(57)【要約】  ガスタービン燃焼システムが提供され、中心軸（４４）を備えた燃焼室（１６）と、燃焼室（１６）の前端（３２）に配置されて、ほぼ中心軸（４４）に沿って燃料、空気、または、その混合物を噴射する一次燃焼段（２８）と、燃焼室（１６）の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段（３０Ａ〜Ｄ）が含まれており、複数の二次燃焼段（３０Ａ〜Ｄ）のそれぞれが、周方向に間隔をあけて配置された、中心軸（４４）に向かって燃料、空気、または、その混合物を噴射する複数の二次噴射器（４８）を備え、燃焼室（１６）の内径が、複数の二次燃焼段（３０Ａ〜Ｄ）の少なくとも第１の燃焼段から複数の二次燃焼段（３０Ａ〜Ｄ）の少なくとも第２の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする。【選択図】図２
2010539436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼システムであって、
中心軸を備えた燃焼室と、
前記燃焼室の前端に配置されて、噴射燃料を燃焼させる一次燃焼段と、
前記燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段とを備えており、前記複数の二次燃焼段のそれぞれが、周方向に間隔をあけて配置された、前記中心軸に向かって燃料、空気、または、その混合物を噴射する複数の二次噴射器を有し、
前記燃焼室の内径が、前記複数の二次燃焼段の少なくとも第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする、ガスタービン燃焼システム。
【請求項２】
前記複数の二次燃焼段が、前記燃焼室内にほぼ円錐形の二次燃焼ゾーンを形成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一次燃焼段に、
少なくとも１つの燃料供給管路及び第１の空気源と、
前記少なくとも１つの燃料供給管路及び前記第１の空気源によって供給される燃料と空気を混合するための第１の手段と、
前記第１の混合手段の下流に配置されたほぼ円錐形の部分と、
前記第１の混合手段からの燃料／空気混合物を、前記ほぼ円錐形の部分内に前記燃焼室の中心軸に沿って噴射するための一次噴射器が含まれることを特徴とする、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の二次燃焼段の少なくとも１つにおける前記複数の二次噴射器のそれぞれが、前記中心軸に向かってほぼ同じ角度で材料を噴射するように整列していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の二次燃焼段の少なくとも１つにおける前記複数の二次噴射器の少なくとも１つが、その二次燃焼段の１つにおける前記複数の二次噴射器の別の１つとは異なる角度で前記中心軸に向かって材料を噴射するように位置調整されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の二次燃焼段のそれぞれに、
少なくとも１つの二次燃料供給管路及び二次空気源と、
前記複数の二次噴射器の各噴射器内に配置された、前記少なくとも１つの二次燃料供給管路及び二次空気源によって供給される燃料及び空気を混合するための第２の手段が含まれていることを特徴とする、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記燃焼室の中心軸に沿った前記燃焼した空気及び燃料の速度が、前記複数の二次燃焼段の第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の第２の燃焼段へと増すことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン燃焼システム。
【請求項８】
ガスタービン燃焼システムであって、
（ａ）中心軸を備えた燃焼室と、
（ｂ）前記燃焼室の前端に配置されて、
−  少なくとも１つの燃料給管路及び空気源、
−  前記少なくとも１つの燃料供給管及び前記空気源によって供給される燃料及び空気を混合するための第１の手段、
−  前記第１の混合手段の下流に配置されたほぼ円錐形の部分、及び、
−  前記第１の混合手段からの混合された燃料及び空気を、前記ほぼ円錐形の部分内に前記燃焼室の中心軸に沿って噴射するための一次噴射器を具備する
一次燃焼段と、
（ｃ）前記燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段とを備えており、前記複数の二次燃焼段のそれぞれが、前記複数の二次燃焼段のそれぞれの外周に周方向に間隔をあけて配置された複数の二次噴射器を具備し、前記燃焼室の内径が、前記複数の二次燃焼段の少なくとも第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする、ガスタービン燃焼システム。
【請求項９】
前記複数の燃焼段が、前記燃焼室のほぼ円錐形の第２の燃焼ゾーンを形成してなることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃焼室の中心軸に沿った前記燃焼した空気及び燃料の速度が、前記複数の二次燃焼段の第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと増すようにしてなることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、参考までに本書で援用されている２００７年９月１４日出願の米国仮出願６０／９７２，４００号の米国特許法第１１９条（ｅ）（１）に基づく恩典を請求するものである。
【０００２】
本発明は、ガスタービン燃焼システムに関するものであり、とりわけ、ＮＯｘ排出を大幅に低減して効率の高い燃焼プロセスをもたらす多段軸流燃焼システムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービン燃焼システムにおける燃料の燃焼によって生じる排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）排出濃度は当該分野において長年の懸案であった。現在、要求される排出レベルは、産業用ガスの排出について２５ｐｐｍ未満のＮＯｘである。窒素酸化物（ＮＯｘ）には、二酸化窒素（ＮＯ2）及び一酸化窒素（ＮＯ）のようなさまざまな窒素化合物が含まれている。これらの化合物は、粒子状有害物質、スモッグ（地表オゾン）、及び、酸性雨の形成に重大な役割を果たす。さらに、これらの化合物は富栄養化（沿岸河口域における栄養分の蓄積）の一因となり、そのためさらに酸素減損が生じ、その結果、水質が劣化して、海洋生物に危害をもたらすことになる。ＮＯｘ排出は、国立公園及び原生自然環境保全地域における煙霧による大気汚染の一因にもなる。結果として、ＮＯｘ排出の少ないガスタービン燃焼システムは最重要である。
【０００４】
ガスタービン燃焼システムにおいてＮＯｘの排出を低減するための主たる方法は、火炎温度を下げることによって燃焼反応温度を下げることである。例えば、特許文献１に記載のように、ＮＯｘ排出を低減するための従来の方法の１つは、高温燃焼領域に蒸気または水を注入して、燃焼中に火炎温度を下げることである。この方法の欠陥としては、大量の水または蒸気が必要になることと、水の注入から生じる燃焼器の振動増大によって燃焼器の寿命が短くなることである。さらに、周知のように火炎温度を下げると燃焼効率が大幅に低下するので、火炎温度を下げることは、燃焼システムの効率の大幅な降下をもたらすことになる。従って、燃焼効率のために比較的高い火炎温度を維持することができ、かつＮＯｘ排出を低レベルに保つことが可能な燃焼システムが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，４１８，７２５号明細書
【０００６】
本発明については、図面に鑑みて下記の説明において明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】当該技術において既知の従来の燃焼システムの概略図である。
【図２】本発明の態様の１つによる多段軸流燃焼システムの断面図である。
【図３】本発明の態様の１つによる図２の複数の二次燃焼段のもう１つの断面図である。
【図４】本発明の態様の１つによる燃焼室の周辺部に周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射器を備える図２の多段軸流燃焼システムの軸流段の断面図である。
【図５】本発明による予混合バーナの断面図である。
【図６】本発明による拡散バーナの断面図である。
【図７】全燃焼式燃焼と完全混合及び不完全混合軸流段階式燃焼の結果としてのさまざまなＮＯｘ排出量を比較したグラフである。
【図８】全燃焼式燃焼及び滞留時間の異なる軸流段階式燃焼の結果としてのさまざまなＮＯｘ排出量を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の発明者は、燃焼室の前端の一次燃焼段と、燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段を備え、燃焼室の内径が複数の二次燃焼段の少なくとも第１の燃焼段から複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと縮小する多段式軸流システムを開発した。好都合なことには、本発明の新規の多段式軸流燃焼システムは、均一な燃焼、高レベルの混合、滞留時間の短縮、及び、高火炎温度を実現し、それによって、ＮＯｘ排出が先行技術による燃焼システムよりも大幅に少ない、極めて効率の良い燃焼プロセスが得られる。
【０００９】
図１には、軸流系において、吸気口１２、圧縮機セクション１４、燃焼室１６、タービンセクション１８、パワータービンセクション２０、及び、排気口２２を含む典型的な産業用ガスタービンエンジン１０が描かれている。パワータービンセクション２０は、１つ以上のシャフト（不図示）を介して圧縮機セクション１４を駆動するように構成されている。一般に、パワータービンセクション２０は、シャフト２６を介して発電機２４を駆動するように構成されている。
【００１０】
図２に示すように、燃焼室１６には、一次燃焼段２８と二次燃焼段３０Ａ〜Ｄが含まれている。一次燃焼段２８は、燃焼室１６の前端３２に配置され、一次燃焼ゾーン３４を形成している。一次燃焼段２８には、一般に、燃料源１９から一次燃焼段２８に燃料を供給する少なくとも１つの燃料供給管路１７と、圧縮機セクション１４のような空気源から空気を供給する少なくとも１つの給気管路１５が含まれている。燃料及び空気は、燃料供給管路及び給気管路によって供給される燃料と空気を混合するためのミキサに送られ得る。ミキサは、空気と燃料を混合して、通路３６を通過する予混合された燃料空気混合気を生成する。実施形態の１つでは、ミキサは、通路３６の通過時に回転運動量で燃料と空気を混合する旋回羽根３８である。一次燃焼段２８の通路３６の下流には、一次燃焼ゾーン３４のほぼ円錐形の部分４０がある。燃料／空気混合物は、円錐形部分４０に流入すると、点火炎４２により及び必要に応じて１つ以上のマイクロバーナを用いて点火される。結果生じる火炎の少なくとも一部は、燃焼室１６の中心軸４４に沿って進む。円錐形部分４０と旋回羽根３８からの燃料／空気混合物の渦流が相俟って、点火炎４２の安定化に役立つ。
【００１１】
一次燃焼段２８の下流には、例えば、図２に示す４つの二次燃焼段３０Ａ〜Ｄのような複数の二次燃焼段が配置されている。本発明では、任意の数の二次燃焼段３０Ａ〜Ｄを設けることが可能である。燃焼段を多くすることによって、燃焼システムの動特性が向上し、火炎がより安定し、混合が改善されるように企図されている。しかしながら、この段数は、他の考慮事項、すなわち、一例を挙げると追加段の製造コストとのバランスをとらなければならない。もちろん、二次燃焼段を２つ以上備える実施態様では、本書に記載のように本発明の利点が得られることになる。
【００１２】
図２に示すように、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄは、燃焼室１６の全長に沿った流れ系列をなすように間隔をあけて配置されている。各二次燃焼段には対応する二次燃焼ゾーン４６Ａ〜Ｄが形成されている。さらに、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄのそれぞれには、中心軸４４に向かって燃料、空気、または、それらの混合物を噴射するために周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射器が含まれている。図４に示すように、各二次燃焼段すなわち二次燃焼段３０Ａ内には、二次燃焼ゾーン４６Ａ〜Ｄの対応する１つに二次燃料／空気混合物を供給するため、複数の二次噴射器４８が燃焼室１６の外周に放射状に配列されている。二次噴射器は、必要に応じて互いに間隔をあけて配置することが可能である。実施形態の１つでは、二次噴射器は互いに等間隔に配置される。例えば図４に示すように、各二次燃焼段３０すなわち燃焼段３０Ａ内には、燃焼室１６の外周に等間隔をあけて放射状に６つの噴射器４８が設けられている。
【００１３】
実施形態の１つでは、二次噴射器の大部分が中心軸に向かって互いにほぼ同じ角度で材料を噴射するように整列している。こうして、燃料／空気混合物が、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄのそれぞれの中心に向かって、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄのそれぞれの周壁から離れる方に送られるので、燃焼室１６の中心軸４４に沿って高レベルの混合が行われることになる。代わりに、二次噴射器４８の少なくとも１つに、二次噴射器４８の別の１つとは異なる角度で中心軸４４に向かって材料を噴射するように位置調整を加えることも可能である。一般に、噴射器４８は、周方向において効率よく混合するため、燃焼室１６を通る燃料／空気流に対する横方向の平面に沿って同じ軸方向に整列している。
【００１４】
一般に、各二次噴射器は、図２に示すように各二次噴射器４８に二次燃料５４及び二次空気５６を供給するのに適した二次空気及び／燃料供給源によって、１つ以上の管路を介して燃料、空気、あるいは、それらの混合されていないものまたは予混合された混合物が供給される。実施形態の１つでは、燃料、空気、あるいは、それらの混合されていないものまたは予混合された混合物は、マニホルドによって二次噴射器に供給することが可能である。さらに、補助二次空気を二次燃焼段の任意の１つまたはその全てに補給して、燃焼プロセスのためにさらなる二次空気を供給することが可能である。例えば、図２に示すように、二次燃焼段３０Ｂの終端部６４から二次燃焼段３０Ｂの二次燃焼ゾーン４６Ｂに補助二次空気６０を供給することが可能である。補助二次空気６０は、二次燃焼段３０Ｂの噴射器４８から噴射される燃料及び／または空気と混合することができるが、とりわけ燃焼室１６のライナーまたは外側部分を冷却することが可能である。二次空気及び／または燃料源は、一次燃焼ゾーンに対して空気及び／または燃料を供給するのと同じ空気及び／または燃料源とすることもできるし、あるいは、それとは部分的にまたは完全に別個のものとすることも可能である。
【００１５】
実施形態の１つでは、二次噴射器４８の少なくとも一部は、図５に示すタイプの旋回羽根５２を備える予混合バーナ５０であり、この旋回羽根は、二次燃焼ゾーン４６Ａ〜Ｄの対応する１つへの噴射前に、各バーナ５０に供給される燃料と空気にある程度の予混合を施す。図５の実施形態の場合、二次空気５４は予混合バーナ５０の軸方向長さに沿って導かれる一方、二次燃料５６は予混合バーナ５０の軸方向長さ及び空気流に対して垂直方向に導かれる。代わりに、空気及び燃料を、任意の適合する角度で各予混合バーナに供給することも可能である。予混合バーナは、燃焼室１６への噴射前に燃料に対して高レベルの混合を施すが、燃焼室１６の中心軸４４に沿って流れる火炎を不安定にする傾向がある。予混合バーナを設ける場合には、各二次燃焼ゾーンに混合燃料／空気供給物を送り込むため、各二次燃焼段毎に６つ以上の予混合バーナを備えることができるように考慮されている。
【００１６】
もう１つの実施形態の場合、二次噴射器４８の少なくとも一部は、図６に示すタイプの拡散バーナ５８であり、二次燃料５６が二次空気５４の上方平行流と下方平行流の間を各拡散バーナ５８の中心軸６２に沿って導かれる。これらの拡散バーナは予混合バーナの混合レベルにはならないが、燃焼システム全体の動特性を向上させる。拡散バーナを設ける場合には、各二次燃焼ゾーンに予混合燃料／空気供給物を送り込むために、各二次燃焼段毎に１６以上の拡散バーナを備えることができるように考慮されている。
【００１７】
本発明において、発明者は、例えば特許文献１に記載のような軸流段設計だけでは、ＮＯｘ排出を低減し、比較的高効率の燃焼を維持するという課題が十分に解決されないという意外な発見をした。本願発明者は、多段式軸流システムの各軸流段における燃料／空気の混合が十分でなければならず、さもなければ、ＮＯｘの発生量が、実際には、軸流段階化を施していないヘッドエンドシステムにおける標準的な全燃焼によって生じるＮＯｘより多くなる可能性があるということを発見した。例えば図７に示すように、燃焼室のヘッドエンドにおける全燃焼と比較すると、これらの軸流段で燃料／空気が完全に混合されると、ＮＯｘ排出は低減する。しかしながら、やはり図７に示すように、各軸流段における空気／燃料の混合が完全でなければ、燃料と空気の混合が不十分なため、燃焼によって生じるＮＯｘの量は実際にはヘッドエンドにおける全燃焼の場合より多くなる可能性がある。従って、本発明によれば、多段式軸流燃焼システムの各段における燃料と空気の最適な混合を確保し、さらには燃焼室における燃料／空気混合物の均一な燃焼及び滞留時間の短縮を確実にする多段式軸流燃焼システムが提供される。
【００１８】
混合の改善と均一な燃焼を実現するため、図２の燃焼室１６の描写から明らかなように、燃焼室１６の内径は、複数の二次燃焼段３０Ａ〜Ｄの少なくとも第１の燃焼段から複数の二次燃焼段３０Ａ〜Ｄの少なくとも第２の燃焼段へと縮小する。実施形態の１つでは、内径の縮小の意味するところは、最大内径が、二次燃焼段の少なくとも第１の燃焼段及び二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段内において縮小されるということである。
【００１９】
図３に示すように、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄは、燃焼室１６の全長に沿った軸流系列において最大内径Ｄ1〜Ｄ4が逐次縮小する。二次燃焼段３０Ａ〜Ｄの内径Ｄ1〜Ｄ4値は、一般に、図３に示す各二次燃焼段の前端またはその近くの燃焼段の最大内径と思える位置で測定されるように企図されている。図３の実施形態の場合、二次燃焼段３０Ａの最大内径は（Ｄ1）であり、その後に燃焼段３０Ｂの（Ｄ2）、３０Ｃの（Ｄ3）、及び、３０Ｄの（Ｄ4）が続く。代わりに、任意の隣接する二次燃焼段の最大内径がほぼ同様かまたは等しくなるようにすることが可能であり、少なくとも１つの下流の二次燃焼段の最大内径はより小さくなる（対象となる燃焼段が燃焼室１６における最終燃焼段でなければ）。図３には、実施形態の１つにおける各二次燃焼段３０Ａ〜Ｄの大体の領域が、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄを示す破線によって例示されている。
【００２０】
上述の実施形態の場合、複数の二次燃焼段は、全体として図２〜３に示すように燃焼室１６内にほぼ円錐形の二次燃焼ゾーン６６を形成する。こうして、燃焼室１６の中心に燃料及び空気を噴射すると、噴射された燃料と空気が、燃焼室１６の前端３２からガスタービンエンジン１０のタービンセクション１８の手前にある燃焼室１６の反対側の端７０まで十分に混合される確率が高くなる。
【００２１】
さらに、上述の実施形態の場合、ほぼ円錐形をなす二次燃焼ゾーン６６の形状の結果として、燃焼室１６の二次燃焼段３０Ａ〜Ｄの複数の噴射器４８から噴射される燃料、空気、または、それらの混合物は、断面が次第に小さくなる領域内に速度を増しながら強制的に送り込まれる。こうして、火炎及び燃料／空気混合物が燃焼室１６の中心軸４４に沿って燃焼室１６の前端３２から反対側の端７０まで進むにつれて、高速撹拌または渦流作用が次第に生じることになる。従ってまた、燃焼室の中心軸に沿った燃焼空気及び燃料の速度が、複数の二次燃焼段の第１の燃焼段から複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと連続的に増し、その結果、二次燃焼段における噴射燃料／空気混合物の混合が単一の軸流段階の場合より改善される。
【００２２】
燃焼室の二次燃焼段の複数の噴射器から噴射される燃料／空気混合物が速度を増しながら縮小する領域へ強制的に送り込まれるが、さらに、多段軸流設計によって、噴射燃料／空気を各二次燃焼ゾーンの全流域に広く均等に行き渡らせることも可能になる。こうして、燃焼プロセスの火炎安定性及び動特性が改善される。さらに、燃焼システムにおける燃焼プロセスのために火炎温度をより高くすることも可能である。この結果、既知の先行技術によるプロセスに比べて燃焼効率が高くなり、ＮＯｘの生成は最小限に抑えられる。例えば、燃焼室のタービンセクションへの入口温度は一般に１４００〜１５００℃の範囲内である。本発明では、燃料及び空気の均一な分布と燃料及び空気の混合度のために、二次燃焼ゾーン及びタービンセクション入口において少なくとも約１７００℃の温度に達する可能性がある。
【００２３】
また、燃料が一次燃焼ゾーン３４の下流で噴射されるので、二次燃焼ゾーン４６Ａ〜Ｄのそれぞれに噴射される燃料／空気混合物の滞留時間は比較的短い。さらに、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄは、上述のように燃焼室１６の軸流に沿って直径が縮小するので、二次燃焼段３０Ａ〜Ｄから後続噴射される混合気流の滞留時間はさらに短い滞留時間になるが、完全に混合されていて、燃焼室１６内に均等に行き渡り、ＮＯｘ排出が少なく効率の良い安定した燃焼が生じることになる。実施形態の１つでは、一次燃焼段及び二次燃焼段から噴射される全燃料の約１０重量％〜約３０重量％が、二次燃焼段で噴射されるが、実施形態の１つでは、燃焼室１６内に噴射される全燃料の約２０重量％が複数の二次燃焼用噴射器から噴射される。換言すれば、燃焼室１６内に噴射される全燃料の約７０重量％〜９０重量％、実施形態の１つでは約８０重量％が、一次燃焼ゾーン３４内に噴射される。燃料／空気混合物の十分な混合を実現できると判断される限りにおいて、二次燃焼ゾーン４６Ａ〜Ｄ内に噴射される燃料／空気混合物の燃料／空気比は、一次燃焼ゾーン３４内に噴射される燃料／空気混合物と等しい場合もあれば、ほぼ同様の場合もあり、又は異なる場合もある。
【００２４】
さらに、燃焼器内における二次燃焼段の配置位置が重要である。図８に示すように、ヘッドエンド燃焼における全燃焼が、７ｍｓ、９ｍｓ、及び、１１ｍｓの軸流段階式燃焼と比較された。軸流段噴射の場合、燃料の有効滞留時間は短縮され、ＮＯｘ排出が減少する。図８におけるミリ秒単位の時間の基準値は、一次燃料が燃焼室のヘッドエンドから第１の軸流段の位置まで移動する時間を表わすように意図されている。従って、二次燃焼段の１つへの燃料／空気混合物の噴射が遅くなればなるほど、燃焼室内における第１の二次燃焼段の配置箇所までの下流の距離が長くなる。本発明者は、燃焼室の全長に沿って複数の二次燃焼段をさらに設けることによって、ＮＯｘの排出を減少させることが可能になることを発見した。理論による束縛を望むわけではないが、燃焼室の全長に沿って複数の二次燃焼段をさらに設けると、ＮＯｘの排出を生じる時間がそれほどないように、燃焼室の終端部のできるだけ近くで燃料／空気混合物が十分に燃焼するので、結果としてＮＯｘの排出が減少するものと考えられる。図８に示すように、ヘッドエンドにおける全燃焼によって、最大量のＮＯｘが排出され、これに７、９、及び、１１ｍｓの軸流段階式燃焼（完全混合による）が続く。従って、燃料／空気が燃焼室のさらに下方の複数の二次燃焼ゾーンで噴射されると、結果としてＮＯｘの排出が減少する。
【００２５】
本書に記載の多段式軸流燃焼システムは、当該技術において既知の缶状または環状燃焼室に適応させることが可能である。缶状燃焼室を備える燃焼システムには、一般に燃焼室の端部とタービンセクションとの間の移行部も含まれているのが普通である。従って、所望の場合には、こうした缶状燃焼システムの移行部に複数の二次燃焼室の少なくともいくつかを配置できるように企図されている。一般に、環状燃焼室には移行部分が含まれていない。従って、本書に記載の一次燃焼段及び二次燃焼段は、一般に環状燃焼室内に配置される。缶状燃焼室を設ける場合には、ほぼ各二次燃焼段毎に、燃焼室の外周に周方向に間隔をあけて８つ以上の噴射器を備えることになる。逆に環状燃焼室を設ける場合には、ほぼ各二次燃焼段毎に、燃焼室の外周に周方向に間隔をあけて２４以上の噴射器を備えることになる。
【００２６】
本書では、本発明のさまざまな実施形態を示して説明してきたが、こうした実施形態が例証のためだけに提示されものであることは明白であろう。本書に記載の本発明から逸脱することなく、さまざまな変更、改変、及び、置換を施すことが可能である。従って、本発明は請求項の趣旨及び範囲によってのみ限定されることが意図される。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガスタービンエンジン
１２  吸気口
１４  圧縮セクション
１５  給気管路
１６  燃焼室
１７  燃料供給管路
１８  タービンセクション
１９  燃料源
２０  パワータービンセクション
２４  発電機
２６  シャフト
２８  一次燃焼段
３０Ａ〜Ｄ  二次燃焼段
３２  燃焼室の前端
３６  通路
３８  旋回羽根
４０  円錐形部分
４２  点火炎
４４  燃焼室の中心軸
４６Ａ〜Ｄ  二次燃焼ゾーン
４８  二次噴射器
５０  予混合バーナ
５２  旋回羽根
５８  拡散バーナ
【図１】
2010539436.tif 000003
【図２】
2010539436.tif 000004
【図３】
2010539436.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010539436.tif 000007
【図６】
2010539436.tif 000008
【図７】
2010539436.tif 000009
【図８】
2010539436.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月28日(2010.7.28)
【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】
ガスタービン燃焼システムであって、
中心軸を備えた燃焼室と、
前記燃焼室の前端に配置されて、噴射燃料を燃焼させる一次燃焼段と、
前記燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段とを備えており、前記複数の二次燃焼段のそれぞれが、周方向に間隔をあけて配置された、前記中心軸に向かって燃料、空気、または、その混合物を噴射する複数の二次噴射器を有し、
前記燃焼室の内径が、前記複数の二次燃焼段の少なくとも第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする、ガスタービン燃焼システム。
【請求項２】
前記複数の二次燃焼段が、前記燃焼室内に円錐形の二次燃焼ゾーンを形成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一次燃焼段に、
少なくとも１つの燃料供給管路及び第１の空気源と、
前記少なくとも１つの燃料供給管路及び前記第１の空気源によって供給される燃料と空気を混合するための第１の手段と、
前記第１の混合手段の下流に配置された円錐形の部分と、
前記第１の混合手段からの燃料／空気混合物を、前記ほぼ円錐形の部分内に前記燃焼室の中心軸に沿って噴射するための一次噴射器が含まれることを特徴とする、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の二次燃焼段の少なくとも１つにおける前記複数の二次噴射器のそれぞれが、前記中心軸に向かって同じ角度で材料を噴射するように整列していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の二次燃焼段の少なくとも１つにおける前記複数の二次噴射器の少なくとも１つが、その二次燃焼段の１つにおける前記複数の二次噴射器の別の１つとは異なる角度で前記中心軸に向かって材料を噴射するように位置調整されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の二次燃焼段のそれぞれに、
少なくとも１つの二次燃料供給管路及び二次空気源と、
前記複数の二次噴射器の各噴射器内に配置された、前記少なくとも１つの二次燃料供給管路及び二次空気源によって供給される燃料及び空気を混合するための第２の手段が含まれていることを特徴とする、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記燃焼室の中心軸に沿った前記燃焼した空気及び燃料の速度が、前記複数の二次燃焼段の第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の第２の燃焼段へと増すことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン燃焼システム。
【請求項８】
ガスタービン燃焼システムであって、
（ａ）中心軸を備えた燃焼室と、
（ｂ）前記燃焼室の前端に配置されて、
−  少なくとも１つの燃料給管路及び空気源、
−  前記少なくとも１つの燃料供給管及び前記空気源によって供給される燃料及び空気を混合するための第１の手段、
−  前記第１の混合手段の下流に配置された円錐形の部分、及び、
−  前記第１の混合手段からの混合された燃料及び空気を、前記円錐形の部分内に前記燃焼室の中心軸に沿って噴射するための一次噴射器を具備する
一次燃焼段と、
（ｃ）前記燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段とを備えており、前記複数の二次燃焼段のそれぞれが、前記複数の二次燃焼段のそれぞれの外周に周方向に間隔をあけて配置された複数の二次噴射器を具備し、前記燃焼室の内径が、前記複数の二次燃焼段の少なくとも第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする、ガスタービン燃焼システム。
【請求項９】
前記複数の燃焼段が、前記燃焼室の円錐形の第２の燃焼ゾーンを形成してなることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃焼室の中心軸に沿った前記燃焼した空気及び燃料の速度が、前記複数の二次燃焼段の第１の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第２の燃焼段へと増すようにしてなることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010539436.tif 000011
【国際調査報告】
2010539436.tif 000012
2010539436.tif 000013
2010539436.tif 000014