JP2020169785A - 燃焼器及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘや煤などの低減をさらに図る。【解決手段】燃焼器１０は、外筒１１と、内筒１２と、複数のメインノズル２２と、空気流路部Ｒと、メインスワラ２９と、水噴射部３０と、を備える。メインノズル２２は、燃料を噴射する燃料噴射部２２ｆを先端部２２ａに有している。メインスワラ２９は、メインノズル２２の燃料噴射部２２ｆよりも内筒１２内における空気の流通方向Ｄｆ上流側に設けられている。メインスワラ２９は、空気の流れをメインノズル２２の中心軸Ｏ２（軸線）周りに旋回させる。水噴射部３０は、内筒１２内における空気の流通方向Ｄｆにおいてメインスワラ２９よりも上流側、かつ内筒１２の端部１２ａよりも下流側に設けられている。水噴射部３０は、メインノズル２２の外周面１２ｇから内筒１２内に水を噴射する。【選択図】図２

Description

この発明は、燃焼器及び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としては、ガス燃料と油燃料とを焚くことができるデュアル焚き燃焼器が知られている。このようなデュアル焚き燃焼器で油燃料を焚く場合、燃焼筒内に油燃料とともに水を噴射する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、外筒の内周面と内筒の外周面との間に形成された空気流路に、水供給部を備える構成が開示されている。この特許文献１の燃焼器に形成された空気流路は、内筒の後端で流通方向が反転される反転部を備えている。この反転部を経た空気は、内筒内に燃料を噴射する燃料ノズルに供給される。水供給部は、空気流路における反転部よりも以前に設けられて空気流路を流れる空気に水又は蒸気を供給する。この特許文献１の燃焼器では、水供給部で空気に水又は蒸気を供給することで、燃焼器における火炎温度の低減を図り、ＮＯｘ（窒素酸化物）や煤などの低減を行っている。

特開２０１４−１４５５６３号公報

特許文献１に開示された構成では、外筒と内筒との間の空気流路に水供給部が供給される。このため、水供給部から空気流路に供給された水は、反転部で水に作用する遠心力によって、反転部の径方向外側の内周面に付着しやすい。水が、反転部の内周面に付着すると、水が火炎にまで到達しにくくなる。その結果、燃焼器における火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減を行うという効果に改善の余地がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることができる燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、燃焼器は、外筒と、内筒と、複数の燃料ノズルと、空気流路部と、スワラと、水噴射部と、を備える。前記外筒は、軸線方向に延びる筒状である。前記内筒は、前記外筒の径方向内側に設けられている。前記内筒は、前記軸線方向に延びる筒状である。複数の前記燃料ノズルは、前記内筒内に設けられている。前記燃料ノズルは、燃料を噴射する燃料噴射部を先端部に有している。前記空気流路部は、外部から前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に導入した空気を前記軸線方向第一側に流し、前記内筒の前記軸線方向第一側の端部で前記空気の流通方向を反転させて前記内筒内に送り込む。前記スワラは、前記燃料ノズルの前記燃料噴射部よりも前記内筒内における前記空気の流通方向上流側に設けられている。前記スワラは、前記空気の流れを前記燃料ノズルの中心軸周りに旋回させる。前記水噴射部は、前記内筒内における前記空気の流通方向において前記スワラよりも上流側、かつ前記内筒の前記端部よりも下流側に設けられている。前記水噴射部は、前記燃料ノズルの外周面から前記内筒内に水を噴射する。

このように構成することで、スワラの上流側に設けられた水噴射部から内筒内の空気中に噴射された水の液滴は、スワラで空気とともに旋回する。これによって、液滴の分散性が高まるとともに、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。

この発明の第二態様によれば、第一態様に係る燃焼器は、パイロットノズルと、ガイドベーンと、をさらに備えてもよい。前記パイロットノズルは、前記内筒内で、複数の前記燃料ノズルの径方向内側に設けられている。前記ガイドベーンは、前記内筒の前記端部の径方向内側に設けられている。前記ガイドベーンは、前記空気流路部において前記空気の流通方向が反転されて前記内筒内に送り込まれる空気を、前記軸線方向第二側に向けて案内する。前記水噴射部は、前記ガイドベーンよりも前記内筒内における前記空気の流通方向下流側に設けられているようにしてもよい。
このように構成することで、ガイドベーンを通過した空気の内筒内での流通方向は、軸線方向に沿ったものとなる。これにより、水噴射部から噴射された水が、複数の燃料ノズルの径方向内側に設けられたパイロットノズルに拡散することが抑えられる。従って、パイロットノズルで生成される火炎に水の液滴が及ぶことを抑え、パイロットノズルの火炎が失火する等の影響を受けることが抑えられる。

この発明の第三態様によれば、第一又は第二態様に係る前記燃料ノズルは、テーパ部を備えるようにしてもよい。前記テーパ部は、前記軸線方向第一側のノズル本体部と、前記軸線方向第二側の前記先端部との間に設けられている。前記テーパ部は、前記軸線方向第二側に向かって外径が漸次縮小する。前記水噴射部は、前記テーパ部に設けられているようにしてもよい。
このように構成することで、テーパ部に設けられた水噴射部から噴射された水の液滴は、その下流側のスワラに向かって効率良く流れていく。これにより、水噴射部から噴射された液滴が、スワラ以外の部分に拡散することが抑えられる。

この発明の第四態様によれば、第一から第三態様の何れか一つの態様に係る前記水噴射部は、前記燃料ノズルの周方向に間隔をあけて設けられた複数のノズル孔を有するようにしてもよい。
このように構成することで、周方向複数個所のノズル孔から水を噴射することで、より多くの液滴を、燃料ノズルから燃料が噴射される部分に供給することができる。

この発明の第五態様によれば、第四態様に係る複数の前記ノズル孔は、前記燃料ノズルの周方向において不等間隔をあけて設けられているようにしてもよい。
このように構成することで、内筒内に設けられた燃料ノズル等の影響によって、内筒内で空気の二次流れが生じる場合、この二次流れによる影響を抑えるようにノズル孔を配置することで、複数のノズル孔から噴射される水の液滴の分布を均一化することが可能となる。

この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る前記燃料ノズルは、燃料供給流路部と、水供給流路部と、を備えていてもよい。燃料供給流路部は、中心軸回りに複数設けられ、前記燃料を前記燃料噴射部に向けて供給する。水供給流路部は、前記水噴射部に水を供給する。水供給流路部は、前記燃料ノズルの外周面と前記燃料供給流路部との間に設けられるとともに、前記中心軸を中心とした周方向に間隔をあけて設けられている。
この第六態様の水供給流路部は、燃料ノズルの外周面とガス供給流路部との間に、間隔をあけて設けられている。これにより、内筒内を流れる高温の空気からの熱が、水供給流路部の間を通じて、水供給流路部よりも径方向内側の部分に熱伝導される。そのため、燃料ノズルの内部に生じる温度差を抑制し、燃料ノズル内部の熱応力を抑制できる。

この発明の第七態様によれば、ガスタービンは、第一から第六態様の何れか一つの態様に係る燃焼器を備える。
このようにすることで、ガスタービンの商品性を向上できる。

上記燃焼器によれば、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。

この発明の一実施形態における燃焼器の内部構成を示す断面図である。 上記燃焼器の要部を示す拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 上記第一実施形態における燃焼器の水噴射部の変形例を示す図であり、ノズル孔が設けられた部分におけるメインノズルの断面図である。 第二実施形態における水噴射部のノズル孔の配置を示す断面図である。 第三実施形態におけるメインノズル内の流路レイアウトを示す図であり、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

以下、この発明の一実施形態における燃焼器及びガスタービンを図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、この実施形態の燃焼器の内部構成を示す断面図である。
図１に示すように、この実施形態の燃焼器１０は、ガスタービン１の車室２に設けられている。燃焼器１０は、ガス焚きと油焚きとが可能なデュアル方式のものである。燃焼器１０には、ガスタービン１の圧縮機（図示無し）で生成された圧縮空気が導入される。燃焼器１０は、導入された圧縮空気に燃料を噴射し、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。

燃焼器１０は、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル（燃料ノズル）２２と、空気流路部Ｒと、メインスワラ２９と、水噴射部３０と、を主に備えている。

外筒１１は、ガスタービン１の車室２に支持されている。外筒１１は、その中心軸Ｏ１の延びる軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成されている。

内筒１２は、外筒１１に対し、中心軸Ｏ１を中心とした径方向Ｄｒ内側に設けられている。内筒１２は、軸線方向Ｄａに延びる筒状である。軸線方向Ｄａにおける内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａは、外筒１１の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１１ａの径方向Ｄｒ内側に位置している。軸線方向Ｄａにおける内筒１２の第二側Ｄａ２の端部１２ｂは、外筒１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１１ｂよりも第二側Ｄａ２に配置されている。なお、この実施形態における内筒１２は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１２ａに円筒部５１（後述する）を有している場合を例示している。

尾筒１３は、内筒１２の第二側Ｄａ２の端部１２ｂの径方向Ｄｒ外側に設けられている。尾筒１３は、軸線方向Ｄａに延びる筒状である。

背面壁１４は、外筒１１の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１１ａを閉塞する。背面壁１４は、中心軸Ｏ１周りの周方向Ｄｃに連続する案内面１５を有する。案内面１５は、中心軸Ｏ１に直交する方向から見て、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に凹となる湾曲面である。案内面１５は、内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａに対して間隔をあけて配置されている。

パイロットノズル２１は、内筒１２の中心軸Ｏ１に沿って設けられている。パイロットノズル２１は、外部から供給される燃料を先端部２１ａから噴射する。パイロットノズル２１から噴射された燃料に着火することで、火炎を生成する。

パイロットノズル２１は、パイロットコーン２４を備えている。パイロットコーン２４は、パイロットノズル２１の先端部２１ａを外周側から囲む筒状に形成されている。パイロットコーン２４は、テーパコーン部２４ｃを有している。テーパコーン部２４ｃは、パイロットノズル２１の先端部２１ａ近傍から、火炎の生成方向に向けて、その内径が漸次拡大する。テーパコーン部２４ｃは、火炎の拡散範囲、方向を規制し、保炎性を高める。

また、パイロットノズル２１の外周面とパイロットコーン２４の内周面との間には、パイロットスワラ２８が設けられている。パイロットスワラ２８は、パイロットコーン２４内に供給される空気を整流する。

メインノズル２２は、内筒１２内に複数本が設けられている。複数本のメインノズル２２は、パイロットノズル２１の径方向Ｄｒ外側に、周方向Ｄｃに間隔をあけて配置されている。各メインノズル２２は、内筒１２の軸線方向Ｄａに延びている。

図２は、燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
図１、図２に示すように、メインノズル２２において、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の先端部２２ａには、燃料（ガス、油）を噴射する燃料噴射部２２ｆが設けられている。燃料噴射部２２ｆには、メインノズル２２内に設けられた供給管２２ｘを通して燃料が供給される。燃料噴射部２２ｆは、供給された燃料を噴射する複数のノズル孔（図示無し）を有している。

メインノズル２２の先端部２２ａの外周側には、メインバーナ２５が設けられている。メインバーナ２５は、筒状で、内筒１２の中心側のパイロットコーン２４に近接する側２５ａが、火炎の生成方向に向けて漸次外周側に傾斜して形成されている。

メインノズル２２の先端部２２ａの外周面とメインバーナ２５の内周面との間には、メインスワラ（スワラ）２９が設けられている。メインスワラ２９は、メインバーナ２５内に供給される空気を、メインノズル２２の中心軸Ｏ２周りに旋回させる。

空気流路部Ｒは、導入流路部Ｒ１と、反転流路部Ｒ２と、内部流路部Ｒ３と、を備えている。

導入流路部Ｒ１は、外筒１１の内周面１１ｆと内筒１２の外周面１２ｇとの間に形成されている。導入流路部Ｒ１には、外筒１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１１ｂと内筒１２の外周面１２ｇとの隙間に形成される開口１６から、空気が導入される。開口１６には、パンチメタル２７が設けられている。パンチメタル２７は、多数の孔が形成された多孔板である。パンチメタル２７は、ガスタービン１の圧縮機（図示無し）から流れ込む高温・高圧の空気を整流する。導入流路部Ｒ１に導入された空気は、導入流路部Ｒ１において、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に向かって流れる。

反転流路部Ｒ２は、導入流路部Ｒ１に導入された空気の流通方向を、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に反転させる。反転流路部Ｒ２には、円筒部５１と、ガイドベーン５２とが設けられている。
円筒部５１は、内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａを形成している。円筒部５１は、径方向Ｄｒ外側に膨らんだベルマウス構造である。ガイドベーン５２は、周方向Ｄｃで隣り合うメインノズル２２の間に設けられている。ガイドベーン５２は、内筒１２の端部１２ａの径方向Ｄｒ内側に設けられている。ガイドベーン５２は、円筒部５１の第一側Ｄａ１の先端５１ａ（内筒１２の端部１２ａ）の近傍から、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって径方向Ｄｒ内側に湾曲して延びている。ガイドベーン５２の内周端部５２ａは、内筒１２の端部１２ａよりも軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に配置されている。

反転流路部Ｒ２は、導入流路部Ｒ１に導入された空気を、背面壁１４の案内面１５、及びガイドベーン５２により、径方向Ｄｒ内側から軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に流れるように反転させる。反転流路部Ｒ２で流通方向が変換された空気は、内筒１２の端部１２ａの内側から、内筒１２内の内部流路部Ｒ３に送り込まれる。ガイドベーン５２は、空気の流通方向が反転されて内筒１２内に送り込まれる空気を、軸線方向Ｄａと平行に第二側Ｄａ２に向けて案内する。

内部流路部Ｒ３は、内筒１２の径方向Ｄｒ内側に形成されている。反転流路部Ｒ２で流通方向が反転された空気は、内部流路部Ｒ３において、内筒１２の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１２ａ側から第二側Ｄａ２の端部１２ｂに向かって、軸線Ｏ２と平行な流通方向Ｄｆに流れる。

水噴射部３０は、内筒１２内における空気の流通方向Ｄｆにおいて、メインスワラ２９よりも上流側（軸線方向Ｄａの第一側）に設けられている。メインスワラ２９は、メインノズル２２の燃料噴射部２２ｆよりも流通方向Ｄｆ上流側に設けられている。流通方向Ｄｆで、水噴射部３０は、内筒１２の端部１２ａよりも下流側（軸線方向Ｄａの第二側）に設けられている。水噴射部３０は、内筒１２内における空気の流通方向Ｄｆにおいて、ガイドベーン５２よりも下流側に設けられている。

この実施形態で例示する水噴射部３０は、メインノズル２２のテーパ部２２ｃに設けられている。テーパ部２２ｃは、メインノズル２２のうち、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１のノズル本体部２２ｂと、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の先端部２２ａとの間に設けられている。テーパ部２２ｃは、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって外径が漸次縮小している。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２，図３に示すように、水噴射部３０は、複数のノズル孔３１を有する。複数のノズル孔３１は、メインノズル２２のテーパ部２２ｃに、中心軸Ｏ２周りの周方向に等間隔をあけて設けられている。各ノズル孔３１は、メインノズル２２の内外を貫通して形成されている。各ノズル孔３１には、メインノズル２２内に設けられた水供給流路部（図示無し）を通して、外部から水が供給される。各ノズル孔３１は、水供給流路部から供給された水を、メインノズル２２の外周面から径方向外側に噴出する。ここで、各ノズル孔３１からの水の噴出方向は、中心軸Ｏ２に直交する面に対して、流通方向Ｄｆ下流側に傾斜させてもよい。各ノズル孔３１から水を噴出させる角度、言い換えれば、ノズル孔３１の中心軸の傾斜角度は、各ノズル孔３１から噴出された水の液滴の全てが、メインスワラ２９を通るように設定するのが好ましい。なお、この第一実施形態で例示するノズル孔３１の断面形状は、外径が一定の円形をなしている。

複数のノズル孔３１から噴出された水は、順次液滴状となり、内筒１２内の内部流路部Ｒ３において、流通方向Ｄｆに沿って流れる空気とともに、流通方向Ｄｆ下流側（軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２）に向かって流れる。水の液滴は、空気とともにメインノズル２２のメインバーナ２５内に流れ込み、メインスワラ２９により旋回力が付与される。メインノズル２２の先端部２２ａに設けられた燃料噴射部２２ｆから噴射された燃料は、メインバーナ２５内で中心軸Ｏ２周りに旋回する空気中に拡散される。拡散された燃料は、パイロットコーン２４内で生成された火炎により着火される。水噴射部３０で噴射された水の液滴は、火炎内で蒸発する。

したがって、上述した第一実施形態の燃焼器１０によれば、メインスワラ２９の上流側に設けられた水噴射部３０から内筒１２内の空気中に噴射された水の液滴は、メインスワラ２９で空気とともに旋回する。これによって、液滴の分散性が高まるとともに、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。

第一実施形態の水噴射部３０は、ガイドベーン５２よりも内筒１２内における空気の流通方向Ｄｆ下流側に設けられている。ガイドベーン５２を通過した空気の内筒１２内での流通方向Ｄｆは、軸線方向Ｄａとなる。そのため、水噴射部３０から噴射された水が、パイロットノズル２１側に拡散することを抑制できる。従って、パイロットノズル２１で生成される火炎に水の液滴が及ぶことを抑え、パイロットノズル２１の火炎が失火する等の影響を受けることが抑えられる。

第一実施形態の水噴射部３０は、テーパ部２２ｃに設けられている。このように構成することで、テーパ部２２ｃに設けられた水噴射部３０から噴射された水の液滴は、その下流側のメインスワラ２９に向かって効率良く流れていく。これにより、水噴射部３０から噴射された液滴が、メインスワラ２９以外の部分に拡散することを抑えられる。

第一実施形態の水噴射部３０は、メインノズル２２の周方向に間隔をあけて設けられた複数のノズル孔３１を有する。周方向複数個所のノズル孔３１から水を噴射することで、より多くの液滴を、メインノズル２２から燃料が噴射される部分に供給することができる。

なお、上記第一実施形態において、水噴射部３０を、メインノズル２２のテーパ部２２ｃに設けるようにしたが、これに限らない。例えば、水噴射部３０（複数のノズル孔３１）は、メインノズル２２のノズル本体部２２ｂの外周面に設けるようにしてもよい。

図４は、上記第一実施形態の水噴射部の変形例を示す図であり、ノズル孔が設けられた部分におけるメインノズルの断面図である。
上述した第一実施形態の水噴射部３０の噴射方式は、孔から噴射する方式（液柱噴霧方式（ＬＪＩＣＦ））方式であったが、例えば、図４に示す様に、メインノズル２２に設けた各ノズル孔３１Ａは、中心軸Ｏ２周りの周方向に連続するスリット状とすることもできる（液膜噴霧方式）。スリット状のノズル孔３１Ａから噴出される水は、膜状となる。

（第二実施形態）
次に、この発明に係る燃焼器の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態とノズル孔３１Ｂの配置のみが異なるので、図１を援用して第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図１に示すように、燃焼器１０Ｂは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル（燃料ノズル）２２と、空気流路部Ｒと、メインスワラ２９と、水噴射部３０Ｂと、を主に備えている。

図５は、第二実施形態における水噴射部のノズル孔の配置を示す断面図である。
図５に示すように、水噴射部３０Ｂは、複数のノズル孔３１Ｂを有する。複数のノズル孔３１Ｂは、メインノズル２２のテーパ部２２ｃに、メインノズル２２の中心軸Ｏ２を中心とした周方向に不等間隔で設けられている。具体的な配置の一例を挙げると、メインノズル２２のテーパ部２２ｃにおいて、内筒１２の内周面１２ｆに近い側（図５において紙面上側）には、ノズル孔３１Ｂを疎に配置する。内筒１２内において、径方向Ｄｒ内側のパイロットノズル２１に近い側には、ノズル孔３１を密に配置する。より具体的には、メインノズル２２において内筒１２の径方向Ｄｒ内側には、パイロットノズル２１側を向く位置Ｐ１を中心として、周方向両側の所定角度θ１（例えば１５°）の位置に、ノズル孔３１Ｂ１がそれぞれ形成されている。また、メインノズル２２において、内筒１２の径方向Ｄｒ外側を向く位置Ｐ２を中心として、その周方向両側の所定角度θ２（例えば６０°）未満の範囲に、ノズル孔３１Ｂが配置されていない。メインノズル２２において、位置Ｐ２を中心とした所定角度θ２以上の範囲には、例えば、挟み角θ３（例えば３０°）で、二つのノズル孔３１Ｂ２、３１Ｂ３が配置されている。

このような配置とすることで、内筒１２内の内周面１２ｆとメインノズル２２との間に生じる空気の二次流れＧ１によって、複数のノズル孔３１Ｂから噴出された水の液滴が集まり、凝集してしまうことを抑制できる。また、径方向Ｄｒ内側のパイロットノズル２１に近い側では、複数のノズル孔３１Ｂ１から噴出された水の液滴が、パイロットノズル２１側からの２次流れＧ２によって拡散する。これにより、二次流れＧ１、Ｇ２による影響を抑えながら、水噴射部３０Ｂから噴射される水の液滴の分布を均一化できる。

したがって、上述した第二実施形態の燃焼器１０Ｂによれば、メインノズル２２の周囲に設けられた、他のメインノズル２２やパイロットノズル２１、内筒１２等の影響によって、内筒１２内で空気の二次流れＧ１、Ｇ２が生じることがある。このような場合、二次流れＧ１、Ｇ２による影響を抑えるように、複数のノズル孔３１Ｂの配置を不等間隔とすることによって、複数の水噴射部３０Ｂから噴射される水の液滴の分布を均一化することが可能となる。

上記第一実施形態と同様、メインスワラ２９の上流側に設けられた水噴射部３０Ｂから内筒１２内の空気中に噴射された水の液滴は、メインスワラ２９で空気とともに旋回する。これによって、液滴の分散性が高まるとともに、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。その結果、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。

（第三実施形態）
次に、この発明に係る燃焼器の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一、第二実施形態と、メインノズル２２Ｃ内における流路配置のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図６は、第三実施形態におけるメインノズル内の流路レイアウトを示す断面図である。
図１に示すように、燃焼器１０Ｃは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル（燃料ノズル）２２Ｃと、空気流路部Ｒと、メインスワラ２９と、水噴射部３０と、を主に備えている。

図６に示すように、各メインノズル２２Ｃは、油供給流路部４１と、ガス供給流路部（燃料供給流路部）４２と、水供給流路部４３と、を備える。

油供給流路部４１、ガス供給流路部４２、及び水供給流路部４３は、メインノズル２２Ｃ内に形成されている。

油供給流路部４１は、メインノズル２２Ｃの中心軸Ｏ２に沿って設けられている。油供給流路部４１は、外部から油焚き用の燃料油を燃料噴射部２２ｆに供給する。

ガス供給流路部４２は、油供給流路部４１の径方向外側に設けられている。ガス供給流路部４２は、中心軸Ｏ２回りに間隔をあけて複数本設けられている。各ガス供給流路部４２は、中心軸Ｏ２と平行に延びている。ガス供給流路部４２は、外部からガス炊き用の燃料ガスを燃料噴射部２２ｆに供給する。

水供給流路部４３は、ガス供給流路部４２よりも径方向外側に設けられている。水供給流路部４３は、メインノズル２２Ｃの外周面よりも径方向内側に設けられている。水供給流路部４３は、中心軸Ｏ２を中心とした周方向に間隔をあけて複数本設けられている。各水供給流路部４３は、中心軸Ｏ２と平行に延びている。
つまり、各水供給流路部４３は、メインノズル２２Ｃの外周面とガス供給流路部４２との間に配置されるとともに、周方向に間隔をあけて設けられている。水供給流路部４３は、外部から供給される水を、水噴射部３０の各ノズル孔３１に供給する。

上述したように、第三実施形態の燃焼器１０Ｃの水供給流路部４３は、メインノズル２２Ｃの外周面とガス供給流路部４２との間に、間隔をあけて設けられている。これにより、内筒１２内を流れる高温の空気からの熱は、水供給流路部４３の間を通じて、水供給流路部４３よりも径方向内側の部分に熱伝導される。そのため、メインノズル２２Ｃの内部に温度分布が生じることを抑制し、メインノズル２２Ｃ内部の熱応力を抑制できる。

第三実施形態では、上記第一、第二実施形態と同様、メインスワラ２９の上流側に設けられた水噴射部３０から内筒１２内の空気中に噴射された水の液滴は、メインスワラ２９で空気とともに旋回する。これによって、液滴の分散性が高まるとともに、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。

（その他の変形例）
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。例えば、上記第一〜第三実施形態で示した構成を、適宜組み合わせることも可能である。

１ ガスタービン
２ 車室
１０、１０Ｂ、１０Ｃ 燃焼器
１１ 外筒
１１ａ、１１ｂ 端部
１１ｆ 内周面
１２ 内筒
１２ａ、１２ｂ 端部
１２ｆ 内周面
１２ｇ 外周面
１３ 尾筒
１４ 背面壁
１５ 案内面
１６ 開口
２１ パイロットノズル
２１ａ 先端部
２２、２２Ｃ メインノズル（燃料ノズル）
２２ａ 先端部
２２ｂ ノズル本体部
２２ｃ テーパ部
２２ｆ 燃料噴射部
２２ｘ 供給管
２４ パイロットコーン
２４ｃ テーパコーン部
２５ メインバーナ
２５ａ 側
２７ パンチメタル
２８ パイロットスワラ
２９ メインスワラ（スワラ）
３０ 水噴射部
３０Ｂ 水噴射部
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｂ１、３１Ｂ２、３１Ｂ３ ノズル孔
４０ｆ 内面
４１ 油供給流路部
４２ ガス供給流路部（燃料供給流路部）
４３ 水供給流路部
５１ 円筒部
５１ａ 先端
５２ ガイドベーン
５２ａ 内周端部
Ｏ１、Ｏ２ 中心軸
Ｒ 空気流路部
Ｒ１ 導入流路部
Ｒ２ 反転流路部
Ｒ３ 内部流路部

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる筒状の外筒と、
   前記外筒の径方向内側に設けられ、前記軸線方向に延びる筒状の内筒と、
   前記内筒内に設けられ、燃料を噴射する燃料噴射部を先端部に有した複数の燃料ノズルと、
   外部から前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に導入した空気を前記軸線方向第一側に流し、前記内筒の前記軸線方向第一側の端部で前記空気の流通方向を反転させて前記内筒内に送り込む空気流路部と、
   前記燃料ノズルの前記燃料噴射部よりも前記内筒内における前記空気の流通方向上流側に設けられ、前記空気の流れを前記燃料ノズルの中心軸周りに旋回させるスワラと、
   前記内筒の内側に設けられるとともに、前記空気の流通方向で前記スワラよりも上流側、かつ前記内筒の前記端部よりも下流側に設けられ、前記燃料ノズルの外周面から前記内筒内に水を噴射する水噴射部と、
   を備える燃焼器。
2. 前記内筒の内側で、複数の前記燃料ノズルの径方向内側に設けられたパイロットノズルと、
   前記内筒の前記端部の内側に設けられ、前記空気流路部において前記空気の流通方向が反転されて前記内筒内に送り込まれる空気を、前記軸線方向第二側に向けて案内するガイドベーンと、をさらに備え、
   前記水噴射部は、前記ガイドベーンよりも前記空気の流通方向下流側に設けられている
   請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記燃料ノズルは、
   前記軸線方向第一側に設けられたノズル本体部と、
   前記軸線方向第二側に設けられた前記先端部と、
   前記ノズル本体部と前記先端部との間に設けられて、前記軸線方向第二側に向かって外径が漸次縮小するテーパ部と、を備え、
   前記水噴射部は、前記テーパ部に設けられている
   請求項１又は２に記載の燃焼器。
4. 前記水噴射部は、前記燃料ノズルの周方向に間隔をあけて設けられた複数のノズル孔を有する
   請求項１から３の何れか一項に記載の燃焼器。
5. 前記周方向における前記複数のノズル孔の間隔は、不等間隔である
   請求項４に記載の燃焼器。
6. 前記燃料ノズルは、
   中心軸回りに複数設けられ、前記燃料を前記燃料噴射部に向けて供給する燃料供給流路部と、
   前記燃料ノズルの外周面と前記燃料供給流路部との間に設けられるとともに、前記中心軸を中心とした周方向に間隔をあけて設けられて、前記水噴射部に水を供給する水供給流路部と、を備える
   請求項１から５の何れか一項に記載の燃焼器。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の燃焼器を備えるガスタービン。

Images