JP7614980B2 - 燃焼器パネル、及びガスタービン用燃焼器 - Google Patents

Description

本開示は、燃焼器パネル、及びガスタービン用燃焼器に関する。

特許文献１には、燃焼ガスと圧縮空気とを混合して燃焼させる燃焼器ライナを備えたガスタービン用燃焼器が開示されている。燃焼器ライナは、外壁部と内壁部とを有する二重構造の燃焼器パネルによって構成されている。内壁部における外壁部とは反対側の内面は、燃焼ガスに晒され高温となる。このため、外壁部と内壁部との間には冷却空気が流通する流路が形成されている。内壁部と外壁部との間には、放熱ピンが設けられている。放熱ピンは、内壁部の外面から外壁部へ向かって突出している。放熱ピンは、高温に曝される内壁部の内面の熱を流路内に伝達するとともに、流路における熱放出面積を増加させて、流路内を流通する冷却空気による冷却効果を高める。

特開２０１３－１０４３０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガスタービン用燃焼器では、冷却空気を外壁部から内壁部に向けて流路内に冷却空気を導入すると、冷却空気が内壁部から反力を受けることで、該冷却空気が内壁部から離間する２次流れが形成されてしまう。このため、冷却空気は内壁部に沿うように流通することができず、期待通りの冷却効果が得られない場合があった。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、冷却空気による冷却効果を向上させることができる燃焼器パネル、及びガスタービン用燃焼器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る燃焼器パネルは、第１パネルと、該第１パネルと対向配置されて、該第１パネルとの間に冷却空気が流通する流路を区画形成するとともに、前記流路と反対側の面が燃焼ガスに接するガスパス面とされた第２パネルと、前記流路内で前記第１パネルと前記第２パネルとにわたるように、かつ、互いに間隔をあけて複数が設けられているとともに、前記冷却空気の流通方向の上流側を前端縁とし、前記流通方向の下流側を後端縁とした流線形状をなすフィンと、を備え、前記フィンは、前記流通方向及び前記第１パネルと前記第２パネルとの対向方向に交差する幅方向の寸法が、前記第２パネル側から前記第１パネル側に向かうにしたがって大きくなる。

本開示に係るガスタービン用燃焼器は、上記燃焼器パネルから構成された燃焼器ライナを有する。

本開示の燃焼器パネル、及びガスタービン用燃焼器によれば、冷却空気による冷却効果を向上させることができる。

本開示の第一実施形態に係る航空機用ガスタービンの概略構成を示す、軸線に沿った断面図である。 本開示の第一実施形態に係る燃焼器ライナの概略構成を示す、軸線に沿った断面図である。 本開示の第一実施形態に係る燃焼器パネルの概略構成を示す、長さ方向に沿った断面図である。 本開示の第一実施形態に係る第２パネルの概略構成を示す、高さ方向から見た平面図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。 図３におけるＶＩＩ部の拡大図である。 本開示の第二実施形態に係る燃焼器パネルの概略構成を示す、長さ方向に沿った断面図である。 本開示の第二実施形態に係る燃焼器パネルの概略構成を示す、流通方向から見た断面図である。

＜第一実施形態＞
以下、本開示の第一実施形態に係るガスタービン１について図１から図７を参照して詳細に説明する。

（ガスタービン）
本実施形態のガスタービン１は、航空機用エンジンとして用いられる。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機４と、燃焼器（ガスタービン用燃焼器）１９と、タービン１１と、を備えている。

（圧縮機）
圧縮機４は、吸気ダクト５から取り込まれた空気を圧縮することで圧縮空気Ａ１を生成する。圧縮機４は、圧縮機ケーシング６と、圧縮機ロータ軸７と、圧縮機動翼段８と、圧縮機静翼段９と、を備えている。圧縮機ケーシング６は、圧縮機ロータ軸７を外周側から覆っており、軸線Ｏの延びる方向（以下、軸線Ｏ方向と称する）に延びている。

圧縮機動翼段８は、圧縮機ロータ軸７に複数設けられている。これら圧縮機動翼段８は、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列されている。複数の圧縮機動翼段８は、それぞれ複数の圧縮機動翼８ａを備えている。圧縮機動翼８ａは、軸線Ｏを中心とする仮想円の半径に沿う方向（以下、径方向と称する）に延びている。各圧縮機動翼段８の圧縮機動翼８ａは、圧縮機ロータ軸７の外周面上で軸線Ｏを中心とした方向（以下、周方向と称する）に配列されている。

圧縮機静翼段９は、圧縮機ケーシング６に複数設けられている。これら圧縮機静翼段９は、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列されている。圧縮機静翼段９は、軸線Ｏ方向で上記圧縮機動翼段８と交互に配置されている。複数の圧縮機静翼段９は、それぞれ複数の圧縮機静翼９ａを備えている。各圧縮機静翼段９の圧縮機静翼９ａは、圧縮機ケーシング６の内周面上で周方向に配列されている。

（燃焼器）
燃焼器１９は、圧縮機ケーシング６とタービン１１のタービンケーシング１３との間に設けられた燃焼室１０内に配置されている。燃焼器１９は、圧縮機４で生成された圧縮空気Ａ１に燃料Ｆを混合して燃焼させることで、燃焼ガスＧを生成する。この燃焼器１９によって生成された燃焼ガスＧは、タービン１１に供給される。燃焼室１０及び燃焼器１９の詳細な構成については後述する。

（タービン）
タービン１１は、燃焼室１０で生成された高温高圧の燃焼ガスＧによって駆動する。より具体的には、タービン１１は、高温高圧の燃焼ガスＧを膨張させて、燃焼ガスＧの熱エネルギーを、回転エネルギーに変換する。このタービン１１は、タービンケーシング１３と、タービンロータ軸１２と、タービン動翼段１４と、タービン静翼段１５と、を備えている。

タービンケーシング１３は、タービンロータ軸１２を径方向外側から覆っている。タービンケーシング１３と、上述した圧縮機ケーシング６と、燃焼室１０とは、軸線Ｏに沿って一体に接続されている。これら圧縮機ケーシング６と燃焼室１０とタービンケーシング１３とによってガスタービンケーシング２が構成されている。

タービンロータ軸１２は、軸線Ｏ方向に延びている。このタービンロータ軸１２と、上述した圧縮機ロータ軸７とは、軸線Ｏ方向に並んで相対移動不能にされている。これらタービンロータ軸１２と圧縮機ロータ軸７とによって、ガスタービンロータ軸３が構成されている。このガスタービンロータ軸３は、ガスタービンケーシング２の内部で軸線Ｏ回りに一体に回転可能とされている。

タービン動翼段１４は、タービンロータ軸１２の外周面に、軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数設けられている。これら複数のタービン動翼段１４は、それぞれ複数のタービン動翼１４ａを有している。一つのタービン動翼段１４が備える複数のタービン動翼１４ａは、周方向に等ピッチで並んで配置されている。

タービン静翼段１５は、タービンケーシング１３の内周面に、軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数設けられている。これら複数のタービン静翼段１５は、軸線Ｏ方向で上記タービン動翼段１４と交互に配置されている。これらタービン静翼段１５は、それぞれ複数のタービン静翼１５ａを備えている。各タービン静翼段１５に設けられたタービン静翼１５ａは、タービンケーシング１３の内周面上で周方向に等ピッチで並んで配列されている。

上述した構成のガスタービン１を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によって圧縮機ロータ軸７を回転駆動する。圧縮機ロータ軸７の回転に伴って外部の空気が順次圧縮され、圧縮空気Ａ１が生成される。この圧縮空気Ａ１は、圧縮機ケーシング６を通じて燃焼室１０内に供給される。燃焼室１０内では、燃焼器１９によってこの圧縮空気Ａ１に燃料Ｆが混合されたのち燃焼され、高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。燃焼ガスＧは、タービンケーシング１３を通じてタービン１１内に供給される。

タービン１１内では、タービン動翼段１４、及びタービン静翼段１５に燃焼ガスＧが順次衝突することで、タービンロータ軸１２に対して回転駆動力が与えられる。この回転エネルギーは、主に、圧縮機４の駆動に利用される。タービン１１を駆動した燃焼ガスＧは、排気ノズル１６により流速が増加されて推力を生む噴流となり、噴射口１７から外部に排出される。

（燃焼室の詳細な構成）
燃焼室１０は、タービンロータ軸１２のうちタービン動翼段１４及びタービン静翼段１５よりも軸線Ｏ方向で圧縮機４側を径方向外側から覆っている。燃焼室１０は、タービンロータ軸１２周りに環状空間を形成する。

（燃焼器の詳細な構成）
燃焼器１９は、燃焼器ライナ２０と、燃料供給ノズル２１と、を有している。

（燃焼器ライナ）
燃焼器ライナ２０は、タービンロータ軸１２周りに沿って環状（アニュラー形状）に形成された、いわゆるアニュラー型ライナである。

軸線Ｏ方向で圧縮機４側の燃焼器ライナ２０の端部には、燃料供給ノズル２１が接続されている。燃料供給ノズル２１は、環状となった燃焼器ライナ２０に対し、所定の間隔を空けて周方向に複数接続されている。燃焼器ライナ２０内の燃焼領域Ｓ１には、燃料供給ノズル２１を通じて外部から燃料Ｆが供給される。
図２に示すように、各燃料供給ノズル２１の周りには、スワラ２２が設けられている。スワラ２２は、圧縮機４から供給された圧縮空気Ａ１を、燃料供給ノズル２１近傍から燃焼領域Ｓ１に導き入れるとともに旋回流を与えて、燃料Ｆと圧縮空気Ａ１とが混合した燃焼ガスＧを生成する（図１参照）。

燃焼器ライナ２０は、内壁部２３と外壁部２４とを備えている。内壁部２３は、タービンロータ軸１２を径方向外側から覆う環状に形成されている。外壁部２４は、内壁部２３をさらに径方向外側から覆う環状に形成されている。内壁部２３及び外壁部２４によって径方向に挟まれた空間が燃焼器ライナ２０の燃焼領域Ｓ１となる。内壁部２３及び外壁部２４は、複数の燃焼器パネル３０から構成されている。

（燃焼器パネル）
各燃焼器パネル３０は、全て同様の構成を備えている。ただし、外壁部２４の燃焼器パネル３０は、軸線Ｏ方向（図１参照）に延びる長方形板状に形成されているのに対し、内壁部２３の燃焼器パネル３０は、軸線Ｏ方向及びガスタービンロータ軸３の外周面に沿って延びるように形成されている。本実施形態では、内壁部２３の燃焼器パネル３０は、外壁部２４の燃焼器パネル３０を軸線Ｏ方向の中間部で径方向外側に折り曲げた形状に形成されている。複数の燃焼器パネル３０の短手方向の両端縁を接続して環状にすることにより、内壁部２３及び外壁部２４が形成されている。
以下では、外壁部２４を構成する一の燃焼器パネル３０について説明し、他の外壁部２４の燃焼器パネル３０及び内壁部２３の燃焼器パネル３０については説明を省略する。

以下、燃焼器パネル３０の長手方向を長さ方向Ｄ１と称し、燃焼器パネル３０の短手方向を幅方向Ｄ２（図４参照）と称し、長さ方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２と直交する方向を高さ方向Ｄ３と称する。長さ方向Ｄ１は、軸線Ｏ方向に沿っている。幅方向Ｄ２は、周方向に沿っている。高さ方向Ｄ３は、径方向に沿っている。

図３、図４に示すように、燃焼器パネル３０は、第１パネル３１と、第２パネル３２と、フィン４０と、を備える。燃焼器パネル３０は、高さ方向Ｄ３に対向配置された第１パネル３１と第２パネル３２とによって形成される二重壁冷却構造を有する。すなわち、第１パネル３１と第２パネル３２との対向方向は、幅方向Ｄ２と直交している。

（第１パネル）
第１パネル３１は、軸線Ｏ方向に延びる長方形板状に形成されている。第１パネル３１は、第２パネル３２を挟んで燃焼領域Ｓ１とは反対側に配置されている。
第１パネル３１における長さ方向Ｄ１の一方側の端部には、インピンジ冷却孔３３が形成されている。本実施形態では、第１パネル３１における長さ方向Ｄ１の一方側の端部とは、第１パネル３１における軸線Ｏ方向で圧縮機４側（図１参照）の端部である。インピンジ冷却孔３３は、第１パネル３１を高さ方向Ｄ３に貫通している。インピンジ冷却孔３３の断面形状は、真円形状である。

圧縮機４から燃焼室１０に送られる圧縮空気Ａ１の一部が、インピンジ冷却孔３３を通じて燃焼器パネル３０の内部に供給される。燃焼器パネル３０に供給された圧縮空気Ａ１は、燃焼器パネル３０を冷却する冷却空気Ａ２となる。

（第２パネル）
第２パネル３２は、第１パネル３１と同形状かつ同寸法に形成されている。第２パネル３２は、軸線Ｏ方向に延びている。第２パネル３２は、第１パネル３１よりも燃焼領域Ｓ１側に配置されている。第２パネル３２は、第１パネル３１との間に冷却空気Ａ２が流通する流路Ｓ２を区画形成している。第２パネル３２のうち流路Ｓ２と反対側の面は、燃焼ガスＧに接するガスパス面３５とされている。

第２パネル３２における長さ方向Ｄ１の他方側の端部には、エフュージョン冷却孔３６が形成されている。本実施形態では、第２パネル３２における長さ方向Ｄ１の他方側の端部とは、第２パネル３２における軸線Ｏ方向でタービン１１側（図１参照）の端部である。エフュージョン冷却孔３６は、インピンジ冷却孔３３と幅方向Ｄ２で重なる位置に設けられている。エフュージョン冷却孔３６は、第２パネル３２を貫通している。エフュージョン冷却孔３６は、高さ方向Ｄ３で燃焼領域Ｓ１側に向かうにしたがって長さ方向Ｄ１でインピンジ冷却孔３３側に直線状に延びている。このように、エフュージョン冷却孔３６は、長さ方向Ｄ１に対して傾斜している。エフュージョン冷却孔３６の断面形状は、長軸方向が長さ方向Ｄ１と一致する楕円形状である。

冷却空気Ａ２は、流路Ｓ２内を長さ方向Ｄ１に沿って流通し、エフュージョン冷却孔３６を通じて流路Ｓ２から燃焼領域Ｓ１に排出される。

以下、冷却空気Ａ２が流れる方向のうち、第２パネル３２のガスパス面３５とは反対側の表面に沿って、かつ、高さ方向Ｄ３から見てインピンジ冷却孔３３の中心点とエフュージョン冷却孔３６の中心点とを結ぶ直線に沿う方向を流通方向と称する。本実施形態の流通方向は、長さ方向Ｄ１と一致している。また、流通方向のうち、冷却空気Ａ２の流れてくる側を単に上流側と称し、その反対側を下流側と称する。

（フィン）
図３、図４に示すように、フィン４０は、流路Ｓ２内で第１パネル３１と第２パネル３２とにわたるように設けられている。フィン４０は、長さ方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２に互いに間隔をあけて複数設けられている。フィン４０は、流線形状をなすように形成されている。フィン４０は、フィン本体４３と、突起部４４と、を有している。

フィン本体４３は、高さ方向Ｄ３から見て、長軸方向が長さ方向Ｄ１と一致する楕円形状に形成されている。フィン本体４３の長さ方向Ｄ１の両端縁は、幅方向Ｄ２から見て、高さ方向Ｄ３に直線状に延びている。

突起部４４は、フィン本体４３の長さ方向Ｄ１の両端部に設けられている。ただし、長さ方向Ｄ１に並ぶ複数のフィン４０のうち最も上流側に位置するフィン４０では、突起部４４は、フィン本体４３の下流側の端部にのみ突起部４４が設けられている。突起部４４は、高さ方向Ｄ３から見て、フィン本体４３から長さ方向Ｄ１に離間するにしたがって幅方向Ｄ２の寸法が漸次小さくなるテーパ形状に形成されている。高さ方向Ｄ３から見て、突起部４４の外縁は、フィン本体４３の外縁と滑らかに接続している。突起部４４の軸線Ｏ方向でフィン本体４３とは反対側の端部は、丸みを帯びた形状に形成されている。

すなわち、フィン４０は、高さ方向Ｄ３から見て、上流側から流通方向の中央部に向かうにしたがって幅方向Ｄ２の寸法が漸次大きくなり、流通方向の中央部から下流側に向かうにしたがって幅方向Ｄ２の寸法が漸次小さくなる流線形状に形成されている。

１つのフィン４０において、上流側の突起部４４を前突起部４４ａと称し、下流側の突起部４４を後突起部４４ｂと称する。前突起部４４ａの上流側の端縁がフィン４０の前端縁４０ａとなり、後突起部４４ｂの下流側の端縁がフィン４０の後端縁４０ｂとなる。

前端縁４０ａは、幅方向Ｄ２から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって上流側に延びるように直線状に傾斜している。ただし、最も上流側に位置するフィン４０は、前突起部４４ａを有していないため、フィン本体４３の上流側の端縁がフィン４０の前端縁４０ａとなる。この場合、前端縁４０ａは、第２パネル３２の表面に対して垂直に延びている。

後端縁４０ｂは、幅方向Ｄ２から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって下流側に延びるように直線状に傾斜している。
このように、フィン４０の流通方向の寸法Ｌは、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２側から第１パネル３１側に向かうにしたがって大きくなっている。

また、図５、図６に示すように、フィン４０の幅方向Ｄ２の寸法は、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２側から第１パネル３１側に向かうにしたがって大きくなる。

また、図３、図４に示すように、フィン４０は、第１フィン４１と、第２フィン４２と、を含む。第１フィン４１は、同一の流通方向位置で幅方向Ｄ２に間隔をあけて配列されることで第１フィン群４１Ａを構成するフィン４０である。第２フィン４２は、第１フィン群４１Ａとは異なる流通方向位置で幅方向Ｄ２に間隔をあけて配列されることで第２フィン群４２Ａを構成するフィン４０である。

第１フィン群４１Ａと第２フィン群４２Ａとは、流通方向に交互に設けられている。流通方向に隣り合う第１フィン群４１Ａと第２フィン群４２Ａとは、第１フィン４１と第２フィン４２とが互いに幅方向Ｄ２にずれるように、かつ、幅方向Ｄ２から見て重なるように設けられている。

上述したフィン４０によって、冷却空気Ａ２の流路Ｓ２は、高さ方向Ｄ３から見て網目状に区画形成される。具体的に、流路Ｓ２は、以下のように区画形成されている。

（小流路）
図３、図４、図７に示すように、第１フィン４１と第２フィン４２とが幅方向Ｄ２から見て重なるように配置されることで小流路Ｓ３が区画形成されている。小流路Ｓ３は、第１フィン４１と第２フィン４２との幅方向Ｄ２の重なり部分のうち、流通方向の両端縁４０ａ，４０ｂを除く部分によって区画形成された流路Ｓ２である。小流路Ｓ３は、流通方向から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって幅方向Ｄ２の寸法が漸次小さくなる台形状に形成されている。

（大流路）
幅方向Ｄ２に隣り合う第１フィン４１同士の間、及び、幅方向Ｄ２に隣り合う第２フィン４２同士の間にそれぞれ大流路Ｓ４が区画形成されている。大流路Ｓ４は、第１フィン４１同士の幅方向Ｄ２の重なり部分のうち、第１フィン４１と第２フィン４２との幅方向Ｄ２の重なり部分を除く部分によって区画形成された流路Ｓ２である。大流路Ｓ４は、フィン４０の流通方向の中央部と幅方向Ｄ２で重なる位置に形成されている。最も上流側及び最も下流側の大流路Ｓ４は、幅方向Ｄ２で重なるフィン４０に対して、他の大流路Ｓ４と同様の領域となるように形成されている。本実施形態では、最も上流側及び最も下流側の大流路Ｓ４は、長さ方向Ｄ１の寸法が他の大流路Ｓ４と等しくなるように形成されている。

大流路Ｓ４は、幅方向Ｄ２で隣り合う２本の小流路Ｓ３の長さ方向Ｄ１の端部同士を接続している。大流路Ｓ４は、流通方向から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって幅方向Ｄ２の寸法が漸次小さくなる台形状に形成されている。
小流路Ｓ３と大流路Ｓ４とは、流通方向に交互に設けられるように区画形成されている。すなわち、流路Ｓ２は、流通方向に蛇行するように区画形成されている。

（フィン及び流路の寸法）
図５、図６を参照して、上述したフィン４０及び流路Ｓ２の寸法について説明する。第１フィン４１と第２フィン４２とは、同形状かつ同寸法に形成されている。このため、第１フィン４１と第２フィン４２の寸法をまとめてフィン４０の寸法として説明する。
フィン４０の流通方向の中央部では、第２パネル３２側の幅方向Ｄ２の寸法Ｗ１は、流路Ｓ２の高さ方向Ｄ３の寸法Ｈの０倍より大きく２．０倍以下である。寸法Ｈは、例えば１．００ｍｍである。

大流路Ｓ４の流通方向の中央部では、第２パネル３２側の幅方向Ｄ２の寸法Ｗ２は、寸法Ｈの０倍より大きく２倍以下であり、第１パネル３１側の幅方向Ｄ２の寸法Ｗ３は、寸法Ｈの０倍より大きく２倍以下である。寸法Ｗ２は、寸法Ｗ３よりも大きい。寸法Ｗ２は、例えば０．８０ｍｍである。寸法Ｗ３は、例えば０．５６ｍｍである。

また、小流路Ｓ３の流路断面積は、流通方向の各位置で一定である。大流路Ｓ４の流路断面積は、流通方向の各位置で一定である。ここで、流路断面積が一定とは、各流路（各小流路Ｓ３、各大流路Ｓ４）において、流路断面積が流通方向の流路断面積の平均値の±３０％以内に収まることを意味する。
また、大流路Ｓ４の流路断面積は、小流路Ｓ３の流路断面積の１．０倍以上３．０倍以下である。大流路Ｓ４の流路断面積は、例えば小流路Ｓ３の流路断面積の２倍である。

フィン４０の外周面のうち、第１パネル３１及び第２パネル３２との接続部分には、接続リブ（不図示）が設けられている。接続リブは、第１パネル３１または第２パネル３２の表面に、フィン本体４３及び突起部４４の表面を滑らかに接続させている。接続リブの外面は、断面視で内側に張り出す円弧形状に形成されている。

（作用効果）
続いて、図１から図４を参照して燃焼器パネル３０の二重壁冷却構造による冷却作用について説明する。
第１パネル３１の径方向外側を流通する圧縮空気Ａ１は、燃焼器１９の内外の差圧によってインピンジ冷却孔３３を通じて燃焼器パネル３０の内部に供給され、冷却空気Ａ２となる。冷却空気Ａ２は、流路Ｓ２内に供給されると第２パネル３２に衝突し、燃焼領域Ｓ１側に配置されている第２パネル３２を冷却する。このように、いわゆるインピンジ冷却が行われる。

第２パネル３２に衝突した冷却空気Ａ２は、立設するフィン４０の間を長さ方向Ｄ１に沿って流通する。以下、冷却空気Ａ２の長さ方向Ｄ１に沿う流れを１次流れと称する。
大流路Ｓ４を流通した冷却空気Ａ２は、幅方向Ｄ２に隣り合う２本の小流路Ｓ３に分岐する。幅方向Ｄ２に隣り合う２本の小流路Ｓ３を流通した冷却空気Ａ２は、下流側の大流路Ｓ４で合流する。冷却空気Ａ２は、大流路Ｓ４から小流路Ｓ３、小流路Ｓ３から大流路Ｓ４と流通することにより、燃焼器パネル３０内を蛇行して流通する。これにより、流路Ｓ２が長くなり、少ない冷却空気Ａ２で冷却を行うことができるようになる。すなわち、冷却空気Ａ２による冷却効率が向上される。

また、フィン４０は、高温に曝される内面側からの熱を流路Ｓ２内に伝達するとともに、流路Ｓ２における第２パネル３２の熱放出面積を増加させて、流路Ｓ２を流通する冷却空気Ａ２による冷却効率を向上させる。

フィン４０の間を流通した冷却空気Ａ２の一部は、流路Ｓ２と燃焼領域Ｓ１との圧力差によって、エフュージョン冷却孔３６に導入される。エフュージョン冷却孔３６に導入された冷却空気Ａ２は、傾斜した長い経路を流通する過程で第２パネル３２の熱を奪って、燃焼領域Ｓ１側に流出される。

そして、燃焼領域Ｓ１側に流出した冷却空気Ａ２は、第２パネル３２のガスパス面３５に沿って流れて空気膜を形成する。この空気膜は、燃焼領域Ｓ１から第２パネル３２に伝わる入熱を低減させるよう機能する。このように、いわゆるフィルム冷却が行われる。

このように、本実施形態では、インピンジ冷却や、流路Ｓ２の蛇行による冷却効率の向上、フィン４０による熱伝達促進、エフュージョン冷却孔３６の傾斜による冷却効率の向上、フィルム冷却等を組み合わせた複合冷却が行われる。

ところで、流路Ｓ２内に供給された冷却空気Ａ２が第２パネル３２に衝突すると、１次流れの他に、冷却空気Ａ２が第２パネル３２から離間する２次流れが発生する場合がある。２次流れが増加するほど、高温に曝される第２パネル３２を直接的に冷却できなくなり、冷却効果が低下する。

本実施形態によれば、フィン４０の幅方向Ｄ２の寸法は、第２パネル３２側から第１パネル３１側に向かうにしたがって大きくなっている。これにより、流路Ｓ２は、流通方向から見て、第１パネル３１と第２パネル３２との対向方向で第２パネル３２側に向かう程広くなる。このため、第１パネル３１と第２パネル３２の対向方向で第２パネル３２側に向かう冷却空気Ａ２の２次流れが抑制される。よって、冷却空気Ａ２は第２パネル３２に沿って流通し易くなり、第１パネル３１側よりも第２パネル３２側の流速を向上させることができる。したがって、第２パネル３２を冷却空気Ａ２により直接的に冷却できる。このため、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上させることができる。

また、フィン４０は流線形状に形成されている。これにより、冷却空気Ａ２がフィン４０の表面から剥離することを抑制できる。冷却空気Ａ２は、フィン４０の表面に沿って流通する。このため、フィン４０から冷却空気Ａ２に燃焼熱を効率良く伝達できる。また、冷却空気Ａ２がフィン４０の表面から剥離することを抑制できる。これにより、冷却空気Ａ２の圧損を低減し、フィン４０と冷却空気Ａ２との熱交換量を増加できる。したがって、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上させることができる。

本実施形態では、フィン４０の流通方向の寸法Ｌは、第２パネル３２側から第１パネル３１側に向かうにしたがって大きくなっている。このため、第２パネル３２側の流路Ｓ２は、第１パネル３１側の流路Ｓ２よりも広くなる。これにより、第１パネル３１側の流路Ｓ２よりも第２パネル３２側の流路Ｓ２に多くの冷却空気Ａ２を流通させることができる。したがって、第２パネル３２と冷却空気Ａ２との熱交換量を増加できる。よって、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上させることができる。

本実施形態では、第１フィン群４１Ａと第２フィン群４２Ａとは、流通方向に交互に設けられている。流通方向に隣り合う第１フィン群４１Ａと第２フィン群４２Ａとは、第１フィン４１と第２フィン４２とが互いに幅方向Ｄ２にずれるように、かつ、幅方向Ｄ２から見て重なるように設けられている。これにより、流路Ｓ２内にフィン４０を密に配置することができる。このため、フィン４０の熱放出面積を増加することができる。したがって、フィン４０による第２パネル３２の冷却効果を増強することができる。よって、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上させることができる。

本実施形態では、小流路Ｓ３の流路断面積が一定である。これにより、冷却空気Ａ２が小流路Ｓ３内で加速または減速することを抑制できるので、小流路Ｓ３内における冷却空気Ａ２の流速を一定に制御することができる。よって、小流路Ｓ３内で冷却空気Ａ２の流量に偏りが生じることを抑制できる。このため、流路Ｓ２内で冷却空気Ａ２による冷却効果に偏りが生じることを抑制できる。

本実施形態では、第１フィン４１同士の間、及び第２フィン４２同士の間でそれぞれの大流路Ｓ４の流路断面積が一定である。これにより、冷却空気Ａ２が大流路Ｓ４内で加速または減速することを抑制できるので、大流路Ｓ４内における冷却空気Ａ２の流速を一定に制御することができる。よって、大流路Ｓ４内で冷却空気Ａ２の流量に偏りが生じることを抑制できる。このため、流路Ｓ２内で冷却空気Ａ２による冷却効果に偏りが生じることを抑制できる。

本実施形態では、大流路Ｓ４の流路断面積は、小流路Ｓ３の流路断面積の１．０倍以上３．０倍以下である。これにより、冷却空気Ａ２が大流路Ｓ４と小流路Ｓ３との間を流通する過程で加速または減速することを抑制し、流速を一定に制御することができる。このため、流路Ｓ２内で冷却空気Ａ２による冷却効果に偏りが生じることを抑制できる。

＜第二実施形態＞
以下、本開示の第二実施形態に係る燃焼器パネル１３０、及び燃焼器１１９について、図８及び図９を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。第二実施形態では、フィン１４０の形状及び寸法が第一実施形態と異なる。

（フィン）
図９は、第一実施形態の図５または図６に対応する図である。
図８、図９に示すように、フィン１４０の前端縁１４０ａは、幅方向Ｄ２から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって下流側に延びるように直線状に傾斜している。ただし、最も上流側に位置するフィン１４０の前端縁１４０ａは、第２パネル３２の表面に対して垂直に延びている。

フィン１４０の後端縁１４０ｂは、幅方向Ｄ２から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって上流側に延びるように直線状に傾斜している。
すなわち、フィン１４０の流通方向の寸法Ｌは、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２側から第１パネル３１側に向かうにしたがって小さくなっている。

第１フィン群１４１Ａを構成する第１フィン１４１同士の幅方向Ｄ２の間隔は、第１実施形態の第１フィン４１同士の幅方向Ｄ２の間隔よりも狭い。
第２フィン群１４２Ａを構成する第２フィン１４２同士の幅方向Ｄ２の間隔は、第１実施形態の第２フィン４２同士の幅方向Ｄ２の間隔よりも狭い。

（大流路）
大流路Ｓ４の流通方向の中央部は、流通方向から見て、高さ方向Ｄ３で第２パネル３２から第１パネル３１に向かうにしたがって幅方向Ｄ２の寸法が漸次小さくなる三角形状に形成されている。

（フィン及び流路の寸法）
フィン１４０の流通方向の中央部では、第２パネル３２側の幅方向Ｄ２の寸法Ｗ１は、流路Ｓ２の高さ方向Ｄ３の寸法Ｈの０倍より大きく１．０倍以下である。寸法Ｈは、例えば１．００ｍｍである。

大流路Ｓ４の流通方向の中央部では、第２パネル３２側の幅方向Ｄ２の寸法Ｗ２は、フィン１４０の流通方向の中央部における第２パネル３２側の幅方向Ｄ２の寸法Ｗ１の１．０倍以上３．０倍以下である。

（作用効果）
本実施形態では、フィン１４０は、流通方向の寸法Ｌが、第２パネル３２側から第１パネル３１側に向かうにしたがって小さくなっている。これにより、第１パネル３１側よりも第２パネル３２側において、フィン１４０の熱放出面積を増加することができる。したがって、フィン１４０による第２パネル３２の冷却効果を増強することができる。よって、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上できる。

本実施形態では、寸法Ｗ１は、流路Ｓ２の高さ方向Ｄ３の寸法Ｈの０倍より大きく１．０倍以下である。これにより、フィン１４０を密に形成することができる。このため、フィン１４０の熱放出面積が大きくなり、熱交換量が増加する。したがって、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上できる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、燃焼器ライナ２０は、アニュラー型ライナであるとしたが、これに限るものではなく、燃焼器ライナ２０は、円筒状に形成された、いわゆるカン（缶）型ライナであってもよい。

なお、上記実施形態では、流通方向は、長さ方向Ｄ１と一致しているとしたが、これに限るものではなく、流通方向は、長さ方向Ｄ１と交差していてもよい。

なお、上記実施形態では、フィン４０，１４０の前端縁４０ａ，１４０ａ及び後端縁４０ｂ，１４０ｂは、幅方向Ｄ２から見て、直線状に傾斜しているとしたが、これに限るものではなく、フィン４０，１４０の前端縁４０ａ，１４０ａ及び後端縁４０ｂ，１４０ｂは、幅方向Ｄ２から見て、内側または外側に張り出す円弧状に形成されていてもよい。

なお、上記実施形態では、第２フィン４２，１４２は、第１フィン４１，１４１と同形状かつ同寸法に形成されているとしたが、これに限るものではなく、第２フィン４２，１４２は、第１フィン４１，１４１と異なる形状に形成されていてもよい。第２フィン４２，１４２は、第１フィン４１，１４１よりも小さく形成されてもよい。第２フィン４２，１４２は、第１フィン４１，１４１よりも大きく形成されていてもよい。

＜付記＞
各実施形態に記載の燃焼器パネル３０，１３０、及び燃焼器１９，１１９は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る燃焼器パネル３０，１３０は、第１パネル３１と、該第１パネル３１と対向配置されて、該第１パネル３１との間に冷却空気Ａ２が流通する流路Ｓ２を区画形成するとともに、前記流路Ｓ２と反対側の面が燃焼ガスＧに接するガスパス面３５とされた第２パネル３２と、前記流路Ｓ２内で前記第１パネル３１と前記第２パネル３２とにわたるように、かつ、互いに間隔をあけて複数が設けられているとともに、前記冷却空気Ａ２の流通方向の上流側を前端縁４０ａ，１４０ａとし、前記流通方向の下流側を後端縁４０ｂ，１４０ｂとした流線形状をなすフィン４０，１４０と、を備え、前記フィン４０，１４０は、前記流通方向及び前記第１パネル３１と前記第２パネル３２との対向方向に交差する幅方向Ｄ２の寸法が、前記第２パネル３２側から前記第１パネル３１側に向かうにしたがって大きくなる。

これにより、流路Ｓ２は、流通方向から見て、第１パネル３１と第２パネル３２との対向方向で第２パネル３２側に向かう程広くなる。このため、第１パネル３１と第２パネル３２の対向方向で第２パネル３２側に向かう冷却空気Ａ２の２次流れが抑制される。よって、冷却空気Ａ２は第２パネル３２に沿って流通し易くなる。したがって、第２パネル３２を冷却空気Ａ２により直接的に冷却できる。このため、冷却空気Ａ２による冷却効果を向上させることができる。

（２）第２の態様の燃焼器パネル３０は、（１）の燃焼器パネル３０であって、前記フィン４０は、前記流通方向の寸法が、前記第２パネル３２側から前記第１パネル３１側に向かうにしたがって大きくなってもよい。

これにより、第２パネル３２側の流路Ｓ２は、第１パネル３１側の流路Ｓ２よりも広くなる。このため、第１パネル３１側の流路Ｓ２よりも第２パネル３２側の流路Ｓ２に多くの冷却空気Ａ２を流通させることができる。したがって、第２パネル３２と冷却空気Ａ２との熱交換量を増加できる。

（３）第３の態様の燃焼器パネル１３０は、（１）の燃焼器パネル１３０であって、前記フィン１４０は、前記流通方向の寸法が、前記第２パネル３２側から前記第１パネル３１側に向かうにしたがって小さくなってもよい。

これにより、第１パネル３１側よりも第２パネル３２側において、フィン１４０の熱放出面積を増加することができる。したがって、フィン１４０による第２パネル３２の冷却効果を増強することができる。

（４）第４の態様の燃焼器パネル３０，１３０は、（１）から（３）のいずれかの燃焼器パネル３０，１３０であって、前記フィン４０，１４０は、同一の前記流通方向位置で前記幅方向Ｄ２に間隔をあけて配列されることで第１フィン群４１Ａ，１４１Ａを構成する第１フィン４１，１４１と、前記第１フィン群４１Ａ，１４１Ａとは異なる前記流通方向位置で前記幅方向Ｄ２に間隔をあけて配列されることで第２フィン群４２Ａ，１４２Ａを構成する第２フィン４２，１４２と、を含み、前記第１フィン群４１Ａ，１４１Ａと前記第２フィン群４２Ａ，１４２Ａとは、前記流通方向に交互に設けられており、前記流通方向に隣り合う前記第１フィン群４１Ａ，１４１Ａと前記第２フィン群４２Ａ，１４２Ａとは、前記第１フィン４１，１４１と前記第２フィン４２，１４２とが互いに前記幅方向Ｄ２にずれるように、かつ、前記幅方向Ｄ２から見て重なるように設けられていてもよい。

これにより、流路Ｓ２内にフィン４０，１４０を密に配置することができる。このため、フィン４０，１４０の熱放出面積を増加することができる。したがって、フィン４０，１４０による第２パネル３２の冷却効果を増強することができる。

（５）第５の態様の燃焼器パネル３０，１３０は、（４）の燃焼器パネル３０，１３０であって、前記第１フィン４１，１４１と前記第２フィン４２，１４２とが前記幅方向Ｄ２から見て重なるように配置されることで小流路Ｓ３が区画形成されており、前記小流路Ｓ３の流路断面積が一定であってもよい。

これにより、小流路Ｓ３内で冷却空気Ａ２の流量に偏りが生じることを抑制できる。このため、流路Ｓ２内で冷却空気Ａ２による冷却効果に偏りが生じることを抑制できる。

（６）第６の態様の燃焼器パネル３０，１３０は、（４）又は（５）の燃焼器パネル３０，１３０であって、前記幅方向Ｄ２に隣り合う前記第１フィン４１，１４１同士の間、及び、前記幅方向Ｄ２に隣り合う前記第２フィン４２，１４２同士の間にそれぞれ大流路Ｓ４が区画形成されており、それぞれの前記大流路Ｓ４の流路断面積が一定であってもよい。

これにより、大流路Ｓ４内で冷却空気Ａ２の流量に偏りが生じることを抑制できる。このため、流路Ｓ２内で冷却空気Ａ２による冷却効果に偏りが生じることを抑制できる。

（７）第７の態様の燃焼器１９，１１９は、（１）から（６）のいずれかの燃焼器パネル３０，１３０から構成された燃焼器ライナ２０，１２０を有する。

１…ガスタービン ２…ガスタービンケーシング ３…ガスタービンロータ軸 ４…圧縮機 ５…吸気ダクト ６…圧縮機ケーシング ７…圧縮機ロータ軸 ８…圧縮機動翼段 ８ａ…圧縮機動翼 ９…圧縮機静翼段 ９ａ…圧縮機静翼 １０…燃焼室 １１…タービン １２…タービンロータ軸 １３…タービンケーシング １４…タービン動翼段 １４ａ…タービン動翼 １５…タービン静翼段 １５ａ…タービン静翼 １６…排気ノズル １７…噴射口 １９，１１９…燃焼器（ガスタービン用燃焼器） ２０，１２０…燃焼器ライナ ２１…燃料供給ノズル ２２…スワラ ２３…内壁部 ２４…外壁部 ３０，１３０…燃焼器パネル ３１…第１パネル ３２…第２パネル ３３…インピンジ冷却孔 ３５…ガスパス面 ３６…エフュージョン冷却孔 ４０，１４０…フィン ４０ａ，１４０ａ…前端縁 ４０ｂ，１４０ｂ…後端縁 ４１，１４１…第１フィン ４１Ａ，１４１Ａ…第１フィン群 ４２，１４２…第２フィン ４２Ａ，１４２Ａ…第２フィン群 ４３…フィン本体 ４４…突起部 ４４ａ…前突起部 ４４ｂ…後突起部 Ａ１…圧縮空気 Ａ２…冷却空気 Ｄ１…長さ方向 Ｄ２…幅方向 Ｄ３…高さ方向 Ｆ…燃料 Ｇ…燃焼ガス Ｏ…軸線 Ｓ１…燃焼領域 Ｓ２…流路 Ｓ３…小流路 Ｓ４…大流路 Ｌ…（フィンの流通方向の）寸法 Ｗ１…（流路の流通方向の中央部における第２パネル側の幅方向の）寸法 Ｗ２…（大流路の流通方向の中央部における第２パネル側の幅方向の）寸法 Ｗ３…（大流路の流通方向の中央部における第１パネル側の幅方向の）寸法 Ｈ…（流路の高さ方向の）寸法

Claims (7)

1. 第１パネルと、
   該第１パネルと対向配置されて、該第１パネルとの間に冷却空気が流通する流路を区画形成するとともに、前記流路と反対側の面が燃焼ガスに接するガスパス面とされた第２パネルと、
   前記流路内で前記第１パネルと前記第２パネルとにわたるように、かつ、互いに間隔をあけて複数が設けられているとともに、前記冷却空気の流通方向の上流側を前端縁とし、前記流通方向の下流側を後端縁とした流線形状をなすフィンと、
   を備え、
   前記フィンは、前記流通方向及び前記第１パネルと前記第２パネルとの対向方向に交差する幅方向の寸法が、前記第２パネル側から前記第１パネル側に向かうにしたがって大きくなる燃焼器パネル。
2. 前記フィンは、前記流通方向の寸法が、前記第２パネル側から前記第１パネル側に向かうにしたがって大きくなる請求項１に記載の燃焼器パネル。
3. 前記フィンは、前記流通方向の寸法が、前記第２パネル側から前記第１パネル側に向かうにしたがって小さくなる請求項１に記載の燃焼器パネル。
4. 前記フィンは、
   同一の前記流通方向位置で前記幅方向に間隔をあけて配列されることで第１フィン群を構成する第１フィンと、
   前記第１フィン群とは異なる前記流通方向位置で前記幅方向に間隔をあけて配列されることで第２フィン群を構成する第２フィンと、
   を含み、
   前記第１フィン群と前記第２フィン群とは、前記流通方向に交互に設けられており、
   前記流通方向に隣り合う前記第１フィン群と前記第２フィン群とは、前記第１フィンと前記第２フィンとが互いに前記幅方向にずれるように、かつ、前記幅方向から見て重なるように設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器パネル。
5. 前記第１フィンと前記第２フィンとが前記幅方向から見て重なるように配置されることで小流路が区画形成されており、
   前記小流路の流路断面積が一定である請求項４に記載の燃焼器パネル。
6. 前記幅方向に隣り合う前記第１フィン同士の間、及び、前記幅方向に隣り合う前記第２フィン同士の間にそれぞれ大流路が区画形成されており、
   それぞれの前記大流路の流路断面積が一定である請求項４又は５に記載の燃焼器パネル。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器パネルから構成された燃焼器ライナを有するガスタービン用燃焼器。

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