JP7605341B2 - 燃焼システム - Google Patents

Description

本開示は、燃焼システムに関する。本出願は２０２２年７月２７日に提出された日本特許出願第２０２２－１１９７６０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。

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の燃焼システムとして、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。

特開２０１５－０１４４００号公報

燃焼システムでは、バーナを火炎から保護することが求められている。例えば、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、水素が燃料として用いられる場合には、水素と空気の混合が不均一であること等に起因して、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、水素が燃料として用いられる場合等において、バーナを火炎から保護する必要性が高い。

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システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本開示の燃焼システムは、燃焼室と、燃焼室内に臨む噴射孔を有する筒状の空気室と、空気室と接続される燃料供給流路と、空気室の側面と接続される空気供給流路と、を備え、複数の空気室が、燃焼室の周方向に間隔を空けて設けられ、複数の空気室、複数の空気室とそれぞれ接続される複数の燃料供給流路、および、複数の空気室の側面とそれぞれ接続される複数の空気供給流路が、燃焼室の端部を塞ぐバーナプレートに形成され、バーナプレートには、複数の空気供給流路の各々と接続され、周方向に延在する円環形状を有する空気マニホールドが設けられ、周方向に間隔を空けて設けられる複数の空気室のグループの１つに対して１つの空気マニホールドが、当該グループに対して燃焼室の径方向外側および径方向内側の一方側に設けられる。

空気供給流路は、空気室の中心軸に対して偏心して空気室と接続されてもよい。

空気室は、円筒形状を有してもよい。

空気供給流路は、１つの空気室に接続される複数の流路を含んでもよい。

バーナプレートに、燃料マニホールドが形成されてもよい。
複数のグループが、燃焼室の径方向に間隔を空けて配置されてもよい。

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は、図２中のＡ２－Ａ２断面における断面図である。 図４は、図３中のＡ３－Ａ３断面における断面図である。 図５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６は、図５中のＡ４－Ａ４断面における断面図である。 図７は、図６中のＡ５－Ａ５断面における断面図である。 図８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９は、図８中のＡ６－Ａ６断面における断面図である。 図１０は、図９中のＡ７－Ａ７断面における断面図である。 図１１は、本開示の実施形態に係る空気室と空気供給流路との接続関係の一例を示す図である。 図１２は、本開示の実施形態に係る空気室と空気供給流路との接続関係の一例を示す図である。 図１３は、本開示の実施形態に係る空気室と空気供給流路との接続関係の一例を示す図である。

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。

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。

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、燃焼システム１０に含まれる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。ただし、燃料として水素以外の他の燃料が用いられてもよい。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。

バーナ１４は、バーナプレート１４ａと、複数の燃料供給管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。燃料供給管１４ｂは、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃと逆側の面に接続される。燃料供給管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つの燃料供給管１４ｂが示されている。ただし、燃料供給管１４ｂの数は限定されない。

燃料供給管１４ｂには、後述するように、水素が送られる。そして、燃料供給管１４ｂを介してバーナプレート１４ａに水素が送られる。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と逆側の面からバーナプレート１４ａの内部に送られる。ただし、ライナ１３ｂの側面に貫通孔が設けられ、空間Ｓから当該貫通孔を介してバーナプレート１４ａの内部に空気が送られてもよい。バーナプレート１４ａに送られた水素は、後述するように、空気と混合されながら燃焼室１３ｃに噴射される。

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の各燃料供給管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、燃料供給管１４ｂに供給される。流量制御弁１６は、水素タンク１５から燃料供給管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から燃料供給管１４ｂへの水素の供給量が調整される。

以下では、燃焼室１３ｃおよびバーナプレート１４ａの周方向を単に周方向とも呼ぶ。燃焼室１３ｃおよびバーナプレート１４ａの径方向を単に径方向とも呼ぶ。燃焼室１３ｃおよびバーナプレート１４ａの軸方向を単に軸方向とも呼ぶ。

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。図３は、図２中のＡ２－Ａ２断面における断面図である。つまり、図３は、バーナプレート１４ａを径方向に見た断面図である。図４は、図３中のＡ３－Ａ３断面における断面図である。つまり、図４は、バーナプレート１４ａを軸方向に見た断面図である。

図２から図４に示すように、バーナプレート１４ａには、空気室３１と、空気供給流路３２と、空気マニホールド３３と、燃料供給流路４１と、燃料マニホールド４２とが形成される。

空気室３１は、バーナプレート１４ａの外周側において、周方向に間隔を空けて複数設けられる。図２から図４の例では、複数の空気室３１が周方向に等間隔に設けられる。ただし、複数の空気室３１は、周方向に不等間隔に設けられていてもよい。また、空気室３１の数は、図２から図４の例に限定されない。

空気室３１は、筒状である。図２から図４の例では、空気室３１は、円筒形状を有する。ただし、空気室３１は、筒状であればよく、円筒形状以外の形状（例えば、楕円筒形状等）を有していてもよい。図２から図４の例では、空気室３１は、燃焼室１３ｃの軸方向に延在する。つまり、空気室３１の中心軸は、燃焼室１３ｃの軸方向に沿った軸である。ただし、空気室３１の中心軸は、燃焼室１３ｃの軸方向に対して傾斜していてもよい。空気室３１は、バーナプレート１４ａのうち燃焼室１３ｃと対向する面に開口する。この開口が、燃焼室１３ｃ内に臨む噴射孔３１ａに相当する。後述するように、空気室３１に供給された水素および空気は、互いに混合されながら、噴射孔３１ａから燃焼室１３ｃに噴射される。

空気供給流路３２は、空気室３１と接続される。図２から図４の例では、１つの空気室３１に対して１つの空気供給流路３２が接続される。ただし、後述するように、１つの空気室３１に対して複数の空気供給流路３２が接続されてもよい。各空気供給流路３２は、空気マニホールド３３と接続されている。各空気供給流路３２には、空気マニホールド３３から空気が供給される。そして、空気供給流路３２を介して空気室３１に空気が供給される。

空気供給流路３２は、具体的には、空気室３１の側面と接続される。それにより、空気供給流路３２から空気室３１に送られた空気は、空気室３１において、空気室３１の周方向に旋回する。特に、図４に示すように、空気供給流路３２は、空気室３１の中心軸に対して偏心して空気室３１と接続される。つまり、空気供給流路３２の延長線は、空気室３１の中心軸を通らない。それにより、空気供給流路３２から空気室３１に送られた空気は、空気室３１において、空気室３１の周方向により旋回しやすくなる。

図４の例では、空気供給流路３２は、空気室３１の接線方向に空気室３１と接続される。ただし、空気供給流路３２が空気室３１の中心軸に対して偏心して空気室３１と接続される場合において、空気供給流路３２と空気室３１との接続方向は、空気室３１の接線方向でなくてもよい。また、空気供給流路３２は、空気室３１の中心軸に対して偏心していなくてもよい。その場合においても、空気供給流路３２から空気室３１に流入する空気の流れ方向、または、空気室３１の形状等を適宜設定することによって、空気室３１において空気を旋回させることができる。図３の視点において、空気供給流路３２は、バーナプレート１４ａの軸方向に直交する方向に延在している。ただし、図３の視点において、空気供給流路３２は、バーナプレート１４ａの軸方向に直交する方向に対して傾斜していてもよい。

空気マニホールド３３は、燃焼器１３内の空間Ｓ（図１を参照）と連通する。図２から図４の例では、空気マニホールド３３は、バーナプレート１４ａの周方向に延在する円環形状を有する。ただし、空気マニホールド３３の形状は、図２から図４の例に限定されない。空気マニホールド３３は、バーナプレート１４ａの燃焼室１３ｃと逆側の面に開口する。空気マニホールド３３には、燃焼器１３内の空間Ｓから空気が供給される。空気マニホールド３３には、各空気供給流路３２が接続されている。図２から図４の例では、空気マニホールド３３は、空気室３１よりも径方向外側に設けられており、空気マニホールド３３から径方向内側に向けて各空気供給流路３２が延在している。ただし、空気マニホールド３３は、空気室３１よりも径方向内側に設けられていてもよい。その場合、空気マニホールド３３から径方向外側に向けて各空気供給流路３２が延在する。

上記のように、各空気室３１は、各空気供給流路３２を介して空気マニホールド３３と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３から各空気供給流路３２を介して各空気室３１に空気が供給される。そして、空気室３１において、空気室３１の周方向に旋回する空気の旋回流が生じる。

燃料供給流路４１は、空気室３１と接続される。図２から図４の例では、１つの空気室３１に対して１つの燃料供給流路４１が接続される。ただし、１つの空気室３１に対して複数の燃料供給流路４１が接続されてもよい。各燃料供給流路４１は、燃料マニホールド４２と接続されている。各燃料供給流路４１には、燃料マニホールド４２から水素が供給される。そして、燃料供給流路４１を介して空気室３１に水素が供給される。燃料供給流路４１は、具体的には、空気室３１の底面（つまり、噴射孔３１ａと対向する面）と接続される。ただし、燃料供給流路４１は、空気室３１のうち底面以外の部分と接続されていてもよい。

燃料マニホールド４２は、燃料供給管１４ｂ（図１を参照）と連通する。図２から図４の例では、燃料マニホールド４２は、バーナプレート１４ａの周方向に延在する円環形状を有する。ただし、燃料マニホールド４２の形状は、図２から図４の例に限定されない。燃料マニホールド４２は、バーナプレート１４ａの燃焼室１３ｃと逆側の面に開口する不図示の流路を介して燃料供給管１４ｂと連通している。燃料マニホールド４２には、燃料供給管１４ｂから水素が供給される。燃料マニホールド４２には、各燃料供給流路４１が接続されている。図２から図４の例では、燃料マニホールド４２は、空気室３１に対して軸方向に並んで設けられており、燃料マニホールド４２から軸方向に沿って各燃料供給流路４１が延在している。ただし、燃料マニホールド４２と空気室３１との位置関係は、図２から図４の例に限定されない。

上記のように、各空気室３１は、各燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２から各燃料供給流路４１を介して各空気室３１に水素が供給される。そして、空気室３１に送られた水素は、空気室３１において生じている空気の旋回流によって空気と急速に混合されながら、噴射孔３１ａから燃焼室１３ｃに空気とともに噴射される。

以上説明したように、燃焼システム１０は、燃焼室１３ｃと、燃焼室１３ｃ内に臨む噴射孔３１ａを有する筒状の空気室３１と、空気室３１と接続される燃料供給流路４１と、空気室３１の側面と接続される空気供給流路３２と、を備える。それにより、空気室３１に送られた燃料（上記の例では、水素）は、空気室３１において生じている空気の旋回流によって空気と急速に混合されながら、噴射孔３１ａから燃焼室１３ｃに空気とともに噴射される。ゆえに、燃料と空気を予め混合させる空間を設けることなく、燃料を空気と効果的に混合した状態で燃焼室１３ｃに供給することができるので、バーナ１４が高温の燃焼ガスに晒されることを抑制できる。よって、バーナ１４を火炎から保護することができる。

さらに、燃料が空気と効果的に混合された状態で燃焼室１３ｃに供給されるので、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の発生を抑制することもできる。さらに、各空気室３１において、燃料と空気の混合が独立して行われるので、噴射孔３１ａの配置の自由度が向上する。さらに、燃焼室１３ｃ内で周方向に旋回する燃焼ガスの旋回流の発生を抑制できるので、当該旋回流の中心軸近傍（つまり、燃焼室１３ｃの中心軸近傍）を通ってバーナプレート１４ａに向かう燃焼ガスの流れである循環流の発生を抑制できる。

特に、燃焼システム１０では、空気供給流路３２は、空気室３１の中心軸に対して偏心して空気室３１と接続される。それにより、空気供給流路３２から空気室３１に送られた空気は、空気室３１において、空気室３１の周方向により旋回しやすくなる。ゆえに、空気室３１において、燃料を空気とより効果的に混合できる。

特に、燃焼システム１０では、空気室３１は、円筒形状を有する。それにより、空気供給流路３２から空気室３１に送られた空気は、空気室３１において、空気室３１の周方向により旋回しやすくなる。ゆえに、空気室３１において、燃料を空気とより効果的に混合できる。

特に、燃焼システム１０では、空気室３１、燃料供給流路４１および空気供給流路３２は、燃焼室１３ｃの端部を塞ぐバーナプレート１４ａに形成される。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、空気室３１、燃料供給流路４１および空気供給流路３２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、空気室３１、燃料供給流路４１および空気供給流路３２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。

特に、燃焼システム１０では、バーナプレート１４ａに、燃料マニホールド４２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、燃料マニホールド４２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、燃料マニホールド４２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。また、燃料供給管１４ｂの数も低減できる。

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。

以下、図５から図１０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。

図５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。図６は、図５中のＡ４－Ａ４断面における断面図である。つまり、図６は、バーナプレート１４ａＡを径方向に見た断面図である。図７は、図６中のＡ５－Ａ５断面における断面図である。つまり、図７は、バーナプレート１４ａＡを軸方向に見た断面図である。

図５から図７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の燃焼システム１０Ａは、バーナプレート１４ａＡを備える。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、空気室３１の数および配置が異なる。

図５から図７に示すように、バーナプレート１４ａＡには、上述したバーナプレート１４ａと同様に、空気室３１と、空気供給流路３２と、空気マニホールド３３と、燃料供給流路４１と、燃料マニホールド４２とが形成される。

バーナプレート１４ａＡには、空気室３１として、複数の空気室３１－１と、複数の空気室３１－２とが形成される。複数の空気室３１－１は、バーナプレート１４ａＡに形成される複数の空気室３１のうち、最も径方向外側の位置において、周方向に間隔を空けて設けられる空気室３１である。複数の空気室３１－２は、バーナプレート１４ａＡに形成される複数の空気室３１のうち、複数の空気室３１－１よりも径方向内側の位置において、周方向に間隔を空けて設けられる空気室３１である。

バーナプレート１４ａＡには、空気マニホールド３３として、空気マニホールド３３－１と、空気マニホールド３３－２とが形成される。空気マニホールド３３－１および空気マニホールド３３－２は、それぞれバーナプレート１４ａＡの周方向に延在する円環形状を有する。空気マニホールド３３－１は、バーナプレート１４ａＡに形成される複数の空気マニホールド３３のうち、最も径方向外側に位置する。空気マニホールド３３－２は、空気マニホールド３３－１よりも径方向内側に位置する。

各空気室３１－１は、空気供給流路３２－１を介して空気マニホールド３３－１と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３－１から各空気供給流路３２－１を介して各空気室３１－１に空気が供給される。各空気室３１－２は、空気供給流路３２－２を介して空気マニホールド３３－２と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３－２から各空気供給流路３２－２を介して各空気室３１－２に空気が供給される。

バーナプレート１４ａＡには、燃料マニホールド４２として、燃料マニホールド４２－１と、燃料マニホールド４２－２とが形成される。燃料マニホールド４２－１および燃料マニホールド４２－２は、それぞれバーナプレート１４ａＡの周方向に延在する円環形状を有する。燃料マニホールド４２－１は、バーナプレート１４ａＡに形成される複数の燃料マニホールド４２のうち、最も径方向外側に位置する。燃料マニホールド４２－２は、燃料マニホールド４２－１よりも径方向内側に位置する。

各空気室３１－１は、燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２－１と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２－１から各空気室３１－１に水素が供給される。各空気室３１－２は、燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２－２と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２－２から各空気室３１－２に水素が供給される。

以上説明したように、燃焼システム１０Ａは、上述した燃焼システム１０と同様に、燃焼室１３ｃと、燃焼室１３ｃ内に臨む噴射孔３１ａを有する筒状の空気室３１と、空気室３１と接続される燃料供給流路４１と、空気室３１の側面と接続される空気供給流路３２と、を備える。それにより、上述した燃焼システム１０と同様の効果が奏される。

特に、燃焼システム１０Ａでは、周方向に間隔を空けて設けられる複数の空気室３１のグループが、径方向に間隔を空けて複数配置される。それにより、空気室３１の数を多くすることができるので、バーナプレート１４ａＡに供給される燃料をより多くの空気室３１に分散させることができる。ゆえに、各空気室３１において、燃料を空気とより効果的に混合することができる。よって、バーナ１４が高温の燃焼ガスに晒されることをより効果的に抑制できる。よって、バーナ１４を火炎からより効果的に保護することができる。さらに、ＮＯｘの発生もより抑制しやすくなる。

上記では、図５から図７を参照して、空気室３１－１および空気室３１－２について説明した。ただし、空気室３１－１および空気室３１－２の数および配置は、図５から図７の例に限定されない。例えば、複数の空気室３１－１、および、複数の空気室３１－２は、それぞれ周方向に等間隔に設けられてもよく、周方向に不等間隔に設けられていてもよい。

図８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。図９は、図８中のＡ６－Ａ６断面における断面図である。つまり、図９は、バーナプレート１４ａＢを径方向に見た断面図である。図１０は、図９中のＡ７－Ａ７断面における断面図である。つまり、図１０は、バーナプレート１４ａＢを軸方向に見た断面図である。

図８から図１０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の燃焼システム１０Ｂは、バーナプレート１４ａＢを備える。バーナプレート１４ａＢでは、上述したバーナプレート１４ａおよびバーナプレート１４ａＡと比較して、空気室３１の数および配置が異なる。

図８から図１０に示すように、バーナプレート１４ａＢには、上述したバーナプレート１４ａと同様に、空気室３１と、空気供給流路３２と、空気マニホールド３３と、燃料供給流路４１と、燃料マニホールド４２とが形成される。

バーナプレート１４ａＢには、空気室３１として、複数の空気室３１－３と、複数の空気室３１－４と、複数の空気室３１－５と、１つの空気室３１－６とが形成される。複数の空気室３１－３は、バーナプレート１４ａＢに形成される複数の空気室３１のうち、最も径方向外側の位置において、周方向に間隔を空けて設けられる空気室３１である。複数の空気室３１－４は、バーナプレート１４ａＢに形成される複数の空気室３１のうち、複数の空気室３１－３よりも径方向内側の位置において、周方向に間隔を空けて設けられる空気室３１である。複数の空気室３１－５は、バーナプレート１４ａＢに形成される複数の空気室３１のうち、複数の空気室３１－４よりも径方向内側の位置において、周方向に間隔を空けて設けられる空気室３１である。空気室３１－６は、複数の空気室３１－５よりも径方向内側に設けられる空気室３１である。空気室３１－６は、バーナプレート１４ａＢの中心軸上に設けられる。

バーナプレート１４ａＢには、空気マニホールド３３として、空気マニホールド３３－３と、空気マニホールド３３－４と、空気マニホールド３３－５とが形成される。空気マニホールド３３－３、空気マニホールド３３－４および空気マニホールド３３－５は、それぞれバーナプレート１４ａＢの周方向に延在する円環形状を有する。空気マニホールド３３－３は、バーナプレート１４ａＢに形成される複数の空気マニホールド３３のうち、最も径方向外側に位置する。空気マニホールド３３－４は、空気マニホールド３３－３よりも径方向内側に位置する。空気マニホールド３３－５は、空気マニホールド３３－４よりも径方向内側に位置する。

各空気室３１－３は、空気供給流路３２－３を介して空気マニホールド３３－３と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３－３から各空気供給流路３２－３を介して各空気室３１－３に空気が供給される。各空気室３１－４は、空気供給流路３２－４を介して空気マニホールド３３－４と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３－４から各空気供給流路３２－４を介して各空気室３１－４に空気が供給される。各空気室３１－５は、空気供給流路３２－５を介して空気マニホールド３３－５と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３－５から各空気供給流路３２－５を介して各空気室３１－５に空気が供給される。空気室３１－６は、空気供給流路３２－６を介して空気マニホールド３３－５と接続されている。ゆえに、空気マニホールド３３－５から空気供給流路３２－６を介して空気室３１－６に空気が供給される。

バーナプレート１４ａＢには、燃料マニホールド４２として、燃料マニホールド４２－３と、燃料マニホールド４２－４と、燃料マニホールド４２－５と、燃料マニホールド４２－６とが形成される。燃料マニホールド４２－３、燃料マニホールド４２－４および燃料マニホールド４２－５は、それぞれバーナプレート１４ａＢの周方向に延在する円環形状を有する。燃料マニホールド４２－３は、バーナプレート１４ａＢに形成される複数の燃料マニホールド４２のうち、最も径方向外側に位置する。燃料マニホールド４２－４は、燃料マニホールド４２－３よりも径方向内側に位置する。燃料マニホールド４２－５は、燃料マニホールド４２－４よりも径方向内側に位置する。燃料マニホールド４２－６は、燃料マニホールド４２－５よりも径方向内側に位置する。燃料マニホールド４２－６は、バーナプレート１４ａＢの中心軸上に設けられ、例えば、球形状を有する。

各空気室３１－３は、燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２－３と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２－３から各空気室３１－３に水素が供給される。各空気室３１－４は、燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２－４と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２－４から各空気室３１－４に水素が供給される。各空気室３１－５は、燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２－５と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２－５から各空気室３１－５に水素が供給される。空気室３１－６は、燃料供給流路４１を介して燃料マニホールド４２－６と接続されている。ゆえに、燃料マニホールド４２－６から空気室３１－６に水素が供給される。

以上説明したように、燃焼システム１０Ｂは、上述した燃焼システム１０と同様に、燃焼室１３ｃと、燃焼室１３ｃ内に臨む噴射孔３１ａを有する筒状の空気室３１と、空気室３１と接続される燃料供給流路４１と、空気室３１の側面と接続される空気供給流路３２と、を備える。それにより、上述した燃焼システム１０と同様の効果が奏される。

特に、燃焼システム１０Ｂでは、上述した燃焼システム１０Ａと比較して、周方向に間隔を空けて設けられる複数の空気室３１のグループが、径方向に間隔を空けてより多く配置される。さらに、燃焼システム１０Ｂでは、上述した燃焼システム１０および燃焼システム１０Ａと異なり、バーナプレート１４ａＢの中心側にも空気室３１が配置される。それにより、空気室３１の数をさらに多くすることができるので、バーナプレート１４ａＢに供給される燃料をさらに多くの空気室３１に分散させることができる。ゆえに、各空気室３１において、燃料を空気とさらに効果的に混合することができる。よって、バーナ１４が高温の燃焼ガスに晒されることをさらに効果的に抑制できる。よって、バーナ１４を火炎からより効果的に保護することができる。さらに、ＮＯｘの発生もさらに抑制しやすくなる。

上記では、図８から図１０を参照して、空気室３１－３、空気室３１－４、空気室３１－５および空気室３１－６について説明した。ただし、空気室３１－３、空気室３１－４、空気室３１－５および空気室３１－６の数および配置は、図８から図１０の例に限定されない。例えば、複数の空気室３１－３、複数の空気室３１－４、および、複数の空気室３１－５は、それぞれ周方向に等間隔に設けられてもよく、周方向に不等間隔に設けられていてもよい。例えば、空気室３１－６は、バーナプレート１４ａＢの中心の近傍に設けられてもよく、その場合、空気室３１－６の数が複数であってもよい。

上記では、図２から図１０を参照して、１つの空気室３１に対して１つの空気供給流路３２が接続される例を説明した。ただし、１つの空気室３１に対して、複数の空気供給流路３２が接続されてもよい。以下、図１１から図１３を参照して、１つの空気室３１に対して、複数の空気供給流路３２が接続される各例について説明する。図１１から図１３の各々は、空気室３１と空気供給流路３２との接続関係の一例を示す図である。なお、以下で説明する空気室３１と空気供給流路３２との接続関係は、上述したバーナプレート１４ａ、バーナプレート１４ａＡおよびバーナプレート１４ａＢの何れに対しても適用され得る。

以下の図１１から図１３の各例では、空気室３１に対して径方向外側（図１１から図１３中の上側）および径方向内側（図１１から図１３中の下側）に、それぞれ空気マニホールド３３が配置されている。

図１１の例では、空気室３１は、２つの空気供給流路３２を介して径方向外側の空気マニホールド３３と接続されている。ゆえに、径方向外側の空気マニホールド３３から２つの空気供給流路３２を介して空気室３１に空気が供給される。各空気供給流路３２は、空気室３１の中心軸に対して偏心して空気室３１と接続されている。各空気供給流路３２は、屈曲している。

以上説明したように、図１１の例では、空気供給流路３２は、１つの空気室３１に接続される複数の流路（図１１の例では、２つの空気供給流路３２）を含む。それにより、空気室３１において、空気室３１の周方向に旋回する空気の旋回流をより均一に生じさせやすくなる。ゆえに、空気室３１において、燃料を空気とより効果的に混合できる。

特に、図１１の例では、空気室３１が、空気室３１に対して径方向外側の空気マニホールド３３、および、空気室３１に対して径方向内側の空気マニホールド３３のうちの一方のみと空気供給流路３２を介して接続される。ゆえに、隣り合う空気マニホールド３３の径方向の距離を小さくすることができる。よって、空気室３１の数をより多くすることができる。

図１２の例は、図１１の例に対して、空気室３１が、径方向外側の空気マニホールド３３に加えて、径方向内側の空気マニホールド３３にも、２つの空気供給流路３２を介して接続されるようにした例に相当する。このように、図１２の例では、空気室３１が、空気室３１に対して径方向外側の空気マニホールド３３、および、空気室３１に対して径方向内側の空気マニホールド３３のうちの両方と空気供給流路３２を介して接続される。ゆえに、空気室３１と接続される空気供給流路３２の数をより多くできる。よって、空気室３１において、空気室３１の周方向に旋回する空気の旋回流をさらに均一に生じさせやすくなる。図１２の例では、各空気供給流路３２は、直線状である。

図１３の例は、図１２の例に対して、各空気供給流路３２を屈曲させた例に相当する。各空気供給流路３２を屈曲させることによって、隣り合う空気マニホールド３３の径方向の距離を小さくしやすくなる。よって、空気室３１の数をより多くすることができる。さらに、屈曲の程度を調整すること等によって、空気室３１における空気の旋回流をさらに均一に生じさせやすくなる。

上記では、図１１から図１３を参照して、空気室３１と空気供給流路３２との接続関係の例を説明した。ただし、空気室３１と空気供給流路３２との接続関係は、上記の例に限定されない。例えば、空気室３１と接続される空気供給流路３２の数は、３つであってもよく、５つ以上であってもよい。例えば、径方向外側の空気マニホールド３３と接続される空気供給流路３２の数と、径方向内側の空気マニホールド３３と接続される空気供給流路３２の数とが互いに異なっていてもよい。例えば、空気室３１と接続される空気供給流路３２は湾曲していてもよい。例えば、空気室３１と接続される複数の空気供給流路３２の一部が屈曲または湾曲していてもよい。

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。

上記では、図２から図１０を参照して、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について説明した。ただし、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に対して、構成要素の変更、追加または削除等が適宜行われてもよい。例えば、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において、燃焼室１３ｃ側の面から燃焼室１３ｃと逆側の面まで貫通する複数の微細な貫通孔が追加されてもよい。それにより、燃焼器１３内の空間Ｓから当該貫通孔を通って燃焼室１３ｃに向けて空気が噴射される。ゆえに、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への火炎の接近を抑制できる。

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ー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。

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。

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。

本開示は、バーナを火炎から保護することに資するので、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」に貢献することができる。

１０：燃焼システム １０Ａ：燃焼システム １０Ｂ：燃焼システム 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 ３１：空気室 ３１－１：空気室 ３１－２：空気室 ３１－３：空気室 ３１－４：空気室 ３１－５：空気室 ３１－６：空気室 ３１ａ：噴射孔 ３２：空気供給流路 ３２－１：空気供給流路 ３２－２：空気供給流路 ３２－３：空気供給流路 ３２－４：空気供給流路 ３２－５：空気供給流路 ３２－６：空気供給流路 ４１：燃料供給流路 ４２：燃料マニホールド ４２－１：燃料マニホールド ４２－２：燃料マニホールド ４２－３：燃料マニホールド ４２－４：燃料マニホールド ４２－５：燃料マニホールド ４２－６：燃料マニホールド

Claims (6)

1. 燃焼室と、
   前記燃焼室内に臨む噴射孔を有する筒状の空気室と、
   前記空気室と接続される燃料供給流路と、
   前記空気室の側面と接続される空気供給流路と、
   を備え、
   複数の前記空気室が、前記燃焼室の周方向に間隔を空けて設けられ、
   前記複数の空気室、前記複数の空気室とそれぞれ接続される複数の前記燃料供給流路、および、前記複数の空気室の側面とそれぞれ接続される複数の前記空気供給流路が、前記燃焼室の端部を塞ぐバーナプレートに形成され、
   前記バーナプレートには、前記複数の空気供給流路の各々と接続され、前記周方向に延在する円環形状を有する空気マニホールドが設けられ、
   前記周方向に間隔を空けて設けられる前記複数の空気室のグループの１つに対して１つの前記空気マニホールドが、当該グループに対して前記燃焼室の径方向外側および径方向内側の一方側に設けられる、
   燃焼システム。
2. 前記空気供給流路は、前記空気室の中心軸に対して偏心して前記空気室と接続される、
   請求項１に記載の燃焼システム。
3. 前記空気室は、円筒形状を有する、
   請求項１に記載の燃焼システム。
4. 前記空気供給流路は、１つの前記空気室に接続される複数の流路を含む、
   請求項１に記載の燃焼システム。
5. 前記バーナプレートに、燃料マニホールドが形成される、
   請求項１に記載の燃焼システム。
6. 複数の前記グループが、前記燃焼室の径方向に間隔を空けて配置される、
   請求項１に記載の燃焼システム。

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