KR102225831B1 - 연소기 및 그 연소기를 구비하는 가스 터빈 - Google Patents

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신지 아카마츠
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사토시 다키구치
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Abstract

주위 방향으로 마련된 복수의 노즐(2)과, 복수의 노즐(2)의 출구부의 내주측에 있어서 주위 방향으로 연장되는 보염 링과, 보염 링의 상류측에 있어서 주위 방향으로 연장되고, 복수의 노즐(2)의 출구부의 내주측의 환상 공간을 통해 보염 링을 향해 공기를 공급하기 위한 복수의 공기 입구(30)를 갖는 상류측 벽부(54)를 구비한 연소기에 있어서, 상류측 벽부(54)는 그 주위 방향으로, 공기 입구(30)의 형성 밀도가 낮은 영역인 제1 영역(31)과, 제1 영역(31)과 주위 방향으로 어긋난 위치에 제1 영역(31)보다도 공기 입구(30)의 형성 밀도가 높은 영역인 제2 영역(32)을 포함하고 있다.

Description

연소기 및 그 연소기를 구비하는 가스 터빈
본 개시는, 연소기 및 그 연소기를 구비하는 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈에 사용되는 연소기는, 예혼합 화염을 형성하기 위해서, 원주 방향으로 배치된 복수의 노즐을 구비하고 있다. 예혼합 화염을 안정화시키기 위해서, 복수의 노즐의 출구부의 내주측에 주위 방향으로 연장되는 보염 링이 마련되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
국제 공개 제2015/178149호
그러나, 본 발명자들의 예의 검토 결과, 보염 링에 의한 보염 효과가 주위 방향에 있어서 균일한 경우, 보염 링 근방의 비교적 상류측의 위치에 있어서 예혼합이 충분히 진행되기 전에 연소가 일어나서 국소적으로 온도가 상승해버려, NOx가 증가할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
상술한 사정을 감안하여 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태는, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승을 억제하여 NOx의 발생량을 저감 가능한 연소기 및 그 연소기를 구비하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 관한 연소기는,
주위 방향으로 마련된 복수의 노즐과,
상기 복수의 노즐의 출구부의 내주측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되는 보염 링과,
상기 보염 링의 상류측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되고, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측의 환상 공간을 통해 상기 보염 링을 향해 공기를 공급하기 위한 복수의 공기 입구를 갖는 상류측 벽부를
구비하고,
상기 상류측 벽부는,
제1 영역과,
상기 제1 영역에 대하여 상기 주위 방향으로 어긋난 위치에 마련되고, 상기 제1 영역보다도 상기 공기 입구의 형성 밀도가 높은 제2 영역을
포함한다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 보염 링의 상류측에 위치하는 상류측 벽부에 있어서, 제1 영역보다도 공기 입구의 형성 밀도가 상대적으로 높은 제2 영역을 마련하였으므로, 상류측 벽부의 공기 입구를 통해 보염 링을 향해 공급되는 공기 유량은 주위 방향에 있어서 분포를 갖는다. 이 때문에, 제1 영역에 대응한 주위 방향 영역에서는 보염 링의 하류측의 저유속 영역에서 보염되는 한편, 제2 영역에 대응한 주위 방향 영역에서는 상류측 벽부로부터 공급되는 공기의 흐름에 의해 보염이 저해되는 결과, 보염 링에 의한 보염 효과는 주위 방향에 있어서 불균일해진다. 이 때문에, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 적어도 일부의 주위 방향 영역에 있어서 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(2) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
상기 보염 링은, 상기 제2 영역의 하류측에 위치하는 제1 개구를 포함한다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 상류측 벽부의 제2 영역의 하류측에 위치하도록 보염 링에 제1 개구를 마련하였으므로, 보염 링의 제1 개구를 통해 상류측 벽부의 제2 영역으로부터의 비교적 대유량의 공기가 보염 링의 하류측으로 유도된다. 이 때문에, 보염 링의 제1 개구가 마련된 주위 방향 영역에 있어서, 보염 링에 의한 보염을 효과적으로 저해하고, 보염 링의 보염 효과의 주위 방향에 있어서의 불균일한 분포를 용이하게 실현할 수 있다. 따라서, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 보다 한층 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다.
(3) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서,
상기 제1 개구는, 상기 보염 링의 외주연으로부터, 상기 보염 링의 직경 방향 내측을 향하여, 상기 보염 링의 내주연보다도 외주측의 위치까지 잘라내어진 적어도 하나의 절결부를 포함한다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 절결부는, 보염 링의 외주연으로부터 내주연까지 잘라내어진 개구에 비하여 개구 면적이 작아지므로, 절결부를 흐르는 공기의 유량을 억제할 수 있다. 절결부를 흐르는 공기의 유량이 크면, 연소에 사용되는 공기의 양이 저하되어, NOx의 발생량이 증가되어 버리지만, 상기 (3)의 구성에서는, 절결부를 흐르는 공기의 유량을 억제함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(4) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (3)의 구성에 있어서,
상기 절결부의 최대 절결 깊이는, 상기 보염 링의 직경 방향에 관하여 상기 외주연으로부터 상기 내주연까지의 거리의 2/3 이하이다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 절결부가 외주연으로부터 내주연까지 잘라내어진 것에 비해서 절결부를 흐르는 공기의 유량이 억제되므로, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(5) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서,
상기 제1 개구는, 상기 보염 링의 외주연으로부터 상기 보염 링의 내주연의 사이에 형성된 적어도 하나의 관통 구멍을 포함한다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 관통 구멍은, 보염 링의 외주연으로부터 내주연까지 잘라내어진 개구에 비해서 개구 면적이 작아지므로, 관통 구멍을 흐르는 공기의 유량을 억제할 수 있다. 관통 구멍을 흐르는 공기의 유량이 크면, 연소에 사용되는 공기의 양이 저하되어, 예혼합 기체 중의 연료 농도가 상승되어버리지만, 상기 (5)의 구성에서는, 관통 구멍을 흐르는 공기의 유량을 억제함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(6) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 것의 구성에 있어서,
상기 제2 영역의 상기 주위 방향에 있어서의 연장 범위는, 상기 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 상기 노즐 사이의 주위 방향 위치를 포함하고,
상기 제1 영역의 상기 주위 방향에 있어서의 연장 범위는, 상기 노즐의 위치에 대응하는 주위 방향 위치를 포함한다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 노즐의 위치에 대응하는 주위 방향 위치로부터 공급되는 공기의 유량보다도 노즐 사이의 주위 방향 위치로부터 공급되는 공기의 유량이 커지게 되어, 노즐 사이의 주위 방향 위치의 하류에서 보염이 저해된다. 노즐 간의 하류의 영역에서는 예혼합 기체의 혼합 상태가 비교적 나쁘므로, 이 영역에서 보염이 행해지면, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가가 일어나기 쉽다. 이 때문에, 이 영역에서의 보염을 저해함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(7) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 것의 구성에 있어서,
연소기는,
상기 상류측 벽부와 상기 보염 링 사이의 상기 환상 공간 내에 있어서 축방향을 따라 연장되고, 해당 환상 공간을, 상기 제1 영역에 대응한 제1 공간과 상기 제2 영역에 대응한 제2 공간으로 칸막이하는 적어도 하나의 칸막이 부재를 더 구비한다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 칸막이 부재는, 제2 공간 내를 흐르는 공기가 제1 공간에 유입되어 제2 공간 내의 공기량이 감소하는 것을 억제한다. 이에 의해, 공기 유량의 주위 방향에 대한 분포가 유지되어, 보염 링에 의한 보염 효과를 주위 방향에 있어서 불균일하게 할 수 있다.
(8) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 것의 구성에 있어서,
연소기는,
상기 보염 링을 하류단에 갖는 파일럿 콘과,
상기 파일럿 콘의 외주측, 또한, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측에 마련되는 냉각 링을 더 구비하고,
상기 파일럿 콘과 상기 냉각 링의 사이에 간극이 형성된다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 파일럿 콘과 냉각 링 사이의 간극을 공기가 흐름으로써, 파일럿 콘 및 보염 링을 냉각시킬 수 있다.
(9) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (8)의 구성에 있어서,
상기 보염 링은, 상기 제2 영역의 하류측에 위치하는 제1 개구를 포함하고,
상기 냉각 링의 외주측, 또한, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측의 공간을 통하여, 상기 상류측 벽부의 상기 공기 입구와 상기 보염 링의 상기 제1 개구가 연통한다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 상류측 벽부의 제2 영역의 하류측에 위치하도록 보염 링에 제1 개구를 마련하고, 냉각 링의 외주측, 또한, 복수의 노즐의 출구부의 내주측의 공간을 통해, 상류측 벽부의 공기 입구와 보염 링의 제1 개구가 연통되므로, 보염 링의 제1 개구를 통해, 상류측 벽부의 제2 영역으로부터의 비교적 대유량의 공기가 보염 링의 하류측으로 유도된다. 이 때문에, 보염 링의 제1 개구가 마련된 주위 방향 영역에 있어서, 보염 링에 의한 보염을 효과적으로 저해하고, 보염 링의 보염 효과의 주위 방향에 있어서의 불균일한 분포를 용이하게 실현할 수 있다. 따라서, 예혼합이 충분하지 않은 보염 링보다도 상류측에서의 연소를 보다 한층 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다.
(10) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (8) 또는 (9)의 구성에 있어서,
상기 상류측 벽부는, 상기 파일럿 콘과 상기 냉각 링 사이의 상기 간극에 개구하는 냉각 공기 도입구를 갖는다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 냉각 공기 도입구를 통과한 공기가 파일럿 콘과 냉각 링 사이의 간극을 흐름으로써, 파일럿 콘 및 보염 링을 냉각시킬 수 있다.
(11) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 것의 구성에 있어서,
상기 파일럿 콘의 상기 하류단에 위치하는 상기 보염 링은, 상기 제2 영역의 하류측에 위치하는 제1 개구를 포함하고,
상기 냉각 링은, 상기 보염 링의 상류측에 위치하는 플랜지부를 포함하고,
상기 플랜지부는, 상기 보염 링의 상기 제1 개구에 대응하는 제2 개구를 갖는다.
상기 (11)의 구성에 의하면, 상류측 벽부의 제2 영역의 하류측에 위치하도록 보염 링에 제1 개구를 마련하고, 보염 링의 제1 개구에 대응하도록 냉각 링의 플랜지부에 제2 개구를 마련하였으므로, 보염 링의 제1 개구 및 냉각 링의 플랜지부에 제2 개구를 통해, 상류측 벽부의 제2 영역으로부터의 비교적 대유량의 공기가 보염 링의 하류측으로 유도된다. 이 때문에, 보염 링의 제1 개구가 마련된 주위 방향 영역에 있어서, 보염 링에 의한 보염을 효과적으로 저해하고, 보염 링의 보염 효과의 주위 방향에 있어서의 불균일한 분포를 용이하게 실현할 수 있다. 따라서, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 보다 한층 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다.
(12) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 것의 구성에 있어서,
상기 파일럿 콘과 상기 냉각 링의 사이에 상기 간극을 형성하기 위한 적어도 하나의 스페이서부를 구비한다.
상기 (12)의 구성에 의하면, 간단하고도 확실하게, 파일럿 콘과 냉각 링의 사이에 간극을 형성할 수 있고, 이 간극에 공기가 흐름으로써, 파일럿 콘 및 보염 링을 냉각시킬 수 있다.
(13) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (12)의 구성에 있어서,
상기 냉각 링은, 상기 보염 링의 상류측에 위치하는 플랜지부를 포함하고,
상기 플랜지부는, 상기 보염 링의 상기 제1 개구에 대응하는 제2 개구를 갖고,
상기 적어도 하나의 스페이서부는, 상기 보염 링을 향해 하류측으로 돌출되도록 상기 플랜지부에 마련된 복수의 볼록부를 포함하고,
상기 복수의 볼록부는, 상기 주위 방향에 있어서, 상기 플랜지부의 각각의 상기 제2 개구의 양측에 위치하는 한 쌍의 볼록부를 포함한다.
상기 (13)의 구성에 의하면, 보염 링과 플랜지부의 사이에 주위 방향에 걸쳐 균일한 간극을 형성할 수 있으므로, 파일럿 콘 및 보염 링을 균일하게 냉각시킬 수 있다.
(14) 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 연소기는,
주위 방향으로 마련된 복수의 노즐과,
상기 복수의 노즐의 출구부의 내주측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되는 보염 링을 구비하고,
상기 보염 링은, 상기 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 상기 노즐 사이의 주위 방향 위치에 각각 마련된 복수의 절결부를 상기 보염 링의 외주연부에 갖고,
상기 보염 링의 각각의 상기 절결부는, 상기 주위 방향에 있어서, 인접하는 한 쌍의 상기 노즐의 사이에서 상기 출구부에 마련된 격벽의 하류측 단부보다도 폭이 넓고,
상기 보염 링의 각각의 상기 절결부의 직경 방향에 있어서의 절결 깊이는, 상기 주위 방향에 있어서의 상기 절결부의 중앙부에 비하여, 상기 주위 방향에 있어서의 상기 절결부의 양단부 쪽이 작다.
상기 (14)의 구성에 의하면, 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 노즐 사이의 주위 방향 위치에 있어서 절결부가 형성된 부분에서는 보염 능력이 작거나 또는 보염되지 않는 한편, 절결부가 형성되지 않거나 또는 절결부의 절결 깊이가 작은 부분에서는 보염이 행해지므로, 보염 링의 보염 효과의 주위 방향에 있어서의 불균일한 분포를 용이하게 실현할 수 있다. 따라서, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 상기 (14)의 구성에 의하면, 절결부는 격벽의 하류측 단부보다도 폭이 넓으므로, 격벽의 하류측 단부의 하류 영역에서 보염이 저해된다. 격벽의 하류측 단부의 하류 영역에서는 예혼합 기체의 혼합 상태가 비교적 나쁘므로, 이 영역에서 보염이 행해지면, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가가 일어나기 쉽다. 이 때문에, 이 영역에서의 보염을 저해함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 상기 (14)의 구성에 의하면, 절결부의 직경 방향에 있어서의 절결 깊이는, 주위 방향에 있어서의 절결부의 중앙부에 비하여, 주위 방향에 있어서의 절결부의 양단부 쪽이 작으므로, 주위 방향에 대하여 절결부의 양단부로부터 중앙부를 향해서 보염 능력이 작아진다. 이에 의해, 격벽에 대응하는 주위 방향 위치의 하류에 있어서 확실하게 보염을 저해할 수 있다.
(15) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (14)의 구성에 있어서,
상기 절결부는, 상기 격벽의 상기 하류측 단부의 주위 방향 위치에 있어서, 상기 절결 깊이가 최대이다.
상기 (15)의 구성에 의하면, 격벽의 하류측 단부의 주위 방향 위치에 있어서 보염 능력이 최저가 되므로, 격벽에 대응하는 주위 방향 위치의 하류에 있어서 확실하게 보염을 저해할 수 있다.
(16) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (14) 또는 (15)의 구성에 있어서,
상기 절결부가, 상기 보염 링의 내주연보다도 외주측에 마련된다.
상기 (16)의 구성에 의하면, 상기 보염 링의 외주연으로부터 내주연까지 잘라내어진 절결부에 비해서 개구 면적이 작아지므로, 절결부를 흐르는 공기의 유량을 억제할 수 있다. 절결부를 흐르는 공기의 유량이 크면, 연소에 사용되는 공기의 양이 저하되어버리지만, 상기 (16)의 구성에서는, 절결부를 흐르는 공기의 유량을 억제함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(17) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (14) 내지 (16) 중 어느 것의 구성에 있어서,
상기 절결부의 최대의 절결 깊이는, 상기 보염 링의 직경 방향에 관하여 상기 외주연으로부터 상기 내주연까지의 거리의 2/3 이하이다.
상기 (17)의 구성에 의하면, 절결부가 외주연으로부터 내주연까지 잘라내어진 것에 비해서 절결부를 흐르는 공기의 유량이 억제되므로, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
(18) 몇 가지 실시 형태에서는, 상기 (14) 내지 (17) 중 어느 것의 구성에 있어서,
상기 보염 링의 상류측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되고, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측의 환상 공간을 통해 상기 보염 링을 향하는 공기류를 형성하기 위한 복수의 공기 입구를 갖는 상류측 벽부를 더 구비하고,
상기 상류측 벽부는,
제1 영역과,
상기 보염 링의 상기 절결부의 상류측에 있어서 상기 제1 영역에 대하여 상기 주위 방향으로 어긋난 위치에 마련되고, 상기 제1 영역보다도 상기 공기 입구의 형성 밀도가 높은 제2 영역을
포함한다.
상기 (18)의 구성에 의하면, 보염 링의 상류측에 위치하는 상류측 벽부에 있어서, 제1 영역보다도 공기 입구의 형성 밀도가 상대적으로 높은 제2 영역을 마련하였으므로, 상류측 벽부의 공기 입구를 통해 보염 링을 향해 공급되는 공기 유량은 주위 방향에 있어서 분포를 갖는다. 이 때문에, 제1 영역에 대응한 주위 방향 영역에서는 보염 링의 하류측의 저유속 영역에서 보염되는 한편, 제2 영역에 대응한 주위 방향 영역에서는 상류측 벽부로부터 공급되는 공기의 흐름에 의해 보염이 저해되는 결과, 보염 링에 의한 보염 효과는 주위 방향에 있어서 불균일해진다. 이 때문에, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 적어도 일부의 주위 방향 영역에 있어서 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다.
(19) 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 가스 터빈은,
상기 (1) 내지 (18) 중 어느 것의 연소기와,
상기 연소기로부터의 연소 가스에 의해 구동되도록 구성된 터빈을 구비한다.
상기 (19)의 구성에 의하면, 연소기로부터 발생하는 NOx의 양을 저감할 수 있으므로, NOx의 발생량을 저감 가능한 가스 터빈을 실현할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 보염 링에 의한 보염 효과가 주위 방향에 있어서 불균일해지기 때문에, 보염을 행하면서, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 적어도 일부의 주위 방향에 있어서 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 따른 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 일 실시 형태에 따른 연소기의 단면도이다.
도 3은, 도 2의 A-A 화살표도이다.
도 4는, 다른 실시 형태에 따른 연소기의 단면도이다.
도 5는, 도 4의 B-B 화살표도이다.
도 6은, 일 실시 형태에 따른 연소기의 보염 링에 형성된 제1 개구의 확대도이다.
도 7은, 일 실시 형태에 따른 연소기의 보염 링에 형성된 제1 개구의 확대도이다.
도 8은, 일 실시 형태에 따른 연소기에 마련된 보염 링의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 9는, 또 다른 실시 형태에 따른 연소기의 정면도이다.
도 10은, 또 다른 실시 형태에 따른 연소기의 정면도이다.
도 11은, 몇 가지 실시 형태에 따른 연소기의 상류측 벽부의 부분 평면도이다.
도 12는, 몇 가지 실시 형태에 따른 연소기에 마련된 냉각 링의 사시도이다.
도 13은, 도 2 및 도 4의 선Ⅹ-Ⅹ을 따른 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 본 발명의 범위는 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 본 발명의 범위를 그것만으로 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
처음에, 도 1을 참조하여, 일 실시 형태에 따른 가스 터빈의 구성에 대하여 설명한다.
일 실시 형태에 따른 가스 터빈(100)은, 산화제로서의 압축 공기를 생성하기 위한 압축기(102)와, 압축 공기 및 연료를 사용하여 연소 가스를 발생시키기 위한 연소기(50)와, 연소 가스에 의해 회전 구동되도록 구성된 터빈(106)을 구비하고 있다. 발전용 가스 터빈(100)의 경우, 터빈(106)에는, 도시하지 않은 발전기가 연결되고, 터빈(106)의 회전 에너지에 의해 발전이 행해지도록 되어 있다.
가스 터빈(100)에 있어서의 각 부위의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
압축기(102)는, 압축기 차실(110)과, 압축기 차실(110)의 입구측에 마련되고, 공기를 도입하기 위한 공기 취입구(112)와, 압축기 차실(110) 및 후술하는 터빈 차실(122)을 함께 관통하도록 마련된 로터(108)와, 압축기 차실(110) 내에 배치된 각종 날개를 구비하고 있다. 각종 날개는, 공기 취입구(112)측에 마련된 입구 안내익(114)과, 압축기 차실(110)측에 고정된 복수의 정익(116)과, 정익(116)에 대해서 교대로 배열되도록 로터(108)에 마련된 복수의 동익(118)을 포함하고 있다. 또한, 압축기(102)는, 도시하지 않은 추기실 등의 다른 구성 요소를 구비하고 있어도 된다. 이러한 압축기(102)에 있어서, 공기 취입구(112)로부터 도입된 공기는, 복수의 정익(116) 및 복수의 동익(118)을 통과해서 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기로 되고, 고온 고압의 압축 공기는 압축기(102)로부터 후단의 연소기(50)로 보내진다.
연소기(50)는, 케이싱(120) 내에 배치되어 있다. 연소기(50)는, 케이싱(120) 내에 로터(108)를 중심으로 하여 환상으로 복수 배치되어 있어도 된다. 연소기(50)에는 연료와 압축기(102)에서 생성된 압축 공기가 공급되고, 연료를 연소시킴으로써 터빈(106)의 작동 유체인 연소 가스를 발생시킨다. 발생한 연소 가스는, 연소기(50)로부터 후단의 터빈(106)으로 보내진다.
터빈(106)은, 터빈 차실(122)과, 터빈 차실(122) 내에 배치된 각종 날개를 구비하고 있다. 각종 날개는, 터빈 차실(122)측에 고정된 복수의 정익(124)과, 정익(124)에 대해서 교대로 배열되도록 로터(108)에 마련된 복수의 동익(126)을 포함하고 있다. 또한, 터빈(106)은, 출구 안내익 등의 다른 구성 요소를 구비하고 있어도 된다. 터빈(106)에 있어서는, 연소 가스가 복수의 정익(124) 및 복수의 동익(126)을 통과함으로써 로터(108)가 회전 구동한다. 이에 의해, 로터(108)에 연결된 발전기가 구동되도록 되어 있다.
터빈 차실(122)의 하류측에는, 배기 차실(128)을 통해 배기실(130)이 연결되어 있다. 터빈(106)을 구동한 후의 연소 가스는, 배기 차실(128) 및 배기실(130)을 통과하여 외부로 배출된다.
다음으로, 연소기(50)의 몇 가지 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 2 및 도 3에는, 일 실시 형태에 따른 연소기(50)가 도시되어 있다. 연소기(50)는, 연소기(50)의 주위 방향으로 배열된 복수의 제1 노즐(2)을 구비하고 있다. 제1 노즐(2)은, 제1 노즐통(3) 내에 수용되어 있다. 제1 노즐(2)은, 예를 들어 예혼합 연소 노즐이다. 이 경우, 각각의 제1 노즐(2)은, 제1 노즐통(3)의 내부 공간(7)에 공급되는 압축 공기 a와, 제1 노즐(2) 또는 제1 스와라(5)의 연료 분사 구멍(6)으로부터 공급되는 연료 f를 미리 혼합해서 예혼합 기체가 형성되어 이 예혼합 기체가 연소하도록 구성되어 있다.
이 실시 형태에서는, 복수의 제1 노즐(2)에 둘러싸이도록 배치되는 하나의 제2 노즐(11)을 더 구비해도 된다. 제2 노즐(11)은, 원통형의 제2 노즐통(12) 내에 수용되어 있다. 제2 노즐통(12)의 내부에는, 제2 노즐(11)과 제2 노즐통(12)의 사이에 제2 스와라(13)가 마련되어 있다. 제2 노즐(11)의 하류측 단부에는, 연료 분사 구멍(14)이 마련되어 있다.
제2 노즐(11)은, 예를 들어 확산 연소 노즐이다. 이 경우, 제2 노즐(11)은, 하류측 단부에 마련된 연료 분사 구멍(14)으로부터 연소기(50)의 연소실(55)을 향해 연료를 분출하고, 확산 연소를 행하도록 구성되어 있다. 단, 제2 노즐(11)은, 확산 연소 노즐로 한정되는 것이 아니라, 예혼합 연소 노즐 등의 다른 타입의 노즐이어도 된다.
이 실시 형태에서는, 복수의 제1 노즐(2)의 출구부(20)는, 복수의 제1 노즐통(3)의 하류측에 위치하고, 주위 방향으로 연장되는 내측 링(22)과, 복수의 제1 노즐통(3)의 하류측에 있어서 내측 링(22)의 외주측에 위치하고, 내측 링(22)의 사이에 환상의 중간 유로(8)를 형성하도록 주위 방향으로 연장되는 외측 링(23)을 포함하고 있다. 또한, 중간 유로(8)는, 인접하는 제1 노즐(2, 2)의 사이에 위치하도록 마련된 격벽(24)을 가져도 된다. 격벽(24)은, 정체 억제부(24a)라 할 수 있으며, 정체 억제부(24a)는, 하류측을 향해 폭이 좁아져 있어도 된다. 정체 억제부(24a)가 하류측을 향해 폭이 좁아지는 구성에 의해, 제1 노즐통(3)의 내부 공간(7)으로부터 중간 유로(8)로 유입되는 예혼합기의 흐름이, 제1 노즐통(3)의 하류단에서 정체되는 것을 억제할 수 있다.
도 4 및 도 5에는, 다른 실시 형태에 따른 연소기(50)가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시한 연소기(50)와, 도 2 및 도 3에 도시한 연소기(50)는, 복수의 제1 노즐(2)의 출구부(20)의 구성만이 상이하므로, 이하에, 도 4 및 도 5에 도시한 연소기(50)의 출구부(20)의 구성에 대해서만 설명한다.
출구부(20)는, 제1 노즐통(3)의 하류측에 제1 노즐통(3)과 동축으로 연장되는 통형의 연장관(27)을 포함하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 인접하는 한 쌍의 연장관(27, 27) 사이에는 간극(28)이 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 간극(28)이 사이에 형성되는 인접하는 한 쌍의 연장관(27, 27)의 대향하는 벽부(27', 27')는, 인접하는 제1 노즐(2, 2)의 사이에 위치하도록 마련된 격벽(24)을 구성한다.
도 2 및 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 실시 형태에서는, 연소기(50)는, 복수의 제1 노즐(2)의 출구부(20)의 내주측에 있어서 연소기(50)의 주위 방향으로 연장되는 보염 링(16)을 구비하고 있다. 연소기(50)는, 일단부가 제2 노즐통(12)의 하류단에 접속됨과 함께 타단부가 보염 링(16)에 접속되는 파일럿 콘(15)을 더 구비해도 된다. 파일럿 콘(15)은, 상류단으로부터 하류단을 향해 직경이 커지는 원뿔대 형상을 가져도 된다. 보염 링(16)은, 파일럿 콘(15)의 하류단으로부터 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향해 연장되어 있다. 도 2 및 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 실시 형태에서는, 보염 링(16)은, 제1 노즐(2)의 길이 방향에 대하여 수직이 되도록 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향해 연장되어 있지만, 제1 노즐(2)의 길이 방향에 대하여 임의의 각도를 이루도록 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향해 연장되어도 된다. 또한, 보염 링(16)은, 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향해 단계적으로 제1 노즐(2)의 길이 방향에 대하여 상이한 각도를 이루도록 하여 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향해 연장되어도 된다.
도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 보염 링(16)은, 보염 링(16)의 주위 방향으로 간격을 두도록 하여, 제1 개구(35)가 형성되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 개구(35)는, 보염 링(16)의 외주연(16b)으로부터 내주연(16a)보다도 외주측까지, 즉 외주연부에 잘라내어진 절결부(35a)의 형태여도 된다. 절결부(35a)는, 외주연(16b)에 있어서의 보염 링(16)의 주위 방향의 폭 W가 격벽(24)의 두께 t보다도 폭이 넓다. 또한, 보염 링(16)의 직경 방향에 있어서의 절결부(35a)의 절결 깊이는, 보염 링(16)의 주위 방향에 있어서의 절결부(35a)의 중앙부의 깊이 D1에 비하여, 보염 링(16)의 주위 방향에 있어서의 절결부(35a)의 양단부의 깊이 D2 쪽이 작게 되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 절결부(35a)는 바람직하게는, 격벽(24)의 하류측 단부의 주위 방향 위치 P에 있어서, 최대의 절결 깊이 Dmax를 갖는다. 단, 이 특징은, 도 7의 실시 형태에만 적용되는 것이며, 도 3의 실시 형태에는 적용되지 않는다. 도 7에서는, 주위 방향 위치 P는, 격벽(24)의 하류측 단부의 주위 방향에 관하여 중앙의 위치로서 도시되어 있지만, 절결부(35a)는, 정확하게 주위 방향 위치 P에서 최대의 절결 깊이 Dmax를 갖지 않고, 주위 방향 위치 P를 중심으로 한 거리 L1의 주위 방향의 영역 R 내에 있어서 최대의 절결 깊이 Dmax를 가져도 된다. 여기서, 거리 L1은, 외주연(16b)에 있어서의 보염 링(16)의 주위 방향의 절결부(35a)의 폭 W에 대해서, L1≤0.3W가 바람직하다. 또한, 최대의 절결 깊이 Dmax는, 보염 링(16)의 직경 방향에 관하여 외주연(16b)으로부터 내주연(16a)까지의 거리 L2의 2/3 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 개구(35)는 상술한 절결부(35a)의 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 개구(35)는, 보염 링(16)의 주위 방향으로 간격을 두고 마련된 복수의 관통 구멍(35b)을 포함해도 된다. 또한, 1개씩의 관통 구멍(35b)이 보염 링(16)의 주위 방향으로 간격을 두고 마련되는 형태로 한정되는 것이 아니라, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 동일 또는 상이한 직경의 복수의 관통 구멍(35c)이 보염 링(16)의 주위 방향으로 간격을 두고 마련되는 형태여도 된다.
도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 보염 링(16)의 상류측에는, 제1 노즐통(3)과 제2 노즐통(12)의 사이에, 연소기(50)의 원주 방향이면서 또한 반경 방향 외측을 향해 연장되는 상류측 벽부(54)가 마련되어 있다. 상류측 벽부(54)는, 출구부(20)의 상류단 또는 제1 노즐통(3)의 하류단과, 파일럿 콘(15)의 상류단 또는 제2 노즐통(12)의 하류단을 접속한다. 상류측 벽부(54)에는, 압축기(102)(도 1 참조)로부터 보내지는 압축 공기 a의 일부가 유통되는 공기 입구(30)가 형성되어 있다. 공기 입구(30)를 유통한 압축 공기 a는, 출구부(20)의 내주측의 환상 공간(29)을 통해 보염 링(16)을 향해 공급된다.
보염 링(16)은 그 하류측에, 유속이 낮은 저속 영역을 형성하고, 이에 의해 보염성을 향상시키도록 되어 있다. 그러나, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 보염 링(16)에는, 보염 링(16)의 주위 방향으로 간격을 두도록 하여 제1 개구(35)가 형성되어 있다. 제1 개구(35)가 형성된 부분부터는 연료와 혼합되지 않은 압축 공기가 다량으로 공급되기 때문에, 보염 능력이 작거나 또는 보염되지 않아, 보염이 저해되므로, 보염 링(16)의 보염 효과가 주위 방향에 있어서 불균일한 분포로 된다. 보염이 저해된 부분에서는 보염 링(16)보다도 하류측에서, 주위의 화염에 의해 연소가 발생한다.
일반적으로, 상류측일수록 예혼합 기체의 혼합이 충분하지 않아, 예혼합 기체의 혼합이 충분하지 않은 장소에서 연소가 일어나면, 국소적으로 화염 온도가 높은 연소가 일어나 NOx의 발생량이 증가되어버린다. 그러나, 보염 링(16)의 주위 방향으로 간격을 두고 제1 개구(35)를 마련함으로써, 제1 개구(35)를 마련한 부분에서는 보염이 저해되어 보염 링(16)보다도 하류측에서 연소가 발생하므로, 제1 개구(35)를 마련한 부분에서는, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 억제하여, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다. 한편, 제1 개구(35)를 마련하지 않은 부분에서는 보염이 저해되지 않아 보염 링(16) 부근에서 연소가 발생하므로, 안정적인 연소가 가능해진다. 제1 개구(35)를 마련한 부분은 이 안정 연소 부분에 의해 보염된다.
제1 개구(35)인 절결부(35a)는, 보염 링(16)의 주위 방향에 있어서, 격벽(24)의 하류측 단부에 마련되고, 격벽(24)의 하류측 단부보다도 폭이 넓다. 이와 같은 구성에 의해, 격벽(24)의 하류측 단부의 하류의 영역에서 보염이 저해된다. 격벽(24)의 하류측 단부의 하류의 영역에서는, 인접하는 한 쌍의 격벽(24, 24) 사이의 하류의 영역에 비하여 예혼합 기체의 혼합 상태가 비교적 나쁘므로, 격벽(24)의 하류측 단부의 하류 영역에서 보염이 행해지고, 상류측에서 연소가 발생하면, 상술한 바와 같이 국소적인 화염 온도의 상승에 기인하여 NOx의 발생량이 증가하기 쉽다. 이 때문에, 격벽(24)의 하류측 단부의 하류의 영역에서 보염을 저해함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 보염 링(16)의 직경 방향에 있어서의 절결부(35a)의 절결 깊이는, 보염 링(16)의 주위 방향에 있어서의 절결부(35a)의 중앙부에 비하여, 보염 링(16)의 주위 방향에 있어서의 절결부(35a)의 양단부 쪽이 작아져 있으며, 바람직하게는 절결부(35a)는, 격벽(24)의 하류측 단부의 주위 방향 위치에 있어서, 최대의 절결 깊이를 갖는다. 이와 같은 구성에 의해, 보염 링(16)의 주위 방향에 대하여 절결부(35a)의 양단부로부터 중앙부를 향해 보염 능력이 작아진다. 이 때문에, 격벽(24)에 대응하는 주위 방향 위치의 하류에 있어서 확실하게 보염이 저해됨으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
절결부(35a)는, 보염 링(16)의 내주연(16a)보다도 외주측, 즉 외주연부에 마련되어 있다. 절결부(35a)는, 보염 링(16)의 외주연(16b)으로부터 내주연(16a)까지 잘라내어진 절결부에 비하면 개구 면적이 작아지므로, 절결부(35a)를 흐르는 압축 공기의 유량을 억제할 수 있다. 절결부(35a)를 흐르는 공기의 유량이 크면, 연소에 사용되는 압축 공기의 양이 저하되어, NOx의 발생량이 증가되어버리지만, 절결부(35a)를 흐르는 압축 공기의 유량을 억제함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
도 9 및 도 10에는 각각, 또 다른 실시 형태에 따른 연소기(50)가 도시되어 있다. 도 9에 도시된 연소기(50)는, 보염 링(16)에 제1 개구(35)(도 3 참조)가 형성되지 않은 것, 및 후술하는 공기 입구(30)(도 2 참조)의 구성 이외에는, 도 2 및 도 3에 도시한 연소기(50)와 동일한 구성을 갖고 있다. 도 10에 도시된 연소기(50)는, 보염 링(16)에 제1 개구(35)(도 5 참조)가 형성되지 않은 것, 및 후술하는 공기 입구(30)(도 4 참조)의 구성 이외에는, 도 4 및 도 5에 도시한 연소기(50)와 동일한 구성을 갖고 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10에 도시한 연소기(50)에 있어서, 공기 입구(30)의 구성에 대하여 설명한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 상류측 벽부(54)의 제1 부분(54a)은, 공기 입구(30)의 형성 밀도가 낮은 영역인 제1 영역(31)과, 제1 영역(31)과 주위 방향으로 어긋난 위치에 제1 영역(31)보다도 공기 입구(30)의 형성 밀도가 높은 영역인 제2 영역(32)을 포함하고 있다. 공기 입구(30)의 형성 밀도의 고저는, 제1 영역(31)에 형성되는 공기 입구(30)의 수보다도 제2 영역(32)에 형성되는 공기 입구의 수보다도 많게 하는 것, 및/또는 제1 영역(31)에 형성되는 공기 입구(30)의 사이즈보다도 제2 영역(32)에 형성되는 공기 입구의 사이즈를 크게 함으로써 조정 가능하다.
압축기(102)(도 1 참조)로부터 공급되는 압축 공기의 일부는, 공기 입구(30)를 통해 상류측 벽부(54)의 제1 부분(54a)을 빠져 나가서 환상 공간(29)(도 1 또는 도 3 참조) 내에 유입되고, 보염 링(16)(도 9 및 도 10 참조)을 향해 흐른다. 제1 부분(54a)에는 그 주위 방향으로, 공기 입구(30)의 형성 밀도가 서로 다른 제1 영역(31) 및 제 2 영역(32)이 마련되어 있으므로, 보염 링(16)을 향해 흐르는 공기 유량은 주위 방향에 있어서 분포를 갖는다. 이 때문에, 제1 영역(31)에 대응한 주위 방향 영역에서는 보염 링(16)의 하류측의 저유속 영역에서 보염되는 한편, 제2 영역(32)에 대응한 주위 방향 영역에서는 상류측 벽부(54)로부터 공급되는 비교적 대유량의 압축 공기 흐름에 의해 보염이 저해되는 결과, 보염 링(16)에 의한 보염 효과는 주위 방향에 있어서 불균일해진다. 보염이 저해된 부분에서는 보염 링(16)보다도 하류측에서, 주위의 화염에 의해 연소가 발생한다.
일반적으로, 상류측일수록 예혼합 기체의 혼합이 충분하지 않아, 예혼합 기체의 혼합이 충분하지 않은 장소에서 연소가 일어나면, 국소적으로 화염 온도가 높은 연소가 일어나서 NOx의 발생량이 증가되어버린다. 그러나, 상류측 벽부(54)의 제1 부분(54a)의 주위 방향으로 공기 입구(30)의 형성 밀도가 서로 다른 제1 영역(31) 및 제 2 영역(32)을 마련함으로써, 제1 영역(31)보다도 대유량의 압축 공기가 흐르는 제2 영역(32)에 대응한 주위 방향 영역에서는 보염이 저해되어 보염 링(16)보다도 하류측에서 연소가 발생하므로, 제2 영역(32)에 대응한 주위 방향 영역에서는, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 억제하여, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 실시 형태의 연소기(50)에서도, 상류측 벽부(54)의 제1 부분(54a)의 주위 방향으로 공기 입구(30)의 형성 밀도가 서로 다른 제1 영역(31) 및 제 2 영역(32)을 마련해도 된다. 이들 실시 형태의 경우, 보염 링(16)에 제1 개구(35)가 형성된 부분의 상류 영역이 제2 영역(32)(도 11 참조)으로 된다. 제1 개구(35)와 제2 영역(32)의 이러한 위치 관계에 의해, 제1 개구(35)를 통해 제1 부분(54a)의 제2 영역(32)으로부터의 비교적 대유량의 공기가 보염 링(16)의 하류측으로 유도된다. 이 때문에, 보염 링(16)의 제1 개구(35)가 마련된 주위 방향 영역에 있어서, 보염 링(16)에 의한 보염을 효과적으로 저해하여, 보염 링(16)의 보염 효과의 주위 방향에 있어서의 불균일한 분포를 용이하게 실현할 수 있다. 따라서, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 보다 한층 억제하여, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 제1 영역(31)의 주위 방향에 있어서의 연장 범위는, 제1 노즐(2)의 위치에 대응하는 주위 방향 위치이며, 제2 영역(32)의 주위 방향에 있어서의 연장 범위는, 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 제1 노즐(2, 2) 사이의 주위 방향 위치인 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 노즐(2)의 위치에 대응하는 주위 방향 위치로부터 공기 입구(30)를 통해 공급되는 압축 공기의 유량보다도 제1 노즐(2, 2) 사이의 주위 방향 위치로부터 공기 입구(30)를 통해 공급되는 압축 공기의 유량이 커지게 되어, 제1 노즐(2, 2) 사이의 주위 방향 위치의 하류에서 보염이 저해된다. 제1 노즐(2, 2) 사이의 하류 영역은, 제1 노즐(2)의 하류 영역에 비하여 예혼합 기체의 혼합 상태가 비교적 나쁘므로, 이 영역에서 보염이 행해지면, 상술한 바와 같이 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가가 일어나기 쉽다. 이 때문에, 이 영역에서의 보염을 저해함으로써, NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
도 2 및 도 3, 도 4 및 도 5, 도 9, 및 도 10에 도시한 실시 형태에서는, 연소기(50)는, 출구부(20)의 내주측이면서 또한 파일럿 콘(15)의 외주측에서 주위 방향으로 연장되는 환상 공간(29) 내에, 냉각 링(17)을 가져도 된다. 냉각 링(17)은, 파일럿 콘(15)의 외주측, 또한, 출구부(20)의 내주측에, 상류측 벽부(54)에 근접해서 마련되어 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 냉각 링(17)은, 일단부로부터 타단부를 향해 직경이 확대되도록 연장되는 통형 본체부(17a)와, 외경이 큰 쪽의 통형 본체부(17a)의 단부를 따라 원주 방향으로 연장되도록 마련된 플랜지부(17b)를 갖고 있다. 통형 본체부(17a)는 적어도 일부가 파일럿 콘(15)과 평행하게 연장해도 되며, 플랜지부(17b)는 적어도 일부가 보염 링(16)과 평행하게 연장되어도 된다. 플랜지부(17b)는, 통형 본체부(17a)의 단부로부터 통형 본체부(17a)의 직경 방향 외측을 향해 연장되어 있다. 플랜지부(17b)에는, 냉각 링(17)이 환상 공간(29)(도 2 및 도 4 참조) 내에 마련되었을 때, 보염 링(16)에 형성된 제1 개구(35)(도 3 및 도 5 참조)에 대응하는 위치에 제2 개구(40)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 개구(35)와 제2 개구(40)는, 각각 절반 이상, 바람직하게는 90％ 이상의 영역이 축방향에서 볼 때 겹쳐 있는 것이 바람직하다. 제2 개구(40)는 제1 개구(35)와 같은 형상인 것이 바람직하고, 도 12의 냉각 링(17)에는, 절결부(35a)와 동일한 형상의 절결부(40a)가 형성되어 있다. 이에 의해, 절결부(35a) 및 절결부(40a)가 중첩되므로, 이 부분에서 보염을 저해할 수 있다.
또한, 냉각 링(17)은, 파일럿 콘(15) 및 보염 링(16)(도 2 및 도 4 참조)의 사이에 간극(56)을 형성하기 위한 스페이서부(51)를 가져도 된다. 스페이서부(51)는, 통형 본체부(17a)의 내표면으로부터 돌출되도록 마련된 복수의 볼록부(51a), 및/또는 플랜지부(17b)의 주위 방향에 대하여 절결(40a)의 양측에 위치함과 함께 플랜지부(17b)의 표면으로부터 돌출되도록 마련된 복수의 볼록부(51b)를 가져도 된다. 냉각 링(17)이 환상 공간(29)(도 1 또는 도 3 참조) 내에 마련되었을 때, 볼록부(51a)는 파일럿 콘(15)(도 1 또는 도 3 참조)을 향해 돌출되고, 볼록부(51b)는 보염 링(16)(도 1 또는 도 3 참조)을 향해 돌출된 상태가 된다. 이에 의해, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 파일럿 콘(15) 및 통형 본체부(17a)의 사이와, 보염 링(16) 및 플랜지부(17b) 사이의 각각에 간극(56)을 형성할 수 있다. 특히, 볼록부(51b)가 플랜지부(17b)의 주위 방향에 대하여 절결(40a)의 양측에 위치함으로써, 보염 링(16)과 플랜지부(17b)의 사이에 주위 방향에 걸쳐 균일한 간극(56)을 형성할 수 있다. 또한, 각 볼록부(51a)는, 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 볼록부(51b, 51b) 사이의 주위 방향 위치에 마련되어 있다. 또한, 간극(56)은, 냉각 링(17)과 출구부(20) 사이의 공간보다도 좁다.
도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 보염 링(16)의 상류측에 마련되는 상류측 벽부(54)는, 제1 노즐통(3)을 지지함과 함께 제1 노즐통(3)의 외측으로부터 원주 방향 내측으로 연장되는 판상의 제1 부분(54a)과, 제2 노즐통(12)을 지지함과 함께 제2 노즐통(12)의 외측으로부터 원주 방향 외측으로 연장되지만 제1 부분(54a)과는 연장 방향이 서로 다른 원뿔대 형상의 제2 부분(54b)을 갖고 있다. 상류측 벽부(54)의 직경 방향에 관하여, 냉각 링(17)보다도 외측의 부분이 제1 부분(54a)이며, 냉각 링(17)보다도 내측의 부분을 제2 부분(54b)이라 할 수 있다. 제1 부분(54a)에 공기 입구(30)가 형성되고, 제2 부분(54b)에는, 파일럿 콘(15)과 냉각 링(17) 사이의 간극(56)에 개구하는 냉각 공기 도입구(36)가 형성되어 있다.
압축기(102)(도 1 참조)로부터 공급되는 압축 공기의 일부는, 공기 입구(30) 외에, 냉각 공기 도입구(36)를 통해 상류측 벽부(54)의 제2 부분(54b)을 빠져 나와서, 파일럿 콘(15)과 냉각 링(17) 사이의 간극(56)에 유입되고, 보염 링(16)과 플랜지부(17b) 사이의 간극(56)을 유통하여, 출구부(20)로부터 연소실(55)로 배기된다. 이 유통 과정에서, 파일럿 콘(15) 및 보염 링(16)이 냉각된다. 상술한 스페이서부(51)의 구성에 의해 간극(56)이 균일해져 있으면, 간극(56)을 유통하는 공기의 유속이 균일해지므로, 파일럿 콘(15) 및 보염 링(16)을 균일하게 냉각시킬 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 환상 공간(29)을 판상의 칸막이 부재(45)에 의해, 제1 영역(31)에 대응하는 제1 공간(60)과, 제2 영역(32)에 대응하는 제2 공간(61)으로 칸막이해도 된다. 이 경우, 제1 공간(60) 및 제 2 공간(61)은, 원주 방향으로 교대로 위치하는 구성으로 된다. 칸막이 부재(45)는, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 냉각 링(17)의 통형 본체부(17a)의 외표면에 통형 본체부(17a)의 축방향을 따라 연장되도록 마련되어도 된다. 이 경우, 칸막이 부재(45)는, 플랜지부(17b)의 상류측에서 플랜지부(17b)의 주위 방향에 대하여 절결(40a)의 양측에 위치하도록 마련된다. 칸막이 부재(45)가 냉각 링(17)에 마련되는 형태에서는, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 칸막이 부재(45)는 상류측 벽부(54)에 근접하고 있으며, 칸막이 부재(45)와 상류측 벽부(54)의 사이에는 근소한 간극이 형성되어 있다. 또한, 칸막이 부재(45)는 냉각 링(17)에 마련되는 것으로 한정되는 것이 아니라, 내측 링(22)(도 13 참조)에 마련되어도 되며, 일부의 칸막이 부재(45)는 내측 링(22)에 마련됨과 함께 다른 칸막이 부재(45)는 냉각 링(17)에 마련되어도 된다. 또한, 냉각 링(17)이 없는 경우에는, 칸막이 부재(45)는, 내측 링(22) 또는 파일럿 콘(15) 중 어느 하나 혹은 양쪽에 마련되어도 된다. 또한, 칸막이 부재(45)는, 상류측 벽부(54)의 제1 부분(54a)으로부터 하류측을 향해 연장하도록 마련되어도 된다.
환상 공간(29)이 칸막이 부재(45)에 의해 제1 공간(60)과 제2 공간(61)으로 칸막이되어 있으므로, 칸막이 부재(45)는, 제2 공간(61) 내를 흐르는 공기가 제1 공간(60)에 유입되어 제2 공간(61) 내의 공기량이 감소되는 것을 억제한다. 이에 의해, 공기 유량의 주위 방향에 대한 분포가 유지되어, 보염 링에 의한 보염 효과를 주위 방향에 있어서 불균일하게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 적어도 몇 가지 실시 형태에 따르면, 보염 링(16)에 의한 보염 효과가 주위 방향에 있어서 불균일해지기 때문에, 보염을 행하면서, 예혼합이 충분하지 않은 상류측에서의 연소를 적어도 일부의 주위 방향 영역에 있어서 억제하여, 보염을 행하면서, 국소적인 화염 온도의 상승에 기인한 NOx의 발생량의 증가를 억제할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 보염 링(16)은, 파일럿 콘(15)의 하류단으로부터 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향하여, 제1 노즐(2)의 길이 방향에 대해서 임의의 각도를 이루도록 연장되어도 된다고 설명하였지만, 이 설명에는, 제1 노즐(2)의 길이 방향에 대하여 보염 링(16)이 이루는 각도와 제1 노즐(2)의 길이 방향에 대하여 파일럿 콘(15)이 이루는 각도가 동일해지도록, 파일럿 콘(15)의 하류단으로부터 연소기(50)의 반경 방향 외측을 향해 보염 링(16)이 연장되는 형태가 포함된다. 이 경우, 복수의 제1 노즐(2)의 출구부(20)의 내주측에 있어서 연소기(50)의 주위 방향으로 연장되는 부분이 보염 링(16)에 상당하며, 보염 링(16)보다도 상류측이 파일럿 콘(15)에 상당한다.
상술한 실시 형태에서는, 플랜지부(17b)는, 일단부로부터 타단부를 향해 직경이 확대되도록 연장되는 통형 본체부(17a)의 타단부로부터 통형 본체부(17a)의 직경 방향 외측을 향해 연장되어 있다고 설명하였지만, 이 설명에는, 통형 본체부(17a) 및 플랜지부(17b) 각각의 일단부로부터 타단부를 향해 직경이 확대되도록 연장되는 방향이 동일한 형태, 즉 통형 본체부(17a) 및 플랜지부(17b)가 전체에서 하나의 원뿔대 형상을 구성하는 형태를 포함한다. 이 경우, 보염 링(16)의 상류측, 즉 축방향에서 보아 보염 링(16)과 겹치는 영역이 플랜지부(17b)에 상당하며, 플랜지부(17b)보다도 상류측이 통형 본체부(17a)에 상당한다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 부분(54a)은, 제1 노즐통(3)의 외측으로부터 원주 방향 내측으로 연장되는 판상의 부재이며, 제2 부분(54b)은, 제2 노즐통(12)의 외측으로부터 원주 방향 외측으로 연장되는데, 제1 부분(54a)과는 연장 방향이 서로 다른 원뿔대 형상의 부재였지만, 이 형태로 한정되는 것은 아니다. 제1 부분(54a)의 연장 방향과 제2 부분(54b)의 연장 방향이 동일한, 즉, 제1 부분(54a) 및 제2 부분(54b)이, 제1 노즐통(3)과 제2 노즐통(12)의 사이에서, 하나의 판상의 부재를 구성하거나, 또는 하나의 원뿔대 형상의 부재를 구성해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 연소기(50)는 제2 노즐(11)을 갖고 있었지만, 제2 노즐(11)을 갖지 않고, 복수의 제1 노즐(2)만이 마련된 연소기 및 이 연소기를 구비하는 가스 터빈이어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 연소기(50)는 가스 터빈(100)에 적용되어 있지만, 연소기(50)의 적용처는, 가스 터빈(100)으로 한정되는 것은 아니다.
2: 제1 노즐(노즐)
15: 파일럿 콘
16: 보염 링
16a: 내주연
16b: 외주연
17: 냉각 링
17b: 플랜지부
20: 출구부
24: 격벽
29: 환상 공간
30: 공기 입구
31: 제1 영역
32: 제2 영역
35: 제1 개구
35a: 절결부
35b: 관통 구멍
35c: 관통 구멍
36: 냉각 공기 도입구
40: 제2 개구
40a: 절결부
45: 칸막이 부재
50: 연소기
51: 스페이서부
51a: 볼록부
51b: 볼록부
54: 상류측 벽부
56: 간극
60: 제1 공간
61: 제2 공간
100: 가스 터빈
106: 터빈

Claims (19)

  1. 주위 방향으로 마련된 복수의 노즐과,
    상기 복수의 노즐의 출구부의 내주측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되는 보염 링과,
    상기 보염 링의 상류측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되고, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측의 환상 공간을 통해 상기 보염 링을 향해서 공기를 공급하기 위한 복수의 공기 입구를 갖는 상류측 벽부를
    구비하고,
    상기 상류측 벽부는,
    제1 영역과,
    상기 제1 영역에 대하여 상기 주위 방향으로 어긋난 위치에 마련되고, 상기 제1 영역보다도 상기 공기 입구의 형성 밀도가 높은 제2 영역을
    포함하는, 연소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보염 링은, 상기 제2 영역의 하류측에 위치하는 제1 개구를 포함하는, 연소기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개구는, 상기 보염 링의 외주연으로부터, 상기 보염 링의 직경 방향 내측을 향하여, 상기 보염 링의 내주연보다도 외주측의 위치까지 잘라내어진 적어도 하나의 절결부를 포함하는, 연소기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절결부의 최대의 절결 깊이는, 상기 보염 링의 직경 방향에 관하여 상기 외주연으로부터 상기 내주연까지의 거리의 2/3 이하인, 연소기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개구는, 상기 보염 링의 외주연으로부터 상기 보염 링의 내주연의 사이에 형성된 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하는, 연소기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 영역의 상기 주위 방향에 있어서의 연장 범위는, 상기 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 상기 노즐 사이의 주위 방향 위치를 포함하고,
    상기 제1 영역의 상기 주위 방향에 있어서의 연장 범위는, 상기 노즐의 위치에 대응하는 주위 방향 위치를 포함하는, 연소기.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상류측 벽부와 상기 보염 링 사이의 상기 환상 공간 내에 있어서 축방향을 따라 연장되고, 해당 환상 공간을, 상기 제1 영역에 대응한 제1 공간과 상기 제2 영역에 대응한 제2 공간으로 칸막이하는 적어도 하나의 칸막이 부재를 더 구비하는, 연소기.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보염 링을 하류단에 갖는 파일럿 콘과,
    상기 파일럿 콘의 외주측, 또한, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측에 마련되는 냉각 링을 더 구비하고,
    상기 파일럿 콘과 상기 냉각 링의 사이에 간극이 형성된, 연소기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보염 링은, 상기 제2 영역의 하류측에 위치하는 제1 개구를 포함하고,
    상기 냉각 링의 외주측, 또한, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측의 공간을 통해 상기 상류측 벽부의 상기 공기 입구와 상기 보염 링의 상기 제1 개구가 연통하는, 연소기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상류측 벽부는, 상기 파일럿 콘과 상기 냉각 링 사이의 상기 간극에 개구되는 냉각 공기 도입구를 갖는, 연소기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 파일럿 콘의 상기 하류단에 위치하는 상기 보염 링은, 상기 제2 영역의 하류측에 위치하는 제1 개구를 포함하고,
    상기 냉각 링은, 상기 보염 링의 상류측에 위치하는 플랜지부를 포함하고,
    상기 플랜지부는, 상기 보염 링의 상기 제1 개구에 대응하는 제2 개구를 갖는, 연소기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 파일럿 콘과 상기 냉각 링의 사이에 상기 간극을 형성하기 위한 적어도 하나의 스페이서부를 구비하는, 연소기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각 링은, 상기 보염 링의 상류측에 위치하는 플랜지부를 포함하며,
    상기 플랜지부는, 상기 보염 링의 상기 제1 개구에 대응하는 제2 개구를 갖고,
    상기 적어도 하나의 스페이서부는, 상기 보염 링을 향해서 하류측으로 돌출되도록 상기 플랜지부에 마련된 복수의 볼록부를 포함하며,
    상기 복수의 볼록부는, 상기 주위 방향에 있어서, 상기 플랜지부의 각각의 상기 제2 개구의 양측에 위치하는 한 쌍의 볼록부를 포함하는, 연소기.
  14. 주위 방향으로 마련된 복수의 노즐과,
    상기 복수의 노즐의 출구부의 내주측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되는 보염 링을 구비하고,
    상기 보염 링은, 상기 주위 방향에서 인접하는 한 쌍의 상기 노즐의 사이 주위 방향 위치에 각각 마련된 복수의 절결부를 상기 보염 링의 외주연부에 갖고,
    상기 보염 링의 각각의 상기 절결부는, 상기 주위 방향에 있어서, 인접하는 한 쌍의 상기 노즐의 사이에서 상기 출구부에 마련된 격벽의 하류측 단부보다도 폭이 넓고,
    상기 보염 링의 각각의 상기 절결부의 직경 방향에 있어서의 절결 깊이는, 상기 주위 방향에 있어서의 상기 절결부의 중앙부에 비하여, 상기 주위 방향에 있어서의 상기 절결부의 양단부 쪽이 작은, 연소기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 절결부는, 상기 격벽의 상기 하류측 단부의 주위 방향 위치에 있어서, 상기 절결 깊이가 최대인, 연소기.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 절결부가, 상기 보염 링의 상기 외주연부로부터, 상기 보염 링의 직경 방향 내측을 향하여, 상기 보염 링의 내주연보다도 외주측에 마련된, 연소기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 절결부의 최대의 절결 깊이는, 상기 보염 링의 직경 방향에 관하여 상기 외주연부로부터 상기 내주연까지의 거리의 2/3 이하인, 연소기.
  18. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 보염 링의 상류측에 있어서 상기 주위 방향으로 연장되고, 상기 복수의 노즐의 상기 출구부의 내주측의 환상 공간을 통해 상기 보염 링을 향하는 공기류를 형성하기 위한 복수의 공기 입구를 갖는 상류측 벽부를 더 구비하고,
    상기 상류측 벽부는,
    제1 영역과,
    상기 보염 링의 상기 절결부의 상류측에 있어서 상기 제1 영역에 대하여 상기 주위 방향으로 어긋난 위치에 마련되고, 상기 제1 영역보다도 상기 공기 입구의 형성 밀도가 높은 제2 영역을
    포함하는, 연소기.
  19. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 연소기와,
    상기 연소기로부터의 연소 가스에 의해 구동되도록 구성된 터빈을 구비하는, 가스 터빈.
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