(57)【要約】【課題】噴射器本体と混合回路と少なくとも１つの噴射器とを有する燃料噴射器を提供する。【解決手段】噴射器本体は複数のマニホルドと入口と出口とを有する。マニホルドは燃料を受けるように構成され、入口は空気を受けるように構成される。混合回路は噴射器本体内に配置される。混合回路は、少なくとも１つのマニホルドから燃料を、そして入口から空気を受けて、出口から放出される空気−燃料混合物を創出するように構成される。少なくとも１つの燃料噴射器は混合回路の半径方向外側に配置される。少なくとも１つの噴射器は複数のマニホルドの内の少なくとも１つのマニホルドから燃料を受けると共に出口に燃料を噴射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を受けるように構成される複数のマニホルドと、空気を受けるように構成される入口と、出口とを有する噴射器本体と；
前記噴射器本体内に配置される混合回路であって、前記複数のマニホルドの内の１つのマニホルドから燃料を、そして前記入口から空気を受けて、前記出口から放出される空気−燃料混合物を創出するように構成される混合回路と；
前記混合回路の半径方向外側に配置される少なくとも１つの噴射器であって、前記複数のマニホルドの内の少なくとも１つのマニホルドから燃料を受けると共に前記出口に燃料を噴射する少なくとも１つの噴射器とを含む燃料噴射器。
【請求項２】
前記噴射器本体は中心軸を含み、前記混合回路は前記中心軸に沿って延在する請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記混合回路の長さは、前記入口から前記少なくとも１つの噴射器まで及ぶ請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記噴射器本体は、前記出口で終端する収束部を含む請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記混合回路の長さは、前記噴射器本体の前記収束部内まで及ぶ請求項４に記載の燃料噴射器。
【請求項６】
前記噴射器本体は噴射器本体長さを含み、前記混合回路の長さは前記噴射器本体長さを下回る請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項７】
前記少なくとも１つの噴射器は、前記噴射器本体の中心軸に対して約３０°〜約９０°の範囲内の角度をなす請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項８】
ガスタービン用二次燃料噴射器である請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項９】
前記噴射器本体により形成される通路を介して前記混合回路に流体接続される少なくとも１つの中央回路燃料マニホルドを含む請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの噴射器に流体接続される少なくとも１つの噴射マニホルドを含む請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１１】
少なくとも１つの一次燃料噴射器と；
前記少なくとも１つの一次燃料噴射器の下流に配設される少なくとも１つの二次燃料噴射器であって、
燃料を受けるように構成される複数のマニホルドと、空気を受けるように構成される入口と、出口とを有する噴射器本体と；
前記噴射器本体内に配置される混合回路であって、前記複数のマニホルドの内の１つのマニホルドから燃料を、そして前記入口から空気を受けて、前記出口から放出される空気−燃料混合物を創出するように構成される混合回路と；
前記混合回路の半径方向外側に配置される少なくとも１つの噴射器であって、前記複数のマニホルドの内の少なくとも１つのマニホルドから燃料を受けると共に前記出口に燃料を噴射する少なくとも１つの噴射器とを備える少なくとも１つの二次燃料噴射器とを含むガスタービン用燃焼器。
【請求項１２】
前記噴射器本体は中心軸を含み、前記混合回路は前記中心軸に沿って延在する請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記混合回路の長さは、前記入口から前記少なくとも１つの噴射器まで及ぶ請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記噴射器本体は、前記出口で終端する収束部を含む請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１５】
前記混合回路の長さは、前記噴射器本体の前記収束部内まで及ぶ請求項１４に記載の燃焼器。
【請求項１６】
前記噴射器本体は噴射器本体長さを含み、前記混合回路の長さは前記噴射器本体長さを下回る請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの噴射器は、前記噴射器本体の中心軸に対して約３０°〜約９０°の範囲内の角度をなす請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの二次燃料噴射器は、前記噴射器本体により形成される通路を介して前記混合回路に流体接続される少なくとも１つの中央回路燃料マニホルドを含む請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの二次燃料噴射器は、前記少なくとも１つの噴射器に流体接続される少なくとも１つの噴射マニホルドを含む請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項２０】
少なくとも１つの一次燃料噴射器と；
前記少なくとも１つの一次燃料噴射器の下流に配設される少なくとも１つの二次燃料噴射器であって、
中心軸と、燃料を受けるように構成される複数のマニホルドと、空気を受けるように構成される入口と、出口とを有する噴射器本体と；
前記噴射器本体内に配置されると共に前記中心軸に沿って延在する混合回路であって、前記複数のマニホルドの内の１つのマニホルドから燃料を、そして前記入口から空気を受けて、前記出口から放出される空気−燃料混合物を創出するように構成される混合回路と；
前記混合回路の半径方向外側に配置される少なくとも１つの噴射器であって、前記複数のマニホルドの内の少なくとも１つのマニホルドから燃料を受けると共に前記出口に燃料を噴射し、前記中心軸に対して角度をなす少なくとも１つの噴射器とを備える少なくとも１つの二次燃料噴射器とを含むガスタービン用燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題は、燃料噴射器に関し、特に、空気−燃料混合物を創出するために噴射器本体内に配置される混合回路を有する燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは通常的に炭化水素燃料を燃焼させて、窒素酸化物（ＮＯx）及び一酸化炭素等の、空気を汚染する排気物質を発生させる。ガスタービンにおける窒素分子の酸化は、燃焼器内にあるガスの温度と燃焼器内の最高温度領域にある反応物の滞留時間とに依存する。このため、ガスタービンによって生成されるＮＯxの量は、燃焼器の温度をＮＯxが生成される温度未満に維持すること又は燃焼器内における反応物の滞留時間を制限することのいずれかによって削減可能である。
【０００３】
燃焼器の温度を制御する１つの手法では、燃焼前に燃料と空気とを予混合して希薄な空気−燃料混合物を創出することを必要とする。この手法には、空気−燃料混合物を燃焼器からの高エネルギー流体の主流中に噴射し且つこの主流と混合する燃料噴射の開発が含まれる。特に、空気−燃料混合物は、点火の前に高エネルギー流体の主流に同伴される。この手法は結果として燃料消費量の増加をもたらし、それによって延いては大気を汚染する排気物質を減少させる。
【０００４】
二次燃料噴射器を設けて、空気−燃料混合物を燃焼器からの主流中に噴射することができる。特に、例えば、二次燃料噴射器は外側燃料噴射部と内側燃料噴射部とを含んでよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第２３８８５２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、内側燃料噴射器により創出される拡散炎は一般により高い火炎温度を有するため、内側燃料噴射部は相対的に高いＮＯx排出量をもたらしかねない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様に従って、噴射器本体と混合回路と少なくとも１つの噴射器とを有する燃料噴射器を提供する。噴射器本体は複数のマニホルドと入口と出口とを有する。マニホルドは燃料を受けるように構成され、入口は空気を受けるように構成される。混合回路は噴射器本体内に配置される。混合回路は、少なくとも１つのマニホルドから燃料を、そして入口から空気を受けて、出口から放出される空気−燃料混合物を創出するように構成される。少なくとも１つの燃料噴射器は混合回路の半径方向外側に配置される。少なくとも１つの噴射器は複数のマニホルドの内の少なくとも１つのマニホルドから燃料を受けると共に出口に燃料を噴射する。
【０００８】
本発明のまた他の態様に従って、少なくとも１つの一次燃料噴射器とこの一次燃料噴射器の下流に配設される少なくとも１つの二次燃料噴射器とを有するガスタービン用燃焼器を提供する。二次燃料噴射器は噴射器本体と混合回路と少なくとも１つの噴射器とを有する。噴射器本体は複数のマニホルドと入口と出口とを有する。マニホルドは燃料を受けるように構成され、入口は空気を受けるように構成される。混合回路は噴射器本体内に配置される。混合回路は、少なくとも１つのマニホルドから燃料を、そして入口から空気を受けて、出口から放出される空気−燃料混合物を創出するように構成される。少なくとも１つの燃料噴射器は混合回路の半径方向外側に配置される。少なくとも１つの噴射器は複数のマニホルドの内の少なくとも１つのマニホルドから燃料を受けると共に出口に燃料を噴射する。
【０００９】
上記及びその他の利点と特徴とは、図面と併せて以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
【００１０】
本発明と見なされる主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲に特に指摘され且つ明確に記載される。本発明の上記及びその他の特徴と利点とは、添付図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービン用燃焼器の例証的な略図である。
【図２】図１に示す燃焼器用の燃料噴射器の断面図である。
【図３】図２に示す燃料噴射器の入口の図である。
【図４】図２に示す燃料噴射器の出口の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な説明の項には、図面を参照して例として本発明の実施形態を利点及び特徴と共に説明する。
【００１３】
図１は、ガスタービンエンジン（図示せず）用の燃焼器１０の例証的な略図である。燃焼器１０は、一次燃焼部２０とトランジションピース２２と二次燃焼部２４とを含む。一次燃焼部２０は少なくとも１つの一次燃料噴射器２６を含む。一次燃焼部２０の下流に、トランジションピース２２と二次燃焼部２４とが配設される。１つの実施形態において、二次噴射システム３０が、トランジションピース２２の外側に配設されると共に、複数の二次燃料噴射器３２を含むが、二次噴射システム３０は燃焼器内筒３４の外側に配置されてもよいことを理解されたい。例えば、図１に示す実施形態において、二次燃料噴射器３２は燃焼器内筒３４とフロースリーブ３５との間に配置される。一次燃焼流、即ち主流３６は、一次燃料噴射器２６からの空気と燃料との燃焼によって創出され、一次燃焼部２０を通って二次燃焼システム３０へと移動する。二次燃料噴射器３２により噴射される空気−燃料混合物（図１には図示せず）は、到来する主流３６に混入する。二次燃料噴射器３２に供給される燃料は、ガスタービン（図示せず）のタービン部３８に入る前に二次燃焼部２４内で燃焼される。
【００１４】
次に図２を参照すると、二次噴射システム３０の１つの二次燃料噴射器３２が断面図に示されている。二次燃料噴射器３２は略管状の噴射器本体４０を含む。噴射器本体４０は入口４２と出口４４と少なくとも１つの中央回路燃料マニホルド４６と少なくとも１つの外側又は燃料噴射マニホルド４８とを含む。図２に示す例証的な実施形態において、噴射器本体４０は、出口４４で終端する収束部又はノズル部分５０を含んでよい。中央回路マニホルド４６と燃料噴射マニホルド４８とはいずれも、噴射器本体４０により形成される孔部（図示せず）を介して燃料５２を受ける。中央回路燃料マニホルド４６は、噴射器本体４０により形成される通路５６を介して混合回路５４に流体接続される。燃料噴射マニホルド４８は、噴射器本体４０により形成される少なくとも１つの燃料噴射器６０に流体接続される。図２に示す実施形態では、複数の燃料噴射器６０が設けられると共に、噴射器本体４０の内壁６２に沿って配置される。入口４２は圧縮機（図示せず）から空気６４を受け、空気６４は混合回路５４によってのみ受けられる。即ち、壁６６が設けられて、一般に空気６４が二次燃料噴射器３２の主内側キャビティ６８内に流入することが阻止される。
【００１５】
空気６４は燃料５２と混合されて、混合回路５４の開口７２から放出又は排出される空気−燃料混合物７０が創出される。開口７２は主キャビティ６８内に配置される。空気−燃料混合物７０は開口７２から流出すると共に、出口４４を介して二次燃料噴射器３２から放出される。図２に示す実施形態において、空気−燃料混合物７０は、一次燃料噴射器２６（図１に示す）からの空気と燃料との燃焼によって創出される主流３６に対して略垂直をなす方向に配向される。
【００１６】
図に示す実施形態では、混合回路５４は略円筒状の構成を有すると共に、噴射器本体４０の中心に位置する軸Ａ−Ａに沿って延在する長さＬを含む。１つの実施形態において、混合回路５４は入口４２から燃料噴射器６０まで延在してよい。図２に示す実施形態では、混合回路５４は入口４２から噴射器４０のノズル部分５０内へと延在する。ただし、混合回路５４の長さＬは噴射器本体４０の全長Ｌ´を下回る。即ち、換言すれば、混合回路５４の開口７２は主内側キャビティ６８内に配置され、噴射器本体４０の出口４４を超えて延在することはない。
【００１７】
引き続き図２を参照すると、燃料噴射マニホルド４８からの燃料５２は燃料噴射器６０に供給される。燃料噴射器６０は混合回路５４の半径方向外側に配置される。燃料噴射器６０は燃料５２を噴射器４０の出口４４から主流３６中へと向ける。図に示す実施形態において、燃料噴射器６０は噴射器本体４０によって形成されると共に、噴射器本体４０の中心軸Ａ−Ａに対して角度Ａをなして配向される。特に、図に示す例証的な実施形態では、燃料噴射器６０は約４５°の角度をなすが、燃料噴射器６０は中心軸Ａ−Ａに対して約３０°〜約９０°の範囲内の角度をなしてよいことを理解されたい。燃料噴射器６０を傾斜させることで、燃料噴射器６０の下流の位置で起こる保炎の発生を実質的に防ぐことができる。加えて、燃料噴射器を傾斜させて、主流３６中への燃料５２の混入量を調節することができる。
【００１８】
図３は、噴射器４０の入口４２の図であり、複数の支柱又は支持部材８０を用いて混合回路５４が噴射器本体４０の中心軸Ａ−Ａに沿って配置される。特に、図３に示す実施形態では、４つの支持部材８０が互いに略等距離に配置される。図４は噴射器４０の出口４４の図である。図４に示すように、燃料５２と空気−燃料混合物７０との両方が噴射器４０の出口４４から別々の流れとなって流出する。空気−燃料混合物７０は噴射器本体４０の中心軸Ａ−Ａに沿って流れ、燃料５２の流れは空気−燃料混合物７０から半径方向外側に位置する。
【００１９】
次に図２〜４を参照すると、混合回路５４の長さＬは、空気−燃料混合物７０が燃料５２と早期に混合されることなしに噴射器４０から流出することができる大きさとされる。即ち、空気−燃料混合物７０は一般に主内側キャビティ６８内では燃料５２と混合されない。主内側キャビティ６８内における空気−燃料混合物７０と燃料５２との混合は、空気−燃料混合物７０の早期点火を引き起こすことがあり、この早期点火は相対的に高いＮＯx排出量をもたらしかねない。更に、空気−燃料混合物７０は、特に中央回路を介して空気を噴射せずに燃料のみを噴射する現在入手可能ないくつかの種類の二次噴射器により創出される内側回路火炎と比べると、相対的により低温の内側回路火炎（図示せず）を創出する。このため、混合回路５４は、結果的により低い内側回路火炎温度をもたらし、それが延いてはＮＯx排出量を減少させる。
【００２０】
限られた件数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明したが、本発明がこうした開示の実施形態に制限されるわけではないことは容易に理解できるはずである。寧ろ、本発明は、上記には記載されていないが本発明の精神及び範囲に対応するあらゆる数の変形、変更、代替又は均等な構成を組み入れるように改変可能である。加えて、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の態様には上記の実施形態の一部のみが含まれてもよいことを理解されたい。従って、本発明は上記の説明によって制限されるわけではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるものと見なされる。
【符号の説明】
【００２１】
１０  燃焼器
２０  一次燃焼部
２２  トランジションピース
２４  二次燃焼部
２６  一次燃料噴射器
３０  二次噴射システム
３２  二次燃料噴射器
３４  燃焼器内筒
３５  フロースリーブ
３６  主流
３８  タービン部
４０  噴射器本体
４２  入口
４４  出口
４６  中央回路燃料マニホルド
４８  燃料噴射マニホルド
５０  ノズル部分
５２  燃料
５４  混合回路
５６  通路
６０  燃料噴射器
６２  内壁
６４  空気
６６  壁
６８  主キャビティ
７０  空気−燃料混合物
７２  開口
８０  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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