CN105276618B - 导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导热装置，其能够通过对导热对象物的冷却特性的均匀性的提高实现导热对象物的长寿命化。导热装置(20)促进沿导热对象物、即燃烧器内衬(8)的表面流动的导热介质、即燃烧空气(2)与该燃烧器内衬之间的热交换，具备：纵涡产生器(22)，其向燃烧空气的流道、即环状流道(11)突出，产生在燃烧空气的流动方向具有中心轴的纵涡(E)，搅拌在环状流道中流动的燃烧空气；以及散热片(24)，其设于燃烧器内衬的表面中的、由纵涡产生器产生的纵涡在旋转面中的流向从燃烧器内衬侧向流动套筒(10)侧的区域(A)的部分，并与由纵涡产生器搅拌的燃烧空气进行热交换。

Description

导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器

技术领域

本发明涉及导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器。

背景技术

相对于燃气轮机等的燃烧器内衬、涡轮叶片、热交换器、翅片、锅炉等冷却、热交换等中的流体与固体之间的导热促进，基于各设备所要求的样式考虑多种结构。

例如，在发电用燃气轮机等燃烧器中，要求以不损坏燃气轮机效率的程度的少的压力损失维持必要的冷却性能，维持结构强度的可靠性。另外，从考虑环境问题的观点来看，要求减少在燃烧器内产生的氮氧化物(NO_X)的排出量。NO_X的减少通过利用在燃烧前混合燃料与空气并燃烧的预混合燃烧，并且在燃料与空气的混合比(燃空比)比理论混合比小的状态下燃烧来实现。

作为考虑了这一点的燃气轮机燃烧器的导热装置(导热结构)，提出了下述方案：在来自压缩机的高压空气流通的圆筒状的燃烧器内衬的外周面设置产生在高压空气的流通方向具有旋转的中心轴的漩涡(纵涡、具有中心轴的螺旋状的涡)的纵涡产生器，并且，使该纵涡产生器在燃烧器内衬的轴向及周向并列设置，并且，使在燃烧器内衬的周向邻接的纵涡产生器以其涡的旋转方向互相相反的方式形成，并且，在沿燃烧器内衬的周向并列设置的纵涡产生器之间设置破坏在高压空气上产生的边界层的乱流促进体(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2001-280154号公报

在上述专利文献1所记载的导热装置中，使在燃烧器内衬的周向邻接的纵涡产生器以其涡的旋转方向互相相反的方式形成，相邻的涡彼此的旋转不会互相抵消。因此，在高压空气的流道上存在由纵涡产生器产生的纵涡在旋转面的流向不同的两个区域。即，是纵涡在旋转面的流向从流道内周侧(燃烧器内衬侧)向流道外周侧(流动套筒侧)的区域和从流道外周侧(流动套筒侧)向流道内周侧(燃烧器内衬侧)的区域这两个。

在位于纵涡从流动套筒侧向燃烧器内衬侧旋转的一侧区域的燃烧器内衬的部分，纵涡对燃烧器内衬施加碰撞效果，内衬表面的导热性(冷却性)好。另一方面，在位于纵涡从燃烧器内衬侧向流动套筒侧旋转的另一侧的区域的燃烧器内衬的部分，由于无法得到纵涡的碰撞效果，因此，导热性(冷却性)比位于一侧的区域的燃烧器内衬的部分低。因此，燃烧器内衬(导热对象物)的周向的温度分布不均匀，因此，产生由于热应力的产生而助长开裂的产生的情况，有可能缩短燃烧器内衬(导热对象物)的寿命。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而进行的，其目的在于提供能通过提高对导热对象物的冷却特性的均匀性实现导热对象物的长寿命化的导热装置。

为了解决上述课题，例如采用保护范围所记载的结构。

本申请包括多个解决上述课题的方法，如果列举其一例，则是一种促进沿导热对象物的表面流动的导热介质与该导热对象物之间的热交换的导热装置，其特征在于，具备：纵涡产生器，其向导热介质的流道突出，产生在导热介质的流动方向具有中心轴的纵涡，搅拌在上述流道中流动的导热介质；以及散热片，其设于上述导热对象物的导热介质流通的一侧的表面中的、由上述纵涡产生器产生的纵涡在旋转面中的流向从导热对象物侧向离开导热对象物的方向的区域的部分，并与由上述纵涡产生器搅拌的导热介质进行热交换。

本发明的效果如下。

根据本发明，由于在位于无法得到由纵涡产生器产生的纵涡的碰撞效果的区域的导热对象物的部分竖立设置散热片，因此，无法得到纵涡的碰撞效果的区域的导热对象物的冷却性与能得到纵涡的碰撞效果的区域的导热对象物的场合相同，冷却性良好，能提高对导热导向物的冷却特性的均匀性。其结果，由于减少由急剧的温度变化产生的热应力，因此，能实现导热对象物的长寿命化。

上述以外的课题、结果及效果通过以下的实施方式的说明变得明确。

附图说明

图1是表示具备本发明的导热装置的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的纵剖视图及表示具备该燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的概略结构图。

图2是表示图1所示的本发明的导热装置的第一实施方式及构成具备表示该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。

图3是表示构成图2所示的本发明的导热装置的第一实施方式的一部分的纵涡产生器的结构的俯视图。

图4是从IV-IV向视观察具备图1所示的本发明的导热装置的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的一部分的概略横剖视图，是表示由纵涡产生器产生的纵涡的旋转面的流动方向的说明图。

图5是表示构成图4所示的本发明的导热装置的第一实施方式的纵涡产生器及散热片的形状尺寸及配置等的说明图。

图6是表示相对于图5所示的环状流道间隙与纵涡产生器间距的关系的导热特性的特性图。

图7是表示相对于图5所示的环状流道间隙与纵涡产生器高度的关系的导热特性的特性图。

图8是表示相对于图5所示的散热片间隔与环状流道间隙的关系的导热特性的特性图。

图9是表示本发明的导热装置的第二实施方式及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。

图10是表示具备本发明的导热装置的第三实施方式的燃气轮机燃烧器的一部分的概略横剖视图。

图11是表示具备本发明的导热装置的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的环状流道内的流动的说明图。

图12是表示本发明的导热装置的第四实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。

图13是表示本发明的导热装置的第五实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。

图14是表示本发明的导热装置的第六实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。

图15是表示具备图14所示的本发明的导热装置的第六实施方式的燃气轮机燃烧器的一部分的概略横剖视图。

图中：6—燃烧器(燃气轮机燃烧器)，8—燃烧器内衬(导热对象物)，10—流动套筒，11—环状流道(流道)，20、20A、20B、20C、20D、20E—导热装置，22、22E—纵涡产生器，23—肋(乱流促进器)，24、24B、24D、24E—散热片。

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的导热装置的实施方式。另外，本发明的导热装置的适用范围宽，但在此，以高温区域且流动为乱流场的燃气轮机燃烧器为例进行说明。

[第一实施方式]

使用图1至图5说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第一实施方式。

首先，使用图1说明具备本发明的导热装置的燃气轮机燃烧器的第一实施方式。图1是表示具备本发明的导热装置的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的纵剖视图及表示具备该燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的概略结构图。图1中，箭头表示的方向是燃气轮机设备的动作流体的流动方向。

在图1中，燃气轮机设备具备压缩空气而生成高压的燃烧空气2(压缩空气)的压缩机1、通过混合从压缩机1导入的燃烧空气2与燃料并燃烧而生成高温的燃烧气体4的燃烧器6、利用由燃烧器6生成的燃烧气体4的能量得到轴驱动力的涡轮机3以及由涡轮机3驱动而进行发电的发电机7。压缩机1、涡轮机3及发电机7的旋转轴机械性地连结。

燃烧器6具备外筒(流动套筒)10、隔着间隔设于外筒10的内侧且在内部形成燃烧室5的圆筒状的燃烧器内衬(内筒)8、连接于燃烧器内衬8的涡轮机3侧的开口部且将由燃烧室5生成的燃烧气体4向涡轮机3引导的转变件(尾筒)9、全面地封闭燃烧器内衬8的燃烧气体4的流动方向上游侧的开口部且以一侧端面面向燃烧室5的方式与燃烧器内衬8的中心轴大致正交地配置的大致圆板状的板12以及配置于板12上的多个燃烧嘴13。在外筒10与燃烧器内衬8之间形成从压缩机1供给的燃烧空气2流通的环状流道11。

燃烧器内衬8通过在其内部的燃烧室5生成的燃烧气体4的导热而被加热，通过与沿燃烧器内衬8的外周面流动的燃烧空气2进行热交换而被冷却。作为促进导热对象物即燃烧器内衬8与沿燃烧器内衬8的表面流动的导热介质即燃烧空气2之间的热交换的机构，在燃烧器内衬8的外周设置导热装置20。

接着，使用图2至图5说明本发明的导热装置的第一实施方式的详细结构。

图2是表示图1所示的本发明的导热装置的第一实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图，图3是表示构成图2所示的本发明的导热装置的第一实施方式的一部分的纵涡产生器的结构的俯视图，图4是从IV-IV向视观察具备图1所示的本发明的导热装置的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的一部分的概略横剖视图，是表示由纵涡产生器产生的纵涡的旋转面的流动方向的说明图，图5是表示构成图4所示的本发明的导热装置的第一实施方式的纵涡产生器及散热片的形状尺寸及配置等的说明图。图2及图3中，以箭头表示的方向是燃烧空气2的流动方向。图4中，以箭头表示的方向是纵涡E的旋转方向。另外，在图2至图5中，与图1所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

在图2中，燃烧器6的燃烧器内衬8由圆筒部件形成。在燃烧器内衬8的外周面中的燃烧空气2的流动方向上游侧的部分设置导热装置20。

导热装置20的特征在于，具备设于需要冷却的燃烧器内衬8的外周表面的部位的纵涡产生器22及散热片24。导热装置20作为具体的结构，例如包括从外周包围燃烧器内衬8的带状的带部件21、形成在带部件21的纵涡产生器22、竖立设于比燃烧器内衬8的外周表面的纵涡产生器22靠燃烧空气2的流动方向下游侧的部分的散热片24。

图示的例子的带部件21形成为大致矩形状，并卷绕于燃烧器内衬8的外周。作为在燃烧器内衬8的外周面上固定带部件21的方法，作为带部件21准备长方形状的板部件，将该带部件21卷绕在燃烧器内衬8的表面，之后，在带部件21的多个部位实施点焊。带部件21最初是长方形状的板部件，通过弯曲该板部件并成为圆筒状，成为图示那样的带状部件。在将带部件21卷绕在燃烧器内衬8之前，如后所述，优选在带部件21上预先成型加工纵涡产生器22。通过将带部件21卷绕在燃烧器内衬8上并一体化，燃烧器内衬8的板厚在局部增加。因此，燃烧器内衬8的结构强度增加，能提高其可靠性。

纵涡产生器22例如是从带部件21向环状流道11突出的凸部的叶片，其高度朝向燃烧空气2的流动方向下游侧逐渐变高。另外，纵涡产生器22如图3所示，以相对于燃烧空气2的流动方向以规定的角度(仰角)θ(例如10°～20°)向下游侧在左右(带部件21的周向)宽的两个叶片为一组的方式形成，该一组叶片如图2及图3所示，在带部件21的周向(与燃烧空气2的流动方向正交的方向)隔开规定的间隔排列多个。即，邻接的纵涡产生器22以相对于燃烧空气2的流动方向的向带部件21的周向(与燃烧器内衬8的外表面平行的方向)互相为反向的方式设置。作为将纵涡产生器22设于带部件21上的方法，具有通过利用冲压机等对与纵涡产生器22的形状对应的金属模具进行冲压，对带部件21实施成型加工的方法。以角度θ在左右扩开的一组纵涡产生器22以一次冲压形成。

当如上那样构成纵涡产生器22时，如图4所示，产生在燃烧空气2的流动方向具有中心轴的纵涡E。在左右宽的一组纵涡产生器22中，为旋转方向互相相反的纵涡E。

这种纵涡E具有在旋转面的流动方向不同的两个区域。即，是纵涡E在旋转面中的流动方向从环状流道11的内周侧(燃烧器内衬8侧)向外周侧(流动套筒10侧)的一侧区域A、从环状流道11的外周侧(流动套筒10侧)向内周侧(燃烧器内衬8侧)的另一侧区域B这两个。在位于纵涡E在旋转面中的流动方向从流动套筒10侧向燃烧器内侧8侧的另一侧的区域B的燃烧器内衬8的部分，得到纵涡E的碰撞效果，内衬表面的导热性(冷却性)良好。另一方面，在位于纵涡E在旋转面中的流动方向从燃烧器内衬8侧向流动套筒10侧的一侧区域A的燃烧器内衬8的部分，不会得到纵涡E的碰撞效果，因此，与一侧的区域A的燃烧器内衬8的部分相比，内衬表面的导热性(冷却性)有时下降。

因此，在本实施方式中，在燃烧器内衬8的无法得到纵涡E的碰撞效果的部分设置散热片24。即，散热片24设于燃烧器内衬8的外周表面中的、纵涡E在旋转面的流动方向从燃烧器内衬8侧向流动套筒10侧(离开燃烧器内衬8的方向)的一侧的区域A的部分。

作为具体的结构，例如如图2所示，散热片24是在燃烧空气2的流动方向延伸的大致矩形状的板状部件。另外，散热片24在燃烧器内衬8的周向隔着规定的间隔排列多个。这些散热片24如图4所示，分别以下述方式设置：在从燃烧空气2的流动方向观察燃烧器内衬8的情况下，在使在左右宽的两个纵涡产生器22为一组时(参照图3)，位于在周向邻接的一组与另一组之间。作为将散热片24设在燃烧器内衬8的外周面上的方法，具有利用离心铸造法或焊接、钎焊等的一体化。

在此，在如上那样构成的导热装置20中，如图5所示，在使纵涡产生器22的高度为H、使纵涡产生器22的间距为P、使散热片24的间隔为F、使环状流道11的(与燃烧器内衬8正交的方向的)间距为R时，期望以下的范围。即，

环状流道间隙R与纵涡产生器间距P的关系为0.5≤R/P≤3.8，

环状流道间隙R与纵涡产生器高度H的关系为1.1≤R/H≤5.0，

散热片间隔F与环状流道间隙R的关系为0.5≤F/R≤3.6。

接着，使用图6至图8说明上述关系式的设定理由。

如上那样构成的导热装置20的导热特性根据纵涡产生器22的高度、角度(仰角)θ与散热片24的厚度、高度、间距、形状的多种组合或热平衡较大地变化。因此，避开导热特性的定量的说明，定性地进行说明。

图6至图8以导热装置的特定结构为代表例表示其定性的导热特性的概念，图6是表示相对于图5所示的环状流道间隙与纵涡产生器间距的关系的导热特性的图，图7是表示相对于图5所示的环状流道间隙与纵涡产生器高度的关系的导热特性的特性图，图8是表示相对于图5所示的散热片间隔与环状流道间隙的关系的散热特性的特性图。图6至图8中，纵轴为了使导热特性容易明白，以平板(平滑面)为基准(1.0)，表示相对于该基准的一般的导热特性的倾向性，横轴表示环状流道间隙R与纵涡产生器间距P的比R/P、环状流道间隙R与纵涡产生器高度H的比R/H、散热片间隔F与环状流道间隙R的比F/R。

从这些特性图可以看出，在各自的横轴的范围，导热特性比基准提高。但是，在导热装置20中，也需要考虑与压力损失的平衡，决定上述R/P、R/H、F/R的各范围。特别地，在F/R小的区域具有导热特性变高的倾向，但压力损失也非常大，因此，需要适当的范围的设定。另外，导热特性也由于纵涡产生器22的高度H、间距P或散热片24的间隔F以外的、纵涡产生器22的角度(仰角)θ等或散热片24的厚度、高度、形状等组合变化，因此，还需要考虑这些因素。因此，根据利用各种参数得到的导热实验及数值解析的结果，设定上述所示的各R/P、R/H、F/R的范围。

接着，使用图1、图2及图4说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的作用。

当图1所示的燃气轮机设备工作时，燃烧器6的燃烧器内衬8通过燃烧气体4的导热被加热，通过与沿环状流道11内的燃烧器内衬8的外周面流动的燃烧空气2进行热交换而被冷却。

此时，如图4所示，通过纵涡产生器22，产生在燃烧空气2的流动方向具有中心轴的纵涡E。该纵涡E较大地搅拌环状流道11的外周侧(流动套筒10侧)与内周侧(燃烧器内衬8侧)的冷却空气(燃烧空气2)并向下游流动。通过该纵涡E，在环状流道11的下游，总是低温的燃烧空气2供给至燃烧器内衬8的外壁面侧，在该内衬8的外壁面变暖的燃烧空气2被搬运到环状流道11的外周侧。因此，能有效地进行燃烧器内衬8的对流冷却。

另外，在纵涡E在旋转面中的流向从流动套筒10侧(环状流道11的外周侧)向燃烧器内衬8侧(环状流道11的内周侧)的另一侧的区域B，得到纵涡E向燃烧器内衬8的碰撞效果。因此，位于另一侧的区域B的燃烧器内衬8的部分的导热性(冷却性)良好。

另一方面，在从燃烧器内衬8侧向流动套筒10侧的一侧的区域A，无法得到纵涡E向燃烧器内衬8的碰撞效果，但通过竖立设于一侧的区域A的燃烧器内衬8的部分的散热片24与通过纵涡E搅拌的燃烧空气2的热交换，释放位于一侧的区域A的燃烧器内衬8的外周表面的热。因此，位于无法得到纵涡E的碰撞效果的一侧的区域A的燃烧器内衬8的部分的导热性(冷却性)也良好。因此，位于纵涡E在旋转面中的流向不同的两区域A、B的燃烧器内衬8的冷却性均良好，提高燃烧器内衬8的周向的冷却特性的均匀性。

然而，当在图2所示的燃烧器内衬8上只设置散热片24单体，不设置纵涡产生器22时，在散热片24的表面(两侧面)逐渐生成边界层，燃烧空气2的流动方向下游侧的导热特性容易下降。但是，在本实施方式中，由于组合纵涡产生器22与散热片24，因此，在散热片24表面产生的边界层由于纵涡E而紊乱。因此，将散热片24的长度方向(燃烧空气2的流动方向)的导热特性保持为一定。即，提高燃烧器内衬8在燃烧空气2的流动方向的冷却特性的均匀性。

另外，由在燃烧器内衬8的周向排列的散热片24划分的区域内的纵涡E抑制伴随向下游侧的流动的漩涡的扩大，因此，纵涡的外周侧圆周速度不下降地保持为一定。因此，由纵涡E产生的燃烧空气2的搅拌效果根据燃烧空气2的流动方向较长地持续，提高燃烧器内衬8在燃烧空气2的流动方向的冷却特性的均匀性。

另外，在本实施方式中，由邻接的纵涡产生器22产生的纵涡E如图4所示，旋转方向互相相反，相邻的纵涡E彼此不会抵消旋转。因此，由纵涡E产生的燃烧空气2的搅拌效果根据燃烧空气2的流动方向较长地持续。即，提高燃烧器内衬8在燃烧空气2的流动方向的冷却特性的均匀性。

除此之外，关于纵涡产生器22的形状尺寸、配置及散热片24的配置，当以各R/P、R/H、F/R为上述范围的方式设定时，得到由纵涡产生器22生成的旋转涡形状为接近正圆的稳定的纵涡的解析结果。接近正圆的稳定的纵涡圆周速度的变动比椭圆状等其他形状的纵涡小，抑制纵涡的能量散发。因此，由于在燃烧空气2的流动方向维持纵涡E，因此，由纵涡E产生的燃烧空气2的搅拌效果在燃烧空气2的流动方向上更长地持续，提高燃烧器内衬8在燃烧空气2的流动方向上的冷却特性的均匀性。

如上所述，根据本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第一实施方式，在位于无法得到由纵涡产生器22产生的纵涡E的碰撞效果的区域A的燃烧器内衬8(导热对象物)的部分竖立设置散热片24，因此，无法得到纵涡E的碰撞效果的区域A的燃烧器内衬8的冷却性与能够得到纵涡E的碰撞效果的区域B的燃烧器内衬8的情况相同，均良好，能提高相对于燃烧器内衬8(导热对象物)的冷却特性的均匀性。其结果，减少了由急剧的温度变化产生的热应力，因此，能实现燃烧器内衬8的长寿命化。

另外，根据本实施方式，由于使纵涡产生器22及散热片24在燃烧器内衬8的周向(与燃烧空气2的流动方向正交的方向)排列多个，因此，能得到燃烧器内衬8的周向的冷却特性的均匀性。另外，在由并列的散热片24划分的区域内，由纵涡E产生的燃烧空气2的搅拌效果在燃烧空气2的流动方向上较长地持续，因此，能提高燃烧器内衬8在燃烧空气2的流动方向的冷却特性的均匀性。

[第二实施方式]

接着，使用图9说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第二实施方式。

图9是表示本发明的导热装置的第二实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。另外，在图9中，与图1至图8所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图9所示的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第二实施方式除了构成第一实施方式的导热装置20的纵涡产生器22及散热片24之外，在需要冷却的燃烧器内衬8的外表面的部位追加地设置作为乱流促进器的肋23。

具体地说，导热装置20A还具备设于燃烧器内衬8的散热片24的设置位置的部分的肋23。肋23是设于燃烧器内衬8的周向的线状的凸部，是比散热片24的高度低的凸部。肋23的横剖面形状例如是矩形状。另外，肋23在燃烧空气2的流动方向隔着规定的间隔排列多个(在图9中为五列)，设于到达散热片24的长度方向的两端部的范围。作为将肋23设于燃烧器内衬8的外周面上的方法，具有利用离心铸造法或焊接、钎焊等的一体化。

肋23的长轴方向与燃烧空气(冷却空气)2的主流方向以大致直角方向相交，因此，在环状流道11的壁面附近产生包括较小的纵涡成分的复杂的漩涡。该涡不具有由纵涡产生器22产生的上述纵涡E那样的较大地搅拌环状流道11的整体的效果，但是，起到破坏在燃烧器内衬8的壁面附近产生的、由纵涡产生器22搅拌的燃烧空气2的边界层的效果。因此，通过将在燃烧空气2的流动方向并列地设置的肋23兼作纵涡产生器22及散热片24，进一步促进对燃烧器内衬8的冷却效果。

在此，肋23的高度以比纵涡产生器22及散热片24的高度低的方式设置，从破坏边界层的观点来看，优选为与该边界层的厚度对应的1～3mm左右。另外，肋23的横剖面形状只要是具有破坏边界层的功能的形状，也能为矩形以外的形状。

根据上述本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第二实施方式，能得到与上述第一实施方式相同的效果。

另外，根据本实施方式，利用设于燃烧器内衬8的肋23破坏在燃烧器内衬8的外表面附近的冷却空气(燃烧空气2)产生的边界层，因此，能进一步促进对燃烧器内衬8的冷却效果。

[第三实施方式]

接着，使用图10及图11说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第三实施方式。

图10是表示具备本发明的导热装置的第三实施方式的燃气轮机燃烧器的一部分的概略横剖视图，图11是具备图10所示的本发明的导热装置的第三实施方式的燃气轮机燃烧器的环状流道内的流动相关的比较例，是表示具备本发明的导热装置的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的环状流道内的流动的说明图。另外，在图10及图11中，与图1至图9所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图10所示的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第三实施方式相对于构成第一实施方式的一部分的散热片24的横剖面形状大致是矩形状，使散热片24B的横剖面的外侧轮廓形状为由使用椭圆形的一部分的几何学形状的曲线形成的凹形状。具体地说，导热装置20B的散热片24B以其横剖面形状从焊接根部向前端部厚度逐渐变薄的方式形成。另外，其外侧轮廓形状形成为由使用椭圆形的一部分的几何学形状的曲线形成的凹形状。

在此，关于环状流道11内的燃烧空气2的流动状态，比较本实施方式与第一实施方式。

在第一实施方式中，如图11所示，将横剖面矩形状的散热片24竖立设于燃烧器内衬8，因此，散热片24的焊接根部的外侧轮廓部未与燃烧器内衬8的外表面顺畅地连接。因此，由于由纵涡产生器22生成的纵涡E的影响，容易在散热片24的焊接根部产生二次涡流(微小涡流)S，导致燃烧空气(冷却空气)2的压力损失增加。

相对于此，在本实施方式中，如图10所示，使散热片24B的横剖面外侧轮廓形状为由使用椭圆形的一部分的几何学形状的曲线形成的凹形状，因此，与散热片24的焊接根部的外侧轮廓部与横剖面矩形状的散热片24的场合相比，与燃烧器内衬8的外表面顺畅地连接。因此，难以产生由在散热片24B的焊接根部的纵涡E的影响产生的二次流(微小涡流)。

根据上述的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第三实施方式，能得到与上述第一实施方式相同的效果。

另外，根据本实施方式，由于使散热片24B的横剖面外侧轮廓形状为由使用椭圆形的一部分的几何学形状的曲线形成的凹形状，因此，难以在散热片24B的焊接根部产生二次流(微小涡流)，能不损坏导热特性(冷却特性)地减少燃烧空气2的压力损失。

[第四实施方式]

接着，使用图12说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第四实施方式。

图12是表示本发明的导热装置的第四实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。另外，在图12中，与图1至图11所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图12所示的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第四实施方式将第一实施方式的导热装置20沿燃烧空气2的流动方向排列多个(在图12中为两列)。即，导热装置20C将使带部件21、纵涡产生器22与散热片为一组的部件沿燃烧空气2的流动方向配置两列。

设置两列纵涡产生器22与设置一列的情况相比，强化由纵涡E产生的燃烧空气2的流动方向的搅拌效果。即，由于在由第一列纵涡产生器22产生的纵涡E削减前由第二列纵涡产生器22产生纵涡E，因此，能够沿燃烧器内衬8的长度方向(燃烧空气2的流动方向)的全长维持纵涡E。另外，通过改变各列(即第一列与第二列)的纵涡产生器2的大小、高度、扩大角度，也能使产生的纵涡E的大小变化。

根据上述的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第四实施方式，能得到与上述第一实施方式相同的效果。

另外，根据本实施方式，由于将纵涡产生器22与散热片24的组合沿燃烧空气2的流动方向排列多列，因此，强化利用纵涡E的燃烧空气2的流动方向的搅拌效果，能实现燃烧器内衬8在燃烧空气2的流动方向的冷却特性的提高。

[第五实施方式]

接着，使用图13说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第五实施方式。

图13是表示本发明的导热装置的第五实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图。另外，在图13中，与图1至图12所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图13所示的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第五实施方式相对于第四实施方式的通过将纵涡产生器22与散热片24的组合沿燃烧空气2的流动方向排列两列来提高燃烧器内衬8的长度方向全长的冷却特性的提高，通过使纵涡产生器22与散热片24D的组合只为一列，使散热片24D在燃烧器内衬8的长度方向可能的范围较长地形成来实现燃烧器内衬8的长度方向整体的冷却特性的提高。即，导热装置20D的散热片24D延伸到燃烧器内衬8的长度方向(燃烧空气2的流动方向2)的需要冷却的部分的全长。

本实施方式在利用由纵涡产生器22产生的纵涡E及散热片24冷却燃烧器内衬8的需要冷却的部分中的高温部分，并且，只利用散热片24D冷却比较的低温部分的情况下，尤其有效。在该情况下，能实现在燃烧器内衬8的长度方向的冷却特性的均匀性的提高。

根据上述的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第五实施方式，导热装置20D的纵涡产生器22是一列，因此，与图12所示的第四实施方式的场合相比，能实现导热结构的简单化。

[第六实施方式]

接着，使用图14及图15说明本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第六实施方式。

图14及图15表示本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第六实施方式，图14是表示本发明的导热装置的第六实施方式及构成具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的一部分的燃烧器内衬的概略立体图，图15是表示具备图14所示的本发明的导热装置的第六实施方式的燃气轮机燃烧器的一部分的概略横剖视图。另外，在图14及图15中，与图1至图13所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图14及图15所示的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第六实施方式在沿燃烧空气2的流动方向延伸的板状的散热片24E的两侧面设置纵涡产生器22E。

具体地说，导热装置20E的板状的散热片24E竖立设于燃烧器内衬8的外周表面的燃烧空气2的流动方向上游侧的部分。在散热片24E的燃烧空气2的流动方向上游侧的端部的两侧面分别设有纵涡产生器22E。纵涡产生器22E是从散热片24E的侧面向环状流道11突出的凸部。纵涡产生器22的高度以向燃烧空气2的流动方向下游侧逐渐变高的方式设定。另外，纵涡产生器22E以其燃烧空气2的流动方向上游侧的端部位于比其下游侧的端部靠燃烧器内衬8侧的方式相对于燃烧空气2的流动方向以规定的角度(仰角)θ(例如10°～20°)倾斜。散热片24E及设于其两侧面的纵涡产生器22E的一组在燃烧器内衬8的圆周方向隔着规定的间隔排列多列。

在如上那样构成的导热装置20E中，如图15所示，由纵涡产生器22E产生在燃烧空气2的流动方向具有中心轴的纵涡E。该纵涡E较大地搅拌在由散热片24E划分的环状流道11内流动的燃烧空气2并向下游流。通过该纵涡E，在由散热片24E划分的环状流道11内的下游，总是向燃烧器内衬8的外壁面侧供给低温的燃烧空气2，在该内衬8的外壁面变暖的空气被运到由散热片24E划分的环状流道11内的外周侧。因此，能有效地进行燃烧器内衬8的对流冷却。

另外，如图14所示，使纵涡产生器22E以其燃烧空气2的上游侧的端部位于比下游侧的端部靠燃烧器内衬8侧的方式倾斜，因此，如图15所示，散热片24E位于由该纵涡产生器22E产生的纵涡E在旋转面中的流向从环状流道11的内周侧(燃烧器内衬8侧)向外周侧(流动套筒10侧)的一侧的区域A。因此，无法得到位于一侧的区域A的纵涡E的碰撞效果的燃烧器内衬8的部分通过散热片24E与由纵涡E搅拌的燃烧空气2的热交换，导热性(冷却性)良好。另外，位于未设置散热片24E的另一侧的区域B的燃烧器内衬8的部分通过纵涡E的碰撞效果，导热性(冷却性)良好。因此，位于纵涡E在旋转面的流向不同的两区域A、B的燃烧器内衬8的冷却性均良好，提高燃烧器内衬8的圆周方向的冷却特性的均匀性。

根据上述的本发明的导热装置及具备该导热装置的燃气轮机燃烧器的第六实施方式，在位于无法得到由纵涡产生器22E产生的纵涡E的碰撞效果的区域A的燃烧器内衬8(导热对象物)的部分竖立设置散热片24E，因此，无法得到纵涡E的碰撞效果的区域A的燃烧器内衬8的冷却性与能得到纵涡E的碰撞效果的区域B的燃烧器内衬8的情况相同，均良好，能提高对燃烧器内衬8(导热对象物)的冷却特性的均匀性。其结果，减少由急剧的温度变化产生的热应力，因此，能实现燃烧器内衬8的长寿命化。

另外，根据本实施方式，将纵涡产生器22不是设于燃烧器内衬8，而是设于散热片24E的两侧面，因此，不需要用于设置纵涡产生器22E的量内衬8的焊接工序等，能确保燃烧器内衬8的结构可靠性。

[其他实施方式]

另外，在上述的本实施方式中，仅对导热对象物是燃气轮机燃烧器的燃烧器内衬8的情况进行说明，但只要是空气等导热介质沿表面流动的物体，本发明能与燃烧器内衬8同样地适用。

另外，在上述第一至第五实施方式中，表示在带部件21上形成纵涡产生器22并设置于燃烧器内衬8的例子，但纵涡产生器22只要能具有产生纵涡E的功能，便不需要形成于带部件21。例如，也能利用焊接或钎焊使分别制造的纵涡产生器与燃烧器内衬8一体化。

另外，在第六实施方式中，表示导热装置20E由纵涡产生器22E及散热片24E构成的例子，但与第二实施方式相同，除了纵涡产生器22E及散热片24E之外，能设置乱流促进器。

另外，在第六实施方式中，表示使散热片24E的剖面形状为矩形状的例子，但也能使散热片24E的剖面形状为与第三实施方式相同的形状。

另外，在第六实施方式中，表示使纵涡产生器22及散热片24E为一组并只排列一列的例子，但也能与第四实施方式相同，使纵涡产生器22E及散热片24E的组沿燃烧空气2的流动方向排列多列。

另外，在第六实施方式中，与第五实施方式相同，也能使散热片24E在燃烧器内衬8的长度方向可能的范围较长地形成。

另外，本发明并未限于上述第一至第六实施方式，包括多种变形例。上述实施方式是为了容易明白本发明而详细地说明，并不是必须包括说明的全部的结构。例如，能将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，并且，也能在某实施方式的结构上追加其他实施方式的结构。另外，也能对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。

Claims (12)

1.一种导热装置，其促进沿导热对象物的表面流动的导热介质与该导热对象物之间的热交换，该导热装置的特征在于，

具备：

纵涡产生器，其向导热介质的流道突出，产生在导热介质的流动方向具有中心轴的纵涡，搅拌在上述流道中流动的导热介质；以及

散热片，其设于上述导热对象物的导热介质流通的一侧的表面，并与由上述纵涡产生器搅拌的导热介质进行热交换，

上述纵涡产生器是从上述导热对象物的导热介质流通的一侧的表面侧向上述流道突出的凸部，

上述散热片只配置于上述导热对象物中的、由上述纵涡产生器产生的纵涡在旋转面中的流向朝向离开导热对象物的方向且不产生由上述纵涡带来的碰撞效果的区域的部分以及朝向导热对象物侧且产生由上述纵涡带来的碰撞效果的区域的部分中的朝向离开导热对象物的方向且不产生由上述纵涡带来的碰撞效果的区域的部分，并且是只竖立设于上述导热对象物的导热介质流通的一侧的表面中的比上述纵涡产生器靠导热介质的流动方向下游侧的部分，且沿导热介质的流动方向延伸的板状部件。

2.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，

上述纵涡产生器相对于导热介质的流动方向以规定的范围的角度向与上述导热对象物的表面平行的方向倾斜。

3.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，

上述纵涡产生器及上述散热片在与导热介质的流动方向正交的方向排列多个。

4.根据权利要求3所述的导热装置，其特征在于，

邻接的上述纵涡产生器以产生旋转方向互相相反的纵涡的方式形成。

5.根据权利要求4所述的导热装置，其特征在于，

对上述纵涡产生器的形状尺寸、配置及上述散热片的配置而言，在使上述流道的与上述导热对象物正交的方向的间隙为R、使上述纵涡产生器的间距为P、使上述纵涡产生器的高度为H、使上述散热片彼此的间隔为F时，

0.5≤R/P≤3.8，

1.1≤R/H≤5.0，

0.5≤F/R≤3.6。

6.一种导热装置，其促进沿导热对象物的表面流动的导热介质与该导热对象物之间的热交换，该导热装置的特征在于，

具备：

板状的散热片，其竖立设于上述导热对象物的导热介质流通的一侧的表面，并沿导热介质的流动方向延伸；以及

纵涡产生器，其从上述散热片的侧面中的导热介质的流动方向上游侧的部分向导热介质的流道突出，产生在导热介质的流动方向具有中心轴的纵涡，搅拌在上述流道中流动的导热介质，

上述散热片只配置于上述导热对象物中的、由上述纵涡产生器产生的纵涡在旋转面中的流向朝向离开导热对象物的方向且不产生由上述纵涡带来的碰撞效果的区域的部分以及朝向导热对象物侧且产生由上述纵涡带来的碰撞效果的区域的部分中的朝向离开导热对象物的方向且不产生由上述纵涡带来的碰撞效果的区域的部分，与由上述纵涡产生器搅拌的导热介质进行热交换。

7.根据权利要求6所述的导热装置，其特征在于，

上述纵涡产生器以其导热介质的流动方向上游侧的端部位于比其下游侧的端部靠导热对象物侧的方式，相对于导热介质的流动方向以规定的范围的角度倾斜。

8.根据权利要求1～7任一项所述的导热装置，其特征在于，

还具备乱流促进器，其设于上述导热对象物的导热介质流通的一侧的表面，破坏由上述纵涡产生器搅拌的导热介质的、在上述导热对象物的表面产生的边界层。

9.根据权利要求1～7任一项所述的导热装置，其特征在于，

上述散热片形成为，横剖面形状的厚度从根部向前端部逐渐变薄，并且，其横剖面的外侧轮廓形状为使用椭圆形的一部分的几何学形状的曲线的凹形状。

10.根据权利要求1～7任一项所述的导热装置，其特征在于，

上述纵涡产生器及散热片沿导热介质的流动方向排列多个。

11.根据权利要求1～7任一项所述的导热装置，其特征在于，

上述散热片延伸到上述导热对象物在导热介质的流动方向的需要冷却的部分的全长。

12.一种燃气轮机燃烧器，其特征在于，

在燃烧器内衬的外周面设置权利要求1～7任一项所述的导热装置。