特許 7456554 燃焼装置およびガスタービンシステム

(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】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】燃焼装置およびガスタービンシステム

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

F23R3/28 B

F23R3/28 F

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023508843

(86)(22)【出願日】2022-02-25

(86)【国際出願番号】 JP2022008006

(87)【国際公開番号】W WO2022202103

(87)【国際公開日】2022-09-29

【審査請求日】2023-03-16

(31)【優先権主張番号】P 2021051544

(32)【優先日】2021-03-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 慎太朗

(72)【発明者】

【氏名】内田 正宏

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７７９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９１２６２１０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０２０－０３８０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１８３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０６８２１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１８５８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７８１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４１１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１５３５５５３２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ２３Ｒ ３／２８

Ｆ２３Ｒ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室と、
前記燃焼室内に臨む水素噴射口を有する水素流路、前記燃焼室内に臨む第１空気噴射口を有する第１空気流路、および、前記燃焼室内に臨む第２空気噴射口を有し、前記第１空気流路と交差する方向に延在する第２空気流路を有する複数の流路群と、
を備え、
前記複数の流路群は、前記燃焼室の周方向に互いに間隔を空けて、前記周方向に並設される、
燃焼装置。

【請求項2】

少なくとも１つの前記流路群において、前記水素流路は複数設けられる、
請求項１に記載の燃焼装置。

【請求項3】

少なくとも１つの前記流路群で、前記水素流路は、前記第１空気流路の延在方向および前記第２空気流路の延在方向に対して交差する方向において、前記第１空気流路と前記第２空気流路との間に配置される、
請求項１または２に記載の燃焼装置。

【請求項4】

少なくとも１つの前記流路群において、前記水素流路は、前記第１空気流路および前記第２空気流路の一方の流路が前記燃焼室の軸方向に対して傾く方向に、前記一方の流路に対して並設される、
請求項１または２に記載の燃焼装置。

【請求項5】

前記燃焼室の端部を塞ぐバーナプレートを備え、
前記バーナプレートには、前記複数の流路群が形成される、
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼装置。

【請求項6】

前記バーナプレートには、複数の前記水素流路と連通するマニホールドが形成される、
請求項５に記載の燃焼装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼装置を備える、
ガスタービンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃焼装置およびガスタービンシステムに関する。本出願は２０２１年３月２５日に提出された日本特許出願第２０２１－０５１５４４号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。

【背景技術】

【0002】

燃焼器で燃料を燃焼させることによって動力を得るガスタービンシステムが利用されている。ガスタービンシステムとして、例えば、特許文献１に開示されているように、水素を燃料として用いるものがある。水素を燃料として用いることによって、二酸化炭素の排出が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－０１４４００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水素の燃焼速度は、天然ガス等の他の燃料の燃焼速度と比べて非常に速い。ゆえに、天然ガス等が燃料として用いられる場合と同様に、燃料と空気を予め混合してバーナから燃焼器の燃焼室に供給すると、水素が燃料として用いられる場合には、逆火（つまり、バーナ内に炎が逆流する現象）が生じやすくなってしまう。また、水素の燃焼により形成される火炎の温度は、他の燃料の燃焼により形成される火炎の温度と比べて高い。ゆえに、火炎によってバーナが溶損しやすくなってしまう。このように、バーナを火炎から保護する必要性が高い。

【0005】

本開示の目的は、バーナを火炎から保護することが可能な燃焼装置およびガスタービンシステムを提供することである。

【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、本開示の燃焼装置は、燃焼室と、燃焼室内に臨む水素噴射口を有する水素流路、燃焼室内に臨む第１空気噴射口を有する第１空気流路、および、燃焼室内に臨む第２空気噴射口を有し、第１空気流路と交差する方向に延在する第２空気流路を有する複数の流路群と、を備え、複数の流路群は、燃焼室の周方向に互いに間隔を空けて、周方向に並設される。

【0007】

少なくとも１つの流路群において、水素流路は複数設けられてもよい。

【0008】

少なくとも１つの流路群で、水素流路は、第１空気流路の延在方向および第２空気流路の延在方向に対して交差する方向において、第１空気流路と第２空気流路との間に配置されてもよい。

【0009】

少なくとも１つの流路群において、水素流路は、第１空気流路および第２空気流路の一方の流路が燃焼室の軸方向に対して傾く方向に、一方の流路に対して並設されてもよい。

【0010】

燃焼室の端部を塞ぐバーナプレートを備え、バーナプレートには、複数の流路群が形成されてもよい。

【0011】

バーナプレートには、複数の水素流路と連通するマニホールドが形成されてもよい。

【0012】

上記課題を解決するために、本開示のガスタービンシステムは、上記の燃焼装置を備える。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、バーナを火炎から保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るガスタービンシステムの構成を示す模式図である。

【図2】図２は、本開示の実施形態に係るバーナプレートを燃焼室側から見た図である。

【図3】図３は、図２中のＡ２－Ａ２断面における断面図である。

【図4】図４は、第１の変形例に係るバーナプレートを燃焼室側から見た図である。

【図5】図５は、図４中のＡ３－Ａ３断面における断面図である。

【図6】図６は、第２の変形例に係るバーナプレートを燃焼室側から見た図である。

【図7】図７は、図６中のＡ４－Ａ４断面における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0016】

図１は、本実施形態に係るガスタービンシステム１の構成を示す模式図である。図１に示すように、ガスタービンシステム１は、過給機１１と、発電機１２と、燃焼器１３と、バーナ１４と、水素タンク１５と、流量制御弁１６とを備える。

【0017】

ガスタービンシステム１のうち、燃焼器１３と、バーナ１４と、水素タンク１５と、流量制御弁１６とが、燃焼装置１０に含まれる。

【0018】

過給機１１は、圧縮機１１ａとタービン１１ｂとを有する。圧縮機１１ａおよびタービン１１ｂは、一体として回転する。圧縮機１１ａとタービン１１ｂとは、シャフトによって連結されている。

【0019】

圧縮機１１ａは、燃焼器１３と接続される吸気流路２１に設けられている。吸気流路２１には、燃焼器１３に供給される空気が流通する。吸気流路２１の上流側の端部には、空気が外部から取り込まれる不図示の吸気口が設けられる。吸気口から取り込まれた空気は、圧縮機１１ａを通過して、燃焼器１３に送られる。圧縮機１１ａは、空気を圧縮して下流側に吐出する。

【0020】

タービン１１ｂは、燃焼器１３と接続される排気流路２２に設けられている。排気流路２２には、燃焼器１３から排出された排気ガスが流通する。排気流路２２の下流側の端部には、排気ガスが外部に排出される不図示の排気口が設けられる。燃焼器１３から排出された排気ガスは、タービン１１ｂを通過して、排気口に送られる。タービン１１ｂは、排気ガスによって回されることによって、回転動力を生成する。

【0021】

発電機１２は、過給機１１と接続される。発電機１２は、過給機１１によって生成された回転動力を用いて発電する。

【0022】

燃焼器１３は、ケーシング１３ａと、ライナ１３ｂと、燃焼室１３ｃとを有する。ケーシング１３ａは、略円筒形状を有する。ケーシング１３ａの内部に、ライナ１３ｂが設けられる。ライナ１３ｂは、略円筒形状を有する。ライナ１３ｂは、ケーシング１３ａと同軸上に配置される。ライナ１３ｂの内部には、燃焼室１３ｃが形成されている。つまり、ライナ１３ｂの内部空間が燃焼室１３ｃに相当する。燃焼室１３ｃは、略円柱形状の空間である。燃焼室１３ｃには、排気流路２２が接続されている。

【0023】

後述するように、燃焼室１３ｃに、水素および空気が供給される。燃焼室１３ｃ内では、水素が燃料として用いられ、燃焼が行われる。燃焼室１３ｃ内での燃焼により生じた排気ガスは、排気流路２２に排出される。ケーシング１３ａの内面とライナ１３ｂの外面との間には、空間Ｓが形成されている。空間Ｓには、吸気流路２１が接続されている。空間Ｓには、吸気流路２１を介して圧縮機１１ａから空気が送られる。ライナ１３ｂの端部（図１中の左側の端部）には、開口が形成される。ライナ１３ｂの端部の開口に、バーナ１４が挿通されている。

【0024】

バーナ１４は、バーナプレート１４ａと、複数の水素供給管１４ｂとを有する。バーナプレート１４ａは、ライナ１３ｂの端部の開口を塞ぐ。つまり、バーナプレート１４ａは、燃焼室１３ｃの端部を塞ぐ。バーナプレート１４ａは、円板形状を有する。水素供給管１４ｂは、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃ側に対して逆側の面に接続される。水素供給管１４ｂは、ケーシング１３ａを貫通して、ケーシング１３ａの外部まで延在する。図１では、３つの水素供給管１４ｂが示されている。ただし、水素供給管１４ｂの数は限定されない。

【0025】

バーナプレート１４ａには、図２および図３を参照して後述するように、水素流路（具体的には、後述する水素流路３１）と、空気流路（具体的には、後述する第１空気流路３２および第２空気流路３３）とが形成される。バーナプレート１４ａに形成される水素流路は、水素供給管１４ｂと連通する。水素供給管１４ｂには、後述するように、水素が送られる。水素供給管１４ｂからバーナプレート１４ａに送られた水素は、バーナプレート１４ａの水素流路を通って、燃焼室１３ｃに噴射される。図１中で一点鎖線矢印により示すように、空間Ｓに送られた空気は、空間Ｓを通過した後、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃ側に対して逆側の面に到達する。バーナプレート１４ａに送られた空気は、バーナプレート１４ａの空気流路を通って燃焼室１３ｃに噴射される。

【0026】

水素タンク１５には、水素が貯蔵される。なお、水素タンク１５内において、水素は液体であってもよく、気体であってもよい。水素タンク１５は、流路２３を介して流量制御弁１６と接続されている。流量制御弁１６は、流路２４を介してバーナ１４の各水素供給管１４ｂと接続されている。水素タンク１５に貯蔵される水素は、流路２３、流量制御弁１６および流路２４を介して、水素供給管１４ｂに供給される。流量制御弁１６は、水素タンク１５から水素供給管１４ｂに供給される水素の流量を制御（つまり、調整）する。流量制御弁１６の開度が調整されることによって、水素タンク１５から水素供給管１４ｂへの水素の供給量が調整される。

【0027】

以下では、燃焼室１３ｃの周方向を単に周方向とも呼ぶ。燃焼室１３ｃの径方向を単に径方向とも呼ぶ。燃焼室１３ｃの軸方向を単に軸方向とも呼ぶ。

【0028】

図２は、バーナプレート１４ａを燃焼室１３ｃ側から見た図（具体的には、図１中の矢印Ａ１方向から見た図）である。具体的には、図２では、バーナプレート１４ａの外周側の一部が示されている。図３は、図２中のＡ２－Ａ２断面における断面図である。

【0029】

図２および図３に示すように、バーナプレート１４ａには、水素流路３１、第１空気流路３２および第２空気流路３３を有する流路群３０が複数形成されている。複数の流路群３０は、周方向に並設される。ただし、隣り合う流路群３０の間隔（つまり、周方向の離隔距離）は、図２および図３の例に限定されない。複数の流路群３０は、等間隔に並設されてもよく、不等間隔に並設されてもよい。ただし、複数の流路群３０の配置は、後述するように、この例に限定されない。

【0030】

水素流路３１は、燃焼室１３ｃ内に臨む水素噴射口３１ａを有する。水素噴射口３１ａは、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃ側の面に設けられる。バーナプレート１４ａには、複数の水素流路３１と連通するマニホールド４０が形成される。マニホールド４０は、周方向に延在する。マニホールド４０は、例えば、環状に形成される。マニホールド４０は、各流路群３０の水素流路３１と連通する。図２の例では、マニホールド４０は、複数の流路群３０よりも径方向外側に設けられる。ただし、マニホールド４０の配置は、この例に限定されない。例えば、マニホールド４０は、複数の流路群３０よりも径方向内側に設けられてもよい。

【0031】

マニホールド４０には、バーナ１４の複数の水素供給管１４ｂが接続されている。複数の水素供給管１４ｂからマニホールド４０を介して各流路群３０の水素流路３１に水素が供給される。水素流路３１に供給された水素は、水素噴射口３１ａから燃焼室１３ｃに噴射される。

【0032】

水素流路３１は、直線状に形成される。水素流路３１は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側（図２中の時計回り方向）に傾く。燃焼室側軸方向は、燃焼室１３ｃの軸方向のうち燃焼室１３ｃを向く方向である。燃焼室側軸方向に対して周方向に傾くことは、燃焼室側軸方向のベクトルに周方向のベクトルを合成したベクトルの方向に延在すること、または、燃焼室１３ｃに近づくにつれて周方向に進むように傾くことを意味する。つまり、水素流路３１の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側に傾く方向である。ゆえに、水素噴射口３１ａから噴射される水素の噴射方向は、矢印Ｂ１により示すように、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側に傾く方向となる。ただし、後述するように、水素流路３１の延在方向は、この例に限定されない。なお、水素流路３１は、屈曲または湾曲していてもよい。

【0033】

水素流路３１の流路断面積は、例えば、水素流路３１の延在方向の各位置で一定である。ただし、水素流路３１の流路断面積は、水素流路３１の延在方向の各位置で一定でなくてもよい。水素流路３１の流路断面積が水素噴射口３１ａにおいて他の部分と比べて小さくなっていると、水素噴射口３１ａから噴射される水素の噴射速度が高くなり、水素と空気との混合が促進される。

【0034】

第１空気流路３２は、燃焼室１３ｃ内に臨む第１空気噴射口３２ａを有する。第１空気噴射口３２ａは、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃ側の面に設けられる。第１空気流路３２は、水素流路３１に対して周方向の他側（図２中の反時計回り方向）に設けられる。第１空気噴射口３２ａは、水素噴射口３１ａに対して周方向の他側に設けられる。ただし、後述するように、第１空気流路３２と水素流路３１との位置関係は、この例に限定されない。

【0035】

第１空気流路３２は、直線状に形成される。第１空気流路３２は、バーナプレート１４ａを燃焼室１３ｃ側から燃焼室１３ｃ側に対して逆側まで貫通する。燃焼器１３内の空間Ｓを通ってバーナプレート１４ａに送られた空気の一部は、第１空気流路３２に供給される。第１空気流路３２に供給された空気は、第１空気噴射口３２ａから燃焼室１３ｃに噴射される。

【0036】

第１空気流路３２は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側（図２中の時計回り方向）に傾く。つまり、第１空気流路３２の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側に傾く方向である。ゆえに、第１空気噴射口３２ａから噴射される空気の噴射方向は、矢印Ｂ２により示すように、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側に傾く方向となる。ただし、後述するように、第１空気流路３２の延在方向は、この例に限定されない。なお、第１空気流路３２は、厳密には、湾曲していてもよい。つまり、第１空気流路３２の延在方向の各位置で、燃焼室側軸方向に対する第１空気流路３２の傾斜角が厳密には多少異なっていてもよい。

【0037】

第１空気流路３２の流路断面積は、例えば、第１空気流路３２の延在方向の各位置で一定である。ただし、第１空気流路３２の流路断面積は、第１空気流路３２の延在方向の各位置で一定でなくてもよい。第１空気流路３２の流路断面積が第１空気噴射口３２ａにおいて他の部分と比べて小さくなっていると、第１空気噴射口３２ａから噴射される空気の噴射速度が高くなり、水素と空気との混合が促進される。

【0038】

第２空気流路３３は、燃焼室１３ｃ内に臨む第２空気噴射口３３ａを有する。第２空気噴射口３３ａは、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃ側の面に設けられる。第２空気流路３３は、水素流路３１および第１空気流路３２よりも径方向内側に設けられる。第２空気噴射口３３ａは、水素噴射口３１ａに対して径方向内側に設けられる。第２空気噴射口３３ａの周方向位置は、第１空気噴射口３２ａの周方向位置よりも周方向の一側（図２中の時計回り方向）である。第２空気噴射口３３ａの径方向位置は、第１空気噴射口３２ａの径方向位置よりも径方向内側である。ただし、後述するように、第２空気流路３３と、水素流路３１および第１空気流路３２との位置関係は、この例に限定されない。

【0039】

第２空気流路３３は、直線状に形成される。第２空気流路３３は、バーナプレート１４ａを燃焼室１３ｃ側から燃焼室１３ｃ側に対して逆側まで貫通する。燃焼器１３内の空間Ｓを通ってバーナプレート１４ａに送られた空気の一部は、第２空気流路３３に供給される。第２空気流路３３に供給された空気は、第２空気噴射口３３ａから燃焼室１３ｃに噴射される。

【0040】

第２空気流路３３は、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側（図２中の反時計回り方向）に傾く。つまり、第２空気流路３３の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側に傾く方向である。ゆえに、第２空気噴射口３３ａから噴射される空気の噴射方向は、矢印Ｂ３により示すように、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側に傾く方向となる。ただし、後述するように、第２空気流路３３の延在方向は、第１空気流路３２の延在方向と交差していればよく、この例に限定されない。なお、第２空気流路３３は、厳密には、湾曲していてもよい。つまり、第２空気流路３３の延在方向の各位置で、燃焼室側軸方向に対する第２空気流路３３の傾斜角が厳密には多少異なっていてもよい。

【0041】

第２空気流路３３の流路断面積は、例えば、第２空気流路３３の延在方向の各位置で一定である。ただし、第２空気流路３３の流路断面積は、第２空気流路３３の延在方向の各位置で一定でなくてもよい。第２空気流路３３の流路断面積が第２空気噴射口３３ａにおいて他の部分と比べて小さくなっていると、第２空気噴射口３３ａから噴射される空気の噴射速度が高くなり、水素と空気との混合が促進される。

【0042】

上記のように、第２空気流路３３は、第１空気流路３２と交差する方向に延在する。ゆえに、第２空気噴射口３３ａから噴射される空気の噴射方向は、第１空気噴射口３２ａから噴射される空気の噴射方向と交差する。具体的には、第１空気流路３２は、燃焼室１３ｃに近づくにつれて、燃焼室１３ｃの軸方向と直交する方向において、第２空気噴射口３３ａに近づく。一方、第２空気流路３３は、燃焼室１３ｃに近づくにつれて、燃焼室１３ｃの軸方向と直交する方向において、第１空気噴射口３２ａに近づく。

【0043】

よって、第１空気噴射口３２ａから噴射される空気、および、第２空気噴射口３３ａから噴射される空気は、互いに干渉し、矢印Ｃ１により示すように、燃焼室１３ｃの軸方向の中心軸まわりに旋回する。水素噴射口３１ａから噴射される水素は、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流に向けて噴射される。ゆえに、水素噴射口３１ａから噴射される水素は、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流によって、旋回しながら空気と混合される。

【0044】

以上説明したように、ガスタービンシステム１の燃焼装置１０によれば、燃焼室１３ｃ内に生じる空気の旋回流によって、水素噴射口３１ａから噴射される水素が空気と急速に混合される。ゆえに、水素と空気が予め混合された状態で燃焼室１３ｃに供給される場合と比べて、着火位置が燃焼室１３ｃの内部側になる。よって、逆火が抑制される。また、バーナ１４の溶損が抑制される。ゆえに、バーナ１４を火炎から保護することができる。さらに、燃焼室１３ｃ内に生じる空気の旋回流によって、火炎が旋回流の中心側に保持されて安定化される。また、空気の供給量を適宜調整し、火炎の温度を低下させることによって、ＮＯｘの排出量の低減も実現される。

【0045】

燃焼装置１０では、燃焼室１３ｃの端部を塞ぐバーナプレート１４ａに、複数の流路群３０が形成される。ゆえに、バーナプレート１４ａを金属積層技術等によって一体成型することによって、複数の流路群３０を容易に形成することができる。このようにバーナプレート１４ａが一体成型されることによって、複数の流路群３０を形成する部材がバーナプレート１４ａと別体である場合と比べ、バーナ１４の構造が簡略化され、バーナ１４が小型化され、バーナ１４の製造コストが低減される。また、部材の接合部分からの水素の漏れが抑制される。また、熱応力による接合部分での割れの発生が抑制される。

【0046】

燃焼装置１０では、バーナプレート１４ａには、複数の水素流路３１と連通するマニホールド４０が形成される。ゆえに、バーナプレート１４ａを金属積層技術等によって一体成型することによって、マニホールド４０を容易に形成することができる。このようにバーナプレート１４ａが一体成型されることによって、マニホールド４０を形成する部材がバーナプレート１４ａと別体である場合と比べ、バーナ１４の構造が簡略化され、バーナ１４が小型化され、バーナ１４の製造コストが低減される。また、部材の接合部分からの水素の漏れが抑制される。また、熱応力による接合部分での割れの発生が抑制される。

【0047】

なお、バーナプレート１４ａを分割した各部分（例えば、周方向に所定角度ずつ分割した各部分）を金属積層技術等によってそれぞれ一体成型し、得られる部材を組み立ててもよい。その場合にも、バーナ１４の製造コストが低減され、部材の接合部分からの水素の漏れが抑制され、熱応力による接合部分での割れの発生が抑制される。

【0048】

以下、図４～図７を参照して、各変形例に係るガスタービンシステムについて説明する。なお、以下で説明する各変形例に係るガスタービンシステムでは、バーナプレート以外の構成については、上述したガスタービンシステム１と同様なので、説明を省略する。

【0049】

図４は、第１の変形例に係るバーナプレート１４ａＡを燃焼室１３ｃ側から見た図である。具体的には、図４では、バーナプレート１４ａＡの外周側の一部が示されている。図５は、図４中のＡ３－Ａ３断面における断面図である。図４および図５に示すように、第１の変形例に係るガスタービンシステム１Ａの燃焼装置１０Ａは、バーナプレート１４ａＡを備える。

【0050】

バーナプレート１４ａＡでは、上述したバーナプレート１４ａと比較して、各流路群３０において、水素流路３１が複数設けられる点が異なる。

【0051】

図４および図５に示すように、バーナプレート１４ａＡに形成される各流路群３０は、２つの水素流路３１、第１空気流路３２および第２空気流路３３を有する。上述したバーナプレート１４ａと同様に、各流路群３０において、第１空気流路３２は、第２空気流路３３に対して径方向外側に位置する。第１空気流路３２は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側（図４中の時計回り方向）に傾く。第２空気流路３３は、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側（図４中の反時計回り方向）に傾く。第２空気噴射口３３ａの周方向位置は、第１空気噴射口３２ａの周方向位置よりも周方向の一側である。第２空気噴射口３３ａの径方向位置は、第１空気噴射口３２ａの径方向位置よりも径方向内側である。

【0052】

２つの水素流路３１は、ともに、燃焼室１３ｃ内に臨む水素噴射口３１ａを有する。２つの水素流路３１は、ともに、マニホールド４０と連通する。

【0053】

各流路群３０において、一方の水素流路３１（図４中の右上側の水素流路３１）は、第１空気流路３２に対して周方向の一側（図４中の時計回り方向）、かつ、第２空気流路３３に対して径方向外側に設けられる。一方の水素流路３１の水素噴射口３１ａは、第１空気噴射口３２ａに対して周方向の一側、かつ、第２空気噴射口３３ａに対して径方向外側に設けられる。

【0054】

一方の水素流路３１は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側（図４中の時計回り方向）に傾く。つまり、一方の水素流路３１の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側に傾く方向である。ゆえに、一方の水素流路３１の水素噴射口３１ａから噴射される水素の噴射方向は、矢印Ｂ１により示すように、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側に傾く方向となる。

【0055】

各流路群３０において、他方の水素流路３１（図４中の左下側の水素流路３１）は、第２空気流路３３に対して周方向の他側（図４中の反時計回り方向）、かつ、第１空気流路３２に対して径方向内側に設けられる。他方の水素流路３１の水素噴射口３１ａは、第２空気噴射口３３ａに対して周方向の他側、かつ、第１空気噴射口３２ａに対して径方向内側に設けられる。

【0056】

他方の水素流路３１は、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側（図４中の反時計回り方向）に傾く。つまり、他方の水素流路３１の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側に傾く方向である。ゆえに、他方の水素流路３１の水素噴射口３１ａから噴射される水素の噴射方向は、矢印Ｂ４により示すように、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側に傾く方向となる。

【0057】

第１の変形例に係る燃焼装置１０Ａにおいても、上述した燃焼装置１０と同様に、第１空気噴射口３２ａから噴射される空気、および、第２空気噴射口３３ａから噴射される空気によって、燃焼室１３ｃ内に空気の旋回流が生じる。各流路群３０において、２つの水素噴射口３１ａから噴射される水素は、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流に向けて噴射される。ゆえに、２つの水素噴射口３１ａから噴射される水素は、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流によって、旋回しながら空気と混合される。それにより、バーナ１４を火炎から保護することができる。さらに、ＮＯｘの排出量の低減も実現される。

【0058】

上記のように、第１の変形例に係る燃焼装置１０Ａでは、各流路群３０において、水素流路３１が複数（具体的には、２つ）設けられる。それにより、上述した燃焼装置１０と比べて、燃焼室１３ｃへの水素の供給量が増大する。

【0059】

上記では、各流路群３０において、水素流路３１が２つ設けられる例を説明した。ただし、流路群３０において、水素流路３１が３つ以上設けられてもよい。また、一部の流路群３０のみにおいて、水素流路３１が複数設けられてもよい。少なくとも１つの流路群３０において、水素流路３１が複数設けられれば、上記の燃焼装置１０Ａと同様の効果が奏される。

【0060】

図６は、第２の変形例に係るバーナプレート１４ａＢを燃焼室１３ｃ側から見た図である。具体的には、図６では、バーナプレート１４ａＢの外周側の一部が示されている。図７は、図６中のＡ４－Ａ４断面における断面図である。図６および図７に示すように、第２の変形例に係るガスタービンシステム１Ｂの燃焼装置１０Ｂは、バーナプレート１４ａＢを備える。

【0061】

バーナプレート１４ａＢでは、上述したバーナプレート１４ａと比較して、各流路群３０における水素流路３１と第１空気流路３２と第２空気流路３３との位置関係が異なる。

【0062】

図６および図７に示すように、バーナプレート１４ａＢに形成される各流路群３０は、水素流路３１、第１空気流路３２および第２空気流路３３を有する。上述したバーナプレート１４ａと同様に、各流路群３０において、第１空気流路３２は、第２空気流路３３に対して径方向外側に位置する。第１空気流路３２は、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側（図６中の時計回り方向）に傾く。第２空気流路３３は、燃焼室側軸方向に対して周方向の他側（図６中の反時計回り方向）に傾く。第２空気噴射口３３ａの周方向位置は、第１空気噴射口３２ａの周方向位置よりも周方向の一側である。第２空気噴射口３３ａの径方向位置は、第１空気噴射口３２ａの径方向位置よりも径方向内側である。

【0063】

第２の変形例では、水素流路３１は、径方向において、第１空気流路３２と第２空気流路３３との間に配置される。水素流路３１は、第１空気流路３２および第２空気流路３３と径方向に離隔する。水素噴射口３１ａは、径方向において、第１空気噴射口３２ａと第２空気噴射口３３ａとの間に配置される。水素噴射口３１ａは、第１空気噴射口３２ａおよび第２空気噴射口３３ａと径方向に離隔する。

【0064】

水素流路３１は、燃焼室１３ｃの軸方向に延在する。つまり、水素流路３１の延在方向は、燃焼室１３ｃの軸方向である。ゆえに、水素噴射口３１ａから噴射される水素の噴射方向は、図７中で矢印Ｂ１により示すように、燃焼室１３ｃの軸方向となる。水素噴射口３１ａの中心は、周方向において、第１空気噴射口３２ａの中心と第２空気噴射口３３ａの中心との中央付近に配置される。

【0065】

第２の変形例に係る燃焼装置１０Ｂにおいても、上述した燃焼装置１０と同様に、第１空気噴射口３２ａから噴射される空気、および、第２空気噴射口３３ａから噴射される空気によって、燃焼室１３ｃ内に空気の旋回流が生じる。水素噴射口３１ａから噴射される水素は、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流に向けて噴射される。ゆえに、水素噴射口３１ａから噴射される水素は、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流によって、旋回しながら空気と混合される。それにより、バーナ１４を火炎から保護することができる。さらに、ＮＯｘの排出量の低減も実現される。

【0066】

上記のように、第２の変形例に係る燃焼装置１０Ｂでは、各流路群３０で、水素流路３１は、第１空気流路３２の延在方向および第２空気流路３３の延在方向に対して交差する方向（具体的には、径方向）において、第１空気流路３２と第２空気流路３３との間に配置される。それにより、上述した燃焼装置１０と比べて、第１空気流路３２または第２空気流路３３と水素流路３１との干渉が抑制される。ゆえに、水素流路３１の配置の自由度が向上する。

【0067】

例えば、上記の例のように、水素流路３１の延在方向と、第１空気噴射口３２ａおよび第２空気噴射口３３ａに対する水素噴射口３１ａの位置とを設定することによって、矢印Ｃ１により示す空気の旋回流の中央付近に向けて水素噴射口３１ａから水素を噴射させることができる。それにより、水素噴射口３１ａから噴射された水素が空気の旋回流を外れにくくなる。ゆえに、水素噴射口３１ａから噴射される水素を空気と適切に混合させることができる。

【0068】

上記では、各流路群３０で、水素流路３１が、第１空気流路３２の延在方向および第２空気流路３３の延在方向に対して交差する方向（具体的には、径方向）において、第１空気流路３２と第２空気流路３３との間に配置される例を説明した。ただし、一部の流路群３０のみで、水素流路３１が、第１空気流路３２の延在方向および第２空気流路３３の延在方向に対して交差する方向において、第１空気流路３２と第２空気流路３３との間に配置されてもよい。少なくとも１つの流路群３０で、水素流路３１が、第１空気流路３２の延在方向および第２空気流路３３の延在方向に対して交差する方向において、第１空気流路３２と第２空気流路３３との間に配置されれば、上記の燃焼装置１０Ｂと同様の効果が奏される。

【0069】

なお、上述した燃焼装置１０のように、少なくとも１つの流路群３０において、水素流路３１が、第１空気流路３２および第２空気流路３３の一方の流路が燃焼室１３ｃの軸方向に対して傾く方向に、当該一方の流路に対して並設されてもよい。例えば、図２の例では、第１空気流路３２は、燃焼室１３ｃの軸方向に対して周方向に傾く。そして、水素流路３１は、第１空気流路３２に対して周方向に並設されている。このような場合においても、水素噴射口３１ａから噴射される水素が、空気の旋回流によって、旋回しながら空気と混合されることが実現される。

【0070】

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0071】

上記では、ガスタービンシステム１、ガスタービンシステム１Ａおよびガスタービンシステム１Ｂにおいて、過給機１１によって生成された回転動力が発電機１２を駆動させるエネルギとして利用される例を説明した。ただし、ガスタービンシステム１、ガスタービンシステム１Ａおよびガスタービンシステム１Ｂにおいて、過給機１１によって生成された回転動力が他の用途（例えば、船舶等の移動体を駆動させる目的等）に利用されてもよい。

【0072】

上記では、第１空気流路３２の延在方向が、燃焼室側軸方向に対して周方向の一側（図２中の時計回り方向）に傾く方向である例を説明した。ただし、第１空気流路３２の延在方向は、上記の例に限定されない。例えば、第１空気流路３２の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して径方向に傾いていてもよい。各流路群３０の間で、第１空気流路３２の延在方向が異なっていてもよい。

【0073】

第２空気流路３３の延在方向も、第１空気流路３２の延在方向と同様に、上記の例に限定されない。例えば、第２空気流路３３の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して径方向に傾いていてもよい。ただし、第２空気流路３３の延在方向は、第１空気流路３２の延在方向と交差する。各流路群３０の間で、第２空気流路３３の延在方向が異なっていてもよい。

【0074】

水素流路３１の延在方向も、第１空気流路３２の延在方向と同様に、上記の例に限定されない。例えば、水素流路３１の延在方向は、燃焼室側軸方向に対して径方向に傾いていてもよい。また、例えば、ガスタービンシステム１またはガスタービンシステム１Ａにおいて、水素流路３１の延在方向は、第１空気流路３２および第２空気流路３３のいずれの延在方向とも一致していなくてもよい。また、例えば、ガスタービンシステム１Ｂにおいて、水素流路３１の延在方向は、第１空気流路３２または第２空気流路３３の延在方向と一致していてもよい。各流路群３０の間で、水素流路３１の延在方向が異なっていてもよい。

【0075】

上記では、各図面を参照して、各流路群３０における水素流路３１と第１空気流路３２と第２空気流路３３との位置関係の例を説明した。ただし、各流路群３０における水素流路３１と第１空気流路３２と第２空気流路３３との位置関係は、この例に限定されない。例えば、第２空気流路３３が、第１空気流路３２よりも径方向外側に設けられてもよい。各流路群３０の間で、水素流路３１と第１空気流路３２と第２空気流路３３との位置関係が異なっていてもよい。

【0076】

上記では、複数の流路群３０が燃焼室１３ｃの周方向に並設される例を説明した。ただし、複数の流路群３０の配置は、この例に限定されない。例えば、周方向に並設された複数の流路群３０が、燃焼室１３ｃの径方向に並設されていてもよい。

【0077】

上記では、燃焼室１３ｃの形状が略円柱形状である例を説明した。ただし、燃焼室１３ｃの形状は、この例に限定されない。例えば、燃焼室１３ｃは、略円筒形状の空間であってもよい。バーナプレート１４ａ、バーナプレート１４ａＡおよびバーナプレート１４ａＢの形状は、燃焼室１３ｃの形状に応じて適宜変更され得る。

【0078】

上記で説明した図１の例では、圧縮機１１ａから燃焼器１３に送られた空気は、ライナ１３ｂの外周面とケーシング１３ａの内周面との間を通った後に燃焼室１３ｃに送られる。ただし、圧縮機１１ａから燃焼器１３に送られた空気の経路はこの例（つまり、ターンフロー型）に限定されない。

【符号の説明】

【0079】

１：ガスタービンシステム １Ａ：ガスタービンシステム １Ｂ：ガスタービンシステム １０：燃焼装置 １０Ａ：燃焼装置 １０Ｂ：燃焼装置 １３ｃ：燃焼室 １４ａ：バーナプレート １４ａＡ：バーナプレート １４ａＢ：バーナプレート ３０：流路群 ３１：水素流路 ３１ａ：水素噴射口 ３２：第１空気流路 ３２ａ：第１空気噴射口 ３３：第２空気流路 ３３ａ：第２空気噴射口 ４０：マニホールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】