JP3970139B2

JP3970139B2 - 燃焼器

Info

Publication number: JP3970139B2
Application number: JP2002263663A
Authority: JP
Inventors: 将豊太田; 重実萬代; 邦明青山; 克則田中; 真児赤松; 久成中島; 輝也橘
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP2004101071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１０に示す。
【０００４】
図１０に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１１のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４ｆ（図１０のパイロットコーン４に相当する）の内壁を沿って流れる。このパイロットコーン４ｆは、その下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）がメインバーナ５に向かって突出した形状となる。よって、このパイロットコーン４ｆの下流側先端付近に、保炎用低速域Ｘが形成される。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、保炎用低速域Ｘにおける燃焼に基づいて、メインバーナ５の下流側先端より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。よって、パイロットノズル２によって拡散噴射されたパイロット燃料によるパイロット拡散火炎が保炎用低速域Ｘまで拡散して燃焼されることにより、メインバーナ５からの予混合気による燃焼が維持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように保炎用低速域Ｘが形成することにより、燃焼の安定性が確保できるが、更なる低ＮＯｘ化を図るには、パイロット拡散火炎を減らす必要があり、現状の保炎用低速域Ｘの大きさでは十分でない。又、パイロットコーン４ｆの下流側先端がメインバーナ５へ突出した形状となっているため、メインバーナ５から流れ出る予混合気が渦を形成する澱み域Ｙが、メインバーナ５の出口におけるパイロットコーン４ｆが突出した部分に形成されてしまう。この澱み域Ｙが形成されることが原因となり、フラッシュバックが発生する恐れがある。
【０００８】
このような問題を鑑みて、本発明は、保炎用低速域をより大きく確実なものとすることができるとともに、メインバーナ出口における澱み域の発生を防ぐ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、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、前記メインノズルの下流側先端部分を覆うメインバーナと、を備える燃焼器において、前記パイロットコーンが、前記パイロットノズルの下流側先端部分に設けられるとともに、下流側に向かって放射状に広がったテーパ形状のコーン内周テーパ部と、該コーン内周テーパ部の下流側先端外縁に設けられるとともに、前記パイロットノズルの軸方向に対して略垂直な面となる第１鍔部と、前記コーン内周テーパ部の外周に、前記コーン内周テーパ部の外壁に沿った形状となるテーパ部と、前記第１鍔部に沿った形状となる第２鍔部とによって構成される円筒と、を備え、前記コーン内周テーパ部と前記円筒の前記テーパ部とで構成される間隙を通過して前記コーン内周テーパ部を冷却する空気を、更に前記第１鍔部と前記円筒の前記第２鍔部とで構成される間隙を通過させて、フィルム状の空気として前記メインバーナの下流側先端に向かって排出することを特徴とする。
【００１０】
このようにすることで、第１鍔部の下流側において保炎用低速域を大きく且つ確実に形成することができるため、その保炎性を向上することができる。又、前記パイロットノズルの下流側先端外縁と前記メインバーナの下流側先端外縁を結ぶ直線の軸方向に対する角度をαとしたとき、前記コーン内周テーパ部の開き角θが、０≦θ＜２αである。このとき、角度αを、６０°以下とすることが好ましく、更に好ましくは、３７°±３°よりも狭い角度である。
【００１１】
このとき、前記コーン内周テーパ部の外周に、前記コーン内周テーパ部の外壁及び前記鍔部に沿った形状となる円筒を備えることで、前記コーン内周テーパ部と前記円筒の間に空気を通し、前記コーン内周テーパ部を冷却するとともに、前記鍔部先端からフィルム状の空気を排出することで、前記メインバーナでのフラッシュバックを防止することができる。
【００１２】
更に、前記円筒の下流側先端を前記メインバーナの下流側先端外縁近傍に位置するように設置し、又、前記第１鍔部を前記メインバーナの下流側先端よりも数ｍｍ下流側に設ける。
【００１３】
又、前記第１鍔部と前記コーン内周テーパ部との間に空隙を設けるとともに、前記コーン内周テーパ部と同じ開き角で前記コーン内周テーパ部の前記第１鍔部の設置部分より下流側に延ばした第１円筒部と、前記第１鍔部より下流側に、前記第１円筒部の外壁に沿ったテーパ形状の第２円筒部と、を備えるようにしても構わない。このとき、コーン内周テーパ部に設けられた第１円筒部に沿って、パイロットノズルとパイロットコーンとの間を通過するパイロット空気が流れる。そのため、第１鍔部と第２円筒部とに囲まれる領域に形成される保炎用低速域にパイロット空気が流入することを防ぐことができる。
【００１５】
このようにすることで、第１鍔部と第２鍔部との間を通過する空気が、メインバーナの下流側先端にフィルム状に流れることによって、メインバーナでのフラッシュバックを防止することができる。又、第２円筒とコーン内周テーパ部の第１円筒部との間を通過する空気が、パイロットコーンの下流側先端からフィルム状に流れることによって、保炎用低速域にパイロット空気が流入することを防ぐことができる。
【００１６】
そして、前記コーン内周テーパ部の前記第１円筒部における前記第１円筒部に沿った長さが、前記第１鍔部における前記パイロットコーンの軸方向に対して垂直な方向の長さの１〜３倍とする。
【００１７】
又、前記第１鍔部が、前記メインバーナの下流側先端よりも上流側に設けられるものとしても構わない。
【００１９】
又、上述のいずれかの燃焼器において、前記パイロットコーンと前記メインバーナとの間を通過するように設けられるとともに、前記第１鍔部の下流側に燃料を供給するための複数の保炎強化用燃料供給路を備えるものとしても構わない。
【００２０】
このようにすることで、コーン内周テーパ部と接合した鍔部の下流側に形成される保炎用低速域に燃料を供給することができるため、保炎用低速域の保炎性を向上させることができる。
【００２１】
このとき、前記保炎強化用燃料供給路が、前記メインノズルと前記パイロットノズルとを結ぶ直線上に位置するように設けられる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。尚、以下の第１〜第５の実施形態において、燃焼器を構成する各部分の関係の概略は、従来と同様、図１０の概略構成図によって表される。よって、以下では、本発明の特徴であるパイロットノズル先端周辺の構成について、詳細に説明する。
【００３５】
＜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パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１において、図１１と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３６】
図１の燃焼器は、燃焼器本体（図１０）の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４ａ（図１０のパイロットコーン４に相当する）によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４ａの中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。
【００３７】
このように構成されるとき、パイロットコーン４ａは、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）そして、コーン内周テーパ部４１の下流側先端外周には、パイロットノズル２の軸方向に対して略垂直な面となる鍔４２が設けられる。この鍔４２は、コーン内周テーパ部４１の下流側先端よりメインバーナ５の下流側先端に向かって広がったリング形状となる。又、鍔４２は、メインバーナ５の下流側先端から数ｍｍ程度、下流側に位置するように設けられる。
【００３８】
更に、パイロットコーン４ａは、コーン内周テーパ部４１の外周に、下流側に向かって放射状に広がったテーパ形状の円筒４３が設けられる。この円筒４３は、コーン内周テーパ部４１と同様、その下流側先端に、パイロットノズル２の軸方向に対して略垂直な面となるリング形状の鍔４４が鍔４２と対向するように設けられる。又、鍔４４は、メインバーナ５の下流側先端位置に設置される。そして、円筒４３とコーン内周テーパ部４１との間には空隙が設けられるように、円筒４３が設置される。このとき、コーン内周テーパ部４１の鍔４２と円筒４３の鍔４４との間にも空隙が設けられる。
【００３９】
このように、パイロットコーン４ａが放射状に広がった形状となることで、パイロットノズル２の先端外周に設けられた燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料がパイロットスワラ６を通過するパイロット空気により拡散燃焼し、メインバーナ５の下流側先端に導かれる。そして、パイロット拡散火炎は、コーン内周テーパ部４１の内壁に沿って、コーン内周テーパ部４１の鍔４２の下流側に形成される保炎用低速域Ｘに導かれる。この保炎用低速域Ｘは、コーン内周テーパ部４１の鍔４２の幅ｌに応じた大きさとなる。
【００４０】
又、パイロットコーン４ａの外周を通過する空気が、コーン内周テーパ部４１と円筒４３との間の空隙に流入すると、鍔４２と鍔４４との間の空隙を通過して、メインバーナ５の下流側先端に流出し、メインバーナ５とパイロットコーン４ａとの境界となる部分に対してフィルム状に空気を流す。このように、境界部分にフィルム状の空気を流すことによって、保炎用低速域Ｘの火炎が原因となるフラッシュバックを防止することができる。又、コーン内周テーパ部４１と円筒４３との間の空隙を空気が通過するため、このコーン内周テーパ部４１及び鍔４２の冷却を行うことができる。
【００４１】
このように、コーン内周テーパ部４１の鍔４２によって保炎用低速域Ｘを形成するために、パイロットノズル２の下流側先端の外縁からメインバーナ５の下流側先端の外縁までで最も近接した位置を結んだ直線とパイロットノズル２の軸方向との角度をαとしたとき、メインコーン内周テーパ部４１の開き角θを、０°≦θ＜２αとする。このとき、θは、６０°以下であることが好ましい。更に好ましくは、３７°±３°よりも狭い角度である。
【００４２】
よって、メインバーナ５それぞれを結ぶ領域の内側に形成される鍔４２の幅ｌを十分な長さとし、その面積を十分な広さとすることができるので、鍔４２の下流側に形成される保炎用低速域Ｘの大きさを十分に大きくすることができ、保炎性を向上させることができる。又、鍔部４２が、メインバーナ５の下流側先端に突出していないので、メインバーナ５の下流側先端に澱み領域が形成されず、フラッシュバックを防ぐことができる。
【００４３】
＜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パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図２において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００４４】
図２の燃焼器は、第１の実施形態（図１）の燃焼器と異なり、その下流側先端がメインバーナ５の下流側先端よりも更に下流側まで延ばした形状となるパイロットコーン４ｂ（図１０のパイロットコーン４に相当する）が設けられる。このパイロットコーン４ｂは、コーン内周テーパ部４１ｂをメインバーナ５の下流側先端よりも延ばした形状であり、コーン内周テーパ部４１ｂの外周に、メインバーナ５の下流側先端から上流に向かって円筒４３が嵌合されるとともに、メインバーナ５の下流側先端から下流に向かって円筒４５が嵌合される。
【００４５】
円筒４３は、第１の実施形態と同様、その下流側先端に鍔４４が設けられ、円筒４５は、その上流側先端に鍔４４と対向するように鍔４６が設けられる。鍔４４が、第１の実施形態と同様、円筒４３の下流側先端よりメインバーナ５の下流側先端に向かって広がったリング形状となるとともに、鍔４６が、円筒４５の上流側先端よりメインバーナ５の下流側先端に向かって広がったリング形状となる。この鍔４６が設けられた円筒４５は、その下流側先端がコーン内周テーパ部４１ｂの下流側先端と一致するように設置される。
【００４６】
又、コーン内周テーパ部４１ｂと円筒４３との間、コーン内周テーパ部４１ｂと円筒４５との間、及び、鍔４４と鍔４６との間には、空隙が設けられるように、円筒４３，４５が設置される。よって、円筒４３の鍔４４がメインバーナ５の下流側先端位置に設けられるため、円筒４５の鍔４６がメインバーナ５の下流側先端位置から下流側に数ｍｍずれた位置に設けられる。
【００４７】
更に、円筒４５において、コーン内周テーパ部４１ｂに沿った長さＬが、鍔４４又は鍔４６の幅ｌに対して、１〜３倍程度とすることが好ましい。このようにすることで、パイロットスワラ６を通った後にパイロットコーン４ｂの内壁を沿って流れるパイロット空気が、円筒４５の外周に形成される保炎用低速域Ｘに流れ込み、保炎用低速域の温度を下げるとともに燃料濃度を希釈することを防ぐことができる。
【００４８】
又、鍔４４と鍔４６との間の空隙より空気をフィルム状に流すことにより、メインバーナ５の下流側先端へのフラッシュバックを防ぐことができるとともに、コーン内周テーパ部４１ｂと円筒４５と空隙より空気をフィルム状に流すことにより、保炎用低速域Ｘにパイロット空気が流れ込むことを更に確実に防ぐことができる。又、コーン内周テーパ部４１ｂの開き角θは、第１の実施形態と同様、０°≦θ＜２αとし、６０°以下であることが好ましい。更に好ましくは、開き角θが、３７±３°より狭い角度である。
【００４９】
＜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パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図３において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００５０】
図３の燃焼器は、第１の実施形態（図１）の燃焼器と異なり、鍔４２がメインバーナ５の下流側先端よりも上流側に設けられたコーン内周テーパ部４１ｃを有するパイロットコーン４ｃ（図１０のパイロットコーン４に相当する）が設けられる。このパイロットコーン４ｃは、コーン内周テーパ部４１ｃの下流側先端がメインバーナ５の下流側先端よりも上流側に設けられる。
【００５１】
そして、このコーン内周テーパ部４１ｃの下流側先端には、パイロットノズル２の軸方向に対して垂直な面となる鍔４２が設けられるとともに、鍔４２の外縁には、メインバーナ５に近接するようにテーパ形状とされる円筒４７が設置される。即ち、コーン内周テーパ部４１ｃの鍔４２と接合する部分の径が鍔４２の内縁の径と一致するとともに、円筒４７の上流側先端の径が鍔４４の外縁の径と一致する。
【００５２】
更に、パイロットコーン４ｃは、コーン内周テーパ部４１ｃの外周に、第１の実施形態と同様、鍔４２と対向する位置に鍔４４が設けられた円筒４３ｃが設けられる。そして、この円筒４３ｃについても、鍔４４の外縁に円筒４７に沿うようにテーパ形状とされる円筒４８が設けられる。即ち、円筒４３ｃの鍔４４と接合する部分の径が鍔４４の内縁の径と一致するとともに、円筒４８の上流側先端の径が鍔４４の外縁の径と一致する。このように、メインバーナ５とコーン内周テーパ部４１ｃとの間に、円筒４３ｃを設置することによって、コーン内周テーパ部４１ｃと円筒４３ｃとの間の空隙に、パイロットコーン４ｃの外周を通る空気を流すことができる。
【００５３】
更に、コーン内周テーパ部４１ｃの鍔４２より上流側の開き角θを、第１の実施形態と同様、０°≦θ＜２αとする。この開き角θは、６０°以下であることが好ましく、更に好ましくは、３７±３°よりも狭い角度である。このように、鍔４２の幅は第1の実施形態と同様、十分な長さとし、その面積を十分な広さとすることができる。このように構成することによって、鍔４２の下流側に十分な大きさの保炎用低速域Ｘが形成される。
【００５４】
又、パイロットコーン４ｃの外周を通る空気が、コーン内周テーパ部４１ｃと円筒４３ｃとの空隙に流れ込み、円筒４７と円筒４８との空隙からメインバーナ５とパイロットコーン４ａとの境界となる部分に対してフィルム状に流れる。このとき、円筒４７，４８の形状がメインバーナ５の先端部分に沿うような形状であるため、メインバーナ５より流れる予混合気と平行に空気を流し、フィルム状の空気層をより確実に形成することができる。よって、保炎用低速域Ｘでの保炎性を保つとともに、フラッシュバックに対する耐性を向上させる。
【００５５】
尚、本実施形態において、図４のように、パイロットコーン４ｘの形状を第２の実施形態と同様の形状とし、コーン内周テーパ部４１ｘ、円筒４３ｘ，４５ｘが備えられた形状としても構わない。即ち、コーン内周テーパ部４１ｘの上流側に嵌合するように円筒４３ｘが設置されるとともに、コーン内周テーパ部４１ｘの下流側に嵌合するように円筒４５ｘが設置される。又、円筒４３ｘ，４５ｘそれぞれに設けられた鍔４４，４６がメインバーナ５の下流側先端よりも上流側に設けられる。更に、鍔４４の外縁にメインバーナ５の下流側先端まで延びた円筒４８が設けられるとともに、鍔４６には、円筒４８の内周に沿うような形状の円筒４９が設けられる。
【００５６】
＜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５は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図５において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００５７】
図５の燃焼器は、第１の実施形態（図１）の燃焼器と異なり、コーン内周テーパ部４１ｄの外周にそれぞれの上流側先端が接合された円筒５０ａ，５０ｂによって構成される二重筒５０を有するパイロットコーン４ｄ（図１０のパイロットコーン４に相当する）が設けられる。この二重筒５０において、円筒５０ａがコーン内周テーパ部４１ｄに沿うような形状とされるとともに、円筒５０ａの外周に設けられた円筒５０ｂがメインバーナ５に沿うような形状とされる。又、パイロットコーン４ｄには、二重筒５０の円筒５０ｂとメインバーナ５との間に、円筒５１が設けられる。
【００５８】
このように構成することによって、二重筒５０の上流側先端に向かって形成される窪みに、完全な澱み域が形成されるため、保炎用低速域Ｘが二重筒５０の窪みの奥まで入り込む。よって、二重筒５０の開口部付近に形成される保炎用低速域Ｘを二重筒５０の窪みの奥まで形成させることで、より大きなものとすることができ、その保炎性を向上させることができる。
【００５９】
又、パイロットコーン４ｄの外周を通る空気の一部が、コーン内周テーパ部４１ｄと円筒５０ａとの空隙に流れ込んだ後、コーン内周テーパ部４１ｄの下流側先端からフィルム状に流れ出る。よって、保炎用低速域Ｘにパイロット空気が流れ込むことを防ぐことができる。又、パイロットコーン４ｄの外周を通る空気の一部が、円筒５０ｂと円筒５１の空隙に流れ込んだ後、メインバーナ５の下流側先端からフィルム状に流れ出る。よって、メインバーナ５へのフラッシュバックに対する耐性を向上させる。
【００６０】
＜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パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図６において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００６１】
図６の燃焼器は、第１の実施形態（図１）の燃焼器と異なり、パイロットコーン４ｅ（図１０のパイロットコーン４に相当する）には、コーン内周テーパ４１ｅの下流側先端からメインバーナ５の下流側先端に突出する鍔５２と、コーン内周テーパ部４１ｅの下流側先端に上流側先端が接合された円筒５３とが設けられる。又、このパイロットコーン４ｅは、コーン内周テーパ部４１ｅの外周に、その下流側先端がメインバーナ５の下流側先端に接するように設置された円筒４３ｅが設けられる。
【００６２】
そして、パイロットコーン４ｅの下流側先端は、メインバーナ５の下流側先端よりも数ｍｍ程度下流側に位置するように設けられ、又、鍔５２の開き角βがコーン内周テーパ部４１ｅの開き角θより広くなるように設定されるとともに、円筒５３の内壁が軸方向に対して内側に向くように設けられる。このとき、円筒５３の内壁のパイロットノズル２の軸方向に対する角度γが、０°≦γ≦６０°の範囲にあることが好ましい。又、円筒５３の内壁の長さは、鍔５２の幅ｌと略等しい長さに設定する。
【００６３】
このように構成することによって、鍔５２と円筒５３によって構成される領域近傍に、保炎低速域Ｘが形成される。このとき、鍔５２と円筒５３それぞれが上流側先端において接合し、上流側に窪みを設けるとともに下流側に開口した形状となるので、鍔５２と円筒５３との接合部までの窪みに澱み域を形成することができる。よって、保炎用低速域Ｘをより大きなものとすることができ、その保炎性を向上させることができる。
【００６４】
又、パイロットコーン４ｅの外周を通る空気が、コーン内周テーパ部４１ｅと円筒４３ｅとの空隙に流れ込んだ後、メインバーナ５の下流側先端へフィルム状に流れ出る。このとき、円筒４３ｅの下流側先端がメインバーナ５の下流側先端に接するように設けられるため、確実に空気をメインバーナ５の下流側先端に導くことができ、メインバーナ５へのフラッシュバックを防ぐことができる。
【００６５】
＜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概略構成図である。又、図８は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図７及び図８において、図１０及び図１と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００６６】
図７の燃焼器は、燃焼器本体と、パイロットノズル２と、メインノズル３と、パイロットコーン４と、メインバーナ５と、パイロットスワラ６と、メインスワラ７と、パイロットノズル２とメインノズル３との間に複数設けられた保炎強化用燃料供給路８と、メインノズル３に接続されるとともにメインノズル３への燃料が供給されるメイン燃料マニホールド９と、保炎強化用燃料供給路８に接続されるとともに保炎強化用燃料供給路８への燃料が供給される保炎強化用燃料マニホールド１０とを備える。
【００６７】
保炎強化用燃料供給路８は、その中心がパイロットノズル２の中心からメインノズル３の中心を結ぶ直線上に位置するように、メインノズル３と同数設置される。（但し、必ずしもメインノズルと同数にしなければならないわけではなく、適宜設けることでも良い。）又、保炎強化用燃料マニホールド１０がメイン燃料マニホールド９の上流に設けられ、この保炎強化用燃料マニホールド１０に接続された保炎強化用供給路８がメイン燃料マニホールド９に設けられた穴９１に挿入される。更に、パイロットノズル２が、メイン燃料マニホールド９及び保炎強化用燃料マニホールド１０それぞれの中心に設けられた穴９２，１０１に挿入される。
【００６８】
このように構成される燃焼器において、図８のように、第１の実施形態（図１）と同様の形状となるパイロットコーン４ａが用いられる。このとき、鍔４２の近傍に形成される保炎用低速域Ｘに、保炎強化用燃料供給路８より燃料を供給するために、保炎強化用燃料供給路８が鍔４２，４４を貫通するように設けられるとともに、鍔４２に保炎強化用燃料噴出口８１が設けられる。更に、パイロットノズル２の中心とメインノズル３の中心とを結ぶ直線上に、保炎強化用燃料供給路８が位置するように設けられるため、図９に示すように、一例として、メインノズル３が８つである場合、それぞれに対応して、パイロットコーン４ａの鍔４２に８つの保炎強化用燃料噴出口８１が設けられる。
【００６９】
このようにすることで、保炎強化用燃料マニホールド１０より供給された燃料が保炎強化用燃料供給路８を通過した後、鍔４２の保炎強化用燃料噴出口８１より保炎用低速域Ｘに噴出される。このようにすることで、保炎用強化用燃料噴出口８１より噴出された燃料が保炎用低速域Ｘにて燃焼し、保炎用低速域Ｘにおける保炎性を向上させることができる。
【００７０】
尚、本実施形態において、第１の実施形態におけるパイロットコーン４ａを備えた燃焼器に対して保炎強化用燃料供給路８を設けた例を挙げたが、第２〜第５の実施形態におけるパイロットコーン４ｂ〜４ｅを備えた燃焼器に対して設けるようにしても構わない。このとき、パイロットコーン４ｂについては、保炎強化用燃料供給路８が鍔４４，４６を貫通するように設けられ、又、パイロットコーン４ｃについては、保炎強化用燃料供給路８が鍔４２，４４を貫通するように設けられ、又、パイロットコーン４ｄについては、保炎強化用燃料供給路８が円筒５０ａ、５０ｂの接合部を貫通するように設けられ、又、パイロットコーン４ｅについては、保炎強化用燃料供給路８が鍔５２と円筒５３との接合部を貫通するように設けられる。このようにすることで、それぞれに設けられた保炎強化用燃料供給路８を通過する燃料が、保炎用低速域Ｘに噴出される。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によると、パイロットコーンの下流側先端部分に鍔部を設けるため、この鍔部の下流側において保炎用低速域を大きく且つ確実に形成することができる。よって、メインバーナからの燃料と空気が混合された予混合気の保炎性を向上させることができ、燃焼振動を低減させることができる。又、コーン内周テーパ部の外周に円筒を設けることによって、メインバーナの下流側先端よりフィルム状に空気を流すことができるので、保炎用の鍔部の冷却をするとともに、メインバーナへのフラッシュバックを防ぐことができる。
【００７２】
又、鍔部との接合部より延ばした円筒部がコーン内周テーパ部に設けられることで、パイロット空気がコーン内周テーパ部に沿って流れて、保炎用低速域に流れ込むことを防ぐことができるため、保炎用低速域の保炎性を向上させることができる。又、二重筒をコーン内周テーパ部の外周に設けることで、二重筒の窪みに澱み域を形成することができるため、保炎用低速域を窪みの奥まで形成し、その大きさを大きくして保炎性を向上させることができる。又、メインノズル及びパイロットノズルそれぞれに突出した第１及び第２円筒部によって、確実に保炎用低速域を形成することができるとともに、第２円筒部によって、コーン内壁テーパ部に沿って流れるパイロット空気が保炎用低速域に流入することを防げる。
【００７３】
更に、パイロットコーンとメインバーナとの間を通過するように複数の保炎強化用燃料供給路が設けられることで、保炎用低速域に対して、保炎容共か用燃料供給路より供給することができる。よって、保炎用低速域での保炎性を向上させることができる。
【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パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図３】第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図４】第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の別の構成を示す図。
【図５】第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図６】第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図７】第６の実施形態における燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図８】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図９】第６の実施形態における燃焼器の下流側から見た概略構成図。
【図１０】燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１１】従来の燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【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パイロットコーン
５メインバーナ
６パイロットスワラ
７メインスワラ

Claims

燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、前記メインノズルの下流側先端部分を覆うメインバーナと、を備える燃焼器において、
前記パイロットコーンが、
前記パイロットノズルの下流側先端部分に設けられるとともに、下流側に向かって放射状に広がったテーパ形状のコーン内周テーパ部と、
該コーン内周テーパ部の下流側先端外縁に設けられるとともに、前記パイロットノズルの軸方向に対して略垂直な面となる第１鍔部と、
前記コーン内周テーパ部の外周に、前記コーン内周テーパ部の外壁に沿った形状となるテーパ部と、前記第１鍔部に沿った形状となる第２鍔部とによって構成される円筒と、
を備え、
前記コーン内周テーパ部と前記円筒の前記テーパ部とで構成される間隙を通過して前記コーン内周テーパ部を冷却する空気を、更に前記第１鍔部と前記円筒の前記第２鍔部とで構成される間隙を通過させて、フィルム状の空気として前記メインバーナの下流側先端に向かって排出することを特徴とする燃焼器。
前記パイロットノズルの下流側先端外縁と前記メインバーナの下流側先端外縁を結ぶ直線の軸方向に対する角度をαとしたとき、前記コーン内周テーパ部の開き角θが、０≦θ＜２αであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
前記円筒の下流側先端が前記メインバーナの下流側先端外縁近傍に位置するように設置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼器。
前記第１鍔部が前記メインバーナの下流側先端よりも数ｍｍ下流側に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃焼器。
前記第１鍔部が前記メインバーナの下流側先端よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃焼器。
前記第１鍔部と前記コーン内周テーパ部との間に空隙を設けるとともに、
前記コーン内周テーパ部と同じ開き角で前記コーン内周テーパ部の前記第１鍔部の設置部分より下流側に延ばすことで形成される第１円筒部と、
前記第１鍔部より下流側に、前記第１円筒部の外壁に沿ったテーパ形状の第２円筒部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の燃焼器。
前記コーン内周テーパ部の前記第１円筒部における前記第１円筒部に沿った長さが、前記第１鍔部における前記パイロットコーンの軸方向に対して垂直な方向の長さの１〜３倍であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器。
前記パイロットコーンと前記メインバーナとの間を通過するように設けられるとともに、前記第１鍔部の下流側に燃料を供給するための複数の保炎強化用燃料供給路を備えることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の燃焼器。
前記保炎強化用燃料供給路が、前記メインノズルと前記パイロットノズルとを結ぶ直線上に位置するように設けられることを特徴とする請求項８に記載の燃焼器。