(57)【要約】【課題】燃焼器および燃焼器に燃料を供給すること。【解決手段】燃焼器は、長手方向軸を画成する燃焼室を含む。一次反応ゾーンは、燃焼室内にあり、二次反応ゾーンは、燃焼室内の一次反応ゾーンの下流にある。中央燃料ノズルは、燃焼室内に二次反応ゾーンまで軸方向に延在する。複数の流体噴射器は、一次反応ゾーンの下流の中央燃料ノズル内に円周方向に配置される。各流体噴射器は、燃焼室の長手方向軸に実質的に垂直な中央燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する。【選択図】図１
2013217637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器であって、
ａ．  長手方向軸を画成する燃焼室、
ｂ．  前記燃焼室内の一次反応ゾーン、
ｃ．  前記燃焼室内の前記一次反応ゾーンの下流にある二次反応ゾーン、
ｄ．  前記燃焼室内に前記二次反応ゾーンまで軸方向に延在する中央燃料ノズル、および
ｅ．  前記一次反応ゾーンから下流の前記中央燃料ノズル内に円周方向に配置される複数の流体噴射器であり、各流体噴射器が前記燃焼室の前記長手方向軸に実質的に垂直な前記中央燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する、複数の流体噴射器
を備える、燃焼器。
【請求項２】
ａ．  前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在する第１の燃料路、
ｂ．  前記第１の燃料路に連結される気体燃料供給源、および
ｃ．  前記第１の燃料路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす複数の燃料ポート
をさらに備える、請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記第１の燃料路の少なくとも一部が、前記流体噴射器の１つまたは複数を円周方向に囲繞する、請求項２記載の燃焼器。
【請求項４】
ａ．  前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在する第２の燃料路、
ｂ．  前記第２の燃料路に連結される液体燃料供給源、および
ｃ．  前記第２の燃料路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす複数の燃料ポート
をさらに備える、請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
ａ．  前記燃焼室の少なくとも一部を円周方向に囲繞するケーシング、
ｂ．前記ケーシングと前記燃焼室との間にある流れスリーブであり、前記燃焼室と前記流れスリーブとの間の内側環状路および前記流れスリーブと前記ケーシングとの間の外側環状路を画成する、流れスリーブ、ならびに
ｃ．前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在し、前記内側環状路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす、第１の流体路
をさらに備える、請求項１記載の燃焼器。
【請求項６】
前記中央燃料ノズルの下流面と、前記中央燃料ノズル内の前記第１の流体路と流体連通している前記下流面を貫通する複数の流体ポートとをさらに備える、請求項５記載の燃焼器。
【請求項７】
前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在し、前記外側環状路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす、第２の流体路をさらに備える、請求項５記載の燃焼器。
【請求項８】
燃焼器であって、
ａ．  複数の燃料ノズル、
ｂ．  前記複数の燃料ノズルの下流にあり、長手方向軸を画成する、燃焼室、
ｃ．  前記燃焼室内の前記複数の燃料ノズルに隣接する一次反応ゾーン、
ｄ．  前記燃焼室内の前記一次反応ゾーンの下流にある二次反応ゾーン、
ｅ．  前記燃焼室内に前記一次反応ゾーンを通って軸方向に延在する中央燃料ノズル、および
ｆ．  前記一次反応ゾーンから下流の前記中央燃料ノズル内に円周方向に配置される複数の流体噴射器であり、各流体噴射器が前記燃焼室の前記長手方向軸に実質的に垂直な前記中央燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する、複数の流体噴射器
を備える、燃焼器。
【請求項９】
ａ．  前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在する第１の燃料路、
ｂ．  前記第１の燃料路に連結される気体燃料供給源、および
ｃ．  前記第１の燃料路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす複数の燃料ポート
をさらに備える、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記第１の燃料路の少なくとも一部が、前記流体噴射器の１つまたは複数を円周方向に囲繞する、請求項９記載の燃焼器。
【請求項１１】
ａ．  前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在する第２の燃料路、
ｂ．  前記第２の燃料路に連結される液体燃料供給源、および
ｃ．  前記第２の燃料路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす複数の液体燃料ポート
をさらに備える、請求項９記載の燃焼器。
【請求項１２】
ａ．  前記燃焼室の少なくとも一部を円周方向に囲繞するケーシング、
ｂ．前記ケーシングと前記燃焼室との間にある流れスリーブであり、前記燃焼室と前記流れスリーブとの間の内側環状路および前記流れスリーブと前記ケーシングとの間の外側環状路を画成する、流れスリーブ、ならびに
ｃ．前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在し、前記内側環状路と前記中央燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす、第１の流体路
をさらに備える、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記中央燃料ノズルの下流面と、前記中央燃料ノズル内の前記第１の流体路と流体連通している前記下流面を貫通する複数の流体ポートとをさらに備える、請求項１２記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記中央燃料ノズル内に軸方向に延在し、前記外側環状路と前記中央燃料ノズルの前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす、第２の流体路をさらに備える、請求項１２記載の燃焼器。
【請求項１５】
燃焼器であって、
ａ．  前記燃焼器の少なくとも一部にわたって径方向に延在するエンドカバー、
ｂ．  前記エンドカバーにおいて径方向に配置される複数の燃料ノズル、
ｃ．  前記エンドカバーの下流にあり、長手方向軸を画成する、燃焼室、
ｄ．  前記燃焼室内の前記燃料ノズルに隣接する一次反応ゾーンであり、少なくとも１つの燃料ノズルが前記燃焼室内に前記一次反応ゾーンから下流に軸方向に延在する、一次反応ゾーン、および
ｅ．  前記一次反応ゾーンの下流の前記少なくとも１つの燃料ノズル内に円周方向に配置される複数の流体噴射器であり、各流体噴射器が前記燃焼室の前記長手方向軸に実質的に垂直な前記少なくとも１つの燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する、複数の流体噴射器
を備える、燃焼器。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの燃料ノズル内に軸方向に延在し、液体燃料が前記流体噴射器の１つまたは複数に流入するように流体連通をもたらす、液体燃料路をさらに備える、請求項１５記載の燃焼器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの燃料ノズル内に軸方向に延在し、気体燃料が前記流体噴射器の１つまたは複数に流入するように流体連通をもたらす、気体燃料路をさらに備える、請求項１６記載の燃焼器。
【請求項１８】
前記気体燃料路の少なくとも一部が、前記流体噴射器の１つまたは複数を円周方向に囲繞する、請求項１７記載の燃焼器。
【請求項１９】
ａ．  前記燃焼室の少なくとも一部を円周方向に囲繞するケーシング、
ｂ．前記ケーシングと前記燃焼室との間にある流れスリーブであり、前記燃焼室と前記流れスリーブとの間の内側環状路および前記流れスリーブと前記ケーシングとの間の外側環状路を画成する、流れスリーブ、ならびに
ｃ．前記少なくとも１つの燃料ノズル内に軸方向に延在し、前記外側環状路と前記少なくとも１つの燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす、第１の流体路
をさらに備える、請求項１５記載の燃焼器。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの燃料ノズル内に軸方向に延在し、前記内側環状路と前記少なくとも１つの燃料ノズル内の前記流体噴射器の１つまたは複数との間に流体連通をもたらす、第２の流体路をさらに備える、請求項１９記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、燃焼器および燃焼器に燃料流体を供給する方法に関する。特定の実施形態では、中央燃料ノズルは、燃焼室に希薄燃料−空気混合物を供給することができる。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器は、燃料に点火して高温高圧の燃焼ガスを生成する産業用発電運転によく使用される。例えば、ガスタービンは、一般的に、動力または推力を生成するために１つまたは複数の燃焼器を含む。発電に使用される一般的なガスタービンは、前部に軸流圧縮機、中間部あたりに１つまたは複数の燃焼器、後部にタービンを含む。外気が圧縮機に供給され、圧縮機の動翼および静翼が作動流体（空気）に徐々に運動エネルギを与え、高エネルギ状態の圧縮作動流体が生成される。圧縮作動流体は、燃焼室に入る前に燃料と混合され、その燃料−空気混合物が一次反応ゾーンで点火されて高温高圧を有する燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、トランジションピースを通ってタービンに入り、そこで膨張して仕事を生成する。例えば、タービンで燃焼ガスが膨張すると、発電機に連結されているシャフトが回転して発電することができる。
【０００３】
燃焼器の設計および運転は、様々な設計および運転パラメータの影響を受ける。例えば、一般的に、燃焼ガスの温度が高くなるほど、燃焼器の熱力学的効率が向上する。しかし、より高い燃焼ガス温度は、燃焼炎が燃料ノズルから供給される燃料に移りそれによって比較的短時間で燃料ノズルに深刻なダメージをもたらす恐れがある、逆火または保炎状態も促進してしまう。さらに、より高い燃焼ガス温度では、一般的に、二原子窒素の解離速度が増加し、窒素酸化物（ＮＯx）の生成が増加する。その反対に、より低い燃焼ガス温度は、一般的に、燃料流の減少および／または部分負荷運転（ターンダウン）と関係があり、それによって燃焼ガスの化学反応速度が低下し、一酸化炭素および未燃炭化水素の生成が増加する。
【０００４】
特定の燃焼器設計では、１つまたは複数の遅延希薄噴射器またはチューブが、燃料ノズルから下流の燃焼室まわりに円周方向に配置され得る。圧縮機から出た圧縮作動流体の一部は、そのチューブを通って流れ、燃料と混合されて希薄燃料−空気混合物が生成され得る。次いで、希薄燃料−空気混合物は、燃焼室の二次反応ゾーンに入り、そこで一次反応ゾーンからの燃焼ガスにより点火される。希薄燃料−空気混合物がさらに燃焼することにより、燃焼ガス温度が上昇し、燃焼器の熱力学的効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６１９２６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円周方向に配置される遅延希薄噴射器は、関連して生じるＮＯxエミッション発生の増加を引き起こすことなく燃焼ガス温度を上昇させるのに効果的であるが、遅延希薄噴射器に供給される液体燃料によって、しばしば、燃料路内で過度のコークス化が起きてしまう。さらに、希薄燃料−空気混合物を燃焼室に円周方向に送り出すことによって、燃焼室およびトランジションピースの内部に沿って、これらの構成要素の低サイクル疲労限界を低下させる局所的な高温ストリークが引き起こされる恐れもある。このため、燃焼室およびトランジションピースの内部に沿った局所的な高温ストリークを引き起こすことなく、遅延希薄燃焼のために液体燃料も気体燃料も供給することができる燃焼器が有用である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様および利点は、以下の説明に示されているが、その説明から明らかになるまたは本発明の実施から習得することもできる。
【０００８】
本発明の一実施形態は、長手方向軸を画成する燃焼室を含む燃焼器である。一次反応ゾーンは、燃焼室内にあり、二次反応ゾーンは、燃焼室内の一次反応ゾーンの下流にある。中央燃料ノズルは、燃焼室内に二次反応ゾーンまで軸方向に延在し、複数の流体噴射器は、一次反応ゾーンから下流の中央燃料ノズル内に円周方向に配置される。各流体噴射器は、燃焼室の長手方向軸に実質的に垂直な中央燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する。
【０００９】
本発明の他の実施形態は、複数の燃料ノズル、およびその複数の燃料ノズルの下流にあり長手方向軸を画成する燃焼室を含む燃焼器である。一次反応ゾーンは、燃焼室内の複数の燃料ノズルに隣接しており、二次反応ゾーンは、燃焼室内の一次反応ゾーンの下流にある。中央燃料ノズルは、燃焼室内に一次反応ゾーンを通って軸方向に延在し、複数の流体噴射器は、一次反応ゾーンから下流の中央燃料ノズル内に円周方向に配置される。各流体噴射器は、燃焼室の長手方向軸に実質的に垂直な中央燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する。
【００１０】
さらなる実施形態では、燃焼器は、燃焼器の少なくとも一部にわたって径方向に延在するエンドカバーを含み、複数の燃料ノズルは、エンドカバーにおいて径方向に配置される。エンドカバーの下流にある燃焼室は長手方向軸を画成する。一次反応ゾーンは、燃焼室内の燃料ノズルに隣接し、少なくとも１つの燃料ノズルは、燃焼室内に一次反応ゾーンから下流に軸方向に延在する。複数の流体噴射器は、一次反応ゾーンの下流の少なくとも１つの燃料ノズル内に円周方向に配置される。各流体噴射器は、燃焼室の長手方向軸に実質的に垂直な少なくとも１つの燃料ノズルから外に向かうさらなる長手方向軸を画成する。
【００１１】
本明細書を検討すれば、当業者ならそうした実施形態の特徴および態様などをより良く理解できるであろう。
【００１２】
当業者に対する最良の形態を含む本発明の完全かつ実施可能な開示が、添付の図面の参照も含めて本明細書の残り部分により具体的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的なガスタービンの簡略化された垂直断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による、図１に示される燃焼器の拡大部分垂直断面図である。
【図３】図２に示される中央燃料ノズルの一部の拡大垂直断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による、図１に示される燃焼器の拡大部分垂直断面図である。
【図５】図４に示される中央燃料ノズルの一部の拡大垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の本実施形態を詳細に参照する。添付の図面にはそれらの１つまたは複数の例が示されている。詳細な説明では、数字および文字の表示を使用して図面に描かれている特徴を示す。図面および説明において同様または類似の表示は、本発明の同様または類似の部分を示すのに使用する。本明細書では、「第１の」、「第２の」および「第３の」という用語は、一構成要素を他のものと区別するのに互いに代替可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を表すように意図されていない。さらに、「上流」および「下流」という用語は、流体経路における構成要素の相対的な位置を示す。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂの上流にある。その反対に、構成要素Ｂが構成要素Ａからの流体流れを受ける場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流にある。
【００１５】
各例は、本発明を説明する目的で提供されるものであり、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲および精神から逸脱することなく本発明に修正および変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明した特徴は、他の実施形態に使用してさらなる実施形態を可能にすることができる。したがって、本発明は、そうした修正および変更を付属の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入るとして包含するものとする。
【００１６】
本発明の様々な実施形態は、燃焼器および燃焼器に燃料を供給する方法を含む。燃焼器は、全体的に、一次反応ゾーンおよび一次反応ゾーンの下流にある二次反応ゾーンを有する燃焼室を含む。中央燃料ノズルは、燃焼室内に軸方向に延在し、複数の流体噴射器は、一次反応ゾーンから下流の中央燃料ノズル内に円周方向に配置される。各流体噴射器は、燃焼室の長手方向軸に実質的に垂直な中央燃料ノズルから外に向かう長手方向軸を画成する。特定の実施形態では、燃焼器は、流体噴射器に燃料および／または作動流体を供給する１つまたは複数の燃料および／または流体路をさらに含むことができる。本発明の例示的な実施形態を例示の目的でガスタービンに組み込まれた燃焼器の文脈で全体的に説明しているが、当業者なら、本発明の実施形態をあらゆる燃焼器に適用することができ、特許請求の範囲で特に列挙されない限りガスタービン燃焼器に限定されないことを容易に理解できるであろう。
【００１７】
図１は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービン１０の簡略化した断面図である。図示のように、ガスタービン１０は、全体的に、前部に圧縮機１２、中間部あたりに径方向に配置される１つまたは複数の燃焼器１４、および後部にタービン１６を含むことができる。圧縮機１２およびタービン１６は、一般的に、電力を作り出す発電機２０に連結されている共通のロータ１８を共有する。
【００１８】
圧縮機１２は、外気などの作動流体２２が圧縮機１２に入り、静翼２４と動翼２６が交互になっている段を通り抜ける、軸流圧縮機であってよい。圧縮機ケーシング２８は、作動流体２２を収容し、静翼２４および動翼２６が作動流体２２を加速しその方向を変えるにつれて圧縮作動流体２２の連続流れを生成する。圧縮作動流体２２の大部分は、圧縮機吐出路３０を通って燃焼器１４に流れる。
【００１９】
燃焼器１４は、当業界で既知の任意の種類の燃焼器であってよい。例えば、図１に示されるように、燃焼器ケーシング（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ  ｃａｓｉｎｇ）３２は、燃焼器１４の一部または全てを円周方向に囲繞し、圧縮機１２から流れてくる圧縮作動流体２２を収容することができる。１つまたは複数の燃料ノズル３４は、エンドカバー３６において径方向に配置され、燃料ノズル３４の下流にある燃焼室３８に燃料を供給することができる。可能な燃料には、例えば、高炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、気化した液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素およびプロパンのうちの１つまたは複数が含まれる。圧縮作動流体２２は、圧縮機吐出路３０から燃焼室３８の外側に沿って流れ、エンドカバー３６に達して反対に向きを変えた後、燃料ノズル３４を通って流れ、燃料と混合することができる。燃料と圧縮作動流体２２の混合物は、燃焼室３８に入り、そこで点火されて高温高圧を有する燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、トランジションピース４０を通ってタービン１６へと流れる。
【００２０】
タービン１６は、ステータ４２と回転するバケット４４が交互になっている段を含むことができる。ステータ４２の第１段によって、燃焼ガスの方向が変えられてタービンバケット４４の第１段に集中する。燃焼ガスは、タービンバケット４４の第１段上を通ると膨張し、それによってタービンバケット４４とロータ１８が回転する。次いで、燃焼ガスは、ステータ４２の次の段へと流れ、それによって燃焼ガスの方向が変えられて回転するタービンバケット４４の次の段に達し、以降の段でもこのプロセスが繰り返される。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施形態による、図１に示される燃焼器１４の拡大部分垂直断面図である。図示のように、燃焼器ケーシング３２およびエンドカバー３６は、燃焼器１４内にヘッドエンドとも呼ばれる体積５０を画成する。ライナ５２は、燃焼室３８の少なくとも一部を円周方向に囲繞し画成する。流れスリーブ５４は、燃焼室３８の少なくとも一部を円周方向に囲繞し、それによってライナ５２と流れスリーブ５４との間に内側環状路５６が画成され、流れスリーブ５４とケーシング３２との間に外側環状路５８が画成され得る。このように、圧縮機１２からの圧縮作動流体２２の大部分は、内側環状路５６を流れ、ライナ５２に対流冷却をもたらすことができる。圧縮作動流体２２は、ヘッドエンドすなわち体積５０に達すると、反対に向きを変えて、燃料ノズル３４を通って燃焼室３８に入る。
【００２２】
燃焼器ケーシング３２は、多数の環状セクションを含み、それによってアセンブリが容易になるおよび／または運転中の熱膨張に対応できるようになっている。例えば、図２に示される特定の実施形態に示されるように、燃焼器ケーシング３２は、エンドカバー３６に隣接する第１の環状ケーシング６０および第１の環状ケーシング６０の上流にある第２の環状ケーシング６２を含むことができる。クランプ、溶接ビードおよび／または複数のボルト６４は、燃焼器１４を円周方向に囲繞し、第１の環状ケーシング６０と第２の環状ケーシング６２との間の連結部すなわち接合部６６を形成する。
【００２３】
特定の実施形態では、フランジ７０は、第１の環状ケーシング６０と第２の環状ケーシング６２との間に径方向に延在し、連結部６６を通る流体連通をもたらす１つまたは複数の内部流体路を含むことができる。例えば、フランジ７０は、ケーシング３２を通って径方向に延在する燃料路７２を含み、それによってケーシング３２を通る内側環状路５６への流体連通がもたらされ得る。複数のベーン（ｖａｎｅ）７４は、燃焼室３８を円周方向に囲繞し、環状路５６において径方向に延在し、圧縮作動流体２２の流れを案内することができる。特定の実施形態では、ベーン７４は、内側環状路５６を通って流れる圧縮作動流体２２にスワールを与えるように角度が付けられ得る。フランジ７０は、ベーン７４の１つまたは複数と連結することができ、燃料路７２は、ベーン７４の１つまたは複数の内部に延在し、それによって燃料がベーン７４にある４つ一組の燃料ポート７６を通って流れ、内側環状路５６を通って流れる圧縮作動流体２２と混合することができるようになる。あるいは、またはそれに加えて、フランジ７０は、圧縮作動流体２２が燃焼室３８に流入する前に外側環状路５８から燃料ノズル３４内またはそのまわりに流れるようにするための流体経路をもたらす希釈剤路７８を含むこともできる。
【００２４】
図２に示されるように、燃焼室３８に入った燃料−空気混合物は、燃料ノズル３４に隣接する一次反応ゾーン８０で点火される。さらに、燃焼室３８内には、図２に示される中央燃料ノズル８４のような少なくとも１つの燃料ノズルが、一次反応ゾーン８０を通って二次反応ゾーン８２まで軸方向に延在する。中央燃料ノズル８４内には、燃料および／または流体路の様々な組み合わせが軸方向に延在してよい。例えば、図２に示される特定の実施形態に示されるように、気体燃料供給源８６が中央燃料ノズル８４内に軸方向に延在する気体燃料路８８に連結され、および／または液体燃料供給源９０が中央燃料ノズル８４内に軸方向に延在する液体燃料路９２に連結され得る。あるいは、またはそれに加えて、第１の流体路９４および／または第２の流体路９６が、中央燃料ノズル８４内に軸方向に延在してもよい。圧縮作動流体２２は、内側環状路５６を通ってヘッドエンド５０に入り、反対に向きを変えて第１の流体路９４に入ることができる。さらに、外側環状路５８を通って流れるより低温高圧の圧縮作動流体２２が、希釈剤路７８を通って第２の流体路９６に入ってもよい。
【００２５】
図３は、図２に示される中央燃料ノズル８４の一部の拡大垂直断面図である。図２および図３に示されるように、複数の流体噴射器１００は、一次反応ゾーン８０から下流の中央燃料ノズル８４内に円周方向に配置される。各流体噴射器１００は、燃焼室３８によって画成される長手方向軸１０４に実質的に垂直な長手方向軸１０２を画成する。図３に最も明確に示されるように、第１の流体路９４を通って流れる圧縮作動流体２２は、流体噴射器１００と合流することができる。さらに、第２の流体路９６を通って流れるより低温高圧の圧縮作動流体２２は、中央燃料ノズル８４の下流面１０６に沿って流体噴射器１００まわりに流れ、流体噴射器１００と合流する前に下流面１０６を対流冷却することができる。次いで、圧縮作動流体２２は、流体噴射器１００を通って燃焼室３８内の燃焼ガスの流れに実質的に垂直に流れ、それによって圧縮作動流体２２と燃焼ガスの混合が促進され、一次反応ゾーン８０の下流の燃焼ガスが急冷され得るようになる。
【００２６】
望むなら、燃焼ガス温度を上げるために、気体および／または液体の燃料を気体燃料路８８および液体燃料路９２をそれぞれ通って供給してもよい。図３に最も明確に示されるように、気体燃料路８８の少なくとも一部は、流体噴射器１００の１つまたは複数を円周方向に囲繞することができ、複数の燃料ポート１１０は、気体燃料路８８と中央燃料ノズル８４内の流体噴射器１００の１つまたは複数との間に流体連通をもたらすことができる。あるいは、またはそれに加えて、複数の燃料ポート１１２が、液体燃料路９２と中央燃料ノズル８４内の流体噴射器１００の１つまたは複数との間に流体連通をもたらしてもよい。このように、気体および／または液体の燃料は、流体噴射器１００内で第１の流体路９４および／または第２の流体路９６から供給される圧縮作動流体２２と混合し、希薄燃料−空気混合物が形成され得る。次いで、その希薄燃料−空気混合物は流体噴射器１００によって燃焼室３８内の燃焼ガスの流れに実質的に垂直に噴射され、それによって希薄燃料−空気混合物と燃焼ガスの混合が促進され、二次反応ゾーン８２において燃焼ガスにより希薄燃料−空気混合物が点火されて燃焼ガス温度の上昇が可能になる。さらに、中央燃料ノズル８４から希薄燃料−空気混合物が噴射されることによって、燃焼室３８およびトランジションピース４０の内部に沿った局所的な高温ストリークが形成されなくなる。
【００２７】
図４は、本発明の第２の実施形態による、図１に示される燃焼器１４の拡大部分垂直断面図である。図５は、図４に示される中央燃料ノズル８４の一部の拡大垂直断面図である。図４に示されるように、燃焼器１４は、図２に示される実施形態に関して前述したように、やはりまたケーシング３２、燃料ノズル３４、ライナ５２、流れスリーブ５４および内側環状路５６を含む。さらに、中央燃料ノズル８４は、上述のように、やはりまた燃焼室３８内の一次反応ゾーン８０を通って延在し、気体燃料路８８、液体燃料路９２、流体噴射器１００および燃料ポート１１０、１１２を含む。この特定の実施形態では、図５に最も明確に示されるように、下流面１０６を貫通する複数の流体ポート１１４が、第１の流体路９４と流体連通している。この結果、第１の流体路９４を通って流れる圧縮作動流体２２の一部は、流体ポート１１４を通って流れ、中央燃料ノズル８４の下流面１０６にしみ出し冷却をもたらすことができる。
【００２８】
当業者なら、本明細書に記載の教示から、図２〜図５に関して図示され説明される様々な実施形態は、燃焼器１４に燃料を供給する方法も提供できることが容易に理解できるであろう。方法は、例えば、液体または気体の燃料の少なくとも一方を、燃焼室３８内に一次反応ゾーン８０を通って軸方向に延在する中央燃料ノズル８４内を通して供給することを含むことができる。さらに、方法は、中央燃料ノズル８４内で液体および／または気体の燃料と作動流体２２を混合して希薄燃料−空気混合物を生成すること、ならびにその燃料−空気混合物を燃焼室３８を通る燃焼ガスの流れに実質的に垂直に噴射することを含むことができる。特定の実施形態では、第１の流体路９４は、内側環状路５６と中央燃料ノズル８４内の流体噴射器１００の１つもしくは複数との間に流体連通をもたらすことができ、および／または第２の流体路９６は、外側環状路５８と中央燃料ノズル８４内の流体噴射器１００の１つもしくは複数との間に流体連通をもたらすことができる。この結果、本明細書に記載の様々な実施形態は、遅延希薄燃焼となるように液体および／または気体の燃料を供給することができ、関連して生じるＮＯxエミッションの増加を引き起こすことなく燃焼器１４の効率を向上させることができる。さらに、本明細書に記載の様々な実施形態によって、燃焼室３８およびトランジションピース４０の内部に沿った、これらの構成要素についての低サイクル疲労限界を低下させる恐れがある局所的な高温ストリークの形成が防止される。
【００２９】
記載の説明は、例を用いて最良の形態を含めて本発明を開示しており、さらに、任意の装置または燃焼器を作成し使用し、組み込まれた任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施できるようにする。特許性のある本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例も含むことができる。そうした他の例は、特許請求の範囲の文字通りの文言とは異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの文言と実質的な差異を伴わない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  ロータ
２０  発電機
２２  作動流体
２４  静翼
２６  動翼
２８  圧縮機ケーシング
３０  吐出プレナム
３２  燃焼器ケーシング
３４  燃料ノズル
３６  エンドカバー
３８  燃焼室
４０  トランジションピース
４２  ステータ
４４  バケット
５０  体積
５２  ライナ
５４  流れスリーブ
５６  内側環状路
５８  外側環状路
６０  第１の環状ケーシング
６２  第２の環状ケーシング
６４  ボルト
６６  接合部
７０  フランジ
７２  燃料プレナム
７４  ベーン
７６  ４つ一組の燃料ポート
７８  希釈剤路
８０  一次反応ゾーン
８２  二次反応ゾーン
８４  中央燃料ノズル
８６  気体燃料供給源
８８  気体燃料路
９０  液体燃料供給源
９２  液体燃料路
９４  第１の流体路
９６  第２の流体路
１００  流体噴射器
１０２  流体噴射器の長手方向軸
１０４  燃焼室の長手方向軸
１０６  中央燃料ノズルの下流面
１１０  燃料ポート
１１２  燃料ポート
１１４  流体ポート
【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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