(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、
前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、
前記予混合流路に流入される空気が該予混合ノズルに対して旋回流を形成するように、該外壁に空気を流入する開口部を設け、
前記開口部は、円周方向で隣り合う２つの予混合ノズルに対して一個所設け、前記２つの予混合ノズル夫々に対する旋回流の回転方向を逆向きにすることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン燃焼器において、円周方向位置で、隣り合う２つの予混合ノズルの間に前記開口部を設けることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、
前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、
円周方向で隣り合う２つの予混合ノズルの間の位置であって該外壁に前記予混合流路に空気を流入する開口部を設け、
円周方向で前記隣り合う２つの予混合ノズルの両側に、隔壁部材を設けることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、
前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、
前記予混合流路に流入される空気が該予混合ノズルに対して旋回流を形成するように、該外壁に空気を流入する開口部を設け、
前記開口部の形状を、予混合器流入前の空気主流方向で末広がりの略三角形状とし、
前記２つの予混合ノズル夫々に対する旋回流の回転方向を逆向きにすることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、
前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、
前記予混合流路に流入される空気が該予混合ノズルに対して旋回流を形成するように、該外壁に空気を流入する開口部を設け、
前記開口部の形状を、予混合器流入前の空気主流方向で先細りの略三角形状とし、
前記２つの予混合ノズル夫々に対する旋回流の回転方向を逆向きにすることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
円周方向で複数個配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルを備えたガスタービン燃焼器用予混合装置において、
円周方向で隣り合う２つの予混合ノズルに対して各々回転方向が逆の旋回流を形成するように、隣り合う２つの予混合ノズルに対して一個所の空気流入口を設けることを特徴とするガスタービン燃焼器用予混合装置。
【請求項７】
円周方向で複数個配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルを備えたガスタービン燃焼器の予混合方法において、
隣り合う２つの予混合ノズルに対して一個所の空気流入口から空気を流して、前記２つの予混合ノズルの周辺に各々回転方向が逆の旋回流を形成することを特徴とするガスタービン燃焼器の予混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器の予混合装置，ガスタービン燃焼器の予混合方法，ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼方法においては、大気汚染物質であるＮＯｘの排出量を低減するため、燃料が燃焼室に入る前に、予め燃料と空気を混合しておく予混合燃焼法の適用が進んでいる。例えば、特開平3−175211 号公報に記載されているように、中心部を安定性に優れた拡散燃焼とし、外周側に低ＮＯｘ性に優れた予混合燃焼を配して低ＮＯｘ化を図ったものがある。ここで、圧縮機から送られる空気は、燃焼器外筒と燃焼器ライナの間を通り、夫々、燃焼室や予混合器等へ流入する。
【０００３】
拡散燃焼用燃料は拡散燃料ノズルから燃焼室に噴射され安定な拡散火炎を形成し、予混合用燃料は予混合燃料ノズルから環状の予混合器内へと噴出して空気と混合して予混合気となる。
【０００４】
この予混合気は燃焼室へ流出し、予混合火炎を形成する。発生した高温燃焼ガスはタービンへ入り仕事をして排気される。
【０００５】
このような予混合燃焼を利用する低ＮＯｘ燃焼器では均一な予混合気の形成が低ＮＯｘ性能を大きく左右する。特に、本従来例のように空気の流れが予混合器の入口でＵターンするような構成の場合、予混合器内の空気の流れに偏流を生じやすく均一な混合気を形成しづらい。つまり、このような技術では予混合器内での混合促進に留意する必要がある。
【０００６】
予混合内の空気の流れに関しては、従来、特開昭60−223587号公報や特開平2−267419 号公報等の技術があげられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１７５２１１号公報
【特許文献２】特開昭６０−２２３５８７号公報
【特許文献３】特開平２−２６７４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特開平2−267419 号公報には、燃料ノズル１本毎に周方向に分離されるように隔壁を設け、予混合燃焼用空気が偏って流入するように開口の偏った入口窓を設置して、予混合燃焼用空気に旋回成分を発生させ、燃料との混合を促進しようとする技術が記載されている。しかし、窓形状や燃料ノズルとの関係については十分な考慮がなされていない。
【０００９】
本発明の目的は、予混合を均一化し、低ＮＯＸ性能の優れたガスタービン燃焼器の予混合装置，ガスタービン燃焼器の予混合方法，ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、前記予混合流路に流入される空気が該予混合ノズルに対して旋回流を形成するように、該外壁に空気を流入する開口部を設け、前記開口部は、円周方向で隣り合う２つの予混合ノズルに対して一個所設け、前記２つの予混合ノズル夫々に対する旋回流の回転方向を逆向きにすることを特徴とする。
【００１１】
或いは、本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、円周方向で隣り合う２つの予混合ノズルの間の位置であって該外壁に前記予混合流路に空気を流入する開口部を設け、円周方向で前記隣り合う２つの予混合ノズルの両側に、隔壁部材を設けることを特徴とする。
【００１２】
或いは、本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、前記予混合流路に流入される空気が該予混合ノズルに対して旋回流を形成するように、該外壁に空気を流入する開口部を設け、前記開口部の形状を、予混合器流入前の空気主流方向で末広がりの略三角形状とし、前記２つの予混合ノズル夫々に対する旋回流の回転方向を逆向きにすることを特徴とする。
【００１３】
或いは、本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを燃焼室に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃焼ノズルと、環状の予混合流路を形成する外壁及び内壁と、前記予混合流路内に配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルと、を備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合ノズルは前記予混合流路内に円周方向で複数配置され、前記予混合流路に流入される空気が該予混合ノズルに対して旋回流を形成するように、該外壁に空気を流入する開口部を設け、前記開口部の形状を、予混合器流入前の空気主流方向で先細りの略三角形状とし、前記２つの予混合ノズル夫々に対する旋回流の回転方向を逆向きにすることを特徴とする。
【００１４】
或いは、本発明のガスタービン燃焼器用予混合装置は、円周方向で複数個配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルを備えたガスタービン燃焼器用予混合装置において、円周方向で隣り合う２つの予混合ノズルに対して各々回転方向が逆の旋回流を形成するように、隣り合う２つの予混合ノズルに対して一個所の空気流入口を設けることを特徴とする。
【００１５】
或いは、本発明のガスタービン燃焼器の予混合方法は、円周方向で複数個配置され、燃料と空気とが予め混合された予混合気体を前記燃焼室に噴出して予混合燃焼火炎を形成する予混合ノズルを備えたガスタービン燃焼器の予混合方法において、隣り合う２つの予混合ノズルに対して一個所の空気流入口から空気を流して、前記２つの予混合ノズルの周辺に各々回転方向が逆の旋回流を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、予混合を均一化し、低ＮＯｘ性能の優れたガスタービン燃焼器の予混合装置，ガスタービン燃焼器の予混合方法，ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態では、入口窓の形状を燃焼器の軸方向に沿って周方向の幅の変化する構成とすることにより旋回渦の強さや大きさを変化させ最大の効果が得られるように配慮した。
【００１９】
また、予混合器の周方向に配置される燃料ノズル２本に対し入口窓１つを一組として２つずつのペアの旋回渦を発生させることにより、相対的に入口窓の数を減らすとともに予混合器内の隔壁を減らして旋回渦の減衰を防止して混合をさらに促進するようにした。
【００２０】
予混合器入口窓と、隔壁の数を減らすことで製作コストを低減できるとともに、旋回渦を強化・適正化することにより、いっそう均一度の高い予混合気が得られ、優れた低ＮＯｘ性能の燃焼器を提供できる。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の第一の実施例を図１〜図６により説明する。
【００２２】
図６は、燃焼器全体の構成断面図である。この燃焼器は、中心部を安定性に優れた拡散燃焼とし、外周側に低ＮＯｘ性に優れた予混合燃焼を配して低ＮＯｘ化を図った例である。
【００２３】
図６に示すように、この燃焼器では、圧縮機１０から送られる空気５０は、燃焼器外筒２と燃焼器ライナ３との間を流れる。そして、その空気の一部部分は、燃焼器ライナの冷却空気５１として燃焼室１へ流入し、また、その空気の他の一部分は、予混合用空気４９として予混合器１２へ流入する。その空気の残りは、予混合器流路と燃焼器端板の間の通路を経て燃焼空気孔１４ａと冷却空気孔１７から燃焼室１へと流入する。
【００２４】
また、拡散燃焼用燃料１６は、拡散燃料ノズル１３から燃焼室１に噴射され、安定な拡散火炎４を形成する。予混合用燃料２１は、予混合燃料ノズル８から環状の予混合器１２内へと噴出して空気と混合して予混合気２２となる。この予混合気２２は、燃焼室１へ流出して予混合火炎５を形成する。そして、発生した高温燃焼ガスは、タービン１８へ入り仕事をして排気される。
【００２５】
このような予混合燃焼を利用する低ＮＯｘ燃焼器では、均一な予混合気の形成が低ＮＯｘ性能を大きく左右する。特に、空気の流れが予混合器の入口でＵターンするような構成の場合、予混合器内の空気の流れに偏流を生じやすく、均一な混合気を形成しづらい。そのため、予混合器内での混合促進に留意する必要がある。
【００２６】
本発明を適用した燃焼器の部分縦断面図を図４に示し、本発明を適用した燃焼器の部分横断面図を図５に示す。本実施例での予混合装置は、図４及び図５に示すように、燃焼器外筒２と円筒状の燃焼器ライナ３，燃焼室１に流出する環状の流路を有する予混合器１２、およびこれらによって形成される環状の空気流路２０３，予混合器１２の外周側に設置された空気入り口窓である空気入口開口部３０，予混合器環状流路内に周方向に複数設置された予混合燃料ノズル８，予混合燃料ノズル８に明けられた燃料噴口８１，予混合器環状流路内に周方向に複数設置された隔壁である仕切り３１を備えている。
【００２７】
燃焼器外筒２は、高温高圧の空気５０を外気にもらさないことと燃焼器部材をガスタービン本体に固定するものである。燃焼器ライナ３は、燃焼室１を形成し、その内部において燃料と空気が燃焼反応を行い、高温の燃焼ガスを発生させ、タービンに高温の燃焼ガスを導くものである。予混合器１２は、環状の流路を形成し、この流路において燃料と空気を混合して予混合気２２を形成し、燃焼室１に流出させ、ＮＯｘ排出量の少ない予混合燃焼を行わせるものである。
【００２８】
空気流路２０３は、高温高圧の空気を予混合器１２などへ送るための環状の流路である。
【００２９】
予混合燃料ノズル８は、予混合器１２の入り口に近い環状流路中に燃料を適正に分散させるように周方向に複数本設置され、またそれぞれの燃料ノズル８には、燃料噴口８１が一個以上設置され、予混合器１２中に燃料を噴射する。
【００３０】
隔壁である仕切り３１は、予混合器１２の内外周の壁を機械的に支えるとともに、予混合器の環状流路を周方向に複数に仕切っている。
【００３１】
次に、図１〜図３を用いて本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示し、図２は、本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示し、図３は、本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【００３２】
本実施例では、空気入り口窓である空気入口開口部３０は、空気流路２０３から予混合器１２へ空気が流れ込む入り口を形成しており、燃料ノズル８の二本に１個の割合で開口部分が周方向に分散して設置され、それぞれの空気入口開口部３０は二本の燃料ノズルの周方向中間位置にくるように設置されている。
【００３３】
また、開口部分の幅は空気流路２０３を流れる空気の主流方向に先細になっており概略三角形状の開口形状をしている。
【００３４】
次に本発明の実施例の動作を説明する。図４に示すように、圧縮機から送られる高温高圧の空気５０は燃焼器外筒２と燃焼器ライナ３及び予混合器１２によって形成される環状の流路２０３を通って予混合器の空気入口開口部３０に到達する。ここで空気５０は予混合器１２に流入する予混合用空気４９と拡散燃焼器等へ流入する空気１４に分岐する。
【００３５】
図１に示すように、予混合器１２に入った予混合空気４９は予混合器１２の流路に沿うように流れ方向を反転し、中に設置された燃料ノズル８の燃料噴孔８１から噴射される予混合燃料２１と混合しながら予混合気２２を形成し、燃焼室１に流出する。
【００３６】
燃焼室１では、上流側の拡散燃焼器の高温ガスを着火源とするかまたは適当な保炎装置（ブラフボディなど）によって予混合火炎を形成し、ＮＯｘ発生の少ない予混合燃焼反応を行い高温の燃焼ガスを発生する。
【００３７】
ここで、予混合気２２の燃料濃度の均一性が良いほど、燃焼ガスの温度が均一となりＮＯｘの発生源となる高温部分を排除し低ＮＯｘ燃焼を実現することができる。
【００３８】
次に、本実施例の燃料と空気の混合過程について、図７〜図２４を用いて詳細に説明する。
【００３９】
まず、空気入口窓形状と予混合器中に発生する空気の流れについて図７〜図１２により説明する。
【００４０】
図７〜図９に示すように、予混合器１２に入った予混合空気４９は予混合器１２の流路に沿うように流れ方向を反転し、中に設置された燃料ノズル８の燃料噴孔８１から噴射される予混合燃料２１と混合しながら予混合気２２を形成し、燃焼室１に流出する。ここでは簡単のためひとまず燃料ノズルを省略し空気の流れのみについて説明する。図９に示すように、窓形状を周方向全体に大きな一つづきの開口とした場合、つまり、空気入口開口部３０を円周方向で連続的に設けた場合、図７及び図８に示すように、予混合器１２中の空気の流れは流路断面内の２次流れの小さい層状の流れとなり、燃料と空気の混合はあまり促進されない。また、空気の流れが反転した予混合器外周側壁の内面に周方向に軸を持つ剥離渦が発生しやすい。この渦は不安定で時々離脱し流れに乗って下流に放出され下流側の火炎を引き戻す逆火現象を引き起こす原因の一つと考えられている。
【００４１】
これに対して、図１０〜図１２に示すように、本発明の実施例では、円周方向に分散した開口部としている。つまり、空気入口開口部３０を円周方向で不連続に設けている。そのため、図１０及び図１１に示すように、周方向両側の入口空気窓である空気入口開口部３０の背面に、流れの剥離に伴う負圧領域３００が形成され、この負圧領域３００を中心とする一対の安定な渦３０１が形成される。また、図１０に示すように、発生した渦３０１の旋回方向は、燃焼器円周方向でみると、隣り合う渦３０１は夫々逆方向に旋回している。この渦３０１は、予混合器壁内面との摩擦損失で少しずつ減衰しながらも軸方向下流側に伸び、予混合器内の空気を流路断面内で大きく撹拌し、燃料と空気の混合を促進することができる。
【００４２】
次に、図１３〜図１５及び図１６〜図１８を用い、空気入口窓である空気入口開口部３０の開口幅を空気５０の主流方向に変化させた場合の効果の違いについて説明する。図１３は、本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図であり、図１４は、本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図であり、図１５は、本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図である。
【００４３】
図１３〜図１５に示す実施例は、開口部形状を空気流路２０３の空気５０主流方向に向かって（予混合空気の流れ方向と逆方向に向かって）先細の概略三角形状になるようにした場合の渦３０１の状況を示す。この場合は、予混合器流路の内周側まで全体に、渦が拡がり、より強い撹拌混合作用が得られる。
【００４４】
また、図１６は本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図であり、図１７は、本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図であり、図１８は、本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図である。
【００４５】
図１６〜図１８に示す実施例は、逆に開口部形状を空気流路２０３の空気主流方向に末広がりになるようにした場合の渦３０１の状況を示す。この場合、渦３０１は予混合器の比較的外周側に限定され、撹拌混合作用も相対的に小さくなる。
【００４６】
空気入口窓の形状を流れ方向に変化させない場合は、先に述べた図１０〜図１２の例であり、図１０〜図１２の例は、これらの中間の作用となる。
【００４７】
このように、予混合器空気入口窓３０を周方向に分散させ、予混合器内に旋回方向が逆方向の一対の渦３０１を形成させることにより、予混合器内の燃料と空気の混合を促進できる。
【００４８】
さらに、予混合器空気入口窓である空気入口開口部３０の形状を空気５０の流れ方向に先細となるような概略三角形状とすることで渦３０１を大きく強くすることができ、一層混合撹拌作用を強化できる。
【００４９】
次に、空気入口窓３０と予混合燃料ノズル８の位置関係と混合過程の関係について、図１９〜図２１及び図２２〜図２４により説明する。図１９は本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図であり、図２０は、本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図であり、図２１は、本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図であり、図２２は、本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図であり、図２３は、本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図であり、図２４は、本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図である。
【００５０】
図１９〜図２１は、空気入口窓３０の中央直下に予混合燃料ノズル８が位置するように設置した場合である。つまり、空気入口窓３０と燃焼器軸中心とを結ぶ線上にほぼ予混合燃料ノズル８が位置している場合である。この場合は、渦３０１は隣接する予混合燃料ノズル８の間に形成されるが、予混合用空気４９の主流を予混合燃料ノズル８が邪魔をするようなかたちとなり、渦３０１は比較的小さくかつ緩やかなものとなる。
【００５１】
これに対して、図２２〜図２４は、本発明の実施例を示したもので、空気入口窓である空気入口開口部３０の開口の中心が隣接する予混合燃料ノズル８のほぼ中間に位置するように設置した場合である。この場合は、渦３０１は予混合燃料ノズル８をとりまくように大きく強く形成され、優れた混合撹拌効果を得屡ことが出来る。
【００５２】
一方、本実施例では、予混合器入口空気窓一つに対して逆旋回の渦の対が形成されるため、隣接する予混合器入口空気窓の渦同士も逆旋回となっており、干渉しにくい構成となっている。このため、従来、周方向の一つの窓毎に予混合器流路を仕切る隔壁である仕切り３１を必ず必要としていたが、本実施例では、予混合器の機械強度を保つ最低限の隔壁があればよい。つまり、仕切り３１を省略して簡易構造としたり、仕切り３１を簡素化する事が出来る。通常、混合を促進する渦３０１の減衰の主要因は予混合器壁との摩擦損失による減衰であることから、本実施例では予混合器入口空気窓で形成した渦の減衰を非常に少なくすることができ、より均一な予混合気を形成することができる。
【００５３】
逆に言えば、同一の混合度の予混合気を得るために必要な予混合器の長さを短くすることができ、コスト低減の効果と設計上の自由度が向上する。
【００５４】
また、不安定な周方向剥離渦もできにくく、逆火等のポテンシャルの低減にも繋がると考えられる。
【００５５】
同時に、本実施例のように、隔壁を最小限まで減らすことができるためこの点でも製作上のコスト低減に寄与できる。
【実施例２】
【００５６】
本発明の第２の実施例を図２５により説明する。この実施例では基本的な構成は第１の実施例と同じであるが空気入口開口部３０の形状が空気の主流方向に一定の幅である点が異なる。このように構成することにより、前述のように混合撹拌性能はやや小さくなるが、部品製作や組立の容易性などが向上すると考えられる。
【実施例３】
【００５７】
本発明の第３の実施例を図２６により説明する。この実施例では第１の実施例と基本的な構成は同一であるが、空気入口開口部３０の形状が空気の主流方向に末広がりの概略三角形状にしてある点が異なる。このように構成することにより、既に述べたように、窓下流側の旋回渦発生源は比較的外よりの狭い範囲に限定され、比較的緩やかな混合を実現でき、上流側拡散燃焼との干渉の問題で内周側の混合度を緩やかにしたい場合などに有効である。
【００５８】
ここで、上記実施例１〜実施例３について、渦の旋回強度を比較したものを図３０を用い説明する。図３０は、３つの実施例における旋回強度を比較した図である。横軸は予混合ノズル噴孔からの軸方向距離を無次元化したものをとり、縦軸は旋回強度を示す。
【００５９】
これらの旋回強度は、従来と比べて高いものであり、また、旋回強度の軸方向での減衰は、従来と比べて少ないものである。
【００６０】
その中でも、実施例１では、全般的に旋回強度が高いことがわかった。つまり、実施例１のような主流方向に向かって順次その幅が減少する略三角形上の開口部の場合には、顕著に旋回強度が高い事がわかる。
【００６１】
また、上記実施例１〜実施例３について、渦の旋回強度の減衰を比較したものを図３１を用い説明する。図３１は、実施例２を基準に、３つの実施例における旋回強度の減衰を比較した図である。横軸は予混合ノズル噴孔からの軸方向距離を無次元化したものをとり、縦軸は実施例２の旋回強度値を１とした場合の相対的な旋回強度を示す。
【００６２】
上記実施例１〜実施例３の中でも、実施例１では、全般的に旋回強度が高く、且つ実施例２と比較すると軸方向距離が長くなっても、旋回強度が減衰しづらいことがわかる。つまり、実施例１のような主流方向に向かって（予混合気の流れとは逆方向に向かって）順次その幅が減少する略三角形上の開口部の場合には、顕著に旋回強度が減少しづらい事がわかる。
【００６３】
以上のように、本実施例では、予混合器入口空気窓で形成した渦の減衰を最小限とすることができ、より均一な予混合気を形成することができ低ＮＯｘ性能の向上に寄与できる。同一の混合度の予混合気を得るために必要な予混合器の長さを短くすることができ、コスト低減の効果と設計上の自由度が向上する。また、不安定な周方向剥離渦もできにくく、逆火等のポテンシャルの低減にも繋がると考えられる。同時に、本実施例のように隔壁を最小限まで減らすことができるためこの点でも製作上のコスト低減に寄与できる。
【実施例４】
【００６４】
本発明の第４の実施例を図２７〜図２９により説明する。この実施例では基本的な構成は第１の実施例と同じであるが、燃料ノズルを短くして予混合器壁面に設置した点が異なる。本実施例のように二つの渦をペアとして発生させる場合には、隣接する渦はその旋回方向が必ず逆になっているため旋回渦の安定性が高く、燃料ノズルも必ずしも前方にのびている必要はなく、壁面に燃料噴孔を直接設置することも考えられる。このようにすることで燃料ノズルそのものを簡素化できコスト低減に有効である。
【実施例５】
【００６５】
本発明を適用した燃焼器の部分縦断面図を図３２に示し、本発明を適用した燃焼器の部分横断面図を図３３に示す。本実施例では、特に、予混合燃料ノズル８の予混合燃料２１の供給を、拡散燃料ノズル１３に供給される拡散燃焼用燃料１６と同一方向（主流方向下流側）から導入している。
【００６６】
予混合装置は、燃焼器外筒２と円筒状の燃焼器ライナ３，燃焼室１に流出する流路を有し、予混合器流路内に周方向に複数設置された予混合燃料ノズル８を備えている。
【００６７】
燃焼器外筒２は、高温高圧の空気５０を外気にもらさないことと燃焼器部材をガスタービン本体に固定するものである。燃焼器ライナ３は、燃焼室１を形成し、その内部において燃料と空気が燃焼反応を行い、高温の燃焼ガスを発生させ、タービンに高温の燃焼ガスを導くものである。予混合器１２では、空気１４，主流方向で送られる空気５０の一部が予混合空気４９として予混合の流路に流れ、燃料と空気を混合して予混合気２２を形成し、燃焼室１に流出させ、ＮＯｘ排出量の少ない予混合燃焼を行わせるものである。なお、空気５０の他の一部である空気１４は拡散側に送られる。
【００６８】
予混合燃料ノズル８は、予混合器１２の入り口に近い流路中に燃料を適正に分散させるように燃焼器円周方向で、複数本を一組として複数組設置される。また、その一組を囲むように、一組毎に流路を形成している。本実施例では、図３３に示すように、２つの予混合燃料ノズル８を一組として、その２つの予混合燃料ノズル８（一組の予混合燃料ノズル８）を取り囲むような流路を、組毎に設けている。
【００６９】
また、図３４に示すように、本実施例では、空気入り口窓である空気入口開口部３０は、予混合器１２へ空気が流れ込む入り口を形成しており、予混合燃料ノズル８の二本に１個の割合で開口部分が周方向に分散して設置され、それぞれの空気入口開口部３０は二本の燃料ノズルの周方向中間位置にくるように設置されている。そして、開口部分の幅は主流方向に向かって先細になっており概略三角形状の開口形状をしている。なお、図３６及び図３７に示すように、予混合器１２に入った予混合空気４９は予混合器１２の流路に沿うように夫々流れ方向を反転し、旋回流れ３０１を形成する事が出来る。このような構成においても、旋回強度の高い旋回流を形成する事が出来る。
【実施例６】
【００７０】
図３７及び図３８に、入り口窓の別形態の例を示す。本実施例では、隣り合う２つの予混合燃料ノズル８の周りに形成する旋回方向を、各々逆回転方向とする手段の一例である。
【００７１】
つまり、隣り合う２つの予混合燃料ノズル８の各々に対して、入り口窓を形成し、その２つの予混合燃料ノズル８の中心付近から外側に向かって順次開口部面積を減少しているものである。また、主流方向に向かって順次開口部面積が減少しているものである。このような構成によって、隣り合う２つの予混合燃料ノズル８の周りに形成する旋回方向を、各々逆回転方向とし、旋回強度の高い旋回流れを形成する事が出来る。
【００７２】
また、言い換えると、実施例１に示したような、主流方向に向かって順次開口部面積が減少している略三角形状の入り口部を、隣り合う２つの予混合燃料ノズル８に対して一つ設け、その略三角形状の入り口部の中心付近に、空気が流れないような遮断部を形成しているものである。このような構成によって、隣り合う２つの予混合燃料ノズル８の周りに形成する旋回方向を、各々逆回転方向とし、旋回強度の高い旋回流れを形成する事が出来る。
【００７３】
なお、略三角形状の入口部で、図３９に示すように、主流方向に対して、順次減少する開口部位を曲線状に形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によると、予混合を均一化し、低ＮＯｘ性能の優れたガスタービン燃焼器の予混合装置，ガスタービン燃焼器の予混合方法，ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図２】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図３】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図４】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図である。
【図５】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図である。
【図６】本発明の一実施例である燃焼器全体の構成断面図である。
【図７】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図８】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図９】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図１０】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図１１】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図１２】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図１３】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図１４】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図１５】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図１６】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図１７】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図１８】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図１９】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図２０】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図２１】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図２２】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図２３】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図２４】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図２５】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図２６】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図２７】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図２８】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図２９】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図３０】３つの実施例における旋回強度を比較した図である。
【図３１】実施例２を基準に、３つの実施例における旋回強度の減衰を比較した図である。
【図３２】本発明を適用した燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図３３】本発明を適用した燃焼器の部分横断面図を示す。
【図３４】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図３５】本発明の一実施例である燃焼器の部分縦断面図を示す。
【図３６】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図３７】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【図３８】本発明の一実施例である燃焼器の部分横断面図を示す。
【図３９】本発明の一実施例である燃焼器の部分上面図を示す。
【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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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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