(57)【要約】  混合された固体燃料および空気のフローをボイラーに噴出するための固体燃料ノズルチップは、外側ノズル本体であって、外側ノズル本体の入口から出口までそこを通って延びる外側フローチャネルを有する外側ノズル本体を含む。内側ノズル本体は、内側ノズル本体の入口から出口までそこを通って延びる内側フローチャネルを有する。内側ノズル本体は、内側フローチャネルが、外側フローチャネルの内部に、外側フローチャネルと実質的に整列した状態で、外側ノズル本体内に装着される。内側ノズル本体および外側ノズル本体は、外側ノズル本体および内側ノズル本体の熱的な膨張および収縮に起因する互いに関する運動に適応するように１つに接合される。
2013514518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合された固体燃料および空気のフローをボイラーに噴出するための固体燃料ノズルチップにおいて、
ａ）外側ノズル本体であって、前記外側ノズル本体の入口から出口までそこを通って延びる外側フローチャネルを有する外側ノズル本体と、
ｂ）内側ノズル本体であって、前記内側ノズル本体の入口から出口までそこを通って延びる内側フローチャネルを有し、前記内側ノズル本体は、前記内側フローチャネルが、前記外側フローチャネルの内部に、前記外側フローチャネルと実質的に整列した状態で、前記外側ノズル本体内に装着され、前記内側ノズル本体および外側ノズル本体が、前記外側ノズル本体および前記内側ノズル本体の熱的な膨張および収縮に起因する互いに関する運動に適応するように１つに接合される、内側ノズル本体とを備える、固体燃料ノズルチップ。
【請求項２】
前記内側ノズル本体および外側ノズル本体が、前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体のうちの少なくとも１つが、熱的な膨張および収縮に起因する互いに関する前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体の運動に適応するように、少なくとも１つのピンに沿って自由に動く状態で、前記少なくとも１つのピンによって１つに接合される、請求項１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのピンが、前記外側ノズル本体に溶接される、請求項２に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項４】
前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体が、前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体を貫通して前記外側ノズル本体の外側の区域から前記内側ノズル本体の前記内側フローチャネルに入る少なくとも１つのピンによって、１つに接合される、請求項１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項５】
前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体が、前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体をそれぞれが貫通して前記外側ノズル本体の外側の区域から前記内側ノズル本体の前記内側フローチャネルに入る３つのピンによって、１つに接合される、請求項１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項６】
前記外側フローチャネルを通してフローを導くために、前記内側ノズル本体と前記外側ノズル本体との間の前記外側フローチャネル内に装着された複数のフローガイドベーンをさらに備える、請求項１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項７】
前記フローガイドベーンが、実質的に、前記外側ノズル本体の前記入口から前記出口まで延びる、請求項６に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項８】
前記フローガイドベーンが、前記内側ノズル本体に関して動くように、かつ、前記外側ノズル本体に関して定置されるように装着される、請求項６に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項９】
前記フローガイドベーンが、前記外側ノズル本体に関して動くように、かつ、前記内側ノズル本体に関して定置されるように装着される、請求項６に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１０】
前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体が、選択可能な角度に沿って前記内側フローチャネルおよび前記外側フローチャネルを通してフローを導くために、共通の回転軸を中心とするそれらの共通の回転に適応するように、１つに接合される、請求項１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１１】
混合された固体燃料および空気のフローをボイラーに噴出するための固体燃料ノズルチップにおいて、
ａ）実質的に４面の外側ノズル本体であって、前記外側ノズル本体の入口から出口までそれを通って延びる外側フローチャネルを有する、外側ノズル本体と、
ｂ）実質的に４面の内側ノズル本体であって、前記内側ノズル本体の入口から出口までそれを通って延びる内側フローチャネルを有し、前記内側ノズル本体は、前記内側フローチャネルが、前記外側フローチャネルの内部に、前記外側フローチャネルと実質的に接続し、整列した状態で、前記外側ノズル本体内に装着される、内側ノズル本体と、
ｃ）前記外側ノズル本体の第１の側部と前記内側ノズル本体の第１の側部との間の前記外側フローチャネル内に装着された第１のノズル本体支持体と、
ｄ）前記外側ノズル本体の第２の側部と前記内側ノズル本体の第２の側部との間の前記外側フローチャネル内に装着された第２のノズル本体支持体と、
ｅ）前記外側ノズル本体の第３の側部と前記内側ノズル本体の第３の側部との間の前記外側フローチャネル内に装着された第３のノズル本体支持体であって、前記３つのノズル本体支持体の各々が、前記外側ノズル本体および前記内側ノズル本体の相対的な熱的な膨張および収縮に適応するために、それらを貫通し、前記外側ノズル本体および前記内側ノズル本体を接合する装着ピンを有する、第３のノズル本体支持体とを備える、固体燃料ノズルチップ。
【請求項１２】
各装着ピンが、前記外側ノズル本体に溶接される、請求項１１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１３】
各装着ピンが、前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体を貫通して、前記外側ノズル本体の外側の区域から前記内側ノズル本体の前記内側フローチャネルに入る、請求項１１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１４】
前記外側フローチャネルを通してフローを導くために、前記内側ノズル本体と前記外側ノズル本体との間の前記外側フローチャネル内に装着された複数のフローガイドベーンをさらに備える、請求項１１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１５】
前記フローガイドベーンが、実質的に、前記外側ノズル本体の前記入口から前記出口まで延びる、請求項１４に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１６】
前記フローガイドベーンが、前記内側ノズル本体に関して動くように、かつ、前記外側ノズル本体に関して定置されるように装着される、請求項１４に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１７】
前記フローガイドベーンの各々および前記ノズル本体支持体が、前記外側ノズル本体に溶接される、請求項１６に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１８】
前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体が、選択可能な角度に沿って前記内側フローチャネルおよび前記外側フローチャネルを通してフローを導くために、共通の回転軸を中心として、それらが共通に回転するように構成され、適合される、請求項１１に記載の固体燃料ノズルチップ。
【請求項１９】
混合された固体燃料および空気のフローをボイラーに噴出するための固体燃料ノズルチップを構築する方法であって、
ａ）複数のフローベーンを外側ノズル本体に溶接するステップであって、前記外側ノズル本体が、前記外側ノズル本体の入口から出口までそれを通って延びる外側フローチャネルを有する、溶接するステップと、
ｂ）前記外側ノズル本体の前記外側フローチャネルの内側に、内側ノズル本体を配置するステップであって、前記内側ノズル本体が、前記内側ノズル本体の入口から出口までそれを通って延びる内側フローチャネルを有し、配置する前記ステップが、前記内側フローチャネルおよび前記外側フローチャネルを実質的に整列させることを含む、配置するステップと、
ｃ）前記外側ノズル本体および前記内側ノズル本体の相対的な熱的な膨張および収縮に適応するように構成された少なくとも１つの装着ピンを使用して、前記内側ノズル本体および前記外側ノズル本体を一緒に装着するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
装着する前記ステップが、前記少なくとも１つの装着ピンを前記外側ノズル本体に溶接することを含む、請求項１９に記載の固体燃料ノズルチップを構築する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料送達システムに関し、より詳細には、固体燃料をボイラー中に噴出するための固体燃料ノズルチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラーにおける燃焼のために、固体燃料を送達するための様々なシステムおよびデバイスが知られている。多くのそのようなデバイスは、たとえば、固体石炭粒子を石炭を燃料とするボイラーまたはファーネスに送達するためのノズルを対象とする。石炭発電所には、熱パワーを生成するための燃料として石炭を供給する効率的な手段が必要とされる。典型的には、石炭微粉砕機または粉砕器中で原料石炭を微粉砕して、小さな石炭粒子または石炭ダストを生成する。次いで、微粉砕された石炭は、微粉砕された石炭を燃焼のために使用することができるファーネスまたはバーナーに送達しなければならない。これは、典型的には、微粉砕された石炭粒子を粉砕器または微粉砕機からノズルに輸送するため空気流を利用する石炭配管システムを用いて行われ、石炭粒子を石炭バーナーまたはファーネス中へと噴射する。
【０００３】
石炭および空気の制御された、均一に分散されたストリームを提供ができる石炭チップノズルを設計するために、多大な努力が行われてきた。非均一に分散した粒子は、石炭システムの運転および保守に関する様々な技術的な課題の原因となる。乏しい粒子分散が燃焼ゾーンに及ぶ場合、燃料／空気混合物の局所的な不均衡により、燃焼が非効率的になり、ＮＯＸ、ＣＯおよび他の汚染物質の放出が多くなることがある。また、飛散灰中の未燃焼炭素のレベルが高くなり、それにより、燃焼効率が低くなることがある。
【０００４】
フローおよび速度分布を改善するために、既知の石炭チップノズルは、所望のフロー特性を実現するために、組み込まれたフローベーン、スプリッタ板、複数のシュラウドなどを有する。典型的な石炭チップノズルは、すべてを一緒に溶接して単一の固体片にしたシュラウド、ベーンおよびスプリッタ板を用いて構築される。しかしながら、典型的な石炭チップノズル上の加熱は均一ではない。加熱が均一ではないことは、ノズルチップ全体の温度勾配によるものであり、この温度勾配は、ボイラーまたはファーネス内の火炎温度にさらされる出口における高温から、入口においてノズルチップに入る空気および石炭粒子の比較的低温なフローに及ぶ。構成要素のすべてが、異なる加熱量を経験し、典型的には、典型的な設計の内側シュラウドおよび外側シュラウドの加熱はかなり異なる。典型的な設計における熱的な膨張が異なる結果、内的ストレスが生じ、それにより、故障や耐用年数の制限につながる可能性がある。
【０００５】
典型的な石炭チップノズルにおける熱的な膨張勾配に対処するための１つの試みは、ベーン、または内側シュラウドと外側シュラウドの間に装着された支持手段を出口から後ろに凹ませることであった。そのような構成は、Ｆｏｎｇらの特許文献１に示されている。しかしながら、この手法は、依然として、内側ノズル構成要素および外側ノズル構成要素の熱的な膨張および収縮に相対的に制限される。さらに、凹んだベーンは、ノズルを通るチャネルフローに対する能力を低減させている。
【０００６】
一般には、このような従来の方法およびシステムは、意図された目的を満たすものと考えられてきた。しかしながら、依然として、当分野では、熱的な膨張への適応を改善できるようにする固体燃料チップノズルが必要である。また、当分野では、作製および使用が簡単なそのようなデバイスに対する必要性も残っている。本発明は、これらの課題に対する解決策を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，０８９，１７１号
【発明の概要】
【０００８】
主題の発明は、混合された固体燃料および空気のフローをボイラーまたはファーネスに噴出するための新しく有用な固体燃料ノズルチップを対象とするものである。本固体燃料ノズルチップは、外側ノズル本体であって、当該外側ノズル本体の入口から出口までそこを通って延びる外側フローチャネルを有する外側ノズル本体を含む。内側ノズル本体は、当該内側ノズル本体の入口から出口までそこを通って延びる内側フローチャネルを有する。この内側ノズル本体は、内側フローチャネルが外側フローチャネルの内部に、外側フローチャネルと実質的に整列した状態で、外側ノズル本体内に装着される。内側ノズル本体および外側ノズル本体は、外側ノズル本体および内側ノズル本体の熱的な膨張および収縮に起因する互いに関する運動に適応するように１つに接合される。
【０００９】
ある特定の実施形態によれば、内側ノズル本体および外側ノズル本体は、内側ノズル本体および外側ノズル本体のうちの少なくとも１つが、熱的な膨張および収縮に起因する互いに関する内側ノズル本体および外側ノズル本体の運動に適応するように、少なくとも１つのピンに沿って自由に動く状態で、少なくとも１つのピンによって１つに接合される。少なくとも１つのピンは、外側ノズル本体に溶接することができる。少なくとも１つのピンは、内側ノズル本体および外側ノズル本体を貫通して外側ノズル本体の外側の区域から内側ノズル本体の内側フローチャネルに入ことができる。内側ノズル本体および外側ノズル本体を一緒に装着するそのようなピンは、３つであっても、あるいは任意の他の好適な個数であってもよい。
【００１０】
ある特定の実施形態では、外側フローチャネルを通してフローを導くために、内側ノズル本体と外側ノズル本体との間の外側フローチャネル内に複数のフローガイドベーンが装着される。フローガイドベーンは、実質的に外側ノズル本体の入口から出口まで延びる。フローガイドベーンは、内側ノズル本体に関して動くように、かつ、外側ノズル本体に関して定置されるように装着することができ、あるいはその逆も可能である。また、内側ノズル本体および外側ノズル本体は、選択可能な角度に沿って内側フローチャネルおよび外側フローチャネルを通してフローを導くために、共通の回転軸を中心とするそれらの共通の回転に適応するように、１つに接合することができることが企図される。
【００１１】
ある特定の実施形態によれば、外側ノズル本体は実質的に４面であり、内側ノズル本体もまた４面である。内側ノズル本体は、内側フローチャネルが、外側フローチャネルの内部に、外側フローチャネルと実質的に接続し、整列した状態で、外側ノズル本体内に装着される。外側ノズル本体の第１の側部と内側ノズル本体の第１の側部との間の外側フローチャネル内に、第１のノズル本体支持体が装着される。外側ノズル本体の第２の側部と内側ノズル本体の第２の側部との間の外側フローチャネル内に、第２のノズル本体支持体が装着される。外側フローチャネル内の外側ノズル本体の第３の側部と内側ノズル本体の第３の側部との間に、第３のノズル本体支持体が装着される。３つのノズル本体支持体の各々が、外側ノズル本体および内側ノズル本体の相対的な熱的な膨張および収縮に適応するために、それらを貫通し、外側ノズル本体および内側ノズル本体を接合する装着ピンを有する。フローガイドベーンの各々およびノズル本体支持体は、外側ノズル本体に溶接される。
【００１２】
また、本発明は、混合された固体燃料および空気のフローをボイラーに噴出するための固体燃料ノズルチップを構築する方法を提供する。本方法は、複数のフローベーンを外側ノズル本体に溶接するステップを含み、外側ノズル本体は、外側ノズル本体の入口から出口までそれを通って延びる外側フローチャネルを有する。本方法はまた、外側ノズル本体の外側フローチャネルの内側に、内側ノズル本体を配置するステップを含み、内側ノズル本体は、内側ノズル本体の入口から出口までそれを通って延びる内側フローチャネルを有する。配置するステップは、内側フローチャネルおよび外側フローチャネルを実質的に整列させることを含む。本方法はまた、外側ノズル本体および内側ノズル本体の相対的な熱的な膨張および収縮に適応するように構成された少なくとも１つの装着ピンを使用して、内側ノズル本体および外側ノズル本体を一緒に装着するステップを含む。
装着するステップは、少なくとも１つの装着ピンを外側ノズル本体に溶接することを含むことができる。
【００１３】
当業者には、図面と連携する好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から、主題の発明のシステムおよび方法のこれらのおよび他の特徴が容易に明らかになるであろう。
【００１４】
主題の発明に関する当業者には、主題の発明のデバイスおよび方法を過度な実験なしにどのように実施し使用するかが容易に明らかになるように、その好ましい実施形態について、ある特定の図を用いて以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にしたがって構築された固体燃料ノズルチップの例示的な実施形態の斜視図であり、ノズルに接続されたノズルチップが示されている。
【図２】図１の固体燃料ノズルチップの展開斜視図であり、ノズルから分離したノズルチップが示されている。
【図３】図１の固体燃料ノズルチップの正面図であり、内側ノズル本体および外側ノズル本体が示されている。
【図４】図１の固体燃料ノズルチップの側断面図であり、図３のセクション４−４で切り取られた断面が示されている。
【図５】図１の固体燃料ノズルチップの部分断面斜視図であり、内側ノズル本体および外側ノズル本体を接合する装着ピンのうち２つが示されている。
【図６】図１の固体燃料ノズルチップの一部分の断面斜視図であり、図５の矢印６によって示される装着ピンのうちの１つの拡大された詳細が示されている。
【図７】図１の固体燃料ノズルチップの一部分の断面斜視図であり、図５の矢印７によって示される装着ピンのうちの１つの拡大された詳細が示されている。
【図８】図１の固体燃料ノズルチップの展開斜視図であり、外側ノズル本体から分離された内側ノズル本体が示されている。
【図９】図１の固体燃料ノズルチップの一部分の正面図であり、図３の矢印９において示される拡大された詳細を示し、内側ノズル本体および外側ノズル本体は、たとえば、熱的な膨張または収縮がない状態で弛緩している。
【図１０】図１の固体燃料ノズルチップの一部分の正面図であり、図３の矢印９で示された拡大された詳細を示し、内側ノズル本体および外側ノズル本体は、熱的な膨張を受けている。
【図１１】図１の固体燃料ノズルチップの一部分の断面平面図であり、たとえば、熱的な膨張または収縮が状態で弛緩している内側ノズル本体および外側ノズル本体が示されている。
【図１２】図１の固体燃料ノズルチップの一部分の断面平面図であり、熱的な膨張を受けている内側ノズル本体および外側ノズル本体が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
同様の参照番号が主題の発明の類似の構造的特徴または態様を示す図面を以下に参照する。限定ではなく説明および例示を目的として、本発明による固体燃料ノズルチップの例示的な実施形態の部分図を図１に示し、固体燃料ノズルチップを、全体的に参照符号１００で示す。本発明による固体燃料ノズルチップの他の実施形態またはそれらの態様は、以下に記載されるように、図２〜図１２に提供される。本発明のシステムを使用して、固体燃料ノズルチップの耐用年数を増大させることができる。
【００１７】
図１では、混合された固体燃料および空気のフローをボイラーまたはファーネス中に噴出するために、ノズル１０２に接続された固体燃料ノズルチップ１００が示されている。固体燃料は、たとえば、航空機用の石炭粒子とすることができ、ボイラーまたはファーネスは、石炭を燃料とすることができる。ノズルチップ１００は、ノズル１０２の末端部分であり、したがって、固体燃料がそこを経由してそれぞれ対応するファーネスまたはボイラーの燃焼空間まで通過する配管システムの最後の部分である。したがって、ノズルチップ１００は、燃焼制御を可能にするために、燃焼空間に入る固体燃料の噴射をチャネリングし、制御することを可能にするフィーチャとともに提供される。
【００１８】
図１および図２を参照すると、ノズルチップ１００は、外側ノズル本体１０６を含み、外側ノズル本体１０６は、外側ノズル本体１０６の入口１０８から出口１１０までそこを通って延びる外側フローチャネル１０９を有する。内側ノズル本体１１２は、内側ノズル本体１１２の入口１１４から出口１１６までそこを通って延びる内側フローチャネル１１３を有する。また、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６は、内側ノズルチップシェルおよび外側ノズルチップシェルと呼ばれることがある。内側ノズル本体１１２は、内側フローチャネル１１３が、外側フローチャネル１０９の内部に、外側フローチャネル１０９と実質的に整列した状態で、外側ノズル本体１０６内に装着される。内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６は、以下にさらに詳細に記載されるように、熱的な膨張および収縮に起因する互いに関する運動に適応するように、１つに接合される。
【００１９】
次に図２を参照すると、ノズルチップ１００は、示されるように、ノズル１０２に接続され、流路は、ノズル１０２を通ってノズルチップ１００の内側フローチャネル１１３に入る。シュラウド１０４は、ノズルチップ１００の外側フローチャネル１０９を含む第２の流路を規定する。外側フローチャネル１０９および内側フローチャネル１１３を通るフローは、燃焼を制御する必要に応じて、独立して制御することができる。例示的な適用例では、内側フローチャネル１１３を通して微粉砕された航空機用石炭のような燃料を噴出させることができ、外側フローチャネル１０９を通して燃焼空気を噴出させることができる。
【００２０】
次に図３を参照すると、外側ノズル本体１０６および内側ノズル本体１１２は、それぞれ対応する外側フローチャネル１０９および内側フローチャネル１１３と同様に、実質的に４面である。内側ノズル本体１１２は、内側フローチャネル１１３が、外側フローチャネル１０９の内部に、外側フローチャネル１０９と実質的に接続し、整列した状態で、外側ノズル本体１０６内に装着される。第１のノズル本体支持体１１８は、外側ノズル本体１０６の第１の側部と内側ノズル本体１１２の第１の側部の間の外側フローチャネル１０９内に装着され、図３の向きに応じて底部にある。また、第２のノズル本体支持体１２０および第３のノズル本体支持体１２２は、図３の向きに応じて外側フローチャネル１０９内の外側ノズル本体１０６の左側および右側に装着される。３つのノズル本体支持体１１８、１２０および１２２の各々は、以下にさらに詳細に記載されるように、そこを貫通し、外側ノズル本体１０６と内側ノズル本体１１２とを１つに接合する装着ピン１３０を有する。図３の向きに応じて外側フローチャネル１０９の頂部にある支持体１２３は、支持体１２３がそこを貫通する装着ピンを含まないこと以外は、支持体１１８、１２０および１２２と同様に構成される。以下にさらに詳細に記載されるように、支持体１１８、１２０、１２２および１２３を外側ノズル本体１０６にのみ溶接するのが有利である。すべての軸に対して平行に、および回転方向に支持体を拘束するには３つのピン１３０で十分なので、外側フローチャネル１０９の頂部にある支持体１２３について装着ピンは必要ではない。
【００２１】
図３を続いて参照すると、フローを外側フローチャネル１０９を通して導くために、内側ノズル本体１１２と外側ノズル本体１０６との間の外側フローチャネル１０９内に、複数のフローガイドベーン１２４が装着される。ベーン１２４ならびに支持体１１８、１２０、１２２および１２３は、図４に示されるように、実質的に、外側ノズル本体１０６の入口１０８から出口１１０まで延びる。支持体１１８、１２０、１２２および１２３は、外側フローチャネル１０９中のベーンｓ１２４と連携して、ベーンとして機能するように構成される。内側フローチャネル１１３は、そこを通るフローを制御するために、２つのフロー分割プレート１１５を含む。支持体１１８の入口部分および出口部分の２つの別個のプレートが示され、その間のギャップがピン１３０を収容している図４に示されるように、支持体１１８、１２０および１２２はそれぞれ、それぞれ対応する装着ピン１３０を収容するために、２つの別個のプレートに分割される。
【００２２】
次に図４を参照すると、外側ノズル本体１０６は、対向する円筒形部分１２６を含み、対向する円筒形部分１２６は、図１および図３に示される軸１２８を中心とする、定置ノズル１０２に関するノズルチップ１００の回転運動に適応する。外側ノズル本体１０６および内側ノズル本体１１２を、回転軸１２８を中心とする共通の回転のために１つに接合して、フローが、選択可能な角度に沿って、内側フローチャネル１１３および外側フローチャネル１０９を通して導かれる。
【００２３】
次に図５〜図７を参照すると、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６は、ピン１３０を用いて１つに接合される。各ピン１３０は、外側ノズル本体１０６に溶接される。図６に示すように、ピン１３０は、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を貫通して、外側ノズル本体１０６の外側の区域から内側フローチャネル１１３に入る。また、図７に示すように、ピン１３０を、１つまたは複数のノズル本体表面から凹ませることも可能である。図５および図６に示すように、横側面のピン１３０は突出して、フロー分割プレート１１５に形成された凹部に入る。３つのピン１３０は、外側ノズル本体１０６から内側ノズル本体１１２中に延び、外側ノズル本体１０６にのみ溶接されている。これにより、低減された応力で内側ノズル本体１１２と外側ノズル本体１０６との間に膨張差および収縮差を可能にするために、内側ノズル本体１１２を３つのピン１３０上に浮遊させることができるようになる。３つのピン１３０を収容する内側ノズル本体１１２の孔は、スライド嵌合に適している。外側ノズル本体１０６に溶接された３つのピン１３０を使用する例示的なコンテキストにおいて本明細書で図示し、説明してきたが、当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、任意の他の好適な数のピンを使用することができること、および、そのかわりにピンのうちのいずれかを内側ノズル本体１０６に溶接することができることが容易に理解されよう。
【００２４】
このようにして内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を一緒に装着することにより、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を互いに関して相対的に定置して、固定された一体的な支持および整列が維持される。ただし、この取付け様式により、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６は、互いに対して自由に動くことができる状態と保ち、熱的な膨張および収縮に適応する。この装着構成は、高温区域における取付応力を低減して、ノズルめっきにおける歪みを低減し、それにより、従来から知られているノズルチップに比較して耐用年数が長くなる。また、製造をより経済的にし、溶接および組付けのためにより容易にアクセスできるようにするという利点を提供する。
【００２５】
次に図８を参照して、ノズルチップ１００の構築について以下に説明する。図８に示されるように、フローベーン１２４ならびに支持体１１８、１２０、１２２および１２３を、その内側フローチャネル１０９内の定位置で外側ノズル本体１０６に溶接する。次いで、内側フローチャネル１１３および外側フローチャネル１０９を整列させるように、内側ノズル本体１１２を、外側ノズル本体１０６の外側フローチャネル１０９の内側に配置することができる。上述したように、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を配置し、整列させた状態で、装着ピン１３０を使用して、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を一緒に装着することができる。たとえば、上述のように、熱的な膨張および収縮に適応するので、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を一緒に装着するステップは、室温で行うことができる。内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６の各々は、単一の固体溶接構造であるが、上述のように、ピン１３０によって１つに装着されたときには、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６の相対運動に適応する。ベーン１２４は、内側ノズル本体１１２にして動くように、かつ、外側ノズル本体１０６に関して相対的に定置されるように装着される。また、ベーン１２４ならびに支持体１１８、１２０、１２２および１２３を内側ノズル本体１１２に溶接し、それらを外側ノズル本体１０６に関して自由に運動できるままにすることも可能である。さらに、当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、任意の好適な構成で、ベーンのうちのいくつかまたはすべてを、いずれかのノズル本体に溶接することができることが容易に理解されよう。当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、任意の好適な数のベーン１２４または分割プレート１１５を使用することができること、ならびに溶接だけでなく、任意の他の好適な接合方法を使用することができることが容易に理解されよう。
【００２６】
次に図９〜図１２を参照すると、外側ノズル本体１０６および内側ノズル本体１１２の熱的な膨張について以下にさらに詳細に論じる。図９に、図３の向きに応じてノズルチップ１００の上左隅部の拡大図を示す。内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６の出口１１６および１１０は、熱的に膨張または収縮していない弛緩した状態で示される。図１０では、図９に示された部分と同じノズルチップ１００の部分が示される。しかしながら、図１０では、ノズルチップ１００が動作しているボイラーまたはファーネスに設置されているときのように、熱的に膨張した状態で、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６の出口１１６および１１０が示される。図１０における熱的な膨張は、明瞭のために強調されている。
【００２７】
図９と図１０とを比較すると分かるように、外側フローチャネル１０９は、外側ノズル本体１０６が、内側ノズル本体１１２よりも膨張しているという事実に起因して、熱的に膨張した状態で溶接される。これは、外側ノズル本体１０６は、内側ノズル本体１１２よりも燃焼のふく射エネルギーおよび高い温度にさらされ、かつ、たとえば、典型的な石炭を燃料とする適用例では、より高い温度の空気流を含んでいるので、より高い温度に達するという事実に起因する。室温または低温状態では、ベーン１２４と内側ノズル本体１１２の出口１１６との間に、図９においてＸ１と付されたギャップが提供される。図９の向きに応じて垂直方向に、Ｙ１と付された同様のギャップが形成される。これらのギャップＸ１およびＹ１は、製造公差を許容するために、かつ、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６を確実にしっかりと接触させるのに役立つように、室温または低温状態で提供され、それにより、耐用年数が長くなる。好適な低温状態のギャップサイズは約１／１６インチであるが、所与の適用例について、任意の好適なギャップサイズを使用することができる。熱的に膨張した状態下では、ギャップＸ１およびＹ１は、図１０に示されるように、それぞれギャップＸ２およびＹ２まで膨張する。熱的な膨張に起因して、ギャップＸ２はギャップＸ１よりも大きくなり、ギャップＹ２は、ギャップＹ１よりも大きくなる。増大したギャップＸ２およびＹ２は、外側ノズル本体１０６が内側ノズル本体１１２に関して、図１０の向きに応じて水平方向および垂直方向に動くことを表す。
【００２８】
次に図１１および図１２を参照すると、同じ現象が平面図で示される。図１１に、熱的な膨張または収縮が全くない弛緩した状態で、内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６の出口１１６および１１０を、どのように整列させるかを示す。図１２に、図１１と同じ図を示すが、図示された内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６の出口１１６および１１０は、ノズルチップ１００が動作状態下であると同様に、熱的に膨張している。図１１と図１２を比較すると分かるように、外側ノズル本体１０６の出口１１０は、下流方向に、内側ノズル本体１１２の出口１１６よりも遠くに膨張している。内側ノズル本体１１２と外側ノズル本体１０６との間の異なる下流の熱的な膨張は、図１２においてギャップＺで示される。やはりこれも、外側ノズル本体１０６が、内側ノズル本体１１２よりも、燃焼のふく射熱エネルギーおよび高い温度にさらされていることに起因する。
【００２９】
例示的な適用例は、華氏約１３０〜１６０度で内側フローチャネル１１３を通る内側石炭／空気流と、華氏約５５０〜７００度で外側フローチャネル１０９を通る外側燃焼空気流とを利用する。３０９ステンレス鋼製、ＲＡ２５３ＭＡ製、または他の好適な材料製の典型的にサイズ設定されたノズルチップ１００の場合、熱的な膨張差は、約１／１６インチ程度となり得る。
【００３０】
内側ノズル本体１１２および外側ノズル本体１０６は、フィン１２４ならびに支持体１１８、１２０、１２２および１２３の全長にわたって溶接されるのではなく、ピン１３０によって一緒に装着されるので、たとえば、内側ノズル本体１１２と外側ノズル本体１０６との間の相対的な熱的な膨張に対して、より適応するようになる。相対的な熱的な膨張に対する適応がこのように優れることにより、従来の固体燃料ノズルチップに比較して耐用年数が長くなる。
【００３１】
上述され、図面に示された本発明の方法およびシステムは、内側ノズル本体および外側ノズル本体が、固定された一体的な支持および整列を維持しながら、独立して自由に熱的に膨張および収縮できるようにすることを含む優れた特性をもつ固体燃料ノズルチップの耐用年数を改善する。また、上述された方法およびシステムにより、組付けがより一層簡単にする。好ましい実施形態に関して主題の発明の装置および方法を図示し、説明してきたが、当業者には、主題の発明の趣旨および範囲から逸脱することなく変更および／または修正をなし得ることが容易に理解されよう。
【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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【国際調査報告】
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