JP7349403B2 - バーナー集合体、ガスタービン燃焼器及びガスタービン - Google Patents

Description

本開示は、バーナー集合体及びガスタービン燃焼器に関する。

フラッシュバックのリスクが高い燃料（例えば水素等）に対して、フラッシュバック耐性を有しつつ低ＮＯｘ化を実現するための技術として、バーナー集合体（クラスタバーナ）により多数の独立した短小火炎を形成させる技術がある。

この技術では、燃料と空気とを混合する混合流路を複数配置し、燃料混合のスケールを小さくすることで、燃料と空気の混合に旋回流を積極的に利用しなくても、高い混合性能を得ることができる。

特許文献１には、燃料及び空気を混合するための複数のバーナーを備え、燃料と空気とを混合するための混合流路の内部に混合流路の中心軸線に沿って燃料ノズルが設けられたガスタービン燃焼器が開示されている。

特許文献１に記載のバーナーは、燃料ノズルが混合流路の中心軸線に沿って燃料を噴射するよう構成されており、燃料ノズルの中心軸線と混合流路の中心軸線が一致するため、同軸型と称されることがある。このような同軸型のバーナーの場合、混合流路の流路壁から空気の流れと交差する方向に燃料を噴射するクロスフロー型のバーナーよりも、混合流路の壁面近傍の燃料濃度が高くなりにくいため、フラッシュバック（逆火）のリスクを抑制することができる。

特開２００７－２３２２３４号公報

特許文献１に記載の構成では、混合流路の流路壁とは独立して構成されたヘッダに複数の燃料ノズルが支持されているため、混合流路へ向かう空気は、ヘッダを回り込んでノズル部を通過して混合流路へ流入する。

このため、複数の混合流路のうち中央寄りの混合流路には、外側の混合流路よりも空気が流入しにくく、複数の混合流路間で空気の流量に偏りが生じやすいため、複数の混合流路間で燃料濃度にも偏りが生じやすい。複数の混合流路間で燃料濃度に偏りが生じると、ＮＯｘの増加及びフラッシュバックのリスクも増大する。

上述の事情に鑑みて、本開示は、低ＮＯｘ化及びフラッシュバックの抑制が可能なバーナー集合体及びガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るバーナー集合体は、
燃料及び空気を混合するための複数のバーナーを備えるバーナー集合体であって、
前記複数のバーナーの各々は、
前記燃料を噴射するための燃料ノズルと、
前記燃料及び前記空気が供給される混合流路と、
前記混合流路の流路壁と前記燃料ノズルとを接続し、前記燃料ノズルを支持する支持部と、
を含む。

本開示によれば、低ＮＯｘ化及びフラッシュバックの抑制が可能なバーナー集合体及びガスタービン燃焼器が提供される。

一実施形態に係るガスタービン１００を示す概略構成図である。 燃焼器４の近傍を示す断面図である。 一実施形態に係るバーナー集合体３２の中心軸線Ｌに沿った断面を示す概略図である。 バーナー４２の詳細構成の一例を示す断面図である。 図４におけるＡ－Ａ断面（中心軸線Ｏに直交する断面）の一例を示す図である。 図４におけるＢ－Ｂ断面（径方向に直交する断面）の一例を示す図である。 バーナー４２の詳細構成の他の一例を示す断面図である。 図７におけるＣ－Ｃ断面（中心軸線Ｏに直交する断面）の一例を示す図である。 図７におけるＤ－Ｄ断面（径方向に直交する断面）の一例を示す図である。 バーナー４２の詳細構成の他の一例を示す断面図である。 図１０に示すバーナー４２のノズル４３及び支持部３９の概略斜視図である。 バーナー４２の詳細構成の他の一例を示す断面図である。 バーナー集合体３２の他の構成例を部分的に示す模式図であり、軸線Ｌ方向における上流側からバーナー集合体３２の一部を視た図である。 図１３におけるＥ－Ｅ断面を部分的に示す概略断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本開示の一実施形態に係るガスタービン１００を示す概略構成図である。図１に示すように、一実施形態に係るガスタービン１００は、燃焼器４に供給される酸化剤としての空気を圧縮（即ち圧縮空気を生成）するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４（ガスタービン用燃焼器）と、燃焼器４から排出された燃焼ガスにより駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１００の場合、不図示の発電機がタービン６に連結されており、タービン６の回転エネルギーによって発電が行われる。

ガスタービン１００が備える燃焼器４では、燃料との空気との混合気体を燃焼させることで、上記の燃焼ガスが発生する。燃焼器４で燃焼される燃焼される燃料としては、水素、メタン、軽油、重油、ジェット燃料、天然ガス、ガス化した石炭等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を任意に組み合わせて燃焼できる。

圧縮機２は、圧縮機車室１０と、圧縮機車室１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口１２と、圧縮機車室１０及びタービン車室２２を共に貫通するように設けられたロータ８と、圧縮機車室１０内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口１２側に設けられた入口案内翼１４と、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。このような圧縮機２において、空気取入口１２から取り込まれた空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。そして、高温高圧の圧縮空気は圧縮機２から後段の燃焼器４に送られる。

燃焼器４は、ロータ８を中心として周方向に間隔を空けて複数配置される。燃焼器４には燃料と圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン６の作動流体である燃焼ガスが発生する。そして、燃焼ガスは燃焼器４から後段のタービン６に送られる。

タービン６は、タービン車室２２と、タービン車室２２内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、タービン車室２２側に固定された複数の静翼２４と、静翼２４に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼２６と、を含む。タービン６においては、燃焼ガスが複数の静翼２４及ぶ複数の動翼２６を通過することで、ロータ８が回転駆動する。これにより、ロータ８に連結された発電機（図示しない）が駆動される。

また、タービン車室２２の下流側には、排気車室２８を介して排気室３０が連結される。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室２８及び排気室３０を介して外部へ排出される。

図２は、燃焼器４の近傍を示す断面図である。燃焼器４は、バーナー集合体３２と、バーナー集合体３２を収容する有底の筒状のケーシング２０と、バーナー集合体３２の下流側に火炎が形成される空間を形成する燃焼筒２５と、を含む。図２において、一点鎖線は、ケーシング２０、バーナー集合体３２、及び燃焼筒２５の各々に共通の中心軸線Ｌである。燃焼器４のケーシング２０の内部にはバーナー集合体３２が配置される。

図示する例示的実施形態では、バーナー集合体３２は、ケーシング２０の内部に配置された筒状部材３４の内側に保持されており、筒状部材３４は、中心軸線Ｌの周りに間隔を空けて配置された複数の支持部３５を介してケーシング２０に支持される。ケーシング２０と筒状部材３４の外周面との間（ケーシング２０とバーナー集合体３２の外周面との間）には、車室４０から流入した圧縮空気が流れる空気流路３６が形成される。

車室４０から空気流路３６に流入した圧縮空気は、バーナー集合体３２とケーシング２０の底面２１との軸方向の隙間２３を通って、バーナー集合体３２が備える後述の複数の混合流路４６に燃料とともに流入する。バーナー集合体３２で混合された燃料と空気とは、不図示の着火装置により着火されて、燃焼筒２５に火炎が形成されて燃焼ガスを生成する。

図３は、一実施形態に係るバーナー集合体３２の中心軸線Ｌに沿った断面を示す概略図である。

図３に示すように、バーナー集合体３２は、燃料及び空気を混合するための複数のバーナー４２を備える。
複数のバーナー４２の各々は、燃料を噴射するための燃料ノズル４３と、燃料及び空気が供給される混合流路４６と、混合流路４６の流路壁５５と燃料ノズル４３とを接続し、燃料ノズル４３を支持する複数の支持部３９と、を含む。複数のバーナー４２の各々は、バーナー集合体３２の外周面を形成する部分を除き、基本的に同一の構成を有するため、以下では、バーナー４２の各々に共通の構成について説明する。

図４は、バーナー４２の詳細構成の一例を示す断面図である。
図４に示すように、燃料ノズル４３は、管状に形成されており、混合流路４６の中心軸線Ｏに沿って延在している。燃料ノズル４３の内部には中心軸線Ｏ上に燃料流路４５が形成されており、燃料ノズル４３の先端には燃料流路４５に接続する燃料噴射孔５３が形成されている。燃料ノズル４３は、外径一定部７０及び先細部７２を含む。外径一定部７０の外径Ｋは、中心軸線Ｏに沿う方向（以下、単に「軸線Ｏ方向」と記載する。）に一定である。先細部７２の外径Ｋは、中心軸線Ｏに沿って空気の流れ方向における下流側に向かうにつれて小さくなる。以下、中心軸線Ｏに沿った空気の流れ方向の上流側を単に「上流側」と記載し、中心軸線Ｏに沿った空気の流れ方向の下流側を単に「下流側」と記載することとする。

混合流路４６は、管状に形成されており、中心軸線Ｏに沿って延在している。混合流路４６の流路壁５５の内部には、燃料ノズル４３に燃料を供給するための燃料が収容される燃料室５１が形成されている。混合流路４６の流路壁５５は、流路幅一定部７４，７８及び絞り部７６を含む。流路幅一定部７４及び流路幅一定部７８の各々の流路幅Ｗは、軸線Ｏ方向に一定である。絞り部７６の流路幅Ｗは、下流側に向かうにつれて狭くなる。図示する例示的形態では、上流側から順に流路幅一定部７４、絞り部７６、流路幅一定部７８が設けられている。

また、軸線Ｏ方向において、先細部７２が設けられる範囲Ｓ１と、絞り部７６が設けられる範囲Ｓ２とは、少なくとも部分的にオーバーラップしている。すなわち、軸線Ｏ方向において、先細部７２が存在する範囲Ｓ１の少なくとも一部は、絞り部７６が設けられる範囲Ｓ２の内側に位置する。図示する例示的形態では、範囲Ｓ１の全体が範囲Ｓ２の内側に位置している。

支持部３９の内部には、燃料ノズル４３に燃料を供給するための燃料流路４８が形成されている。燃料流路４８の一端は燃料ノズル４３の燃料流路４５に接続しており、燃料流路４８の他端は燃料室５１に接続している。

図５は、図４におけるＡ－Ａ断面（中心軸線Ｏに直交する断面）の一例を示す図である。
図５に示すように、複数の支持部３９は、燃料ノズル４３の周囲に間隔を空けて設けられており、支持部３９の各々は燃料ノズル４３の径方向（以下、単に「径方向」と記載する。）に沿って延在している。図示する例示的形態では、複数の支持部３９は、４つの支持部３９を含む。

図６は、図４におけるＢ－Ｂ断面（径方向に直交する断面）の一例を示す図である。
図６に示すように、支持部３９のうち上流側の面５０は、滑らかに湾曲した凸曲面５２を含む。図示する例示的形態では、支持部３９における径方向に直交する断面において、支持部３９は流線形に構成されている。また、支持部３９の内部に形成された燃料流路４８の流路断面は、円形形状を有している。他の実施形態では、支持部３９における径方向に直交する断面において、支持部３９は例えば円形に構成されていてもよい。

以上に示した構成によれば、図４等に示したように、バーナー４２の各々において混合流路４６の流路壁５５の壁面６３に接続された支持部３９に燃料ノズル４３が支持されているため、混合流路４６の上流側に混合流路４６の流路壁５５とは独立して構成された特許文献１に記載のような大型のヘッダを設ける必要が無い。このため、ヘッダに起因する複数の混合流路間での空気の流量の偏りをなくし、複数の混合流路４６間での燃料濃度の偏りを小さくすることができる。したがって、低ＮＯｘ化及びフラッシュバックの抑制が可能となる。

また、軸線Ｏ方向において、先細部７２が設けられる範囲Ｓ１と、絞り部７６が設けられる範囲Ｓ２とは、少なくとも部分的にオーバーラップしているため、燃料ノズル４３の先細部７２に起因して混合流路４６の流路断面積が軸線Ｏ方向に変化することを抑制することができる。これにより、先細部７２に起因して混合流路４６における空気の流速が低下することを抑制し、混合流路４６内の空気の流速を一定に近づけることができる。したがって、フラッシュバックを効果的に抑制することができる。

また、空気の流れ方向における支持部３９の上流側の面５０が凸曲面５２を含むため、支持部３９の流路抵抗の増大を抑制し、混合流路４６における空気の流速の変化を抑制することができる。したがって、フラッシュバックを効果的に抑制することができる。

図７は、バーナー４２の詳細構成の他の一例を示す断面図である。図８は、図７におけるＣ－Ｃ断面（中心軸線Ｏに直交する断面）の一例を示す図である。図９は、図７におけるＤ－Ｄ断面（径方向に直交する断面）の一例を示す図である。
図７～図９に示すバーナー４２において、図４等に示したバーナー４２の各構成と共通の符号は、特記しない限り図４等に示したバーナー４２の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

図７～図９に示すバーナー４２は、支持部３９の数及び支持部３９の形状が図４～図６に示したバーナー４２とは異なる。
図７～図９に示すバーナー４２は、燃料ノズル４３の周囲に間隔を空けて設けられた複数の支持部３９として、６つの支持部３９を含む。また、支持部３９の各々は、共通の旋回方向の空気流れを形成するように構成された旋回羽根５６により構成されている。旋回羽根５６の外面５７は、圧力面５７ａ及び負圧面５７ｂを含む。支持部３９の内部に形成される燃料流路４８の流路断面は、オーバル形状を有している。

かかる構成によれば、複数の旋回羽根５６がスワラーとして機能し、混合流路４６を通る空気に旋回を付与することができる。これにより、混合流路４６における空気と燃料の混合が促進され、更なる低ＮＯｘ化が期待できる。

図１０は、バーナー４２の詳細構成の他の一例を示す断面図である。図１１は、図１０に示すバーナー４２のノズル４３及び支持部３９の概略斜視図である。
図１０に示すバーナー４２において、図４～図６に示したバーナー４２の各構成と共通の符号は、特記しない限り図３～図６に示したに示したバーナーの各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

図１０に示すバーナー４２は、支持部３９の形状が図４～図６に示したバーナー４２とは異なる。
図１０及び図１１に示すバーナー４２では、支持部３９のうち下流側の面６０は、第１面６２、段差面６４、第２面６６を含む。第１面６２は、軸線Ｏ方向において第２面６６よりも上流側に位置する。第１面６２は、軸線Ｏ方向と交差（図示する形態では直交）するように形成されており、混合流路４６の壁面６３と段差面６４とを接続する。段差面６４は、径方向と交差（図示する形態では直交）するように形成されており、第１面６２と第２面６６とを接続する。第２面６６は、軸線Ｏ方向と交差（図示する形態では直交）するように形成されており、段差面６４とノズル４３の外周面６８とを接続する。図示する形態では、支持部３９は、径方向に直交する断面において、方形又は略方形に形成されている。

かかる構成によれば、図１０に示すように、混合流路４６において段差面６４の下流側に縦渦が形成されるため、縦渦により空気と燃料の混合が促進され、更なる低ＮＯｘ化が期待できる。

なお、図１０に示す構成では、第１面６２が第２面６６よりも上流側に位置する構成を例示したが、例えば図１２に示すように、第１面６２は第２面６６の下流側に位置してもよい。かかる構成によっても、混合流路４６において段差面６４の下流側に縦渦が形成されるため、縦渦により空気と燃料の混合が促進され、更なる低ＮＯｘ化が期待できる。

図１３は、バーナー集合体３２の他の構成例を部分的に示す模式図であり、軸線Ｌ方向における上流側からバーナー集合体３２の一部を視た図である。図１４は、図１３におけるＥ－Ｅ断面を部分的に示す概略断面図である。
図１３に示すバーナー集合体３２において、図３～図６に示したバーナー集合体３２の各構成と共通の符号は、特記しない限り図３～図６に示したに示したバーナー集合体３２の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

図１３及び図１４に示すバーナー集合体３２では、バーナー４２が備える支持部３９の位置及び形状が図４等に示す構成とは異なる。
図１３及び図１４に示す構成では、燃料ノズル４３を支持する複数の支持部３９の各々は、混合流路４６よりも上流側に設けられる。支持部３９の一端は、混合流路４６の流路壁５５のうち上流側の端部である上流側端部８０に接続しており、支持部３９の他端は、燃料ノズル４３のうち上流側の端部である上流側端部８２に接続している。また、燃料ノズル４３の上流側端部８２は、混合流路４６の外部に位置し、支持部３９は、燃料ノズル４３側に向かうにつれて燃料ノズル４３の燃料噴射孔５３から軸線Ｏ方向に離れるように延在する。

支持部３９の各々は、支持部３９における径方向に直交する断面において、例えば円形形状を有していてもよいし、例えば図６に示したように流線形に構成されていてもよい。また、支持部３９の各々は、図９に示したように共通の旋回方向の空気流れを形成するように構成された旋回羽根５６により構成されていてもよい。

また、図１４に示す構成では、内部に燃料流路４８が形成された支持部３９に加えて、内部に燃料流路が設けられていない支持部８４が混合流路４６の内部に設けられている。支持部８４は、支持部３９よりも下流側且つ混合流路４６の内部で燃料ノズル４３の周囲に間隔を空けて設けられている。支持部８４は、混合流路４６の流路壁５５の壁面６３と燃料ノズル４３とを接続し、燃料ノズル４３を支持している。

支持部８４は、支持部８４における径方向に直交する断面において、例えば円形形状を有していてもよいし、流線形に構成されていてもよい。また、支持部８４の各々は、共通の旋回方向の空気流れを形成するように構成された旋回羽根８５により構成されていてもよい。複数の旋回羽根８５がスワラーとして機能することにより、混合流路４６を通る空気に旋回を付与することができる。これにより、混合流路４６における空気と燃料の混合が促進され、更なる低ＮＯｘ化が期待できる。

図１３及び図１４に示す構成においても、バーナー４２の各々において混合流路４６の流路壁５５に接続された支持部３９に燃料ノズル４３が支持されているため、混合流路４６の上流側に混合流路４６の流路壁５５とは独立して構成された特許文献１に記載のような大型のヘッダを設ける必要が無い。このため、ヘッダに起因する複数の混合流路間での空気の流量の偏りをなくし、複数の混合流路４６間での燃料濃度の偏りを小さくすることができる。したがって、低ＮＯｘ化及びフラッシュバックの抑制が可能となる。

また、図４等に示したように燃料流路４８を内部に有する支持部３９を混合流路４６の内部に配置すると、混合流路４６の流路面積が小さくなり、圧力損失が増大する。この点、図１３及び図１４に示す構成では、燃料流路４８を内部に有する支持部３９が混合流路４６の外部に設けられているため、混合流路４６の流路面積の減少を抑制し、圧力損失の増大を抑制することができる。また、内部に燃料流路を有さない支持部８４を混合流路４６に設けても、内部に燃料流路を有する支持部３９を混合流路４６に設ける場合よりも、混合流路４６の流路面積の減少を抑制することができるので、圧力損失の増大を抑制しつつバーナー４２の剛性を確保することができる。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上述した幾つかの実施形態では、混合流路４６の流路壁５５が絞り部７６を含む場合を例示したが、混合流路４６の流路壁５５は絞り部７６を含んでいなくともよい。例えば、混合流路４６の流路幅は混合流路４６の入口から出口まで軸線Ｏ方向に一定であってもよい。

また、上述した先細部７２を設ける実施形態では、軸線Ｏ方向において、先細部７２が存在する範囲Ｓ１が、絞り部７６が存在する範囲Ｓ２の内側に位置する構成を例示したが、先細部７２が存在する範囲Ｓ１の一部は、絞り部７６が存在する範囲Ｓ２の外側に位置してもよい。

また、バーナー集合体３２が備える複数のバーナー４２の各々は、互いに同一の構成であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。例えば、バーナー集合体３２が備える複数のバーナー４２の各々が図４等を用いて説明したバーナー４２であってもよく、バーナー集合体３２が備える複数のバーナー４２の各々が図７等を用いて説明したバーナー４２であってもよい。また、バーナー集合体３２が備える複数のバーナー４２の各々が図１０等を用いて説明したバーナー４２であってもよく、バーナー集合体３２が備える複数のバーナー４２の各々が図１２等を用いて説明したバーナー４２であってもよく、バーナー集合体３２が備える複数のバーナー４２の各々が図１４等を用いて説明したバーナー４２であってもよい。また、バーナー集合体３２は、これらの互いに異なる構成を有する複数のバーナー４２を組み合わせて備えていてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示に係るバーナー集合体は、
燃料及び空気を混合するための複数のバーナー（例えば上述のバーナー４２）を備えるバーナー集合体（例えば上述のバーナー集合体３２）であって、
前記複数のバーナーの各々は、
前記燃料を噴射するための燃料ノズル（例えば上述の燃料ノズル４３）と、
前記燃料及び前記空気が供給される混合流路（例えば上述の混合流路４６）と、
前記混合流路の流路壁（例えば上述の流路壁５５）と前記燃料ノズルとを接続し、前記燃料ノズルを支持する支持部（例えば上述の支持部３９）と、
を含む。

上記（１）に記載のバーナー集合体によれば、バーナーの各々において混合流路の流路壁に接続された支持部に燃料ノズルが支持されているため、混合流路の上流側に混合流路の流路壁とは独立して設けられた特許文献１に記載のような大型のヘッダを設ける必要が無い。このため、ヘッダに起因する複数の混合流路間での空気の流量の偏りをなくし、複数の混合流路間での燃料濃度の偏りを小さくすることができる。したがって、低ＮＯｘ化及びフラッシュバックの抑制が可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のバーナー集合体において、
前記燃料ノズルは、前記空気の流れ方向における下流側に向かうにつれて外径が小さくなる先細部（例えば上述の先細部７２）を含み、
前記混合流路は、前記空気の流れ方向における下流側に向かうにつれて流路幅が狭くなる絞り部（例えば上述の絞り部７６）を含み、
前記混合流路の軸線方向において、前記先細部が設けられる範囲（例えば上述の範囲Ｓ１）と、前記絞り部が設けられる範囲（例えば上述の範囲Ｓ２）とは、少なくとも部分的にオーバーラップしている。

上記（２）に記載のバーナー集合体によれば、燃料ノズルの先細部に起因して混合流路の流路断面積が混合流路の軸線方向に変化することを抑制することができる。これにより、先細部に起因して混合流路における空気の流速が低下することを抑制し、混合流路内の空気の流速を一定に近づけることができる。したがって、フラッシュバックを効果的に抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のバーナー集合体において、
前記支持部の内部には、前記燃料を前記燃料ノズルに供給するための燃料流路（例えば上述の燃料流路４８）が形成される。

上記（３）に記載のバーナー集合体によれば、支持部とは別に燃料供給路を設ける場合と比較して、支持部の内部に燃料供給路を設けることにより、バーナー集合体の構成を簡素化することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のバーナー集合体において、
前記支持部は、前記混合流路の内部に設けられる。

上記（４）に記載のバーナー集合体によれば、複数の混合流路間での燃料濃度の偏りを効果的に小さくすることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）の何れかに記載のバーナー集合体において、
前記支持部は、前記空気の流れ方向（例えば上述の軸線Ｏに沿った空気の流れ方向）において前記混合流路よりも上流側に設けられる。

上記（５）に記載のバーナー集合体によれば、燃料流路を有する支持部が混合流路の外部に設けられているため、燃料流路を有する支持部を混合流路の内部に設ける場合と比較して、混合流路の流路面積の減少を抑制し、圧力損失の増大を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載のバーナー集合体において、
前記燃料ノズルのうち前記空気の流れ方向における上流側の端部（例えば上述の端部８２）は、前記混合流路の外部に位置し、
前記支持部は、前記燃料ノズル側に向かうにつれて前記燃料ノズルの燃料噴射孔（例えば上述の燃料噴射孔５３）から前記混合流路の軸線方向に離れるように延在する。

上記（６）に記載のバーナー集合体によれば、混合流路の入口の面積を確保しつつ支持部を混合流路の外部に設けることができるため、混合流路の圧力損失の増大を効果的に抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至は（６）の何れか１項に記載のバーナー集合体において、
前記支持部のうち前記空気の流れ方向の上流側の面は、凸曲面（例えば上述の凸曲面５２）を含む。

上記（７）に記載のバーナー集合体によれば、支持部の流路抵抗の増大を抑制し、混合流路における空気の流速の変化を抑制することができる。したがって、フラッシュバックを効果的に抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載のバーナー集合体において、
前記支持部のうち前記空気の流れ方向の下流側の面は、段差面（例えば上述の段差面６４）を含む。

上記（８）に記載のバーナー集合体によれば、混合流路において段差面の下流側に縦渦が形成されるため、縦渦により空気と燃料の混合が促進され、更なる低ＮＯｘ化が期待できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかに記載のバーナー集合体において、
前記バーナーの各々は、前記支持部を複数含み、
前記複数の支持部は、前記燃料ノズルの周囲に間隔を空けて設けられる。

上記（９）に記載のバーナー集合体によれば、複数の混合流路間での燃料濃度の偏りを小さくしつつ、バーナーの剛性を確保することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載のバーナー集合体において、
前記複数の支持部の各々は、共通の旋回方向の空気流れを形成するように構成された旋回羽根（例えば上述の旋回羽根５６）である。

上記（１０）に記載のバーナー集合体によれば、複数の旋回羽根がスワラーとして機能し、混合流路を通る空気に旋回を付与することができる。これにより、混合流路における空気と燃料の混合が促進され、更なる低ＮＯｘ化が期待できる。

（１１）本開示に係るガスタービン燃焼器は、
上記（１）乃至（１０）の何れかに記載のバーナー集合体と、
前記バーナー集合体の下流側に火炎が形成される空間を形成する燃焼筒（例えば上述の燃焼筒２５）と、
を備える。

上記（１１）に記載のガスタービン燃焼器によれば、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載のバーナー集合体を備えるため、低ＮＯｘ化及びフラッシュバックの抑制が可能となり、環境性能に優れた燃焼器を安定的に使用することができる。

（１２）本開示に係るガスタービン（例えば上述のガスタービン１００）は、
圧縮機（例えば上述の圧縮機２）と、
前記圧縮機によって圧縮した空気と燃料とが供給され、前記燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成されたガスタービン燃焼器（例えば上述の燃焼器４）と、
前記ガスタービン燃焼器で発生した前記燃焼ガスにより駆動するタービン（例えば上述のタービン６）と、
を備え、
前記ガスタービン燃焼器は、上記（１１）に記載のガスタービン燃焼器である。

上記（１２）に記載のガスタービンによれば、上記（１１）に記載のガスタービン燃焼器を備えるため、環境性能に優れたガスタービンを安定的に運転することができる。

２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 入口
１４ 入口案内翼
１６，２４ 静翼
１８，２６ 動翼
２０ ケーシング
２１ 底面
２２ タービン車室
２３ 隙間
２５ 燃焼筒
２８ 排気車室
３０ 排気室
３２ バーナー集合体
３４ 筒状部材
３５，３９，８４ 支持部
３６ 空気流路
４０ 車室
４２ バーナー
４３ 燃料ノズル
４５，４８ 燃料流路
４６ 混合流路
５０，６０ 面
５１ 燃料室
５２ 凸曲面
５３ 燃料噴射孔
５５ 流路壁
５６ 旋回羽根
５７ 外面
５７ａ 圧力面
５７ｂ 負圧面
６２ 第１面
６３ 壁面
６４ 段差面
６６ 第２面
６８ 外周面
７０ 外径一定部
７２ 先細部
７４，７８ 流路路幅一定部
７６ 絞り部
８０，８２ 上流側端部
１００ ガスタービン

Claims (13)

1. 燃料及び空気を混合するための複数のバーナーを備えるバーナー集合体であって、
   前記複数のバーナーの各々は、
   前記燃料を噴射するための燃料ノズルと、
   前記燃料及び前記空気が供給される混合流路と、
   前記混合流路の流路壁と前記燃料ノズルとを接続し、前記燃料ノズルを支持する支持部と、
   前記燃料ノズルの内部に形成され、前記燃料ノズルの軸方向に沿って延在する第１燃料流路と、
   前記燃料ノズルの径方向において前記混合流路の外側に形成され、前記燃料ノズルに供給するための燃料が収容される燃料室と、
   前記支持部の内部に形成された第２燃料流路と、
   を含み、
   前記第２燃料流路の一端は前記第１燃料流路に接続しており、前記第２燃料流路の他端は前記燃料室に接続している、バーナー集合体。
2. 前記燃料ノズルは、前記空気の流れ方向における下流側に向かうにつれて外径が小さくなる先細部を含み、
   前記混合流路は、前記空気の流れ方向における下流側に向かうにつれて流路幅が狭くなる絞り部を含み、
   前記混合流路の軸線方向において、前記先細部が設けられる範囲と、前記絞り部が設けられる範囲とは、少なくとも部分的にオーバーラップしている、請求項１に記載のバーナー集合体。
3. 前記支持部の内部には、前記燃料を前記燃料ノズルに供給するための燃料流路が形成された、請求項１に記載のバーナー集合体。
4. 前記支持部は、前記混合流路の内部に設けられた、請求項３に記載のバーナー集合体。
5. 前記支持部は、前記空気の流れ方向において前記混合流路よりも上流側に設けられた、請求項３に記載のバーナー集合体。
6. 前記燃料ノズルのうち前記空気の流れ方向における上流側の端部は、前記混合流路の外部に位置し、
   前記支持部は、前記燃料ノズル側に向かうにつれて前記燃料ノズルの燃料噴射孔から前記混合流路の軸線方向に離れるように延在する、請求項５に記載のバーナー集合体。
7. 前記支持部のうち前記空気の流れ方向の上流側の面は、凸曲面を含む、
   請求項１に記載のバーナー集合体。
8. 前記支持部のうち前記空気の流れ方向の下流側の面は、段差面を含む、請求項１に記載のバーナー集合体。
9. 前記バーナーの各々は、前記支持部を複数含み、
   前記複数の支持部は、前記燃料ノズルの周囲に間隔を空けて設けられた、請求項１に記載のバーナー集合体。
10. 前記複数の支持部の各々は、共通の旋回方向の空気流れを形成するように構成された旋回羽根である、請求項９に記載のバーナー集合体。
11. 請求項１に記載のバーナー集合体と、
    前記バーナー集合体の下流側に火炎が形成される空間を形成する燃焼筒と、
    を備える、ガスタービン燃焼器。
12. 圧縮機と、
    前記圧縮機によって圧縮した空気と燃料とが供給され、前記燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成されたガスタービン燃焼器と、
    前記ガスタービン燃焼器で発生した前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、
    を備え、
    前記ガスタービン燃焼器は、請求項１１に記載のガスタービン燃焼器である、ガスタービン。
13. 前記複数のバーナーにおける互いに隣り合う２つの前記混合流路を仕切る隔壁を備え、
    前記燃料室は前記隔壁の内部に形成された、請求項１に記載のバーナー集合体。
    

Images