JP5507948B2 - 燃焼器内に希釈流を導入する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、総括的には燃焼器に関する。より具体的には、本発明は、燃料ノズルを介しての燃焼器内への希釈流の導入に関する。

燃焼器は一般的に、その中でそれを点火燃焼させる燃焼チャンバに燃料或いは燃料及び空気の混合気を導入する１以上の燃料ノズルを含む。幾つかの燃焼器では、燃料ノズルは、燃焼器のバッフルプレート内に配置された孔を貫通して延びる。これらの燃焼器では、多くの場合に窒素又は蒸気である大量の希釈剤を燃焼器に導入して、ＮＯｘエミッションを低減しかつ／又は燃焼器の出力を強化することが有利であることが多い。希釈剤は、バッフルプレートと各燃料ノズルとの間のギャップを通ってチャンバから強制的に送られ、次に燃料ノズルの周辺部に沿って流れ、その周辺部において、希釈剤の一部分が燃料ノズルの空気カラー内の孔を介して該燃料ノズルに流入する。しかしながら、バッフルプレートと燃料ノズルとの間のギャップは、該バッフルプレートと燃料ノズルとの間の累積組立公差によって変化する。このギャップ変化により、各ノズルの周り及び燃焼器組立体の全体にわたって希釈（剤）流の変動が生じる。さらに、ギャップと燃料ノズル内の空気カラー孔との間の軸方向距離により、希釈剤は、燃料ノズルを通って流れずにまた燃料及び空気と直接混合せずに燃焼反応ゾーンに到達することが可能になる。それらの作用の両方により、希釈剤の有効性が低下し、従って燃料ノズル内への希釈流量と同等のものを達成するためには、一層大量の希釈剤が必要となる。燃料ノズルを通って流れずに燃焼反応ゾーンに向けて流れる過剰な希釈剤は、燃焼器内においてダイナミックス及び吹消えのような動作性の問題を引き起こす。

米国特許第３７０４７６２号明細書 米国特許第５９４６９１７号明細書 米国特許第３７４７３３６号明細書 米国特許第６２９３０８８号明細書 米国特許第５９３０９９０号明細書 米国特許第６７８２７０３号明細書 米国特許第７２２８６８２号明細書 米国特許第６５３０２２４号明細書 米国特許第６４０５５２１号明細書 米国特許第６７４８７３３号明細書 米国特許第４９２８４７８号明細書 米国特許第６２２００２２号明細書 米国特許第６０８９０２４号明細書 米国特許第５７９３８３１号明細書 米国特許第６４９９３０３号明細書 米国特許第５４５７７２１号明細書 米国特許第６５２６７５８号明細書 米国特許第６０４７５３９号明細書 米国特許第５８７３２３４号明細書 米国特許第５３２９７５８号明細書 米国特許第４４２１９８９号明細書 米国特許第３７２４２２９号明細書 米国特許第５３３１８０６号明細書 米国特許第５３７５４０９号明細書 米国特許第６００３２９９号明細書 米国特許第４９４８０５５号明細書 米国特許第６１８９３１０号明細書 米国特許第６０９４９１６号明細書 米国特許第５２７１２１６号明細書 米国特許第５８１３２３２号明細書 米国特許第５７９４４４９号明細書 米国特許第６３７０８６２号明細書 米国特許第５２７１２１８号明細書 米国特許第４８９３４６８号明細書 米国特許第６９８３６０５号明細書 米国特許第６３８９８００号明細書 米国特許第７１０４０６９号明細書 米国特許第６９２８８２１号明細書 米国特許第６１９２６８８号明細書 米国特許第６３９３８２３号明細書 米国特許第５３６１５７８号明細書 米国特許第７３９５６７０号明細書 米国特許第６４３４９４５号明細書 米国特許第５６３４３２９号明細書 米国特許第４０８５７０８号明細書 米国特許第５０５４２７９号明細書 米国特許第５８６７９７７号明細書 米国特許第５０５８３７４号明細書 米国特許第５５２６３８６号明細書 米国特許第６４９９３０３号明細書

本発明の１つの態様によると、燃焼器は、１以上の貫通バッフル孔を有するバッフルプレートと、１以上のバッフル孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズルとを含む。複数の噴射孔が、１以上の燃料ノズルを貫通して延びかつ燃焼器内への希釈剤の流れを調量するように構成される。

本発明の別の態様によると、燃焼器に希釈剤を供給する方法は、バッフルプレート内の貫通孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズルに設置された状態で複数の開口部を設けるステップを含む。希釈剤は、複数の開口部を通して１以上の燃料ノズル内の１以上の空気流開口に向けて流される。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。

燃焼器の実施形態の断面図。 燃焼器のバッフルプレート組立体の実施形態の端面図。 図２のバッフルプレート組立体の実施形態の部分断面図。 図２のバッフルプレート組立体によって形成されたプレナムに希釈剤を供給するカバーリングの部分斜視図。 図２のバッフルプレート組立体の別の実施形態の断面図。 図５のバッフルプレート組立体の斜視図。 図２のバッフルプレート組立体のさらに別の実施形態の断面図。 図７のバッフルプレート組立体に示す燃料ノズル内の噴射開口部の実施形態の端面図。 図２のバッフルプレート組立体のさらに別の実施形態の断面図。 図９のバッフルプレート組立体の実施形態の１つの変形形態の断面図。

この詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、その利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

図１に示すのは、燃焼器１０である。燃焼器１０は、６つのバッフル孔１４を有するバッフルプレート１２を含み、それら６つのバッフル孔１４を貫通して６つの燃料ノズル１６が延びており、例えば図２で最も良く分るように、１つの燃料ノズル１６が各バッフル孔１４を貫通して延びている。図１には６つの燃料ノズル１６を示しているが、その他の個数の燃料ノズル１６、例えば１つ又は４つの燃料ノズル１６を用いることができることを理解されたい。図３に示すように、バッフルプレート１２及びカバーリング１８は、プレナム２０を形成し、このプレナム２０内には、カバーリング１８内のオリフィス２４の配列（図４に最も良く示している）を介して希釈（剤）流２２が導かれる。幾つかの実施形態では、希釈流２２としては、蒸気、又は窒素のようなその他の希釈剤を含むことができる。

図３に示すように、各燃料ノズル１６では、バッフルプレート１２と該燃料ノズル１６との間において、シュラウド２６が、バッフル孔１４に配置される。この図３の実施形態では、シュラウド２６は、例えばバッフルプレート１２の上流面３０に配置された取付けフランジ２８を含む。幾つかの実施形態では、取付けフランジ２８は、上流面３０に対して溶接によって固定されているが、メカニカルファスナ、ロウ付け又は接着剤のようなその他の手段を使用することができる。さらに、シュラウド２６は、バッフルプレート１２のその他の部分、例えば下流面３２に固定することができることを理解されたい。シュラウド２６と燃料ノズル１６の外表面３４とは、それらの間に流路３６を形成する。シュラウド２６と燃料ノズル１６との間をシールするために、２つのピストンリング３８がシュラウド２６に配置される。図３に示すように、各ピストンリング３８は、シュラウド２６の先端部４２においてピストンリングスロット４０内に配置される。図３には２つのピストンリング３８及び２つのピストンリングスロット４０を示しているが、ピストンリングスロット４０当たりのその他の個数のピストンリング３８及びその他の個数のピストンリングスロット４０、例えばピストンリングスロット４０当たり２つ又は３つのピストンリング３８或いは１つ又は３つのピストンリングスロット４０を用いることができることが分るであろう。図３の実施形態では、複数の噴射孔４４が燃料ノズル１６を貫通して流路３６からノズル端部４６まで延びており、また噴射孔４４は、ノズル中心軸線４８に対して傾斜させて配向することができる。作動中に、希釈流２２は、プレナム２０から流路３６に沿ってかつ複数の噴射孔４４を通して導かれる。幾つかの実施形態では、ノズル端部４６に流入すると、希釈流２２は、複数の空気流開口５４を介してノズル空気カラー５２に流入した空気流５０と混合する。２つのピストンリング３８によってシュラウド２６と外表面３４との間をシールすること及び複数の噴射孔４４を通して希釈流２２を噴射することにより、空気流５０と混合されかつ燃料ノズル１６を介して燃焼器１０のヘッド端部（図示せず）に流入する希釈流２２の比率が増加する。

別の実施形態では、図５に示すように、複数の噴射孔４４は、中心軸線４８とほぼ平行に燃料ノズル１６を貫通して延びる。複数の噴射孔４４は、プレナム２０から例えば燃料ノズル１６と一体形になった隆起噴射表面５６を貫通して延びる。図６に示すように、各噴射孔４４の出口５８は、空気流開口５４と円周方向にほぼ整列している。再び図５を参照すると、希釈流２２は、プレナム２０から複数の噴射孔４４を通って燃焼器１０のヘッド端部において複数の空気流開口５４の近くでバッフルプレート１２の外部に流れる。希釈流２２の少なくとも一部分は、複数の空気流開口５４に流入し、それら空気流開口５４において、空気流５０と混合する。複数の空気流開口部４４を図５に示すように構成することは、各噴射孔４４の出口５８が円周方向に空気流開口５４と整列し、それによって複数の空気流開口５４に流入し、空気流５０と混合しかつ燃料ノズル１６を介して燃焼器に流入する希釈流２２の量を増加させるので、有利である。さらに、図５に示すように、燃料ノズル１６とバッフルプレート１２との間をシールすることは、図３のシュラウド２６を用いずに、それらの間に配置したピストンリング３８によって達成することができる。図５のピストンリング３８は、燃料ノズル１６内の対応するピストンリングスロット６２内に配置されかつバッフルプレート１２によって押圧される。しかしながら、ピストンリングはまた、バッフルプレート１２内のピストンリングスロット６２内に配置しかつ燃料ノズル１６によって押圧することができる。

次に図７を参照すると、幾つかの実施形態では、複数の噴射孔４４は、燃料ノズル１６内に、それらの間に複数のリブ６６（図８に示す）を備える複数の噴射チャネル６４を含むことができる。ほぼ環状とすることができるシース６８が、リブ６６に固定され、従って複数の噴射チャネル６４と共に複数の噴射孔４４を形成する。シース６８は、ロウ付けによって或いは溶接、接着剤又はメカニカルファスナのようなその他の手段によって固定することができる。この実施形態では、ピストンリング３８は、バッフルプレート１２とシース６８との間を該シース６８の外表面７０においてシールする。

図９に示すように、幾つかの実施形態では、シュラウド２６は、例えば溶接又はロウ付けによって燃料ノズル１６に固定され、またシュラウド２６とバッフルプレート１２との間をシールするために、ピストンリング３８が用いられる。シュラウド２６と外表面３４とは、流路３６を形成する。この実施形態では、複数の噴射孔４４は、シュラウド２６の取付け脚部７２に配置される。図９に示すように、シュラウド２６は、取付け脚部７２が複数の空気流開口５４に設置されるように配置される。図９に示す実施形態のような他の実施形態では、シュラウド２６を逆にして、希釈流２２が複数の噴射孔４４を通って流れた後に流路３６を通って流れる。

複数の噴射開口部４４を通して希釈流２２を導くことにより、空気流開口の近傍での該希釈流２２の噴射を可能にして、該希釈流２２の有効性を高める。さらに、希釈流２２は、噴射開口部４４により調量されかつ燃焼器１０全体にわたって一定になる。従って、必要な希釈流２２のボリュームが低下し、それによってダイナミックス及び希薄吹消えのような動作性の問題が減少する。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができる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限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 燃焼器
１２ バッフルプレート
１４ バッフル孔
１６ 燃料ノズル
１８ カバーリング
２０ プレナム
２２ 希釈流
２４ オリフィス
２６ シュラウド
２８ 取付けフランジ
３０ 上流面
３２ 下流面
３４ 外表面
３６ 流路
３８ ピストンリング
４０ ピストンリングスロット
４２ 先端部
４４ 噴射孔
４６ ノズル端部
４８ ノズル中心軸線
５０ 空気流
５２ ノズル空気カラー
５４ 空気流開口
５６ 隆起噴射表面
５８ 出口
６０ 外部
６２ ピストンリングスロット
６４ 噴射チャネル
６６ リブ
６８ シース
７０ 外表面
７２ 取付け脚部

Claims (10)

1. 燃焼器（１０）であって、
   １以上の貫通バッフル孔（１４）を備えるバッフルプレート（１２）と、
   前記バッフルプレート（１２）との間に、前記バッフルプレート（１２）と共に希釈プレナム（２０）を形成するカバーリング（１８）と、
   前記カバーリング（１８）及び前記１以上の貫通バッフル孔（１４）を貫通して延びる１以上の燃料ノズル（１６）と、
   前記１以上の燃料ノズル（１６）を貫通して延びる複数の噴射孔（４４）と
   前記１以上の燃料ノズル（１６）の半径方向外側で前記バッフルプレート（１２）に固定されたシュラウド（２６）であって、該１以上の燃料ノズル（１６）との間に、該１以上の燃料ノズル（１６）と共に流路（３６）を形成するシュラウド（２６）と、
   前記シュラウド（２６）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間の１以上のシール（３８）であって、希釈剤の流れ（２２）を前記複数の噴射孔（４４）に流すシール（３８）と、
   前記１以上の燃料ノズル（１６）の下流側端部（４６）及び前記複数の噴射孔（４４）の下流側に位置する、複数の空気開口（５４）を備えたカラー（５２）と
   を備え、
   前記複数の噴射孔（４４）が、前記希釈プレナム（２０）から前記複数の空気開口（５４）内への希釈剤（２２）の流れを調量するように構成された
   ことを特徴とする、燃焼器（１０）。
2. 前記シュラウド（２６）が、溶接、ロウ付け、１以上のメカニカルファスナ及び／或いは接着剤の少なくともいずれかによって前記バッフルプレート（１２）に固定される、請求項１記載の燃焼器（１０）。
3. 前記１以上のシール（３８）は１以上のピストンリングであり、該１以上のピストンリングは２つである、請求項１又は２記載の燃焼器（１０）。
4. 前記複数の噴射孔（４４）が前記燃料ノズルの端部を通って延びる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
5. 前記複数の噴射孔（４４）の各噴射孔（４４）が、前記１以上の燃料ノズル（１６）内の複数の空気流開口（５４）の空気流開口（５４）と円周方向にほぼ整列している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
6. 前記希釈剤は、蒸気又は窒素である、１乃至５のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
7. 燃焼器（１０）に希釈剤（２２）を供給する方法であって、
   前記バッフルプレート（１２）とカバーリング（１８）との間に希釈プレナム（２０）を設けるステップと、
   前記バッフルプレート（１２）内の貫通孔及び前記カバーリング（１８）を貫通して延びる１以上の燃料ノズル（１６）を設けるステップと、
   前記１以上の燃料ノズル（１６）を貫通して延びる複数の噴射孔（４４）を設けるステップと、
   前記１以上の燃料ノズル（１６）の下流側端部（４６）及び前記複数の噴射孔（４４）の下流側に位置する、複数の空気開口（５４）を備えたカラー（５２）を設けるステップと、
   前記希釈剤（２２）を前記希釈プレナム（２０）から前記１以上の燃料ノズル（１６）と該１以上の燃料ノズル（１６）の半径方向外側で前記バッフルプレート（１２）に固定されたシュラウド（２６）との間の流路（３６）を通して流すステップと、
   半径方向において前記シュラウド（２６）と前記燃料ノズル（１６）との間に設けられた１以上のシール（３８）によって前記希釈剤（２２）を前記複数の噴射孔（４４）に流すステップと、
   前記複数の噴射孔（４４）から前記複数の空気流開口（５４）内へ前記希釈剤（２２）を流すステップと
   を含むことを特徴とする、方法。
8. 前記１以上のシール（３８）は１以上のピストンリングであり、該１以上のピストンリングは２つである、請求項７記載の方法。
9. 前記希釈剤の少なくとも一部を前記空気開口（５４）に流入する空気流で混合する、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記希釈剤は、蒸気又は窒素である、７乃至９のいずれか１項に記載の方法。
    

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