(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器の燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応可能なガスタービンの燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンを提供する。【解決手段】ガスタービンの拡散燃焼式の燃料ノズル３２であって、前記複数のノズル孔３６の各々は、前記ノズル本体４１の軸方向における下流側の端部に燃料を噴射するための噴射口３８を有し、前記複数のノズル孔の各々を、前記噴射口における前記ノズル孔の中心軸の位置において前記ノズル孔の中心軸に直交する投影面に投影したとき、前記投影面において、前記ノズル孔は、前記ノズル孔の図心を中心とし、該投影面における前記ノズル孔の面積と等しい面積を有する仮想円から、前記ノズル本体の径方向内側に逸脱する形状を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体と、
前記ノズル本体の軸方向に沿って延在し、前記ノズル本体の周方向に沿って配列され、中心軸が前記ノズル本体の軸方向における下流側に向かうにつれて前記ノズル本体の中心軸に向かって傾斜している複数のノズル孔と、
前記ノズル本体の軸方向に沿って延在し、前記複数のノズル孔に接続されて燃料を供給する燃料供給路となる複数の燃料供給孔と、
を備えたガスタービンの拡散燃焼式の燃料ノズルであって、
前記複数のノズル孔の各々は、前記ノズル本体の軸方向における下流側の端部に燃料を噴射するための噴射口を有し、
前記複数のノズル孔の各々を、前記噴射口における前記ノズル孔の中心軸の位置において前記ノズル孔の中心軸に直交する投影面に投影したとき、前記投影面において、前記ノズル孔は、前記ノズル孔の図心を中心とし、該投影面における前記ノズル孔の面積と等しい面積を有する仮想円から、前記ノズル本体の径方向内側に逸脱する形状を有する
ことを特徴とするガスタービンの燃料ノズル。
【請求項２】
前記投影面上において、前記ノズル孔の面積を前記ノズル本体の径方向で二等分する前記ノズル本体の径方向に直交する第１直線が、前記径方向における前記ノズル孔の内側端と外側端との中点よりも、前記径方向において前記外側端寄りに位置する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項３】
前記複数のノズル孔の各々は、前記投影面において、
第１円と、
前記第１円の中心よりも前記ノズル本体の径方向の外側に位置する中心を有し、前記第１円よりも直径が大きい第２円と、
前記第１円と前記第２円の２本の共通接線と、により囲まれる形状を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項４】
前記複数のノズル孔の各々は、前記ノズル本体の前記軸方向に直交する断面において、前記ノズル孔の輪郭が直線状の第１直線状輪郭部及び第２直線状輪郭部を含み、
前記複数のノズル孔は、前記断面において、前記ノズル本体の周方向に隣り合う一対のノズル孔のうち一方のノズル孔の前記第１直線状輪郭部と、前記一対のノズル孔のうち他方のノズル孔の前記第２直線状輪郭部とが前記周方向において隣り合うように設けられた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項５】
前記複数のノズル孔の各々の中心軸の前記ノズル孔の上流端における位置と、前記中心軸の前記ノズル孔の下流端における位置とが、前記ノズル本体の前記周方向においてずれている
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項６】
前記複数のノズル孔よりも前記ノズル本体の径方向外側に位置し、前記ノズル本体の軸方向に延びる通路をさらに備え、
前記通路は、前記ノズル本体の軸方向における下流側の端部に空気を噴射するための空気噴射口を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項７】
前記燃料供給路は、前記燃料としてガス燃料を前記複数のノズル孔に供給するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項８】
前記ノズル本体の中心軸に沿って延びる液体燃料ノズルをさらに備え、
前記複数のノズル孔は、前記液体燃料ノズルの径方向外側に位置する
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のガスタービンの燃料ノズル。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の燃料ノズルと、
前記燃料ノズルから噴射された燃料の燃焼により生じる燃焼ガスの通路を形成する燃焼筒と、
を備えることを特徴とするガスタービンの燃焼器。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃焼器と、
前記燃焼器の前記燃焼筒の下流側に設けられる静翼及び動翼と、
を備え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】
本開示は、ガスタービンの燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化ガス等のガスを燃料とするガスタービンにおいて、燃焼器内で燃料と空気とを拡散混合して拡散燃焼させるための拡散燃焼式の燃料ノズルが用いられることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ガス化燃料をメイン燃料とするガスタービン燃焼器において、燃料を燃焼器ライナ内に噴出し、燃焼用空気とともに拡散燃焼させるための燃料ノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０６１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、拡散燃焼式の燃料ノズルにおいて、燃料流量の増大に対応させるため、ノズル孔の断面積を拡大したい場合がある。
【０００６】
ここで、典型的な燃料ノズルでは、ノズル本体（ノズルホルダ）に、該ノズル本体の軸方向に延びる複数のノズル孔が形成され、これら複数のノズル孔は、ノズル本体の周方向に配列されるように設けられる。そして、各ノズル孔は、真円形状の断面（孔軸直交断面）を有するとともに、ノズル本体の軸方向において、下流側に向かうにつれてノズル本体の中心軸に近づくように傾斜している。
【０００７】
このような燃料ノズルにおいて、ノズル本体の径（サイズ）を大きくすれば、これに対応してノズル孔径も拡大することができると考えられるが、ノズル本体の径やノズル孔の傾斜方向を変化させることは、燃焼器の燃焼特性を変化させてしまうため好ましくない場合がある。
また、燃焼器の燃焼特性を変えないようにするため、ノズル本体の径及びノズル孔の傾斜方向を変えずに、断面形状が真円のままノズル孔の径を拡大すると、隣り合うノズル孔間の間隔が小さくなり、特に、燃料ノズルの下流端部において、隣り合うノズル孔間の肉厚の確保が難しくなる場合がある。
【０００８】
この点、特許文献１には、そもそもノズル孔の形状について具体的に開示されておらず、燃焼器の燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応可能とするための構成について開示されていない。
【０００９】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃焼器の燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応可能なガスタービンの燃料ノズル及び燃焼器並びに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】
【００１０】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃料ノズルは、
ノズル本体と、
前記ノズル本体の軸方向に沿って延在し、前記ノズル本体の周方向に沿って配列され、中心軸が前記ノズル本体の軸方向における下流側に向かうにつれて前記ノズル本体の中心軸に向かって傾斜している複数のノズル孔と、
前記ノズル本体の軸方向に沿って延在し、前記複数のノズル孔に接続されて燃料を供給する燃料供給路となる複数の燃料供給孔と、
を備えたガスタービンの拡散燃焼式の燃料ノズルであって、
前記複数のノズル孔の各々は、前記ノズル本体の軸方向における下流側の端部に燃料を噴射するための噴射口を有し、
前記複数のノズル孔の各々を、前記噴射口における前記ノズル孔の中心軸の位置において前記ノズル孔の中心軸に直交する投影面に投影したとき、前記投影面において、前記ノズル孔は、前記ノズル孔の図心を中心とし、該投影面における前記ノズル孔の面積と等しい面積を有する仮想円から、前記ノズル本体の径方向内側に逸脱する形状を有する。
【００１１】
上記（１）の構成によれば、ノズル孔が、上述の投影面において、ノズル孔の図心を中心とし、該投影面におけるノズル孔の面積と等しい面積を有する仮想円から、ノズル本体の径方向内側に逸脱する形状を有する。すなわち、噴射口が位置するノズル本体の下流端部において、ノズル孔が、仮想円よりもノズル本体の径方向内側に面積が拡大し、かつ、仮想円よりもノズル本体の周方向のサイズが小さい形状を有するようにしたので、ノズル本体のサイズ及びノズル孔の軸方向に対する傾斜角度を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大することができる。よって、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００１２】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記投影面上において、前記ノズル孔の面積を前記ノズル本体の径方向で二等分する前記ノズル本体の径方向に直交する第１直線が、前記径方向における前記ノズル孔の内側端と外側端との中点よりも、前記径方向において前記外側端寄りに位置する。
【００１３】
上記（２）の構成によれば、投影面上において、上述の第１直線が、ノズル本体の径方向（以下、単に「径方向」ともいう。）におけるノズル孔の内側端と外側端との中点よりも、径方向において外側端寄りに位置するようにしたので、該投影面上において、ノズル孔のうち、第１直線よりも外側端側の部分に比べて、第１直線よりも内側端側の部分は、径方向に長細い形状となる。したがって、ノズル本体の下流端部において、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大しやすくなる。
【００１４】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記複数のノズル孔の各々は、前記投影面において、
第１円と、
前記第１円の中心よりも前記ノズル本体の径方向の外側に位置する中心を有し、前記第１円よりも直径が大きい第２円と、
前記第１円と前記第２円の２本の共通接線と、により囲まれる形状を有する。
【００１５】
上記（３）の構成によれば、ノズル孔は、上述の投影面において、第１円と、該第１円の中心よりも径方向の外側に位置する中心を有し、該第１円よりも直径が大きい第２円と、第１円及び第２円の２本の共通接線と、により囲まれる形状とすることで、上記（１）の構成を実現できる。よって、上記（１）で述べたように、ノズル本体のサイズ及びノズル孔の軸方向に対する傾斜角度を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大することができる。このため、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００１６】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記複数のノズル孔の各々は、前記ノズル本体の前記軸方向に直交する断面において、前記ノズル孔の輪郭が直線状の第１直線状輪郭部及び第２直線状輪郭部を含み、
前記複数のノズル孔は、前記断面において、前記ノズル本体の周方向に隣り合う一対のノズル孔のうち一方のノズル孔の前記第１直線状輪郭部と、前記一対のノズル孔のうち他方のノズル孔の前記第２直線状輪郭部とが前記周方向において隣り合うように設けられる。
【００１７】
上記（４）の構成によれば、一対のノズル孔の直線状輪郭部同士が周方向に隣り合うように配置されるので、例えば、円弧状部同士が周方向に隣り合うように配置される場合に比べ、一対のノズル孔間の周方向における距離を、径方向の比較的広範囲において確保しやすくなる。よって、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大しやすくなる。このため、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００１８】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記複数のノズル孔の各々の中心軸の前記ノズル孔の上流端における位置と、前記中心軸の前記ノズル孔の下流端における位置とが、前記ノズル本体の前記周方向においてずれている。
【００１９】
上記（５）の構成によれば、ノズル孔の中心軸の位置が、ノズル孔の上流端と下流端とでずれるようにノズル孔を設けたので、該ノズル孔を介して噴射口から噴出される燃料に対して旋回成分を持たせることができるとともに、上記（１）で述べたように、ノズル本体のサイズ及びノズル孔の軸方向に対する傾斜角度を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大することができる。このため、ノズルから噴射される燃料に旋回成分を持たせつつ、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００２０】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記燃料ノズルは、
前記複数のノズル孔よりも前記ノズル本体の径方向外側に位置し、前記ノズル本体の軸方向に延びる通路をさらに備え、
前記通路は、前記ノズル本体の軸方向における下流側の端部に空気を噴射するための空気噴射口を有する。
【００２１】
上記（６）の構成によれば、複数のノズル孔よりも径方向外側に、空気噴射口を有する通路を設けたので、燃焼器において、複数のノズル孔から噴射口を介して噴出される燃料と、上述の空気噴射口から噴出される空気とを拡散混合させながら燃焼させることができる。よって、このような拡散燃焼式の燃料ノズルにおいて、上記（１）で述べたように、ノズル本体のサイズ及びノズル孔の軸方向に対する傾斜角度を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大することができる。このため、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００２２】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記燃料供給路は、前記燃料としてガス燃料を前記複数のノズル孔に供給するように構成される。
【００２３】
上記（７）の構成では、拡散燃焼式の燃料ノズルに対してガス燃料を供給するようにしたので、例えば石炭ガス化燃料等の水素を多く含むガス燃料を用いた場合に逆火等が起こりやすい予混合燃焼方式のノズルを採用する場合に比べて、安定した燃焼特性が得られる。
よって、（７）の構成によれば、ガス燃料を用いる燃焼器において、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大して、燃料流量の増大に対応することができる。
【００２４】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記燃料ノズルは、
前記ノズル本体の中心軸に沿って延びる液体燃料ノズルをさらに備え、
前記複数のノズル孔は、前記液体燃料ノズルの径方向外側に位置する。
【００２５】
上記（８）の構成によれば、上述の複数のノズル孔よりも径方向内側に位置する液体燃料ノズルを設けたので、複数のノズル孔と、液体燃料ノズルとを用いて複数種の燃料を噴出させることができる。よって、複数種の燃料を用いてガスタービンの運転をより柔軟に行うことができるとともに、上記（１）で述べたように、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００２６】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃焼器は、
上記（１）乃至（８）の何れかに記載の燃料ノズルと、
前記燃料ノズルから噴射された燃料の燃焼により生じる燃焼ガスの通路を形成する燃焼筒と、
を備える。
【００２７】
上記（９）の構成によれば、ノズル孔が、上述の投影面において、ノズル孔の図心を中心とし、該投影面におけるノズル孔の面積と等しい面積を有する仮想円から、ノズル本体の径方向内側に逸脱する形状を有する。すなわち、噴射口が位置するノズル本体の下流端部において、ノズル孔が、仮想円よりもノズル本体の径方向内側に面積が拡大し、かつ、仮想円よりもノズル本体の周方向のサイズが小さい形状を有するようにしたので、ノズル本体のサイズ及びノズル孔の軸方向に対する傾斜角度を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大することができる。よって、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００２８】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（９）に記載の燃焼器と、
前記燃焼器の前記燃焼筒の下流側に設けられる静翼及び動翼と、
を備える。
【００２９】
上記（１０）の構成によれば、ノズル孔が、上述の投影面において、ノズル孔の図心を中心とし、該投影面におけるノズル孔の面積と等しい面積を有する仮想円から、ノズル本体の径方向内側に逸脱する形状を有する。すなわち、噴射口が位置するノズル本体の下流端部において、ノズル孔が、仮想円よりもノズル本体の径方向内側に面積が拡大し、かつ、仮想円よりもノズル本体の周方向のサイズが小さい形状を有するようにしたので、ノズル本体のサイズ及びノズル孔の軸方向に対する傾斜角度を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔の流路面積を拡大することができる。よって、燃焼器における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃焼器の燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応可能なガスタービンの燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る燃料ノズルの概略断面図である。
【図３Ａ】一実施形態に係る燃料ノズルのノズルホルダの側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すノズルホルダを上流側から視た図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示すノズルホルダを下流側から視た図である。
【図４Ａ】一実施形態に係る燃料ノズルのノズルホルダの側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すノズルホルダを上流側から視た図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示すノズルホルダを下流側から視た図である。
【図５】投影面に投影された一実施形態に係るノズル孔の形状を示す図である。
【図６】投影面に投影された一実施形態に係るノズル孔の形状を示す図である。
【図７】投影面に投影された一実施形態に係るノズル孔の形状を示す図である。
【図８】一実施形態に係るノズル本体の軸方向に直交する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
まず、幾つかの実施形態に係る燃料ノズル及び燃焼器の適用先の一例であるガスタービンについて、図１を参照して説明する。図１は、一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６にはロータ８を介して不図示の発電機が連結される。
【００３４】
圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。
圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８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。
【００３５】
燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータ８を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。
【００３６】
タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス通路２８を有し、該燃焼ガス通路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。
静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。
タービン６では、燃焼ガス通路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。
【００３７】
燃焼器４は、燃料を噴射するための燃料ノズル３２と、燃料ノズル３２から噴射された燃料の燃焼により生じる燃焼ガスの通路を形成する燃焼筒２３と、を含む。上述したタービン６の静翼２４及び動翼２６は、燃焼筒２３の下流側に位置しており、燃焼筒２３からの燃焼ガスは、静翼２４及び動翼２６が設けられた燃焼ガス通路２８に流れ込むようになっている。
【００３８】
以下、幾つかの実施形態に係る燃焼器４の燃料ノズル３２についてより詳細に説明する。
図２は、一実施形態に係る燃料ノズル３２の概略断面図であり、図３Ａ〜図４Ｃは、それぞれ、一実施形態に係る燃料ノズル３２のノズル本体４１の一部であるノズルホルダ４０を示す図である。
図３Ａ及び図４Ａは、それぞれ、一実施形態に係る燃料ノズル３２のノズルホルダ４０の側面図である。図３Ｂは、図３Ａに示すノズルホルダ４０を上流側から（即ち図３Ａに示すＣ方向から）視た図であり、図３Ｃは、図３Ａに示すノズルホルダ４０を下流側から（即ち図３Ａに示すＤ方向から）視た図である。また、図４Ｂは、図４Ａに示すノズルホルダ４０を上流側から（即ち図４Ａに示すＣ方向から）視た図であり、図４Ｃは、図４Ａに示すノズルホルダ４０を下流側から（即ち図４Ａに示すＤ方向から）視た図である。
【００３９】
なお、図３Ａ〜図３Ｃに示す実施形態と、図４Ａ〜図４Ｃに示す実施形態とでは、ノズル孔３６の断面形状が異なる以外は同じ構成を有するので、以下の説明において、これらの実施形態の共通部分については、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。
【００４０】
図２に示すように、一実施形態に係る燃料ノズル３２は、ノズル本体４１と、ノズル本体４１に形成された複数のノズル孔３６と、を有する。
【００４１】
ノズル本体４１は、ノズル本体４１の軸方向（ノズル本体４１の中心軸Ｏの方向；以下、単に「軸方向」ともいう。）において最下流側に位置するノズルホルダ４０と、ノズルホルダ４０の上流側に位置する燃料通路形成部３７と、を含む。
【００４２】
図２及び図３Ａ〜図３Ｃに示すように、ノズルホルダ４０には、軸方向に沿って延在する複数のノズル孔３６が形成されており、複数のノズル孔３６は、ノズル本体４１の周方向に沿って配列されている。各々のノズル孔３６は、軸方向における下流側の端部に燃料を噴射するための噴射口３８を有している。
【００４３】
なお、図２及び図３Ａ〜図３Ｃに示す例示的な実施形態では、ノズルホルダ４０は、軸方向の下流側端部において、下流側に向かうにつれてノズル本体４１の中心軸Ｏに近づくテーパ面４３を有している。複数のノズル孔３６の各々の噴射口３８は、上述のテーパ面４３に形成されている。
【００４４】
幾つかの実施形態では、各々のノズル孔３６は、該ノズル孔３６の中心軸Ｑの方向に直線状に延在しており、中心軸Ｑに直交するノズル孔３６の断面、及び、中心軸Ｑに直交する投影面（例えば図２に示す投影面Ｐ）に投影されたノズル孔３６は、中心軸Ｑ方向の位置によらず同一形状の輪郭を有する。ノズル孔３６の中心軸Ｑの方向に直交する断面形状は、詳しくは後述するが、真円とは異なる形状を有している。中心軸Ｑは、ノズル孔３６の断面形状又は上述の投影面に投影されたノズル孔３６の形状の図心を結ぶ直線であってもよい。
【００４５】
燃料通路形成部３７には、軸方向に沿って延在する燃料供給孔３４（燃料供給路）が形成されている。燃料供給孔３４の下流端は、ノズル孔３６の上流端３９に接続されている。
燃料供給孔３４には、図示しない燃料供給源から燃料が供給されるようになっており、燃料供給孔３４とノズル孔３６との接続部を介して、燃料供給孔３４からノズル孔３６に燃料が供給されるようになっている。
【００４６】
幾つかの実施形態では、燃料通路形成部３７には複数の燃料供給孔３４が形成されており、複数の燃料供給孔３４の下流端がそれぞれ複数のノズル孔３６の上流端３９に接続されていてもよい。あるいは、幾つかの実施形態では、燃料通路形成部３７には１つの環状の燃料供給孔３４が形成されており、該環状の燃料供給孔３４の下流端が、複数のノズル孔３６の上流端３９に接続されていてもよい。
【００４７】
幾つかの実施形態では、燃料供給孔３４には、ガス燃料が供給されるようになっている。このガス燃料は、石炭又はバイオマス等をガス化炉で処理することにより得られる、ＣＯ及び／又はＨ２等を含むシンガスであってもよい。
【００４８】
ノズル本体４１の径方向外側には、該ノズル本体４１の軸方向に延びる空気通路形成部９２が設けられている。そして、空気通路形成部９２の内周面によって、軸方向に延びる空気通路９４（通路）が形成されている。空気通路９４には、例えば、圧縮機２から燃焼器４の車室（不図示）に流入した圧縮空気が供給されるようになっている。また、空気通路９４は、軸方向における下流側の端部に、空気を噴射するための空気噴射口９６を有している。
なお、図２に示すように、空気通路９４は、ノズル本体４１の外周面と、空気通路形成部９２の内周面との間に形成されていてもよい。
【００４９】
空気通路９４は、複数のノズル孔３６の径方向外側に位置する環状の通路であってもよい。
【００５０】
ノズル本体４１の径方向内側には、ノズル本体４１の中心軸Ｏに沿って延びる液体燃料ノズル８２が設けられている。すなわち、複数のノズル孔３６は、液体燃料ノズル８２の径方向外側に位置する。
液体燃料ノズル８２には、軸方向に沿って液体燃料通路８４が形成され、液体燃料通路８４は、軸方向における下流端に、液体燃料を噴射するための液体燃料噴射口４６を有する。液体燃料ノズル８２には、図示しない液体燃料供給源から、液体燃料が供給されるようになっている。
【００５１】
液体燃料ノズル８２によって噴射される液体燃料は、ガスタービン１の起動用の燃料であってもよい。
【００５２】
図２に示す例示的な実施形態では、液体燃料ノズル８２の径方向外側且つノズル本体４１の径方向内側に、空気通路８８が設けられている。この空気通路８８には、例えば、圧縮機２から燃焼器４の車室（不図示）に流入した圧縮空気が供給されるようになっており、空気通路８８の下流端に形成される空気噴射口９０から空気が噴射されるようになっている。
【００５３】
図２及び図３Ａに示すように、ノズル本体４１のノズルホルダ４０に形成された複数のノズル孔３６の各々の中心軸Ｑは、ノズル本体４１の軸方向における下流側に向かうにつれてノズル本体４１の中心軸Ｏに向かって傾斜している。
図２において、ノズル本体４１の中心軸Ｏに対する、ノズル孔３６の中心軸Ｑの傾斜角度はθである。
【００５４】
また、幾つかの実施形態では、図２、図３Ｂ及び図３Ｃに示されるように、複数のノズル孔３６の各々について、ノズル孔３６の上流端における中心軸Ｑの位置ｑ１と、ノズル孔３６の下流端における中心軸Ｑの位置ｑ２とが、ノズル本体４１の周方向においてずれている。すなわち、ノズル孔３６の各々は、ノズル本体４１の周方向に傾斜している。このように、ノズル本体４１が周方向に傾斜していることで、ノズル孔３６から噴射される燃料に旋回成分が付与される。これにより、ノズル孔３６から噴射される燃料と、空気通路９４等から噴射される空気との混合を促進することができる。
【００５５】
上述のように構成を有する燃料ノズル３２を有する燃焼器４では、燃料ノズル３２から噴射口３８を介して噴射された燃料と、空気通路９４から空気噴射口９６を介して噴射される空気及び／又は空気通路８８から空気噴射口９０を介して噴射された空気とが、燃料ノズル３２の下流側において混合されながら拡散燃焼されるようになっている。
【００５６】
なお、ガスタービン１の起動時には、燃料供給孔３４には空気（例えば、圧縮機２から燃焼器４の車室（不図示）に流入した圧縮空気）が供給され、ノズル孔３６には、燃料供給孔３４から空気が供給されるようになっていてもよい。
すなわち、ガスタービン１の起動時には、燃焼器４において、ノズル孔３６から噴射口３８を介して空気が噴射されるとともに、液体燃料ノズル８２から液体燃料が噴射され、燃料ノズル３２の下流側においてこれらの空気と液体燃料が混合されながら燃焼するようになっていてもよい。
【００５７】
これに対し、ガスタービン１の通常運転時（定格運転時等）には、上述したように、燃料供給孔３４には燃料が供給されるようになっており、ノズル孔３６から燃料が噴射されるとともに、空気通路９４及び／又は空気通路８８から空気が噴射され、燃料ノズル３２の下流側においてこれらの燃料と空気とが混合されながら拡散燃焼されるようになっていてもよい。このとき、液体燃料ノズル８２からの液体燃料の噴射は停止されていてもよい。
【００５８】
幾つかの実施形態では、ガスタービン１の通常運転時等には、ノズル孔３６から噴射口３８を介して、空気が混入されていない燃料のみが噴射されるようになっている。
【００５９】
図５〜図７は、それぞれ、投影面Ｐ（図２参照）に投影されたノズル孔３６の形状を示す図である。このうち、図５〜図６は、図３Ａ〜図３Ｃに示す実施形態に係るノズル孔３６の形状を示し、図７は、図４Ａ〜図４Ｃに示す実施形態に係るノズル孔３６の形状を示す。ここで、上述の投影面Ｐは、ノズル孔３６の噴射口３８におけるノズル孔３６の中心軸Ｑの位置においてノズル孔３６の中心軸Ｑに直交する投影面である。
すなわち、投影面Ｐにおけるノズル孔３６の形状は、下流端部におけるノズル孔３６の形状を表す。
なお、図５〜図７において、直線Ｌ１は、ノズル本体４１の径方向の直線を示す。
【００６０】
図５に示すように、図３Ａ〜図３Ｃに示す実施形態に係るノズル孔３６は、投影面Ｐにおいて、直径Ｄ１の第１円４２と、直径Ｄ２の第２円４４と、第１円４２と第２円４４の２本の共通接線４６Ａ，４６Ｂと、によって囲まれる形状を有する。ここで、第２円４４の中心４４ａは、第１円４２の中心４２ａよりもノズル本体４１の径方向外側に位置し、第２円４４の直径Ｄ２は、第１円４２の直径Ｄ１よりも大きい。
なお、図５では、第１円４２の中心４２ａと、第２円４４の中心４４ａとを結ぶ直線はＬ１と同一であり、ノズル本体４１の径方向に一致している。ただし、第１円４２の中心４２ａと、第２円４４の中心４４ａとを結ぶ直線と、ノズル本体４１の径方向とは一致していなくてもよく、例えば、これらのなす角度が３０度以下であってもよい。
【００６１】
また、図７に示すように、図４Ａ〜図４Ｃに示す実施形態に係るノズル孔３６は、投影面Ｐにおいて、ノズル孔３６の輪郭は、直線状の第１直線状輪郭部５２、第２直線状輪郭部５４、第３直線状輪郭部４８及び第４直線状輪郭部５０を含む四角形に近い形状を有し、これらの直線状輪郭部４８〜５４は、上述の四角形の角に位置する接続部５５Ａ〜５５Ｄによって接続されている。
上述の四角形において、第１直線状輪郭部５２と、第２直線状輪郭部５４とは互いに対向して位置し、第３直線状輪郭部４８と第４直線状輪郭部５０とは互いに対向して位置する。
なお、直線状輪郭部４８〜５４は、完全な直線でなくてもよく、比較的小さな曲率を有した曲線形状を有していてもよい。
【００６２】
幾つかの実施形態では、投影面Ｐにおけるノズル孔３６の輪郭は他の形状を有していてもよく、例えば、全体として三角形、又は五角形等の多角形の形状を有していてもよい。
【００６３】
幾つかの実施形態では、例えば図５及び図７に示すように、上述の投影面Ｐにノズル孔３６を投影したとき、投影面Ｐにおいて、ノズル孔３６は、ノズル孔３６の図心（重心）Ｒを中心とし、投影面Ｐにおけるノズル孔３６の面積と等しい面積を有する仮想円５６から、ノズル本体４１の径方向内側に逸脱する部分５８（図５及び図７における斜線部分）を含む形状を有する。
ノズル孔３６の下流端部における形状を上述のようにすることで、以下の理由により、燃焼器４における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００６４】
すなわち、燃料ノズルにおいて、燃焼特性の変化を抑制しながら流路面積を拡大したい場合、ノズル孔が形成されるノズルホルダ（ノズル本体）のサイズを変えず、また、ノズル本体の軸方向や周方向におけるノズル孔の傾斜角度を変えずに、流路面積を拡大する必要がある。
例えば、従来の典型的な拡散燃焼式の燃料ノズル（即ち、ノズル孔が真円の断面形状を有し、ノズル孔の中心軸が、ノズル本体の中心軸に対して傾斜しているような燃料ノズル）について、ノズル本体のサイズやノズル孔の傾斜角度を変えずに流路面積（すなわち、孔径）を拡大しようとすると、隣り合うノズル孔間の間隔が小さくなり、特に、ノズルホルダの下流端部において、隣り合うノズル孔間の肉厚（図３ＣにおけるＡ１部分参照）の確保が難しくなる場合がある。また、ノズルホルダの上流端部では、ノズル孔とノズルホルダ外周縁との間の肉厚（図３ＢにおけるＡ２部分参照）の確保が難しくなる場合がある。
【００６５】
この点、上述の実施形態によれば、ノズル孔３６が、上述の投影面Ｐにおいて、ノズル孔３６の図心Ｒを中心とし、該投影面Ｐにおけるノズル孔３６の面積と等しい面積を有する仮想円５６から、ノズル本体４１の径方向内側に逸脱する部分５８を含む形状を有する。すなわち、噴射口３８が位置するノズル本体４１の下流端部において、ノズル孔３６が、仮想円５６よりもノズル本体４１の径方向内側に面積が拡大し、かつ、仮想円５６よりもノズル本体４１の周方向のサイズが小さい形状を有するようにしたので、ノズル本体４１の径（サイズ）及びノズル孔３６の軸方向に対する傾斜角度θ（図２参照）を従来のものと比べて大きく変えずに、隣り合うノズル孔３６間の肉厚や、ノズル孔３６とノズルホルダ４０（ノズル本体４１）の外周縁との間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔３６の流路面積を拡大することができる。よって、燃焼器４における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００６６】
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、投影面Ｐ上において、ノズル孔３６の面積（Ｓ１＋Ｓ２）を二等分するノズル本体４１の径方向（直線Ｌ１の方向）に直交する第１直線Ｌ２が、径方向におけるノズル孔３６の内側端６０と外側端６２との中点６４よりも、径方向において外側端６２寄りに位置する。すなわち、外側端６２と第１直線Ｌ２との間の距離は、内側端６０と第１直線Ｌ２との間の距離よりも短い。
【００６７】
なお、図６に示す例において、ノズル孔３６のうち、第１直線Ｌ２よりも径方向内側の部分の面積Ｓ１と、第１直線Ｌ２よりも径方向外側の部分の面積Ｓ２とは等しい。また、投影面Ｐにおいて、ノズル孔３６の図心Ｒは、第１直線Ｌ２上に位置する。
【００６８】
上述の実施形態では、投影面Ｐ上において、第１直線Ｌ２が、ノズル本体４１の径方向におけるノズル孔３６の内側端６０と外側端６２との中点６４よりも、径方向において外側端６２寄りに位置するようにしたので、ノズル孔３６のうち、第１直線Ｌ２よりも外側端６２側の部分（面積Ｓ２の部分）に比べて、第１直線Ｌ２よりも内側端６０側の部分（面積Ｓ１の部分）は、径方向に長細い形状となる。したがって、ノズル本体４１の下流端部において、隣り合うノズル孔３６間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔３６の流路面積を拡大しやすくなる。
【００６９】
図８は、一実施形態に係るノズル本体４１の軸方向に直交する断面図であり、図２のＢ−Ｂ断面に相当する図である。なお、図８は、図４Ａ〜図４Ｃに示す実施形態に係るノズル孔３６を有するノズル本体４１の断面である。
なお、図８では、周方向に隣り合う一対のノズル孔３６Ａ，３６Ｂが示されている。図８に示すノズル孔３６Ａ，３６Ｂの輪郭は、それぞれ、直線状の第１直線状輪郭部５２Ａ，５２Ｂ、第２直線状輪郭部５４Ａ，５４Ｂ、第３直線状輪郭部４８Ａ，４８Ｂ及び第４直線状輪郭部５０Ａ，５０Ｂを含む四角形に近い形状を有する。これらの第１〜第４直線状輪郭部は、図７における第１〜第４直線状輪郭部に対応している。
【００７０】
幾つかの実施形態では、例えば図８に示すように、上述の断面において、周方向に隣り合う一対のノズル孔３６Ａ，３６Ｂのうち一方のノズル孔３６Ａの第１直線状輪郭部５２Ａと、他方のノズル孔３６Ｂの第２直線状輪郭部５４Ｂとが周方向において隣り合うように設けられている。
【００７１】
この場合、一対のノズル孔３６Ａ，３６Ｂの直線状輪郭部同士が周方向に隣り合うように配置されるので、例えば、円弧状部同士が周方向に隣り合うように配置される場合に比べ、一対のノズル孔３６Ａ，３６Ｂ間の周方向における距離Ｋ（図８参照）を、径方向の比較的広範囲において確保しやすくなる。よって、隣り合うノズル孔３６Ａ，３６Ｂ間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔３６の流路面積を拡大しやすくなる。このため、燃焼器４における燃焼特性を維持しながら、燃料流量の増大に対応することができる。
【００７２】
上述の断面において、周方向に隣り合う一対のノズル孔３６Ａ，３６Ｂのうち一方のノズル孔３６Ａの第１直線状輪郭部５２Ａと、他方のノズル孔３６Ｂの第２直線状輪郭部５４Ｂとがなす角度（図８参照）は、例えば、２５度以下であってもよい。
この場合、一対のノズル孔３６Ａ，３６Ｂ間の周方向における距離Ｋ（図８参照）を、径方向の比較的広範囲においてより確実に確保しやすくなる。よって、隣り合うノズル孔３６Ａ，３６Ｂ間の肉厚を確保しながら、各々のノズル孔３６の流路面積をより拡大しやすくなる。
【００７３】
図４Ａ〜図４Ｃに示す例示的な実施形態では、例えば図４Ｃに示すように、ノズル孔３６は、該ノズル孔３６の下流端（噴射口３８；又はノズルホルダ４０の下流端）において、ノズルホルダ４０（ノズル本体４１）の内周縁６６に沿って延在するの直線状輪郭部（図に示す第３直線状輪郭部４８）を含んでいてもよい。
このように、ノズル本体４１の内周縁６６に沿うように延在する直線状輪郭部を有することで、ノズル孔３６の下流端側において、ノズル孔３６の形状を、径方向内側に向かって流路面積が大きく拡大された形状とすることができる。これにより、より効果的に、各々のノズル孔３６の流路面積を拡大することができる。
【００７４】
また、図４Ａ〜図４Ｃに示す例示的な実施形態では、例えば図４Ｂに示すように、ノズル孔３６は、該ノズル孔３６の上流端３９（又はノズルホルダ４０の上流端）において、ノズルホルダ４０（ノズル本体４１）の外周縁６８に沿って延在する直線状輪郭部（図に示す第４直線状輪郭部５０）を含んでいてもよい。
このように、ノズル本体４１の外周縁６８に沿うように延在する直線状輪郭部を有することで、ノズル孔３６の上流端側において、ノズル孔３６の形状を、径方向外側に向かって流路面積が大きく拡大された形状とすることができる。これにより、より効果的に、各々のノズル孔３６の流路面積を拡大することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、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。
【００７６】
本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。
【符号の説明】
【００７７】
１      ガスタービン
２      圧縮機
４      燃焼器
６      タービン
８      ロータ
１０    圧縮機車室
１２    空気取入口
１６    静翼
１８    動翼
２０    ケーシング
２２    タービン車室
２３    燃焼筒
２４    静翼
２６    動翼
２８    燃焼ガス通路
３０    排気室
３２    燃料ノズル
３４    燃料供給孔
３６    ノズル孔
３７    燃料通路形成部
３８    噴射口
３９    上流端
４０    ノズルホルダ
４１    ノズル本体
４２    第１円
４２ａ  中心
４３    テーパ面
４４    第２円
４４ａ  中心
４６    液体燃料噴射口
４６Ａ，４６Ｂ  共通接線
４８    第３直線状輪郭部
５０    第４直線状輪郭部
５２    第１直線状輪郭部
５４    第２直線状輪郭部
５５Ａ〜５５Ｄ  接続部
５６    仮想円
５８    部分
６０    内側端
６２    外側端
６４    中点
６６    内周縁
６８    外周縁
８２    液体燃料ノズル
８４    液体燃料通路
８８    空気通路
９０    空気噴射口
９２    空気通路形成部
９４    空気通路
９６    空気噴射口
Ｌ２    第１直線
Ｏ      中心軸
Ｐ      投影面
Ｑ      中心軸
Ｒ      図心（重心）
【図１】
2019215125.tif 000003
【図２】
2019215125.tif 000004
【図３Ａ】
2019215125.tif 000005
【図３Ｂ】
2019215125.tif 000006
【図３Ｃ】
2019215125.tif 000007
【図４Ａ】
2019215125.tif 000008
【図４Ｂ】
2019215125.tif 000009
【図４Ｃ】
2019215125.tif 000010
【図５】
2019215125.tif 000011
【図６】
2019215125.tif 000012
【図７】
2019215125.tif 000013
【図８】
2019215125.tif 000014