(57)【要約】  ターボ機械の燃焼装置アセンブリが、燃焼装置本体と、前記燃焼装置本体の内部に定められた燃焼室と、可燃性の流体を前記燃焼室に案内するように配置された１つ以上の燃焼ノズルと、前記燃焼室に流体に関して接続された燃料始動システムとを備える。前記燃料始動システムは、液体燃料と可燃性ガスとを組み合わせて点火燃料を形成するように構成および配置される。パイロットノズルが、前記燃料始動システムに流体に関して接続される。前記パイロットノズルは、前記点火燃料の霧化雲を前記燃焼室にもたらすように構成および配置される。【選択図】図２
2015505595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置本体（１４）と、
前記燃焼装置本体（１４）の内部に定められた燃焼室（２０）と、
可燃性の流体を前記燃焼室（２０）に案内するように配置された１つ以上の燃焼ノズル（１６、１７）と、
前記燃焼室（２０）に流体に関して接続され、液体燃料と可燃性ガスとを組み合わせて点火燃料を形成するように構成および配置された燃料始動システム（３０）と、
前記燃料始動システム（３０）に流体に関して接続され、前記点火燃料を霧化させて前記点火燃料の霧化雲を前記燃焼室（２０）にもたらすように構成および配置されたパイロットノズル（２４）と
を備えるターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項２】
前記液体燃料が、可燃性ガスで飽和させられる請求項１に記載のターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項３】
前記燃料始動システム（３０）が、液体燃料容器（４０）と、可燃性ガス容器（４４）と、始動燃料容器（５０）とを備えており、前記液体燃料容器（４０）および可燃性燃料容器の各々が、前記始動燃料容器（５０）に流体に関して接続されている請求項１に記載のターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項４】
前記可燃性ガス容器（４４）と前記始動燃料容器（５０）との間に流体に関して接続された絞り弁（１１０）をさらに備える請求項３に記載のターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項５】
前記始動燃料容器（５０）が、前記パイロットノズル（２４）に流体に関して接続された第１の出口（１２５）と、前記絞り弁（１１０）に流体に関して接続された第２の出口（１２４）とを備えている請求項４に記載のターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項６】
前記液体燃料が、ディーゼル燃料を含んでいる請求項１に記載のターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項７】
前記可燃性ガスが、メタンおよび水素の一方を含んでいる請求項１に記載のターボ機械（２）の燃焼装置アセンブリ（１０）。
【請求項８】
霧化させたパイロット燃料をターボ機械（２）の燃焼室（２０）にもたらす方法であって、
液体燃料を始動燃料容器（５０）に導入するステップと、
可燃性ガスを前記始動燃料容器（５０）に導入するステップと、
前記始動燃料容器（５０）において前記液体燃料および前記可燃性ガスを組み合わせ、液体点火燃料を形成するステップと、
前記液体点火燃料をパイロットノズル（２４）に通すステップと、
前記液体点火燃料の霧化雲を前記パイロットノズル（２４）から前記燃焼室（２０）に放出するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記始動燃料容器（５０）において前記液体燃料を前記可燃性ガスで飽和させるステップ
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記可燃性ガスを前記始動燃料容器（５０）の下流に配置された絞り弁（１１０）に通すステップ
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記液体点火燃料の一部を、前記始動燃料容器（５０）から前記絞り弁（１１０）を通って再び前記始動燃料容器（５０）に再循環させるステップ
をさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体点火燃料の霧化雲を前記パイロットノズル（２４）から放出するステップが、前記可燃性ガス前記液体燃料から発泡させるステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体燃料および前記可燃性ガスを組み合わせるステップが、メタンガスおよび水素ガスの少なくとも一方を液体ディーゼル燃料に組み合わせるステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
圧縮機部分（４）と、
前記圧縮機部分（４）に機械的に接続されたタービン部分（６）と、
燃焼装置アセンブリ（１０）と
を備えており、
前記燃焼装置アセンブリ（１０）が、
燃焼装置本体（１４）と、
前記燃焼装置本体（１４）の内部に定められた燃焼室（２０）と、
可燃性の流体を前記燃焼室（２０）に案内するように配置された１つ以上の燃焼ノズル（１６、１７）と、
前記燃焼室（２０）に流体に関して接続され、液体燃料と可燃性ガスとを組み合わせて点火燃料を形成するように構成および配置された燃料始動システム（３０）と、
前記燃料始動システム（３０）に流体に関して接続され、前記点火燃料を霧化させて前記点火燃料の霧化雲を前記燃焼室（２０）にもたらすように構成および配置されたパイロットノズル（２４）と
を備えているターボ機械（２）。
【請求項１５】
前記燃料始動システム（３０）が、液体燃料容器（４０）と、可燃性ガス容器（４４）と、始動燃料容器（５０）とを備えており、前記液体燃料容器（４０）および可燃性燃料容器の各々が、前記始動燃料容器（５０）に流体に関して接続されている請求項１４に記載のターボ機械（２）。
【請求項１６】
前記可燃性ガス容器（４４）と前記始動燃料容器（５０）との間に流体に関して接続された絞り弁（１１０）をさらに備える請求項１５に記載のターボ機械（２）。
【請求項１７】
前記始動燃料容器（５０）が、前記パイロットノズル（２４）に流体に関して接続された第１の出口（１２５）と、前記絞り弁（１１０）に流体に関して接続された第２の出口（１２４）とを備えている請求項１６に記載のターボ機械（２）。
【請求項１８】
前記液体燃料が、ディーゼル燃料を含んでいる請求項１４に記載のターボ機械（２）。
【請求項１９】
前記可燃性ガスが、メタンおよび水素の一方を含んでいる請求項１４に記載のターボ機械（２）。
【請求項２０】
前記液体燃料が、可燃性ガスで飽和させられる請求項１４に記載のターボ機械（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ターボ機械の技術に関し、さらに詳しくは、燃料始動システムを備えているガス他ターボ機械の燃焼装置アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、タービンを収容するケーシングを備える。タービンは、ガスの経路に沿って延びる複数の羽根またはバケットを備える。バケットは、複数のタービン段を定めるいくつかのタービンロータによって支持される。燃焼装置アセンブリが、移行部分を通って複数のタービン段に渡される高温のガスを生成する。燃焼装置アセンブリからの高温のガスに加えて、より低い温度のガスが、圧縮機からタービンの回転空間に向かって流れる。この低温のガスは、ロータならびにタービンの他の内部部品に冷却をもたらす。
【０００３】
燃焼装置アセンブリは、通常は、可燃性の流体を燃焼室に案内する１つ以上の燃焼ノズルを備える。可燃性の流体が、最初に１つ以上の燃焼ノズルの付近に配置されたパイロットノズルによって点火される。パイロットノズルは、パイロット燃料を燃焼室に燃焼ノズルの出口の付近に局在させて導入する。パイロット燃料が点火され、燃焼室の温度を上昇させ、燃焼ノズルからもたらされる可燃性の流体に点火する火炎前面を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／１２６５４５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
典型的な実施形態の一態様によれば、ターボ機械の燃焼装置アセンブリが、燃焼装置本体と、前記燃焼装置本体の内部に定められた燃焼室と、可燃性の流体を前記燃焼室に案内するように配置された１つ以上の燃焼ノズルと、前記燃焼室に流体に関して接続された燃料始動システムとを備える。前記燃料始動システムは、液体燃料と可燃性ガスとを組み合わせて点火燃料を形成するように構成および配置される。パイロットノズルが、前記燃料始動システムに流体に関して接続される。前記パイロットノズルは、前記点火燃料を霧化させ、点火燃料の霧化雲を前記燃焼室にもたらすように構成および配置される。
【０００６】
典型的な実施形態の別の態様によれば、霧化させたパイロット燃料をターボ機械の燃焼室にもたらす方法が、液体燃料を始動燃料容器に導入するステップと、可燃性ガスを前記始動燃料容器に導入するステップと、前記始動燃料容器において前記液体燃料および前記可燃性ガスを組み合わせ、液体点火燃料を形成するステップと、前記液体点火燃料をパイロットノズルに通すステップと、前記液体点火燃料の霧化雲を前記パイロットノズルから前記燃焼室に放出するステップとを含む。
【０００７】
典型的な実施形態のさらに別の態様によれば、ターボ機械が、圧縮機部分と、前記圧縮機部分に機械的に接続されたタービン部分と、燃焼装置アセンブリとを備え、前記燃焼装置アセンブリが、燃焼装置本体と、前記燃焼装置本体の内部に定められた燃焼室と、可燃性の流体を前記燃焼室に案内するように配置された１つ以上の燃焼ノズルと、前記燃焼室に流体に関して接続された燃料始動システムとを備える。前記燃料始動システムは、液体燃料と可燃性ガスとを組み合わせて点火燃料を形成するように構成および配置される。パイロットノズルが、前記燃料始動システムに流体に関して接続される。前記パイロットノズルは、前記点火燃料を霧化させ、点火燃料の霧化雲を前記燃焼室にもたらすように構成および配置される。
【０００８】
これらの利点および特徴ならびに他の利点および特徴が、以下の説明を図面と併せて検討することによって、さらに明らかになるであろう。
【０００９】
発明であると考えられる主題が、本明細書の結びに位置する特許請求の範囲において詳しく指摘され、明瞭に請求される。本発明の以上の特徴および他の特徴ならびに利点が、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することによって、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】典型的な実施形態による液体燃料始動システムを有する燃焼装置アセンブリを備えるターボ機械の概略図である。
【図２】典型的な実施形態による液体燃料始動システムの概略図である。
【図３】液体ディーゼル燃料におけるメタンの溶解度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明が、図面を参照しつつ、あくまでも例として、本発明の実施形態を利点および特徴とともに説明する。
【００１２】
典型的な実施形態によるターボ機械が、絶対として参照番号２で指し示されている。ターボ機械２は、共通の圧縮機／タービンシャフト８によってタービン部分６に機械的に接続された圧縮機部分４を備えている。燃焼装置アセンブリ１０が、圧縮機部分４およびタービン部分６に連通している。燃焼装置アセンブリ１０は、周方向に間隔を開けつつ並んだ複数の燃焼装置から形成され、そのうちの１つが、参照番号１２で示されている。当然ながら、燃焼装置アセンブリ１０が、他の燃焼装置の配置を備えてもよいことを、理解すべきである。燃焼装置アセンブリ１２は、複数の燃焼ノズル（そのうちの２つが、参照番号１６および１７で示されている）と、燃焼室２０とを収容した燃焼装置本体１４を備えている。さらに、燃焼装置アセンブリ１０は、燃焼ノズル１６および１７に隣接して配置されたパイロットノズル２４を備えるように図示されている。パイロットノズル２４を、例えば複数の燃焼ノズルのうちの１つに統合してもよいことを、理解すべきである。
【００１３】
この構成において、圧縮機部分４が、圧縮された空気を燃焼装置アセンブリ１０にもたらす。圧縮された空気が、可燃性の流体と混合され、可燃性の混合物が形成される。可燃性の混合物が、第１および第２の燃焼ノズル１６および１７から送られ、燃焼室２０において燃焼し、燃焼生成物を形成する。燃焼生成物が、移行部分（図示されていない）を通ってタービン部分６にもたらされる。燃焼生成物が、タービン部分６を通って膨張し、例えば発電機、ポンプ、航空機など（やはり図示されていない）に動力をもたらす。始動時に、可燃性の混合物が、さらに詳しく後述されるように、パイロットノズル２４から送られる点火燃料によって点火される。
【００１４】
典型的な実施形態によれば、ターボ機械２が、点火の改善のためにパイロットノズル２４から霧化燃料雲を生成する燃料始動システム液体燃料始動システム３０を備える。図２に最もよく示されるとおり、燃料始動システム液体燃料始動システム３０は、液体燃料容器４０と、可燃性ガス容器４４とを、始動燃料容器５０に連通させて備えている。液体燃料容器４０は、内部領域５７を有する脱気装置５４を定めている。脱気装置５４は、ディーゼル燃料（ＤＦ）などの液体燃料を受け取るための入り口６０と、第１の出口部６３と、第２の出口部６４とを備えている。第１の出口部６３が、真空ポンプ６９と、逆止弁７０とを有する排気ポート６７を構成している。真空ポンプ６９が、脱気装置５４から空気を追い出すように選択的に作動させられ、逆止弁７０が逆流を防止する。第２の出口部６４が、液体燃料を始動燃料容器５０に案内する流体供給管７４を定めている。流体供給管７４は、脱気装置５４に接続された第１の端部７７と、始動燃料容器５０に接続された第２の端部７８と、中間部７９とを備えている。中間部７９が、燃料ポンプ８１と、逆止弁８２とを備えている。燃料ポンプ８１が、液体燃料を脱気装置５４から移動させ、逆止弁８２が、始動燃料容器５０からの逆流を防止する。
【００１５】
さらに典型的な実施形態によれば、可燃性ガス容器４４が、メタン（ＣＨ4）または水素（Ｈ）などの可燃性ガスを蓄えるように構成された内部９２を有する圧力容器９０を構成している。圧力容器９０は、ガス供給管１００に接続された出口部９５を備えている。ガス供給管１００が、圧力容器９０を始動燃料容器５０に連通させる。ガス供給管１００は、出口部９５から延びる第１の端部１０４と、始動燃料容器５０に連通する第２の端部１０５と、中間部１０６とを備えている。中間部１０６は、圧力容器９０への可燃性ガスの逆流を防止する逆止弁１０８と、中間部１０６における流れの制限をもたらす絞り弁１１０とを備えている。さらに詳しく後述されるように、絞り弁１１０は、燃料始動システム液体燃料始動システム３０の第１の飽和段ミキサを構成している。
【００１６】
またさらに典型的な実施形態によれば、始動燃料容器５０が、液体燃料と可燃性ガスとを組み合わせて飽和点火燃料を形成する内部１２０を有しているバブラ１１７の形態をとる。したがって、バブラ１１７が、燃料始動システム液体燃料始動システム３０の第２の飽和段ミキサを構成する。バブラ１１７は、第１の出口１２３と、第２の出口１２４と、第３の出口１２５とを備えている。第１の出口１２３が、膨張ドーム１３０と、逆止弁１３２とを備える放圧システム１２８に接続される。膨張ドーム１３０が、未溶解の可燃性ガスを集めて液体燃料と空気との間の接触を減らし、始動燃料容器５０において所望の圧力レベルを維持し、内圧が所望のパラメータを超える場合に始動燃料容器５０から可燃性ガスを逃がすことを可能にする放圧機能を提供する。第２の出口１２４は、再循環路１４０に接続される。再循環路１４０は、第２の出口１２４に接続された第１の端部１４４と、絞り弁１１０に接続された第２の端部と、中間領域１４６とを備える。中間領域１４６は、ポンプ１４８と、逆止弁１５０とを備えている。逆止弁１５０が、バブラ１１７への逆流を防止する。ポンプ１４８が、バブラ１１７の液体燃料の一部を絞り弁１１０に案内して可燃性ガスと混ぜ合わせ、第１の飽和段を開始させる。点火燃料が、可燃性ガスで完全に飽和した液体燃料を構成するように、さらなる飽和がバブラ１１７において生じる。
【００１７】
第３の出口１２５は、バブラ１１７からパイロットノズル２４に通じている。ターボ機械２の始動時に、点火液体燃料が、バブラ１１７からパイロットノズル２４にもたらされる。パイロットノズル２４を出るときに、点火燃料は、ノズルの形状ならびに可燃性ガスが液体燃料から解放されるときに生じる発泡の結果として霧化する。この２段階の霧化が、とくには低い周囲温度においても容易に点火される点火燃料の霧化雲をもたらす。図３に最もよく示されるとおり、ＤＦにおけるＣＨ4の溶解度は、温度が下がるにつれて高くなる。したがって、より低い温度においては、典型的な実施形態による点火燃料が、より大量のＣＨ4を含むこととなり、したがって点火がより容易である。点火燃料の霧化雲が点火され、燃焼室２０に進み、燃焼ノズル１６および１７から流れる可燃性ガスからの点火源をもたらすだけでなく、始動時（とくには、低温始動時）に全体としての燃焼効果を改善するための燃焼室２０への初期の予熱ももたらす。
【００１８】
この点で、ＤＦおよびＣＨ4またはメタンに関して説明されているが、他の種類の液体燃料および／または可燃性ガスも、所望の燃焼の化学に応じて使用できることを、理解すべきである。また、低温における冷間始動の際にとくに有効であるとして説明されているが、典型的な実施形態による燃料始動システムを、広い範囲の周囲温度条件にまたがる種々の始動の条件において使用することが可能である。
【００１９】
本発明を、限られた数の実施形態についてのみ詳しく説明したが、本発明がそのような開示の実施形態に限られないことを、直ちに理解すべきである。むしろ、本発明を、これまでに説明していないが本発明の技術的思想および技術的範囲に相応しい任意の数の変種、変更、置換、または均等な構成を取り入れるように改変することが可能である。さらに、本発明の種々の実施形態を説明したが、本発明の態様が、上述した実施形態の一部だけを含んでもよいことを、理解すべきである。したがって、本発明を、以上の説明によって限定されると理解してはならず、添付の特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定されると理解すべきである。
【符号の説明】
【００２０】
２  ターボ機械
４  圧縮機部分
６  タービン部分
８  圧縮機／タービンシャフト
１０  燃焼装置アセンブリ
１２  燃焼装置アセンブリ
１４  燃焼装置本体
１６  燃焼ノズル、第１の燃焼ノズル
１７  燃焼ノズル、第２の燃焼ノズル
２０  燃焼室
２４  パイロットノズル
３０  燃料始動システム、液体燃料始動システム
４０  液体燃料容器
４４  可燃性ガス容器
５０  始動燃料容器
５４  脱気装置
５７  内部領域
６０  入り口
６３  第１の出口部
６４  第２の出口部
６７  排気ポート
６９  真空ポンプ
７０  逆止弁
７４  流体供給管
７７  第１の端部
７８  第２の端部
７９  中間部
８１  燃料ポンプ
８２  逆止弁
９０  圧力容器
９２  内部
９５  出口部
１００  ガス供給管
１０４  第１の端部
１０５  第２の端部
１０６  中間部
１０８  逆止弁
１１０  絞り弁
１１７  バブラ
１２０  内部
１２３  第１の出口
１２４  第２の出口
１２５  第３の出口
１２８  放圧システム
１３０  膨張ドーム
１３２  逆止弁
１４０  再循環路
１４４  第１の端部
１４６  中間領域
１４８  ポンプ
１５０  逆止弁
【図１】
2015505595.tif 000003
【図２】
2015505595.tif 000004
【図３】
2015505595.tif 000005
【国際調査報告】
2015505595.tif 000006
2015505595.tif 000007
2015505595.tif 000008