特許 5766444 燃焼器およびガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5766444

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】燃焼器およびガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/06 20060101AFI20150730BHJP

   F23R 3/10 20060101ALI20150730BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20150730BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/06

   F23R3/10

   F23R3/28 D

   F02C7/22 C

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-6250(P2011-6250)

(22)【出願日】2011年1月14日

(65)【公開番号】特開2012-145312(P2012-145312A)

(43)【公開日】2012年8月2日

【審査請求日】2013年12月6日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】藤里 淳史

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 智志

(72)【発明者】

【氏名】永井 尚教

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０７８１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３０３７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８３５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３３５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９４９５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｒ ３／０６

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ２３Ｒ ３／１０

Ｆ２３Ｒ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料と空気が混合され前記燃料が燃焼される燃焼室と、
前記燃焼室へ前記燃料を噴射するノズルと、
前記空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有しつつ前記燃焼室へ前記空気を供給する空気流路と、
前記折り返し領域のうち前記空気の流れ方向が反対に変化した直後の領域に設けられて前記空気の流れ方向が反対に変化した直後の前記空気流路の表面に流れる前記空気の一部を吸い込む吸込口と、前記吸込口よりも前記空気流路の下流側に設けられて前記吸い込んだ空気を排出する排出口とを有し、前記吸込口と前記排出口を結ぶバイパス流路と、
を備える燃焼器。

【請求項2】

燃料と空気が混合され前記燃料が燃焼される燃焼室と、
前記燃焼室へ前記燃料を噴射するノズルと、
前記空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有しつつ前記燃焼室へ前記空気を供給する空気流路と、
前記折り返し領域のうち前記空気の流れ方向が反対に変化した後の領域であって、内筒の端部に形成されるターン内周部、又は、内筒を形成する周壁の半径方向内側に位置する中空円筒状の中間リングに設けられて前記空気流路の表面に流れる前記空気の一部を吸い込む吸込口と、前記吸込口よりも前記空気流路の下流側に設けられて前記吸い込んだ空気を排出する排出口とを有し、前記吸込口と前記排出口を結ぶバイパス流路と、
を備える燃焼器。

【請求項3】

前記吸込口は、前記空気流路のうち前記折り返し領域の内周に設けられた請求項１又は２に記載の燃焼器。

【請求項4】

前記排出口は、前記燃焼室に設けられて、前記吸い込んだ空気を前記燃焼室の表面へ排出する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼器。

【請求項5】

前記バイパス流路は、前記燃焼室に沿って設けられて、前記バイパス流路を流れる前記空気が前記燃焼室の壁面を冷却する請求項１から４のいずれか１項に記載の燃焼器。

【請求項6】

前記排出口は、前記燃焼室に設けられて、前記バイパス流路を流れた前記空気が前記燃料の燃焼に用いられる請求項１から５のいずれか１項に記載の燃焼器。

【請求項7】

空気を導入して圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機ら供給される空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する請求項１から６のいずれか１項に記載の燃焼器と、
前記燃焼器から燃焼ガスの供給を受けるタービンと、
を備えるガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料と空気が混合されて燃料を燃焼する燃焼器、および該燃焼器を備えるガスタービンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの燃焼器からの燃焼排出物のうちＮＯｘを低減するためには、燃焼器内の燃料分布をコントロールして局所的な高燃料濃度を生じさせず、燃料濃度の均一化を図ることが重要である。そのためには、燃料の大部分が通過するメイン空気量の増加とその均一化が必要である。

【0003】

特許文献１では、図１に示すような燃焼器１であって、車室から供給された主流空気Ａを１８０°ターンさせて、予混合燃焼を行うメインノズル２２に主流空気を導くことが開示されている。図１は、燃焼器１を示す横断面図である。この場合、流れの剥離に伴う流れの偏在を解消するために、主流空気の入口に整流板５１を設け、１８０°ターニング部Ｃのターニングベーン５４を２枚にしたり、１８０°ターニング部Ｃから燃料混合部Ｄまでの整流距離Ｌを十分に長くとったりすることで、燃焼領域１０における流れ、および濃度の均一化を達成していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１９２１７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来のような構造では、燃焼器の長さの増加に伴う重量やコストの増加、１８０°ターニング部Ｃの複雑化という問題があり、燃焼器のコンパクト化に有効ではなかった。これに対して、コストダウンや重量軽減を図るため、１８０°ターニング部Ｃから燃料混合部Ｄまでの整流距離Ｌを短くすることが有効であるが、単純にこの距離を短くすると、排反事象として空気分布の偏りが悪化し、ＮＯｘ発生量が増加するという問題があった。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コンパクト化を図ると共に、燃料分布の均一化を図ることが可能な燃焼器およびガスタービンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の燃焼器およびガスタービンは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る燃焼器は、燃料と空気が混合され燃料が燃焼される燃焼室と、燃焼室へ燃料を噴射するノズルと、空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有しつつ燃焼室へ空気を供給する空気流路と、折り返し領域のうち空気の流れ方向が反対に変化した直後の領域に設けられて空気の流れ方向が反対に変化した直後の空気流路の表面に流れる空気の一部を吸い込む吸込口と、吸込口よりも空気流路の下流側に設けられて吸い込んだ空気を排出する排出口とを有し、吸込口と排出口を結ぶバイパス流路とを備える。

【0008】

この発明によれば、燃料がノズルから燃焼室へ噴射され、空気が空気流路から燃焼室へ供給され、燃料と空気が混合されて燃焼室にて燃料が燃焼される。ここで、空気流路は、空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有するため、折り返し領域のうち空気の流れ方向が反対になる領域にて、壁面近傍の境界層剥離が発生し、低速域が生じる。一方、本発明によれば、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域に吸込口が設けられている。境界層剥離部分の流体速度は低速であるため、吸込口内部の領域に比べて静圧が高い。そのため、空気流路の表面に流れる空気の一部が、吸込口へ吸い込まれる。その結果、壁面付近の低速流体が減少し、壁面から離れたところを流れていた運動エネルギーを失っていない流れが壁面付近を流れることになるため、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域における境界層剥離を防止できる。
本発明に係る燃焼器は、燃料と空気が混合され燃料が燃焼される燃焼室と、燃焼室へ燃料を噴射するノズルと、空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有しつつ燃焼室へ空気を供給する空気流路と、折り返し領域のうち空気の流れ方向が反対に変化した後の領域であって、内筒の端部に形成されるターン内周部及び内筒を形成する周壁の半径方向内側に位置する中空円筒状の中間リングのうちいずれか一方に設けられて空気流路の表面に流れる空気の一部を吸い込む吸込口と、吸込口よりも空気流路の下流側に設けられて吸い込んだ空気を排出する排出口とを有し、吸込口と排出口を結ぶバイパス流路とを備える。

【0009】

上記発明において、吸込口は、空気流路のうち折り返し領域の内周に設けられてもよい。
折り返し領域のうち空気の流れ方向が反対になる領域では、折り返し領域の内周が低速になりやすいところ、この発明によれば、空気流路の表面に流れる空気の一部が、折り返し領域の内周に設けられた吸込口へ吸い込まれる。その結果、折り返し領域の内周における境界層剥離を防止できる。

【0010】

上記発明において、排出口は、燃焼室に設けられて、吸い込んだ空気を燃焼室の表面へ排出してもよい。
この発明によれば、吸込口から吸い込まれてバイパス流路を流れた空気が排出口から燃焼室の表面へ排出される。このとき、比較的低温の空気が燃焼室の表面を流れるため、燃焼室表面が冷却され、燃焼室の焼損を防止できる。

【0011】

上記発明において、バイパス流路は、燃焼室に沿って設けられて、バイパス流路を流れる空気が燃焼室の壁面を冷却してもよい。
この発明によれば、燃焼室に沿って設けられたバイパス流路を流れる比較的低温の空気によって、燃焼室表面が冷却されるため、燃焼室の焼損を防止できる。

【0012】

上記発明において、排出口は、燃焼室に設けられて、バイパス流路を流れた空気が燃料の燃焼に用いられてもよい。
この発明によれば、バイパス流路を流れた空気が燃焼室に設けられた排出口から排出されて燃料の燃焼に用いられるため、空気流路から吸い込まれた空気は無駄にされることなく燃焼用空気として活用される。

【0013】

また、本発明の参考例に係る燃焼器は、燃料と空気が混合され燃料が燃焼する燃焼室と、燃焼室へ燃料を噴射するノズルと、空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有しつつ燃焼室へ空気を供給する空気流路と、空気流路に設けられて空気の一部を吸い込む吸込口と、折り返し領域のうち空気の流れ方向が反対に変化した後の領域に設けられて、吸込口よりも空気流路の下流側で吸い込んだ空気を、空気流路の表面へ排出する排出口とを有し、吸込口と排出口を結ぶバイパス流路とを備える。

【0014】

この参考例によれば、燃料がノズルから燃焼室へ噴射され、空気が空気流路から燃焼室へ供給され、燃焼室にて燃料と空気が混合されて燃料が燃焼される。ここで、空気流路は、空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域を有するため、折り返し領域のうち空気の流れ方向が反対になる領域にて、壁面近傍の境界層剥離が発生し、低速域が生じる。一方、本発明によれば、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域に排出口が設けられ、排出口から空気流路の表面へ空気が排出される。その結果、壁面付近の低速流体に運動エネルギーを供給できるため、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域における境界層剥離を防止できる。

【0015】

さらに、本発明に係るガスタービンは、空気を導入して圧縮する圧縮機と、圧縮機ら供給される空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する上記の燃焼器と、燃焼器から燃焼ガスの供給を受けるタービンとを備える。

【0016】

この発明によれば、ガスタービンの燃焼器において、空気流路には、空気の流れ方向が反対に変化する折り返し領域が設けられており、空気の流れ方向が反対になる領域にて低速域が生ずるが、上記吸込口と排出口を有するバイパス流路が設けられることによって、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域における境界層剥離を防止できる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、コンパクト化を図ると共に、燃料分布の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】燃焼器を示す横断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る燃焼器を示す部分拡大横断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る燃焼器を示す部分拡大横断面図である。

【図4】本発明の参考例に係る燃焼器を示す部分拡大横断面図である。

【図5】境界層吸込みを示すモデル図である。

【図6】境界層吹出しを示すモデル図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るバイパス流路１１を有する燃焼器の構成を説明する。本実施形態の燃焼器は、図１の燃焼器１に対して、図２に示すようにバイパス流路１１を追加したものである。そこで、まず、本実施形態を適用可能な燃焼器１について、図１を用いて説明する。
燃焼器１は、図１に示すように、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、パイロットコーン２３と、メインバーナ２４と、パイロットスワラ２５と、メインスワラ２６を備える。

【0020】

パイロットノズル２１は、燃焼器１の軸心に沿って設置され、燃料を噴射し、拡散燃焼を行う。メインノズル２２は、パイロットノズル２１の外周側の周方向に等間隔となるように複数配置され、燃料Ｂを噴射する。そして、燃料混合部Ｄにて、燃料と空気流入口３から供給された圧縮空気が混合され、予混合燃焼が行われる。なお、燃焼は、燃焼室１０にて行われる。パイロットコーン２３は、パイロットノズル２１の先端側を覆うように設置される。メインバーナ２４は、メインノズル２２の先端側を覆うように設置される。パイロットスワラ２５は、パイロットノズル２１の外壁とパイロットコーン２３の内壁との間に設置される。メインスワラ２６は、メインノズル２２の外壁とメインバーナ２４の内壁との間に設置される。

【0021】

そして、この図１に示す燃焼器１は、内筒２ａと、尾筒２ｂと、外筒２ｃと、背面壁２ｄをさらに備える。

【0022】

内筒２ａは、パイロットノズル２１と略同軸であり、パイロットノズル２１及びメインノズル２２を全体的に覆うように形成される。尾筒２ｂは、内面が内筒２ａの外周に嵌合され、パイロットノズル２１及びメインノズル２２によって発生した燃焼ガスを不図示のタービン側に誘導する。外筒２ｃは、内筒２ａと略同軸であって、内筒２ａから離隔しつつ内筒２ａを外側から取り囲む。背面壁２ｄは、外筒２ｃの下流側かつ内筒２ａの上流側を閉鎖する。

【0023】

圧縮空気流路６は、内筒２ａの外周面と外筒２ｃの内周面の間に形成される。
また、内筒２ａの端部には、ターン内周部８が形成される。ターン内周部８は、１８０°ターニング部Ｃの内周面となる。１８０°ターニング部Ｃは、空気流入口３から供給された圧縮空気が内筒２ａの外側から内側に回り込むように、圧縮空気の流れ方向を略反転させる。主流空気の流れは、図１中の矢印Ａのようになる。ターン内周部８の径方向外側壁部は、径方向外側に膨出していると共に、内筒２ａの端縁に相当する部位が、図１に示すように軸心を含む平面における断面において内筒２ａの外周面と内周面とをつなぐ滑らかな曲線となっている。

【0024】

このように、ターン内周部８が構成されることにより、ターン内周部８の外壁が下流側に向かって外筒２ｃの内周面に近づくように構成されるため、外筒２ｃの内周面とターン内周部８の外周面の間に構成される圧縮空気の流路断面積が下流に向かって、緩やかに狭められる。これにより、圧縮空気の流れが絞られ、ターン内周部８の下流側での流れに対して燃焼器１の周方向の均一性を与えることとなる。

【0025】

また、背面壁２ｄは、図１の断面図に示すように、ターン内周部８よりも径方向外周側が曲面で構成される円弧形状部分とされ、ターン内周部８よりも径方向内周側が平坦となる平坦部分とされることで、その内壁面がすり鉢形状の凹曲面とされる。

【0026】

圧縮空気流路６の空気流入口３の近傍内部には、整流板５１が設けられている。整流板５１は圧縮空気流路６内において外筒２ｃの上流側を覆うリング状の部材であって、整流板５１を挟んで圧縮空気流路６の上流側と下流側とを連通する孔が多数形成された多孔板である。

【0027】

整流板５１の下流側に隣接して、整流板５１を固定する複数のリブ５２が周方向に等間隔に設置されている。このリブ５２が、内筒２ａの外壁面と外筒２ｃの内壁面とに接続されることで、外筒２ｃの内側に内筒２ａが固定される。

【0028】

リブ５２は、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とに両端が接するように、燃焼器１の軸に対して放射状に設けられる。また、リブ５２は複数設けられ、この複数のリブ５２が燃焼器１の周方向に対して等間隔となるように配置されるとともに外筒２ｃに接続されることで、内筒２ａを支持する。

【0029】

このように、外筒２ｃに固定されたリブ５２を放射状に設けることによって、内筒２ａをリブ５２によって、周方向に抑えて固定することができる。これにより、メインノズル２２の下流側先端を、内筒２ａに接続されたメインバーナ２４におけるメインスワラ２６によって支持することができる。

【0030】

よって、上述の背面壁２ｄ、ターン内周部８、及び、後述のターニングベーン５４の構成によって、内筒２ａを流れる圧縮空気を均一化させることができる。その結果、パイロットノズル２１及びメインノズル２２の軸方向の長さを短くできることから、メインノズル２２の下流側を支持するためパイロットノズル２１に接続される支柱が不要となる。更に、圧縮空気が均一な流れとされるため、従来と比べて、整流板５１による抵抗を小さくすることができ、整流板５１における圧損を抑制することができる。

【0031】

ターニングベーン５４は、リング状であって、隣接するメインノズル２２同士の間において、メインノズル２２を覆うように内筒２ａの上流側端部近傍に設けられる。ターニングベーン５４は、内筒２ａの内部であってターン内周部８近傍に位置して配置され、上流側から下流側に向かって、メインノズル２２よりも径方向外側からメインノズル２２の軸位置まで屈曲した一枚の板で形成される。

【0032】

このターニングベーン５４は、メインノズル２２側面と接続する円弧状の板とされる。このように構成されるターニングベーン５４によって、ターン内周部８及び背面壁２ｄに沿って１８０度転回された圧縮空気が、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される。

【0033】

この背面壁２ｄ、ターン内周部８、及びターニングベーン５４それぞれが、上述のように構成されることによって、外筒２ｃとターン内周部８との間に流れ込む圧縮空気が、整流板５１より後であってターン内周部８端部の手前で整流された後、１８０°ターニング部Ｃで１８０度転回される。そして、ターニングベーン５４によって整流されて、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される。

【0034】

次に、図２を参照して、本実施形態に係る燃焼器のバイパス流路１１について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る燃焼器を示す部分拡大横断面図であり、バイパス流路１１を示している。図２は、燃焼器の軸に沿った面で切断した図である。

【0035】

バイパス流路１１は、内筒２ａに沿って設けられた管であり、吸込口１２と排出口１３，１４を有する。吸込口１２は、１８０°ターニング部Ｃのうち圧縮空気の流れ方向が反対に変化した後の領域であって、ターン内周部８に設けられる。吸込口１２は、内筒２ａの内周側に開口が形成されており、圧縮空気流路６を流れる空気の一部を吸い込む。

【0036】

１８０°ターニング部Ｃのうち空気の流れ方向が反対になる領域では、１８０°ターニング部Ｃの内周が低速になりやすいところ、本実施形態によれば、圧縮空気流路６の表面に流れる空気の一部が、１８０°ターニング部Ｃの内周に設けられた吸込口１２へ吸い込まれる。吸込口１２から空気が吸い込まれることによって、１８０°ターニング部Ｃの内周における境界層剥離を防止できる。

【0037】

排出口１３は、メインノズル２２に沿って燃焼室１０へ空気を供給する圧縮空気流路６において、吸込口１２よりも下流側に設けられる。排出口１３は、内筒２ａの内周側に開口が形成されている。吸込口１２と排出口１３とは、管によって結ばれており、吸込口１２にて吸い込まれた空気は管内を流れて、排出口１３から排出される。排出口１３から排出された空気は、内筒２ａの内周側壁面に沿って薄い空気層を形成し、フィルム冷却として、出口外側リング２７の根元を冷却し、壁面の焼損を防止できる。

【0038】

排出口１４は、排出口１３よりも下流側に設けられ、内筒２ａの外周側に開口が形成されている。排出口１４は、吸込口１２にて吸い込まれた空気のうち、排出口１３から排出された空気以外の空気を排出する。排出口１４から排出された空気は、出口外側リング２７の外周側かつ外筒２ｃの内周側を通り、空気供給口１５から排出される。そして、空気供給口１５から排出された空気は、尾筒２ｂの内周壁面に沿って薄い空気層を形成し、フィルム冷却として、尾筒２ｂを冷却し、壁面の焼損を防止できる。

【0039】

図１に、本実施形態に係るバイパス流路を設けない場合の燃焼器内における主流空気の流れを示した。このような状態では、１８０°ターニング部Ｃの流れは、ターニングベーン５４によって向きを変え、ターン内周部８近傍を通過するが、大きな転回であるため、ターニング内周部８近傍には、図１の符号Ｅで示したように、境界層剥離によって低速領域が形成され、１８０°ターニング部Ｃの内周側の流量が低下傾向を示す。その結果、速度分布を保った状態でメイン燃料との混合がなされることで、燃料濃度の濃淡が生じ、局所的な高温によってＮＯｘが増加する傾向にある。

【0040】

一方、本実施形態では、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域に、バイパス流路１１と接続した吸込口１２が設けられている。境界層剥離部分の流体速度は低速であるため、吸込口１２内部の領域に比べて静圧が高い。そのため、圧縮空気流路６の表面に流れる空気の一部が、吸込口１２へ吸い込まれる。その結果、壁面付近の低速流体が減少し、壁面から離れたところを流れていた運動エネルギーを失っていない流れが壁面付近を流れることになるため、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域における境界層剥離を防止できる。図５に、境界層吸込みによる境界層剥離防止のモデルを示す。

【0041】

したがって、本実施形態のバイパス流路１１が設けられていることで、１８０°ターニング部Ｃの下流側、かつメインノズル２２の上流側における半径方向への主流空気のＡの速度の均一化を図ることができる。その結果、濃度分布が均一化し、発生するＮＯｘを低減できる。

【0042】

なお、本実施形態におけるターン内周部８に設けられた吸込口１２は、１箇所に複数の孔が設けられてもよいし、吸込口１２の形状は、円形状、スリット形状等、いくつかの形状が考えられる。また、吸込口１２の配置や大きさは、周方向へ均一としてもよいし、必ずしも周方向へ均一である必要はない。例えば、図１に示した燃焼器１は、複数のメインノズル２２を有していることから、空気の流れは周方向へ不均一となる。したがって、メインノズル２２の配置に合わせて、吸込口１２の配置や大きさを調整してもよい。

【0043】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る燃焼器を示す部分拡大横断面図であり、バイパス流路３１を示している。図３は、燃焼器の軸に沿った面で切断した図である。
図３に示す燃焼器は、図１で示したマルチタイプの燃焼器１と異なり、アニュラータイプである。すなわち、本実施形態の燃焼器は、上流側から流れてきた空気または空気と燃料との混合気に、燃料噴出孔から燃料を噴射すると共に、旋回力を付与して旋回混合気流を作り出すスワラーベーン（旋回翼）を有する。

【0044】

燃焼器の中心部には、燃焼バーナ４３が挿通されている。また、半径方向において最も外側に位置する圧縮空気流路４０と、半径方向において最も内側に位置する第１の流路４１と、圧縮空気流路４０と第１の流路４１との間に位置する第２の流路４２とを備えている。

【0045】

圧縮空気流路４０と第２の流路４２とは、内筒４４ａを形成する周壁によって仕切られて（区画されて）おり、第１の流路４１と第２の流路４２とは、周壁の半径方向内側に位置する中空円筒状の中間リング３０によって仕切られて（区画されて）いる。中間リング３０は、筒形状であり、中心軸が燃焼バーナ４３の中心軸と共通である。中間リング３０内には、バイパス流路３１が設けられる。

【0046】

圧縮空気流路４０内には、この圧縮空気流路４０内に予混合用燃料を噴出する予混合用噴出孔３３ａを備えたノズル３３が突出している。予混合用噴出孔３３ａから噴射された予混合用燃料は、空気流入口３９から流入してきた空気と混合され、空気流入口３９から流入してきた空気とともに、下流側に位置する第１の流路４１内および第２の流路４２内に流入する。

【0047】

燃焼バーナ４３の先端部（下流側の端部）には、第１の流路４１内に向かって突出する内環スワラーベーン（旋回翼）３４が設けられている。内環スワラーベーン３４は、燃焼バーナ４３の外周面から放射状に、かつ、燃焼バーナ４３の軸方向に沿うように複数枚（例えば、１６枚）配置されており、その腹面および背面には、燃料（内側燃料）を噴出する内側燃料噴出孔３４ａが設けられている。内側燃料噴出孔３４ａから噴射された内側燃料は、第１の流路４１を通過してきた混合気（空気流入口３９から流入してきた空気と予混合用噴出孔３３ａから噴射された予混合用燃料との混合気）と混合され、第１の流路４１を通過してきた混合気とともに、下流側に位置する燃焼室４５に送出（供給）される。なお、内環スワラーベーン３４は、第１の流路４１を通過してきた混合気に旋回力を付与して、この混合気を旋回混合気流にする。

【0048】

中間リング３０の先端部（下流側の端部）には、第２の流路４２内に向かって突出する外環スワラーベーン（旋回翼）３６が設けられている。外環スワラーベーン３６は、中間リング３０の外周面から放射状に、かつ、中間リング３０の軸方向に沿うように複数枚（例えば、１６枚）配置されており、その腹面および背面には、燃料（外側燃料）を噴出する外側燃料噴出孔３６ａが設けられている。外側燃料噴出孔３６ａから噴射された外側燃料は、第２の流路４２を通過してきた混合気（空気流入口３９から流入してきた空気と予混合用噴出孔２５ａから噴射された予混合用燃料との混合気）と混合され、第２の流路４２を通過してきた混合気とともに、下流側に位置する燃焼室４５に送出（供給）される。なお、外環スワラーベーン３６は、第２の流路４２を通過してきた混合気に旋回力を付与して、この混合気を旋回混合気流にするものである。

【0049】

バイパス流路３１は、中間リング３０の長さ方向に沿って設けられた管であり、吸込口３２と排出口３３を有する。吸込口３２は、１８０°ターニング部Ｃのうち圧縮空気の流れ方向が反対に変化した後の領域であって、中間リング３０に設けられる。吸込口３２は、中間リング３０の第１の流路４１側に開口が形成されており、圧縮空気流路４０を流れる空気の一部を吸い込む。

【0050】

１８０°ターニング部Ｃのうち空気の流れ方向が反対になる領域では、１８０°ターニング部Ｃの内周が低速になりやすいところ、本実施形態によれば、第１の流路４１の表面に流れる空気の一部が、１８０°ターニング部Ｃの内周に設けられた吸込口１２へ吸い込まれる。吸込口１２から空気が吸い込まれることによって、１８０°ターニング部Ｃの内周における境界層剥離を防止できる。

【0051】

排出口３３は、燃料と混合気を供給する第１の流路４１または第２の流路４２において、吸込口３２よりも下流側に設けられる。排出口３３は、中間リング３０の端部かつ燃焼室４５側に開口が形成されている。吸込口３２と排出口３３とは、管によって結ばれており、吸込口３２にて吸い込まれた空気は管内を流れて、排出口３３から排出される。

【0052】

吸込口３２から吸い込まれた空気がバイパス流路３１を通過することによって、吸込口３２から吸い込まれた空気は、燃焼ガスによって加熱された中間リング３０の壁面を冷却する。また、排出口３３から排出された空気は、第１の流路４１と第２の流路４２の間から噴出され、最終的には燃料を燃焼する燃焼空気として利用される。したがって、空気流入口３９から流入した空気は、バイパス流路３１を通過しても、燃焼空気として無駄になることはない。

【0053】

以上、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、１８０°ターニング部Ｃにおいて空気の流れ方向が反対に変化した後の領域に、バイパス流路３１と接続した吸込口３２が設けられている。境界層剥離部分の流体速度は低速であるため、吸込口３２内部の領域に比べて静圧が高い。そのため、第１の流路４１の表面に流れる空気の一部が、吸込口１２へ吸い込まれる。その結果、壁面付近の低速流体が減少し、壁面から離れたところを流れていた運動エネルギーを失っていない流れが壁面付近を流れることになるため、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域における境界層剥離を防止できる。

【0054】

したがって、本実施形態のバイパス流路３１が設けられていることで、１８０°ターニング部Ｃの下流側における半径方向への主流空気のＡの速度の均一化を図ることができる。その結果、濃度分布が均一化し、発生するＮＯｘを低減できる。

【0055】

［参考例］
次に、本発明の参考例について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の参考例に係る燃焼器を示す部分拡大横断面図であり、バイパス流路６１を示している。図４は、燃焼器の軸に沿った面で切断した図である。
本参考例の燃焼器は、図１で説明したマルチタイプの燃焼器である。本参考例は、第１実施形態と異なり、バイパス流路６１がターン内周部８に設けられる。その他の点は、第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0056】

以下、図４を参照して、本参考例に係るバイパス流路６１について説明する。
バイパス流路６１は、ターン内周部８内に圧縮空気流路６に沿って設けられる。バイパス流路６１は、例えば管状であり、吸込口６２と排出口６３を有する。吸込口６２は、１８０°ターニング部Ｃよりも上流の圧縮空気流路６に設けられる。吸込口６２は、内筒２ａの外周側に開口が形成されており、圧縮空気流路６を流れる空気の一部を吸い込む。

【0057】

排出口６３は、１８０°ターニング部Ｃのうち圧縮空気の流れ方向が反対に変化した後の領域であって、ターン内周部８に設けられる。排出口６３は、内筒２ａの内周側に開口が形成されている。吸込口６２と排出口６３とは、管によって結ばれており、吸込口６２にて吸い込まれた空気は管内を流れて、排出口６３から排出される。

【0058】

１８０°ターニング部Ｃのうち空気の流れ方向が反対になる領域では、１８０°ターニング部Ｃの内周が低速になりやすいところ、本参考例によれば、吸込口６２から排出された空気が、１８０°ターニング部Ｃの内周に設けられた排出口６３から圧縮空気流路６の表面へ排出される。排出口６３から空気が排出されることによって、１８０°ターニング部Ｃの内周における境界層剥離を防止できる。

【0059】

すなわち、本実施形態では、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域に、バイパス流路６１と接続した排出口６３が設けられ、排出口６３から圧縮空気流路６の表面へ空気が排出される。その結果、壁面付近の低速流体に運動エネルギーを供給できるため、空気の流れ方向が反対に変化した後の領域における境界層剥離を防止できる。図６に、境界層吹出しによる境界層剥離防止のモデルを示す。

【0060】

したがって、本実施形態のバイパス流路６１が設けられていることで、１８０°ターニング部Ｃの下流側、かつメインノズル２２の上流側における半径方向への主流空気のＡの速度の均一化を図ることができる。その結果、濃度分布が均一化し、発生するＮＯｘを低減できる。

【符号の説明】

【0061】

１ 燃焼器
２ａ、４４ａ 内筒
２ｂ 尾筒
２ｃ 外筒
２ｄ 背面壁
３，３９ 空気流入口
６，４０ 圧縮空気流路（空気流路）
８ ターン内周部
１０，４５ 燃焼室
１１，３１，６１ バイパス流路
１２，３２，６２ 吸込口
１３，１４，３３，６３ 排出口
１５ 空気供給口
２１ パイロットノズル
２２ メインノズル（ノズル）
３０ 中間リング
４１ 第１の流路
４２ 第２の流路
４３ 燃焼バーナ
５４ ターニングベーン
Ｃ １８０°ターニング部（折り返し領域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】