(57)【要約】  【課題】  燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することができる予混合燃料ノズル及び、燃焼器に投入される燃料あたりの発生ＮＯｘ量を抑えることができる燃焼器及び、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができるガスタービンを提供する。  【解決手段】  燃焼用空気が流動する内筒と、中空の燃料棒と、燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズル。【選択図】      図３
2005180799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、
前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、
前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されており、同一場所に配置された該燃料噴射スポークは等中心角度間隔で、前記燃料棒の軸方向に見て重ならないように配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【請求項２】
前記燃料噴射スポークの配置位置が同一場所にまとめられていることを特徴としている請求項１に記載の予混合燃料ノズル。
【請求項３】
前記燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の予混合燃料ノズル。
【請求項４】
前記燃料噴射スポークのうち燃焼用空気流の上流に配置される燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されており、下流側の燃料噴射スポークが該上流側に配置された燃料噴射スポークの傾きと反対側に前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の予混合燃料ノズル。
【請求項５】
前記燃料噴射スポークは断面が翼形状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項６】
前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って下流側に噴出する形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項７】
前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の下流側斜め方向に所定の角度で噴出する形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項８】
前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って上流側に噴出する形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項９】
前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の上流側斜め方向に所定の角度で噴射する形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項１０】
軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、
前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、
前記燃料噴射スポークは柱状形状を有し、外周面に半径方向外側に延びる複数の気流撹拌部材が取り付けられており、
前記複数の気流撹拌部材は前記燃焼用空気の流動方向に対して下流側斜め方向両側に延びており、前記燃料棒から近い部分と遠い部分で反対側に延びていることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【請求項１１】
前記燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さく、遠くなるにしたがって大きくなるスリット状の孔であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項１２】
前記燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さい貫通孔であり、遠くなるにしたがって大きな貫通孔になることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項１３】
前記燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は開口面積が同じ大きさの複数の貫通孔であり、該燃料噴射スポークの前記燃料棒から遠くなるにしたがって設置個数が増えることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項１４】
軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成された中空の羽根部材とを有しており、
前記らせん状の羽根部材の中空部は前記燃料棒の中空部と全部又は一部が連通しており、該羽根部材の側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【請求項１５】
軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成された羽根部材とを有しており、
前記中空の燃料棒の前記羽根部材が設けられていない外周面には該羽根部材にそって流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【請求項１６】
前記羽根部材は、所定旋回するごとに分割されており、分割されて隣り合う部分はひねり方向が逆転することを特徴とする請求項１４又は請求項１５のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
【請求項１７】
軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
らせん状に形成され中空部を有する羽根部材とを有しており、
前記らせん状の羽根部材は所定形状の断面積を有する筒状部材をねじった形状を有しており、
前記羽根部材の中空部から外部に貫通する燃料噴射孔を有していることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載の予混合燃料ノズルをメイン予混合燃料ノズルとして用いることを特徴とする燃焼器。
【請求項１９】
請求項１８に記載の燃焼器を用いていることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン、ガスタービンの燃焼器及び該燃焼器に燃料と空気を予め混合した混合気を送る予混合燃料ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの燃焼器においては、燃料と燃焼用空気とをそれぞれ異なるノズルから噴出して燃焼させる拡散燃焼方式に代わって、ＮＯｘの低減に有利な予混合燃焼方式が主流となっている。
【０００３】
予混合燃焼方式とは、燃料と燃焼用空気とをノズルの上流側で予め混合しておき、該ノズルから混合気として噴出して燃焼させるものである。この予混合燃焼方式においては、燃料が少ない希薄な混合気であっても全ての燃焼領域においてその状態で燃焼させることができるため予混合火炎の温度を下げやすく、拡散燃焼方式と比べてＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０００４】
図１５に予混合燃焼方式の燃焼器の一例の断面図を示す。図１５に示す燃焼器Ｂｓ２は燃焼筒９１と、燃焼筒９１の中心軸線上にパイロットノズル９２が配置されており、このパイロットノズル９２の周りには、パイロットノズル９２に対して略平行に延びる複数のメイン予混合ノズル９３が周方向に等中心角度間隔で配置されている。
【０００５】
パイロットノズル９２及びメイン予混合ノズル９３には燃料を供給するパイロット燃料棒９２１及びメイン燃料棒９３１を備えている。パイロットノズル９２の周りには、パイロットスワールベーン９２２が配置されている。パイロット燃料棒９２１先端部には燃料を噴出するための燃料噴射孔９２３を形成している。
【０００６】
また、メイン予混合ノズル９３のメイン燃料棒９３１の回りには、内筒９３２と、予混合スワールベーン９３３が内筒９３２に配置されている。メイン予混合ノズル９３には、メイン燃料棒９３１の側壁から放射状に半径方向外側に延びる複数の燃料噴射スポーク９３４が円周方向に等中心角度間隔で設けられており、燃料噴射スポーク９３４とメイン燃料棒９３１は連通している。燃料噴射スポーク９３４には燃料噴出孔９３５が複数設けられており、燃料噴出孔９３５より燃料を噴出して燃料と燃焼用空気を混合する。
【０００７】
燃焼器Ｂｓ２に進入した燃焼用空気は内筒９３２の端部においてパイロットノズル９２及びメイン予混合ノズル９３に流入する。パイロットノズル９２に流入した燃焼用空気はパイロットスワールベーン９２２を通過することで周方向に旋回する気流（スワール）が形成される。また、メイン予混合ノズル９３に流入した空気は燃料噴射スポーク９３４より噴射された燃料と混合した状態でスワールが形成されてより混合気の濃淡が無いように混合される。
【０００８】
パイロットノズル９２から噴出した混合気はパイロット火炎を形成しており、メイン予混合ノズル９３から噴出される混合気はパイロット火炎に接触して主火炎９Ｆを形成して燃焼する。
【０００９】
図１６（Ａ）にメイン燃料棒の側断面図を、図１６（Ｂ）にメイン燃料棒の拡大断面図を示す。図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すようにメイン燃料棒９３１はメイン燃料棒９３１から半径方向に延びる燃料噴射スポーク９３４が、周方向に等中心角度間隔に４個備えられている。図１６（Ｂ）に示すように、燃料噴射スポーク９３４には燃料を空気の流れに対して直交する方向に噴出させるための複数の燃料噴出孔９３５が形成されている。複数の燃料噴出孔９３５は燃料噴射スポーク９３４の略中央に略同一直線上に配置され、さらにメイン燃料棒９３１の半径方向の遠い部分にも略同一直線上に配置され、燃料噴射スポーク９３４の対抗する面に形成されている。
【００１０】
燃料噴射スポーク９３４は図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように平板型であるのが好ましく、これにより圧力損失が低く剥離の発生しにくい流れを形成することが可能である。これは、燃料噴射スポーク９３４が平板型である場合に空気の流れに対する燃料噴射スポーク９３４の投影面積を最も小さくできるためである。したがって、平板型の燃料噴射スポーク９３４の厚みが小さいほど圧力損失が低く剥離の発生が少ない流れを形成することができる。
【特許文献１】特開平１０−１９２５８号公報
【特許文献２】特開２００３−８３５４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４８７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
メイン予混合ノズル９３では、内筒９３２に流入する主流空気に対してメイン燃料棒９３１に取り付けられた４枚の燃料噴射スポーク９３４から燃料を主流空気の流れ方向に対して垂直に噴射して燃料と空気の混合を促進するとともに、燃料と空気の混合気はその下流に設置された予混合スワールベーン９３３を通過して周方向に旋回することで均一な混合気を形成している。しかしながら、現状のメイン予混合ノズル９３で形成した予混合気は、場所により燃料濃度の均一度が不十分になる場合がある。
【００１２】
燃焼器Ｂｓ２は燃料と空気の混合気の燃料濃度が均一であるときを基準に形成されており、燃料供給量及び燃焼用空気供給量も燃料濃度が均一であるときを基準に決定されている。予混合気の燃料濃度が不均一な状態で燃焼した場合、燃料濃度の薄い部分では燃焼温度が低く、燃料濃度の濃い部分では燃焼温度が高くなる。燃焼温度が高くなると、投入された燃料に対して排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘの含有量が多くなる。
【００１３】
ＮＯｘはガスタービン機器を構成している金属の腐食の原因になるほか、該ガスタービン機器の外部に排出された場合、高濃度のＮＯｘは呼吸器に影響を及ぼし、酸性雨及び光化学オキシダントの原因物質になるとされており、環境問題の観点からＮＯｘ排出量は厳しく規制されている。
【００１４】
以上の問題を鑑みて本発明は、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することができる予混合燃料ノズルを提供することを目的とする。
【００１５】
また本発明は、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することで、燃焼器に投入される燃料あたりのＮＯｘ発生量を抑えることができる燃焼器を提供することを目的とする。
【００１６】
さらに本発明は、燃料消費量あたりのＮＯｘ発生量を抑え、それにより、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができる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】
【００１７】
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されており、同一場所に配置された該燃料噴射スポークは等中心角度間隔で、前記燃料棒の軸方向に見て重ならないように配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
【００１８】
この構成によると、前記燃料噴射スポークを複数の場所に分割して備えており、燃料が多くの該燃料噴射スポークから噴射されるので、高い均一度で燃焼用空気に燃料を混合させることができる。
【００１９】
このことにより、前記予混合燃料ノズルから噴出される燃焼用空気及び燃料の混合気に部分的に燃料の濃度が濃い部分、薄い部分が少なくなり、部分的に設計時に設定された温度をこえることが少ないので、ガスタービンの各部材を高温より守ることができ、また、排ガス中のＮＯｘ含有量を少なく抑えることができる。
【００２０】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークの配置位置が同一場所にまとめられていてもよい。
【００２１】
この構成によると、前記燃料噴射スポークを前記燃料棒の軸方向に分けて配置することができない状態でも、前記燃料噴射スポークを多く設けることができ、高い均一度で燃焼用空気に燃料を混合させることができる。
【００２２】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されていてもよい。
【００２３】
この構成によると、燃焼用空気は燃料噴射スポークを通過するときにらせん状の流れになるので、燃焼用空気と燃料を均一に混合させるためのスワールベーンを取り付けなくてもよく、それだけ、簡単な構造の予混合燃料ノズルを提供することが可能である。
【００２４】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークのうち燃焼用空気流の上流に配置される燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されており、下流側の燃料噴射スポークが該上流側に配置された燃料噴射スポークの傾きと反対側に傾けて配置されているものであってもよい。
【００２５】
この構成によると、燃焼用空気の流れ方向上流側の燃料噴射スポークと下流側の燃料噴射スポークとでは燃焼用空気流のらせん方向が異なり、それだけ、強いせん断流れを形成し燃焼用空気と燃料を均一に混合することができる。
【００２６】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークは断面が翼形状であってもよい。
【００２７】
この構成によると、燃焼用空気が燃料噴射スポークを通過する際の該燃焼用空気の圧力損失を低減することができる。
【００２８】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って下流側に噴出する形状を有していてもよい。
【００２９】
この構成によると、燃焼用空気の流れに対して流れに沿う方向に燃料を噴射するので、燃焼用空気に対する燃料噴流のブロッケージが無くなり、燃料噴流と燃焼用空気の合流による圧力損失を低減することができる。
【００３０】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の下流側斜め方向に所定の角度で噴出する形状を有していてもよい。
【００３１】
この構成によると、燃焼用空気の流れに沿うように、且つ、前記燃料噴射スポークからより遠くへ燃料を噴射するので、燃焼用空気と燃料噴流の合流による圧力損失を低く抑えるとともに、前記下流側燃料噴き出しに比べて燃料を燃焼用空気のより広い範囲に拡散させることができ、燃焼用空気と燃料をより高い均一度で混合することができる。
【００３２】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って上流側に噴出する形状を有していてもよい。
【００３３】
この構成によると、燃料を燃焼用空気の流れる方向に正対して噴射することで、燃焼用空気と燃料噴流との衝突による強い剪断によって燃料の拡散が促進され、それだけ、燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができる。
【００３４】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の上流側斜め方向に所定の角度で噴射する形状を有していてもよい。
【００３５】
この構成によると、燃料を燃焼用空気の流れる方向に逆行する方向に噴射することで燃焼用空気への燃料の拡散が促進されるとともに、前記燃料噴射スポークからより遠くに燃料を噴射することができるので、燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができる。
【００３６】
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは柱状形状を有し、外周面に半径方向外側に延びる複数の気流撹拌部材が取り付けられており、前記複数の気流撹拌部材は前記燃焼用空気の流動方向に対して下流側斜め方向両側に延びており、前記燃料棒から近い部分と遠い部分で反対側に延びていることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
【００３７】
この構成によると燃焼用空気の流れに対し前記燃料噴射スポークに備えられた前記燃料噴射孔より燃料を噴射した後に、気流撹拌部材に接触して該気流撹拌部材に沿って流れることで、強いせん断流れを形成し、燃焼用空気と燃料が撹拌されるので高い均一度で混合することが可能である。
【００３８】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さく、遠くなるにしたがって大きくなるスリット状の孔であってもよい。
【００３９】
この構成によると、予混合燃料ノズルの中心側と外周側の容積の差による燃焼用空気に対する燃料の濃度の差が発生するのを抑えることができ、それだけ高い均一度で燃焼用空気と燃料を混合することができる。
【００４０】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さい貫通孔であり、遠くなるにしたがって大きな貫通孔になるものであってもよい。
【００４１】
この構成によると、予混合燃料ノズルの中心側と外周側の容積の差による燃焼用空気に対する燃料の濃度の差が発生するのを抑えることができるとともに燃料噴射孔が分割され小さくなっているので燃料を遠くに噴射することができ、それだけ高い均一度で燃焼用空気と燃料を混合することができる。
【００４２】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は開口面積が同じ大きさの複数の貫通孔であり、該燃料噴射スポークの前記燃料棒から遠くなるにしたがって設置個数が増えるものであってもよい。
【００４３】
この構成によると、複数設けられた燃料噴射孔の大きさは全て同じであるので、燃料噴射量の調整がしやすく、それだけ、燃焼用空気と燃料の高い均一度の混合を行うことができる。
【００４４】
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成され、中空部を有する羽根構造の燃料噴射スポークとを有しており、前記らせん状燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と全部又は一部が連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
【００４５】
この構成によると、燃焼用空気及び燃料と混合した燃焼用空気は前記燃料噴射スポークに沿って流れることで、内筒内をらせん状に旋回しつつ流れるので、スワールベーンを省略しても、旋回しつつ流れる燃焼用空気中に燃料を噴射することにより、燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することが可能である。
【００４６】
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成される羽根部材とを有しており、前記中空の燃料棒の前記羽根部材が設けられていない外周面には該羽根部材にそって流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴する予混合燃料ノズルを提供する。
【００４７】
この構成によると、燃料は前記燃料棒より噴射し、燃焼用空気は前記羽根部材にて旋回させるので、スワールベーンを省略しても燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができるとともに、羽根部材内部に中空部を設けなくてもよく、それだけ、製作コストを低減することができる。
【００４８】
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、前記羽根部材は、所定旋回するごとに分割されており、分割されて隣り合う部分はひねり方向が逆転するものであってもよい。
【００４９】
この構成によると、旋回方向が変わることで強い剪断が生じるため、より燃焼用空気と燃料の不均一な部分を少なくすることができる。
【００５０】
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、らせん状に形成され中空部を有する羽根部材とを有しており、前記らせん状の羽根部材は所定形状の断面積を有する筒状部材をねじった形状を有しており、前記羽根部材の中空部から外部に貫通する燃料噴射孔を有していることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
【００５１】
この構成によると、燃料棒と燃料噴射スポークを一体的に形成しており、燃焼用空気は前記羽根部材にて旋回させるので、スワールベーンを省略しても燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができるとともに、羽根部材内部に中空部を設けなくてもよく、それだけ、製作コストを低減することができる。
【００５２】
上記目的を達成するために本発明は、以上に示した予混合燃料ノズルのうちいずれかをメインノズルとして用いる燃焼器を提供する。
【００５３】
この構成によると、燃料が燃焼するときに温度が局所的に高くなる部分がなくなるようにすることができ、前記燃焼器のダメージを小さくすることができるとともに、燃料消費量あたりのＮＯｘ発生量を低減することができる。
【００５４】
上記目的を達成するために本発明は、上述の燃焼器を用いたガスタービンを提供する。
【００５５】
この構成によると、燃料消費量あたりのＮＯｘ発生量を抑え、それにより、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明によると、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することができる予混合燃料ノズルを提供することができる。
【００５７】
また本発明は、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することで、燃焼器に投入される燃料あたりのＮＯｘ量を抑えることができる燃焼器を提供することができる。
【００５８】
さらに本発明は、燃料消費量あたりのＮＯｘ発生量を抑え、それにより、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができるガスタービン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】
【００５９】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図１に本発明にかかる予混合燃料ノズルを利用したガスタービンの概略配置図を示す。図２に本発明にかかる予混合燃料ノズルを利用した燃焼器の内部構造の断面図を示す。
【００６０】
図１に示すガスタービンＧＴは、圧縮機Ｃｐと燃焼器ＢｓとタービンＴｂとを有している。圧縮機ＣｐとタービンＴｂは同一の回転軸Ａｘで連結されており、タービンＴｂの回転エネルギの一部を利用して圧縮機Ｃｐを回動させている。
【００６１】
圧縮機Ｃｐが回動することで、空気は圧縮されるとともに温度が高められて燃焼用空気として空気流動路Ａｗを通って燃焼器Ｂｓに燃焼用空気として導入される。また燃焼器Ｂｓには空気が導入される空気流動路Ａｗとは別に燃料を供給するための燃料供給路Ｆｗが設けられている。
【００６２】
空気流動路Ａｗより燃焼用空気が導入されるとともに、燃料供給路Ｆｗより燃料が供給されることで燃焼器Ｂｓで燃料と空気の混合が行われ、燃料と空気の混合ガスを燃焼させることで、燃焼ガスを生成する。燃焼ガスをタービンＴｂに導入することでタービンＴｂを回動させ、回転軸Ａｘに取り付けられた発電機Ｇｒを駆動して発電を行う。
【００６３】
図２に示す燃焼器Ｂｓは燃焼筒１と、燃焼筒１の中心軸線上にはパイロットノズル２が配置されており、このパイロットノズル２の周りには、パイロットノズル２に対して略平行に延びる複数のメイン予混合ノズル３が周方向に等中心角度間隔で配置されている。
【００６４】
パイロットノズル２及びメイン予混合ノズル３には燃料を供給するパイロット燃料棒２１及びメイン燃料棒３１を備えている。パイロットノズル２の周りには、パイロットスワールベーン２２が配置されている。パイロット燃料棒２２先端部には燃料を噴出するための燃料噴射孔２３が形成されている。
【００６５】
また、メイン予混合ノズル３のメイン燃料棒３１の回りには、内筒３２と、予混合スワールベーン３３が内筒３２に配置されている。メイン予混合ノズル３には、メイン燃料棒３１の側壁から放射状に半径方向外側に延びる複数の燃料噴射スポーク３４が円周方向に等中心角度間隔で設けられており、燃料噴射スポーク３４とメイン燃料棒３１は連通している。燃料噴射スポーク３４には燃料噴出孔３５が複数設けられており、燃料噴出孔３５より燃料を噴出して燃料と燃焼用空気を混合する。
【００６６】
パイロットノズル２から噴出した混合気はパイロット火炎を形成しており、後述のメイン予混合ノズル３から噴出される混合気が、パイロット火炎に接触して主火炎Ｂｎを形成して燃焼する。燃焼後の燃焼ガスはタービンに導入される。
【００６７】
（第１の実施形態）
図３（Ａ）に本発明にかかるメイン予混合燃料ノズルの軸方向断面図を、図３（Ｂ）に本発明にかかる予混合ノズルのＸ−Ｘ断面図を示す。図３（Ａ）、（Ｂ）に示す予混合燃料ノズルは、図２に示すメイン予混合ノズルとして用いられるものである。図３（Ａ）、（Ｂ）に示す予混合燃料ノズル３ａは、軸方向に延伸し内部を燃焼用空気が流動する内筒３２ａと、内筒３２ａの中心軸Ｃｅ上に配置される中空部３１１ａを有する燃料棒３１ａと、内筒３２ａの内周面に取り付けられ燃焼用空気を内筒３２ａ内で旋回させるための予混合スワールベーン３３ａとを有している。
【００６８】
予混合スワールベーン３３ａは、内筒３２ａ内部を流動する燃焼用空気と燃料の混合物（以下混合気という）が、メイン予混合ノズル３ａの軸方向に移動しつつ旋回する渦巻状流れ（スワール）になるような構造を有している。
【００６９】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、燃料噴射スポーク３４ａは燃料棒３１ａの外周面に燃料棒３１ａの半径方向外側に伸びる形状を有しており、燃料棒３１ａを中心に等中心角度間隔で８個設けられている。燃料棒３１ａに備えられている燃料噴射スポーク３４ａは、内筒３２ａに取り付けられた予混合スワールベーン３３ａよりも混合気の流れる方向の上流側に配置される。
【００７０】
燃料棒３１ａは下流側の先端３１０ａが尖っており、図３（Ｂ）に示すように燃料棒３１ａは中空部３１１ａを有しており、燃料噴射スポーク３４ａも中空部３４１ａを有している。燃料棒３１ａの中空部３１１ａと燃料噴射スポーク３４ａの中空部３４１ａは連通している。燃料噴射スポーク３４１ａは燃焼用空気と燃料との混合気が流れる流動方向に延びる形状を有している。
【００７１】
燃料噴射スポーク３４ａは側面に燃料を外部に噴射するための燃料噴射孔３４２ａを備えている。燃料噴射孔３４２ａは中空部３４１ａから外部に貫通する貫通孔であり、それには限定されないが、燃料棒３１ａに近い側の燃料噴射孔３４２ａと遠い側の燃料噴射孔３４２ａを有している。また、燃料噴射孔３４２ａは燃料噴射スポーク３４ａの中空部３４１ａを挟んで一直線に並んでいる場合もあれば（図３（Ｂ）参照）、互い違いに並んでいる場合もあり、その並び方には限定されない。燃料は燃料噴射孔３４２ａより燃焼用空気の流動方向に対して直角に燃料を噴射して混合気を生成する。
【００７２】
燃料棒３１ａの中空部３１１ａ内を燃料棒３１ａに沿って流動してきた燃料は燃料噴射スポーク３４ａの中空部３４１ａに導入され、燃料噴射スポーク３４ａに設けられた燃料噴射孔３４２ａより、燃料棒３１ａに沿って流動している燃焼用空気に噴射されて燃焼用空気に燃料が混合した混合気になる。混合気は気流の流れ方向下流側に設けられているスワールベーン３３ａを通過することでらせん状にねじれた気流（スワール）となり、燃料と燃焼用空気の均一度を高めることが可能である。
【００７３】
図４に１本の燃料棒に複数の燃料噴射スポークを取り付けた場合の燃焼用空気の圧力損失と、混合気の不均一さのグラフを表す。図４に示すグラフは横軸に燃料噴射スポークの数をとっており、実線は燃焼用空気の圧力損失、破線は混合気の不均一さを示している。図４に示すグラフを見ると、燃料噴射スポークが４本のときは燃焼用空気の圧力損失は小さいが、混合気の不均一さが高く、１２本のときは混合気の不均一さは低いが、燃焼用空気の圧力損失が高くなる。燃料噴射スポークが８本のときに圧力損失と不均一さのバランスがよくなることがわかる。以上のことより、以下の実施形態では図４で最もバランスのよい１本の燃料棒に対して燃料噴射スポークが８個取り付けられているものを採用する。
【００７４】
本実施形態において、燃料棒に連設される燃料噴射スポークの数を８個にしているが、それに限定されるものではなく、燃焼用空気の圧力損失と混合気の不均一度のバランスがよい領域の個数を選ぶことができるが、図４を見ればわかるように、燃料噴射スポーク３４ａが８個のときが最もバランスがよい、すなわち、効率が良い。
【００７５】
（第２の実施形態）
図５に本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図を示す。図５に示す予混合燃料ノズル３ｂは第１の実施形態に示す予混合燃料ノズル３ａと同じ部分を多く有しており、実質上同一の部分には同一の符号が付してある。
【００７６】
図５に示す予混合燃料ノズル３ｂは、中空部を有する燃料棒３１ｂの外面に半径方向外側に延びる燃料噴射スポーク３４ｂを８個備えている。燃料噴射スポーク３４ｂは燃料棒３１ｂの中心軸Ｃｅに対して、角度θ傾いて配置されている。また、第１の実施形態で燃料噴射スポーク３４ａの下流側に備えられているスワールベーン３３ａは省略されている。
【００７７】
燃料噴射スポーク３４ｂが燃料棒３１ｂの中心軸Ｃｅに対して角度θ傾けて取り付けられているので、燃焼用空気が燃料噴射スポーク３４ｂを通過するときに中心軸Ｃｅを中心とするらせん状の気流の流れになる。それゆえ、らせん状の気流を発生するためのスワールベーンを備える必要がない。
【００７８】
（第３の実施形態）
図６（Ａ）に本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図を、図６（Ｂ）に図６（Ａ）に示す予混合燃料ノズルのＹ−Ｙ断面図を示す。
【００７９】
図６（Ａ）、（Ｂ）に示す燃料ノズル３ｃは、中空の燃料棒３１ｃに燃料噴射スポーク３４ｃが８個取り付けられており、燃料噴射スポーク３４ｃは、燃焼用空気が流動する方向の上流側３１２ｃに配置される上流側燃料噴射スポーク３４３ｃと、上流側燃料噴射スポーク３４３ｃの下流側３１３ｃに取り付けられた下流側燃料噴射スポーク３４４ｃとを有している。
【００８０】
燃料棒３１ｃの上流側３１２ｃには上流側燃料噴射スポーク３４３ｃが４個取り付けられており、また、下流側３１３ｃには下流側燃料噴射スポーク３４４ｃが４個取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク３４３ｃ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｃは等中心角度間隔（ここでは９０度）で取り付けられている。
【００８１】
下流側燃料噴射スポーク３４４ｃは垂直方向に燃料棒３１ｃを挟んで２個、水平方向に２個取り付けられており、上流側燃料噴射スポーク３４３ｃは下流側燃料噴射スポーク３４４ｃに対して燃料棒３１ｃを中心に４５度傾けて配置されている。各燃料噴射スポーク３４３ｃ、３４４ｃは燃料棒３１ｃの中空部３１１ｃと連通する中空部３４１ｃから外面に貫通する燃料噴射孔３４２ｃを有しており、燃料は燃焼用空気と燃料の混合気の流動方向に対して直交する方向に噴射される。
【００８２】
上流側燃料噴射スポーク３４３ｃと下流側燃料噴射スポーク３４４ｃとをこのように配置することで、燃焼用空気と燃料の混合気が上流側燃料噴射スポーク３４３ｃ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｃのそれぞれを通過するときの圧力損失は燃料噴射スポークが４個のときの圧力損失となるため、上流側・下流側の全燃料噴射スポーク通過に伴う燃焼用空気と燃料の混合気のトータルの圧力損失は第１の実施形態に比べて大幅に低減される。燃料噴射スポークは、上流側３１２ｃ及び下流側３１３ｃとあわせて８個設けられており、より均一度の高い燃焼用空気及び燃料の混合気を生成することができる。図示は省略しているが予混合燃料ノズル３ｃはスワールベーンが取り付けられている。
【００８３】
（第４の実施形態）
図７に本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図を示す。図７に示す予混合燃料ノズル３ｄは燃料棒３１ｄの外面の燃焼用空気及び燃料の混合気の流動方向上流側３１２ｄに半径方向外側に向けて４個の燃料噴射スポーク３４３ｄと下流側に４個の燃料噴射スポーク３４４ｄが取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク３４３ｄ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｄは等中心角度間隔（９０度）で取り付けられている。
【００８４】
上流側燃料噴射スポーク３４３ｄは燃料棒３１ｄの中心軸Ｃｅに対して角度θだけ傾けて取り付けられており、下流側燃料噴射スポーク３４４ｄは燃料棒の中心軸Ｃｅに対して角度γだけ傾けて取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク３４３ｄ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｄは中空部から外部に貫通する燃料噴射孔３４２ｄを有しており、燃料噴射スポーク３４３ｄ、３４４ｄの側面から混合気の流れ方向に対して垂直に燃料を噴射する。
【００８５】
内筒３２ｄ内を燃料棒３１ｄに沿って流れる燃焼用空気及び燃料の混合気は、上流側燃料噴射スポーク３４３ｄ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｄに接触し、上流側及び下流側燃料噴射スポーク３４３ｄ、３４４ｄに沿って流れることで、燃料棒３１ｄを中心にした、らせん状の流れになるのでスワールベーンを設けなくてもよい。また、混合気をらせん状に流すとともに燃料を噴射するので、燃焼用空気及び燃料を均一に混合することができる。
【００８６】
図７に示す予混合燃料ノズル３ｄでは上流側燃料噴射スポーク３４３ｄの取り付け傾き角度θと下流側燃料噴射スポーク３４４ｄの取り付け傾き角度γが同じ角度のものを例示しているが、それに限定されるものではなく、傾き角度が異なっていてもよい。
【００８７】
（第５の実施形態）
図８に本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図を示す。図８に示す予混合燃料ノズル３ｅは燃料棒３１ｅの外面の燃焼用空気及び燃料の混合気の流動方向上流側３１２ｅに半径方向外側に向けて４個の燃料噴射スポーク３４３ｅと下流側３１３ｅに４個の燃料噴射スポーク３４４ｅが取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク３４３ｅ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｅは等中心角度間隔（９０度）で取り付けられている。
【００８８】
上流側燃料噴射スポーク３４３ｅは燃料棒３１ｅの中心軸Ｃｅに対して角度θだけ傾けて取り付けられており、下流側燃料噴射スポーク３４４ｅは燃料棒の中心軸Ｃｅに対してδだけ傾けて取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク３４３ｅ及び下流側燃料噴射スポーク３４４ｅは中空部から外部に貫通する燃料噴射孔３４２ｅを有しており、燃料噴射スポーク３４３ｅ、３４４ｅの側面から混合気の流れる方向に対して直交する向きに燃料を噴射して燃焼用空気と燃料を混合する。
【００８９】
上流側燃料噴射スポーク３４３ｅは燃料棒３１ｅに対して左回りのらせんを描く向きに傾けて設けられ、すなわち、図８中、燃料棒３１ｅの中心軸Ｃｅに対して左下がりに角度θ傾けて設けられている。また、下流側燃料噴射スポーク３４４ｅは燃料棒３１ｅに対して右回りのらせんを描く向きに傾けて設けられ、すなわち、図８中、燃料棒３１ｅの中心軸Ｃｅに対して右下がりに角度δ傾けて設けられている。
【００９０】
これにより燃焼用空気及び燃料の混合気の流れは上流側燃料噴射スポーク３４３ｅを通過するときに上流側燃料噴射スポーク３４３ｅに沿って流れ、燃料棒３１ｅを中心に左回りらせん状の流れとなって下流側燃料噴射スポーク３４４ｅに到達し、下流側燃料噴射スポーク３４４ｅに沿って流れ、燃料棒３１ｅを中心に右回りらせん状の流れとなる。このように流れのらせん方向が逆転することで燃焼用空気と燃料の攪拌が効率よく行われ、それだけ、燃焼用空気中の燃料の均一度を高くすることができる。
【００９１】
（第６の実施形態）
図９（Ａ）、（Ｂ）に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの一例の断面図を示す。図９（Ａ）に示す燃料噴射スポーク３４ｆは、内部に燃料が流通する中空部３４１ｆが形成されており、中空部３４１ｆから外部に貫通する燃料噴射孔３４２ｆを備えている。燃料噴射スポーク３４ｆに対する燃焼用空気の流動方向が図９（Ａ）中の矢印Ａｒ１に示す方向とすると、燃料噴射孔３４２ｆは燃料噴射スポーク３４ｆの燃焼用空気の流動方向に対して下流側の左右両側に設けられている。また、燃料噴射孔３４２ｆは燃焼用空気の流動方向の下流側に角度αで合流するように燃料を噴射するように形成されている。
【００９２】
燃料噴射孔３４２ｆから燃料を燃焼用空気の下流側に噴き出すことで燃焼用空気に対して燃料を噴射するときの合流による気流の乱れや、燃料噴射のエネルギが失われることで燃料が遠くへ飛ばなくなるのを防ぐことができる。それだけ、燃料を燃焼用空気に均一に混合することができる。
【００９３】
また、図９（Ｂ）に示す燃料噴射スポーク３４ｇのように燃料噴射孔３４２ｇを燃焼用空気の流動方向に沿う下流方向に燃料を噴射するように設けられているものも示すことができる。燃料を燃焼用空気の流動方向に沿う下流方向に噴射するので燃料が燃焼用空気に噴射されるときの気流の乱れ等が起こりにくい。
【００９４】
図９（Ａ）、（Ｂ）に示す燃料噴射スポーク３４ｆ、３４ｇのように燃焼用空気の流動方向に対して斜め下流側に燃料を噴射する燃料噴射孔３４２ｆと、燃焼用空気の流動方向の下流側に燃料を噴射する燃料噴射孔３４２ｇを個別に備えていてもよく、両方の燃料噴射孔３４２ｆ、３４２ｇを備えていてもよい。
【００９５】
（第７の実施形態）
図１０（Ａ）、（Ｂ）に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの他の例の断面図を示す。図１０（Ａ）に示す燃料噴射スポーク３４ｈは、内部に燃料が流通する中空部３４１ｈが形成されており、中空部３４１ｈから外部に貫通する燃料噴射孔３４２ｈを備えている。燃料噴射スポーク３４ｈに対する燃焼用空気の流動方向が図１０中の矢印Ａｒ１に示す方向とすると、燃料噴射孔３４２ｈは燃料噴射スポーク３４ｈの燃焼用空気の流動方向に対して上流側の左右両側に設けられている。また、燃料噴射孔３４２ｈは燃焼用空気の流動方向の上流側に角度βで合流するように燃料を噴射するように形成されている。
【００９６】
燃料噴射孔３４２ｈから燃料を燃焼用空気の上流側に噴き出すことで燃焼用空気に対して燃料を噴射するときの合流によって燃料が燃焼用空気の流れによって拡散しやすく、それだけ、燃料を燃焼用空気に対して高い均一度で混合することができる。
【００９７】
また、図１０（Ｂ）に示す燃料噴射スポーク３４ｉのように燃料噴射孔３４２ｉを燃焼用空気の流動方向に沿う上流方向に燃料を噴射するように設けられていてもよい。燃料を燃焼用空気の流動方向に沿う上流方向に噴射するので燃料が燃焼用空気の流れによって拡散しやすく、それだけ、燃料を燃焼用空気に対して高い均一度で混合することができる。
【００９８】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す燃料噴射スポーク３４ｈ、３４ｉのように燃焼用空気の流動方向に対して斜め上流側に燃料を噴射する燃料噴射孔３４２ｈと、燃焼用空気の流動方向の上流側に燃料を噴射する燃料噴射孔３４２ｉを個別に備えていてもよく、両方の燃料噴射孔３４２ｈ、３４２ｉを備えていてもよい。
【００９９】
（第８の実施形態）
図１１に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークを拡大した拡大斜視図を示す。図１１に示す燃料噴射スポーク３４ｊは柱状形状の本体部３４５ｊと本体部３４５ｊに設けられた気流撹拌部材３４６ｊとを有している。本体部３４５ｊは燃料が流動する中空部を有しており、中空部から外部に貫通し、燃料を燃焼用空気に対して噴射する燃料噴射孔３４２ｊを有している。燃料噴射孔３４２ｊは燃焼用空気の流動方向に対して直交する方向に燃料を噴射するものである。
【０１００】
気流撹拌部材３４６ｊは上下に２分割されており、図１１中上側に示されている第１の気流撹拌部材６１ｊと、下側に示されている第２の気流撹拌部材６２ｊとに分割されている。第１の気流撹拌部材６１ｊは図１１に示すように燃焼用空気の流れる方向に対して、下流側左斜めに取り付けられている。また第２の気流撹拌部材６２ｊは燃焼空気の流れる方向に対して下流側右斜めに設けられている。
【０１０１】
燃料噴射スポーク３４ｊに流動する燃焼用空気が通過するときに、第１の気流撹拌部材６１ｊ及び第２の気流撹拌部材６２ｊに沿って流れる。これにより強いせん断流れが形成され、第１の気流撹拌部材６１ｊ及び第２の気流撹拌部材６２ｊに到達する直前で噴射された燃料と高い均一度で混合される。
【０１０２】
（第９の実施形態）
図１２（Ａ）、（Ｂ）に本発明にかかる予混合燃料ノズルに用いられる燃料噴射スポークの燃料噴射孔の概略図を示す。また、図１２に予混合燃料ノズルの中心軸に直交する向きの断面図を示す。図１２（Ｂ）に示すように予混合燃料ノズル３ｋは円筒形の内筒３２ｋを有している。円筒形の中心軸上に燃料棒３１ｋを配置しており、燃料棒３１ｋより延びる燃料噴射スポーク３４ｋから燃料を噴射する。このとき、予混合燃料ノズル３ｋの中心部３７ｋの体積に比べて、内筒３２ｋの壁面に近い外周側３８ｋの体積は大きくなる。
【０１０３】
中心部３７ｋ及び外周側３８ｋに同じ量の燃料を噴射すると、中心部３７ｋでは燃焼用空気と燃料の混合気の濃度が濃くなり、外周側３８ｋでは薄くなる。そこで、図１２（Ａ）に示すように、燃料噴射スポーク３４ｋに中心部３７ｋ側から外周側３８ｋに向かって大きくなる三角形のスリット状の燃料噴射孔３４２ｋを形成する。
【０１０４】
燃料噴射孔３４２ｋより噴射される燃料は内筒３２ｋの中心部３７ｋより外周側３８ｋの方が多く、その結果、予混合燃料ノズル３ｋ内に流動する燃焼用空気及び燃料の均一度を高く混合することが可能である。
【０１０５】
また、図１２（Ａ）に示すように燃料棒３１ｋから遠くなるほど広くなるスリット状の燃料噴射孔３４２ｋの代わりに、図１２（Ｃ）に示すように燃料噴射孔３４６ｋを複数備えており、燃料噴射孔３４６ｋは燃料棒３１ｋより遠ざかるにしたがって、面積が大きくなるように形成されているものであってもよい。このようにすることで、スリット状の孔に比べて燃料の噴射速度を高くしやすい。また、図１２（Ｄ）に示すように同じ大きさの燃料噴射孔３４７ｋを複数備えており、中心部３７ｋより外周側３８ｋに近づくにしたがって個数が増えるものも例示できる。
【０１０６】
本実施形態に示す燃料噴射孔３４２ｋ、３４６ｋ、３４７ｋは上述の第１から第８の実施形態にて示した各予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークに備えられた燃料噴射孔として用いることが可能であり、燃料噴射孔３４２ｋ、３４６ｋ、３４７ｋを備えることで、燃焼用空気と燃料の混合気をより均一にすることが可能である。
【０１０７】
（第１０の実施形態）
図１３（Ａ）、（Ｂ）に本発明にかかる予混合燃料ノズルの内部構造の斜視図を示す。図１３（Ａ）に示す予混合燃料ノズル３ｍは燃料棒３１ｍと燃料棒３１ｍの外面に設けられる燃料噴射スポーク３４とを有している。燃料棒３１ｍは中空部を有しており、中空部を燃料が流通して燃料噴射スポーク３４に燃料を供給する。
【０１０８】
燃料噴射スポーク３４ｍは図１３に示すとおり、燃料棒３１ｍの外面に取り付けられており、燃料棒３１ｍを中心とするらせん状の羽根構造を有している。燃料噴射スポーク３４ｍは一部が中空に形成されており、燃料棒３１ｍの中空部と連通して燃料を流動させることができる。燃料噴射スポーク３４ｍは中空部から外部に貫通する燃料噴射孔３４２ｍが形成されている。
【０１０９】
燃焼用空気が予混合燃料ノズル３ｍ内を流動するとき、燃焼用空気はらせん状の羽根構造の燃料噴射スポーク３４ｍにそって流れることで、燃焼用空気はらせん状の流れになる。らせん状に流れている燃焼用空気に燃料噴射孔３４２ｍより燃料を噴射することで、燃焼用空気と燃料とを高い均一度で混合することができる。
【０１１０】
また、図１３（Ｂ）に示すように燃料棒３１ｎにらせん状の羽根３１４ｎを取り付けるとともに、燃料棒３１ｎのらせん状の羽根３１４ｎが取り付けられていない部分に設けられた燃料噴射孔３１５ｎより燃料を噴射するものであってもよい。この場合、らせん状の羽根３１４ｎ内部に中空部及び中空部から外部に貫通する燃料噴射孔を形成しなくてもよいので、容易に製造することができる。
【０１１１】
上述のように燃料棒３１ｍ、３１ｎの外面にらせん状の羽根構造の燃料噴射スポーク３４ｍ、羽根３１４ｎを取り付けており、燃焼用空気はらせん状に流れるのでスワールベーンを取り付けなくてもよい。また、らせん状の羽根構造を有する燃料噴射スポーク３４ｍ、羽根３１４ｎは全長で同一巻き方向のらせん状で形成されているが、らせん状部が途中で分割されており、巻き方向が逆転していてもよい。
【０１１２】
また、図１４に示すように矩形の筒状部材をねじった形状の燃料棒３１ｐを用いてもよい。このとき、燃料棒３１ｐには、燃料が流動する中空部３１１ｐと中空部を流動してきた燃料を噴射する燃料噴射孔３１５ｐを備えている。燃料棒３１ｐで燃料棒と燃料噴射スポークとを１つの部材で形成することができるので、部品点数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明にかかる予混合燃料ノズルを利用したガスタービンの概略配置図である。
【図２】本発明にかかる予混合燃料ノズルを利用した燃焼器の内部構造の断面図である。
【図３】図（Ａ）は本発明にかかるメイン予混合燃料ノズルの軸方向断面図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）に示す予混合ノズルのＸ−Ｘ断面図である。
【図４】１本の燃料棒に複数の燃料噴射スポークを取り付けた場合の燃焼用空気の圧力損失と、混合気の不均一さを示すグラフである。
【図５】本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図である。
【図６】図（Ａ）は本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）に示す予混合燃料ノズルのＹ−Ｙ断面図である。
【図７】本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図である。
【図８】本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図である。
【図９】図（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの一例の断面図である。
【図１０】図（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの他の例の断面図である。
【図１１】本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークを拡大した拡大斜視図である。
【図１２】図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明にかかる予混合燃料ノズルに用いられる燃料噴射スポークの燃料噴射孔の概略図である。
【図１３】図（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかる予混合燃料ノズルの内部構造の斜視図である。
【図１４】本発明にかかる予混合燃料ノズルの内部構造の概略斜視図である。
【図１５】従来の燃焼器の軸方向断面図である。
【図１６】図（Ａ）は従来の予混合燃料ノズルの軸方向断面図であり、図（Ｂ）は従来の予混合燃料ノズルの軸に垂直な方向の断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  燃焼筒
２  パイロットノズル
２１  燃料棒
２２  スワールベーン
２３  燃料噴射孔
３  予混合燃料ノズル
３１  燃料棒
３１１  中空部
３２  内筒
３３  スワールベーン
３４  燃料噴射スポーク
３４１  中空部
３４２  燃料噴射孔
ＧＴ  ガスタービン
Ｃｐ  圧縮機
Ｂｓ  燃焼器
Ｇｒ  発電機
【図１】
2005180799.tif 000003
【図２】
2005180799.tif 000004
【図３】
2005180799.tif 000005
【図４】
2005180799.tif 000006
【図５】
2005180799.tif 000007
【図６】
2005180799.tif 000008
【図７】
2005180799.tif 000009
【図８】
2005180799.tif 000010
【図９】
2005180799.tif 000011
【図１０】
2005180799.tif 000012
【図１１】
2005180799.tif 000013
【図１２】
2005180799.tif 000014
【図１３】
2005180799.tif 000015
【図１４】
2005180799.tif 000016
【図１５】
2005180799.tif 000017
【図１６】
2005180799.tif 000018