(57)【要約】【課題】ＮＯｘや煤などの低減をさらに図る。【解決手段】燃焼器１０は、外筒１１と、内筒１２と、複数のメインノズル２２と、空気流路部Ｒと、複数の水噴射部３０と、を備える。複数のメインノズル２２は、内筒１２の内部に設けられている。複数のメインノズル２２は、燃料を噴射する。空気流路部Ｒは、外部から外筒１１の内周面１１ｆと内筒１２の外周面１２ｇとの間に導入した空気を、内筒１２内に空気を送り込む。複数の水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆに、中心軸Ｏ周りの周方向Ｄｃに間隔をあけて設けられている。複数の水噴射部３０は、空気流路部Ｒを流れる空気に水を噴射する。水噴射部３０は、第一ノズル３２と、第二ノズル３３と、を備える。第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる筒状の外筒と、
前記外筒の径方向内側に設けられ、前記軸線方向に延びる筒状の内筒と、
前記内筒の内部に設けられ、燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、
外部から前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に導入した空気を、前記内筒内に送り込む空気流路部と、
前記外筒の内周面に、前記軸線を中心とした周方向に間隔をあけて設けられ、前記外筒の径方向内側に向かって水を噴射する複数の水噴射部と、を備え、
前記水噴射部は、
前記周方向第一側に水を噴射する第一ノズルと、
前記周方向第二側に水を噴射する第二ノズルと、を備える
燃焼器。
【請求項２】
前記水噴射部は、前記外筒の内周面に固定されたブラケットを備え、
前記第一ノズル及び前記第二ノズルは、前記ブラケットに設けられている
請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記ブラケットは、
前記周方向第一側に傾斜し、前記第一ノズルが設けられた第一傾斜面と、
前記周方向第二側に傾斜し、前記第二ノズルが設けられた第二傾斜面と、を有する
請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、一方の前記水噴射部の前記第一ノズルと、他方の前記水噴射部の前記第二ノズルとが、前記軸線方向で互いに異なる位置に設けられている
請求項１から３の何れか一項に記載の燃焼器。
【請求項５】
周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水を噴射するノズル孔の径が、互いに異なる
請求項１から４の何れか一項に記載の燃焼器。
【請求項６】
周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水の噴射方向が前記軸線方向で互いに異なる
請求項１から５の何れか一項に記載の燃焼器。
【請求項７】
前記外筒の外周面に設けられ、周方向に連続して外部から水が供給される環状流路部と、
前記外筒を径方向に貫通し、前記環状流路部から複数の前記水噴射部のそれぞれに水を供給する水供給孔と、を備える
請求項１から６の何れか一項に記載の燃焼器。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の燃焼器を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼器及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンに用いられる燃焼器としては、ガス燃料と油燃料とを焚くことができるデュアル焚き燃焼器が知られている。このようなデュアル焚き燃焼器で油燃料を焚く場合、燃焼筒内に油燃料とともに水を噴射する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、外筒の内周面と内筒の外周面との間に形成された空気流路に、水供給部を備える燃焼器が開示されている。この特許文献１の燃焼器に形成された空気流路は、内筒の後端で流通方向が反転される反転部を備えている。この反転部を経た空気は、内筒内に燃料を噴射する燃料ノズルに供給される。水供給部は、空気流路の反転部以前に設けられて空気流路を流れる空気に水又は蒸気を供給する。この特許文献１の燃焼器では、水供給部で空気に水又は蒸気を供給することで、燃焼器の火炎温度の低減を図り、ＮＯｘ（窒素酸化物）や煤などを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４５５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された燃焼器では、外筒と内筒との間の空気流路の空気に水が供給される。そのため、水供給部から空気流路内に供給された水は、反転部で水に作用する遠心力によって、反転部の径方向外側の内周面に付着しやすい。水が、反転部の内周面に付着すると、水が火炎にまで到達しにくくなる。その結果、燃焼器における火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減を行うという効果に改善の余地がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることができる燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、燃焼器は、外筒と、内筒と、複数の燃料ノズルと、空気流路部と、複数の水噴射部と、を備える。前記外筒は、軸線方向に延びる筒状である。前記内筒は、前記外筒の径方向内側に設けられている。内筒は、前記軸線方向に延びる筒状である。複数の前記燃料ノズルは、前記内筒の内部に設けられている。複数の前記燃料ノズルは、燃料を噴射する。前記空気流路部は、外部から前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に導入した空気を、前記内筒内に送り込む。複数の前記水噴射部は、前記外筒の内周面に、前記軸線周りの周方向に間隔をあけて設けられている。複数の前記水噴射部は、前記外筒の径方向内側に向かって水を噴射する。前記水噴射部は、第一ノズルと、第二ノズルと、を備える。前記第一ノズルは、前記周方向第一側に水を噴射する。前記第二ノズルは、前記周方向第二側に水を噴射する。
【０００７】
このように構成することで、水噴射部では、外筒の内周面から水を噴射する。噴射された水の液滴は、空気と共に内筒内に送り込まれる。したがって、燃料ノズルから燃料が噴射される部分に到達するまでの間に、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。また、水は、外筒の内周面から外筒の径方向内側に噴射されるので、遠心力が作用しても、水の液滴は径方向外側に偏り難くなる。したがって、燃料ノズルから燃料が噴射される部分に到達する液滴の量が減ることが抑えられる。さらに、第一ノズルは、周方向第一側に水を噴射する。第二ノズルは、周方向第二側に水を噴射する。これにより、空気流路部内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。
【０００８】
この発明の第二態様によれば、第一態様に係る前記水噴射部は、前記外筒の内周面に固定されたブラケットを備えるようにしてもよい。前記第一ノズル及び前記第二ノズルは、前記ブラケットに設けられているようにしてもよい。
このように構成することで、第一ノズル及び第二ノズルが設けられたブラケットを外筒の内周面に取り付けるのみで、水噴射部の設置を容易に行うことができる。
【０００９】
この発明の第三態様によれば、第二態様に係る前記ブラケットは、第一傾斜面と、第二傾斜面とを有するようにしてもよい。前記第一傾斜面は、前記周方向第一側に傾斜し、前記第一ノズルが設けられている。前記第二傾斜面は、前記周方向第二側に傾斜し、前記第二ノズルが設けられている。
このように構成することで、ブラケットの第一傾斜面に設けられた第一ノズルは、周方向第一側に水を噴射する。また、ブラケットの第二傾斜面に設けられた第二ノズルは、周方向第二側に水を噴射する。このようなブラケットを用いることで、第一ノズル及び第二ノズルを、所定の方向に傾斜させた状態で容易に設置することができる。
【００１０】
この発明の第四態様によれば、第一から第三態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、一方の前記水噴射部の前記第一ノズルと、他方の前記水噴射部の前記第二ノズルとが、前記軸線方向で互いに異なる位置に設けられているようにしてもよい。
このように構成することで、周方向で互いに隣り合う水噴射部同士において、一方の水噴射部の第一ノズルから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部の第二ノズルから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することが抑えられる。したがって、液滴が蒸発しやすくなる。
【００１１】
この発明の第五態様によれば、第一から第四態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水を噴射するノズル孔の径が、互いに異なるようにしてもよい。
このように構成することで、第一ノズルと第二ノズルとで、噴射される水（液滴）の勢い（流速）が異なる。これにより、第一ノズルと第二ノズルとでは、それぞれから噴射された水の液滴が、噴射方向に沿って到達する距離が異なる。また、第一ノズルと第二ノズルとでは、液滴の粒径も異なる。これにより、空気流路部内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。
【００１２】
この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水の噴射方向が前記軸線方向で互いに異なるようにしてもよい。
このように構成することで、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、一方の水噴射部の第一ノズルから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部の第二ノズルから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することが抑えられる。したがって、液滴が蒸発しやすくなる。
【００１３】
この発明の第七態様によれば、第一から第六態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、環状流路部と、水供給孔と、を備えるようにしてもよい。前記環状流路部は、前記外筒の外周面に設けられている。前記環状流路部は、周方向に連続して外部から水が供給される。前記水供給孔は、前記外筒を径方向に貫通している。前記水供給孔は、前記環状流路部から複数の前記水噴射部のそれぞれに水を供給する。
このように構成することで、外部から供給される水が、環状流路部に至るまでは、水が燃焼器の外筒内で熱に曝されることが抑えられる。これにより、水を供給する系統の配管等が熱応力の影響を受けることが抑えられる。
【００１４】
この発明の第八態様によれば、ガスタービンは、第一から第七態様の何れか一つの態様に係る燃焼器を備える。
このようにすることで、ガスタービンの商品性を向上できる。
【発明の効果】
【００１５】
上記燃焼器によれば、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施形態における燃焼器の内部構成を示す断面図である。
【図２】上記燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】上記燃焼器の水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
【図５】上記燃焼器の第二実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
【図６】上記燃焼器の第二実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
【図７】上記燃焼器の第三実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
【図８】上記燃焼器の第四実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
【図９】上記燃焼器の第四実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
【図１０】上記燃焼器の第五実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の一実施形態における燃焼器及びガスタービンを図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、この実施形態の燃焼器の内部構成を示す断面図である。
図１に示すように、この実施形態の燃焼器１０は、ガスタービン１の車室２に設けられている。燃焼器１０は、ガス焚きと油焚きとの両方が可能なデュアル方式のものである。燃焼器１０には、ガスタービン１の圧縮機（図示無し）で生成された圧縮空気が導入される。燃焼器１０は、導入された圧縮空気に燃料を噴射し、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。
【００１８】
燃焼器１０は、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル（燃料ノズル）２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０と、を主に備えている。
【００１９】
外筒１１は、ガスタービン１の車室２に支持されている。外筒１１は、その中心軸Ｏの延びる軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成されている。
【００２０】
内筒１２は、外筒１１に対し、中心軸Ｏを中心とした径方向内側に設けられている。内筒１２は、軸線方向Ｄａに延びる筒状である。軸線方向Ｄａにおける内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａは、軸線方向Ｄａにおける外筒１１の第一側Ｄａ１の端部１１ａの軸線Ｏを中心とした径方向内側に配置されている。軸線方向Ｄａにおける内筒１２の第二側Ｄａ２の端部１２ｂは、軸線方向Ｄａにおける外筒１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１１ｂよりも第二側Ｄａ２に配置されている。なお、この実施形態における内筒１２は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１２ａに円筒部５１（後述する）を有している場合を例示している。
【００２１】
尾筒１３は、内筒１２の第二側Ｄａ２の端部１２ｂの径方向外側に設けられている。尾筒１３は、軸線方向Ｄａに延びる筒状である。
【００２２】
背面壁１４は、外筒１１の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１１ａを閉塞する。背面壁１４は、中心軸Ｏ周りの周方向Ｄｃに連続する案内面１５を有する。案内面１５は、中心軸Ｏに直交する方向から見て、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に凹となる湾曲面である。案内面１５は、内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａに対して間隔をあけて配置されている。
【００２３】
パイロットノズル２１は、内筒１２の中心軸Ｏに沿って設けられている。パイロットノズル２１は、外部から供給される燃料を先端部２１ａから噴射する。パイロットノズル２１から噴射された燃料に着火することで、火炎を生成する。
【００２４】
パイロットノズル２１は、パイロットコーン２４を備えている。パイロットコーン２４は、パイロットノズル２１の先端部２１ａを外周側から囲む筒状に形成されている。パイロットコーン２４は、テーパコーン部２４ｃを有している。テーパコーン部２４ｃは、パイロットノズル２１の先端部２１ａ近傍から、火炎の生成方向に向けて、その内径が漸次拡大する。テーパコーン部２４ｃは、火炎の拡散範囲、方向を規制し、保炎性を高める。
【００２５】
パイロットノズル２１の外周面とパイロットコーン２４の内周面との間には、パイロットスワラ２８が設けられている。パイロットスワラ２８は、パイロットコーン２４内に供給される空気を整流する。
【００２６】
メインノズル２２は、内筒１２内に複数本が設けられている。複数本のメインノズル２２は、パイロットノズル２１の径方向外側に、周方向Ｄｃに間隔をあけて配置されている。各メインノズル２２は、内筒１２の軸線方向Ｄａに延びている。
【００２７】
メインノズル２２の先端部２２ａの外周側には、メインバーナ２５が設けられている。メインバーナ２５は、筒状で、内筒１２の中心側のパイロットコーン２４に近接する側２５ａが、火炎の生成方向に向けて漸次外周側に傾斜して形成されている。
【００２８】
メインノズル２２の先端部２２ａの外周面とメインバーナ２５の内周面との間には、メインスワラ２９が設けられている。メインスワラ２９は、メインバーナ２５内に供給される空気を整流する。
【００２９】
図２は、燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
図１、図２に示すように、空気流路部Ｒは、導入流路部Ｒ１と、反転流路部Ｒ２と、内部流路部Ｒ３と、を備えている。
【００３０】
導入流路部Ｒ１は、外筒１１の内周面１１ｆと内筒１２の外周面１２ｇとの間に形成されている。導入流路部Ｒ１は、外筒１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１１ｂと内筒１２の外周面１２ｇとの隙間に形成される開口１６から、空気が導入される。開口１６には、パンチメタル２７が設けられている。パンチメタル２７は、多数の孔が形成された多孔板である。パンチメタル２７は、ガスタービン１の圧縮機（図示無し）から流れ込む空気を整流する。導入流路部Ｒ１に導入された空気は、導入流路部Ｒ１において、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に向かって流れる。
【００３１】
反転流路部Ｒ２は、導入流路部Ｒ１に導入された空気の流通方向を、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に反転させる。反転流路部Ｒ２には、円筒部５１と、ガイドベーン５２とが設けられている。円筒部５１は、上述した内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａを形成している。円筒部５１は、径方向外側に膨らんだベルマウス構造である。ガイドベーン５２は、周方向Ｄｃで隣り合うメインノズル２２の間に設けられている。ガイドベーン５２は、円筒部５１の第一側Ｄａ１の先端５１ａの近傍から、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって径方向内側に湾曲して延びている。
【００３２】
反転流路部Ｒ２は、導入流路部Ｒ１に導入された空気を、背面壁１４の案内面１５、及びガイドベーン５２により、径方向内側から軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に流れるように反転させる。反転流路部Ｒ２で流通方向が変換された空気は、内筒１２内の内部流路部Ｒ３に送り込む。
【００３３】
内部流路部Ｒ３は、内筒１２の径方向内側に形成されている。反転流路部Ｒ２で流通方向が反転された空気は、内筒１２の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１２ａ側から、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１２ｂに向かって内部流路部Ｒ３を流れる。
【００３４】
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２、図３に示すように、水噴射部３０は、中心軸Ｏ周りの周方向Ｄｃに等間隔をあけて複数設けられている。各水噴射部３０は、内筒１２の端部１２ａの径方向外側に配置されている。各水噴射部３０は、反転流路部Ｒ２の流通方向上流側に配置されている。水噴射部３０は、空気流路部Ｒを流れる空気に水を噴射する。水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆに設けられている。水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆ側から、燃焼器１０の径方向内側の導入流路部Ｒ１に向かって水を噴射する。
【００３５】
図４は、燃焼器の水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
図３、図４に示すように、各水噴射部３０は、ブラケット３１と、第一ノズル３２と、第二ノズル３３と、を備えている。
【００３６】
ブラケット３１は、外筒１１の内周面１１ｆに固定されている。ブラケット３１は、固定面３１ｂと、第一傾斜面３１ｓと、第二傾斜面３１ｔとを有している。
【００３７】
固定面３１ｂは、外筒１１の内周面１１ｆに、突き当たっている。ブラケット３１は、固定面３１ｂを内周面１１ｆに突き当てた状態で、溶接やボルト等の適宜固定手段によって内周面１１ｆに固定されている。
【００３８】
第一傾斜面３１ｓは、外筒１１の中心軸Ｏに向かう径方向Ｄｒに対して周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に傾斜している。第二傾斜面３１ｔは、外筒１１の中心軸Ｏに向かう径方向Ｄｒに対して周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に傾斜している。言い換えれば、第一傾斜面３１ｓ及び第二傾斜面３１ｔは、軸線Ｏを中心とした径方向の最も内側で互いに接するとともに、径方向の外側に向かうに従って（言い換えれば、内周面１１ｆに近づくほど）互いに離間するように傾斜している。この実施形態における第一傾斜面３１ｓと第二傾斜面３１ｔとは、それぞれ周方向で対称に形成され、それぞれ傾きが一定の平面状に形成されているが、この構成に限られない。
【００３９】
第一ノズル３２は、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２には、水を噴射するノズル孔３２ｈが形成されている。第二ノズル３３は、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３には、水を噴射するノズル孔３３ｈが形成されている。
【００４０】
この第一実施形態で例示する第一ノズル３２のノズル孔３２ｈの孔径と、第二ノズル３３のノズル孔３３ｈの孔径とは、同一である。ノズル孔３２ｈ、３３ｈの有効面積の範囲は、例えば、０．０１ｍｍ２〜２．０ｍｍ２とすることができる。さらに、ノズル孔３２ｈ、３３ｈの有効面積の範囲は、例えば、２．０ｍｍ２〜２０．０ｍｍ２としてもよい。なお、有効面積＝質量流量／（２×差圧×水密度）０．５である。
【００４１】
このような複数の水噴射部３０には、外部の水供給源（図示無し）から水が供給される。そのため、図２に示すように、背面壁１４には、各水噴射部３０に水を供給する供給流路３５が形成されている。水噴射部３０は、供給流路３５とブラケット３１とを接続し、水をブラケット３１に供給する流路形成部材３６を備える。流路形成部材３６は、軸線方向Ｄａに延び、外筒１１の内周面１１ｆとの間に、水の流路３６ｒを形成する。ブラケット３１には、流路形成部材３６によって形成する流路３６ｒを通して、供給流路３５から水が供給される。
【００４２】
このような水噴射部３０では、外部の水供給源（図示無し）から供給流路３５、流路３６ｒを通してブラケット３１に水が供給される。ブラケット３１に供給された水は、ブラケット３１内で第一ノズル３２と第二ノズル３３とに分配される。第一ノズル３２、第二ノズル３３では、ブラケット３１で分配された水が、ノズル孔３２ｈ、３３ｈから噴射される。図４に示すように、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。また、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。
【００４３】
このようにして、水噴射部３０では、外筒１１の内周面１１ｆから水を噴射する。水噴射部３０から噴射される水の液滴は、反転流路部Ｒ２のすぐ上流側で、空気流路部Ｒを流れる空気中に噴射される。噴射された水の液滴は、空気と共に、内筒１２内に送り込まれる。液滴は、メインバーナ２５で生成される火炎の熱により蒸発する。
【００４４】
したがって、上述した第一実施形態の燃焼器１０によれば、水噴射部３０では、外筒１１の内周面１１ｆから水を噴射する。これにより、メインバーナ２５から燃料が噴射される部分に到達するまでの間に、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。また、水は、外筒１１の内周面１１ｆから外筒１１の径方向Ｄｒ内側に向かって噴射される。これにより、反転流路部Ｒ２で遠心力が作用しても、水の液滴は径方向Ｄｒ外側に偏り難くなる。そのため、メインノズル２２から燃料が噴射される部分に到達する液滴の量の減少を抑えることができる。さらに、第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。これにより、空気流路部Ｒ内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。その結果、燃焼器１０における火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
【００４５】
第一実施形態の水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆに固定されたブラケット３１を備えている。第一ノズル３２及び第二ノズル３３は、ブラケット３１に設けられている。このように構成することで、第一ノズル３２及び第二ノズル３３が設けられたブラケット３１を、外筒１１の内周面１１ｆに取り付けるのみで、水噴射部３０の設置を容易に行うことができる。
【００４６】
第一実施形態のブラケット３１は、第一傾斜面３１ｓと、第二傾斜面３１ｔとを有している。これにより、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。また、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。このようなブラケット３１を用いることで、第一ノズル３２及び第二ノズル３３を、所定の方向に傾斜させた状態で容易に設置することができる。
【００４７】
（第二実施形態）
次に、この発明に係る燃焼器の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２Ｂ、第二ノズル３３Ｂの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００４８】
図５は、上記燃焼器の第二実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。図６は、上記燃焼器の第二実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｂは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｂと、を主に備えている。
【００４９】
図５、図６に示すように、各水噴射部３０Ｂは、ブラケット３１と、第一ノズル３２Ｂと、第二ノズル３３Ｂと、を備えている。
【００５０】
第一ノズル３２Ｂは、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２Ｂには、水を噴射するノズル孔３２ｈが形成されている。
第二ノズル３３Ｂは、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３Ｂには、水を噴射するノズル孔３３ｈが形成されている。
【００５１】
周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０同士（図３参照）の第一ノズル３２Ｂと第二ノズル３３Ｂとは、軸線方向Ｄａで互いに異なる位置に設けられている。言い換えれば、周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０において、一方の水噴射部３０Ｂの第一ノズル３２Ｂと、他方の水噴射部３０Ｂの第二ノズル３３Ｂとは、軸線方向Ｄａで互いに異なる位置に設けられている。
【００５２】
図４、図５に示すように、この第二実施形態では、一方の水噴射部３０Ｂの第一ノズル３２Ｂは、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓのうち、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１側の位置に設けられている。さらに、他方の水噴射部３０Ｂの第二ノズル３３Ｂは、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔのうち、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２側の位置に設けられている。また、それぞれの水噴射部３０Ｂにおいて、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２Ｂと、第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３Ｂとは、軸線方向Ｄａにおける位置が互いに異なっている。これにより、図４に示すように、第一ノズル３２Ｂから噴射される水の液滴と、第二ノズル３３Ｂから噴射される水の液滴とは、軸線方向Ｄａで互いに位置が異なる。
【００５３】
したがって、上述した第二実施形態の燃焼器１０Ｂによれば、周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０Ｂ同士において、一方の水噴射部３０Ｂの第一ノズル３２Ｂから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部３０Ｂの第二ノズル３３Ｂから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することを抑えることができる。その結果、液滴を蒸発し易くすることができる。
【００５４】
第二実施形態では、上記第一実施形態と同様、燃焼器１０Ｂにおける火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
【００５５】
（第三実施形態）
次に、この発明に係る燃焼器の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２Ｃ、第二ノズル３３Ｃの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００５６】
図７は、上記燃焼器の第三実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｃは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｃと、を主に備えている。
【００５７】
図７に示すように、各水噴射部３０Ｃは、ブラケット３１と、第一ノズル３２Ｃと、第二ノズル３３Ｃと、を備えている。
第一ノズル３２Ｃは、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２Ｃには、水を噴射するノズル孔３２ｊが形成されている。
第二ノズル３３Ｃは、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３Ｃには、水を噴射するノズル孔３３ｊが形成されている。
【００５８】
この第三実施形態において、周方向Ｄｃで互いに隣り合う第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとで、水を噴射するノズル孔３２ｊ、３３ｊの径が、互いに異なっている。すなわち、各水噴射部３０Ｃにおいて、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２Ｃのノズル孔３２ｊの径ｄ１と、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３Ｃのノズル孔３３ｊの径ｄ２とは、互いに異なっている。これにより、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合う水噴射部３０Ｃ同士において、一方の水噴射部３０Ｃに設けられた第一ノズル３２Ｃのノズル孔３２ｊの径ｄ１と、他方の水噴射部３０Ｃに設けられた第二ノズル３３Ｃのノズル孔３３ｊの径ｄ２とは、互いに異なっている。
【００５９】
この実施形態において、ノズル孔３２ｊの有効面積の範囲は、例えば、０．０１ｍｍ２〜２．０ｍｍ２とすることができる。ノズル孔３２ｊの有効面積の範囲は、更に、例えば、２．０ｍｍ２〜２０．０ｍｍ２としてもよい。これに対し、ノズル孔３３ｊの有効面積の範囲は、例えば、０．０１ｍｍ２〜２．０ｍｍ２とすることができる。ノズル孔３３ｊの有効面積の範囲は、更に、例えば、２．０ｍｍ２〜２０．０ｍｍ２とすることができる。
【００６０】
上述した第三実施形態の燃焼器１０Ｃによれば、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとで、ノズル孔３２ｊ、３３ｊの径ｄ１、ｄ２が互いに異なる。これにより、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとで、噴射される水（液滴）の勢い（流速）が異なる。そのため、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとでは、それぞれから噴射された水の液滴が、噴射方向に沿って到達する距離が異なる。また、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとでは、液滴の粒径も異なる。これにより、空気流路部Ｒ内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。その結果、燃焼器１０Ｃにおける火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
【００６１】
（第四実施形態）
次に、この発明に係る燃焼器の第四実施形態について説明する。以下に説明する第四実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２Ｄ、第二ノズル３３Ｄの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００６２】
図８は、上記燃焼器の第四実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。図９は、上記燃焼器の第四実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｄは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｄと、を主に備えている。
【００６３】
図８，図９に示すように、各水噴射部３０Ｄは、ブラケット３１と、第一ノズル３２Ｄと、第二ノズル３３Ｄと、を備えている。
第一ノズル３２Ｄは、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２Ｄには、水を噴射するノズル孔３２ｋが形成されている。
第二ノズル３３Ｄは、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３Ｄには、水を噴射するノズル孔３３ｋが形成されている。
【００６４】
周方向Ｄｃで互いに隣り合う第一ノズル３２Ｄ、及び第二ノズル３３Ｄとで、水の噴射方向が軸線方向Ｄａで互いに異なる。各水噴射部３０Ｄにおいて、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２Ｄと、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３Ｄとは、ノズル孔３２ｋ、３３ｋからの水の噴射方向が軸線方向Ｄａで互いに異なっている。この第三実施形態において、第一ノズル３２Ｄのノズル孔３２ｋは、軸線方向Ｄａに直交する方向に対して第一側Ｄａ１に傾斜した方向に水を噴射する。第二ノズル３３Ｄのノズル孔３３ｋは、軸線方向Ｄａに直交する方向に対して第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射する。これにより、図３に示すように、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合う水噴射部３０Ｄ同士において、一方の水噴射部３０Ｄに設けられた第一ノズル３２Ｄと、他方の水噴射部３０Ｄに設けられた第二ノズル３３Ｄとは、ノズル孔３２ｋ、３３ｋからの水の噴射方向が軸線方向Ｄａで互いに異なる。
【００６５】
したがって、上述した第四実施形態の燃焼器１０Ｄによれば、周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０Ｄ同士で、一方の水噴射部３０Ｄの第一ノズル３２Ｄから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部３０Ｄの第二ノズル３３Ｄから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することが抑えられる。したがって、液滴が蒸発しやすくなる。これにより、燃焼器１０Ｄにおける火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
【００６６】
なお、上記第四実施形態では、第一ノズル３２Ｄは、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に傾斜した方向に水を噴射し、第二ノズル３３Ｄは、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射するようにしたが、これに限らない。第一ノズル３２Ｄ、第二ノズル３３Ｄの双方で、例えば，軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に傾斜した方向に水を噴射しつつ、その傾斜角度が互いに異なっていてもよい。また、第一ノズル３２Ｄ、第二ノズル３３Ｄの双方で、例えば，軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射しつつ、その傾斜角度が互いに異なっていてもよい。
さらに、第一ノズル３２Ｄ及び第二ノズル３３Ｄのいずれか一方は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１又は第二側Ｄａ２に傾斜せず、軸線方向Ｄａに直交する方向に水を噴射してもよい。この場合、第一ノズル３２Ｄ及び第二ノズル３３Ｄの他方は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１又は第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射する。
【００６７】
（第五実施形態）
次に、この発明に係る燃焼器の第五実施形態について説明する。以下に説明する第五実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２、第二ノズル３３の構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００６８】
図１０は、上記燃焼器の第五実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｅは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｅと、を主に備えている。
【００６９】
水噴射部３０Ｅは、中心軸Ｏ周りの周方向に等間隔をあけて複数が設けられている。図１０に示すように、各水噴射部３０Ｅは、ブラケット３１と、第一ノズル３２と、第二ノズル３３と、を備えている。
【００７０】
複数の水噴射部３０Ｅには、外部の水供給源（図示無し）から水が供給される。このため、燃焼器１０Ｅは、環状流路部４０と、水供給孔４１と、を備えている。
【００７１】
環状流路部４０は、外筒１１の径方向Ｄｒ外側に設けられている。環状流路部４０は、外筒１１の外周面１１ｇに設けられている。環状流路部４０は、周方向Ｄｃに連続している。環状流路部４０には、水供給管４２を介して、外部から水が供給される。水供給管４２は、ガスタービン１の車室２（図１参照）の内周面と、燃焼器１０Ｅの外周面との隙間を通して設けられている。
【００７２】
水供給孔４１は、外筒１１を径方向Ｄｒに貫通している。水供給孔４１は、複数の水噴射部３０Ｅの径方向外側にそれぞれ形成されている。水供給孔４１は、環状流路部４０から複数の水噴射部３０Ｂのそれぞれに水を供給する。
【００７３】
このような水噴射部３０Ｅでは、外部の水供給源（図示無し）から水供給管４２、環状流路部４０、各水供給孔４１を通してブラケット３１に水が供給される。ブラケット３１に供給された水は、第一ノズル３２と第二ノズル３３とに分配される。第一ノズル３２、第二ノズル３３では、ブラケット３１で分配された水が噴射される。
【００７４】
したがって、上述した第五実施形態の燃焼器１０Ｅによれば、外部から供給される水が、環状流路部４０に至るまでは、水供給管４２や環状流路部４０が、燃焼器１０Ｅの外筒１１内で熱に曝されることが抑えられる。これにより、水供給管４２や環状流路部４０が、熱応力の影響を受けることが抑えられる。
【００７５】
また、上記第一から第四実施形態と同様、第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。第二ノズル３３Ｄは、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。これにより、空気流路部Ｒ内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
【００７６】
（その他の変形例）
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。例えば、上記第一〜第五実施形態で示した構成を、適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  ガスタービン
２  車室
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ  燃焼器
１１  外筒
１１ａ  端部
１１ｂ  端部
１１ｆ  内周面
１１ｇ  外周面
１２  内筒
１２ａ  端部
１２ｂ  端部
１２ｇ  外周面
１３  尾筒
１４  背面壁
１５  案内面
１６  開口
２１  パイロットノズル
２１ａ  先端部
２２  メインノズル（燃料ノズル）
２２ａ  先端部
２４  パイロットコーン
２４ｃ  テーパコーン部
２５  メインバーナ
２５ａ  パイロットコーンに近接する側
２７  パンチメタル
２８  パイロットスワラ
２９  メインスワラ
３０、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ  水噴射部
３１  ブラケット
３１ｂ  固定面
３１ｓ  第一傾斜面
３１ｔ  第二傾斜面
３２、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ  第一ノズル
３２ｈ、３２ｊ、３２ｋ  ノズル孔
３３、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ  第二ノズル
３３ｈ、３３ｊ、３３ｋ  ノズル孔
３５  供給流路
３６  流路形成部材
３６ｒ  流路
４０  環状流路部
４１  水供給孔
４２  水供給管
５１  円筒部
５１ａ  先端
５２  ガイドベーン
Ｏ  中心軸
Ｒ  空気流路部
Ｒ１  導入流路部
Ｒ２  反転流路部
Ｒ３  内部流路部
【図１】
2020169786.tif 000003
【図２】
2020169786.tif 000004
【図３】
2020169786.tif 000005
【図４】
2020169786.tif 000006
【図５】
2020169786.tif 000007
【図６】
2020169786.tif 000008
【図７】
2020169786.tif 000009
【図８】
2020169786.tif 000010
【図９】
2020169786.tif 000011
【図１０】
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