JP7336848B2 - Combustion device - Google Patents

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Description

本発明は、主としてガスタービンエンジンに使用される燃焼装置に関する。 The present invention relates primarily to combustion devices used in gas turbine engines.

近年、いわゆる低炭素社会の実現に向けて、燃料に水素を利用するガスタービンエンジンが提案されている。もっとも、水素を含有する燃料のような燃焼速度が大きい燃料では、燃焼温度が高くなることからNOxが発生しやすい。また、燃焼速度が大きい燃料を燃焼させる場合は燃焼室で発生した火炎がバーナ側に戻ってくる逆火現象が生じ易い。 2. Description of the Related Art In recent years, gas turbine engines that use hydrogen as fuel have been proposed for the realization of a so-called low-carbon society. However, fuel with a high burning rate, such as fuel containing hydrogen, tends to generate NOx due to its high combustion temperature. In addition, when burning fuel with a high burning velocity, flashback phenomenon is likely to occur in which the flame generated in the combustion chamber returns to the burner side.

水素のような高反応性のガスを燃料として利用しながら、低NOx燃焼および逆火防止を実現するための燃焼装置として、燃料を噴射する複数の環状部材を同心状に配置し、各環状部材に設けられた多数の燃料噴射孔から径方向に、燃料を分散させて噴射し、かつ燃料噴射孔から噴射された燃料にほぼ直交する方向に、燃焼室側に向けて空気を流す構成の燃料噴射器を用いるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような構造を有する燃焼装置によれば、燃料の多点噴射によって局所的な高温燃焼の発生が抑制されるので低NOx燃焼が可能になる。さらに、径方向に噴射された燃料に、燃焼室側に向けて空気が供給されることによって、逆火現象の発生が抑制される。 As a combustion device for realizing low NOx combustion and flashback prevention while using a highly reactive gas such as hydrogen as fuel, a plurality of annular members for injecting fuel are arranged concentrically, and each annular member The fuel is dispersed and injected in the radial direction from a large number of fuel injection holes provided in the fuel injection hole, and the air is flown toward the combustion chamber in a direction substantially orthogonal to the fuel injected from the fuel injection hole. A technique using an injector has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to the combustion apparatus having such a structure, multi-point injection of fuel suppresses the occurrence of localized high-temperature combustion, so low NOx combustion becomes possible. Furthermore, the occurrence of the flashback phenomenon is suppressed by supplying air toward the combustion chamber side of the radially injected fuel.

国際公開第2015/182154号WO2015/182154

しかし、特許文献1に開示された燃焼装置では、燃料噴射器が全体として平板状に近い形状を有していることから、燃焼振動が発生しやすい。 However, in the combustion apparatus disclosed in Patent Literature 1, the fuel injector as a whole has a shape close to a flat plate shape, so combustion vibration is likely to occur.

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、燃焼速度の大きい燃料を利用する燃焼装置において、低NOx燃焼および逆火防止を実現し、かつ燃焼振動を抑制することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to achieve low NOx combustion, prevent flashback, and suppress combustion vibration in a combustion apparatus that uses fuel with a high burning velocity, in order to solve the above problems.

上記の課題を解決するために、本発明に係る燃焼装置は、
内側に燃焼室を形成する燃焼筒と、
同心状に配置された複数の環状燃料噴射ユニットを有する、前記燃焼室に燃料ガスと空気を噴射する燃料噴射器とを備えており、
各燃料噴射ユニットは、
外周面および/または内周面に開口する、周方向に並べて配置された複数の燃料噴射孔を有する環状燃料噴射部材と、
前記環状燃料噴射部材の各燃料噴射孔から噴射される燃料ガスに対して空気を案内する複数の空気ガイド溝を有する環状空気ガイド部材と、
を有し、
少なくとも1つの前記環状燃料噴射ユニットのガス通路を周方向に等間隔に隔離する、径方向に延びる複数の周方向隔離壁、および少なくとも2つの隣り合う前記環状燃料噴射ユニット間を径方向に隔離する、周方向に延びる径方向隔離壁の少なくとも一方の隔離壁を備えている。
In order to solve the above problems, the combustion device according to the present invention includes:
a combustion cylinder forming a combustion chamber inside;
a fuel injector having a plurality of concentrically arranged annular fuel injection units for injecting fuel gas and air into the combustion chamber;
Each fuel injection unit
an annular fuel injection member having a plurality of fuel injection holes arranged side by side in the circumferential direction and opening to the outer peripheral surface and/or the inner peripheral surface;
an annular air guide member having a plurality of air guide grooves for guiding air to the fuel gas injected from each fuel injection hole of the annular fuel injection member;
has
A plurality of radially extending circumferential isolation walls isolating the gas passages of at least one of said annular fuel injection units at equal intervals in the circumferential direction, and radially isolating between at least two adjacent said annular fuel injection units. , and at least one of the circumferentially extending radial isolation walls.

この構成によれば、複数の環状燃料噴射部材と環状空気ガイド部材を備えることによって、低NOx燃焼と逆火防止が実現できる。さらに、環状燃料噴射ユニットを周方向または径方向に隔離する隔離壁を設けることによって火炎の移動が制限されるので、燃焼振動の発生が抑制される。 According to this configuration, by providing a plurality of annular fuel injection members and annular air guide members, low NOx combustion and flashback prevention can be realized. Furthermore, the movement of the flame is restricted by providing the isolation wall that isolates the annular fuel injection units in the circumferential direction or the radial direction, thereby suppressing the occurrence of combustion oscillation.

本発明の一実施形態において、少なくとも最外周に配置された前記環状燃料噴射ユニットに、複数の前記周方向隔離壁が設けられていてもよい。この構成によれば、最も燃焼振動が発生し易い最外周の環状燃料噴射ユニットにおいて火炎の周方向の移動を制限することにより、効果的に燃焼振動を抑制することができる。 In one embodiment of the present invention, at least the annular fuel injection unit arranged on the outermost circumference may be provided with a plurality of the circumferential separation walls. According to this configuration, the combustion oscillation can be effectively suppressed by restricting the movement of the flame in the circumferential direction in the outermost annular fuel injection unit where the combustion oscillation is most likely to occur.

本発明の一実施形態において、前記周方向隔離壁および前記径方向隔離壁は、少なくとも前記燃料噴射孔よりも下流側に設けられていてもよい。この構成によれば、火炎が存在する部分に隔離壁を設けることによって、効果的に燃焼振動を抑制することができる。 In one embodiment of the present invention, the circumferential separation wall and the radial separation wall may be provided downstream of at least the fuel injection holes. According to this configuration, combustion oscillation can be effectively suppressed by providing the isolation wall in the portion where the flame exists.

以上のように、本発明に係る燃焼装置によれば、低NOx燃焼および逆火防止を実現し、かつ燃焼振動を抑制することができる。 As described above, according to the combustion apparatus of the present invention, low NOx combustion and flashback prevention can be achieved, and combustion oscillation can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る燃料噴射器が適用されるガスタービンエンジンの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a gas turbine engine to which a fuel injector according to one embodiment of the invention is applied; FIG. 本発明の一実施形態に係る燃焼装置を示す断面図である。It is a sectional view showing a combustion device concerning one embodiment of the present invention. 図2の燃焼装置に使用される燃料噴射器の例を示す斜視図である。3 is a perspective view of an example fuel injector for use in the combustion device of FIG. 2; FIG. 図3の燃料噴射器の一部を拡大して示す正面図である。4 is a front view showing an enlarged part of the fuel injector of FIG. 3; FIG. 図2の燃焼装置に使用される燃料噴射器の環状燃料噴射ブロックを示す断面図である。Figure 3 is a cross-sectional view of an annular fuel injection block of a fuel injector used in the combustion system of Figure 2;

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.

図1に、本発明の一実施形態に係る燃焼装置が適用されるガスタービンエンジン(以下、単に「ガスタービン」と称する。)GTの概略構成を示す。ガスタービンGTは、導入した空気を圧縮機1で圧縮して燃焼装置3に導き、燃料を燃焼装置3内に噴射して燃焼させ、得られた高温高圧の燃焼ガスGによりタービン5を駆動する。燃焼装置3は、例えば、ガスタービンGTの軸心の周りに環状に複数個配置されるキャン型の燃焼装置である。タービン5は圧縮機1に回転軸7を介して連結されており、タービン5によって圧縮機1が駆動される。このガスタービンGTの出力により、航空機のロータまたは発電機などの負荷Lを駆動する。以下の説明において、ガスタービンGTの軸心方向における圧縮機1側を「前側」と呼び、タービン5側を「後側」と呼ぶ。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a gas turbine engine (hereinafter simply referred to as "gas turbine") GT to which a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The gas turbine GT compresses the introduced air with the compressor 1 and guides it to the combustion device 3, injects fuel into the combustion device 3 and burns it, and drives the turbine 5 with the obtained high-temperature and high-pressure combustion gas G. . The combustion device 3 is, for example, a can-type combustion device that is annularly arranged around the axis of the gas turbine GT. A turbine 5 is connected to the compressor 1 via a rotating shaft 7 , and the compressor 1 is driven by the turbine 5 . The output of this gas turbine GT drives a load L such as an aircraft rotor or a generator. In the following description, the compressor 1 side in the axial direction of the gas turbine GT is called "front side", and the turbine 5 side is called "rear side".

図2に示すように、燃焼装置3は、内側に燃焼室11を形成する燃焼筒13と、燃焼室11に燃料ガス(以下、単に「燃料」という。)Fと空気Aを噴射する燃料噴射器15とを備えている。燃料噴射器15は、燃焼筒13の頂部(最上流部)13aに取り付けられている。燃料噴射器15から噴射された燃料Fと空気Aに、燃焼筒13に設けられた点火装置Pで点火することにより、燃焼室11内に火炎が形成される。これら燃焼筒13および燃料噴射器15は、燃焼装置3の外筒となるほぼ円筒状のハウジングHに同心状に収容されている。 As shown in FIG. 2, the combustion device 3 includes a combustion cylinder 13 forming a combustion chamber 11 inside, and a fuel injection device for injecting fuel gas (hereinafter simply referred to as "fuel") F and air A into the combustion chamber 11. A vessel 15 is provided. The fuel injector 15 is attached to the top portion (most upstream portion) 13 a of the combustion cylinder 13 . A flame is formed in the combustion chamber 11 by igniting the fuel F and the air A injected from the fuel injector 15 with the ignition device P provided in the combustion cylinder 13 . The combustion cylinder 13 and the fuel injector 15 are concentrically accommodated in a substantially cylindrical housing H that serves as the outer cylinder of the combustion device 3 .

本実施形態では、燃焼装置3は空気Aと燃焼ガスGとの流動方向が逆向きの逆流型として構成されている。すなわち、燃焼装置3は、ハウジングHと燃焼筒13および燃焼筒13から前方へ筒状に延びる支持筒17との間に形成された空気導入通路19を有しており、この空気導入通路19は、圧縮機1(図1)で圧縮された空気Aを、燃焼室11内の燃焼ガスGの流動方向と逆方向に導く。なお、燃焼装置3は、空気Aと燃焼ガスGとの流動方向が同じ向きの軸流型であってもよい。支持筒17の周壁の前端部には、複数の空気導入孔21が周方向に並べて設けられている。空気導入通路19を通って送られてきた空気Aは、空気導入孔21を通って、支持筒17の内方に形成された空気供給通路23に導入され、後方、すなわち燃焼室11の方向へ送られる。 In this embodiment, the combustion device 3 is configured as a counterflow type in which the air A and the combustion gas G flow in opposite directions. That is, the combustion device 3 has an air introduction passage 19 formed between the housing H, the combustion cylinder 13, and the support cylinder 17 cylindrically extending forward from the combustion cylinder 13. The air introduction passage 19 is , guides the air A compressed by the compressor 1 (FIG. 1) in a direction opposite to the flow direction of the combustion gas G in the combustion chamber 11 . The combustion device 3 may be of an axial flow type in which the air A and the combustion gas G flow in the same direction. A plurality of air introduction holes 21 are provided side by side in the circumferential direction at the front end portion of the peripheral wall of the support tube 17 . The air A sent through the air introduction passage 19 passes through the air introduction hole 21, is introduced into the air supply passage 23 formed inside the support cylinder 17, and flows rearward, that is, in the direction of the combustion chamber 11. Sent.

図3に示すように、燃料噴射器15は、複数の環状燃料噴射ユニット25を備えている。図4に示すように、各環状燃料噴射ユニット25は、環状燃料噴射部材27および環状空気ガイド部材29を有している。環状燃料噴射部材27は、外周面および/または内周面に開口する、周方向に並べて配置された複数の燃料噴射孔31を有している。図示の例では、環状燃料噴射部材27は、外周面に開口する複数の外側燃料噴射孔31Aおよび内周面に開口する複数の内側燃料噴射孔31Bを有している。各燃料噴射孔31から燃料Fが噴射される。 As shown in FIG. 3, fuel injector 15 comprises a plurality of annular fuel injection units 25 . As shown in FIG. 4 , each annular fuel injection unit 25 has an annular fuel injection member 27 and an annular air guide member 29 . The annular fuel injection member 27 has a plurality of fuel injection holes 31 arranged side by side in the circumferential direction and opening to the outer peripheral surface and/or the inner peripheral surface. In the illustrated example, the annular fuel injection member 27 has a plurality of outer fuel injection holes 31A opening on the outer peripheral surface and a plurality of inner fuel injection holes 31B opening on the inner peripheral surface. Fuel F is injected from each fuel injection hole 31 .

環状空気ガイド部材29は、環状燃料噴射部材27の各燃料噴射孔31から噴射される燃料Fに対して空気Aを案内する複数の空気ガイド溝33を有する環状部材である。図示の例では、環状燃料噴射部材27の径方向外側に配置されて、各外側燃料噴射孔31Aから噴射される燃料に対して空気を案内する外側環状空気ガイド部材29Aと、環状燃料噴射部材27の径方向内側に配置されて、各内側燃料噴射孔31Bから噴射される燃料に対して空気を案内する内側環状空気ガイド部材29Bとが設けられている。この例では、径方向に隣り合う環状燃料噴射ユニット25,25間で、外周側の環状燃料噴射ユニット25の内側環状空気ガイド部材29Bと内周側の環状燃料噴射ユニット25の外側環状空気ガイド部材29Aとが一体的に形成されている。 The annular air guide member 29 is an annular member having a plurality of air guide grooves 33 for guiding air A to the fuel F injected from each fuel injection hole 31 of the annular fuel injection member 27 . In the illustrated example, an outer annular air guide member 29A that is disposed radially outward of the annular fuel injection member 27 and guides air to the fuel injected from each of the outer fuel injection holes 31A; An inner annular air guide member 29B is disposed radially inward of the inner annular air guide member 29B for guiding air to the fuel injected from each of the inner fuel injection holes 31B. In this example, between the radially adjacent annular fuel injection units 25, 25, the inner annular air guide member 29B of the outer annular fuel injection unit 25 and the outer annular air guide member 29B of the inner annular fuel injection unit 25 are arranged. 29A are integrally formed.

本実施形態では、図3に示すように、径寸法が互いに異なる3つの環状燃料噴射ユニット25が、互いに同心状に、かつ燃焼装置3(図2)と同心状に配置されている。これら複数の環状燃料噴射ユニット25は、その最外周を覆う円筒状の支持カバー35に支持されている。以下の説明では、必要に応じて、3つの環状ユニット25を外周側から順に第1環状燃料噴射ユニット25A~第3環状燃料噴射ユニット25Cと区別して呼ぶ場合がある。なお、環状燃料噴射ユニット25の数は、2つ以上であれば、特に限定されない。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, three annular fuel injection units 25 having different diameters are arranged concentrically with each other and concentrically with the combustion device 3 (FIG. 2). The plurality of annular fuel injection units 25 are supported by a cylindrical support cover 35 that covers the outermost periphery thereof. In the following description, the three annular units 25 may be distinguished from the first annular fuel injection unit 25A to the third annular fuel injection unit 25C in order from the outer peripheral side as necessary. Note that the number of annular fuel injection units 25 is not particularly limited as long as it is two or more.

図2に示すように、燃焼装置3は、燃料噴射器15の各環状燃料噴射ユニット25の環状燃料噴射部材27に燃料Fを供給可能な複数の燃料供給路を有している。燃料噴射器15には、空気供給通路23の中心部からハウジングHの後方へかけて延びる燃料供給母管39が設けられている。燃料供給母管39と各環状燃料噴射ユニット25とは、互いに独立に分岐する分岐燃料供給管41によって接続されている。燃料供給母管39は、2つの円筒管を同心状に重ねた多管式構造(二重管構造)を有している。内側の燃料供給管の内方空間およびこれに連通する分岐燃料供給管41の内方空間が、第1燃料供給路43を形成し、内外の燃料供給管の間の空間およびこれに連通する分岐燃料供給管41の内方空間が、第2燃料供給路45を形成している。燃料供給母管39内の各燃料供給路43,45には、燃料導入系統ISから燃料が導入される。 As shown in FIG. 2 , the combustion device 3 has a plurality of fuel supply passages capable of supplying fuel F to the annular fuel injection member 27 of each annular fuel injection unit 25 of the fuel injector 15 . The fuel injector 15 is provided with a fuel supply header 39 extending from the center of the air supply passage 23 to the rear of the housing H. As shown in FIG. The fuel supply mother pipe 39 and each annular fuel injection unit 25 are connected by branch fuel supply pipes 41 that branch independently of each other. The fuel supply mother pipe 39 has a multi-tube structure (double-tube structure) in which two cylindrical pipes are concentrically stacked. The inner space of the inner fuel supply pipe and the inner space of the branch fuel supply pipe 41 communicating therewith form a first fuel supply passage 43, and the space between the inner and outer fuel supply pipes and the branch communicating therewith. An inner space of the fuel supply pipe 41 forms a second fuel supply passage 45 . Fuel is introduced from a fuel introduction system IS into each of the fuel supply paths 43 and 45 in the fuel supply mother pipe 39 .

本実施形態では、第1燃料供給路43を通った燃料は、複数の環状燃料噴射ユニット25のうちの内径側に配置された2つの環状燃料噴射ユニット25B,25Cへ供給され、第2燃料供給路45を通った燃料Fは、第2燃料供給路45に接続された1つの分岐燃料供給管41を介して、複数の環状燃料噴射ユニット25のうち最外径側に配置された1つの環状燃料噴射ユニット25Aへ供給される。 In this embodiment, the fuel that has passed through the first fuel supply passage 43 is supplied to two annular fuel injection units 25B and 25C arranged on the inner diameter side of the plurality of annular fuel injection units 25, and is supplied to the second fuel supply. The fuel F that has passed through the passage 45 passes through one branch fuel supply pipe 41 connected to the second fuel supply passage 45, and flows through one annular fuel injection unit 25 arranged on the outermost diameter side of the plurality of annular fuel injection units 25 It is supplied to the fuel injection unit 25A.

なお、燃料供給母管39の多管式構造は、複数の管を用いて互いに独立した複数の燃料供給路を形成できるのであれば、図2の例に限らない。例えば、1つの大径の母管の中に、これより小径の同一径の複数の燃料供給管を平行に延設した多管式構造でもよい。 The multi-pipe structure of the fuel supply mother pipe 39 is not limited to the example of FIG. 2 as long as a plurality of mutually independent fuel supply passages can be formed using a plurality of pipes. For example, a multi-pipe structure may be employed in which a plurality of smaller fuel supply pipes having the same diameter extend in parallel in one large-diameter mother pipe.

このような燃料供給構造とすることにより、ガスタービンGTの低負荷(部分負荷)から高負荷(定格負荷)までの出力変化に対して、燃料供給を行う環状燃料噴射ユニット25と燃料供給を行わない環状燃料噴射ユニット25とに分けることにより対応するステージング燃焼が可能となる。本実施形態のように、燃料を燃料噴射器15の複数の環状燃料噴射ユニット25の多数の燃料噴射孔31に分散させて噴射する場合には、すべての環状燃料噴射ユニット25において均一的に燃料供給量を変化させるよりも、作動させる環状燃料噴射ユニット25と作動させない環状燃料噴射ユニット25を選択することによって負荷変動に対応することが、安定的かつ低NOx燃焼のために効果的である。もっとも、燃料噴射器15へ燃料を供給する構造はこの例に限定されない。 With such a fuel supply structure, fuel is supplied to the annular fuel injection unit 25 that supplies fuel in response to changes in the output of the gas turbine GT from low load (partial load) to high load (rated load). A corresponding staging combustion is made possible by dividing the fuel into an annular fuel injection unit 25 that does not have one. As in this embodiment, when the fuel is dispersed and injected into a large number of fuel injection holes 31 of the plurality of annular fuel injection units 25 of the fuel injector 15, all the annular fuel injection units 25 uniformly disperse the fuel. Rather than changing the supply amount, it is effective for stable and low NOx combustion to respond to load fluctuations by selecting which annular fuel injection unit 25 is activated and which is not. However, the structure for supplying fuel to the fuel injector 15 is not limited to this example.

図5に示すように、環状燃料噴射部材27は、断面外形がほぼ矩形に形成されており、燃焼室11に面する後壁27aが、軸心C方向に垂直となるよう配置されている。環状燃料噴射部材27の内部には環状空間である燃料導入室47が形成されている。図示の例では、燃料噴射孔31は、環状燃料噴射部材27の外周壁27bおよび内周壁27cのそれぞれに、外周壁27bおよび内周壁27cを径方向Rに貫通して、燃料導入室47と環状燃料噴射部材27の外部とを連通させる貫通孔として設けられている。燃料は、環状燃料噴射部材27の前壁27dに接続された燃料供給路(この例では分岐燃料供給管41)から燃料導入室47に供給された後、燃料噴射孔31から噴射される。もっとも、環状燃料噴射部材27の内部構造はこの例に限定されない。なお、燃料噴射孔31は、径方向Rに対して軸心C方向に、-10°から+80°までの範囲で傾斜していてもよい。ここで、径方向Rに対して軸心C方向上流側に燃料噴射孔31が傾斜する場合の傾斜角をマイナスの傾斜角とし、径方向Rに対して軸心C方向下流側に燃料噴射孔31が傾斜する場合の傾斜角をプラスの傾斜角とする。 As shown in FIG. 5, the annular fuel injection member 27 has a substantially rectangular cross-sectional shape, and the rear wall 27a facing the combustion chamber 11 is arranged perpendicular to the axial center C direction. A fuel introduction chamber 47 that is an annular space is formed inside the annular fuel injection member 27 . In the illustrated example, the fuel injection hole 31 penetrates the outer peripheral wall 27b and the inner peripheral wall 27c of the annular fuel injection member 27 in the radial direction R, and is annular with the fuel introduction chamber 47. It is provided as a through hole that communicates with the outside of the fuel injection member 27 . The fuel is injected from the fuel injection hole 31 after being supplied to the fuel introduction chamber 47 from the fuel supply passage (the branched fuel supply pipe 41 in this example) connected to the front wall 27 d of the annular fuel injection member 27 . However, the internal structure of the annular fuel injection member 27 is not limited to this example. The fuel injection hole 31 may be inclined in the direction of the axis C with respect to the radial direction R within a range of -10° to +80°. Here, the inclination angle when the fuel injection hole 31 is inclined upstream in the axial direction C with respect to the radial direction R is assumed to be a negative inclination angle, and the fuel injection hole 31 is inclined downstream in the axial direction C with respect to the radial direction R. The tilt angle when 31 tilts is defined as a positive tilt angle.

環状燃料噴射部材27から噴射された燃料は、環状空気ガイド部材29によってガイドされた空気と予混合されて燃焼室11へ噴射される。環状空気ガイド部材29は、環状燃料噴射部材27の燃料噴射孔31よりも前側、すなわち空気Aの流れ方向における上流側に配置されている。このように、各燃料噴射孔31から噴射される燃料Fに対して上流から空気Aを軸心C方向に案内するように環状空気ガイド部材29を設けることにより、燃料Fと空気Aとが互いにほぼ直交する向きに交わることとなり、燃料Fと空気Aを均一に混合させることができる。 Fuel injected from the annular fuel injection member 27 is premixed with air guided by the annular air guide member 29 and injected into the combustion chamber 11 . The annular air guide member 29 is arranged on the front side of the fuel injection hole 31 of the annular fuel injection member 27, that is, on the upstream side in the direction in which the air A flows. Thus, by providing the annular air guide member 29 so as to guide the air A in the direction of the axis C from the upstream side of the fuel F injected from each fuel injection hole 31, the fuel F and the air A Since they intersect in substantially orthogonal directions, the fuel F and the air A can be uniformly mixed.

なお、各環状燃料噴射部材27は、外側燃料噴射孔31Aおよび内側燃料噴射孔31Bのいずれか一方の燃料噴射孔のみを有していてもよい。その場合には、環状燃料噴射ユニット25は、環状燃料噴射部材27と、環状燃料噴射部材27に形成された外側燃料噴射孔31Aまたは内側燃料噴射孔31Bに対応する外側環状空気ガイド部材29Aまたは内側環状空気ガイド部材29Bとによって構成される。 Each annular fuel injection member 27 may have only one of the outer fuel injection holes 31A and the inner fuel injection holes 31B. In that case, the annular fuel injection unit 25 includes an annular fuel injection member 27 and an outer annular air guide member 29A or an inner air guide member 29A corresponding to the outer fuel injection hole 31A or the inner fuel injection hole 31B formed in the annular fuel injection member 27. Annular air guide member 29B.

本実施形態では、図2に示すように、燃料噴射器15に、周方向隔離壁51および径方向隔離壁53が設けられている。周方向隔離壁51は、環状燃料噴射ユニット25のガス通路55を周方向に等間隔に隔離する、径方向に延びる平板状部材である。周方向隔離壁51は、複数(この例では6つ)設けられている。この例では、最外周の第1環状燃料噴射ユニット25Aにのみ周方向隔離壁51が設けられている。なお、本明細書における環状燃料噴射ユニット25のガス通路55とは、環状燃料噴射ユニット25において空気A,燃料ガスFまたはこれらの混合気が通る空間、具体的には環状空気ガイド部材29から燃焼室11までの間のこれらのガスが通過する領域を指す。 In this embodiment, as shown in FIG. 2 , the fuel injector 15 is provided with a circumferential isolation wall 51 and a radial isolation wall 53 . The circumferential isolation wall 51 is a radially extending flat plate member that isolates the gas passages 55 of the annular fuel injection unit 25 at equal intervals in the circumferential direction. A plurality (six in this example) of the circumferential separation walls 51 are provided. In this example, the circumferential isolation wall 51 is provided only in the outermost first annular fuel injection unit 25A. In this specification, the gas passage 55 of the annular fuel injection unit 25 means a space in the annular fuel injection unit 25 through which the air A, the fuel gas F, or a mixture of these flows. It refers to the area through which these gases pass up to chamber 11 .

径方向隔離壁53は、2つの隣り合う前記環状燃料噴射ユニット25間を径方向に隔離する、周方向に延びる板状部材、換言すれば円筒状部材である。この例では、第1環状燃料噴射ユニット25Aと第2環状燃料噴射ユニット25Bとの間、および第2環状燃料噴射ユニット25Bと第3環状燃料噴射ユニット25Cとの間にそれぞれ1つの径方向隔離壁53が設けられている。 The radial separating wall 53 is a circumferentially extending plate-like member, in other words, a cylindrical member that radially separates the two adjacent annular fuel injection units 25 . In this example, one radial separation wall between the first annular fuel injection unit 25A and the second annular fuel injection unit 25B and between the second annular fuel injection unit 25B and the third annular fuel injection unit 25C. 53 are provided.

周方向隔離壁51は、環状燃料噴射ユニット25における火炎の周方向の移動を制限することによって燃焼振動を抑制する。周方向隔離壁51は、第1環状燃料噴射ユニット25Aに限らず、複数の環状燃料噴射ユニット25のうち少なくとも1つの環状燃料噴射ユニット25に設けられていればよい。もっとも、火炎の周方向移動は最外周の環状燃料噴射ユニット25において最も生じやすいから、少なくとも第1環状燃料噴射ユニット25Aに複数の周方向隔離壁51を設けることによって、効率的に燃焼振動の発生を抑制することができる。 The circumferential separation wall 51 suppresses combustion oscillations by restricting the movement of the flame in the annular fuel injection unit 25 in the circumferential direction. The circumferential separating wall 51 may be provided not only in the first annular fuel injection unit 25A but also in at least one annular fuel injection unit 25 among the plurality of annular fuel injection units 25 . However, since the movement of the flame in the circumferential direction is most likely to occur in the outermost annular fuel injection unit 25, at least the first annular fuel injection unit 25A is provided with a plurality of circumferential isolation walls 51, thereby efficiently generating combustion oscillations. can be suppressed.

径方向隔離壁53は、隣り合う環状燃料噴射ユニット25間での火炎の移動を制限することによって燃焼振動を抑制する。径方向隔離壁53は、必ずしも本実施形態のようにすべての環状燃料噴射ユニット25間に設けられていなくともよく、少なくとも2つの隣り合う環状燃料噴射ユニット25間に設けられていればよい。 The radial separation wall 53 suppresses combustion oscillations by restricting flame movement between adjacent annular fuel injection units 25 . The radial separation wall 53 does not necessarily have to be provided between all the annular fuel injection units 25 as in the present embodiment, and may be provided between at least two adjacent annular fuel injection units 25 .

また、燃料噴射器15に周方向隔離壁51および径方向隔離壁53の両方の隔離壁を設けることによって、極めて効果的に燃焼振動を抑制することができるが、周方向隔離壁51および径方向隔離壁53の少なくとも一方の隔離壁が設けられていれば、燃焼振動抑制の効果を得ることができる。 Further, by providing both the circumferential separating wall 51 and the radial separating wall 53 in the fuel injector 15, the combustion oscillation can be suppressed very effectively. If at least one of the isolation walls 53 is provided, the effect of suppressing combustion oscillation can be obtained.

図5に示すように、周方向隔離壁51および径方向隔離壁53は、少なくとも燃料噴射孔31よりも下流側に設けられている。図示の例では、周方向隔離壁51および径方向隔離壁53は、環状空気ガイド部材29の後面から下流側に突設されている。周方向隔離壁51は、具体的には、環状燃料噴射部材27の外周壁に接する外周部51aと、環状燃料噴射部材27の内周壁に接する内周部51bと、外周部51aおよび内周部51bの後方(下流側)で外周部51aと内周部51bとを繋ぐように径方向に延び、かつ環状燃料噴射部材27の後壁27aに接する連接部51cとを有している。換言すれば、周方向隔離壁51は、側面視で、外周部51a、内周部51bおよび連接部51cからなる略U字形状に形成されている。 As shown in FIG. 5 , the circumferential isolation wall 51 and the radial isolation wall 53 are provided downstream of at least the fuel injection holes 31 . In the illustrated example, the circumferential isolation wall 51 and the radial isolation wall 53 protrude downstream from the rear surface of the annular air guide member 29 . Specifically, the circumferential isolation wall 51 includes an outer peripheral portion 51a in contact with the outer peripheral wall of the annular fuel injection member 27, an inner peripheral portion 51b in contact with the inner peripheral wall of the annular fuel injection member 27, and an outer peripheral portion 51a and an inner peripheral portion. A connecting portion 51 c extends radially to connect the outer peripheral portion 51 a and the inner peripheral portion 51 b behind (downstream side) of 51 b and is in contact with the rear wall 27 a of the annular fuel injection member 27 . In other words, the circumferential isolation wall 51 is formed in a substantially U-shape as viewed from the side and includes an outer peripheral portion 51a, an inner peripheral portion 51b, and a connecting portion 51c.

このように、周方向隔離壁51および径方向隔離壁53を、少なくとも燃料噴射孔31よりも下流側、すなわち、火炎が存在する部分に設けることによって、効果的に燃焼振動を抑制することができる。 In this manner, by providing the circumferential isolation wall 51 and the radial isolation wall 53 at least downstream of the fuel injection holes 31, that is, in a portion where flame exists, combustion oscillation can be effectively suppressed. .

以上説明した、本実施形態に係る燃焼装置3によれば、複数の環状燃料噴射部材27と環状空気ガイド部材25を備えることによって、低NOx燃焼と逆火防止が実現できる。さらに、環状燃料噴射ユニット25を周方向または径方向に隔離する隔離壁51,53を設けることによって火炎の移動が制限されるので、燃焼振動の発生が抑制される。 According to the combustion device 3 according to the present embodiment described above, by providing the plurality of annular fuel injection members 27 and annular air guide members 25, low NOx combustion and flashback prevention can be realized. Furthermore, the isolation walls 51 and 53 that isolate the annular fuel injection unit 25 in the circumferential direction or the radial direction restrict the movement of the flame, thereby suppressing the occurrence of combustion oscillation.

なお、本実施形態では、キャン型の燃焼装置を例として説明したが、他のタイプ、例えばアニュラ型の燃焼装置にも上記構成を適用することができる。 In this embodiment, a can-type combustion apparatus has been described as an example, but the above configuration can also be applied to other types of combustion apparatus, for example, an annular-type combustion apparatus.

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, changes, or deletions can be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, such are also included within the scope of this invention.

3 燃焼装置
11 燃焼室
13 燃焼筒
15 燃料噴射器
25 環状燃料噴射ユニット
27 環状燃料噴射部材
29 環状空気ガイド部材
29A 外側環状空気ガイド部材
29B 内側環状空気ガイド部材
31 燃料噴射孔
31A 外側燃料噴射孔
31B 内側燃料噴射孔
33 空気ガイド溝
51 周方向隔離壁
53 径方向隔離壁
55 環状燃料噴射ユニットのガス通路
3 Combustion device 11 Combustion chamber 13 Combustion cylinder 15 Fuel injector 25 Annular fuel injection unit 27 Annular fuel injection member 29 Annular air guide member 29A Outer annular air guide member 29B Inner annular air guide member 31 Fuel injection hole 31A Outer fuel injection hole 31B Inner fuel injection hole 33 Air guide groove 51 Circumferential isolation wall 53 Radial isolation wall 55 Gas passage of annular fuel injection unit

Claims (4)

内側に燃焼室を形成する燃焼筒と、
同心状に配置された複数の環状燃料噴射ユニットを有する、前記燃焼室に燃料ガスと空気を噴射する燃料噴射器と、
を備え、
各環状燃料噴射ユニットは、
外周面および/または内周面に開口する、周方向に並べて配置された複数の燃料噴射孔を有する環状燃料噴射部材と、
前記環状燃料噴射部材の各燃料噴射孔から噴射される燃料ガスに対して空気を案内する複数の空気ガイド溝を有する環状空気ガイド部材と、
を有し、
前記燃料噴射器は、少なくとも1つの前記環状燃料噴射ユニットのガス通路を周方向に等間隔に隔離する、径方向に延びる複数の周方向隔離壁、および少なくとも2つの隣り合う前記環状燃料噴射ユニット間を径方向に隔離する、周方向に延びる径方向隔離壁の少なくとも一方の隔離壁を有する、
燃焼装置。
a combustion cylinder forming a combustion chamber inside;
a fuel injector having a plurality of concentrically arranged annular fuel injection units for injecting fuel gas and air into the combustion chamber;
with
Each annular fuel injection unit is
an annular fuel injection member having a plurality of fuel injection holes arranged side by side in the circumferential direction and opening to the outer peripheral surface and/or the inner peripheral surface;
an annular air guide member having a plurality of air guide grooves for guiding air to the fuel gas injected from each fuel injection hole of the annular fuel injection member;
has
The fuel injector includes a plurality of radially extending circumferential isolation walls that equally circumferentially isolate the gas passages of at least one of the annular fuel injection units and between at least two adjacent annular fuel injection units. at least one of the circumferentially extending radial isolation walls radially isolating the
Combustion device.
内側に燃焼室を形成する燃焼筒と、
同心状に配置された複数の環状燃料噴射ユニットを有する、前記燃焼室に燃料ガスと空気を噴射する燃料噴射器と、
を備え、
各環状燃料噴射ユニットは、
外周面および/または内周面に開口する、周方向に並べて配置された複数の燃料噴射孔を有する環状燃料噴射部材と、
前記燃料噴射孔よりも空気の流れ方向における上流側に配置され、前記環状燃料噴射部材の各燃料噴射孔から噴射される燃料ガスに対して空気を案内する複数の空気ガイド溝を有する環状空気ガイド部材と、
を有し、
前記環状空気ガイド部材から空気の流れ方向における下流側に突設されて、少なくとも1つの前記環状燃料噴射ユニットのガス通路を周方向に等間隔に隔離する、径方向に延びる複数の周方向隔離壁、および、前記環状空気ガイド部材から前記下流側に突設されて、少なくとも2つの隣り合う前記環状燃料噴射ユニット間を径方向に隔離する、周方向に延びる径方向隔離壁の少なくとも一方の隔離壁を備える、
燃焼装置。
a combustion cylinder forming a combustion chamber inside;
a fuel injector having a plurality of concentrically arranged annular fuel injection units for injecting fuel gas and air into the combustion chamber;
with
Each annular fuel injection unit is
an annular fuel injection member having a plurality of fuel injection holes arranged side by side in the circumferential direction and opening to the outer peripheral surface and/or the inner peripheral surface;
An annular air guide having a plurality of air guide grooves disposed upstream of the fuel injection holes in the air flow direction and guiding air to the fuel gas injected from the fuel injection holes of the annular fuel injection member. a member;
has
A plurality of radial isolation walls protruding downstream in the air flow direction from the annular air guide member to isolate the gas passages of the at least one annular fuel injection unit at equal intervals in the circumferential direction. and at least one of circumferentially extending radial separation walls projecting downstream from the annular air guide member to radially separate at least two adjacent annular fuel injection units. comprising
Combustion device.
請求項1または2に記載の燃焼装置において、少なくとも最外周に配置された前記環状燃料噴射ユニットに、複数の前記周方向隔離壁が設けられている燃焼装置。 3. The combustion apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said circumferential isolation walls are provided at least in said annular fuel injection unit disposed on the outermost periphery. 請求項1から3のいずれか一項に記載の燃焼装置において、
前記周方向隔離壁が設けられる場合、当該周方向隔離壁は、少なくとも前記燃料噴射孔よりも空気の流れ方向における下流側に設けられており、
前記径方向隔離壁が設けられる場合、当該径方向隔離壁は、少なくとも前記燃料噴射孔よりも前記下流側に設けられている燃焼装置。
The combustion device according to any one of claims 1 to 3,
When the circumferential separation wall is provided, the circumferential separation wall is provided downstream of at least the fuel injection hole in the air flow direction,
In the combustion device, when the radial separation wall is provided, the radial separation wall is provided at least downstream of the fuel injection hole.
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