特許 7297415 予混合燃料インジェクタおよびガスタービン燃焼器における使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-16

(45)【発行日】2023-06-26

(54)【発明の名称】予混合燃料インジェクタおよびガスタービン燃焼器における使用方法

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20230619BHJP

【ＦＩ】

F23R3/28 B

【請求項の数】 12

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018159959

(22)【出願日】2018-08-29

(65)【公開番号】P2019082313

(43)【公開日】2019-05-30

【審査請求日】2021-08-20

(31)【優先権主張番号】15/694,191

(32)【優先日】2017-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100151286

【弁理士】

【氏名又は名称】澤木 亮一

(72)【発明者】

【氏名】ジャヤプラカーシュ・ナタラジャン

(72)【発明者】

【氏名】セス・レイノルズ・ホフマン

(72)【発明者】

【氏名】ロニー・レイ・ペンテコスト

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ・チャオ

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０７５１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２０５２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１８５２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１７４５５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｒ ３／００－３／６０

Ｆ０２Ｃ ７／２２－７／２３６

Ｆ０２Ｃ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向して配置された端壁（３２８）と、第１の燃料プレナム（３７０、４７０、５７０）を定めている第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）と、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）に対向して位置し、第２の燃料プレナム（３７０、４７０、５７０）を定めている第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）とを有しており、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）は、前記端壁（３２８）の間を軸方向に延びており、前記端壁（３２８）とともに空気の通過のための開口を定めているフレーム（３０４）と、
第３の燃料プレナム（３５０）を定めており、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）の各々との間に空気流路（３５２）が定められるように、前記端壁（３２８）の間を軸方向に延び、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）と前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）との間に位置している第３の燃料噴射体（３４０）と、
を備えており、
前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）は、第１の複数の燃料噴射ポート（３７４、４７４、５７４）が定められた少なくとも１つの外面を備え、前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）は、第２の複数の燃料噴射ポート（３５４、４７４、５７４）が定められた少なくとも１つの外面を備え、前記第３の燃料噴射体（３４０）は、第３の複数の燃料噴射ポート（３５４）が定められた少なくとも１つの外面を備え、各々の複数の燃料噴射ポート（３５４、３７４、４７４、５７４）は、前記それぞれの燃料プレナム（３５０、３７０、４７０、５７０）および前記空気流路（３５２）のうちの隣接する空気流路（３５２）に流体連通しており、
前記フレーム（３０４）に結合し、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）、前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）、および前記第３の燃料噴射体（３４０）の前記それぞれの燃料プレナム（３５０、３７０、４７０、５７０）に流体的に連通した導管継手（３３２）と、
前記フレーム（３０４）に結合した取り付けフランジ（３０２）と、
前記取り付けフランジ（３０２）から前記フレーム（３０４）とは反対の方向に延びている出口部材（３１０）と、
をさらに備えており、
前記出口部材（３１０）は、前記空気流路（３５２）に流体連通し、前記出口部材（３１０）は、細長いスロットの形状を備える、燃料インジェクタ（１００）。

【請求項2】

前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）の各々は、涙滴の形状、円形の形状、および三角形の形状のうちの１つを定める断面形状を有している、請求項１に記載の燃料インジェクタ（１００）。

【請求項3】

前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０）の各々は、涙滴の形状を定める断面形状を有しており、前記涙滴の形状は、前縁（３６２）と、前記前縁（３６２）の反対側の後縁（３６４）と、前記空気流路（３５２）のうちの１つに隣接する第１の外面と、前記第１の外面の反対側の第２の外面とを有し、前記第１の外面および前記第２の外面は、前記前縁（３６２）と前記後縁（３６４）との間を延びており、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）の前記第１の外面は、前記第１の複数の燃料噴射ポート（３７４）を定めており、前記第２の側壁燃料噴射体（３６０）の前記第１の外面は、前記第２の複数の燃料噴射ポート（３７４）を定め、
前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）の前記第１の外面を貫いて定められた前記複数の燃料噴射ポート（３７４）は、１列に配置されている、請求項２に記載の燃料インジェクタ（１００）。

【請求項4】

前記第３の燃料噴射体（３４０）は、涙滴の形状を定める断面形状を有しており、前記涙滴の形状は、前縁（３４２）と、前記前縁（３４２）の反対側の後縁（３４４）と、前記前縁（３４２）と前記後縁（３４４）との間を延びている１対の外面とを有し、前記１対の外面のうちの少なくとも一方は、前記第３の複数の燃料噴射ポート（３５４）を定め、
前記１対の外面のうちの各々の外面は、それぞれの燃料噴射面を定めており、前記第３の複数の燃料噴射ポート（３５４）のうちの第１の一部は、前記１対の外面のうちの第１の燃料噴射面（３４６）を貫いて定められ、前記第３の複数の燃料噴射ポート（３５４）のうちの第２の一部は、前記１対の外面のうちの第２の燃料噴射面（３４８）を貫いて定められている、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料インジェクタ（１００）。

【請求項5】

前記端壁（３２８）の間に配置された第４の燃料噴射体（３４０ｂ）をさらに備え、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）は、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）、前記第３の燃料噴射体（３４０ａ）、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）、および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０）の間に流路が定められるように前記開口内に配置され、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）は、前記導管継手（３３２）に流体連通した第４の燃料プレナム（３５０ｂ）を定め、前記第４の燃料プレナム（３５０ｂ）に流体連通した第４の複数の燃料噴射ポート（３５４）を定めている少なくとも１つの外面を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料インジェクタ（４００）。

【請求項6】

前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）は、涙滴の形状を定める断面形状を有しており、前記涙滴の形状は、前縁（３４２）と、前記前縁（３４２）の反対側の後縁（３４４）と、前記前縁（３４２）と前記後縁（３４４）との間を延びている１対の外面とを有し、
第３の軸（３４５）が、前記第３の燃料噴射体（３４０ａ）の前縁（３４２）および後縁（３４４）を通って定められ、第４の軸（３４５）が、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）の前縁（３４２）および後縁（３４４）を通って定められ、前記第３の軸（３４５）と当該燃料インジェクタ（４００）の噴射軸（３１２）との間に定められる第３の角度（３９０）は、前記第４の軸（３４５）と前記噴射軸（３１２）との間に定められる第４の角度（３９０）に等しい、請求項５に記載の燃料インジェクタ（４００）。

【請求項7】

ガスタービン（１０００）用の燃焼器（２４）であって、
燃焼室を定めるとともに、前端（１２０）と、後端（１１８）と、前記前端（１２０）と前記後端（１１８）との間に位置する少なくとも１つの貫通開口とを定めているライナ（４２）と、
軸方向燃料多段化（ＡＦＳ）システム（２００）と
を備えており、
前記ＡＦＳシステム（２００）は、
前記ライナ（４２）の前記少なくとも１つの貫通開口のうちの該当の１つを通って前記ライナ（４２）の長手軸に対して横方向に向けられた流体連通をもたらすように取り付けられた燃料インジェクタ（１００、４００）と、
前記燃料インジェクタ（１００）に結合した燃料供給ライン（１０４）と、
を備え、
前記燃料インジェクタ（１００）は、
対向して配置された端壁（３２８）と、第１の燃料プレナム（３７０、４７０、５７０）を定めている第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）と、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）に対向して位置し、第２の燃料プレナム（３７０、４７０、５７０）を定めている第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）と、を有しており、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）は、前記端壁（３２８）の間を軸方向に延びており、前記端壁（３２８）とともに空気の通過のための開口を定めているフレーム（３０４）と、
第３の燃料プレナム（３５０）を定めており、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）の各々との間に空気流路（３５２）が定められるように、前記端壁（３２８）の間を軸方向に延び、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）と前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）との間に位置している第３の燃料噴射体（３４０）と、
をさらに備え、
前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）は、第１の複数の燃料噴射ポート（３７４、４７４、５７４）が定められた少なくとも１つの外面を備え、前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）は、第２の複数の燃料噴射ポート（３５４、４７４、５７４）が定められた少なくとも１つの外面を備え、前記第３の燃料噴射体（３４０）は、第３の複数の燃料噴射ポート（３５４）が定められた少なくとも１つの外面を備え、各々の複数の燃料噴射ポート（３５４、３７４、４７４、５７４）は、前記それぞれの燃料プレナム（３５０、３７０、４７０、５７０）および前記空気流路（３５２）のうちの隣接する空気流路（３５２）に流体連通しており、
前記燃料インジェクタ（１００）は、
前記フレーム（３０４）に結合し、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）、前記第２の側壁燃料噴射体（３６０、４６０、５６０）、および前記第３の燃料噴
射体（３４０）の前記それぞれの燃料プレナム（３５０、３７０、４７０、５７０）に流体的に連通した導管継手（３３２）
を備え、
前記燃料供給ライン（１０４）は、前記導管継手（３３２）に接続される、燃焼器（２４）。

【請求項8】

前記燃料インジェクタ（１００）は、前記フレーム（３０４）に結合した取り付けフランジ（３０２）と、前記取り付けフランジ（３０２）から前記フレーム（３０４）とは反対の方向に延びている出口部材（３１０）とをさらに備え、前記出口部材（３１０）は、前記空気流路（３５２）に流体連通し、前記出口部材（３１０）は、細長いスロットの形状を備えている、請求項７に記載の燃焼器（２４）。

【請求項9】

前記燃料インジェクタ（１００）の前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０）の各々は、涙滴の形状を定める断面形状を有しており、前記涙滴の形状は、前縁（３６２）と、前記前縁（３６２）の反対側の後縁（３６４）と、前記空気流路（３５２）のうちの１つに隣接する第１の外面と、前記第１の外面の反対側の第２の外面とを有し、前記第１の外面および前記第２の外面は、前記前縁（３６２）と前記後縁（３６４）との間を延びており、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０）の各々の前記第１の外面は、それぞれ前記第１の複数の燃料噴射ポート（３７４）および前記第２の複数の燃料噴射ポート（３７４）を定めている、請求項７または８に記載の燃焼器（２４）。

【請求項10】

前記燃料インジェクタ（１００）の前記第３の燃料噴射体（３４０）は、涙滴の形状を定める断面形状を有しており、前記涙滴の形状は、前縁（３４２）と、前記前縁（３４２）の反対側の後縁（３４４）と、前記前縁（３４２）と前記後縁（３４４）との間を延びている１対の外面とを有し、前記１対の外面のうちの少なくとも一方は、前記第３の複数の燃料噴射ポート（３５４）を定めている、請求項７乃至９のいずれかに記載の燃焼器（２４）。

【請求項11】

前記燃料インジェクタ（４００）は、前記端壁（３２８）の間に配置された第４の燃料噴射体（３４０ｂ）をさらに備え、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）は、前記第１の側壁燃料噴射体（３６０）、前記第３の燃料噴射体（３４０ａ）、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）、および前記第２の側壁燃料噴射体（３６０）の間に空気流路が定められるように前記開口内に配置され、前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）は、第４の燃料プレナム（３５０ｂ）を定め、前記第４の燃料プレナム（３５０ｂ）に流体連通した第４の複数の燃料噴射ポート（３５４）を定める少なくとも１つの外面を備えており、前記第４の燃料プレナム（３５０ｂ）は、前記導管継手（３３２）に流体連通しており、
前記燃料インジェクタ（４００）の前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）は、涙滴の形状を定める断面形状を有しており、前記涙滴の形状は、前縁（３４２）と、前記前縁（３４２）の反対側の後縁（３４４）と、前記前縁（３４２）と前記後縁（３４４）との間を延びている１対の外面とを有し、前記第３の燃料噴射体（３４０ａ）と前記第４の燃料噴射体（３４０ｂ）とは、前記燃料インジェクタの噴射軸（３１２）に対して等しい角度に配置されている、請求項７乃至１０のいずれかに記載の燃焼器（２４）。

【請求項12】

前記ＡＦＳシステム（２００）の前記燃料インジェクタ（１００）は、複数の燃料インジェクタのうちの１つであり、前記前端（１２０）は、少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）を備える、請求項７乃至１１のいずれかに記載の燃焼器（２４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、広くには、ガスタービン燃焼器のための燃料インジェクタに関し、より具体的には、そのような燃焼器に組み合わせられた軸方向燃料多段化（ＡＦＳ）システムにおいて用いられる予混合燃料インジェクタに関する。

【背景技術】

【0002】

少なくともいくつかの公知のガスタービンアセンブリは、発電に使用される。そのようなガスタービンアセンブリは、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。気体（例えば、周囲空気）が圧縮機を通って流れ、圧縮機において圧縮された後に、１つ以上の燃焼器へと送られる。各々の燃焼器において、圧縮された空気は、燃料と組み合わせられて燃やされ、燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、各々の燃焼器からタービンへと導かれ、タービンを通過することによってタービンを駆動し、したがってタービンに結合した発電機を動作させる。さらに、タービンは、共通のシャフトまたはロータによって圧縮機を駆動することもできる。

【0003】

いくつかの燃焼器において、燃焼ガスの発生は、軸方向に離れて位置する２つの段において生じる。このような燃焼器は、本明細書において、燃焼器の前端部の下流の１つ以上の燃料インジェクタへと燃料および酸化剤をもたらす「軸方向燃料多段化（ａｘｉａｌ ｆｕｅｌ ｓｔａｇｉｎｇ）」（ＡＦＳ）システムを備えると称される。ＡＦＳシステムを有する燃焼器においては、燃焼器の上流端の一次燃料ノズルが、燃料および空気（または、燃料／空気混合物）を一次燃焼ゾーンへと軸方向に噴射し、一次燃料ノズルの下流の位置に配置されたＡＦＳ燃料インジェクタが、燃料および空気（または、第２の燃料／空気混合物）を一次燃焼ゾーンの下流の二次燃焼ゾーンへと交差流にて噴射する。交差流は、一次燃焼ゾーンからの燃焼生成物の流れをおおむね横切る方向である。

【0004】

場合によっては、燃料および空気を混合物として二次燃焼ゾーンに導入することが望ましい。したがって、ＡＦＳインジェクタの混合能力が、ガスタービンの全体としての動作の効率および／または排出物を左右する。

【0005】

さらに、いくつかの場合には、ＡＦＳインジェクタによって導入される燃料の種類が、排出物の基準に適った動作を維持するために、所定の範囲内の熱放出または修正ウォッベ指数値を有する燃料に限定されている。したがって、容認できないレベルの排出物を発生させることなく広範囲の熱放出値を有する燃料を導入することができるＡＦＳインジェクタも望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】米国特許第９，４００，１１４号明細書

【発明の概要】

【0007】

本開示は、燃料および空気の混合物を燃焼器へと一次燃焼ゾーンの流れに対して横方向にもたらすことによって二次燃焼ゾーンを生成するＡＦＳ燃料インジェクタに関する。ガスタービン燃焼器のための燃料インジェクタが、対向する端壁の間を延びる側壁燃料噴射体を含む。各々の側壁燃料噴射体は、燃料プレナムを定め、燃料プレナムと連通する燃料噴射ポートを定める外面を含む。端壁の間を延びる１つ以上の燃料噴射体が、側壁燃料噴射体の間に配置される。各々の燃料噴射体は、燃料プレナムを定め、燃料プレナムと流体連通する燃料噴射ポートを定める外面を含む。フレームに結合した導管継手が、それぞれの燃料プレナムに流体的に連通する。燃料噴射ポートは、燃料噴射体と側壁燃料噴射体との間に定められた空気流路に流体的に連通する。ガスタービン用燃焼器が、ライナと、この燃料インジェクタを有する軸方向燃料多段化システムとを含む。

【0008】

より具体的には、燃料インジェクタは、対向して配置された端壁と、第１の燃料プレナムを定めている第１の側壁燃料噴射体と、第１の側壁燃料噴射体に対向して位置し、第２の燃料プレナムを定めている第２の側壁燃料噴射体とを有するフレームを含む。第１の側壁燃料噴射体および第２の側壁燃料噴射体は、端壁の間を軸方向に延びており、端壁とともに空気の通過のための開口を定めている。第３の燃料噴射体が、第３の燃料プレナムを定める。第３の燃料噴射体は、第１の側壁燃料噴射体および第２の側壁燃料噴射体の各々との間に空気流路が定められるように、端壁の間を軸方向に延び、第１の側壁燃料噴射体と第２の側壁燃料噴射体との間に位置する。第１の側壁燃料噴射体は、第１の複数の燃料噴射ポートが定められた少なくとも１つの外面を含み、第２の側壁燃料噴射体は、第２の複数の燃料噴射ポートが定められた少なくとも１つの外面を含み、第３の燃料噴射体は、第３の複数の燃料噴射ポートが定められた少なくとも１つの外面を含む。各々の複数の燃料噴射ポートは、それぞれの燃料プレナムと、空気流路のうちの隣接する空気流路とに流体連通する。導管継手が、フレームに結合し、第１の側壁燃料噴射体、第２の側壁燃料噴射体、および第３の燃料噴射体のそれぞれの燃料プレナムに流体的に連通する。

【0009】

１つ以上の実施形態において、燃料インジェクタは、フレームに結合した取り付けフランジをさらに含むことができる。これらの実施形態または他の実施形態において、燃料インジェクタは、取り付けフランジからフレームとは反対の方向に延びる出口部材をさらに含むことができ、出口部材は、空気流路に流体連通する。

【0010】

１つ以上の実施形態において、側壁燃料噴射体の各々は、涙滴の形状、円形の形状、および三角形の形状のうちの１つを定める断面形状を有することができる。断面形状が涙滴の形状を定める実施形態において、涙滴は、前縁と、前縁の反対側の後縁と、空気流路のうちの１つに隣接する第１の外面と、第１の外面の反対側の第２の外面とを有することを特徴とする。第１の外面および第２の外面の両方は、前縁と後縁との間を延びている。各々の側壁燃料噴射体の第１の外面は、それぞれの複数の燃料噴射ポートを定める。少なくとも１つの実施形態において、燃料噴射ポートは、一列に配置される。

【0011】

１つ以上の実施形態においては、第１の軸が、第１の側壁燃料噴射体の前縁および後縁を通って定められ、第２の軸が、第２の側壁燃料噴射体の前縁および後縁を通って定められる。第１の角度が、第１の軸と燃料インジェクタの噴射軸との間に定められ、第１の角度は、第２の軸と噴射軸との間に定められる第２の角度に等しい。

【0012】

１つ以上の実施形態において、第３の燃料噴射体は、涙滴の形状を定める断面形状を有し、涙滴の形状は、前縁と、前縁の反対側の後縁と、前縁と後縁との間を延びている１対の外面とを有することを特徴とする。１対の外面のうちの少なくとも一方が、第３の複数の燃料噴射ポートを定める。これらの実施形態または他の実施形態において、１対の外面の各々の外面は、それぞれの燃料噴射面を定める。第３の複数の燃料噴射ポートのうちの第１の一部が、１対の外面のうちの第１の燃料噴射面を貫いて定められ、第３の複数の燃料噴射ポートのうちの第２の一部が、１対の外面のうちの第２の燃料噴射面を貫いて定められる。

【0013】

１つ以上の実施形態においては、第４の燃料噴射体が、端壁の間に配置され、第１の側壁燃料噴射体、第３の燃料噴射体、第４の燃料噴射体、および第２の側壁燃料噴射体の間に空気流路が定められるように開口内に配置される。第４の燃料噴射体は、導管継手に流体連通した第４の燃料プレナムを定め、第４のプレナムに流体連通した第４の複数の燃料噴射ポートを定めている少なくとも１つの外面を含む。これらの実施形態または他の実施形態において、第４の燃料噴射体は、涙滴の形状を定める断面形状を有し、涙滴の形状は、前縁と、後縁と、前縁と後縁との間を延びている１対の外面とを有することを特徴とする。

【0014】

第３の燃料噴射体および第４の燃料噴射体の両方を有する実施形態において、第３の長手軸が、第３の燃料噴射体の前縁および後縁を通って定められ、第４の長手軸が、第４の燃料噴射体の前縁および後縁を通って定められる。第３の軸と燃料インジェクタの噴射軸との間に定められる第３の角度は、第４の軸と噴射軸との間に定められる第４の角度に等しい。

【0015】

いくつかの実施形態において、第３の燃料噴射体の第３の複数の燃料噴射ポートは、１対の外面のうちの第１の燃料噴射面を貫いて定められた第３の複数の燃料噴射ポートのうちの第１の一部と、１対の外面のうちの第２の燃料噴射面を貫いて定められた第３の複数の燃料噴射ポートのうちの第２の一部とを含む。これらの実施形態において、第４の燃料噴射体の第４の複数の燃料噴射ポートは、１対の外面のうちの第１の燃料噴射面を貫いて定められた第４の複数の燃料噴射ポートのうちの第１の一部と、１対の外面のうちの第２の燃料噴射面を貫いて定められた第４の複数の燃料噴射ポートのうちの第２の一部とを含む。

【0016】

本開示の別の態様によれば、軸方向燃料多段化（ＡＦＳ）システムを有するガスタービン用の燃焼器も提供される。燃焼器は、前端と、後端と、前端と後端との間に位置する少なくとも１つの貫通開口とを定めているライナを含む。軸方向燃料多段化（ＡＦＳ）システムは、燃料インジェクタおよび燃料供給ラインを含む。燃料インジェクタは、ライナの少なくとも１つの開口のうちの該当の１つを介して流体連通をもたらすように取り付けられ、流体連通は、ライナの長手軸に対して横方向に向けられる。燃料供給ラインは、燃料インジェクタに結合する。インジェクタは、対向して配置された端壁と、第１の燃料プレナムを定めている第１の側壁燃料噴射体と、第１の側壁燃料噴射体に対向して位置し、第２の燃料プレナムを定めている第２の側壁燃料噴射体とを有するフレームを含む。第１の側壁燃料噴射体および第２の側壁燃料噴射体は、端壁の間を軸方向に延びており、端壁とともに空気の通過のための開口を定めている。第３の燃料噴射体が、第３の燃料プレナムを定める。第３の燃料噴射体は、第１の側壁燃料噴射体および第２の側壁燃料噴射体の各々との間に空気流路が定められるように、端壁の間を軸方向に延び、第１の側壁燃料噴射体と第２の側壁燃料噴射体との間に位置する。第１の側壁燃料噴射体は、第１の複数の燃料噴射ポートが定められた少なくとも１つの外面を含み、第２の側壁燃料噴射体は、第２の複数の燃料噴射ポートが定められた少なくとも１つの外面を含み、第３の燃料噴射体は、第３の複数の燃料噴射ポートが定められた少なくとも１つの外面を含む。各々の複数の燃料噴射ポートは、それぞれの燃料プレナムと、空気流路のうちの隣接する空気流路とに流体連通する。導管継手が、フレームに結合し、第１の側壁燃料噴射体、第２の側壁燃料噴射体、および第３の燃料噴射体のそれぞれの燃料プレナムに流体的に連通する。燃料供給ラインは、導管継手に結合する。

【0017】

以上、燃料インジェクタの１つ以上の具体的な実施形態の特徴を提示した。１つ以上の実施形態において、燃料インジェクタは、燃焼器の複数の燃料インジェクタのうちの１つである。

【0018】

当業者へと向けられた本製品および本方法の最良の態様を含む本製品および本方法の充分かつ実施可能な開示が、添付の図面を参照する本明細書に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本明細書に記載の本燃料インジェクタを使用することができる発電用ガスタービンアセンブリの概略図である。

【図2】本燃料インジェクタを含む燃焼缶の概略断面側面図である。

【図3】１つの燃料噴射体を対向する側壁燃料噴射体の間に配置して有する本開示の一態様による燃料インジェクタの斜視図である。

【図4】図３の燃料インジェクタの断面図である。

【図5】１対の燃料噴射体を対向する側壁燃料噴射体の間に配置して有している本開示の別の態様による燃料インジェクタの斜視図である。

【図6】図５の燃料インジェクタの断面図である。

【図7】図３の燃料インジェクタの代案の実施形態の断面図であり、側壁燃料噴射体が円形の断面形状を有している。

【図8】図３の燃料インジェクタの代案の実施形態の断面図であり、側壁燃料噴射体が三角形の断面形状を有している。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下の詳細な説明は、種々のＡＦＳ燃料インジェクタ、それらの構成部品、およびそれらの製造方法を、限定ではなく例として例示する。この説明は、当業者による燃料インジェクタの製作および使用を可能にする。この説明は、燃料インジェクタのいくつかの実施形態を、それらの燃料インジェクタの製作および使用の現時点において考えられる最良の態様を含めて提示する。典型的な燃料インジェクタが、本明細書においては、ヘビーデューティ用ガスタービンアセンブリの燃焼器に組み合わせられるものとして説明される。しかしながら、本明細書に記載の燃料インジェクタは、発電以外のさまざまな分野の幅広い範囲のシステムに一般的に適用されると考えられる。

【0021】

本明細書において使用されるとき、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、あ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使用することができ、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ていない。用語「上流」および「下流」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。

【0022】

本明細書において使用されるとき、用語「半径」（または、そのあらゆる変種）は、任意の適切な形状（例えば、正方形、長方形、三角形、など）の中心から外側へと延びる寸法を指し、円形の中心から外側へと延びる寸法に限られない。同様に、本明細書において使用されるとき、用語「円周」（または、そのあらゆる変種）は、任意の適切な形状（例えば、正方形、長方形、三角形、など）の中心を取り囲むように延びる寸法を指し、円形の中心を取り囲むように延びる寸法に限られない。

【0023】

図１が、本開示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１０００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１０００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１０００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むことができる入口部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、圧縮された作動流体１８を生み出す。

【0024】

圧縮された作動流体１８は、気体燃料供給システムからの気体燃料２０および／または液体燃料供給システムからの液体燃料２１と混合され、１つ以上の燃焼器２４において可燃混合物を形成する。可燃混合物が燃焼し、高い温度、圧力、および速度を有する燃焼ガス２６を発生させる。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、タービン２８の回転によって圧縮機１６を駆動して、圧縮された作動流体１８を生成するように、タービン２８をシャフト３０に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、電気を発生させるための発電機３２にタービン２８を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をタービンの下流の排気スタックへと接続する排気部（図示せず）を通って流れる。排気部は、例えば、環境への放出に先立って排気ガス３４を浄化し、排気ガス３４からさらなる熱を抽出するための熱回収蒸気発生装置（図示せず）を含むことができる。

【0025】

燃焼器２４は、技術的に公知の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、缶型（缶環状型と呼ばれることもある）の燃焼器であってもよい。

【0026】

図２は、ヘビーデューティ用ガスタービンの缶環状燃焼システムに含まれ得る燃焼缶２４の概略図である。缶環状燃焼システムにおいては、複数の燃焼缶２４（例えば、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、またはそれ以上）が、圧縮機をタービンへと接続するロータの周囲の環状のアレイにて配置される。タービンを、電力を生成するための発電機へと（例えば、ロータによって）動作可能に接続することができる。

【0027】

図２において、燃焼缶２４は、燃焼ガス２６を封じ込めてタービンへと運ぶライナ４２を含む。ライナ４２は、多くの従来からの燃焼システムと同様に、円筒状のライナ部分と、円筒状のライナ部分とは別のテーパ状のつなぎ部分とを有することができる。あるいは、ライナ４２は、円筒状の部分とテーパ状の部分とが互いに一体化された一体型本体（または、「ユニボディ」）の構成を有してもよい。したがって、本明細書におけるライナ４２の説明は、別個のライナおよびつなぎピースを有する従来からの燃焼システム、ならびにユニボディのライナを有する燃焼システムの両方を包含するように意図される。さらに、本開示は、つなぎピースとタービンの第１段のノズルとが「つなぎノズル」または「一体化出口ピース」と呼ばれることもある単一のユニットに一体化されている燃焼システムにも同様に適用可能である。

【0028】

ライナ４２は、外側スリーブ４４によって囲まれており、外側スリーブ４４は、ライナ４２と外側スリーブ４４との間に環状部１３２を定めるようにライナ４２から半径方向外側に離れて位置している。外側スリーブ４４は、多くの従来からの燃焼システムと同様に、前端部に位置するフロースリーブ部分を、後端部に位置するインピンジメントスリーブ部分とを含むことができる。あるいは、外側スリーブ４４は、フロースリーブ部分とインピンジメントスリーブ部分とが軸方向において互いに一体化された一体型本体（または、「ユニスリーブ」）の構成を有してもよい。前述のように、本明細書における外側スリーブ４４の説明は、別個のフロースリーブおよびインピンジメントスリーブを有する従来からの燃焼システム、ならびにユニスリーブの外側スリーブを有する燃焼システムの両方を包含するように意図される。

【0029】

燃焼缶２４の前端部分１２０は、１つ以上の燃料ノズル１２２を含む。燃料ノズル１２２は、上流（または、入口）端に燃料入口１２４を有する。燃料入口１２４を、燃焼缶２４の前端の端部カバー１２６を貫いて形成することができる。燃料ノズル１２２の下流（または、出口）端は、燃焼器キャップ１２８を通って延びる。

【0030】

燃焼缶２４の前端部分１２０は、前方ケーシング１３０によって少なくとも部分的に囲まれており、前方ケーシング１３０は、圧縮機吐出ケース１４０に物理的に結合および流体的に連通する。圧縮機吐出ケース１４０は、圧縮機１６（図１に示されている）の出口に流体的に連通し、燃焼缶２４の少なくとも一部分を囲む加圧空気プレナム１４２を定める。空気１８は、圧縮機吐出ケース１４０から燃焼缶２４の後端１１８の付近の外側スリーブ４４の穴を通って環状部１３２へと流れる。環状部１３２は前端部分１２０に流体的に連通しているため、空気流１８は、燃焼缶２４の後端１１８の付近から前端部分１２０へと上流に移動し、前端部分１２０において、空気流１８は方向を反転させ、燃料ノズル１２２に進入する。

【0031】

燃料ノズル１２２は、一次燃料／空気混合物４６としての燃料および空気を、燃料および空気を燃焼させるライナ４２の前端の一次燃焼ゾーン５０へと導入する。一実施形態において、燃料および空気は、燃料ノズル１２２内で（例えば、予混合燃料ノズル内で）混合される。他の実施形態において、燃料および空気は、一次燃焼ゾーン５０へと別々に導入され、一次燃焼ゾーン５０において混合される（例えば、拡散ノズルにおいて生じ得るとおり）。本明細書における「第１の燃料／空気混合物」への言及は、いずれも燃料ノズル１２２によって生成することができる予混合の燃料／空気混合物および拡散式の燃料／空気混合物の両方を説明するものと解釈されるべきである。

【0032】

一次燃焼ゾーン５０からの燃焼ガスは、燃焼缶２４の後端１１８に向かって下流に移動する。１つ以上の燃料インジェクタ１００が、二次燃料／空気混合物５６としての燃料および空気を二次燃焼ゾーン６０へと導入し、二次燃焼ゾーン６０において、この燃料および空気が一次ゾーンの燃焼ガスによって燃やされ、複合の燃焼ガス生成物の流れ２６を形成する。軸方向に分離された燃焼ゾーンを有するこのような燃焼システムは、「軸方向燃料多段化」（ＡＦＳ）システム２００と表現され、下流のインジェクタ１００は、本明細書において「ＡＦＳインジェクタ」と呼ぶことができる。

【0033】

図示の実施形態において、各々のＡＦＳインジェクタ１００のための燃料は、燃焼缶２４の前端から燃料入口１５４を介して供給される。各々の燃料入口１５４は、それぞれのＡＦＳインジェクタ１００に接続された燃料供給ライン１０４に接続される。燃料をリングマニホルドから供給し、あるいは圧縮機吐出ケース１４０を通って延びる半径方向に向けられた燃料供給ラインから供給するなど、ＡＦＳインジェクタ１００へと燃料をもたらす他の方法も使用できることを、理解すべきである。

【0034】

図２は、ＡＦＳインジェクタ１００を燃焼缶２４の長手方向中心線７０に対して角度θ（シータ）に向けてもよいことをさらに示している。図示の実施形態においては、インジェクタ１００の前縁部分（すなわち、インジェクタ１００のうちの前端の最も近くに位置する部分）は、燃焼缶２４の中心線７０から離れるように向けられている一方で、インジェクタ１００の後縁部分は、燃焼缶２４の中心線７０の方へと向けられている。インジェクタ１００の長手軸７５と中心線７０との間に定められる角度θは、０度～±４５度の間、０度～±３０度の間、０度～±２０度の間、または０度～±１０度の間、あるいはこれらの間の任意の中間値であってよい。

【0035】

図２は、燃焼器の中心線（長手軸）７０に対して正の角度にあるインジェクタ１００の向きを示している。他の実施形態（別途の図示は省略）においては、前縁部分が中心線７０に最も近く、後縁部分が中心線７０から遠くなるように、インジェクタ１００を中心線７０に対して負の角度に向けることが望ましいかもしれない。一実施形態において、燃焼缶２４のすべてのインジェクタ１００は、非ゼロの角度に配置される場合、同じ角度に向けられる（すなわち、すべてが同じ正の角度に向けられ、あるいはすべてが同じ負の角度に向けられる）。

【0036】

インジェクタ１００は、第２の燃料／空気混合物５６を燃焼ライナ４２へと中心線７０および／または一次燃焼ゾーンからの燃焼生成物の流れを横切る方向に噴射することにより、二次燃焼ゾーン６０を形成する。一次および二次燃焼ゾーンからの複合の高温ガス２６は、燃焼缶２４の後端１１８を通ってタービン部２８（図１）へと下流に移動し、タービン部２８において燃焼ガス２６が膨張し、タービン２８を駆動する。

【0037】

とりわけ、ガスタービン１０００の動作効率を高め、排出物を低減するために、インジェクタ１００が燃料および圧縮されたガスを完全に混合して第２の燃料／空気混合物５６を形成することが望ましい。したがって、以下で説明されるインジェクタの実施形態は、混合の改善を促進する。加えて、燃料インジェクタ１００は、さらに後述されるように多数の燃料噴射ポートを含むがゆえに、広い範囲の熱放出値を有する燃料を導入する能力が高められ、ガスタービンの運転者にとってより大きな燃料柔軟性を提供する。

【0038】

図３および図４は、それぞれ上述したＡＦＳシステム２００において使用される典型的な燃料インジェクタ１００の斜視図および断面図である。典型的な実施形態において、燃料インジェクタ１００は、対向して配置された１対の端壁３２８を有するフレーム３０４を含む。少なくとも１つの燃料噴射体３４０が、フレーム３０４の側面を定める１対の側壁燃料噴射体３６０の間に配置される。燃料噴射体３４０および側壁燃料噴射体３６０は、本明細書においてさらに説明される。少なくとも１つの実施形態において、燃料インジェクタ１００は、フレーム３０４に結合された取り付けフランジ３０２および出口部材３１０をさらに含む。

【0039】

出口部材３１０は、燃焼缶２４の長手軸７０（図２に示されているＬ_ＣＯＭＢ）に対して半径方向の寸法「Ｒ」を呈する噴射軸３１２（図４に示されている）を定める。燃料インジェクタ１００は、噴射軸３１２におおむね垂直な長手方向寸法（軸Ｌ_ＩＮＪとして表される）と、長手軸Ｌ_ＩＮＪの周りを延びる円周方向寸法「Ｃ」とをさらに含む。

【0040】

図３および図４に示される典型的な実施形態においては、噴射軸３１２がおおむね直線的であるが、噴射軸３１２は、他の実施形態においては非直線的であってもよい。例えば、出口部材３１０は、他の実施形態（図示せず）においては弓形の形状を有してもよい。

【0041】

出口部材３１２は、細長いスロットとして説明することができる形状を有する。細長いスロット形状は、前端１２０へと移動する流れについてライナ４２と外側スリーブ４４との間の環状部１３２における妨害をあまり生じず、したがってライナ４２の耐久性を向上させる。さらに、出口部材３１２のスロット形状は、二次燃料／空気混合物５６と一次燃焼ゾーン５０からの燃焼生成物との混合を改善することにより、排出物を低減する。

【0042】

図３および図４に示される実施形態において、取り付けフランジ３０２、フレーム３０４、および出口部材３１０を、単一の部品からなる構造（すなわち、溶接または他の接合方法を用いることなく互いに一体的に形成されている）として製造することができる。あるいは、他の実施形態においては、フランジ３０２を、フレーム３０４および／または出口３１０と一体に形成しなくてもよい（例えば、フランジ３０２を、適切な締結具を使用してフレーム３０４および／または出口３０２に結合させることができる）。さらには、フレーム３０４および出口３０２を、おそらくは互いに噛み合うスタブフランジ対フランジの接続（別途の図示は省略）を使用してフランジ３０２に別個に接合される一体的な単一の部品からなるユニットとして製作してもよい。

【0043】

おおむね平坦であるフランジ３０２は、各々が燃料インジェクタ１００を外側スリーブ４４に結合させるための締結具（図示せず）を受け入れるようなサイズとされた複数の開口３０６を定める。燃料インジェクタ１００は、フランジ３０２に代え、あるいはフランジ３０２に組み合わせて、インジェクタ１００が本明細書に記載のやり方で機能するようにフレーム３０４または出口部材３１０をライナ４２へと結合させることを可能にする任意の適切な構造（例えば、取り付けボス）を有することができる。

【0044】

フレーム３０４は、燃料インジェクタ１００の入口部分を定める。フレーム３０４は、対向して配置された１対の端壁３２８と、端壁３２８の間を延びる側壁燃料噴射体３６０によって定められた対向して配置された１対の側面とを含む。側壁燃料噴射体３６０は、端壁３２８より長く、したがってフレーム３０４に軸方向におおむね長方形の外形を提供する。フレーム３０４は、フランジ３０２に近い第１の端部３１８（「近位端」）と、フランジ３０２から遠い第２の端部３２０（「遠位端」）とを有する。

【0045】

出口部材３１０は、フレーム３０４の反対側においてフランジ３０２から（燃焼器２４の長手軸に対して）半径方向内側に延びている。出口部材３１０は、半径方向および軸方向において均一または実質的に均一な断面積を定める。出口部材３１０は、フレーム３０４とライナ４２の内部との間の流体連通をもたらし、第２の燃料／空気混合物５６を噴射軸３１２に沿って二次燃焼ゾーン６０へと届ける。出口部材３１０は、燃料インジェクタ１００が設置されたとき、フランジ３０２に近い第１の端部３２２と、フランジ３０２から遠い（ライナ４２に近い）第２の端部３２４とを有する。さらに、燃料インジェクタ１００が設置されたとき、出口部材３１０は、（図２に示されるように）フランジ３０２が外側スリーブ４４の外面に位置するように、ライナ４２と外側スリーブ４４との間の環状部１３２内に配置される。

【0046】

したがって、フレーム３０４は、フランジ３０２から半径方向外側へと第１の方向に延び、出口部材３１０は、フランジ３０２から半径方向内側へと第１の方向とは反対の第２の方向に延びる。フランジ３０２は、フレーム３０４の周りを周状に延びる（すなわち、フレーム３０４を囲む）。フレーム３０４および出口部材３１０は、噴射軸３１２の周りを周状に延び、フランジ３０２を貫いて互いに流体連通する。

【0047】

本明細書に示す実施形態は、フランジ３０２をフレーム３０４と出口部材３１０との間の中央に位置するものとして示しているが、フランジ３０２が、何らかの他の場所に位置してもよく、あるいは何らかの他の適切な向きにて位置してもよいことを理解されたい。例えば、フレーム３０４と出口部材３１０とが、フランジ３０２からおおむね反対の方向に延びる必要はない。

【0048】

いくつかの実施形態においては、端壁３２８を、フランジ３０２に対してある角度に向けてもよい。端壁３２８は、おおむね直線状の断面形状を有する。他の実施形態において、端壁３２８は、フレーム３０４を遠位端３２０と近位端３１８との間で少なくとも部分的に収束させる（すなわち、先細りにする）ことができる任意の適切な断面形状を有することができる。あるいは、端壁３２８の各々が、噴射軸３１２に実質的に平行に向けられた実質的に直線状の断面形状を有してもよい。

【0049】

典型的な実施形態において、燃料インジェクタ１００は、燃料噴射体３４０および側壁燃料噴射体３６０に燃料を供給する導管継手３３２をさらに含む。導管継手３３２は、インジェクタ１００の長手軸（Ｌ_ＩＮＪ）に沿っておおむね外側へと延びるように、フレーム３０４の端壁３２８のうちの１つと一体に形成される。導管継手３３２は、燃料供給ライン１０４に接続され、燃料供給ライン１０４から燃料を受け取る。導管継手３３２は、任意の適切なサイズおよび形状を有することができ、導管継手３３２が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にするフレーム３０４の任意の適切な部分と一体に形成されてよく、あるいはそのような部分と結合することができる。

【0050】

燃料噴射体３４０は、導管継手３３２を突出させる端壁３２８と一体に形成された第１の端部３３６と、燃料インジェクタ１００の反対側の端部の端壁３２８と一体に形成された第２の端部３３８とを有する。フレーム３０４を横切って端壁３２８の間をおおむね直線的に延びる燃料噴射体３４０は、導管継手３３２に流体連通する内部燃料プレナム３５０を定める。他の実施形態において、燃料噴射体３４０は、燃料噴射体３４０が本明細書に記載のように機能することを可能にするフレーム３０４の任意の適切な部分からフレーム３０４の全体または一部分を横切って延びてもよい。これに代え、あるいはこれに加えて、燃料噴射体３４０は、対向して配置された端壁３２８の間に弓形の形状を定めてもよい。

【0051】

上述したように、燃料噴射体３４０は、内部プレナム３５０を定め、かつフレーム３０４の端壁３２８の間を延びる中空構造を形成する複数の表面を有する。長手軸Ｌ_ＩＮＪに対する垂直から得た断面において見たとき、（本実施形態における）燃料噴射体３４０は、一般に、湾曲した前縁３４２と、反対側に位置する後縁３４４と、前縁３４２から後縁３４４まで延びる１対の対向する燃料噴射面３４６、３４８とを備える逆涙滴形状を有する。燃料噴射体３４０は、前縁３４２がフランジ３０２から遠く、後縁３４４がフランジ３０２の近くに位置するように向けられている。

【0052】

各々の燃料噴射面３４６、３４８は、それぞれの側壁燃料噴射体３６０に面し、したがって、後縁３４４の下流かつ出口部材３１０の上流または内部で互いに交差する１対の流路３５２を定める。流路３５２は、フレーム３０４の遠位端３２０からフレーム３０４の近位端３１８まで均一な寸法であってよく、あるいは流路３５２は、遠位端３２０から近位端３１８へと収束することで、流れを加速させてもよい。

【0053】

各々の燃料噴射面３４６、３４８は、内部プレナム３５０と流路３５２との間の流体連通をもたらす複数の燃料噴射ポート３５４を含む。燃料噴射ポート３５４は、例えば、本明細書に記載のとおりの燃料噴射体３４０の機能を可能にするために適した任意のやり方（例えば、一様または非一様な間隔のポート３５４の１つ以上の列）にて、燃料噴射面３４６、３４８の長さに沿って間隔を空けつつ配置される（図３を参照）。

【0054】

各々の側壁燃料噴射体３６０は、導管継手３３２を突出させる端壁３２８と一体に形成された第１の端部３６６と、燃料インジェクタ１００の反対側の端部の端壁３２８と一体に形成された第２の端部３６８とを有する。フレーム３０４を横切って端壁３２８の間をおおむね直線的に延びる各々の側壁燃料噴射体３６０は、導管継手３３２に流体連通する内部燃料プレナム３７０を定める。他の実施形態において、側壁燃料噴射体３６０は、対向して配置された端壁３２８の間に弓形（または、非直線）の形状を定めてもよい。

【0055】

各々の側壁燃料噴射体３６０は、内部プレナム３７０を定め、かつフレーム３０４の端壁３２８の間を延びる中空構造を形成する複数の表面を有する。長手軸Ｌ_ＩＮＪに対する垂直から得た断面において見たとき、（本実施形態における）側壁燃料噴射体３６０は、一般に、湾曲した前縁３６２と、反対側に位置する後縁３６４と、前縁３６２から後縁３６４まで延びる１対の対向する表面３６６、３６８とを各々が備える逆涙滴形状を有する。燃料噴射体３６０は、前縁３６２がフランジ３０２から遠く、後縁３６４がフランジ３０２の近くに位置するように向けられている。

【0056】

燃料噴射体３４０に面する表面３６６は、複数の燃料噴射ポート３７４を含む燃料噴射面を定める。燃料噴射ポート３７４は、内部プレナム３７０と流路３５２との間の流体連通をもたらす。燃料噴射ポート３７４は、例えば、本明細書に記載のとおりの側壁燃料噴射体３６０の機能を可能にするために適した任意のやり方（例えば、一様または非一様な間隔のポート３７４の１つ以上の列）にて、燃料噴射面３６６の長さに沿って間隔を空けつつ配置される。フランジ３０２に近い方の表面３４８は、燃料噴射ポートを有さない中実な表面を定める。

【0057】

さらに、図３および図４に示されるように、フレーム３０４の側壁燃料噴射体３６０の各々は、フランジ３０２に対して第１の角度３８０に向けられ、噴射軸３１２に対して第２の角度３８２に向けられている。図示の典型的な実施形態において、第１の角度３８０および第２の角度３８２は、互いに相補的である（すなわち、合計が９０度である）。第１の角度３８０は、フランジ３０２（または、いくつかの場合においてはフランジに平行な仮想の線）と、側壁燃料噴射体３６０の前縁３６２および後縁３６４を通って定められる長手軸３７５との間に定められる。第２の角度３８２は、側壁燃料噴射体３６０の長手軸３７５と燃料インジェクタ１００の噴射軸３１２との間に定められる。

【0058】

とりわけ、燃料インジェクタ１００は、適切な数の流路３５２を定める任意の適切な向きでフレーム３０４を横切って延びる２つ以上の燃料噴射体３４０を有することができる。例えば、図５および図６に示される実施形態において、燃料インジェクタ４００は、間隔を空けて位置する３つの流路３５２がフレーム３０４内に定められるように、上述の１対の側壁燃料噴射体３６０の間に配置された１対の隣接する燃料噴射体３４０ａ、３４０ｂを含む。一実施形態において、流路３５２は、燃料噴射体３４０が噴射軸３１２に対して同じ角度（すなわち、角度３９０）に向けられ、側壁燃料噴射体３６０が噴射軸３１２に対して同じ角度（すなわち、角度３８２）に向けられる結果として、等間隔である。角度３９０は、燃料噴射体３４０ａまたは３４０ｂの前縁３４２および後縁３４４を通って延びる長手軸３４５と、燃料インジェクタ３１２の噴射軸３１２との間に定められる。

【0059】

各々の燃料噴射体３４０ａ、３４０ｂは、上述したように、複数の燃料噴射ポート３５４を少なくとも１つの燃料噴射面３４６または３４８に含み、燃料噴射ポート３５４は、各々の燃料噴射体３４０ａ、３４０ｂ内に定められたそれぞれのプレナム３５０ａ、３５０ｂに流体連通する。次いで、プレナム３５０ａ、３５０ｂは、燃料供給ライン１０４から燃料を受け取る導管継手３３２に流体連通する。側燃料噴射体３６０は、上述のとおりに構成される。

【0060】

ここで、図３～図６に示した単一または２連の両方の噴射体の実施形態を参照すると、燃焼缶２４の特定の動作において、圧縮されたガスがフレーム３４０へと流入し、流路３５２を通って流れる。同時に、燃料が、燃料供給ライン１０４および導管継手３３２を通って１つ以上の燃料噴射体３４０（または、３４０ａ、３４０ｂ）の内部プレナム３５０（または、３５０ａ、３５０ｂ）へと運ばれる。燃料は、プレナム３５０から各々の燃料噴射体３４０の燃料噴射面３４６および／または３４８の燃料噴射ポート３５４を通って流路３５２に進入し、流路３５２において圧縮された空気と混ざり合う。燃料噴射ポート３５４は、噴射面３４６または３４８に対して垂直であってよく、あるいは燃料噴射ポート３５４は、燃料噴射面３４６、３４８に対して傾斜していてもよい。燃料および圧縮された空気は、出口部材３１０を通って（図２に示されているとおりの）二次燃焼ゾーン６０へと噴射される第２の燃料／空気混合物５６を形成する。

【0061】

図７および図８は、燃料インジェクタにおける側壁燃料噴射体（すなわち、３６０）の代替の構成を説明する。図７に示されるように、燃料インジェクタ５００は、円形の断面形状を有する１対の側壁燃料噴射体４６０を含む。側壁燃料噴射体４６０は、それぞれの燃料プレナム４７０を定める。１つ以上の燃料噴射ポート４７４が、側壁燃料噴射体４６０を貫いて定められ、燃料が燃料噴射ポート３７４を通って流路３５２へと噴射される。上述したように、燃料は、燃料噴射ポート３５４を介して燃料噴射体３４０によって定められた燃料プレナム３５０からも噴射される。

【0062】

図８は、三角形断面形状を有する１対の側壁燃料噴射体５６０を含む燃料インジェクタ６００を示している。側壁燃料噴射体５６０は、それぞれの燃料プレナム５７０を定める。１つ以上の燃料噴射ポート５７４が、側壁燃料噴射体５６０を貫いて定められ、燃料が燃料噴射ポート５７４を通って流路３５２へと噴射される。上述したように、燃料は、燃料噴射ポート３５４を介して燃料噴射体３４０によって定められた燃料プレナム３５０からも噴射される。

【0063】

図７および図８は、側壁燃料噴射体４６０、５６０の間に配置された単一の燃料噴射体３４０を有する構成を示しているが、これに代え、２つ以上の燃料噴射体３４０を用いてもよいことを理解されたい。

【0064】

本明細書に記載の本燃料インジェクタは、燃焼器における燃料および圧縮されたガスのより良好な混合を促進し、排出物を減少させる。したがって、本燃料インジェクタおよびＡＦＳシステムは、例えば、ガスタービンアセンブリの燃焼器などの燃焼器の全体的な動作効率の向上を促進する。これは、出力を増加させ、例えばガスタービンアセンブリの燃焼器などの燃焼器の動作に関連するコストを低減する。

【0065】

燃料インジェクタの典型的な実施形態およびその使用の方法について、詳細に上述した。本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、方法およびシステムの構成要素は、本明細書に記載の他の構成要素から独立かつ別々に利用することが可能である。例えば、本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載のタービンアセンブリにおける実施に限定されない他の用途を有することができる。むしろ、本明細書に記載の方法およびシステムは、さまざまな他の産業に関連して実施および利用することが可能である。

【0066】

本技術的前進を種々の具体的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、本技術的前進を特許請求の範囲の技術的思想および技術的範囲の範疇において修正を加えて実施できることを、理解できるであろう。

【符号の説明】

【0067】

１２ 入口部
１４ 作動流体
１６ 圧縮機
１８ 空気
１８ 空気流
１８ 圧縮された作動流体
２０ 気体燃料
２１ 液体燃料
２４ 燃焼器
２４ 燃焼缶
２６ 燃焼ガス
２６ 高温ガス
２８ タービン部
２８ タービン
３０ シャフト
３２ 発電機
３４ 排気ガス
４２ ライナ
４４ 外側スリーブ
４６ 一次燃料／空気混合物
５０ 一次燃焼ゾーン
５６ 第２の燃料／空気混合物
５６ 二次燃料／空気混合物
６０ 二次燃焼ゾーン
７０ （燃焼器の）中心線
７０ （燃料缶の）長手軸
７５ （燃料インジェクタの）長手軸
１００ ＡＦＳインジェクタ
１００ 燃料インジェクタ
１０４ 燃料供給ライン
１１８ （燃焼器の）後端
１２０ （燃焼器の）前端部分
１２２ 燃料ノズル
１２４ 燃料入口
１２６ 端部カバー
１２８ 燃焼器キャップ
１３０ 前方ケーシング
１３２ 環状部
１４０ 圧縮機吐出ケース
１４２ 加圧空気プレナム
１５４ 燃料入口
２００ 軸方向燃料多段化（ＡＦＳ）システム
３０２ 取り付けフランジ
３０２ 出口
３０４ フレーム
３０６ 開口
３１０ 出口部材
３１０ 出口
３１２ 噴射軸
３１２ 出口部材
３１８ （フレームの）第１の端部（近位端）
３２０ （フレームの）第２の端部（遠位端）
３２２ （出口部材の）第１の端部
３２４ （出口部材の）第２の端部
３２８ 端壁
３３２ 導管継手
３３６ （燃料噴射体の）第１の端部
３３８ （燃料噴射体の）第２の端部
３４０ フレーム
３４０ 燃料噴射体
３４０ａ 燃料噴射体
３４０ｂ 燃料噴射体
３４２ （燃料噴射体の）前縁
３４４ （燃料噴射体の）後縁
３４５ （燃料噴射体の）長手軸
３４６ （燃料噴射体の）燃料噴射面
３４８ （燃料噴射体の）燃料噴射面
３５０ （燃料噴射体の）燃料プレナム
３５０ａ （燃料噴射体の）燃料プレナム
３５０ｂ （燃料噴射体の）燃料プレナム
３５２ 流路
３５４ （燃料噴射体の）燃料噴射ポート
３６０ 側壁燃料噴射体
３６２ （側壁燃料噴射体の）前縁
３６４ （側壁燃料噴射体の）後縁
３６６ （側壁燃料噴射体の）第１の端部
３６６ （側壁燃料噴射体の）燃料噴射面
３６８ （側壁燃料噴射体の）第２の端部
３６８ （側壁燃料噴射体の）中実な表面
３７０ （側壁燃料噴射体の）燃料プレナム
３７４ （側壁燃料噴射体の）燃料噴射ポート
３７５ （側壁燃料噴射体の）長手軸
３８０ 第１の角度
３８２ 第２の角度
３９０ 角度
４００ 燃料インジェクタ
４６０ 側壁燃料噴射体
４７０ （側壁燃料噴射体の）燃料プレナム
４７４ （側壁燃料噴射体の）燃料噴射ポート
５００ 燃料インジェクタ
５６０ 側壁燃料噴射体
５７０ （側壁燃料噴射体の）燃料プレナム
５７４ （側壁燃料噴射体の）燃料噴射ポート
６００ 燃料インジェクタ
１０００ ガスタービン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】