特許 6422412 ガスタービン燃焼器

(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】6422412

(24)【登録日】2018年10月26日

(45)【発行日】2018年11月14日

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/22 20060101AFI20181105BHJP

   F23R 3/06 20060101ALI20181105BHJP

   F23R 3/14 20060101ALI20181105BHJP

   F23R 3/26 20060101ALI20181105BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20181105BHJP

   F23R 3/30 20060101ALI20181105BHJP

   F23R 3/46 20060101ALI20181105BHJP

   F23R 3/42 20060101ALI20181105BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/22 C

   F23R3/06

   F23R3/14

   F23R3/26 Z

   F23R3/28 D

   F23R3/30

   F23R3/46

   F23R3/42 A

【請求項の数】8

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-178176(P2015-178176)

(22)【出願日】2015年9月10日

(65)【公開番号】特開2017-53276(P2017-53276A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2017年12月22日

(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】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿部 一幾

(72)【発明者】

【氏名】小金沢 知己

(72)【発明者】

【氏名】三浦 圭祐

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−６２７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−５５６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１８８５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１４８７３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ２３Ｒ ３／０６

Ｆ２３Ｒ ３／１４

Ｆ２３Ｒ ３／２６

Ｆ２３Ｒ ３／２８

Ｆ２３Ｒ ３／３０

Ｆ２３Ｒ ３／４２

Ｆ２３Ｒ ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側に燃焼室を形成する内筒と、
前記内筒を覆うように設けられた外筒と、
前記内筒と前記外筒の間に形成され、高圧空気が流れる環状流路と、
前記外筒の前記高圧空気の流れ方向の下流側に設けられた燃料ヘッダと、
前記燃料ヘッダに支持された同心円状の複数の燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルの燃料の流れ方向の下流側に設けられ、前記複数の燃料ノズルに対応する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、
前記空気孔プレートの外周面から前記内筒よりも外周側まで突出する壁部と、前記外筒及び前記燃料ヘッダに向かって凸形状に形成され、前記空気孔プレートの最外周の空気孔に弧状に繋がる曲部とを有するガイド部と、
前記空気孔プレートの外周面と前記内筒の間に形成され、前記燃焼室の前記空気孔プレート側の部分の外周部に前記高圧空気を供給する外周流路と
を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項2】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートの外周面と前記内筒の間に設けられたスプリングシールを更に備え、
前記スプリングシールに前記高圧空気が流通可能な孔部が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項3】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートは、前記燃焼室側の壁面から燃焼ガスの流れ方向の下流側に延在する延在部を外周部に備え、
前記外周流路の出口は、前記延在部に貫通して形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項4】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記環状流路は、前記高圧空気の流れ方向の下流側にいくにつれて流路面積が増加する流路拡張部を備えていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項5】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記外筒又は前記燃料ヘッダは、前記曲部に沿って曲がっている曲面部を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項6】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記環状流路の前記ガイド部と前記燃料ヘッダの間に設けられたガイドベーンを更に備え、
前記ガイドベーンは、後縁部が前縁部に対し前記空気孔プレートの径方向内側かつ前記最外周の空気孔側に位置するように設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項7】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートと前記燃料ヘッダとの間に形成された供給流路と、
前記環状流路と前記供給流路を区画する環状の接続部材と
を備え、
前記接続部材は、前記環状流路と前記供給流路を連通する連通孔を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項8】

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から供給される高圧空気を燃料と混合して燃焼する請求項１に記載のガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器から供給される燃焼ガスで回転駆動されるタービンとを備えたことを特徴とするガスタービンプラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービン燃焼器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保全に対する規制や社会的要求により、圧縮機、燃焼器及びタービン等を備えるガスタービンには更なる高効率化、低ＮＯｘ化が求められている。この種のガスタービンでは、高効率化を図る方法として、燃焼器で形成する火炎の温度を上昇させてタービン入口の燃焼ガスの温度を上昇させる方法があるが、火炎温度の上昇に伴ってＮＯｘの排出量が増加する可能性がある。

【0003】

ＮＯｘの排出量を抑制する燃焼器として、予混合燃焼を採用した燃焼器がある。予混合燃焼とは、燃料と空気を予め混合した混合気を燃焼室に供給して燃焼させる燃焼方式のことである。予混合燃焼では、燃料と空気が予め混合されて燃焼室に供給されるため、燃焼室内に形成される火炎の温度が均一化し、燃焼器におけるＮＯｘの排出量が抑制される。しかし、空気の温度が上昇したり燃料に含まれる水素含有量が増加すると燃焼速度が増加し、燃焼室内に形成された火炎が予混合器内に逆流する、いわゆる逆火が起こる可能性がある。これに対し、ＮＯｘの排出量を抑制しつつ耐逆火性に優れた燃焼器が提案されている（特許文献１等を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−５５６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、燃焼器のエンドカバーの中心領域を空気孔プレート側へ突出させ、エンドカバーの半径方向外周側に窪み領域を形成することにより、空気孔プレートの入口側の半径方向における圧力偏差を縮小させ、各空気孔に供給される空気流量の偏差、ひいては燃空比の半径方向偏差を縮小させて、低ＮＯｘ燃焼と燃焼器の安定な運用を両立させている。

【0006】

しかしながら、特許文献１では、空気の運動量が小さくなると、窪み領域において空気の流れが淀み易くなるため、各空気孔に供給される空気流量の偏差を縮小させ難く、燃空比の半径方向偏差を縮小させることが困難である。加えて、特許文献１の上述した構造は、製作が難しく、製作コストも増加し得る。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、各空気孔に供給される空気流量の偏差を縮小させることが可能なガスタービン燃焼器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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービン燃焼器は、内側に燃焼室を形成する内筒と、前記内筒を覆うように設けられた外筒と、前記内筒と前記外筒の間に形成され、高圧空気が流れる環状流路と、前記外筒の前記高圧空気の流れ方向の下流側に設けられた燃料ヘッダと、前記燃料ヘッダに支持された同心円状の複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルの燃料の流れ方向の下流側に設けられ、前記複数の燃料ノズルに対応する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、前記空気孔プレートの外周面から前記内筒よりも外周側まで突出する壁部と、前記外筒及び前記燃料ヘッダに向かって凸形状に形成され、前記空気孔プレートの最外周の空気孔に弧状に繋がる曲部とを有するガイド部と、前記空気孔プレートの外周面と前記内筒の間に形成され、前記燃焼室の前記空気孔プレート側の部分の外周部に前記高圧空気を供給する外周流路とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、各空気孔に供給される空気流量の偏差を縮小させることが可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る燃焼器を適用したガスタービンプラントの一構成例を表す図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る燃焼器のバーナ付近の構造を示す部分断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る旋回プレートを燃焼ガス下流側から見た図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る旋回プレートの部分拡大図であって、図３のＩＶ−ＩＶ線の矢視断面図である。

【図5】図２の点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係るガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る燃焼器における燃料ステージングを示す図である。

【図8】第１列〜第８列に供給される空気の流量偏差を説明する数値流体解析結果を示す図である。

【図9】燃料の均等度とＮＯｘの排出量の関係を説明する図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係るガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【図11】ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【図12】ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【図13】ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【図14】ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【図15】図１４の矢印ＸＶ−ＸＶ線による矢視断面図である。

【図16】本発明の第６実施形態に係る多孔板の変形例を示す図である。

【図17】ガイド部周辺の燃料と空気の流れ模式的に示す図である。

【図18】本発明の第８実施形態に係る燃焼器の断面図である。

【図19】本発明の第８実施形態に係る燃焼器の空気孔プレートを燃焼ガスの流れ方向の下流側から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１実施形態＞
（構成）
１．ガスタービンプラント
図１は、本実施形態に係るガスタービン燃焼器（以下、燃焼器）を適用したガスタービンプラントの一構成例を表す図である。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンプラント１０００は、圧縮機１、燃焼器２、タービン３及び発電機３０を備えている。

【0012】

圧縮機１は、タービン３により回転駆動され、吸気部（不図示）を介して吸い込まれた空気（吸い込み空気）１００を圧縮して高圧空気（燃焼空気）１０１を生成し、燃焼器２に供給する。燃焼器２は、圧縮機１から供給された高圧空気１０１と燃料系統２００（後述する）から供給された燃料とを混合して燃焼し、高温の燃焼ガス１０２を生成してタービン３に供給する。タービン３は、燃焼器２から供給された燃焼ガス１０２が膨張することにより回転駆動される。発電機３０は、タービン３と同軸に連結され、タービン３の回転動力を電力に変換する。なお、本実施形態では、圧縮機１、タービン３及び発電機３０はシャフト３１により相互に連結されている。

【0013】

２．燃焼器
燃焼器２は、ガスタービンのケーシング４に取り付けられている。燃焼器２は、バーナ５、燃焼器ライナ（以下、内筒）１０、フロースリーブ（以下、外筒）１１、尾筒内筒１２、尾筒外筒１３、燃料系統２００及び燃料ヘッダ４０を備えている。

【0014】

内筒１０は、バーナ５の燃焼ガス１０２の流れ方向の下流側に設けられている。以下、燃焼ガス１０２の流れ方向の「上流」「下流」を「燃焼ガス上流」「燃焼ガス下流」と言う。内筒１０は円筒状に形成され、圧縮機１から供給される高圧空気１０１と燃焼器２で生成される燃焼ガス１０２とを隔てている。外筒１１は、円筒状に形成され、内筒１０の外周側に、内筒１０を覆うように設けられている。内筒１０と外筒１１との間に形成される環状の空間は、圧縮機１から燃焼器２に供給される高圧空気１０１が流れる環状流路（第１環状流路）４８を構成している。第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１は、内筒１０の外壁面側から内筒１０を対流冷却する。内筒１０の壁面には多数の孔（不図示）が形成されている。第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１の一部は、内筒１０の壁面に形成された多数の孔から内筒１０の内部へ流入し、内筒１０の内周面のフィルム冷却に使用される。第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１のうち内筒１０のフィルム冷却に使用されなかった分は、第１環状流路４８を流れてバーナ５に到達する。バーナ５に到達した高圧空気１０１は、燃料系統２００から燃料ヘッダ４０を介してバーナ５に供給された燃料と共に燃焼室５０内に噴射され、燃焼される。

【0015】

内筒１０の内側には燃焼室５０が形成されている。燃焼室５０では、圧縮機１から供給された高圧空気１０１と燃料系統２００から供給された燃料との混合気が燃焼され、燃焼ガス１０２が生成される。内筒１０のバーナ５から遠い側（燃焼ガス下流側）は、尾筒内筒１２の一端に挿し込まれている。尾筒内筒１２の他端は、燃焼器２とタービン３とを接続する管路（不図示）に接続している。尾筒内筒１２は、燃焼室５０で発生した燃焼ガス１０２をタービン３に導く機能を有する。尾筒内筒１２の外周側に、尾筒内筒１２を覆う円筒状の尾筒外筒１３が設けられている。外筒１１のバーナ５から遠い側（燃焼ガス下流側）は、尾筒外筒１３の一端に挿し込まれている。尾筒外筒１３の他端は、ケーシング４内に開口している。尾筒内筒１２と尾筒外筒１３との間に形成される環状の空間は、圧縮機１から燃焼器２に供給される高圧空気１０１を第１環状流路４８に導く環状流路（第２環状流路）４７を構成している。第２環状流路４７を流れる高圧空気１０１は、尾筒内筒１２の外壁面側から尾筒内筒１２を対流冷却する。

【0016】

燃料系統２００は、共通燃料系統２０と第１〜第４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄとを備えている。共通燃料系統２０は、燃料供給源（不図示）に接続している。共通燃料系統２０には、燃料遮断弁（開閉弁）２１が設けられている。第１〜第４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄには、それぞれ第１〜第４燃料流量調節弁２１Ａ〜２１Ｄが設けられている。本実施形態では、第１〜第４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄは、共通燃料系統２０から並列に分岐している。なお、共通燃料系統２０から分岐する燃料系統の数は４つに限定されない。

【0017】

第１〜４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄを流れる燃料は、内筒１０の中心軸からの径方向距離によって区画された燃料ヘッダ４０に供給される。燃料ヘッダ４０は、外筒１１の第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１の流れ方向の下流側に設けられている。以下、第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１の流れ方向の「上流」「下流」を「空気上流」「空気下流」と言う。燃料ヘッダ４０は、外筒１１の一端（空気下流側の端部）を閉止している。本実施形態では、燃料ヘッダ４０は、内筒１０の中心軸から径方向外側に向かって順に、第１ヘッダ部４０Ａ、第２ヘッダ部４０Ｂ、第３ヘッダ部４０Ｃ及び第４ヘッダ部４０Ｄに区画されている。第１〜第４ヘッダ部４０Ａ〜４０Ｄに、第１〜第４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄがそれぞれ接続している。第１〜第４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄを通じて第１〜第４ヘッダ部４０Ａ〜４０Ｄに供給された燃料は、燃料ノズル９１（後述する）の先端から噴射されてバーナ５に供給される。なお、燃料ヘッダ４０の区画数は４つに限定されない。

【0018】

第１燃料系統２０Ａを通じて第１ヘッダ部４０Ａに供給される燃料（以下、Ｆ１燃料）の流量は、第１燃料流量調節弁２１Ａによって調節される。同様に、第２，３，４燃料系統２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを通じて第２，３，４ヘッダ部４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄに供給される燃料（以下、Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４燃料）の流量は、第２，３，４燃料流量調節弁２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄによってそれぞれ調節される。本実施形態では、第１〜第４燃料流量調節弁２１Ａ〜２１ＤによりＦ１〜Ｆ４燃料の流量を個別に調節することで、ガスタービンプラント１０００の発電量が制御される。

【0019】

３．バーナ
図２は、本実施形態に係る燃焼器のバーナ付近の構造を示す部分断面図である。図２に示すように、バーナ５は、内筒１０の中心軸（不図示）を中心とした同心円状の複数（本実施形態では８つ）の環状列に区分されており、これら複数の環状列を内周側から外周側に向かって第１列、第２列、…、第８列と適宜称する。

【0020】

図２に示すように、本実施形態では、複数の環状列のうち最も内側の領域を構成する４列（第１〜第４列）が第１バーナ部５Ａを構成し、第５列が第２バーナ部５Ｂを構成し、第６列が第３バーナ部５Ｃを構成し、外周側の２列（第７，８列）が第４バーナ部５Ｄを構成している。第１〜第４バーナ部５Ａ〜５Ｄに、前述した第１〜第４ヘッダ部４０Ａ〜４０Ｄを介してＦ１〜Ｆ４燃料が供給される。第１〜第４バーナ部５Ａ〜５Ｄに供給されたＦ１〜Ｆ４燃料は、燃料ノズル９１に流入し、燃焼室５０に噴射される。本実施形態では、第１〜第４燃料系統２０Ａ〜２０Ｄから第１〜第４バーナ部５Ａ〜５Ｄに供給されるＦ１〜Ｆ４燃料の流量を個別に調節することにより、後述する燃料ステージングが可能となる。バーナ５は、複数の燃料ノズル９１と、空気孔プレート３２とを備えている。

【0021】

３−１．燃料ノズル
図２に示すように、複数の燃料ノズル９１は、燃料ヘッダ４０に支持されている。複数の燃料ノズル９１は先端が円筒状に形成されており、燃料系統２００（図１を参照）から供給された燃料を空気孔プレート３２に向かって噴射する。複数の燃料ノズル９１は、同心円状に第１〜第８列に配置されており、各列の全周に渡って設けられている（環状に配置されている）。

【0022】

３−２．空気孔プレート
図２に示すように、空気孔プレート３２は、複数の燃料ノズル９１の燃料の流れ方向の下流側に配置されている。以下、燃料の流れ方向の「上流」「下流」を「燃料上流」「燃料下流」と言う。空気孔プレート３２は、複数の燃料ノズル９１に対応する同心円状の複数の空気孔３３（３３Ａ，３３Ｂ）を有している。空気孔プレート３２は、サポート１５を介して燃料ヘッダ４０に取り付けられている。空気孔プレート３２と燃料ヘッダ４０との間には供給流路４１が形成されている。本実施形態では、サポート１５は平板を曲げ加工して形成されている。サポート１５をこのような形状に形成すると、その曲げ構造によって空気孔プレート３２の周方向の熱伸びを吸収することができ、バーナ５の信頼性を高めることができる。空気孔プレート３２の外周面と内筒１０との間に形成される環状の空間は、第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１の一部を燃焼室５０の外周部に供給する外周流路９４を構成している。空気孔プレート３２は、上述したようにサポート１５を介して燃料ヘッダ４０に取り付けられているとともに、スプリングシール１４を介して内筒１０の内側に保持されている。スプリングシール１４は、空気孔プレート３２の外周面と内筒１０との間に設けられている。スプリングシール１４にはスリット（不図示）が形成されており、伸縮性を有するように構成されている。また、スプリングシール１４には、外周流路９４を流れる高圧空気１０１が流通可能な孔部（不図示）が形成されている。空気孔プレート３２は、ベースプレート３２Ａ、旋回プレート３２Ｂ及びガイド部３７を備えている。

【0023】

・ベースプレート
ベースプレート３２Ａは、内筒１０と同軸の円盤状のプレートであって、複数の燃料ノズル９１の燃料下流側に複数の燃料ノズル９１の先端から離間して配置されている。つまり、本実施形態では、燃料ノズル９１はベースプレート３２Ａに形成された空気孔３３Ａ（後述する）には挿し込まれていない。以下、空気孔３３Ａの燃料上流側の開口部を「第１の入口」、燃料下流側の開口部を「第１の出口」と言う。

【0024】

ベースプレート３２Ａには、複数の燃料ノズル９１にそれぞれ対応する複数の空気孔３３Ａが形成されている。つまり、複数の空気孔３３Ａは、同心円状に第１〜第８列に配置され、各列の全周に渡って設けられており、１つの空気孔３３Ａが１つの燃料ノズル９１の燃料下流側にその燃料ノズル９１に対応して配置されている。このように燃料ノズル９１と空気孔３３Ａとを対応させて（対向させて）配置することにより、図２の拡大図に示すように、燃料ノズル９１から噴射された燃料（以下、燃料噴流）３４の周囲が空気孔３３Ａを通過する空気（以下、空気噴流）３５で覆われた同軸噴流としてベースプレート３２Ａを通過させることができる。本実施形態では、空気孔３３Ａは、第１の入口及び第１の出口を構成する２つの円と母線とが直交する直円柱状に形成され、対応する燃料ノズル９１と同軸上に配置されている。

【0025】

・旋回プレート
旋回プレート３２Ｂは、内筒１０と同軸の円盤状のプレートであって、ベースプレート３２Ａの燃料下流側にベースプレート３２Ａと密着して配置されている。旋回プレート３２Ｂは、延在部９３を備えている。延在部９３は、旋回プレート３２Ｂの径方向外周側の燃焼室５０側の壁面から燃焼ガス下流側に延在して設けられている。延在部９３は、スプリングシール１４を介して空気孔プレート３２を内筒１０に対して確実に保持するために、空気孔プレート３２の燃料の流れ方向の厚みを確保するものである。延在部９３には、貫通孔９２が形成されている。貫通孔９２は、延在部９３を空気孔プレート３２の径方向に貫通しており、外周流路９４の出口として機能する。つまり、外周流路９４を流れる高圧空気１０１は、貫通孔９２を介して燃焼室５０に流入する。

【0026】

図３は、本実施形態に係る旋回プレートを燃焼ガス下流側から見た図である。図３に示すように、旋回プレート３２Ｂには複数の空気孔３３Ｂが形成されている。複数の空気孔３３Ｂは、ベースプレート３２Ａに形成された複数の空気孔３３Ａにそれぞれ対応しており、１つの空気孔３３Ｂが１つの空気孔３３Ａと連通している。つまり、複数の空気孔３３Ｂは、同心円状に第１〜第８列に配置され、各列の全周に渡って設けられている。なお、本実施形態では、複数の空気孔３３Ｂは複数の空気孔３３Ａと同数設けられている。

【0027】

図４は、本実施形態に係る旋回プレートの部分拡大図であって、図３のＩＶ−ＩＶ線の矢視断面図である。図４に示すように、空気孔３３Ｂは、燃料上流側及び下流側の開口部を構成する２つの楕円と母線とが直交しない斜円柱状に形成されている。以下、空気孔３３Ｂの燃料上流側の開口部を「第２の入口」、燃料下流側の開口部を「第２の出口」と言う。空気孔３３Ｂは、旋回角を有する旋回空気孔であり、第２の出口が第２の入口に対して周方向にずれている。具体的には、第２の入口及び第２の出口の中心を結んで得られる空気孔３３Ｂの中心軸Ｙが空気孔３３Ａの中心軸Ｘに対して周方向に所定の角度α°をなすように旋回プレート３２Ｂに対して周方向に傾斜している。なお、本明細書において、所定の角度α°は、第２の出口から噴射される空気及び燃料の方向（噴射方向）を決定づけるパラメータであり、環状列毎に最適な値に設定されている。

【0028】

バーナ５において周方向に隣接する２つの空気孔間に形成される間隙（孔間距離）が消炎距離より大きく設定されると、旋回プレート３２Ｂに火炎が近付くことにより火炎の安定性が強化される。一方、孔間距離が消炎距離以下に設定されると、旋回プレート３２Ｂから離れて火炎が形成される。第２の出口付近では、空気孔３３Ｂから燃焼室５０にかけて流路が急拡大することにより、燃料噴流３４と空気噴流３５の混合が急速に進む。そのため、旋回プレート３２Ｂから下流に離れた位置に火炎を形成することにより、燃料と空気が十分に混合された予混合気が火炎に到達して燃焼し、低ＮＯｘ燃焼を実現できる。つまり、各環状列における孔間距離をそれぞれ最適な値に調整することにより、安定燃焼と低ＮＯｘ燃焼の両方を実現することができる。

【0029】

・ガイド部
図５は、図２の点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。図５は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。

【0030】

図５に示すように、ガイド部３７は、ベースプレート３２Ａの外周面の空気下流側（後端側）に、内筒１０の空気下流側の端部から離間して設けられている。ガイド部３７は、壁部３７Ａ及び曲部３７Ｂを備えている。

【0031】

壁部３７Ａは、空気孔プレート３２のベースプレート３２Ａの外周面から内筒１０よりも外周側（外筒１１側）まで突出するように設けられている。そのため、バーナ５の軸方向断面において、ガイド部３７は、ガイド部３７の外筒１１に最も近い部分（以下、「頂部」と記載する）における外径が内筒１０の外径より大きくなっている。なお、空気孔プレート３２の径方向におけるガイド部３７の頂部の内筒１０からの距離は、外筒１１と内筒１０との距離の約１／５以上かつ約１／２以下とすることが望ましい。ガイド部３７の頂部の内筒１０からの距離を外筒１１と内筒１０との距離の約１／５未満とすると、壁部３７Ａの付近に淀み域（後述する）を生じさせ難くなるためである。一方、ガイド部３７の頂部の内筒１０からの距離が長いほうがベースプレート３２Ａの空気孔３３Ａに供給される空気流量の偏差の低減効果が大きくなるが、ガイド部３７の頂部の内筒１０からの距離を外筒１１と内筒１０との距離の約１／２より大きくすると、ガイド部３７の頂部と外筒１１との距離が短くなって第１環状流路４８が狭まるため、ガイド部３７の頂部と外筒１１の間を通過する際に高圧空気１０１の流速が増加して全圧損失が大きくなり、ガスタービン効率が低下するためである。

【0032】

曲部３７Ｂは、外筒１１及び燃料ヘッダ４０に向かって凸形状に形成され、空気孔プレート３２の断面視でベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａに弧状に繋がっている。なお、本実施形態では、曲部３７Ｂは、壁部３７Ａから空気孔プレート３２の径方向最外周の空気孔３３（具体的には、ベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａ）までを繋いでいる。つまり、曲部３７Ｂは、壁部３７Ａからベースプレート３２Ａの径方向最外周側の空気孔３３Ａまでを滑らかに繋ぐような曲率を有するように形成されている。そのため、ガイド部３７は、空気下流側の端部（ガイド部３７の燃料ヘッダ４０に最も近い部分）が第１の入口よりも燃料ヘッダ４０側に位置している。

【0033】

（動作）
図６は、本実施形態に係るガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。

【0034】

図６に示すように、内筒１０のフィルム空気に利用されなかった高圧空気１０１は、第１環状流路４８を燃料ヘッダ４０に向かって流れる。この高圧空気１０１は、第１環状流路４８から供給流路４１に流入し、ベースプレート３２Ａの複数の空気孔３３Ａに空気噴流３５として供給される。ここで、第１環状流路４８から供給流路４１に流入する高圧空気１０１のうち、曲部３７Ｂの表面の近傍を流れる高圧空気１０１（以下、近傍空気１０４）は、曲部３７Ｂの表面に沿って転向し、ベースプレート３２Ａの径方向外側、特に最外周の空気孔３３Ａに導かれる。このとき、第１環状流路４８を燃料ヘッダ４０に向かって流れる高圧空気１０１のうち内筒１０に沿う一部の流れは、ガイド部３７の壁部３７Ａに衝突する。これにより、壁部３７Ａの付近に淀み域が生じる。第１環状流路４８に対して燃焼室５０は低圧（つまり、外周流路９４の入口側に対して出口側は低圧）なので、壁部３７Ａの付近に生じた淀み域の高圧空気１０１は、第１環状流路４８と燃焼室５０の圧力差により外周流路９４に流入し、第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１の流れ方向と逆向き（例えば、１８０°）に流れる。以下、外周流路９４に流入した高圧空気１０１を補助空気１０５と言う。補助空気１０５は、スプリングシール１４の孔部を通り抜けて、旋回プレート３２Ｂの延在部９３に形成された貫通孔９２を介して燃焼室５０に径方向内向きに噴射する。

【0035】

一方、燃料系統２００から燃料ヘッダ４０を介して燃料ノズル９１に供給された燃料は、燃料ノズル９１の先端の噴射口から噴射され、燃料噴流３４として空気孔３３Ａに流入する。空気孔３３Ａに流入した燃料噴流３４は、空気噴流３５と急速に混合しながら空気孔３３Ａを通過し、混合気として旋回プレート３２Ｂに形成された空気孔３３Ｂに流入する。上述したように、空気孔３３Ｂは空気孔３３Ａに対して周方向に所定の角度α°で傾斜した管路（斜円柱管路）状に形成されているため、空気孔３３Ｂを流れる混合気には旋回方向の力成分が付与され循環流を形成する。空気孔３３Ｂは燃焼室５０に開口しているため混合気の流路が急拡大し、第２の出口付近で混合が更に促進される。空気孔３３Ｂから噴出した燃料噴流３４と空気噴流３５の混合気は、予混合気３６として燃焼室５０に噴出し燃焼される。

【0036】

図７は、本実施形態に係る燃焼器における燃料ステージングを示す図である。図７において、横軸は経過時間、縦軸は燃料流量を示している。

【0037】

図７に示すように、ガスタービン点火時は、燃料系統２００から第１〜第３燃料系統２０Ａ〜２０Ｃを介して第１〜第３バーナ部５Ａ〜５ＣにＦ１〜Ｆ３燃料が供給される。つまり、バーナ５の第１列〜第６列に設けられた燃料ノズル９１から燃料が噴射される。一方、第４バーナ部５ＤにはＦ４燃料が供給されないため、バーナ５の第７列及び第８列に設けられた燃料ノズル９１から燃料は噴射されない。

【0038】

ガスタービン点火後、第１バーナ部５ＡにのみＦ１燃料を供給する（つまり、第１列〜第４列のみから燃料が噴射される）単独燃焼に切り替えられ、定格回転数無負荷状態（ＦＳＮＬ：Ｆｕｌｌ Ｓｐｅｅｄ Ｎｏ Ｌｏａｄ）に達するまでタービン３が昇速される。この間、第２〜第４バーナ部５Ｂ〜５Ｄには燃料は供給されない（つまり、第２列〜第４列から燃料は噴射されない）。

【0039】

タービン３が定格回転数まで昇速したら発電を開始し、ガスタービン負荷を増加させる。このガスタービン負荷の増加に応じて、バーナ５の燃空比が安定燃焼範囲となるように第２バーナ部５Ｂ、第３バーナ部５Ｃ及び第４バーナ部５Ｄの順にＦ２燃料、Ｆ３燃料及びＦ４燃料を追加供給していき、燃料の供給範囲をバーナ５の第５列、第６列並びに第７列及び第８列と段階的に拡大させていく。ガスタービン負荷は、第１〜第４バーナ部５Ａ〜５Ｄの全てに燃料が供給され、第１列〜第８列の全てから燃料が噴射される燃焼状態で、定格回転数定格負荷（ＦＳＦＬ：Ｆｕｌｌ Ｓｐｅｅｄ Ｆｕｌｌ Ｌｏａｄ）に達する。

【0040】

（効果）
（１）図８は、第１列〜第８列に供給される空気の流量偏差を説明する数値流体解析結果を示す図である。縦軸は流量偏差、横軸は環状列（本実施形態では、第１〜第８列）を示している。図８において、点線は従来構造の燃焼器、実線は本実施形態に係る燃焼器２を示している。

【0041】

本実施形態に係る燃焼器２では、ガイド部３７の曲部３７Ｂを外筒１１及び燃料ヘッダ４０に向かって凸形状とし、ベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａに弧状に繋がるように形成している。そのため、曲部３７Ｂの表面の近傍を流れる高圧空気１０１（近傍空気１０４）が曲部３７Ｂの表面からはく離することを抑制し、近傍空気１０４をベースプレート３２Ａの径方向外側、特に最外周の空気孔３３Ａに供給することができる。従って、図８に示すように、第１〜第８列間の空気流量の不均一を低減させ、第１〜第８列の全ての列において、従来構造の燃焼器に比べて空気の流量偏差を小さくすることができる。加えて、曲部３７Ｂを外筒１１に向かって凸形状とすることにより、ガイド部３７の空気上流側において高圧空気１０１を静圧回復させることができる。そのため、ベースプレート３２Ａの空気孔３３Ａに供給される高圧空気１０１のバーナ５の周方向における流量偏差をより小さくすることができる。

【0042】

図９は、燃料の均等度とＮＯｘの排出量の関係を説明する図である。横軸は燃料の均等度、縦軸はＮＯｘの排出量を示している。図９において、点線は従来構造の燃焼器、実線は本実施形態に係る燃焼器を示している。なお、本明細書において「燃料の均等度」とは、燃料ノズル１本当たりの燃料流量の各環状列（本実施形態では、第１〜第８列）間のばらつきの度合いを示す指標を言う。具体的に、燃料ノズル１本当たりの燃料流量の各環状列間におけるばらつきが大きい状態を均等度が低い（不均等）、ばらつきが小さい（例えば、全ての環状列で燃料流量が等しい）の状態を均等度が高い（均等）とする。一般的に、燃料の均等度が低いと安定燃焼に有利となるが、ＮＯｘの排出量が増加する。反対に、燃料の均等度が高いとＮＯｘの排出量は減少するが、燃焼が不安定化する。

【0043】

図９に示すように、燃料の均等度が高くなるにつれてＮＯｘの排出量は下がるが、従来構造の燃焼器では、図９中のＰ点（均等度Ａ）まで燃料の均等度が高くなると却って燃焼が不安定化し始める。これは、第１〜第８列における空気流量がほぼ均一となることを想定して各列における燃料流量を設定したものの、従来構造の燃焼器では、図８に示すように、安定燃焼を担う第１〜第４列で空気流量が高くなり、局所燃空比が想定した値より低くなるためである。従って、従来構造の燃焼器では、燃料の均等度を均等度Ａ以上にすることは難しい。加えて、従来構造の燃焼器では、図８に示すように、低ＮＯｘ燃焼を担う外周側の第７列及び第８列（特に第８列）で空気流量が低くなり、局所燃空比が想定した値より高くなるため、ＮＯｘの排出量の低減を図り難い。

【0044】

これに対し、本実施形態に係る燃焼器２では、図８に示すように、第１〜第８列の全ての列で空気の流量偏差を従来構造の燃焼器よりも小さくすることができる。そのため、第１列〜第８列における空気流量がほぼ均一になることを想定して各列における燃料流量を設定し、燃料の均等度を均等度Ａ以上にした場合でも安定燃焼を維持することができ、かつ、外周側の列（第５〜第８列）において低ＮＯｘ燃焼を実現できるため従来構造の燃焼器に比べてＮＯｘの排出量を低減させることができる。

【0045】

また、本実施形態では、壁部３７Ａを空気孔プレート３２の外周面から内筒１０よりも外周側まで突出するように設け、高圧空気１０１の一部を壁部３７Ａに衝突させて空気孔プレート３２の外周面と内筒１０との間に形成された外周流路９４を介して燃焼室５０の空気孔プレート３２側の外周部に供給している。そのため、バーナ５の安定燃焼をより維持することができる。加えて、高圧空気１０１は燃焼ガス１０２よりも低温なので、空気孔プレート３２を外周面側から冷却することができる。

【0046】

（２）第１，２環状流路４８，４７は扁平型の円管流路であるため、第１環状流路４８から外周流路９４に流入した高圧空気１０１（補助空気１０５）は、一般的に、バーナ５の周方向において若干の流量偏差を有している。これに対し、本実施形態では、上述したように高圧空気１０１を壁部３７Ａに衝突させることにより、高圧空気１０１を静圧回復させることができる。そのため、補助空気１０５のバーナ５の周方向における流量を均一化し、補助空気１０５のバーナ５の周方向における流量の偏差を小さくして燃焼室５０に供給することができる。従って、バーナ５の安定燃焼を更に維持することができる。

【0047】

（３）本実施形態では、空気孔プレート３２の外周面と内筒１０の間に設けられたスプリングシール１４に、補助空気１０５が流通可能な孔部を形成している。そのため、空気孔プレート３２を内筒１０の内側に保持しつつ、外周流路９４を流れる高圧空気１０１を貫通孔９２に導くことができる。

【0048】

（４）本実施形態では、空気孔プレート３２の燃焼室５０側の壁面から燃焼ガス１０２の流れ方向の下流側に延在する延在部９３が設けられている。そのため、内筒１０との間でスプリングシール１４を押さえるためのストロークを確保することができ、空気孔プレート３２を内筒１０に対してより確実に保持することができる。

【0049】

（５）本実施形態では、空気孔プレート３２に形成された複数の空気孔３３から燃料噴流３４と空気噴流３５の同軸噴流を燃焼室５０に噴出するため、燃料と空気の界面が増加して燃料と空気の混合がより促進される。これにより、燃焼室５０における燃焼時にＮＯｘの排出量を低減することができる。

【0050】

（６）本実施形態では、複数の空気孔３３Ａを燃料ノズル９１に対応して形成している。そのため、空気孔プレート３２と燃料ヘッダ４０との間に形成された空間（供給流路４１）に可燃範囲の未燃混合気が連続して形成され難い。従って、この空間に火炎が逆流して空気孔プレート３２が溶損することを回避でき、燃焼器２の信頼性を高めることができる。

【0051】

（７）本実施形態では、空気孔３３Ｂが空気孔３３Ａに対して周方向に角度α°で傾斜しているため、空気孔３３Ｂを流れる流体は旋回成分を伴って空気孔３３Ｂから噴射される。従って、バーナ５の下流側に循環流を形成することができ、より安定した火炎を形成することができる。

【0052】

（８）本実施形態では、燃料ヘッダ４０を第１〜第４ヘッダ部４０Ａ〜４０Ｄに区画し、燃料系統２００から第１〜第４バーナ部５Ａ〜５Ｄに供給されるＦ１〜Ｆ４燃料をそれぞれ個別に制御（調節）することができる。そのため、燃料を供給する燃料ノズル９１の本数をガスタービンの各運転過程で要求される燃料流量に応じて段階的に変化させる燃料ステージングが可能となる。従って、ガスタービン部分負荷運転時の安定燃焼を実現するとともにＮＯｘの排出量を抑制することができる。

【0053】

＜第２実施形態＞
（構成）
図１０は、本実施形態に係るガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。図１０は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。図１０において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0054】

本実施形態に係る燃焼器は、第１環状流路４８が流路拡張部４４を備える点で第１実施形態に係る燃焼器２と異なる。その他の構成は、第１実施形態に係る燃焼器２と同様である。

【0055】

図１０に示すように、本実施形態では、外筒１１の第１環状流路４８を挟んで空気孔プレート３２の延在部９３の燃焼ガス下流側の端部に対向する位置からガイド部３７の頂部に対向する位置までの部分が、空気下流側に向かって径方向外側に傾斜し、流路拡張部４４を形成している。以下、外筒１１の上述した部分を傾斜部１１Ａと言う。傾斜部１１Ａは、空気孔プレート３２の断面視で勾配が緩やかな直線状の傾斜面であり、空気孔プレート３２の中心軸から傾斜部１１Ａまでの距離が空気下流側に向かって増加するように形成されている。そのため、流路拡張部４４では、第１環状流路４８の流路面積が空気下流側にいくにつれて増加している。本実施形態では、傾斜部１１Ａの空気上流側における外筒１１と内筒１０の間の第１環状流路４８の流路面積をＡ１、ガイド部３７の頂部における第１環状流路４８の流路面積をＡ２としたとき、Ａ１≦Ａ２を満足するように流路拡張部４４が形成されている。なお、Ａ１≦Ａ２を満足するように流路拡張部４４が形成される限りにおいては、傾斜部１１Ａは上述した部分に限定されない。

【0056】

（効果）
本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。

【0057】

第１実施形態では、外筒１１を高圧空気１０１の流れ方向に延在する直円柱状に形成する一方、ガイド部３７の頂部における外径が内筒１０の外径より大きくなるため、Ａ２がＡ１より小さくなる（Ａ２＜Ａ１）。従って、ガイド部３７の頂部を通過する際に高圧空気１０１の流速が増加し、全圧損失が増加し得る。

【0058】

これに対し、本実施形態では、Ａ２がＡ１以上となる（Ａ１≦Ａ２）ように流路拡張部４４を形成しているので、ガイド部３７の頂部を通過する際の高圧空気１０１の流速の増加を抑えて、全圧損失の増加を抑制することができる。

【0059】

＜第３実施形態＞
（構成）
図１１は、ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。図１１は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。図１１において、上記第２実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0060】

本実施形態に係る燃焼器は、外筒１１が曲面部４５を備える点で第２実施形態に係る燃焼器と異なる。その他の構成は、第２実施形態に係る燃焼器と同様である。

【0061】

図１１に示すように、曲面部４５は、ガイド部３７の曲部３７Ｂに応じて凹形状に曲がった曲面で、流路拡張部４４から燃料ヘッダ４０までを弧状に繋いでいる。つまり、曲面部４５は、流路拡張部４４から燃料ヘッダ４０までを滑らかに繋ぐ曲面で形成されている。なお、本実施形態では、外筒１１が曲面部４５を備える構成を例示したが、燃料ヘッダ４０が曲面部４５を備える構成としても良い。

【0062】

（効果）
本実施形態では、第２実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。

【0063】

本実施形態では、流路拡張部４４から燃料ヘッダ４０までを弧状に繋ぐ凹形状の曲面部４５を備えている。そのため、曲面部４５の表面の近傍を流れる高圧空気１０１の流れを曲面部４５でガイドして滑らかに転向させ、供給流路４１に流入させることができる。従って、第１環状流路４８から供給流路４１に流入する高圧空気１０１の径方向の速度分布を均一化させて、全圧損失を更に抑制することができる。

【0064】

＜第４実施形態＞
（構成）
図１２は、ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。図１２は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。図１２において、上記第３実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0065】

本実施形態に係る燃焼器は、ガイド部３７がテーパ部３７Ｃを更に備える点で第３実施形態に係る燃焼器と異なる。その他の構成は、第３実施形態に係る燃焼器と同様である。

【0066】

図１２に示すように、テーパ部３７Ｃは壁部３７Ａと曲部３７Ｂとの間に介在し、壁部３７Ａ及び曲部３７Ｂはテーパ部３７Ｃに対して滑らかに接続している。これにより、壁部３７Ａから曲部３７Ｂまでが滑らかに繋がっている。つまり、本実施形態では、曲部３７Ｂは、テーパ部３７Ｃからベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａまでを繋ぐように形成されている。テーパ部３７Ｃは、バーナ５の軸方向断面において、空気孔プレート３２の中心軸に対して空気下流側に向かって径方向外側に傾斜している。そのため、テーパ部３７Ｃの空気孔プレート３２の中心軸からの距離は、空気下流側に向かって増加する。

【0067】

（効果）
本実施形態にように、ガイド部３７の壁部３７Ａと曲部３７Ｂの間にテーパ部３７Ｃを設けても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0068】

加えて、ガイド部３７の壁部３７Ａと曲部３７Ｂの間に上り傾斜のテーパ部３７Ｃを設けることにより、壁部３７Ａから曲部３７Ｂまで高圧空気１０１を緩やかにガイドすることができる。従って、ガイド部３７付近の高圧空気１０１の流速の増加を抑え、全圧損失の増加を更に抑制することができる。

【0069】

＜第５実施形態＞
（構成）
図１３は、ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。図１３は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。図１３において、上記第３実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0070】

本実施形態は、ガイドベーン３８を更に備える点で第３実施形態と異なる。その他の構成は、第３実施形態と同様である。

【0071】

図１３に示すように、ガイドベーン３８は、第１環状流路４８のガイド部３７と燃料ヘッダ４０の間に設けられている。ガイドベーン３８は、後縁部３８Ｂが前縁部３８Ａに対し空気孔プレート３２の径方向内側かつ最外周の空気孔側に位置するように配置されている。また、ガイドベーン３８は、腹側面（正圧面、つまり凹状に窪んだ面）を空気孔プレート３２側に、背側面（負圧面、つまり凸状に出っ張った面）を燃料ヘッダ４０側に向けている。腹側面は曲部３７Ｂに概ね沿って曲がっている。なお、本実施形態では、バーナ５の軸方向から見て、ガイドベーン３８をバーナ５と同軸のリング状に構成しているが、複数のガイドベーンを環状に配置した構成としても良い。また、本実施形態では、ガイドベーン３８は、バーナ５の軸方向におけるガイドベーン３８とガイド部３７の空気下流側の端部の距離と、ガイドベーン３８と燃料ヘッダ４０の距離とが同程度となるように設けられているが、ガイド部３７の空気下流側の端部と燃料ヘッダ４０の間のガイドベーン３８の位置は限定されない。

【0072】

（効果）
本実施形態では、第３実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。

【0073】

本実施形態では、第１環状流路４８のガイド部３７と燃料ヘッダ４０の間にガイドベーン３８を設けているため、ガイドベーン３８の内周側（腹側）に沿って流れる内周側ベーン空気１０６Ａをベースプレート３２Ａの径方向外側、特に最外周側の空気孔３３Ａに導きつつ、外周側（背側）に沿って流れる外周側ベーン空気１０６Ｂをバーナ５の径方向内側に導くことができる。従って、空気孔３３Ａに供給される空気流量の偏差をより小さくし、安定燃焼の維持及びＮＯｘの排出量の低減を図ることができる。

【0074】

＜第６実施形態＞
（構成）
図１４は、ガイド部周辺の燃料と空気の流れを模式的に示す図である。図１４は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。図１４において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0075】

本実施形態は、サポート１５の代わりに多孔板（接続部材）４３を備える点で第１実施形態と異なる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0076】

多孔板４３は、内筒１０と同軸の短管形状の部材であり、第１環状流路４８と供給流路４１を区画するように設けられている。多孔板４３は、ガイド部３７の空気下流側の端部と燃料ヘッダ４０を接続している。つまり、本実施形態では、空気孔プレート３２は、多孔板４３を介して燃料ヘッダ４０に取り付けられている。

【0077】

図１５は、図１４の矢印ＸＶ−ＸＶ線による矢視断面図である。本実施形態では、図１５に示すように、多孔板４３には円形状の連通孔４６が軸方向及び周方向に複数列設けられていて、多数形成されている。連通孔４６は第１環状流路４８と供給流路４１を連通しており、第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１は連通孔４６を通って供給流路４１に流入する。なお、図１４に示すように、多孔板４３は、ガイド部３７の空気下流側の端部の近傍に連通孔４６が位置するように設けられているので、ガイド部３７の曲部３７Ｂの表面に沿った高圧空気１０１（近傍空気１０４）は、この連通孔４６を通って供給流路４１に流入する。

【0078】

（効果）
本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。

【0079】

本実施形態では、多数の連通孔４６が形成された多孔板４３を第１環状流路４８と供給流路４１を区画するように設けているので、第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１は多数の連通孔４６により整流されて供給流路４１に流入する。そのため、近傍空気１０４をベースプレート３２Ａの径方向外側、特に最外周側の空気孔３３Ａにより効率よく導くことができる。また、第１環状流路４８から供給流路４１に流入する高圧空気１０１のバーナ５の周方向における流量の偏差をより小さくすることができるので、燃焼安定性を向上させ、ＮＯｘ排出量を更に低減させることができる。

【0080】

（変形例）
図１６は、第６実施形態に係る多孔板の変形例を示す図である。上述した多孔板４３の代わりに、図１６に示すような、窓型サポート（接続部材）５１を設けても良い。図１６に示すように、窓型サポート５１には四角形状の窓部５２が周方向に多数形成されている。本変形例では、窓部５２は軸方向に１列に配置されていて、開口面積が連通孔４６よりも大きくなるように形成されている。

【0081】

多孔板４３の代わりに窓型サポート５１を設けた場合でも、第１環状流路４８を流れる高圧空気１０１は整流されるため、第６実施形態と同様の効果が得られる。加えて、窓部５２は開口面積が連通孔４６よりも大きくなるように形成されているので、窓型サポート５１の空気上流側と下流側の差圧を多孔板４３よりも小さくすることができ、全圧損失を抑制することができる。

【0082】

＜第７実施形態＞
図１７は、ガイド部周辺の燃料と空気の流れ模式的に示す図である。図１７は、空気上流側を紙面上側、空気下流側を紙面下側としている。図１７において、上記第６実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0083】

本実施形態は、多孔板４３を設ける位置が第６実施形態と異なる。その他の構成は、第６実施形態と同様である。

【0084】

図１７に示すように、本実施形態では、外筒１１は、第１外筒１１Ｂ及び第２外筒１１Ｃを備えている。第１外筒１１Ｂは、空気下流側の端部が第１環状流路４８を挟んでガイド部３７の頂部に対向するように設けられている。第２外筒１１Ｃは、空気上流側の端部が第１外筒１１Ｂの空気下流側の端部に接続し、空気上流側の端部が燃料ヘッダ４０に接続するように設けられている。第１外筒１１Ｂの空気下流側の端部と第２外筒１１Ｃの空気上流側の端部の間には、空間部１１Ｄが形成されている。

【0085】

多孔板４３は、下端部（空気孔プレート３２に近い側の端部）がガイド部３７の頂部に接続し、上端部（空気孔プレート３２から遠い側の端部）が空間部１１Ｄに挿入されている。本実施形態では、多孔板４３は、内筒１０と同軸の円盤状のプレートであり、ガイド部３７の頂部と外筒１１を接続している。つまり、空気孔プレート３２は、多孔板４３を介して外筒１１に取り付けられている。本実施形態では、多孔板４３は、バーナ５と同軸のドーナツ型の円盤形状に構成されている。

【0086】

本実施形態のように、多孔板４３をガイド部３７の頂部と外筒１１を接続するように設けた場合でも、第６実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態でも、多孔板４３の代わりに、上述した窓型サポート５１を適用することができる。その場合には、上述した変形例と同様の効果が得られる。

【0087】

＜第８実施形態＞
（構成）
図１８は本実施形態に係る燃焼器の断面図、図１９は本実施形態に係る燃焼器の空気孔プレートを燃焼ガスの流れ方向の下流側から見た図である。図１８，１９において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0088】

本実施形態に係る燃焼器２０１は、複数の燃料ノズルと空気孔とを同心円状に配置して構成されたバーナを燃焼部に複数配置したいわゆるマルチ噴射式ガスタービン燃焼器である。

【0089】

図１８，１９に示すように、燃焼器２０１は、燃焼部の中心に燃焼器２０１と同軸に配設された１つのバーナ（パイロットバーナ）４９と、パイロットバーナ４９の周囲に配設された６つのバーナ（メインバーナ）４２とを備えている。すなわち、本実施形態では、燃焼器２０１は７つのバーナを備えたマルチバーナ構造で構成されている。パイロットバーナ４９及びメインバーナ４２は、空気孔プレート３２を共用している。なお、本実施形態では、パイロットバーナ４９及びメインバーナ４２は、同心円状の複数（本実施形態では３つ）の環状列に区分されており、これら複数の環状列を内周側から外周側に向かって第１列、第２列、第３列と適宜称する。

【0090】

パイロットバーナ４９は、同心円状に第１〜第３列に配置された複数の燃料ノズル９１と、複数の燃料ノズル９１に対応する複数の空気孔３３（３３Ａ，３３Ｂ）が形成された空気孔プレート３２の一部とを備えている。メインバーナ４２は、同心円状に第１〜第３列に配置された複数の燃料ノズル９１と、複数の燃料ノズル９１に対応する複数の空気孔３３（３３Ａ，３３Ｂ）が形成された空気孔プレート３２の他の一部とを備えている。

【0091】

パイロットバーナ４９の第１列〜第３列を構成する第１バーナ部５０Ａには第１燃料系統２０Ａが接続し、６つのメインバーナ４２のうち２つのメインバーナ４２の第１列を構成する第２バーナ部５０Ｂには第２燃料系統２０Ｂが接続し、６つのメインバーナ４２のうち他の４つのメインバーナ４２の第１列を構成する第３バーナ部５０Ｃには第３燃料系統２０Ｃが接続し、６つのメインバーナ４２の第２列及び第３列を構成する第４バーナ部５０Ｄには第４燃料系統２０Ｄが接続している。

【0092】

本実施形態でも、第１実施形態と同様、内筒１０のフィルム空気に利用されなかった高圧空気１０１は、第１環状流路４８から供給流路４１に流入し、ベースプレート３２Ａの空気孔３３Ａに空気噴流３５として導かれる。そして、燃料ノズル９１から噴射された燃料は、空気噴流３５と混合して空気孔３３Ｂから予混合気として噴出し、パイロットバーナ４９及びメインバーナ４２の下流側にそれぞれ旋回流６０を形成する。この旋回流６０によって循環流６１が発生し、火炎面６２が形成される。なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様、第１〜第４バーナ部５０Ａ〜５０Ｄに供給される燃料を個別に調節することにより、燃料ステージングが可能である。

【0093】

（効果）
本実施形態のように、マルチ噴射式ガスタービン燃焼器の場合でも第１実施形態と同様の効果が得られる。具体的に、第１実施形態では、曲部３７Ｂの表面の近傍を流れる高圧空気１０１（近傍空気１０４）をベースプレート３２Ａの径方向外側、特に最外周の空気孔３３に導くことができるが、本実施形態では、メインバーナ４２の最外周列（第３列）に配置された複数の空気孔３３のうちガイド部３７側、特にガイド部３７に最も近い空気孔に近傍空気１０４を導くことができる。そのため、パイロットバーナ４９及びメインバーナ４２の空気孔３３に高圧空気１０１を均一に供給することができる。従って、パイロットバーナ４９及びメインバーナ４２の空気孔３３に供給される高圧空気１０１のバーナ５の周方向における流量偏差を小さくすることができ、安定燃焼と低ＮＯｘ燃焼の両方を実現することができる。

【0094】

＜その他＞
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することも可能である。

【0095】

上述した各実施形態では、空気孔プレート３２の空気孔３３を各環状列の全周に渡って形成した場合を説明した。しかしながら、本発明の本質的効果は各空気孔に供給される空気流量の偏差を縮小させることが可能な燃焼器を提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも空気孔３３が各環状列の全周に渡って形成されている必要はない。例えば、外周側の環状列において、環状列の一部分に空気孔３３を形成する場合もある。

【0096】

また、上述した第１〜第４実施形態では、ベースプレート３２Ａ及び旋回プレート３２Ｂに同心円状に第１〜第８列に複数の空気孔３３Ａ，３３Ｂを形成した場合を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしもベースプレート３２Ａ及び旋回プレート３２Ｂに形成する空気孔列の数を８列とする必要はない。例えば、ベースプレート３２Ａ及び旋回プレート３２Ｂに形成する空気孔列の数を、７列以下或いは９列以上としても良い。

【0097】

また、上述した各実施形態では、燃料ノズル９１の先端がベースプレート３２Ａの空気孔３３Ａの第１の入口から離間している構成を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、該構成とする必要はない。例えば、燃料ノズル９１の先端を空気孔３３内に挿入してもよい。この場合、空気孔３３Ａの第１の入口の面積が減少するため、空気噴流３５の流速が増加し、燃料ノズル９１から噴射される燃料と空気との混合が更に促進される。

【0098】

また、上述した各実施形態では、燃料ノズル９１の先端を単純な円筒状に形成した場合を説明したが、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも円筒状に形成する必要はない。例えば、燃料ノズル９１の先端に径方向に突出する突起物を設置してもよい。これにより、燃料ノズル９１から噴出される燃料に渦流れを発生させ、燃料と空気の混合をより促進することができる。また、燃料ノズル９１の先端に複数の燃料噴出孔を形成してもよい。これにより、燃料の初期分散を高め、燃料と空気の混合をより促進することができる。

【0099】

また、上述した各実施形態では、ガイド部３７の曲部３７Ｂがベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａに繋がる構成を説明したが、曲部３７Ｂとベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａとの間に隙間が形成されている、つまり曲部３７Ｂとベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａが離間していても、高圧空気１０１（近傍空気１０４）をベースプレート３２Ａの径方向最外周の空気孔３３Ａに導くことができる。

【符号の説明】

【0100】

１ 圧縮機
２ ガスタービン燃焼器（燃焼器）
３ タービン
１０ 燃焼器ライナ（内筒）
１１ フロースリーブ（外筒）
１４ スプリングシール
３２ 空気孔プレート
３３ 空気孔
３７ ガイド部
３７Ａ 壁部
３７Ｂ 曲部
３８ ガイドベーン
４０ 燃料ヘッダ
４１ 供給流路
４３ 多孔板（接続部材）
４４ 流路拡張部
４５ 曲面部
４６ 連通孔
４７ 第２環状流路（環状流路）
４８ 第１環状流路（環状流路）
５０ 燃焼室
９１ 燃料ノズル
９３ 延在部
９４ 外周流路
１０１ 高圧空気
１０２ 燃焼ガス
１０００ ガスタービンプラント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】