(57)【要約】【課題】燃料燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減可能なバーナ及びこれを備えた燃焼器及びガスタービンを提供する。【解決手段】バーナは、燃料プレナム内を延在し、空気が内部に供給されるように構成された少なくとも１本の混合管と、前記燃料プレナムに供給された燃料を、前記少なくとも１本の混合管の内部に噴射するための複数の燃料噴射孔と、を備え、前記少なくとも１本の混合管を該混合管の軸方向に視たとき、前記複数の燃料噴射孔の各々の中心軸は、前記混合管の周方向に関して、前記混合管の半径方向に対して同一方向に傾斜している。【選択図】  図４
2020122629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料プレナム内を延在し、空気が内部に供給されるように構成された少なくとも１本の混合管と、
前記燃料プレナムに供給された燃料を、前記少なくとも１本の混合管の内部に噴射するための複数の燃料噴射孔と、を備え、
前記少なくとも１本の混合管を該混合管の軸方向に視たとき、前記複数の燃料噴射孔の各々の中心軸は、前記混合管の周方向に関して、前記混合管の半径方向に対して同一方向に傾斜している
バーナ。
【請求項２】
前記複数の燃料噴射孔は、前記少なくとも１本の混合管に設けられている
請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
少なくとも部分的に前記混合管よりも軸方向上流側に位置し、前記燃料プレナムと連通する上流側空間を形成するノズル部材をさらに備え、
前記複数の燃料噴射孔は、前記ノズル部材に設けられている
請求項１に記載のバーナ。
【請求項４】
前記燃料プレナムを区画する上流側プレート及び下流側プレートを備え、
前記ノズル部材は、前記上流側プレートに支持された
請求項３に記載のバーナ。
【請求項５】
前記少なくとも１本の混合管は複数の混合管を含み、
前記ノズル部材は、前記複数の混合管の内部に前記燃料を噴射するようにそれぞれ構成された複数の前記燃料噴射孔を含む
請求項３又は４に記載のバーナ。
【請求項６】
前記少なくとも１本の混合管の軸方向の断面において、前記燃料噴射孔の各々の前記中心軸は、前記混合管の半径方向に対して傾斜している
請求項１乃至５の何れか一項に記載のバーナ。
【請求項７】
前記燃料プレナムを区画する上流側プレート及び下流側プレートを備え、
前記少なくとも１本の混合管は、前記上流側プレート及び前記下流側プレートを貫通するように設けられた
請求項１乃至６の何れか一項に記載のバーナ。
【請求項８】
前記少なくとも１本の混合管は複数の混合管を含み、
前記複数の混合管が１つの前記燃料プレナム内を延在するように設けられた
請求項１乃至７の何れか一項に記載のバーナ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載のバーナと、
前記バーナの下流側に設けられた燃焼筒と、
を備える燃焼器。
【請求項１０】
請求項９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】
本開示は、バーナ及びこれを備えた燃焼器及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃焼器等において、燃焼時に生成する窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減のために、燃料や空気流れに旋回を与えるためのスワラを用いた予混合方式のバーナが用いられることがある。ところが、このようなスワラを用いたバーナでは、燃焼温度が高い場合や燃焼速度の速い燃料（例えば水素）を用いる場合等に、スワラにより形成される渦芯により逆火が生じやすくなることがある。そこで、スワラを用いずに低ＮＯｘ化を図るためのバーナが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ガスタービンの燃焼器に用いられる燃料／空気混合装置（バーナ）が開示されている。この燃料／空気混合装置は、軸方向に離れて設けられる一対の壁面と、該壁面間に形成される燃料プレナムと、を含む予混合ディスクを含み、該予混合ディスクを通過するように複数の混合管が設けられている。各混合管には複数の貫通孔が設けられ、この複数の貫通孔を介して燃料プレナム内の燃料が各混合管内に噴射される。また、混合管には、該混合管の入口から空気が供給されるようになっており、混合管内で燃料と空気とが混合されて予混合気が生成され、混合管の出口から該予混合気が噴射されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０３７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の燃料／空気混合装置（バーナ）の混合管において、燃料を噴射するための複数の貫通孔（燃料噴射孔）が混合管の半径方向に沿って延びるように設けられていると、半径方向に沿って燃料が噴射されることになる。そうすると、複数の燃料噴射孔からの燃料同士が、混合管の軸直交断面における中央部（即ち、混合管の中心軸近傍）で衝突し、この領域の燃料濃度が、周囲の領域に比べて極端に高くなる傾向となる場合がある。このように、軸直交断面内で燃料濃度の分布が不均一であると、燃焼温度が高温になる領域が生じるため、ＮＯｘ低減を適切に図れない場合がある。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃料燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減可能なバーナ及びこれを備えた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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナは、
燃料プレナム内を延在し、空気が内部に供給されるように構成された少なくとも１本の混合管と、
前記燃料プレナムに供給された燃料を、前記少なくとも１本の混合管の内部に噴射するための複数の燃料噴射孔と、を備え、
前記少なくとも１本の混合管を該混合管の軸方向に視たとき、前記複数の燃料噴射孔の各々の中心軸は、前記混合管の周方向に関して、前記混合管の半径方向に対して同一方向に傾斜している。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、混合管に燃料を噴射するための複数の燃料噴射孔を、周方向に関し、半径方向に対して同一の方向に傾斜するように設けたので、これらの複数の燃料噴射孔から燃料を噴射すると、噴射された燃料は、周方向に関して同一方向（即ち、軸方向に視たとき時計回り又は反時計回りの方向）の旋回成分を持つことになる。これにより、混合管の軸方向に視たときに、複数の燃料噴射孔から噴射された燃料が互いに衝突するまでの距離を長くすることができ、軸直交方向の断面内にて燃料と空気の混合に用いられる領域の面積の割合が大きくなるため、混合管内での燃料と空気の混合が促進され、該断面内で燃料濃度が局所的に高濃度となるのを抑制して燃料濃度の分布を均一化することができる。これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減することができる。
また、上記（１）の構成によれば、上述のように燃料と空気の混合が促進されるため、燃料と空気の混合に要する軸方向距離を従来に比べて低減することができるため、バーナをコンパクト化することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数の燃料噴射孔は、前記少なくとも１本の混合管に設けられている。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、混合管内に燃料を供給するための混合管自体に燃料噴射孔を設けたので、簡素な構成で、上記（１）で述べたように、混合管内での燃料と空気の混合を促進して、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バーナは、
少なくとも部分的に前記混合管よりも軸方向上流側に位置し、前記燃料プレナムと連通する上流側空間を形成するノズル部材をさらに備え、
前記複数の燃料噴射孔は、前記ノズル部材に設けられている。
【００１２】
通常、混合管よりも上流側の位置における流路面積は、混合管内部における流路面積よりも広い。この点、上記（３）の構成では、少なくとも部分的に混合管よりも上流側に位置するノズル部材を設けたので、混合管に供給される空気の軸方向速度は、混合管よりも上流側の位置（例えばノズル部材の位置）において比較的遅く、混合管の内部では比較的速くなる。このため、ノズル部材に設けられた燃料噴射孔から噴射された燃料は、混合管よりも上流側の位置において、軸方向に進むにつれて径方向にて軸中心に近づきやすくなる。よって、混合管よりも上流側の領域から混合管の内部に流入した燃料は、混合管の壁面から離れた領域に位置しやすくなる。よって、混合管の壁面近傍の燃料濃度を低減しやすくなり、混合管の壁面近傍における高燃料濃度に起因する逆火を効果的に抑制することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記バーナは、
前記燃料プレナムを区画する上流側プレート及び下流側プレートを備え、
前記ノズル部材は、前記上流側プレートに支持される。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、燃料プレナムを区画する上流側プレートを利用してノズル部材を支持するようにしたので、簡素な構成でありながら、上記（３）で述べたように、混合管の壁面近傍の燃料濃度を低減しやすくして、混合管の壁面近傍に燃料が存在することに起因する逆火を効果的に抑制することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、
前記少なくとも１本の混合管は複数の混合管を含み、
前記ノズル部材は、前記複数の混合管の内部に前記燃料を噴射するようにそれぞれ構成された複数の前記燃料噴射孔を含む。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、１つのノズル部材から、複数の混合管に対して燃料を噴射するようにしたので、複数の混合管への燃料の供給効率を向上させることができ、あるいは、予混合気の生成効率を向上させることができる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記少なくとも１本の混合管の軸方向の断面において、前記燃料噴射孔の各々の前記中心軸は、前記混合管の半径方向に対して傾斜している。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、燃料噴射孔を、混合管の半径方向に対して傾斜するように設けたので、複数の燃料噴射孔から噴射された燃料が互いに衝突するまでの軸方向における距離を長くすることができる。よって、混合管内での燃料と空気の混合をより促進することができ、これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘをより効果的に低減することができる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記バーナは、
前記燃料プレナムを区画する上流側プレート及び下流側プレートを備え、
前記少なくとも１本の混合管は、前記上流側プレート及び前記下流側プレートを貫通するように設けられる。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、少なくとも１本の混合管を上流側プレート及び下流側プレートを貫通するように設けたので、燃料プレナムを区画する上流側プレート及び下流側プレートを利用して混合管を支持した簡素な構成で、上記（１）で述べたように、混合管内での燃料と空気の混合が促進され、これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減することができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記少なくとも１本の混合管は複数の混合管を含み、
前記複数の混合管が１つの前記燃料プレナム内を延在するように設けられる。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、上流側プレート及び下流側プレートで区画される燃料プレナムに対して複数の混合管を設けたので、限られたスペースに多数の混合管を設けることができるので、バーナのコンパクト化が可能であり、あるいは、バーナにおける予混合気の生成効率を向上させることができる。
【００２３】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
上記（１）乃至（８）の何れか一項に記載のバーナと、
前記バーナの下流側に設けられた燃焼筒と、
を備える。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、混合管に燃料を噴射するための複数の燃料噴射孔を、周方向に関し、半径方向に対して同一の方向に傾斜するように設けたので、これらの複数の燃料噴射孔から燃料を噴射すると、噴射された燃料は、周方向に関して同一方向（即ち、軸方向に視たとき時計回り又は反時計回りの方向）の旋回成分を持つことになる。これにより、混合管の軸方向に視たときに、複数の燃料噴射孔から噴射された燃料が互いに衝突するまでの距離を長くすることができ、軸直交方向の断面内にて混合に用いられる面積の割合が大きくなるため、混合管内での燃料と空気の混合が促進され、該断面内で局所的に高濃度となるのを抑制して濃度分布を均一化することができる。これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減することができる。
また、上記（９）の構成によれば、上述のように燃料と空気の混合が促進されるため、燃料と空気の混合に要する軸方向距離を従来に比べて低減することができるため、バーナをコンパクト化することができる。
【００２５】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（９）に記載の燃焼器を備える。
【００２６】
上記（１０）の構成によれば、混合管に燃料を噴射するための複数の燃料噴射孔を、周方向に関し、半径方向に対して同一の方向に傾斜するように設けたので、これらの複数の燃料噴射孔から燃料を噴射すると、噴射された燃料は、周方向に関して同一方向（即ち、軸方向に視たとき時計回り又は反時計回りの方向）の旋回成分を持つことになる。これにより、混合管の軸方向に視たときに、複数の燃料噴射孔から噴射された燃料が互いに衝突するまでの距離を長くすることができ、軸直交方向の断面内にて混合に用いられる面積の割合が大きくなるため、混合管内での燃料と空気の混合が促進され、該断面内で局所的に高濃度となるのを抑制して濃度分布を均一化することができる。これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減することができる。
また、上記（１０）の構成によれば、上述のように燃料と空気の混合が促進されるため、燃料と空気の混合に要する軸方向距離を従来に比べて低減することができるため、バーナをコンパクト化することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減可能なバーナ及びこれを備えた燃焼器及びガスタービンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係るガスタービンの燃焼器を示す概略断面図である。
【図３】一実施形態に係る燃焼器のバーナ出口近傍を下流側から見た概略的な斜視図である。
【図４】一実施形態に係るバーナの軸方向に沿った部分的な断面図である。
【図５】図４に示すバーナの混合管の軸直交方向における断面図である。
【図６】一実施形態に係るバーナの軸方向に沿った部分的な断面図である。
【図７】図６に示すバーナの混合管の軸直交方向における断面図である。
【図８】図６に示すバーナの入口近傍を上流側から見た概略的な斜視図である。
【図９】混合管内における軸方向位置と、その軸方向位置における軸直交断面内での燃料濃度の最大値との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
まず、幾つかの実施形態に係るバーナ及び燃焼器の適用先の一例であるガスタービンについて、図１を参照して説明する。図１は、一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン１００は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１００の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。
【００３１】
圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。
圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。
【００３２】
燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１００は、ケーシング２０内にロータ８を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。
【００３３】
タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス通路に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。タービン６の静翼２４及び動翼２６は、燃焼ガスの流れに関して燃焼器４の下流側に設けられている。
静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。
タービン６では、燃焼ガス通路に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。
【００３４】
図２は、一実施形態に係るガスタービン１００の燃焼器４を示す概略断面図である。図３は、燃焼器４のバーナ５０出口近傍を下流側から見た概略的な斜視図である。図２に示すように、燃焼器４は、燃料を燃焼させるためのバーナ５０と、バーナ５０の下流側（即ち、バーナ５０よりもタービン６に近い側）に設けられた燃焼筒４６と、を備えている。
【００３５】
バーナ５０は、軸方向（バーナ５０の軸線Ｌの方向）に沿って設けられる筒部材１０５と、軸方向において離れて設けられる上流側プレート１１１及び下流側プレート１１３と、筒部材１０５の内側において上流側プレート１１１と下流側プレート１１３との間に形成される空間である燃料プレナム１２２を通るように設けられる混合管１３１と、を備えている。図示する例では、複数の混合管１３１が燃料プレナム１２２を通過するように設けられている。
【００３６】
上流側プレート１１１及び下流側プレート１１３は、軸方向に直交する面に沿って設けられており、例えば円板上の形状を有していてもよい。筒部材１０５は、該筒部材１０５の周囲に設けられる支持部材１０６によってケーシング２０に支持されている。混合管１３１の各々は、上流側プレート１１１及び下流側プレート１１３を貫通するように軸方向に沿って延びており、上流側端に位置する流入口１４２と、下流側端に位置する混合気噴射孔１４１を有している（図３参照）。すなわち、上流側プレート１１１及び下流側プレート１１３には、混合管１３１が貫通する貫通孔が形成されている。
【００３７】
燃料プレナム１２２には、燃料ポート５２からの燃料が燃料通路（不図示）を介して供給されるようになっており、供給された燃料は燃料プレナム１２２内に貯留されるようになっている。
【００３８】
また、混合管１３１の内部には、空気が供給されるようになっている。より具体的には、ケーシング２０の内部にてバーナ５０の上流側（即ち、バーナ５０を挟んで燃焼筒４６とは反対側）に空気室１２１が形成されており、該空気室１２１には、車室４０から空気流路１１０を介して空気（圧縮空気）が流入して充満するようになっている。そして、空気室１２１内の空気が、流入口１４２を介して混合管１３１の内部に供給されるようになっている。
【００３９】
混合管１３１の内部では、燃料プレナム１２２から混合管１３１に供給される燃料と、流入口１４２を介して混合管１３１に供給される空気とが、下流側に向かって（すなわち燃焼筒４６側に向かって）流れながら混合され、予混合気が生成される。なお、燃料プレナム１２２からの燃料は、後述する燃料噴射孔１３３から混合管１３１内に噴射される。混合管１３１内で生成した予混合気は、混合管１３１の下流側端に設けられた混合気噴射孔１４１から燃焼筒４６によって形成される燃焼室１２４に噴射され、図示しない種火によって着火されて燃焼するようになっている。
【００４０】
以下、幾つかの実施形態に係るバーナ５０についてより詳細に説明する。以下に説明するバーナ５０は、例えば上述したガスタービン１００及び燃焼器４に適用される。
【００４１】
図４及び図６は、それぞれ、一実施形態に係るバーナ５０の軸方向に沿った部分的な断面図である。図５及び図７は、それぞれ、図４及び図６に示すバーナ５０の混合管１３１の軸直交方向における断面図であり、図８は、図６に示すバーナ５０の入口近傍を上流側から見た概略的な斜視図である。
【００４２】
既に述べたように、バーナ５０は、燃料プレナム１２２内を延在し、空気が内部に供給されるように構成された少なくとも１本の混合管１３１を有する。なお、図４及び図６に示す例示的な実施形態において、バーナ５０は、複数の混合管１３１を有している。混合管１３１の各々は、燃料プレナム１２２を区画する上流側プレート１１１及び下流側プレート１１３を貫通するように設けられ、これらの上流側プレート１１１及び下流側プレート１１３に支持されている。
【００４３】
図４及び図６に示すように、バーナ５０は、さらに、燃料プレナム１２２に供給された燃料を、混合管１３１の内部に噴射するための複数の燃料噴射孔１３３（１３３Ａ、１３３Ｂ）を備えている。そして、混合管１３１を該混合管１３１の軸方向に視たとき、複数の燃料噴射孔１３３の各々の中心軸Ｏは、混合管１３１の周方向に関して、該混合管１３１の半径方向に対して同一方向に傾斜している。
【００４４】
より具体的に説明すると、図４及び図５に示す例示的な実施形態では、複数の燃料噴射孔１３３Ａは、混合管１３１を形成する管壁１３１ａに設けられた貫通孔であり、１本の混合管１３１に対して、複数の燃料噴射孔１３３Ａが、周方向に離れて配列されている。本実施形態では、図５に示すように、混合管１３１の中心軸Ｏ周りに、約９０度ずつ離れて、４つの燃料噴射孔１３３Ａが設けられている。
【００４５】
また、図６〜図８に示す例示的な実施形態では、バーナ５０は、燃料プレナム１２２と連通する上流側空間１３６を形成するノズル部材１３２をさらに備えている。この実施形態において、ノズル部材１３２は、燃料プレナム１２２を形成する上流側プレート１１１に設けられた孔に部分的に挿入される筒部１３２ａと、筒部１３２ａの上流端の開口端を閉塞する底部１３２ｂと、を含む。すなわち、ノズル部材１３２は、上流側プレート１１１に支持されているとともに、部分的に混合管１３１よりも軸方向上流側に位置している。また、ノズル部材１３２の内部には、混合管１３１よりも上流側に位置する上流側空間１３６が形成されている。
【００４６】
この実施形態では、図７に示すように、複数の燃料噴射孔１３３Ｂは、ノズル部材１３２を形成する筒部１３２ａに設けられた貫通孔である。また、ノズル部材１３２には、該ノズル部材１３２の周方向に離れて配列されている。より具体的には、１つのノズル部材１３２には、該ノズル部材１３２の中心軸Ｑ周りに、約９０度ずつ離れて、４つの燃料噴射孔１３３Ｂが設けられている。
【００４７】
また、この実施形態では、図７及び図８に示すように、軸方向視したとき、１本の混合管１３１を囲むように、複数のノズル部材１３２が設けられている。より具体的には、１本の混合管１３１の周囲に、該混合管１３１の中心軸Ｏ周りに約９０度ずつ離れて、４つのノズル部材１３２が設けられている。
さらに、図７及び図８に示すように、軸方向視したとき、１つのノズル部材１３２を囲むように、複数の混合管１３１が設けられている。より具体的には、１つのノズル部材１３２の周囲に、該ノズル部材１３２の中心軸Ｑ周りに約９０度ずつ離れて、４つの混合管１３１が設けられている。即ち、軸方向視したとき、複数の混合管１３１と、複数のノズル部材１３２とが、千鳥状に配列されている。
【００４８】
そして、ノズル部材１３２の各々は、該ノズル部材１３２の周囲に設けられた複数の混合管１３１の内部に、燃料噴射孔１３３Ｂから燃料を噴射するようにそれぞれ構成されている。
【００４９】
これらの実施形態において、軸方向視したとき、１つの混合管１３１の周囲に設けられる複数の燃料噴射孔１３３（１３３Ａ、１３３Ｂ）は、該混合管１３１の周方向に関して、該混合管１３１の半径方向に対して同一方向に傾斜している。すなわち、図５及び図７に示すように、混合管１３１の周囲に設けられる複数の燃料噴射孔１３３（１３３Ａ，１３３Ｂ）の各々の中心軸Ｐは、混合管１３１の周方向に関して、該混合管１３１の半径方向に対して同一方向に、それぞれ、θ１、θ２、θ３、θ４だけ傾斜している（ただし、θ１〜θ４は０度より大きい）。典型的には角度θ１〜θ４は、略同一である。
【００５０】
上述した構成のバーナ５０によれば、混合管１３１に燃料を噴射するための複数の燃料噴射孔１３３（１３３Ａ，１３３Ｂ）を、周方向に関し、半径方向に対して同一の方向に傾斜するように設けたので、これらの複数の燃料噴射孔１３３から燃料を噴射すると、噴射された燃料は、周方向に関して同一方向（図５及び図７における反時計回りの方向）の旋回成分を持つことになる。これにより、混合管１３１の軸方向に視たときに、複数の燃料噴射孔１３３から噴射された燃料が互いに衝突するまでの距離を長くすることができ、軸直交方向の断面内にて燃料と空気の混合に用いられる領域の面積の割合が大きくなるため、混合管１３１内での燃料と空気の混合が促進され、該断面内で局所的に高濃度となるのを抑制して燃料濃度の分布を均一化することができる。これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘを効果的に低減することができる。
【００５１】
ここで、図９は、混合管１３１内における軸方向位置（横軸）と、その軸方向位置における軸直交断面内での燃料濃度の最大値（断面内最高濃度；縦軸）との関係の一例を示すグラフである。グラフ中の曲線２５０は、軸方向視において燃料噴射孔１３３の中心軸Ｐが半径方向に対して傾斜していない場合（即ち、中心軸Ｐの半径方向に対する傾斜角θ（図５、図７参照）が０度の場合）のものを示し、曲線２５２は、軸方向視において燃料噴射孔１３３の中心軸Ｐが半径方向に対して傾斜している場合（即ち、上述の傾斜角θが０度よりも大きい場合）のものを示す。図９のグラフでは、曲線２５０に比べ、曲線２５２は、より上流側において上述の断面内最高濃度が低くなっており、すなわち、より上流側で燃料濃度分布が均一なものとなっており、混合状態が良好であることを示す。
【００５２】
このように、燃料噴射孔１３３の中心軸Ｐが半径方向に対して傾斜した上述の実施形態では、燃料噴射孔１３３の中心軸Ｐが半径方向に対して傾斜していない場合に比べて、燃料と空気の混合が促進されるため、燃料と空気の混合に要する軸方向距離を低減することができる。よって、混合管１３１の長さを短く設定することができ、このためバーナ５０をコンパクト化することができる。これにより、混合管１３１や筒部材１０５の軸方向長さを短くすることができるため、バーナ５０の製作コストを低減することができる。また、混合管１３１や筒部材１０５が短縮されるため、これらの部材で生じ得る不安定振動の周波数帯域がより限定的になるため、燃焼振動の低減を図ることができる。
【００５３】
なお、燃料噴射孔１３３の各々の中心軸Ｐの、混合管１３１の半径方向に対する傾斜角度θは、１５度以上５５度以下であってもよい。
【００５４】
上述したように、図６〜８に示す例示的な実施形態では、少なくとも部分的に混合管１３１よりも上流側に位置するノズル部材１３２に燃料噴射孔１３３Ｂを設けている。そして、図６に示されるように、ノズル部材１３２は、混合管１３１に対して径方向外側に位置しているので、混合管１３１よりも上流側の位置（ノズル部材１３２が設けられている軸方向位置）における領域Ｒ１の流路面積は、混合管１３１内部における流路面積よりも広い。
【００５５】
したがって、図６〜図８に示す実施形態では、混合管１３１に供給される空気の軸方向速度は、混合管１３１よりも上流側の位置（領域Ｒ１）において比較的遅く、混合管１３１の内部では比較的速くなる。このため、ノズル部材１３２に設けられた燃料噴射孔１３３Ｂから噴射された燃料は、混合管１３１よりも上流側の位置（領域Ｒ１）において、軸方向に進むにつれて径方向にて混合管１３１の中心軸Ｏに近づきやすくなる。よって、混合管１３１よりも上流側の領域から混合管１３１の内部に流入した燃料は、混合管１３１の壁面１３１ｂ（管壁１３１ａの内周面）から離れた領域に位置しやすくなる。よって、混合管１３１の壁面近傍の燃料濃度を低減しやすくなり、混合管１３１の壁面近傍の燃料濃度が高いことに起因する逆火を効果的に抑制することができる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、混合管１３１の軸方向の断面において、燃料噴射孔１３３Ｂの各々の中心軸Ｐは、混合管１３１の半径方向に対して傾斜している。即ち、図６に示す例では、燃料噴射孔１３３Ｂの各々の中心軸Ｐは、混合管１３１の半径方向に対する角度φが０度よりも大きい。
【００５７】
この場合、複数の燃料噴射孔１３３Ｂから噴射された燃料が互いに衝突するまでの軸方向における距離を長くすることができる。よって、混合管１３１内での燃料と空気の混合をより促進することができ、これにより、燃料の燃焼時に生じるＮＯｘをより効果的に低減することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００５９】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６０】
２        圧縮機
４        燃焼器
６        タービン
８        ロータ
１０      圧縮機車室
１２      空気取入口
１６      静翼
１８      動翼
２０      ケーシング
２２      タービン車室
２４      静翼
２６      動翼
３０      排気室
４０      車室
４６      燃焼筒
５０      バーナ
５２      燃料ポート
１００    ガスタービン
１０５    筒部材
１０６    支持部材
１１０    空気流路
１１１    上流側プレート
１１３    下流側プレート
１２１    空気室
１２２    燃料プレナム
１２４    燃焼室
１３１    混合管
１３１ａ  管壁
１３１ｂ  壁面
１３２    ノズル部材
１３２ａ  筒部
１３２ｂ  底部
１３３，１３３Ａ，１３３Ｂ  燃料噴射孔
１３６    上流側空間
１４１    混合気噴射孔
１４２    流入口
Ｌ        軸線
Ｏ        中心軸
Ｐ        中心軸
Ｒ１      領域
【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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