JPH02233908A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービンにおける燃焼器ライナー及び尾
簡の耐熱性を向上し、燃焼器壁面温度の冷却性の向上、
及び燃焼器の冷却空気を削減するに好適な燃焼器及びそ
の冷却方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の燃焼器においては、特開昭５９−１５７２７号公
報、及び特開昭６２−５０２１号公報に記載のように、
前者では内周側にセラミックタイルと外周側に金属筒を
設け、タイルは金属筒にセラミックス等からなる固定具
によりタイルの最外境界縁の全体あるいは一部において
固定支持される構造となっていた．一方、後者では燃焼
器の最内周をセラミック繊維製燃焼筒で形成し、燃焼筒
を外周に配置された金属製包囲壁に固定支持する構造に
なっていた． タイル方式は、セラミックタイルにこのタイルの固定支
持に伴う熱応力の発生とセラミックタイル周囲の熱的環
境が適切でないため，タイルの燃焼ガス側表面は燃焼ガ
スによる昇温を受け，一方，裏面は冷却空気による冷却
を受けるとりうタイルへの熱負荷に対する十分な配慮が
なされておらず，タイルに発生する熱応力による強度信
頼性の低下の問題があった．すなわち、セラミックタイ
ルは表・裏面において加熱・冷却され、板厚方向に熱応
力の発生があるばかりでなく、タイルの固定支持部は固
定支持具との接触によりその接触面で冷却され，特に接
触部においてタイル面内に大きな温度勾配が発生し、こ
れに起因した熱応力が誘起される．また、比較的低温の
固定支持具との接触は、タイルの外周辺に位置するため
、タイル全体は中央部が高温で周辺が比較的低温になる
結果、タイル内部゜にも熱変形に伴う熱応力の発生が考
えられる． 繊維製燃焼筒方式では前記セラミックタイルの代りにセ
ラミック織布を利用することによって，高い耐熱性と信
頼性を得ようとするものである。

本方式では、繊維製燃焼筒に直接燃焼ガスが接するため
，セラミック繊維製の織布に冷却空気を微細な空隙を通
じて僅かに燃焼筒内にしみ出すようにして燃焼筒を冷却
するとともに、燃焼ガスが燃焼簡の壁内に流入するのを
防止する構造となっている．しかし、この従来技術は繊
維製燃焼簡に一様に冷却空気が流入し、しみ出し冷却が
常に十分に達成されない場合は、直接燃焼ガスに曝され
る最内周側の耐熱織布が部分的にその耐熱温度以上に加
熱され、直ちに酸化劣化等により破損を招くという問題
があった． 第１６図に示されるタイル方式では、適当な大きさのセ
ラミックタイル４が保持具３と押しロッド９によって金
属枠２に固定された構造となっている．このときのセラ
ミックタイル４は第１７図に示されるように比較的厚い
平板状で、溝部４ｂの部分で保持具３により固定支持さ
れているため、前述のように、セラミックタイル４で温
度分布の変化が生じ大きな熱応力の発生が避けられない
．第１８図〜第２１図には耐熱繊維筒よりなる構造が示
されるが、繊維筒１１に燃焼空気孔１３が設けられてお
り，金属筒１２にも同じ位置に空気流入孔１３が穿設さ
れている．この繊維筒１１は金属筒１２にボルト等（図
示せず）により固定支持されている。繊維筒１１は直接
燃焼ガス流１６に曝されるため、金属筒１２に設けられ
ている多数の冷却空気孔１４群から導入された冷却空気
１７を図示するように、繊維筒１１の厚さ方向に流通さ
せ、繊維筒１１の冷却と筒内の燃焼ガス流の筒外への流
出を防止している。この繊維筒１１は耐熱性セラミック
ファイバよりなる織物を多数枚巻いて（あるいは重ねて
）Ｙ３．成されているが、この冷却空気１７が不十分に
なると、繊維筒１１を形成する織物の最内周側のセラミ
ックファイバが高温に曝されることにより酸化あるいは
劣化し，破損するなどの問題を生じていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の燃焼器及びその冷却方法にあっては、タイル方式
はタイルの板厚方向のみならず，中央部と周辺部との間
に温度差があって熱応力が発生しており、繊維製燃焼筒
方式は燃焼筒が一様に冷却されず、局部的に加熱、酸化
されて劣化し、破損を招く問題点があった． 本発明の目的は，耐熱材料で形成した耐熱タイルに発生
する熱応力を低減し、かつ耐熱繊維で形成した耐熱織布
の部分的な酸化や劣化を防止できる耐熱性能と強度信頼
性を向上した燃焼器及びその冷却方法を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本発明に係る燃焼器は，金
属筒の内面に耐熱部材を固定し，耐熱部材及び金属筒の
それぞれに燃焼空気及び冷却空気の流通手段を備えた燃
焼器において、耐熱部材は、耐熱繊維で形成した耐熱織
布と耐熱材料で形成した耐熱タイルとからなり、耐熱タ
イルは耐熱織布を介して内面に固定されるように構成さ
れている。

また耐熱タイルの一辺を金属内筒の円周を４分割した長
さ以下に形成した構成とする。

さらに耐熱タイルをセラミック焼結体又はセラミックフ
ァイバ入りセラミック複合材料で形成した構成とし、耐
熱夕．イルに多数の孔を穿設又は耐熱タイルをハニカム
状に形成するものとする。

そして耐熱タイルは耐熱ボルトにより金属筒に固定され
ている構成とする。

また金属筒の内面に耐熱部材を固定し，耐熱部材及び金
属筒のそれぞれに燃焼空気及び冷却空気の流通手段を備
えた燃焼器の冷却方法においては、耐熱部材を耐熱織布
と耐熱タイルとにより形成し、金属筒に穿設した冷却空
気孔を経由して冷却空気を導入し、冷却空気を耐熱織布
の織目を通して流通し、耐熱タイルの周囲，境界又は耐
熱タイルに穿設した冷却空気孔を通して耐熱タイルの内
面に冷却空気を滲み出させるように構成される。

〔作用〕

本発明によれば，燃焼器の金属筒の内面に耐熱織布を介
して耐熱タイルを固定することによって、耐熱織布は直
接燃焼ガスに曝されない。

そして金属筒の冷却空気孔を通して流入した冷却空気は
耐熱織布内を一様に流通し、耐熱タイルの周囲等からそ
の内面に滲み出す．一方、比較的脆い耐熱タイルは耐熱
織布をクッションとして金居筒に固定されるため、固定
の際の機械的な力が緩和されるとともに耐熱タイルの熱
変形が吸収され、燃焼器全体の燃焼振動もダンピングさ
れる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明する。

第１図に示されるように、金属筒２１の内面にｍ熱部材
を固定し、耐熱部材及び金属筒２１のそれぞれに燃焼空
気及び冷却空気の流通手段を備えた燃焼器において、耐
熱部材は、耐熱繊維で形成した耐熱織布２２と耐熱材料
で形成した耐熱タイル２３とからなり、耐熱タイル２３
は耐熱織布２２を介して内面に固定された構成である。

第１図に示される実施例では、金属筒２１の内周部に耐
熱織布２２が金属筒２１に沿って配置され、耐熱織布２
２は耐熱タイル２３及び耐熱ボルト製の結合具２４によ
って金属筒２１に抑圧固定される．第２図に本発明にな
る燃焼器の一部の概念図が示される。本実施例では耐熱
タイル２３は六角形タイルとしている．本発明では特に
詳しく言及しないが、燃焼器には燃焼空気流入孔２５が
必要であり、その燃焼空気流入孔２５は耐熱タイル２３
の一部を切欠くことにより形成できる。耐熱タイルの具
体的な一実施例が第４図及び第５図に示される．六角形
状の耐熱タイル２３に多数の孔２６を設けるか又はハニ
カム状に形成してある。

もちろん、この孔２６の配列は種々選択が可能であり，
他の実施例が第７図及び第８図ｂｉ示される。

耐熱タイル２３は円筒形状の一部を形成し、かつ全体は
長方形をなしている．第４図〜第８図の耐熱タイル２３
のほぼ中央に設けられた固定孔２７は耐熱タイル２３を
金属筒２１に固定具２４を介して固定するためのもので
ある。この状況が第９図に具体的に示される。耐熱織布
２２は耐熱タイル２３を介して結合具２４により金属筒
２１に押圧固定される．金属筒２１に設けられた冷却空
気孔３０は冷却空気の取入れ用のものである。

第１０図に燃焼空気流入孔２５部における耐熱タイルの
形状例が示される．耐熱タイル２３の一辺を，少くとも
その円周を４分割した長さに形成し、四隅に４枚並べて
中央の部分に内孔、すなわち燃焼空気流入孔２５を形成
する。第１２図に燃焼器壁における耐熱タイル、金属内
筒、及び耐熱織布の配置の他の実施例が示される。第９
図に示される実施例と異なり、金属筒２１と耐熱織布２
２の間にさらに金属内筒２８を配置し、金應内筒２８と
金属筒２１との間に空隙２９を設けたものである．金属
筒２１に開けられた冷却空気孔３０より導入された冷却
空気は、まず空隙２９に導かれ、しかる後金属内筒２８
に設けられた多数の小孔３１を通して耐熱織布２２に至
り、その後耐熱タイルに設けられた孔２６及び隣り合う
耐熱タイル２３間の隙間より燃焼ガス流３２中へ放出さ
れる。

第１３図に他の実施例が示される。第１２図の実施例と
異なり，耐熱タイル２３に冷却空気孔が設けられておら
ず，冷却空気はもっぱら隣り合う耐熱タイル２３の隙間
３３より燃焼ガス流３２中へ放出される構造である．も
う一つの他の実施例が第１４図に示されるが、本実施例
では金属筒２１の冷却空気孔３０から流入した冷却空気
は空隙２９に導かれた後，金属内筒２８の小孔３１を通
って耐熱織布２２の織目間を流通して耐熱タイル２３に
設けた空間３４に至る。空間３４に満たされた冷却空気
はその後隙間３３より燃焼ガス流３２中へ放出される構
造となっている。耐熱タイル２３の概観が第１５図に示
される。

本発明は、タイル方式と繊維製燃焼筒方式との長所、す
なわちタイル方式では燃焼ガスに直接曝される部分に耐
熱性に優れたセラミックタイル（耐熱タイル）が配置さ
れており、一方繊維製燃焼筒方式では熱変形に対する破
壊強度に優れたセラミック繊維（耐熱繊維）が主要な役
割を果たしているという特徴をそれぞれ活かし、さらに
セラミックタイルに発生する熱応力の低減と、セラミッ
ク繊維の酸化による劣化を防止するために、燃焼ガスに
直接曝される燃焼器の最内周の部材として耐熱無機材料
（例えばセラミックス燃焼体又はセラミックファイバ複
合材料）、その外周囲に耐熱繊維よりなる謝熱織布を配
置し耐熱無機材料を柔に固定支持する構造とし、全体を
最外周に設けた金属筒により支持する構造としたもので
ある。

さらに、耐熱繊維の耐熱性を保証するため耐熱織布の織
目に冷却空気を流通させたものである。

また，燃焼ガスに直接曝される耐熱無機材料からなる部
材にその熱応力の低減のために多数の孔を設け、その部
材の温度が一様になるように、かつ耐熱繊維の耐熱織布
内を流通する冷却空気が滞留することなく燃焼ガス流中
に放出させるようにしたものである． また、強度信頼性に関しては、耐熱タイルに発生する応
力が基本的に熱応力であるため，多孔板（あるいはハニ
カム）では発生熱ひずみが孔の効果により解放され熱応
力の低減が可能で、同じ耐熱材料の耐熱タイルであって
も実質的に信頼性が高くなる．さらに多孔板（あるいは
ハニカム）では、万一耐熱タイルの１部にき裂が発生し
た場合、き裂が進展し・て孔に到達するとき裂が停止す
るばかりでなく、熱ひずみエネルギーも解放されるとい
う効果がある． 〔発明の効果〕 本発明によれば、燃焼器の内面に耐熱織布を介して耐熱
タイルを固定しかつ耐熱織布を通して冷却空気を流通す
るため、耐熱性能が向上し冷却空気を大幅に削減できる
。その結果、燃焼空気の利用率が増大して石炭ガス化燃
料使用の場合有利となる。耐熱性の向上は高負荷燃焼を
可能とし、低Ｎ　Ｏ　ｘ化を自在に行える二次的な効果
も得られる。

また耐熱タイルを多孔状に形成するため、その応力が緩
和されるとともに、き裂が発生してもき裂を停止させる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図〜第４
図は第１図の耐熱タイルの一実施例を示す図、第５図は
第４図の■・■断面図、第６図は第４図の一部拡大図、
第７図及び第８図は耐熱タイルの他の実施例を示す図、
第９図は本発明の他の実施例を示す一部断面図，第１０
図及び第１１図は耐熱タイルの他の実施例を示す図、第
１２図〜第１４図は本発明の他の実施例を示す一部断面
図、第１５図は耐熱タイルの他の実施例を示す斜視図、
第１６図は従来の技術を示す平面断面図、第１７図は従
来の技術のセラミックタイルを示す斜視図、第１８図は
従来の技術を示す縦断面図、第１９図及び第２０図は第
１８図の平面断面図、第２１図は従来の技術の斜視図で
ある。 ２１・・・金属筒，　　２２・・・耐熱織布，２３・・
・耐熱タイル、２５・・・吸入空気孔（燃焼空気孔）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属筒の内面に耐熱部材を固定し、該耐熱部材及び
   前記金属筒のそれぞれに燃焼空気及び冷却空気の流通手
   段を備えた燃焼器において、前記耐熱部材は、耐熱繊維
   で形成した耐熱織布と耐熱材料で形成した耐熱タイルと
   からなり、該耐熱タイルは前記耐熱織布を介して前記内
   面に固定されたことを特徴とする燃焼器。 ２、耐熱織布の外周に金属内筒を設け、多数の小孔を穿
   設した該金属内筒の外周と金属筒の内周との間に空隙を
   設けたことを特徴とする請求項１記載の燃焼器。 ３、耐熱タイルの一辺を金属内筒の円周を４分割した長
   さ以下に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載
   の燃焼器。 ４、耐熱タイルをセラミック焼結体又はセラミックファ
   イバ入りセラミック複合材料で形成したことを特徴とす
   る請求項１、２又は３記載の燃焼器。 ５、耐熱タイルに多数の孔を穿設又は該耐熱タイルをハ
   ニカム状に形成したことを特徴とする請求項１、２、３
   又は４記載の燃焼器。 ６、耐熱タイルは耐熱ボルトにより金属筒に固定されて
   いることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の燃
   焼器。 ７、金属筒の内面に耐熱部材を固定し、該耐熱部材及び
   前記金属筒のそれぞれに燃焼空気及び冷却空気の流通手
   段を備えた燃焼器の冷却方法において、前記耐熱部材を
   耐熱織布と耐熱タイルとにより形成し、前記金属筒に穿
   設した冷却空気孔を経由して冷却空気を導入し、該冷却
   空気を前記耐熱織布の織目を通して流通し、前記耐熱タ
   イルの周囲、境界又はその耐熱タイルに穿設した冷却空
   気孔を通して該耐熱タイルの内面に前記冷却空気を滲み
   出させることを特徴とする燃焼器の冷却方法。