初の角度付きスロット列は、通路１７８を下流へ流れる周囲温度よりも高温の所定量の補足空気を供給し、この補足空気は、ノズルの中心の液体燃料通路１７４を通ってノズルに入る固定量の液体燃料を霧化する役目を果たす。この液体燃料は、加圧下で、噴射ヘッドのごく小さなピンホール型の複数の開口（噴射ポート１７６Ａおよび１７６Ｂ参照）を通過する。この場合も、液体燃料の一部が霧化ベローズ１８０の内壁に衝突し、残りの液体燃料は噴射器を出て、混合管によって形成された混合ゾーンに入る。
【００５１】
図１１は、図８および１０に関して上で説明したとおりに霧化した液体燃料を混合物中へ放出する１列または数列のピンホール噴射ポート１７６Ａおよび１７６Ｂの使用を示す、図１０に示した補助圧縮空気／液体燃料ノズルの正面図である。
【００５２】
最後に、図１２は、同心管／接線方向空気分配スロットを取り囲む均一に穴があけられたスクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）（ふるい）状のエンクロージャ（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を含む、本発明に基づく混合管設計の他の実施形態１９０の透視図である。混合管１９２は、フランジ１９１に接続され、スクリーン１９３によって取り囲まれている。有孔のスクリーン１９３の使用は、角度付きスロット内への均一な空気の流入を維持するのを助け、それによって管内での空気と燃料の均一な混合をさらに保証することが分かっている。
【００５３】
図１２はさらに、混合管を出た後に燃焼器に接近する最終混合物の不均一性をさらに低減させる傾向を有する、従来のバーナ管／キャップアセンブリ１９４の使用を示す。空気がスクリーンを通過して混合管に到達するときに許容しうる圧力降下の量を含む、関係する正確な動作条件に応じて、有孔のスクリーンの穴のサイズ、およびスクリーンと混合管の外面との間の円周方向の空隙の寸法を、わずかに変更することができる。
【００５４】
上記の全ての実施形態では、本発明が、燃料／空気混合物と組み合わせて、さまざまな液体炭化水素燃料を使用することを企図する。例えば、小型のノズルを通して噴射するドライオイル（ｄｒｙ  ｏｉｌ）を使用することができ、この液体は、一般に角度付きスロットの上流の点で噴射される。このようなドライオイル燃焼の使用は、最終的な燃料／空気混合物の最終的な燃焼温度を制御し、ＮＯｘ汚染物質を形成する可能性を低減させるのに役立つ。ドライオイルをも含むさまざまな液体燃料を、燃焼をサポートするための水または水蒸気を追加することなく、ノズル内へ噴射することができることも分かった。
【００５５】
したがって、本発明は、燃料と一緒に水蒸気または水を噴射する必要なしに、「クリーンな燃焼」を達成する。一般に、システムに追加された液体燃料は、ガスタービンに対するある負荷条件下で使用するため、ノズルで霧化され、次いで燃料／空気混合物と結合される。タービンに対する低負荷条件は通常、角度付きスロットだけを使用する燃料／空気実施形態を使用し、高負荷条件は、前述のスロットとともに、追加の液体燃料を含むことができる。
【００５６】
現時点で最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されず、反対に、添付の特許請求項の趣旨および範囲に含まれるさまざまな変更および等価の配置をカバーすることが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１０  タービンシステム
１１  負荷
１２  空気取入口
１３  空気
１４  シャフト
１５  圧縮器
１６  圧縮器出口
１７  シャフト
１８  燃料源
１９  燃料ノズル
２０  燃焼器供給ライン
２１  燃焼器
２２  タービン
２３  排出口
２５  燃料ノズルアセンブリ
２６  エンドキャップアセンブリ
２７  燃料／空気噴射スロット
２８  混合管
２９  中心体／拡散先端、液体燃料噴射器
３０  燃料／空気出口
３１  エンドプレート
３２  取付けフランジ
４０  燃料ノズルアセンブリ
４１  混合管
４３  取付けフランジ
４４  ハウジングまたはライナ
４５  結合された燃料／空気放出
５０  混合管
５１  同心中空円筒
５２  同心中空円筒
５３  角度付きスロットの列
５４  角度付きスロットの列
５５  角度付きスロットの列
５５Ａ  燃料噴射ポート
５５Ｂ  燃料噴射ポート
５６  角度付きスロットの列
５６Ａ  燃料噴射ポート
５６Ｂ  燃料噴射ポート
５７  角度付きスロットの列
５７Ａ  燃料噴射ポート
５７Ｂ  燃料噴射ポート
５８  角度付きスロットの列
５８  ２本の同心管間の環状空間
６０  テーパ
６１  混合管の放出端
６３  霧化空気
６４  液体燃料噴射
７０  混合管設計
７１  同心中空円筒
７２  同心中空円筒
７３  スロット
７４  取付けフランジ
８０  中心体型液体噴射器
８３Ａ  角度付きスロット
８３Ｂ  角度付きスロット
８３Ｃ  角度付きスロット
８３Ｄ  角度付きスロット
８３Ｅ  角度付きスロット
８６  燃料霧化位置
８７  燃焼ゾーン
１３０  速度ベクトル図
１３１  同心中空円筒
１３２  同心中空円筒
１３３  角度付きスロットないし開口
１３４  燃料噴射ポート
１３５  燃料噴射ポート
１４０  燃料／空気速度プロファイル
１４１  再循環ゾーンないし再循環バブル
１４２  混合管
１５０  液体燃料噴射器
１５１  同心中空円筒
１５２  同心中空円筒
１５３  角度付きスロット
１５４  霧化ベローズ
１５５  燃料／空気開口
１５６  液体燃料
１５７  霧化空気回路
１５８  中心気体流チャネル
１５９  角度付きスロット
１６１  追加の霧化空気
１６３  円周方向の開口
１６４  逆流防止壁
１７０  混合管設計の他の実施形態
１７１  同心管
１７２  同心管
１７３  角度付きスロット
１７４  液体燃料通路
１７６Ａ  噴射ポート
１７６Ｂ  噴射ポート
１７８  通路
１８０  ベローズ
１８２  角度付きスロット
１９０  混合管設計の他の実施形態
１９１  フランジ
１９２  混合管
１９３  スクリーン
１９４  バーナ管／キャップアセンブリ
【図１】
2011232023.tif 000003
【図２】
2011232023.tif 000004
【図３】
2011232023.tif 000005
【図４Ａ】
2011232023.tif 000006
【図４Ｂ】
2011232023.tif 000007
【図４Ｃ】
2011232023.tif 000008
【図４Ｄ】
2011232023.tif 000009
【図５】
2011232023.tif 000010
【図６】
2011232023.tif 000011
【図７】
2011232023.tif 000012
【図８】
2011232023.tif 000013
【図９Ａ】
2011232023.tif 000014
【図９Ｂ】
2011232023.tif 000015
【図１０】
2011232023.tif 000016
【図１１】
2011232023.tif 000017
【図１２】
2011232023.tif 000018