(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、燃料ノズルと空気ノズルを同軸状に配置した燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法において、ＮＯｘ排出値を更に低減できる燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法を提供することにある。【解決手段】  本発明は、空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、流体に乱流を生じさせる乱流促進部を燃料ノズルに設け、燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が乱流促進部の上流側に配置されたことを特徴とする。【効果】  本発明によれば、燃料ノズルと空気ノズルを同軸状に配置した燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法において、ＮＯｘ排出値を更に低減できる燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法を提供することができる。【選択図】図１
2008096041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を噴出する空気ノズルと、燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室に面した壁状部材とを備え、該壁状部材に前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器の燃料ノズルであって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
流体に乱流を生じさせる乱流促進部を前記燃料ノズルに設け、
前記燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が該乱流促進部の上流側に配置されたことを特徴とする燃焼器の燃料ノズル。
【請求項２】
空気を噴出する空気ノズルと、該空気ノズルに向かって燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室に面した壁状部材とを備え、該壁状部材に前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルを配置した燃焼器の燃料ノズルであって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
流体に乱流を生じさせる乱流促進部を前記燃料ノズルに設け、
前記燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が、該乱流促進部の上流側であって、前記燃料ノズルの側面側に配置されたことを特徴とする燃焼器の燃料ノズル。
【請求項３】
空気を噴出する空気ノズルと、該空気ノズルの上流側に配置され、該空気ノズルに向かって燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の上流側に面した壁状部材とを備え、該壁状部材を貫通するように前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器の燃料ノズルであって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
流体に乱流を生じさせる乱流促進部を前記燃料ノズルに設け、
前記燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が、該乱流促進部の上流側であって、前記燃料ノズルの側面側に配置され、
前記燃料ノズルからの燃料が前記空気ノズルの前記入口部に向かって噴出するよう配置されたことを特徴とする燃焼器の燃料ノズル。
【請求項４】
空気を噴出する空気ノズルと、燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室に面した壁状部材とを備え、該壁状部材に前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器であって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
流体に乱流を生じさせる乱流促進部を前記燃料ノズルに設け、
前記燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が該乱流促進部の上流側に配置されたことを特徴とする燃焼器。
【請求項５】
空気を噴出する空気ノズルと、該空気ノズルに向かって燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室に面した壁状部材とを備え、該壁状部材に前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器であって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
流体に乱流を生じさせる乱流促進部を前記燃料ノズルに設け、
前記燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が、該乱流促進部の上流側であって、前記燃料ノズルの側面側に配置されたことを特徴とする燃焼器。
【請求項６】
空気を噴出する空気ノズルと、該空気ノズルの上流側に配置され、該空気ノズルに向かって燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の上流側に面した壁状部材とを備え、該壁状部材を貫通するように前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器であって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
流体に乱流を生じさせる乱流促進部を前記燃料ノズルに設け、
前記燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が、該乱流促進部の上流側であって、前記燃料ノズルの側面側に配置され、
前記燃料ノズルからの燃料が前記空気ノズルの前記入口部に噴出するよう配置されたことを特徴とする燃焼器。
【請求項７】
空気を噴出する空気ノズルと、燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室に面した壁状部材とを備え、該壁状部材に前記空気ノズルを設け、前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器の燃料供給方法であって、
前記燃料ノズルの燃料は、前記燃料ノズルに設けられた流体に乱流を生じさせる乱流促進部の上流側から噴出し、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部であり、空気流路の断面積が減少する縮小形状部に、前記燃料ノズルから燃料が前記入口部に向かって噴出することを特徴とする燃焼器の燃料供給方法。
【請求項８】
空気を噴出する空気ノズルと、燃料を噴出する燃料ノズルと、該空気と該燃料とを燃焼させる燃焼室に面した壁状部材とを備え、該壁状部材に前記空気ノズルを設け、
前記空気ノズルの中心軸上に前記燃料ノズルの中心軸を配置した燃焼器の燃料ノズルであって、
前記空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、
前記燃料ノズルから燃料を噴出する管が、前記燃料ノズルの終端面に取り付けられるとともに、前記燃料ノズルの中心軸に対してほぼ垂直に曲げられて構成されていることを特徴とする燃焼器の燃料ノズル。
【請求項９】
請求項１記載の燃焼器の燃料ノズルであって、
前記乱流促進部が前記空気ノズルの流路内に位置するように前記燃料ノズルを設けたことを特徴とする燃焼器の燃料ノズル。
【請求項１０】
請求項１記載の燃焼器の燃料ノズルであって、
前記乱流促進部を前記燃料ノズルの外周に沿って設けたことを特徴とする燃焼器の燃料ノズル。
【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料ノズル，燃焼器の燃料供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電プラントは、天然ガスや石油などの化石資源を燃料とする。このガスタービン発電プラントは地球温暖化物質のひとつである二酸化炭素（ＣＯ2 ）を排出する。そのため、発電効率の向上が求められている。例えば、ガスタービン燃焼器から排出される燃焼ガスを高温化させることで、発電効率を高めることができる。しかし、燃焼ガスの高温化に伴い、環境阻害物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）が指数関数的に増加する。そのため、発電効率を高めながらＮＯｘを低減する対策が重要である。
【０００３】
特許文献１には、燃料流の外周側に環状の空気流を形成するように、燃料ノズルと空気ノズルとを同軸状に配置する同軸ノズルとともに、多数の小口径空気ノズルを集合化し、燃料と空気の混合性を高めてＮＯｘを低減する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４８７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された、燃料流の外周側に環状の空気流を形成する同軸ノズルは、小口径ノズルであっても燃料と空気の混合が不十分となる場合がある。燃料と空気の混合が不十分となると、燃焼室に燃料の過濃領域が生じる。燃料の過濃領域によって、燃焼時に高温部が形成される。この高温部の温度が上昇すると、指数関数的にＮＯｘが増加する。そのため、空気と燃料とを更に混合して、局部的な高温部が形成されることを防ぎ、NOx排出値を低減する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、燃料ノズルと空気ノズルを同軸状に配置した燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法において、ＮＯｘ排出値を更に低減できる燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、流体に乱流を生じさせる乱流促進部を燃料ノズルに設け、燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が乱流促進部の上流側に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料ノズルと空気ノズルを同軸状に配置した燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法において、ＮＯｘ排出値を更に低減できる燃焼器及び燃焼器の燃料ノズル，燃焼器の燃料供給方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ＮＯｘを低減させる燃焼方法の一つに、予混合燃焼方式がある。予混合燃焼方式は、燃料と空気を予め混合させて燃料・空気濃度を均一化することで、局所的な高温化を避けることができる。しかし、予混合燃焼方式は信頼性に関わる「逆火」、すなわち予混合ガスの上流側に火が戻り、燃焼器部材を溶損させる可能性がある。
【００１０】
予混合燃焼方式に対し、燃料ノズルと空気ノズルによる同軸ノズル方式は、燃料流の外周側を包み込むように環状の空気流を形成するために、逆火を抑制することができる。但し、単一の大口径同軸ノズルでは燃料と空気の混合性が損なわれてＮＯｘの発生量が多くなる。そのため、同軸ノズルを複数本集合化した同軸ノズル群によって、燃焼室の空気中に燃料を均一に分散させることを目的とする。具体的には、複数本を集合化した同軸ノズル群は、小流量の燃料を供給する燃料ノズルの下流側に空気ノズルを配置する。そして、同軸ノズル群は、同軸ノズルを複数配列する。燃料流の外周側を空気流が包み込むように、燃料ノズルと空気ノズルが同軸状に配置されているため、空気ノズルの内部では、燃料流が中心部を流れてその周囲を空気が流れる。空気ノズルの内部では、完全な予混合ガスとはならないため、逆火しにくい特徴を持つ。また、複数の同軸ノズルを集合化すること、つまり多数配列することで、燃焼室では燃料を空気中に分散させて濃度分布を平坦化し、ＮＯｘを下げることができる。しかし、空気ノズルの内部で完全な予混合ガスにならないため、燃焼室内では空気中に高濃度の燃料が偏在する混合ガスを燃焼させる場合がある。そのため、厳しいＮＯｘ排出レベルまではＮＯｘが低下しにくい場合がある。
【００１１】
また、今後の新設発電プラントでは、従来よりさらに低いＮＯｘ排出レベル（一桁台のppm 濃度）が求められている。そのため、同軸ノズル構造は、逆火の恐れが低いという特長を生かしながら、予混合燃焼方式と同等レベルの燃料と空気の混合促進を図り、更なる低ＮＯｘ化対策を必要とする。すなわち、空気中に燃料を均一に分散させることで、局部的な高温部が形成されることを抑制し、ＮＯｘ排出値を低減することが重要である。
【００１２】
そこで本発明は、現行の同軸ノズル群の基本的なノズル配置を変更せずに、燃料ノズル形状を適正化することにより、低ＮＯｘ化を実現した。
【実施例１】
【００１３】
図２は、燃料と空気を混合燃焼させる燃焼器１００と、燃焼器１００に圧縮空気を供給する圧縮機１７と、燃焼器から排出する燃焼ガスにより回転駆動するタービン１８を示す。図２において、圧縮機１７から送られる空気１９は、外筒２２と燃焼器ライナ２１の間を通る。その空気１９の一部は、燃焼器ライナ２１の冷却空気２０として燃焼室１６へ流入する。またその空気１９の残りは空気供給孔２９を通り、空気８として空気ノズルである空気孔５から燃焼室１６へ流入する。
【００１４】
本実施例では、燃料７および燃料７ａは、制御弁２３ａを備えた燃料供給系２３から分岐されて供給する。つまり、燃料供給系２３が第一の燃料供給系２４と第二の燃料供給系２５の２つに分岐されている。これら第一の燃料供給系２４及び第二の燃料供給系２５には夫々個別に単独で制御可能な制御弁２４ａ及び制御弁２５ａが設けられている。制御弁２４ａ及び制御弁２５ａは、ガスタービンの負荷によって夫々の燃料流量を独立に制御するように構成される。ここで、制御弁２４ａは周囲の燃料ノズル群の流量が制御でき、制御弁２５ａは中央部の燃料ノズル群の流量が制御できる。本実施例では中央部の燃料ノズル群とその周囲の燃料ノズル群とに複数に分割し、夫々に対応する燃料供給系統を設け、各々独立に燃料流量を制御できる。
【００１５】
第一の燃料供給系２４を流下した燃料７は、燃焼器内の燃料供給管１を流れる。燃料供給管１を流れた燃料７は、燃料分配器２を通じて複数の燃料ノズル３に分散して供給される。同様に、第二の燃料供給系２５を流下した燃料７ａも、燃焼器内の燃料供給管２６より燃料分配器２７を経て複数の燃料ノズル２８に分散して供給される。これらの燃料ノズル３および燃料ノズル２８の中心軸は、空気孔５の中心軸上に配置されている。即ち、空気孔５の中心軸と燃料ノズル３及び燃料ノズル２８の中心軸がほぼ一致するように配置されている。燃料７および燃料７ａは燃料ノズル３および燃料ノズル２８の燃料噴出孔から噴出する。空気孔５の内部では、燃焼用空気と燃料が混合された混合ガスが燃焼室１６に噴出し、安定な火炎を形成する。燃焼室１６で発生した高温燃焼ガスは、タービン１８へ入り仕事をして排気される。
【００１６】
図１は、本発明を適用した燃料ノズルと空気ノズルの断面を模式的に示した図である。燃焼器の内部には、空気ノズルである空気孔５と燃料ノズル３ａとを備えた同軸ノズルが複数個収められている。簡単のため、図１は２個の燃料ノズル３ａについて流れ方向に平行な断面図で示している。また、図１の右下には燃料ノズル３ａのＡ断面を示した。なお、ここでは燃料ノズル３ａを円筒形状としているが、円筒以外の形状でも成立する。
【００１７】
燃焼器１００には燃料供給管１が設けられており、燃料７は燃料分配器２を介して各燃料ノズル３ａに供給される。そして、燃料ノズル３ａには、流体に乱流を生じさせる乱流促進部３０が設けられている。燃料ノズル３ａは円筒形状であり、円筒の内部は中空となっている。また、燃料ノズル３ａの一端は燃料分配器２に接続されており、他端は薄板によって閉止されている。本実施例では、燃料ノズル３ａの下流側であって、円筒部分と薄板との接合部が、乱流促進部３０に該当する。燃料ノズルの下流側とは、燃料が燃焼室に向かう方向とする。燃料ノズル３ａが乱流促進部３０を備えるため、燃料ノズル３ａの下流側に物体後流渦９が生成される。物体後流渦９は、燃料と空気とを混合させる作用を有する。
【００１８】
次に、燃料ノズル３ａには複数個の燃料噴出孔４が設けられており、燃料噴出孔４は乱流促進部３０の上流側に位置する。乱流促進部３０の上流側に燃料噴出孔４を設けることで、物体後流渦９によって燃料と空気が混合される前に、空気流に燃料を吹き込むことができ、燃料と空気との混合を促進させることができる。
【００１９】
また、空気孔５は壁状部材６を貫通するように設けられた円筒状の孔である。空気８が流入する空気孔５の入口部１０は、空気流路の断面積が減少する縮小テーパ形状である。入口部１０の下流側は、直管状に形成されている。空気孔５の入口部１０が縮小テーパ形状であるため、空気８はなめらかに流入することができる。また、空気流が空気孔５の中心方向に流れることで、物体後流渦９を更に強くすることができる。
【００２０】
ここで、燃料と空気の流れを説明する。空気供給孔２９から供給された空気８は、燃料ノズル３ａの外周側に流入する。そして、空気８は、壁状部材６に設けられたテーパ形状の空気入口部１０より空気孔５の内部に流入する。一方、燃料７は燃料供給管１から燃料分配器２を経由して燃料ノズル３ａの内部に導かれて、燃料噴出孔４から放出される。燃料噴出孔４から放出された燃料７は、空気入口部１０において空気８と合流し、空気孔５の内部に流入する。空気孔５の内部に流入した空気８と燃料７の混合流体は、燃料ノズル３ａの端面下流に形成される物体後流渦９によって混合が促進されて、混合ガス１１となって空気孔５より燃焼室１６内に流出する。ここで、燃料噴出孔４は、乱流促進部３０の上流側に配置されているため、物体後流渦９の強い乱れによって、空気８と燃料７の混合流体を大きく撹拌することができる。そして、点火装置によって燃焼室１６内の混合ガス１１を着火し、より均一な温度の火炎１２が形成されることで、ＮＯｘの発生量が低減される。
【００２１】
本実施例では、空気ノズルに空気が流入する入口部を空気流路の断面積が減少する縮小形状とし、流体に乱流を生じさせる乱流促進部を燃料ノズルに設け、燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔が乱流促進部の上流側に配置されている。
【００２２】
ここで、図７は、燃料流の外周側に環状の空気流を形成するように、燃料ノズルと空気ノズルとを配置した構成であり、比較例として示す。図７は燃料ノズル付近を拡大した図であり、空気ノズルから噴出した直後におけるガスの燃料濃度分布も示す。図７に示すように、燃料噴出孔は燃料ノズル３の終端部に配置されており、外周側から流入する空気流に乱れが生じないように、燃料ノズル３の先端部に傾斜を備える。そのため、燃料流の外周側を環状の空気流が包み込む流体がそのまま燃焼室１６に放出される。従って、空気孔５から噴出した燃料と空気のガスは、燃料ノズルの軸中心部に燃料の高濃度領域が偏在すると考えられる。そして、燃焼室に燃料の高濃度領域が存在することで、燃焼ガスの一部が高温となり、ＮＯｘ発生量が増加する。
【００２３】
これに対し、図８は図１の燃料ノズル付近を拡大した図であり、空気ノズルから噴出した直後における混合ガスの燃料濃度分布を示す。図８に示すように、燃料ノズルに設けられた燃料噴出孔は、乱流促進部３０の上流側に配置される。そのため、燃料は、物体後流渦の上流側から噴出する。即ち、物体後流渦で燃料と空気が攪拌される前に、空気８に燃料７を吹き込むことにより、物体後流渦によって燃料と空気の混合を更に促進させることができる。また、混合促進部３０は燃料ノズル３の外周に沿って設けられているため、混合ガスの流れ方向に垂直な面内で燃料濃度を均一にすることができる。
【００２４】
また、本実施例では、燃料ノズル３ａにおいて、管状流路の出口側を薄板によって閉止し、その閉止した端面の上流側で且つ管状流路の側面に燃料噴出孔４を複数個設けている。比較例では、燃料ノズル３ｆの終端中心部に燃料噴出孔４を設けていたため、燃料７が空気孔５の中心部に集中して流れると考えられる。そのため、燃料７と空気８の流速差で生じるせん断力による混合と乱流域での渦による混合だけでは空気８と燃料７の混合性能が必ずしも充分ではなかった。これに対して、図８に示すように燃料ノズル３ａの側面に燃料噴出孔４を設けると、空気８の流線に対してほぼ垂直に燃料７が合流したのちに、燃料ノズル３ａの終端下流に形成される物体後流渦９によって空気８と燃料７の混合流体が攪拌される。そのため、燃料濃度が平坦化され、燃焼時のＮＯｘを低下させることができる。
【００２５】
また、燃料ノズルの乱流促進部が空気ノズルの流路内に位置するように燃料ノズルを設けているため、乱流促進部から生じる物体後流渦をより大きくすることができる。
【００２６】
なお、燃料噴出孔４の個数は燃料７の分散性向上から多い方が有利である。しかし、加工上および目詰まりしにくい配慮からは少ない方が望ましい。本実施例では図１のＡ断面に示したように、５個の燃料噴出孔を採用しているが、燃料噴出孔の数は必要に応じて調整できる。
【００２７】
また、本実施例では、燃料噴出孔からの燃料が、空気孔の入口部１０に向かって噴出するように、燃料ノズル３ａが配置されている。燃料が空気孔の入口部１０に向かって噴射されることにより、入口部における燃料と空気の混合を促進することができるからである。
【００２８】
なお、空気孔５の壁状部材６において、入口部１０の長さ３２と直管部の長さ３１との比率は、３：７にすることが望ましい。入口部１０の長さ比率は更に小さく設定しても良い。但し、入口部１０に対して直管部を短くすると、物体後流渦による燃料と空気の混合が完全に行われる前に、燃焼室に混合ガスが噴出されてしまうことに留意する。
【００２９】
また、本実施例では、燃料ノズル３ａの燃料噴出孔４を五個設けている。すなわち、同軸ノズル構造において、比較例における燃料噴出孔の断面積と、本実施例における五箇所の燃料噴出孔４の断面積の合計がほぼ同一と仮定した場合、本実施例では燃料噴出孔４の断面積を等分に分散したことになる。
【００３０】
図９は、比較例と本実施例における燃料ノズル寸法を示した例である。（ａ）は比較例を示しており、燃料噴出孔の直径が１.５mm と仮定している。また、（ｂ）は本実施例を示しており、燃料噴出孔の直径が０.７mm となり、五個の燃料噴出孔を設けている。図９において、空気８と燃料７が最初に合流する時の接触長さ（空気８と燃料７が触れ合う線長）の比率は、以下の式で表すことができる。
【００３１】
（０.７×π×５）／（１.５×π）＝２.３                           （式１）
即ち、本実施例の接触長さは比較例に比べておよそ二倍以上にできるので、空気８と燃料７を混合促進することができる。更に、燃料ノズル３ａの終端よりも上流側に燃料噴出孔４を設けたことにより空気８と燃料７の混合距離が長くなり、さらに混合促進が加速されるという効果がある。
【００３２】
そのため、複数個の燃料噴出孔４と閉止された終端部を有する燃料ノズル３ａを空気孔５に挿入した燃焼器用燃料ノズルを採用することで、燃料が燃焼用空気に分散されるとともに、物体後流渦による撹拌という相乗効果により、燃料７と空気８の混合が促進されて低ＮＯｘ化を図ることができる。更に、比較例と比べて燃焼ガスの温度分布が均一化される。そのため、燃焼ガスの温度が、燃焼器を構成する金属材料の耐熱温度に達しないように、燃焼ガスの温度を低下させることができる。
【００３３】
また、燃焼用空気と燃料との混合が促進されることで、混合距離に相当する壁状部材６の板厚を薄くすることが可能となるので、材料費が削減できる効果も生じる。
【００３４】
さらに、本実施例の燃料ノズルは、空気孔５の内部における燃焼用空気の流速変化に対して、ＮＯｘ値が影響を受けにくい特性を有する。そのため、燃焼器の燃焼規模に関係なく、本実施例の燃料ノズルを使用可能であり、燃焼規模に応じて燃料ノズルの寸法などを変更する必要がないという汎用性も有する。
【実施例２】
【００３５】
図３は実施例２における燃料ノズルと空気ノズルの断面図である。実施例１と異なる部分について説明する。なお、図３の右下には燃料ノズル３ｂのＢ断面を示した。燃料ノズルと空気ノズルの構成上で異なる点は、燃料ノズル３ｂが中実の金属棒（丸棒）を加工して製作された点である。具体的には、本実施例の燃料ノズル３ｂは金属棒の軸中心部に、燃料７が流れる流路を終端面に到達しない位置まで設け、その流路の最下流部より半径方向に五つの燃料噴出孔４を連通して設けている。燃料ノズル３ｂの燃料流路および燃料噴出孔は、ドリルなどの穴あけ工具で製作できる。空気孔５に対する燃料ノズル３ｂの燃料噴出孔４の位置は、空気８と燃料７の混合促進の観点から、空気孔５の空気入口部１０に設けられたテーパ面に燃料噴出孔４が対面する関係が良い。この関係は、実施例１と同様である。
【００３６】
本実施例では、ＮＯｘ特性に関しては図１の実施例と変わらない。しかし、図１の実施例と比較して次の効果がある。
【００３７】
第一に、燃料ノズル３ｂとして中空の管材を用いずに中実の丸棒を用いることで、燃料７が流れる流路の直径を任意に製作できる。この流路で燃料７の流動による圧力損失を調整することができ、同軸ノズル群全体の燃料配分をより均一化できる。
【００３８】
第二に、中実の丸棒であるため、終端面を薄板で塞ぐ必要がなく、穴あけ加工だけで燃料ノズル３ｂを製作できる。そのため、燃料ノズルの製作コストが減少する効果がある。
【００３９】
本実施例においても、ＮＯｘ値が空気孔５内の燃焼用空気の流速変化に対して影響を受けにくい特性を有する。燃焼器の燃焼規模に関係なく、本実施例の燃料ノズルを使用可能であり、燃料ノズルの寸法などを変更する必要がないという容量上の汎用性もある。
【実施例３】
【００４０】
図４は実施例３における燃料ノズルと空気ノズルの断面図である。図３と異なる部分について説明する。なお、図４の右下には燃料ノズル３ｃのＣ断面を示した。また、図１０は、燃料ノズル付近の拡大図を示す。燃料ノズルと空気ノズルの構成上で異なる点は、燃料ノズル３ｃの上流側から下流側に向かって、順に燃料ノズルの肉厚が減少する縮小テーパ面３３と平坦部３４、および燃料ノズルの肉厚が増加する拡大テーパ面３５から成る
「くさび形状」を設けた点、更に縮小テーパ面３３に燃料噴出孔４を五個設けた点にある。ここで、燃料ノズルの上流側とは、燃料ノズルが燃料分配器２に接続された側とする。
【００４１】
燃料ノズルについて詳細に説明する。燃料ノズル３ｃの軸中心部に、燃料７が流れる流路を終端面に到達しない位置まで設けている。そして、その流路の最下流部より縮小テーパ面３３に五つの燃料噴出孔４を連通して設けた。さらに縮小テーパ面３３は入口部１０のテーパ面に対してほぼ平行に設けられ、燃料の噴出方向は縮小テーパ面３３にほぼ垂直となるよう燃料噴出孔４が設けられている。この位置関係から、空気入口部１０に流入する空気８の流線に対して、燃料噴出孔４から噴出する燃料７の流線がほぼ垂直に交わる。また、燃料ノズル３ｃがくさび形状により窪んでおり、空気入口部１０の空気流路面積が図３の場合よりも広くなる。そのため、空気入口部１０における空気８の流速が下がり、燃料７が空気８の内部に到達し易くなる。従って、空気８と燃料７の接触面積も広くなり、さらに混合促進が可能となる。
【００４２】
本実施例によれば、燃料ノズル３ｃの終端部形状がくびれた形状になっているので、空気入口部１０における空気８の流速が低下する。そのため、空気の流動損失が少なく、圧縮機１７の動力を削減する効果がある。
【００４３】
本実施例においても、ＮＯｘ値が空気孔５内の燃焼用空気の流速変化に対して影響を受けにくい特性を有する。そのため、燃焼器の燃焼規模に関係なく本実施例の燃料ノズルを使用可能であり、燃料ノズルの寸法などを変更する必要がないという容量上の汎用性もある。
【００４４】
なお、空気孔５の壁状部材６において、入口部１０の長さ３２と直管部の長さ３１との比率は、３：７にすることが望ましい。入口部１０の長さ比率は更に小さく設定しても良い。但し、入口部１０に対して直管部を短くすると、物体後流渦による燃料と空気の混合が完全に行われる前に、燃焼室に混合ガスが噴出されてしまうことに留意する。そして、空気孔に挿入する燃料ノズル３ｃは、燃料噴出方向の延長線上に入口部１０のテーパ部分が衝突する範囲に設定すれば良い。そのため、図１に比べて燃料噴出孔４の位置を上流側に配置することができ、燃料噴出孔４から燃焼室までの混合距離を長くすることができる。従って、物体後流渦によって空気と燃料が撹拌される手前で、空気流の内部に燃料を吹き込み、燃料と空気の混合を促進することが可能である。
【実施例４】
【００４５】
図５は実施例４における燃料ノズルと空気ノズルの断面図である。図１と異なる部分の燃料ノズルと空気ノズルについて説明する。燃料ノズルと空気ノズルの構成上で異なる点は、燃料ノズル３ｄの燃料噴出孔４が突起した細管で構成されている点である。図５右下の燃料ノズル３ｄのＤ断面に示されているように、燃料噴出孔４を形成する細管は燃料ノズル３ｄの外径よりも外周側に突出している。なお、燃料が噴出する細管の終端部は、空気孔５の入口部１０のテーパ面に接触せず、空気８の流れの中に位置している。
【００４６】
本実施例によれば、空気孔５に流入する空気８の流れの中に燃料７を直接噴出できる。また、燃料噴出孔４を形成する細管の下流側にも渦が生じるため、図１に比べて混合を促進することができる。
【００４７】
本実施例によれば、燃料噴出孔４から燃料が噴出する出口位置を細管の長さで調整できるので、空気８の全体に対して最良な混合状態に調整できるという効果がある。
【００４８】
本実施例においても、ＮＯｘ値が空気孔５内の燃焼用空気の流速変化に対して影響を受けにくい特性を有する。燃焼器の燃焼規模に関係なく本実施例の燃料ノズルを使用可能であり、燃料ノズルの寸法などを変更する必要がないという容量上の汎用性もある。
【実施例５】
【００４９】
図６は実施例５における燃料ノズルと空気ノズルの断面図である。燃料ノズルと空気ノズルについて図５と異なる部分を説明する。燃料ノズルと空気ノズルの構成上で異なる点は、燃料ノズル３ｅの燃料噴出孔４を構成する細管が、燃料ノズル３ｅの側面でなく下流側の終端面に取り付けられている。また、当該細管が燃料ノズルの中心軸に対してほぼ垂直に曲げられている。図６の右下に、燃料ノズル３ｅのＥ矢視図を示す。なお、燃料噴出孔４を形成する細管の終端部は、空気孔５の入口部１０のテーパ面に接触せず、空気８の流れの中に位置している。
【００５０】
本実施例によれば、空気孔５に流入する空気８の流れの中に燃料７を噴出できる。そのため、図５に比べて、燃料噴出孔４の細管によって形成される渦と燃料ノズル３ｅの端面に形成される渦が共存することで混合を促進することができる。
【００５１】
本実施例の場合、燃料噴出孔４を形成する細管の終端部を空気８の流れ方向に対して上流側にすることも可能である。即ち、空気８と燃料７との合流点を構造的に変更することで、燃料と空気の混合性能を調整することができる。
【００５２】
本実施例によれば、燃料噴出孔４から燃料が噴出する出口位置を細管の長さで調整できるので、空気８の全体に対して燃料を最良な混合状態に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】燃料ノズルと空気ノズルの実施例を示した構造断面図（実施例１）。
【図２】燃焼器断面及び圧縮機とタービンの系統を示した図。
【図３】燃料ノズルと空気ノズルの別の実施例を示した構造断面図（実施例２）。
【図４】燃料ノズルと空気ノズルの別の実施例を示した構造断面図（実施例３）。
【図５】燃料ノズルと空気ノズルの別の実施例を示した構造断面図（実施例４）。
【図６】燃料ノズルと空気ノズルの別の実施例を示した構造断面図（実施例５）。
【図７】比較例における燃料ノズルと空気ノズルの拡大図を示した構造断面図。
【図８】実施例１における燃料ノズルと空気ノズルの拡大図を示した構造断面図。
【図９】燃料ノズルの寸法の一例を示した構造断面図。
【図１０】実施例３における燃料ノズルと空気ノズルの拡大図を示した構造断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１，２６  燃料供給管
２，２７  燃料分配器
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，２８  燃料ノズル
４  燃料噴出孔
５  空気孔
６  壁状部材
７，７ａ  燃料
８，１９  空気
９  物体後流渦
１０  入口部
１１  混合ガス
１２  火炎
１６  燃焼室
１７  圧縮機
１８  タービン
２０  冷却空気
２１  燃焼器ライナ
２２  外筒
２３  燃料供給系
２３ａ，２４ａ，２５ａ  制御弁
２４  第一の燃料供給系
２５  第二の燃料供給系
２９  空気供給孔
３０  乱流促進部
３３  縮小テーパ面
３４  平坦部
３５  拡大テーパ面
１００  燃焼器
【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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