JP2004108622A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、燃焼ガスの再循環領域を大きく保ち、その燃焼性を向上させることができるガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【解決手段】バイパス管５の内径φＲを、従来のバイパス管５ｅの内径φｒよりも太くすることで、部分負荷時に供給されるバイパス空気量の上限が従来に比べて多くなるように調節可能とする。このようにすることで、部分負荷時の燃焼用空気の流量を従来より低減することができ、その燃空比を高くすることができるため、燃焼ガス温度を高くして、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を抑制することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】バイパス管５の内径φＲを、従来のバイパス管５ｅの内径φｒよりも太くすることで、部分負荷時に供給されるバイパス空気量の上限が従来に比べて多くなるように調節可能とする。このようにすることで、部分負荷時の燃焼用空気の流量を従来より低減することができ、その燃空比を高くすることができるため、燃焼ガス温度を高くして、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を抑制することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃焼器に関するもので、特に、負荷の低い部分負荷時における安定燃焼を行う燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来のガスタービンの燃焼器を示す。図１１の燃焼器は、内筒１に挿入されたパイロットノズル２及びメインノズル３によって供給される燃料が、燃料とともに内筒１の上流側（この上流側とは、燃焼ガスの流れに対するものである）から供給される燃焼用空気によって燃焼される。このように燃料が燃焼することによって発生した高温の燃焼ガスが、内筒１の下流側に接続された尾筒４を通過してガスタービンに供給される。そして、尾筒４には、バイパス空気の流量を調整するバイパス弁６が設けられたバイパス管５ｅが接続され、このバイパス管５ｅより供給されるバイパス空気の流量を調整することによって、燃焼用空気の流量が調整される。
【０００３】
このように構成される燃焼器において、供給される燃料の流量を調整するとともにバイパス弁６の開度を変化させて燃焼用空気を調整することで、負荷の調整が行われる。このとき、負荷の低い部分負荷時においては、供給される燃料流量が少なく燃焼ガス温度が低下するため、規制対象であるＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ（未燃炭化水素）、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の排出量が増加する。この部分負荷時において、バイパス弁６を開いてバイパス空気の流量を増やして、燃料用空気の流量を減らす。このようにすることで、内筒１における燃空比を高くして、燃焼性を向上させて燃焼ガス温度を上昇させ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を低減させる。
【０００４】
又、従来の燃焼器として、空気バイパス管に燃料を供給することによって部分負荷時の燃焼ガス温度を上昇させるものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２４３３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバイパス管５ｅの内径の大きさでは、バイパス弁６を全開状態としても、燃焼用空気とバイパス空気がそれぞれ７：３の割合で供給されるため、燃焼用空気を減少させるにも限界がある。そのため、部分負荷時において燃空比を高くして上昇させる燃焼ガスの温度にも限界があり、十分に温度上昇させることができない。
【０００７】
又、図１１のように、尾筒４の中央よりも上流側にバイパス管５ｅが燃焼ガスの流れに対して略垂直に設置されるため、内筒１での燃焼により得られた燃焼ガスが循環する尾筒４における再循環領域Ａに対してバイパス管５ｅからバイパス空気が垂直に流入し、燃焼ガスの温度を低下させる。更に、このバイパス空気が尾筒４における燃焼ガスの流れを妨げるため、再循環領域Ａの大きさを狭める。その結果、再循環領域Ａで混合される希薄予混合燃料と燃焼用空気との混合時間が短くなり、その燃焼性が低下してしまう。
【０００８】
このような問題を鑑みて、本発明は、再循環領域を大きく保ち、その燃焼性を向上させることができる燃焼器を提供することを目的とする。
【０００９】
【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に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の径が、前記バイパス弁を全開状態にしたときに、バイパス空気の流量が燃焼用空気の流量の３／２倍以上となる太さ以上の太さであることを特徴とする。
【００１０】
このようにすることで、従来、バイパス弁を全開状態にしたときに、バイパス空気の流量が燃焼用空気の流量の３／７倍であり、部分負荷時において、燃焼用空気の流量を十分に絞ることができなかったが、バイパス管の径を太くすることで、バイパス空気の流量を燃焼用空気の流量の２／３倍以上とすることができ、部分負荷時に燃焼用空気の流量を十分に絞って、その燃空比を上げることができる。よって、燃焼器内の燃焼ガス温度を高くして、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を抑制することができる。
【００１１】
このとき、請求項２に記載するように、前記燃焼器又は前記尾筒の内径をＤとしたとき、前記バイパス管の内径を０．５Ｄ以上とする。
【００１２】
又、請求項３に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の接合部分が、前記内筒からの燃焼ガスが循環する再循環領域の下流側先端近傍の位置に配置されることを特徴とする。
【００１３】
このとき、請求項４に記載するように、前記尾筒の長さをＬとしたとき、前記バイパス管の接合部分が、前記尾筒の出口から１／２Ｌ〜３／１０Ｌの位置に配置されるようにする。このようにすることで、前記バイパス管からのバイパス空気が、前記再循環領域の先端よりも前記尾筒の出口側に流れ込むため、前記再循環領域の大きさを大きく保つことができ、その燃焼性を向上させることができる。又、このとき、請求項１に記載するように、バイパス管の径を太くしても構わない。
【００１４】
請求項５に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管と前記尾筒とによって成される角度が鋭角であることを特徴とする。
【００１５】
このように、バイパス管の接合部分でバイパス管と尾筒とによって成る角度を鋭角とすることで、バイパス管より尾筒に流れ込むバイパス空気が、尾筒の出口側に向かって流れる。よって、尾筒の内壁に沿ってフィルム状の空気層を形成して冷却を行うとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００１６】
又、請求項６に記載する燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管の径が広がった形状であることを特徴とする。
【００１７】
このとき、請求項７に記載するように、前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管の径が前記尾筒の出口側に広がった形状とすることで、前記バイパス管の前記尾筒の出口側の内壁に沿ってバイパス空気が流れるので、バイパス管より尾筒に流れ込むバイパス空気が、尾筒の出口側に向かって流れる。よって、尾筒の内壁に沿ってフィルム状の空気層を形成して冷却を行うとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００１８】
又、請求項８に記載するように、前記バイパス管が曲がり部分を備え、当該曲がり部分に、前記バイパス管の内壁に平行な仕切板を等間隔に設けることで、当該曲がり部分において生じるバイパス空気の剥離を防ぎ、再循環領域へのバイパス空気の影響を抑えるとともに、二次流れによる前記バイパス管内での循環を防ぐことができる。
【００１９】
又、請求項９に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の前記尾筒への接合部分に対応する前記尾筒の外周に、前記バイパス管からのバイパス空気を通すライナーを設けるとともに、前記尾筒の前記ライナーが設けられた部分に、前記バイパス空気を前記尾筒内に流入させる複数の孔が設けられることを特徴とする。
【００２０】
このようにしたとき、バイパス管から供給されるバイパス空気が尾筒とライナーによって形成される空間を通って、尾筒の外周に広がるように流れた後、尾筒に設けられた孔を通過して尾筒内部に流入する。よって、尾筒内部に流入するバイパス空気がフィルム状の空気層を尾筒の内壁に沿って形成するため、尾筒の内壁を冷却するとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００２１】
このとき、請求項１０に記載の燃焼器のように、前記ライナーが前記燃焼器の全周に設けられるようにしても構わないし、前記燃焼器の半周に設けられるようにしても構わない。又、請求項１１に記載の燃焼器のように、前記複数の孔を櫛形状のスリットとしても構わないし、小孔としても構わない。
【００２２】
又、請求項１２に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記尾筒が、前記内筒側の上流側円筒と出口側の下流側円筒とを備えるとともに、前記上流側円筒を前記下流側円筒に挿入して、前記上流側円筒と前記下流側円筒の接合部分に隙間を設け、前記上流側円筒と前記下流側円筒の接合部分に対応する前記尾筒の外周に、前記バイパス管からのバイパス空気を通すライナーを設けることを特徴とする。
【００２３】
このようにしたとき、バイパス管から供給されるバイパス空気が尾筒とライナーによって形成される空間を通って、尾筒の外周に広がるように流れた後、上流側円筒と下流側円筒の接合部分に設けられた隙間を通過して尾筒内部に流入する。よって、尾筒内部に流入するバイパス空気がフィルム状の空気層を尾筒の内壁に沿って形成するため、尾筒の内壁を冷却するとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００２４】
請求項５〜請求項１２に記載の燃焼器において、請求項１に記載するように、バイパス管の径を太くしても構わないし、請求項２に記載するように、バイパス管を尾筒の出口側に配置するようにしても構わない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図１において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
図１の燃焼器は、図１１と同様、パイロットノズル２とメインノズル３が挿入された内筒１と、内筒１の下流側が挿入された尾筒４と、尾筒４の側面に設けられたバイパス弁６を備えたバイパス管５とを有する。このバイパス管５において、尾筒４との接合部分を５１とし、又、接合部分５１とバイパス弁６との間の曲がり部分を５２とする。このような構成の燃焼器において、パイロットノズル２及びメインノズル３のそれぞれに燃料が供給され、パイロットノズル２から噴出される燃料がパイロットノズル２外周を通過する燃焼用空気により拡散燃焼するとともに、メインノズル３から噴出される燃料がメインノズル３外周を通過する燃焼用空気と混合され予混合燃焼する。
【００２７】
そして、内筒２で燃焼が行われて得られる燃焼ガスが尾筒４を通過し、この高温の燃焼ガスが尾筒４の出口４１より排出されてガスタービンに供給される。このとき、従来と同様、負荷が高い全負荷時には、バイパス弁６を全閉状態にして圧縮機（不図示）からの空気全てを燃焼用空気として利用し、又、負荷の低い部分負荷時には、その負荷の大きさに応じてバイパス弁６の開度を設定して、燃焼用空気の流量を調整し、燃焼ガスを高温に保つ。
【００２８】
このような燃焼器において、図１のように、バイパス管５の内径φＲを、従来のバイパス管５ｅの内径φｒよりも太くする。よって、バイパス管５の内径φＲを、従来のバイパス管５ｅの内径φｒの１．５倍以上とし、例えば、バイパス弁６を全開としたとき、燃焼用空気とバイパス空気がそれぞれ４：６の割合で供給されるような太さにバイパス管５の内径φＲを設定する。前記燃焼器又は前記尾筒の内径をＤとしたとき、前記バイパス管の内径を０．５Ｄ以上とする。
【００２９】
このようにバイパス管５の内径φＲを太くすることによって、バイパス空気の最大流量を多くすることができ、燃焼用空気の流量を更に絞って部分負荷時の燃空比を高くすることができる。よって、例えば、燃焼用空気とバイパス空気がそれぞれ４：６の割合で供給されるようにしたとき、燃焼ガスの温度を十分に高温に保つことができ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を、従来の１／１００倍に低減させることができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図２において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
図２の燃焼器は、図１１の燃焼器と異なり、尾筒４に接続されるバイパス管５ａの位置が、尾筒４の中央よりも下流側に設置される。即ち、尾筒４の長さをＬとしたとき、尾筒４の出口４１からバイパス管５ａが尾筒４に設置される接合部分５１の最も上流側の位置までの距離ｌが０．５Ｌ以下とされる。尚、尾筒４に設置する際の強度を考慮したとき、好ましくは、距離ｌが０．３Ｌ〜０．５Ｌの範囲であればよい。
【００３２】
このようにすることで、内筒１から供給される高温の燃焼ガスの再循環領域Ａが、尾筒４の出口４１から０．３〜０．５Ｌとなる距離の位置までに形成されるが、この再循環領域Ａの最も下流側の部分近傍よりも下流側にバイパス５ａから流出するバイパス空気が流れ、このバイパス空気による妨げを低減させることができる。よって、再循環領域Ａを十分な大きさに形成することができ、希薄予混合燃料と空気との混合時間を十分な長さとして燃焼性を上げることができる。
【００３３】
尚、本実施形態において、第１の実施形態と同様、バイパス管の内径の太さを太くして、燃焼用空気の流量を十分に少なくし、部分負荷時の燃空比を高くすることができるようにしても構わない。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図３において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
図３の燃焼器は、図１１の燃焼器と異なり、バイパス管５ｂの尾筒４における接合部分５１の取付角度θ（この取付角度θは、燃焼ガスの流れの上流側における尾筒４の内壁とバイパス管５ｂの内壁による角度である）が９０°よりも小さくなるように、バイパス管５ｂが尾筒４に接続される。即ち、バイパス管５ｂのが上流側に傾いた構造とされる。
【００３６】
このように構成することによって、バイパス弁６を通じて流れるバイパス空気が、バイパス管５ｂの曲がり部分５２から接合部分５１までの内壁に沿って流れるため、図３のように、その流れる方向を尾筒４の出口４１側に向けることができる。よって、再循環領域Ａに対して垂直にバイパス空気が流れる場合よりも下流側にバイパス空気が流れようとするので、再循環領域Ａを十分な大きさに形成することができる。よって、第２の実施形態と同様、希薄予混合燃料と空気との混合時間を十分な長さとして燃焼性を上げることができる。又、尾筒４の内壁に沿って、フィルム状の空気層を形成し、冷却効果を与えることができる。
【００３７】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図４において、図３と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４の燃焼器は、図３の燃焼器に対して、バイパス管５ｂの曲がり部分５２における内壁方向に沿った仕切板５３を複数設けた構成となる。この仕切板５３は、バイパス管５ｂ内の曲がり部分５２に、等間隔で設けられ、各仕切板５３の面がバイパス管５ｂの曲がり部分５２における内壁と略平行とされる。このようにすることで、仕切板５３の間及び仕切板５３とバイパス管５ｂの内壁との間をバイパス空気が通過し、バイパス管５ｂの内壁に対して平行にバイパス空気を流すことができる。
【００３９】
又、図５のように仕切板５３が備えられない場合、バイパス管５ｂの上流側の内壁ａに近づくほどバイパス空気の流速が早くなるため、下流側の内壁ｂで剥離して二次流れＢが形成されるとともに、上流側の内壁ａを沿って流れるバイパス空気がエアーカーテンのような働きをして再循環領域Ａを狭める。しかしながら、仕切板５３を備えることによって、バイパス空気を一様な断面流速で流すことができ、これらの問題を防ぐことができる。
【００４０】
このことより、バイパス管５ｂ内部への高温燃焼ガスの巻き込みを抑制することができ、バイパス管５ｂの壁面における焼損を防ぐことができる。又、バイパス空気が一様にバイパス管５ｂの内壁に対して平行に流れるため、尾筒４内へ相対的に遅い流速で一様にバイパス空気が流入し、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。又、尾筒４の内壁に沿って、フィルム状の空気層を形成し、冷却効果を与えることができる。
【００４１】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図６において、図４と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図６の燃焼器は、図４の燃焼器と異なり、バイパス管５ｃの尾筒４における接合部分５１と曲がり部分５２との間の部分において、管の太さが接合部分５１に向かって広がっている。このとき、バイパス管５ｃの上流側の内壁ａを垂直とするとともに、バイパス管５ｃの下流側の内壁ｂをθ°傾けることでテーパ状に広がった構成とする。このような構成のバイパス管５ｃにおいて、第４の実施形態と同様、下流側の内壁ｂにおいて剥離を防ぐための複数の仕切板５３が等間隔に設けられる。そして、各仕切板５３の面がバイパス管５ｃの曲がり部分５２における下流側の内壁ｂと略平行とされる。
【００４３】
このようにすることで、仕切板５３の間及び仕切板５３とバイパス管５ｃの内壁との間をバイパス空気が通過し、バイパス管５ｃの下流側の内壁ｂに対して平行にバイパス空気を流すことができる。よって、尾筒４内へ相対的に遅い流速で一様にバイパス空気が再循環領域Ａの下流側に向かって流入し、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。又、接合部分５１の下流側の内壁ｂにおける剥離を防ぐことができる。又、尾筒４の内壁に沿って、フィルム状の空気層を形成し、冷却効果を与えることができる。
【００４４】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図７において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図７の燃焼器は、図１１の燃焼器と異なり、バイパス管５ｄの尾筒４ａに対する接合部分５１において尾筒４ａを囲むように設置されるライナー５４が設けられるとともに、尾筒４ａのライナー５４に囲まれた部分に孔４２が設けられる。このように構成することによって、バイパス管５ｄを通じて供給されるバイパス空気が尾筒４ａとライナー５４との間を流れた後、孔４２を介してバイパス空気が尾筒４ａに流れ込む。
【００４６】
このとき、図８のように、尾筒４ａとライナー５４とによって形成された空間によって、接合部分５１における尾筒４ａの外周にバイパス空気が流れ、尾筒４ａの周囲全てに設けられた孔４２より尾筒４ａ内に流入する。そして、バイパス空気が接合部分５１より直接流入せず、尾筒４ａ全周に設けられた孔４２から流入するため、再循環領域Ａに直接バイパス空気が衝突することがなく、尾筒４ａの内壁に沿って流れる。このように、尾筒４ａ全周の孔４２より流入したバイパス空気が下流側に向かってフィルム状の空気層を形成して流れることで、尾筒４ａの内壁を冷却するとともに、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。
【００４７】
尚、このライナー５４に囲まれた部分に設けられる孔４２として、その径が小さい小孔又は櫛形スリットが設けられる。又、本実施形態では、ライナー５４が尾筒４ａ全周を囲むように設けられるものとしたが、図９のように、尾筒４ａの接合部分５１側の半周を囲むように設けられるものとしても構わない。このとき、このライナー５４によって囲まれる尾筒４ａの接合部分５１側の半周に孔４２が設けられる。
【００４８】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図１０において、図７と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図１０の燃焼器は、図７の燃焼器と異なり、尾筒４ｂが上流側円筒部４３と下流側円筒部４４とで構成され、尾筒４ｂのライナー５４に囲まれた部分の下流側において下流側円筒部４４に上流側円筒部４３が挿入された構成とされる。このとき、上流側円筒部４３と下流側円筒部４４との間に隙間４５が形成されるように構成する。このように構成することによって、バイパス管５ｄを通じて供給されるバイパス空気が尾筒４ｂとライナー５４との間を流れた後、上流側円筒部４３と下流側円筒部４４との間における隙間４５を介してバイパス空気が尾筒４ｂに流れ込む。
【００５０】
このとき、第６の実施形態と同様に、尾筒４ｂとライナー５４とによって形成された空間によって、接合部分５１における尾筒４ｂの外周にバイパス空気が流れ、尾筒４ｂの全周に設けられた上流側円筒部４３の外壁と下流側円筒部４４の内壁による隙間４５を通じて尾筒４ｂ内に流入する。よって、バイパス空気が下流側円筒部４４の内壁に沿って流入するため、再循環領域Ａに直接バイパス空気が衝突することがなく、下流側円筒部４４の内壁に沿って下流側に向かって流れて、フィルム状の空気層を形成する。よって、尾筒４ｂにおける下流側円筒部４４の内壁を冷却するとともに、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。
【００５１】
尚、第３〜第７の実施形態において、第１の実施形態と同様、バイパス管の内径の太さを太くして、燃焼用空気の流量を十分に少なくし、部分負荷時の燃空比を高くすることができるようにしても構わない。又、第２の実施形態と同様、バイパス管を燃焼ガスの流れの下流側に設けるようにしても構わない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によると、バイパス管の径を太くすることで、部分負荷時に燃焼用空気の流量を十分に絞って、その燃空比を上げることができる。又、バイパス管を尾筒の出口側に設けることで、バイパス空気が、再循環領域の先端よりも尾筒の出口側に流れ込み、再循環領域の大きさを大きく保つことができる。よって、その燃焼性を向上させることができる。
【００５３】
又、バイパス管の接合部分でバイパス管と尾筒とによって成る角度を鋭角とすることで、又は、尾筒の出口側に広がった形状とすることで、バイパス管より尾筒に流れ込むバイパス空気が、尾筒の出口側に向かって流れる。よって、尾筒の内壁に沿ってフィルム状の空気層を形成して冷却するとともに、再循環領域に直接衝突することなく、その大きさを大きく保つことができる。
【００５４】
又、バイパス管から供給されるバイパス空気が尾筒とライナーによって形成される空間を通って、尾筒の外周に広がるように流れた後、尾筒に設けられた孔、又は、上流側円筒及び下流側円筒による隙間を通過して尾筒内部に流入する。よって、尾筒内部に流入するバイパス空気がフィルム状の空気層を尾筒の内壁に沿って形成するため、尾筒の内壁を冷却するとともに、再循環領域に直接衝突することなく、その大きさを大きく保つことができる。
【００５５】
以上より、燃焼器内の燃焼性を向上させることができ、燃焼ガス温度がより高温となるために、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図２】第２の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図３】第３の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図４】第４の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図５】バイパス管で発生する二次流れの説明する図。
【図６】第５の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図７】第６の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図８】図７における燃焼器の構成を示す尾筒出口から見た断面図。
【図９】第６の実施形態における燃焼器の別の構成を示す概略断面図。
【図１０】第７の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図１１】従来の燃焼器の構成を示す概略断面図。
【符号の説明】
１ 内筒
２ パイロットノズル
３ メインノズル
４ 尾筒
５ バイパス管
６ バイパス弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃焼器に関するもので、特に、負荷の低い部分負荷時における安定燃焼を行う燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来のガスタービンの燃焼器を示す。図１１の燃焼器は、内筒１に挿入されたパイロットノズル２及びメインノズル３によって供給される燃料が、燃料とともに内筒１の上流側（この上流側とは、燃焼ガスの流れに対するものである）から供給される燃焼用空気によって燃焼される。このように燃料が燃焼することによって発生した高温の燃焼ガスが、内筒１の下流側に接続された尾筒４を通過してガスタービンに供給される。そして、尾筒４には、バイパス空気の流量を調整するバイパス弁６が設けられたバイパス管５ｅが接続され、このバイパス管５ｅより供給されるバイパス空気の流量を調整することによって、燃焼用空気の流量が調整される。
【０００３】
このように構成される燃焼器において、供給される燃料の流量を調整するとともにバイパス弁６の開度を変化させて燃焼用空気を調整することで、負荷の調整が行われる。このとき、負荷の低い部分負荷時においては、供給される燃料流量が少なく燃焼ガス温度が低下するため、規制対象であるＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ（未燃炭化水素）、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の排出量が増加する。この部分負荷時において、バイパス弁６を開いてバイパス空気の流量を増やして、燃料用空気の流量を減らす。このようにすることで、内筒１における燃空比を高くして、燃焼性を向上させて燃焼ガス温度を上昇させ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を低減させる。
【０００４】
又、従来の燃焼器として、空気バイパス管に燃料を供給することによって部分負荷時の燃焼ガス温度を上昇させるものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２４３３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバイパス管５ｅの内径の大きさでは、バイパス弁６を全開状態としても、燃焼用空気とバイパス空気がそれぞれ７：３の割合で供給されるため、燃焼用空気を減少させるにも限界がある。そのため、部分負荷時において燃空比を高くして上昇させる燃焼ガスの温度にも限界があり、十分に温度上昇させることができない。
【０００７】
又、図１１のように、尾筒４の中央よりも上流側にバイパス管５ｅが燃焼ガスの流れに対して略垂直に設置されるため、内筒１での燃焼により得られた燃焼ガスが循環する尾筒４における再循環領域Ａに対してバイパス管５ｅからバイパス空気が垂直に流入し、燃焼ガスの温度を低下させる。更に、このバイパス空気が尾筒４における燃焼ガスの流れを妨げるため、再循環領域Ａの大きさを狭める。その結果、再循環領域Ａで混合される希薄予混合燃料と燃焼用空気との混合時間が短くなり、その燃焼性が低下してしまう。
【０００８】
このような問題を鑑みて、本発明は、再循環領域を大きく保ち、その燃焼性を向上させることができる燃焼器を提供することを目的とする。
【０００９】
【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に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の径が、前記バイパス弁を全開状態にしたときに、バイパス空気の流量が燃焼用空気の流量の３／２倍以上となる太さ以上の太さであることを特徴とする。
【００１０】
このようにすることで、従来、バイパス弁を全開状態にしたときに、バイパス空気の流量が燃焼用空気の流量の３／７倍であり、部分負荷時において、燃焼用空気の流量を十分に絞ることができなかったが、バイパス管の径を太くすることで、バイパス空気の流量を燃焼用空気の流量の２／３倍以上とすることができ、部分負荷時に燃焼用空気の流量を十分に絞って、その燃空比を上げることができる。よって、燃焼器内の燃焼ガス温度を高くして、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を抑制することができる。
【００１１】
このとき、請求項２に記載するように、前記燃焼器又は前記尾筒の内径をＤとしたとき、前記バイパス管の内径を０．５Ｄ以上とする。
【００１２】
又、請求項３に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の接合部分が、前記内筒からの燃焼ガスが循環する再循環領域の下流側先端近傍の位置に配置されることを特徴とする。
【００１３】
このとき、請求項４に記載するように、前記尾筒の長さをＬとしたとき、前記バイパス管の接合部分が、前記尾筒の出口から１／２Ｌ〜３／１０Ｌの位置に配置されるようにする。このようにすることで、前記バイパス管からのバイパス空気が、前記再循環領域の先端よりも前記尾筒の出口側に流れ込むため、前記再循環領域の大きさを大きく保つことができ、その燃焼性を向上させることができる。又、このとき、請求項１に記載するように、バイパス管の径を太くしても構わない。
【００１４】
請求項５に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管と前記尾筒とによって成される角度が鋭角であることを特徴とする。
【００１５】
このように、バイパス管の接合部分でバイパス管と尾筒とによって成る角度を鋭角とすることで、バイパス管より尾筒に流れ込むバイパス空気が、尾筒の出口側に向かって流れる。よって、尾筒の内壁に沿ってフィルム状の空気層を形成して冷却を行うとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００１６】
又、請求項６に記載する燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管の径が広がった形状であることを特徴とする。
【００１７】
このとき、請求項７に記載するように、前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管の径が前記尾筒の出口側に広がった形状とすることで、前記バイパス管の前記尾筒の出口側の内壁に沿ってバイパス空気が流れるので、バイパス管より尾筒に流れ込むバイパス空気が、尾筒の出口側に向かって流れる。よって、尾筒の内壁に沿ってフィルム状の空気層を形成して冷却を行うとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００１８】
又、請求項８に記載するように、前記バイパス管が曲がり部分を備え、当該曲がり部分に、前記バイパス管の内壁に平行な仕切板を等間隔に設けることで、当該曲がり部分において生じるバイパス空気の剥離を防ぎ、再循環領域へのバイパス空気の影響を抑えるとともに、二次流れによる前記バイパス管内での循環を防ぐことができる。
【００１９】
又、請求項９に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記バイパス管の前記尾筒への接合部分に対応する前記尾筒の外周に、前記バイパス管からのバイパス空気を通すライナーを設けるとともに、前記尾筒の前記ライナーが設けられた部分に、前記バイパス空気を前記尾筒内に流入させる複数の孔が設けられることを特徴とする。
【００２０】
このようにしたとき、バイパス管から供給されるバイパス空気が尾筒とライナーによって形成される空間を通って、尾筒の外周に広がるように流れた後、尾筒に設けられた孔を通過して尾筒内部に流入する。よって、尾筒内部に流入するバイパス空気がフィルム状の空気層を尾筒の内壁に沿って形成するため、尾筒の内壁を冷却するとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００２１】
このとき、請求項１０に記載の燃焼器のように、前記ライナーが前記燃焼器の全周に設けられるようにしても構わないし、前記燃焼器の半周に設けられるようにしても構わない。又、請求項１１に記載の燃焼器のように、前記複数の孔を櫛形状のスリットとしても構わないし、小孔としても構わない。
【００２２】
又、請求項１２に記載の燃焼器は、供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、前記尾筒が、前記内筒側の上流側円筒と出口側の下流側円筒とを備えるとともに、前記上流側円筒を前記下流側円筒に挿入して、前記上流側円筒と前記下流側円筒の接合部分に隙間を設け、前記上流側円筒と前記下流側円筒の接合部分に対応する前記尾筒の外周に、前記バイパス管からのバイパス空気を通すライナーを設けることを特徴とする。
【００２３】
このようにしたとき、バイパス管から供給されるバイパス空気が尾筒とライナーによって形成される空間を通って、尾筒の外周に広がるように流れた後、上流側円筒と下流側円筒の接合部分に設けられた隙間を通過して尾筒内部に流入する。よって、尾筒内部に流入するバイパス空気がフィルム状の空気層を尾筒の内壁に沿って形成するため、尾筒の内壁を冷却するとともに、再循環領域に対して直接バイパス空気を衝突させることなく、その影響を低減させることができ、その燃焼性を向上する。
【００２４】
請求項５〜請求項１２に記載の燃焼器において、請求項１に記載するように、バイパス管の径を太くしても構わないし、請求項２に記載するように、バイパス管を尾筒の出口側に配置するようにしても構わない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図１において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
図１の燃焼器は、図１１と同様、パイロットノズル２とメインノズル３が挿入された内筒１と、内筒１の下流側が挿入された尾筒４と、尾筒４の側面に設けられたバイパス弁６を備えたバイパス管５とを有する。このバイパス管５において、尾筒４との接合部分を５１とし、又、接合部分５１とバイパス弁６との間の曲がり部分を５２とする。このような構成の燃焼器において、パイロットノズル２及びメインノズル３のそれぞれに燃料が供給され、パイロットノズル２から噴出される燃料がパイロットノズル２外周を通過する燃焼用空気により拡散燃焼するとともに、メインノズル３から噴出される燃料がメインノズル３外周を通過する燃焼用空気と混合され予混合燃焼する。
【００２７】
そして、内筒２で燃焼が行われて得られる燃焼ガスが尾筒４を通過し、この高温の燃焼ガスが尾筒４の出口４１より排出されてガスタービンに供給される。このとき、従来と同様、負荷が高い全負荷時には、バイパス弁６を全閉状態にして圧縮機（不図示）からの空気全てを燃焼用空気として利用し、又、負荷の低い部分負荷時には、その負荷の大きさに応じてバイパス弁６の開度を設定して、燃焼用空気の流量を調整し、燃焼ガスを高温に保つ。
【００２８】
このような燃焼器において、図１のように、バイパス管５の内径φＲを、従来のバイパス管５ｅの内径φｒよりも太くする。よって、バイパス管５の内径φＲを、従来のバイパス管５ｅの内径φｒの１．５倍以上とし、例えば、バイパス弁６を全開としたとき、燃焼用空気とバイパス空気がそれぞれ４：６の割合で供給されるような太さにバイパス管５の内径φＲを設定する。前記燃焼器又は前記尾筒の内径をＤとしたとき、前記バイパス管の内径を０．５Ｄ以上とする。
【００２９】
このようにバイパス管５の内径φＲを太くすることによって、バイパス空気の最大流量を多くすることができ、燃焼用空気の流量を更に絞って部分負荷時の燃空比を高くすることができる。よって、例えば、燃焼用空気とバイパス空気がそれぞれ４：６の割合で供給されるようにしたとき、燃焼ガスの温度を十分に高温に保つことができ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を、従来の１／１００倍に低減させることができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図２において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
図２の燃焼器は、図１１の燃焼器と異なり、尾筒４に接続されるバイパス管５ａの位置が、尾筒４の中央よりも下流側に設置される。即ち、尾筒４の長さをＬとしたとき、尾筒４の出口４１からバイパス管５ａが尾筒４に設置される接合部分５１の最も上流側の位置までの距離ｌが０．５Ｌ以下とされる。尚、尾筒４に設置する際の強度を考慮したとき、好ましくは、距離ｌが０．３Ｌ〜０．５Ｌの範囲であればよい。
【００３２】
このようにすることで、内筒１から供給される高温の燃焼ガスの再循環領域Ａが、尾筒４の出口４１から０．３〜０．５Ｌとなる距離の位置までに形成されるが、この再循環領域Ａの最も下流側の部分近傍よりも下流側にバイパス５ａから流出するバイパス空気が流れ、このバイパス空気による妨げを低減させることができる。よって、再循環領域Ａを十分な大きさに形成することができ、希薄予混合燃料と空気との混合時間を十分な長さとして燃焼性を上げることができる。
【００３３】
尚、本実施形態において、第１の実施形態と同様、バイパス管の内径の太さを太くして、燃焼用空気の流量を十分に少なくし、部分負荷時の燃空比を高くすることができるようにしても構わない。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図３において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
図３の燃焼器は、図１１の燃焼器と異なり、バイパス管５ｂの尾筒４における接合部分５１の取付角度θ（この取付角度θは、燃焼ガスの流れの上流側における尾筒４の内壁とバイパス管５ｂの内壁による角度である）が９０°よりも小さくなるように、バイパス管５ｂが尾筒４に接続される。即ち、バイパス管５ｂのが上流側に傾いた構造とされる。
【００３６】
このように構成することによって、バイパス弁６を通じて流れるバイパス空気が、バイパス管５ｂの曲がり部分５２から接合部分５１までの内壁に沿って流れるため、図３のように、その流れる方向を尾筒４の出口４１側に向けることができる。よって、再循環領域Ａに対して垂直にバイパス空気が流れる場合よりも下流側にバイパス空気が流れようとするので、再循環領域Ａを十分な大きさに形成することができる。よって、第２の実施形態と同様、希薄予混合燃料と空気との混合時間を十分な長さとして燃焼性を上げることができる。又、尾筒４の内壁に沿って、フィルム状の空気層を形成し、冷却効果を与えることができる。
【００３７】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図４において、図３と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４の燃焼器は、図３の燃焼器に対して、バイパス管５ｂの曲がり部分５２における内壁方向に沿った仕切板５３を複数設けた構成となる。この仕切板５３は、バイパス管５ｂ内の曲がり部分５２に、等間隔で設けられ、各仕切板５３の面がバイパス管５ｂの曲がり部分５２における内壁と略平行とされる。このようにすることで、仕切板５３の間及び仕切板５３とバイパス管５ｂの内壁との間をバイパス空気が通過し、バイパス管５ｂの内壁に対して平行にバイパス空気を流すことができる。
【００３９】
又、図５のように仕切板５３が備えられない場合、バイパス管５ｂの上流側の内壁ａに近づくほどバイパス空気の流速が早くなるため、下流側の内壁ｂで剥離して二次流れＢが形成されるとともに、上流側の内壁ａを沿って流れるバイパス空気がエアーカーテンのような働きをして再循環領域Ａを狭める。しかしながら、仕切板５３を備えることによって、バイパス空気を一様な断面流速で流すことができ、これらの問題を防ぐことができる。
【００４０】
このことより、バイパス管５ｂ内部への高温燃焼ガスの巻き込みを抑制することができ、バイパス管５ｂの壁面における焼損を防ぐことができる。又、バイパス空気が一様にバイパス管５ｂの内壁に対して平行に流れるため、尾筒４内へ相対的に遅い流速で一様にバイパス空気が流入し、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。又、尾筒４の内壁に沿って、フィルム状の空気層を形成し、冷却効果を与えることができる。
【００４１】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図６において、図４と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図６の燃焼器は、図４の燃焼器と異なり、バイパス管５ｃの尾筒４における接合部分５１と曲がり部分５２との間の部分において、管の太さが接合部分５１に向かって広がっている。このとき、バイパス管５ｃの上流側の内壁ａを垂直とするとともに、バイパス管５ｃの下流側の内壁ｂをθ°傾けることでテーパ状に広がった構成とする。このような構成のバイパス管５ｃにおいて、第４の実施形態と同様、下流側の内壁ｂにおいて剥離を防ぐための複数の仕切板５３が等間隔に設けられる。そして、各仕切板５３の面がバイパス管５ｃの曲がり部分５２における下流側の内壁ｂと略平行とされる。
【００４３】
このようにすることで、仕切板５３の間及び仕切板５３とバイパス管５ｃの内壁との間をバイパス空気が通過し、バイパス管５ｃの下流側の内壁ｂに対して平行にバイパス空気を流すことができる。よって、尾筒４内へ相対的に遅い流速で一様にバイパス空気が再循環領域Ａの下流側に向かって流入し、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。又、接合部分５１の下流側の内壁ｂにおける剥離を防ぐことができる。又、尾筒４の内壁に沿って、フィルム状の空気層を形成し、冷却効果を与えることができる。
【００４４】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図７において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図７の燃焼器は、図１１の燃焼器と異なり、バイパス管５ｄの尾筒４ａに対する接合部分５１において尾筒４ａを囲むように設置されるライナー５４が設けられるとともに、尾筒４ａのライナー５４に囲まれた部分に孔４２が設けられる。このように構成することによって、バイパス管５ｄを通じて供給されるバイパス空気が尾筒４ａとライナー５４との間を流れた後、孔４２を介してバイパス空気が尾筒４ａに流れ込む。
【００４６】
このとき、図８のように、尾筒４ａとライナー５４とによって形成された空間によって、接合部分５１における尾筒４ａの外周にバイパス空気が流れ、尾筒４ａの周囲全てに設けられた孔４２より尾筒４ａ内に流入する。そして、バイパス空気が接合部分５１より直接流入せず、尾筒４ａ全周に設けられた孔４２から流入するため、再循環領域Ａに直接バイパス空気が衝突することがなく、尾筒４ａの内壁に沿って流れる。このように、尾筒４ａ全周の孔４２より流入したバイパス空気が下流側に向かってフィルム状の空気層を形成して流れることで、尾筒４ａの内壁を冷却するとともに、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。
【００４７】
尚、このライナー５４に囲まれた部分に設けられる孔４２として、その径が小さい小孔又は櫛形スリットが設けられる。又、本実施形態では、ライナー５４が尾筒４ａ全周を囲むように設けられるものとしたが、図９のように、尾筒４ａの接合部分５１側の半周を囲むように設けられるものとしても構わない。このとき、このライナー５４によって囲まれる尾筒４ａの接合部分５１側の半周に孔４２が設けられる。
【００４８】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図である。尚、図１０において、図７と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図１０の燃焼器は、図７の燃焼器と異なり、尾筒４ｂが上流側円筒部４３と下流側円筒部４４とで構成され、尾筒４ｂのライナー５４に囲まれた部分の下流側において下流側円筒部４４に上流側円筒部４３が挿入された構成とされる。このとき、上流側円筒部４３と下流側円筒部４４との間に隙間４５が形成されるように構成する。このように構成することによって、バイパス管５ｄを通じて供給されるバイパス空気が尾筒４ｂとライナー５４との間を流れた後、上流側円筒部４３と下流側円筒部４４との間における隙間４５を介してバイパス空気が尾筒４ｂに流れ込む。
【００５０】
このとき、第６の実施形態と同様に、尾筒４ｂとライナー５４とによって形成された空間によって、接合部分５１における尾筒４ｂの外周にバイパス空気が流れ、尾筒４ｂの全周に設けられた上流側円筒部４３の外壁と下流側円筒部４４の内壁による隙間４５を通じて尾筒４ｂ内に流入する。よって、バイパス空気が下流側円筒部４４の内壁に沿って流入するため、再循環領域Ａに直接バイパス空気が衝突することがなく、下流側円筒部４４の内壁に沿って下流側に向かって流れて、フィルム状の空気層を形成する。よって、尾筒４ｂにおける下流側円筒部４４の内壁を冷却するとともに、再循環領域Ａを大きく保つことができ、その燃焼性を向上することができる。
【００５１】
尚、第３〜第７の実施形態において、第１の実施形態と同様、バイパス管の内径の太さを太くして、燃焼用空気の流量を十分に少なくし、部分負荷時の燃空比を高くすることができるようにしても構わない。又、第２の実施形態と同様、バイパス管を燃焼ガスの流れの下流側に設けるようにしても構わない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によると、バイパス管の径を太くすることで、部分負荷時に燃焼用空気の流量を十分に絞って、その燃空比を上げることができる。又、バイパス管を尾筒の出口側に設けることで、バイパス空気が、再循環領域の先端よりも尾筒の出口側に流れ込み、再循環領域の大きさを大きく保つことができる。よって、その燃焼性を向上させることができる。
【００５３】
又、バイパス管の接合部分でバイパス管と尾筒とによって成る角度を鋭角とすることで、又は、尾筒の出口側に広がった形状とすることで、バイパス管より尾筒に流れ込むバイパス空気が、尾筒の出口側に向かって流れる。よって、尾筒の内壁に沿ってフィルム状の空気層を形成して冷却するとともに、再循環領域に直接衝突することなく、その大きさを大きく保つことができる。
【００５４】
又、バイパス管から供給されるバイパス空気が尾筒とライナーによって形成される空間を通って、尾筒の外周に広がるように流れた後、尾筒に設けられた孔、又は、上流側円筒及び下流側円筒による隙間を通過して尾筒内部に流入する。よって、尾筒内部に流入するバイパス空気がフィルム状の空気層を尾筒の内壁に沿って形成するため、尾筒の内壁を冷却するとともに、再循環領域に直接衝突することなく、その大きさを大きく保つことができる。
【００５５】
以上より、燃焼器内の燃焼性を向上させることができ、燃焼ガス温度がより高温となるために、ＮＯｘ、ＣＯ、ＵＨＣ、ＶＯＣの排出量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図２】第２の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図３】第３の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図４】第４の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図５】バイパス管で発生する二次流れの説明する図。
【図６】第５の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図７】第６の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図８】図７における燃焼器の構成を示す尾筒出口から見た断面図。
【図９】第６の実施形態における燃焼器の別の構成を示す概略断面図。
【図１０】第７の実施形態における燃焼器の構成を示す概略断面図。
【図１１】従来の燃焼器の構成を示す概略断面図。
【符号の説明】
１ 内筒
２ パイロットノズル
３ メインノズル
４ 尾筒
５ バイパス管
６ バイパス弁
Claims (12)
- 供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、
前記バイパス管の径が、前記バイパス弁を全開状態にしたときに、バイパス空気の流量が燃焼用空気の流量の３／２倍以上となる太さ以上の太さであることを特徴とする燃焼器。 - 前記尾筒入口部の内径をＤとしたとき、前記バイパス管の径が０．５Ｄ以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
- 供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、
前記バイパス管の接合部分が、前記内筒からの燃焼ガスが循環する再循環領域の下流側先端近傍の位置に配置されることを特徴とする燃焼器。 - 前記尾筒の長さをＬとしたとき、前記バイパス管の接合部分が、前記尾筒の出口から１／２Ｌ〜３／１０Ｌの位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器。
- 供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、
前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管と前記尾筒とによって成される角度が鋭角であることを特徴とする燃焼器。 - 供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、
前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管の径が広がった形状であることを特徴とする燃焼器。 - 前記バイパス管の接合部分において、前記バイパス管の径が前記尾筒の出口側に広がった形状であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器。
- 前記バイパス管が曲がり部分を備え、
当該曲がり部分に、前記バイパス管の内壁に平行な仕切板が等間隔に設けられることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の燃焼器。 - 供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、
前記バイパス管の前記尾筒への接合部分に対応する前記尾筒の外周に、前記バイパス管からのバイパス空気を通すライナーを設けるとともに、
前記尾筒の前記ライナーが設けられた部分に、前記バイパス空気を前記尾筒内に流入させる複数の孔が設けられることを特徴とする燃焼器。 - 前記ライナーが前記燃焼器の全周に設けられることを特徴とする請求項９に記載の燃焼器。
- 前記複数の孔が櫛形状のスリットであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の燃焼器。
- 供給された燃料を噴出するノズルと、該ノズルが挿入される内筒と、該内筒の下流側に接続された尾筒と、該尾筒に接続されて前記ノズルからの燃料の燃焼に利用される燃焼用空気以外のバイパス空気を流すバイパス管と、その開度によってバイパス空気の流量を調整することで燃焼用空気の流量を決定するバイパス弁と、を備えた燃焼器において、
前記尾筒が、前記内筒側の上流側円筒と出口側の下流側円筒とを備えるとともに、
前記上流側円筒を前記下流側円筒に挿入して、前記上流側円筒と前記下流側円筒の接合部分に隙間を設け、
前記上流側円筒と前記下流側円筒の接合部分に対応する前記尾筒の外周に、前記バイパス管からのバイパス空気を通すライナーを設けることを特徴とする燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002269322A JP2004108622A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002269322A JP2004108622A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004108622A true JP2004108622A (ja) | 2004-04-08 |
Family
ID=32267273
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002269322A Withdrawn JP2004108622A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | ガスタービン燃焼器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004108622A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010516995A (ja) * | 2007-01-29 | 2010-05-20 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | ガスタービンにおける燃焼器 |
-
2002
- 2002-09-17 JP JP2002269322A patent/JP2004108622A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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