(57)【要約】  空気が一連の穴（１１）から注入された燃料と混合され、火炎管（１４）において形成される主中央火炎を創出する事前混合室（１２）を装備するガスタービン用燃焼システム（１０）。事前混合室（１２）は、火炎管（１４）を備える燃焼室への接続端部に向かって収束し、燃焼システム（１０）は、燃料気体を事前に混合する一連のパイロット装置（２０）を備え、パイロット装置（２０）は、主中央火炎自体を安定させ、同時に汚染放出を低減するのに適切な一連の対応するパイロット火炎を創出する。【選択図】図１
2007517182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の穴（１１）から注入された燃料と混合され、火炎管（１４）内で形成される主中央火炎を作る空気のための事前混合室（１２）を備える、ガスタービン用の燃焼システム（１０）であって、
前記事前混合室（１２）は、前記火炎管（１４）を備えた燃焼室との接続端部に向かって集合し、
前記燃焼システム（１０）は、燃料気体を事前に混合する一連のパイロット装置（２０）を備え、
前記パイロット装置は、前記主中央火炎自体を安定させると共に汚染放出を低減するのに適切な一連の対応するパイロット火炎を作ることを特徴とする、燃焼システム（１０）。
【請求項２】
前記火炎管（１４）が、前記空気事前混合室（１２）への先細り接続端部（１５）を備え、前記先細り端部（１５）が、前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）のそれぞれのパイロット装置をそれぞれが収容する一連の穴（１８）を備えることを特徴とする、請求項１記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項３】
前記一連の穴（１８）の穴は、前記火炎管（１４）の軸と同軸の、前記火炎管（１４）の前記先細り端部（１５）の周に沿って等距離に位置することを特徴とする、請求項１記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項４】
中央本体（１７）の外部に一連の熱電対（１９）を備えることを特徴とする、請求項１または２または３記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項５】
前記中央本体（１７）を囲む前記燃料の供給ダクト（７０）を備えることを特徴とする、請求項１または２または３記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項６】
前記燃料気体を事前に混合する前記一連のパイロット装置（２０）の各パイロット装置が、事前混合ダクト（２９）、前記事前混合ダクト（２９）内の前記燃料気体用の一連の穴（２８）、および前記事前混合室（２９）自体の内部において空気／燃料気体の均一な混合物を得るために、空気フローにおいて乱流を起こすように少なくとも１つの成形要素を備えるユニット（２４）を備えることを特徴とする、請求項１または２または３記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの成形要素が、一連の成形ブレード（２７）を備えることを特徴とする、請求項６記載の燃焼システム（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの成形要素が、２つの一連の成形ブレード（２５）を備えることを特徴とする、請求項６記載の燃焼システム（１０）。
【請求項９】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記パイロット装置自体の前記火炎を安定させるために、前記事前混合室（２９）内の中央要素（４２）に位置する前記燃料気体用のダクト（４３）を備え、前記ダクト（４３）が、前記一連の穴（２８）に接続された前記燃料気体用の環状ダクト（３４）内にあり、かつそれと同軸状であることを特徴とする、請求項７記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１０】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記パイロット装置内の流体の流量を検出するための前記事前混合ダクト（２９）内の２つのダクト（３２）および少なくとも１つの熱電対（３３）を備えることを特徴とする、請求項９記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１１】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記パイロット装置自体の前記火炎を安定させるために、前記事前混合ダクト（２９）内にミニバーナ（４５）を備えることを特徴とする、請求項７記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１２】
前記ミニバーナ（４５）が、前記空気用の一連の穴（３５）を備え、前記ミニバーナ（４５）が、前記一連の穴（２８）に接続される前記燃料気体用環状ダクト（３４）の内部にあり、かつそれと同軸の前記燃料気体用ダクト（４３）に接続されることを特徴とする、請求項１０記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１３】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記パイロット装置自体の前記火炎を安定させるために、前記事前混合室（２９）の外部に一連の穴（３０）を備えることを特徴とする、請求項８記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１４】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記一連の外部穴（３０）に接続されたダクト（３７）、および前記一連の穴（２８）に接続されたダクト（３６）を備えることを特徴とする、請求項１３記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１５】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記事前混合ダクト（２９）の内部に少なくとも１つの熱電対（３３）および２つのダクト（３２）を備えることを特徴とする、請求項８または１１記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１６】
前記燃焼システム（１０）が、前記一連の事前混合パイロット装置（２０）に空気を供給するためのダクトを備えることを特徴とする、前記請求項のいずれか記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１７】
以前に記述および示され、かつ上記で規定された目的のための燃焼システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低汚染放出を有する燃焼システム、具体的にはガスタービン用燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、少なくとも１つの燃焼室によって互いに接続される、１つまたは複数の段階を有する圧縮器およびタービンからなる機械であることが知られている。
【０００３】
外部環境からの空気が、加圧下にあるように、圧縮器に供給される。
【０００４】
加圧された空気は、ノズルまたは集合部分で終端する事前混合室を通過する。前記室において、少なくとも１つの注入器が燃料を供給し、燃料は、燃焼される空気燃料混合物を形成するために、空気と混合される。
【０００５】
したがって、燃焼を生成するのに必要な燃料は、加圧網によって燃焼室に導入される。前記燃焼の目的は、気体の温度およびエンタルピーを増大させることである。
【０００６】
火炎安定性の特性を向上させるために、パイロット火炎を生成するのに適切な並行燃料供給システムも、全般的に考慮される。
【０００７】
米国特許第５３８１６５２号が、主火炎がパイロット装置によって安定される気体燃料用燃焼システムを指摘している。
【０００８】
この場合、パイロット装置は、燃料システムが装備する燃焼室にパイロット燃料気体を注入する。
【０００９】
事前混合空気が、主火炎を供給する燃料気体用の第１シリーズの径方向穴が存在する第１中央ダクトに流れるために、ダクトが、燃料システムに存在する。
【００１０】
主ダクトにおいて、空気は、第２シリーズの穴を経て注入することによって供給される気体燃料と事前に混合される。穴は、主空気ダクトのセクションの上に配置される円筒の上に位置し、セクション自体の周に沿って等距離にある。
【００１１】
この場合、パイロット燃料の注入は、主火炎を囲む、事前混合ダクトの出口に位置する第１シリーズの径方向穴によって実施される。
【００１２】
このパイロット燃料は、燃焼空気と以前に混合されていないので、燃焼空気における燃料の拡散プロセスによって主に制御される火炎において燃焼し、その結果、拡散火炎と呼ばれる。
【００１３】
拡散火炎は、温度が極度に高く、したがって高汚染放出を生じる領域が存在することを特徴とする。
【００１４】
実際、窒素酸化物の放出は、最大火炎温度に比例し、その結果、高温を有する拡散タイプの火炎は、汚染放出、具体的には窒素酸化物の放出について最も原因がある。
【００１５】
現在のシステムの欠点の１つは、拡散タイプの火炎が存在するために、中程度の汚染放出を有することである。
【００１６】
米国特許第５６６６０４４号が、ノズルを経て燃焼室に燃料気体を注入する、主火炎を安定させるパイロット装置の使用を記載する。
【００１７】
パイロット装置によって注入される燃料気体の燃焼に必要な空気は、各パイロット装置に隣接する領域において、燃焼室に同時に注入される。またこの場合、混合は、燃焼室において行われ、火炎は、注入に隣接する領域に高品質の空気が存在することにより高温領域の拡大が低減される場合でも、拡散タイプである。
【００１８】
燃焼システムは、特許出願ＥＰ１３２１７１５Ａ２からも知られており、これは、液体燃料または気体燃料と共に使用することができ、パイロット燃料を燃焼室に直接注入する装置が存在する。
【００１９】
この解法の欠点の１つは、この場合も主事前混合火炎を安定させるために使用される拡散タイプの火炎の存在のために、汚染物質が著しく放出されることである。
【特許文献１】米国特許第５３８１６５２号
【特許文献２】米国特許第５６６６０４４号
【特許文献３】特許出願ＥＰ１３２１７１５Ａ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、ガスタービンの汚染放出の低減を可能にする低汚染放出を有する燃焼システムを提供することである。
【００２１】
他の目的は、燃焼室内の圧力の揺動を低減することを可能にし、同時に火炎を安定させることを可能にする、低汚染放出を有する燃焼システムを提供することである。
【００２２】
他の目的は、構成要素を長時間高温にさらすことを可能にする、低汚染放出を有する燃焼システムを使用することである。
【００２３】
他の目的は、高燃焼効率を可能にし、同時に低汚染放出を有する、低汚染放出を有する燃焼システムを使用することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明によるこれらの目的は、請求項１において規定される低汚染放出を有する燃焼システムを提供することによって達成される。
【００２５】
本発明の他の特徴は、後続請求項において記述される。
【００２６】
本発明による低汚染放出を有する燃焼システムの特徴および利点は、包含される概略的な図面を参照する以下の例示的かつ非限定的な記述からより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図を参照すると、これらは、全体が１０で表される低燃焼放出を有する燃焼システムを示し、主火炎を包含するのに適切な「ライナ」または火炎管１４を含む燃焼室を備える。
【００２８】
火炎管１４は、事前混合室１２の終端セクション１３と連絡する、空気の事前混合室１２に対する先細り接続端部１５を有する。
【００２９】
空気事前混合室１２は実質的に、事前混合室１２の周に配置される円筒要素の上に位置することが好ましい一連の穴１１によって供給される燃料気体を使用して事前に混合された後、空気を加速するために、燃焼室への接続端部に向かう先細りセクション、またはより狭いセクションを有する円形クラウンの形態のダクトである。
【００３０】
前記一連の穴１１は、空気事前混合室１２の先細り端部に先行するセクションに沿って位置する。
【００３１】
空気事前混合室１２の先細り端部は、円形セクションを有し、円形セクションには、火炎が中央ダクト１７の表面に接触するのを防止するのに適切な空気を注入するための前記先細り端部の中に延びる中央本体１７が存在する。
【００３２】
燃焼システム１０は、中央ダクト１７の外部に一連の熱電対１９を備えることが好ましい。
【００３３】
火炎は、事前混合室１２の下流の燃焼室において通常形成される。
【００３４】
ある異常機能の結果として、火炎が事前混合室１２を上昇する場合、熱電対１９は、温度の上昇を検出し、気体のフローは、事前混合室１２を過剰な温度から保護するために中断される。
【００３５】
火炎管１４の先細り端部１５は、円形クラウンの形状の表面を有し、その上に、主中央火炎を安定させ、同時に低レベルの汚染放出を維持するために、事前混合燃料気体注入パイロット装置２０のそれぞれのシリーズを収容するための一連の通過穴１８が存在する。
【００３６】
これは、燃料気体事前混合パイロット装置２０を使用することによって達成され、燃料気体は、空気の乱流ストリームと混合され、混合物自体が燃焼室に注入される前に、燃料気体／空気の均一な混合物が得られる。
【００３７】
これにより、拡散タイプの火炎が回避されるので、ＮＯｘの汚染放出を低減することが可能になる。
【００３８】
燃焼システム１０は、主中央火炎を安定させ、同時に、対応する一連の外部火炎を経た汚染放出の低減を可能にする、燃料気体を事前に混合する一連のパイロット装置２０を有する。
【００３９】
一連のパイロット装置２０の各パイロット装置は、事前混合ダクト２９、燃料を供給するための事前混合ダクト２９内にある一連の穴２８、およびスワラとして作用するユニット２４を備える。前記ユニット２４は、装置自体内の一連の穴２８を経て供給された燃料気体と均一に混合することができる空気の乱流渦巻きフローを創出する機能を有する。
【００４０】
空気の乱流は、燃焼システム１０において燃焼室に導入された後、一連のダクト２８を経て供給された燃料気体と混合され、事前混合ダクト２９内において空気および燃料気体の均一な混合物を形成する。
【００４１】
このようにして、各パイロット装置２０について、拡散火炎より低い最大温度を有する対応する火炎が得られる。
【００４２】
その結果、最大火炎温度が低くなるので、汚染放出、とりわけＮＯｚ放出は、対応して減少する。
【００４３】
燃焼システム１０は、一連のパイロット装置２０を備え、各パイロット装置は、火炎管１４の端部１５の表面上にある周上に等距離で分布し、かつ火炎管１４の軸と同軸状である一連のダクト１８のそれぞれの穴において構成される。
【００４４】
各パイロット装置２０のユニット２４は、事前混合ダクト２９における空気フローの乱流を増大させることができる少なくとも１つの成形要素を備える。
【００４５】
各事前混合パイロット装置２０の空気フローは、圧縮器から来る空気フローから直接供給されることが好ましい。
【００４６】
さらに、各パイロット装置２０の火炎は安定される。
【００４７】
事前混合パイロットバーナ２０の火炎の安定化は、パイロット燃料気体（したがってサブパイロット）の注入によって実施され、パイロット燃料気体は、事前混合パイロット火炎を安定させ、事前混合パイロット火炎は、主事前混合火炎を安定させる。
【００４８】
サブパイロット燃料気体は、拡散火炎を生成するが、事前混合パイロット燃料気体のみが安定されるので、ごく少量の燃料が使用され、したがって、生成されるＮＯｘの汚染放出は少なくなる。
【００４９】
本発明の一態様によれば、ユニット２４を装備したパイロット装置２０の図４に示される第１の好ましい実施形態が提供され、ユニット２４において、前記少なくとも１つの成形要素は、事前混合ダクト２９内において空気の渦巻き運動を創出するように適切に傾斜された一連の成形ブレード２７を備え、乱流空気フローは、事前混合ダクト２９自体内において一連のダクト２８を経て供給された燃料気体と均一に混合されることが保証される。
【００５０】
パイロット装置２０は、事前混合ダクト２９の内部に中央要素４２を備え、中央要素４２は、環状ダクト３４の内部において、かつそれと同軸状に中央ダクト４３を内部に備える。
【００５１】
環状ダクト３４は、燃料気体を供給する機能を有し、燃料気体は、一連の穴２８を経て、事前混合ダクト２９内において空気と事前に混合される。
【００５２】
この場合、パイロット装置２０に関係する火炎は、ダクト４３を経て燃焼可能流体を注入することによって中心から安定される。
【００５３】
一連の燃料気体事前混合パイロット装置２０の各パイロット装置は、パイロット装置自体の内部における流体の流量を検出するために、事前混合ダクト２９の内部に２つのダクト３２をも備える。
【００５４】
本発明の他の態様によれば、ユニット２４を装備するパイロット装置２０の図５に示される第２実施形態が提供され、ユニット２４において、前記少なくとも１つの成形要素は、第１実施形態と同様に、同じ機能を有する一連の成形ブレード２７をも備える。
【００５５】
この実施形態は、火炎の安定化を除いて、第１と同様である。
【００５６】
この場合、実際には、パイロット装置２０に関係する火炎は、事前混合室２９内の中央ミニバーナ４５によって可燃性流体を注入することによって中心から安定される。
【００５７】
前記ミニバーナ４５は、第２実施形態においても存在する事前混合ダクト２９内の中央要素の下流に接続され、中央要素は、環状ダクト３４内において、かつそれと同軸状に中央ダクト４３を内部に備える。
【００５８】
環状ダクト３４は、一連の穴２８を経て事前混合ダクト２９内において空気と事前に混合される燃料気体を供給する機能を有する。
【００５９】
ダクト４３は、サブパイロット燃料気体をミニバーナ４５に供給し、一方、ミニバーナ４５の空気フローは、内部に位置する一連の穴３５によって供給され、ミニバーナ４５自体の内部に存在する他のスワラによって乱流になる。
【００６０】
本発明の他の態様によれば、図３に示されるパイロット装置２０の第３の好ましい実施形態が提供され、ユニット２４が存在し、ユニット２４において、前記少なくとも１つの成形要素は、事前混合ダクト２９において空気の乱流を創出するために、２つの一連の成形ブレード２５を備える。
【００６１】
各事前混合パイロット装置２０は、事前混合ダクト２９内の一連の穴２８に接続された燃料気体のダクト３６を備える。
【００６２】
ダクト３６の燃料気体は、乱流空気フローと事前混合されるために、一連の穴２８を経て事前混合ダクト２９に注入される。
【００６３】
この実施形態の各パイロット装置２０の火炎は、パイロット装置２０の端部のベース表面３１の上に位置する、事前混合ダクト２９の外部にある一連の穴３０を経て供給されたダクト３７の燃料気体を燃焼室に注入することによっても安定される。
【００６４】
したがって、ダクト３７は、パイロット装置２０自体の火炎を安定させるために、燃料気体を供給する一連の外部穴３０に接続される。
【００６５】
一連の燃料気体の事前混合パイロット装置２０の各パイロット装置は、パイロット装置２０の内部における流体の流量を検出するために、事前混合ダクト２９内に少なくとも１つの熱電対３３および２つのダクト３２をも備える。
【００６６】
中央ダクト１７を囲む他の燃料供給ダクト７０も、燃焼システム１０に存在することがわかる。
【００６７】
さらに、前記ダクト７０は、これが事前混合室１２に接続される火炎管１４の先細り端部１５に近い。
【００６８】
ダクト７０は、主火炎を囲む拡散パイロット燃料を供給するように作用し、主火炎は、点火するために、または、放出が著しくないとき、一時的な条件下において火炎を安定させるために使用することもできる。
【００６９】
図２を参照すると、これは、燃焼システム１０内における８０および８２で示される空気フローをも示し、それぞれ、図に示される事前混合室１２の事前混合空気フローおよびパイロット装置２０の一方に関係する事前混合空気フローに関係する。
【００７０】
圧縮器から来る空気は、一連の穴１１から供給される燃料と事前混合室１２内において混合される。
【００７１】
事前混合空気は、その後加速され、拡散によってダクト７０から供給される燃料と随意選択で混合される。
【００７２】
主火炎は、事前混合燃料気体と共に機能する一連のパイロット火炎によって安定される。
【００７３】
図６を参照すると、特にユニット２４に隣接して、一連の穴２８の穴から供給される８３で示された燃料フローを観測することが可能である。
【００７４】
さらに、一連の燃料気体事前混合パイロット装置２０のパイロット装置は、火炎管１４の先細り端部１５に位置することが好ましいが、異なる構成を使用することもできる。
【００７５】
燃焼システム１０は、一連の事前混合パイロット装置２０に空気を供給するためのダクト６０を備えることが好ましい。
【００７６】
要約すると、結論として、ガスタービン用の燃焼システム１０は、主火炎の外部に位置する、または事前混合室１２への先細り接続端部１５に位置する、燃料気体を事前に混合する一連のパイロット装置２０を備え、この装置は、主中央火炎自体を安定させ、同時に汚染放出を低減するのに適切な一連の対応するパイロット火炎を創出するということが言える。
【００７７】
したがって、本発明による低汚染放出を有する燃焼システムは、上記で明記された目的を達成することがわかる。
【００７８】
以上のように考案された本発明の低汚染放出を有する燃焼システムに対し、多くの修正および変更を適用することができ、すべて本発明の概念の範囲内に含まれる。
【００７９】
さらに、実際には、使用される材料は、寸法および成分についても、技術上の要求に応じて変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による燃焼システムの第１の好ましい実施形態の上からの部分断面図である。
【図２】燃焼システム内の空気フローを示す図１の詳細図である。
【図３】事前混合燃料注入パイロット装置の第３実施形態の図である。
【図４】事前混合燃料注入パイロット装置の第１実施形態を示す図２の詳細の第１実施形態を示す図である。
【図５】事前混合燃料注入パイロット装置の第２実施形態を示す図である。
【図６】図３の詳細図である。
【図１】
2007517182.tif 000003
【図２】
2007517182.tif 000004
【図３】
2007517182.tif 000005
【図４】
2007517182.tif 000006
【図５】
2007517182.tif 000007
【図６】
2007517182.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月16日(2007.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の穴（１１）から注入された燃料と混合され、火炎管（１４）内で形成される主中央火炎を作る空気のための事前混合室（１２）を備える、ガスタービン用の燃焼システム（１０）であって、
前記事前混合室（１２）は、前記火炎管（１４）を備えた燃焼室との接続端部に向かって集合し、
前記燃焼システム（１０）は、燃料気体を事前に混合する一連のパイロット装置（２０）を備え、
前記パイロット装置は、前記主中央火炎自体を安定させると共に汚染放出を低減するのに適切な一連の対応するパイロット火炎を作ることを特徴とする、燃焼システム（１０）。
【請求項２】
前記火炎管（１４）が、前記空気事前混合室（１２）への先細り接続端部（１５）を備え、前記先細り端部（１５）が、前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）のそれぞれのパイロット装置をそれぞれが収容する一連の穴（１８）を備えることを特徴とする、請求項１記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項３】
前記一連の穴（１８）の穴は、前記火炎管（１４）の軸と同軸の、前記火炎管（１４）の前記先細り端部（１５）の周に沿って等距離に位置することを特徴とする、請求項１記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項４】
中央本体（１７）の外部に一連の熱電対（１９）を備えることを特徴とする、請求項１または２または３記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項５】
前記中央本体（１７）を囲む前記燃料の供給ダクト（７０）を備えることを特徴とする、請求項１または２または３記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項６】
前記燃料気体を事前に混合する前記一連のパイロット装置（２０）の各パイロット装置が、事前混合ダクト（２９）、前記事前混合ダクト（２９）内の前記燃料気体用の一連の穴（２８）、および前記事前混合室（２９）自体の内部において空気／燃料気体の均一な混合物を得るために、空気フローにおいて乱流を起こすように少なくとも１つの成形要素を備えるユニット（２４）を備えることを特徴とする、請求項１または２または３記載の低汚染放出を有する燃焼システム（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの成形要素が、一連の成形ブレード（２７）を備えることを特徴とする、請求項６記載の燃焼システム（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの成形要素が、２つの一連の成形ブレード（２５）を備えることを特徴とする、請求項６記載の燃焼システム（１０）。
【請求項９】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記パイロット装置自体の前記火炎を安定させるために、前記事前混合室（２９）の外部に一連の穴（３０）を備えることを特徴とする、請求項８記載の燃焼システム（１０）。
【請求項１０】
前記一連の燃料気体事前混合パイロット装置（２０）の各パイロット装置が、前記事前混合ダクト（２９）の内部に少なくとも１つの熱電対（３３）および２つのダクト（３２）を備えることを特徴とする、請求項８記載の燃焼システム（１０）。
【国際調査報告】
2007517182.tif 000009
2007517182.tif 000010
2007517182.tif 000011