(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）であって、
第１の側壁（１５６，２５６）及び第２の側壁（１５８，２５８）を含むケーシング（１４６，２４６）と、
前記ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプ（１４８，２４８）であって、該複数のパイプ（１４８，２４８）の各々が、前記第１の側壁に形成された入口（１６２，２６２）と前記第２の側壁に形成された出口（１６４，２６４）とを含んでおり、空気（１２６）を受け取るように構成された複数のパイプ（１４８，２４８）と、
前記ケーシングに形成された第１の入口（１７４ａ，１７４ｂ）を含む第１の燃料プレナム（１５０）であって、該第１の燃料プレナム（１５０）が、前記複数のパイプの第１の部分（１６８）の周りに配置され且つ前記複数のパイプに流体結合されており、該第１の燃料プレナム（１５０）が、第１の燃料（１１０ａ）を受け取るように構成されており、前記複数のパイプ（１４８，２４８）が、前記第１の燃料プレナム（１５０）から前記第１の燃料を受け取って前記空気と混合して空気−燃料混合気（１２８）を生成し、該空気−燃料混合気（１２８）を対応する出口を介して燃焼室（１４４）に送って第１の火炎（１９４）を生成するように構成されている、第１の燃料プレナム（１５０）と、
前記ケーシングに形成された第２の入口（１８４）を含み且つ前記複数のパイプの第２の部分（１７６）の周りに配置された第２の燃料プレナム（１５２）であって、前記複数のパイプの第１の部分（１６８）が前記複数のパイプの第２の部分（１７６）の上流側にあり、該第２の燃料プレナム（１５２）が、第２の燃料（１１０ｂ）を受け取るように構成されている、第２の燃料プレナム（１５２）と、
前記第２の側壁に形成された複数の開口（１５４）であって、該複数の開口（１５４）が、前記複数のパイプの少なくとも幾つかのパイプの出口を囲み且つ前記第２の燃料プレナムに流体結合されており、前記第２の燃料プレナム（１５２）が、第２の燃料（１１０ｂ）を、該複数の開口（１５４）を介して、前記燃焼室（１４４）内の前記空気−燃料混合気（１４４）に向けて送り、前記第１の火炎（１９４）と交差する第２の火炎（１９６）を生成するように構成されている、複数の開口（１５４）と
を備える、マイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項２】
前記複数のパイプの各パイプが、前記第１の燃料プレナムに流体結合するための少なくとも１つの孔（１６６）を含む、請求項１に記載のマイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項３】
前記第２の側壁に近接し且つ前記複数のパイプの副部分の周りに配置されて、前記第２の側壁との間にエフュージョン区域（３０４）を定めるエフュージョンプレート（３００）を更に備える、請求項１又は請求項２に記載のマイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項４】
前記エフュージョンプレートが、前記第２の燃料プレナムを前記エフュージョン区域に流体結合するための複数の貫通孔（３０６）を含む、請求項３に記載のマイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項５】
前記複数の開口が、前記それぞれのパイプのそれぞれの出口の外周（２６５）の周りに環状ギャップ（２５４）を含む、請求項４に記載のマイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項６】
前記第２の側壁に形成され且つ前記第２の燃料プレナムに流体結合された複数のチャンネル（１９２）を更に備える、請求項１に記載のマイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項７】
前記複数の開口の各開口が、前記複数のチャンネルの対応するチャンネルを介して前記第２の燃料プレナムに流体結合される、請求項６に記載のマイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）。
【請求項８】
ガスタービンシステム（１００）であって、
ライナ（１３８）を含む燃焼器（１０４）と、
前記ライナの周りで且つ前記燃焼器のヘッド端部（１３６）に近接して配置された流れスリーブ（１４０）と、
前記ヘッド端部に近接して配置された、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のマイクロミキサシステム（３０８）と
を備える、ガスタービンシステム（１００）。
【請求項９】
マイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）の複数のパイプ（１４８，２４８）内に該複数のパイプの各パイプの入口（１６２，２６２）を通して空気を受けるステップであって、前記マイクロミキサシステム（１０８，３０８，４０８）が、第１の側壁（１５６，２５６）及び第２の側壁（１５８，２５８）を含むケーシング（１４６，２４６）を備えており、前記複数のパイプが、前記ケーシング内で互いから離間して配置されており、前記複数のパイプの各パイプの出口（１６４，２６４）が前記第２の側壁に形成されている、ステップと、
前記複数のパイプの第１の部分（１６８）の周りに配置され且つ前記複数のパイプに流体結合された第１の燃料プレナム（１５０）内に、前記ケーシングに形成された第１の入口（１７４ａ，１７４ｂ）を介して、第１の燃料（１１０ａ）を受けて、前記第１の燃料を前記第１の燃料プレナムから前記複数のパイプ内に送給するステップと、
前記複数のパイプ内で前記第１の燃料を空気と混合して、空気−燃料混合気（１２８）を生成させるステップと、
前記ケーシングに形成された第２の入口（１８４）を介して、前記複数のパイプの第２の部分（１７６）の周りに配置された第２の燃料プレナム（１５２）に第２の燃料（１１０ｂ）を受けるステップと、
前記空気−燃料混合気を、前記複数のパイプの各パイプの出口を介して燃焼室（１４４）に送って第１の火炎（１９４）を生成させるステップであって、前記複数のパイプの各パイプの出口が前記第２の側壁に形成されている、ステップと、
前記第２の燃料を、前記第２の側壁に形成された複数の開口（１５４）を介して、前記燃焼室（１４４）内の前記空気−燃料混合気（１４４）に向けて送り、前記第１の火炎（１９４）と交差する第２の火炎（１９６）を生成させるステップであって、前記複数の開口が前記複数のパイプの少なくとも幾つかのパイプの出口を囲み且つ前記第２の燃料プレナムに流体結合されている、ステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記第１の燃料を送給するステップが、前記第１の燃料を前記第１の燃料プレナムから前記各パイプに形成された少なくとも１つの孔（１６６）を通って前記複数のパイプに供給するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の燃料を送るステップが、更に、
前記第２の燃料を前記第２の燃料プレナムから、前記第２の側壁に形成され且つ前記第２の燃料プレナムに流体結合された複数のチャンネル（１９２）に送給するステップと、
前記第２の燃料を前記複数のチャンネルから前記複数の開口を通して送給するステップと
を含み、前記複数の開口の各開口が、前記複数のチャンネルの対応するチャンネルに流体結合される、請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の燃料を送るステップが、更に、
前記第２の燃料を前記第２の燃料プレナムから、エフュージョンプレート（３００）に形成された複数の貫通孔（３０６）を通してエフュージョン区域（３０４）に送給するステップであって、前記エフュージョン区域が、前記第２の側壁と、該第２の側壁に近接して且つ前記複数のパイプの第２の部分の副部分の周りに配置された前記エフュージョンプレートとの間に定められる、ステップと、
前記第２の燃料を前記エフュージョン区域から、前記それぞれのパイプのそれぞれの出口の外周（２６５）の周りに環状ギャップ（２５４）を含む前記複数の開口を通って送給するステップと
を含む、請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガスタービンシステムの出力レベル及び音響レベル要件に基づいて前記第１の燃料及び前記第２の燃料の流れを制御するステップを更に含む、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の燃料を前記開口に送る前に、前記第２の燃料を用いて前記第２の側壁の少なくとも一部を冷却するステップを更に含む、請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、全体的にタービンシステムに関し、より詳細には、かかるタービンシステムで使用されるマイクロミキサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タービンシステムは、１又はそれ以上のマイクロミキサを有するマイクロミキサシステムを含むことができる。このようなマイクロミキサシステムは、燃料と空気を受け取り、受け取った燃料及び空気を混合して予混合燃料を生成する。次いで、マイクロミキサシステムは、予混合燃料をタービンシステムの燃焼器に送給して、予混合燃料を燃焼させる。
【０００３】
通常、このようなマイクロミキサシステムにより提供される予混合燃料は、タービンシステムの動作条件に応じて、狭い範囲の燃空比を有する。マイクロミキサシステムは、一般に、低火炎温度状態（「低負荷状態」としても知られる）又は全速及び／又は無負荷状態の間は低い燃空比を提供し、その結果、ジェット火炎の損失が生じることになる。更に、上述の１又は複数の状態でのタービンシステムの運転は、実質的に高エミッションを発生させる場合があり、従って、タービンシステムに安定した運転環境を提供しない可能性がある。
【０００４】
その結果、タービンシステムのターンダウン能力を増強する改善されたマイクロミキサシステムに対する要求がある。このようなマイクロミキサシステムは、低火炎温度状態又は全速及び／又は無負荷状態の間は実質的に高いターンダウン能力をタービンシステムに提供するよう設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，５９０，３１１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
１つの例示的な実施形態によれば、マイクロミキサシステムが開示される。マイクロミキサシステムは、第１の側壁及び第２の側壁を有するケーシングを含む。更に、マイクロミキサシステムは、ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプを含む。各パイプは、第１の側壁に形成された入口と第２の側壁に形成された出口とを含む。マイクロミキサシステムは、ケーシングに形成された第１の入口を有する第１のプレナムを含む。第１のプレナムは、複数のパイプの第１の部分の周りに配置され且つ複数のパイプに流体結合される。マイクロミキサシステムは、ケーシングに形成され且つ複数のパイプの第２の部分の周りに配置された第２の入口を有する第２のプレナムを含む。更に、マイクロミキサシステムは、第２の側壁に形成され、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み且つ第２のプレナムに流体結合された複数の開口を含む。
【０００７】
別の例示的な実施形態によれば、ガスタービンシステムが開示される。ガスタービンシステムは、ライナを有する燃焼器と、流れスリーブと、マイクロミキサシステムと、を含む。流れスリーブは、ライナの周りで且つ燃焼器のヘッド端部に近接して配置される。マイクロミキサシステムは、燃焼器のヘッド端部に近接して配置される。マイクロミキサシステムは、第１の側壁及び第２の側壁を有するケーシングを含む。更に、マイクロミキサシステムは、ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプを含む。各パイプは、第１の側壁に形成された入口と第２の側壁に形成された出口とを含む。マイクロミキサシステムは更に、ケーシングに形成された第１の入口を有する第１のプレナムを含む。第１のプレナムは、複数のパイプの第１の部分の周りに配置され且つ複数のパイプに流体結合される。マイクロミキサシステムは更に、ケーシングに形成され且つ複数のパイプの第２の部分の周りに配置された第２の入口を有する第２のプレナムを含む。更に、マイクロミキサシステムは、第２の側壁に形成され、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み且つ第２のプレナムに流体結合された複数の開口を含む。
【０００８】
別の例示的な実施形態によれば、タービンシステムのターンダウン能力を増強する方法が開示される。本方法は、マイクロミキサシステムの複数のパイプ内に空気を受けるステップを含む。マイクロミキサシステムは、第１の側壁及び第２の側壁を有するケーシングと、ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプとを含む。本方法は更に、第１のプレナム内に第１の燃料を受けて、該第１の燃料を第１のプレナムから複数のパイプに送給するステップを含む。第１のプレナムは、複数のパイプの第１の部分の周りに配置され且つ複数のパイプに流体結合される。本方法は更に、複数のパイプ内で第１の燃料を空気と混合して、空気−燃料混合気を生成するステップを含む。更に、本方法は、複数のパイプの第２の部分の周りに配置された第２のプレナムに第２の燃料を受けて、次いで、第２の側壁に形成された各パイプの出口を通って空気−燃料混合気を配向するステップを含む。本方法は更に、第２の側壁に形成された複数の開口を通して第２の燃料を配向するステップを含む。複数の開口は、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み、第２のプレナムに流体結合されている。
【０００９】
本開示の実施形態のこれら及び他の特徴要素は、図面全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術のガスタービンシステムの概略ブロック図。
【図２】複数のマイクロミキサの一部を例示した、図１のガスタービンシステムの一部の斜視図。
【図３】本発明の１つの例示的な実施形態による、マイクロミキサシステムの斜視図。
【図４】図３の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステムの一部の概略図。
【図５】本発明の別の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステムの概略図。
【図６】図５の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステムの一部の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で検討される実施形態は、タービンシステム用のマイクロミキサシステムを開示する。１又はそれ以上の実施形態において、タービンシステムは、ガスタービンシステム、蒸気タービンシステム、及び同様のものとすることができる。更に、本明細書で開示される実施形態において開示されるように、マイクロミキサシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく何れかの好適な装置に適用することができる。ケーシングは更に、第１の側壁及び第２の側壁を含む。複数のパイプは、互いに離間してケーシング内に配置される。各パイプは、第１の側壁に形成された入口と、第２の側壁に形成された出口と、を含む。第１のプレナムは、ケーシングに形成された第１の入口を含む。第１のプレナムは、複数のパイプの第１の部分の周りに配置され、該複数のパイプに流体結合される。第２のプレナムは、ケーシングに形成され且つ複数のパイプの第２の部分の周りに配置された第２の入口を含む。マイクロミキサシステムは更に、第２の側壁に形成され、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み且つ第２のプレナムに流体結合された複数の開口を含む。
【００１２】
図１は、圧縮機１０２、燃焼器１０４、タービン１０６、及び複数のマイクロミキサ１０８ａ、０８ｂを有するマイクロミキサシステム１０８を含む、従来技術のガスタービンシステムのブロック図を示す。圧縮機１０２は、少なくとも１つのマイクロミキサ１０８ａを介して燃焼器１０４に結合される。燃焼器１０４は、タービン１０６に結合される。１つの実施形態において、各マイクロミキサ１０８ａ、０８ｂは、複数のパイプ（図１には図示されず）を含む。各パイプは、互いに離間され、ケーシング（図１には図示されず）内に配置される。マイクロミキサの数は、用途及び設計記述に応じて変わることができる。
【００１３】
圧縮機１０２の複数のブレード（図１には図示されず）の回転により、吸入ガイドベーン１２０を通じて受け取られる空気１２２の圧力が増大し、圧縮空気１２６を生成する。空気１２２は、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、又はこれらの組み合わせなどの加圧酸化剤とすることができる。圧縮空気１２６及び第１の燃料１１０ａは、マイクロミキサ１０８ａに送給される。第２の燃料１１０ｂは、他のマイクロミキサ１０８ｂに直接送給される。第１及び第２の燃料１１０ａ，１１０ｂは、ガソリン又はディーゼルなどの液体燃料及び／又は天然ガス又はシンガスなどのガス燃料を含むことができる。他の特定の実施形態において、各マイクロミキサ１０８ａ，１０８ｂは、第１の燃料１１０ａ、第２の燃料１１０ｂ、及び圧縮空気１２６を受け取るよう構成することができる。本明細書において、複数のマイクロミキサ１０８ａ，１０８ｂの構成は、用途及び設計基準に応じて変わることができる点に留意されたい。
【００１４】
１つの実施形態において、マイクロミキサ１０８ａに送給される第１の燃料１１０ａは、他のマイクロミキサ１０８ｂに送給される第２の燃料１１０ｂとは異なることができる。特定の実施形態において、第１の燃料１１０ａ及び第２の燃料１１０ｂは同じであってもよい。
【００１５】
圧縮空気１２６及び第１の燃料１１０ａは、マイクロミキサ１０８ａ内で混合されて空気−燃料混合気１２８を生成する。燃焼器１０４は、マイクロミキサ１０８ａから空気−燃料混合気１２８を受け取り、他のマイクロミキサ１０８ｂから第２の燃料１１０ｂを受け取る。空気−燃料混合気１２８及び第２の燃料１１０ｂは、燃焼器１０４内で燃焼して、燃焼ガス１２４を生成する。次いで、燃焼ガス１２４は、タービン１０６に送給される。
【００１６】
タービン１０６は、シャフト１１６を介して負荷１１４に結合される複数のブレード（図１には図示されず）を含む。燃焼ガス１２４がタービン１０６を通って流れると、複数のブレードが回転し、シャフト１１６の回転を引き起こす。その結果、シャフト１１６の回転によって負荷１１４が駆動される。負荷１１４は、発電機、高級機のプロペラ、又は同様のものとすることができる。次に、タービン１０６により生成された膨張ガス１３０は、排気出口１１８を介して流出する。
【００１７】
図２は、燃焼器１０４を例示した図１のガスタービンシステムの一部１３２及びマイクロミキサシステム１０８の一部１３４の斜視図である。燃焼器１０４は、マイクロミキサ１０８ａ，１０８ｂに結合された上流側ヘッド端部１３６を含む。燃焼器１０４は更に、ライナ１３８と、半径方向外向きに離間されてライナ１３８を囲む流れスリーブ１４０とを含む。燃焼器１０４は、タービン１０６に近接して配置された下流側端部１４２を含む。例示の実施形態において、燃焼器１０４の燃焼室が参照符号１４４で表されている。
【００１８】
図３は、本発明の例示的な１つの実施形態による、マイクロミキサシステム３０８の斜視図を示す。マイクロミキサ３０８は、ケーシング１４６、複数のパイプ１４８、第１のプレナム１５０、第２のプレナム１５２、及び複数の開口１５４を含む。
【００１９】
ケーシング１４６は、第１の側壁１５６、第２の側壁１５８、及び中間壁１６０を含む。第１の側壁１５６は、中間壁１６０を介して第２の側壁１５８に結合される。複数のパイプ１４８は、ケーシング１４６内に互いに離間して配置される。各パイプ１４８は、入口１６２及び出口１６４を含む。入口１６２は、第１の側壁１５６に配置され、出口１６４は、第２の側壁１５８に配置される。他の特定の実施形態において、入口１６２及び出口１６４は、第１及び第２の側壁１５６，１５８からそれぞれ外向きに突出することができる。複数の開口１５４は、第２の側壁１５８において少なくとも一部のパイプ１４８の出口１６４を囲んで配置される。各パイプ１４８は、第１のプレナム１５０に流体結合するための少なくとも１つの孔１６６を含む。各パイプ１４８は、約０．５センチメートル〜約２．０センチメートル前後に及ぶ直径を有することができる。複数のパイプ１４８は、狭間隔で配置された管体の１又はそれ以上の束の形態で並列に配列される。他の特定の実施形態において、複数のパイプ１４８は、螺旋輪郭を有するコイルの形態で配列することができる。
【００２０】
各パイプ１４８は、空気−燃料混合気１２８を燃焼器の燃焼室１４４（図２に示す）に配向するよう構成される。具体的には、空気−燃料混合気１２８は、出口１６４を通じて送給され、第２の燃料１１０ｂのみが複数の開口１５４を通って燃焼室に送給される。
【００２１】
第１のプレナム１５０は、ケーシング１４６内に形成され、複数のパイプ１４８の第１の部分１６８の周りに配置される。複数のパイプ１４８の第１の部分１６８は、第１の側壁１５６に近接して位置付けられる。第１のプレナム１５０は、第１の側壁１５６に結合された第１の境界壁１７０と、第２のプレナム１５２に近接して位置付けられた第２の境界壁１７２とを含む。更に、第１のプレナム１５０は、２つのチャンバ１５０ａ，１５０ｂを含み、これらは１又はそれ以上の孔（図３には図示せず）を通じて互いに流体結合される。具体的には、第１のチャンバ１５０ａは、第１の側壁１５６に近接して配置され、第２のチャンバ１５０ｂは、第２のプレナム１５２に近接して配置される。第１のプレナム１５０は、中間壁１６０に形成された複数の第１の入口１７４ａ，１７４ｂを含む。第１の入口１７４ａ，１７４ｂは、第１のチャンバ１５０ａ及び第２のチャンバ１５０ｂにそれぞれ流体結合される。
【００２２】
第２のプレナム１５２は、ケーシング１４６内に形成され、複数のパイプ１４８の第２の部分１７６の周りに配置される。複数のパイプ１４８の第２の部分１７６は、第２の側壁１５８に近接して位置付けられる。第２のプレナム１５２は、第１のプレナム１５０の第２の境界壁１７２に近接して位置付けられた第１の境界壁１７８と、第２の側壁１５８に結合された第２の境界壁１８０とを含む。具体的には、第１のプレナム１５０の第２の境界壁１７２及び第２のプレナム１５２の第１の境界壁１７８は、ギャップ１８２により互いに離間して配置される。第２のプレナム１５２は、第１の側壁１５６に形成された開口１８８を有する管体１８６に流体結合された第２の入口１８４を含む。開口１８８は、第１の側壁１５６の中心に配置される。他の特定の実施形態において、第２の入口１８４は、中間壁１６０上に配置され、第２のプレナム１５２に直接流体結合することができる。
【００２３】
マイクロミキサシステム３０８の作動中、各パイプ１４８は、入口１６２を通じて圧縮空気１２６を受け取る。第１のプレナム１５０の２つのチャンバ１５０ａ，１５０ｂは、第１の入口１７４ａ，１７４ｂを通じて第１の燃料１１０ａを受け取る。第１の燃料１１０ａは、２つのチャンバ１５０ａ，１５０ｂから１又はそれ以上の孔１６６を介して各パイプ１４８に送給される。次いで、第１の燃料１１０ａは、各パイプ１４８内で圧縮空気１２６と混合され、空気−燃料混合気１２８を生成する。次いで、空気−燃料混合気１２８は、各パイプ１４８の出口１６４を通じて配向される。第２の燃料１１０ｂは、管体１８６を通じて第２のプレナム１５２の第２の入口１８４に送給される。次に、第２の燃料１１０ｂは、複数の開口１５４を通じて送給される。
【００２４】
図４は、図３の例示的な実施形態による、マイクロミキサシステム３０８の一部１９０の概略図を示す。この一部１９０は、マイクロミキサシステム３０８の出口を示している。
【００２５】
上記で検討したように、複数の開口１５４は、第２の側壁１５８において各パイプ１４８の出口１６４を囲んで配置される。各開口１５４は、第２の側壁１５８に形成された複数のチャンネル１９２のうちの対応するチャンネルを介して第２のプレナム１５２に流体結合される。
【００２６】
空気−燃料混合気１２８は、各パイプ１４８の出口１６４を通じて燃焼室１４４に配向される。次に、空気−燃料混合気１２８は、燃焼室１４４において燃焼されて第１の火炎１９４を生成する。第２の燃料１１０ｂは、対応するチャンネル１９２及び各開口１５４を通じて燃焼室１４４に配向される。具体的には、第２の燃料１１０ｂは、燃焼室１４４において空気−燃料混合気１２８に配向される。次に、第２の燃料１１０ｂは、燃焼室１４４において燃焼されて第２の火炎１９６を生成し、次いで該第２の火炎１９６が第１の火炎１９４と交差する。
【００２７】
他の特定の実施形態において、ガスタービンシステムは、第１の燃料１１０ａ及び第２の燃料１１０ｂの流れを調整するための制御ユニット（図４には図示せず）に通信可能に結合された複数のセンサ（図４には図示せず）を含むことができる。複数のセンサは、例えば、音響センサ、エミッションセンサ、及び／又は速度センサを含むことができる。制御ユニットは、プロセッサベースのデバイスを含むことができる。複数のセンサは、ガスタービンシステムの検知されたパラメータに基づいて複数の入力信号を発生させるよう構成することができる。制御ユニットは、複数の入力信号に基づいて１又はそれ以上の制御信号を生成し、燃焼室１４４への第１の燃料１１０ａ及び第２の燃料１１０ｂそれぞれの送給を制御するよう１又はそれ以上のバルブ（図４には図示せず）を調整することができる。
【００２８】
空気−燃料混合気１２８における第１の燃料１１０ａと第２の燃料１１０ｂの燃焼室１４４への流れの制御は、ガスタービンシステムの出力レベル及び音響レベル要件に基づくことができる。出力レベル要件は、低温状態及びガスタービンシステムの全速及び／又は無負荷状態に関連することができる。音響レベル要件は、ガスタービンシステムの付随する振動によって制限される。
【００２９】
ガスタービンシステムの低火炎温度状態、全速及び／又は無負荷状態、並びに高振動でガスタービンシステムを稼働させるために、空気−燃料混合気１２８における実質的に少量の第１の燃料１１０ａ及び実質的に多量の第２の燃料１１０ｂを燃焼室１４４に送給することができる。空気−燃料混合気１２８における第１の燃料１１０ａと第２の燃料１１０ｂの燃焼室１４４への供給量を変えることにより、ガスタービンシステムのターンダウン能力が向上し、実質的に低エミッションで極めて安定した燃焼が可能となる。本明細書では、用語「ターンダウン」は、極低温状態から極高温状態まで火炎を持続する能力を意味する点に留意されたい。通常動作状態でガスタービンシステムを稼働させ、低ＮＯｘエミッションを生成するために、実質的に多量の空気−燃料混合気１２８及び実質的に少量の第２の燃料１１０ｂを燃焼室１４４に送給することができる。１又はそれ以上の実施形態において、空気−燃料混合気１２８における第１の燃料１１０ａの量は、約０％〜約１００％の範囲とすることができ、第２の燃料１１０ｂの量は、約２０％〜約１００％の範囲とすることができる。第２の燃料１１０ｂの量は、ガスタービンシステムの１又はそれ以上の動作状態に基づいて変わることができる。通常、第２の燃料１１０ｂは、ガスタービンシステムからの所要の出力量（すなわち、火炎）を生成するのに必要とされる全体の燃料を均衡させるのに使用される。
【００３０】
図５は、別の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステム４０８の概略図を示す。環状ギャップ２５４は、図３及び４の実施形態に示されるようなそれぞれのパイプ１４８の出口１６４を囲んで形成される複数の開口１５４ではなく、複数のパイプ２４８のうちのそれぞれのパイプの出口２６４の外周２６５付近に形成される。図５の例示の実施形態において、ケーシング２４６は、第１の側壁２５６、第２の側壁２５８、及び中間壁２６０を含む。第１の側壁２５６は、中間壁２６０を通って第２の側壁２５８に結合される。複数のパイプ２４８は、互いに離間してケーシング２４６内に配置される。各パイプ２４８は、入口２６２及び出口２６４を含む。入口２６２は、第１の側壁２５６に配置され、出口２６４は、第２の側壁２５８に配置される。各パイプ２４８は、第１のプレナム２５０に流体結合するための少なくとも１つの孔２６６を含む。入口２６２及び出口２６４は、第１及び第２の側壁２５６，２５８それぞれから外向きに突出する。第１のプレナム２５０は、ケーシング２４６内に形成され、複数のパイプ２４８の第１の部分２６８の周りに配置される。第１のプレナム２５０は、第１の側壁２５６に配置された第１の入口２７４を含む。第２のプレナム２５２は、ケーシング２４６内に形成され、複数のパイプ２４８の第２の部分２７６の周りに配置される。第２のプレナム２５２は、中間壁２６０に配置された第２の入口２８４を含む。
【００３１】
マイクロミキサシステム４０８は更に、第２の側壁２５８に近接して複数のパイプ２４８の第２の部分２７６の副部分３０２の周りに配置されたエフュージョンプレート３００を含む。エフュージョンプレート３００は、第２の側壁２５８とエフュージョンプレート３００との間にエフュージョン区域３０４を定める。エフュージョンプレート３００は、第２のプレナム２５２をエフュージョン区域３０４に流体結合するための複数の貫通孔３０６を含む。
【００３２】
図３及び図４の実施形態に示される複数の開口１５４と同様に、例示の実施形態において、環状ギャップ２５４が、複数のパイプ２４８のうちの少なくとも一部のパイプの出口２６４の外周２６５の周りで第２の側壁２５８に形成される。環状ギャップ２５４は、エフュージョン区域３０４を通って第２のプレナム２５２に流体結合される。
【００３３】
マイクロミキサシステム４０８の作動中、各パイプ２４８は、入口２６２を通じて圧縮空気２２６を受け取り、第１のプレナム２５０は、第１の入口２７４を通じて第１の燃料２１０ａを受け取る。第１の燃料２１０ａは、第１のプレナム２５０から少なくとも１つの孔２６６を介して各パイプ２４８に送給される。圧縮空気２２６及び第１の燃料２１０ａは、各パイプ２４８内で混合されて空気−燃料混合気２２８を生成する。次いで、空気−燃料混合気２２８は、各パイプ２４８の出口２６４を通って配向される。第２のプレナム２５２は、第２の入口２８４を介して第２の燃料２１０ｂを受け取る。第２の燃料２１０ｂは、第２のプレナム２５２から複数の貫通孔３０６を介してエフュージョン区域３０４に送給される。次に、第２の燃料２１０ｂは、エフュージョン区域３０４から環状ギャップ２５４を介して送給されて、第２の側壁２５８の少なくとも一部の冷却をもたらす。
【００３４】
図６は、図５の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステム４０８の一部２９０の概略図を示す。この一部２９０は、マイクロミキサシステム４０８の出口を示している。
【００３５】
上記で検討したように、空気−燃料混合気２２８は、各パイプ２４８の出口２６４を通って燃焼室２４４内に配向される。空気−燃料混合気２２８は、燃焼室２４４において燃焼されて第１の火炎２９４を生成する。第２の燃料２１０ｂは、各開口２５４（すなわち、環状ギャップ）を通じて燃焼室２４４に配向される。具体的には、第２の燃料２１０ｂは、燃焼室２４４において空気−燃料混合気２２８に配向される。次に、第２の燃料２１０ｂは、燃焼室２４４において燃焼されて第２の火炎２９６を生成し、次いで該第２の火炎２９６が第１の火炎２９４と交差する。
【００３６】
燃焼室２４４に送給される第２の燃料２１０ｂ及び空気−燃料混合気２２８における第１の燃料２１０ａの量は、ガスタービンシステムの動作状態に基づいて調整することができる。
【００３７】
本明細書で検討される１又はそれ以上の実施形態によれば、例示的なマイクロミキサシステムは、タービンシステムの全速及び／又は無負荷状態の間に燃焼室に送給される第２の燃料の量を変えることにより、タービンシステムのターンダウン能力を増強することができる。更に、マイクロミキサシステムは、燃焼室内に極めて安定した燃焼環境を促進し、実質的に低いエミッションをもたらすようにすることができる。マイクロミキサにより、低火炎温度状態中に失火することなく燃焼器を稼働させることができる。
【００３８】
本発明の特定の特徴のみを本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、多くの変更形態及び変形が想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の技術的思想内にある全てのこのような修正形態及び変形形態を保護するものとする点を理解されたい。
【符号の説明】
【００３９】
１０８，３０８，４０８  マイクロミキサシステム
１４８，２４８  パイプ
１５０  第１のプレナム
１５２  第２のプレナム
１５４  開口
１５６，２５６  第１の側壁
１５８，２５８  第２の側壁
１６２，２６２  入口
１６４，２６４  出口
１６８  パイプの第１の部分
１７４ａ，１７４ｂ  第１の入口
１７６  パイプの第２の部分
【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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