(57)【要約】【課題】環状流体流（３４）と中心流体流（３６）とを膨張させるための装置（４２）を開示する。【解決手段】本装置（４２）は、ベンチュリ（２２）と上流端及び下流端（３２）を備えた中心本体（２４）とを含む燃焼器（１２）と、ベンチュリ（２２）によって形成されかつ中心本体（２４）の下流端（３２）から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流に配置されたベンチュリスロート（２８）とを含む。前記ベンチュリスロート（２８）が、前記中心本体（２４）の下流端（３２）の上流及び該下流端（３２）と共面上のうちの少なくとも１つに配置されてもよい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状流体流（３４）と中心流体流（３６）とを膨張させるための装置（４２）であって、
ベンチュリ（２２）と、上流端及び下流端（３２）を備えた中心本体（２４）とを含む燃焼器（１２）と、
前記ベンチュリ（２２）によって形成され、前記中心本体（２４）の下流端（３２）から４．８３ｍｍ（０．１９インチ）下流位置の上流に配置されたベンチュリスロート（２８）と、
を含む装置（４２）。
【請求項２】
前記ベンチュリスロート（２８）が、前記中心本体（２４）の下流端（３２）の上流及び該下流端（３２）と共面上のうちの少なくとも１つに配置される、請求項１記載の装置（４２）。
【請求項３】
前記ベンチュリ（２２）が、前記中心本体（２４）の下流端（３２）から４．８３ｍｍ（０．１９インチ）よりも少ない下流位置から前記中心本体（２４）の下流端（３２）から１２．７ｍｍ（０．５インチ）上流位置までの範囲内に配置される、請求項１記載の装置（４２）。
【請求項４】
前記ベンチュリ（２２）が、前記中心本体（２４）の下流端（３２）から７．８７ｍｍ（０．３１インチ）〜１２．７ｍｍ（０．５インチ）上流に配置される、請求項３記載の装置（４２）。
【請求項５】
前記燃焼器（２０）が、乾式低ＮＯｘ燃焼器（１２）である、請求項１記載の装置（４２）。
【請求項６】
環状流体流（３４）と中心流体流（３６）とを膨張させるための装置（４２）であって、
ガスタービン（１０）内で圧縮機（１４）とタービン（１６）との間のガス流路内に配置され、ベンチュリ（２２）と上流端及び下流端（３２）を備えた中心本体（２４）とを含む燃焼器（１２）と、
前記ベンチュリ（２２）によって形成され、前記中心本体（２４）の下流端（３２）から４．８３ｍｍ（０．１９インチ）下流位置の上流に配置されたベンチュリスロート（２８）と、
を含む装置（４２）。
【請求項７】
燃焼器（１２）内で環状流体流（３４）と中心流体流（３６）との膨張を発生させるように構成要素を配置する方法（１００）であって、
前記燃焼器（１２）の中心本体（２４）の半径方向外側にベンチュリスロート（２８）を配置する段階と、
前記中心本体（２４）の下流端（３２）から４．８３ｍｍ（０．１９インチ）下流位置の上流に前記ベンチュリスロート（２８）を配置する段階と、
を含む方法（１００）。
【請求項８】
前記配置する段階が、前記ベンチュリスロート（２８）が前記中心本体（２４）の下流端（３２）の上流及び該下流端（３２）と共面上のうちの少なくとも１つに配置されるようにする段階を含む、請求項７記載の方法（１００）。
【請求項９】
前記配置する段階が、前記ベンチュリ（２２）が前記中心本体（２４）の下流端（３２）から４．８３ｍｍ（０．１９インチ）よりも少ない下流位置から前記中心本体（２４）の下流端（３２）から１２．７ｍｍ（０．５インチ）上流位置までの範囲内に配置されるようにする段階を含む、請求項７に記載の方法（１００）。
【請求項１０】
前記配置する段階が、前記ベンチュリ（２２）が前記中心本体（２４）の下流端（３２）から７．８７ｍｍ（０．３１インチ）〜１２．７ｍｍ（０．５インチ）上流に配置されるようにする段階を含む、請求項９記載の方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはエミッション性能を改善した燃焼器に関し、より具体的には、エミッション性能及び安定性を改善した燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気を加圧するための圧縮機と、圧縮機で生成された加圧空気の存在下で燃料を燃焼させることによって高温ガスを発生させるための燃焼器と、燃焼器で発生した膨張する高温ガスから仕事を取り出すタービンとを含む。ガスタービンは、望ましくない窒素酸化物（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を放出することが知られている。現在の乾式低ＮＯｘ燃焼器（ＤＬＮ燃焼器）は、ＮＯｘ、一酸化炭素及びその他の汚染物質の発生を最少にする。これらのＤＬＮ燃焼器は、低負荷において火炎域空気の一部分を燃料と混合するのを可能にすることによって、不安定な火炎の存在及び火炎吹消えの可能性を回避しながら燃料希薄混合気に適応する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＮＯｘエミッション要件は、ますます厳しくなってきており、従って当技術分野では、燃焼器の安定性を低下させる或いはＣＯエミッションを増大させることのない低ＮＯｘエミッション燃焼器が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示するのは、環状流体流と中心流体流とを膨張させるための装置であり、本装置は、ベンチュリと上流端及び下流端を備えた中心本体とを含む燃焼器と、ベンチュリによって形成されかつ中心本体の下流端から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流に配置されたベンチュリスロートとを含む。
【０００５】
また、開示するのは、燃焼器内で環状流体流と中心流体流との膨張を発生させるように構成要素を配置する方法であり、本方法は、燃焼器の中心本体の半径方向外側にベンチュリスロートを配置する段階と、中心本体の下流端から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流にベンチュリスロートを配置する段階とを含む。
【０００６】
さらに、開示するのは、燃焼器内での火炎安定性を高めることによってＮＯｘエミッションを低減しかつＣＯエミッションを低減する方法であり、本方法は、この段階が中心本体の下流端から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流において発生するように、環状流体流を燃焼器の中心本体の方向に向ける段階と、この段階が中心本体の下流端から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流において発生するように、環状流体流を中心本体から離れる方向に膨張させる段階と、膨張させる段階により中心流体流を半径方向外向きに引寄せる段階と、中心線再循環領域の大きさを増大させる段階とを含む。
【０００７】
本発明の上記の及びその他の特徴及び利点は、幾つかの図において同様な要素に同じ参照符号を付した添付の図と関連して行う例示的な実施形態の以下の詳細な説明から一層完全に理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
全容を明らかにするために、図１には、ガスタービンと関連する燃焼器の実施例を示す。この開示した装置（環状流体流と中心流体流とを膨張させるための装置）は、図１に示すタービン以外のものに対しても適用可能であり、従って図１のタービンは、本開示を限定するものと見なすべきではないことを理解されたい。
【０００９】
図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１４とタービン１６との間でガス流路内に設置された燃焼器１２を含む。タービン１６は圧縮機１４に結合され、タービン１６は、圧縮機１４と出力駆動シャフト１８とを回転駆動する。空気は、ガスタービン１０に流入し、圧縮機１４を通って流れる。圧縮機１４からの高圧空気は、燃焼器１２に流入し、燃焼器１２において高圧空気は、燃料と混合されかつ燃焼される。高エネルギーの燃焼ガスは、燃焼器１２から流出してタービン１６内で膨張し、それによってエネルギーが取り出される。さらに、タービン１６は、出力シャフト１８を駆動する。
【００１０】
図２を参照すると、ライナ空洞２３を形成しかつベンチュリ２２と中心本体２４とを含む燃焼器２０（図１のガスタービン１０内で使用することができる）を示している。中心本体２４は、上流端と下流端３２とを含む。ベンチュリ２２は、中心本体２４の半径方向外側に配置されたベンチュリスロート２８を形成する。ベンチュリスロート２８（図２に示すような）は、中心本体２４の下流端３２の下流に配置され、環状空洞３５は、中心本体２４の外側の周りに環状に配置される。環状流体流３４は、この環状空洞３５からライナ空洞２３の再循環領域２１内に流入しかつ再循環領域２１を通って流れる。またライナ空洞２３内に流入するのは中心流体流３６であり、中心流体流３６は、中心本体２４から流出する。
【００１１】
ベンチュリスロート２８が下流端３２の下流に配置されているので、環状流体流３４は、該環状流体流３４が環状空洞３５から流出した後にベンチュリスロート２８によって中心流体流３６の方向に向けられる。このタイプの装置２６では、環状流体流３４は、下流端３２の下流で中心流体流３６に衝突して、ライナ空洞２３の中心線再循環領域３９内で中心流体流３６に圧搾（ｐｉｎｃｈｉｎｇ）３８を生じさせる。圧搾作用は、燃焼器火炎を不安定化し、それによって燃焼の不安定化又は火炎吹消えの可能性を増大させる傾向がある。さらに（ベンチュリスロート２８と下流端３２とがこのように配置されている場合には）、環状流体流３４が中心本体２４の下流端３２及びベンチュリスロート２８の両方を通過し終えるまでは、環状流体流３４が膨張し、中心流体流３６の膨張を可能にするより低圧領域４０を形成することはできない。このことは、中心流体流３６と関連する火炎(図示せず)と環状流体流３４と関連する火炎(図示せず)との相互作用を遅らせることになる。
【００１２】
図３を参照すると、装置４２の例示的な実施形態においてベンチュリスロート２８と中心本体２４の下流端３２とを示しており、本装置４２は、再循環領域２１内での環状流体流３４と中心流体流３６との膨張を改善し、それによってＮＯｘの減少及び火炎安定性の両方を同時に改善する。本装置４２では、ベンチュリスロート２８は、中心本体２４の下流端３２から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）よりも小さい下流位置に配置される。ベンチュリスロート２８は、中心本体２４を下流方向に移動させるか又は延長することによって或いはベンチュリスロート２８をベンチュリ２２内で上流方向に移動させることによって、中心本体２４の下流端３２から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）よりも小さい下流位置に配置することができる。図３に示す実施形態のような例示的な実施形態では、ベンチュリスロート２８は、中心本体２４の下流端３２から０．５インチ（１２．７ｍｍ）上流に配置される。別の例示的な実施形態では、ベンチュリスロート２８は、中心本体２４の下流端３２から０．３１インチ（７．８７ｍｍ）上流に配置される。ベンチュリスロート２８はまた、中心本体２４の下流端３２と共面上に（又は同一平面４３内に）配置することができる。
【００１３】
これらの例示的な実施形態では、ベンチュリスロート２８を中心本体２４の下流端３２の上流に配置することによって、環状流体流３４は、それが中心本体２４の下流端３２の上流において発生するように、ベンチュリスロート２８により中心本体２４の方向に向けられる。ベンチュリスロート２８をこのように位置決めすることによって、環状流体流３４は、中心本体２４の下流端３２の下流に移動する前に膨張し始めることになる。環状流体流３４は中心本体２４の下流端３２を通過する時には既に膨張しつつあるので、環状流体流３４は、中心流体流３６の膨張を制限するのではなく、中心流体流３６がライナ空洞２３への流入時に曝されることになるより低圧領域４６を形成する。より低圧領域４６は、環状流体流３４と共に中心流体流３６の膨張を可能にする。
【００１４】
中心流体流３６のより早期の膨張（流体流の方向に関しての、また図２の構成要素の配置と比較しての）は、再循環領域２１内における中心流体流３６の再循環を強化し、このことが、中心流体流３６と関連する火炎（図示せず）と環状流体流３４と関連する火炎（図示せず）との間のより急速な相互作用を可能にする。このより急速な相互作用は、燃焼器２０内における低温ストリークを減少させ、また所定のＮＯｘレベルにおいてＣＯエミッションを低減することによってＮＯｘエミッション性能を改善し、それによって燃焼器２０がより希薄な燃料−空気混合気で作動し、従ってＮＯｘエミッションを低減するのを可能にする。より早期の膨張はまた、圧搾部３８を排除し、そのことにより、
中心線再循環領域３９の大きさを増大させ、燃焼器２０の安定性を改善する。例示的な実施形態では、燃焼器２０は、燃料希薄混合気を使用しまた火炎温度を低下させるために希釈剤（例えば、水噴射）は使用しない乾式低ＮＯｘ燃焼器であることを理解されたい。
【００１５】
図４を参照すると、燃焼器２０内で環状流体流３４と中心流体流３６との膨張を発生させるように構成要素を配置する方法１００を示しており、本方法１００は、操作ブロック１０２に示すように、燃焼器２０の中心本体２４の半径方向外側にベンチュリスロート２８を配置する段階を含む。本方法１００はまた、操作ブロック１０４に示すように、中心本体２４の下流端３２から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流にベンチュリスロート２８を配置する段階を含む。上述したように、ベンチュリスロート２８を上流に配置することは、中心本体２４を下流方向に移動させるか又はベンチュリスロート２８を上流方向に移動させるかのいずれかによって達成することができる。例示的な実施形態では、ベンチュリスロート２８は、中心本体２４の下流端３２の上流に又は該下流端３２と共面上に配置されるとことを理解されたい。
【００１６】
図５を参照すると、燃焼器２０内での火炎安定性を高めることによってＮＯｘエミッションを低減しかつＣＯエミッションを低減する方法２００を示しており、本方法２００は、操作ブロック２０２に示すように、この段階が中心本体２４の下流端３２から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流において発生するように、環状流体流３４を燃焼器２０の中心本体２４の方向に向ける段階を含む。本方法２００はまた、操作ブロック２０４に示すように、この段階が中心本体２４の下流端３２から０．１９インチ（４．８３ｍｍ）下流位置の上流において発生するように、環状流体流３４を中心本体２４から離れる方向に膨張させる段階と、操作ブロック２０６に示すように、膨張させる段階により中心流体流３６を半径方向外向きに引寄せる段階及び中心線再循環領域の大きさを拡大及び増大させる段階とを含む。例示的な実施形態では、向ける段階と膨張させる段階とは、中心本体２４の下流端３２の上流で又は該下流端３２と共面上で発生することを理解されたい。
【００１７】
本発明を例示的な実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の要素に様々な変形を加えることができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることを当業者には理解されたい。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は実体を本発明の教示に適合させるように多くの変更を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、割当てた特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることが重要である。さらに、特にことわらない限り、第１の、第２の等々の用語の使用は、何らの順序又は重要度を表すものではなく、第１の、第２の等々の用語は、１つの要素を他の要素から区別するために使用している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービンの概略図。
【図２】燃焼器の概略断面図。
【図３】例示的な実施形態による、環状流体流と中心流体流との膨張を改善する配置で構成要素を含む燃焼器の概略断面図。
【図４】燃焼器内で環状流体流と中心流体流との膨張を発生させるように構成要素を配置する方法を示すブロック図。
【図５】燃焼器内での火炎安定性を高めながらＮＯｘエミッションを低減する方法を示すブロック図。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ガスタービン
１２  燃焼器
１４  圧縮機
１６  タービン
１８  出力シャフト
２０  燃焼器
２１  再循環領域
２２  ベンチュリ
２３  ライナ空洞
２４  中心本体
２６  装置
２８  ベンチュリスロート
３２  下流端
３４  環状流体流
３５  環状空洞
３６  中心流体流
３８  圧搾部
３９  中心線再循環区域
４０  低圧領域
４３  同一平面
４６  低圧領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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