(57)【要約】本発明は、少なくとも第１燃料ガス噴射筒（１４）と第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）とを備え、そのうちの少なくとも一方の燃料ガス噴射筒が、その火炎域（３４、３８、６８）で発生された燃焼排ガスが燃焼室（１２）内において第１燃料ガス噴射筒（１４）の混合域（２８）に再循環するように燃料ガスを燃焼室（１２）に噴射するために設計されている、ガスタービン（２、５０、７０）における燃焼器（６、４８、７２）に関する。コンパクトな燃焼器を得るために、それらの燃料ガス噴射筒（１４、１６、５２）が、第１燃料ガス噴射筒（１４）の火炎域（３４）からの燃焼排ガスが第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）の混合域（３０、６６）に直接流入するように相互に位置づけられていることを提案する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１燃料ガス噴射筒（１４）と第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）とを備え、そのうちの少なくとも一方の燃料ガス噴射筒が、その火炎域（３４、３８、６８）で発生された燃焼排ガスが燃焼室（１２）内において第１燃料ガス噴射筒（１４）の混合域（２８）に再循環するように燃料ガスを燃焼室（１２）に噴射するために設計されている、ガスタービン（２、５０、７０）における燃焼器（６、４８、７２）であって、
それらの燃料ガス噴射筒（１４、１６、５２）が、第１燃料ガス噴射筒（１４）の火炎域（３４）からの燃焼排ガスが第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）の混合域（３０、６６）に直接流入するように相互に位置づけられていることを特徴とするガスタービン（２、５０、７０）における燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項２】
第１燃料ガス噴射筒（１４）が燃焼室（１２）内において第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）の上流に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項３】
第１燃料ガス噴射筒（１４）の火炎域（３４）が燃焼室（１２）内において第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）の混合域（３０、６６）の上流に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項４】
燃料ガス噴射筒（１４、１６、５２）が燃料噴射式バーナを形成していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項５】
燃料ガス噴射筒（１４、１６、５２）が燃料・空気・混合気の形に予混合された燃料ガスを噴射するために設計されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項６】
複数の第１燃料ガス噴射筒（１４）が環状第１段を形成し、複数の第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）が第１段の半径方向外側に下流に配置された環状第２段を形成していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項７】
第１段の少なくとも１つの燃料ガス噴射筒（１４）が接線方向にずらして第２段の２つの第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項８】
第１燃料ガス噴射筒（１４）が第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）に対して半径方向に５°〜３０°の角度を成して方向づけられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項９】
燃料ガス噴射筒（１４、１６、５２）が燃料ガス噴射流（９８ｄ、１００ｄ）を長円形の断面で噴射するために設計されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項１０】
再循環域（４６）に火炎域（７６）を形成するための補助手段（７４）を有していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃焼器（７２）と、ガスタービン（７０）の運転負荷範囲に応じて第１、第２の両燃料ガス噴射筒（１４、１６、５２）間における燃料ガス分配率を制御するために利用される制御装置（７８）とを備えていることを特徴とする燃焼システム。
【請求項１２】
制御装置（７８）が、ガスタービン（７０）の部分負荷運転時に、第２燃料ガス噴射筒（１６、５２）に比べて、第１燃料ガス噴射筒（１４）を通して全負荷運転時よりも多くの燃料ガスを導くために設計されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃焼システム。
【請求項１３】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃焼器（６、４８、７２）を備えていることを特徴とするガスタービン（２、５０、７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも第１燃料ガス噴射筒と第２燃料ガス噴射筒とを備え、そのうちの少なくとも一方の燃料ガス噴射筒が、その火炎域で発生された燃焼排ガスが燃焼室内において第１燃料ガス噴射筒の混合域に再循環するように燃料ガスを燃焼室に噴射するために設けられている、ガスタービンにおける燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいて静かで安定した燃焼を得るために、気体燃料と空気が予混合された形態の燃料ガスをその噴射筒を通して燃焼室に噴射することが知られている。これによって、有害成分特にＮＯｘやＣＯの発生が少ない極希薄混合気燃焼が達成される。予混合済み燃料ガスの噴射流火炎を基礎とするかかる燃焼システムは、旋回安定方式の燃焼システムに比べて、放出熱変動従って密度変動ないし圧力変動が小さく抑えられるという利点を有する。これによって、不安定で騒音を発する燃焼が回避される。燃料ガス噴射流の衝撃（インパルス）を適切に選択することによって、音響的に誘起される発熱変動を消滅させ、従って旋回安定方式の火炎において代表的に現れる圧力脈動が抑制される小口径の流れ構造体が発生される。
【０００３】
この場合、燃料ガスを燃焼排ガスにより極めて強く希釈することによって、燃焼の安定化が達成され、同時に、非常に大きな効率が得られ、有害物質の発生が減少される。可視火炎前面に代わって非発光燃焼が生じ、これは穏やかな燃焼、無色燃焼あるいは体積燃焼として知られている。この場合、燃焼域への燃焼排ガスの大きな体積流は、好適に燃焼室内部で生ずる燃焼排ガスの再循環によって得られる。その再循環された燃焼排ガスは燃焼室に注入された新鮮な燃料ガスを希釈し、さらに、その発生混合気を燃料ガスの自己発火温度よりも高い温度に強く加熱する。通常の火炎前面に代わって大きな体積の火炎域が得られ、その体積内でほぼ一様な燃焼が行われる。
【０００４】
燃焼による燃焼排ガスが再循環によって混合域に導かれ、そのようにして体積燃焼が達成されるガスタービンにおける燃焼器は特許文献１で知られている。
【０００５】
一般的に、燃焼器の流れ断面積が燃料ガス噴射筒の出口の周りで跳躍的に拡大されることによって再循環が得られ、これによって、燃料ガス噴射筒の出口断面積の数倍を超える断面積をした空間内で燃焼が行われる。これによって、燃料ガス噴射筒出口の横に、熱い燃焼排ガスが燃料ガス噴射方向と逆向きに還流するのに十分な空間ができ、そのようにして混合域が得られる。これにより必要となるより大きな燃焼室断面積はガスタービンのコンパクト設計の妨げとなっている。また、大きな燃焼室断面積は燃焼室における燃焼排ガスの長い滞在時間を生じさせ、これは望ましくない窒素酸化物発生を助長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５００８４２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、再循環燃焼排ガスによる体積燃焼をコンパクトな構造設計で可能とするガスタービンにおける燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、冒頭に述べた形式の燃焼器において、本発明に基づいて、それらの燃料ガス噴射筒が、第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスが第２燃料ガス噴射筒の混合域に直接流入するように相互に位置づけられていることによって解決される。
【発明の効果】
【０００９】
これによって、第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスを、その燃焼排ガスを第２燃料ガス噴射筒の混合域に到達するために再循環させる必要なしに、第２燃料ガス噴射筒からの燃料ガスの燃焼を安定化するために直接利用することができる。このようにして、第２燃料ガス噴射筒の火炎が安定化される。第１燃料ガス噴射筒の火炎は再循環燃焼排ガスによって安定化される。第１燃料ガス噴射筒の火炎における燃焼排ガスが再循環されるだけで済むので、その再循環域を小さくすることができる。第２燃料ガス噴射筒の火炎における燃焼排ガスの再循環は不要となる。
【００１０】
ここで、第２燃料ガス噴射筒の混合域への燃焼排ガス直接流入とは、燃焼排ガスが第１燃料ガス噴射筒の火炎域から再循環なしに第２燃料ガス噴射筒の混合域に流入することを意味する。第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスは、そこで燃焼により発生された燃焼排ガスである。
【００１１】
第１火炎域からからの燃焼排ガスを外部燃焼排ガス案内なしに第２混合域に直接流入することを可能にするために、第１燃料ガス噴射筒は、燃焼室内において第２燃料ガス噴射筒の上流に配置されているのが目的に適っている。同じ利点のために、第１燃料ガス噴射筒の火炎域が、燃焼室内において第２燃料ガス噴射筒の混合域の上流に配置されているのが目的に適っている。
【００１２】
望ましくない熱音響効果を防止するために、これらの燃料ガス噴射筒が燃料噴射式バーナを形成していると有利である。この燃料噴射式バーナは燃料ガスの燃焼室へのほぼ無旋回噴射により特色づけられる。均質な希薄燃焼を発生するために、この燃料ガス噴射筒が、予混合された燃料ガスを噴射するために、即ち、噴射前に混合された特に気体燃料とオキシダント特に空気を含む混合気を噴射するために設計されていると有利である。従って、燃料ガスの混合は燃焼室で行われず、燃料ガス噴射筒の内部あるいは燃料ガス噴射筒の前段で行われる。その混合は部分的に行なわれるが、理想的には完全に行われる。燃料ガス噴射流路の横断面積の内部１５％〜８５％が燃料ガスにより貫流され、その周囲の横断面積残留部が空気で貫流される形態で、空気により混合気を包囲することも考えられる。
【００１３】
本発明の他の有利な実施態様において、複数の第１燃料ガス噴射筒が環状の第１段を形成し、複数の第２燃料ガス噴射筒が第１段の半径方向外側で下流側に配置された環状の第２段を形成している。半径方向内側に位置する再循環室が形成され、この再循環室から燃焼排ガスが第１段の燃料ガス噴射筒の混合域に安定し、かつ対称的に導かれる。その燃焼排ガス噴射流はその後の経路においてほとんど方向転換される必要なしに環状対称を維持した状態で、第１燃料ガス噴射筒の火炎域から第２段の第２燃料ガス噴射筒の混合域に導かれる。１段当たりの燃料ガス噴射筒数は目的に適って５〜４０個であり、その場合、良好な燃焼と燃料ガス噴射筒に対する経費との有利な関係は１２〜１６個の燃料ガス噴射筒数にある。
【００１４】
第２燃料ガス噴射筒から噴射された燃料ガスと第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスとの良好な混合を達成するために、第１段の少なくとも１つの燃料ガス噴射筒が、接線方向にずらして第２段の２つの第２燃料ガス噴射筒間に配置されていることが有利である。第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスは、２つの第２燃料ガス噴射筒からの両燃料ガス噴射流間に流入し、これによって、それらの燃料ガス噴射流と良好に混合する。これにより、第１段からの燃焼排ガス噴射流と第２段の燃料ガス噴射筒からの燃料ガス噴射流との直接衝突が、従って、両ガスの相互衝突が少なく押さえられる。目的に適って、第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスが基本的に第２燃料ガス噴射筒の燃料ガス噴射流間に流入するように、第１段の全ての燃料ガス噴射筒は第２段の燃料ガス噴射筒に対して接線方向にずらされ、特に接線方向に交互に配置されている。
【００１５】
本発明の他の実施態様において、第１燃料ガス噴射筒は第２燃料ガス噴射筒に対して半径方向に５°〜３０°の角度を成して方向づけられている。そのようにして、第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスは、第２燃料ガス噴射筒の混合域に真っ直ぐ向けられ、これによってそこで、特に予混合済み燃料ガスと燃焼排ガスとの良好な混合が行われる。その角度は１０°〜２０°の範囲で選定されと有利であり、これにより、一方では、燃焼室の構造形状をコンパクトにすることができ、他方では、燃焼排ガスが燃料ガスに急角度で衝突する場合でも乱流は僅かとなる。
【００１６】
第１燃料ガス噴射筒の角度は、目的に適って、第１燃料ガス噴射筒から流出する燃料ガス噴射流の角度に相当している。この場合、第１燃料ガス噴射筒をバーナ軸線に関して半径方向外側を向いて第２燃料ガス噴射筒あるいは第２段の方向に設置することができる。同様に、第２燃料ガス噴射筒ないし第２段の燃料ガス噴射筒がバーナ軸線に関して半径方向内側に向けられ、第１燃料ガス噴射筒ないし第１段の燃料ガス噴射筒を例えばバーナ軸線に対して同軸的に設置することができる。さらに、３つの燃料ガス噴射筒ないし３つの段の利用が考えられ、その場合、それぞれバーナ軸線に関して、第２燃料ガス噴射筒が例えば同軸的に向けられ、第１燃料ガス噴射筒が半径方向外側に向けられ、第３燃料ガス噴射筒が半径方向内側に向けられる。
【００１７】
第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスと第２燃料ガス噴射筒からの燃料ガスとの良好な混合を達成するために、燃焼排ガスができるだけ大きな面積で燃料ガス噴射流に沿って導かれ、それどころか燃料ガス噴射流の或る区域を広く囲い込むと有利である。燃料ガス噴射筒が燃料ガス噴射流を長円形断面で噴射するために設計されているとき、第１燃料ガス噴射筒からの燃焼排ガス噴射流は２つの第２燃料ガス噴射筒の両燃料ガス噴射流間に特に良好に噴射される。熱い燃焼排ガスによる燃料ガス噴射流の少なくとも部分的な囲い込みが助長される。
【００１８】
この場合、噴射流の長円形断面の長軸は、目的に適って、少なくともほぼ半径方向に向けられ、例えば他の段に向けられている。その横断面形状は楕円形や他の適当に丸められた形状とすることができる。第１燃料ガス噴射筒からの燃焼排ガス噴射流横断面を細長く形成することができ、これによって、その燃焼排ガス噴射流は第２燃料ガス噴射筒の燃料ガス噴射流間に特に良好に導かれる。同様に、第２燃料ガス噴射筒が長円形断面の燃料ガス噴射流を発生するために形成されることが考えられ、これによって、第１燃料ガス噴射筒からの特に同様の長円形断面の燃焼排ガス噴射流が、第２燃料ガス噴射筒の燃料ガス噴射流間に特に良好に導かれる。
【００１９】
燃料ガスと熱い燃焼排ガスとの混合は、被混合燃料ガス噴射流が大きな表面積を有していることによって助長される。このために、少なくとも１つの燃料ガス噴射筒に、横断面が凹んだ燃料ガス噴射流表面を形成するための手段を設けることができる。同様に横断面湾曲形の噴射流表面も考えられる。
【００２０】
燃焼器の部分負荷運転中に、定格負荷運転時に比べて大きな割合で必要とされる再循環燃焼排ガスの必要部分の低い燃焼温度のために、また、僅かな燃焼排ガス発生のために十分な燃焼排ガス量が再循環されず、このために、自己点火に対する十分な熱が得られないという事象が現れる。その欠点は、本発明の他の実施態様において、再循環域に火炎域を発生するための補助手段を有することによって解消される。その補助手段はパイロットバーナであり、例えばフロックスバーナ（Floxbrenner）や旋回バーナである。
【００２１】
さらに、部分負荷運転時に、第１燃料ガス噴射筒の火炎域に第２燃料ガス噴射筒の火炎を十分に安定化するための十分な熱い燃焼排ガスが発生されないという問題が生ずることがある。この問題は、部分負荷運転時にそれらの燃料ガス噴射筒を通して流れる燃料ガスの比率が、第２火炎域の十分な安定化ができるだけ常に達成されるように調整されることによって解消される。その両燃料ガス噴射筒間のかかる燃料ガス分配率は、上述したような燃焼器と、両燃料ガス噴射筒間の燃料ガス分配率をガスタービンの運転中に負荷ないし負荷範囲に関係して制御するために利用される制御装置とを備えた燃焼システムによって達成される。
【００２２】
その制御装置は、ガスタービンの部分負荷運転時に、第２燃料ガス噴射筒に対比して、定格運転時ないし全負荷運転時よりも多くの燃料ガスを第１燃料ガス噴射筒を通して導くように設計されていると有利である。第２燃料ガス噴射筒からの燃料ガス量を基準にして、より多量の燃焼排ガスが第１燃料ガス噴射筒の火炎域から供給され、これによって、第２燃料ガス噴射筒の火炎域は低下した出力にもかかわらず十分に安定化される。第２燃料ガス噴射筒を通る燃料ガス噴射流は、第２燃料ガス噴射筒を通る燃料ガス噴射流が停止するまで相対的に減少することができるが、第１燃料ガス噴射筒の運転は継続維持される。また、第１段が多い燃料ガス噴射流で運転され、第２段がより少ない燃料ガス噴射流で運転され、それ以降の段がもっと少ない燃料ガス噴射流で運転されることが考えられる。
【００２３】
本発明はまた、上述したような燃焼器を備えたガスタービンに関する。再循環と、第１燃料ガス噴射筒の火炎域からの燃焼排ガスの第２燃料ガス噴射筒の混合域への直接流入との組合せによって、再循環空間が小さくなり、燃焼器がコンパクトに構成され、これは特にガスタービンに有利に利用される。
【００２４】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】燃焼器を備えたガスタービンの軸線に沿った部分縦断面図。
【図２】３つの燃料ガス噴射筒段を備えた燃焼器の部分縦断面図。
【図３】２つの燃料ガス噴射筒段と補助パイロットバーナと両燃料ガス噴射筒段への燃料ガス供給を制御するための制御装置とを備えた燃焼器の部分縦断面図。
【図４】燃料ガス噴射筒の２段配置例の概略正面図。
【図５】燃料ガス噴射筒の異なった２段配置例の概略正面図。
【図６】燃料ガス噴射筒の異なった２段配置例の概略正面図。
【図７】燃料ガス噴射筒の異なった２段配置例の概略正面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２６】
図１は、軸線４に沿って配置された軸（図示せず）とその軸線４に対して平行に延びる燃焼器６とを備えたガスタービン２の一部を縦断面図で示している。この燃焼器６は燃焼器軸線８を中心として回転対称に構成されている。燃焼器軸線８はこの特別な実施例において軸線４に対して平行に配置されているが、その燃焼器軸線８は軸線４に対して角度を成し、極端な場合に軸線４に対して直角に配置することもできる。燃焼器６の環状ハウジング１０は燃焼室１２を取り囲み、この燃焼室１２も同様に燃焼器軸線８を中心として回転対称に形成されている。
【００２７】
予混合済み燃料ガスを、例えば気体燃料と空気との混合気を燃焼室１２に噴射するために利用される第１燃料ガス噴射筒１４と第２燃料ガス噴射筒１６が燃焼室１２に開口している。その各燃料ガス噴射筒１４、１６はそれぞれ管１８、２０を有し、ガスタービン２の全負荷運転中に燃料ガスが約１５０ｍ／秒の速度でそれらの管１８、２０を通して燃焼室１２に流入する。第１燃料ガス噴射筒１４は燃焼器軸線１８の周りに環状に１２個分布して配置され、燃料噴射式バーナの第1段を形成している。第２燃料ガス噴射筒１６も燃焼器軸線１８の周りに環状に第１燃料ガス噴射筒１４の半径方向外側に１２個分布して配置され、第２燃料噴射式バーナの第2段を形成している。
【００２８】
燃焼室１２は各燃料ガス噴射筒１４、１６の開口２２、２４において、燃焼室１２が燃料ガスの流入方向２６において横断面が急激に拡大するように形成されている。その横断面の急激な拡大によって、燃焼室１２内における燃焼排ガスは開口２２、２４から流出する燃料ガスの横方向に流れ、それぞれの混合域２８、３０で燃料ガスと混合する。
【００２９】
ガスタービン２の運転中、予混合済み燃料ガスは両燃料ガス噴射筒１４、１６から燃焼室１２に噴射される。第１燃料ガス噴射筒１４からの燃料ガスは第１混合域２８に到達し、そこで燃焼排ガス噴射流３２の再循環燃焼排ガスによって取り囲まれる。これによって、燃料ガスは混合域２８で非常に熱い燃焼排ガスと混合され、例えば燃料ガスと再循環燃焼排ガスとの比が１：４で混合され、これによって、燃料ガスと燃焼排ガスから成る自己発火温度より高い温度の混合気が発生される。その混合気は下流側に位置する火炎域３４で発火する。この火炎域３４は図１では理解し易くするために混合域２８から離して示されているが、実際には火炎域３４は混合域２８に続いている。これによって、燃焼が穏やかに行われる大きな体積の火炎空間が生ずる。
【００３０】
火炎域３４で発生された燃焼排ガス、即ち、燃焼済み燃料ガスは、流れ方向３６におけるその流れによって第２混合域３０に到達し、この第２混合域３０において第２燃料ガス噴射筒１６から流出する燃料ガスと混合される。そして、第１火炎域３４に類似して形成された第２火炎域３８で燃焼される点火性混合気が生ずる。この第２混合域３８で生じ集められた燃焼排ガスは一部が燃焼室１２からガスタービン２のタービン部分（図示せず）に導かれる燃焼排ガス噴射流４０に排出される。残りの燃焼排ガス部分は再循環流４２において混合域２８に再循環され、そこで乃至は火炎域３４において火炎を安定化するために用いられる。第１段の燃料ガス噴射筒１４を通って高速流入する可燃性混合気が高い流出速度により生ずる静圧差のために熱い燃焼排ガスを吸い込むことによって、その再循環が維持される。
【００３１】
その混合によって、火炎域３４における安定燃焼を可能とする温度が得られる。火炎域３４からの燃焼排ガスの向きに応じて、この燃焼排ガスは全部が混合域３０に導かれ、あるいはその一部が再循環流４４により混合域２８に同様に再循環される。
【００３２】
第１火炎域３４からの燃焼排ガスが流れ方向３６において混合域３０に直接流入することによって、この燃焼排ガスを再循環する必要なしに、熱い燃焼排ガスによる火炎安定化が達成される。一般的に、次段の火炎安定化のために或る段の熱い燃焼排ガスを利用することによって、必要な再循環燃焼排ガス質量流量が少なくなる。全負荷運転時には単段形態に比べて、燃料ガス噴射筒１４、１６を通して噴射される予混合済み燃料ガスの２０％〜７０％例えば５０％しか再循環燃焼排ガスによって安定化されない。軸方向下流に位置する第２段は、燃焼器軸線８に関して軸方向上流に位置する段の熱い燃焼排ガスを介して安定化される。
【００３３】
第１燃料ガス噴射筒段（１４）の火炎安定化のために必要とされる燃焼排ガスしか再循環されない。これによって、再循環域４６は比較的小さく、燃焼器６ないしガスタービン２はコンパクトに構成できる。再循環域４６が小さいことによって、燃焼室１２における燃焼排ガスの平均滞在時間が短く、窒素酸化物発生が少ない。混合域２８と火炎域３４を第２燃料ガス噴射筒１６の混合域３０の上流に配置することによって、燃焼室１２における乱流の少ない燃料ガス噴射流案内、火炎案内および燃焼排ガス案内が達成される。
【実施例２】
【００３４】
図２は、ガスタービン５０の軸線（図示せず）に対して垂直に延びる燃焼器軸線８を備えたガスタービン５０の燃焼器４８の一部を示している。以下の説明は主に図１の実施例との相違点だけに限定し、同じ特徴と機能については図１の説明を参照されたい。本質的に同じ構造部品には基本的に同一符号が付されている。
【００３５】
この燃焼器４８は、第１燃料ガス噴射筒段（１４）および第２燃料ガス噴射筒段（１６）に加えて、第２段の半径方向外側に環状に分布して配置され燃焼器軸線８の周りに対称に配置された第３の燃料ガス噴射筒段を形成する複数の燃料ガス噴射筒５２を有している。第２燃料ガス噴射筒１６の軸線５４は燃焼器軸線８に対して平行に延び、これにより、第２燃料ガス噴射筒１６の開口２４からの流れ方向２６が同様にほぼ燃焼器軸線８に対して平行に延びている一方で、第１燃料ガス噴射筒１４の軸線５６は燃焼器軸線８に対して半径方向外側に約１０°の角度で第２段に対して傾斜されている。このようにして、第１段の全ての燃料ガス噴射筒１４は第２段に対して半径方向外側に傾斜されている。流れ方向５８およびこれにより生ずる火炎域３４からの燃焼排ガスの流れ方向６０は、この燃焼排ガスを混合域３０に直接流入させるために、第２燃料ガス噴射筒１６の第２混合域３０に真っ直ぐ向けられている。これによって、第２燃料ガス噴射筒１６からの燃料ガスと火炎域３４からの熱い燃焼排ガスとの特に良好な混合が達成される。
【００３６】
第３燃料ガス噴射筒５２の軸線６２は、燃焼器軸線８に対して半径方向内側に約１０°の角度を成して延び、これによって、第２火炎域３８からの燃焼排ガスの流れ方向６４が第３段の燃料ガス噴射筒５２の混合域６６に真っ直ぐ向けられている。これによって、第３火炎域６８における燃焼の火炎安定化がその燃焼排ガスの再循環を必要とせずに達成される。
【００３７】
この３段配置式の場合、熱い燃焼排ガスの再循環は第１段の火炎安定化のためにしか必要とされず、これに対して、第２段および第３段は燃焼排ガスの再循環を必要とせず、上流に位置する段からの熱い燃焼排ガスの直接流入によって火炎が安定化される。これによって、再循環域４６を比較的小さくすることができる。
【００３８】
コンパクトな構造のガスタービンにおいて火炎安定化を一層向上するために、３段以上にすることができる。カスケード状に連続接続された４段あるいは５段も考えられ、その第１段における燃焼排ガスしか再循環されず、次段の火炎を安定化するための燃焼排ガスは先行段から直接流入する燃焼排ガスによって生ずる。
【実施例３】
【００３９】
図３は、２段配置された燃料ガス噴射筒１４、１６を備えた燃焼器７２を有するガスタービン７０の実施例を示している。その燃焼器７２は、図１に示された実施例と異なって、再循環域４６に火炎域７６を形成するための手段７４を有している。これによって、比較的少量の熱い燃焼排ガスしか発生しないガスタービン７０の部分負荷運転時には、燃焼排ガス噴射流３２が火炎域７６からの追加的な入熱量ないし流入燃焼排ガスによって強化される。このようにして、部分負荷運転時でも、第１段の火炎安定化のために十分な熱い燃焼排ガスが供給される。
【００４０】
この場合、制御装置７８が可制御弁８０と連携して、パイロットバーナとして形成される手段７４に導入される燃料ガス噴射流を調整する。パイロットが必要とされないとき（例えば全負荷運転中）、その手段７４からの燃料ガス供給は弁８０によって止められる。燃焼器７２における運転パラメータが図示されていない手段例えばセンサによって検出され、部分負荷運転中において有利なパイロット度が制御装置７８によって弁８０と連携して求められ、相応した燃料ガス供給が手段７４によって制御される。
【００４１】
部分負荷運転を一層向上するために、ガスタービン７０は第１燃料ガス噴射筒１４ないし第２燃料ガス噴射筒１６にも弁８２、８４を有している。これによって、その第１、第２の両段間における燃料ガス分配率が有利に制御される。即ち、部分負荷運転中に第２段を通しての燃料ガス供給が第１段を通しての燃料ガス供給よりも強く絞られ、これによって、燃焼排ガス噴射流８６における熱い燃焼排ガス供給は第２段の良好な火炎安定化に対して常に十分である。負荷の一層の低下のために第１段の燃料ガス噴射流のかなりの絞りが必要とされるとき、燃焼排ガス噴射流３２はパイロット燃焼によって強められ、これによって、混合域２８へのおよびこれに伴って間接的に混合域３０への十分な燃焼排ガス供給と熱供給が保証される。このようにして、２つの段を通しての燃料ガス供給は、ガスタービン７０の負荷範囲に応じて制御されるか、あるいは相応したセンサの存在により調整される。この原理は上述した実施例のガスタービン２、５０に対しても勿論適用される。
【００４２】
図４〜図７は、半径方向内側の第１燃料ガス噴射筒および半径方向外側の第２燃料ガス噴射筒の開口８８ａ〜８８ｄ、９０ａ〜９０ｄの配置を原理的に概略正面図で示している。この原理は燃料ガス噴射筒の異なった数や幾何学形状および２段以上の燃料ガス噴射筒段にも利用できる。第１燃料ガス噴射筒の開口８８ａ〜８８ｄはそれぞれ半径方向内側の円９２ａ〜９２ｄ上に配置され、第２燃料ガス噴射筒の開口９０ａ〜９０ｄはそれぞれ半径方向外側の円９４ａ〜９４ｄ上に配置されている。
【００４３】
図４に示された実施例の場合、第１段の各半径方向内側開口８８ａに第２段の各半径方向外側開口９０ａが割り当てられ、これによって、主に第１段の燃料ガス噴射筒からの燃焼排ガスが第２段の燃料ガス噴射筒の火炎安定化に用いられる。
【００４４】
図５において、第１燃料ガス噴射筒の開口８８ｂは接線方向にずらして第２燃料ガス噴射筒の２つの燃料ガス噴射筒間ないしそれらの開口９０ｂ間の中央に配置されている。その結果生ずる第１段の燃焼排ガス噴射流９６ｂは接線方向ずれによって第２段の燃料ガス噴射流９８ｂ間に入り込み作用する。これによって、それらの燃料ガス噴射流９８ｂは燃焼排ガス噴射流９６ｂで取り囲まれ、これにより、その中を流れる燃料ガスと燃焼排ガス噴射流９６ｂからの熱い燃焼排ガスとの特に良好な混合が生ずる。
【００４５】
図６において両段の開口８８ｃ、９０ｃはそれぞれほぼ等間隔で配置され、これによって、第１段の開口８８ｃと第２段の外側開口９０ｃとは半径方向に直接的に対応配置はされない。しかも、内側開口８８ｃの外側開口９０ｃに対する不均一な接線方向配置によって、内側燃料ガス噴射筒からの燃焼排ガス噴射流と外側燃料ガス噴射筒の燃料ガス噴射流との良好な混合が達成される。第１燃料ガス噴射筒よりも多くの第２燃料ガス噴射筒が存在するので、全ての燃料ガス噴射筒は、燃焼室単位体積当たり同じ燃料ガス噴射流量を維持した状態で、同じ大きさとなる。
【００４６】
図７は第１、第２燃料ガス噴射筒における燃焼器軸線８に関して半径方向に向けられた長円形断面の開口８８ｄ、９０ｄを示している。これにより、それらから流出する燃料ガス噴射流９８ｄ、１００ｄは同様に長円形の断面を有している。これにより、第１段の燃料ガス噴射流１００ｄから生ずる第１段の燃焼排ガス噴射流９６ｄは、類似して長円形の断面に形成され、開口８８ｄ、９０ｄの接線方向ずれによって、燃料ガス噴射流９８ｄ間に入り込み作用する。これによって、燃料ガス噴射流９８ｄは燃焼排ガス噴射流９６ｄにより大きな面にわたり包囲され、これにより、その中を流れる燃料ガスと燃焼排ガス噴射流９６ｄからの熱い燃焼排ガスとの特に良好な混合が生ずる。
【００４７】
他の実施態様において、１つの段、外側段あるいは内側段の開口だけが長円形の断面に形成され、これによって、長円形断面の燃焼排ガス噴射流が円形断面の燃料ガス噴射流で突っ込まれるか、あるいは長円形断面の燃料ガス噴射流間に円形断面の燃焼排ガス噴射流が入り込み作用する。
【００４８】
同様に、燃料ガス噴射流がその表面を凹ませて噴射されることも考えられ、これによって、表面積が増大され、燃焼排ガスが特に良好に燃料ガス噴射流に入り込み、そこで良好に混合される。
【００４９】
或る段の燃料ガス噴射筒１４、１６、５２の他の段の燃料ガス噴射筒１４、１６、５２に対する半径方向傾斜は、図１〜図４に示された実施例の場合も勿論利用できる。同様に、接線方向ずれ、噴射流の長円形断面および／又は凹み形状および制御装置７８による制御の原理は、図示された全実施例および他の段に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
２    ガスタービン
６    燃焼器
１２    燃焼室
１４    第１燃料ガス噴射筒
１６    第２燃料ガス噴射筒
２８    混合域
３０    混合域
３４    火炎域
４６    再循環域
４８    燃焼器
５０    ガスタービン
５２    燃料ガス噴射筒
６６    混合域
６８    火炎域
７０    ガスタービン
７２    燃焼器
７４    火炎発生補助手段
７８    制御装置
９８ｄ  燃料ガス噴射流
１００ｄ  燃料ガス噴射流
【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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【国際調査報告】
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