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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024179737
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】燃焼器及びガスタービン
(51)【国際特許分類】
F02C 9/34 20060101AFI20241219BHJP
F23R 3/28 20060101ALI20241219BHJP
F02C 7/228 20060101ALI20241219BHJP
F02C 7/232 20060101ALI20241219BHJP
F23R 3/34 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
F02C9/34
F23R3/28 A
F23R3/28 D
F02C7/228
F02C7/232 B
F23R3/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023098806
(22)【出願日】2023-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(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
(72)【発明者】
【氏名】小松 謙治朗
(72)【発明者】
【氏名】小泉 浩美
(72)【発明者】
【氏名】平田 義隆
(72)【発明者】
【氏名】三浦 圭祐
(72)【発明者】
【氏名】松原 慶典
(57)【要約】
【課題】安定運転を行いながら低ＮＯｘ化図ることができる燃焼器及びガスタービンを提供する。
【解決手段】中央バーナと、外側バーナとを備え、外側バーナは、画定燃焼器軸線の径方向外側に位置する外側軸線を囲うように設けられた内周バーナと、画定内周バーナを取り囲むように設けられた外周バーナと、を含む。画定内周バーナ及び画定外周バーナは、画定燃料ノズルへの燃料供給量が互いに独立して調整可能とされている。下流端面における内周バーナと画定中央バーナとの間に、外周バーナの画定空気孔が形成されていない孔非形成領域が設けられている。
【選択図】図４
【解決手段】中央バーナと、外側バーナとを備え、外側バーナは、画定燃焼器軸線の径方向外側に位置する外側軸線を囲うように設けられた内周バーナと、画定内周バーナを取り囲むように設けられた外周バーナと、を含む。画定内周バーナ及び画定外周バーナは、画定燃料ノズルへの燃料供給量が互いに独立して調整可能とされている。下流端面における内周バーナと画定中央バーナとの間に、外周バーナの画定空気孔が形成されていない孔非形成領域が設けられている。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼器軸線方向に延びて下流端面に開口する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、
各前記空気孔に対応するように複数が設けられて、それぞれ対応する前記空気孔に上流側から燃料を供給する燃料ノズルと、
を備え、
前記燃焼器軸線を囲うように集合配置された複数の前記空気孔及び複数の前記燃料ノズルによって、中央バーナが構成されており、
前記中央バーナの径方向外側に集合配置された複数の前記空気孔及び複数の燃料ノズルによって、外側バーナが構成されており、
前記外側バーナは、
前記燃焼器軸線の径方向外側に位置する外側軸線を囲うように設けられた内周バーナと、
前記内周バーナを取り囲むように設けられた外周バーナと、
を含み、
前記内周バーナ及び前記外周バーナは、前記燃料ノズルへの燃料供給量が互いに独立して調整可能とされており、
前記下流端面における前記内周バーナと前記中央バーナとの間に、前記外周バーナの前記空気孔が形成されていない孔非形成領域が設けられている燃焼器。
各前記空気孔に対応するように複数が設けられて、それぞれ対応する前記空気孔に上流側から燃料を供給する燃料ノズルと、
を備え、
前記燃焼器軸線を囲うように集合配置された複数の前記空気孔及び複数の前記燃料ノズルによって、中央バーナが構成されており、
前記中央バーナの径方向外側に集合配置された複数の前記空気孔及び複数の燃料ノズルによって、外側バーナが構成されており、
前記外側バーナは、
前記燃焼器軸線の径方向外側に位置する外側軸線を囲うように設けられた内周バーナと、
前記内周バーナを取り囲むように設けられた外周バーナと、
を含み、
前記内周バーナ及び前記外周バーナは、前記燃料ノズルへの燃料供給量が互いに独立して調整可能とされており、
前記下流端面における前記内周バーナと前記中央バーナとの間に、前記外周バーナの前記空気孔が形成されていない孔非形成領域が設けられている燃焼器。
【請求項2】
前記中央バーナを構成する複数の前記空気孔は、前記燃焼器軸線回りに旋回する中央旋回流が形成されるように旋回角を有しており、
前記外周バーナを構成する複数の前記空気孔は、前記中央旋回流とは反対方向に前記外側軸線回りに旋回する外側旋回流が形成されるように旋回角を有しており、
前記下流端面を下流側から見た際に、前記外側軸線から前記外側軸線の径方向に延びて前記孔非形成領域における前記外側旋回流の上流側の端部を画定する上流側境界線が、前記燃焼器軸線及び前記外側軸線を結ぶ基準線よりも上流側の範囲に位置している請求項１に記載の燃焼器。
前記外周バーナを構成する複数の前記空気孔は、前記中央旋回流とは反対方向に前記外側軸線回りに旋回する外側旋回流が形成されるように旋回角を有しており、
前記下流端面を下流側から見た際に、前記外側軸線から前記外側軸線の径方向に延びて前記孔非形成領域における前記外側旋回流の上流側の端部を画定する上流側境界線が、前記燃焼器軸線及び前記外側軸線を結ぶ基準線よりも上流側の範囲に位置している請求項１に記載の燃焼器。
【請求項3】
前記上流側境界線が、前記基準線から、前記外側軸線から前記中央バーナの外縁を画定する円に引いた前記外側旋回流の上流側の接線までの範囲に位置している請求項２に記載の燃焼器。
【請求項4】
前記下流端面を下流側から見た際に、前記外側軸線から前記外側軸線の径方向に延びて前記孔非形成領域における前記外側旋回流の下流側の端部を画定する下流側境界線が、前記基準線よりも下流側の範囲に位置している請求項２又は３に記載の燃焼器。
【請求項5】
前記下流側境界線が、前記基準線から、前記外側軸線から前記中央バーナの外縁を画定する円に引いた前記外側旋回流の下流側の接線までの範囲に位置している請求項４に記載の燃焼器。
【請求項6】
前記孔非形成領域は、前記基準線から前記外側旋回流の上流側の領域の方が前記基準線から前記外側旋回流の下流側の領域よりも広い請求項４に記載の燃焼器。
【請求項7】
前記下流端面を下流側から見た際に、前記外側軸線から前記外側軸線の径方向に延びて前記孔非形成領域における前記外側旋回流の下流側の端部を画定する下流側境界線が、前記上流側境界線よりも前記外側旋回流の下流側、かつ、前記基準線よりも前記外側旋回流の上流側の範囲に位置している請求項２又は３に記載の燃焼器。
【請求項8】
請求項１に記載の燃焼器と、
空気を圧縮して前記燃焼器に供給する圧縮機と、
前記燃焼器によって生成された燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
前記燃焼器の前記燃料ノズルへの燃料供給量を制御する燃料制御装置と、
を備え、
前記燃料制御装置は、定格負荷時において、前記中央バーナの燃空比が前記外周バーナの燃空比より大きくなるように、かつ、前記内周バーナの燃空比が前記外周バーナの燃空比より大きくなるように、燃料供給量を設定するガスタービン。
空気を圧縮して前記燃焼器に供給する圧縮機と、
前記燃焼器によって生成された燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
前記燃焼器の前記燃料ノズルへの燃料供給量を制御する燃料制御装置と、
を備え、
前記燃料制御装置は、定格負荷時において、前記中央バーナの燃空比が前記外周バーナの燃空比より大きくなるように、かつ、前記内周バーナの燃空比が前記外周バーナの燃空比より大きくなるように、燃料供給量を設定するガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、燃焼器及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【0002】
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マルチクラスタ燃焼器が開示されている。
マルチクラスタ燃焼器は、複数の空気孔が形成された空気孔プレートと、各空気孔に燃料を供給する燃料ノズルとを備えている。空気孔プレートの中央部に集合配置された空気孔によって中央バーナが形成されている。空気孔プレートの外周部に集合配置された空気孔によって外側バーナが形成されている。外側バーナは中央バーナを取り囲むように周方向に複数が配列されている。外周バーナは、互いに燃料供給系統が独立した内周バーナと外周バーナとによって構成されている。
マルチクラスタ燃焼器は、複数の空気孔が形成された空気孔プレートと、各空気孔に燃料を供給する燃料ノズルとを備えている。空気孔プレートの中央部に集合配置された空気孔によって中央バーナが形成されている。空気孔プレートの外周部に集合配置された空気孔によって外側バーナが形成されている。外側バーナは中央バーナを取り囲むように周方向に複数が配列されている。外周バーナは、互いに燃料供給系統が独立した内周バーナと外周バーナとによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－１５５６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のような燃焼器では、燃焼振動を抑制した安定運転を可能としながら、さらなる低ＮＯｘ化を実現することが望まれている。
【0005】
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、安定運転を行いながら低ＮＯｘ化図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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係る燃焼器は、燃焼器軸線方向に延びて下流端面に開口する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、各前記空気孔に対応するように複数が設けられて、それぞれ対応する前記空気孔に上流側から燃料を供給する燃料ノズルと、
を備え、前記燃焼器軸線を囲うように集合配置された複数の前記空気孔及び複数の前記燃料ノズルによって、中央バーナが構成されており、前記中央バーナの径方向外側に集合配置された複数の前記空気孔及び複数の燃料ノズルによって、外側バーナが構成されており、前記外側バーナは、前記燃焼器軸線の径方向外側に位置する外側軸線を囲うように設けられた内周バーナと、前記内周バーナを取り囲むように設けられた外周バーナと、を含み、前記内周バーナ及び前記外周バーナは、前記燃料ノズルへの燃料供給量が互いに独立して調整可能とされており、前記下流端面における前記外側軸線と前記中央バーナとの間に、前記外周バーナの前記空気孔が形成されていない孔非形成領域が設けられている。
を備え、前記燃焼器軸線を囲うように集合配置された複数の前記空気孔及び複数の前記燃料ノズルによって、中央バーナが構成されており、前記中央バーナの径方向外側に集合配置された複数の前記空気孔及び複数の燃料ノズルによって、外側バーナが構成されており、前記外側バーナは、前記燃焼器軸線の径方向外側に位置する外側軸線を囲うように設けられた内周バーナと、前記内周バーナを取り囲むように設けられた外周バーナと、を含み、前記内周バーナ及び前記外周バーナは、前記燃料ノズルへの燃料供給量が互いに独立して調整可能とされており、前記下流端面における前記外側軸線と前記中央バーナとの間に、前記外周バーナの前記空気孔が形成されていない孔非形成領域が設けられている。
【0007】
本開示に係るガスタービンは、上記の燃焼器と、空気を圧縮して前記燃焼器に供給する圧縮機と、前記燃焼器によって生成された燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記燃焼器の前記燃料ノズルへの燃料供給量を制御する燃料制御装置と、を備え、前記燃料制御装置は、定格負荷時において、前記中央バーナの燃空比が前記内周バーナの燃空比より大きくなるように、かつ、前記内周バーナの燃空比が前記外周バーナの燃空比より大きくなるように、燃料供給量を設定する。
【発明の効果】
【0008】
本開示に係る燃焼器及びガスタービンによれば、安定運転を行いながら低ＮＯｘ化図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】本開示の第一実施形態に係る燃焼器を下流側から見た図である。
【図5】本開示の第一実施形態に係るガスタービンの燃料制御装置の機能ブロック図である。
【図6】本開示の第一実施形態に係るガスタービンにおける燃料制御装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図7】本開示の第二実施形態に係る燃焼器を下流側から要部拡大図である。
【図8】本開示に係るガスタービンの燃料制御装置のハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜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６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と、燃焼器３への燃料供給量を制御する燃料制御装置９０と、を有している。
燃焼器３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が設けられている。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。
以下、本発明の第一実施形態について図１～図６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と、燃焼器３への燃料供給量を制御する燃料制御装置９０と、を有している。
燃焼器３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が設けられている。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。
【0011】
＜燃焼器＞
以下、図２～図４を参照して燃焼器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、外筒１０、エンドカバー２０、内筒３０、空気孔プレート４０、燃料ノズル６０、燃料供給系統８０を有している。
以下、図２～図４を参照して燃焼器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、外筒１０、エンドカバー２０、内筒３０、空気孔プレート４０、燃料ノズル６０、燃料供給系統８０を有している。
【0012】
＜外筒＞
外筒１０は燃焼器３の中心となる燃焼器軸線Ｏとしての燃焼器軸線Ｏ（以下、単に軸線Ｏと称する。）を中心とした円筒状をなしている。外筒１０の内側の空間で燃焼ガスが生成される。当該燃焼ガスは、上流側となる軸線Ｏ方向一方側（図２の左側）から下流側となる軸線Ｏ方向他方側（図２の右側）に向かって流通する。
外筒１０は燃焼器３の中心となる燃焼器軸線Ｏとしての燃焼器軸線Ｏ（以下、単に軸線Ｏと称する。）を中心とした円筒状をなしている。外筒１０の内側の空間で燃焼ガスが生成される。当該燃焼ガスは、上流側となる軸線Ｏ方向一方側（図２の左側）から下流側となる軸線Ｏ方向他方側（図２の右側）に向かって流通する。
【0013】
＜エンドカバー＞
エンドカバー２０は、外筒１０の上流側の端部を閉塞する円盤状をなす部材である。エンドカバー２０には、外筒１０の上流側の端部が当接されている。
エンドカバー２０の内部には、空間としての第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３が形成されている。第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３には外部から燃料が供給される。
エンドカバー２０は、外筒１０の上流側の端部を閉塞する円盤状をなす部材である。エンドカバー２０には、外筒１０の上流側の端部が当接されている。
エンドカバー２０の内部には、空間としての第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３が形成されている。第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３には外部から燃料が供給される。
【0014】
第一燃料ヘッダ２１は、軸線Ｏに沿って形成された空間である。
第二燃料ヘッダ２２は、軸線Ｏから該軸線Ｏの径方向外側に離間した外側軸線Ｐに沿って形成された空間である。外側軸線Ｐは、図２に示すように、軸線Ｏの周方向に離間して複数（本実施形態では６つ）が配置されている。
第三燃料ヘッダ２３は、各第二燃料ヘッダ２２を外側軸線Ｐの径方向外側から取り囲むように形成された空間である。第三燃料ヘッダ２３は、第二燃料ヘッダ２２と同心に形成された環状をなしている。
第二燃料ヘッダ２２は、軸線Ｏから該軸線Ｏの径方向外側に離間した外側軸線Ｐに沿って形成された空間である。外側軸線Ｐは、図２に示すように、軸線Ｏの周方向に離間して複数（本実施形態では６つ）が配置されている。
第三燃料ヘッダ２３は、各第二燃料ヘッダ２２を外側軸線Ｐの径方向外側から取り囲むように形成された空間である。第三燃料ヘッダ２３は、第二燃料ヘッダ２２と同心に形成された環状をなしている。
【0015】
＜内筒＞
内筒３０は、軸線Ｏを中心とした円筒状の部材であって、外筒１０の内側に当該外筒１０と同軸に配置されている。内筒３０の上流側の端部は、エンドカバー２０と軸線Ｏ方向に離間している。内筒３０の外径は内筒３０の外径よりも小さい。内筒３０は図示しない支持部によって、外筒１０の内側に該当及びエンドカバー２０とそれぞれ間隔をあけて設けられている。これにより、内筒３０の外周面と外筒１０の内周面との間には、環状の流路が形成されている。当該流路には、圧縮機２によって圧縮された空気が軸線Ｏ方向他方側から軸線Ｏ方向一方側に向かって流通する。
内筒３０は、軸線Ｏを中心とした円筒状の部材であって、外筒１０の内側に当該外筒１０と同軸に配置されている。内筒３０の上流側の端部は、エンドカバー２０と軸線Ｏ方向に離間している。内筒３０の外径は内筒３０の外径よりも小さい。内筒３０は図示しない支持部によって、外筒１０の内側に該当及びエンドカバー２０とそれぞれ間隔をあけて設けられている。これにより、内筒３０の外周面と外筒１０の内周面との間には、環状の流路が形成されている。当該流路には、圧縮機２によって圧縮された空気が軸線Ｏ方向他方側から軸線Ｏ方向一方側に向かって流通する。
【0016】
＜空気孔プレート＞
空気孔プレート４０は、軸線Ｏを中心とした円盤状をなしている。空気孔プレート４０は、内筒３０の内側に当該内筒３０と同軸に嵌め込まれるように設けられている。空気孔プレート４０は、内筒３０の上流側の端部に嵌め込まれている。空気孔プレート４０は、上流端面４１と下流端面４２とを有する。
空気孔プレート４０は、軸線Ｏを中心とした円盤状をなしている。空気孔プレート４０は、内筒３０の内側に当該内筒３０と同軸に嵌め込まれるように設けられている。空気孔プレート４０は、内筒３０の上流側の端部に嵌め込まれている。空気孔プレート４０は、上流端面４１と下流端面４２とを有する。
【0017】
＜上流端面＞
上流端面４１は、空気孔プレート４０における上流側の端面であって、軸線Ｏに直交する平面状をなしている。上流端面４１は、内筒３０の上流側の端面と同一の軸線Ｏ方向位置に配置されている。
上流端面４１は、空気孔プレート４０における上流側の端面であって、軸線Ｏに直交する平面状をなしている。上流端面４１は、内筒３０の上流側の端面と同一の軸線Ｏ方向位置に配置されている。
【0018】
＜下流端面＞
下流端面４２は、空気孔プレート４０における下流側の端面であって、軸線Ｏに直交する平面状をなしている。下流端面４２は、内筒３０の上流側の端面よりも下流側に位置している。これにより内筒３０の内周面と空気孔プレート４０の下流端面４２とによって空間が区画形成されている。当該空間は燃焼器３の燃焼空間とされている。
下流端面４２は、空気孔プレート４０における下流側の端面であって、軸線Ｏに直交する平面状をなしている。下流端面４２は、内筒３０の上流側の端面よりも下流側に位置している。これにより内筒３０の内周面と空気孔プレート４０の下流端面４２とによって空間が区画形成されている。当該空間は燃焼器３の燃焼空間とされている。
【0019】
＜空気孔＞
空気孔プレート４０には、上流端面４１と下流端面４２とにわたって貫通する複数の空気孔５０が形成されている。空気孔プレート４０は、軸線Ｏ方向に延びている。空気孔５０は、上流端面４１と下流端面４２とのそれぞれに開口している。各空気孔５０の上流端面４１の開口から空気が流入し、各空気孔５０の下流端面４２の開口から空気が流出する構成とされている。
空気孔プレート４０には、上流端面４１と下流端面４２とにわたって貫通する複数の空気孔５０が形成されている。空気孔プレート４０は、軸線Ｏ方向に延びている。空気孔５０は、上流端面４１と下流端面４２とのそれぞれに開口している。各空気孔５０の上流端面４１の開口から空気が流入し、各空気孔５０の下流端面４２の開口から空気が流出する構成とされている。
【0020】
詳しくは図３に示すように、空気孔５０は集合配置されることで空気孔群を形成している。空気孔群は、中央空気孔群５１と外側空気孔群５２とを含む。
【0021】
＜中央空気孔群＞
中央空気孔群５１は、空気孔プレート４０の軸線Ｏ方向視における中央部に形成されている。即ち、中央空気孔群５１は、空気孔プレート４０の軸線Ｏを囲うように当該軸線Ｏを中心した円形の領域に集合配置された空気孔５０によって形成されている。
中央空気孔群５１は、軸線Ｏを中心として環状に配列された複数の空気孔５０からなる孔列が、径方向に複数列（本実施形態では３列）が配置されることで構成されている。
中央空気孔群５１は、空気孔プレート４０の軸線Ｏ方向視における中央部に形成されている。即ち、中央空気孔群５１は、空気孔プレート４０の軸線Ｏを囲うように当該軸線Ｏを中心した円形の領域に集合配置された空気孔５０によって形成されている。
中央空気孔群５１は、軸線Ｏを中心として環状に配列された複数の空気孔５０からなる孔列が、径方向に複数列（本実施形態では３列）が配置されることで構成されている。
【0022】
中央空気孔群５１を構成する空気孔５０は、上流側から下流側に向かうに従ってそれぞれ軸線Ｏの周方向に旋回するように延びている。即ち、これら空気孔５０は軸線Ｏに対して旋回角を有した構成とされている。
【0023】
＜外側空気孔群＞
外側空気孔群５２は、空気孔プレート４０の軸線Ｏ方向視で中央部を取り囲むように軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数が形成されている。外側空気孔群５２は、中央部における軸線Ｏの径方向外側であって、空気孔プレート４０の外周縁の径方向内側に形成されている。外側空気孔群５２は、それぞれ外側軸線Ｐを囲うように当該外側軸線Ｐを中心とした円形の領域に集合配置された空気孔５０によって形成されている。
外側空気孔群５２は、内周空気孔群５３と外周空気孔群５４とから構成されている。
外側空気孔群５２は、空気孔プレート４０の軸線Ｏ方向視で中央部を取り囲むように軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数が形成されている。外側空気孔群５２は、中央部における軸線Ｏの径方向外側であって、空気孔プレート４０の外周縁の径方向内側に形成されている。外側空気孔群５２は、それぞれ外側軸線Ｐを囲うように当該外側軸線Ｐを中心とした円形の領域に集合配置された空気孔５０によって形成されている。
外側空気孔群５２は、内周空気孔群５３と外周空気孔群５４とから構成されている。
【0024】
内周空気孔群５３は、外側軸線Ｐを囲うように該外側軸線Ｐを中心として環状に配列された孔列によって形成されている。本実施形態の内周空気孔群５３は、一周り一列の環状の孔列によって構成されている。
【0025】
外周空気孔群５４は、内周空気孔群５３を外側軸線Ｐの径方向外側から取り囲むように設けられている。外周空気孔群５４は、外側軸線Ｐの周方向に配列された複数の空気孔５０からなる孔列を有している。本実施形態の外周空気孔群５４は、上記孔列が径方向に複数列（本実施形態では２列）が配置されることで構成されている。
【0026】
外側空気孔群５２を構成する空気孔５０は、上流側から下流側に向かうに従ってそれぞれ外側軸線Ｐの周方向に旋回するように延びている。即ち、これら空気孔５０は外側軸線Ｐに対して旋回角を有した構成とされている。
【0027】
ここで、外側空気孔群５２を構成する空気孔５０の旋回方向は、中央空気孔群５１を構成する空気孔５０の旋回方向とは反対方向とされている。本実施形態では、下流側から見た際に、中央空気孔群５１を構成する空気孔５０は下流側に向かうに従って時計回り方向（第一旋回方向）に延びているのに対して、外側空気孔群５２を構成する空気孔５０は下流側に向かうに従って反時計回り（第二旋回方向）に延びている。
【0028】
＜燃料ノズル＞
図２に示すように、燃料ノズル６０は、各空気孔５０に一対一で対応するように複数が設けられている。燃料ノズル６０は、各空気孔５０内に燃料を噴出する。燃料ノズル６０から空気孔５０内に供給される燃料と当該空気孔５０内を流通する空気とが混合されることで予混合ガスが生成される。
図２に示すように、燃料ノズル６０は、各空気孔５０に一対一で対応するように複数が設けられている。燃料ノズル６０は、各空気孔５０内に燃料を噴出する。燃料ノズル６０から空気孔５０内に供給される燃料と当該空気孔５０内を流通する空気とが混合されることで予混合ガスが生成される。
【0029】
各燃料ノズル６０は、軸線Ｏに平行に延びる筒状をなしている。燃料ノズル６０の下流側の端部である先端には、燃料を供給する燃料噴射孔が形成されている。燃料ノズル６０の先端は、対応する空気孔５０に対して上流端面４１の開口から挿入されている。複数の燃料ノズル６０は空気孔５０の配置に応じて、軸線Ｏに直交する方向に離間して配置されている。
【0030】
燃料ノズル６０の先端の反対側の基端は、エンドカバー２０に固定されている。燃料ノズル６０の基端には燃料流入口が形成されている。各燃料ノズル６０の燃料流入口は、第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３のいずれかに連通している。
【0031】
ここで、中央空気孔群５１を構成する空気孔５０に燃料を供給する燃料ノズル６０は、中央ノズル６１とされている。中央ノズル６１は、中央空気孔群５１に対応して軸線Ｏを取り囲むように集合配置されている。中央ノズル６１の基端は、第一燃料ヘッダ２１に接続されている。これにより、中央ノズル６１には、第一燃料ヘッダ２１を介して燃料が供給される。
【0032】
外側空気孔群５２を構成する空気孔５０に燃料を供給する燃料ノズル６０は、外側ノズル６２とされている。外側ノズル６２は、外側空気孔群５２に対応して外側軸線Ｐを取り囲むように集合配置されている。外側ノズル６２は、それぞれ複数の内周ノズル６３と外周ノズル６４とを含む。
【0033】
内周ノズル６３は、外側空気孔群５２の内周空気孔群５３を構成する空気孔５０に燃料を供給する。内周ノズル６３は、内周空気孔群５３に対応して、外側空気孔群５２における外側軸線Ｐの径方向内側の領域に設けられている。内周ノズル６３の基端は、第二燃料ヘッダ２２に接続されている。これにより、内周ノズル６３には、第二燃料ヘッダ２２を介して燃料が供給される。
【0034】
外周ノズル６４は、外側空気孔群５２の外周空気孔群５４を構成する空気孔５０に燃料を供給する。外周ノズル６４は、外周空気孔群５４に対応して、外側空気孔群５２における外側軸線Ｐの径方向外側の領域に設けられている。外周ノズル６４の基端は、第三燃料ヘッダ２３に接続されている。これにより、外周ノズル６４には、第三燃料ヘッダ２３を介して燃料が供給される。
【0035】
＜燃料供給系統＞
図１に示すように、燃料供給系統８０は、第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３を介して各燃料ノズル６０に燃料を供給する系統である。本実施形態では、第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３のそれぞれに供給される燃料供給量が独立して調整可能とされている。これにより、第一燃料ヘッダ２１に接続された中央ノズル６１、第二燃料ヘッダ２２に接続された内周ノズル６３、第三燃料ヘッダ２３に接続された外周ノズル６４のそれぞれへの燃料供給量を個別に調整することができる。
図１に示すように、燃料供給系統８０は、第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３を介して各燃料ノズル６０に燃料を供給する系統である。本実施形態では、第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３のそれぞれに供給される燃料供給量が独立して調整可能とされている。これにより、第一燃料ヘッダ２１に接続された中央ノズル６１、第二燃料ヘッダ２２に接続された内周ノズル６３、第三燃料ヘッダ２３に接続された外周ノズル６４のそれぞれへの燃料供給量を個別に調整することができる。
【0036】
燃料供給系統８０は、第一燃料ライン８１、第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料ライン８２、第二燃料調整弁８２ａ、第三燃料ライン８３及び第三燃料調整弁８３ａを有する。
第一燃料ライン８１、第二燃料ライン８２及び第三燃料ライン８３は、それぞれ燃料タンクに接続されている。燃料タンクから供給される燃料としては、例えば天然ガスが用いられる。水素、水素と天然ガスとの混合燃料、その他の燃料を採用してもよい。
第一燃料ライン８１、第二燃料ライン８２及び第三燃料ライン８３は、それぞれ燃料タンクに接続されている。燃料タンクから供給される燃料としては、例えば天然ガスが用いられる。水素、水素と天然ガスとの混合燃料、その他の燃料を採用してもよい。
【0037】
第一燃料ライン８１は、第一燃料ヘッダ２１に接続されている。第一燃料ライン８１には第一燃料調整弁８１ａが設けられている。
第二燃料ライン８２は、中途で分岐して各第二燃料ヘッダ２２に接続されている。第二燃料ライン８２には第二燃料調整弁８２ａが設けられている。
第三燃料ライン８３は、中途で分岐して各第三燃料ヘッダ２３に接続されている。第三燃料ライン８３には第三燃料調整弁８３ａが設けられている。
第二燃料ライン８２は、中途で分岐して各第二燃料ヘッダ２２に接続されている。第二燃料ライン８２には第二燃料調整弁８２ａが設けられている。
第三燃料ライン８３は、中途で分岐して各第三燃料ヘッダ２３に接続されている。第三燃料ライン８３には第三燃料調整弁８３ａが設けられている。
【0038】
＜各バーナ及びその詳細＞
中央空気孔群５１と中央空気孔群５１を構成する空気孔５０に燃料を供給する複数の中央ノズル６１とによって、中央バーナ７１が構成されている。
外側空気孔群５２と外側空気孔群５２を構成する空気孔５０に燃料を供給する複数の外側ノズル６２とによって、中央バーナ７１が構成されている。
中央空気孔群５１と中央空気孔群５１を構成する空気孔５０に燃料を供給する複数の中央ノズル６１とによって、中央バーナ７１が構成されている。
外側空気孔群５２と外側空気孔群５２を構成する空気孔５０に燃料を供給する複数の外側ノズル６２とによって、中央バーナ７１が構成されている。
【0039】
外側バーナ７２における外側軸線Ｐの径方向内側の部分は、外側軸線Ｐを囲う内周バーナ７３とされている。
外側バーナ７２における外側軸線Ｐの径方向外側の部分は、内周バーナ７３を外側軸線Ｐの外周側から覆う外周バーナ７４とされている。
外側バーナ７２における外側軸線Ｐの径方向外側の部分は、内周バーナ７３を外側軸線Ｐの外周側から覆う外周バーナ７４とされている。
【0040】
図４を参照して各バーナの詳細を説明する。
中央バーナ７１の中央空気孔群５１を構成する空気孔５０が第一旋回方向への旋回角を有していることにより、中央空気孔群５１からの予混合ガスは第一旋回方向に旋回しながら軸線Ｏの径方向外側に噴出される。当該予混合ガスが着火することによって、軸線Ｏ回りの中央旋回流Ｆ１を有する火炎が形成される。
外側バーナ７２の外側空気孔群５２を構成する空気孔５０が第一旋回方向とは反対回りの第二旋回方向への旋回角を有していることにより、中央空気孔群５１からの予混合ガスは第一旋回方向とは反対回りの第二旋回方向に旋回して外側軸線Ｐの径方向外側に噴出される。当該予混合ガスが着火することによっては、外側軸線Ｐ回り、かつ、中央旋回流Ｆ１とは反対回りの外側旋回流Ｆ２を有する火炎が形成される。
中央バーナ７１の中央空気孔群５１を構成する空気孔５０が第一旋回方向への旋回角を有していることにより、中央空気孔群５１からの予混合ガスは第一旋回方向に旋回しながら軸線Ｏの径方向外側に噴出される。当該予混合ガスが着火することによって、軸線Ｏ回りの中央旋回流Ｆ１を有する火炎が形成される。
外側バーナ７２の外側空気孔群５２を構成する空気孔５０が第一旋回方向とは反対回りの第二旋回方向への旋回角を有していることにより、中央空気孔群５１からの予混合ガスは第一旋回方向とは反対回りの第二旋回方向に旋回して外側軸線Ｐの径方向外側に噴出される。当該予混合ガスが着火することによっては、外側軸線Ｐ回り、かつ、中央旋回流Ｆ１とは反対回りの外側旋回流Ｆ２を有する火炎が形成される。
【0041】
ここで、下流端面４２を下流側から見た際、中央バーナ７１を構成する中央空気孔群５１と内周バーナ７３を構成する内周空気孔群５３との間には、外周バーナ７４を構成する外周空気孔群５４の空気孔５０が形成されていない領域が存在する。当該領域は、孔非形成領域Ｒとされている。孔非形成領域Ｒには空気孔５０が開口しておらず、中央空気孔群５１と内周空気孔群５３との間は空気孔５０のない下流端面４２の平面のみが存在している。
【0042】
外周空気孔群５４は、外側軸線Ｐの周方向の一部にわたってのみ設けられている。即ち、中央空気孔群５１と内周空気孔群５３との間の孔非形成領域Ｒをはずれた部分のみに外周空気孔群５４が存在している。言い換えれば、外周空気孔群５４は、孔非形成領域Ｒによって周方向の一部が切り欠かれた残余の領域のみに存在している。
【0043】
本実施形態では、外周空気孔群５４の最内周で周方向に延びる孔列は、孔非形成領域Ｒのみを外した周方向の領域に存在している。また、外周空気孔群５４の最外周で周方向に延びる孔列は、最内周の孔列の周方向範囲よりも狭い周方向範囲に設けられている。最外周の孔列も最内周の孔列同様の周方向範囲に設けられていてもよい。
【0044】
ここで、図４に示すように、下流端面４２を下流側から見た際に、軸線Ｏと外側軸線Ｐとを結ぶ直線を基準線Ｌとする。基準線Ｌは、軸線Ｏ及び外側軸線Ｐの径方向に延びる直線である。孔非形成領域Ｒは、外側軸線Ｐを中心として、基準線Ｌから外側旋回流Ｆ２の上流側に向かっての所定範囲まで広がっている。また、本実施形態では、孔非形成領域Ｒは、外側軸線Ｐを中心として、基準線Ｌから外側旋回流Ｆ２の下流側に向かっての所定範囲まで広がっている。
【0045】
ここで、図４に示すように、下流端面４２を下流側から見た際に、外側軸線Ｐから該外側軸線Ｐの径方向に延びる直線のうち、孔非形成領域Ｒにおける外側旋回流Ｆ２の上流側の端部を画定する直線を上流側境界線Ｕとする。また、下流端面４２を下流側から見た際に、外側軸線Ｐから該外側軸線Ｐの径方向に延びる直線のうち、孔非形成領域Ｒにおける外側旋回流Ｆ２の下流側の端部を画定する直線を上流側境界線Ｕとする。孔非形成領域Ｒは、外側軸線Ｐの周りの領域のうち、上流側境界線Ｕと下流側境界線Ｄとにわたって存在している。
【0046】
本実施形態の上流側境界線Ｕは、外側軸線Ｐを中心とした周方向領域のうち基準線Ｌから上流接線Ｔ１までの範囲に位置している。より詳細には、上流側境界線Ｕは、基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の上流側の範囲であって、上流接線Ｔ１までの範囲に位置している。
ここで上流接線Ｔ１とは、外側軸線Ｐから中央バーナ７１の外縁を画定する円に引いた２本の接線のうち、軸線Ｏの径方向内側から見て外側旋回流Ｆ２の上流側に位置する接線である。上流接線Ｔ１には、外周バーナ７４の外周空気孔群５４における周方向の一端部の空気孔５０が外側旋回流Ｆ２の上流側から接している。
また、中央バーナ７１の外縁を画定する円とは、中央バーナ７１における中央空気孔群５１の最外周の一列の空気孔５０がそれぞれ内接する軸線を中心とする仮想円である。なお、当該円には中央空気孔群５１の最外周の一列の空気孔５０の全てが内接している必要はなく、その一部の空気孔５０のみが内接していてもよい。本実施形態では、上流側境界線Ｕは上流接線Ｔ１に一致している。
ここで上流接線Ｔ１とは、外側軸線Ｐから中央バーナ７１の外縁を画定する円に引いた２本の接線のうち、軸線Ｏの径方向内側から見て外側旋回流Ｆ２の上流側に位置する接線である。上流接線Ｔ１には、外周バーナ７４の外周空気孔群５４における周方向の一端部の空気孔５０が外側旋回流Ｆ２の上流側から接している。
また、中央バーナ７１の外縁を画定する円とは、中央バーナ７１における中央空気孔群５１の最外周の一列の空気孔５０がそれぞれ内接する軸線を中心とする仮想円である。なお、当該円には中央空気孔群５１の最外周の一列の空気孔５０の全てが内接している必要はなく、その一部の空気孔５０のみが内接していてもよい。本実施形態では、上流側境界線Ｕは上流接線Ｔ１に一致している。
【0047】
本実施形態の下流側境界線Ｄは、外側軸線Ｐを中心とした周方向領域のうち基準線Ｌから下流接線Ｔ２までの範囲に位置している。より詳細には、下流側境界線Ｄは、基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側の範囲であって、下流接線Ｔ２までの範囲に位置している。
ここで下流接線Ｔ２とは、外側軸線Ｐから中央バーナ７１の外縁を画定する円に引いた２本の接線のうち、軸線Ｏの径方向内側から見て外側旋回流Ｆ２の下流側に位置する接線である。下流接線Ｔ２には、外周バーナ７４の外周空気孔群５４における周方向の他端部の空気孔５０が外側旋回流Ｆ２の下流側から接している。
本実施形態では、下流側境界線Ｄは基準線Ｌと下流接線Ｔ２との間の領域における下流接線Ｔ２に寄った位置に位置している。
ここで下流接線Ｔ２とは、外側軸線Ｐから中央バーナ７１の外縁を画定する円に引いた２本の接線のうち、軸線Ｏの径方向内側から見て外側旋回流Ｆ２の下流側に位置する接線である。下流接線Ｔ２には、外周バーナ７４の外周空気孔群５４における周方向の他端部の空気孔５０が外側旋回流Ｆ２の下流側から接している。
本実施形態では、下流側境界線Ｄは基準線Ｌと下流接線Ｔ２との間の領域における下流接線Ｔ２に寄った位置に位置している。
【0048】
したがって、本実施形態の孔非形成領域Ｒは、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間の領域で、基準線Ｌを基準として外側旋回流Ｆ２の旋回方向の上流側に偏って配置されている。即ち、孔非形成領域Ｒは、基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の上流側の領域の方が基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側の領域よりも広い。
【0049】
上流側境界線Ｕと下流側境界線Ｄとのなす角度は、例えば３０°～９０°、好ましくは４５°～７５°の範囲、より好ましくは、５５°～６５°の範囲に設定されている。
【0050】
＜燃料制御装置＞
次に燃料制御装置９０について図５及び図６を参照して説明する。燃料制御装置９０は、各バーナへの燃料供給量を制御する。燃料制御装置９０は、図５に示すように、出力要求取得部９１、燃料配分設定部９２、及び調整弁制御部９３を備えている。
次に燃料制御装置９０について図５及び図６を参照して説明する。燃料制御装置９０は、各バーナへの燃料供給量を制御する。燃料制御装置９０は、図５に示すように、出力要求取得部９１、燃料配分設定部９２、及び調整弁制御部９３を備えている。
【0051】
出力要求取得部９１は、ガスタービン１の出力要求信号を取得する。燃料配分設定部９２は、出力要求取得部９１が取得した出力要求信号に応じて第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａの開度を設定する。調整弁制御部９３は、燃料配分設定部９２が設定した開度となるように第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａを制御する。
【0052】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、燃料制御装置９０の処理の手順を説明する。まず、出力要求取得部９１がガスタービン１の出力要求信号を取得する（ステップＳ１）。
次いで、燃料配分設定部９２は、出力要求信号と実際のガスタービン１の出力との偏差に応じて、各燃料ノズル６０の燃空比（燃料質量を空気質量で割った無次元数）が適切な値となるように第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａの開度を設定する（ステップＳ２）。ここで、例えば、ガスタービン１の出力要求が定格運転（全負荷運転）の場合、各燃料ノズル６０の燃空比は、中央ノズル６１が内周ノズル６３よりも大きくなるように、かつ、内周ノズル６３が外周ノズル６４よりも大きくなるように設定される。燃料配分設定部９２は、当該燃空比となるように、第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａの開度を設定する。
次いで、燃料配分設定部９２は、出力要求信号と実際のガスタービン１の出力との偏差に応じて、各燃料ノズル６０の燃空比（燃料質量を空気質量で割った無次元数）が適切な値となるように第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａの開度を設定する（ステップＳ２）。ここで、例えば、ガスタービン１の出力要求が定格運転（全負荷運転）の場合、各燃料ノズル６０の燃空比は、中央ノズル６１が内周ノズル６３よりも大きくなるように、かつ、内周ノズル６３が外周ノズル６４よりも大きくなるように設定される。燃料配分設定部９２は、当該燃空比となるように、第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａの開度を設定する。
【0053】
そして、調整弁制御部９３は、設定された開度に基づいて第一燃料調整弁８１ａ、第二燃料調整弁８２ａ及び第三燃料調整弁８３ａを制御する（ステップＳ３）。これによって、第一燃料ヘッダ２１、第二燃料ヘッダ２２及び第三燃料ヘッダ２３にガスタービン１出力要求に応じた燃空比となるように燃料が供給される。これによって、出力要求に応じたガスタービン１の運転が可能となる。
【0054】
＜作用効果＞
上記ガスタービン１の運転時の燃焼器３では、定格運転時に最も燃空比の高い中央バーナ７１が、外周バーナ７４を保炎する役割を有する。また、各外周バーナ７４では、相対的に燃空比の高い内周バーナ７３が相対的に燃空比の低い外周バーナ７４の保炎を行う。
本実施形態では、図４に示すように、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間には外周バーナ７４の外周空気孔群５４を構成する空気孔５０が存在しない孔非形成領域Ｒが設けられている。そのため、当該孔非形成領域Ｒを介して、中央バーナ７１によって燃焼空間に生成される火炎を内周バーナ７３に導くことができる。
上記ガスタービン１の運転時の燃焼器３では、定格運転時に最も燃空比の高い中央バーナ７１が、外周バーナ７４を保炎する役割を有する。また、各外周バーナ７４では、相対的に燃空比の高い内周バーナ７３が相対的に燃空比の低い外周バーナ７４の保炎を行う。
本実施形態では、図４に示すように、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間には外周バーナ７４の外周空気孔群５４を構成する空気孔５０が存在しない孔非形成領域Ｒが設けられている。そのため、当該孔非形成領域Ｒを介して、中央バーナ７１によって燃焼空間に生成される火炎を内周バーナ７３に導くことができる。
【0055】
ここで仮に外側軸線Ｐの周方向全域に外周バーナ７４の空気孔５０が存在する場合、内周バーナ７３の周囲全域が、外側旋回流Ｆ２を有する外周バーナ７４からの火炎によって覆われることになる。そのため、当該外周バーナ７４の火炎がバリアとなることで、中央バーナ７１の火炎を内周バーナ７３に到達させることが困難となる。
これに対して本実施形態では、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間の領域に外周バーナ７４の空気孔５０が存在しないため、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間には外周バーナ７４の火炎がない領域が形成される。そのため、中央バーナ７１の火炎は、外周バーナ７４の火炎に阻害されることなく、内周バーナ７３に到達することができる。
これに対して本実施形態では、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間の領域に外周バーナ７４の空気孔５０が存在しないため、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間には外周バーナ７４の火炎がない領域が形成される。そのため、中央バーナ７１の火炎は、外周バーナ７４の火炎に阻害されることなく、内周バーナ７３に到達することができる。
【0056】
これにより、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火移り性を向上させることができる。その結果、中央バーナ７１の火炎が内周バーナ７３の火炎の燃焼を補助することができ、内周バーナ７３の保炎性を向上させることができる。さらに、内周バーナ７３の保炎性が向上することで、当該内周バーナ７３によって保炎される外周バーナ７４の燃焼性も向上する。したがって、燃焼器３全体としての燃焼性が向上し、燃焼振動を抑制した安定運転を行うことが可能となる。
【0057】
ここで、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火移り性が向上したことにより、内周バーナ７３の燃料供給量を従前より減少させて燃空比を小さくしたとしても、内周バーナ７３を安定して保炎させることができる。そのため、内周バーナ７３から生成される火炎の温度を低下させることができ、その結果、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【0058】
また、孔非形成領域Ｒを設けて外周バーナ７４を構成する空気孔群の空気孔５０の数を少なくした分だけ、中央バーナ７１の中央空気孔群５１の空気流量、内周バーナ７３の内周空気孔群５３の空気流量が増加する。そのため、火炎温度が高い中央バーナ７１、内周バーナ７３の火炎の温度を低下させることができる。その結果、燃焼器３全体として発生するＮＯｘの総量を減少させることが可能となる。
【0059】
本実施形態では孔非形成領域Ｒが、基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の上流側に広がっている。そのため、孔非形成領域Ｒは、中央バーナ７１の中央旋回流Ｆ１の接線方向に開けた構成となる。よって、中央バーナ７１の火炎を中央旋回流Ｆ１の流れに従って内周バーナ７３に円滑に導くことができ、内周バーナ７３の保炎性を向上させることができる。
【0060】
さらに、本実施形態では、孔非形成領域Ｒの上流側境界線Ｕは、中央バーナ７１の外縁を構成する円の接線に一致する。これにより、中央旋回流Ｆ１の流れに従って導かれる火炎を内周バーナ７３に最大限に取り込むことができる。よって、内周バーナ７３の保炎性をより一層向上させることができる。
【0061】
また、孔非形成領域Ｒは、基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側までも広がっているため、中央バーナ７１の火炎の内周バーナ７３への入り口を上流側から下流側にわたって大きく取ることができる。これにより、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火炎の移動をより確実に行うことができる。
【0062】
さらに、孔非形成領域Ｒは、基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の上流側の領域の方が基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側の領域よりも広い。そのため、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火炎の火移り性を向上させながら、外側バーナ７２の外周バーナ７４の形成領域を大きく確保するができる。その結果、燃焼器３の出力を確保することができる。
【0063】
＜第二実施形態＞
次に第二実施形態に係る燃焼器３について図７を参照して説明する。第二実施形態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。
第二実施形態の燃焼器３は、孔非形成領域Ｒの形成範囲が第一実施形態とは相違する。即ち、図７に示すように、第二実施形態の孔非形成領域Ｒの下流側境界線Ｄは、上流側境界線Ｕよりも外側旋回流Ｆ２の下流側かつ、基準線Ｌよりも上流側に位置している。
上流側境界線Ｕと下流側境界線Ｄとがなす角度は、例えば１５°から４５°、好ましくは２０°～４０°、より好ましくは２５°から３５°の範囲に設定されている。
次に第二実施形態に係る燃焼器３について図７を参照して説明する。第二実施形態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。
第二実施形態の燃焼器３は、孔非形成領域Ｒの形成範囲が第一実施形態とは相違する。即ち、図７に示すように、第二実施形態の孔非形成領域Ｒの下流側境界線Ｄは、上流側境界線Ｕよりも外側旋回流Ｆ２の下流側かつ、基準線Ｌよりも上流側に位置している。
上流側境界線Ｕと下流側境界線Ｄとがなす角度は、例えば１５°から４５°、好ましくは２０°～４０°、より好ましくは２５°から３５°の範囲に設定されている。
【0064】
これによって、孔非形成領域Ｒの周方向の範囲は第一実施形態よりも小さなものとなる。一方で、外周バーナ７４を構成する外周空気孔群５４の形成範囲は第一実施形態よりも広範囲にわたっており、空気孔５０の総数も増加している。外周空気孔群５４の空気孔５０の増加に応じて、当該空気孔５０の数に対応するように、外周ノズル６４の本数も第一実施形態よりも増加している。
【0065】
特に本実施形態では、外周バーナ７４を構成する外周空気孔群５４のうち、最内周の一列目の孔群の数が第一実施形態よりも増加している。最内周の第一列目の孔群の空気孔５０のうち、孔非形成領域Ｒの下流側境界線Ｄに接する空気孔５０は、基準線Ｌ上に重なっており、当該空気孔５０の一部は基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の上流側に入り込んでいる。
【0066】
本実施形態によれば、第一実施形態と比較して、外周バーナ７４の外周空気孔群５４を構成する空気孔５０及び当該空気孔５０に対応する外周ノズル６４の数が増大している。したがって、第一実施形態と比較して、燃焼器３全体としての出力を増大させることができる。
【0067】
一方で、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火炎の火移り性の最も高い範囲には、孔非形成領域Ｒが形成されている。即ち、中央バーナ７１の中央旋回流Ｆ１にしたがって火炎が流入し易い基準線Ｌにおける外側旋回流Ｆ２の上流側の領域のみに孔非形成領域Ｒが偏って配置されている。そのため、上記火移り性を担保しながら、出力増大を図ることができる。
【0068】
＜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。
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。
【0069】
孔非形成領域Ｒの上流側境界線Ｕは、上流接線Ｔ１に一致するのみならず、中央バーナ７１と内周バーナ７３との間で上流接線Ｔ１と基準線Ｌとの間にあればよい。また、上流側境界線Ｕは、上流接線Ｔ１よりもさらに上流側にあってもよい。
また、上流側境界線Ｕは基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側にあってもよい。少なくとも中央バーナ７１と内周バーナ７３との間の領域の一部に周方向及び径方向にわたって空気孔５０が存在しない領域があればよい。当該領域の周方向の範囲は少なくとも空気孔５０一つ分の寸法があることが好ましい。
また、上流側境界線Ｕは基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側にあってもよい。少なくとも中央バーナ７１と内周バーナ７３との間の領域の一部に周方向及び径方向にわたって空気孔５０が存在しない領域があればよい。当該領域の周方向の範囲は少なくとも空気孔５０一つ分の寸法があることが好ましい。
【0070】
孔非形成領域Ｒの下流側境界線Ｄは、例えば、下流接線Ｔ２と一致していてもよい。即ち、孔非形成領域Ｒは、上流接線Ｔ１と下流接線Ｔ２との間の任意の範囲に広がっていればよい。また、下流側境界線Ｄは、下流接線Ｔ２よりもさらに下流側にあってもよい。
【0071】
例えば、内周バーナ７３を構成する内周空気孔群５３は、外側軸線Ｐ周りの一列のみではなく、複数列が形成された構成であってもよい。
外周バーナ７４を構成する外周空気孔群５４は、外側軸線Ｐ周りの二列のみならず、一列であってもよいし三列以上であってもよい。
外周バーナ７４を構成する外周空気孔群５４は、外側軸線Ｐ周りの二列のみならず、一列であってもよいし三列以上であってもよい。
【0072】
定格運転時、部分負荷運転時において、中央ノズル６１の燃空比の方が内周ノズル６３の燃空比よりも高いことには限定されず、これら燃空比が同一であってもよいし、内周ノズル６３の燃空比の方が中央ノズル６１の燃空比より高く設定してもよい。
【0073】
さらに、定格運転時、部分負荷運転時において、内周ノズル６３の燃空比の方が外周ノズル６４の燃空比よりも高いことには限定されず、これら燃空比が同一であってもよいし、外周ノズル６４の燃空比の方が内周ノズル６３の燃空比より高く設定してもよい。これらの場合であっても、外周ノズル６４の内側に位置する内周ノズル６３が外周ノズル６４の保炎の役割を担うことに変わりはない。また、内周ノズル６３への火移りを改善することで、内周ノズル６３への燃料供給量を減少させ、燃焼温度の低下を図ることができる。
【0074】
上述した燃料制御装置９０による処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ２００が読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータ２００が読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータ２００の具体例を以下に示す。
【0075】
図８に示すように、コンピュータ２００は、ＣＰＵ１００と、メインメモリ１０１と、ストレージ１０２と、インターフェース１０３と、を備える。
例えば、上述の燃料制御装置９０はコンピュータ２００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ１０２に記憶されている。ＣＰＵ１００は、プログラムをストレージ１０２から読み出してメインメモリ１０１に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ１００は、プログラムに従って、記憶領域をメインメモリ１０１に確保する。
例えば、上述の燃料制御装置９０はコンピュータ２００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ１０２に記憶されている。ＣＰＵ１００は、プログラムをストレージ１０２から読み出してメインメモリ１０１に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ１００は、プログラムに従って、記憶領域をメインメモリ１０１に確保する。
【0076】
ストレージ１０２の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ１０２は、コンピュータ２００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース１０３または通信回線を介してコンピュータ２００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ２００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ２００が当該プログラムをメインメモリ１０１に展開し、上記処理を実行してもよい。なお、ストレージ１０２は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0077】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータ２００にすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【0078】
なお、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などのカスタムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、及びこれらに類する処理装置を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ）、ＧＡＬ（Ｇｅｎｅｒｉｃ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
【0079】
＜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。
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。
【0080】
（１）第１の態様に係る燃焼器３は、燃焼器軸線Ｏ方向に延びて下流端面４２に開口する複数の空気孔５０を有する空気孔プレート４０と、各前記空気孔５０に対応するように複数が設けられて、それぞれ対応する前記空気孔５０に上流側から燃料を供給する燃料ノズル６０と、を備え、前記燃焼器軸線Ｏを囲うように集合配置された複数の前記空気孔５０及び複数の前記燃料ノズル６０によって、中央バーナ７１が構成されており、前記中央バーナ７１の径方向外側に集合配置された複数の前記空気孔５０及び複数の燃料ノズル６０によって、外側バーナ７２が構成されており、前記外側バーナ７２は、前記燃焼器軸線Ｏの径方向外側に位置する外側軸線Ｐを囲うように設けられた内周バーナ７３と、前記内周バーナ７３を取り囲むように設けられた外周バーナ７４と、を含み、前記内周バーナ７３及び前記外周バーナ７４は、前記燃料ノズル６０への燃料供給量が互いに独立して調整可能とされており、前記下流端面４２における前記内周バーナ７３と前記中央バーナ７１との間に、前記外周バーナ７４の前記空気孔５０が形成されていない孔非形成領域Ｒが設けられている。
【0081】
上記構成によれば、孔非形成領域Ｒを介して、中央バーナ７１の火炎を外側バーナ７２の内周バーナ７３に導くことができる。この中央バーナ７１の火炎が内周バーナ７３に移ることによって、内周バーナ７３の保炎性を向上させることができる。その結果、内周バーナ７３の周囲の外周バーナ７４の保炎性の向上を図ることができる。
さらに、内周バーナ７３の保炎性が担保されることで、当該内周バーナ７３に供給される燃料流量を抑制することができる。これによって、内周バーナ７３の火炎の温度を抑えることができる。
さらに、内周バーナ７３の保炎性が担保されることで、当該内周バーナ７３に供給される燃料流量を抑制することができる。これによって、内周バーナ７３の火炎の温度を抑えることができる。
【0082】
（２）第２の態様に係る燃焼器３は、前記中央バーナ７１を構成する複数の前記空気孔５０は、前記燃焼器軸線Ｏ回りに旋回する中央旋回流Ｆ１が形成されるように旋回角を有しており、前記外周バーナ７４を構成する複数の前記空気孔５０は、前記中央旋回流Ｆ１とは反対方向に前記外側軸線Ｐ回りに旋回する外側旋回流Ｆ２が形成されるように旋回角を有しており、前記下流端面４２を下流側から見た際に、前記外側軸線Ｐから前記外側軸線Ｐの径方向に延びて前記孔非形成領域Ｒにおける前記外側旋回流Ｆ２の上流側の端部を画定する上流側境界線Ｕが、前記燃焼器軸線Ｏ及び前記外側軸線Ｐを結ぶ基準線Ｌよりも上流側の範囲に位置している（１）に記載の燃焼器３である。
【0083】
中央バーナ７１の火炎は、中央旋回流Ｆ１の流れに従って、中央バーナ７１の外縁の接線方向に送り出される。孔非形成領域Ｒを基準線よりも外側バーナ７２の外側旋回流Ｆ２の上流側に広がるよう配置することで中央バーナ７１の火炎をより円滑に内周バーナ７３へと導くことができる。
【0084】
（３）第３の態様に係る燃焼器３は、前記上流側境界線が、前記基準線から、前記外側軸線から前記中央バーナの外縁を画定する円に引いた前記外側旋回流の上流側の接線までの範囲に位置している（２）に記載の燃焼器である。
【0085】
これにより、空気孔の数を確保しながら保炎性を担保することができる。
【0086】
（４）第４の態様に係る燃焼器３は、前記下流端面４２を下流側から見た際に、前記外側軸線Ｐから前記外側軸線Ｐの径方向に延びて前記孔非形成領域Ｒにおける前記外側旋回流Ｆ２の下流側の端部を画定する下流側境界線Ｄが、前記基準線Ｌよりも下流側の範囲に位置している（３）に記載の燃焼器３である。
【0087】
外周バーナ７４の空気孔５０が存在しない孔非形成領域Ｒを、外側バーナ７２の外側旋回流Ｆ２の下流側まで広く拡大することで、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火炎の移動をより確実に行うことができる。
【0088】
（５）第５の態様に係る燃焼器は、前記下流側境界線が、前記基準線から、前記外側軸線から前記中央バーナの外縁を画定する円に引いた前記外側旋回流の下流側の接線までの範囲に位置している（２）から（４）のいずれかに記載の燃焼器３である。
【0089】
これにより、空気孔の数を確保しながら保炎性を担保することができる。
【0090】
（６）第６の態様に係る燃焼器は、前記孔非形成領域Ｒは、前記基準線Ｌよりも前記外側旋回流Ｆ２の上流側の領域の方が前記基準線Ｌよりも外側旋回流Ｆ２の下流側の領域よりも広い（１）から（５）のいずれかの燃焼器３である。
【0091】
これにより、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火炎の火移り性を向上させながら、外側バーナ７２の外周バーナ７４の形成領域を大きく確保することで燃焼器３の出力を確保することができる。
【0092】
（７）第７の態様に係る燃焼器は、前記下流端面４２を下流側から見た際に、前記外側軸線Ｐから前記外側軸線Ｐの径方向に延びて前記孔非形成領域Ｒにおける前記外側旋回流Ｆ２の下流側の端部を画定する下流側境界線Ｄが、前記上流側境界線Ｕよりも前記外側旋回流Ｆ２の下流側、かつ、前記基準線Ｌよりも前記外側旋回流Ｆ２の上流側の範囲に位置している（２）又は（３）に記載の燃焼器３である。
【0093】
これにより、中央バーナ７１から内周バーナ７３への火炎の火移り性を向上させながら、外側バーナ７２の外周バーナ７４の形成領域をさらに大きく確保することで燃焼器３の出力をより大きく確保することができる。
【0094】
（８）第８の態様に係るガスタービン１は、（１）から（８）のいずれかに記載の燃焼器３と、空気を圧縮して前記燃焼器３に供給する圧縮機２と、前記燃焼器３によって生成された燃焼ガスによって駆動されるタービン４と、前記燃焼器３の前記燃料ノズル６０への燃料供給量を制御する燃料制御装置９０と、を備え、前記燃料制御装置９０は、定格負荷時において、前記中央バーナ７１の燃空比が前記外周バーナ７４の燃空比より大きくなるように、かつ、前記内周バーナ７３の燃空比が前記外周バーナ７４の燃空比より大きくなるように、燃料供給量を設定するガスタービン１である。
【0095】
これにより、中央バーナ７１による内周バーナ７３の保炎、及び、内周バーナ７３による外周バーナ７４の保炎をより確実に行うことができる。
また、内周バーナ７３の燃空比を不用意に増大しなくとも中央バーナ７１から火炎が移ることで内周バーナ７３の保炎性を十分に得ることができる。そのため、当該内周バーナ７３によって外周バーナ７４の保炎を確実に行うことができ、低ＮＯｘ化を実現しながら安定した運転を行うことが可能となる。
また、内周バーナ７３の燃空比を不用意に増大しなくとも中央バーナ７１から火炎が移ることで内周バーナ７３の保炎性を十分に得ることができる。そのため、当該内周バーナ７３によって外周バーナ７４の保炎を確実に行うことができ、低ＮＯｘ化を実現しながら安定した運転を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【0096】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
１０ 外筒
２０ エンドカバー
２１ 第一燃料ヘッダ
２２ 第二燃料ヘッダ
２３ 第三燃料ヘッダ
３０ 内筒
４０ 空気孔プレート
４１ 上流端面
４２ 下流端面
５０ 空気孔
５１ 中央空気孔群
５２ 外側空気孔群
５３ 内周空気孔群
５４ 外周空気孔群
６０ 燃料ノズル
６１ 中央ノズル
６２ 外側ノズル
６３ 内周ノズル
６４ 外周ノズル
７１ 中央バーナ
７２ 外側バーナ
７３ 内周バーナ
７４ 外周バーナ
８０ 燃料供給系統
８１ 第一燃料ライン
８１ａ 第一燃料調整弁
８２ 第二燃料ライン
８２ａ 第二燃料調整弁
８３ 第三燃料ライン
８３ａ 第三燃料調整弁
９０ 燃料制御装置
９１ 出力要求取得部
９２ 燃料配分設定部
９３ 調整弁制御部
１００ ＣＰＵ
１０１ メインメモリ
１０２ ストレージ
１０３ インターフェース
２００ コンピュータ
Ｏ 燃焼器軸線
Ｐ 外側軸線
Ｌ 基準線
Ｕ 上流側境界線
Ｄ 下流側境界線
Ｒ 孔非形成領域
Ｆ１ 中央旋回流
Ｆ２ 外側旋回流
Ｔ１ 上流接線
Ｔ２ 下流接線
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
１０ 外筒
２０ エンドカバー
２１ 第一燃料ヘッダ
２２ 第二燃料ヘッダ
２３ 第三燃料ヘッダ
３０ 内筒
４０ 空気孔プレート
４１ 上流端面
４２ 下流端面
５０ 空気孔
５１ 中央空気孔群
５２ 外側空気孔群
５３ 内周空気孔群
５４ 外周空気孔群
６０ 燃料ノズル
６１ 中央ノズル
６２ 外側ノズル
６３ 内周ノズル
６４ 外周ノズル
７１ 中央バーナ
７２ 外側バーナ
７３ 内周バーナ
７４ 外周バーナ
８０ 燃料供給系統
８１ 第一燃料ライン
８１ａ 第一燃料調整弁
８２ 第二燃料ライン
８２ａ 第二燃料調整弁
８３ 第三燃料ライン
８３ａ 第三燃料調整弁
９０ 燃料制御装置
９１ 出力要求取得部
９２ 燃料配分設定部
９３ 調整弁制御部
１００ ＣＰＵ
１０１ メインメモリ
１０２ ストレージ
１０３ インターフェース
２００ コンピュータ
Ｏ 燃焼器軸線
Ｐ 外側軸線
Ｌ 基準線
Ｕ 上流側境界線
Ｄ 下流側境界線
Ｒ 孔非形成領域
Ｆ１ 中央旋回流
Ｆ２ 外側旋回流
Ｔ１ 上流接線
Ｔ２ 下流接線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】