(57)【要約】【課題】燃料及び空気混合領域で分離される燃料及び空気混合パネルの対を利用する予混合システムを提供すること。【解決手段】ガスタービン内で燃料及び空気を予混合するための方法及びシステムが提供される。一実施形態では、燃焼器（３０）は、加圧空気及び燃焼燃料を予混合ゾーン（５４）に通して導くように構成された上流側混合パネル（５０）を含む。燃焼器（３０）はまた、追加の燃焼燃料を燃料空気混合気と混合して燃焼混合気を形成するように構成された下流側混合パネル（５２）を含む。【選択図】      図３
2011027395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（３０）と、該燃焼器内に配置された予混合システムとを備えるシステム（１０）であって、上記予混合システムが、
上流側混合パネル（５０）を通して燃料及び空気を導くための第１の燃料通路（６２）及び第１の空気通路（６４）を有する上流側混合パネル（５０）と、
下流側混合パネル（５２）を通して燃焼室（３４）へと燃料及び空気を導くための第２の燃料通路（６２）及び第２の空気通路（６４）を有する下流側混合パネル（５２）と、
上流側混合パネル（５０）と下流側混合パネル（５２）との間に形成され、上流側混合パネル（５０）から下流側混合パネル（５２）へと燃料及び空気を導くように構成された予混合ゾーン（５４）と
を含むシステム。
【請求項２】
上流側混合パネル（５０）及び下流側混合パネル（５２）が、燃焼器（３０）のライナ（４６）内部に取り付けられる、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
上流側混合パネル（５０）が、希薄直接噴射（ＬＤＩ）パネル又は予混合直接噴射（ＰＤＩ）パネルを含み、下流側混合パネル（５２）が、希薄直接噴射（ＬＤＩ）パネル、予混合直接噴射（ＰＤＩ）パネル又はスワーラ式予混合器を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
上流側混合パネル（５０）と下流側混合パネル（５２）の一方又は両方を通過する燃料の流れを調整するように構成されたコントローラ（７２）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
燃焼器（３０）内に配置された１以上の火炎検出器（７４、７６）を備えていて、前記コントローラ（７２）が、上記１以上の火炎検出器（７４、７６）からのフィードバックに応答して燃料の流れを調整するように構成される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
ＮＯｘ排出レベルを測定するように構成された連続排出監視（ＣＥＭ）システムを備えていて、前記コントローラ（７２）が、測定ＮＯｘ排出レベルに基づいて燃料の流れを調整するように構成される、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記燃焼器（３０）が拡散火炎燃焼器を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
燃焼燃料の第１の流れを上流側混合パネル（５０）を通して導いて、燃料空気混合気を形成する段階（８２）と、
予混合ゾーンを通る燃料空気混合気を下流側混合パネル（５２）へと導く段階と、
燃焼燃料の第２の流れを下流側混合パネル（５２）を通して導いて、第２の流れを燃料空気混合気と混合する段階（８４）と、
保炎及び／又はＮＯｘ排出増大の検出に応答して、第１の流れと第２の流れの一方又は両方を調整する段階（８８）と
を含む方法。
【請求項９】
第１の流れと第２の流れの一方又は両方を調整する段階（８８）が、流量の調整と燃焼燃料の種類の調整の一方又は両方を実施する段階を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１の流れと第２の流れの一方又は両方を調整する段階（８８）が、燃焼燃料を低水素含有量又は低反応速度を有する別の燃焼燃料に切り替える段階を含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン用予混合システムに関し、より具体的には、燃料及び空気混合領域で分離される燃料及び空気混合パネルの対を利用する予混合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンは、加圧空気と燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガス温度が高くなるほど、ガスタービンエンジンの効率を向上させることができる。しかしながら、高温では、政府規制の対象である一酸化窒素及び二酸化窒素（総称してＮＯｘとして知られる）などの化合物が形成される可能性がある。更に、一般的にＮＯｘを形成する化学反応の速度は、温度の指数関数とすることができる。従って、ガスタービンエンジンを効率的な範囲で運転させるのに十分に高い温度を許容しながら、ＮＯｘ形成を抑制するよう温度を制御するのが望ましいとすることができる。しかしながら、制御温度であっても、加圧空気と燃料の不均一な混合の結果としてホットスポットが生じる場合があり、これによりＮＯｘの形成が促進される可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７１８９０７３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態に係るシステムは、燃焼器と、該燃焼器内に配置された予混合システムとを備える。予混合システムは、上流側混合パネルを通して燃料及び空気を導くための第１の燃料通路及び第１の空気通路を有する上流側混合パネルと、下流側混合パネルから燃焼室へと燃料及び空気を導くための第２の燃料通路及び第２の空気通路を有する下流側混合パネルと、上流側混合パネルと下流側混合パネルとの間に形成され、上流側混合パネルから下流側混合パネルへと燃料及び空気を導くように構成された予混合ゾーンとを含む。
【０００６】
第２の実施形態に係るシステムは、燃焼器ライナと、燃焼ライナに取り付けられた上流側混合パネルであって、加圧空気及び燃焼燃料を予混合ゾーンへと導いて燃料空気混合気を形成するように構成された上流側混合パネルと、燃焼ライナに取り付けられた下流側混合パネルであって、追加の燃焼燃料を上記燃料空気混合気と混合して燃焼混合気を形成するように構成された下流側混合パネルと、燃焼混合気を燃焼させるように構成された燃焼室とを含む。
【０００７】
第３の実施形態に係る方法は、燃焼燃料の第１の流れを上流側混合パネルを通して導いて、燃料空気混合気を形成する段階と、予混合ゾーンを通る燃料空気混合気を下流側混合パネルへと導く段階と、燃焼燃料の第２の流れを下流側混合パネルを通して導いて、第２の流れを燃料空気混合気と混合する段階と、保炎及び／又はＮＯｘ排出増大の検出に応答して、第１の流れと第２の流れの一方又は両方を調整する段階とを含む。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】予混合システムを利用し得るガスタービンエンジンの一実施形態の概略流れ図。
【図２】図１のガスタービンエンジンの一実施形態の軸方向断面図。
【図３】予混合システムを有する燃焼器を表す図２のガスタービンエンジンの一部の詳細図。
【図４】図３に示す予混合システムの一実施形態の詳細図。
【図５】予混合システムを利用したガスタービンエンジンの作動方法を示すフローチャート。
【図６】図４の予混合システムで利用し得る予混合パネルの一実施形態の切り欠き図。
【図７】図４の予混合システムで利用し得る予混合パネルの別の実施形態の切り欠き図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。作動パラメータ及び／又は環境条件の例は、開示した実施形態以外のパラメータ／条件を除外するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」又は「実施形態」という場合、その実施形態に記載された特徴をもつ別の実施形態が存在することを除外するものではない。
【００１２】
本発明は、燃焼ゾーン前に燃料の一部を予混合するよう設計された予混合システムを含むガスタービンエンジンに関する。具体的には、予混合システムは、２つの予混合パネル、すなわち予混合ゾーンで隔てられた上流側予混合パネルと下流側予混合パネルとを備える。上流側予混合パネルは、予混合直接噴射（ＰＤＩ）パネル又は希薄直接噴射（ＬＤＩ）パネルを含むことができる。下流側予混合パネルは、予混合直接噴射（ＰＤＩ）パネル又は希薄直接噴射（ＬＤＩ）パネル、並びに、スワーラ式予混合器のような他のタイプの燃料及び空気混合システムを含むことができる。一般に、上流側パネルは、燃焼室に流入する燃料の約０．２５〜０．５０％を受け取ることができる。上流側パネルを通って噴射された燃料は空気と混合することができ、予混合ゾーンを通って流れる時に空気と更に混合されて燃料空気混合気を形成することができる。次に、燃料空気混合気は、燃焼室に流入する燃料の残りの割合を受け取る下流側パネルを通って流れることができる。下流側パネル内では、燃料の残りの割合は、予混合ゾーンからの燃料空気混合気と混合されて、燃料及び空気の燃焼混合気を形成することができる。
【００１３】
予混合システムは、単一のＰＤＩ燃焼器又はＬＤＩ燃焼器を利用するのではなく、予混合ゾーンで分離された予混合パネルの対を利用する。予混合ゾーンで２つの予混合パネルを隔てると、上流側パネルを燃焼炎から離隔して配置することができ、自動点火、逆火、及び／又は保炎の可能性を低減する。更に、上流側パネルは燃料の一部を予混合することができるので、一般に下流側予混合パネルは、単一のＬＤＩ又はＰＤＩパネルシステムよりも少量の燃料を受け取ることができ、燃焼温度が低下し、並びに自動点火、逆火、及び／又は保炎の可能性を低減することができる。特定の実施形態では、上流側空気通路は、全体のシステム圧力損失を最小限にするよう下流側パネルよりも大きくすることができる。
【００１４】
上流側パネル、下流側パネル及び予混合ゾーンは、燃焼混合気中の燃料と空気の均一な混合を促進することができ、これにより、ＮＯｘ形成の増大を招く恐れがある燃焼室内のホットスポットを低減することができる。一般に、予混合システムは、ＮＯｘの生成を約２５ｐｐｍ未満にしながら、高反応性燃料（高水素含有量の燃料）の燃焼を促進することができる。より具体的には、予混合システムは、ＮＯｘの生成を約１０ｐｐｍ未満、更により具体的にはＮＯｘの生成を約３ｐｐｍ未満にしながら、高反応性燃料の燃焼を促進することができる。
【００１５】
図１は、予混合システムを利用できるガスタービンエンジン１２を含む例示的なシステム１０のブロック図である。特定の実施形態では、システム１０は、航空機、船舶、機関車、発電システム、又はこれらの組合せを含むことができる。図示のガスタービンエンジン１２は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、タービン２２、及び排気セクション２４を含む。タービン２２は、シャフト２６を介して圧縮機１８に結合される。
【００１６】
矢印で示されるように、空気が吸気セクション１６を通ってガスタービンエンジン１２に流入し、圧縮機１８に流れて、燃焼器セクション２０に入る前に空気を加圧する。図示の燃焼器セクション２０は、圧縮機１８とタービン２２との間でシャフト２６の周りで同心状又は環状に配置された燃焼器ハウジング２８を含む。圧縮機１８からの加圧空気は、燃焼器３０に流入し、ここで加圧空気が燃料と混合して燃焼器３０内で燃焼し、タービン２２を駆動する。予混合システムは、燃焼器３０内で利用され、燃焼器３０の燃焼ゾーンに流入する前に空気と燃料とを予混合することができる。
【００１７】
高温燃焼ガスは、燃焼器セクション２０からタービン２２を通って流れ、シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動する。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内でタービンロータブレードに駆動力を加え、シャフト２６を回転させることができる。高温燃焼ガスは、タービン２２を通過した後、排気セクション２４を通ってガスタービンエンジン１２から流出することができる。
【００１８】
図２は、長手方向軸線２９に沿った図１のガスタービンエンジン１２の一実施形態の側断面図である。ガスタービンエンジン１２は、燃焼器セクション２０の内側に位置付けられた１以上の予混合システム３２を含む。特定の実施形態では、ガスタービンエンジン１２は、複数の缶型アニュラ燃焼器３０を含むことができる。これらの実施形態では、複数の燃焼器３０の各々又は一部は、予混合システム３２を含むことができる。特定の実施形態によれば、燃焼器３０は、拡散火炎又は予混合火炎缶型燃焼器とすることができる。更に、特定の実施形態では、燃焼器３０は、広いターンダウン比及び低いダイナミックスを備え、多様な燃料を燃焼させることのできる拡散火炎燃焼器（diffusion flame combustor）とすることができる。更に、特定の実施形態では、燃焼器３０は、希薄予混合燃焼器及び／又は希薄直接噴射燃焼器を含む、乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器とすることができる。
【００１９】
予混合システム３２は、燃焼器３０の一部にわたって延び、予混合システム３２の下流側に配置された燃焼室３４につながる。燃料は、燃焼器３０の端部カバー３８に取り付けられた燃料入口３６を通して燃焼器３０に流入することができる。図３に関して以下で検討するように、燃料の一部は、予混合システム３２に流入することができ、ここで燃料が圧縮機１８からの空気と混合され、燃料及び空気の燃焼混合気を形成する。次いで、燃焼混合気は燃焼室３４に流入し、ここで燃焼混合気が点火されて燃焼ガスを形成することができる。
【００２０】
一般に、予混合システム３２は、燃焼室３４への流入前に燃料の一部を空気と混合させることができ、これは温度の低下をもたらし、その結果、燃焼中のＮＯｘ形成を低減することができる。燃焼ガスは、燃焼器セクション２０から出て、トランジションセクション４０を通ってタービン２２に流れることができる。タービン２２内部では、燃焼ガスは、タービン２２内に半径方向に延びたブレード４２を転回させ、シャフト２６を回転させた後、排気セクション２４から流出することができる。
【００２１】
燃焼器セクション２０の一実施形態の詳細図が図３に示されている。燃焼器３０は、一般にケーシング４４、ライナ４６、及び流れスリーブ４８により定められる燃焼室３４を含む。流れスリーブ４８は、ライナ４６の周りに同軸及び／又は環状に配置され、全体的に矢印で図示されるように、圧縮機からの空気を予混合システム３２へと導くことができる。
【００２２】
予混合システム３２は、ライナ４６の一部内に延びており、予混合ゾーン又はセクション５４で分離される、上流側パネル５０及び下流側パネル５２を含む。パネル５０及び５２は、例えば、フラシール又は他の好適な取り付け機構によりライナ４６内部に取り付けられ、予混合セクション５４を燃焼器３０の他の部分から離隔することができる。予混合セクション５４は、ライナ４６内で長さ５６まで延びることができる。パネル５０及び５２は、近距離内の混合を促進するよう設計することができ、特定の実施形態によれば、長さ５６は、約５〜１３ｃｍ（２〜５インチ）及びそれらの中間のあらゆる部分範囲とすることができる。より具体的には、長さ５６は、約８〜１０ｃｍ（３〜４インチ）とすることができる。しかしながら、他の実施形態では長さ５６は変えることができる。
【００２３】
燃料は、燃料入口３６を通して燃焼器３０に流入することができる。あらゆる好適な燃焼燃料が利用できる。しかしながら、特定の実施形態によれば、燃料は、合成ガス（シンガス）、又は水素、アセチレン、エチレン、一酸化炭素もしくはこれらの組合せのような他の高反応性燃料（すなわち、低メタン及び不活性物含有量の燃料）を含むことができる。燃料は、端部カバー３８内の１以上の通路を通って上流側燃料通路５８に流れることができる。上流側燃料通路５８は、燃料の一部を上流側パネル５０を通って導くことができる。特定の実施形態によれば、燃焼器３０に流入する燃料の約１５〜８５％を上流側パネル５０へと導くことができる。より具体的には、燃焼器３０に流入する燃料の約２５〜７５％を上流側パネル５０へと導くことができる。燃料は、パネル５０内部又はパネル５０から出ると、加圧空気と混合されて予混合セクション５４を通って流れ、燃料空気混合気を形成することができる。燃料及び空気が予混合セクション５４の長さ５４に沿って流れると、燃料及び空気は更に混合することができ、これにより燃料及び空気のより均一な混合を促進することができる。次いで、燃料−空気混合気は、予混合セクション５４から下流側パネル５２を通って流出し、ここで燃料−空気混合気を燃焼セクション３４に噴射することができる。
【００２４】
燃料の残りの部分（すなわち、上流側パネル５０を通って流れない燃料）は、下流側燃料通路６０を通って下流側パネル５２へと導くことができる。特定の実施形態では、下流側燃料通路６０は、上流側燃料通路５８内に同心状に配置することができる。しかしながら、他の実施形態では、燃料通路５８及び６０は、互いに離隔され、及び／又は燃焼器３０内の異なる場所に配置することができる。例えば、特定の実施形態では、下流側燃料通路６０は、ライナ４６を通って予混合セクション５４内に延びることができる。燃料が予混合セクション５４を通って流れるときに、燃料の残りの部分は燃料通路６０内に収容され、これにより、燃料が下流側パネル５２を通って流れるまで、燃料の残りの部分が空気と混合するのを防ぐことができる。更に、特定の実施形態では、下流側燃料通路６０は、予混合セクション５４を迂回して、ライナ４６を通り下流側パネル５２に直接延びることができる。燃料の残りの部分が下流側パネル５２を通って流れ、及び／又は下流側パネル５２から流出すると、この付加的な燃料を予混合ゾーン５４からの燃料−空気混合気と混合して、燃料及び空気の燃焼混合気を形成することができる。次いで、燃焼混合気は燃焼室３４内で燃焼することができる。
【００２５】
図４は、燃焼器３０の一実施形態の断面図である。各パネル５０及び５２は、燃料プレナム６２などの１以上の燃料通路と、空気管体６４のような１以上の空気通路とを含むことができる。燃料は、燃料通路５８及び６０から燃料プレナムに流入することができ、管体６４付近のプレナム６２内に分配することができる。しかしながら、他の実施形態では、燃料通路及び／又は空気通路は、管体、プレナム、又はこれらの組合せのような、あらゆる好適なタイプの流路を含むことができる。
【００２６】
パネル５０及び５２は、ＰＤＩパネル、ＬＤＩパネル、又はこれらの組合せを含むことができる。具体的には、ＰＤＩパネルにおいて、燃料及び空気の混合をパネル５０又は５２内で行うことができる。例えば、図４に示すように、空気管体６４は、燃料がプレナム６２から空気管体６４に流入できるようにする開口を含むことができる。燃料及び空気は、パネル５０又は５２から出る前に空気管体６４内で混合することができる。ＬＤＩパネルでは、燃料及び空気の混合は、燃料及び空気がパネル５０又は５２から出るときに行うことができる。例えば、図７に関して以下で説明するように、燃料は、空気管体６４の出口に隣接し、及び／又は該出口に向けられた別個の通路を通ってパネル５０又は５２から出ることができる。パネルのタイプに関係なく、パネル５０及び５２は、予混合システム５４内で支配的な高温に耐えるよう設計することができる。例えば、パネル５０及び５２は、約１０９０℃（２０００°Ｆ）を超える温度に耐えるよう設計することができる。更に、特定の実施形態では、下流側パネル５２は、ＰＤＩパネル及びＬＤＩパネル、とりわけ従来のスワールベースの予混合器を含む、あらゆる好適なタイプの予混合パネルを含むことができる。上流側パネルは、圧力損失などのシステムパラメータを最適化するために、下流側パネルとは異なる設計を有することができる。パネルは、連続したユニットであるか、もしくは、直接接合され、或いは、例えば、ＰＤＩ、ＬＤＩ、又は他の燃料及び他の空気予混合器設計が搭載されるキャップ組立体において統合された別個のセクションとすることができる。
【００２７】
パネルタイプには関係なく、パネル５０及び５２は一般に、燃料及び空気の可燃性混合気を生成し、これは逆火、保炎、及び／又は自動点火を促進する可能性がある。しかしながら、予混合システム３２内に２つのパネル５０及び５２を含めることにより、燃料及び空気の一部を燃焼室３４内の火炎から離隔された区域において予混合することができるようになる。具体的には、上流側パネル５０により、予混合ゾーン５４において燃料及び空気の一部を混合することができ、該予混合ゾーンは、下流側パネル５２によって燃焼ゾーン３４から離隔されている。更に、予混合ゾーン５４により、燃料及び空気を混合するスペースを追加することができ、燃焼室３４内のより均一な混合を提供し、これにより燃焼温度（すなわち、断熱火炎温度）を下げることができる。上流側パネル５０の近傍で発生する保炎リスクを更に低減するため、下流側燃料通路６０に隣接する空気管体６６は、燃料を受け取るための孔（すなわち、ＰＤＩパネルにおいて）がない場合があり、又は、これらに向かう別個の燃料通路（すなわち、ＬＤＩパネルにおいて）がない場合がある。結果として、隣接する空気管体６６は、上流側燃料通路５８付近で比較的燃料がないエアカーテンを生成することができ、これにより、エアカーテンが上流側燃料通路５８に移動するときに火炎を冷却又は消すことができる。
【００２８】
更に、予混合システム３２内に２つのパネル５０及び５２を含めることにより、燃焼ゾーン３４内の燃料及び空気のより均一な混合をもたらすよう設計することができる。具体的には、下流側パネル５２に流入する燃料の一部は、下流側パネル５２に入る前に空気と予混合されるので、未混合燃料の下側部分を下流側パネル５２に付加することができる。結果として、下流側パネル５２内部及び／又はこれから流出する燃料及び空気のより完全な混合を達成することができる。より均一な混合は一般に、燃焼ゾーン３４内で、ＮＯｘレベルを増加させ且つガスタービン構成部品の寿命を早めることにつながる恐れのあるホットスポットを防ぐよう設計することができる。
【００２９】
図３に関して上述したように、燃料は、燃料入口３６を通して燃焼器３０に流入することができ、空気は、矢印で全体的に示すように、スリーブ４８とライナ４６間の環状スペースを通って燃焼器３０に流入することができる。任意選択の流れ調整器６８を上流側パネル５０から上流側に配置することができる。流れ調整器６８は、予混合システム３２への粒子の流れを阻止するよう設計された有孔プレート又は他の好適な構造を含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、流れ調整器６８は省略してもよい。特定の実施形態によれば、空気の全てが上流側パネル５０を通って予混合システム３２に流入することができる。但し、他の実施形態では、空気の一部は、流れスリーブ４８とライナ４６との間の環状通路を予混合ゾーン５４に接続する１以上のバイパスセクション７０を通して予混合システム３２に流入できるようにすることができる。例えば、特定の実施形態では、空気バイパスセクション７０を通して加圧空気の一部又は全てを導くことにより、燃焼器３０内に十分な圧力を維持することが望ましいとすることができる。
【００３０】
予混合システム３２の動作は、コントローラ７２が管理することができる。コントローラ７２は、他の構成部品のなかでも特に、アナログデジタルコンバータ、マイクロプロセサ、不揮発性メモリ、及びインタフェースボードなどの制御回路及び構成部品を含むことができる。コントローラ７２は、上流側燃料通路５８又は下流側燃料通路６０、もしくは両方を通る燃料の流れをセンサ７４及び７６から受け取ったフィードバックに基づいて調整するよう設計することができる。例えば、センサ７４及び７６は、予混合ゾーン５４及び燃焼室３４内に配置される、光学プローブ、圧力プローブ、動圧プローブ、又は熱電対などの火炎検出器を含むことができる。具体的には、センサ７４は、予混合ゾーン５４内の保炎を検出するよう設計することができ、センサ７６は、燃焼ゾーン３４内の火炎の存在の有無を検出するよう設計することができる。コントローラ７２はまた、連続環境モニタリング（Continuous Environmental Monitoring；ＣＥＭ）システム７８からのフィードバックを受け取ることができる。例えば、ＣＥＭシステム７８は、排気セクション２４内のＮＯｘの排出を検出するよう設計することができる。特定の実施形態では、ＣＥＭシステム７８は、排気スタックの上側セクション内に配置されたセンサを含むことができる。ＣＥＭシステム７８は、ＮＯｘ排出２関する情報をコントローラ７２に提供することができる。
【００３１】
コントローラ７２は、ＣＥＭシステム７８からの情報を用いて、ＮＯｘ排出の増加を検出することができ、該増加は、予混合ゾーン５４内で保炎が発生したことを表すことができる。特定の実施形態では、コントローラ７２は、センサ７４からのフィードバックに基づいて保炎が発生したことを確認することができる。保炎の検出に応じて、コントローラ７６は、パネル５０及び５２の１つ又は両方への燃料の流れを調整することができる。例えば、予混合ゾーン５４内に保炎が検出された場合、コントローラ７２は、上流側燃料通路５８を通る燃料の流れを希薄限界未満に低減し、これにより火炎の消滅を促進することができる。別の実施例では、コントローラ７２は、パネル５０及び５２の１つへの燃料の流れを中断することができる。別の実施例では、コントローラ７２は、低反応性燃料（例えば、天然ガス）を上流側燃料通路５８を通して供給するよう切り替えることができる。
【００３２】
燃焼ゾーン３４内に配置されたセンサ７６からのフィードバックに基づいて、コントローラ７２はまた、下流側パネル５２付近の保炎を検出することができる。保炎検出に応じて、コントローラは、燃料の流れを低減し、及び／又は下流側燃料通路６０に流れる燃料のタイプを変更することができる。他の実施形態では、コントローラ７２への入力は変えることができる。例えば、特定の実施形態では、コントローラ７２は、ＣＥＭシステム７８からのみ、又はＣＥＭシステム７８とセンサ７４及び７６の１つ又は両方とから、或いは、ＣＥＭシステム７８からのフィードバック無しでセンサ７４及び７６の１つ又は両方から入力を受け取ることができる。更に、コントローラ７２は、１以上のバルブ及び配管構成（図示せず）を制御することによって、燃料通路５８及び６０を通る燃料の流れを調節することができる。更に、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び／又はレギュレータなどの追加の設備をコントローラ７２に結合することができる。
【００３３】
図５は、予混合システム３２を制御するための方法８０の一実施形態を表している。本方法は、燃料を第１のパネルへと導く段階（ブロック８２）で始まることができる。例えば、図４に示すように、コントローラ７２は、上流側パネル５０又は下流側パネル５２を通して燃料が流れるようにすることができる。特定の実施形態では、最初に、燃焼器３０が上流側パネル５０を用いて始動される場合、始動中に燃焼を可能にするためにスパークプラグを予混合ゾーン５４内に配置することができる。例えば、典型的なスパークプラグ又はフロスファイア管を燃焼ゾーン３４に配置することができる。次に、方法８０は、燃料を第２のパネルへと導く段階（ブロック８４）に進むことができる。例えば、コントローラ７２は、残りのパネル５０又は５２に燃料が流れるようにすることができる。特定の実施形態では、コントローラ７２は、高反応性燃料（すなわち、高水素シンガスなどの高水素含有量の燃料）を下流側パネル５２に配向し、低反応性燃料（すなわち、低水素シンガスなどの低水素含有量の燃料）を上流側パネル５０に配向して、予混合ゾーン５４における逆火を軽減することができる。
【００３４】
燃料が両方のパネルに配向されると、コントローラ７２は、パネル５０及び５２を通って流れる燃料の割合を変更することができる。例えば、特定の実施形態では、コントローラ７２は、燃料の約２５〜５０％を上流側パネル５０に通し、燃料の約７５〜５０％を下流側パネル５２に通して導くことができる。更に、特定の実施形態では、コントローラ７２は、燃料の可燃度に基づいてパネル５０と５２間の燃料分割を変更することができる。例えば、高水素含有量のシンガスのような高反応性燃料が利用される場合、コントローラ７２は、燃料の約２５％を上流側パネル５０に通し、燃料の約７５％を下流側パネル５２に通して導くことができる。別の実施例において、低水素含有量のシンガスのような低反応性燃料が利用される場合、コントローラは、燃料の約３３％を上流側パネルに通し、燃料の約６７％を下流側パネル５２に通して導くことができる。
【００３５】
保炎検出（ブロック８６）に応じて、コントローラ７２は、燃料の流れを調整することができる（ブロック８８）。例えば、図４に示すように、コントローラ７２は、ＣＥＭシステム７８、予混合ゾーン５４内に配置されたセンサ７４、燃焼ゾーン３４内に配置されたセンサ７６、又はこれらの組合せに基づいて保炎を検出することができる。次に、コントローラ７６は、上流側燃料通路５８、下流側燃料通路６０、或いは両方の通路５８及び６０を通る燃料の流れを調整し、保炎を低減することができる。例えば、コントローラ７２は、燃料の流量を変更し、又は燃料の流れを中断し、或いは、一方又は両方の通路５８及び６０に流入する燃料のタイプを変更することができる。保炎が低減された後、コントローラ７２は、通常運転を再開することができる（ブロック９０）。例えば、コントローラ７２は、燃料流量又はタイプを以前の状態に戻すことができる。
【００３６】
図６は、上流側パネル５０、又は下流側パネル５２、或いは両方で利用することができるＰＤＩパネル９２の一実施形態のセクションを表している。ＰＤＩパネル９２は、パネル９２を通して加圧空気を導くことができる空気管体６４を含む。ＰＤＩパネル９２はまた、燃料通路５８又は６０（図４）から燃料を受け取ることができる燃料プレナム６２を含む。燃料プレナム６２内では、燃料は、空気管体６４の周りを流れることができ、空気管体６４内の開口９４を通って該空気管体６４に流入することができる。空気及び燃料は、空気管体６４内で混合することができ、ＰＤＩパネル９２の下流側表面９８に配置された孔９６を通ってＰＤＩパネル９２から流出することができる。対向する表面１００は、下流側表面９８と組み合わされて燃料プレナム６２を密封することができる。更に、特定の実施形態では、有孔プレートなどの流れ調整器１０２は、燃料プレナム６２を分割し、乱流を低減し、圧力低下を制御し、及び／又は燃料プレナム６２内のより均一な燃料流を提供することができる。更に、他の実施形態では、とりわけ、螺旋状管体を備えたＰＤＩパネル、及び／又は複数の燃料プレナム及び／又は燃料通路など、他のタイプのＰＤＩパネルを利用してもよい。更に、パネルは、連続したユニットか、或いは、共に直接接合されるか、又はＰＤＩパネルが装着されるキャップを介して統合される別個のセクションとすることができる。
【００３７】
図７は、上流側パネル５０、又は下流側パネル５２、或いは両方で利用することができるＬＤＩパネル１０４の一実施形態を表している。ＬＤＩパネル１０４は、パネル１０４を通して加圧空気を導くことができる空気管体６４を含む。具体的には、ＬＤＩパネル１０４は、加圧空気を受け取り、流れ調整器１０７内の開口を通して空気管体６４に空気を導くことができる燃料プレナム１０６を含む。ＬＤＩパネル１０４はまた、燃料通路５８又は６０（図４）から燃料を受け取ることができる燃料プレナム６２を含む。燃料プレナム６２内では、燃料は、空気管体６４の周りを流れることができる。次いで、燃料は、開口１０８を通ってＬＤＩパネル１０４から外へと導くことができる。開口１０８は、ＬＤＩパネル１０４から空気を排出する開口１１０に隣接して配置することができる。特定の実施形態では、開口１０８は、空気開口１１０に向けて角度を付け、燃料及び空気間の混合を促進することができる。更に、他の実施形態では、とりわけ、半径方向ＬＤＩパネル又は軸方向ＬＤＩパネルなど、他のタイプのＬＤＩパネルを利用してもよい。特定の実施形態では、半径方向及び／又は軸方向ＬＤＩパネルを使用することで、下流側パネル５２（図４）として利用する際の混合を向上させることができる。しかしながら、他の実施形態では、ＬＤＩパネルの何れのタイプもパネル５０及び５２用に利用することができる。パネルは、連続したユニットか、或いは、共に直接接合されるか、又はＰＤＩノズルが装着されるキャップを介して統合される別個のセクションとすることができる。
【００３８】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３９】
１０  システム
１２  ガスタービンエンジン
１６  吸気セクション
１８  圧縮機
２０  燃焼器  セクション
２２  タービン
２４  排気セクション
２６  シャフト
２８  燃焼器ハウジング
２９  長手方向軸線
３０  燃焼器
３２  予混合  システム
３４  燃焼室
３６  燃料入口
３８  端部カバー
４０  トランジションセクション
４２  ブレード
４４  ケーシング
４６  ライナ
４８  流れスリーブ
５０  上流側パネル
５２  下流側パネル
５４  予混合セクション
５６  長さ
５８  上流側燃料通路
６０  下流側燃料通路
６２  燃料通路
６４  空気通路
６６  空気管体
６８  流れ調整器
７０  空気バイパス
７２  コントローラ
７４  火炎検出器
７６  火炎検出器
７８  ＣＥＭ
９２  ＰＤＩパネル
９４  開口
９６  孔
９８  表面
１００  表面
１０２  流れ調整器
１０４  ＬＤＩパネル
１０６  空気プレナム
１０７  流れ調整器
１０８  開口
１１０  開口
【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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【外国語明細書】
2011027395000001.pdf