JPH0370129B2 - - Google Patents

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ツク燃焼器に
係り、特に長期間の連続運転を行なつた場合でも
内装したセラミツクタイルが強固に固定されるセ
ラミツク燃焼器に関する。

（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、その回転翼の冷却技術の進歩により熱効率
の改善が進み、入口燃焼ガス温度が約1300℃に達
するものも実用化されている。このような高温度
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くの工夫が施され
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、より耐熱性に優れたセラミツクで
代替したセラミツク燃焼器が実用化されている。

従来のセラミツ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、セラミツク燃
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
て多数のセラミツクタイル４を配し、筒状に配設
されたセラミツクタイル４の内面側に燃焼室５が
形成される。

各セラミツクタイル４は、１辺が数cmないし数
10cmの長さを有し、耐熱性に優れたセラミツク材
料で板状に形成される。また、セラミツクタイル
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、セラミツクタイル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が穿設
され、その先端部両側には突起８ａが形成されて
いる。

一方、各セラミツクタイル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
セラミツクタイル４は、支持部材８の突起８ａに
嵌合溝４ａを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
間隙Ａが設けられる。

各セラミツクタイル４は環状空間３内に配設さ
れた板ばね９の押圧力によつて所定位置に保持さ
れる。

上記構成のセラミツク燃焼器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
ツク燃焼器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曝露されるセラミツク
タイル４と、セラミツクタイル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
た間隙Ａによつて吸収される。

また間隙Ａを設けたことによつて運転時に発生
するセラミツクタイル４の振動は、環状空間３部
に配設された板ばね９によつて抑止される。すな
わち、板ばね９はセラミツクタイル４を常に燃焼
室５側に押圧し、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、従来のセラミツク燃焼器におい
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ツクタ
イルおよびそのセラミツ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。したがつて、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
優れたセラミツクスが採用される。

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つて固
定されていたセラミツ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、従来のセラミツク製の板ばねで
は長期間にわたつてばね機能を維持することが困
難であり、信頼性が低く、実用化にあたつて解決
すべき問題点となつていた。

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つて維持するこ
とにより、内装したセラミツクタイルが強固に固
定されるセラミツ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
にセラミツクタイルの縁部を遊嵌し、燃焼器本体
とセラミツクタイルとの間に配設した板ばねの押
圧力をセラミツクタイルに作用せしめてセラミツ
クタイルを所定位置に弾性支持するセラミツク燃
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ツクコラムを配設し、上
記板ばねの押圧力をセラミツクコラムを介してセ
ラミツクタイルに作用せしめることを特徴とす
る。

（作用） 上記構成のセラミツク燃焼器によれば、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、凹陥溝にセラミツクコ
ラムを配設し、板ばねの押圧力を断熱材およびセ
ラミツクコラムを介してセラミツクタイルに作用
せしめているため、高温度の燃焼ガスに接したセ
ラミツクタイルから板ばねへの熱移動が断熱材お
よびセラミツクコラムによつて遮断される。

したがつて、板ばねは高温度に過熱されるおそ
れがないため、通常の金属材料によつて形成する
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ひ耐久性が優れ、
大きな押圧力を長期間にわたつて維持することが
できる。したがつて、セラミツク燃焼器内面に配
設したセラミツ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ツクタイルの
振動による損壊を防止し、信頼性の高いセラミツ
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ツク
燃焼器の一実施例を示す部分断面図である。本発
明のセラミツク燃焼器１は燃焼器本体２とセラミ
ツクタイル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。したがつて、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。

本実施例のセラミツク燃焼器は、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
ツクタイル４の嵌合溝４ａを遊嵌して構成され
る。

燃焼器本体２とセラミツクタイル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、凹陥溝１０の内面
部には、例えばセラミツクフアイバから成るセラ
ミツクスウールまたはセラミツクスペーパーなど
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、円柱状のセラミツクコラム１２が配設され
る。セラミツクコラム１２は、例えば炭化硅素セ
ラミツクスまたはアルミナを代表とする酸化物系
のセラミツクスから調製される。

またセラミツクコラム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ツクコラ
ム要素１２ａを凹陥溝１０に沿つて連設して構成
する。セラミツクコラム要素１２ａの長さＬは３
〜50mm、また直径Ｄは３〜20mmの範囲が適切であ
り、セラミツクタイルの仕様に応じて適宜選定さ
れる。なお、取付けるセラミツクタイルが小型で
あり、板ばね９の長さが短い場合は、１本のセラ
ミツ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１
３に対向して配置される。

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

したがつて、接点１４における伝熱面積が小さ
く、またセラミツクタイル４から板ばね９への熱
移動がセラミツクコラム１２および断熱材１１に
よつて遮断されるため、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によつ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。

したがつて、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優
れ、大きな押圧力を長期間にわたつて維持でき
る。したがつて、セラミツクタイル４を強固に固
定することが可能となり、セラミツクタイル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
ミツク燃焼器を提供することができる。

また、セラミツクコラム１２は、高融点を有し
耐熱性に優れた炭化硅素セラミツクスまたは酸化
物系のセラミツ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、セラミツクタイル４との融
着を生じたり、または酸化によつて腐食を生じる
ことがない。

さらに、第２図に示すようにセラミツクコラム
１２を短尺に成形された複数のセラミツクコラム
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
ラミツクコラム要素１２ａ内に発生する熱応力は
低く抑制されるため、セラミツクコラム自体が破
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
ツ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枚のセラミツクタイ
ル４に対して２か所から同時に押圧する構造とな
り、セラミツクタイル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ツク燃焼
器によれば、板ばねはセラミツクタイルに直接接
触せず、セラミツクタイルに線接触するセラミツ
クコラムおよび断熱材を介して押圧力をセラミツ
クタイルに伝達している。そのため、セラミツク
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。

したがつて、板ばねは通常の金属材料によつて
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つて維持
することができる。故に、セラミツクタイルを強
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、セラミツクタイルが振動によつ
て損傷することが防止されるため、セラミツク燃
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ツク燃焼器の一実
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
ツク燃焼器の構造を示す断面図、第５図は第４図
における−矢視断面図である。 １……セラミツク燃焼器、２……燃焼器本体、
３……環状空間、４……セラミツクタイル、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……セラミツクコラム、１２ａ……セラ
ミツクコラム要素、１３……冷却空気孔、１４…
…接点、１５……空気流、Ａ……間隙。

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
   ツクタイルの縁部を遊嵌し、燃焼器本体とセラミ
   ツクタイルとの間に配設した板ばねの押圧力をセ
   ラミツクタイルに作用せしめてセラミツクタイル
   を所定位置に弾性支持するセラミツク燃焼器にお
   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
   凹陥溝にセラミツクコラムを配設し、上記板ばね
   の押圧力をセラミツクコラムを介してセラミツク
   タイルに作用せしめることを特徴とするセラミツ
   ク燃焼器。 ２ セラミツクコラムは、短尺に成形された複数
   のセラミツクコラム要素を連設してなる特許請求
   の範囲第１項記載のセラミツク燃焼器。 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項記載のセラミツク燃焼器。