(57)【要約】本発明は二元燃料の産業用および航空用ガスタービンに用いられる改良されたバルクヘッド構造に関する。バルクヘッドは１つ以上のバルクヘッド要素から形成されてもよい。各バルクヘッド要素は前記バルクヘッドを通過して伸びる燃料−空気チャンネルを有する。燃料−空気チャンネルは前記チャンネルに空気を導入するための入口と燃料−空気混合物を排出するための出口とを有する。各々のバルクヘッド要素はさらに液体燃料又は気体燃料のいずれかを燃料−空気チャンネルに導入するための少なくとも１つのマニフォルドを含む。各々の燃料−空気チャンネルおよび少なくとも１つのマニフォルドは複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層で形成される。各々のバルクヘッド要素はさらに燃焼室中で火炎に曝されるバルクヘッド表面の背面側に冷却空気を供給するための少なくとも１つの空気冷却チャンネルを含んでもよい。本発明のバルクヘッド設計は缶型の燃焼器システムおよび環状の燃焼器システムに使用できる。
2004521302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器システムに用いられるバルクヘッドであって、
少なくとも１つのバルクヘッド要素を有してなり、
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、前記バルクヘッド要素を通って延在する燃料−空気チャンネルを有しており、
前記燃料−空気チャンネルが、前記チャンネルに空気を導入する入口と、燃料−空気混合物を排出する出口とを有しており、
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素は、液体燃料または気体燃料のいずれかを前記燃料−空気チャンネル内に導入するための少なくとも１つのマニフォルドをさらに有しており、
前記燃料−空気チャンネルと前記少なくとも１つのマニフォルドのそれぞれとが、複数のエッチングされた材料の層で形成されている、バルクヘッド。
【請求項２】
液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための各前記マニフォルドが、液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に飛沫の形態で導入するための少なくとも１つのアトマイザーをさらに有してなる、請求項１記載のバルクヘッド。
【請求項３】
液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための各前記マニフォルドが、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成された他のマニフォルド内に位置している、請求項２記載のバルクヘッド。
【請求項４】
前記他のマニフォルドが、気体燃料を前記燃料−空気チャンネルに供給するためのマニフォルドである、請求項３記載のバルクヘッド。
【請求項５】
前記気体供給マニフォルドが、気体噴射装置を含んでいる、請求項４記載のバルクヘッド。
【請求項６】
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、前記液体燃料および前記気体燃料のための少なくとも１つの口火をさらに有してなる、請求項４記載のバルクヘッド。
【請求項７】
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成された空気冷却チャンネルをさらに有してなる、請求項１記載のバルクヘッド。
【請求項８】
前記少なくとも一つのバルクヘッド要素は、少なくとも一つのマクロラミネートまたはプレートレット層から形成されたインピンジメントオリフィスプレートと、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット層から形成され且つ前記バルクヘッドの表面に冷却空気を供給するために前記空気冷却チャンネルと連通した空気排出通路とをさらに有してなる、請求項７記載のバルクヘッド。
【請求項９】
前記バルクヘッドを通って延在する点火装置をさらに有してなる、請求項１記載のバルクヘッド。
【請求項１０】
燃料−空気混合物をガスタービンエンジンの燃焼室に供給するためのバルクヘッドであって、
前記エンジンが全出力および部分出力で運転しているときに前記燃焼室に燃料−空気混合物を供給するための第１の系統と、前記エンジンが全出力および部分出力で運転しているときに前記燃焼室に燃料−空気混合物を供給するための第２の系統とを有し、
前記第１の系統は、第１の気体プレナムと、前記第１の気体プレナムの内部に配置された第１の液体燃料プレナムと、第１のセットの空気チャンネルとを含み、
前記第１の液体燃料プレナムは液体燃料を前記空気チャンネルに供給するために第１のセットの液体燃料マニフォルドと連通しており、これにより前記エンジンが前記全出力および前記部分出力で運転しているときに第１の燃料−空気混合物が生成され、
前記第２の系統は、第２の気体プレナムと、前記第２の気体プレナムの内部に配置された第２の液体燃料プレナムと、第２のセットの空気チャンネルとを含み、
前記第２の気体プレナムは液体燃料を前記第２のセットの空気チャンネルに供給するために複数の液体燃料マニフォルドと連通しており、これにより前記エンジンの前記全出力および前記部分出力での運転の際に前記燃焼室に供給される第２の燃料−空気混合物が生成される、バルクヘッド。
【請求項１１】
前記第１の系統と前記第２の系統との間に配置された複数の空気冷却チャンネルをさらに有してなる、請求項１０記載のバルクヘッド。
【請求項１２】
前記空気冷却チャンネルがそれぞれ、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成される、請求項１１記載のバルクヘッド。
【請求項１３】
前記第１および第２の気体プレナム、前記第１および第２の液体プレナム、前記第１および第２のセットの空気チャンネル、および前記液体マニフォルドがそれぞれ、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成される、請求項１０記載のバルクヘッド。
【請求項１４】
中央部に配置された点火器、または点火に際して燃料−空気混合比が高くなる適切な燃料−空気チャンネルの近傍に配置された点火器をさらに有してなる、請求項１０記載のバルクヘッド。
【請求項１５】
環状の燃焼器のためのバルクヘッドであって、
前記環状の燃焼器の壁に沿って配置された複数の積み重ねられたバルクヘッド要素を有してなり、
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、前記要素を通って延在し且つ前記チャンネル内に空気を導入するための入口と、燃料−空気混合物を排出するための出口とを有する燃料−空気チャンネルとを有してなり、
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための少なくとも１つのマニフォルドをさらに有してなる、バルクヘッド。
【請求項１６】
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、前記燃料−空気チャンネル内に気体燃料を導入するためのマニフォルドをさらに有してなる、請求項１５記載のバルクヘッド。
【請求項１７】
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、前記バルクヘッドの表面を冷却するための空気冷却チャンネルをさらに有してなる、請求項１６記載のバルクヘッド。
【請求項１８】
積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレットの層を互いに接合してなる、請求項１５記載のバルクヘッド。
【請求項１９】
積み重ねられた要素のそれぞれから噴出する前記燃料−空気噴流が前記燃焼室内で互いに衝突する、請求項１５記載のバルクヘッド。
【請求項２０】
同じ系統からの噴流を相互作用させるために各バルクヘッド要素が互い違いになっている、請求項１０記載のバルクヘッド。
【請求項２１】
同じ系統からの噴流を相互作用させるために各バルクヘッド要素が互い違いになっている、請求項１５記載のバルクヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用および航空用の二元燃料（二重燃料、複式燃料）のガスタービン用の燃焼器に使用される改良されたデザインないし構造のバルクヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地上または航空用途の通常の最新式ガスタービンにおいて、燃焼器の前端すなわちバルクヘッドは、非限定的つまりこれらに限定されないが、（１）空気および燃料を混合する燃料ノズル、（２）熱蓄積に耐え、かつ燃料ノズルの交換ができるような適当な余裕を有するノズルガイド金属部品、（３）フロートウォールパネルに機械的強度と固定点を提供するバルクヘッド構造物、および（４）火炎に曝露され、材料の危険温度より十分低い温度に保つための適当な空冷手段を有するフロートウォールパネルを含む、いくつかの部品から構成される。さらに、各種の燃料ノズルは用途に応じて異なるレベルの精巧さを組み込む必要がある。例えば地上用ガスタービンの燃料ノズルは、完全予備混合式の運転および部分出力における口火点火に対応すると同時に、気体および液体燃料用の燃料系統を含む、複数の燃料系統を備えなければならない。これらの要求を全て満足させることは通常のエンジンにとっては複雑な問題であり、燃焼器設計の分野でコストのかかる設計につながり、またよりコスト高の手法により達成されるであろう性能利得を享受できない。
【０００３】
地上用設備においては重量があって大型の制御技術の影響がより少ない、つまり重量や運行性に妥協することなく積極的な排出物制御技術を使用できることから、地上用ガスタービンからの排出物に対する要求は航空用エンジンよりも厳しい。加えて、規制は地方自治体によって行われるので、産業用ガスタービンが満たさなければならぬ法律や要求が多岐に亘る結果となる。しかしながら、一般的に、産業用エンジンが２０００年以降において市場で競争力を有するには、天然ガスによる運転において、燃焼器への直接水噴射なしに、１５％酸素に補正した排出量でＮＯｘが９ｐｐｍ以下、ＣＯが９ｐｐｍ以下でなければならない。このレベルの排出量ならば１５ｐｐｍのＮＯｘと１５ｐｐｍのＣＯという排出レベルを保証できる。また産業用エンジンは、市場で最大シェアを取るには液体燃料で運転できなくてはならない、つまり二元燃料能力を有しなくてはならない。地上用発電用ガスタービンにおいて通常用いられる方法はリーン予備混合燃焼を用いる手法である。リーン予備混合燃焼とは、燃焼温度および燃焼組成を精密に制御し、これによってＮｏｘ発生、ＵＨＣ（未燃炭化水素）、およびＣＯ酸化過程を制御しようとするものである。
【０００４】
燃料と空気が要求される混合度で予備混合され、かつ、予備混合器中に火炎が安定するような領域を形成したり、燃焼器中に音響的不安定性結合すなわち高度の圧力変動を発生しやすい火炎構造を形成することのない、予備混合燃焼器部品の開発が求められている。予備混合装置はエンジンの全運転範囲に亘って作動可能でなくてはならない。これは、予備混合の設計点が燃焼器のリーンブローアウト（ＬＢＯ）限界に近いために困難な課題である。すなわち、状態が設計点から離れて変化すると運転中の燃料−空気比が付随するＬＢＯ以下に落ちてしまう可能性がある。エンジンの広範囲な部分出力条件で運転しながら火炎の燃料−空気比をＬＢＯ以上に保つためには、可変形状の空気管理、口火点火方式、あるいはノズルの燃料多系統化などが要求される。
【０００５】
産業用エンジンは航空用エンジンの運転サイクルに近い運転サイクルを有し、かつ天然ガスに加えて液体燃料でも運転しなければならないので、当然ながら航空用エンジンの技術を開発する上での技術展示台と化している。加えて、産業用エンジンにおいて低コストで信頼性のある部品が要求されるのは航空用エンジンにおけると同様である。
一部の応用例では、燃料噴射器、ノズルガイド、およびバルクヘッド部品などを含む産業用エンジン技術の製作コストは航空用エンジンよりもおよそ一桁高い。
【０００６】
マクロラミネート（大規模積層）式スプレー霧化技術が、過去５年来Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から市販されている。Ｓｉｍｍｏｎｓ等に付与され、Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社に譲渡された米国特許第５，４３５，８８４号には霧化スプレーノズルの形成方法が開示されており、これは薄板状の材料に旋回室および噴霧オリフィスをエッチングする工程を含んでいる。旋回室はディスクの第１の側にエッチングされ、噴霧オリフィスは第２の側から旋回室の中央部に達するようにエッチングされる。供給スロットはディスクの第１の側に非半径方向に延在するようにエッチングされ、これにより、液体は旋回運動を発生し且つ維持しながら旋回室に移送される。内部に入口通路を有する入口部品は、液体をディスクの供給スロットに移送すると同時に供給スロットおよび旋回室を閉じこめるように、ディスクの第１の側に接続される。マクロラミネート式アトマイザーは比較し得る従来の設計に比較して同等かまたはより良い霧化を与えることが示されている。この技術はウェスチングハウス社のガスタービンエンジン向けに製造されている。しかしながら今日まで、この技術はバルクヘッドの設計には応用されていない。
【０００７】
類似の競合技術がＡｅｒｏｊｅｔ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社によって導入されており、プレートレット（小板）技術を特徴としている。マクロラミネート技術と同様にプレートレット技術は数層のエッチングされた平板状の金属で形成され、構造中に複雑な通路を作り出すのに用いられる。どちらの技術も、現在のガスタービン燃焼器技術を効果的かつ効率的に代替し得るような、構造内の燃料−空気通路の設計を可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、産業用および航空エンジン用の二元燃料のガスタービンに用いられる改良されたバルクヘッド構造ないし設計を提供することにある。
本発明の他の目的は、マクロラミネート、プレートレット、または類似の製造技術を利用する、バルクヘッドの構造ないし設計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は本発明のバルクヘッド構造ないし設計によって達成される。
本発明によれば、二元燃料の産業用および航空用ガスタービンに用いられるバルクヘッドは、１つ以上のバルクヘッド要素から形成される。各バルクヘッド要素は、空気チャンネルと、燃焼室に供給するための空気燃料混合物を生成するために空気チャンネルへ小滴ないし飛沫状の液体燃料あるいは気体燃料を供給するための少なくとも１つのマニフォルドを有している。空気チャンネルと少なくとも１つの液体用または気体用マニフォルドとを含む各バルクヘッド要素は、数層のエッチングされた材料を互いに接合して形成される。各バルクヘッド要素はまた、バルクヘッドの火炎側のバルクヘッド要素の表面を冷却するための冷却空気チャンネルを有してもよい。本発明の好ましい実施形態において、２つの異なる液体または気体燃料プレナムから供給を受ける２組の液体用または気体用マニフォルドがバルクヘッドに設けられており、燃料のステージングを２段階にすること、つまり燃料の２系統化を可能にしている。
【００１０】
本発明のバルクヘッド構造ないし設計のその他の詳細、および他の目的とそれに伴う利点は、以下の詳細説明および添付図面に示されている。添付図面において類似の参照符号は類似の構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
マクロラミネートやプレートレット技術などの製造工程には比較的薄いエッチング可能の構造用材料の断片が用いられ、これを積み重ねまたは積層して互いに接合することによって最終製品に複雑な通路が形成される。各材料層は化学的にエッチングすることによって所望の流れ通路が形成されるが、これは集積回路チップに複雑な電気回路が設計されるのとほぼ同じ方法によっている。各ラミネートシートの厚さは０．３８１ミリメートル−１．０１６ミリメートル（０．０１５インチ−０．０４０インチ）の範囲にある。各層が加工された後、各層はロウ付け（ロウ接）または拡散接合によって互いに接合される。
【００１２】
棒素材の旋盤加工およびミリング加工、放電加工、あるいはスロットの電気化学的ミリング加工などを含む従来のアトマイザーの製造法に較べれば、マクロラミネート式アトマイザーの加工は１枚のラミネートシートから一度に１００個以上の製造が可能である。このように非常に多くのアトマイザーを１枚のシートに作り出せることは、アトマイザーだけでなく冷却空気通路や、その他のバルクヘッドに必要な構造を１枚のシートに作り出す可能性を強く示唆する。これは部品数の削減や製造工程の削減によって、著しいコスト低減が図れる可能性がある。多くの点で燃料および空気を導入するという特徴は、超低排出を達成するという、大きな利益を意味する。産業用動力に用いられるようなリーン燃料による燃焼器システムにとっては、このことは噴射器および混合器の長さが大幅に低減され、その結果高レベルの予備混合が短い滞留時間で得られることを意味する。高品質の予備混合はＮＯｘの排出を低減する。バルクヘッド冷却空気を燃焼空気として利用することはＣＯの排出を低減する。また混合時間が短いことで自己点火遅れ時間の余裕が大きくなるので、予備混合装置を強固に作ることができる。
【００１３】
近代的なタービンエンジン用燃焼器は通常、内部および外部壁の間に半径方向に延在する上流端部壁、すなわちバルクヘッドを備えている。バルクヘッドは複数の開口部を備えており、各々の開口部はエンジンの運転中に空気と燃料の混合物を燃焼室に導入するための空気燃料噴射装置を受け入れている。
【００１４】
図４および図８は缶型燃焼システムに適したバルクヘッドの一部を図示している。後に示すように、このようなバルクヘッドの考え方は環状の燃焼室にも容易に拡張できる。バルクヘッドは、それを通して燃料や空気などの反応剤が燃焼室に導入される、燃焼器の内表面である。図１から図３に示すように、バルクヘッドは、多数のマクロラミネート式バルクヘッド要素１０によって形成されている。各バルクヘッド要素１０は頂部に開口部１１を有するチャンネル１２を含み、この開口部から空気が流入し、底部の開口部１３から流出する。チャンネル１２の断面形状は矩形であってもよく、またその他の形状であってもよい。空気がチャンネル１２を入口１１から出口１３まで通過する間に、空気は９０度を空気流に対して垂直として０−１８０度に広がる燃料の交差流１５に曝され、これと混合される。交差流の角度の変化はまた回動することによってもよい。生じた燃料−空気混合物は燃焼システムの燃焼室（図示せず）内に流出し、そこで燃焼される。
【００１５】
液体燃料を使用する場合は各々のバルクヘッド要素１０は燃料−空気混合物への液体燃料を供給するための１つまたは２つ以上の液体燃料マニフォルド１４を備えている。各液体燃料マニフォルド１４は好ましくは第２のチャンネル１６の内部に納まるように配置されており、後者は気体燃料マニフォルドとして用いられてもよく、あるいは単に液体燃料をコーキングから保護するための熱バリヤーとして用いられてもよい。上述したように液体燃料マニフォルド（複数または単数）１４はアトマイザー１８に供給しており、後者は一連の燃料飛沫ないし小滴をチャンネル１２中の空気の交差流に供給する。
【００１６】
燃焼システムが気体燃料でも運転する場合、あるいは液体および気体燃料の両方を用いて運転する場合は、気体マニフォルドとして働く第２のチャンネル１６が一連のオリフィス２０に供給し、ガス燃料の噴流をチャンネル１２内の空気の交差流に作用させる。
【００１７】
図２および図３に示したように、各燃料−空気混合チャンネル１２は液体用および気体用の口火４０を備えている。口火４０はターンダウン（出力を下げる）能力およびライトオフ（点火）機能を提供するものである。本発明のこの特徴は、ターンダウンによって着火および低出力運転を促進するための十分な条件が得られる実施形態においては選択的なものである。
【００１８】
図２に示したように、各燃料−空気混合チャンネルは隣接する冷却空気アクセスチャンネル４２を有し、例えば背面側衝突冷却用空気などの冷却空気を、火炎に曝露されるバルクヘッド表面に供給する。冷却空気はアクセスチャンネル４２を通り、バルクヘッド１０の火炎に曝される表面の背面側を冷却し、次いで燃料−空気混合チャンネル１２の排出口４３および出口１３を通ってバルクヘッド１０から出る。冷却空気をこの位置で排出することによって、冷却空気の一部は燃焼室へと通過する燃料−空気流に混入される。しかしながら冷却空気が混合チャンネル１２に入ることなく、直接にバルクヘッド８３から排出されるような構造ないし設計もまた可能である。
【００１９】
後述する理由によって、バルクヘッドは多系統化された空気燃料混合チャンネルを含むことが好ましい。図４に示されるように、バルクヘッドは第１の気体プレナム２４の内部に位置する第１の液体プレナム２２を有するように設計されてよい。液体プレナム２２は配管２６を介して複数の液体マニフォルドに接続されており、後者は第１のセットの空気チャンネルと連通して第１の燃料−空気系統２８を形成している。必要ならば、気体プレナム２４はまた第１のセットの空気チャンネルに接続されてもよい。バルクヘッドはまた第２の気体プレナム３２の内部に位置する第２の液体プレナム３０を有するように設計されてよい。第２の液体プレナム３０は配管３４を介して第２のセットの液体マニフォルドに接続されており、後者は第２のセットの空気チャンネルと連通して第２の燃料−空気系統３６を形成している。望ましければ、気体プレナム３２はまた第二のセットの空気チャンネルに接続されてもよい。バルクヘッド１０に２系統の液体プレナム２２および３０と２系統のマニフォルドを用いることで、部分出力運転中に火炎温度の局所制御を行うことができる。つまり、第１および第２系統からの燃料−空気混合物が異なるようにできる。例えば部分出力運転の間は第１系統２８の液体マニフォルドが十分燃料リッチな燃料−空気混合物を供給するように設定し、これにより隣接する第２系統のリーンなチャンネルに着火が起こって、さもなければ残るであろうＣＯおよび未燃焼炭化水素を消費するようにできる。全出力運転の時は系統２８および３６からの燃料−空気混合物をどちらも同一に近い、あるいは同一の組成として用いる。
【００２０】
液体プレナム２２および３０は気体プレナム２４および３２の内部に置かれるが、これは気体プレナム２４および３２内の気体燃料が液体燃料を高温の空気通路１２および４２から遮蔽することでこれを低温に保ち、液体プレナム２２および３０中の液体燃料のコーキングを防ぐようにするためである。
【００２１】
図４に示した２つの系統２８および３６は図示したように対称的に配置されてもよく、また非対称的に配置されてもよい。マニフォルド系統の非対称的な配置は、選択された用途において燃焼−音響結合の問題がある場合に、これを解決する手段として用いられてよい。
【００２２】
図４に示したように、バルクヘッドはまた着火装置４４を収容しているが、これはライトオフに際して燃焼室に火炎を発生させるために用いられる。着火装置４４はバルクヘッドの中央部に置かれ、これを貫通して燃焼室に達している。その位置は燃焼室中で着火に際して高い燃料−空気比が存在する場所に置かれなくてはならない。
【００２３】
図５はマクロラミネート、プレートレット、または類似の技術を用いて本発明によるバルクヘッド要素１０を構成する方法を図示したものである。図示したように、バルクヘッド要素１０はマクロラミネートまたはプレートレット材料の複数の層５０および５２から構成されている。図からわかるように、層５０および５２は互いに直角に配置される。バルクヘッド１０を形成するために用いられるマクロラミネートまたはプレートレット材料は強く、硬く、対侵食性で、エッチング可能の材料であれば任意の適当なものでよい。このような材料としては航空用エンジンおよび産業用ガスタービンの燃焼器に一般に用いられるインコネルなどの金属およびその他の材料がある。層５０および５２はバルクヘッド１０中の各種の構成部品を形成するためにエッチングされる。層５０および５２は当業界公知の任意の適当な技術を用いてエッチングされてよく、技術は化学的および電気化学的技術を含むがこれに限定されない。例えばマクロラミネートまたはプレートレット材料は感光性レジストおよび塩化鉄エッチング剤を用いてエッチングされてもよい。エッチング法はこの装置を製造できる販売者によって確立された最適の方法によらなくてはならない。エッチングの後、エッチングされた層５０および５２はロウ接または拡散接合などの、当業分野において公知であるいずれかの適切な接合技術を用いて互いに接合される。接合方法は、この装置を製造できる販売者によって確立された最良の方法によることが必要である。
【００２４】
図５に示したように、エッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット層５０および５２は燃料−空気チャンネル１２を形成するように組み立てることができるが、この燃料−空気チャンネルは入口１１および出口１３、液体燃料プレナムまたはマニフォルド１４、気体プレナムまたはマニフォルド１６、空気冷却用通路４２、衝突冷却用オリフィスつきプレート４５、排出口４３への空気通路、および燃焼器の火炎側プレート４８を有する。各バルクヘッド要素１０および前述の構造を形成するのに、任意の所望の枚数のマクロラミネートまたはプレートレット層５０および５２を用いることができる。
【００２５】
本明細書において説明した組立技術の利点は、組立用ブロックを作ることによって数種の異なるバルクヘッド設計が構成可能であるという点にあり、この場合、各々の組立用ブロックは、混合室１２、２種燃料供給プレナム１４および１６、および冷却空気アクセスチャンネル４２を有する。
【００２６】
図６は環状の燃焼室に用いられるバルクヘッド要素１０の第一の配列の側面図である。同図に示したように、バルクヘッドは数個の積み重ねまたはされたバルクヘッド要素１０を円周上に配列することによって形成されており、各々の積み重ねられたバルクヘッド要素１０は図１から図３に示したような形状、または図４に示したような２系統式の形状を有する。同図から明らかなように、要素１０は燃焼室６３のライナー壁６２に沿って配列されている。
【００２７】
図７は環状の燃焼室に用いられるバルクヘッド要素１０の第２の配列の側面図である。図から明らかなように、数個の積み重ねられたバルクヘッド要素１０はライナー壁６２に沿って半径方向に配列されている。図７の積み重ねられた要素１０は、図６のものと同様であるが、９０度回転されている。
【００２８】
図６および図７に示された配列が図４および図８に示される配列と異なる点は、図４および図８の実施態様において実施されるように、燃料−空気混合物の排出平面が燃焼室ライナー壁に関して単一の平面に保持されるのではないという点である。図６および図７では、混合室の配列によって燃料−空気混合物は燃焼室６３の内部で互いに衝突する。このような配列によってシステムが提供する着火性、安定性および排出物制御をさらに増進することができる。図４および図８の缶型配置と同様に、環状の燃焼器もまた全ての要素１０が燃焼器ライナー壁に関して単一の平面に排出するように配列できる。
【００２９】
図８はバルクヘッド設計の別の実施形態を示したもので、この例では燃料−空気混合物を燃焼室に導入するための第一の燃料系統８０と、第二の燃料系統８２を有する。この実施形態においては、缶型システムの着火性、安定性および排出物制御を増進するために互い違いになっている（千鳥状に配置された）燃料−空気噴流が用いられている。ここに示された方法は図４に示される方法と類似であるが、ただマクロラミネート部分から噴出する燃料−空気噴流が互い違いになっていることが異なる。この方法では、予備混合器から噴出する燃料−空気噴流は、同じ種類の噴流の間に相互作用が起こり得るように位置決めされている。互い違いの様式は、噴流がその最隣接の混合チャンネルを突き抜けて、さらに遠くにある他の噴流と相互作用するようになっている。この様式は燃焼室中で、異なる燃料源から発した燃料−空気混合物噴流の間の相互作用を最大にする。類似の燃料多系統化および千鳥状の配置噴流は、図６および図７に示される環状燃焼器の場合にも可能である。
【００３０】
本発明によれば、上述した手段、目的、および特長を完全に満足する、産業用および航空用の二元燃料ガスタービンのためのバルクヘッドが提供されることは明らかである。本発明をその特定の実施形態について説明したが、以上の説明を読むことで当業者にはその他の改良、代替、および変形は自明である。よって添付の特許請求の範囲の広い範囲はこれらの改良、代替、および変形を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるバルクヘッド要素の一部の上面図である。
【図２】２つのバルクヘッド要素の側部断面図である。
【図３】図２のバルクヘッド要素を線３−３で切った断面図である。
【図４】燃料の２系統化を有する缶型燃焼器用に配置されたバルクヘッド構造の断面図である。
【図５】複数のマクロラミネート層によって形成される本発明に係わるバルクヘッド要素の断面図である。
【図６】複数の積み重ねられたバルクヘッド要素を円周上に配置してなる、環状燃焼器用バルクヘッド構造の側面図である。
【図７】複数の積み重ねられたバルクヘッド要素を半径方向に配置してなる、本発明に係わる別の環状燃焼器用バルクヘッド構造の側面図である。
【図８】類似の系統化された要素間の相互作用を可能にするために互い違いになった燃料系統を有する缶型燃焼器用に配置された混合室配置の底部断面図である。
【図２】
2004521302.tif 000003
【図３】
2004521302.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004521302.tif 000005
2004521302.tif 000006
2004521302.tif 000007
2004521302.tif 000008
2004521302.tif 000009
2004521302.tif 000010
2004521302.tif 000011
2004521302.tif 000012
2004521302.tif 000013
2004521302.tif 000014
2004521302.tif 000015
2004521302.tif 000016
2004521302.tif 000017
2004521302.tif 000018
2004521302.tif 000019
2004521302.tif 000020
2004521302.tif 000021
2004521302.tif 000022
2004521302.tif 000023
2004521302.tif 000024
2004521302.tif 000025
2004521302.tif 000026
2004521302.tif 000027
2004521302.tif 000028
2004521302.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月6日(2003.10.6)
【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】
燃焼器システムに用いられるバルクヘッドであって、
少なくとも１つのバルクヘッド要素を有してなり、
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、前記バルクヘッド要素を通って延在する燃料−空気チャンネルを有しており、
前記燃料−空気チャンネルが、前記チャンネルに空気を導入する入口と、燃料−空気混合物を排出する出口とを有しており、
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素は、液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するためのマニフォルドと、気体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するためのマニフォルドとの少なくとも１つをさらに有しており、
前記燃料−空気チャンネルと各前記マニフォルドが、複数のエッチングされた材料の層で形成されている、バルクヘッド。
【請求項２】
燃焼器システムに用いられるバルクヘッドであって、
少なくとも１つのバルクヘッド要素を有してなり、
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、前記バルクヘッド要素を通って延在する燃料−空気チャンネルを有しており、
前記燃料−空気チャンネルが、前記チャンネルに空気を導入する入口と、燃料−空気混合物を排出する出口とを有しており、
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素は、液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための少なくとも１つのマニフォルドをさらに有しており、
液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための各前記マニフォルドが、液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に飛沫の形態で導入するための少なくとも１つのアトマイザーを有してなり、
前記燃料−空気チャンネルと前記少なくとも１つのマニフォルドがそれぞれ、複数のエッチングされた材料の層で形成されている、バルクヘッド。
【請求項３】
液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための各前記マニフォルドが、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成された他のマニフォルド内に位置している、請求項２記載のバルクヘッド。
【請求項４】
前記他のマニフォルドが、気体燃料を前記燃料−空気チャンネルに供給するためのマニフォルドである、請求項３記載のバルクヘッド。
【請求項５】
前記気体供給マニフォルドが、気体噴射装置を含んでいる、請求項４記載のバルクヘッド。
【請求項６】
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、前記液体燃料および前記気体燃料のための少なくとも１つの口火をさらに有してなる、請求項４記載のバルクヘッド。
【請求項７】
前記少なくとも１つのバルクヘッド要素が、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成された空気冷却チャンネルをさらに有してなる、請求項１記載のバルクヘッド。
【請求項８】
前記少なくとも一つのバルクヘッド要素は、少なくとも一つのマクロラミネートまたはプレートレット層から形成されたインピンジメントオリフィスプレートと、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット層から形成され且つ前記バルクヘッドの表面に冷却空気を供給するために前記空気冷却チャンネルと連通した空気排出通路とをさらに有してなる、請求項７記載のバルクヘッド。
【請求項９】
前記バルクヘッドを通って延在する点火装置をさらに有してなる、請求項１記載のバルクヘッド。
【請求項１０】
燃料−空気混合物をガスタービンエンジンの燃焼室に供給するためのバルクヘッドであって、
前記エンジンが全出力および部分出力で運転しているときに前記燃焼室に燃料−空気混合物を供給するための第１の系統と、前記エンジンが全出力および部分出力で運転しているときに前記燃焼室に燃料−空気混合物を供給するための第２の系統とを有し、
前記第１の系統は、第１の気体プレナムと、前記第１の気体プレナムの内部に配置された第１の液体燃料プレナムと、第１のセットの空気チャンネルとを含み、
前記第１の液体燃料プレナムは液体燃料を前記空気チャンネルに供給するために第１のセットの液体燃料マニフォルドと連通しており、これにより前記エンジンが前記全出力および前記部分出力で運転しているときに第１の燃料−空気混合物が生成され、
前記第１の気体プレナム内の気体燃料は前記第１の液体燃料プレナム内の前記液体燃料を冷却してコーキングを防止し、
前記第２の系統は、第２の気体プレナムと、前記第２の気体プレナムの内部に配置された第２の液体燃料プレナムと、第２のセットの空気チャンネルとを含み、
前記第２の液体プレナムは液体燃料を前記第２のセットの空気チャンネルに供給するために複数の液体燃料マニフォルドと連通しており、これにより前記エンジンの前記全出力および前記部分出力での運転の際に前記燃焼室に供給される第２の燃料−空気混合物が生成され、および
前記第１の気体プレナム内の気体燃料は前記第２の液体プレナム内の前記液体燃料を冷却してコーキングを防止する、バルクヘッド。
【請求項１１】
燃料−空気混合物をガスタービンエンジンの燃焼室に供給するためのバルクヘッドであって、
前記エンジンが全出力および部分出力で運転しているときに前記燃焼室に燃料−空気混合物を供給するための第１の系統と、前記エンジンが全出力および部分出力で運転しているときに前記燃焼室に燃料−空気混合物を供給するための第２の系統とを有し、
前記第１の系統は、第１の気体プレナムと、前記第１の気体プレナムの内部に配置された第１の液体燃料プレナムと、第１のセットの空気チャンネルとを含み、
前記第１の気体プレナムおよび前記第１の液体プレナムが前記第１のセットの空気チャンネルの外部にあり、
前記第１の液体燃料プレナムは液体燃料を前記空気チャンネルに供給するために第１のセットの液体燃料マニフォルドと連通しており、これにより前記エンジンが前記全出力および前記部分出力で運転しているときに第１の燃料−空気混合物が生成され、
前記第２の系統は、第２の気体プレナムと、前記第２の気体プレナムの内部に配置された第２の液体燃料プレナムと、第２のセットの空気チャンネルとを含み、
前記第２の液体プレナムおよび前記第２の気体プレナムが前記第２のセットの空気チャンネルの外部にあり、
前記第２の液体プレナムは液体燃料を前記第２のセットの空気チャンネルに供給するために複数の液体燃料マニフォルドと連通しており、これにより前記エンジンの前記全出力および前記部分出力での運転の際に前記燃焼室に供給される第２の燃料−空気混合物が生成され、および
前記第１および第２の気体プレナム、前記第１および第２の液体プレナム、前記第１および第２のセットの空気チャンネル、および前記液体マニフォルドがそれぞれ、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成される、バルクヘッド。
【請求項１２】
前記第１の系統と前記第２の系統との間に配置された複数の空気冷却チャンネルをさらに有してなる、請求項１１記載のバルクヘッド。
【請求項１３】
前記空気冷却チャンネルがそれぞれ、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレット材料の層から形成される、請求項１２記載のバルクヘッド。
【請求項１４】
中央部に配置された点火器、または点火に際して燃料−空気混合比が高くなる適切な燃料−空気チャンネルの近傍に配置された点火器をさらに有してなる、請求項１１記載のバルクヘッド。
【請求項１５】
環状の燃焼器のためのバルクヘッドであって、
前記環状の燃焼器の壁に沿って配置された複数の積み重ねられたバルクヘッド要素を有してなり、
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、前記要素を通って延在し且つ前記チャンネル内に空気を導入するための入口と、燃料−空気混合物を排出するための出口とを有する燃料−空気チャンネルとを有してなり、
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、液体燃料を前記燃料−空気チャンネル内に導入するための少なくとも１つのマニフォルドをさらに有してなり、および
積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、複数のエッチングされたマクロラミネートまたはプレートレットの層を互いに接合してなる、バルクヘッド。
【請求項１６】
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、前記燃料−空気チャンネル内に気体燃料を導入するためのマニフォルドをさらに有してなる、請求項１５記載のバルクヘッド。
【請求項１７】
前記積み重ねられたバルクヘッド要素がそれぞれ、前記バルクヘッドの表面を冷却するための空気冷却チャンネルをさらに有してなる、請求項１６記載のバルクヘッド。
【請求項１８】
積み重ねられた要素のそれぞれから噴出する前記燃料−空気噴流が前記燃焼室内で互いに衝突する、請求項１５記載のバルクヘッド。
【請求項１９】
同じ系統からの噴流を相互作用させるために各バルクヘッド要素が互い違いになっている、請求項１５記載のバルクヘッド。
【国際調査報告】
2004521302.tif 000030