JPH05113207A - 燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼中に保炎器を冷却し、焼損を防止する。 【構成】 燃料と空気の混合気を吹き出すノズルと、該
混合気を燃焼させる燃焼室と、前記吹き出された混合気
を衝突させ火炎を保持する保炎器２，４とを備えてなる
燃焼器において、前記保炎器２，４を中空部を備えた構
造とし、該中空部に冷却媒体16を供給する導管４Ｂ，２
１と、保炎器内部から受熱面（基部面）を冷却したあと
の前記冷却媒体を放出する放出口１５，１７を設ける。 【効果】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、保炎器を備えた燃焼器
に係り、特に保炎器の寿命の延長に配慮した燃焼器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】気体及び液体燃料を安定に燃焼するため
の技術、特に予混合火炎の安定化技術として代表的な技
術に、保炎器を用いる方法があり、ジェットエンジンの
アフタ−バ−ナ用として実用化されている（例えば米国
特許4,170,109号)。しかし、保炎器は火炎により過熱さ
れるため焼損し易い。また、最近では保炎器の上流側に
火炎が移動する、所謂逆火に至るまでの余裕が増加する
ことや、保炎器自体の冷却によって保炎器の焼損を防ぐ
方法も示されている。例えば、特開平１−１８９４２０
号公報には、ジェットエンジンのアフターバーナに、個
々の保炎器を列ねて環状に構成したものを燃焼室の外側
に沿って設け、断面Ｖ形の環状をなす保炎器をその内側
に設けた保炎器集成体が示されている。しかし、燃料と
空気の流れに対する考慮が十分ではないため、前述の二
つの環状保炎器だけでは、中心部の火炎を保炎すること
ができない。また、個々の保炎器を列ねて環状に構成し
たものが、燃焼室の外側に沿って設けられた保炎器で
は、保炎器の内部に排気ガスや空気を通し、保炎器２４
個それぞれに設けたルーバから吹き出した前記排気ガス
や空気で保炎器の後面（流れに対して下流側）を冷却す
る方法がある。しかし、排気ガスや空気を用いる方法
は、燃料と空気の混合気を保炎器の後面でわざわざ希薄
にするので燃焼火炎を形成するためには燃料を増す必要
があり、空気と燃料の混合が良好に行われない。そのた
め火炎が長くなり、発電用ガスタービン燃焼器に用いた
場合には燃焼室を大きくしなければならない。さらに、
ルーバから吹き出された冷却媒体は境膜冷却に使われる
ため、冷却媒体は強烈に吹き出されねばならず、その結
果火炎が吹き飛び、保炎器としての機能を十分発揮しな
い。

【０００３】ガスタ−ビン燃焼器では、燃焼用空気の温
度が３００℃〜４００℃と高く、保炎器が焼損し易いの
で、保炎器の冷却が特に望まれる。

【０００４】また、保炎器の周りを流れる燃料と空気の
混合した気流（以下、混合気体と称する)によりある程
度の保炎器の冷却はできるが、高負荷燃焼の時は十分に
保炎器を冷却することが難しい。従って、従来の技術で
は、保炎器を壊すことなく、火炎の長さをできるだけ短
く、さらに火炎を保持する機能を失わせずに、保炎器を
冷却することが出来ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来技術
では、火炎を安定化し、保炎器を破損させることなく、
保炎器を実用燃焼器に適用することは困難であり、適用
範囲も限られる。

【０００６】保炎器として最も構造が簡単であるものの
一つは、燃料と空気の混合気体の主流方向に対して平行
とならないよう、混合気体が衝突するように設置された
平板型であり、平板の後流には高温の燃焼ガスの循環流
が形成される。この高温燃焼ガスの循環流により保炎器
は加熱される。一方では、平板の抵抗物体に衝突する混
合気体により、保炎器は冷却される。

【０００７】拡散燃焼でも火炎を安定に保持することは
同じであるが、低ＮＯｘ燃焼に有効な予混合燃焼を実用
化する上での問題点のひとつは、希薄燃焼であるため火
炎が不安定になり、振動しやすいことである。火炎が振
動する原因のひとつは、火炎が保持される火炎基部の位
置が一定しないことにある。

【０００８】本発明の第一の目的は、焼損のおそれがな
く、壊れず、かつ安定に火炎を形成できる、信頼性の高
い保炎器を提供することにある。

【０００９】本発明の第二の目的は、低ＮＯxでかつ安
定な火炎が得られる拡散燃焼器や、ガスタ-ビン燃焼器
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記第一の目的は、拡散
火炎や、予混合火炎を安定に形成するための保炎器にお
いて、前記保炎器の特定の部分に火炎基部を付着させる
手段と、前記火炎の付着部の冷却を促進する手段を設け
ることで達成できる。具体的な、保炎器の特定の部分に
予混合火炎基部を付着させる手段としては、保炎器下流
側先端部に角部を設け、さらに混合気体が衝突する冷却
面を設けることが有効である。保炎器先端の角部を鋭角
とすることで安定に火炎を形成できる。火炎の付着部の
冷却を促進するには、保炎器内部に冷却媒体を流通させ
る中空部を設け、さらに該中空部に冷却媒体を流入させ
る流入口と、前記中空部内での冷却作用を終えた冷却媒
体を燃焼室内に放出させる放出口とを設ければよい。保
炎器の火炎の付着部以外の部分の外周部は、燃料と空気
の混合気体で冷却することが望ましい。火炎の付着部を
冷却する他の手段としては、冷却板を保炎器に設置する
のがよい。冷却板は保炎器の側面に対して、火炎の付着
部（基部面）に直接接触させて設置し、冷却板の幅を保
炎器の幅と同じか、或いはそれより小さくし、冷却板を
混合気体の流れ方向に対して平行に配置して混合気体の
流れで冷却する。

【００１１】冷却作用を終えた冷却媒体を燃焼室内に放
出させる放出口は、混合気体流が衝突する前記冷却面に
該冷却媒体が放出される位置に設けることも可能であ
り、前記基部面よりも上流側でかつ前記冷却面に衝突す
ることのない混合気体流中に、該混合気体流の主流方向
に対して垂直の方向に冷却媒体を放出する位置に設ける
ことも可能である。

【００１２】また、保炎器を効率良く冷却するために
は、混合気体の流れが衝突する冷却面の面積を、基部面
すなわち火炎または燃焼後の高温気体が接触する受熱面
の面積より大きくするのがよい。さらに、混合気体が衝
突する前記冷却面近傍に流れのよどみ点が発生すること
を防止する手段を設けるのがよい。具体的には、冷却面
を、混合気体の流れ方向に対し、30°〜45°に傾けた傾
斜面とするのがよい。

【００１３】保炎器の受熱面内に局所的な高温領域を発
生させないためには、先端部を除き角部や突起及びくぼ
みのない受熱面を形成するのがよい。

【００１４】保炎器の具体的な構成は、断面形状が三角
形であり、三角形の一つの角の角度が60°以上90°以下
であり、前記の角をはさむ二つの面に燃料と空気の混合
気体が衝突する保炎器とするのがよい。さらに、この、
前記の角をはさむ二つの面に冷却板を設置することで、
保炎器は効率良く冷却される。さらにまた、大型の燃焼
器に適用するためには、円環型の保炎器とするのが好ま
しい。

【００１５】なお、保炎器を中空構造とし、保炎器の内
部へ冷却媒体を導き入れ、前記冷却媒体を保炎器の受熱
面、及び先端部に衝突させる構造として、前記の角をは
さむ二つの面の根元から抜き出しするようにしてもよ
い。

【００１６】燃焼負荷を増大すると火炎温度が上昇し、
保炎器の温度も上昇するために燃焼負荷に応じた冷却媒
体を供給する手段或は、保炎器から冷却媒体を抜き出す
手段を設けることが望ましい。具体的には、実際に使用
する燃焼用空気の一部、または冷却用に設置されたコン
プレッサから供給される空気、または前記コンプレッサ
から供給される空気に水滴を同伴した霧状の空気を冷却
媒体とし、コンプレッサから供給される空気量を燃焼負
荷の大きさに応じて開度制御される弁を介して保炎器内
に設けられた流路に供給し、ワンスルーで混合気体流の
中に放出するのが実用上、最適で効果がある。

【００１７】前記第二の目的を達成するには、拡散火炎
及び、予混合火炎を形成するガスタービン燃焼器におい
て、火炎を安定化する手段として、本発明の保炎器を適
用するのがよい。具体的には、燃料と空気の混合気体を
噴出するノズルを有し、ノズルの出口開口部の近傍に本
発明の保炎器を設置し、保炎器の幅より、ノズルの幅を
大きくすることで、安定な拡散火炎や予混合火炎が得ら
れる。また、ノズルから噴出される混合気体を分割する
ように保炎器を配置し、混合気体噴流の外側から、すで
に燃焼してしまった気体を混合気体噴流中に混入させる
ことでＮＯxが低減される。また、混合気体中に燃料の
濃い領域と薄い領域を形成し、燃料の濃い領域を流れる
気体が保炎器に衝突するよう保炎器を配置することで、
火炎安定性を向上させＮＯxを低減できる。

【００１８】広い燃焼負荷変化に対応できる燃焼器構成
としては、１次燃料と１次空気の混合気体を所定の方向
から燃焼室内へ噴出し第１の火炎を形成する手段と、前
記第１の火炎または前記第１の火炎から排出される燃焼
気体流の外側から２次燃料と２次空気の混合気体を噴出
する手段を有し、請求項１から請求項６までのいずれか
に記載の保炎器を、前記混合気体噴流が衝突するように
設置するのがよい。

【００１９】具体的な保炎器の配置方法としては、１次
燃料と１次空気の混合気体を噴出する手段と、その下流
の外側に、２次燃料と２次空気の混合気体噴流それぞれ
が衝突する保炎器を、同心円状にそれぞれ配置するのが
よい。また、前記１次燃料と１次空気を噴出する手段
と、その下流の外側に、前記２次燃料と２次空気の混合
気体噴流が噴出する手段とを備え持ち、それらの混合気
体噴流が衝突する位置に円環型の保炎器を設けるのが望
ましい。

【００２０】ここで、１次燃料の一部を分岐して供給す
る燃料と、１次空気により形成される火炎を拡散火炎と
すると、燃焼負荷変動時の火炎の不安定への対応が容易
になり有効である。

【００２１】流れ方向に分割された1次燃焼室と2次燃焼
室を有し、1次燃焼室は2次燃焼室の上流側に位置し、そ
れぞれの燃焼室に燃料と空気を供給する手段を有する燃
焼器において、燃料と空気の混合気体噴流を1次燃焼室
内及び2次燃焼室内に形成する手段を有し、本発明の保
炎器を前記混合気体噴流が衝突するように設置しても、
前記第二の目的は達成できる。

【００２２】ＮＯxをさらに低減するためには、燃料と
空気の混合気体噴流中に流れの抵抗体である保炎器を設
け、拡散火炎や予混合火炎を形成する燃焼方法におい
て、保炎器を前記水滴を同伴した霧状の冷却媒体により
冷却し、冷却した後の霧状水滴を、燃焼前の前記混合気
体噴流中に放出する燃焼方法とするのがよい。以上の燃
焼器の構成は、ガスタービン用燃焼器に適用することが
できる。

【００２３】また、これらの燃焼器は、燃焼器にガスタ
ービンを接続し、このガスタービンに発電機を接続する
ことにより、ガスタービン発電機を構成することができ
る。

【００２４】

【作用】発明者等は、平板型の保炎器を使用して、予混
合火炎の安定性向上を検討した結果、保炎器を用いる
と、火炎基部が常に保炎器先端部に付着し、火炎安定性
が良好であること、ただし、火炎が付着する保炎器先端
部は赤熱し易く、特に鋭角な保炎器先端部の冷却が必要
であることを確認した。

【００２５】保炎器、特に先端部の冷却を促進するため
の一つの手段としては、混合気体が衝突する冷却面の面
積を大きくし、高温燃焼ガスの循環流と接触する保炎器
の受熱面（基部面）の面積を小さくすることである。断
面形状が三角形の保炎器を用い、その底辺を受熱面と
し、他の２辺を混合気体が衝突する冷却面とすると、平
板型の保炎器よりも冷却面の面積を大きくすることがで
きる。ただし、混合気体の主流方向と冷却面とのなす角
度により冷却効率が変化するため、必ずしも、冷却面の
面積を大きくすることだけで保炎器の冷却を促進できる
わけではない。

【００２６】発明者らの知見によれば、保炎器の断面形
状を三角形とし、混合気体の主流方向と冷却面とのなす
角度を30°〜45°の範囲とすることで、効率良く保炎器
を冷却できる。受熱面の幅を一定として、混合気体の主
流方向と冷却面とのなす角度を30°より小さくすると、
冷却面と混合気体流との間の伝熱係数が小さくなるた
め、また、角度を45°よりも大きくすると、冷却面の面
積がしだいに小さくなるため、いずれも冷却効率が悪く
なる。

【００２７】断面を三角形とし、その底辺を受熱面と
し、他の２辺を冷却面とした保炎器の内部を中空に構成
し、該中空部に空気もしくは霧状水滴を含んだ空気を冷
却媒体として流入させれば、前記受熱面が内部から冷却
されるので、冷却に際して火炎の保持状態に影響を及ぼ
すことがない。さらに、冷却後の冷却媒体は燃焼室内に
直接放出されるので、冷却後の冷却媒体放出のための設
備は不要である。また、該冷却媒体を保炎器から燃焼室
に放出する放出口が、前記混合気体流が衝突する冷却面
上に設置されると、放出された冷却媒体は該冷却面の冷
却をも行い、冷却効果が向上する。冷却媒体を保炎器か
ら燃焼室に放出する放出口が、前記冷却面上でなく、前
記基部面よりも上流側でかつ前記冷却面に衝突すること
のない混合気体流中に、該混合気体流の主流方向に対し
て垂直の方向に冷却媒体を放出する位置に設けられる
と、保炎器内での冷却媒体の流れの屈曲が少なくなって
流路抵抗が低減されるとともに、冷却媒体の放出による
保炎器角部の混合気体の流れへの影響がすくなく、基部
面への火炎の保持が良好な状態で維持される。

【００２８】保炎器をさらに冷却するためには冷却板を
保炎器に設けて放熱面積をもつと大きくすればよい。た
だし、冷却板に混合気体が衝突すると、その後流に渦が
形成され、冷却板そのものが保炎器として作用する。こ
の場合には、冷却板が過熱されるため、保炎器を冷却で
きない。冷却板が保炎器として作用するのを防止するに
は、保炎器の側面に、混合気体の主流方向と平行に冷却
板を設置し、冷却板の下流方向端部が保炎器の前記受熱
面から下流側に突出しないように、かつ該受熱面の幅方
向（混合気主流方向に対し直角方向）端部から幅方向に
はみださないようにする必要がある。

【００２９】また、保炎器は、火炎が付着する鋭角な先
端部の温度が最も高くなり易い。従って、冷却板は保炎
器の先端近くに設置するのがよい。

【００３０】類似の公知技術として、例えば、米国特許
4,445,339に記載される保炎器では、保炎器の側面に羽
根が設置されている。しかし、保炎器の断面形状がＶ字
型で、受熱面の面積が大きく、保炎器が過熱されやす
い。また、羽根は、混合気体の主流方向と平行に設置さ
れておらず、さらに、羽根の幅は保炎器の幅より広い。
従って、この羽根は保炎器として作用するため、冷却効
果はない。

【００３１】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００３２】図２は、本発明に係る燃焼器の一実施例を
示す。図示の燃焼器は、燃料供給管５１と、該燃料供給
管５１に接続された燃焼器外筒22と、該燃焼器外筒22の
上流部内部に同心状に配置された１次予混合燃焼ノズル
50と、該１次予混合燃焼ノズル50の吹き出口に同心状に
配置された円環状の１次保炎器2と、前記１次予混合燃
焼ノズル50の下流端に接続して同心状に配置されその内
部に１次燃焼室３１を形成する燃焼器１次内筒23と、該
燃焼器１次内筒23の下流端外周部に配置された円環状の
２次予混合燃焼ノズル１４と、該２次予混合燃焼ノズル
１４の吹き出し口に同心状に配置された２次保炎器４
と、前記２次予混合燃焼ノズル１４の下流端外周部に接
続して配置されその内部に２次燃焼室32を形成するほぼ
円筒形の燃焼器2次内筒24と、該燃焼器2次内筒24の下流
端に接続して同心状に配置され燃焼ガスをタービン翼に
導く流路を形成するほぼ円筒形のトランジションピース
42と、を含んで構成されている。

【００３３】燃焼器外筒２２は、前記燃料供給管５１に
結合され中心部に開口２２Ｅを備えた接続フランジ２２
Ａと、該接続フランジ２２Ａの下流面に結合された円筒
形の外筒上流部２２Ｂと、該外筒上流部２２Ｂの下流端
にその小径端が接続された円錐形の外筒拡大部２２Ｃ
と、該外筒拡大部２２Ｃの大径端に接続された外筒下流
部２２Ｄとからなっている。

【００３４】１次予混合燃焼ノズル50は、前記接続フラ
ンジ２２Ａの下流面に接続され前記外筒上流部２２Ｂ内
にその中心軸に沿って同心状に配置された１次予混合ノ
ズル外筒５０Ｆと、前記接続フランジ２２Ａの前記開口
２２Ｅの下流面に接続され前記１次予混合ノズル外筒５
０Ｆ内にその中心軸に沿って同心状に配置された１次燃
料ノズル５０Ｂと、前記開口２２Ｅ及び前記１次燃料ノ
ズル５０Ｂに挿通され該１次燃料ノズル５０Ｂの中心軸
に沿って配置されたパイロット火炎用燃料供給路５０Ａ
と、該パイロット火炎用燃料供給路５０Ａの下流端の吹
き出し口に設置された旋回器６と、前記パイロット火炎
用燃料供給路５０Ａの下流端外周と前記１次燃料ノズル
５０Ｂの下流端内周の間を塞ぐように配置された塞ぎ板
５０Ｄと、該塞ぎ板５０Ｄよりも上流側で前記パイロッ
ト火炎用燃料供給路５０Ａの外周と前記１次燃料ノズル
５０Ｂの内周の間を塞ぐように配置され冷却空気室５０
Ｈを形成する塞ぎ板５０Ｃと、前記１次予混合ノズル外
筒５０Ｆの下流端外周に設置されたフランジ５０Ｇと、
前記１次予混合ノズル外筒５０Ｆに設けられて該１次予
混合ノズル外筒５０Ｆの内外を連通する空気供給口５０
Ｋと、前記１次燃料ノズル５０Ｂの下流側先端部近傍の
外周を前記１次予混合ノズル外筒５０Ｆの内周面に支持
する支持部材５０Ｅと、前記１次燃料ノズル５０Ｂに形
成され該１次燃料ノズル５０Ｂの内外を連通する１次燃
料ノズル開口４９と、前記冷却空気室５０Ｈと前記１次
予混合ノズル外筒５０Ｆ外部とを連通する冷却空気管５
０Ｊと、該冷却空気管５０Ｊに設けられた1次切替弁8と
を含んで構成されている。前記１次燃料ノズル５０Ｂの
外周面と前記１次予混合ノズル外筒５０Ｆの内周面との
間は、１次混合部１９を構成している。燃焼器１次内筒
23は、前記フランジ５０Ｇの外周端に接続されている。

【００３５】１次保炎器2は、１次混合部１９の下流端
の１次燃焼室３１への吹き出し口付近に、断面２等辺三
角形の底辺を下流端側にかつ前記１次予混合ノズル外筒
５０Ｆの軸線に垂直にして配置された環状の保炎器本体
２Ａと、前記冷却空気室５０Ｈと該保炎器本体２Ａの上
流側の頂点とを結んで冷却媒体の流入口をなす導管２１
と、該導管２１を前記支持部材５０Ｅに支持する仕切り
板７とを含んで構成されている。

【００３６】２次予混合燃焼ノズル１４は、燃焼器１次
内筒23の下流端外周に嵌合されたほぼ円筒形の２次燃焼
ノズル内筒１４Ａと、該２次燃焼ノズル内筒１４Ａの外
周面との間に所定の間隔をおいて同心状に配置された２
次燃焼ノズル外筒１４Ｂと、該２次燃焼ノズル外筒１４
Ｂと２次燃焼ノズル内筒１４Ａとの間に環状に配置され
た２次旋回混合器２０と、２次燃焼ノズル外筒１４Ｂと
２次燃焼ノズル内筒１４Ａとの間でかつ２次旋回混合器
２０の上流側に開口する２次燃料ノズル４３とを含んで
構成されている。前記２次旋回混合器２０の下流側の２
次燃焼ノズル外筒１４Ｂと２次燃焼ノズル内筒１４Ａと
の間が２次燃焼ノズル１４Ｄをなしている。２次燃焼ノ
ズル外筒１４Ｂの下流端は、２次燃焼ノズル内筒１４Ａ
の下流端よりも下流側に伸びており、この伸びている部
分に複数個の開口１４Ｃが形成されているとともに、前
記燃焼器2次内筒24の上流端が接続されている。

【００３７】２次保炎器４は、２次燃焼ノズル１４Ｄの
吹き出し口下流側に、該２次燃焼ノズル１４Ｄと同心状
に配置された円環状の２次保炎器本体４Ａと、該２次保
炎器本体４Ａと前記開口１４Ｃ連通して冷却媒体の流入
口をなす導管４Ｂと、該導管４Ｂを２次予混合燃焼ノズ
ル１４に支持する仕切り板７と、前記開口１４Ｃに設け
られた２次切替弁９とを含んで構成されている。

【００３８】また、燃焼器１次内筒２３及び燃焼器２次
内筒２４は、いずれも同型状の短い円錐形の筒を軸方向
に互いに隙間をおいて連接した形状をしており、燃焼器
１次内筒２３の前記隙間が１次冷却空気口４４、燃焼器
２次内筒２４の前記隙間が２次冷却空気口４５となって
いる。

【００３９】１次切替弁８と２次切替弁９は、いずれも
弁体に流体通路８Ａ，９Ａが形成されており、弁開状態
では、１次切替弁８は前記冷却空気管５０Ｊと１次燃料
ノズル５０Ｂの外部を、２次切替弁９は前記導管４Ｂと
２次燃焼ノズル外筒１４Ｂの外部を、それぞれ連通し、
弁閉状態では、１次切替弁８は前記冷却空気管５０Ｊと
弁体内の流体通路８Ａを、２次切替弁９は前記導管４Ｂ
と弁体内の流体通路９Ａを、それぞれ連通するように構
成されている。１次切替弁８及び２次切替弁９の弁体内
の流体通路は、それぞれ１次供給空気電磁弁３３，２次
供給空気電磁弁３４を介して空気圧縮機３０の吐出側
に、またそれぞれ１次供給水電磁弁３５，２次供給水電
磁弁３６を介してポンプ４０の吐出側に、接続されてい
る。

【００４０】上記構成の燃焼器の動作を以下に説明す
る。

【００４１】燃焼用空気26は、図示しない空気圧縮機に
より圧縮された後、燃焼器中の白抜き矢印の方向から流
入する。燃焼用空気26は、燃焼器外筒22と燃焼器１次内
筒23，燃焼器2次内筒24の間を流れ、パイロット火炎形
成用空気及び１次予混合燃焼用空気が共に通過する空気
供給口５０Ｋを経て１次予混合燃焼ノズル50から１次燃
焼室31へ，２次予混合燃焼ノズル１４から２次燃焼室３
２にそれぞれ噴出する。一部の燃焼用空気26は、数箇所
の冷却空気口44、２次冷却空気口４５から、燃焼器１次
内筒23，燃焼器２次内筒２４の壁面冷却空気としてま
た、燃焼気体の稀釈空気として供給される。

【００４２】燃料はパイロット火炎形成用の燃料27と１
次予混合火炎形成用の燃料28，２次予混合火炎形成用の
燃料２９とに、それぞれ分けて供給される。パイロット
火炎形成用の燃料27は、１次予混合燃焼ノズル50の中心
軸にそったパイロット火炎用燃料供給路５０Ａから流
れ、先端に設けられた旋回器6を通り、直接に１次燃焼
室31中へ供給される。予混合火炎形成用の燃料として
は、１次予混合火炎形成用の燃料28が１次燃料ノズル開
口４９からと１次混合部19へ、２次予混合火炎形成用の
燃料２９が２次燃料ノズル４３から２次旋回混合器２０
へ、それぞれ供給され、空気と混合された後１次予混合
燃焼ノズル50の吹き出し口，２次予混合燃焼ノズル１４
の吹き出し口より１次燃焼室31，２次燃焼室３２中へ予
混合気体として噴出する。

【００４３】燃焼用空気２６の大部分は空気供給口５０
Ｋを経て、１次予混合燃焼空気として１次予混合燃焼ノ
ズル50の吹き出し口から１次燃焼室31へ噴出するが、他
の一部はパイロット火炎用燃料供給路５０Ａから供給さ
れた燃料と混ざり、図示しないイグナイターのスパーク
により点火されてパイロット火炎10（拡散火炎）が形成
される。

【００４４】図１は、１次予混合燃焼ノズル５０付近の
拡大図である。１次予混合燃焼ノズル50の吹き出し口は
１次燃料ノズル開口49の下流方向に円環状に配置され
る。上記のように１次予混合燃焼ノズル50を配置するこ
とで、パイロット火炎10（拡散火炎）からの受熱により
１次予混合燃焼ノズル50吹き出し口から噴出される混合
気体が速やかに着火される。

【００４５】１次予混合燃焼ノズル50の吹き出し口の下
流に１次保炎器2が設置される。燃料と空気の混合気体
流1(矢印)は１次保炎器本体２Ａ（以下１次保炎器２と
いう）に衝突し、該１次保炎器２の後流には循環流5が
形成される。循環流5中には１次予混合燃焼ノズル50か
ら噴出される混合気体が燃焼した後の高温気体が流入
し、この、高温の燃焼ガスの作用により１次保炎器2の
近傍に１次側予混合火炎11が形成され、保持される。図
示されていないが、実際には１次側予混合火炎11の内側
にも、循環流５の方向とは反対の向きに高温の燃焼ガス
循環流ができる。

【００４６】もう一方の予混合火炎は図２に示したよう
に、２次予混合燃焼ノズル１４の吹き出し口下流に設け
られた２次保炎器４の近傍に保持される。この時の火炎
は、上記同様の作用の他に、１次予混合火炎１１からの
熱も受けるため、より安定な２次予混合火炎１２が形成
される。本実施例では、予混合火炎を主に記述するが、
拡散火炎を上記同様の燃焼ノズルから燃料と空気を噴出
しても、本発明の保炎器を設けることにより形成でき
る。

【００４７】１次燃焼室31，２次燃焼室32で発生した燃
焼気体はトランジションピース42を経てタービン翼のあ
る黒矢印の方向へ供給される。

【００４８】本実施例では、燃焼器の中心軸上に1次予
混合燃焼ノズル50を設け、その下流円周に2次予混合燃
焼ノズル14が配置されている。それぞれの1次予混合燃
焼ノズル50，2次予混合燃焼ノズル14の出口開口部下流
に1次保炎器2，2次保炎器4が配置されている。仕切板7
は、1次保炎器2，2次保炎器4を支持するため、及び混合
気体の流路を小さな区画に区切り、平均な流れにするた
めに用いられている。1次保炎器2，2次保炎器4を他の方
法で支持できる場合には、仕切板7は必ずしも必要な
い。

【００４９】本実施例の燃焼器では、起動時にパイロッ
ト火炎10の拡散火炎を形成できるため燃焼器の起動が容
易である。拡散火炎が形成された後、燃料供給管５１か
ら1次燃料ノズル開口49を経て燃料の供給が開始され、1
次予混合燃焼ノズル50の吹き出し口下流に設けた、1次
保炎器2の後流に予混合火炎が形成される。

【００５０】従来の燃焼器では、パイロット火炎（拡散
火炎）での燃焼量を少なくすると、予混合火炎の安定性
が低下したが、本発明の燃焼器では、保炎器を設置した
ことによりパイロット火炎（拡散火炎）での燃焼量に依
存せず予混合火炎を安定化できる。このため、高負荷運
転（高負荷燃焼）時には、拡散火炎での燃焼量を極めて
少なくでき、拡散火炎からのＮＯx排出量を低減でき
る。予混合火炎が形成された後、さらに高負荷燃焼を行
う際は、2次燃料ノズル43から燃料を供給して2次予混合
燃焼ノズル14の吹き出し口の下流に設けた2次保炎器4の
後流側に2次予混合火炎12を形成する。この段階でパイ
ロット火炎用燃料供給路５０Ａからの燃料供給を停止
し、全ての火炎を予混合火炎としても良いが、燃料の一
部をパイロット火炎用燃料供給路５０Ａから供給し、パ
イロット火炎（拡散火炎）を消えない程度に形成するこ
とで、予混合燃焼による燃焼負荷変動への対応が容易に
なる。

【００５１】図１及び図２に示した燃焼器では、1次予
混合燃焼ノズル50吹き出し口，2次予混合燃焼ノズル14
吹き出し口が円環状に配置され、円環状の1次保炎器2，
2次保炎器4が設置されているが、1次保炎器2，2次保炎
器4は他の形状でもよい。また、1次保炎器2，2次保炎器
4は混合気体の流れ方向に対して平行にならないように
設置すれば良い。

【００５２】図３は図１，２の保炎器本体部分の構造の
詳細を示す。図は、保炎器本体の長手方向に垂直な断面
形状を示し、断面形状は中空の２等辺三角形であり、三
角形の頂点の一つが1次予混合燃焼ノズル50，2次予混合
燃焼ノズル14の吹き出し口に対向するように、かつ、該
頂点に対向する辺（以下底辺という）が1次混合気体流
1，2次混合気体流31の主流方向にほぼ垂直になるように
配置されている。1次予混合燃焼ノズル50，2次予混合燃
焼ノズル14の吹き出し口に対向する頂点には流入口とし
て導管２１が接続され、該導管２１と保炎器本体との接
続部には、放出口として開口部１５が設けられている。
この時、１次混合気体流１，２次混合気体流３が保炎器
の斜辺に衝突する角度（保炎器本体の上流側頂角）を、
60゜〜90゜にすると1次保炎器2，2次保炎器4の温度を低
く押さえられる。また,冷却板18を、1次保炎器2，2次保
炎器4の斜辺に1次混合気体流1，2次混合気体流3の方向
に平行に取付けることでもさらに冷却効果が向上する。
混合気体流が保炎器の斜辺に衝突する角度を60゜〜90゜
に、混合気体流の方向に対して保炎器の底辺（火炎付着
面）がなす角度を９０゜に、それぞれ限定しているの
は、例えば保炎器が傾いて設置された場合でも、混合気
体流と保炎器の間に混合気体流がよどみの流れを形成す
るデッドスペースを作って熱移動が十分に行われないよ
うな状況になるのを避けるためである。

【００５３】保炎器の温度をこれよりもさらに低く押さ
えるためには、保炎器からの熱移動を強制的に促進させ
る必要がある。保炎器の内部に流路を設けて、冷却媒体
を流し、熱交換を速やかに行うことが重要で、かつ効果
がある。図２の1次保炎器2，2次保炎器4の内部に、図３
に示したような流路を設け、燃焼用空気やそれ以外の空
気及び霧状水滴を同伴させた空気等、熱交換し易い冷却
媒体16を流して冷却するのが効果的である。

【００５４】冷却方法を図１及び図３によつて説明す
る。燃焼用空気を冷却媒体として使用する時は、燃焼用
空気26の流路を1次保炎器2，2次保炎器4の内部の流路と
導通させ、その燃焼用空気流路と燃焼室31,32内との圧
力差を利用する。冷却空気(冷却媒体16)は1次保炎器2，
2次保炎器4の内部を一巡して通り、まず保炎器内面で混
合気体流の流れに対して直角の内側面，三角形先端の鋭
角部（底辺の両端部）を冷却してから開口部15から抜け
出る。抜け出した冷却空気は、1次混合気体流1，2次混
合気体流3と平行して流れ、それぞれの混合気体流が衝
突する保炎器の表面をフィルム状の膜をなして流れる。
従って,1次保炎器2，2次保炎器4が火炎から受けた熱
が、保炎器内部を流れる冷却空気に移つて奪われると同
時にフィルム状の冷却空気は保炎器の外周をも冷却す
る。一旦、保炎器内部を冷却済みの空気をフィルム状の
冷却媒体として再度利用するために、空気温度は若干上
昇するが、保炎器先端の鋭角部温度との差が３００〜５
００℃あることから、十分冷却用に使うことができる。
この方法は保炎器を冷却するための特別の補機を必要と
せず、特に低負荷燃焼時の冷却に適する。

【００５５】さらに燃焼量を増やした場合は図２の1次
切替弁8，2次切替弁9を、図示していない電動の開閉駆
動手段により閉にする。図１４に示したのが1次切替弁
8，2次切替弁9の拡大図である。この時1次切替弁8，2次
切替弁9は矢印13の方向に移動して弁を閉にすることで
燃焼用空気26が1次保炎器2，2次保炎器4の内部の流路側
に流れるのを断つ。同時に1次供給空気電磁弁33，2次供
給空気電磁弁34が開かれ空気圧縮機30から燃焼用空気26
の温度よりも低い温度の冷却空気37（冷却媒体16）が弁
体内の流路８Ａ，９Ａを経て1次保炎器2，2次保炎器4に
流れて冷却する。この方法は特に中負荷燃焼時の冷却に
適する。

【００５６】最大負荷燃焼状態では、前記1次供給空気
電磁弁33，2次供給空気電磁弁34が開かれるとともに、1
次供給水電磁弁35，2次供給水電磁弁３６が開かれ、空
気圧縮機30から送られる途中の空気流に、ポンプ40によ
り水が送られる。その空気と水が交差する接続部の拡大
図を図１５に示した。白抜き矢印が空気の流れる方向で
あり、流れの途中の水と交差する位置に絞り部を設けて
ある。絞り部の一方には黒矢印の方向から水が供給され
る。所謂ベンチュリ効果により、1次保炎器2，2次保炎
器4には霧状の水滴が冷却空気37に同伴されて流入し、
霧状の水滴が保炎器から受熱して蒸発する時の蒸発潜熱
によって保炎器が効率良く冷却される。蒸発した蒸気は
開口部１５を経て１次燃焼室３１，２次燃焼室３２に抜
け出て1次混合気体流1，2次混合気体流3中に混じること
により予混合燃焼温度を下げることができるためにNOx
低減効果をも誘発する。燃焼負荷に応じて1次供給水電
磁弁３５，2次供給水電磁弁３６の開閉が独立して行わ
れるようにすることは勿論可能であり、1次側予混合火
炎11か2次予混合火炎12の内いずれか一方の燃焼だけが
行われる場合でも保炎器の冷却は可能である。この冷却
方法は、１次燃焼室３１，２次燃焼室３２のどちらか、
或いは両方共に最大燃焼負荷時の冷却に効果を発揮す
る。

【００５７】以上、3段階の燃焼負荷に応じて切り替え
る冷却方法について説明したが、必ずしも3段階の順序
にこだわる必要はなく、例えば1次保炎器2，2次保炎器4
に熱電対を取り付け、これをセンサーにして温度を検知
し、高温度になつた保炎器に対して有効な冷却方法を適
用できることは当然である。しかも、必要に応じて適切
な冷却方法に切り替えることは、無駄を省き、ランニン
グコストを低く押さえる観点からも重要なことである。

【００５８】霧状の水滴に代えて、水を冷却媒体として
用いることも考えられるが、そのまま供給すると流路中
での急激な蒸発によりベィパーロックやウォーターハン
マーが起こり、通水不能や槌打による金属疲労で保炎器
は破損する。これを防ぐためには、保炎器内の流路を水
で完全に満たし、蒸発は流路出口を出た段階で生じるよ
うにする必要がある。その結果、水が蒸発した燃焼室内
には過剰の水蒸気が充満し、火炎の失火及び燃焼気体の
極端な温度低下を招く。従って、水を直接に冷却媒体と
するのは、好ましくない。

【００５９】図１６に本実施例の燃焼条件を一定にした
ときの冷却空気量とメタル温度（保炎器の本体の温度）
の関係を調べた実証試験の結果を示す。図中、Ａ，Ｂ，
Ｃは保炎器本体内部から冷却媒体が抜け出る開口部１５
の位置を示し、Ａは混合空気流が衝突する保炎器斜辺の
最上流側に開口部が設けられたもの、Ｂは該斜辺のほぼ
中間部に開口部が設けられたもの、Ｃは保炎器の底辺の
周縁部に開口部が設けられたものである。それぞれの開
口部ごとに3種類の保炎器を造り、保炎器先端の予混合
火炎が保持される鋭角部に熱電対を取付けて温度を測定
した。図１６では3種類の保炎器を一つにまとめた冷却
空気の流路の位置と、該流路の位置ごとの、燃焼空気量
に対する冷却空気量の割合及び該割合に対応する保炎器
のメタル温度を示した。試験は、上述の燃焼負荷の段階
で、ほぼ、中負荷燃焼時に相当する条件で行なわれた。
冷却空気量が全く流れない状態での温度（昇温条件がそ
れぞれ違うが、ほぼ燃焼用空気温度と同じ）が、Ａ，
Ｂ，Ｃそれぞれの保炎器で若干異なる。

【００６０】試験の結果、Ｂの開口部より、またＣの開
口部よりも、混合気体流が保炎器に衝突する面に開口部
から抜き出された冷却空気(冷却媒体16)が最も多く接触
するように流すＡの開口部が、Ａ，Ｂ，Ｃ３種類のなか
で冷却効果に優れていることが明らかになった。ここで
の評価は、単位冷却空気量あたりの温度低下、即ち、温
度降下の大きさでみるのが高負荷燃焼を考慮しても妥当
である。従って、図３の如き開口部15の位置に冷却空気
を抜き出すのが望ましい。

【００６１】図３〜図１３は、図１及び図２に示す燃焼
器の１次予混合燃焼ノズル50，2次予混合燃焼ノズル14
の出口開口部下流に設けた1次保炎器2，2次保炎器4の構
造例を示す図である。図３及び図４は1次保炎器2，2次
保炎器4の構成の一実施例を示した縦断面図である。図
５及び図６は、図３及び図４に示した縦断面構造の保炎
器を1次予混合燃焼ノズル50，2次予混合燃焼ノズル14付
近へ円環状に取り付ける前の構成を示す図である。図７
は2次予混合燃焼ノズル14単体に、断面が二等辺三角形
の形状を成す保炎器を設けた場合を示し、図８は断面三
角形で中空の保炎器本体に導管２１が接続されている状
態を示し、図９は図８のＸＩ−ＸＩ断面を示し、図１０
は保炎器に冷却板を設けた例を示している。図１１には
三角形の内角の一角が90゜で他の二つの角度がそれぞれ
45゜の断面形状で、即ち図８の二等辺三角形を半分の形
状にした保炎器を２次保炎器として適用したときの一実
施例を示した図である。

【００６２】図４は、本発明の一変形例の保炎器縦断面
図である。図示の保炎器の冷却板１８が取り付けられて
いる面（断面三角形の斜辺をなす面）は燃焼器の中心側
を向いており、導管２１は外周側に向けて配置されてい
る。混合気体流はこの場合、導管２１側には流れない。
図２に示すように、1次混合気体流1，2次混合気体流3が
1次保炎器2、2次保炎器4に衝突する構造であれば、1次
保炎器2、2次保炎器4を1次予混合燃焼ノズル50、2次予
混合燃焼ノズル14出口の外周に設置してもよい。このと
きにも、1次保炎器2、2次保炎器4の断面形状を三角形と
し、混合気体の主流方向に対して３０°〜４５°傾けて
設置することで1次保炎器2、2次保炎器4が効率よく冷却
され、さらに、1次保炎器2，2次保炎器4の側面に冷却板
18を設置し、冷却板18の幅（Ｄ₂）を、1次保炎器2，2次
保炎器4の幅（Ｄ₁）と同じか、あるいは1次保炎器2，2
次保炎器4の幅(Ｄ₁）より小さくすることでさらに1次保
炎器2，2次保炎器4の冷却が促進される。これより、も
つと冷却効果を上げるためには、本発明の前記冷却媒体
16を供給することによつて達成できる。

【００６３】図５及び図６は、図３及び図４に示した保
炎器と同じ形状で、図５と図３及び、図６と図４が対応
し、1次予混合燃焼ノズル50，2次予混合燃焼ノズル14の
それぞれに取り付ける前の構成図である。しかし、燃焼
用空気26,冷却空気37,霧状水滴と冷却空気37の混合気流
などである冷却媒体16は流入口である導管２１から保炎
器内に供給され、保炎器を冷却してから1次保炎器2，2
次保炎器4の流路を抜け出るが、図３及び図４に示した
放出口とは全く異なる。1次保炎器2、2次保炎器4は、全
体として円環状に構成され、円周方向に4〜6等分に切断
され、切断面間の距離は数ミリメートル〜十数ミリメー
トル離しておいて1次保炎器2、2次保炎器4が円弧を描く
ように配置された間欠円環状の構成である。ここで具体
的に示してはいないが、切断面は予混合気が保炎器と衝
突する前述の角度と同じにして設けるのが望ましい。な
ぜなら、切断面の形状によって保炎器後流側にできる循
環流を乱さず火炎の保持を良好にするためであり、ひい
ては循環流の形成が低ＮＯｘ燃焼に効果を発揮するから
である。以後説明する保炎器の長手方向端面は、全て前
述のように構成するのが望ましい。保炎器冷却後の冷却
媒体16は放出口となる切断面開口部17から1次混合気体
流1，2次混合気体流3へ、該混合気体流の方向に対して
ほぼ直角に抜き出される。

【００６４】燃焼器中央にパイロット火炎10を形成し、
その周囲に1次予混合燃焼ノズル５０、その下流円周上
に２次予混合燃焼ノズル14を配置するのは、図１及び図
２に示した燃焼器と同じである。1次保炎器2，2次保炎
器4は中空構造である。燃焼室の外側から、冷却媒体16
を流して1次保炎器2，2次保炎器4の内部に導入し、内側
から保炎器の受熱面（火炎が保持される基部面）を冷却
する。冷却後の冷却媒体16は、1次保炎器2，2次保炎器4
に衝突する1次混合気体流1，2次混合気体流3に対して、
直角方向に設けた切断面開口部17から1次混合気体流1，
2次混合気体流3中に放出される。このような冷却方法を
用いると、冷却媒体16の流路は、図３及び図４の保炎器
より流路抵抗が小さく効率良く冷却できる。また、図３
及び図４の保炎器では、高負荷燃焼になって冷却媒体の
流量を多くした場合、混合気体流が衝突する傾斜面状に
放出される冷却媒体量も増加し、保炎器に保持された火
炎を乱してしまう恐れがある。本実施例では、燃焼室に
放出される冷却媒体量が増加しても、火炎の付着部（基
部面）には空気などの冷却媒体が吹き出されないので、
基部面に保持されている火炎には影響が及ばない。実証
試験の結果、温度降下量は単位冷却空気量当り９３℃
で、前述のＡの開口部から冷却空気を抜き出す方法の場
合の２７℃よりも温度降下が約３．５倍大きくなること
が実証された。また同時に火炎も安定に保持できること
が確認された。

【００６５】1次保炎器2，2次保炎器4に冷却媒体16が流
入する流路の導管21は、図示のように必らずしも1本に
限定するものではなく、冷却効果に応じて増やすことが
できる。

【００６６】図８は、燃焼器半径方向の断面（保炎器長
手方向の断面）が三角形状の保炎器を間歇円環状に構成
して仕切板7上に固定したもので、図５と同じ形状及び
構成の保炎器である。図７は図８に示した保炎器が2次
予混合燃焼ノズル14に配置された状態を示し、図９は図
８のＸＩ−ＸＩ断面で保炎器の断面三角形形状とその内
部の冷却媒体の流路をなす中空部を示している。図１０
に図８に示された2次保炎器に冷却板18が設けられた構
成を示した。保炎器の冷却効果は図８にしめされた2次
保炎器の構成でもよいが、これよりも2次混合気体流3と
の接触面積が大きく、2次予混合火炎12からの受熱を2次
混合気体流3中に多く放熱できる図１０に示された2次保
炎器の構成が望ましい。前述の冷却媒体16を燃焼負荷に
応じて流すようにすると、さらに冷却効果は向上する。
なお、図９に示した例では、保炎器内部の中空部は断面
外周部の形状とほぼ相似の２等辺三角形をなしている
が、底辺部両端角部の温度が高くなりやすいことを考慮
し、該角部近傍それぞれに冷却媒体流路を形成してその
部分に重点的に冷却媒体を流すようにしてもよい。

【００６７】図１１〜１３は、縦断面がフック形の2次
保炎器を2次予混合燃焼ノズル14に用いたときの2次保炎
器4の設置方法の例を示す。このときには、2次保炎器4
には内部の中空部は形成されていないので、冷却媒体16
の導管21は2次保炎器4には直接には接続されず、2次混
合気体流3が通らない2次保炎器4の裏側（図示の例では
保炎器の外周側）から、2次保炎器4の最も温度が高くな
る鋭角部方向に冷却媒体16を吹き付けるように設置され
ている。導管21は、これまでの2次予混合燃焼ノズル14
にではなく2次内筒24に保持固定され、冷却媒体16を流
すように設置される。従って、導管21中を流れる冷却媒
体16は、2次保炎器4の下流側に形成される2次予混合火
炎12からの熱伝導による熱を直接に受けないため、温度
が上昇する2次保炎器4のみを十分冷却できる。図１１〜
１３を参照して、2次予混合燃焼ノズル14に2次保炎器4
を設置した変形例について説明したが、図１０の2次保
炎器と同じ冷却板18を設けることも可能であり、1次予
混合燃焼ノズル50の吹き出し口に設置することも可能で
ある。

【００６８】図１７〜２６は、2次予混合燃焼ノズル14
に2次保炎器4を設置する方法とその冷却方法の変形例で
ある。

【００６９】図１７，１８は図１の2次予混合燃焼ノズ
ル14が同心円状に半径方向に２分割され、外周ノズル１
４１と内周ノズル１４２が構成された場合の例を示す。
その外周ノズル１４１と内周ノズル１４２の先端部に形
成される外周ノズル１４１の内側円周と内周ノズル１４
２の外側円周間に間欠円環状の2次保炎器4が配置され、
外周ノズル１４１の内側円周と内周ノズル１４２の外側
円周間に冷却媒体16が通る流路が設けられている。冷却
媒体16は2次予混合燃焼ノズル14に設けられた冷却媒体
供給口25からこれまでの前記実施例と同じ方法で供給さ
れ、2次保炎器4を冷却する。2次保炎器4が図１に示す2
次予混合燃焼ノズル14に設けられる場合、2次旋回混合
器20も、外周ノズル１４１と内周ノズル１４２に分けて
それぞれに設けられ、それらの円周間にできる円環状の
間隙に冷却媒体16が通る流路が設けられる。図１８は、
外周ノズル１４１と内周ノズル１４２各々の２次旋回混
合器両者の下流側にまたがつて設置された2次保炎器4の
断面を示す。冷却媒体16は保炎器4を冷却して保炎器円
周方向切断面開口部１７から２次混合気体流３中に流れ
出る。

【００７０】図１９〜２３は、２次予混合燃焼ノズル１
４に設けられた2次保炎器4が、2次予混合燃焼ノズル14
先端に形成された角度に沿って取付けられた構成の例を
示す。従って、2次旋回混合器20の旋回用羽根1枚ごとに
取り付けられていることになり、2次保炎器4の端部は、
図２０に示すC，C′断面のようにこれまで説明してきた
保炎器を斜めに切断した形状をなしている。図２１は、
その2次保炎器4のD，D′断面矢視を示す。冷却媒体１６
は、前記図１７，１８と同じ経路をたどって２次保炎器
４を冷却する。また、図２２の２次予混合燃焼ノズル１
４は、図２０の２次予混合燃焼ノズル１４とは２次旋回
混合器２０の先端が異なり、２次混合気体流３の流れる
方向に対して直角方向、即ち、先端がフラットに成つて
いる。旋回器先端に配置された2次保炎器4の断面は図２
３の如き一般的な形状を成す。従って、2次保炎器4に冷
却媒体16を流して冷却する構成にはこれまでと変わりは
なく、冷却媒体16が流れ出す方向は2次燃焼室32側と、
もう一方が2次内筒24側になる。

【００７１】図２４，２５は、２次予混合燃焼ノズル１
４から旋回した２次混合気体流3が噴出する部分、ま
た、旋回を与えない（旋回羽根を設置しない）２次予混
合燃焼ノズルの場合でも、２次混合気体流３が噴出する
部分にのみ、２次保炎器４を設けたときの例を示す。本
実施例では、２次予混合燃焼ノズルの円周に沿って2次
保炎器4を取付けてあるが、これに対して直角の向き、
即ち、放射状の向きに取り付けてもよい。図２５は２次
予混合燃焼ノズル１４の円周に沿って２次保炎器４を設
けたときの半径方向の断面を示す。旋回羽根を設置しな
い２次予混合燃焼ノズルの場合は、２次保炎器４が図５
のように構成される。さらにまた、2次混合気体流3が噴
出する部分なら、燃焼ノズル出口面に対角線上の斜め
や、旋回羽根を兼ねた保炎器も構成できる。図１９〜２
５の保炎器は、混合気体流の噴出口に、保炎器の長さが
噴出口の保炎器長手方向長さとほぼ同じになるように一
杯に設けられているが、保炎器の長さを少し短くして保
炎器の長手方向端面が混合気体の噴出流内になり位置に
設けると、火炎の保持はさらに良好となる。

【００７２】図２６，２７に示す実施例では、格子状に
形成された２次旋回混合器２０が２次予混合燃焼ノズル
１４先端の開口部から２次混合気体流３が噴出する位置
より上流側に配置され、そこから下流側のノズル開口部
付近に２次保炎器４が設置されている。図２７は、２次
予混合燃焼ノズル１４の軸方向断面を示す。図２４〜２
７に示された例では、２次保炎器４の冷却は、上述の図
１７〜２３に示された例と同じように冷却媒体16が流通
する方法である。

【００７３】上記各実施例では、冷却媒体として、空気
や、霧状水滴を含んだ空気を用いるものとして説明した
が、空気に限らず、たとえば気体燃料を利用すること
や、燃焼排ガスを冷却昇圧して利用することもできる。

【００７４】以上、ガスタービン用燃焼器の燃焼ノズル
及びそこに設置する保炎器の冷却に関する実施例を説明
したが、本発明は、ガスタービン用に限るものではな
く、燃料の燃焼によりサーマルＮＯxが発生するもので
あれば、例えば、ボイラ、焼却炉や化学プラント等で反
応器と呼ばれるものなど、あらゆる拡散燃焼器や予混合
燃焼器に適用できる。

【００７５】また、本発明の保炎器は、予混合燃焼を行
なうガスタービン用燃焼器を備えた航空用、船舶用、自
動車用、鉄道車両用等のあらゆる輸送機関用のガスター
ビン原動機に使用できる。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、予混合燃焼を行う燃焼
器において簡単な機構で保炎器の焼損を防止できるの
で、火炎安定性に優れ、かつＮＯx排出量の少ないガス
タービン燃焼器の寿命を延長する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるガスタ−ビン用燃焼器の
部分縦断面図である。

【図２】本発明の実施例であるガスタ−ビン用燃焼器の
全体縦断面図である。

【図３】本発明の実施例の部分を示す断面図である。

【図４】本発明の実施例の部分を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例の部分を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例の部分を示す斜視図である。

【図７】本発明の実施例の部分を示す斜視図である。

【図８】図７に示す実施例の部分を示す斜視図である。

【図９】図８に示す実施例のＸＩ−ＸＩ線矢視断面図で
ある。

【図１０】図８に示す実施例の変形例を示す斜視図であ
る。

【図１１】本発明の実施例の部分を示す斜視図である。

【図１２】図１１に示す実施例の部分を示す斜視図であ
る。

【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図で
ある。

【図１４】図２の部分の詳細を示す部分断面図である。

【図１５】図２の部分の詳細を示す部分断面図である。

【図１６】本発明による冷却効果の検証に用いた保炎器
の断面図、及び、これらの保炎器を用いたときの保炎器
温度を示したグラフである。

【図１７】本発明の実施例の部分を示す斜視図である。

【図１８】図１７のＡ−Ａ′線矢視断面図である。

【図１９】本発明の実施例の部分を示す斜視図である。

【図２０】図１９のＣ−Ｃ′線矢視断面図である。

【図２１】図２０のＤ−Ｄ′線矢視断面図である。

【図２２】図１９のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。

【図２３】図２２のＥ−Ｅ′線矢視平面図である。

【図２４】本発明の実施例の部分の正面図である。

【図２５】図２４のＦ−Ｆ′線矢視断面図である。

【図２６】本発明の実施例の部分の正面図である。

【図２７】図２６のＧ−Ｇ′線矢視断面図である。

【符号の説明】

1 1次混合気体流 2 1次保炎器 2A １次保炎器本体 3 2次混合気
体流 4 2次保炎器 4A 2次保炎器
本体 4B 導管 5 循環流 6 旋回器 7 仕切板 8 1次切替弁 8A 流路 9 2次切替弁 9A 流路 10 パイロット火炎 11 1次予混
合火炎 12 2次予混合火炎 13 矢印 14 2次予混合燃焼ノズル 14A ２次燃焼
ノズル内筒 14B ２次燃焼ノズル外筒 14C 開口 14D ２次燃焼ノズル 15 開口部 16 冷却媒体 17 切断面開
口部 18 冷却板 19 1次混合
部 20 2次旋回混合器 21 導管 22 燃焼器外筒 22A 接続フラ
ンジ 22B 外筒上流部 22C 外筒拡大
部 22D 外筒下流部 22E 開口 23 燃焼器1次内筒 24 燃焼器2
次内筒 25 冷却媒体供給口 26 燃焼用空
気 27 パイロット火炎形成用の燃料 28 1次予混
合火炎形成用の燃料 29 2次予混合火炎形成用の燃料 30 空気圧縮
機 31 1次燃焼室 32 2次燃焼
室 33 1次供給空気電磁弁 34 2次供給
空気電磁弁 35 1次供給水電磁弁 36 2次供給
水電磁弁 37 冷却空気 40 ポンプ 42 トラジションピース 43 2次燃料
ノズル 44 1次冷却空気口 45 2次冷却
空気口 49 1次燃料ノズル開口 50 1次予混
合燃焼ノズル 50A パイロット火炎用燃料供給路 50B １次燃料
ノズル 50C 塞ぎ板 50D 塞ぎ板 50E 支持部材 50F １次予混
合ノズル外筒 50G フランジ 50H 冷却空気
室 50J 冷却空気管 50K 空気供給
口 51 燃料供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 啓信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小豆畑 茂 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 佐藤 勲 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 塚原 聡 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と空気によつて形成される混合気を
   燃焼させる燃焼室と、該燃焼室内に流入する前記混合気
   を鋭角な角部に直接衝突せしめて流れを変え、該角部を
   起点にして全周から火炎が形成され、火炎の形成する基
   部面が燃焼器軸線に対して直角になるように備えられた
   保炎器とを有する燃焼器において、前記保炎器を内部に
   中空部を備えた構造とし、該中空部に空気、または霧状
   水滴を同伴した空気から成る冷却媒体を流入させる流入
   口と、流入した前記冷却媒体を前記中空部から前記燃焼
   室内に放出する放出口を備えたことを特徴とする燃焼
   器。
2. 【請求項２】 燃料と空気によつて形成される混合気を
   燃焼させる燃焼室と、該燃焼室内に流入する前記混合気
   のすくなくとも一部が衝突する位置に配置された傾斜面
   と該傾斜面の下流端に接続して配置され、燃焼器軸線に
   対して垂直面をなすと共に前記傾斜面との間に鋭角をな
   す基部面とを含んで形成された保炎器とを有してなる燃
   焼器において、前記保炎器には、内部に形成された中空
   部と、該中空部に空気、または霧状水滴を同伴した空気
   から成る冷却媒体を流入させる流入口と、流入した冷却
   媒体を前記燃焼室内に放出する放出口とが設けられてい
   ることを特徴とする燃焼器。
3. 【請求項３】 放出口は、挿入された冷却媒体が混合気
   の流れに対しほぼ直角方向に、燃焼室内に放出されるよ
   うに形成されていることを特徴とする請求項１または２
   に記載の燃焼器。
4. 【請求項４】 保炎器に形成される中空部は、該中空部
   を囲む周壁の一部が保炎器の長手方向に沿って開放され
   て燃焼室に連通するものであり、冷却媒体は該開放部分
   を流入口として前記中空部に供給されるように形成され
   ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項
   に記載の燃焼器。
5. 【請求項５】 燃料と空気によつて形成される混合気を
   燃焼させる燃焼室と、該燃焼室内に流入する混合気を鋭
   角な角部に直接衝突せしめて流れを変え、該角部を起点
   にして全周から火炎が形成され、火炎が形成される基部
   面が燃焼器軸線に対して直角になるように備えられた保
   炎器とを有する燃焼器において、前記混合気が前記燃焼
   室に噴出する同心円状に2分割された環状ノズルを設
   け、該2分割された環状ノズル吹き出し口相互間に、前
   記保炎器を間歇環状に設け、該保炎器内部を中空構造と
   し、中空部に空気、または霧状水滴を同伴した空気から
   成る冷却媒体を流入させる流入口と、該保炎器内部に流
   入した前記冷却媒体を前記混合気の流れに対しほぼ直角
   方向に前記燃焼室内へ放出する放出口とを備えたことを
   特徴とする燃焼器。
6. 【請求項６】 燃料と空気によつて形成される混合気を
   燃焼させる燃焼室と、前記混合気を前記燃焼室内に吹き
   出させる環状ノズルと、前記燃焼室内に流入する前記混
   合気を鋭角な角部に直接衝突せしめて流れを変え、該角
   部を起点にして全周から火炎が形成され、火炎が形成さ
   れる基部面が燃焼器軸線に対してほぼ直角になるように
   備えられた保炎器とを有する燃焼器において、前記環状
   ノズル内に配置されて燃料と空気を混合する旋回器と、
   該旋回器出口端に配置された保炎器とを設け、該保炎器
   を内部に中空部を備えた構造とし、該中空部に冷却媒体
   を流入させる流入口と、保炎器内部に流入した冷却媒体
   を前記燃焼室内に前記混合気の流れに対しほぼ直角方向
   に放出する放出口とを備えたことを特徴とする燃焼器。
7. 【請求項７】 燃焼器の軸線を含む平面での保炎器の断
   面形状が中空の２等辺三角形をなし、その底辺は前記燃
   焼器の軸線にほぼ垂直であり、該底辺に対向する頂点は
   該底辺に対して上流側に配置され、該頂点の頂角は６０
   °〜９０°であることを特徴とする請求項１〜６のいず
   れかに記載の燃焼器。
8. 【請求項８】 燃料と空気の混合気を噴出するノズル
   と、該混合気を燃焼させる燃焼室と、該燃焼室内に流入
   する前記混合気を鋭角な角部に直接衝突せしめて流れを
   変え、該角部を起点にして全周から火炎が形成され、火
   炎の形成される基部面が燃焼器軸線に対して直角になる
   ように備えられた保炎器とを有するガスタービン燃焼器
   において、前記混合気の外側から燃焼ガスを混合気中に
   混入させる手段を備え、前記保炎器は請求項１〜７のう
   ちのいずれかに記載の保炎器であることと、混合気中に
   燃料の濃い領域と薄い領域とが形成され前記保炎器は燃
   料の濃い領域の気体が保炎器に衝突するようにかつ前記
   ノズルから噴出される混合気体を分割するように配置さ
   れていることと、該保炎器の幅は前記ノズルの幅より小
   さいこととを特徴とするガスタ−ビン燃焼器。