JP2002206742A - Premixing combustor - Google Patents

Premixing combustor

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JP2002206742A
JP2002206742A JP2000401763A JP2000401763A JP2002206742A JP 2002206742 A JP2002206742 A JP 2002206742A JP 2000401763 A JP2000401763 A JP 2000401763A JP 2000401763 A JP2000401763 A JP 2000401763A JP 2002206742 A JP2002206742 A JP 2002206742A
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JP
Japan
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fuel
air
air passage
premixed
passage
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Application number
JP2000401763A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichiro Okubo
陽一郎 大久保
Osamu Azegami
修 畦上
Yoshinori Idota
芳典 井戸田
Masakazu Hasegawa
雅一 長谷川
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Toyota Central R&D Labs Inc
Toyota Turbine and Systems Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Toyota Turbine and Systems Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a premixing combustor having a comparatively simple structure which enables combustion of low NOx and low CO by forming a good premixed gas in a wide rage of load operation. SOLUTION: The premixing combustor burns fuel in a combustion chamber by mixing the fuel and air in advance by jetting the fuel to an air passage. The combustor comprises a plurality of swirl vanes 22a, 22b concentrically arranged with an inclination in the radial direction, in the entrance portion of the air passage for generating swirl airflow, and fuel nozzles 6 for jetting fuel from jets 61 which are arranged close to the upstream of the alternately disposed respective vanes 22a, and which are open in the direction of both wing faces of the individual vanes 22a.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン等の
燃焼器として好適な予混合燃焼器に関し、特にその予混
合部分に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a premixed combustor suitable as a combustor for a gas turbine or the like, and more particularly to a premixed combustor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンに作動ガスを供給するため
の燃焼器として予混合燃焼器が知られている。こうした
予混合燃焼器において、予混合気が不均質であると、NO
xあるいはCOが過剰に排出されたり、また、火炎が予混
合通路内に逆火したりする可能性があるため、均質な予
混合気を形成するための燃料噴射装置や噴射装置の配置
が検討されている。
2. Description of the Related Art A premixed combustor is known as a combustor for supplying a working gas to a gas turbine. In such a premixed combustor, if the premixed gas is heterogeneous, NO
x or CO may be discharged excessively, or the flame may flash back into the premix passage, so consider the arrangement of fuel injection devices and injection devices to form a homogeneous premixed gas. Have been.

【0003】燃料と空気を速やかに混合させるために
は、多数の噴射ノズルを配置することが好ましいが、噴
射ノズルが多すぎると、構成が複雑になると同時に、噴
射ノズルが空気通路を閉塞して空気抵抗が大きくなり、
所望の空気分配割合を達成するのが難しくなる。また、
何らかの原因で例えば逆火した場合には、噴射ノズルが
多いと、火炎が保持されるという不具合がある。噴射ノ
ズルを減らせば、構成が簡単になり、製造コストも削減
できるが、噴射ノズル当たりの燃料噴射量が多くなるた
め、速やかな混合を達成するのが難しく、予混合のため
の大きな領域が必要になってしまう。
[0003] In order to mix fuel and air quickly, it is preferable to arrange a large number of injection nozzles. However, if there are too many injection nozzles, the structure becomes complicated, and at the same time, the injection nozzles block the air passages. Air resistance increases,
It is difficult to achieve the desired air distribution ratio. Also,
For example, when flashback occurs for some reason, if there are many injection nozzles, there is a problem that the flame is held. Reducing the number of injection nozzles simplifies the configuration and reduces manufacturing costs, but it increases the fuel injection amount per injection nozzle, making it difficult to achieve rapid mixing and requiring a large area for premixing. Become.

【0004】特許2794939号の技術は、燃焼用空気を燃
焼室内に導く際に、空気流を旋回させる旋回器の壁面に
燃料噴射ノズルを形成することで、旋回器の通路を通過
する空気流に向けて燃料を噴射することで、狭い空間内
で速やかに燃料と空気を混合させるものである。
[0004] The technique of Japanese Patent No. 2794939 is to form a fuel injection nozzle on the wall of a swirler that swirls the air flow when guiding the combustion air into the combustion chamber, whereby the air flow passing through the passage of the swirler is formed. By injecting the fuel toward the fuel, the fuel and the air are quickly mixed in a narrow space.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術によれば、定格運転状態のように燃料噴射量が比較的
多い場合には、燃料の噴射速度も速いため、比較的良好
な混合気が得られるが、負荷が少なく燃料噴射量が少な
い場合には、噴射速度が遅いため、旋回器の壁面から噴
射された燃料は空気流に押されて旋回器の壁面に沿って
流れてしまい、燃料と空気の混合が阻害されて良好な混
合気が得られない。また、旋回器の壁面に燃料噴射ノズ
ルを形成することは旋回器の構造を複雑にし、製造コス
トアップの要因となるほか、ノズルのつまりに対する余
裕が少なく、メンテナンス的にも不利になる。さらに、
例えガスタービンのサージング等が発生して、火炎が予
混合通路を逆火したとしても噴射ノズル等に火炎が保持
されにくい構成が必要である。
However, according to this technique, when the fuel injection amount is relatively large, such as in a rated operation state, a relatively good mixture is obtained because the fuel injection speed is high. However, when the load is small and the fuel injection amount is small, the injection speed is low, so that the fuel injected from the wall of the swirler is pushed by the airflow and flows along the wall of the swirler, and the fuel is injected. Mixing of air is hindered and a good air-fuel mixture cannot be obtained. Also, forming the fuel injection nozzle on the wall of the swirler complicates the structure of the swirler, increases the manufacturing cost, and has little margin for clogging of the nozzle, which is disadvantageous in terms of maintenance. further,
Even if surging of the gas turbine or the like occurs and the flame flashes back in the premixing passage, a configuration is required in which the flame is not easily held by the injection nozzle or the like.

【0006】そこで本発明は、比較的簡単な構造で、広
い負荷運転範囲で良好な予混合気を形成し、低NOx、低C
O燃焼を実現可能な予混合燃焼器を提供することを課題
とする。
Therefore, the present invention has a relatively simple structure, forms a good premixed gas over a wide load operating range, and has a low NOx and a low C.
It is an object to provide a premixed combustor capable of realizing O combustion.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る予混合燃焼器は、燃料を空気通路に噴
射することで予め燃料と空気を混合させたうえで燃焼室
内で燃焼させる予混合燃焼器であって、この空気通路の
入口部に同心円状かつ径方向に傾きをつけて配置されて
空気流を旋回させる複数の旋回羽根と、これらの旋回羽
根の一つおきに対応してその上流側に配置され、該旋回
羽根の両翼面方向のそれぞれに対応して開口している噴
孔から燃料を噴射する燃料ノズルと、を備えていること
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a premixed combustor according to the present invention mixes fuel and air in advance by injecting fuel into an air passage, and burns the mixture in a combustion chamber. A premixed combustor, a plurality of swirling vanes arranged concentrically and radially inclined at the inlet of the air passage to swirl the air flow, and corresponding to every other swirling blade. And a fuel nozzle that is disposed upstream of the fuel nozzle and that injects fuel from an injection hole that opens in each of the two blade surfaces in the direction of the swirl vane.

【0008】このように燃料ノズルを配置することで、
それぞれの噴孔から噴射された燃料は旋回羽根の両方の
翼面方向に振り分けられる。旋回羽根を通過する際に、
空気流は加速するが、空気と燃料とはこの速度勾配の大
きな流れ領域で速やかに乱流混合するため、比較的単純
な構成で予混合気を均質に形成することができ、低NO
x、低CO燃焼を維持できる。
By arranging the fuel nozzles in this way,
The fuel injected from each injection hole is distributed to both blade surfaces of the swirling blade. When passing through the swirl vanes,
Although the air flow accelerates, the air and the fuel are rapidly turbulently mixed in the flow region where the velocity gradient is large, so that the premixed air can be formed homogeneously with a relatively simple configuration, and the low NO
x, low CO combustion can be maintained.

【0009】この噴孔の開口方向は、空気通路の入口方
向に対して直交する方向に形成されていてもよい。噴孔
をこの位置に形成すると、旋回羽根の両翼面方向のそれ
ぞれに対応した開口部の一方は燃料ノズルより空気流れ
方向の上流側に位置し、他方が下流側に位置することに
なる。その結果、負荷が少なく燃料供給量が少ない場
合、上流側に位置する噴孔には比較的高い空気圧がかか
る一方、下流側に位置する噴孔には比較的低い空気圧が
かかるため、下流側に位置する噴孔からの噴射量が相対
的に増加する。この結果、乱れが大きな後流側に噴射さ
れる燃料量が相対的に増えることで、混合が促進される
効果が得られる。
[0009] The opening direction of the injection hole may be formed in a direction orthogonal to the inlet direction of the air passage. When the injection hole is formed at this position, one of the openings corresponding to each of the wing surfaces of the swirl vanes is located upstream of the fuel nozzle in the air flow direction, and the other is located downstream. As a result, when the load is small and the fuel supply amount is small, relatively high air pressure is applied to the injection holes located on the upstream side, while relatively low air pressure is applied to the injection holes located on the downstream side. The injection amount from the located injection hole relatively increases. As a result, the amount of fuel injected to the downstream side where the turbulence is large relatively increases, whereby the effect of promoting the mixing is obtained.

【0010】あるいは、本発明に係る予混合燃焼器は、
空気通路の入口から燃料の噴射位置までの距離をD、空
気通路の高さをHとすると、H≦D<2Hの関係を満た
す位置に噴孔を有する燃料ノズルが設けられていること
を特徴とする。
Alternatively, a premixed combustor according to the present invention comprises:
Assuming that the distance from the inlet of the air passage to the fuel injection position is D, and the height of the air passage is H, a fuel nozzle having an injection hole is provided at a position satisfying the relationship of H ≦ D <2H. And

【0011】空気通路の入口から上記の関係を満たす位
置においては、空気流が加速しながら流れているため、
その加速空気流中に燃料を噴射することで、燃料と空気
の混合を促進することができる。また、噴射した燃料が
空気通路の入口側から外側へと漏洩することがないた
め、段階的な燃焼を行う場合に、各段階への燃料供給量
を適正に維持することが可能であり、低NOx、低CO燃焼
を維持できる。さらに、たとえ逆火したとしても、火炎
は流速の高い領域に保持されないので安全である。
At a position satisfying the above relationship from the entrance of the air passage, the air flow is accelerating and flows.
By injecting fuel into the accelerated airflow, mixing of fuel and air can be promoted. Further, since the injected fuel does not leak from the inlet side of the air passage to the outside, it is possible to appropriately maintain the fuel supply amount to each stage when performing stepwise combustion, and NOx and low CO combustion can be maintained. Further, even if a flashback occurs, the flame is safe because it is not retained in the high flow velocity region.

【0012】空気通路を複数段備え、その各々に燃料ノ
ズルが配置されているとともに、各燃料ノズルは、各空
気通路に配置される旋回羽根の上流側延長に近接して配
置されていてもよい。複数段の予混合空気通路を有する
場合に、比較的簡便な構造でそれぞれの段で良好な予混
合気を形成することが可能となる。
A plurality of air passages may be provided, each having a fuel nozzle arranged therein, and each fuel nozzle may be arranged close to an upstream extension of a swirling vane arranged in each air passage. . When a plurality of stages of premixed air passages are provided, it is possible to form a good premixed air at each stage with a relatively simple structure.

【0013】この場合、一次予混合燃料の空気通路と二
次予混合燃料の空気通路の一方に配置されている燃料ノ
ズルは、軸中心からみて他方に配置されている燃料ノズ
ルの間に配置されていることが好ましい。このように軸
中心に対して互い違いに燃料ノズルを配置することで、
各空気通路に流入する空気の流れがこの燃料ノズルに邪
魔されにくくなり、空気の流れを最適化できるととも
に、流れのよどみ領域がなく、スムースに流れる。ま
た、各予混合気に不均一な分布ができたとしても、1次
と2次とで周方向の燃料濃度の不均一さを軽減する効果
が得られる。
In this case, the fuel nozzle arranged in one of the air passage for the primary premixed fuel and the air passage for the secondary premixed fuel is arranged between the fuel nozzles arranged on the other as viewed from the axial center. Is preferred. By arranging the fuel nozzles alternately with respect to the axis center in this way,
The flow of air flowing into each air passage is less likely to be obstructed by the fuel nozzle, and the flow of air can be optimized, and the air flows smoothly without any stagnation region. In addition, even if an uneven distribution is formed in each premixed gas, the effect of reducing the uneven fuel concentration in the circumferential direction between the first order and the second order can be obtained.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and redundant description will be omitted.

【0015】図1は、本発明に係る予混合燃焼器の好適
な第一の実施形態を示す縦断面図であり、図2はこの燃
焼器のII−II線断面図であり、図3は燃焼ノズルと旋回
羽根部分の拡大図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first preferred embodiment of a premixed combustor according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of this combustor, and FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a combustion nozzle and a swirl vane portion.

【0016】燃焼器100は、略円筒状の外筒1内に同
じく略円筒状の内筒2が配置された缶型燃焼器であり、
燃焼用の空気を図の右端から外筒1と内筒2の間の空間
50に導いて、他端付近で流れを反転させて内筒2内へ
燃料とともに導いて、燃焼させた後に右端から流出させ
る逆流型の燃焼器である。
The combustor 100 is a can-type combustor having a substantially cylindrical inner cylinder 2 disposed inside a substantially cylindrical outer cylinder 1.
Combustion air is introduced from the right end of the drawing to the space 50 between the outer cylinder 1 and the inner cylinder 2, the flow is reversed near the other end and introduced into the inner cylinder 2 together with fuel, and after combustion, from the right end It is a backflow type combustor that allows it to flow out.

【0017】図1において外筒2内の左端を構成する部
材3には3系統の燃料供給配管が接続され、それぞれパ
イロットノズル4、一次燃料ノズル5、二次燃料ノズル
6へと連通している。ここで、パイロットノズル4は内
筒2の上流側(図の左側を指す)中央に出口41を有
し、出口41近傍に点火装置42が配置されている。そ
の下流側がパイロット燃焼部43となる。このパイロッ
ト燃焼部43に空気を導く通路には、旋回羽根44が配
置されている。
In FIG. 1, a fuel supply pipe of three systems is connected to a member 3 constituting the left end in the outer cylinder 2 and communicates with a pilot nozzle 4, a primary fuel nozzle 5, and a secondary fuel nozzle 6, respectively. . Here, the pilot nozzle 4 has an outlet 41 in the center of the inner cylinder 2 on the upstream side (pointing to the left side in the figure), and an ignition device 42 is arranged near the outlet 41. The downstream side is the pilot combustion section 43. A swirling blade 44 is disposed in a passage for guiding air to the pilot combustion section 43.

【0018】一次燃料ノズル5は、パイロットノズル4
の外周に設けられた環状通路(以下、一次予混合通路と
呼ぶ)13内の入口11近傍に複数配置されており、そ
の下流には、複数の旋回羽根12が配置される。この一
次予混合通路13の出口14は、パイロットノズル4の
出口41より流れ方向下流に配置されている。この出口
14の下流近傍が一次予混合燃焼室15となる。
The primary fuel nozzle 5 is a pilot nozzle 4
A plurality of swirling vanes 12 are arranged downstream of the inlet 11 in an annular passage (hereinafter, referred to as a primary premixing passage) 13 provided on the outer periphery of the nozzle. The outlet 14 of the primary premix passage 13 is disposed downstream of the outlet 41 of the pilot nozzle 4 in the flow direction. A portion near the downstream of the outlet 14 is a primary premixed combustion chamber 15.

【0019】また、二次燃料ノズル6は、一次燃料ノズ
ル5のさらに外周に設けられた環状通路(以下、二次予
混合通路と呼ぶ)23内の入口21近傍に複数配置され
ており、その下流には、複数の旋回羽根22が配置され
る。この二次予混合通路23の出口24は、一次予混合
通路13の出口14よりさらに流れ方向下流に配置され
ている。この出口24の下流近傍が二次予混合燃焼室2
5となる。
A plurality of secondary fuel nozzles 6 are arranged near an inlet 21 in an annular passage (hereinafter, referred to as a secondary premixing passage) 23 provided further around the primary fuel nozzle 5. Downstream, a plurality of swirling vanes 22 are arranged. The outlet 24 of the secondary premix passage 23 is disposed further downstream in the flow direction than the outlet 14 of the primary premix passage 13. The vicinity of the downstream of the outlet 24 is the secondary premixed combustion chamber 2
It becomes 5.

【0020】以下、図2を用いて二次燃料ノズル6と旋
回羽根22を例にその配置関係を説明するが、一次燃料
ノズル5と旋回羽根12の配置関係についても同様の関
係が成立する。
Hereinafter, the arrangement of the secondary fuel nozzle 6 and the swirl vane 22 will be described with reference to FIG. 2, but the same relationship holds for the arrangement of the primary fuel nozzle 5 and the swirl vane 12.

【0021】旋回羽根22は、長さの異なる二種類の旋
回羽根22a、22bそれぞれ8枚ずつで構成されてお
り、長い旋回羽根22bの間に短い旋回羽根22aがそ
れぞれ等間隔に配置されている。各旋回羽根22a、2
2bは二次予混合通路23の円盤状のスワール部に配置
されており、半径方向に対して傾けて配置されており、
その後端(円盤の中心側端部)の径方向位置は同一であ
る。したがって、長い旋回羽根22bの先端は、短い旋
回羽根22aの先端より径方向で二次予混合通路23の
入口21側に位置することになる。
The swirl vanes 22 each include eight kinds of swirl vanes 22a and 22b having different lengths, and short swirl vanes 22a are arranged at equal intervals between the long swirl vanes 22b. . Each swirl blade 22a, 2
2b is arranged in a disk-shaped swirl part of the secondary premixing passage 23, and is arranged to be inclined with respect to the radial direction;
The radial position of the rear end (the end on the center side of the disk) is the same. Therefore, the tip of the long swirling blade 22b is located closer to the inlet 21 of the secondary premixing passage 23 in the radial direction than the tip of the short swirling blade 22a.

【0022】二次燃料ノズル6はそれぞれ旋回羽根22
aを入口側に延長した位置で、近接して配置される。こ
の二次燃料ノズル6の側面には180度対向する位置に噴
孔61が設けられており、管状の燃料ノズル6の中心の
孔60を介して送られてきた燃料を二次予混合通路23
内に噴射する機能を有する。これらの噴孔61は、それ
ぞれ半径方向に直交する方向に開口している。
Each of the secondary fuel nozzles 6 has a swirl vane 22
a is extended close to the inlet side, and is disposed close to the position. An injection hole 61 is provided at a position 180 degrees opposite to the side surface of the secondary fuel nozzle 6, and the fuel sent through the central hole 60 of the tubular fuel nozzle 6 is supplied to the secondary premix passage 23.
It has the function of injecting inside. Each of these injection holes 61 is opened in a direction orthogonal to the radial direction.

【0023】ここで、二次燃料ノズル6の中心の二次予
混合通路23の入口21からの距離D2は、二次予混合
通路23の入口21部の高さをH2とすると、H2≦D2
<2H 2なる関係を満たす位置に配置されていることが
好ましい。二次予混合通路23の入口21近くでは、通
路50を経て流入してくる空気の流れがいまだ不均一で
あり、流れが安定していないこと、そのために噴出した
燃料が入口21から漏洩する可能性もあるため、良好な
混合を達成するためには、入口21からH2以上二次予
混合通路23内に入った位置で燃料を噴射することが好
ましい。さらに、たとえ、サージング等で火炎が逆火し
ても流速が高い領域に噴射ノズルがあるため、火炎が保
持されず、焼損等のトラブルを防止できる。一方、燃料
噴射位置を入口23から2H2以上奥にすると、燃料と
空気の混合空間が短くなるほか、流れに直交する方向で
の空気の混合が進まなくなるため良好な混合を行うこと
が困難になるという問題が生ずる。
Here, the secondary fuel at the center of the secondary fuel nozzle 6 is
Distance D from inlet 21 of mixing passage 23TwoIs the second premix
The height of the entrance 21 of the passage 23 is HTwoThen, HTwo≤DTwo
<2H TwoAre located in a position that satisfies the relationship
preferable. Near the entrance 21 of the secondary premixing passage 23,
The flow of air coming in through road 50 is still uneven
Yes, the flow is not stable, and it erupted
Since fuel may leak from the inlet 21,
In order to achieve mixing, HTwoAbove
It is preferable to inject fuel at a position in the mixing passage 23.
Good. Furthermore, even if the flame flashes back due to surging, etc.
However, since the injection nozzle is located in the high flow velocity area,
It is not held and troubles such as burning can be prevented. Meanwhile, fuel
Injection position 2H from inlet 23TwoIf you go further back, fuel and
In addition to shortening the air mixing space,
Good mixing because the mixing of air in
Is difficult.

【0024】本実施形態において、通路50から二次予
混合通路23内に導入された空気は、入口21近くから
配置されている長い8枚の旋回羽根22bに沿って流れ
ることで加速され、その途中でこの空気流中に二次燃料
ノズル6の噴孔61から燃料が噴射される。そして二次
燃料ノズル6の下流に配置された短い旋回羽根22aの
左右に導かれた空気流はさらに加速されるため、旋回羽
根22aの左右には、大きな速度勾配や乱れが形成され
る。この乱れを利用して燃料と空気の混合を促進するこ
とができる。
In the present embodiment, the air introduced into the secondary premixing passage 23 from the passage 50 is accelerated by flowing along eight long swirling vanes 22b disposed near the inlet 21 and is accelerated. On the way, fuel is injected into the air flow from the injection hole 61 of the secondary fuel nozzle 6. The airflow guided to the left and right of the short swirl vanes 22a disposed downstream of the secondary fuel nozzle 6 is further accelerated, so that large velocity gradients and turbulence are formed on the left and right of the swirl vanes 22a. Utilizing this turbulence, mixing of fuel and air can be promoted.

【0025】ここで、噴孔61のうち、図3で左側に配
置されている噴孔61Lは、燃料ノズル6からみて空気
流れ方向の上流側に位置し、右側に配置されている噴孔
61Rが下流側に位置することになる。その結果、負荷
が少なく燃料供給量が少ない場合、噴孔61Lには比較
的高い空気圧がかかる一方、噴孔61Rには比較的低い
空気圧がかかるため、噴孔61Rからの噴射量が相対的
に増加する。この結果、乱れが大きな後流側に噴射され
る燃料量が相対的に増えることで、混合が促進される効
果が得られる。さらに、燃料ノズル6が旋回羽根22d
の延長上に近接して配置されているので、燃料ノズル6
に火炎が保持されにくい効果もある。
Here, of the injection holes 61, the injection hole 61L disposed on the left side in FIG. 3 is located on the upstream side in the air flow direction as viewed from the fuel nozzle 6, and the injection hole 61R disposed on the right side. Will be located downstream. As a result, when the load is small and the fuel supply amount is small, a relatively high air pressure is applied to the injection hole 61L, and a relatively low air pressure is applied to the injection hole 61R, so that the injection amount from the injection hole 61R is relatively small. To increase. As a result, the amount of fuel injected to the downstream side where the turbulence is large relatively increases, whereby the effect of promoting the mixing is obtained. Further, the fuel nozzle 6 is turned by the swirling blade 22d.
The fuel nozzle 6
There is also an effect that the flame is hardly held.

【0026】こうして良好に混合された予混合気は内筒
2内の二次予混合燃焼室25へと導かれ、パイロット燃
焼部43、一次予混合燃焼室15のそれぞれに形成され
ているパイロット拡散火炎、一次予混合火炎によって燃
焼し、二次予混合火炎を形成する。
The premixed gas thus well mixed is guided to the secondary premixed combustion chamber 25 in the inner cylinder 2, and the pilot diffusion formed in the pilot combustion section 43 and the primary premixed combustion chamber 15, respectively. The flame is burned by the primary premixed flame to form a secondary premixed flame.

【0027】本発明によれば、比較的コンパクトで短い
空間で予混合気を広い運転範囲で均質に混合することが
できるため、所望の当量比の予混合気を確実に得ること
ができ、広い運転範囲で低NOx、低CO燃焼を実現でき
る。
According to the present invention, since the premixed gas can be homogeneously mixed in a relatively compact and short space in a wide operating range, a premixed gas having a desired equivalence ratio can be reliably obtained, and a wide mixture can be obtained. Low NOx and low CO combustion can be realized in the operating range.

【0028】ここで、一次燃料ノズル5と二次燃料ノズ
ル6は、軸中心から見てそれぞれが他方のノズルの間、
すなわち周方向で互い違いに配置されていることが好ま
しい。このように配置すると、一次予混合気、二次予混
合気のそれぞれに周方向で当量比の不均一分布が発生し
たとしても、その燃料濃度の濃淡位置を周方向でずらす
ことができ、不均一性の影響を軽減することができる。
Here, the primary fuel nozzle 5 and the secondary fuel nozzle 6 are respectively located between the other nozzles when viewed from the axial center.
That is, it is preferable that they are alternately arranged in the circumferential direction. With this arrangement, even if a non-uniform distribution of the equivalence ratio occurs in the circumferential direction in each of the primary premixed gas and the secondary premixed gas, the concentration position of the fuel concentration can be shifted in the circumferential direction. The effect of uniformity can be reduced.

【0029】以上の説明では、予混合気を二段階燃焼さ
せる実施形態について説明してきたが、3段以上の段階
で予混合気を燃焼させてもよく、予混合気を単段燃焼さ
せる場合についても本発明は好適に適用可能である。
In the above description, the embodiment in which the premixed gas is burned in two stages has been described. However, the premixed gas may be burned in three or more stages. However, the present invention can be suitably applied.

【0030】続いて、本発明に係る予混合燃焼器の第二
の実施形態について説明する。この第二の実施形態は基
本構成は図1に示される第一の実施形態と同様であり、
燃料ノズルと旋回羽根の配置が第一の実施形態とは異な
る。
Next, a second embodiment of the premixed combustor according to the present invention will be described. The second embodiment has the same basic configuration as the first embodiment shown in FIG.
The arrangement of the fuel nozzle and the swirl vanes is different from the first embodiment.

【0031】図4は、第二の実施形態における二次予混
合通路23の円盤部の断面図、図5は、そのノズル、旋
回羽根の関係を示す拡大図であり、それぞれ図2、図3
に対応する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the disk portion of the secondary premixing passage 23 in the second embodiment, and FIG. 5 is an enlarged view showing the relationship between the nozzle and the swirl vanes.
Corresponding to

【0032】本実施形態においては、旋回羽根22は、
16枚の同一形状の短い旋回羽根22aのみで構成され
ている。これら半径方向に対して傾けて等間隔で配置さ
れており、その先端、後端それぞれの径方向位置は同一
となるよう配置されている。
In the present embodiment, the swirl vanes 22
It is composed of only 16 short rotating blades 22a of the same shape. They are arranged at equal intervals inclining with respect to these radial directions, and their front and rear ends are arranged so that their radial positions are the same.

【0033】二次燃料ノズル6はそれぞれ一つおきの旋
回羽根22aを入口側に延長した位置で近接して配置さ
れる。この二次燃料ノズル6の側面には対応する旋回羽
根22aの左右それぞれに向かって開口する噴孔63が
設けられている。
The secondary fuel nozzles 6 are arranged close to each other at positions where every other swirl blade 22a extends toward the inlet side. On the side surface of the secondary fuel nozzle 6, there are provided injection holes 63 that open toward the left and right sides of the corresponding swirling blade 22a.

【0034】本実施形態においては、二次予混合通路2
3の入口まで旋回羽根22aが延長されていないため、
二次予混合通路23の空気流動がその外空間内の空気流
動の変動や偏りに対して影響を受けにくい。また、旋回
羽根22aを短く揃えることで製作コストをさらに低減
し得る。そして、旋回羽根22aの左右に向かって開口
している噴孔62からそれぞれ燃料を旋回羽根22aの
左右に向かって噴射することで、旋回羽根22aの左右
に形成される大きな速度勾配や乱れを利用して燃料と空
気の混合を促進することができる。
In this embodiment, the secondary premix passage 2
Since the swirl vanes 22a are not extended to the entrance of No. 3,
The air flow in the secondary premixing passage 23 is less affected by fluctuations and deviations of the air flow in the outer space. Further, by making the swirling blades 22a short, the manufacturing cost can be further reduced. By injecting fuel toward the left and right sides of the swirling blade 22a from the injection holes 62 opened to the left and right sides of the swirling blade 22a, a large velocity gradient and turbulence formed on the left and right sides of the swirling blade 22a are utilized. To promote mixing of the fuel and air.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で広い負荷範囲で均質な予混合気を得ること
ができるので、低NOx、低CO燃焼が実現できる。また、
構成が簡単なので、製造が容易で、製造コストを低減
し、メンテナンス性も向上する。
As described above, according to the present invention,
Since a homogeneous premixed gas can be obtained in a wide load range with a simple configuration, low NOx and low CO combustion can be realized. Also,
Since the configuration is simple, the production is easy, the production cost is reduced, and the maintainability is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る予混合燃焼器の第一の実施形態を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a premixed combustor according to the present invention.

【図2】第一の実施形態の空気通路の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an air passage according to the first embodiment.

【図3】図2の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2;

【図4】第二の実施形態の空気通路の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of an air passage according to a second embodiment.

【図5】図4の一部拡大図である。FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…外筒、2…内筒、5…一次燃料ノズル、6…二次燃
料ノズル、12、22…旋回羽根、13…一次予混合通
路、23…二次予混合通路、61、63…噴孔100…
予混合燃焼器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer cylinder, 2 ... Inner cylinder, 5 ... Primary fuel nozzle, 6 ... Secondary fuel nozzle, 12, 22 ... Swirl vane, 13 ... Primary premix passage, 23 ... Secondary premix passage, 61, 63 ... Injection Hole 100 ...
Premixed combustor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畦上 修 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 井戸田 芳典 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 長谷川 雅一 愛知県豊田市元町1番地 トヨタ自動車株 式会社元町工場内 Fターム(参考) 3K065 TA01 TA04 TB01 TC08 TD02 TF03 TJ03 TJ06 TM05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Osamu Unegami 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. 41, Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Masakazu Hasegawa 1 Motomachi, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation Motomachi Plant F term (reference) 3K065 TA01 TA04 TB01 TC08 TD02 TF03 TJ03 TJ06 TM05

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料を空気通路に噴射することで予め混
合させたうえで燃焼室内で燃焼させる予混合燃焼器であ
って、 前記空気通路の入口部に同心円状かつ径方向に傾きをつ
けて配置されて空気流を旋回させる複数の旋回羽根と、 前記旋回羽根の一つおきに対応してその上流側に配置さ
れ、該旋回羽根の両翼面方向のそれぞれに対応して開口
している噴孔から燃料を噴射する燃料ノズルと、 を備えている予混合燃焼器。
1. A premixed combustor in which fuel is preliminarily mixed by injecting fuel into an air passage and then burned in a combustion chamber, wherein an inlet of the air passage is concentrically and radially inclined. A plurality of swirling vanes arranged to swirl the air flow, and jets arranged upstream of the swirling vanes corresponding to every other swirling vanes and opened corresponding to both blade surface directions of the swirling vanes. A fuel nozzle for injecting fuel from the hole;
【請求項2】 前記噴孔の開口方向は、前記空気通路の
入口方向に対して直交する方向に形成されている請求項
1記載の予混合燃焼器。
2. The premix combustor according to claim 1, wherein an opening direction of the injection hole is formed in a direction orthogonal to an inlet direction of the air passage.
【請求項3】 燃料を空気通路に噴射することで予め混
合させたうえで燃焼室内で燃焼させる予混合燃焼器であ
って、 前記空気通路の入口から燃料の噴射位置までの距離を
D、空気通路の高さをHとすると、H≦D<2Hの関係
を満たす位置に噴孔を有する燃料ノズルが設けられてい
る予混合燃焼器。
3. A premixed combustor in which fuel is previously mixed by injecting the fuel into an air passage and then burned in a combustion chamber, wherein a distance from an inlet of the air passage to a fuel injection position is D, Assuming that the height of the passage is H, a premixed combustor provided with a fuel nozzle having an injection hole at a position satisfying a relationship of H ≦ D <2H.
【請求項4】 前記空気通路を複数段備え、その各々に
燃料ノズルが配置されているとともに、各燃料ノズル
は、各空気通路に配置される旋回羽根の上流側延長に近
接して配置されている請求項1〜3のいずれかに記載の
予混合燃焼器。
4. A fuel cell system comprising: a plurality of air passages; a fuel nozzle disposed in each of the air passages, wherein each fuel nozzle is disposed adjacent to an upstream extension of a swirling vane disposed in each air passage; The premixed combustor according to claim 1.
【請求項5】 一次予混合燃料の空気通路と二次予混合
燃料の空気通路の一方に配置されている燃料ノズルは、
軸中心からみて他方に配置されている燃料ノズルの間に
配置されている請求項4記載の予混合燃焼器
5. A fuel nozzle disposed in one of an air passage for a primary premixed fuel and an air passage for a secondary premixed fuel,
5. The premixed combustor according to claim 4, wherein the premixed combustor is disposed between fuel nozzles disposed on the other side as viewed from the center of the shaft.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006144759A (en) * 2004-11-25 2006-06-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Premixing combustor for gas turbine and its fuel supply control method
CN100445642C (en) * 2004-12-06 2008-12-24 北京时代桃源环境科技有限公司 Burning apparatus by using gas of buried garbage

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