特許 6979343 燃料噴射器、燃焼器、及びガスタービン

(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】6979343

(24)【登録日】2021年11月17日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】燃料噴射器、燃焼器、及びガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20211202BHJP

   F23R 3/32 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/28 B

   F23R3/32

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-231143(P2017-231143)

(22)【出願日】2017年11月30日

(65)【公開番号】特開2019-100607(P2019-100607A)

(43)【公開日】2019年6月24日

【審査請求日】2020年8月12日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６〜２９年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「水素利用等先導研究開発事業／大規模水素利用技術の研究開発／水素専焼対応型Ｄｒｙ Ｌｏｗ ＮＯｘ高温ガスタービンの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱パワー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(72)【発明者】

【氏名】多田 勝義

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 圭司郎

(72)【発明者】

【氏名】谷村 聡

(72)【発明者】

【氏名】谷口 健太

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００３１６６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１０１３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８８８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２７４０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｒ ３／２８

Ｆ２３Ｒ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上流側プレートと、
前記上流側プレートの下流側に設けられ、該上流側プレートに対して対向配置された下流側プレートと、
上流側及び下流側が開放端とされた筒状をなしており、上流側の開放端に配置された前記上流側プレート、及び下流側の開放端に配置された下流側プレートとともに内部にプレナムを区画する筒状部材と、
前記プレナムに燃料ガスを導入する燃料チューブと、
前記上流側プレート、前記下流側プレート、及び前記プレナムを貫くように延びる管状をなし、上流側及び下流側が開放端とされており、前記プレナム内に供給された前記燃料ガスを内側に導入する燃料孔を有し、前記燃料ガスと上流側の開放端から導入された空気とを混合する予混合チューブと、
前記下流側プレートに冷却空気を導入する冷却空気導入管と、
を備え、
前記下流側プレートは、前記冷却空気導入管からの前記冷却空気が導入される空気導入部と、該空気導入部から前記下流側プレートの面に沿う方向に向かって、前記予混合チューブを避けるように延びる複数の冷却流路と、を有し、
前記下流側プレートは、前記上流側プレートと対向する第１の面を有する第１のプレート部と、
前記第１のプレート部の上流側に配置され、前記第１の面に対して接合される第２の面、及び前記冷却流路を有する第２のプレート部と、
を備え、
前記複数の冷却流路は、前記第２のプレート部のみに形成されるとともに、前記第２の面から前記上流側プレート側に凹んだ複数の溝である燃料噴射器。

【請求項2】

前記第１のプレート部は、前記溝と対向する部分を貫通する貫通孔を有する請求項１記載の燃料噴射器。

【請求項3】

前記筒状部材は、前記下流側プレートを通過した前記冷却空気を前記上流側プレートよりも上流側に排気するための排気経路を有する請求項１又は２記載の燃料噴射器。

【請求項4】

前記空気導入部は、前記第２の面側から前記第２のプレート部に形成された凹部であり、前記冷却空気導入管の下流側端部と接続されるとともに、前記複数の冷却流路に前記冷却流路を分配する分配部に接続されている請求項１に記載の燃焼器。

【請求項5】

請求項１から４のうち、いずれか一項記載の燃料噴射器と、
前記燃料噴射器を収容するとともに、前記燃料噴射器から噴射された燃料ガスと空気とが混合されたガスを燃焼させて、燃焼ガスを生成する燃焼筒と、
を有する燃焼器。

【請求項6】

請求項５記載の燃焼器と、
圧縮空気を生成するとともに、前記燃料噴射器に前記空気として前記圧縮空気を供給する圧縮機と、
前記圧縮機により生成された前記圧縮空気を抽気する抽気部と、
前記抽気部により抽気された圧縮空気をさらに圧縮して、冷却空気を生成する強制空冷圧縮機と、
前記強制空冷圧縮機が生成した前記冷却空気を前記燃焼器に導入する冷却空気導入ラインと、
を備えるガスタービン。

【請求項7】

前記抽気部により抽気された圧縮空気を冷却するクーラを備える請求項６記載のガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料噴射器、燃焼器、及びガスタービンに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの燃焼器は、燃料噴射器を有する。燃料噴射器は、圧縮空気と燃料ガスとを予め均一に混合させる。そして、燃焼器は、高温の燃焼ガスを生成する。

【0003】

ガスタービンの燃焼器としては、燃焼が安定し、かつ環境負荷物質であるＣＯ・ＮＯｘ排出量が少ないものが好ましい。
このような燃焼器として、多孔噴流バーナ（「クーラスタバーナ」ともいう）を搭載したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

特許文献１には、上流側に配置され、複数の空気孔が形成された上流側プレートと、上流側プレートの下流側に配置され、複数の空気孔が形成された下流側プレートと、燃料送給チューブと、を備えた燃料噴射器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−８０２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１に記載の燃料噴射器では、下流側プレートにおいて、付着火炎が発生する可能性がある。このため、下流側プレートを冷却する必要がある。そして、下流側プレートの冷却を効率良く行うことが望まれている。

【0007】

そこで、本発明は、下流側プレートを効率良く冷却することの可能な燃料噴射器、燃焼器、及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】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る燃料噴射器は、上流側プレートと、前記上流側プレートの下流側に設けられ、該上流側プレートに対して対向配置された下流側プレートと、上流側及び下流側が開放端とされた筒状をなしており、上流側の開放端に配置された前記上流側プレート、及び下流側の開放端に配置された下流側プレートとともに内部にプレナムを区画する筒状部材と、前記プレナムに燃料ガスを導入する燃料チューブと、前記上流側プレート、前記下流側プレート、及び前記プレナムを貫くように延びる管状をなし、上流側及び下流側が開放端とされており、前記プレナム内に供給された前記燃料ガスを内側に導入する燃料孔を有し、前記燃料ガスと上流側の開放端から導入された空気とを混合する予混合チューブと、前記下流側プレートに冷却空気を導入する冷却空気導入管と、を備え、前記下流側プレートは、前記冷却空気導入管からの前記冷却空気が導入される空気導入部と、該空気導入部から前記下流側プレートの面に沿う方向に向かって、前記予混合チューブを避けるように延びる複数の冷却流路と、を有し、前記下流側プレートは、前記上流側プレートと対向する第１の面を有する第１のプレート部と、前記第１のプレート部の上流側に配置され、前記第１の面に対して接合される第２の面、及び前記冷却流路を有する第２のプレート部と、を備え、前記複数の冷却流路は、前記第２のプレート部のみに形成されるとともに、前記第２の面から前記上流側プレート側に凹んだ複数の溝である。

【0009】

本発明によれば、高温となる下流側プレートに冷却空気が流れる冷却流路を設けることで、冷却空気で直接下流側プレートを冷却することが可能となる。これにより、下流側プレートの外側から冷却空気を吹き付ける場合と比較して、少ない量の冷却空気を用いて効率良く下流側プレートを冷却させることができる。

【0010】

また、下流側プレートに、冷却空気導入管からの冷却空気が導入される空気導入部を設けることで、冷却空気用のプレナムを設ける必要が無くなり、燃料ガス用のプレナムのみを設ければよいため、燃料噴射器の構造を簡略化させることができる。

【0011】

また、本発明の一態様に係る燃料噴射器において、前記下流側プレートは、前記上流側プレートと対向する第１の面を有する第１のプレート部と、前記第１のプレート部の上流側に配置され、前記第１の面に対して接合される第２の面、及び前記冷却流路を有する第２のプレート部と、を備えてもよい。

【0012】

このように、付着火炎が形成される可能性のある第１のプレート部ではなく、第１のプレート部の上流側に配置された第２のプレート部に冷却流路を形成することで、第２のプレート部よりも高温になりやすい第１のプレート部の厚さを薄くすることが可能となる。
これにより、冷却流路内を流れる冷却空気を用いて、厚さの薄い第１のプレート部を効率良く冷却することができる。

【0013】

また、本発明の一態様に係る燃料噴射器において、前記冷却流路は、前記第２の面から前記上流側プレート側に凹んだ溝であってもよい。

【0014】

このような構成とすることで、冷却流路を流れる冷却空気の一部を、第１のプレート部の第１の面に直接接触させることが可能となるので、第２のプレート部に冷却流路を内設させた場合と比較して、第１のプレート部を効率良く冷却することができる。

【0015】

また、本発明の一態様に係る燃料噴射器において、前記第１のプレート部は、前記溝と対向する部分を貫通する貫通孔を有してもよい。

【0016】

このような構成とされた貫通孔を有することで、貫通孔を流れる冷却空気により第１のプレート部の内部から第１のプレート部を冷却させることが可能になるとともに、貫通孔から吐出された冷却空気により、第１の面の反対側に配置された第１のプレートの面を冷却させることが可能となるので、第１のプレート部を非常に効率良く冷却させることができる。

【0017】

また、本発明の一態様に係る燃料噴射器において、前記筒状部材は、前記下流側プレートを通過した前記冷却空気を前記上流側プレートよりも上流側に排気するための排気経路を有してもよい。

【0018】

このような構成とされた排気経路を有することで、排気経路から排気された冷却空気を予混合チューブ内に導入される空気として再利用することができる。
さらに、本発明の一態様に係る燃料噴射器において、前記空気導入部は、前記第２の面側から前記第２のプレート部に形成された凹部であり、前記冷却空気導入管の下流側端部と接続されるとともに、前記複数の冷却流路に前記冷却流路を分配する分配部に接続されていてもよい。

【0019】

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る燃焼器は、上記燃料噴射器と、前記燃料噴射器を収容するとともに、前記燃料噴射器から噴射された燃料ガスと空気とが混合されたガスを燃焼させて、燃焼ガスを生成する燃焼筒と、を有する。

【0020】

本発明によれば、上記燃料噴射器を有することで、下流側プレートを効率良く冷却することができるとともに、安定して燃焼器を稼働させることができる。

【0021】

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るガスタービンは、上記燃焼器と、圧縮空気を生成するとともに、前記燃料噴射器に前記空気として前記圧縮空気を供給する圧縮機と、前記圧縮機により生成された前記圧縮空気を抽気する抽気部と、前記抽気部により抽気された圧縮空気をさらに圧縮して、冷却空気を生成する強制空冷圧縮機と、前記強制空冷圧縮機が生成した前記冷却空気を前記燃焼器に導入する冷却空気導入ラインと、を備える。

【0022】

本発明によれば、上記燃焼器を有することで、下流側プレートを効率良く冷却することができるとともに、安定してガスタービンを稼働させることができる。
また、強制空冷圧縮機を有することで、抽気部により抽気された圧縮空気をさらに圧縮することが可能となる。これにより、抽気した圧縮空気よりも高い圧力とされた冷却空気を燃焼器に供給することができる。
さらに、強制空冷圧縮機を有することで、冷却流路の断面積を小さくすることができる。

【0023】

また、本発明の一態様に係るガスタービンにおいて、前記抽気部により抽気された圧縮空気を冷却するクーラを備えてもよい。

【0024】

このような構成とされたクーラを有することで、圧縮空気を冷却することが可能となる。これにより、抽気した圧縮空気よりも温度の低い冷却空気を燃焼器に供給することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、下流側プレートを効率良く冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す図である。

【図2】図１に示す燃焼器のうち、燃料噴射器が配置された部分を拡大した断面図である。

【図3】図２に示す領域Ｉで囲まれた部分を拡大した断面図である。

【図4】図２に示す領域Ｊで囲まれた部分を拡大した断面図である。

【図5】図２に示す燃料噴射器をＫ視した図である。

【図6】図２に示す領域Ｍで囲まれた部分を拡大した断面図である。

【図7】冷却流路の他の配置例を示す図（その１）である。

【図8】冷却流路の他の配置例を示す図（その２）である。

【図9】冷却流路の形成工程を説明するための断面図である。

【図10】第１のプレート部と第２のプレート部とを接合させる接合工程を説明するための断面図である。

【図11】予混合チューブ挿入孔を形成する工程を説明するための断面図である。

【図12】下流側プレートに予混合チューブを接合する接合工程を説明するための断面図である。

【図13】本実施形態の第１変形例に係る燃料噴射器の主要部を示す断面図である。

【図14】本実施形態の第２変形例に係る燃料噴射器の主要部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。

【0028】

（実施形態）
図１を参照して、本実施形態のガスタービン１０について説明する。図１では、ガスタービン１０の構成要素ではない発電機５を図示する。図１では、説明の便宜上、圧縮機１１、タービン１２、中間車室１３、及び燃焼器１５を断面で図示する。
また、図１において、Ａは圧縮空気（以下、「圧縮空気Ａ」という）、Ａｏは外気（以下、「外気Ａｏ」という）、Ａｘは圧縮機１１及びタービン１２の軸線（以下、「軸線Ａｘ」という）、ＣＡは冷却空気（以下、「冷却空気ＣＡ」という）、Ｆは燃料ガス（以下、「燃料ガスＦ」という）、Ｇは燃焼ガス（以下、「燃焼ガスＧ」という）をそれぞれ示している。

【0029】

ガスタービン１０は、圧縮機１１と、タービン１２と、中間車室１３と、複数の燃焼器１５と、冷却装置１７と、を備える。

【0030】

圧縮機１１は、圧縮機ロータ２１と、圧縮機車室２３と、複数の圧縮機静翼列２５と、を有している。

【0031】

圧縮機ロータ２１は、軸線Ａｘ周りに回転する。圧縮機ロータ２１は、圧縮機ロータ軸２７と、複数の圧縮機動翼列２８と、を有している。

【0032】

圧縮機ロータ軸２７は、軸線Ａｘ方向に延在しており、軸線が軸線Ａｘと一致している。
複数の圧縮機動翼列２８は、圧縮機ロータ軸２７の外周面に設けられている。複数の圧縮機動翼列２８は、軸線Ａｘ方向に間隔を空けて配列されている。
複数の圧縮機動翼列２８は、圧縮機ロータ軸２７の周方向に配列された複数の動翼で構成される。

【0033】

上記構成とされた圧縮機１１は、圧縮機ロータ２１が回転した状態で、外部から取り込んだ外気Ａｏ（例えば、空気）を複数の圧縮機静翼列２５と圧縮機動翼列２８との間に形成された空間を通過させることで、圧縮空気Ａを生成する。生成された圧縮空気Ａは、中間車室１３内に供給される。

【0034】

圧縮機車室２３は、筒状とされており、圧縮機ロータ２１を収容している。
複数の圧縮機静翼列２５は、圧縮機車室２３の内側に固定されている。圧縮機静翼列２５は、各圧縮機動翼列２８の各下流側にそれぞれ配置されている。複数の圧縮機静翼列２５は、それぞれ圧縮機車室２３の周方向に配列された複数の静翼で構成されている。

【0035】

タービン１２は、タービンロータ３１と、タービン車室３３と、複数のタービン静翼列３５と、を有している。

【0036】

タービンロータ３１は、タービンロータ軸３７と、複数のタービン動翼列３８と、を有する。
タービンロータ軸３７は、軸線Ａｘ方向に延在しており、軸線Ａｘ周りに回転する。タービンロータ軸３７の一方の端部は、発電機５のロータと接続されている。

【0037】

複数のタービン動翼列３８は、タービンロータ軸３７の外周面に設けられている。複数のタービン動翼列３８は、軸線Ａｘ方向に間隔を空けた状態で配列されている。
複数のタービン動翼列３８は、それぞれタービンロータ軸３７の周方向に配列された複数の動翼で構成される。

【0038】

上記構成とされたタービンロータ３１は、軸線Ａｘ方向において、先に説明した圧縮機ロータ２１と連結されている。これにより、タービンロータ３１及び圧縮機ロータ２１は、一体に回転する。タービンロータ３１及び圧縮機ロータ２１は、ガスタービンロータ４２を構成している。

【0039】

タービン車室３３は、筒状とされており、タービンロータ３１を収容している。

【0040】

複数のタービン静翼列３５は、タービン車室３３の内側に設けられている。タービン静翼列３５は、各タービン動翼列３８の上流側に配置されている。
複数のタービン静翼列３５は、それぞれタービン車室３３の周方向に配列された複数の静翼で構成されている。

【0041】

上記構成とされたタービン１２には、後述する燃焼器１５で生成された燃焼ガスＧが供給される。そして、燃焼ガスＧがタービン静翼列３５とタービン動翼列３８との間に形成された空間を通過することで、タービンロータ軸３７が回転駆動される。
これにより、ガスタービンロータ４２に連結された発電機５に回転動力が付与され、発電が行われる。

【0042】

中間車室１３は、圧縮機車室２３とタービン車室３３との間に設けられている。中間車室１３は、軸線Ａｘ方向に延在する筒状の部材である。中間車室１３の軸線Ａｘ方向上流側の端は、圧縮機車室２３と接続されている。中間車室１３の軸線Ａｘ方向下流側の端は、タービン車室３３と接続されている。

【0043】

次に、図１〜図６を参照して、燃料噴射器５０について説明する。
図２では、図１に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。また、図２において、Ｉ，Ｊ，Ｍは領域（以下、それぞれ「領域Ｉ」、「領域Ｊ」、「領域Ｍ」という）、Ｌは燃料噴射器５０の中心軸（以下、「中心軸Ｌ」という）、Ｘ方向は中心軸Ｌの延在方向をそれぞれ示している。
さらに、図２において、下流側プレート５９の近傍に付した矢印は、圧縮空気Ａと燃料ガスＦとが混合されたガスが噴き出す様子を模式的に示している。

【0044】

図３において、図２に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図４において、図２及び図３に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図５において、図２及び図４に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図６において、図２〜図４に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

【0045】

燃焼器１５は、外筒４９と、燃料噴射器５０と、燃焼筒５２と、ばね部材５５と、を有する。

【0046】

外筒４９は、両端が開放端とされた筒状の部材である。外筒４９は、一部が中間車室１３内に配置された状態で中間車室１３に複数設けられている。複数の外筒４９は、互いの間隔を空けた状態で軸線Ａｘ周りに配列されている。

【0047】

外筒４９は、燃料噴射器５０から噴射される圧縮空気Ａと燃料ガスＦとが混合されたガス（混合ガス）を燃焼させることで、高温・高圧の燃焼ガスＧを生成する。
外筒４９の出口側は、タービン車室３３と接続されている。外筒４９は、生成した燃焼ガスＧをタービン車室３３内へ供給する。

【0048】

燃料噴射器５０は、外筒４９内に収容されており、上流側プレート５８と、下流側プレート５９と、筒状部材６２と、燃料チューブ６４と、予混合チューブ６５と、冷却空気導入管６８と、を有する。

【0049】

上流側プレート５８は、プレート本体７１と、燃料チューブ挿入孔７３と、予混合チューブ挿入孔７５と、を有する。

【0050】

プレート本体７１は、板状の部材であり、上流側に位置する筒状部材６２の内側に配置されている。プレート本体７１の外周面は、筒状部材６２の内周面と接続されている。プレート本体７１としては、例えば、円形の金属製の板材を用いることができる。

【0051】

燃料チューブ挿入孔７３は、プレート本体７１の中央部をＸ方向に貫通するように形成されている。燃料チューブ挿入孔７３は、燃料チューブ６４の先端部が挿入される孔である。

【0052】

予混合チューブ挿入孔７５は、燃料チューブ挿入孔７３の外側に位置するプレート本体７１に複数設けられている。予混合チューブ挿入孔７５は、プレート本体７１をＸ方向に貫通している。予混合チューブ挿入孔７５は、予混合チューブ６５の上流側端部が挿入される孔である。予混合チューブ挿入孔７５には、予混合チューブ６５の上流側端部が挿入された状態で、圧縮空気Ａが導入される。

【0053】

下流側プレート５９は、上流側プレート５８の下流側に位置する筒状部材６２の内側に配置されており、上流側プレート５８及び筒状部材６２とともにプレナム６０を区画している。
下流側プレート５９は、第１のプレート部８３と、第２のプレート部８４と、予混合チューブ挿入孔８５と、空気導入部８６と、分配部８８と、冷却流路９１と、を有する。

【0054】

第１のプレート部８３は、板状の部材であり、上流側プレート５８の下流側に位置する筒状部材６２の内側に配置されている。第１のプレート部８３の外周面は、筒状部材６２の内周面と接続されている。

【0055】

第１のプレート部８３は、Ｘ方向において上流側プレート５８と対向する第１の面８３ａと、第１の面８３ａの反対側に配置された面８３ｂと、を有する。
第１のプレート部８３の面８３ｂは、付着火炎が発生する可能性のある面である。このため、第１のプレート部８３の面８３ｂ側は、第１の面８３ａ側よりも高温となりやすい。
第１のプレート部８３としては、例えば、円形の金属製の板材を用いることができる。

【0056】

第２のプレート部８４は、板状の部材であり、第１のプレート部８３の上流側に位置する筒状部材６２の内側に設けられている。第２のプレート部８４は、第１の面８３ａと接触するように配置されている。第２のプレート部８４は、第１の面８３ａに対して接合されている。

【0057】

第２のプレート部８４は、第１の面８３ａと接合される第２の面８４ａと、第２の面８４ａの反対側に配置された面８４ｂと、を有する。面８４ｂは、Ｘ方向下流側に位置するプレナム６０の端を区画している。
上述したように、第２のプレート部８４の下流側には第１のプレート部８３が配置されている。このため、第２のプレート部８４は、第１のプレート部８３の温度よりも低い温度となる。

【0058】

予混合チューブ挿入孔８５は、第１及び第２のプレート部８３，８４をＸ方向に貫通するように複数形成されている。複数の予混合チューブ挿入孔８５は、それぞれＸ方向に配置された１つの予混合チューブ挿入孔７５と対向する位置に配置されている。
予混合チューブ挿入孔８５は、予混合チューブ６５の下流側端部が挿入される孔である。

【0059】

空気導入部８６は、第２の面８４ａ側から第２のプレート部８４に形成された凹部であり、冷却空気導入管６８の下流側端部と接続されている。空気導入部８６は、各セクター９０に設けられた分配部８８と接続されている。

【0060】

このような構成とされた空気導入部８６を有することで、冷却空気用のプレナムを設ける必要が無くなり、燃料ガス用のプレナム６０のみを設ければよいため、燃料噴射器５０の構造を簡略化させることができる。

【0061】

分配部８８は、第２の面８４ａ側から第２のプレート部８４に形成された凹部であり、複数の冷却流路９１と連通している。
分配部８８は、冷却空気導入管６８から導入された冷却空気ＣＡを複数の冷却流路９１に分配する機能を有する。

【0062】

冷却流路９１は、第２のプレート部８４に複数形成されている。冷却流路９１としては、例えば、第２の面８４ａから上流側プレート５８側に凹んだ溝９２を用いることが可能である。
冷却流路９１には、分配部８８で分配された冷却空気ＣＡが流れる。冷却流路９１を流れる冷却空気ＣＡは、第１及び第２のプレート部８３，８４を冷却するための空気である。冷却流路９１は、下流側プレート５９の面（第１の面８３ａ）に沿う方向に向かって、予混合チューブ６５を避けて延びるように配置されている。

【0063】

なお、本実施形態において、「予混合チューブ６５を避けて延びる」とは、図７及び図８に示すように、直線状に冷却流路９１を配置させて予混合チューブ６５を避ける場合や、ジクザグに冷却流路９１を配置させて予混合チューブ６５を避ける場合等を含む。
図７及び図８では、図５に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

【0064】

このように、高温となる下流側プレート５９に冷却空気ＣＡが流れる冷却流路９１を設けることで、冷却空気ＣＡで直接下流側プレート５９を冷却することが可能となる。これにより、下流側プレート５９の外側から冷却空気ＣＡを吹き付ける場合と比較して、少ない量の冷却空気ＣＡを用いて効率良く下流側プレート５９を冷却させることができる。

【0065】

また、付着火炎が形成される可能性のある第１のプレート部８３ではなく、第１のプレート部８３の上流側に配置された第２のプレート部８４に冷却流路９１を形成することで、第２のプレート部８４よりも高温になりやすい第１のプレート部８３の厚さを薄くすることが可能となる。
これにより、冷却流路９１内を流れる冷却空気ＣＡを用いて、厚さの薄い第１のプレート部８３を効率良く冷却することができる。

【0066】

さらに、冷却流路９１として、第２の面８４ａから上流側プレート５８側に凹んだ溝９２を用いることで、冷却流路９１を流れる冷却空気ＣＡの一部を、第１のプレート部８３の第１の面８３ａに直接接触させることが可能となるので、第２のプレート部８４に冷却流路９１を内設させた場合と比較して、第１のプレート部８３を効率良く冷却することができる。

【0067】

筒状部材６２は、Ｘ方向の上流側及び下流側が開放端とされた筒状の金属製の部材である。筒状部材６２は、第１及び第２のプレート部８３，８４を収容するとともに、第１及び第２のプレート部８３，８４とともにプレナム６０を区画するための部材である。

【0068】

筒状部材６２は、下流側プレート５９に形成された冷却流路９１と接続され、冷却流路９１から導出された冷却空気ＣＡを上流側プレート５８よりも上流側に形成された外筒内空間に排気するための排気経路６２Ａを有する。

【0069】

このような構成とされた排気経路６２Ａを有することで、排気経路６２Ａから排気された冷却空気ＣＡを予混合チューブ６５内に導入される空気として再利用することができる。

【0070】

燃料チューブ６４は、Ｘ方向に延在しており、先端部が燃料チューブ挿入孔７３に挿入された状態で、上流側プレート５８に接合されている。燃料チューブ６４は、プレナム６０に燃料ガスを供給する。

【0071】

予混合チューブ６５は、上流側及び下流側が開放端とされた管状のチューブである。予混合チューブ６５は、上流側プレート５８、下流側プレート５９、及びプレナム６０をＸ方向に貫くように設けられている。
予混合チューブ６５の上流側の端部は、予混合チューブ挿入孔７５に配置されており、予混合チューブ挿入孔７５を区画するプレート本体７１と接合されている。
予混合チューブ６５の下流側の端部は、予混合チューブ挿入孔８５に配置されており、予混合チューブ挿入孔８５を区画する第１及び第２のプレート部８３，８４と接合されている。

【0072】

予混合チューブ６５は、プレナム６０に導入された燃料ガスＦを予混合チューブ６５内に導くための燃料孔６５Ａを有する。燃料孔６５Ａから予混合チューブ６５内に導入された燃料ガスＦは、予混合チューブ６５内において、圧縮空気Ａと混合される。

【0073】

冷却空気導入管６８は、下流側の端部が第２のプレート部８４と接続された状態で、燃料チューブ６４内及びプレナム６０に配置されている。冷却空気導入管６８は、空気導入部８６に冷却空気ＣＡを導入させる。

【0074】

本実施形態の燃料噴射器５０によれば、高温となる下流側プレート５９に冷却空気ＣＡが流れる冷却流路９１を設けることで、冷却空気ＣＡで直接下流側プレート５９を冷却することが可能となる。これにより、下流側プレート５９の外側から冷却空気ＣＡを吹き付ける場合と比較して、少ない量の冷却空気ＣＡを用いて効率良く下流側プレート５９を冷却させることができる。

【0075】

また、下流側プレート５９に、冷却空気導入管６８からの冷却空気ＣＡが導入される空気導入部８６を有することで、冷却空気用のプレナムを設ける必要が無くなり、燃料ガス用のプレナム６０のみを設ければよいため、燃料噴射器５０の構造を簡略化させることができる。

【0076】

ここで、図９〜図１２を参照して、下流側プレート５９の形成方法、及び下流側プレート５９への予混合チューブ６５の接合方法について説明する。図９〜図１２において、図４に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

【0077】

初めに、図９に示す工程では、第２のプレート部８４の第２の面８４ａ側から溝９２を加工することで、冷却流路９１を形成する。

【0078】

次いで、図１０に示す工程では、第２のプレート部８４の第２の面８４ａと第１のプレート部８３の第１の面８３ａとが接触するように、第２のプレート部８４と第１のプレート部８３とを接合させる。接合方法としては、例えば、ろう付けを用いることができる。

【0079】

次いで、図１１に示す工程では、第１及び第２のプレート部８３，８４を貫通する予混合チューブ挿入孔８５を形成する。
なお、図示していないが、図１１に示す工程において、空気導入部８６、及び分配部８８を予混合チューブ挿入孔８５とともに一括形成してもよい。

【0080】

次いで、図１２に示す工程では、予混合チューブ挿入孔８５に予混合チューブ６５の下流側端部を挿入した状態で、溶接により、下流側プレート５９に予混合チューブ挿入孔８５を固定する。

【0081】

次に、図２を参照して、燃焼筒５２及びばね部材５５について説明する。
燃焼筒５２は、筒状とされた部材であり、隙間を介在させた状態で燃料噴射器５０の下流側を収容している。
ばね部材５５は、燃料噴射器５０の外周面と燃焼筒５２の内周面との間に配置されている。
燃料噴射器５０は、燃焼筒５２及びばね部材５５により、外筒４９内の位置が規制されている。

【0082】

次に、図１を参照して、冷却装置１７について説明する。
冷却装置１７は、燃焼器１５へ供給される圧縮空気Ａの一部を抽気し、再び圧縮させた後に、燃料噴射器５０に供給するための装置である。
冷却装置１７は、抽気部１０１と、クーラ１０３と、強制空冷圧縮機１０４と、アンチサージ弁１０５と、冷却空気導入ライン１０６と、を有する。

【0083】

抽気部１０１は、中間車室１３に設けられている。抽気部１０１は、中間車室１３に導入された圧縮空気Ａを抽気する。抽気された圧縮空気Ａは、クーラ１０３に供給される。
クーラ１０３は、抽気された圧縮空気Ａを冷却する。クーラ１０３により冷却された圧縮空気Ａは、強制空冷圧縮機１０４に供給される。

【0084】

このような構成とされたクーラ１０３を有することで、圧縮空気Ａを冷却することが可能となる。これにより、抽気した圧縮空気Ａよりも温度の低い冷却空気ＣＡを燃焼器１５に供給することができる。

【0085】

強制空冷圧縮機１０４は、クーラ１０３によって冷却された圧縮空気Ａを更に圧縮させることで、冷却空気ＣＡを生成する。強制空冷圧縮機１０４により生成された冷却空気ＣＡは、冷却空気導入ライン１０６に導出される。

【0086】

アンチサージ弁１０５は、強制空冷圧縮機１０４のサージを防止する。
冷却空気導入ライン１０６は、図２に示す冷却空気導入管６８と接続されている。冷却空気導入ライン１０６は、冷却空気導入管６８に冷却空気ＣＡを導入させる。

【0087】

なお、冷却空気ＣＡは、ガスタービン１０の他の冷却対象、例えば、静翼に供給してもよい。

【0088】

上述した冷却装置１７が強制空冷圧縮機１０４を有することで、抽気部１０１から抽気された圧縮空気Ａをさらに圧縮することが可能となる。これにより、抽気した圧縮空気Ａよりも高い圧力とされた冷却空気ＣＡを燃焼器１５に供給することができる。
また、強制空冷圧縮機１０４を有することで、冷却流路９１の断面積を小さくすることができる。

【0089】

また、図２では、一例として、１基のガスタービン１０に対して１系統の冷却装置１７を設けた場合を例に挙げて説明したが、１基のガスタービン１０に対して複数系統の冷却装置１７を設けてもよい。

【0090】

上述した本実施形態のガスタービン１０によれば、上記燃焼器１５を有することで、下流側プレート５９を効率良く冷却することができるとともに、安定してガスタービン１０を稼働させることができる。

【0091】

次に、図１３を参照して、本実施形態の第１変形例に係る燃料噴射器１１０について説明する。図１３では、燃料噴射器１１０の一部を拡大した状態で図示する。図１３において、図１２に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

【0092】

燃料噴射器１２０は、第１のプレート部８３のうち、溝９２と対向する部分を貫通する貫通孔１１１を有すること以外は、本実施形態の燃料噴射器５０と同様に構成されている。

【0093】

このような構成とされた貫通孔１１１を有することで、貫通孔１１１を流れる冷却空気ＣＡにより第１のプレート部８３の内部から第１のプレート部８３を冷却させることが可能になるとともに、貫通孔１１１から吐出された冷却空気ＣＡにより、第１のプレート部８３の面８３ｂを冷却させることが可能となる。これにより、第１のプレート部８３を非常に効率良く冷却させることができる。

【0094】

次に、図１４を参照して、本実施形態の第２変形例に係る燃料噴射器１２０について説明する。図１４では、燃料噴射器１２０の一部を拡大した状態で図示する。図１４において、図１２に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

【0095】

燃料噴射器１１０は、第２のプレート部８４よりも第１のプレート部８３の厚さを厚くするとともに、第１のプレート部８３に冷却流路９１（溝９２）を設けたこと以外は、本実施形態の燃料噴射器５０と同様に構成されている。このように、第１のプレート部８３に冷却流路９１（溝９２）を設けてもよい。

【0096】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0097】

なお、上記実施形態では、一例として、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気Ａを、冷却装置１７を経由させた後、燃料噴射器５０，１１０，１２０に冷却空気ＣＡとして供給する場合を例に挙げて説明したが、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気Ａを、冷却装置１７を経由させないで、冷却空気ＣＡとして燃料噴射器５０，１１０，１２０に供給してもよい。

【符号の説明】

【0098】

５…発電機、１０…ガスタービン、１１…圧縮機、１２…タービン、１３…中間車室、１５…燃焼器、１７…冷却装置、２１…圧縮機ロータ、２３…圧縮機車室、２５…圧縮機静翼列、２７…圧縮機ロータ軸、２８…圧縮機動翼列、３１…タービンロータ、３３…タービン車室、３５…タービン静翼列、３７…タービンロータ軸、３８…タービン動翼列、４２…ガスタービンロータ、４９…外筒、５０，１１０，１２０…燃料噴射器、５２…燃焼筒、５５…ばね部材、５８…上流側プレート、５９…下流側プレート、６０…プレナム、６２…筒状部材、６２Ａ…排気経路、６４…燃料チューブ、６５…予混合チューブ、６８…冷却空気導入管、７１…プレート本体、７３…燃料チューブ挿入孔、７５，８５…予混合チューブ挿入孔、８３…第１のプレート部、８３ａ…第１の面、８３ｂ，８４ｂ…面、８４…第２のプレート部、８４ａ…第２の面、８６…空気導入部、８８…分配部、９０…セクター、９１…冷却流路、９２…溝、１０１…抽気部、１０３…クーラ、１０４…強制空冷圧縮機、１０５…アンチサージ弁、１０６…冷却空気導入ライン、１１１…貫通孔、Ａ…圧縮空気、Ａｏ…外気、Ａｘ…軸線、ＣＡ…冷却空気、Ｆ…燃料ガス、Ｇ…燃焼ガス、Ｉ，Ｊ，Ｍ…領域、Ｌ…中心軸

【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】