JP2020051664A - 燃焼器及びこれを備えたガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル出口において火炎の温度が低くなり、ＮＯＸ生成が抑制される燃焼器を提供することを目的とする。【解決手段】燃焼器は、燃料を噴射するための燃料ノズルと、前記燃料を燃焼させるための燃焼空間を取り囲むとともに、前記燃焼空間に連通する出口を有する内部流路を有する燃焼筒と、前記燃焼筒の前記内部流路の入口に接続され、前記燃料と圧縮空気との混合気体を前記内部流路に導くための混合気体ラインと、を備え、前記燃焼筒は、前記内部流路を流れる前記混合気体によって冷却されるように構成される。【選択図】図２

Description

本開示は、燃焼器及びこれを備えたガスタービンに関する。

ガスタービンに用いられる燃焼器では、高温部品を確実に冷却することが望まれる。

例えば、特許文献１には、圧縮機で生成された圧縮空気の一部を抽気し、この抽気空気を昇圧した後、燃焼筒に形成された冷却空気通路に導くことにより、燃焼筒を抽気空気で冷却するように構成した燃焼器が記載されている。
なお、特許文献２には、燃焼筒の冷却を目的とするものではないが、ディフューザ壁に隣接して流れる空気を抽気し、この抽気空気に対して燃料を噴射して得られる混合気体を燃燃料ノズルよりも下流側において燃焼筒に供給するようにした燃焼器が記載されている。

特開２０１２−７７６６０号公報 特開２０１１−１５３８１５号公報

しかしながら、特許文献１のように、圧縮機から供給される圧縮空気の一部を燃焼筒の冷却のために用いる場合、燃焼筒の冷却に用いる分だけ燃料ノズル出口に供給される圧縮空気供給量が減少するため、燃料ノズル出口付近における燃空比が高まる。その結果、燃料ノズル出口付近における火炎温度が高くなり、大気汚染物質であるＮＯ_Ｘが生成される虞があった。

よって、本発明の幾つかの実施形態は、燃料ノズル出口付近における火炎温度の上昇を抑制し、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することが可能な燃焼器及びこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は
燃料を噴射するための燃料ノズルと、
前記燃料を燃焼させるための燃焼空間を取り囲むとともに、前記燃焼空間に連通する出口を有する内部流路を有する燃焼筒と、
前記燃焼筒の前記内部流路の入口に接続され、前記燃料と圧縮空気との混合気体を前記内部流路に導くための混合気体ラインと、を備え、
前記燃焼筒は、前記内部流路を流れる前記混合気体によって冷却されるように構成されている。

上記（１）の構成によれば、燃焼筒を冷却するための冷媒として、圧縮空気に燃料が混合された混合気体が用いられる。よって、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみである場合と比較して、燃料ノズル出口に供給される燃料量、および、燃料ノズル出口における燃空比が相対的に少なくなる。その結果、燃料ノズル出口付近における火炎温度の上昇を抑制することができるので、ＮＯ_Ｘの発生を抑制することができる。
なお、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみの場合は、燃料を含まない冷媒（圧縮空気）の混入によって燃焼反応の進行が妨げられ、燃焼器から流出する燃焼ガス中のＣＯ濃度が増大してしまう可能性がある。この点、上記（１）の構成によれば、燃焼筒の内部流路から燃焼空間に供給される混合気体が燃料を含むので、燃焼空間内における燃焼反応が促進され、燃焼器から流出する燃焼ガス中のＣＯ濃度を低減することができる。このことは、未燃分であるＣＯが発生しやすい低負荷運転時において有用である。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記燃焼器は、
前記圧縮空気が流れる圧縮空気ラインと、
前記圧縮空気ライン上に設けられ、前記圧縮空気ラインを流れる前記圧縮空気に対して前記燃料を供給するための燃料供給部と、を備え、
前記混合気体ラインは、前記燃料供給部から供給された前記燃料と前記圧縮空気ラインを流れる前記圧縮空気との前記混合気体を前記内部流路に導くように構成されてもよい。

上記（２）の構成によれば、圧縮空気ラインから供給された圧縮空気に対して燃料供給部により燃料が供給され、圧縮空気と燃料との混合気体が生成される。こうして得られた混合気体を燃焼筒の冷却に用いることにより、上記（１）で述べた原理に基づき、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみである場合と比較して、燃料ノズル出口付近における火炎温度の上昇を抑制することができるから、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記圧縮空気ラインは、
前記燃焼器を備えたガスタービンの圧縮機の中間段又は該ガスタービンの車室内空間から前記圧縮空気を抽気するように構成されてもよい。

上記（３）の構成によれば、ガスタービンの圧縮機で生成した圧縮空気を利用して、燃焼筒を冷却することができる。また、燃焼筒の冷却に用いる冷媒として、抽気された圧縮空気に燃料を加えた混合気体を用いることにより、上記（１）で述べた原理に基づき、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみである場合と比較して、燃料ノズル出口付近における火炎温度の上昇を抑制することができるから、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記燃料供給部は、
前記圧縮空気ラインにおける前記圧縮空気の流れ方向における上流側に位置する前縁部と、
前記前縁部に対して前記流れ方向における下流側に位置するとともに、前記流れ方向の下流側に向けて前記燃料を噴射するための燃料噴射孔を有する後縁部と、
を含む翼型形状を有していてもよい。

上記（４）の構成によれば、燃料供給部の後縁部の下流側において、燃料を含む圧縮空気（燃料含有空気）の低流速領域が形成されることを抑制できる。その結果、圧縮空気ライン内における燃料含有空気への着火を防止することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（４）の何れか一つに記載の構成において、
前記燃焼器は、前記圧縮空気ライン上に設けられた昇圧コンプレッサを備えていてもよい。

上記（５）の構成によれば、圧縮空気ラインに送給された空気を昇圧することができる。その結果、圧力が低い空気が圧縮空気ラインに送給されても、混合気体を燃焼筒の内部流路に供給するのに適した圧力まで圧縮空気ラインにおける空気を昇圧することが出来る。

（６）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（５）の何れか一つに記載の構成において、
前記燃焼器は、前記圧縮空気ライン上に設けられ、前記圧縮空気を冷却するための冷却器を備えていてもよい。

上記（６）の構成によれば、冷却器によって、圧縮空気を冷却することが出来る。その結果、より冷却に適した温度の圧縮空気を生成することが出来る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の構成において、
前記混合気体ラインは、前記燃焼器を備えた前記ガスタービンの翼環の内部を通過する翼環冷却ラインを含んでいてもよい。

上記（７）の構成によれば、混合気体を冷媒として用いて、燃焼筒だけでなく、ガスタービンの翼環も冷却することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の構成において、
前記混合気体ラインは、前記翼環冷却ラインをバイパスするバイパスラインをさらに含み、
前記翼環冷却ラインと前記バイパスラインとの間で、前記混合気体が流れる流路を切換可能に構成された流路切換弁をさらに備えていてもよい。

上記（８）の構成によれば、翼環冷却ラインとバイパスラインとを切換可能である。その結果、例えばガスタービンの運転状況に応じて翼環冷却ラインとバイパスラインのどちらを用いるかを選択して、冷媒としての混合気体を効果的に冷却に用いることが出来る。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の構成において、
前記混合気体ライン内における前記燃料の濃度は、可燃限界濃度以下であってもよい。

上記（９）の構成によれば、燃焼筒の内側の燃焼空間以外での混合気体の着火を防止することが出来る。また、混合気体が燃焼空間内に導入されて燃焼する際、燃焼空間への混合気体の供給位置近傍において火炎の局所的温度が高くなることを抑制することができる。その結果、燃焼筒内におけるＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れか一つに記載の構成において、
前記燃焼筒の軸方向において、前記内部流路の前記出口は前記燃料ノズルの下流端よりも下流側に位置していてもよい。

上述のとおり、燃焼筒の内部流路を通過後に燃焼空間に供給される混合気体には燃料が含まれる。
上記（１０）の構成によれば、燃料を含む混合気体の燃焼空間への供給位置（即ち、燃焼筒の内部流路の出口位置）を、燃焼筒の軸方向において燃料ノズルの下流端よりも下流側に設定したので、混合気体に含まれる燃料が、燃料ノズル出口付近における燃空比を高めることにならない。その結果、上記（１）で述べた原理に基づき、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみである場合と比較して燃料ノズル出口付近における火炎の燃焼温度を低く抑えることができるから、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１０）の何れか一つに記載の構成において、
前記内部流路は、前記燃焼筒の軸方向に延在する複数本の直線流路を含んでいてもよい。

上記（１１）の構成によれば、複数本の内部流路に冷媒としての混合気体が流れることで、より効率的に燃焼筒を冷却することが出来る。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
前記圧縮空気を生成するための圧縮機と、
上記（１）〜（１１）の何れか一つに記載の燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
を備えている。

上記（１２）の構成によれば、上記（１）で述べた原理に基づき、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみである場合と比較して燃料ノズル出口付近における火炎の温度を低く抑えることができるから、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、ノズル出口付近における火炎温度の上昇を抑制して、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るガスタービンを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る燃焼器を示す断面図である。 本発明の一実施形態における燃焼筒の一部を切り取って示す部分断面図である。 本発明の一実施形態における燃焼筒の冷却系統の構成例を示す概略図である。 本発明の一実施形態における燃料供給部の概略図であり、（ａ）は燃焼筒の冷却系統に組み込まれる燃料供給部の斜視概略図、（ｂ）は燃料供給部の断面概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービン１を示す概略構成図である。
図１に示すように、一実施形態に係るガスタービン１は、圧縮空気Ｇを生成するための圧縮機２と、圧縮空気Ｇ及び燃料Ｆを用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって駆動され回転するように構成されたタービン６と、を備えている。圧縮機２の回転軸とタービン６の回転軸とは互いに連結されており、これらの回転軸により図１に示すガスタービン１のロータ８が構成される。そして、燃焼ガスによりタービン６が駆動されると、タービン６の回動力がロータ８を介して圧縮機２に伝達され、圧縮機２が駆動される。発電用のガスタービン１の場合、ロータ８のタービン６側又は圧縮機２側に不図示の発電機が連結され、タービン６の回転エネルギーによって発電が行われる。

次に、図１を用いて、一実施形態に係るガスタービン１の各部位の構成について説明する。
圧縮機２は、圧縮機車室１０と、圧縮機車室１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口１２と、圧縮機車室１０内に配置された各種の翼と、を備えている。各種の翼は、空気取入口１２側に設けられた入口案内翼１４と、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に設けられた複数の動翼１８と、を含む。なお、圧縮機２は、不図示の抽気室など他の構成要素を備えていてもよい。
このような圧縮機２において、空気取入口１２から取り込まれた空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮され、高温高圧の圧縮空気Ｇとなる。この圧縮空気Ｇは、圧縮機２から、後段の燃焼器４に送られる。

燃焼器４は、ケーシング２０内に配置される。図１に示すように、燃焼器４は、ロータ８の中心軸周りに複数配置されていてもよい。この燃焼器４には、燃料Ｆと圧縮機２で生成された圧縮空気Ｇとが供給されるようになっており、供給された燃料Ｆを燃焼させることにより、タービン６の作動流体である燃焼ガスが発生する。そして、発生した燃焼ガスは燃焼器４から後段のタービン６に送られる。なお、燃焼器４の詳細な構成は後述する。

タービン６は、タービン車室２２と、タービン車室２２内に配置された複数の静翼２４及び複数の動翼２６と、静翼２４を保持するために静翼２４の径方向外側に設けられる翼環２７と、を備えている。静翼２４は翼環２７を介してタービン車室２２側に固定されており、動翼２６は静翼２４に対して交互に配列されるようにロータ８に設けられている。
上記タービン６は、燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が駆動され回転するように構成されている。これにより、ロータ８に連結された不図示の発電機が駆動される。
タービン車室２２の下流側には、排気車室２８を介して排気室３０が連結されている。このように、タービン６は、当該タービン６を駆動した後の燃焼ガスが、排気車室２８及び排気室３０を介して外部に排出されるようになっている。

次に、図２〜図５を参照して、一実施形態に係る燃焼器４の詳細な構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る燃焼器４を示す断面図である。図３は、本発明の一実施形態における燃焼筒８０の一部を切り取って示す部分断面図である。図４は、本発明の一実施形態における燃焼筒８０の冷却系統の構成例を示す概略図である。図５（ａ）は、燃焼筒８０の冷却系統に組み込まれる燃料供給部３５０の斜視概略図であり、図５（ｂ）は、燃料供給部３５０の断面概略図である。

図２に示すように、燃焼器４は、少なくとも１本のバーナ（５０，６０）と、バーナ（５０，６０）の下流側においてケーシング２０により画定される車室内空間４０に設けられた燃焼筒（燃焼器ライナ）８０と、を含む。図２に示す例示的な実施形態では、燃焼器４は、パイロット燃焼バーナ５０と複数の予混合燃焼バーナ６０と、を含む。
なお、燃焼器４は、燃焼ガスをバイパスさせるための不図示のバイパス管などの他の構成要素を備えていてもよい。

パイロット燃焼バーナ５０は、メインバーナとしての上記予混合燃焼バーナ６０に点火乃至着火するための口火（種火）バーナであり、燃料ポート５２に連結された燃料ノズル５４と、該燃料ノズル５４の下流側に配置されたパイロットコーン５６と、を含む。

予混合燃焼バーナ６０は、パイロット燃焼バーナ５０の周囲に複数本設けられる。各々の予混合燃焼バーナ６０は、燃料ポート６２に連結されたメインノズル６４（燃料ノズル）を含む。

燃焼筒８０は、内筒４６Ａと、該内筒４６Ａの先端部に篏合する尾筒（トランジションピース）４６Ｂと、を含む。燃焼筒８０の内部であって、該燃焼筒８０を構成する筒状壁の内周面で囲まれた中空部には燃焼空間８２が形成される。

上記構成を有する燃焼器４において、圧縮機２で生成された圧縮空気Ｇは車室入口４２から車室内空間４０内に供給され、さらに、車室内空間４０から予混合燃焼バーナ６０に導かれる。この予混合燃焼バーナ６０に導かれた圧縮空気Ｇと、燃料ポート６２から供給された燃料Ｆとが予混合燃焼バーナ内で予め混合された後、予混合気としてメインノズル６４から燃焼筒８０内に噴射される。

また、車室内空間４０から予混合燃焼バーナ６０を介さずに燃焼筒８０内に導かれた圧縮空気Ｇと、燃料ポート５２から供給されて燃料ノズル５４から噴射された燃料Ｆとが燃焼筒８０内で混合されて混合気体となり、該混合気体の燃焼により所謂パイロット火炎が形成される。このとき、パイロット燃焼バーナ５０によって形成される火炎（パイロット火炎）により、上述した予混合燃焼バーナ６０からの予混合気が着火されて燃焼筒８０内部の燃焼空間８２で安定的に燃焼し、燃焼ガスが発生する。
燃焼空間８２で生成された燃焼ガスは、燃焼筒８０内を通り、燃焼ガス流れの下流側に配置されたタービン６に供給される。

なお、燃料ポート５２及び燃料ポート６２から供給される燃料Ｆは、気体であっても液体であってもよく、その種類も特に限定されない。また、燃料ポート５２に供給される燃料Ｆと燃料ポート６２に供給される燃料Ｆとを異なる種類の燃料Ｆにしてもよい。例えば、燃料ポート５２に油燃料が供給され、燃料ポート６２に天然ガス等のガス燃料が供給されてもよい。

上記構成の燃焼器４において、燃焼筒８０は、ガスタービン１の運転中に高温となる。このため、図２及び図３に示すように、燃焼筒８０は、当該燃焼筒８０を冷却するための内部流路１００を有している。
図４に示すように、内部流路１００の入口には、後述する混合気体ライン２００が接続される。これにより、燃料Ｆと圧縮空気Ｇとの混合気体Ｈが、混合気体ライン２００から内部流路１００に供給される。一方、図２〜図３に示すように、内部流路１００の出口１０２は、燃焼筒８０の内側の燃焼空間８２に連通している。このため、内部流路１００を流れて燃焼筒８０を冷却した後の混合気体Ｈは、燃焼空間８２に流入する。
ここで、燃焼筒８０を冷却するための冷媒が圧縮空気Ｇのみである場合は、燃焼筒８０に供給される燃料Ｆの全量が燃料ノズル５４出口及びメインノズル６４出口に供給されるため、燃焼筒８０冷却用の冷媒として、圧縮空気Ｇに燃料Ｆ（全量のうち一部）を混合した混合気体Ｈを用いる場合に比べて、燃料ノズル５４出口及びメインノズル６４出口に供給される燃料Ｆの量、並びに、燃料ノズル５４出口及びメインノズル６４出口における燃空比が相対的に高くなる。この点、上記構成のように、燃焼筒８０を冷却するための冷媒として、圧縮空気Ｇに燃料Ｆが混合された混合気体Ｈが用いられることで、燃焼筒８０を冷却するための冷媒が圧縮空気Ｇのみである場合と比較して、燃料ノズル５４出口及びメインノズル６４出口に供給される燃料Ｆの量、並びに、燃料ノズル５４出口及びメインノズル６４出口における燃空比（ここでは圧縮空気Ｇに対する燃料Ｆの比率）が相対的に少なくなる。その結果、燃料ノズル５４の出口付近及びメインノズル６４の出口付近における火炎温度の上昇が抑制される。燃料等を燃焼させる過程で生ずるＮＯｘは、燃焼温度が高温になるほど発生量が多くなることが知られている。従って、上記のように燃料ノズル５４の出口付近及びメインノズル６４の出口付近における火炎温度の上昇を抑制することにより、ＮＯ_Ｘの発生を抑制することができるのである。
なお、混合気体ライン２００から内部流路１００に供給される混合気体Ｈは、任意の燃料Ｆと、圧縮機２で生成された車室内空間４０における圧縮空気Ｇとの混合気体であってもよい。混合気体Ｈに含まれる燃料Ｆは、少なくとも一本のバーナ（５０，６０）に供給される燃料Ｆと同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、混合気体Ｈは、図２に示すように、内部流路１００において、燃焼空間８２内における燃焼ガスの流れ方向とは反対方向に流れてもよい。なお、図２に示すように、内部流路１００の出口１０２は複数箇所設けられていてもよい。また、内部流路１００の出口１０２が複数設けられる場合、燃焼筒８０の軸方向において互いに異なる位置に設けられてもよい。

内部流路１００の具体的構成は特に限定されないが、内部流路１００は、例えば、燃焼筒８０を構成する筒状壁の内部に形成される直線流路１００ａを含んでいてもよい。
図３に示す例示的な実施形態では、内部流路１００は、燃焼筒８０の内周面と外周面との間に存在する上記筒状壁の内部において周方向に配列された複数の直線流路１００ａを含む。各々の直線流路１００ａは、燃焼筒８０の軸方向に延在している。
複数の直線流路１００ａは、周方向に均等ピッチで設けられていてもよい。複数の内部流路１００（直線流路１００ａ）が設けられることで、内部流路１００を流れる冷媒（混合気体Ｈ）と燃焼筒８０とが接する面積が拡大し、より効率的に燃焼筒８０を冷却することが出来る。
また、直線流路１００ａの軸方向における長さは特に限定されず、軸方向において同一の長さであってもよいし、図３に示すように、互いに長さが異なる複数種の直線流路１００ａが設けられていてもよい。図３に示す例では、流路長が長い直線流路１００ａの出口１０２が、燃焼筒８０の軸方向において、流路長が短い直線流路１００ａの出口１０２よりも上流側に位置している。このように、内部流路１００の出口１０２を、軸方向において複数箇所に分散配置する場合、混合気体Ｈに含まれる燃料Ｆが燃焼される位置が軸方向において分散することになる。これにより、燃焼空間８２内での発熱量分布が軸方向において均一化され、燃焼器４の燃焼振動を抑制することができる。

また、燃焼筒８０の軸方向において、上述した内部流路１００の出口１０２は、燃料ノズル５４の下流端５５よりも燃焼ガス流れの下流側に位置する。
例えば、燃料ノズル５４の下流端５５より下流側の燃焼筒８０の円筒部分（図２に示す例では、燃焼筒８０のうち、尾筒４６Ｂの下流側の非円筒部分を除く部位）の全長をＬとしたとき、燃料ノズル５４の下流端５５と内部流路１００の出口１０２（出口１０２が複数存在する場合には、燃焼ガス流れの最も上流側に位置する出口１０２）との間の燃焼筒８０の軸方向における距離ｄは、ｄ≧０．２×Ｌを満たしてもよい。
上記構成によれば、冷媒が圧縮空気Ｇと燃料Ｆを含む混合気体Ｈである場合、燃焼空間８２への混合気体Ｈの流出位置（即ち、燃焼筒８０の内部流路１００の出口１０２位置）を、燃焼筒８０の軸方向において燃料ノズル５４の下流端５５よりも下流側に設定したので、混合気体Ｈに含まれる燃料Ｆが、燃料ノズル５４の出口付近における燃空比を高めることにならない。その結果、燃焼筒を冷却するための冷媒が圧縮空気のみである場合と比較して、燃料ノズル５４の出口付近における火炎の燃焼温度を低下させることができるので、ＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

上記構成の内部流路１００の入口には、図４に示すように、燃料Ｆと圧縮空気Ｇとの混合気体Ｈを内部流路１００に導くための混合気体ライン２００が接続される。

上述した混合気体ライン２００は、図４に示すように、タービン６の翼環２７の内部を通過する翼環冷却ライン２１０を含んでいてもよい。この場合、冷媒としての混合気体Ｈは、最初に翼環冷却ライン２１０を通って翼環２７を冷却し、次に内部流路１００を通って燃焼筒８０を冷却して、最後に内部流路１００の出口１０２から燃焼筒８０の燃焼空間８２に流入する。上記構成によれば、混合気体Ｈを、燃焼筒８０の冷却に加えて、ガスタービン１の翼環２７の冷却にも用いることができる。

図４に示すように、一実施形態に係る混合気体ライン２００は、上述した翼環冷却ライン２１０に加えて、翼環冷却ライン２１０をバイパスするバイパスライン２２０をさらに含んでいてもよい。また、翼環冷却ライン２１０とバイパスライン２２０との間で、混合気体Ｈが流れる流路を切り換えることができるように構成された流路切換弁２３０をさらに備えていてもよい。
上記流路切換弁２３０によって、例えばガスタービン１の運転状況に応じて翼環冷却ライン２１０とバイパスライン２２０とのどちらを用いるかを選択して、冷媒としての混合気体Ｈを効果的に冷却に用いることが出来る。
例えばガスタービン１の起動時は、翼環２７が高温となっていない。よって、バイパスライン２２０を選択して、混合気体Ｈを燃焼筒８０の冷却のみに用いることが出来る。一方、ガスタービン１の定格負荷時には、起動時に比べて翼環２７も高温となる。よって、翼環冷却ライン２１０を選択して、混合気体Ｈを、燃焼筒８０の冷却及び翼環２７の冷却に用いることが出来る。

図４に示す一実施形態に係る燃焼器４は、圧縮空気Ｇを混合気体ライン２００へと導く圧縮空気ライン３００と、圧縮空気ライン３００上に設けられ、圧縮空気Ｇに対して燃料Ｆを供給するための燃料供給部３５０と、をさらに含んでいてもよい。燃料供給部３５０から供給された燃料Ｆと圧縮空気ライン３００を流れる圧縮空気Ｇは、混合気体Ｈとして混合気体ライン２００に流入する。

さらに、圧縮空気Ｇを導く圧縮空気ライン３００は、種々の場所から圧縮空気Ｇを抽気できるように構成されてもよい。
例えば、図１に示す圧縮機２の中間段から圧縮空気Ｇを抽気してもよいし、図２に示す車室内空間４０から圧縮空気Ｇを抽気してもよい。

さらに、図４に示す実施形態のように、燃焼器４は、圧縮空気ライン３００上に設けられた冷却器３０２と、圧縮空気ライン３００上に設けられた昇圧コンプレッサ３０４とを備えてもよい。図４に示す例示的な燃焼器４では、圧縮空気Ｇの流れ方向における冷却器３０２の下流側に、昇圧コンプレッサ３０４が設けられている。上記燃焼器４において、冷却器３０２により、冷却に適した温度の圧縮空気Ｇを生成することが出来る。また、外気等の圧力が低い空気が圧縮空気ライン３００に送給されても、昇圧コンプレッサ３０４により、燃焼筒８０の内部流路１００に供給するのに適した圧力まで圧縮空気ライン３００における空気を昇圧することが出来る。

上述した圧縮空気ライン３００と、冷却器３０２と、昇圧コンプレッサ３０４と、燃料供給部３５０とは、ケーシング２０外に設けられていてもよい。この構成によると、燃料Ｆを含んだ圧縮空気Ｇは、ケーシング２０外の圧縮空気ライン３００から、ケーシング２０内の混合気体ライン２００へと導かれる。
一方、燃料供給部３５０は、ケーシング２０内の混合気体ライン２００に設けられていてもよい。例えば、混合気体ライン２００のうち翼環冷却ライン２１０より下流側に燃料供給部３５０が設けられていてもよい。この場合、翼環２７を冷却した後の圧縮空気Ｇに、燃料Ｆが供給される。

図５（ａ）は、燃料供給部３５０の斜視概略図であり、図５（ｂ）は、燃料供給部３５０の断面概略図である。
これまで、燃焼器４の全体構成について述べてきた。
以下、図５を用いて、本発明の一実施形態にかかる燃焼器４における燃料供給部３５０の構成について説明する。
圧縮空気Ｇに対して燃料Ｆを供給する燃料供給部３５０は、図５に示すように、圧縮空気ライン３００における圧縮空気Ｇの流れ方向における上流側に位置する前縁部３５２と、前縁部３５２に対して流れ方向における下流側に位置するとともに、流れ方向の下流側に向けて燃料Ｆを噴射するための燃料噴射孔３６０を有する後縁部３５４と、を含む翼型形状を有していてもよい。このような燃料供給部３５０は、前縁部３５２と後縁部３５４とを結ぶコードに対して一方の面と他方の面とが非対称であってもよいし対称であってもよい。つまり、燃料供給部３５０は、圧縮空気Ｇの流れ方向において少なくとも燃料噴射孔３６０より後流側に渦を発生させない流線形、すなわち、流れの中に置かれたときに周りに渦を発生せず、流れから受ける抵抗が最も小さくなる曲線（或いは曲面）で構成される形であってもよい。具体的には、燃料供給部３５０は、圧縮空気Ｇの流れ方向に沿った断面が細長く（或いは、薄く）て先端が丸く、後端が流れの下流に向けて先鋭となる尖った形状を有していてもよい。燃料供給部３５０を上記構成とすることで、燃料供給部３５０の後縁部３５４の下流側において、燃料Ｆを含む圧縮空気Ｇ（燃料含有空気）の低流速領域が形成されることを抑制することができる。その結果、圧縮空気ライン３００内における燃料含有空気への着火又は保炎を防止することができる。
なお、燃料供給部３５０内部には、燃料Ｆを流すための燃料流路３５６が設けられていてもよい。また、燃料Ｆは、外部燃料流路３５８から燃料流路３５６に供給され、燃料噴射孔３６０より噴射されるように構成されていてもよい。さらに、外部燃料流路３５８上には、燃料Ｆの供給量を調整する燃料調整弁３５９が設けられていてもよい。

また、幾つかの実施形態では、混合気体ライン２００内における燃料Ｆの濃度は、可燃限界濃度以下であってもよい。燃料Ｆの濃度を調整するために、例えば上記燃料調整弁３５９において燃料Ｆの供給量を調整してもよい。燃料Ｆの濃度を可燃限界濃度以下にすることにより、燃焼筒８０の内側の燃焼空間８２以外で混合気体Ｈが着火されることを防止することが出来る。また、混合気体Ｈが燃焼空間８２内に導入されて燃焼する際、燃焼空間８２への混合気体Ｈの供給位置近傍において局所的に火炎温度が高くなることを抑制することができる。その結果、燃焼筒８０内におけるＮＯ_Ｘの生成を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
２７ 翼環
４０ 車室内空間
５４ 燃料ノズル
８０ 燃焼筒
１００ 内部流路
１０２ 出口
２００ 混合気体ライン
２１０ 翼環冷却ライン
２２０ バイパスライン
２３０ 流路切換弁
３００ 圧縮空気ライン
３０２ 冷却器
３０４ 昇圧コンプレッサ
３５０ 燃料供給部
３５２ 前縁部
３５４ 後縁部
Ｆ 燃料
Ｇ 圧縮空気

Claims (12)

1. 燃料を噴射するための燃料ノズルと、
   前記燃料を燃焼させるための燃焼空間を取り囲むとともに、前記燃焼空間に連通する出口を有する内部流路を有する燃焼筒と、
   前記燃焼筒の前記内部流路の入口に接続され、前記燃料と圧縮空気との混合気体を前記内部流路に導くための混合気体ラインと、を備え、
   前記燃焼筒は、前記内部流路を流れる前記混合気体によって冷却されるように構成された燃焼器。
2. 前記圧縮空気が流れる圧縮空気ラインと、
   前記圧縮空気ライン上に設けられ、前記圧縮空気ラインを流れる前記圧縮空気に対して前記燃料を供給するための燃料供給部と、を備え、
   前記混合気体ラインは、前記燃料供給部から供給された前記燃料と前記圧縮空気ラインを流れる前記圧縮空気との前記混合気体を前記内部流路に導くように構成された
   請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記圧縮空気ラインは、
   前記燃焼器を備えたガスタービンの圧縮機の中間段又は該ガスタービンの車室内空間から前記圧縮空気を抽気するように構成された
   請求項２に記載の燃焼器。
4. 前記燃料供給部は、
   前記圧縮空気ラインにおける前記圧縮空気の流れ方向における上流側に位置する前縁部と、
   前記前縁部に対して前記流れ方向における下流側に位置するとともに、前記流れ方向の下流側に向けて前記燃料を噴射するための燃料噴射孔を有する後縁部と、
   を含む翼型形状を有する
   請求項２又は３に記載の燃焼器。
5. 前記圧縮空気ライン上に設けられた昇圧コンプレッサを備える
   請求項２〜４の何れか一項に記載の燃焼器。
6. 前記圧縮空気ライン上に設けられ、前記圧縮空気を冷却するための冷却器を備える
   請求項２〜５の何れか一項に記載の燃焼器。
7. 前記混合気体ラインは、前記燃焼器を備えた前記ガスタービンの翼環の内部を通過する翼環冷却ラインを含む
   請求項１〜６の何れか一項に記載の燃焼器。
8. 前記混合気体ラインは、前記翼環冷却ラインをバイパスするバイパスラインをさらに含み、
   前記翼環冷却ラインと前記バイパスラインとの間で、前記混合気体が流れる流路を切換可能に構成された流路切換弁をさらに備える
   ことを特徴とする請求項７に記載の燃焼器。
9. 前記混合気体ライン内における前記燃料の濃度は、可燃限界濃度以下である
   を特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の燃焼器。
10. 前記燃焼筒の軸方向において、前記内部流路の前記出口は前記燃料ノズルの下流端よりも下流側に位置する
    請求項１〜９の何れか一項に記載の燃焼器。
11. 前記内部流路は、前記燃焼筒の軸方向に延在する複数本の直線流路を含む
    請求項１〜１０の何れか一項に記載の燃焼器。
12. 前記圧縮空気を生成するための圧縮機と、
    請求項１〜１１の何れか一項に記載の燃焼器と、
    前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
    を備えることを特徴とするガスタービン。

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