(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】
(24)【登録日】2023-08-15
(45)【発行日】2023-08-23
(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器
(51)【国際特許分類】
F23R 3/00 20060101AFI20230816BHJP
F02C 7/264 20060101ALI20230816BHJP
【ＦＩ】
F23R3/00 D
F02C7/264
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020020881
(22)【出願日】2020-02-10
(65)【公開番号】P2021127841
(43)【公開日】2021-09-02
【審査請求日】2022-03-07
(73)【特許権者】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩井 保憲
(72)【発明者】
【氏名】伊東 正雄
(72)【発明者】
【氏名】森澤 優一
(72)【発明者】
【氏名】小林 吉久
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 伸寿
【審査官】落合 弘之
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０５３６７８６９（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０２５２９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－００８５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１７５３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－３０３３００（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第００８１６６７４（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０９７７４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１７９３３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｃ １／０８
Ｆ０２Ｃ ３／３０
Ｆ２３Ｒ ３／００
Ｆ０２Ｐ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、燃料と酸化剤とが燃焼して燃焼ガスが生成される燃焼筒と、
前記ケーシングと前記燃焼筒との間の空間を区分する筒体と、
前記ケーシング、前記筒体および前記燃焼筒を貫通して設けられ、前記燃焼筒の内部に連通する開口端部を有する管状部材と、
前記管状部材内の前記ケーシング側に設けられ、前記管状部材を閉鎖する耐熱ガラスと、
前記耐熱ガラスおよび前記管状部材の内部を介して前記燃焼筒内にレーザ光を照射するレーザ光供給機構と、
前記燃焼筒と前記筒体との間に第１の流体を供給する第１の流体供給部と、
前記ケーシングと前記筒体との間に、前記第１の流体の温度よりも低い温度の第３の流体を供給する第３の流体供給部と、
前記管状部材が貫通する前記ケーシングの、前記耐熱ガラスよりも前記燃焼筒側に、前記管状部材の周囲に亘って形成された環状溝と、
前記ケーシングに形成され、前記環状溝に前記第１の流体を導く流路と、
前記流路に前記第１の流体を供給する第２の流体供給部と、
前記環状溝が形成された位置にある前記管状部材に周方向に形成された複数の噴出孔を有し、前記環状溝に導かれた前記第１の流体を前記複数の噴出孔を通して前記管状部材内に噴出する噴出部と
を備え、
前記噴出部の内側となる前記管状部材の内部には、前記複数の噴出孔から噴出された前記第１の流体によって前記管状部材内の断面を遮断するような流体流れが形成され、
前記流体流れは、前記燃焼筒内の燃焼ガスが前記管状部材の前記開口端部を介して前記耐熱ガラスに接触することを防止することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項2】
前記第１の流体および前記第３の流体が、前記燃焼筒から排出されタービンを駆動した燃焼ガスであることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項3】
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、燃料と酸化剤とが燃焼して燃焼ガスが生成される燃焼筒と、
前記ケーシングおよび前記燃焼筒を貫通して設けられた管状部材と、
前記管状部材内の前記ケーシング側に設けられ、前記管状部材を閉鎖する耐熱ガラスと、
前記耐熱ガラスおよび前記管状部材の内部を介して前記燃焼筒内にレーザ光を照射するレーザ光供給機構と、
前記燃焼筒内の燃焼ガスが前記耐熱ガラスと接触することを防止する接触防止機構と
を備え、
前記管状部材が、前記ケーシングの外側に突出した外側突出部を有し、
前記接触防止機構が、
前記外側突出部の外周に周方向に亘って設けられ、環状通路を備える環状部材と、
前記環状通路に第２の流体を供給する第２の流体供給部と、
前記外側突出部の周方向に形成された複数の噴出孔を有し、前記環状通路に供給された前記第２の流体を前記噴出孔を通して前記管状部材内に噴出する噴出部と
を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項4】
前記第２の流体が、前記燃焼筒から排出されタービンを駆動した燃焼ガスであることを特徴とする請求項３記載のガスタービン燃焼器。
【請求項5】
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、燃料と酸化剤とが燃焼して燃焼ガスが生成される燃焼筒と、
前記ケーシングおよび前記燃焼筒を貫通して設けられた管状部材と、
前記管状部材内の前記ケーシング側に設けられ、前記管状部材を閉鎖する耐熱ガラスと、
前記耐熱ガラスおよび前記管状部材の内部を介して前記燃焼筒内にレーザ光を照射するレーザ光供給機構と、
前記燃焼筒内の燃焼ガスが前記耐熱ガラスと接触することを防止する接触防止機構と
を備え、
前記接触防止機構が、
前記管状部材内に設けられ、中央に前記レーザ光を通過させる貫通孔を有するオリフィス部材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】
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、燃料と酸化剤とが燃焼して燃焼ガスが生成される燃焼筒と、
前記ケーシングおよび前記燃焼筒を貫通して設けられた管状部材と、
前記管状部材内の前記ケーシング側に設けられ、前記管状部材を閉鎖する耐熱ガラスと、
前記耐熱ガラスおよび前記管状部材の内部を介して前記燃焼筒内にレーザ光を照射するレーザ光供給機構と、
前記燃焼筒内の燃焼ガスが前記耐熱ガラスと接触することを防止する接触防止機構と
を備え、
前記管状部材が、前記ケーシングの外側に突出した外側突出部を有し、
前記接触防止機構が、
前記外側突出部に設けられ、前記管状部材内の前記耐熱ガラス側の空間と前記管状部材内の前記燃焼筒側の空間とを連通または遮断する遮断弁を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、ガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【0002】
発電プラントの高効率化は、二酸化炭素の削減や省資源などの要求から進められている。具体的には、ガスタービンの作動流体の高温化、コンバインドサイクル化などが積極的に進められている。また、二酸化炭素の回収技術についても、研究開発が進められている。
【0003】
そのような中、超臨界ＣＯ２雰囲気中で燃料と酸素を燃焼させる燃焼器を備えたガスタービン設備（以下、ＣＯ２ガスタービン設備という。）が検討されている。この超臨界ＣＯ２ガスタービン設備では、燃焼器で生成した燃焼ガスの一部は、作動流体として系統に循環される。
【0004】
そのため、超臨界ＣＯ２ガスタービン設備においては、燃焼器から排出される燃焼ガスに余剰の酸素や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比（当量比１）になるように調整されている。
【0005】
なお、ここでいう当量比は、燃料流量および酸素流量に基づいて算出した当量比である。換言すれば、燃料と酸素が均一に混合したと想定したときの当量比（オーバーオールでの当量比）である。
【0006】
ＣＯ２ガスタービン設備の燃焼器では、燃焼器内で混合された燃料と酸化剤の混合気に点火装置を用いて着火する。現在、ＣＯ２ガスタービン設備の燃焼器に備える点火装置として、レーザ火花点火装置が検討されている。レーザ点火装置は、燃焼器内部の混合気にレーザを照射して着火する。
【0007】
レーザ火花点火装置は、例えば、レーザ発振器と、レンズと、ケーシング部に設けられた耐圧ガラスと、ケーシングと燃焼器ライナを結ぶレーザ通路管とを備える。そして、レーザ発振器から照射されたレーザ光は、レンズ、耐圧ガラス、レーザ通路管を介して、燃焼器ライナ内に照射される。
【0008】
そして、レーザ光は、燃焼器ライナ内で焦点を結ぶ。レーザ光が焦点を結ぶことでエネルギ密度が上昇し、この部分の気体がプラズマ化（ブレークダウン）して混合気を着火する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】国際公開第２０１８／０２５２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上記したＣＯ２ガスタービン設備のレーザ点火装置において、レーザ通路管内に燃焼ガスが流れ込むことがある。そして、耐圧ガラスの内表面が燃焼ガスに曝され、耐圧ガラスの内表面に煤などの不純物が付着することがある。これによって、耐圧ガラスを通過するレーザ光の透過率が低下して、安定した着火が行えないことがある。
【0011】
本発明が解決しようとする課題は、レーザ点火装置の耐圧ガラスに煤などの不純物が付着することを防止して、安定した着火が可能なガスタービン燃焼器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
実施形態のガスタービン燃焼器は、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、燃料と酸化剤とが燃焼して燃焼ガスが生成される燃焼筒と、前記ケーシングと前記燃焼筒との間の空間を区分する筒体と、前記ケーシング、前記筒体および前記燃焼筒を貫通して設けられ、前記燃焼筒の内部に連通する開口端部を有する管状部材と、前記管状部材内の前記ケーシング側に設けられ、前記管状部材を閉鎖する耐熱ガラスと、前記耐熱ガラスおよび前記管状部材の内部を介して前記燃焼筒内にレーザ光を照射するレーザ光供給機構と、前記燃焼筒と前記筒体との間に第１の流体を供給する第１の流体供給部と、前記ケーシングと前記筒体との間に、前記第１の流体の温度よりも低い温度の第３の流体を供給する第３の流体供給部と、前記管状部材が貫通する前記ケーシングの、前記耐熱ガラスよりも前記燃焼筒側に、前記管状部材の周囲に亘って形成された環状溝と、前記ケーシングに形成され、前記環状溝に前記第１の流体を導く流路と、前記流路に前記第１の流体を供給する第２の流体供給部と、前記環状溝が形成された位置にある前記管状部材に周方向に形成された複数の噴出孔を有し、前記環状溝に導かれた前記第１の流体を前記複数の噴出孔を通して前記管状部材内に噴出する噴出部とを備える。そして、前記噴出部の内側となる前記管状部材の内部には、前記複数の噴出孔から噴出された前記第１の流体によって前記管状部材内の断面を遮断するような流体流れが形成され、前記流体流れは、前記燃焼筒内の燃焼ガスが前記管状部材の前記開口端部を介して前記耐熱ガラスに接触することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１の実施の形態の燃焼器を備えるガスタービン設備の系統図である。
【図2】第１の実施の形態の燃焼器の縦断面を模式的に示した図である。
【図3】第１の実施の形態の燃焼器の点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【図4】第１の実施の形態の燃焼器において、他の構成を備える点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【図5】第２の実施の形態の燃焼器の縦断面を模式的に示した図である。
【図6】第２の実施の形態の燃焼器の点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【図7】第３の実施の形態の燃焼器の点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【図8】第３の実施の形態の燃焼器において、他の構成を備える点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【図9】第４の実施の形態の燃焼器の点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【図10】第５の実施の形態の燃焼器の点火装置の縦断面を模式的に示した拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0015】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の燃焼器２０Ａを備えるガスタービン設備１０の系統図である。図１に示すように、ガスタービン設備１０は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器２０Ａと、この燃焼器２０Ａに燃料を供給する配管４０と、燃焼器２０Ａに酸化剤を供給する配管４１を備えている。また、燃焼器２０Ａは、燃焼器２０Ａ内の燃料と酸化剤の混合気に着火する点火装置１００Ａを備えている。なお、燃焼器２０Ａは、ガスタービン燃焼器として機能する。
図１は、第１の実施の形態の燃焼器２０Ａを備えるガスタービン設備１０の系統図である。図１に示すように、ガスタービン設備１０は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器２０Ａと、この燃焼器２０Ａに燃料を供給する配管４０と、燃焼器２０Ａに酸化剤を供給する配管４１を備えている。また、燃焼器２０Ａは、燃焼器２０Ａ内の燃料と酸化剤の混合気に着火する点火装置１００Ａを備えている。なお、燃焼器２０Ａは、ガスタービン燃焼器として機能する。
【0016】
配管４０には、燃焼器２０Ａの燃焼器ライナ６１内に供給される燃料の流量を調整する流量調整弁２１が備えられている。ここで、燃料として、例えば、メタン、天然ガスなどの炭化水素が使用される。また、燃料として、例えば、一酸化炭素および水素などを含む石炭ガス化ガス燃料を使用することもできる。なお、燃焼器ライナ６１は、燃焼筒として機能する。
【0017】
配管４１には、酸化剤を昇圧する圧縮機２３が設けられている。酸化剤としては、例えば、空気分離装置（図示しない）によって大気から分離された酸素が使用される。配管４１を流れる酸化剤は、熱交換器２４を通過して加熱され、燃焼器２０Ａに供給される。
【0018】
燃焼器ライナ６１に導かれた燃料および酸化剤は、燃焼器ライナ６１内の燃焼領域において反応（燃焼）を生じ、燃焼ガスとなる。ここで、後述するが、ガスタービン設備１０においては、タービン２５から排気された燃焼ガスの一部を系統に循環させる。そのため、燃焼器ライナ６１から排出される燃焼ガスに、余剰の酸化剤（酸素）や燃料が残存しないことが好ましい。
【0019】
そこで、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比（当量比１）になるように調整されている。なお、ここでいう当量比は、燃料と酸素が均一に混合したと想定したときの当量比（オーバーオールでの当量比）である。
【0020】
また、ガスタービン設備１０は、タービン２５、発電機２６、熱交換器２４、冷却器２７、圧縮機２８を備える。さらに、ガスタービン設備１０は、タービン２５から排出された燃焼ガスの一部を系統に循環させるための配管４２を備える。
【0021】
タービン２５は、燃焼器ライナ６１から排出された燃焼ガスによって回動される。このタービン２５には、例えば、発電機２６が連結されている。ここでいう、燃焼器ライナ６１から排出される燃焼ガスは、燃料と酸化剤とによって生成された燃焼生成物と、燃焼器ライナ６１内に循環される二酸化炭素（水蒸気が除去された燃焼ガス）とを含んだものである。
【0022】
タービン２５から排出された燃焼ガスは、配管４２に導かれ、熱交換器２４を通過することによって冷却される。この際、燃焼ガスからの放熱によって、配管４１を流れる酸化剤や、配管４２を流れて燃焼器２０Ａに循環される二酸化炭素を加熱する。
【0023】
熱交換器２４を通過した燃焼ガスは、冷却器２７を通過する。燃焼ガスは、冷却器２７を通過することで、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去される。この際、燃焼ガス中の水蒸気は、凝縮して水となる。この水は、例えば配管４３を通り外部に排出される。
【0024】
ここで、前述したように、燃料および酸化剤の流量を量論混合比（当量比１）になるように調整した場合、水蒸気が除去された燃焼ガス（ドライ燃焼ガス）の成分は、ほぼ二酸化炭素である。なお、水蒸気が除去された燃焼ガスには、例えば、微量の一酸化炭素などが混在する場合もあるが、以下、水蒸気が除去された燃焼ガスを単に二酸化炭素と称する。
【0025】
二酸化炭素は、配管４２に介在する圧縮機２８によって臨界圧以上の圧力に昇圧され、超臨界流体となる。昇圧された二酸化炭素の一部は、配管４２を流れ、熱交換器２４において加熱される。そして、二酸化炭素は、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に導かれる。熱交換器２４を通過した二酸化炭素の温度は、例えば、７００℃程度になる。なお、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に二酸化炭素を供給する配管４２は、第１の流体供給部としても機能する。
【0026】
昇圧された二酸化炭素の他の一部は、例えば、配管４２から分岐した配管４４に導入される。配管４４に導入された二酸化炭素は、流量調整弁２９によって流量が調節され、冷却媒体として、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導かれる。配管４４によって燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導かれる二酸化炭素の温度は、例えば、４００℃程度である。
【0027】
この燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導かれる二酸化炭素の温度は、前述した燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に導かれる二酸化炭素の温度よりも低温である。なお、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に二酸化炭素を供給する配管４４は、第１の流体供給部としても機能する。また、燃焼器ケーシング７０は、ケーシングとして機能する。
【0028】
一方、昇圧された二酸化炭素のさらに他の一部は、配管４２から分岐した配管４５に導入される。配管４５に導入された二酸化炭素は、流量調整弁３０によって流量が調節され、外部に排出される。なお、配管４５は、排出管として機能する。外部に排出された二酸化炭素は、例えば、石油採掘現場で採用されているＥＯＲ（Enhanced Oil Recovery）などに利用することができる。
【0029】
次に、第１の実施の形態の燃焼器２０Ａの構成について詳しく説明する。
【0030】
【0031】
図２に示すように、燃焼器２０Ａは、燃料ノズル部６０、燃焼器ライナ６１、トランジションピース６２、燃焼器ケーシング７０、筒体８０、点火装置１００Ａを備える。
【0032】
燃料ノズル部６０は、配管４０から供給された燃料および配管４１から供給された酸化剤を燃焼器ライナ６１内に噴出する。例えば、中央から燃料を噴出し、その周囲から酸化剤を噴出する。
【0033】
燃焼器ケーシング７０は、例えば、燃料ノズル部６０の一部、燃焼器ライナ６１およびトランジションピース６２を囲むように、燃焼器２０Ａの長手方向に沿って設けられている。燃焼器ケーシング７０は、例えば、燃焼器２０Ａの長手方向に２分割されている。燃焼器ケーシング７０は、例えば、上流側の上流側ケーシング７１および下流側の下流側ケーシング７２で構成される。
【0034】
上流側ケーシング７１は、例えば、一端（上流端）が閉塞され、他端（下流端）が開口された筒体で構成されている。一端の中央には、燃料ノズル部６０を挿入する開口７１ａが形成されている。また、上流側ケーシング７１の側部には、配管４４が連結されている。配管４４は、例えば、上流側ケーシング７１の側部に形成された開口７１ｂに嵌め込まれ、接合されている。
【0035】
下流側ケーシング７２は、両端が開口した筒体で構成されている。下流側ケーシング７２の一端は、上流側ケーシング７１に接続され、下流側ケーシング７２の他端は、例えば、タービン２５を囲むケーシングに接続されている。
【0036】
図２に示すように、燃焼器ケーシング７０内には、燃料ノズル部６０の一部、燃焼器ライナ６１およびトランジションピース６２の周囲を包囲し、燃焼器ケーシング７０と燃焼器ライナ６１との間の空間を区画する筒体８０が設けられている。燃焼器ライナ６１と筒体８０との間、および燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間は、所定の空間を有している。
【0037】
筒体８０の一端（上流端）は、閉鎖され、燃料ノズル部６０を挿入する開口８１が形成されている。筒体８０の他端（下流端）は、閉鎖され、トランジションピース６２の下流端を貫通させる開口８２が形成されている。筒体８０は、例えば、開口８１を有する板状の蓋部材８０ａを筒状の本体部材８０ｂに接合して形成される。
【0038】
筒体８０は、図２に示すように、燃料ノズル部６０の一部、燃焼器ライナ６１およびトランジションピース６２の周囲を包囲する構造であれば、筒体８０の構成は、限定されない。
【0039】
筒体８０の下流側の開口８２の内周面は、トランジションピース６２の下流端部の外周面に接している。
【0040】
また、筒体８０の上流側の側部には、配管４２が連結されている。この配管４２は、例えば、図２に示すように、上流側ケーシング７１の側部に連結された配管４４内を貫通して、筒体８０の側部に連結されている。配管４２が配管４４の内部を貫通する部分は、二重管構造となっている。
【0041】
なお、配管４２は、例えば、配管４４に形成された開口４４ａを介して配管４４の内部に挿入されている。そして、例えば、開口４４ａを有する開口部において、配管４２は、配管４４と接合されている。また、配管４２と配管４４との二重管構造は、１箇所に限らず、周方向に複数個所有してもよい。
【0042】
【0043】
管状部材１０１は、両端が開口した円筒管などで構成される。管状部材１０１は、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および燃焼器ライナ６１に貫通して設けられている。換言すると、管状部材１０１は、燃焼器２０Ａの長手方向に垂直な方向から、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および燃焼器ライナ６１に形成された同軸の円形の連通孔（貫通孔）に貫通するように配置されている。
【0044】
なお、管状部材１０１の内側の端部１０１ａは、燃焼器ライナ６１の内部に突出しないように構成されている。また、管状部材１０１の内径は、その内部をレーザ光が通過する際に妨げにならない程度に設定される。
【0045】
耐熱ガラス１０２は、管状部材１０１内の外側（燃焼器ケーシング７０側）に設けられる。具体的には、耐熱ガラス１０２は、二酸化炭素が流れる燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間の流路よりも外側の管状部材１０１内に設けられることが好ましい。例えば、耐熱ガラス１０２は、管状部材１０１の外側の端部１０１ｂ側に設けられる。
【0046】
耐熱ガラス１０２は、管状部材１０１の内部を閉鎖するように設けられる。これによって、燃焼器２０Ａの内部と外部との連通が遮断される。
【0047】
レーザ光供給機構１０３は、耐熱ガラス１０２および管状部材１０１の内部を介して燃焼器ライナ６１内にレーザ光１１０を照射する。レーザ光供給機構１０３は、レーザ発振器１０３ａ、集光レンズ１０３ｂを備える。
【0048】
集光レンズ１０３ｂは、耐熱ガラス１０２に対向して燃焼器ケーシング７０（下流側ケーシング７２）の外側に設けられる。すなわち、集光レンズ１０３ｂは、レーザ発振器１０３ａと耐熱ガラス１０２との間に設けられる。集光レンズ１０３ｂの焦点距離や設置位置は、燃料と空気の混合気を着火するのに最適な位置で焦点１１０ａとなるように設定される。
【0049】
レーザ発振器１０３ａは、燃焼器ケーシング７０の外側に配置される。レーザ発振器１０３ａは、集光レンズ１０３ｂ、耐熱ガラス１０２および管状部材１０１の内部を介して燃焼器ライナ６１内にレーザ光１１０を照射する。すなわち、レーザ発振器１０３ａは、集光レンズ１０３ｂ、耐熱ガラス１０２、管状部材１０１の内部の順にレーザ光１１０を通過させて、燃焼器ライナ６１内にレーザ光１１０を照射できように配置される。
【0050】
なお、レーザ発振器１０３ａから発振されたレーザ光１１０を光ファイバを介して集光レンズ１０３ｂに向けて照射してもよい。
【0051】
接触防止機構１０４Ａは、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２と接触することを防止する。接触防止機構１０４Ａは、流体供給部１２０と、噴出部１３０とを備える。
【0052】
流体供給部１２０は、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスと耐熱ガラス１０２との接触を防止するための流体を供給する。なお、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスと耐熱ガラス１０２との接触を防止するための流体を以下、接触防止流体と呼ぶ。
【0053】
流体供給部１２０は、燃焼器ケーシング７０と燃焼器ライナ６１との間に、接触防止流体を供給する。ここで、具板的には、流体供給部１２０は、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に、接触防止流体を供給する。
【0054】
ここでは、流体供給部１２０は、熱交換器２４で加熱された二酸化炭素を燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に循環させる配管４２によって構成される。なお、流体供給部１２０は、第１の流体供給部として機能し、流体供給部１２０によって供給される接触防止流体は、第１の流体として機能する。
【0055】
また、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に供給された二酸化炭素は、接触防止流体としての機能の他に、燃焼器ライナ６１およびトランジションピース６２を冷却する冷却媒体としても機能する。
【0056】
噴出部１３０は、接触防止流体を管状部材１０１内に噴出する。噴出部１３０は、管状部材１０１の周方向に形成された複数の噴出孔１３１を有する。
【0057】
噴出部１３０は、例えば、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に位置する管状部材１０１に形成されている。換言すれば、噴出孔１３１は、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に位置する管状部材１０１の周方向に形成されている。
【0058】
噴出孔１３１は、円孔、スリットなどで構成される。また、噴出孔１３１は、管状部材１０１の周方向に均等に配置されている。噴出孔１３１は、例えば、管状部材１０１の中心軸に対して垂直な方向に貫通している。
【0059】
ここで、管状部材１０１内に噴出される接触防止流体の圧力は、燃焼器ライナ６１内の圧力よりも高い。そのため、管状部材１０１内に流入した燃焼ガスが噴出孔１３１を通り燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に流れ込むことはない。換言すれば、噴出孔１３１から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体は、燃焼器ライナ６１内へ流れる。
【0060】
次に、燃焼器２０Ａの作用について説明する。
【0061】
着火時においては、レーザ発振器１０３ａを駆動し、レーザ光１１０を発振する。レーザ発振器１０３ａから発振されたレーザ光１１０は、集光レンズ１０３ｂ、耐熱ガラス１０２を通過して、管状部材１０１内に入る。管状部材１０１内を通過したレーザ光１１０は、燃焼器ライナ６１内の所定の領域で焦点１１０ａを結ぶ。なお、レーザ光１１０は、焦点１１０ａから進行方向にビーム径を拡大しながら進行する。
【0062】
レーザ光１１０が燃焼器ライナ６１内に照射された後、燃料ノズル部６０から燃料および酸素が燃焼器ライナ６１内に噴出される。この際、燃焼器２０Ａの急激な熱負荷を押さえるために、酸化剤流量および燃料流量は減らされた状態で燃料ノズル部６０から噴出される。
【0063】
燃料ノズル部６０から噴出された酸化剤および燃料は、混合して混合気を形成しながら流れる。そして、レーザ光が焦点１１０ａを結ぶエネルギ密度が高い位置に混合気が流れると、混合気に着火する。これによって、燃焼が開始する。なお、点火装置１００Ａは、例えば、燃焼器ライナ６１内における燃焼が安定したところで、駆動が停止される。
【0064】
そして、着火後、循環する二酸化炭素の流量、酸化剤流量を増加して燃焼器内の圧力を上昇させるとともに、燃料流量を増加して燃焼器内の燃焼ガス温度を上昇させる。そして、タービンの定格負荷まで、燃料流量および循環する二酸化炭素の流量、酸化剤流量を増加する。
【0065】
燃焼器ライナ６１から排出された燃焼ガスの作用は、図１を参照してすでに説明したので、ここでは、配管４２および配管４４から燃焼器２０Ａ内に導入された二酸化炭素の流れについて、図２および図３を参照して説明する。
【0066】
配管４２から筒体８０内に導入された二酸化炭素の一部は、接触防止流体として機能する。図３に示すように、この二酸化炭素の一部は、管状部材１０１の噴出孔１３１を通り管状部材１０１内に噴出される。なお、図３には、噴出孔１３１から噴出される接触防止流体（二酸化炭素）の流れを矢印で示している。
【0067】
噴出孔１３１から噴出された接触防止流体（二酸化炭素）の流れは、図３に示すように、例えば、管状部材１０１の中心軸に垂直な方向に進むとともに、燃焼器ライナ６１側に向きを変える。すなわち、管状部材１０１内には、噴出孔１３１から噴出された接触防止流体によって、燃焼器ライナ６１内に向かう流れ場が形成される。
【0068】
また、噴出孔１３１の内側となる管状部材１０１の内部には、周方向に形成された複数の噴出孔１３１から噴出された接触防止流体によって、管状部材１０１内の断面を遮断するような流れ場が形成される。
【0069】
ここで、噴出孔１３１から噴出される接触防止流体は、管状部材１０１の中心軸付近まで到達できる程度の貫通力を有していることが好ましい。具体的には、例えば、噴出孔１３１から噴出される接触防止流体は、管状部材１０１の中央を通るレーザ光１１０（レーザービーム）の外周に接する程度の貫通力を有していることが好ましい。
【0070】
上記した、噴出孔１３１から噴出された接触防止流体によって形成される流れによって、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスは、管状部材１０１内に流入できない。もしくは、噴出孔１３１から噴出された接触防止流体によって形成される流れによって、燃焼器ライナ６１内から管状部材１０１に流入した燃焼ガスは、噴出孔１３１が形成された位置よりも耐熱ガラス１０２側には流入できない。
【0071】
これによって、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２（耐熱ガラス１０２の内面１０２ａ）に接触することを防止できる。そして、燃焼ガスに含まれる煤などの不純物が耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに付着することはない。そのため、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下を防止できる。
【0072】
なお、噴出孔１３１から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体は、燃焼器ライナ６１内に流入する。燃焼器ライナ６１内に流入した接触防止流体は、燃焼ガスとともにトランジションピース６２内に導入される。
【0073】
ここで、管状部材１０１に噴出される接触防止流体の流量は、噴出孔１３１の孔径および噴出孔１３１の個数で調整することができる。噴出孔１３１から管状部材１０１内に噴出される接触防止流体の流量は、耐熱ガラス１０２側への燃焼ガスの流入を防止することができる最小限の流量であることが好ましい。
【0074】
これによって、燃焼器ライナ６１内において、管状部材１０１から燃焼器ライナ６１内に流入した接触防止流体の影響を受けることなく、火炎を形成することができる。
【0075】
一方、配管４２から筒体８０内に導入された二酸化炭素の残部は、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間の環状の空間を下流側へ流れる。この際、二酸化炭素は、燃焼器ライナ６１およびトランジションピース６２を冷却する。
【0076】
そして、二酸化炭素は、燃焼器ライナ６１およびトランジションピース６２の、例えば、多孔式膜冷却部の孔６３、６４や希釈孔６５などから燃焼器ライナ６１内やトランジションピース６２内に導入される。燃焼器ライナ６１内やトランジションピース６２内に導入された二酸化炭素は、燃焼によって生成された燃焼ガスとともにタービン２５に導入される。
【0077】
図２に示すように、配管４４を流れる低温の二酸化炭素は、配管４２および配管４４で構成される二重管に導かれる。二重管に導かれた二酸化炭素は、配管４２と配管４４との間の環状の通路を通り、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導かれる。
【0078】
燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導かれた二酸化炭素は、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間の環状の空間を下流側へ流れる。この際、二酸化炭素は、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および点火装置１００Ａの管状部材１０１を冷却する。この二酸化炭素は、例えば、タービン２５の静翼８５や動翼８６の冷却にも使用される。このような冷却によって、燃焼器ケーシング７０の温度は、例えば、４００℃程度となる。
【0079】
そのため、ＣＯ２ガスタービン設備のタービン定格負荷時においても、点火装置１００Ａの耐熱ガラス１０２が設置された燃焼器ケーシング７０の温度を４００℃程度に維持することができる。すなわち、点火装置１００Ａの耐熱ガラス１０２の温度は、４００℃程度に維持される。
【0080】
上記したように第１の実施の形態の燃焼器２０Ａによれば、接触防止機構１０４Ａを備えることで、点火装置１００Ａの管状部材１０１内に備えられる耐熱ガラス１０２と燃焼ガスと接触を防止できる。そのため、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。これによって、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下が防止され、安定した着火を行うことができる。
【0081】
ここで、上記した実施の形態において、管状部材１０１の中心軸に対して垂直な方向に貫通する噴出孔１３１の一例を示したが、噴出孔１３１の構成は、これに限られない。
【0082】
図４は、第１の実施の形態の燃焼器２０Ａにおいて、他の構成を備える点火装置１００Ａの縦断面を模式的に示した拡大図である。
【0083】
図４に示すように、噴出孔１３１は、管状部材１０１の中心軸に垂直な方向に対して管状部材１０１の端部１０１ａ側に傾けて形成されてもよい。すなわち、噴出孔１３１は、噴出孔１３１の出口が噴出孔１３１の入口よりも管状部材１０１の端部１０１ａ側に位置するように傾けて形成されてもよい。
【0084】
この場合、噴出孔１３１から噴出される接触防止流体は、管状部材１０１の中心軸に沿う速度成分を有する。これによって、管状部材１０１の中央を通るレーザ光１１０（レーザービーム）の外周に接する程度の貫通力を有する接触防止流体の流れ場を形成しやすくなる。そして、レーザ光１１０は、接触防止流体からの影響が抑制された状態で燃焼器ライナ６１内に照射される。
【0085】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態の燃焼器２０Ｂの縦断面を模式的に示した図である。図６は、第２の実施の形態の燃焼器２０Ｂの点火装置１００Ｂの縦断面を模式的に示した拡大図である。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態の燃焼器２０Ａと同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
図５は、第２の実施の形態の燃焼器２０Ｂの縦断面を模式的に示した図である。図６は、第２の実施の形態の燃焼器２０Ｂの点火装置１００Ｂの縦断面を模式的に示した拡大図である。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態の燃焼器２０Ａと同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【0086】
第２の実施の形態の燃焼器２０Ｂにおいては、点火装置１００Ｂの接触防止機構１０４Ｂの構成以外は第１の実施の形態の燃焼器２０Ａの構成と同じである。そのため、ここでは、主に接触防止機構１０４Ｂの構成について説明する。
【0087】
図５に示すように、点火装置１００Ｂは、管状部材１０１、耐熱ガラス１０２、レーザ光供給機構１０３、接触防止機構１０４Ｂを備えている。
【0088】
接触防止機構１０４Ｂは、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２と接触することを防止する。接触防止機構１０４Ｂは、流体供給部１４０と、噴出部１５０とを備える。
【0089】
流体供給部１４０は、接触防止流体を供給する。流体供給部１４０は、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に、接触防止流体を供給する。
【0090】
ここでは、流体供給部１４０は、圧縮機２８によって昇圧された二酸化炭素を燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に循環させる配管４４によって構成される。ここで、配管４４によって循環される二酸化炭素は、熱交換器２４で加熱されない。
【0091】
なお、流体供給部１４０は、第１の流体供給部として機能し、流体供給部１４０によって供給される接触防止流体は、第１の流体として機能する。
【0092】
また、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に供給された二酸化炭素は、接触防止流体としての機能の他に、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および点火装置１００Ｂの管状部材１０１を冷却する冷却媒体としても機能する。
【0093】
噴出部１５０は、接触防止流体を管状部材１０１内に噴出する。噴出部１５０は、管状部材１０１の周方向に形成された複数の噴出孔１５１を有する。
【0094】
噴出部１５０は、例えば、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に位置する管状部材１０１に形成されている。換言すれば、噴出孔１５１は、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に位置する管状部材１０１の周方向に形成されている。
【0095】
噴出孔１５１の形状および配置構成は、第１の実施の形態の噴出孔１３１と同じである。また、噴出孔１５１は、例えば、管状部材１０１の中心軸に対して垂直な方向に貫通している。
【0096】
なお、第１の実施の形態で例示したように（図４参照）、噴出孔１５１は、管状部材１０１の中心軸に垂直な方向に対して管状部材１０１の端部１０１ａ側に傾けて形成されてもよい。これによる効果は、第１の実施の形態で説明した効果と同じである。
【0097】
ここで、管状部材１０１内に噴出される接触防止流体の圧力は、燃焼器ライナ６１内の圧力よりも高い。そのため、管状部材１０１内に流入した燃焼ガスが噴出孔１５１を通り燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に流れ込むことはない。換言すれば、噴出孔１５１から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体は、燃焼器ライナ６１内へ流れる。
【0098】
次に、燃焼器２０Ｂの作用について説明する。
【0099】
ここでは、接触防止機構１０４Ｂの作用について説明する。
【0100】
配管４４から燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導入された二酸化炭素の一部は、接触防止流体として機能する。図６に示すように、この二酸化炭素の一部は、管状部材１０１の噴出孔１５１を通り管状部材１０１内に噴出される。なお、図６には、噴出孔１５１から噴出される二酸化炭素（接触防止流体）の流れを矢印で示している。
【0101】
噴出孔１５１から噴出された二酸化炭素（接触防止流体）の流れは、第１の実施の形態における噴出孔１３１から噴出された二酸化炭素（接触防止流体）の流れと同様である。すなわち、噴出孔１５１から噴出された二酸化炭素（接触防止流体）の流れは、図６に示すように、例えば、管状部材１０１の中心軸に垂直な方向に進むとともに、燃焼器ライナ６１側に向きを変える。
【0102】
また、噴出孔１５１の内側となる管状部材１０１の内部には、周方向に形成された複数の噴出孔１５１から噴出された二酸化炭素によって、管状部材１０１内の断面を遮断するような流れ場が形成される。
【0103】
噴出孔１５１から噴出された二酸化炭素によって形成される流れによって、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスは、管状部材１０１内に流入できない。もしくは、噴出孔１５１から噴出された二酸化炭素によって形成される流れによって、燃焼器ライナ６１内から管状部材１０１に流入した燃焼ガスは、噴出孔１５１が形成された位置よりも耐熱ガラス１０２側には流入できない。
【0104】
これによって、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２（耐熱ガラス１０２の内面１０２ａ）に接触することを防止できる。そして、燃焼ガスに含まれる煤などの不純物が耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに付着することはない。そのため、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下を防止できる。
【0105】
なお、第１の実施の形態と同様に、管状部材１０１に噴出される接触防止流体の流量は、噴出孔１５１の孔径および噴出孔１５１の個数で調整することができる。これによる効果も、第１の実施の形態と同じである。
【0106】
一方、配管４４から燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に導入された二酸化炭素の残部は、燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間の環状の空間を下流側へ流れる。この際、第１の実施の形態と同様に、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および点火装置１００Ｂの管状部材１０１を冷却する。
【0107】
上記したように第２の実施の形態の燃焼器２０Ｂによれば、接触防止機構１０４Ｂを備えることで、点火装置１００Ｂの管状部材１０１内に備えられる耐熱ガラス１０２と燃焼ガスと接触を防止できる。そのため、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。これによって、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下が防止され、安定した着火を行うことができる。
【0108】
（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態の燃焼器２０Ｃの点火装置１００Ｃの縦断面を模式的に示した拡大図である。
図７は、第３の実施の形態の燃焼器２０Ｃの点火装置１００Ｃの縦断面を模式的に示した拡大図である。
【0109】
第３の実施の形態の燃焼器２０Ｃにおいては、点火装置１００Ｃの接触防止機構１０４Ｃの構成以外は第１の実施の形態の燃焼器２０Ａの構成と同じである。そのため、ここでは、主に接触防止機構１０４Ｃの構成について説明する。
【0110】
図７に示すように、点火装置１００Ｃは、管状部材１０１、耐熱ガラス１０２、レーザ光供給機構１０３、接触防止機構１０４Ｃを備えている。
【0111】
接触防止機構１０４Ｃは、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２と接触することを防止する。接触防止機構１０４Ｃは、環状溝１６０と、流路１６１と、流体供給部１７０と、噴出部１８０とを備える。
【0112】
環状溝１６０は、管状部材１０１が貫通する燃焼器ケーシング７０（例えば、下流側ケーシング７２）に、管状部材１０１の周囲に亘って形成されている。この環状溝１６０は、耐熱ガラス１０２よりも燃焼器ライナ６１側の燃焼器ケーシング７０に形成されている。
【0113】
流路１６１は、燃焼器ケーシング７０の外部と環状溝１６０とを連結する流路である。流路１６１は、燃焼器ケーシング７０の側面から環状溝１６０に貫通する貫通孔で構成される。
【0114】
流体供給部１７０は、流路１６１に接触防止流体を供給する。具体的には、流体供給部１７０は、流路１６１に連結されている。
【0115】
ここで、流体供給部１７０は、例えば、熱交換器２４で加熱された二酸化炭素を燃焼器ライナ６１と筒体８０との間に循環させる配管４２（図１参照）から分岐された配管によって構成されてもよい。
【0116】
また、流体供給部１７０は、例えば、圧縮機２８によって昇圧された二酸化炭素を燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間に循環させる配管４４（図１参照）から分岐された配管によって構成されてもよい。
【0117】
ここで、上記したようにガスタービン設備１０の系統から分岐された配管で流体供給部１７０を構成する場合、流体供給部１７０にフィルタ（図示しない）を介在することが好ましい。フィルタを通過させることで、二酸化炭素の流れに含まれる異物を除去することができる。これによって、燃焼器ライナ６１やタービン２５に異物が流れ込むことを防止できる。
【0118】
さらに、流体供給部１７０は、例えば、ガスタービン設備１０の系統以外の供給系（供給配管）であってもよい。この場合においても、流体供給部１７０は、接触防止流体として超臨界圧の二酸化炭素を流路１６１に供給する。
【0119】
ここで、上記したいずれの構成であっても、噴出部１８０から管状部材１０１内に噴出される接触防止流体の圧力が燃焼器ライナ６１内の圧力よりも高くなるように、流体供給部１７０は、接触防止流体を流路１６１に供給する。
【0120】
なお、流体供給部１７０は、第２の流体供給部として機能する。また、流体供給部１７０から供給される接触防止流体は、第２の流体として機能する。
【0121】
噴出部１８０は、環状溝１６０に供給された接触防止流体を管状部材１０１内に噴出する。噴出部１８０は、管状部材１０１の周方向に形成された複数の噴出孔１８１を有する。
【0122】
噴出部１８０は、図７に示すように、環状溝１６０が形成された位置にある管状部材１０１に形成されている。換言すれば、噴出孔１８１は、環状溝１６０が形成された位置にある管状部材１０１の周方向に形成されている。
【0123】
噴出孔１８１の形状および配置構成は、第１の実施の形態の噴出孔１３１と同じである。また、噴出孔１８１は、例えば、管状部材１０１の中心軸に対して垂直な方向に貫通している。
【0124】
なお、第１の実施の形態で例示したように（図４参照）、噴出孔１８１は、管状部材１０１の中心軸に垂直な方向に対して管状部材１０１の端部１０１ａ側に傾けて形成されてもよい。これによる効果は、第１の実施の形態で説明した効果と同じである。
【0125】
ここで、管状部材１０１内に噴出される接触防止流体の圧力は、燃焼器ライナ６１内の圧力よりも高い。そのため、管状部材１０１内に流入した燃焼ガスが噴出孔１８１を通り環状溝１６０に流れ込むことはない。換言すれば、噴出孔１８１から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体は、燃焼器ライナ６１内へ流れる。
【0126】
次に、燃焼器２０Ｃの作用について説明する。
【0127】
ここでは、接触防止機構１０４Ｃの作用について説明する。
【0128】
流体供給部１７０から環状溝１６０に供給された接触防止流体は、環状溝１６０内で周方向に広がる。環状溝１６０内で周方向に広がった接触防止流体は、管状部材１０１の噴出孔１８１を通り管状部材１０１内に噴出される。なお、図７には、噴出孔１８１から噴出される接触防止流体の流れを矢印で示している。また、各噴出孔１８１から噴出される接触防止流体の流量は、ほぼ均一である。
【0129】
噴出孔１８１から噴出された二酸化炭素（接触防止流体）の流れは、第１の実施の形態における噴出孔１３１から噴出された二酸化炭素（接触防止流体）の流れと同様である。すなわち、噴出孔１８１から噴出された接触防止流体の流れは、図７に示すように、例えば、管状部材１０１の中心軸に垂直な方向に進むとともに、燃焼器ライナ６１側に向きを変える。
【0130】
また、噴出孔１８１の内側となる管状部材１０１の内部には、周方向に形成された複数の噴出孔１８１から噴出された接触防止流体によって、管状部材１０１内の断面を遮断するような流れ場が形成される。
【0131】
噴出孔１８１から噴出された接触防止流体によって形成される流れによって、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスは、管状部材１０１内に流入できない。もしくは、噴出孔１８１から噴出された接触防止流体によって形成される流れによって、燃焼器ライナ６１内から管状部材１０１に流入した燃焼ガスは、噴出孔１８１が形成された位置よりも耐熱ガラス１０２側には流入できない。
【0132】
これによって、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２（耐熱ガラス１０２の内面１０２ａ）に接触することを防止できる。そして、燃焼ガスに含まれる煤などの不純物が耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに付着することはない。そのため、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下を防止できる。
【0133】
なお、第１の実施の形態と同様に、管状部材１０１に噴出される接触防止流体の流量は、噴出孔１８１の孔径および噴出孔１８１の個数で調整することができる。これによる効果も、第１の実施の形態と同じである。
【0134】
上記したように第３の実施の形態の燃焼器２０Ｃによれば、接触防止機構１０４Ｃを備えることで、点火装置１００Ｃの管状部材１０１内に備えられる耐熱ガラス１０２と燃焼ガスと接触を防止できる。そのため、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。これによって、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下が防止され、安定した着火を行うことができる。
【0135】
ここで、燃焼器２０Ｃにおける接触防止機構１０４Ｃの構成は、上記した構造に限られない。図８は、第３の実施の形態の燃焼器２０Ｃにおいて、他の構成を備える点火装置１００Ｃの縦断面を模式的に示した拡大図である。
【0136】
図８に示すように、接触防止機構１０４Ｃを燃焼器ケーシング７０の外側に設けてもよい。
【0137】
この場合、管状部材１０１は、両端が開口した円筒管などで構成される。管状部材１０１は、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および燃焼器ライナ６１に貫通して設けられている。
【0138】
また、管状部材１０１の一端側は、燃焼器ケーシング７０から外側に突出している。すなわち、管状部材１０１の一端側は、燃焼器ケーシング７０の外側まで延設されている。なお、管状部材１０１において、燃焼器ケーシング７０から外側に突出している部分を外側突出部１０１ｅという。
【0139】
また、管状部材１０１の外側突出部１０１ｅの外周には、例えば、フランジ１０１ｃが備えられる。そして、このフランジ１０１ｃを燃焼器ライナ６１の外側面に取り付けることで、管状部材１０１は固定される。
【0140】
外側突出部１０１ｅには、接触防止機構１０４Ｃが設けられている。そして、接触防止機構１０４Ｃが設けられた位置よりも外側（レーザ光供給機構１０３側）の管状部材１０１内に、耐熱ガラス１０２が配置されている。
【0141】
接触防止機構１０４Ｃは、環状部材１６５と、流体供給部１７０と、噴出部１８５とを備える。
【0142】
環状部材１６５は、図８に示すように、環状部材１６５の周方向に垂直な断面がコ字状で、中空部を有する。環状部材１６５は、外側突出部１０１ｅの外周に周方向に亘って設けられている。環状部材１６５の開口側（内周側）は、外側突出部１０１ｅの外周に接合されている。このように環状部材１６５を備えることで、外側突出部１０１ｅの外周に環状通路１６６が構成される。
【0143】
また、環状部材１６５は、管状部材１０１の軸方向位置において、フランジ１０１ｃが設けられた位置と耐熱ガラス１０２が設けられた位置との間に配置される。
【0144】
流体供給部１７０は、環状通路１６６に接触防止流体を供給する。具体的には、流体供給部１７０は、環状部材１６５に接続される。なお、流体供給部１７０を構成する配管等は、前述したとおりである。
【0145】
噴出部１８５は、環状部材１６５内の環状通路１６６に供給された接触防止流体を管状部材１０１内に噴出する。噴出部１８５は、外側突出部１０１ｅの周方向に形成された複数の噴出孔１８６を有する。
【0146】
噴出孔１８６は、図８に示すように、環状通路１６６が形成された位置にある管状部材１０１に形成されている。換言すれば、噴出孔１８６は、環状通路１６６が形成された位置にある外側突出部１０１ｅの周方向に形成されている。噴出孔１８６の形状および構成は、前述した噴出孔１８１の形状および構成と同じである。
【0147】
ここで、流体供給部１７０から環状通路１６６に供給された接触防止流体は、環状通路１６６内を周方向に広がる。そして、環状通路１６６に広がった接触防止流体は、噴出孔１８６から管状部材１０１内に噴出される。噴出孔１８６から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体の流動は、前述した噴出孔１８１から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体の流動と同様である。
【0148】
なお、管状部材１０１内に噴出される接触防止流体の圧力は、燃焼器ライナ６１内の圧力よりも高い。そのため、管状部材１０１内に流入した燃焼ガスが噴出孔１８６を通り環状通路１６６に流れ込むことはない。換言すれば、噴出孔１８６から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体は、燃焼器ライナ６１内へ流れる。
【0149】
（第４の実施の形態）
図９は、第４の実施の形態の燃焼器２０Ｄの点火装置１００Ｄの縦断面を模式的に示した拡大図である。
図９は、第４の実施の形態の燃焼器２０Ｄの点火装置１００Ｄの縦断面を模式的に示した拡大図である。
【0150】
第４の実施の形態の燃焼器２０Ｄにおいては、点火装置１００Ｄの接触防止機構１０４Ｄの構成以外は第１の実施の形態の燃焼器２０Ａの構成と同じである。そのため、ここでは、主に接触防止機構１０４Ｄの構成について説明する。
【0151】
図９に示すように、点火装置１００Ｄは、管状部材１０１、耐熱ガラス１０２、レーザ光供給機構１０３、接触防止機構１０４Ｄを備えている。
【0152】
接触防止機構１０４Ｄは、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２と接触することを防止する。接触防止機構１０４Ｄは、オリフィス部材１９０を備える。
【0153】
オリフィス部材１９０は、管状部材１０１内に設けられた円形の板状部材で構成されている。オリフィス部材１９０は、その中央にレーザ光１１０を通過させる貫通孔１９１を有する。
【0154】
オリフィス部材１９０の外周は、管状部材１０１の内周に接している。このように構成することで、オリフィス部材１９０の外周と管状部材１０１の内面との間から燃焼ガスが耐熱ガラス１０２側へ流入することが防止できる。なお、オリフィス部材１９０の外形は、オリフィス部材１９０が配置される管状部材１０１内の形状に対応して形成される。
【0155】
貫通孔１９１の口径は、レーザ光１１０の通過の妨げにならない程度のサイズに設定される。
【0156】
ここでは、オリフィス部材１９０を燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間の管状部材１０１内に備えた一例を示しているが、この構成に限られない。
【0157】
例えば、オリフィス部材１９０は、燃焼器ライナ６１と筒体８０との間の管状部材１０１内に備えられてもよい。
【0158】
ここで、レーザ光１１０は、集光レンズ１０３ｂによって集光されるため、レーザ光１１０のビーム径は、焦点１１０ａまで減少する。そのため、オリフィス部材１９０を燃焼器ライナ６１側に備えることで、貫通孔１９１の口径をより小さくすることができる。これによって、貫通孔１９１を通り耐熱ガラス１０２側へ流入する燃焼ガスの流れをより確実に抑制できる。
【0159】
次に、燃焼器２０Ｄの作用について説明する。
【0160】
ここでは、接触防止機構１０４Ｄの作用について説明する。
【0161】
着火時において、レーザ発振器１０３ａから発振されたレーザ光１１０は、集光レンズ１０３ｂ、耐熱ガラス１０２、オリフィス部材１９０の貫通孔１９１を通過して、管状部材１０１内に入る。管状部材１０１内を通過したレーザ光１１０は、燃焼器ライナ６１内の所定の領域で焦点１１０ａを結ぶ。
【0162】
管状部材１０１内に流入した燃焼ガスの耐熱ガラス１０２側への流入は、オリフィス部材１９０によって阻止される。なお、貫通孔１９１を通り耐熱ガラス１０２側へ燃焼ガスが流れても、その流量は微量である。そのため、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。
【0163】
上記したように第４の実施の形態の燃焼器２０Ｄによれば、接触防止機構１０４Ｄを備えることで、点火装置１００Ｄの管状部材１０１内に備えられる耐熱ガラス１０２と燃焼ガスと接触を抑制できる。そのため、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。これによって、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下が防止され、安定した着火を行うことができる。
【0164】
ここで、第４の実施の形態の燃焼器２０Ｄの構成は、上記した構成に限られない。
【0165】
例えば、オリフィス部材１９０が燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間の管状部材１０１内に備えられている場合、第３の実施の形態の接触防止機構１０４Ｃをさらに備えてもよい。また、オリフィス部材１９０が燃焼器ケーシング７０と筒体８０との間の管状部材１０１内に備えられている場合において、オリフィス部材１９０の燃焼器ケーシング７０側に第２の実施の形態の接触防止機構１０４Ｂをさらに備えてもよい。
【0166】
例えば、オリフィス部材１９０が燃焼器ライナ６１と筒体８０との間の管状部材１０１内に備えられている場合、第２の実施の形態の接触防止機構１０４Ｂまたは第３の実施の形態の接触防止機構１０４Ｃをさらに備えてもよい。また、オリフィス部材１９０が燃焼器ライナ６１と筒体８０との間の管状部材１０１内に備えられている場合において、オリフィス部材１９０の燃焼器ケーシング７０側に第１の実施の形態の接触防止機構１０４Ａをさらに備えてもよい。
【0167】
いずれの場合においても、接触防止機構１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃの噴出孔１３１、１５１、１８１から管状部材１０１内に噴出された接触防止流体は、オリフィス部材１９０の貫通孔１９１を通り燃焼器ライナ６１側へ流れる。これによって、貫通孔１９１を通り耐熱ガラス１０２側へ燃焼ガスが流れることを防止できる。
【0168】
【0169】
第５の実施の形態の燃焼器２０Ｅにおいては、点火装置１００Ｅの接触防止機構１０４Ｅの構成以外は第１の実施の形態の燃焼器２０Ａの構成と同じである。そのため、ここでは、主に接触防止機構１０４Ｅの構成について説明する。
【0170】
図１０に示すように、点火装置１００Ｅは、管状部材１０１、耐熱ガラス１０２、レーザ光供給機構１０３、接触防止機構１０４Ｅを備えている。
【0171】
管状部材１０１は、両端が開口した円筒管などで構成される。管状部材１０１は、燃焼器ケーシング７０、筒体８０および燃焼器ライナ６１に貫通して設けられている。また、管状部材１０１の一端側は、燃焼器ケーシング７０から外側に突出している。すなわち、管状部材１０１の一端側は、燃焼器ケーシング７０の外側まで延設されている。なお、管状部材１０１において、燃焼器ケーシング７０から外側に突出している部分を外側突出部１０１ｅという。
【0172】
また、管状部材１０１の外側突出部１０１ｅの外周には、例えば、フランジ１０１ｃが備えられる。そして、このフランジ１０１ｃを燃焼器ライナ６１の外側面に取り付けることで、管状部材１０１は固定される。
【0173】
外側突出部１０１ｅには、接触防止機構１０４Ｅが設けられている。そして、接触防止機構１０４Ｅが設けられた位置よりも外側（レーザ光供給機構１０３側）の管状部材１０１内に、耐熱ガラス１０２が配置されている。
【0174】
接触防止機構１０４Ｅは、燃焼器ライナ６１内の燃焼ガスが耐熱ガラス１０２と接触することを防止する。接触防止機構１０４Ｅは、遮断弁２００を備える。
【0175】
遮断弁２００は、外側突出部１０１ｅの側部に設けられている。遮断弁２００は、管状部材１０１の軸方向位置において、フランジ１０１ｃが設けられた位置と耐熱ガラス１０２が設けられた位置との間に配置される。そして、遮断弁２００は、管状部材１０１内の耐熱ガラス１０２側の空間２４０ａと管状部材１０１内の燃焼器ライナ６１側の空間２４０ｂとを連通または遮断する。
【0176】
遮断弁２００は、弁ケーシング２１０、２２０と、遮断部２３０とを備える。
【0177】
弁ケーシング２１０は、両端が開口した筒体などで構成される。図１０に示すように、弁ケーシング２１０の一端２１０ａは、外側突出部１０１ｅの側壁に形成された開口１０１ｄに勘合され、接合されている。弁ケーシング２１０の他端２１０ｂは、例えば、フランジ２１１を有している。なお、弁ケーシング２１０は、外側突出部１０１ｅと一体的に形成されてもよい。
【0178】
弁ケーシング２２０は、両端が開口した筒体などで構成される。弁ケーシング２２０の一端２２０ａは、例えば、フランジ２２１を有している。弁ケーシング２２０のフランジ２２１と弁ケーシング２１０のフランジ２１１とを例えばボルト締結することで一つの弁ケーシングが構成される。
【0179】
遮断部２３０は、管状部材１０１内の空間を遮断する。遮断部２３０は、弁ケーシング２１０、２２０内を進退可能に設けられている。例えば、遮断部２３０が閉じられた状態、すなわち閉鎖状態において、空間２４０ａと空間２４０ｂとが遮断される。ここで、閉鎖状態では、空間２４０ｂ内に流入した燃焼ガスは、空間２４０ａ側へは流れない。
【0180】
弁ケーシング２２０の内壁２２０ｂには、パッキンなどのシール部材２５０が設けられている。遮断部２３０は、シール部材２５０に接触しながら動く。このように、シール部材２５０によって、弁ケーシング２２０と遮断部２３０との間がシールされる。
【0181】
遮断弁２００としては、例えば、ニードルバルブ、ボールバルブなどを使用することができる。なお、遮断弁２００は、これらに限られるものではない。遮断弁２００としては、遮断部２３０が閉じられているときに、空間２４０ａと空間２４０ｂとを遮断できるものであれば使用できる。
【0182】
次に、燃焼器２０Ｅの作用について説明する。
【0183】
ここでは、接触防止機構１０４Ｅの作用について説明する。
【0184】
着火時においては、遮断部２３０は開かれている。そのため、レーザ発振器１０３ａから発振されたレーザ光１１０は、集光レンズ１０３ｂ、耐熱ガラス１０２を通過して、管状部材１０１内に入る。管状部材１０１内を通過したレーザ光１１０は、燃焼器ライナ６１内の所定の領域で焦点１１０ａを結ぶ。
【0185】
着火が確認された後、レーザ発振器１０３ａからのレーザ光１１０の発振を停止するとともに、遮断部２３０を閉じる。これによって、空間２４０ａと空間２４０ｂとが遮断される。
【0186】
そのため、管状部材１０１内に流入した燃焼ガスの耐熱ガラス１０２側への流入は、遮断部２３０によって阻止される。これによって、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。
【0187】
上記したように第５の実施の形態の燃焼器２０Ｅによれば、接触防止機構１０４Ｅを備えることで、点火装置１００Ｅの管状部材１０１内に備えられる耐熱ガラス１０２と燃焼ガスと接触を抑制できる。そのため、耐熱ガラス１０２の内面１０２ａに煤などの不純物が付着することはない。これによって、耐圧ガラス１０２を通過するレーザ光１１０の透過率の低下が防止され、安定した着火を行うことができる。
【0188】
以上説明した実施形態によれば、レーザ点火装置の耐圧ガラスに煤などの不純物が付着することを防止して、安定した着火を行うことが可能となる。
【0189】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0190】
１０…ガスタービン設備、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ…燃焼器、２１、２９、３０…流量調整弁、２３、２８…圧縮機、２４…熱交換器、２５…タービン、２６…発電機、２７…冷却器、４０、４１、４２、４３、４４、４５…配管、４４ａ、７１ａ、７１ｂ、８１、８２、１０１ｄ…開口、６０…燃料ノズル部、６１…燃焼器ライナ、６２…トランジションピース、６３、６４…孔、６５…希釈孔、７０…燃焼器ケーシング、７１…上流側ケーシング、７２…下流側ケーシング、８０…筒体、８０ａ…蓋部材、８０ｂ…本体部材、８５…静翼、８６…動翼、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…点火装置、１０１…管状部材、１０１ａ、１０１ｂ…端部、１０１ｃ、２１１、２２１…フランジ、１０１ｅ…外側突出部、１０２…耐熱ガラス、１０２ａ…内面、１０３…レーザ光供給機構、１０３ａ…レーザ発振器、１０３ｂ…集光レンズ、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄ、１０４Ｅ…接触防止機構、１１０…レーザ光、１１０ａ…焦点、１２０、１４０、１７０…流体供給部、１３０、１５０、１８０、１８５…噴出部、１３１、１５１、１８１、１８６…噴出孔、１６０…環状溝、１６１…流路、１６５…環状部材、１６６…環状通路、１９０…オリフィス部材、１９１…貫通孔、２００…遮断弁、２１０、２２０…弁ケーシング、２１０ａ、２２０ａ…一端、２１０ｂ…他端、２２０ｂ…内壁、２３０…遮断部、２４０ａ、２４０ｂ…空間、２５０…シール部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】