JP3820475B2

JP3820475B2 - 冷却構造

Info

Publication number: JP3820475B2
Application number: JP25005898A
Authority: JP
Inventors: 和雄鈴木; 一雄下平; 努若林; 浩二守家; 裕司中村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: JP2000074333A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温ガスが接触して流れる筒体に好適に適用できる冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の典型的な筒体の冷却構造は、図１２および図１３に示されている。図１２に示す筒体の冷却構造は、筒体本体１の周壁３に周方向９および軸線方向１０に間隔をあけて複数の冷却ガス通路４が形成される構成を有している。冷却ガス通路４は、周壁３の冷却ガスと接触する一方表面５と、周壁３の高温ガスと接触する他方表面６とを連通しており、軸線方向に平行な冷却ガス流７の流れ方向下流側（以後、下流側と呼ぶ）になるにつれて他方表面６に近接するように傾斜して延びている。冷却ガスは、冷却ガス通路４を通って高温ガス側に流入し、周壁３の他方表面６に沿って下流側に流れる。これによって、周壁３を強制冷却するとともに他方表面６近傍の流れの温度を下げ、周壁３への対流加熱量を減少させる。
【０００３】
図１３に示す筒体の冷却構造は、筒体本体１の周壁３に周方向９に延びる複数のリング状突起８が冷却ガス流７の流れ方向に間隔をあけて形成され、リング状突起８の冷却ガス流７の上流側に臨む面に前記冷却ガス通路４が図１２と同様に形成される構成を有している。これによって、冷却ガスが通過する冷却ガス通路４の長さが長くなり、周壁３に対する強制冷却が強化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記図１２に示す筒体の冷却構造においては、突起の形成されていない筒体本体１の表面に冷却ガス通路４が直接形成されるので、冷却ガスが冷却ガス通路４内に流入しにくく、かつ冷却ガス通路４の長さが突起の存在する場合に比べて短くなる。したがって、冷却ガスによる冷却効果が充分に発揮されないという問題がある。また周壁３に直接傾斜した冷却ガス通路４を形成することは、ドリルなどによる機械加工では困難であり、放電加工または電解加工などによって行う必要があり、製作性が悪いという問題がある。
【０００５】
前記図１３に示す筒体の冷却構造においては、冷却ガス流７の上流側における筒体本体１のリング状突起８によって冷却ガスの下流側への流れが遮られるので、冷却ガス流７の下流側のリング状突起８に形成された冷却ガス通路４内に冷却ガスが流入しにくくなる。したがって、ガスによる冷却効果が充分に発揮されないという問題がある。またリング状突起８の形成によって筒体の重量が増加するという問題がある。さらに、筒体本体１の局所的に温度の高い部分を充分に冷却することができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、冷却性能が良好で、かつ局所的冷却強化が可能であり、さらに製作性の良好な冷却構造を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高温ガスが筒体本体の内周面または外周面のいずれか一方に接触して流れ、筒体本体のいずれか他方の表面に沿って冷却ガスが供給される冷却構造において、
筒体本体の前記他方の表面に周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられ、さらに各突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置され、
各突起には、筒体本体の軸線方向に沿って延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて筒体本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成され、
前記筒体本体の温度の高い部分には、前記突起が残余の温度の低い部分よりも単位面積当りの分布密度を大きくして設けられ、
前記突起は、冷却ガス流の上流側に臨み、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜する第１傾斜面と、
第１傾斜面の冷却ガス流の下流側の端部に連なり、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向内方になるように傾斜する第２傾斜面とを有し、
冷却ガス通路は、第１傾斜面に臨んでほぼ垂直に形成され、冷却ガス通路によって筒体本体内に内周面に沿って層状の長さが形成され、これら冷却ガス通路が形成される各突起は、筒体本体に周方向および軸線方向にずれて形成されることを特徴とする冷却構造である。
【０００８】
本発明に従えば、筒体本体の冷却ガスが供給される表面には周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられるので、筒体本体の表面積が増大して冷却効果を高めることができる。また前記突起は、筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置されるので、筒体本体の軸線方向に流れる冷却ガス流は流れ方向下流側に円滑に流れ、下流側の突起に向かって流れる冷却ガス流が上流側の突起によって妨げられることはない。これによって、突起による冷却効果を高めることができる。また各突起には、筒体本体の軸線方向に沿って延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて筒体本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成されるので、冷却ガス通路の長さを突起のないときよりも長くすることができる。これによって、筒体に対する冷却ガスによる強制対流冷却効果を高めることができる。また筒体本体の高温ガスと接触する表面に傾斜して冷却ガス通路から冷却ガスが吹込まれるので、冷却ガスが高温ガス接触面に沿って流れる。これによって、高温ガス接触面近傍の高温ガス流の温度が低下し、筒体本体への対流加熱量を減少させる。この結果、筒体に対する冷却ガスの冷却効果を高めることができる。
しかも、筒体本体の温度の高い部分には突起が残余の部分よりも高密度に設けられるので、局所的な高熱部分を有する筒体に対しても温度上昇を効果的に抑制することができる。これによって、筒体の耐用寿命を延長することができる。
さらに前記突起の第１傾斜面は冷却ガス流の上流側に臨み、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜しており、さらに冷却ガス通路は第１傾斜面に臨んで設けられるので、冷却ガスは第１傾斜面に衝突した後、冷却ガス通路内に円滑に流入する。これによって、筒体に対する冷却ガスの冷却効果を高めることができる。
また、各突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずれて形成されるので、冷却ガス流が上流側から下流側に円滑に流れ、上流側の突起によって下流側の突起に向かう冷却ガス流が妨げられることはない。
【０００９】
また本発明は、高温ガスが筒体本体の内周面または外周面のいずれか一方に接触して流れ、筒体本体のいずれか他方の表面に沿って冷却ガスが供給される冷却構造において、
筒体本体の前記他方の表面に周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられ、さらに各突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置され、
各突起には、筒体本体の軸線方向に沿って延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて筒体本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成され、
前記冷却ガス通路は、筒体本体の軸線を含む仮想平面に対して交差する軸線を有し、
前記突起は、冷却ガス流の上流側に臨み、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜する第１傾斜面と、
第１傾斜面の冷却ガス流の下流側の端部に連なり、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向内方になるように傾斜する第２傾斜面とを有し、
冷却ガス通路は、第１傾斜面に臨んでほぼ垂直に形成され、冷却ガス通路によって筒体本体内に内周面に沿って層状の長さが形成され、これら冷却ガス通路が形成される各突起は、筒体本体に周方向および軸線方向にずれて形成されることを特徴とする冷却構造である。
【００１０】
本発明に従えば、冷却ガス通路は筒体本体の軸線を含む仮想平面に対して交差する軸線を有するので、筒体本体に流れる高温ガスが旋回流であっても、旋回流の旋回方向に沿うように前記軸線を交差させれば、冷却ガス通路から吹込まれて筒体本体に沿って流れる冷却ガス流が旋回流によって乱される不具合を防止することができる。
【００１１】
また本発明の前記第１傾斜面４７は平面であって、
冷却ガス通路の軸線３９ａは、第１傾斜面４７に垂直であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、第１傾斜面は平面であって、冷却ガス通路の軸線は第１傾斜面に垂直であるので、冷却ガス通路をドリルなどの機械加工によって容易に形成することができる。これによって、冷却ガス通路の製作性が向上する。
【００１７】
また本発明は、燃料ガスを噴出する主ノズル孔およびパイロットノズル孔を有するノズル体と、
ノズル体を外囲して設けられ、内流路を規定する内筒体であって、ノズル体と内筒体との間には内流路に連なる導入流路が規定されており、さらに内筒体の周壁にガス導入孔が主ノズル孔に対向して前記導入流路を挟んで形成される内筒体と、
内筒体の半径方向外方に間隔をあけて設けられ、外流路を規定する外筒体と、
外筒体の半径方向外方に間隔をあけて設けられる燃焼筒であって、筒体本体の外周面に周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられ、さらに前記突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置され、各突起には筒体本体の軸線方向に延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて燃焼筒本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成される燃焼筒とを含み、
冷却ガス通路は、第１傾斜面に臨んでほぼ垂直に形成され、冷却ガス通路によって筒体本体内に内周面に沿って層状の長さが形成され、これら冷却ガス通路が形成される各突起は、筒体本体に周方向および軸線方向にずれて形成されることを特徴とするバーナ装置である。
【００１８】
本発明に従えば、バーナ装置には燃焼筒が設けられており、燃焼筒は燃焼筒本体に配置された複数の突起と、突起に形成される冷却ガス通路とからなる冷却構造を備えているので、高負荷で燃焼が行われても燃焼筒の熱損傷を防止することができ、バーナ装置全体の耐用寿命を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である冷却構造を備える燃焼筒の主要部の構成を簡略化して示す斜視図であり、図２は図１に示す燃焼筒を備えるバーナ装置の主要部の構成を簡略化して示す断面図であり、図３は図２に示すバーナ装置の全体構成を簡略化して示す断面図である。バーナ装置１１は、ディフューザ１２を備え、このディフューザ１２に円筒状の保持ケース１４がフランジ１５を介して取付けられている。保持ケース１４内には、燃焼ケース１６が配設されており、燃焼ケース１６内には燃焼筒２４が配設されている。燃焼ケース１６の一端部はディフューザ１２に装着されている。ディフューザ１２には空気流路１８が形成され、この空気流路１８を介して燃焼用空気（以後、空気と略称する）が燃焼ケース１６の一端部に供給される。
【００２０】
ディフューザ１２には、取付支持ブロック２６が装着され、取付支持ブロック２６に外ガス送給管２８の一端部が装着されている。外ガス送給管２８の他端部には、ノズル体３０が装着されている。ノズル体３０は、内部に空間３２が形成され、この内部空間３２を軸線方向に貫通して仕切スリーブ３４が装着されている。前記内部空間３２は、仕切スリーブ３４によって内側の第１空間３２ａと、その外側の第２空間３２ｂとに仕切られている。外ガス送給管２８の他端部は、ノズル体３０の第２空間３２ｂに連通されている。外ガス送給管２８の内側には内ガス送給管３６が配設され、その一端部が取付支持ブロック２６に装着され、その他端部がノズル体３０に装着されている。内ガス送給管３６は、ノズル体３０の第１空間３２ａに連通されている。内ガス送給管３６および外ガス送給管２８には、燃料ガスを供給するためのガス供給手段（図示せず）が接続されている。燃料ガスとしては、たとえば都市ガスを好適に用いることができる。
【００２１】
ノズル体３０の外側には内筒体２０が装着されている。内筒体２０は、ステンレス鋼製の略円筒状部材であり、その内部空間は内流路５５を規定する。内筒体２０の一端部における周壁の内周面には、周方向に間隔をあけて半径方向内方に突出する内突起４４が一体的に設けられている。内筒体２０は複数個（本実施の形態では８個）の内突起４４を介してノズル体３０に同軸に支持されている。
【００２２】
ノズル体３０は、先端部を燃料ガス流れ方向下流側（以後、下流側と呼ぶ）に向けて取付けられている。内筒体２０とノズル体３０との間には内流路５５に連なる導入流路（図示せず）が規定されている。空気流路１８からの空気は、導入流路を通過して内筒体２０内の内流路５５に導かれる。ノズル体３０の先端部と内筒体２０との間には、旋回羽根を有するインナスワラ４６が配設されている。したがって、導入流路を通過して流れる空気はこのインナスワラ４６によって旋回流と成り、旋回流の状態で内流路５５内を下流側に流れる。
【００２３】
内筒体２０の半径方向外方には間隔をあけて外筒体２２が装着されている。外筒体２２は、ステンレス鋼製の略円筒状部材であり、内筒体２０との間に外流路５７を規定する。外筒体２２の一端部の内周面には、アウタスワラ５０が一体的に設けられており、外筒体２２はアウタスワラ５０を介して内筒体２０の外周面に同軸に装着されている。アウタスワラ５０は、インナスワラ４６と同様に旋回羽根から構成される。このようにアウタスワラ５０が設けられているので、外流路５７に導かれる空気は、アウタスワラ５０の作用によって旋回流と成り、旋回流の状態で外流路５７を下流側に流れる。外筒体２２の一端部には、半径方向外方に突出する環状フランジ５２が一体的に設けられ、この環状フランジ５２の先端部に燃焼筒２４の燃焼筒本体２５の一端部が取付けられている。燃焼筒本体２５は内筒体２０および外筒体２２に同軸に配設され、燃焼ケース１６との間には略環状の空間６１が存在する。
【００２４】
ノズル体３０の先端部には周方向に間隔をあけて複数個（本実施の形態では８個）のパイロットノズル孔５６が形成され、これらパイロットノズル孔５６がノズル体３０の第１空間３２ａに連通されている。またノズル体３０の中間部には略半径方向に延びる主ノズル孔５８が周方向に間隔をあけて複数個（本実施の形態では８個）形成されている。これら主ノズル孔５８は、ノズル体３０の第２空間３２ｂに連通されている。さらに主ノズル孔５８の各々に対応して、内筒体２０の内突起４４の傾斜部にはガス導入孔６０が内筒体２０の周壁を貫通して形成され、主ノズル孔５８とガス導入孔６０とが導入流路を挟んで相互に対向して配置されている。
【００２５】
主ノズル孔５８およびガス導入孔６０の軸線は、内筒体２０の軸線を含む仮想平面内に存在し、かつ仮想平面内における共通の一直線上に存在する。前記ガス導入孔６０の内径は、主ノズル孔５８の内径と実質上等しくまたはこれよりも大きく設定することが望ましい。これによって、主ノズル孔５８から噴出された燃料ガスはガス導入孔６０に流入しやすくなる。
【００２６】
このように構成されているので、内ガス送給管３６を介して供給される燃料ガスは、ノズル体３０の第１空間３２ａに送給され、パイロットノズル孔５６を介して噴出される。内筒体２０は、内流路５５を規定し、この内流路５５の一端部、すなわち上流側部はノズル体３０と内筒体２０との間に延びて前記導入流路を形成する。空気流路１８を流れる空気の一部は、前記導入流路を通過して下流側の内流路５５に流入する。パイロットノズル孔５６から噴出される燃料ガスは、インナスワラ４６によって旋回流を形成している空気流に向けて噴出され、旋回流の作用によって実質上均一に混合されて希薄な混合ガスとなる。
【００２７】
外ガス送給管２８を介して供給される燃料ガスは、ノズル体３０の第１空間３２ｂに供給され、主ノズル孔５８から噴出される。空気流路１８を流れる空気の一部は、アウタスワラ５０を介して外流路５７に流入して下流側に流れる。主ノズル孔５８から噴出される燃料ガスは、後述するように導入流路内を通って内流路５５内に、または導入流路を横断してガス導入孔６０を介して外流路５７に噴出される。外流路５７に噴出された燃料ガスは、アウタスワラ５０によって旋回流を形成している空気流に向けて噴出され、旋回流の作用によって均一に混合されて希薄な混合ガスとなる。
【００２８】
空気流路１８を介して流れる空気の残部は、燃焼筒２４と燃焼ケース１６との間の空間６１を通過して流れる。燃焼筒２４の燃焼筒本体２５には、図１に示すように周方向４０および軸線方向４１に間隔をあけて複数の突起３８が点在して設けられており、各突起３８には冷却ガス通路３９が形成されている。これら突起３８および冷却ガス通路３９は、第１冷却構造６５を構成する。空間６１を介して流れる空気は、各冷却ガス通路３９を通過して燃焼筒本体２５内に導入される。燃焼筒本体２５には希釈孔６３が設けられており、空間６１を流れる空気が希釈孔６３を通過して燃焼筒２４内に導入される。導入された空気は、燃焼ガスの温度を異常に上昇しないように低下させるとともに、未燃焼の燃料ガスを燃焼させる。したがって、希釈孔６３は燃焼空気孔とも呼ばれる。
【００２９】
本実施の形態では、内流路５５を流れる混合ガスのガス濃度は外流路５７を流れる混合ガスのガス濃度よりも濃くなるように設定されている。そして、このことに関連して混合ガスを点火するための点火プラグ６８が内流路５５内に突出して設けられている。点火プラグ６８は、その基部が保持ケース１４に装着され、その先端部が燃焼ケース１６、燃焼筒２４、外筒体２２および内筒体２０を貫通して内流路５５内に突出している。点火プラグ６８の先端点火部は、内流路５５を流れる混合ガスに向けて火花を発生し、この火花によって内流路５５の混合ガスが点火燃焼される。さらに内流路５５において発生した燃焼ガスの火炎が外流路５７を流れる混合ガスに伝播され、この火炎の伝播によって外流路５７の混合ガスが燃焼される。
【００３０】
前記導入流路を規定するノズル体３０と内筒体２０との間隙は、内筒体２０と外筒体２２との間隙よりも小さく設定されている。したがって内流路５５に流入する空気は前記間隙において絞られる。しかしながら、その後、下流側において内流路の断面積が大きく増大しているので、内流路５５を流れる空気流の流速は比較的遅い。これに対して外流路５７を流れる空気流の流速は比較的速くなる。
【００３１】
燃焼筒２４の燃焼筒本体２５の先端部には、さらに筒状の導出筒７０が設けられている。導出筒７０は、下流側に延び、その先端部は先細に形成されている。導出筒７０の先端部は、燃焼ケース１６の先端部に装着された支持プレート７４によって支持されている。燃焼筒２４から導出筒７０の一端部に導かれた燃焼ガスは、導出筒７０内を通って先細の先端部に集められて下流側に流れる。導出筒７０の先端側にはガスタービン７２が配設されており、燃焼筒２４内で燃焼された燃焼ガスは、導出筒７０を通過してガスタービン７２に送給される。このようなバーナ装置１１は、ガスタービン７２の翼に対して周方向に間隔をあけて複数基、たとえば６基配設される。ガスタービン７２は、各バーナ装置１１からの燃焼ガスによって回転駆動される。
【００３２】
このようなバーナ装置１１では、点火時パイロットノズル孔５６から燃料を噴出し、導入流路から流入した空気と混合して内流路５５内で混合ガスを生成し、点火プラグ６８によって混合ガスに点火する。点火後、主ノズル孔５８から燃料ガスを外流路５７内に流入するように噴出し、外流路５７を流れる空気と混合して混合ガスを生成し、内流路５５からの火炎によって外流路５７の混合ガスを燃焼させる。外流路５７において混合ガスが燃焼を開始すると、パイロットノズル孔５６に供給される燃料ガスの供給を停止する。
【００３３】
このような燃焼状態において、主ノズル孔５８に供給する燃料ガスの供給量を少なくすると、主ノズル孔５８から噴出される燃料ガスの噴出速度が遅くなり、導入流路を流れる空気流の作用を大きく受け、燃料ガスは空気流とともに内流路５５に向かって流れるようになる。これによって、燃料ガスの供給量の少ない低負荷のときでも、混合ガスは空気量の少ない内流路５５において安定して燃焼する。
【００３４】
これに対して、主ノズル孔５８に供給する燃料ガスの供給量を多くすると、主ノズル孔５８から噴出される燃料ガスの噴出速度は速くなり、燃料ガスは導入流路を流れる空気流の作用に打勝って、導入流路を横断してガス導入孔６０に導入される。ガス導入孔６０に導入された燃料ガスは、外流路５７に噴出し、外流路を流れる空気と混合して混合ガスを生成する。これによって、燃料ガスの供給量の多い高負荷のとき、混合ガスは空気量の多い外流路において安定して燃焼する。
【００３５】
前述のように、燃焼筒２４の燃焼筒本体２５には、第１冷却構造６５が形成されており、周方向４０および軸線方向４１に間隔をあけて複数の突起３８が点在して設けられ、各突起３８には冷却ガス通路３９が形成されている。各突起３８は、図４の周方向展開図に示すように燃焼筒本体２５の周方向４０および軸線方向４１に千鳥状にずらした状態で配置されている。また各突起３８は、図５および図６に示すように山形であり、冷却ガス流である冷却空気流の流れ方向４３に連なる第１および第２傾斜面４７，４８を有する。冷却空気流の流れ方向４３は、燃焼筒本体２５の軸線２５ａと平行である。
【００３６】
第１傾斜面４７は、平面であり、冷却空気流の流れ方向４３上流側（以後、上流側と呼ぶ）に臨み、冷却空気流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜する。第２傾斜面４８は、平面であり、第１傾斜面４７の冷却空気流の下流側の端部に連なり、冷却空気流の下流側になるにつれて半径方向内方になるように傾斜する。前記冷却ガス通路３９は、各突起３８の第１傾斜面４７に開口しており、第１傾斜面４７から燃焼筒本体２５の軸線２５ａに沿って延び、かつ冷却空気流の下流側に向かうにつれて燃焼筒本体２５の軸線２５ａに近付くように傾斜して延びる。また冷却ガス通路３９は、突起３８の第１傾斜面４７と燃焼筒本体２５の内周面とを連通する。さらに冷却ガス通路３９の軸線３９ａは、図７に示すように燃焼筒本体２５の軸線２５ａを含む仮想平面４９に対して平行である。
【００３７】
図５および図６における突起３８および冷却ガス通路３９の寸法は、バーナ装置１１の仕様に応じて、たとえば表１のように設定される。冷却ガス通路３９の軸線３９ａと第１傾斜面４７との成す角度βについては、ほぼ９０度に設定されることが好ましい。この理由については後述する。冷却空気は、各突起３８の第１傾斜面４７に衝突し、第１傾斜面４７に開口している冷却ガス通路３９内に流入して燃焼筒本体２５内に導入される。
【００３８】
【表１】

【００３９】
このように、燃焼筒本体２５に複数の突起３８が点在して設けられているので、燃焼筒本体２５の冷却面の表面積が増大し、冷却空気による冷却効果を高めることができる。また各突起３８は燃焼筒本体２５の周方向４０および軸線方向４１に千鳥状にずらした状態で配置されているので、冷却空気流が上流側から下流側に円滑に流れ、上流側の突起３８によって下流側の突起３８に向かう冷却空気流が妨げられることはない。また冷却空気流の上流側に臨む第１傾斜面４７に冷却ガス通路３９が開口しているので、冷却空気が冷却ガス通路３９内に円滑に流入する。
【００４０】
また各突起３８には傾斜して延びる冷却ガス通路３９が形成されるので、冷却ガス通路の長さを突起のないときよりも長くすることができる。これによって燃焼筒２４に対する冷却空気による強制対流冷却効果を高めることができる。また燃焼筒本体２５内に傾斜した冷却ガス通路３９から冷却空気が吹込まれるので、導入された冷却空気は燃焼筒本体２５の内周面に沿って流れる層状の空気層を形成する。これによって、燃焼筒本体２５の内周面近傍の燃焼ガスの温度が低下し、燃焼筒本体２５への対流加熱量を減少させる。この結果、燃焼筒２４に対する冷却空気の冷却効果を高めることができる。このように、第１冷却構造６５は燃焼筒本体２５の外周面全域を均等に冷却することができるので、高負荷で燃焼が行われても燃焼筒２４の熱損傷を防止することができ、燃焼筒２４を備えるバーナ装置１１全体の耐用寿命を延長することができる。
【００４１】
図８は、突起および冷却ガス通路の製作方法を説明するための斜視図である。突起３８および冷却ガス通路３９は、次のようにして製作される。
（１）燃焼筒本体２５の外周面に周方向に延びるリング状突起７６を溶接接合する。
（２）リング状突起７６を切削加工によって周方向に分断する。分断箇所は、図８中に斜線で示す部分であり、残存する突起３８が燃焼筒本体２５の周方向４０および軸線方向４１に千鳥状にずらして配置されるように選ばれる。
（３）各突起３８の第１傾斜面４７にドリル加工によって冷却ガス通路３９を形成する。
【００４２】
ドリル加工の加工性は、加工面に対してドリルを垂直に設定するとき最も良好であるので、冷却ガス通路３９はその軸線３９ａが第１傾斜面４７にほぼ垂直になるように形成される。前記角度βがほぼ９０度に設定されるのは、この理由によるものである。
【００４３】
これによって、突起３８および冷却ガス通路３９を良好な寸法精度で、かつ効率的に形成することができる。またリング状突起７６を切削加工して、突起３８を形成するので、燃焼筒２４の軽量化を図ることができる。したがって、第１冷却構造６５の製作性を向上することができる。
【００４４】
図９は、燃焼筒本体の希釈孔付近の冷却構造を簡略化して示す斜視図である。前述のように希釈孔６３から導入された空気は、未燃焼の燃料ガスが存在するとその燃料ガスを燃焼させるので、希釈孔６３の下流側における燃焼筒本体２５の周壁は他の部分よりも高温になることがある。このため希釈孔６３の下流側の冷却構造は、突起３８の単位面積当りの分布密度が残余の温度の低い部分よりも大きくなるように構成される。このような高密度冷却構造は、第２冷却構造６６と呼ばれる。希釈孔６３の下流側に設けられる第２冷却構造６６においては、高温領域に対応して各突起３８が下流側に向かうほど先細状になるように扇形に配置される。第２冷却構造６６の製作は第１冷却構造６５と同様の方法で行われる。このように、第２冷却構造６６は、局所的な高温部分の冷却を強化することができるので、高負荷で燃焼が行われても燃焼筒本体２５の局所的な熱損傷を防止することができる。これによって、燃焼筒２４を備えるバーナ装置１１全体の耐用寿命を向上することができる。燃焼筒本体２５における他の高温部分としては、点火プラグ６８周辺などがあり、同様に第２冷却構造６６を設けることができる。
【００４５】
本実施の形態では、前述のように冷却ガス通路３９の軸線３９ａは燃焼筒本体２５の軸線２４ａを含む仮想平面４９に対して平行に形成されている。しかしながら、冷却ガス通路３９の軸線３９ａを図１０に示すように燃焼筒本体２５の軸線２５ａを含む仮想平面４９に対して交差するように形成してもよい。この交差角度は、冷却ガス通路３９から吹込まれる冷却空気が燃焼筒本体２５内の燃焼ガスの旋回方向に沿うように選ばれることが好ましい。これによって、冷却空気の燃焼筒本体２５の内周面に沿う流れが燃焼ガスの旋回流によって乱される不具合を回避することができる。
【００４６】
本実施の形態では、突起３８は第１および第２傾斜面４７，４８を有し、冷却ガス通路３９は第１傾斜面４７に臨んで設けられるように構成されているけれども、この構成に限定されるものではなく、バーナ装置１１の仕様に応じて突起３８の形状を他の形状に形成してもよく、冷却ガス通路の位置を他の位置に形成してもよい。また第１傾斜面は平面でなくてもよく、冷却ガス通路３９の軸線は第１傾斜面４７に対して垂直でなくてもよい。さらに、燃焼筒本体２５に局所的な高温部分が存在しないときには、突起３８の分布密度を大きくした第２冷却構造６６を設けなくてもよい。
【００４７】
図１１は、本発明の他の実施の形態である冷却構造を備える燃焼筒の構成を簡略化して示す斜視図である。本実施の形態の燃焼筒７７は、燃焼筒本体８２と、ブンゼン式バーナ７８の下流側に設けられる第１冷却構造８０と、第１冷却構造８０の中間域に設けられる複数の燃焼空気孔７９と、各燃焼空気孔７９の下流側に設けられる第２冷却構造８１とを含む。第１冷却構造８０は、前記図１に示す第１冷却構造６５と同様に突起３８を周方向および軸線方向に間隔をあけて、かつ千鳥状にずらして配置して構成される。また各突起３８には、冷却ガス通路３９が形成されている。燃焼空気孔７９は周方向に等間隔をあけて、たとえば６個形成される。第２冷却構造８１は前記突起３８を、たとえば１０個扇形に高密度に配置して構成される。燃焼筒本体８２内の燃焼ガスは導出筒７０を介してガスタービン７２に導かれる。燃焼筒７７はこのように構成されているので、燃焼空気孔７９の下流側で未燃焼ガスが燃焼して燃焼筒本体８２に局所的な温度上昇が生じても、第２冷却構造８１によって効果的に冷却することができる。また第１冷却構造８０によって燃焼筒本体８２を均一に冷却することができる。これによって、燃焼筒７７の耐用寿命の延長を実現することができる。
【００４８】
以上述べたように本発明の冷却構造を備える筒体は、バーナ装置の燃焼筒として好適に用いることができる。しかしながら、本発明の用途はバーナ装置の燃焼筒に限定されるものではなく、高温ガスと接触する全ての筒体、たとえば高温ガスが内周面または外周面のいずれか一方に接触して流れる筒体に対して好適に適用することができる。
【００４９】
（実施例１）
本発明の第１冷却構造を備える筒体の冷却性能を確認するために、実施例として図２〜図３に示すバーナ装置１１に図１に示す第１冷却構造６５を備える燃焼筒２４を装着して燃焼中の燃焼筒本体２５の温度測定を行った。温度測定は複数箇所で行った。バーナ装置１１の各部材の寸法は表２に示す通りであり、突起３８および冷却ガス通路３９の寸法は、前記表１に示す通りであった。冷却ガス通路３９の軸線３９ａと第１傾斜面４７との成す角度βは９０度であった。燃焼筒本体２５に形成された突起個数８００個の内訳は、周方向：９０個（ただし、点火プラグ６８の設けられている部分は８０個）、軸線方向：９組であった。
【００５０】
これに対して比較例として、燃焼筒本体に突起を形成しないで直接冷却ガス通路を穿孔した第１冷却構造を備える燃焼筒を実施例と同じバーナ装置１１に装着して燃焼中の燃焼筒本体の温度測定を行った。冷却ガス通路の個数、配置などその他の構成は実施例と全く同一であった。燃焼条件は実施例および比較例とも表３の通りであった。
【００５１】
【表２】

【００５２】
【表３】

【００５３】
その結果、燃焼ガスの平均温度は９５０℃であり、実施例の燃焼筒本体２５の温度は最高温度：６２８℃、平均温度：５２０℃であった。これに対して、同一条件で比較例の燃焼筒本体の温度は最高温度：７３６℃、平均温度：６２５℃であった。したがって、本発明の第１冷却構造６５を備える燃焼筒の冷却性能は、比較例に比べて良好であることが判る。
【００５４】
（実施例２）
本発明の第２冷却構造を備える筒体の局所冷却性能を確認するために、実施例として実施例１に示すバーナ装置１１に図９に示す第２冷却構造６６を備える燃焼筒２４を装着して燃焼中の燃焼筒本体２５の温度測定を行った。温度測定は複数箇所で行った。第２冷却構造６６は、各希釈孔６３の下流側に設けられた。第２冷却構造６６は、突起３８を１０個扇状に高密度に配置して構成した。これに対して、比較例として、突起を形成しないで直接冷却ガス通路を穿孔した第２冷却構造を備える燃焼筒を実施例１に示すバーナ装置１１に装着して燃焼中の燃焼筒本体の温度測定を行った。冷却ガス通路の個数、配置および分布密度などその他の構成は実施例と同一であった。燃焼条件は実施例および比較例とも表３の通りであった。
【００５５】
その結果、燃焼ガスの平均温度は９５０℃であり、実施例における希釈孔６３の下流側の温度は５６８℃であった。これに対して、同一条件で比較例における希釈孔６３の下流側の温度は７７５℃であった。したがって本発明の第２冷却構造６６を備える燃焼筒の局所冷却性能は、比較例に比べて優れていることが判る。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、筒体本体の冷却ガスが供給される表面には周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられるので、筒体本体の表面積が増大して冷却効果を高めることができる。また前記突起は、筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置されるので、筒体本体の軸線方向に流れる冷却ガス流は流れ方向下流側に円滑に流れ、下流側の突起に向かって流れる冷却ガス流が上流側の突起によって妨げられることはない。これによって、突起による冷却効果を高めることができる。また各突起には、筒体本体の軸線方向に沿って延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて筒体本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成されるので、冷却ガス通路の長さを突起のないときよりも長くすることができる。これによって、筒体に対する冷却ガスによる強制対流冷却効果を高めることができる。また筒体本体の高温ガスと接触する表面に傾斜して冷却ガス通路から冷却ガスが吹込まれるので、冷却ガスが高温ガス接触面に沿って流れる。これによって、高温ガス接触面近傍の高温ガス流の温度が低下し、筒体本体への対流加熱量を減少させる。この結果、筒体に対する冷却ガスの冷却効果を高めることができる。
さらに筒体本体の温度の高い部分には突起が残余の部分よりも高密度に設けられるので、局所的な高熱部分を有する筒体に対しても温度上昇を効果的に抑制することができる。これによって、筒体の耐用寿命を延長することができる。
さらに前記突起の第１傾斜面は冷却ガス流の上流側に臨み、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜しており、さらに冷却ガス通路は第１傾斜面に臨んで設けられるので、冷却ガスは第１傾斜面に衝突した後、冷却ガス通路内に円滑に流入する。これによって、筒体に対する冷却ガスの冷却効果を高めることができる。
また、各突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずれて形成されるので、冷却ガス流が上流側から下流側に円滑に流れ、上流側の突起によって下流側の突起に向かう冷却ガス流が妨げられることはない。
【００５７】
請求項２記載の本発明によれば、冷却ガス通路は筒体本体の軸線を含む仮想平面に対して交差する軸線を有するので、筒体本体に流れる高温ガスが旋回流であっても、旋回流の旋回方向に沿うように前記軸線を交差させれば、冷却ガス通路から吹込まれて筒体本体に沿って流れる冷却ガス流が旋回流によって乱される不具合を防止することができる。
【００５８】
請求項３記載の本発明によれば、第１傾斜面は平面であって、冷却ガス通路の軸線は第１傾斜面に垂直であるので、冷却ガス通路をドリルなどの機械加工によって容易に形成することができる。これによって、冷却ガス通路の製作性が向上する。
【００６１】
請求項４記載の本発明によれば、バーナ装置には燃焼筒が設けられており、燃焼筒は燃焼筒本体に配置された複数の突起と、突起に形成される冷却ガス通路とからなる冷却構造を備えているので、高負荷で燃焼が行われても燃焼筒の熱損傷を防止することができ、バーナ装置全体の耐用寿命を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である冷却構造を備える燃焼筒の主要部の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃焼筒を備えるバーナ装置の主要部の構成を簡略化して示す断面図である。
【図３】図２に示すバーナ装置の全体構成を簡略化して示す断面図である。
【図４】燃焼筒の外周から見た周方向展開図である。
【図５】図１の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩから見た側面図である。
【図７】冷却ガス通路の軸線と燃焼筒本体の軸線との関係を示す平面図である。
【図８】突起および冷却ガス通路の製作方法を説明するための斜視図である。
【図９】燃焼筒本体の希釈孔付近の冷却構造を簡略化して示す斜視図である。
【図１０】冷却ガス通路の軸線と燃焼筒本体の軸線との他の関係を示す平面図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態である冷却構造を備える燃焼筒の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１２】従来の典型的な筒体の冷却構造の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１３】従来の典型的な他の筒体の冷却構造の構成を簡略化して示す斜視図である。
【符号の説明】
１１バーナ装置
２０内筒体
２２外筒体
２４燃焼筒
２５燃焼筒本体
３０ノズル体
３８突起
３９冷却ガス通路
５８主ノズル孔
６０ガス導入孔
６３希釈孔
６５第１冷却構造
６６第２冷却構造
６８点火プラグ
７０導出筒

Claims

高温ガスが筒体本体の内周面または外周面のいずれか一方に接触して流れ、筒体本体のいずれか他方の表面に沿って冷却ガスが供給される冷却構造において、
筒体本体の前記他方の表面に周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられ、さらに各突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置され、
各突起には、筒体本体の軸線方向に沿って延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて筒体本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成され、
前記筒体本体の温度の高い部分には、前記突起が残余の温度の低い部分よりも単位面積当りの分布密度を大きくして設けられ、
前記突起は、冷却ガス流の上流側に臨み、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜する第１傾斜面と、
第１傾斜面の冷却ガス流の下流側の端部に連なり、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向内方になるように傾斜する第２傾斜面とを有し、
冷却ガス通路は、第１傾斜面に臨んでほぼ垂直に形成され、冷却ガス通路によって筒体本体内に内周面に沿って層状の長さが形成され、これら冷却ガス通路が形成される各突起は、筒体本体に周方向および軸線方向にずれて形成されることを特徴とする冷却構造。
高温ガスが筒体本体の内周面または外周面のいずれか一方に接触して流れ、筒体本体のいずれか他方の表面に沿って冷却ガスが供給される冷却構造において、
筒体本体の前記他方の表面に周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられ、さらに各突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置され、
各突起には、筒体本体の軸線方向に沿って延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて筒体本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成され、
前記冷却ガス通路は、筒体本体の軸線を含む仮想平面に対して交差する軸線を有し、
前記突起は、冷却ガス流の上流側に臨み、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向外方になるように傾斜する第１傾斜面と、
第１傾斜面の冷却ガス流の下流側の端部に連なり、冷却ガス流の下流側になるにつれて半径方向内方になるように傾斜する第２傾斜面とを有し、
冷却ガス通路は、第１傾斜面に臨んでほぼ垂直に形成され、冷却ガス通路によって筒体本体内に内周面に沿って層状の長さが形成され、これら冷却ガス通路が形成される各突起は、筒体本体に周方向および軸線方向にずれて形成されることを特徴とする冷却構造。
前記第１傾斜面は平面であって、
冷却ガス通路の軸線は、第１傾斜面に垂直であることを特徴とする請求項１または２記載の冷却構造。
燃料ガスを噴出する主ノズル孔およびパイロットノズル孔を有するノズル体と、
ノズル体を外囲して設けられ、内流路を規定する内筒体であって、ノズル体と内筒体との間には内流路に連なる導入流路が規定されており、さらに内筒体の周壁にガス導入孔が主ノズル孔に対向して前記導入流路を挟んで形成される内筒体と、
内筒体の半径方向外方に間隔をあけて設けられ、外流路を規定する外筒体と、
外筒体の半径方向外方に間隔をあけて設けられる燃焼筒であって、筒体本体の外周面に周方向および軸線方向に間隔をあけて複数の突起が点在して設けられ、さらに前記突起は筒体本体の周方向および軸線方向にずらして配置され、各突起には筒体本体の軸線方向に延び、かつ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて燃焼筒本体の軸線に近付くように傾斜して延びる冷却ガス通路が形成される燃焼筒とを含み、
冷却ガス通路は、第１傾斜面に臨んでほぼ垂直に形成され、冷却ガス通路によって筒体本体内に内周面に沿って層状の長さが形成され、これら冷却ガス通路が形成される各突起は、筒体本体に周方向および軸線方向にずれて形成されることを特徴とするバーナ装置。