(57)【要約】      （修正有）【課題】ダクト壁の効率的な冷却を可能にする燃焼室を提供する。【解決手段】作動中に高温ガス流路において高温ガス流を案内するダクト壁１０を有する燃焼室２６に関する。ダクト壁１０は、内面１１と、外面１２と、壁キャビティ１３とを有する二重壁構造である。冷却ガス１６を、スリーブ１５とダクト壁１０との間の冷却チャネル１７において、ダクト壁１０の外面に沿って、出口端部へ案内するために、スリーブ１５は少なくとも部分的にダクト壁１０を包囲しており、キャビティは冷却チャネル１７へ開口している。本開示は、さらに、このような燃焼室２６を備えるガスタービンに関する。【選択図】図３
2016186415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動中に高温ガス流路において高温ガス流（９）を案内するダクト壁（１０）を備え、該ダクト壁（１０）は、内面（１１）と、外面（１２）と、キャビティ入口（１９）からキャビティ出口（２０）まで前記ダクト壁（１０）に沿って延びる壁キャビティ（１３）とを有する二重壁構造である、燃焼室（２６）において、
スリーブ（１５）が前記ダクト壁（１０）を少なくとも部分的に包囲しており、これによって、冷却ガス（１６）が、前記スリーブ（１５）と前記ダクト壁（１０）との間の冷却チャネル（１７）内で前記ダクト壁（１０）の外面に沿って出口端部（２１）まで案内されるようになっており、前記キャビティ出口（２０）は前記冷却チャネルへ開口していることを特徴とする、燃焼室（２６）。
【請求項２】
前記スリーブ（１５）は、前記ダクト壁（１０）を包囲しかつ該ダクト壁（１０）から所定の距離だけ離れて配置された複数の開口（１４）を有しており、これにより、作動中に圧縮ガスプレナム（３０）から前記開口（１４）を通じて噴射された前記冷却ガス（１６）が、前記ダクト壁（１０）に衝突し、クロスフロー（１８）として前記冷却チャネル（１７）の前記出口端部（２１）に向かって流れる、請求項１記載の燃焼室（２６）。
【請求項３】
前記キャビティ入口（１９）は、前記ダクト壁（１０）のインピンジメント冷却のための開口（１４）と同じ圧縮ガスプレナム（３０）に接続されている、請求項１記載の燃焼室（２６）。
【請求項４】
前記冷却キャビティ（１３）は、前記燃焼器（４）の軸方向延びに対して垂直方向に、前記ダクト壁（１０）の周囲に周方向に延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃焼室（２６）。
【請求項５】
前記ダクト壁（１０）は、矩形、台形、楕円形または円形の横断面を有しており、一方の側における第１のキャビティ入口（１９）と、反対側における第２のキャビティ入口（１９）と、高温ガス流（９）の一方の側において前記第１および第２のキャビティ入口（１９）を接続する壁セクションにおける第１のキャビティ出口（２０）と、前記高温ガス流（９）の反対側において前記第１および第２のキャビティ入口（１９）を接続する壁セクションにおける第２のキャビティ出口（２０）と、を備え、または、前記ダクト壁は、一方の側においてキャビティ入口（１９）を、反対側においてキャビティ出口（１９）を有し、一方の側におけるキャビティ入口（１９）から反対側におけるキャビティ出口（１９）まで延びる壁キャビティ（１３）を備える、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼室（２６）。
【請求項６】
前記キャビティ入口（１９）および／または前記キャビティ出口（２０）は、前記ダクト壁（１０）の２つのセクションが接続されている接合部（２２，２７）に隣接して配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃焼室（２６）。
【請求項７】
前記ダクト壁（１０）の第１のセクションは、壁キャビティ（１３）を有する二重壁として構成されており、第２のセクションは、単一壁として構成されており、前記第２のセクションは前記スリーブ（１５）の下方に延びている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃焼室（２６）。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の少なくとも１つの燃焼室（２６）を備えることを特徴とする、少なくとも１つの圧縮機（３）と、少なくとも１つのタービン（５）とを備えるガスタービン（１）。
【請求項９】
冷却チャネル（１７）の出口端部（２１）は、作動中に冷却ガス（１６）をバーナ（２５）に導入するためにガスタービン（１）のバーナ（２５）に接続されている、請求項８記載のガスタービン（１）。
【請求項１０】
複数の燃焼室（２６）がガスタービン（９）の軸線（２）を中心に周方向に配置されており、互いに面した２つの隣接する燃焼室（２６）のダクト壁（１０）の１つのセクションは、壁キャビティ（１３）を備える二重壁として構成されており、ガスタービン（１）の軸線（２）に面したダクト壁（１０）の１つのセクションの上方にスリーブ（１５）が配置されている、および／またはガスタービン（１）の軸線（２）とは反対側に面したダクト壁（１０）の１つのセクションの上方にスリーブ（１５）が配置されている、請求項８記載のガスタービン（１）。
【請求項１１】
複数の燃焼室（２６）がガスタービン（９）の軸線（２）を中心に周方向に配置されており、互いに面した２つの隣接する燃焼室（２６）のダクト壁（１０）の１つのセクションにキャビティ入口（１９）が配置されており、ガスタービン（１）の軸線（２）に面したダクト壁（１０）の１つのセクションの上方にスリーブ（１５）が配置されている、および／またはガスタービン（１）の軸線（２）とは反対側に面したダクト壁（１０）の１つのセクションの上方にスリーブ（１５）が配置されている、請求項８記載のガスタービン（１）。
【請求項１２】
作動中に高温ガス流路において高温ガス流（９）を案内するダクト壁（１０）を備え、該ダクト壁（１０）は、内面（１１）と、外面（１２）と、キャビティ入口（１９）からキャビティ出口（２０）まで前記ダクト壁（１０）に沿って延びる壁キャビティ（１３）とを有する二重壁構造であり、スリーブ（１５）が前記ダクト壁（１０）を少なくとも部分的に包囲しており、冷却ガス（１６）を、前記スリーブ（１５）と前記ダクト壁（１０）との間の冷却チャネル（１７）において前記ダクト壁（１０）の外面に沿って案内するようになっている、燃焼室（２６）を冷却する方法において、
前記冷却流体を、前記キャビティ入口（１９）に供給し、前記ダクト壁（１０）を冷却するために前記壁キャビティ（１３）に通流させ、前記ダクト壁（１０）のさらなる対流冷却のためにキャビティ出口（２０）を通って前記冷却チャネル（１７）内へ排出させることを特徴とする、燃焼室（２６）を冷却する方法。
【請求項１３】
前記ダクト壁（１０）から所定の距離だけ離れて配置された包囲する前記スリーブ（１５）における複数の開口（１４）を通じて冷却ガス（１６）を噴射し、圧縮ガスプレナム（３０）から前記開口（１４）を通過する前記冷却ガス（１６）を前記ダクト壁（１０）に衝突させ、クロスフロー（１８）として前記冷却チャネル（１７）の出口端部（２１）に向かって流す、請求項１２記載の燃焼室（２６）を冷却する方法。
【請求項１４】
前記冷却ガス（１６）を、１つの圧縮ガスプレナム（３０）から前記壁キャビティ（１３）へ前記キャビティ入口（１９）を通じて供給し、前記キャビティ出口（２０）から前記冷却チャネル（１７）へ排出し、同じ冷却プレナム（３０）からの冷却ガス（１６）を、前記開口（１４）を通じて噴射し、前記ダクト壁（１０）に衝突させ、クロスフロー（１８）として、前記キャビティ出口（２０）から排出される前記冷却ガス（１６）と同じ冷却チャネル（１７）を通流させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記壁キャビティ（１３）は、特定の冷却要求のために設計されており、前記燃焼室を設計条件下で作動させ、前記ダクト壁（１０）の１つのセクションの限界温度を超えた場合、付加的なインピンジメント冷却のための少なくとも１つの開口（１４）を付加する、請求項２または３記載の燃焼室（２６）を設計する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷却される燃焼室壁に関し、特に冷却される二重壁を備える燃焼室に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電サイクルの熱力学的効率は、作動流体の最大温度に依存する。この最大温度は、ガスタービンの例の場合、燃焼器から排出される高温ガスの最大温度である。高温ガスの最大可能温度は、燃焼エミッションと、この高温ガスに接触する金属部分の使用温度限界とによって制限され、さらに、これらの部分をその使用温度限界よりも低く冷却する能力に基づいて制限される。最新の重構造型ガスタービンの高温ガス流路を形成する高温ガスダクト壁の冷却は困難であり、現在知られている冷却法は、性能の不利益がもたらされ、すなわちパワーの減少と効率の低下につながる。
【０００３】
高温燃焼ガスに曝される燃焼壁の冷却は、ガスタービンの寿命を保証するために決定的である。燃焼室の壁部に沿って冷却ガスを案内する冷却スリーブが提案されている。例えば、燃焼室に沿って冷却ガスを案内するスリーブと、インピンジメント冷却との組み合わせが、欧州特許出願第１３１９０１３１．６号明細書に開示されている。ダクトのインピンジメント冷却のために、ダクトの外面から短い距離だけ離れてスリーブが配置されている。インピンジメントスリーブは穴の配列を有する。これらの穴の配列を通って、圧縮された冷却ガスが放出され、これにより、エアジェットの配列を生ぜしめ、これらのエアジェットの配列はダクトの外面に衝突し、ダクトの外面を冷却する。インピンジメント（衝突）の後、冷却ガスは、ダクトとインピンジメントスリーブとによって区切られた冷却通路をダクトの一方の端部に向かって流れる。インピンジメント冷却は、燃焼室の周囲の全ての周方向から提供されなければならない。スリーブ冷却を提供するための十分な冷却ガスの供給は、ガスタービンにおける燃焼器配列を包囲するプレナムにおける空間的制約のために困難である可能性がある。このような空間的制約は、スリーブ冷却用の供給チャネルにおける小さな横断面につながる可能性があり、これは、ひいては冷却配列の圧力降下を増大させる。圧力降下の増大は、対応する高い冷却ガス供給圧力要求につながり、これは、ガスタービンの全体的性能にとって有害である。
【０００４】
欧州特許出願公開第２０３１３０２号明細書には、効率的な壁冷却のために燃焼器壁に組み込まれた冷却チャネルを備える燃焼器壁が記載されている。壁を冷却した後、冷却空気は燃焼室内へ排出される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の課題は、ダクト壁の効率的な冷却を可能にする燃焼室を提案することである。この文脈において、燃焼室とは、燃焼が行われる燃焼器のセクションを含むことができる。燃焼室は、いわゆる移行ゾーンを含むこともできる。これは、高温ガス流をタービン入口に向かって案内する、主燃焼ゾーンと出口との間で下流に向かって燃焼器の断面積が次第に減じられている、主燃焼ゾーンの下流の領域である。
【０００６】
冷却ガスは、燃焼器が空気吸入ガスタービンに取り付けられている場合には、ガスタービンの圧縮機によって圧縮された空気であってよい。冷却ガスは、あらゆるその他のガスまたはガスの混合物であってもよい。例えば、冷却ガスは、圧縮機入口への煙道ガス再循環を行うガスタービンの場合は空気と煙道ガスとの混合物であってもよい。また、冷却ガスは、例えば、作動媒体として二酸化炭素を用いる半閉鎖酸素燃料ガスタービンサイクル用の二酸化炭素であってもよく、この二酸化炭素に、燃焼のために燃焼室において燃料および酸素が噴射される。
【０００７】
開示された燃焼室は、作動中に高温ガス流路において高温ガス流を案内するダクト壁を有する。ダクト壁は、内面と、外面と、ダクト壁に沿ってキャビティ入口からキャビティ出口まで延びた壁キャビティとを有する二重壁構造である。ダクト壁に沿ってとは、例えば、キャビティがダクト壁の表面に対して実質的に平行に延びており、かつ表面の下方で壁部内にとどまっていることを意味する。燃焼室は、さらに、スリーブを有する。スリーブは、少なくとも部分的にダクト壁を包囲しており、スリーブとダクトとの間の冷却チャネル内で、冷却ガスをダクト壁の外面に沿って出口端部へ案内する。キャビティ出口は、冷却チャネルへ開口している。作動中、冷却ガスは、キャビティ入口を通じて壁キャビティに供給される。壁キャビティを通過した後、冷却ガスは、キャビティ出口から冷却チャネル内へ排出される。冷却ガスは、さらに、冷却チャネルを通って冷却チャネルの出口端部に向かって流れるときにダクト壁を冷却する。
【０００８】
二重壁は、例えば、鋳造するか、ＳＬＭ（選択的レーザ溶融）によって製造するか、またはろう付けまたは溶接された壁部層から製造することができる。
【０００９】
燃焼室の別の実施の形態によれば、スリーブは、ダクトを包囲する複数の開口を有しており、これらの開口は、ダクトから所定の距離だけ離れて配置されている。これにより、作動中、圧縮ガスプレナムから開口を通じて噴射された冷却ガスがダクト壁に衝突する。ダクト壁のインピンジメント冷却の後、冷却ガスはクロスフローとして冷却チャネルの出口端部に向かって流れる。
【００１０】
燃焼室のさらに別の実施の形態によれば、キャビティ入口と、ダクト壁のインピンジメント冷却のための開口とは、同じ圧縮ガスプレナムに接続されている。これにより、冷却ガス源としての１つのプレナムからの冷却ガスを、壁キャビティを通流する冷却ガスへの熱伝達による冷却に加えて、インピンジメント冷却によってダクト壁を冷却するために使用することができる。こうして、ダクト壁をさらに冷却するために、冷却チャネル内で両冷却流を再利用することができる。
【００１１】
燃焼室の１つの典型的な実施の形態では、冷却キャビティは、燃焼器の軸方向延びに対して垂直な方向に、ダクト壁の周囲に周方向に延びている。
【００１２】
別の実施の形態では、ダクト壁は、一方の側に第１のキャビティ入口を、反対側に第２のキャビティ入口を備える、三角形、台形、楕円形または円形の横断面を有している。矩形または台形の横断面の場合、側部は、平坦な側壁である。円形または楕円形の横断面の場合、側部は、３０°〜９０°または例えば１５０°までの角度をカバーする、円もしくは楕円の一セクションであってよい。この実施の形態では、第１のキャビティ出口は、高温ガス流の一方の側において第１および第２のキャビティ入口を接続する壁セクションに配置されており、第２のキャビティ出口は、高温ガス流の反対側において第１および第２のキャビティ入口を接続する壁セクションに配置されている。この場合、壁キャビティは、一方の側におけるキャビティ入口から、隣接する側におけるキャビティ出口まで延びている。
【００１３】
代替的にまたは組み合わせて、ダクト壁は、一方の側にキャビティ入口を、反対側にキャビティ出口を有する。この場合、壁キャビティは、一方の側におけるキャビティ入口から、反対側におけるキャビティ出口まで延びている。
【００１４】
燃焼室の別の実施の形態では、キャビティ入口は、ダクト壁の２つのセクションが接続されている接合部に隣接して配置されている。ダクト壁は、異なるセクションから成ることができる。製造および安定性の理由から、ダクト壁のセクションが互いに接合または接続される領域を二重壁として構成することは困難である可能性がある。接合部は、例えば、溶接部またはフランジであってよい。接合領域を冷却するためには、冷却ガスを、接合部に隣接したキャビティ入口を通じて接合部の近くへ導入することが最善である。この文脈における接合部に隣接とは、例えば、ダクト壁の厚さのオーダの距離、より具体的には、例えば壁厚の１〜５倍の距離以内であってよい。キャビティ入口において、冷却ガス流れ方向は、通常、ダクト壁表面に対して傾斜したまたは垂直な方向から、ダクト壁面に対して接線方向に変化することができる。流れ方向のこの変化は、接合領域を冷却するために必要とされる熱伝達の増大につながる。代替的にまたは組み合わせて、キャビティ出口を接合部に隣接して配置することができる。出口においても流れ方向は通常、（例えば、ダクト壁表面に対して接線方向から、表面に対して傾斜するかまたは垂直になるように）変更される。これは、熱伝達の増大につながりうる。
【００１５】
さらに別の構成では、ダクト壁の第１のセクションは、壁キャビティを有する二重壁として構成されており、第２のセクションは、単一壁として構成されている。第２のセクションは、冷却用スリーブの下方に延びている。
【００１６】
燃焼室の他に、圧縮機と、タービンと、複数の上述の燃焼室を備える燃焼器とを備えるガスタービンが、本開示の対象である。
【００１７】
特に、このようなガスタービンは、例えば、作動中に高温ガス流路内で高温ガス流を案内するダクト壁を備える複数の燃焼室を有することができ、ダクト壁は、内面と、外面と、キャビティ入口からキャビティ出口までダクト壁に沿って延びる壁キャビティとを有する二重壁構造である。燃焼室は、さらに、スリーブを有する。スリーブは、少なくとも部分的にダクト壁を包囲しており、スリーブとダクト壁との間の冷却チャネル内で、冷却ガスをダクト壁の外面に沿って出口端部へ案内する。キャビティ出口は、冷却チャネルへ開口している。作動中、冷却ガスは、キャビティ入口を通じて壁キャビティに供給される。壁キャビティを通過した後、冷却ガスは、キャビティ出口から冷却チャネル内へ排出される。冷却ガスは、さらに、冷却チャネルを通って冷却チャネルの出口端部に向かって流れるときにダクト壁を冷却する。
【００１８】
このガスタービンの燃焼室の別の実施の形態によれば、スリーブは、ダクト壁を包囲する複数の開口を有しており、これらの開口は、ダクトから所定の距離だけ離れて配置されている。これにより、作動中、圧縮ガスプレナムから開口を通じて噴射された冷却ガスがダクト壁に衝突する。ダクト壁のインピンジメント冷却の後、冷却ガスはクロスフローとして冷却チャネルの出口端部に向かって流れる。通常、冷却チャネルの出口端部は、作動中の燃焼室内の高温ガスの高温ガス流れ方向に関して燃焼室の上流側に配置されている。
【００１９】
さらに別の実施の形態によれば、ガスタービンは、圧縮ガスプレナム、例えば圧縮機プレナムを有し、キャビティ入口と、ダクト壁のインピンジメント冷却用の開口との双方が、このプレナムに接続されている。これにより、冷却ガス源としての１つのプレナムからの冷却ガスを、壁キャビティを通流する冷却ガスへの熱伝達に加えて、インピンジメント冷却によってダクト壁を冷却するために使用することができる。ダクト壁をさらに冷却するために、冷却チャネル内で両冷却流を再利用することができる。
【００２０】
別の実施の形態では、冷却チャネルの出口端部は、作動中にバーナへの冷却ガスの導入のためにガスタービンのバーナに接続されている。これにより、冷却ガスは、燃焼室の冷却に使用された後、燃焼ガスとして再利用される。燃焼室の冷却中の熱吸収により加熱された冷却ガスのこの再利用は、任意の高温ガス温度の場合に、効率を高め、ＮＯｘエミッションを低減する。なぜならば、冷却ガスが燃焼プロセスをバイパスさせられないからである。
【００２１】
特定の実施の形態では、ガスタービンの軸線を中心に複数の燃焼室が周方向に配置されている。互いに面する２つの隣接する燃焼室のダクト壁のセクションは、壁キャビティを備える二重壁として構成されている。スリーブは、ガスタービンの軸線に面したダクト壁のセクションの上方に配置されている。このスリーブに代えてまたはこのスリーブと組み合わせて、スリーブが、ガスタービンの軸線と反対側に面したダクト壁のセクションの上方に配置されている。互いに面する２つの隣接する燃焼室のダクト壁の１つまたは複数のセクションは、スリーブおよび冷却チャネルを有さない。したがって、隣接する燃焼室の間の周方向距離を減じることができる。任意の高温ガス流横断面の場合、燃焼室が配置される直径をこれにより減じることができる。その結果、燃焼器ケーシングおよび全体のガスタービン直径を減じることができ、材料およびコストが節約される。代替的にまたは組み合わせて、隣接する燃焼室の壁部の間の自由領域を増大するために、二重壁配列の緩和されたスペース要求を使用することができる。これにより、これらの間のガス流の圧力損失が低減される。このスペースは、ヘルムホルツダンパなどの付加的な設備のために使用することもできる。
【００２２】
代替的な実施の形態では、ガスタービンの軸線を中心に複数の燃焼室が周方向に配置されており、キャビティ入口は、隣接する燃焼室に面したダクト壁のセクションに配置されている。この配置では、スリーブは、ガスタービンの軸線に面したダクト壁のセクションの上方に配置されているか、および／またはスリーブは、ガスタービンの軸線とは反対側に面したダクト壁のセクションの上方に配置されている。この実施の形態においてもまた、隣接する燃焼室の間にはスリーブまたはインピンジメント冷却のためのスペースは必要なく、これにより、スリーブ、特にインピンジメント冷却がこれらの側に提供される配列と比較して、燃焼室の間の距離を減じることができる。両側におけるキャビティ入口の配置は、冷却チャネルによる付加的な冷却を有さずかつインピンジメント冷却されない側部セクションにおいて最も低温の利用可能な冷却ガスを壁キャビティに提供する。
【００２３】
燃焼室およびガスタービンの他に、このような燃焼室を冷却する方法が本開示の対象である。この方法によれば、冷却流体をダクト壁のキャビティ入口に供給し、ダクト壁は、内面と、外面と、ダクト壁に沿ってキャビティ入口からキャビティ出口まで延びた壁キャビティとを有する、二重壁構造を有し、冷却ガスが、ダクト壁を冷却するために壁キャビティを通って流れるようになっている。次いで、冷却ガスは、ダクト壁のさらなる対流冷却のためにキャビティ出口を通って冷却チャネル内へ排出される。冷却チャネルは、ダクト壁と、スリーブとによって画成されている。スリーブは、ダクト壁の外面に沿って冷却ガスを案内するためにダクト壁を少なくとも部分的に包囲している。
【００２４】
本方法の別の実施の形態によれば、ダクト壁から所定の距離だけ離れて配置された、包囲するスリーブ内の複数の開口を通じて冷却ガスを噴射し、開口を通過した圧縮ガスプレナムからの冷却ガスがダクト壁に衝突する。衝突の後、冷却ガスはクロスフローとして冷却チャネルの出口端部に向かって流れる。
【００２５】
本方法の別の実施の形態によれば、冷却ガスはキャビティ入口を通じて１つの圧縮ガスプレナムから壁キャビティへ供給され、キャビティ出口から冷却チャネルへ排出される。さらに、同じ冷却プレナムからの冷却ガスがスリーブにおける開口を通じて噴射され、キャビティ出口から排出された冷却ガスと同じ冷却チャネルを通るクロスフローとして流れる。
【００２６】
提案された燃焼室は、作動中の有効冷却要求に従って容易に調節することができ、かつ局所的なホットスポットを付加的に冷却するように調節することができる、効率的な冷却スキームを可能にする。本開示は、この柔軟性を考慮して燃焼室を設計する方法にも関する。この方法は以下のステップを含む。
【００２７】
特定の冷却要求のために燃焼室の壁キャビティを設計する。冷却要求は、例えば、燃焼室作動および熱伝達の数値シミュレーションの結果であってよい。
【００２８】
設計条件下で燃焼室を作動させ、燃焼器壁部において少なくとも１つの壁セクションの温度を測定する。測定温度が限界温度を超えた場合、局所的な付加的なインピンジメント冷却のために冷却スリーブに少なくとも１つの開口を付加する。限界温度は、例えば、それよりも高温では燃焼器の寿命が妥協されることがある臨界材料温度であってよい。
【００２９】
提案された冷却設計は、ガスタービンの様々な作動形態に従って冷却能力の容易な調節も可能にする。
【００３０】
点検間隔が長い場合は、標準設計の場合のインピンジメント冷却穴の数と比較して、インピンジメント冷却穴の数を増加させることができる。冷却穴の数の増加は、燃焼室壁部における減少につながり、これは、長い点検間隔を可能にする。
【００３１】
最大ガスタービン効率およびパワーのために、標準設計の場合のインピンジメント冷却穴の数と比較して、インピンジメント冷却穴の数を減少させることができる。冷却穴の数の減少は、冷却システムを通るガス流を減少させ、冷却システムを通じて再びバーナへ冷却ガスを供給するための必要な圧力損失を減じることができる。これにより、パワーおよび効率を高めることができる。
【００３２】
燃焼室は、例えば、アニュラー型燃焼器、またはカン型燃焼器の燃焼室であってよい。燃焼室は、サイロ燃焼器の燃焼室であってもよい。燃焼室は、例えば、２段燃焼器配列の第２の燃焼器であってもよい。２段燃焼器配列は、運転中に燃焼器入口ガスに燃料を供給する第１のバーナおよび第１の燃焼室を有する第１の燃焼器と、第１の燃焼室から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物に希釈ガスを混合する希釈ガス混合器と、燃料を混合するための第２のバーナと、第２の燃焼室とを備える。このような２段燃焼器配列は、参照により組み込まれる欧州特許出願第１４１５０７３７．６号明細書から公知である。
【００３３】
様々なバーナタイプを用いることができる。第１燃焼器用に、例えば欧州特許出願公開第０３２１８０９号明細書から公知のいわゆるＥＶバーナ、または例えば独国特許出願公開第１９５４７９１３号明細書から公知のＡＥＶバーナを例えば使用することができる。参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第２７２２５９１号明細書に記載されているような旋回室を有するＢＥＶバーナを使用することができる。カン型構成では、カン型燃焼器ごとに１つまたは複数のバーナ配列を使用することができる。さらに、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０２１１１８６号明細書に記載されているような火炎シート燃焼器を第１燃焼器として使用することができる。
【００３４】
開示、その性質及びその利点は、添付の概略的な図面を用いて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】圧縮機と、燃焼室と、タービンとを備えるガスタービンを示す図である。
【図２】図１の燃焼室の断面ＩＩ−ＩＩを示している。
【図３】一方の側に冷却スリーブを備える燃焼室の断面の一例を示している。
【図４】燃焼室壁部の１つのセクションが二重壁として構成されており、別のセクションがインピンジメント冷却される単一壁として構成されている、冷却スリーブを備える燃焼室の断面の別の一例を示している。
【図５】ガスタービンの軸線を中心に周方向に配置された二重壁燃焼室の配列を有する燃焼配列を備えるガスタービンの断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、インピンジメント冷却される燃焼器４を備えるガスタービン１を示している。ガスタービン１は、圧縮機３と、燃焼器４と、タービン５とを有する。
【００３７】
吸気は圧縮機３によって圧縮ガス８に圧縮される。燃料２８は燃焼器４において圧縮ガス８とともに燃焼させられ、高温ガス流９を発生する。高温ガス９はタービン５において膨張させられ、機械仕事を行う。
【００３８】
燃焼器４は、燃焼器ケーシング３１に収容されている。圧縮機３から出た圧縮ガス８は、圧縮機３から出たガスの動的圧力を少なくとも部分的に回収するためにディフューザを通過する。ディフューザから出た圧縮ガス８は、圧縮機プレナム３０を通流する。圧縮ガスの一部は、燃料２８との混合および燃焼室２６におけるその後の燃焼のために、圧縮機プレナム３０からバーナ２５へ直接に流入する。圧縮ガス８の一部は、まず、燃焼室２６のダクト壁１０を冷却するための冷却ガス１６として利用される。通常、その他の冷却ガス流も、バーナ２５およびタービン５の冷却のために圧縮機プレナム３０から取り込まれる。
【００３９】
通常、ガスタービンシステムは、ガスタービン１のシャフト２に連結された発電機を含む。ガスタービン１はさらに、タービン５用の冷却システムを有するが、この冷却システムは、本開示の主体ではないので示されていない。
【００４０】
排ガス７はタービン５から出る。残留する熱は、一般的に、同様にここには図示されていない後続の水蒸気サイクルにおいて利用される。
【００４１】
図１は、ダクト壁１０を冷却するためのインピンジメント冷却配列を備える燃焼器４を示している。燃焼器４は、上流端部におけるバーナ２５と、バーナから下流端部まで延びた燃焼室２６とを有する。燃焼室２６は、側部においてダクト壁１０によって区切られている。ダクト壁１０のインピンジメント冷却のために、開口１４を有するスリーブ１５が燃焼室２６の周囲に配置されている。冷却ガス１６は、開口を通じて噴射され、ダクト壁１０に衝突する。衝突した後、冷却空気は、ダクト壁１０およびスリーブ１５によって形成された冷却流路１７において、燃焼室２６の上流端部に向かって、燃焼室２６内の高温ガス流に対して向流で流れる。ダクト壁１０を冷却した後、冷却ガス１６は、燃焼ガスとしてさらに使用されるために、高温ガス流路の上流端部において、バーナ（断面図では示されていない）もしくは燃焼室２６に流入することができる。
【００４２】
ダクト壁１０の少なくとも一部は、付加的な冷却のために二重壁構造として構成されている。二重壁ダクト壁は、高温ガス流路に面した内面１１と、圧縮機プレナムに面した外面１２とを有する。壁キャビティは、内面１１と外面１２との間にダクト壁１０に沿ってキャビティ入口からキャビティ出口まで（キャビティ入口および出口については図２〜図４を参照）延びている。作動中、冷却ガスは壁キャビティ１３を通流する。ダクト壁１０冷却した後、冷却ガスは、壁キャビティから、冷却スリーブ１５とダクト壁１０の外面１２とによって画定された冷却チャネル１７内へ排出される。インピンジメント冷却のために使用された冷却ガスと共に、壁キャビティから排出された冷却ガスは、バーナ２５もしくは燃焼室２６においてさらに使用するために、燃焼室２６の上流端部に向かって流れる。この例では、壁キャビティ１３は、外面１２を内面１１に接続したリブ２４によって、複数の壁キャビティ１３に分割されている。外面１２を内面１１に接続するためにピンを使用することもできる。
【００４３】
図２は、二重壁構造を備える燃焼室２６の一例として、図１の燃焼室２６の断面ＩＩ−ＩＩの透視図を示している。ダクト壁１０は、内面１１と、外面１２と、ダクト壁１０に沿ってキャビティ入口１９からキャビティ出口２０まで延びた壁キャビティ１３とを有する二重壁構造として構成されている。矩形の横断面を有するこの例では、断面図で見て４つの壁キャビティ１３が配置されている。各壁キャビティは、燃焼室の側壁に配置されたキャビティ入口１９から、燃焼室２６の上壁もしくは底壁に配置されたキャビティ出口２０まで延びている。冷却ガス１６は、燃焼室２６を包囲する圧縮機プレナム３０からキャビティ入口１９へ供給される。ダクト壁１０の上側セクションおよび下側セクションは、スリーブ１５によって包囲されており、上側セクションおよび下側セクションと、スリーブ１５との間に冷却チャネル１７を形成している。キャビティ出口２０は、冷却チャネル１７へ開口しており、キャビティ出口２０から排出された冷却ガス１６は、冷却チャネル１７の出口端部（断面図では示されていない）に向かって流れる。
【００４４】
スリーブ１５は、ダクト壁１０のインピンジメント冷却のために、開口１４を有する。冷却ガス１６は、開口を通じて噴射され、ダクト壁１０に衝突する。衝突の後、冷却ガス１６は、燃焼室（図示せず）の上流端部に向かって冷却チャネル１７内を流れる。この例では、開口１４は、ダクト壁１０の上側および底側の上方に配置されている。
【００４５】
図３は、二重壁構造を備える燃焼室の断面の別の例を示している。ダクト壁１０は、内面１１と、外面１２と、ダクト壁１０に沿ってキャビティ入口１９からキャビティ出口２０まで延びた壁キャビティ１３とを有する二重壁構造として構成されている。矩形の横断面を有するこの例では、断面図で見て２つの壁キャビティ１３が配置されている。各壁キャビティ１３は、燃焼室の底側壁部の中央に配置されたキャビティ入口１９から、上壁の中央に配置されたキャビティ出口２０まで延びている。一方の壁キャビティ１３は、ダクト壁１０の左半分にわたって延びており、他方の壁キャビティ１３は、ダクト壁１０の右半分にわたって延びている。冷却ガス１６は、燃焼室２６を包囲する圧縮機プレナム３０からキャビティ入口１９へ供給される。ダクト壁１０の上側セクションは、スリーブ１５によって包囲されており、上側セクションと、スリーブ１５との間に冷却チャネル１７を形成している。この例では、ダクト壁１０の上壁は、実際、スリーブ１５によって包囲されている。キャビティ出口２０は、冷却チャネル１７へ開口しており、キャビティ出口２０から排出された冷却ガス１６は、冷却チャネル１７の出口端部（断面図では示されていない）に向かって流れる。
【００４６】
ダクト壁１０のインピンジメント冷却のために、スリーブ１５は開口１４を有する。冷却ガス１６は、開口を通じて噴射され、ダクト壁１０に衝突する。衝突の後、冷却ガス１６は、燃焼室（図示せず）の上流端部に向かって冷却チャネル１７内を流れる。この例では、開口１４は、ダクト壁１０の上側の上方に配置されている。
【００４７】
この例では、ダクト壁１０は、左側セクションおよび右側セクションを有する。両セクションは、上側接合部２２および下側接合部２７によって接続されている。キャビティ入口１９は、下側接合部２７の両側に配置されている。キャビティ出口２０は、上側接合部２２の両側に配置されている。接合部は、例えば、溶接部であってよい。
【００４８】
図４は、二重壁構造を備える燃焼室の断面の別の例を示している。図４の例は、図３の例に基づく。図３の例とは対照的に、ダクト壁１０の上側セクションは単一壁である。キャビティ出口２０は、上側セクションの左側もしくは右側寄りに配置されている。キャビティ出口２０の間に延びた上側セクションは、インピンジメント冷却される。
【００４９】
図５は、ガスタービンの軸線２を中心に周方向に配置された二重壁燃焼室２６の配列を有する燃焼配列を備えるガスタービンの断面図を示している。各燃焼室２６は、円筒状のダクト壁１０を有する。ダクト壁１０は、内面１１と、外面１２とを有しており、ロータカバー２３と燃焼器ケーシング３１とによって画定された圧縮機プレナム３０から、ガスタービンの軸線２に面した側において、冷却ガスが供給される。軸線２とは反対側に面した各燃焼器の側は、スリーブ１５によって包囲されており、ダクト壁１０とスリーブ１５との間に冷却チャネル１７を画成している。ダクト壁１０を冷却した後、二重壁ダクト壁１０から冷却チャネル１７内へ排出された冷却ガス１６は、冷却チャネル１７の出口端部（断面図では示されていない）に向かって流れる。
【００５０】
スリーブ１５の下方のダクト壁１０の外方に面したセクションは、開口１４を通じて噴射される冷却ガス１６によってさらにインピンジメント冷却される。衝突の後、冷却ガス１６は、燃焼室（図示せず）の上流端部に向かって冷却チャネル１７内を流れる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ガスタービン
２  軸線
３  圧縮機
４  燃焼器
５  タービン
７  排ガス
８  圧縮ガス
９  高温ガス流
１０  ダクト壁
１１  内面
１２  外面
１３  壁キャビティ
１４  開口
１５  スリーブ
１６  冷却ガス
１７  冷却チャネル
１８  対流ライナ冷却
１９  キャビティ入口
２０  キャビティ出口
２１  出口端部
２２  内側接合部
２３  ロータカバー
２４  リブ
２５  バーナ
２６  燃焼室
２７  外側接合部
２８  燃料
３０  圧縮機プレナム
３１  燃焼器ケーシング
【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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【外国語明細書】
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