(57)【要約】【課題】マルチノズルバーナにおいて、燃料と空気との混合性を向上する。【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、前記燃料ノズルの吐出口の周囲に空気の流路が形成され、前記燃料ノズルは、吐出口形状が該燃料ノズルの径方向外側に向けて突出した凸部を有する。【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、
前記燃料ノズルの吐出口の周囲に空気の流路が形成され、
前記燃料ノズルは、吐出口形状が該燃料ノズルの径方向外側に向けて突出した凸部を有する
ことを特徴とするマルチノズルバーナ。
【請求項２】
前記吐出口形状は、多角形形状とされ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】
前記燃料ノズルの同軸上であって前記燃料ノズルの外側に設けられ、前記燃料ノズルとの間に空気流路を形成する外管を備え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】
燃料として難燃性の第１の燃料と、易燃性の第２の燃料とを供給し、
前記燃料ノズルは、前記第１の燃料を案内する内管と、前記第２の燃料を案内する外管とを備える二重管構造とされる
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、燃料ノズルの下流側に設けられる空気孔プレートにおいては、空気孔が燃料ノズルの吐出口を囲んでおり、該吐出口の周囲より空気が燃焼室へと噴射される。しかしながら、空気孔から噴射された空気と燃料ノズルより噴射された燃料とは十分に混合されずに火炎へと到達する可能性がある。
【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、燃料と空気との混合性を向上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、前記燃料ノズルの吐出口の周囲に空気の流路が形成され、前記燃料ノズルは、吐出口形状が該燃料ノズルの径方向外側に向けて突出した凸部を有する、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、前記吐出口形状は、多角形形状とされる、という構成を採用する。
【０００８】
第３の手段として、前記燃料ノズルの同軸上であって前記燃料ノズルの外側に設けられ、前記燃料ノズルとの間に空気流路を形成する外管を備える、という構成を採用する。
【０００９】
第４の手段として、燃料として難燃性の第１の燃料と、易燃性の第２の燃料とを供給し、前記燃料ノズルは、前記第１の燃料を案内する内管と、前記第２の燃料を案内する外管とを備える二重管構造とされる、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、燃料ノズルの吐出口形状において、径方向に突出する凸部を有しており、従来の円形のノズルと比較して周長が長く設定されている。したがって、燃料ノズルから噴射される燃料は、空気との接触面積が従来よりも大きく、空気と混合しやすくなる。したがって、本実施形態によれば、マルチノズルバーナにおいて、燃料と空気との混合性を向上させることができる。
【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が備える燃料ノズルの径方向断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るマルチノズルバーナの変形例における燃料ノズルの図であり、（ａ）は燃料ノズルの側面方向の断面図であり、（ｂ）は径方向の断面図である。
【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。また、燃料ノズル２ｂは、図２に示すように、燃料ノズル２ｂの径方向における断面形状が、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形状（星形六角形）とされる。すなわち、燃料ノズル２ｂの吐出口形状は、径方向外側に向けて突出した頂点（凸部）が６箇所設けられた多角形形状とされている。
【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】
燃焼器ライナ１１０は、略円筒状とされ、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の吐出口と空気孔プレート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。すなわち、圧縮空気流路Ｒの下流側は、燃料ノズル２ｂの周囲を通過しており、本発明における空気の流路に相当する。
【００２１】
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。
【００２２】
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、空気孔プレート３の空気孔ｈ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。燃料ノズル２ｂから噴射される燃料は、燃料ノズル２ｂの吐出口形状に沿って直進する。これにより、噴射された燃料は、各頂点の間に空気が流入しつつ直進する。これにより、燃料と圧縮空気が混合され、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。
【００２３】
このような本実施形態によれば、燃料ノズル２ｂの吐出口形状が星形六角形形状であり、従来の吐出口形状が円形のノズルと比較して周長が長く設定されている。したがって、燃料ノズル２ｂから噴射される燃料は、空気との接触面積が従来よりも大きく、空気と混合しやすくなる。したがって、本実施形態によれば、マルチノズルバーナ１において、燃料と空気との混合性を向上させることができる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、燃料ノズル２ｂの径方向断面を多角形形状とすることにより、複数の曲面状の凸部を形成する場合と比較して、燃料ノズル２ｂの加工を容易とすることができる。
［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３を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態においては、不図示であるが、燃焼器１００において、ケーシング１２０内に流入した圧縮空気を外管２ｃへと案内する配管が設けられる。また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、マルチノズルバーナ１は、燃料ノズル２ｂの外周において、燃料ノズル２ｂと同軸上に設けられる外管２ｃを備えている。
【００２６】
外管２ｃは、燃料ノズル２ｂの各頂点が内周面に接触するように設けられる円形の配管である。外管２ｃと燃料ノズル２ｂとの間には、圧縮空気の流路が形成される。
【００２７】
燃料ノズル２ｂと外管２ｃとの間の流路に供給された圧縮空気は、燃料ノズル２ｂから噴射される燃料と共に燃焼器ライナ１１０へと噴射される。これにより、燃料と圧縮空気とがより近接して噴射され、燃料と圧縮空気とがより混合されやすくなる。また、圧縮空気は、外管２ｃ内の流路によって空気孔ｈへと案内されることにより整流される。
【００２８】
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。
【００２９】
上記実施形態においては、燃料ノズル２ｂは、径方向における断面形状が星形六角形形状とされたが、本発明はこれに限定されない。燃料ノズル２ｂの径方向における断面形状は、矩形や三角形等の多角形としてもよい。また、燃料ノズル２ｂの径方向における断面形状は、多角形の角が曲線状に設定されるものとしてもよい。
【００３０】
また、隣り合う２つの燃料ノズル２ｂの径方向断面において、１つの燃料ノズル２ｂの隣接する頂点の間の凹部と、該燃料ノズル２ｂと隣接する燃料ノズル２ｂの頂点とが最も近づくように、それぞれ燃料ノズル２ｂを配置するものとしてもよい。この場合、隣り合う２つの燃料ノズル２ｂの間を通過する圧縮空気が、燃料ノズル２ｂの頂点の近傍を通過することとなるため、燃料と圧縮空気とが接触しやすくなる。
【００３１】
また、燃料ノズル２ｂは、内管と外管とを備える二重管構造としてもよい。この場合、内管が難燃性の第１の燃料（主燃料）を案内し、外管が易燃性の第２の燃料（補助燃料）を案内する。また、内管は、多角形形状とされる。このような形状とすることにより、外管から供給される第２の燃料と第１の燃料とが混合されやすくなると共に、第２の燃料に着火した後に第１の燃料に着火するため、第１の燃料の着火性を向上させることができる。
また、外管を多角形形状とすることで、第２の燃料と空気との混合性を向上させることも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
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
２ｃ  外管
３  空気孔プレート
１００  燃焼器
１１０  燃焼器ライナ
ｈ  空気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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