(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器のダイナミックス及び作動性を損なうことなく燃焼器からのＮＯｘエミッション低減を達成する。【解決手段】２次ノズル２８は、燃焼室１７の中心ライン３０に沿って配置され、第１の混合気を燃焼室１７の下流側に噴射するように構成される。２次ノズル２８は、第１の流体を２次ノズル２８に導入するように構成された空気入口を含む。１以上の燃料プレナムが、第２の流体を２次ノズル２８並びに燃料プレナムに近接して配置された所定プロファイルにわたって導入するように構成される。所定プロファイルが、第２の流体をプロファイルに付着させて流体境界層を形成し、且つ流体境界層を通じて流入する第１の流体を同伴して第１の流体及び第２の流体の予混合を促進させ、第１の流体混合気を生成するように構成される。複数の１次ノズル３４が、２次ノズル２８の周りに位置付けられ、燃焼室１７の上流側に第２の混合気を噴射するように構成される。【選択図】図２
2009293913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１７）を定める燃焼ハウジング（２０）と、
前記燃焼室（１７）の中心ライン（３０）に沿って配置され、空気又は空気及び燃料の第１の混合気を前記燃焼室（１７）の下流側に噴射するように構成された２次ノズル（２８）と、
を備えた低エミッション燃焼器（１２）であって、
前記２次ノズル（２８）が、
空気、希釈剤、又はこれらの組合せを含む第１の流体を前記２次ノズル（２８）に導入するように構成された空気入口（４４）と、
燃料、別の希釈剤、又はこれらの組合せを含む第２の流体を前記２次ノズル（２８）並びに近接して配置された所定プロファイル（５２）にわたって導入するように構成された１以上の燃料プレナム（４０）と、
を含み、
前記所定プロファイル（５２）が、前記第２の流体を前記プロファイル（５２）に付着させて流体境界層（８０）を形成し、且つ前記流体境界層（８０）を通じて流入する前記第１の流体を同伴して前記第１の流体及び前記第２の流体の予混合を促進させ、第１の流体混合気を生成するように構成され、
前記低エミッション燃焼器（１２）には更に、
前記燃焼室（１７）の上流側に近接して配置されて前記２次ノズル（２８）の周りに位置付けられ、前記燃焼室（１７）の上流側に空気又は空気及び燃料の第２の混合気を前記第１の流体混合気の量よりも多く噴射するように構成された複数の１次ノズル（３４）が設けられている、
低エミッション燃焼器（１２）
【請求項２】
前記所定プロファイル（５２）は、コアンダ効果により供給された前記第２の流体を前記プロファイル（５２）に向かって偏向させる、
請求項１に記載の燃焼器（１２）。
【請求項３】
前記空気入口（４４）を通って供給された前記第１の流体が、前記流体境界層（８０）と共に剪断層（８４）を形成し、前記第１の流体及び前記第２の流体の予混合を促進させ、実質的に汚染物質エミッションを低減する、
請求項１に記載の燃焼器（１２）。
【請求項４】
予混合の程度は、燃料タイプ、前記所定プロファイルの幾何形状、燃圧、燃料の温度、空気の温度、予混合の長さ、燃料噴射速度、又はこれらの組合せによって制御される、
請求項１に記載の燃焼器（１２）。
【請求項５】
前記２次ノズル（２８）は、前記第２の流体が前記２次ノズル（２８）に供給されるときに、前記燃焼室（１７）の下流側に前記第１の流体混合気を噴射するように構成される、
請求項１に記載の燃焼器（１２）。
【請求項６】
前記２次ノズル（２８）は、前記第２の流体が前記２次ノズル（２８）に供給されないときに、前記燃焼室（１７）の下流側に前記第１の流体を噴射するように構成される、
請求項５に記載の燃焼器（１２）。
【請求項７】
前記複数の１次ノズル（３４）がコアンダノズルを含む、
請求項１に記載の燃焼器（１２）。
【請求項８】
周囲空気を加圧するように構成された圧縮機（１４）と、
前記圧縮機（１４）と流れ連通し、前記圧縮機（１４）からの加圧空気を受け、燃料流を燃焼させて燃焼器出口ガス流を発生するように構成された燃焼器（１２）と、
を備えたガスタービン（１０）であって、
前記燃焼器（１２）が、
燃焼室（１７）を定める燃焼ハウジング（２０）と、
前記燃焼室（１７）の中心ライン（３０）に沿って配置され、空気又は空気及び燃料の第１の混合気を前記燃焼室（１７）の下流側に噴射するように構成された２次ノズル（２８）と、
を含み、
前記２次ノズル（２８）が、
前記２次ノズル（２８）に空気を導入するように構成された空気入口（４４）と、
前記２次ノズル（２８）並びに近接して配置された所定プロファイル（５２）にわたって燃料を導入するように構成された１以上の燃料プレナム（４０）と、
を含み、
前記所定プロファイル（５２）が、燃料を前記プロファイル（５２）に付着させて燃料境界層（８０）を形成し、且つ前記燃料境界層（８０）を通じて流入空気を同伴して空気及び燃料の予混合を促進させ、空気及び燃料の第１の混合気を生成するように構成され、
前記燃焼器（１２）には更に、
前記燃焼室（１７）の上流側に近接して配置されて前記２次ノズル（２８）の周りに位置付けられ、前記燃焼室（１７）の上流側に空気又は空気及び燃料の第２の混合気を前記第１の流体混合気の量よりも多く噴射するように構成された複数の１次ノズル（３４）が設けられている、
ガスタービン（１０）。
【請求項９】
前記空気入口（４４）を通って供給された空気が、前記流体境界層（８０）と共に剪断層（８４）を形成し、空気及び燃料の予混合を促進させ実質的に汚染物質エミッションを低減する、
請求項８に記載のガスタービン（１０）。
【請求項１０】
燃焼室（１７）を定める燃焼ハウジング（２０）と、
前記燃焼室（１７）の中心ライン（３０）に沿って配置され、燃料が供給されるときには空気及び燃料の第１の混合気を前記燃焼室（１７）の下流側に噴射し、燃料が供給されないときには空気を前記燃焼室（１７）の下流側に噴射するように構成されたコアンダ２次ノズル（２８）と、
前記燃焼室（１７）の上流側に近接して配置されて前記２次ノズル（２８）の周りに位置付けられ、前記燃焼室（１７）の上流側に空気又は空気及び燃料の第２の混合気を噴射するように構成された複数の１次ノズル（３４）と、
を備える低エミッション燃焼器（１２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に燃焼器に関し、より詳細には低エミッション燃焼装置用のコアンダパイロットノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンプラント又は複合サイクルプラントで利用されるガスタービンは、高温高圧条件下でより高い作動効率を達成するよう運転され、これは排気ガス流内のエミッション（ＮＯｘ）が増大する傾向がある。ＮＯｘ発生の様々な要因があることは知られているが、主な要因は火炎温度である。
【０００３】
排気ガス流内のＮＯｘを低減する幾つかの従来技術が存在する。採用されている１つの従来の方法は、燃焼器内の高温燃焼エリアに蒸気又は水を噴射し、燃焼中の火炎温度を低下させることを含む。この方法は実施が容易であるが、これには大量の蒸気又は水が必要となる問題がある。結果的に、プラント効率が低下する可能性がある。更に、大量の蒸気又は水を燃焼器内に噴射することにより、燃焼振動及び部分燃焼生成物が増大する。
【０００４】
上記の不具合を考慮して、乾式予混合多段希薄燃焼法が開発され、ここでは燃料及び燃焼空気が希薄燃料条件下で予混合されて燃焼される。この予混合多段希薄燃焼技術において、広い燃空比範囲にわたって安定した燃焼を確保するために、拡散燃焼炎をもたらす火炎構造が使用される。燃焼器のダイナミックス及び作動性は改善されるが、このような技術は、火炎の局所的ホットスポットに起因してより高濃度のＮＯｘを発生する傾向がある。ＮＯｘエミッションは火炎温度に正比例するので、ＮＯｘエミッションレベルがより高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３８７６３６２号明細書
【特許文献２】米国特許第５８０２８５４号明細書
【特許文献３】米国特許第６８７４３２３号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第０１０６６５９号明細書
【特許文献５】国際公開第０１／３５０２２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、燃焼器のダイナミックス及び作動性を損なうことなく燃焼器からのＮＯｘエミッション低減を達成する、ガスタービンにおいて利用されるシステムに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの例示的な実施形態によれば、低エミッション燃焼器は、燃焼室を定める燃焼ハウジングを含む。２次ノズルが、燃焼室の中心ラインに沿って配置され、空気又は空気及び燃料の第１の混合気を燃焼室の下流側に噴射するように構成される。２次ノズルは、空気を２次ノズルに導入するように構成された空気入口を含む。１以上の燃料プレナムが、２次ノズル並びに燃料プレナムに近接して配置された所定プロファイルにわたって燃料を導入するように構成される。所定プロファイルは、燃料を該プロファイルに付着させて燃料境界層を形成し、且つ燃料境界層を通じて流入空気を同伴して空気及び燃料の予混合を促進させ、空気及び燃料の第１の混合気生成するように構成される。特定の実施形態において、空気、希釈剤、又はこれらの組合せは、空気入口を通じて導入することができる。幾つかの実施形態において、燃料プレナムは、燃料、希釈剤、又はこれらの組合せを２次ノズル並びに燃料プレナムに近接する所定プロファイルにわたって導入するように構成される。複数の１次燃料ノズルは、燃焼室の上流側に近接して配置されて２次ノズルの周りに位置付けられ、燃焼室の上流側に空気又は空気及び燃料の第２の混合気を噴射するように構成される。通常、空気及び燃料の第１の混合気の量は、空気及び燃料の第２の混合気よりも少ない。
【０００８】
別の例示的な実施形態によれば、低エミッション燃焼器を有するガスタービンが開示される。
【０００９】
別の例示的な実施形態によれば、低エミッション燃焼器は、燃焼室を定める燃焼ハウジングを含む。コアンダ２次ノズルが、燃焼室の中心ラインに沿って配置され、燃料が２次ノズルに供給されるときには空気及び燃料の第１の混合気を燃焼室の下流側に噴射するように構成される。コアンダ２次ノズルは、燃料が２次ノズルに供給されないときには燃焼室の下流側に空気を噴射するように構成される。複数の１次ノズルが、燃焼室の上流側に近接して配置されて２次ノズルの周りに位置付けられ、燃焼室の上流側に空気及び燃料の第２の混合気を噴射するように構成される。
【００１０】
別の例示的な実施形態によれば、低エミッション燃焼器における燃焼方法が開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係る２次ノズルを備えた燃焼器を有するガスタービンの概略説明図。
【図２】本発明の例示的な実施形態に係る２次ノズルを有する燃焼器の概略説明図。
【図３】本発明の例示的な実施形態に係る２次ノズルの概略図。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係る２次ノズルの概略説明図。
【図５】本発明の例示的な実施形態に係る２次ノズルの概略説明図。
【図６】本発明の例示的な実施形態に係るコアンダ効果に基づく２次ノズルのプロファイルに隣接した燃料境界層の形成の概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のこれら並びに他の特徴、態様、及び利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより理解されるであろう。本図面において、同様の参照符号は図面全体を通して同じ要素を示している。
【００１３】
以下で詳細に検討するように、本発明の特定の実施形態は、燃焼室を定める燃焼器ハウジングを有した低エミッション燃焼器を開示している。２次ノズルが燃焼室の中心ラインに沿って配置され、燃焼室の下流側に空気或いは空気及び燃料の第１の混合気を噴射（「パイロット噴射」とも呼ばれる）するように構成される。２次ノズルは、空気を２次ノズルに導入するように構成された空気入口を含む。１以上の燃料プレナムは、２次ノズルに燃料を導入し、燃料プレナムに近接して配置される所定のプロファイルにわたって燃料を配向するように構成される。所定のプロファイルは、燃料をプロファイルに付着させて燃料境界層を形成し、該燃料境界層を通じて流入空気を同伴して空気及び燃料の混合を促進させるように構成される。特定の実施形態において、空気、希釈剤、又はこれらの組合せを空気入口を介して導入することもできる。特定の実施形態において、燃料プレナムは、燃料、希釈剤、又はこれらの組合せを２次ノズル内及び燃料プレナムに近接した所定プロファイル全体に導入するように構成される。幾つかの実施形態では、複数のプレナムが異なる燃料及び／又は希釈剤の噴射を許容するように構成することができる。複数の１次ノズルが燃焼室の上流側に近接して配置されて、２次ノズルの周りに位置付けられ、燃焼室の上流側に空気又は空気及び燃料の第２の混合気を噴射（「主噴射」とも呼ばれる）するように構成される。空気及び燃料の第１の混合気の量は、空気及び燃料の第２の混合気よりも通常は少ない。以下で検討する実施形態において、空気とは、空気、１以上の希釈剤、又はこれらの組合せを含む第１の流体を含むことができ、燃料とは、燃料、１以上の希釈剤、又はこれらの組合せを含む第２の流体を含むことができる点に留意されたい。特定の実施形態において、所定のプロファイルは、第２の流体をプロファイルに付着させて流体境界層を形成し、該流体境界層を通じて流入する第１の流体を同伴して第１の流体及び第２の流体の予混合を促進させ、第１の流体混合気を生成するように構成される。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、低エミッション燃焼器を有するガスタービンが開示される。本発明の別の例示的な実施形態によれば、低エミッション燃焼器を用いた燃焼方法が開示される。２次ノズル（「パイロットノズル」とも呼ばれる）は、２次ノズルへの燃料源に基づいた可変予混合モードで動作する。２次ノズルは、燃料と空気を混合するのに使用されるコアンダ装置を含む。２次ノズルは、燃料が該２次ノズルに供給されない場合には空気だけを噴射する。これにより、燃焼器のパイロット噴射エリアの局所ホットスポットの最小化がもたらされる。結果として、ＮＯｘエミッションが低減される。
【００１５】
以下で詳細に検討するように、本技術の実施形態は、地上電源用ガスタービン燃焼器、ガスレンジ、及び内燃エンジンなど、様々な用途の燃焼プロセスにおけるエミッションを低減するよう機能する。詳細には、本発明の技術は、燃焼エリアの上流側にコアンダ装置を有するパイロットノズルを利用して、燃焼エリアにおける燃焼前の空気と気体燃料との混合を強化する。ここで各図面において、最初に図１を参照すると、低エミッション燃焼器１２を有するガスタービン１０が図示されている。ガスタービン１０は、周囲空気を加圧するように構成された圧縮機１４を含む。燃焼器１２は、圧縮機１４と流れ連通しており、圧縮機１４からの加圧空気１１を受けて燃料流を燃焼し、燃焼器出口ガス流１３を生成するように構成される。１つの実施形態では、燃焼器１２は缶型燃焼器を含む。代替の実施形態において、燃焼器１２は、缶アニュラ型燃焼器又は純粋なアニュラ型燃焼器を含む。加えて、ガスタービン１０は、燃焼器１２の下流側に位置付けられたタービン１６を含む。タービン１６は、燃焼器出口ガス流１３を膨張させて外部負荷を駆動する。図示の実施形態において、圧縮機１４は、タービン１６により発生された動力によりシャフト１８を介して駆動される。
【００１６】
図示の実施形態において、燃焼器１２は、燃焼エリアを定める燃焼ハウジング２０を含む。加えて、燃焼器１２は、加圧空気と燃料流とを混合して、燃焼前に空気及び燃料の混合気を燃焼エリアに噴射するように構成されたコアンダパイロットノズルを含む。詳細には、予混合装置は、コアンダ効果を利用して該装置の混合効率を高め、これは、後続の各図を参照しながら以下で説明する。本明細書で使用される用語「コアンダ効果」とは、隣接する表面に対する流体流を付着させ、且つその表面が元の流体運動方向から離れる方向に湾曲している場合でもこの付着状態を維持するような、流体流の傾向を指す。
【００１７】
図２を参照すると、図１の態様による低エミッション燃焼器１２が示されている。燃焼器１２は、缶型燃焼器、缶アニュラ型燃焼器、又はアニュラ型燃焼器とすることができる。例示的な燃焼器１２は、燃焼室１７を定める燃焼ハウジング２０を含む。カバー組立体１９が燃焼ハウジング２０の一方端部２１に設けられる。燃焼ライナ２２は、燃焼ハウジング２０内に設けられたフロースリーブ２４内に配置される。ベンチェリ組立体２６は、燃焼ライナ２２の内側に配置される。
【００１８】
２次ノズル２８（「パイロットノズル」とも呼ばれる）は、燃焼室１７の中心ライン３０と整列して配置される。２次ノズル２８は、空気及び燃料を混合して、空気及び燃料の第１の混合気（「パイロット混合気」とも呼ばれる）を燃焼室１７の下流側燃焼ゾーン３２に噴射するように構成される。特定の実施形態において、燃料は、炭化水素、天然ガス、又は高水素ガス、又は水素、又はバイオガス、又は一酸化炭素、又は合成ガス、並びに所定量の希釈剤を含むことができる。希釈剤は、窒素、二酸化炭素、水、蒸気、又は同様のものを含むことができる。図示の実施形態において、２次ノズル２８はコアンダタイプノズルである。２次ノズルの詳細は後続の各図を参照しながら詳細に説明する。複数の１次ノズル３４が、燃焼室１７の上流側に配置されて２次ノズル２８の周りに位置付けられ、燃焼室１７の上流側燃焼ゾーン３６に空気及び燃料の第２の混合気（「主混合気」とも呼ばれる）を噴射するように構成される。１つの実施形態では、１次ノズル３４は、コアンダノズルとすることができる。ここで、空気及び燃料の第１の混合気の量は、空気及び燃料の第２の混合気の量よりも少ない点に留意されたい。燃料は、燃焼室内で均一に分散され、燃焼室内の空気利用度が強化される。パイロット噴射の量がより少なくなると、シリンダ壁への燃料の付着を防ぐことが可能になる。結果として、排気ガスエミッションが実質的に制御され、燃料消費率が低減される。
【００１９】
幾つかの実施形態において、燃料は液体燃料を含むことができる。幾つかの実施形態において、液体燃料が使用されるときには、該液体燃料は、蒸気、窒素、又は空気などの不活性ガスと予混合されて予熱され蒸気相にされる。次いで、蒸発燃料はコアンダノズル内で燃焼空気と混合される。
【００２０】
燃焼タービンからの窒素酸化物（ＮＯｘ）生成は、温度及び滞留時間の関数である。より高い燃焼温度によって大気窒素から単一原子への分解が引き起こされ、これが酸素と反応してＮＯｘを形成する。ＮＯｘ生成は、燃焼温度が閾温度を上回って高くなると急激に増大する。燃焼タービンの平均温度は通常はこの閾温度よりも低いが、燃焼室内の特定の領域ではより高温になる場合があり、これによりＮＯｘの生成が起こることになる。不完全燃焼であることに起因して、一酸化炭素（ＣＯ）が生成される場合がある。ＣＯ形成に影響を及ぼす要因には、空燃比が適切でないこと、及び燃料空気混合が不十分であることを含むことができる。これらの要因は、ＣＯ生成に加えて燃焼温度を低くくし、機械効率を低下させる。燃焼器の設計が、エミッション、詳細にはＮＯｘ及びＣＯの形成に大きな影響を与えることは知られている。燃焼温度をより高くすると、タービン効率が改善され、ＣＯ生成が低減されるが、ＮＯｘ生成は増大する。より低い燃焼温度ではこれは反対のことになる。ある従来技術では、エミッションを低減するためにタービンに水が噴射される。しかしながら、この技術では、予め定められた限界以内にＮＯｘエミッションを低減することはできない。別の従来技術では、燃焼後の段において、触媒の選択的低減が利用される。この技術は複雑で高コストである。
【００２１】
図示の実施形態では、燃焼器１２は予混合モードで運転される。１次ノズル３４と２次ノズル２８との間で燃料供給が分割される。火炎は、完全に燃焼室１６の下流側燃焼ゾーン３２内にある。ベンチェリ組立体２６により、下流側燃焼ゾーン３２に入る流体に対して予混合モード中の燃料−空気混合が強化される。ベンチェリ組立体２６は、急膨張及び強力な再循環領域を生成する。これにより燃焼安定性及び混合が改善される。ベンチェリ組立体２６は、入口空気の一部をベンチェリ組立体２６に分流することにより冷却される。例示的な実施形態によれば、１次ノズル３４及び２次ノズル２８は、負荷変化中の柔軟性のある燃料供給及び機械のオフピーク運転を可能にする。コアンダタイプノズルは、燃焼効率を高め、逆火を最小限にする。空気流量設計により、ピーク火炎温度が低下し、燃焼器構成部品の冷却が促進される。
【００２２】
図３を参照すると、本発明の例示的な実施形態に係る２次ノズル２８が示されている。上記で検討したように、２次ノズル２８は、燃焼室の中心ラインと整列して配置されている。２次ノズル２８は、空気及び燃料を混合して、空気及び燃料の第１の混合気２９（「パイロット混合気」とも呼ばれる）を燃焼室の下流側燃焼ゾーンに噴射するように構成される。例示された図では、２次ノズル２８内で混合された空気と気体燃料とが示されている。
【００２３】
燃焼室内の火炎の安定化を目的として、拡散火炎又はパイロット噴射を用いることは、従来から知られている。この技術を採用することで燃焼器のダイナミックス及び作動性を向上させることができるが、ＮＯｘ及びスートエミッションの量が増加し、火炎内の局所ホットスポットに起因して不完全燃焼生成物が発生する。本発明の例示的な実施形態によれば、空気及び燃料が混合され、空気及び燃料の第１の混合気２９を燃焼前にパイロット燃料噴射として提供する。パイロット噴射中の圧力低下が最小限にされる。１つの実施形態において、２次ノズル２８は、燃料が２次ノズル２８に供給されたときに予混合パイロット噴射を可能にする。燃料が２次ノズル２８に供給されない場合には、２次ノズル２８は空気だけを噴射する。換言すると、ノズル２８は、特定の運転条件中に希釈源として働く。２次ノズル２８からの予混合パイロット噴射は、運転条件に応じて提供することができる。結果として、燃焼器の作動性及びダイナミックスが改善され、ＮＯｘ生成が、燃焼器内の局所ホットスポットの最小化に起因して低減される。
【００２４】
図４は、図２及び図３の燃焼器で利用される２次ノズル２８の例示的な構成の概略図である。図４に示された実施形態において、２次ノズル２８は、２次ノズル２８の燃料プレナム４０の内側に燃料を配向する燃料ライン３８を含む。２次ノズル２８の空気入口ノズルプロファイル及び空気入口は、参照符号４２及び４４で示される。加えて、ノズル２８は、ノズル出口４６、ディフューザ壁４８、及びスロートエリア５０を含む。ノズル２８は、燃料プレナム４０から燃料を受け取り、該燃料は、所定のプロファイル５２にわたって、又は燃料出口アニュラス５４を通ってスロット又はオリフィスのセットにわたって流れるように配向される。その後、燃料は空気入口４４からの流入空気と混合され、燃料空気混合気を形成する。予混合の程度は、燃料タイプ、プロファイルの幾何形状、燃圧、燃料の温度、空気の温度、予混合の長さ、燃料噴射速度、又はこれらの組合せによって制御される。幾つかの実施形態では、複数のプレナム４０又は燃料スロット／オリフィスを利用して、燃料及び／又は希釈剤の様々な組み合わせを噴射することができる。
【００２５】
図５は、実質的により大きな空気流量及び燃料ステージング性能のための、図２及び図３の燃焼器で利用される２次ノズル２８の別の例示的な構成の概略図である。図５に示された実施形態において、２次ノズル２８は、壁及び中央混合を促進するデュアル混合構成のノズルを含む。２次ノズル２８は、２つの燃料入口ライン５６及び５８と、２つの燃料プレナム６０及び６２とを含み、燃料を壁及び中央混合に向けて独立して供給する。更に、拡散壁及び中央本体が、それぞれ参照符号６４及び６６で示される。燃料プレナム６０及び６２からの燃料は、２つの燃料出口７２及び７４を介して所定プロファイル６８及び７０にわたって流れるように配向される。２次ノズル２８は、ノズル２８の中心ライン７６に沿って空気流を受けて、ノズル２８内で空気及び燃料の混合を促進する。所定のプロファイル６８及び７０は、コアンダ効果に基づき予混合装置内で混合を促進するよう設計することができる。図示の実施形態では、所定のプロファイル６８及び７０は、導入燃料をプロファイル６８及び７０に付着させて燃料境界層を形成することを可能にする。加えて、所定のプロファイル６８及び７０に隣接して形成された燃料境界層が空気の同伴を促進し、これにより２次ノズル２８の混合効率が向上する。２次ノズル２８内で発生するコアンダ効果は、燃焼前の比較的高い程度の混合を促進し、これにより燃焼システムからの汚染物質エミッションが実質的に低減される。詳細には、コアンダ効果及びその後の空気同伴によるプロファイル６８及び７０への燃料の付着機能により、燃焼前のノズル２８の比較的高い予混合効率がもたらされる。
【００２６】
図６は、コアンダ効果に基づく図５の２次ノズル２８内のプロファイル６８に隣接する燃料境界層の形成に関する概略図である。図示の実施形態において、燃料流７８は、プロファイル６８に付着し、プロファイル６８の表面が初期の燃料流方向から離れる方向に湾曲して場合でも付着状態を維持している。より具体的には、燃料流７８が、運動量移動の均衡を保つように加速すると、流れ全体に圧力差が生じ、燃料流７８をプロファイル６８の表面に近づけるように偏向させることになる。当業者には理解されるように、燃料７８がプロファイル６８にわたって移動すると、燃料流７８とプロファイル６８との間に一定量の表面摩擦が生じる。この流れ抵抗により燃料７８をプロファイル６８に向けて偏向させ、これによりプロファイル６８への固着を引き起こす。更に、この機構により形成される燃料境界層８０は、流入空気流８２を同伴して、燃料境界層８０との剪断層８４を形成し、空気流８２と燃料７８との混合を促進する。更にまた、燃料境界層８０と同伴空気８２との分離及び混合によって形成される剪断層８４により均一な混合気が得られることになる。
【００２７】
コアンダ装置に関する更なる詳細は、引用により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１１／２７３，２１２号を参照して詳細に説明されている。上記で記載された２次ノズル２８の種々の態様は、ガスタービンで利用される燃焼器及び加熱炉のような加熱装置など、様々な用途で有用である。加えて、ノズル２８は、ガスレンジ器具で利用することができる。特定の実施形態において、ノズル２８は、航空機エンジン水素燃焼器並びに航空転用及び高出力用機械における他のガスタービン燃焼器で利用することができる。
【００２８】
従って、上述のコアンダ効果に基づく予混合技術は、燃焼器内の予混合及び火炎安定性を向上させることができる。更に、本発明の技術は、このような燃焼器からのエミッション、特にＮＯｘエミッションの低減を可能にし、よって、環境に優しい方式でのガスタービンの運転を促進する。特定の実施形態において、この技術は、燃焼器にかかる、より詳細には水素燃焼器における圧力低下を最小限にすることを可能にする。加えて、コアンダ効果により達成される予混合の向上により、燃焼器におけるターンダウン向上、耐フラッシュバック性、及びフレームアウトマージンの増大が促進される。
【００２９】
本明細書において本発明の特定の特徴についてのみ図示し説明してきたが、当業者であれば多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神の範囲内にあるこうした修正及び変更全てを対象とすることが意図される点は理解すべきであろう。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ガスタービン
１１  加圧空気
１２  低エミッション燃焼器
１３  燃焼器出口ガス流
１４  圧縮機
１６  タービン
１７  燃焼室
１８  シャフト
１９  カバー組立体
２０  燃焼器ハウジング
２１  一方端部
２２  燃焼ライナ
２４  フロースリーブ
２６  ベンチェリ組立体
２８  ２次ノズル
２９  空気及び燃料の第１の混合気
３０  中心ライン
３２  下流側燃焼ゾーン
３４  １次ノズル
３６  上流側燃焼ゾーン
３８  燃料ライン
４０  燃料プレナム
４２  空気入口ノズルプロファイル
４４  空気入口
４６  ノズル出口
４８  ディフューザ壁
５０  スロートエリア
５２  所定プロファイル
５４  燃料出口アニュラス
５６  燃料入口ライン
５８  燃料入口ライン
６０  燃料プレナム
６２  燃料プレナム
６４  ディフューザ壁
６６  中央本体
６８  所定プロファイル
７０  所定プロファイル
７２  燃料出口
７４  燃料出口
７６  中心ライン
７８  燃料流
８０  燃料境界層
８２  流入空気流
８４  剪断層
【図１】
2009293913.tif 000003
【図２】
2009293913.tif 000004
【図３】
2009293913.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009293913.tif 000007
【図６】
2009293913.tif 000008