特許 7379265 バーナー集合体、ガスタービン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】

(24)【登録日】2023-11-06

(45)【発行日】2023-11-14

(54)【発明の名称】バーナー集合体、ガスタービン燃焼器及びガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20231107BHJP

   F23D 14/10 20060101ALI20231107BHJP

【ＦＩ】

F23R3/28 D

F23D14/10 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020076142

(22)【出願日】2020-04-22

(65)【公開番号】P2021173191

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-08-25

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和元（２０１９）年７月１８日に、東京ビッグサイト（東京都江東区有明３－１１－１）で開催された、２０１９年度ＮＥＤＯ次世代電池・水素成果報告会において発表

【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２８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」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【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】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】福場 信一

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 智志

(72)【発明者】

【氏名】三浦 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】浅井 智広

(72)【発明者】

【氏名】宮本 健司

(72)【発明者】

【氏名】川上 朋

(72)【発明者】

【氏名】谷口 健太

(72)【発明者】

【氏名】多田 勝義

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０９１２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１９６２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００４５４５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０５８７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６８１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｒ ３／２８

Ｆ２３Ｒ ３／３２

Ｆ２３Ｄ １４／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料及び空気を混合するための複数のバーナーを備えるバーナー集合体であって、
前記バーナー集合体は、
前記燃料を噴射するための複数の燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルから噴射された燃料と、空気とが流入する複数の混合流路と、
を含み、
前記複数の燃料ノズルの各々は、前記混合流路内を流れる前記空気の流れ方向において前記混合流路の入口よりも上流側に突出する突出部を含み、
複数の前記突出部は、前記各突出部の周囲に配置された複数の前記混合流路のそれぞれに対して燃料を供給するために、周囲に配置された複数の前記混合流路のそれぞれに対応させて前記各突出部の側面に形成された複数の燃料噴射孔を含み、
前記突出部の頂面は、凸曲面を含む、バーナー集合体。

【請求項2】

燃料及び空気を混合するための複数のバーナーを備えるバーナー集合体であって、
前記複数のバーナーの各々は、
前記燃料を噴射するための少なくとも１つの燃料ノズルと、
前記少なくとも１つの燃料ノズルから噴射された燃料と、空気とが流入する混合流路と、
を含み、
前記少なくとも１つの燃料ノズルの各々は、前記混合流路の入口よりも前記空気の流れ方向において上流側に突出する突出部を含み、
前記少なくとも１つの燃料ノズルの各々は、前記突出部の側面に形成された少なくとも１つの燃料噴射孔を含み、
前記突出部の頂面は、凸曲面を含み、
前記複数のバーナーは、第１バーナーと、前記第１バーナーの前記混合流路に最も近接する前記混合流路を有する第２バーナーとを含み、
前記第１バーナーの前記混合流路を形成する流路壁と前記第２バーナーの前記混合流路を形成する流路壁とは、前記第１バーナーの前記混合流路と前記第２バーナーの前記混合流路とを仕切る隔壁部を共有しており、
前記隔壁部のうち前記空気の流れ方向における上流側の端部において、前記隔壁部の厚さは前記空気の流れ方向において上流側に向かうにつれて小さくなる、バーナー集合体。

【請求項3】

前記隔壁部の断面のうち、前記第１バーナーの前記混合流路の入口の中心と前記第２バーナーの前記混合流路の入口の中心とを通り、前記第１バーナーの前記混合流路の中心軸線に沿った断面を第１断面とすると、
前記隔壁部のうち空気の流れ方向における上流側の端面は、前記第１断面において凸曲線を含む、請求項２に記載のバーナー集合体。

【請求項4】

前記第１バーナーは、前記少なくとも１つの燃料ノズルとして、燃料を噴射するための第１燃料ノズル及び第２燃料ノズルを含み、
前記第１燃料ノズルの前記突出部は、前記隔壁部に隣接して設けられ、
前記第２燃料ノズルの前記突出部は、前記第１断面を含む平面を挟んで前記第１燃料ノズルの前記突出部と反対側において、前記隔壁部に隣接して設けられ、
前記隔壁部の高さは、前記第１断面から前記第１燃料ノズルの前記突出部に近づくにつれて大きくなる、請求項３に記載のバーナー集合体。

【請求項5】

前記隔壁部の前記端面は、前記第１バーナーの前記混合流路の入口の中心と前記第２バーナーの前記混合流路の入口の中心とを結ぶ直線に直交する断面において、前記第１燃料ノズルの前記突出部の前記側面と前記第２燃料ノズルの前記突出部の前記側面とを接続する凹曲線を含む、請求項４に記載のバーナー集合体。

【請求項6】

前記第１バーナーの前記燃料ノズルの前記突出部の側面には、前記第１バーナーの前記混合流路に前記燃料を供給する燃料噴射孔と、前記第２バーナーの前記混合流路に燃料を噴射する燃料噴射孔と、が形成された、請求項２乃至５の何れか１項に記載のバーナー集合体。

【請求項7】

請求項１乃至６の何れか１項に記載のバーナー集合体と、
前記バーナー集合体の下流側に火炎が形成される空間を形成する燃焼筒と、
を備える、ガスタービン燃焼器。

【請求項8】

圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮した空気と燃料とが供給され、前記燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成されたガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器で発生した前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、
を備え、
前記ガスタービン燃焼器は、請求項７に記載のガスタービン燃焼器である、ガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バーナー集合体及びガスタービン燃焼器に関する。

【背景技術】

【0002】

フラッシュバックのリスクが高い燃料（例えば水素等）に対して、フラッシュバック耐性を有しつつ低ＮＯｘ化を実現するための技術として、バーナー集合体（クラスタバーナ）により多数の独立した短小火炎を形成させる技術がある。

【0003】

この技術では、燃料と空気とを混合する混合流路を複数配置し、燃料混合のスケールを小さくすることで、燃料と空気の混合に旋回流を積極的に利用しなくても、高い混合性能を得ることができる。

【0004】

特許文献１には、低ＮＯｘ化を図りつつフラッシュバックを抑制するためのバーナー集合体が開示されている。このバーナー集合体の各バーナーは、燃料ノズルと、燃料及び空気が流入する混合流路とを備えており、燃料ノズルは、混合流路の入口よりも空気の流れ方向において上流側に突出する突出部を含む。また、突出部の側面には燃料噴射孔が形成されており、燃料噴射孔から噴射された燃料が空気とともに混合流路の入口に流入して、燃料と空気とが混合される。

【0005】

特許文献１には、混合流路の入口よりも空気の流れ方向における上流側に突出した突出部から燃料を噴射することにより、燃料と空気とを効果的に混合して混合流路内での燃料濃度の偏りを抑制し、低ＮＯｘ化を図ることができる旨が記載されている。また、混合流路の入口より上流且つ燃料噴射孔より下流の位置に空気が流入することで、燃料噴射孔の下流側の流路壁付近で燃料が高濃度化することが抑制されるため、フラッシュバック（逆火）を抑制することができる旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開第２０１９－１６８１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載のバーナー集合体では、フラッシュバックを抑制する観点において更なる改良の余地がある。

【0008】

上述の事情に鑑みて、本開示は、フラッシュバックを抑制可能なバーナー集合体及び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】

【0009】

上記目的を達成するため、本開示に係るバーナー集合体は、
燃料及び空気を混合するための複数のバーナーを備えるバーナー集合体であって、
前記複数のバーナーの各々は、
前記燃料を噴射するための少なくとも１つの燃料ノズルと、
前記少なくとも１つの燃料ノズルから噴射された燃料と、空気とが流入する混合流路と、
を含み、
前記少なくとも１つの燃料ノズルの各々は、前記混合流路の入口よりも前記空気の流れ方向において上流側に突出する突出部を含み、
前記少なくとも１つの燃料ノズルの各々は、前記突出部の側面に形成された少なくとも１つの燃料噴射孔を含み、
前記突出部の頂面は、凸曲面を含む。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、フラッシュバックを抑制可能なバーナー集合体及びガスタービン燃焼器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係るガスタービン１００を示す概略構成図である。

【図2】燃焼器４の近傍を示す断面図である。

【図3】一実施形態に係るバーナー集合体３２（３２Ａ）の一部を示す部分概略斜視図である。

【図4】バーナー集合体３２（３２Ａ）の一部を中心軸線Ｌに沿って空気の流れ方向の上流側から視た概略図（図２のＡ方向視図の一例）である。

【図5】図４におけるＢ－Ｂ断面の一部を示す概略図である。

【図6】図４におけるＣ－Ｃ断面の一部を示す概略図である。

【図7】一比較形態に係るバーナー集合体０３２の一部を示す概略断面図である。

【図8】図７の領域Ｓ２における中心軸線Ｏに沿う方向の流速（軸流速）の分布を示す図である。

【図9】図５の領域Ｓ１における中心軸線Ｏに沿う方向の流速の分布を示す図である。

【図10】他の実施形態に係るバーナー集合体３２（３２Ｂ）の一部を示す部分概略斜視図である。

【図11】バーナー集合体３２（３２Ｂ）の一部を中心軸線Ｌに沿って空気の流れ方向の上流側から視た概略図（図２のＡ方向視図の一例）である。

【図12】図１１におけるＣ－Ｃ断面の一部を示す概略図である。

【図13】図１１におけるＦ－Ｆ断面の一部を示す概略図である。

【図14】上記バーナー集合体３２（３２Ａ）について図４のＣ－Ｃ断面における燃料と空気の流れを示す図である。

【図15】上記バーナー集合体３２（３２Ａ）について図１４の領域Ｓ４における中心軸線Ｏに沿う方向の流速の分布を示す図である。

【図16】上記バーナー集合体３２（３２Ｂ）について図１２の領域Ｓ３における中心軸線Ｏに沿う方向の流速の分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0013】

図１は、本開示の一実施形態に係るガスタービン１００を示す概略構成図である。図１に示すように、一実施形態に係るガスタービン１００は、燃焼器４に供給される酸化剤としての空気を圧縮（即ち圧縮空気を生成）するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４（ガスタービン燃焼器）と、燃焼器４から排出された燃焼ガスにより駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１００の場合、不図示の発電機がタービン６に連結されており、タービン６の回転エネルギーによって発電が行われる。

【0014】

ガスタービン１００が備える燃焼器４では、燃料との空気との混合気体を燃焼させることで、上記の燃焼ガスが発生する。燃焼器４で燃焼される燃焼される燃料としては、水素、メタン、軽油、重油、ジェット燃料、天然ガス、ガス化した石炭等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を任意に組み合わせて燃焼できる。

【0015】

圧縮機２は、圧縮機車室１０と、圧縮機車室１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口１２と、圧縮機車室１０及びタービン車室２２を共に貫通するように設けられたロータ８と、圧縮機車室１０内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口１２側に設けられた入口案内翼１４と、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。このような圧縮機２において、空気取入口１２から取り込まれた空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。そして、高温高圧の圧縮空気は圧縮機２から後段の燃焼器４に送られる。

【0016】

燃焼器４は、ロータ８を中心として周方向に間隔を空けて複数配置される。燃焼器４には燃料と圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン６の作動流体である燃焼ガスが発生する。そして、燃焼ガスは燃焼器４から後段のタービン６に送られる。

【0017】

タービン６は、タービン車室２２と、タービン車室２２内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、タービン車室２２側に固定された複数の静翼２４と、静翼２４に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼２６と、を含む。タービン６においては、燃焼ガスが複数の静翼２４及ぶ複数の動翼２６を通過することで、ロータ８が回転駆動する。これにより、ロータ８に連結された発電機（図示しない）が駆動される。

【0018】

また、タービン車室２２の下流側には、排気車室２８を介して排気室３０が連結される。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室２８及び排気室３０を介して外部へ排出される。

【0019】

図２は、燃焼器４の近傍を示す断面図である。燃焼器４は、バーナー集合体３２と、バーナー集合体３２を収容する有底の筒状のケーシング２０と、バーナー集合体３２の下流側に火炎が形成される空間を形成する燃焼筒２５と、を含む。図２において、一点鎖線は、ケーシング２０、バーナー集合体３２、及び燃焼筒２５の各々に共通の中心軸線Ｌである。燃焼器４のケーシング２０の内部にはバーナー集合体３２が配置される。図示する例示的実施形態では、バーナー集合体３２は、ケーシング２０の内部に配置された筒状部材３４の内側に保持されており、筒状部材３４は、中心軸線Ｌの周りに間隔を空けて配置された複数の支持部３５を介してケーシング２０に支持される。ケーシング２０と筒状部材３４の外周面との間（ケーシング２０とバーナー集合体３２の外周面との間）には、車室４０から流入した圧縮空気が流れる空気流路３６が形成される。

【0020】

車室４０から空気流路３６に流入した圧縮空気は、バーナー集合体３２とケーシング２０の底面２１との軸方向の隙間２３を通って、バーナー集合体３２が備える後述の複数の混合流路４６に燃料とともに流入する。バーナー集合体３２で混合された燃料と空気とは、不図示の着火装置により着火されて、燃焼筒２５に火炎が形成されて燃焼ガスを生成する。

【0021】

図３は、一実施形態に係るバーナー集合体３２（３２Ａ）の一部を示す部分概略斜視図である。図４は、バーナー集合体３２（３２Ａ）の一部を中心軸線Ｌに沿って空気の流れ方向の上流側から視た概略図（図２のＡ方向視図の一例）である。図５は、図４におけるＢ－Ｂ断面の一部を示す概略図である。図６は、図４におけるＣ－Ｃ断面の一部を示す概略図である。

【0022】

例えば図３又は図４に示すように、バーナー集合体３２は、燃料及び空気を混合するための複数のバーナー４２を備える。

【0023】

例えば図３～図５の何れかに示すように、バーナー４２の各々は、燃料を噴射するための複数の燃料ノズル４３と、複数の燃料ノズル４３から噴射された燃料と車室４０（図１及び図２参照）から供給された圧縮空気とが流入する混合流路４６と、を含む。図示する例示的形態では、バーナー４２の各々は、１つの混合流路４６と、１つの混合流路４６の周囲に配置された４つの燃料ノズル４３とを含み、１つの混合流路４６には周囲の４つの燃料ノズルから燃料が噴射される。換言すれば、１つの燃料ノズル４３の周囲には４つの混合流路４６が配置されており、１つの燃料ノズル４３が４つの混合流路４６に燃料を噴射する。

【0024】

混合流路４６の各々は、互いに平行に延在する貫通孔として構成されており、混合流路４６の各々の中心軸線Ｏは、ケーシング２０の中心軸線Ｌに沿う方向に延びている。図示する例示的形態では、混合流路４６の各々の中心軸線Ｏとケーシング２０の中心軸線Ｌとは平行である。

【0025】

例えば図５に示すように、燃料ノズル４３の各々は、混合流路４６の入口４８よりも空気の流れ方向において上流側に突出する突出部５０を含む。また、燃料ノズル４３の各々は、突出部５０の側面４４に形成された複数の燃料噴射孔５３を含む。図４に示す例示的形態では、突出部５０の側面４４には、当該突出部５０の周囲の４つの混合流路４６に対応する位置に４つの燃料噴射孔５３が形成されている。燃料噴射孔５３の各々は、混合流路４６の中心軸線Ｏに向けて燃料を噴射するように中心軸線Ｏに直交する方向に延在していてもよいし、中心軸線Ｏに直交する方向に対して斜め方向に延在していてもよい。

【0026】

例えば図５に示すように、突出部５０の頂面５４（軸線Ｏ方向における突出部５０の端面、すなわち突出部５０の先端）は、凸曲面５６を含む。図示する例示的形態では、突出部５０の頂面５４の全体が滑らかに湾曲した凸曲面５６によって構成されている。突出部５０の頂面５４は、例えば流線形に形成されていてもよい。

【0027】

例えば図４及び図６に示すように、混合流路４６を形成する流路壁５５は、断面が円形の混合流路４６を内側に画定するように管状に構成されており、燃料と空気を混合するための混合管として機能する。以下では、例えば図４に示すように、複数のバーナー４２のうち混合流路４６が互いに最も近接する任意の２つのバーナー４２を便宜的に第１バーナー４２（４２ａ）及び第２バーナー４２（４２ｂ）と称する。図４及び図６に示すように、第１バーナー４２ａの混合流路４６（４６ａ）を形成する流路壁５５と、第２バーナー４２ｂの混合流路４６（４６ｂ）を形成する流路壁５５とは、第１バーナー４２ａの混合流路４６ａと第２バーナー４２ｂの混合流路４６ｂとを仕切る隔壁部５８（５８ａｂ）を共有している。図４に示す例示的形態では、混合流路４６の流路壁５５は、当該混合流路４６の周囲の複数の混合流路４６（図示する形態では４つの混合流路４６）の流路壁５５の各々との間で隔壁部５８を共有する。

【0028】

また、図６に示すように、バーナー集合体３２ＡのＣ－Ｃ断面における隔壁部５８ａｂの厚さｔは、第１バーナー４２ａの中心軸線Ｏに沿う方向に一定である。また、隔壁部５８ａｂにおける空気の流れ方向の上流側の端面５９は、平面状に形成されている。また、隔壁部５８ａｂの厚さｔは、図４に示すように、Ｃ－Ｃ断面から離れるにつれて大きくなる。なお、図４及び図６に示すように、上記Ｃ－Ｃ断面は、第１バーナー４２ａの混合流路４６ａの入口４８の中心Ｃ１と第２バーナー４２ｂの混合流路４６ｂの入口４８の中心Ｃ２とを通り、第１バーナー４２ａの混合流路４６の中心軸線Ｏに沿った断面（第１断面）である。

【0029】

ここで、上記バーナー集合体３２Ａが奏する作用効果について、図７に示す比較形態と対比しながら説明する。
図７は、一比較形態に係るバーナー集合体０３２の一部を示す概略断面図である。図８は、図７の領域Ｓ２における中心軸線Ｏに沿う方向の流速（軸流速）の分布を示す図である。図９は、図５の領域Ｓ１における中心軸線Ｏに沿う方向の流速の分布を示す図である。

【0030】

図７に示す比較形態では、燃料ノズル０４３の突出部０５０の頂面０５４は平面であり、突出部０５０の頂面０５４と突出部０５０の側面０４４との接続位置にエッジ０４５が形成されている。このため、空気の流れがエッジ０４５で剥離してしまい、図８に示すように、燃料噴射孔０５３の近傍に（燃料噴流の近傍）に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されやすくなる。その結果、混合流路０４６の出口からの逆火であるフラッシュバックのリスクが高くなりやすい。

【0031】

これに対し、上記実施形態に係るバーナー集合体３２Ａでは、燃料ノズル４３の突出部５０の頂面が凸曲面５６を含むため、燃料ノズル４３の頂面５４から側面４４に向かう流れの剥離を抑制することができる。したがって、図９に示すように、燃料噴射孔５３の近傍に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。その結果、上記フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減することができる。したがって、フラッシュバック及び保炎に起因するバーナー４２の焼損を抑制することができる。

【0032】

次に、他の実施形態に係るバーナー集合体３２（３２Ｂ）について、図１０～図１３を用いて説明する。
図１０は、他の実施形態に係るバーナー集合体３２（３２Ｂ）の一部を示す部分概略斜視図である。図１１は、バーナー集合体３２（３２Ｂ）の一部を中心軸線Ｌに沿って空気の流れ方向の上流側から視た概略図（図２のＡ方向視図の一例）である。図１２は、図１１におけるＣ－Ｃ断面の一部を示す概略図である。図１３は、図１１におけるＦ－Ｆ断面の一部を示す概略図である。

【0033】

図１０～図１３に示すバーナー集合体３２Ｂは、上記隔壁部５８の端面５９の形状のみが上記バーナー集合体３２Ａと異なっており、他の各構成は、バーナー集合体３２Ａの各構成と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。

【0034】

図１０に示すように、バーナー集合体３２Ｂでは、最も近接する２つの混合流路４６を仕切る隔壁部５８の端面５９（空気の流れ方向における上流側の端面）は、鞍型形状を有している。以下では隔壁部５８の端面５９の形状の詳細について説明する。

【0035】

図１１に示すように、バーナー集合体３２Ｂにおいて、複数のバーナー４２のうち互いに隣接する任意の２つのバーナー４２を便宜的に第１バーナー４２（４２ａ）及び第２バーナー４２（４２ｂ）と称すると、第１バーナー４２ａの混合流路４６（４６ａ）を形成する流路壁５５と、第２バーナー４２ｂの混合流路４６（４６ｂ）を形成する流路壁５５とは、第１バーナー４２ａの混合流路４６ａと第２バーナー４２ｂの混合流路４６ｂとを仕切る隔壁部５８（５８ａｂ）を共有している。

【0036】

図１２に示すように、バーナー集合体３２ＢのＣ－Ｃ断面における隔壁部５８ａｂの厚さｔは、隔壁部５８ａｂにおける空気の流れ方向の上流側の端部６１において、空気の流れ方向の上流側に向かうにつれて小さくなる。また、上記Ｃ－Ｃ断面において、隔壁部５８ａｂのうち空気の流れ方向における上流側の端面５９は、凸曲線６０を含む。図示する例示的形態では、上記Ｃ－Ｃ断面において、隔壁部５８ａｂの端面５９全体が滑らかに湾曲した凸曲線６０によって構成されている。上記Ｃ－Ｃ断面において、隔壁部５８ａｂの端面５９は、例えば流線形に形成されていてもよい。なお、図１１及び図１２に示すように、上記Ｃ－Ｃ断面は、第１バーナー４２ａの混合流路４６ａの入口４８の中心Ｃ１と第２バーナー４２ｂの混合流路４６ｂの入口４８の中心Ｃ２とを通り、第１バーナー４２ａの混合流路４６ａの中心軸線Ｏに沿った断面（第１断面）である。

【0037】

ここで、図１１及び図１３に示すように、第１バーナー４２ａが備える４つの燃料ノズル４３のうち、上記隔壁部５８ａｂに隣接する突出部５０を備える２つの燃料ノズル４３を便宜的に第１燃料ノズル４３（４３ａ）及び第２燃料ノズル４３（４３ｂ）と称する。すなわち、第２燃料ノズル４３ｂの突出部５０は、上記Ｃ－Ｃ断面を含む平面Ｖを挟んで第１燃料ノズル４３ａの突出部５０と反対側に位置する。

【0038】

図１３に示すように、隔壁部５８ａｂの高さＨは、平面Ｖの位置（上記Ｃ－Ｃ断面の位置）から第１燃料ノズル４３ａの突出部５０に近づくにつれて大きくなり、平面Ｖの位置から第２燃料ノズル４３ｂの突出部５０に近づくにつれて大きくなる。また、図１３に示すバーナー集合体３２ＢのＦ－Ｆ断面において、隔壁部５８ａｂのうち空気の流れ方向における上流側の端面５９は、第１燃料ノズル４３ａの突出部５０の側面４４と第２燃料ノズル４３ｂの突出部５０の側面４４とを接続する凹曲線６２を含む。なお、図１１に示すように、上記Ｆ－Ｆ断面は、第１バーナー４２ａの混合流路４６ａの入口４８の中心Ｃ１と第２バーナー４２ｂの混合流路４６ｂの入口４８の中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｕに直交する断面である。

【0039】

ここで、上記バーナー集合体３２Ｂが奏する作用効果について、上記バーナー集合体３２Ａと対比しながら説明する。
図１４は、上記バーナー集合体３２Ａについて図４のＣ－Ｃ断面における燃料と空気の流れを示す図である。図１５は、上記バーナー集合体３２Ａについて図１４の領域Ｓ４における中心軸線Ｏに沿う方向の流速の分布を示す図である。図１６は、上記バーナー集合体３２Ｂについて図１２の領域Ｓ３における中心軸線Ｏに沿う方向の流速の分布を示す図である。

【0040】

上記バーナー集合体３２Ｂにおいても、例えば図１２に示すように燃料ノズル４３の突出部５０の頂面５４が凸曲面５６を含むため、上記バーナー集合体３２Ａと同様に燃料ノズル４３の頂面５４から側面４４に向かう流れの剥離を抑制することができる。したがって、燃料噴射孔５３の近傍に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。その結果、上記フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減することができる。したがって、フラッシュバック及び保炎に起因するバーナー４２の焼損を抑制することができる。

【0041】

また、図１４に示すように、上記バーナー集合体３２Ａでは、隔壁部５８の端面５９が平面状に形成されているため、隔壁部５８の壁面６３（混合流路４６の流路壁５５の壁面）と隔壁部５８の端面５９との接続位置にエッジ４５が形成されており、空気の流れがエッジ４５で剥離してしまう。このため、図１５に示すように、混合流路４６の入口４８の近傍の限定的な範囲に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成される場合がある。その結果、混合流路４６の出口からの逆火であるフラッシュバックのリスクが限定的ではあるが存在する。

【0042】

これに対し、上記バーナー集合体３２Ｂでは、図１２等を用いて説明したように、隔壁部５８の厚さｔは、隔壁部５８における空気の流れ方向の上流側の端部６１において、空気の流れ方向の上流側に向かうにつれて小さくなっている。また、上記Ｃ－Ｃ断面において、隔壁部５８のうち空気の流れ方向における上流側の端面５９は、凸曲線６０を含んでいる。これにより、混合流路４６の入口４８の近傍における流れの剥離を抑制することができる。したがって、図１６に示すように、混合流路４６の入口４８の近傍において、隔壁部５８の壁面６３の付近に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。その結果、上記フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減することができる。したがって、フラッシュバック及び保炎に起因するバーナー４２の焼損を抑制することができる。

【0043】

また、上記バーナー集合体３２Ｂでは、図１３等を用いて説明したように、隔壁部５８の高さＨは、平面Ｖの位置（上記Ｃ－Ｃ断面の位置）から第１燃料ノズル４３ａの突出部５０に近づくにつれて大きくなり、平面Ｖの位置から第２燃料ノズル４３ｂの突出部５０に近づくにつれて大きくなる。また、図１３に示すＦ－Ｆ断面において、隔壁部５８ａｂのうち空気の流れ方向における上流側の端面５９は、第１燃料ノズル４３ａの突出部５０の側面４４と第２燃料ノズル４３ｂの突出部５０の側面４４とを接続する凹曲線６２を含む。これにより、突出部５０の側面４４から隔壁部５８の端面５９へ流れる空気をスムーズに混合流路４６の内部に導くことができ、混合流路４６の入口４８の近傍において、隔壁部５８の壁面６３の付近に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。したがって、フラッシュバック及び保炎に起因するバーナー４２の焼損を抑制することができる。

【0044】

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した実施形態では、複数の燃料ノズル４３と複数の混合流路４６を形成する流路壁５５とが全体で一部品として分離不能に一体的に構成されたバーナー集合体３２Ａ，３２Ｂを例示したが、燃料ノズルの各々及び混合流路の各々が一部品として構成されていてもよいし、複数の燃料ノズルと複数の混合流路とが任意の数の部品で構成されていてもよい。
また、上述した実施形態では、バーナー４６の各々が複数の燃料ノズル４３を含む構成を例示したが、バーナー４６の各々は、１つの燃料ノズル４３のみを有していてもよく、少なくとも１つの燃料ノズル４３を有していればよい。

【0045】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0046】

（１）本開示に係るバーナー集合体は、
燃料及び空気を混合するための複数のバーナー（例えば上述のバーナー４２）を備えるバーナー集合体（例えば上述のバーナー集合体３２（３２Ａ，３２Ｂ））であって、
前記複数のバーナーの各々は、
前記燃料を噴射するための少なくとも１つの燃料ノズル（例えば上述の燃料ノズル４３）と、
前記少なくとも１つの燃料ノズルから噴射された燃料と、空気とが流入する混合流路（例えば上述の混合流路４６）と、
を含み、
前記少なくとも１つの燃料ノズルの各々は、前記混合流路の入口（例えば上述の入口４８）よりも前記空気の流れ方向において上流側に突出する突出部（例えば上述の突出部５０）を含み、
前記少なくとも１つの燃料ノズルの各々は、前記突出部の側面（例えば上述の側面４４）に形成された少なくとも１つの燃料噴射孔（例えば上述の燃料噴射孔５３）を含み、
前記突出部の頂面（例えば上述の頂面５４）は、凸曲面（例えば上述の凸曲面５６）を含む。

【0047】

上記（１）に記載のバーナー集合体によれば、燃料ノズルの突出部の頂面が凸曲面を含むため、燃料ノズルの頂面から側面に向かう流れの剥離を抑制することができる。したがって、燃料噴射孔の近傍（燃料噴流の近傍）に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。その結果、混合流路の出口からの逆火であるフラッシュバックのリスクを低減することができる。

【0048】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のバーナー集合体において、
前記複数のバーナーは、第１バーナー（例えば上述の第１バーナー４２（４２ａ））と、前記第１バーナーの前記混合流路に最も近接する前記混合流路を有する第２バーナー（例えば上述の第２バーナー４２（４２ｂ））とを含み、
前記第１バーナーの前記混合流路を形成する流路壁（例えば上述の流路壁５５）と前記第２バーナーの前記混合流路を形成する流路壁（例えば上述の流路壁５５）とは、前記第１バーナーの前記混合流路と前記第２バーナーの前記混合流路とを仕切る隔壁部（例えば上述の隔壁部５８（５８ａｂ））を共有しており、
前記隔壁部のうち前記空気の流れ方向における上流側の端部（例えば上述の端部６１）において、前記隔壁部の厚さ（例えば上述の厚さｔ）は前記空気の流れ方向において上流側に向かうにつれて小さくなる。

【0049】

上記（２）に記載のバーナー集合体によれば、隔壁部のうち空気の流れ方向における上流側の端部において、隔壁部の厚さが空気の流れ方向において上流側に向かうにつれて小さくなるため、混合流路の入口の近傍において隔壁部の表面上における流れの剥離を抑制することができる。したがって、混合流路の入口の近傍において、隔壁部の壁面の付近に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなり、上記フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減することができる。

【0050】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のバーナー集合体において、
前記隔壁部の断面のうち、前記第１バーナーの前記混合流路の入口の中心と前記第２バーナーの前記混合流路の入口の中心とを通り、前記第１バーナーの前記混合流路の中心軸線に沿った断面を第１断面（例えば上述のＣ－Ｃ断面）とすると、
前記隔壁部のうち空気の流れ方向における上流側の端面（例えば上述の端面５９）は、前記第１断面において凸曲線（例えば上述の凸曲線６０）を含む。

【0051】

上記（３）に記載のバーナー集合体によれば、隔壁部のうち空気の流れ方向における上流側の端面が第１断面において凸曲線を含むため、混合流路の入口の近傍において隔壁部の表面上における流れの剥離を抑制することができる。したがって、混合流路の入口の近傍において、隔壁部の壁面の付近に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなり、上記フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減することができる。

【0052】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のバーナー集合体において、
前記第１バーナーは、前記少なくとも１つの燃料ノズルとして、燃料を噴射するための第１燃料ノズル（例えば上述の第１燃料ノズル４３（４３ａ））及び第２燃料ノズル（例えば上述の第２燃料ノズル４３（４３ｂ））を含み、
前記第１燃料ノズルの前記突出部は、前記隔壁部に隣接して設けられ、
前記第２燃料ノズルの前記突出部は、前記第１断面を含む平面（例えば上述の平面Ｖ）を挟んで前記第１燃料ノズルの前記突出部と反対側において、前記隔壁部に隣接して設けられ、
前記隔壁部の高さ（例えば上述の高さＨ）は、前記第１断面から前記第１燃料ノズルの前記突出部に近づくにつれて大きくなる。

【0053】

上記（４）に記載のバーナー集合体によれば、隔壁部の高さが第１断面から第１燃料ノズルの突出部に近づくにつれて大きくなるため、第１燃料ノズルの突出部の側面から隔壁部の端面へ流れる空気をスムーズに混合流路の内部に導くことができ、混合流路の入口の近傍において、隔壁部の壁面の付近に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。したがって、フラッシュバック及び保炎に起因するバーナーの焼損を抑制することができる。

【0054】

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のバーナー集合体において、
前記隔壁部の前記端面は、前記第１バーナーの前記混合流路の入口の中心と前記第２バーナーの前記混合流路の入口の中心とを結ぶ直線（例えば上述の直線Ｕ）に直交する断面（例えば上述のＦ－Ｆ断面）において、前記第１燃料ノズルの前記突出部の前記側面と前記第２燃料ノズルの前記突出部の前記側面とを接続する凹曲線（例えば上述の凹曲線６２）を含む。

【0055】

上記（５）に記載のバーナー集合体によれば、上記直線に直交する断面において第１燃料ノズルの突出部の側面と第２燃料ノズルの突出部の側面とを接続する凹曲線を含むため、第１燃料ノズルの突出部の側面及び第２燃料ノズルの突出部の側面の各々から隔壁部の端面へ流れる空気をスムーズに混合流路の内部に導くことができ、混合流路の入口の近傍において、隔壁部の壁面の付近に流速が低く燃料濃度の高い領域が形成されにくくなる。したがって、フラッシュバック及び保炎に起因するバーナーの焼損を抑制することができる。

【0056】

（６）本開示のガスタービン燃焼器（例えば上述の燃焼器４）は、
上記（１）乃至（５）の何れかに記載のバーナー集合体と、
前記バーナー集合体の下流側に火炎が形成される空間を形成する燃焼筒（例えば上述の燃焼筒２５）と、
を備える。

【0057】

上記（６）に記載のガスタービン燃焼器によれば、上記（１）乃至（５）の何れかに記載のバーナー集合体を備えるため、フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減することができる。したがって、燃焼器を安定的に使用することができる。

【0058】

（７）本開示のガスタービン（例えば上述のガスタービン１００）は、
圧縮機（例えば上述の圧縮機２）と、
前記圧縮機によって圧縮した空気と燃料とが供給され、前記燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成されたガスタービン燃焼器（例えば上述の燃焼器４）と、
前記ガスタービン燃焼器で発生した前記燃焼ガスにより駆動するタービン（例えば上述のタービン６）と、
を備え、
前記ガスタービン燃焼器は、上記（６）に記載のガスタービン燃焼器である。

【0059】

上記（７）に記載のガスタービンによれば、上記（６）に記載のガスタービン燃焼器を備えるため、フラッシュバックのリスク及び保炎のリスクを低減してバーナーの焼損を抑制し、ガスタービンを安定的に運転することができる。

【符号の説明】

【0060】

２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２，４８ 入口
１４ 入口案内翼
１６，２４ 静翼
１８，２６ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２５ 燃焼筒
２８ 排気車室
３０ 排気室
３２（３２Ａ，３２Ｂ） バーナー集合体
３４ 筒状部材
３５ 支持部
３６ 空気流路
４０ 車室
４２ バーナー
４２ａ 第１バーナー
４２ｂ 第２バーナー
４３ 燃料ノズル
４３ａ 第１燃料ノズル
４３ｂ 第２燃料ノズル
４４ 側面
４５ エッジ
４６，４６ａ，４６ｂ 混合流路
５０ 突出部
５３ 燃料噴射孔
５４ 頂面
５５ 流路壁
５６ 凸曲面
５８，５８ａｂ 隔壁部
５９ 端面
６０ 凸曲線
６１ 端部
６２ 凹曲線
６３ 壁面
１００ ガスタービン

【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】