(57)【要約】ガスタービンエンジン（１０）用の燃料マニホールドおよび／または燃料ノズルのような燃料供給部材（２２）は加熱手段（５０）を内蔵し、炭素系の付着物を熱分解することを可能にする。加熱手段は好適には燃料供給部材内のコークスを燃焼処理する電気抵抗による加熱エレメント（５２）を含み、それによりエンジンの使用場所での付着物除去を行う。燃料供給部材の付着物除去を行うための関連する方法で、熱分解された付着物の除去を含む方法も開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置が内部に配設されたガスタービンエンジン用の燃料供給部材であって、該加熱装置は該燃料供給部材内の炭素系付着物を熱分解させるために十分に高い温度まで燃料流路を加熱することができるガスタービンエンジン用の燃料供給部材。
【請求項２】
前記燃料供給部材が、燃料マニホールドおよび燃料ノズルの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給部材。
【請求項３】
前記加熱装置が、前記燃料供給部材内に一体的に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給部材。
【請求項４】
前記加熱装置が、前記燃料供給部材の少なくとも１つの壁部分内に配設された加熱エレメントであることを特徴とする請求項３に記載の燃料供給部材。
【請求項５】
前記加熱エレメントが、前記壁部分内に埋め込まれた熱伝導性のカプセル内に配設され、該熱伝導性のカプセルにより前記燃料供給部材の全体に亘ってほぼ一様な熱分布を可能にすることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給部材。
【請求項６】
前記熱伝導性のカプセルが柔軟な金属材料からなることを特徴とする請求項５に記載の燃料供給部材。
【請求項７】
前記加熱装置が、前記燃料供給部材の少なくとも１つの壁部分内に埋め込まれた少なくとも１つの導電性のフィラメントを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給部材。
【請求項８】
前記加熱装置が、前記燃料供給部材の外部からアクセス可能な電気端子を更に有し、前記電気端子を前記導電性のフィラメントと電気的に連通し、かつ電源と相互に接続することを特徴とする請求項７に記載の燃料供給部材。
【請求項９】
前記燃料供給部材が、環状の燃料マニホールドからなり、前記燃料流路が環状でありかつ主に環状の燃料マニホールド内で画定されることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給部材。
【請求項１０】
複数の燃料ノズルが前記環状の燃料マニホールドから延び、該燃料ノズルが前記燃料流路と連通していることを特徴とする請求項９に記載の燃料供給部材。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン内に取り付けられたままの燃料供給部材を洗浄する方法であって、
前記燃料供給部材内に配設された加熱装置を起動することにより前記燃料供給部材の少なくとも前記燃料流路を加熱することで、前記燃料供給部材を通って延びる少なくとも１つの燃料流路内に付着した炭素性物質を熱分解するステップと、
熱分解された付着物を除去するステップと、
を備える方法。
【請求項１２】
前記起動するステップが、前記加熱装置を外部電源に接続するステップと、該外部電源を起動するステップと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記除去するステップが、少なくとも前記燃料流路を加熱しながら前記燃料流路を通して空気の流れを流すステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記燃料供給部材の燃料入口を通して前記空気を案内することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記案内するステップの前に、前記空気の流れの酸素濃度を高めるステップを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスタービンエンジンの外部から前記加熱装置を起動するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスタービンエンジンが航空機の所定の位置に取り付けられた状態で、前記加熱を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
コンプレッサ、燃焼器およびタービンを含むガスタービンエンジンであって、
燃料マニホールドと、
該燃料マニホールド内に配設されるとともに、前記燃料流路内に付着した炭素系物質の熱分解温度まで前記燃料流路を加熱する加熱手段と、
を備えるガスタービンエンジン。
【請求項１９】
前記燃料マニホールドから熱分解した前記炭素系物質の付着物を除去する付着物除去手段を更に有することを特徴とする請求項１８に記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ガスタービンエンジン内の燃料供給部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジン内で使用される燃料供給流路、管路、マニホールドなどには、カーボンすなわちコークスが次第に蓄積しやすい。燃料流路の付着物除去には、化学的な溶媒または熱分解（加熱と空気による加圧）を必要とする。かかる熱分解による付着物除去プロセスは一般的に有効な方法であるが、容易には実行できない場合が多い。Ｇｒａｎａｔｅｋ他に認可された米国特許第４,３７７,４２０号明細書は、極めて大型で高価な装置を開示している。更に、例えばＧｒａｎａｔｅｋ他が述べた中間タービンケース２０のような比較的大きな部品を加熱するには、閉鎖型の炉３４も大きくなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのため、ガスタービンエンジンの燃料供給部材の付着物除去をするための改良された方法および構造が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、ガスタービンエンジンの改良された燃料供給部材を提供することである。
【０００５】
本発明の１つの態様は、ガスタービンエンジン内の燃料供給部材において、この燃料供給部材内に配置された加熱装置であり、燃料供給部材内に付着した炭素系物質を熱分解できる程度に高い温度に燃料流路を加熱できる加熱装置を有する燃料供給部材を提供する。
【０００６】
本発明の第二の態様は、燃料供給部材をガスタービンエンジン内に取り付けたままで付着物除去をする方法であり、燃料供給部材内に配設された加熱装置を起動して、燃料供給部材の少なくとも燃料流路を加熱することにより、燃料供給部材を通って延びる少なくとも１つの燃料流路内に付着した炭素系物質を熱分解するステップと、熱分解された付着物を除去するステップとからなる方法を提供する。
【０００７】
本発明の第三の態様は、コンプレッサ、燃焼器およびタービンを含むガスタービンエンジンであり、燃料マニホールドと、燃料流路内に付着した炭素系物質の熱分解温度まで燃料流路を加熱するために燃料マニホールド内に配設された加熱手段からなるガスタービンエンジンを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、亜音速飛行において使用するために好適に提供される形式のガスタービンエンジン１０であり、一般に、外部空気が内部を通って推進されるファン１２と、空気を圧縮する多段コンプレッサ１４と、内部で圧縮空気が燃料と混合され、さらに点火され、高温の燃焼ガスの環状流を生じさせる燃焼器１６と、燃焼ガスからエネルギを取り出すタービンセクション１８と、が直列に連通しているガスタービンエンジンを示す。
【０００９】
燃料源（図示せず）と連通する燃料噴射システム２０によって燃料がガスタービンエンジン１０の燃焼器１６に供給され、コンプレッサ１４からの圧縮空気と混合され、得られた混合気が点火される。ファン１２、コンプレッサ１４、燃焼器１６およびタービン１８は好ましくは、ガスタービンエンジン１０の共通の長手方向の中心軸１１と完全に同軸上に配設される。
【００１０】
図２を参照すると、燃料噴射システム２０は内部を燃料が流れる少なくとも１つの燃料供給部材を含む。実施形態においては、燃料噴射システムはガスタービンエンジン１０の燃焼器１６に隣接して取り付けられた環状の燃料マニホールドリング２２を含む。燃料マニホールドリング２２は好適には、支持構造に係合したピン（図示せず）を受けるいくつかの一体構造の取付け突起部２４を介して燃焼器１６または周囲の支持構造に取り付けられる。これにより、燃料マニホールドリング２２が高温で熱膨張することを許容にする取付け機構が得られる。複数の燃料噴射ノズルアッセンブリ２６が、燃料マニホールドリング２２の周方向に設けられている。燃料ノズルアッセンブリ２６は、点火のために燃焼器内に注入されて圧縮空気と混合される燃料を霧状にする。燃料は、燃料入口３０から環状の燃料マニホールドリング２２に流入して、マニホールドリング２２内に分配され、燃料ノズルアッセンブリの各々に供給される。燃料マニホールドリング２２と燃料噴射ノズルアッセンブリ２６の両方が燃料供給部材を含み、後に詳細に説明するように、本発明による加熱装置が好適にはこの燃料供給部材内に備えられる。
【００１１】
図３に、燃料噴射システム２０の燃料マニホールドリング２２と燃料ノズルアッセンブリ２６の一実施形態の内部構造を示す。特に燃料ノズルアッセンブリ２６は、燃料マニホールドリング２２から軸方向（ガスタービンエンジン１０の長手方向の中心軸１１に対して）外側に向かって突出するとともに、中央胴体部３１を備え、この中央胴体部３１内に画定された中央の噴射用先端部開口３３の周囲で空気旋回ベーン３２が中央胴体部３１から突出しており、燃料は先端部開口３３を通って燃料ノズルアッセンブリ２６から流出する。内部の燃料ノズル部３６は燃料源流路４０と噴射用先端部開口３３との間に延びる中央燃料流路３５を画定する。内部の燃料ノズル部３６は、好適にはノズルアッセンブリの中央胴体部３１と係合し、それらの間をシールする局部的なロウ付けで接合される。また、燃料旋回部３４が内部の燃料ノズル部３６の中央燃料流路３５内に備えられることが好ましい。燃料源流路４０は内壁４１内に画定され、燃料マニホールドリング２２内に備えられる環状の通路を画定することが好ましいが、燃料流路は共通のマニホールドを通って延びるのではなく、各々の燃料ノズルアッセンブリ２６内に別個に備えることが可能であることを理解されたい。しかし、共通のマニホールドを備えることにより、後により詳細に説明するように、１つの燃料供給領域だけを加熱すればよいので、本発明の実行可能性がより高まる。中央胴体部３１は、燃料マニホールドリング２２に突出する後部胴体部３８を備えるとともに、燃料源流路４０を少なくとも部分的に画定する。後部胴体部３８の開放端の後部壁面には、後部シールプレート４２が固定され、これによりマニホールドの燃料源流路４０が取り囲まれる。好適には、後部シールプレート４２はマニホールドリングの周方向全体にわたってロウ付けにより取り付けられる。環状の燃料マニホールドリング２２の外側には、該リングを覆う外側熱シールド２３が配設されている。これにより、燃焼室の高温から燃料マニホールドリング２２が熱的に保護される。
【００１２】
燃料ノズルや燃料マニホールドのような燃料供給部材には、加熱装置５０などの少なくとも１つの加熱手段がさらに備えられ、この加熱手段は、例えば燃料ノズル２６および燃料マニホールド２２などの燃料供給部材の少なくとも１つにおけるマニホールド燃料源流路４０のような燃料流路と熱伝導的に連通するように配設されている。加熱装置５０は、燃料流路に蓄積する可能性のあるあらゆる炭素系の付着物を熱分解する十分に高い温度まで、燃料流路を加熱することができる。かかる炭素系の付着物にはカーボンすなわちコークスが含まれるが、これは時間と共に通路の壁に蓄積して、最終的には流通する燃料の流れを部分的に塞いでしまうことがある。好適には金属で構成された燃料供給通路を膨張させる高い温度まで該燃料供給通路を加熱することにより、カーボンと金属製の壁の表面との熱膨張の違いにより、カーボンと壁面との間の付着が壊れ、カーボン付着物が剥離しやすくなる。従って、燃料供給部材は一体構造の加熱装置５０を使用してその使用場所において付着物除去することができるため、部品全体を完全に取り外して大きな炉などに入れる必要がなくなる。従って、燃料供給部材の付着物除去はエンジン内に装着したまま行うことができ、更に所望であれば「主翼に取り付けた」ままでも（すなわちエンジンを機体から取り外さずに）行うこともできる。
【００１３】
好適には、一体に備えられた加熱装置５０を使用して、上記のように燃料供給部材の燃料流路を加熱し、その後で燃料流路に圧縮空気を流す。好適には、圧縮空気は燃料入口３０から燃料マニホールドの燃料流路内に送り込まれ、燃料入口は熱分解により付着物除去プロセスを実行する前に燃料システムの残りの部分から切り離される。しかし、他の適切な入口を介して、特に燃料供給部材の燃料流路内に圧縮空気を導入してもよい。流体空気、およびより具体的には空気中の酸素の存在が、剥離した炭素系付着物の熱分解を促進し、一般的には一酸化炭素および／または二酸化炭素を形成する。従って、圧縮空気／酸素を通路に送り込むことにより、炭素系付着物の熱分解を更に促進する上で、空気中の酸素濃度を高めるのと同様の付着物除去手段が提供される。加熱装置５０のみを用いても燃料流路の付着物除去はできるが、圧縮空気を併用することで、かかる保守作業全体に要する時間が削減され、最良の結果が得られる。
【００１４】
より詳細に図３を参照すると、加熱装置５０は、好適には燃料マニホールドリング２２内に組み込まれ、より具体的にはマニホールドリングの後部シールプレート４２内に埋め込まれる。加熱装置５０は、好適には、例えばアルミニウムのような比較的柔軟で熱伝導性の高い材料で構成された熱伝導カプセル４６内に収納される。熱伝導カプセル４６はシールプレート４２内に画定された対応するキャビティ４５内に配設され、このキャビティ４５内に配設された状態ではシールプレート４２との直接的な接触を維持する。熱伝導カプセル４６の封入材料は、加熱装置５０からの熱が主に伝導により燃料マニホールド２２および燃料ノズルアッセンブリ２６の他の部分に広がる際、ほぼ一様な熱分布を実現する。加熱装置５０は好適には、例えば電流を流したときに熱を放射する、導電性のあるフィラメントなどの電気抵抗性加熱エレメント５２からなる。誘導性、流体型、空圧型など、他のタイプの一体型加熱装置を使用してもよいが、電気的な加熱エレメントが使用しやすく好ましい。電気的な加熱エレメント５２は好適には、燃料入口を通って外に引き出されて電気コネクタつまり端子（図示せず）で終端されることで、電気的な加熱エレメント５２を、例えばバッテリまたは直流電源などの適切な電源に接続して、加熱装置の電気的加熱エレメントに通電できるようにする。
【００１５】
加熱装置５０を使用して燃料流路の付着物除去をする場合、加熱装置５０による燃料流路の加熱を開始する前に、熱によって劣化する可能性のあるゴムのシールリングや他の材料は取り外すことが好ましい。航空機用ガスタービンエンジンの場合には「主翼に取り付けた」状態のように、エンジンの運転環境に取り付けられたままで、かかる燃料流路の付着物除去が行われる場合、通常は燃料供給部材を加熱する前に燃料入口もまた燃料源から切り離される。炭素系付着物の熱分解を促進するために使用される圧縮空気は、移動可能な圧縮空気発生源または他の適切な圧縮空気発生源から供給できるが、この供給源は好適にはマニホールドの燃料入口３０と流体連通して接続され、圧縮空気を燃料マニホールド内に注入できるようにする。しかし、他の適切な入口を介して燃料流路内に圧縮空気を導入してもよい。
【００１６】
燃料供給部材の少なくとも一部の周囲に外側断熱を施し、電力の損失を減らすことも好ましい。そのような断熱材は、燃料マニホールドリング２２の少なくとも中央胴体部３１の周囲に備えられる。特に、断熱用空気キャビティ５４が燃料マニホールドリング２２の外側熱シールド２３内で、燃料源流路４０が内部に画定される後部胴体部３８の壁部と、シールプレート４２と、を取り囲む。加熱装置５０が発生する熱のほとんどが熱分解のために燃料源流路４０に向けられるように、外側熱シールド２３の外側に断熱材を更に備えてもよい。
【００１７】
上記の説明は例示を目的としたものであり、開示された発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に変更を行うことができることを、当業者であれば認識されたい。例えば、燃料マニホールドおよび燃料ノズルのような燃料供給部材の別の構成を使用することができる。更に、加熱装置は間に中間材料を介在させずに壁部分の中に直接内蔵され、あるいは他の適切な形態を有することもできることが理解されるであろう。形式および構成が同じまたは異なる複数の加熱装置を採用してもよい。航空機用ガスタービンに関して述べてきたが、本発明は適切な用途における任意の適切なエンジンに適用できる。本開示を読むことにより、本発明の範囲に属する更に他の変更が可能であることが、当業者には明らかであろう。かかる変更は付属の請求項の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービンエンジンの概略的な断面図である。
【図２】図１に図示されるようなガスタービンエンジン内で使用される本発明による燃料マニホールドの斜視図である。
【図３】線３−３に沿った図２の燃料マニホールドの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2008527299.tif 000006
2008527299.tif 000007
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