(57)【要約】ガスタービンエンジン燃焼システムが、触媒が存在する状態で希薄予混合の燃料／空気の条件下で燃焼生成物を生成する触媒（ＣＡＴ）燃焼サブシステムと、希薄予混合の燃料／空気の条件下で燃焼生成物を生成するＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼サブシステムとを備える。ＣＡＴ燃焼サブシステムには気体燃料のみが使用されるが、ＤＬＥ燃焼サブシステムには、気体燃料および液体燃料が使用される。始動時および低負荷条件下においては、ＤＬＥ燃焼サブシステムを用いてエンジンは運転し、そして、高負荷条件下においては、燃焼方式をＣＡＴ燃焼サブシステムに切り換える。それ故、本発明に基づく燃焼システムは、ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとの長所を結合したものであり、結果、全運転範囲を通して、エンジンからの窒素酸化物ＮＯｘおよび一酸化炭素ＣＯの排出を最小限にしつつ、かつ、高エンジン効率で、ガスタービンエンジンを運転させるものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの全運転範囲を通して、エンジンからの窒素酸化物ＮＯｘおよび一酸化炭素ＣＯの排出を最小限にしつつ、高エンジン効率で運転するガスタービンエンジンの燃焼器の運転方法であって、
低負荷条件の下では、燃焼生成物を生成するために、燃焼器のＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼システムに、燃料と空気流とを供給し、
高負荷条件の下では、前記ＤＬＥ燃焼システムへの燃料および空気流の供給を止め、燃焼生成物を生成するために、燃焼器の触媒（ＣＡＴ）燃焼システムへ燃料と空気流とを供給し、かつ、
前記低負荷条件と前記高負荷条件とは、所定の出力レベルにより区分し、前記所定出力レベルは、適切な触媒入口部温度と関連付けられていて、エンジン出力レベルの上昇により前記適切な触媒入口部温度に達すると、燃焼器の燃焼方式が、前記ＤＬＥ燃焼システムから前記ＣＡＴ燃焼システムに切り換えるようにした燃焼器の運転方法。
【請求項２】
ＣＡＴ燃焼システムへの空気流を調整することにより、前記所定出力レベルと全出力レベルとの間のエンジン負荷に対して、触媒入口部温度が触媒反応条件内に制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃焼器の冷却の熱交換によりＣＡＴ燃焼システムへ熱を加えることにより、前記所定出力レベルと全出力レベルとの間のエンジン負荷に対して、触媒入口部温度が触媒反応条件内に制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ＤＬＥ燃焼システムもしくはＣＡＴ燃焼システムのいずれか一方からの燃焼生成物が、燃焼生成物中に生成されたＣＯをＣＯ2に変換するのに十分な滞留時間の間、燃焼器内に維持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アイドル状態から全負荷までのエンジン運転条件の下で、エンジンからの窒素酸化物ＮＯｘおよび一酸化炭素ＣＯの排出の最小限にしつつ、高エンジン効率で運転するガスタービンエンジンの燃焼器の運転方法であって、
Ｄｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼システムと触媒（ＣＡＴ）燃焼システムとが燃焼器内に組み込まれ、かつ、
低負荷条件の下で燃焼生成物を生成するために、燃料と空気流とをＤＬＥ燃焼システムに供給し、高負荷条件の下で燃焼生成物を生成するために、燃料と空気流とをＣＡＴ燃焼システムに供給する、空気制御システムと燃料噴射システムとを備え、かつ、
エンジン出力レベルの上昇により適切な触媒入口部温度に達すると、燃焼器の燃焼方式を、ＤＬＥ燃焼システムからＣＡＴ燃焼システムに切り換える制御手段を備える燃焼器の運転方法。
【請求項６】
前記燃料噴射システムが、気体燃料をＣＡＴ燃焼システムに供給し、かつ、気体燃料と液体燃料との双方をＤＬＥ燃焼システムに供給するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
希薄予混合の燃料／空気の条件下で、燃焼生成物を生成するＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼サブシステムと、
触媒が存在する状態で、希薄予混合の燃料／空気の条件下で、燃焼生成物を生成する触媒（ＣＡＴ）燃焼サブシステムと、
前記ＤＬＥ燃焼サブシステムおよび前記ＣＡＴ燃焼サブシステムに接続し、
燃焼生成物を適切な入口部条件でエンジンの環状タービン部に送る燃焼器うず巻き室と、
ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとのそれぞれに、燃料を噴射する燃料噴射サブシステムと、
ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとのそれぞれに、空気を供給する空気供給サブシステムと、
ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとのそれぞれに、選択的に燃料を噴射し、かつ、選択的に空気を供給するように、燃料噴射サブシステムと空気供給サブシステムとを制御する制御サブシステムと、
を備えるガスタービンエンジンの低排出燃焼システム。
【請求項８】
前記燃焼器うず巻き室が、移行部を有し、かつ、この移行部を介して、ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとの双方に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の低排出燃焼システム。
【請求項９】
エンジンが低負荷条件下で運転しているときは、燃料噴射サブシステムと空気供給サブシステムとが、ＤＬＥ燃焼サブシステムのみに選択的に燃料の噴射と空気の供給を行い、エンジンが高負荷条件下で運転しているときは、ＣＡＴ燃焼サブシステムのみに選択的に燃料の噴射と空気の供給を行うことを特徴とする請求項７に記載の低排出燃焼システム。
【請求項１０】
前記制御サブシステムが、圧縮機吐出空気温度を測定する温度感知手段を備え、かつ、前記圧縮機吐出空気温度が適切な触媒入口部温度を確保する所定のレベルに達したときに、ＤＬＥ燃焼サブシステムからＣＡＴ燃焼サブシステムに燃料噴射および空気の供給を切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の低排出燃焼システム。
【請求項１１】
前記燃料噴射サブシステムが、選択的に気体燃料と液体燃料とをＤＬＥ燃焼システムに噴射するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の低排出燃焼システム。
【請求項１２】
前記燃料噴射サブシステムが、気体燃料をＣＡＴ燃焼サブシステムに噴射するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の低排出燃焼システム。
【請求項１３】
前記空気供給サブシステムが、圧縮機吐出空気をＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとを制御可能にバイパスさせるバイパス通路を備え、ＤＬＥ燃焼サブシステムおよびＣＡＴ燃焼サブシステムに流入する燃料空気混合気の適切な燃空比が、エンジン運転条件とは独立して確保されることを特徴とする請求項７に記載の低排出燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関する。さらに詳しくは、ガスタービンエンジンの超低ＮＯｘ排出燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１０ｐｐｍｖ（１００万分の１体積分率）未満となる、ガスタービンエンジンからの低ＮＯｘ排出は、パワープラント（発電所用）用ガスタービンエンジンの重要な選定基準となってきている。米国内の、まだ基準に到達していない地域での幾つかの据付においては、５ｐｐｍｖよりさらに低いＮＯｘ排出基準が要求されている。この挑戦的なＮＯｘ排出要求は、耐久性、低運転コスト、高効率といった、より従来からガスタービンエンジンに課される制約に妥協することなしに、達成されなくてはならない。
【０００３】
窒素酸化物の生成を決定する主なファクターは、温度である。火炎温度を低減させる最も有望な方法の一つに、希薄予混合燃焼を使用した方式があり、その方式では所定の燃料／空気の混合体における空気含有量を増加させることで火炎温度の低減が容易に達成される。この方法は、水噴射や蒸気噴射による湿式ＮＯｘ制御と区別するために、しばしば、Ｄｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）方式と呼ばれ、１０ｐｐｍｖ以下のＮＯｘレベルが達成可能な低排出を特徴としている。
【０００４】
しかしながら、このような希薄燃焼状態下では急激に火炎の安定性が減少し、ひいては燃焼器は、消炎の限界寸前の運転をする可能性がある。加えて、燃料と空気の混合を一様にすることに、厳しい制約が課される。というのは、平均より希薄な混合気の領域は火炎安定にかかる問題につながり、また、平均より
過濃な領域は容認できない程の高ＮＯｘ排出につながるからである。燃焼器内がより希薄混合気になると、化学反応速度論において指数関数的な減少があるため、燃焼効率のトレーサとなる一酸化炭素の排出は増加する。希薄燃焼状態においては、燃焼器内での火炎不安定性により強化される高圧力の変動が原因で、エンジンの信頼性および耐久性が主要な関心事となる。
【０００５】
超希薄予混合燃焼方式として触媒反応による燃焼が使用されうることが産業界によく知られており、この方式では、燃料／空気の予混合気内で、消炎するか否かの可燃限界を越えて化学反応を開始および促進させるために、触媒が使用される。この燃焼方式により、１６５０Ｋより下のレベルまでピークの燃焼温度が抑えられ、ひいては、５ｐｐｍｖ未満のＮＯｘ排出の達成が可能となる。
【０００６】
それにも拘わらず、大きな課題が、ガスタービンエンジンの触媒燃焼器の実用化を阻んでいる。触媒の反応と耐久性には、エンジンと触媒入口部の運転パラメータに対し、厳密な制御が要求される。正規化した触媒反応範囲およびエンジンのアイドル状態から全出力状態までの圧縮機吐出温度変化を図表化したものである図１に示されるように、エンジンのアイドル状態から全出力状態に移行する間に、圧縮機吐出温度は、通常、線Ｍと線Ｎに挟まれた触媒作用の許容範囲の３倍より大きな範囲で上昇する。
【０００７】
公知の技術においては、大部分の触媒燃焼システムはプレバーナーを使用し、圧縮機吐出空気温度が触媒点火温度より低くなるエンジン低出力条件下で、圧縮機吐出空気温度を高めている。触媒作用におけるその他の主要な課題として、点火、エンジン始動、および触媒の暖気運転が触媒とともに行われるものではないことである。つまり、分離した燃料システムが要求されるのである。点火に失敗した場合に液体燃料が触媒におびたたしく流入することを避けるように、液体燃料による燃焼過程は、触媒の下流において導入されなければならない。許容できる触媒入口部温度の範囲が狭いために、触媒は全出力運転条件に合わせて設計されなければならない。エンジンの減速につれて、燃料／空気の質量比率も減少する。以上より、通常は、部分負荷条件の下では触媒性能およびエンジン性能について妥協することになり、従って非常に高いＮＯｘおよびＣＯの排出レベルにつながる結果となる。触媒作用は、触媒の点火（ブロウアウト）と触媒の燃え尽き（バーンアウト）との間の微妙な釣合い作用であるため、触媒の耐久性は、エンジンの過渡運転により影響を及ぼされる。その意味では、触媒システムの低下は、重大な運転と耐久性の問題となる。エンジンの部分負荷範囲または全運転範囲にプレバーナーが使用される場合には、このプレバーナーはエンジンから排出されるＮＯｘの主な供給源となる。加えて、プレバーナーからの熱線は、触媒装置に直接的に損傷を与え、もしくは触媒上流にある燃料空気混合ダクト内で自然点火する原因となり、ひいては触媒およびエンジンの運転に相当なリスクを課す可能性が非常に高い。プレバーナーはまた、エンジン燃料消費率に直接影響を及ぼす燃焼器の圧力損失を、実質上、さらに１．５％〜２．５％増大せしめる。
【０００８】
ガスタービンエンジンの触媒燃焼器を改良する試みがなされてきている。これらの改良案の一例が、１９９７年４月２９日に発行されたボーカー（Ｂｏｗｋｅｒ）らの米国特許第５，６２３，８１９号に記載されている。ボーカーらは、低ＮＯｘ燃焼器においては、第１の希薄燃料空気混合気が、燃焼器から排出中の高温ガスからの熱を移動させることにより予熱されることを述べている。この予熱された第１の燃料空気混合気は、その後、触媒反応器により触媒作用を及ぼされ、そして燃焼し、燃料の点火温度を越えた温度を有する高温ガスを生成する。それから、第２および第３の希薄な燃料空気混合気が、この高温ガスに順次導入され、その結果、これらの温度は点火温度を上回り、第２および第３の希薄燃料空気混合気の一様な燃焼が生じる。この一様な燃焼は、第１の燃料空気混合気が触媒反応中に生成した活性分子の存在により、促進される。加えて、この触媒反応器は、これらの第２および第３の希薄燃料空気混合気における燃焼に安定性を与えるパイロットとしての役目も果たす。
【０００９】
他の改良案の例が、１９９８年１２月２２日に発行されたベーブ（Ｂｅｅｂｅ）らの米国特許第５，８５０，７３１号に記載されている。ベーブらは、ガスタービンエンジン用燃焼器、および、この燃焼器を低負荷条件、中程度の負荷条件、および高負荷条件の下で運転する方法について述べている。始動時または低負荷レベルの下では、燃料と圧縮機吐出空気とが拡散火炎燃焼部に送られ、燃焼生成物としてタービンに供給される。中程度の運転条件では、拡散火炎燃焼部からの燃焼生成物は、触媒燃焼部の触媒存在下で、追加の燃焼用の炭化水素燃料と混合する。触媒反応器のベッド部における燃料空気混合気が希薄であるために、燃焼反応温度が低くなり、サーマルＮＯｘが生成されない。高負荷条件の下では、燃料空気の希薄直接噴射が、触媒燃焼後の領域に供給され、ここで、自然点火が起こり、触媒燃焼器とタービン部との間の移行領域において触媒反応が終了する。この触媒燃焼後の領域では、燃焼温度は低くかつ移行領域での滞留時間は短く、それゆえサーマルＮＯｘが最小限度に抑制される。
【００１０】
それにも拘わらず、ガスタービンエンジンの全運転範囲を通して、ＮＯｘ排出と、ＣＯ排出と、未燃炭化水素（ＵＨＣ）排出とを同時に、最小限に抑えることを可能とするガスタービンエンジン低排出燃焼器のさらなる改良が、なお必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ガスタービンエンジンの全運転範囲を通して、ＮＯｘ排出と、ＣＯ排出と、ＵＨＣ排出とを同時に、最小限に抑えることを可能とするガスタービンエンジンの超低排出燃焼システムを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、一般的なＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ燃焼システムの長所を触媒燃焼システムに結合させたガスタービンエンジン燃焼器およびこの燃焼器の運転方法を提供することも目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、ガスタービンエンジンの全運転範囲を通して、ＮＯｘ排出と、ＣＯ排出と、ＵＨＣ排出とを同時に低減可能とするように、一般的なＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ燃焼システムとこれとは独立して運転可能な触媒燃焼システムとを備えた、ガスタービンエンジン燃焼器の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様に従えば、全運転範囲を通して、高エンジン効率で、かつ、エンジンからの、窒素酸化物ＮＯｘと一酸化炭素ＣＯとの排出を最小限に抑える、ガスタービンエンジン燃焼器の運転方法は、以下の事項を包含する。低負荷条件の下では、燃料および空気流を、燃焼器のＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼システムに供給し、燃焼生成物を生成すること。高負荷条件の下では、ＤＬＥ燃焼システムへの燃料および空気流の供給を止め、燃料および空気流を、燃焼器の触媒（ＣＡＴ）燃焼システムに供給し、燃焼生成物を生成すること。そして、これらの低負荷条件と高負荷条件は、所定の出力レベルにより区分され、この所定の出力レベルは、所定の触媒入口部温度に関連する。つまり、エンジン出力レベルの上昇の結果、適切な触媒入口部温度に到達すると、燃焼器の燃焼方式がＤＬＥ燃焼システムからＣＡＴ（触媒）燃焼システムに切り換えられる。
【００１５】
触媒入口部温度は、所定の出力レベルと全負荷条件との間のエンジン負荷に対して、触媒作用条件の範囲内で管理されるが、ＣＡＴ燃焼システムへ流入する空気流の調整と、燃焼器の冷却の熱交換によりＣＡＴ燃焼システムに熱を加えることとによって、前記温度の管理がなされるのが望ましい。燃焼生成物中に生成したＣＯをＣＯ2に変換させるために、燃焼器内のＤＬＥ燃焼システムまたはＣＡＴ燃焼システムのいずれか１つから排出された燃焼生成物を、所定の滞留期間の間、維持することが望ましい。
【００１６】
本発明の他の態様に従えば、ガスタービンエンジンの低排出燃焼システムが提供される。このシステムは、希薄予混合の燃料／空気の条件下で燃焼生成物を生成するＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼サブシステムと、触媒の存在する状態で希薄予混合の燃料／空気の条件下で燃焼生成物を生成する触媒（ＣＡＴ）燃焼サブシステムとを備える。この燃焼システムは、さらに、ＤＬＥ燃焼システムとＣＡＴ燃焼サブシステムとに接続し、適切な供給条件で前記エンジンの環状タービンに、燃焼生成物を送る燃焼器うず巻き室をも含む。ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとの各々に燃料を噴射する燃料噴射サブシステム、および、ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとの各々に空気を供給する空気供給サブシステムも備えられている。この燃焼システムは、選択的に燃料をＤＬＥ燃焼サブシステムやＣＡＴ燃焼サブシステムに噴射させ、かつ、選択的に空気をＤＬＥ燃焼サブシステムやＣＡＴ燃焼サブシステムに空気を供給させるように、燃料噴射サブシステムと空気供給サブシステムとを制御する制御サブシステムを備えている。
【００１７】
燃焼器うず巻き室は、燃焼器うず巻き室をＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとに接続する移行区間を備えることが望ましい。燃料噴射サブシステムおよび空気供給サブシステムは、制御サブシステムにより、低負荷条件下のエンジン運転時にはＤＬＥ燃焼サブシステムにのみ選択的に燃料噴射や空気の供給を行い、かつ、高負荷条件下のエンジン運転時にはＣＡＴ燃焼サブシステムにのみ選択的に燃料噴射や空気の供給を行うように、制御されることが望ましい。燃料噴射サブシステムは、気体燃料および液体燃料を選択的にＤＬＥ燃焼サブシステムに噴射し、気体燃料のみをＣＡＴ燃焼サブシステムを噴射するように構成されているものが望ましい。
【００１８】
独立して運転可能なＣＡＴ燃焼サブシステムとＤＬＥ燃焼サブシステムとは、単一の燃焼器缶内に設けられることが望ましい。ＣＡＴ燃焼サブシステムは、切換レベルから全エンジン出力までの出力範囲にのみ専ら使用される。エンジン部分出力条件下で所定の触媒入口部温度に燃焼器排出空気温度を上昇させるためのプレバーナーは不要である。特別に設計および最適化された燃焼器うず巻き室の冷却と空気のバイパスにより、切換時から全出力時の負荷までの間のエンジン負荷に対応する狭い触媒反応条件を満たす触媒入口部温度の制御が可能となる。切換時の負荷より低い負荷では、それとは別のＤＬＥ燃焼サブシステムが、燃焼過程の制御を行い、高効率、ＮＯｘ排出の最小限化、エンジンの運転特性、点火特性および始動特性を確保する。本発明は、触媒燃焼技術と、より一般的な希薄予混合の燃焼技術との長所を組合せ、アイドル出力から全出力の全エンジン運転範囲を通して、液体または気体の炭化水素燃料からの排出レベルを最小限に抑制させるものである。
【００１９】
本発明におけるその他の長所および特徴について、以下に説明された好適な実施例を参照することにより、理解がいっそう深まるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２および図３からわかるように、本発明は、エンジンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）の排出を最小限にしつつ、高効率でのガスタービンエンジンの運転を可能とする燃焼システム１０に関する。この燃焼システム１０は、燃焼生成物、通常は高温ガス、を生成するために、バーナー１６に希薄予混合の燃料空気混合気を供給する燃料空気混合器１４を通常含むＤｒｙ−Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＤＬＥ）燃焼サブシステム１２を備える。このＤＬＥ燃焼サブシステム１２は、液体および気体による炭化水素燃料を使用して運転する。このＤＬＥ燃焼サブシステム１２は一般的なもので、かつ、当該分野において周知であるので、これ以上の説明を省略する。独立した触媒（ＣＡＴ）燃焼サブシステム１８が燃焼システム１０に備えられており、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２から独立して運転する。
【００２１】
このＣＡＴ燃焼サブシステム１８は、希薄予混合の燃料空気混合気を供給する燃料空気混合器２０と、化学反応を起こし、かつ、希薄予混合の燃料空気混合気の５０％程度を燃焼させる触媒２２と、燃焼生成物、通常は高温ガス、にするため、希薄予混合の燃料空気混合気の残余を燃焼させるサーマルリアクタ２４と、を備える。燃料空気混合器２０は、触媒２２の入口部に、燃料と空気との一様な混合物を供給する。燃料スポーク、空気／燃料のスワーラ、混合チューブ、およびその他の装置等の種々な手段により、一様な混合が図られる。触媒２２は、平均値からの偏差が極めて小さい燃料空気混合分布を要求する。この偏差範囲は、図１のように線Ｌと線Ｒとで示された範囲で表される。しかしながら、入口部の燃空比（ＦＡＲ）を、触媒入口部の中央ではＦＡＲ平均値の＋０．００２５の値とし、触媒入口部の壁側ではＦＡＲ平均値の−０．００２５とするよう調整することが好適である。かかるＦＡＲ値の小さな偏差に関わらず、触媒２２のどの位置でも、完全に、線Ｍで示される入口部最高温度と線Ｎで示される入口部最低温度とで区切られた範囲内で反応するように留意すべきである。
【００２２】
ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとは、単一の燃焼缶１５に一体化されることが望ましい。ＣＯ燃焼部２６が燃焼缶１５内のＤＬＥ燃焼サブシステム１２とＣＡＴ燃焼サブシステム１８とが接続する領域に設けられ、かつ、燃焼運転の全範囲を通して、希薄なＦＡＲ値により生ずる低温度の燃焼の下で生成した全てのＣＯを、ＣＯ2に変換するのに十分な滞留時間を確保できる寸法となっている。
【００２３】
空気供給サブシステム２８が、燃焼過程において、圧縮機吐出出口部３０
からＤＬＥ燃焼サブシステム１２とＣＡＴ燃焼サブシステム１８との各々に、空気を選択的に供給するために、設けられる。この空気供給サブシステム２８は、バイパス通路３２を備えるが、バルブ３３を備えることが望ましい。すなわち、バルブ３３により、圧縮吐出空気の一部分が選択的にＤＬＥ燃焼サブシステム１２とＣＡＴ燃焼サブシステム１８との両方をバイパスすることが可能となり、その結果、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２またはＣＡＴ燃焼サブシステム１８のいずれかに流入する混合気の燃空比が、エンジン運転中の出力レベルから独立したものとなる。この点は、触媒２２の入口部条件が図１に示すように狭い範囲となるために、ＣＡＴ燃焼サブシステム１８にとって、特に重要となる。
【００２４】
燃料噴射サブシステム３４が燃焼システム１０に備えられており、かつ、液体の炭化水素燃料３８をＤＬＥ燃焼サブシステム１２に選択的に噴射しつつ、気体の炭化水素燃料３６をＤＬＥ燃焼サブシステム１２とＣＡＴ燃焼サブシステム１８との各々に選択的に噴射するように構成されている。
【００２５】
ＤＬＥ燃焼サブシステム１２とＣＡＴ燃焼サブシステム１８とは、燃焼器うず巻き室４２の移行部４０に接続しており、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２内およびＣＡＴ燃焼サブシステム１８内の燃焼過程により生じた高温ガスは、この移行部４０および燃焼器うず巻き室４２を経て、適切な入口部条件で環状のタービン入口部４４へ送出される。冷却空気の対流等を用いた熱交換手段（図示せず）が、燃焼器うず巻き室４２とタービン入口部４４の構造を冷却するように、燃焼器うず巻き室４２に設けられる。冷却空気により吸収され、運び出される熱は、図２の破線４６で示されるように圧縮機吐出空気温度と触媒２２入口部温度とを増大せしめるように、空気供給サブシステム２８に戻される。
【００２６】
制御サブシステム４８は、前記バルブ３３と燃料噴射サブシステム３４とを備えた空気供給サブシステム２８と動作可能なように関連して設けられている。制御サブシステム４８は、さらに、圧縮機吐出空気温度を感知する手段５０を備え、制御サブシステム４８は、この温度感知手段５０から送られた温度信号に応答してＤＬＥ燃焼サブシステム１２からＣＡＴ燃焼サブシステム１８に燃焼方式の切換を行うように構成されている。
【００２７】
運転時には、燃焼過程の点火およびエンジン始動のために、燃料噴射サブシステム３４は気体炭化水素燃料３６をＤＬＥ燃焼サブシステム１２に噴射し、かつ空気供給サブシステム２８は、圧縮機吐出空気をＤＬＥ燃焼サブシステム１２に供給する。点火および低出力条件の間は、制御サブシステム４８が、所定の希薄予混合の燃料空気混合気がＤＬＥ燃焼サブシステム１２内で使用され、それ故、燃焼生成物中に生成するＮＯｘ、ＣＯ、およびＵＨＣの成分が低くなるように、燃料の噴射と空気の供給とを制御する。この期間中、制御サブシステム４８は、圧縮空気温度を上昇せしめ、かつ、触媒２２を暖機させるために、圧縮機吐出空気と触媒２２とに付加される熱を制御する。アイドル状態に達した後、エンジンの運転が安定したときに、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２への燃料供給を、気体炭化水素燃料３６から液体炭化水素燃料３８に切り換えることは、任意である。
【００２８】
通常、圧縮機吐出空気温度は、エンジン運転出力レベルが上昇するに伴い、上昇する。所定の出力レベルにおいては、図１の線Ｍと線Ｎとによって示されるように入口部最高温度と入口部最低温度との間に収まる適切な触媒入口部温度に到達し、そして、燃焼方式の切換が行われる。制御サブシステム４８は、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２への燃料噴射および空気供給を停止し、同時に、ＣＡＴ燃焼サブシステム１８に、気体炭化水素燃料３６の噴射と適切な触媒入口部温度を有する圧縮機吐出空気の供給とを開始する。特別に設計され、かつ、最適化された燃焼器うず巻き室による冷却と空気バイパスにより、切換時から全出力時までの間のエンジン負荷に対し、狭い触媒反応条件を満たす触媒入口部温度の制御が可能となる。エンジン運転出力レベルが切換時の出力レベルより低くなると、触媒入口温度は前記の狭い触媒反応条件の温度よりも降下することになるので、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２が、制御サブシステム４８により制御され、燃焼過程を引きつぎ、高効率、ＮＯｘ排出の最低限化、エンジンの運転特性、点火特性および始動特性を確保する。
【００２９】
この燃焼サブシステム１０は、異なるエンジン運転出力レベルの範囲で、気体炭化水素燃料と液体炭化水素燃料との選択的な使用に適合したものである。それにも拘わらず、この燃焼システム１０が異なる排出レベルを要求している地域で使用されるときには、ＤＬＥ燃焼サブシステム１２が、アイドル状態から全負荷までのエンジン運転条件を通して、液体炭化水素燃料にあわせた使用をなす選択が可能である。
【００３０】
本発明に基づいて、様々の構造的な配置や構成が、設計可能であろう。液体炭化水素燃料使用のための、単一の段階、２つの段階、もしくはバックアップについてのシステムなどのように、種々の排出レベルに応じた異なる燃料空気混合システムと火炎安定性機構とを組み込むことも、本発明の選択的なものにすぎない。本発明は、ここに説明および開示された実施例に限られるものではないことを認識すべきである。つまり、これらの実施例は、専ら本発明の最適な形態に過ぎず、よって、形態、サイズ、部品の配置、構成の細部は、変更可能である。本発明は、むしろ、本発明の趣旨および請求項によって定める範囲に基づいて、かかる全ての変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】許容最大触媒入口部温度と許容最小触媒入口部温度と触媒入口部燃空比とにより定まった狭い範囲による反応制限を示すグラフ表示。
【図２】ＤＬＥ燃焼サブシステムとＣＡＴ燃焼サブシステムとが一体に設けられた本発明の燃焼システムを示す図。
【図３】本発明の実施例の構造を示す概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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