(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に沿って延びる燃料ノズルと、
該燃料ノズルを覆う筒状をなす内筒と、
前記内筒の先端部の外周面との間で外部からの空気が導入される冷却空気流路を形成するとともに、前記内筒の先端側に向かって延びる筒状をなす尾筒と、
を備え、
前記内筒の先端の径方向位置が、周方向で部分的に異なり、
前記内筒は、前記先端の径方向位置が、相対的に径方向内側である内径側先端部と、相対的に径方向外側である外径側先端部と、を有し、
前記内径側先端部と前記内筒の内周面との間には、軸線方向一方側から他方側に向かうに従って径方向外側から内側に延びる傾斜面が形成されている燃焼器。
【請求項２】
前記内径側先端部及び前記外径側先端部を径方向に接続する接続部を有する請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記外径側先端部は、前記内径側先端部よりも軸線方向一方側に位置している請求項１に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記内筒は、前記傾斜面が形成されて前記外径側先端部から前記軸線方向他方側に突出し、前記軸線方向他方側の先端が前記内径側先端部である傾斜部をさらに有している請求項３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記傾斜部では、前記軸線方向他方側に向かって前記周方向の幅寸法が漸減する請求項４に記載の燃焼器。
【請求項６】
前記傾斜部では、前記周方向を向く面が曲面状をなしている請求項４又は５に記載の燃焼器。
【請求項７】
前記傾斜部では、前記内径側先端部が先鋭形状をなしている請求項４又は５に記載の燃焼器。
【請求項８】
前記内筒の内部には、外部から空気が導入される冷却空気孔が形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼器。
【請求項９】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を混合し、燃焼させることで燃焼ガスを生成する請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼器と、
前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器、ガスタービンに関する。
本願は、２０１６年５月２３日に出願された特願２０１６−１０２３３１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンに用いられる燃焼器は、燃料ノズルを収容する上流側の筒体と、この筒体の下流側に設けられた他の筒体と、を備えている（下記特許文献１参照）。下流側の筒体は、上流側の筒体の外径よりも大きな内径を有している。すなわち、これら２つの筒体同士の接続部では、互いの外周面と内周面との間に径方向に広がる間隙が形成されている。
燃焼器の運転中には、上記内筒、及び尾筒が高温となるため、これら部材を冷却するための冷却空気が適宜供給されることが望ましい。一例として、上記のような筒体同士の間の間隙を通じて外部から冷却空気を導き、筒体の内周面に沿って流通させることで該筒体を冷却する構成が実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９５６８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記のような構成を採る燃焼器では、筒体の内周面に沿って流れる冷却空気と、筒内の内側を流れる燃焼ガスとが十分に混合されることが望ましい。仮に、これら冷却空気と燃焼ガスとの混合が不十分である場合、両者の間の温度界面で火炎の温度が低下し、燃焼反応の進行が停滞してしまう（クエンチが発生してしまう）。このようなクエンチが発生すると、環境汚染物質である一酸化炭素（ＣＯ）・未燃炭化水素等の生成が促進されてしまう。【０００５】
本発明は、環境負荷の低減を図ることが可能な燃焼器、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】
【０００６】
本発明の第一の態様によれば、燃焼器は、軸線に沿って延びる燃料ノズルと、該燃料ノズルを覆う筒状をなす内筒と、前記内筒の先端部の外周面との間で外部からの空気が導入される冷却空気流路を形成するとともに、前記内筒の先端側に向かって延びる筒状をなす尾筒と、を備え、前記内筒の先端の径方向位置が、周方向で部分的に異なり、前記内筒は、前記先端の径方向位置が、相対的に径方向内側である内径側先端部と、相対的に径方向外側である外径側先端部と、を有し、前記内径側先端部と前記内筒の内周面との間には、軸線方向一方側（燃料ノズルの第一端側）から他方側（燃料ノズルの第二端側）に向かうに従って径方向外側から内側に延びる傾斜面が形成されている。
【０００７】
この構成によれば、内筒の先端の径方向位置が周方向で部分的に異なることから、当該内筒の先端から下流側に向かって流れる際に、内筒の内周側を流れる燃焼ガスには、軸線方向の速度が異なる２つの成分が生じる。これら２つの成分が互いに合流することにより、内筒の先端では、軸線方向に延びる渦が形成される。この渦が形成されることによって、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。
またこの構成によれば、内筒の内周側を流れる燃焼ガスのうち、傾斜面を経て内径側先端部を通過した成分と、外径側先端部を通過した成分との間に、軸線方向における速度差が生じる。これら２つの成分が互いに合流することにより、内筒の先端では、軸線方向に延びる渦が形成される。この渦が形成されることによって、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。
【００１０】
本発明の第二の態様によれば、上記の燃焼器は、前記内径側先端部及び前記外径側先端部を径方向に接続する接続部を有してもよい。
【００１１】
この構成によれば、接続部を挟んで周方向一方側の領域と他方側の領域との間で、燃焼ガスの流れに速度差が生じる。この速度差により、接続部の下流側から軸線方向に延びる渦が形成される。この渦が形成されることによって、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。
また、この構成によれば、円管状の部材の端部に対してプレス加工等を施すことのみによって、内径側先端部と外径側先端部とを容易に形成することができる。【００１２】
本発明の第三の態様によれば、上記の燃焼器では、前記外径側先端部は、前記内径側先端部よりも軸線方向一方側に位置していてもよい。
【００１３】
この構成によれば、外径側先端部と内径側先端部の径方向における位置が異なることに加えて、軸線方向における位置も異なる。これにより、外径側先端部を通過した燃焼ガスの成分と、内径側先端部を通過した燃焼ガスの成分との間における速度差をさらに大きくすることができる。すなわち、内筒の先端でより強い渦を形成することができる。これにより、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合をさらに促進することができる。【００１４】
本発明の第四の態様によれば、上記の燃焼器では、前記内筒は、前記傾斜面が形成されて前記外径側先端部から前記軸線方向他方側に突出し、前記軸線方向他方側の先端が前記内径側先端部である傾斜部をさらに有していてもよい。
【００１５】
この構成によれば、円管状の部材の端部に対してプレス加工等を施すことのみによって、内径側先端部と外径側先端部とを内筒に容易に形成することができる。【００１６】
本発明の第五の態様によれば、前記傾斜部では、前記軸線方向他方側に向かって前記周方向の幅寸法が漸減してもよい。
【００１７】
この構成によれば、軸線方向一方側で他方側に比べて傾斜部の周方向の幅寸法が大きくなり傾斜部の軸線方向一方側の端部での応力集中を回避することができる。よって傾斜部の耐久性の向上が可能となる。また、傾斜部の軸線方向他方側の先端で傾斜部の幅寸法が小さくなる。このため、より高温となる位置で傾斜部への燃焼ガスの接触面積を低減することができる。よって傾斜部の耐熱性を向上することができる。【００１８】
本発明の第六の態様によれば、前記傾斜部では、前記周方向を向く面が曲面状をなしていてもよい。
【００１９】
この構成によれば、傾斜部の軸線方向一方側の端部と、内筒の外径側先端部とを滑らかに接続することが可能となり、この位置での応力集中を回避できる。【００２０】
本発明の第七の態様によれば、前記傾斜部では、前記内径側先端部が先鋭形状をなしていてもよい。
【００２１】
この構成によれば、内径側先端部が先鋭形状をなしていることで、内径側先端部よりも軸線方向他方側、即ち、内径側先端部よりも下流側で軸線方向に延びる渦の形成をさらに促進することができる。より詳細には、傾斜部における周方向を向く一対の側面に沿って渦が形成され、これら側面での渦が内径側先端部で合成されることで径方向に強い渦が形成される。これにより冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合をさらに促進することができる。【００２２】
本発明の第八の態様によれば、前記内筒の内部には、外部から空気が導入される冷却空気孔が形成されていてもよい。
【００２３】
この構成によれば、例えば内部が中空の板状部材、即ちＭＴフィン構造を有する部材から形成した内筒にプレス加工等を施すことで傾斜部を形成すれば、必然的に傾斜部を冷却するための冷却空気孔が傾斜部を形成できる。従って傾斜部を積極的に冷却するための構造を別途で設ける必要がなくなる。【００２４】
本発明の第九の態様によれば、ガスタービンは、高圧空気を生成する圧縮機と、前記高圧空気に燃料を混合し、燃焼させることで燃焼ガスを生成する上記の燃焼器と、前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備える。
【００２５】
この構成によれば、環境負荷の低減を図ることが可能な燃焼器、ガスタービンを提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、環境負荷の低減を図ることが可能な燃焼器、ガスタービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の各実施形態に係るガスタービンの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る燃焼器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る燃焼器の構成を示す要部拡大図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第三実施形態の第一変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第三実施形態の第二変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第三実施形態の第三変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第三実施形態の第四変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第三実施形態の第五変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第三実施形態の第六変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第四実施形態に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第四実施形態の第一変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第四実施形態の第二変形例に係る内筒の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１００は、高圧空気を生成する圧縮機１と、高圧空気と燃料を混合し、燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼ガスによって駆動されるタービン２と、を備えている。
【００２９】
圧縮機１は、中心軸線Ａｍに沿って延びる圧縮機ロータ１１と、圧縮機ロータ１１を外周側から覆う圧縮機ケーシング１２と、を有している。圧縮機ロータ１１は、中心軸線Ａｍ回りに回転可能に支持されている。圧縮機ロータ１１の外周面には、中心軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼列１３が設けられている。各圧縮機動翼列１３は、中心軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼１４を有している。
【００３０】
圧縮機ケーシング１２は、中心軸線Ａｍを中心とする筒状をなしている。圧縮機ケーシング１２の内周面には、上記の圧縮機動翼列１３と中心軸線Ａｍ方向に互い違いになるようにして配列された複数の圧縮機静翼列１５が設けられている。各圧縮機静翼列１５は、圧縮機ケーシング１２の内周面上で、中心軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼１６を有している。
【００３１】
燃焼器３は、圧縮機ケーシング１２と後述するタービンケーシング２２との間に設けられている。燃焼器３は、圧縮機ケーシング１２の内部と連通されることで、その内部に圧縮機１で生成された高圧空気が導かれる。詳しくは後述するが、燃焼器３内では、この高圧空気と燃料との混合燃焼によって高温高圧の燃焼ガスが生成される。
【００３２】
タービン２は、中心軸線Ａｍに沿って延びるタービンロータ２１と、タービンロータ２１を外周側から覆うタービンケーシング２２と、を有している。タービンロータ２１の外周面には、中心軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼列２３が設けられている。各タービン動翼列２３は、中心軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼２４を有している。
【００３３】
タービンケーシング２２は、中心軸線Ａｍを中心とする筒状をなしている。タービンケーシング２２の内周面には、上記のタービン動翼列２３と中心軸線Ａｍ方向に互い違いになるようにして配列された複数のタービン静翼列２５が設けられている。各タービン静翼列２５は、タービンケーシング２２の内周面上で、中心軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼２６を有している。
【００３４】
圧縮機ロータ１１とタービンロータ２１とは、中心軸線Ａｍ上で一体に連結されて、ガスタービンロータ９１を形成している。同様に、圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング２２とは、中心軸線Ａｍ方向に一体に連結されて、ガスタービンケーシング９２を形成している。すなわち、ガスタービンロータ９１は、ガスタービンケーシング９２の内部で、中心軸線Ａｍ回りに一体に回転する。一例として、ガスタービンロータ９１の一端には、当該ガスタービンロータ９１の回転に伴って発電する発電機Ｇが連結されている。
【００３５】
次に、燃焼器３の詳細な構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る燃焼器３は、中心軸線Ａｍに対して交差する方向に延びる燃焼器軸線Ａｃ（軸線）を中心とする筒状をなしている。さらに詳細には、図２に示すように、この燃焼器３は、燃料を噴射する燃料ノズル３Ｎと、燃料ノズル３Ｎを収容する筒状の内筒４１と、内筒４１の下流側に連結された尾筒４２と、を備えている。
【００３６】
燃料ノズル３Ｎは、燃料供給源から供給された燃料を内筒４１内部に向かって噴射する。燃料ノズル３Ｎは、予混合燃焼火炎を形成するための第一ノズル５１と、第一ノズル５１から噴射される燃料に着火するための第二ノズル５２と、を有している。第二ノズル５２は燃焼器軸線Ａｃに沿って１つ設けられている。第一ノズル５１は、燃焼器軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて複数配列されている。
【００３７】
第二ノズル５２は拡散燃焼火炎を形成することで、第一ノズル５１から噴射された予混合ガスに対して着火する。第一ノズル５１による予混合燃焼火炎の形成に伴って、内筒４１及び尾筒４２内では、高温高圧の燃焼ガスが生成される。以降の説明では、この燃焼ガスの流れ去る方向を下流方向、下流側（軸線方向他方側、燃料ノズル３Ｎの第二端側）と呼び、下流方向と反対の方向を上流方向、上流側（軸線方向一方側、燃料ノズル３Ｎの第一端側）と呼ぶ。
【００３８】
内筒４１は、上記の燃料ノズル３Ｎ（第一ノズル５１，第二ノズル５２）を燃焼器軸線Ａｃの外周側から覆っている。具体的には、燃料ノズル３Ｎは内筒４１内部の上流側の領域に設けられている。図３に示すように、内筒４１内部における燃料ノズル３Ｎよりも下流側の領域は、燃料が燃焼する燃焼空間Ｖｃとされている。内筒４１は、燃焼器軸線Ａｃを中心とする円管状をなしている。本実施形態では、内筒４１の径方向の寸法は、燃焼器軸線Ａｃ方向の全域にわたって同一とされている。
【００３９】
尾筒４２は、内筒４１の下流側に接続される筒状の部材である。より詳細には、尾筒４２は一定の径方向寸法を有する尾筒上流部４２Ｕと、この尾筒上流部４２Ｕに一体に接続され、下流側に向かうに従って次第に縮径する尾筒下流部４２Ｄと、を有している。尾筒上流部４２Ｕは、内筒４１よりも大きな内径寸法を有している。
【００４０】
尾筒４２の内周側の空間は、上述の燃焼ガスを後続のタービン２に導くための燃焼ガス流路Ｖｇとされている。内筒４１の下流側端部４１Ｄを含む一部の領域は、尾筒４２（尾筒上流部４２Ｕ）の内周側に挿入されている。内筒４１が尾筒４２内に挿入された状態において、内筒４１の外周面と尾筒４２の内周面との間には、燃焼器軸線Ａｃの径方向に広がる間隙が形成されている。この間隙は、燃焼器３の外部（ガスタービンケーシング９２内の空間）を流通する空気を導くための冷却空気流路６とされている。冷却空気流路６上には、内筒４１と尾筒４２とを互いに脱落不能に接続するためのスプリングクリップＳｃが設けられている。
【００４１】
さらに図３又は図４に示すように、燃焼器軸線Ａｃ方向から見た場合、内筒４１の先端４１Ｓ（下流側の端縁）には凹凸形状が形成されている。すなわち、この先端４１Ｓの径方向位置は、周方向で部分的に異なっている。より具体的には、内筒４１には、基端部Ｓｐから下流側に向かって延びる傾斜部Ａと、傾斜部Ａに対して周方向に隣接する延在部Ｂと、が形成されている。ここで、基端部Ｓｐとは、先端４１Ｓよりも上流側かつスプリングクリップＳｃよりも下流側の位置を指している。
【００４２】
傾斜部Ａは、基端部Ｓｐから下流側に向かうに従って径方向外側から内側に延びている。一方で、延在部Ｂは基端部Ｓｐから燃焼器軸線Ａｃに沿って下流側に延びている。すなわち、延在部Ｂの外周面、及び内周面は、内筒４１の外周面、及び内周面とそれぞれ連続している。
【００４３】
傾斜部Ａと延在部Ｂは、周方向に交互に配列されている。すなわち、１つの傾斜部Ａは、周方向両側に隣接する一対の延在部Ｂによって囲まれている。下流側から見た場合、傾斜部Ａは、燃焼器軸線Ａｃの径方向に交差する平面状をなしている。一方で、延在部Ｂは、内筒４１の外周面と同一の円弧状をなしている。
【００４４】
傾斜部Ａの下流側の端縁は、相対的に径方向内側に位置する内径側先端部Ｓ１とされている。延在部Ｂの下流側の端縁は、内径側先端部Ｓ１よりも径方向外側に位置する外径側先端部Ｓ２とされている。これにより、内径側先端部Ｓ１が形成されている領域では、他の領域（外側先端部Ｓ２が形成されている領域）に比べて、内筒４１の開口径が部分的に小さくなっている。
【００４５】
傾斜部Ａの内周側の面は、傾斜面Ｐとされている。傾斜面Ｐは、内径側先端部Ｓ１と、内筒４１の内周面（基端部Ｓｐ）との間で、燃焼器軸線Ａｃに交差する方向に延びている。この傾斜面Ｐは、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側から内側に延びている。
【００４６】
さらに、本実施形態では、傾斜部Ａと延在部Ｂとは、接続部Ｃによって互いに接続されている。より具体的には、接続部Ｃは、傾斜部Ａの周方向両側の端部と、延在部Ｂの周方向の端部とを径方向に接続している。燃焼器軸線Ａｃの周方向から見た場合、この接続部Ｃは略三角形状をなしている。接続部Ｃは、傾斜部Ａ及び延在部Ｂと一体に形成されている。このような構成を得るに当たっては、例えば円管状の部材の端部に対してプレス加工等を施す方法等が考えられる。
【００４７】
上記のように構成されたガスタービン１００、及び燃焼器３の動作について説明する。ガスタービン１００を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によって圧縮機ロータ１１（ガスタービンロータ９１）を回転駆動する。圧縮機ロータ１１の回転に伴って外部の空気が順次圧縮され、高圧空気が生成される。この高圧空気は、圧縮機ケーシング１２内の空間を通じて燃焼器３内に供給される。燃焼器３内では、燃料ノズル３Ｎから供給された燃料がこの高圧空気に混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスはタービンケーシング２２内部の空間を通じてタービン２に供給される。タービン２内では、タービン動翼２４、及びタービン静翼２６に燃焼ガスが順次衝突することで、タービンロータ２１（ガスタービンロータ９１）に対して回転駆動力が与えられる。この回転エネルギーは、軸端に連結された発電機Ｇの駆動に利用される。
【００４８】
続いて、燃焼器３の詳細な動作について説明する。圧縮機１で生成された高圧空気は、燃焼器軸線Ａｃの一方側（上流側）から内筒４１内に供給される。内筒４１内に導入された高圧空気は、燃料ノズル３Ｎから噴射された燃料と混合されることで、予混合ガスを形成する。この予混合ガスに対して、着火器（図示省略）による着火を施すことで、予混合燃焼火炎が形成される。この予混合燃焼火炎は、内筒４１内で上流側から下流側に向かって延びるとともに、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、尾筒４２内を上流側から下流側に向かって流れた後、上記のタービンケーシング２２内に導入されてタービン２を駆動する。
【００４９】
ここで、上述のように、内筒４１の外周面と尾筒４２の内周面との間には冷却空気流路６が形成されている。この冷却空気流路６を通じて、燃焼器３の外部を流通する高圧空気が燃焼器３内部に流入する。冷却空気は、尾筒４２の内周面に沿って上流側から下流側に流れる。一方で、尾筒４２の内周面近傍では、内筒４１内で生成された燃焼ガスも流通している。燃焼器３の効率を確保するためには、これら冷却空気と燃焼ガスとが十分に混合されることが望ましい。仮に、これら冷却空気と燃焼ガスとの混合が不十分である場合、両者の間の温度界面で火炎の温度が低下し、燃焼反応の進行が停滞してしまう（クエンチが発生してしまう）。クエンチが発生すると、一酸化炭素（ＣＯ）や未燃炭化水素等の生成が促進されてしまい、燃焼器３の環境負荷が高まってしまう虞がある。
【００５０】
そこで、本実施形態に係る燃焼器３では、内筒４１の先端４１Ｓに上記の凹凸形状が形成されている。具体的には、先端４１Ｓには、傾斜部Ａ，延在部Ｂ，及び接続部Ｃが形成されている。すなわち、内筒４１の先端４１Ｓの径方向位置が周方向で部分的に異なることから、当該先端４１Ｓから下流側に向かって流れる際に、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスには、燃焼器軸線Ａｃ方向の速度が異なる２つの成分が生じる。
【００５１】
より詳細には、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスのうち、傾斜面Ｐを経て内径側先端部Ｓ１を通過した成分（相対的に流速が大きい成分）と、外径側先端部Ｓ２を通過した成分（相対的に流速が小さい成分）との間に、燃焼器軸線Ａｃ方向における速度差が生じる。これら２つの成分が互いに合流することにより、先端４１Ｓの下流側には、燃焼器軸線Ａｃ方向に延びる渦が形成される。
【００５２】
これらの渦が形成されることによって、冷却空気流路６を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。これにより、冷却空気と燃焼ガスとの混合不足に起因する火炎のクエンチ、及びＣＯや未燃炭化水素の生成を抑制することができる。したがって、燃焼器３、及びガスタービン１００の環境に対する負荷を低減することができる。
【００５３】
さらに、この構成によれば、予め円管状に形成された部材の端部に対してプレス加工等を施すことのみによって、傾斜部Ａ，延在部Ｂ，及び接続部Ｃを有する内筒４１を容易に形成することができる。
【００５４】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図５を参照して説明する。上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、内筒４１の先端４１Ｓに上記第一実施形態と同様に傾斜部Ａ、及び延在部Ｂが形成されている一方で、これら傾斜部Ａと延在部Ｂとの間に接続部Ｃが形成されていない。すなわち、傾斜部Ａと延在部Ｂとの間には間隙が形成されている。このような構成を得るに当たっては、予め円管状に形成された部材の端部に対して切り抜き加工を施す方法等が考えられる。
【００５５】
この構成においても、内筒４１の先端４１Ｓの径方向位置が周方向で部分的に異なることから、当該先端４１Ｓから下流側に向かって流れる際に、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスには、燃焼器軸線Ａｃ方向の速度が異なる２つの成分が生じる。
【００５６】
より詳細には、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスのうち、傾斜面Ｐを経て内径側先端部Ｓ１を通過した成分（相対的に流速が大きい成分）と、外径側先端部Ｓ２を通過した成分（相対的に流速が小さい成分）との間に、燃焼器軸線Ａｃ方向における速度差が生じる。これら２つの成分が互いに合流することにより、先端４１Ｓの下流側には、燃焼器軸線Ａｃ方向に延びる渦が形成される。
【００５７】
これらの渦が形成されることによって、冷却空気流路６を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。これにより、冷却空気と燃焼ガスとの混合不足に起因する火炎のクエンチ、及びＣＯや未燃炭化水素の生成を抑制することができる。したがって、燃焼器３、及びガスタービン１００の環境に対する負荷を低減することができる。
【００５８】
さらに、この構成によれば、予め円管状に形成された部材の端部に対して切り抜き加工を施すことのみによって、傾斜部Ａ，延在部Ｂを有する内筒４１を容易に形成することができる。
【００５９】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図６を参照して説明する。上記第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係る内筒４１では、上述した延在部Ｂが形成されていない。すなわち、この内筒４１では、基端部Ｓｐ上で周方向に間隔をあけて配列された複数の傾斜部Ａのみが形成されている。各傾斜部Ａは、基端部Ｓｐから下流側に向かって矩形状に突出している。
ここで後述の通り、本第三実施形態に関しては、内筒４１の先端４１Ｓの径方向位置が周方向で部分的に異なっていなくても、基端部Ｓｐから下流側に向かって流れる際に、突出している傾斜部Ａの有無により、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスには、燃焼器軸線Ａｃ方向の速度が異なる２つの成分が生じる。
【００６０】
傾斜部Ａの下流側の端縁は、内径側先端部Ｓ１とされている。一方で、互いに隣接する一対の傾斜部Ａ同士の間で周方向に延びる端縁は、外径側先端部Ｓ２とされている。すなわち、これら内径側先端部Ｓ１と外径側先端部Ｓ２では、燃焼器軸線Ａｃ方向における位置が互いに異なっている。より具体的には、本実施形態では内径側先端部Ｓ１は外径側先端部Ｓ２よりも燃焼器軸線Ａｃ方向における下流側に位置している。
【００６１】
この構成においても、内筒４１の先端４１Ｓの径方向位置が周方向で部分的に異なることから、当該先端４１Ｓから下流側に向かって流れる際に、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスには、燃焼器軸線Ａｃ方向の速度が異なる２つの成分が生じる。
【００６２】
より詳細には、内筒４１の内周側を流れる燃焼ガスのうち、傾斜面Ｐを経て内径側先端部Ｓ１を通過した成分（相対的に流速が大きい成分）と、外径側先端部Ｓ２を通過した成分（相対的に流速が小さい成分）との間に、燃焼器軸線Ａｃ方向における速度差が生じる。これら２つの成分が互いに合流することにより、先端４１Ｓの下流側には、燃焼器軸線Ａｃ方向に延びる渦が形成される。
【００６３】
これらの渦が形成されることによって、冷却空気流路６を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。これにより、冷却空気と燃焼ガスとの混合不足に起因する火炎のクエンチ、及びＣＯや未燃炭化水素の生成を抑制することができる。したがって、燃焼器３、及びガスタービン１００の環境に対する負荷を低減することができる。
【００６４】
さらに、この構成によれば、外径側先端部と内径側先端部の径方向における位置が異なることに加えて、軸線方向における位置も異なる。これにより、外径側先端部を通過した燃焼ガスの成分と、内径側先端部を通過した燃焼ガスの成分との間における速度差をさらに大きくすることができる。すなわち、内筒の先端でより強い渦を形成することができる。これにより、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合をさらに促進することができる。
ここで、外径側先端部と内径側先端部の径方向における位置が異ならない場合であっても、外径側先端部と内径側先端部の軸線方向における位置が異なれば、外径側先端部を通過した燃焼ガスの成分と、内径側先端部を通過した燃焼ガスの成分との間に速度差は生じる。すなわち、内筒の先端で渦を形成することができる。これにより、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。
【００６５】
［第三実施形態の第一変形例］
ここで本実施形態では図７に示すように、傾斜部Ａ１は、上流側に配置された基部Ａ１ａと、基部Ａ１ａと一体に形成されて基部Ａ１ａの下流側に配置された端部Ａ１ｂとを有していてもよい。
【００６６】
基部Ａ１ａは、外径側先端部Ｓ２に連続し、下流側に向って延びるとともに、下流側に向って周方向の幅寸法が漸減する。これにより、基部Ａ１ａにおける周方向の両端部に位置して周方向を向く一対の側面６０Ａは、周方向に互いに近接するように凹状に湾曲する曲面状をなしている。そして一対の側面６０Ａは外径側先端部Ｓ２に滑らかに角の無い状態で接続されている。
【００６７】
端部Ａ１ｂは、矩形状をなしている。即ち、端部Ａ１ｂは図６に示す傾斜部Ａと同様な形状をなしている。端部Ａ１ｂにおける周方向の両側部に位置して周方向を向く一対の側面６１Ａは、平面状をなして側面６０Ａにおける下流側に連続している。端部Ａ１ｂの下流側の端縁は、平面状をなす内径側先端部Ｓ１１となっている。
【００６８】
本変形例では、基部Ａ１ａの側面６０Ａによって傾斜部Ａ１の基端部Ｓｐで角が形成されず、基端部Ｓｐ側で傾斜部Ａ１の周方向の幅寸法が大きくなり、基端部Ｓｐでの応力集中を回避することができる。よって内筒４１の耐久性の向上が可能となる。
【００６９】
［第三実施形態の第二変形例］
また、本実施形態では図８に示すように、傾斜部Ａ２が略半円状をなしていてもよい。即ち、周方向を向く一対の側面６２Ａは、周方向に互いに離れるように凸状に湾曲する曲面状をなし、内径側先端部Ｓ１２で滑らかに接続されている。これにより傾斜部Ａ２の周方向の幅寸法は、基端部Ｓｐから内径側先端部Ｓ１２まで、下流側に向かって漸減する。
【００７０】
本変形例では、より高温となる傾斜部Ａ２の下流側の部分で、上流側の部分と比べて傾斜部Ａ２の周方向の幅寸法を小さくできる。よって、より高温となる上流側の位置で燃焼ガスと傾斜部Ａ２との接触面積を低減することができ、また、内径側先端部Ｓ１２に角が形成されないため、傾斜部Ａ２の耐熱性を向上することができる。
【００７１】
［第三実施形態の第三変形例］
また、本実施形態では図９に示すように、傾斜部Ａ３における周方向を向く一対の側面６３Ａが滑らかに連続する曲面状をなし、内径側先端部Ｓ１３で滑らかに接続されていてもよい。また各々の側面６３Ａは、外径側先端部Ｓ２に角の無い状態で滑らかに接続されている。より詳細には、一対の側面６３Ａは外径側先端部Ｓ２との接続部分から下流側に向って、互いに周方向に近接するように凹状に湾曲した後に周方向に互いに離れるように凸状に湾曲する曲面状をなしている。
【００７２】
本変形例では、側面６３Ａによって傾斜部Ａ３の基端部Ｓｐで角が形成されず、傾斜部Ａ３周方向の幅寸法が大きくなり、基端部Ｓｐでの応力集中を回避することができる。よって耐久性の向上が可能となる。さらに、より高温となる傾斜部Ａ３の下流側の部分で、上流側の部分と比べて傾斜部Ａ３の周方向の幅寸法を小さくできるとともに、内径側先端部Ｓ１３に角が形成されないため、傾斜部Ａ３の耐熱性を向上することができる。
【００７３】
［第三実施形態の第四変形例］
また、本実施形態では図１０に示すように、傾斜部Ａ４は、周方向に連続して等間隔で複数が設けられていてもよい。
【００７４】
また、各々の傾斜部Ａ４における周方向を向く一対の側面６４Ａが滑らかに連続する曲面状をなし、内径側先端部Ｓ１４で互いに角の無い状態で滑らかに接続されていてもよい。また、各々の側面６４Ａは、外径側先端部Ｓ２に角の無い状態で滑らかに接続されている。より詳細には、一対の側面６４Ａは外径側先端部Ｓ２との接続部分から下流側に向って、互いに周方向に近接するように凹状に湾曲した後に、周方向に互いに離れるように凸状に湾曲する曲面状をなしている。
【００７５】
さらに、周方向に隣り合う傾斜部Ａ４における側面６４Ａ同士は、角の無い状態で滑らかに接続されている。傾斜部Ａ４の周方向の幅寸法は、基端部Ｓｐから内径側先端部Ｓ１４まで、下流側に向かって漸減する。この結果、径方向から傾斜部Ａ４を見た際には、全ての側面６４Ａは一体となってサインカーブ状をなしている。
【００７６】
本変形例では、側面６４Ａによって傾斜部Ａ４の基端部Ｓｐで角が形成されず、周方向の幅寸法が大きくなり、基端部Ｓｐでの応力集中を回避することができる。よって耐久性の向上が可能となる。さらに、より高温となる傾斜部Ａ４の下流側の部分で上流側の部分と比べて傾斜部Ａ４の周方向の幅寸法を小さくできることで燃焼ガスとの接触面積を低減でき、また、内径側先端部Ｓ１４に角が形成されないため、傾斜部Ａ４の耐熱性を向上することができる。
【００７７】
［第三実施形態の第五変形例］
また、本実施形態では図１１に示すように、傾斜部Ａ５は、周方向に連続して等間隔で複数が設けられていてもよい。
【００７８】
また、各々の傾斜部Ａ５における周方向を向く一対の側面６５Ａが平面状をなし、内径側先端部Ｓ１５が角のある先鋭形状をなすように、一対の側面６５Ａ同士が接続されている。また、各々の側面６５Ａは、外径側先端部Ｓ２に角の無い状態、または角のある状態で接続されている。
【００７９】
さらに、周方向に隣り合う傾斜部Ａ５における側面６５Ａ同士は、角の無い状態、または角のある状態で接続されている。傾斜部Ａ５の周方向の幅寸法は、基端部Ｓｐから内径側先端部Ｓ１５まで、下流側に向かって漸減する。即ち、各々の傾斜部Ａ５は径方向から見て三角形状をなしており、径方向から傾斜部Ａ５を見た際には、全ての側面６５Ａは一体となって鋸歯状をなしている。
【００８０】
本変形例では、内径側先端部Ｓ１５が先鋭形状をなしていることで、内径側先端部Ｓ１５の下流側で、燃焼器軸線Ａｃ方向に延びる渦の形成をさらに促進することができる。より詳細には、側面６５Ａを境にして圧力差によって径方向内側から径方向外側に向かう流れが生じる。そして、側面６５Ａ付近では径方向外側に向かう渦が形成され、側面６５Ａから径方向外側に渦径分離れた位置では径方向内側に向かう渦が形成される。そして各側面６５Ａに沿って流れる各々の渦は、下流側から見ると一方の側面６５Ａでは反時計回りの渦になっており、他方の側面６５Ａでは時計回りの渦になっている。そしてこれら一対の側面６５Ａでの渦が内径側先端部Ｓ１５で合成されることで、径方向外向きの流れ成分が大きくなるので、径方向に強い渦が形成される。これにより冷却空気流路６（図３参照）を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができ、燃焼器３、及びガスタービン１００の環境に対する負荷をさらに低減することができる。
【００８１】
［第三実施形態の第六変形例］
また、本実施形態では図１２に示すように、傾斜部Ａ６は台形形状をなしていてもよい。即ち、周方向を向く一対の側面６６Ａは平面状をなし、下流側に向って互いに近接し、周方向に沿って延びる平面状をなす内径側先端部Ｓ１６の両端に接続されている。この結果、傾斜部Ａ６の周方向の幅寸法は、基端部Ｓｐから内径側先端部Ｓ１６まで、下流側に向かって漸減する。
【００８２】
本変形例では、側面６６Ａによって傾斜部Ａ６の基端部Ｓｐで形成される角、即ち、側面６６Ａと外径側先端部Ｓ２との接続部分の角が鈍角となり、基端部Ｓｐでの応力集中を低減することができる。よって内筒４１の耐久性の向上が可能となる。
【００８３】
ここで第一変形例から第六変形例を含む第三実施形態は、外径側先端部と内径側先端部の軸線方向における位置が異なれば、前述の通り、外径側先端部と内径側先端部の径方向における位置が異ならない場合であってもよい。即ち、傾斜部Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６が内筒４１の壁面から傾斜していなくてもよい。
具体的には、燃焼器が、軸線に沿って延びる燃料ノズルと、燃料ノズルを覆う筒状をなす内筒と、内筒の先端部の外周面との間で外部からの空気が導入される冷却空気流路を形成するとともに、内筒の先端側に向かって延びる筒状をなす尾筒と、を備えている。さらに、この内筒は、外径側先端部から軸線方向他方側となる下流側に突出し、軸線方向他方側の先端が内径側先端部である傾斜部Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６と同様の形状をなす突出部を有している。
この構成によれば、外径側先端部を通過した燃焼ガスの成分と、内径側先端部を通過した燃焼ガスの成分との間に速度差が生じ、内筒の先端で渦を形成することができる。これにより、冷却空気流路を通じて供給された空気と、燃焼ガスとの混合を促進することができる。
外径側先端部と内径側先端部の径方向における位置が異ならない場合、プレス加工を行わずに、レーザカット等の切断加工のみで内筒を製造することが可能になり、生産が容易になる。
【００８４】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図１３を参照して説明する。上記第一実施形態から第三実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係る内筒７１は、内部に冷却空気孔７５がさらに形成されている点を除き、第一実施形態と同一構成を有している。即ち、内筒７１はＭＴフィンと称される中空とされた流路を有する板状部材によって形成されている。
【００８５】
冷却空気孔７５は、内径側先端部Ｓ１及び外径側先端部Ｓ２に開口するとともに、燃焼器軸線Ａｃに沿って延びている。冷却空気孔７５は周方向に間隔をあけて複数設けられている。各々の冷却空気孔７５に冷却用の空気が外部から導入されることで、内筒７１全体が冷却されるようになっている。
【００８６】
この構成によれば、ＭＴフィン構造を有する内筒７１にプレス加工等を施すことで傾斜部Ａ７を形成すれば、必然的に傾斜部Ａ７を冷却するための冷却空気孔７５が傾斜部Ａ７に形成される。従って傾斜部Ａ７を積極的に冷却するための構造を別途で設ける必要がなくなる利点がある。
【００８７】
［第四実施形態の変形例］
ここで、本実施形態では図１４に示すように、第三実施形態の傾斜部Ａと同様の形状をなす傾斜部Ａ８に冷却空気孔７５を形成してもよい。また図１５に示すように、傾斜部Ａ６と同様の台形形状をなす傾斜部Ａ９に冷却空気孔７５を形成してもよい。傾斜部Ａ９では側面６９Ａに冷却空気孔７５が露出することで、側面６９Ａの部分の冷却を複数の冷却流路で行うことになり、冷却空気孔７５が側面６８Ａと平行な図１４の傾斜部Ａ８と比較して、耐熱性（冷却性）に優れるという効果が期待できる。
また、図示は省略するが、上記の各傾斜部Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５に冷却空気孔７５を形成してもよい。
本第四実施形態の変形例においても、第三実施形態と同様に、内筒の外径側先端部と内径側先端部の径方向における位置が異ならない場合、プレス加工を行わずに、レーザカット等の切断加工のみで内筒を製造することが可能になり、生産が容易になる。
【００８８】
以上、本発明の各実施形態について説明した。本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更を施すことが可能である。
例えば、上記実施形態では、内筒４１（７１）の先端４１Ｓの周方向全域にわたって傾斜部Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９）が形成されている例について説明した。しかしながら、内筒４１の態様はこれに限定されず、内筒４１の下流側の端部における周方向の一部領域のみに傾斜部Ａが設けられていてもよい。特に、内筒４１の外周面と尾筒４２の内周面との間の間隙の径方向寸法（燃焼器軸線Ａｃの径方向における寸法）が、内筒４１の周方向にわたって一定ではない場合、言い換えると、内筒４１と尾筒４２との間隙が局所的に大きい領域が形成されている場合、当該領域では、上述のような火炎のクエンチが生じやすいことが知られている。したがって、少なくともこのような領域に上記の傾斜部Ａを設けることで、より効果的にクエンチの発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
上記の燃焼器、及びガスタービンによれば、環境負荷の低減を図ることが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１    圧縮機
２    タービン
３    燃焼器
３Ｎ    燃料ノズル
６    冷却空気流路
１１    圧縮機ロータ
１２    圧縮機ケーシング
１３    圧縮機動翼列
１４    圧縮機動翼
１５    圧縮機静翼列
１６    圧縮機静翼
２１    タービンロータ
２２    タービンケーシング
２３    タービン動翼列
２４    タービン動翼
２５    タービン静翼列
２６    タービン静翼
４１、７１    内筒
４１Ｓ    内筒の先端
４２    尾筒
４２Ｄ    尾筒下流部
４２Ｕ    尾筒上流部
５１    第一ノズル
５２    第二ノズル
６０Ａ、６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、６４Ａ、６５Ａ、６６Ａ、６８Ａ、６９Ａ    側面
７５    冷却空気孔
９１    ガスタービンロータ
９２    ガスタービンケーシング
１００    ガスタービン
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９    傾斜部
Ａ１ａ    基部
Ａ１ｂ    端部
Ａｃ    燃焼器軸線
Ａｍ    中心軸線
Ｂ    延在部
Ｃ    接続部
Ｇ    発電機
Ｐ    傾斜面
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６    内径側先端部
Ｓ２    外径側先端部
Ｓｐ    基端部
Ｖｃ    燃焼空間
Ｖｇ    燃焼ガス流路
【図１】
0006639063.tif 000002
【図２】
0006639063.tif 000003
【図３】
0006639063.tif 000004
【図４】
0006639063.tif 000005
【図５】
0006639063.tif 000006
【図６】
0006639063.tif 000007
【図７】
0006639063.tif 000008
【図８】
0006639063.tif 000009
【図９】
0006639063.tif 000010
【図１０】
0006639063.tif 000011
【図１１】
0006639063.tif 000012
【図１２】
0006639063.tif 000013
【図１３】
0006639063.tif 000014
【図１４】
0006639063.tif 000015
【図１５】
0006639063.tif 000016