(57)【要約】【課題】単純な構成で、燃焼ガス再循環の効果を最大限に発揮する燃焼装置及び燃焼方法の提供。【解決手段】流入流路（５）から空気を流入して、筒状容器（１）の開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｔ）に向う速度成分を持って旋回する空気の流れを形成し、燃料（ノズル）から燃料を噴射して、筒状容器（１）の中心軸（Ｊ）に対して径方向外側に広がり角度（α）を持って前記筒状容器（１）の閉鎖端部（１ｔ）から開放端部（１ｘ）に向う向き（空気の流れと対向する向き）に燃料を噴射し、以って、空気流の航跡と燃料流の航跡とが２回交わり、空気流の航跡が最初に燃料流の航跡と交わるのは燃料航跡の先端近傍の領域で、空気流の航跡が燃料流の航跡と２回目に交わるのは、燃料流の航跡の根元から先端近傍までの範囲である様にせしめた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を燃焼室内に供給する空気供給手段と、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを有し、燃焼室内に供給された空気が燃料供給手段から離隔した領域で供給された燃料の航跡と最初に交わり、燃料供給手段近傍の領域で供給された燃料の航跡と再び交わる様に構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記燃料供給手段は、燃焼室中心軸方向の速度成分と燃焼室中心軸から燃焼室壁面に向う方向の速度成分とを有する燃料の流れを形成する様に構成され、前記空気供給手段は、燃焼室中心軸方向については燃料の流れと対向する向きの速度成分を有し且つ周方向へ旋回する速度成分を有する燃焼用空気の流れを形成する様に構成されている請求項１の燃焼装置。
【請求項３】
前記燃料の流れは燃焼装置の出口方向へ向う速度成分を有しており、前記燃焼用空気の流れは出口方向と逆方向へ向う速度成分を有している請求項２の燃焼装置。
【請求項４】
閉鎖端部と開放端部とを有する筒状容器が燃焼室を構成しており、前記筒状容器の閉鎖端部より中心軸方向に離隔した位置には筒状容器側面を貫通して流入流路が形成されており、該流入流路は、筒状容器の中心軸方向を開放端部から閉鎖端部へ向う速度成分を持ち且つ周方向へ旋回する速度成分を有する空気流を形成する様に構成されており、筒状容器の閉鎖端部の内側には燃料ノズルが設けられ、該燃料ノズルは、前記流入流路に向けて、中心軸方向を閉鎖端部から開放端部に向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して燃料を噴射する様に構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】
閉鎖端部と開放端部とを有する筒状容器が燃焼室を構成しており、前記筒状容器は、閉鎖端部より中心軸方向に離隔した位置で断面積が減少しており、該断面積が減少する部分には筒状容器側面を貫通して流入流路が形成されており、該流入流路は、筒状容器の中心軸方向を開放端部から閉鎖端部へ向う速度成分を持ち且つ周方向へ旋回する速度成分を有する空気流を形成する様に構成されており、筒状容器の閉鎖端部の内側には燃料ノズルが設けられ、該燃料ノズルは、前記流入流路に向けて、中心軸方向を閉鎖端部から開放端部に向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して燃料を噴射する様に構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項６】
閉鎖端部と開放端部とを有する筒状容器と、該筒状容器の中心軸と略同軸に且つ開放端部側に配置された筒状部材とを有し、筒状部材の断面積は筒状容器の断面積よりも小さく、筒状容器の開放端部と筒状部材の外周面とを接続する環状の接続部材を設け、該接続部材には流入流路が形成され、該流入流路は、筒状容器の中心軸方向を開放端部から閉鎖端部に向う速度成分を持ち且つ筒状容器の周方向へ旋回する空気の流れを形成する様に構成されており、筒状容器の閉鎖端部内側には燃料ノズルが設けられ、該燃料ノズルは、前記流入流路に向けて、中心軸方向を閉鎖端部から開放端部に向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して燃料を噴射する様に構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項７】
前記筒状容器の側面の閉鎖端部近傍に第２の流入流路が設けられ、該第２の流入流路は筒状容器の半径方向内側に向って空気が流入する様に構成されている請求項４〜６の何れか１項の燃焼装置。
【請求項８】
前記筒状容器内部の閉鎖端部及び／又は閉鎖端部近傍の側壁に整流構造を設け、該整流構造は、筒状容器の中心軸方向を開放端部から閉鎖端部に向う速度成分を持ち且つ筒状容器の周方向へ旋回する空気の流れを閉鎖端部近傍の領域で抑制する様に構成されている請求項４〜７の何れか１項の燃焼装置。
【請求項９】
前記筒状容器内部の閉鎖端部及び／又は閉鎖端部近傍の側壁に整流構造を設け、該整流構造は、筒状容器の中心軸方向を開放端部から閉鎖端部に向う速度成分を持ち且つ筒状容器の周方向へ旋回する空気の流れを、閉鎖端部近傍の領域で半径方向内方に向かう流れに変換する様に構成されている請求項４〜８の何れか１項の燃焼装置。
【請求項１０】
前記筒状容器内部で中心軸方向について前記流入流路よりも閉鎖端部側の領域に、付加燃料ノズルを有する請求項４〜９の何れか１項の燃焼装置。
【請求項１１】
燃焼装置内の燃焼室に燃焼用空気及び燃料を流入して混合し、燃焼室内の空気流の航跡と燃料流の航跡は同一ではなく、空気流の航跡と燃料流の航跡とが２回交わり、空気流の航跡が最初に燃料流の航跡と交わるのは燃料航跡の先端近傍の領域で、空気流の航跡が燃料流の航跡と２回目に交わるのは、燃料流の航跡の根元から先端近傍までの範囲であることを特徴とする燃焼方法。
【請求項１２】
前記燃料流は、燃焼室中心軸方向の速度成分と燃焼室中心軸から燃焼室壁面に向う方向の速度成分とを有し、前記空気流は、燃焼室中心軸方向については燃料の流れと対向する向きの速度成分を有し且つ周方向へ旋回する速度成分を有する請求項１１の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に燃焼用空気及び燃料を流入し、燃焼用空気及び燃料を混合して燃焼する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置から排出される大気汚染物質、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する規制はますます強化されており、ＮＯｘの排出を低減する技術が求められている。
ＮＯｘの生成機構は、サーマルＮＯｘ、プロンプトＮＯｘ、そしてフューエルＮＯｘの３つに大別される。サーマルＮＯｘは高温において空気中の窒素が酸素と反応して生成されるもので、温度に強く依存する。プロンプトＮＯｘは、特に燃料過剰の火炎帯で生成される。フューエルＮＯｘは燃料中に含まれる窒素化合物が関与して生成される。
【０００３】
最近では窒素化合物を含まないクリーン燃料が使用されることが多く、その場合、フューエルＮＯｘは殆ど生成しない。
プロンプトＮＯｘを低減するには、燃料過剰の設計を改め、希薄燃焼とすることにより、その生成を抑えることが出来る。
上述したフューエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘの低減に比較して、サーマルＮＯｘの低減は最も難しく、近年のＮＯｘ低減技術の鍵である。ここで、サーマルＮＯｘを低減するには、燃焼温度を低下させることが重要である。
【０００４】
燃焼温度を低下させるための技術としては、予混合燃焼、特に希薄予混合燃焼、予蒸発、濃淡燃焼、２段燃焼、燃焼ガス再循環などがある。
ガス燃料の場合、燃料を予め空気と良く混合してから着火、燃焼する予混合燃焼により、燃料濃度分布を均一化し、特に希薄燃焼の予混合燃焼では、燃焼温度を低減することが出来る。
しかし、予混合燃焼は安定燃焼範囲が狭く、逆火や吹飛びが起こり易いという問題がある。また、液体燃料に対しては、予め蒸発（予蒸発）しないと予混合出来ないことが欠点である。
液体燃料の場合、燃料が流路断面積が小さいノズルを通過する際に微粒化して噴射するが、通常は着火時に燃料の液滴が残り、液滴が蒸発しながら燃焼するため、理論空気比となる位置が必ず存在し、局所的に高温となってしまう。そのため、サーマルＮＯｘの低減には限界がある。
それを解決する技術として、予蒸発がある。予蒸発は、燃焼器内部又は外部で予蒸発部を設け、そこで噴霧した燃料を他からの加熱により蒸発させた後に燃焼させる技術である。予蒸発によれば、気体燃料と同等のサーマルＮＯｘ低減が期待出来る反面、予蒸発部の分だけ、燃焼器のサイズが大きくなってしまうという欠点を有している。
【０００５】
その他の技術として、燃料又は空気を数段に分割して燃焼装置内に供給して空気比を燃焼室内の各領域毎に制御することが行われている。この場合には、理論空気比よりも燃料濃度の濃い部分と燃料濃度の薄い部分が意図的に作られ、理論空気比となる混合状態の領域を避けることでサーマルＮＯｘの低減が図られている。
しかし、係る技術では、燃料又は空気の供給系が複雑になるため、大型の燃焼炉では多くの実績があるが、小型の燃焼装置では適用できない。また、燃料や空気の供給位置や分割割合の最適値を見出すことや、負荷に対応して制御することは難しいとされている。
【０００６】
燃焼ガス再循環（Ｂｕｒｎｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）は、高温かつ酸素濃度が低い既燃焼ガスを燃焼前の空気と混合することによって、緩慢で均一な燃焼を実現して、燃焼温度を低下させると共に、不活性ガスを増加して熱容量を増加せしめ、平均火炎温度を低下させ、以って、サーマルＮＯｘを低減する技術である。主にボイラ、工業炉の燃焼装置及びエンジンに適用事例がある。
燃焼ガス再循環を起こす手法としては、保炎器によるもの、外部再循環、内部再循環が挙げられる。
なお、煙道ガス再循環（ＦＧR：Ｆｌｕｅ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）及び排ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる燃焼方式もあるが、燃焼ガス再循環と基本的に同一の技術である。
【０００７】
燃焼ガス再循環を利用した公知技術の例として、気体燃料に対する技術（例えば特許文献１参照）と、気体燃料の予混合燃焼に対する技術（例えば特許文献２参照）とが存在する。何れも保炎板の下流中央に形成される再循環領域と、燃焼室内に突設した燃焼装置と燃焼室壁との間の空間において燃焼ガスが再循環するものである。
しかし、保炎板の下流中央での燃焼ガス再循環は着火前の燃料と空気が混合している部分には及ばず、その作用は単に着火を安定させることである。
また、燃焼装置と燃焼室壁との間の空間からの燃焼ガス再循環は、実際には燃焼装置近傍のみの循環に止まるので、十分に燃焼して高温、低酸素濃度となった燃焼ガスは再循環せず、且つ循環量が少ないためサーマルＮＯｘの低減効果は小さい。
さらに、これらの燃焼装置では、燃焼ガス再循環が燃焼装置の外側から中心軸方向へ吸引されるようにするため、燃焼室の寸法を燃焼装置の径よりも十分大きくする必要があり、ガスタービンの燃焼装置など燃焼室の寸法をなるべく小さくする必要がある用途には適していない。また、液体燃料に適用するのは難しい。
【０００８】
気体燃料に対する技術（例えば特許文献３参照）は、保炎板による保炎板後方中央からの燃焼ガス再循環とともに、火炎を分割浮き上がり火炎として、火炎側方からも燃焼ガスを再循環させるものである。
係る技術によれば、燃焼ガス再循環の量は大きくすることが出来るが、分割化炎としたためにバーナの構造が複雑になり、バーナ断面積に対して火炎のない部分があるため、バーナの寸法が大きくなってしまう（容積あたりの燃焼負荷が低い）、という問題を有している。
また、液体燃料に適用するのは難しいと考えられる。
【０００９】
ボイラ用バーナにおけるガス燃料の予混合燃焼に関する技術（例えば特許文献４参照）では、燃焼室壁に複数の予混合気噴射孔を設け、一つの予混合気が燃焼ガスとなって隣の予混合気噴射孔めがけて噴射されるようになっている。
しかし、予め燃量と空気が混合されているので着火時に燃焼に関与する空気は新鮮空気であり、燃焼開始後に燃焼ガスと始めて混合するため、燃焼を緩慢にする効果が少ないという問題がある。
また、ガス燃料の予混合燃焼に対する技術であり、予混合気が次の噴射孔に到達するまでの時間が短く、液体燃料に適用するのは難しいと考えられる。
【００１０】
ボイラ用バーナに関する技術（例えば特許文献５参照）は、主に液体燃料に対して、燃料ノズル周りを流れる燃焼用空気の運動エネルギにより低圧部を作り、炉内の燃焼ガスを吸引して燃焼用空気に燃焼ガスを混合するものである。
しかし、燃焼用空気の外側で燃焼ガスを混合するので、燃焼用空気の内側には殆ど混合せず、燃料は先ず燃焼用空気と混合した後に、徐々に燃焼ガスと混合する。従って、燃焼現象を支配するのは通常と同じ酸素濃度をもつ燃焼用空気であり、実際には低酸素濃度下での緩慢な着火、燃焼という狙いを十分に実現できない。
また、燃焼ガスを吸引するための構造が複雑である。
さらに、分割火炎を採用しているので、バーナの構造が複雑になり、バーナ断面積に対して火炎の無い部分があるためバーナの寸法は大きくなってしまう（容積当りの燃焼負荷が低い）、という問題点が存在する。
【００１１】
円筒状の燃焼装置内で旋回流を誘起し、その旋回流の中心部は静圧が低下するため、旋回面の法線方向から別の気体を旋回中心に吸引する技術（例えば特許文献６参照）が開示されており、係る技術は円筒状燃焼装置における二次燃焼領域での燃焼ガス再循環に応用されている。
燃焼用の一次空気と二次空気、それ以外に燃料供給にも夫々旋回流を誘起させる作用を持たせているが、旋回によって導入される燃焼ガスの再循環の効果は二次燃焼領域の燃焼制御に止まっていて、火炎の根元近くの燃料濃度の高い領域を燃焼ガス再循環の対象領域としていない。従って、ＮＯｘ低減効果も火炎末端部の温度制御だけの限定した効果となっている。
【００１２】
次に、図３１〜図３３に基づいて、従来技術の具体的な構成及びその問題点を更に詳しく説明する。
従来の汎用の燃焼装置の１例を図３１に示す。
図３１に示す燃焼装置は、筒型の燃焼装置であって、筒状容器１と流入ケーシング３及び旋回器２、そして仕切り筒４１から成る流入流路と、燃料ノズル４と、燃料ノズル４の下流に燃料ノズルと同軸に配置された保炎板４２とから構成される。
燃焼用空気２０は図示しない送風機又は圧縮機によって流入ケーシング３に流入し、仕切り筒４１と燃料ノズル４の間の空間４ｓを通った後、保炎板４２をよぎって、また旋回器２を通って筒状容器１に流入する。
【００１３】
一方、燃料２１は図示しない燃料ポンプ又はブロワ、或いは圧縮機によって燃料ノズル４を介して筒状容器１内に噴射される。燃料２１と燃焼用空気２０とが混合して燃焼し、発生した燃焼ガス２２が筒状容器１の開口端１ｘから流出する。
ここで、保炎板４２と旋回器２はどちらも安定した着火をもたらすための構成であり、何れか一方のみが用いられる場合が多い。
【００１４】
前記保炎板４２は、図示の例では開口端１ｘ側が拡径するような円錐状であり、仕切り筒４１と燃料ノズル４の間の空間４ｓを流過する空気の流れをブロックして、燃料ノズル４先端での燃焼用空気２０の流速を低下させるとともに、保炎板４１の後方に下流から逆流する流れ領域４３を形成する。
また、旋回器２は燃焼用空気２０の流れを旋回させることによって、旋回流中心において負圧の領域を形成して下流から逆流する流れ領域４４を形成する。
前記下流からの逆流４３，４４は高温の燃焼ガスを燃料ノズル４の先端の直ぐ下流の着火領域に戻す。
【００１５】
しかし、これらの燃焼ガスの逆流は燃料航跡２１の内側のみであり、燃料２１と空気２０が混合している部分には及ばない。従って、その作用は単に着火を安定させることである。
また、旋回器２には燃料２１と燃焼用空気２０の混合を促進する作用もある。
【００１６】
燃焼ガス再循環に注目した従来の燃焼装置の構成、作用及びその問題点について、図３２を参照して説明する。
【００１７】
当該燃焼装置（図３２）は、ボイラや工業炉に適用される技術で、前述の従来の燃焼装置（図３１）に対して、容器１の外側に第２の旋回器２ａと、外筒４５とを加えて構成されている。
当該燃焼装置（図３２）の作用を説明すると、燃焼用空気２０が流れることによる誘引作用で、第２の旋回器２ａが燃焼室壁４６から離れている時、第２の旋回器２ａを介して燃焼室内の燃焼ガス２２が吸引され、燃焼用空気２０と混合して燃焼が起こる。
これが従来技術による燃焼ガスの再循環の代表的な例であるが、燃焼ガス２２が燃焼用空気２０の旋回流の外側から導入されているので、燃焼用空気２０の内側には殆ど混合せず、燃料２１は先ず燃焼用空気２０と混合した後に徐々に燃焼ガス２２と混合する。よって燃焼現象を支配するのは通常と同じ酸素濃度を持つ燃焼用空気２０であり、実際には低酸素濃度下での着火、燃焼を実現出来ていない。
【００１８】
また、当該装置では、燃焼ガス再循環が外筒４５の外側から吸引されるために、燃焼室の寸法を外筒４５の径よりも十分大きくする必要があり、ガスタービンの燃焼装置など、燃焼室の寸法を極力小さくする必要がある用途には適していない。
【００１９】
従来技術による筒状のガスタービン燃焼装置の構成、作用及び問題点について図３３を参照して説明する。
従来技術によるガスタービンの燃焼装置は、目的とする温度が理論空気量、すなわち、燃料の燃焼に丁度必要な酸素量を含む空気量による燃焼での火炎温度よりかなり低いためにトータル空気比が非常に希薄であり、通常の炭化水素系の燃料を用いる場合、１段で燃焼させることは困難である。
そのため、燃焼用空気を数段に分割して、先ずその一部（以下１次空気１７という）のみに燃料を混合して燃焼させ、その後に残りの空気を加えることによって所望の出口温度に対して完全燃焼を実現している。
【００２０】
容器１ｆは流入ケーシング３ｄの内部に完全に包まれて、通常燃料ノズル付近と容器１ｆの出口とで固定されている。容器１ｆは内部で燃焼が起こるので外面が燃焼用空気２０に冷却されても十分な高温となり、熱膨張によって容器１ｆの軸方向に伸びるため、容器１ｆは流入ケーシング３ｄに熱膨張を吸収できるような構造で固定される必要がある。
また、燃料ノズル４や図示しない点火装置は流入ケーシング３ｄを貫通して容器１ｆに取り付けられる必要があるが、熱膨張を吸収しつつ流入ケーシング３ｄを貫通する構造が必要で、構造が複雑になりコストが掛かる。
【００２１】
容器１ｆの内部で１段目の燃焼用空気が燃料と混合する位置から２段目の空気流入部までを１次燃焼領域１６と言う。ガスタービンの燃焼において、燃焼効率が低下して未燃成分が排出されたり、ＮＯｘ生成が増加したりしないように１次燃焼領域１６の下流で空気を加えるための技術的工夫は、多く公知となっている。
尚、図３３において、符号１４は容器１ｆに形成した空気孔を、符号１８はその空気孔１４から容器１ｆ内に流入する２次及び希釈空気を示す。
【００２２】
上述したように、燃焼ガス再循環による低酸素濃度下の燃焼がサーマルＮＯｘの低減に有効であることが知られている。しかし、燃焼ガス再循環による低酸素濃度下の燃焼に注目した従来技術では、十分な燃焼ガス再循環の量とＮＯｘ低減効果があり、かつ液体燃料でも予蒸発燃焼を実現し、気体燃料と同様に予混合燃焼を実現できる装置は見当たらない。
【特許文献１】特開２００２−３６４８１２号公報
【特許文献２】特許３１３９９７８号
【特許文献３】特開平９−１３３３１０号公報
【特許文献４】特開平１１−１５３３０６号公報
【特許文献５】特許３１７１１４７号
【特許文献６】特開２０００−１７９８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、単純な構成で、燃焼ガス再循環の効果を最大限に発揮して、液体燃料の予蒸発、気体燃料／液体燃料の予混合燃焼、及び低酸素濃度における緩慢燃焼を実現して、ＮＯｘの生成を抑制した燃焼を実現することが出来る燃焼装置及び燃焼方法の提供を目的としている。
また本発明は、耐高温を目指したセラミック化を低コストで実現するのに適しており、特にガスタービン用燃焼装置に適用した場合に構造を単純化することが出来て、コストダウン可能な燃焼装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の燃焼装置は、燃焼用空気を燃焼室内に供給する空気供給手段と、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを有し、燃焼室内に供給された空気が燃料供給手段から離隔した領域で供給された燃料の航跡と最初に交わり、燃料供給手段近傍の領域で供給された燃料の航跡と再び交わる様に構成されている（請求項１）。
【００２５】
本発明において、前記燃料供給手段は、燃焼室中心軸方向の速度成分と燃焼室中心軸から燃焼室壁面に向う方向の速度成分とを有する燃料の流れを形成する様に構成され、前記空気供給手段は、燃焼室中心軸方向については燃料の流れと対向する向きの速度成分を有し且つ周方向へ旋回する速度成分を有する燃焼用空気の流れを形成する様に構成されているのが好ましい（請求項２）。
【００２６】
そして、前記燃料の流れは燃焼装置の出口方向へ向う速度成分を有しており、前記燃焼用空気の流れは出口方向と逆方向へ向う速度成分を有しているのが好ましい（請求項３）。
【００２７】
上述の本発明において、具体的には、閉鎖端部（１ｔ）と開放端部（１ｘ）とを有する筒状容器（１）が燃焼室を構成しており、前記筒状容器（１）の閉鎖端部（１ｔ）より中心軸（Ｊ）方向に離隔した位置には筒状容器側面（１ｓ）を貫通して流入流路（５）が形成されており、該流入流路（５）は、筒状容器（１）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｔ）へ向う速度成分を持ち且つ周方向へ旋回する速度成分を有する空気流（２２ｂ）を形成する様に構成されており、筒状容器（１）の閉鎖端部（１ｔ）の内側には燃料ノズル（４）が設けられ、該燃料ノズル（４）は、前記流入流路（５）に向けて、中心軸（Ｊ）方向を閉鎖端部（１ｔ）から開放端部（１ｘ）に向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して燃料を噴射する様に構成されている（請求項４）。
【００２８】
また本発明の燃焼装置は、閉鎖端部（１ａｔ）と開放端部（１ｘ）とを有する筒状容器（１ａ）が燃焼室を構成しており、前記筒状容器（１ａ）は、閉鎖端部（１ａｔ）より中心軸（Ｊ）方向に離隔した位置（１ａｄ）で断面積が減少しており、該断面積が減少する部分（１ａｄ）には筒状容器（１ａ）側面（１ａｓ）を貫通して流入流路（５）が形成されており、該流入流路（５）は、筒状容器（１ａ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ａｔ）へ向う速度成分を持ち且つ周方向へ旋回する速度成分を有する空気流（２２ｂ）を形成する様に構成されており、筒状容器（１ａ）の閉鎖端部（１ａｔ）の内側には燃料ノズル（４）が設けられ、該燃料ノズル（４）は、前記流入流路（５）に向けて、中心軸（Ｊ）方向を閉鎖端部（１ａｔ）から開放端部（１ｘ）に向う速度成分（空気の流れと対向する向きの速度成分）及び半径方向外方へ向う速度成分（半径方向外側に広がり角度αを持つ速度成分）を有して燃料を噴射する様に構成されている（請求項５）。
【００２９】
或いは本発明の燃焼装置は、閉鎖端部（１ｂｔ）と開放端部（１ｘ）とを有する筒状容器（１ｂ）と、該筒状容器（１ｂ）の中心軸（Ｊ）と略同軸に且つ開放端部（１ｘ）側に配置された筒状部材（２次筒６）とを有し、筒状部材（２次筒６）の断面積は筒状容器（１ｂ）の断面積よりも小さく、筒状容器（１ｂ）の開放端部（１ｘ）と筒状部材（２次筒６）の外周面とを接続する環状の接続部材（７）を設け、該接続部材（７）には流入流路（５）が形成され、該流入流路（５）は、筒状容器（１ｂ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｂｔ）に向う速度成分を持ち且つ筒状容器（１ｂ）の周方向へ旋回する空気の流れ（２２ｂ）を形成する様に構成されており、筒状容器（１ｂ）の閉鎖端部（１ｂｔ）内側には燃料ノズル（４）が設けられ、該燃料ノズル（４）は、前記流入流路（５）に向けて、中心軸（Ｊ）方向を閉鎖端部（１ｂｔ）から開放端部（１ｘ）に向う（空気の流れと対向する向きの）速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して燃料を噴射する様に構成されている（請求項６）。
【００３０】
上述した本発明の燃焼装置において、前記筒状容器（１ｄ）の側面（１ｄｓ）の閉鎖端部（１ｄｔ）近傍に第２の流入流路（１９）が設けられ、該第２の流入流路（１９）は筒状容器（１ｄ）の半径方向内側に向って空気（２０ｄ）が流入する様に構成されているのが好ましい（請求項７）。
【００３１】
そして、前記筒状容器（１ｂ、１ｃ）内部の閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）及び／又は閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）近傍の側壁（１ｂｉ、１ｃｉ）に整流構造（１１、１１ａ、１１ｂ）を設け、該整流構造（１１、１１ａ、１１ｂ）は、筒状容器（１ｂ、１ｃ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）に向う速度成分を持ち且つ筒状容器（１ｂ、１ｃ）の周方向へ旋回する空気の流れを閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）近傍の領域で抑制する様に構成されているのが好ましい（請求項８）。
【００３２】
前記筒状容器（１ｂ、１ｃ）内部の閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）及び／又は閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）近傍の側壁（１ｂｉ、１ｃｉ）に整流構造（１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ）を設け、該整流構造（１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ）は、筒状容器（１ｂ、１ｃ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）に向う速度成分を持ち且つ筒状容器（１ｂ、１ｃ）の周方向へ旋回する空気の流れを、閉鎖端部（１ｂｔ、１ｃｔ）近傍の領域で半径方向内方に向かう流れに変換する様に構成されているのが好ましい（請求項９）。
【００３３】
前記筒状容器（１ｅ）内部で中心軸（Ｊ）方向について前記流入流路（５）よりも閉鎖端部（１ｅｔ）側の領域に、付加燃料ノズル（１２）を有するのが好ましい（請求項１０）。
【００３４】
本発明の燃焼方法は、燃焼装置内の燃焼室に燃焼用空気及び燃料を流入して混合し、燃焼室内の空気流の航跡と燃料流の航跡は同一ではなく、空気流の航跡と燃料流の航跡とが２回交わり、空気流の航跡が最初に燃料流の航跡と交わるのは燃料航跡の先端近傍の領域で、空気流の航跡が燃料流の航跡と２回目に交わるのは、燃料流の航跡の根元から先端近傍までの範囲であることを特徴としている（請求項１１）。
【００３５】
本発明の燃焼方法において、前記燃料流は、燃焼室中心軸方向の速度成分と燃焼室中心軸から燃焼室壁面に向う方向の速度成分とを有し、前記空気流は、燃焼室中心軸方向については燃料の流れと対向する向きの速度成分を有し且つ周方向へ旋回する速度成分を有する様に構成されているのが好ましい（請求項１２）。
【発明の効果】
【００３６】
上述した様な構成を具備する本発明によれば、燃焼室内の空気流の航跡と燃料流の航跡とを同一にすること無く、空気流の航跡と燃料流の航跡とが２回交わり、空気流の航跡が最初に燃料流の航跡と交わるのは燃料航跡の先端近傍の領域で、空気流の航跡が燃料流の航跡と２回目に交わるのは、燃料流の航跡の根元から先端近傍までの範囲である様に構成したので（請求項１、請求項１１）、単純な構造で、燃焼ガス再循環を積極的に発生させることが出来る。
そのため、本発明を汎用の燃焼装置に適用した場合には、安定性が高く、且つ燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来る。
【００３７】
そして、高い安定性で燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来るため、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼させることが出来る。そのため、従来の技術では低ＮＯｘ化が困難であった液体燃料の場合であっても、安定的な蒸発挙動を持った予蒸発燃焼、気体燃料・液体燃料を問わない予混合燃焼、緩慢な燃焼を行い、均一で最高火炎温度の低い燃焼や、燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量による平均火炎温度の低い燃焼を実現することが出来る。従って、従来技術では困難であったサーマルＮＯｘの抑制を、実現することが出来るのである。
【００３８】
ここで、燃焼室内の空気流の航跡と燃料流の航跡とを同一にすること無く、空気流の航跡と燃料流の航跡とが２回交わり、空気流の航跡が最初に燃料流の航跡と交わるのは燃料航跡の先端近傍の領域で、空気流の航跡が燃料流の航跡と２回目に交わるのは、燃料流の航跡の根元から先端近傍までの範囲である様にするためには、空気流と燃料流とが対向しており、空気は出口方向から逆向きに流れ且つ燃料は出口方向へ流れ、空気流及び燃料流の軌跡或いは航跡が燃焼室の中心軸について３次元的に軸対称となり、燃料は噴射した側から離隔するに連れて燃焼室の中心軸と直交する方向の外側（筒状容器であれば、半径方向外方）へ広がる様にすると良い。
ここで、空気流は燃焼装置の内壁面に沿って旋回する旋回流となれば、上記の諸条件を充足するのに好都合である。
【００３９】
ここで本発明によれば、前記燃料流は、燃焼室中心軸方向の速度成分と燃焼室中心軸から燃焼室壁面に向う方向の速度成分とを有し、前記空気流は、燃焼室中心軸方向については燃料の流れと対向する向きの速度成分を有し且つ周方向へ旋回する速度成分を有する様に構成されており（請求項２、請求項１２）、燃料の流れは燃焼装置の出口方向へ向う速度成分を有しており、燃焼用空気の流れは出口方向と逆方向へ向う速度成分を有している（請求項３）ので、上述した流れを実現することが出来る。
【００４０】
そして本発明では、空気供給手段（流入流路５）から燃焼室内に供給された空気の流れの一部が低温の燃焼ガス（２２ａ）或いは燃焼ガスとはならない空気流（２０ｅ）として、燃焼室内壁面に沿って流れる。その結果、燃焼装置の内壁は、低温の燃焼ガス（２２ａ）或いは燃焼ガスとはならない空気流（２０ｅ）によって、燃焼装置内部の熱から保護される。その結果、燃焼熱に対する耐久性の高い燃焼装置の提供が実現する。
【００４１】
上述した様に、本発明によれば、燃焼ガス再循環を積極的に発生させることが出来る単純な構造が提供されるので、セラミックス等の耐熱材料の使用が容易で、分解及び部品交換が容易で、しかも、整備性に優れた燃焼装置が実現する。
また、補助燃料ノズル（付加燃料ノズル１２：請求項１０）を設けた場合は、気体燃料／液体燃料の混焼や、低発熱量の燃料や廃液の燃焼においても、サーマルＮＯｘの生成を抑制できる。
【００４２】
上述したような構成を具備する本発明を、１次燃焼領域としてガスタービン燃焼装置に適用した場合には、単純な構造で燃焼ガス再循環を積極的に発生させることが出来る。そして、ガスタービン燃焼装置の１次燃焼領域において、安定性が高く、且つ燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来る。
そして、高い安定性を有することに起因して、本発明を適用したガスタービン燃焼装置においては、１次燃焼領域をより希薄に設計できるので、平均燃焼温度を低く抑えて、サーマルＮＯｘの生成をさらに抑制できるという作用効果を奏する。
【００４３】
また、本発明の燃焼装置を適用したガスタービン燃焼装置では、高い安定性で燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来るため、例えば従来の技術では低ＮＯｘ化が困難であった液体燃料の場合であっても、サーマルＮＯｘの生成を抑制できる。
上述した通り、本発明の燃焼装置では、内壁が好適に低温の空気流によって冷却されるため、耐久性の高いガスタービン燃焼装置を提供出来る。
さらに、本発明の燃焼装置では構造が簡単であることに起因して、セラミックス等の耐熱材料の使用が容易で、且つ分解、交換が容易になされるため、整備製に優れたガスタービン燃焼装置の提供が実現する。
【００４４】
これに加えて、本発明の燃焼装置を適用したガスタービンでは、１次燃焼領域の外側に空気が流れず、ライナを露出させた構造とすることが出来るため、燃料ノズルや点火装置等を単純な構造で配置でき、コストダウンが可能である。
また、ケーシングに対するライナの熱膨張を低減出来るため構造が単純になり、更なるコストダウンが可能である。
そして、補助燃料ノズル（付加燃料ノズル１２：請求項１０）を設けた本発明の燃焼装置を適用したガスタービンによれば、気体燃料／液体燃料の混焼や低発熱量の燃料や廃液の燃焼においてもサーマルＮＯｘの生成を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
尚、各実施形態において同一部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４６】
先ず、図１及び図２を参照して、第一実施形態を説明する。
図１に示す第１実施形態の燃焼装置は、主にボイラや工業炉に、又ガスタービンにも適用出来る汎用の燃焼装置であり、一端（閉鎖端部）１ｔが閉じられた筒状容器（以降、「筒状容器」を単に「容器」と略記する）１と、その容器１の側面１ｓに形成され、燃焼用空気２０を容器１内に流入させる、図示の例では共通ピッチの複数の空気流入部５と流入ケーシング３及び旋回器２から成る流入流路と、前記容器１の上端（閉鎖端部）１ｔを貫通するように設けた燃料ノズル４から構成されている。
前記旋回器２は、詳細には後述するが、前記空気流入部５を含む容器１の側面１ｓの周囲を包囲するように形成されている。
【００４７】
図２をも参照して、燃焼用空気２０は、図示しない送風機又は圧縮機によって流入ケーシング３に流入し、旋回器２を通って、前記空気流入部５から容器１内に流入する。
燃料は図示しない燃料ポンプまたはブロワ、或いは圧縮機によって燃料ノズル４を介して容器１内に中心軸Ｊに対して角度αの広がりを持って噴射（図中、符号２３で示す航跡）される。
燃料２３と燃焼用空気２０が混合して燃焼し、燃焼ガス２２が容器１の開口端１ｘから排出される。
【００４８】
第１実施形態に係る燃焼装置の特徴は、図２に示すように、燃焼用空気２０が容器１の閉鎖端部１ｔから容器１の軸Ｊ方向に所定距離だけ離れた位置において、容器１の閉鎖端部１ｔから開放端部１ｘに向う向き（出口方向）に対して逆向きの速度成分を持って容器１内に流入して旋回流２２ｂを形成する（すなわち、筒状容器１の中心軸Ｊ方向を開放端部１ｘから閉鎖端部１ｔへ向う速度成分を持ち且つ周方向へ旋回する速度成分を有する流れを形成する）とともに、燃料が容器１の閉鎖端部１ｔから出口１ｘ方向に向けて、容器１の中心軸に対して径方向に広がり角度αを持って、且つ、燃焼用空気の流入口５をめがけて噴射される（流入流路５に向けて、中心軸Ｊ方向を閉鎖端部１ｔから開放端部１ｘに向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して燃料を噴射する：符号２３で示す航跡）ことである。
【００４９】
図示はしないが、空気流入部５の容器１の側面１ｓに対する開口割合や形状及びピッチは任意に設定出来る。また、図示しないが燃焼用空気２０の容器１への流入部５において、流入する燃焼用空気２０の流れを、出口１ｘと逆向きの速度成分を持つ限りにおいて偏向する構造を設けてもよい。
容器１の中心軸に対して広がり角度を持った燃料の噴射２３は、最も典型的には渦巻型ノズルによって実現出来る。
尚、図２において、符号２２ｂは、空気流入部５から流入した燃焼用空気２０と、燃料が混合、燃焼して発生した燃焼ガスで構成され、且つ、出口１ｘと逆方向に大きな速度成分を有する旋回流を示す。
【００５０】
次に、図３及び図４を参照して第２実施形態を説明する。
図３及び図４の第２実施形態の燃焼装置では、図１及び図２の第１実施形態における容器１に対して、容器の断面が燃焼用空気流入部において絞られた容器１ａに置き換えた実施形態である。
すなわち環状容器１ａは図４に示す上下方向の略中央において断面が不連続に変化する段付部１ａｄが形成され、その段付部１ａｄに燃焼用空気２０を容器１ａ内に流入させる空気流入部５が形成されている。
尚、図３及び図４において、符号１ａｔは容器１ａの閉鎖端部を示す。
【００５１】
そのように形成された第２実施形態の燃焼装置では、ケーシング３を流過してきた燃焼用空気２０が旋回器２に流入し、空気流入部５を経由して、図４の下方から上方に向って容器１ａ内に流入する。尚、容器１ａ内に流入した空気２０は、詳しく後述する旋回器の構成によって、出口１ｘとは逆方向に、より大きな速度成分を持った旋回流２２ｂを形成する。すなわち、筒状容器１ａの中心軸Ｊ方向を開放端部１ｘから閉鎖端部１ａｔへ向う速度成分を持ち且つ周方向へ旋回する速度成分を有する流れ２２ｂを形成する。そして、燃料は、空気流入部（流入流路）５に向けて、中心軸Ｊ方向を閉鎖端部１ａｔから開放端部１ｘに向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して噴射される。
【００５２】
ここで、旋回器２及びケーシング３については後述の図５および図６の第３実施形態と概略同様であり、旋回器２及びケーシング３に関する詳細説明は第３実施形態の説明の際に行う。
【００５３】
図３、４において、容器１ａの断面変化部である段付部１ａｄは容器１ａの軸Ｊ方向に直交して描かれているが、角度は任意である。また、図示しないが、空気流入部５の開口割合や形状及びピッチに関しても任意に設定出来る。また、旋回器２は軸流形状に描かれているが、旋回器外周からも燃焼用空気２０が流入する斜流としても良い。
さらに、図示はしないが、空気流入部５において流入する燃焼用空気２０の流れを径方向に偏向させる構造を設けてもよい。
【００５４】
次に、図５、図６を参照して第３実施形態を説明する。
図５、図６の第３実施形態の燃焼装置では、図１及び図２の第１実施形態における容器１に対して、容器が製作上の要請に応じて断面変化部分（段付部）１ｂｄで、容器１ｂと、２次筒６と、接続部材７とに分割された構成に置き換えられた実施形態である。
【００５５】
図５及び図６において、接続部材７は容器１ｂ及び２次筒６の軸方向に直交して描かれているが、角度は任意である。
図示しないが、容器１ｂの側面１ｂｓと２次筒６の外周側面６ｓとの間に形成される環状隙間に設けた空気流入部５の開口割合や形状及びピッチに関しても任意に設定出来る。また、旋回器２は軸流形状に描かれているが、旋回器２外周からも燃焼用空気２０が流入する斜流としても良い。
さらに、図示はしないが、空気流入部５において流入する燃焼用空気２０の流れを径方向に偏向させる構造を設けてもよい。
尚、図５、図６において符号６ｘは２次筒６の出口（排気口）を示す。
【００５６】
第１実施形態〜第３実施形態において、容器１、１ａ、１ｂの断面形状は円形であるが、任意の形状に変更が可能である。容器の中に全体として旋回流を作る限りにおいては多角形であってもよい。また、容器１の断面形状は燃焼用空気流入位置以外で、軸方向に変化してもよい。
以上の容器に関する等価な構造は、以降の全ての実施形態についても同様に適用出来る。
【００５７】
ここで、流入流路を構成する前記旋回器２の構成は様々に変形出来る。
図５、図６の第３実施形態を例にとり、旋回器２について、図７〜図９を参照して、以下にその構成を詳述する。
【００５８】
旋回器２は一般的には図７に示すように、内筒３０と外筒２９の間に流れを偏向する旋回羽根１０を配置して空気導入路９を形成して構成する。
また、旋回器２の他の方法として、図８に示すように、環状部材３１に流れを偏向する複数の空気導入路９を開口してもよい。その際の空気導入路９の形状、開口面積、個数は任意である。
或いは、旋回器２と同様の作用を実現するさらに別の構成として、図９に示すように、前記接続部材７の空気流入部５毎に分割された空気導入路９を、前記接続部材７に取り付けて構成してもよい。
また、図７及び図８の構成の旋回器２では、旋回器２が接続部材を兼ねてもよい。即ち、図７の例において、内筒３０と外筒２９とを廃止して、２次筒６（図５、図６参照）と容器１ｂ（図５、図６参照）とを旋回羽根１０で接続することにより、旋回羽根１０が接続部材７を兼ねることが出来る。図８の例においては、環状部材３１が接続部材７を兼ねることが出来る。
以上の旋回器２に関する等価な構造は、第１及び第２実施形態及び以降説明する燃焼装置に係る全ての実施形態についても同様に適用出来る。
【００５９】
ケーシングに関しては、第１〜第３実施形態の流入ケーシング３の形状は任意に変形出来る。
例えば図示はしないが、第１〜第３実施形態のスクロール形状の流入ケーシング３を、容器１，１ａや、２次筒６の出口６ｘの周囲から流入する形状としてもよい。
また、図示はしないが、図９に示す様な分割された空気導入路９で旋回器２の作用を果たす場合、空導入路９に例えば延長管を接続して、その延長管を合流させた流入管を設けて流入ケーシング３に代えてもよい。
以上の流入ケーシング３に関する等価な構造は、以降の全ての実施形態についても同様に適用出来る。
【００６０】
ここで、燃料ノズル４の構成は様々に変形出来る。図５、図６の第３実施形態で示した単一のノズルとしては、最も典型的には渦巻き型ノズルチップによって、また、図示はしないが、容器１ｂの中心軸に対して径方向外側に広がり角度を持って多数の噴孔を開けたノズルチップによっても実現出来る。
複雑な構造とはなるが、微粒化特性のよいノズルチップを使用してもよい。
【００６１】
燃料ノズルの別の構成方法としては、図１０及び図１１に示すように、単一の燃料ノズルに代えて、複数のノズル４ａを容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔの略同心円上に配置しても実現できる。
この場合も、燃料が容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔから出口１ｘ方向に向けて、容器１ｂの中心軸Ｊに対して径方向外方に角度を持って噴流状、又は扇状に、且つ、燃焼用空気の流入部５をめがけて噴射される限りにおいて、単一のノズルと同様の作用が実現出来る。ノズル４ａを複数とすることで、特に大型の燃焼装置で単一のノズルが適用し難い場合に有効である。
【００６２】
更に別の燃料ノズルの構成方法としては、図１２，１３に示すように、中空材で形成され、多数の孔を開けた環４ｂによっても実現出来る。
以上の燃料ノズル（４、４ａ、４ｂ）に関する同様な構造は第１実施形態〜第３実施形態、及び以降の全ての実施形態においても適用可能である。
【００６３】
発明者等は、第３実施形態に係る燃焼装置について、液体燃料で燃焼試験を行い、容器の中心寄りに一つと、外周寄りに環状の一つと、計二つの火炎が形成されること、容器の中心よりの火炎が均一なやや青い火炎で、外寄りの環状の火炎が非常に薄く均一な青い火炎となること、その現象から、予蒸発、予混合燃焼となっていること、そして結果として、ＮＯｘの生成が抑制されることを見出した。
【００６４】
図示の実施形態の作用について、図５、図６の第３実施形態を例に挙げ、図１４及び図１５に基づいて、以下に更に詳しく説明する。
【００６５】
図１４及び図１５に示すように、燃料２１は燃料ノズル４から容器１ｂの中心軸Ｊに対して径方向外側に広がり角度αを持って噴射（符号２３の航跡）される。容器１ｂの軸方向に対して広がり角度αを持って噴射された（すなわち、流入流路５に向けて、中心軸Ｊ方向を閉鎖端部１ｂｔから開放端部１ｘに向う速度成分及び半径方向外方へ向う速度成分を有して噴射された）燃料のいくつかの燃料航跡２３ａ、２３ｂ（図１４参照）を考える。
【００６６】
図１４を参照して、周方向のある位置から容器１ｂに流入した燃焼用空気２０ｂは、容器１ｂ内を出口１ｘとは逆方向に旋回しながら遡り（すなわち、筒状容器１ｂの中心軸Ｊ方向を開放端部１ｘから閉鎖端部１ｂｔに向う速度成分を持ち且つ筒状容器１ｂの周方向へ旋回する流れ２２ｂを形成し）、一つの航跡２３ａと位置２５で交わる。
液体燃料の場合を考えたとき、位置２５において燃料航跡２３ａを経由してきた燃料は幾分蒸発して粒子の径が小さくなっており、且つ空気流の中を進んできたためにノズル４の出口近傍と比べて速度が遅く、且つ燃料２１と燃焼用空気２０ｂの速度が対向する向きになっているため、燃料２１は燃焼用空気２０ｂの流れに乗り、着火して火炎を形成して燃焼する。
燃焼用空気２０ｂは容器１ｂを出口と逆方向に旋回しながら更に遡上しつつ、高温低酸素濃度の燃焼ガス２２ｂとなる。
【００６７】
そして容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔに近づくに連れて容器１ｂの中心軸Ｊ寄りに向きを変え、容器１ｂの中心軸Ｊ寄りにおいて出口１ｘ方向に向きを変え、位置２６において燃料航跡２３ｂを横切る。即ち、燃焼ガス再循環が起こる。
図１５（ａ）において、燃焼ガス２２ａ（参照）が横切る燃料航跡２３は燃料航跡２３ａと同じであってもよい。
【００６８】
位置２６において、高温、低酸素濃度の燃焼ガス２２ｂは燃料を着火させずに予蒸発させる。蒸発した燃料は燃焼ガス２２ｂに伴流し、燃焼ガス２２ｂが高温ではあるが、低酸素濃度であるので燃焼速度を抑制するため、蒸発した燃料はすぐには着火せず予混合される。そして、所定時間経過の後、着火して燃焼し、燃焼ガス２２ｂは更に高温、低酸素濃度の燃焼ガス２２となって出口１ｘから排出される。
【００６９】
従来技術とは異なり、図示の実施形態（図１４、図１５では第３実施形態を例示）では、大部分の燃料が燃焼用空気２０と最初に接触することなく、最初に燃焼ガス２２ｂと接触することで、実際に低酸素濃度下で着火、燃焼が実現できることが重要である。
尚、図１４、図１５で示す実施形態においては、仮に燃料航跡２３の根元近くでの燃料の蒸発が少ない場合には、より多くの燃料が燃料航跡２３の先端で燃焼用空気２０ｂと混合して燃焼ガス２２ｂの温度が高くなることにより、燃料航跡２３の根元での蒸発が促進される。即ち、蒸発量に対してフィードバック作用を持っている。よって、燃料噴射の条件が変化しても安定して本実施形態の作用が実現するような性質を持っている。
【００７０】
気体燃料の場合も、噴流状に燃料が空気の流れを突き抜け、周辺部が部分的に空気と混合しながら燃料噴流がその運動量を失う前に位置２５まで届くように噴射することによって、液体燃料の場合と同様に燃料用空気２０ｂが容器１ｂを出口１ｘと逆方向に旋回しながら遡上しつつ燃料航跡２３ａと交わって燃料２１と混合し、高温、低酸素濃度の燃料ガス２２ｂとなる。
【００７１】
そして、容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔに近づくにつれて、容器１ｂの中心軸Ｊ寄りに向きを変え、中心軸Ｊ寄りにおいて反転して、位置２６において燃料航跡２３ｂを横切り、燃焼ガス再循環が起こる。
燃焼ガス２２ｂは高温ではあるが低酸素濃度なので燃焼速度を抑制するため、直ぐに着火せず予混合となり、所定時間経過の後、着火して燃焼する。
【００７２】
図１４、図１５を参照して説明された図示の実施形態における基本的な作用として、空気及び燃料が燃焼装置内で、次の様に流れる。すなわち、空気及び燃料は当該燃焼装置内で流れの向きを変えられて、燃焼装置内における燃焼用の空気と燃料のそれぞれの航跡が同一ではなく、空気の航跡と燃料の航跡とが２回交わり、且つ、空気にとって最初の交わりが燃料航跡の先端近傍で、２回目の交わりが燃料航跡の根元から先端近傍までの領域で起こる。このように燃料と空気とを混合することにより、燃焼ガス再循環を積極的に制御して起こすことが出来る。
【００７３】
図示の実施形態の当該燃焼装置内の流れを、容器１ｂの中心軸を通る断面で表現すると、図１５（ａ）（ｂ）で示すようになっている。図１５（ｂ）において、容器１ｂに流入する燃焼用空気２０を位置に応じて模式的に２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに分けて図示してある。
【００７４】
環状容器１ｂに流入する燃焼用空気２０の大半２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、図１５（ａ）で示す様に、夫々燃料航跡２３と衝突して燃焼ガス２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとなり、容器１ｂ内を深く遡上して再度燃料航跡２３を横切る。燃焼用空気の流入位置が容器１ｂの外周１ｓから離れるほど燃焼用空気はより浅い位置までしか遡上せずに反転する。容器１ｂに流入する燃焼用空気２０のうち、容器１ｂの内面１ｉに一番近い位置から流入した燃料用空気２０ａは燃料２１と衝突しないまま容器１ｂ内を最も深く溯上する。
そして、溯上につれて燃焼ガス２２ｂと混合して燃焼ガス２２ａとなる。よって、燃料航跡２３に沿って満遍なく燃焼ガス２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが横切ることとなり、燃焼ガス再循環の作用が最大限に発揮される。
【００７５】
つまり、図示の実施形態の最も本質的な作用の一つは、燃料の航跡２３に沿って満遍なく燃焼ガスが横切ることである。
これらの作用により、図示の実施形態に係る燃焼装置においては、図１５（ａ）に示すように、容器中心Ｊ寄りの主火炎２８と、容器外周寄りの、しかし容器１ｂの内壁からは離れた環状火炎２７の二つが形成される。
環状火炎２７は、燃焼用空気２０が旋回しているため、容器１ｂ内での滞留時間が長く、且つ周方向によく混合されて均一になるとともに、燃焼用空気２０と燃料２１が対向する形になっていること、そして、主火炎２８から燃料２１（２３）と出会う前の燃焼用空気２０に高温の燃焼ガスが乱流拡散によって供給されることによる燃焼用空気２０の温度上昇と酸素濃度の低下が、燃料の着火を抑制しつつ蒸発を促進するため、火炎の安定度が高まる。
【００７６】
また、主火炎２８は環状火炎２７の燃焼ガス２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが燃料航跡２３を横切ることにより、環状火炎２７が確実な着火源となって安定性が高くなるとともに、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼するために、予蒸発燃焼、予混合燃焼、且つ緩慢な燃焼となって、通常の拡散燃焼のように局所的に高温な箇所が存在する燃焼ではなく、均一で最高火炎温度の低い、且つ燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量により平均火炎温度が低い燃焼となるため、サーマルＮＯｘの生成が抑制される。
【００７７】
図示の実施形態における冷却上の利点を説明すると、図１５（ａ）（ｂ）において、容器１ｂに流入する燃焼用空気２０のうち、容器１ｂの内面１ｉに最も近い位置から流入した燃料用空気２０ａは、燃料２１と衝突しないまま容器１ｂ内を最も深く溯上して、遡上するにつれて燃焼ガス２２ｂと混合して燃焼ガス２２ａとなる。燃焼ガス２２ａは比較的低温であるので容器１ｂの内面を過熱から保護する。
【００７８】
一方、容器１ｂの内面１ｉから最も離れた位置で容器１ｂに流入した燃焼用空気２０ｅは、燃焼量２１（２３）の到達点よりも出口１ｘ側で反転して出口１ｘ方向に流れるため、燃焼ガスとはならないで２次筒６の中心Ｊ寄りから次第に主火炎２８の燃焼ガスと混合する。
しかし、この反転した燃焼用空気２０ｅのうち、最も２次筒６の内面６ｉに近い部分は比較的低温であり、主火炎２８の高温から２次筒６の壁面６ｉを保護する。
【００７９】
図１４、図１５は、第３実施形態を例示しているが、上述した作用は、第１、第２実施形態、及び以降説明する実施形態でも同様である。
また、構造上の利点としては、燃焼室が容器１ｂと下流の構造（２次筒６）に分割されているため、容器１ｂを容易に取り出すことが出来、従来例と比較して燃焼装置の分解、交換、整備がしやすく、整備製が向上する。
【００８０】
次に、前述の第３実施形態と等価、すなわち互換性のある第４実施形態について、図１６を参照して説明する。
【００８１】
図１６において、第４実施形態の燃焼装置は、容器の閉鎖端部１ｃｔが、前述した第１〜第３実施形態とは異なって、断面曲線Ｌｒが、一様でない曲率の自由円弧からなる曲面で、所謂「ドーム型」に構成されている。
尚、ドーム型容器１ｃの下端１ｃｂの内周側には、リング状の接続部材７を介して２次筒６が接続されている。
【００８２】
図１６の第４実施形態の燃焼装置の場合も、前記第３実施形態で説明したと同様の作用が実現出来る。容器１ｃの閉鎖端部１ｃｔが曲面で構成されていることにより、特に燃焼温度が高温になる用途において、容器１ｃをセラミックス等の耐熱材料で構成する場合、製作がより容易になり、コストダウンが期待出来る。
また、燃焼室が容器１ｃと下流の構造（２次筒６）に分割されているため、容器１ｃを容易に取り外すことが出来、従来例と比較して燃焼装置の分解、交換、整備がし易く、整備性が向上する。
図１６の第４実施形態の一部曲面で構成された容器１ｃを第１及び第２実施形態に適用してもよい。
【００８３】
次に、図１７を参照して第５実施形態を説明する。図１７の第５実施形態は、図５、図６の第３実施形態の応用型、即ち、第３実施形態に対して、容器の閉鎖端部近傍においてに補助空気孔を形成した実施形態である。
【００８４】
図１７において、第５実施形態の燃焼装置は、容器１ｄが閉鎖端部１ｄｔ近傍の周囲１ｄｓに複数の補助空気孔１９を形成した実施形態である。
そのように閉鎖端部１ｄｔ近傍の周囲１ｄｓに形成された複数の補助空気孔１９から流入した燃焼用空気２０ｄは向心方向にジェット状に容器１ｄ内に流入するので、周囲の燃焼ガス２２ｂを誘引して、容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔ近くで全体として容器１ｄの中心方向へ向う方向に流れを促進する。
これによって旋回して流れてきた燃焼ガス２２ｂを環状容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔ近くにおいて環状容器１ｄの中心寄りに導き、燃料航跡２３に向って再循環させることが出来る。
第５実施形態の補助空気孔１９を第１及び第２実施形態に適用してもよい。
【００８５】
次に、図１８を参照して、第６実施形態を説明する。
図１８の第６実施形態は、図５、図６の第３実施形態に対して、容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔ内側に整流構造であるガイドベーン１１を複数設けた実施形態である。
係るガイドベーン１１を設けることにより、第５実施形態（図１７参照）における補助空気孔１９と同様の作用を得ることが出来る。
【００８６】
環状容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔ内側に整流構造であるガイドベーン１１を複数設けた以外は図５、図６の第３実施形態と実質的に同様である。
また、等該ガイドベーン１１は、前述の第１実施形態、第２実施形態及び第５実施形態に対しても適用出来る。
【００８７】
次に、図１９を参照して、第７実施形態を説明する。
図１９の第７実施形態は、図１７の第５実施形態における補助空気孔１９と同様の作用を図５、図６の第３の実施形態の容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔ寄りの側面内壁１ｂｉに整流構造であるガイドベーン１１ａを複数設けて実現する実施形態である。
【００８８】
容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔ寄りの側面内壁１ｂｉに整流構造であるガイドベーン１１ａを複数設けたこと以外は、第３実施形態と実質的に同様である。また、等該ガイドベーン１１ａは、前述の第１、第２及び第５実施形態に対しても適用出来る。
また、第６及び第７実施形態に示した整流構造を併設することも出来る。
【００８９】
次に、図２０を参照して、第８実施形態を説明する。図２０の第８実施形態は、第６及び第７実施形態と同様にガイドベーン１１ｂを図１６の第４実施形態に適用したものである。
即ち、ガイドベーン１１ｂはドーム状の容器１ｃの曲面から成る閉鎖端部１ｃｔの曲面の内側に沿って略閉鎖端部１ｃｔの頂部まで形成されている。
【００９０】
前述の第６〜第８実施形態に示したガイドベーン１１、１１ａ、１１ｂは容器１ｂ、１ｃの閉鎖端部１ｂｔ、１ｃｔ近傍において、筒状容器１ｂの中心軸Ｊ方向を開放端部１ｘから閉鎖端部１ｂｔに向う速度成分を持ち且つ筒状容器１ｂの周方向へ旋回する空気の流れを抑制し、及び／又は、当該空気の流れを半径方向に整える作用を奏する。そして、図１７の第５実施形態と同様に旋回して流れてきた燃焼ガス２２ｂ（図１７参照）を環状容器１ｂ、１ｃの閉鎖端部１ｂｔ、１ｃｔの中心寄りに導き、円滑に燃料航跡２３に向って再循環することが出来る。
【００９１】
前述の第６〜第８実施形態を更に発展させた第９〜第１１実施形態について、夫々図２１〜図２３を参照して説明する。
【００９２】
先ず、図２１の第９実施形態は、図１８の第６実施形態における整流構造であるガイドベーン１１を最適化した実施形態である。即ち、第９実施形態のガイドベーン１１ｃでは、図１８の第６実施形態のガイドベーン１１の形状を、燃焼用空気が容器１ｂの中心にスパイラル状に巻き込んで（旋回して）中心部に流れ易いように円弧状に湾曲させている。
等該ガイドベーン１１ｃは、第１、第２及び第５実施形態にも適用可能である。
【００９３】
図２２の第１０実施形態は、図１９の第７実施形態における整流構造であるガイドベーン１１ａを最適化した実施形態である。即ち、第１０実施形態のガイドベーン１１ｄでは、図１９の第７実施形態のガイドベーン１１ａの形状を、容器１ｂの内壁１ｂｉに沿って傾斜させて配置しており、そのガイドベーン１１ｄの上方先端は図示の例では垂直方向に立ち上がるように変形している。
等該ガイドベーン１１ｄは、第１、第２及び第５実施形態にも適用可能である。また、第９実施形態に示したガイドベーン１１ｃとともに用いても良い。
【００９４】
図２３の第１１実施形態は、図２０の第８実施形態における整流構造であるガイドベーン１１ｂを最適化した実施形態である。即ち、第１１実施形態のガイドベーン１１ｅでは、図２０の第８実施形態のガイドベーン１１ｂの形状を、ドーム状容器１ｃの湾曲したドーム内壁１ｃｉに沿って傾斜させて配置しており、そのガイドベーン１１ｅの上方先端は図示の例では垂直方向に立ち上がるように変形している。
【００９５】
上述の第９〜第１１実施形態において、整流構造（ガイドベーン）１１ｃ、１１ｄ、１１ｅは旋回している燃焼ガス２２ａ（図示せず）の流れを積極的、且つよりスムースに向心方向の流れに偏向する作用をし、これによって旋回して流過して来た燃焼ガス２２ｂをよりスムースに容器１ｂ、１ｃの閉鎖端部１ｂｔ、１ｃｔ近くにおいて容器１ｂ、１ｃの中心寄りに導き、燃料航跡２３に向って再循環させることが出来る。
尚、旋回流れを向心方向の流れに偏向する作用を持つ限りにおいて、整流構造の詳細な形状が変化しても実質的に同一である。また、整流構造は容器１ｂ、１ｃに板状又は台状などの物体を付加して構成してもよいし、容器１ｂ、１ｃの内面に溝状の形状を構成してもよい。
【００９６】
次に、図２４を参照して、第３実施形態の応用例である第１２実施形態を説明する。
当該燃焼装置は、容器１ｅの内面１ｅｉで、燃焼用空気２０の流入部５のやや閉鎖端部１ｅｔ寄りに補助的に燃料を噴射する補助燃料ノズル１２を設けた実施形態である。
【００９７】
補助燃料ノズル１２から噴射される燃料は主燃料ノズル４から噴射する燃料と同一であっても、異なる燃料であってもよい。燃焼装置が大型であったり、気体燃料で噴射圧力が限られていて、燃料を燃焼用空気２０の流入部５（図示せず）まで到達させるのが難しい場合でも、補助燃料ノズル１２から同一燃料を噴射すると、図５、図６の第３の実施形態と同様に燃焼ガス再循環により、サーマルＮＯｘの再生を抑えた燃焼を実現出来る。
【００９８】
また、燃料ノズル４から液体燃料を、補助燃料ノズル１２から気体燃料を噴射することによって、液／ガス混焼を単純な構成で実現出来る。
また、補助燃料ノズル１２によってターンダウン性能をより向上させることが出来る。
【００９９】
更に、低発熱量で安定燃焼が難しい燃料を使用する場合、特に発熱量を有しているものの、その熱量が少ない廃液を燃焼処理するような場合には、燃料ノズル４から低発熱量燃料又は廃液を噴射し、補助燃料ノズル１２から燃焼性のよい燃料を噴射することによって、第３の実施形態と同様に、燃焼ガス再循環により、予蒸発、予混合した燃料となり、サーマルＮＯｘの生成を抑制した燃焼を実現出来る。
【０１００】
尚、図２４において補助燃料ノズル１２は容器１ｅの側面１ｅｉに沿って複数のノズルを設けたものであるが、別の構成としては、（図示はしないが）多数の噴射孔を開けた単一の環を容器１ｅの内側側面に配置してもよい。
【０１０１】
第１２実施形態の補助燃料ノズル１２は、第１、第２及び第４〜第１１実施形態にも適用可能である。
【０１０２】
本発明をガスタービンの燃焼装置に適用する場合、上述してきたような実施形態（第１実施形態〜第１２実施形態）を１次燃焼領域と見做して、出口の下流に更に空気流入部を設ければよい。一方、ガスタービンの燃焼装置において、燃焼効率が低下して未燃焼成分が排出されたり、ＮＯｘ生成が増加したりしないように１次燃焼領域の下流で空気を加えるための技術的工夫は、多く公知になっている。従って、本発明をガスタービンに適用する場合、これまで説明してきた実施形態に公知の技術を適用することで実現できるため、本発明の本質を保ったまま多くの応用的実施形態が可能となる。その全てを記すことは出来ないが１部の例について以下に説明する。
【０１０３】
図２５及び図２６を参照して、第１３実施形態に係るガスタービンの燃焼装置を説明する。
図２５及び図２６の第１３実施形態は、前述の図５、図６の第３実施形態の燃焼装置をガスタービン燃焼装置に適用した実施形態である。
【０１０４】
図２５及び図２６において、当該ガスタービン燃焼装置は、前記第３実施形態と比較すると、２次筒６ｂが上方で接続部材７に接続される小径部６１ｂとその小径部６１ｂに段部（断面拡張部）６ｂｄを介して接続する大径部６２ｂを有するように２段の異なる断面の筒によって構成されている。
図示の例では前記小径部６１ｂに１段、大径部６２ｂに２段の、各段には複数で各段において同一ピッチの空気孔１４が開口されている。
２次筒６ｂは下流で断面が拡張されているが、これは任意に設定出来る。また、２次筒６ｂは出口１ｘまで一体で構成されているが、製作上の要請に応じて分割されてもよい。
２次筒６ｂの周囲に複数段にわたって形成された空気孔１４から２次及び希釈空気１８が流入する。
【０１０５】
図３，４の第２実施形態と同様に、１次燃焼領域１６では、燃料航跡２３に沿って満遍なく燃焼ガス再循環が起こることにより、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼するために、液体燃料の場合には予蒸発燃焼、さらに気体燃料／液体燃料を問わぬ予混合燃焼、且つ緩慢な燃焼となって、（通常の拡散燃焼のように局所的に理論混合比となって局所的に高温な箇所が存在する燃焼ではなく）均一で最高火炎温度の低い、且つ燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量により平均火炎温度が低い燃焼となるため、サーマルＮＯｘの生成が抑制される。
２次筒６ｂの最も上流側の２次空気孔１４までの壁面は、第３実施形態と同様に、１次空気１７の一部で冷却される。
【０１０６】
尚、図示はしないが、２次筒６ｂの２次空気孔１４から出口までの壁面には任意に冷却空気孔を開けてもよい。さらに、１次燃焼領域１６の安定性が高いために、全空気流量に対する１次空気１７の流量比率を多くして、より希薄な１次燃焼として燃焼温度を低くすることができるため、さらにサーマルＮＯｘの生成を抑制することが出来る。
【０１０７】
さらなる構造の利点として、従来技術とは異なり、１次燃焼領域１６の最も出口１ｘ寄りの位置で１次空気１７が流入するので２次筒６ｂは１次燃焼領域１６の最も出口寄りの位置と、２次筒６ｂの出口の２箇所で流入ケーシング３ｂに対して固定される。
従って、１次燃焼領域１６の外側を流入ケーシング３ｂで包んで２重構造にする必要がなく、１次燃焼領域において容器１ｂが露出している。そのため、燃料ノズル４や図示しない点火装置を流入ケーシング３ｂを介さず直接容器１ｂに取り付けることが出来、構造が単純になるためコストダウンが可能となる。
当然ではあるが、露出した容器１ｂは断熱材で断熱処理することが望ましい。
【０１０８】
また、２次筒６ｂは流入ケーシング３ｂに固定された部分の長さが短く、且つ温度が比較的低い２次／希釈領域であるので２次筒６ｂの熱膨張量が減少して、より単純な構造で容器１ｂと流入ケーシング３ｂを固定できるため、コストダウンが可能である。
また、容器１ｂの熱膨張に関しては、容器１ｂの閉鎖端部１ｂｔが拘束されていないのでまったく問題とはならない。
さらに、燃焼室が容器１ｂと下流の構造（２次筒６）に分割されているため、容器１ｂを容易に取り外すことが出来、従来と比較して、燃焼装置の分解、交換、整備がし易く、整備性が向上する。
【０１０９】
第３の実施形態に代えて、第１、第２、及び第６〜第１２実施形態をガスタービン燃焼装置に適用した場合についても、第１４実施形態の作用、効果が同様に実現出来る。また、その際、第１、第２、及び第６〜第１２実施形態夫々の作用、効果はそのまま発揮される。
【０１１０】
次に、図２７を参照して第１４実施形態に係るガスタービン燃焼装置に関して説明する。
図２７の第１４実施形態は、前述の第４実施形態の燃焼装置をガスタービン燃焼装置に適用した実施形態である。
図２７において、当該ガスタービン燃焼装置は、前記第４実施形態と比較すると、２次筒が出口１ｘ側に延長され、適切な位置に空気孔１４が開口された２次筒６ｂに置き換えられている。なお、２次筒６ｂは下流で断面が拡張されているが、これは任意に設定出来る。また、２次筒６ｂは出口１ｘまで一体で構成されているが、製作上の要請に応じて分割されてもよい。流入ケーシング３が２次筒６ｂと対応して延長された流入ケーシング３ｂに置き換えられており、空気孔１４から２次及び希釈空気１８が流入する。
【０１１１】
図５、図６の第３実施形態と同様に１次燃焼領域１６では、燃料航跡２３に沿って満遍なく燃焼ガス再循環が起こることにより、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼するために、液体燃料の場合には予蒸発燃焼、さらに気体燃焼／液体燃料を問わない予混合燃焼、且つ緩慢な燃焼となって、（通常の拡散燃焼のように局所的に理論混合比となって局所的に高温な箇所が存在する燃焼ではなく）均一で最高火炎温度の低い、且つ燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量により平均火炎温度が低い燃焼となるため、サーマルＮＯｘの生成が抑制される。
２次筒６ｂの最も上流側の２次空気孔１４ｈまでの壁面６ｂｉは図５、図６の第３の実施形態と同様に１次空気１７の一部で冷却される。
尚、図示しないが、２次筒６ｂの２次空気孔１４から出口１ｘまでの壁面には任意に冷却空気孔を設けてもよい。
【０１１２】
さらに１次燃焼領域１６の安定性が高いため、全空気流量に対する１次空気１７の流量比率を高めて、より希薄な1次燃焼として燃焼温度を低くすることが出来るため、さらにサーマルＮＯｘの生成を抑制出来る。
また、燃焼室が容器１ｃの閉鎖端部１ｃｔが曲面でドーム状に構成されていることにより、特に温度が高温になる用途において環状容器１ｃをセラミック等の耐熱材料で形成する場合、製作がより容易になり、コストダウンが可能となる。
【０１１３】
さらなる構造の利点として、従来技術とは異なり、１次燃焼領域１６の最も出口１ｘ寄りの位置で１次空気１７が流入するので２次筒６ｂは１次燃焼領域１６の最も出口寄りの位置と、２次筒６ｂの出口の２箇所で流入ケーシング３ｂに対して固定される。
従って、１次燃焼領域１６の外側を流入ケーシング３ｂで包んで２重構造にする必要がなく、１次燃焼領域において容器１ｃが露出している。そのため、燃料ノズル４や図示しない点火装置を流入ケーシング３ｂを介さず直接容器１ｃに取り付けることが出来、構造が単純になるためコストダウンが可能となる。
当然ではあるが、露出した容器１ｃは断熱材で断熱処理することが望ましい。
【０１１４】
また、２次筒６ｂは流入ケーシング３ｂに固定された部分の長さが短く、且つ温度が比較的低い２次／希釈領域であるので２次筒６ｂの熱膨張量が減少して、より単純な構造で容器１ｂと流入ケーシング３ｂを固定できるため、コストダウンが可能である。
また、容器１ｃの熱膨張に関しては、容器１ｃの閉鎖端部１ｃｔが拘束されていないのでまったく問題とはならない。
さらに、燃焼室が容器１ｃと下流の構造（２次筒６ｂ）に分割されているため、容器１ｃを容易に取り外すことが出来、従来と比較して、燃焼装置の分解、交換、整備がし易く、整備性が向上する。
【０１１５】
次に、図２８を参照して、第１５実施形態に係るガスタービン燃焼装置に関して説明する。
図２８の第１５実施形態は、前述の図１７の第５実施形態の燃焼装置をガスタービン燃焼装置に適用した実施形態である。
図２８において、当該ガスタービン燃焼装置は、前記第５実施形態と比較すると、２次筒が出口１ｘ側に延長され、適切な位置に空気孔１４が開口された２次筒６ｂに置き換えられている。
流入ケーシングが２次筒６ｂと対応して延長された流入ケーシング３ｃに置き換えられており、空気孔１４から２次及び希釈空気１８が流入する。
【０１１６】
図５、図６の第３実施形態と同様に１次燃焼領域１６では、燃料航跡２３に沿って満遍なく燃焼ガス再循環が起こることにより、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼するために、液体燃料の場合には予蒸発燃焼、さらに気体燃焼／液体燃料を問わない予混合燃焼、且つ緩慢な燃焼となって、（通常の拡散燃焼のように局所的に理論混合比となって局所的に高温な箇所が存在する燃焼ではなく）均一で最高火炎温度の低い、且つ燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量により平均火炎温度が低い燃焼となるため、サーマルＮＯｘの生成が抑制される。２次筒６ｂの最も上流側の２次空気孔１４までの壁面６ｂｉは第３の実施形態と同様に１次空気１７の一部で冷却される。
尚、図示しないが、２次筒６ｂの２次空気孔１４から出口１ｘまでの壁面には任意に冷却空気孔を設けてもよい。
【０１１７】
さらに１次燃焼領域１６の安定性が高いため、全空気流量に対する１次空気１７の流量比率を高めて、より希薄な1次燃焼として燃焼温度を低くすることが出来るため、さらにサーマルＮＯｘの生成を抑制出来る。
【０１１８】
さらなる構造の利点として、従来技術とは異なり、１次燃焼領域１６の最も出口１ｘ寄りの位置、及び容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔで空気が流入するので、２次筒６ｂは流入ケーシング３ｃに対して容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔと、２次筒６ｂの出口の２箇所で固定される。よって、容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔの外側を流入ケーシング３ｃで包んで２重構造とする必要がなく、容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔが露出している。そのため、燃料ノズル４や図示しない点火装置を流入ケーシング３ｃを介さず直接容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔに取り付けることが出来、構造が単純になるためコストダウンが可能となる。
当然ではあるが、露出した容器１ｄの閉鎖端部１ｄｔは、断熱材で断熱処理することが望ましい。
【０１１９】
次に、図２９を参照して、第１６実施形態に係るガスタービン燃焼装置に関して説明する。
図２９の第１６実施形態は、前述の図２６の第１３実施形態の応用例である。
【０１２０】
当該ガスタービン燃焼装置は、２次旋回器１５で２次空気１８を旋回流とすることによって２次領域での混合を促進することが出来る。本実施形態の２次旋回器１５を、前述の第１４、第１５実施形態に適用してもよい。このように１次燃焼領域の下流で空気を加えるに当たって、燃焼効率が低下して未燃成分が排出したり、ＮＯｘ生成が増加したりしないための公知の技術的工夫を用いることによって本発明の本質を保ったまま、様々な形の応用実施形態を得ることが出来る。
【０１２１】
上述してきた実施形態は、短筒型（缶型）燃焼器に関するものであったが、多くの種類があるアニュラ型（環状）燃焼装置の中には、従来その１次燃焼領域に、旋回により火炎を安定化した図３１に示す様な従来技術の燃焼装置を、1次燃焼領域として複数設置するタイプがある。
本発明の実施形態に係る燃焼装置も本質的な効果を保ったままアニュラ型（環状）燃焼装置の1次燃焼領域として適用出来る。
図３０を参照して、そのようなアニュラ型燃焼装置である第１７実施形態を説明する。
【０１２２】
当該燃焼装置（図３０）は、前述の図５、図６の第３実施形態の燃焼装置Ｃを複数機（図示の例では８機）単一の２次環状容器３３に接続し、流入ケーシングを環状流入ケーシング３２として、アニュラ型（環状）燃焼装置とし構成したものである。
詳細には、複数の燃焼装置Ｃの２次筒６の端部が２次環状容器３３の閉鎖端部３３ｔに連通するように接続されている。
【０１２３】
図５、図６の第３実施形態に代えて、第１、第２、第４及び第５〜第１２実施形態を本実施形態（第１７実施形態）に適用した場合においても、第１、第２、第４及び第６〜第１２実施形態の夫々の作用、効果はそのまま発揮される。
また、図示はしないが、図２９の第１６実施形態の２次旋回器を図３０の第１７実施形態に適用してもよい。
さらに、図示はしないが、複数機の第３実施形態の燃焼装置を２次環状容器３２の周方向だけでなく半径方向に複数列に配置してもよい。これは特に大型の環状燃焼装置に適す。
【０１２４】
以上説明したように、本発明に係る実施形態を汎用の燃焼装置に適用した場合、単純な構造で、燃焼ガス再循環を積極的に制御して起こすことにより、安定性が高く、且つ燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来る。
高い安定性で燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来るため、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼させて、液体燃料の場合の安定的な蒸発挙動を持った予蒸発燃焼、気体燃料・液体燃料を問わない予混合燃焼、緩慢な燃焼となって均一で最高火炎温度の低い燃焼、燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量による平均火炎温度の低い燃焼、を実現し、従来技術では困難であったサーマルＮＯｘの生成を抑制できる燃焼装置の提供が実現する。
【０１２５】
燃焼装置の内壁が好適に低温の空気流によって冷却されるため、耐久性の高い燃焼装置の提供が実現する。
【０１２６】
セラミックス等の耐熱材料の使用が容易な燃焼装置の提供が実現する。また、分解、交換が容易になされるため、整備製に優れた燃焼装置の提供が実現する。
【０１２７】
補助燃料ノズルを設けた場合は、気体燃料／液体燃料の混焼や低発熱量の燃料や廃液の燃焼においてもサーマルＮＯｘの生成を抑制できる燃焼装置の提供が実現する。
【０１２８】
上述の実施形態を１次燃焼領域としてガスタービン燃焼装置に適用した場合、単純な構造で、燃焼ガス再循環を積極的に制御して起こすことにより、１次燃焼領域において、安定性が高く、且つ燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来る。
高い安定性で燃焼ガス再循環の作用を最大限に発揮することが出来るため、高温且つ低酸素濃度の燃焼ガスで燃焼させて、従来の技術では低ＮＯｘ化が困難であった液体燃料の場合の安定的な蒸発挙動を持った予蒸発燃焼、気体燃料・液体燃料を問わない予混合燃焼、緩慢な燃焼となって均一で最高火炎温度の低い燃焼、燃焼ガス中の不活性ガスの熱容量による平均火炎温度の低い燃焼、を実現し、且つ、より１次燃焼領域を希薄に設計できることにより更に燃焼温度を低く抑えて、サーマルＮＯｘの生成を抑制できるガスタービン燃焼装置の提供が実現出来る。
【０１２９】
燃焼装置の内壁が好適に低温の空気流によって冷却されるため、耐久性の高いガスタービン燃焼装置の提供が実現する。
【０１３０】
セラミックス等の耐熱材料の使用が容易なガスタービン燃焼装置の提供が実現する。また、分解、交換が容易になされるため、整備製に優れたガスタービン燃焼装置の提供が実現する。
【０１３１】
１次燃焼領域の外側に空気が流れず、ライナを露出させた構造とすることが出来るため、燃料ノズルや点火装置等を単純な構造で配置でき、コストダウンの可能なガスタービン燃焼装置の提供が実現する。
【０１３２】
ケーシングに対するライナの熱膨張を低減出来るため、構造が単純になり、コストダウンが可能なガスタービン燃焼装置の提供が実現する。
【０１３３】
補助燃料ノズルを設けた場合は、気体燃料／液体燃料の混焼や低発熱量の燃料や廃液の燃焼においてもサーマルＮＯｘの生成を抑制できるガスタービン燃焼装置の提供が実現する。
【０１３４】
尚、以上説明してきた実施形態は、発明の本質を保つ範囲で任意に変形できるものであり、発明の技術的外延はあくまで請求項の記述によって判断されなければならない。
すなわち、図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態の構成及び作動原理を説明する断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態の構成及び作動原理を説明する断面図。
【図５】本発明の第３実施形態の構成を示す斜視図。
【図６】本発明の第３実施形態の構成及び作動原理を説明する断面図。
【図７】本発明の実施形態に係る旋回器の一構成例をしめす斜視図。
【図８】本発明の実施形態に係る旋回器の第２の構成例をしめす斜視図。
【図９】本発明の実施形態に係る旋回器の第３の構成例をしめす斜視図。
【図１０】本発明の実施形態に係る燃料ノズルの第２の構成例の斜視図。
【図１１】本発明の実施形態に係る燃料ノズルの第２の構成例の断面図。
【図１２】本発明の実施形態に係る燃料ノズルの第３の構成例の斜視図。
【図１３】本発明の実施形態に係る燃料ノズルの第３の構成例の断面図。
【図１４】本発明の実施形態に係る作用を示す斜視透視図。
【図１５】本発明の実施形態に係る作用を示す断面図。
【図１６】本発明の第４実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図１７】本発明の第５実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図１８】本発明の第６実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図１９】本発明の第７実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図２０】本発明の第８実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図２１】本発明の第９実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図２２】本発明の第１０実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図２３】本発明の第１１実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図２４】本発明の第１２実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図２５】本発明の第１３実施形態の構成を示す斜視透視図。
【図２６】本発明の第１３実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図２７】本発明の第１４実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図２８】本発明の第１５実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図２９】本発明の第１６実施形態の構成及び作用を示す断面図。
【図３０】本発明の第１７実施形態の構成及び作用を示す斜視透視図。
【図３１】従来の燃焼装置の断面図。
【図３２】別の従来の燃焼装置の断面図。
【図３３】従来のガスタービン用環状燃焼装置の断面図。
【符号の説明】
【０１３６】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ・・・容器
２、２ａ・・・旋回器
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ・・・流入ケーシング
４、４ａ、４ｂ・・・燃料ノズル
５・・・空気流入部
６・・・２次筒
７・・・接続部材
８・・・３次筒
９・・・空気導入路
１０・・・旋回羽根
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、・・・整流板
１２・・・補助燃料ノズル
１４・・・空気孔
１５・・・２次旋回器
１６・・・１次燃焼領域
１７・・・１次空気
１８・・・２次及び希釈空気
１９・・・補助空気孔
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ・・・燃焼用空気
２１・・・燃料
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ・・・燃焼ガス
２３、２３ａ、２３ｂ・・・燃料の航跡
２５・・・燃焼用空気と燃料との最初の衝突点
２６・・・燃焼用空気と燃料との２回目の衝突点（燃焼ガスと燃料との衝突点）
２７・・・環状火炎
２８・・・主火炎
２９・・・旋回器外筒
３０・・・旋回器内筒
３１・・・環状部材
３２・・・環状流入ケーシング
３３・・・２次環状容器
４１・・・内筒（仕切り筒）
４２・・・保炎板
４３・・・保炎板による逆流
４４・・・旋回流れによる中心逆流
４５・・・外筒
４６・・・燃焼室壁
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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