(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器ノズル及びこれを備えるガスタービン用燃焼器を提供する。【解決手段】外周面に放射状に配置された複数のベーン１１０を備え、前記ベーン１１０の内部には燃料の供給される空洞部が設けられた燃焼器ノズルであって、前記ベーン１１０は、エアフォイルの断面形状を有し、前記エアフォイルの断面形状の圧力面及び吸入面のうちの少なくとも一方の面には、前記空洞部に連通する複数のノズル孔１３０が前記ベーン１１０の高さ方向に並んで設けられ、前記ベーン１１０は、前記エアフォイルのリーディングエッジを基準としてその両側に一対の出口を有する他のノズル孔１３０を備え、前記他のノズル孔１３０は、前記高さ方向と垂直な面上で当該ベーン１１０の外側に発散する角度（α）をなすとともに、前記燃焼器ノズルの半径方向に対し、前記他のノズル孔１３０の入口側から出口側に向かう方向が鋭角をなす。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に放射状に配置された複数のベーンを備え、前記ベーンの内部には燃料の供給される空洞部が設けられた燃焼器ノズルであって、
前記ベーンは、エアフォイルの断面形状を有し、前記エアフォイルの断面形状の圧力面及び吸入面のうちの少なくとも一方の面には、前記空洞部に連通する複数のノズル孔が前記ベーンの高さ方向に並んで設けられ、
前記ベーンは、前記エアフォイルのリーディングエッジを基準としてその両側に一対の出口を有する他のノズル孔を備え、前記他のノズル孔は、前記高さ方向と垂直な面上で当該ベーンの外側に発散する角度（α）をなすとともに、前記燃焼器ノズルの半径方向に対し、前記他のノズル孔の入口側から出口側に向かう方向が鋭角（β）をなす、燃焼器ノズル。
【請求項２】
前記他のノズル孔の前記一対の出口は前記リーディングエッジに対して対称をなす、請求項１に記載の燃焼器ノズル。
【請求項３】
前記他のノズル孔の出口の中心は、前記半径方向において、前記複数のノズル孔のうち、半径方向最外側のノズル孔を超えない、請求項１または２に記載の燃焼器ノズル。
【請求項４】
前記他のノズル孔は、その断面積が一定なストレートホールである、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。
【請求項５】
前記他のノズル孔は、その断面積が前記出口に行くほど次第に大きくなるディフューザーホールである、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。
【請求項６】
前記他のノズル孔が前記垂直な面上でなす角の中心は、前記空洞部内に位置し、前記他のノズル孔の二つの流路は、互いに分離されている、請求項１から５の何れか一項に記載の燃焼器ノズル。
【請求項７】
前記角度（α）は、７０〜１８０°の範囲にある、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。
【請求項８】
前記鋭角（β）は、２０〜５０°の範囲にある、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。
【請求項９】
前記角度（α）は７０〜１８０°の範囲にあり、前記鋭角（β）は２０〜５０°の範囲にある、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。
【請求項１０】
環状をなす燃焼器ケーシングに沿って複数のバーナーが配置されたガスタービン用燃焼器であって、
各バーナーは、
圧縮空気と混合されるように燃料を噴射する燃焼器ノズルと、
前記燃焼器ノズルの外周面に放射状に配置され、その内部に前記燃料の供給される空洞部が設けられた複数のベーンと、
前記燃焼器ノズルを包み込みながら、前記ベーンが収容される環状空間を形成するシュラウドとを含み、
前記ベーンは、エアフォイルの断面形状を有し、前記エアフォイルの断面形状の圧力面及び吸入面のうちの少なくとも一方の面には、前記空洞部に連通する複数のノズル孔が前記ベーンの高さ方向に並んで設けられ、
前記ベーンは、前記エアフォイルのリーディングエッジを基準としてその両側に一対の出口を有する他のノズル孔を備え、前記他のノズル孔は、前記高さ方向と垂直な面上で当該ベーンの外側に発散する角度（α）をなすとともに、前記燃焼器ノズルの半径方向に対し、前記他のノズル孔の入り口側から出口側に向かう方向が鋭角（β）をなす、ガスタービン用燃焼器。
【請求項１１】
前記他のノズル孔の前記一対の出口は、前記リーディングエッジに対して対称をなす、請求項１０に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１２】
前記他のノズル孔の出口の中心は、前記半径方向において、前記複数のノズル孔のうち、半径方向最外側のノズル孔を超えない、請求項１０または１１に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１３】
前記他のノズル孔は、その断面積が一定なストレートホールである、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１４】
前記他のノズル孔は、その断面積が前記出口に行くほど次第に大きくなるディフューザーホールである、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１５】
前記他のノズル孔が前記垂直な面上でなす角の中心は、前記空洞部内に位置し、前記他のノズル孔の二つの流路は、互いに分離されている、請求項１０から１４のいずれか一項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１６】
前記角度（α）は、７０〜１８０°の範囲にある、請求項１０から１５のいずれか一項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１７】
前記鋭角（β）は、２０〜５０°の範囲にある、請求項１０から１６のいずれか一項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１８】
前記角度（α）は７０〜１８０°の範囲にあり、前記鋭角（β）は２０〜５０°の範囲にある、請求項１０から１５のいずれか一項に記載のガスタービン用燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
示される発明は、燃焼器ノズル及びこれを備えるガスタービン用燃焼器に係り、さらに詳細には、燃焼器ノズルのベーン領域における燃料と空気との予混合均一性を改善した燃焼器ノズル及びこれを備えるガスタービン用燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン用燃焼器は、圧縮機から供給される圧縮空気を燃料と混合して等圧燃焼させることにより、高エネルギーの燃焼ガスを作り、燃焼ガスの熱エネルギーを機械的エネルギーに変換させるタービンへ供給する役割を果たす。
【０００３】
このため、燃焼器は、圧縮機から提供される圧縮空気を燃焼器ケーシングの内部で燃料と混合させた後、ライナー内部の燃焼室で点火及び燃焼させる構造を取っている。具体的には、燃焼器の管組立体の外面を沿って流入した圧縮空気は、燃焼器ノズル側へ供給され、環状の燃焼器ケーシングの内部に進入して燃料Ｆ１、Ｆ２との混合が行われる（図２参照）。
【０００４】
燃料は、幾つかのルートを介して提供されるが、その一つは、燃焼器ノズルの外面に放射状に備えられるエアフォイル断面形状のベーン（ｖａｎｅ）を介して行われる。つまり、燃焼器ノズルとこれを包み込むシュラウド（ｓｈｒｏｕｄ）との間の環状空間へ圧縮空気が供給され、この環状空間に配置されたベーンに設けられた複数のノズル孔を介して燃料Ｆ２が噴射されることにより、空気と燃料との予混合が行われて燃焼室へ供給される。
【０００５】
ところが、狭い環状空間に配置されるベーンの構造のため、ノズル孔の個数は制限され、特に技術的、設計的限界（加工技術上の限界、熱負荷や振動などに対応するための強度条件など）によりシュラウドに非常に近接してノズル孔を配置することは非常に限定的である。
【０００６】
環状空間の断面積からみると、シュラウドに近接したベーン外側領域の面積がさらに広いが、この外側領域における予混合均一度は、ノズル孔の配置限界のため、他の領域に比べて希薄になる傾向が強い。
【０００７】
このようにベーン外側領域の混合比が希薄になる分だけ、他の領域では局部的に濃厚になり、これは、ベーンでの予混合均一性が不良となる結果につながる。不均一性の高い空気／燃料予混合気（ｐｒｅ−ｍｉｘｅｄ  ａｉｒ／ｆｕｅｌ  ｍｉｘｔｕｒｅ）は燃焼の不均一性を引き起こし、不均一な燃焼は燃焼振動の上昇、一酸化炭素や窒素酸化物などの排出物質の増加といった悪影響を起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国登録特許第６，４３８，９６１号（２００２年８月２７日登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
開示される発明は、燃焼器ノズルの外面に放射状に備えられるベーンでの空気燃料の予混合均一性を向上させることができる解決策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】
【００１０】
開示される発明は、外周面に放射状に配置された複数のベーンを備え、前記ベーンの内部には燃料の供給される空洞部が設けられた燃焼器ノズルであって、前記ベーンは、エアフォイルの断面形状を有し、前記エアフォイルの断面形状の圧力面及び吸入面のうちの少なくとも一方の面には、前記空洞部に連通する複数のノズル孔が前記ベーンの高さ方向に並んで設けられ、前記ベーンは、前記エアフォイルのリーディングエッジを基準としてその両側に一対の出口を有する他のノズル孔を備え、前記他のノズル孔は、前記高さ方向と垂直な面上で当該ベーンの外側に発散する角度（α）をなすとともに、前記燃焼器ノズルの半径方向に対し、前記他のノズル孔の入口側から出口側に向かう方向が鋭角（β）をなすことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記他のノズル孔の一対の出口は、前記リーディングエッジに対して対称をなしてもよい。
【００１２】
前記他のノズル孔の出口の中心は、前記半径方向において、前記複数のノズル孔のうち、半径方向最外側のノズル孔を超えないように配置してもよい。
開示される発明の実施形態によっては、前記他のノズル孔は、その断面積が一定なストレートホールであるか、或いはその断面積が前記出口に行くほど次第に大きくなるディフューザーホールであることが好ましい。
【００１３】
前記他のノズル孔が前記垂直な面上でなす角の中心は、前記空洞部内に位置し、前記他のノズル孔の二つの流路は、互いに分離されていることが好ましい。
【００１４】
開示される発明の一実施形態によれば、前記角度（α）は７０〜１８０°の範囲にあり、前記鋭角（β）は２０〜５０°の範囲にあってもよい。
【００１５】
一方、開示される発明は、環状をなす燃焼器ケーシングに沿って複数のバーナーが配置されたガスタービン用燃焼器であって、各バーナーは、圧縮空気と混合されるように燃料を噴射する燃焼器ノズルと、前記燃焼器ノズルの外周面に放射状に配置され、その内部に前記燃料の供給される空洞部が設けられた複数のベーンと、前記燃焼器ノズルを包み込みながら、前記ベーンが収容される環状空間を形成するシュラウドとを含み、前記ベーンは、エアフォイルの断面形状を有し、前記エアフォイルの断面形状の圧力面及び吸入面のうちの少なくとも一方の面には、前記空洞部に連通する複数のノズル孔が前記ベーンの高さ方向に並んで設けられ、前記ベーンは、前記エアフォイルのリーディングエッジを基準としてその両側に一対の出口を有する他のノズル孔を備え、前記他のノズル孔は、前記高さ方向と垂直な面上で当該ベーンの外側に発散する角度（α）をなすとともに、前記燃焼器ノズルの半径方向に対し、前記他のノズル孔の入り口側から出口側に向かう方向が鋭角（β）をなすことを特徴とするガスタービン用燃焼器を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
上述した構成を持つ燃焼器ノズルによれば、二つの流路がＶ字状に広がりながら半径方向の外側を向く傾斜付きＶ字状ノズル孔を備えることにより、Ｖ字状ノズル孔のない従来の燃焼器ノズルに比べて円周方向と半径方向のすべての方向に沿って空燃比分布の成層化が緩和して空燃比の均一性が向上する予混合状態改善の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】開示される発明が適用できるガスタービンの全体的な構造を示す図である。
【図２】ガスタービンの燃焼器における予混合空気の流れを説明する図である。
【図３】開示される発明による燃焼器ノズルがシュラウド内に配置された構造を示す断面図である。
【図４】図３の「Ａ」方向からベーンをみた図である。
【図５】図４の「Ｂ−Ｂ」線に沿った断面図である。
【図６】図５の「Ｃ−Ｃ」線に沿った断面図である。
【図７】Ｖ字状ノズル孔の他の実施形態を示す断面図である。
【図８】Ｖ字状ノズル孔の有無によるシュラウドと燃焼器ノズルとの間の環状空間の出口における円周方向の空燃比分布を示す図である。
【図９】図８の円周方向の空燃比分布に対応する半径方向の空燃比のプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、開示される発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
開示される発明の実施形態を説明するにあたり、当業者であれば自明に理解することができる公知の構成についての説明は、開示される発明の要旨を乱さないように省略される。また、各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の符号を付し、図面を参照するときは、図面に示された線の厚さや構成要素の大きさなどが説明の明瞭性と便宜のために誇張して図示されている可能性もあることを考慮すべきである。
【００１９】
また、開示される発明の実施形態の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。これらの用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、該当構成要素の本質や順番、順序などを限定しない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されると記載されている場合、ある構成要素が他の構成要素に直接連結又は接続されることもあり、これらの各構成要素の間に別の構成要素が介在して「連結」、「結合」又は「接続」されることもあると理解されるべきである。
【００２０】
ガスタービンの熱力学的サイクルは、理想的にはブレイトンサイクル（Ｂｒａｙｔｏｎ  ｃｙｃｌｅ）に従う。ブレイトンサイクルは、等エントロピー圧縮（断熱圧縮）、定圧急熱、等エントロピー膨張（断熱膨張）、定圧放熱へと続く４つの過程で構成される。つまり、大気の空気を吸入して高圧で圧縮した後、定圧環境で燃料を燃焼して熱エネルギーを放出し、この高温の燃焼ガスを膨張させて運動エネルギーに変換させた後、残余エネルギーを込めた排気ガスを大気中に放出する。すなわち、圧縮、加熱、膨張、放熱の４過程でサイクルが行われる。
【００２１】
上述したブレイトンサイクルを実現するガスタービンは、圧縮機、燃焼器及びタービンを含む。図１はガスタービン１０００の全体的な構成を概略的に示す図である。以下の説明は図１を参照するが、開示される発明の説明は、図１に例示的に示されたガスタービン１０００と同等の構成を持つガスタービン機関についても幅広く適用できる。
【００２２】
ガスタービン１０００の圧縮機１１００は、空気を吸入して圧縮する部分であって、燃焼器１２００に燃焼用空気を供給する一方、ガスタービン１０００で冷却が必要な高温領域に冷却用空気を供給することを主な役割とする。吸入された空気は圧縮機１１００で断熱圧縮過程を経るので、圧縮機１１００を通過する空気の圧力と温度は上がる。
【００２３】
ガスタービン１０００に含まれる圧縮機１１００は、通常、遠心圧縮機（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ）又は軸流圧縮機（ａｘｉａｌ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）に設計されるが、小型ガスタービンでは、遠心圧縮機が適用されるのに対し、図１に示された大型ガスタービン１０００では、大量の空気を圧縮しなければならないため、多段軸流圧縮機１１００が適用されるのが一般的である。圧縮機１１００の回転軸とタービン１３００の回転軸とは直結されている。よって、圧縮機１１００は、タービン１３００から出力される動力の一部を用いて駆動される。
【００２４】
燃焼器１２００は、圧縮機１１００の出口から供給される圧縮空気を燃料と混合して等圧燃焼させることにより、高エネルギーの燃焼ガスを作り出す。図２は、ガスタービン１０００に備えられる燃焼器１２００の一例を示す。燃焼器１２００は、圧縮機１１００の下流に配置され、環状をなす燃焼器ケーシング１２１０に沿って複数のバーナー１２２０が配置される。各バーナー１２２０には数個の燃焼器ノズル１２３０が備えられ、この燃焼器ノズル１２３０から噴射される燃料が空気と適切な割合で混合されることにより、燃焼に適した予混合状態をなす。
【００２５】
ガスタービン１０００には、ガス燃料、液体燃料、又はこれらの組み合わせである複合燃料を使用することができるが、一酸化炭素や窒素酸化物などの排出量に対しては厳しい規制が適用される。近年では、燃焼制御が拡散燃焼に比べて相対的に難しいが、燃焼温度を均一にすることにより、窒素酸化物が発生する局部的な高温領域を減らすことができるという利点のある予混合燃焼が、排気ガスの規制を達成するために多く適用される。
【００２６】
空気と燃料の予混合を促進するために、燃焼器ノズル１２３０の外周面に放射状にベーン（スワラ）を設置する技術が公知になっている。予混合ガスの最初点火は点火器を用いて行われ、その後、燃焼が安定すると、燃料と空気の混合気を供給することにより燃焼が維持される。
【００２７】
一方、燃焼器１２００は、ガスタービン１０００で最も高温の環境をなすので、適切な冷却が必要である。図２を参照すると、バーナー１２２０とタービン１３００との間を連結して高温の燃焼ガスが流動するダクトアセンブリ、すなわちライナー１２５０、トランジションピース１２６０及び流動スリーブ１２７０からなるダクトアセンブリの外面に沿って圧縮空気が流れて燃焼ノズル１２３０側へ供給される流路を確認することができる。圧縮空気がダクトアセンブリの外面に沿って移動する過程中に、高温の燃焼ガスによって加熱されたダクトアセンブリが適切に冷却される。
【００２８】
燃焼器１２００で生産された高温、高圧の燃焼ガスは、ダクトアセンブリの内部を介してタービン１３００に供給される。タービン１３００では、燃焼ガスが断熱膨張しながら、タービン１３００の回転軸に放射状に配置された多数のブレードに衝突して反動力を与えることにより、燃焼ガスの熱エネルギーが回転軸の回転する機械的エネルギーに変換される。タービン１３００から得た機械的エネルギーの一部は、圧縮機１１００で空気を圧縮するのに必要なエネルギーとして供給され、残りは、発電機を駆動して電力を生産するなどの有効エネルギーとして活用される。
【００２９】
図２はガスタービンの燃焼器における予混合空気の流れを説明する図である。
先立って説明したように、燃焼器１２００は、圧縮機１１００から提供される圧縮空気と燃料とを燃焼器ケーシング１２１０及びバーナー１２２０の領域で混合して予混合気を形成し、ライナー１２５０の内部である燃焼室１２４０で点火及び燃焼させる構造を取っている。図２を参照すると、ダクトアセンブリをなすライナー１２５０及び流動スリーブ１２７０の二重構造間の環状空間に沿って燃焼器１２００側へ移動している圧縮空気Ａは、燃焼器ケーシング１２１０の内部に進入して燃料Ｆとの混合が行われる。空気と燃料との混合は、幾つかの独立したルートを介して行われ得るが、図２における、第２燃料Ｆ２が注入されるルートを介して燃焼器ノズルのベーンから燃料が噴射され、これにより、シュラウドと燃焼器ノズルとの間の環状空間で予混合気が作られる。
【００３０】
しかし、前述したように、狭い環状空間に配置されるベーンの構造のため、ノズル孔の個数は制限され、特に技術的、設計的限界により、シュラウドに非常に近接してノズル孔を配置することは非常に限定的であるので、シュラウドに近接したベーン外側領域での予混合均一度は他の領域に比べて希薄になる傾向が強く、このような不均一性の高い空気／燃料予混合気は燃焼の不均一性を引き起こす。開示される発明はこのような従来の問題を解決するためのものであって、これについては図３以下を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図３は開示される発明による燃焼器ノズル１００がシュラウド２００内に配置された構造を示す断面図、図４は図３の「Ａ」方向からベーン１１０をみた図、図５は図４の「Ｂ−Ｂ」線に沿った断面図、図６は図５の「Ｃ−Ｃ」線に沿った断面図である。これらの図を参照して、開示される発明の燃焼器ノズル１００について詳細に説明する。
【００３２】
開示される発明は、外周面に放射状に配置された複数のベーン１１０を備え、ベーン１１０の内部には燃料の供給される空洞部１１２が設けられた燃焼器ノズル１００に関するものである。つまり、本明細書に開示される発明は、空気と燃料との予混合を起こすベーン１１０を備えた燃焼器ノズル１００であれば、特別な制限なく適用できる。
【００３３】
このような燃焼器ノズル１００において、ベーン１１０は、空気の流動を円滑に起こすために、エアフォイル１２０の断面形状を有することが一般的である。この場合、エアフォイル１２０断面の圧力面１２４及び吸入面１２６のうちの少なくとも一方の面、すなわち、圧力面１２４及び／又は吸入面１２６には、ベーン１１０の高さ方向に並んで、内部の空洞部１１２に連通する複数のノズル孔１３０が設けられている。よって、ベーン１１０内の空洞部１１２へ供給される燃料は、直径の小さいノズル孔１３０を介して空気流動中に噴射され、空気と燃料との予混合が起こる。ちなみに、図３の「Ａ」方向からベーン１１０をみる図４における左側にノズル孔１３０が示されることは、ベーン１１０のエアフォイル１２０の形状により正面から圧力面１２４が見えるためである。
【００３４】
ノズル孔１３０は、高さ方向に沿って複数個が均等に備えられ、ベーン１１０周辺の半径方向に沿ってできる限り均一な空燃比（ＥＱ、Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）分布が行われるようにし、かつ、ベーン１１０は、燃焼器ノズル１００の外周面に放射状に均等配置されることにより、円周方向に沿っても均一な空燃比分布が現れるようにする。ただし、燃焼器ノズル１００とシュラウド２００との間の狭い環状空間に配置されるベーン１１０の構造上、ノズル孔１３０の個数には限界があり、特にシュラウド２００に非常に近接してノズル孔１３０を配置することは非常に限定的であるため、シュラウド２００に近接したベーン１１０の外側領域における予混合均一度は、他の領域に比べて希薄になりやすい。
【００３５】
開示される発明は、このような空燃比分布の不均一性を軽減するために、特別な構造を持つノズル孔をさらに備えているが、これは、エアフォイル１２０のリーディングエッジ（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ）１２２を基準としてその両側に一対の出口１４２を有するＶ字状ノズル孔１４０の構成である。
【００３６】
Ｖ字状ノズル孔１４０は、図４乃至図６にその３次元的配置構造が示されており、その形態が全体的にアルファベットＶ字状をなしているため、「Ｖ字状ノズル孔１４０」と呼ぶのである。
【００３７】
まず、図４に示されているように、Ｖ字状ノズル孔１４０は、エアフォイル１２０のリーディングエッジ１２２を基準としてその両側に一対の出口１４２を持っている。つまり、Ｖ字状ノズル孔１４０は、二つの流路を備えており、そのそれぞれの出口１４２は、エアフォイル１２０のリーディングエッジ１２２を基準としてその両側に分散配置される。このようにエアフォイル１２０のリーディングエッジ１２２の両側に各出口１４２を分けて配置することは、空気の流動がリーディングエッジ１２２を境界線として圧力面１２４と吸入面１２６に分岐することを考慮して、ベーン１１０とベーン１１０との間の領域で均一な燃料混合（円周方向の燃料混合）が行われるようにするためである。
【００３８】
また、このようなＶ字状ノズル孔１４０の出口１４２の配置によって、各出口１４２は、空気の流動に向かい合うことになり、これにより、Ｖ字状ノズル孔１４０から噴射される燃料は、空気の流動にぶつかって相互混合が促進される。
【００３９】
ここで、Ｖ字状ノズル孔１４０の一対の出口１４２は、均等な予混合のためにいずれか一方に偏重しないようにリーディングエッジ１２２に対して対称をなすことができる。
【００４０】
Ｖ字状ノズル孔１４０の二つの流路は、ベーン１１０上に３次元的に２方向の角度をなすように配置される。一つは、Ｖ字状がなす角度、すなわち２つの流路が広がった角度に関するものである。これを表現すれば、Ｖ字状ノズル孔１４０は、リーディングエッジ１２２を横切る水平面上で外側に発散する角度αをなしており（別言すれば、Ｖ字状ノズル孔１４０はベーン１１０の高さ方向と垂直な面上で当該ベーン１１０の外側に発散する角度αをなしており）、この角度αは、図５に示されている。
【００４１】
二つの流路が広がっている角度αは、空洞部１１２から出口１４２に向かって流れる燃料の流動特性、及び空気の流動に対する衝突角度を指定する。燃料の均等な分配と柔軟な流動、及び空気流動に対する有効な衝突角度のうちのどれを優先するか、それとも適切な調和をなすのかなどの設計目標を考慮して、Ｖ字状ノズル孔１４０がリーディングエッジ１２２を横切る水平面上でなす角度αは、７０〜１８０°の範囲で決定することができる。
【００４２】
また、Ｖ字状ノズル孔１４０がリーディングエッジ１２２を横切る水平面上で外側になす角の中心は、ベーン１１０の厚さではなく、その内部の空洞部１１２内に位置し、これにより、Ｖ字状ノズル孔１４０の二つの流路が互いに分離されているようにすることが、流路の入り口における燃料の流れと分配がスムーズに行われるようにするという観点から好ましい。
【００４３】
Ｖ字状ノズル孔１４０は、前記リーディングエッジ１２２を横切る垂直面に対して半径方向外向きの鋭角βをなすもう一つの角度をなしている（別言すれば、Ｖ字状ノズル孔１４０は、燃焼器ノズル１１０の半径方向に対し、Ｖ字状ノズル孔１４０の入口側から出口側に向かう方向が鋭角（β）をなす）。この鋭角βは図６に示されている。この鋭角βによって、Ｖ字状ノズル孔１４０は、シュラウド２００を斜めに眺める角度をなす。これは、エアフォイル１２０断面の圧力面１２４及び吸入面１２６のうちの少なくとも一方の面でその高さ方向に沿って設けられた複数のノズル孔１３０が水平をなすのと区別される。
【００４４】
Ｖ字状ノズル孔１４０が、リーディングエッジ１２２を横切る垂直面に対して半径方向外向きの鋭角βをなすようにすることは、シュラウド２００に近接した領域で空燃比が希薄になる問題を補償するためである。Ｖ字状ノズル孔１４０がシュラウド２００側を向く燃料噴射を起こすことにより、従来に比べて濃厚な燃料分布を作り、これにより、空燃比分布の不均一性が緩和する。リーディングエッジ１２２を横切る垂直面上でなす鋭角βは、２０〜５０°の範囲にあり得る。
【００４５】
ここで、Ｖ字状ノズル孔１４０が半径方向外向きの鋭角βをなしているが、その出口１４２の位置を制限する必要がある。ノズル孔１３０とＶ字状ノズル孔１４０は、ベーン１１０の外側から内側に加工（例えば、放電加工）を行うため、加工技術上、Ｖ字状ノズル孔１４０の出口１４２の位置を適切に選定する必要がある。例えば、Ｖ字状ノズル孔１４０の出口１４２の中心が、複数のノズル孔のうち、半径方向最外側のノズル孔１３０を半径方向で超えないように配置することができる。
【００４６】
Ｖ字状ノズル孔１４０は、図４乃至図６に示されているように、その断面積が一定なストレートホール１４４から構成することができる。これは、普遍的なノズル孔の構成であるが、代案的には、図７のように流路の断面積が出口１４２に行くほど次第に大きくなるディフューザーホール１４６から構成することもできる。ディフューザーホール１４６は、出口１４２から噴射される燃料の分布を広く拡散させることにより、さらに広い領域で空燃比補償効果が起こるように促進することができる。
【００４７】
図８はＶ字状ノズル孔１４０の有無によるシュラウド２００と燃焼器ノズル１００との間の環状空間の出口１４２における円周方向の空燃比分布を示す図、図９は図８の円周方向の空燃比分布に対応する半径方向の空燃比のプロファイルを示す図である。
【００４８】
図８から分かることように、Ｖ字状ノズル孔１４０なしの従来の燃焼器ノズル１００では、空燃比が異なる領域がまるで帯のように成層化されていることを確認することができ、特に、シュラウド２００の隣接領域で希薄な空燃比環境が造成されていることがよく現れている。これに比べ、Ｖ字状ノズル孔１４０を備えた開示される発明の燃焼器ノズル１００では、全体的に空燃比分布の成層化が緩和しながら予混合状態が改善され、シュラウド２００の隣接領域における空燃比も一層濃厚になった。
【００４９】
図９が示す半径方向の空燃比のプロファイルによれば（縦軸の変数は半径に対して無次元化したＲ／Ｒｏの値である）、半径方向における空燃比の最小値と最大値との差（振幅）も一層改善されたことが数値的によく現れており、これは、図８で開示される発明の燃焼器ノズル１００が従来に比べて空燃比分布の成層化を緩和させる事実に対応する。
【００５０】
一方、開示される発明は、環状をなす燃焼器ケーシング１２１０に沿って複数のバーナー１２２０が配置されたガスタービン用燃焼器１２００を提供し、各バーナー１２２０には、以上で説明したＶ字状ノズル孔１４０を備える燃焼器ノズル１００がシュラウド２００内に設置される。
【００５１】
以上、開示される発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された開示される発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除又は追加などにより、開示される発明を多様に修正及び変更させることができ、それらの修正、変更も請求項による発明の権利範囲内に含まれるというべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１００    燃焼器ノズル
１１０    ベーン
１１２    空洞部
１２０    エアフォイル
１２２    リーディングエッジ
１２４    圧力面
１２６    吸入面
１３０    ノズル孔
１４０    Ｖ字状ノズル孔
１４２    出口
１４４    ストレートホール
１４６    ディフューザーホール
２００    シュラウド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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