JP3958158B2 - 燃焼器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１１に示す。
【０００４】
図１１に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１２のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４の内壁を沿って流れる。よって、パイロットノズル２によって、拡散噴射されたパイロット燃料が燃焼し拡散火炎（Ｚ）が形成され、さらに、パイロット燃料の一部が燃焼するとともに、パイロット拡散火炎からの高温燃焼ガスが入り込みメイン予混合火炎の保炎点となる保炎用低速域Ｘが形成され、燃焼が維持される。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、保炎用低速域Ｘにおける燃焼に基づいて、メインバーナ５の下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにパイロットノズル２及びメインノズル３を備えた燃焼器において、その燃焼状態を安定に保つには、パイロットノズル２の拡散燃焼による保炎効果が必要である。しかしながら、パイロットノズル２で燃焼させると、ＮＯｘの発生率が大きいため、ＮＯｘを低減させるにはパイロットノズル２での燃焼を抑える必要がある。
【０００８】
そこで、燃焼器に供給される全燃料に対するパイロットノズルに供給される燃料の比（パイロット比）を低くして、燃焼器によるＮＯｘの排出量を低減させているが、上述したように、パイロット比を低くした場合、パイロットノズル２による保炎効果が得られなくなる。そのため、燃焼振動が発生して燃焼状態が不安定なものとなるため、ガスタービンにおけるエネルギー効率が悪くなる。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、パイロット比を低くするとともに燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する第１燃料噴射口より噴射される燃料が、前記コーン内周テーパ部の長さの半分となる位置から下流側先端までの前記コーン内周テーパ部の内壁面に衝突することを特徴とする。
【００１１】
このようにすることで、第１燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に衝突する。そして、この衝突位置を、コーン内周テーパ部の長さをＡとしたとき、コーン内周テーパ部の下流側先端からａ（≦Ａ／２）の範囲とすることによって、コーン内周テーパ部の下流側先端付近で燃料噴流を衝突させることができる。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１２】
このとき、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する前記第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角αを、−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°を満たすように設定する。
【００１３】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられる第１燃料噴射管の第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角をθ／２とし、前記コーン内周テーパ部の傾きと平行に前記燃料が噴射されることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることで、第１燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に平行に噴射される。そのため、第１燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流がパイロットコーンと衝突することがない。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１５】
このとき、前記パイロットノズルより噴射される燃料による燃料噴流と前記コーン内周テーパ部のテーパ形状の内壁面との距離ｃを、前記パイロットコーンの下流側先端における直径をＢ、パイロットノズルの直径をＤとしたとき、ｃ＜１／２（Ｂ−Ｄ）とする。
【００１６】
上述の燃焼器において、下流側からパイロットノズルの先端部を見たとき、前記第１燃料噴射口より、パイロットノズルの中心から該第１燃料噴射口への方向に対して任意の角度分ずれた方向に向かって、燃料が噴射されるようにしても構わない。このとき、燃料の噴射流は螺旋形状を描く。
【００１７】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズルが、当該パイロットノズルの中心部に設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の大部分を通過させる第１燃料供給路と、該第１燃料供給路の周りに設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の残りを通過させる第２燃料供給路と、その外壁面が前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、当該パイロットノズルの下流側先端部分を覆い、当該パイロットノズル外周を通過する空気を当該パイロットノズルの下流側先端まで誘導する円筒状のパイロットノズルカバーと、当該パイロットノズルの下流側先端外周に設けられるとともに、前記第１燃料供給路から前記パイロットノズルカバーを貫通し、前記第１燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーの外周面に構成される第１燃料噴射口より前記パイロットノズルカバーの外周に噴射する第１燃料噴射管と、当該パイロットノズルの外周における該第１燃料噴射管よりも上流側となる位置に設けられるとともに、前記第２燃料供給路と経路が接続された、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーと当該パイロットノズルとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射口と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、パイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域を流れる空気によって第１燃料噴射管が冷却され、焼損が防がれる。又、第２燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料が噴射されるために、燃料と空気が混合した予混合気が生成されて、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給され、このパイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。
【００１９】
このとき、前記パイロットノズルカバーが、前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、前記パイロットスワラの位置よりも上流側となる位置から前記第２燃料噴射口の位置よりも下流側となる位置まで、前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆う第１円筒カバーと、前記第１円筒カバーと重なる位置で且つ前記パイロットノズルと前記第１円筒カバーとの間に設けられるとともに、前記第１燃料噴射管が貫通される第２円筒カバーと、を備えるようにしても構わない。
【００２０】
そして、更に、前記第２円筒カバーが前記第２燃料噴射口近傍より前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆うようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域及び第２円筒カバーとパイロットノズルとによって形成される領域それぞれに、予混合気が生成されるため、第１燃料噴射管より噴射される燃料による拡散燃料が予混合気によって包まれた状態となり、パイロット拡散火炎の安定性が増す。
【００２１】
又、前記パイロットノズルが、前記第２燃料噴射口より前記第２円筒カバーまで貫通するとともに、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記第１円筒カバーと前記第２円筒カバーとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射管を備えるようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域にのみ予混合気が生成されるため、パイロットノズルの下流側先端近傍が確実に冷却される。
【００２２】
そして、前記第１円筒カバーの下流側先端が、前記第１燃料噴射管よりも上流側となるように前記第１円筒カバーが設置されるようにしても構わない。更に、上述の燃焼器において、第２燃料供給路より供給された燃料と空気とが混合されることで生成される予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下となる希薄な濃度とすることで、パイロットノズルの下流側先端におけるフラッシュバックを防ぐ。
【００２３】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットスワラの下流側の面と接するとともに、前記パイロットスワラより下流側に位置する前記パイロットノズルの外壁面と近接し、その先端部分に下流側に向かって放射形状となるテーパ形状の鍔を備える円筒を有することを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、円筒の鍔によって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐことで、第１燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことが防がれる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００２５】
このとき、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも上流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このとき、鍔の下流側先端に、パイロットノズルの第１燃料噴射口から噴射される燃料が渦状に循環する低速域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定化することができる。
【００２６】
又、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも下流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このようにすることで、円筒の鍔に衝突させた燃料をパイロットコーンの下流側先端に導くことができ、パイロット拡散火炎の安定性を向上させることができる。
【００２７】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する第１燃料噴射口が、前記バイパス管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００２８】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、他の燃焼器に火炎を伝播させる燃焼器本体側面に設けられた連結管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する第１燃料噴射口が、前記連結管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００３０】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、燃焼状態において、前記バイパス弁が微開した状態であることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。尚、以下の各実施形態において、燃焼器を構成する各部分の関係の概略は、従来と同様、図１１の概略構成図によって表される。よって、以下では、本発明の特徴であるパイロットノズル先端周辺の構成について、詳細に説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図１において、図１２と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３４】
図１の燃焼器は、燃焼器本体１（図１１）の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４の中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。
【００３５】
このように構成されるとき、パイロットコーン４は、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）コーン内周テーパ部４１が放射状に広がった形状となることで、パイロットノズル２の先端外周に設けられた燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料とパイロットスワラ６を通過するパイロット空気とが、コーン内周テーパ部４１周囲であるとともにメインバーナ５の下流側先端近傍に位置する保炎用低速域Ｘに導かれる。
【００３６】
又、コーン内周テーパ部４１の開き角がθであるとき、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角αを−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°とする。このようにすることで、−９０°≦α＜−θ／２のときは、燃料噴射口２１の位置する部分とパイロットノズル２の中心に対して反対側のコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突し、又、θ／２＜α≦９０°のときは、燃料噴射口２１の位置する部分に近いコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突する。
【００３７】
更に、コーン内周テーパ部４１の内壁にパイロット燃料が衝突する位置ｙからパイロットコーン４の下流側先端までのコーン内周テーパ部４１の内壁面に沿った長さａが、コーン内周テーパ部４１全体の内壁面に沿った長さＡに対して、０＜ａ≦Ａ／２の関係を満たす。即ち、コーン内周テーパ部４１の内壁におけるパイロット燃料の衝突位置ｙが、コーン内周テーパ部４１の中央から下流側先端までの範囲内に位置するように、噴射角α及びパイロットノズル２の下流側先端位置が決定される。このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００３８】
このように、パイロットコーン４の中央から下流側において、パイロット燃料が衝突するので、衝突位置ｙよりパイロットコーン４のコーン内周テーパ部４１のテーパ形状に沿って、パイロット燃料が燃焼する。よって、パイロット火炎が保炎用低速域Ｘへ導かれやすくなる。そのため、パイロット燃料を少なくしても、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００３９】
このことから、メインノズル３より噴射されたメイン燃料とメインスワラ７を通過したメイン空気がメインバーナ５で混合された予混合気は、保炎用低速域Ｘを保炎点として安定燃焼するため、予混合気を安定して燃焼させることができる。よって、予混合気を燃焼させたときに発生する燃焼振動を抑制することができるので、パイロット燃料を少なくしてパイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００４０】
又、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近いほど、多くのパイロット燃料が保炎用低速域Ｘへ到達するため、保炎用低速域Ｘでの保炎性が良くなる。よって、上述の範囲において、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近くなるように、パイロットノズル２の下流側先端位置及びパイロット燃料の噴射角を設定することで、パイロット比の少ないときの燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図２において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。又、本実施形態の燃焼器は、第１の実施形態（図１）における燃焼器と同一の部品によって構成され、パイロット燃料の噴射角αの設定値が異なる。よって、以下では、パイロット燃料の噴射角αに関連する部分について、詳細に説明する。
【００４２】
図２の燃焼器は、図１の燃焼器と異なり、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αをθ／２とする。即ち、パイロット燃料を、コーン内周テーパ部４１の内壁面と平行に噴射させる。このように、コーン内周ペーパ部４１の内壁面と平行にパイロット燃料が燃料噴射口２１より噴射されることにより、パイロット燃料が燃焼しパイロット火炎が保炎用低速域Ｘに導かれやすくなる。よって、パイロット燃料を少なくしたときでも、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００４３】
又、パイロット燃料の噴射方向とコーン内周テーパ部４１の内壁面との距離ｃは、パイロットコーン４の下流側先端における直径をＢ、パイロットノズル２の直径をＤとしたとき、１／２（Ｂ−Ｄ）とすることが好ましい。更に好ましくは、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。又、このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００４４】
第１及び第２の実施形態において、図３のように、パイロットノズル２を下流側から見たときに、パイロット燃料が燃料噴射口２１より放射状でなくパイロットノズル２の中心から燃料噴射口２１の方向より角度β（横向角β）ずれて噴射されるものとしても構わない。このとき、パイロット燃料は、コーン内壁テーパ部４１の内壁面に沿って螺旋状に流れる。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図４において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図４の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６よりも上流側から覆う円筒状のパイロットノズルカバー９が設けられる。即ち、パイロットノズルカバー９は、パイロットスワラ６の内壁面に接するように挿入されて設置される。更に、パイロットノズル２内部では、その中心にパイロット燃料の大部分が供給される主燃料供給路２２が設けられるとともに、主燃料供給路２２の外周に残りのパイロット燃料が供給される保炎用燃料供給路２３が設けられる。
【００４７】
更に、パイロットノズル２の下流側先端の外周に設けられるとともに主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料を噴射する燃料噴射管２１ａがパイロットノズルカバー９を貫通するように設けられるとともに、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射口２４が燃料噴射管２１ａよりも上流側のパイロットノズル２の外壁面に設けられる。燃料噴射口２１（図１）を燃料噴射管２１ａとすることで、主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料にスイープ空気を混合することなく噴射することができる。
【００４８】
このように構成されるとき、パイロットノズル２の外周側を流れるパイロット空気の一部が、燃料噴射管２１ａの焼損を防ぐためのスイープ空気として、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９とによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れるとともに、パイロット空気の残りの大部分がパイロットスワラ６を通過する。又、スイープ空気は、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合され、この予混合気がスイープ空気供給路２５の下流側先端より放出される。
【００４９】
このとき、スイープ空気供給路２５を通過する予混合気によって、燃料噴射管２１ａの周囲が冷却されて、燃料噴射管２１ａ周辺の焼損が防がれる。このように燃料噴射管２１ａ周辺の焼損を防ぐために、予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下になる希薄な濃度となるように、保炎用燃料供給路２３を流れるパイロット燃料の流量が設定される。この予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以上となる濃度にすると、フラッシュバックが発生する恐れがある。又、主燃料供給路２２を流れるパイロット燃料は、燃料噴射管２１ａよりパイロットノズルカバー９の外部に噴射される。
【００５０】
このようにして、燃料噴射管２１ａから噴射されたパイロット燃料が拡散燃焼する際に、スイープ空気供給路２５の下流側先端から予混合気が放出されるため、燃料噴射管２１ａからのパイロット燃料によるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。よって、パイロット拡散火炎によって燃焼するメインバーナ５で混合された予混合気の保炎性も向上させることができるため、パイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図５において、図４と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図５の燃焼器では、第３の実施形態（図４）の燃焼器と異なり、パイロットノズル２の保炎用燃料噴射口２４近傍から下流側先端までの部分を覆う円筒状のパイロットノズルカバー９ａと、このパイロットノズルカバー９ａの外周側に設けられる円筒状のパイロットノズルカバー９ｂとが備えられる。又、このパイロットノズルカバー９ｂは、パイロットスワラ６の内壁面と接するように設置されるとともに、燃料噴射管２１ａの上流側でパイロットノズルカバー９ａと重なるように設置される。更に、このパイロットノズルカバー９ｂはパイロットスワラ６よりも上流側からパイロットノズル２を覆うように設けられる。
【００５３】
このように、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂを設置することによって、スイープ空気が、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９ｂによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れて、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合される。このパイロット燃料とスイープ空気とが混合された予混合気は、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成される予混合気供給路２５ａ、及び、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂそれぞれに流れる。
【００５４】
そして、予混合気供給路２５ａを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの下流側に放出され、又、予混合気供給路２５ｂを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。このため、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料が予混合気によって包み込まれた状態とすることができるので、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給でき、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５５】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図６において、図５と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図６の燃焼器では、第４の実施形態（図５）の燃焼器と異なり、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射管２４ａが、パイロットノズルカバー９ａを貫通するように設けられる。保炎用燃料噴射口２４（図５）を保炎用燃料噴射管２４ａとすることで、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成されるスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を混合させずに流すことができる。
【００５７】
このように、保炎用燃料噴射管２４ａを設置することによって、スイープ空気供給路２５より供給されてスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に、パイロット燃料が混合されることなく、パイロットノズル２の下流側先端に放出される。よって、パイロットノズル２の下流側先端がスイープ空気によって確実に冷却される。
【００５８】
又、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂに流れ込むスイープ空気は、保炎用燃料噴射管２４ａより噴射されるパイロット燃料と混合され、予混合気として燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。よって、パイロット拡散火炎の周囲に予混合気が供給されるため、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５９】
尚、第３〜第５の実施形態において、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。
【００６０】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図７及び図８は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図７及び図８において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図７及び図８の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側の面から覆う円筒１０が設けられる。この円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、その内壁面がパイロットノズル２の外壁面と近接するように構成される。このとき、円筒１０におけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０は、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０１を備える。この鍔１０１を備えた円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面に接するように設けられるため、パイロットスワラ６を通過するパイロット空気は、パイロットコーン４と円筒１０との間を通過する。
【００６２】
又、円筒１０の鍔１０１は、燃料噴射口２１から噴射されたパイロット燃料によるパイロット燃料噴流に干渉しないような構成とされる。このようにパイロット燃料噴流との干渉を避けるための構成として、例えば、図７のように、鍔１０１の開き角γが、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αに対して、０°＜２α≦γ＜１８０°となるようにしても構わない。又、パイロットコーン４と円筒１０との間を、パイロット空気が十分に通過するように、パイロットノズル２の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面とパイロットノズル２の外壁面との距離ｋに対して、円筒１０の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０１との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６３】
又、鍔１０１が、例えば、図８のように、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０１の開き角γを０°＜γ＜２αとする場合、鍔１０１が形成開始される位置とパイロットノズル２の下流側先端との距離をｔとしたとき、鍔１０１の長さｓを、ｓ＜ｔ／(cos(γ／２)−tanα×sin(γ／２))を満たすように設定し、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料が鍔１０１に衝突しないように構成しても構わない。
【００６４】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０の鍔１０１に沿って流れると、鍔１０１の先端部近傍Ｚにおいて、パイロット燃料の渦ができるために、低速域となる循環領域が形成される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０１の先端部近傍Ｚに循環領域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６５】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図９において、図８と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図８の燃焼器は、第６の実施形態（図８）の燃焼器と同様、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側表面から覆う円筒１０ａが、パイロットスワラ６の下流側表面に接するように設けられる。即ち、パイロットスワラ６の下流側表面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、円筒１０ａにおけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０ａは、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０２を備える。
【００６７】
又、鍔１０２は、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０２の開き角γを０°＜γ＜２αとされる。そして、鍔１０２の長さｓを、ｓ≧ｔ／(cos(γ／２)−tanα×sin(γ／２))を満たすように設定して、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料を鍔１０２に衝突させる。又、パイロットコーン４と円筒１０ａとの間を、パイロット空気が十分に通過するように、円筒１０ａの下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０２との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６８】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０ａの鍔１０２において、パイロット燃料が衝突する衝突点によって低速域が形成され、鍔１０２に沿ってパイロット燃料が燃焼される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部及びパイロット燃料衝突点に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０２によって衝突点において、パイロット拡散火炎の安定化が増すので、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６９】
尚、第６、第７の実施形態において、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。又、第３〜第５の実施形態のように、パイロットノズル２の下流側先端を覆うパイロットノズルカバー９，９ａ，９ｂを設けるようにしても構わない。
【００７０】
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係を示す概略断面図である。
【００７１】
図１０（ａ）〜（ｆ）に示す燃焼器は、燃焼器本体１５０において、バタフライ弁などで構成されるバイパス弁１６０と接続されて圧縮機からの燃焼に利用されない空気が流入される空気バイパス管１５１と、他の燃焼器本体と連結して火炎を伝播させる連結管１５２とが設けられている。そして、空気バイパス管１５１が燃焼器本体１５０の上部に設けられるとともに、連結管１５２が燃焼器本体１５０の両側面部に設けられる。
【００７２】
このように、燃焼器本体１５０には、窪みとなる空気バイパス管１５１と連結管１５２とが設けられるため、燃焼器によって燃焼が行われる際、この空気バイパス管１５１及び連結管１５２それぞれによる窪みが、燃料ガスの澱み領域となる。そのため、空気バイパス管１５１及び連結管１５２近傍の領域では、その燃焼が不安定となるため燃焼振動が発生するとともに、他の領域での燃焼に影響を及ぼす。
【００７３】
そこで、本実施形態では、一例として、図１０（ａ）のように、パイロットノズル２において、空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。即ち、例えば、燃料噴出口２１を７つ設ける際、８つ設けるように仮定して等間隔に配置した燃料噴出口２１の内、位置ｐに設けられる燃料噴出口２１を塞いだ形となる。
【００７４】
又、同様に、別例として、図１０（ｂ）、（ｃ）それぞれに示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｄ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒ両方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｅ）、（ｆ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方及び空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。
【００７５】
このように、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置に対する燃料噴出口２１を塞ぐことによって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置への燃料ガスの拡散を防ぐことができる。よって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪みが原因となる燃料ガスの澱みを防ぐことができ、パイロット比を低くしたときの燃焼振動を抑制することができる。
【００７６】
尚、本実施形態において、図１０（ａ）のように、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を塞ぐように構成するものとしたが、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を備えるようにして、燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして、部分負荷よりも負荷が高くなった場合においても、少量の空気量が送られるようにしても構わない。又、このように燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして少量の空気量を送る構成を、図１０（ｂ）〜（ｄ）の構成の燃焼器に利用するようにしても構わない。
【００７７】
更に、本実施形態における燃焼器において、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態のような構成となるようにしても構わない。このとき、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態で述べた特徴を組み合わせた構成となるようにしても構わない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によると、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの下流側先端付近に衝突させることで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。又、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの内壁面に平行に噴射することで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。このように、保炎用低速域におけるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることで、燃焼振動を抑制することができるため、燃焼器に供給する燃料のパイロット比を低くすることができ、低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００７９】
又、本発明によると、燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料を噴射して、燃料と空気が混合した予混合気が生成して、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給することで、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。更に、パイロットノズルカバーを第１円筒カバーと第２円筒カバーで構成し、パイロットノズルと第２円筒カバーとの間の領域及び第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域それぞれで予混合気を生成することで、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給できるため、パイロット拡散火炎の保炎性を更に高くすることができる。又、第２燃料噴射管を設けて、第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域にのみ予混合気が生成されるようにすることで、パイロットノズルの下流側先端を、第２円筒カバーとパイロットノズルとの間の領域を通過する空気で確実に冷却することができる。
【００８０】
又、本発明によると、パイロットスワラの下流側面に接した円筒の下流側先端に鍔を設けることによって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐので、燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことができる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００８１】
又、パイロットノズルの下流側先端において、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に近い位置に、燃料噴出口を設けないようにすることで、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に、燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。更に、燃焼状態において、バイパス弁を微開した状態とすることで、バイパス管の窪みにより燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。よって、澱み領域による燃焼の不安定性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図２】 第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図３】 パイロットノズルを下流側先端から見た図。
【図４】 第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図５】 第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図６】 第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図７】 第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図８】 第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の別の構成を示す図。
【図９】 第７の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図１０】 第８の実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係と示す概略断面図。
【図１１】 燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１２】 従来の燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 燃焼器本体
２ パイロットノズル
３ メインノズル
４ パイロットコーン
５ メインバーナ
６ パイロットスワラ
７ メインスワラ
９ パイロットノズルカバー
１０ 円筒
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１１に示す。
【０００４】
図１１に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１２のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４の内壁を沿って流れる。よって、パイロットノズル２によって、拡散噴射されたパイロット燃料が燃焼し拡散火炎（Ｚ）が形成され、さらに、パイロット燃料の一部が燃焼するとともに、パイロット拡散火炎からの高温燃焼ガスが入り込みメイン予混合火炎の保炎点となる保炎用低速域Ｘが形成され、燃焼が維持される。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、保炎用低速域Ｘにおける燃焼に基づいて、メインバーナ５の下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにパイロットノズル２及びメインノズル３を備えた燃焼器において、その燃焼状態を安定に保つには、パイロットノズル２の拡散燃焼による保炎効果が必要である。しかしながら、パイロットノズル２で燃焼させると、ＮＯｘの発生率が大きいため、ＮＯｘを低減させるにはパイロットノズル２での燃焼を抑える必要がある。
【０００８】
そこで、燃焼器に供給される全燃料に対するパイロットノズルに供給される燃料の比（パイロット比）を低くして、燃焼器によるＮＯｘの排出量を低減させているが、上述したように、パイロット比を低くした場合、パイロットノズル２による保炎効果が得られなくなる。そのため、燃焼振動が発生して燃焼状態が不安定なものとなるため、ガスタービンにおけるエネルギー効率が悪くなる。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、パイロット比を低くするとともに燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する第１燃料噴射口より噴射される燃料が、前記コーン内周テーパ部の長さの半分となる位置から下流側先端までの前記コーン内周テーパ部の内壁面に衝突することを特徴とする。
【００１１】
このようにすることで、第１燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に衝突する。そして、この衝突位置を、コーン内周テーパ部の長さをＡとしたとき、コーン内周テーパ部の下流側先端からａ（≦Ａ／２）の範囲とすることによって、コーン内周テーパ部の下流側先端付近で燃料噴流を衝突させることができる。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１２】
このとき、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する前記第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角αを、−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°を満たすように設定する。
【００１３】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられる第１燃料噴射管の第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角をθ／２とし、前記コーン内周テーパ部の傾きと平行に前記燃料が噴射されることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることで、第１燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に平行に噴射される。そのため、第１燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流がパイロットコーンと衝突することがない。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１５】
このとき、前記パイロットノズルより噴射される燃料による燃料噴流と前記コーン内周テーパ部のテーパ形状の内壁面との距離ｃを、前記パイロットコーンの下流側先端における直径をＢ、パイロットノズルの直径をＤとしたとき、ｃ＜１／２（Ｂ−Ｄ）とする。
【００１６】
上述の燃焼器において、下流側からパイロットノズルの先端部を見たとき、前記第１燃料噴射口より、パイロットノズルの中心から該第１燃料噴射口への方向に対して任意の角度分ずれた方向に向かって、燃料が噴射されるようにしても構わない。このとき、燃料の噴射流は螺旋形状を描く。
【００１７】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズルが、当該パイロットノズルの中心部に設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の大部分を通過させる第１燃料供給路と、該第１燃料供給路の周りに設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の残りを通過させる第２燃料供給路と、その外壁面が前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、当該パイロットノズルの下流側先端部分を覆い、当該パイロットノズル外周を通過する空気を当該パイロットノズルの下流側先端まで誘導する円筒状のパイロットノズルカバーと、当該パイロットノズルの下流側先端外周に設けられるとともに、前記第１燃料供給路から前記パイロットノズルカバーを貫通し、前記第１燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーの外周面に構成される第１燃料噴射口より前記パイロットノズルカバーの外周に噴射する第１燃料噴射管と、当該パイロットノズルの外周における該第１燃料噴射管よりも上流側となる位置に設けられるとともに、前記第２燃料供給路と経路が接続された、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーと当該パイロットノズルとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射口と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、パイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域を流れる空気によって第１燃料噴射管が冷却され、焼損が防がれる。又、第２燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料が噴射されるために、燃料と空気が混合した予混合気が生成されて、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給され、このパイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。
【００１９】
このとき、前記パイロットノズルカバーが、前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、前記パイロットスワラの位置よりも上流側となる位置から前記第２燃料噴射口の位置よりも下流側となる位置まで、前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆う第１円筒カバーと、前記第１円筒カバーと重なる位置で且つ前記パイロットノズルと前記第１円筒カバーとの間に設けられるとともに、前記第１燃料噴射管が貫通される第２円筒カバーと、を備えるようにしても構わない。
【００２０】
そして、更に、前記第２円筒カバーが前記第２燃料噴射口近傍より前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆うようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域及び第２円筒カバーとパイロットノズルとによって形成される領域それぞれに、予混合気が生成されるため、第１燃料噴射管より噴射される燃料による拡散燃料が予混合気によって包まれた状態となり、パイロット拡散火炎の安定性が増す。
【００２１】
又、前記パイロットノズルが、前記第２燃料噴射口より前記第２円筒カバーまで貫通するとともに、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記第１円筒カバーと前記第２円筒カバーとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射管を備えるようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域にのみ予混合気が生成されるため、パイロットノズルの下流側先端近傍が確実に冷却される。
【００２２】
そして、前記第１円筒カバーの下流側先端が、前記第１燃料噴射管よりも上流側となるように前記第１円筒カバーが設置されるようにしても構わない。更に、上述の燃焼器において、第２燃料供給路より供給された燃料と空気とが混合されることで生成される予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下となる希薄な濃度とすることで、パイロットノズルの下流側先端におけるフラッシュバックを防ぐ。
【００２３】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットスワラの下流側の面と接するとともに、前記パイロットスワラより下流側に位置する前記パイロットノズルの外壁面と近接し、その先端部分に下流側に向かって放射形状となるテーパ形状の鍔を備える円筒を有することを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、円筒の鍔によって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐことで、第１燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことが防がれる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００２５】
このとき、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも上流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このとき、鍔の下流側先端に、パイロットノズルの第１燃料噴射口から噴射される燃料が渦状に循環する低速域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定化することができる。
【００２６】
又、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも下流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このようにすることで、円筒の鍔に衝突させた燃料をパイロットコーンの下流側先端に導くことができ、パイロット拡散火炎の安定性を向上させることができる。
【００２７】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する第１燃料噴射口が、前記バイパス管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００２８】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、他の燃焼器に火炎を伝播させる燃焼器本体側面に設けられた連結管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する第１燃料噴射口が、前記連結管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００３０】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、燃焼状態において、前記バイパス弁が微開した状態であることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。尚、以下の各実施形態において、燃焼器を構成する各部分の関係の概略は、従来と同様、図１１の概略構成図によって表される。よって、以下では、本発明の特徴であるパイロットノズル先端周辺の構成について、詳細に説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図１において、図１２と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３４】
図１の燃焼器は、燃焼器本体１（図１１）の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４の中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。
【００３５】
このように構成されるとき、パイロットコーン４は、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）コーン内周テーパ部４１が放射状に広がった形状となることで、パイロットノズル２の先端外周に設けられた燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料とパイロットスワラ６を通過するパイロット空気とが、コーン内周テーパ部４１周囲であるとともにメインバーナ５の下流側先端近傍に位置する保炎用低速域Ｘに導かれる。
【００３６】
又、コーン内周テーパ部４１の開き角がθであるとき、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角αを−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°とする。このようにすることで、−９０°≦α＜−θ／２のときは、燃料噴射口２１の位置する部分とパイロットノズル２の中心に対して反対側のコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突し、又、θ／２＜α≦９０°のときは、燃料噴射口２１の位置する部分に近いコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突する。
【００３７】
更に、コーン内周テーパ部４１の内壁にパイロット燃料が衝突する位置ｙからパイロットコーン４の下流側先端までのコーン内周テーパ部４１の内壁面に沿った長さａが、コーン内周テーパ部４１全体の内壁面に沿った長さＡに対して、０＜ａ≦Ａ／２の関係を満たす。即ち、コーン内周テーパ部４１の内壁におけるパイロット燃料の衝突位置ｙが、コーン内周テーパ部４１の中央から下流側先端までの範囲内に位置するように、噴射角α及びパイロットノズル２の下流側先端位置が決定される。このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００３８】
このように、パイロットコーン４の中央から下流側において、パイロット燃料が衝突するので、衝突位置ｙよりパイロットコーン４のコーン内周テーパ部４１のテーパ形状に沿って、パイロット燃料が燃焼する。よって、パイロット火炎が保炎用低速域Ｘへ導かれやすくなる。そのため、パイロット燃料を少なくしても、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００３９】
このことから、メインノズル３より噴射されたメイン燃料とメインスワラ７を通過したメイン空気がメインバーナ５で混合された予混合気は、保炎用低速域Ｘを保炎点として安定燃焼するため、予混合気を安定して燃焼させることができる。よって、予混合気を燃焼させたときに発生する燃焼振動を抑制することができるので、パイロット燃料を少なくしてパイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００４０】
又、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近いほど、多くのパイロット燃料が保炎用低速域Ｘへ到達するため、保炎用低速域Ｘでの保炎性が良くなる。よって、上述の範囲において、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近くなるように、パイロットノズル２の下流側先端位置及びパイロット燃料の噴射角を設定することで、パイロット比の少ないときの燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図２において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。又、本実施形態の燃焼器は、第１の実施形態（図１）における燃焼器と同一の部品によって構成され、パイロット燃料の噴射角αの設定値が異なる。よって、以下では、パイロット燃料の噴射角αに関連する部分について、詳細に説明する。
【００４２】
図２の燃焼器は、図１の燃焼器と異なり、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αをθ／２とする。即ち、パイロット燃料を、コーン内周テーパ部４１の内壁面と平行に噴射させる。このように、コーン内周ペーパ部４１の内壁面と平行にパイロット燃料が燃料噴射口２１より噴射されることにより、パイロット燃料が燃焼しパイロット火炎が保炎用低速域Ｘに導かれやすくなる。よって、パイロット燃料を少なくしたときでも、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００４３】
又、パイロット燃料の噴射方向とコーン内周テーパ部４１の内壁面との距離ｃは、パイロットコーン４の下流側先端における直径をＢ、パイロットノズル２の直径をＤとしたとき、１／２（Ｂ−Ｄ）とすることが好ましい。更に好ましくは、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。又、このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００４４】
第１及び第２の実施形態において、図３のように、パイロットノズル２を下流側から見たときに、パイロット燃料が燃料噴射口２１より放射状でなくパイロットノズル２の中心から燃料噴射口２１の方向より角度β（横向角β）ずれて噴射されるものとしても構わない。このとき、パイロット燃料は、コーン内壁テーパ部４１の内壁面に沿って螺旋状に流れる。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図４において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図４の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６よりも上流側から覆う円筒状のパイロットノズルカバー９が設けられる。即ち、パイロットノズルカバー９は、パイロットスワラ６の内壁面に接するように挿入されて設置される。更に、パイロットノズル２内部では、その中心にパイロット燃料の大部分が供給される主燃料供給路２２が設けられるとともに、主燃料供給路２２の外周に残りのパイロット燃料が供給される保炎用燃料供給路２３が設けられる。
【００４７】
更に、パイロットノズル２の下流側先端の外周に設けられるとともに主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料を噴射する燃料噴射管２１ａがパイロットノズルカバー９を貫通するように設けられるとともに、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射口２４が燃料噴射管２１ａよりも上流側のパイロットノズル２の外壁面に設けられる。燃料噴射口２１（図１）を燃料噴射管２１ａとすることで、主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料にスイープ空気を混合することなく噴射することができる。
【００４８】
このように構成されるとき、パイロットノズル２の外周側を流れるパイロット空気の一部が、燃料噴射管２１ａの焼損を防ぐためのスイープ空気として、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９とによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れるとともに、パイロット空気の残りの大部分がパイロットスワラ６を通過する。又、スイープ空気は、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合され、この予混合気がスイープ空気供給路２５の下流側先端より放出される。
【００４９】
このとき、スイープ空気供給路２５を通過する予混合気によって、燃料噴射管２１ａの周囲が冷却されて、燃料噴射管２１ａ周辺の焼損が防がれる。このように燃料噴射管２１ａ周辺の焼損を防ぐために、予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下になる希薄な濃度となるように、保炎用燃料供給路２３を流れるパイロット燃料の流量が設定される。この予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以上となる濃度にすると、フラッシュバックが発生する恐れがある。又、主燃料供給路２２を流れるパイロット燃料は、燃料噴射管２１ａよりパイロットノズルカバー９の外部に噴射される。
【００５０】
このようにして、燃料噴射管２１ａから噴射されたパイロット燃料が拡散燃焼する際に、スイープ空気供給路２５の下流側先端から予混合気が放出されるため、燃料噴射管２１ａからのパイロット燃料によるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。よって、パイロット拡散火炎によって燃焼するメインバーナ５で混合された予混合気の保炎性も向上させることができるため、パイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図５において、図４と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図５の燃焼器では、第３の実施形態（図４）の燃焼器と異なり、パイロットノズル２の保炎用燃料噴射口２４近傍から下流側先端までの部分を覆う円筒状のパイロットノズルカバー９ａと、このパイロットノズルカバー９ａの外周側に設けられる円筒状のパイロットノズルカバー９ｂとが備えられる。又、このパイロットノズルカバー９ｂは、パイロットスワラ６の内壁面と接するように設置されるとともに、燃料噴射管２１ａの上流側でパイロットノズルカバー９ａと重なるように設置される。更に、このパイロットノズルカバー９ｂはパイロットスワラ６よりも上流側からパイロットノズル２を覆うように設けられる。
【００５３】
このように、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂを設置することによって、スイープ空気が、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９ｂによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れて、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合される。このパイロット燃料とスイープ空気とが混合された予混合気は、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成される予混合気供給路２５ａ、及び、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂそれぞれに流れる。
【００５４】
そして、予混合気供給路２５ａを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの下流側に放出され、又、予混合気供給路２５ｂを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。このため、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料が予混合気によって包み込まれた状態とすることができるので、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給でき、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５５】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図６において、図５と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図６の燃焼器では、第４の実施形態（図５）の燃焼器と異なり、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射管２４ａが、パイロットノズルカバー９ａを貫通するように設けられる。保炎用燃料噴射口２４（図５）を保炎用燃料噴射管２４ａとすることで、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成されるスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を混合させずに流すことができる。
【００５７】
このように、保炎用燃料噴射管２４ａを設置することによって、スイープ空気供給路２５より供給されてスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に、パイロット燃料が混合されることなく、パイロットノズル２の下流側先端に放出される。よって、パイロットノズル２の下流側先端がスイープ空気によって確実に冷却される。
【００５８】
又、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂに流れ込むスイープ空気は、保炎用燃料噴射管２４ａより噴射されるパイロット燃料と混合され、予混合気として燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。よって、パイロット拡散火炎の周囲に予混合気が供給されるため、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５９】
尚、第３〜第５の実施形態において、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。
【００６０】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図７及び図８は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図７及び図８において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図７及び図８の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側の面から覆う円筒１０が設けられる。この円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、その内壁面がパイロットノズル２の外壁面と近接するように構成される。このとき、円筒１０におけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０は、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０１を備える。この鍔１０１を備えた円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面に接するように設けられるため、パイロットスワラ６を通過するパイロット空気は、パイロットコーン４と円筒１０との間を通過する。
【００６２】
又、円筒１０の鍔１０１は、燃料噴射口２１から噴射されたパイロット燃料によるパイロット燃料噴流に干渉しないような構成とされる。このようにパイロット燃料噴流との干渉を避けるための構成として、例えば、図７のように、鍔１０１の開き角γが、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αに対して、０°＜２α≦γ＜１８０°となるようにしても構わない。又、パイロットコーン４と円筒１０との間を、パイロット空気が十分に通過するように、パイロットノズル２の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面とパイロットノズル２の外壁面との距離ｋに対して、円筒１０の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０１との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６３】
又、鍔１０１が、例えば、図８のように、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０１の開き角γを０°＜γ＜２αとする場合、鍔１０１が形成開始される位置とパイロットノズル２の下流側先端との距離をｔとしたとき、鍔１０１の長さｓを、ｓ＜ｔ／(cos(γ／２)−tanα×sin(γ／２))を満たすように設定し、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料が鍔１０１に衝突しないように構成しても構わない。
【００６４】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０の鍔１０１に沿って流れると、鍔１０１の先端部近傍Ｚにおいて、パイロット燃料の渦ができるために、低速域となる循環領域が形成される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０１の先端部近傍Ｚに循環領域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６５】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図９において、図８と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図８の燃焼器は、第６の実施形態（図８）の燃焼器と同様、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側表面から覆う円筒１０ａが、パイロットスワラ６の下流側表面に接するように設けられる。即ち、パイロットスワラ６の下流側表面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、円筒１０ａにおけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０ａは、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０２を備える。
【００６７】
又、鍔１０２は、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０２の開き角γを０°＜γ＜２αとされる。そして、鍔１０２の長さｓを、ｓ≧ｔ／(cos(γ／２)−tanα×sin(γ／２))を満たすように設定して、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料を鍔１０２に衝突させる。又、パイロットコーン４と円筒１０ａとの間を、パイロット空気が十分に通過するように、円筒１０ａの下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０２との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６８】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０ａの鍔１０２において、パイロット燃料が衝突する衝突点によって低速域が形成され、鍔１０２に沿ってパイロット燃料が燃焼される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部及びパイロット燃料衝突点に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０２によって衝突点において、パイロット拡散火炎の安定化が増すので、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６９】
尚、第６、第７の実施形態において、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。又、第３〜第５の実施形態のように、パイロットノズル２の下流側先端を覆うパイロットノズルカバー９，９ａ，９ｂを設けるようにしても構わない。
【００７０】
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係を示す概略断面図である。
【００７１】
図１０（ａ）〜（ｆ）に示す燃焼器は、燃焼器本体１５０において、バタフライ弁などで構成されるバイパス弁１６０と接続されて圧縮機からの燃焼に利用されない空気が流入される空気バイパス管１５１と、他の燃焼器本体と連結して火炎を伝播させる連結管１５２とが設けられている。そして、空気バイパス管１５１が燃焼器本体１５０の上部に設けられるとともに、連結管１５２が燃焼器本体１５０の両側面部に設けられる。
【００７２】
このように、燃焼器本体１５０には、窪みとなる空気バイパス管１５１と連結管１５２とが設けられるため、燃焼器によって燃焼が行われる際、この空気バイパス管１５１及び連結管１５２それぞれによる窪みが、燃料ガスの澱み領域となる。そのため、空気バイパス管１５１及び連結管１５２近傍の領域では、その燃焼が不安定となるため燃焼振動が発生するとともに、他の領域での燃焼に影響を及ぼす。
【００７３】
そこで、本実施形態では、一例として、図１０（ａ）のように、パイロットノズル２において、空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。即ち、例えば、燃料噴出口２１を７つ設ける際、８つ設けるように仮定して等間隔に配置した燃料噴出口２１の内、位置ｐに設けられる燃料噴出口２１を塞いだ形となる。
【００７４】
又、同様に、別例として、図１０（ｂ）、（ｃ）それぞれに示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｄ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒ両方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｅ）、（ｆ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方及び空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。
【００７５】
このように、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置に対する燃料噴出口２１を塞ぐことによって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置への燃料ガスの拡散を防ぐことができる。よって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪みが原因となる燃料ガスの澱みを防ぐことができ、パイロット比を低くしたときの燃焼振動を抑制することができる。
【００７６】
尚、本実施形態において、図１０（ａ）のように、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を塞ぐように構成するものとしたが、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を備えるようにして、燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして、部分負荷よりも負荷が高くなった場合においても、少量の空気量が送られるようにしても構わない。又、このように燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして少量の空気量を送る構成を、図１０（ｂ）〜（ｄ）の構成の燃焼器に利用するようにしても構わない。
【００７７】
更に、本実施形態における燃焼器において、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態のような構成となるようにしても構わない。このとき、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態で述べた特徴を組み合わせた構成となるようにしても構わない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によると、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの下流側先端付近に衝突させることで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。又、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの内壁面に平行に噴射することで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。このように、保炎用低速域におけるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることで、燃焼振動を抑制することができるため、燃焼器に供給する燃料のパイロット比を低くすることができ、低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００７９】
又、本発明によると、燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料を噴射して、燃料と空気が混合した予混合気が生成して、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給することで、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。更に、パイロットノズルカバーを第１円筒カバーと第２円筒カバーで構成し、パイロットノズルと第２円筒カバーとの間の領域及び第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域それぞれで予混合気を生成することで、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給できるため、パイロット拡散火炎の保炎性を更に高くすることができる。又、第２燃料噴射管を設けて、第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域にのみ予混合気が生成されるようにすることで、パイロットノズルの下流側先端を、第２円筒カバーとパイロットノズルとの間の領域を通過する空気で確実に冷却することができる。
【００８０】
又、本発明によると、パイロットスワラの下流側面に接した円筒の下流側先端に鍔を設けることによって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐので、燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことができる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００８１】
又、パイロットノズルの下流側先端において、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に近い位置に、燃料噴出口を設けないようにすることで、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に、燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。更に、燃焼状態において、バイパス弁を微開した状態とすることで、バイパス管の窪みにより燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。よって、澱み領域による燃焼の不安定性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図２】 第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図３】 パイロットノズルを下流側先端から見た図。
【図４】 第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図５】 第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図６】 第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図７】 第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図８】 第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の別の構成を示す図。
【図９】 第７の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図１０】 第８の実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係と示す概略断面図。
【図１１】 燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１２】 従来の燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 燃焼器本体
２ パイロットノズル
３ メインノズル
４ パイロットコーン
５ メインバーナ
６ パイロットスワラ
７ メインスワラ
９ パイロットノズルカバー
１０ 円筒
Claims (15)
- 燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、
前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する第１燃料噴射口より噴射される燃料が、前記コーン内周テーパ部の長さの半分となる位置から下流側先端までの前記コーン内周テーパ部の内壁面に衝突することを特徴とする燃焼器。 - 前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、
前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する前記第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角αが、
−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。 - 燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、
前記パイロットノズルが、
当該パイロットノズルの中心部に設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の大部分を通過させる第１燃料供給路と、
該第１燃料供給路の周りに設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の残りを通過させる第２燃料供給路と、
その外壁面が前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、当該パイロットノズルの下流側先端部分を覆い、当該パイロットノズル外周を通過する空気を当該パイロットノズルの下流側先端まで誘導する円筒状のパイロットノズルカバーと、
当該パイロットノズルの下流側先端外周に設けられるとともに、前記第１燃料供給路から前記パイロットノズルカバーを貫通し、前記第１燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーの外周面に構成される第１燃料噴射口より前記パイロットノズルカバーの外周に噴射する第１燃料噴射管と、
当該パイロットノズルの外周における該第１燃料噴射管よりも上流側となる位置に設けられるとともに、前記第２燃料供給路と経路が接続された、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーと当該パイロットノズルとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射口と、
を備えることを特徴とする燃焼器。 - 前記パイロットノズルカバーが、
前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、前記パイロットスワラの位置よりも上流側となる位置から前記第２燃料噴射口の位置よりも下流側となる位置まで、前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆う第１円筒カバーと、
前記第１円筒カバーと重なる位置で且つ前記パイロットノズルと前記第１円筒カバーとの間に設けられるとともに、前記第１燃料噴射管が貫通される第２円筒カバーと、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器。 - 前記第２円筒カバーが前記第２燃料噴射口近傍より前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆うことを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。
- 前記パイロットノズルが、前記第２燃料噴射口より前記第２円筒カバーまで貫通するとともに、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記第１円筒カバーと前記第２円筒カバーとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射管を備えることを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。
- 前記第１円筒カバーの下流側先端が、前記第１燃料噴射管よりも上流側となるように前記第１円筒カバーが設置されることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の燃焼器。
- 燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、
前記パイロットスワラの下流側の面と接するとともに、前記パイロットスワラより下流側に位置する前記パイロットノズルの外壁面と近接し、その先端部分に下流側に向かって放射形状となるテーパ形状の鍔を備える円筒を有することを特徴とする燃焼器。 - 前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも上流側に位置するように、前記鍔が設けられることを特徴とする請求項８に記載の燃焼器。
- 前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも下流側に位置するように、前記鍔が設けられることを特徴とする請求項８に記載の燃焼器。
- 前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、
前記パイロットノズル先端外周に備えられる前記第１燃料噴射管の前記第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角をθ／２とし、前記コーン内周テーパ部の傾きと平行に前記燃料が噴射されることを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の燃焼器。 - 前記パイロットノズルより噴射される燃料による燃料噴流と前記コーン内周テーパ部のテーパ形状の内壁面との距離ｃが、前記パイロットコーンの下流側先端における直径をＢ、パイロットノズルの直径をＤとしたとき、ｃ＜１／２（Ｂ−Ｄ）となることを特徴とする請求項１１に記載の燃焼器。
- 燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管を備え、
前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する前記第１燃料噴射口が、前記バイパス管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の燃焼器。 - 他の燃焼器に火炎を伝播させる燃焼器本体側面に設けられた連結管を備え、
前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する前記第１燃料噴射口が、前記連結管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の燃焼器。 - 燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管を備え、
燃焼状態において、前記バイパス弁が微開した状態であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の燃焼器。
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