(57)【要約】  燃焼用筒、ガスタービン燃焼器及びガスタービンにおいて、ガスタービン（１０）の径方向及び軸方向に垂直な直線で燃焼器内（４２）の中心を通る基準線（Ｌ１）に対して外側の領域にある冷却部の外側領域と、基準線（Ｌ１）に対して内側の領域にある冷却部の内側領域とを設定し、燃焼器内筒（４２）の外面の軸方向に沿う延長線と燃焼器尾筒（４３）の内面との交点（Ｄ）における接続角度（α）を設定し、外側領域または内側領域のいずれかの領域における基準線（Ｌ１）寄りの位置に設定される第１領域（θ１，θ２）と、第１領域（θ１，θ２）よりも基準線（Ｌ１）から遠い位置に設定されて第１領域（θ１，θ２）よりも接続角度（α）が大きい第２領域（θ３，θ４）とを設定し、第２領域（θ３，θ４）は、第１領域（θ１，θ１）よりも冷却媒体の流通量が多く設定される。
2017077955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼し、
燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が周方向に沿う径方向隙間を介してトランジションピースに挿入されて接続され、
前記トランジションピースとの接続部に設けられる冷却部の冷却媒体により冷却するガスタービンの燃焼用筒において、
前記ガスタービンの径方向及び軸方向に垂直な直線で、且つ、前記燃焼用筒の中心を通る基準線に対し、前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の外側の領域にある前記冷却部の外側領域と、
前記基準線に対して前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の内側の領域にある前記冷却部の内側領域と、が設定され、
前記燃焼用筒の外面の軸方向に沿う延長線と前記トランジションピースの内面との交点における接続角度が設定され、
前記外側領域または前記内側領域のいずれかの領域における前記基準線寄りの位置に設定される第１領域と、前記第１領域よりも前記基準線から遠い位置に設定されて前記第１領域よりも前記接続角度が大きい第２領域と、が設定され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも冷却媒体の流通量が多く設定される、
ことを特徴とする燃焼用筒。
【請求項２】
前記冷却部は、前記第１領域における冷却媒体の流通量に対して、前記第１領域より前記径方向隙間が狭い前記第２領域における前記冷却媒体の流通量が多く設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼用筒。
【請求項３】
内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼し、
燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が周方向に沿う径方向隙間を介してトランジションピースに挿入されて接続され、
前記トランジションピースとの接続部に設けられる冷却部の冷却媒体により冷却するガスタービンの燃焼用筒において、
前記ガスタービンの径方向及び軸方向に垂直な直線で、且つ、前記燃焼用筒の中心を通る基準線に対して前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の外側の領域にある前記冷却部の外側領域と、
前記基準線に対し、前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の内側の領域にある前記冷却部の内側領域と、が設定され、
前記外側領域または前記内側領域のいずれかの領域における前記基準線寄りの位置に設定される第１領域と、前記第１領域よりも前記基準線から遠い位置に設定されて前記第１領域よりも前記径方向隙間が狭い第２領域と、が設定され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも冷却媒体の流通量が多く設定される、
ことを特徴とする燃焼用筒。
【請求項４】
前記接続部は、前記燃焼用筒における軸方向の端部と前記トランジションピースにおける軸方向の端部が径方向に重なることで構成され、前記冷却部は、前記燃焼用筒における軸方向の端部または前記トランジションピースにおける軸方向の端部に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項５】
前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、前記第１領域における前記複数の冷却通路の平均間隔に対して、前記第２領域における前記複数の冷却通路の平均間隔が小さく設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼用筒。
【請求項６】
前記複数の冷却通路は、一端部が前記径方向隙間に開口し、他端部が前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端面に開口することを特徴とする請求項５に記載の燃焼用筒。
【請求項７】
前記第２領域に設けられる前記複数の冷却通路は、一端部が前記径方向隙間に開口する第１通路と、一端部が前記燃焼用筒の前記端面に開口する前記第１通路より数が多い第２通路と、前記第１通路の他端部と前記第２通路の他端部とが連通する合流部とを有することを特徴とする請求項６に記載の燃焼用筒。
【請求項８】
前記トランジションピースは、燃焼ガスの流動方向の上流側が円筒形状をなし、燃焼ガスの流動方向の下流側がガスタービンの径方向に沿う第１辺の長さに対して前記ガスタービンの周方向に沿う第２辺の長さが長い矩形筒形状をなし、前記第１領域は、第１辺側に設けられ、前記第２領域は、第２辺側に設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項９】
前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、周方向における単位長さ当りの前記冷却通路の断面積は、前記第１領域より前記第２領域が大きく設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼用筒。
【請求項１０】
前記外側領域は、前記第１領域を構成する外側第１領域と、前記外側第１領域より前記ガスタービンの径方向の外側で前記第２領域を構成する外側第２領域とに設定され、前記外側第１領域より前記外側第２領域が大きく設定されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項１１】
前記内側領域は、前記第１領域を構成する内側第１領域と、前記内側第１領域より前記ガスタービンの径方向の内側で前記第２領域を構成する内側第２領域とに設定され、前記内側第１領域より前記内側第２領域が小さく設定されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項１２】
前記外側領域は、前記第１領域を構成する外側第１領域と、前記外側第１領域より前記ガスタービンの径方向の外側で前記第２領域を構成する外側第２領域とに設定され、前記外側第１領域より前記外側第２領域が大きく設定されると共に、前記内側領域は、前記第１領域を構成する内側第１領域と、前記内側第１領域より前記ガスタービンの径方向の内側で前記第２領域を構成する内側第２領域とに設定され、前記内側第２領域より前記外側第２領域が大きく設定されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項１３】
前記第１領域及び前記第２領域は、それぞれ前記基準線及び燃焼用筒の軸方向に垂直な第２基準線に対して線対称に設定されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項１４】
前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、前記外側領域における前記冷却通路の数は、前記内側領域における前記冷却通路の数より多く設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼用筒。
【請求項１５】
前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、前記第１領域における前記冷却通路の数は、前記第２領域における前記冷却通路の数より少なく設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼用筒。
【請求項１６】
前記複数の冷却通路における平均間隔は、前記第１領域で５．５ｍｍ〜８．５ｍｍに設定され、前記第２領域で２．０ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の燃焼用筒。
【請求項１７】
前記外側第１領域と前記外側第２領域は、前記燃焼用筒の周方向に隣接し、前記外側第１領域と前記外側第２領域の境界位置は、前記基準線から１５度〜３０度の範囲に設定されることを特徴とする請求項１０または請求項１２に記載の燃焼用筒。
【請求項１８】
前記内側第１領域と前記内側第２領域は、前記燃焼用筒の周方向に隣接し、前記内側第１領域と前記内側第２領域の境界位置は、前記基準線から６０度〜７５度の範囲に設定されることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の燃焼用筒。
【請求項１９】
前記燃焼用筒と前記基準線とが交差する位置における接続角度が０度に設定され、前記外側領域のうちの前記第２基準線と交差する位置における接続角度が１２度〜１６度に設定され、前記内側領域のうちの前記第２基準線と交差する位置における接続角度が８度〜１２度に設定されることを特徴とする請求項１３に記載の燃焼用筒。
【請求項２０】
内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼する請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の燃焼用筒と、
前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が周方向に沿う径方向隙間を介して挿入されて接続されるトランジションピースと、
を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２１】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
を備え、
前記燃焼器として請求項２０に記載のガスタービン燃焼器が用いられる、
ことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼用筒、内筒の一端部の外側に隙間を介して尾筒が連結されたガスタービン燃焼器、このガスタービン燃焼器を備えたガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。【０００３】
このように構成された燃焼器は、圧縮機から圧縮空気が導入されて燃焼ガスを生成する内筒と、生成された燃焼ガスをタービンへ案内する尾筒とから構成されている。そして、この内筒と尾筒は、内筒における下流側の端部が尾筒における上流側の端部の内側に挿入され、その隙間にバネ部材が圧縮状態で介装されている。そのため、内筒と尾筒は、このバネ部材の弾性力により脱落不能に接続されている。【０００４】
このようなガスタービン燃焼器としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１２９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した内筒と尾筒は、径方向に段差をもって連結されていることから、内筒の燃焼ガスが尾筒に流れ込むとき、内筒の端部から外側に位置する尾筒の端部側に流れ込み、内筒の端部が高温化してしまう。そのため、内筒は、端部を冷却するための冷却構造が採用されている。ところで、ガスタービン燃焼器は、圧縮機とタービンとの間でリング形状をなして複数配置されており、各尾筒は、圧縮機側の端部が円筒形状をなすものの、タービン側の端部の一部が絞り加工を施されて矩形状をなしている。そのため、内筒と尾筒が連結される位置での連結形状が周方向で相違することとなり、周方向の一部で内筒の端部を十分に冷却できないおそれがある。【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、燃焼用筒を効率良く冷却することで信頼性の向上を図ると共に長寿命化を図る燃焼用筒、ガスタービン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】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の燃焼用筒は、内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼し、燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が周方向に沿う径方向隙間を介してトランジションピースに挿入されて接続され、前記トランジションピースとの接続部に設けられる冷却部の冷却媒体により冷却するガスタービンの燃焼用筒において、前記ガスタービンの径方向及び軸方向に垂直な直線で、且つ、前記燃焼用筒の中心を通る基準線に対し、前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の外側の領域にある前記冷却部の外側領域と、前記基準線に対して前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の内側の領域にある前記冷却部の内側領域と、が設定され、前記燃焼用筒の外面の軸方向に沿う延長線と前記トランジションピースの内面との交点における接続角度が設定され、前記外側領域または前記内側領域のいずれかの領域における前記基準線寄りの位置に設定される第１領域と、前記第１領域よりも前記基準線から遠い位置に設定されて前記第１領域よりも前記接続角度が大きい第２領域と、が設定され、前記第２領域は、前記第１領域よりも冷却媒体の流通量が多く設定される、ことを特徴とするものである。【０００９】
従って、燃焼用筒とトランジションピースとの接続部に冷却媒体により冷却する冷却部が設けられており、燃焼ガスにより燃焼用筒の端部の高温化が冷却部の冷却媒体により抑制される。このとき、接続角度が大きい第２領域では、燃焼ガスにより燃焼用筒の端部が高温化しやすい。そのため、冷却部は、接続角度が小さい第１領域における冷却媒体の流通量に対して、接続角度が大きい第２領域における冷却媒体の流通量が多く設定されている。そのため、トランジションピースの形状に拘わらず、燃焼用筒の端部を冷却媒体により適正に冷却することができる。その結果、燃焼用筒を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。【００１０】
本発明の燃焼用筒では、前記冷却部は、前記第１領域における冷却媒体の流通量に対して、前記第１領域より前記径方向隙間が狭い前記第２領域における前記冷却媒体の流通量が多く設定されることを特徴としている。【００１１】
従って、前記第１領域より径方向隙間が狭くて燃焼ガスにより燃焼用筒の端部が高温化しやすい第２領域に対して冷却媒体の流通量が多く設定されることから、トランジションピースの形状に拘わらず、燃焼用筒の端部を冷却媒体により適正に冷却することができる。【００１２】
また、本発明の燃焼用筒は、内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼し、燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が周方向に沿う径方向隙間を介してトランジションピースに挿入されて接続され、前記トランジションピースとの接続部に設けられる冷却部の冷却媒体により冷却するガスタービンの燃焼用筒において、前記ガスタービンの径方向及び軸方向に垂直な直線で、且つ、前記燃焼用筒の中心を通る基準線に対して前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の外側の領域にある前記冷却部の外側領域と、前記基準線に対し、前記基準線よりも前記ガスタービンの径方向の内側の領域にある前記冷却部の内側領域と、が設定され、前記外側領域または前記内側領域のいずれかの領域における前記基準線寄りの位置に設定される第１領域と、前記第１領域よりも前記基準線から遠い位置に設定されて前記第１領域よりも前記径方向隙間が狭い第２領域と、が設定され、前記第２領域は、前記第１領域よりも冷却媒体の流通量が多く設定される、ことを特徴とするものである。【００１３】
従って、燃焼用筒とトランジションピースとの接続部に冷却媒体により冷却する冷却部が設けられており、燃焼ガスにより燃焼用筒の端部の高温化が冷却部の冷却媒体により抑制される。このとき、前記第１領域より径方向隙間が狭い第２領域では、燃焼ガスにより燃焼用筒の端部が高温化しやすい。そのため、冷却部は、径方向隙間が広い第１領域における冷却媒体の流通量に対して、前記第１領域より径方向隙間が狭い第２領域における冷却媒体の流通量が多く設定される。そのため、トランジションピースの形状に拘わらず、燃焼用筒の端部を冷却媒体により適正に冷却することができる。その結果、燃焼用筒を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。【００１４】
本発明の燃焼用筒では、前記接続部は、前記燃焼用筒における軸方向の端部と前記トランジションピースにおける軸方向の端部が径方向に重なることで構成され、前記冷却部は、前記燃焼用筒における軸方向の端部または前記トランジションピースにおける軸方向の端部に設けられることを特徴としている。【００１５】
従って、燃焼用筒における軸方向の端部またはトランジションピースにおける軸方向の端部に冷却部を設けることで、冷却媒体により燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００１６】
本発明の燃焼用筒では、前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、前記第１領域における前記複数の冷却通路の平均間隔に対して、前記第２領域における前記複数の冷却通路の平均間隔が小さく設定されることを特徴としている。【００１７】
従って、冷却部を燃焼ガスの流動方向に沿う複数の冷却通路とすることで、冷却部の簡素化を図ることができると共に、第１領域における複数の冷却通路の平均間隔に対して、第２領域における複数の冷却通路の平均間隔を小さく設定することで、簡単な構成で第２領域における燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００１８】
本発明の燃焼用筒では、前記複数の冷却通路は、一端部が前記径方向隙間に開口し、他端部が前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端面に開口することを特徴としている。【００１９】
従って、複数の冷却通路の一端部を径方向隙間に開口させ、他端部を燃焼用筒の端面に開口することで、外部から取り入れた冷却媒体により燃焼用筒の端部を冷却した後、燃焼ガス通路に排出することで、燃焼器効率の低下を抑制することができる。【００２０】
本発明の燃焼用筒では、前記第２領域に設けられる前記複数の冷却通路は、一端部が前記径方向隙間に開口する第１通路と、一端部が前記燃焼用筒の前記端面に開口する前記第１通路より数が多い第２通路と、前記第１通路の他端部と前記第２通路の他端部とが連通する合流部とを有することを特徴としている。【００２１】
従って、冷却媒体は、複数の第１通路から合流部に流れて合流した後、数が増加した第２通路を流れて排出されることとなり、高温化される燃焼用筒の端部における冷却面積が増加し、燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００２２】
本発明の燃焼用筒では、前記トランジションピースは、燃焼ガスの流動方向の上流側が円筒形状をなし、燃焼ガスの流動方向の下流側がガスタービンの径方向に沿う第１辺の長さに対して前記ガスタービンの周方向に沿う第２辺の長さが長い矩形筒形状をなし、前記第１領域は、第１辺側に設けられ、前記第２領域は、第２辺側に設けられることを特徴としている。【００２３】
従って、円筒形状から矩形筒形状に変化するトランジションピースであっても、このトランジションピースに接続される燃焼用筒の端部を全周にわたって効率良く冷却することができる。【００２４】
本発明の燃焼用筒では、前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、周方向における単位長さ当りの前記冷却通路の断面積は、前記第１領域より前記第２領域が大きく設定されることを特徴としている。【００２５】
従って、第１領域における冷却通路の断面積より第２領域における冷却通路の断面積が大きく設定されることで、簡単な構成で第２領域における燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００２６】
本発明の燃焼用筒では、前記外側領域は、前記第１領域を構成する外側第１領域と、前記外側第１領域より前記ガスタービンの径方向の外側で前記第２領域を構成する外側第２領域とに設定され、前記外側第１領域より前記外側第２領域が大きく設定されることを特徴としている。【００２７】
従って、外側第１領域より外側第２領域を大きく設定することで、外側第２領域における燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００２８】
本発明の燃焼用筒では、前記内側領域は、前記第１領域を構成する内側第１領域と、前記内側第１領域より前記ガスタービンの径方向の内側で前記第２領域を構成する内側第２領域とに設定され、前記内側第１領域より前記内側第２領域が小さく設定されることを特徴としている。【００２９】
従って、内側第１領域より内側第２領域を小さく設定することで、外側第２領域における燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００３０】
本発明の燃焼用筒では、前記外側領域は、前記第１領域を構成する外側第１領域と、前記外側第１領域より前記ガスタービンの径方向の外側で前記第２領域を構成する外側第２領域とに設定され、前記外側第１領域より前記外側第２領域が大きく設定されると共に、前記内側領域は、前記第１領域を構成する内側第１領域と、前記内側第１領域より前記ガスタービンの径方向の内側で前記第２領域を構成する内側第２領域とに設定され、前記内側第２領域より前記外側第２領域が大きく設定されることを特徴としている。【００３１】
従って、内側第２領域より外側第２領域を大きく設定することで、高温化しやすい外側第２領域を効率良く冷却することができる。【００３２】
本発明の燃焼用筒では、前記第１領域及び前記第２領域は、それぞれ前記基準線及び燃焼用筒の軸方向に垂直な第２基準線に対して線対称に設定されることを特徴としている。【００３３】
従って、第１領域及び第２領域を第２基準線に対して線対称に設定することで、燃焼用筒をバランス良く冷却することができる。【００３４】
本発明の燃焼用筒では、前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、前記外側領域における前記冷却通路の数は、前記内側領域における前記冷却通路の数より多く設定されることを特徴としている。【００３５】
従って、外側領域における冷却通路の数を内側領域における冷却通路の数より多く設定することで、簡単な構成で第２領域における燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００３６】
本発明の燃焼用筒では、前記冷却部は、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部に、燃焼ガスの流動方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の冷却通路を有し、前記第１領域における前記冷却通路の数は、前記第２領域における前記冷却通路の数より少なく設定されることを特徴としている。【００３７】
従って、第１領域における冷却通路の数を第２領域における冷却通路の数より少なく設定することで、簡単な構成で第２領域における燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００３８】
本発明の燃焼用筒では、前記複数の冷却通路における平均間隔は、前記第１領域で５．５ｍｍ〜８．５ｍｍに設定され、前記第２領域で２．０ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されることを特徴としている。【００３９】
従って、複数の冷却通路における平均間隔を第１領域と第２領域で最適値に設定することで、燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００４０】
本発明の燃焼用筒では、前記外側第１領域と前記外側第２領域は、前記燃焼用筒の周方向に隣接し、前記外側第１領域と前記外側第２領域の境界位置は、前記基準線から１５度〜３０度の範囲に設定されることを特徴としている。【００４１】
従って、外側第１領域と外側第２領域の境界位置を最適位置に設定することで、燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００４２】
本発明の燃焼用筒では、前記内側第１領域と前記内側第２領域は、前記燃焼用筒の周方向に隣接し、前記内側第１領域と前記内側第２領域の境界位置は、前記基準線から６０度〜７５度の範囲に設定されることを特徴としている。【００４３】
従って、内側第１領域と内側第２領域の境界位置を最適位置に設定することで、燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００４４】
本発明の燃焼用筒では、前記燃焼用筒と前記基準線とが交差する位置における接続角度が０度に設定され、前記外側領域のうちの前記第２基準線と交差する位置における接続角度が１２度〜１６度に設定され、前記内側領域のうちの前記第２基準線と交差する位置における接続角度が８度〜１２度に設定されることを特徴としている。【００４５】
従って、外側領域のうちの第２基準線と交差する位置における接続角度と、内側領域のうちの第２基準線と交差する位置における接続角度を最適位置に設定することで、燃焼用筒の端部を効率良く冷却することができる。【００４６】
また、本発明のガスタービン燃焼器は、内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼する前記燃焼用筒と、前記燃焼用筒における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が周方向に沿う径方向隙間を介して挿入されて接続されるトランジションピースと、を備えることを特徴とするものである。【００４７】
従って、燃焼用筒を効率良く冷却することで、ガスタービンの信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。【００４８】
また、本発明のガスタービンにあっては、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、を備え、前記燃焼器として前記ガスタービン燃焼器が用いられる、ことを特徴とするものである。【００４９】
従って、トランジションピースの形状に拘わらず、燃焼用筒の端部を冷却媒体により適正に冷却することができ、燃焼用筒を効率良く冷却することで、ガスタービンの信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の燃焼用筒、ガスタービン燃焼器及びガスタービンによれば、燃焼用筒を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、第１実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図である。
【図２】図２は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図１のIV−IV断面図である。
【図５】図５は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、第１実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。
【図７】図７は、ガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図８】図８は、燃焼器尾筒を表す斜視図である。
【図９】図９は、第２実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図である。
【図１０】図１０は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図１１は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図９のXI−XI断面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部の変形例を表す断面図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃焼用筒、ガスタービン燃焼器及びガスタービンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００５３】
［第１実施形態］
図６は、第１実施形態のガスタービンを表す概略構成図、図７は、ガスタービン燃焼器を表す概略図、図８は、燃焼器尾筒を表す斜視図である。
【００５４】
第１実施形態において、図６に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービン１０は、同軸上に図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。
【００５５】
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet  Guide  Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。
【００５６】
また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
【００５７】
そして、このガスタービン１０は、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。
【００５８】
従って、圧縮機１１の空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４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。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、タービン１３を駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
【００５９】
上述した燃焼器１２において、図７に示すように、燃焼器外筒４１は、内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒４２が支持され、この燃焼器内筒４２の先端部に燃焼器尾筒４３が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。燃焼器内筒４２は、内部の中心に位置してパイロット燃焼バーナ４４が配置されると共に、燃焼器内筒４２の内周面に周方向に沿ってパイロット燃焼バーナ４４を取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ４５が配置されている。また、燃焼器尾筒４３はバイパス管４６が連結されており、このバイパス管４６にバイパス弁４７が設けられている。
【００６０】
詳細に説明すると、燃焼器外筒４１は、基端部に燃焼器内筒４２の基端部が装着されることで、両者の間に空気流路５１が形成されている。そして、燃焼器内筒４２は、内部の中心に位置してパイロット燃焼バーナ４４が配置され、その周囲に複数のメイン燃焼バーナ４５が配置されている。
【００６１】
パイロット燃焼バーナ４４は、燃焼器内筒４２に支持されたパイロットコーン５２と、パイロットコーン５２の内部に配置されたパイロットノズル５３と、パイロットノズル５３の外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）５４とから構成されている。また、各メイン燃焼バーナ４５は、バーナ筒５５と、バーナ筒５５の内部に配置されたメインノズル５６と、メインノズル５６の外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）５７とから構成されている。
【００６２】
また、燃焼器外筒４１は、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル５３の燃料ポート５８に連結され、図示しないメイン燃焼ラインが各メインノズル５６の燃料ポート５９に連結されている。
【００６３】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が空気流路５１に流れ込むと、この圧縮空気が燃焼器内筒４２内に流れ込み、この燃焼器内筒４２内にて、この圧縮空気がメイン燃焼バーナ４５から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となる。また、圧縮空気は、パイロット燃焼バーナ４４から噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒４２内に噴出される。このとき、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒４２内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出されることで、各メイン燃焼バーナ４５から燃焼器内筒４２内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。即ち、パイロット燃焼バーナ４４から噴射されたパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃焼バーナ４５からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。
【００６４】
ところで、燃焼器尾筒４３は、図８に示すように、平板が曲げ加工されると共に、端部同士が溶接（溶接部Ｗ）されて筒形状に形成されている。このとき、燃焼器尾筒４３は、一端部側が円筒形状に曲げ加工される一方、他端部側が矩形状に曲げ加工及び絞り加工される。そのため、燃焼器尾筒４３は、円筒部６１と、形状移行部６２と、矩形筒部６３とから構成され、円筒部６１と矩形筒部６３が形状移行部６２により滑らかに連続されている。この燃焼器尾筒４３は、ガスタービン１０（図６参照）の周方向に所定間隔を空けて複数がリング状に配置されている。そのため、各燃焼器尾筒４３は、燃焼ガスＧが流れる軸中心Ｏの先端部が、ロータ３２（図６参照）の軸中心に近づくように傾斜して配置される。そして、矩形筒部６３の開口は、ガスタービン１０の径方向に沿う第１辺６４ａ，６４ｂと、ガスタービン１０の周方向に沿う第２辺６５ａ，６５ｂにより形成され、ガスタービン１０の径方向の外側に位置する第２辺６５ａの周方向長さが、ガスタービン１０の径方向の内側に位置する第２辺６５ｂの長さより長くなっている。
【００６５】
また、図７に示すように、燃焼器内筒４２における燃焼ガスＧの流動方向の下流側の端部７１が、燃焼器尾筒４３における燃焼ガスＧの流動方向の上流側の端部（円筒部６１）に周方向に沿う径方向隙間を介して挿入されている。そして、燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の円筒部６１が径方向に重なる位置の周方向にスプリングクリップ（ばね部材）６６が介装されることで、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３が接続されている。
【００６６】
ここで、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３の接続部について詳細に説明する。図１は、第１実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図、図２は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図１のII−II断面図、図３は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図２のIII−III断面図、図４は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図１のIV−IV断面図、図５は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。
【００６７】
図１及び図２に示すように、燃焼器内筒４２は、円筒形状をなし、燃焼ガスＧの流動方向の下流側の端部７１の外径が、燃焼器尾筒４３における燃焼ガスＧの流動方向の上流側の端部、つまり、円筒部６１の内径より小さい寸法に設定されている。この場合、燃焼器内筒４２の端部７１が、燃焼器尾筒４３の円筒部６１内に周方向に沿う径方向隙間Ｓを介して挿入されており、この燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の円筒部６１が径方向に重なる領域が接続部Ｃとなる。そして、燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の円筒部６１との間の径方向隙間Ｓにスプリングクリップ６６が配置されている。
【００６８】
燃焼器内筒４２は、端部７１の外周面に弾性変形可能な板状のバギークリップ６７が固定されている。このバギークリップ６７は、燃焼ガスＧの流動方向の中間部が外側に突出した湾曲形状をなし、端部７１の外周面に固定されている。このスプリングクリップ６６は、燃焼器内筒４２を燃焼器尾筒４３に対して脱落不能に接続する役割を果たすものである。このスプリングクリップ６６は、弾性変形可能な板バネ部材であって、燃焼ガスＧの流動方向の下流側の端部が燃焼器内筒４２における円筒部６１の外周面に固定される一方、燃焼ガスＧの流動方向の上流側の端部が燃焼器内筒４２の外周面から浮いてバギークリップ６７と円筒部６１の内面との間に挟持されている。
【００６９】
このスプリングクリップ６６とバギークリップ６７は、燃焼器内筒４２の外側に全周に渡って配置されている。そして、燃焼器内筒４２の端部７１が燃焼器尾筒４３の円筒部６１に挿入された状態にて、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との間で押し潰されたバギークリップ６７が元の形状に復元しようとする力により、スプリングクリップ６６が燃焼器尾筒４３の内周面に押し付けられている。そのため、燃焼器内筒４２は、燃焼器尾筒４３から脱落することが防止されている。
【００７０】
そして、第１実施形態では、図１から図５に示すように、燃焼器内筒（燃焼用筒）４２と燃焼器尾筒（トランジションピース）４３との接続部Ｃに冷却媒体としての圧縮空気により冷却する冷却部８１，９１が設けられている。本実施形態にて、冷却部８１，９１は、燃焼器内筒４２の端部７１に設けられ、燃焼器内筒４２の端部７１に対して燃焼器尾筒４３の形状移行部６２が離間している第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１における圧縮空気の流通量に対して、燃焼器内筒４２の端部７１に対して燃焼器尾筒４３の形状移行部６２が接近している第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多く設定されている。
【００７１】
燃焼器尾筒４３は、前述したように、円筒部６１に対して形状移行部６２及び矩形筒部６３が絞り形状をなしていることから、燃焼器内筒４２の端部７１に対して燃焼器尾筒４３の形状移行部６２の後端部が中心側に屈曲し、接続角度αが設定されており、この接続角度αが周方向で相違している。
【００７２】
即ち、図２及び図４に示すように、燃焼器内筒４２の外面を軸方向に沿うように、燃焼ガスＧの流れ方向の下流側に向けて直線状に延長する延長線Ｌが、燃焼器尾筒４３の形状移行部６２内面との交点（接続点Ｄ）で当接する。このとき、交点（接続点Ｄ）における延長線Ｌと形状移行部６２内面とがなす角度を接続角度αと規定する。そのため、本実施形態では、接続角度αが小さい第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１における圧縮空気の流通量に対して、接続角度αが大きい第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多く設定されている。
【００７３】
ここで、燃焼器内筒４２の後端から接続点Ｄまでの距離は、周方向で一定となっており、円筒部６１と形状移行部６２との連結屈曲部に位置が周方向で軸方向に相違している。但し、連結屈曲部に位置を周方向で軸方向に一定とし、燃焼器内筒４２の後端から接続点Ｄまでの距離を周方向で相違させてもよい。また、燃焼器内筒４２の外面が湾曲している場合、後端の位置における接線が延長線Ｌとなり、燃焼器尾筒４３の内面が湾曲している場合、燃焼器尾筒４３の内面における接続点Ｄで内面の接線と延長線Ｌとがなす角度が接続角度αとなる。更に、形状移行部６２が傾斜しておらず、延長線Ｌが形状移行部６２内面と交差しないとき、接続角度α＝０と規定する。
【００７４】
図１及び図４に示すように、ガスタービン１０における周方向の両側の第１領域θ１，θ２では、形状移行部６２の壁面の傾斜角度が小さいことから接続角度α２が小さい。一方、図１及び図２に示すように、ガスタービン１０における径方向の外側と内側の第２領域θ３，θ４では、形状移行部６２の壁面の傾斜角度が大きいことから接続角度α１が大きい。そのため、第２領域θ３，θ４では、燃焼器内筒４２を流れる燃焼ガスＧが端部７１から形状移行部６２の内側に流れ込み、燃焼器内筒４２の端部７１が高温化し、高温酸化減肉が発生するおそれがある。そのため、接続角度α２が小さい第１領域θ１，θ２に対して、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４を効率良く冷却する必要がある。
【００７５】
この場合、第１冷却部８１は、接続角度α２が小さい第１領域θ１，θ２に設けられ、第２冷却部９１は、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４に設けられている。また、第１領域θ１，θ２は、第１辺６４ａ，６４ｂ（図８参照）側に設けられ、第２領域θ３，θ４は、第２辺６５ａ，６５ｂ（図８参照）側に設けられている。この場合、第２辺６５ａが第２辺６５ｂより長いことから、第２領域θ３の周方向長さが、第２領域θ４の周方向長さより長く設定されている。なお、第１辺６４ａ，６４ｂ側の長さは同じであるから、第１領域θ１，θ２の周方向長さは同じに設定されている。なお、燃焼器尾筒４３における溶接部Ｗ（図８参照）は、第１領域θ２に配置される。
【００７６】
図１、図４及び図５に示すように、第１冷却部８１は、燃焼器内筒４２における軸方向の端部７１であって、第１領域θ１，θ２（第１辺６４ａ，６４ｂ側）に設けられている。第１冷却部８１は、燃焼器内筒４２における燃焼ガスＧの流動方向の下流側の端部７１に、燃焼ガスＧの流動方向に沿うと共に、燃焼器内筒４２の周方向に所定間隔を空けて貫通して設けられる複数の冷却通路である。即ち、第１冷却部８１は、燃焼器内筒４２の軸方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて形成される複数の第１冷却通路８２と、燃焼器内筒４２の径方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて形成される複数の第１冷却孔８３とから構成されている。第１冷却通路８２は、一端部が第１冷却孔８３に連通し、他端部が燃焼器内筒４２の端面に開口している。第１冷却孔８３は、径方向隙間Ｓに開口している。
【００７７】
図１から図３に示すように、第２冷却部９１は、燃焼器内筒４２における軸方向の端部７１であって、第２領域θ３，θ４（第２辺６５ａ，６５ｂ側）に設けられている。第２冷却部９１は、燃焼器内筒４２における燃焼ガスＧの流動方向の下流側の端部７１に、燃焼ガスＧの流動方向に沿うと共に、燃焼器内筒４２の周方向に所定間隔を空けて貫通して設けられる複数の冷却通路である。即ち、第２冷却部９１は、燃焼器内筒４２の軸方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて形成される複数の第１通路９２及び第２通路９３と、燃焼器内筒４２の周方向に沿って第１通路９２と第２通路９３が連通する合流部９４と、燃焼器内筒４２の径方向に沿うと共に周方向に所定間隔を空けて形成される複数の第２冷却孔９５とから構成されている。ここで、第１通路９２と第２通路９３と合流部９４により第２冷却通路が構成されている。第１通路９２は、一端部が第２冷却孔９５に連通し、他端部が合流部９４に連通している。第２通路９３は、一端部が合流部９４に連通し、他端部が燃焼器内筒４２の端面に開口している。第２冷却孔９５は、径方向隙間Ｓに開口している。
【００７８】
そして、図５に示すように、第１冷却部８１における複数の第１冷却通路８２は、周方向に所定のピッチ（間隔）Ｐ１をもって配置されている。一方、図３に示すように、第２冷却部９１における複数の第１通路９２は、周方向に所定のピッチ（間隔）Ｐ１をもって配置され、複数の第２通路９３は、周方向に所定のピッチ（間隔）Ｐ２をもって配置されている。ここで、第１冷却部８１における第１冷却通路８２のピッチＰ１と、第２冷却部９１における第１通路９２のピッチＰ１は、同ピッチに設定されている。一方、第１冷却通路８２及び第１通路９２のピッチＰ１に対して、第２冷却部９１における第２通路９３のピッチ（間隔）Ｐ２が小さく（Ｐ１＞Ｐ２）に設定されることで、第２通路９３の本数が多くなっている。なお、第１冷却通路８２と第１通路９２と第２通路９３の内径は、同径となっている。
【００７９】
そのため、第１冷却部８１及び第２冷却部９１は、燃焼器内筒４２の板厚内を貫通して設けられていることから、接続角度α２が小さい第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１（第１冷却通路８２）における圧縮空気の合計通路面積に対して、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１（第２通路９３）における圧縮空気の合計通路面積が大きくなる。その結果、接続角度α２が小さい第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１における圧縮空気の流通量に対して、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多くなる。
【００８０】
すると、図２及び図４に示すように、圧縮機１１により圧縮された圧縮空気は、その一部がスプリングクリップ６６の隙間を通って径方向隙間Ｓに導入される。第１冷却部８１では、径方向隙間Ｓの圧縮空気が各第１冷却孔８３から各第１冷却通路８２に導入され、各第１冷却通路８２内を流れることで燃焼器内筒４２の端部７１における第１領域θ１，θ２を冷却する。また、第２冷却部９１では、径方向隙間Ｓの圧縮空気が各第２冷却孔９５から各第１通路９２に導入され、合流部９４で合流する。そして、圧縮空気は、合流部９４から各第２通路９３に導入され、この各第２通路９３内を流れることで燃焼器内筒４２の端部７１における第２領域θ３，θ４を冷却する。
【００８１】
ここで、燃焼器尾筒４３は、第１領域θ１，θ２で接続角度α２が小さく、第２領域θ３，θ４で接続角度α１が大きいことから、第２領域θ３，θ４にて、燃焼器内筒４２を流れる燃焼ガスＧが端部７１から形状移行部６２の内側に流れ込み、この燃焼器内筒４２の端部７１が高温化しやすい。ところが、第２冷却部９１は、第１冷却部８１に比べて、各第２通路９３に多量の圧縮空気を流すことから、高温化しやすい燃焼器内筒４２の端部７１における第２領域θ３，θ４を効率良く冷却することかできる。
【００８２】
このように第１実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼する燃焼器内筒４２と、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部７１が周方向に沿う径方向隙間Ｓを介して挿入されて接続される燃焼器尾筒４３と、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに設けられて圧縮空気（冷却媒体）により冷却する冷却部８１，９１とを設け、接続角度α２が小さい第１領域θ１，θ２を冷却する第１冷却部８１による圧縮空気の流通量に対して、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４を冷却する第２冷却部９１における圧縮空気の流通量を多く設定している。
【００８３】
従って、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに圧縮空気により冷却する冷却部８１，９１が設けられており、燃焼ガスにより燃焼器内筒４２の端部７１の高温化が冷却部８１，９１の圧縮空気により抑制される。このとき、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４では、燃焼ガスにより燃焼器内筒４２の端部７１が高温化しやすい。そのため、第１冷却部８１による圧縮空気の流通量に対して、第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多いことから、燃焼器尾筒４３の周方向における形状に拘わらず、燃焼器内筒４２の端部７１を圧縮空気により適正に冷却することができる。その結果、燃焼器内筒４２を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に、補修コストを低減して長寿命化を図ることができる。
【００８４】
第１実施形態のガスタービン燃焼器では、接続部Ｃは、燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の円筒部６１が径方向に重なることで構成され、冷却部８１，９１を燃焼器内筒４２における軸方向の端部７１に設けている。圧縮空気により燃焼器内筒４２の端部７１を効率良く冷却することができる。
【００８５】
第１実施形態のガスタービン燃焼器では、第１冷却部８１として周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の第１冷却通路８２を設け、第２冷却部９１として周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の第１通路９２を設け、複数の第１冷却通路８２のピッチＰ１に対して、複数の第２通路９３のピッチＰ２を小さく設定している。従って、冷却部８１，９１を燃焼ガスの流動方向に沿う複数の通路８２，９２，９３とすることで、冷却部８１，９１の簡素化を図ることができ、また、第１冷却通路８２のピッチＰ１より第２通路９３のピッチＰ２を小さく設定することで、簡単な構成で接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４における燃焼器内筒４２の端部７１を効率良く冷却することができる。
【００８６】
第１実施形態のガスタービン燃焼器では、冷却部８１，９１の通路８２，９２，９３の一端部を径方向隙間Ｓに開口し、他端部を燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流側の端面に開口している。従って、外部から取り入れた圧縮空気により燃焼器内筒４２の端部７１を冷却した後、燃焼ガス通路に排出することで、燃焼器効率の低下を抑制することができる。
【００８７】
第１実施形態のガスタービン燃焼器では、第２冷却部９１として、一端部が径方向隙間Ｓに開口する第２冷却孔９５と、一端部が第２冷却孔９５に連通する第１通路９２と、一端部が燃焼器内筒４２の端面に開口する第１通路９２より数が多い第２通路９３と、第１通路９２の他端部と第２通路９３の他端部とが連通する合流部９４とを設けている。従って、圧縮空気は、複数の第２冷却孔９５から第１通路９２を通して合流部９４に流れて合流した後、数が増加した第２通路９３を流れて排出されることとなり、高温化される燃焼器内筒４２の端部７１における冷却面積が増加し、燃焼器内筒４２の端部７１を効率良く冷却することができる。
【００８８】
第１実施形態のガスタービン燃焼器では、燃焼器尾筒４３は、円筒部６１と形状移行部６２と、矩形筒部６３とから構成され、第１領域θ１，θ２は、径方向に沿う第１辺６４ａ，６４ｂ側に設けられ、第２領域θ３，θ４は、周方向に沿う第２辺６５ａ，６５ｂ側に設けられる。従って、円筒形状から矩形筒形状に変化する燃焼器尾筒４３であっても、この燃焼器尾筒４３に接続される燃焼器内筒４２の端部７１を全周にわたって効率良く冷却することができる。
【００８９】
第１実施形態のガスタービン燃焼器では、ガスタービン１０の径方向の外側に位置する第２領域θ３の周方向長さを、ガスタービン１０の径方向の内側に位置する第２領域θ４の周方向長さより長く設定している。従って、燃焼器尾筒４３の形状に応じて第２領域θ３，θ４の周方向長さを設定することで、燃焼器内筒４２の端部７１を全周にわたって効率良く冷却することができる。
【００９０】
また、第１実施形態のガスタービンにあっては、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器１２と、燃焼器１２が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービン１３とを備え、燃焼器１２にて、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに圧縮空気（冷却媒体）により冷却する冷却部８１，９１を設けている。従って、燃焼器内筒４２を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。
【００９１】
［第２実施形態］
図９は、第２実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図、図１０は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図９のＸ−Ｘ断面図、図１１は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す図９のXI−XI断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９２】
第２実施形態では、図９からび図１１に示すように、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに冷却媒体としての圧縮空気により冷却する冷却部８１，９１が設けられている。本実施形態にて、冷却部８１，９１は、燃焼器内筒４２の端部７１に設けられ、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１における圧縮空気の流通量に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多く設定されている。
【００９３】
燃焼器尾筒４３は、前述したように、円筒部６１に対して形状移行部６２及び矩形筒部６３が絞り形状をなしていることから、燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の形状移行部６２との径方向隙間Ｓ１，Ｓ２が周方向で相違している。即ち、ガスタービン１０における周方向の両側の第１領域θ１，θ２では、形状移行部６２の壁面が直線状をなすことから、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との径方向隙間Ｓ１が第２領域θ３，θ４の径方向隙間Ｓ２よりも広い。一方、ガスタービン１０における径方向の外側と内側の第２領域θ３，θ４では、形状移行部６２の壁面が中心部側に傾斜していることから、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との径方向隙間Ｓ２が第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも狭い。そのため、第２領域θ３，θ４では、燃焼器内筒４２を流れる燃焼ガスＧが端部７１から形状移行部６２の内側に流れ込み、燃焼器内筒４２の端部７１が高温化し、高温酸化減肉が発生するおそれがある。そのため、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４を効率良く冷却する必要がある。
【００９４】
この場合、第１冷却部８１は、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２に設けられ、第２冷却部９１は、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４に設けられている。また、第１領域θ１，θ２は、第１辺６４ａ，６４ｂ（図８参照）側に設けられ、第２領域θ３，θ４は、第２辺６５ａ，６５ｂ（図８参照）側に設けられている。この場合、第２辺６５ａが第２辺６５ｂより長いことから、第２領域θ３の周方向長さが、第２領域θ４の周方向長さより長く設定されている。なお、第１辺６４ａ，６４ｂ側の長さは同じであるから、第１領域θ１，θ２の周方向長さは同じに設定されている。なお、燃焼器尾筒４３における溶接部Ｗ（図８参照）は、第１領域θ２に配置される。
【００９５】
なお、第１冷却部８１と第２冷却部９１は、第１実施形態と同様であることから、説明は省略する。
【００９６】
そのため、第１冷却部８１及び第２冷却部９１は、燃焼器内筒４２の板厚内を貫通して設けられていることから、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１（第１冷却通路８２）における圧縮空気の合計通路面積に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１（第２通路９３）における圧縮空気の合計通路面積が大きくなる。その結果、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２に設けられる第１冷却部８１における圧縮空気の流通量に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４に設けられる第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多くなる。
【００９７】
すると、圧縮機１１により圧縮された圧縮空気は、その一部がスプリングクリップ６６の隙間を通って径方向隙間Ｓに導入される。第１冷却部８１では、径方向隙間Ｓの圧縮空気が各第１冷却孔８３から各第１冷却通路８２に導入され、各第１冷却通路８２内を流れることで燃焼器内筒４２の端部７１における第１領域θ１，θ２を冷却する。また、第２冷却部９１では、径方向隙間Ｓの圧縮空気が各第２冷却孔９５から各第１通路９２に導入され、合流部９４で合流する。そして、圧縮空気は、合流部９４から各第２通路９３に導入され、この各第２通路９３内を流れることで燃焼器内筒４２の端部７１における第２領域θ３，θ４を冷却する。
【００９８】
ここで、燃焼器尾筒４３は、第１領域θ１，θ２で径方向隙間Ｓ１が広く、第２領域θ３，θ４で径方向隙間Ｓ２が狭いことから、第２領域θ３，θ４にて、燃焼器内筒４２を流れる燃焼ガスＧが端部７１から形状移行部６２の内側に流れ込み、この燃焼器内筒４２の端部７１が高温化しやすい。ところが、第２冷却部９１は、第１冷却部８１に比べて、各第２通路９３に多量の圧縮空気を流すことから、高温化しやすい燃焼器内筒４２の端部７１における第２領域θ３，θ４を効率良く冷却することかできる。
【００９９】
このように第２実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、内部で圧縮空気と燃料が混合されて燃焼する燃焼器内筒４２と、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流側の端部が径方向隙間Ｓを介して挿入されて接続される燃焼器尾筒４３と、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに設けられて圧縮空気（冷却媒体）により冷却する冷却部８１，９１とを設け、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２を冷却する第１冷却部８１による圧縮空気の流通量に対して、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４を冷却する第２冷却部９１における圧縮空気の流通量を多く設定している。
【０１００】
従って、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに圧縮空気により冷却する冷却部８１，９１が設けられており、燃焼ガスにより燃焼器内筒４２の端部７１の高温化が冷却部８１，９１の圧縮空気により抑制される。このとき、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４では、燃焼ガスにより燃焼器内筒４２の端部７１が高温化しやすい。そのため、第１冷却部８１による圧縮空気の流通量に対して、第２冷却部９１における圧縮空気の流通量が多いことから、燃焼器尾筒４３の周方向における形状に拘わらず、燃焼器内筒４２の端部７１を圧縮空気により適正に冷却することができる。その結果、燃焼器内筒４２を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に、補修コストを低減して長寿命化を図ることができる。
【０１０１】
なお、第１実施形態では、接続角度α２が小さい第１領域θ１，θ２への圧縮空気の流通量に対して、接続角度α１が大きい第２領域θ３，θ４への圧縮空気の流通量を多く設定し、第２実施形態は、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２への圧縮空気の流通量に対して、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４への圧縮空気の流通量を多く設定した。ここで、第１実施形態に第２実施形態を加味することで、接続角度α２が小さく、且つ、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２への圧縮空気の流通量に対して、接続角度α１が大きく、且つ、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４への圧縮空気の流通量を多く設定してもよい。
【０１０２】
［第３実施形態］
図１２は、第３実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０３】
第３実施形態において、図１２に示すように、燃焼器内筒４２は、端部７１が燃焼器尾筒４３の円筒部６１内に径方向隙間Ｓを介して挿入され、この燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の円筒部６１が径方向に重なる領域が接続部Ｃとなる。そして、燃焼器内筒４２の端部７１と燃焼器尾筒４３の円筒部６１との間の径方向隙間Ｓにスプリングクリップ６６が配置されている。
【０１０４】
そして、第３実施形態では、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに圧縮空気（冷却媒体）により冷却する冷却部１０１が設けられている。本実施形態にて、冷却部１０１は、燃焼器尾筒４３の円筒部６１に設けられ、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２（図１参照）に設けられる第１冷却部における圧縮空気の流通量に対して、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４（図１参照）に設けられる第２冷却部における圧縮空気の流通量が多く設定されている。具体的に、冷却部１０１は、燃焼器尾筒４３における燃焼ガスＧの流動方向の上流側の端部（円筒部６１）に、燃焼ガスＧの流動方向に沿うと共に、燃焼器尾筒４３の周方向に所定間隔を空けて貫通して設けられる複数の冷却通路１０２である。各冷却通路１０２は、一端部が燃焼器尾筒４３の外面に開口し、他端部が燃焼器尾筒４３の内面であって、燃焼器内筒４２の端部に対向して開口している。
【０１０５】
第３実施形態では、図示しないが、第１実施形態と同様に、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２（図１参照）に設けられる冷却通路１０２の本数に対して、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４（図１参照）に設けられる冷却通路１０２の本数が多く設定されている。
【０１０６】
そのため、圧縮機１１により圧縮された圧縮空気は、その一部が複数の冷却通路１０２から径方向隙間Ｓに導入され、燃焼器内筒４２の端部７１に接触することで燃焼器内筒４２の端部７１を冷却する。ここで、径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４では、冷却通路１０２の本数が多いことから、高温化しやすい燃焼器内筒４２の端部７１における第２領域θ３，θ４を効率良く冷却することかできる。
【０１０７】
なお、ここでは、冷却部１０１を燃焼器尾筒４３の円筒部６１に設けられる複数の冷却通路１０２としたが、この構成に限定されるものではない。図１３は、第３実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部の変形例を表す断面図である。
【０１０８】
第３実施形態の変形例では、図１３に示すように、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに圧縮空気（冷却媒体）により冷却する冷却部１１１が設けられている。本実施形態にて、冷却部１１１は、燃焼器尾筒４３の円筒部６１及び形状移行部６２に設けられ、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２（図１参照）に設けられる第１冷却部における圧縮空気の流通量に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４（図１参照）に設けられる第２冷却部における圧縮空気の流通量が多く設定されている。具体的に、冷却部１１１は、燃焼器尾筒４３における燃焼ガスＧの流動方向の上流側の円筒部６１及び形状移行部６２に、燃焼器尾筒４３の径方向に沿うと共に、燃焼器尾筒４３の周方向に所定間隔を空けて貫通して設けられる複数の冷却通路１１２，１１３である。各冷却通路１１２，１１３は、燃焼ガスＧの流動方向にずれて配置され、一端部が燃焼器尾筒４３の外面に開口し、他端部が燃焼器尾筒４３の内面であって、燃焼器内筒４２の端部７１に対向して開口している。
【０１０９】
第３実施形態の変形例では、図示しないが、第３実施形態と同様に、径方向隙間Ｓが広い第１領域θ１，θ２（図１参照）に設けられる冷却通路１１２，１１３の本数に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４（図１参照）に設けられる冷却通路１１２，１１３の本数が多く設定されている。なお、作用は、第３実施形態と同様であることから、説明は省略する。
【０１１０】
このように第３実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒４２と燃焼器尾筒４３との接続部Ｃに、圧縮空気（冷却媒体）により冷却する冷却部１０１，１１１を設け、径方向隙間Ｓ１が広い第１領域θ１，θ２を冷却する第１冷却部による圧縮空気の流通量に対して、第１領域θ１，θ２の径方向隙間Ｓ１よりも径方向隙間Ｓ２が狭い第２領域θ３，θ４を冷却する第２冷却部における圧縮空気の流通量を多く設定している。
【０１１１】
従って、燃焼器尾筒４３の周方向における形状に拘わらず、燃焼器内筒４２の端部７１を圧縮空気により適正に冷却することができる。その結果、燃焼器内筒４２を効率良く冷却することで信頼性を向上することができると共に長寿命化を図ることができる。
【０１１２】
［第４実施形態］
図１４は、第４実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器内筒と燃焼器尾筒の接続部を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１３】
第４実施形態において、図１４に示すように、ガスタービンの径方向及び軸方向に垂直な直線で、且つ、燃焼器内筒４２の軸中心Ｏを通る基準線Ｌ１に対してこの基準線Ｌ１よりもガスタービンの径方向の外側の領域にある冷却部８１，９１（図２及び図４参照）の外側領域と、基準線Ｌ１に対してこの基準線Ｌ１よりもガスタービンの径方向の内側の領域にある冷却部８１，９１の内側領域とが設定される。そして、燃焼器内筒４２の外面の軸方向に沿う延長線Ｌと燃焼器尾筒４３の内面との交点（接続点Ｄ）における接続角度αが設定される。また、外側領域または内側領域のいずれかの領域における基準線Ｌ１寄りの位置に設定される第１領域θ１，θ２と第１領域θ１，θ２よりも基準線Ｌ１から遠い位置に設定されて第１領域θ１，θ２よりも接続角度αが大きい第２領域θ３，θ４とが設定される。そして、第２領域θ３，θ４（第２冷却部９１）は、第１領域θ１，θ２（第１冷却部８１）よりも圧縮空気（冷却媒体）の流通量が多く設定される。この構成は、第１実施形態とほぼ同様の構成となっている。
【０１１４】
また、外側領域または内側領域のいずれかの領域における基準線Ｌ１寄りの位置に設定される第１領域θ１，θ２と、第１領域θ１，θ２よりも基準線Ｌ１から遠い位置に設定されて第１領域θ１，θ２よりも径方向隙間Ｓが狭い第２領域θ３，θ４とが設定され、第２領域θ３，θ４は、第１領域θ１，θ２よりも圧縮空気（冷却媒体）の流通量が多く設定される。この構成は、第２実施形態とほぼ同様の構成となっている。
【０１１５】
以下、第１領域θ１，θ２と第２領域θ３，θ４の関係、また、第１冷却部８１と第２冷却部９１との関係について、具体的に説明する。
【０１１６】
燃焼器内筒４２及び燃焼器尾筒４３の周方向における単位長さ当りの冷却部８１，９１の断面積は、第１領域θ１，θ２より第２領域θ３，θ４が大きく設定されている。即ち、第１冷却部８１の周方向における単位長さ当りの断面積は、第２冷却部９１の周方向における単位長さ当りの断面積より大きく設定されている。
【０１１７】
外側領域は、第１領域θ１，θ２の一部を構成する外側第１領域θ１１，θ２１と、外側第１領域θ１１，θ２１よりガスタービンの径方向の外側で第２領域を構成する外側第２領域θ３とに設定され、外側第１領域θ１１，θ２１の合計領域より外側第２領域θ３が大きく設定されている。
【０１１８】
内側領域は、第１領域θ１，θ２の一部を構成する内側第１領域θ１２，θ２２と、内側第１領域θ１２，θ２２よりガスタービンの径方向の内側で第２領域を構成する内側第２領域θ４とに設定され、内側第１領域θ１２，θ２２の合計領域より内側第２領域θ４が小さく設定されている。
【０１１９】
この場合、内側第２領域θ４より外側第２領域θ３が大きく設定されている。
【０１２０】
第１領域θ１，θ２及び第２領域θ３，θ４は、それぞれ基準線Ｌ１及び燃焼器内筒４２の軸方向に垂直な第２基準線Ｌ２に対して線対称に設定されている。
【０１２１】
外側領域における冷却通路の数は、内側領域における冷却通路の数より多く設定されている。また、第１領域θ１，θ２における冷却通路の数は、第２領域θ３，θ４における冷却通路の数より少なく設定されている。
【０１２２】
複数の冷却通路における平均間隔は、第１領域θ１，θ２で５．５ｍｍ〜８．５ｍｍに設定され、第２領域θ３，θ４で２．０ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。即ち、第１冷却部８１における冷却通路の平均間隔は、５．５ｍｍ〜８．５ｍｍに設定され、第２冷却部９１における冷却通路の平均間隔は、２．０ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。
【０１２３】
外側第１領域θ１１，θ２１と外側第２領域θ３は、燃焼器内筒４２の周方向に隣接し、外側第１領域θ１１，θ２１と外側第２領域θ３の境界位置は、基準線Ｌ１から１５度〜３０度の範囲に設定されている。
【０１２４】
内側第１領域θ１２，θ２２と内側第２領域θ４は、燃焼器内筒４２の周方向に隣接し、内側第１領域θ１２，θ２２と内側第２領域θ４の境界位置は、基準線Ｌ１から６０度〜７５度の範囲に設定されている。
【０１２５】
燃焼器内筒４２と基準線Ｌ１とが交差する位置における接続角度αが０度に設定され、外側領域のうちの第２基準線Ｌ２と交差する位置における接続角度αが１２度〜１６度に設定され、内側領域のうちの第２基準線Ｌ２と交差する位置における接続角度αが８度〜１２度に設定されている。
【０１２６】
第１領域θ１，θ２と第２領域θ３，θ４の関係、第１冷却部８１と第２冷却部９１との関係は、上述した範囲に設定することが望ましく、この構成により、燃焼器内筒４２を効率良く冷却することができる。
【０１２７】
なお、上述した第１実施形態では、冷却部８１，９１として、燃焼器内筒４２の板厚内に燃焼ガスＧの流動方向に沿って貫通した通路８２，９２，９３としたり、冷却部１０１，１１１として、燃焼器尾筒４３に形成した通路１０２，１１２，１１３としたりしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、この通路は、燃焼ガスＧの流動方向に対して傾斜していても、燃焼器内筒４２の周方向に沿っていてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  ガスタービン
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
４１  燃焼器外筒
４２  燃焼器内筒（燃焼用筒）
４３  燃焼器尾筒（トランジションピース）
６１  円筒部
６４ａ，６４ｂ  第１辺
６５ａ，６５ｂ  第２辺
６６  スプリングクリップ
６７  バギークリップ
７１  端部
８１  第１冷却部
８２  第１冷却通路
８３  第１冷却孔
９１  第２冷却部
９２  第１通路（第２冷却通路）
９３  第２通路（第２冷却通路）
９４  合流部（第２冷却通路）
９５  第２冷却孔
１０１，１１１  冷却部
１０２，１１２，１１３  冷却通路
Ｄ  接続点（交点）
Ｌ  延長線
Ｌ１  基準線
Ｌ２  第２基準線
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２  径方向隙間
α，α１，α２  接続角度
θ１，θ２  第１領域
θ３  外側第２領域（第２領域）
θ４  内側第２領域（第２領域）
θ１１，θ２１  外側第１領域
θ１２，θ２２  内側第１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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【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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【国際調査報告】
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2017077955.tif 000018
2017077955.tif 000019
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