JP3999654B2 - 燃焼器壁の内張り用断熱煉瓦、燃焼器およびガスタービン - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、高温媒体に曝される高温側面と、この側面と反対側の壁側面とを備えた特に燃焼器壁を内張りするための断熱煉瓦に関する。その煉瓦は、高温側面に隣接する高温側面部と、壁側面に隣接する壁側面部を有する。本発明は、そのような燃焼器ライニング付きの燃焼器並びにそのような燃焼器付きのガスタービンにも関する。
【０００２】
極めて高い温度に曝される部品、例として断熱要素、例えば断熱煉瓦やガスタービン翼に耐熱性を与えるため、その部品を金属本体で作り、該本体をＺｒＯ2から成るセラミックス断熱層で被覆することが、例えば米国特許第４３２１３１１号明細書で公知である。セラミックス断熱層の結合は、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ）から成る金属接着層で行われている。セラミックス断熱層は、通常良好な酸素イオン伝導体なので、その部品の使用中に接着層が酸化し、その結果、断熱層が金属本体から剥がれてしまう。従って、その部品の使用期間は制限される。これは、特にガスタービンの始動・停止時に生ずる頻繁な温度変化の際に当てはまる。
【０００３】
１９９２年５月発行の技術雑誌「メタル」、第４６巻、第５号、ｐｐ．４３６〜４３９に掲載のＷ．ヘニング氏他著の論文“内燃機関の構成要素に対する段階的セラミックス材料”に、ピストンヘッドの交番温度負荷強度を改善するために、密度段付きセラミックス繊維体が開示されている。そのセラミックス繊維体は、セラミックス分量が異なり、種々の層厚さを持つ４つの層で構成されている。セラミックス分量の相違は、４つの層の繊維（Ａｌ2Ｏ3・短繊維）とＡｌ2ＴｉＯ5から成るセラミックス粒子との比率が明らかに異なることにある。この結果、４つの層の多孔度も互いに大きく異なっている。層における４０〜７９％の大きな多孔度は、非破壊複合体を製造するためにセラミックス繊維体の空洞の中に、溶融金属を圧搾鋳造によって注ぎ込むために利用される。これによって、金属およびセラミックスについて大きく飛躍的に変化する勾配を持つピストンヘッドを製造できる。セラミックス部分の小さな熱伝導率のため、熱バリヤが生じ、従ってピストンが絶縁される。また、セラミックス繊維はピストンを機械的に強化し、これによって、ピストンの熱衝撃強度を向上する。
【０００４】
１９９４年、Ｂ．イルシュネル、Ｎ．チエルラデ出版の「サード インターナショナル シンポジウム オン ファンクショナル グラジエント マテリアルス（３rd International Symposium on Functional Gradient Materials）」の議事録、ＦＧＭ９４のｐｐ．６０１〜６０５に掲載のＭ．新野、Ｍ．小泉共著論文“高効率エネルギ変換材料の計画研究”に、滑空機用材料の開発に関連するファンクショナル グラジエント マテリアルス（ＦＭＧ）と呼ばれる複合材料が開示されている。そのＦＭＧ材料の主な特長は連続的な組成勾配および／又は微細組織勾配であり、これは、例えば強度、熱伝導率、延性等の重要な機能の連続的勾配を生じさせ、その特性の突然変化の回避によって、材料の負荷容量および効率を増大させる。従ってＦＭＧ材料は、材料の好適な層および部材結合特性を兼ね備える。
【０００５】
また国際公開第９８／５３９４０号パンフレットにより、特に熱遮蔽体やガスタービン翼に対する金属・セラミックス段階的材料が公知である。この材料は、金属基礎材料と、セラミックスと、高温酸化防止用の溶加材とを含んでいる。金属領域からセラミックス領域迄、金属基礎材料の濃度が減少し、溶加材の濃度が濃度勾配を示す。このパンフレットには、金属・セラミックス・段階的材料の製造方法並びにそれにより製造される製品、例えばガスタービン翼或いはガスタービンの断熱要素も開示されている。
【０００６】
本発明の課題は、特に燃焼器壁内張り用の改良した断熱煉瓦を提供することにある。この煉瓦は、高温媒体例えば高温ガスに曝される高温側面とこの側面と反対側の壁側面での異なった要件を考慮して形成せねばならない。また本発明の課題は、そのような燃焼器ライニング付きの燃焼器並びにそのような燃焼器付きのガスタービンを提供することにある。
【０００７】
最初の課題は、本発明に基づき、高温媒体に曝される高温側面と、この高温側面と反対側の壁側面と、高温側面に隣接する高温側面部と、壁側面に隣接する壁側面部とを備え、特に燃焼器壁を内張りするための断熱煉瓦において、壁側面部での平均粒度が、高温側面部でびそれより小さいことにより解決される。
【０００８】
本発明は、断熱煉瓦の高温側面と、それと反対側に位置する壁側面での要件が異なるという認識から出発する。断熱煉瓦は、例えば定置形ガスタービンの燃焼器に採用され、一般に金属から成る燃焼器壁を熱遮蔽すべく使われる。その際、断熱煉瓦はその壁側面が支持構造物を経て燃焼器壁に取り付けられる。高温側面は運転中に高温媒体、例えば高温燃焼ガスに曝される。使用条件に応じ断熱煉瓦の高温側面は、それに比べてかなり低温の壁側面と異なる要件を課せられる。ガスタービン燃焼器では、断熱煉瓦の高温側面は、代表的には約１５００℃の高温の腐食性高速流ガスにより大きく負荷される。更に、ガスタービンの運転開始過程および運転停止過程に伴い、１０００℃に及ぶ頻繁な温度変化に耐えねばならない。この条件下で所望の断熱煉瓦の寿命は約５００００運転時間である。
【０００９】
本発明は、例えば壁側面での大きな強度と、高温側面での大きな熱応力、温度および交番温度負荷に対する耐力の互いに部分的に矛盾する要件を、本発明に基づく断熱煉瓦により良好にかつ同時に満足させ得る新たな方式を提供する。断熱煉瓦の非常に危険な部分、即ち高温側面に隣接する高温側面部並びに壁側面に隣接する壁側面部を、その組織に関し的確に各要件に合わせる。この場合、高温側面部並びに壁側面部における粒度分布を、部分毎に、各々の熱機械的負荷に合わせる。選択した組織パラメータとして、高温側面部並びに壁側面部における粒度を設定する。その場合、壁側面部での平均粒度は、高温側面部でのそれより小さい。平均粒度とは、各部分での粒度直径分布の平均値を意味する。各部分における要件に合わせた粒度分布により、負荷に適合し且つ通常の断熱煉瓦に対し改善した断熱煉瓦が実現する。この場合、特に断熱煉瓦において高温側面部での大きな熱衝撃強度並びに壁側面部での大きな強度の要求を同時に満たす。
【００１０】
この場合、断熱煉瓦は一様な材料、例えば耐火材料から成ると有利であり、ただ壁および高温側面部の粒度を異なって設定する。断熱煉瓦の組織的適合で、既に所望の結果が得られる。しかしまた、異なった化学組成の煉瓦を利用し、例えば２つ以上の物質から成る混合物を選択し、本発明に基づき、壁側面部並びに高温側面部の粒度についての組織的適合を行なうこともできる。従って、本発明は大きな柔軟性を特徴とする。これは、重要なパラメータ、つまり粒度分布やその算術平均が組織パラメータであり、この組織パラメータは、先験的に化学組成と無関係に制御でき、従って上述の要件に合わせられるからである。
【００１１】
好適には、壁側面部における平均粒度は、高温側面部での平均粒度の例えば０．４〜０．９、特に０．６〜０．８倍である。この度量係数に伴い、高温および壁側面部の粒度は、断熱煉瓦および重要な負荷領域（高温側面部、壁側面部）の絶対寸法とほぼ無関係に、相互に設定できる。この結果、粒度が負荷領域毎に適合した種々の形状、材料厚さ又は組成を持つ断熱煉瓦を実現できる。
【００１２】
高温側面部での平均粒度が、例えば１．５〜３．５ｍｍ、特に約２ｍｍより大きいと有利である。
【００１３】
また、壁側面部での平均粒度は、例えば約０．６〜１．４ｍｍ、特に約１．２ｍｍより小さいと有利である。
【００１４】
上述の限界に基づく粒度の寸法づけで、特にガスタービンの燃焼器で断熱煉瓦に通常採用されるような寸法の、負荷に適合した断熱煉瓦が得られる。勿論具体的には経験的および／又は算術的に、壁側面部と高温側面部での各熱機械的負荷を求め、各部分での負荷に応じた粒度を精確に設定できる。
【００１５】
本発明の特に有利な実施態様では、高温側面から壁側面迄その方向に沿って、粒度が漸次減少している層を設ける。
【００１６】
この場合、各層での各平均粒度は、高温側面部から壁側面部迄平均粒度が層を成して減少するように設定する。その各層で、各々の粒度を設定するとよい。各層に各々設定した粒度の層状段階づけは、材料特性における許容できない大きな変化（跳躍）を十分に回避し、要件に適合する特性の断熱煉瓦が得られるよう、段階的に行う。重要な材料特性、例えば強度、熱伝導率、延性等は、特性の突然変化の防止によって、断熱煉瓦の負荷容量と効率を向上する。その場合、壁側面部および／又は高温側面部が、各々粒度が適合した層を有すると好ましい。
【００１７】
好適には、その層の数は、５〜３０、特に約１０〜２０である。
【００１８】
層数の精確な選定は、その都度の負荷状態と、高温側面部から壁側面部迄の粒度の必要な段階的適合とに左右される。粒度について設定した組織勾配を有するそのような断熱煉瓦の製造は、方法技術的に例えば、断熱煉瓦に対する基礎材料を備えた粉末、例えばセラミックス或いは他の耐火材料を、盛り土の形に層状に積み上げ、その盛り土を圧縮し、組織勾配を有する断熱煉瓦の形に焼結することで行う。その場合、壁側面部でび平均粒度を高温側面部より小さくし、層数に応じて、粒度の段階的な適合を行う。
【００１９】
好適には、高温側面から壁側面の方向に沿い、粒度が連続的に変化する。
【００２０】
粒度の連続的変化は、それによって実際に、壁側面部から高温側面部に移行する際における重要な材料特性の突然変化が防止されるので、特に有利である。多くの層数によって、準連続的な適合が達成される。
【００２１】
そのような連続的な適合は、製造上経費がかかる。この場合、粒度分布（粒度直径分布の平均値）の連続的又は準連続的な移行は、例えば線形関数で行う。しかし通常は、高次数の多項式や別の連続関数又は連続微分可能関数でもその移行を達成できる。その選択は、断熱煉瓦の負荷状態や高温側面から壁側面への負荷経過に応じ適当に行い、移行の適合に対し相応の関数を利用する。
【００２２】
本発明の特に有利な実施態様では、断熱煉瓦を、第１物質とこの第１物質と異なった第２物質との少なくとも２つの材料から構成する。
【００２３】
この実施態様により、少なくとも二元混合物から成る断熱煉瓦も、本発明の構想に基づき、粒度を部分毎に適合して形成できる。二元混合物の他に、３つ以上の化学化合物からなる断熱煉瓦も、その粒度分布について組織化できる。
【００２４】
この場合、壁側面部での第１材料の濃度が、高温側面部でのそれより大きいと有利である。
【００２５】
これに伴い、高温および壁側面部での粒度の組織的適合の利点が、壁側面部および高温側面部における第１材料の濃度についての化学的適合と有利に組み合わされる。二元混合物の場合、組織的段階づけに加え、化学的段階づけが行える。この化学的段階づけは、組織的段階づけと同様に、層系統で段階的に、或いは本質的に連続して、高温側面部から壁側面部迄連続して実施する。
【００２６】
粒度および化学組成の段階づけによって、材料特性における突然変化が特に有利に防止される。これによって、熱機械的要件への断熱煉瓦の適合が一層改善される。粒度および濃度の適合によって、断熱煉瓦の負荷部特有の形成に対する多次元的なパラメータが得られる。
【００２７】
例えばガスタービンの燃焼器の断熱煉瓦に採用される際の要件に基づいて、壁側面部は大きな強度を必要とする。そのために、高温側面部より壁側面部において高濃度の第１物質は、壁側面部の強度を高温側面部の強度に比べて高めるという利点がある。それに対し、高温側面部における強度要求は、高温側面部での熱衝撃強度に対し二次的なものである。従って、高温側面部での第１材料の濃度は、低温側部に比べて小さくするとよい。濃度の適合、即ち第１および／又は第２物質の濃度勾配は、相応した層で段階的に行うか、連続して適合させるとよい。
【００２８】
好適には、第１物質は酸化物であり、第２物質は珪酸塩、特にシリコンセラミックスである。
【００２９】
また第１物質として酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、第２物質として珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）が適する。
【００３０】
上述した条件下の採用に対し、珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む断熱煉瓦が、特に適する。その際、酸化アルミニウムはコランダム（粗結晶）として添加する。酸化アルミニウムは非常に硬い無色の結晶を形成し、２０５０℃の高い融点を持つ。従って、高温用の断熱煉瓦の部品として特に適する。ムライトとも呼ばれる珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）は、例えば珪砂と長石を骨材とした成形湿り粘土を焼結又は融解する迄燃焼（加熱）することで作る。少なくとも酸化アルミニウムと珪化アルミニウムを含む断熱煉瓦は、高温および壁側面部での粒度および第１、第２の両物質の濃度について、良く適合する。
【００３１】
この場合、特に壁側面部でのアルミニウム分量に対するムライト分量は、高温側面部でのそれより少なくする。壁側面部でのムライト分量は酸化アルミニウム分量よりかなり少なくするとよい。特に、壁側面部でのアルミニウム分量は、断熱煉瓦の組成における支配的分量である。また好適には、壁側面部は主に酸化アルミニウム、特に実質的に酸化アルミニウムのみから成る。更に好適には、高温側面部でのムライト分量が酸化アルミニウム分量より多い。特に、高温側面部でのムライト分量は、酸化アルミニウム分量より、特にムライト分量が断熱煉瓦の高温側面部での支配的分量であるようにかなり多い。本発明の有利な実施態様では、高温側面部は実際には専らムライトから成る。
【００３２】
高温側面部に支配的なムライト分量を有し、壁側面部に支配的な酸化アルミニウム分量を有する上述した実施態様で形成した断熱煉瓦は、壁側面部で大きな強度を示し、同時に、高温側面部で大きな熱衝撃強度を示す。
【００３３】
本発明の特に有利な実施態様では、第１物質はセラミックス、第２物質は金属である。これに伴い、例えば国際公開第９８／５３９４０号パンフレットに金属・セラミックス・段階的材料について記載されているような金属をも含む断熱煉瓦は、負荷部特有の粒度適合について、有利に改善される。従って、本発明の構想は、断熱煉瓦の種々の多数の化学組成に利用できる。
【００３４】
燃焼器に向けられた本発明の課題は、本発明に基づいて、上述した断熱煉瓦を有する燃焼器ライニング付きの燃焼器によって解決される。
【００３５】
ガスタービンに向けられた課題は、本発明に基づいて、そのような燃焼器を備えたガスタービンによって解決される。
【００３６】
かかる燃焼器とガスタービンの利点は、上述の断熱煉瓦の利点に対応する。
【００３７】
以下図を参照し本発明を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号が付してある。
【００３８】
図１は、断熱煉瓦１を斜視図で示す。この煉瓦１は直方体の形をし、高温側面３と、この側面３と反対側の壁側面５とを有している。高温側面３に高温側面部７が隣接し、壁側面５に壁側面部９が隣接している。高温側面部７および壁側面部９は、各々高温側面３ないし壁側面５から直方体状断熱煉瓦１の内部に延びている。断熱煉瓦１を構成する材料、例えば耐火セラミックスは、壁側面部９と高温側面部７において個々の粒度分布を有している。その粒度分布は、壁側面部９における平均粒度Ｄが、高温側面部７におけるそれより小さいように設定されている。断熱煉瓦１の組織的形成によって、断熱煉瓦１は各部分に特有の熱的要件に適合されている。特に、断熱煉瓦１が燃焼器、例えばガスタービンの燃焼器に採用される場合、断熱煉瓦１の高温側面部７および壁側面部９における要件は異なっている。本発明に基づき粒度を的確に設定することで、高温側面部７と壁側面部９における部分的に互いに矛盾する要件が、同じように十分に満たされ、通常に形成された断熱煉瓦１に比べ著しい改善が達成される。これによって、例えば壁側面部９では大きな強度が得られ、高温側面部７では大きな熱応力、温度負荷および温度交番負荷に対して特別の耐力（熱衝撃強度）が得られる。従ってこの断熱煉瓦１は、高温下の用途および腐食性高温媒体、例えば１５００℃に及ぶ高温ガスの作用に対して設計される。
【００３９】
高温側面部７と壁側面部９での異なる粒度を明瞭にするため、図１の部分ＩＩとＩＩＩを、各々図２と図３に拡大して詳細に示す。両部分ＩＩとＩＩＩは、図１に対しほぼ同じ倍率で示している。図２は部分ＩＩ、即ち断熱煉瓦１の高温側面部７の一部を拡大して示す。高温側面部７は互いに隣接する多数の粒子２１、２３から成る粒状組織を有する。これら粒子２１、２３の集団を、粒度Ｄ、即ち粒子直径について検討するに、その高温側面部７の粒度は平均粒度ＤHを有している。これに対し図３は、図１の本発明に基づく断熱煉瓦１の、壁側面部９の部分ＩＩＩの粒状組織を示している。この壁側面部９の粒状組織は、互いに隣接して壁側面部９の組織を形成する多数の粒子２５、２７を有する。その壁側面部９での粒度ＤWは、高温側面部７の粒度ＤHより小さい。
【００４０】
図４は、断熱煉瓦１の一部を概略側面図で示す。これに関連して図５を対比して参照されたい。断熱煉瓦１の高温側面３から壁側面５迄その方向１３に沿い層１１Ａ〜１１Ｆを設けている。その高温側面部７は高温側面３に面する層１１Ａを含み、壁側面部９は壁側面５に面した層１１Ｆを含んでいる。この場合、断熱煉瓦１は少なくとも２つの物質１７、１９からなり、第１物質１７とそれと異なる第２物質１９が、断熱煉瓦１に組み込まれている。
【００４１】
図５は、高温側面３から壁側面５迄、その方向１３に沿った平均粒度Ｄを線図で示す。層１１Ａ〜１１Ｆの順序は方向軸（縦軸）１３に沿う。粒度Ｄを横軸１５に記す。断熱煉瓦１は、層１１Ａを含む高温側面部７で粒度ＤHを有し、また層１１Ｆを含む壁側面部９で平均粒度ＤWを有する。粒度ＤWは、粒度ＤHより小さい。また、層１１Ａと１１Ｆとの間に位置する中間層１１Ｂ〜１１Ｅにも、各々の粒度Ｄを設定している。それに応じて、粒度Ｄは高温側面３から壁側面５迄層を成して低下している。従って、高温側面３から壁側面５迄その方向１３に沿って、粒度Ｄの段階的な、特に階段状の適合が達成され、この結果断熱煉瓦１の重要な材料特性、例えば強度、熱伝導率、延性等が、それに応じて段階的に互いに調和されている。この結果、材料の突然変化を避け、断熱煉瓦１を形成する材料の負荷容量および効率を著しく向上できる。
【００４２】
図５は、層１１Ａ〜１１Ｆの順序の関数としての粒度Ｄの経過に対する考え得る例を示す。この場合、線Ｔ1は、高温側面部７と壁側面部９に各々設定される小さな粒度ＤWから大きな粒度ＤH迄の粒度Ｄの段階的な、特に階段状の適合経過を表す。しかし層１１Ａ〜１１Ｆの相応した数において、高温側面３から壁側面５迄、その方向１３に沿った粒度Ｄの適合経過を、連続的又は少なくとも準連続的な関数で変化させてもよい。このことを明らかにすべく、図５の線図にもう１つの線Ｔ2を示す。該線Ｔ2は方向軸１３に沿った線形適合を表す。この場合、高温側面部７から壁側面部９迄、粒度Ｄは方向軸１３に沿って粒度ＤHから粒度ＤW迄線形に変化している。また線Ｔ1、Ｔ2の他に、方向軸１３に沿って粒度Ｄを別の適合経過にすることも考えられる。即ち、高次数の多項式や選択的な別の連続関数又は連続微分可能関数による適合経過にもできる。これは、負荷状態および断熱煉瓦１に対する熱機械的負荷に関し各々適合できる。
【００４３】
特に二元混合物の場合、粒度Ｄの適合に加えて、化学成分の濃度の適合、即ち断熱煉瓦１における第１物質１７と第２物質の濃度の適合が行われる。断熱煉瓦１のこのような組織的、化学的な適合の組合せにより、特に壁側面部９での大きな強度下に、高温側面部７で大きな熱衝撃強度が得られる。その第１物質１７として例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、第２物質１９としてムライトを利用する。その場合、第１物質１７および／又は第２物質１９の濃度は、高温側面３から壁側面５迄その方向軸１３に沿って、負荷に合わせて変化させる。
【００４４】
例えばガスタービンに採用する場合、高温側面３は攻撃性の高温媒体、即ち高温ガスに曝されるため、壁側面部９での第１物質１７、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の濃度は、高温側面部７でのそれより大きくする。高温側面部７で、第２物質１９、例えばムライトの濃度は、第１物質１７（例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3）の濃度より大きい。例えば二元混合物（合金）において、壁側面部９での第１物質１７、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の濃度は略１００％、高温側面部７での第２物質１９、例えばムライトの濃度は略１００％である。
【００４５】
図６は、ガスタービン３１を縦断面図で概略的に示す。圧縮機３５、燃焼器３７およびタービン部分３９を、タービン軸３３に沿って順に配置している。燃焼器３７はライニング４１で内張りしている。燃焼器３７は燃焼器壁４３を有し、この燃焼器壁４３で、支持構造物４５を形成している。燃焼器３７は上述の実施例に基づく断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂを有する。断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂは、その支持構造物４５に面する壁側面５を支持構造物４５に、適当な取付け要素（図示せず）で固定している。ガスタービン３１の範囲で、断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂは、少なくともそれらの高温側面３が、高温媒体Ｍ、例えばガスタービンの高温ガスに曝される。ガスタービン３１の場合、例えば燃焼器振動によりかなり大きな振動が生ずる。共振時、大きな振幅の衝撃的な燃焼器音響振動が生ずる。この振動は燃焼器ライニング４１を大きく負荷する。その際、支持構造物４５や断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂが影響を受ける。殊に断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂが、特に破損事故による衝撃で損傷する。また断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂは、特に高温ガスＭに曝される高温側面３が、特に大きな熱的負荷を受ける。断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂを部的にその負荷に合わせて粒度Ｄを設定して形成することで、好適には、二元物質系において化学組成も変化させることで、要求に適合する断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂを、燃焼器３７に組み込む。これに伴い、衝撃、振動、温度負荷、特に温度交番負荷に対し特に強い燃焼器ライニング４１が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 断熱煉瓦の斜視図。
【図２】 図１における部分ＩＩの拡大詳細図。
【図３】 図１における部分ＩＩＩの図２に相当した拡大詳細図。
【図４】 層構造をした断熱煉瓦の部分側面図。
【図５】 図４に示された断熱煉瓦の粒度状態を示した線図。
【図６】 ガスタービンの概略縦断面図。
【符号の説明】
１ 断熱煉瓦、３ 高温側面、５ 壁側面、７ 高温側面部、９ 壁側面部
１１ 層、１７ 第１材料、１９ 第２材料、３１ ガスタービン
３７ 燃焼器、４３ 燃焼器壁、Ｄ 粒度。
本発明は、高温媒体に曝される高温側面と、この側面と反対側の壁側面とを備えた特に燃焼器壁を内張りするための断熱煉瓦に関する。その煉瓦は、高温側面に隣接する高温側面部と、壁側面に隣接する壁側面部を有する。本発明は、そのような燃焼器ライニング付きの燃焼器並びにそのような燃焼器付きのガスタービンにも関する。
【０００２】
極めて高い温度に曝される部品、例として断熱要素、例えば断熱煉瓦やガスタービン翼に耐熱性を与えるため、その部品を金属本体で作り、該本体をＺｒＯ2から成るセラミックス断熱層で被覆することが、例えば米国特許第４３２１３１１号明細書で公知である。セラミックス断熱層の結合は、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ）から成る金属接着層で行われている。セラミックス断熱層は、通常良好な酸素イオン伝導体なので、その部品の使用中に接着層が酸化し、その結果、断熱層が金属本体から剥がれてしまう。従って、その部品の使用期間は制限される。これは、特にガスタービンの始動・停止時に生ずる頻繁な温度変化の際に当てはまる。
【０００３】
１９９２年５月発行の技術雑誌「メタル」、第４６巻、第５号、ｐｐ．４３６〜４３９に掲載のＷ．ヘニング氏他著の論文“内燃機関の構成要素に対する段階的セラミックス材料”に、ピストンヘッドの交番温度負荷強度を改善するために、密度段付きセラミックス繊維体が開示されている。そのセラミックス繊維体は、セラミックス分量が異なり、種々の層厚さを持つ４つの層で構成されている。セラミックス分量の相違は、４つの層の繊維（Ａｌ2Ｏ3・短繊維）とＡｌ2ＴｉＯ5から成るセラミックス粒子との比率が明らかに異なることにある。この結果、４つの層の多孔度も互いに大きく異なっている。層における４０〜７９％の大きな多孔度は、非破壊複合体を製造するためにセラミックス繊維体の空洞の中に、溶融金属を圧搾鋳造によって注ぎ込むために利用される。これによって、金属およびセラミックスについて大きく飛躍的に変化する勾配を持つピストンヘッドを製造できる。セラミックス部分の小さな熱伝導率のため、熱バリヤが生じ、従ってピストンが絶縁される。また、セラミックス繊維はピストンを機械的に強化し、これによって、ピストンの熱衝撃強度を向上する。
【０００４】
１９９４年、Ｂ．イルシュネル、Ｎ．チエルラデ出版の「サード インターナショナル シンポジウム オン ファンクショナル グラジエント マテリアルス（３rd International Symposium on Functional Gradient Materials）」の議事録、ＦＧＭ９４のｐｐ．６０１〜６０５に掲載のＭ．新野、Ｍ．小泉共著論文“高効率エネルギ変換材料の計画研究”に、滑空機用材料の開発に関連するファンクショナル グラジエント マテリアルス（ＦＭＧ）と呼ばれる複合材料が開示されている。そのＦＭＧ材料の主な特長は連続的な組成勾配および／又は微細組織勾配であり、これは、例えば強度、熱伝導率、延性等の重要な機能の連続的勾配を生じさせ、その特性の突然変化の回避によって、材料の負荷容量および効率を増大させる。従ってＦＭＧ材料は、材料の好適な層および部材結合特性を兼ね備える。
【０００５】
また国際公開第９８／５３９４０号パンフレットにより、特に熱遮蔽体やガスタービン翼に対する金属・セラミックス段階的材料が公知である。この材料は、金属基礎材料と、セラミックスと、高温酸化防止用の溶加材とを含んでいる。金属領域からセラミックス領域迄、金属基礎材料の濃度が減少し、溶加材の濃度が濃度勾配を示す。このパンフレットには、金属・セラミックス・段階的材料の製造方法並びにそれにより製造される製品、例えばガスタービン翼或いはガスタービンの断熱要素も開示されている。
【０００６】
本発明の課題は、特に燃焼器壁内張り用の改良した断熱煉瓦を提供することにある。この煉瓦は、高温媒体例えば高温ガスに曝される高温側面とこの側面と反対側の壁側面での異なった要件を考慮して形成せねばならない。また本発明の課題は、そのような燃焼器ライニング付きの燃焼器並びにそのような燃焼器付きのガスタービンを提供することにある。
【０００７】
最初の課題は、本発明に基づき、高温媒体に曝される高温側面と、この高温側面と反対側の壁側面と、高温側面に隣接する高温側面部と、壁側面に隣接する壁側面部とを備え、特に燃焼器壁を内張りするための断熱煉瓦において、壁側面部での平均粒度が、高温側面部でびそれより小さいことにより解決される。
【０００８】
本発明は、断熱煉瓦の高温側面と、それと反対側に位置する壁側面での要件が異なるという認識から出発する。断熱煉瓦は、例えば定置形ガスタービンの燃焼器に採用され、一般に金属から成る燃焼器壁を熱遮蔽すべく使われる。その際、断熱煉瓦はその壁側面が支持構造物を経て燃焼器壁に取り付けられる。高温側面は運転中に高温媒体、例えば高温燃焼ガスに曝される。使用条件に応じ断熱煉瓦の高温側面は、それに比べてかなり低温の壁側面と異なる要件を課せられる。ガスタービン燃焼器では、断熱煉瓦の高温側面は、代表的には約１５００℃の高温の腐食性高速流ガスにより大きく負荷される。更に、ガスタービンの運転開始過程および運転停止過程に伴い、１０００℃に及ぶ頻繁な温度変化に耐えねばならない。この条件下で所望の断熱煉瓦の寿命は約５００００運転時間である。
【０００９】
本発明は、例えば壁側面での大きな強度と、高温側面での大きな熱応力、温度および交番温度負荷に対する耐力の互いに部分的に矛盾する要件を、本発明に基づく断熱煉瓦により良好にかつ同時に満足させ得る新たな方式を提供する。断熱煉瓦の非常に危険な部分、即ち高温側面に隣接する高温側面部並びに壁側面に隣接する壁側面部を、その組織に関し的確に各要件に合わせる。この場合、高温側面部並びに壁側面部における粒度分布を、部分毎に、各々の熱機械的負荷に合わせる。選択した組織パラメータとして、高温側面部並びに壁側面部における粒度を設定する。その場合、壁側面部での平均粒度は、高温側面部でのそれより小さい。平均粒度とは、各部分での粒度直径分布の平均値を意味する。各部分における要件に合わせた粒度分布により、負荷に適合し且つ通常の断熱煉瓦に対し改善した断熱煉瓦が実現する。この場合、特に断熱煉瓦において高温側面部での大きな熱衝撃強度並びに壁側面部での大きな強度の要求を同時に満たす。
【００１０】
この場合、断熱煉瓦は一様な材料、例えば耐火材料から成ると有利であり、ただ壁および高温側面部の粒度を異なって設定する。断熱煉瓦の組織的適合で、既に所望の結果が得られる。しかしまた、異なった化学組成の煉瓦を利用し、例えば２つ以上の物質から成る混合物を選択し、本発明に基づき、壁側面部並びに高温側面部の粒度についての組織的適合を行なうこともできる。従って、本発明は大きな柔軟性を特徴とする。これは、重要なパラメータ、つまり粒度分布やその算術平均が組織パラメータであり、この組織パラメータは、先験的に化学組成と無関係に制御でき、従って上述の要件に合わせられるからである。
【００１１】
好適には、壁側面部における平均粒度は、高温側面部での平均粒度の例えば０．４〜０．９、特に０．６〜０．８倍である。この度量係数に伴い、高温および壁側面部の粒度は、断熱煉瓦および重要な負荷領域（高温側面部、壁側面部）の絶対寸法とほぼ無関係に、相互に設定できる。この結果、粒度が負荷領域毎に適合した種々の形状、材料厚さ又は組成を持つ断熱煉瓦を実現できる。
【００１２】
高温側面部での平均粒度が、例えば１．５〜３．５ｍｍ、特に約２ｍｍより大きいと有利である。
【００１３】
また、壁側面部での平均粒度は、例えば約０．６〜１．４ｍｍ、特に約１．２ｍｍより小さいと有利である。
【００１４】
上述の限界に基づく粒度の寸法づけで、特にガスタービンの燃焼器で断熱煉瓦に通常採用されるような寸法の、負荷に適合した断熱煉瓦が得られる。勿論具体的には経験的および／又は算術的に、壁側面部と高温側面部での各熱機械的負荷を求め、各部分での負荷に応じた粒度を精確に設定できる。
【００１５】
本発明の特に有利な実施態様では、高温側面から壁側面迄その方向に沿って、粒度が漸次減少している層を設ける。
【００１６】
この場合、各層での各平均粒度は、高温側面部から壁側面部迄平均粒度が層を成して減少するように設定する。その各層で、各々の粒度を設定するとよい。各層に各々設定した粒度の層状段階づけは、材料特性における許容できない大きな変化（跳躍）を十分に回避し、要件に適合する特性の断熱煉瓦が得られるよう、段階的に行う。重要な材料特性、例えば強度、熱伝導率、延性等は、特性の突然変化の防止によって、断熱煉瓦の負荷容量と効率を向上する。その場合、壁側面部および／又は高温側面部が、各々粒度が適合した層を有すると好ましい。
【００１７】
好適には、その層の数は、５〜３０、特に約１０〜２０である。
【００１８】
層数の精確な選定は、その都度の負荷状態と、高温側面部から壁側面部迄の粒度の必要な段階的適合とに左右される。粒度について設定した組織勾配を有するそのような断熱煉瓦の製造は、方法技術的に例えば、断熱煉瓦に対する基礎材料を備えた粉末、例えばセラミックス或いは他の耐火材料を、盛り土の形に層状に積み上げ、その盛り土を圧縮し、組織勾配を有する断熱煉瓦の形に焼結することで行う。その場合、壁側面部でび平均粒度を高温側面部より小さくし、層数に応じて、粒度の段階的な適合を行う。
【００１９】
好適には、高温側面から壁側面の方向に沿い、粒度が連続的に変化する。
【００２０】
粒度の連続的変化は、それによって実際に、壁側面部から高温側面部に移行する際における重要な材料特性の突然変化が防止されるので、特に有利である。多くの層数によって、準連続的な適合が達成される。
【００２１】
そのような連続的な適合は、製造上経費がかかる。この場合、粒度分布（粒度直径分布の平均値）の連続的又は準連続的な移行は、例えば線形関数で行う。しかし通常は、高次数の多項式や別の連続関数又は連続微分可能関数でもその移行を達成できる。その選択は、断熱煉瓦の負荷状態や高温側面から壁側面への負荷経過に応じ適当に行い、移行の適合に対し相応の関数を利用する。
【００２２】
本発明の特に有利な実施態様では、断熱煉瓦を、第１物質とこの第１物質と異なった第２物質との少なくとも２つの材料から構成する。
【００２３】
この実施態様により、少なくとも二元混合物から成る断熱煉瓦も、本発明の構想に基づき、粒度を部分毎に適合して形成できる。二元混合物の他に、３つ以上の化学化合物からなる断熱煉瓦も、その粒度分布について組織化できる。
【００２４】
この場合、壁側面部での第１材料の濃度が、高温側面部でのそれより大きいと有利である。
【００２５】
これに伴い、高温および壁側面部での粒度の組織的適合の利点が、壁側面部および高温側面部における第１材料の濃度についての化学的適合と有利に組み合わされる。二元混合物の場合、組織的段階づけに加え、化学的段階づけが行える。この化学的段階づけは、組織的段階づけと同様に、層系統で段階的に、或いは本質的に連続して、高温側面部から壁側面部迄連続して実施する。
【００２６】
粒度および化学組成の段階づけによって、材料特性における突然変化が特に有利に防止される。これによって、熱機械的要件への断熱煉瓦の適合が一層改善される。粒度および濃度の適合によって、断熱煉瓦の負荷部特有の形成に対する多次元的なパラメータが得られる。
【００２７】
例えばガスタービンの燃焼器の断熱煉瓦に採用される際の要件に基づいて、壁側面部は大きな強度を必要とする。そのために、高温側面部より壁側面部において高濃度の第１物質は、壁側面部の強度を高温側面部の強度に比べて高めるという利点がある。それに対し、高温側面部における強度要求は、高温側面部での熱衝撃強度に対し二次的なものである。従って、高温側面部での第１材料の濃度は、低温側部に比べて小さくするとよい。濃度の適合、即ち第１および／又は第２物質の濃度勾配は、相応した層で段階的に行うか、連続して適合させるとよい。
【００２８】
好適には、第１物質は酸化物であり、第２物質は珪酸塩、特にシリコンセラミックスである。
【００２９】
また第１物質として酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、第２物質として珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）が適する。
【００３０】
上述した条件下の採用に対し、珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む断熱煉瓦が、特に適する。その際、酸化アルミニウムはコランダム（粗結晶）として添加する。酸化アルミニウムは非常に硬い無色の結晶を形成し、２０５０℃の高い融点を持つ。従って、高温用の断熱煉瓦の部品として特に適する。ムライトとも呼ばれる珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）は、例えば珪砂と長石を骨材とした成形湿り粘土を焼結又は融解する迄燃焼（加熱）することで作る。少なくとも酸化アルミニウムと珪化アルミニウムを含む断熱煉瓦は、高温および壁側面部での粒度および第１、第２の両物質の濃度について、良く適合する。
【００３１】
この場合、特に壁側面部でのアルミニウム分量に対するムライト分量は、高温側面部でのそれより少なくする。壁側面部でのムライト分量は酸化アルミニウム分量よりかなり少なくするとよい。特に、壁側面部でのアルミニウム分量は、断熱煉瓦の組成における支配的分量である。また好適には、壁側面部は主に酸化アルミニウム、特に実質的に酸化アルミニウムのみから成る。更に好適には、高温側面部でのムライト分量が酸化アルミニウム分量より多い。特に、高温側面部でのムライト分量は、酸化アルミニウム分量より、特にムライト分量が断熱煉瓦の高温側面部での支配的分量であるようにかなり多い。本発明の有利な実施態様では、高温側面部は実際には専らムライトから成る。
【００３２】
高温側面部に支配的なムライト分量を有し、壁側面部に支配的な酸化アルミニウム分量を有する上述した実施態様で形成した断熱煉瓦は、壁側面部で大きな強度を示し、同時に、高温側面部で大きな熱衝撃強度を示す。
【００３３】
本発明の特に有利な実施態様では、第１物質はセラミックス、第２物質は金属である。これに伴い、例えば国際公開第９８／５３９４０号パンフレットに金属・セラミックス・段階的材料について記載されているような金属をも含む断熱煉瓦は、負荷部特有の粒度適合について、有利に改善される。従って、本発明の構想は、断熱煉瓦の種々の多数の化学組成に利用できる。
【００３４】
燃焼器に向けられた本発明の課題は、本発明に基づいて、上述した断熱煉瓦を有する燃焼器ライニング付きの燃焼器によって解決される。
【００３５】
ガスタービンに向けられた課題は、本発明に基づいて、そのような燃焼器を備えたガスタービンによって解決される。
【００３６】
かかる燃焼器とガスタービンの利点は、上述の断熱煉瓦の利点に対応する。
【００３７】
以下図を参照し本発明を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号が付してある。
【００３８】
図１は、断熱煉瓦１を斜視図で示す。この煉瓦１は直方体の形をし、高温側面３と、この側面３と反対側の壁側面５とを有している。高温側面３に高温側面部７が隣接し、壁側面５に壁側面部９が隣接している。高温側面部７および壁側面部９は、各々高温側面３ないし壁側面５から直方体状断熱煉瓦１の内部に延びている。断熱煉瓦１を構成する材料、例えば耐火セラミックスは、壁側面部９と高温側面部７において個々の粒度分布を有している。その粒度分布は、壁側面部９における平均粒度Ｄが、高温側面部７におけるそれより小さいように設定されている。断熱煉瓦１の組織的形成によって、断熱煉瓦１は各部分に特有の熱的要件に適合されている。特に、断熱煉瓦１が燃焼器、例えばガスタービンの燃焼器に採用される場合、断熱煉瓦１の高温側面部７および壁側面部９における要件は異なっている。本発明に基づき粒度を的確に設定することで、高温側面部７と壁側面部９における部分的に互いに矛盾する要件が、同じように十分に満たされ、通常に形成された断熱煉瓦１に比べ著しい改善が達成される。これによって、例えば壁側面部９では大きな強度が得られ、高温側面部７では大きな熱応力、温度負荷および温度交番負荷に対して特別の耐力（熱衝撃強度）が得られる。従ってこの断熱煉瓦１は、高温下の用途および腐食性高温媒体、例えば１５００℃に及ぶ高温ガスの作用に対して設計される。
【００３９】
高温側面部７と壁側面部９での異なる粒度を明瞭にするため、図１の部分ＩＩとＩＩＩを、各々図２と図３に拡大して詳細に示す。両部分ＩＩとＩＩＩは、図１に対しほぼ同じ倍率で示している。図２は部分ＩＩ、即ち断熱煉瓦１の高温側面部７の一部を拡大して示す。高温側面部７は互いに隣接する多数の粒子２１、２３から成る粒状組織を有する。これら粒子２１、２３の集団を、粒度Ｄ、即ち粒子直径について検討するに、その高温側面部７の粒度は平均粒度ＤHを有している。これに対し図３は、図１の本発明に基づく断熱煉瓦１の、壁側面部９の部分ＩＩＩの粒状組織を示している。この壁側面部９の粒状組織は、互いに隣接して壁側面部９の組織を形成する多数の粒子２５、２７を有する。その壁側面部９での粒度ＤWは、高温側面部７の粒度ＤHより小さい。
【００４０】
図４は、断熱煉瓦１の一部を概略側面図で示す。これに関連して図５を対比して参照されたい。断熱煉瓦１の高温側面３から壁側面５迄その方向１３に沿い層１１Ａ〜１１Ｆを設けている。その高温側面部７は高温側面３に面する層１１Ａを含み、壁側面部９は壁側面５に面した層１１Ｆを含んでいる。この場合、断熱煉瓦１は少なくとも２つの物質１７、１９からなり、第１物質１７とそれと異なる第２物質１９が、断熱煉瓦１に組み込まれている。
【００４１】
図５は、高温側面３から壁側面５迄、その方向１３に沿った平均粒度Ｄを線図で示す。層１１Ａ〜１１Ｆの順序は方向軸（縦軸）１３に沿う。粒度Ｄを横軸１５に記す。断熱煉瓦１は、層１１Ａを含む高温側面部７で粒度ＤHを有し、また層１１Ｆを含む壁側面部９で平均粒度ＤWを有する。粒度ＤWは、粒度ＤHより小さい。また、層１１Ａと１１Ｆとの間に位置する中間層１１Ｂ〜１１Ｅにも、各々の粒度Ｄを設定している。それに応じて、粒度Ｄは高温側面３から壁側面５迄層を成して低下している。従って、高温側面３から壁側面５迄その方向１３に沿って、粒度Ｄの段階的な、特に階段状の適合が達成され、この結果断熱煉瓦１の重要な材料特性、例えば強度、熱伝導率、延性等が、それに応じて段階的に互いに調和されている。この結果、材料の突然変化を避け、断熱煉瓦１を形成する材料の負荷容量および効率を著しく向上できる。
【００４２】
図５は、層１１Ａ〜１１Ｆの順序の関数としての粒度Ｄの経過に対する考え得る例を示す。この場合、線Ｔ1は、高温側面部７と壁側面部９に各々設定される小さな粒度ＤWから大きな粒度ＤH迄の粒度Ｄの段階的な、特に階段状の適合経過を表す。しかし層１１Ａ〜１１Ｆの相応した数において、高温側面３から壁側面５迄、その方向１３に沿った粒度Ｄの適合経過を、連続的又は少なくとも準連続的な関数で変化させてもよい。このことを明らかにすべく、図５の線図にもう１つの線Ｔ2を示す。該線Ｔ2は方向軸１３に沿った線形適合を表す。この場合、高温側面部７から壁側面部９迄、粒度Ｄは方向軸１３に沿って粒度ＤHから粒度ＤW迄線形に変化している。また線Ｔ1、Ｔ2の他に、方向軸１３に沿って粒度Ｄを別の適合経過にすることも考えられる。即ち、高次数の多項式や選択的な別の連続関数又は連続微分可能関数による適合経過にもできる。これは、負荷状態および断熱煉瓦１に対する熱機械的負荷に関し各々適合できる。
【００４３】
特に二元混合物の場合、粒度Ｄの適合に加えて、化学成分の濃度の適合、即ち断熱煉瓦１における第１物質１７と第２物質の濃度の適合が行われる。断熱煉瓦１のこのような組織的、化学的な適合の組合せにより、特に壁側面部９での大きな強度下に、高温側面部７で大きな熱衝撃強度が得られる。その第１物質１７として例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、第２物質１９としてムライトを利用する。その場合、第１物質１７および／又は第２物質１９の濃度は、高温側面３から壁側面５迄その方向軸１３に沿って、負荷に合わせて変化させる。
【００４４】
例えばガスタービンに採用する場合、高温側面３は攻撃性の高温媒体、即ち高温ガスに曝されるため、壁側面部９での第１物質１７、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の濃度は、高温側面部７でのそれより大きくする。高温側面部７で、第２物質１９、例えばムライトの濃度は、第１物質１７（例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3）の濃度より大きい。例えば二元混合物（合金）において、壁側面部９での第１物質１７、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の濃度は略１００％、高温側面部７での第２物質１９、例えばムライトの濃度は略１００％である。
【００４５】
図６は、ガスタービン３１を縦断面図で概略的に示す。圧縮機３５、燃焼器３７およびタービン部分３９を、タービン軸３３に沿って順に配置している。燃焼器３７はライニング４１で内張りしている。燃焼器３７は燃焼器壁４３を有し、この燃焼器壁４３で、支持構造物４５を形成している。燃焼器３７は上述の実施例に基づく断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂを有する。断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂは、その支持構造物４５に面する壁側面５を支持構造物４５に、適当な取付け要素（図示せず）で固定している。ガスタービン３１の範囲で、断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂは、少なくともそれらの高温側面３が、高温媒体Ｍ、例えばガスタービンの高温ガスに曝される。ガスタービン３１の場合、例えば燃焼器振動によりかなり大きな振動が生ずる。共振時、大きな振幅の衝撃的な燃焼器音響振動が生ずる。この振動は燃焼器ライニング４１を大きく負荷する。その際、支持構造物４５や断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂが影響を受ける。殊に断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂが、特に破損事故による衝撃で損傷する。また断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂは、特に高温ガスＭに曝される高温側面３が、特に大きな熱的負荷を受ける。断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂを部的にその負荷に合わせて粒度Ｄを設定して形成することで、好適には、二元物質系において化学組成も変化させることで、要求に適合する断熱煉瓦１、１Ａ、１Ｂを、燃焼器３７に組み込む。これに伴い、衝撃、振動、温度負荷、特に温度交番負荷に対し特に強い燃焼器ライニング４１が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 断熱煉瓦の斜視図。
【図２】 図１における部分ＩＩの拡大詳細図。
【図３】 図１における部分ＩＩＩの図２に相当した拡大詳細図。
【図４】 層構造をした断熱煉瓦の部分側面図。
【図５】 図４に示された断熱煉瓦の粒度状態を示した線図。
【図６】 ガスタービンの概略縦断面図。
【符号の説明】
１ 断熱煉瓦、３ 高温側面、５ 壁側面、７ 高温側面部、９ 壁側面部
１１ 層、１７ 第１材料、１９ 第２材料、３１ ガスタービン
３７ 燃焼器、４３ 燃焼器壁、Ｄ 粒度。
Claims (14)
- 高温媒体（Ｍ）に曝される高温側面（３）と、この高温側面（３）と反対側の壁側面（５）と、高温側面（３）に隣接する高温側面部（７）と、壁側面（５）に隣接する壁側面部（９）とを備えた特に燃焼器壁（４３）を内張りするための断熱煉瓦（１、１Ａ、１Ｂ）において、壁側面部（９）における平均粒度（Ｄ）が、高温側面部（７）におけるそれより小さいことを特徴とする煉瓦。
- 壁側面部（９）における平均粒度（Ｄ）が、高温側面部（７）における平均粒度（Ｄ）の０．４〜０．９、特に０．６〜０．８倍であることを特徴とする請求項１記載の煉瓦。
- 高温側面部（７）における平均粒度（Ｄ）が、１．５〜３．５ｍｍ、特に２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の煉瓦。
- 壁側面部（９）における平均粒度（Ｄ）が、０．６〜１．４ｍｍ、特に１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の煉瓦。
- 高温側面（３）から壁側面（５）迄その方向（１３）に沿って、粒度（Ｄ）が漸次減少する層（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を備えることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の煉瓦。
- 層（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の数が５〜３０、特に１０〜２０であることを特徴とする請求項５記載の煉瓦。
- 高温側面（３）から壁側面（５）迄その方向（１３）に沿って、粒度（Ｄ）が連続して変化することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の煉瓦。
- 断熱煉瓦（１、１Ａ、１Ｂ）が、第１物質（１７）とこの第１物質（１７）と異なった第２物質との少なくとも２つの材料からなることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の煉瓦。
- 壁側面部（９）における第１材料（１７）の濃度が、高温側面部（７）におけるそれより大きいことを特徴とする請求項８記載の煉瓦。
- 第１物質（１７）が酸化物、第２物質（１９）が珪酸塩、特にシリコンセラミックスであることを特徴とする請求項８又は９記載の煉瓦。
- 第１物質（１７）が酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、第２物質（１９）が珪化アルミニウム（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）であることを特徴とする請求項８から１０の１つに記載の断熱煉瓦。
- 第１物質（１７）がセラミックス、第２物質（１９）が金属であることを特徴とする請求項８又は９記載の断熱煉瓦。
- 請求項１から１２の１つに記載の断熱煉瓦（１、１Ａ、１Ｂ）で内張りしたことを特徴とする燃焼器（３７）。
- 請求項１３記載の燃焼器（３７）を備えることを特徴とするガスタービン（３１）。
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