特許 7613558 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】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(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 3/36 20060101AFI20250107BHJP

   F23R 3/10 20060101ALI20250107BHJP

   F23R 3/00 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

F23R3/36

F23R3/10

F23R3/00 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023508891

(86)(22)【出願日】2022-03-03

(86)【国際出願番号】 JP2022009178

(87)【国際公開番号】W WO2022202196

(87)【国際公開日】2022-09-29

【審査請求日】2023-09-08

(31)【優先権主張番号】P 2021054176

(32)【優先日】2021-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【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）２０１９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 カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電技術推進事業委託研究、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】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】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０１９１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１３８３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２７０３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０６６１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３５１７７５７（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｒ ３／３６

Ｆ０２Ｃ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

端部に開口が設けられ、内部に燃焼室が形成されるライナと、
前記ライナの前記開口と連通する空気流路と、
前記ライナの前記開口に挿通されるアンモニア供給管と、
前記アンモニア供給管と前記空気流路との間に配置される起動用燃料供給管と、
を備え、
前記アンモニア供給管は、前記起動用燃料供給管に挿通されている、
燃焼装置。

【請求項2】

前記起動用燃料供給管と前記空気流路との間に配置される遮熱管を備える、
請求項１に記載の燃焼装置。

【請求項3】

前記アンモニア供給管は、内管および外管を含む二重筒構造を有し、
前記空気流路は、前記内管に対して径方向内側に配置される第１空気流路と、前記外管に対して径方向外側に配置される第２空気流路とを含み、
前記起動用燃料供給管は、前記内管と前記第１空気流路との間に配置される第１起動用燃料供給管と、前記外管と前記第２空気流路との間に配置される第２起動用燃料供給管とを含む、
請求項１または２に記載の燃焼装置。

【請求項4】

前記第１起動用燃料供給管と前記第１空気流路との間に配置される第１遮熱管と、
前記第２起動用燃料供給管と前記第２空気流路との間に配置される第２遮熱管と、
を備える、
請求項３に記載の燃焼装置。

【請求項5】

前記起動用燃料供給管は、前記アンモニア供給管の外周面を覆う管を含む、
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】

請求項１から５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２６日に提出された日本特許出願第２０２１－０５４１７６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、アンモニアを燃料として用いるものがある。アンモニア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２０１６－１９１５０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスタービンシステムとして、アンモニアを気化器によって気化した後に燃焼器の燃焼室に供給するものがある。気化器が用いられることは、ガスタービンシステムにおける設備コストおよび起動時間の増大の要因となる。気化器を用いずに、液体のアンモニアを燃焼室に供給することが考えられる。この場合、液体のアンモニアは、アンモニア供給管を通って燃焼室に送られる。燃焼室に供給される高温の空気によってアンモニア供給管が加熱され、アンモニアの気化が生じるおそれがある。アンモニア供給管内においてアンモニアが気化すると、アンモニアの噴射量が不安定になってしまう。

【0005】

本開示の目的は、燃料として用いられる液体のアンモニアの気化を抑制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、端部に開口が設けられ、内部に燃焼室が形成されるライナと、ライナの開口と連通する空気流路と、ライナの開口に挿通されるアンモニア供給管と、アンモニア供給管と空気流路との間に配置される起動用燃料供給管と、を備え、アンモニア供給管は、起動用燃料供給管に挿通されている。

【0007】

起動用燃料供給管と空気流路との間に配置される遮熱管を備えてもよい。

【0008】

アンモニア供給管は、内管および外管を含む二重筒構造を有し、空気流路は、内管に対して径方向内側に配置される第１空気流路と、外管に対して径方向外側に配置される第２空気流路とを含み、起動用燃料供給管は、内管と第１空気流路との間に配置される第１起動用燃料供給管と、外管と第２空気流路との間に配置される第２起動用燃料供給管とを含んでもよい。

【0009】

第１起動用燃料供給管と第１空気流路との間に配置される第１遮熱管と、第２起動用燃料供給管と第２空気流路との間に配置される第２遮熱管と、を備えてもよい。起動用燃料供給管は、アンモニア供給管の外周面を覆う管を含んでもよい。

【0010】

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】

【0011】

本開示によれば、燃料として用いられる液体のアンモニアの気化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【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、第１の変形例に係るバーナを示す拡大断面図である。

【図3】図３は、第２の変形例に係るバーナを示す拡大断面図である。

【図4】図４は、第３の変形例に係るバーナを示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

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、アンモニアタンク１５と、第１流量制御弁１６と、起動用燃料タンク１７と、第２流量制御弁１８とを備える。

【0015】

ガスタービンシステム１のうち、燃焼器１３と、バーナ１４と、アンモニアタンク１５と、第１流量制御弁１６と、起動用燃料タンク１７と、第２流量制御弁１８とが、燃焼装置１０に含まれる。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

後述するように、燃焼室１３ｃに、燃料および空気が供給される。燃焼室１３ｃ内では、主にアンモニアが燃料として用いられ、燃焼が行われる。なお、後述するように、燃焼室１３ｃに供給される燃料として、アンモニアの他に、起動用燃料（例えば、天然ガスまたは水素等）も用いられる。起動用燃料は、ガスタービンシステム１の起動のために用いられる燃料である。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。

【0022】

ライナ１３ｂは、本体部１３ｄを有する。本体部１３ｄは、円筒形状を有する。本体部１３ｄの内部に、燃焼室１３ｃが形成されている。本体部１３ｄの端部には、連通部１３ｅが設けられている。連通部１３ｅは、ライナ１３ｂの外部（具体的には、後述する空気流路２３）と燃焼室１３ｃとを連通する。連通部１３ｅは、円筒形状を有し、本体部１３ｄと同軸上に配置されている。連通部１３ｅの外径は、本体部１３ｄの外径よりも小さい。連通部１３ｅの内径は、本体部１３ｄの内径よりも小さい。なお、連通部１３ｅの内径は、本体部１３ｄ側に進むにつれて小さくなっていてもよい。連通部１３ｅ内には、空気の旋回流を形成するための旋回翼等の各種部材が設けられていてもよい。連通部１３ｅのうち本体部１３ｄ側と逆側の端部には、開口１３ｆが設けられている。このように、開口１３ｆは、ライナ１３ｂの端部に設けられている。

【0023】

ケーシング１３ａの内面とライナ１３ｂの外面との間には、空気流路２３が形成されている。空気流路２３には、吸気流路２１が接続されている。空気流路２３には、吸気流路２１を介して圧縮機１１ａから空気が送られる。空気流路２３は、ライナ１３ｂの開口１３ｆと連通している。ライナ１３ｂの開口１３ｆには、バーナ１４が挿通されている。矢印Ｆ１により示すように、空気流路２３に送られた空気は、空気流路２３を通過した後、ライナ１３ｂの開口１３ｆを通って燃焼室１３ｃに噴射される。具体的には、空気流路２３に送られた空気は、連通部１３ｅの内周面とバーナ１４の外周面（具体的には、後述する起動用燃料供給管３２の外周面）との間を通って燃焼室１３ｃに噴射される。

【0024】

バーナ１４は、アンモニア供給管３１と、起動用燃料供給管３２とを有する。アンモニア供給管３１は、燃焼室１３ｃにアンモニアを供給するための管である。アンモニア供給管３１によって区画される空間をアンモニアが流通する。起動用燃料供給管３２は、燃焼室１３ｃに起動用燃料を供給するための管である。起動用燃料供給管３２によって区画される空間を起動用燃料が流通する。

【0025】

アンモニア供給管３１および起動用燃料供給管３２は、円筒形状を有する。起動用燃料供給管３２は、アンモニア供給管３１と同軸上に、アンモニア供給管３１に対して径方向外側に配置される。起動用燃料供給管３２は、アンモニア供給管３１の外周面を覆う。つまり、アンモニア供給管３１が起動用燃料供給管３２に挿通され、起動用燃料供給管３２がアンモニア供給管３１の外周面に対向する。ただし、起動用燃料供給管３２の中心軸とアンモニア供給管３１の中心軸とは、一致していなくてもよい。起動用燃料供給管３２は、アンモニア供給管３１と空気流路２３との間に配置される。

【0026】

アンモニア供給管３１および起動用燃料供給管３２は、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されている。アンモニア供給管３１および起動用燃料供給管３２の先端は、例えば、軸方向において、ライナ１３ｂの本体部１３ｄと連通部１３ｅとの段差部の近傍に位置する。アンモニア供給管３１および起動用燃料供給管３２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。

【0027】

以下、バーナ１４の径方向、バーナ１４の軸方向、および、バーナ１４の周方向を、単に径方向、軸方向および周方向とも呼ぶ。バーナ１４における燃焼室１３ｃ側（図１中の右側）を先端側と呼び、バーナ１４における燃焼室１３ｃ側に対する逆側（図１中の左側）を後端側と呼ぶ。

【0028】

アンモニア供給管３１のうちケーシング１３ａより外側の部分には、アンモニアタンク１５が接続されている。アンモニアタンク１５には、液体のアンモニアが貯蔵されている。アンモニアタンク１５とアンモニア供給管３１とを接続する流路には、第１流量制御弁１６が設けられている。アンモニアタンク１５に貯蔵されるアンモニアは、アンモニア供給管３１に供給される。第１流量制御弁１６は、アンモニアタンク１５からアンモニア供給管３１に供給されるアンモニアの流量を制御（つまり、調整）する。

【0029】

アンモニア供給管３１の先端には、噴射弁３３が設けられている。矢印Ｆ２により示すように、アンモニア供給管３１に供給されたアンモニアは、アンモニア供給管３１の内部空間を流れる。アンモニア供給管３１内を通過したアンモニアは、噴射弁３３から燃焼室１３ｃ内に噴射（具体的には、噴霧）される。噴射弁３３は、例えば、圧力噴射弁（つまり、噴射弁の内外の圧力差を利用して液体を微粒化するもの）または気流噴射弁（つまり、噴射対象の液体の膜を生成し、その膜と空気との剪断力を利用して液体を微粒化するもの）である。

【0030】

起動用燃料供給管３２のうちケーシング１３ａより外側の部分には、起動用燃料タンク１７が接続されている。起動用燃料タンク１７には、天然ガスまたは水素等の起動用燃料が貯蔵されている。起動用燃料タンク１７と起動用燃料供給管３２とを接続する流路には、第２流量制御弁１８が設けられている。起動用燃料タンク１７に貯蔵される起動用燃料は、起動用燃料供給管３２に供給される。第２流量制御弁１８は、起動用燃料タンク１７から起動用燃料供給管３２に供給される起動用燃料の流量を制御（つまり、調整）する。

【0031】

矢印Ｆ３により示すように、起動用燃料供給管３２に供給された起動用燃料は、起動用燃料供給管３２の内周部と、アンモニア供給管３１の外周部との間の空間内を流れる。当該空間内を通過した起動用燃料は、起動用燃料供給管３２の先端と、アンモニア供給管３１の先端との間の円環形状の開口から燃焼室１３ｃ内に噴射される。上記のように、起動用燃料供給管３２は、アンモニア供給管３１に対して径方向に離隔している。つまり、起動用燃料供給管３２の内径は、アンモニア供給管３１の外径よりも大きい。

【0032】

アンモニアは、他の燃料と比べると燃焼しにくい性質（つまり、難燃性）を有する。ゆえに、ガスタービンシステム１の起動時（つまり、燃焼装置１０の起動時）には、燃焼室１３ｃ内において、起動用燃料を用いて点火が行われる。具体的には、起動用燃料供給管３２から燃焼室１３ｃへ起動用燃料が供給されている状態で、図示しない点火装置によって点火が行われる。つまり、起動用燃料は、点火用の燃料として用いられる。

【0033】

その後、燃焼室１３ｃへの起動用燃料の供給量が徐々に増加し、燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給を開始したとしても燃焼室１３ｃにおける燃焼性が所定の水準以上に維持される状態となる。この状態で、アンモニア供給管３１から燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給が開始される。このように、起動用燃料は、助燃用の燃料（つまり、燃焼を補助するための燃料）としても用いられる。なお、燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給の開始後において、燃焼室１３ｃへの起動用燃料の供給は、継続してもよく、停止してもよい。

【0034】

仮に、本実施形態と異なり、アンモニア供給管３１と空気流路２３との間に起動用燃料供給管３２が配置されていない場合、アンモニア供給管３１は、空気流路２３を通過する高温（例えば、３５０℃程度）の空気に晒される。ゆえに、アンモニア供給管３１が空気流路２３を通過する空気によって直接的に加熱され、アンモニア供給管３１内のアンモニアの気化が生じるおそれがある。アンモニア供給管３１内においてアンモニアが気化すると、燃焼室１３ｃへのアンモニアの噴射量が不安定になってしまう。さらに、アンモニア供給管３１内で気化したアンモニアは、噴射弁３３での圧力低下に伴い再度液化する。ゆえに、アンモニア供給管３１内および噴射弁３３内において、アンモニアの気化および液化が繰り返される。このような現象も、燃焼室１３ｃへのアンモニアの噴射量が不安定になってしまう要因となる。

【0035】

上述したように、起動用燃料を用いた点火が行われた後に、燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給が開始される。ゆえに、アンモニア供給管３１の外周面が起動用燃料供給管３２によって覆われていない場合、燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給が開始されるまでの期間において、アンモニア供給管３１は、空気流路２３を通過する空気によって直接的に加熱され続ける。よって、特に、燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給が開始される時点において、アンモニア供給管３１内でのアンモニアの気化が生じやすくなる。

【0036】

上記で説明したように、本実施形態に係るガスタービンシステム１の燃焼装置１０では、起動用燃料供給管３２は、アンモニア供給管３１の周面（具体的には、外周面）を覆い、アンモニア供給管３１と空気流路２３との間に配置される。つまり、径方向において、アンモニアの流路と空気流路２３との間に、起動用燃料の流路が介在する。それにより、空気流路２３を通過する空気によってアンモニア供給管３１が直接的に加熱されることを抑制できる。また、アンモニア供給管３１は、起動用燃料供給管３２とアンモニア供給管３１との間を通過する起動用燃料によって冷却される。

【0037】

燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給が開始されるまでの期間において、起動用燃料供給管３２とアンモニア供給管３１との間を通過する起動用燃料によって、アンモニア供給管３１が冷却されるとともに、空気流路２３からアンモニア供給管３１への熱移動が抑制される。燃焼室１３ｃへのアンモニアの供給が開始した後においては、燃焼室１３ｃへの起動用燃料の供給が停止する、または、燃焼室１３ｃへの起動用燃料の供給量が減少するものの、アンモニア供給管３１内を通過するアンモニア自身の熱容量によって、アンモニアの気化が抑制される。

【0038】

上記のように、本実施形態に係るガスタービンシステム１の燃焼装置１０によれば、燃料として用いられる液体のアンモニアの気化を抑制することができる。

【0039】

以下、図２～図４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。

【0040】

図２は、第１の変形例に係るバーナ１４Ａを示す拡大断面図である。図２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１４Ａを備える。

【0041】

バーナ１４Ａでは、上述したバーナ１４と比較して、遮熱管４１がさらに設けられる点が異なる。バーナ１４Ａは、アンモニア供給管３１と、起動用燃料供給管３２と、遮熱管４１とを有する。

【0042】

遮熱管４１は、円筒形状を有する。遮熱管４１は、起動用燃料供給管３２と同軸上に、起動用燃料供給管３２に対して径方向外側に配置される。遮熱管４１は、起動用燃料供給管３２の外周面を覆う。つまり、起動用燃料供給管３２が遮熱管４１に挿通され、遮熱管４１が起動用燃料供給管３２の外周面に対向する。遮熱管４１は、起動用燃料供給管３２に対して径方向に離隔している。つまり、遮熱管４１の内径は、起動用燃料供給管３２の外径よりも大きい。ただし、遮熱管４１の中心軸と起動用燃料供給管３２の中心軸とは、一致していなくてもよい。遮熱管４１は、起動用燃料供給管３２と空気流路２３との間に配置される。

【0043】

遮熱管４１の後端は、ケーシング１３ａの内面に取り付けられている。ただし、遮熱管４１は、起動用燃料供給管３２に取り付けられていてもよい。遮熱管４１は、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されている。遮熱管４１の先端は、例えば、軸方向において、起動用燃料供給管３２の先端よりも後方（図２中の左側）に位置する。このように、遮熱管４１が燃焼室１３ｃ内まで延在していないので、燃焼室１３ｃから遮熱管４１へ熱が伝わりにくくなる。ただし、遮熱管４１は、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されていなくてもよい。この場合、遮熱管４１の先端は、ライナ１３ｂの開口１３ｆよりも後方に位置する。

【0044】

上記で説明したように、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では、遮熱管４１は、起動用燃料供給管３２の周面（具体的には、外周面）を覆い、起動用燃料供給管３２と空気流路２３との間に配置される。それにより、空気流路２３を通過する空気によって起動用燃料供給管３２が直接的に加熱されることを抑制できる。ゆえに、空気流路２３からアンモニア供給管３１への熱移動がより効果的に抑制される。よって、燃料として用いられる液体のアンモニアの気化をより効果的に抑制することができる。

【0045】

空気流路２３からアンモニア供給管３１への熱移動を効果的に抑制する観点では、熱伝導性が低い材料によって遮熱管４１を形成することが好ましい。ただし、遮熱管４１の材料は、強度および耐熱性等の種々の性質も加味して選択される。

【0046】

図３は、第２の変形例に係るバーナ１４Ｂを示す拡大断面図である。図３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１４Ｂを備える。

【0047】

バーナ１４Ｂでは、上述したバーナ１４と比較して、アンモニア供給管１３１が二重筒構造を有する点が異なる。バーナ１４Ｂは、アンモニア供給管１３１（具体的には、内管１３１ａおよび外管１３１ｂ）と、起動用燃料供給管１３２（具体的には、第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂ）とを有する。

【0048】

アンモニア供給管１３１は、内管１３１ａおよび外管１３１ｂを含む二重筒構造を有する。内管１３１ａおよび外管１３１ｂは、円筒形状を有する。外管１３１ｂは、内管１３１ａと同軸上に、内管１３１ａに対して径方向外側に配置される。外管１３１ｂは、内管１３１ａに対して径方向に離隔している。つまり、外管１３１ｂの内径は、内管１３１ａの外径よりも大きい。アンモニア供給管１３１には、上述したアンモニア供給管３１と同様に、アンモニアタンク１５からアンモニアが供給される。

【0049】

アンモニア供給管１３１の先端には、噴射弁１３３が設けられている。噴射弁１３３は、円環形状を有する。噴射弁１３３は、内管１３１ａの先端と、外管１３１ｂの先端との間の円環形状の開口に設けられている。矢印Ｆ２１により示すように、アンモニア供給管１３１に供給されたアンモニアは、外管１３１ｂの内周部と、内管１３１ａの外周部との間の空間内を流れる。当該空間内を通過したアンモニアは、噴射弁１３３から燃焼室１３ｃ内に噴射（具体的には、噴霧）される。噴射弁１３３は、例えば、上述した噴射弁３３と同様の弁である。

【0050】

起動用燃料供給管１３２は、第１起動用燃料供給管１３２ａと、第２起動用燃料供給管１３２ｂとを含む。第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂには、上述した起動用燃料供給管３２と同様に、起動用燃料タンク１７から起動用燃料が供給される。

【0051】

第１起動用燃料供給管１３２ａは、アンモニア供給管１３１と同軸上に、アンモニア供給管１３１の内管１３１ａに対して径方向内側に配置される。第１起動用燃料供給管１３２ａは、内管１３１ａの内周面を覆う。つまり、第１起動用燃料供給管１３２ａが内管１３１ａに挿通され、第１起動用燃料供給管１３２ａが内管１３１ａの内周面に対向する。ただし、第１起動用燃料供給管１３２ａの中心軸とアンモニア供給管１３１の中心軸とは、一致していなくてもよい。

【0052】

矢印Ｆ３１により示すように、第１起動用燃料供給管１３２ａに供給された起動用燃料は、第１起動用燃料供給管１３２ａの外周部と、内管１３１ａの内周部との間の空間内を流れる。当該空間内を通過した起動用燃料は、第１起動用燃料供給管１３２ａの先端と、内管１３１ａの先端との間の円環形状の開口から燃焼室１３ｃ内に噴射される。上記のように、第１起動用燃料供給管１３２ａは、内管１３１ａに対して径方向に離隔している。つまり、第１起動用燃料供給管１３２ａの外径は、内管１３１ａの内径よりも小さい。

【0053】

第２起動用燃料供給管１３２ｂは、アンモニア供給管１３１と同軸上に、アンモニア供給管１３１の外管１３１ｂに対して径方向外側に配置される。第２起動用燃料供給管１３２ｂは、外管１３１ｂの外周面を覆う。つまり、外管１３１ｂが第２起動用燃料供給管１３２ｂに挿通され、第２起動用燃料供給管１３２ｂが外管１３１ｂの外周面に対向する。ただし、第２起動用燃料供給管１３２ｂの中心軸とアンモニア供給管１３１の中心軸とは、一致していなくてもよい。

【0054】

矢印Ｆ３２により示すように、第２起動用燃料供給管１３２ｂに供給された起動用燃料は、第２起動用燃料供給管１３２ｂの内周部と、外管１３１ｂの外周部との間の空間内を流れる。当該空間内を通過した起動用燃料は、第２起動用燃料供給管１３２ｂの先端と、外管１３１ｂの先端との間の円環形状の開口から燃焼室１３ｃ内に噴射される。上記のように、第２起動用燃料供給管１３２ｂは、外管１３１ｂに対して径方向に離隔している。つまり、第２起動用燃料供給管１３２ｂの内径は、外管１３１ｂの外径よりも大きい。

【0055】

空気流路１２３は、第１空気流路１２３ａと、第２空気流路１２３ｂとを含む。第１空気流路１２３ａおよび第２空気流路１２３ｂには、上述した空気流路２３と同様に、吸気流路２１がそれぞれ接続されている。第１空気流路１２３ａおよび第２空気流路１２３ｂは、上述した空気流路２３と同様に、ライナ１３ｂの開口１３ｆとそれぞれ連通している。

【0056】

第１空気流路１２３ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａの内周面によって区間される。第１空気流路１２３ａは、アンモニア供給管１３１の中心軸上に延在する。第１空気流路１２３ａは、内管１３１ａに対して径方向内側に配置される。内管１３１ａの内周面は、第１起動用燃料供給管１３２ａによって覆われている。つまり、第１起動用燃料供給管１３２ａは、内管１３１ａと第１空気流路１２３ａとの間に配置される。矢印Ｆ１１により示すように、第１空気流路１２３ａに送られた空気は、第１空気流路１２３ａを通過した後、第１起動用燃料供給管１３２ａの先端から燃焼室１３ｃに噴射される。

【0057】

第２空気流路１２３ｂは、上述した空気流路２３と同様に、ケーシング１３ａの内面とライナ１３ｂの外面との間に形成される。第２空気流路１２３ｂは、外管１３１ｂに対して径方向外側に配置される。外管１３１ｂの外周面は、第２起動用燃料供給管１３２ｂによって覆われている。つまり、第２起動用燃料供給管１３２ｂは、外管１３１ｂと第２空気流路１２３ｂとの間に配置される。矢印Ｆ１２により示すように、第２空気流路１２３ｂに送られた空気は、第２空気流路１２３ｂを通過した後、ライナ１３ｂの開口１３ｆを通って燃焼室１３ｃに噴射される。具体的には、第２空気流路１２３ｂに送られた空気は、連通部１３ｅの内周面と第２起動用燃料供給管１３２ｂの外周面との間を通って燃焼室１３ｃに噴射される。

【0058】

上記で説明したように、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では、第１起動用燃料供給管１３２ａは、内管１３１ａの内周面を覆い、内管１３１ａと第１空気流路１２３ａとの間に配置される。つまり、径方向において、アンモニアの流路と第１空気流路１２３ａとの間に、起動用燃料の流路が介在する。それにより、第１空気流路１２３ａを通過する空気によって内管１３１ａが直接的に加熱されることを抑制できる。また、内管１３１ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａと内管１３１ａとの間を通過する起動用燃料によって冷却される。第２起動用燃料供給管１３２ｂは、外管１３１ｂの外周面を覆い、外管１３１ｂと第２空気流路１２３ｂとの間に配置される。つまり、径方向において、アンモニアの流路と第２空気流路１２３ｂとの間に、起動用燃料の流路が介在する。それにより、第２空気流路１２３ｂを通過する空気によって外管１３１ｂが直接的に加熱されることを抑制できる。また、外管１３１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂと外管１３１ｂとの間を通過する起動用燃料によって冷却される。

【0059】

上記のように、第２の変形例によれば、二重筒構造を有するアンモニア供給管１３１を備える燃焼装置１０Ｂにおいて、空気流路１２３からアンモニア供給管１３１への熱移動が抑制される。よって、燃料として用いられる液体のアンモニアの気化を抑制することができる。

【0060】

上記では、起動用燃料供給管１３２として、第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂが設けられる例を説明した。ただし、起動用燃料供給管１３２として、第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂのうちの一方のみが設けられてもよい。その場合においても、空気流路１２３からアンモニア供給管１３１への熱移動が抑制されるので、アンモニアの気化を抑制する効果が得られる。ただし、空気流路１２３からアンモニア供給管１３１への熱移動を効果的に抑制する観点では、起動用燃料供給管１３２として、第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂが設けられることが好ましい。

【0061】

図４は、第３の変形例に係るバーナ１４Ｃを示す拡大断面図である。図４に示すように、第３の変形例に係るガスタービンシステム１Ｃの燃焼装置１０Ｃは、バーナ１４Ｃを備える。

【0062】

バーナ１４Ｃでは、上述したバーナ１４Ｂと比較して、遮熱管１４１がさらに設けられる点が異なる。バーナ１４Ｃは、アンモニア供給管１３１（具体的には、内管１３１ａおよび外管１３１ｂ）と、起動用燃料供給管１３２（具体的には、第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂ）と、遮熱管１４１（具体的には、第１遮熱管１４１ａおよび第２遮熱管１４１ｂ）とを有する。

【0063】

遮熱管１４１は、第１遮熱管１４１ａと、第２遮熱管１４１ｂとを含む。第１遮熱管１４１ａおよび第２遮熱管１４１ｂは、円筒形状を有する。

【0064】

第１遮熱管１４１ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａと同軸上に、第１起動用燃料供給管１３２ａに対して径方向内側に配置される。第１遮熱管１４１ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａの内周面を覆う。つまり、第１遮熱管１４１ａが第１起動用燃料供給管１３２ａに挿通され、第１遮熱管１４１ａが第１起動用燃料供給管１３２ａの内周面に対向する。第１遮熱管１４１ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａに対して径方向に離隔している。つまり、第１遮熱管１４１ａの外径は、第１起動用燃料供給管１３２ａの内径よりも小さい。ただし、第１遮熱管１４１ａの中心軸と第１起動用燃料供給管１３２ａの中心軸とは、一致していなくてもよい。第１遮熱管１４１ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａと第１空気流路１２３ａとの間に配置される。つまり、第３の変形例では、第１空気流路１２３ａは、第１遮熱管１４１ａの内周面によって区間される。

【0065】

第１遮熱管１４１ａは、例えば、第１起動用燃料供給管１３２ａに取り付けられている。ただし、第１遮熱管１４１ａは、バーナ１４Ｃのうち第１起動用燃料供給管１３２ａ以外の部材に取り付けられていてもよい。第１遮熱管１４１ａは、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されている。第１遮熱管１４１ａの先端は、例えば、軸方向において、第１起動用燃料供給管１３２ａの先端よりも後方（図４中の左側）に位置する。ただし、第１遮熱管１４１ａは、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されていなくてもよい。この場合、第１遮熱管１４１ａの先端は、ライナ１３ｂの開口１３ｆよりも後方に位置する。

【0066】

第２遮熱管１４１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂと同軸上に、第２起動用燃料供給管１３２ｂに対して径方向外側に配置される。第２遮熱管１４１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂの外周面を覆う。つまり、第２起動用燃料供給管１３２ｂが第２遮熱管１４１ｂに挿通され、第２遮熱管１４１ｂが第２起動用燃料供給管１３２ｂの外周面に対向する。第２遮熱管１４１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂに対して径方向に離隔している。つまり、第２遮熱管１４１ｂの内径は、第２起動用燃料供給管１３２ｂの外径よりも大きい。ただし、第２遮熱管１４１ｂの中心軸と第２起動用燃料供給管１３２ｂの中心軸とは、一致していなくてもよい。第２遮熱管１４１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂと第２空気流路１２３ｂとの間に配置される。

【0067】

第２遮熱管１４１ｂの後端は、ケーシング１３ａの内面に取り付けられている。ただし、第２遮熱管１４１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂに取り付けられていてもよい。第２遮熱管１４１ｂは、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されている。第２遮熱管１４１ｂの先端は、例えば、軸方向において、第２起動用燃料供給管１３２ｂの先端よりも後方（図４中の左側）に位置する。ただし、第２遮熱管１４１ｂは、ライナ１３ｂの開口１３ｆに挿通されていなくてもよい。この場合、第２遮熱管１４１ｂの先端は、ライナ１３ｂの開口１３ｆよりも後方に位置する。

【0068】

上記で説明したように、第３の変形例に係るガスタービンシステム１Ｃの燃焼装置１０Ｃでは、第１遮熱管１４１ａは、第１起動用燃料供給管１３２ａの内周面を覆い、第１起動用燃料供給管１３２ａと第１空気流路１２３ａとの間に配置される。それにより、第１空気流路１２３ａを通過する空気によって第１起動用燃料供給管１３２ａが直接的に加熱されることを抑制できる。ゆえに、第１空気流路１２３ａから内管１３１ａへの熱移動がより効果的に抑制される。第２遮熱管１４１ｂは、第２起動用燃料供給管１３２ｂの外周面を覆い、第２起動用燃料供給管１３２ｂと第２空気流路１２３ｂとの間に配置される。それにより、第２空気流路１２３ｂを通過する空気によって第２起動用燃料供給管１３２ｂが直接的に加熱されることを抑制できる。ゆえに、第２空気流路１２３ｂから外管１３１ｂへの熱移動がより効果的に抑制される。

【0069】

上記のように、第３の変形例によれば、二重筒構造を有するアンモニア供給管１３１を備える燃焼装置１０Ｃにおいて、燃料として用いられる液体のアンモニアの気化をより効果的に抑制することができる。

【0070】

空気流路１２３からアンモニア供給管１３１への熱移動を効果的に抑制する観点では、熱伝導性が低い材料によって遮熱管１４１を形成することが好ましい。ただし、遮熱管１４１の材料は、強度および耐熱性等の種々の性質も加味して選択される。

【0071】

上記では、遮熱管１４１として第１遮熱管１４１ａおよび第２遮熱管１４１ｂが設けられる例を説明した。ただし、遮熱管１４１として、第１遮熱管１４１ａおよび第２遮熱管１４１ｂのうちの一方のみが設けられてもよい。その場合においても、空気流路１２３を通過する空気によって起動用燃料供給管１３２が直接的に加熱されることが抑制されるので、アンモニアの気化を効果的に抑制する効果が得られる。ただし、空気流路１２３を通過する空気によって起動用燃料供給管１３２が直接的に加熱されることを効果的に抑制する観点では、遮熱管１４１として第１遮熱管１４１ａおよび第２遮熱管１４１ｂが設けられることが好ましい。

【0072】

上記では、起動用燃料供給管１３２として、第１起動用燃料供給管１３２ａおよび第２起動用燃料供給管１３２ｂが設けられる例を説明した。ただし、起動用燃料供給管１３２として第１起動用燃料供給管１３２ａのみが設けられ、遮熱管１４１として第１遮熱管１４１ａのみが設けられてもよい。起動用燃料供給管１３２として第２起動用燃料供給管１３２ｂのみが設けられ、遮熱管１４１として第２遮熱管１４１ｂのみが設けられてもよい。

【0073】

空気流路１２３を通過する空気は、バーナ１４の周方向に旋回しながら燃焼室１３ｃに向かって進む。ゆえに、空気流路１２３を通過する空気には、遠心力が作用する。よって、第１遮熱管１４１ａには、第２遮熱管１４１ｂと比較して、空気が張り付きやすい。ゆえに、空気流路１２３を通過する空気によって起動用燃料供給管１３２が直接的に加熱されることを抑制する観点では、第１遮熱管１４１ａの軸方向の長さを長くする必要性は、第２遮熱管１４１ｂの軸方向の長さを長くする必要性よりも高い。例えば、図４の例では、第１遮熱管１４１ａの先端は、第２遮熱管１４１ｂの先端よりも燃焼室１３ｃに近い。それにより、第１遮熱管１４１ａの軸方向の長さをできるだけ長くし、第１空気流路１２３ａを通過する空気によって第１起動用燃料供給管１３２ａが直接的に加熱されることを効果的に抑制することができる。

【0074】

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。

【0075】

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、ガスタービンシステム１Ｂおよびガスタービンシステム１Ｃ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、ガスタービンシステム１Ｂおよびガスタービンシステム１Ｃ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。

【0076】

上記では、燃焼装置１０、燃焼装置１０Ａ、燃焼装置１０Ｂおよび燃焼装置１０Ｃがガスタービンシステムに用いられる例を説明した。ただし、燃焼装置１０、燃焼装置１０Ａ、燃焼装置１０Ｂおよび燃焼装置１０Ｃは、ガスタービンシステム以外の装置（例えば、排熱等から回収されたエネルギを燃焼器での燃焼に利用する工業炉等）に用いられてもよい。

【0077】

上記では、各図面を参照して、アンモニア供給管３１、起動用燃料供給管３２、遮熱管４１、アンモニア供給管１３１、起動用燃料供給管１３２および遮熱管１４１の各管について説明した。各図面において、これらの各管の肉厚、内径および外径は、軸方向の各位置で一定である。ただし、これらの各管の肉厚、内径または外径は、軸方向の各位置で一定でなくてもよい。また、これらの各管は、直線状でなくてもよい。例えば、これらの各管は、ケーシング１３ａの内側または外側において、屈曲していてもよい。また、図１の例では、空気流路２３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、空気流路２３、１２３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】

【0078】

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 １Ｃ：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 １０Ｃ：燃焼装置 １３ｂ：ライナ １３ｃ：燃焼室 １３ｆ：開口 ２３：空気流路 ３１：アンモニア供給管 ３２：起動用燃料供給管 ４１：遮熱管 １２３：空気流路 １２３ａ：第１空気流路 １２３ｂ：第２空気流路 １３１：アンモニア供給管 １３１ａ：内管 １３１ｂ：外管 １３２：起動用燃料供給管 １３２ａ：第１起動用燃料供給管 １３２ｂ：第２起動用燃料供給管 １４１：遮熱管 １４１ａ：第１遮熱管 １４１ｂ：第２遮熱管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】