(57)【要約】      （修正有）【課題】回転機械に関し、より詳細にはガスタービンエンジンを運転する方法及び装置を提供する。【解決手段】燃焼器組立体１０４が提供される。燃焼器組立体は、燃焼室１０６を定める少なくとも１つの燃焼器壁１０５と、燃焼室に第１流体流１３２を噴射するように構成された少なくとも１つの第１流体入口を少なくとも１つの燃焼器壁内に定めており、燃焼室と流れ連通して結合されている少なくとも１つの第１流体流路と、少なくとも１つの第１流体入口に隣接して位置付けられた少なくとも１つの第２流体入口１２６を少なくとも１つの燃焼器壁内に定めている少なくとも１つの第２流体流路１２０とを含み、少なくとも１つの第２流体入口が、燃焼室と流れ連通して結合され、該第２流体入口は、第２流体流１３０を第１流体流に対してある傾斜角１３４で燃焼室に噴射して第２及び第１流体流が予め設定された入射角で交差するように構成されている。【選択図】図２
2008089297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１０６）を定める少なくとも１つの燃焼器壁（１０５）と、
前記燃焼室に第１流体流（１３２）を噴射するように構成された少なくとも１つの第１流体入口（１２４）を前記少なくとも１つの燃焼器壁内に定めており、前記燃焼室と流れ連通して結合されている少なくとも１つの第１流体流路（１２２）と、
前記少なくとも１つの第１流体入口に隣接して位置付けられた少なくとも１つの第２流体入口（１２６）を前記少なくとも１つの燃焼器壁内に定めている少なくとも１つの第２流体流路（１２０）と、
を含み、
前記少なくとも１つの第２流体入口が前記燃焼室と流れ連通して結合され、該第２流体入口は、第２流体流（１３０）を前記第１流体流に対してある傾斜角（１３４）で前記燃焼室に噴射して前記第２流体流及び第１流体流が予め設定された入射角で交差するように構成されている、
ことを特徴とする燃焼器組立体（１０４）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第２流体入口（１２６）が、複数の第１流体入口（１２４）に円周方向で隣接した複数の第２流体入口を含み、前記複数の第２流体入口及び前記複数の第１流体入口は、少なくとも１つの実質的に円形のリング（１５１、１５３、及び１５５）で構成され、前記複数の第２流体入口及び前記第１流体入口は、少なくとも１つの実質的に円形の流体流パターンを協働して形成するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの実質的に円形のリング（１５１、１５３、及び１５５）は、第１の実質的な円周方向を有する第１の実質的に同心且つ環状の流動パターン及び第２の実質的な円周方向を有する少なくとも１つの隣接する実質的に同心且つ環状の流動パターンを形成するように構成された複数の実質的に同心且つ環状のリングを含み、
前記第１の実質的に同心且つ環状の流動パターン及び隣接した実質的に同心且つ環状の流動パターンが、
前記第２の実質的な円周方向に対して実質的に反対である前記第１の実質的な円周方向と、
前記第２の実質的な円周方向に対して実質的に同じである前記第１の実質的な円周方向と、
の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項４】
少なくとも１つのスワーラ組立体（６０４）を更に含み、前記少なくとも１つのスワーラ組立体は前記燃焼器組立体内に位置付けられ、前記少なくとも１つのスワーラ組立体は前記燃焼室（１０６）への噴射前に前記第１流体と第２流体とを混合するように構成されており、前記少なくとも１つのスワーラ組立体が、
少なくとも１つの第２流体源と流れ連通して結合された少なくとも１つの燃焼室（６０６）と、
前記少なくとも１つの燃焼室及び少なくとも１つの第１流体源と流れ連通して結合された少なくとも１つのスワールベーン（６１２）と、
前記第１流動流（６１６）に対してある傾斜角で前記第２流動流（６２０）を前記燃焼室（６１５）に噴射するよう促進して前記第２及び第１の流体流が予め設定された入射角で交差するように構成された複数の流体入口（６０７、６０８、６１７）と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項５】
前記複数の流体入口（６０７、６０８、６１７）が、
実質的に矩形スロット、実質的に楕円形スロット、及び実質的に円形スロットのうちの少なくとも１つであるように構成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１流体流（１３２）が、
少なくとも１つの燃焼ガス、少なくとも１つの希釈剤、及び少なくとも１つの燃料のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第２流体流（１３０）が、
空気、少なくとも１つの燃焼ガス、少なくとも１つの希釈剤、及び少なくとも１つの燃料のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項８】
少なくとも１つの流体アレイ（１２８）を更に含み、前記少なくとも１つの流体アレイが、前記少なくとも１つの燃焼器壁（１０５）の少なくとも一部分内に定められ、前記少なくとも１つの流体アレイが、
前記少なくとも１つの第１流体入口（１２４）の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の第２流体入口（１２６）と、
前記少なくとも１つの第２流体入口の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の第１流体入口と、
のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの流体アレイ（１２８）が、前記少なくとも１つの燃焼器壁（１０５）の少なくとも一部分内に定められる複数の実質的に同心且つ環状のリング（１５１、１５３、及び１５５）を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【請求項１０】
前記複数の第２流体入口（１２６）の各々が、一対の円周方向に隣接した第１流体入口（１２４）の間に位置付けられる、
ことを特徴とする請求項８に記載の燃焼器組立体（１０４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として回転機械に関し、より詳細にはガスタービンエンジンを運転する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの周知のガスタービンエンジンは、燃料空気混合気を燃焼させて、該混合物から熱エネルギを放出し、高温ガス流路を介してタービンに誘導される高温燃焼ガス流を形成する。タービンは、燃焼ガス流からの熱エネルギを機械エネルギに変換し、タービンシャフトを回転させる。タービンの出力を利用して、機械、例えば発電機又はポンプに動力を供給することができる。
【０００３】
燃焼反応の少なくとも１つの副生成物は、規制制限を受ける場合がある。例えば、熱駆動反応内では、窒素酸化物（ＮＯｘ）は、ガスタービンエンジン内の高温によって開始される空気中の窒素と酸素の反応によって生成することができる。一般に、エンジン効率は、エンジンのタービンセクションに入る燃焼ガス流の温度が上昇するに従って高くなる。しかしながら、前記燃焼ガス温度の上昇は、ＮＯｘ生成の増大を促進する可能性がある。
【０００４】
燃焼は通常、反応帯又は一次領域と一般に呼ばれる燃焼器の上流側領域又はその近傍で起こる。燃料と空気の混合及び燃焼はまた、多くの場合希釈領域と呼ばれる領域の反応帯の下流側で生じることができる。不活性希釈剤は、希釈領域に直接導入されて燃料空気混合気を希釈し、タービンセクションに入るガス流の予め設定された混合及び／又は温度の達成を促進することができる。しかしながら、不活性希釈剤は、常時利用可能な訳ではなく、エンジン発熱率に悪影響を及ぼす可能性があり、資本及び運転コストを上昇させる場合がある。蒸気は、希釈剤として導入することができるが、蒸気は高温ガス流路構成部品の平均寿命を短縮する可能性がある。
【０００５】
タービンエンジン運転中にＮＯｘエミッションの制御を促進するため、少なくとも幾つかの周知のガスタービンエンジンは、希薄燃空比で動作し、及び／又は、燃料が燃焼器の反応帯に入る前に空気と予混合されるように運転される燃焼器を使用する。予混合は、燃焼温度の低減を促進し、続いて希釈剤の添加を必要とせずにＮＯｘ生成を低減することができる。しかしながら、使用燃料が、プロセスガス又は合成ガスもしくはシンガスである場合、選択されたプロセスガス及び／又はシンガスは、関連する高い火炎速度が混合装置内で自己点火、逆火、及び／又は保炎を促進することができるように、十分な水素を含むことができる。更に、こうした高火炎速度は、燃焼前の均一な燃料及び空気混合を促進することができない。
【特許文献１】米国特許第 4618323号明細書
【特許文献２】米国特許第 5437158号明細書
【特許文献３】米国特許第 5479781号明細書
【特許文献４】米国特許第 5494437号明細書
【特許文献５】米国特許第 5746048号明細書
【特許文献６】米国特許第 6067790号明細書
【特許文献７】米国特許第 6192688号明細書
【特許文献８】米国特許第 4674071号明細書
【特許文献９】米国特許第 6360525号明細書
【特許文献１０】米国特許第 6550696号明細書
【特許文献１１】米国特許第 6705855号明細書
【特許文献１２】米国特許第 6908298号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様において、燃焼器組立体が提供される。該組立体は、燃焼室を定める少なくとも１つの燃焼器壁を含む。前記組立体はまた、少なくとも１つの燃焼器壁内で少なくとも１つの第１流体入口を定める少なくとも１つの第１流体流路を含む。該少なくとも１つの第１流体流路は、燃焼室と流れ連通して結合される。少なくとも１つの第１流体入口は、第１流体流を燃焼室に噴射するように構成される。本組立体は更に、少なくとも１つの燃焼器壁内で少なくとも１つの第２流体入口を定める少なくとも１つの第２流体流路を含む。少なくとも１つの第２流体入口は、少なくとも１つの第１流体入口に隣接し、燃焼室と流れ連通して結合される。前記第２流体入口は、第１流体流に関してある傾斜角で燃焼室に第２流体流を噴射し第２及び第１流体流が予め設定された入射角で交差するように構成される。
【０００７】
別の態様においては、タービンエンジンが提供される。該エンジンは、少なくとも１つの第１流体源と、少なくとも１つの第２流体源と、少なくとも１つの第１流体源及び少なくとも１つの第２流体源と流れ連通して結合された燃焼器組立体とを含む。本燃焼器組立体は、少なくとも１つの燃焼器壁と、少なくとも１つの第１流体流路と、少なくとも１つの第２流体流路とを含む。少なくとも１つの燃焼器壁は燃焼室を定める。少なくとも１つの第１流体流路は、少なくとも１つの燃焼器壁内に少なくとも１つの第１流体入口を定め、該少なくとも１つの第１流体流路は、燃焼室と流れ連通して結合される。少なくとも１つの第１流体入口は、第１流体流を燃焼室に噴射するように構成される。少なくとも１つの第２流体流路は、少なくとも１つの燃焼器壁内に少なくとも１つの第２流体入口を定める。少なくとも１つの第２流体入口は、少なくとも１つの第１流体入口に隣接して位置付けられる。少なくとも１つの第２流体入口は、燃焼室と流れ連通して結合され、第１流体流に関して傾斜角で、第２流体流を燃焼室に噴射して第２流体流及び第１流体流が予め設定された入射角で交差するように構成される。
【０００８】
またここでは、タービンエンジンを運転する方法が開示される。この方法は、燃焼室を定める少なくとも１つの燃焼器組立体を提供する段階を含み、該燃焼室は貫通して延びる中心線を有する。本方法はまた、少なくとも１つの第１流体流を燃焼室に噴射する段階を含む。本方法は更に、少なくとも１つの第２流体流を少なくとも１つの第１流体流に対してある傾斜角で燃焼室に噴射し、これにより少なくとも１つの第２流体流を少なくとも１つの第１流体流に対して交差させて混合する段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。エンジン１００は、圧縮機１０２と燃焼器組立体１０４を含む。燃焼器組立体１０４は、少なくとも部分的に燃焼室１０６を定める燃焼器組立体壁１０５を含む。燃焼室１０６は、貫通して延びる中心線１０７を有する。例示的な実施形態において、エンジン１００は複数の燃焼器組立体１０４を含む。燃焼器組立体１０４、更に具体的には燃焼室１０６は、圧縮器１０２から下流側で結合され、圧縮器１０２と流れ連通している。エンジン１００はまた、タービン１０８、及び圧縮機／タービンシャフト１１０（ローターと呼ばれることもある）を含む。例示的な実施形態において、燃焼室１０６は実質的に円筒形であり、タービン１０８と流れ連通して結合されている。タービン１０８は、シャフト１１０に回転可能に結合され、シャフト１１０を駆動する。圧縮機１０２はまた、シャフト１１０に回転可能に結合されている。１つの実施形態においては、エンジン１００は、サウスカロライナ州ＧｒｅｅｎｖｉｌｌｅのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能な７ＦＢエンジンと呼ばれることもあるＭＳ７００１ＦＢエンジンである。本発明は、どのような特定のエンジンにも限定されず、他のエンジンと接続して実施することができる。
【００１０】
作動時、圧縮器１０２を通る空気流及び十分な量の加圧空気は、燃焼器組立体１０４に供給される。組立体１０４はまた、燃料源（図１には示されていない）と流れ連通し、燃料及び空気を燃焼室１０６に誘導する。例示的な実施形態において、燃焼器組立体１０４は、約８７１℃（度）から１５９３℃（華氏１６００度から２９００度）の高温燃焼ガス流（図１には示されていない）を発生させる燃焼室１０６内で、例えばプロセスガス及び／又は合成ガス（シンガス）などの燃料を点火し燃焼させる。或いは、組立体１０４は、限定ではないが、天然ガス及び／又は燃料油を含む燃料を燃焼させる。燃焼器組立体１０４は、ガス流熱エネルギを機械回転エネルギに変換するタービン１０８に燃焼ガス流を誘導する。
【００１１】
図２は、燃焼器組立体１０４の概略断面図である。図３は、線３−３に沿った燃焼器組立体１０４の概略断面図である。具体的には、図３は、燃焼器組立体１０４と共に使用される例示的な燃料−空気アレイ１２８を示している。一般に、燃焼器組立体１０４は、第１流体入口を定める少なくとも１つの第１流体流路を含み、該流路及び入口の両方は、第１流体流の形成を促進する。例示的な実施形態において、燃焼器組立体１０４は、少なくとも１つの空気流路１２２を含む。更に一般に、燃焼器組立体１０４は、第２流体入口を定める少なくとも１つの第２流体流路を含み、該流路及び入口の両方は、第２流体流の形成を促進する。例示的な実施形態において、燃焼器組立体１０４は、複数の燃料流路１２０を含む。或いは、燃焼器組立体１０４は、本明細書に記載されるようにエンジン１００の動作を促進するために組立体１０４内に構成及び位置付けられた少なくとも１つの第２の流体又は燃料の流路（図示せず）に隣接した複数の第１の流体又は空気の流路を含む。
【００１２】
空気流路１２２は、例示的な実施形態において圧縮機１０２（図１に示されている）である少なくとも１つの第１流体源と流れ連通して結合されている。或いは、第１流体源は、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転を促進するどのような供給源であってもよい。燃料流路１２０は、例示的な実施形態においては燃料源（図２又は図３に示されていない）である少なくとも１つの第２流体源に流れ連通して結合されている。
【００１３】
例示的な実施形態において、空気流路１２２は、空気流１３２（関連する矢印で図示されている）の誘導を促進する燃焼器壁１０５の一部内の空気入口１２４を定める。同様に、例示的な実施形態において、燃料流路１２０は、燃焼器壁１０５の一部内の複数の燃料入口１２６を定める。燃料流路１２０は、複数の燃料流１３０（複数の関連する矢印で図示されている）の誘導を促進する。或いは、第１流体流路（又は空気流路１２２）、及び／又は第２流体流路（又は燃料流路１２０）は、限定ではないが、予混合燃料及び空気、不活性希釈剤及び排気ガスを含む他の流体を誘導するように構成することができる。
【００１４】
組み立て時には、燃料入口１２６、空気入口１２４、及び燃焼器壁１０５は燃料−空気アレイ１２８を定める。例示的な実施形態において、アレイ１２８は、以下に更に記載されるように、燃焼器組立体１０４内で燃焼の希薄直接噴射（ＬＤＩ）法を提供する。図２及び図３は、空気流路１２２を、壁１０５に実質的に直角で且つ燃焼室中心線１０７に実質的に平行に示している。以下に更に説明されるように、燃料−空気アレイ１２８は、壁１０５及び中心線１０７に対する燃焼室１０６にある角度で流入する流路１２２及び関連する空気入口１２４を備えて構成される。具体的には、流路１２２は、中心線１０７に対して上方又は下方の向き、及び／又は左方又は右方の向き、並びにこれらのいずれかの組み合わせで構成することができる。従って、例示的な実施形態において、流路１２２は、本明細書に記載されるような燃料流１３０及び空気流１３２の衝突を促進する壁１０５及び中心線１０７に対してあらゆる方向で構成される。
【００１５】
タービンエンジン１００を運転する方法は、燃焼室１０６を定める少なくとも１つの燃焼器組立体１０４を提供する段階を含み、燃焼室１０６は、貫通して延びる中心線１０７を有する。本方法はまた、少なくとも１つの第１流体流を燃焼室１０６に噴射する段階を含み、例示的な実施形態においては、本方法は、空気流１３２を燃焼室１０６に噴射する段階を含む。本方法は、更に、少なくとも１つの第２流体流を燃焼室１０６に噴射する段階を含み、例示的な実施形態においては、本方法は、空気流１３２に対して傾斜角１３４で燃料流１３０を燃焼室１０６に噴射することにより、燃料流１３０を空気流１３２と交差させて混合させる段階を含む。或いは、第１流体流路（又は空気流路１２２）及び／又は第２流体流路（又は燃料流路１２０）は、限定ではないが、予混合燃料及び空気、不活性希釈剤並びに排気ガスを含む他の流体流（図示せず）誘導する。
【００１６】
作動時、燃料流路１２０は複数の燃料流１３０を誘導し、空気流路１２２は燃料−空気アレイ１２８を通して空気流１３２を燃焼室１０６に誘導する。空気流１３２は実質的に均一に流しても、又は不均一に流してもよく、例えば、空気流１３２は、燃料−空気アレイ１２８に入る前にスワールさせることができる。例示された実施形態において、空気流１３２は、燃焼室中心線１０７に実質的に平行且つ壁１０５に実質的に垂直な燃焼室１０６に噴射される。混合を強化するために、燃料流１３０は各々、空気流１３２に対して予め設定された半径方向傾斜入射角１３４、及び空気流１３２に関して予め設定された円周方向傾斜入射角１３６で燃焼室１０６に噴射される。より具体的には、例示的な実施形態においては、燃料流１３０は各々、０度から９０度の間の半径方向入射角１３４、及び０度から３６０度の間の円周方向入射角１３６で噴射される。燃料入口１２６の数、半径方向角度の値１３４、及び円周方向角度の値１３６は、燃料流１３０と空気流１３２の衝突に続く燃料と空気の迅速且つ完全な混合を促進する様々な運転パラメータに基づいて可変的に選択される。
【００１７】
例示的な実施形態において、燃料流１３０は、第１燃料としてプロセスガス及び／又はシンガスを含む。或いは、本明細書に記載されるような燃焼器組立体１０４の動作を促進するどのような燃料も使用することが可能である。シンガスは、当該技術分野で公知の方法を使用して合成され、典型的には、合成方法に少なくとも部分的に依存する様々な化学成分を有する。プロセスガスは通常、限定ではないが、石油精製を含む化学プロセスの副生成物である。シンガス及びプロセスガスは通常、限定ではないが、液体燃料又は留出物を含むことができる蒸発炭化水素を含む。シンガス及びプロセスガスはまた、当該技術分野で公知の関連する１次可燃成分に比較して反応性の低い可燃成分、不活性物質及び不純物を含むことができる。
【００１８】
例示的な実施形態において、アレイ１２８は、燃焼器組立体１０４内で希薄直接噴射（ＬＤＩ）燃焼法を提供する。ＬＤＩ燃焼法は通常、噴射前の空気及び燃料の予混合を伴わずに、燃焼器の燃焼室に燃料及び空気を噴射する噴射スキームとして定義される。本方法は、通常は燃焼器の予混合部分内の燃料及び空気の各々の少なくとも一部を予混合することで、その後で燃焼室に噴射される燃料−空気混合気を形成することにより定められる希薄予混合噴射燃焼法と大きく異なる。希薄予混合燃焼法は通常、一般的には従来の非予混合又は拡散燃焼法によって特徴付けられる方法よりも低い火炎温度で特徴付けられる。希薄予混合燃焼法に関連する低燃焼温度は、ＮＯｘの生成の割合及び規模の低減を容易にするが、しかしながら、燃料−空気混合気は、一般的には引火性があり、燃焼器の予混合セクションへの好ましくない点火及び燃焼の逆火の発生する可能性が促進される。
【００１９】
幾つかの燃料及び空気混合気は、一般に、迅速な反応速度を促進し、続いて、他の燃料に比べて比較的高い火炎速度を促進する。火炎速度は、燃料−空気混合気内での燃焼の点火、拡散及び伝播の速度として定義することができる。燃料流速度に実質的に等しい火炎速度は、実質的に安定で定常的な火炎を促進する。より高い火炎速度は、関連する近傍の放熱に対応するように設計されていない燃焼器の範囲内で自己点火、逆火、及び／又は保炎を促進することができる。予め定められた容積における燃料及び空気の混合気の滞留時間が同じ容積内の燃料及び空気混合気の反応時間よりも長いときに保炎が促進され、燃料及び空気の燃焼の結果として得られる火炎が達成される。具体的には、火炎速度が燃料−空気混合気流れ速度と実質的に同じである場合、結果として得られた火炎を安定として特徴付けることができる。
【００２０】
サーマルＮＯｘは通常、空気中で見られる窒素の高温酸化によって燃料と空気の燃焼中に形成されるＮＯｘとして定義される。この形成速度は、主として、予め定められた領域内の燃料及び空気の局所燃焼に関連する温度及び当該温度での窒素の滞留時間の関数であり、この滞留時間は上述したような燃料及び空気の滞留時間と実質的に同じである。従って、ＮＯｘ生成に影響する少なくとも二つの要因は、燃焼温度と当該温度での窒素の滞留時間である。滞留時間は更に、燃料の一部と空気の一部が共に混合されて、限定ではないが、熱、水、窒素及び二酸化炭素を含む燃焼後生成物のみが残るような点火及び燃焼を完了する時間として定義される。一般的には、燃焼の温度及び／又は滞留時間が増加するにつれて、ＮＯｘ生成速度も同様に増大する。滞留時間及び温度の最適化により完全燃焼が促進され、ＮＯｘ生成の緩和も促進される。上述したような一定の燃料及び空気の高い反応速度は、燃料及び空気混合の緩和を促進し、従って、ＮＯｘ生成を促進する。これは、燃料の迅速な点火に伴う局所的な温度上昇、並びに実質的に完全燃焼を促進するために燃料及び空気を組み合わせるのに必要な滞留時間の増大に起因する。一般的に、積極的な燃料及び空気混合を通じて、予め設定された容積内の燃料及び空気分子の予め設定された反応速度を平準化することは、局所的な発熱エネルギ放出、ひいては容積内の局所温度の平準化を促進する。
【００２１】
燃料−空気混合が点火することができるような条件である場合、火炎を生成する完全点火は直ぐには起こらず、典型的には点火遅れ又は誘導期間と呼ばれるある遅延を伴って点火が生じ、該遅延は、限定ではないが、点火される燃料の特定のタイプ、燃料−空気混合温度、及び燃料分子と空気分子の相対濃度を含む要因に応じて決まる。誘導期間が長くなると、空気及び燃料混合に利用できる時間が増大する。典型的には、燃料によっては誘導期間は比較的短い。滞留時間とは対照的に、誘導期間が短縮されることにより、微視的スケールで燃焼が促進されるが、より長い滞留時間の必要性が促進されると、巨視的スケールでの完全な燃料及び空気混合、並びに実質的に完全な燃焼が促進される。
【００２２】
火炎安定性、燃焼の完全性、及びＮＯｘ生成はまた、燃焼前に燃料及び空気の乱流及び／又はスワールによって影響を受ける可能性がある。スワールの相対振幅は、スワール数で表わされることが多い。スワール数は通常、燃料及び空気分子の接線方向モーメントを、同じ燃料及び空気分子の軸方向モーメントと比較し、又は除算した比として定義される。スワール及び乱流は、スワール数が乱流の大きさを反映する特性である点において対照をなす。乱流の大きさはまた、限定ではないが、不規則な（又はランダムな）流れ及び拡散流れを含む特性によって反映することができる。乱流及び／又はスワールを増大させることにより、燃料及び空気の滞留時間、並びに燃焼のピーク温度及び局所温度の低減を促進し、従って、ＮＯｘ生成の低減を促進することができる。
【００２３】
幾つかの実施形態において、非限定的に予混合燃料及び空気、不活性希釈剤、並びに排気ガスを含む流体はまた、本明細書に記載されるように、火炎安定性、燃焼の完全性、及びＮＯｘ生成の低減を確立する方法を可能にするように噴射することができる。このことに関して、ここでは燃料及び空気についてのみ検討しているが、別段の記載の無い限り、この検討では、燃料及び空気と共に燃焼室１０６に噴射するためのこうした流体を含むことは前提とすべきである。
【００２４】
例えば、燃料及び空気流１３０及び１３２のそれぞれ、並びに不活性希釈剤、及び／又は燃料−空気アレイ１２８内の少なくとも部分的に予混合された燃料及び空気（いずれも図示せず）など、複数の流れを予め設定された入射角、流速、及び質量流量で互いに衝突させることにより、予め設定された容積内で定義され、且つ予め設定された特性セットで定義される少なくとも１つの局所流動場（図示せず）を含む予め設定された渦（図示せず）が形成される。該予め設定された特性セットは、限定ではないが、予め設定された乱流、滞留時間、及び温度を含む。燃焼器組立体、例えば、複数の燃料−空気アレイ１２８を有する組立体１０４は、以下で更に検討する複数の局所流動場（図示せず）を含む渦の形成を促進することになる。こうした複数の局所流動場は、互いに相互作用して、以下で更に検討するような大きな流動場（図示せず）を含む渦（図示せず）を形成することができる。
【００２５】
燃料−空気アレイ１２８は、燃焼室１０６への流入に続く予め設定された局所流動場（図示せず）内の燃料及び空気の迅速な混合を促進する。アレイ１２８内で、燃料入口１２６の数、中心線１０７に対する空気流１３２の噴射角の値、半径方向角１３４の値及び円周方向角１３６の値、並びに入口１２４及び１２６のサイズ及びスケールは、燃料及び空気の迅速且つ完全な混合を促進する予め設定された流動場を形成するために可変的に選択される。具体的には、燃料は、エンジン１００（図１に示される）の運転範囲の少なくとも一部を通じて、典型的には入口１２４を介して燃焼室１０６内に噴射された空気の噴射速度よりも高速の予め設定された速度で入口１２６を介して燃焼室１０６に噴射される。より高速の燃料流１３０は、流れ１３０及び１３２の衝突時に局所流動場燃焼室１０６内の燃料流１３０と空気流１３２の迅速且つ完全な混合を促進する。流れ１３０及び１３２がより迅速且つ完全に混合されるほど、局所流動場内の予め設定された滞留時間がサーマルＮＯｘ誘導期間に近づくように燃料−空気混合滞留時間の短縮が促進される。更に、後続の燃焼前により迅速且つ完全に混合されると、上述したように、局所的な放熱速度を平準化することによって局所流動場内の燃焼温度の低下が促進される。これら迅速な混合作用の両方は、ＮＯｘ生成の低減を促進すると同時に、燃焼器組立体１０４の単位容積当たりの放熱速度の増大を促進する。
【００２６】
燃料−空気アレイ１２８によって促進されるようなＬＤＩ燃焼法はまた、希薄予混合燃焼法に関して自己点火、逆火、及び保炎（燃焼室１０４の予め設定された領域以外におけるもの）の潜在性の低下を促進する。例えば、入口１２４及び１２６の上流側で燃料及び空気の予混合が無いと、アレイ１２８内での自己点火及び逆火の可能性が実質的にゼロに低下することになる。従って、ＬＤＩ燃焼法は、欠点の幾つかが無く拡散及び希薄予混合燃焼法の利点の一部を提供する。
【００２７】
図４は、燃焼器組立体１０４と共に使用することができる別の燃料−空気アレイ１４０の概略断面図である。アレイ１４０は、アレイ１４０が空気流路１２２及び燃焼室１０６と流れ連通して結合された少なくとも１つのパージ及び冷却空気流路１４１を含むことを除いて、アレイ１２８に実質的に類似している。流路１４１の各々は、パージ及び冷却空気流１４３の燃焼室１０６への誘導を促進する壁１０５内の入口１４２を形成する。空気流路１４１は、例えば、空気流路１２２に平行ではないこと、及び互いに対して異なる角度であることを含む、中心線１０７及び壁１０５に対してある角度で方向付けし、本明細書に記載されるような燃焼器組立体１０４の動作を促進することができる。作動時、空気流路１４１は、空気流１３２の少なくとも一部を燃焼室１０６内の関連する領域に噴射することによって、空気入口１２４と燃料入口１２６との間の壁１０５近傍での保炎の緩和を促進する。こうした方法は、壁１０５から燃料をパージして離すのを促進する。更に、このような方法は、壁１０５の局所領域の冷却を促進する。或いは、上述のように、流路１４１は、燃料−空気混合気、及び／又は不活性希釈剤を誘導し、保炎の緩和を促進し、冷却を促進する。
【００２８】
図５は、燃焼器組立体１０４と共に使用することができる更に別の燃料−空気アレイ１４５の概略断面図である。アレイ１４５は、少なくとも１つの流体源（図５に示されていない）及び燃焼室１０６と流れ連通して結合された少なくとも１つのパージ及び冷却流体流路１４６を含むことを除いて、アレイ１２８に実質的に類似している。別の実施形態において、使用することができる流体は、限定ではないが、空気、予混合された燃料及び空気、及び／又は不活性希釈剤を含む。流路１４６の各々は、パージ及び冷却流体流１４８を燃焼室１０６に誘導するのを促進する壁１０５内に入口１４７を形成する。空気流路１４６は、例えば、空気流路１２２に平行ではないこと、及び互いに対して異なる角度であることを含む、中心線１０７及び壁１０５に対してある角度で方向付けて、本明細書に記載されるような燃焼器組立体１０４の動作を促進することができる。作動時、空気流路１４６は、流体流１４８を燃焼室１０６内の関連する領域に噴射することによって、空気入口１２４と燃料入口１２６との間の壁１０５近傍での保炎の緩和を促進する。こうした方法は、壁１０５から燃料をパージして離すのを促進する。更に、こうした方法は、壁１０５の局所領域の冷却を促進する。
【００２９】
図６は、線６‐６に沿った別の燃料空気アレイ１４０（図４に示されている）及び１４５（図５に示されている）の概略断面図である。パージ及び冷却空気入口１４２は、アレイ１４０内の燃料入口１２６と空気入口１２４との間に半径方向に位置付けられる。パージ及び冷却流体入口１４７は、アレイ１４５内に同様の方法で位置付けられる。入口１４２及び入口１４７は、本明細書に記載されるような燃焼器組立体１０４の動作を促進する入口１２４の周囲に円周方向に位置付けることができる。更に、代替的に、本明細書に記載されるような燃焼器組立体１０４の動作を促進する空気入口１４２及び流体入口１４７のあらゆる組み合わせを使用することができる。更に、代替的に、本明細書に記載されるようなエンジン１００の動作を促進するために、燃料−空気アレイ１４０及び１４５内に構成され位置付けられた少なくとも１つの第２流体又は燃料の流路（図示せず）に円周方向に隣接した複数の第１流体又は空気の流路を含む燃料−空気アレイ１４０及び１４５が使用される。
【００３０】
図７は、燃焼器組立体１０４と共に使用することができる複数の例示的な燃料空気アレイ１２８の概略端面図である。例示的な実施形態において、壁１０５は、互いから予め設定された離間距離で位置付けられた複数の燃料−空気アレイ１２８を含む。壁１０５の特定の領域内に位置付けられたアレイ１２８の増加数、すなわち、アレイ１２８のより大きな密度は、アレイ１２８に関連した壁１０５の表面積とアレイ１２８を通って燃焼室１０６（図２に示されている）に流れる容積流体流量に対するより大きな比率を可能にする。この「表面対容積」比を高めることにより、その後、燃焼室１０６内で燃料及び空気混合の完全性及び迅速性の向上を促進し、従って滞留時間の短縮及び燃焼温度の低下を促進して、その後でＮＯｘ生成の減少が促進されるようにする。或いは、燃料−空気アレイ１４０及び／又は１４５を燃料−空気アレイ１２８の代わりに、或いは隣接して位置付けることができる。更に、代替的に、本明細書に記載されるようなエンジン１００の動作を促進するために、燃料−空気アレイ１２８、１４０及び／又は１４５内に構成され位置付けられた少なくとも１つの第２流体又は燃料の流路（図示せず）に円周方向に隣接した複数の第１流体又は空気の流路を含む燃料−空気アレイ１２８、１４０及び／又は１４５の代替の実施形態（図示せず）が使用される。
【００３１】
図８は、燃焼器組立体１０４と共に使用することができる別の燃料−空気アレイ１５０の概略端面図である。アレイ１５０は、壁１０５内に定められる複数の燃料入口１５２及び空気入口１５４を含む。入口１５２及び１５４は、入口１２６及び１２４それぞれに実質的に類似している（図２及び図３に示されている）。壁１０５内で、燃料入口１５２及び空気入口１５４の複数の環状内側、中間、及び外側の同心リング１５１、１５３、及び１５５がそれぞれ定められる。入口１５２の各々は、予め設定された半径方向及び円周方向の入射角（図８には示されていない）で構成され、本明細書に記載されるような空気と燃料の混合及び渦形成を促進する複数の燃料及び空気衝突を形成する。例えば、入口１５２の各々は、円周方向に隣接した空気入口１５４に関連する空気との燃料衝突を促進し、複数の予め設定された局所流動場を含む渦を形成するように構成される。こうした局所流動場は、局所的火炎を伴う局所燃焼の形成を促進する。このような燃料及び空気混合及び局所的火炎形成は，以下に更に記載されるように、局所的火炎の組み合わせを促進し、予め設定された大きな流動場及び大きな火炎の形成を更に促進する。
【００３２】
別の燃料−空気アレイ１５０の１つの実施形態は、その後で予め設定された大きな流動場（図示せず）を形成する実質的に同心の逆方向回転又は逆方向スワールの燃料−空気混合／燃焼流動場（図示せず）を形成するリング１５１、１５３、及び１５５を構成する段階を含む。例えば、リング１５１及び１５５は、リング１５３が反時計方向の流動場を形成するように構成されている場合に、時計方向の回転流動場を形成するように構成することができる。関連する流動場を定めるスワール混合気の複数の半径方向に隣接する同心リングの各々は、実質的な円周方向で反対に流れる関連する流体流を有することができる。相対する流体流の交差点は、典型的には、局所流動場内の同じ方向に流れるスワールにより特徴付けられる。結果として得られた大きな流動場は、隣接する逆方向のスワール流動場の相互作用を含み、これにより大きな流動場内で予め設定されたスワール数及び乱流の形成が促進され、従って、良好な保炎特性を有する実質的にスワールの無い大きな流動場の形成が促進される。
【００３３】
更に、燃料及び空気流（図８には示されていない）が局所的に交差する大きな流動場の領域は、火炎の安定化を促進する。更に、結果として得られた大きな流動場は、隣接する共スワールの相互作用を含み、これにより予め設定された渦の形成を更に促進する大きな流動場内のスワール及び乱流が促進される。こうした渦形成はまた渦崩壊を促進し、ここでは大きな流動場と壁１０５との間に再循環領域（図示せず）が形成され、燃料−空気混合気が大きな流動場を出て該再循環領域に入る。次いで、燃料−空気混合気は、大きな流動場に再噴射されて戻り、これにより大きな流動場の乱流の増大、大きな流動場内での燃料及び空気の滞留時間、燃焼温度、並びにその後のＮＯｘ形成の低減が促進される。
【００３４】
代替の燃料−空気アレイ１５０の別の実施形態は、続いて予め設定された大きな流動場（図示せず）を形成する環状の共回転する燃料−空気混合／燃焼流動場（図示せず）を実質的に含む渦を形成するために、リング１５１、１５３、及び１５５を構成する段階を含む。例えば、リング１５１、１５３、及び１５５は、時計周りの共回転又は共スワールの流動場を形成するように構成することができる。関連した流動場を定めるスワール混合気の複数の半径方向に隣接した同心リングの各々は、実質的に同じ円周方向に流れる関連する流体流を有することができる。結果として得られた大きな流動場は、互いに相対する隣接した共スワール流動場の相互作用を含み、これにより大きな流動場内のスワール及び乱流が促進されるようになり、大きな流動場は、上述のように通常は逆方向スワールの実施形態の特性よりも優れた混合燃料及び空気特性を有する予め設定された渦の形成を促進する。
【００３５】
代替の燃料−空気アレイ１５０の別の実施形態は、リング１５１、１５３、及び１５５のいずれかの入口１５２及び１５４のあらゆる組み合わせがエンジン１００（図１に示されている）の動作範囲全体で使用することができるように燃料入口１５２及び空気入口１５４の各々を構成する段階を含む。例えば、アレイ１５０は、燃料入口１５２の予め設定された数及び配置が、エンジン１００の発電の特定の範囲で使用されるように構成される。アクティブ燃料入口１５２の予め設定された構成は、発電需要をサポートするのに十分な放熱を促進しながら、ＮＯｘ生成を緩和する燃料及び空気混合を促進する渦を形成する。こうした構成は、限定ではないが、リング１５５によって形成される流動場とは異なるようにリング１５１によって形成される局所スワールリング流動場と相互作用する局所スワールリング流動場を形成するような構成１５３を含むことができる。
【００３６】
図９は、図８に示され楕円９−９に沿った燃料−空気アレイ１５０の一部の概略断面図である。図１０は、図９に示され、線１０−１０に沿った燃料−空気アレイ１５０の一部の概略俯瞰断面図である。この構成において、燃料入口１５２、空気入口１５４、燃料流路１５６、及び空気流路１５８の各々のひとつは、燃焼器組立体壁１０５内に定められる。入口１５２及び１５４の相対な構成はまた、アレイ１５０の下に図示されている。流路１５６及び１５８は、入口１５２及び１５４を介して燃料流１６０及び空気流１６２をそれぞれ燃焼室１０６に誘導するのを促進する。燃料流１６０は、燃焼室中心線１０７（図８に示されている）に対して斜めにされた予め設定された角度１６１で燃焼室１０６に噴射される。空気流１６２は、燃焼室中心線１０７に対して斜めにされた予め設定された角度１６３で燃焼室１０６に噴射される。角度１６１及び１６３は、流れ１６０及び１６２の予め設定された入射角１６４を定める。流れ１６０及び１６２の予め設定された入射角１６４は、燃料流１６０と空気流１６２の完全且つ迅速な混合を促進する。
【００３７】
図１１は、燃焼器組立体１０４（図２に示されている）と共に使用することができる代替の燃料−空気アレイ１７０の一部の概略断面図である。図１２は、図１１に示され、線１２−１２に沿った別の燃料−空気アレイ１７０の一部の概略俯瞰断面図である。この構成において、一対の燃料入口１５２、単一の空気入口１５４、一対の燃料流路１５６、及び単一の空気流路１５８が燃焼器組立体壁１０５内に定められる。入口１５２及び１５４はまた、透視図でアレイ１５０の下に図示される。流路１５６及び１５８は、それぞれ入口１５２及び１５４を介して燃料流１６０及び空気流１６２を燃焼室１０６に噴射するのを促進する。入口１５４は、燃焼室中心線１０７（図８に示されている）に実質的に平行な燃焼室１０６に空気流１６２を噴射するように構成される。入口１５２は、完全且つ迅速な燃料流１６０及び空気流１６２の混合を促進する予め設定された半径方向傾斜入射角で流れ１６０を燃焼室１０６に噴射するように構成される。流れ１６０はまた、予め設定された円周方向傾斜入射角１３６（図３に示されている）で配向することができる。或いは、単一の燃料入口１５２、一対の空気入口１５４、単一の燃料流路１５６、及び一対の空気流路１５８は、空気流路１５８を備えた燃焼器組立体壁１０５内に配向し、流れ１６２が予め設定された半径方向及び円周方向の傾斜入射角で流れ１６０に噴射され、完全且つ迅速な燃料流１６０及び空気流１６２を促進するのを確保することができる。更に、代替として、燃料−空気アレイ１７０は、本明細書に記載されるような燃料−空気アレイ１７０の動作を促進するあらゆる構成において、単一の燃料入口１５２及び燃料流路１５６当たりに空気入口１５４及び空気流路１５８のいかなる数を有する。
【００３８】
図１３は、燃焼器組立体１０４（図２に示されている）と共に使用することができる別の燃料−空気アレイ１８０の一部の概略断面図である。図１４は、図１３に示され線１４−１４に沿った別の燃料−空気アレイ１８０の一部の概略俯瞰断面図である。この構成において、４つの燃料入口１５２、単一の空気入口１５４、４つの燃料流路１５６、及び単一の空気流路１５８が、燃焼器組立体壁１０５内に定められる。入口１５２及び１５４の相対構成はまた、透視図でアレイ１８０の下に図示されている。流路１５６及び１５８は、それぞれ燃料流１６０及び空気流１６２を入口１５２及び１５４それぞれを介して燃焼室１０６に誘導するのを促進する。入口１５４は、空気流１６２を燃焼室中心線１０７（図８に示されている）に実質的に平行に燃焼室１０６に噴射するように構成される。各入口１５２は、入口１５４のまわりに円周方向に配向され、完全且つ迅速な燃料流１６０及び空気流１６２を促進する予め設定された半径方向及び円周方向の流れ１６０の傾斜入射角（半径方向角度１７２は透視図で図示されている）を確保する。更に、代替的に、単一の燃料入口１５２、４つの空気入口１５４、単一の燃料流路１５６、及び４つの空気流路１５８は、流れ１６２が流れ１６０に噴射されて完全且つ迅速な燃料流１６０及び空気流１６２の混合を促進するのを確保するように構成された空気流路１５８を備えた燃焼器組立体壁１０５内に配向することができる。
【００３９】
アレイ１２８（図２及び図３に示されている）、１４０（図４及び図６に示されている）、１４５（図５及び図６に示されている）、１５０（図８、図９及び図１０に示されている）、１７０（図１１及び図１２に示されている）、及び１８０（図１３及び図１４に示されている）のいずれかはまた、本明細書に記載されるようにＮＯｘを低減しながら燃焼を促進するいずれの流路を介して、予混合燃料、空気、及び／又は不活性希釈剤のあらゆる組み合わせの誘導及び噴射を促進する。更に、アレイ１２８、１４０、１４５，１５０，１７０、及び１８０のいずれもが、関連する流体を噴射して、関連する燃料の領域をパージし、更に壁１０５の少なくとも一部の冷却を又促進するように小さい空気又は不活性流体の入口（図４、図５、及び図６に図示される入口に類似し、図８から図１４には示されていない）を位置付けることによって、壁１０５近傍での保炎を緩和するのを促進することができる。
【００４０】
典型的には、ガスタービンエンジンにおいて通常ＤＬＮと呼ばれる乾燥低ＮＯｘ内の一定燃料の燃焼は、燃料内の可燃成分、例えば水素と関連する性質に起因して困難な場合がある。アレイ１２８、１４０、１４５，１５０，１７０、及び１８０のいずれも、実質的にあらゆるガスタービンエンジンに挿入して、予混合燃料、空気、及び／又は希釈剤の噴射を補完するために燃料、空気、及び／又は希釈剤流の直接噴射により燃焼及びＮＯｘの低減を促進することができる。
【００４１】
更に、アレイ１２８、１４０、１４５，１５０，１７０、及び１８０は、更に以下に議論される幅広い種類の燃料及び希釈剤を使用して、幅広い運転発電範囲にわたってエンジン１００の動作を促進する広範な配置でこうしたアレイ１２８、１４０、１４５，１５０，１７０、及び１８０の柔軟な位置付け及び配向を促進する。更に、エンジン１００内の燃料−空気アレイ１２８、１４０、１４５，１５０，１７０、及び１８０の密度を増大させることにより、エンジン１００の単位容積当たりの放熱速度の増大が促進され、従って、予め設定された運転発電範囲におけるエンジン１００のサイズ及びコストの低減が促進される。
【００４２】
図１５は、エンジン１００（図１に示されている）と共に使用することができる別の燃焼器組立体２０４の概略断面図である。組立体２０４は、燃焼室２０６を少なくとも部分的に形成する壁２０５を含む。組立体２０４はまた、実質的にアレイ１２８（図２及び図３に示されている）、１４０（図４及び図６に示されている）、１４５（図５及び図６に示されている）、１５０（図８、図９及び図１０に示されている）、１７０（図１１及び図１２に示されている）、及び／又は１８０（図１３及び図１４に示されている）に類似している複数のＬＤＩ燃料−空気アレイ２１１を含む。組立体２０４は、どのような数のアレイ２１１も複数の局所的且つ大きな流動場（図示せず）の形成を促進する何らかの構成で位置付けられ配向されるように構成され、該複数の局所的且つ大きな流動場は更に、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転の実質的に全範囲の間で放熱速度及びＮＯｘ生成速度を促進する。組立体２０４は更に、燃焼ガス流２１３をタービン１０８（図１に示されている）に向けて誘導するのを促進する移行部品２１２を含む。この代替の実施形態において、移行部品２１２は、当該技術分野で良く使用される長さよりも短い長さで燃焼室２０６からタービン１０８に延びることができる。更に、この代替の実施形態において、移行部品２１２及び壁２０５は、一体化部品として製作することができる。
【００４３】
図１６は、エンジン１００（図１に示されている）と共に使用することができる別の燃焼器組立体３０４の概略断面図である。組立体３０４は、燃焼室３０６を少なくとも部分的に形成する壁３０５を含む。組立体３０４はまた、実質的にアレイ１２８（図２及び図３に示されている）、１４０（図４及び図６に示されている）、１４５（図５及び図６に示されている）、１５０（図８、図９及び図１０に示されている）、１７０（図１１及び図１２に示されている）、及び／又は１８０（図１３及び図１４に示されている）に類似している複数のＬＤＩ燃料−空気アレイ３１１を含む。組立体３０４は、どのような数のアレイ３１１も複数の局所的且つ大きな流動場（図示せず）の形成を促進する何らかの構成で位置付けられ配向されるように構成され、該複数の局所的且つ大きな流動場は更に、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転の実質的に全範囲の間で放熱速度及びＮＯｘ生成速度を促進する。組立体３０４は、タービン１０８（図１に示されている）と流れ連通して直接結合され、移行部品が使用されないように燃焼ガス流３１３をタービン１０８に向けて誘導するのを促進する。アレイ３１１は、組立体３０４の冷却を促進するために壁３０５に沿って位置付けられる。
【００４４】
図１７は、エンジン１００（図１に示されている）と共に使用することができる別の燃焼器組立体４０４の概略断面図である。組立体４０４は、燃焼室４０６を少なくとも部分的に形成する壁４０５を含む。組立体４０４はまた、実質的にアレイ１２８（図２及び図３に示されている）、１４０（図４及び図６に示されている）、１４５（図５及び図６に示されている）、１５０（図８、図９及び図１０に示されている）、１７０（図１１及び図１２に示されている）、及び／又は１８０（図１３及び図１４に示されている）に類似している複数のＬＤＩ燃料−空気アレイ４１１を含む。組立体４０４は、複数の局所的且つ大きな流動場（図示せず）の形成を促進するいずれかの構成で位置付けられ配向されるようにあらゆる数のアレイ４１１が構成され、該複数の局所的且つ大きな流動場は更に、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転の実質的に全範囲の間で放熱速度及びＮＯｘ生成速度を促進する。組立体４０４は、タービン１０８（図１に示されている）と流れ連通して直接結合され、移行部品が使用されないように燃焼ガス流４１３をタービン１０８に向けて誘導するのを促進する。アレイ４１１は、組立体４０４の冷却を促進するために壁４０５に沿って位置付けられる。
【００４５】
図１８は、エンジン１００（図１に示されている）と共に使用することができる別の燃焼器組立体５０４の概略断面図である。組立体５０４は、燃焼室５０６を少なくとも部分的に形成する壁５０５を含む。組立体５０４はまた、実質的にアレイ１２８（図２及び図３に示されている）、１４０（図４及び図６に示されている）、１４５（図５及び図６に示されている）、１５０（図８、図９及び図１０に示されている）、１７０（図１１及び図１２に示されている）、及び／又は１８０（図１３及び図１４に示されている）に類似している複数のＬＤＩ燃料−空気アレイ５１１を含む。組立体５０４は、複数の局所的且つ大きな流動場（図示せず）の形成を促進するいずれかの構成で位置付けられ配向されるようにあらゆる数のアレイ５１１が構成され、該複数の局所的且つ大きな流動場は更に、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転の実質的に全範囲の間で放熱速度及びＮＯｘ生成速度を促進する。組立体５０４は更に、燃焼ガス流５１３をタービン１０８（図１に示されている）に向けて誘導するのを促進する移行部品５１２を含む。この代替の実施形態において、移行部品５１２は、当該技術分野で良く使用される長さよりも短い長さで燃焼室５０６からタービン１０８に延びることができる。更に、この代替の実施形態において、移行部品５１２及び壁５０５は一体化部品として製作することができる。
【００４６】
図１９は、エンジン１００（図１に示されている）と共に使用することができるスワーラ組立体６０４の概略断面図である。組立体６０４は、燃料流６１３が生成される燃料燃焼室６０６を少なくとも部分的に形成する壁６０５を含む。壁６０５は、複数の燃料開口６０７を含む。組立体６０４はまた、スワールベーン６１２を含み、該スワールベーン６１２は、複数の実質的に矩形の空気室６１４及び複数の燃料開口６０８を含む。空気室６１４の各々は、少なくとも１つの空気源（図示せず）と流れ連通している。複数の燃料流路（図示せず）は、開口６０７が開口６０８と流れ連通して結合されるようにスワールベーン６１２内に形成される。更に、燃焼室６１４の各々は、開口６１７を含む。空気室６１４、空気開口６１７、及び複数の燃料開口６１８の各々は、少なくとも１つの燃料−空気アレイ６１１を形成する。アレイ６１１は、アレイ１２８（図２及び図３に示されている）、１４０（図４及び図６に示されている）、１４５（図５及び図６に示されている）、１５０（図８、図９及び図１０に示されている）、１７０（図１１及び図１２に示されている）、及び／又は１８０（図１３及び図１４に示されている）に類似している。１つの実施形態において、開口６１７は実質的に矩形である。或いは、開口６１７は、限定ではないが、実質的に円形及び楕円形の開口を含む本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転を促進するあらゆる構成を含む。更に、１つの実施形態において、開口６０８は、実質的に円形である。或いは、開口６０８は、限定ではないが、実質的に矩形及び楕円形の開口を含む本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転を促進するあらゆる構成を含む。
【００４７】
空気室６１４の各々は、空気流６１６を受けるように構成される。開口６０７及び６０８の各々は、燃料流６１３の少なくとも一部を受けるように構成される。アレイ６１１の各々は、空気流６１６及び燃料流６１３の少なくとも一部を燃焼室６１５に誘導するように構成される。アレイ６１１は、空気流６１８を燃焼室６１５に誘導し、少なくとも１つの燃料流６２０を燃焼室６１５に誘導する。燃料流６２０は、空気流６１８に対してある傾斜角度で燃焼室６１５に噴射され、これにより燃料流６２０を空気流６１８と交差させて混合する。流れ６１８及び６２０はまた、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転を促進する燃料、空気、燃焼ガス及び／又は不活性希釈剤のいずれかの予め設定された混合を含むことができる。更に、アレイ６１１の各々は、予め設定された局所的及び大きな流動場（いずれも図示せず）が燃焼室６１５内に形成されるように他のアレイ６１１とは異なる予め設定された混合を上述のように誘導するよう構成される。
【００４８】
作動時、空気流６１６は、スワーラベーン６１２、特に空気室６１４に誘導される。燃料流６１３は、燃焼室６０６に、続いてスワーラベーン６１２内に形成された開口６０７に誘導される。燃料は、関連する流路を介して開口６０７から開口６０８に誘導される。アレイ６１１の各々は、開口６１７を介して空気室６１４から燃焼室６１５に空気流６１８を誘導するのを促進する。アレイ６１１の各々はまた、燃焼室６１５への燃料流６２０の誘導を促進し、ここで空気流６１８及び燃料流６２０の各々は互いに衝突し、燃焼室６１５内で完全に混合される。空気流６１６に関連する空気質量流量及び流れ６１３に関連する燃料／空気／希釈剤質量流量は、各燃焼室６１５が予め設定された比率の燃料及び空気及び希釈剤を受けるように制御される。流れ６１８と６２０との間の予め設定された角度の衝突（図示せず）は、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転が促進されるように燃焼室６１５内での予混合を促進する。追加の燃料、空気及び／又は希釈剤流路は、本明細書に記載されるようなエンジン１００の運転を促進するためにスワールベーン６１２内に含めることができる。
【００４９】
本明細書に記載されたガスタービンエンジン及び燃焼器組立体は、燃焼生成物エミッションの緩和を促進すると共に、単位容積当たりの予め設定された放熱速度を促進する。より詳細には、エンジンは、燃料と空気流の衝突の結果として、完全且つ迅速な燃料及び空気混合を促進する希薄直接噴射燃焼器組立体を含む。こうした衝突は、ＮＯｘの低減、より広い低下マージン、火炎安定性、放熱の特定の速度を達成するのに必要な燃焼器組立体のサイズの縮小、及びプロセスガス及びシンガスを含む燃料を燃焼させるときの好ましくない燃焼動特性の緩和を促進する。続いて、より小さい燃焼組立体内に定められた冷却流路内の関連する空気圧録の低下は、より効率的な空気噴射法を可能にする。結果として、こうしたエンジンの運転効率を高めることができ、エンジンの資本及び運転コストを低減することができる。
【００５０】
本明細書に記載されるようなシンガス及びプロセスガスを燃焼させる方法及び装置は、ガスタービンエンジンの運転を促進する。より具体的には、上述したようなエンジンは、より堅牢な燃焼器組立体構成を促進する。こうした燃焼器組立体構成はまた、効率、信頼性、及びメンテナンスコスト並びにガスタービンエンジン燃料消費量の低減を促進する。
【００５１】
ガスタービンエンジンと関連する燃焼器組立体の例示的な実施形態が詳細に上述された。本方法、装置、及びシステムは、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、特定の図示されたガスタービンエンジン及び燃焼器組立体にも限定されるものではない。
【００５２】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、本発明が請求項の精神及び範囲内で修正を行い得る点を理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】図１で示されるガスタービンエンジンと共に使用することができる例示的な燃焼器組立体の一部の概略断面図。
【図３】図２で示され、線３−３に沿った燃焼器組立体の概略断面図。
【図４】図２で示される燃焼器組立体と共に使用することができる代替の燃料−空気アレイの概略断面図。
【図５】図２で示される燃焼器組立体と共に使用することができる別の代替の燃料−空気アレイの概略断面図。
【図６】図４及び図５に示され、線６−６に沿った代替の燃料空気アレイの概略断面図。
【図７】図２で示される燃焼器組立体と共に使用することができる複数の例示的燃料空気アレイの概略端面図。
【図８】図２で示される燃焼器組立体と共に使用することができる代替の燃料−空気アレイの概略端面図。
【図９】図８で示され、楕円９−９に沿った燃料−空気アレイの一部の概略断面図。
【図１０】図９に示され、線１０−１０に沿った燃料−空気アレイの一部の概略俯瞰断面図。
【図１１】図２に示された燃焼器組立体と共に使用することができる代替の燃料−空気アレイの一部の概略断面図。
【図１２】図１１に示され、線１２−１２に沿った代替の燃料−空気アレイの一部の概略俯瞰断面図。
【図１３】図２に示される燃焼器組立体と共に使用することができる代替の燃料−空気アレイの一部の概略断面図。
【図１４】図１３に示され線１４−１４に沿った代替の燃料−空気アレイの一部の概略俯瞰断面図。
【図１５】図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用することができる代替の燃焼器組立体の概略断面図。
【図１６】図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用することができる代替の燃焼器組立体の概略断面図。
【図１７】図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用することができる代替の燃焼器組立体の概略断面図。
【図１８】図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用することができる代替の燃焼器組立体の概略断面図。
【図１９】図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用することができるスワーラ組立体の概略断面図。
【符号の説明】
【００５４】
３  線３−３
６  線６−６
９  楕円９−９
１０  線１０−１０
１２  線１２−１２
１４  線１４−１４
１００  ガスタービンエンジン
１０２  圧縮機
１０４  燃焼器組立体
１０５  燃焼器組立体壁
１０６  燃焼室
１０７  燃焼室中心線
１０８  タービン
１１０  圧縮機／タービンシャフト
１２０  燃料流路
１２２  空気流路
１２４  空気入口
１２６  燃料入口
１２８  燃料−空気アレイ
１３０  燃料流
１３２  空気流
１３４  半径方向傾斜角
１３６  円周方向傾斜角
１４０  燃料−空気アレイ
１４１  空気流路
１４２  空気入口
１４３  冷却空気流
１４５  燃料−空気アレイ
１４６  空気流路
１４７  冷却流体入口
１４８  冷却流体流
１５０  燃料−空気アレイ
１５１  環状内側同心リング
１５２  燃料入口
１５３  環状中間同心リング
１５４  空気入口
１５５  環状外側同心リング
１５６  燃料流路
１５８  空気流路
１６０  燃料流
１６１  燃料流の燃焼室中心線に対して傾斜した予め設定された噴射角度
１６２  空気流
１６３  空気流の燃焼室中心線に対して傾斜した予め設定された噴射角度
１６４  入射角
１６８  予め設定された半径方向傾斜入射角
１７０  燃料−空気アレイ
１７２  半径方向角度
１８０  燃料−空気アレイ
２０４  燃焼器組立体
２０５  壁
２０６  燃焼室
２１１  燃料−空気アレイ
２１２  移行部品
２１３  燃焼ガス流
３０４  燃焼器組立体
３０５  壁
３０６  燃焼室
３１１  燃料−空気アレイ
３１３  燃焼ガス流
４０４  燃焼器組立体
４０５  壁
４０６  燃焼室
４１１  燃料−空気アレイ
４１３  燃焼ガス流
５０４  代替の燃焼器組立体
５０５  壁
５０６  燃焼室
５１１  燃料−空気アレイ
５１２  移行部品
５１３  燃焼ガス流
６０４  スワーラ組立体
６０５  壁
６０６  燃料燃焼室
６０７  燃料開口
６０８  燃料開口
６１１  燃料−空気アレイ
６１２  スワーラベーン
６１３  燃料流
６１４  空気室
６１５  燃焼室
６１６  空気流
６１７  空気開口
６１８  燃料開口
６２０  燃料流
【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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