特表 2024-535514 インジェクター、これを含む燃焼器、及びこれを含むガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-30

(54)【発明の名称】インジェクター、これを含む燃焼器、及びこれを含むガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/20 20060101AFI20240920BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20240920BHJP

   F02C 7/232 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

F23R3/20

F23R3/28 B

F02C7/232 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024520716

(86)(22)【出願日】2022-08-30

(85)【翻訳文提出日】2024-04-04

(86)【国際出願番号】 KR2022012987

(87)【国際公開番号】W WO2023058907

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】10-2021-0133512

(32)【優先日】2021-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0188701

(32)【優先日】2021-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0089863

(32)【優先日】2022-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】592127149

【氏名又は名称】韓国科学技術院

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

【住所又は居所原語表記】２９１，Ｄａｅｈａｋ－ｒｏ Ｙｕｓｅｏｎｇ－ｇｕ，Ｄａｅｊｅｏｎ ３４１４１，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(74)【代理人】

【識別番号】100231038

【弁理士】

【氏名又は名称】正村 智彦

(72)【発明者】

【氏名】キム・キュテ

(72)【発明者】

【氏名】リ・テソン

(57)【要約】

【要約】
本発明は、インジェクター、これを含む燃焼器、及びこれを含むガスタービンに関し、インジェクターは、インジェクターボディ部、及び前記インジェクターボディ部を基準方向に沿って貫通して形成されるスリット部を含み、前記スリット部は、前記基準方向に沿って延長される仮想の基準軸を中心とする仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分、及び前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分を含むことができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インジェクターボディ部；及び
前記インジェクターボディ部を基準方向に沿って貫通して形成されるスリット部を含み、
前記スリット部は、
前記基準方向に沿って延長される仮想の基準軸を中心とする仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分；及び
前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分を含む、インジェクター。

【請求項2】

前記第１スリット部分は、
前記基準軸を中心とする仮想の第１基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１－１スリット；及び
前記基準軸を中心として、前記第１基準円より直径が大きい仮想の第２基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１－２スリットを含む、請求項１に記載のインジェクター。

【請求項3】

前記第１基準円と前記第２基準円の間の領域を第１領域とするとき、
前記第２スリット部分は、
前記第１領域に配置され、前記第１基準円の半径方向に延長される、第２－１スリットを含む、請求項２に記載のインジェクター。

【請求項4】

前記基準方向に沿って眺めるとき、
前記第１－１スリットと前記第２－１スリットは、前記第１基準円の半径方向に沿って互いに離隔される、請求項３に記載のインジェクター。

【請求項5】

前記第１－１スリットは、複数個で形成され、
前記複数個の第１－１スリットは、前記第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、前記第１基準円の一部である第１基準弧の形状を有する、請求項２に記載のインジェクター。

【請求項6】

前記第１－２スリットは、複数個で形成され、
前記複数個の第１－２スリットは、前記第２基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、前記第２基準円の一部である第２基準弧の形状を有し、
前記第１基準弧を画成する第１扇形の中心角の大きさは、前記第２基準弧を画成する第２扇形の中心角の大きさより大きい、請求項５に記載のインジェクター。

【請求項7】

前記第２－１スリットは、複数個で形成され、
前記複数個の第２－１スリットは、前記第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔される、請求項３に記載のインジェクター。

【請求項8】

前記第１－１スリットは、複数個で形成され、
前記複数個の第１－１スリットは、前記第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、
互いに隣接した一対の第１－１スリットの間の空間を第１－１離隔空間とするとき、
前記第２－１スリットは、
前記半径方向に沿って眺めるとき、前記第１－１離隔空間と重畳される離隔空間重畳スリットを含む、請求項７に記載のインジェクター。

【請求項9】

前記第１－１スリット及び前記第１－２スリットは、複数個で形成され、
前記第１－１スリットの個数は、前記第１－２スリットの個数より少ない、請求項２に記載のインジェクター。

【請求項10】

前記第１スリット部分は、
前記基準軸を中心として、前記第２基準円より直径が大きい仮想の第３基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１－３スリットをさらに含み、
前記第２基準円と前記第３基準円の間の領域を第２領域とするとき、
前記第２スリット部分は、
前記第２領域に配置され、前記第２基準円の半径方向に延長される、第２－２スリットをさらに含む、請求項３に記載のインジェクター。

【請求項11】

前記第２－１スリット及び前記第２－２スリットは、複数個で形成され、
前記第２－１スリットの個数は、前記第２－２スリットの個数より少ない、請求項１０に記載のインジェクター。

【請求項12】

前記第２－１スリット及び前記第２－２スリットは、複数個で形成され、
前記第２－２スリットは、
前記半径方向に沿って眺めるとき、いずれか一つの第２－１スリットと重畳される重畳スリットを含む、請求項１０に記載のインジェクター。

【請求項13】

前記第２－１スリット及び前記第２－２スリットは、複数個で形成され、
前記基準方向に直交する一方向を第１方向とし、前記基準方向及び前記第１方向に直交する一方向を第２方向とするとき、
前記基準方向に沿って眺めるとき、前記基準軸から前記第１方向に沿って延長される第１直線、及び前記基準軸から前記第２方向に沿って延長される第２直線の間に画成される第１基準領域内に位置した第２－１スリットの個数は、前記第１基準領域内に位置した第２－２スリットの個数と同一であり、
前記第１直線及び前記基準軸から前記第２方向の反対方向に沿って延長される第３直線の間に画成される第２基準領域内に位置した第２－１スリットの個数は、前記第２基準領域内に位置した第２－２スリットの個数より少ない、請求項１０に記載のインジェクター。

【請求項14】

前記第１基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数は、前記基準軸から前記第１方向の反対方向に沿って延長される第４直線及び前記第３直線の間に画成される第３基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数とそれぞれ同一であり、
前記第２基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数は、前記第２直線及び前記第４直線の間に画成される第４基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数とそれぞれ同一である、請求項１３に記載のインジェクター。

【請求項15】

前記第２スリット部分は、複数個で形成され、
前記基準軸を含む仮想の平面である基準平面で前記インジェクターボディ部を区画するとき、前記基準平面の両側に配置された第２スリット部分の個数は互いに異なる、請求項１に記載のインジェクター。

【請求項16】

燃料及び空気を供給する供給管；
前記供給管に結合されて流入された前記燃料及び前記空気を噴射するように設けられるインジェクター；及び
前記インジェクターが噴射した前記燃料及び前記空気が流入されるように設けられる燃焼室を含み、
前記インジェクターは、
基準方向に沿って延長されるスリット部を含み、
前記スリット部は、
仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分；及び
前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分を含む、燃焼器。

【請求項17】

空気を圧縮させて排出するように設けられる圧縮機；
燃料と前記圧縮機で圧縮されて排出された空気を混合した後に燃消させて燃焼ガスを生成するように設けられる燃焼器；及び
前記燃焼器から伝達された前記燃焼ガスにより回転するように設けられるタービンブレードを含み、
前記燃焼器は、
混合された前記燃料及び前記圧縮機で圧縮されて排出された空気を噴射するように設けられるインジェクターを含み、
前記インジェクターは、
仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分と、前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分とを含むスリット部を含む、ガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インジェクター、これを含む燃焼器、及びこれを含むガスタービンに関する。

【背景技術】

【0002】

最近は、地球温暖化を防ぐための国際機関ＵＮＦＣＣＣの報告書及びパリ気候協約を筆頭に、二酸化炭素（ＣＯ_２）減縮のための炭素中立化（Ｃａｒｂｏｎ－ｎｅｕｔｒａｌｉｔｙ）に関する論議が世界中でなされている。特に、発電領域は、二酸化炭素の全体排出量の２５％程度を占め、一般に、数ヶ月単位の長い時間の間に駆動されるので、炭素中立化のための対策が強力に求められている状況である。

【0003】

よって、ガスタービンの製造社は、炭素を含まず燃焼時に二酸化炭素が発生しない水素（Ｈ_２）を新たな代案として判断し、２０００年代初から開発を進めている。

【0004】

しかし、水素は、高い反応性を示し、メタン、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）などの既存の燃料に比べて約６倍早い火炎速度を示す。それにより、水素は、旋回器がなくとも広い運転範囲を有することができるという長所を付与するが、それと同時に逆火（ｆｌａｓｈｂａｃｋ）が起こりやすいという短所をともに有する。

【0005】

逆火は、燃料の高い反応性又は強い燃焼振動により、供給される流速より火炎の伝播速度が速くなり火炎が逆流することを意味する。上流に逆流した火炎は、冷却設計が脆弱なところに付着してシステムを溶融させるようになるため、天然ガスを主燃料として活用してきた既存の燃焼器ノズル構造では、安定的な水素専焼ガスタービンの駆動が不可能であった。

【0006】

産業界では、インジェクターの形状を極端に変えることで水素火炎の不安定性を解決しようとした。旋回器を含む多重ノズルインジェクターは、大きなノズルの直径により水素の火炎が容易に逆火したので、大部分のガスタービン製造社では、数ミリメートル単位の直径を有する多重チューブ又はマイクロミキサータイプのノズル形態を採用することで、インジェクターの形状の最適化を進めている。図１は、従来の多重チューブインジェクターの断面を概念的に示した図である。

【0007】

しかし、高い水素分率燃料の場合は、多重チューブの形態を活用するとしても火炎の逆火を制御することが依然と困難な状況である。つまり、水素火炎の逆火を減らすことができる新たなインジェクターの形状が求められる状況である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、水素火炎の逆火を減少させることができるインジェクター、これを含む燃焼器、及びこれを含むガスタービンを提供することである。

【0009】

また、本発明の課題は、燃焼振動を減少させることができるインジェクター、これを含む燃焼器、及びこれを含むガスタービンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

一例において、インジェクターは、インジェクターボディ部、及び前記インジェクターボディ部を基準方向に沿って貫通して形成されるスリット部を含み、前記スリット部は、前記基準方向に沿って延長される仮想の基準軸を中心とする仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分、及び前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分を含むことができる。

【0011】

他の例において、前記第１スリット部分は、前記基準軸を中心とする仮想の第１基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１－１スリット、及び前記基準軸を中心として、前記第１基準円より直径が大きい仮想の第２基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１－２スリットを含むことができる。

【0012】

また他の例において、前記第１基準円と前記第２基準円の間の領域を第１領域とするとき、前記第２スリット部分は、前記第１領域に配置され、前記第１基準円の半径方向に延長される、第２－１スリットを含むことができる。

【0013】

また他の例において、前記基準方向に沿って眺めるとき、前記第１－１スリットと前記第２－１スリットは、前記第１基準円の半径方向に沿って互いに離隔されてよい。

【0014】

また他の例において、前記第１－１スリットは、複数個で形成され、前記複数個の第１－１スリットは、前記第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、前記第１基準円の一部である第１基準弧の形状を有することができる。

【0015】

また他の例において、前記第１－２スリットは、複数個で形成され、前記複数個の第１－２スリットは、前記第２基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、前記第２基準円の一部である第２基準弧の形状を有し、前記第１基準弧を画成する第１扇形の中心角の大きさは、前記第２基準弧を画成する第２扇形の中心角の大きさより大きくてよい。

【0016】

また他の例において、前記第２－１スリットは、複数個で形成され、前記複数個の第２－１スリットは、前記第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔されてよい。

【0017】

また他の例において、前記第１－１スリットは、複数個で形成され、前記複数個の第１－１スリットは、前記第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、互いに隣接した一対の第１－１スリットの間の空間を第１－１離隔空間とするとき、前記第２－１スリットは、前記半径方向に沿って眺めるとき、前記第１－１離隔空間と重畳される離隔空間重畳スリットを含むことができる。

【0018】

また他の例において、前記第１－１スリット及び前記第１－２スリットは、複数個で形成され、前記第１－１スリットの個数は、前記第１－２スリットの個数より少なくてよい。

【0019】

また他の例において、前記インジェクターは、前記基準軸を中心として、前記第２基準円より直径が大きい仮想の第３基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１－３スリットをさらに含み、前記第２基準円と前記第３基準円の間の領域を第２領域とするとき、前記第２スリット部分は、前記第２領域に配置され、前記第２基準円の半径方向に延長される、第２－２スリットをさらに含むことができる。

【0020】

また他の例において、前記第２－１スリット及び前記第２－２スリットは、複数個で形成され、前記第２－１スリットの個数は、前記第２－２スリットの個数より少なくてよい。

【0021】

また他の例において、前記第２－１スリット及び前記第２－２スリットは、複数個で形成され、前記第２－２スリットは、前記半径方向に沿って眺めるとき、いずれか一つの第２－１スリットと重畳される重畳スリットを含むことができる。

【0022】

また他の例において、前記第２－１スリット及び前記第２－２スリットは、複数個で形成され、前記基準方向に直交する一方向を第１方向とし、前記基準方向及び前記第１方向に直交する一方向を第２方向とするとき、前記基準方向に沿って眺めるとき、前記基準軸から前記第１方向に沿って延長される第１直線、及び前記基準軸から前記第２方向に沿って延長される第２直線の間に画成される第１基準領域内に位置した第２－１スリットの個数は、前記第１基準領域内に位置した第２－２スリットの個数と同一であり、前記第１直線及び前記基準軸から前記第２方向の反対方向に沿って延長される第３直線の間に画成される第２基準領域内に位置した第２－１スリットの個数は、前記第２基準領域内に位置した第２－２スリットの個数より少なくてよい。

【0023】

また他の例において、前記第１基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数は、前記基準軸から前記第１方向の反対方向に沿って延長される第４直線及び前記第３直線の間に画成される第３基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数とそれぞれ同一であり、前記第２基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数は、前記第２直線及び前記第４直線の間に画成される第４基準領域内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数とそれぞれ同一であってよい。

【0024】

また他の例において、前記第２スリット部分は、複数個で形成され、前記基準軸を含む仮想の平面である基準平面で前記インジェクターボディ部を区画するとき、前記基準平面の両側に配置された第２スリット部分の個数は互いに異なってよい。

【0025】

一例として、燃焼器は、燃料及び空気を供給する供給管、前記供給管に結合されて流入された前記燃料及び前記空気を噴射するように設けられるインジェクター、及び前記インジェクターが噴射した前記燃料及び前記空気が流入されるように設けられる燃焼室を含み、前記インジェクターは、基準方向に沿って延長されるスリット部を含み、前記スリット部は、仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分、及び前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分を含むことができる。

【0026】

一例として、ガスタービンは、空気を圧縮させて排出するように設けられる圧縮機、燃料と前記圧縮機で圧縮されて排出された空気を混合した後に燃消させて燃焼ガスを生成するように設けられる燃焼器、及び前記燃焼器から伝達された前記燃焼ガスにより回転するように設けられるタービンブレードを含み、前記燃焼器は、混合された前記燃料及び前記圧縮機で圧縮されて排出された空気を噴射するように設けられるインジェクターを含み、前記インジェクターは、仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有する第１スリット部分と、前記基準円の半径方向に沿って延長される形状を有する第２スリット部分とを含むスリット部を含むことができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によると、従来の多重チューブインジェクターに比べて狭い幅を有するスリット部を含むので、逆火現象が減少し得る。

【0028】

また、本発明によると、従来の多重チューブ円形インジェクターに比べ、火炎の厚さと類似の幅を有するスリット部を含むことで火炎面の変化抑制を誘導するので、燃焼不安定が緩和され、燃焼振動が減少し得る。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】従来の多重チューブインジェクターを概念的に示した図である。

【図2】本発明によるインジェクターが適用され得るガスタービンを概念的に示した切開斜視図である。

【図3】本発明によるインジェクターが適用され得る燃焼器の断面を概念的に示した図である。

【図4】本発明の実施例１によるインジェクターを基準方向側から眺めた姿を概念的に示した図である。

【図5】本発明の実施例１によるインジェクターを概念的に示した図である。

【図6】本発明の実施例１によるインジェクターのスリット部のうちいずれか一つの断面を概念的に示した図である。

【図7】逆火現象を概念的に示した図である。

【図8】水素燃焼試験のための装備を概念的に示した図である。

【図9】図１の多重チューブインジェクターと図４のインジェクターの水素燃焼試験の結果を比較して示した図である。

【図10】スリット部を通過する燃料－空気混合物の流速が５０ｍ／ｓであるときの水素燃焼試験の結果を示した図である。

【図11】本発明の実施例２によるインジェクターを基準方向側から眺めた姿を概念的に示した図である。

【図12】本発明の実施例３によるインジェクターを基準方向側から眺めた姿を概念的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本出願は、２０２１年１０月７日に出願された韓国特許出願第１０－２０２１－０１３３５１２号、２０２１年１２月２７日に出願された韓国特許出願第１０－２０２１－０１８８７０１号、及び２０２２年７月２０日に出願された韓国特許出願第１０－２０２２－００８９８６３号に基づいた優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された全ての内容は本出願に援用される。

【0031】

以下、本発明の一部の実施例を例示的な図を介して詳細に説明する。各図の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図に表示されるとしても、できる限り同一の符号を有するようにしている。また、本発明の実施例を説明することにおいて、関連された公知の構成又は機能に対する具体的な説明が本発明の実施例に対する理解を妨害すると判断されれば、その詳細な説明は省略する。

【0032】

本発明によるインジェクターは、ガスタービンの燃焼器に適用されるインジェクターであってよい。図２は、本発明によるインジェクターが適用され得るガスタービンを概念的に示した切開斜視図である。図３は、本発明によるインジェクターが適用され得る燃焼器の断面を概念的に示した図である。図３は、図２のＢ領域を概念的に示したものとして理解することができる。

【0033】

以下では、インジェクターの各実施例に関して詳述する。

【0034】

実施例１
図４は、本発明の実施例１によるインジェクターを基準方向側から眺めた姿を概念的に示した図である。図５は、本発明の実施例１によるインジェクターを概念的に示した図である。図６は、本発明の実施例１によるインジェクターのスリット部のうちいずれか一つの断面を概念的に示した図である。

【0035】

インジェクターは、インジェクターボディ部１０及びスリット部２０を含むことができる。スリット部２０は、インジェクターボディ部１０を基準方向Ｄに沿って貫通して形成されてよい。インジェクターボディ部１０は、金属素材であってよい。インジェクターボディ部１０は、基準方向Ｄに沿って延長されてよい。

【0036】

スリット部２０は、第１スリット部分２１及び第２スリット部分２２を含むことができる。第１スリット部分２１は、仮想の基準円の円周方向に沿って延長される形状を有することができる。基準円は、基準方向Ｄに沿って延長される仮想の基準軸を中心とする円であってよい。

【0037】

第１スリット部分２１の第１幅は、０．３７ｍｍから２ｍｍであってよい。好ましくは、第１幅は１．５ｍｍであってよい。第１幅は、第１スリット部分２１が延長される方向に直交する方向に沿って第１スリット部分２１が有する長さであってよい。第１幅は、水素火炎が理論的に有することができる厚さと類似してよい。

【0038】

第２スリット部分２２は、基準円の半径方向に沿って延長される形状を有することができる。第２スリット部分２２の第２幅は、０．３７ｍｍから２ｍｍであってよい。好ましくは、第２幅は１．５ｍｍであってよい。第２幅は、第２スリット部分２２が延長される方向に直交する方向に沿って第２スリット部分２２が有する長さであってよい。第２幅は、水素火炎が理論的に有することができる厚さと類似してよい。

【0039】

第１スリット部分２１は、第１－１スリット２１ａ及び第１－２スリット２１ｂを含むことができる。第１－１スリット２１ａは、基準軸を中心とする仮想の第１基準円の円周方向に沿って延長される形状を有することができる。また、第１－２スリット２１ｂは、前記基準軸を中心とする仮想の第２基準円の円周方向に沿って延長される形状を有することができる。第２基準円の直径は、第１基準円の直径より大きくてよい。

【0040】

第１－１スリット２１ａは、複数個で形成されてよい。複数個の第１－１スリット２１ａは、第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、第１基準円の一部である第１基準弧の形状を有することができる。互いに隣接した一対の第１－１スリット２１ａの間には第１－１離隔空間Ｓ１が形成されてよい。

【0041】

第１－２スリット２１ｂは、複数個で形成されてよい。複数個の第１－２スリット２１ｂは、第２基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、第２基準円の一部である第２基準弧の形状を有することができる。

【0042】

第１基準弧を画成する第１扇形の中心角の大きさは、第２基準弧を画成する第２扇形の中心角の大きさより大きくてよい。これは、第１－１スリット２１ａの個数が第１－２スリット２１ｂの個数より少ないことを意味することができる。

【0043】

第２スリット部分２２は、第２－１スリット２２ａを含むことができる。第２－１スリット２２ａは、第１領域ＡＲ１に配置され、第１基準円の半径方向に延長されてよい。第１領域ＡＲ１は、第１基準円と第２基準円の間の領域を意味することができる。

【0044】

第２－１スリット２２ａは、複数個で形成されてよい。複数個の第２－１スリット２２ａは、第１基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔されてよい。

【0045】

第２－１スリット２２ａは、離隔空間重畳スリット２２ａ’を含むことができる。離隔空間重畳スリット２２ａ’は、複数個の第２－１スリット２２ａのうち、半径方向に沿って眺めるとき、第１－１離隔空間Ｓ１と重畳される第２－１スリットを意味することができる。これは、複数個の第２－１スリット２２ａは、半径方向に沿って眺めるとき、第１－１離隔空間Ｓ１と重畳される第２－１スリットと、重畳されない第２－１スリットとを含み得ることを意味することができる。

【0046】

第１スリット部分２１は、第１－３スリット２１ｃをさらに含むことができる。第１－３スリット２１ｃは、第３基準円の円周方向に沿って延長される形状を有することができる。第３基準円は、基準軸を中心として、第２基準円より直径が大きい仮想の円であってよい。

【0047】

第１－３スリット２１ｃは、複数個で形成されてよい。複数個の第１－３スリット２１ｃは、第３基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔され、第３基準円の一部である第３基準弧の形状を有することができる。

【0048】

第２スリット部分２２は、第２－２スリット２２ｂをさらに含むことができる。第２－２スリット２２ｂは、第２領域ＡＲ２に配置され、第２基準円の半径方向に延長されてよい。第２領域ＡＲ２は、第２基準円と第３基準円の間の領域を意味することができる。

【0049】

第２－２スリット２２ｂは、複数個で形成されてよい。複数個の第２－２スリット２２ｂは、第２基準円の円周方向に沿ってそれぞれ離隔されてよい。

【0050】

第２－２スリット２２ｂは、重畳スリット２２ｂ’を含むことができる。重畳スリット２２ｂ’は、第２－２スリット２２ｂのうち、半径方向に沿って眺めるとき、いずれか一つの第２－１スリット２２ａと重畳される第２－２スリットを意味することができる。

【0051】

これは、複数個の第２－２スリット２２ｂは、半径方向に沿って眺めるとき、いずれか一つの第２－１スリット２２ａと重畳される第２－２スリットと、重畳されない第２－２スリットとを含み得ることを意味することができる。

【0052】

本発明の実施例１によるインジェクターは、逆火現象が減少し得るインジェクターであってよい。図６は、本発明の実施例１によるインジェクターのスリット部のうちいずれか一つの断面を概念的に示した図である。予め混合された燃料／空気混合物は、基準方向Ｄに沿ってスリット部２０に供給されてよい。

【0053】

図７は、逆火現象を概念的に示した図である。図７ａから図７ｄに示されているように、逆火する火炎３０は、基準方向Ｄの反対方向Ｄ’に移動することができる。本発明の実施例１によるインジェクターは、従来の多重チューブノズルに比べ、体積対比断面積が広いスリット部２０を含む。体積対比断面積が広いスリット部２０は、下記のような二つの理由により、従来の多重チューブノズルより逆火現象を減少させることができる。

【0054】

第一、逆火する火炎３２がスリット部２０を通過する間、金属素材のインジェクターボディ部１０を介して熱損失が発生し得る。このような熱損失が燃焼反応による熱生成より多くなる場合、燃焼反応が抑制され得る。本発明は、従来の多重チューブノズルに比べ、体積対比断面積が広いスリット部２０を含むので、逆流する火炎がインジェクターボディ部１０の内面と接触することができる面積を増やすことができる。よって、従来の多重チューブノズルに比べて熱損失を増加させることができ、これは逆火現象を減少させることができる。

【0055】

第二、燃焼過程ではラジカルイオンが生成及び再結合を繰り返す。本発明の実施例１によるインジェクターの場合、金属素材のインジェクターボディ部１０で水素ラジカルの壁面拡散が起こるようになり、このような水素ラジカルの壁面拡散は燃焼反応を抑制させることができる。水素ラジカルは、燃焼反応メカニズムに必要な中間生成物であって、水素ラジカルが壁面拡散を介して消えるようになると燃焼反応が中断され得る。本発明は、従来の多重チューブノズルに比べ、体積対比断面積が広いスリット部２０を含むので、水素ラジカルが壁面拡散を介して消えることができる広い面積を提供することができるため、逆火現象を減少させることができる。

【0056】

また、本発明の実施例１によるインジェクターは、燃焼振動が減ることができるインジェクターであってよい。燃焼振動は、燃焼不安定性に関係される。燃焼不安定は、火炎の形状の変化に支配的な影響を受けるので、これを制御するためには火炎形状の変化を最小化しなければならない。火炎形状の変化を最小化するためには、火炎の形状は相対的に表面積が広い形状を有さなければならない。

【0057】

従来の多重チューブノズルの場合、チューブ形の形状により円錐状（ｃｏｎｉｃａｌ）火炎の形状を示すので、外部の摂動によって円錐状火炎が収縮及び伸長するようになることがある。よって、火炎形状が変化する可能性が大きいことがある。

【0058】

本発明の実施例１によるインジェクターは、体積対比断面積が広いスリット部を含むので、薄い火炎面はその変化の可能性が相対的に低くなるため、火炎の熱放出率が低くなり、燃焼不安定を減少させて燃焼振動が抑制され得る。

【0059】

図８は、水素燃焼試験のための装備を概念的に示した図である。図９は、図１の多重チューブインジェクターと図４のインジェクターの水素燃焼試験の結果を比較して示した図である。

【0060】

水素燃焼試験のための装備は、燃料－空気混合部１００、石英チューブ２００、金属チューブ３００、及び動圧センサ４００を含むことができる。金属チューブ３００は、冷却空気流入管３１０とピストン３２０を含むことができる。インジェクターボディ部１０が燃料－空気混合部１００と石英チューブ２００の間に配置されてよい。動圧センサ４００は、燃焼振動による音響振動の大きさを測定するように設けられてよい。

【0061】

水素燃焼試験のためには、燃料－空気混合部１００を通過した水素－空気混合物がインジェクターボディ部１０で点火され、計画した流速及び当量比条件に到達した後は、動圧センサ４００で燃焼振動による音響振動の大きさを測定した。

【0062】

図９は、スリット部２０を通過する燃料－空気混合物の流速が２５ｍ／ｓであり、当量比（φ）がそれぞれ０．３２５、０．４１３、０．５０８であるときの条件で、多重チューブインジェクターと本発明の実施例１によるインジェクターの水素燃焼試験の結果を比較した図である。このとき、実験の当量比条件は、断熱火炎温度がそれぞれ１４００Ｋ、１６００Ｋ、１８００Ｋであるときの条件であって、実際のガスタービンの運用に活用される温度と類似するか高い水準に該当する。

【0063】

Ｘ軸は、振動数を意味することができる。Ｙ軸のＰＳＤは、パワースペクトル密度（Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）であって、燃焼振動による音響振動の大きさを示す数値である。図１１に示したように、全ての当量比条件において、本発明の実施例によるインジェクター（点線）の音響振動が、従来の多重チューブインジェクター（実線）に比べて相対的に緩和されたことを確認することができる。

【0064】

図１０は、スリット部を通過する燃料－空気混合物の流速が５０ｍ／ｓであるときの水素燃焼試験の結果を示した図である。さらに詳細には、図１０は、スリット部を通過する燃料－空気混合物の流速が５０ｍ／ｓであり、当量比（φ）がそれぞれ０．３２５、０．４１３、０．５０８であるときの条件で、本発明の実施例１によるインジェクターの水素燃焼試験の結果を測定した図である。図１０は、実際のガスタービンの運用条件と似た状況における実験の結果を確保したものとみることができる。図１０を検討すると、図９の実験の結果と類似に、音響振動が全体的に安定化された様相を示すことを確認することができる。

【0065】

燃焼器
以下では、前述した内容を参考として、本発明の実施例１によるインジェクターを含む燃焼器に関して詳述する。インジェクターに関する内容は前述したので、詳細な内容は省略する。理解のため、図３を参照することができる。

【0066】

図３に示されているように、燃焼器Ｂは、供給管２、インジェクター及び燃焼室３を含むことができる。供給管２は、燃料及び空気を供給するように設けられてよい。インジェクターは、供給管２に結合されて流入された燃料及び空気を噴射するように設けられてよい。燃焼室３は、インジェクターが噴射した燃料及び空気が流入されるように設けられてよい。また、燃焼室３では、インジェクターが噴射した燃料及び空気が混合されてよい。燃焼室３では、燃焼反応が起こり得る。

【0067】

ガスタービン
以下では、前述した内容を参考として、本発明の実施例１によるインジェクターを含むガスタービンに関して詳述する。インジェクターに関する内容は前述したので、詳細な内容は省略する。

【0068】

ガスタービンは、圧縮機、燃焼器Ｂ及びタービンブレードを含むことができる。圧縮機は、空気を圧縮させて排出するように設けられてよい。燃焼器Ｂは、燃料と圧縮機で圧縮されて排出された空気を混合した後に燃消させ、燃焼ガスを生成するように設けられてよい。タービンブレードは、燃焼器Ｂから伝達された燃焼ガスによって回転するように設けられてよい。

【0069】

燃焼器Ｂは、混合された燃料、及び圧縮機で圧縮されて排出された空気を噴射するように設けられるインジェクターを含むことができる。

【0070】

実施例２
図１１は、本発明の実施例２によるインジェクターを基準方向側から眺めた姿を概念的に示した図である。以下では、図１１を参照し、本発明の実施例２によるインジェクターを説明する。実施例２によるインジェクターは、第２スリット部分の配置において実施例１によるインジェクターと差がある。実施例１によるインジェクターと同一であるか相当する構成に対しては、同一であるか相当する図面符号を付与し、具体的な説明は省略する。

【0071】

以下では、基準方向Ｄに直交する一方向を第１方向Ｄ１とし、基準方向Ｄ及び第１方向Ｄ１に直交する一方向を第２方向Ｄ２とする。

【0072】

また、説明の便宜のため、第１から第４直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及び第１から第４基準領域ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３、ＲＡ４を定義する。第１直線Ｌ１は、基準軸Ａから第１方向Ｄ１に沿って延長される直線を意味することができる。第２直線Ｌ２は、基準軸Ａから第２方向Ｄ２に沿って延長される直線を意味することができる。第３直線Ｌ３は、基準軸Ａから第２方向Ｄ２の反対方向に沿って延長される直線を意味することができる。第４直線Ｌ４は、基準軸Ａから第１方向Ｄ１の反対方向に沿って延長される直線を意味することができる。

【0073】

第１基準領域ＲＡ１は、基準方向Ｄに沿って眺めるとき、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２の間に画成される領域を意味することができる。第２基準領域ＲＡ２は、第１直線Ｌ１及び第３直線Ｌ３の間に画成される領域を意味することができる。第３基準領域ＲＡ３は、第３直線Ｌ３及び第４直線Ｌ４の間に画成される領域を意味することができる。第４基準領域ＲＡ４は、第２直線Ｌ２及び第４直線Ｌ４の間に画成される領域を意味することができる。第１から第４基準領域ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３、ＲＡ４は、反時計方向に沿って順に配置されてよい。

【0074】

第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－１スリットの個数は、第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－２スリットの個数と同一であってよい。同様に、第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－２スリットの個数は、第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－３スリットの個数と同一であってよい。一例として、第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－１スリット、第２－２スリット及び第２－３スリットの個数はそれぞれ２個であってよい。

【0075】

第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－１スリットの個数は、第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－２スリットの個数より少なくてよい。同様に、第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－２スリットの個数は、第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－３スリットの個数より少なくてよい。一例として、第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－１スリットの個数は１個、第２－２スリットの個数は３個、第２－３スリットの個数は５個であってよい。

【0076】

一方、第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数は、第３基準領域ＲＡ３内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数とそれぞれ同一であってよい。同様に、第１基準領域ＲＡ１内に位置した第２－３スリットの個数は、第３基準領域ＲＡ３内に位置した第２－３スリットの個数とそれぞれ同一であってよい。すなわち、第１基準領域ＲＡ１と第３基準領域ＲＡ３は対称をなして形成されてよい。

【0077】

第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数は、第４基準領域ＲＡ４内に位置した第２－１スリット及び第２－２スリットの個数とそれぞれ同一であってよい。同様に、第２基準領域ＲＡ２内に位置した第２－３スリットの個数は、第４基準領域ＲＡ４内に位置した第２－３スリットの個数とそれぞれ同一であってよい。すなわち、第２基準領域ＲＡ２と第４基準領域ＲＡ４は対称をなして形成されてよい。

【0078】

第１スリット部分２１は、半径方向への火炎分布を分散させ、ノズルの面積を拡張させるための構成であってよい。第２スリット部分２２は、その配置又は配列によって円周方向の火炎分布の対称性を崩壊させるための構成であってよい。さらに詳細には、第２スリット部分２２の配置を非対称的に変更することになる場合、火炎分布の対称性が崩壊され得る。火炎分布の対称性が大きいというのは、補強干渉が大きく発生し得ることを意味することができるので、燃焼不安定が高いものとみることができる。

【0079】

すなわち、前述したように、燃焼不安定は、火炎の形状の変化に支配的な影響を受けるため、第２スリット部分２２の配置が対称的であるほど燃焼の不安定が大きくなり得る。これは、第２スリット部分２２の配置が相対的に非対称的であるほど燃焼の不安定が減少し得ることを意味することができる。

【0080】

実施例２によるインジェクターの場合、第２スリット部分２２の非対称性が実施例１によるインジェクターに比べて大きいので、実施例１によるインジェクターに比べて燃焼不安定が減少し得るという効果がある。

【0081】

実施例３
図１２は、本発明の実施例３によるインジェクターを基準方向側から眺めた姿を概念的に示した図である。以下では、図２を参照して本発明の実施例３によるインジェクターを説明する。実施例３によるインジェクターは、第２スリット部分の配置において実施例１によるインジェクターと差がある。実施例１によるインジェクターと同一であるか相当する構成に対しては、同一であるか相当する図面符号を付与し、具体的な説明は省略する。

【0082】

実施例３によるインジェクターは、基準軸Ａを含む仮想の平面である基準平面ＲＳでインジェクターボディ部１０を区画するとき、基準平面ＲＳの両側に配置された第２スリット部分２２の個数は互いに異なってよい。すなわち、実施例３によるインジェクターは、第２スリット部分２２の配置の対称性が崩壊された形態として理解することができる。

【0083】

実施例３によるインジェクターの場合、第２スリット部分２２の非対称性が実施例１及び実施例２によるインジェクターに比べて大きいので、実施例１及び実施例２によるインジェクターに比べて燃焼不安定がさらに減少し得るという効果がある。

【0084】

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能であろう。よって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護の範囲は、下記の特許請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-04

【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

【補正の内容】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】