WO2022209993A1 - 燃焼器及びガスタービン - Google Patents

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WO2022209993A1
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combustor
fuel
flow path
air
axis
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PCT/JP2022/012462
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圭祐 三浦
信一 福場
圭司郎 斉藤
健司 宮本
健太 谷口
喜敏 藤本
朋 川上
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三菱パワー株式会社
三菱重工業株式会社
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00002—Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]

Definitions

  • the present disclosure relates to combustors and gas turbines.
  • This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2021-062224 filed in Japan on March 31, 2021, the contents of which are incorporated herein.
  • Patent Document 1 discloses a cluster combustor as an example of a combustor used in a gas turbine.
  • the cluster combustor has a plurality of fuel nozzles for injecting fuel and a plurality of air holes coaxially provided downstream of the fuel nozzles.
  • a mixed gas of ambient air and fuel flows through the air holes and is jetted downstream.
  • the mixed gas is ignited to form a plurality of small-scale flames at the downstream end of each air hole.
  • Each air hole has an upstream portion that is a straight pipe portion parallel to the central axis of the combustor, and a downstream portion that is an inclined portion that extends at an angle to the central axis of the combustor. . Therefore, a swirling component around the central axis of the combustor is imparted to the mixed gas supplied from the air hole to the downstream side. This allows the flame to be stably maintained.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a combustor and a gas turbine capable of further suppressing flashback while improving flame stability.
  • a combustor has an upstream end face and a downstream end face that are orthogonal to the combustor axis, and an air hole that penetrates the upstream end face and the downstream end face is formed. and a fuel injection part for injecting fuel into the air flowing through the air holes, the air holes forming a curving flow curving in a direction perpendicular to the combustor axis toward the downstream side. and an inclined flow passage that is continuously connected to the downstream side of the curved flow passage, extends at an angle with respect to the combustor axis, and opens at the downstream end face, and the fuel injection portion is located downstream of the upstream end of the curved flow path.
  • a gas turbine according to the present disclosure is driven by a compressor that generates air, the combustor that generates combustion gas by mixing and burning fuel in the air compressed by the compressor, and the combustion gas.
  • a turbine ;
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a gas turbine according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of a combustor according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is an enlarged view of a main part of a combustor according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is an enlarged view of a main portion of a combustor according to a second embodiment of the present disclosure
  • It is an enlarged view of the principal part of the combustor which concerns on a modification.
  • the description of the fuel injection portion is omitted.
  • It is an enlarged view of the principal part of the combustor which concerns on a modification. Note that the description of the fuel injection portion is omitted.
  • FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 the gas turbine 1 according to this embodiment has a compressor 2 that compresses air, a combustor 3 that generates combustion gas, and a turbine 4 that is driven by the combustion gas.
  • a plurality of combustors are provided around the rotating shaft of the gas turbine 1 at intervals in the circumferential direction.
  • the combustor 3 mixes and combusts the air compressed by the compressor 2 with fuel to generate high-temperature, high-pressure combustion gas.
  • the combustor 3 includes a tubular body 10 , a closing plate 11 , a fuel supply pipe 12 , a fuel switching section 13 and a combustor main body 20 .
  • the tubular body 10 has a cylindrical shape around a combustor axis O, which is the central axis of the combustor 3 .
  • a plurality of air introduction holes 10a penetrating the cylinder 10 from inside to outside are formed in the cylinder 10 at intervals in the circumferential direction.
  • the closing plate 11 has a disk shape that closes the rear end (the left side in FIG. 1) of the cylindrical body 10 . Air compressed by the compressor 2 is introduced into the space defined by the cylindrical body 10 and the closing plate 11 through the air introduction hole 10a.
  • the fuel supply pipe 12 is a pipe through which fuel flows.
  • the fuel supply pipe 12 extends along the combustor axis O so as to pass through the closing plate 11 in the front-rear direction. Fuel flows through the fuel supply pipe 12 from the rear side toward the front side (right side in FIG. 1).
  • the fuel switching unit 13 switches the type of fuel supplied to the fuel supply pipe 12 .
  • the fuel switching unit 13 of this embodiment is configured to switch the fuel between hydrogen and natural gas.
  • the fuel switching unit 13 supplies, for example, either hydrogen or natural gas supplied from the hydrogen storage tank and the natural gas tank to the fuel supply pipe 12 from the rear side.
  • the combustor main body 20 is provided so as to block the front side of the tubular body 10 .
  • the combustor body 20 has a mounting portion 21 , a tube plate 30 and a fuel injection portion 50 .
  • the mounting portion 21 has a tubular shape centered on the combustor axis O and having an outer diameter one size smaller than that of the tubular body 10 . A part of the rear side of the outer peripheral surface of the mounting portion 21 is fixed to the inner peripheral surface of the tubular body 10 over the entire circumference. The mounting portion 21 is provided at a position that does not block the air introduction hole 10a of the cylindrical body 10 .
  • the tube sheet 30 has a disc shape centered on the combustor axis O. As shown in FIG. The rear end of the outer peripheral portion of the tube sheet 30 is integrally fixed to the front end of the mounting portion 21 over the entire circumference. An end surface of the tube sheet 30 facing the rear side is an upstream end surface 31 . A surface of the tube sheet 30 facing forward is a downstream end surface 32 . The upstream end face 31 and the downstream end face 32 each have a planar shape orthogonal to the combustor axis O and are parallel to each other.
  • the tube sheet 30 has a plenum 33 as a hollow inside.
  • the plenum 33 is a disk-shaped space similar to the outer shape of the tube sheet 30 .
  • a fuel hole 33 a is formed in the tube sheet 30 so as to extend along the combustor axis O between the inner surface of the plenum 33 and the upstream end surface 31 .
  • the front end of the fuel supply pipe 12 is connected to the fuel hole 33a. Thereby, the fuel flowing through the fuel supply pipe 12 is introduced into the plenum 33 through the fuel hole 33a.
  • the plenum 33 is filled with fuel by the fuel supply.
  • the tube sheet 30 is provided with a plurality of tubular wall portions 34 extending back and forth within the plenum 33 .
  • the plurality of tubular walls 34 are spaced apart from each other in a direction orthogonal to the combustor axis O. As shown in FIG.
  • a plurality of air holes 40 are formed in the tube sheet 30 across the upstream end face 31 and the downstream end face 32 so as to penetrate the upstream end face 31 and the downstream end face 32 .
  • Each air hole 40 passes through the interior of tubular wall 34 . That is, the tubular wall portion 34 forms part of the flow path of the air hole 40 .
  • the plurality of air holes 40 are spaced apart from each other in the direction orthogonal to the combustor axis O according to the arrangement position of the tubular wall portion 34 . Air flows through the air hole 40 with the rear side as the upstream side and the front side as the downstream side. That is, the air introduced through the air introduction holes 10a into the space defined by the cylinder 10 and the closing plate 11 flows through the air holes 40 of the tube sheet 30 from the rear side to the front side.
  • the air hole 40 is configured by sequentially connecting an introduction channel 41, a curved channel 42, and an inclined channel 43 from the upstream side to the downstream side.
  • the introduction channel 41 is the most upstream portion of the air hole 40 .
  • the introduction flow path 41 has a straight pipe portion 41b extending along a first central axis O1 parallel to the combustor axis O. As shown in FIG.
  • the straight pipe portion 41b extends linearly in the front-rear direction with a uniform inner diameter.
  • a curved surface portion 41 a is formed between the upstream end of the straight pipe portion 41 b and the upstream end face 31 .
  • the curved surface portion 41a connects the upstream end of the straight pipe portion 41b and the upstream end face 31 with a curved surface. That is, the curved surface portion 41 a opens the introduction flow path 41 to the upstream end surface 31 and forms the upstream opening portion 40 a of the air hole 40 .
  • the curved surface portion 41a is a convex curved surface whose diameter decreases toward the downstream side. The downstream end of the curved surface portion 41a smoothly continues to the upstream end of the straight tube portion 41b.
  • the bent channel 42 is a portion that continues downstream from the introduction channel 41 and is a portion that becomes an intermediate portion of the air hole 40 .
  • the inner diameter of the curved channel 42 is the same as that of the straight tube portion 41 b of the introduction channel 41 .
  • the curved channel 42 is smoothly connected to the downstream end of the straight tube portion 41 b , that is, the downstream end of the introduction channel 41 .
  • the curved flow path 42 extends so as to curve in a direction orthogonal to the combustor axis O toward the downstream side.
  • the second center axis O2 which is the center axis of the curved flow path 42, also curves in a direction orthogonal to the combustor axis O toward the downstream side.
  • the second central axis O2 extends from the upstream end to the downstream end of the curved flow path 42 around the center C of the same circle with the same radius of curvature.
  • the curved flow path 42 extends while uniformly curving from the upstream side to the downstream side.
  • the inclined flow path 43 extends so as to be inclined with respect to the combustor axis O at a constant inclination angle. That is, the third central axis O3, which is the central axis of the inclined flow passage 43, extends linearly in a direction orthogonal to the combustor axis O as it goes downstream.
  • the inner diameter of the inclined channel 43 is the same as the inner diameter of the curved channel 42 .
  • the upstream end of the inclined channel 43 is smoothly connected to the downstream end of the curved channel 42 .
  • the third center axis O3 of the inclined channel 43 is positioned on the tangential line at the downstream end of the second center axis O2 of the curved channel 42 .
  • the angle of the third central axis O3 of the inclined channel 43 with respect to the combustor axis O is set to, for example, 10 to 45 degrees, preferably 20 to 40 degrees, and more preferably 25 to 35 degrees.
  • a downstream end of the inclined flow path 43 is open to the downstream end face 32 of the tube sheet 30 . That is, the downstream end of the inclined channel 43 forms the downstream opening of the air hole 40 .
  • the inclined flow path 43 extends around the combustor axis O when viewed from the direction along the combustor axis O. As shown in FIG.
  • the fuel injection portion 50 injects fuel into the air flowing through the air holes 40 .
  • the fuel injection part 50 of this embodiment is provided inside the air hole 40 , and in this embodiment, is provided on the inner peripheral surface of the inclined flow path 43 in the air hole 40 .
  • the fuel injection section 50 has a nozzle section 51 and a plurality of struts 54 .
  • the nozzle portion 51 extends coaxially with the third central axis O3.
  • the nozzle portion 51 has a cylindrical shape that tapers toward the downstream side.
  • the outer shape of the nozzle portion 51 may be streamlined from the upstream side to the downstream side.
  • the nozzle portion 51 is formed with an axial flow path 52 that opens at the tip of the nozzle portion 51 on the downstream side and extends through the inside of the nozzle portion 51 along the third central axis O3.
  • the rear end, which is the downstream end of the nozzle portion 51 is positioned at the boundary between the curved flow path 42 and the inclined flow path 43 .
  • the strut 54 fixes the nozzle portion 51 to the inner peripheral surface of the inclined flow passage 43 .
  • the struts 54 are provided at intervals in the circumferential direction of the third central axis O3.
  • the outer peripheral end of the strut 54 is fixed to the inner peripheral surface of the inclined channel 43 .
  • the inner peripheral end of the strut 54 is fixed to the outer peripheral surface of the nozzle portion 51 .
  • a radial flow path 55 is formed extending in the radial direction of the third central axis O3.
  • a radially inner end portion of the radial flow path 55 communicates with the axial flow path 52 in the nozzle portion 51 .
  • the cross-sectional shape of the strut 54 parallel to the third central axis O3 preferably has a streamline shape or a blade shape so as not to block the flow of air flowing through the inclined flow passage 43 .
  • the tubular wall portion 34 of the tube plate 30 is formed with a communicating hole 34 a penetrating the tubular wall portion 34 in the radial direction of the center axis of the air hole 40 .
  • a plurality of communication holes 34a are formed at intervals in the circumferential direction.
  • Each communication hole 34 a is connected to and communicates with the radial flow path 55 of the strut 54 .
  • the fuel filled in the plenum 33 passes through the radial flow path 55 via the communication hole 34 a and flows into the axial flow path 52 in the nozzle portion 51 of the fuel injection section 50 .
  • An opening at the tip of the nozzle portion 51 of the axial flow path 52 serves as a tip injection hole (fuel injection hole) 53 for injecting the fuel that has flowed through the axial flow path 52 downstream.
  • the tip injection hole 53 is arranged on the central axis of the air hole 40, and particularly on the third central axis O3, which is the central axis of the inclined flow path 43 in this embodiment. As a result, the fuel is injected downstream from the tip injection hole 53 along the central axis of the air hole 40 .
  • the position where the fuel injection portion 50 injects fuel in the direction along the center axis of the air hole 40 is defined as the fuel injection position P.
  • the fuel injection position P of the present embodiment is on the inclined flow path 43 forming a straight line in the air hole 40 .
  • Compressed air sequentially flows through the air holes 40 in the tube plate 30 of the combustor 3 from the rear side to the front side, that is, from the upstream side to the downstream side. Fuel is injected into the air flowing through the air holes 40 in this manner.
  • the supply of fuel to the combustor 3 is performed via the fuel switching unit 13 . That is, hydrogen or natural gas is supplied as fuel to the fuel supply pipe 12 by the fuel switching unit 13 .
  • Fuel is introduced into the plenum 33 of the tubesheet 30 via the fuel supply tube 12 .
  • the fuel filled in the plenum 33 is introduced into the fuel injection section 50 provided in the air hole 40 through the communicating holes 34 a formed in each tubular wall portion 34 .
  • the fuel introduced into the fuel injection portion 50 is injected into the air hole 40 through the tip injection hole 53 positioned at the tip of the nozzle portion 51 .
  • the fuel injected into the air hole 40 is mixed with the air flowing through the air hole 40 from the upstream side to the downstream side. A mixed gas is thereby generated.
  • the mixed gas is ejected from the downstream opening 40b of the air hole 40 and ignited. As a result, flames are formed corresponding to the downstream openings 40 b of the air holes 40 .
  • the fuel switching unit 13 selects natural gas as the fuel, the natural gas has low flame stabilizing properties, and stable flame stabilizing may be difficult.
  • the mixed gas ejected from the air hole 40 is ejected downstream through the inclined flow path 43 of the air hole 40 . Therefore, the mixed gas is jetted from the air hole 40 with a swirl component around the combustor axis O being imparted. Thereby, the flame by the said mixed gas can be stably maintained. That is, the flame stability of the combustor 3 can be improved.
  • a swirling component is imparted to the mixed gas in the air hole 40, there is a risk of inducing a flashback. Therefore, it is difficult to impart a swirl component in the air hole 40 to promote mixing of air and fuel.
  • a swirl flow is formed after the fuel and air exit the air hole 40 without forming a swirl flow within the air hole 40 . That is, since the fuel and air can be rapidly mixed after exiting the air hole 40, the risk of flashback can be avoided and appropriate mixing can be promoted.
  • NOx generated during hydrogen combustion can be reduced. Therefore, the present invention can also be applied to combustors that use only hydrogen as fuel.
  • the fuel injection position P by the fuel injection unit 50 is on the inclined flow path 43 . Therefore, the fuel ejected toward the downstream side in the inclined flow passage 43 flows together with the air while maintaining linearity. As a result, it is possible to prevent the fuel from being jetted in a state where it is biased toward a portion of the air hole 40 in the circumferential direction.
  • the fuel injection position P is positioned on the upstream side of the curved flow path 42, that is, if the fuel injection position P is positioned, for example, in the introduction flow path 41 or on the upstream side of the tube plate 30, the air hole A large centrifugal force is applied to the fuel and air flowing through the curved flow path 42 . Therefore, especially when the specific gravities of the fuel and the air are significantly different, the fuel is biased toward a part of the air holes 40 in the circumferential direction due to the centrifugal force. In particular, when hydrogen is supplied as fuel by the fuel switching unit 13, the specific gravities of the hydrogen and air are significantly different. As a result, the fuel distribution is biased toward the inside of the curve of the curved flow path 42, increasing the risk of flashback.
  • the nozzle of the fuel injection unit 50 is configured to inject the fuel downstream along the central axis of the air hole 40, the fuel can be injected in a state of being spaced farthest from the inner peripheral surface of the air hole 40. . Since the fuel injected in this way flows downstream while maintaining the straightness, it is possible to further suppress the fuel from being biased toward the inner peripheral surface of the air hole 40 .
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the fuel injection section 70 .
  • the fuel injection portion 70 of the second embodiment has a plurality of inner peripheral injection holes (fuel injection holes) 71 .
  • the inner peripheral injection hole 71 radially penetrates the tubular wall portion 34 so as to allow the plenum 33 and the air hole 40 to communicate with each other.
  • Inner injection holes 71 are configured to inject fuel in plenum 33 directly into air holes 40 .
  • the plurality of inner peripheral injection holes 71 are formed at the same central axis direction position in the air hole 40 at intervals in the circumferential direction.
  • the center axis direction position is the fuel injection position P in the second embodiment.
  • the fuel injection position P of this embodiment is on the inclined flow passage 43 inside the air hole 40, as in the first embodiment.
  • the inner circumference injection holes 71 may be formed at positions facing each other in the circumferential direction. That is, a pair of inner circumference injection holes 71 formed at positions facing each other constitute one set of the inner circumference injection holes 71, and one set or a plurality of sets may be formed.
  • the fuel injected from the plurality of fuel injection holes at the same center axis direction position interferes with each other, so that the fuel can easily flow along the center axis of the air hole 40 .
  • these two flows can cancel each other's radial components of flow velocity to form a flow along the central axis. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to prevent the fuel from unevenly contacting a part of the inner peripheral surface of the air hole 40 .
  • the fuel injection position P is located on the inclined flow path 43, but it is not limited to this.
  • the fuel injection position P may be at the upstream end of the inclined channel 43 or within the curved channel 42 . That is, the fuel injection position P may be on the downstream side of the upstream end of the curved flow path 42 .
  • the fuel injection position P is located in the straight pipe portion 41b of the introduction flow path 41, fuel with high straightness will flow into the curved flow path 42 with momentum according to the shape of the straight pipe portion 41b.
  • the curved flow path 42 receives a large centrifugal force, causing a large deviation in the circumferential distribution of the fuel.
  • the influence of the centrifugal force due to the curved flow path 42 can be suppressed, and the uneven distribution of the fuel in the circumferential direction can be suppressed.
  • the first central axis O1 of the introduction passage 41 is parallel to the combustor axis O and perpendicular to the upstream end surface 31 of the tube sheet 30 .
  • the first central axis O1 of the introduction passage 41 may have a slight inclination angle with respect to the combustor axis O, as in the modification shown in FIG.
  • the inclination angle of the first central axis O1 with respect to the combustor axis O is smaller than the inclination angle of the third central axis O3 of the inclined flow path 43 with respect to the combustor axis O.
  • an example in which the inclined flow path 43 extends linearly has been described, but it is not necessarily limited to this.
  • an inclined flow path 44 having a gentle curvature may be used as in the modification shown in FIG. 6, for example.
  • the third central axis O3 of the inclined channel 44 has a larger radius of curvature than the second central axis O2 forming the center of the curved channel 42 .
  • the inclined channel 44 of the modified example is a curved channel with a smaller curvature than the curved channel 42 . Also by this, it has the effect similar to embodiment.
  • the combustor 3 has an upstream end face 31 and a downstream end face 32 that are perpendicular to the combustor axis O, and the air that penetrates through the upstream end face 31 and the downstream end face 32
  • a tube sheet 30 having holes 40 formed thereon, and fuel injection units 50 and 70 for injecting fuel into the air flowing through the air holes 40 are provided.
  • a curved flow path 42 curved in a direction orthogonal to the axis O is connected so as to be continuous with the downstream side of the curved flow path 42 , and extends obliquely with respect to the combustor axis O to the downstream end face 32 .
  • a fuel injection position P at which the fuel injection parts 50 and 70 inject the fuel is positioned downstream of the upstream end of the curved flow path 42. .
  • a swirling flow can be formed by the inclined flow passages 43 and 44 on the downstream side of the tube sheet 30, so that stable flame stabilization can be achieved.
  • the combustion injection position is located downstream of the upstream end of the curved flow path 42, the fuel injected from the fuel injection portions 50 and 70 is biased toward a part of the inclined flow path 43 in the circumferential direction. can be suppressed.
  • the combustor 3 according to the second aspect is the combustor 3 according to (1), in which the fuel injection position P is located downstream of the upstream ends of the inclined flow paths 43 and 44. There may be.
  • the fuel injection position P is in the inclined flow paths 43, 44, the fuel injected from the fuel injection parts 50, 70 flows downstream while maintaining linearity. Therefore, it is possible to prevent the fuel from being biased toward a part of the air hole 40 .
  • the inclined flow passage 43 extends so as to be inclined at a constant inclination angle with respect to the combustor axis O, as described in (1) or (2). may be the combustor 3.
  • the combustor 3 according to the fourth aspect is the combustor 3 according to (1) or (2), wherein the inclined flow path 44 is a curved flow path with a smaller curvature than the curved flow path 42.
  • the fuel injection section 50 has a nozzle section 51 for injecting the fuel, and the nozzle section 51 is arranged downstream along the central axis of the air hole 40.
  • the combustor 3 according to any one of (1) to (4) may be used, in which the fuel is injected to the side.
  • the fuel flows along the center axis of the air hole 40, so it is possible to prevent the fuel from contacting a part of the inner peripheral surface of the air hole 40 unevenly.
  • the fuel injection portions 70 are arranged on the inner circumferential surface of the air hole 40 at intervals in the circumferential direction at the same center axis position in the air hole 40.
  • the combustor 3 according to any one of (1) to (4) may have a plurality of fuel injection holes arranged in the same direction.
  • An example of the fuel injection hole is the inner circumference injection hole 71 .
  • the interference of fuel injected from a plurality of fuel injection holes at the same position in the central axis direction makes it easier for the fuel to flow along the central axis of the air hole 40 . Therefore, it is possible to prevent the fuel from unevenly contacting a part of the inner peripheral surface of the air hole 40 .
  • the air hole 40 opens in the upstream end surface 31 and extends linearly parallel to the combustor axis O, and the downstream end is the curved flow path.
  • the combustor 3 according to any one of (1) to (6) may further have an introduction passage 41 connected continuously to the upstream end of 42 .
  • the introduction passage 41 When the introduction passage 41 is inclined with respect to the combustor axis O, air separation is likely to occur at the opening of the upstream end surface 31 of the introduction passage 41 .
  • the introduction passage 41 is parallel to the combustor axis O and orthogonal to the upstream end surface 31 . Therefore, separation of air at the opening can be suppressed.
  • the first central axis O1 of the introduction passage 41 is parallel to the combustor axis O and perpendicular to the upstream end surface 31 of the tube sheet 30. It may be the combustor 3 described in (7).
  • the inclination angle of the first central axis O1 of the introduction passage 41 with respect to the combustor axis O is such that the inclination angle of the third central axis O3 of the inclined passage 43 is the combustion
  • the combustor according to (7) may have a smaller inclination angle with respect to the axis O of the combustor.
  • a combustor 3 according to a tenth aspect is the combustor 3 according to any one of (1) to (9), further including a fuel switching unit 13 that switches the fuel between hydrogen and natural gas.
  • the mixed gas of air and fuel ejected downstream from the inclined flow path 43 forms a swirling flow, so that stable flame stabilization can be achieved even when the fuel is natural gas.
  • the fuel is hydrogen
  • the inclination angle of the flow path is different between the inlet side and the outlet side of the air hole 40
  • the hydrogen with a small specific gravity is concentrated in a part of the circumferential direction of the outlet of the air hole 40, which is preferable. do not have.
  • the fuel injection position P is located downstream of the upstream end of the curved flow path 42 , even if the fuel is hydrogen, it is possible to prevent the hydrogen from becoming biased within the air holes 40 .
  • the gas turbine 1 includes a compressor 2 that generates air, and mixes and burns fuel in the air compressed by the compressor 2 to generate combustion gas (1) to ( 10), and a turbine 4 driven by the combustion gas.
  • the flame stability is improved, while the fuel is suppressed from being biased in the air hole 40, thereby further suppressing flashback. can be done.

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Abstract

本開示の燃焼器は、燃焼器軸線に直交する上流側端面と下流側端面とを有し、これら上流側端面と下流側端面とにわたって貫通する空気孔が形成された管板と、空気孔を流通する空気に燃料を噴射する燃料噴射部と、を備え、空気孔は、下流側に向かうにしたがって燃焼器軸線に直交する方向に湾曲する曲がり流路と、該曲がり流路の下流側に連続するように接続され、燃焼器軸線に対して傾斜して延びて下流側端面に開口する傾斜流路と、を有し、燃料噴射部が燃料を噴射する燃料噴射位置が、曲がり流路の上流端よりも下流側に位置している。

Description

燃焼器及びガスタービン
　本開示は、燃焼器及びガスタービンに関する。
　本願は、２０２１年３月３１日に日本に出願された特願２０２１－０６２２２４号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば特許文献１には、ガスタービンに用いられる燃焼器の一例としてのクラスタ燃焼器が開示されている。
　クラスタ燃焼器は、燃料を噴射する複数の燃料ノズル部と、燃料ノズル部の下流側にこれらノズル部と同軸に設けられた複数の空気孔と、を有している。燃料の噴射に伴って周囲の空気と燃料との混合ガスが空気孔を流通して下流側に噴出される。この際、混合ガスが着火することで、各空気孔の下流側の端部に複数の小規模の火炎が形成される。
　各空気孔は、上流側の部分が燃焼器の中心軸線と平行な直管部とされている一方、下流側の部分は燃焼器の中心軸線に対して傾斜して延びる傾斜部とされている。そのため、空気孔から下流側に供給される混合ガスには、燃焼機の中心軸線回りの旋回成分が付与される。これによって、火炎を安定して保持することができるようになっている。
特開２００８－１１１６５１号公報
　ところで、特許文献１に記載の燃焼器では、空気及び燃料が直管部から傾斜部に至る際に急激に転向する。そのため、燃料の密度が空気よりも小さい場合、燃料と空気との比重の差によって、燃料が傾斜部の内周面の一部に偏ってしまう。その結果、燃料と空気との混合を十分に行えず、フラッシュバックの発生を招いてしてしまう場合がある。
　本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、保炎性を向上させながらフラッシュバックをより一層抑えることができる燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る燃焼器は、燃焼器軸線に直交する上流側端面と下流側端面とを有し、これら上流側端面と下流側端面とにわたって貫通する空気孔が形成された管板と、前記空気孔を流通する空気に燃料を噴射する燃料噴射部と、を備え、前記空気孔は、下流側に向かうにしたがって前記燃焼器軸線に直交する方向に湾曲する曲がり流路と、該曲がり流路の下流側に連続するように接続され、前記燃焼器軸線に対して傾斜して延びて前記下流側端面に開口する傾斜流路と、を有し、前記燃料噴射部が前記燃料を噴射する燃料噴射位置が、前記曲がり流路の上流端よりも下流側に位置している。
　本開示に係るガスタービンは、空気を生成する圧縮機と、圧縮機が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する上記の燃焼器と、前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備える。
　本開示の燃焼器及びガスタービンによれば、保炎性を向上させながらフラッシュバックをより一層抑えることができる。
本開示の第一実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す模式図である。 本開示の第一実施形態に係る燃焼器の概略構成を示す縦断面図である。 本開示の第一実施形態に係る燃焼器の要部の拡大図である。 本開示の第二実施形態に係る燃焼器の要部の拡大図である。 変形例に係る燃焼器の要部の拡大図である。なお、燃料噴射部の記載を省略している。 変形例に係る燃焼器の要部の拡大図である。なお、燃料噴射部の記載を省略している。
［第一実施形態］
　以下、本発明の第一実施形態について図１～図３を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、空気を圧縮する圧縮機２と、燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼ガスによって駆動されるタービン４を有している。
　燃焼機は、ガスタービン１の回転軸の周囲に周方向に間隔をあけて複数設けられている。燃焼器３は、圧縮機２が圧縮した空気に燃料を混合させて燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する。
［燃焼器］
　以下、図２及び図３を用いて燃焼器３の構成について説明する。
図２に示すように、燃焼器３は、筒体１０、閉止板１１、燃料供給管１２、燃料切替部１３及び燃焼器本体２０を備えている。
［筒体］
　筒体１０は燃焼器３の中心軸線となる燃焼器軸線Ｏを中心とした円筒状をなしている。筒体１０には、該筒体１０を内外に貫通する空気導入孔１０ａが周方向に間隔をあけて複数形成されている。
［閉止板］
　閉止板１１は、筒体１０の後方側（図１における左側）の端部を閉塞する円盤状をなしている。筒体１０と閉止板１１とによって区画される空間には、圧縮機２が圧縮した空気が空気導入孔１０ａを介して導入される。
［燃料供給管］
　燃料供給管１２は、燃料が流通する管である。燃料供給管１２は、燃焼器軸線Ｏに沿って閉止板１１を前後に貫通するように延びている。燃料供給管１２は、後方側から前方側（図１の右側）に向かって燃料が流通する。
［燃料切替部］
　燃料切替部１３は、燃料供給管１２に供給される燃料の種類を切り替える。本実施形態の燃料切替部１３は、燃料を水素と天然ガスとで切り替えられるように構成されている。燃料切替部１３は、例えば、水素貯蔵タンク及び天然ガスタンクから供給される水素又は天然ガスのいずれか一方を燃料供給管１２に後方側から供給する。
［燃焼器本体］
　燃焼器本体２０は、筒体１０の前方側を閉塞するように設けられている。燃焼器本体２０は、取付部２１、管板３０、及び燃料噴射部５０を有する。
［取付部］
　取付部２１は、燃焼器軸線Ｏを中心とし、かつ、筒体１０よりも一回り外径の小さい筒状をなしている。取付部２１の外周面の後方側の一部は、筒体１０の内周面に全周にわたって固定されている。取付部２１は、筒体１０の空気導入孔１０ａを閉塞しない位置に設けられている。
［管板］
　管板３０は、燃焼器軸線Ｏを中心とした円盤状をなしている。管板３０の外周部の後端は、取付部２１の前端に全周にわたって一体に固定されている。管板３０における後方側を向く端面は、上流側端面３１とされている。管板３０における前方側を向く面は、下流側端面３２とされている。上流側端面３１及び下流側端面３２は、それぞれ燃焼器軸線Ｏに直交する平面状をなしており、互いに平行をなしている。
［プレナム］
　管板３０は、内側に中空部としてのプレナム３３を有している。プレナム３３は、管板３０の外形と同様に円盤状をなす空間である。管板３０には、燃焼器軸線Ｏに沿ってプレナム３３の内面と上流側端面３１とにわたって延びる燃料孔３３ａが形成されている。燃料供給管１２の前端は、燃料孔３３ａに接続されている。これによって、燃料供給管１２を流通する燃料は、燃料孔３３ａを介してプレナム３３内に導入される。プレナム３３は、燃料の供給によって該燃料で満たされる。
［管状壁部］
　管板３０には、プレナム３３内を前後にわたって延びるように複数の管状壁部３４が設けられている。複数の管状壁部３４は、燃焼器軸線Ｏに直交する方向に互いに離間して配置されている。
［空気孔］
　管板３０には、上流側端面３１と下流側端面３２とにわたって、これら上流側端面３１と下流側端面３２とを貫通させる複数の空気孔４０が形成されている。各空気孔４０は、管状壁部３４の内部を通過している。即ち、管状壁部３４によって空気孔４０の流路の一部が形成されている。複数の空気孔４０は、管状壁部３４の配置位置に従って、燃焼器軸線Ｏに直交する方向に互いに離間して配置されている。
空気孔４０には、後方側を上流側、前方側を下流側として空気が流通する。即ち、筒体１０と閉止板１１とによって区画された空間に空気導入孔１０ａを介して導入された空気は、管板３０の空気孔４０を後方側から前方側に向かって流通する。
　詳しくは図３に示すように、空気孔４０は、上流側から下流側に向かって、導入流路４１、曲がり流路４２、及び傾斜流路４３が順次接続されることで構成されている。
＜導入流路＞
　導入流路４１は、空気孔４０の最上流の部分である。導入流路４１は、燃焼器軸線Ｏに平行な第一中心軸線Ｏ１に沿って延びる直管部４１ｂを有する。直管部４１ｂは、前後方向にわたって直線状に一様の内径で延びている。
　直管部４１ｂの上流側の端部と上流側端面３１との間には、曲面部４１ａが形成されている。曲面部４１ａは、直管部４１ｂの上流端と上流側端面３１との間を曲面で接続している。即ち、曲面部４１ａは、導入流路４１を上流側端面３１に開口させており、空気孔４０の上流側開口部４０ａを形成している。
　曲面部４１ａは、下流側に向かうにしたがって縮径する凸曲面とされている。曲面部４１ａの下流側の端部は、直管部４１ｂの上流側の端部に対して、滑らかに連続している。
＜曲がり流路＞
　曲がり流路４２は、導入流路４１の下流側に連続する部分であって、空気孔４０の中間部となる部分である。
　曲がり流路４２の内径は、導入流路４１の直管部４１ｂと同一の内径とされている。曲がり流路４２は、直管部４１ｂの下流側の端部、即ち、導入流路４１の下流側の端部に滑らかに連続するように接続されている。
　曲がり流路４２は、下流側に向かうにしたがって燃焼器軸線Ｏに直交する方向に湾曲するように延びている。これによって、曲がり流路４２の中心軸線である第二中心軸線Ｏ２も下流側に向かうにしたがって燃焼器軸線Ｏに直交する方向に湾曲している。本実施形態では、第二中心軸線Ｏ２は、曲がり流路４２の上流側の端部から下流側の端部にわたって、同一の円の中心Ｃ回りに同一の曲率半径で延びている。即ち、曲がり流路４２は、上流側から下流側にわたって一様湾曲しながら延びている。
［傾斜流路］
　傾斜流路４３は、燃焼器軸線Ｏに対して一定の傾斜角度で傾斜するように延びている。即ち、傾斜流路４３の中心軸線である第三中心軸線Ｏ３は、下流側に向かうにしたがって燃焼器軸線Ｏに直交する方向に向かうように直線状に延びている。傾斜流路４３の内径は、曲がり流路４２の内径と同一とされている。
　傾斜流路４３の上流側の端部は、曲がり流路４２の下流側の端部に滑らかに連続するように接続されている。これにより、傾斜流路４３の第三中心軸線Ｏ３は、曲がり流路４２の第二中心軸線Ｏ２の下流側の端部における接線上に位置している。傾斜流路４３の第三中心軸線Ｏ３の燃焼器軸線Ｏに対する角度は、例えば、１０～４５度、好ましくは、２０～４０度、より好ましくは、２５～３５度に設定されている。傾斜流路４３の下流側の端部は、管板３０の下流側端面３２に開口している。即ち、傾斜流路４３の下流側の端部が、空気孔４０の下流側開口を形成している。傾斜流路４３は、燃焼器軸線Ｏに沿う方向から見て燃焼器軸線Ｏ回りに延びている。
［燃料噴射部］
　燃料噴射部５０は、空気孔４０を流通する空気に燃料を噴射する。本実施形態の燃料噴射部５０は、空気孔４０内に設けられており、本実施形態では、空気孔４０における傾斜流路４３の内周面に設けられている。燃料噴射部５０は、ノズル部５１及び複数のストラット５４有している。
　ノズル部５１は第三中心軸線Ｏ３と同軸に延びている。ノズル部５１は、下流側に向かうに従って先細る円柱状をなしている。ノズル部５１の外形は、上流側から下流側に向かっての流線形状とされていてもよい。ノズル部５１には、該ノズル部５１の下流側の先端に開口してノズル部５１内を第三中心軸線Ｏ３に沿って延びる軸方向流路５２が形成されている。ノズル部５１の下流側の端部である後端は、曲がり流路４２と傾斜流路４３との境界に位置している。
　ストラット５４は、ノズル部５１を傾斜流路４３の内周面に固定している。ストラット５４は、第三中心軸線Ｏ３の周方向に複数間隔をあけて設けられている。ストラット５４の外周側の端部は、傾斜流路４３の内周面に固定されている。ストラット５４の内周側の端部は、ノズル部５１の外周面に固定されている。ストラット５４の内部には、第三中心軸線Ｏ３の径方向に延びる径方向流路５５が形成されている。径方向流路５５の径方向内側の端部は、ノズル部５１内の軸方向流路５２に連通している。
　ストラット５４における第三中心軸線Ｏ３と平行な断面形状は、傾斜流路４３を流通する空気の流れを妨げないように流線形状又は翼形状をなしていることが好ましい。
　ここで、管板３０における管状壁部３４には、該管状壁部３４を空気孔４０の中心軸線の径方向に貫通する連通孔３４ａが形成されている。連通孔３４ａは周方向に間隔をあけて複数形成されている。各連通孔３４ａは、ストラット５４の径方向流路５５に接続され連通している。これにより、プレナム３３内に充填された燃料は、連通孔３４ａを介し径方向流路５５を通過し、燃料噴射部５０のノズル部５１内の軸方向流路５２に流入する。
　軸方向流路５２のノズル部５１の先端の開口部は、軸方向流路５２を流通した燃料を下流側に噴射するための先端噴射孔（燃料噴射孔）５３とされている。先端噴射孔５３は、空気孔４０の中心軸線上に配置されており、特に本実施形態では傾斜流路４３の中心軸線である第三中心軸線Ｏ３上に配置されている。これにより、燃料は、先端噴射孔５３から空気孔４０の中心軸線に沿って下流側に噴射される。
　ここで、空気孔４０の中心軸線に沿う方向における燃料噴射部５０が燃料を噴射する位置を燃料噴射位置Ｐと定義する。本実施形態の燃料噴射位置Ｐは、空気孔４０における直線上をなす傾斜流路４３上とされている。
［作用効果］
　次に本実施形態に係る燃焼器３の動作及び作用効果について説明する。燃焼器３の管板３０における空気孔４０には、後方側から前方側に向かって、即ち、上流側から下流側に向かって圧縮された空気が順次流通している。このように空気孔４０を流通する空気への燃料の噴射が行われる。
　燃焼器３への燃料の供給は、燃料切替部１３を介して行われる。即ち、燃料切替部１３によって燃料供給管１２に水素又は天然ガスが燃料として供給される。燃料は燃料供給管１２を介して、管板３０のプレナム３３に導入される。そして、プレナム３３内に充填された燃料は、各管状壁部３４に形成された連通孔３４ａを介して、空気孔４０内に設けられた燃料噴射部５０に導入される。そして、燃料噴射部５０に導入された燃料は、ノズル部５１の先端に位置する先端噴射孔５３を介して空気孔４０内に噴射される。
　空気孔４０内に噴射された該燃料は、空気孔４０内を上流側から下流側に流通する空気と混合される。これによって、混合ガスが生成される。混合ガスは、空気孔４０の下流側開口部４０ｂから噴出し、着火される。これによって、各空気孔４０の下流側開口部４０ｂに対応するようにして火炎が形成される。
　ここで、燃料切替部１３が燃料として天然ガスを選択した場合、当該天然ガスは保炎性が低く、安定した保炎が困難となる場合がある。これに対して本実施形態では、空気孔４０から噴出される混合ガスは、当該空気孔４０の傾斜流路４３を介して下流側に噴出されることになる。そのため、混合ガスは、燃焼器軸線Ｏ回りの旋回成分が付与された状態で空気孔４０から噴出される。これにより、当該混合ガスによる火炎を安定して保持することができる。即ち、燃焼器３の保炎性を向上させることができる。
　また、上記のように混合ガスに旋回成分を付与することにより、保炎の強化に加えて、空気と燃料との混合を促進させる効果を得ることができる。
　ここで、水素のように非常に燃え易い燃料を用いた場合、仮に空気孔４０内で混合ガスに旋回成分を付与すれば、逆火を誘発するおそれがある。そのため、空気孔４０内で旋回成分を付与して空気と燃料との混合を促進させることは難しい。
　これに対して本実施形態では、空気孔４０内では旋回流が形成されずに、燃料と空気とが空気孔４０を出た後に旋回流が形成される構成とされている。即ち、空気孔４０の脱出後に燃料と空気とを急速に混合させることができるため、逆火のリスクを避けて適切な混合促進を図ることができる。またこれによって、水素燃焼時に発生するＮＯＸを低減させるができる。そのため、燃料として水素のみを用いる燃焼器にも本発明を適用できる。
　また、本実施形態では、燃料噴射部５０による燃料噴射位置Ｐが、傾斜流路４３上とされている。そのため、傾斜流路４３内で下流側に向かって噴出された燃料は、直線性を維持した状態で空気とともに流通する。これにより、燃料が空気孔４０の周方向一部に偏った状態で噴出されてしまうことを抑制できる。
　仮に燃料噴射位置Ｐが曲がり流路４２よりも上流側に位置している場合、即ち、燃料噴射位置Ｐが例えば導入流路４１内や管板３０の上流側に位置している場合、空気孔４０を流通する燃料と空気には曲がり流路４２でそれぞれ遠心力を大きく受けることとなる。そのため、特に燃料と空気との比重が大きく違う場合には、遠心力に応じて燃料が空気孔４０の周方向一部に偏ってしまう。特に、燃料切替部１３によって燃料として水素が供給されている場合には、当該水素と空気の比重は大きく異なる。そのため、燃料が曲がり流路４２の湾曲の内側に偏った燃料分布となり、フラッシュバックの発生リスクが高くなる。
　これに対して本実施形態では、空気孔４０における曲がり流路４２よりも下流側で燃料を噴射する構成のため、空気及び燃料が曲がり流路４２による遠心力を受けることはない。そのため、燃料は直進性を維持した状態で空気孔４０の下流側開口部４０ｂに達する。よって、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
　さらに燃料噴射部５０のノズルは、空気孔４０の中心軸線に沿って下流側に燃料を噴射する構成のため、燃料を空気孔４０の内周面から最も離間させた状態で噴射することができる。このように噴射された燃料が直進性を維持したまま下流側に流通するため、空気孔４０の内周面に燃料が偏ってしまうことをより一層抑制することができる。
［第二実施形態］
　次に本発明の第二実施形態について図４を参照して説明する。図４では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　第二実施形態は、燃料噴射部７０の構成が第一実施形態と相違する。第二実施形態の燃料噴射部７０は複数の内周噴射孔（燃料噴射孔）７１を有している。
　内周噴射孔７１は、プレナム３３と空気孔４０とを連通させるように管状壁部３４を径方向に貫通している。内周噴射孔７１は、プレナム３３内の燃料を空気孔４０内に直接的に噴射するように構成されている。複数の内周噴射孔７１は、空気孔４０における同一の中心軸線方向位置で周方向に間隔をあけて複数形成されている。当該中心軸線方向位置が第二実施形態における燃料噴射位置Ｐとなる。本実施形態の燃料噴射位置Ｐは、第一実施形態同様、空気孔４０内における傾斜流路４３上とされている。
　なお、各内周噴射孔７１は、互いに対向する周方向位置に形成されていてもよい。即ち、内周噴射孔７１は互いに対向する位置に形成された一対の内周噴射孔７１を一組として、一組のみ、または複数組が形成されていてもよい。
　上記構成により、同一の中心軸線方向位置で複数の燃料噴射孔から噴射される燃料が互いに干渉することで、燃料は空気孔４０の中心軸線に沿って流れやすくなる。特に、対向する位置から燃料が噴射される場合には、これら二つの流れが互いの流速の径方向成分を相殺し、中心軸線に沿った流れを形成することができる。そのため、第一実施形態同様、燃料が空気孔４０の内周面の一部に偏って接触してしまうことを抑制できる。
［その他の実施形態］
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、実施形態では、燃料噴射位置Ｐが傾斜流路４３上に位置していたがこれに限定されることはない。燃料噴射位置Ｐは、傾斜流路４３の上流側の端部であってもよいし、曲がり流路４２内にあってもよい。即ち、燃料噴射位置Ｐは、曲がり流路４２の上流側の端部よりも下流側であればよい。
　仮に燃料噴射位置Ｐが導入流路４１の直管部４１ｂにあれば、直管部４１ｂの形状に従って直進性の高い燃料が勢いをもって曲がり流路４２に流入することになる。この場合、曲がり流路４２で大きく遠心力を受け、燃料の周方向分布に大きな偏りが生じる。上記のように、曲がり流路４２の中途で燃料を噴射すれば、当該曲がり流路４２による遠心力の影響を抑え、燃料の周方向分布の偏りを抑制することができる。
　また、実施形態では導入流路４１の第一中心軸線Ｏ１が燃焼器軸線Ｏと平行であり管板３０の上流側端面３１に対して垂直である例について説明した。しかしながら、これに限定されることはない。例えば図５に示す変形例のように、導入流路４１の第一中心軸線Ｏ１が燃焼器軸線Ｏに対して多少の傾斜角度をもっていてもよい。この場合の第一中心軸線Ｏ１の燃焼器軸線Ｏに対する傾斜角度は、傾斜流路４３の第三中心軸線Ｏ３の燃焼器軸線Ｏに対する傾斜角度よりも小さい。これによっても第一中心軸線Ｏ１と第二中心軸線Ｏ２とをつなぐ第二中心軸線Ｏ２を中心とした曲がり流路４２を形成することができる。したがって、曲がり流路４２及び傾斜流路４３を備える構成を前提として燃料噴射位置Ｐを特定した本発明の趣旨を没却させることはない。
　また、実施形態では傾斜流路４３が直線状に延びる例について説明したが必ずしもこれに限定されることはない。直線状の傾斜流路４３に代えて、例えば図６に示す変形例のように、緩やかな曲率を有する傾斜流路４４であってもよい。当該傾斜流路４４の第三中心軸線Ｏ３は、曲がり流路４２の中心となる第二中心軸線Ｏ２よりも大きい曲率半径を有している。これに伴って変形例の傾斜流路４４は、曲がり流路４２よりも曲率が小さく湾曲した流路とされている。これによっても、実施形態同様の作用効果を有する。
［付記］
　各実施形態に記載の燃焼器３及びガスタービン１は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る燃焼器３は、燃焼器軸線Ｏに直交する上流側端面３１と下流側端面３２とを有し、これら上流側端面３１と下流側端面３２とにわたって貫通する空気孔４０が形成された管板３０と、前記空気孔４０を流通する空気に燃料を噴射する燃料噴射部５０，７０と、を備え、前記空気孔４０は、下流側に向かうにしたがって前記燃焼器軸線Ｏに直交する方向に湾曲する曲がり流路４２と、該曲がり流路４２の下流側に連続するように接続され、前記燃焼器軸線Ｏに対して傾斜して延びて前記下流側端面３２に開口する傾斜流路４３，４４と、を有し、前記燃料噴射部５０，７０が前記燃料を噴射する燃料噴射位置Ｐが、前記曲がり流路４２の上流端よりも下流側に位置している。
　上記構成によれば、管板３０の下流側に傾斜流路４３，４４による旋回流を形成することができるため、安定的に保炎を行うことができる。
　また、燃焼噴射位置が曲がり流路４２の上流端よりも下流側に位置しているため、燃料噴射部５０，７０から噴射される燃料が傾斜流路４３の周方向の一部に偏ってしまうことを抑制できる。
（２）第２の態様に係る燃焼器３は、前記燃料噴射位置Ｐが、前記傾斜流路４３，４４の上流端よりも下流側に位置している（１）に記載の燃焼器３であってもよい。
　燃料噴射位置Ｐが傾斜流路４３，４４中にあることから、燃料噴射部５０，７０から噴射される燃料は直線性を維持した状態で下流側に流れる。そのため、燃料が空気孔４０の一部に偏ってしまうことを抑制できる。
（３）第３の態様に係る燃焼器３は、前記傾斜流路４３は、前記燃焼器軸線Ｏに対して一定の傾斜角度で傾斜するように延びている（１）又は（２）に記載の燃焼器３であってもよい。
（４）第４の態様に係る燃焼器３は、前記傾斜流路４４は、前記曲がり流路４２よりも曲率が小さく湾曲した流路である（１）又は（２）に記載の燃焼器３であってもよい。
（５）第５の態様に係る燃焼器３は、前記燃料噴射部５０は、前記燃料を噴射するノズル部５１を有し、該ノズル部５１は、前記空気孔４０の中心軸線に沿って下流側に前記燃料を噴射する（１）から（４）のいずれかに記載の燃焼器３であってもよい。
　これによって、燃料が空気孔４０の中心軸線に沿って流れるため、当該燃料が空気孔４０の内周面の一部に偏って接触してしまうことを抑制できる。
（６）第６の態様に係る燃焼器３は、前記燃料噴射部７０は、前記空気孔４０における同一の中心軸線位置で、前記空気孔４０の内周面に周方向に間隔をあけて配置された複数の燃料噴射孔を有する（１）から（４）のいずれかに記載の燃焼器３であってもよい。
　燃料噴射孔の例示として、例えば内周噴射孔７１が挙げられる。
　同一の中心軸線方向位置で複数の燃料噴射孔から噴射される燃料が互いに干渉することで、燃料は空気孔４０の中心軸線に沿って流れやすくなる。そのため、燃料が空気孔４０の内周面の一部に偏って接触してしまうことを抑制できる。
（７）第７の態様に係る燃焼器３は、前記空気孔４０は、前記上流側端面３１に開口して前記燃焼器軸線Ｏに平行に直線状に延びるとともに、下流端が前記曲がり流路４２の上流端に連続するように接続された導入流路４１をさらに有する（１）から（６）のいずれかに記載の燃焼器３であってもよい。
　導入流路４１が燃焼器軸線Ｏに対して傾斜している場合、当該導入流路４１の上流側端面３１における開口部で空気の剥離が生じやすくなる。本態様では、導入流路４１は燃焼器軸線Ｏに平行とされており、上流側端面３１に直交している。そのため、開口部での空気の剥離を抑制できる。
（８）第８の態様に係る燃焼器３は、前記導入流路４１の第一中心軸線Ｏ１が前記燃焼器軸線Ｏと平行であり前記管板３０の前記上流側端面３１に対して垂直である（７）に記載の燃焼器３であってもよい。
（９）第９の態様に係る燃焼器３は、前記導入流路４１の第一中心軸線Ｏ１の前記燃焼器軸線Ｏに対する傾斜角度が、前記傾斜流路４３の第三中心軸線Ｏ３の前記燃焼器軸線Ｏに対する傾斜角度よりも小さい（７）に記載の燃焼器であってもよい。
（１０）第１０の態様に係る燃焼器３は、前記燃料を水素と天然ガスとで切り替える燃料切替部１３をさらに有する（１）から（９）のいずれかに記載の燃焼器３である。
　ここで、燃料が天然ガスの場合には、他の燃料に加えて安定した保炎が困難になる場合がある。本態様では、傾斜流路４３から下流側に噴出される空気と燃料との混合ガスは旋回流となるため、燃料が天然ガスの場合であっても安定した保炎を行うことができる。
　一方で、燃料が水素の場合、空気孔４０の入口側と出口側とで流路の傾斜角が異なると、比重の小さい水素が空気孔４０の出口の周方向の一部に偏ってしまい好ましくない。本態様では、燃料噴射位置Ｐが曲がり流路４２の上流端より下流側とされているため、燃料が水素の場合であっても当該水素が空気孔４０内で偏ってしまうことを抑制できる。
（１１）第１１の態様に係るガスタービン１は、空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する（１）から（１０）のいずれかの燃焼器３と、前記燃焼ガスによって駆動されるタービン４と、を備える。
　上記ガスタービン１によれば、燃料と空気との混合ガスを旋回流とすることで保炎性を向上させながら、空気孔４０内での燃料の片寄りを抑制しフラッシュバックをより一層抑えることができる。
　保炎性を向上させながらフラッシュバックをより一層抑えることができる燃焼器及びガスタービンを提供することができる。
１…ガスタービン　２…圧縮機　３…燃焼器　４…タービン　１０…筒体　１０ａ…空気導入孔　１１…閉止板　１２…燃料供給管　１３…燃料切替部　２０…燃焼器本体　２１…取付部　３０…管板　３１…上流側端面　３２…下流側端面　３３…プレナム　３３ａ…燃料孔　３４…管状壁部　３４ａ…連通孔　４０…空気孔　４０ａ…上流側開口部　４０ｂ…下流側開口部　４１…導入流路　４１ａ…曲面部　４１ｂ…直管部　４２…曲がり流路　４３…傾斜流路　４４…傾斜流路　５０…燃料噴射部　５１…ノズル部　５２…軸方向流路　５３…先端噴射孔（燃料噴射孔）　５４…ストラット　５５…径方向流路　７０…燃料噴射部　７１…内周噴射孔（燃料噴射孔）　Ｏ…燃焼器軸線　Ｏ１…第一中心軸線　Ｏ２…第二中心軸線　Ｏ３…第三中心軸線　Ｃ…中心　Ｐ…燃料噴射位置

Claims (11)

  1. 燃焼器軸線に直交する上流側端面と下流側端面とを有し、これら上流側端面と下流側端面とにわたって貫通する空気孔が形成された管板と、
    前記空気孔を流通する空気に燃料を噴射する燃料噴射部と、
    を備え、
    　前記空気孔は、
    下流側に向かうにしたがって前記燃焼器軸線に直交する方向に湾曲する曲がり流路と、
    該曲がり流路の下流側に連続するように接続され、前記燃焼器軸線に対して傾斜して延びて前記下流側端面に開口する傾斜流路と、
    を有し、
    前記燃料噴射部が前記燃料を噴射する燃料噴射位置が、前記曲がり流路の上流端よりも下流側に位置している燃焼器。
  2. 前記燃料噴射位置が、前記傾斜流路の上流端よりも下流側に位置している請求項１に記載の燃焼器。
  3. 　前記傾斜流路は、前記燃焼器軸線に対して一定の傾斜角度で傾斜するように延びている請求項１又は２に記載の燃焼器。
  4. 　前記傾斜流路は、前記曲がり流路よりも曲率が小さく湾曲した流路である請求項１又は２に記載の燃焼器。
  5. 前記燃料噴射部は、前記燃料を噴射するノズル部を有し、
    該ノズル部は、前記空気孔の中心軸線に沿って下流側に前記燃料を噴射する燃料噴射孔を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼器。
  6. 前記燃料噴射部は、前記空気孔における同一の中心軸線位置で、前記空気孔の内周面に周方向に間隔をあけて配置された複数の燃料噴射孔を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼器。
  7. 前記空気孔は、
    前記上流側端面に開口して前記燃焼器軸線に平行に直線状に延びるとともに、下流端が前記曲がり流路の上流端に連続するように接続された導入流路をさらに有する請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器。
  8. 　前記導入流路の第一中心軸線が前記燃焼器軸線と平行であり前記管板の前記上流側端面に対して垂直である請求項７に記載の燃焼器。
  9. 　前記導入流路の第一中心軸線の前記燃焼器軸線に対する傾斜角度が、前記傾斜流路の第三中心軸線の前記燃焼器軸線に対する傾斜角度よりも小さい請求項７に記載の燃焼器。
  10. 　前記燃料を水素と天然ガスとで切り替える燃料切替部をさらに有する請求項１から９のいずれか一項に記載の燃焼器。
  11. 空気を生成する圧縮機と、
    圧縮機が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃焼器と、
    前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
    を備えるガスタービン。
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