(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の装置の有利な特性を有する一方、製造がより容易な燃料インジェクタ装置を提供する。【解決手段】本体は前縁１１および後縁１２を含み流れ方向３を規定し、燃料インジェクタ装置１の本体は、第１の壁部と第２の壁部とを含み、壁部は前縁と後縁との間に延び前縁および後縁を含み、壁部は前縁および後縁において互いに接続され、流れ方向３範囲と横方向範囲とを有し、内部空間を包囲し内部空間内に少なくとも１つの流体プレナム１０５，１０６，１０７，１０８が設けられ、流体プレナムは上流端部および／または下流端部のうちの少なくとも一方において、内壁構造１０９，１１１，１１２により画成される燃料インジェクタ装置において、壁構造のうちの少なくとも１つの面１０９１，１０９２は、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい流れ方向に対する角度ａを形成する傾斜した面であり、最大角度は６０°である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を含む燃料インジェクタ装置（１）であって、前記本体は、前縁（１１）および後縁（１２）を含み、前記前縁から前記後縁まで流れ方向（３）を規定しており、前記燃料インジェクタ装置の前記本体は、さらに、第１の壁部（１０３）と、該第１の壁部と反対側の第２の壁部（１０４）とを含み、前記壁部のそれぞれは、前記前縁（１１）と前記後縁(１２)との間に延びておりかつ前記前縁（１１）および前記後縁（１２）を含み、前記壁部は、前記前縁および前記後縁において互いに接続されており、
各壁部は、流れ方向（３）範囲と、横方向（５）範囲とを有し、
前記壁部はさらに、内部空間を包囲しており、
該内部空間内に少なくとも１つの流体プレナム（１０５，１０６，１０７，１０８）が設けられており、該流体プレナムは、上流端部および／または下流端部のうちの少なくとも一方において内壁構造（１０９，１１１，１１２）によって画成されている、燃料インジェクタ装置（１）において、
前記壁構造のうちの少なくとも１つの面（１０９１，１０９２）は、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい流れ方向に対する角度（ａ）を形成する傾斜した面であり、前記最大角度は６０°であることを特徴とする、燃料インジェクタ装置（１）。
【請求項２】
前記内壁構造の上流面および下流面（１０９４，１０９５）のそれぞれは、傾斜した面であり、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい、流れ方向（３）に対する角度（ａ）を形成している、請求項１記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項３】
少なくとも２つの前記内壁構造（１０９，１１１，１１２）が前記内部空間に設けられており、各内壁構造は、少なくとも１つの傾斜した面を有しており、さらに、少なくとも、同じ流れ方向の向きを指し示した全ての壁構造の面が、傾斜した面として提供されている、請求項１または２記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項４】
前記傾斜した面（１０９４）は、少なくとも２つの傾斜した面セクション（１０９１，１０９２）を有し、各傾斜した面セクションは、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい、流れ方向に対する角度を形成しており、前記面セクションは、流れ方向に対して反対方向に傾斜させられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項５】
流れ方向に対して反対方向に傾斜させられた２つの傾斜した面セクション（１０９１，１０９２）は、組み合わされて、内壁構造の面（１０９４）を形成している、請求項４記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項６】
前記第１および第２の面セクション（１０９１，１０９２）は、互いに接し、移行面（１０９４）によって接合されており、特に、前記移行面は丸みづけられている、請求項５記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項７】
冷却空気プレナム（１０５）、
キャリヤ空気プレナム（１０６）、
第１の燃料プレナム（１０７）、および／または
第２の燃料プレナム（１０８）
のうちの少なくとも１つが、前記内部空間内に設けられており、かつ少なくとも１つの流れ方向端部において、傾斜した面を有する内壁構造（１０９，１１１，１１２）によって画成されている、請求項１記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項８】
下流端部において第１の内壁構造（１０９）によって画成された冷却空気プレナム（１０５）と、
上流端部において前記第１の内壁構造（１０９）によって画成されかつ下流端部において第２の内壁構造（１１１）によって画成されたキャリヤ空気プレナム（１０６）と、
上流端部において前記第２の内壁構造（１１１）によって画成された第１の燃料プレナム（１０７）とを含み、
全ての内壁構造の上流面および／または全ての内壁構造の下流面は、傾斜した面である、請求項７記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項９】
第２の燃料プレナム（１０８）を含み、前記第１の燃料プレナム（１０７）は下流端部において第３の内壁構造（１１２）によって画成されており、前記第２の燃料プレナムは、上流端部において前記第３の内壁構造によって画成されており、
全ての内壁構造の上流面および／または全ての内壁構造の下流面は、傾斜した面である、請求項８記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの燃料プレナムは、燃料プレナムシェル（１１０）によって包囲されており、該燃料プレナムシェル（１１０）の上流端部は、傾斜した面を有する内壁構造（１１１）として提供されており、前記燃料プレナムシェルは、前記内部空間内に設けられており、かつストラット（１１３）によって支持されており、該ストラットは前記燃料プレナムシェル（１１０）と前記第１の内壁構造（１０９）とを接続している、請求項８または９記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項１１】
前記後縁は、波形である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項１２】
継目のないワンピースの装置である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項１３】
付加製造法、特に、選択的レーザ溶融および選択的電子ビーム溶融のうちの一方によって製造可能である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ装置（１）を含む、燃焼器（２）、特にガスタービン燃焼器。
【請求項１５】
特に、前記ガスタービンは、２段燃焼ガスタービンエンジンであり、より特に、前記燃焼器は、タービンから、部分的に膨張した煙道ガスが供給される後続の燃焼器（２）である、請求項１４記載の燃焼器を含むガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１に記載の燃料インジェクタ装置に関する。本開示は、さらに、燃焼器、および前記タイプの燃料インジェクタ装置を有するガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
開示の背景
燃焼器において、許容可能な排ガス汚染物質レベルを達成するために、燃料が燃焼させられる前に、燃料と、最も一般的に使用される空気などの酸化剤との十分な混合が要求される。例えば欧州特許第０７１８４７０号明細書に記載されているようないわゆる２段燃焼を備えるガスタービンにおいて、後続の燃焼器には、先行するタービンから、部分的に膨張した、依然として酸素リッチな煙道ガスが提供され、この煙道ガスが酸化剤として働く。このようなガスタービンにおいて、特に後続の燃焼器において、燃焼器に進入する酸化剤、すなわち部分的に膨張した煙道ガスは、燃料自己点火温度を超える温度を有する。すなわち、燃料は、所定の点火遅延時間の後、自発的に点火する。したがって、燃料が点火する前に制限された時間枠内で完全かつ均一な燃料／酸化剤混合を達成することが重要である。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１２／０２７２６５９号明細書は、例えば、流れ方向を横切る波形を有する後縁を備えた、ほぼ翼形を有する燃料インジェクタ装置を開示しており、前記波形の空力的断面は、流れ方向で前縁から後縁へ発達している。後縁において、主流れ方向を横切って反対方向の速度成分を有する流れが衝突し、混ざり合い、後縁から下流へ伝播する渦を発達させ、前記渦は、ほぼ、波形の後縁の変曲点において、回転中心を有する。燃料は、ほぼ前記変曲点において後縁に配置された燃料噴射手段を通じて噴射され、渦により、酸化剤と強く混合される。
【０００４】
しかしながら、この装置の内部ジオメトリは極めて複雑である。冷却空気、キャリヤ空気および少なくとも１つの燃料のための複数のプレナムが装置内に設けられる必要がある。また、様々な流体を案内および排出する手段を設ける必要がある。したがって、このような装置は多数の個々の部品から組み立てる必要がある。組立ては複雑で、高価であり、設計可能性を制限する。
【０００５】
開示の説明
本開示の目的は、進歩した燃料インジェクタ装置を記述することである。
【０００６】
本開示は、従来公知の装置の有利な特性を有する一方、製造がより容易な燃料インジェクタ装置を提案する。
【０００７】
本開示の別の目的は、設計の自由度をより高め、ひいては例えば燃料／酸化剤混合の一層の改良、および冷却空気のより効率的な利用を実現する燃料インジェクタ装置を提供することである。
【０００８】
別の態様において、効率的に製造可能に設計および成形された燃料インジェクタ装置が開示される。開示のより特定の態様において、例えば選択的レーザ溶融または電子ビーム溶融などの、しかしながらこれらに限定されることのない付加製造法によって効率的に製造可能であるように設計および成形された燃料インジェクタ装置が開示されている。
【０００９】
これは、請求項１に記載された主体によって達成される。
【００１０】
開示された主体のその他の効果および利点は、明示的に言及されているかどうかにかかわらず、以下に提供される開示を考慮して明らかになるであろう。
【００１１】
本体を備え、前記本体が前縁と後縁とを有する燃料インジェクタ装置が開示される。流れ方向は前縁から後縁へ規定されている。燃料インジェクタ装置本体は、第１の壁部と、第１の壁部と反対側の第２の壁部とを有し、前記壁部はそれぞれ前縁と後縁との間に延びかつ前縁および後縁を含み、前記壁部は、前縁および後縁において互いに接続している。各壁部は、流れ方向範囲と、流れ方向範囲を横切った、特に流れ方向範囲に対して垂直な横方向範囲とを有する。燃料インジェクタ装置がバー状の形状を有するように、壁部は横方向範囲に沿って直線的であってもよいことが理解される。同様に、壁部は横方向範囲に沿って湾曲していてもよく、これにより、燃料インジェクタ装置は、例えば缶形、円錐形、部分円筒形または部分円錐台形を有してもよい。壁部は、内部空間を包囲しており、内部空間には少なくとも１つの流体プレナムが設けられている。流体プレナムは、内壁構造によって画成された上流端部および／または下流端部のうちの少なくとも一方にある。前記内壁構造の少なくとも１つの面は、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい、流れ方向に対する角度を形成する傾斜した面であり、前記最大角度は６０°である。
【００１２】
より特定の実施の形態では、最大角度は４０°または４５°であってもよい。
【００１３】
この文献の文脈における流れ方向とは、前縁と後縁との間の無指向性の向きを意味する。
【００１４】
上流とは、この文献の文脈において、流れの方向とは逆の、後縁から前縁への指向性流れ方向であると理解される。
【００１５】
下流とは、この文献の文脈において、流れの方向での、前縁から後縁への指向性流れ方向であると理解される。
【００１６】
概して、本開示の別の過程において、「傾斜した面」という用語は、上記に規定した最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい流れ方向に対する角度を形成する面に対して使用されている。
【００１７】
明らかになるように、傾斜した面は、幾つかの実施の形態において、横断方向に対して所定の角度を有しており、横断方向は、第１の壁部の内面から第２の壁部の内面まで延びており、かつ特に流れ方向および横方向に対して垂直であり、前記角度は９０°マイナス最大角度と等しいかまたはそれよりも大きい。
【００１８】
これらの傾斜した面により、一層ずつ金属粉末が選択的に溶融および再固化させられる、例えば選択的レーザ溶融または選択的電子ビーム溶融などの付加製造法によって燃料インジェクタ装置を製造することが、著しく容易になる。これは、堆積方向を横切って延びる大規模なオーバハング構造の製造が回避されることにより達成される。例えば、オーバハング構造が選択的レーザ溶融またはその他の付加製造法によって１つの層において製造される場合、オーバハング構造は、固化した材料の新たな層のための支持が提供されないと、曲がってしまうことがある。その結果、脆弱な製品品質が見られることがあり、または製造プロセスが取り消されることがある。開示された装置の製造中に可能であるように、前記オーバハング構造が適切に傾斜させられていると、各層のために、短い片持ち長さを備えた小さなオーバハングのみが製造される。したがって、それぞれの小さなオーバハングは、先に固化した材料によって十分に支持される。
【００１９】
したがって、開示された装置は、堆積方向が後縁から前縁へまたはその逆に方向付けられて、付加製造法によって製造されるのに特に適している。なぜならば、インジェクタ装置本体の壁部が堆積方向に延びており、例えば流れ方向で流体プレナムを画成する内壁構造などの横断構造が、傾斜した、すなわち水平でない構造を製造中に形成するからである。すなわち、堆積方向に対して大きな角度、特に垂直に延びる大規模なオーバハングは回避される。
【００２０】
したがって、本開示の１つの態様において、継目がなく、結果として組立てステップなしに製造される、冒頭に言及し、かつ上記に記載した種類の燃料インジェクタ装置が開示される。すなわち、燃料インジェクタ装置は、複数の部分から組み立てられるのではなく、複雑な内部ジオメトリを考慮した、主に上述の付加製造法によって達成可能な、モノリシックな、ワンピースのエレメントである。
【００２１】
燃料インジェクタ装置の本体は、特に、空力的な縦断面を有してもよい。流れ方向に沿って下流へ、本体は、流れ方向で見たときに、増大する波形形状を発達させていてもよく、波形の振幅が前縁、または前縁の下流の位置から後縁に向かって増大している。したがって、燃料インジェクタ装置は、波形の後縁を有してもよい。前縁は、直線的または湾曲していてもよいが、波形にはなっておらず、幾つかの実施の形態では、円形または部分円形を描いていてよい。典型的な燃料インジェクタ装置本体は、米国特許出願公開第２０１２／０２７２６５９号明細書に開示されており、この文献はこの点に関して引用により組み込まれる。
【００２２】
本開示による燃料インジェクタ装置の幾つかの実施の形態では、内壁構造の上流面および下流面のそれぞれは、傾斜した面であり、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい、流れ方向に対する角度を形成している。特に、面は互いに平行であってもよく、すなわち、前記角度は上流側および下流側において同じであり、その結果、内壁構造の一定の厚さを生じている。
【００２３】
別の実施の形態において、少なくとも２つの内壁構造が内部空間に設けられており、各内壁構造は、少なくとも１つの傾斜した面を有しており、さらに、少なくとも、同じ流れ方向の向きを指し示した全ての壁構造の面が、傾斜した面として提供されている。言い換えれば、流れ方向に沿って下流を指し示す内壁構造の全ての面および／または流れ方向に沿って上流を指し示す全ての面は、傾斜した面である。
【００２４】
１つの態様によれば、傾斜した面は、少なくとも２つの傾斜面セクションを有し、各傾斜面セクションは、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい、流れ方向に対する角度を形成しており、面セクションは、流れ方向に関して反対方向に傾斜させられている。特に、流れ方向に関して反対方向に傾斜させられた２つの傾斜面セクションは、共同で内壁構造の面を形成している。すなわち、面セクションは、頂点および２つの脚部を形成しており、特に、頂点は、流れ方向に沿って上流または下流を指し示している。特に、第１および第２の面セクションは、互いにしており、移行面によって接合されており、特に移行面は丸みづけられている。
【００２５】
本開示のさらに別の態様によれば、燃料インジェクタ装置は、
内部空間内に設けられ、かつ少なくとも一方の流れ方向端部において、傾斜面を有する内壁構造によって画成された
冷却空気プレナム、
キャリヤ空気プレナム、
第１の燃料プレナム、および／または
第２の燃料プレナム
のうちの少なくとも１つを含む。特定の実施の形態では、第１の燃料プレナムは燃料油プレナムであってもよく、第２の燃料プレナムは燃料ガスプレナムであってもよい。
【００２６】
より特定の実施の形態では、燃料インジェクタ装置は、下流端部において第１の内壁構造によって画成された冷却空気プレナムと、上流端部において第１の内壁構造によって画成されかつ下流端部において第２の内壁構造によって画成されたキャリヤ空気プレナムと、上流端部において第２の内壁構造によって画成された第１の燃料プレナムとを含み、全ての内壁構造の上流面および／または全ての内壁構造の下流面は、傾斜した面である。特に、冷却空気プレナムは、上流端部において、燃料インジェクタ装置本体の第１および第２の壁部によって画成されていてもよい。
【００２７】
さらにより特定の実施の形態において、燃料インジェクタ装置は、第２の燃料プレナムを含み、第１の燃料プレナムは下流端部において第３の内壁構造によって画成されており、第２の燃料プレナムは上流端部において第３の内壁構造によって画成されており、全ての内壁構造の上流面および／または全ての内壁構造の下流面は、傾斜した面である。
【００２８】
さらにより特定の実施の形態では、内部空間内に設けられた全ての内部構造は、傾斜した面を有しており、さらにより特定すると、前記内部構造の全ての上流面および下流面は傾斜した面である。
【００２９】
少なくとも１つの燃料プレナムは、燃料プレナムシェルによって包囲されていてもよく、燃料プレナムシェルの上流端部は、傾斜した面を有する内壁構造として提供されており、燃料プレナムシェルは、内部空間内に設けられており、ストラットによって支持されており、前記ストラットは燃料プレナムシェルと第１の内壁構造とを接続している。ストラットは、流れ方向に沿って長手方向範囲を有してもよい。したがって、ストラットは、付加製造法によって製造されるのに適した形式で設計されていてもよい。ストラットは、燃料プレナムシェルの支持にある程度の柔軟性を提供してもよく、この柔軟性は、熱膨張の差を打ち消すように機能してもよい。第２の燃料プレナムは、燃料プレナムシェル内に配置されていてもよい。
【００３０】
本開示による燃料インジェクタ装置を含む燃焼器、特にガスタービン燃焼器がさらに開示される。
【００３１】
前記種類の燃焼器を含むガスタービンがさらに開示され、特に、ガスタービンは、２段燃焼ガスタービンエンジンであり、より特定すると、燃焼器は、例えばＥＰ０７１８４７０Ｂ１に開示されているように、タービンから部分的に膨張した煙道ガスが供給される後続の燃焼器であり、前記文献はこの点に関して引用したことにより組み込まされる。
【００３２】
上に開示された特徴および実施の形態は互いに組み合わされてもよいことが理解される。当業者にとって明白かつ明らかな、本開示の範囲および請求の範囲に記載された主体の中で、さらに別の実施の形態が考えられることがさらに認められるであろう。
【００３３】
図面の簡単な説明
本開示の主体は、ここで、添付の図面に示された選択された典型的な実施の形態によってさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本開示による燃料インジェクタ装置を側面図および透視図において示している。
【図２】燃料インジェクタ装置の典型的な実施の形態のより詳細な図を透視図で示している。
【図３】図２の装置の側面図である。
【図４】図２の装置の平面図である。
【図５】図２の装置の第１の断面図である。
【図６】図２の装置の第２の断面図である。
【図７】図２の装置の第３の断面図である。
【図８】図２の装置の第４の断面図である。
【図９】選択的レーザ溶融を適用してオーバハング構造を製造することに関連する問題を示す図である。
【図１０】本明細書に開示された装置の製造に選択的レーザ溶融を適用する際の問題を軽減することを示す図である。
【図１１】上述の燃料インジェクタ手段を有する燃焼室を示している。
【図１２】燃料インジェクタ装置の択一的な実施の形態の図である。
【００３５】
図面は、選択された例示的な実施の形態のみを示しており、示されていない実施の形態がさらに、本明細書において請求された主体の範囲に包含され得ることが理解される。
【００３６】
本開示の教示を実施する典型的なモード
本開示による燃料インジェクタ装置の典型的な実施の形態の概略図が、図１に示されている。図の左側部分は側面図を示しているのに対し、図の右側部分は透視図を示している。側面図に見られるように、燃料インジェクタ装置１は、本体を有する。本体は、縦断面図において、概して翼に類似した空力形状を有している。燃料インジェクタ装置は、前縁１１および後縁１２を含み、３で示された、前縁と後縁との間の流れ方向を有する。燃料インジェクタ装置本体は、さらに、第１の面１０１と、第１の面と反対側の第２の面１０２とを有し、前記面はそれぞれ前縁と後縁との間に延びかつ前縁および後縁を含み、前記面は、前縁および後縁において互いに接続している。面１０１および１０２は、図１の右側部分に示された、流れ方向３および横方向５に沿って延びている。燃料インジェクタ装置は、バー形状である。横断方向４は、２つの面１０１および１０２の間に延びており、特に流れ方向３および横方向５に対して垂直である。図示したように、翼形縦断面の輪郭は、１つの縦断面から、隣接する縦断面へ、燃料インジェクタ装置本体を横切って変化しており、その結果、流れ方向に沿ってまたは主流れ方向を横切って見たときに波形の後縁１２を生じている。複数の燃料排出手段１５が後縁１２に設けられている。
【００３７】
図２は、本開示による燃料インジェクタ装置を透視図においてより詳細に示している。上述のような燃料インジェクタ装置１は、前縁１１と、後縁１２と、前縁と後縁との間に延びかつ前縁および後縁を含む面１０１および１０２とを含む。複数の燃料排出手段１５は、図１に関して既に言及したように、後縁に配置されている。さらに、複数の第２の燃料排出手段１６が後縁に設けられている。さらに、冷却空気出口手段１７が、面１０１および１０２それぞれ、および後縁に設けられている。第１の面１０１は燃料インジェクタ装置本体の第１の壁部１０３に設けられているのに対し、第２の面１０２は燃料インジェクタ装置本体の第２の壁部１０４に設けられており、前記壁部は内部空間を包囲している。面１０１および１０２と同様に、壁部１０３および１０４は、前縁と後縁との間に延びておりかつ前縁および後縁を含み、前縁および後縁において接続している。内部空間内に、冷却空気プレナム１０５、キャリヤ空気プレナム１０６、第１の燃料プレナム１０７および第２の燃料プレナム１０８が設けられている。冷却空気プレナム１０５に供給された冷却空気は、壁部１０３および１０４を冷却するために壁近傍冷却チャネル（この図には示されていない）を通って案内され、冷却空気出口手段１７を通じて排出される。燃料は、第１および第２の燃料プレナムに供給され、燃料排出手段１５および１６を通じて排出される。キャリヤ空気プレナム１０６に供給されたキャリヤ空気は、燃料排出手段に配置されたキャリヤ空気開口を通じて排出される。その限りにおいて、流体をそれぞれの排出開口へ案内するための複数のダクトが、燃料インジェクタ装置内に設けられる必要がある。
【００３８】
図３は、燃料インジェクタ装置１のより詳細な側面図を示している。燃料インジェクタ装置１は、面１０１が設けられた第１の壁部１０３と、面１０２が設けられた第２の壁部１０４とを有する。壁部は、前縁１１と後縁１２との間に延びておりかつ前縁１１および後縁１２を含み、壁部は前縁および後縁において互いに接続している。内部空間は壁部によって包囲されている。この内部空間は、冷却空気プレナム１０５、第１の燃料プレナム１０７、第２の燃料プレナム１０８およびキャリヤ空気プレナム１０６を有する。燃料プレナム１０７および１０８は、燃料プレナムシェル１１０によって包囲されている。シェルは、ストラット１１３によって内部空間内に支持されている。第１の燃料プレナム１０７、この典型的な実施の形態では燃料油プレナムから、燃料油ノズル１１４が燃料排出手段１５へ通じている。燃料油ノズル１１４は、第２の燃料プレナムの全体を通って供給される。第２の燃料プレナム１０８は、この実施の形態では、燃料ガスプレナムとして意図されており、燃料ガス導管１１５は燃料ガスプレナムを燃料ガス排出手段１６に接続している。シェル１１０は、壁部１０３および１０４の内面と接触しておらず、シェル１１０と、壁部１０３および１０４との間には間隙が形成されており、これにより、キャリヤ空気は、シェルの周囲を通って燃料排出手段１５および１６まで流れることができ、公知の形式において、キャリヤ空気として燃料排出手段において排出することができる。冷却空気プレナムは、下流端部において、内壁構造１０９によって画成されている。キャリヤ空気プレナムは、上流端部において内壁構造１０９によって画成されており、下流端部において、同時にシェル１１０の一部でもある内壁構造１１１によって画成されている。第１の燃料プレナム１０７は、上流端部において内壁構造１１１によって画成されており、下流端部において内壁構造１１２によって画成されている。第２の燃料プレナム１０８は、上流端部において内壁構造１１２によって画成されており、下流端部においてシェルの下流部分によって画成されている。全ての内壁構造は、単に横断方向４に延びているのではなく、内壁構造は、頂点および２つの脚部を形成するように、横断方向４に関して傾斜させられており、頂点は、流れ方向３に沿って上流または下流を指し示している。言い換えれば、壁構造は、流れ方向に対して９０°未満の角度で傾斜させられている。壁構造１０９および１１１の頂点は接触している。したがって、装置が流れ方向に沿って付加製造プロセス、例えば選択的レーザ溶融によって製造される場合、頂点は互いに支持し合う。
【００３９】
図４は、燃料インジェクタ装置１の平面図を示している。流れ方向３に沿って前縁１１から後縁１２まで延び、さらに横方向５に延びた第１の面１０１が示されている。後縁には燃料排出手段１５および１６が設けられている。さらに、冷却空気排出手段１７は、第１の面１０１および後縁１２に示されている。
【００４０】
図５は、図３の線Ａ−Ａに沿った断面図を示しており、内部構造をより詳細に示している。複数の燃料油ノズル１１４は、第１の燃料プレナム１０７から第２の燃料プレナム１０８を通って第１の燃料排出手段１５まで延びている。第２の燃料導管１１５は、第２の燃料プレナム１０８から、この図には示されていない第２の燃料排出手段まで延びている。冷却空気チャネル１１６は、冷却空気プレナム１０５から分岐している。
【００４１】
図５の線Ｄ−Ｄに沿った断面図が図６に示されている。図面から明らかなように、冷却空気チャネル１１６は、冷却空気プレナム１０５から分岐しており、インジェクタ装置本体の壁部を通って、壁近傍冷却チャネルとして面１０１および１０２の近くに延びている。冷却空気は、面１０１および１０２ならびに後縁１２に設けられた冷却空気排出手段１７において排出される。各壁構造１０９，１１１および１１２は、上流面および下流面を有する。前記面のそれぞれは、流れ方向３に対して反対方向に傾斜させられた２つの面セクションを有すると考えられてもよい。例えば、壁構造１０９は、上流側に上流面１０９４を、下流側に下流面１０９５を有している。上流面は、例えば、丸みのある移行領域１０９３によって接続された第１の面セクション１０９１および第２の面セクション１０９２を有する。面セクション１０９１および１０９２のそれぞれは、９０°とは異なる角度で流れ方向に対して傾斜させられている。面セクション１０９１および１０９２は、反対方向に傾斜させられている。例えば、図示された典型的な実施の形態では、両方の面セクションは、反対方向に、すなわち、この図面では上方および下方へ、この実施の形態では約３５°である角度ａで流れ方向３に対して傾斜させられている。同様に、燃料インジェクタ装置本体の内部空間内に設けられた全ての横断構造は、９０°未満の角度で流れ方向３に対して傾斜させられており、この角度は、最大角度よりも小さいまたは最大角度と等しい。以下に示すように、この幾何学的制限により、燃料インジェクタ装置は、堆積が後縁から前縁に向かって、またはその逆に生じる、付加製造プロセス、例えば選択的レーザ溶融によって製造されるのに特に適している。この特定のジオメトリにより、流れ方向に沿った製造の間に大きなオーバハング構造は生じない。
【００４２】
図７は、図４の線Ｅ−Ｅに沿った断面図を示している。複数の冷却空気チャネル１１６がどのように壁部１０３および１０４を通って延びているかが示されている。さらに、内壁構造１０９が示されている。ストラット１１３は壁構造１０９から延びている。ストラット１１３の構造および機能は、図７の線Ｆ−Ｆに沿った断面図を示す図８の記載によってさらに明らかになるであろう。ストラット１１３は、主に流れ方向に沿っても延びている。ストラットは、外壁１０３および１０４に堅く結合された壁構造１０９から延びており、燃料プレナムシェル１１０のための支持を提供している。図７および図８の組み合わせによって分かるように、シェル１１０は燃料インジェクタ装置の中心においてのみ支持されており、これにより、横方向でのシェルおよび燃料インジェクタ装置の異なる熱膨張が可能になっている。これは有効であることが分かる。なぜならば、燃料プレナム１０７および１０８に提供される燃料は、一般的に、冷却空気またはキャリヤ空気としてそれぞれ冷却空気プレナム１０５およびキャリヤ空気プレナム１０６へ提供される高圧圧縮空気よりも、著しく低温であるからである。
【００４３】
図９および図１０に関して、本開示による燃料インジェクタ装置が、流れ方向に沿った堆積方向で、選択的レーザ溶融などの付加製造法によって製造されるのにどのように特に適しているかが示されている。
【００４４】
図９を参照すると、選択的レーザ溶融プロセスによる、横断方向構造を備える構成部品の製造が、概略的に示されている。選択的レーザ溶融プロセスでは、金属粉末２０２が製作台２０１に配置される。図９に示された金属粉末２０２のベッドは一回のステップで配置されるのではなく、連続した層で配置されることに注意されたい。各配置ステップの間に、実際のレーザ溶融プロセスが行われる。適切なパワーのレーザビームが金属粉末へ方向付けられ、金属粉末の表面上で前進させられ、これにより、金属粉末は局所的に溶融され、その後、再固化される。金属粉末を配置し、溶融させ、再固化させるステップを繰り返すことによって、エレメント２０３が形成される。１つの層を別の層の上に配置するプロセスは、堆積方向２０４に沿って進行し、これは、一般的に下から上、または鉛直方向であってもよい。図９に示された状態では、エレメント２０３の２つの部分２３１および２３２が形成されている。付加的な加工ステップにおいて、２つの部分を接続する層２３３が製造される。層２３３は、ブリッジング層として部分２３１および２３２の間の距離２１１を接続する。最初、ブリッジング層２３３は、固化した金属の１つの層のみによって形成される。典型的には、この層の厚さは、接続された距離全体に沿って固体支持がないところで、約１０〜約１００マイクロメートルである。したがって、２３４で示したように、最初に形成されたブリッジング層２３３がその自重および／またはブリッジング層２３３上に配置された金属粉末の後続の層の重量に起因して曲がるという切迫した危険が存在する。
【００４５】
しかしながら、本開示による燃料インジェクタ装置を形成する場合、図１０に示したようにこの問題は軽減される。製作台２０１において開始して、金属粉末２０２は一層ずつ製作台上に配置される。各層のために、溶融および再固化ステップが堆積方向２０４に沿って行われる。したがって、構成部品またはエレメント２０５が、初めは基部側２５１から製造される。オーバハング構造を製造するために、オーバハング構造は、堆積方向２０４に対して角度ａで傾斜させられるように製造される。前述のように、堆積方向は、通常、下から上であってもよく、したがって、オーバハング構造は、水平の線に対して、または構成部品２０５の上面に対して角度ｂで傾斜させられる。図示したように、構成部品２０５の上に付加的な層２５２を製造するとき、２１２および２１３で示された、結果として生じる片持ち距離が、比較的小さくなる。片持ち距離は、トップ層２５２の厚さと、角度ａまたはｂとのそれぞれに依存する。インジェクタ装置の堆積が装置流れ方向に沿って生じるとすると、壁構造の面が流れ方向に対して有する角度であるより小さな角度ａが選択されると、トップ層２５２の片持ち距離はより小さくなる。前記角度が適切に選択されれば、片持ち距離２１２および２１３は十分に小さくなり、その後の再コーティングステップにおいて、自重と、その上に配置される粉末の重量に耐えることができる。トップ層２５２の典型的な厚さが１０〜１００マイクロメートルで、角度が例えば６０°を超えなければ、片持ち距離はいかなる場合にも０．２ミリメートル未満になる。その結果、２０７で破線によって示された楔形オーバハング構造が製造される。これにより、装置の内壁構造を安全に製造することができる。さらに、上述のように、連続して堆積された壁構造は互いに支持し合ってもよい。
【００４６】
図１１は、燃焼室、特に、例えば欧州特許第０７１８４７０号明細書に開示されているような２段燃焼用の燃焼室２における上述のような燃料インジェクタ装置の適用を示している。上流端部２１は、公知の形式において、先行するタービン段の排出流に接続されており、典型的には、後続の燃焼段のための酸化剤として使用されてもよい、前記タービンからの、依然として酸素リッチな煙道ガスを受け取る。燃焼室２に進入するガスは、典型的には、１０００℃に近い数百℃の温度範囲であり、１０００℃を超えることもある。したがって、この高温ガスと完全に接触させられた燃料は、短い点火遅延時間の後、自発的に点火する。上流のタービンから出てくる、強い乱流の流れを均一化するのに適した流れ調整エレメント２２が、流路に配置されている。燃料インジェクタ装置１は、流路が狭まる燃焼室の位置に配置されている。上流端部２１において燃焼室２に導入された高温ガスまたは高温酸化剤流は、燃料インジェクタ装置前縁１１を流れ、波形の後縁１２において渦を形成する。燃料は、後縁１２において排出され、酸化剤とともに、狭まったセクション２４に形成された燃焼室の混合ゾーン２３に進入する。後縁１２の下流に形成された渦への燃料の排出により、燃料は高温酸化剤と強く混合される。狭まったまたはボトルネックのセクション２４は流れを加速し、混合ゾーン２３への火炎の逆火を回避する。さらに、狭まったセクション２４により、混合ゾーン２３における燃料／酸化剤混合物の滞留時間が短縮される。これ自体は、混合ゾーン内での燃料の自発的な自己点火を回避するのに適している。本明細書に説明された燃料インジェクタ装置を適用することによって達成される強い燃料／酸化剤混合により、燃料および酸化剤は、横断面拡大部２５に到達したときに完全に混合され、燃料／酸化剤混合物が燃焼させられる実際の燃焼ゾーン２６に進入する。
【００４７】
図１２は、本明細書において説明された燃料インジェクタ装置の択一的な実施の形態の縦断面図を示している。この実施の形態は、図１から図８までに関連して詳細に説明した実施の形態とは以下の点で異なる。すなわち、第１の燃料プレナム、またはこの実施の形態では燃料油プレナム１０７が、第２の燃料プレナム、またはこの実施の形態では燃料ガスプレナム１０８内に設けられかつ第２の燃料プレナム内で横方向に延びているほぼ管状の部材１１８として設けられており、第２の燃料プレナムを通って横方向に延びている。管状の燃料油プレナムシェルは、支持結節点から流れ方向に延びた支持ストラット１１７によって燃料ガスプレナム内に支持されている。図示のように、管状プレナム１０７、もしくは管状プレナムシェル１１８は、円形の横断面を有するのではなく、前記横断面は、扁平になっており、所要の傾斜、または流れ方向に対する最大角度を提供し、上述の付加製造法による装置の製造を容易にする。
【００４８】
開示の主体は典型的な実施の形態によって説明されているが、これらの実施の形態は、請求された発明の範囲を限定しようとするものではないことが理解される。請求項は、本明細書に明示的に示されていないまたは開示されていない実施の形態をもカバーしており、本開示の教示を実施する典型的なモードにおいて開示されたものから逸脱する実施の形態は、依然として請求項によってカバーされる。
【符号の説明】
【００４９】
１  燃料インジェクタ装置
２  燃焼室
３  流れ方向
４  横断方向
５  横方向
１１  前縁
１２  後縁
１５  燃料排出手段
１６  燃料排出手段
１７  冷却空気出口手段
２１  燃焼器上流端部
２２  流れ調整エレメント
２３  燃焼器混合ゾーン
２４  狭まったセクション
２５  横断面拡大部
２６  燃焼ゾーン
１０１  第１の面
１０２  第２の面
１０３  第１の壁部
１０４  第２の壁部
１０５  冷却空気プレナム
１０６  キャリヤ空気プレナム
１０７  燃料プレナム
１０８  燃料プレナム
１０９  内壁構造
１１０  燃料プレナムシェル
１１１  内壁構造
１１２  内壁構造
１１３  ストラット
１１４  燃料油ノズル
１１５  燃料ガス導管
１１６  冷却空気チャネル
１１７  燃料油プレナム支持ストラット
１１８  燃料油プレナムシェル
１１９  支持結節点
２０１  製作台
２０２  金属粉末
２０３  エレメント
２０５  エレメント
２０７  楔形オーバハング距離
２１２  片持ち距離
２１３  片持ち距離
２３１  エレメント部分
２３２  エレメント部分
２３３  ブリッジング層
２３４  変形したブリッジング層
２５１  ベース側
２５２  材料層
１０９１  面セクション
１０９２  面セクション
１０９３  移行領域
１０９４  上流面
１０９５  下流面
ａ  角度
ｂ  角度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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