(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１段ノズル（１１０）用の二次燃焼システム（１００）であって、
前記第１段ノズル（１１０）内に延びる供給管（１７０）と、
前記供給管（１７０）から前記第１段ノズル（１１０）の外表面（１５５）まで延びる複数のインジェクタ（１８０）と、
前記複数のインジェクタ（１８０）の各々を囲む空隙（２００）と、
を含む二次燃焼システム（１００）。
【請求項２】
一対の前記複数のインジェクタ（１８０）が、前記供給管（１７０）から分岐する、請求項１記載の二次燃焼システム（１００）。
【請求項３】
複数の対のインジェクタ（１８０）が、前記供給管（１７０）から分岐する、請求項２記載の二次燃焼システム（１００）。
【請求項４】
前記複数のインジェクタ（１８０）が、前記第１段ノズル（１１０）の外表面（１５５）と同一面である、請求項１記載の二次燃焼システム（１００）。
【請求項５】
前記複数のインジェクタ（１８０）が、前記第１段ノズル（１１０）の前縁（１４０）の周りに配置される、請求項１記載の二次燃焼システム（１００）。
【請求項６】
前記複数のインジェクタ（１８０）が、前記第１段ノズル（１１０）の外表面（１５５）上に斜めに配置される、請求項１記載の二次燃焼システム（１００）。
【請求項７】
前記空隙（２００）が、前記第１段ノズル（１１０）の冷却空洞（１６０）と連通している、請求項１記載の二次燃焼システム（１００）。
【請求項８】
前記複数のインジェクタ（１８０）が、燃料流を供給し、また前記空隙が、空気流を供給する、請求項１記載の二次燃焼システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、第１段ノズルの周りに配置された二次燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおける総ＮＯｘエミッションを低減するのに使用される１つの方法は、反応域温度を最低にして、ＮＯｘエミッションが形成されるレベル以下にすることである。例えば、本出願と同一出願人の「タービン抑制システム及びそのためのインジェクタ」の名称のＨａｙｎｅｓの米国特許第６，８６８，６７６号は、一次燃焼システムの下流における二次燃焼システムの使用を示している。この二次燃焼システムは、燃焼器のヘッド側において燃料及びその他の流体を噴射する多数のインジェクタを含む。燃料は、高温環境により急速に燃焼して燃焼器ヘッド側の温度を緩和して、総ＮＯｘエミッションを低減するようになる。この米国特許第６，８６８，６７６号は、参考文献として本明細書に組み入れている。
【０００３】
この二次燃焼システムのテストは、総ＮＯｘエミッションを低減するのに有望であることを示したが、そのようなシステムは、燃料インジェクタの耐久性が懸念される故に、広く採用されなかった。具体的には、燃料インジェクタは、高温ガス通路内に配置される。従って、インジェクタに対する何らかの冷却の不足は、インジェクタの故障を招き、また全体としてタービンに損傷を与えるおそれがある。
【特許文献１】米国特許第６，８６８，６７６号公報
【特許文献２】米国特許第４，５３４，１６５号公報
【特許文献３】米国特許第５，０７７，９６７号公報
【特許文献４】米国特許第５，１５４，０６０号公報
【特許文献５】米国特許第５，２２０，７９５号公報
【特許文献６】米国特許第５，４２３，１７５号公報
【特許文献７】米国特許第５，４８７，２７５号公報
【特許文献８】米国特許第５，５７５，１４６号公報
【特許文献９】米国特許第５，６８６，１３９号公報
【特許文献１０】米国特許第６，０８９，０２５号公報
【特許文献１１】米国特許第６，２０５，７６５号公報
【特許文献１２】米国特許第６，２５０，０６３号公報
【特許文献１３】米国特許第６，７２２，１３５号公報
【特許文献１４】米国特許第６，８１０，６５５号公報
【特許文献１５】米国特許第６，９７１，１０８号公報
【特許文献１６】米国特許第６，９９３，９１６号公報
【特許文献１７】米国特許第７，００７，４７７号公報
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００５／０２６８６１５Ａ１号公報
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００５／０２６８６１６Ａ１号公報
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００５／０２６８６１８Ａ１号公報
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００６／００４２２５５Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、二次燃焼システムの改良に対する要望がある。そのようなシステムは、より低いＮＯｘエミッションを促進し、同時に耐久性及び信頼性があるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本出願は、第１段ノズル用の二次燃焼システムについて記述する。本二次燃焼システムは、第１段ノズル内に延びる供給管と、供給管から第１段ノズルの外表面まで延びる幾つかのインジェクタと、幾つかのインジェクタの各々を囲む空隙とを含むことができる。
【０００６】
一対の又は幾つかの対のインジェクタは、供給管から分岐することができる。インジェクタは、第１段ノズルの外表面と同一面にすることができる。インジェクタは、第１段ノズルの前縁の周りに配置することができる。インジェクタは、第１段ノズルの外表面上に斜めに配置することができる。空隙は、第１段ノズルの冷却空洞と連通している。インジェクタは燃料流を供給し、また空隙は空気流を供給する。
【０００７】
本出願の別の実施形態は、二次燃焼システムについて記述する。本二次燃焼システムは、第1段ノズルと、第１段ノズル内に延びる供給管と、供給管から第１段ノズルの外表面まで延びる幾つかのインジェクタと、幾つかのインジェクタの各々を囲む空隙とを含むことができる。
【０００８】
一対のインジェクタは、供給管から分岐することができる。インジェクタは、第１段ノズルの外表面と同一面にすることができる。インジェクタは、第１段ノズルの前縁の周りに配置される。インジェクタは、第１段ノズルの外表面上に斜めに配置される。空隙は、第１段ノズルの冷却空洞と連通している。インジェクタは燃料流を供給し、また空隙は空気流を供給する。
【０００９】
本出願はさらに、ガスタービンエンジンにおけるＮＯｘエミッションを低減する方法について記述する。本方法は、一次燃料ストリームと一次空気ストリームとを燃焼させて高温ガスストリームを形成する段階と、高温ガスストリームを幾つかの第１段ノズルに向けて流す段階と、幾つかの第１段ノズルから二次燃料ストリームと二次空気ストリームとを流す段階と、二次燃料ストリーム及び二次空気ストリームを燃焼させて高温ガスストリームの温度を低下させるようにする段階とを含むことができる。二次空気ストリームは、二次燃料ストリームを囲む。
【００１０】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲を参照しながら以下の詳細な説明を精査する時、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、幾つかの図全体にわたって同じ参照符号が同様な要素を指している図面を参照すると、図１及び図２は、本明細書に記載しているような二次燃焼システムを示している。二次燃焼システム１００は、その1つを図１及び図２に示す第１段ノズル１１０の幾つか又は全ての内部に配置される。第１段ノズル１１０は、燃焼器及び一次燃焼システムに最も近いノズルである。各第１段ノズル１１０は、外径１２０と内径１３０とを含む。各第１段ノズル１１０はまた、前縁１４０、後縁１５０及び外表面１５５を有する翼形部１３５を含む。第１段ノズル１１０内には、冷却空洞１６０が延びている。
【００１２】
二次燃焼システム１００は、供給管１７０を含む。供給管１７０は、外径１２０から第１段ノズル１１０に入り、冷却空洞１６０内に延びる。供給管１７０は、幾つかのインジェクタ１８０に至る。図２に示すように、個々のインジェクタ１８０は、供給管１７０から分岐している。あらゆる数のインジェクタ１８０を使用することができる。インジェクタ１８０は、供給管１７０から、翼形部１３５の本体に沿って配置された幾つかの開口１９０まで延びる。インジェクタ１８０は、外表面１５５及び開口１９０とほぼ同一面である。インジェクタ１８０及び開口１９０は、図示するようによどみ流線に対して斜めに配置することができる。インジェクタ１８０の位置決めは、最良の混合及び燃焼をもたらすと同時に、高温燃焼ガスから第１段ノズル１１０自体を保護するように決定される。従って、本明細書ではその他の配向を使用することもできる。
【００１３】
インジェクタ１８０及び開口１９０は、空隙２００がインジェクタ１８０と開口１９０の周縁部との間で延びるような寸法にされる。空隙２００は、第１段ノズル１１０の冷却空洞１６０への通路を形成する。空隙２００は、熱公差及び累積位置決め公差を吸収すると同時に、燃焼に先立って新鮮な燃料と直ちに混合するように空気の同心ジェットを形成する。冷却空気のジェットは、インジェクタ１８０を遮蔽すると共に燃料ストリームと混合する。
【００１４】
使用中、インジェクタ１８０は、全体としてタービン内に噴射される全燃料の僅かな部分を受ける。燃料は、供給管１７０及びインジェクタ１８０を通って高温ガス通路内に流れる。同様に、空気は、冷却空洞１６０及び空隙２００を通って流れる。上述したように、燃料は、高い温度環境により急速に燃焼する。このように燃焼させた燃料の僅かな部分は、そうでなければ燃焼器ヘッド側において燃焼されたであろうから、第１段ノズル１１０を通してのこの燃料の噴射は、燃焼器ヘッド側における温度を低下させて総ＮＯｘエミッションを低減するようになる。また、インジェクタ１８０を通してこのように噴射しかつ燃焼させた燃料は、迅速にタービンに到達しかつ膨張して、温度及び圧力を低下させ、それによって最高タービン燃焼温度での全燃焼済み燃料−空気混合気の滞留時間を短縮し、ＮＯｘエミッションを低減する。
【００１５】
以上は本出願の好ましい実施形態にのみに関するものであること、また当業者が特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の全体的な技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本明細書において多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本明細書に記載しているような二次燃焼システムを備えた第１段ノズルの斜視図。
【図２】図１の第１段ノズル及び二次燃焼システムの平面断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１００  二次燃焼システム
１１０  第１段ノズル
１２０  外径
１３０  内径
１３５  翼形部
１４０  前縁
１５０  後縁
１５５  外表面
１６０  冷却空洞
１７０  供給管
１８０  インジェクタ
１９０  開口
２００  空隙
【図１】
0005132194.tif 000002
【図２】
0005132194.tif 000003