(57)【要約】【課題】本発明によると、逆火を抑制し安定した燃焼である燃焼器及び燃焼器の燃焼方法を提供することができる。【解決手段】燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室とを備え、前記混合室形成部材の外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する流路を前記混合室形成部材内に設けたことを特徴とする。また、その流路内で燃料と空気を予混合し、予混合ガスを混合室に供給することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室とを備え、
前記混合室形成部材の外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する流路を前記混合室形成部材内に設けた燃焼器。
【請求項２】
燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室とを備え、
前記混合室形成部材の外周側をほぼ円筒形状に形成し、その外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する流路を前記混合室形成部材内に設け、
該流路内に該燃料供給部を設け、該流路から該混合室に該燃焼用空気及び燃料が供給されるよう構成された燃焼器。
【請求項３】
燃料を供給する燃料ノズルと、該燃料と空気を混合する混合室と、該混合室で混合された混合ガスを燃焼する燃焼室と、前記混合室を混合室形成部材とを備え、
前記混合室形成部材の外周側をほぼ円筒形状に形成し、その外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する複数の流路を前記混合室形成部材内に設け、
該流路内に燃料を供給する供給部を設けたことを特徴とする燃焼器。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の燃焼器において、
前記流路は、軸方向に複数設けられ、軸方向に複数設けられた該流路からの噴出方向を軸心に対して変化させることを特徴とする燃焼器。
【請求項５】
請求項１〜３に記載の燃焼器において、
前記混合室は、上流側から下流側にしたがい広がりを有するディフーザ状に形成したことを特徴とする燃焼器。
【請求項６】
請求項１〜３に記載の燃焼器において、
前記流路内に配置された、燃料を供給する供給部は、該流路を流れる空気の流れに対してほぼ直角方向に燃料を噴出するよう構成したことを特徴とする燃焼器。
【請求項７】
請求項１〜３に記載の燃焼器において、
前記混合室の内面は、ほぼ円筒状に形成したことを特徴とする燃焼器。
【請求項８】
燃料を供給する燃料ノズルと、
該燃料ノズルの外周側及び下流側に配置され、該燃料と空気を混合する混合室と、
該混合室の下流側に配置され、該混合室で混合された混合ガスを燃焼する燃焼室と、
前記混合室を形成する混合室形成部材とを備え、
前記混合室形成部材の外周側をほぼ円筒形状に形成し、その外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する複数の流路を前記混合室形成部材内に設け、該流路内に燃料を供給する供給部を設け、該流路内で燃料と空気を予混合して予混合ガスを該混合室に供給することを特徴とする燃焼器。
【請求項９】
請求項８に記載の燃焼器において、
前記流路は、軸方向に複数設けられ、軸方向に複数設けられた該流路からの噴出方向を軸心に対して変化させることを特徴とする燃焼器。
【請求項１０】
燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室とを備えた燃焼器の燃焼方法であって、
前記混合室形成部材の外周側から前記混合室形成部材内に設けた流路を介して該混合室に燃焼用空気を供給することを特徴とする燃焼方法。
【請求項１１】
燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室とを備えた燃焼器の燃焼方法であって、
前記混合室形成部材の外周側はほぼ円筒形状に形成され、前記混合室形成部材内に流路が形成され、該流路内に燃料供給部が形成され、
前記燃料供給部から燃料を供給し、該流路内で空気と燃料とを予混合し、
予混合された予混合ガスを該流路から該混合室に供給することを特徴とする燃焼器の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器及び燃焼器の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃焼器構造として、例えば、特許文献（特表２００４−５０７７１号公報，ＵＳ２００３／０１５２８８０Ａ１）があげられる。この技術では、スワール体外面に燃料供給部を備えた二重円錐バーナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５０７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、逆火や火炎安定性については考慮されていなかった。
【０００５】
本発明の目的は、逆火を抑制し安定した燃焼である燃焼器及び燃焼器の燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室とを備え、前記混合室形成部材の外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する流路を前記混合室形成部材内に設ける。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、逆火を抑制し安定した燃焼である燃焼器及び燃焼器の燃焼方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態であるガスタービンプラントの全体構成を示す。
【図２】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造の断面図を示す。
【図３】本発明の流路である空気導入孔１４部の断面図（図２のIII−III断面）を示す。
【図４】本発明の流路である空気導入孔１６部の断面図（図２のIV−IV断面）を示す。
【図５】本発明の流路である空気導入孔の燃料供給部における断面図（図２のＶ−Ｖ断面）を示す。
【図６】本発明の流路である空気導入孔の燃料供給部における断面図を示す。
【図７】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造の断面図を示す。
【図８】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造の断面図を示す。
【図９】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造の断面図を示す。
【図１０】本発明の流路である空気導入孔２１４部の断面図を示す。
【図１１】本発明の流路である空気導入孔２１８部の断面図を示す。
【図１２】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造の断面図を示す。
【図１３】本発明の流路である空気導入孔３１４部の断面図を示す。
【図１４】本発明の流路である空気導入孔３１５部の断面図を示す。
【図１５】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造の断面図を示す。
【図１６】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ構造図を示す。
【図１７】本発明の実施形態である燃焼器バーナのカバー構造図を示す。
【図１８】本発明の実施形態である燃焼器のバーナ組立構造図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
燃焼用空気と燃料を混合する混合室を内部に形成する混合室形成部材を設け、混合室形成部材内に外周側から該混合室に燃焼用空気を供給する流路を設ける。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の燃焼器及び燃焼方法の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５を参照しつつ以下に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態である、ガスタービンプラントの全体構成を示し、その中でガスタービン燃焼器の構成を側断面図で示す。図１に示すように、ガスタービンプラントは、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される圧縮空気と燃料とを混合して燃焼ガスを生成する燃焼器２と、この燃焼器２で生成された燃焼ガスが導入されるガスタービン３とを備えている。なお、圧縮機１とガスタービン３とは連結されている。
【００１２】
燃焼器２は、燃焼用空気に燃料を混合する混合室４及びこの混合室４を内部に形成する混合室形成部材である混合室壁５を備えたバーナ１１と、混合室４で混合された混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室６と、この燃焼室６を内部に形成する内筒７と、この内筒７からの燃焼ガスをガスタービン３に導くトランジションピース８と、これらバーナ１１，内筒７、及びトランジションピース８を内部に収納した外筒９と、この外筒９に支持され、燃焼室６内で混合ガスを点火させる点火栓１０とを備えている。このような構成により、圧縮機１からの圧縮空気は図１中矢印アに示すように混合室４内に導入されて燃料と混合され、この混合ガスが燃焼室６内で点火栓１０により点火されて燃焼し、燃焼によって生成した燃焼ガスが図１中矢印イに示すようにトランジションピース８を介してガスタービン３に噴射されてガスタービン３を駆動する。これにより、図示しないガスタービン３に連結された発電機が駆動して発電するようになっている。
【００１３】
図２はバーナ１１の詳細構造を表す側断面図である。図２に示すように、混合室４を形成する混合室形成部材の混合室内壁５ａは燃焼室６方向（図２中右方向、言い換えれば後述する第１燃料ノズル１３の噴出方向）に向かって拡開したディフーザ形状又は中空円錐状の形状をしており、この混合室内壁５ａの円錐のほぼ頂点部分には混合室壁５の軸心線Ｌ１とほぼ同軸方向となるように燃焼室６の上流位置に第１の燃料を噴出する第１燃料ノズル１３が設けられている。また、混合室外壁５ｂは円筒形状に形成され、混合室壁５には、その周方向複数箇所及び軸心線Ｌ１方向（以下、軸方向と記載する）に複数段（本実施の形態では３段）となるように、圧縮機１からの燃焼用空気を混合室４内に導入する空気導入孔１４，１５，１６が穿設されており、軸方向上流側（図２中左側）から空気導入孔１４，１５，１６の順で配置されている。つまり、混合室形成部材内に空気導入孔１４，１５，１６等の流路が形成されている。
【００１４】
上記の空気導入孔１４，１５，１６のそれぞれでは、空気導入孔１４，１５，１６の内部に第２の燃料を噴出する複数の燃料孔１７，１８，１９が設けられている。この燃料孔１７，１８，１９は、混合室外壁５ｂ近傍の空気導入孔内に設けられ、混合室４の上流部に設けた第２の燃料の燃料マニホールド１２と連絡しており、空気導入孔１４，１５，１６の軸心線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とほぼ垂直方向に第２の燃料を噴出できるようになっている。この第２の燃料は、空気の流れに対してほぼ直角方向に供給される。
【００１５】
なお、第１燃料ノズル１３には、第１燃料供給系統２０から第１燃料が供給されるようになっており、燃料孔１７，１８，１９には第２燃料供給系統２１から第２燃料が供給されるようになっている（図１参照）。第１燃料，第２燃料は同一種類の気体燃料あるいは液体燃料でも良く、例えば、発熱量の異なる気体燃料でも良い、また、第１の燃料を液体燃料，第２の燃料を気体燃料としても良い。さらに、液体燃料のみを第１燃料ノズル１３に供給する場合、気体燃料のみを燃料孔１７，１８，１９に供給する場合、液体燃料を第１燃料ノズル１３に供給すると同時に気体燃料を燃料孔１７，１８，１９に供給する場合がガスタービンの運用上考えられる。
【００１６】
第１の実施形態では、第１燃料ノズル１３に液体燃料のみを供給する場合と、燃料孔１７，１８，１９に気体燃料のみを供給する場合のガスタービンの運用方法について以下説明する。
【００１７】
上記の空気導入孔１４，１５，１６は、燃焼用空気の混合室４への導入角度が混合室壁５の少なくとも周方向に向かって偏向するように設けられており、さらに詳しくは、混合室４の上流側では、液体燃料の第１燃料ノズル１３の噴出位置近傍に向かって燃焼用空気噴流、あるいは気体燃料と燃焼用空気との混合噴流を噴出するように配置され、混合室４の下流側に向かうにしたがって、燃焼用空気噴流、あるいは気体燃料と燃焼用空気との混合噴流が混合室壁５の内周面５ａに沿うように配置される。この詳細について、図３，図４、及び先の図２を用いて説明する。
【００１８】
図３は、空気導入孔１４が穿設された軸方向位置における混合室壁５の横断面図（図２中III−III断面）であり、図４は、空気導入孔１６が穿設された軸方向位置における混合室壁５の横断面図（図２中IV−IV断面）である。
【００１９】
図３及び図４において、Ｘは空気導入孔１４，１６の軸心線Ｌ２，Ｌ４と混合室壁５の軸心線Ｌ１とのオフセット距離（すなわち、軸心線Ｌ１と軸心線Ｌ２，Ｌ４のそれぞれとを双方に垂直に直交する線分で結んだ際のその線分の長さ）、Ｄは空気導入孔１４，１６が穿設された軸方向位置における混合室壁５の内径である。本実施形態では、混合室壁５の軸方向下流側（図２中右側）に向かうにしたがってＸ／Ｄが大きくなるように、空気導入孔１４，１５，１６の周方向角度を変化させて設けている。これにより、混合室４の上流位置ではＸ／Ｄが小さくなり、図３中矢印ウに示すように空気導入孔１４から噴出される燃焼用空気は混合室壁５の軸心線Ｌ１近傍（すなわち液体燃料の第１燃料ノズル１３の噴出位置近傍）に向かって流入するようになっている。一方、混合室４の下流位置ではＸ／Ｄが大きくなり、図４中矢印エに示すように空気導入孔１６から噴出される燃焼用空気は混合室壁５の内周面５ａに沿うように流入するようになっている。
【００２０】
また、本実施形態においては、空気導入孔１４，１５，１６の軸方向角度についても軸心線Ｌ１方向位置に応じて変化をつけて設けている。すなわち、図２に示すように、混合室壁５内の最も上流側である空気導入孔１４についてはその軸心線Ｌ２と混合室壁５の内周面５ａとの角度α１を比較的大きくし（例えば、空気導入孔１４の軸心線Ｌ２を含む平面が軸心線Ｌ１と略垂直に交わるような略角度とする）、混合室壁５内の中・下流側である空気導入孔１５，１６についてはその軸心線Ｌ３，Ｌ４と混合室壁内周面５ａとの角度α２を比較的小さくしている（例えば約９０°程度）。これにより、空気導入孔１４からの燃焼用空気が上述したＸ／Ｄを小さくした効果と合わせて軸心線Ｌ１に対して（液体燃料の第１燃料ノズル１３から噴出される液体燃料に対して）略直角に流入するようになっている。
【００２１】
また、空気導入孔１５，１６については上述したようにＸ／Ｄが比較的大きくなることから周方向の偏向量が大きく、そのため空気導入孔１５，１６の出口（混合室４側）の口径が大きくなり、上記空気導入孔１４と同様の角度α１とした場合には隣同士の導入孔出口が干渉してしまって空気導入孔１５，１６の周方向の設置数を少なくしなければならないが、本実施の形態によれば、角度をα２として空気導入孔１５，１６の軸心線Ｌ３，Ｌ４と内周面５ａとの角度を略直角として出口の径を小さくでき、これにより空気導入孔１５，１６の周方向の設置数を確保することができるようになっている。このような構成とすることで、混合室４及び混合室壁５をコンパクト化することができるようになっている。
【００２２】
図５は空気導入孔１４に穿設された燃料孔１７の位置における混合室壁５の断面図（図２中Ｖ−Ｖ断面）である。燃料孔１７は一つ空気導入孔に一つ、軸心線Ｌ１に対して直角に形成され、気体燃料は図中矢印オに示すように、空気導入孔１４の中心に向って供給されるように構成されている。
【００２３】
次に、上記構成の本発明のガスタービン燃焼器及びその燃料供給による燃焼方法の第１の実施形態により得られる作用を以下に項目ごとに順に説明する。
【００２４】
（１）火炎の逆火防止作用。本実施の形態において燃料孔１７，１８，１９から気体燃料を供給する場合、燃料孔１７，１８，１９から空気導入孔１４，１５，１６に向かって気体燃料を噴出し、この気体燃料と圧縮機１から導入される燃焼用空気とを空気導入孔１４，１５，１６から混合室４内に導入する。気体燃料孔１７，１８，１９から噴出された気体燃料、及び燃焼用空気を混合室４内で充分に混合して均質な予混合ガスとし、混合室４の下流側の燃焼室６において燃焼させることによって、ガスタービン３に燃焼ガスを供給する。
【００２５】
ここで、例えば空気導入孔１４，１５，１６が気体燃料孔１７，１８，１９から噴出された気体燃料と燃焼用空気とを予混合するのに充分な長さを有するような構造で、且つ、下流側へ縮径したり、曲がり部があったりした場合には、空気導入孔１４，１５，１６内での混合ガスの自発発火、又は燃焼室６から混合室４を経て空気導入孔１４，１５，１６内への火炎の逆火が生じた場合、縮径の上流部の流速の遅い領域や曲がり部に発生する渦に火炎が保持されてしまう恐れがある。また、燃焼器２に導入される燃焼用空気は圧縮機１で圧縮して生成され、各流路を流下する過程において塵埃等が含まれることも少なくない。このため、空気導入孔１４，１５，１６に導入される燃焼用空気に可燃性の塵埃等が含まれる場合には、その塵埃等が火種になって空気導入孔１４，１５，１６内の縮径上流部の流速の遅い領域や曲がり部に発生する渦に火炎が保持されてしまう恐れがある。
【００２６】
また、空気導入孔内部に火炎を保持する渦を発生する機構がない場合でも、比較例（特表２００４−５０７７１号公報）のように、スワール体の外表面に燃料供給部のような構造物が存在すると、この構造物によってスワール体周囲の空気の流れを乱したり、構造物の下流方向に比較的強い小さな渦が発生したりするため、この渦によって空気導入孔１４，１５，１６内部に火炎が保持されることが考えられる。特に、比較例のように、スワール体の空気入口近傍に燃料供給部のような構造物が存在する場合、構造物によって発生した渦が減衰することなくスワール体に流入するため、火炎保持の可能性が高くなる。また、スワール体の空気入口部に空気流の乱れや渦が発生した場合、スワール体入口部の静圧分布が変化するため、燃焼器の軸方向に開口された空気入口部の軸方向位置でスワール体に流入する空気流量が設計値と異なるため、スワール体内部の燃料濃度分布が乱れ燃焼振動が発生したり、燃焼振動によって火炎戻りが発生したりする可能性がある。
【００２７】
このような事態が生じた場合、混合室壁５の過熱による変形・破損を招き、ガスタービンプラント全体の損傷を考慮する必要がある。
【００２８】
これに対し、本実施の形態においては、燃焼用空気と気体燃料孔１７，１８，１９から噴出された気体燃料とを混合して混合室４に導入する空気導入孔１４，１５，１６が下流側へ縮径した形状を有さないこと、渦が発生する曲がり部などがない構造としていることから、自発発火や火炎戻り、あるいは燃焼用空気に可燃性の塵埃等の混入により空気導入孔１４，１５，１６内部に火炎が侵入しても、空気導入孔１４，１５，１６内に留まらずに直ちに混合室４内に噴出されるので、逆火した火炎が保持されるといった事態を防止できる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、燃料孔１７，１８，１９が空気導入孔１４，１５，１６の内部に形成されているため、空気導入孔１４，１５，１６の周辺に空気の流れを乱したり渦を発生させたりするような構造物が存在しないため、混合室に流入する空気流の流量変動などが発生しにくくなり、火炎戻りの発生を抑制できる。このようにして、本発明の実施の形態によれば火炎の逆火を抑制することができる。
【００３０】
（２）ＮＯｘ発生量の低減作用。本実施の形態においては、図５に示したように、燃料孔１７，１８，１９を空気導入孔１４，１５，１６の内部で空気の流れとほぼ直角方向に噴出するように形成する。燃料孔１７から噴出した気体燃料は、燃料孔１７と対向する空気導入孔１４の壁面１４ａに衝突して分散するため、空気導入孔１４を流れる空気流との接触面積が増加して空気流との混合が促進される。
【００３１】
また、燃料流量が増加すると燃料の噴出速度が増加するため燃料が壁面１４ａに衝突した際の分散が著しくなり空気流との混合がさらに促進される。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、空気導入孔１４，１５，１６の内部で空気の流れに対し、燃料孔１７から噴出する気体燃料がほぼ直角に噴出するように形成されており、さらに、気体燃料の貫通力（距離）に対し、空気導入孔１４の直径を比較的小さくできる構造なので、壁面１４ａへの衝突速度が減衰しにくくなり、気体燃料が分散して空気流との混合が促進される。
【００３３】
これにより、空気導入孔１４，１５，１６内に導入された燃焼用空気と気体燃料は空気導入孔１４，１５，１６内で十分に混合され（以下、この状態の燃焼用空気及び気体燃料を１次混合ガスと記載する）、その後空気導入孔１４，１５，１６から混合室４内に噴出し、その噴出の際に発生する渦流によって混合が促進される（以下、この状態の燃焼用空気及び気体燃料を２次混合ガスと記載する）。なお、この渦流は、流路がステップ状に拡大する際に通常発生するものである。
【００３４】
このとき、本実施の形態においては、前述したように混合室壁５の軸方向下流側に向かうにしたがってＸ／Ｄが大きくなるように空気導入孔１４，１５，１６の周方向角度を変化させて設ける。これにより、混合室４の上流位置においては空気導入孔１４から噴出される２次混合ガスが液体燃料の第１燃料ノズル１３の燃料噴出位置近傍に向かって流入する。これにより、空気導入孔１４から噴出される２次燃焼ガス同士が速い速度で互いに衝突し合うため、混合がより一層促進される。一方、混合室４の中・下流位置では空気導入孔１５，１６から導入された２次混合ガスが混合室壁５の内周面５ａに沿うように流入する。これにより、混合室４内に強い旋回流が発生し、この旋回流により各空気導入孔１５，１６から噴出した２次混合ガス同士が衝突されて、混合が大幅に促進される。このようにして、空気導入孔１４，１５，１６から噴出された２次混合ガスは混合室４内において、充分に混合される。
【００３５】
また、本実施の形態においては、上流側の空気導入孔ほど空気導入孔の長さが長く構成されているため、上流側の空気導入孔ほど空気導入孔の内部で気体燃料と燃焼用空気の１次混合が促進される。
【００３６】
一方、液体燃料の第１燃料ノズル１３から噴出される液体燃料は、空気導入孔１４から噴出され略直角に衝突してくる燃焼用空気のせん断力によって微粒化され、且つその一部は蒸発して気体化するので、旋回流によって混合室４の下流に向かって流されつつ空気導入孔１５，１６から噴出する燃焼用空気との混合が促進される（以下、この液体燃料，気体燃料、及び燃焼用空気が混合された状態を予混合ガスと記載する）。
【００３７】
このようにして、同一構造の混合室４内において、気体燃料と燃焼用空気、あるいは液体燃料と燃焼用空気が充分に混合して均質な予混合ガスを生成することができるので、何れの燃料を用いてもＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００３８】
（３）コーキング防止作用。本実施の形態によれば、混合室４上流位置ではＸ／Ｄが小さいことから、図３に示すように空気導入孔１４から噴出される燃焼用空気が混合室壁５の軸心線Ｌ１付近に向かって流入するため、この中心領域にのみ強い旋回力が作用し、混合室壁５の内周面５ａ近傍では旋回流が減衰して旋回力が比較的小さくなる。このため、液体燃料の第１燃料ノズル１３から噴出された液体燃料の液滴が旋回流の旋回作用によって混合室内周面５ａに衝突するのを防止できる。したがって、コーキングの発生を防止することができる。
【００３９】
また、液体燃料の第１燃料ノズル１３の噴出位置近傍には噴出した小さな液滴が停滞する淀み域が発生する場合がある。この淀み域が発生すると、混合室内周面５ａに液滴が付着する可能性が大きくなり、コーキングの発生の要因となる。本実施の形態によれば、上述したように燃焼用空気が周方向全域から液体燃料の第１燃料ノズル１３の燃料噴出位置近傍に向かって流入するため、液体燃料の液滴が混合室内周面５ａに付着しやすい上記淀み域の発生を抑制することができる。これにより、コーキングの発生を確実に防止することができる。
【００４０】
またさらに、粒径の比較的大きな液滴はその慣性力により旋回流の旋回力に逆らって混合室壁内周面５ａに衝突することが考えられるが、本実施の形態によれば、混合室内周面５ａの周方向全域にわたり空気導入孔１４，１５，１６を設けているため、内周面５ａに衝突しようとした液滴を空気導入孔１４，１５，１６から噴出される燃焼用空気により吹き飛ばすことができる。これにより、さらに確実にコーキングの発生を防止できる。
【００４１】
なお、例えば液体燃料の第１燃料ノズル１３に圧力噴霧式渦巻型液体燃料ノズルを用いる場合、液体燃料の第１燃料ノズル１３から噴出した液滴は遠心力により軸心線Ｌ１の外周側に向かって噴出することになる。このような場合でも、本実施の形態によれば、上述したように燃焼用空気が周方向全域から液体燃料の第１燃料ノズル１３の燃料噴出位置近傍に向かって流入するため、噴出された液滴が外周側に拡がるのを抑制し、液滴が混合室内周面５ａに衝突するのを防止できる。さらにこの場合には、燃焼用空気による液体燃料へのせん断力を最大限に作用させることができるため、液滴を微粒化し混合を大幅に促進させることが可能である。
【００４２】
（４）燃焼安定性の向上作用。本実施の形態によれば、空気導入孔の入口部となる混合室外壁５ｂに空気流の乱れや渦を発生させるような構造物が存在しないため、混合室内部へ安定した空気流量を供給できるため燃焼安定性が向上する。
【００４３】
また、本実施の形態によれば混合室壁５の軸方向下流側に向かうにしたがってＸ／Ｄが大きくなるように空気導入孔１４，１５，１６の周方向角度を変化させて設ける。これにより、混合室壁５の軸方向下流位置ほどＸ／Ｄが大きくなり、混合室４の出口領域では予混合ガスが強い旋回流を生じながら燃焼領域に流入する。これにより、混合室４の出口領域ではその軸心位置近傍に再循環領域が形成されて、燃焼安定性を向上することができる。
【００４４】
（５）その他の作用。本実施の形態によれば、バーナ１１の空気導入孔１４，１５，１６の内部に燃料孔１７，１８，１９が一体化して形成されているため、バーナ１１外形は円筒形でコンパクトな形状になり、逆火を誘発する原因となるはく離渦などが発生する割合が小さくなる。
【００４５】
（６）効率向上。本実施の形態によれば、燃焼用空気の流れがスムーズになるためバーナ１１の圧力損失を小さくすることができるため、ガスタービンの全体の効率を向上することができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施形態を図６を参照しつつ説明する。図６は本実施の形態における空気導入孔１４と燃料孔１７の一部分を表す側断面図である。
【００４７】
第１の本実施の形態においては、前述したように燃料孔１７，１８，１９が空気導入孔の内部に空気の流れとほぼ直角方向に噴出するように形成されているため、燃料孔から噴出した気体燃料は空気導入孔の対向する壁面に衝突し拡散されるため、空気導入孔の内部での１次混合が大幅に促進される。
【００４８】
図６（ａ）から図６（ｄ）に示した本実施の形態も、第１の実施の形態と同様に空気の流れとほぼ直角方向に噴出するように形成されている。
【００４９】
図６（ａ）は一つの空気導入孔１４に二つの燃料孔１７ａを形成したもので、燃料孔１７ａが互いに対向する位置に形成されているため、気体燃料は図中矢印オに示すように空気導入孔１４の中心に向かって噴出される。
【００５０】
また、図６−ｂは一つの空気導入孔１４に四つの燃料孔１７ｂを形成したもので、図６（ａ）の構造と同様に燃料孔１７ｂが互いに対向する位置に形成されているため、気体燃料は図中矢印カに示すように空気導入孔１４の中心に向かって噴出される。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）ともに燃料孔数が第１の実施の形態より増加しているため空気との接触面積が増加し混合が促進される。また、図６（ａ），（ｂ）ともに燃料孔がそれぞれ対向する位置に形成されており、燃料孔から噴出した気体燃料が空気孔の中央部で衝突し拡散するため、空気との接触面積の増加に伴い混合が促進される。さらに、本実施の形態では、供給燃料流量が増加するほど燃料孔１７ａ，１７ｂから噴出する噴出速度が増加し、気体燃料が衝突した時の拡散が著しくなり混合が促進される。
【００５２】
図６（ｃ）は一つの空気導入孔１４に二つの燃料孔１７ｃを形成したもので、燃料孔１７ｃを空気孔の内壁近傍に設置することよって、気体燃料を図中矢印キに示すように空気導入孔の壁面を沿うに噴出させ、気体燃料が空気導入孔の内部で旋回するように構成したものである。空気導入孔１４の内部で燃料孔１７ｃから噴出した気体燃料は図中矢印キに示すように、旋回しながら流下するため、燃焼用空気との接触時間が長くなり、混合が大幅に促進される。また、本実施の形態では一つの空気孔に二つの燃料孔を設置した場合を例に説明したが、燃料孔が一つの場合でも混合を促進させる効果は期待できる。
【００５３】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は何れも空気流との接触面積や接触時間が増加する効果で１次混合が促進され、その結果、混合室４での２次混合も促進されるため、ＮＯｘの発生量をさらに低減することができる。
【００５４】
図６（ｄ）は空気導入孔１４に断面積の異なる燃料孔１７ｄ，１７ｅを形成したもので、燃料孔１７ｄからは主気体燃料を噴出し、燃料孔１７ｅからは主気体燃料と発熱量の異なる副気体燃料を噴出するように構成したものである。
【００５５】
石油化学プラントなどでは、主燃料を生成する過程で様々な副生燃料が生成される場合が考えられる。プラントのガスタービン発電設備では、このような副生ガスをガスタービン燃焼器の燃料とし用いる要求が増加することが考えられるが、本実施の形態では、燃料孔１７ｄより主気体燃料を図中矢印ケに示すように噴出し、副生燃料を燃料孔１７ｅより図中矢印クに示すように噴出し、空気導入孔の内部で、空気，主燃料，副生燃料を混合させることができるため、混合が促進する。また、燃料孔１７ｅの断面積は副生燃料の流量によって調整するものであり、さらに、燃料孔１７ｅに供給する気体は窒素や蒸気などでも良く、可燃性の気体燃料に限ることはない。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施形態を図７を参照しつつ説明する。本実施の形態は、混合室壁の軸方向長さを延長し、空気導入孔の軸方向配置を上流側に集中させたものである。
【００５７】
この図７に示すように、本実施の形態のバーナ１１１では、混合室壁１０５の拡がり角度を前述の第１の実施の形態における混合室壁５よりも小さくしつつ軸方向長さを長く形成し、空気導入孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８を混合室壁１０５の上流側に集中して設けている。これら空気導入孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８は、第１の実施の形態と同様に混合室壁１０５の軸方向下流側に向かうにしたがってＸ／Ｄが大きくなるように、すなわち空気導入孔１１４ではＸ／Ｄが小さく、空気導入孔１１８ではＸ／Ｄが大きくなるように周方向角度を変化させて設けている。なお、本実施の形態では、空気導入孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８の軸方向角度については軸心線Ｌ５方向位置に応じて変化をつけず、空気導入孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８の軸心線（図示せず）を含む平面が軸心線Ｌ５とそれぞれ略垂直に交わるような角度としている。
【００５８】
また、これら空気導入孔１１５，１１６，１１７，１１８のそれぞれの内部には気体燃料を噴出する複数の気体燃料孔１１９，１２０，１２１，１２２が図６（ａ）に示したように、空気導入孔１１５，１１６，１１７，１１８の内部でそれぞれと対向するように設けられており、第２の実施の形態と同様にこれら空気導入孔１１５，１１６，１１７，１１８の軸心線（図示せず）とほぼ直角方向に気体燃料を噴出できるようになっている。
【００５９】
また、混合室壁１０５の内周面１０５ａの軸心線Ｌ５に対する拡がり角度を混合室４の上・中流側では比較的小さいα３、下流側では比較的大きいα４となるようにし、出口領域で拡がり角度が大きくなるように形成している。
【００６０】
以上のように構成した本実施の形態によれば、前述した第１，２の実施の形態と同様に、火炎の逆化防止，ＮＯｘ発生量の低減，コーキング防止，燃焼安定性の向上作用をそれぞれ得ることができると共に、さらに以下のような作用を得ることができる。
【００６１】
（７）燃焼安定性のさらなる向上作用。本実施の形態においては、混合室壁１０５をその内周面１０５ａの軸心線Ｌ５に対する拡がり角度が出口領域で大きくなるように形成しているので、この出口領域において予混合ガスの軸方向速度を減速させると共に、火炎の外周側に再循環流領域（図５中Ｔに示す部分）を形成することができ、その結果、火炎の保炎力を増大して例えば火炎の軸方向の不安定振動等を防止することができる。したがって、燃焼安定性をさらに向上することができる。
【００６２】
（８）火炎の逆火のさらなる防止作用。本実施の形態によれば、前述の第１の実施の形態と同様に気体燃料を気体燃料孔１１９，１２０，１２１，１２２から噴出する場合、空気導入孔１１５，１１６，１１７，１１８の上流側近傍に、空気流の乱れや渦を発生させる構造物がないため、空気導入孔１１５，１１６，１１７，１１８内での火炎の保持を防止することが可能であるが、第１の実施の形態及び本実施の形態のように混合室４，１０４内に旋回流を形成すると、混合室出口領域において旋回流の中心部（軸心線Ｌ１，Ｌ５部）に再循環領域が発生することにより燃焼安定性を向上することはできるが、場合によっては燃焼領域から混合室４，１０４内へ火炎が戻る可能性がある。
【００６３】
ここで、上記（７）で述べたように、本実施の形態によれば燃焼安定性をさらに向上することができるので、出口領域における予混合ガスの旋回力を弱めても燃焼安定性を第１の実施の形態と同程度に保持することが可能である。すなわち、各空気流入孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８のＸ／Ｄを小さく設定して出口領域での旋回流を弱め、再循環領域の形成を弱めて火炎の戻りを抑制した上で、出口領域での拡がり角度α４を大きくして火炎の保炎力を増大して燃焼安定性を維持すると言った具合に、Ｘ／Ｄ及び出口拡がり角度α４を調整することにより予混合ガスの旋回力と軸方向速度とのバランスを調整して、燃焼安定性を維持しつつ燃焼領域から混合室１０４内部への火炎の逆火を抑制することができる。したがって、火炎の逆火をさらに防止することができる。
【００６４】
（９）ＮＯｘ発生量のさらなる低減作用。本実施の形態によれば、混合室壁１０５の軸方向長さを比較的長く形成して空気導入孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８を上流側に集中して配置することで、混合室１０４での混合距離を長くすることができる。これにより、各空気流入孔１１５，１１６，１１７，１１８から噴出した２次混合ガス（気体燃料と燃焼用空気）同士の混合を一層促進することができる。
【００６５】
また、液体燃料を液体燃料ノズル１１３から噴出する場合においても、混合距離が長くなる分液体燃料ノズル１１３から噴出した液体燃料が蒸発する割合も多くなり、液体燃料と燃焼用空気との混合についてもさらに促進してより均質な予混合ガスを生成することができる。したがって、ＮＯｘの発生量をさらに低減することができる。
【００６６】
（１０）液体燃料ノズルの加熱抑制作用。本実施の形態では、混合室１０４の最も上流側の空気導入孔１１４には気体燃料孔が形成されていないため、空気導入孔１１４からは専ら燃焼用空気が噴出されることになる。
【００６７】
気体燃料孔から気体燃料を噴出して燃焼する場合、燃料の供給し始めや燃料供給系統の不具合などによって燃料濃度が低くなった時、火が点いたり消えたりするフリッカ現象が発生することがある。フリッカが発生すると燃焼器内部の圧力が変動し、この圧力変動によって火炎が混合室１０４の内部に逆流し、混合室１０４の内部や液体燃料ノズル１１３が加熱される場合があるが、本実施の形態では、液体燃料ノズル１１３に最も近い空気導入孔１１４からは専ら燃焼用空気が噴出されているため、空気導入孔１１４から噴出する燃焼用空気によって液体燃料ノズル１１３は冷却されるため、フリッカ現象が発生しても液体燃料ノズル１１３が加熱されるのを抑制することができる。
【００６８】
（１１）燃焼振動の発生の抑制作用。本実施の形態は、予混合ガスを生成するための混合距離を長くしているので、前述した第１の実施の形態よりも比較的予混合燃焼に近い燃焼特性を実現できる。このような予混合燃焼を行う場合、燃焼器２内部の圧力（すなわち混合室１０４及び燃焼室６内の圧力）が周期的に変化する燃焼振動が発生する場合がある。この燃焼振動にはいくつかの振動モードが存在し、燃焼状態によって特定の振動モードが励起されると燃焼振動の圧力振幅が増大する。燃焼振動の圧力振幅が大きくなると、燃焼器２を構成する部品の摺動面が磨耗するため、燃焼振動の発生を防止することは重要である。
【００６９】
本実施の形態のようなガスタービンプラントの場合、一般に燃焼器２内の圧力とガスタービン３内の圧力とが一定の圧力比になると、燃焼ガスの流速が第１段静翼スロート部３０（図１参照）において音速に達する。このように流体の流れが音速に達すると音響学的には音波が伝播しない固体壁とみなされるため、本実施の形態においては、燃焼器２の両端（すなわち上記第１段静翼スロート部３０と燃焼器２入口部）を境界条件とする振動モードが発生する可能性があり、この場合、圧力波は第１段静翼スロート部３０ともう一方の反射端となる燃焼器２入口部との間で反射が繰り返されて、定常波が形成されて圧力振幅が大きくなる恐れがある。
【００７０】
本実施の形態においては、一方の反射端となる燃焼器２入口部に反射率の小さい中空円錐形状の混合壁１０５を設置しているため、圧力波が混合壁１０５に進行しても圧力波にダンピング作用を及ぼして燃焼振動の発生を抑制することができる。なお、この燃焼振動の発生の抑制作用は前述した第１，２の実施の形態においても得られるものである。
【実施例４】
【００７１】
次に、本発明のガスタービン燃焼器及びその燃料供給方法による燃焼方法の第４の実施の形態を図８を参照しつつ説明する。本実施の形態は、混合室出口部の拡がり角度を第３の実施の形態より狭く形成したものである。
【００７２】
図８は本実施の形態のバーナの詳細構造を表す側断面図である。なお、この図８において、前述の第３の実施の形態の図７と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
この図８に示すように、本実施の形態のバーナ１１１′では、混合室１０４の出口部が混合室１０４の拡がり角度α３より小さなα５に形成し、第３の実施の形態より混合室１０４の出口部の断面積を小さくして予混合ガスの出口流速を加速させたものである。
【００７４】
以上のように構成した本実施の形態によれば、前述した第３の実施の形態と同様に、火炎の逆化防止，ＮＯｘ発生量の低減，コーキング防止，燃焼安定性の向上作用，液体燃料ノズルの過熱抑制作用，燃焼振動の発生の抑制作用をそれぞれ得ることができると共に、さらに以下のような作用を得ることができる。
【００７５】
（１２）ＮＯｘ発生量のさらなる低減作用。本実施の形態においては、混合室壁１０５をその内周面１０５ａの軸心線Ｌ５に対する拡がり角度が出口領域で小さくなるように形成しているので、この出口領域において予混合ガスの軸方向速度を加速させることができ、その結果、混合室１０４の下流に保持される予混合火炎の位置を、第３の実施の形態より下流側に保持することができる。したがって、火炎が下流側に保持される分だけ予混合距離が長くなるため、燃料と燃焼用空気の混合が促進されＮＯｘの発生量を低減することができる。
【実施例５】
【００７６】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第５の実施の形態を図９乃至図１１を参照しつつ説明する。本実施の形態は、混合室の内壁を中空円筒状に形成し、軸方向上流側の空気導入孔の断面積を下流側の空気導入孔より大きく形成したものである。
【００７７】
図９に示すように、本実施の形態のバーナ２１１では、混合室壁２０５の内周壁２０５ａを軸方向で同じ径の円筒形に形成し、最も上流側の空気導入孔２１４は他の空気導入孔２１５，２１６，２１７，２１８よりその内径を大きく形成してある。これら空気導入孔２１４，２１５，２１６，２１７，２１８は図１０，図１１に示すように、第３の実施の形態と同様に混合室壁２０５の軸方向下流側に向かうにしたがってＸ／Ｄが大きくなるように、すなわち空気導入孔２１４ではＸ／Ｄが小さく、空気導入孔２１８ではＸ／Ｄが大きくなるように周方向角度を変化させて設けている。
【００７８】
また、これら空気導入孔２１５，２１６，２１７，２１８のそれぞれの内部には気体燃料を噴出する複数の気体燃料孔２１９，２２０，２２１，２２２が空気導入孔２１５，２１６，２１７，２１８の内部でそれぞれと対向するように設けられており、第３の実施の形態と同様にこれら空気導入孔２１５，２１６，２１７，２１８の軸心線（図示せず）とほぼ直角方向に気体燃料を噴出できるようになっている。
【００７９】
また、混合室壁２０５の内周面２０５ａの軸心線Ｌ５に対する拡がり角度を混合室２０４の下流側では比較的大きいα６となるようにし、出口領域で拡がり角度が大きくなるように形成している。
【００８０】
以上のように構成した本実施の形態によれば、前述した第３の実施の形態と同様な作用を得ることができると共に、さらに以下のような作用を得ることができる。
【００８１】
（１３）バーナ製作コストの低減作用。本実施の形態においては、混合室壁２０５の内周面２０５ａが中空円筒形になっているため、第１〜４の実施の形態に比較して製作コストを低減する効果が期待できる。また、混合室壁２０５を中空円筒形状にした場合、第１〜４の実施の形態とは異なり、混合室２０４の上流側の流速が減速して、火炎戻りを誘発する恐れがあるが、本実施の形態では上流側の空気流入孔２１４の断面積を大きくすることで、混合室２０４の上流側における予混合気の流速の減速を抑えることができるため、火炎戻りを防止することが可能となる。
【実施例６】
【００８２】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第６の実施の形態を図１２乃至図１４を参照しつつ説明する。本実施の形態は、大きな中空円筒状の混合室の内部に小さな中空円錐状の混合室を形成し、それぞれの混合室に燃焼用空気を導入する空気導入孔を形成したものである。
【００８３】
図１２に示すように、本実施の形態のバーナ３１１では、第二の混合室壁３０５の内周壁３０５ａを円筒形に形成し、第二の混合室壁３０５に、第二の混合室３０４に燃焼用空気を導入する空気導入孔３１５，３１６，３１７，３１８を形成すると共に、第二の混合室３０４の上流端に、第二の混合室３０４より小さな中空円錐状の第一の混合室３２２を形成し、第一の混合室３２２に燃焼用空気を導入する空気導入孔３１４を形成し、第一の混合室３２２の上流端に液体燃料ノズル３１３を配置したものである。
【００８４】
図１３に示すように、第一の混合室３２２に燃焼用空気を導入する空気導入孔３１４はバーナ３１１の下流側から観て、図中矢印コに示すように、時計周りに旋回が作用するように形成されており、第二の混合室３０４の空気導入孔３１４は、図１４に示すようにバーナ３１１の下流側から観て図中矢印サに示すように、反時計周りに旋回が作用するように形成されている。また、第二の混合室３０４に形成された空気導入孔３１５，３１６，３１７，３１８は図４に示すように、旋回が強く作用するように形成されている。
【００８５】
また、これら空気導入孔３１６，３１７，３１８のそれぞれの内部には気体燃料を噴出する複数の気体燃料孔３１９，３２０，３２１が空気導入孔３１６，３１７，３１８の内部でそれぞれと対向するように設けられており、第５の実施の形態と同様にこれら空気導入孔３１６，３１７，３１８の軸心線（図示せず）とほぼ直角方向に気体燃料を噴出できるようになっている。
【００８６】
また、混合室壁３０５の内周面３０５ａの軸心線Ｌ５に対する拡がり角度を混合室３０４の下流側では比較的大きいα６となるようにし、出口領域で拡がり角度が大きくなるように形成している。
【００８７】
以上のように構成した本実施の形態によれば、前述した第５の実施の形態と同様な作用を得ることができると共に、さらに以下のような作用を得ることができる。
【００８８】
液体燃料ノズル３１３から液体燃料を噴出する場合、第１から第５の実施の形態と同様に、本実施の形態でも空気導入孔３１４から流入する空気流のせん断力を利用し、液体燃料ノズル３１３から噴出した液滴を微粒化する。微粒化された液滴は空気導入孔３１４から流入した空気流に随伴され、すなわち時計方向に旋回しながら第二の混合室へ流下する。第二の混合室３０４に設けられた空気導入孔３１５，３１６，３１７，３１８は全て、図１４に示したように反時計周りに旋回が作用するように形成されているため、第一の混合室３２２の出口部においては相反する方向に旋回する空気流が交差するため、その境界部においては非常に強いせん断力が働き、第一の混合室３２２の出口部を通過する液滴はさらに微粒化が促進され空気流との混合も良くなりＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００８９】
また、液体燃料ノズル３１３から噴霧した液滴が円錐状に広がる場合、第一の混合室３２２の内周面に付着する恐れがある。混合室３２２の内周面に付着した液滴は液膜となり第二の混合室３０４へ流下するが、第一の混合室３２２の出口部には空気流の強いせん断力が作用するため、第一の混合室３２２の出口部で液膜がちぎられて微粒化することによって、空気流との混合も良くなりＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００９０】
さらにまた、混合室内部にこのような空気流の乱れを発生させると、気体燃料燃焼時に火炎戻りが発生した場合、この空気の乱れに火炎が保持されバーナ３１１が焼損する恐れがあるが、本実施の形態では燃料孔３１９，３２０，３２１が第一の混合室３２２の下流側の空気導入孔３１６，３１７，３１８にのみ形成されているため、空気の乱れ領域には気体燃料が供給されないため火炎が第二の混合室３０４の内部に保持される可能性が低い。
【００９１】
また、上記の説明では、第一，二の混合室の空気流の旋回方向が逆となるように形成したが、それぞれの混合室の旋回方向が同一でも同じ効果が期待できる。
【００９２】
なお、以上説明してきた本発明の第１乃至第６の実施の形態においては、液体燃料の第１燃料ノズル１３，１１３，２１３，３１３について特に記載しなかったが、例えば液体燃料の第１燃料ノズル１３，１１３，２１３，３１３としては圧力噴霧式の渦巻型ノズル（シングルオリフィス型、又はダブルオリフィス型のどちらでもよい），圧力噴霧式の衝突型ノズル、又は噴霧空気式ノズル等、いかなる噴霧方式の液体燃料ノズルを用いてもよい。また、いずれの実施の形態においても液体燃料の第１燃料ノズル１３，１１３，２１３，３１３を１個しか設置しなかったが、これに限らず、１つの混合室に対して複数の液体燃料ノズルを設けるようにしてもよい。
【実施例７】
【００９３】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第７の実施の形態を図１５を参照しつつ説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態のバーナをパイロットバーナとして中心部に設け、第３の実施の形態のバーナをメインバーナとしてパイロットバーナの周囲に複数配置し、これらを組み合わせて燃焼器に設けたものである。
【００９４】
図１５は本実施の形態における燃焼器の入口部分を拡大して示す側断面図である。なお、この図１５において、前述の第１及び第３の実施の形態の図２及び図７と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
この図１５に示すように、本実施の形態では、燃焼室６の入口において、第１の実施の形態で示したバーナ１１をパイロットバーナとして中心部に設け、第３の実施の形態で示したバーナ１１１をメインバーナとしてパイロットバーナの周囲に複数配置している。また、これらパイロットバーナ１１の出口部と各メインバーナ１１１の出口部との間にはプレート３１をそれぞれ設け、火炎の保炎を補助するようになっている。なお、パイロットバーナ１１の液体燃料の第１燃料ノズル１３には液体燃料供給系３８，気体燃料孔１７，１８，１９には気体燃料系３９が、メインバーナ１１１の液体燃料ノズル１１３には液体燃料供給系４０，気体燃料孔１１９，１２０，１２１，１２２には気体燃料系４１が接続されている。
【００９６】
第１の実施形態で示したバーナ１１は、第３の実施形態のバーナ１１１に比べて混合室壁５の拡がり角度が比較的大きく軸方向の混合距離が短く形成されており、空気導入孔１４，１５，１６が混合室壁５の上・中・下流側全体に渡って設けられているので、火炎が混合室４内に接近しても混合室壁５の温度上昇を抑制することができる。したがって、燃焼空気流量に対する燃料（液体燃料又は気体燃料、あるいは液体燃料及び気体燃料）流量の割合を高く設定することができ、バーナ１１１と比べて拡散燃焼に近い燃焼状態で安定燃焼を行うことが可能である。このため、本実施の形態では上記したようにバーナ１１をパイロットバーナとし、燃空比や燃焼ガスの流量変化の激しいガスタービンプラントの起動・昇速時から点火して用いるようにする。
【００９７】
一方、第３の実施形態のバーナ１１１はバーナ１１に比べて軸方向の混合距離が長く予混合燃焼に近い燃焼特性を有するため、燃焼安定範囲が狭くなる。したがって、本実施の形態では上記したようにバーナ１１１をメインバーナとし、燃焼用空気の流量変化が小さくなるガスタービンプラントの低負荷時（上記起動・昇速時を終えた状態）から点火して、定負荷状態となったらバーナ１１１の燃焼割合を増加させるように運用することで、ＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。
【００９８】
以上のように構成した本実施の形態によれば、異なった燃焼特性を有するバーナ１１とバーナ１１１とを組み合わせて用いることにより、ガスタービンの起動・昇速時から定負荷領域までの広い負荷変動の範囲に渡って安定燃焼を行うことが可能となる。
【００９９】
なお、上記本発明の第７の実施の形態においては、パイロットバーナとメインバーナとに別構造のバーナを用いるようにしたが、これに限らず、同じ構造のバーナを用いるようにしてもよい。すなわち、第１の実施の形態のバーナ１１は燃料流量を制御するだけで拡散燃焼状態から予混合燃焼状態まで変化させることが可能であるので、例えばバーナ１１をパイロットバーナとメインバーナの両方に用いるようにしてもよい。これによっても上記第７の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【０１００】
さらに、メインバーナとして第３の実施の形態と第４の実施の形態を混在させても上記第７の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【０１０１】
また、第１の実施の形態で説明したように、第７の実施の形態では、空気流入孔の上流側に空気の流れを乱したり渦を発生したりする構造物が存在しない。
【０１０２】
比較例（特表２００４−５０７７１号公報）のように、スワール体の外表面に燃料供給部のような構造物が存在すると、この構造物によってスワール体周囲の空気の流れを乱したり、構造物の下流方向に比較的強い小さな渦が発生したりするため、この渦によって空気導入孔内部に火炎が保持されてしまう可能性がある。
【０１０３】
特に、第７の実施の形態のように、複数のスワール体を配置したマルチ構造の場合には、隣接するスワール体の燃料供給部によって発生した渦がスワール体に流入することが考えられる。このため、発生した渦の影響により複数のスワール体のうち、特定のスワール体の入口部の静圧分布が変化し、スワール体に流入する空気流量が設計値と異なり、それぞれのスワール体内部の燃料濃度分布が乱れ燃焼振動が発生したり、燃焼振動の増大によって火炎戻りが発生したりする可能性が考えられる。
【０１０４】
しかし、本実施の形態では、バーナ１１，１１１の空気導入孔近傍に空気の流れを乱したり、渦を発生させたりする構造物が存在しないため、火炎戻りの発生を抑制することができる。また、渦の発生が少ないため、各バーナへの空気流量配分が設計値となり、ＮＯｘ排出量が増加したり、燃焼振動が増加したりすることを抑制できる。
【実施例８】
【０１０５】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第８の実施の形態を図１６乃至図１８を参照しつつ以下に説明する。
【０１０６】
本実施の形態は、バーナの製作方法に関するもので、第３の実施の形態で説明した図３に示すバーナ１１１を例に挙げその製作方法について説明する。
【０１０７】
図１６はバーナ１１１の混合室１０５を示したもので、その内部は流れ方向に拡大する中空円錐形状の壁面１０５ａが形成されている。混合室１０５の外周壁１０５ｂには、周方向に延長して連絡した小溝１１９ａ，１２０ａ，１２１ａ，１２２ａが軸方向に４本形成されており、さらに、小溝１１９ａ，１２０ａ，１２１ａ，１２２ａと直交し、混合室１０５の軸方向に伸びる大溝１３０ａ，１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ，１３４ａ，１３５ａが形成されている。
【０１０８】
また、混合室１０５の上流側内部には燃料ノズル１１３が挿入されるノズル設置孔１０５ｃが形成され、混合室１０５の上流側外壁は下流側外周壁１０５ｂより小さな外周壁１０５ｄに形成されている。本実施の形態では、混合室外周壁１０５ｂに形成する大溝１３０ａ，１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ，１３４ａ，１３５ａは小溝１１９ａ，１２０ａ，１２１ａ，１２２ａよりその断面積を大きくなるように形成してある。
【０１０９】
図１７は混合室１０５のカバー１３６で、その下流端（図左側）には混合室１０５の燃料マニホールド１０２にガス燃料を供給する配管１３７が設置されており、混合室上流端外周壁１０５ｄと合致する挿入孔１３８が形成されている。また、カバー１３６の内周壁１３６ａは、混合室外周壁１０５ｂと合致するように形成されている。
【０１１０】
図１８は図１６に示した混合室１０５に、図１７に示したカバー１３６を混合室１０５の下流側から挿入して設置したもので、接合点ＷＡ，ＷＢを溶接して混合室１０５とカバー１３６を固定している。混合室１０５にカバー１３６を挿入することによって、混合室１０５の上流部には燃料マニホールド１０２が形成され、混合室外周壁１０５ｂに形成した小溝１１９ａ，１２０ａ，１２１ａ，１２２ａは大溝１３０ａ，１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ，１３４ａ，１３５ａを介して燃料マニホールド１０２と連絡されることになる。
【０１１１】
混合室１０５とカバー１３６を溶接後、混合室外周壁１０５ｂに形成した大溝１３０ａ，１３１ａ,１３２ａ,１３３ａ,１３４ａ,１３５ａの周方向の中間で且つ、小溝１１９ａ，１２０ａ，１２１ａ，１２２ａの軸線上に空気孔１１４，１１５，１１６，１１７，１１８を形成する。空気孔をカバー１３６の外表面から混合室１０５の内部に形成すると、その空気孔の内部に混合室外周壁１０５ｂに形成した小溝の断面が形成され、図７に示した燃料孔１１９，１２０，１２１，１２２となる。
【０１１２】
先に述べたように、燃料マニホールド１２２と小溝１１９ａ，１２０ａ，１２１ａ，１２２ａは連絡されているため、燃料配管１３７から燃料マニホールド１２２に燃料を供給すると図１８に示した矢印ケのように流れ、例えば、一つの空気孔１１５に相対する二つ燃料孔１１９ｂ，１１９ｃから燃料が供給され、空気孔１１５の内部で燃焼用空気と混合し、第三の実施の形態で説明した効果を得ることが可能となる。
【０１１３】
さらに、小溝の断面積を制御することによって燃料孔１１９ｂ，１１９ｃの燃料噴出速度をコントロールし、図５に示したように燃料同士を空気孔内で衝突させて拡散し、燃焼用空気との接触面積を多くすることによって燃料と空気の混合促進を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、逆火を抑制し安定した燃焼である燃焼器及び燃焼器の燃焼方法を提供できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…ガスタービン、４…混合室、５…混合室壁、６…燃焼室、７…内筒、８…トランジションピース、９…外筒、１０…点火栓、１１…バーナ、１２…マニホールド、１３…第１燃料ノズル、１４，１５，１６…空気導入孔、１７，１８，１９…燃料孔、２０…第１燃料供給系統、２１…第２燃料供給系統。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月1日(2010.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気と燃料を混合した混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室と、前記燃焼室の入口において中心部に設けられたパイロットバーナと、前記パイロットバーナの周囲に複数配置されたメインバーナとを備えた燃焼器において、
前記メインバーナは、前記混合ガスを生成する混合室と、前記混合室に液体燃料を供給可能な燃料ノズルと、前記混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室形成部材の外周側から前記混合室に燃焼用空気を供給する空気孔を前記混合室形成部材に周方向及び軸方向で複数有し、前記空気孔内に気体燃料を供給可能な供給孔が穿設されている
ことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼器において、
前記パイロットバーナは、前記混合ガスを生成する混合室と、前記混合室に液体燃料を供給可能な燃料ノズルと、前記混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室形成部材の外周側から前記混合室に燃焼用空気を供給する空気孔を前記混合室形成部材に周方向及び軸方向で複数有している
ことを特徴とする燃焼器。
【請求項３】
請求項２に記載の燃焼器において、
前記パイロットバーナの空気孔内には、気体燃料を供給可能な供給孔が穿設されていることを特徴とする燃焼器。
【請求項４】
請求項２に記載の燃焼器において、
前記パイロットバーナの混合室は、前記メインバーナの混合室に比べて、軸方向の混合距離が短く形成されていることを特徴とする燃焼器。  
【請求項５】
請求項２に記載の燃焼器において、
前記パイロットバーナの混合室又は前記メインバーナの混合室のうち、少なくとも一方は、該混合室の上流側から下流側にしたがい広がりを有するディフーザ状に形成したことを特徴とする燃焼器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
燃焼用空気と燃料を混合した混合ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室と、前記燃焼室の入口において中心部に設けられたパイロットバーナと、前記パイロットバーナの周囲に複数配置されたメインバーナとを備え、前記メインバーナは、前記混合ガスを生成する混合室と、前記混合室に液体燃料を供給可能な燃料ノズルと、前記混合室を内部に形成する混合室形成部材と、前記混合室形成部材の外周側から前記混合室に燃焼用空気を供給する空気孔を前記混合室形成部材に周方向及び軸方向で複数設け、前記空気孔内に気体燃料を供給可能な供給孔が穿設する。