JP2015028321A - 燃料ノズル、燃焼器、及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】性能の低下が抑制される燃料ノズルを提供する。【解決手段】燃料ノズルは、所定軸の周囲において所定軸と平行な軸と直交するように配置された第１面と、第１面に配置され、第１面が面する空間に第１流体を供給する第１供給口と、空間に面し、所定軸を囲うように配置された第２面と、第２面に配置され、空間に第２流体を供給する第２供給口と、を備える。第１流体及び第２流体の一方の流体は燃料を含み、他方の流体は空気である。第１供給口は、所定軸と平行な第１方向に第１流体を供給し、第２供給口は、空間において第１流体と混合されるように第２流体を供給し、第１流出口は、空間において混合された混合流体を供給する。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ノズル、燃焼器、及びガスタービンに関する。

ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを備えている。燃焼器において、燃焼温度が高くなると、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が多くなる。ＮＯｘの発生量を抑制するために、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されているような、燃焼器の燃料ノズルを使って空気と燃料とを予め混合（予混合）し、その予混合により生成された混合気（予混合気）を燃焼させる予混合燃焼が知られている。

特開２００３−２４７４２５号公報 特開２０１１−０２１８７５号公報

予混合気は、火炎伝播性を有する。そのため、予混合気の燃焼により生じた火炎が燃料ノズルの内部に入り込む、所謂、逆火現象が生じる可能性がある。逆火現象が生じると、燃料ノズルが劣化する可能性がある。その結果、燃料ノズルの性能が低下し、燃焼器の性能及びガスタービンの性能が低下する可能性がある。

本発明は、性能の低下を抑制できる燃料ノズル、燃焼器、及びガスタービンを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料ノズルは、所定軸の周囲において前記所定軸と平行な軸と直交するように配置された第１面と、前記第１面に配置され、前記第１面が面する空間に第１流体を供給する第１供給口と、前記空間に面し、前記所定軸を囲うように配置された第２面と、前記第２面に配置され、前記空間に第２流体を供給する第２供給口と、を備え、前記第１流体及び前記第２流体の一方の流体は燃料を含み、他方の流体は空気であり、前記第１供給口は、前記所定軸と平行な第１方向に前記第１流体を供給し、前記第２供給口は、前記空間において前記第１流体と混合されるように前記第２流体を供給し、第１流出口は、前記空間において混合された混合流体を供給する。

本発明によれば、第１供給口から第１流体が供給され、第２供給口から第２流体が供給されることにより、空間において第１流体と第２流体との混合流体（予混合気）が生成される。第１供給口は第１方向に第１流体を供給するので、その第１供給口からの第１流体によって、混合流体が空間に滞留することが抑制される。また、第２面は所定軸を囲うように配置される。そのため、第１供給口から空間に供給された第１流体及び空間において生成された混合流体は、第２面にガイドされて第１方向に円滑に流れ、空間に滞留することが抑制される。したがって、燃料ノズルの近傍において混合流体の燃焼が生じたり、逆火現象が生じたりすることが抑制される。これにより、燃料ノズルの劣化が抑制され、燃料ノズルの性能の低下が抑制される。

本発明に係る燃料ノズルにおいて、前記空間に面し、間隙を介して前記第２面と対向する第３面と、前記所定軸と平行な方向に関して前記第１面から最も遠い前記第２面の第２面エッジと前記第３面の第３面エッジとの間に、前記空間で生成された前記第１流体と前記第２流体との混合流体が流出する前記第１流出口と、を備えてもよい。これにより、第１供給口から空間に供給された第１流体及び空間において生成された混合流体は、第２面及び第３面の両方にガイドされて、第１流出口から円滑に流出する。そのため、混合流体が空間に滞留することが抑制され、燃料ノズルの近傍において混合流体の燃焼が生じたり、逆火現象が生じたりすることが抑制される。

本発明に係る燃料ノズルにおいて、前記第３面に配置され、前記空間に燃料及び空気の少なくとも一方を含む第３流体を供給する第３供給口を備えてもよい。これにより、第１供給口からの第１流体と第２供給口からの第２流体と第３供給口からの第３流体とによって混合流体が十分に生成される。

本発明に係る燃料ノズルにおいて、前記第２面及び前記第３面の一方の面は、前記所定軸の周囲において前記所定軸に対する放射方向に関して外側を向くように配置され、他方の面は、前記所定軸の周囲において前記所定軸に対する放射方向に関して内側を向くように配置されてもよい。これにより、所定軸と直交する面内において環状（輪帯状）の空間が形成され、その空間において混合流体が十分に生成される。

本発明に係る燃料ノズルにおいて、前記第２面と前記第３面との間の前記空間は、前記第１方向に向かって狭くなってもよい。これにより、第１流出口における混合流体の流速が高まるので、第１流出口における混合流体の滞留が抑制される。

本発明に係る燃料ノズルにおいて、前記第２面エッジと結ばれ、前記所定軸と平行な軸と直交するように配置される第１先端面と、前記第３面エッジと結ばれ、前記所定軸と平行な軸と直交するように配置される第２先端面と、前記第１先端面及び前記第２先端面の少なくとも一方に配置され、空気が流出する第２流出口と、を備えてもよい。これにより、第２流出口から流出された空気によって燃料ノズルの温度が過剰に高まることが抑制される。したがって、燃料ノズルの劣化が抑制される。

本発明に係る燃焼器は、上記いずれかの燃料ノズルを備える。

本発明によれば、性能の低下が抑制される。

本発明に係るガスタービンは、上記の燃焼器を備える。

本発明によれば、性能の低下が抑制される。

本発明に係る燃料ノズルによれば、性能の低下が抑制される。また、本発明に係る燃焼器によれば、性能の低下が抑制される。また、本発明に係るガスタービンによれば、性能の低下が抑制される。

図１は、第１実施形態に係るガスタービンの一例を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る燃焼器の一例を示す側断面図である。 図３は、第１実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す断面図である。 図４は、第２実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す斜視図である。 図５は、第３実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す斜視図である。 図６は、第４実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す斜視図である。 図７は、第４実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す斜視図である。 図８は、第５実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す斜視図である。 図９は、第５実施形態に係る燃料ノズルの一例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内の一方向をＸ軸方向、所定面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。Ｘ軸は、ＹＺ平面と直交する。Ｙ軸は、ＸＺ平面と直交する。Ｚ軸は、ＸＹ平面と直交する。ＸＹ平面は、Ｘ軸及びＹ軸を含む。ＹＺ平面は、Ｙ軸及びＺ軸を含む。ＸＺ平面は、Ｘ軸及びＺ軸を含む。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービン１００の一例を示す図である。図１において、ガスタービン１００は、圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３とを備えている。また、ガスタービン１００は、圧縮機１及びタービン３のそれぞれに接続されるロータ軸４を備えている。燃焼器２は、圧縮機１とタービン３との間に配置される。

圧縮機１は、取り入れた気体（本実施形態においては空気）を圧縮して、高圧の気体を生成する。本実施形態において、圧縮機１は、軸流圧縮機である。圧縮機１は、回転する翼である動翼と、回転しない翼である静翼とを有する。動翼は、気体にエネルギーを与える。静翼は、気体を減速してその気体の圧力を上昇させる。圧縮機１の軸方向に関して、動翼と静翼とは交互に配置される。一対（一段）の動翼と静翼とが、圧縮機１の軸方向に複数（複数段）配置される。圧縮機１の軸方向に流れる気体は、複数段の動翼及び静翼によって徐々に圧縮される。圧縮機１は、軸方向に気体を流しながら、その気体の圧力を徐々に高める。

燃焼器２は、圧縮機１から供給された高圧の気体に燃料を噴射して、高温高圧の気体を生成する。燃焼器２における高圧の気体と燃料との混合により燃焼が生じ、高温高圧の気体が生成される。燃焼器２は、ロータ軸４の周囲に複数配置される。圧縮機１からの高圧の気体は、複数の燃焼器２のそれぞれに供給される。

タービン３は、燃焼器２から供給された高温高圧の気体のエネルギーを動力に変換する。本実施形態において、タービン３は、軸流式である。タービン３は、回転する翼である動翼と、回転しない翼である静翼とを有する。動翼は、燃焼器２からの高温高圧の気体を受けて回転する。動翼は、燃焼器２からの気体の運動エネルギーを回転エネルギーに変換する。静翼は、気体の流れを整える。静翼によって流れが整えられた気体の少なくとも一部が動翼に吹き付けられる。タービン３の軸方向に関して、動翼と静翼とは交互に配置される。一対（一段）の動翼と静翼とが、タービン３の軸方向に複数（複数段）配置される。複数段の動翼及び静翼によって、タービン３は、高温高圧の気体から段階的に回転エネルギー（回転力）を取り出す。動翼が回転することにより、ロータ軸４が回転する。

ガスタービン１００が発電システムに使用される場合、タービン３の回転力によって発電機が作動する。タービン３の回転力の一部は、圧縮機１の回転に使用される。

燃焼器２は、内部に燃焼室５を有する。圧縮機１からの気体は、燃焼室５に供給される。燃焼器２の少なくとも一部は、ケーシング９の内側に配置される。圧縮機１からの気体は、ケーシング９の内側の空間（車室）９Ｒに供給される。車室９Ｒは、圧縮機１からの高圧の気体で満たされる。車室９Ｒの気体は、燃焼器２に設けられた流入口２Ｒを通って燃焼室５に供給される。

燃焼器２は、メイン燃料ノズル７と、パイロット燃料ノズル８とを有する。メイン燃料ノズル７は、パイロット燃料ノズル８の周囲に複数配置される。メイン燃料ノズル７は、メイン燃料を燃焼室５に供給する。燃焼室５には、メイン燃料ノズル７からのメイン燃料と、圧縮機１からの高圧の気体とが供給される。燃焼室５において、メイン燃料ノズル７から供給されたメイン燃料と圧縮機１から供給された高圧の気体とが混合されて燃焼する。燃焼器２における燃焼で生成された高温高圧の気体は、尾筒６を介してタービン３に供給される。

燃焼器２は、メイン燃料ノズル７の周囲に配置された旋回翼（スワラーベーン）７Ｓを有する。スワラーベーン７Ｓにより、気体は旋回するように流れる。換言すれば、スワラーベーン７Ｓにより、気体の旋回流が生成される。メイン燃料ノズル７から供給されたメイン燃料は、スワラーベーン７Ｓにより旋回するように流れる気体と混合（予混合）された後、燃焼室５において燃焼（予混合燃焼）する。

次に、パイロット燃料ノズル８について説明する。図２は、本実施形態に係る燃料ノズル８の一部を示す側断面図である。図３は、本実施形態に係る燃料ノズル８の一部を示す断面図である。以下の説明においては、パイロット燃料ノズル８を適宜、燃料ノズル８、と称する。パイロット燃料ノズル８に供給されるパイロット燃料を適宜、燃料Ｆ、と称する。パイロット燃料ノズル８に供給される気体を適宜、気体Ｇ、と称する。燃料Ｆは、流体である。燃料Ｆは、気体燃料でもよいし液体燃料でもよい。燃料Ｆは、例えば天然ガスでもよいし、液体燃料として油を含んでもよい。気体Ｇは、空気である。

パイロット燃料ノズル８は、燃焼器２の着火性能及び保炎性能を向上させる。メイン燃料ノズル７から供給されたメイン燃料と気体との混合気による燃焼は、パイロット燃料ノズル８から供給されたパイロット燃料及び気体により安定化される。

図２及び図３において、燃料ノズル８は、軸Ｊの周囲に配置された第１面１１と、軸Ｊの周囲に配置され、第１面１１と異なる方向を向く第２面１２と、軸Ｊの周囲に配置され、第１面１１及び第２面１２と異なる方向を向く第３面１３と、を備えている。本実施形態において、軸Ｊは、Ｘ軸と平行である。

第１面１１は、Ｘ軸と直交するように配置される。第１面１１とＹＺ平面とは平行である。ＹＺ平面において、第１面１１は、環状（輪帯状）である。第２面１２は、軸Ｊを囲むように配置される。第２面１２は、軸Ｊと平行となるように配置される。第２面１２は、軸Ｊに対する放射方向に関して内側を向くように配置される。第３面１３は、軸Ｊを囲むように配置される。第３面１３は、軸Ｊと平行となるように配置される。第３面１３は、軸Ｊに対する放射方向に関して外側を向くように配置される。第２面１２と第３面１３とは間隙を介して対向する。

本実施形態において、第１面１１と第２面１２と第３面１３とにより空間ＭＳが規定される。ＹＺ平面内において、空間ＭＳは、環状（輪帯状）である。第１面１１は、空間ＭＳに面する。第２面１２は、空間ＭＳに面する。第３面１３は、空間ＭＳに面する。

燃料ノズル８は、第１面１１に配置された供給口２１と、第２面１２に配置された供給口２２とを備えている。供給口２１は、空間ＭＳに第１流体を供給する。供給口２２は、空間ＭＳに第２流体を供給する。本実施形態において、第１流体は、燃料Ｆである。第２流体は、気体（空気）Ｇである。供給口２１は、空間ＭＳに燃料Ｆを供給する。供給口２２は、空間ＭＳに気体Ｇを供給する。供給口２１は、軸Ｊと平行なＸ軸方向に燃料Ｆを供給（噴射）する。供給口２１は、＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給する。供給口２２は、供給口２１からの燃料Ｆの供給方向（Ｘ軸方向）と交差する方向に気体Ｇを供給（噴射）する。供給口２２は、供給口２１からの燃料Ｆの供給方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に気体Ｇを供給してもよい。本実施形態において、供給口２２は、軸Ｊに対する放射方向に気体Ｇを供給する。供給口２２は、軸Ｊに対する放射方向に関して内側に向かって気体Ｇを供給する。

供給口２１は、空間ＭＳにおいて気体Ｇと混合されるように燃料Ｆを供給する。供給口２２は、空間ＭＳにおいて燃料Ｆと混合されるように気体Ｇを供給する。空間ＭＳにおいて、供給口２１から供給された燃料Ｆと、供給口２２から供給された気体Ｇとが混合（予混合）される。燃料Ｆと気体Ｇとが混合されることにより、混合気（予混合気）ＦＧが生成される。以下の説明において、空間ＭＳを適宜、混合空間ＭＳ、と称する。

本実施形態において、供給口２１は、軸Ｊの周囲に複数配置される。複数の供給口２１は、間隔をあけて軸Ｊを囲むように配置される。供給口２２は、軸Ｊの周囲に複数配置される。複数の供給口２２は、間隔をあけて軸Ｊを囲むように配置される。本実施形態において、供給口２１及び供給口２２はそれぞれ、円形である。供給口２１及び供給口２２の一方又は他方は、多角形でもよいし、スリットでもよい。

なお、供給口２１が、軸Ｊの周囲に配置されてもよい。すなわち、供給口２１が軸Ｊを囲む環状でもよい。なお、供給口２２が、軸Ｊの周囲に配置されてもよい。すなわち、供給口２２が軸Ｊを囲む環状でもよい。

Ｘ軸方向に関して、第１面１１から最も遠い第２面１２の＋Ｘ側の第２面エッジと、第１面１１から最も遠い第３面１３の＋Ｘ側の第３面エッジとの間に、混合空間ＭＳで生成された燃料Ｆと気体Ｇとの混合気ＦＧが流出する流出口４１が設けられる。供給口２１と流出口４１とはＸ軸方向に配置される。流出口４１は、供給口２１よりも＋Ｘ側に配置され、混合気ＦＧを供給する。

燃料ノズル８は、第２面１２の＋Ｘ側の第２面エッジと結ばれ、Ｘ軸と直交するように配置された先端面５２と、第３面１３の＋Ｘ側の第３面エッジと結ばれ、Ｘ軸と直交するように配置された先端面５１とを備えている。先端面５１及び先端面５２はそれぞれ、＋Ｘ方向を向く。軸Ｊは、先端面５１を通る。先端面５２は、軸Ｊの周囲に配置される。ＹＺ平面において、先端面５２は、環状（輪帯状）である。

燃料ノズル８は、第１流体（燃料Ｆ）が流れる流路３１と、第２流体（気体Ｇ）が流れる流路３２とを備えている。流路３１及び流路３２のそれぞれは、燃料ノズル８の内部に形成される。混合空間ＭＳは、流路３１及び流路３２に対して外側の空間である。流路３１において、燃料Ｆは＋Ｘ方向に流れる。流路３２において、気体Ｇは＋Ｘ方向に流れる。供給口２１は、流路３１と結ばれる。供給口２１は、流路３１の燃料Ｆの少なくとも一部を混合空間ＭＳに供給する。供給口２２は、流路３２と結ばれる。供給口２２は、流路３２の気体Ｇの少なくとも一部を混合空間ＭＳに供給する。

流路３２は、軸Ｊを囲むように設けられる。ＹＺ平面内において、流路３２は、環状（輪帯状）である。流路３１は、流路３２の内側に配置される。流路３１は、軸Ｊを含む。

本実施形態において、燃料ノズル８は、少なくとも一部が軸Ｊの周囲に配置されるノズル部材６１と、少なくとも一部がノズル部材６１の周囲に配置されるノズル部材６２と、を備えている。ノズル部材６２は、軸Ｊの周囲に配置される。第１面１１、第３面１３、及び先端面５１は、ノズル部材６１に配置される。第２面１２及び先端面５２は、ノズル部材６２に配置される。流路３１及び供給口２１は、ノズル部材６１に配置される。流路３２及び供給口２２は、ノズル部材６２に配置される。

本実施形態において、燃料ノズル８は、＋Ｘ方向に突出する凸部１７と、凸部１７の周囲に配置される周壁部１８とを有する。凸部１７は、軸Ｊを含む。周壁部１８は、軸Ｊを囲むように配置される。凸部１７は、ノズル部材６１に設けられる。周壁部１８は、ノズル部材６２に設けられる。第３面１３は、凸部１７の外面（外周面）を含む。第２面１２は、周壁部１８の内面（内周面）を含む。先端面５１は、＋Ｘ方向を向く凸部１７の先端面を含む。先端面５２は、＋Ｘ方向を向く周壁部１８の先端面を含む。

次に、本実施形態に係る燃料ノズル８の動作の一例について説明する。流路３１に燃料Ｆが供給されると、その燃料Ｆの少なくとも一部は、供給口２１から混合空間ＭＳに供給される。流路３２に気体Ｇが供給されると、その気体Ｇの少なくとも一部は、供給口２２から混合空間ＭＳに供給される。供給口２１は、軸Ｊと平行な＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給する。供給口２２は、軸Ｊに対する放射方向に関して内側に気体Ｇを供給する。これにより、混合空間ＭＳにおいて燃料Ｆと気体Ｇとが混合（予混合）され、混合気（予混合気）ＦＧが生成される。混合空間ＭＳにおいて生成された混合気ＦＧの少なくとも一部は、流出口４１から混合空間ＭＳの外側に流出する。流出口４１を介して混合空間ＭＳから流出した混合気ＦＧは、＋Ｘ方向（下流方向）に流れ、混合空間ＭＳよりも＋Ｘ側の燃焼空間ＦＳにおいて燃焼（予混合燃焼）する。

本実施形態においては、供給口２１が＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給（噴射）するので、第１面１１と第２面１２と第３面１３とで規定される混合空間ＭＳにおける混合気ＦＧの滞留（よどみ）の発生が抑制される。本実施形態においては、流出口４１は供給口２１よりも＋Ｘ側に配置され、供給口２１は＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給する。供給口２１から供給（噴射）される燃料Ｆの流れによって、混合空間ＭＳの混合気ＦＧは、流出口４１を介して混合空間ＭＳから迅速に排出される。これにより、混合空間ＭＳにおける混合気ＦＧの滞留（よどみ）の発生が抑制される。混合空間ＭＳにおける混合気ＦＧの滞留（よどみ）の発生が抑制されることにより、混合気ＦＧは、燃料ノズル８から離れた燃料空間ＦＳで燃焼する。すなわち、混合空間ＭＳにおける混合気ＦＧの燃焼が抑制される。これにより、燃料ノズル８に対する火炎の接触、及び逆火現象の発生が抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１供給口１５から＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給するようにしたので、混合空間ＭＳにおける混合気ＦＧの滞留（よどみ）の発生が抑制される。そのため、燃料ノズル８に対する火炎の接触、及び逆火現象の発生が抑制される。したがって、燃料ノズル８の劣化が抑制され、燃料ノズル８の性能の低下が抑制される。また、その燃料ノズル８を備える燃焼器２の性能の低下、及びガスタービン１００の性能の低下が抑制される。

なお、本実施形態において、供給口２１から気体Ｇが供給され、供給口２２から燃料Ｆが供給されてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図４は、本実施形態に係る燃料ノズル８Ｂの一例を示す側断面図である。図４において、燃料ノズル８Ｂは、第１面１１に配置され、混合空間ＭＳに向かって＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給する供給口２１と、第２面１２に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して内側に気体Ｇを供給する供給口２２と、第３面１３に配置され、混合空間ＭＳに第３流体を供給可能な供給口２３と、を備えている。

第３流体は、燃料Ｆ及び気体Ｇの少なくとも一方である。すなわち、供給口２３から燃料Ｆが供給されてもよいし、気体Ｇが供給されてもよい。本実施形態において、供給口２１は、流路３１に接続される。供給口２３は、混合空間ＭＳに燃料Ｆを供給する。

供給口２３は、供給口２１からの燃料Ｆの供給方向（Ｘ軸方向）と交差する方向に第３流体を供給（噴射）する。供給口２３は、供給口２１からの燃料Ｆの供給方向と直交する方向に第３流体を供給（噴射）してもよい。本実施形態において、供給口２３は、軸Ｊに対する放射方向に関して外側に向かって燃料Ｆを供給する。

供給口２３は、軸Ｊの周囲に複数配置される。複数の供給口２３は、間隔をあけて軸Ｊを囲むように配置される。供給口２３は、円形である。供給口２３は、多角形でもよいし、スリットでもよい。

供給口２３は、供給口２２と対向するように配置されてもよい。供給口２３は、供給口２２から供給される気体Ｇと衝突するように燃料Ｆを混合空間ＭＳに供給してもよい。

なお、供給口２３が、軸Ｊの周囲に配置されてもよい。すなわち、供給口２３が軸Ｊを囲む環状でもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、混合空間ＭＳに対して、供給口２１から燃料Ｆが供給され、供給口２２から気体Ｇが供給され、供給口２３から燃料Ｆが供給される。本実施形態においても、混合空間ＭＳにおける混合気ＦＧの滞留（よどみ）の発生、及び逆火現象の発生が抑制される。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図５は、本実施形態に係る燃料ノズル８Ｃの一例を示す側断面図である。図５において、燃料ノズル８Ｃは、第１面１１に配置され、混合空間ＭＳに向かって＋Ｘ方向に燃料Ｆを供給する供給口２１と、第２面１２に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して内側に気体Ｇを供給する供給口２２と、第３面１３に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して外側に燃料Ｆを供給する供給口２３と、を備えている。

本実施形態において、第２面１２と第３面１３との間の混合空間ＭＳは、＋Ｘ方向に向かって狭くなる。これにより、流出口４１における混合気ＦＧの流速が高くなる。すなわち、所謂、ノズル効果により、流出口４１から流出する混合気ＦＧの流速が高まる。したがって、流出口４１における混合気ＦＧの滞留（よどみ）の発生、及び逆火現象の発生が抑制される。

なお、第２、及び第３実施形態において、供給口２１及び供給口２３から気体Ｇが供給され、供給口２２から燃料Ｆが供給されてもよい。

なお、上述の第１、第２、及び第３実施形態において、ノズル部材６１とノズル部材６２とは一体でもよい。換言すれば、燃焼ノズル８は、単一の部材でもよい。

＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図６は、本実施形態に係る燃料ノズル８Ｄの一例を示す側断面図である。図６において、燃料ノズル８Ｄは、第１面１１に配置され、混合空間ＭＳに向かって＋Ｘ方向に第１流体を供給する供給口２１と、第２面１２に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して内側に第２流体を供給する供給口２２と、第３面１３に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して外側に第３流体を供給する供給口２３と、を備えている。

供給口２１、供給口２２、及び供給口２３の少なくとも一つから燃料Ｆが供給され、供給口２１、供給口２２、及び供給口２３の少なくとも一つから気体Ｇが供給される。本実施形態において、供給口２１から燃料Ｆが供給され、供給口２２から気体Ｇが供給され、供給口２３から燃料Ｆが供給される。

本実施形態において、燃料ノズル８Ｄは、供給口２１に結ばれる流路３１Ｄと、供給口２２に結ばれる流路３２Ｄと、供給口２３に結ばれる流路３３Ｄと、を備えている。流路３１Ｄと流路３２Ｄと流路３３Ｄとは別々の流路である。流路３１Ｄに燃料Ｆが流れ、流路３２Ｄに気体Ｇが流れ、流路３３Ｄに燃料Ｆが流れる。供給口２１から供給される燃料Ｆ（流路３１Ｄを流れる燃料Ｆ）と、供給口２３から供給される燃料Ｆ（流路３３Ｄを流れる燃料Ｆ）とは、同じ種類の燃料でもよいし、異なる種類の燃料でもよい。

本実施形態において、燃料ノズル８Ｄは、流路３３Ｄを有するノズル部材６３Ｄと、少なくとも一部がノズル部材６３Ｄの周囲に配置され、流路３１Ｄを有するノズル部材６１Ｄと、少なくとも一部がノズル部材６１Ｄの周囲に配置され、流路３２Ｄを有するノズル部材６２Ｄと、を備えている。

本実施形態において、凸部１７は、ノズル部材６３Ｄに配置される。周壁部１８は、ノズル部材６２Ｄに配置される。第１面１１は、ノズル部材６１Ｄに配置される。第２面１２は、ノズル部材６２Ｄに配置される。第３面１３は、ノズル部材６３Ｄに配置される。

以上説明したように、本実施形態においては、供給口２１に接続される流路３１Ｄと、供給口２２に接続される流路３２Ｄと、供給口２３に接続される流路３３Ｄとは、別々の流路である。そのため、供給口２１から供給される第１流体の供給量、供給口２２から供給される第２流体の供給量、及び供給口２３から供給される第３流体の供給量のそれぞれを個別に制御可能である。例えば、供給口２１から供給される第１流体の供給量が、供給口２２から供給される第２流体の供給量、及び供給口２３から供給される第３流体の供給量よりも多くてもよい。こうすることにより、混合空間ＭＳにおける混合気ＭＳの滞留（よどみ）の発生、及び逆火現象の発生が抑制される。

図７は、図６を参照して説明した燃焼ノズル８Ｄの変形例である。図７に示す燃焼ノズル８Ｅにおいて、第２面１２と第３面１３との間の混合空間ＭＳが、＋Ｘ方向に向かって狭くなる。これにより、流出口４１における混合気ＦＧの流速が高くなる。

なお、本実施形態において、供給口２１から気体Ｇが供給され、供給口２２から燃料Ｆが供給され、供給口２３から燃料Ｆが供給されてもよい。なお、供給口２１か燃料Ｆが供給され、供給口２２から燃料Ｆが供給され、供給口２３から気体Ｇが供給されてもよい。

なお、供給口２１から気体Ｇが供給され、供給口２２から気体Ｇが供給され、供給口２３から燃料Ｆが供給されてもよい。なお、供給口２１から気体Ｇが供給され、供給口２２から気体Ｆが供給され、供給口２３から燃料Ｇが供給されてもよい。なお、供給口２１から燃料Ｆが供給され、供給口２２から燃料Ｇが供給され、供給口２３から気体Ｇが供給されてもよい。

＜第５実施形態＞
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図８は、本実施形態に係る燃料ノズル８Ｆの一例を示す側断面図である。図８において、燃料ノズル８Ｆは、第１面１１に配置され、混合空間ＭＳに向かって＋Ｘ方向に第１流体を供給する供給口２１と、第２面１２に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して内側に第２流体を供給する供給口２２と、第３面１３に配置され、混合空間ＭＳに向かって軸Ｊに対する放射方向に関して外側に第３流体を供給する供給口２３と、を備えている。

供給口２１、供給口２２、及び供給口２３の少なくとも一つから燃料Ｆが供給され、供給口２１、供給口２２、及び供給口２３の少なくとも一つから気体Ｇが供給される。

本実施形態において、燃焼ノズル８Ｆは、凸部１７の先端面５１に配置され、気体（空気）Ｇが流出する流出口４２を備えている。流出口４２は、流出口４１よりも小さい。流出口４２は、供給口２１、供給口２２、及び供給口２３よりも小さい。

本実施形態において、先端面５１の流出口４２から流出される気体Ｇによって、先端面５１を含む燃焼ノズル８Ｆの少なくとも一部が冷却される。先端面５１に配置された流出口４２から空気が流出することにより、先端面５１を含む燃焼ノズル８Ｆの温度が過剰に高まることが抑制される。また、先端面５１を含む燃焼ノズル８Ｆの少なくとも一部が冷却されることによって、逆火現象の発生が抑制される。したがって、燃料ノズル８Ｆの劣化が抑制される。

燃料ノズル８Ｆは、供給口２１に結ばれる流路３１Ｆと、供給口２２に結ばれる流路３２Ｆと、供給口２３に結ばれる流路３３Ｆと、を備えている。本実施形態において、流出口４２は、流路３３Ｆと結ばれる。流路３３Ｆに気体Ｇが流れる。流出口４２は、流路３３Ｆの気体Ｇの少なくとも一部を流出する。なお、燃料ノズル８Ｆは、流路３１Ｆ、流路３２Ｆ、及び流路３３Ｆとは別の流路を有してもよい。その別の流路に流出口４２が結ばれてもよい。流出口４２は、その別の流路を流れる気体Ｇを流出してもよい。その場合、流路３３Ｆに気体Ｇが流れてもよいし、燃料Ｆが流れてもよい。

なお、図８に示す例では、流路３１Ｆに燃料Ｆが流れ、流路３２Ｆに気体Ｇが流れる。流路３１Ｆに気体Ｇが流れ、流路３２Ｆに燃料Ｆが流れてもよい。

なお、周壁部１８の先端面５２に、気体Ｇを流出する流出口４２が設けられてもよい。先端面５２に設けられた流出口４２から気体Ｇが流出されることによっても、燃焼ノズル８Ｆの温度上昇が抑制され、逆火現象の発生が抑制される。先端面５２に設けられる流出口４２は、流路３２Ｆに結ばれてもよいし、流路３１Ｆ、流路３２Ｆ、及び流路３３Ｆとは別の流路に結ばれてもよい。

なお、上述の各実施形態において、第１面１１に第１流体を供給する供給口が設けられ、第３面１３に第３流体を供給する供給口が設けられ、第２面１２には供給口が設けられなくてもよい。その場合においても、第１面１１に設けられた供給口及び第３面１３に設けられた供給口の一方の供給口から燃料Ｆが供給され、他方の供給口から気体Ｇが供給されることによって、混合空間ＭＳにおいて混合気ＦＧが生成可能である。

図９は、図８を参照して説明した燃焼ノズル８Ｆの変形例である。図９に示す燃焼ノズル８Ｇにおいて、第２面１２と第３面１３との間の混合空間ＭＳが、＋Ｘ方向に向かって狭くなる。これにより、流出口４１における混合気ＦＧの流速が高くなる。

１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
８ パイロット燃料ノズル（燃料ノズル）
１１ 第１面
１２ 第２面
１３ 第３面
２１ 供給口
２２ 供給口
２３ 供給口
３１ 流路
３２ 流路
３３ 流路
４１ 流出口
４２ 流出口
５１ 先端面
５２ 先端面
１００ ガスタービン
Ｆ 燃料
ＦＧ 混合気（混合流体）
Ｇ 気体（空気）
Ｊ 軸

Claims (8)

1. 所定軸の周囲において前記所定軸と平行な軸と直交するように配置された第１面と、
   前記第１面に配置され、前記第１面が面する空間に第１流体を供給する第１供給口と、
   前記空間に面し、前記所定軸を囲うように配置された第２面と、
   前記第２面に配置され、前記空間に第２流体を供給する第２供給口と、を備え、
   前記第１流体及び前記第２流体の一方の流体は燃料を含み、他方の流体は空気であり、
   前記第１供給口は、前記所定軸と平行な第１方向に前記第１流体を供給し、
   前記第２供給口は、前記空間において前記第１流体と混合されるように前記第２流体を供給し、第１流出口は、前記空間において混合された混合流体を供給する燃料ノズル。
2. 前記空間に面し、間隙を介して前記第２面と対向する第３面と、
   前記所定軸と平行な方向に関して前記第１面から最も遠い前記第２面の第２面エッジと前記第３面の第３面エッジとの間に、前記空間で生成された前記第１流体と前記第２流体との混合流体が流出する前記第１流出口と、を備える請求項１に記載の燃料ノズル。
3. 前記第３面に配置され、前記空間に燃料及び空気の少なくとも一方を含む第３流体を供給する第３供給口を備える請求項２に記載の燃料ノズル。
4. 前記第２面及び前記第３面の一方の面は、前記所定軸の周囲において前記所定軸に対する放射方向に関して外側を向くように配置され、他方の面は、前記所定軸の周囲において前記所定軸に対する放射方向に関して内側を向くように配置される請求項２又は請求項３に記載の燃料ノズル。
5. 前記第２面と前記第３面との間の前記空間は、前記第１方向に向かって狭くなる請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の燃料ノズル。
6. 前記第２面エッジと結ばれ、前記所定軸と平行な軸と直交するように配置される第１先端面と、
   前記第３面エッジと結ばれ、前記所定軸と平行な軸と直交するように配置される第２先端面と、
   前記第１先端面及び前記第２先端面の少なくとも一方に配置され、空気が流出する第２流出口と、を備える請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の燃料ノズル。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料ノズルを備える燃焼器。
8. 請求項７に記載の燃焼器を備えるガスタービン。

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