(57)【要約】【課題】  ガスタービン燃焼システムの従来の二次燃料ノズルでは、二次空気が流入してペグ近傍に流れ、ペグの孔から噴射される燃料と混合されるが、ペグが空気流れ領域にあるので、不都合な圧力低下が生じ、タービンの効率に悪影響を及ぼし、高い排出物をもたらす。二次空気流入位置の上流側に燃料が噴射される新規な二次燃料ノズルであって、流れ領域からペグをなくすことのできる二次燃料ノズルを提供する。【解決手段】  二次燃料ノズル（１０）は、燃料を送給するノズル本体（１６）と、ノズル本体（１６）を囲繞し、次空気（２０）がノズル本体（１６）の端部に向けて流入して流れる空気通路（２２０）を画成するノズルハウジング（２１０）と、空気通路（２２０）の上流に位置し、ノズル本体（１６）から送給された燃料を二次空気（２０）に噴射して燃焼前に予混合する予混合燃料ユニット（５００，６００）とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次燃料ノズル（１０）であって、当該二次燃料ノズル（１０）が、
ガスタービンでの燃焼用の燃料を送給するように構成されたノズル本体（１６）と、
ノズル本体（１６）を囲繞し、該ノズル本体（１６）の所定の長さ方向位置に１以上の空気通路（２２０）を画成して、流入する二次空気（２０）が１以上の空気通路（２２０）からノズル本体（１６）の一方端に向かって流れるノズルハウジング（２１０）と、
１以上の空気通路（２２０）の上流に位置し、ノズル本体（１６）から送給された燃料を二次空気（２０）に噴射して、燃焼前に燃料と空気を予混合するように構成された予混合燃料ユニット（５００，６００）と
を備える二次燃料ノズル（１０）。
【請求項２】
噴射すべき燃料を予混合燃料ユニット（５００，６００）に送給する１以上の燃料供給導管（１３）がノズル本体（１６）内に設けられており、各燃料供給導管（１３）がノズル本体（１６）の長さの少なくとも一部に沿って設けられる、請求項１記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項３】
前記予混合燃料ユニット（５００）が、
１以上の空気通路（２２０）の上流に位置する第１のプレート（５１０）と、
１以上の空気通路（２２０）のさらに上流に位置する第２のプレート（５２０）であって、ノズル本体（１６）から送給される燃料で満たされるように構成され、第１のプレート（５１０）と第２のプレート（５２０）の間に容積空間を画成する燃料プレナム（５５０）を形成する第２のプレート（５２０）と、
第１のプレート（５１０）に設けられた複数の燃料噴射孔（５３０）であって、燃料プレナム（５５０）内の燃料がそこから二次空気（２０）へと噴射されるように構成された複数の燃料噴射孔（５３０）と
を備える、請求項１記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項４】
ノズル本体（１６）の内部に、各々がノズル本体（１６）の長さ部分に沿った１以上の燃料供給導管（１３）が設けられており、予混合燃料ユニット（５００）がさらに、燃料プレナム（５５０）を１以上の燃料供給導管（１３）に接続する１以上の予混合接続導管（５４０）を備えていて、噴射すべき燃料を燃料プレナム（５５０）に送給する、請求項３記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項５】
複数の燃料噴射孔（５３０）のうちの少なくとも２つが、第１のプレート（５１０）の半径方向及び／又は円周方向の異なる位置に配列されている、請求項３記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項６】
複数の燃料噴射孔（５３０）のうちの少なくとも２つについて形状及び／又は寸法が異なる、請求項３記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項７】
１以上の燃料延長管（７１０）をさらに備えており、その各々が、複数の燃料噴射孔（５３０）のうちの１つから１以上の空気通路（２２０）に向かって延在する、請求項３記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項８】
前記燃料延長管（７１０）の少なくとも２つについて長さ、形状及び寸法の１以上が異なる、請求項７記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項９】
前記予混合燃料ユニット（６００）が、
１以上の空気通路（２２０）の上流に位置するプレート（６１０）と、
プレートに設けられた複数の燃料噴射孔（６３０）と、
１以上の空気通路（２２０）のさらに上流に位置する燃料マニホルド（６２０）であって、燃料をノズル本体（１６）から複数の燃料噴射孔（６３０）に送給して、複数の燃料噴射孔（６３０）を介して燃料を二次空気（２０）へと噴射されるように構成された燃料マニホルド（６２０）と
を備える、請求項１記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項１０】
ノズル本体（１６）の内部に、各々がノズル本体（１６）の長さ部分に沿った１以上の燃料供給導管（１３）が設けられており、前記燃料マニホルド（６２０）が、
燃料分配体（６５０）と、
燃料分配体（６５０）を１以上の燃料供給導管（１３）に接続する１以上の予混合接続導管（６４０）と、
燃料分配体（６５０）を複数の燃料噴射孔（６３０）に接続する複数の分配接続部（６６０）と
を備える、請求項９記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項１１】
複数の燃料噴射孔（６３０）のうちの少なくとも２つが、前記プレートの半径方向及び／又は円周方向の異なる位置に配列されている、請求項９記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項１２】
複数の燃料噴射孔（６３０）のうちの少なくとも２つについて形状及び／又は寸法が異なる、請求項９記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項１３】
１以上の燃料延長管（７１０）をさらに備えており、その各々が、複数の燃料噴射孔（６３０）のうちの１つから１以上の空気通路（２２０）に向かって延在する、請求項９記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項１４】
前記燃料延長管（７１０）のうちの少なくとも２つについて長さ、形状及び寸法の１以上が異なる、請求項１３記載の二次燃料ノズル（１０）。
【請求項１５】
前記二次燃料ノズル（１０）について、１以上の空気通路（２２０）の下流の流れ領域に燃料供給ペグが存在しない、請求項１記載の二次燃料ノズル（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンシステムの二次燃料ノズルにおける燃料噴射システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス駆動タービンによる汚染を低減する取り組みの一環として、排出物、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量の低減を要求する数多くの規制が政府機関によって制定されている。乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ１）システムによるものなど、より効率的な燃焼プロセスは、燃焼排出物の低減をもたらすことができる。
【０００３】
一部の早期の燃焼システムは、拡散火炎を生成する拡散式ノズルを利用していた。これは、燃料及び空気を別個に噴射するタイプのノズルであり、混合は火炎ゾーンの拡散により行う。燃料及び空気は高温で化学量論的に燃焼するので、拡散式ノズルは高い排出物を生成する。
【０００４】
拡散ノズルに対して改善を行うために、燃料及び空気は、燃焼前に混合するように予混合されて均質な混合気を形成し、低ＮＯｘを生成する拡散式の火炎よりも低い温度で燃焼する。予混合は、燃料ノズルの内部又はその外部の何れでも行うことができる。
【０００５】
図１は、燃焼室１８と、該燃焼室１８に燃料を噴射するよう配置された二次燃料ノズル１０とを含むガスタービンを概略的に示している。加圧二次空気２０は、二次燃料ノズル１０に流入し、ノズル本体１６の外周付近の離散的位置に設けられたペグ１２に向かって右方向に流れる。二次燃料ノズル１０は、キャップ中心ノズル本体２４内に密封される。
【０００６】
図２は、二次燃料ノズル１０の従来の設計を詳細に示している。二次燃料ノズル１０のノズル本体１６は、円筒形ノズルハウジング２１０によって囲繞される。二次空気２０は、ノズルハウジング２１０に設けられた空気通路２２０を通って流入する。拡散パイロット管１１は、ノズル先端１４において燃料をスワーラにより燃焼室１８に直接噴射する。
【０００７】
二次燃料ノズル１０はまた、燃料供給導管１３から燃料が供給される複数の離散的ペグ１２を含む。ペグ１２は燃料を分散させ、すなわち、燃料を二次空気２０に噴霧し、燃焼室の上流側での燃料及び空気の予混合を達成するために設けられる。これに関連して、ペグ１２は、二次空気２０内に燃料を噴射するための噴射装置として機能する。従来、円形の燃料ペグ１２は、円形の燃料分散孔２２と共に使用され、図３に示すように燃料を分散させる。
【０００８】
図１及び図２を再度参照すると、従来の二次燃料ノズル設計では、二次空気２０は、二次燃料ノズル１０に流入し、二次空気流入位置の上流に位置するペグ１２の周りに流れて、ペグの孔を通るガス状燃料と混合する。
【０００９】
従来の二次燃料ノズル内のペグは、二次空気の流れ領域内にあるので、空気流における実質的な圧力低下をもたらす可能性がある。例えば、二次燃料ノズル内に６つのペグが存在する場合、ペグは流れ領域の約２９％を遮る。結果として生じる圧力低下は、タービンの全体効率に悪影響を及ぼす可能性があり、排出量を増大しかねない。また、ペグは、燃料の送給を変化させる機能を制限する。さらに、ペグは、広い範囲の燃料体積流量への適応の柔軟性を制限する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の非限定的な態様は、ガスタービンでの燃焼用の燃料を送給するように構成されたノズル本体と、ノズル本体を囲繞するノズルハウジングとを含む二次燃料ノズルに関する。ノズルハウジングは、ノズル本体の所定の長さ方向位置に１以上の空気通路を画成し、ノズルハウジングに流入する二次空気が１以上の空気通路からノズル本体の一方端に向かって流れるようにされる。１以上の空気通路の上流に設けられた予混合燃料ユニットは、ノズル本体から送給された燃料を二次空気に噴射して、燃焼前に燃料と空気を予混合するように構成される。
【００１１】
本発明の別の非限定的な態様は、燃焼室と、予混合された燃料及び空気を該燃焼室に提供するように構成された二次燃料ノズルとを含むガスタービンに関する。上述の二次燃料ノズルは、ガスタービンで使用することができる。
【００１２】
次に、以下に示す図面と関連して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】二次燃料ノズルが配置されたガスタービンの図。
【図２】従来の二次燃料ノズルの図。
【図３】従来の二次燃料ノズルのペグの図。
【図４】二次空気流入位置の上流にある非限定的な燃料噴射位置の実施例の側面図。
【図５】二次空気流入位置の上流にある非限定的な燃料噴射位置の実施例の斜視図。
【図６】二次燃料ノズルの非限定的な第１の実施形態の斜視図。
【図７】二次燃料ノズルの非限定的な第１の実施形態の切り欠き側面図。
【図８】第１の実施形態の予混合燃料ユニットに設けられた非限定的な実施例の燃料噴射孔構成の図。
【図９】第１の実施形態の予混合燃料ユニットに設けられた非限定的な実施例の燃料噴射孔構成の図。
【図１０】二次燃料ノズルの非限定的な第２の実施形態の斜視図。
【図１１】二次燃料ノズルの非限定的な第２の実施形態の切り欠き側面図。
【図１２】第２の実施形態の非限定的な燃料マニホルドの図。
【図１３】第２の実施形態の予混合燃料ユニットに設けられた非限定的な実施例の燃料噴射孔構成の図。
【図１４】第２の実施形態の予混合燃料ユニットに設けられた非限定的な実施例の燃料噴射孔構成の図。
【図１５】二次燃料ノズルの非限定的な第３の実施形態の斜視図。
【図１６】二次燃料ノズルの非限定的な第３の実施形態の側面図。
【図１７】第３の実施形態の非限定的な変形形態の図。
【図１８】第３の実施形態の非限定的な変形形態の図。
【図１９】第３の実施形態の非限定的な変形形態の図。
【図２０】第３の実施形態の非限定的な変形形態の図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
理解し易いように、用語「二次燃料ノズル」、「燃料ノズル」及び「ノズル」は、本開示において同義的に使用する。上述のように、従来のノズルは、二次空気の流れ領域にペグを含み、これにより多くの悪影響を及ぼす空気流の実質的な圧力低下を引き起こす可能性がある。本発明のノズルの１以上の実施形態において、燃料は、二次空気流入位置の上流側で噴射される。これによりペグが予混合のために燃料を送給する必要性が排除される。
【００１５】
図４及び図５は、二次空気流入位置の上流側で燃料噴射を可能にする１つの実施例を示している。図４では、×付きの円は、従来の燃料ノズルのペグの位置を表しており、×なしの円は、本発明の１以上の実施形態による好ましい燃料噴射位置を表している。理解されるように、従来の燃料噴射位置は、二次空気流入位置の下流にある。対照的に、好ましい燃料噴射位置は、二次空気２０のための空気通路２２０の位置に対応する二次空気入口位置の上流にある。
【００１６】
斜視図を示す図５において、破線区域４００は、図４の×なしの円に相当し、燃料噴射に好ましい位置を表している。空気通路２２０は、ノズル本体１６を覆うノズルハウジング２１０によって画成される。二次空気２０は、空気通路２２０を通ってノズルハウジング２１０に流入し、ノズル本体１６の一方端に向かって右方向に流れ、ここにノズル先端１４が配置される。簡単にするために１つの空気通路２２０だけが図示されているが、ノズルハウジング２１０によって画成される複数の空気通路２２０が存在してもよい。
【００１７】
二次空気流入位置の上流側に燃料を噴射することにより、従来の二次燃料ノズルの燃料送給ペグの必要性が排除される。すなわち、本発明の二次燃料ノズルは、空気通路の上流の空気流区域内に燃料送給ペグが存在せず、空気流の閉塞を最小限にすることができる。これに従い、流れ領域におけるペグの排除は、圧力低下を軽減し、その結果、燃焼効率を向上させ、排出量を低減させる。
【００１８】
本発明の燃料ノズルに続いて他の利点もある。例えば、上流側での燃料噴射は、より長い燃料の混合長を提供する。圧力低下の軽減により、燃焼器空気流のより高い割合を二次燃料ノズルにおいて使用可能にすることができる。二次空気流及び燃料スプリットの増加に対してターンダウン、ダイナミックス及びＣＯ排出量に関する恩恵が潜在的にある。二次空気−燃料スプリットの増大は、より安定した二次火炎を助け、従って、ターンダウン及びダイナミック性能を向上させることになる。二次燃料ノズルを通じた圧力低下の軽減は、全体にわたる圧力低下を軽減し、システム全体の効率を増大させる。上流側での燃料噴射は、広範囲の体積流量用の燃料ノズル設計を用いる融通性を改善する。この噴射は、燃料を並行流方式で噴射することができるので、ペグ型燃料噴射における再循環ゾーン及び保炎を生じる、燃料噴射後の閉塞を低減する。この配列はまた、最小の閉塞作用でより大きな燃料区域を提供し、より多くの区域を必要とする低エネルギー含量の燃料をこのようなノズルで利用できるようなシステムの燃料融通性を向上させる。
【００１９】
燃料ノズルには二次空気流入位置の下流にペグが存在しないことは好ましいが、本発明は、少なくとも一部の燃料噴射が下流で生じてもよいことを企図している。例えば、上流側と下流側の燃料噴射の組合せは、下流側燃料噴射機構に起因する空気流の閉塞が最小である、すなわち、当該閉塞が所定の何らかの許容可能レベル以下である場合に可能である。場合によっては、一部の燃料噴射を下流側で行うことは、燃料及び空気の予混合プロセス全体において有利となる可能性がある。下流側燃料噴射が設けられる場合には、ペグ又は他の機構を用いたものとすることができる。
【００２０】
図６及び図７は、本発明の二次燃料ノズルの第１の実施形態を示している。図６は斜視図、図７は切り欠き側面図である。二次燃料ノズルは、ガスタービンでの燃焼用の燃料を送給するように構成されたノズル本体１６を含む。
【００２１】
例示を簡潔にするために、ノズル本体１６を囲繞するノズルハウジング２１０はこれらの図では省略している。空気通路２２０の位置は、ノズル本体１６の所定の長さ方向位置でノズルハウジング２１０に流入する二次空気２０により示されている。二次空気２０は、ノズル本体１６の一方端に向かって右方向に流れる。
【００２２】
第１の実施形態は、空気通路２２０の上流に位置する予混合燃料ユニット５００を含む。予混合燃料ユニット５００は、ノズル本体１６から送給される燃料を二次空気２０内に噴射し、燃焼室にて燃焼する前に燃料及び二次空気を予混合する。
【００２３】
予混合燃料ユニット５００により噴射される燃料は、ノズル本体１６から、特にノズル本体１６内に設けられる１以上の燃料供給導管１３から送給される。図７で分かるように、１以上の予混合接続導管５４０は、予混合燃料ユニット５００に燃料供給導管１３を接続する。図８は、予混合燃料ユニット５００の正面図を提供し、４つの予混合接続導管５４０を示している。しかしながら、予混合接続導管５４０は、どのような数であってもよく、あらゆる所望の様式でノズル本体１６の周囲に分散させることができる。
【００２４】
燃料供給導管１３は、図４で分かるように、ベース部２８からノズル先端１４付近まで、すなわち、ノズル本体１６のほぼ全体の長さを長さ方向に延在することができる。但し、これは厳密には必須ではない。燃料供給導管１３は、予混合接続導管５４０と接続可能にするためにノズル本体１６の長さの一部に沿って設けることだけを必要とする。
【００２５】
図６及び図７では、簡潔にするために単一の燃料供給導管１３が示されているが、予混合燃料ユニット５００に供給するのに複数の燃料供給導管１３が存在してもよいことは企図される。複数の燃料供給導管１３が存在する場合、各々は、例えば、可変燃料送給速度を有するように制御し、燃料及び空気の最適な予混合の制御をより向上させることができる。燃料供給導管１３の長さは全て等しい必要はなく、各々は、ノズル本体１６の特定の長さに沿って設けることができる。
【００２６】
中央通路２６はまた、ノズル本体１６内に設けてもよい。中央通路２６は、拡散パイロット管１１に供給するために燃料を送給し、該燃料は燃焼室１８内に直接噴射される。
【００２７】
第１の実施形態の予混合燃料ユニット５００は、空気通路２２０の上流に位置する第１のプレート５１０と、さらに上流に位置する第２のプレート５２０とを含んでいて、それらのプレートの間に容積空間を画成する燃料プレナム５５０を形成する。第１のプレート５１０上には複数の燃料噴射孔５３０が設けられる。予混合接続導管５４０は、燃料プレナム５５０を燃料供給導管１３に接続し、複数の燃料噴射孔５３０を介して二次空気２０に噴射される燃料で燃料プレナム５５０を充填できるようにする。
【００２８】
第１及び第２のプレート５１０，５２０間の分離は、収容される燃料を空気ストリーム２０に噴射できる燃料プレナム５５０内部の燃料分布を均質にするのに必要とされる容積空間を生成するほど十分でなければならない。燃料プレナム５５０内部に十分な容積がない場合には、燃料プレナム５５０内部に不均質な燃料分布が生じて、燃料噴射孔５３０を通る燃料噴射が不均質になり、結果として排出量低減に必要な空気燃料混合が低下することになる。加えて、不均質な分布はまた、ノズルの保炎性能に影響を及ぼす可能性がある。１つの実施形態において、燃料プレナム５５０の容積空間は、横方向には第１及び第２のプレート５１０，５２０によって画成され、半径方向及び円周方向にはノズル本体１６及びノズルハウジング２１０によって画成される。
【００２９】
単一構成の燃料噴射孔５３０は。図８に示すように円周方向に配列することができる。燃料噴射孔５３０の配列は、第１のプレート５１０の中心から何らかの特定の半径方向距離に点に限定される必要はない点に留意されたい。実際に、燃料噴射孔５３０は、図９に示すように半径方向及び／又は円周方向に変化するように分布されるのが好ましい。すなわち、２つの噴射孔５３０間では、第１のプレート５１０上に互いに半径方向及び／又は円周方向の異なる位置に配列することができる。
【００３０】
燃料噴射孔５３０の分布は、規則的である必要はない。例えば、ノズル本体１６の湿潤を最小限にするために、燃料噴射孔５３０は、中心から半径方向に遠い距離にあるほどより多く設けられるように分布させることができる。孔５３０はまた、何らかの特定の形状にも限定されず、円、方形、矩形、円弧、その他とすることができる。加えて、孔５３０のサイズも限定されない。すなわち、分布、形状、サイズなど、燃料噴射孔５３０に関する１以上の要因は、所望の燃料噴射パターン及び量を提供して、効率的な燃焼を達成するのに空気と燃料の予混合を最適にするために変えることができる。
【００３１】
図１０及び１１は、本発明の二次燃料ノズルの第２の実施形態を示している。図１０は斜視図、図１１は切り欠き側面図である。この場合も同様に簡潔にするために、ノズルハウジング２１０は図示していない。第１の実施形態と同様に、第２の実施形態は、ノズル本体１６を含み、ノズルハウジング２１０によって画成される空気通路２２０に流入する二次空気２０は、ノズル本体１６の一方端から右方向に流れる。
【００３２】
２つの実施形態間の相異点の１つは、予混合燃料ユニットである。第２の実施形態の予混合燃料ユニット６００は、第１の実施形態の第１のプレート５１０と同様に、空気通路２２０の上流に位置する複数の燃料噴射孔６３０を有するプレート６１０を含む。しかしながら、別のプレートと共に燃料プレナムを形成するのではなく、第２の実施形態の予混合燃料ユニット６００は、空気通路２２０のさらに上流に位置する燃料マニホルド６２０を含む。燃料マニホルド６２０は、燃料をノズル本体１６から燃料噴射孔６３０に送給し、燃料を二次空気２０に噴射する。
【００３３】
図１２で分かるように、燃料マニホルド６２０は、燃料分配体６５０と、該燃料分配体６５０を燃料供給導管１３に接続する１以上の予混合接続導管６４０とを含む。第２の実施形態の予混合接続導管６４０は、第１の実施形態の予混合接続導管５４０と同様の機能を果たす。
【００３４】
燃料マニホルド６２０はまた、複数の分配接続部６６０を含む。図１０及び１１で分かるように、分配接続部６６０は、燃料分配体６５０を燃料噴射孔６３０に接続し、ノズル本体１６からの燃料が燃料噴射孔６３０を介して二次空気２０に噴射されるようにする。図１０では、２つの燃料噴射孔６３０だけが分配接続部６６０を介して燃料分配体６５０と接続されるように図示されている。これは、図が煩雑になるのを最小限にするためである。実際には、各燃料噴射孔６３０が接続されるのがさらに好ましい。このことは、プレート６１０が提供する機能の１つは、保炎領域を生成できる予混合燃料ユニット６００の左側のキャビティに空気が流入するのを阻止することであることに起因している。非接続の燃料噴射孔６３０を有することにより、一部の空気がこのような望ましくない保炎領域を生成する可能性のあるキャビティ内に逆流できるようにすることができる。
【００３５】
本発明は、保炎領域の生じる可能性が最小限である範囲、すなわち、この可能性が所定の閾値レベル以下に維持される範囲には１以上の燃料噴射孔６３０を非接続状態にしておくことも企図される点に留意されたい。例えば、非接続燃料噴射孔６３０の一部又は全てをシールする分離機構を設けることができる。
【００３６】
第１の実施形態と同様に、複数の燃料噴射孔６３０は、種々の方法で変化させるよう配列することができる。図１３及び１４で分かるように、燃料噴射孔６３０は、半径方向及び／又は円周方向に変化するよう位置付けることができる。サイズ及び／又は形状も変えることができる。
【００３７】
第１の実施形態の容積空間５５０に優る第２の実施形態の燃料マニホルド６２０の１つの利点は、燃料漏出の可能性が低下することである。例えば、第１及び第２のプレート５１０，５２０は、内周上でのみ溶接することができる。外周上は、シールを用いてプレートとノズル本体２１０との間のクリアランスギャップを閉鎖することができる。シール不良が生じた場合、燃料は空気ストリーム内に漏出する可能性がある。しかしながら、第２の実施形態の場合、シール不良のときでも、分配接続部６６０を通って燃料が供給されるので漏出が少ないと思われる。従って、燃料漏出の可能性が低くなる。加えて、シール不良の場合でも、燃料は閉鎖した分配接続部６６０を通過するので、空気と燃料は接触することはない。
【００３８】
図１５及び１６は、第３の燃料ノズルの実施形態を示している。図１５は斜視図、図１６は切り欠き側面図である。第３の実施形態は、ノズル本体１６及び予混合燃料ユニット５００など、第１の実施形態の全ての要素を備えているので、第１の実施形態の拡張とみなすことができる。加えて、１以上の燃料延長管７１０が設けられる。各燃料延長管７１０は、燃料噴射孔５３０の１つから空気通路２２０に向かって延在する。燃料延長管７１０は、燃料が最初に空気と予混合される正確な位置を決定する際の設計自由度を提供することができる。
【００３９】
実際に、幾つかの事例では、図１７に示すように、燃料延長管７１０の長さを変化させることが実質的により好ましい場合がある。燃料延長管の長さは、ゼロ（すなわち、燃料延長管なし）から所定長まで変えることができる。燃料延長管７１０は、全てが同じ形状である必要はない。図１８では、一部の管７１０が円形断面の形状を有し、他は方形形状などを有していることが分かる。また、燃料噴射孔５３０，６３０の一部は、接続される燃料延長管７１０が全く存在しない。一般に、何れかの２つの燃料延長管７１０の間では、長さ、形状及び／又はサイズが異なる場合がある。
【００４０】
その上さらに、何れか１つの燃料延長管７１０の長さに沿った断面形状及び／又はサイズは、一定のままである必要はない。図１９における燃料延長管７１０の図は、何れか１つの燃料延長管７１０の形状がその長さに沿って変化することを示すために誇張されている。この場合も同様に、燃料延長管７１０を変更可能であることは、効率的な燃料のために燃料及び空気の予混合を最適にする柔軟度を付加することができる。
【００４１】
図２０は、燃料延長管７１０が第２の実施形態の燃料噴射孔６３０から延在している、別の変形形態を示している。この変形形態は、第２の実施形態の燃料ノズルの拡張とみなすことができる。この場合も同様に、図が煩雑になるのを最小限にするために、全ての分配接続部６６０が示されている訳ではない。しかしながら、保炎領域の発生を阻止／最小限にするために、実質的に全ての燃料噴射孔６３０が分布接続部６６０を介して燃料分布本体６５０に接続される点は理解される。
【００４２】
この変形形態はまた、個々の燃料延長管７１０の長さ、形状、サイズ及び長さに沿った形状を含む、燃料延長管７１０の特性を決定する自由度を提供することができる。また、燃料噴射孔６３０の一部において燃料延長管７１０を設けない選択肢もある。
【００４３】
図示していないが、空気通路２２０の下流側に燃料が噴射されるように延在した１以上の燃料延長管７１０を有することも許容可能である。好ましくは、このような燃料延長管７１０により生じる空気流の閉塞は、所定のレベル以下に維持される。同様に図示していないが、燃料延長管７１０の延長方向も変えることができる。燃料延長管７１０はノズル本体１６に実質的に平行な方向に延在するのが好ましいとすることができるが、幾つかの事例では、一部の燃料延長管７１０が非並行な方向に延在するのが、燃料及び空気の全体の予混合をより良好に促進できる場合もある。
【００４４】
本発明の二次燃料ノズルの実施形態を用いて、燃焼のためにガスタービンの燃焼室１８に燃料と空気を予混合することができる。
【００４５】
以上から、本発明の二次燃料ノズルは多くの利点を提供することが理解されるであろう。こうした利点を非網羅的に挙げると、流れ領域にペグが排除されることに対応して、圧力低下が低減され、燃焼効率を向上させ、排出量を低減できること、上流側での燃料噴射により燃料混合がより長くなること、圧力低下の低減により、燃焼器空気流のより高い割合を二次燃料ノズルにおいて使用できること、二次空気流及び燃料スプリットの増加に対してターンダウン、ダイナミックス及びＣＯ排出量に関する恩恵をもたらすこと、並びに、上流側での燃料噴射が、低エネルギー含量の燃料を使用することを含む、広範囲の体積流量用の本発明の燃料ノズル設計を用いる融通性を改善することである。
【００４６】
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てきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。本発明は、図示された及び開示された実施形態に限定されず、他の要素、改善点及び変形形態もまた本発明の範囲内にある。
【符号の説明】
【００４７】
１０  二次燃料ノズル
１３  燃料供給導管
１６  ノズル本体
１８  燃焼室
２０  二次空気
２１０  ノズルハウジング
２２０  空気通路
５００，６００  予混合燃料ユニット
５１０  第１のプレート
５２０  第２のプレート
５３０，６３０  燃料噴射孔
５４０，６４０  予混合接続導管
５５０  燃料プレナム
６１０  プレート
６２０  燃料マニホルド
６５０  第１の燃料分配体
６６０  分配接続部
７１０  燃料延長管
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【外国語明細書】
2011122814000001.pdf