(57)【要約】【課題】ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができるガスタービン用燃焼器を提供する。【解決手段】燃焼筒と、燃料を供給するための第１燃料流路を内部に含み、燃焼筒の軸線上に延在する第１ノズルと、燃料を供給するための第２燃料流路を内部に含み、第１ノズルに沿って延在する第２ノズルと、を備えるガスタービン用燃焼器であって、第１ノズルは、燃焼筒の軸方向において第２ノズルの先端よりも下流側に突出する突出部を含み、第１ノズルは、第１ノズル孔と、軸方向における第１ノズル孔よりも下流側にて突出部に設けられた第２ノズル孔と、を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒と、
燃料を供給するための第１燃料流路を内部に含み、前記燃焼筒の軸線上に延在する第１ノズルと、
燃料を供給するための第２燃料流路を内部に含み、前記第１ノズルに沿って延在する第２ノズルと、
を備え、
前記第１ノズルは、前記燃焼筒の軸方向において前記第２ノズルの先端よりも下流側に突出する突出部を含み、
前記第１ノズルは、
第１ノズル孔と、
前記軸方向における前記第１ノズル孔よりも下流側にて前記突出部に設けられた第２ノズル孔と、
を含む、ガスタービン用燃焼器。
【請求項２】
前記第１ノズルは、燃焼用空気を供給するための第１空気流路と、前記第１燃料流路から供給された燃料と前記第１空気流路から供給された燃焼用空気とを混合するための混合部と、を含み、前記混合部で生成された予混合ガスを前記第２ノズル孔から噴射するよう構成された、請求項１に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項３】
前記混合部は、前記第１空気流路に面して配置された複数の旋回翼を含み、
前記旋回翼の翼面には、前記第１燃料流路から供給された燃料を噴射するための噴射孔が形成された、請求項２に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項４】
前記混合部は、前記第１空気流路に面して配置された複数の旋回翼を含み、
前記第１空気流路と前記第１燃料流路とを仕切る流路壁には、前記複数の旋回翼のうち互いに隣接する２つの旋回翼の間の位置に貫通孔が形成された、請求項２又は３に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項５】
前記第１空気流路は前記第１燃料流路の外周側に設けられ、
前記混合部は、
前記燃焼筒の軸方向と交差する方向に延在し、前記第１燃料流路に接続する内筒と、
前記内筒の外周面と対向する内周面を含み、前記第１空気流路に接続する外筒と、
を含み、
前記外筒は、前記燃焼筒の径方向において前記内筒よりも外側に突出する、請求項２に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項６】
前記突出部は、冷却空気を供給するための冷却流路を内部に含み、
前記冷却流路は、前記第１空気流路の外周側にて前記軸方向に沿って延在する、請求項２乃至５の何れか１項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項７】
前記冷却流路は、前記第１空気流路における前記混合部の下流側に接続する、請求項６に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項８】
前記第１ノズル孔は、前記突出部に設けられた、請求項１乃至７の何れか１項に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項９】
前記軸方向における前記第２ノズルの先端と前記第１ノズル孔との間の位置にて、前記第１ノズルの外周面から前記燃焼筒の径方向に沿って延在する出口基板を更に備える、請求項８に記載のガスタービン用燃焼器。
【請求項１０】
前記第１ノズルの周りに設けられた円筒状のバーナ筒と、前記バーナ筒の下流端に接続されるコーン部と、前記バーナ筒の内側に設けられたスワラと、を更に備え、
前記コーン部は前記軸方向において下流側に向かうにつれて直径が大きくなるように構成されており、
前記第１ノズルは、前記軸方向における前記第１ノズル孔と前記第２ノズル孔との間の位置にて前記コーン部の内部空間に燃料を噴射するよう構成された第３ノズル孔を備え、
前記第３ノズル孔は、前記軸方向に対して傾斜した斜め下流方向に燃料を噴射するよう構成される、請求項１乃至７の何れか１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】
本開示は、ガスタービン用燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガスタービンで生成されるＮＯｘを低減するための技術として、ガスタービン用燃焼器に供給された燃焼用空気に対して複数段に分けて燃料を噴射するよう構成されたガスタービンが開示されている。
【０００３】
ガスタービン用燃焼器に供給された燃焼用空気に対して複数段に分けて燃料を噴射する場合、下流側の段は上流側の段と比較して燃焼器の出口との距離が近くなる。このため、上流側の１段目の燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間よりも、下流側の２段目以降の燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間がそれぞれ短くなる。したがって、燃料の噴射位置を軸方向に分散せずに上流側の１段目に相当する位置のみから噴射する場合と比較して、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスタービン用燃焼器に供給された燃焼用空気に対して複数段に分けて燃料を噴射する場合、２段目以降の燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間は上記のように短くなるため、２段目以降の燃料と上流側から流れてくる既燃ガスや空気等とを短い距離で良好に混合しなければ、特に低負荷運転時に未燃焼炭化水素やＣＯ等が増加する懸念がある。
【０００６】
この点、特許文献１に記載のガスタービンでは、ガスタービン用燃焼器のヘッドエンドから１段目の燃料噴射が行われ、ガスタービン用燃焼器とタービンとを接続する移行区画の周壁に周方向に間隔を空けて複数配設された燃料噴射器から２段目の燃料噴射が行われるため、移行区画の中心軸線付近や周方向における燃料噴射器の間の位置に燃料が届きにくい。このため、２段目以降の燃料と上流側からの既燃ガスや空気等とを短い距離で良好に混合することが困難であり、特に低負荷運転時に未燃焼炭化水素やＣＯ等が増加しやすくなる。
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができるガスタービン用燃焼器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用燃焼器は、
燃焼筒と、
燃料を供給するための第１燃料流路を内部に含み、前記燃焼筒の軸線上に延在する第１ノズルと、
燃料を供給するための第２燃料流路を内部に含み、前記第１ノズルに沿って延在する第２ノズルと、
を備え、
前記第１ノズルは、前記燃焼筒の軸方向において前記第２ノズルの先端よりも下流側に突出する突出部を含み、
前記第１ノズルは、
第１ノズル孔と、
前記軸方向における前記第１ノズル孔よりも下流側にて前記突出部に設けられた第２ノズル孔と、
を含む。
【０００９】
上記（１）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、第２ノズル孔が第１ノズル孔よりも下流側に設けられているため、第２ノズル孔は第１ノズル孔と比較して燃焼器の出口との距離が小さくなる。このため、第１ノズル孔から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間よりも、第２ノズル孔から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間がそれぞれ短くなる。よって、燃料の噴射位置を軸方向に分散せずに第１ノズル孔のみから噴射する場合と比較して、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００１０】
また、第２ノズル孔は、燃焼筒の軸線上に延在する第１ノズルに設けられているため、燃焼筒の軸線付近から燃焼筒の外周側へと燃料を拡散することができる。このため、特許文献１の構成（ガスタービン用燃焼器とタービンとを接続する移行区画の周壁に周方向に間隔を空けて複数配設された燃料噴射器から下流段の燃料が燃焼筒の内周側に向けて噴射される構成）と比較して、下流側で噴射された燃料と上流側からの既燃ガスや空気等とを短い距離で良好に混合し、燃料濃度の均一性を高めることができる。したがって、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のガスタービン用燃焼器において、
前記第１ノズルは、燃焼用空気を供給するための第１空気流路と、前記第１燃料流路から供給された燃料と前記第１空気流路から供給された燃焼用空気とを混合するための混合部と、を含み、前記混合部で生成された予混合ガスを前記第２ノズル孔から噴射するよう構成される。
【００１２】
上記（２）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、燃料に燃焼用空気を混合することにより、第２ノズル孔から噴射されるガスの燃料濃度を低くして火炎の温度上昇を抑制し、ＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のガスタービン用燃焼器において、
前記混合部は、前記第１空気流路に面して配置された複数の旋回翼を含み、
前記旋回翼の翼面には前記第１燃料流路から供給された燃料を噴射するための噴射孔が形成されている。
【００１４】
上記（３）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、第１空気流路から供給される燃焼用空気に旋回翼によって旋回力が付与されるとともに翼面の噴射孔から燃料が噴射されるため、燃料と燃焼用空気とを効果的に混合することができる。これにより、第２ノズル孔から噴射されるガスの燃料濃度を低くするとともに燃料濃度の均一性を高めることができる。したがって、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載のガスタービン用燃焼器において、
前記混合部は、前記第１空気流路に面して配置された複数の旋回翼を含み、
前記第１空気流路と前記第１燃料流路とを仕切る流路壁には、前記複数の旋回翼のうち互いに隣接する２つの旋回翼の間の位置に貫通孔が形成される。
【００１６】
上記（４）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、第１空気流路から供給された燃焼用空気に流路壁の噴射孔から燃料を噴射することで、燃焼用空気と燃料とを混合することができる。これにより、第２ノズル孔から噴射されるガスの燃料濃度を簡素な構成で低くすることができるため、簡素な構成でＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のガスタービン用燃焼器において、
前記第１空気流路は前記第１燃料流路の外周側に設けられ、
前記混合部は、
前記燃焼筒の軸方向と交差する方向に延在し、前記第１燃料流路に接続する内筒と、
前記内筒の外周面と対向する内周面を含み、前記第１空気流路に接続する外筒と、
を含み、
前記外筒は、前記燃焼筒の径方向において、前記内筒よりも外側に突出している。
【００１８】
上記（５）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、内筒から噴射された燃料が外筒を流れる燃焼用空気と混合されることにより、第２ノズル孔から噴射されるガスの燃料濃度を簡素な構成で低くすることができるため、簡素な構成でＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかに記載のガスタービン用燃焼器において、
前記突出部は、冷却空気を供給するための冷却流路を内部に含み、
前記冷却流路は、前記第１空気流路の外周側にて前記軸方向に沿って延在する。
【００２０】
上記（６）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、冷却流路を流れる冷却空気によって突出部を冷却することにより、燃焼室で高温ガスに晒される突出部の焼損を抑制することができる。
【００２１】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のガスタービン用燃焼器において、
前記冷却流路は、前記第１空気流路における前記混合部の下流側に接続する。
【００２２】
上記（７）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、第１空気流路における混合部の下流側において、予混合ガスの周りに第１空気流路の流路壁面に沿って冷却空気の膜を形成することができる。したがって、第１ノズルの先端部の焼損を抑制するとともに、第２ノズル孔から噴射する予混合ガスに対する逆火を抑制することができる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載のガスタービン用燃焼器において、
前記第１ノズル孔は、前記突出部に設けられる。
【００２４】
上記（８）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、第１ノズル孔から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温の燃焼領域に滞留する距離及び時間を短くし、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載のガスタービン用燃焼器において、
前記軸方向における前記第２ノズルの先端と前記第１ノズル孔との間の位置にて、前記第１ノズルの外周面から前記燃焼筒の径方向に沿って延在する出口基板を更に備える。
【００２６】
上記（９）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、第１ノズル孔から噴射された燃料の燃焼により生じる高温ガスが第２ノズル側へ逆流することを出口基板によって抑制することができる。これにより、第２ノズルの焼損を抑制することができる。
【００２７】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載のガスタービン用燃焼器において、
前記第１ノズルの周りに設けられた円筒状のバーナ筒と、前記バーナ筒の下流端に接続されるコーン部と、前記バーナ筒の内側に設けられたスワラと、を更に備え、
前記コーン部は前記軸方向において下流側に向かうにつれて直径が大きくなるように構成されており、
前記第１ノズルは、前記軸方向における前記第１ノズル孔と前記第２ノズル孔との間の位置にて前記コーン部の内部空間に燃料を噴射するよう構成された第３ノズル孔を備え、
前記第３ノズル孔は、前記軸方向に対して傾斜した斜め下流方向に燃料を噴射するよう構成される。
【００２８】
上記（１０）に記載のガスタービン用燃焼器によれば、、スワラによって混合されて流れてきた予混合気を第３ノズル孔から噴射したガス流れによってコーン部に押し付けて、コーン部からの剥離を抑制することができる。これにより、１段目の火炎を安定的に形成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができるガスタービン用燃焼器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態に係るガスタービン用燃焼器２の概略的な断面構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係るガスタービン用燃焼器２の概略的な断面構成を示す図である。
【図３】図１及び図２に示したＡ−Ａ断面の概略構成を示す図である。
【図４】図２に示したＢ部の模式的な拡大図である。
【図５】図１及び図２に示したパイロットノズル６の先端部１０２の概略的な構成例を示す断面図である。
【図６】図１及び図２に示したパイロットノズル６の先端部１０２の概略的な構成例を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係るガスタービン用燃焼器２の概略的な断面構成を示す図である。
【図８】パイロットノズル６の突出部１２の構成例を示す概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
例えば、「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。
例えば、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。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「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。
【００３２】
図１は、一実施形態に係るガスタービン用燃焼器２の概略的な断面構成を示す図である。図２は、一実施形態に係るガスタービン用燃焼器２の概略的な断面構成を示す図である。
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、燃焼器２は、燃焼筒４と、燃焼筒４の軸線Ｏ上に延在するパイロットノズル６（第１ノズル）と、パイロットノズル６の外周側にパイロットノズル６に沿って延在する複数のメインノズル８（第２ノズル）と、を備える。パイロットノズル６は、燃料を供給するための第１燃料流路１８を内部に含み、メインノズル８は、燃料を供給するための第２燃料流路１９を内部に含む。
【００３３】
以下では、燃焼筒４の軸方向を単に「軸方向」と記載し、燃焼筒４の径方向を単に「径方向」と記載し、燃焼筒４の周方向を単に「周方向」と記載することとする。また、図１及び図２において、黒塗り矢印は、燃料を含むガスを意味し、白塗り矢印は、燃焼用空気を含むガスを意味する。
【００３４】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、パイロットノズル６は、燃焼筒４の軸方向においてメインノズル８の先端１０よりも下流側に突出する突出部１２を含む。パイロットノズル６は、燃料又は燃料を含むガスを噴射するための第１ノズル孔１４と、燃料又は燃料を含むガスを噴射するための第２ノズル孔１６であって、燃焼筒４の軸方向における第１ノズル孔１４よりも下流側にて突出部１２に設けられた第２ノズル孔１６と、を含む。図示する形態では、パイロットノズル６は、燃焼筒４の周方向に配列された複数の第１ノズル孔１４と、燃焼筒４の周方向に配列された複数の第２ノズル孔１６とを含む。
【００３５】
かかる構成によれば、第２ノズル孔１６が第１ノズル孔１４よりも下流側に設けられているため、第２ノズル孔１６は第１ノズル孔１４と比較して燃焼器２の出口（不図示）との距離が小さくなる。このため、第１ノズル孔１４から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間よりも、第２ノズル孔１６から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温領域に滞留する距離及び時間がそれぞれ短くなる。よって、燃料の噴射位置を軸方向に分散せずに第１ノズル孔１４のみから噴射する場合と比較して、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００３６】
また、第２ノズル孔１６は、燃焼筒４の軸線Ｏ上に延在するパイロットノズル６に設けられているため、燃焼筒４の軸線Ｏ付近から燃焼筒４の外周側へと燃料を拡散することができる。このため、特許文献１の構成（ガスタービン用燃焼器とタービンとを接続する移行区画の周壁に周方向に間隔を空けて複数配設された燃料噴射器から下流段の燃料が燃焼筒の内周側に向けて噴射される構成）と比較して、下流側で噴射された燃料と上流側からの既燃ガスや空気等とを短い距離で良好に混合し、燃料濃度の均一性を高めることができる。したがって、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができる。
【００３７】
また、燃焼器２において、部分負荷運転時から定格負荷運転時に亘って第１ノズル孔１４から燃料を噴射することにより、部分負荷運転時から定格負荷運転時に亘る広い運転範囲で、上流側の第１ノズル孔１４から噴射した燃料によって形成される燃焼領域の火炎温度（燃焼負荷）を維持することが可能となり、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができる。
【００３８】
また、例えば、基準負荷よりも小さい部分負荷運転時には第２ノズル孔１６から燃料を噴射せず、該基準負荷よりも大きい定格負荷付近又は定格負荷での運転時に第２ノズル孔１６から燃料を噴射して燃焼領域を形成することにより、高温の燃焼領域が拡大しやすい高負荷での運転時にのみ既燃ガスの滞留時間を短くすることができるため、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができる。
【００３９】
また、燃料の噴射位置を軸方向において複数段に分散して複数段の火炎を形成することにより、発熱量の分布を軸方向に分散することができるため、定格負荷付近の高負荷での運転時に発生する傾向がある燃焼振動を抑制する効果が期待できる。
【００４０】
また、設計時において、突出部１２の突出量を調整することにより第２ノズル孔１６の軸方向位置を容易に調整することができるため、燃焼性の調整が容易である。
【００４１】
また、パイロットノズル６において第１ノズル孔１４近傍の箇所又は第２ノズル孔１６近傍の箇所に焼損が生じた場合であっても、パイロットノズル６のみを交換することでメンテナンスを完了することができるため、メンテナンスが容易である。
【００４２】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、パイロットノズル６の内部には、軸方向に延在し燃料が流れる第１燃料流路１８と、軸方向に延在し燃焼用空気が流れる第１空気流路２０と、が設けられる。パイロットノズル６は、第１燃料流路１８から供給された燃料と第１空気流路２０から供給された空気とを混合するための混合部２２を含み、混合部２２で生成された予混合ガスを第２ノズル孔１６から噴射するよう構成される。これにより、第２ノズル孔１６から噴射される燃料を含むガスの燃料濃度を低くして火炎の温度上昇を抑制し、ＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００４３】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、パイロットノズル６の内部には、第１燃料流路１８の外周側且つ第１空気流路２０の内周側にて軸方向に延在する第３燃料流路８４が設けられる。パイロットノズル６は、第３燃料流路８４から供給された燃料を第１ノズル孔１４から噴射するように構成される。
【００４４】
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、第１ノズル孔１４は突出部１２に設けられる。これにより、第１ノズル孔１４から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温の燃焼領域に滞留する距離及び時間を短くし、ＮＯｘの生成を抑制することができる。なお、図１に示す形態では、第１ノズル孔１４から噴射された燃料は拡散燃焼して１段目の火炎を形成し、第２ノズル孔１６から噴射された予混合ガスは予混合燃焼して２段目の火炎を形成する。
【００４５】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、燃焼器２は、複数のメインノズル８をそれぞれ収容する複数のバーナ筒４２と、複数のバーナ筒４２の下流端に接続される中間流路形成部４４と、を備える。メインノズル８及びバーナ筒４２はメインバーナ５６を構成しており、燃焼器２はメインバーナ５６を複数備える。図示する形態ではメインバーナ５６は、予混合燃焼バーナであり、バーナ筒４２に供給される燃焼用空気と、メインノズル８から供給される燃料とをスワラ５３により混合してから燃焼するように構成される。中間流路形成部４４は、燃焼筒４と同心円上に設けられた外側リング４６及び内側リング４８を含み、バーナ筒４２の内部空間である第２空気流路５０と燃焼筒４の燃焼室５２とを連通させる中間流路５４を外側リング４６と内側リング４８との間に形成する。
【００４６】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、第２ノズル孔１６は、バーナ筒４２の出口端５７よりも軸方向における下流側に配置される。これにより、第２ノズル孔１６から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温の燃焼領域に滞留する距離及び時間を短くし、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００４７】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、第２ノズル孔１６は、中間流路形成部４４の出口端５８よりも軸方向における下流側に配置される。これにより、第２ノズル孔１６から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温の燃焼領域に滞留する距離及び時間を短くし、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、第１ノズル孔１４は、バーナ筒４２の出口端５７よりも軸方向における下流側に配置される。これにより、第１ノズル孔１４から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温の燃焼領域に滞留する距離及び時間を短くし、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、第１ノズル孔１４は、中間流路形成部４４の出口端５８よりも軸方向における下流側に配置される。これにより、第１ノズル孔１４から噴射された燃料の燃焼により発生する既燃ガスが高温の燃焼領域に滞留する距離及び時間を短くし、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００５０】
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、燃焼器２は、軸方向におけるメインノズル８の先端１０と第１ノズル孔１４との間の位置にてパイロットノズル６の外周面７８から径方向に沿って延在する出口基板８０を備える。図示する形態では、出口基板８０は、軸方向における中間流路形成部４４の出口端５８と第１ノズル孔１４との間の位置にて内側リング４８からパイロットノズル６の外周面７８まで径方向に延在する。出口基板８０は、例えば環状に構成されていてもよい。
【００５１】
かかる構成では、第１ノズル孔１４から噴射された燃料の燃焼により生じる高温ガスがメインノズル８側へ逆流することを出口基板８０によって抑制することができる。これにより、メインバーナ５６の焼損を抑制することができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、燃焼筒４は、円筒状の内筒６０と、内筒６０の下流側端部に接続され、内筒６０と軸線Ｏを共有する外筒６２とを有している。燃焼筒４の外周側には燃焼器車室６４が設けられており、燃焼器車室６４には、不図示の圧縮機から供給された圧縮空気が供給される。燃焼器車室６４の圧縮空気は、内筒６０の外周側に配置された外パンチ６６を介して燃焼用空気として燃焼器２の内部に流入する。
【００５３】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、燃焼器２は、外パンチ６６を通過した燃焼用空気をメインバーナ５６に導く第３空気流路７０を備え、第３空気流路７０には、トップハット燃料を噴射するトップハットノズル６８が設けられている。トップハットノズル６８から噴射されたトップハット燃料は、燃焼用空気に混入して、下流側のメインバーナ５６に向かって流れていく。
【００５４】
かかる構成によれば、燃焼用空気にトップハットノズル６８からのトップハット燃料が混入されることにより、メインバーナ５６の燃焼安定性が改善されるとともに、ＮＯｘ生成が抑制される。
【００５５】
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図２に示すように、燃焼器２は、燃焼器車室６４の圧縮空気を外パンチ６６を介さずに第１空気流路２０に供給するように構成された第４空気流路７２を備える。
【００５６】
これにより、外パンチ６６での圧力損失の影響を受けずに、動圧が大きな圧縮空気を燃焼用空気として取り込むことが可能となり、パイロットノズル６への燃焼用空気の割合を増加させることで、流量当たりの大きさが小さいコンパクトな設計が可能となる。
【００５７】
図３は、図１及び図２に示したＡ−Ａ断面の概略構成を示す図である。
幾つかの実施形態では、例えば図１〜図３の少なくとも一図に示すように、第１空気流路２０は第１燃料流路１８の外周側に設けられ、混合部２２は、第１燃料流路１８の外周側にて第１空気流路２０に面して配置された複数の旋回翼２４を含む。複数の旋回翼２４は周方向に配列されており、旋回翼２４の翼面２６（図示する形態では、旋回翼２４の正圧面７４及び負圧面７６の各々）には、旋回翼２４の内部に形成されたキャビティ２３を介して第１燃料流路１８から供給された燃料を噴射する噴射孔２８が形成されている。
【００５８】
かかる構成によれば、第１空気流路２０から供給される燃焼用空気に旋回翼２４によって旋回力が付与されるとともに翼面２６の噴射孔２８から燃料が噴射されるため、燃料と燃焼用空気とを効果的に混合することができる。これにより、第２ノズル孔１６から噴射されるガスの燃料濃度を低くするとともに燃料濃度の均一性を高めることができる。したがって、ＮＯｘ生成を抑制しつつ未燃焼炭化水素及びＣＯの増加を抑制することができる。
【００５９】
幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、第１空気流路２０と第１燃料流路１８とを仕切る流路壁３０には、互いに隣接する２つの旋回翼２４の間の位置に形成された貫通孔３２が設けられている。図示する形態では、貫通孔３２は旋回翼２４を周方向に挟むように旋回翼２４の両側に配置されている。
【００６０】
かかる構成によれば、第１空気流路２０から供給された燃焼用空気に流路壁３０の貫通孔３２から燃料を噴射することで、燃焼用空気と燃料とを混合することができる。これにより、第２ノズル孔１６から噴射されるガスの燃料濃度を簡素な構成で低くすることができるため、簡素な構成でＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、例えば図２に示すように、燃焼器２は、バーナ筒４２の内周側且つパイロットノズル６の外周側にて燃焼筒４と同心円上に設けられた円筒状のバーナ筒８６と、バーナ筒８６の下流端に接続されるコーン部８８とを備える。図２示す形態では、バーナ筒８６とパイロットノズル６との間にはスワラ９０が設けられており、パイロットノズル６、バーナ筒８６、コーン部８８及びスワラ９０がパイロットバーナ９５を構成する。パイロットバーナ９５において、第１ノズル孔１４から噴射された燃料は、上流側から流れてきた燃焼用空気とスワラ９０にて混合されるとともに旋回力を付与される。コーン部８８は軸方向において下流側に向かうにつれて直径（内径及び外径）が大きくなるように構成されており、スワラ９０によって混合された燃焼用空気と燃料との混合気がコーン部８８の内側空間９２を通って燃焼室５２へ供給される。
【００６２】
幾つかの実施形態では、例えば図２に示すように、パイロットノズル６は、軸方向における第１ノズル孔１４の下流側且つ第２ノズル孔１６の上流側の位置に、第３ノズル孔８２を備えていてもよい。第３ノズル孔８２は、コーン部８８の内側空間９２に設けられており、１段目のパイロット火炎の保炎用にバックステップ８３が設けられている。また、パイロットノズル６の内部には、第１燃料流路１８の外周側且つ第１空気流路２０の内周側にて軸方向に延在する第４燃料流路９４が設けられており、第３ノズル孔８２は、第４燃料流路９４から供給された燃料を軸方向に対して径方向外側に傾斜した斜め下流方向に噴射するよう構成される。これにより、スワラ９０によって混合されて流れてきた混合気を第３ノズル孔８２から噴射した流れによってコーン部８８に押し付けて、コーン部８８からの剥離を抑制することができる。これにより、１段目のパイロット火炎を安定的に形成することができる。
【００６３】
図４は、図２に示したＢ部の模式的な拡大図である。
幾つかの実施形態では、例えば図２又は図４に示すように、パイロットノズル６は、軸方向における第３ノズル孔８２の下流側且つ第２ノズル孔１６の上流側の位置に、第４ノズル孔９６を備えていてもよい。図示する形態では、パイロットノズル６は、軸方向と交差する方向に延在して第１燃料流路１８に接続する内筒３４と、内筒３４の外周面３６と対向する内周面３８を含み空気流路２０に接続する外筒４０と、を含み、外筒４０は、径方向において内筒３４よりも外側に突出している。
【００６４】
かかる構成によれば、内筒３４から噴射された燃料が外筒４０を流れる燃焼用空気と混合されながら、第４ノズル孔９６から燃焼室５２に噴射されて２段目の火炎を形成する。内筒３４から噴射された燃料が外筒４０を流れる燃焼用空気と混合されることにより、第２ノズル孔１６から噴射されるガスの燃料濃度を簡素な構成で低くすることができるため、簡素な構成でＮＯｘ生成を抑制することができる。なお、図２に示した形態では、第２ノズル孔１６から噴射された予混合ガスが３段目の火炎を形成する。
【００６５】
図５は、図１及び図２に示したパイロットノズル６の先端部１０２の概略的な構成例を示す断面図である。
幾つかの実施形態では、例えば図５及び図６に示すように、突出部１２の内部には、第１空気流路２０の外周側に、軸方向に沿って延在するとともに冷却空気が流れる冷却流路９８が設けられる。かかる構成によれば、冷却流路９８を流れる冷却空気によって突出部１２を冷却することにより、燃焼室５２で高温ガスに晒される突出部１２の焼損を抑制することができる。
【００６６】
幾つかの実施形態では、例えば図５及び図６に示すように、冷却流路９８は、第１空気流路２０における混合部２２の下流側に接続するように構成される。これにより、第１空気流路２０における混合部２２の下流側において、予混合ガスの周りに第１空気流路２０の流路壁面１００に沿って冷却空気の膜を形成することができる。したがって、パイロットノズル６の先端部１０２の焼損を抑制するとともに、第２ノズル孔１６から噴射する予混合ガスに対する逆火を抑制することができる。
【００６７】
なお、図５及び図６に示す形態では、第１空気流路２０は、混合部２２の下流側において軸方向に延在する直線状流路部１２０と、直線状流路部１２０の下流端に接続し、下流側に向かうにつれて径方向外側に向かうように傾斜した傾斜流路部１２２とを含み、冷却流路９８から供給された冷却空気は、傾斜流路部１２２における径方向外側の流路壁面１００に沿って膜を形成する。他の形態では、第１空気流路２０は、混合部２２の下流側において、軸方向に延在する直線状流路部のみを有していてもよいし、下流側に向かうにつれて径方向外側に向かうように傾斜した傾斜流路部のみを有していてもよい。
【００６８】
幾つかの実施形態では、例えば図５及び図６に示すように、パイロットノズル６の先端部１０２は、軸線Ｏに沿って延在する空洞部１０４を含む。空洞部１０４は、円柱状部１０６と、円柱状部１０６の下流端に接続するとともに軸方向下流側に向かうにつれて直径が大きくなる拡径部１０８とを含む。
【００６９】
幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、パイロットノズル６の先端部１０２は、空洞部１０４を通った冷却空気が通過可能少なくとも一枚の多孔板１１０を含む。図示する形態では、空洞部１０４を通った冷却空気は２枚の多孔板１１０を介して燃焼室５２に流出する。
【００７０】
かかる構成によれば、空洞部１０４を通った冷却空気を多孔板１１０を介して燃焼室５２に流出させることにより、パイロットノズル６の先端部１０２の浸み出し冷却を行い、パイロットノズル６の先端部１０２の焼損を抑制することができる。
【００７１】
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、パイロットノズル６の先端部１０２は、空洞部１０４を通った冷却空気が燃焼室５２に流出可能な少なくとも一枚の多孔質部材１１２を含む。図示する形態では、空洞部１０４を通った冷却空気は多孔質部材１１２を介して先端部１０２の軸方向端面に形成された開口１１４から燃焼室５２に流出する。
【００７２】
かかる構成によれば、空洞部１０４を通った冷却空気を多孔質部材１１２を介して燃焼室５２に流出させることにより、パイロットノズル６の先端部１０２の浸み出し冷却を行行い、パイロットノズル６の先端部１０２の焼損を抑制することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
例えば、図２〜図４に示した実施形態では、図４に示した円筒タイプの構成により２段目の火炎を形成し、図３に示したスワラータイプの構成により３段目の火炎を構成する形態を例示した。しかしながら、例えば図７に示すように、２段目以降の火炎は何れのタイプの構成であってもよい。
【００７５】
図７に示す形態では、混合部２２は、燃焼筒４の軸方向と交差する方向に延在し第１燃料流路１８に接続する内筒１１６と、内筒１１６の外周面と対向する内周面を含み第１空気流路２０に接続する外筒１１８と、を含み、外筒１１８は、燃焼筒４の径方向において内筒１１６よりも外側に突出する。内筒１１６から噴射された燃料が外筒１１８を流れる燃焼用空気と混合されながら、第２ノズル孔１６から燃焼室５２に噴射されて３段目の火炎を形成する。内筒１１６から噴射された燃料が外筒１１８を流れる燃焼用空気と混合されることにより、第２ノズル孔１６から噴射されるガスの燃料濃度を簡素な構成で低くすることができるため、簡素な構成でＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００７６】
また、図１〜図７に示した幾つかの実施形態では、突出部１２の先端部１０２が予混合ガスのみを噴射する形態を例示したが、突出部１２の先端部１０２は、例えば図８に示すように、拡散燃焼用の燃料流路１２４から拡散燃焼用の燃料を噴射するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
２  ガスタービン用燃焼器
４  燃焼筒
６  パイロットノズル
８  メインノズル
１０  先端
１２  突出部
１４  第１ノズル孔
１６  第２ノズル孔
１８  第１燃料流路
１９  第２燃料流路
２０  第１空気流路
２２  混合部
２３  キャビティ
２４  旋回翼
２６  翼面
２８  噴射孔
３０  流路壁
３２  貫通孔
３４  内筒
３６  外周面
３８  内周面
４０  外筒
４２  バーナ筒
４４  中間流路形成部
４６  外側リング
４８  内側リング
５０  第２空気流路
５２  燃焼室
５３  スワラ
５４  中間流路
５６  メインバーナ
５７  出口端
５８  出口端
６０  内筒
６２  外筒
６４  燃焼器車室
６６  外パンチ
６８  トップハットノズル
７０  第３空気流路
７２  第４空気流路
７４  正圧面
７６  負圧面
７８  外周面
８０  出口基板
８２  第３ノズル孔
８４  第３燃料流路
８６  バーナ筒
８８  コーン部
９０  スワラ
９２  内側空間
９４  第４燃料流路
９５  パイロットバーナ
９６  第４ノズル孔
９８  冷却流路
１００  流路壁面
１０２  先端部
１０４  空洞部
１０６  円柱状部
１０８  拡径部
１１０  多孔板
１１２  多孔質部材
１１４  開口
１１６  内筒
１１８  外筒
１２０  直線状流路部
１２２  傾斜流路部
【図１】
2020051640.tif 000003
【図２】
2020051640.tif 000004
【図３】
2020051640.tif 000005
【図４】
2020051640.tif 000006
【図５】
2020051640.tif 000007
【図６】
2020051640.tif 000008
【図７】
2020051640.tif 000009
【図８】
2020051640.tif 000010