JP2003074854A - ガスタービン・エンジンの燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 着火性あるいは保炎性を向上させて安定した
拡散燃焼を得ると共に、予混合燃焼範囲を拡大させ、さ
らには予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え時の燃焼の安定
性なども向上させるようにしたガスタービン・エンジン
の燃焼器を提供する。 【解決手段】 燃焼室２４の中心軸線２４ｃ上に混合気
を点火する点火プラグ３４を配置すると共に、前記点火
プラグの回りに拡散燃焼用の第２の燃料通路２２ｍを形
成し、さらに、第２の燃料通路２２ｍに連続する第２の
噴射口２２ｎを点火プラグの発熱体３４ｂの回りに複数
個配置する。また、混合気生成通路２２ａを拡散燃焼用
の空気通路とすると共に、第２の複数口２２ｎの回り
に、予混合燃焼用の第１の噴射口２２ｆを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はガスタービン・エ
ンジンの燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン・エンジンの燃焼器とし
て、特開２０００−７４３７４号公報に記載されるよう
な拡散燃焼用と予混合燃焼用の燃焼器を組み合わせた燃
焼器を備えたものが、知られている。

【０００３】この従来技術においては、予混合管の中心
位置に拡散燃焼用の噴射口を１個配置すると共に、その
回りに予混合燃焼用の噴射口を複数個配置し、さらにの
中心位置から偏心させて点火プラグを位置させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種のガスタービン
・エンジンにあっては、低エミッション化を図る点で予
混合燃焼を活用することが望ましいが、予混合燃焼は拡
散燃焼に比して燃焼が不安定であることから、アイドル
時などは拡散燃焼に頼らざるを得ない。従って、拡散燃
焼と予混合燃焼の間で頻繁に切り替える必要があるが、
切り替え時は燃焼が不安定となりやすいことから、十分
な着火性あるいは保炎性を確保する必要がある。

【０００５】しかしながら、上記した従来技術にあって
は、上記したように、燃焼器の中心位置に拡散燃焼用の
噴射口を１個配置すると共に、その回りに予混合燃焼用
の噴射口を複数個配置し、さらに中心位置から偏心させ
て点火プラグを位置させていることから、着火性あるい
は保炎性の点で必ずしも満足できるものではなく、拡散
燃焼の安定化、予混合燃焼範囲の拡大化、および予混合
燃焼と拡散燃焼の切り替え時の燃焼の安定化などでも改
良すべき余地を残していた。

【０００６】従って、この発明の目的は上記した課題を
解消することにあり、着火性あるいは保炎性を向上させ
て安定した拡散燃焼を得ると共に、予混合燃焼範囲を拡
大させ、さらには予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え時の
燃焼の安定性なども向上させるようにしたガスタービン
・エンジンの燃焼器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

【０００８】上記の目的を達成するために、請求項１項
にあっては、コンプレッサで加圧された空気を圧送する
空気供給路と気体燃料供給源に接続される複数個のベン
チュリミキサを備え、前記複数個のベンチュリミキサで
前記空気と気体燃料を混合して生成された混合気を燃焼
室に供給して予混合燃焼あるいは拡散燃焼させ、生じた
燃焼ガスでタービンを回転させて前記コンプレッサを駆
動する一方、前記タービンの回転を出力軸を介して出力
するガスタービン・エンジンの燃焼器で、前記複数個の
ベンチュリミキサのそれぞれが、前記空気供給路に接続
される空気取り入れ口と、前記気体燃料供給源に接続さ
れる燃料取り入れ口と、前記空気取り入れ口と前記燃料
取り入れ口に連続すると共に、混合気生成部で合流して
混合気を生成する混合気生成通路と、前記混合気生成通
路の終端で前記燃焼室に開口する第１の噴射口とを備え
るガスタービン・エンジンの燃焼器において、前記燃焼
室の中心軸線上に前記混合気を点火する点火プラグを配
置すると共に、前記点火プラグの回りに前記拡散燃焼用
の第２の燃料通路を形成し、さらに、前記第２の燃料通
路に連続する第２の噴射口を前記点火プラグの発熱体の
回りに複数個配置する如く構成した。

【０００９】燃焼室の中心軸線上に混合気を点火する点
火プラグを配置すると共に、その回りに拡散燃焼用の第
２の燃料通路を形成し、さらに、第２の燃料通路に連続
する第２の噴射口を点火プラグの発熱体の回りに複数個
配置する如く構成したので、燃焼室の中心軸線付近はよ
どみ領域となり、そこに拡散燃焼用の燃料を噴射するこ
ととなり、燃料の拡散を抑えることができて濃い混合気
を形成することができると共に、その軸線上に点火プラ
グの発熱体を配置することで着火性あるいは保炎性を向
上させることができるため、安定した拡散燃焼を実現す
ることができる。

【００１０】また、予混合燃焼に関しては混合気が旋回
流とされることで燃焼が促進されて安定した予混合燃焼
が実現できることから、予混合燃焼範囲を拡大させるこ
とができると共に、低エミッション化を図ることができ
る。さらには予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え時の燃焼
の安定性なども向上させることができる。

【００１１】さらに、部材を中心軸線に対称に配置する
ことで、熱による変形（延び）の影響を均等化すること
ができ、それによってもベンチュリミキサとしての耐久
性を向上させることができる。

【００１２】請求項２項にあっては、前記混合気生成通
路を前記拡散燃焼用の空気通路とすると共に、前記複数
個の第２の噴射口の回りに、前記第１の噴射口を配置す
るように構成した。

【００１３】混合気生成通路を予混合燃焼用の燃料通路
とすると共に、複数個の第２の噴射口の回りに、第１の
噴射口を配置するように構成したので、予混合燃焼に関
しては混合気が旋回流とされることで燃焼が促進されて
安定した予混合燃焼が実現できることから、予混合燃焼
範囲を拡大させることができると共に、低エミッション
化を図ることができる。また、拡散燃焼に関しても燃料
の拡散が防止されると共に、着火性あるいは保炎性が向
上されることで安定した拡散燃焼を実現することができ
る。さらには予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え時の燃焼
の安定性なども向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に即し、この発明
の一つの実施の形態に係るガスタービン・エンジンの燃
焼器を説明する。

【００１５】図１はその装置をガスタービン・エンジン
全体を含めて示す概略図である。

【００１６】図１において、符号１０はガスタービン・
エンジンを示す。ガスタービン・エンジン１０は、コン
プレッサ１２と、タービン１４と、燃焼器１６を備え
る。コンプレッサ１２は、タービン１４の出力軸（ター
ビンシャフト）１４ａを介してタービン１４に連結さ
れ、タービン１４の回転で駆動させられる。

【００１７】また、タービン１４の出力軸１４ａには発
電機２０が接続される。発電機２０はタービン１４の回
転で駆動され、１００ｋＷ程度の電力を発電する。発電
機２０には電気機器（図示せず）が負荷として接続され
る。このように、図示のガスタービン・エンジン１０は
定置型であって、自家発電装置を構成する小型のガスタ
ービン・エンジンである。

【００１８】燃焼器１６はベンチュリミキサ２２と、そ
れに気密に取り付けられた燃焼室２４からなる。ベンチ
ュリミキサ２２は図示の如く、ミキサ基体２２ａの中に
形成される。ミキサ基体２２ａは、燃焼室２４の中心軸
線２４ｃ（タービン出力軸線１４ｂに一致）上に配置さ
れる。

【００１９】ミキサ基体２２ａにおいて、ベンチュリミ
キサ２２は、外部に開口して新気を吸入する空気吸入口
２６に接続され、コンプレッサ１２で加圧された空気を
圧送する空気供給路３０に接続されると共に、気体燃料
供給源（図示せず）に接続され、それら空気と気体燃料
を混合して混合気を生成し、燃焼室２４に供給して燃焼
させる。尚、気体燃料としては、天然ガスなどのガス燃
料を使用する。

【００２０】図２はベンチュリミキサ２２が形成される
ミキサ基体２２ａの構造を詳細に示す断面図、図３は燃
焼室側から見たミキサ基体２２ａの正面図、図４は図３
のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図で
ある。

【００２１】図示の如く、ミキサ基体２２ａは燃焼室側
の本体２２ａ１と、それに取り付けられるフランジ部２
２ａ２とからなり、それらの内部に複数個のベンチュリ
ミキサ（マルチベンチュリミキサ）２２が形成される。

【００２２】以下、ベンチュリミキサ２２の構成を詳細
に説明すると、ベンチュリミキサ２２は複数個、より正
確には２０個のマルチベンチュリミキサとして構成され
る。ベンチュリミキサ２２は、図３に良く示す如く、そ
の中の１０個が、ミキサ基体２２ａの中心軸線２２ａ３
（タービン１４の出力軸１４ａの軸線１４ｂに一致）の
回りに所定の間隔をおいて放射状に配置されると共に、
その外側には残りの１０個が同様に所定の間隔をおいて
放射状に配置される。

【００２３】２０個のベンチュリミキサ２２のそれぞれ
は、空気供給路３０に接続される空気取り入れ口２２ｂ
と、燃料管２２ｃを介して前記気体燃料供給源に接続さ
れる燃料取り入れ口２２ｄと、空気取り入れ口２２ｂと
燃料取り入れ口２２ｄに連続すると共に、混合気生成部
で合流して混合気を生成する混合気生成通路２２ｅと、
混合気生成通路２２ｅの終端で燃焼室２４に開口する噴
射口２２ｆとを備える。

【００２４】混合気生成部は、空気取り入れ口２２ｂに
接続され、縮径された断面円形（後述）のスロート部２
２ｈと、燃料取り入れ口２２ｄに接続され、スロート部
２２ｈに穿設された噴射孔２２ｊを介して合流して混合
気生成通路２２ｅに連続する燃料通路２２ｋを備える。

【００２５】図示のガスタービン・エンジン１０は気体
燃料（天然ガス）を用いるが、上記は予混合燃焼用の混
合気の供給の場合である。図６は燃焼温度、より正確に
は断熱火炎温度（混合気を断熱の条件の下で燃焼させた
ときの温度）Ｔａｄに対するＣＯ，ＮＯｘのエミッショ
ン濃度（排出濃度）を示すグラフ図である。

【００２６】低エミッション化のためには、ＣＯ，ＮＯ
ｘのエミッション濃度を図示のエミッション濃度上限以
下の可能な限り低い値に抑制するのが望ましい。この種
のガスタービン・エンジンにあっては、燃焼形態は拡散
燃焼と予混合燃焼に大別されるが、予混合燃焼は拡散燃
焼に比較して燃焼温度が比較的低いことから、エミッシ
ョン性能の点で優れているが、アイドル時などの運転状
態では失火を招き易い。

【００２７】他方、拡散燃焼は安定した燃焼が得られる
が、混在する高温部位がＮＯｘの排出濃度を増加させ
る。このように、図７に示す如く、燃焼範囲において拡
散燃焼は常に可能であるが、予混合燃焼は限られた範囲
でのみ可能となる。そこで、ベンチュリミキサ２２とし
ては両者の燃焼を可能とする構成にすると共に、断熱火
炎温度Ｔａｄおよび運転状態などから２種の燃焼形態の
いずれかを選択することになる。

【００２８】図２などに戻り、その拡散燃焼用の構成に
ついて説明すると、ミキサ基体２２ａの中心軸線２２ａ
３（タービン１４の出力軸１４ａの軸線１４ｂおよび燃
焼室２４の中心軸線２４ｃに一致）上に混合気を点火す
る点火プラグ３４が配置されると共に、点火プラグ３４
の本体３４ａの回りに、第２の燃料管２２ｌを介して前
記気体燃料供給源に接続される、点火プラグ３４に沿っ
て真っ直ぐ延びる拡散燃焼用の第２の燃料通路２２ｍが
形成される。

【００２９】点火プラグ３４はグロー型からなり、その
先端には燃焼室２４を臨む位置において発熱体３４ｂが
形成される。点火プラグ（グロープラグ）３４は図示し
ない電圧源から通電されることにより、先端の発熱体３
４ｂが１２００℃から１３００℃程度に発熱し、その熱
で燃焼室２４内の混合気を着火する。

【００３０】第２の燃料通路２２ｍの先端には、第２の
燃料通路２２ｍに連続する第２の噴射口２２ｎが、点火
プラグ３４の発熱体３４ｂの回りに複数個配置される。
より正確には図３に示す如く、所定の間隔をおいて６個
と１２個の第２の噴射口２２ｎが同心円をなし、発熱体
３４ｂに近接して発熱体３４ｂを囲むように放射状に配
置、即ち、２つの（複数の）半径の異なる円周上に配置
される。尚、図示の簡略化のため、図２では第２の噴射
口２２ｎは１個のみ示した。

【００３１】このように、図２に示す如く、ミキサ基体
２２ａの中心軸線２２ａ３（燃焼室２４の中心軸線２４
ｃ）には点火プラグ３４の発熱体３４ｂが配置されると
共に、その回りには拡散燃焼用の１８個の第２の噴射口
２２ｎが配置され、その外周には予混合燃焼用の２０個
の噴射口２２ｆが配置される。

【００３２】図示の構成において、燃料管２２ｃを介し
て気体燃料供給源に接続される燃料取り入れ口２２ｄに
は予混合燃焼用燃料が供給されると共に、燃料管２２ｌ
を介して同様に気体燃料供給源に接続される第２の燃料
通路２２ｍには拡散燃焼用燃料が供給される。

【００３３】予混合燃焼用燃料も拡散燃焼用燃料も同種
の気体燃料であるが、予混合燃焼では燃焼室２４に噴射
する以前で均一な混合気を生成する必要があることと、
予混合燃焼と拡散燃焼を切り替える必要があることか
ら、供給系統が図示のように別々に設けられる。

【００３４】即ち、図示しないバルブを開閉するなどし
て予混合燃焼用燃料の供給を停止すると共に、拡散燃焼
用燃料を供給すると、拡散燃焼用燃料は第２の燃料通路
２２ｍを通って第２の噴射口２２ｎから燃焼室２４に噴
射される。このとき、空気は空気取り入れ口２２ｂから
供給され、混合気生成通路２２ｅを通り、噴射口２２ｆ
から燃焼室２４に噴射され、燃焼室２４で燃料と混合し
て混合気が形成され、着火されて拡散燃焼を生じる。

【００３５】他方、拡散燃焼用燃料の供給が停止される
と共に、予混合燃焼用燃料が供給されると、予混合燃焼
用燃料は混合気生成部で空気と合流して混合気となり、
同様に混合気生成通路２２ｅを通り、噴射口２２ｆから
燃焼室２４に噴射され、着火されて予混合燃焼を生じ
る。

【００３６】ここで、混合気生成部を含む混合気生成通
路２２ｅを詳細に説明する。

【００３７】図８は混合気生成通路２２ｅのスロート部
２２ｈの縦断面図であり、図９はそのＩＸ−ＩＸ線断面
図である。

【００３８】図示の如く、スロート部２２ｈは中央部位
に向けて徐々に縮径された断面円形を呈すると共に、中
央部位には径方向から穿設されて燃料通路２２ｋを介し
て燃料取り入れ口２２ｄに接続される、前記した噴射孔
２２ｊが、所定の間隔をおいて３個形成される。噴射孔
２２ｊは、上記した燃料通路２２ｋに接続される燃料輸
送路２２ｊ１と、それに連続して直線状に穿設されて燃
料を噴射するときに方向を与えるようにされた細孔２２
ｊ２とからなる。

【００３９】噴射孔２２ｊはそれぞれ、スロート部２２
ｈの中心２２ｈ１から壁面２２ｈ２までの半径をｒとす
るとき、半径ｒをｎ倍だけオフセットさせた位置２２ｈ
３から前記中心を通る任意の線２２ｈ４に平行となる方
向に予混合燃焼用燃料を噴射するように、換言すれば、
細孔２２ｊ１が線２２ｈ４に平行となるように、スロー
ト部２２ｈの接線方向に向けて穿設される。尚、ｎは１
未満、望ましくは０．７から０．９である。

【００４０】このように、噴射孔２２ｊをスロート部２
２ｈの中心２２ｈ１からその接線方向（壁面方向）にオ
フセットさせることにより、流入する空気と燃料の混合
を効果的に促進させることができる。

【００４１】即ち、ベンチュリミキサ２２の場合、スロ
ート部２２ｈで空気に燃料が注入（噴射）され、その下
流の減速部（後述する２２ｅ１）で発生する速度勾配を
利用して空気と燃料が混合されるため、スロート部２２
ｈでは中心部まで燃料を貫通させるより、スロート部の
壁面付近２２ｈ２に沿わせて燃料を注入する方が、空気
と燃料を短時間でかつ均質に混合することができる。た
だし、壁面２２ｈ２に接近させ過ぎて燃料を注入する
と、壁面付近の運動量の小さい領域（境界層）に燃料が
留まり、空気全体に拡散しないため、均質な混合気を生
成することができない。

【００４２】そこで、この実施の形態においては、スロ
ート部２２ｈ１の中心を通る任意の線２２ｈ４に対して
平行で、かつ壁面２２ｈ２から僅かに離れた位置（ｒ・
ｎ）から燃料を注入するように構成したので、燃料が中
心部まで貫通することがなく、境界層に留まることがな
いので、減速部で混合が効果的に促進され、短時間で均
質な予混合気を生成することができる。ここで、ｎを
０．７から０．９に設定することで、燃料をスロート部
２２ｈの壁面２２ｈ２に付着させることがないようにし
た。

【００４３】このことは、同じ時間（距離）であれば、
より均質な予混合気が生成されることを意味し、燃焼温
度（断熱火炎温度）が同一であれば、ＮＯｘの排出濃度
を一層低減することができる。さらに、同程度に均質な
予混合気を生成するのであれば、より短時間（短距離）
で混合が可能となるため、自己着火を防止し易くなって
自己着火に対するタフネスを向上させることができる。

【００４４】図４に戻って混合気生成通路２２ｅの説明
を続けると、混合気生成通路２２ｅは、スロート部２２
ｈの下流位置で徐々に拡径されて（具体的にはミキサ基
体の中心軸線２２ａ３（軸線２４ｃに一致）に対して１
０度から１５度程度拡径されて）減速部２２ｅ１が形成
されると共に、その下流側の噴射口２２ｆ付近、より詳
しくはその手前で徐々に（滑らかに）縮径させられて絞
り部２２ｅ２が形成される。

【００４５】また、空気取り入れ口２２ｂに対して噴射
口２２ｆを中心軸線２２ａ３の円周方向にずらせ、これ
によって図４に示す如く、混合気生成通路２２ｅを絞り
部２２ｅ２から噴射口２２ｆにかけて前記円周方向に、
角度θ（より正確には中心軸線２２ａ３に対して６０度
から７０度）だけ偏向させるように構成される。

【００４６】具体的には、図３において、内周側の１０
個のベンチュリミキサの中の任意のものの空気取り入れ
口を２２ｂ１とすると共に、その噴射口２２ｆを２２ｆ
１とするとき、図示のように、円周方向（図では左旋回
方向）にずらせるように構成する。同様に、外周側の１
０個のベンチュリミキサの中の任意のものの空気取り入
れ口を２２ｂ２とすると共に、その噴射口２２ｆを２２
ｆ２とするとき、図示のように、円周方向（図では左旋
回方向）にずらせるように構成する。

【００４７】かく構成することにより、ベンチュリミキ
サ２２にスワラを一体的に設けることとなり、噴射され
る混合気は旋回するフローパターンを与えられることと
なって燃焼を促進し、保炎性能を向上させることがで
き、これによってＣＯ排出濃度を低減することができ
る。

【００４８】また、結果的に低い断熱火炎温度において
も安定した予混合燃焼が可能となり、予混合燃焼が可能
な範囲を拡大することができ、ＮＯｘの排出濃度も一層
低減することができる。

【００４９】即ち、複数個のベンチュリミキサ２２のそ
れぞれを燃焼室２４の中心軸線２４ｃを中心軸とする、
複数の半径の異なる円周上に配置し、噴射口２２ｆ付近
を混合気生成通路２２ｅに連続する通路として、断面積
を減少させながら滑らかに前記中心軸線２４ｃを中心と
する円周接線方向に偏向させるように構成したので、絞
り部２２ｅ２によって噴射口２２ｆ付近の予混合気の流
速を高くすることができ、燃焼室２４の火炎がミキサ２
２に侵入して逆火となるのを効果的に防止することがで
きる。それによって、燃焼用空気温度・燃焼温度（断熱
火炎温度）が高い場合でも、逆火や自己着火を起こすこ
となく、予混合燃焼を実現することができる。

【００５０】さらに、滑らかな通路が形成されることか
ら、逆火や自己着火の発生を一層効果的に抑制すること
ができて燃焼室に強い旋回流を生じさせることができ、
それによって燃焼が促進されて希薄予混合燃焼状態でも
安定した燃焼を実現することができてＣＯ排出濃度を低
減することができる。また、低い燃焼温度（断熱火炎温
度）での燃焼も可能となることから、ＮＯｘ排出濃度も
低減することができる。

【００５１】このように、予混合燃焼が可能な範囲を拡
大することができるので、ガスタービン・エンジン１０
においてより広い運転範囲（負荷範囲）で低エミッショ
ンの予混合燃焼を実現することができ、ガスタービン・
エンジンとして一層の低エミッション化を図ることがで
きる。

【００５２】尚、図示の如く、ベンチュリミキサ２２の
空気取り入れ口２２ｂは断面円形とすると共に、噴射口
２２ｆは断面略矩形状とする。また、空気取り入れ口２
２ｂの断面積をＡとするとき、噴射口２２ｆのそれはＡ
のｍ倍（ｍ：１．０から１．１）とする。

【００５３】このマルチベンチュリミキサ２２は図示の
ミキサ基体２２ａの本体２２ａ１として鋳造し、それに
フランジ部２２ａ２を取り付けることによって製作す
る。この種のマルチベンチュリミキサは通例、個々のベ
ンチュリミキサを接合して束ねることによって製作する
が、鋳造で製作することとしたので、大量生産時の製作
コストを低減させることができる。尚、ミキサ基体２２
ａは、フランジ部２２ａ２の周縁に穿設されたボルト孔
２２ａ４にボルト（図示せず）を挿通し、図１に示す如
く、タービン・ケーシング３６に取り付けて固定する。

【００５４】図１０は燃焼室２４付近の部分断面側面
図、図１１は同様にその部位の部分断面側面図、図１２
は図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。

【００５５】図１０などを参照してガスタービン・エン
ジン１０の説明を続けると、燃焼室２４は、ミキサ基体
２２ａに気密に固定されると共に、その中心軸線２２ａ
３（軸線１４ｂおよび２４ｃ）を中心としてミキサ基体
２２ａよりも径大の断面円形のケーシング（燃焼室ケー
シング）２４ａと、ミキサ基体２２ａに対向する側に設
けられた断面凸形を呈すると共に、その内部は空洞に構
成される側壁２４ｂとで囲まれる空間内に形成される。

【００５６】ケーシング２４ａの外側にはライナ４０が
配置される。ライナ４０は一端が、ミキサ基体２２ａの
本体２２ａ１に固定された円錐状のドーム４０ａに差し
込まれて半径方向のみ固定（軸方向には移動自在）され
ると共に、他端は、燃焼室２４で発生した燃焼ガスのタ
ービン１４の入力口である、タービンノズル１４ｃのケ
ーシングを構成する。図１１に示す如く、ライナ４０お
よびドーム４０ａには多数（複数個）の孔４０ｂが穿設
される。

【００５７】また、ケーシング２４ａの（側壁２４ｂに
近接する）先端付近には、ミキサ形状部２４ａ１が形成
される。ミキサ形状部２４ａ１は、図１２に示す如く、
波形に形成され、ライナ４０との離間距離ｄが凸位置で
は小さく、凹位置では大きくなるように形成される。か
かるミキサ形状部２４ａ１が、燃焼室ケーシング２４ａ
の全周にわたって形成される。

【００５８】次いで、図１を参照してガスタービン・エ
ンジン１０の動作を説明する。

【００５９】空気吸入口２６から矢印ａで示す如くコン
プレッサ１２で吸引されて加圧される空気（新気。例え
ば１５℃）は、矢印ｂで示すように空気供給路３０を流
れる。

【００６０】他方、タービン１４の回転に使用された燃
焼ガスは依然７００℃程度の高温にあることから、矢印
ｃで示すように熱交換器４２に送られ、そこでコンプレ
ッサ１２で吸引された新気と熱交換される。それによっ
て空気は例えば６００℃程度まで昇温された後、矢印ｄ
で示すように空気供給路３０を流れ、前記したようにベ
ンチュリミキサ２２に供給される。

【００６１】ベンチュリミキサ２２に供給された空気
は、その中を矢印で示す如く流れて気体燃料と混合し、
混合気となって燃焼室２４に噴射され、点火プラグ３４
で点火されて拡散燃焼あるいは予混合燃焼を生じる。

【００６２】上記したようにベンチュリミキサ２２を流
れる空気は６００℃程度まで昇温されているが、図２に
良く示す如く、この実施の形態にあっては点火プラグ３
４がミキサ基体２２ａの本体２２ａ１の中心軸線２２ａ
３の上に配置されると共に、点火プラグ３４の本体３４
ａの回りに拡散燃焼用の第２の燃料通路２２ｍが形成さ
れるようにしたので、燃料温度が２００℃程度であるこ
とから、点火プラグ３４を吸入空気温度から良く保護す
ることができ、その耐久性を向上させることができる。

【００６３】さらに、この実施の形態にあっては、ミキ
サ基体２２ａの本体２２ａ１中心には点火プラグ３４の
発熱体３４ｂが配置されると共に、その回りには拡散燃
焼用の１８個の第２の噴射口２２ｎが配置され、その外
周には予混合燃焼用の２０個の噴射口２２ｆが配置され
るように、換言すれば、混合気生成通路２２ｅを介して
点火プラグ３４の発熱体３４ｂの回りに、それから所定
距離をおいて旋回流を生じさせるように構成したので、
本体２２ａ１の中心軸線２２ａ３の付近はよどみ領域と
なり、そこに拡散燃焼用の燃料を噴射することとなり、
燃料の拡散を抑えることができて濃い混合気を形成する
ことができる。また、その中心軸線２２ａ３上に点火プ
ラグの発熱体３４ｂを配置することで着火性あるいは保
炎性も良好となる。

【００６４】また、このように部材を中心軸線２３ａ３
（２４ｃ）に対称配置することで、熱による変形（延
び）の影響を均等化することができ、それによってベン
チュリミキサ２２としての耐久性を向上させることがで
きる。尚、燃料の拡散は、燃焼空気のフローパターン、
あるいは第２の噴射口２２ｎの直径、本数、角度などで
適宜に調整することができる。

【００６５】このように、予混合燃焼に関しては混合気
が旋回流とされることで燃焼が促進されて安定した予混
合燃焼が実現できて予混合燃焼が可能な範囲を拡大する
ことができ、一層の低エミッション化を図ることができ
る。さらに、拡散燃焼に関しても燃料の拡散が防止され
ると共に、着火性あるいは保炎性が向上されることで、
燃料流量が少ないときも安定した拡散燃焼を得ることが
でき、予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え時の燃焼の安定
性などでも向上させることができる。

【００６６】図１の説明に戻ると、よって生じた燃焼ガ
スは矢印ｅで示す如く流れ、タービンノズル１４ｃを通
ってタービン１４を回転させる。タービン１４の回転は
出力軸１４ａを介してコンプレッサ１２を回転させると
共に、発電機２０を駆動する。

【００６７】このとき、空気供給路３０を流れる空気の
一部は、矢印ｆで示すように、多数穿設された孔４０ｂ
を通って（介して）燃焼室２４のケーシング２４ａの外
側に導入され、冷却空気としてケーシング２４ａの壁面
に噴流衝突させられる。

【００６８】即ち、燃焼室２４の温度は燃焼時には１５
００℃にも達し、ケーシング２４ａの壁温もそのままで
は１０００℃に達してしまうため、この実施の形態にお
いては、多数穿設された孔４０ｂから冷却空気をケーシ
ング２４ａの壁面に噴流衝突させるようにした。これに
よってケーシング２４ａの壁面付近の冷却空気の温度上
昇を抑えることができ、冷却効率を向上させることがで
きる。

【００６９】通常、座屈に許容される温度より、酸化に
許容される温度の方が高いが、図示の構造では、空気通
路３０と燃焼室２４との間に発生する圧力差による荷重
のほとんどをライナ４０が受けることになる（ケーシン
グ２４ａの外側と燃焼室２４の間に発生する圧力差は、
空気通路３０と燃焼室２４との間に発生する圧力差と比
較すると充分に低い）。

【００７０】しかしながら、この実施の形態において
は、ケーシング２４ａが燃焼室２４からの熱を遮断する
ため、ライナ４０の壁温が過度に上昇することがなく、
よって座屈耐力を容易に確保することができる。また、
ケーシング２４ａは受ける荷重が小さいため、酸化に対
する許容温度まで壁温を上げることができ、それによっ
てＣＯの排出濃度を低減させて低エミッション化を図る
ことができる。

【００７１】即ち、この種のガスタービン・エンジンで
は、燃焼室２４を冷却させるため、通例、膜冷却方式が
用いられる。この膜冷却方式では、冷却に遣われた空気
はそのまま燃焼室に導入され、燃焼用あるいは希釈用の
空気として使用される。予混合燃焼の場合、燃焼過程の
途中で空気（新気）が燃焼室２４に流入すると、燃焼が
不安定になり、不完全燃焼を生じてＣＯの排出が増加
し、失火が起こる。燃焼温度（断熱火炎温度）を高くし
ないと安定した燃焼（完全燃焼）が得られず、ＮＯｘの
排出濃度も増加する。これは、燃焼ガスの温度低下や、
空間的な燃料濃度分布の均質性が失われるためである。

【００７２】この実施の形態では、穿孔されたライナ４
０（およびドーム４０ａ）を設け、噴流衝突させて冷却
させるようにしたので、換言すれば、ケーシング２４ａ
を穿孔する必要がないので、その部位からの希釈空気の
侵入を防止することができ、安定した燃焼、特に燃焼と
して不安定な予混合燃焼の安定化を図ることができる。

【００７３】このように、ケーシング２４ａの冷却に使
用された空気（冷却空気）は、全て（燃焼ガスを所定の
温度に調節するための）希釈空気として燃焼ガスと混合
される。即ち、ケーシング２４ａの最後流（最下流）部
で燃焼反応が終了した燃焼ガスと混合されることから、
安定した予混合燃焼を実現することができる。

【００７４】また、ケーシング２４ａの先端付近にはミ
キサ形状部２４ａ１が形成されてライナ４０との離間距
離ｄが凸位置では小さく、凹位置では大きくなるように
形成されることから、矢印ｅで示す燃焼ガスと矢印ｆで
示す冷却空気（希釈空気）がタービンノズル１４ｃの入
口で合流するとき、相互に接触する面積が増加して両者
が良く混じり合い、それによっても冷却空気が燃焼室２
４に侵入するのを低減することができ、予混合燃焼の安
定化を図ることができる。

【００７５】さらに、ケーシング２４ａはミキサ基体２
２ａの本体２２ａ１に気密に取り付けるようにしたの
で、それによっても空気が燃焼室２４に侵入するのを防
止することができて予混合燃焼の安定化を図ることがで
きる。また、前記したように、予混合燃焼の安定化は予
混合燃焼域が拡大することを意味し、結果として一層の
低エミッション化を達成することができる。

【００７６】さらに、燃焼ガスと希釈空気（冷却空気）
を平行流で混合（合流）させてタービンノズル１４ｃを
介してタービン１４に供給するようにしたので、冷却空
気の燃焼室２４への逆流を防止することができて燃焼の
安定化を一層良く実現することができる。

【００７７】尚、図１１に示す如く、ライナ４０（およ
びドーム４０ａ）において孔４０ｂは２列穿設された比
較的大径な孔群を除くと、残余の孔群は同一の孔径に形
成されているが、燃焼室２４の温度分布に応じて変化さ
せることにより、壁温の分布も適宜に設定することも可
能となり、膜冷却手法を用いることなく、ケーシング２
４ａを効果的に冷却することができる。

【００７８】図１の説明に戻ると、熱交換に使用された
燃焼ガスは、矢印ｇで示す如く、排気口４４からガスタ
ービン・エンジン１０の外部に排出される。また図１お
よび図１０で符号４６，４８はそれぞれ、圧力センサと
温度センサが組み合わされたセンサ構造体を示す。

【００７９】尚、熱交換に使用された燃焼ガスは、矢印
ｇで示す如く、排気口４４からガスタービン・エンジン
１０の外部に排出される。また図１および図１０で符号
４６，４８はそれぞれ、圧力センサと温度センサが組み
合わされたセンサ構造体を示す。

【００８０】この実施の形態にあっては上記の如く、コ
ンプレッサ１２で加圧された空気を圧送する空気供給路
３０と気体燃料供給源に接続される複数個のベンチュリ
ミキサ２２を備え、前記複数個のベンチュリミキサ２２
で前記空気と気体燃料を混合して生成された混合気を燃
焼室２４に供給して予混合燃焼あるいは拡散燃焼させ、
生じた燃焼ガスでタービン１４を回転させて前記コンプ
レッサ１２を駆動する一方、前記タービン１４の回転を
出力軸１４ａを介して出力するガスタービン・エンジン
１０の燃焼器１６で、前記複数個のベンチュリミキサ２
２のそれぞれが、前記空気供給路３０に接続される空気
取り入れ口２２ｂと、前記気体燃料供給源に接続される
燃料取り入れ口２２ｄと、前記空気取り入れ口２２ｂと
前記燃料取り入れ口２２ｄに連続すると共に、混合気生
成部で合流して混合気を生成する混合気生成通路２２ｅ
と、前記混合気生成通路の終端で前記燃焼室２４に開口
する第１の噴射口２２ｆとを備えるガスタービン・エン
ジンの燃焼器において、前記燃焼室の中心軸線（２４
ｃ，２２ａ３）上に前記混合気を点火する点火プラグ３
４を配置すると共に、前記点火プラグの回りに前記拡散
燃焼用の第２の燃料通路２２ｍを形成し、さらに、前記
第２の燃料通路２２ｍに連続する第２の噴射口２２ｎを
前記点火プラグの発熱体３４ｂの回りに複数個配置する
如く構成した。

【００８１】また、前記混合気生成通路２２ａを前記拡
散燃焼用の空気通路とすると共に、前記複数個の第２の
噴射口２２ｎの回りに、前記第１の噴射口２２ｆを配置
するように構成した。

【００８２】尚、上記の実施の形態において、図９でベ
ンチュリミキサ２２のスロート部２２ｈに噴射孔２２ｊ
を３個設けた例を図示したが、２個あるいは４個設けて
も良い。

【００８３】

【発明の効果】請求項１項にあっては、燃焼室の中心軸
線上に混合気を点火する点火プラグを配置すると共に、
その回りに拡散燃焼用の第２の燃料通路を形成し、さら
に、第２の燃料通路に連続する第２の噴射口を点火プラ
グの発熱体の回りに複数個配置する如く構成したので、
燃焼軸の中心軸線付近はよどみ領域となり、そこに拡散
燃焼用の燃料を噴射することとなり、燃料の拡散を抑え
ることができて濃い混合気を形成することができると共
に、その軸線上に点火プラグの発熱体を配置することで
着火性あるいは保炎性を向上させることができるため、
安定した拡散燃焼を実現することができる。

【００８４】また、予混合燃焼に関しては混合気が旋回
流とされることで燃焼が促進されて安定した予混合燃焼
が実現できることから、予混合燃焼範囲を拡大させるこ
とができると共に、低エミッション化を図ることができ
る。さらには予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え時の燃焼
の安定性なども向上させることができる。

【００８５】さらに、部材を中心軸線に対称に配置する
ことで、熱による変形（延び）の影響を均等化すること
ができ、それによってもベンチュリミキサとしての耐久
性を向上させることができる。

【００８６】請求項２項にあっては、混合気生成通路を
拡散燃焼用の空気通路とすると共に、複数個の第２の噴
射口の回りに、第１の噴射口を配置するように構成した
ので、予混合燃焼に関しては混合気が旋回流とされるこ
とで燃焼が促進されて安定した予混合燃焼が実現できる
ことから、予混合燃焼範囲を拡大させることができると
共に、低エミッション化を図ることができる。また、拡
散燃焼に関しても燃料の拡散が防止されると共に、着火
性あるいは保炎性が向上されることで安定した拡散燃焼
を実現することができる。さらには予混合燃焼と拡散燃
焼の切り替え時の燃焼の安定性なども向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施の形態に係るガスタービ
ン・エンジンの燃焼器をガスタービン・エンジン全体を
含めて示す概略図である。

【図２】図１の燃焼器の中のベンチュリミキサが形成さ
れるミキサ基体の構造を詳細に示す断面図である。

【図３】図２のミキサ基体の燃焼室側から見た正面図で
ある。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】図１のガスタービン・エンジンの燃焼温度（断
熱火炎温度）Ｔａｄに対するＣＯ，ＮＯｘのエミッショ
ン濃度（排出濃度）を示すグラフ図である。

【図７】図１のガスタービン・エンジンの燃焼範囲にお
ける拡散燃焼と予混合燃焼の範囲を示すグラフ図であ
る。

【図８】図２のミキサ基体に形成されたベンチュリミキ
サの混合気生成部のスロート部の縦断面図である。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。

【図１０】図１のガスタービン・エンジンの燃焼室付近
の部分断面側面図である。

【図１１】同様に、図１のガスタービン・エンジンの燃
焼室付近の部分断面側面図である。

【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。

【符号の説明】

１０ ガスタービン・エンジン １２ コンプレッサ １４ タービン １４ａ タービンの出力軸 １４ｂ タービンの出力軸の軸線 １６ 燃焼器 ２０ 発電機 ２２ ベンチュリミキサ（マルチベンチュリミキ
サ） ２２ａ ミキサ基体 ２２ｂ 空気取り入れ口 ２２ｃ 燃料管（第１の燃料管） ２２ｄ 燃料取り入れ口 ２２ｅ 混合気生成通路 ２２ｅ１ 減速部 ２２ｅ２ 絞り部 ２２ｆ 噴射口（第１の噴射口） ２２ｈ スロート部 ２２ｊ 噴射孔 ２２ｋ 燃料通路（第１の燃料通路） ２２ｌ 第２の燃料管 ２２ｍ 第２の燃料通路 ２２ｎ 第２の噴射口 ２４ 燃焼室 ２４ａ ケーシング（燃焼室ケーシング） ２４ａ１ ミキサ形状部 ２４ｃ 燃焼室の中心軸線 ２６ 空気吸入口 ３０ 空気供給路 ３４ 点火プラグ ３４ａ 発熱体 ４０ ライナ ４０ｂ 孔 ４２ 熱交換器 ４４ 排気口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサで加圧された空気を圧送す
   る空気供給路と気体燃料供給源に接続される複数個のベ
   ンチュリミキサを備え、前記複数個のベンチュリミキサ
   で前記空気と気体燃料を混合して生成された混合気を燃
   焼室に供給して予混合燃焼あるいは拡散燃焼させ、生じ
   た燃焼ガスでタービンを回転させて前記コンプレッサを
   駆動する一方、前記タービンの回転を出力軸を介して出
   力するガスタービン・エンジンの燃焼器で、前記複数個
   のベンチュリミキサのそれぞれが、前記空気供給路に接
   続される空気取り入れ口と、前記気体燃料供給源に接続
   される燃料取り入れ口と、前記空気取り入れ口と前記燃
   料取り入れ口に連続すると共に、混合気生成部で合流し
   て混合気を生成する混合気生成通路と、前記混合気生成
   通路の終端で前記燃焼室に開口する第１の噴射口とを備
   えるガスタービン・エンジンの燃焼器において、前記燃
   焼室の中心軸線上に前記混合気を点火する点火プラグを
   配置すると共に、前記点火プラグの回りに前記拡散燃焼
   用の第２の燃料通路を形成し、さらに、前記第２の燃料
   通路に連続する第２の噴射口を前記点火プラグの発熱体
   の回りに複数個配置することを特徴とするガスタービン
   ・エンジンの燃焼器。
2. 【請求項２】 前記混合気生成通路を前記拡散燃焼用の
   空気通路とすると共に、前記複数個の第２の噴射口の回
   りに、前記第１の噴射口を配置したことを特徴とする請
   求項１項記載のガスタービン・エンジンの燃焼器。