KR102396908B1 - 연소기 및 그것을 구비하는 가스 터빈 - Google Patents

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Abstract

저 NOX화를 도모하면서, 플래시백을 충분히 억제 가능한 연소기를 제공한다. 본 발명의 연소기는, 공기가 충만한 공기실(121)을 내부에 갖는 케이싱(20)과, 입구측이 공기실(121)에 접속되며, 출구측이 연소실(124)에 접속하는 혼합 유로(134)를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재(131)로서, 혼합 유로(134)의 입구측에 형성된 공기실(121)에 연통하는 유입구(142)를 갖는 혼합 유로 형성 부재(131)와, 공기실(121)의 내부에 배치되는 연료 노즐(132)로서, 혼합 유로 형성 부재(131)의 유입구(142)보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍(133)을 갖는 연료 노즐(132)을 구비한다.

Description

연소기 및 그것을 구비하는 가스 터빈
본 발명은 연소기 및 그것을 구비하는 가스 터빈에 관한 것이다.
예를 들면 가스 터빈용의 연소기로서, 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍이 복수 형성된 원판 부재를 구비하는 연소기가 알려져 있다. 이 연소기에서는, 원판 부재의 중심축 방향으로 개구되며 상기의 연료 분사 구멍이 형성되고, 연료 분사 구멍을 거쳐서 분사된 연료가 연소하는 것에 의해, 원판 부재의 중심축 방향으로 화염이 발생하도록 되어 있다.
이와 같은 연소기로서, 특허문헌 1에 기재된 연소기가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 연소기에서는, 연료 분사 구멍에는 공기실과 연통하는 혼합관이 접속된다(특히, 도 4 참조). 그리고, 혼합관의 내부에서, 공기실로부터 공급된 공기와, 혼합관의 관벽에 형성된 연료 입구로부터 공급된 연료가 합류된다(특히, 단락 [0021] 참조). 또한, 혼합관 내부에 있어서의 공기와 연료의 혼합 기체는, 연료 분사 구멍으로부터 분사되고, 연소실 내에서 연소된다(특히, 단락 [0021] 참조).
일본 특허 공개 제 2010-203758 호 공보(특히, 단락 [0021], 도 4 참조)
특허문헌 1에 기재된 연소기에서는, 혼합관 내부의 공기 흐름에 대하여, 관벽에 형성된 연료 입구를 통하여 연료가 합류된다. 그 때문에, 공기 흐름의 직경 방향 및 둘레 방향의 각각에 있어서, 연료를 구석구석 확산시키는 것이 어렵다. 이 때문에, 혼합관 내부의 직경 방향 및 둘레 방향의 각각에 있어서 연료 농도에 편향이 생기기 쉽다. 그 결과, 연료 분사 구멍으로부터 연료를 분사하고 연소실에서 연소시킨 경우, 연료의 부분적인 고농도화에 기인하여, 질소산화물(NOX)의 생성량이 증대하기 쉬워진다.
또한, 연료 입구로부터 혼합관 내부에 연료가 공급되면, 상기와 같이 예를 들면 직경 방향으로 구석구석 연료를 확산시키기 어렵기 때문에, 관벽 부근에서 연료 농도가 높아지기 쉽다. 이에 의해, 연료 분사 구멍으로부터 연료를 분사하고 연료실에서 연소시킨 경우, 관벽 부근의 연료 농도가 높은 부분에 기인하여 플래시백(역화(逆火))이 생기기 쉬워진다.
본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 적어도 1 실시형태는 저 NOX화를 도모하면서, 플래시백을 충분히 억제 가능한 연소기 및 그것을 구비하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 1 실시형태에 따른 연소기는, 공기가 충만한 공기실을 내부에 갖는 케이싱과, 입구측이 상기 공기실에 접속되며, 출구측이 연소실에 접속하는 적어도 1개의 혼합 유로를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재로서, 상기 혼합 유로의 입구측에 형성된 상기 공기실에 연통하는 유입구를 갖는 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재와, 상기 공기실의 내부에 배치되는 연료 노즐로서, 상기 혼합 유로 형성 부재의 상기 유입구보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍을 갖는 적어도 1개의 연료 노즐을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 혼합 유로에 있어서, 연료와 공기를 충분히 혼합할 수 있다. 즉, 비교적 넓은 공간인 공기실의 공기가 비교적 좁은 유입구를 지날 때에, 혼합 유로에 있어서 축류(縮流)가 생긴다. 또한, 유입구의 상류측에 위치하는 연료 분사 구멍으로부터는 연료가 분사되고, 분사된 연료는 유입구로부터 공기와 함께 유입된다. 그리고, 혼합 유로에서 생기는 축류 작용에 의해, 유입된 연료와 공기가 혼합 유로에서 충분히 혼합된다. 그 결과, 혼합 유로에서의 연료 농도의 편향을 억제하여, 저 NOX화를 도모할 수 있다. 또한, 혼합 유로의 유입구보다 상류에 있어서 연료 분사 구멍보다 하류에서 공기가 유입되는 것에 의해, 유로벽 부근에서 연료 고농도화에 기인하는 플래시백(역화)을 억제할 수 있다.
(2) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서, 상기 연료 분사 구멍은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 상기 유입구를 지향(指向)하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 유입구에 연료를 흘리기 쉽게 할 수 있다. 이에 의해, 공기실 내부로의 연료의 비산량을 억제할 수 있어서, 연료량 제어에 의한 화염 제어를 실행하기 쉽게 할 수 있다.
(3) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서, 상기 적어도 1개의 연료 노즐은, 제 1 연료 노즐과, 상기 제 1 연료 노즐에 인접하여 배치되는 제 2 연료 노즐을 포함하는 복수의 연료 노즐을 포함하며, 상기 제 1 연료 노즐이 갖는 상기 연료 분사 구멍 및 상기 제 2 연료 노즐이 갖는 상기 연료 분사 구멍의 각각은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 공통의 상기 유입구를 지향하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 유입구에 대하여 복수의 연료 분사 구멍으로부터 연료를 분사할 수 있다. 이 때문에, 혼합 유로에 있어서의 혼합 기체 흐름에 있어서, 직경 방향 및 둘레 방향의 연료 농도 불균일을 억제할 수 있다. 그 결과, 연소실에서 혼합 기체를 연소시킬 때, 화염 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
(4) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (3)의 구성에 있어서, 상기 적어도 1개의 연료 노즐은 복수의 연료 노즐을 포함하며, 상기 연료 노즐이 갖는 상기 연료 분사 구멍의 각각은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 공통의 상기 유입구를 지향하도록 구성되는 동시에, 상기 유입구의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 둘레 방향으로 등간격으로 연료가 분사되기 때문에, 둘레 방향의 연료 농도 불균일을 보다 충분히 억제할 수 있다.
(5) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 케이싱은 상기 연소실과 상기 케이싱 내부의 상기 공기실 사이에 형성되는, 상기 연료를 저류하기 위한 연료실을 내부에 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 공기실을 피하도록 연료 유로를 형성할 수 있어서, 공기실의 내부 공간을 충분히 확보할 수 있다. 그리고, 공기실의 내부 공간이 충분히 확보되는 것에 의해, 공기실로부터 유입구로의 공기의 유입이, 혼합 유로 형성 부재의 위치에 의하지 않고, 구석구석 실행되기 쉬워진다. 그 결과, 혼합 유로마다의 공기 유입량의 편향을 특히 충분히 억제할 수 있다.
(6) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (5)의 구성에 있어서, 상기 공기실과 상기 연료실을 구획하는 다공판으로서, 상기 공기실과 상기 연료실을 연통하는 제 1 개구 및 상기 공기실과 상기 혼합 유로를 연통하는 제 2 개구를 포함하는 다공판을 더 구비하고, 상기 연료 노즐은 일단측이 폐색되고, 타단측이 개구된 바닥부를 갖는 통 형상으로 형성되며, 상기 연료 노즐의 상기 타단측의 상기 개구가 상기 다공판의 상기 제 1 개구에 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 간편한 구성으로 연료실 내부의 연료를 다공판의 제 1 개구를 통하여, 혼합 유로의 유입구에 공급할 수 있다.
(7) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 연료 노즐은 일단측이 상기 연료의 공급원인 연료 공급원에 접속되며, 상기 유입구와 대면하는 타단측이 폐색된 바닥부를 갖는 통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 각각의 연료 노즐의 길이를, 연료 노즐마다 변경할 수 있다. 이에 의해, 연료 노즐의 길이에 대응시켜 혼합 유로의 길이를 변경할 수 있다. 그 결과, 공진을 억제하여, 연소기의 연소 진동을 억제하기 쉽게 할 수 있다.
(8) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (7)의 구성에 있어서, 상기 적어도 1개의 혼합 유로는 복수의 혼합 유로를 포함하며, 상기 혼합 유로 형성 부재는 상기 복수의 혼합 유로의 각각을 형성하는 복수의 혼합관으로, 서로 간격을 두고 마련된 복수의 혼합관을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 혼합관 사이의 간극을 통하여, 공기를 혼합관의 유입구로 인도할 수 있다. 이에 의해, 유입구의 상류측에 부가하여 하류측으로부터도 공기를 혼합관에 공급할 수 있어서, 상기의 축류 작용을 보다 크게 할 수 있다. 그 결과, 혼합 유로에서, 연료와 공기를 보다 충분히 혼합할 수 있다.
(9) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (7)의 구성에 있어서, 상기 적어도 1개의 혼합 유로는 복수의 혼합 유로를 포함하며, 상기 혼합 유로 형성 부재는, 상기 복수의 혼합 유로의 각각을 구획하는 복수의 격벽의 집합에 의해 구성된 격벽 집합체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 혼합 유로에 문제점이 생긴 경우에, 격벽 집합체의 전체를 교환하는 것에 의해 그 문제점을 해소할 수 있으므로, 유지 보수를 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 혼합 유로끼리가 격벽으로 구획되기 때문에, 불필요한 공간이 없어, 연소기의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 혼합 유로가 조밀하게 형성되기 때문에, 1개의 연료 노즐을 통하여, 보다 많은 혼합 유로에 연료를 공급할 수 있다. 그 결과, 연료 노즐의 개수를 삭감할 수 있다. 또한, 횡풍을 받는 분류(噴流)에 가까운 혼합을 일으키게 할 수 있어서, 특히 충분한 혼합이 가능해진다.
(10) 본 발명의 적어도 1 실시형태에 따른 가스 터빈은, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 연소기와, 상기 연소기에 공급되는 상기 공기를 압축하기 위한 압축기와, 상기 연소기의 상기 연소실로부터 배출된 연소 가스에 의해 구동되도록 구성된 터빈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 상기와 같이 충분히 혼합된 혼합 기체를 연소시키고, 안정적으로 운전 가능한 가스 터빈을 제공할 수 있다.
본 발명의 적어도 1 실시형태에 의하면, 저 NOX화를 도모하면서, 플래시백을 충분히 억제 가능한 연소기 및 그것을 구비하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1 실시형태에 따른 가스 터빈을 도시하는 구성도이다.
도 2는 연소기 근방을 도시하는 단면도이다.
도 3은 연소기의 연료 분사 구멍 근방을 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 4는 연소기의 연료 노즐 근방을 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 5는 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 6은 연료 노즐 및 혼합 유로 형성 부재의 배치를 도시하는 도면이다.
도 7은 연료 노즐 및 혼합 유로 형성 부재의 배치를 도시하는 도면으로서, 도 6과는 상이한 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 2 실시형태에 따른 연소기 근방을 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 2 실시형태에 따른 연소기에 있어서, 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 3 실시형태에 따른 연소기에 구비되는 연료 노즐 및 격벽 집합체의 배치를 도시하는 도면이다.
도 11은 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 12는 연료 노즐 및 격벽 집합체의 배치를 도시하는 도면으로서, 도 10과는 상이한 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 4 실시형태에 따른 연소기 근방을 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 이하에 실시형태로서 기재되어 있는 내용 또는 도면에 기재되어 있는 내용은 어디까지나 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 임의로 변경하여 실시할 수 있다. 또한, 각 실시형태는 2개 이상을 임의로 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 각 실시형태에 있어서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 실시형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들면, "어느 방향으로", "어느 방향을 따라서", "평행", "직교", "중심", "동심" 혹은 "동축" 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있을 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, "동일", "동일함" 및 "균질" 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있을 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성 요소를 "마련한다", "갖춘다", "구비한다", "포함한다", 또는, "갖는다"라는 표현은 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
도 1은 본 발명의 1 실시형태에 따른 가스 터빈(100)을 도시하는 개략 구성도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 1 실시형태에 따른 가스 터빈(100)은, 연소기(4)에 공급되는 산화제로서의 공기를 압축(즉, 압축 공기를 생성)하기 위한 압축기(2)와, 압축 공기 및 연료를 이용하여 연소 가스를 발생시키기 위한 연소기(4)(가스 터빈 연소기)와, 연소기(4)의 연소실(124)(후술함)로부터 배출된 연소 가스에 의해 구동되도록 구성된 터빈(6)을 구비한다. 발전용의 가스 터빈(100)의 경우, 터빈(6)에는 발전기(도시하지 않음)가 연결되고, 터빈(6)의 회전 에너지에 의해 발전이 실행된다.
가스 터빈(100)에 구비되는 연소기(4)에서는, 연료와 공기의 혼합 기체를 연소시키는 것에 의해, 상기의 연소 가스가 발생한다. 그리고, 상세는 후술하지만, 이 연소기(4)에서는 연료와 공기를 충분히 혼합할 수 있다. 그 때문에, 이와 같은 연소기(4)를 구비하는 가스 터빈(100)에서는, 상기와 같이 충분히 혼합된 혼합 기체를 연소시키는 것에 의해, 저 NOX화를 도모하면서, 가스 터빈(100)의 운전을 안정적으로 실행할 수 있다.
연소기(4)에서 연소되는 연료로서는, 수소, 메탄, 경유, 중유, 제트 연료, 천연 가스, 가스화된 석탄 등을 들 수 있으며, 이들 1종 또는 2종 이상을 임의로 조합하여 연소할 수 있다.
압축기(2)는 압축기 차실(10)과, 압축기 차실(10)의 입구측에 마련되며, 공기를 취입하기 위한 공기 취입구(12)와, 압축기 차실(10) 및 터빈 차실(22)을 모두 관통하도록 마련된 로터(8)와, 압축기 차실(10) 내에 배치된 각종 날개를 구비한다. 각종 날개는 공기 취입구(12)측에 마련된 입구 안내 날개(14)와, 압축기 차실(10)측에 고정된 복수의 정익(16)과, 정익(16)에 대하여 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설된 복수의 동익(18)을 포함한다. 이와 같은 압축기(2)에 있어서, 공기 취입구(12)로부터 취입된 공기는, 복수의 정익(16) 및 복수의 동익(18)을 통과하고 압축되는 것에 의해 고온 고압의 압축 공기가 된다. 그리고, 고온 고압의 압축 공기는 압축기(2)로부터 후단의 연소기(4)로 이송된다.
연소기(4)는 케이싱(20)을 구비하여 구성된다. 도 1에 있어서는 1개만 도시하지만, 연소기(4)는 도시하지 않은 가스 터빈 케이싱(케이싱(20)의 일부 또는 전부로서 구성되어도 좋다)의 내부에 로터(8)를 중심으로 하여 환상으로 복수 배치된다. 연소기(4)에는 연료와 압축기(2)에서 생성된 압축 공기가 공급되고, 연료를 연소시키는 것에 의해, 터빈(6)의 작동 유체인 연소 가스가 발생한다. 그리고, 연소 가스는 연소기(4)로부터 후단의 터빈(6)으로 이송된다.
터빈(6)은 터빈 차실(22)과, 터빈 차실(22) 내에 배치된 각종 날개를 구비한다. 각종 날개는 터빈 차실(22)측에 고정된 복수의 정익(24)과, 정익(24)에 대하여 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설된 복수의 동익(26)을 포함한다. 터빈(6)에 있어서는, 연소 가스가 복수의 정익(24) 및 복수의 동익(26)을 통과하는 것에 의해, 로터(8)가 회전 구동한다. 이에 의해, 로터(8)에 연결된 발전기(도시하지 않음)가 구동된다.
또한, 터빈 차실(22)의 하류측에는, 배기 차실(28)을 거쳐서 배기실(30)이 연결된다. 터빈(6)을 구동한 후의 연소 가스는, 배기 차실(28) 및 배기실(30)을 거쳐서 외부로 배출된다.
도 2는 연소기(4)의 근방을 도시하는 단면도이다. 도 2에 있어서 일점쇄선은 케이싱(20)의 축선(L)을 나타낸다. 또한, 도 2에 있어서는 도시의 편의상, 혼합 유로 형성 부재(131)(혼합관)의 수를 도 3에 도시하는 형태보다 적게 기재하고 있다.
연소기(4)는 상기와 같이 케이싱(20)을 구비하며 구성된다. 케이싱(20)의 내부에는 통 부재(105)가 배치되며, 통 부재(105)는 그 둘레 방향 외벽에 등간격으로 배치된 지지 부재(106)에 의해, 케이싱(20)의 내부에 지지 고정된다. 또한, 지지 부재(106)는 둘레 방향으로 간격을 갖고서 마련된다. 또한, 케이싱(20)의 내부에는, 통 부재(105)의 후방측에 공기 유로(110)를 통류(通流)하여 차실(40)로부터 유입된 공기(압축 공기)가 충만한 공기실(121)이 형성된다.
통 부재(105)의 내부에는, 제 1 지지판(111)과, 제 2 지지판(112)과, 제 3 지지판(113)이 간격을 갖고서 배치된다. 제 1 지지판(111)과 제 2 지지판(112) 사이에는, 혼합 기체 분사 구멍(141)으로부터 분사되는 혼합 기체 중의 연료를 저류하기 위한 연료실(122)이 형성된다. 즉, 케이싱(20)은 연소기 라이너(46)의 내부에 형성된 연소실(124)과 케이싱(20) 내부의 공기실(121) 사이에, 연료를 저류하기 위한 연료실(122)을 구비한다. 또한, 연료실(122)로부터 혼합 기체 분사 구멍(141)으로의 연료의 공급은 후술한다. 연료실(122)에는 연료 포트(52)와 연통하는 연료 유로(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 이 때문에, 연료실(122)에는 연료 포트(52) 및 연료 유로를 통하여 연료가 공급된다.
상기의 위치에 연료실(122)이 형성되는 것에 의해, 공기실(121)을 피하도록 연료 유로를 형성할 수 있어서, 공기실(121)의 내부 공간을 충분히 확보할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면, 연료 포트(52)와 연통하는 연료 유로는, 공기실(121)의 외부를 통하여, 공기 유로(110)의 도중에서 공기 유로(110)를 횡단시키는 것에 의해, 연료실(122)에 접속할 수 있다. 또한, 상기의 지지 부재(106)가 이 연료 유로를 겸하도록 하여도 좋다. 그리고, 공기실(121)의 내부 공간이 충분히 확보되는 것에 의해, 공기실(121)로부터 유입구(142)로의 공기의 유입이, 혼합 유로 형성 부재(131)의 위치에 의하지 않고, 구석구석 실행되기 쉬워진다. 그 결과, 혼합 유로(134)마다의 공기 유입량의 편향을 특히 충분히 억제할 수 있다.
제 2 지지판(112)과 제 3 지지판(113) 사이에는, 냉각용 공기실(123)이 형성된다. 상세는 후술하지만, 제 3 지지판(113)의 전방측에 연소실(124)이 형성된다. 그 때문에, 연소실(124)에서의 연료 연소에 의해, 제 3 지지판(113)은 고온이 된다. 그래서, 제 3 지지판(113)을 냉각하기 위한 냉각용 공기가, 연소실(124)과는 반대측에 형성된 냉각용 공기실(123)에 공급된다. 또한, 냉각용 공기실(123)로의 냉각용 공기의 공급은 냉각용 공기 공급 계통(도시하지 않음)을 통하여 실행된다. 또한, 제 3 지지판(113)을 냉각한 후의 사용이 종료된 냉각용 공기는, 배기 유로(도시하지 않음)를 통하여 예를 들면 연소실(124)에 배기된다.
제 1 지지판(111), 제 2 지지판(112) 및 제 3 지지판(113)은, 원통 형상으로 형성된 통 부재(105)에 끼워지도록 모두 원판 형상으로 구성된다. 제 1 지지판(111), 제 2 지지판(112) 및 제 3 지지판(113)은, 케이싱(20)의 축선(L)에 대하여 수직, 또한, 각각의 중심점(도시하지 않음)을 축선(L)이 지나도록 배치된다.
또한, 제 1 지지판(111), 제 2 지지판(112) 및 제 3 지지판(113)은, 모두 도시하지 않은 관통 구멍을 갖고 있다. 그리고, 상기 관통 구멍에 관 형상의 혼합 유로 형성 부재(131)가 삽통되는 것에 의해, 혼합 유로 형성 부재(131)가 제 1 지지판(111), 제 2 지지판(112) 및 제 3 지지판(113)에 지지된다.
혼합 유로 형성 부재(131)는 예를 들면 금속제이며, 관 형상으로 형성된 혼합관으로서 구성된다. 그 때문에, 1개의 혼합 유로 형성 부재(131)에 1개의 혼합 유로(134)가 형성된다. 그리고, 연소기(4)는 복수의 혼합 유로 형성 부재(131)(1개라도 좋다)를 구비하는 것에 의해, 복수의 혼합 유로(134)가 형성된다. 따라서, 혼합 유로 형성 부재(131)는 복수의 혼합 유로(134)의 각각을 형성하는 복수의 혼합관으로서 구성된다. 그리고, 상기 복수의 혼합관(혼합 유로 형성 부재(131))은 서로 간격을 두고 마련되는 것에 의해, 연소기(4)에 구비된다.
혼합 유로 형성 부재(131)는 그 내부에 유입된 연료 및 공기를 혼합하기 위한 혼합 유로(134)(도 5 참조)를 구비한다. 혼합 유로(134)의 입구측(후방측)은 공기실(121)에 접속되며, 출구측(전방측)은 연소실(124)에 접속된다. 혼합 유로 형성 부재(131)는, 케이싱(20)의 축선(L)을 따라서 케이싱(20)의 내부에 적어도 1개 구비된다.
혼합 유로(134)의 입구측에는, 공기실(121)에 연통하는 유입구(142)가 형성되어 있으며, 유입구(142)를 통하여, 연료 및 공기가 유입된다. 유입된 연료와 공기는 상기의 혼합 유로(134)에서 충분히 혼합되어, 혼합 기체가 생성된다. 혼합 기체는, 혼합 유로(134)의 출구측에 형성된 혼합 기체 분사 구멍(141)을 통하여 연소실(124)에 분사된다.
도 3은 연소기(4)의 혼합 기체 분사 구멍(141) 근방을 확대하여 도시하는 사시도이다. 통 부재(105)의 내부에 있어서 전방측에는, 상기 도 2를 참조하면서 설명한 바와 같이, 원판 형상의 제 3 지지판(113)이 배치된다. 그리고, 제 3 지지판(113)에는 혼합관에 의해 구성된 혼합 유로 형성 부재(131)가 지지된다. 또한, 혼합 유로 형성 부재(131) 내부의 혼합 유로(134)의 출구측에는, 적어도 1개의 혼합 기체 분사 구멍(141)이 형성되고, 혼합 기체 분사 구멍(141)은 연소실(124)(도 3에서는 도시하지 않음)과 연통한다. 이에 의해, 혼합 기체 분사 구멍(141)으로부터 분사된 연료는, 도시하지 않은 착화원에 의해 착화되고, 연소실(124)의 내부에서 연소된다.
또한, 케이싱(20)의 내측 또한 통 부재(105)의 외측에는, 차실(40)(도 2 참조)과 공기실(121)(도 2 참조)을 연통하는 공기 유로(110)가 형성된다. 또한, 통 부재(105)의 전방측에는, 상기의 도 2에 도시하는 바와 같이, 연소기 라이너(46)(도 2 참조)가 배치된다. 따라서, 차실(40) 및 공기 유로(110)와, 혼합 기체 분사 구멍(141)과 연통하는 연소실(124)은 연소기 라이너(46)에 의해 구획된다.
도 2로 복귀하여, 제 1 지지판(111)은, 공기실(121)과 연료실(122)을 구획하는 다공판에 의해 구성된다. 제 1 지지판(111)을 구성하는 다공판은, 공기실(121)과 연료실(122)을 연통하는 제 1 개구(111a)(도 2에서는 도시하지 않음, 도 5 참조) 및 공기실(121)과 혼합 유로(134)를 연통하는 유입구(142)(제 2 개구)를 포함하고 있다. 또한, 공기실(121)과 연료실(122)은 상기 제 1 개구(111a)에 부가하여, 이하에서 설명하는 연료 노즐(132)이 갖는 노즐부 분사 구멍(133)을 거쳐서 연통한다.
제 1 지지판(111)의 후방측에는, 예를 들면 금속제의 연료 노즐(132)이 접속된다. 따라서, 연료 노즐(132)은 제 1 지지판(111)의 후방측에 배치된 공기실(121)의 내부에 배치된 것이다. 연료 노즐(132)은 적어도 1개 구비된다. 연료 노즐(132)은 혼합 유로 형성 부재(131)의 유입구(142)보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하는 노즐부 분사 구멍(133)(연료 분사 구멍)을 갖는다. 연료 노즐(132)에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다.
도 4는 연소기(4)의 연료 노즐(132) 근방을 확대하여 도시하는 사시도이다. 또한, 도 4에서는 연소기(4)에 구비되는 연료 노즐(132) 중 일부를 뽑아내어 도시하고 있다. 도 4에 있어서 나타내는 실선 화살표는, 노즐부 분사 구멍(133)으로부터 분사된 연료의 흐름을 나타낸다.
연료 노즐(132)운 상기와 같이 적어도 1개 형성되며, 일단측(후방측)이 폐색되고, 타단측(전방측)이 개구된 바닥부를 갖는 통 형상으로 형성된다. 그리고, 연료 노즐(132)의 타단측에 형성된 상기 개구가, 제 1 지지판(111)을 구성하는 다공판의 제 1 개구(111a)(도 4에서는 도시하지 않은 도 5 참조)에 접속된다. 따라서, 연료 노즐(132)의 내부는 상기의 연료실(122)과 연통한다. 이와 같이 하는 것에 의해, 간편한 구성으로 연료실(122) 내부의 연료를, 다공판의 제 1 개구(111a)를 통하여, 혼합 유로(134)의 유입구(142)에 공급할 수 있다.
연료 노즐(132)의 측면에는, 공기실(121)(도 2 참조, 도 4에서는 도시하지 않음)과 연통하는 노즐부 분사 구멍(133)이 형성된다. 노즐부 분사 구멍(133)은, 연료실(122)의 연료를 제 1 지지판(111)에 지지된 혼합 유로 형성 부재(131)의 유입구(142)에 분사하는 것이다. 노즐부 분사 구멍(133)으로부터 연료가 분사되면, 분사된 연료는 도 4에 있어서 실선 화살표로 나타내는 바와 같이 유입구(142)에 도달한다. 또한, 유입구(142)는 도 4에서는 도시하지 않은 공기실(121)과 연통한다. 그 때문에, 공기실(121)에 충만한 공기도 유입구(142)에 도달한다.
이들과 같이, 유입구(142)를 통하여 연료 및 공기의 쌍방이 혼합 유로 형성 부재(131)의 내부에 유입되는 것에 의해, 그 내부에 형성된 혼합 유로(134)에서 이들이 혼합되어, 혼합 기체가 생성된다. 그리고, 생성한 혼합 기체는 혼합 유로(134)의 하류측에 형성된 혼합 기체 분사 구멍(141)으로부터 연소실(124)에 분사되고 연소된다.
도 5는 유입구(142)로부터 유입되는 연료(실선 화살표) 및 공기(파선 화살표)의 흐름을 도시하는 도면이다. 도 5에 있어서, 공기 흐름을 나타내는 파선 화살표 중, 연료 노즐(132)의 내부에 나타낸 흐름은 연료 노즐(132)의 주위를 통하는 공기 흐름이지만, 도시의 편의 상, 연료 노즐(132)의 내부를 통하도록 나타내고 있다.
상기와 같이, 유입구(142)로부터 유입되는 연료는, 유입구(142)의 상류측(후방측)에 위치하는 노즐부 분사 구멍(133)으로부터 분사된 것이다. 한편, 유입구(142)로부터 유입되는 공기는, 유입구(142)가 형성되는 공간인 공기실(121)에 충만한 것이다. 따라서, 공기는 유입구(142)보다 훨씬 큰 공간을 갖는 공기실(121)의 내부로부터 유입구(142)에 유입된다. 그 때문에, 공기는 유입구(142)의 주위에 있어서 여러 가지 방향으로부터 유입구(142)에 유입된다.
구체적으로는 예를 들면, 도 5에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이, 연료 노즐(132)의 노즐부 분사 구멍(133)의 더욱 상류측(후방측)으로부터 유입구(142)에 직선적으로 향하는 공기 흐름이 생기는 것 외에, 노즐부 분사 구멍(133)과 유입구(142) 사이의 영역에 있어서 상하 방향으로부터 유입구(142)에 곡선적으로 향하는 공기 흐름도 생긴다. 그 때문에, 여러 가지 방향으로부터 혼합 유로(134)에 공기가 유입된다. 그렇게 하면, 혼합 유로(134)의 유입구(142) 근방의 A부에서 축류가 생긴다. 그리고, 생긴 축류에 의해, 도 5에 있어서 실선 화살표로 나타내는 바와 같이 유입된 연료와, 도 5에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이 유입된 공기가 충분히 혼합된다.
즉, 상기와 같이 비교적 넓은 공간인 공기실(121)의 공기가 비교적 좁은 유입구(142)를 통할 때에, 혼합 유로(134)에서 축류가 생긴다. 또한, 유입구(142)의 상류측에 위치하는 노즐부 분사 구멍(133)(연료 분사 구멍)으로부터는 연료가 분사되고, 분사된 연료는 유입구(142)로부터 공기와 함께 유입된다. 그리고, 혼합 유로(134)에서 생기는 축류 작용에 의해, 유입된 연료와 공기가 혼합 유로(134)에서 충분히 혼합된다. 그 결과, 혼합 유로(134)에서의 연료 농도의 편향을 억제하여, 저 NOX화를 도모할 수 있다. 또한, 혼합 유로(134)의 유입구(142)보다 상류에서 노즐부 분사 구멍(133)보다 하류에서 공기가 유입되는 것에 의해, 유로벽 부근에서 연료 고농도화에 기인하는 플래시백(역화)을 억제할 수 있다.
도 6은 연료 노즐(132) 및 혼합 유로 형성 부재(131)의 배치를 도시하는 도면이다. 이 도면은 케이싱(20)의 축선(L)(도 2 참조) 방향을 따라서, 상류측으로부터 하류측(즉, 후방측으로부터 전방측)으로 육안으로 확인한 경우의 형태를 나타내고 있다. 단, 도 6에서는 도시의 사정상, 제 1 지지판(111)의 도시를 생략하고 있다.
이 도 6에 도시하는 바와 같이, 연료 노즐(132)의 측면에 형성된 복수의 노즐부 분사 구멍(133)은 모두 유입구(142)를 지향하도록 구성된다. 유입구(142)는 상기와 같이 공기실(121)에 형성되고, 공기실(121)에는 차실(40)로부터의 공기가 유입된다. 그리고, 공기실(121)로부터 유입구(142)를 향하는 공기 흐름이 형성된다. 그 때문에, 상기의 육안으로 확인을 한 경우에, 유입구(142)를 지향하도록 연료가 분사되는 것에 의해, 유입구(142)에 연료를 흘리기 쉽게 할 수 있다. 이에 의해, 공기실(121) 내부로의 연료의 비산량을 억제할 수 있어서, 연료량 제어에 의한 화염 제어를 실행하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 1 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 1개의 혼합 유로 형성 부재(131)의 주위에 복수의 연료 노즐(132)이 배치된다. 즉, 연료 노즐(132)은 임의의 연료 노즐(132)(제 1 연료 노즐)과, 상기 연료 노즐(132)(제 1 연료 노즐)에 인접하여 배치되는 연료 노즐(132)(제 2 연료 노즐)을 포함하는 복수의 연료 노즐(132)을 포함한다. 그리고, 상기 임의의 연료 노즐(132)(제 1 연료 노즐)이 갖는 노즐부 분사 구멍(133) 및 상기 인접하는 연료 노즐(132)(제 2 연료 노즐)이 갖는 노즐부 분사 구멍(133)의 각각은, 상기의 육안으로 확인한 경우에, 공통의 유입구(142)를 지향하도록 구성된다.
이와 같이 하는 것에 의해, 유입구(142)에 대하여 복수의 노즐부 분사 구멍(133)(연료 분사 구멍)으로부터 연료를 분사할 수 있다. 이 때문에, 혼합 유로(134)에 있어서의 혼합 기체 흐름에 있어서, 직경 방향 및 둘레 방향의 연료 농도 불균일을 억제할 수 있다. 그 결과, 연소실(124)에서 혼합 기체를 연소시킬 때, 화염 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기와 같이, 복수의 연료 노즐(132)에 있어서의 노즐부 분사 구멍(133)의 각각은, 상기의 육안으로 확인한 경우에, 공통의 유입구(142)를 지향하도록 구성된다. 그리고, 각각의 노즐부 분사 구멍(133)은 1개의 유입구(142)의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 마련된다. 구체적으로는, 도 6에 도시하는 예에서는, 4개의 노즐부 분사 구멍(133)이, 1개의 유입구(142)의 둘레 방향으로 등간격으로 배치된다. 이와 같이 하는 것에 의해, 둘레 방향으로 등간격으로 연료가 분사되기 때문에, 둘레 방향의 연료 농도 불균일을 보다 충분히 억제할 수 있다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이 연료 노즐(132)과 혼합 유로 형성 부재(131)를 정방 격자 형상으로 교대로 배열하는 것에 의해, 1개의 연료 노즐(132)에 의해 4개의 혼합 유로 형성 부재(131)에 연료를 분사할 수 있다. 즉, 연료 노즐(132)의 축선 및, 혼합 유로 형성 부재(131)의 축선이, 상기 육안으로 확인한 경우에 정방 격자를 구성하는 각 교점의 중심에 교대로 위치한다. 이에 의해, 혼합 기체 분사 구멍(141)이 등간격으로 배치되기 때문에, 연소실(124)에서 혼합 기체를 연소시킬 때, 화염 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
도 7은 연료 노즐(132) 및 혼합 유로 형성 부재(131)의 배치를 도시하는 도면으로서, 도 6과는 상이한 실시형태를 도시하는 도면이다. 이 도 7에 도시하는 형태도 상기의 도 6에 도시하는 경우와 마찬가지로, 케이싱(20)의 축선(L)(도 2 참조) 방향을 따라서, 상류측으로부터 하류측(즉 후방측으로부터 전방측)으로 육안으로 확인한 경우를 도시하고 있다.
이 도 7에 도시하는 배치 형태에서는, 연료 노즐(132)과 혼합 유로 형성 부재(131)는, 최밀 격자 배열 형상으로 배치된다. 즉, 1개의 연료 노즐(132)의 주위에는, 등간격으로 6개의 혼합 유로 형성 부재(131)가 배치된다. 이것을 환언하면, 상기 육안으로 확인한 경우에, 1개의 연료 노즐(132)의 축선의 주위에 6개의 혼합 유로 형성 부재(131)의 축선이 최밀 격자 형상으로 위치한다. 이에 의해, 1개의 연료 노즐(132)로부터 6개의 혼합 유로 형성 부재(131)에 연료를 분사할 수 있다. 그 결과, 둘레 방향으로 등간격으로 연료가 분사되기 때문에, 둘레 방향의 연료 농도 불균일을 보다 충분히 억제할 수 있다. 또한, 연료 노즐(132)의 수를 혼합 유로 형성 부재(131)의 수보다 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 2 실시형태에 따른 연소기(4A) 근방을 도시하는 단면도이다. 상기의 연소기(4)(도 2 참조)에서는, 제 1 지지판(111)과 제 2 지지판(112) 사이에 연료실(122)이 형성되어 있었다. 그리고, 연료실(122)을 구획하는 제 1 지지판(111)의 후방측에 연료실(122)과 연통하는 노즐부 분사 구멍(133)을 구비하는 연료 노즐(132)이 구비되어 있었다. 그러나, 도 8에 도시하는 연소기(4A)에서는, 연료실(122)이 구비되어 있지 않으며, 공기실(121)을 횡단하도록 하여 케이싱(20)의 후방측 내벽(20a)으로부터 연장되는 연료 노즐(132)이 구비된다. 연료 노즐(132)은 연소실(124)에서 연소되는 연료의 공급원인 연료 공급원(도시하지 않음)에 대하여, 연료 포트(52)를 거쳐서 접속된다.
연료 노즐(132)은 그 일단측이 상기 연료 공급원에 접속된다. 한편, 그 타단측은 혼합 유로 형성 부재(131)의 유입구(142)와 대향하고 있다. 그리고, 연료 노즐(132)의 상기 타단측은 폐색된 바닥부를 갖는 통 형상으로 형성된다. 또한, 연료 노즐(132)의 상기 타단측의 측면에는, 유입구(142)로부터 유입되는 연료를 분사하기 위한 노즐부 분사 구멍(133)이 형성된다. 또한, 도 8에 도시하는 연료 노즐(132)에 있어서도, 상기의 연소기(4)에 구비되는 연료 노즐(132)과 마찬가지로, 둘레 방향으로 등간격으로 4개의 노즐부 분사 구멍(133)이 형성된다.
이와 같은 연료 노즐(132)을 구비하는 것에 의해, 각각의 연료 노즐(132)의 길이를 연료 노즐(132)마다 변경할 수 있다. 이에 의해, 연료 노즐(132)의 길이에 대응시켜 혼합 유로(134)의 길이를 변경할 수 있다. 그 결과, 공진을 억제하여, 연소기(4A)의 연소 진동을 억제하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 연소기(4A)를 구성하는 케이싱(20)의 후방측 내벽(20a)은 평면으로 구성된 상기 연소기(4)와는 상이하게, 케이싱(20)의 축선(L)을 따라서 전방측으로 만곡되는 곡면에 의해 구성된다. 구체적으로는, 후방측 내벽(20a)은 중앙 방향을 향하여 전방측(케이싱(20)의 내부)에 돌출되는 곡면에 의해 구성된다.
후방측 내벽(20a)을 이와 같이 구성하는 것에 의해, 상하로 배치된 한쪽 공기 유로(110)로부터 공기실(121)에 유입된 공기가, 다른쪽의 공기 유로(110)의 측으로 빠지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 공기 유로(110)에 가장 가까운 유입구(142)로부터 중앙에 배치된 유입구(142)까지의 각각의 유입구(142)에 대하여, 동일한 정도의 공기를 유입할 수 있다. 그 결과, 각각의 혼합 유로(134)에 있어서, 혼합 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 연소기(4A)에서는, 혼합 유로 형성 부재(131)(혼합관)가 공기실(121)의 내부에 돌출되어 있다. 그리고, 혼합 유로 형성 부재(131)끼리의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 혼합 유로 형성 부재(131)를 구비하는 것에 의해, 혼합 유로 형성 부재(131)끼리의 사이의 간극을 통하여, 공기를 혼합 유로 형성 부재(131)의 유입구(142)로 인도할 수 있다. 이에 의해, 유입구(142)의 상류측에 부가하여 하류측으로부터도 공기를 혼합 유로 형성 부재(131)에 공급할 수 있어서, 상기의 축류 작용을 보다 크게 할 수 있다. 그 결과, 혼합 유로 형성 부재(131)의 내부에서, 연료와 공기를 보다 충분히 혼합할 수 있다.
도 9는 본 발명의 2 실시형태에 따른 연소기(4A)에 있어서, 유입구(142)로부터 유입되는 연료 및 공기의 흐름을 도시하는 도면이다. 연소기(4A)에 있어서도, 유입구(142)의 상류측에 연료 노즐(132)이 배치된다. 단, 연료 노즐(132)은 혼합 유로 형성 부재(131)의 유입구(142)의 적어도 일부(도 9에 도시하는 예에서는 전부)가 공기실(121)에 노출되도록 공기실(121)에 배치된다. 이와 같이 하는 것에 의해, 연료 노즐(132)의 노즐부 분사 구멍(133)으로부터 연료가 분사되었을 때에, 분사된 연료가 유입구(142)로부터 유입되기 쉽게 할 수 있다.
연료 노즐(132)의 노즐부 분사 구멍(133)으로부터의 연료의 분사는, 상기의 연소기(4)와 마찬가지로, 케이싱(20)의 축선(L)(도 2 참조) 방향을 따라서, 상류측으로부터 하류측(즉 후방측으로부터 전방측)으로 육안으로 확인한 경우에, 유입구(142)를 지향하도록 실행된다. 이에 의해, 유입구(142)로부터는, 상기의 연소기(4)에서 설명한 내용과 마찬가지로, 연료 및 공기가 유입된다. 그 결과, A부에서 축류를 일으키게 할 수 있어서, 혼합 유로(134)에서 연료와 공기를 충분히 혼합할 수 있다.
특히, 도 9에 도시하는 예에서는 도시의 간략화를 위해서 도시를 생략하지만, 상기와 같은 제 1 지지판(111)(도 2 참조)이 구비되어 있지 않기 때문에, 유입구(142)의 전방측에 있어서도 유입구(142)를 향하는 공기 흐름이 형성된다. 즉, 혼합관에 의해 구성된 혼합 유로 형성 부재(131)의 간극을 통하는 공기 흐름이 형성된다. 이에 의해, 유입구(142)에 대해, 상기의 연소기(4)와 비교하여 보다 여러 가지 방향으로부터의 공기 흐름이 형성된다. 그 결과, A부에 있어서의 축류 작용을 보다 크게 하여, 혼합 유로(134)에서 연료와 공기를 보다 충분히 혼합할 수 있다.
또한, 도 9에 도시하는 예에서는, 연료 노즐(132)의 전단면과 유입구(142) 사이에는 간극이 형성된다. 그러나, 연료 노즐(132)의 전단면과 유입구(142)를 접촉시키도록 하여도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 연료 노즐(132)의 전단면에 유입구(142)의 개구단의 일부를 끼우도록 할 수 있는 홈을 마련하고, 이 홈에 유입구(142)의 개구단의 상기 일부를 끼울 수 있다(소위, 인레이 끼워맞춤). 이와 같이 하는 것에 의해, 연료 노즐(132)에 대한 유입구(142)의 위치 결정을 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 상기의 연소기(4A)에 있어서, 혼합 유로 형성 부재(131)의 전후 방향의 길이는, 혼합 유로 형성 부재(131)를 따라서 변경하여도 좋다. 즉, 혼합 유로 형성 부재(131)의 전후 방향의 길이는, 혼합 유로 형성 부재(131)의 전체가 동일하여도 좋으며, 상이하여도 좋다. 혼합 유로 형성 부재(131)의 길이를 혼합 유로 형성 부재(131)마다 변경하는 것에 의해, 혼합 유로(134)의 길이를 혼합 유로(134)마다 변경할 수 있어서, 연소기(4)의 연소 진동을 억제하기 쉽게 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 3 실시형태에 따른 연소기(4B)에 구비되는 연료 노즐(132) 및 격벽 집합체(160)의 배치를 도시하는 도면이다. 격벽 집합체(160)는 상기 혼합 유로 형성 부재(131)로서의 혼합관을 대신하여 사용 가능한 것으로서, 복수의 혼합 유로(134)를 포함하는 것이다. 따라서, 1개의 격벽 집합체(160)(혼합 유로 형성 부재의 일 예)에 복수의 혼합 유로(134)가 포함된다. 격벽 집합체(160)는 복수의 혼합 유로(134)의 각각을 구획하는 복수의 격벽(161)의 집합에 의해 구성된 것이다.
격벽 집합체(160)는 케이싱(20)의 축선(L)(도 2 참조) 방향을 따라서, 상류측으로부터 하류측(즉 후방측으로부터 전방측)으로 육안으로 확인한 경우에, 정육각 형상으로 형성된 혼합 유로(134)를 복수 구비한다. 즉, 격벽 집합체(160)는 허니콤 형상으로 구성된다. 그리고, 상기 육안으로 확인한 경우에, 임의의 1개의 개구부(162)와 중첩되도록 하여 연료 노즐(132)이 배치된다. 한편, 연료 노즐(132)에는 둘레 방향으로 등간격으로 노즐부 분사 구멍(133)이 6개 형성된다. 따라서, 6개의 노즐부 분사 구멍(133)의 각각으로부터는, 연료 노즐(132)이 중첩되는 개구부(162)의 주위에 배치된 6개의 유입구(142)에 연료가 분사된다.
혼합 유로 형성 부재(131)로서 격벽 집합체(160)를 구비하는 것에 의해, 혼합 유로(134)에 문제점이 생긴 경우에, 격벽 집합체(160)의 전체를 교환하는 것에 의해 그 문제점을 해소할 수 있기 때문에, 유지 보수를 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 혼합 유로(134)끼리가 격벽(161)으로 구획되기 때문에, 불필요한 공간이 없어, 연소기(4B)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 혼합 유로(134)가 조밀하게 형성되기 때문에, 1개의 연료 노즐(132)을 통하여, 보다 많은 혼합 유로(134)에 연료를 공급할 수 있다. 그 결과, 연료 노즐(132)의 개수를 삭감할 수 있다. 또한, 횡풍을 받는 분류에 가까운 혼합을 일으키게 할 수 있어서, 특히 충분한 혼합이 가능해진다.
도 11은 유입구(142)로부터 유입되는 연료 및 공기의 흐름을 도시하는 도면이다. 연료 노즐(132)의 노즐부 분사 구멍(133)으로부터의 연료의 분사는, 상기의 육안으로 확인한 경우에, 격벽 집합체(160)의 유입구(142)를 지향하도록 실행된다. 단, 격벽 집합체(160)의 유입구(142) 중, 연료는, 연료 노즐(132)과 중첩되는 개구부(162)의 주위에 배치된 6개(도 10을 동시에 참조)의 유입구(142)에 지향하여 분사된다. 이에 의해, 6개의 유입구(142)로부터는, 상기의 연소기(4)에 있어서 설명한 내용과 마찬가지로, 연료 및 공기가 유입된다. 그 결과, A부에서 축류를 일으키게 할 수 있어서, 혼합 유로(134)에서 연료와 공기를 충분히 혼합할 수 있다.
도 12는 연료 노즐(132) 및 격벽 집합체(160)의 배치를 도시하는 도면으로서, 도 10과는 상이한 실시형태를 도시하는 도면이다. 도 12에 도시하는 격벽 집합체(160)는, 상기의 허니콤 형상으로 구성된 격벽 집합체(160)와는 상이하게, 지그재그 형상으로 구성된다. 그리고, 도시는 생략하지만, 도 12에 도시하는 바와 같이, 임의의 1개의 개구부(162)와 중첩되도록 1개의 연료 노즐(132)이 배치된다. 그리고, 연료 노즐(132)에는 둘레 방향 등간격으로 6개의 노즐부 분사 구멍(133)이 형성된다. 이 때문에, 연료는 연료 노즐(132)과 중첩되는 개구부(162)의 주위에 배치된 6개의 유입구(142)를 지향하여 분사된다. 이에 의해, 6개의 유입구(142)로부터는, 상기의 연소기(4, 4A, 4B)에 대하여 설명한 내용과 마찬가지로, 연료 및 공기가 유입된다. 그 결과, A부(도 11 참조)에서 축류를 일으키게 할 수 있어서, 혼합 유로(134)에서 연료와 공기를 충분히 혼합할 수 있다.
도 13은 본 발명의 4 실시형태에 따른 연소기(4C) 근방을 도시하는 단면도이다. 연소기(4C)에서는, 통 부재(105)의 전후 방향의 길이가 상기의 연소기(4A)(도 8 참조)에 구비되는 통 부재(105)의 길이보다 짧게 되어 있다. 즉, 연소기(4C)에서는 통 부재(105)의 후단이, 지지 부재(106)의 설치 위치와 거의 동일하게 되어 있다. 따라서, 연소기(4C)에 있어서의 공기실(121)은 통 부재(105)와 케이싱(20)의 내벽 사이에 형성되는 공기 유로(110)가 짧아지는 만큼, 상기의 연소기(4A)에 형성되는 공기실(121)보다 크게 되어 있다.
또한, 연소기(4C)에서는 통 부재(105)의 후단과 케이싱(20)의 후방측 내벽(20a) 사이에, 방해판(170)이 설치된다. 방해판(170)은 공기 유로(110)의 공기 흐름과 충돌하는 위치(공기 흐름을 차단하는 위치)에서, 케이싱(20)의 내벽면에 지지된다.
차실(40)로부터 공기 유로(110)에 유입된 공기는, 케이싱(20)의 내벽면을 따라서 공기 유로(110)를 흘러, 공기실(121)에 도달한다. 이 때, 공기실(121)에는 공기 유로(110)의 공기 흐름에 충돌하는 위치에 방해판(170)이 설치되어 있기 때문에, 공기실(121)에 도달한 공기의 흐름은 방해판(170)에 의해 변화한다. 구체적으로는, 도 13에 있어서 실선 화살표로 나타내는 바와 같이, 서로 간격을 갖고서 배치된 혼합 유로 형성 부재(131)끼리의 사이의 간극을 통하여, 공기실(121) 전체로 확산된다. 즉, 공기 유로(110)의 공기 흐름이 방해판(170)에 충돌하는 것에 의해 상기 공기 흐름이 교란되고, 공기 유로(110)를 흘러 온 공기는, 혼합 유로 형성 부재(131)의 간극을 통하여, 공기실(121)의 전체에 확산된다.
이와 같은 구성에 의해, 공기 유로(110)로부터 유출된 공기를 혼합 유로 형성 부재(131)의 간극을 통하게 하고 유입구(142)에 도달시킬 때까지의 압력 손실에 따라서, 원통 형상의 통 부재(105)의 반경 방향으로의 혼합 유로 형성 부재(131)의 길이를 조정하기 쉽게 할 수 있다. 그 결과, 유입구(142)로부터 유입되는 공기의 양을 동일한 정도로 하기 쉽게 할 수 있다. 그리고, 각각의 혼합 유로(134)에 있어서 혼합되는 공기량을 동일한 정도로 하기 쉽게 할 수 있다.
2: 압축기 4, 4A, 4B, 4C: 연소기
6: 터빈 8: 로터
10: 압축기 차실 12: 공기 취입구
14: 입구 안내 날개 16, 24: 정익
18, 26: 동익 20: 케이싱
20a: 후방측 내벽 22: 터빈 차실
28: 배기 차실 30: 배기실
40: 차실 52: 연료 포트
100: 가스 터빈 105: 통 부재
106: 지지 부재 110: 공기 유로
111: 제 1 지지판 111a: 제 1 개구
112: 제 2 지지판 113: 제 3 지지판
121: 공기실 122: 연료실
123: 냉각용 공기실 124: 연소실
131: 혼합 유로 형성 부재 132: 연료 노즐
133: 노즐부 분사 구멍(연료 분사 구멍)
134: 혼합 유로
141: 혼합 기체 분사 구멍 142: 유입구
160: 격벽 집합체 161: 격벽
162: 개구부 170: 방해판

Claims (10)

  1. 공기가 충만한 공기실을 내부에 갖는 케이싱과,
    입구측이 상기 공기실에 접속되며, 출구측이 연소실에 접속하는 적어도 1개의 혼합 유로를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재로서, 상기 혼합 유로의 입구측에 형성된 상기 공기실에 연통하는 유입구를 갖는 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재와,
    상기 공기실의 내부에 배치되는 연료 노즐로서, 상기 혼합 유로 형성 부재의 상기 유입구보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍을 갖는 적어도 1개의 연료 노즐을 구비하고,
    상기 케이싱은 상기 연소실과 상기 공기실 사이에 형성되는, 상기 연료를 저류하기 위한 연료실을 내부에 갖는 것과 함께,
    상기 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재는, 상기 연료실의 내부를 상기 케이싱의 축선 방향을 따라 연장하도록 마련되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  2. 공기가 충만한 공기실을 내부에 갖는 케이싱과,
    입구측이 상기 공기실에 접속되며, 출구측이 연소실에 접속하는 적어도 1개의 혼합 유로를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재로서, 상기 혼합 유로의 입구측에 형성된 상기 공기실에 연통하는 유입구를 갖는 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재와,
    상기 공기실의 내부에 배치되는 연료 노즐로서, 상기 혼합 유로 형성 부재의 상기 유입구보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍을 갖는 적어도 1개의 연료 노즐을 구비하고,
    상기 케이싱은 상기 연소실과 상기 공기실 사이에 형성되는, 상기 연료를 저류하기 위한 연료실을 내부에 갖는 것과 함께,
    상기 연료 분사 구멍은, 상기 연료 노즐의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 분사 구멍은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 상기 유입구를 지향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  4. 공기가 충만한 공기실을 내부에 갖는 케이싱과,
    입구측이 상기 공기실에 접속되며, 출구측이 연소실에 접속하는 적어도 1개의 혼합 유로를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재로서, 상기 혼합 유로의 입구측에 형성된 상기 공기실에 연통하는 유입구를 갖는 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재와,
    상기 공기실의 내부에 배치되는 연료 노즐로서, 상기 혼합 유로 형성 부재의 상기 유입구보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍을 갖는 적어도 1개의 연료 노즐을 구비하고,
    상기 케이싱은 상기 연소실과 상기 공기실 사이에 형성되는, 상기 연료를 저류하기 위한 연료실을 내부에 갖는 것과 함께,
    상기 연료 분사 구멍은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 상기 유입구를 지향하도록 구성되고,
    상기 적어도 1개의 연료 노즐은 제 1 연료 노즐과, 상기 제 1 연료 노즐에 인접하여 배치되는 제 2 연료 노즐을 구비하는 복수의 연료 노즐을 포함하며,
    상기 제 1 연료 노즐이 갖는 상기 연료 분사 구멍 및 상기 제 2 연료 노즐이 갖는 상기 연료 분사 구멍의 각각은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 공통의 상기 유입구를 지향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 연료 노즐은 복수의 연료 노즐을 포함하며,
    상기 연료 노즐이 갖는 상기 연료 분사 구멍의 각각은, 상기 케이싱의 축선 방향을 따라서 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 육안으로 확인한 경우에, 공통의 상기 유입구를 지향하도록 구성되는 동시에, 상기 유입구의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 마련되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  6. 공기가 충만한 공기실을 내부에 갖는 케이싱과,
    입구측이 상기 공기실에 접속되며, 출구측이 연소실에 접속하는 적어도 1개의 혼합 유로를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재로서, 상기 혼합 유로의 입구측에 형성된 상기 공기실에 연통하는 유입구를 갖는 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재와,
    상기 공기실의 내부에 배치되는 연료 노즐로서, 상기 혼합 유로 형성 부재의 상기 유입구보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍을 갖는 적어도 1개의 연료 노즐을 구비하고,
    상기 케이싱은 상기 연소실과 상기 공기실 사이에 형성되는, 상기 연료를 저류하기 위한 연료실을 내부에 갖는 것과 함께,
    상기 공기실과 상기 연료실을 구획하는 다공판으로서, 상기 공기실과 상기 연료실을 연통하는 제 1 개구 및 상기 공기실과 상기 혼합 유로를 연통하는 제 2 개구를 포함하는 다공판을 더 구비하고,
    상기 연료 노즐은 일단측이 폐색되고, 타단측이 개구된 바닥부를 갖는 통 형상으로 형성되며,
    상기 연료 노즐의 상기 타단측의 상기 개구가, 상기 다공판의 상기 제 1 개구에 접속되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  7. 공기가 충만한 공기실을 내부에 갖는 케이싱과,
    입구측이 상기 공기실에 접속되며, 출구측이 연소실에 접속하는 적어도 1개의 혼합 유로를 내부에 형성하는 혼합 유로 형성 부재로서, 상기 혼합 유로의 입구측에 형성된 상기 공기실에 연통하는 유입구를 갖는 적어도 1개의 혼합 유로 형성 부재와,
    상기 공기실의 내부에 배치되는 연료 노즐로서, 상기 혼합 유로 형성 부재의 상기 유입구보다 상류측에 위치되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하기 위한 연료 분사 구멍을 갖는 적어도 1개의 연료 노즐을 구비하고,
    상기 케이싱은 상기 연소실과 상기 공기실 사이에 형성되는, 상기 연료를 저류하기 위한 연료실을 내부에 갖는 것과 함께,
    상기 연료 노즐은, 일단측이 상기 연료의 공급원인 연료 공급원에 접속되며, 상기 유입구와 대면하는 타단측이 폐색된 바닥부를 갖는 통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 혼합 유로는 복수의 혼합 유로를 포함하며,
    상기 혼합 유로 형성 부재는, 상기 복수의 혼합 유로의 각각을 형성하는 복수의 혼합관으로서, 서로 간격을 두고 마련된 복수의 혼합관을 구비하는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 혼합 유로는 복수의 혼합 유로를 포함하며,
    상기 혼합 유로 형성 부재는, 상기 복수의 혼합 유로의 각각을 구획하는 복수의 격벽의 집합에 의해 구성된 격벽 집합체를 구비하는 것을 특징으로 하는
    연소기.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 연소기와,
    상기 연소기에 공급되는 상기 공기를 압축하는 압축기와,
    상기 연소기의 상기 연소실로부터 배출된 연소 가스에 의해 구동되는 터빈을 구비하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
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