(57)【要約】  本発明はガスタービン燃焼室に関するものであり、一方の端部が燃焼室に向かって開いたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、燃料ノズル（１）と外装（９）の間にはパイロット渦流発生部（５）が配置されており、半径方向に関してパイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、パイロットコーン（４）は燃焼室側でパイロット燃料ノズルに配置されており、さらに燃焼室側の１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎がパイロットコーン（４）で形成されて、複数のメインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、パイロットコーン（４）はその内面（１１）および／または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している。【選択図】図３
2013535651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼室であって、
一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに前記燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、前記燃料ノズル（１）と前記外装（９）の間には１つのパイロット渦流発生部（５）が配置されており、
半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、
内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、前記パイロットコーン（４）は前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料との混合によってパイロット炎が前記パイロットコーン（４）で形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、
前記パイロットコーン（４）はその内面（１１）および／または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、
前記乱流ジェネレータは前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）に前記開口部（６）の円周全体にわたって配置された台形および／または三角形の複数の帯状部（３５）であり、
台形および／または三角形の前記帯状部（３５）が交互に＋／−３０°の角度で前記パイロットコーン（４）に配置されているガスタービン燃焼室。
【請求項２】
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、複数の延長管（２３０）が前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部を延長するように配置されており、すなわち、前記複数の延長管（２３０）は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の前記延長管（２３０）は隣接する延長管（２３０）と相互に移行し合うようになっており、それによって軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長された環状の１つのメインノズル開口部（２４０）が生じており、環状の前記メインノズル開口部（２４０）の内面（１１１）には複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼室。
【請求項３】
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、燃焼室側の吐出口を備える複数の延長管（２５０）が、前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部が軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長されるように構成されており、前記複数の延長管（２５０）の内面（２６０）には前記吐出口の領域に複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼室。
【請求項４】
ガスタービン燃焼室であって、
一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに前記燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、前記燃料ノズル（１）と前記外装（９）の間にはパイロット渦流発生部（５）が配置されており、
半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、
内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、前記パイロットコーン（４）は前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎が前記パイロットコーン（４）で形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、
前記パイロットコーン（４）はその内面（１１）および／または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、複数の延長管（２３０）が前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部を延長するように配置されており、すなわち、前記延長管（２３０）は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の前記延長管（２３０）は隣接する延長管（２３０）と相互に移行し合うようになっており、それによって軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長された１つの環状のメインノズル開口部（２４０）が生じており、環状の前記メインノズル開口部（２４０）の内面（１１１）には複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼室。
【請求項５】
ガスタービン燃焼室であって、
一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに前記燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、前記燃料ノズル（１）と前記外装（９）の間には１つのパイロット渦流発生部（５）が配置されており、
半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、
内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、前記パイロットコーン（４）は前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎が前記パイロットコーン（４）で形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、
前記パイロットコーン（４）はその内面（１１）および／または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、燃焼室側に吐出口を備える複数の延長管（２５０）が、前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部が軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長されるように構成されており、前記複数の延長管（２５０）の内面（２６０）には前記吐出口の領域に複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載されているガスタービン燃焼室に関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合燃焼が行われるガスタービン燃焼室は、予混合燃焼のための複数のメインバーナに加えて、燃焼のための１つのパイロットバーナを備えている。このパイロットバーナは燃焼を安定させる役目をする。パイロットにより生成される拡散炎または予混合炎が、メインバーナのためのパイロット炎として利用されて、燃料リッチな炎を生成し、それによって燃焼が安定化される。パイロットバーナは場合により出口のところにコーンを有しており、それにより、パイロット炎の安定化が容易になる。このようなガスタービン燃焼室では、複数のメインバーナは規則的な間隔でパイロットバーナの周囲に配置されている。このようなガスタービン燃焼室の高い出力は、高い炎温度によって生じる高いタービン入口温度を必要とする。ＣＯ値やＮＯｘ値の発生という観点から、炎温度および燃焼室内でのガスの滞留時間を、許容される範囲内に抑えることが必要である。
【０００３】
ガスタービン内の高い温度は、高い炎温度を必要とするが、この高い炎温度はＮＯｘ値にも影響してこれを増大させる。それでもＮＯｘ値を許容される範囲内に抑えるために、燃焼室内の平均の炎温度は、発生するＮＯｘに関連して、効率に合わせて適合化された許容値にまで最小化されなければならない。さらには、燃焼室内でのガスの滞留時間を、たとえば燃焼室の短縮によって引き下げることも必要になるであろう。
【０００４】
しかしながら低いＮＯｘ値のためには、同じく低いＣＯ値を実現することが必要である。しかし、１３００℃を下回る炎温度ではＣＯ値が増加する。このような温度下限を下回る、燃焼室内で局所的に限定された容積部も、ＣＯエミッションの増加に支配的な影響を及ぼすことがある。ＣＯを低い値に抑えるには良好な混合が必要である。しかしそのためには、燃焼室内でのガスの滞留時間または混合経路を、たとえば燃焼室の延長によって、増やすことが必要となる。しかしこのことは、ＮＯｘ値を削減するための滞留時間の短縮と矛盾してしまう。
【０００５】
したがって、それでもＮＯｘ値を許容される範囲内に抑えるために、たとえば燃焼室に供給されるコンプレッサ空気を予熱し、あるいは削減し、あるいは供給システムの変更によって少なくとも部分的に燃焼室を周回するように誘導する方策を講じることができるであろう。しかしこのことは、ベースロードでのタービンの運転にマイナスの影響を及ぼすことになる。しかも、そのために製造コストが上昇することになる。機械の稼働率も損なわれることになり、それも同じく大きな欠点となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、高い炎温度およびそれに伴って改善された効率を有し、かつ、上に述べたような欠点なしに作動することができるガスタービン燃焼室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１、４または５に記載のガスタービン燃焼室によって解決される。その他の従属請求項は本発明の好ましい実施形態を含む。
【０００８】
特にパイロットコーンの内面および／または外面にある複数の乱流ジェネレータにより、パイロットコーンの下流側で、パイロットコーンで生じるパイロット混合気と、複数のメインバーナにより生じるメイン混合気との間の改善された混合が実現される。こうしてパイロットコーンの下流側で、発生するパイロット・メイン混合気の改善された燃焼が生じる。それにより、ＣＯ値が増加することなしに燃焼室内でのガスの滞留時間の削減と混合経路の短縮とが可能である。それによって炎温度が高いときでさえ、低いＮＯｘ値が実現される。それにより、ＮＯｘ値を低減する方策を省略することができる。しかも、このようにして燃焼室内で局所的に限定された低温の容積部が回避されることで、ＣＯエミッションの少ない安定した運転範囲を、より低い平均温度のほうへと広げることができる。
【０００９】
次に、本発明の上記以外の利点、特徴、および特性について、実施例を用いて、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。各実施例の特徴は、単独でも相互の組み合わせた場合でも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術に基づくガスタービン燃焼室を模式的に示す縦断面図である。
【図２】従来技術に基づくガスタービン燃焼室を模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【図３】本発明によるパイロットコーンを第１の実施例で模式的に示す側面図である。
【図４】本発明による第１の実施例のガスタービン燃焼室を模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【図５】本発明によるパイロットコーンを第２の実施例で模式的に示す側面図である。
【図６】本発明によるパイロットコーンを第３の実施例で模式的に示す側面図である。
【図７】本発明による第３の実施例のガスタービン燃焼室を模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【図８】本発明によるガスタービン燃焼室を第４の実施例で模式的に示す側面図である。
【図９】本発明によるガスタービン燃焼室を第５の実施例で模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１と図２は、従来技術に基づくガスタービン燃焼室を示している。このガスタービン燃焼室は、シリンダ２の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有している。シリンダ２はその端部で、燃焼室（図示せず）に向かって開口されている。パイロット燃料ノズルは、１つの燃料ノズル１と、この燃料ノズル１の外側円周の周囲で半径方向に間隔をおく円筒状の１つの外装９とを含んでいる。燃料ノズル１と外装９の間には、１つのパイロット渦流発生部５が配置されている。内面１１と外面１２を備える１つのパイロットコーン４が、燃焼室側でパイロット燃料ノズルに配置されている。パイロットコーン４は、シリンダ２の前側領域の内部に開口部６を有している。複数のメインバーナが、半径方向に関して、パイロット燃料ノズルの周囲に配置されている。各々のメインバーナは１つのメインノズル７を有しており、ならびに、該当するメインノズル７の外側円周の周囲で中間スペースを備えるように配置された１つの外側シリンダ２０を有している。さらにこの中間スペースには、複数のメイン渦流発生部２１が配置されている。このようなメインバーナは、燃料と空気の混合によってメイン混合気を生成し、これがメインバーナから燃焼室（図示せず）の方向に吐出される。
【００１２】
パイロットコーン４では、空気とパイロット燃料の混合によって混合パイロット炎（パイロット混合気）が形成され、それにより、複数のメインバーナから来る、混合気の中に存在している燃料が点火され、そのようにして、メインバーナから来る混合気（メイン混合気）が燃焼される。
【００１３】
図３と図４は、本発明の第１の実施例を示している。パイロットコーン４から燃焼室の方向に吐出される燃料リッチなパイロット混合気と、メインバーナから来る燃料の乏しいメイン混合気との間の混合を改善するために、パイロットコーン４の内面１１に突起状の複数の乱流ジェネレータが設けられている（図３および図４）。これらは特にパイロットコーン４の開口部６の領域に設けられている。これらの突起３０は、パイロットコーン４の外面１２に取り付けられていてもよい（図示せず）。このとき突起３０は、パイロットコーン４の開口部６の円周全体にわたって均等な間隔で取り付けられるのが好ましい（図４）。これらの突起３０に代えて、複数のディンプルや窪みが設けられていてもよい（図示せず）。複数の乱流ジェネレータは、より良い混合およびこれに伴ってより良いＣＯ値を惹起する。それにより、燃焼室（図示せず）での燃焼ガスの滞留時間が短くて混合経路が短いときでさえ、高い炎温度で良好なＮＯｘ値が実現される。したがって、ＮＯｘ値を削減するその他の方策を省略することができる。このようにして、たとえばベースロードでの運転が損なわれることがなくなる。
【００１４】
図５は、本発明の第２の実施例を示している。ここでは、パイロットコーン４の開口部６の領域で外面１２の円周全体にわたって配置された単一の帯状リング３３が、乱流ジェネレータとして設けられている。別案として（図示せず）、パイロットコーン４の開口部６の領域で外面１２の円周全体にわたり相互に間隔をおいて配置された、複数の帯状部が設けられていてもよい。この帯状リング３３は、パイロットコーン４の外面１２に対して３０°から６０°の角度で配置されている。同様に、複数の帯状部（図示せず）がこのような角度で配置されていてもよい。それにより、パイロット混合気とメイン混合気の特別に良好な混合、およびこれに伴う特別に良好な燃焼がもたらされる。
【００１５】
図６と図７は、本発明の第３の実施例を示している。ここでは複数の乱流ジェネレータは、開口部６の円周全体にわたって開口部６に配置された台形の複数の帯状部３５として構成されており、台形の帯状部３５は−／＋３０°の角度でパイロットコーン４に交互に配置されている。このようにしても、パイロット混合気とメイン混合気の混ぜ合わせを大幅に向上させることができる。
【００１６】
複数の乱流ジェネレータは、たとえばパイロットコーン４で開口部６の円周全体にわたって配置された、鋭くまっすぐなエッジを備える翼状部、角部、角柱などであってもよい（図示せず）。この場合、鋭いエッジは燃焼室（図示せず）のほうを向いている。同様に、さまざまに異なる角度をもつこのような翼状部が交互に（図示せず）、特に＋／−３０°の角度で、パイロットコーン４に配置されていてもよい。
【００１７】
図８は、本発明によるガスタービン燃焼室のさらに別の実施例を示している。このガスタービン燃焼室は軸方向Ａを有している。さらに各々のメインバーナは、メインノズル７と、該当するメインノズル７の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ２０とを有している。さらには複数の延長管２３０が、複数の外側シリンダ２０の開口部を延長するように配置されており、すなわち、延長管２３０は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の延長管２３０は隣接する延長管２３０と相互に移行し合うようになっている。それによって１つの環状のメインノズル開口部２４０が生じる。環状のメインノズル開口部２４０は軸方向Ａで、パイロットコーン４の開口部６まで延長されている。このとき環状のメインノズル開口部２４０の内面１１１には、たとえば突起３０のような複数の乱流ジェネレータが配置されている。さらに、パイロットコーン４の内面１１および／または外面１２にも、複数の乱流ジェネレータが設けられている。このことは、乱流ジェネレータをもたないこのようなガスタービンの設計よりも、改善された混合およびこれに伴って改善されたＣＯ値をもたらす。
【００１８】
図９は、本発明によるガスタービン燃焼室の第５の例を示している。これは軸方向Ａを有している。各々のメインバーナは、メインノズル７と、該当するメインノズル７の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された１つの外側シリンダ２０（図８）とを有している。燃焼室側の吐出口を備える複数の延長管２５０が存在しており、これらの延長管は、複数の外側シリンダ２０（図８）の開口部が軸方向Ａでパイロットコーン４の開口部６まで延長されるように構成されている。このとき複数の延長管２５０の内面２６０には、延長管２５０の吐出口の領域に、たとえば突起３０のような複数の乱流ジェネレータが配置されている。さらに、パイロットコーン４の内面１１および／または外面１２にも複数の乱流ジェネレータが設けられている。このことは、乱流ジェネレータをもたないこのようなガスタービンの設計よりも、改善された混合およびこれに伴って改善されたＣＯ値をもたらす。
【符号の説明】
【００１９】
１  燃料ノズル
２  シリンダ
４  パイロットコーン
５  パイロット渦流発生部
６  開口部
７  メインノズル
９  外装
１１  内面
１２  外面
２０  外側シリンダ
３０  突起
３３  帯状リング
３５  帯状部
２３０，２５０  延長管
２４０  メインノズル開口部
【図１】
2013535651.tif 000003
【図２】
2013535651.tif 000004
【図３】
2013535651.tif 000005
【図４】
2013535651.tif 000006
【図５】
2013535651.tif 000007
【図６】
2013535651.tif 000008
【図７】
2013535651.tif 000009
【図８】
2013535651.tif 000010
【図９】
2013535651.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月28日(2013.6.28)
【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】
ガスタービン燃焼室であって、
一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに前記燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、前記燃料ノズル（１）と前記外装（９）の間には１つのパイロット渦流発生部（５）が配置されており、
半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、
内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、前記パイロットコーン（４）は前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料との混合によってパイロット炎が前記パイロットコーン（４）で形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、
前記パイロットコーン（４）はその内面（１１）または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、
前記乱流ジェネレータは前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）に前記開口部（６）の円周全体にわたって配置された台形または三角形の複数の小片部であり、この小片部の台形または三角形は、３０°の斜辺を有することを特徴とするガスタービン燃焼室。
【請求項２】
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、複数の延長管（２３０）が前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部を延長するように配置されており、すなわち、前記複数の延長管（２３０）は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の前記延長管（２３０）は隣接する延長管（２３０）と相互に移行し合うようになっており、それによって軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長された環状の１つのメインノズル開口部（２４０）が生じており、環状の前記メインノズル開口部（２４０）の内面（１１１）には複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼室。
【請求項３】
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、燃焼室側の吐出口を備える複数の延長管（２５０）が、前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部が軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長されるように構成されており、前記複数の延長管（２５０）の内面（２６０）には前記吐出口の領域に複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼室。
【請求項４】
ガスタービン燃焼室であって、
一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに前記燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、前記燃料ノズル（１）と前記外装（９）の間にはパイロット渦流発生部（５）が配置されており、
半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、
内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、前記パイロットコーン（４）は前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎が前記パイロットコーン（４）で形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、
前記パイロットコーン（４）はその内面（１１）または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、複数の延長管（２３０）が前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部を延長するように配置されており、すなわち、前記延長管（２３０）は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の前記延長管（２３０）は隣接する延長管（２３０）と相互に移行し合うようになっており、それによって軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長された１つの環状のメインノズル開口部（２４０）が生じており、環状の前記メインノズル開口部（２４０）の内面（１１１）には複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼室。
【請求項５】
ガスタービン燃焼室であって、
一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダ（２）の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズル（１）を含んでおり、ならびに前記燃料ノズル（１）の外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装（９）を含んでおり、前記燃料ノズル（１）と前記外装（９）の間には１つのパイロット渦流発生部（５）が配置されており、
半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、
内面（１１）と外面（１２）を備える１つのパイロットコーン（４）を有しており、前記パイロットコーン（４）は前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部（６）を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎が前記パイロットコーン（４）で形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、
前記パイロットコーン（４）はその内面（１１）または外面（１２）に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、
前記ガスタービン燃焼室は軸方向（Ａ）を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズル（７）と、該当する前記メインノズル（７）の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ（２０）とを有しており、燃焼室側に吐出口を備える複数の延長管（２５０）が、前記複数の外側シリンダ（２０）の複数の開口部が軸方向（Ａ）で前記パイロットコーン（４）の前記開口部（６）まで延長されるように構成されており、前記複数の延長管（２５０）の内面（２６０）には前記吐出口の領域に複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼室。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載されているガスタービン燃焼室に関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合燃焼が行われるガスタービン燃焼室は、予混合燃焼のための複数のメインバーナに加えて、燃焼のための１つのパイロットバーナを備えている。このパイロットバーナは燃焼を安定させる役目をする。パイロットにより生成される拡散炎または予混合炎が、メインバーナのためのパイロット炎として利用されて、燃料リッチな炎を生成し、それによって燃焼が安定化される。パイロットバーナは場合により出口のところにコーンを有しており、それにより、パイロット炎の安定化が容易になる。このようなガスタービン燃焼室では、複数のメインバーナは規則的な間隔でパイロットバーナの周囲に配置されている。
このようなガスタービン燃焼室の高い出力は、高い炎温度によって生じる高いタービン入口温度を必要とする。ＣＯ値やＮＯｘ値の発生という観点から、炎温度および燃焼室内でのガスの滞留時間を、許容される範囲内に抑えることが必要である。
【０００３】
ガスタービン内の高い温度は、高い炎温度を必要とするが、この高い炎温度はＮＯｘ値にも影響してこれを増大させる。それでもＮＯｘ値を許容される範囲内に抑えるために、燃焼室内の平均の炎温度は、発生するＮＯｘに関連して、効率に合わせて適合化された許容値にまで最小化されなければならない。さらには、燃焼室内でのガスの滞留時間を、たとえば燃焼室の短縮によって引き下げることも必要になるであろう。
【０００４】
しかしながら低いＮＯｘ値のためには、同じく低いＣＯ値を実現することが必要である。しかし、１３００℃を下回る炎温度ではＣＯ値が増加する。このような温度下限を下回る、燃焼室内で局所的に限定された容積部も、ＣＯエミッションの増加に支配的な影響を及ぼすことがある。ＣＯを低い値に抑えるには良好な混合が必要である。しかしそのためには、燃焼室内でのガスの滞留時間または混合経路を、たとえば燃焼室の延長によって、増やすことが必要となる。しかしこのことは、ＮＯｘ値を削減するための滞留時間の短縮と矛盾してしまう。
【０００５】
したがって、それでもＮＯｘ値を許容される範囲内に抑えるために、たとえば燃焼室に供給されるコンプレッサ空気を予熱し、あるいは削減し、あるいは供給システムの変更によって少なくとも部分的に燃焼室を周回するように誘導する方策を講じることができるであろう。しかしこのことは、ベースロードでのタービンの運転にマイナスの影響を及ぼすことになる。しかも、そのために製造コストが上昇することになる。機械の稼働率も損なわれることになり、それも同じく大きな欠点となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、高い炎温度およびそれに伴って改善された効率を有し、かつ、上に述べたような欠点なしに作動することができるガスタービン燃焼室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１、４または５に記載のガスタービン燃焼室によって解決される。即ち、「ガスタービン燃焼室であって、一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダの中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズルを含んでおり、ならびに前記燃料ノズルの外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装を含んでおり、前記燃料ノズルと前記外装の間には１つのパイロット渦流発生部が配置されており、半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、内面と外面を備える１つのパイロットコーンを有しており、前記パイロットコーンは前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部を有しており、それにより空気とパイロット燃料との混合によってパイロット炎が前記パイロットコーンで形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、前記パイロットコーンはその内面または外面に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、前記乱流ジェネレータは前記パイロットコーンの前記開口部に前記開口部の円周全体にわたって配置された台形または三角形の複数の小片部であり、この小片部の台形または三角形は、３０°の斜辺を有することを特徴とする（請求項１）。」
また、「ガスタービン燃焼室であって、一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダの中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズルを含んでおり、ならびに前記燃料ノズルの外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装を含んでおり、前記燃料ノズルと前記外装の間にはパイロット渦流発生部が配置されており、半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、内面と外面を備える１つのパイロットコーンを有しており、前記パイロットコーンは前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎が前記パイロットコーンで形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、前記パイロットコーンはその内面または外面に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、前記ガスタービン燃焼室は軸方向を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズルと、該当する前記メインノズルの外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダとを有しており、複数の延長管が前記複数の外側シリンダの複数の開口部を延長するように配置されており、すなわち、前記延長管は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の前記延長管は隣接する延長管と相互に移行し合うようになっており、それによって軸方向で前記パイロットコーンの前記開口部まで延長された１つの環状のメインノズル開口部が生じており、環状の前記メインノズル開口部の内面には複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とする（請求項４）。」
さらに、「ガスタービン燃焼室であって、一方の端部が燃焼室に向かって開口されたシリンダの中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有しており、前記パイロット燃料ノズルは１つの燃料ノズルを含んでおり、ならびに前記燃料ノズルの外側円周の周りに半径方向で間隔をおく１つの円筒状の外装を含んでおり、前記燃料ノズルと前記外装の間には１つのパイロット渦流発生部が配置されており、半径方向に関して前記パイロット燃料ノズルの周りに配置された複数のメインバーナを有しており、内面と外面を備える１つのパイロットコーンを有しており、前記パイロットコーンは前記パイロット燃料ノズルの燃焼室側に配置されており、さらに燃焼室側に１つの開口部を有しており、それにより空気とパイロット燃料の混合によってパイロット炎が前記パイロットコーンで形成されて、前記メインバーナから噴射される燃料を点火するようになっており、前記パイロットコーンはその内面または外面に複数の乱流ジェネレータを有している、ガスタービン燃焼室において、前記ガスタービン燃焼室は軸方向を有しており、各々の前記メインバーナは、メインノズルと、該当する前記メインノズルの外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダとを有しており、燃焼室側に吐出口を備える複数の延長管が、前記複数の外側シリンダの複数の開口部が軸方向で前記パイロットコーンの前記開口部まで延長されるように構成されており、前記複数の延長管の内面には前記吐出口の領域に複数の乱流ジェネレータが配置されていることを特徴とする（請求項５）。」
によって解決される。その他の従属請求項は本発明の好ましい実施形態を含む。
【０００８】
特にパイロットコーンの内面および／または外面にある複数の乱流ジェネレータにより、パイロットコーンの下流側で、パイロットコーンで生じるパイロット混合気と、複数のメインバーナにより生じるメイン混合気との間の改善された混合が実現される。こうしてパイロットコーンの下流側で、発生するパイロット・メイン混合気の改善された燃焼が生じる。それにより、ＣＯ値が増加することなしに燃焼室内でのガスの滞留時間の削減と混合経路の短縮とが可能である。それによって炎温度が高いときでさえ、低いＮＯｘ値が実現される。それにより、ＮＯｘ値を低減する方策を省略することができる。しかも、このようにして燃焼室内で局所的に限定された低温の容積部が回避されることで、ＣＯエミッションの少ない安定した運転範囲を、より低い平均温度のほうへと広げることができる。
【０００９】
次に、本発明の上記以外の利点、特徴、および特性について、実施例を用いて、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。各実施例の特徴は、単独でも相互の組み合わせた場合でも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術に基づくガスタービン燃焼室を模式的に示す縦断面図である。
【図２】従来技術に基づくガスタービン燃焼室を模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【図３】本発明によるパイロットコーンを第１の実施例で模式的に示す側面図である。
【図４】本発明による第１の実施例のガスタービン燃焼室を模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【図５】本発明によるパイロットコーンを第２の実施例で模式的に示す側面図である。
【図６】本発明によるパイロットコーンを第３の実施例で模式的に示す側面図である。
【図７】本発明による第３の実施例のガスタービン燃焼室を模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【図８】本発明によるガスタービン燃焼室を第４の実施例で模式的に示す側面図である。
【図９】本発明によるガスタービン燃焼室を第５の実施例で模式的に示す、縦断面に対して垂直な横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１と図２は、従来技術に基づくガスタービン燃焼室を示している。このガスタービン燃焼室は、シリンダ２の中央区域に配置された１つのパイロット燃料ノズルを有している。シリンダ２はその端部で、燃焼室（図示せず）に向かって開口されている。パイロット燃料ノズルは、１つの燃料ノズル１と、この燃料ノズル１の外側円周の周囲で半径方向に間隔をおく円筒状の１つの外装９とを含んでいる。燃料ノズル１と外装９の間には、１つのパイロット渦流発生部５が配置されている。内面１１と外面１２を備える１つのパイロットコーン４が、燃焼室側でパイロット燃料ノズルに配置されている。パイロットコーン４は、シリンダ２の前側領域の内部に開口部６を有している。複数のメインバーナが、半径方向に関して、パイロット燃料ノズルの周囲に配置されている。各々のメインバーナは１つのメインノズル７を有しており、ならびに、該当するメインノズル７の外側円周の周囲で中間スペースを備えるように配置された１つの外側シリンダ２０を有している。さらにこの中間スペースには、複数のメイン渦流発生部２１が配置されている。このようなメインバーナは、燃料と空気の混合によってメイン混合気を生成し、これがメインバーナから燃焼室（図示せず）の方向に吐出される。
【００１２】
パイロットコーン４では、空気とパイロット燃料の混合によって混合パイロット炎（パイロット混合気）が形成され、それにより、複数のメインバーナから来る、混合気の中に存在している燃料が点火され、そのようにして、メインバーナから来る混合気（メイン混合気）が燃焼される。
【００１３】
図３と図４は、本発明の第１の実施例を示している。パイロットコーン４から燃焼室の方向に吐出される燃料リッチなパイロット混合気と、メインバーナから来る燃料の乏しいメイン混合気との間の混合を改善するために、パイロットコーン４の内面１１に小片部である突起状の複数の乱流ジェネレータが設けられている（図３および図４）。これらは特にパイロットコーン４の開口部６の領域に設けられている。これらの突起３０は、パイロットコーン４の外面１２に取り付けられていてもよい（図示せず）。このとき突起３０は、パイロットコーン４の開口部６の円周全体にわたって均等な間隔で取り付けられるのが好ましい（図４）。これらの突起３０に代えて、複数のディンプルや窪みが設けられていてもよい（図示せず）。複数の乱流ジェネレータは、より良い混合およびこれに伴ってより良いＣＯ値を惹起する。それにより、燃焼室（図示せず）での燃焼ガスの滞留時間が短くて混合経路が短いときでさえ、高い炎温度で良好なＮＯｘ値が実現される。したがって、ＮＯｘ値を削減するその他の方策を省略することができる。このようにして、たとえばベースロードでの運転が損なわれることがなくなる。
【００１４】
図５は、本発明の第２の実施例を示している。ここでは、パイロットコーン４の開口部６の領域で外面１２の円周全体にわたって配置された単一の帯状リング３３が、乱流ジェネレータとして設けられている。別案として（図示せず）、パイロットコーン４の開口部６の領域で外面１２の円周全体にわたり相互に間隔をおいて配置された、複数の帯状部が設けられていてもよい。この帯状リング３３は、パイロットコーン４の外面１２に対して３０°から６０°の角度で配置されている。同様に、複数の小片部（図示せず）がこのような角度で配置されていてもよい。それにより、パイロット混合気とメイン混合気の特別に良好な混合、およびこれに伴う特別に良好な燃焼がもたらされる。
【００１５】
図６と図７は、本発明の第３の実施例を示している。ここでは複数の乱流ジェネレータは、開口部６の円周全体にわたって開口部６に配置された台形の複数の小片部３５として構成されており、台形の小片部３５は３０°の斜辺を有し、−／＋３０°の角度でパイロットコーン４に交互に配置されている。このようにしても、パイロット混合気とメイン混合気の混ぜ合わせを大幅に向上させることができる。
【００１６】
複数の乱流ジェネレータは、たとえばパイロットコーン４で開口部６の円周全体にわたって配置された、鋭くまっすぐなエッジを備える翼状部、角部、角柱などであってもよい（図示せず）。この場合、鋭いエッジは燃焼室（図示せず）のほうを向いている。同様に、さまざまに異なる角度をもつこのような翼状部が交互に（図示せず）、特に＋／−３０°の角度で、パイロットコーン４に配置されていてもよい。
【００１７】
図８は、本発明によるガスタービン燃焼室のさらに別の実施例を示している。このガスタービン燃焼室は軸方向Ａを有している。さらに各々のメインバーナは、メインノズル７と、該当するメインノズル７の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された外側シリンダ２０とを有している。さらには複数の延長管２３０が、複数の外側シリンダ２０の開口部を延長するように配置されており、すなわち、延長管２３０は半径方向で狭くなっていくとともに円周方向で広くなっており、それにより、各々の延長管２３０は隣接する延長管２３０と相互に移行し合うようになっている。それによって１つの環状のメインノズル開口部２４０が生じる。環状のメインノズル開口部２４０は軸方向Ａで、パイロットコーン４の開口部６まで延長されている。このとき環状のメインノズル開口部２４０の内面１１１には、たとえば突起３０のような複数の乱流ジェネレータが配置されている。さらに、パイロットコーン４の内面１１および／または外面１２にも、複数の乱流ジェネレータが設けられている。このことは、乱流ジェネレータをもたないこのようなガスタービンの設計よりも、改善された混合およびこれに伴って改善されたＣＯ値をもたらす。
【００１８】
図９は、本発明によるガスタービン燃焼室の第５の例を示している。これは軸方向Ａを有している。各々のメインバーナは、メインノズル７と、該当するメインノズル７の外側円周の周りに中間スペースをもって配置された１つの外側シリンダ２０（図８）とを有している。燃焼室側の吐出口を備える複数の延長管２５０が存在しており、これらの延長管は、複数の外側シリンダ２０（図８）の開口部が軸方向Ａでパイロットコーン４の開口部６まで延長されるように構成されている。このとき複数の延長管２５０の内面２６０には、延長管２５０の吐出口の領域に、たとえば突起３０のような複数の乱流ジェネレータが配置されている。さらに、パイロットコーン４の内面１１および／または外面１２にも複数の乱流ジェネレータが設けられている。このことは、乱流ジェネレータをもたないこのようなガスタービンの設計よりも、改善された混合およびこれに伴って改善されたＣＯ値をもたらす。
【符号の説明】
【００１９】
１  燃料ノズル
２  シリンダ
４  パイロットコーン
５  パイロット渦流発生部
６  開口部
７  メインノズル
９  外装
１１  内面
１２  外面
２０  外側シリンダ
３０  突起
３３  帯状リング
３５  小片部
２３０，２５０  延長管
２４０  メインノズル開口部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2013535651.tif 000012
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2013535651.tif 000013
【国際調査報告】
2013535651.tif 000014
2013535651.tif 000015
2013535651.tif 000016
2013535651.tif 000017
2013535651.tif 000018
2013535651.tif 000019
2013535651.tif 000020
2013535651.tif 000021
2013535651.tif 000022
2013535651.tif 000023