JP6737895B2 - 燃焼器ライナ - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器に用いられる燃焼器ライナに関する。

ガスタービン燃焼器に用いられる燃焼器ライナとしては、内側壁（ホット側）と外側壁（コールド側）の二重構造とした燃焼器ライナが知られている。例えば、特許文献１には、内側壁を複数のパネルで構成し、外側壁とパネルの対向する各面に複数のフックを設けて、フック同士を係合させることが提案されている。

他方で、近年、耐熱性に優れるとともに軽量な素材であるセラミックスマトリックス複合材料（以下、「ＣＭＣ材料」とも称する。）を、従来の金属材料に代えて、航空機等に用いられるガスタービンエンジンの構成部品、例えば燃焼器ライナに利用することが提案されている。

特開２００４−１４４４６６号公報

ＣＭＣ材料を燃焼器ライナに利用する場合、特許文献１のように、パネルをＣＭＣ材料で形成することが考えられる。しかし、この場合、外側壁に対するパネルの支持構造をどのような構造とするかが問題となる。燃焼器のような高温環境下においては、金属材料とＣＭＣ材料との線膨張係数の差に起因する熱伸び差が顕著となるので、従来からの単純な締結構造でパネルを支持することは困難である。また、特許文献１に開示されているように、単にフックを係合させる構造を用いた場合、外側壁に対して、パネルを確実に支持することは困難である。そもそも、パネルをＣＭＣ材料で形成する場合、材料の性質上、上記のフックのような突起物を内側壁の中央部に形成することは困難である。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、パネルをＣＭＣ材料で形成しながらも、パネルを外側壁に確実に支持できる燃焼器ライナを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る燃焼器ライナは、ガスタービン燃焼器に使用される、燃焼室を形成する燃焼器ライナであって、金属製の外側壁と、前記外側壁の内側に取り付けられた、セラミックスマトリックス複合材料製のパネルであって、前記燃焼室に面するパネル本体と、当該パネル本体の側部において、当該パネル本体の外表面から立ち上がり、側方に向かって突出する連結片とを有するパネルと、前記パネルを前記外側壁に連結する連結ユニットであって、前記外側壁および前記連結の少なくとも一方を付勢する弾性部材と、前記連結片および前記弾性部材の少なくとも一方を前記外側壁に対して固定する金属製の固定部材とを含む連結ユニットとを備えている。具体的な態様として、燃焼器ライナにおいて、複数の前記パネルが、隣接する前記パネルの連結片の端面が互いに対向して配列されることにより、前記外側壁の内側に取り付けられた内側壁が形成されていてもよい。

この構成によれば、ＣＭＣ材料において繊維が連続した突起物を容易に形成可能なパネルの側部に、パネル本体から立ち上がった、つまりパネル本体から離間した連結片を設け、この連結片を外側壁と連結させるので、連結部に配置される部材は高温の燃焼室からパネル本体によって隔離される。これにより、金属製の固定部材を含む連結ユニットを用いてパネルを外側壁に取り付けることが可能となるので、パネルを外側壁に対して確実に連結することができる。さらに、固定部材のみならず弾性部材を用いることによって、金属製の固定部材とＣＭＣ材料製のパネルの熱伸び差を吸収できる。したがって、ＣＭＣ材料の適用によって燃焼器ライナの耐熱性、軽量性を向上させながら、パネルを外側壁に確実に支持することが可能となる。

本発明の一実施形態において、前記連結片の端面が、前記パネル本体の側面よりも内側に位置していてもよい。この構成によれば、パネル本体が、連結ユニットを構成する固定部材および弾性部材に対して、燃焼室側を大きく覆うこととなり、連結ユニットが高温の燃焼室から確実に隔離される。

本発明の一実施形態において、前記連結片によって、各パネルの２つの連結片の間の空間に形成されたメイン空気通路と、隣接するパネルの連結片の間に形成された連結部空気通路とが区画されていてもよい。この構成によれば、冷却の必要性が高い、連結部空気通路内に存在する金属製の固定部材や弾性部材を選択的に冷却できる。したがって、効率的な冷却が可能になる。

本発明の一実施形態において、隣接する２つの前記連結片の前記端面間に隙間が形成されており、前記外側壁の前記隙間に対向する領域に、前記外側壁の外部から前記連結部空気通路に空気を導入する空気導入孔が形成されていてもよい。この構成によれば、簡単な構造によって連結部空気通路内に冷却用の空気を導入することができる。

本発明の一実施形態において、複数のパネルの前記連結片が周方向に突出していてもよい。この構成によれば、連結片間に形成される空気の通路によって、冷却用の空気が燃焼器の上流側から下流側に向かって流れるようにガイドされるので、燃焼器ライナ全体を効率的に冷却することができる。

本発明の一実施形態において、前記外側壁にボルト挿通孔が形成されており、前記連結壁にボルト挿通開口が形成されており、前記固定部材が、前記連結片側から前記外側壁側へ挿通されたボルトと、前記ボルトに螺合するナットとを有し、前記ボルトの頭部に、金属製の板状部材が設けられていてもよい。この構成によれば、固定部材として一般に入手容易なボルトおよびナットを使用して確実に連結することができる。また、ボルトの頭部に金属製の板状部材を設けることにより、ＣＭＣ材料製の外側壁に対する締付け力を緩和して、長期に渡って安定的にパネルを支持することが可能となる。

本発明の一実施形態において、前記ボルトが、前記ボルト挿通開口に挿通可能で、かつ前記ボルト挿通孔に挿通不能な大径部を有する段付きボルトであり、前記板状部材が前記弾性部材である板ばねであり、前記大径部が前記外側壁のボルト挿通孔周縁に当接した状態で前記ナットが前記ボルトに螺合され、前記連結片が前記板ばねにより前記外側壁に対して押付けられることにより前記連結片が前記外側壁に連結されていてもよい。この構成によれば、ボルトの大径部によって、固定部材による強力な締付け力は、外側壁に作用する。そのため、固定部材による強力な締付け力をＣＭＣ材料製のパネルに直接的に及ぼすことなく、弾性部材である板ばねの押付力によってパネルを外側壁に対して連結することができる。したがって、外側壁とパネルの連結方向の寸法増大を抑制し、金属製の固定部材とＣＭＣ材料製のパネルの熱伸び差を吸収しながら、長期に渡って安定的にパネルを支持することが可能となる。

本発明の一実施形態において、前記外側壁と前記ナットとの間に、前記弾性部材であるリング状ばねが介装されていてもよい。この構成によれば、ナットと外側壁の間にも座金を兼ねる弾性部材を介在させることにより、金属製の固定部材とＣＭＣ材料製のパネルの熱伸び差を一層確実に吸収できる。

本発明の一実施形態において、隣接する２つのパネルが、共通の連結ユニットによって前記外側壁に取り付けられていてもよい。この構成によれば、前記連結ユニットの数を削減して、重量及びコスト増大の抑制を図ることができる。

本発明の一実施形態において、前記共通の連結ユニットの固定部材が、隣接する２つの連結片の間に形成された隙間に配置されていてもよい。この構成によれば、単純かつコンパクトな構造によって前記連結ユニットの数を削減して、重量及びコスト増大の抑制を図ることができる。

請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の第１実施形態に係る燃焼器ライナを示す断面図である。 図１の燃焼器ライナの一部を示す正面図である。 図２の燃焼器ライナにおけるパネルを示す斜視図である。 図２のIV-IV線断面図である。 図２の実施形態の変形例を示す断面図である。 図２の実施形態におけるパネルの配列態様を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃焼器ライナの一部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃焼器ライナの一部を示す断面図である。 図８の実施形態における弾性部材の例を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に本発明の第１実施形態に係る燃焼器ライナが使用される燃焼器１を示す。この燃焼器１は、ガスタービンエンジンに用いられて、ガスタービンエンジンの圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、その燃焼により発生する高温・高圧の燃焼ガスをタービンに送ってタービンを駆動するためのものである。上記ガスタービンエンジンは、例えば、航空機に用いられるガスタービンエンジンである。

燃焼器１はアニュラー型である。燃焼器１は、外方に燃焼器ハウジング３を備えている。燃焼器ハウジング３の内部には、環状の内部空間５が形成されている。燃焼器ハウジング３の内部空間５には、燃焼器ライナ１１が配置されている。燃焼器ライナ１１は、環状のアウタライナ７の内側に環状のインナライナ９が同心状に配置されて構成されている。燃焼器ライナ１１の内部に環状の燃焼室１３が形成されている。燃焼器ライナ１１の頂壁に、燃焼室１３内に燃料を噴射する複数の燃料噴射ユニット１５が、周方向に配設されている。なお、本明細書において、特に示した場合を除き、単に「周方向」、「軸心方向」、「径方向」と称した場合は、燃焼器ライナ１１の「周方向」、「軸心方向」、「径方向」をそれぞれ意味する。

燃焼器ハウジング３の環状の内部空間５には、圧縮機から送給される圧縮空気ＣＡが環状のディフューザ通路１７を介して導入される。この導入された圧縮空気ＣＡは、燃料噴射ユニット１５に供給される。また、圧縮空気ＣＡは、後述するように燃焼器ライナ１１の冷却用空気として利用される。燃焼器ハウジング３に支持された燃料配管ユニット１９から、燃料噴射ユニット１５へ燃料が供給される。なお、燃焼器１のタイプはアニュラー型に限定されず、他の任意のタイプ、例えばキャン型であってよい。

以下、燃焼器ライナ１１の構造について詳細に説明する。なお、以下の説明では、主として、代表してアウタライナ７の構造について説明するが、特に言及する点を除き、インナライナ９もアウタライナ７と同様の構造を有している。

燃焼器ライナ１１は、燃焼器ハウジング３の内部空間５に面する外側壁２１および燃焼室１３に面する内側壁２３を有する二重壁構造を有している。燃焼器ライナ１１の外側壁２１（アウタライナを示す同図においては外周壁）は、金属製である。一方、燃焼器ライナ１１の内側壁２３（アウタライナを示す同図においては内周壁）は、セラミックスマトリックス複合材料製である。なお、インナライナ９においては、燃焼器ライナ１１の外側壁は内周壁であり、内側壁は外周壁である。本実施形態における内側壁２３を形成するＣＭＣ材料は、例えば、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ材料、ＳｉＣ被覆炭素繊維強化炭素材料であり、１０００℃〜２０００℃程度の耐熱温度を有する。

図２に示すように、内側壁２３は、当該内側壁２３の分割体である複数のパネル２５で形成されている。したがって、パネル２５もＣＭＣ材料製である。本実施形態では、内側壁２３は、当該内側壁２３を軸心方向および周方向に分割した分割体である複数のパネル２５で形成されている。複数のパネル２５のそれぞれが外側壁２１の燃焼室１３側である内側に取り付けられている。複数のパネル２５が配列されて、外側壁２１を燃焼室１３側から覆っている。各パネル２５は、外側壁２１の対向する領域の形状にほぼ沿った形状を有している。これにより、内側壁２３全体として外側壁２１にほぼ沿った形状を有している。本実施形態では、複数のパネル２５が、軸心方向および周方向に配列されて、外側壁２１を全体的に覆っている。これにより、外側壁２１が燃焼室１３の高温のガスから保護されている。図３に示すように、各パネル２５は平面視で矩形に形成されている。

図２に示すように、パネル２５は、パネル本体２６と、連結片２９を有している。パネル本体２６は、燃焼室１３に面する部分である。また、パネル本体２６は、全体としてほぼ平面状に構成されている。また、各パネル本体２６は、外側壁２１の対向する領域に沿って配置されている。本実施形態では、パネル本体２６は、外側壁２１に平行な円弧状に形成されている。連結片２９は、外側壁２１と連結される部分である。パネル２５の側部において、パネル本体２６の外側面２６ａから立ち上がり、パネル２５の側方に向かって突出する連結片２９が設けられている。連結片２９は、パネル２５の近接する一辺に沿う方向（図２では紙面奥行方向）へ連続している。なお、外表面２６ａは、パネル２５における外側壁２１に対向する面である。また、ここでの「側方」は、連結片２９の立ち上がり部分２９ａａから、パネル２５の近接する一辺に向かう方向である。以下の説明では、パネル２５の側部のうち、連結片２９が設けられている側部（連結片２９の立ち上がり部分２９ａａから側方の部分）を連結部２７と呼ぶ。本実施形態では、矩形のパネル２５の４つの側部のうち、対向する一組の辺に対応する２つの側部が連結部２７として構成されている。

なお、連結片２９は、パネル２５の近接する一辺に完全に平行に沿って延びていなくともよい。また、連結片２９は、パネル２５の近接する一辺の全長に渡って連続的に延びていることが好ましい。もっとも、連結片２９は、パネル２５の近接する一辺の全長に渡って完全に連続して設けられていなくともよい。

連結片２９は、基部２９ａと端部２９ｂとを含む。基部２９ａは、パネル本体２６から分岐するように立ち上がる。端部２９ｂは、基部２９ａの先端に接続しており、パネル本体２６から離間している。また、端部２９ｂは、外側壁２１の対向する領域に沿って延びている。また、図示の例では、連結片２９の端面（連結片２９の突出方向を向く端面）２９ｃが、パネル本体２６の側面２５ｂよりも内側（パネル２５の中央側）に位置している。すなわち、パネル本体２６が、連結片２９の燃焼室１３側を覆うように位置している。

連結片２９もＣＭＣ材料製である。また、連結片２９とパネル本体２６とは単一物として形成されており、内部でＣＭＣ材料の繊維が連続している。これにより、パネル本体２６と連結片２９とが、強固に繋がっている。なお、パネル本体２６において、連結片２９の立ち上がり位置よりも中央側の領域を中央部３０とした場合、連結片２９の厚みは、中央部３０の厚みの１／３〜１／２であることが好ましい。連結片２９をこのような厚みとすることで、連結片２９の強度を好適に保ちつつ、連結片２９をパネル本体２６から分岐させることができる。

連結片２９の基部２９ａの立ち上がり角度は特に限定されない。もっとも、同図に示すように、連結片２０の基部２９ａは、径方向に対して傾斜して立ち上がっていることが好ましい。すなわち、基部２９ａのパネル本体２６からの立ち上がり部分２９ａａは、パネル２５の中央部から側方に向けて滑らかに立ち上がって、連続していることが好ましい。これにより、立ち上がり部分２９ａａにおける繊維の連続性を一層確実にできる。また、本実施形態では、パネル２５の取付構造としては、外側壁２１には連結片２９に対応する突起物を設けていない。したがって、燃焼器ライナ１１の径方向寸法増大を抑制することができる。

各連結片２９は、連結ユニットＣＵによって外側壁２１に連結されている。これにより、各パネル２５が外側壁２１に取り付けられている。連結ユニットＣＵは、外側壁２１および連結片２９の少なくとも一方を付勢する弾性部材３３を含む。本実施形態では、弾性部材３３は金属製である。また、図示の例では、連結ユニットＣＵは、金属製の固定部材３１を含む。上述のように、パネル本体２６が、連結片２９の燃焼室１３側を覆うように位置しているため、パネル本体２６は連結ユニットＣＵを構成する固定部材３１および弾性部材３３に対しても、燃焼室１３側を覆うこととなる。したがって、連結ユニットＣＵが高温の燃焼室１３から確実に隔離される。

本実施形態では、図４に示すように、固定部材３１は、ねじ部材を含むボルトＢとボルトＢに螺合するナットＮとを有する。ボルトＢは、連結片２９側から外側壁２１側へ挿通されている。すなわち、ボルトＢの頭部Ｂｈは、連結片２９の燃焼室１３側に対向して配置されている。外側壁２１にはボルトＢを挿通するためのボルト挿通孔３５が形成されている。また、連結片２９には、ボルトＢを挿通するためのボルト挿通開口３７が形成されている。詳細には、連結片２９の端面２９ｃに、ボルト挿通開口３７が形成されている。本実施形態では、ボルト挿通開口３７は切欠きとして形成されている。もっとも、ボルト挿通開口３７は、ボルトを挿通させることができる他の形態の開口、例えば孔であってもよい。なお、ボルト挿通孔３５および孔として形成された場合のボルト挿通開口３７のいずれにおいても、孔の形状は特に限定されず、例えば、円孔であってもよく、長孔（スリットを含む）であってもよい。

ボルトＢの頭部Ｂｈには、板状の前記弾性部材３３である板ばね３９（金属製の板状部材）が設けられている。本実施形態では、ボルトＢの頭部Ｂｈには矩形の板ばね３９が設けられている。この例では、板ばね３９を頭部Ｂｈに溶接することにより一体的に設けている。もっとも、板ばね３９を頭部Ｂｈに設ける構造は、板ばね３９の弾性を損なうことなく頭部Ｂｈに固定可能であればこの例に限定されない。例えば、ボルトＢと板ばね３９を一体成型によって形成してもよいし、ボルトＢと別体に形成した板ばね３９を頭部Ｂｈに設けた固定溝に挟み込むことによって固定してもよい。

図示の例では、外側壁２１のボルト挿通孔３５の孔径（断面視における幅）は、連結片２９のボルト挿通開口３７の幅より小さい。また、ボルトＢは、少なくとも小径部４０と大径部４１とを有する段付きボルトとして構成されている。ボルトＢには、頭部Ｂｈ側に大径部４１が形成されている。小径部４０は、大径部４１を挟んで、頭部Ｂｈと反対側に形成されている。小径部４０と大径部４１の外径（断面視における幅）は、いずれもボルト挿通開口３７の幅より小さい。また、小径部４０の外径は、ボルト挿通孔３５の幅より小さい。一方、大径部４１の外径は、ボルト挿通孔３５の幅より大きい。すなわち、大径部４１は、ボルト挿通開口３７に挿通可能であるが、ボルト挿通孔３５に挿通不能である。小径部４０は、ボルト挿通孔３５およびボルト挿通開口３７のいずれに対しても挿通可能である。したがって、連結片２９側から、ボルトＢをボルト挿通開口３７およびボルト挿通孔３５に挿通すると、大径部４１の端面が、外側壁２１のボルト挿通孔３５周縁に当接する。その状態で、ナットＮが外側壁２１側からボルトＢに螺合される。そして、連結片２９が板ばね３９により付勢され、外側壁２１に対して押付けられることによって連結片２９が外側壁２１に連結されている。ナットＮと外側壁２１の間には、弾性部材３３であるリング状ばね４３が介装されている。

すなわち、本実施形態では、固定部材３１を介して弾性部材３３である板ばね３９が外側壁２１に対して固定され、かつ支持されている。換言すれば、本実施形態における固定部材３１は、板ばね３９を外側壁２１に対して支持する支持部材として機能している。このように支持された弾性部材３３が連結片２９を外側壁２１に対して押し付けることによって、連結片２９が外側壁２１に連結されている。

このように連結ユニットＣＵを構成する固定部材３１としてボルトＢおよびナットＮを用いることにより、固定部材３１として一般に入手容易な部材を使用して確実に連結することができる。また、ボルトＢの頭部Ｂｈに金属製の板状部材（本実施形態では板ばね３９）を設けることにより、ＣＭＣ材料製のパネル２５に対する締付け力を緩和して、長期に渡って安定的に内側壁２３を支持することが可能となる。なお、固定部材３１はボルトＢおよびナットＮに限定されず、任意の固定部材を用いることができる。具体的には、ボルトＢと同様、外側壁２１および連結片２９を径方向に貫通可能な軸部と、軸状部分の端部に設けられた、弾性部材３３を付加的または置換的に取付け可能な、軸部より大径の頭部とを含む部材、例えばリベットを好適に用いることができる。もっとも、ボルトＢおよびナットＮを用いた場合、固定部材３１の取り外しが容易となるので、燃焼器ライナの交換、メンテナンスが容易になる。

また、ここでの、「ボルト挿通孔」、「ボルト挿通開口」との名称は、固定部材３１の一例としてボルトＢおよびナットＮを用いる場合に固定部材を挿通する孔，開口を示す名称として用いているに過ぎず、上述のように、固定部材３１として他の部材を用いる場合には、その部材の名称に応じて適宜読み替えられる。

しかも、ボルトＢの大径部４１によって、固定部材３１による強力な締付け力は、外側壁に作用する。そのため、固定部材による強力な締付け力をＣＭＣ材料製のパネル２５に直接的に及ぼすことなく、弾性部材３３である板ばね３９の押付力によってパネル２５を外側壁２１に対して連結することができる。したがって、外側壁２１とパネル２５の連結方向（すなわち径方向）の寸法増大を抑制し、金属製の固定部材３１とＣＭＣ材料製のパネル２５の熱伸び差を吸収しながら、長期に渡って安定的にパネル２５を支持することが可能となる。なお、ボルトＢの頭部Ｂｈには、連結片２９を外側壁２１に対して押付ける方向の弾性を有する弾性部材３３であれば、板ばね３９に限らず、任意の部材を設けてよい。例えば、図５に示すように、ボルトＢの頭部Ｂｈを通常の金属材料で形成し、この頭部Ｂｈと連結片２９の間にコイルばねやＣリング等のリング状の弾性部材３３を介在させてもよい。

また、ナットＮと外側壁２１の間にも座金を兼ねる弾性部材３３であるリング状ばね４３を介在させることにより、金属製の固定部材３１とＣＭＣ材料製のパネル２５の熱伸び差を一層確実に吸収できる。なお、本実施形態におけるリング状ばね４３としては、外側壁２１に対するナットＮの締付方向に弾性を有する部材であれば任意の部材を使用可能であり、例えば、スプリングワッシャ、皿ばね等を使用することができる。また、本実施形態では、板ばね３９を用いて熱伸び差を吸収可能であるため、リング状ばね４３の代わりに、弾性部材ではない通常の座金を使用してもよい。

本実施形態では、各パネル２５の２つの連結片２９が、それぞれパネル本体２６の外表面２６ａから立ち上がるように設けられている。また、連結片２９は、近接するパネル２５の一辺に沿って連続している。そのため、各パネル２５の対向する一組の辺の間に、２つの連結片２９の基部２９ａと、パネル本体２６の中央部３０とからなる凹状部が形成されている。このように形成されたパネル２５の側面２５ｂ同士が突き合うように、複数のパネル２５が配列されている。また、各パネル２５の一対の側部のそれぞれから分岐した連結片２９の端部２９ｂが外側壁２１に連結されている。そのため、外側壁２１とパネル本体２６との間の空間を連結片２９が横断している。これにより、側面２５ｂ同士が突き合うように配列されたパネル２５のパネル本体２６と外側壁２１との間の空間が、連結片２９によって複数の空間に区画される。すなわち、図２に示すように、パネル本体２６と外側壁２１との間の空間が、連結片２９によって、１つのパネル２５の両連結片２９間の空間（以下、「メイン空間４５」と呼ぶ。）と、隣接するパネル２５の２つの連結片２９，２９間の空間（以下、「連結部空間４７」と呼ぶ。）とに区画される。図示の例では、ボルトＢの頭部Ｂｈは連結部空間４７に配置され、ボルトＢの軸部Ｂａの大部分およびナットＮは外側壁２１よりも外側の内部空間５に配置されている。つまり、ボルトＢの頭部Ｂｈは、パネル本体２６によって覆われて、燃焼室１３の高温のガスに直接曝されない。

図２に示すように、複数のパネル２５は、隣接するパネル２５，２５の連結片２９，２９の端面２９ｃ、２９ｃが互いに対向するように配列されている。さらに、図６に示すように、複数のパネル２５は、矩形の４辺のうち、連結部２７が形成された２辺に相当する側部同士が接し、かつ残りの２辺に相当する側部同士が接するように配列されている。したがって、１つのパネル２５の両連結片２９，２９間に形成された図２のメイン空間４５が連なって、パネル２５の中央部を流れる空気の通路であるメイン空気通路５１が形成される。メイン空気通路５１には、外側壁２１に設けられた空気導入孔から空気が導入される。図示の例では、外側壁２１におけるメイン空気通路５１に対向する領域（すなわち、メイン空気通路５１に面する領域であって、メイン空気通路５１を覆う領域）に、第１空気導入孔５３が設けられている。この第１空気導入孔５３を介して、内部空間５の圧縮空気ＣＡが、メイン空気通路５１に冷却空気として導入される。このようにして、ＣＭＣ製の内側壁２３が冷却される。

他方、隣接する連結片２９，２９間に形成された連結部空間４７が連なって、連結部２７を流れる空気の通路である連結部空気通路５５が形成される。連結部空気通路５５には、外側壁２１に設けられた空気導入孔から空気が導入される。図示の例では、上述のように、連結片２９の端面２９ｃが、パネル２５の側面２５ｂよりも内側に位置しているので、隣接するパネル２５の連結片２９，２９の間には隙間Ｇが形成されている。この隙間Ｇを、連結部空気通路５５への冷却空気の取入れ口として利用することができる。ここでは、外側壁２１における隙間Ｇに対向する領域（すなわち、隙間Ｇに面する領域であって、隙間Ｇを覆う領域）に、第２空気導入孔５７が設けられている。この第２空気導入孔５７を介して、圧縮空気ＣＡが連結部空気通路５５に冷却空気として導入される。すなわち、金属製の外側壁２１に第２空気導入孔５７を設けるだけで、圧縮空気ＣＡを冷却空気として連結部空気通路５５に流入させることが可能になる。このようにして連結部空間４７に存在する金属製の固定部材３１や弾性部材３３が冷却される。

特に、金属製の支持部材である固定部材３１や弾性部材３３は、ＣＭＣ材料に比べて耐熱性が低いので、冷却の必要性が高い。したがって、本実施形態では、連結片２９によって連結部空気通路５５をメイン空気通路５１と区画し、例えば両空気通路に流す空気量を調整するなどにより、連結部空間４７に存在する金属製の固定部材３１や弾性部材３３を選択的により効率的に冷却することが可能になる。図示の例では、特に、連結部空気通路５５の流路面積をメイン空気通路５１の流路面積よりも小さくしている。これによって、連結部空間４７に存在する金属製の固定部材３１や弾性部材３３を一層効率的に冷却することができる。

なお、連結片２９の幅（突出方向における長さ）は、連結ユニットＣＵを構成する部材を配置するのに実質的に必要かつ十分であることが好ましい。具体的には、連結片２９の幅は、連結ユニットＣＵを構成する部材の最大幅（連結片２９の端部２９ｂの突出方向における最大長さ）の１．１〜１．２倍の範囲内であることが好ましい。このように構成することにより、パネル２５を連結ユニットＣＵによって外側壁２１に連結するために必要な連結片２９および連結部２７の寸法を確保しつつ、連結部空気通路５５の流路面積を小さくすることができる。

また、パネル本体２６の連結部２７と連結片２９の端部２９ｂとの間の距離、すなわち連結部空気通路５５の径方向寸法ｄは、パネル本体２６の連結部２７厚みｔの１．５〜３倍の範囲内にあることが好ましい。このように構成することにより、連結ユニットＣＵを燃焼室１３（パネル本体２６）から隔離する空間を確保しつつ、径方向にコンパクトな構成とすることができる。

なお、本実施形態では、パネル２５の近接する一辺に沿う方向へ、この一辺の全長に渡って連続的に延びる連結片２９によって、連結部空気通路５５を形成する連結部空間４７とメイン空間４５との間の連通がなく、完全に区画されるように構成しているが、連結片２９に、連結部空気通路５５における冷却用空気の流通を実質的に妨げない程度の孔や切欠きが設けられていてもよい。また、連結部空気通路５５の流路面積は、必ずしもメイン空気通路５１の流路面積より小さくなくてよい。

本実施形態では、複数のパネル２５が、連結部２７が周方向Ｑを向くように配列されている。ここでは、各パネル２５の連結片２９が周方向に突出している。つまり、複数のパネル２５の連結片２９が、軸心方向に連なっている。この場合、メイン空気通路５１および連結部空気通路５５は、冷却用の圧縮空気ＣＡを、燃焼器の上流側から下流側に向かって流れるようにガイドする。これにより、燃焼器ライナ１１全体を効率的に冷却することができる。もっとも、複数のパネル２５の配列方向は、この例に限定されない。例えば、複数のパネル２５が、連結部２７が軸心方向を向くように配列されていてもよい。つまり、複数のパネル２５の連結片２９が、周方向に連なっていてもよい。この場合、メイン空気通路５１および連結部空気通路５５は、冷却用の圧縮空気ＣＡを、燃焼器の周方向に流れるようにガイドする。

以上説明した本実施形態に係る燃焼器ライナ１１によれば、ＣＭＣ材料において、容易に繊維が連続した突起物を容易に形成可能なパネル２５の側部に、パネル本体２６から立ち上がった、つまりパネル本体２６から離間した連結片２９を設け、この連結片２９を外側壁２１と連結させるので、連結部２７に配置される部材は高温の燃焼室１３からパネル本体２６によって隔離される。特に、複数のパネル２５を並べて配置した場合には、連結部２７に配置される部材は燃焼室１３内の高温のガスに直接曝されない。しかも、パネル２５における連結片２９は、ＣＭＣ材料における繊維が連続した突起物であるから、強固な連結に対しても十分な強度を有する。これにより、金属製の固定部材３１を含む連結ユニットＣＵを用いてパネル２５を外側壁２１に取り付けることが可能となる。さらに、金属製の連結ユニットＣＵ，具体的にはボルトのような固定部材３１を使用することが可能になるので、連結対象物に設けるフックのような突起物を必要最小限としても強固な連結が実現できる。したがって、燃焼器ライナ１１の径方向の寸法増大を抑制しながら、パネル２５を外側壁２１に対して確実に連結することができる。さらに、固定部材３１のみならず弾性部材３３を用いることによって、金属製の固定部材３１とＣＭＣ材料製のパネル２５の熱伸び差を吸収できる。したがって、ＣＭＣ材料の適用によって燃焼器ライナ１１の耐熱性、軽量性を向上させながら、パネル２５を外側壁２１に確実に支持することが可能となる。

なお、本実施形態では、パネル２５が平面視で矩形である例について説明したが、パネル２５の形状はこれに限定されず、例えば、台形や三角形であってもよい。もっとも、パネル２５を矩形に形成することにより、複数のパネル２５を隙間なく配列することが容易になる。

また、本実施形態では、外側壁２１および連結ユニットＣＵを構成する固定部材３１および弾性部材３３、並びに板状部材を金属製の部材として説明したが、これらの部材を形成する材料は、金属を主な成分として含んでいれば、上記で説明した各部材の性質，機能を損なわない限り、他の材料を含んでいてもよい。例えば、上記各部材の表面が金属以外の材料によって被覆されていてもよいし、上記各部材の内部に金属以外の材料がインサートされていてもよい。同様に、パネル２５を形成する材料は、ＣＭＣ材料を主な成分として含んでいれば、上記で説明したパネル２５の性質，機能を損なわない限り、他の材料を含んでいてもよい。例えば、パネル２５の表面がＣＭＣ以外の材料によって被覆されていてもよいし、上記各部材の内部にＣＭＣ以外の材料がインサートされていてもよい。

図７に、本発明の第２実施形態を示す。本実施形態では、パネル２５の外側壁２１への取付構造が第１実施形態と異なっているので、主にこの点について説明し、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。

本実施形態では、固定部材３１であるねじ部材を含むボルトＢの軸部Ｂａは、外側壁２１に当接する大径部を有しない軸部として形成されている。また、ボルトＢの頭部Ｂｈには、前記金属製の板状部材として、弾性部材ではない通常の金属プレート６１が設けられている。ナットＮと外側壁２１の間には、弾性部材３３であるリング状ばね４３が介装されている。すなわち、本実施形態では、固定部材３１によって連結片２９が外側壁２１に固定されている。換言すれば、本実施形態における固定部材３１は、連結片２９と外側壁２１とを締結する締結部材として機能している。また、弾性部材３３によって外側壁２１が付勢され、連結片２９に対して押し付けられている。なお、本実施形態では、ボルト挿通孔３５の孔径と、ボルト挿通開口３７の幅とは、同じ幅としてもよい。

図８に、本発明の第３実施形態を示す。本実施形態では、内側壁２３の外側壁２１への取付構造が第１実施形態と異なっているので、主にこの点について説明し、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、隣接する２つのパネル２５，２５が、共通の連結ユニットＣＵによって外側壁２１に取り付けられている。つまり、隣接するパネル２５において、固定部材３１および弾性部材３３を共用している。これにより、固定部材３１および弾性部材３３の数を削減して、重量及びコスト増大の抑制を図ることができる。また、固定部材３１は、隣接するパネル２５の連結片２９，２９の間の隙間Ｇに配置されていることが好ましい。すなわち、外側壁２１において、固定部材３１を挿通する孔が、隙間Ｇに対向する領域に形成されていることが好ましい。これにより、容易に固定部材３１を配置することができる。

また、本実施形態では、図９に示すように、ボルトＢの頭部Ｂｈに、花弁状の板ばね３９、すなわち、ボルトＢの頭部Ｂｈを中心として放射状に突出する複数の板ばね片を有する板ばね３９が設けられている。このような花弁状の板ばね３９を使用することにより、ＣＭＣ材料製の連結片２９にかかる応力が、矩形の板ばね３９の場合よりもさらに分散されて緩和される。また、ボルトＢの締付け作業時に板ばね３９の周方向位置を調整する必要がないので、締付け作業が容易になる。

なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様、矩形の板ばね３９を使用してもよい。また、図５に示したように、ボルトＢの頭部Ｂｈを通常の金属材料で形成し、この頭部Ｂｈと連結片２９の間にコイルばねやＣリング等の弾性部材３３を介在させてもよい。さらには、本実施形態においても、第２実施形態と同様、弾性部材３３としてナットＮと外側壁２１の間に介在させたリング状ばね４３のみを使用し、ボルトＢの頭部Ｂｈに弾性部材３３ではない通常の金属プレート６１を設けてもよい。

また、第３実施形態で使用した花弁状の板ばね３９は、第１実施形態においても、隣接するボルトＢの板ばね３９間で干渉しないサイズのものであれば使用することができる。さらには、第２実施形態における金属プレートを花弁状としてもよい。

以上説明した第２実施形態および第３実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、ＣＭＣ材料製のパネル２５の側部に、パネル２５から立ち上がった、つまりパネル２５から離間した連結片２９を設け、この連結片２９を外側壁２１と連結させるので、連結部２７に配置される部材は燃焼室１３内の高温のガスに直接曝されない。これにより、金属材料製の固定部材３１を含む連結ユニットＣＵを用いてパネル２５を外側壁２１に取り付けることが可能となるので、燃焼器ライナ１１の寸法増大を抑制しながら、パネル２５を外側壁２１に対して確実に連結することができる。さらに、固定部材３１のみならず弾性部材３３を用いることによって、金属製の固定部材３１とＣＭＣ材料製のパネル２５の熱伸び差を吸収できる。したがって、ＣＭＣ材料の適用によって燃焼器ライナ１１の耐熱性、軽量性を向上させながら、パネル２５を外側壁２１に確実に支持することが可能となる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 燃焼器
１１ 燃焼器ライナ
１３ 燃焼室
２１ 外側壁
２３ 内側壁
２５ パネル
２６ パネル本体
２７ 連結部
２９ 連結片
３１ 固定部材
３３ 弾性部材
３５ ボルト挿通孔
３７ ボルト挿通開口
３９ 板ばね（板状部材）
５１ メイン空気通路
５５ 連結部空気通路
６１ 金属プレート（板状部材）
ＣＵ 連結ユニット
Ｂ ボルト（固定部材）
Ｎ ナット（固定部材）

Claims (12)

1. ガスタービン燃焼器に使用される、燃焼室を形成する燃焼器ライナであって、
   金属製の外側壁と、
   前記外側壁の内側に取り付けられた、セラミックスマトリックス複合材料製のパネルであって、前記燃焼室に面するパネル本体と、当該パネル本体の側部において、当該パネル本体の外表面から立ち上がり、側方に向かって突出する連結片とを有するパネルと、
   前記パネルを前記外側壁に連結する連結ユニットであって、前記外側壁および前記連結片の少なくとも一方を付勢する弾性部材と、前記連結片および前記弾性部材の少なくとも一方を前記外側壁に対して固定する金属製の固定部材とを含む連結ユニットと、
   を備え、
   前記外側壁にボルト挿通孔が形成されており、前記連結片にボルト挿通開口が形成されており、前記固定部材が、前記連結片側から前記外側壁側へ挿通されたボルトと、前記ボルトに螺合するナットとを有し、前記ボルトの頭部に、金属製の板状部材が設けられており、
   前記ボルトが、前記ボルト挿通開口に挿通可能で、かつ前記ボルト挿通孔に挿通不能な大径部を有する段付きボルトであり、前記板状部材が前記弾性部材である板ばねであり、前記大径部が前記外側壁のボルト挿通孔周縁に当接した状態で前記ナットが前記ボルトに螺合され、前記連結片が前記板ばねにより前記外側壁に対して押付けられることにより前記連結片が前記外側壁に連結されている、
   燃焼器ライナ。
2. ガスタービン燃焼器に使用される、燃焼室を形成する燃焼器ライナであって、
   金属製の外側壁と、
   前記外側壁の内側に取り付けられた、セラミックスマトリックス複合材料製のパネルであって、前記燃焼室に面するパネル本体と、当該パネル本体の側部において、当該パネル本体の外表面から立ち上がり、側方に向かって突出する連結片とを有するパネルと、
   前記パネルを前記外側壁に連結する連結ユニットであって、前記外側壁および前記連結片の少なくとも一方を付勢する弾性部材と、前記連結片および前記弾性部材の少なくとも一方を前記外側壁に対して固定する金属製の固定部材とを含む連結ユニットと、
   を備え、
   前記連結片が前記外側壁に接触した状態で前記連結片が前記外側壁に連結されている燃焼器ライナ。
3. ガスタービン燃焼器に使用される、燃焼室を形成する燃焼器ライナであって、
   金属製の外側壁と、
   前記外側壁の内側に取り付けられた、セラミックスマトリックス複合材料製のパネルであって、前記燃焼室に面するパネル本体と、当該パネル本体の側部において、当該パネル本体の外表面から立ち上がり、側方に向かって突出する連結片とを有するパネルと、
   前記パネルを前記外側壁に連結する連結ユニットであって、前記外側壁および前記連結片の少なくとも一方を付勢する弾性部材と、前記連結片および前記弾性部材の少なくとも一方を前記外側壁に対して固定する金属製の固定部材とを含む連結ユニットと、
   を備え、
   前記弾性部材によって、前記連結片が前記外側壁に対して押し付けられているか、または前記外側壁が前記連結片に対して押し付けられている燃焼器ライナ。
4. ガスタービン燃焼器に使用される、燃焼室を形成する燃焼器ライナであって、
   金属製の外側壁と、
   前記外側壁の内側に取り付けられた、セラミックスマトリックス複合材料製のパネルであって、前記燃焼室に面するパネル本体と、当該パネル本体の側部において、当該パネル本体の外表面から立ち上がり、側方に向かって突出する連結片とを有するパネルと、
   前記パネルを前記外側壁に連結する連結ユニットであって、前記外側壁および前記連結片の少なくとも一方を付勢する弾性部材と、前記連結片および前記弾性部材の少なくとも一方を前記外側壁に対して固定する金属製の固定部材とを含む連結ユニットと、
   を備え、
   前記外側壁と前記パネル本体との間の空間を前記連結片が横断している燃焼器ライナ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼器ライナにおいて、複数の前記パネルが、隣接する前記パネルの連結片の端面が互いに対向して配列されることにより、前記外側壁の内側に取り付けられた内側壁が形成されている燃焼器ライナ。
6. 請求項５に記載の燃焼器ライナにおいて、前記連結片の端面が、前記パネル本体の側面よりも内側に位置している燃焼器ライナ。
7. 請求項５または６に記載の燃焼器ライナにおいて、前記連結片によって、各パネルの２つの連結片の間の空間に形成されたメイン空気通路と、隣接するパネルの連結片の間に形成された連結部空気通路とが区画されている燃焼器ライナ。
8. 請求項６を引用する請求項７に記載の燃焼器ライナにおいて、隣接する２つの前記連結片の前記端面間に隙間が形成されており、前記外側壁の前記隙間に対向する領域に、前記外側壁の外部から前記連結部空気通路に空気を導入する空気導入孔が形成されている燃焼器ライナ。
9. 請求項５から８のいずれか一項に記載の燃焼器ライナにおいて、前記複数のパネルの前記連結片が周方向に突出している燃焼器ライナ。
10. 請求項１および請求項１を引用する請求項５から９のいずれか一項に記載の燃焼器ライナにおいて、前記外側壁と前記ナットとの間に、前記弾性部材であるリング状ばねが介装されている燃焼器ライナ。
11. 請求項５から１０のいずれか一項に記載の燃焼器ライナにおいて、隣接する２つのパネルが、共通の前記連結ユニットによって前記外側壁に取り付けられている燃焼器ライナ。
12. 請求項１１に記載の燃焼器ライナにおいて、前記共通の連結ユニットの固定部材が、隣接する２つの連結片の間に形成された隙間に配置されている燃焼器ライナ。

Images