JP2001524643A - 燃焼器およびその蒸気式冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内側壁（６）と外側壁（７）との間に中間壁（１２）を有している壁構造物（３）に関する。冷却流体特に冷却蒸気（１１）に対して、外側壁（７）と中間壁（１２）との間に存在する外側冷却室（１３）に入口（９）が開口し、中間壁（１２）と内側壁（６）との間に存在する内側冷却室（１４）に出口（１０）が開口している。中間壁（１２）は冷却流体（１１）が貫流するための多数の開口（１５）を有している。本発明は更に、ガスタービンの燃焼器（１）の蒸気式冷却方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、内室を包囲し入口開口と出口開口とを備えた壁構造物を有し、この
壁構造物が内側壁と外側壁とを有し、内側壁が外側壁によって、外側壁と内側壁
との間に冷却蒸気に対する入口と出口とを有する中間室が形成されるように包囲
されている燃焼器に関する。また本発明は、その燃焼器の蒸気式冷却方法に関す
る。

【０００２】 米国特許第５０８３４２２号明細書に、航空機用のガスタービンが記載されて
いる。このガスタービンは、内側壁で包囲され高温ガスを案内するために設けら
れバーナに続いている内室を備えた燃焼器を有している。その内側壁のバーナに
直に隣接する個所は、孔が開けられておらず、即ち通気性を有していない。この
範囲において、内側壁は外被で包囲され、その外被は冷却流体流入用の３つの孔
列を有している。圧縮機からの大部分の圧縮空気はバーナに導かれ、残りの少量
の圧縮空気は冷却流体として、内側壁の反内室側面に導入される。この冷却空気
は外被にある孔を通って流れ、これによって、内側壁に衝突する多数の冷却空気
噴射流が形成される。外被にある孔を通って流入した冷却空気は開口を通って内
室に直接導入されるので、その温まった冷却空気は内室内を流れる高温ガスと混
合される。

【０００３】 米国特許第４５５０５６２号明細書において、ガスタービン構造部品、特に圧
縮機ハウジングを冷却するために冷却蒸気を利用することが知られている。この
米国特許明細書には、空気・蒸気複合式冷却装置を有する燃焼器が示されている
。このためにその燃焼器は開放空気冷却回路を有し、冷却空気は燃焼器を洗流し
、その後で、燃焼器内を流れる高温ガスの中に導入される。一方、冷却蒸気は、
ソレノイド状あるいはスパイラル状に巻かれている管から成る密閉蒸気回路内を
導かれる。その管は燃焼器内側壁を形成している。

【０００４】 米国特許第４８１９４３８号明細書に、冷却蒸気で対流冷却するために設計さ
れたガスタービンの燃焼器が示されている。燃焼器は内室を包囲する壁構造物を
有している。内室内を高温ガスが案内して通される。その壁構造物は高温ガスに
曝される内側壁を有し、この内側壁は外側壁によって、外側壁と内側壁との間に
冷却蒸気に対する入口と出口とを有する中間室が形成されるように、包囲されて
いる。更に、その燃焼器の場合、中間室内にスパイラル状流路が形成され、この
流路を通って、入口から中間室に流入した冷却蒸気が導かれ、出口から排出され
る。

【０００５】 本発明の課題は、冷却蒸気で冷却される壁構造物を備えた燃焼器を提供するこ
とにある。また本発明は、燃焼器の蒸気式冷却方法を提供することにある。

【０００６】 燃焼器に関する課題は、本発明に基づいて、請求項１の前文に記載の燃焼器に
おいて、中間室内に中間壁が設けられ、この中間壁が、中間室を、外側壁と中間
壁との間の外側冷却室と、内側壁と中間壁との間の内側冷却室とに分割すると共
に、内側壁を衝突冷却するために冷却蒸気が貫流するための多数の開口を有し、
冷却蒸気の入口が外側冷却室に、出口が内側冷却室に開口していることによって
解決される。

【０００７】 冷却流体特に冷却蒸気は、入口を通って外側冷却室に流入し、中間壁に特に衝
突冷却用に形成して設けられた多数の開口を通って、内側冷却室に流れ込み、そ
の際、冷却蒸気は、内側壁の内側冷却室側面に衝突し、これによって内側壁の衝
突冷却を生じさせる。内側冷却室に流れ込んだ冷却蒸気は、内側冷却室から出口
を通って排出される。その冷却蒸気は、少なくとも内室に流入してそこで高温ガ
スと混合することがないように、密閉冷却回路内を導かれる。このために、内側
壁は特に、蒸気が通過できないように形成されている。

【０００８】 この場合、内側壁とそのそばを流れる冷却流体との間で熱交換が行われる既存
の対流冷却に加えて、内側壁が特に高い冷却効果を保証する衝突冷却で冷却され
ることが有利である。冷却蒸気を利用することにより、冷却流体として空気を利
用する場合に比べて、多くの利点が得られる。即ち、冷却蒸気は空気に比べて高
い熱容量を有し、従って、高い冷却効果を生ずる。これによって、内側壁から冷
却のために必然的に排出すべき熱量は僅かとなり、同時に、内側壁は空気で冷却
する場合よりも低い温度に、例えば２００℃より低い温度に保てる。この効果的
な冷却により、一方では、高温ガスは、壁構造物を高温で、これを損傷すること
なしに、貫流ないし洗流することができる。他方では、本発明の構造的形態およ
び効果的な冷却方法は、燃焼器を貫流する高温ガスを、特に冷却蒸気と高温ガス
との混合が行われないことによって、僅かしか冷やさない。従って、燃焼器の高
温ガス出口開口における高温ガス温度、即ちタービン入口温度が変わらない場合
、燃焼中に生ずる火炎の温度が低くなり、これは、燃焼の際に生ずるＮＯｘ化合
物の発生量を減少するように作用する。更に、冷却流体として冷却蒸気を利用す
る場合、燃焼器を冷却するために圧縮機からの空気を利用する必要がなくなり、
その際に節約された圧縮機からの空気は燃焼用に導かれ、及び／又は他の構造部
品を冷却するために利用できる。更に密閉蒸気冷却回路の場合、冷却蒸気が失わ
れることはなく、冷却蒸気が入口を通して外側冷却室に流入する圧力並びに温度
を、それぞれ任意に設定できる。更にまた、冷却蒸気で吸収した熱はその後のプ
ロセス過程で回収できる。

【０００９】 好適には、冷却蒸気出口は燃焼器の高温ガス入口開口の範囲に配置されている
。この実施態様において、内側冷却室に流れ込んだ冷却蒸気は、内室内に存在し
高温ガス出口開口の方向に流れる高温ガスと対向流で導かれて排出される。この
実施態様において、内側冷却室内を導かれる冷却蒸気と内室内を導かれる高温ガ
スとの温度差が内側壁に沿ってほぼ一定しているという利点がある。これによっ
て、高い冷却効率が生ずる。

【００１０】 実験の結果、冷却すべき内側壁に沿って流れる冷却流体（特に冷却蒸気）の速
度分布が均一で一定している場合、内側壁から熱が、非常に高い熱流束密度で冷
却流体に伝達され、排出されることが確認されている。壁構造物は、好適には、
冷却蒸気が外側冷却室内において外側流れ方向に、並びに内側冷却室内において
内側流れ方向に、それぞれほぼ均一で一定した速度分布で導かれるように、形成
されている。従って、外側冷却室は外側流れ方向に沿って変化する外側断面積を
有し、この外側断面積が、その外側断面積の下流で中間壁に存在する多数の開口
の開口面積の全合計に対してほぼ一定の第１の比率を有している。更に、内側冷
却室は内側流れ方向に沿って変化する内側断面積を有し、この内側断面積が、そ
の内側断面積の上流で中間壁に存在する多数の開口の開口面積の全合計に対して
ほぼ一定の第２の比率を有している。その第１の比率および第２の比率がほぼ同
じで、特に０．０８であることが有利である。これによって、外側冷却室内およ
び内側冷却室内においてそれぞれ生ずる冷却蒸気の速度分布はほぼ均一で一定し
ている。これによって、内側壁から熱は、５００〜９００ｋＷ／ｍ²の高い熱流 束密度で冷却蒸気に伝達され、放出される。更に、これによって、内側壁から冷
却蒸気に伝達される熱の熱流束密度は、内側壁に沿ってほぼ均一である。これは
、内側壁におけるほぼ均一な温度分布を生じさせ、これによって、内側壁の僅か
な熱応力および高い冷却効率が保証される。更に、入口を通して流入する冷却蒸
気と出口から流出する冷却蒸気との圧力差は非常に小さく、これは蒸気流れ損失
が僅かであることを意味する。

【００１１】 内側壁及び／又は中間壁が外側壁に弾性固定装置で保持されていることが有利
である。これによって、内側壁及び／又は中間壁は、熱機械変形を吸収するため
に熱膨張運動できる。これによって、それらに許容できない応力が発生すること
が防止される。この固定装置は、好適には、ばね力を与えられたボルトを有し、
このボルトは外側壁にある貫通開口を蒸気密に貫通して導かれ、内側壁に固く結
合され、外側壁に弾力的に保持されている。

【００１２】 好適には、蒸気密に薄肉に形成されている内側壁は、４．０〜８．０ｍｍの壁
厚を有している。

【００１３】 本発明の有利な実施態様において、内側壁及び／又は中間壁は、高温ガス入口
開口における部位が、熱機械変形を吸収するために湾曲して形成されている。内
側壁及び／又は中間壁の変形は高温ガス入口開口の範囲で吸収され、これによっ
て内側壁及び／又は中間壁に許容できない応力が発生することは防止される。

【００１４】 本発明の他の有利な実施態様において、壁構造物は高温ガス出口開口を包囲す
る空洞を有し、この空洞は流れ技術的に外側冷却室および内側冷却室に接続され
ている。これによって、この燃焼器がガスタービンに利用された際、外側冷却室
に流入した冷却蒸気の一部は、その空洞内に流入し、この空洞から内側冷却室に
導かれて排出される。これによって、壁構造物の高温ガス出口開口の範囲を追加
的に冷却できる。

【００１５】 本発明の他の有利な実施態様において、壁構造物に、燃焼器の高温ガス入口開
口の範囲において、この入口開口を包囲する空洞が設けられ、この空洞が流れ技
術的に内側冷却室に接続され、冷却蒸気の空洞出口を有している。壁構造物の高
温ガス入口開口の範囲を冷却するために、内側冷却室に流れ込んだ冷却蒸気は、
その空洞内に導かれ、この空洞出口からもっと先の空洞内に導かれて排出される
。

【００１６】 内側壁の内室側に、内側壁を、高温ガスから発せられる熱放射から保護する断
熱層が設けられていることが有利である。内側壁が金属で構成されているとき、
内側壁の内室側にある金属が高温のために酸化してしまう。その金属内側壁の酸
化は効果的な冷却によって少なくともかなり減少され、これによって、断熱層を
設けるための拡散層あるいは接続層は省かれる。従って、断熱層は単純な被覆方
法によって特に大気中で設けられる。このようにして、金属内側壁は、高い熱放
射および７００Ｗ（ｍ²Ｋ）〜１２００Ｗ（ｍ²Ｋ）の高温ガス側の最高熱伝達係
数に耐えることができる。

【００１７】 本発明の他の有利な実施態様において、内側冷却室及び／又は外側冷却室の中
に蛇行状の案内通路が形成され、これによって、入口を通して外側冷却室に流入
する冷却蒸気は、外側冷却室内において蛇行して導かれ、内側冷却室内において
蛇行して出口に向かって排出される。冷却蒸気の蛇行状案内通路は、冷却蒸気の
分布を向上させるほかに、内側壁と冷却蒸気との良好な熱交換を生じさせ、これ
に伴って内側壁の冷却が向上する。

【００１８】 更に、その燃焼器はガスタービン用の環状燃焼器として形成されていることが
有利である。このガスタービン用の環状燃焼器として形成された燃焼器の壁構造
物は、タービン軸を包囲する内側殻およびこの内側殻を一緒に包囲する複数の外
側殻部分を有している。これによって、環状燃焼器は簡単に組み立てることがで
きる。

【００１９】 好適には、その外側殻部分の壁構造物は、フランジ状接合部位（接合フランジ
）を有し、このフランジ状接合部位において、外側殻部分は互いに結合され、内
側壁及び／又は中間壁は熱膨張変形を吸収するために湾曲して形成されている。

【００２０】 燃焼器の蒸気冷却方法に関する課題は、高温ガスを案内するために使われ片側
面が高温ガスに曝される内側壁を有している燃焼器の蒸気式冷却方法において、
冷却蒸気が中間壁にある多数の開口を通って流れ、衝突冷却するために内側壁の
反高温ガス側に衝突することによって解決される。内側壁の反高温ガス側への衝
突冷却は、採用されるか採用された別の冷却方法のほかに、特に追加的な冷却作
用を生じさせる。

【００２１】 更に本発明に基づく方法において、内側壁と中間壁との間に存在し衝突冷却に
よって温まった冷却蒸気は、導入された高温ガスの流れ方向と逆向きに排出され
る。更にまた、中間壁の外側冷却室側に導入された冷却蒸気は、衝突冷却後の温
まった冷却蒸気の流れと逆向きに導かれる。これは、対向流原理と呼ばれている
。このような冷却方式は、内側壁から冷却蒸気に、５００〜９００ｋＷ／ｍ²の 熱流束密度で、効果的に熱を放出する働きをする。

【００２２】 燃焼器の蒸気式冷却方法において、冷却蒸気が、案内される高温ガスによって
内側壁に与えられる圧力にほぼ一致する圧力を内側壁に与えるような圧力で導入
されることが有利である。これによって、内側壁に対する機械的要求は僅かにな
るので、内側壁は非常に薄く形成でき、従って、内側壁の冷却は向上し、内側壁
の熱応力は減少する。好適には、冷却蒸気は密閉系統で、特に回路内を導かれ、
これによって、冷却蒸気が内室に到達することはない。

【００２３】 好適には、そのような燃焼器は、ガスタービン設備における燃焼器として採用
され、特に、燃焼器を通して導かれる１２００℃をかなり越える高温のガスを利
用するガスタービンにおける燃焼器として採用される。基礎材料、特に金属内側
壁に許容できない応力を生ずるような高温の高温ガスにおいて、内側壁の反高温
ガス側を冷却蒸気で衝突冷却することによって、内側壁と冷却蒸気との熱交換が
生じさせられ、これによって、内側壁は十分低い温度レベルに、特に８５０℃よ
り低い温度レベルに冷却される。

【００２４】 以下において図に示した実施例を参照して本発明に基づく燃焼器およびその冷
却方法を詳細に説明する。図には、本発明の説明にとって必要な構造的および機
能的特徴が、実寸の尺度通りでなしに、概略的に示されている。各図において、
同一部分には同一符号が付されている。

【００２５】 図１にはガスタービン（図示せず）の燃焼器１が示されている。この燃焼器１
は壁構造物３を有している。この壁構造物３は高温ガス３２の入口開口４と出口
開口５とを有し、高温ガス３２を案内する内室２を包囲している。壁構造物３は
内側壁６とこれを包囲する外側壁７とを有している。外側壁７と内側壁６との間
に中間室８が存在している。この中間室８内に、この中間室８を外側冷却室１３
と内側冷却室１４とに分割する中間壁１２が配置されている。中間壁１２は多数
の開口１５を有している。冷却流体１１の入口９は外側冷却室１３に開口し、冷
却流体１１の出口１０は内側冷却室１４に開口している。その出口１０および入
口９は燃焼器１の入口開口４の範囲に配置されている。

【００２６】 内側壁６および中間壁１２は固定装置１６によって外側壁７に弾性的に保持さ
れている。分かり易くするために、図１には、２つの固定装置１６しか示されて
いない。更に、内側壁６および中間壁１２は、入口開口４の範囲に、熱膨張変形
を吸収するために湾曲して形成された部位１９、１９ａを有している。内側壁６
は４．０〜８．０ｍｍの厚さＤを有し、更に、内室２側に断熱層２３を有してい
る。壁構造物３は燃焼器１の出口開口５の範囲に、この出口開口５を包囲する空
洞２０を有している。この空洞２０は流れ技術的に外側冷却室１３および内側冷
却室１４に接続されている。壁構造物３は入口開口４の範囲に、この入口開口４
を包囲する空洞２１を有している。この空洞２１は流れ技術的に内側冷却室１４
に接続され、冷却流体１１の空洞出口２２を有している。

【００２７】 燃焼器１の負荷運転中に、内側壁６は冷却される。そのために、入口９を介し
て冷却蒸気１１が外側冷却室１３に流入し、そこから多数の開口１５を通って内
側冷却室１４に流れ込み、その際、冷却蒸気１１は内側壁６に衝突する。内側冷
却室１４に流れ込んだ冷却蒸気１１は出口１０を通して排出される。その場合、
内側壁６はそれに沿って流れる冷却蒸気１１に放熱することによって対流冷却さ
れる。冷却蒸気１１が内側壁６に衝突することによって、内側壁６の追加的な衝
突冷却が達成される。高温ガス入口開口４の範囲に、冷却蒸気１１の入口９およ
び出口１０が配置されている結果、内側冷却室１４に流れ込んで温まった冷却蒸
気１１ｂ（図３参照）は、内室２内を出口開口５の方向に流れる高温ガス３２に
対して対向流で、且つ外側冷却室１３内を導かれる冷たい冷却蒸気１１ａ（図３
参照）に対して対向流で流れる。この冷却蒸気の案内方式の利点は、温まった冷
却蒸気１１ｂ（図３参照）と内側壁６に沿って流れる高温ガス３２との温度差が
小さいという点にあり、これは、内側壁６の熱機械応力を小さくする。その場合
、内側壁６は一様に効果的に冷却される。

【００２８】 更に、外側冷却室１３に流入する冷却蒸気１１ａ（図３参照）の一部が空洞２
０に導かれる。これによって、壁構造物３は出口開口５の範囲が冷却される。そ
してこの冷たい冷却蒸気１１ａの一部は、空洞２０から内側冷却室１４に導かれ
て排出される。内側冷却室１４内を導かれる温まった冷却蒸気１１ｂ（図３参照
）は空洞２１に導かれる。これによって、壁構造物３は入口開口４の範囲が冷却
される。温まった冷却蒸気１１ｂはその空洞２１から空洞出口２２を通して排出
される。空洞２０および空洞２１がそれぞれ壁構造物３の構造部分であることに
よって、冷却蒸気１１ａ、１１ｂは、摩擦損失が僅かであり従って蒸気流損失が
僅かであるように、壁構造物３を貫流して導かれる。

【００２９】 内側壁６および中間壁１２の湾曲して形成された部位１９、１９ａは、熱機械
変形を柔軟に吸収するために使われる。これによって、内側壁６および中間壁１
２の許容できない応力発生が防止される。

【００３０】 図２には壁構造物３が概略的に示されている。外側冷却室１３と内側冷却室１
４との間に中間壁１２が存在している。この中間壁１２には、衝突冷却用の多数
の開口１５が一様に分布して設けられている。ここでは分かり易くするために、
数個の開口１５しか示されていない。外側冷却室１３内において、冷たい冷却蒸
気１１ａは外側流れ方向７６に流れる。冷たい冷却蒸気１１ａは多数の開口１５
を通って内側冷却室１４に流れ込み（図３も参照）、温まった冷却蒸気１１ｂは
内側流れ方向８１に導かれて排出される（図３も参照）。外側冷却室１３は、外
側断面積７１を持ち外側流れ方向７６に対してほぼ垂直な外側冷却室断面７０を
有している。外側断面積７１は、外側冷却室断面７０の下流において中間壁１２
に存在するすべての開口１５の開口面積１００の全合計に対してほぼ一定の第１
の比率を有している。外側断面積７１は外側流れ方向７６に徐々に小さくなって
いる。外側冷却室１３の形状に類似して、内側冷却室１４は、内側断面積７７を
持ち内側流れ方向８１に対してほぼ垂直な内側冷却室断面１０１を有している。
内側断面積７７は、内側冷却室断面１０１の上流において中間壁１２に存在する
すべての開口１５の開口面積１００の全合計に対してほぼ一定の第２の比率を有
している。内側断面積７７は内側流れ方向８１に徐々に増大している。外側冷却
室１３および内側冷却室１４は、第１の比率および第２の比率がほぼ同じ大きさ
で、０．０８であるように、設計されている。これによって、内側冷却室１４内
を流れる温まった冷却蒸気１１ｂ（図３も参照）並びに外側冷却室１３内を流れ
る冷たい冷却蒸気１１ａ（図３も参照）がそれぞれ一様な速度分布で流れること
が保証される。そのような一様な速度分布で流れる冷却蒸気によって、内側壁か
ら熱が、５００〜９００ｋＷ／ｍ²の高い熱流束密度で放出される。これによっ て、内側壁を有効に冷却できる。

【００３１】 図３には図１に示されている固定装置１６が拡大して示されている。ボルト１
７は外側壁７にある貫通開口１８を主軸線４８に沿って貫通している。ボルト１
７の内側壁６側端３３に、環状フランジ３５付きの管状ブッシュ３４が設けられ
ている。このブッシュ３４およびボルト端３３は、ボルト端３３がブッシュ３４
にねじ込まれるように形成されている。更に、環状フランジ３５は管状ブッシュ
３４の外側冷却室１３側端６０に設けられている。内側壁６に内側冷却室１４に
向いて突出して、凹所３７付き厚肉部３６が設けられている。その凹所３７の中
に管状ブッシュ３４が、中間壁１２が厚肉部３６と環状フランジ３５との間に固
く保持されるように、固く固定されている。そのブッシュ３４および凹所３７は
、ブッシュ３４が凹所３７にねじ込まれるように形成されている。

【００３２】 外側壁７はその貫通開口１８の範囲において反外側冷却室１３側に、凹所３８
を有している。この凹所３８の中に管状ブッシュ３９がはめ込まれ、特に溶接（
図示せず）で固定されている。この管状ブッシュ３９はその外側冷却室１３側端
６１に、主軸線４８に向いた環状フランジ４０を有している。ボルト１７の反内
側冷却室１４側端４１に、補助管状ブッシュ４２が配置されている。この管状ブ
ッシュ４２は主軸線４８に向いた補助環状フランジ４３を備えている。この補助
環状フランジ４３は補助管状ブッシュ４２の反外側冷却室１３側端６２に設けら
れている。補助環状フランジ４３はボルト１７をきつく取り囲み、その補助管状
ブッシュ４２は主軸線４８に対して平行に移動できる。補助管状ブッシュ４２は
管状ブッシュ３９の中に主軸線４８に対して平行に移動可能にぴったりはめ込ま
れている。その場合、環状フランジ４０と補助環状フランジ４３との間において
、ボルト１７の周りに、ばね室４４が形成されている。

【００３３】 ばね室４４の中に、ボルト１７を取り巻くコイルばね４４ａがはめ込まれてい
る。このコイルばね４４ａは、一端が環状フランジ４０に、他端が環状フランジ
４３に接している。補助管状ブッシュ４２はボルト１７の反内側冷却室１４側端
４１に、調整素子４５の片側面で、環状フランジ４０と補助管状ブッシュ４２と
の間にばね中間室４６が存在するように、固定されている。この場合、調整素子
４５はその位置を主軸線４８の方向に変位できるように形成され、これによって
、ばね４４ａはそのバイアス圧を調整するために圧縮できる。補助環状フランジ
４３とボルト１７との間、並びに管状ブッシュ３９と補助管状ブッシュ４２との
間に、それぞれ蒸気漏れ止めシール４７が設けられている。

【００３４】 これによって、内側壁６および中間壁１２は外側壁７に弾力的に固定され、特
に主軸線４８に対して平行な方向に、調整素子４５で調整できる長さにわたって
移動できる。冷却蒸気１１ａが外側冷却室１３から貫通開口１８を通って流出す
ることは、蒸気漏れ止めシール４７によって防止される。

【００３５】 図４には、図１に示されている燃焼器にほぼ一致する燃焼器１が示されている
。この燃焼器１は追加的な特徴として、弾性クロスピース４９を有している。他
の詳細については図１を参照されたい。クロスピース４９は、外側冷却室１３お
よび内側冷却室１４内にそれぞれ、外側壁７と中間壁１２との間ないしは中間壁
１２と内側壁６との間に、配置されている。これによって、蛇行状案内通路２４
が形成されている（図５参照）。

【００３６】 図５には、図４に示されている燃焼器１のクロスピース４９および案内通路２
４を備えた壁構造物３が部分展開図で示されている。その断面は外側冷却室１３
内において外側壁７と中間壁１２に対して平行に延びている。クロスピース４９
の配置によって、案内通路２４は蛇行状に形成されている。冷却蒸気１１は燃焼
器１を冷却する目的で、破線６３で示されている入口９を通って、外側冷却室１
３に到達し、蛇行状案内通路２４に沿って流れる。その冷却蒸気１１は開口１５
を通って内側冷却室１４の中に流れ込み、その内側冷却室１４内でクロスピース
４９で形成された案内通路２４に沿って出口１０の方向に流れ、そこから排出さ
れる。外側冷却室１３内を流れる冷たい冷却蒸気１１ａ（図３参照）は実線矢印
で示され、内側冷却室１４内を流れる温まった冷却蒸気１１ｂ（図３参照）は破
線矢印で示されている。冷たい冷却蒸気１１ａ（図２参照）は温まった冷却蒸気
１１ｂ（図３参照）に対して対向流で流れる。これによって、冷却蒸気１１ａ（
図３参照）の良好な分配が達成され、内側壁６と冷却蒸気１１ｂ（図３参照）と
の熱交換が向上する。

【００３７】 図６には、ガスタービンの環状燃焼器５０として形成された燃焼器１が側面図
で示されている。この環状燃焼器５０の壁構造物５２は、図１における燃焼器１
の壁構造物３の構造にほぼ相当し、ここでは多分割構造に形成され、その内側殻
２６はタービン軸２５を包囲している。更に、環状燃焼器５０の壁構造物５２は
上下の外側殻半部２７、２８に分割された外側殻５３を有している。これらの外
側殻半部２７、２８はフランジ状接合部位（接合フランジ）２９、３０を有し、
ここで互いに結合されている。高温ガス３２が案内される燃焼器１の内室２の位
置は、破線で示されている。環状燃焼器５０はその円周にわたって複数の燃焼器
開口を有し、これらの燃焼器開口の中にバーナがはめ込まれている。ここでは分
かり易くするために、それぞれバーナ５６、５７を備えた２つの燃焼器開口５４
、５５しか示されていない。

【００３８】 図７には、図６における燃焼器５０のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図が示さ
れている。そこでは外側殻半部２７、２８のフランジ状接合部位２９、３０の範
囲しか示されていない。外側壁７、内側壁６、中間壁１２は、接合部位２９、３
０の範囲において湾曲して形成されている。内側壁６および中間壁１２は接合部
位２９ないしは３０においてそれぞれ共通の壁５８ないし５９に移行している。
この共通壁５８、５９は外側壁２７、２８と共にフランジ状接合部位２９、３０
を形成している。接合部位２９、３０は特にボルト結合装置（図示せず）によっ
て互いに結合されている。内側壁は湾曲して形成された部位３１、３２を有して
いる。この湾曲部位３１、３２および接合部位２９、３０における湾曲して形成
された中間壁１２は、発生した熱機械変形を柔軟に吸収し、これによって熱応力
による損傷を防止できるようにするために、熱膨張運動可能に設計されている。

【００３９】 次に図３を参照して燃焼器の蒸気式冷却方法を説明する。まず外側冷却室１３
に冷たい冷却蒸気１１ａが導入される。冷たい冷却蒸気１１ａは中間壁１２にあ
る開口１５を通って内側冷却室１４に流れ込み、内側壁６に衝突冷却のために衝
突する。これによって、高温ガス３２で加熱された内側壁６は冷却される。

【００４０】 この本発明に基づく冷却方法において、衝突冷却によって温まった冷却蒸気１
１ｂは、好適には、導入された冷たい冷却蒸気１１ａの流れ方向と逆向きに、お
よび内室２内を案内される高温ガス３２の流れ方向と逆向きに導かれて排出され
る。これは対向流原理と呼ばれる。

【００４１】 本発明は、内室を包囲する壁構造物を備え、この壁構造物が開口付きの中間壁
を有し、この中間壁が外側壁と高温ガスに曝される内側壁との間に配置され、外
側壁と中間壁との間に外側冷却室が形成され、内側壁と中間壁との間に内側冷却
室が形成されている燃焼器を特徴とする。この場合、内側壁の衝突冷却が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づくガスタービンの燃焼器の断面図。

【図２】 外側冷却室内および内側冷却室内における冷却流体の流れを表した壁構造物の
概略模型図、

【図３】 図１における部分ＩＩＩの拡大詳細図。

【図４】 本発明に基づくガスタービンの燃焼器の異なった実施例の断面図。

【図５】 図３に示されている燃焼器の壁構造物の部分展開図。

【図６】 ガスタービンの環状燃焼器の側面図。

【図７】 図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。

【符号の説明】

１ 燃焼器 ２ 内室 ３ 壁構造物 ６ 内側壁 ７ 外側壁 ９ 冷却蒸気入口 １０ 冷却蒸気出口 １１ 冷却蒸気 １２ 中間壁 １３ 外側冷却室 １４ 内側冷却室 １５ 開口 ３２ 高温ガス

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内室（２）を包囲し入口開口（４）と出口開口（５）とを備
   えた壁構造物（３）を有し、この壁構造物（３）が内側壁（６）と外側壁（７）
   とを有し、内側壁（６）が外側壁（７）によって、外側壁（７）と内側壁（６）
   との間に冷却蒸気（１１）に対する入口（９）と出口（１０）とを有する中間室
   （８）が形成されるように包囲されている燃焼器（１）において、中間室（８）
   内に中間壁（１２）が設けられ、この中間壁（１２）が、中間室（８）を、外側
   壁（７）と中間壁（１２）との間の外側冷却室（１３）と、内側壁（６）と中間
   壁（１２）との間の内側冷却室（１４）とに分割すると共に、内側壁（６）を衝
   突冷却するために冷却蒸気（１１）が貫流するための多数の開口（１５）を有し
   、入口（９）が外側冷却室（１３）に、出口（１０）が内側冷却室（１４）に開
   口していることを特徴とする燃焼器。
2. 【請求項２】 出口（１０）及び／又は入口（９）が入口開口（４）の範囲
   に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
3. 【請求項３】 外側冷却室（３）が外側流れ方向（７６）に沿って変化する
   外側断面積（７１）を有し、この外側断面積（７１）が、その外側断面積の下流
   で中間壁（１２）に存在する多数の開口（１５）の開口面積の全合計に対してほ
   ぼ一定の第１の比率を有し、内側冷却室（１４）が内側流れ方向（８１）に沿っ
   て変化する内側断面積（７７）を有し、この内側断面積（７７）が、その内側断
   面積（７７）の上流で中間壁（１２）に存在する多数の開口（１５）の開口面積
   （１００）の全合計に対してほぼ一定の第２の比率を有し、その第１の比率およ
   び第２の比率がほぼ同じで、特に０．０８であることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の燃焼器。
4. 【請求項４】 内側壁（６）および中間壁（１２）が外側壁（７）に弾性固
   定装置（１６）で保持されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   １つに記載の燃焼器。
5. 【請求項５】 固定装置（１６）がボルト（１７）を有し、このボルト（１
   ７）が外側壁（７）にある貫通開口（１８）を蒸気密に貫通して導かれ、内側壁
   （６）に固く結合され、外側壁（７）に弾力的に保持されていることを特徴とす
   る請求項４記載の燃焼器。
6. 【請求項６】 内側壁（６）が４．０〜８．０ｍｍの壁厚（Ｄ）を有してい
   ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃焼器。
7. 【請求項７】 内側壁（６）及び／又は中間壁（１２）の入口開口（４）に
   おける部位（１９、１９ａ）が、熱機械変形を吸収するために湾曲して形成され
   ていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃焼器。
8. 【請求項８】 壁構造物（３）が出口開口（５）を包囲する空洞（２０）を
   有し、この空洞（２０）が流れ技術的に外側冷却室（１３）および内側冷却室（
   １４）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記
   載の燃焼器。
9. 【請求項９】 入口開口（４）を包囲する空洞（２１）が設けられ、この空
   洞（２１）が流れ技術的に内側冷却室（１３）に接続され、冷却蒸気（１１）の
   空洞出口（２２）を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１
   つに記載の燃焼器。
10. 【請求項１０】 内側壁（６）が内室（２）側に断熱層（２３）を有してい
    ることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃焼器。
11. 【請求項１１】 ガスタービン用の環状燃焼器（５０）として形成されてい
    ることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃焼器。
12. 【請求項１２】 壁構造物（３）がタービン軸（２５）を包囲する内側殻（
    ２６）およびこの内側殻（２６）を一緒に包囲する複数の外側殻部分（２７、２
    ８）を有していることを特徴とする請求項１１記載の燃焼器。
13. 【請求項１３】 フランジ状接合部位（２９、３０）が設けられ、このフラ
    ンジ状接合部位（２９、３０）において、外側殻部分（２７、２８）が互いに結
    合され、外側殻部分（２７、２８）の内側壁（６）及び／又は中間壁（１２）が
    、熱機械変形を吸収するために湾曲して形成されていることを特徴とする請求項
    １２記載の燃焼器。
14. 【請求項１４】 高温ガス（３２）を案内するために使われ片側面が高温ガ
    ス（３２）に曝される内側壁（６）を有している燃焼器（１）の蒸気式冷却方法
    において、冷却蒸気（１１）が中間壁（１２）にある多数の開口（１５）を通っ
    て流れ、衝突冷却するために内側壁（６）の反高温ガス（３２）側に衝突するこ
    とを特徴とする燃焼器の蒸気式冷却方法。
15. 【請求項１５】 内側壁（６）と中間壁（１２）との間に存在し衝突冷却に
    よって温まった冷却蒸気（１１ｂ）が、案内される高温ガス（３２）の流れ方向
    と逆向きに、および衝突冷却のために導入された冷たい冷却蒸気（１１ａ）の流
    れ方向と逆向きに、導かれて排出されることを特徴とする請求項１４記載の方法
    。
16. 【請求項１６】 冷却蒸気（１１）が、案内される高温ガス（３２）によっ
    て内側壁（６）に与えられる圧力にほぼ一致する圧力を内側壁（６）に与えるよ
    うな圧力で導入されることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
17. 【請求項１７】 冷却蒸気（１１）が、内室（２）に到達することなしに、
    内側冷却室（１４）から排出されることを特徴とする請求項１４ないし１６のい
    ずれか１つに記載の方法。