JP6595010B2 - 予混合保炎器を有する燃料ノズルアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、広くには、ガスタービンの燃焼器に使用される燃料ノズルアセンブリに関する。より詳細には、本発明は、燃料噴射位置の下流の火炎の安定化のためのバッフルプレートを有する燃料ノズルアセンブリに関する。

典型的なガスタービンは、入口部分と、圧縮機部分と、燃焼部分と、タービン部分と、排気部分とを含む。入口部分は、作動流体（例えば、空気）を清浄化および調整し、作動流体を圧縮機部分へと供給する。圧縮機部分は、作動流体の圧力を徐々に高め、圧縮された作動流体を燃焼部部分へと供給する。圧縮された作動流体と燃料とが、燃焼部分において混合され、燃焼室において燃やされ、高温および高圧を有する燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは高温ガス経路に沿ってタービン部分へと送られ、タービン部分において膨張して仕事を生む。例えば、タービン部分における燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたシャフトを回転させて、電気を発生させることができる。

燃焼部分は、一般に、圧縮機部分とタービン部分との間に環状に並べて配置された１つ以上の燃焼器を含む。種々のパラメータが、燃焼器の設計および動作に影響を及ぼす。例えば、ガスタービン製造業者は、望ましくない空気汚染排出物を生じさせることなくガスタービンの効率を高めることを常に求められている。従来からの炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンが典型的に生じさせる主要な空気汚染排出物は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および未燃焼炭化水素（ＵＨＣ）である。ガスタービンなどの空気吸い込み式エンジンにおける窒素分子の酸化、したがってＮＯｘの形成は、温度の指数関数である。燃焼ガスの温度が高いほど、望ましくないＮＯｘ排出物の形成率が高くなる。

燃焼ガスの温度を下げ、したがってＮＯｘの形成を抑制する１つの方法は、スワーラ（ｓｗｉｒｌｅｒ）またはスウォズル（ｓｗｏｚｚｌｅ）型の燃料ノズルアセンブリなどの予混合型の燃料インジェクタまたは燃料ノズルアセンブリを使用して、燃焼室内の燃焼反応ゾーンの上流において燃料および空気を予め混合することである。この形式の燃料ノズルアセンブリにおいて、燃料は、燃料ノズルアセンブリ内に画定された環状の流路または予混合通路における圧縮された空気の流れへと噴射される。燃料および圧縮された空気は、環状の通路において混ざり合い、その後に燃料ノズルアセンブリの下流端から燃焼室へと送られる。燃焼の際に、空気豊富または燃料希薄な可燃混合物中に存在する過剰な空気の熱容量または熱キャパシタンスが、燃焼室内の熱を吸収することによって燃焼ガスの温度を低下させることで、ＮＯｘ排出物の形成を低減または防止する。

予混合通路を出て噴射地点において燃焼室へと進入する希薄可燃混合物の流れ場は、火炎保持の可能性を低減し、所望の排出性能を達成するために、均一または対称でなければならない。したがって、現在の燃料ノズルアセンブリ技術の継続的な改良が、有用であると考えられる。

米国特許出願公開第２０１３／２１９８９９号明細書

本発明の態様および利点は、以下の説明に記述されるか、またはその説明から明らかにすることができ、あるいは本発明の実施を通じて理解することができる。

本発明の一実施形態は、ガスタービン用の燃料ノズルアセンブリである。燃料ノズルアセンブリは、中心本体と、中心本体を少なくとも部分的に取り囲む外側チューブと、半径方向において中心本体と外側チューブとの間に画定された予混合流路と、予混合流路内で中心本体と外側チューブとの間に配置された複数の燃料ポートとを含む。燃料ノズルアセンブリは、燃料ノズルアセンブリの下流端部分を横切って中心本体から外側チューブまで半径方向外側へと延びるバッフルプレートをさらに含む。バッフルプレートは、下流側から軸方向に離間して位置する上流側と、複数の通路とを含む。通路は、バッフルプレートを通過する予混合流路からの流体の流れをもたらす。

本発明の別の実施形態は、ガスタービン用の燃焼器である。燃焼器は、一般に、燃焼器の内部に画定された燃焼室と、燃焼室の上流に配置された燃料ノズルアセンブリとを含む。燃料ノズルアセンブリは、燃料ノズルアセンブリの軸中心線に同軸に整列した中心本体と、中心本体と同心であり、中心本体を少なくとも部分的に取り囲む外側チューブと、半径方向において中心本体と外側チューブとの間に画定された予混合流路と、予混合流路内に配置された複数の燃料ポートとを備える。中心本体と同心なリングマニホールドが、燃料ノズルアセンブリの燃料回路に連通した複数の燃料ポートを含む。燃料ノズルアセンブリは、燃料ノズルアセンブリの下流端部分を横切って半径方向および円周方向に延びるバッフルプレートをさらに含む。バッフルプレートは、下流側から軸方向に離間して位置する上流側と、複数の通路とを含む。各々の通路は、上流側に沿って定められた入口と、下流側に沿って定められた出口とを有する。各々の通路は、予混合流路から燃焼室へとバッフルプレートを通過する流体の流れをもたらす。

本発明の別の実施形態は、ガスタービンを含む。ガスタービンは、一般に、圧縮機と、圧縮機の下流に配置された燃焼器と、燃焼器の下流に配置されたタービンとを含む。燃焼器は、外側ケーシングに結合したエンドカバーと、外側ケーシングの内側に画定された燃焼室とを含む。燃料ノズルアセンブリが、エンドカバーの下流から延びて燃焼室の上流で終わっている。燃料ノズルアセンブリは、中心本体と、中心本体を少なくとも部分的に取り囲む外側チューブと、中心本体と外側チューブとの間に画定された予混合流路と、予混合流路内で中心本体と外側チューブとの間に配置された複数の燃料ポートとを備える。複数の燃料ポートは、予混合通路に連通している。燃料ノズルアセンブリは、燃料ノズルアセンブリの下流端部分を横切って半径方向および円周方向に延びるバッフルプレートをさらに含む。バッフルプレートは、下流側から軸方向に離間して位置する上流側と、複数の通路とを含む。各々の通路は、上流側に沿って定められた入口と、下流側に沿って定められた出口とを有する。各々の通路は、予混合流路から燃焼室へとバッフルプレートを通過する流体の流れをもたらす。

当業者であれば、本明細書の検討において、このような実施形態の特徴および態様などをよりよく理解するであろう。

当業者にとって、本発明の最良の態様を含む本発明の充分かつ本発明を実施可能にする開示が、添付の図面の参照を含む本明細書の残りの部分において、さらに詳しく説明される。

本発明の技術的範囲に包含される典型的なガスタービンの機能ブロック図である。 本発明の種々の実施形態を取り入れることができる典型的な燃焼器の簡略化した側面断面図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態による典型的な燃料ノズルアセンブリの斜視図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態による図３に示した典型的な燃料ノズルアセンブリの断面斜視図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態による図３に示した典型的な燃料ノズルアセンブリの断面斜視図である。 本発明の一実施形態による図３に示した典型的な燃料ノズルアセンブリの典型的なバッフルプレートの一部分を拡大した側面断面図である。 本発明の一実施形態による図３に示した典型的な燃料ノズルアセンブリの典型的なバッフルプレートの一部分を拡大した側面断面図である。 図３に示した燃料ノズルアセンブリの断面部分の下流斜視図であり、本発明の少なくとも１つの実施形態による燃料ノズルアセンブリの一部分の動作の流れの図を提供している。

以下で、本発明の現在の実施形態を詳しく参照するが、その１つ以上の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数値および文字による記号が使用されている。図面および説明の中で同じまたは類似の記号は、本発明の同じまたは類似の部分を参照するために使用されている。

本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、或る構成要素を別の構成要素から区別するために入れ換え可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。用語「上流」、「下流」、「半径方向」、および「軸方向」は、流体の経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。同様に、「半径方向」は、流体の流れに対して実質的に垂直である相対的な方向を指し、「軸方向」は、流体の流れに対して実質的に平行である相対的な方向を指す。用語「円周方向」は、特定の構成要素の軸中心線の周囲を延びる相対的な方向を指す。

各々の例は、本発明の説明の目的で提示されており、本発明を限定するものではない。実際、本発明において、本発明の技術的範囲および技術的思想から離れることなく、変更および変種が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、或る実施形態の一部として例示または説明される特徴を、別の実施形態について使用して、またさらなる実施形態をもたらすことが可能である。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の技術的範囲に含まれるような変更および変種を包含するように意図される。

次に図面を参照すると、同一の数字が、すべての図を通して同じ構成要素を指し示しており、図１が、本発明の種々の実施形態を取り入れることができる典型的なガスタービン１０の機能ブロック図を示している。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、一連のフィルタ、冷却コイル、水分分離器、および／またはガスタービン１０に進入する作動流体（例えば、空気）１４を浄化および他のやり方で調整するための他の装置を含んでよい入口部分１２を含む。作動流体１４は圧縮機部分へと流れ、圧縮機部分において、圧縮機１６が、作動流体１４に運動エネルギを徐々に与えることで、高エネルギ状態の圧縮された作動流体１８を生み出す。

圧縮された作動流体１８は、燃料供給システム２２からの燃料２０と混合され、１つ以上の燃焼器２４における可燃混合物を形成する。可燃混合物が燃焼し、高温および高圧の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービン部分のタービン２８を通って流れ、仕事を生み出す。例えば、圧縮機１６がタービン２８の回転によって駆動されて圧縮された作動流体１８を生み出すように、タービン２８をシャフト３０へと接続することができる。これに代え、あるいはこれに加えて、シャフト３０は、タービン２８を発電のために発電機３２へと接続することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８をタービン２８の下流の排気スタック３８に接続する排気部分３６を通って流れる。排気部分３６は、例えば、環境への放出に先立つ排気ガス３４の浄化および排気ガス３４からの追加の熱の抽出のための熱回収蒸気発生器（図示せず）を含んでもよい。

燃焼器２４は、技術的に知られた任意の種類の燃焼器であってよく、本発明は、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、いかなる特定の燃焼器の設計にも限定されない。例えば、燃焼器２４は、缶環型（ｃａｎ−ａｎｎｕｌａｒ）の燃焼器であってよい。図２が、本発明の種々の実施形態を取り入れることができる典型的な燃焼器２４の簡略化した側面断面図を示している。図２に示すように、圧縮機１６（図１）から燃焼器２４へと流れる圧縮された作動流体１８を封じ込めるために、ケーシング４０（圧縮機吐出ケーシングなど）およびエンドカバー４２を燃焼器ケーシング４４を介して互いに結合させることができる。圧縮された作動流体１８は、インピンジメントスリーブまたは燃焼フロースリーブなどの環状フロースリーブ４８の流通孔４６を通り、つなぎダクト５０および／またはライナ５２の外側に沿って燃焼器２４の前端５４へと流れることができる。

前端５４は、エンドカバー４２および／または燃焼器ケーシング４４によって少なくとも部分的に画定されている。圧縮された作動流体１８は、前端５４に向かって流れるときにつなぎダクト５０および／またはライナ５２に対流冷却および／または伝導冷却をもたらすことができる。前端５４において、圧縮された作動流体１８は、流れの方向を反転させ、１つ以上の燃料ノズルアセンブリ５６を通って流れる。燃料２０は、燃料供給システム２２から、エンドカバー４２内に画定された１つ以上の燃料回路（図示せず）を通って、燃料ノズルアセンブリ５６の各々または一部へと流れる。燃料供給システム２２は、気体および／または液体燃料を燃焼器２４へと供給することができる。圧縮された作動流体１８は、燃料ノズルアセンブリ５６を通り、さらには／あるいは燃料ノズルアセンブリ５６の周囲を通過するときに、燃料２０と事前に混合され、可燃混合物５８を形成する。可燃混合物５８は、燃焼のために燃料ノズルアセンブリ５６から燃焼室６０へと流れる。

図３は、本発明の一実施形態による図２に示した１つ以上の燃料ノズルアセンブリ５６の典型的な燃料ノズルアセンブリ１００の斜視図を示している。図４は、本発明の一実施形態による図３に示した燃料ノズルアセンブリ１００の側面断面図を示している。種々の実施形態において、図４に示されるように、燃料ノズルアセンブリ１００は、環状の中心本体１０２と、中心本体１０２を少なくとも部分的に取り囲む環状の外側チューブ１０４と、半径方向において中心本体１０２と外側チューブ１０４との間に画定された予混合流路１０６と、予混合流路１０６内で中心本体１０２と外側チューブ１０４との間に配置された複数の燃料ポート１０８と、燃料ノズルアセンブリ１００の下流端部分１１２において中心本体１０２から外側チューブ１０４まで半径方向外側へと延びるバッフルプレート１１０とを含む。図３に示されるように、バッフルプレート１１０は、燃料ノズルアセンブリ１００の軸中心線１１４に対して燃料ノズルアセンブリ１００の下流端部分１１２を横切って円周方向および半径方向に延びている。

図４に示されるように、中心本体１０２は、燃料ノズルアセンブリ１００の軸中心線１１４に同軸に整列している。中心本体１０２は、下流端部分１１８から軸方向に離間した上流端部分１１６を含む。中心本体１０２を、１つ以上の環状チューブから形成することができる。特定の実施形態において、中心本体１０２は、燃料ノズルアセンブリ１００を通って軸方向に延びる中心通路１２０を少なくとも部分的に画定する。中心通路１２０を、カートリッジまたはインサート（図示せず）を受け入れるように構成することができる。例えば、中心通路１２０は、気体燃料のみのカートリッジ、液体燃料カートリッジ、および／またはパージ空気カートリッジを収容することができる。カートリッジは、燃料ノズルアセンブリ１００の２燃料および／またはパージ空気の能力をもたらすことができる。

特定の実施形態において、図４に示されるように、中心本体１０２は、収束部１２２を含む。収束部１２２は、バッフルプレート１１０および／または中心本体１０２の下流端部分１１８へと向かう軸方向において、軸中心線１１４に沿って半径方向内側へと収束する。収束部１２２は、中心通路１２０の流れの断面積を、収束部１２２の上流で測定される第１の流れの断面積１２４から、収束部１２２に沿って位置する地点から測定される第２のより小さい流れの断面積１２６へと、次第に減少させる。さらに、収束部１２２は、予混合流路１０６の流れの断面積を、収束部１２２の上流で測定される第１の流れの断面積１２８から、収束部１２２に沿って位置する地点において測定される第２のより大きい流れの断面積１３０へと、次第に増加させる。

特定の実施形態においては、図４に示されるように、複数の燃料ポート１０８の少なくとも一部分を、リングマニホールド１３２に沿って画定することができる。リングマニホールド１３２は、中心本体１０２と実質的に同心であってよく、中心本体１０２と外側チューブ１０４との間の予混合流路１０６内に配置されてよい。リングマニホールド１３２は、燃料ポート１０８に連通した種々の燃料回路またはプレナム１３４（いくつかの図では、この番号が見られない）を含み、さらには／あるいは定めることができる。特定の実施形態において、燃料プレナム１３４は、流体に関して分離されていてもよく、互いに独立して燃料で運転され、あるいは満たされてよい。特定の実施形態において、燃料ポート１０８は、軸中心線１１４に関して軸方向に間隔を空けて配置され、予混合流路１０６において軸方向に多段化された燃料噴射をもたらすことができる。

特定の実施形態においては、複数の支柱またはベーン１３６が、中心本体１０２から半径方向に延びている。一実施形態において、支柱１３６は、中心本体１０２からリングマニホールド１３２まで半径方向に延びている。支柱１３６は、支柱１３６内に種々の燃料通路または回路１３８を画定することができる。種々の実施形態において、燃料通路１３８は、中心本体１０２内に画定された１つ以上の燃料回路１４０に連通している。燃料回路１４０を、気体燃料および／または液体燃料を燃料ポート１０８へともたらすように構成することができる。リングマニホールド１３２および／または支柱１３６を、予混合流路１０６内のリングマニホールド１３２を横切って流れる圧縮された空気に対する空気力学的影響が最小限となるように形作り、さらには／あるいは構成することができる。特定の実施形態においては、複数の燃料ポート１０８の少なくとも一部分を、支柱１３６に沿って配置または画定することができる。燃料ポート１０８は、支柱１３６内に画定された燃料通路１３８と予混合流路１０６との間の連通をもたらす。

図５は、本発明の別の実施形態による燃料ノズルアセンブリ１００の側面断面図を示している。図５に示されるように、支柱１３６は、予混合流路１０６内で中心本体１０２と外側チューブ１０４との間を半径方向に延びることができる。複数の燃料ポート１０８の少なくとも一部分は、支柱１３６に沿って配置または画定されてよい。一実施形態においては、図５に示されるように、複数の燃料ポート１０８の少なくとも一部分を、支柱１３６の下流において中心本体１０２に沿って配置してもよい。

特定の実施形態において、図３、図４、および図５に示されるように、燃料ノズルアセンブリ１００は、複数の燃料ポート１０８および／または予混合通路１０６の上流に配置または画定される流れ調整部分１４２をさらに含む。特定の実施形態において、図４および図５に示されるように、流れ調整部分１４２は、一般に、中心本体１０２と同軸に整列した１つ以上の同心ベーン１４４を含むことができる。ベーン１４４は、圧縮された空気１８（図２）が燃焼器２４の前端５４から複数の燃料ポート１０８の上流の予混合通路１０６へと流れるときに、圧縮された空気１８の流れの特性または流れのプロファイルを操作することができる。特定の実施形態において、図４に示されるように、燃料ノズルアセンブリ１００は、外側スリーブ１４８および／またはエンドプレート１５０によって画定され、あるいは外側スリーブ１４８および／またはエンドプレート１５０内に画定される複数の開口１４６を含むことができる。複数の開口１４６は、圧縮された空気１８（図２）が燃焼器２４の前端５４から複数の燃料ポート１０８の上流の予混合通路１０６へと流れるときに、圧縮された空気１８の流れの特性または流れのプロファイルを操作することができる。

種々の実施形態において、図３に示されるように、バッフルプレート１１０は、燃料ノズルアセンブリ１００の下流端部分１１２を横切って半径方向および円周方向に延びる。バッフルプレート１１０は、一般に、燃焼室６０（図２）の上流において予混合流路１０６を横切るブラフ本体（ｂｌｕｆｆ ｂｏｄｙ）を提供する。特定の実施形態において、図３、図４、および図５に示されるように、バッフルプレート１１０は、開口部１５４を画定する中央部分１５２を含むことができる。開口部１５４は、中心本体１０２および／または中心通路１２０に同軸に整列させられている。特定の実施形態において、開口部１５４は、中心通路１２０を部分的に画定することができ、燃料またはパージ空気カートリッジ（図示せず）ならびに／あるいは点火プラグ（図示せず）を受け入れるように構成されてよい。

種々の実施形態において、図４および図５に示されるように、バッフルプレート１１０は、下流側または出口側１５８から軸方向に離間した上流側または入口側１５６を含む。複数の通路１６０が、上流側１５６および下流側１５８を通っておおむね軸方向に延びている。種々の実施形態において、通路１６０は、バッフルプレート１１０の開口部１５４の周りに環状に配置される。通路１６０を、各行が隣の行から半径方向に離されて位置する複数の円周方向の行を形成するように配置することができる。通路１６０は、おおむね円形の断面形状を有するものとして示されているが、通路１６０が、特許請求の範囲に具体的に示されない限り、いかなる特定の断面形状にも限定されないことを、理解すべきである。例えば、通路１６０は、円弧状、長方形、三角形、または台形の断面形状を有することができる。

図４および図５に示されるように、各々の通路１６０は、上流側１５６に沿って画定された入口１６２と、下流側１５８に沿って画定された出口１６４とを含む。入口１６２は、予混合流路１０６に連通している。通路１６０の少なくともいくつかは、予混合流路１０６からバッフルプレート１１０を通って燃焼室６０（図２）へと流体の流れを提供する。入口１６２および出口１６４は、通路１６０に進入する燃料−空気混合物が入口１６２において最大化され、個別の燃料−空気ジェットが出口１６４において形成されるように、さまざまな形状を備えることができる。火炎保持の可能性を最小にするために、入口１６２の形状から出口１６４の形状への移行は、滑らかである。一実施形態においては、入口の形状１６２が、出口の形状１６４よりも大きい面積を有することで、バッフルプレート１１０を通る燃料−空気混合物の流れを加速させる。

図６が、本発明の一実施形態による図４および図５に示したバッフルプレート１１０を含む燃料ノズルアセンブリ１００の下流部分１１２の下流方向の断面斜視図を示している。図６に示されるように、バッフルプレート１１０の上流側１５６は、中心線１１４に関して軸方向および半径方向に延び、かつ開口部１５４の周りを円周方向に延びた複数の同心円状に整列した環状壁１６６を含むことができ、さらには／あるいはそのような環状壁１６６を画定することができる。各々の環状壁１６６は、隣接する１つ以上の環状壁１６６から半径方向に離れている。環状壁１６６は、半径方向に隣接する通路１６０の入口１６２を半径方向に分離または隔離する。円周方向に間隔を空けて配置された複数の半径方向壁１６８が、半径方向において隣接する環状壁１６６の間を半径方向に延びている。半径方向壁１６８は、円周方向に隣接する通路１６０および／または隣接する通路１６０への入口１６２を円周方向に分離または隔離する。環状壁１６６および半径方向壁１６８は、各々の通路への入口１６２を取り囲み、さらには／あるいは少なくとも部分的に画定することにより、燃料−空気混合物のバッフルプレート１１０への流入の面積を最大にし、もしも円形の形状を入口１６２から出口１６４まで続けたならば隣接する通路の間に生じ得る無駄な空間を、最小限にする。

図７は、本発明の一実施形態による図４および図５に示したバッフルプレート１１０を含む燃料ノズルアセンブリ１００の下流部分１１２の下流方向の断面斜視図を示している。図７に示されるように、バッフルプレート１１０の上流側１５６は、１つ以上の通路１６０への入口１６２を少なくとも部分的に画定し、さらには／あるいは取り囲む１つ以上の山１７０および１つ以上の谷１７２を含むことができる。山１７０および谷１７２は、谷１７２が隣接する山１７０の間に位置し、山１７０が隣接する谷１７２の間に位置するように、交互であってよい。１つの典型的な実施形態において、バッフルプレート１１０の断面プロファイルは、弓形の山１７０および谷１７２を有するおおむね波形であってよい。あるいは、山１７０および谷１７２は、直線状であってよく、山１７０の頂点（すなわち、軸方向における最高点）および／または谷１７２（すなわち、軸方向における最低点）に小さな半径を有する三角形であってよく、あるいは任意の他の適切な断面プロファイルを有することができる。特定の実施形態においては、外側の山１７０の並び１７４が、バッフルプレート１１０の内面１７６へと溶け込んでも、あるいはバッフルプレート１１０の内面１７６に混ざり合ってもよい。

図８は、本発明の一実施形態による燃料ノズルアセンブリ１００の断面部分の下流方向の斜視図を示しており、燃料ノズルアセンブリ１００の一部分の動作の流れの図も示している。動作時、図８に示されるように、燃焼器２４（図２）の前端５４からの圧縮された空気１８が、流れ調整部分１４２を通って送られる一方で、燃料２０は、中心本体１０２内に画定された種々の燃料回路１４０（図４および図５）を通って複数の燃料ポート１０８へと送られる。特定の実施形態においては、圧縮された空気１８を、図４および図５に示されるように、燃料ノズルアセンブリ１００の流れ調整部分１４２のベーン１４４および／または開口１４６を介して複数の燃料ポート１０８の上流において前もって調整することで、圧縮された空気１８が燃焼器２４の前端５４から複数の燃料ポート１０８の上流の予混合通路１０６へと流入するときに圧縮された空気１８の流れの特性または流れのプロファイルを操作することができる。

次に、図８において矢印２０によって示されているように、燃料が、バッフルプレート１１０の入口１６２の上流の圧縮された空気の流れ１８へと噴射される。燃料２０および圧縮された空気１８は、予混合通路１０６において混ざり合い、入口１６２の上流に矢印１７４で示されるように燃料−空気混合物をもたらす。図６および図８に示されるような環状壁１６６および半径方向壁１６８、あるいは図７に示されるような山１７０および谷１７２など、バッフルプレート１１０の上流側または入口側１５６に沿って定められた種々の表面特徴が、おおむね空気力学的に滑らかな通路１６０への入口１６２をもたらすことで、通路１６０の出口１６４および／または出口１６４の下流における火炎の安定化をもたらす。これに加え、あるいはこれに代えて、通路１６０は、燃焼室６０の上流における燃料−空気混合物１７４のさらなる予混合またはより完全な予混合を促進することで、燃焼器２４の全体としての排出性能を高めることができる。燃料−空気混合物１７４は、実質的に軸方向である流れの方向にて（すなわち、スワーラまたはスウォズル型の予混合燃料ノズルに典型的につきまとう渦または接線方向の流れの方向を伴わずに）燃焼室６０に進入する。結果として、火炎前面が短くなり、良好な火炎安定性を示す。

最良の態様を含む本明細書は、本発明を開示し、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの例を使用している。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０ ガスタービン
１２ 入口部分
１４ 作動流体
１６ 圧縮機
１８ 圧縮された作動流体、圧縮された空気
２０ 燃料
２２ 燃料供給システム
２４ 燃焼器
２６ 燃焼ガス
２８ タービン
３０ シャフト
３２ 発電機
３４ 排気ガス
３６ 排気部分
３８ 排気スタック
４０ ケーシング
４２ エンドカバー
４４ 燃焼器ケーシング
４６ 流通孔
４８ 環状フロースリーブ
５０ つなぎダクト
５２ ライナ
５４ （燃焼器の）前端
５６ 燃料ノズルアセンブリ
５８ 可燃混合物
６０ 燃焼室
１００ 燃料ノズルアセンブリ
１０２ 中心本体
１０４ 外側チューブ
１０６ 予混合流路、予混合通路
１０８ 燃料ポート
１１０ バッフルプレート
１１２ （燃料ノズルアセンブリの）下流端部分、下流部分
１１４ 軸中心線
１１６ （中心本体の）上流端部分
１１８ （中心本体の）下流端部分
１２０ 中心通路
１２２ 収束部
１２４ （中心通路の）第１の流れの断面積
１２６ （中心通路の）第２の流れの断面積
１２８ （予混合流路の）第１の流れの断面積
１３０ （予混合流路の）第２の流れの断面積
１３２ リングマニホールド
１３４ 燃料回路、プレナム
１３６ 支柱、ベーン
１３８ 燃料通路、回路
１４０ 燃料回路
１４２ 流れ調整部分
１４４ 同心ベーン
１４６ 開口
１４８ 外側スリーブ
１５０ エンドプレート
１５２ （バッフルプレートの）中央部分
１５４ 開口部
１５６ （バッフルプレートの）上流側、入口側
１５８ （バッフルプレートの）下流側、出口側
１６０ （バッフルプレートの）通路
１６２ 入口
１６４ 出口
１６６ 環状壁
１６８ 半径方向壁
１７０ 山
１７２ 谷
１７４ 燃料−空気混合物
１７６ （バッフルプレートの）内面

Claims (17)

1. 燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、
   中心本体（１０２）と、
   前記中心本体（１０２）を少なくとも部分的に取り囲む外側チューブ（１０４）と、
   半径方向において前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間に画定された予混合流路（１０６）と、
   前記予混合流路（１０６）内で前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間に配置された複数の燃料ポート（１０８）と、
   当該燃料ノズルアセンブリ（１００）の下流端部分（１１２）を横切って前記中心本体（１０２）から前記外側チューブ（１０４）まで半径方向外側へと延びるバッフルプレート（１１０）と
   を備えており、
   前記バッフルプレート（１１０）は、下流側（１５８）から軸方向に離間して位置する上流側（１５６）と、複数の通路（１６０）とを含み、該通路（１６０）は、前記バッフルプレート（１１０）を通過する前記予混合流路（１０６）からの流体の流れをもたらし、
   前記上流側（１５６）は、同心に整列させられた複数の環状壁（１６６）と、半径方向に隣接する環状壁（１６６）の間を半径方向に延びている円周方向に間隔を空けて配置された複数の半径方向壁（１６８）とを含んでおり、前記環状壁（１６６）および前記半径方向壁（１６８）は、各々の通路（１６０）への入口（１６２）を少なくとも部分的に画定している、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
2. 前記上流側（１５６）は、１つ以上の前記通路（１６０）への入口（１６２）を少なくとも部分的に定める１つ以上の山（１７０）および１つ以上の谷（１７２）を含む、請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
3. 前記山（１７０）および谷（１７２）は、谷（１７２）が隣接する山（１７０）の間に定められ、山（１７０）が隣接する谷（１７２）の間に定められるように、交互である、請求項２に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
4. 前記バッフルプレート（１１０）は、開口部（１５４）を画定する中央部分（１５２）を備え、前記開口部（１５４）は、前記中心本体（１０２）によって画定される中心通路（１２０）に同軸に整列している、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
5. 前記複数の燃料ポート（１０８）は、前記予混合通路（１０６）内に同心に配置されて前記中心本体（１０２）に同心に整列したリングまたは前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間を半径方向に延びる支柱（１３６）の少なくとも一方に沿って配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
6. 前記中心本体（１０２）は、カートリッジを受け入れるように構成された中心通路（１２０）を画定する、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
7. 前記中心本体（１０２）は、収束部（１２２）を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
8. 前記複数の燃料ポート（１０８）および前記予混合通路（１０６）の上流に配置された流れ調整部分（１４２）をさらに備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）。
9. ガスタービン（１０）用の燃焼器（２４）であって、
   当該燃焼器（２４）の内部に画定された燃焼室（６０）と、
   前記燃焼室（６０）の上流に配置された燃料ノズルアセンブリ（１００）と
   を備えており、
   前記燃料ノズルアセンブリ（１００）は、
   該燃料ノズルアセンブリ（１００）の軸中心線（１１４）に同軸に整列した中心本体（１０２）と、
   前記中心本体（１０２）と同心であり、前記中心本体（１０２）を少なくとも部分的に取り囲む外側チューブ（１０４）と、
   半径方向において前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間に画定された予混合流路（１０６）と、
   前記予混合流路（１０６）内で前記中心本体（１０２）と同心に配置され、該燃料ノズルアセンブリ（１００）の燃料回路（１４０）に連通した複数の燃料ポート（１０８）を定めているリングマニホールド（１３２）と、
   該燃料ノズルアセンブリ（１００）の下流端部分（１１２）を横切って半径方向および円周方向に延びているバッフルプレート（１１０）と
   を備えており、
   前記バッフルプレート（１１０）は、下流側（１５８）から軸方向に離間して位置する上流側（１５６）と、複数の通路（１６０）とを含み、各々の通路（１６０）は、前記上流側（１５６）に沿って定められた入口（１６２）と、前記下流側（１５８）に沿って定められた出口（１６４）とを有し、前記通路（１６０）は、前記予混合流路（１０６）から前記燃焼室（６０）へと前記バッフルプレート（１１０）を通過する流体の流れをもたらし、
   前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の前記上流側（１５６）は、同心に整列させられた複数の環状壁（１６６）と、半径方向に隣接する環状壁（１６６）の間を半径方向に延びている円周方向に間隔を空けて配置された複数の半径方向壁（１６８）とを含んでおり、前記環状壁（１６６）および前記半径方向壁（１６８）は、各々の通路（１６０）への入口（１６２）を少なくとも部分的に画定している、燃焼器（２４）。
10. 前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の前記上流側（１５６）は、１つ以上の前記通路（１６０）の前記入口（１６２）を少なくとも部分的に定める１つ以上の山（１７０）および１つ以上の谷（１７２）を含む、請求項９に記載の燃焼器（２４）。
11. 前記山（１７０）および谷（１７２）は、谷（１７２）が隣接する山（１７０）の間に定められ、山（１７０）が隣接する谷（１７２）の間に定められるように、交互である、請求項１０に記載の燃焼器（２４）。
12. 少なくとも１つの支柱（１３６）が、前記中心本体（１０２）と前記リングマニホールド（１３２）との間を半径方向に延びており、該少なくとも１つの支柱（１３６）は、内部に燃料通路（１３８）を定めており、該少なくとも１つの支柱（１３６）は、該少なくとも１つの支柱（１３６）を貫く燃料ポート（１０８）を定めている、請求項９または１０に記載の燃焼器（２４）。
13. 前記中心本体（１０２）は、カートリッジを受け入れるように構成された中心通路（１２０）を画定する、請求項１２に記載の燃焼器（２４）。
14. 前記複数の燃料ポート（１０８）および前記予混合通路（１０６）の上流に配置された流れ調整部分（１４２）をさらに備える、請求項９乃至１３のいずれかに記載の燃焼器（２４）。
15. 圧縮機（１６）と、前記圧縮機（１６）の下流に配置された燃焼器（２４）と、前記燃焼器（２４）の下流に配置されたタービン（２８）とを備えており、前記燃焼器（２４）は、外側燃焼器ケーシング（４４）に結合したエンドカバー（４２）と、前記外側燃焼器ケーシング（４４）の内側に画定された燃焼室（６０）と、前記エンドカバー（４２）の下流から延びて前記燃焼室（６０）の上流で終わる燃料ノズルアセンブリ（１００）を含んでいる、ガスタービン（１０）であって、
    前記燃料ノズルアセンブリ（１００）は、
    中心本体（１０２）と、
    前記中心本体（１０２）を少なくとも部分的に取り囲む外側チューブ（１０４）と、
    前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間に画定された予混合流路（１０６）と、
    前記予混合流路（１０６）内で前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間に配置された複数の燃料ポート（１０８）であって、前記予混合通路（１０６）に連通した複数の燃料ポート（１０８）を含んでいる複数の燃料ポート（１０８）と、
    該燃料ノズルアセンブリ（１００）の下流端部分（１１２）を横切って半径方向および円周方向に延びているバッフルプレート（１１０）と
    を備えており、
    前記バッフルプレート（１１０）は、下流側（１５８）から軸方向に離間して位置する上流側（１５６）と、複数の通路（１６０）とを含み、各々の通路（１６０）は、前記上流側（１５６）に沿って定められた入口（１６２）と、前記下流側（１５８）に沿って定められた出口（１６４）とを有し、前記通路（１６０）は、前記予混合流路（１０６）から前記燃焼室（６０）へと前記バッフルプレート（１１０）を通過する流体の流れをもたらし、
    前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の前記上流側（１５６）は、同心に整列させられた複数の環状壁（１６６）と、半径方向に隣接する環状壁（１６６）の間を半径方向に延びている円周方向に間隔を空けて配置された複数の半径方向壁（１６８）とを含んでおり、前記環状壁（１６６）および前記半径方向壁（１６８）は、各々の通路（１６０）への前記入口（１６２）を少なくとも部分的に画定している、ガスタービン（１０）。
16. 前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の前記上流側（１５６）は、１つ以上の前記通路（１６０）の前記入口（１６２）を少なくとも部分的に定める１つ以上の山（１７０）および１つ以上の谷（１７２）を含んでおり、前記山（１７０）および谷（１７２）は、谷（１７２）が隣接する山（１７０）の間に定められ、山（１７０）が隣接する谷（１７２）の間に定められるように、交互である、請求項１５に記載のガスタービン（１０）。
17. 前記複数の燃料ポート（１０８）は、前記予混合通路（１０６）内に同心に配置されて前記中心本体（１０２）に同心に整列したリングまたは前記中心本体（１０２）と前記外側チューブ（１０４）との間を半径方向に延びる支柱（１３６）の少なくとも一方に沿って配置されている、請求項９乃至１４のいずれかに記載の燃焼器（２４）。