(57)【要約】【課題】  液体燃料の予蒸発燃焼、気体あるいは液体燃料の予混合燃焼および低酸素濃度における緩慢燃焼によってサーマルＮＯｘの生成を抑制する燃焼方法と燃焼装置の提供および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た燃焼装置の提供。さらにガスタービン用燃焼装置に適用する場合に構造が簡単でコスト低減が可能な燃焼装置の提供。【解決手段】  本発明の燃焼方法は、柱状の容器（１）で形成された燃焼室内に燃料（２１）を供給し、その燃焼室（１）に燃焼用空気（２０）を供給する燃焼方法において、前記燃焼室（１）に燃料を所定の噴射角度で噴射し、前記燃料噴射方向に対向して燃焼用空気（２０）を供給することを特徴とする。【選択図】図２
2005226848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端部及び閉鎖端部を有し、燃焼用空気を供給する空気供給手段と、燃料を供給する燃料供給手段とを設けた柱状容器を備え、前記燃料供給手段から離隔した領域で柱状容器内に供給された空気の流れが燃料の航跡と最初に交わり、燃料供給手段近傍の領域で燃料の航跡と再び交わる様に構成されており、前記空気の流れは柱状容器の軸方向に向う速度成分は有しているが、周方向へ旋回する速度成分を有していないことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
閉鎖端部と開放端部とを有する柱状容器が燃焼室を構成しており、前記柱状容器の閉鎖端部より中心軸方向に離隔した位置には流入流路が形成されており、該流入流路は、柱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有するが旋回する速度成分は有しない空気流を形成する様に構成されており、柱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３】
閉鎖端部と開放端部とを有する柱状容器が燃焼室を構成しており、前記柱状容器は、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流入流路が形成されており、該流入流路は、柱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有するが周方向へ旋回する速度成分は有しない空気流を形成する様に構成されており、柱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４】
閉鎖端部と開放端部とを有する柱状容器と、該柱状容器の中心軸と略同軸で開放端部側に配置された柱状部材とを有し、柱状部材の断面積は柱状容器の断面積よりも小さく、柱状容器の開放端部と柱状部材の端部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、柱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有するが周方向へ旋回する速度成分は有しない空気の流れを形成する様に構成されており、柱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５】
前記柱状容器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の流入流路は柱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２〜４の何れか１項の燃焼装置。
【請求項６】
前記柱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２〜５の何れか１項の燃焼装置。
【請求項７】
前記柱状容器の断面形状が円形である請求項１〜６の何れか１項の燃焼装置。
【請求項８】
前記柱状容器の断面形状が非円形である請求項１〜６の何れか１項の燃焼装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、ＮＯｘの排出を低減する技術が一層強く求められてきている。
ＮＯｘの生成機構は大きく３つに分けられる。即ち、サーマルＮＯｘ、プロンプトＮＯｘ、そしてフューエルＮＯｘである。
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するもので、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する。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する。
【０００３】
最近では、窒素化合物を含まないクリーンな燃料が使用されることが多く、その場合フューエルＮＯｘはほとんど生成しない。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でその生成を抑えることができる。
【０００４】
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。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。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。
【０００５】
ガス燃料の場合、燃料を予め空気とよく混合してから着火、燃焼する予混合燃焼によって燃料濃度分布を均一化し、特に希薄条件の予混合燃焼では燃焼温度を低減することができる。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やすいこと、また液体燃料に対しては、予め蒸発（予蒸発）しないと、予混合することができないことが欠点である。
【０００６】
液体燃料の場合、燃料を狭いノズルを通して微粒化し噴射するが、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に理論空気比となる位置が必ず存在し、局所的に高温燃焼となるため、サーマルＮＯｘの低減には限界がある。
【０００７】
それを解決する技術として予蒸発が存在する。この技術は、燃焼器内部または外部に予蒸発部を設け、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もので、気体燃料と同等のサーマルＮＯｘ低減が期待できる。
その反面、予蒸発部の分だけ燃焼器の寸法が大きくなってしまうのが欠点である。
【０００８】
別の方策として、燃料または空気を数段に分割して燃焼装置内に供給して、空気比を燃料室内の各領域ごと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つくられ、理論空気比となる混合状態の領域をさけることでサーマルＮＯｘの低減が図られている。
【０００９】
このような方式では、燃料また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応じたその制御は難しいとされている。
【００１０】
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に混合することによって、緩慢で均一な燃焼をさせて最高燃焼温度を低下させると共に、不活性ガスの増加により熱容量を増加させて平均火炎温度を低下させることによってサーマルＮＯｘを低減する手法である。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。
【００１１】
燃焼ガス再循環を起こす方法としては、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）および排ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）といわれる燃焼方式もあるが、これは呼称の違いであり、燃焼ガス再循環と基本的に同一である。
【００１２】
図２６は従来の様々な汎用燃焼装置のうちの一例である。
本例の汎用燃焼装置は筒型の燃焼装置で、柱状容器１と、流入ケーシング３と、仕切り筒４１とからなる流入流路と、燃料噴射ノズル４と、燃料噴射ノズル４の下流に燃料噴射ノズル４と同軸に配置された保炎板４２とで構成されている。
燃焼用空気２０は図示しない送風機または圧縮機から供給されて流入ケーシング３に流入し、仕切筒４１と燃料噴射ノズル４の間の空間を通った後に保炎板４２をよぎって容器１に流入するよう構成されている。燃料２１は図示しない燃料ポンプまたはブロワ、圧縮機によって燃料噴射ノズル４を通じて容器１内に噴射されるよう構成されている。保炎板４２の構造は安定した着火をもたらすためのものである。
【００１３】
上記の構成によって、保炎板４２は仕切筒４１と燃料噴射ノズル４の間の空間を通ってくる空気の流れをブロックして燃料噴射ノズル４の先端での燃料用空気２０の流速を低下させる。同時に保炎板４２の後方に下流から逆流する流れ領域４３を形成する。
【００１４】
そして、下流からの逆流４３は高温の燃焼ガスを燃料噴射ノズル４の先端のすぐ下流の着火領域に戻す。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。よってその作用は単に着火を安定させることである。
この筒型の燃焼装置は単筒型燃焼器だけでなく複数でアニュラ型（環状）燃焼装置の１次燃焼に使用する例がある。
【００１５】
燃焼ガス再循環に注目した従来の燃焼装置について、その一例として図２７に基づいて説明する。
この燃焼装置はボイラや工業炉に適用される筒型の燃焼装置で、図２６に示した従来の燃焼装置に対して、容器１の外側に第２の導入路２ａと外筒４５を加えて構成される。符号４４は燃焼域であり、符号４６は容器１を支持する支持部材である。
【００１６】
この燃焼装置では燃焼用空気２０が流れることによる誘引作用で、導入路２ａを通じ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の外側から導入されているので、燃焼用空気２０の内側にはほとんど混合せず、燃料２１はまず燃焼用空気２０と混合した後に序々に燃焼ガス２２と混合する。
【００１７】
よって、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２０であり、実際には低酸素濃度下での着火、燃焼を実現できていない。
また、本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が外筒４５の径よりも十分大きい必要があり、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。
【００１８】
図２８は従来技術によるガスタービン燃焼装置を示している。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（燃料の燃焼にちょうど必要な酸素量を含む空気量）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に１段で燃焼させることは困難である。
【００１９】
そのため燃焼用空気を数段に分割して、まずその一部（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は一般にライナとも呼ばれる。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になり、熱膨張によって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。
【００２１】
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かかる。
【００２２】
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という。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。
【００２３】
燃焼ガス再循環は公知の技術である（例えば特許文献１及び特許文献２）。
係る公知技術では、気体燃料に対する技術、あるいは気体燃料の予混合燃焼に対する技術であって、いずれも保炎板の下流中央に形成される再循環領域と、燃焼室内に突き出して設置した燃焼装置と燃焼室壁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、単に着火を安定させるのみで着火前の燃料と空気が混合している部分には及ばない欠点がある。
【００２４】
また燃焼装置と燃焼室壁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とどまるので、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、かつ循環量が少ないためサーマルＮＯｘの低減効果は小さい。
また、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吸引されるように燃焼室の寸法が燃焼装置の径よりも十分大きい必要があり、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と考えられる。
【００２５】
気体燃料に対して、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する技術も提案されている（例えば、特許文献３）。
この技術では、燃焼ガス再循環の量は大きくすることができるが、分割火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り、容積当りの燃焼負荷が低くなるのが欠点である。また、液体燃料に適用するのは難しいと考えられる。
【００２６】
また、ボイラ用バーナのガス燃料の予混合燃焼において、燃焼室内壁に複数の予混合気噴射孔を設け、ひと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した技術も提案されている（例えば、特許文献４）。
この技術は予め燃料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初めて混合するため、燃焼を緩慢にする効果が少ない。またガス燃料の予混合燃焼に関する技術であり、予混合気が次の噴出口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。
【００２７】
さらに、ボイラ用バーナで、主に液体燃料に対して、燃料噴射ノズル周りを流れる燃焼用空気の運動エネルギーにより低圧部を作り、炉内の燃焼ガスを吸引して燃料用空気に燃焼ガスを混合する技術が提案されている（特許文献５）。
この技術は、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ほとんど混合せず、燃料はまず燃焼用空気と混合した後に序々に燃焼ガスと混合する。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は実現できない。また、燃焼ガスを吸引するための構造が複雑であり、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ない部分があるためバーナの寸法が大きくなってしまい容積あたりの燃焼負荷が低いのが欠点である。
【００２８】
円柱状の燃焼装置内で旋回流を誘起すれば、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ことができる。この原理を円柱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して、燃焼用の一次空気と二次空気、それ以外に燃料供給にもそれぞれ旋回流を誘起させる技術も提案されている（特許文献６）。
この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とどまっていて、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。したがって、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。
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号公報
【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】特許第３１７１１４７号公報
【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】
【００２９】
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た燃焼装置の提供を目的とする。
さらに本発明は、特にガスタービン用燃焼装置に適用する場合に、構造が簡単でコスト低減が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】
【００３０】
本発明の燃焼装置は、開放端部（１ｘ：排出口）及び閉鎖端部（１ｔ）を有し、燃焼用空気（２０）を供給する空気供給手段（空気流入部５Ａ）と、燃料（２１）を供給する燃料供給手段（燃料噴射ノズル４）とを設けた柱状容器（１Ａ：例えば、筒状容器或いは四角柱状容器）を備え、前記燃料供給手段（燃料噴射ノズル４）から離隔した領域で柱状容器（１Ａ）内に供給された空気の流れ（２２ｂ）が燃料の航跡（２３ａ）と最初に交わり、燃料供給手段（燃料噴射ノズル４）近傍の領域で燃料の航跡（２３ａ）と再び交わる様に構成されており、前記空気の流れ（２２ｂ）は柱状容器の軸方向（Ｊ）に向う速度成分は有しているが、周方向へ旋回する速度成分を有していないことを特徴としている（請求項１）。
ここで使用される燃料が液体でもガス体でもよい。
【００３１】
より具体的には、本発明の燃焼装置は、閉鎖端部（１ｔ）と開放端部（１ｘ：排出口）とを有する柱状容器（１Ａ：例えば、筒状容器或いは四角柱状容器）が燃焼室を構成しており、前記柱状容器（１Ａ）の閉鎖端部（１ｔ）より中心軸（Ｊ）方向に離隔した位置には流入流路（空気流入部５、５Ａ）が形成されており、該流入流路（５、５Ａ）は、柱状容器（１Ａ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｔ）へ向う速度成分を有するが旋回する速度成分は有しない空気流を形成する様に構成されており、柱状容器（１Ａ）の閉鎖端部（１ｔ）の内側には燃料ノズル（燃料噴射ノズル４）が設けられ、該燃料ノズル（４）は、前記流入流路（５、５Ａ）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（燃料の航跡２３ａで示す様に噴射する様に）構成されていることを特徴としている（請求項２）。
【００３２】
或いは本発明の燃焼装置は、閉鎖端部（１ｔ）と開放端部（１ｘ：排出口）とを有する柱状容器（１：例えば、筒状容器或いは四角柱状容器）が燃焼室を構成しており、前記柱状容器（１Ａ）は、閉鎖端部（１ｔ）より中心軸（Ｊ）方向に離隔した位置（１Ａｓ）で断面積が減少しており、該断面積が減少する部分（１Ａｓ）には流入流路（５、５Ａ）が形成されており、該流入流路（５、５Ａ）は、柱状容器（１Ａ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｔ）へ向う速度成分を有するが周方向へ旋回する速度成分は有しない空気流（２２ｂ）を形成する様に構成されており、柱状容器（１Ａ）の閉鎖端部（１ｔ）の内側には燃料ノズル（燃料噴射ノズル４）が設けられ、該燃料ノズル（４）は、前記流入流路（５、５Ａ）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（燃料の航跡２３ａで示す様に）構成されていることを特徴としている（請求項３）。
【００３３】
本発明の燃焼装置は、閉鎖端部（１ｔ）と開放端部（１ｘ：排出口）とを有する柱状容器（第１の筒部１Ａａ：例えば、筒状容器或いは四角柱状容器）と、該柱状容器（第１の筒部１Ａａ）の中心軸（Ｊ）と同軸で開放端部（１ｘ）側に配置された柱状部材（第２の筒部１Ａｂ）とを有し、柱状部材（第２の筒部１Ａｂ）の断面積は柱状容器（第１の筒部１Ａａ）の断面積よりも小さく、柱状容器の開放端部（第１の筒部１Ａａの開放端部１ｘ側端部）と柱状部材の端部（第２の筒部１Ａｂの閉鎖端部１ｔ側端部）とを接続する環状の接続部材（接続部材１ＡＣ）を設け、該接続部材（接続部材１ＡＣ）には流入流路（空気流入部５、５Ａ）が形成され、該流入流路（５Ａ）は、柱状容器（第１の筒部１Ａａ）の中心軸（Ｊ）方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｔ）に向う速度成分を有するが周方向へ旋回する速度成分は有しない空気の流れ（２２ｂ）を形成する様に構成されており、柱状容器（第１の筒部１Ａａ）の閉鎖端部（１ｔ）内側には燃料ノズル（燃料噴射ノズル４）が設けられ、該燃料ノズル（４）は、前記流入流路（５、５Ａ）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（燃料の航跡２３ａで示す様に）構成されていることを特徴としている（請求項４）。
実施に際しては、空気流入部（５、５Ａ）に導入板（２ｃ）を設けることが好ましい。
【００３４】
本発明において、前記柱状容器（１Ｄ）側面の閉鎖端部（１ｔ）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）は柱状容器（１Ｄ）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のが好ましい（請求項５）。
【００３５】
また本発明において、前記柱状容器（１ｘ）内部で中心軸（Ｊ）方向について前記流入流路（５、５Ａ）よりも閉鎖端部（１ｔ）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６）。
【００３６】
本発明において、前記柱状容器の断面形状は円形であっても良いし（請求項７：図１〜図２１）、非円形（例えば、四角形。但し、三角形、その他の多角形状、或いは楕円形状等、円形以外の全ての図形が可能である）であっても良い（請求項８）。
【００３７】
ここで、前記燃料噴射ノズル（４）を複数個取付けることも可能である。
また、前記燃料噴射ノズル（４）は、環状に形成された中空材（４Ｂｄ）に複数の噴口（４Ｂａ）が設けられる様に構成することが可能である。
【発明の効果】
【００３８】
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）、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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（断面円形の容器であれば、半径方向外方）へ広がる様にすると良い。
【００４１】
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（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いるので、上述した流れを実現することが出来る。
【００４２】
そして本発明では、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。
【００４３】
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、付加燃料ノズル（１２：請求項６）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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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】
【００４７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
ここで、同様な部材には同様な符号を付して、説明を省略する場合がある。
図１および図２は本発明の第１実施形態である。
燃焼装置Ａ１は、燃焼室を形成する一端が閉じられた円柱状の容器１Ａと、容器１Ａの上端である閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４と、空気流入ケーシング３とを備えている。
【００４８】
容器１Ａは一端が閉じられた第１の筒部１Ａａと、第１の筒部１Ａａの燃料が噴射される後流側の端部に設けられる同軸でやや小径の第２の筒部１Ａｂと、第１、第２の筒部１Ａａ、１Ａｂを連結する軸心に直交する平面に平行な環状の接続部材１ＡＣとで形成されている。
上記容器１Ａは、第１の筒部１Ａａと接続部材１ＡＣと第２の筒部１Ａｂとを連結して形成するのではなく、絞り加工で一体に形成してもよい。すなわち、第１の筒部１Ａａと接続部材１ＡＣと第２の筒部１Ａｂとを単一の筒状部材で形成し、当該単一の筒状部材の断面積が減少する部分を、図１及び図２において、第１の筒部１Ａａと第２の筒部１Ａｂとの境界部分、或いは接続部材１ＡＣを設けた箇所に形成すれば良い。
なお、境界部或いは接続部材は、中心軸Ｊに直交する部材として表示されているが、直交させずに構成されていても良い。
【００４９】
接続部材１ＡＣに、連通孔となる複数の空気流入部５Ａが設けられている。
なお、空気流入部５Ａは、図においては扇窓状で円周方向に等ピッチであるが、形状と数量およびピッチは任意でもよい。
符号１ｘは燃焼ガス２２の排出口であり、容器の開放端部である。
【００５０】
第１、第２の筒部１Ａａ、１Ａｂは図示の例ではそれぞれ円柱状であるが、図２２〜図２６を参照して後述する様に、筒部１Ａａ、１Ａｂの断面形状は非円形、例えば楕円形や多角形であっても良い。
また、図１〜図４で示す様に、容器の断面積は中心軸Ｊ方向について同一である必要はない。図示はされていないが、断面形状についても、一様でなくてもよい。
【００５１】
容器１Ａの上端である閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４は、図示しない外部の燃料ポンプ、ブロワあるいは圧縮機に連結され、燃料噴射ノズル４の墳口４ａは噴射燃料２１が先に行くにしたがって半径方向外方に広がる所定の噴射角で分散するように形成され、かつ噴射燃料２１が空気流入部５Ａに向くように取付けられている。換言すれば、燃料噴射ノズル４は、空気流入部５Ａ（流入流路）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噴射する様に構成されている。
燃料噴射ノズルは、たとえば渦巻き型ノズルがよい。
【００５２】
ケーシング３は、図示しない送風機あるいは圧縮機に連結される空気流入口３ａと、容器１Ａを囲む流路断面四角形の環状部３ｂとが連結されて一体に形成されている。
なお、空気流入口３ａは図において角柱状に形成されているが、円柱状であってもよい。また、環状部３ｂは流路断面四角形の環状でなく、例えば、流路断面半円形の環状であってもよい。
環状部３ｂの上板部３ｄは第１の筒部１Ａａの下端部を周囲から取巻いて固着し、下板部３ｅは第２の筒部１Ａｂの下端部を周囲から取巻いて固着している。
空気流入部５Ａの空気の流れの上流側に全周にわたって導入板２ｃが垂直に取付けられている。そして、導入板２ｃと第２の筒部１Ａｂとの間の空間が、上方に垂直な環状の導入路２Ａを形成していて、導入路２Ａと空気流入部５Ａによってケーシング３と容器１Ａとが連通されるように形成されている。
なお、導入板２ｃは垂直でなくても傾斜してもよい。
【００５３】
また、空気流入部５Ａは、図においては扇窓状で円周方向に等ピッチであるが、形状と数量は任意でもよく、また不等ピッチでもよい。
また、ケーシング３は図示の例では容器１Ａに軸心に対して直交しているが、直交に限定せずに傾斜して取付けてもよい。
本燃焼装置１の特徴は、図２に示すように、燃焼用空気２０が容器の１Ａの閉鎖端部から容器１Ａの軸方向に有限の距離で離れた位置において、容器１Ａの容器１Ａの閉鎖端部から開放端である出口方向に向かう向きに対して逆向きの速度成分を持って容器１Ａ内に流入するとともに、燃料が容器１Ａの閉鎖端部から出口方向に向けて、容器１Ａの略中心軸に対して半径方向外側に広がり角度を持って、かつ燃焼用空気の流入口をめがけて噴射されることである。
【００５４】
図１、図２で示す実施形態に係る燃焼装置Ａ１の作用について、図１〜図５を参照して、以下で説明する。
容器１Ａの上端に装着された燃料噴射ノズル４から、燃料２１が半径方向外方に広がる成分を具備して（所定の噴射角で）、容器１内に噴射される。
同時に、送風機あるいは圧縮機によって空気流入口３ａに送られた圧力を有する燃焼用空気２０が環状部３ｂに到り、環状部３ｂから導入路２Ａと空気流入部５Ａを通って容器１Ａ内に、容器１Ａの開放端部１ｘから閉鎖端部１ｔに向う方向に大きな速度成分を持って噴出される。すなわち空気流入部５Ａは、燃焼用空気２０が、柱状容器１Ａの中心軸Ｊ方向を開放端部１ｘから閉鎖端部１ｔに向う速度成分を有するが、周方向へ旋回する速度成分は有しない空気の流れを形成する様に構成されている。
【００５５】
この結果、容器１Ａ内で燃料２１の墳射方向に対向する上昇速度成分を有する空気２０が、燃料２１と衝突し混合しながら遡上する。
そして、容器１Ａ内で燃料２１と空気２０が攪拌混合して着火、燃焼し、燃焼ガス２２となり、その燃焼ガス２２は図７に示すように、上昇速度成分を有する還流ガス２２ｂとなって、容器１Ａの内壁１ｄに平行して上方に遡上して、容器１Ａの上端部で反転して下降する。
【００５６】
ここで、本明細書においては、符号２２ｂは、還流ガス或いはその流れを示す場合と、燃焼用空気が容器（燃焼室）内に流入した後の流れを示す場合とがある。
【００５７】
そして、還流ガス２２ｂは、容器１ｂの閉鎖端部１ｔに近づくにつれて、容器１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２３ａ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。
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のである。
【００５８】
上記の作用を、図３〜図５を使用してさらに詳細に説明する。
【００５９】
図３に示すように、燃料２１は燃料噴射ノズル４から容器１Ａの略中心軸に対して径方向外側に広がり角度を持って噴射される。容器１Ａの略軸方向に対して広がり角度を持って噴射された燃料のひとつの航跡２３ａを考える。この航跡２３ａは図２における噴射角２３内の１つである。
【００６０】
航跡２３ａと同一面にある位置から容器１Ａに流入した燃焼用空気２０ｂは、容器１Ａを排出口１ｘと逆方向に遡上して航跡２３ａと位置２５で交わる。
【００６１】
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を通ってきた燃料２１はいくぶん蒸発して微粒の径が小さくなっており、かつ空気流の中を進んできたために墳射ノズル４の墳口４ａ近傍と比べて速度が小さく、かつ燃料２１と燃焼用空気２０ｂの速度が対向する向きになっている。したがって、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。
【００６２】
燃焼用空気２０ｂは容器１Ａを排出口１ｘと逆方向にさらに遡上しつつ高温、低酸素濃度の燃焼ガス２２ｂとなる。そして容器１Ａの閉鎖端部に近づくにつれて容器1Ａの略中心軸寄りに向きを変え、容器１Ａの略中心軸寄りにおいて排出口１ｘ方向に向きを変え位置２６において燃料航跡２３ａを横切る。ここで燃焼ガス再循環が起こる。
【００６３】
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なので燃焼速度を抑制するため、蒸発した燃料はすぐに着火せず予混合する。そして有限の時間の後に着火して燃焼し、燃焼ガス２２ｂはさらに高温、低酸素濃度の燃焼ガス２２となって排出口１ｘから流出する。
【００６４】
このように従来技術とは異なり図１〜図５で説明された第１実施形態では、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の着火、燃焼が実現できることが重要である。
なお、第１実施形態においては、仮に燃料航跡２３の根本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の根本での蒸発が促進される。つまり、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第１実施形態の作用が実現するような性質を持っている。
【００６５】
気体燃料の場合も、噴流状に燃料が空気の流れをつきぬけ、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、燃焼用空気２０ｂが容器１Ａを排出口１ｘと逆方向に遡上しつつ燃料航跡２３ａと交わって燃料２１と混合し高温、低酸素濃度の燃焼ガス２２ａとなる。
【００６６】
そして、容器１Ａの閉鎖端部に近づくにつれて容器１Ａの略中心軸寄りに向きを変え、略中心軸寄りにおいて反転して位置２６において燃料航跡２３ａを横切り、燃焼ガス再循環が起こる。燃焼ガス２２ａ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、すぐに着火せず予混合となり、有限の時間の後に着火して燃焼する。
【００６７】
図１〜図５で説明する第１実施形態における作用のひとつは、空気が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なく、空気の航跡と燃料の航跡とが２回交わり、か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本から先端近傍までの範囲で起こるように燃料と空気を混合することにより、燃料ガスの再循環を積極的に制御して起こすことである。
【００６８】
第１実施形態に係る燃焼装置内の流れを容器１Ａの略中心軸を通る断面内でより詳しく示すと、図４及び図４のＹ部拡大図５で示すように、容器１Ａ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、２０ｅに分けて図示してある。
【００６９】
容器１Ａに流入する燃焼用空気２０の大半２０ｂ、２０ｃ、２０ｄはそれぞれ燃料航跡２３と衝突して燃焼ガス２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとなり、深く容器１Ａ内を遡上して再度燃料航跡２３を横切る。
【００７０】
燃焼用空気の流入位置が容器１Ａの外周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１Ａ内に流入する燃焼用空気２０のうち容器１Ａの内面に最も近い位置から流入した燃焼用空気２０ａは燃料２１と衝突しないまま容器１Ａを最も深く遡上する。そして、遡上していくにつれて燃焼ガス２２ｂと混合して燃焼ガス２２ａとなる。よって、燃料航跡２３に沿ってまんべんなく燃焼ガス２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが横切ることのなり、燃焼ガス再循環の作用が最大限に発揮される。
つまり、第１実施形態における他の作用は、燃料の航跡に沿ってまんべんなく燃焼ガスが横切ることである。
【００７１】
これらの作用により第１実施形態に係る燃焼装置においては、図４および図５に示すように、容器中心寄りの主火炎２８と容器外周寄りの、しかし、容器１Ａの内壁からは離れた環状火炎２７のふたつが形成される。環状火炎２７は燃焼用空気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と出会う前の燃焼用空気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させるため、火炎の安定度が高くなる。
【００７２】
また、主火炎２８は環状火炎２７の燃焼ガス２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが燃料航跡に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、高温か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、か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かつ、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。
【００７３】
また、冷却上の利点として、容器１Ａに流入する燃焼用空気２０のうち容器１Ａの内面に最も近い位置から流入した燃焼用空気２０ａは燃料２１と衝突しないまま容器１Ａ内を最も深く遡上して、遡上していくに連れて燃焼ガス２２ｂと混合して燃料ガス２２ａとなる。燃焼ガス２２ａは比較的低温であるので容器１Ａの内面を過熱から保護する。
【００７４】
一方、容器１Ａの内面から最も離れた位置で容器１Ａに流入した燃焼用空気２０ｅは、燃料２１の到達点よりも排出口１ｘ側で反転して排出口１ｘ方向に流れるため燃焼ガスにならずに、第２の筒部１Ａｂの略中心寄りから次第に主火炎２８の燃焼ガスと混合するが、この反転した燃焼用空気２０ｅのうち最も第２の筒部１Ａｂの内面に近い部分は比較的低温であり、主火炎２８の高温から第２の筒部１Ａｂの壁面を保護する。
【００７５】
図６および図７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態では空気流入路５が上記第１実施形態の流入路とは異なっているが、燃焼および燃焼ガスの還流については実質的には同じである。
燃焼装置Ａ２は、開放端部（１ｘ：排出口）及び閉鎖端部（１ｔ）を有し且つ燃焼室を構成する断面円形の柱状容器１を有し、該柱状容器１は、燃焼用空気２０を供給する空気流入部５（空気供給手段）と、燃料２１を供給する燃料噴射ノズル４（燃料供給手段）とを設けている。また容器１には、空気流入ケーシング３が取付けられている。
【００７６】
容器１とケーシング３との接合部１ａに円周方向にわたって複数の窓状の空気流入部５が設けられ、空気流入部５によって容器１とケーシング３とが連通するように形成されている。
その空気流入部５の上、下端１ｂ、１ｃに半径方向外方に伸びる導入板２ａ、２ｂが下傾して流入空気が燃料噴射ノズル４の噴口４ａに向くように取付けられて、ケーシング３から容器１への上向きの導入路２が形成されている。符号１ｘは燃焼ガス２２の排出口であり、容器１の開放端部を示している。
なお、空気流入部５は、図においては４角窓状で円周方向に等ピッチであるが、形状と数量は任意でもよくまた不等ピッチでもよい。
【００７７】
容器１の上端である閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４は、図示しない外部の燃料ポンプ、ブロワあるいは圧縮機に連結され、燃料噴射ノズル４の墳口は噴射燃料２１が先に行くにしたがって、半径方向外方に広がる所定の噴射角で分散するように形成され、かつ噴射燃料２１が空気流入部５に向くように取付けられている。すなわち、燃料は、空気流入部５（流入流路）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噴射される。ここで、燃料噴射ノズルは、たとえば渦巻き型ノズルがよい。
なお、容器１は図示の例では円柱状であるが、図２２〜図２５で後述する様に非円形（多角形等）断面を有する容器であっても良い。また、容器の断面形状は、軸方向に一様でなくてもよい。
【００７８】
ケーシング３は、図示しない送風機あるいは圧縮機に連結される空気流入口３ａと、容器１の半径方向外方に設けられた流路断面四角形の環状部３ｂと、が連結されて一体に形成されている。
なお、空気流入口３ａは図において角柱状に形成されているが、円柱状であってもよい。また、環状部３ｂは流路断面四角形の環状でなく、例えば流路断面半円形の環状であってもよい。
また、ケーシング３は図示の例では容器１に軸心に対して直交しているが、直交に限定せずに傾斜して取付けてもよい。
【００７９】
上記構成の燃焼装置Ａ２の作用を図６および図７を参照して説明する。
容器１の閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４から燃料２１が所定の噴射角で容器１内に噴射される。すなわち、上述した様に、燃料は、空気流入部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噴射される。
【００８０】
同時に、送風機あるいは圧縮機によって空気流入口３ａに送られた圧力を有する燃焼用空気２０が環状部３ｂに到り、環状部３ｂから導入路２と空気流入部５を通って容器１内に上傾して容器１の上方向即ち燃料噴射ノズル４の噴口４ａ方向に対向して噴出される。
【００８１】
換言すれば、燃焼用空気２０は柱状容器１内へ、該容器１の中心軸Ｊ方向を、開放端部１ｘから閉鎖端部１ｔへ向う速度成分を有するが、旋回する速度成分は有しない空気流を形成する様に噴射される。
この結果、容器１内で燃料２１の墳射方向に対向する上昇速度成分を有する空気２０が、燃料２１と衝突し混合しながら遡上する。
【００８２】
上記によって、容器１内で燃料２１と空気２０が攪拌混合して着火、燃焼し、燃焼ガス２２となり、その燃焼ガスは図７に示すように、上昇速度成分を有する還流ガス２２ｂとなって、容器１の内壁１ｄに平行して上方に還流して、容器１の上端部で反転して下降する。
【００８３】
そして、還流ガス２２ｂは、容器１の閉鎖端部１ｔに近づくにつれて、容器１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２３ａ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。
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のである。
図６、図７の第２実施形態におけるその他の構成及び作用については、図１〜図５の第１実施形態と同様である。
【００８４】
ここで、燃料噴射ノズル４の構成は様々に変形出来る。図６、図７の第２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。
【００８５】
図８および図９は本発明の第３実施形態である。
第３実施形態の説明に際しては、第１実施形態の説明を参照して、第１実施形態および第２実施形態と同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明しつつ、第３実施形態において第１実施形態とは異なる部分を主体に説明する。
【００８６】
燃焼装置Ａ３は、主燃焼室を形成する一端が閉じられた円柱状の容器１Ｂと、容器１Ｂの上端に装着され且つ同一円周上に配置された複数の燃料噴射ノズル４Ａと、容器１Ｂの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３とを有している。
【００８７】
容器１Ｂと空気流入ケーシング３とは、それぞれ図１および図２の第１実施形態の容器１Ａと空気流入ケーシング３と同様であり、容器１Ａは第１の筒部１Ｂａと、第１の筒部１Ｂａの燃料が噴射される後流側の端部にやや小径の第２の筒部１Ｂｂと、第１、第２の筒部１Ｂａ、１Ｂｂを連結する環状の接続部材１Ｂｃとで形成されている。
【００８８】
容器１Ｂの第１の筒部１Ｂａに複数の、図においては６つの燃料噴射ノズル４Ａが取付けられ、各々のノズルから燃料２１が噴射される。ここで、それぞれのノズルから噴射された燃料２１は、何れかの空気流入部５Ａに向くように取付けられている。ここで、燃料噴射ノズルは、たとえば多孔で非対称に配置された噴口であってもよい。
【００８９】
この場合も、燃料が容器１Ｂの閉鎖端部１ｔから開放端部１ｘ方向に向けて、容器１Ｂの中心軸Ｊに対して半径方向外方に広がる成分を有して（或いは半径方向外方への所定の角度を持って）噴流状又は扇状に噴射され、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。換言すれば、図８及び図９の第３実施形態は、燃焼室である容器の容積が大きく、単数の燃料噴射ノズルが適用し難い場合に効果的である。
図８、図９の第３実施形態における上記以外の構成及び作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００９０】
図１０および図１１は本発明の第４実施形態である。
第４実施形態の説明に際しては、前記第１及び第３実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明しつつ、第３実施形態と異なる部分を主体に説明する。
【００９１】
燃焼装置Ａ４は、主燃焼室を形成する一端が閉じられた２重円柱状の容器１Ｂと、容器１Ｂの上端に装着された複数の噴口４Ｂａを備えた燃料噴射ノズル４Ｂと、容器１Ｂの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３とで概要構成されている。
【００９２】
容器１Ｂと空気流入ケーシング３とは、それぞれ前記第３実施形態の容器１Ｂと空気流入ケーシング３と同様であり、容器１Ｂは第１の筒部１Ｂａと、第１の筒部１Ｂａの燃料噴射方向先端に設けられた同軸でやや小径の第２の筒部１Ｂｂと、第１及び第２の筒部１Ｂａ、１Ｂｂを連結する環状の接続部材１Ｂｃとで形成されている。
【００９３】
第１の筒部１Ｂａに設けられる燃料噴射ノズル４Ｂは、外部の燃料供給源に連結する管４Ｂｃと、管４Ｂｃに連結して第１の筒部１Ｂａ内の上端部に取付けられた環状の中空材４Ｂｄとで形成され、中空材Ｂｄに下方に向けた複数の噴口４Ｂａが備えられている。
【００９４】
各噴口４Ｂａの燃料噴射は先に行くにしたがって半径方向外方に広がる所定の噴射角２３で分散するように形成され、かつそれぞれの噴射燃料２１が空気流入部５Ａに向くように取付けられている。ノズルは、たとえば多孔で非対称に配置された噴口であってもよい。
【００９５】
上記以外は、第２実施形態と実質的に同じである。
【００９６】
上記構成の燃焼装置Ａ４の作用は、第３実施形態と実質的に同じである。
【００９７】
図１２は本発明の第５実施形態である。第１及び第３実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明し、かつ第１実施形態と異なる部分を主体にして説明する。
【００９８】
燃焼装置５Ａは、主燃焼室を形成するドーム状の天井を有する２重円柱状の容器１Ｃと、容器１Ｃに装着された燃料噴射ノズル４と、容器１Ｃの下部に容器１Ｃの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３とで概要構成されている。
【００９９】
容器１Ｃは、ドーム状の第１の容器部１Ｃａと、第１の容器部１Ｃａの燃料噴射方向先端に設けられた同軸でやや小径の第２の容器部１Ｃｂと、第１及び第２の容器部１Ｃａ、１Ｃｂａを連結する環状の接続部材１Ｃｃとで形成されている。
【０１００】
容器１Ｃａの閉鎖端部１ｔは、前述した第１〜第４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ある。すなわち、図１２の第５実施形態では、容器１Ｃａが所謂「ドーム型」に構成されている。
ドーム状に構成された第１の容器部１Ｃａは例えばセラミック材で形成され、頂部近傍に燃料噴射ノズル４が取付けられている。
なお、第１の容器部１Ｃａは耐熱性材料であればセラミック材に限定されなくてよい。
上記以外は、第２実施形態と実質的に同じである。
【０１０１】
上記構成に係る燃焼装置Ａ５の作用は、前記各実施形態と実質的に同じである。
第１の容器部１Ｃａが曲面で形成されているので、セラミック材等の耐熱材料で製作する場合に、製作が容易でコストダウンできる。
係るドーム状の容器に係る構成を、図示のその他の実施形態に適用することは可能である。
【０１０２】
図１３は本発明の第６実施形態である。
第６実施形態を説明するに際しては、前記第１実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同様な名称と符号を使用して説明しつつ、第１実施形態と異なる部分を主体に説明する
【０１０３】
燃焼装置Ａ６は、主燃焼室を形成する一端が閉じられた２重円柱状の容器１Ｄと、容器１Ｄの上端である閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４と、容器１Ｄの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３Ｄとで概要構成されている。
【０１０４】
第１の筒部１Ｄａの上部に複数の補助空気孔１９が半径方向内方に向けて設けられ、空気流入ケーシング３Ｄと連通するように構成されている。
上記以外は、第２実施形態と実質的に同じである。
【０１０５】
上記構成の燃焼装置Ａ６の作用を図１３を参照して説明する。
同時に、送風機あるいは圧縮機によって空気流入口３ａに送られた圧力を有する燃焼用空気２０がケーシング３に導かれ、一方は環状部３ｂから導入路２Ａと空気流入部５Ａを通って第１の筒部１Ｄａ内に垂直上方向に噴出される、他方は補助空気導入路７から補助空気孔１９を通って第１の筒部１Ｄａ内に水平に噴出される。
【０１０６】
この結果、第１の筒部１Ｄａ内で燃料２１の上昇速度成分を有する空気２０が、燃料２１と衝突し混合しながら遡上する。
同時に補助空気孔から流入する空気２０が、第1の筒部１Ｄａの上部に軸心方向に向かって流入される。
【０１０７】
第１の筒部１Ｄａ内で燃料２１と空気２０が攪拌混合して着火、燃焼し、燃焼ガス２２となり、その燃焼ガス２２ｂを補助空気孔１９を通る空気２０が向心方向に誘引する。そして、第１の筒部１Ｄａの上端部の燃焼ガス２２ｂを軸心寄りに導き、燃料航跡２３に向かってより円滑に再循環させる。
【０１０８】
このように、補助空気孔１８を設けることにより、燃焼ガス２２ｂが中心軸Ｊ寄りに向きを変える作用がより一層向上し、燃焼ガス再循環がさらに積極的に行われる。すなわち、高温ではあるが低酸素濃度な燃焼ガス２２ｂにより燃焼速度を抑制するため、燃料は噴射後直ち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。これにより、燃焼温度を低下せしめ、酸素濃度を低下させてサーマルＮＯｘを低減する作用が、より好適に行われる。
その他の構成、作用効果については、前記第１実施形態の作用説明と実質的に同じである。
複数の補助空気孔１９に係る構成を、その他の実施形態に適用することが可能である。
【０１０９】
図１４は本発明の第７実施形態である。
第７実施形態の説明に当たっては、第１実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は、同様な名称と符号を使用して説明しつつ、第１実施形態と異なる部分を主体に説明する。
【０１１０】
図１４において、第１の筒部１Ｅａの下端部（図１４においては接続部材１Ｅｃの上部）に、噴射ノズル４とは別の燃料燃料供給源に連結する複数の補助燃料ノズル１２が、噴口を軸心方向に向けて僅かに上傾して装着されている。
【０１１１】
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、上述した各実施形態と同様に、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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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２の実施例と同様に、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。
【０１１４】
尚、図１４において補助燃料ノズル１２は容器１Ｅの側面に沿って複数設けられているが、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。
燃料噴射ノズル４と補助燃料ノズル１２とは、同じ燃料を噴射しても良い。あるいは、燃料噴射ノズル４が例えば低発熱燃料を噴射し、補助燃料ノズル１２が燃焼性のよい燃料を噴射する場合の様に、両者がそれぞれ異なる種類の燃料を噴射することも可能である。そして、例えば、燃料性状に応じたノズルに交換が可能に構成されている。
【０１１５】
上記以外の構成及び作用効果については、上述した各実施形態と実質的に同じである。
なお、補助燃料ノズル１２に係る構成を、図示の他の実施形態に適用することが可能である。
【０１１６】
図１５および図１６は本発明の第８実施形態である。
第８実施形態は図１および図２の第１実施形態をガスタービン燃焼装置に適用している。
第８実施形態の説明に当たって、第１実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明しつつ、第１実施形態と異なる部分を主体にして説明する
【０１１７】
燃焼装置Ａ８は、主燃焼室を形成する一端が閉じられた円柱状の容器１Ｆと、容器１Ｆの上端に装着された燃料噴射ノズル４と、容器１Ｆの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３Ｂとで概要構成されている。
【０１１８】
容器１Ｆは一端が閉じられた第１の筒部１Ｆａと、第１の筒部１Ｆａの燃料が噴射される先端側の端部に下方に連結する第２の筒部１Ｆｂと、第１及び第２の筒部１Ｆａ、１Ｆｂを連結する環状の接続部材１Ｆｃとで形成されている。
【０１１９】
接続部材１Ｆｃに、連通孔となる複数の空気流入部５Ａが設けられている。ここで、符号１６は１次燃焼領域を示している。
１次燃焼領域１６となる第１の筒部１Ｆａの露出面は断熱材で覆われているのが好適である。
なお、空気流入部５Ａは、形状と数量およびピッチは任意でもよい。
【０１２０】
燃料噴射ノズル４は、墳口４ａが噴射燃料２１が先端に行くにしたがって半径方向外方に広がる所定の噴射角で分散するように形成され、かつ、噴射燃料２１が空気流入部５Ａに向くように取付けられている。換言すれば、燃料ノズル４は、空気流入部５Ａ（流入流路）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噴射する様に構成されている。
【０１２１】
第２の筒部１Ｆｂは、小筒部１ｇと、大筒部１ｋと、小筒部１ｇと大筒部１ｋとを連結する肩部１ｈとを備えている。小筒部１ｇの上端部が接続部材１Ｆｃとの連結部位である。小筒部１ｇと空気流入ケーシング３Ｂとの間には、空気溜り３０を形成している。なお、符号１７は１次空気である。
小筒部１ｇには複数の第１の２次空気孔１４ａが設けられており、大筒部１ｋには第２、第３の２次空気孔１４ｂ、１４ｃが設けられている。
【０１２２】
ケーシング３Ｂは、図示しない送風機あるいは圧縮機に連結される空気流入口３Ｂａと、第１の筒部１Ｆａの下端から大筒部１ｋの下端部近傍までを包囲する環状部３Ｂｂとで一体に形成されていて、ケーシング３Ｂと大筒部１ｋとの間の空間が空気流入路を形成するよう構成されている。符号１８は第１、第２、第３の２次空気孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃから流入する２次および希釈空気である。
なお、空気流入口３Ｂａは、図において流路断面四角形に形成されているが、流路断面円形であってもよい。また、環状部３Ｂｂは、中心軸と直行する断面形状が概略円環形状となっているが、係る断面形状が多角形であってもよい。
【０１２３】
第１の筒部１Ｆａの下端部の内壁に全周にわたって導入板２ｃが垂直に取付けられ、その導入板２ｃの下端部はケーシング３Ｂの小筒部１ｇの中央部まで伸びている。そして、導入板２ｃと小筒部１ｇとの間の空間が、上方に垂直な環状の導入路２Ａを形成していて、導入路２Ａと空気流入部５Ａによってケーシング３Ｂと第１の筒部１Ｆａとが連通されるように構成されている。
なお、導入板２ｃは垂直でなく傾斜してもよい。
【０１２４】
空気流入部５Ａは、形状と数量は任意でもよく、また不等ピッチでもよい。
ケーシング３Ｂは図示の例では容器１Ｆに軸心に対して直交しているが、直交に限定せずに傾斜して取付けてもよい。
【０１２５】
上記構成の燃焼装置Ａ８の作用を図１５及び図１６を参照して説明する。
燃料噴射ノズル４から燃料２１が所定の噴射角で容器１内に噴射され、空気流入部５Ａから燃焼用空気２０が容器１の第１の筒部１Ｆａ内に噴射される。すなわち、容器１Ｆ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有するが旋回する速度成分は有しない空気流を形成する様に燃焼用空気２０が容器１の第１の筒部１Ｆａ内に噴射される。そして、空気流入部５Ａ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、燃料ノズル４から燃料が噴射される。
第２実施形態と同様に、１次燃焼領域１６では燃料航跡２３に沿ってまんべんなく燃焼ガス再循環を起こす。
そして燃焼ガス２２中の未燃ガスは第１、第２、第３の２次空気孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃから流入する２次および希釈空気によって燃焼される。
【０１２６】
燃焼ガス再循環により高温か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を、また、気体燃料であっても液体燃料であっても予混合燃焼、かつ緩慢な燃焼となるため、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が低く、かつ、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。そのため、サーマルＮＯｘの生成が抑制される。
【０１２７】
第２の筒部１Ｆｂの最も上流側の第１の２次空気孔１４ａまでの壁面は１次空気１７で冷却される。
また、１次燃焼領域１６の安定性が高いためにより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の生成を抑制できる。
【０１２８】
さらなる構造上の利点として、従来技術と異なり１次燃焼領域１６の最も出口寄りの位置で１次空気１７が流入するので、第２の筒部１Ｆｂは１次燃焼領域１６の最も出口寄りの位置と、第２の筒部１Ｆｂの出口との２箇所で、流入ケーシング３Ｂに対して固定される。よって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１Ｆの第１の筒部１Ｆａが露出している。よって、燃料噴射ノズル４や図示しない点火装置を流入ケーシング３Ｂを直接第１の筒部１Ｆａに取付けることができ、構造が単純になるためにコストダウンできる。
【０１２９】
第２の筒部１Ｆｂは流入ケーシング３Ｂに固定された部分の長さが短く、かつ温度が比較的低い２次/希釈領域であるので第２の筒部１Ｆｂの熱膨張量が減少し、より単純な構造で容器１Ｆと流入ケーシング３Ｂを固定できるためコストダウンできる。
ここで、容器１Ｆの熱膨張は、容器１Ｆの閉鎖端部が拘束されていないので全く問題にならない。
また、燃焼室が容器１Ｆと下流の構造に分割されているため、容器１Ｆを容易に取り外すことができ、従来例と比較して燃焼装置Ａ８の分解、交換、整備がし易く、整備性が向上する。
【０１３０】
図１７は本発明の第９実施形態である。
第９実施形態は、図１２の第５実施形態に係る燃焼装置をガスタービン燃焼装置に適用している。
第９実施形態の説明に当たって、第５実施形態と第８実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明しつつ、第５実施形態或いは第８実施形態とは異なる部分を主体にして説明する
【０１３１】
燃焼装置Ａ９は、主燃焼室を形成するドーム状の天井を有する２重円柱状の容器１Ｃと、容器１Ｃに装着された燃料噴射ノズル４と、容器１Ｃの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３Ｂとで概要構成されている。
【０１３２】
容器１Ｃはドーム状のセラミック材による第１の容器部１Ｃａと、第１の容器部１Ｃａの燃料が噴射される先端側の端部に連結する第２の容器部１Ｆｂと、第１及び第２の容器部１Ｃａ、１Ｆｂを連結する環状の接続部材１Ｆｃとで形成されている。
【０１３３】
第１の容器部１Ｃａは第５実施形態と同じであり、第２の容器部１Ｆｂは第８実施形態と同じである。符号１６は１次燃焼領域である。
また、燃料噴射ノズル４は、第８実施形態と同様に、先に行くにしたがって半径方向外方に広がる所定の噴射角で分散するように形成されている。
【０１３４】
第９実施形態の上記以外の構成は、第５実施形態、第８実施形態と実質的に同じである。
【０１３５】
上記構成の燃焼装置Ａ９の作用は、第１の容器部１Ｃａにおける１次燃焼領域１６では第５実施形態と同じであり、第２の容器部１Ｆｂにおける作用は第８実施形態と同じであり、全体としての作用は第８実施形態と実質的に同じである。
曲面で形成されているのでセラミック材等の耐熱材料で製作する場合に、製作が容易でコストダウンできる。
【０１３６】
図１８は本発明の第１０実施形態である。
第１０実施形態は、図１３の第６実施形態に係る燃焼装置を、ガスタービン燃焼装置に適用している。
第１０実施形態の説明に当たっては、第６実施形態と第８実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明し、かつ第６実施形態、第８実施形態と異なる部分を主体にして説明する
【０１３７】
燃焼装置Ａ１０は、主燃焼室を形成する一端が閉じられた２重円柱状の容器１Ｇと、容器１Ｇの上端である閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４と、容器１Ｇの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３Ｇとで概要構成されている。
【０１３８】
容器１Ｇは一端が閉じられた第１の筒部１Ｄａと、第１の筒部１Ｄａの燃料が噴射される先端側の端部に下方に連結する第２の筒部１Ｆｂと、第１及び第２の筒部１Ｄａ、１Ｆｂを連結する環状の接続部材１Ｄｃとで形成されている。
【０１３９】
第１の筒部１Ｄａは第６実施形態と同じであり、第２の筒部１Ｆｂは第８実施形態とおなじである。符号１６は１次燃焼領域である。
また、燃料噴射ノズル４は、第６実施形態と同様に、同じで先に行くにしたがって半径方向外方に広がる所定の噴射角で分散するように形成されている。
【０１４０】
空気流入ケーシング３Ｇは、空気流入口３ａと、容器１Ｇを囲む円柱状の環状部３Ｇｆとで一体に形成され、環状部３Ｇｆは筒部１Ｄａの半径方向外方に設けられ、その頂部が容器１Ｇの第１の筒部１Ｄａにおける閉鎖端部の外周に固着されている。
環状部３Ｇｆと第１の筒部１Ｄａとの間の空間が補助空気導入路７を形成していて、導入板２ｃが形成する導入路２と一対になって第１の筒部１Ｄａに空気を流入させるよう構成されている。
【０１４１】
第１０実施形態における上記以外の構成は、第６、第８実施形態と実質的に同じである。
【０１４２】
上記構成の燃焼装置Ａ１０の作用は、第１の筒部１Ｄａにおける１次燃焼領域１６では第６実施形態と同じであり、第２の筒部１Ｆｂにおける作用は第８実施形態と同じであり、全体としての作用も第８実施形態と実質的に同じである。
【０１４３】
図１９は本発明の第１１実施形態である。
第１１実施形態は、図１５および図１６の第８実施形態に係る燃焼装置の別型であり、２次空気の１部を旋回流にしている。
第１１実施形態の説明に当たっては、第８実施形態を参照して、同様の形状、機能を有する部位は同じ名称と符号を重複使用して説明しつつ、第８実施形態と異なる部分を主体にして説明する
【０１４４】
燃焼装置Ａ１１は、主燃焼室を形成する一端が閉じられた円柱状の容器１Ｈと、容器１Ｈの上端である閉鎖端部に装着された燃料噴射ノズル４と、容器１Ｈの半径方向外方に設けられた空気流入ケーシング３Ｂとで概要構成されている。
【０１４５】
容器１Ｈは一端が閉じられた第１の筒部１Ｆａと、第１の筒部１Ｆａの燃料が噴射される後流側の端部に下方に連結する第２の筒部１Ｈｂと、第１及び第２の筒部１Ｆａ、１Ｈｂを連結する環状の接続部材１Ｆｃとで形成されている。
【０１４６】
第１の筒部１fａは、燃料噴射ノズル４の取付けも含めて、第８実施形態と同様である。
【０１４７】
第２の筒部１Ｈｂは、上部が第１の筒部１Ｆａより小径の小筒部１ｊと、下部が第１の筒部１Ｆａとほぼ同径の大筒部１ｍと、小筒部１ｊと大筒部１ｍとを連結する環板状の接続部材１Ｆｄとで段付柱状に形成されている。
小筒部１ｊの上端部が接続部材１Ｆｃとの連結部位である。
【０１４８】
接続部材１Ｆｄに第２の筒部１Ｈｂの下流方向に向けた複数の第１の２次空気孔１４ｄが設けられ、その空気孔１４ｄの上部に噴射空気に旋回流を与える旋回器１５が取付けられている。旋回器１５は例えば案内羽根のついた公知の装置でよい。
大筒部１ｍと第２、第３の２次空気孔１４ｂ、１４ｃの配置関係は、第８実施形態と実質的に同じである。
【０１４９】
第２の筒部１Ｆｂにおける作用として、空気溜り３０内の空気２０の一方が第１の筒部１Ｆａに垂直上方に流入し、他方が旋回器１５によって旋回流となって２次空気として第２の筒部１Ｆｂに垂直下方に流入して燃焼ガス２２の未燃成分を燃焼させる。
上記構成の燃焼装置Ａ１１の作用は、第１の筒部１Ｆａにおける１次燃焼領域１６では第８実施形態と同じである。
なお、第１１実施形態で流入空気に旋回流を与える旋回器を、各実施形態における後段に流入する空気に対して適用してもよい。
【０１５０】
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、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２０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。
【０１５１】
当該燃焼装置（図２０）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）を環状流入ケーシング３２に接続し、アニュラ型（環状）燃焼装置とし構成したものである。
【０１５２】
図２０において、環状流入ケーシング３２の内部の後流側２次燃焼装置としての大径の２次環状容器３３が配置され、２次環状装置３３の上部に図２１に示す燃焼装置Ａ２が環状に配置され、それぞれの燃焼装置Ａ１から１次燃焼された燃焼ガスが２次環状装置３３に導かれるように構成されている。
【０１５３】
符号２０は燃焼用空気であり、環状流入ケーシング３２の内部で燃焼装置Ａ２に供給されるとともに、２次環状装置３３にも供給されるよう構成されている。
符号２１は燃料であり、燃料管２１ｐによって各燃焼装置Ａ１の燃料噴射ノズル４に連通されるよう構成されている。
【０１５４】
図２１は単体の燃焼装置Ａ１を示しており、図１および図２にも示したように、上部に主燃焼室の第１の筒部を配置した容器１Ａに燃料噴射ノズル４から燃料２１を噴射し、空気流入ケーシング３内の導入路２から空気２２を空気導入路５を通して空気を導き、１次燃焼ガスを第２の筒部１Ａｂから排出するよう構成されている。
【０１５５】
なお、上記構成において、燃焼装置Ａ１に第１１実施形態で使用した流入空気に旋回流を与える旋回器を取付けてもよい。
また、燃焼装置Ａ１は図においては単列環状に配置してあるが複列でもよい。
【０１５６】
上記構成の燃焼装置Ａ１２によれば、第１の燃料管２１ｐから燃料２１が、それぞれの燃焼装置Ａ１の燃料噴射ノズル４からそれぞれの燃焼装置Ａ１に供給され、第２実施形態で説明したように、燃焼温度を低くしてサーマルＮＯｘの生成を抑制した燃焼ガス２２を２次環状装置３３に導入して燃焼装置Ａ１２としての燃焼ガス２２のサーマルＮＯｘの生成を抑制する。
図２０の実施形態に係る構成は、特に大型の環状燃焼装置に適している。
【０１５７】
図２２、図２３は、本発明の第１３実施形態を示している。
図１〜図２１で示す実施形態では、燃焼室は円柱状の容器で構成されている。これに対して、第１３実施形態に係る燃焼装置Ａ１３は、四角形断面を有する柱状（四角柱状）容器１Ｇで燃焼室を構成している。
【０１５８】
燃焼室を構成する柱状容器１Ｇの断面形状が円形ではなくて四角形であることに起因して、第１３実施形態における空気流入ケーシング３Ｄの形状も、第１〜第１２実施形態における空気流入ケーシングとは相違している。
すなわち、図２２及び図２３において、空気流入ケーシング３Ｄは柱状容器１Ｇの側面１Ｇｓにのみ取付けられており、容器１Ｇの全周を包囲している訳ではない。
【０１５９】
柱状容器１Ｇの内側で、側壁１Ｇｔに近い側の領域には、燃料噴射ノズル４の噴口４ａが具備されており、該噴口４ａは容器１Ｇの長辺方向（矢印Ｌで示す方向）に延在している。
図２２、図２３の第１３実施形態におけるその他の構成については、上述した各実施形態と同様である。
【０１６０】
次に、図２２、図２３の第１３実施形態における作用を説明する。
容器１Ｇの閉鎖端部１ｔに装着された燃料噴射ノズル４から燃料２３が、所定の噴射角にて、容器１内に噴射される。
同時に、送風機あるいは圧縮機によって空気流入口３ａに送られた圧力を有する燃焼用空気２０が環状部３ｂに到り、環状部３ｂから導入路２と空気流入部５を通って容器１内に上傾して容器１の上方向即ち燃料噴射ノズル４の噴口４ａ方向に対向して噴出される。
【０１６１】
換言すると、空気流入部５から柱状容器１Ｇ内に流入した空気は、中心軸Ｊ方向を開放端部（１ｘ）から閉鎖端部（１ｔ）へ向う速度成分を有するが、容器１Ｇ内を旋回する方向の速度成分は有しない流れ（２２ｂ：空気流或いは還流ガス流）を形成する。
一方、燃料噴射ノズル４の噴口４ａから噴射された燃料２３は、空気流入部５に向かい、中心軸Ｊ方向に閉鎖端部１ｔから開放端部１ｘに向う速度成分を有し、且つ、中心軸と直交する方向（円形断面を有する容器の場合における半径方向）の外方へ向う速度成分を有する噴流となる。
その結果、容器１Ｇ内で燃料２３の墳射方向に対向する上昇速度成分を有する空気２０が、燃料２１と衝突し混合しながら遡上する。
【０１６２】
これにより、容器１Ｇ内で燃料２３と空気２０が攪拌混合して着火、燃焼し、燃焼ガス２２となり、その燃焼ガスは図７に示すように、上昇速度成分を有する還流ガス２２ｂとなって、容器１の内壁１ｄに平行して上方に還流して、容器１の上端部で反転して下降する。
【０１６３】
そして、還流ガス２２ｂは、容器１Ｇの閉鎖端部１ｔに近づくにつれて、容器１の側壁１Ｇｔ寄りに向きを変えて反転して、燃料航跡２３ａ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。
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のである。
図２２、図２３の第１３実施形態におけるその他の作用効果は、上述した各実施形態と概略同様である。
【０１６４】
図２４、図２５は、本発明の第１４実施形態を示している。
第１３実施形態では、空気流入ケーシング３Ｄは柱状容器１Ｇの一方の側面１Ｇｓにのみ取付けられていたが、第１４実施形態では、空気流入ケーシング３Ｄ１は柱状容器１Ｇの一方の側面１Ｇｓ１に取付けられ、空気流入ケーシング３Ｄ２が柱状容器１Ｇの他方の側面１Ｇｓ２に取付けられている。
その結果、第１４実施形態では、図２６で示す様に、複数の還流ガス２２ｂが相互に対向する様に生成される。
【０１６５】
図２４、図２５の第１４実施形態における上述した以外の構成及び作用効果は、図２２、図２３の第１３実施形態と同様である。
【０１６６】
上記各実施形態は、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。
例えば第２実施形態における導入板２ａ、２ｂは、全周に連続でなく各空気導入部５に対してそれぞれ取付けてもよく、第１実施形態における導入板２ｃは１枚でなく２枚を対にして並べてもよく、垂直に取付けるのでなく傾斜してもよい。
さらに、燃焼用空気をケーシングを通さず外部からそれぞれの空気流入部に配管して直接供給してもよい。
【０１６７】
これに加えて、図示の実施形態では、容器の断面形状は円形（図１〜図２１）と四角形（図２２〜図２５）であるが、その他の形状（非円形形状）の断面を有する容器を用いることが可能である旨を付記する。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の第１実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の断面図である。
【図３】第１実施形態の作用を示す斜視透視図である。
【図４】第１実施形態の作用を示す断面図である。
【図５】図４の局部Ｙ矢視詳細図である。
【図６】本発明の第２実施形態の斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態の断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態の斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態の断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の斜視図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の断面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態の断面図である。
【図１４】本発明の第７実施形態の断面図である。
【図１５】本発明の第８実施形態の斜視図である。
【図１６】本発明の第８実施形態の断面図である。
【図１７】本発明の第９実施形態の断面図である。
【図１８】本発明の第１０実施形態の断面図である。
【図１９】本発明の第１１実施形態の断面図である。
【図２０】本発明の第１２の実施形態の斜視図である。
【図２１】図２０の局部Ａ１の斜視詳細図である。
【図２２】本発明の第１３実施形態の斜視図である。
【図２３】本発明の第１３実施形態の断面図である。
【図２４】本発明の第１４実施形態の斜視図である。
【図２５】本発明の第１４実施形態の断面図である。
【図２６】従来の燃焼装置の断面図である。
【図２７】別の従来の燃焼装置の断面図である。
【図２８】従来のガスタービン用燃焼装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１、１Ａ、１Ｂ・・・容器
１Ａａ、１Ａｂ・・・第１の筒部
１Ｂａ、１Ｂｂ・・・第２の筒部
２、２ａ・・・導入路
３・・・（流入）ケーシング
３ａ・・・空気流入口
３ｂ・・・環状部
４、４ａ、４ｂ・・・燃料噴射ノズル
５、５Ａ・・・空気流入部
１２・・・補助燃料噴射ノズル
１４・・・空気孔
１５・・・旋回器
１６・・・一次燃焼領域
１７・・・一次空気
１８・・・二次および希釈空気
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・・・燃料用空気と燃料の最初の衝突点
２６・・・燃料用空気と燃料との２回目の衝突点（燃料ガスと燃料との衝突点）
２７・・・環状火炎
２８・・・主火炎
３２・・・環状流入ケーシング
４１・・・内筒（仕切筒）
４２・・・保炎板
４３・・・保炎板による逆流
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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