JP5514163B2

JP5514163B2 - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JP5514163B2
Application number: JP2011161538A
Authority: JP
Inventors: 啓太柚木; 輝幸岡崎; 知也室田; 研二山本; 武雄齋藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: JP2013024507A

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器に関する。

近年、環境問題の重大さが注目されており、天然ガスや石油などの化石燃料を用いるガスタービン発電プラントの高効率化，低環境負荷が求められている。高効率化のため、ガスタービン燃焼器から排出される燃焼ガスの高温化を図っている。しかし、燃焼ガスが高温化するにつれ、燃焼ガス中の環境汚染物質である窒素酸化物（ＮＯ_x）が急激に増加してしまう。そのため、高効率化を目指すにあたって、低ＮＯ_x化技術の開発が待たれている。

そこで、特許文献１には、燃料ノズルと燃焼室との間に、空気孔プレートを多数配置し、空気孔プレートに開けられた複数の空気孔の内部において、燃料と燃料ノズルの外周側から流入する燃焼用空気を混合させ、燃焼室に噴出させる技術を開示する。この特許文献１のガスタービン燃焼器によれば、空気に対する燃料の分散性を高めてＮＯ_xを低減することが可能である。

特許文献２には、燃料ノズルと燃焼室の間に燃焼室側へ凸に突き出している形状の空気孔プレートを配置し、空気孔プレートに開けられた複数の空気孔の内部において、燃料と燃料ノズルの外周側から流入する燃焼用空気を混合させ、燃焼室に噴出させる技術を開示する。この特許文献２のガスタービン燃焼器によれば、空気孔プレートの燃焼器側表面が中心軸に対して傾斜していることにより中心部以外の空気孔の間隙に生じる低速領域を抑制する。また、低速領域を抑制することで空気孔間隙付近における局所的な高温場を無くしＮＯ_xを低減することが可能である。

特許文献３には、燃料と燃焼用空気を予め予混合気にする予混合気室と、予混合室出口に燃焼室側に向かって末広がり形状で周方向にリング形状となった保炎器を有した燃焼器に、中心部予混合室の中心軸上に中実棒、もしくは中空棒を配置する技術を開示する。この特許文献３のガスタービン燃焼器によれば、中実棒、もしくは中空棒によって予混合室内流れの整流、予混合室内の予混合気流路面積の減少させることで安定した流速を確保し、燃焼安定性を保つことが可能である。

特開２００９−７４７０６号公報特開２０１０−１３３６２１号公報特開平８−２８８７４号公報

特許文献１の課題は、多段となっている空気孔プレートの間に混合気が存在していることで多段の空気孔プレートの間に火炎が戻り、空気孔プレートが焼損するポテンシャルが高まることである。また、多数の空気孔プレートに衝突し、乱れながら空気孔を通過することで燃焼室への燃料と燃焼用空気による混合気の軸方向流速が遅くなり、火炎位置が空気孔プレートに近づく場合がある。そのため、空気孔プレートにかかる熱負荷の増大による火炎付着などを要因として燃焼室の焼損ポテンシャルが大きくなる。

特許文献２の課題は、空気孔プレートの中心部が燃焼室側にせり出しており火炎面に近づき中心部への輻射の影響が強まることで空気孔プレート、特に空気孔プレート中心部の焼損ポテンシャルが大きくなることである。

特許文献３の課題は、中実棒の先端は鋭利となっており火炎付着しにくい構造となっているが、燃焼器内にせり出しているため、火炎付着や焼損の可能性を否定できない。また火炎に熱せられ予混合室内で熱源となり逆火ポテンシャルの増加も考えられる。つまり、中実棒は空気孔プレートを冷却できない。

従って、本発明の目的は、空気孔プレートを冷却することで空気孔プレートにおける燃焼室側表面の熱負荷を低減し、焼損を防止することにある。

本発明は、燃料と燃焼用空気が燃焼して火炎を形成する燃焼室と、この燃焼室に前記燃料を噴出させる複数の燃料ノズルと、これら複数の燃料ノズルと対応する前記燃焼室に前記空気を噴出させる複数の空気孔が開いた空気孔プレートとを備え、複数の前記燃料ノズルと前記空気孔によって前記燃料と前記空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室内に噴出されるように構成したガスタービン燃焼器において、前記燃焼室で生成した燃焼ガスから受ける熱エネルギーによる前記空気孔プレートの温度上昇を抑えるため高い熱伝導性を持つ冷却用部材を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、空気孔プレートの冷却により、燃焼器の信頼性向上に寄与することが可能である。

ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例１）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例１）。燃料と燃焼用空気の混合気の燃焼器内流れの概略説明図である。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例１）。ガスタービンシステムの概略構成図である。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例２）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例２）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例２）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例３）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例３）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例４）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例４）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例５）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例６）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例７）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例８）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例９）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例１０）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大断面図である（実施例１１）。ガスタービン燃焼器の燃料ノズルと空気孔プレートの拡大正面図である（実施例１１）。

本発明の実施例について以下に説明する。以下の説明で同じ符号のものは同じ機能であるので説明を省略する。

図５は本実施例の燃焼器を持つガスタービンシステムの概略構成図である。燃焼器３は、燃料ノズル１６から噴出される燃料４６と燃焼用空気４３を燃焼させる燃焼室８と燃焼室８の外壁である燃焼器ライナ９と燃焼器ライナ９の外周に位置するライナフロースリーブ１１と上流部に複数の空気孔１４が開いた空気孔プレート１３と燃料を供給する燃料ノズルヘッダ１５と燃料ノズル１６からなるバーナを備えており、ケーシング１７によって囲われている。

大気空気４１から圧縮機１によって圧縮された高圧空気４２は、ディフューザ６を介して車室７へ導入する。トランジションピース１０とトランジションピースフロースリーブ１２及び燃焼器ライナ９とライナフロースリーブ１１の間を通過し、対流伝熱により燃焼室８内で燃焼した高温・高圧ガス４４にさらされて高温となる燃焼器ライナ９を冷却する。

このとき一部の高圧空気４２は燃焼器ライナ９に開けられた無数の小孔から滲み出し燃焼器ライナ９の燃焼室８側を膜状冷却している。

残りの高圧空気４２は燃焼用空気４３として燃料ノズル１６と空気孔プレート１３の間を通る。

一方で燃料供給系２から供給される燃料４６は、燃料ノズルヘッダ１５から燃料ノズル１６に流入し、噴出する。

燃料４６と燃焼用空気４３は、空気孔プレート１３に備わる複数の空気孔１４から燃焼室８へ同時に流入し、噴出する。

噴出された燃料４６と燃焼用空気４３の混合気は燃焼室で火炎を形成する。

燃焼によって生成した高温・高圧ガス４４はトランジションピース１０を流れ、タービン４を回す原動力となり発電機５を駆動させ、排ガス４５となり排出される。

図１は燃焼器バーナ付近の拡大断面図、図２は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。複数の空気孔１４によって構成された空気孔プレート１３は燃料ノズル１６と燃焼室８の間に設置されている。

また、熱伝導性の良い材料、例えばアルミ合金で作られた冷却用部材３１が燃料ノズルヘッダ１５から空気孔プレート１３の下流側まで差し込まれている。

図３に示すように空気孔プレート１３の上流側から流入してくる燃焼用空気４３と、空気孔プレート１３の上流側に設置された燃料ノズル１６から噴出した燃料４６とが空気孔１４から燃焼室８へ流出する。

流出する際、狭い空気孔１４から広い燃焼室８へ急拡大するため、燃料４６，燃焼用空気４３それぞれの拡散効果が増大し、燃料４６と燃焼用空気４３の混合が空気孔１４出口において急速に促進される。

また、図３のように空気孔１４から流出する燃料４６と燃焼用空気４３の混合気４８が、上流部へ戻る流れを形成し、空気孔１４の間隙や付近に低速領域である循環流領域２４を生じさせることで保炎性を高めている。

こうして燃料４６と燃焼用空気４３の混合気４８は燃焼室８に安定な火炎を形成する。

空気孔プレート１３は形成した火炎から発生する輻射熱や、火炎戻りにより炙られることで熱せられる。

しかし、循環流領域２４に滞留する可燃性の燃料４６が着火した場合、空気孔プレート１３表面に火炎が付着し焼損する可能性がある。しかし、図１，図２に示した冷却用部材３１を燃焼室８内より温度の低い場所から空気孔プレート１３まで設置することで伝導伝熱による空気孔プレート１３の冷却が、火炎付着を抑制し、焼損を防ぐ。

ただし、空気孔プレート１３の表面温度低下による保炎性の低下が起こる場合には、空気孔１４に角度をつけて燃料４６と燃焼用空気４３に旋回を強くかけ、火炎位置を下流側に延ばすことによって保炎性を補うことができる。

冷却用部材３１は図４のように何本あっても良く、いかなる配置でも良いが、空気孔プレート１３中心部のような特に熱が滞留しやすい箇所に配置するのが冷却効果を上げるため望ましい。

冷却用部材３１の形状は、空気孔プレート１３の形状によって、円管状だけでなく多面体状でも良く、曲げたり，傾けたりも可能である。

冷却用部材３１の材質は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

冷却用部材３１は、空気孔プレート１３と燃料ノズルヘッダ１５とを繋いでいるため、空気孔プレート１３の固定に寄与し、圧力変動などによる空気孔プレート１３のずれを抑えることに役立つ。

また、特許文献１，特許文献２など従来の空気孔プレートにも冷却用部材３１を空気孔の間隙に差し込むことで適用可能である。

冷却用部材３１は、図１のように、燃料ノズル１６からでた燃料４６と燃焼用空気４３が混合した混合気と直接接触することがないように配置することでも逆火ポテンシャルを増加させることなく冷却を行うことができる。

尚、冷却用部材とは、空気孔プレートを冷却するために接続される冷却用部材であり、本実施例の高熱伝導性材質の冷却用部材３１の他、後述する別実施例の流体冷却による冷却用部材３６，冷却用部材３８も含む。

図６は燃焼器バーナ付近の拡大断面図、図７は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。実施例１との違いは、空気孔プレート外周冷却用部材３２を追加したことである。空気孔プレート外周冷却用部材３２が空気孔プレート１３の外周に設置されている。

複数の空気孔１４によって構成された空気孔プレート１３は燃料ノズル１６と燃焼室８の間に設置されている。

また、熱伝導性の良い材料、例えばアルミ合金で作られた冷却用部材３１が燃料ノズルヘッダ１５から空気孔プレート１３の下流側まで差し込まれており、熱伝導性の良いアルミ合金で作られた空気孔プレート外周冷却用部材３２が、空気孔プレート１３を囲うように設置されている。

また、実施例１と同様に図３に示した影響が考えられる。

循環流領域２４に滞留する可燃性の燃料４６が着火した場合、空気孔プレート１３表面に火炎が付着し焼損する可能性がある。しかし、冷却用部材３１と空気孔プレート外周冷却用部材３２を燃焼室８内より温度の低い場所から空気孔プレート１３まで設置することで伝導伝熱による空気孔プレート１３の冷却が、火炎付着を抑制し、焼損を防ぐ。

ただし、空気孔プレート１３の表面温度低下による保炎性の低下が起こる場合には、空気孔１４に角度をつけて燃料４６と燃焼用空気４３に旋回を強くかけることで火炎位置を下流側に延ばすことによって保炎性を補うことができる。

空気孔プレート外周冷却用部材３２は外周全面に設置する必要はなく、図８のように熱負荷の高い位置にのみ設置してもよい。

空気孔プレート外周冷却用部材３２の形状は、空気孔プレート１３の中心から見て外周側の部分を空気孔プレート１３の中心軸に沿った複数のフィン形状としても良い。高圧空気４２を通りやすくするとともに表面積を多くすることができる。

冷却用部材３１及び空気孔プレート外周冷却用部材３２の材質は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

また、特許文献１，特許文献２など従来の空気孔プレートにも冷却用部材３１を空気孔の間隙に差し込む、さらに空気孔プレート外周冷却用部材３２を設置することで適用可能である。

図９は燃焼器バーナ付近の拡大断面図、図１０は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。実施例１との違いは、空気孔プレート１３を空気孔プレート３５に代えて、冷却用空気導入装置３７，冷却用空気導通口３９を設けたことである。

複数の管状である空気孔３３を挟んだ２枚の薄板によって構成された空気孔プレート３５は燃料ノズル１６と燃焼室８の間に設置されている。

また、熱伝導性の良い、例えばアルミ合金で作られた冷却用部材３１が燃料ノズルヘッダ１５から空気孔プレート３５の下流側薄板まで差し込まれている。

空気孔プレート３５の上流側から流入してくる燃焼用空気４３と、空気孔プレート３５の上流側に設置された燃料ノズル１６から噴出した燃料４６とが空気孔３３内部に流入し、燃焼室８へ流出する。

流出する際、狭い空気孔３３から広い燃焼室８へ急拡大するため、燃料４６，燃焼用空気４３それぞれの拡散効果が増大し、燃料４６と燃焼用空気４３の混合が空気孔３３出口において急速に促進される。

また、実施例１と同様に図３に示した影響が考えられる。

空気孔プレート３５内部に例えばコンプレッサーによる冷却用空気導入装置３７から冷却用空気導通口３９を通じて流す冷却用空気４７の対流伝熱による空気孔プレート３５との熱交換と燃焼室８内より温度の低い位置から空気孔プレート３５まで設置された冷却用部材３１の伝導伝熱による空気孔プレート３５の冷却が、火炎付着を抑制し、焼損を防ぐ。

ただし、空気孔プレート３５の表面温度低下による保炎性の低下が起こる場合には、空気孔３３を傾けて燃料４６と燃焼用空気４３に旋回を強くかけ、火炎位置を下流側に延ばすことによって保炎性を補うことができる。

冷却用部材３１は図４のように何本あっても良く、いかなる配置でも良いが、空気孔プレート３５中心部のような特に熱が滞留しやすい箇所に配置するのが冷却効果を上げるため望ましい。

冷却用部材３１の形状は、空気孔プレート３５の形状によって、円管状だけでなく多面体状でも良く、曲げたり，傾けたりも可能である。

冷却用部材３１は、空気孔プレート３５と燃料ノズルヘッダ１５とを繋いでいるため、空気孔プレート３５の固定に寄与し、圧力変動などによる空気孔プレート３５のずれを抑えることに役立つ。

また、特許文献１，特許文献２などにも従来の空気孔プレートを改良し、冷却用部材３１を空気孔の間隙に差し込んだり、空気孔プレート３５，冷却用空気導入装置３７，冷却用空気導通口３９を設けることで適用可能である。

空気孔プレート３５の間を流れる冷却用空気４７は、大気空気４１や水，燃料４６など燃焼室８内温度より温度が低い物質ならばよい。

冷却用空気導通口３９の数，形状，配置はいかなる仕様でも良いが空気孔プレート３５内に冷却用空気４７を分散しやすい方が望ましい。

空気孔プレート３５内部に流す冷却用空気４７は燃焼室８には流出しない。

図１１は燃焼器バーナ付近の拡大断面図、図１２は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。実施例１〜３の例を組み合わせたものである。

また、熱伝導性の良い材料、例えばアルミ合金で作られた冷却用部材３１が燃料ノズルヘッダ１５から空気孔プレート３５の下流側薄板まで差し込まれている。熱伝導性の良い材料、例えばアルミ合金で作られた空気孔プレート外周冷却用部材３２が、空気孔プレート３５の外周を囲うように設置されている。

また、実施例１と同様に図３に示した影響が考えられる。

空気孔プレート３５内部に例えばコンプレッサーによる冷却用空気導入装置３７から冷却用空気導通口３９を通じて流す冷却用空気４７の対流伝熱による空気孔プレート３５との熱交換と燃焼室８内より温度の低い場所から空気孔プレート３５まで設置された冷却用部材３１と空気孔プレート外周冷却用部材３２の伝導伝熱による冷却が、火炎付着を抑制し、焼損を防ぐ。

また、特許文献１，特許文献２などにも従来の空気孔プレートを改良し、冷却用部材３１を空気孔の間隙に差し込む、さらに空気孔プレート外周冷却用部材３２を設置することで適用可能である。

図１３は実施例５における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例１とは冷却用部材が異なる構成となっている。

実施例１と異なり冷却用部材３６は内部が中空となり二重管となっている。

その二重管によって、冷却用部材３６内部を冷却用空気導入装置３７から流した熱伝達性の大きな冷却用空気４７が循環することで、空気孔プレート１３を冷却する。

本実施例では実施例１と比較して次の効果がある。燃焼室８内より温度の低い位置から空気孔プレート３５まで設置された冷却用部材３６の伝導伝熱だけでなく、冷却用空気導入装置３７から冷却用部材３６内に流した冷却用空気４７による対流伝熱によってさらなる冷却効果が得られる。局所的に熱負荷が高い箇所が既知の場合、特に有効である。

冷却用部材３６の間を流れる冷却用空気４７は、大気空気４１や水，燃料４６など燃焼室８内温度より温度が低い物質ならばよい。

冷却用部材３６は図４のように何本あっても良く、いかなる配置でも良いが、空気孔プレート１３中心部のような特に熱が滞留しやすい箇所に配置するのが冷却効果を上げるため望ましい。

冷却用部材３６の形状は、空気孔プレート１３の形状によって、円管状だけでなく多面体状でも良く、曲げたり，傾けたりも可能である。

冷却用部材３６の材料は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

冷却用部材３６は、空気孔プレート１３と燃料ノズルヘッダ１５とを繋いでいるため、空気孔プレート１３の固定に寄与し、圧力変動などによる空気孔プレート１３のずれを抑えることに役立つ。

また、特許文献１，特許文献２など従来の空気孔プレートにも冷却用部材３６を空気孔の間隙に差し込むことで適用可能である。

冷却用部材３６内部に流す冷却用空気４７は燃焼室８には流出しない。

図１４は実施例６における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例２と実施例５を組み合わせたものであり、実施例２と冷却用部材が異なる構成となっている。

実施例２と異なり冷却用部材３６は内部が中空となり二重管となっている。

その二重管によって、冷却用部材３６内部を冷却用空気導入装置３７から流した熱伝達性の大きな冷却用空気４７が循環することで空気孔プレート１３を冷却する。

本実施例では実施例２と比較して次の効果がある。燃焼室８内より温度の低い位置から空気孔プレート３５まで設置された冷却用部材３６の伝導伝熱だけでなく、冷却用空気導入装置３７から冷却用部材３６内に流した冷却用空気４７による対流伝熱によってさらなる冷却効果が得られる。局所的に熱負荷が高い箇所が既知の場合、特に有効である。

冷却用部材３６及び空気孔プレート外周冷却用部材３２の材質は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

また、特許文献１，特許文献２など従来の空気孔プレートにも冷却用部材３６を空気孔の間隙に差し込む、さらに空気孔プレート外周冷却用部材３２を設置することで適用可能である。

図１５は実施例７における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例３と実施例５を組み合わせたものであり、実施例３と冷却用部材が異なる構成となっている。

実施例３と異なり冷却用部材３６は内部が中空となり二重管となっている。

その二重管によって冷却用部材３６内部を冷却用空気導入装置３７Ｂから流した熱伝達性の大きな冷却用空気４７Ｂが循環することで空気孔プレート３５を冷却する。

本実施例では実施例３と比較して次の効果がある。燃焼室８内より温度の低い位置から空気孔プレート３５まで設置された冷却用部材３６の伝導伝熱だけでなく、冷却用空気導入装置３７Ａ，３７Ｂから冷却用部材３６及び空気孔プレート３５に流した冷却用空気４７Ａ，４７Ｂによる対流伝熱によってさらなる冷却効果が得られる。局所的に熱負荷が高い箇所が既知の場合、特に有効である。

冷却用部材３６の間及び空気孔プレート３５内部を流れる冷却用空気４７Ａ，４７Ｂは、大気空気４１や水，燃料４６など燃焼室８内温度より温度が低い物質ならばよい。

冷却用部材３６は図４のように何本あっても良く、いかなる配置でも良いが、空気孔プレート１３中心部のような特に熱が滞留しやすい箇所に配置するのが、冷却効果を上げるため望ましい。

冷却用部材３６の形状は、空気孔プレート１３の形状によって、円管状だけでなく、多面体状でも良く、曲げたり，傾けたりも可能である。

冷却用部材３６の材質は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

冷却用部材３６は、空気孔プレート３５と燃料ノズルヘッダ１５とを繋いでいるため、空気孔プレート３５の固定に寄与し、圧力変動などによる空気孔プレート３５のずれを抑えることに役立つ。

また、特許文献１，特許文献２などにも従来の空気孔プレートを改良し、冷却用部材３６を空気孔の間隙に差し込むことで適用可能である。

冷却用部材３６内部及び空気孔プレート３５内部に流す冷却用空気４７Ａ，４７Ｂは燃焼室８には流出しない。

図１６は実施例８における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例４と実施例５（または、実施例６と実施例７）を組み合わせたものであり、実施例４と冷却用部材が異なる構成となっている。

実施例４と異なり冷却用部材３６は内部が中空となり二重管となっている。

本実施例では実施例４と比較して次の効果がある。燃焼室８内より温度の低い位置から空気孔プレート３５まで設置された冷却用部材３６の伝導伝熱だけでなく、冷却用空気導入装置３７Ａ，３７Ｂから冷却用部材３６及び空気孔プレート３５に流した冷却用空気４７Ａ，４７Ｂによる対流伝熱によってさらなる冷却効果が得られる。局所的に熱負荷が高い箇所が既知の場合、特に有効である。

冷却用部材３６の間、及び空気孔プレート３５内部を流れる冷却用空気４７Ａ，４７Ｂは、大気空気４１や水，燃料４６など燃焼室８内温度より温度が低い物質ならばよい。

冷却用部材３６は図４のように何本あっても良く、いかなる配置でも良いが、空気孔プレート３５中心部のような特に熱が滞留しやすい箇所に配置するのが冷却効果を上げるため望ましい。

冷却用部材３６の形状は、空気孔プレート３５の形状によって、円管状だけでなく多面体状でも良く、曲げたり，傾けたりも可能である。

また、特許文献１，特許文献２などにも従来の空気孔プレートを改良し冷却用部材３６を空気孔の間隙に差し込む、さらに空気孔プレート外周冷却用部材３２を設置することで適用可能である。

図１７は実施例９における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例３と冷却用部材と空気孔プレートが異なる構成となっている。

実施例３と異なり冷却用部材３８は内部が中空となっている。また、空気孔プレート３５に挿入されている箇所に冷却用空気通過孔５１を開け、冷却用部材３８内部に熱伝達性の大きな冷却用空気４７を通し、冷却用空気通過孔５１から空気孔プレート３５内部に流入し冷却用空気導通口３９から流出する構成となっている。

冷却用部材３８及び空気孔プレート３５の間を流れる冷却用空気４７は、大気空気４１や水，燃料４６など燃焼室８内温度より温度が低い物質ならばよい。

冷却用部材３８は図４のように何本あっても良く、いかなる配置でも良いが、空気孔プレート３５中心部のような特に熱が滞留しやすい箇所に配置するのが冷却効果を上げるため望ましい。

冷却用部材３８の形状は、空気孔プレート３５の形状によって、円管状だけでなく多面体状でも良く、曲げたり，傾けたりも可能である。

冷却用部材３８の材質は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

冷却用部材３８は、空気孔プレート３５と燃料ノズルヘッダ１５とを繋いでいるため、空気孔プレート３５の固定に寄与し、圧力変動などによる空気孔プレート３５のずれを抑えることに役立つ。

冷却用空気通過孔５１はどのような形状，数でもよいが空気孔プレート３５内部に冷却用空気４７が分散しやすい形状である方が良い。

冷却用空気４７の流れは冷却用空気導通口３９から流入し、冷却用空気通過孔５１，冷却用部材３８内部を通り、流出してもよい。

また、特許文献１，特許文献２などにも従来の空気孔プレートを改良し、冷却用部材３８を空気孔の間隙に差し込むことで適用可能である。

冷却用部材３６内部及び空気孔プレート３５内部に流す冷却用空気４７は燃焼室８には流出しない。

燃料ノズル側から空気孔プレートに冷却用部材を差し込み、空気孔プレートを中空にして、冷却用空気を冷却用部材内と冷却用空気通過孔５１を通して空気孔プレート内に流して冷却する冷却用部材３８を設けることにより、実施例８の冷却用空気導入装置３７Ａ，３７Ｂのように、２つの冷却用空気導入装置を用いずに冷却することができ、装置構成を減らして単純化することができる。

図１８は実施例１０における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例４と実施例９を組み合わせたものである。主に燃料ノズル，燃料ノズルヘッダ，空気孔プレート、及び冷却用部材から構成されている。実施例４と冷却用部材と空気孔プレートが異なる構成となっている。異なる箇所について以下に示す。

図１８は実施例１０における燃焼器バーナ付近の拡大図である。実施例４と冷却用部材と空気孔プレートが異なる構成となっている。

実施例４と異なり、冷却用部材３８は内部が中空となっている。また、空気孔プレートに挿入されている箇所に冷却用空気通過孔５１を開け、冷却用部材３８内部に熱伝達性の大きな冷却用空気４７を通し、冷却用空気通過孔５１から空気孔プレート３５内部に流入し冷却用空気導通口３９から流出する構成となっている。

冷却用部材３８及び空気孔プレート外周冷却用部材３２の材質は熱伝導性が高く、耐熱性の高い材質のものであれば良い。

冷却用空気通過孔５１はどのような形状，数でも良いが空気孔プレート３５内部に冷却用空気４７が分散しやすい形状である方が良い。

また、特許文献１，特許文献２などにも従来の空気孔プレートを改良し、冷却用部材３８を空気孔の間隙に差し込む、さらに空気孔プレート外周冷却用部材３２を設置することで適用可能である。

図１９は燃焼器バーナ付近の拡大断面図、図２０は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。尚、図１〜図１８と同一符号は同一部品を示す。本実施例は、例えば実施例１による燃料ノズルヘッダ１５，燃料ノズル１６と空気孔プレート１３の空気孔１４との関係を１つの集合体とし、これらを複数個組み合わせて１つの燃焼器３を構成したものである。さらに冷却用部材３１を各燃料ノズルヘッダ１５から空気孔プレート１３の下流側表面までそれぞれ挿入している。そして、燃料供給系２を複数の燃料供給系２Ａ，２Ｂ，２Ｃに分岐して燃料４６を選択的に供給できるように、各燃料供給系２に燃料停止弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを設けている。上記構成とすることで、各実施例と同等の効果をもつ上、燃料供給系２Ａ，２Ｂ，２Ｃを選択して燃料４６を供給できるので、ガスタービンの負荷の変化に対応して最適な燃焼を行わせることができる。また、燃料ノズル１６の数が増減することで燃焼器１缶当たりの容量を容易に変更させることができる。本実施例によれば、実施例１を適用したものであるが、実施例２から実施例１０による実施例においても適用可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１圧縮機
２燃料供給系
３燃焼器
４タービン
５発電機
６ディフューザ
７車室
８燃焼室
９燃焼器ライナ
１０トランジションピース
１１ライナフロースリーブ
１２トランジションピースフロースリーブ
１３，３５空気孔プレート
１４，３３空気孔
１５燃料ノズルヘッダ
１６燃料ノズル
１７ケーシング
２４循環流領域
２６燃料停止弁
３１，３６，３８冷却用部材
３２空気孔プレート外周冷却用部材
３７冷却用空気導入装置
３９冷却用空気導通口
４１大気空気
４２高圧空気
４３燃焼用空気
４４高温・高圧ガス
４５排ガス
４６燃料
４７冷却用空気
４８混合気
５１冷却用空気通過孔

Claims

燃料と燃焼用空気が燃焼を起こし火炎を形成する燃焼室と、この燃焼室に前記燃料を噴出させる複数の燃料ノズルと、これら複数の燃料ノズルと対応し、前記燃焼室に前記燃焼用空気を噴出させる複数の空気孔が開いた空気孔プレートとを備え、複数の前記燃料ノズルと前記空気孔によって前記燃料と前記空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室内に噴出されるように構成したガスタービン燃焼器において、前記燃焼室で生成した燃焼ガスから受ける熱エネルギーによる前記空気孔プレートの温度上昇を抑えるための冷却用部材を前記空気孔プレートに設置し、前記冷却用部材と空気孔プレートは接続されており、
前記空気孔プレートは、複数の燃料ノズルと対応する前記燃焼室に前記空気を噴出させる空気孔パイプと２枚の薄板で構成し中空に構成し、前記空気孔プレート内部に冷却媒体を流す冷却用空気導入装置を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項１において、
前記冷却用部材は、内部が空洞の管であり、空気孔プレート内部へ挿入される箇所に冷却用空気が通る穴である冷却用空気通過孔を有し、前記冷却用空気導入装置は、前記空気孔プレート内部と冷却用部材内部に冷却媒体を流すことを特徴とするガスタービン燃焼器。
燃料と燃焼用空気が燃焼を起こし火炎を形成する燃焼室と、この燃焼室に前記燃料を噴出させる複数の燃料ノズルと、これら複数の燃料ノズルと対応し、前記燃焼室に前記燃焼用空気を噴出させる複数の空気孔が開いた空気孔プレートとを備え、複数の前記燃料ノズルと前記空気孔によって前記燃料と前記空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室内に噴出されるように構成したガスタービン燃焼器において、前記燃焼室で生成した燃焼ガスから受ける熱エネルギーによる前記空気孔プレートの温度上昇を抑えるための冷却用部材を前記空気孔プレートに設置し、前記冷却用部材と空気孔プレートは接続されており、
前記冷却用部材は、内部が二重管であり、冷却用部材の内部で冷却媒体を循環させる構造であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項３において、
前記空気孔プレートは、複数の燃料ノズルと対応する前記燃焼室に前記空気を噴出させる空気孔パイプと２枚の薄板で構成し中空に構成し、前記空気孔プレート内部に冷却媒体を流す冷却用空気導入装置を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項１〜４の何れかにおいて、
前記空気孔プレートを外周から冷却する外周冷却用部材を設置することを特徴とするガスタービン燃焼器。