KR20170044681A

KR20170044681A - 연소기 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈

Info

Publication number: KR20170044681A
Application number: KR1020177007176A
Authority: KR
Inventors: 고타로 미야우치; 고이치 니시다; 신지 아카마츠; 게이지로 사이토; 사토시 다키구치; 도시히코 사이토
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2017-04-25
Also published as: KR101898402B1; EP3182015B1; TWI588349B; CN106716016B; US11137141B2; WO2016047393A1; JP6413196B2; US20170307218A1; EP3182015A4; CN106716016A; EP3182015A1; TW201629327A; JP2016061545A

Abstract

연소기는 노즐과, 노즐의 외주를 둘러싸는 버너통(43)과, 버너통(43) 중의 하류 단부의 외주를 둘러싸는 외측 유로통(60)을 구비한다. 외측 유로통(60)의 내주 측과 버너통(43)의 외주 측 사이에는 공기(A1)가 흐르는 퍼지 공기 유로(66)를 형성하고 있다. 버너통(43)의 하류 단부에는 하류 측을 향함에 따라 버너통(43)을 형성하는 버너통 형성 판(49)의 판 두께가 점차 얇아지도록 테이퍼 면(50)이 형성되어 있다.

Description

연소기 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈{COMBUSTOR AND GAS TURBINE COMPRISING SAME}

본 발명은 연소기 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈에 관한 것이다.

본 출원은 2014년 9월 22일에 일본국에 출원된 일본 특허출원 제2014-192498호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 이곳에 원용한다.

예를 들어, 이하의 특허문헌 1에 개시되어 있는 연소기는 봉상 부분을 가지고, 연료를 분사하는 노즐과, 이 노즐의 외주를 둘러싸고 공기와 노즐로부터의 연료를 하류 측으로 분출하는 통을 구비하고 있다.

일본 공개특허공보 제2005-315457호

연소기 내에서는 연료가 연소함과 동시에, 이 연소의 결과 생성되는 연소 가스가 흐른다. 이 때문에, 연소기는 고온 환경 하에 놓여지는 여러 개의 부품이 존재한다. 그래서, 이와 같은 부품을 포함하는 연소기의 긴 수명화가 필요해진다.

그래서, 본 발명은 긴 수명화를 도모할 수 있는 연소기 및 이것을 구비하고 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 형태로서의 연소기는

버너 축선을 중심으로 하는 봉상 부재를 가지고, 연료를 분사하는 노즐과 통상을 이루는 상기 노즐의 외주를 둘러싸고, 상기 버너 축선이 연장하는 축선 방향의 일방 측인 상류 측에서 타방 측인 하류 측으로, 공기와 상기 노즐로부터의 연료를 분출하는 버너통과, 상기 버너통 중에 적어도 하류 단부의 외주를 둘러싸고, 상기 버너통의 외주 측과 자신의 내주 측 사이에서 하류 측을 향하여 공기가 흐르는 퍼지 공기 유로를 형성하는 외측 유로통을 구비하고, 상기 버너통의 하류 단부에는 하류 측을 향함에 따라 상기 버너통을 형성하는 버너통 형성 판의 판 두께가 점차 얇아지도록 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭이 상기 버너통 형성 판에서 상기 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이다.

해당 연소기에서는 버너통의 하류 단부에 테이퍼 면이 형성되어 있으므로, 버너통의 하류단보다도 하류 측에는 버너통의 내주 측을 흐르는 연료를 포함하는 기체 및 버너통의 외주 측을 흐르는 공기의 와류가 형성되기 어려워진다. 이 때문에, 해당 연소기에서는 버너통의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성을 저하시킬 수 있다.

한편, 와류 발생의 억제 효과는 버너통의 하류 단부에 근소해도 테이퍼 면이 형성되어 있으면 다소라도 기대할 수 있다. 그러나, 테이퍼 면의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 미만이면 버너통의 하류단의 하류 측에 연료를 포함하는 기체의 와류 및 공기의 와류가 형성되기 쉬워진다. 게다가, 이들 와류에 의해 버너통의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성이 높아진다.

이에 반해, 테이퍼 면의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이면 버너통의 하류단의 하류 측에 연료를 포함하는 기체의 와류 및 공기의 와류가 형성되었다고 해도 그 크기가 작아지거나 또는 실질적으로 형성되지 않게 된다. 가령, 테이퍼 면의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 60%인 경우, 버너통의 하류단의 하류 측에 연료를 포함하는 기체의 작은 와류 및 공기의 작은 와류가 형성될 가능성이 있다. 그러나, 이들 작은 와류에 의해서는 버너통의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성이 실질적으로 없다고 할 수 있다. 이 때문에, 해당 연소기에서는 테이퍼 면의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭을 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상으로 하고 있다.

여기서, 상기 일 형태로서의 상기 연소기에서, 상기 버너통에는 상기 테이퍼 면으로서 상기 버너통의 외주 측에 외측 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭이 상기 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이어도 된다.

해당 연소기에서는 버너통의 외주 측을 흐르는 공기를 외측 테이퍼 면을 따라 흐름으로써, 이 공기는 하류 측으로 흐르면서도 버너 축선과 가까워진다. 이 때문에, 해당 연소기에서는 버너통의 내주 측을 흐르는 연료를 포함하는 기체의 버너 축선에 대한 방사 방향으로의 확산을 억제할 수 있다.

또한, 상기 일 형태로서의 상기 연소기에서, 상기 버너통에는 상기 테이퍼 면으로서 상기 버너통의 외주 측에 외측 테이퍼 면이 형성되어 있음과 동시에, 상기 버너통의 내주 측에 내측 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭과 판 두께 방향에 따른 상기 내측 테이퍼 면의 테이퍼 형성 폭을 합친 폭이 상기 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이어도 된다.

해당 연소기에서도 버너통의 하류 단부에 테이퍼 면이 형성되고, 게다가 외측 테이퍼 면과 내측 테이퍼 면을 합친 테이퍼 면의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이다. 이 때문에, 해당 연소기에서는 버너통의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성을 저하시킬 수 있다.

여기서, 상기 외측 테이퍼 면 및 상기 내측 테이퍼 면이 형성되어 있는 상기 연소기에서, 판 두께 방향에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭은 판 두께 방향에 따른 상기 내측 테이퍼 면의 테이퍼 형성 폭보다 넓어도 된다.

해당 연소기에 따른 버너통의 하류단의 하류 측에서는 내측 테이퍼 면을 따라 흐르는 연료를 포함하는 기체의 흐름보다도 외측 테이퍼 면을 따라 흐르는 공기의 흐름의 영향이 강해진다. 이 때문에, 해당 연소기에서는 버너통에서 분출하는 연료를 포함하는 기체의 버너 축선에 대한 방사 방향의 확산을 억제할 수 있다.

또한, 상기 일 형태로서의 상기 연소기에서, 상기 버너통에는 상기 테이퍼 면으로서 상기 버너통의 내주 측에 내측 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 내측 테이퍼 면의 테이퍼 형성 폭이 상기 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이어도 된다.

해당 연소기에서도 버너통의 하류 단부에 테이퍼 면이 형성되고, 게다가 내측 테이퍼 면의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판에서 내측 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이다. 이 때문에, 해당 연소기에서는 버너통의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성을 저하시킬 수 있다.

외측 테이퍼 면이 형성되어 있는 이상의 어느 하나의 상기 연소기에서, 상기 노즐과 상기 버너통을 가지는 버너를 여러 개 구비하고, 여러 개의 상기 버너의 상기 버너 축선은 서로 평행하고, 여러 개의 상기 버너 중 적어도 하나의 버너인 제1 버너의 상기 버너통의 외주의 일부인 제1 외주부가 상기 외측 유로통의 내주의 일부와 대향하고, 상기 제1 외주부와 상기 외측 유로통의 내주의 일부 사이에 상기 퍼지 공기 유로로서의 제1 퍼지 공기 유로가 형성되고, 여러 개의 상기 버너 중 상기 제1 버너에 인접하는 제2 버너의 상기 버너통에 따른 외주의 일부와 상기 제1 버너의 상기 버너통에 따른 외주의 일부인 제2 외주부 사이에, 하류 측을 향하여 공기가 흐르는 제2 퍼지 공기 유로가 형성되고, 상기 제2 외주부에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 상기 버너 축선에 대한 각도는 상기 제1 외주부에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 상기 버너 축선에 대한 각도보다 커도 된다.

테이퍼 면의 버너 축선에 대한 각도는 버너통의 내외주를 흐르는 기체의 흐름의 혼란을 억제하고 기체 흐름의 저항을 저감하기 위해 작은 편이 바람직하다. 그러나, 해당 연소기에서는 제2 외주부에 따른 외측 테이퍼 면의 버너 축선에 대한 각도가 제1 외주부에 따른 외측 테이퍼 면의 버너 축선에 대한 각도보다도 크다. 게다가, 해당 연소기에서는 제1 버너에 따른 제2 외주부 측에는 제2 버너가 인접하고 있다. 이 때문에, 제1 버너통의 하류 단부에서 제2 외주부가 형성되어 있는 부분의 하류단 근방에 제1 버너통의 내주 측을 흘러온 연료를 포함하는 기체가 부유하고 있으면 이 하류단 근방에서 연료가 착화할 가능성이 있다. 그래서, 해당 연소기에서는 제1 버너통의 내외주를 흐르는 기체의 흐름의 저항이 다소 증가하지만, 제1 버너통에서 분출한 연료를 포함하는 기체가 인접하는 제2 버너에서 멀어지도록 하기 위해, 제2 외주부에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면의 버너 축선에 대한 각도를 제1 외주부에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면의 버너 축선에 대한 각도보다도 크게 하고 있다.

상기 제1 버너 및 상기 제2 버너를 구비하는 상기 연소기에서, 상기 제1 버너는 상기 제1 버너의 상기 버너통에서 분출한 연료를 예혼합 연소시키는 예혼합 연소 버너이고, 상기 제2 버너는 상기 제2 버너의 상기 버너통에서 분출한 연료를 확산 연소시키는 확산 연소 버너이며, 상기 제2 버너를 중심으로 하여 여러 개의 상기 제1 버너가 원주 방향으로 나란히 배치되고, 상기 외측 유로통은 상기 제2 버너를 중심으로 하여 여러 개의 상기 제1 버너를 덮도록 통상을 이뤄도 된다.

또한, 이상의 어느 하나의 상기 연소기에서, 상기 외측 유로통의 하류 측 단부에는 하류 측을 향함에 따라 상기 외측 유로통을 형성하는 외측 유로통 형성 판의 판 두께가 점차 얇아지도록 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭이 상기 외측 유로통 형성 판의 판 두께의 절반 이상이어도 된다.

해당 연소기에서는 퍼지 공기 유로를 흐르는 공기의 흐름의 저항을 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 일태양으로서의 가스 터빈은

이상의 어느 하나의 상기 연소기와, 공기를 압축하여 상기 연소기에 공기를 공급하는 압축기와, 상기 연소기 내에서의 연료의 연소에서 형성된 연소 가스에 의해 구동하는 터빈을 구비한다.

본 발명에 관한 일 형태에서는 버너통의 열 손상 등이 억제되고, 연소기의 긴 수명화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 일 실시형태에 따른 가스터빈의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 관한 일 실시형태에 따른 가스터빈의 연소기 주변의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 일 실시형태에 따른 연료기의 단면도이다.
도 4는 도 3에 따른 IV 시시도(矢視圖)이다.
도 5는 본 발명에 관한 일 실시형태에 따른 메인 버너 주변의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 일 실시형태에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 일 실시형태에 따른 메인 버너통의 제2 외주부 주변의 단면도이다.
도 8은 비교예에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 제1 변형예에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 제2 변형예에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 제3 변형예에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.
도 12은 본 발명에 관한 제4 변형예에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 제5 변형예에 따른 메인 버너통의 제1 외주부 주변의 단면도이다.

이하 본 발명에 관한 가스 터빈의 일 실시형태, 또한 가스 터빈이 구비되어 있는 연소기의 각종 변형예에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

「실시형태」

본 실시형태의 가스터빈은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 바깥 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기(1)와, 연료(F)를 압축 공기중에서 연소시켜 연소가스를 생성하는 여러 개의 연소기(4)와, 연소가스에 의해 구동하는 터빈(5)을 구비하고 있다.

압축기(1)는 회전 축선(Ar)을 중심으로 회전하는 압축기 로터(2)와, 압축기 로터(2)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(3)을 가진다. 터빈(5)은 회전 축선(Ar)을 중심으로 회전하는 터빈 로터(6)와, 터빈 로터(6)를 회전 가능하게 덮는 터빈 케이싱(7)을 가진다. 압축기 로터(2)의 회전 축선(Ar)과 터빈 로터(6)의 회전 축선(Ar)은 동일 직선 상에 위치하고 있다. 이 압축기 로터(2)와 이 터빈 로터(6)는 서로 연결되어 가스 터빈 로터(8)를 이루고 있다. 또한, 압축기 케이싱(3)과 터빈 케이싱(7)은 서로 연결되어 가스 터빈 케이싱(9)을 이루고 있다.

가스 터빈 로터(8)에는 예를 들어, 발전기의 로터가 연결되어 있다. 또한, 가스 터빈 케이싱(9)에는 연소기(4)가 고정되어 있다.

연소기(4)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 연소통(또는 꼬리통)(10)과 연료 분출기(20)를 가진다. 연소통(10)은 내부에서 연료(F)가 연소하고, 이 연료(F)의 연소의 결과 생성되는 연소 가스를 터빈(5)에 보낸다. 연료 분출기(20)는 연소통(10) 내에 연료(F) 및 공기(A)를 분출한다.

연료 분출기(20)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 분출한 연료를 확산 연소시키는 파일럿 버너(제2 버너 및 확산 연소 버너)(30)와 분출한 연료를 예혼합 연소시키는 메인 버너(제1 버너 또는 예혼합 연소 버너)(40)와 파일럿 버너(30) 및 메인 버너(40)를 보유하는 버너 보유통(21)을 구비하고 있다.

파일럿 버너(30)는 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하여 축선 방향(Da)으로 연장하는 봉상의 파일럿 노즐(31)과, 이 파일럿 노즐(31)의 외주를 덮는 파일럿 버너통(33)과, 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하여 압축 공기를 선회시키는 여러 개의 선회판(32)을 가진다. 여기서, 연소기 축선(Ac)이 연장하고 있는 방향인 축선 방향(Da)의 일방측을 상류 측, 타방 측을 하류 측으로 한다. 또한, 연소기 축선(Ac)은 이 파일럿 버너(30)의 버너 축선이기도 하다.

파일럿 노즐(31)의 하류 측 단부에는 연료를 분사하는 분사 구멍이 형성되어 있다. 파일럿 노즐(31)에서 분사 구멍이 형성되어 있는 위치보다도 하류 측에는 여러 개의 선회판(32)이 설치되어 있다. 각 선회판(32)은 파일럿 노즐(31)의 외주에서 방사 방향 성분을 포함하는 방향으로 연장하고, 파일럿 버너통(33)의 내주면에 접속되어 있다. 파일럿 버너통(33)은 파일럿 노즐(31)의 외주에 위치하는 본체부(34)와 본체부(34)의 하류 측에 접속되어 하류 측을 향하여 점차 확경되어 있는 콘부(35)를 가진다. 여러 개의 선회판(32)은 파일럿 버너통(33)에 따른 본체부(34)의 내주면에 접속되어 있다. 파일럿 버너통(33) 내에는 그 상류 측에서 압축기(1)에서 압축된 압축 공기가 유입한다. 파일럿 버너통(33)은 그 하류단에서 이 압축 공기와 함께 파일럿 노즐(31)에서 분사된 연료를 분출한다. 이 연료는 연소통(10) 내에서 확산 연소한다.

여러 개의 메인 버너(40)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 파일럿 버너(30)의 외주 측을 둘러싸도록 연소기 축선(Ac)를 중심으로 하여 원주 방향으로 나열하여 배치되어 있다.

메인 버너(40)는 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 연소기 축선(Ac)과 평행한 버너 축선(Ab)을 중심으로 하여 축선 방향(Da)으로 연장하는 봉상의 메인 노즐(41)과, 이 메인 노즐(41)의 외주를 덮는 메인 버너통(43)과, 버너 축선(Ab)을 중심으로 하여 압축 공기를 선회시키는 여러 개의 선회판(42)을 가진다. 또한, 메인 버너(40)의 버너 축선(Ab)은 연소기 축선(Ac)과 평행하기 때문에, 연소기 축선(Ac)에 관한 축선 방향(Da)과 버너 축선(Ab)에 관한 축선 방향(Da)은 같은 방향이다. 또한, 연소기 축선(Ac)에 관한 축선 방향(Da)의 상류 측은 버너 축선(Ab)에 관한 축선 방향(Da)의 상류 측이고, 연소기 축선(Ac)에 관한 축선 방향(Da)의 하류 측은 버너 축선(Ab)에 관한 축선 방향(Da)의 하류 측이다.

메인 노즐(41)의 축선 방향(Da)에 따른 중간부에는 연료를 분사하는 분사 구멍이 형성되어 있다. 메인 노즐(41)에서 분사 구멍이 형성되어 있는 위치 근방에는 여러 개의 선회판(42)이 설치되어 있다. 각 선회판(42)은 메인 노즐(41)의 외주에서 방사 방향 성분을 포함하는 방향으로 연장하고, 메인 버너통(43)의 내주면에 접속되어 있다. 메인 버너통(43)은 메인 노즐(41)의 외주에 위치하는 본체부(44)와 본체부(44)의 하류 측에 접속되어 하류 측을 향하여 연장하는 연장부(45)를 가진다. 여러 개의 선회판(42)은 메인 버너통(43)에 따른 본체부(44)의 내주면에 접속되어 있다. 메인 버너통(43) 내에는 그 상류 측에서 압축기(1)에서 압축된 압축 공기가 유입한다. 메인 버너통(43) 내에서는 이 압축 공기와 메인 노즐(41)에서 분사된 연료가 혼합하고, 예혼합 기체(PM)가 형성된다. 메인 버너통(43)은 그 하류단에서 예혼합 기체(PM)를 분출한다. 이 예혼합 기체(PM) 중의 연료는 연소통(10) 내에서 예혼합 연소한다.

또한, 선회판(42)에 연료를 분사하는 분사 구멍을 형성하고, 이곳에서 메인 버너통(43) 내에 연료를 분사해도 된다. 이 경우, 이상에서 설명한 봉상의 메인 노즐(41)에 상당하는 부분이 허브봉을 이루고, 메인 노즐은 이 허브봉과 여러 개의 선회판(42)을 가지고 형성되게 된다. 허브봉 내에는 외부로부터의 연료가 제공되고, 이 허브봉에서 선회판(42)에 연료가 공급된다.

메인 버너통(43)의 본체부(44)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 축선 방향(Da)에서 보면 원형을 이루고 있다. 한편, 메인 버너통(43)의 연장부(45)는 축선 방향(Da)에서 보면 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 대원호와, 대원호보다 소기 축선(Ac) 측에 위치하여 소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 소원호와, 연소기 축선(Ac)을 기준으로 하여 방사 방향으로 연장하여 대원호의 단과 소원호의 단을 직선적으로 접속하는 접속선으로 형성되는 아치형을 이루고 있다. 이 연장부(45)의 외주 중, 대원호에 상당하는 부분이 제1 외주부(46)를 이루고, 소원호에 상당하는 부분이 제2 외주부(47)를 이루며, 접속 직선에 상당하는 부분이 제3 외주부(48)를 이룬다.

버너 보유통(21)은 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하여 원통상을 이루고, 여러 개의 메인 버너통(43)에 따른 본체부(44)의 외주 측을 덮는다.

연소통(10)은 내주 측에 여러 개의 메인 버너통(43)에 따른 연장부(45)가 위치하는 접속부(11)와, 메인 버너(40) 및 파일럿 버너(30)에서 분출한 연료가 연소하는 연료 영역을 형성하는 연소부(13)와, 연료의 연소에서 발생된 연소 가스를 터빈(5)에 인도하는 연소 가스 안내부(15)를 가진다. 접속부(11) 및 연소부(13)는 모두 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하여 원통상을 이룬다. 또한, 연소 가스 안내부(15)는 통상을 이룬다. 연소통(10)의 접속부(11)의 상류단은 버너 보유통(21)에 접속되어 있다. 연소통(10)의 연소부(13)는 연소통(10)의 접속부(11)의 하류 측에 형성되어 있다. 연소통(10)의 연소 가스 안내부(15)는 연소통(10)의 연소부(13)의 하류 측에 형성되어 있다.

원통상의 접속부(11)에는 외주 측에서 내주 측을 향하여 관통하고, 압축기(1)로부터의 압축 공기를 제1 퍼지 공기(A1)로서 내주 측으로 인도하는 접속부 공기 구멍(12)이 형성되어 있다. 연소통(10)의 접속부(11)와 연소부(13)의 경계 근방인, 그 내주 측에는 여러 개의 메인 버너(40)의 외주 측과 자신의 내주 측 사이에 제1 퍼지 공기 유로(66)를 형성하는 외측 유로통(60)이 배치되어 있다. 외측 유로통(60)은 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하여 원통상의 본체부(61)와 본체부(61)의 하류 측에서 외주 측을 향하여 연장하는 연소통(10)에 접속되는 접속부(62)를 가진다. 연소통(10)에서, 외주 유로통(60)의 본체부(61)와 대향하는 부분에는 외주 측에서 내주 측을 향하여 관통하고, 압축기(1)로부터의 압축 공기를 필름 공기(A4)로서 내주 측으로 인도하는 필름 공기 구멍(14)이 형성되어 있다. 외측 유로통(60)의 본체부(61)의 내주 측과 여러 개의 메인 버너통(43)의 연장부(45)에 따른 제1 외주부(46) 사이에는 상류 측에서 하류 측으로 제1 퍼지 공기(A1)가 흐르는 상술한 제1 퍼지 공기 유로(66)가 형성되어 있다.

또한, 여러 개의 메인 버너통(43)의 연장부(45)에 따른 제2 외주부(47)와 파일럿 버너통(33)의 콘부(35)의 외주 사이에는 상류 측에서 하류 측으로 제2 퍼지 공기(A2)가 흐르는 제2 퍼지 공기 유로(67)가 형성되어 있다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 연소기 축선(Ac)을 중심으로 한 원주 방향으로 인접하는 메인 버너통(43)의 연장부(45)에 따른 제3 외주부(48)의 상호간에는 상류 측에서 하류 측으로 제3 퍼지 공기가 흐르는 제3 퍼지 공기 유로(68)가 형성되어 있다. 이 제3 퍼지 공기 및 상술한 제2 퍼지 공기(A2)는 모두 압축기(1)에서 압축되어 버너 보유통(21)의 내주 측에 유입해 온 압축 공기이다.

메인 버너통(43)의 하류 단부에는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 메인 버너통(43)을 형성하는 버너통 형성 판(49)의 판 두께가 하류 측을 향함에 따라 점차 얇게 하기 위한 테이퍼 면(50)이 형성되어 있다. 이 테이퍼 면(50)은 메인 버너통(43)의 외주 측에 형성되어 있고, 하류 측을 향함에 따라 점차 메인 버너통(43)의 내주면과 가까워지도록 경사져 있는 외측 테이퍼 면(51)이다. 이 외측 테이퍼 면(51)은 메인 버너통(43)의 외주의 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 따라서, 이 외측 테이퍼 면(51)으로서 도 6에 나타낸 바와 같이, 메인 버너통(43)의 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)과 도 7에 나타낸 바와 같이, 메인 버너통(43)의 제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)이 있다. 또한, 이 외측 테이퍼 면(51)으로서, 메인 버너통(43)의 제3 외주면에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(도시되지 않음)도 있다.

제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t1)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51a)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 보다 바람직하게는, 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t1)은 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51a)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 60% 이상이다. 또한, 이상에서 기준이 되는 판 두께(t)는 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51a)이 형성되어 있지 않은 부분 중 가장 하류 측 부분의 판 두께이다.

제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 축선 방향(Da)에 따른 테이퍼 면 형성 길이(s1)는 상술한 테이퍼 면 형성 폭(t1)보다도 길다.

제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)는 50° 이하에서 20° 이상(50°≥θ1≥20°)이다. 또한, 여기서는 제1 외주부(46)가 형성되어 있는 부분의 버너통 형성 판(49)의 내주면 및 외주면은 모두 버너 축선(Ab)과 평행하다. 이 때문에, 외측 테이퍼 면(51a)의 버너통 형성 판(49)의 내주면 및 외주면에 대한 외측 테이퍼 면(51a)의 각도도 50° 이하에서 20° 이상이다. 또한, 여기서의 외측 테이퍼 면(51a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)는 버너 축선(Ab)을 포함하고, 또한 외측 테이퍼 면(51a)을 횡단하는 가상 평면 내에서의 각도이다. 이하, 테이퍼 면(50)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도는 모두 버너 축선(Ab)을 포함하고, 또한 이 테이퍼 면(50)을 횡단하는 가상 평면 내에서의 각도이다.

또한 제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t2)도 도 7에 나타낸 바와 같이, 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51b)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 보다 바람직하게는, 제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t2)은 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51b)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 60% 이상이다.

제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 축선 방향(Da)에 따른 테이퍼 면 형성 길이(s2)는 상술한 테이퍼 면 형성 폭(t2) 이상이다. 여기서는, 제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 축선 방향(Da)에 따른 테이퍼 면 형성 길이(s2)는 가공 용이성의 관점에서 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 축선 방향(Da)에 따른 테이퍼 면 형성 길이(s1)와 동일한 길이이다.

제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ2)는 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)보다도 크다. 이 각도(θ2)는 바람직하게는 70° 이하에서 30° 이상(70°≥θ2≥30°)이다.

또한, 도시되지 않았지만 제3 외주부(48)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭도 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 보다 바람직하게는, 제3 외주부(48)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭은 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 60% 이상이다. 이 제3 외주부(48)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도는 50° 이하에서 20° 이상이다.

여기서 도 8을 이용하여, 메인 버너통(43x)의 하류 단부에 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 비교예에서의 하류 단부 주변에서의 기체의 흐름에 대하여 설명한다.

메인 버너통(43x)의 하류 단부에 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 경우, 이 메인 버너통(43x)의 하류 단부(45x)는 메인 버너통(43x)의 내주면 및 외주면에 대하여 수직인 평면이 된다. 이 경우, 메인 버너통(43x)의 하류 단면(45x)의 하류 측에는 메인 버너통(43x) 내를 흘러온 예혼합 기체(PM)의 와류 및 메인 버너통(43x)의 제1 외주부(46)의 외주 측에 형성되어 있는 제1 퍼지 공기 유로(66)를 흘러온 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성된다.

이와 같이 메인 버너통(43x)의 하류 단면(45x)의 하류 측에 예혼합 기체(PM)의 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성되면 메인 버너통(43x)의 하류 단면(45x) 근방에 화염이 형성될 가능성이 높아진다. 이 때문에, 비교예에서는 연소기의 운전 상태에 의해 메인 버너통(43x)의 하류 단부(45x) 근방에 화염이 형성되는 일도 있다. 따라서, 비교예에서는 메인 버너통(43x)의 하류 단부가 고온 환경 중에 놓여짐으로써, 메인 버너통(43x)이 열 손상 등을 받고, 메인 버너통(43x)의 수명이 단축된다.

한편, 본 실시형태에 따른 메인 버너통(43)의 하류 단부에는 상술한 바와 같이, 메인 버너통(43)의 외주 전역에 걸쳐 외측 테이퍼 면(51)이 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에는 예혼합 기체(PM)의 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성되기 어려워진다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 메인 버너통(43)의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 비교예보다도 메인 버너통(43)의 열 손상 등이 억제되고, 메인 버너통(43)의 수명을 연장시킬 수 있다.

한편, 와류 발생의 억제 효과는 메인 버너통(43)의 하류 단부에 근소하게나마 테이퍼 면(50)이 형성되어 있으면 다소 기대할 수 있다. 그러나, 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판(49)에서 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 미만이면 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에 예혼합 기체(PM)의 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성되기 쉬워진다. 게다가, 이들 와류에 의해 메인 버너통(43)의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성이 높아진다.

이에 반해, 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판(49)에서 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이면 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에 예혼합 기체(PM)의 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성되었다고 해도 그 크기가 작아지거나 또는 실질적으로 형성되지 않게 된다. 가령, 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭이 버너통 형성 판(49)에서 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 60%인 경우, 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에 예혼합 기체(PM)의 작은 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 작은 와류가 형성될 가능성이 있다. 그러나, 이들 작은 와류에 의해서는 메인 버너통(43)의 하류단 근방에 화염이 형성될 가능성이 실질적으로 없다고 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭을 버너통 형성 판(49)에서 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상으로 하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 테이퍼 면(50)으로서 메인 버너통(43)의 외주 측에 형성되고, 하류 측을 향함에 따라 점차 메인 버너통(43)의 내주면과 가까워지도록 경사져 있는 외측 테이퍼 면(51)을 채용하고 있다. 이것에 의해, 메인 버너통(43)에서 분출하는 예혼합 기체(PM)의 버너 축선(Ab)에 대한 방사 방향의 퍼짐을 억제할 수 있다. 이 때문에, 예혼합 화염이 연소통(10)의 내주면에서 벗어나 연소통(10)의 손상을 억제할 수 있다.

테이퍼 면(50)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도는 파일럿 버너통(33)의 내외주를 흐르는 기체의 흐름의 혼란을 억제하고 기체 흐름의 저항을 저감하기 위해 작은 편이 바람직하다. 그러나, 본 실시형태에서는 상술한 것처럼, 제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ2)를 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)보다도 크게 하고 있다. 메인 버너통(43)에 따른 제2 외주부(47)의 연소기 축선(Ac) 측에는 도 3 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 연료와 공기가 예혼합되어 있지 않은 기체(AF)를 분출하여 확산 화염을 형성하는 파일럿 버너(30)가 배치되어 있다. 이 때문에, 메인 버너통(43)의 하류 단부에서 제2 외주부(47)가 형성되어 있는 부분의 하류단 근방에 예혼합 기체(PM)가 부유하고 있으면 이 하류단 근방에서 예혼합 기체(PM)가 착화할 가능성이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 파일럿 버너통(33)의 내외주를 흐르는 기체의 흐름의 저항이 다소 증가하지만, 메인 버너통(43)에서 분출한 예혼합 기체(PM)가 파일럿 버너(30)에서 멀어지도록 하기 위해, 제2 외주부(47)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51b)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ2)를 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 테이퍼 면(51a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)보다도 크게 하고 있다.

또한, 메인 버너통(43)의 제3 외주부(48)의 원주 방향 측(연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 원주 방향)에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 다른 메인 버너(40)가 배치되어 있다. 따라서, 제3 외주부(48)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도에 관해서도 메인 버너통(43)에서 분출한 예혼합 기체(PM)가 원주 방향으로 인접하는 다른 메인 버너(40)에서 멀어지도록 하기 위해, 제1 외주부(46)에 형성되어 있는 외측 테이퍼 면(51a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)보다도 크게 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는 메인 버너통(43)의 하류단 근방에서 화염이 형성되는 것을 억제할 수 있으므로, 메인 버너통(43)의 열 손상 등이 억제되고, 메인 버너통(43)의 수명을 연장시킬 수 있다.

「연소기의 제1 변형예」

상기 실시형태에 따른 연소기의 제1 변형예에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다.

본 변형예의 연소기는 상기 실시형태의 연소기에 따른 외측 유로통(60)의 하류 단부에 테이퍼 면을 형성한 것이고, 그 외 구성에 관해서는 상기 실시형태의 연소기와 동일하다. 외측 유로통(60)의 테이퍼 면은 외측 유로통(60)의 외주 측에 형성되어 있고, 하류 측을 향함에 따라 점차 외측 유로통(60)의 내주면과 가까워지도록 경사져 있는 외측 테이퍼 면(64)이다. 이 외측 테이퍼 면(64)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭은 외측 유로통(60)의 본체부(61)를 형성하는 외측 유로통 형성 판(63)에서 외측 테이퍼 면(64)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이다.

이 때문에, 본 변형예에 따른 외측 유로통(60)의 하류단의 하류 측에 외측 유로통(60)의 내주 측을 흐르는 제1 퍼지 공기(A1) 및 외측 유로통(60)의 외주 측을 흐르는 필름 공기(A4)의 와류가 형성되기 어려워진다. 따라서, 본 변형예에서는 이들 공기의 흐름의 저항을 억제할 수 있다.

특히, 본 변형예에서는 테이퍼 면으로서 외측 유로통(60)의 외주 측에 외측 테이퍼 면(64)을 형성하고 있으므로, 필름 공기(A4) 및 제1 퍼지 공기(A1)의 흐름이 하류 측으로 흐름에 따라 다소 연소기 축선(Ac)(도 3 참조) 측, 다시 말해 연소통(10)의 내주면에서 떨어진 측에 접근하게 된다. 이 때문에, 본 변형예에서는 메인 버너통(43)에서 분출한 예혼합 기체(PM) 중, 외측 유로통(60) 측을 흐르는 예혼합 기체(PM)도 하류 측으로 흐름에 따라 연소기 축선(Ac) 측에 접근하게 된다. 따라서, 본 변형예에서는 메인 버너통(43)의 하류단에서 제1 외주부(46)가 형성되어 있는 부분의 하류단의 열 손상 등을 보다 억제 가능함과 동시에, 연소통(10)의 내주면의 열 손상 등을 보다 억제할 수 있다.

「연소기의 제2 변형예」

상기 실시형태에 따른 연소기의 제2 변형예에 대하여 도 10을 이용하여 설명한다.

본 변형예의 연소기도 제1 변형예의 연소기와 동일하게 상기 실시형태의 연소기에 따른 외측 유로통(60)의 하류 단부에 테이퍼 면을 형성한 것이다. 단, 본 변형예에 따른 외측 유로통(60)의 테이퍼 면은 외측 유로통(60)의 내주 측에 형성되어 있고, 하류 측을 향함에 따라 점차 외측 유로통(60)의 내주면과 가까워지도록 경사져 있는 내측 테이퍼 면(65)이다. 이 내측 테이퍼 면(65)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭은 외측 유로통(60)의 본체부(61)를 형성하는 외측 유로통 형성 판(63)에서 내측 테이퍼 면(65)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상이다.

또한, 본 변형예에서는 테이퍼 면으로서 외측 유로통(60)의 내주 측에 내측 테이퍼 면(65)을 형성하고 있으므로, 필름 공기(A4) 및 제1 퍼지 공기(A1)의 일부 흐름이 하류 측으로 흐름에 따라 다소 연소기 축선(Ac)(도 3 참조)에서 떨어진 측, 다시 말해 연소통(10)의 내주면 측에 가까워지게 된다. 이 때문에, 본 변형예에서는 필름 공기(A4)가 상기 실시형태나 제1 변형예보다도 연소통(10)의 내주면을 따라 흐르고, 연소통(10)의 필름 냉각 효과를 높일 수 있다.

이상과 같이, 외측 유로통(60)에 외측 테이퍼 면(64)(도 9 참조)을 형성하는 경우와 외측 유로통(60)에 내측 테이퍼 면(65)을 형성하는 경우에서 상이한 효과가 얻어진다. 이 때문에, 외측 유로통(60)에 외측 테이퍼 면(64)을 형성하거나 내측 테이퍼 면(65)을 형성하는 것은 각각의 효과를 비교 고려하여 정하는 것이 바람직하다.

「연소기의 제3 변형예」

상기 실시형태에 따른 연소기의 제3 변형예에 대하여 도 11을 이용하여 설명한다.

본 변형예의 연소기는 메인 버너통(43)의 하류 단부에 외측 테이퍼 면(51c) 및 내측 테이퍼 면(52)을 형성한 것이다. 외측 테이퍼 면(51c)은 상기 실시형태와 동일하게 메인 버너통(43)의 외주 측에 형성되어 있고, 하류 측을 향함에 따라 점차 메인 버너통(43)의 내주면과 가까워지도록 경사져 있는 면이다. 또한, 내측 테이퍼 면(52)은 메인 버너통(43)의 내주 측에 형성되어 있고, 하류 측을 향함에 따라 점차 메인 버너통(43)의 외주면과 가까워지도록 경사져 있는 면이다.

본 변형예에서, 외측 테이퍼 면(51c)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t3)과 내측 테이퍼 면(52)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t4)을 합친 폭은 버너통 형성 판(49)에서 외측 테이퍼 면(51c) 및 내측 테이퍼 면(52)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 환언하자면 외측 테이퍼 면(51c)과 내측 테이퍼 면(52)을 합친 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향의 폭은 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 보다 바람직하게는, 외측 테이퍼 면(51c)과 내측 테이퍼 면(52)을 합친 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭은 버너통 형성 판(49)에서 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 60% 이상이다. 또한, 판 두께 방향에 따른 외측 테이퍼 면(51c)의 테이퍼 면 형성 폭(t3)은 판 두께 방향에 따른 내측 테이퍼 면(52)의 테이퍼 형성 폭(t4)보다 넓다.

외측 테이퍼 면(51c)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)는 상기 실시형태와 동일하게 50° 이하에서 20° 이상(50°≥θ1≥20°)이다. 또한, 내측 테이퍼 면(52)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ3)도 50° 이하에서 20° 이상(50°≥θ3≥20°)이다. 또한, 선에 대한 면의 각도는 보각 관계에 있는 두 개의 각도 중 일방의 각도로 나타낸다. 본 출원에서는 테이퍼 면(50)의 축선에 대한 각도로서, 보각 관계에 있는 두 개의 각도 중 작은 쪽의 각도를 채용하고 있다. 또한, 외측 테이퍼 면(51c)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ1)와 내측 테이퍼 면(52)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ3)는 동일한 각도가 아니어도 된다.

본 변형예에서는 이상에서 설명한 바와 같이, 외측 테이퍼 면(51c)과 내측 테이퍼 면(52)을 합친 테이퍼 면(50)의 판 두께 방향의 폭은 상기 실시형태 및 상기 변형예와 동일하게 테이퍼 면(50)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 이 때문에, 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에 예혼합 기체(PM)의 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성되었다고 해도 그 크기가 작아지거나 또는 실질적으로 형성되기 어려워진다. 따라서, 본 변형예에서도 메인 버너통(43)의 열 손상 등이 억제되고, 메인 버너통(43)의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 변형예에서는 판 두께 방향에 따른 외측 테이퍼 면(51c)의 테이퍼 면 형성 폭(t3)은 판 두께 방향에 따른 내측 테이퍼 면(52)의 테이퍼 형성 폭(t4)보다 넓다. 이 때문에, 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에서는 내측 테이퍼 면(52)을 따라 흐르는 예혼합 기체(PM)의 흐름보다도 외측 테이퍼 면(51c)을 따라 흐르는 제1 퍼지 공기(A1)의 흐름의 영향이 강해지고, 메인 버너통(43)에서 분출하는 예혼합 기체(PM)의 버너 축선(Ab)에 대한 방사 방향의 퍼짐을 억제할 수 있다.

「연소기의 제4 변형예」

상기 실시형태에 따른 연소기의 제4 변형예에 대하여 도 12를 이용하여 설명한다.

본 변형예의 연소기는 메인 버너통(43)의 하류 단부에 내측 테이퍼 면(52a)을 형성한 것이다. 내측 테이퍼 면(52a)은 메인 버너통(43)의 내주 측에 형성되어 있고, 하류 측을 향함에 따라 점차 메인 버너통(43)의 외주면과 가까워지도록 경사져 있는 면이다.

본 변형예에서, 내측 테이퍼 면(52a)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t5)은 버너통 형성 판(49)에서 내측 테이퍼 면(52a)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 보다 바람직하게는, 내측 테이퍼 면(52a)의 판 두께 방향에 따른 테이퍼 면 형성 폭(t5)은 버너통 형성 판(49)에서 내측 테이퍼 면(52a)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 60% 이상이다. 내측 테이퍼 면(52a)의 버너 축선(Ab)에 대한 각도(θ3)는 50° 이하에서 20° 이상(50°≥θ3≥20°)이다.

본 변형예에서, 내측 테이퍼 면(52a)의 판 두께 방향의 폭(t5)은 상술한 바와 같이 내측 테이퍼 면(52a)이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께(t)의 절반 이상이다. 이 때문에, 메인 버너통(43)의 하류단의 하류 측에 예혼합 기체(PM)의 와류 및 제1 퍼지 공기(A1)의 와류가 형성되었다고 해도 그 크기가 작아지거나 또는 실질적으로 형성되기 어려워진다. 따라서, 본 변형예에서는 메인 버너통(43)의 열 손상 등이 억제되고, 메인 버너통(43)의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 변형예에서는 테이퍼 면(50)으로서 내측 테이퍼 면(52a)을 형성하고 있기 때문에, 상기 실시형태 및 이상의 각 변형예와 상이하고, 메인 버너통(43)에서 분출하는 예혼합 기체(PM)가 버너 축선(Ab)에 대해 방사 방향으로 퍼질 경향이 있다. 이 때문에, 연소통(10)의 내주면에 대한 필름 냉각 등의 냉각 효과가 충분히 기대 가능한 경우나 연소기 축선(Ac)(도 3 참조)을 중심으로 한 방사 방향에 따른 메인 버너(40)부터 연소기 내통의 내주면까지의 거리가 큰 경우에 메인 버너통(43)에서 분출하는 예혼합 기체(PM)가 버너 축선(Ab)에 대해 방사 방향으로 다소 퍼져도 연소통(10)의 내주면의 열 손상을 억제할 수 있는 경우에는 본 변형예를 채용해도 된다.

「연소기의 제5 변형예」

상기 실시형태에 따른 연소기의 제5 변형예에 대하여 도 13을 이용하여 설명한다.

상기 실시형태 및 이상의 각 변형예의 테이퍼 면은 축선을 포함하고 또한 이 테이퍼 면을 횡단하는 가상 평면 상의 형상이 직선이다. 그러나, 테이퍼 면은 하류 측을 향함에 따라, 통 형성 판의 판 두께가 점차 얇아지고 있으면 테이퍼 면은 축선을 포함하고, 또한 이 테이퍼 면을 횡단하는 가상 평면 상의 형상이 곡선이어도 된다.

예를 들어, 도 13에 나타낸 바와 같이 메인 버너통(43)의 하류 단부에 형성한 외측 테이퍼 면(51d)은 버너 축선(Ab)을 포함하고, 또한 이 외측 테이퍼 면(51d)을 횡단하는 가상 평면 상의 형상이 버너 축선(Ab)에서 멀어지는 측에 볼록형의 매끄러운 곡면이다. 또한 이 곡면은 버너 축선(Ab)으로 가까워지는 측에 오목형의 매끄러운 곡면이어도 된다.

여기서, 도 13에서는 메인 버너통(43)의 하류 단부에 형성한 외측 테이퍼 면(51d)에 관한 예이다. 그러나, 메인 버너통(43)의 하류 단부에 형성한 내측 테이퍼 면이나 외측 유로통(60)의 테이퍼 면도 하류 측을 향함에 따라, 통 형성 판의 판 두께가 점차 얇아지고 있으면 축선을 포함하고, 또한 이 테이퍼 면을 횡단하는 가상 평면 상의 형상이 곡선이어도 된다.

또한, 축선을 포함하고 또한 테이퍼 면을 횡단하는 가상 평면 상의 형상이 곡선인 테이퍼 면을 채용하는 경우, 이 테이퍼 면의 축선에 대한 각도로서는 이 테이퍼 면의 축선에 대한 평균 각도 또는 이 테이퍼 면의 상류단과 하류단을 연결하는 선분의 축선에 대한 각도를 이용한다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 일 형태에 의하면 버너통의 열 손상 등이 억제되고, 연소기의 긴 수명화를 도모할 수 있다.

1 압축기
4 연소기
5 터빈
10 연소통
11 접속부
13 연소부
15 연소 가스 안내부
20 연료 분출기
30 파일럿 버너(제2 버너 또는 확산 연소 버너)
31 파일럿 노즐
32 선회판
33 파일럿 버너통
34 본체부
35 콘부
40 메인 버너(제1 버너 또는 예혼합 연소 버너)
41 메인 노즐
42 선회판
43 메인 버너통
44 본체부
45 연장부
46 제1 외주부
47 제2 외주부
48 제3 외주부
49 버너통 형성 판
50 테이퍼 면
51, 51a, 51b, 51c, 51d 외측 테이퍼 면
52, 52a 내측 테이퍼 면
60 외측 유로통
64 외측 테이퍼 면
65 내측 테이퍼 면
66 제1 퍼지 공기 유로
67 제2 퍼지 공기 유로
68 제3 퍼지 공기 유로
Ab 버너 축선
Ac 연소기 축선
Ar 회전 축선
Da 축선 방향
A 공기
A1 제1 퍼지 공기
A2 제2 퍼지 공기
A4 필름 공기
F 연료
PM 예혼합 기체

Claims

버너 축선을 중심으로 하는 봉상 부재를 가지고, 연료를 분사하는 노즐과,
통상을 이루는 상기 노즐의 외주를 둘러싸고, 상기 버너 축선이 연장하는 축선 방향의 일방 측인 상류 측에서 타방 측인 하류 측으로, 공기와 상기 노즐로부터의 연료를 분출하는 버너통과,
상기 버너통 중에 적어도 하류 단부의 외주를 둘러싸고, 상기 버너통의 외주 측과 자신의 내주 측 사이에서 하류 측을 향하여 공기가 흐르는 퍼지 공기 유로를 형성하는 외측 유로통
을 구비하고,
상기 버너통의 하류 단부에는 하류 측을 향함에 따라 상기 버너통을 형성하는 버너통 형성 판의 판 두께가 점차 얇아지도록 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭이 상기 버너통 형성 판에서 상기 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 반 이상인
연소기.
제1항에 있어서,
상기 버너통에는 상기 테이퍼 면으로서 상기 버너통의 외주 측에 외측 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭이 상기 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상인
연소기.
제1항에 있어서,
상기 버너통에는 상기 테이퍼 면으로서 상기 버너통의 외주 측에 외측 테이퍼 면이 형성되어 있음과 동시에, 상기 버너통의 내주 측에 내측 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭과 판 두께 방향에 따른 상기 내측 테이퍼 면의 테이퍼 형성 폭을 합친 폭이 상기 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상인
연소기.
제3항에 있어서,
판 두께 방향에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭은 판 두께 방향에 따른 상기 내측 테이퍼 면의 테이퍼 형성 폭보다 넓은
연소기.
제1항에 있어서,
상기 버너통에는 상기 테이퍼 면으로서 상기 버너통의 내주 측에 내측 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 내측 테이퍼 면의 테이퍼 형성 폭이 상기 버너통 형성 판에서 테이퍼 면이 형성되어 있지 않은 부분에 따른 판 두께의 절반 이상인
연소기.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐과 상기 버너통을 가지는 버너를 여러 개 구비하고,
여러 개의 상기 버너의 상기 버너 축선은 서로 평행하고,
여러 개의 상기 버너 중 적어도 하나의 버너인 제1 버너의 상기 버너통의 외주의 일부인 제1 외주부가 상기 외측 유로통의 내주의 일부와 대향하고, 상기 제1 외주부와 상기 외측 유로통의 내주의 일부 사이에 상기 퍼지 공기 유로로서의 제1 퍼지 공기 유로가 형성되고,
여러 개의 상기 버너 중 상기 제1 버너에 인접하는 제2 버너의 상기 버너통에 따른 외주의 일부와 상기 제1버너의 상기 버너통에 따른 외주의 일부인 제2 외주부 사이에, 하류 측을 향하여 공기가 흐르는 제2퍼지 공기 유로가 형성되고,
상기 제2 외주부에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 상기 버너 축선에 대한 각도는 상기 제1 외주부에 따른 상기 외측 테이퍼 면의 상기 버너 축선에 대한 각도보다 큰
연소기.
제6항에 있어서,
상기 제1 버너는 상기 제1 버너의 상기 버너통에서 분출한 연료를 예혼합 연소시키는 예혼합 연소 버너이고,
상기 제2 버너는 상기 제2 버너의 상기 버너통에서 분출한 연료를 확산 연소시키는 확산 연소 버너이며,
상기 제2 버너를 중심으로 하여 여러 개의 상기 제1 버너가 원주 방향으로 나란히 배치되고,
상기 외측 유로통은 상기 제2 버너를 중심으로 하여 여러 개의 상기 제1 버너를 덮도록 통상을 이루는
연소기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 유로통의 하류 측 단부에는 하류 측을 향함에 따라 상기 외측 유로통을 형성하는 외측 유로통 형성 판의 판 두께가 점차 얇아지도록 테이퍼 면이 형성되고, 판 두께 방향에 따른 상기 테이퍼 면의 테이퍼 면 형성 폭이 상기 외측 유로통 형성 판의 판 두께의 절반 이상인
연소기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
공기를 압축하여 상기 연소기에 공기를 공급하는 압축기와,
상기 연소기 내에서의 연료의 연소에서 형성된 연소 가스에 의해 구동하는 터빈
을 구비하고 있는 가스 터빈.