JPH0195224A - セラミック燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン用のセラミック燃焼器に係り、特
に長期間の連続運転を行なった場合でも内装したセラミ
ックタイルが強固に固定されるセラミック燃焼器に関す
る。

（従来の技術） 近年、発電用に使用されるガスタービンにおいては、そ
の回転間の冷却技術の進歩により熱効率の改善が進み、
入ロ燃焼ガス瀉瓜が約１３００℃に達するものも実用化
されている。このような′ｔｓＳ度の燃焼ガスを生成す
る燃焼器においては、高熱による構成部材の変成や腐食
に対処するために、材料技術面および冷却技術面で多（
の工夫が施されている。例えば、従来金属材料で形成さ
れていた燃焼器内筒を、より耐熱性にゆれたセラミック
で代替したセラミック燃焼器が実用化されている。

従来のセラミック燃焼器の構造は一般に第４図に例示す
る通りである。すなわち、セラミック燃焼器１は、金属
材料で円筒状に形成された燃焼器本体２の内面側に空気
流通用の環状空間３を介して多数のセラミックタイル４
を配し、筒状に配設されたセラミックタイル４の内面側
に燃焼室５が形成される。

各セラミックタイル４は、１辺が数１ないし数１０（：
ＩＩの長さを有し、耐熱性に優れたセラミック材料で板
状に形成される。また、セラミックタイル４には、環状
空間３から燃焼室５に空気を導入するための空気孔６が
穿設され、燃焼室５の一次側には燃料噴射弁７が設けら
れる。

また、セラミックタイル４を燃焼器本体２に固定する構
造は第５図に示す通りである。すなわち、燃焼器本体２
内面に縦横に支持部材８が突設され、その先端部両側に
は突起８ａが形成されている。

一方、各セラミックタイル４の縁部には、上記突起８ａ
に嵌合する嵌合溝４ａが形成される。各セラミックタイ
ル４は、支持部材８の突起８ａに嵌合溝４ａ＠遊嵌して
取付けられる。遊嵌状態において突起８ａと嵌合溝４ａ
との間には、若干の間ｌ！ｉＡが設けられる。

各セラミックタイル４は環状空間３内に配設された板ば
ね９の押圧力によって所定位置に保持される。

上記構成のセラミック燃焼器１（第４図）において、燃
料噴射弁７から燃焼室５内に噴射された燃料は、空気孔
６から供給された空気と混合して燃焼する。生成した高
温度の燃焼ガスは、セラミック燃焼器１の下流側に設け
たガスタービン（図示せず）に導入される。

高温度の燃焼ガスに直接＠露されるセラミックタイル４
と、セラミックタイル４を保持する燃焼器本体２との間
に生じた熱膨張差による変位は、第５図に示す突起８ａ
と嵌合溝４ａとの間に設けた間Ｆ１ｉＡによって吸収さ
れる。

また間隙Ａを設けたことによって運転時に発生するセラ
ミックタイル４の振動は、環状空間３部に配設された板
ばね９によって抑止される。すなわち、板ばね９はセラ
ミックタイル４を常に燃焼室５ｆｔＮに押圧し、所定位
置に拘束保持する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のセラミック燃焼器においては、生
成する燃焼ガスの温度は最高で１３００℃に達し、その
燃焼ガスに直接接触するセラミックタイルおよびそのセ
ラミックタイルに接触して押圧固定する板ばねの温度も
ほぼ同程度の温度に達する。したがって、通常の金属材
料では上記高温度に耐えないため、板ばねの材料として
は耐熱性に優れたセラミックスが採用される。

そのため、板ばねの耐熱特性は十分に発揮されるが、弾
性部材としての強度が小さく、わずかな衝撃で割れを生
じ、ばねとしての機能を喪失する場合がある。そして、
板ばねの押圧力によって固定されていたセラミックタイ
ルが押圧力を失い、遊嵌部において振動を発生し、損壊
するおそれがある。すなわち、従来のセラミック製の板
ばねでは長期間にわたってばね機能を維持することが困
難であり、信頼性が低く、実用化にあたって解決すべき
問題点となっていた。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、燃焼ガスの温度の影響を低減し、板ばねのばね機
能を長期間にわたって維持することにより、内装したセ
ラミックタイルが強固に固定されるセラミック燃焼器を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、燃焼器本体内面に突設した支持部材にセラミ
ックタイルの縁部を遊嵌し、燃焼器本体とセラミックタ
イルとの間に配設した板ばねの押圧力をセラミックタイ
ルに作用せしめてセラミックタイルを所定位置に弾性支
持するセラミック燃焼器において、金属部材で波状に曲
折した板ばねの頂部に断熱材を被着した凹陥溝を形成す
るとともに上記凹陥溝にセラミックコラムを配設し、上
記板ばねの押圧力をセラミックコラムを介してセラミッ
クタイルに作用せしめることを特徴とする。

（作用） 上記構成のセラミック燃焼器によれば、波状に曲折して
形成した板ばねの頂部にさらに断熱材を被着した凹陥溝
を形成し、凹陥溝にセラミックコラムを配設し、板ばね
の押圧力を断熱材およびセラミックコラムを介してセラ
ミックタイルに作用せしめているため、高温度の燃焼ガ
スに接したセラミックタイルから板ばねへの熱移動が断
熱材およびセラミックコラムによって遮断される。

したがって、板ばねは高８！度に過熱されるおそれがな
いため、通常の金属材料によって形成することができる
。さらに、金属材料で形成した板ばねは弾性部材として
の強度および耐゛久性が優れ、大きな押圧力を長期間に
わたって維持することができる。したがって、セラミッ
ク燃焼器内面に配設したセラミックタイルを強固に固定
することが可能となり、運転時におけるセラミックタイ
ルの振動による損壊を防止し、信頼性の高いセラミック
燃焼器を提供することができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係るセラミック燃焼器の一実施
例を示す部分断面図である。本発明のセラミック燃焼Ｂ
１は燃焼器本体２とセラミックタイル４との間に配設し
た板ばね９の構成に主たる特徴を有する。したがうて、
第５図に示す従来例と同一構成要素には同一符号を付し
てその詳細な説明は省略する。

本実施例のセラミック燃焼器は、燃焼器本体２の内面に
突設した支持部材８の突起８ａにセラミックタイル４の
嵌合溝４ａを遊嵌して構成される。

燃焼器本体２とセラミックタイル４との間には、金属部
材で形成された板ばね９が配設される。板ばね９は、波
状に曲折して形成され、その頂部に凹陥溝１０が形成さ
れ、凹陥Ｗ４１０の内面部には、例えばセラミックスフ
ァイバから成るセラミックスウールまたはセラミックス
ペーパーなどが断熱材１１として被着される。

さらに、断熱材１１を被着した凹陥溝１０には、円柱状
のセラミックコラム１２が配設される。セラミックコラ
ム１２は、例えば炭化硅素セラミックスまたはアルミナ
を代表とする酸化物系のセラミックスから調製される。

またセラミックコラム１２は、第２図に例示するように
短尺に成形された複数のセラミックコラム要素１２ａを
凹陥溝１０に沿って連設して構成する。セラミックコラ
ム要素１２ａの長さしは３〜５０履、また直径りは３〜
２０層の範囲が適切であり、セラミックタイルの仕様に
応じて適宜選定される。なお、取付けるセラミックタイ
ルが小型であり、板ばね９の長さが短い場合は、１本の
セラミックコラムで構成してもよい。

さらに、第１図に示すように板ばね９の凹陥溝１０は、
燃焼器本体２に穿設された冷却空気孔１３に対向して配
置される。

本実施例のセラミック燃焼器１によれば、高温度の燃焼
ガスに接し加熱されたセラミックタイル４を燃焼室５側
に押圧する板ばね９は、直接セラミックタイル４に接触
しない。すなわち、板ばね９の押圧力は断熱材１１およ
びセラミックコラム１２を介して接点１４においてセラ
ミックタイル４に伝達される。

したがって、接点１４における伝熱面積が小さく、また
セラミックタイル４から板ばね９への熱移動がセラミッ
クコラム１２および断熱材１１によって遮断されるため
、板ばね９が過熱されるおそれがない。

一方、環状空間３には常に空気が流通しており、さらに
板ばね９の凹陥溝１０に対向して冷却空気孔１３が穿設
されているため、板ばね９は流入する空気流１５によっ
てより効率的に冷却される。

ちなみに、燃焼ガス温度が１３００℃の場合においても
、板ばね９の温度は５００℃程度に保持される。

したがって、板ばね９は通常の金属材料で調製すること
が可能となり、金属材料で形成した板ばね９は、弾性部
材としての強度および耐久性が侵れ、大きな押圧力を長
期間にわたって維持できる。

したがって、セラミックタイル４を強固に固定すること
が可能となり、セラミックタイル４の振動による損壊を
防止し、板ばね９の交換頻度を低減して保守管理を容易
にし、信頼性の高いセラミック燃焼器を提供することが
できる。

また、セラミックコラム１２は、高融点を有し耐熱性に
優れた炭化硅素セラミックスまたは酸化物系のセラミッ
クスで調製されているため、接点１４において１３００
℃程度の最高使用温度に過熱された場合においても、セ
ラミックタイル４との融着を生じたり、または酸化によ
って腐食を生じることがない。

さらに、第２図に示すようにセラミックコラム１２を短
尺に成形された複数のセラミックコラム要素１２ａを連
設して構成することもできる。

この場合、高温度に過熱された場合でも、各セラミック
コラム要素１２ａ内に発生する熱応力は低く抑制される
ため、セラミックコラム自体が破壊されることがなく、
運転時における信頼性が向上する。

また、他の実施例として第３図に示すように、配設する
板ばね９に形成する凹陥溝１０の配設ピッチを半減して
構成することもできる。

この場合、板ばね９のスパンが短縮されるため押圧力が
強化される上に、１枚のセラミックタイル４に対して２
か所から同時に押圧する構造となり、セラミックタイル
４の固定強度が大幅に増加する。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係るセラミック燃焼器によれ
ば、板ばねはセラミックタイルに直接接触甘ず、セラミ
ックタイルに線接触するセラミックコラムおよび断熱材
を介して押圧力をセラミックタイルに伝達している。そ
のため、セラミックタイルから板ばねへの熱移動が遮断
され、板ばねは高温度に過熱されるおそれがない。

したがって、板ばねは通常の金属材料によって形成する
ことが可能となり、さらに金属材料で形成した板ばねは
弾性部材としての強度および耐久性に優れ、大きな押圧
力を長期間にわたって維持することができる。故に、セ
ラミックタイルを強固に固定することが可能となり、板
ばねの機能が長期間保持され、セラミックタイルが振動
によって損傷することが防止されるため、セラミック燃
焼器の信頼性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミック燃焼器の一実施例を示
す部分断面図、第２図は第１図における板ばね部を拡大
して示す斜視図、第３図は本発明の他の実施例を示す部
分断面図、第４図はセラミック燃焼器の構造を示す断面
図、第５図は第４図におけるｖ−■矢視所面図である。 １・・・セラミック燃焼器、２・・・燃焼器本体、３・
・・環状空間、４・・・セラミックタイル、４ａ・・・
嵌合溝、５・・・燃焼室、６・・・空気孔、７・・・燃
料噴射弁、８・・・支持部材、８ａ・・・突起、９・・
・板ばね、１０・・・凹陥溝、１１・・・断熱材、１２
・・・セラミックコラム、１２ａ・・・セラミックコラ
ム要素、１３・・・冷却空気孔、１４・・・接点、１５
・・・空気流、Ａ・・・間隙。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼器本体内面に突設した支持部材にセラミックタ
   イルの縁部を遊嵌し、燃焼器本体とセラミックタイルと
   の間に配設した板ばねの押圧力をセラミックタイルに作
   用せしめてセラミックタイルを所定位置に弾性支持する
   セラミック燃焼器において、金属部材で波状に曲折した
   板ばねの頂部に断熱材を被着した凹陥溝を形成するとと
   もに上記凹陥溝にセラミックコラムを配設し、上記板ば
   ねの押圧力をセラミックコラムを介してセラミックタイ
   ルに作用せしめることを特徴とするセラミック燃焼器。 ２、セラミックコラムは、短尺に成形された複数のセラ
   ミックコラム要素を連設してなる特許請求の範囲第１項
   記載のセラミック燃焼器。 ３、板ばねの凹陥溝は、燃焼器本体に穿設された冷却空
   気孔に対向して配置された特許請求の範囲第１項記載の
   セラミック燃焼器。