燃焼器の冷却構造
【課題】冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる燃焼器の冷却構造の提供。
【解決手段】燃焼器３の冷却構造であって、複数のインピンジ冷却孔２１は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出する複数のノズル２２のそれぞれに設けられており、間隙Ｓにおいて、内壁部３０から外壁部２０に向かって、ノズル２２と内壁部３０との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部４０ａが、間隙Ｓにおいて、内壁部３０の表面に沿う冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材４０を有し、堰部材４０は、上記流通方向において、ノズル２２を１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているという構成を採用する。
【解決手段】燃焼器３の冷却構造であって、複数のインピンジ冷却孔２１は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出する複数のノズル２２のそれぞれに設けられており、間隙Ｓにおいて、内壁部３０から外壁部２０に向かって、ノズル２２と内壁部３０との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部４０ａが、間隙Ｓにおいて、内壁部３０の表面に沿う冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材４０を有し、堰部材４０は、上記流通方向において、ノズル２２を１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器の燃焼領域を形成し高温の燃焼ガスに曝される壁部を、その材料・構造上の使用可能な温度条件まで冷却する方法の一つとして、インピンジメント冷却（impingement cooling）方式がある（特許文献１参照）。本方式は、上記壁部を、複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部と、該外壁部と間隙をあけて配置される内壁部と、を備える二重壁構造とし、燃焼器の内外の差圧を利用して、インピンジ冷却孔から冷却用流体を内壁部に向けて噴射・衝突させることで、燃焼ガスに曝される側に配置される内壁部を冷却する構成となっている。特許文献１では、さらに、内壁部に複数のフィルム冷却孔を形成し、薄膜冷却（film cooling）方式と上記インピンジメント冷却方式とを併せ持つ冷却方式を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インピンジ冷却孔を介して導入された冷却用流体は、内壁部に衝突した後、外壁部と内壁部との間隙において、内壁部の表面に沿って流通する。当該内壁部の表面に沿って流通する冷却用流体は、内壁部にフィルム冷却孔が形成されている場合、その一部がフィルム冷却孔を介して燃焼領域に流出するが、残部は、燃焼領域に流出することなく内壁部の表面に沿ってその冷却用流体の流通方向下流側（例えば、上記特許文献１の場合、燃焼ガスの流動方向下流側と同一側）に流通することとなる。
しかしながら、この内壁部の表面に沿って流通する冷却用流体の流れが、その流通方向下流側で内壁部をインピンジ冷却する冷却用流体の流れと衝突（所謂、クロスフロー）して当該冷却を阻害し、当初予定していた冷却性能を発揮できない場合や、冷却性能に偏りが生じて局所的な冷却ムラを招く場合がある。また、この現象は、インピンジ冷却孔の数が増加するにつれてその傾向が高くなる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる燃焼器の冷却構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、燃焼領域を形成する内壁部と、該内壁部と間隙をあけて且つ上記内壁部を挟んで上記燃焼領域と逆側に配置される外壁部と、上記外壁部に設けられ、上記外壁部の外部を流通する冷却用流体を上記間隙に導入して上記内壁部を冷却する複数のインピンジ冷却孔と、を有する燃焼器の冷却構造であって、上記複数のインピンジ冷却孔は、上記間隙において、上記外壁部から上記内壁部に向かって突出する複数のノズルのそれぞれに設けられており、上記間隙において、上記内壁部から上記外壁部に向かって、上記ノズルと上記内壁部との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部が、上記間隙において、上記内壁部の表面に沿う上記冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材を有し、上記堰部材は、上記流通方向において、上記ノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているという構成を採用する。
【０００７】
この構成を採用することによって、本発明では、インピンジ冷却孔を上記間隙において外壁部から内壁部に向かって突出するノズルに設けることで、上記間隙においてインピンジ冷却する冷却用流体が流れる距離を短くする。そして、上記間隙において内壁部から外壁部に向かって立設する堰部材を設けて、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部で阻止する。堰部材は、ノズルと内壁部との間の離間距離より大きく立設しているので、内壁部表面に沿う冷却用流体の流れが堰部材を乗り越えても、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとなるので、この堰部材の下流側に配置されているノズルによるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材は、上記流通方向においてノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを複数に区画でき、クロスフローによる影響をその区画毎に分散させて小さくすることができる。
【０００８】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられており、上記堰部材の側面部は、上記内壁部から離間するに従って上記流通方向上流側に向かって傾斜しているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、堰部材の側面部が上記流通方向上流側に向かって傾斜しているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、上記挟んだ位置の間において、塞き止めて滞留させやすくすることができる。そして、上記挟んだ位置の間には、内壁部を貫通して燃焼領域に連通するフィルム冷却孔が複数設けられているため、滞留した冷却用流体のほとんどを、燃焼領域側に流通させて、フィルム冷却に寄与させ、さらに、堰部材下流側へ流通する冷却用流体の流量を低減させてクロスフローによる影響を小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記堰部材の先端部から、上記内壁部に対し上記離間距離よりも離れて上記流通方向上流側に向かって延出するフローガイドが設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、傾斜した堰部材の先端部から、内壁部に対し上記離間距離よりも離れてさらに流通方向上流側に向かって延出するフローガイドが設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、上記挟んだ位置の間において、より確実に塞き止めて滞留させやすくすることができる。このため、フィルム冷却への寄与率がさらに向上し、また、堰部材下流側へ流れる冷却用流体の流量をより低減させることができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記堰部材の側面部は、上記内壁部から離間するに従って上記流通方向下流側に向かって傾斜しているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、堰部材の側面部が上記流通方向下流側に向かって傾斜しているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、積極的に、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとして、堰部材の下流側に導き流すことができるので、その下流側に配置されているノズルによるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れの一部を、上記挟んだ位置の間において、フィルム冷却に寄与させて、その残部を、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとして、堰部材の下流側に導き流すことができる。
【００１２】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記堰部材の先端部から、上記内壁部に対し上記離間距離よりも離れて上記流通方向下流側に向かって延出するフローガイドが設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、傾斜した堰部材の先端部から、内壁部に対し上記離間距離よりも離れてさらに流通方向下流側に向かって延出するフローガイドが設けられているので、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとして堰部材の下流側に導き流された冷却用流体が、その下流側に配置されているノズルと内壁部との間に浸入して来ることを阻止することができる。
【００１３】
また、本発明においては、上記フローガイドは、上記挟んだ位置における上記ノズルが１または複数配置される切欠部を上記流通方向と直交する方向に複数有する櫛歯形状を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、櫛歯形状となったフローガイドの切欠部のそれぞれにノズルが１または複数配置される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃焼領域を形成する内壁部と、該内壁部と間隙をあけて且つ上記内壁部を挟んで上記燃焼領域と逆側に配置される外壁部と、上記外壁部に設けられ、上記外壁部の外部を流通する冷却用流体を上記間隙に導入して上記内壁部を冷却する複数のインピンジ冷却孔と、を有する燃焼器の冷却構造であって、上記複数のインピンジ冷却孔は、上記間隙において、上記外壁部から上記内壁部に向かって突出する複数のノズルのそれぞれに設けられており、上記間隙において、上記内壁部から上記外壁部に向かって、上記ノズルと上記内壁部との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部が、上記間隙において、上記内壁部の表面に沿う上記冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材を有し、上記堰部材は、上記流通方向において、上記ノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているという構成を採用することによって、上記間隙においてインピンジ冷却する冷却用流体が流れる距離を短くし、上記間隙において内壁部から外壁部に向かって立設する堰部材を設けて、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部で阻止する。堰部材は、ノズルと内壁部との間の離間距離より大きく立設しているので、内壁部表面に沿う冷却用流体の流れが堰部材を乗り越えても、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとなるので、この堰部材の下流側に配置されているノズルによるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材は、上記流通方向においてノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを複数に区画でき、クロスフローによる影響をその区画毎に分散させて小さくすることができる。
したがって、本発明では、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる燃焼器の冷却構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態におけるガスタービンの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における燃焼器の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態における燃焼器の冷却構造の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における燃焼器の冷却構造の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるフローガイドの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態における燃焼器の冷却構造の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の一別実施形態におけるフローガイドの構成を示す平面図である。
【図８】本発明の一別実施形態におけるフローガイドの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるガスタービン１の構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する。圧縮機２は、吸気口５から吸気した外気を、タービン軸６に固定され回転自在な圧縮機動翼７とハウジング８に固定された圧縮機静翼９との間で圧縮して昇圧させて、燃焼器３が配置された圧縮空気室１０に供給する構成となっている。燃焼器３は、燃料供給ノズル１１を介して供給される燃料と圧縮機２から供給された圧縮空気との混合気体を、ライナ１２によって形成される燃焼領域１３内において燃焼させ、その燃焼ガスをタービン４に供給する構成となっている。タービン４は、タービン軸６に固定され回転自在なタービン動翼１４と、ハウジング８に固定されたタービン静翼１５とで燃焼器３から供給される燃焼ガスから回転運動エネルギーを得て、各タービン翼を通過した燃焼ガスを、排気口１６を介して外部に排気する構成となっている。
【００１８】
続いて、図２〜図５を参照して、本発明の燃焼器３の構成について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の構成図である。図３は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の冷却構造の構成を示す断面図である。図４は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の冷却構造の構成を示す斜視図である。図５は、本発明の第１実施形態におけるフローガイド４１の構成を示す平面図である。
【００１９】
図２に示すように、燃焼器３は、圧縮空気室１０内に設置されている。圧縮空気室１０は、ハウジング８により外郭が構成され、タービン軸６周りに環状空間を形成する。燃焼器３は、圧縮空気室１０の環状空間に沿って、略環状を呈する、いわゆるアニュラー形のライナ１２を有する。ライナ１２の圧縮機２から圧縮空気が供給される側には、燃料供給ノズル１１が接続される。燃料供給ノズル１１は、環状となったライナ１２に対し、所定間隔毎に複数接続されている。燃料供給ノズル１１の周りには、スワラ１８が設けられている。スワラ１８は、圧縮機２から供給された圧縮空気を、燃料供給ノズル１１近傍から燃焼領域１３に導き入れて、混合ガスを生成する構成となっている。
【００２０】
ライナ１２は、外壁部２０と内壁部３０とを備える二重壁冷却構造を有する。本実施形態では、外壁部２０と内壁部３０とが、不図示のスペーサ部材によって間隙Ｓをあけて配置されている。
外壁部２０には、複数のインピンジ冷却孔２１が形成されている。インピンジ冷却孔２１は、圧縮空気室１０から圧縮空気（冷却用流体）を間隙Ｓに導き入れて、内壁部３０に向けて噴射・衝突させることで、燃焼領域１３側に配置されている内壁部３０を冷却する構成となっている。
【００２１】
一方、内壁部３０には、複数のフィルム冷却孔３１が形成されている。フィルム冷却孔３１は、内壁部３０を厚さ方向で貫通して形成され、間隙Ｓと燃焼領域１３との間を連通させる構成となっている。インピンジ冷却孔２１から間隙Ｓに導入された圧縮空気は、フィルム冷却孔３１から燃焼領域１３に流出する。そして、燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、燃焼ガスの流動により内壁部３０の内面（外壁部２０と対向する側の面（表面）３０ｂと逆側の面）３０ａに沿って流れて空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させるよう機能する。
【００２２】
図３に示すように、複数のインピンジ冷却孔２１は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出する複数のノズル２２のそれぞれに設けられている。ノズル２２は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０からフィルム冷却孔３１と対向する対向位置以外の位置に、内壁部３０に向かって突出して設けられている。ノズル２２は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出することで、インピンジ冷却における最適噴射間隔を確保するよう機能する。
【００２３】
間隙Ｓには、外壁部２０から内壁部３０に向かって、ノズル２２と内壁部３０との間の離間距離より大きく立設する堰部材４０が複数設けられている。堰部材４０の側面部４０ａは、間隙Ｓにおいて、インピンジ冷却後に内壁部３０の面３０ｂに沿う圧縮空気の流通方向（図３において紙面左右方向：燃焼ガス及び圧縮空気の流動方向と同一方向）に対向して配置されている。本実施形態の堰部材４０の側面部４０ａは、内壁部３０から離間するに従って上記流通方向上流側（図３において紙面左側）に向かって傾斜している。
【００２４】
堰部材４０は、上記流通方向において、ノズル２２を１または複数（本実施形態では３つ）挟んだ位置にそれぞれ設けられている。なお、本実施形態のライナ１２は、アニュラー形を有するので、上記挟んだ位置における堰部材４０は、図３における紙面垂直方向に複数連なって、ライナ１２（内壁部３０）の全周に亘って設けられている。
堰部材４０は、外壁部２０及び内壁部３０の形成材料（本実施形態では、ハステロイ（商標））と同一材料で形成されており、内壁部３０に対し、その基端部がスポット溶接等で固定されている。本実施形態の堰部材４０は、金属材であるから、高温に曝される内壁部３０から伝熱を受けて、間隙Ｓにおける熱放出面積を増加させる機能も有する。
【００２５】
堰部材４０で挟んだ位置の間には、堰部材４０の先端部から、内壁部３０に対し上記離間距離よりも離れて上記流通方向上流側に向かって延出するフローガイド４１が設けられている。本実施形態では、堰部材４０とフローガイド４１とが一体で構成されている。
フローガイド４１は、図４及び図５に示すように、上記挟んだ位置におけるノズル２２が１または複数（本実施形態では３つ）配置される切欠部４２を上記流通方向と直交する方向に複数有する櫛歯形状を有する。フローガイド４１は、上記直交する方向で互いに間隔をあけて並列に列をなす３つのノズル２２の列の間のそれぞれに延在して設けられている。本実施形態のように、フローガイド４１の形状を櫛歯形状とすることで、ノズル２２との配置に関し、位置ずれ等に対してある程度許容できるため、組立時の位置ずれや、実使用時における熱伸びによる位置ずれに対応することができる。
【００２６】
続いて、上記構成の燃焼器３の冷却構造による作用効果について説明する。
図３に示すように、外壁部２０外側を流動する圧縮空気は、燃焼器３の内外の差圧によりインピンジ冷却孔２１に導入される。インピンジ冷却孔２１に導入された圧縮空気は、ノズル２２の先端部から間隙Ｓ内に導入され、ノズル２２と対向配置された内壁部３０に衝突する。ノズル２２は、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出して設けられているので、インピンジ冷却する圧縮空気の噴射距離を最適にし、噴射の勢いを殺すことなく、圧縮空気を内壁部３０に衝突させることができる。これにより、インピンジ冷却の冷却性能が向上する。
【００２７】
内壁部３０に衝突した圧縮空気の一部は、内壁部３０の表面（面３０ｂ）に沿って流通する。内壁部３０には、複数のフィルム冷却孔３１が形成されているため、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気は、フィルム冷却孔３１に導入される。フィルム冷却孔３１から燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、燃焼ガスの流動により内壁部３０に沿って流れ、内面３０ａに空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させる。
【００２８】
フィルム冷却孔３１に導入されなかった圧縮空気は、流通方向下流側（図３において紙面右側）に流れ、堰部材４０の側面部４０ａと衝突する。堰部材４０は、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部４０ａで阻止して、この堰部材４０の下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制する。
【００２９】
また、本実施形態では、堰部材４０の側面部４０ａが上記流通方向上流側に向かって傾斜しており、また、その先端部からフローガイド４１がさらに流通方向上流側に向かって延出しており、流通経路が袋小路の様になっているので、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを、堰部材４０で上記挟んだ位置の間において、塞き止めて滞留させやすくすることができる。そして、上記挟んだ位置の間には、内壁部３０を貫通して燃焼領域１３に連通するフィルム冷却孔３１が複数設けられているため、滞留した圧縮空気のほとんどを、燃焼領域１３側に流通させて、フィルム冷却に寄与させることができる。
【００３０】
なお、フィルム冷却に寄与しなかったインピンジ冷却後の圧縮空気の残部は、フローガイド４１とそれよりも流通方向上流側に配置されるフローガイド４１との隙間や、図４及び図５に示すフローガイド４１の切欠部４２とノズル２２との隙間から、堰部材４０を越えて流通方向下流側に流れる。しかしながら、堰部材４０は、ノズル２２と内壁部３０との間の離間距離より大きく立設しており、また、その堰部材４０の下流側に配置されるフローガイド４１は、内壁部３０に対し上記離間距離よりも離れて延在しているので、圧縮空気が堰部材４０を乗り越えても、内壁部３０から上記離間距離よりも大きく離れた流れ（外壁部２０側に沿う流れ）となるので、この堰部材４０の下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材４０は、上記流通方向においてノズル２２を３つ挟んだ位置毎にそれぞれ設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを複数に区画でき、クロスフローによる影響をその区画毎に分散させて小さくすることができる。
【００３１】
上述のように、第１実施形態の燃焼器３の冷却構造によれば、クロスフローの影響を抑制することができるため、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図６は、本発明の第２実施形態における燃焼器３の冷却構造の構成を示す断面図である。図に示すように、第２実施形態では、堰部材４０の側面部４０ａは、内壁部３０から離間するに従って上記流通方向下流側（図３において紙面右側）に向かって傾斜しており、この堰部材４０の先端部から、内壁部３０に対して、ノズル２２と内壁部３０との離間距離よりも離れて上記流通方向下流側に向かって延出するフローガイド４１が設けられている点で、上述した第１実施形態と異なる。
【００３３】
続いて、上記構成の燃焼器３の冷却構造による作用効果について説明する。
図６に示すように、外壁部２０外側を流動する圧縮空気は、燃焼器３の内外の差圧によりインピンジ冷却孔２１に導入される。インピンジ冷却孔２１に導入された圧縮空気は、ノズル２２の先端部から間隙Ｓ内に導入され、ノズル２２と対向配置された内壁部３０に衝突する（インピンジ冷却）。内壁部３０に衝突した圧縮空気の一部は、内壁部３０の表面（面３０ｂ）に沿って流通する。内壁部３０には、複数のフィルム冷却孔３１が形成されているため、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気は、フィルム冷却孔３１に導入される。フィルム冷却孔３１から燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、燃焼ガスの流動により内壁部３０に沿って流れ、内面３０ａに空気膜を形成する（フィルム冷却）。
【００３４】
フィルム冷却孔３１に導入されなかった圧縮空気は、流通方向下流側（図３において紙面右側）に流れ、堰部材４０の側面部４０ａと衝突する。堰部材４０は、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部４０ａで阻止して、この堰部材４０の下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制する。
【００３５】
また、第２実施形態では、堰部材４０の側面部４０ａが上記流通方向下流側に向かって傾斜しているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、積極的に、内壁部３０から上記離間距離よりも大きく離れた流れ（外壁部２０側に沿う流れ）として、堰部材４０の下流側に導き流すことができるので、その下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材４０の先端部には、内壁部３０に対し上記離間距離よりも離れてさらに流通方向下流側に向かって延出するフローガイド４１が設けられているので、外壁部２０側に沿う流れとして堰部材４０の下流側に導き流された圧縮空気が、その下流側に配置されているノズル２２と内壁部３０との間に浸入して来ることを阻止することができる。
【００３６】
上述のように、第２実施形態の燃焼器３の冷却構造によれば、クロスフローの影響を抑制することができるため、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる。
【００３７】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、上記流通方向と直交する方向には堰を設けていなかったが、図７に示すように、側面部５０ａが流通方向と直交する方向に対向して配置される第２の堰部材５０を設けてもよい。この構成によれば、第１実施形態のように堰部材４０でせき止められた圧縮空気の二次的な流れ（上記流通方向と直交する方向の流れ）を阻止できるので、ノズル２２列の行方向のクロスフローの影響を抑制することができる。
【００３９】
また、例えば、上記実施形態では、フローガイド４１の形状を櫛歯形状とする構成について説明したが、図８に示すように、フローガイド４１に複数の孔４３を設けて、その孔４３にノズル２２を貫通して配置させる構成であってもよい。但し、上述の櫛歯形状と異なり、組立精度や部品加工精度を高くしないと、組合せ時において当該孔４３にノズル２２が挿入できない場合があるので、ノズル２２の径よりも孔４３の径をある程度大きくすることが好ましい。また、実使用時においては熱伸びの影響による位置ずれが生じるので、この分も考慮した大きさに孔４３の大きさを設定することが好ましい。
【００４０】
また、例えば、上記実施形態では、アニュラー型の燃焼器について本発明を適用して説明したが、キャン（缶）型の燃焼器について本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
３…燃焼器、１２…ライナ、１３…燃焼領域、２０…外壁部、２１…インピンジ冷却孔、２２…ノズル、３０…内壁部（第２の壁部）、３０ｂ…面（表面）、３１…フィルム冷却孔、４０…堰部材、４０ａ…側面部、４１…フローガイド、４２…切欠部、Ｓ…間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器の燃焼領域を形成し高温の燃焼ガスに曝される壁部を、その材料・構造上の使用可能な温度条件まで冷却する方法の一つとして、インピンジメント冷却（impingement cooling）方式がある（特許文献１参照）。本方式は、上記壁部を、複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部と、該外壁部と間隙をあけて配置される内壁部と、を備える二重壁構造とし、燃焼器の内外の差圧を利用して、インピンジ冷却孔から冷却用流体を内壁部に向けて噴射・衝突させることで、燃焼ガスに曝される側に配置される内壁部を冷却する構成となっている。特許文献１では、さらに、内壁部に複数のフィルム冷却孔を形成し、薄膜冷却（film cooling）方式と上記インピンジメント冷却方式とを併せ持つ冷却方式を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インピンジ冷却孔を介して導入された冷却用流体は、内壁部に衝突した後、外壁部と内壁部との間隙において、内壁部の表面に沿って流通する。当該内壁部の表面に沿って流通する冷却用流体は、内壁部にフィルム冷却孔が形成されている場合、その一部がフィルム冷却孔を介して燃焼領域に流出するが、残部は、燃焼領域に流出することなく内壁部の表面に沿ってその冷却用流体の流通方向下流側（例えば、上記特許文献１の場合、燃焼ガスの流動方向下流側と同一側）に流通することとなる。
しかしながら、この内壁部の表面に沿って流通する冷却用流体の流れが、その流通方向下流側で内壁部をインピンジ冷却する冷却用流体の流れと衝突（所謂、クロスフロー）して当該冷却を阻害し、当初予定していた冷却性能を発揮できない場合や、冷却性能に偏りが生じて局所的な冷却ムラを招く場合がある。また、この現象は、インピンジ冷却孔の数が増加するにつれてその傾向が高くなる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる燃焼器の冷却構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、燃焼領域を形成する内壁部と、該内壁部と間隙をあけて且つ上記内壁部を挟んで上記燃焼領域と逆側に配置される外壁部と、上記外壁部に設けられ、上記外壁部の外部を流通する冷却用流体を上記間隙に導入して上記内壁部を冷却する複数のインピンジ冷却孔と、を有する燃焼器の冷却構造であって、上記複数のインピンジ冷却孔は、上記間隙において、上記外壁部から上記内壁部に向かって突出する複数のノズルのそれぞれに設けられており、上記間隙において、上記内壁部から上記外壁部に向かって、上記ノズルと上記内壁部との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部が、上記間隙において、上記内壁部の表面に沿う上記冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材を有し、上記堰部材は、上記流通方向において、上記ノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているという構成を採用する。
【０００７】
この構成を採用することによって、本発明では、インピンジ冷却孔を上記間隙において外壁部から内壁部に向かって突出するノズルに設けることで、上記間隙においてインピンジ冷却する冷却用流体が流れる距離を短くする。そして、上記間隙において内壁部から外壁部に向かって立設する堰部材を設けて、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部で阻止する。堰部材は、ノズルと内壁部との間の離間距離より大きく立設しているので、内壁部表面に沿う冷却用流体の流れが堰部材を乗り越えても、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとなるので、この堰部材の下流側に配置されているノズルによるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材は、上記流通方向においてノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを複数に区画でき、クロスフローによる影響をその区画毎に分散させて小さくすることができる。
【０００８】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられており、上記堰部材の側面部は、上記内壁部から離間するに従って上記流通方向上流側に向かって傾斜しているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、堰部材の側面部が上記流通方向上流側に向かって傾斜しているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、上記挟んだ位置の間において、塞き止めて滞留させやすくすることができる。そして、上記挟んだ位置の間には、内壁部を貫通して燃焼領域に連通するフィルム冷却孔が複数設けられているため、滞留した冷却用流体のほとんどを、燃焼領域側に流通させて、フィルム冷却に寄与させ、さらに、堰部材下流側へ流通する冷却用流体の流量を低減させてクロスフローによる影響を小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記堰部材の先端部から、上記内壁部に対し上記離間距離よりも離れて上記流通方向上流側に向かって延出するフローガイドが設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、傾斜した堰部材の先端部から、内壁部に対し上記離間距離よりも離れてさらに流通方向上流側に向かって延出するフローガイドが設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、上記挟んだ位置の間において、より確実に塞き止めて滞留させやすくすることができる。このため、フィルム冷却への寄与率がさらに向上し、また、堰部材下流側へ流れる冷却用流体の流量をより低減させることができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記堰部材の側面部は、上記内壁部から離間するに従って上記流通方向下流側に向かって傾斜しているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、堰部材の側面部が上記流通方向下流側に向かって傾斜しているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、積極的に、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとして、堰部材の下流側に導き流すことができるので、その下流側に配置されているノズルによるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れの一部を、上記挟んだ位置の間において、フィルム冷却に寄与させて、その残部を、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとして、堰部材の下流側に導き流すことができる。
【００１２】
また、本発明においては、上記挟んだ位置の間には、上記堰部材の先端部から、上記内壁部に対し上記離間距離よりも離れて上記流通方向下流側に向かって延出するフローガイドが設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、傾斜した堰部材の先端部から、内壁部に対し上記離間距離よりも離れてさらに流通方向下流側に向かって延出するフローガイドが設けられているので、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとして堰部材の下流側に導き流された冷却用流体が、その下流側に配置されているノズルと内壁部との間に浸入して来ることを阻止することができる。
【００１３】
また、本発明においては、上記フローガイドは、上記挟んだ位置における上記ノズルが１または複数配置される切欠部を上記流通方向と直交する方向に複数有する櫛歯形状を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、櫛歯形状となったフローガイドの切欠部のそれぞれにノズルが１または複数配置される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃焼領域を形成する内壁部と、該内壁部と間隙をあけて且つ上記内壁部を挟んで上記燃焼領域と逆側に配置される外壁部と、上記外壁部に設けられ、上記外壁部の外部を流通する冷却用流体を上記間隙に導入して上記内壁部を冷却する複数のインピンジ冷却孔と、を有する燃焼器の冷却構造であって、上記複数のインピンジ冷却孔は、上記間隙において、上記外壁部から上記内壁部に向かって突出する複数のノズルのそれぞれに設けられており、上記間隙において、上記内壁部から上記外壁部に向かって、上記ノズルと上記内壁部との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部が、上記間隙において、上記内壁部の表面に沿う上記冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材を有し、上記堰部材は、上記流通方向において、上記ノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているという構成を採用することによって、上記間隙においてインピンジ冷却する冷却用流体が流れる距離を短くし、上記間隙において内壁部から外壁部に向かって立設する堰部材を設けて、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部で阻止する。堰部材は、ノズルと内壁部との間の離間距離より大きく立設しているので、内壁部表面に沿う冷却用流体の流れが堰部材を乗り越えても、内壁部から上記離間距離よりも大きく離れた流れとなるので、この堰部材の下流側に配置されているノズルによるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材は、上記流通方向においてノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを複数に区画でき、クロスフローによる影響をその区画毎に分散させて小さくすることができる。
したがって、本発明では、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる燃焼器の冷却構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態におけるガスタービンの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における燃焼器の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態における燃焼器の冷却構造の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における燃焼器の冷却構造の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるフローガイドの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態における燃焼器の冷却構造の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の一別実施形態におけるフローガイドの構成を示す平面図である。
【図８】本発明の一別実施形態におけるフローガイドの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるガスタービン１の構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する。圧縮機２は、吸気口５から吸気した外気を、タービン軸６に固定され回転自在な圧縮機動翼７とハウジング８に固定された圧縮機静翼９との間で圧縮して昇圧させて、燃焼器３が配置された圧縮空気室１０に供給する構成となっている。燃焼器３は、燃料供給ノズル１１を介して供給される燃料と圧縮機２から供給された圧縮空気との混合気体を、ライナ１２によって形成される燃焼領域１３内において燃焼させ、その燃焼ガスをタービン４に供給する構成となっている。タービン４は、タービン軸６に固定され回転自在なタービン動翼１４と、ハウジング８に固定されたタービン静翼１５とで燃焼器３から供給される燃焼ガスから回転運動エネルギーを得て、各タービン翼を通過した燃焼ガスを、排気口１６を介して外部に排気する構成となっている。
【００１８】
続いて、図２〜図５を参照して、本発明の燃焼器３の構成について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の構成図である。図３は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の冷却構造の構成を示す断面図である。図４は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の冷却構造の構成を示す斜視図である。図５は、本発明の第１実施形態におけるフローガイド４１の構成を示す平面図である。
【００１９】
図２に示すように、燃焼器３は、圧縮空気室１０内に設置されている。圧縮空気室１０は、ハウジング８により外郭が構成され、タービン軸６周りに環状空間を形成する。燃焼器３は、圧縮空気室１０の環状空間に沿って、略環状を呈する、いわゆるアニュラー形のライナ１２を有する。ライナ１２の圧縮機２から圧縮空気が供給される側には、燃料供給ノズル１１が接続される。燃料供給ノズル１１は、環状となったライナ１２に対し、所定間隔毎に複数接続されている。燃料供給ノズル１１の周りには、スワラ１８が設けられている。スワラ１８は、圧縮機２から供給された圧縮空気を、燃料供給ノズル１１近傍から燃焼領域１３に導き入れて、混合ガスを生成する構成となっている。
【００２０】
ライナ１２は、外壁部２０と内壁部３０とを備える二重壁冷却構造を有する。本実施形態では、外壁部２０と内壁部３０とが、不図示のスペーサ部材によって間隙Ｓをあけて配置されている。
外壁部２０には、複数のインピンジ冷却孔２１が形成されている。インピンジ冷却孔２１は、圧縮空気室１０から圧縮空気（冷却用流体）を間隙Ｓに導き入れて、内壁部３０に向けて噴射・衝突させることで、燃焼領域１３側に配置されている内壁部３０を冷却する構成となっている。
【００２１】
一方、内壁部３０には、複数のフィルム冷却孔３１が形成されている。フィルム冷却孔３１は、内壁部３０を厚さ方向で貫通して形成され、間隙Ｓと燃焼領域１３との間を連通させる構成となっている。インピンジ冷却孔２１から間隙Ｓに導入された圧縮空気は、フィルム冷却孔３１から燃焼領域１３に流出する。そして、燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、燃焼ガスの流動により内壁部３０の内面（外壁部２０と対向する側の面（表面）３０ｂと逆側の面）３０ａに沿って流れて空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させるよう機能する。
【００２２】
図３に示すように、複数のインピンジ冷却孔２１は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出する複数のノズル２２のそれぞれに設けられている。ノズル２２は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０からフィルム冷却孔３１と対向する対向位置以外の位置に、内壁部３０に向かって突出して設けられている。ノズル２２は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出することで、インピンジ冷却における最適噴射間隔を確保するよう機能する。
【００２３】
間隙Ｓには、外壁部２０から内壁部３０に向かって、ノズル２２と内壁部３０との間の離間距離より大きく立設する堰部材４０が複数設けられている。堰部材４０の側面部４０ａは、間隙Ｓにおいて、インピンジ冷却後に内壁部３０の面３０ｂに沿う圧縮空気の流通方向（図３において紙面左右方向：燃焼ガス及び圧縮空気の流動方向と同一方向）に対向して配置されている。本実施形態の堰部材４０の側面部４０ａは、内壁部３０から離間するに従って上記流通方向上流側（図３において紙面左側）に向かって傾斜している。
【００２４】
堰部材４０は、上記流通方向において、ノズル２２を１または複数（本実施形態では３つ）挟んだ位置にそれぞれ設けられている。なお、本実施形態のライナ１２は、アニュラー形を有するので、上記挟んだ位置における堰部材４０は、図３における紙面垂直方向に複数連なって、ライナ１２（内壁部３０）の全周に亘って設けられている。
堰部材４０は、外壁部２０及び内壁部３０の形成材料（本実施形態では、ハステロイ（商標））と同一材料で形成されており、内壁部３０に対し、その基端部がスポット溶接等で固定されている。本実施形態の堰部材４０は、金属材であるから、高温に曝される内壁部３０から伝熱を受けて、間隙Ｓにおける熱放出面積を増加させる機能も有する。
【００２５】
堰部材４０で挟んだ位置の間には、堰部材４０の先端部から、内壁部３０に対し上記離間距離よりも離れて上記流通方向上流側に向かって延出するフローガイド４１が設けられている。本実施形態では、堰部材４０とフローガイド４１とが一体で構成されている。
フローガイド４１は、図４及び図５に示すように、上記挟んだ位置におけるノズル２２が１または複数（本実施形態では３つ）配置される切欠部４２を上記流通方向と直交する方向に複数有する櫛歯形状を有する。フローガイド４１は、上記直交する方向で互いに間隔をあけて並列に列をなす３つのノズル２２の列の間のそれぞれに延在して設けられている。本実施形態のように、フローガイド４１の形状を櫛歯形状とすることで、ノズル２２との配置に関し、位置ずれ等に対してある程度許容できるため、組立時の位置ずれや、実使用時における熱伸びによる位置ずれに対応することができる。
【００２６】
続いて、上記構成の燃焼器３の冷却構造による作用効果について説明する。
図３に示すように、外壁部２０外側を流動する圧縮空気は、燃焼器３の内外の差圧によりインピンジ冷却孔２１に導入される。インピンジ冷却孔２１に導入された圧縮空気は、ノズル２２の先端部から間隙Ｓ内に導入され、ノズル２２と対向配置された内壁部３０に衝突する。ノズル２２は、外壁部２０から内壁部３０に向かって突出して設けられているので、インピンジ冷却する圧縮空気の噴射距離を最適にし、噴射の勢いを殺すことなく、圧縮空気を内壁部３０に衝突させることができる。これにより、インピンジ冷却の冷却性能が向上する。
【００２７】
内壁部３０に衝突した圧縮空気の一部は、内壁部３０の表面（面３０ｂ）に沿って流通する。内壁部３０には、複数のフィルム冷却孔３１が形成されているため、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気は、フィルム冷却孔３１に導入される。フィルム冷却孔３１から燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、燃焼ガスの流動により内壁部３０に沿って流れ、内面３０ａに空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させる。
【００２８】
フィルム冷却孔３１に導入されなかった圧縮空気は、流通方向下流側（図３において紙面右側）に流れ、堰部材４０の側面部４０ａと衝突する。堰部材４０は、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部４０ａで阻止して、この堰部材４０の下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制する。
【００２９】
また、本実施形態では、堰部材４０の側面部４０ａが上記流通方向上流側に向かって傾斜しており、また、その先端部からフローガイド４１がさらに流通方向上流側に向かって延出しており、流通経路が袋小路の様になっているので、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを、堰部材４０で上記挟んだ位置の間において、塞き止めて滞留させやすくすることができる。そして、上記挟んだ位置の間には、内壁部３０を貫通して燃焼領域１３に連通するフィルム冷却孔３１が複数設けられているため、滞留した圧縮空気のほとんどを、燃焼領域１３側に流通させて、フィルム冷却に寄与させることができる。
【００３０】
なお、フィルム冷却に寄与しなかったインピンジ冷却後の圧縮空気の残部は、フローガイド４１とそれよりも流通方向上流側に配置されるフローガイド４１との隙間や、図４及び図５に示すフローガイド４１の切欠部４２とノズル２２との隙間から、堰部材４０を越えて流通方向下流側に流れる。しかしながら、堰部材４０は、ノズル２２と内壁部３０との間の離間距離より大きく立設しており、また、その堰部材４０の下流側に配置されるフローガイド４１は、内壁部３０に対し上記離間距離よりも離れて延在しているので、圧縮空気が堰部材４０を乗り越えても、内壁部３０から上記離間距離よりも大きく離れた流れ（外壁部２０側に沿う流れ）となるので、この堰部材４０の下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材４０は、上記流通方向においてノズル２２を３つ挟んだ位置毎にそれぞれ設けられているので、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを複数に区画でき、クロスフローによる影響をその区画毎に分散させて小さくすることができる。
【００３１】
上述のように、第１実施形態の燃焼器３の冷却構造によれば、クロスフローの影響を抑制することができるため、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図６は、本発明の第２実施形態における燃焼器３の冷却構造の構成を示す断面図である。図に示すように、第２実施形態では、堰部材４０の側面部４０ａは、内壁部３０から離間するに従って上記流通方向下流側（図３において紙面右側）に向かって傾斜しており、この堰部材４０の先端部から、内壁部３０に対して、ノズル２２と内壁部３０との離間距離よりも離れて上記流通方向下流側に向かって延出するフローガイド４１が設けられている点で、上述した第１実施形態と異なる。
【００３３】
続いて、上記構成の燃焼器３の冷却構造による作用効果について説明する。
図６に示すように、外壁部２０外側を流動する圧縮空気は、燃焼器３の内外の差圧によりインピンジ冷却孔２１に導入される。インピンジ冷却孔２１に導入された圧縮空気は、ノズル２２の先端部から間隙Ｓ内に導入され、ノズル２２と対向配置された内壁部３０に衝突する（インピンジ冷却）。内壁部３０に衝突した圧縮空気の一部は、内壁部３０の表面（面３０ｂ）に沿って流通する。内壁部３０には、複数のフィルム冷却孔３１が形成されているため、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気は、フィルム冷却孔３１に導入される。フィルム冷却孔３１から燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、燃焼ガスの流動により内壁部３０に沿って流れ、内面３０ａに空気膜を形成する（フィルム冷却）。
【００３４】
フィルム冷却孔３１に導入されなかった圧縮空気は、流通方向下流側（図３において紙面右側）に流れ、堰部材４０の側面部４０ａと衝突する。堰部材４０は、インピンジ冷却後に内壁部３０の表面に沿う圧縮空気の流れを、その流通方向と対向して配置される側面部４０ａで阻止して、この堰部材４０の下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制する。
【００３５】
また、第２実施形態では、堰部材４０の側面部４０ａが上記流通方向下流側に向かって傾斜しているので、インピンジ冷却後に内壁部表面に沿う冷却用流体の流れを、積極的に、内壁部３０から上記離間距離よりも大きく離れた流れ（外壁部２０側に沿う流れ）として、堰部材４０の下流側に導き流すことができるので、その下流側に配置されているノズル２２によるインピンジ冷却のクロスフローとなることを抑制することができる。また、堰部材４０の先端部には、内壁部３０に対し上記離間距離よりも離れてさらに流通方向下流側に向かって延出するフローガイド４１が設けられているので、外壁部２０側に沿う流れとして堰部材４０の下流側に導き流された圧縮空気が、その下流側に配置されているノズル２２と内壁部３０との間に浸入して来ることを阻止することができる。
【００３６】
上述のように、第２実施形態の燃焼器３の冷却構造によれば、クロスフローの影響を抑制することができるため、冷却性能の低下及び冷却性能の偏りを抑制することができる。
【００３７】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、上記流通方向と直交する方向には堰を設けていなかったが、図７に示すように、側面部５０ａが流通方向と直交する方向に対向して配置される第２の堰部材５０を設けてもよい。この構成によれば、第１実施形態のように堰部材４０でせき止められた圧縮空気の二次的な流れ（上記流通方向と直交する方向の流れ）を阻止できるので、ノズル２２列の行方向のクロスフローの影響を抑制することができる。
【００３９】
また、例えば、上記実施形態では、フローガイド４１の形状を櫛歯形状とする構成について説明したが、図８に示すように、フローガイド４１に複数の孔４３を設けて、その孔４３にノズル２２を貫通して配置させる構成であってもよい。但し、上述の櫛歯形状と異なり、組立精度や部品加工精度を高くしないと、組合せ時において当該孔４３にノズル２２が挿入できない場合があるので、ノズル２２の径よりも孔４３の径をある程度大きくすることが好ましい。また、実使用時においては熱伸びの影響による位置ずれが生じるので、この分も考慮した大きさに孔４３の大きさを設定することが好ましい。
【００４０】
また、例えば、上記実施形態では、アニュラー型の燃焼器について本発明を適用して説明したが、キャン（缶）型の燃焼器について本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
３…燃焼器、１２…ライナ、１３…燃焼領域、２０…外壁部、２１…インピンジ冷却孔、２２…ノズル、３０…内壁部（第２の壁部）、３０ｂ…面（表面）、３１…フィルム冷却孔、４０…堰部材、４０ａ…側面部、４１…フローガイド、４２…切欠部、Ｓ…間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼領域を形成する内壁部と、該内壁部と間隙をあけて且つ前記内壁部を挟んで前記燃焼領域と逆側に配置される外壁部と、前記外壁部に設けられ、前記外壁部の外部を流通する冷却用流体を前記間隙に導入して前記内壁部を冷却する複数のインピンジ冷却孔と、を有する燃焼器の冷却構造であって、
前記複数のインピンジ冷却孔は、前記間隙において、前記外壁部から前記内壁部に向かって突出する複数のノズルのそれぞれに設けられており、
前記間隙において、前記内壁部から前記外壁部に向かって、前記ノズルと前記内壁部との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部が、前記間隙において、前記内壁部の表面に沿う前記冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材を有し、
前記堰部材は、前記流通方向において、前記ノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする燃焼器の冷却構造。
【請求項２】
前記挟んだ位置の間には、前記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられており、
前記堰部材の側面部は、前記内壁部から離間するに従って前記流通方向上流側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項３】
前記挟んだ位置の間には、前記堰部材の先端部から、前記内壁部に対し前記離間距離よりも離れて前記流通方向上流側に向かって延出するフローガイドが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項４】
前記堰部材の側面部は、前記内壁部から離間するに従って前記流通方向下流側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項５】
前記挟んだ位置の間には、前記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項６】
前記挟んだ位置の間には、前記堰部材の先端部から、前記内壁部に対し前記離間距離よりも離れて前記流通方向下流側に向かって延出するフローガイドが設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項７】
前記フローガイドは、前記挟んだ位置における前記ノズルが１または複数配置される切欠部を前記流通方向と直交する方向に複数有する櫛歯形状を有することを特徴とする請求項３または６に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項１】
燃焼領域を形成する内壁部と、該内壁部と間隙をあけて且つ前記内壁部を挟んで前記燃焼領域と逆側に配置される外壁部と、前記外壁部に設けられ、前記外壁部の外部を流通する冷却用流体を前記間隙に導入して前記内壁部を冷却する複数のインピンジ冷却孔と、を有する燃焼器の冷却構造であって、
前記複数のインピンジ冷却孔は、前記間隙において、前記外壁部から前記内壁部に向かって突出する複数のノズルのそれぞれに設けられており、
前記間隙において、前記内壁部から前記外壁部に向かって、前記ノズルと前記内壁部との間の離間距離よりも大きく立設すると共に、その側面部が、前記間隙において、前記内壁部の表面に沿う前記冷却用流体の流通方向に対向して配置される堰部材を有し、
前記堰部材は、前記流通方向において、前記ノズルを１または複数挟んだ位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする燃焼器の冷却構造。
【請求項２】
前記挟んだ位置の間には、前記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられており、
前記堰部材の側面部は、前記内壁部から離間するに従って前記流通方向上流側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項３】
前記挟んだ位置の間には、前記堰部材の先端部から、前記内壁部に対し前記離間距離よりも離れて前記流通方向上流側に向かって延出するフローガイドが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項４】
前記堰部材の側面部は、前記内壁部から離間するに従って前記流通方向下流側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項５】
前記挟んだ位置の間には、前記内壁部を厚さ方向で貫通する複数のフィルム冷却孔が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項６】
前記挟んだ位置の間には、前記堰部材の先端部から、前記内壁部に対し前記離間距離よりも離れて前記流通方向下流側に向かって延出するフローガイドが設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の燃焼器の冷却構造。
【請求項７】
前記フローガイドは、前記挟んだ位置における前記ノズルが１または複数配置される切欠部を前記流通方向と直交する方向に複数有する櫛歯形状を有することを特徴とする請求項３または６に記載の燃焼器の冷却構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３１７３７（Ｐ２０１２−３１７３７Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９３１３（Ｐ２０１０−１６９３１３）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
[ Back to top ]