(57)【要約】【課題】マルチノズルバーナにおいて、空気孔プレートの変形を抑制する。【解決手段】燃料を供給する燃料ノズルを複数備えるマルチノズルバーナであって、前記燃料ノズルの下流側に設けられると共に、前記燃料ノズルの吐出口に対応する位置に、空気が噴射される空気孔を有する空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に設けられ、前記燃料ノズルの軸方向において前記空気孔と重ならない位置に前記空気を噴射する複数の冷却孔を有する冷却プレートとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を供給する燃料ノズルを複数備えるマルチノズルバーナであって、
前記燃料ノズルの下流側に設けられると共に、前記燃料ノズルの吐出口に対応する位置に、空気が噴射される空気孔を有する空気孔プレートと、
前記空気孔プレートの上流側に設けられ、前記燃料ノズルの軸方向において前記空気孔と重ならない位置に前記空気を噴射する複数の冷却孔を有する冷却プレートと
を備えることを特徴とするマルチノズルバーナ。
【請求項２】
前記空気孔プレートから前記冷却プレートに向けて設けられるガイドプレートを備えることを特徴とする請求項１記載のマルチノズルバーナ。
【請求項３】
前記冷却孔は、前記冷却プレートの径方向外側よりも径方向内側に高い密度で設けられることを特徴とする請求項１または２記載のマルチノズルバーナ。
【請求項４】
径方向内側に設けられた前記冷却孔は、前記冷却プレートの径方向外側に設けられた前記冷却孔よりも径が大きく設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチノズルバーナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチノズルバーナと、
内部に火炎が形成される燃焼器ライナと
を備えることを特徴とする燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチノズルバーナ及び燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、水素含有燃料を燃焼させるガスタービン燃焼器が開示されている。この特許文献１のガスタービン燃焼器では、燃焼室の上流側に複数の小径の燃料ノズルを備えており、それぞれの燃料ノズルから燃料を供給する構成とされている。また、特許文献１のガスタービン燃焼器では、燃料ノズルの下流側に設けられ、空気孔が多数形成された空気孔プレートから、空気と燃料とが共に燃焼室へと噴射される。このように、複数の小径の燃料ノズルから燃料を供給することで、空気との混合が急速に行われ、拡散火炎を形成しつつ、予混合火炎に近い燃焼状態を形成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０８６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなマルチノズルバーナの空気孔プレートは、火炎が中心部近傍に形成され、火炎により常に加熱されており、中心部の熱が逃げにくいため、中心部から熱膨張する。そして、空気孔プレートは、外周が固定されているため、膨張した中心部が軸方向に向けて突出するように変形する。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、マルチノズルバーナにおいて、空気孔プレートの変形を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、燃料を供給する燃料ノズルを複数備えるマルチノズルバーナであって、前記燃料ノズルの下流側に設けられると共に、前記燃料ノズルの吐出口に対応する位置に、空気が噴射される空気孔を有する空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に設けられ、前記燃料ノズルの軸方向において前記空気孔と重ならない位置に前記空気を噴射する複数の冷却孔を有する冷却プレートとを備える、という構成を採用する。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、前記空気孔プレートから前記冷却プレートに向けて設けられるガイドプレートを備える、という構成を採用する。
【０００８】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、前記冷却孔は、前記冷却プレートの径方向外側よりも径方向内側に高い密度で設けられる、という構成を採用する。
【０００９】
第４の手段として、上記第１〜３のいずれかの手段において、径方向内側に設けられた前記冷却孔は、前記冷却プレートの径方向外側に設けられた前記冷却孔よりも径が大きく設定される、という構成を採用する。
【００１０】
第５の手段として、燃焼器は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチノズルバーナと、内部に火炎が形成される燃焼器ライナとを備える、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却プレートの冷却孔を通過した空気が空気孔プレートに噴射される。したがって、空気孔プレートは、空気と当接することで冷却され、熱膨張が抑制されるため、空気孔プレートの変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るマルチノズルバーナを含む模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るマルチノズルバーナの変形例を示す模式断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るマルチノズルバーナが備える空気孔プレートの変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係るマルチノズルバーナの一実施形態について説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
まず、本実施形態に係るマルチノズルバーナ１は、ガスタービン（不図示）に備えられている。ガスタービンは、不図示の圧縮機、タービン及び燃焼器１００を備えている。ガスタービンは、圧縮機において外気から取り込んだ空気を所定圧まで圧縮して圧縮空気を生成し、燃焼器１００において上記圧縮空気を酸化剤として燃料を燃焼させる。さらに、ガスタービンは、燃料を燃焼させることで発生した燃焼ガスによりタービンを回転させることにより回転動力を発生させる。
【００１５】
図１に示すように、燃焼器１００は、燃焼器ライナ１１０と、ケーシング１２０と、マルチノズルバーナ１とを備えている。
【００１６】
マルチノズルバーナ１は、燃焼器ライナ１１０に対して設けられ、燃焼器ライナ１１０に燃料を噴射する装置であり、図１に示すように、燃料供給部２と、空気孔プレート３と、冷却プレート４と、ガイドプレート５とを備えている。
【００１７】
燃料供給部２は、燃料供給管２ａと、複数の燃料ノズル２ｂとを備えている。燃料供給管２ａは、外部の燃料タンクと接続されると共に複数の燃料ノズル２ｂと接続され、ヘッダ管として機能する。
【００１８】
燃料ノズル２ｂは、燃料供給部２に対して接続されると共に、吐出口を燃焼器ライナ１１０に向けて配置されている。燃料ノズル２ｂは、複数配置されていると共に、それぞれ燃料を燃焼器ライナ１１０へと案内する。
【００１９】
空気孔プレート３は、燃料ノズル２ｂの吐出口側に設けられた円盤状の部材であり、燃料ノズル２ｂの吐出口と重なる位置に空気孔ｈが形成されている。すなわち、空気孔プレート３には、複数の空気孔ｈが形成されており、燃焼器ライナ１１０側から見て、各空気孔ｈが各燃料ノズル２ｂの吐出口を囲むように配置される。このような空気孔プレート３は、燃焼器ライナ１１０の端部に固定されている。
【００２０】
冷却プレート４は、空気孔プレート３の上流側に、空気孔プレート３と平行に設けられる円盤状の部材である。また、冷却プレート４は、ノズル挿入孔ｓと、複数の冷却孔ｒとを有している。ノズル挿入孔ｓには、燃料ノズル２ｂが挿入される。また、冷却孔ｒは、燃料ノズル２ｂの軸方向において、空気孔ｈと重ならない位置に設けられた円形の開口である。
【００２１】
燃焼器ライナ１１０は、略円筒状とされ、不図示のケーシング１２０により周囲を囲まれている。燃焼器ライナ１１０の内部は燃焼室とされ、火炎が内部に形成される。
また、燃焼器ライナ１１０を囲うケーシング１２０と燃焼器ライナ１１０周面との間隙は、火炎形成方向の下流側から上流側に向けて圧縮空気を案内する圧縮空気流路Ｒとされている。すなわち、圧縮空気は、火炎形成方向の逆方向からケーシング１２０内へと流入する。圧縮空気流路Ｒは、ケーシング１２０と燃焼器ライナ１１０周面との間隙から、燃料ノズル２ｂと空気孔プレート３との間を介して燃焼器ライナ１１０の内部へと形成されている。なお、空気孔プレート３と冷却プレート４との間は、圧縮空気が流入しないように封止されている。圧縮空気流路Ｒ上には、整流器が設けられている。
【００２２】
このような燃焼器ライナ１１０の動作を説明する。
燃焼器ライナ１１０において、燃料供給部２の燃料供給管２ａを介して燃料ノズル２ｂへと燃料が案内される。燃料ノズル２ｂより噴射された燃料は、空気孔プレート３の空気孔ｈを通って燃焼器ライナ１１０内に吐出される。
【００２３】
また、燃焼器１００のケーシング１２０内に供給された圧縮空気は、圧縮空気流路Ｒを通り、冷却プレート４の冷却孔ｒと、空気孔プレート３の空気孔ｈとを介して吐出される。このとき、圧縮空気は燃料ノズル２ｂの周囲を囲みつつ、燃料ノズル２ｂ軸方向へと流れる。そして、空気孔ｈより燃焼器ライナ１１０へと吐出された圧縮空気は、燃料ノズル２ｂから噴射された燃料と接触する。そして、燃料と圧縮空気とが混合されて燃焼ガスとなりながら、循環流を形成して、燃焼器ライナ１１０内部に広がる。
【００２４】
また、冷却プレート４に形成された冷却孔ｒから噴射された圧縮空気は、直進することで、空気孔プレート３の空気孔ｈが形成されていない領域に接触する。これにより、冷却孔ｒから噴射された圧縮空気は、燃焼器ライナ１１０中で燃焼する火炎から空気孔プレート３が受けた熱を除去した後に、空気孔ｈを通過することとなる。
【００２５】
このような本実施形態によれば、冷却プレート４により、冷却孔ｒから圧縮空気を噴射することで、空気孔プレート３へと接触させるように圧縮空気を案内する。したがって、空気孔プレート３を冷却することができ、空気孔プレート３の変形を抑制できる。
【００２６】
［第２実施形態］
第１実施形態に係るマルチノズルバーナ１の変形例について、第２実施形態として、図２を参照して説明する。
【００２７】
本実施形態において、マルチノズルバーナ１は、複数のガイドプレート５を新たに備える。ガイドプレート５は、空気孔プレート３上において、上流側に向けて立設される板状の部材であり、それぞれ互いに平行に設置されている。すなわち、ガイドプレート５は、空気孔プレート３から冷却プレート４に向けて設けられている。このようなガイドプレート５は、例えば、空気孔プレート３の各空気孔ｈの間にそれぞれ設けられている。
【００２８】
ガイドプレート５を設けることにより、冷却孔ｒから噴射された圧縮空気をそれぞれの空気孔ｈへと適切に配分することができる。したがって、空気孔ｈごとの圧縮空気の偏りを防止することができる。
【００２９】
さらに、ガイドプレート５の設置位置と冷却孔ｒの形成位置とを変更し、空気孔プレート３の中心部側においては、２つのガイドプレート５の間に２つの冷却孔ｒが形成され、空気孔プレート３の径方向外側においては、２つのガイドプレート５の間に１つの冷却孔ｒが形成されるように設定してもよい。この場合、空気孔プレート３の中心部に圧縮空気が多く供給されるため、火炎により高温となる空気孔プレート３の中心部をより効率的に冷却することができる。
【００３０】
［第３実施形態］
第１実施形態に係るマルチノズルバーナ１の変形例について、第３実施形態として、図３を参照して説明する。
【００３１】
図３に示すように、マルチノズルバーナ１は、空気孔プレート３に代わり、空気孔プレート３Ａを備える。空気孔プレート３Ａは、着脱ユニット３ａ〜３ｇを備えている。なお、この場合には、燃料ノズル２ｂも各空気孔ｈに対応して設けられている。また、冷却プレート４についても同様に、着脱ユニット３ａ〜３ｇと対応するように、７個のユニットを有している。
【００３２】
着脱ユニット３ａ〜３ｇは、それぞれ、複数の空気孔ｈが形成された円形の部位であり、対応する複数の燃料ノズル２ｂ及び冷却プレート４のユニットと共に、それぞれ着脱可能とされている。
【００３３】
このような形状においても、冷却プレート４を設けることにより、空気孔プレート３に圧縮空気を接触させて空気孔プレート３の各着脱ユニット３ａ〜３ｇを冷却することができる。
【００３４】
また、冷却プレート４の中心部に位置するユニット（着脱ユニット３ｇに対応するユニット）においては、冷却孔ｒの数が他のユニットよりも多く設定され、冷却プレート４の中心部において冷却孔ｒの密度が他の領域よりも高くなるように設定されていてもよい。この場合、空気孔プレート３の中心部に圧縮空気が多く供給されるため、火炎により高温となる空気孔プレート３の中心部をより効率的に冷却することができる。
【００３５】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３６】
冷却孔ｒは、矩形や、正六角形の各辺を延長することにより形成される十二角形（星形六角形）等のように、冷却孔ｒの中心から径方向に一部が突出した形状としてもよい。この場合、冷却孔ｒから噴射された圧縮空気は、乱流となり、空気孔プレート３に接触する時間が長くなる。したがって、空気孔プレート３をより効率的に冷却することができる。
【００３７】
冷却プレート４は、中心部（径方向内側）の冷却孔ｒの形成密度が、径方向外側の冷却孔ｒの形成密度よりも高く設定されていてもよい。また、中心部の冷却孔ｒの径が、径方向外側の冷却孔ｒの径よりも大きく設定されていてもよい。これらの場合は、空気孔プレート３の中心部に圧縮空気が多く供給されるため、火炎により高温となる空気孔プレート３の中心部をより効率的に冷却することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  マルチノズルバーナ
２  燃料供給部
２ａ  燃料供給管
２ｂ  燃料ノズル
３  空気孔プレート
３ａ  着脱ユニット
３Ａ  空気孔プレート
３ｂ  着脱ユニット
３ｃ  着脱ユニット
３ｄ  着脱ユニット
３ｅ  着脱ユニット
３ｆ  着脱ユニット
３ｇ  着脱ユニット
４  冷却プレート
５  ガイドプレート
１００  燃焼器
１１０  燃焼器ライナ
ｈ  空気孔
ｒ  冷却孔
ｓ  ノズル挿入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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