(57)【要約】  ガスタービン用燃焼室(１)は、流れ方向に、燃料と空気を混合して混合気を形成する混合領域(１５)ならびに一次燃焼領域(１７)および後一次燃焼領域(１８)を有する燃焼室(１)の内筒(３)を有する。圧縮空気を内筒(３)に入れるため、いずれの場合にも、少なくとも１つの開口(５,６)が混合領域(１５)部分および後一次燃焼領域(１８)部分に設けられる。供給される圧縮空気は、内筒(３)の冷却を目的としており、その一部は、次いで、混合領域(１５)部分および後一次燃焼領域(１８)部分の開口(５,６)を通って混合領域(１５)および後一次燃焼領域(１８)に入る。
2010502928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ方向に、燃料と空気を混合して混合気を形成する混合領域(１５)ならびに一次燃焼領域(１７)および後一次燃焼領域(１８)を有する内筒(３)を有し、少なくとも１つの開口(５,６)が圧縮空気を前記内筒(３)内に導くために前記混合領域(１５)部分および前記後一次燃焼領域(１８)部分に設けられる、燃焼室(１)であって、供給される圧縮空気が、前記内筒(３)の冷却に使用され、前記混合領域(１５)部分および前記後一次燃焼領域(１８)部分の前記開口(５,６)を通って、一部が前記混合領域(１５)および前記後一次燃焼領域(１８)に入るようになっていることを特徴とする燃焼室(１)。
【請求項２】
前記内筒(３)の冷却が、前記内筒(３)の外面上における衝突冷却によって行われるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼室(１)。
【請求項３】
バッフルスクリーン(２)が、圧縮空気を個別流れに分けるために、前記内筒(３)の径方向外側に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼室(１)。
【請求項４】
前記バッフルスクリーン(２)が、前記内筒(３)を円周方向に囲繞する穴板として作製されることを特徴とする請求項３に記載の燃焼室(１)。
【請求項５】
前記穴板の開口がノズルのように作製されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼室(１)。
【請求項６】
供給される圧縮空気の一部が、前記後一次燃焼領域(１８)の前記開口(５)を通って前記内筒(３)に直接入ることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃焼室(１)。
【請求項７】
前記燃焼室(１)に供給される圧縮空気が、全て前記内筒(３)の冷却のためにもたらされ、前記混合領域(１５)の前記開口(６)への流れ部分(１１)および前記後一次燃焼領域(１８)の前記開口(５)への流れ部分(１２)に分けられることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃焼室(１)。
【請求項８】
前記バッフルスクリーンが、前記一次燃焼領域(１７)だけを覆うか、または前記一次燃焼領域(１７)および前記後一次燃焼領域(１８)を覆うことを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃焼室(１)。
【請求項９】
前記開口(５)を通る前記後一次燃焼領域(１８)への流入、および／または前記開口(６)を通る前記混合領域(１５)への流入が、特に動作中、制御または調節されうることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の燃焼室(１)。
【請求項１０】
前記流入の制御または調節が、特に動作中、前記後一次燃焼領域(１８)の前記開口(５)および／または前記混合領域(１５)の前記開口(６)の流入断面の変更によって行われることを特徴とする請求項９に記載の燃焼室(１)。
【請求項１１】
前記燃焼室が、気体および／または液体燃料を使用して動作することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項１２】
圧縮空気が、ガスタービンの圧縮機領域、および前記圧縮機領域と前記燃焼室との間の適当な連結要素を介してもたらされることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の燃焼室(１)を有するガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガスタービンでの使用のために提供される燃焼室に関する。本発明は、より明確には、燃焼室に供給される圧縮空気の誘導に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機領域、燃焼室領域およびタービン領域からなる一般的な設計のガスタービンは以前から知られているので、以下では詳細には説明しない。燃焼室に供給される圧縮空気は、燃焼プロセス中に内筒に導入され、燃焼室の冷却にも使用される。規制指針(legislative guideline)により、ガスタービン領域についての研究開発作業の目標は、ガスタービンの汚染物質排出の連続的な低減であった。この場合、汚染物質であるＮＯｘ、ＣＯ２およびＣＯならびに不燃炭化水素が重要視される。ガスタービンの燃焼プロセス中の汚染物質は、例えば、混合気の希薄混合すなわちより多くの圧縮空気が混合気に添加される必要がある希薄混合によって、または内筒内における最適温度分布によって低減されうる。
【０００３】
コスト低減のため、例えばより高い温度によるガスタービンの効率の向上が望まれる。この場合、材料技術によりターボ機械工学に制限が設けられ、したがって、従来技術では、燃焼プロセス中により高い温度を達成するために燃焼室の構成要素を冷却することが、広く使用されている手段である。
【０００４】
特許文献１には、これらの要件を満たすことを目標とする従来技術からの設計が開示されている。ガスタービンの圧縮機領域から燃焼室に供給される圧縮空気は、２つの分岐流れに分けられる。一方の分岐流れは、内筒内の燃焼に使用され、他方は、燃焼室の外壁の冷却に使用され、冷却空気は、その後、後一次燃焼領域(post-primary combustion zone)に入る。
【０００５】
この設計の欠点は、圧縮空気流れのあらかじめ定められた部分だけが冷却にもたらされることである。すなわち、ガスタービンがより低い汚染物質の設計になるほど、使用可能な冷却空気がより少なくなる。その結果として、ガスタービンの効率は、より低い汚染物質排出の促進のため、低く留める必要がある。
【０００６】
他の従来技術の文献である特許文献２では、燃焼後混合領域を介して冷却に使用される圧縮空気を供給することによって前記の欠点の改善を試みている。この目的のため、冷却空気は、燃焼室の下流側から内筒の全壁部に沿って流れなければならない。したがって、このタイプの冷却の冷却効率は比較的低い。
【０００７】
したがって、特許文献２による従来技術は、後一次燃焼領域すなわち二次領域の部分の壁部の開口を介して内筒内部に直接冷却をもたらすことができないという欠点を有する。したがって、この従来技術は、最適冷却効率を実現せず、そのガスタービンの動作方法が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第0 732 546号明細書
【特許文献２】欧州特許第0 896 193号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、前述の従来技術を考慮に入れて、高い環境基準に適合すると同時に効率の向上も実現するガスタービンの燃焼室およびガスタービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、本発明の独立請求項によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な実施形態を表す。
【００１１】
本発明は、ガスタービン用の燃焼室を提供する。燃焼室の内筒は、流れ方向に、少なくとも、燃料と空気を混合して混合気を形成する混合領域、一次燃焼領域すなわち一次領域、および後一次燃焼領域すなわち二次領域に分けられる。バーナ付近に形成される混合領域部分には、通常、バーナのダクトを介して内筒内部に入る少なくとも１つの開口が設けられる。後一次燃焼領域部分には、混合開口と呼ばれる少なくとも１つの開口が同様に設けられる。この少なくとも１つの開口すなわち混合開口は、燃焼プロセスの冷却に使用される。ガスタービンの圧縮機領域であらかじめ圧縮された圧縮空気は、指定開口を通って内筒に入る。圧縮空気は、内筒を冷却するためにもたらされ、その一部が前述の開口を通って混合領域および後一次燃焼領域に入る。
【００１２】
燃焼用にその後供給される空気による内筒の冷却によって、燃焼用空気は、より高い温度で燃焼室のバーナに入る。燃焼温度がこの方法で上げられるので、ガスタービンは、より少ない燃料で動作し、それにもかかわらず同じ温度に達することができる。したがって、この手段によってガスタービンの効率が向上する。さらに、新しい構成によって、燃焼ガスが後一次燃焼領域で冷却もされることが可能になる。さらに、理論上は圧縮空気の全てが燃焼プロセスに供給されうるので、燃焼プロセスへの空気の供給が調節可能にされうる。
【００１３】
以下に、図に示される特定の実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に基づく燃焼室の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
参照符号１は、内筒３および内筒の径方向外側に位置するバッフルスクリーン２を有する、特定の実施形態による燃焼室を示す。燃焼室１は、気体および／または液体燃料を使用して動作するガスタービン(図示せず)の構成要素である。内筒の構造は、概ね円筒形である。圧縮空気は、圧縮機のエアダクトを通ってバッフルスクリーン上へと流れる。圧縮機すなわちガスタービンの圧縮機領域から燃焼室へと流れる圧縮空気は、バッフルスクリーンの開口４によって多数の個別流れに分けられる。
【００１６】
好ましくは、バッフルスクリーンの開口４はノズルのように作製され、それによって流入する圧縮空気が噴流の形で衝突するようになる。バッフルスクリーンの開口４の構成および幾何形状は、内筒表面において所望の冷却度合いが達成されるようなやり方で調整されうる。さらに、衝突冷却の空気部分１１および空気部分１２への分配は調節可能となるように実施される。本特定実施形態において、これは、後一次燃焼領域１８の開口５の幾何形状が動作中変更されうることで実施される。内筒３の冷却によって、使用される機械要素の寿命が延び、バーナ流れ部分１１,１３の空気および混合開口流れ部分１２の空気が加熱される。
【００１７】
本特定実施形態において、バッフルスクリーンは、内筒(３)を円周方向に囲繞する穴板として作製される。圧縮空気は、内筒３の外壁に沿って導かれるだけでなく、好ましくは穴板２の開口におけるノズル効果の結果として増速しながら多数の個別流れで内筒外面に衝突するので、冷却効果が著しく増大する。図には垂直様式で内筒３上へと流れるバッフル冷却空気が示されているが、内筒３上に向けられる圧縮空気の流れは、角度をなして、すなわち垂直様式でなく内筒３上に衝突することもできる。この目的のため、ある装置が、内筒３上に向けられる圧縮空気の流れを分配するために圧縮機エアダクト９内に設けられうることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の特定の実施形態は、また、内筒が衝突空気によって冷却されるところの領域に関して制限がないと理解されることである。図１には前一次燃焼領域(pre-primary combustion zone)および後一次燃焼領域両方が衝突空気によって冷却される特定の実施形態が示されている。例えば、一次燃焼領域部分だけを冷却することも可能である。
【００１９】
それにもかかわらず、本発明は、個別流れ１０が、大部分が垂直または角度が付いた様式で内筒３上に衝突する衝突冷却に限定されない。むしろ、内筒３の外壁に沿った層流が所望の冷却効果を作り出すことも可能である。本発明に不可欠なことは、何より、冷却に使用される空気が混合開口５のみならず開口６も通って内筒３に入ることである。さらに、内筒３の冷却について図示のタイプの流れの組み合わせに加えて、当業者に既知の他の冷却方法による補足も考えられる。
【００２０】
この様式で予熱される空気は、エアダクト６を通ってバーナ７に入る。そこで空気は燃料と予混合され本質的に燃料流れに沿って流れる。内筒の冷却に使用された予熱空気により、混合気の温度が従来の混合気と比較して上昇するので、ガスタービンは、燃料の使用を低減しながらも、従来技術から既知のガスタービンと同じ温度に達することができる。
【００２１】
この特定の実施形態によれば、供給される圧縮空気は、内筒３の冷却に本質的に全部使用され、混合領域１５の開口６への流れ部分１１,１３および後一次燃焼領域１８の開口５への流れ部分１２に分けられる。混合開口流れ１４は、次いで、複数の混合開口５を通って、燃料流れ８に本質的に垂直に内筒３に流入する。これによって冷却性能の向上が達成される。流入(flow-through)は、混合開口５によっておよび／または混合領域１５の開口６によって制御可能または調節可能となるように実施されうる。これは、例えば、指定開口を通る流入断面を変更することによってだけでなく、当業者に既知の全ての他の手段を使用することによっても行われうる。
【符号の説明】
【００２２】
１  燃焼室
２  バッフルスクリーン
３  内筒
４  バッフルスクリーン開口
５  混合開口
６  エアダクト
７  バーナ
８  燃料流れ
１０  衝突流れ
１１  バーナ流れ部分
１２  混合開口流れ部分
１３  バーナ流れ部分
１４  混合開口流れ
１５  混合領域
１６  前一次燃焼領域
１７  一次燃焼領域
１８  後一次燃焼領域
１９  遷移領域
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【国際調査報告】
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2010502928.tif 000007
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