JPS63207915A

JPS63207915A - 燃焼炎保炎器

Info

Publication number: JPS63207915A
Application number: JP3953187A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Takagi; 俊幸高木
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1987-02-23
Publication date: 1988-08-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は例えばガスタービンの単室燃焼器に用いられる
燃焼炎保炎器に関する。

［従来の技術］ガスタービン燃焼器は、ドライボイラを除き、高空気圧
状態で連続燃焼を行ない、ボイラバーナなどに比べ、作
動範囲が広く燃焼負荷率を高くとフでいる事が特徴であ
る。特に最近では効率向上のためタービン入口温度が１
０００℃程度から１３００℃へと年々上昇しており、高
性能・高寿命の燃焼器が要求されている。こうした燃焼
器には次の様な特性及び性能が必要である。つまり火炎
の安定燃焼性、低スモーク燃焼、低ＮＯｘ燃焼及び出口
燃焼ガスの一様な温度分布特性などである。

一般に、ガスタービン燃焼器はその形状から複室燃焼器
（ジェットエンジンや産業用ガスタービンに用いられる
多缶式燃焼器など）、単室燃焼器（主に産業用ガスター
ビンに用いられる単位式燃焼器やジェットエンジン、産
業用ガスタービンに用いられる環状式燃焼器など）に分
類される。これらの燃焼器では空燃比が３０〜９０程度
の均質混合気を用いて燃料希薄側可燃限界外に設計され
ているため、全体の空気を燃焼用、希釈用に配分し、内
筒（ライナ）に所要の空気流入配分を得るよう空気孔を
配置したものである。また、燃焼器内の流速は全般に火
炎伝播速度より大きく、火炎の吹消えを防ぎ、安定な保
炎を行なうため燃焼器内筒上流端に循環流領域を形成し
ている。

これらの性能及び特性を実現するために、種々の試みが
行なわれている。例えば、保炎性能を上げるためにスワ
ーラによる循環流及び旋回流の強さ、その大きさ、燃料
噴射弁との相対位置などを調整をしたり、空気噴流を衝
突させる方法や上流側にむけて空気を噴出する方法など
を採用している例もある。

また、低ＮＯｘ化を計るために希釈空気を減らして燃焼
用空気量を増やし一次燃焼領域での空燃比を上げて低Ｎ
Ｏｘ化する方法や、水及び蒸気等の噴射によって燃焼温
度を下げて低ＮＯｘ化する方法、白金触媒などを燃焼器
内筒内に設置して低ＮＯｘ化する方法、希薄燃焼させる
ために多段燃焼を用いて低ＮＯｘ化を試みる方法など多
くの試みがなされている。

一方、燃焼器出口ガス温度分布を一様にする為には希釈
空気による燃焼ガスとの攪はんが一般的であり、従来、
特に積極的な方法は見あたらない。

［発明が解決しようとする問題点］燃焼器の安定化、燃焼ガスの低ＮＯｘ化、タービン高温
部品の長寿命化等を計るために■　燃焼器内の燃焼領域
を広くすることができる。

■　燃焼最高温度を低減できる。

■　出口ガス温度の均一化を図ることかできる。

ことが要求されるが、従来においては、高温腐食性：囲
気にさらされることから、十分な耐熱性、耐食を備え、
且つ上記要求特性を十分に満足する保炎器は提供されて
いなかった。

［問題点を解決するための手段］本発明の燃焼炎保炎器は、少なくとも表面が気相法によ
るＳｔＣである非酸化物系セラミック族の１個もしくは
複数個の格子板よりなることを特徴とする。

［作用］ＳｉＣは、 ■　軽い材料である。

■　常温から高温まで機械的強度が高く安定している。

■　熱膨張が小さく熱伝導性が良いため耐久ポーリング
性に優れる。

■　耐酸化性、耐食性が極めて大きい。

■　硬度が高く、耐摩耗性に優れる。

などの特徴を有し、極めて重要な工業材料として注目さ
れている。とりわけ、ＣＶＤ反応により生成したＳｉＣ
は極めて緻密であり、上記特性にも著しく優れるもので
ある。

本発明の保炎器は、少なくとも表面が気相法によるＳｉ
Ｃで被覆された非酸化物系セラミック族であるため、耐
熱性、耐酸化性、耐食性、耐摩耗性に優れ、機械的強度
も高い上に、ＳｉＣ及び非酸化物系セラミックの高熱伝
導性により、中心部の熱を効率的に外周部に伝熱し、中
心の高温火炎温度を下げ、外周の燃焼器筒内側の空気温
度を上昇させることができる。また、その格子板構造に
より、燃焼火炎に良好な乱れを与えることができる。

このため、燃焼器内の燃焼領域を広くすることができ、
低ＮＯｘ化が図れ、また出口ガス温度の均一化を図るこ
とができ、燃焼効率が向上し、火炎をより安定に保持す
ることが可能とされる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例に係る保炎器を設けた単室
燃焼室１０（ガスタービン燃焼器における内筒なと）を
示す概略的な断面図である。この燃焼室１０においては
、噴射弁即ちノズル１で燃焼器筒２内に噴出された燃料
は、スワーラ３により筒２の軸を中心とする空気旋回（
スワール）を与えられ、空気４との接触効率が高く維持
される。燃焼による火炎５は保炎器６により、保持され
、燃焼ガスは矢印の方向へ排出される。

本発明の保炎器６は、 ■　表面が気相法によるＳｉＣで被覆された非酸化物系
セラミック族の格子板あるいは ■　全体が気相法によるＳｉＣで構成された格子板である。

格子板の形態としては、一般的な格子状板の他、ハニカ
ム状格子板等のいずれの形態でも良く、保炎する火炎の
規模、必要とされる保炎性能等に応じて、その格子の開
孔率、板厚及び段数等を適宜決定する。

以下に、このような本発明の保炎器を製造する方法につ
いて説明する。

本発明の保炎器を前記■の構成とする場合においては、
まず、非酸化物系セラミックで所定形状の格子板基体を
製造する。この際、基体は目的とする格子板よりいくぶ
ん格子孔径の大きいほぼ相似形とする。非酸化物系セラ
ミックとしては、黒鉛等の炭素材料、ＷＣ，Ｔ　ｉ　Ｃ
，Ｓ　ｉ　Ｃ等の炭化物、３ｉ３Ｎ＋等の窒化物、その
他ケイ化物、ホウ化物、硫化物系セラミックスを用いる
ことができる。本発明においては、気相法ＳｉＣ被膜と
の蒸着性の面から、ＳｉＣ，５ｉａＮ＋等が好ましい。

このような物質により基体を製造するには、削出し加工
により、あるいは適当なバインダによりセラミック粉を
成形して焼結する方法が採用し得る。

次いで、このようにして製造された基体にＣＶＤ反応等
の気相反応によりＳｉＣ被膜を形成する。

このＳｉＣ被膜をＣＶＤ法により形成するには、まず基
体の少なくともその表面部をＣＶＤ反応の析出温度域に
加熱する。

加熱方法は、特に限定されないが、装置構成の簡易な高
周波８導加熱炉等が有利である。その他、反応容器の外
側から加熱する外部加熱方法やレーザ加熱法等も採用可
能である。

このようにして加熱された基体の表面に、ＣＶＤ反応ガ
スを供給してＣＶＤ反応させ、表面にＳｉＣを析出させ
る。ＳｉＣの析出量は、ＣＶＤ反応ガスの供給量又は加
熱時間を調節することにより容易に調整し得る。

本発明において、形成するＳｉＣ被膜の厚さは保炎器の
使用目的により適宜決定されるが、一般には１０〜２０
０μｍ程度の厚さとするのが好ましい。

また、本発明の保炎器を前記■の構成とする場合におい
ては、例えば、所望の開孔位置に凸部を有する基板を用
い、この基板の凹部にＣＶＤＳｉＣを析出させ、しかる
後基板を取り去ることにより容易に製造することができ
る。

このようにしてＳｉＣを析出させた後、必要に応じて研
磨等の表面処理を施して、製品とする。

ＳｉＣは、ＣＨ３Ｓ　ｉ　Ｃｊ２３又は５ｉＣＩＬ４／
ＣＨ４等のＣＶＤ原料ガスのＣＶＤ反応により、■　熱
分解、例えばＣＨ３Ｓ　ｉ　ＣｌＯ３→Ｓ　ｉ　Ｃ＋３ＨＣあるいは ■　金属ハロゲン化物の還元、例えばＳｉＣβ４　＋ＣＨ４→Ｓ　ｉ　Ｃ＋４ＨＣＩｌなる反
応で析出する。

その他のＣＶＤ原料ガスとしては次のものが挙げられる
。

■　Ｓ　ｉ　Ｈ４／　ＣＨ４ ■　Ｓ　ｉ　Ｈ４／　Ｃ２Ｈ４ ■　Ｓ　ｉ　Ｈｈ　／　Ｃｘ　Ｈ＾ ■　　Ｓ　　ｉ　　Ｃｆｌ　４　／　ＣＣＩＩ　４■　
　５ｉＣＩＬ＋／Ｃ１Ｈａ ■　　（ＣＨ３）　　２　　Ｓ　　ｉ　　ＣＪ２２なお
、本発明において、ＳｉＣ被膜はＣＶＤの他、ＰＶＤ等
の他の気相法により形成したものであっても良い。

以下、製造例について説明する。

製造例ｌＳｉＣ焼結体の格子状基体を、霊囲気コントロール可能
な容器に入れ、５００ＫＨｚの高周波電流を流した高周
波コイルにより加熱した。基体の近傍にセットされた熱
電対により温度を検出し、加熱部の温度を１３００〜１
４００℃に保持した。

一方、容器内を不活性ガスにて置換した後、ＣＨ３Ｓ　
ｉ　Ｃ１１ｓガスを容器内に導入し、基体の加熱表面部
にＣＨａ　Ｓ　ｉ　ＣＪ１３ガスを供給した。

ＣＨｓＳｉＣＪ！３ガスは表面加熱部にて分解され、Ｓ
ｉＣが析出した。析出反応を継続させた後、ガスの供給
及び加熱を停止し、次いで徐冷した。

その結果、得られた保炎器は厚さ５０μｍのＣＶＤ５　
ｉ　Ｃ被膜を有する格子孔径５ｍｍ、開孔率７０％の格
子板であって、この保炎器をガスタービンの燃焼室に装
着して実使用したところ、安定かつ効率的な燃焼を行な
うことがで鮒ることが確認された。

［発明の効果コ以上詳述した通り、本発明の燃焼炎保炎器は少なくとも
表面が気相法によるＳｉＣである非酸化物系セラミック
製の格子板よりなるものであって、耐熱性、耐酸化性、
耐食性、耐摩耗性、機械的特性に優れる上に、 ■　燃焼領域を広くして燃焼最高温度を減少することが
でき、低ＮＯｘ化を図ることができる。

■　燃焼領域に乱れを与えることができ、出口ガス温度
を均一化しやすい。

等の特長を有し、燃焼効率の向上、燃焼炎の安定化に極
めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る保炎器を設けた単室
燃焼室を示す概略的な断面図である。１・・・ノズル、　　　　　　２・・・燃焼室筒、３・
・・スワーラ、　　　　　４・・・空気、５・・・火炎
、　　　　　　　６・・・保炎器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも表面が気相法によるＳｉＣである非酸
化物質系セラミック製の格子板よりなることを特徴とす
る燃焼炎保炎器。