JP2002156115A - 燃焼器 - Google Patents

燃焼器

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JP2002156115A
JP2002156115A JP2000351027A JP2000351027A JP2002156115A JP 2002156115 A JP2002156115 A JP 2002156115A JP 2000351027 A JP2000351027 A JP 2000351027A JP 2000351027 A JP2000351027 A JP 2000351027A JP 2002156115 A JP2002156115 A JP 2002156115A
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Shigemi Bandai
重実 萬代
Masatoyo Oota
将豊 太田
Satoshi Tanimura
聡 谷村
Katsunori Tanaka
克則 田中
Koichi Nishida
幸一 西田
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    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室を形成する燃焼筒の焼損を防ぎつつ、
出力向上を図る。 【解決手段】 中心に配置されたパイロットバーナの周
囲に複数のメインバーナを配置する。パイロットバーナ
のパイロット燃料ノズル２２の中心に、供給される燃料
を燃焼室１０ａ内へ噴霧する燃料噴射口２３を設ける。
燃料噴射口２３の周囲に燃焼室１０ａを形成する燃焼筒
１１の壁面に向かって冷却水を散布する複数の噴出路２
５を形成する。噴出路２５を、外周側へ傾斜された外周
噴出路２５ａと、軸方向へ沿って形成された中央噴出路
２５ｂと、内周側へ傾斜された内周噴出路２５ｃとから
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バーナからの燃焼
ガスを燃焼室へ送り込み、燃焼ガスによってタービンを
駆動させるガスタービン燃焼器等の燃焼器に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガスタービンは、圧縮機、燃焼
器及びタービンを主な構成要素としており、圧縮機とタ
ービンとは互いに主軸で直結されている。圧縮機の吐出
口には燃焼器が接続されており、圧縮機から吐出された
作動流体は、燃焼器によって所定のタービン入口温度ま
で加熱される。タービンに供給された高温高圧の作動流
体は、ケーシング内において静翼及び主軸側に取り付け
られた動翼の間を通過して膨張し、これにより主軸が回
転して出力が得られる。ガスタービンの場合、圧縮機の
消費動力を引いた軸出力が得られるので、主軸の他端に
発電器などを接続することで駆動源として利用すること
ができる。
【０００３】ここで、ガスタービン燃焼器の概略構造を
油焚き燃焼器を例にとって説明する。図７において、符
号１０は、油焚き燃焼器である。この燃焼器１０は、燃
焼筒１１の軸中心に沿って予混合ノズル１２を設置した
ものである。予混合ノズル１２は、中央部にパイロット
バーナ１３が配置され、このパイロットバーナ１３の周
囲を取り囲むようにして、複数のメインバーナ１が等ピ
ッチで配設されている。従って、パイロットバーナ１３
の中心軸は、燃焼筒１１の中心軸と一致してる。
【０００４】予混合ノズル１２のパイロットバーナ１３
には、パイロット燃料管１４から燃料が送り込まれるよ
うになっており、このパイロットバーナ１３の先端部の
パイロット燃料ノズル１４ａから噴出されるパイロット
燃料が、旋回流となった空気流を燃焼空気として、燃焼
筒１１内の燃焼室１０ａ内で燃焼する。こうして形成さ
れたパイロットバーナ１３の火炎は、後述するメインバ
ーナ１の火種として用いられる。
【０００５】このような予混合ノズル１２のメインバー
ナ１は、図示略の燃料供給源に接続されたメイン燃料供
給管２と、該メイン燃料供給管２の外周部を通過する空
気流に旋回を与えるメインスワーラ５とを具備して構成
される。このメインバーナ１は、メイン燃料供給管２を
通って導入された燃料を燃料噴出口から空気流中に噴出
させ、燃料と空気流とを予混合して予混合気を形成す
る。この予混合気は、各メインバーナ１から旋回流とな
ってパイロットバーナ１３の周囲に流出し、前述したパ
イロットバーナ１３の火炎を火種として燃焼する。
【０００６】また、上記の燃焼器１０の燃焼室１０ａを
形成する燃焼筒１１は、外周側の空気を冷却空気として
内面に沿って送り込むため流路を有するプレートフィン
から形成された複数のリング１５を連結した構造とされ
ており、これら複数のリング１５から形成された燃焼室
１０ａ内にて燃焼が行われてその燃焼ガスが旋回流とな
って下流側へ送り込まれタービン等を駆動させるように
なっている。なお、この燃焼筒１１を構成するリング１
５は、予混合ノズル１２側から順に第１リング１５ａ、
第２リング１５ｂ、第３リング１５ｃとされている。
【０００７】ところで、上記燃焼器１０を備えたガスタ
ービンにおいて、その出力を高める場合、燃料の供給量
を増加させることとなるが、この場合、燃焼温度も高く
なる。このため、従来より、メインバーナ１の先端部近
傍から、燃料の供給量に応じて燃焼室１０ａ内へ冷却水
を噴霧して、下流側のタービンへ送り込む燃焼ガスの温
度を抑制することが行われていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記燃焼
器１０では、燃焼室１０ａ内へ冷却水を送り込むことに
よりタービンへ送り込む燃焼ガスの温度を抑えるように
しているが、特に油焚き燃焼器の場合、燃料と冷却水と
の蒸発速度の違いなどにより、燃焼筒１１を形成するリ
ング１５が高温となり、フィルム冷却や対流冷却だけで
は不十分となり、特に燃焼筒１１の下流側を形成する第
２リング１５ｂ及び第３リング１５ｃが非常に高温とな
る恐れがあった。
【０００９】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、燃焼室を形成する燃焼筒の焼損を防ぎつつ、出力
向上が可能な燃焼器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の燃焼器は、少なくとも中心にバーナ
が設けられ、該バーナからの燃料が送り込まれる筒状の
燃焼室を有する燃焼器であって、前記バーナは、供給さ
れる燃料を前記燃焼室内へ噴霧する燃料噴射口が中心に
形成されたノズルを有し、該ノズルには、前記燃料噴射
口の周囲に、供給される冷却水を前記燃焼室を形成する
燃焼筒の壁面に向かって散布する複数の噴出路が形成さ
れていることを特徴としている。
【００１１】このように、中心に配置されたパイロット
バーナの燃料噴出口の周囲に設けられた噴出路から冷却
水を噴出して燃焼筒の内面に散布することにより、冷却
水によって燃焼筒を確実に冷却することができる。これ
により、出力を高めるために燃料の供給量を増加させた
としても、燃焼温度の上昇による燃焼筒の焼損を確実に
防止することができ、単に冷却水を燃焼室内に噴霧して
も、燃料と冷却水との蒸発速度の違いにより、燃焼筒の
下流側にて高温となってしまう油焚き燃焼器として最適
である。
【００１２】請求項２記載の燃焼器は、請求項１記載の
燃焼器において、前記冷却水の噴出方向が径方向に異な
る複数の前記噴出路を有することを特徴としている。
【００１３】つまり、噴出路の向きが径方向へ異ならせ
てあるので、それぞれの噴出路から噴出される冷却水が
燃焼筒の内面へ軸方向の様々な箇所へ散布されるので、
燃焼筒を満遍なく冷却することができる。
【００１４】請求項３記載の燃焼器は、請求項２記載の
燃焼器において、前記噴出路が、少なくとも外周側へ傾
斜された外周噴出路と、軸方向へ沿って形成された中央
噴出路と、内周側へ傾斜された内周噴出路とを有するこ
とを特徴としている。
【００１５】すなわち、噴出路が、外周側へ傾斜された
外周噴出路と、軸方向へ沿って形成された中央噴出路
と、内周側へ傾斜された内周噴出路とからなり、外周噴
出路から噴出された冷却水は、パイロットバーナの中央
の燃料噴出口から噴出される燃料による影響をあまり受
けずに噴出され、燃焼室の内面におけるバーナからもっ
とも遠ざかった位置に達し、中央噴出路から噴出された
冷却水は燃料噴出口から噴出される燃料による影響を多
少受けて外周側へ屈曲されて外周噴出路よりも燃焼室の
内面における燃料噴射口に近い位置に到達し、さらに、
内周噴出路では、燃料噴射口から噴射される燃料による
影響をもっとも受けて噴出することとなり、燃焼室の内
面におけるバーナからもっとも近い位置に達し、これに
より、これら噴出路から噴出される冷却水を、燃焼筒の
内面へ軸方向へ満遍なく散布させることができ、燃焼筒
の焼損を確実に防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃焼器の実施の形
態例を図面を参照して説明する。なお、従来技術と同一
構造部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１において、符号２１は、冷却水噴出機能付パイロッ
トバーナである。このパイロットバーナ２１には、その
先端部に設けられたパイロット燃料ノズル２２から燃料
とともに冷却水が噴出されるようになっている。
【００１７】このパイロット燃料ノズル２２の具体的な
構造を説明する。このパイロット燃料ノズル２２には、
図２及び図３に示すように、その中心に、燃料噴射口２
３が形成されており、この燃料噴射口２３から燃料が噴
射されるようになっている。このパイロット燃料ノズル
２２には、燃料噴射口２３の周囲に、環状流路２４が形
成されており、この環状流路２４には、図示しない供給
路を介して冷却水が送り込まれるようになっている。
【００１８】また、このパイロット燃料ノズル２２の端
面には、環状流路２４と連通する複数の噴出路２５が形
成されており、これら噴出路２５から環状流路２４内に
送り込まれた冷却水が噴出されるようになっている。こ
れら噴出路２５は、外周側へ向かって形成された外周噴
出路２５ａ、軸方向に沿って形成された中央噴出路２５
ｂ及び内周側へ向かって形成された内周噴出路２５ｃと
から構成されており、これらが周方向へ順に形成されて
いる。
【００１９】次に、これら噴出路２５から噴出される冷
却水について説明する。中央の燃料噴射口２３から燃料
が噴射された状態にて、冷却水が送り込まれると、各噴
出路２５から燃焼室１０ａ内に冷却水が噴出される。こ
こで、流路が外周側へ向かって形成された外周噴出路２
５ａでは、図４に示すように、燃料噴出口２３から噴出
される燃料による影響をあまり受けずに噴出することと
なり、燃焼室１０ａの内面におけるパイロットバーナ２
１及びメインバーナ１からもっとも遠ざかった位置に達
する。
【００２０】また、中央噴出路２５ｂから噴出された冷
却水は、図５に示すように、燃料噴出口２３から噴出さ
れる燃料による影響を多少受けて外周側へ屈曲されるこ
ととなり、外周噴出路２５ａよりも燃焼室１０ａの内面
におけるパイロットバーナ２１及びメインバーナ１に近
い位置に到達する。さらに、内周噴出路２５ｃから噴出
された冷却水は、図６に示すように、燃料噴射口２３か
ら噴射される燃料による影響をもっとも受けることとな
り、燃焼室１０ａの内面におけるパイロットバーナ２１
及びメインバーナ１からもっとも近い位置に達する。
【００２１】これにより、これら噴出路２５から噴出さ
れる冷却水が、図１に示したように、燃焼筒１１を構成
する第１リング１５ａ、第２リング１５ｂ及び第３リン
グ１５ｃに満遍なく直接かけられて冷却される。
【００２２】このように、上記構造のパイロット燃料ノ
ズル２２を有する燃焼器１０によれば、中心に配置され
たパイロットバーナ２１のパイロット燃料ノズル２２の
燃料噴出口２３の周囲に設けられた噴出路２５から冷却
水を噴出して燃焼筒１１の内面に散布することにより、
冷却水によって燃焼筒１１を確実に冷却することができ
る。
【００２３】したがって、出力を高めるために燃料の供
給量を増加させたとしても、燃焼温度の上昇による燃焼
筒１１の焼損を確実に防止することができ、単に冷却水
を燃焼室１０ａ内に噴霧しても、燃料と冷却水との蒸発
速度の違いにより、燃焼筒１１の下流側にて高温となっ
てしまう油焚き燃焼器１０に最適な構造である。
【００２４】また、噴出路２５の向きが径方向へ異なら
せてあるので、それぞれの噴出路２５から噴出される冷
却水が燃焼筒１１の内面へ軸方向の様々な箇所へ散布さ
れるので、燃焼筒１１を満遍なく冷却することができ
る。
【００２５】具体的には、噴出路２５が、外周側へ傾斜
された外周噴出路２５ａと、軸方向へ沿って形成された
中央噴出路２５ｂと、内周側へ傾斜された内周噴出路２
５ｃとからなり、外周噴出路２５ａから噴出された冷却
水は、パイロットバーナ２１のパイロット燃料ノズル２
２の中央の燃料噴出口２３から噴出される燃料による影
響をあまり受けずに噴出され、燃焼室１０ａの内面にお
けるパイロットバーナ２１及びメインバーナ１からもっ
とも遠ざかった位置に達し、中央噴出路２５ｂから噴出
された冷却水は燃料噴出口２３から噴出される燃料によ
る影響を多少受けて外周側へ屈曲されて外周噴出路２５
ａよりも燃焼室１０ａの内面におけるパイロットバーナ
２１及びメインバーナ１に近い位置に到達し、さらに、
内周噴出路２５ｃでは、燃料噴出口２３から噴射される
燃料による影響をもっとも受けて噴出することとなり、
燃焼室１０ａの内面におけるパイロットバーナ２１及び
メインバーナ１からもっとも近い位置に達し、これによ
り、これら噴出路２５から噴出される冷却水を、燃焼筒
１１の内面へ軸方向へ満遍なく散布させることができ、
燃焼筒１１の焼損を確実に防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の燃焼器
によれば、下記の効果を得ることができる。請求項１記
載の燃焼器によれば、中心に配置されたパイロットバー
ナの燃料噴出口の周囲に設けられた噴出路から冷却水を
噴出して燃焼筒の内面に散布することにより、冷却水に
よって燃焼筒を確実に冷却することができる。これによ
り、出力を高めるために燃料の供給量を増加させたとし
ても、燃焼温度の上昇による燃焼筒の焼損を確実に防止
することができ、単に冷却水を燃焼室内に噴霧しても、
燃料と冷却水との蒸発速度の違いにより、燃焼筒の下流
側にて高温となってしまう油焚き燃焼器として最適であ
る。
【００２７】請求項２記載の燃焼器によれば、噴出路の
向きが径方向へ異ならせてあるので、それぞれの噴出路
から噴出される冷却水が燃焼筒の内面へ軸方向の様々な
箇所へ散布されるので、燃焼筒を満遍なく冷却すること
ができる。
【００２８】請求項３記載の燃焼器によれば、噴出路
が、外周側へ傾斜された外周噴出路と、軸方向へ沿って
形成された中央噴出路と、内周側へ傾斜された内周噴出
路とからなり、外周噴出路から噴出された冷却水は、パ
イロットバーナの中央の燃料噴出口から噴出される燃料
による影響をあまり受けずに噴出され、燃焼室の内面に
おけるバーナからもっとも遠ざかった位置に達し、中央
噴出路から噴出された冷却水は燃料噴出口から噴出され
る燃料による影響を多少受けて外周側へ屈曲されて外周
噴出路よりも燃焼室の内面における燃料噴射口に近い位
置に到達し、さらに、内周噴出路では、燃料噴射口から
噴射される燃料による影響をもっとも受けて噴出するこ
ととなり、燃焼室の内面におけるバーナからもっとも近
い位置に達し、これにより、これら噴出路から噴出され
る冷却水を、燃焼筒の内面へ軸方向へ満遍なく散布させ
ることができ、燃焼筒の焼損を確実に防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態例の燃焼器の構成及び構
造を説明する燃焼器の概略断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態例の燃焼器に設けられた
パイロット燃料ノズルの構造を説明するパイロット燃料
ノズルの断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態例の燃焼器に設けられた
パイロット燃料ノズルの構造を説明するパイロット燃料
ノズルの正面図である。
【図４】 本発明の実施の形態例の燃焼器に設けられた
パイロット燃料ノズルからの冷却水の噴出方向を説明す
るパイロット燃料ノズルの一部の断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態例の燃焼器に設けられた
パイロット燃料ノズルからの冷却水の噴出方向を説明す
るパイロット燃料ノズルの一部の断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態例の燃焼器に設けられた
パイロット燃料ノズルからの冷却水の噴出方向を説明す
るパイロット燃料ノズルの一部の断面図である。
【図７】 従来の燃焼器の構成及び構造を説明する燃焼
器の概略断面図である。
【符号の説明】
１ メインバーナ １０ 燃焼器 １０ａ 燃焼室 １１ 燃焼筒 ２１ パイロットバーナ ２２ パイロット燃料ノズル（ノズル） ２３ 燃料噴射口 ２５ 噴出路 ２５ａ 外周噴出路 ２５ｂ 中央噴出路 ２５ｃ 内周噴出路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷村 聡 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 田中 克則 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 西田 幸一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも中心にバーナが設けられ、該
    バーナからの燃料が送り込まれる筒状の燃焼室を有する
    燃焼器であって、 前記バーナは、供給される燃料を前記燃焼室内へ噴霧す
    る燃料噴射口が中心に形成されたノズルを有し、 該ノズルには、前記燃料噴射口の周囲に、供給される冷
    却水を前記燃焼室を形成する燃焼筒の壁面に向かって散
    布する複数の噴出路が形成されていることを特徴とする
    燃焼器。
  2. 【請求項２】 前記冷却水の噴出方向が径方向に異なる
    複数の前記噴出路を有することを特徴とする請求項１記
    載の燃焼器。
  3. 【請求項３】 前記噴出路は、少なくとも外周側へ傾斜
    された外周噴出路と、軸方向へ沿って形成された中央噴
    出路と、内周側へ傾斜された内周噴出路とを有すること
    を特徴とする請求項２記載の燃焼器。
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