JPH07180838A - 一定の燃料／空気比で作動する単段予備混合式燃焼器システム - Google Patents
一定の燃料／空気比で作動する単段予備混合式燃焼器システムInfo
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- JPH07180838A JPH07180838A JP6173420A JP17342094A JPH07180838A JP H07180838 A JPH07180838 A JP H07180838A JP 6173420 A JP6173420 A JP 6173420A JP 17342094 A JP17342094 A JP 17342094A JP H07180838 A JPH07180838 A JP H07180838A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ＮＯｘ及びＣＯレベルを著しく下げるラジア
ルタービン型ガスタービンエンジン・モジュールで使用
する燃焼システムの提供。 【構成】 環状燃焼器システム10は、単段燃焼器を形成
する環状ハウジング40と、混合チャンバー52を有する外
部の燃料／空気プレミキサー60と、制御手段94により制
御される圧縮空気弁90及び燃料弁92とを有し、所定の希
薄燃料／空気比の混合物を環状ハウジングの燃焼域54へ
導入する。導管80を使用して、全圧縮空気流の一部をプ
レミキサーに、残部を燃焼器の希釈域56に導く。導管66
を使用して、全燃料をプレミキサーに送給する。環状ハ
ウジングの対流冷却は、燃焼域内の燃料／空気比を低下
せずに圧縮空気を使用して達成される。燃料ノズル64か
ら燃料が入口にスプレーされるベンチュリー68の軸線74
は、環状ハウジングの軸線42に対して接線方向にあり、
予備混合された燃料／空気混合物を燃焼域に渦巻き状態
で入れる。
ルタービン型ガスタービンエンジン・モジュールで使用
する燃焼システムの提供。 【構成】 環状燃焼器システム10は、単段燃焼器を形成
する環状ハウジング40と、混合チャンバー52を有する外
部の燃料／空気プレミキサー60と、制御手段94により制
御される圧縮空気弁90及び燃料弁92とを有し、所定の希
薄燃料／空気比の混合物を環状ハウジングの燃焼域54へ
導入する。導管80を使用して、全圧縮空気流の一部をプ
レミキサーに、残部を燃焼器の希釈域56に導く。導管66
を使用して、全燃料をプレミキサーに送給する。環状ハ
ウジングの対流冷却は、燃焼域内の燃料／空気比を低下
せずに圧縮空気を使用して達成される。燃料ノズル64か
ら燃料が入口にスプレーされるベンチュリー68の軸線74
は、環状ハウジングの軸線42に対して接線方向にあり、
予備混合された燃料／空気混合物を燃焼域に渦巻き状態
で入れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ごく僅かな窒素酸化物
又は一酸化炭素しか発生しないガスタービンエンジン又
はその他の熱機関用の燃焼システムに関し、特にガスタ
ービンエンジン・モジュールで燃料を燃焼するシステ
ム、方法及び装置であって、燃焼前（さらに必要に応じ
て液体燃料を完全に揮発させる前）に燃料と空気を十分
に予備混合するとともに、全てのエンジン作動条件で燃
焼域にほとんど一定の燃料／空気比を与えることによ
り、ＮＯｘ及びＣＯのレベルを著しく下げるものに関す
る。
又は一酸化炭素しか発生しないガスタービンエンジン又
はその他の熱機関用の燃焼システムに関し、特にガスタ
ービンエンジン・モジュールで燃料を燃焼するシステ
ム、方法及び装置であって、燃焼前（さらに必要に応じ
て液体燃料を完全に揮発させる前）に燃料と空気を十分
に予備混合するとともに、全てのエンジン作動条件で燃
焼域にほとんど一定の燃料／空気比を与えることによ
り、ＮＯｘ及びＣＯのレベルを著しく下げるものに関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガスタ
ービンエンジンは、大気中に多量の窒素酸化物を放出す
ることはないが、ガスタービンエンジンから放出される
窒素酸化物の量を減らすことは窒素酸化物の全量を減ら
すことになり、その点で多くの国は窒素酸化物の放出量
を制限する法律を制定している。大気中で窒素酸化物を
生成する窒素と酸素の反応は、ほとんど全ての化学反応
と同様に、温度が高くなるに従って速く進行する。生成
したＮＯｘの量を制限する1 つの方法は、反応温度を制
限することである。ＮＯｘは通常サイクル中に最高温度
が存在するガスタービンエンジンの燃焼工程で発生する
ので、ＮＯｘの生成量を制限する1 つの方法は、燃焼温
度を制限することである。
ービンエンジンは、大気中に多量の窒素酸化物を放出す
ることはないが、ガスタービンエンジンから放出される
窒素酸化物の量を減らすことは窒素酸化物の全量を減ら
すことになり、その点で多くの国は窒素酸化物の放出量
を制限する法律を制定している。大気中で窒素酸化物を
生成する窒素と酸素の反応は、ほとんど全ての化学反応
と同様に、温度が高くなるに従って速く進行する。生成
したＮＯｘの量を制限する1 つの方法は、反応温度を制
限することである。ＮＯｘは通常サイクル中に最高温度
が存在するガスタービンエンジンの燃焼工程で発生する
ので、ＮＯｘの生成量を制限する1 つの方法は、燃焼温
度を制限することである。
【０００３】燃料及び空気を導入する唯一の燃焼域を有
する単段燃焼器、及び別々の燃料及び空気導入手段を有
するいくつかの直列に連結した燃焼域を使うパイロット
・バーナーを具備する「多段式の」燃焼器の両方におい
て、燃焼温度及びそれによるＮＯｘの生成を制限するた
めに種々の試みがなされている。米国特許第4,994,149
号、米国特許第4,297,842 号及び米国特許第4,255,927
号は、環状燃焼器の燃焼域及び希釈域への圧縮空気の流
れを制御して、タービン排気ガス中のＮＯｘの濃度を減
少させる単段ガス・タービン燃焼器を開示している。上
記燃焼器において、ほとんど混合されていない燃料と空
気は別々に燃焼器に入り、次いで混合及び燃焼が同じチ
ャンバー内で起こる（特開昭55-45739号を参照）。米国
特許第5,069,029 号、米国特許第4,898,001 号、米国特
許第4,829,764 号、及び米国特許第4,766,721 号は二段
燃焼器を開示している。同様に独国実用新案第9921585
6.0号を参照。しかし、燃料及び空気は、少くとも部分
的に未混合の状態で各段に送給され、完全な混合はそれ
ぞれの燃焼域内で起こる。
する単段燃焼器、及び別々の燃料及び空気導入手段を有
するいくつかの直列に連結した燃焼域を使うパイロット
・バーナーを具備する「多段式の」燃焼器の両方におい
て、燃焼温度及びそれによるＮＯｘの生成を制限するた
めに種々の試みがなされている。米国特許第4,994,149
号、米国特許第4,297,842 号及び米国特許第4,255,927
号は、環状燃焼器の燃焼域及び希釈域への圧縮空気の流
れを制御して、タービン排気ガス中のＮＯｘの濃度を減
少させる単段ガス・タービン燃焼器を開示している。上
記燃焼器において、ほとんど混合されていない燃料と空
気は別々に燃焼器に入り、次いで混合及び燃焼が同じチ
ャンバー内で起こる（特開昭55-45739号を参照）。米国
特許第5,069,029 号、米国特許第4,898,001 号、米国特
許第4,829,764 号、及び米国特許第4,766,721 号は二段
燃焼器を開示している。同様に独国実用新案第9921585
6.0号を参照。しかし、燃料及び空気は、少くとも部分
的に未混合の状態で各段に送給され、完全な混合はそれ
ぞれの燃焼域内で起こる。
【０００４】また、予備混合された燃料／空気流を燃焼
器に供給するために別々のプレミキサーチャンバーを利
用する試みも行われている。特開昭57-41524号は、多段
式の缶型燃焼器へ導入する全燃料流の一部を別の混合チ
ャンバー中で混合する燃焼器システムを開示している。
米国特許第5016443 号においては、環状プレミキサーチ
ャンバーに燃料を注入するために、多数の別々の燃料ノ
ズルが使われている。しかし、複数の燃料ノズル及び燃
料分岐装置を使う上記構造は、複雑なために制御が困難
となるだけでなく、初期コストが高いという問題があ
る。
器に供給するために別々のプレミキサーチャンバーを利
用する試みも行われている。特開昭57-41524号は、多段
式の缶型燃焼器へ導入する全燃料流の一部を別の混合チ
ャンバー中で混合する燃焼器システムを開示している。
米国特許第5016443 号においては、環状プレミキサーチ
ャンバーに燃料を注入するために、多数の別々の燃料ノ
ズルが使われている。しかし、複数の燃料ノズル及び燃
料分岐装置を使う上記構造は、複雑なために制御が困難
となるだけでなく、初期コストが高いという問題があ
る。
【０００５】従って、本発明の目的は、ガスタービンエ
ンジン・モジュールとともに使用する燃焼器装置であっ
て、ガスタービンエンジン・モジュールの全作動期間中
にＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物の放出量を低下さ
せる燃焼器装置を提供することである。本発明の別の目
的は、多数の別々のプレミキサーとマッチさせる必要が
ないために、他の従来の環状燃焼器システムと比較して
複雑でなく、操作が容易で、装置の初期コストが低く、
燃料／空気比の制御性が非常に改善された装置を提供す
ることである。
ンジン・モジュールとともに使用する燃焼器装置であっ
て、ガスタービンエンジン・モジュールの全作動期間中
にＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物の放出量を低下さ
せる燃焼器装置を提供することである。本発明の別の目
的は、多数の別々のプレミキサーとマッチさせる必要が
ないために、他の従来の環状燃焼器システムと比較して
複雑でなく、操作が容易で、装置の初期コストが低く、
燃料／空気比の制御性が非常に改善された装置を提供す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本明細書に具体化に記載
する本発明において、圧縮空気供給源及び燃料供給源と
ともに作動する燃焼器システムは、単段燃焼器を形成す
る円筒形ハウジングを有し、ハウジングは軸線を有する
とともに、チャンバーの軸線方向一端に近接する少くと
も１つの吸入ポートを有し、前記チャンバーの軸線方向
一端に隣接するチャンバー部分は、燃焼域を有する。ハ
ウジングはまた、チャンバーの軸線方向対向端部に排出
ポートを有し、軸線方向対向端部に隣接するチャンバー
部分は希釈域を有する。ハウジングはまた、希釈域に開
口する開口部手段を有する。燃焼器システムはまた、ハ
ウジングの外側に配置されて圧縮空気を吸入する少くと
も１つの燃料／空気プレミキサーと、燃料吸入手段と、
吸入された圧縮空気及び燃料を混合して吸入ポートより
燃焼域に送給するプレミキサーチャンバー手段とを有す
る。燃焼システムはまた、圧縮空気供給源とプレミキサ
ーとを連結する第一導管手段を有し、プレミキサーで圧
縮された空気を吸入する手段により、圧縮空気の一部を
プレミキサーに送給するとともに圧縮空気の実質的な残
留部分を開口部手段に送給する圧縮空気流路を形成す
る。
する本発明において、圧縮空気供給源及び燃料供給源と
ともに作動する燃焼器システムは、単段燃焼器を形成す
る円筒形ハウジングを有し、ハウジングは軸線を有する
とともに、チャンバーの軸線方向一端に近接する少くと
も１つの吸入ポートを有し、前記チャンバーの軸線方向
一端に隣接するチャンバー部分は、燃焼域を有する。ハ
ウジングはまた、チャンバーの軸線方向対向端部に排出
ポートを有し、軸線方向対向端部に隣接するチャンバー
部分は希釈域を有する。ハウジングはまた、希釈域に開
口する開口部手段を有する。燃焼器システムはまた、ハ
ウジングの外側に配置されて圧縮空気を吸入する少くと
も１つの燃料／空気プレミキサーと、燃料吸入手段と、
吸入された圧縮空気及び燃料を混合して吸入ポートより
燃焼域に送給するプレミキサーチャンバー手段とを有す
る。燃焼システムはまた、圧縮空気供給源とプレミキサ
ーとを連結する第一導管手段を有し、プレミキサーで圧
縮された空気を吸入する手段により、圧縮空気の一部を
プレミキサーに送給するとともに圧縮空気の実質的な残
留部分を開口部手段に送給する圧縮空気流路を形成す
る。
【０００７】燃焼器システムは、さらに燃料供給源とプ
レミキサー燃料吸入手段とを連結する第二の導管手段を
有し、プレミキサー燃料吸入手段とともに、全ての燃料
をプレミキサーに供給するための流路を形成する。燃焼
器システムはさらに、圧縮空気流路に配置されて圧縮空
気流量を定める第一弁手段と、燃料流路に配置されて燃
料流量を定める第二弁手段とを有する。燃焼器システム
はさらに、吸入ポートより燃焼域に所定の希薄燃料／空
気比の混合物を送給するために、プレミキサーに供給す
る圧縮空気部分及び燃料のそれぞれの流量を実質的に制
御する第一及び第二弁手段に連結した制御手段を有す
る。
レミキサー燃料吸入手段とを連結する第二の導管手段を
有し、プレミキサー燃料吸入手段とともに、全ての燃料
をプレミキサーに供給するための流路を形成する。燃焼
器システムはさらに、圧縮空気流路に配置されて圧縮空
気流量を定める第一弁手段と、燃料流路に配置されて燃
料流量を定める第二弁手段とを有する。燃焼器システム
はさらに、吸入ポートより燃焼域に所定の希薄燃料／空
気比の混合物を送給するために、プレミキサーに供給す
る圧縮空気部分及び燃料のそれぞれの流量を実質的に制
御する第一及び第二弁手段に連結した制御手段を有す
る。
【０００８】好ましくは、プレミキサーチャンバー手段
は、入口、出口及び流れ方向軸線を有するベンチュリー
を有する。ベンチュリー入口は圧縮空気吸入手段及び燃
料吸入手段に流体結合しており、ベンチュリー出口は燃
料／空気混合物を燃焼域に送給するためにハウジング吸
入ポートに連結している。燃焼域で渦流燃焼パターンを
提供するために、ベンチュリーの流れ方向は円筒形ハウ
ジングの軸線に対して実質的に接線方向である。
は、入口、出口及び流れ方向軸線を有するベンチュリー
を有する。ベンチュリー入口は圧縮空気吸入手段及び燃
料吸入手段に流体結合しており、ベンチュリー出口は燃
料／空気混合物を燃焼域に送給するためにハウジング吸
入ポートに連結している。燃焼域で渦流燃焼パターンを
提供するために、ベンチュリーの流れ方向は円筒形ハウ
ジングの軸線に対して実質的に接線方向である。
【０００９】また、プレミキサー燃料吸入手段は、実質
的にベンチュリーの軸線に沿ってベンチュリー入口に燃
料流を導くように配置された単一燃料ノズルを有し、燃
料ノズルは、ベンチュリー入口に圧縮空気を供給する入
口流路を形成するためにベンチュリー入口から軸線方向
に離隔しており、また流れ平滑化部材はベンチュリー入
口の流路に位置させるのが好ましい。
的にベンチュリーの軸線に沿ってベンチュリー入口に燃
料流を導くように配置された単一燃料ノズルを有し、燃
料ノズルは、ベンチュリー入口に圧縮空気を供給する入
口流路を形成するためにベンチュリー入口から軸線方向
に離隔しており、また流れ平滑化部材はベンチュリー入
口の流路に位置させるのが好ましい。
【００１０】本明細書において広範に記載する本発明は
また、ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物を最小にする
ガスタービンエンジン・モジュールの作動方法を提供す
る。この型のガスタービンエンジン・モジュールは、軸
線を有し燃焼チャンバーを形成する円筒形ハウジングを
有し、ハウジングは、軸線方向一端に近接する少なくと
も１つの吸入ポートを有し、軸線方向一端に隣接するチ
ャンバー部分は、燃焼域、排出ポート及び軸線方向他端
に近接する開口部手段を有する。軸線方向他端に隣接し
たチャンバー部分は希釈域を含む。
また、ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物を最小にする
ガスタービンエンジン・モジュールの作動方法を提供す
る。この型のガスタービンエンジン・モジュールは、軸
線を有し燃焼チャンバーを形成する円筒形ハウジングを
有し、ハウジングは、軸線方向一端に近接する少なくと
も１つの吸入ポートを有し、軸線方向一端に隣接するチ
ャンバー部分は、燃焼域、排出ポート及び軸線方向他端
に近接する開口部手段を有する。軸線方向他端に隣接し
たチャンバー部分は希釈域を含む。
【００１１】本発明の方法は、圧縮空気流及び燃料流を
ハウジングの付近に供給し、燃料流の全部をハウジング
の外側の圧縮空気流の一部と連続的に予備混合し、ハウ
ジングの軸線の廻りに渦巻くように燃焼させる方向及び
速さで、燃料／空気混合物をハウジング吸入ポートより
燃焼域に注入し、圧縮空気流の残部を開口部手段より希
釈域に入れ、ガスタービンエンジン・モジュールの実質
的に全作動範囲にわたって混合物を実質的に所定の希薄
燃料／空気比とするために、燃料流量及び圧縮空気部分
流量を制御する工程を有する。
ハウジングの付近に供給し、燃料流の全部をハウジング
の外側の圧縮空気流の一部と連続的に予備混合し、ハウ
ジングの軸線の廻りに渦巻くように燃焼させる方向及び
速さで、燃料／空気混合物をハウジング吸入ポートより
燃焼域に注入し、圧縮空気流の残部を開口部手段より希
釈域に入れ、ガスタービンエンジン・モジュールの実質
的に全作動範囲にわたって混合物を実質的に所定の希薄
燃料／空気比とするために、燃料流量及び圧縮空気部分
流量を制御する工程を有する。
【００１２】上記発明の技術的意義は、燃焼工程の力学
的考察から分かる。排気ガス中の窒素酸化物の量は以下
の式： ＮＯｘ＝ 3.2×10-6×EXP(7.97×10-3×Ｔ）・Ｐ-2 （ただし、Ｔは°Ｋで表した炎温度であり、ＮＯｘは、
燃焼域から流出する窒素酸化物（ＮＯ2 として表わす）
の濃度（体積ｐｐｍで表わす）であり、Ｐは気圧（atm
で表す）である。）により表すことができる。炎温度
は、完全に予備混合された混合物の燃料／空気比と、燃
焼器入口における空気及び燃料の温度との関数である。
純粋な燃料に対して炎温度が約2550°ランキン（1417°
Ｋ）を超える場合、あるいは窒素のような非燃焼性希釈
剤を含んでいる燃料に対して炎温度が約2550°ランキン
（1417°Ｋ）より僅かに高い場合、燃焼器中の炎が燃え
続けることが、経験的に分かった。しかし、このレベル
では炎は消える寸前であり、一酸化炭素の放出量は多
い。
的考察から分かる。排気ガス中の窒素酸化物の量は以下
の式： ＮＯｘ＝ 3.2×10-6×EXP(7.97×10-3×Ｔ）・Ｐ-2 （ただし、Ｔは°Ｋで表した炎温度であり、ＮＯｘは、
燃焼域から流出する窒素酸化物（ＮＯ2 として表わす）
の濃度（体積ｐｐｍで表わす）であり、Ｐは気圧（atm
で表す）である。）により表すことができる。炎温度
は、完全に予備混合された混合物の燃料／空気比と、燃
焼器入口における空気及び燃料の温度との関数である。
純粋な燃料に対して炎温度が約2550°ランキン（1417°
Ｋ）を超える場合、あるいは窒素のような非燃焼性希釈
剤を含んでいる燃料に対して炎温度が約2550°ランキン
（1417°Ｋ）より僅かに高い場合、燃焼器中の炎が燃え
続けることが、経験的に分かった。しかし、このレベル
では炎は消える寸前であり、一酸化炭素の放出量は多
い。
【００１３】両汚染源のレベルを許容範囲内に低くする
ために、燃焼器入口温度に関連して、約2800〜3000°ラ
ンキン（1556〜1667°Ｋ）の炎温度を出す燃料／空気比
を形成するのが望ましい。ＮＯｘレベルをさらに低減す
るために希釈空気を加える前では、ＮＯｘレベルは１気
圧当たり0.8 〜2.0 ppmv（体積ppm ）であることが上記
式から分かる。これらの温度での一酸化炭素レベルは20
ppmv未満であり、より高い圧力ではさらに低いことが、
経験的に分かった。
ために、燃焼器入口温度に関連して、約2800〜3000°ラ
ンキン（1556〜1667°Ｋ）の炎温度を出す燃料／空気比
を形成するのが望ましい。ＮＯｘレベルをさらに低減す
るために希釈空気を加える前では、ＮＯｘレベルは１気
圧当たり0.8 〜2.0 ppmv（体積ppm ）であることが上記
式から分かる。これらの温度での一酸化炭素レベルは20
ppmv未満であり、より高い圧力ではさらに低いことが、
経験的に分かった。
【００１４】本発明の燃焼チャンバー中での一定の燃料
／空気比は、プレミキサーへの空気流を燃料流量と比例
させるように調節することにより得られる。燃料が液滴
又は拡散ガス炎として燃やされるとき、燃焼はほぼ化学
量論的値で進み、局所的な温度は非常に高く、もって過
剰なＮＯｘを生成するので、平均の温度を制限するだけ
では十分ないことが経験的に分かった。ＮＯｘの生成量
を最低にするために、本発明の環状燃焼器は、燃焼チャ
ンバー自身から離隔したベンチュリーチャンバー中で、
全ての燃料及び燃焼空気を完全に予備混合し、液体燃料
を使用する場合には、燃料及び空気を予備混合する前に
液体燃料を蒸発させる。ある種のガスタービンエンジン
（主として、定速で運転しなければならないので単一シ
ャフトで直列的に連結した発電装置用）では、空気流量
は出力レベルに関係なくほとんど一定であり、また別の
ガスタービンエンジン（例えば、フリータービンユニッ
ト及び推進力ユニット等用）では、空気流量は出力レベ
ルの低下とともに減少する。両型のユニットに対して一
定の燃料／空気比を維持するためには、燃料弁に結合し
て、ほとんど一定の燃料／空気比を与えるのに必要な空
気量を提供する空気弁を設ける必要がある。明らかに、
空気弁は２つのタイプのエンジンのでは異なるが、原理
は同じである。
／空気比は、プレミキサーへの空気流を燃料流量と比例
させるように調節することにより得られる。燃料が液滴
又は拡散ガス炎として燃やされるとき、燃焼はほぼ化学
量論的値で進み、局所的な温度は非常に高く、もって過
剰なＮＯｘを生成するので、平均の温度を制限するだけ
では十分ないことが経験的に分かった。ＮＯｘの生成量
を最低にするために、本発明の環状燃焼器は、燃焼チャ
ンバー自身から離隔したベンチュリーチャンバー中で、
全ての燃料及び燃焼空気を完全に予備混合し、液体燃料
を使用する場合には、燃料及び空気を予備混合する前に
液体燃料を蒸発させる。ある種のガスタービンエンジン
（主として、定速で運転しなければならないので単一シ
ャフトで直列的に連結した発電装置用）では、空気流量
は出力レベルに関係なくほとんど一定であり、また別の
ガスタービンエンジン（例えば、フリータービンユニッ
ト及び推進力ユニット等用）では、空気流量は出力レベ
ルの低下とともに減少する。両型のユニットに対して一
定の燃料／空気比を維持するためには、燃料弁に結合し
て、ほとんど一定の燃料／空気比を与えるのに必要な空
気量を提供する空気弁を設ける必要がある。明らかに、
空気弁は２つのタイプのエンジンのでは異なるが、原理
は同じである。
【００１５】本発明では、効果的に一酸化炭素及び炭化
水素を燃やすために、唯一の燃焼域を使い、燃料／空気
比及び炎温度は常に十分に高い。従って、本発明では、
燃焼の各段間に移行域ができないようにすることによ
り、窒素酸化物の生成量が低いのみならず、一酸化炭素
及び未燃焼炭化水素の放出量も低い。本発明は唯一の燃
焼域を有するので、第一及び第二燃焼域（多段式燃焼
器）を分離したり、そのような分離部分を冷却する必要
がない。また、パイロット炎又は関連装置を使用するこ
とも必要でない。さらに、正確な１つの燃料制御弁及び
精度及び漏洩に関して許容度が大きい１つの空気制御弁
を有することにより、システムの制御が非常に単純化さ
れる。
水素を燃やすために、唯一の燃焼域を使い、燃料／空気
比及び炎温度は常に十分に高い。従って、本発明では、
燃焼の各段間に移行域ができないようにすることによ
り、窒素酸化物の生成量が低いのみならず、一酸化炭素
及び未燃焼炭化水素の放出量も低い。本発明は唯一の燃
焼域を有するので、第一及び第二燃焼域（多段式燃焼
器）を分離したり、そのような分離部分を冷却する必要
がない。また、パイロット炎又は関連装置を使用するこ
とも必要でない。さらに、正確な１つの燃料制御弁及び
精度及び漏洩に関して許容度が大きい１つの空気制御弁
を有することにより、システムの制御が非常に単純化さ
れる。
【００１６】本明細書において特に詳細に記載する燃料
／空気混合装置では、出口での燃料／空気重量比がほと
んど均一である。もちろん、ベンチュリー内のどの地点
においても、軸線方向速度を炎が乱流となる速度より早
く保つことが必要であり、燃料／空気混合系内で再循環
を防止することが必要である。これらの必要条件が満た
されるならば、燃料／空気混合物が予備混合装置を出る
前に、燃焼が起こることはない。
／空気混合装置では、出口での燃料／空気重量比がほと
んど均一である。もちろん、ベンチュリー内のどの地点
においても、軸線方向速度を炎が乱流となる速度より早
く保つことが必要であり、燃料／空気混合系内で再循環
を防止することが必要である。これらの必要条件が満た
されるならば、燃料／空気混合物が予備混合装置を出る
前に、燃焼が起こることはない。
【００１７】本発明の他の目的及び利点を以下に説明す
るが、その他の点は以下の記載及び本発明の実施から明
らかになる。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲
の欄に記載した装置及び組合せから理解することがで
き、またそれらにより達成することができる。
るが、その他の点は以下の記載及び本発明の実施から明
らかになる。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲
の欄に記載した装置及び組合せから理解することがで
き、またそれらにより達成することができる。
【００１８】
【実施例】添付図面に示す本発明の好ましい実施例を以
下に説明する。
下に説明する。
【００１９】図１は、参照番号10により一般的に示す本
発明の燃焼器システムを示す。図示の燃焼器システム10
は、ラジアルガスタービンエンジン・モジュール12とと
もに使用するものである。ガスタービンエンジン・モジ
ュール12は、軸線18の回りに回転できるシャフト16が内
部に取り付けられた加圧ハウジング14を有する。シャフ
ト16の一端にラジアルタービン20が取り付けられてお
り、ラジアルタービン20は、シャフト16の他端に取り付
けられた遠心圧縮器22を駆動する。図１に示す構造で
は、ガスタービンエンジン・モジュール12のパワーは、
遠心圧縮器22に近接する機械的連結装置（24で一般的に
示す）から取り出す。しかし、本発明の燃焼器システム
及びガスタービンエンジン・モジュールは、「フリー出
力タービン」（図示せず）又は当業者に明らかな他のタ
ービン・エンジンと組み合わせて使用することもでき
る。また、本発明はラジアルガスタービンエンジン・モ
ジュールとともに使用する場合に限られるものではな
く、少くとも最も広い意味でアキシャルタービンエンジ
ン・モジュール又はアキシャル−ラジアル混合型タービ
ンエンジン・モジュールとともに使用することもでき
る。
発明の燃焼器システムを示す。図示の燃焼器システム10
は、ラジアルガスタービンエンジン・モジュール12とと
もに使用するものである。ガスタービンエンジン・モジ
ュール12は、軸線18の回りに回転できるシャフト16が内
部に取り付けられた加圧ハウジング14を有する。シャフ
ト16の一端にラジアルタービン20が取り付けられてお
り、ラジアルタービン20は、シャフト16の他端に取り付
けられた遠心圧縮器22を駆動する。図１に示す構造で
は、ガスタービンエンジン・モジュール12のパワーは、
遠心圧縮器22に近接する機械的連結装置（24で一般的に
示す）から取り出す。しかし、本発明の燃焼器システム
及びガスタービンエンジン・モジュールは、「フリー出
力タービン」（図示せず）又は当業者に明らかな他のタ
ービン・エンジンと組み合わせて使用することもでき
る。また、本発明はラジアルガスタービンエンジン・モ
ジュールとともに使用する場合に限られるものではな
く、少くとも最も広い意味でアキシャルタービンエンジ
ン・モジュール又はアキシャル−ラジアル混合型タービ
ンエンジン・モジュールとともに使用することもでき
る。
【００２０】続いて図１を参照して、ガスタービンエン
ジン・モジュール12は、一般的に以下のように作動す
る。矢印26により示す方向に遠心圧縮器22に導入された
空気は、遠心的に加速され、ディフューザー 28 に入っ
て静的圧力を増大する。ディフューザー 28 から出た圧
縮空気は、プレナム・チャンバー30に集められ、次いで
プレナム30から出た圧縮空気は、燃焼器システム10のプ
レミキサー 60 により、燃料供給源32から来る燃料と混
合され、熱い排気ガスを生成する。熱い排気ガスは、入
口案内ベーン34を経てラジアルタービン20に流入し、そ
こでパワーが得られる。タービン20から出る排気ガスは
大気中に放出されるか、あるいは以降のエンジン・モジ
ュールに送給される。フリー出力タービン配列の場合、
タービン20から出たガスは、一層大きなパワーを出力さ
せるためにフリー出力タービンに送給される。
ジン・モジュール12は、一般的に以下のように作動す
る。矢印26により示す方向に遠心圧縮器22に導入された
空気は、遠心的に加速され、ディフューザー 28 に入っ
て静的圧力を増大する。ディフューザー 28 から出た圧
縮空気は、プレナム・チャンバー30に集められ、次いで
プレナム30から出た圧縮空気は、燃焼器システム10のプ
レミキサー 60 により、燃料供給源32から来る燃料と混
合され、熱い排気ガスを生成する。熱い排気ガスは、入
口案内ベーン34を経てラジアルタービン20に流入し、そ
こでパワーが得られる。タービン20から出る排気ガスは
大気中に放出されるか、あるいは以降のエンジン・モジ
ュールに送給される。フリー出力タービン配列の場合、
タービン20から出たガスは、一層大きなパワーを出力さ
せるためにフリー出力タービンに送給される。
【００２１】本発明によれば、燃焼器システムは、燃焼
チャンバーを形成する円筒形ハウジングを有し、ハウジ
ングは軸線を有するとともに、チャンバーの軸線方向一
端に近接する少くとも１つの吸入ポートを有する。重要
なことに、チャンバーの軸線方向一端に隣接するチャン
バー部分は、単段燃焼域を有する。排気はチャンバーの
軸線方向対向端部に位置し、チャンバーの軸線方向対向
端部に隣接する燃焼チャンバー部分は希釈域を有する。
ハウジングは、さらに希釈域と連通する希釈ポートの形
状の開口部手段を有する。
チャンバーを形成する円筒形ハウジングを有し、ハウジ
ングは軸線を有するとともに、チャンバーの軸線方向一
端に近接する少くとも１つの吸入ポートを有する。重要
なことに、チャンバーの軸線方向一端に隣接するチャン
バー部分は、単段燃焼域を有する。排気はチャンバーの
軸線方向対向端部に位置し、チャンバーの軸線方向対向
端部に隣接する燃焼チャンバー部分は希釈域を有する。
ハウジングは、さらに希釈域と連通する希釈ポートの形
状の開口部手段を有する。
【００２２】本明細書で具体的に説明し、図１に示すよ
うに、燃焼器システム10は、ほぼトロイダル状の環状燃
焼器ライニングハウジング40を有する。図１の好ましい
実施例では環状ハウジングを図示しているが、「缶型」
の円筒形ハウジングもまた使用可能である。ハウジング
40は加圧ハウジング14内にあり、その軸線42は実質的に
ガスタービンエンジン・モジュールの軸線18と一致す
る。ハウジング40は、吸入ポート43を除いて軸線方向端
部44で閉じられているが、軸線方向端部46では開放して
環状排出ポート48を形成している。排出ポート48は、入
口案内ベーン34を有するチャネル50を介してラジアルタ
ービン20と流体連通している。
うに、燃焼器システム10は、ほぼトロイダル状の環状燃
焼器ライニングハウジング40を有する。図１の好ましい
実施例では環状ハウジングを図示しているが、「缶型」
の円筒形ハウジングもまた使用可能である。ハウジング
40は加圧ハウジング14内にあり、その軸線42は実質的に
ガスタービンエンジン・モジュールの軸線18と一致す
る。ハウジング40は、吸入ポート43を除いて軸線方向端
部44で閉じられているが、軸線方向端部46では開放して
環状排出ポート48を形成している。排出ポート48は、入
口案内ベーン34を有するチャネル50を介してラジアルタ
ービン20と流体連通している。
【００２３】さらに図１を参照して、ハウジング40によ
り形成されたトロイダル状のチャンバー52は、異なる作
用を有する２つのほぼ軸線方向のセクションを有する。
軸線方向一端44に隣接するセクション54は単段燃焼域を
有し、ハウジング端部46に隣接するセクション56は希釈
域を有する。希釈域56に開口するハウジング40に、複数
の開口部58a 、58b が設けられている。ハウジングの軸
線42を基準として、希釈ポート58a はハウジング40の外
周面に形成された一連の開口部であり、希釈ポート58b
はハウジング40の内周面に形成された一連の開口部であ
る。開口部手段は、一般的に圧縮空気導管手段（以下に
さらに詳細に記載する）から来る圧縮空気を燃焼チャン
バー52の希釈域56に導入するための希釈ポート58a 及び
58b を有する。しかし、希釈用開口部は、燃焼器ライナ
ーの内外壁の両方に設ける必要はなく、例えば希釈用空
気の全流量に適応した大きさの開口部58b を使用すれ
ば、開口部58a を省略することができる。
り形成されたトロイダル状のチャンバー52は、異なる作
用を有する２つのほぼ軸線方向のセクションを有する。
軸線方向一端44に隣接するセクション54は単段燃焼域を
有し、ハウジング端部46に隣接するセクション56は希釈
域を有する。希釈域56に開口するハウジング40に、複数
の開口部58a 、58b が設けられている。ハウジングの軸
線42を基準として、希釈ポート58a はハウジング40の外
周面に形成された一連の開口部であり、希釈ポート58b
はハウジング40の内周面に形成された一連の開口部であ
る。開口部手段は、一般的に圧縮空気導管手段（以下に
さらに詳細に記載する）から来る圧縮空気を燃焼チャン
バー52の希釈域56に導入するための希釈ポート58a 及び
58b を有する。しかし、希釈用開口部は、燃焼器ライナ
ーの内外壁の両方に設ける必要はなく、例えば希釈用空
気の全流量に適応した大きさの開口部58b を使用すれ
ば、開口部58a を省略することができる。
【００２４】さらに本発明では、円筒形ハウジングの外
側に配置された少なくとも１つの燃料／空気プレミキサ
ーは、圧縮空気流の一部を燃料と混合して燃料／空気混
合物を生成し、その混合物を吸入ポートを通して燃焼域
に送給する。燃料／空気プレミキサーは、圧縮空気吸入
手段、燃料吸入手段、及び吸入した圧縮空気の流れを滑
らかにするとともに吸入した圧縮空気を燃料と混合する
ためのチャンバー手段を有する。本明細書で具体的に記
載するように（図１を参照）、燃焼システム10は、さら
に参照番号60により一般的に示す単一の燃料／空気プレ
ミキサーを有する。プレミキサー 60 は、以下に一層詳
細に記載する導管手段から圧縮空気吸入ハウジング組立
体62、及び燃料ライン66を通して燃料供給源32から燃料
を吸入する単一燃料ノズル64を有する。図１に示す燃料
ノズル64は、液体燃料とともに使用する場合に噴霧化及
び蒸発の促進に特に有利な「エアブラスト」型燃料ノズ
ルである。しかし、気体燃料に「エアブラスト」ノズル
を使用すると、以下に記載するベンチュリー要素に供給
する前に、燃料を空気と初期混合するという利点があ
る。従って、本発明の燃焼システムは液体燃料又はエア
ブラスト燃料ノズルの使用に制限されず、気体燃料及び
渦流型ノズルのような他の型の燃料ノズルも使用するこ
とができる。
側に配置された少なくとも１つの燃料／空気プレミキサ
ーは、圧縮空気流の一部を燃料と混合して燃料／空気混
合物を生成し、その混合物を吸入ポートを通して燃焼域
に送給する。燃料／空気プレミキサーは、圧縮空気吸入
手段、燃料吸入手段、及び吸入した圧縮空気の流れを滑
らかにするとともに吸入した圧縮空気を燃料と混合する
ためのチャンバー手段を有する。本明細書で具体的に記
載するように（図１を参照）、燃焼システム10は、さら
に参照番号60により一般的に示す単一の燃料／空気プレ
ミキサーを有する。プレミキサー 60 は、以下に一層詳
細に記載する導管手段から圧縮空気吸入ハウジング組立
体62、及び燃料ライン66を通して燃料供給源32から燃料
を吸入する単一燃料ノズル64を有する。図１に示す燃料
ノズル64は、液体燃料とともに使用する場合に噴霧化及
び蒸発の促進に特に有利な「エアブラスト」型燃料ノズ
ルである。しかし、気体燃料に「エアブラスト」ノズル
を使用すると、以下に記載するベンチュリー要素に供給
する前に、燃料を空気と初期混合するという利点があ
る。従って、本発明の燃焼システムは液体燃料又はエア
ブラスト燃料ノズルの使用に制限されず、気体燃料及び
渦流型ノズルのような他の型の燃料ノズルも使用するこ
とができる。
【００２５】燃料／空気プレミキサー60は、さらに燃料
／空気プレミキサーハウジング組立体62の内に配置され
たベンチュリー入口70、及び吸入ポート43に連結するベ
ンチュリー出口72を有するベンチュリー68の形状の混合
チャンバー手段を有する。ベンチュリー68は流れ方向軸
線74を有し、燃料ノズル64は軸線74に沿って実質的にベ
ンチュリー入口70に燃料スプレーを送給するように位置
する。ベンチュリーチャンバー内で燃料と圧縮空気を激
しく完全に混合し、かつ矢印76により概略的に示すよう
に混合物をベンチュリーの軸線74に沿って燃焼域54に導
くように、ベンチュリー68の流路の断面積及び寸法を選
択する。混合物の最小速さ（アイドリング時の速さ）が
燃料／空気混合物の炎伝播速度より大きくなるように、
ベンチュリー出口72の流れ面積を選定しなければならな
い。参照番号78により概略的に示すような炎保持手段
は、燃焼域54内での燃焼の安定性を向上させるためにベ
ンチュリー出口72付近に設けてもよい。
／空気プレミキサーハウジング組立体62の内に配置され
たベンチュリー入口70、及び吸入ポート43に連結するベ
ンチュリー出口72を有するベンチュリー68の形状の混合
チャンバー手段を有する。ベンチュリー68は流れ方向軸
線74を有し、燃料ノズル64は軸線74に沿って実質的にベ
ンチュリー入口70に燃料スプレーを送給するように位置
する。ベンチュリーチャンバー内で燃料と圧縮空気を激
しく完全に混合し、かつ矢印76により概略的に示すよう
に混合物をベンチュリーの軸線74に沿って燃焼域54に導
くように、ベンチュリー68の流路の断面積及び寸法を選
択する。混合物の最小速さ（アイドリング時の速さ）が
燃料／空気混合物の炎伝播速度より大きくなるように、
ベンチュリー出口72の流れ面積を選定しなければならな
い。参照番号78により概略的に示すような炎保持手段
は、燃焼域54内での燃焼の安定性を向上させるためにベ
ンチュリー出口72付近に設けてもよい。
【００２６】図２に最もよく示すように、ベンチュリー
の軸線74がハウジングの軸線42に対して実質的に接線方
向を向くように混合ベンチュリー68が配置されているの
で、吸入した燃料／空気混合物は燃焼域54内で軸線42の
回りに渦巻く。以下に一層詳細に記載する好ましいプレ
ミキサー構造から分かるように、単一燃料ノズルより供
給を受ける単一の燃料／空気プレミキサーのみを使用す
ることにより、燃焼チャンバー52に適切に燃料／空気混
合物を供給することができる。しかし、特に燃焼チャン
バー52の半径方向厚さ（軸線42から測定）がその外径に
対して小さい場合に、複数の燃料／空気プレミキサーを
使用してもよい。
の軸線74がハウジングの軸線42に対して実質的に接線方
向を向くように混合ベンチュリー68が配置されているの
で、吸入した燃料／空気混合物は燃焼域54内で軸線42の
回りに渦巻く。以下に一層詳細に記載する好ましいプレ
ミキサー構造から分かるように、単一燃料ノズルより供
給を受ける単一の燃料／空気プレミキサーのみを使用す
ることにより、燃焼チャンバー52に適切に燃料／空気混
合物を供給することができる。しかし、特に燃焼チャン
バー52の半径方向厚さ（軸線42から測定）がその外径に
対して小さい場合に、複数の燃料／空気プレミキサーを
使用してもよい。
【００２７】さらに本発明では、圧縮空気供給源と燃料
／空気プレミキサーとを連結するために圧縮空気導管手
段が設けられており、燃料／空気プレミキサーは、圧縮
空気流の一部をプレミキサー圧縮空気吸入手段に送給す
るとともに、圧縮空気流の実質的な残部を希釈用空気を
希釈域に送給するための開口部手段に送給する。本明細
書で具体的に説明するように（図１を参照）、参照番号
80により一般的に示す圧縮空気導管手段は、加圧ハウジ
ング14とハウジング40との間に配置されたほぼ環状の流
路82を有する。流路82は、圧縮空気吸入プレナム30とリ
ング状プレナム84との間に延在し、タービンの排気セク
ションに隣接する加圧ハウジング14の一部として形成さ
れている。上記の通り、燃料／空気プレミキサーハウジ
ング組立体62は、プレナム84から圧縮空気をベンチュリ
ー入口70に吸入するように連結されている。図示したプ
レナム84は環状断面を有するが、他の形状及び位置も本
発明の範囲内である。
／空気プレミキサーとを連結するために圧縮空気導管手
段が設けられており、燃料／空気プレミキサーは、圧縮
空気流の一部をプレミキサー圧縮空気吸入手段に送給す
るとともに、圧縮空気流の実質的な残部を希釈用空気を
希釈域に送給するための開口部手段に送給する。本明細
書で具体的に説明するように（図１を参照）、参照番号
80により一般的に示す圧縮空気導管手段は、加圧ハウジ
ング14とハウジング40との間に配置されたほぼ環状の流
路82を有する。流路82は、圧縮空気吸入プレナム30とリ
ング状プレナム84との間に延在し、タービンの排気セク
ションに隣接する加圧ハウジング14の一部として形成さ
れている。上記の通り、燃料／空気プレミキサーハウジ
ング組立体62は、プレナム84から圧縮空気をベンチュリ
ー入口70に吸入するように連結されている。図示したプ
レナム84は環状断面を有するが、他の形状及び位置も本
発明の範囲内である。
【００２８】図１から明らかなように、流路82を流れる
圧縮空気がハウジング40（特に最高の燃焼温度が予想さ
れる燃焼域54を直に囲むハウジング部分86）を冷却する
ように、流路82は構成されている。ハウジング40の部分
86は対流冷却だけを行えばよく、境膜冷却の必要がな
い。すなわち、ハウジング40の部分86において、流路82
内を流れる圧縮空気は燃焼域54中で燃焼している燃料／
空気混合物から隔離されている。この構造のために、燃
焼域54中で混合物の燃料／空気比を良く制御することが
でき、かつ所望の希薄燃料／空気比を有する「単段燃焼
器」として作動することができる。そのような作動によ
り、ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物のレベルを低下
することができる。以下に検討するように、本発明の燃
焼器システムの特有の構造により、他の従来の燃焼シス
テムと比較するとＮＯｘのレベルが非常に低くなる。
圧縮空気がハウジング40（特に最高の燃焼温度が予想さ
れる燃焼域54を直に囲むハウジング部分86）を冷却する
ように、流路82は構成されている。ハウジング40の部分
86は対流冷却だけを行えばよく、境膜冷却の必要がな
い。すなわち、ハウジング40の部分86において、流路82
内を流れる圧縮空気は燃焼域54中で燃焼している燃料／
空気混合物から隔離されている。この構造のために、燃
焼域54中で混合物の燃料／空気比を良く制御することが
でき、かつ所望の希薄燃料／空気比を有する「単段燃焼
器」として作動することができる。そのような作動によ
り、ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物のレベルを低下
することができる。以下に検討するように、本発明の燃
焼器システムの特有の構造により、他の従来の燃焼シス
テムと比較するとＮＯｘのレベルが非常に低くなる。
【００２９】流路82は実質的に燃焼チャンバー52を包囲
し、燃焼域54を対流冷却するとともに、希釈ポート58a
及び58b に圧縮空気を供給する。図１に示すように、流
路82はまた、タービン20に隣接する加圧ハウジング14の
部分を冷却するために圧縮空気流を導くチャネル82a を
有してもよい。タービン入口案内ベーン34は、境膜冷却
された入口案内ベーンでよく、また流路82又は82a から
圧縮空気の供給を受けてもよい。また、圧縮空気導管手
段80は、特に液体燃料用ノズルを使用する場合、圧縮空
気吸入プレナム30とエアブラスト燃料ノズル64とを連結
する別の流路88を有することができる。
し、燃焼域54を対流冷却するとともに、希釈ポート58a
及び58b に圧縮空気を供給する。図１に示すように、流
路82はまた、タービン20に隣接する加圧ハウジング14の
部分を冷却するために圧縮空気流を導くチャネル82a を
有してもよい。タービン入口案内ベーン34は、境膜冷却
された入口案内ベーンでよく、また流路82又は82a から
圧縮空気の供給を受けてもよい。また、圧縮空気導管手
段80は、特に液体燃料用ノズルを使用する場合、圧縮空
気吸入プレナム30とエアブラスト燃料ノズル64とを連結
する別の流路88を有することができる。
【００３０】図１に関連した上記説明から明らかなよう
に、圧縮空気導管手段80は、燃料／空気プレミキサー60
に圧縮空気流の一部を導くとともに、圧縮空気流の実質
的な残部を希釈ポート58a 及び58b に導く。燃料／空気
プレミキサー及び希釈ポートのいずれにも導かれない圧
縮空気流（すなわち、入口案内ベーン34を冷却するため
に使用する空気）は非常に少量で、いずれにしてもター
ビン20に入る前に排気ガスをさらに僅かに希釈するだけ
である。
に、圧縮空気導管手段80は、燃料／空気プレミキサー60
に圧縮空気流の一部を導くとともに、圧縮空気流の実質
的な残部を希釈ポート58a 及び58b に導く。燃料／空気
プレミキサー及び希釈ポートのいずれにも導かれない圧
縮空気流（すなわち、入口案内ベーン34を冷却するため
に使用する空気）は非常に少量で、いずれにしてもター
ビン20に入る前に排気ガスをさらに僅かに希釈するだけ
である。
【００３１】さらに本発明では、プレミキサーに供給す
る圧縮空気の流量を定めるために、弁手段が圧縮空気流
路内に配置されている。本明細書で具体的に説明するよ
うに（図１を参照）、プレナム84からベンチュリー入口
70に入る圧縮空気の流量を定めるために、燃料／空気プ
レミキサーハウジング組立体62内に弁90が設けられてい
る。弁90は連続的に調整可能であり、弁90の適当な構造
は本発明の燃料／空気プレミキサーの好ましい構造の記
載に関連して、以下に一層詳細に検討する。弁穴が変化
すると、プレミキサー60に圧力低下が起こり、希釈域へ
の空気の質量流れの増加又は減少が生じる。このよう
に、この変更及び空気流の分割は燃焼器の外側で起こ
る。
る圧縮空気の流量を定めるために、弁手段が圧縮空気流
路内に配置されている。本明細書で具体的に説明するよ
うに（図１を参照）、プレナム84からベンチュリー入口
70に入る圧縮空気の流量を定めるために、燃料／空気プ
レミキサーハウジング組立体62内に弁90が設けられてい
る。弁90は連続的に調整可能であり、弁90の適当な構造
は本発明の燃料／空気プレミキサーの好ましい構造の記
載に関連して、以下に一層詳細に検討する。弁穴が変化
すると、プレミキサー60に圧力低下が起こり、希釈域へ
の空気の質量流れの増加又は減少が生じる。このよう
に、この変更及び空気流の分割は燃焼器の外側で起こ
る。
【００３２】図３は、別の形状の圧縮空気導管手段を有
する燃焼器システム110 を示す。図１及び図２の実施例
と同じ又は類似の作用を有する構成要素には、「100 」
から始まる以外同じ参照番号を付与する。図３において
参照番号180 で一般的に示す圧縮空気導管手段中で、圧
縮空気捕集プレナム130 とハウジング140 を囲む環状流
路182 との間に分配導管181 を設け、燃料／空気プレミ
キサーハウジング組立体162 は、流路182 の上流で分配
導管181 に直接連結している。燃料／空気プレミキサー
ハウジング組立体162 と分配導管181 との間の連結部に
弁190 が設けられており、空気流は燃料／空気プレミキ
サー160 に流入する第一の部分と、分岐導管部分181aを
経て流路182 に流れる残部とに分割される。図１の実施
例（プレミキサーに流入する圧縮空気の実質的に全ての
部分はまず燃焼チャンバー52を形成するハウジング部分
86の少くとも一部を冷却するために使用される）と比べ
て、燃料／空気プレミキサー160 に流入する圧縮空気の
どの部分も、燃焼域152 を形成するハウジング140 の部
分186 を冷却するために使われない。しかし、図３の実
施例により、希釈ポート158a及び158bに流入する圧縮空
気流部分に対して、燃料／空気プレミキサーに流入する
圧縮空気部分を直接制御することができる。それでも、
図１に示す形状の方が、種々の構成要素、主に弁を燃料
／空気プレミキサーハウジングと直接一体化できる燃料
／空気プレミキサー（以下に一層詳細に説明する）の組
み立てが容易であるという理由で好ましいと言うことが
できる。
する燃焼器システム110 を示す。図１及び図２の実施例
と同じ又は類似の作用を有する構成要素には、「100 」
から始まる以外同じ参照番号を付与する。図３において
参照番号180 で一般的に示す圧縮空気導管手段中で、圧
縮空気捕集プレナム130 とハウジング140 を囲む環状流
路182 との間に分配導管181 を設け、燃料／空気プレミ
キサーハウジング組立体162 は、流路182 の上流で分配
導管181 に直接連結している。燃料／空気プレミキサー
ハウジング組立体162 と分配導管181 との間の連結部に
弁190 が設けられており、空気流は燃料／空気プレミキ
サー160 に流入する第一の部分と、分岐導管部分181aを
経て流路182 に流れる残部とに分割される。図１の実施
例（プレミキサーに流入する圧縮空気の実質的に全ての
部分はまず燃焼チャンバー52を形成するハウジング部分
86の少くとも一部を冷却するために使用される）と比べ
て、燃料／空気プレミキサー160 に流入する圧縮空気の
どの部分も、燃焼域152 を形成するハウジング140 の部
分186 を冷却するために使われない。しかし、図３の実
施例により、希釈ポート158a及び158bに流入する圧縮空
気流部分に対して、燃料／空気プレミキサーに流入する
圧縮空気部分を直接制御することができる。それでも、
図１に示す形状の方が、種々の構成要素、主に弁を燃料
／空気プレミキサーハウジングと直接一体化できる燃料
／空気プレミキサー（以下に一層詳細に説明する）の組
み立てが容易であるという理由で好ましいと言うことが
できる。
【００３３】さらに本発明では、燃料供給源をプレミキ
サー燃料吸入手段に連結させるために、燃料導管手段が
設けられている。燃料導管手段は、プレミキサー燃料吸
入手段とともに、プレミキサーに流入する全ての燃料用
の流路を形成する。燃料弁手段は、燃料の流量を定める
ために燃料流路内に配置される。本明細書で具体的に説
明するように（図１を参照）、燃料ライン66は燃料ノズ
ル64と燃料供給源32とを連結している。燃料弁92は、燃
料ノズル64の直ぐ上流で燃料ライン66中に配置されてお
り、燃料ノズル64は上記の通り液体燃料とともに使用す
るのに特に好適な「エアブラスト型」燃料ノズルとして
示している。
サー燃料吸入手段に連結させるために、燃料導管手段が
設けられている。燃料導管手段は、プレミキサー燃料吸
入手段とともに、プレミキサーに流入する全ての燃料用
の流路を形成する。燃料弁手段は、燃料の流量を定める
ために燃料流路内に配置される。本明細書で具体的に説
明するように（図１を参照）、燃料ライン66は燃料ノズ
ル64と燃料供給源32とを連結している。燃料弁92は、燃
料ノズル64の直ぐ上流で燃料ライン66中に配置されてお
り、燃料ノズル64は上記の通り液体燃料とともに使用す
るのに特に好適な「エアブラスト型」燃料ノズルとして
示している。
【００３４】さらに本発明では、プレミキサーに送給す
る圧縮空気部分及び燃料のそれぞれの流量を実質的に制
御して、吸入ポートより燃焼域に所定の希薄燃料／空気
比の混合物を送給するために、燃焼器システムは圧縮空
気弁手段及び燃料弁手段の両方に連結している制御手段
を有する。本明細書で具体的に説明するように（図１に
概略的に示す）、機械式又は電気式（例えば、マイクロ
プロセッサー）のいずれでもよいコントローラー94は、
圧縮空気弁90と連結し、直接ベンチュリー入口70に流入
する圧縮空気の流量を実質的に制御する。エアブラスト
・ノズルを使用する場合、燃料／空気プレミキサー60に
流入する全圧縮空気の僅かな部分（典型的には５％以
下）を導管88を経て送給することができ、圧縮空気流の
残部95％以上を弁90により制御することにより、適当な
全燃料／空気比の制御を達成することが期待できる。さ
らに、以下の実施例に示す天然ガスのような気体燃料を
使用する場合には、燃料／空気プレミキサーに流入する
圧縮空気流の全てを圧縮空気流弁で制御するように、導
管88を省略することができる。
る圧縮空気部分及び燃料のそれぞれの流量を実質的に制
御して、吸入ポートより燃焼域に所定の希薄燃料／空気
比の混合物を送給するために、燃焼器システムは圧縮空
気弁手段及び燃料弁手段の両方に連結している制御手段
を有する。本明細書で具体的に説明するように（図１に
概略的に示す）、機械式又は電気式（例えば、マイクロ
プロセッサー）のいずれでもよいコントローラー94は、
圧縮空気弁90と連結し、直接ベンチュリー入口70に流入
する圧縮空気の流量を実質的に制御する。エアブラスト
・ノズルを使用する場合、燃料／空気プレミキサー60に
流入する全圧縮空気の僅かな部分（典型的には５％以
下）を導管88を経て送給することができ、圧縮空気流の
残部95％以上を弁90により制御することにより、適当な
全燃料／空気比の制御を達成することが期待できる。さ
らに、以下の実施例に示す天然ガスのような気体燃料を
使用する場合には、燃料／空気プレミキサーに流入する
圧縮空気流の全てを圧縮空気流弁で制御するように、導
管88を省略することができる。
【００３５】また図１に示すように、コントローラー94
は燃料弁92に接続し、燃料ノズル64に流入する燃料の流
量を測定する。コントローラー94は燃料／空気プレミキ
サー60に流入する燃料流及び圧縮空気流の両方を制御
し、もって可燃性混合物の質量流れが負荷の関数として
変化するように、ガスタービンエンジン・モジュールの
全作動期間中に単一の所定の燃料／空気比の混合物を達
成することができる。あるいは、コントローラー94を、
負荷の関数として一連の所定の燃料／空気比の混合物を
提供するように構成することもできる。当業者は文献の
記載及び公知の知識に基づき特定の用途用の適当なコン
トローラーを選び出して、採用することができる。
は燃料弁92に接続し、燃料ノズル64に流入する燃料の流
量を測定する。コントローラー94は燃料／空気プレミキ
サー60に流入する燃料流及び圧縮空気流の両方を制御
し、もって可燃性混合物の質量流れが負荷の関数として
変化するように、ガスタービンエンジン・モジュールの
全作動期間中に単一の所定の燃料／空気比の混合物を達
成することができる。あるいは、コントローラー94を、
負荷の関数として一連の所定の燃料／空気比の混合物を
提供するように構成することもできる。当業者は文献の
記載及び公知の知識に基づき特定の用途用の適当なコン
トローラーを選び出して、採用することができる。
【００３６】図１及び図２を参照して、運転中には圧縮
空気吸入手段30から来る圧縮空気を流路（包囲部）82を
介してハウジング40の外面上に導き、ハウジング40（特
に燃焼域54を囲むハウジング部分86）を冷却する。流路
82内を流れる圧縮空気の一部はプレナム84に入り、次に
コントローラー94を介して圧縮空気弁90により制御され
る燃料／空気プレミキサーハウジング組立体62とプレナ
ム84との間の連結部を経て、燃料／空気プレミキサー60
に流入する。ベンチュリー68では、圧縮空気部分は、燃
料ノズル64から出る燃料（ノズル64が「エアブラスト」
型ノズルである場合には、圧縮空気の少量の追加部分を
含む）と混合され、ベンチュリーの軸線74に沿って吸入
ポート43を経て燃焼チャンバー52の燃焼域54に入る。
空気吸入手段30から来る圧縮空気を流路（包囲部）82を
介してハウジング40の外面上に導き、ハウジング40（特
に燃焼域54を囲むハウジング部分86）を冷却する。流路
82内を流れる圧縮空気の一部はプレナム84に入り、次に
コントローラー94を介して圧縮空気弁90により制御され
る燃料／空気プレミキサーハウジング組立体62とプレナ
ム84との間の連結部を経て、燃料／空気プレミキサー60
に流入する。ベンチュリー68では、圧縮空気部分は、燃
料ノズル64から出る燃料（ノズル64が「エアブラスト」
型ノズルである場合には、圧縮空気の少量の追加部分を
含む）と混合され、ベンチュリーの軸線74に沿って吸入
ポート43を経て燃焼チャンバー52の燃焼域54に入る。
【００３７】図２に示すように、ハウジングの軸線42に
対してベンチュリーの軸線74は接線方向を向いているの
で、燃焼域54内に渦巻状の燃焼が起こる。入口案内ベー
ンにより若干空力学的アンローディングを行うために、
ベンチュリーの軸線74の方向を、タービンの回転方向に
対して特定の角度（時計回り又は反時計回り）となるよ
うに選択する。図１及び図２に示す形状（方向ＡＡから
見て燃焼域54内で時計回り方向に渦巻く燃焼を達成する
ように燃料／空気混合物を吸入する）に対しては、ター
ビン20の回転方向も時計回り方向でよい。燃焼域54内で
燃料／空気混合物が燃焼して生成した熱い排気ガスは、
希釈域56に入り、チャネル50を通って入口案内ベーン34
を経てタービン20に入り、そこで膨張することにより仕
事をするが、その前に希釈ポート58a 及び58b から来る
希釈用空気により平均温度が低下する。
対してベンチュリーの軸線74は接線方向を向いているの
で、燃焼域54内に渦巻状の燃焼が起こる。入口案内ベー
ンにより若干空力学的アンローディングを行うために、
ベンチュリーの軸線74の方向を、タービンの回転方向に
対して特定の角度（時計回り又は反時計回り）となるよ
うに選択する。図１及び図２に示す形状（方向ＡＡから
見て燃焼域54内で時計回り方向に渦巻く燃焼を達成する
ように燃料／空気混合物を吸入する）に対しては、ター
ビン20の回転方向も時計回り方向でよい。燃焼域54内で
燃料／空気混合物が燃焼して生成した熱い排気ガスは、
希釈域56に入り、チャネル50を通って入口案内ベーン34
を経てタービン20に入り、そこで膨張することにより仕
事をするが、その前に希釈ポート58a 及び58b から来る
希釈用空気により平均温度が低下する。
【００３８】本発明の燃焼システムによる燃焼の制御
は、燃料と燃料／空気プレミキサーの燃焼チャンバーの
外側の空気とを完全に混合することにより行うもので、
液体燃料を使用する場合燃料を完全に蒸発させるととも
に、燃焼チャンバーに送給する混合物の燃料／空気比を
制御し、上記の通りＮＯｘレベル及び未燃焼燃料及び燃
料副生物のレベルを著しく低減することができる。さら
に、タービンの上流で燃料を燃やすか、あるいは排気ガ
スを薄めるために圧縮空気流の実質的に全量を使用する
と、燃焼器のピーク温度が著しく低下し、もって燃焼器
ライナーの寿命が伸びる。
は、燃料と燃料／空気プレミキサーの燃焼チャンバーの
外側の空気とを完全に混合することにより行うもので、
液体燃料を使用する場合燃料を完全に蒸発させるととも
に、燃焼チャンバーに送給する混合物の燃料／空気比を
制御し、上記の通りＮＯｘレベル及び未燃焼燃料及び燃
料副生物のレベルを著しく低減することができる。さら
に、タービンの上流で燃料を燃やすか、あるいは排気ガ
スを薄めるために圧縮空気流の実質的に全量を使用する
と、燃焼器のピーク温度が著しく低下し、もって燃焼器
ライナーの寿命が伸びる。
【００３９】上記の通り、本発明の好ましい燃料／空気
プレミキサーは、圧縮空気吸入手段と、空気流平滑化手
段を有する圧縮空気吸入手段に連結する入口を有するベ
ンチュリーと、燃料スプレーを実質的にベンチュリーの
軸線に沿ってベンチュリー入口に送給するように位置す
る出口を有するノズルを具備する燃料吸入手段と、圧縮
空気吸入手段と連動してベンチュリー入口に入る圧縮空
気の流量を定める弁手段とを有する。図４を参照して具
体的に記載するように、燃料／空気プレミキサー260
は、ハウジング組立体262 の形状の空気吸入手段を有す
る。
プレミキサーは、圧縮空気吸入手段と、空気流平滑化手
段を有する圧縮空気吸入手段に連結する入口を有するベ
ンチュリーと、燃料スプレーを実質的にベンチュリーの
軸線に沿ってベンチュリー入口に送給するように位置す
る出口を有するノズルを具備する燃料吸入手段と、圧縮
空気吸入手段と連動してベンチュリー入口に入る圧縮空
気の流量を定める弁手段とを有する。図４を参照して具
体的に記載するように、燃料／空気プレミキサー260
は、ハウジング組立体262 の形状の空気吸入手段を有す
る。
【００４０】図１及び図２の実施例のものと同様の作用
を有する構成要素は、200 代の同じ参照番号により示
す。ハウジング組立体262 は、ハウジング300 と、ガス
タービンエンジン・モジュール212 の加圧ハウジング21
4 にハウジング300 を取り付けるためのハウジング支持
体302 とを有する。ハウジング支持体302 は中空で、ハ
ウジング300 及びそこに含まれた構成要素を支持する他
に、プレナム284 からハウジング300 に圧縮空気を導く
作用をする。図４に示す構造において、ライナー部材30
3 は燃焼チャンバーハウジング240 と加圧ハウジング21
4 との間に位置し、燃焼域254 の境界を形成するハウジ
ング240 の部分286 の少くとも近傍に流路282 を形成す
る。ライナー部材303 はまた、加圧ハウジング214 とと
もに、圧縮空気の一部を集めてハウジング支持体302 を
経てハウジング300 に最終的に送給するためのプレナム
284 を形成する。
を有する構成要素は、200 代の同じ参照番号により示
す。ハウジング組立体262 は、ハウジング300 と、ガス
タービンエンジン・モジュール212 の加圧ハウジング21
4 にハウジング300 を取り付けるためのハウジング支持
体302 とを有する。ハウジング支持体302 は中空で、ハ
ウジング300 及びそこに含まれた構成要素を支持する他
に、プレナム284 からハウジング300 に圧縮空気を導く
作用をする。図４に示す構造において、ライナー部材30
3 は燃焼チャンバーハウジング240 と加圧ハウジング21
4 との間に位置し、燃焼域254 の境界を形成するハウジ
ング240 の部分286 の少くとも近傍に流路282 を形成す
る。ライナー部材303 はまた、加圧ハウジング214 とと
もに、圧縮空気の一部を集めてハウジング支持体302 を
経てハウジング300 に最終的に送給するためのプレナム
284 を形成する。
【００４１】続けて図４を参照すると、燃料／空気プレ
ミキサーハウジング300 は、分割板308 によりそれぞれ
上流及び下流のコンパートメント304 、306 に分割され
ている。開口部310 は分割板308 に設けられており、開
口部310 内にバタフライ型弁板290 が回転自在に取り付
けられている。図４の実施例において、開口部310 内で
の弁板290 の方向は、流れの妨害度及びそれによる圧力
の低下度を選択するように、制御アーム312 （図５参
照）により制御される。図５及び図６に示す弁板290 の
方向では、弁板290 が分割板308 に対して垂直（図６に
示す角度キャリブレーション板（インジケータ）314 の
ゼロ設定に対応する）に向き、最小限の流れの妨害しか
生じない。インジケータ314 上の両方の位置９に対応す
る制御ロッド312 の位置は、開口部310 内を流れる圧縮
空気部分に最大の流れの妨害及び圧力低下を起こす。当
業者に明らかなように、流れの妨害度及びそれによる上
流のコンパートメント304 と下流のコンパートメント30
6 との間における圧縮空気流の制御は、ゼロ位置と位置
９との間で制御棒312 の角度方向を変えることにより変
えることでき、もって燃料／空気プレミキサー260 のバ
ランス点に圧縮空気流量を制御することができる。
ミキサーハウジング300 は、分割板308 によりそれぞれ
上流及び下流のコンパートメント304 、306 に分割され
ている。開口部310 は分割板308 に設けられており、開
口部310 内にバタフライ型弁板290 が回転自在に取り付
けられている。図４の実施例において、開口部310 内で
の弁板290 の方向は、流れの妨害度及びそれによる圧力
の低下度を選択するように、制御アーム312 （図５参
照）により制御される。図５及び図６に示す弁板290 の
方向では、弁板290 が分割板308 に対して垂直（図６に
示す角度キャリブレーション板（インジケータ）314 の
ゼロ設定に対応する）に向き、最小限の流れの妨害しか
生じない。インジケータ314 上の両方の位置９に対応す
る制御ロッド312 の位置は、開口部310 内を流れる圧縮
空気部分に最大の流れの妨害及び圧力低下を起こす。当
業者に明らかなように、流れの妨害度及びそれによる上
流のコンパートメント304 と下流のコンパートメント30
6 との間における圧縮空気流の制御は、ゼロ位置と位置
９との間で制御棒312 の角度方向を変えることにより変
えることでき、もって燃料／空気プレミキサー260 のバ
ランス点に圧縮空気流量を制御することができる。
【００４２】分割板308 は、ベンチュリー268 の入口27
0 が取り付けられている追加の開口部316 を有する。分
割板308 の平らな上面とベンチュリー入口270 の内面と
の間にスムーズな送給が起こるように、ベンチュリー入
口270 は構成され、分割板308 に取り付けられている。
ベンチュリー268 は、上流のハウジング・コンパートメ
ント304 、ハウジング支持体302 、加圧ハウジング214
及び燃焼器チャンバーライナー303 を経て延在し、吸入
ポート243 の位置でハウジング240 に連結している。図
１に示す実施例に関して上記したように、ベンチュリー
268 内の燃料／空気混合物の流れ方向に一般的に対応す
るベンチュリーの軸線274 は、環状燃焼チャンバーハウ
ジング240 の軸線（図示せず）に対して、実質的に接線
方向に吸入するように配向している。
0 が取り付けられている追加の開口部316 を有する。分
割板308 の平らな上面とベンチュリー入口270 の内面と
の間にスムーズな送給が起こるように、ベンチュリー入
口270 は構成され、分割板308 に取り付けられている。
ベンチュリー268 は、上流のハウジング・コンパートメ
ント304 、ハウジング支持体302 、加圧ハウジング214
及び燃焼器チャンバーライナー303 を経て延在し、吸入
ポート243 の位置でハウジング240 に連結している。図
１に示す実施例に関して上記したように、ベンチュリー
268 内の燃料／空気混合物の流れ方向に一般的に対応す
るベンチュリーの軸線274 は、環状燃焼チャンバーハウ
ジング240 の軸線（図示せず）に対して、実質的に接線
方向に吸入するように配向している。
【００４３】続いて図４を参照すると、燃料ノズル264
は下流のコンパートメント306 に取り付けられており、
燃料ノズル出口318 はベンチュリーの軸線274 に沿って
ベンチュリー入口270 に燃料スプレーを送給するように
位置する。燃料ノズル264 は、出口318 より燃料スプレ
ーを出す前に圧縮空気のいくらかを導き、燃料ポート32
4 より入る燃料を渦巻かせるために、ポート320 及び渦
流ベーン322 を使用する渦流スプレー型である。また図
４に示す多孔流れ平滑化要素326 は、下流のコンパート
メント306 内に位置し、燃料ノズル出口318 及びベンチ
ュリー入口270を囲み、ベンチュリー内の不均等な速さ
及び分離を防止する（さもなければ、ベンチュリー内で
炎保持が起こる）。多孔要素326 を具備すると僅かな圧
力低下が起こるが、多孔要素326 は、ベンチュリー入口
270 のリップ部において分離を起こすことなく、下流の
コンパートメント306 から燃料ノズル264 を経てベンチ
ュリー入口270 までいく圧縮空気流を安定化することが
わかった。
は下流のコンパートメント306 に取り付けられており、
燃料ノズル出口318 はベンチュリーの軸線274 に沿って
ベンチュリー入口270 に燃料スプレーを送給するように
位置する。燃料ノズル264 は、出口318 より燃料スプレ
ーを出す前に圧縮空気のいくらかを導き、燃料ポート32
4 より入る燃料を渦巻かせるために、ポート320 及び渦
流ベーン322 を使用する渦流スプレー型である。また図
４に示す多孔流れ平滑化要素326 は、下流のコンパート
メント306 内に位置し、燃料ノズル出口318 及びベンチ
ュリー入口270を囲み、ベンチュリー内の不均等な速さ
及び分離を防止する（さもなければ、ベンチュリー内で
炎保持が起こる）。多孔要素326 を具備すると僅かな圧
力低下が起こるが、多孔要素326 は、ベンチュリー入口
270 のリップ部において分離を起こすことなく、下流の
コンパートメント306 から燃料ノズル264 を経てベンチ
ュリー入口270 までいく圧縮空気流を安定化することが
わかった。
【００４４】図７は、図４〜図６に示す好ましい燃料／
空気プレミキサーの商業的な変更例（参照番号360 で一
般的に示す）を示す。図１及び図２の実施例に関して記
載したものと同じ又は類似の性能を有する構成要素は、
300 代で始まる同じ参照番号により示す。燃料／空気プ
レミキサー360 は、分割板408 の表面より僅かに上に延
在する入口370 を有するベンチュリー368 を有する。ま
た、燃料ノズル出口418 は、ベンチュリー入口370 まで
延在する。燃料ノズル364 の最適な性能は、ベンチュリ
ー368 （また図４〜図６に示す変更例ではノズル264 及
びベンチュリー268 ）と関連して、用途ごとに異なるこ
とがあり、またベンチュリーの軸線374に沿ってベンチ
ュリー入口370 の近傍に設ける燃料ノズル出口418 を最
適な位置に調節することができることは、当業者であれ
ば容易に分かる。図７の実施例の場合も、多孔スクリー
ン要素426 を使用すると流れが安定化する。最後に、図
７に示す実施例は、一体的なベル型のハウジング400 を
使用するもので、図４に示す構造に匹敵する燃料／空気
プレミキサーの構造の改良例である。
空気プレミキサーの商業的な変更例（参照番号360 で一
般的に示す）を示す。図１及び図２の実施例に関して記
載したものと同じ又は類似の性能を有する構成要素は、
300 代で始まる同じ参照番号により示す。燃料／空気プ
レミキサー360 は、分割板408 の表面より僅かに上に延
在する入口370 を有するベンチュリー368 を有する。ま
た、燃料ノズル出口418 は、ベンチュリー入口370 まで
延在する。燃料ノズル364 の最適な性能は、ベンチュリ
ー368 （また図４〜図６に示す変更例ではノズル264 及
びベンチュリー268 ）と関連して、用途ごとに異なるこ
とがあり、またベンチュリーの軸線374に沿ってベンチ
ュリー入口370 の近傍に設ける燃料ノズル出口418 を最
適な位置に調節することができることは、当業者であれ
ば容易に分かる。図７の実施例の場合も、多孔スクリー
ン要素426 を使用すると流れが安定化する。最後に、図
７に示す実施例は、一体的なベル型のハウジング400 を
使用するもので、図４に示す構造に匹敵する燃料／空気
プレミキサーの構造の改良例である。
【００４５】
【実施例】実施例 本発明の環状燃焼器システムの性能を評価するために、
図４〜図６に示す環状燃料／空気プレミキサーを有する
環状燃焼器を、空気及び気体燃料（天然ガス）の外部供
給源を使用することにより大気内でテストした。表１
は、テストに使用した装置の重要な寸法値を示す。
図４〜図６に示す環状燃料／空気プレミキサーを有する
環状燃焼器を、空気及び気体燃料（天然ガス）の外部供
給源を使用することにより大気内でテストした。表１
は、テストに使用した装置の重要な寸法値を示す。
【００４６】表１ 燃焼チャンバーの容積・・・12.3×10-3ｍ3 燃焼域の外径・・・・・・・0.346 ｍ 燃焼域の内径・・・・・・・0.200 ｍ ハウジングの軸線からベンチュリーの軸線までの半径方
向距離・・・0.124 ｍ ベンチュリーの直径 喉部・・・45ｍｍ 出口・・・75ｍｍ 多孔要素の各穴の直径及びピッチ・・・φ3.75ｍｍ×５
ｍｍ
向距離・・・0.124 ｍ ベンチュリーの直径 喉部・・・45ｍｍ 出口・・・75ｍｍ 多孔要素の各穴の直径及びピッチ・・・φ3.75ｍｍ×５
ｍｍ
【００４７】テストは、アイドリング及びフル作動に対
応する流れ状態の時に行った。所定の燃料／空気比を達
成する流量は、制御手段を使用しないで手動で圧縮空気
弁290 及び燃料弁（図示せず）をセットすることにより
定めた。表２は、テストに用いた燃料及び圧縮空気の流
量及び他の重要なパラメータ、及びＮＯｘレベルの測定
値及びＣＯの大凡の放出レベルを示す。
応する流れ状態の時に行った。所定の燃料／空気比を達
成する流量は、制御手段を使用しないで手動で圧縮空気
弁290 及び燃料弁（図示せず）をセットすることにより
定めた。表２は、テストに用いた燃料及び圧縮空気の流
量及び他の重要なパラメータ、及びＮＯｘレベルの測定
値及びＣＯの大凡の放出レベルを示す。
【００４８】 表２ アイドリング時 フル作動時 天然ガスのＢＴＵ比（MJ／kg） 38.02 38.02 燃料流量（g/s) 2.45 3.12 全空気流量（g/s) 183 160 燃料／空気比 0.033 0.033 圧縮空気の入口温度（℃） 376 430 全圧力損失（％） 5 3 全空気因子（factor） 2.3 2.3 パターン因子（％） 11 8 15％Ｏ2 時のＮＯｘ（ppm) 5 3
【００４９】上記データは著しく低いＮＯｘ放出レベル
を示すが、このレベルは、高圧作動時に換算しても、プ
レミキサーを使用する従来のガスタービンエンジン・モ
ジュール燃焼器システムの典型的な値より十分に低い。
G. Leonard et al., ^Development of Aero Derivative
Gas Turbine DLE Combustion System" （空力学的ガス
・タービンＤＬＥ燃焼システムの開発）、Diesel And G
as Turbine Worldwide、1993年５月、22頁及び24頁を参
照。
を示すが、このレベルは、高圧作動時に換算しても、プ
レミキサーを使用する従来のガスタービンエンジン・モ
ジュール燃焼器システムの典型的な値より十分に低い。
G. Leonard et al., ^Development of Aero Derivative
Gas Turbine DLE Combustion System" （空力学的ガス
・タービンＤＬＥ燃焼システムの開発）、Diesel And G
as Turbine Worldwide、1993年５月、22頁及び24頁を参
照。
【００５０】本発明の環状燃焼器システム、燃料／空気
プレミキサー装置及び作動方法の上記詳細な記載から、
本発明の精神を逸脱することなく変更をすることができ
ることは、当業者には明らかである。従って、本発明の
範囲は、本発明に記載の具体的な実施例に限定されるも
のではなく、添付の特許請求の範囲の欄及びその均等物
により決定される。
プレミキサー装置及び作動方法の上記詳細な記載から、
本発明の精神を逸脱することなく変更をすることができ
ることは、当業者には明らかである。従って、本発明の
範囲は、本発明に記載の具体的な実施例に限定されるも
のではなく、添付の特許請求の範囲の欄及びその均等物
により決定される。
本明細書の一部を構成する添付図面は本発明の好ましい
実施例を示し、本明細書の記載とともに、本発明の原理
を説明する。
実施例を示し、本明細書の記載とともに、本発明の原理
を説明する。
【図１】 本発明の燃焼器システムを使用するガスター
ビンエンジン・モジュールを概略的に示す断面図であ
る。
ビンエンジン・モジュールを概略的に示す断面図であ
る。
【図２】 図１において示す装置の方向ＡＡから見た概
略端面図である。
略端面図である。
【図３】 図１において示す燃焼器システムの代替物を
有するガスタービンエンジン・モジュールを概略的に示
す断面図である。
有するガスタービンエンジン・モジュールを概略的に示
す断面図である。
【図４】 図１の装置の好ましい燃料／空気プレミキサ
ーのテスト版を詳細に示す断面図である。
ーのテスト版を詳細に示す断面図である。
【図５】 図１の装置の好ましい燃料／空気プレミキサ
ーのテスト版を詳細に示す断面図である。
ーのテスト版を詳細に示す断面図である。
【図６】 図１の装置の好ましい燃料／空気プレミキサ
ーのテスト版を詳細に示す断面図である。
ーのテスト版を詳細に示す断面図である。
【図７】 図４〜図６の燃料／空気プレミキサーの変更
例（エンジン版）を詳細に示す断面図である。
例（エンジン版）を詳細に示す断面図である。
10・・・燃焼器システム 12・・・ガスタービンエンジン・モジュール 14・・・加圧ハウジング 16・・・シャフト 18、42、74・・・軸線 20・・・ラジアルタービン 22・・・遠心圧縮器 30・・・プレナムチャンバー 32・・・燃料供給源 40・・・ハウジング 43・・・吸入ポート 48・・・排出ポート 50・・・チャネル 52・・・燃焼チャンバー 56・・・希釈域 58a 、58b ・・・開口部 60・・・プレミキサー 62・・・圧縮空気吸入ハウジング組立体 64・・・燃料ノズル 66・・・燃料ライン 68・・・ベンチュリー 70・・・ベンチュリー入口 72・・・ベンチュリー出口 80・・・圧縮空気導管手段 82・・・流路 84・・・プレナム 90・・・弁 92・・・燃料弁 94・・・制御装置
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｒ 3/26 Ｂ 3/28 Ｃ 3/30
Claims (21)
- 【請求項１】 圧縮空気供給源及び燃料供給源とともに
作動するための燃焼器システムにおいて、(a) 単段燃焼
チャンバーを形成する円筒形の燃焼器ライナー・ハウジ
ングであって、前記ハウジングは軸線を有するととも
に、チャンバーの軸線方向一端に近接する少くとも１つ
の吸入ポートを有し、軸線方向一端に隣接するチャンバ
ー部分は、単段燃焼域と、チャンバーの軸線方向対向端
部における排出ポートとを有し、軸線方向対向端部に隣
接する前記チャンバー部分は希釈域を有し、前記ハウジ
ングはまた前記希釈域に連通する開口部手段を有するハ
ウジングと、(b) 前記円筒形ハウジングの外側に配置さ
れて、圧縮空気吸入手段と、燃料吸入手段と、吸入した
圧縮空気及び燃料を混合して前記吸入ポートより前記燃
焼域に送給するプレミキサーチャンバー手段とを有する
少なくとも１つの燃料／空気プレミキサーと、(c) 前記
圧縮空気供給源と前記プレミキサーとを連結する第一導
管手段であって、前記プレミキサーで圧縮した空気を吸
入する手段とともに、圧縮空気の一部を前記プレミキサ
ーに送給する圧縮空気流路を形成し、さらに圧縮空気の
実質的な残留部分を前記開口部手段に送給する第一導管
手段と、(d) 前記圧縮空気流路に配置されて、前記プレ
ミキサーに入れる圧縮空気の流量を実質的に定める第一
弁手段と、(e) 前記燃料供給源と前記燃料吸入手段とを
連結し、前記燃料吸入手段とともに、プレミキサーに入
る全燃料用流路を形成する第二導管手段と、(f) 前記燃
料流路に配置されて、そこを流れる燃料の流量を定める
第二弁手段と、(g) 前記第一弁手段及び前記第二弁手段
に接続して、前記プレミキサーに入る圧縮空気部分及び
燃料のそれぞれの流量を実質的に制御する制御手段であ
って、実質的に燃焼器システムの全作動範囲にわたっ
て、所定の希薄燃料／空気比の混合物を前記吸入ポート
を経て前記燃焼域に送給する制御手段とを有することを
特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項２】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記第一導管手段は、前記燃焼域を形成する前記円
筒形ハウジングの部分を少くとも圧縮空気の残部で対流
的に冷却する少なくとも１つの流路を有し、前記流路を
流れる圧縮空気は前記ハウジング部分により、前記燃焼
域から隔離されることを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項３】 請求項２に記載の燃焼器システムにおい
て、前記第一導管手段は、さらに対流冷却のために前記
ハウジング部分に前記プレミキサー圧縮空気吸入手段に
流入する圧縮空気の一部を送給することを特徴とする燃
焼器システム。 - 【請求項４】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記第一弁手段は、前記プレミキサー圧縮空気吸入
手段と統合されていることを特徴とする燃焼器システ
ム。 - 【請求項５】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記プレミキサーチャンバーは、入口と、出口と、
流れ方向軸線とを有するベンチュリーを有し、前記ベン
チュリー入口は、前記圧縮空気吸入手段及び前記燃料吸
入手段に流体連通し、前記出口は、燃料／空気混合物を
前記燃焼域に送給するために前記ハウジング吸入ポート
に連結し、前記ベンチュリーの流れ方向軸線は、前記ハ
ウジングの軸線に対して実質的に接線方向であることを
特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項６】 請求項５に記載の燃焼器システムにおい
て、前記プレミキサー燃料吸入手段は、実質的に前記ベ
ンチュリーの軸線に沿って前記ベンチュリー入口に燃料
流を導くように位置する少くとも１つの燃料ノズルを有
することを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項７】 請求項６に記載の燃焼器システムにおい
て、前記プレミキサー燃料ノズルは、燃料及び空気の初
期予備混合をするエアブラスト・ノズルであり、前記第
一導管手段は、圧縮空気供給源と前記エアブラスト・ノ
ズルとを直接に連結する導管部材を有することを特徴と
する燃焼器システム。 - 【請求項８】 請求項７に記載の燃焼器システムにおい
て、燃料が液体燃料であり、前記エアブラスト・ノズル
が前記ベンチュリー入口に入る前に液体燃料の噴霧化を
行うことを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項９】 請求項６に記載の燃焼器システムにおい
て、前記プレミキサー燃料吸入手段は、唯一の燃料ノズ
ルを有することを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項10】請求項６に記載の燃焼器システムにおい
て、前記燃料ノズルは、圧縮空気の最適流入路を与える
ために、前記ベンチュリー入口から軸線方向に離隔して
おり、かつ前記流入路に流れ平滑化部材が設けられてい
ることを特徴とする燃焼器システム。 - 【請求項11】 請求項１に記載の燃焼器システムにおい
て、前記燃焼域に燃料／空気混合物を送給する唯一の燃
料／空気プレミキサーを有することを特徴とする燃焼器
システム。 - 【請求項12】 請求項１に記載の燃焼器システムを有す
るガスタービンエンジン・モジュールであって、さらに
空気圧縮器手段と、前記空気圧縮器手段と連絡してそれ
を作動するタービン手段と、前記排出ポートと前記ター
ビン手段とを連通させる排気ガス流路とを有し、前記第
一導管手段は、前記空気圧縮器手段と連結し、前記空気
圧縮器から来る圧縮空気の実質的に全ての残留部分は、
前記タービンの上流側で前記排出流路に入り、前記制御
手段は、ガスタービンエンジン・モジュールの実質的な
全作動範囲にわたって前記所定の希薄燃料／空気比を与
えることを特徴とするガスタービンエンジン・モジュー
ル。 - 【請求項13】 請求項１に記載の燃焼器システムを有す
るガスタービンエンジン・モジュールであって、さらに
タービンと、前記排出ポートから前記タービンに燃焼ガ
スを導く排出流路と、前記タービンの上流側で前記排出
流路に配置された入口案内ベーンとを有し、前記ベンチ
ュリーの軸線は前記タービンの回転軸方向に対して実質
的に接線方向にあり、もって前記入口案内ベーンは空力
学的に部分的にアンロードされることを特徴とするガス
タービンエンジン・モジュール。 - 【請求項14】 ＮＯｘ、未燃焼燃料及び燃料副生物を最
小にするガスタービンエンジン・モジュールの作動方法
において、軸線を有するとともに燃焼チャンバーを形成
する円筒形ハウジングを有するエンジン・モジュールで
あって、前記ハウジングはその軸線方向一端に近接する
少なくとも１つの吸入ポートを有し、ハウジングの軸線
方向一端に隣接するチャンバー部分は燃焼域と、排出ポ
ートと、ハウジングの軸線方向他端に近接する開口部手
段とを有し、前記ハウジングの他端に隣接するチャンバ
ー部分は希釈域を有するエンジン・モジュールを使用
し、(1) 圧縮空気流及び燃料流を前記ハウジングの近傍
に供給し、(2) 全燃料流を前記ハウジングの外側の圧縮
空気流の一部と連続的に予備混合し、得られた燃料／空
気混合物をハウジング吸入ポートを経て前記燃焼域に注
入し、その際混合物の方向を前記ハウジングの軸線の回
りに渦巻く燃焼を起こす方向とし、(3) 圧縮空気流の残
部を前記開口部手段より前記希釈域に入れ、(4) 燃料流
量及び圧縮空気部分流量を制御して、実質的にガスター
ビンエンジン・モジュールの全作動範囲にわたって、前
記燃料／空気混合物を実質的に所定の希薄燃料／空気比
とすることを特徴とする方法。 - 【請求項15】 請求項14に記載のガスタービンエンジン
・モジュールの作動方法において、燃焼域を形成するハ
ウジング部分を少なくとも圧縮空気流の残部で対流的に
冷却するとともに、前記燃焼域内で燃料／空気混合物の
所定の希薄燃料／空気比を維持することを特徴とする方
法。 - 【請求項16】 請求項15に記載のガスタービンエンジン
・モジュールの作動方法において、圧縮空気流の大部分
を前記対流冷却工程に使用することを特徴とする方法。 - 【請求項17】 請求項14に記載のガスタービンエンジン
・モジュールの作動方法において、前記連続的な予備混
合工程は、全燃料流及び圧縮空気流の一部をベンチュリ
ー入口に供給する工程を有し、かつ前記燃料／空気混合
物がベンチュリー出口から前記ハウジングの軸線に対し
て実質的に接線方向に前記燃焼域に入るように、前記ベ
ンチュリーの軸線の方向を定めることを特徴とする方
法。 - 【請求項18】 請求項14に記載のガスタービンエンジン
・モジュールの作動方法において、液体燃料流を供給
し、燃料供給工程は、ベンチュリー入口に入る前に燃料
を噴霧化する予備工程を有することを特徴とする方法。 - 【請求項19】 ガスタービンエンジン・モジュールの燃
焼器に送給する燃料及び圧縮空気を予備混合する装置に
おいて、(a) 圧縮空気吸入手段と、(b) 前記圧縮空気吸
入手段に連結する入口とともに、軸線を有するベンチュ
リーと、(c) 実質的に前記ベンチュリーの軸線に沿って
前記ベンチュリー入口に燃料スプレーを送給する位置に
ノズル出口が配置された燃料ノズル手段と、(d) 前記圧
縮空気吸入手段に組み込まれ、前記ベンチュリー入口に
入る圧縮空気の流量を定める弁手段とを有することを特
徴とする装置。 - 【請求項20】 請求項19に記載の装置において、前記圧
縮空気吸入手段は、ハウジングと、前記ハウジングを圧
縮空気の流路に関して上流コンパートメントと下流コン
パートメントとに分割するとともに開口部を有する分割
板とを有し、前記弁手段は、前記開口部内に回転自在に
取り付けられ、開放位置（前記開口部を通る圧縮空気の
流れは実質的に妨害されず、フルスロットル状態に相当
する）と、閉塞位置（前記開口部を通る圧縮空気の流れ
は実質的に妨げられ、アイドリングに相当する）との間
で可動である弁板を有し、前記下流のハウジング部分
は、前記燃料ノズル出口及び前記ベンチュリー入口を包
囲していることを特徴とする装置。 - 【請求項21】 請求項20に記載の装置において、前記圧
縮空気吸入手段はさらに、前記下流のコンパートメント
内に位置して前記ベンチュリー入口を包囲し、もって前
記ベンチュリー入口に入る圧縮空気流を平滑化する多孔
部材を有することを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US8688393A | 1993-07-07 | 1993-07-07 | |
| US08/086,883 | 1993-07-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07180838A true JPH07180838A (ja) | 1995-07-18 |
| JP3527779B2 JP3527779B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=22201519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17342094A Expired - Fee Related JP3527779B2 (ja) | 1993-07-07 | 1994-06-30 | 一定の燃料／空気比で作動する単段予備混合式燃焼器システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5377483A (ja) |
| EP (1) | EP0635681B1 (ja) |
| JP (1) | JP3527779B2 (ja) |
| DE (1) | DE69412191T2 (ja) |
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| KR101400602B1 (ko) * | 2012-04-27 | 2014-05-27 | 부경대학교 산학협력단 | 상온공기 연소기에서 고온공기를 연속으로 공급받는 마일드 연소기 |
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