ガスタービン装置
【課題】デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置を提供すること。
【解決手段】デトネーション燃焼器２は，インナーチューブ２３と，そのインナーチューブ２３を覆うアウターチューブ２４とを有し，インナーチューブ２３から排出された燃焼生成ガスの折り返し流路２６を構成している。さらに，デトネーション燃焼器２は，アウターチューブ２４の閉塞端２４３に階段状の反射部２４４を設けることとしている。この階段状の反射部２４４によって，インナーチューブ２３の出口端２３３から排出された燃焼ガスは，数回のタイミングに分けて撥ね返されることによりその圧力が平準化される。
【解決手段】デトネーション燃焼器２は，インナーチューブ２３と，そのインナーチューブ２３を覆うアウターチューブ２４とを有し，インナーチューブ２３から排出された燃焼生成ガスの折り返し流路２６を構成している。さらに，デトネーション燃焼器２は，アウターチューブ２４の閉塞端２４３に階段状の反射部２４４を設けることとしている。この階段状の反射部２４４によって，インナーチューブ２３の出口端２３３から排出された燃焼ガスは，数回のタイミングに分けて撥ね返されることによりその圧力が平準化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，デトネーションを利用した燃焼器（以下，「デトネーション燃焼器」とする）を備えたガスタービン装置に関する。さらに詳細には，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和することができるガスタービン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，ガスタービン装置は，レシプロエンジン等と比較して部品点数が少なく，小型化が可能であり，メンテナンスが容易であるといった点から，さまざまな分野で利用されている。このガスタービン装置の例としては，例えば特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。
【０００３】
ガスタービン装置の適用例として，ガスタービン発電システムを図７に示す。このガスタービン発電システムでは，圧縮機１と，燃焼器２０と，タービン３と，発電機４とが設けられている。圧縮機１は，燃焼用の空気を圧縮するためのものである。燃焼器２０は，圧縮された空気を燃料とともに燃焼させるためのものである。タービン３は，圧縮機１および発電機４を回転駆動させるためのものである。このガスタービン発電システムでは，圧縮機１によって圧縮された空気を燃焼器２０に送り込み，燃焼器２０から排出される燃焼生成ガスによってタービン３を回転させる。そして，タービン３が回転することにより発電機４が回転し電力が得られるのである。
【０００４】
また，近年，熱効率の向上や，さらなる低コスト化の要請から，通常の燃焼器に換えてデトネーション燃焼器を備えたガスタービン装置が開発されている。図８は通常の燃焼器の熱効率とデトネーション燃焼器の熱効率とを示す図である。図８中の横軸に示した圧力比は，圧縮前後における空気の圧力の比である。図８に示すように，同じ圧力比であればデトネーション燃焼器の方が高効率である。デトネーション燃焼器としては，例えば特許文献３に開示されているものがある。
【特許文献１】特開２００３−１２０３３２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１７６４９号公報
【特許文献３】特開２０００−２５８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，ガスタービン装置にデトネーション燃焼器を適用した場合には次の問題があった。すなわち，デトネーション燃焼器にて排出される燃焼生成ガスは，非常に高圧である。そのため，燃焼生成ガスが直接タービンのブレードに衝突することで，タービンのブレードが損傷してしまうことがある。また，タービンのブレードにて撥ね返された燃焼生成ガスがデトネーション燃料器へ逆流し，燃焼を不安定にさせることがある。
【０００６】
一方，燃焼生成ガスの衝撃を抑制するには，空気の圧力比を低くすればよい。しかしながら，デトネーション燃焼器では，一瞬だけ高圧な状態が発生し，その後は低圧な状態となる。そのため，この一瞬の超高圧状態を回避しながら，その後の時間はなるべく高圧状態を維持する方が効率的である。従って，圧縮圧力のピーク値を下げた場合に，確かに一瞬の高圧状態によるタービンの損傷を免れる効果があるが，その後の時間において全体的に低圧となり，結果として効率が悪くなってしまう。
【０００７】
そこで本出願人は，デトネーション燃焼器からの燃焼生成ガスによる衝撃を緩和し，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置を提案している（特願２００３−３６８７６５号）。このガスタービン装置では，図９に示すように内部でデトネーションを生じさせるインナーチューブ２３と，そのインナーチューブ２３を覆うアウターチューブ２４とを有している。また，インナーチューブ２３の側壁には切抜きが設けられている。
【０００８】
デトネーションによる衝撃波（燃焼生成ガス）は，インナーチューブ２３内を伝播する。そして，インナーチューブ２３の切抜きから漏出した燃焼生成ガスは，アウターチューブ２４に付設された出口管２５を介してタービン３に送り込まれる。また，インナーチューブ２３の出口端から排出された燃焼生成ガスは，アウターチューブ２４の閉塞端２４３にて撥ね返される。そして，撥ね返された燃焼生成ガスは，インナーチューブ２３とアウターチューブ２４との隙間を伝播し，出口管２５を介してタービン３に送り込まれる。すなわち，インナーチューブ２３から排出される高圧の燃焼生成ガスは，切抜きによって分散されるとともに，アウターチューブ２４によって形成された折り返し流路２６内を伝播することで減圧される。これにより，インナーチューブ２３から直接伝播する衝撃波の平準化を図ることができ，タービンのブレードの損傷が抑制されるのである。
【０００９】
図１０は，前述した衝撃波緩衝機構を設けていないデトネーション燃焼器，具体的には図９に示したデトネーション燃焼器であってインナーチューブ２３のうちアウターチューブ２４に覆われた部位を取り除いたもの（つまり，通常のデトネーション燃焼器）について，出口での圧力を測定した結果を示している。図１０中の横軸は，着火からの経過時間を意味している。図１０に示すように，着火から１．６ｍｓ後に衝撃波による大きな圧力上昇が確認された。すなわち，デトネーションによる衝撃波が着火から１．５ｍｓ後に出口に達していることがわかる。さらに，着火から３．８ｍｓ後には，アウターチューブ２４の閉塞端２４３にて反射した衝撃波による圧力上昇が確認された。
【００１０】
一方，図１１は，図９に示したデトネーション燃焼器の出口での圧力変動を示している。図１１に示すように，着火から１．５ｍｓ後付近の圧力変動が小さく，直接伝播する衝撃波の平準化が図られていることが確認された。
【００１１】
しかしながら，前述のガスタービン装置であっても次のような問題があった。すなわち，図１１に示したように着火から３．８ｍｓ後にアウターチューブ２４の閉塞端２４３にて撥ね返された衝撃波（以下，「反射衝撃波」とする）が出口に達し，急激な圧力変動を生じさせている。この反射衝撃波による圧力変動は，直接伝播する衝撃波ほどではないが，連続して安定した運転を行うための障害となる。
【００１２】
本発明は，前記した従来のガスタービン装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題の解決を目的としてなされたガスタービン装置は，デトネーションを生じさせ，そのデトネーションによる燃焼生成ガスを排出する燃焼器と，前記燃焼器から排出された燃焼生成ガスにて回転動力を得るタービンとを備えたガスタービン装置であって，燃焼器は，内部でデトネーションを生じさせるデトネーション管と，内径がデトネーション管の外径よりも大きく，デトネーション管の出口端を収容し，デトネーション管の出口端と対向する側の端部が閉塞端である収容管と，収容管と結合し，デトネーション管と収容管との隙間に流れ込んだ燃焼生成ガスをタービンに向けて排出させる排出管と，収容管の内側であってデトネーションによる衝撃波を反射する部位に位置し，階段状に突起した形状をなす反射部とを備えるものである。
【００１４】
すなわち，本発明のガスタービン装置の燃焼器は，デトネーションによる燃焼生成ガスを排出するデトネーション管と，そのデトネーション管を収容する収容管とを有している。さらに，収容管のうち，少なくともデトネーション管の出口端と対向する端部は閉塞端である。そのため，デトネーション管の出口端から排出された燃焼生成ガスは，その閉塞端にて撥ね返され，その一部が収容管とデトネーション管との隙間によって形成された折り返し流路を伝播する。すなわち，デトネーション管から排出された高圧の燃焼生成ガスは，直接タービンに衝突することなく，デトネーション管および収容管にて形成された複雑な流路を伝播する。
【００１５】
また，収容管のうち，デトネーションによる衝撃波を反射する部位には，階段状に突起した形状をなす反射部が設けられている。収容管のうちの衝撃波を反射する部位としては，例えばデトネーション管の出口端と対向する側の閉塞端部が該当する。この階段状の反射部により，デトネーション管から排出された燃焼生成ガスが数回のタイミングに分けて段階的に撥ね返される。すなわち，反射部に達した衝撃波が複数の反射衝撃波に分散される。これにより，収容管の出口での急激な圧力上昇が抑えられるとともに衝撃波の平準化が図られる。したがって，連続して安定した運転を行うことができる。
【００１６】
また，本発明のガスタービン装置の反射部は，その段ごとに，デトネーションによる衝撃波を反射する面（以下，「反射面」とする）の面積が略同一であることとするとよりよい。すなわち，反射面の面積が同一であれば，衝撃波は均一に分散される。よって，反射衝撃波の平準化の効果が大きい。
【００１７】
また，デトネーション管の側壁には，収容管に収容されている位置に，デトネーション管の出口端に向かうほどその幅が狭い切抜きが設けられていることとするとよりよい。さらにその切抜きは，デトネーション管の側壁のうち，収容管の出口と対向する部位から円周方向に略９０度回転させた位置からデトネーション管の長手方向に延びた線上に位置することとするとよりよい。
【００１８】
すなわち，この切抜きから燃焼生成ガスが漏出することにより，衝撃波が分散される。また，その切抜きの幅は，デトネーション管の出口端側ほど広い。衝撃波は，一般に，狭い流路から広い流路に伝播すると，波面が拡大されて減衰する。このことから，燃焼生成ガスの減圧が促進される。なお，「切抜き」は，デトネーション管の側壁に囲まれた状態に限らず，デトネーション管の端部から切り取られた形状（切欠き）であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，デトネーション管の出口端を収容管で覆うことにより，直接伝播する衝撃波の平準化が図られている。さらに，衝撃波を反射する部位に階段状の反射部を設けることにより，反射衝撃波の平準化も図られている。よって，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置が実現されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，ガスタービン発電システムに本発明のパルスデトネーション燃焼器を備えたガスタービン装置を適用したものである。
【００２１】
実施の形態に係るガスタービン発電システム１００は，図１に示すように圧縮機１と，デトネーション燃焼器２と，タービン３と，発電機４とを備えている。本形態のガスタービン発電システム１００には，複数のデトネーション燃焼器２が設けられており，各デトネーション燃焼器２がタービン３の回転軸１０を取り囲むように配置されている。また，タービン３の回転軸１０は，圧縮機１および発電機４と一体的に結合されている。そのため，タービン３が回転することで，圧縮機１および発電機４も回転する。
【００２２】
圧縮機１は，取り込んだ空気を圧縮して，その圧縮空気をデトネーション燃焼器２に供給するものである。圧縮機１には，回転軸１０を中心として複数のブレードが設けられており，このブレードが回転することで空気を圧縮する。また，各デトネーション燃焼器２は，圧縮空気と燃料とを燃焼管内で混合し，その混合気を基にデトネーションを発生させることで高圧の燃焼生成ガスを発生させるものである。デトネーション燃焼器２の詳細については後述する。タービン３は，圧縮機１および発電機４を回転駆動するためのものである。タービン３にも，複数のブレードが設けられており，このブレードに燃焼生成ガスが衝突することで回転動力を得ることができる。また，発電機４は，回転軸１０と結合された発電ロータが回転することで電力を発生させる。
【００２３】
次に，デトネーション燃焼器２について詳細に説明する。デトネーション燃焼器２は，図２に示すように燃料供給ノズル２１と，着火源２２と，インナーチューブ２３と，アウターチューブ２４と，出口管２５とを備えている。インナーチューブ２３は，直径が１０８ｍｍの円筒管であり，内側でデトネーションを発生させるとともにそのデトネーションによる衝撃波を拡散させるものである。インナーチューブ２３の入口端２３２には，燃料供給ノズル２１が設けられており，燃料および圧縮空気がインナーチューブ２３内に供給される。そして，インナーチューブ２３内では，圧縮空気と燃料との混合気に着火することでデトネーションを発生させる。一方，インナーチューブ２３の出口端２３３からは，燃焼（デトネーション）による燃焼生成ガスが排出される。
【００２４】
また，アウターチューブ２４は，両端２４２，２４３とも閉塞端であり，直径が１３４ｍｍの円筒管である。このアウターチューブ２４の直径は，インナーチューブ２３の直径よりも大きい。そして，アウターチューブ２４は，インナーチューブ２３の出口端２３３を収容するように配置されている。なお，アウターチューブ２４の閉塞端２４３は，インナーチューブ２３の出口端２３３と接しておらず，出口端２３３を塞いでしまうものではない。そのため，インナーチューブ２３の出口端２３３とアウターチューブ２４の閉塞端２４３との間には隙間がある。さらに，インナーチューブ２３の外面とアウターチューブ２４の内面との間にも隙間があり，その隙間が燃焼生成ガスの伝播流路２６となっている。すなわち，アウターチューブ２４の閉塞端２４３にて撥ね返された燃焼生成ガスをインナーチューブ２３内の流れの方向と逆方向に伝播させるための折り返し流路２６となっている。
【００２５】
また，アウターチューブ２４の閉塞端２４３の内側には，円筒状の反射部材が重ねて設けられており，階段状の反射部２４４をなしている。この反射部２４４は，閉塞端２４３から離れるほど径が小さい。具体的に反射部２４４の各段の直径は，先端部から順に５０ｍｍ，７１ｍｍ，８７ｍｍ，１００ｍｍと段階的に大きくなっており，同一中心軸上に配置されている。なお，本形態の反射部２４４は，直径が異なる４つの反射部材によって構成されているが，段数はこれに限るものではない。また，反射部２４４の各段の反射面の面積は，各段とも１９００ｍｍ2 から２０００ｍｍ2 までの範囲内あり，ほぼ等しいといえる。そして，この階段状の反射部２４４により，インナーチューブ２３内を伝播してきた燃焼生成ガスは数回に分けて均等に反射することになる。
【００２６】
また，インナーチューブ２３の壁面には，図３に示すような切欠き２３１が設けられている。この切欠き２３１の開き幅は，入口端２３２側から出口端２３３側に向けて広くなっている。すなわち，切欠き２３１は，三角形状をなしている。
【００２７】
なお，切欠き２３１は，インナーチューブ２３の円周方向のどの位置に設けたとしても直接伝播する衝撃波の圧力を平準化する効果はあるが，図３に示したようにアウターチューブ２４の出口に対して９０度横側に向いた位置に設けることが好ましい。具体的に本出願人は，切欠き２３１が，（ａ）アウターチューブ２４の出口側に向いた場合と，（ｂ）アウターチューブ２４の出口に対して９０度横側に向いた場合と，（ｃ）アウターチューブ２４の出口に対して逆に向いた場合との３通りの実験を行い，（ｂ）の場合が最も平準化の効果が大きいことを確認している。
【００２８】
また，出口管２５がアウターチューブ２４と結合されている。出口管２５は，燃焼生成ガスをアウターチューブ２４の外に排出させるとともに，その燃焼生成ガスをタービン３へと導くためのものである。この出口管２５の入口は，インナーチューブ２３の切欠き２３１の位置よりアウターチューブ２４の閉塞端２４２側に設けられている。すなわち，インナーチューブ２３の出口端２３４から排出された燃焼生成ガスと，切欠き２３１から漏出した燃焼生成ガスとが交わる位置より下流側に設けられている。なお，出口管２５の出口の手前には，圧力センサが取り付けられており，これによって出口付近の圧力履歴を知ることができる。
【００２９】
次に，本形態のガスタービン発電システム１００の動作について説明する。まず，発電機４の後方（図１中の左側）から送り込まれた空気が圧縮機１にて圧縮される。一般的に，発電出力が４００ｋＷ程度の発電システムでは，空気の圧縮前後の圧力比が５．０程度である。この圧縮機１での圧力比が高ければ高いほど燃焼器２から排出される燃焼生成ガスは高圧である。圧縮空気は，各デトネーション燃焼器２内に送り込まれる。
【００３０】
各デトネーション燃焼器２内では，圧縮空気がデトネーション燃焼器２のインナーチューブ２３内に送り込まれ，燃料供給ノズル２１から供給された燃料と混合される。そして，着火源２２によって圧縮空気と燃料との混合気への着火が行われる。これにより，インナーチューブ２３内でデトネーションが生じる。そして，デトネーションによる衝撃波がインナーチューブ２３内を伝播し，インナーチューブ２３の出口端２３３から燃焼生成ガスが排出される。
【００３１】
また，インナーチューブ２３内の燃焼生成ガスの一部は，図４に示すようにインナーチューブ２３の側壁に設けられている切欠き２３１から漏出する。すなわち，燃焼生成ガスは，切欠き２３１の幅が狭い部位からインナーチューブ２３外に放出され，切欠き２３１の幅が広くなるにつれて放出される燃焼生成ガスの量は多くなる。これにより，燃焼生成ガスが分散され，その圧力が低減される。
【００３２】
また，インナーチューブ２３から排出された燃焼生成ガスは，アウターチューブ２４の閉塞端２４３に設けられた階段状の反射部２４４にて撥ね返され，その一部が伝播流路２６内を伝播する。すなわち，図５に示すように閉塞端２４３に向かう衝撃波が反射部２４４によって分散されて減衰することになる。そして，減圧された燃焼生成ガスは，伝播流路２６の下流にまで伝播し，出口管２５を介してタービン３に向けて排出される。つまり，デトネーションによって生じた衝撃波は，直接タービン３のブレードに衝突するわけではなく，切欠き２３１によって減衰しながらタービン３に達する。また，反射衝撃波についても，反射部２４４によって平準化されながらタービン３に達する。
【００３３】
各デトネーション燃焼器２（図１参照）から排出された燃焼生成ガスは，タービン３のブレードに衝突する。これにより，タービン３が回転駆動される。タービン３が回転することで，タービン３と同軸上に設けられた圧縮機１および発電機４も回転する。そして，発電機４が回転駆動されることで電力が得られる。
【００３４】
さらに，本形態のガスタービン発電システム１００には，複数のデトネーション燃焼器２が設けられており，各デトネーション燃焼器２が異なったタイミングで燃焼する。例えば，デトネーション燃焼器が２Ａ，２Ｂ，２Ｃと設けられている場合に，それぞれのデトネーション燃焼器が異なるタイミングでデトネーションを発生させる。つまり，各デトネーション燃焼器内での燃焼は一瞬にして終了してしまうため，１つ１つのデトネーション燃焼器では一瞬だけ超高圧な状態が発生する。この高圧状態の時間をデトネーション燃焼器ごとに異にする。これにより，タービン３に対して，低圧状態の時間を短くすることができる。そのため，高圧状態を長時間にわたり維持することができ，タービン３に送り込まれる燃焼生成ガスの圧力が安定する。
【００３５】
続いて，本出願人は，アウターチューブ２４に反射部２４４を取り付けたことによる効果を確認する試験を行った。図６は，本形態のデトネーション燃焼器２の圧力変動を示している。図６に示すように，着火から３．０ｍｓまでは従来の結果（図１１参照）と同様であるが，従来での３．０ｍｓ後以降の圧力の緩やかな落ち込みと，３．８ｍｓ以降の急激な圧力上昇は生じていない。すなわち，３．０ｍｓ以降，緩やかに圧力が上昇しており，急激な圧力変動が回避されていることが確認された。
【００３６】
以上詳細に説明したように本形態のデトネーション燃焼器２は，インナーチューブ２３と，そのインナーチューブ２３を覆うアウターチューブ２４とを有し，インナーチューブ２３から排出された燃焼生成ガスの折り返し流路２６を構成することとしている。さらに，本形態のデトネーション燃焼器２は，アウターチューブ２４の閉塞端２４３に階段状の反射部２４４を設けることとしている。この階段状の反射部２４４によって，インナーチューブ２３の出口端からの衝撃波が数回のタイミングに分かれて撥ね返される。そして，燃焼生成ガスがこの反射部２４４に繰り返し撥ね返されることにより，燃焼生成ガス（反射衝撃波）の圧力が平準化される。よって，急激な圧力変動がなく，タービン３は安定した運転を行うことができる。従って，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置が実現されている。
【００３７】
また，反射部２４４は，閉塞端２４３から離れるほど径が小さく，衝撃波を反射する面（反射面）の面積が各段でほぼ等しくなっている。そのため，燃焼生成ガスは各段でほぼ均等に反射することになる。よって，反射面の面積が不均一なものと比較して，平滑化の効果が大きい。
【００３８】
また，インナーチューブ２３の側壁には，三角形状の切欠き２３１が設けられている。この切欠き２３１から燃焼生成ガスが漏出することで，直接伝播する衝撃波の圧力を平準化することができる。
【００３９】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。すなわち，実施の形態では，ガスタービン発電システムに本発明を適用しているが，これに限るものではない。例えば，デトネーション燃焼器から得られる熱と，発電機から得られる電力とを利用する，いわゆるコジェネレーションシステムであってもよい。また，例えば航空用エンジンに本発明のガスタービン装置を適用してもよい。
【００４０】
また，本形態の反射部２４４は，直径が異なる反射部材を重ねることによって階段状をなしているが，階段状の部材として一体的に成形されたものであってもよい。
【００４１】
また，切欠き２３１の形状は，図３に示す三角形状に限るものではない。例えば，台形形状であってもよい。また，デトネーション管２３の出口端２３３から切り取られた状態に限らず，デトネーション管２３の側壁を切り抜いた状態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態に係るガスタービン発電システムの構成を示す図である。
【図２】デトネーション燃焼器および燃焼生成ガスの衝撃緩和機構の構成を示す断面図である。
【図３】インナーチューブの壁面に設けられた切抜きの例を示す図である。
【図４】アウターチューブ内の燃焼生成ガスの流路を示す図である。
【図５】実施の形態の閉塞端における衝撃波の反射のイメージを示す図である。
【図６】図２に示した衝撃波緩衝機構ありの場合における圧力変動を示すグラフである。
【図７】従来の形態に係るガスタービン発電システムの構成を示す図である。
【図８】通常の燃焼器の熱効率とデトネーション燃焼器の熱効率とを示す図である。
【図９】従来の形態に係るデトネーション燃焼器および燃焼生成ガスの衝撃緩和機構の構成を示す図である。
【図１０】図９に示した衝撃波緩衝機構なしの場合における圧力変動を示すグラフである。
【図１１】図９に示した衝撃波緩衝機構ありの場合における圧力変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 圧縮機
２ デトネーション燃焼器（燃焼器）
２３ インナーチューブ（デトネーション管）
２３１ 切欠き（切抜き）
２３２ 入口端
２３３ 出口端
２４ アウターチューブ（収容管）
２４３ 閉塞端
２４４ 反射部（反射部）
２５ 出口管（排出管）
３ タービン
４ 発電機
１０ 回転軸
１００ ガスタービン装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は，デトネーションを利用した燃焼器（以下，「デトネーション燃焼器」とする）を備えたガスタービン装置に関する。さらに詳細には，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和することができるガスタービン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，ガスタービン装置は，レシプロエンジン等と比較して部品点数が少なく，小型化が可能であり，メンテナンスが容易であるといった点から，さまざまな分野で利用されている。このガスタービン装置の例としては，例えば特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。
【０００３】
ガスタービン装置の適用例として，ガスタービン発電システムを図７に示す。このガスタービン発電システムでは，圧縮機１と，燃焼器２０と，タービン３と，発電機４とが設けられている。圧縮機１は，燃焼用の空気を圧縮するためのものである。燃焼器２０は，圧縮された空気を燃料とともに燃焼させるためのものである。タービン３は，圧縮機１および発電機４を回転駆動させるためのものである。このガスタービン発電システムでは，圧縮機１によって圧縮された空気を燃焼器２０に送り込み，燃焼器２０から排出される燃焼生成ガスによってタービン３を回転させる。そして，タービン３が回転することにより発電機４が回転し電力が得られるのである。
【０００４】
また，近年，熱効率の向上や，さらなる低コスト化の要請から，通常の燃焼器に換えてデトネーション燃焼器を備えたガスタービン装置が開発されている。図８は通常の燃焼器の熱効率とデトネーション燃焼器の熱効率とを示す図である。図８中の横軸に示した圧力比は，圧縮前後における空気の圧力の比である。図８に示すように，同じ圧力比であればデトネーション燃焼器の方が高効率である。デトネーション燃焼器としては，例えば特許文献３に開示されているものがある。
【特許文献１】特開２００３−１２０３３２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１７６４９号公報
【特許文献３】特開２０００−２５８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，ガスタービン装置にデトネーション燃焼器を適用した場合には次の問題があった。すなわち，デトネーション燃焼器にて排出される燃焼生成ガスは，非常に高圧である。そのため，燃焼生成ガスが直接タービンのブレードに衝突することで，タービンのブレードが損傷してしまうことがある。また，タービンのブレードにて撥ね返された燃焼生成ガスがデトネーション燃料器へ逆流し，燃焼を不安定にさせることがある。
【０００６】
一方，燃焼生成ガスの衝撃を抑制するには，空気の圧力比を低くすればよい。しかしながら，デトネーション燃焼器では，一瞬だけ高圧な状態が発生し，その後は低圧な状態となる。そのため，この一瞬の超高圧状態を回避しながら，その後の時間はなるべく高圧状態を維持する方が効率的である。従って，圧縮圧力のピーク値を下げた場合に，確かに一瞬の高圧状態によるタービンの損傷を免れる効果があるが，その後の時間において全体的に低圧となり，結果として効率が悪くなってしまう。
【０００７】
そこで本出願人は，デトネーション燃焼器からの燃焼生成ガスによる衝撃を緩和し，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置を提案している（特願２００３−３６８７６５号）。このガスタービン装置では，図９に示すように内部でデトネーションを生じさせるインナーチューブ２３と，そのインナーチューブ２３を覆うアウターチューブ２４とを有している。また，インナーチューブ２３の側壁には切抜きが設けられている。
【０００８】
デトネーションによる衝撃波（燃焼生成ガス）は，インナーチューブ２３内を伝播する。そして，インナーチューブ２３の切抜きから漏出した燃焼生成ガスは，アウターチューブ２４に付設された出口管２５を介してタービン３に送り込まれる。また，インナーチューブ２３の出口端から排出された燃焼生成ガスは，アウターチューブ２４の閉塞端２４３にて撥ね返される。そして，撥ね返された燃焼生成ガスは，インナーチューブ２３とアウターチューブ２４との隙間を伝播し，出口管２５を介してタービン３に送り込まれる。すなわち，インナーチューブ２３から排出される高圧の燃焼生成ガスは，切抜きによって分散されるとともに，アウターチューブ２４によって形成された折り返し流路２６内を伝播することで減圧される。これにより，インナーチューブ２３から直接伝播する衝撃波の平準化を図ることができ，タービンのブレードの損傷が抑制されるのである。
【０００９】
図１０は，前述した衝撃波緩衝機構を設けていないデトネーション燃焼器，具体的には図９に示したデトネーション燃焼器であってインナーチューブ２３のうちアウターチューブ２４に覆われた部位を取り除いたもの（つまり，通常のデトネーション燃焼器）について，出口での圧力を測定した結果を示している。図１０中の横軸は，着火からの経過時間を意味している。図１０に示すように，着火から１．６ｍｓ後に衝撃波による大きな圧力上昇が確認された。すなわち，デトネーションによる衝撃波が着火から１．５ｍｓ後に出口に達していることがわかる。さらに，着火から３．８ｍｓ後には，アウターチューブ２４の閉塞端２４３にて反射した衝撃波による圧力上昇が確認された。
【００１０】
一方，図１１は，図９に示したデトネーション燃焼器の出口での圧力変動を示している。図１１に示すように，着火から１．５ｍｓ後付近の圧力変動が小さく，直接伝播する衝撃波の平準化が図られていることが確認された。
【００１１】
しかしながら，前述のガスタービン装置であっても次のような問題があった。すなわち，図１１に示したように着火から３．８ｍｓ後にアウターチューブ２４の閉塞端２４３にて撥ね返された衝撃波（以下，「反射衝撃波」とする）が出口に達し，急激な圧力変動を生じさせている。この反射衝撃波による圧力変動は，直接伝播する衝撃波ほどではないが，連続して安定した運転を行うための障害となる。
【００１２】
本発明は，前記した従来のガスタービン装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題の解決を目的としてなされたガスタービン装置は，デトネーションを生じさせ，そのデトネーションによる燃焼生成ガスを排出する燃焼器と，前記燃焼器から排出された燃焼生成ガスにて回転動力を得るタービンとを備えたガスタービン装置であって，燃焼器は，内部でデトネーションを生じさせるデトネーション管と，内径がデトネーション管の外径よりも大きく，デトネーション管の出口端を収容し，デトネーション管の出口端と対向する側の端部が閉塞端である収容管と，収容管と結合し，デトネーション管と収容管との隙間に流れ込んだ燃焼生成ガスをタービンに向けて排出させる排出管と，収容管の内側であってデトネーションによる衝撃波を反射する部位に位置し，階段状に突起した形状をなす反射部とを備えるものである。
【００１４】
すなわち，本発明のガスタービン装置の燃焼器は，デトネーションによる燃焼生成ガスを排出するデトネーション管と，そのデトネーション管を収容する収容管とを有している。さらに，収容管のうち，少なくともデトネーション管の出口端と対向する端部は閉塞端である。そのため，デトネーション管の出口端から排出された燃焼生成ガスは，その閉塞端にて撥ね返され，その一部が収容管とデトネーション管との隙間によって形成された折り返し流路を伝播する。すなわち，デトネーション管から排出された高圧の燃焼生成ガスは，直接タービンに衝突することなく，デトネーション管および収容管にて形成された複雑な流路を伝播する。
【００１５】
また，収容管のうち，デトネーションによる衝撃波を反射する部位には，階段状に突起した形状をなす反射部が設けられている。収容管のうちの衝撃波を反射する部位としては，例えばデトネーション管の出口端と対向する側の閉塞端部が該当する。この階段状の反射部により，デトネーション管から排出された燃焼生成ガスが数回のタイミングに分けて段階的に撥ね返される。すなわち，反射部に達した衝撃波が複数の反射衝撃波に分散される。これにより，収容管の出口での急激な圧力上昇が抑えられるとともに衝撃波の平準化が図られる。したがって，連続して安定した運転を行うことができる。
【００１６】
また，本発明のガスタービン装置の反射部は，その段ごとに，デトネーションによる衝撃波を反射する面（以下，「反射面」とする）の面積が略同一であることとするとよりよい。すなわち，反射面の面積が同一であれば，衝撃波は均一に分散される。よって，反射衝撃波の平準化の効果が大きい。
【００１７】
また，デトネーション管の側壁には，収容管に収容されている位置に，デトネーション管の出口端に向かうほどその幅が狭い切抜きが設けられていることとするとよりよい。さらにその切抜きは，デトネーション管の側壁のうち，収容管の出口と対向する部位から円周方向に略９０度回転させた位置からデトネーション管の長手方向に延びた線上に位置することとするとよりよい。
【００１８】
すなわち，この切抜きから燃焼生成ガスが漏出することにより，衝撃波が分散される。また，その切抜きの幅は，デトネーション管の出口端側ほど広い。衝撃波は，一般に，狭い流路から広い流路に伝播すると，波面が拡大されて減衰する。このことから，燃焼生成ガスの減圧が促進される。なお，「切抜き」は，デトネーション管の側壁に囲まれた状態に限らず，デトネーション管の端部から切り取られた形状（切欠き）であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，デトネーション管の出口端を収容管で覆うことにより，直接伝播する衝撃波の平準化が図られている。さらに，衝撃波を反射する部位に階段状の反射部を設けることにより，反射衝撃波の平準化も図られている。よって，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置が実現されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，ガスタービン発電システムに本発明のパルスデトネーション燃焼器を備えたガスタービン装置を適用したものである。
【００２１】
実施の形態に係るガスタービン発電システム１００は，図１に示すように圧縮機１と，デトネーション燃焼器２と，タービン３と，発電機４とを備えている。本形態のガスタービン発電システム１００には，複数のデトネーション燃焼器２が設けられており，各デトネーション燃焼器２がタービン３の回転軸１０を取り囲むように配置されている。また，タービン３の回転軸１０は，圧縮機１および発電機４と一体的に結合されている。そのため，タービン３が回転することで，圧縮機１および発電機４も回転する。
【００２２】
圧縮機１は，取り込んだ空気を圧縮して，その圧縮空気をデトネーション燃焼器２に供給するものである。圧縮機１には，回転軸１０を中心として複数のブレードが設けられており，このブレードが回転することで空気を圧縮する。また，各デトネーション燃焼器２は，圧縮空気と燃料とを燃焼管内で混合し，その混合気を基にデトネーションを発生させることで高圧の燃焼生成ガスを発生させるものである。デトネーション燃焼器２の詳細については後述する。タービン３は，圧縮機１および発電機４を回転駆動するためのものである。タービン３にも，複数のブレードが設けられており，このブレードに燃焼生成ガスが衝突することで回転動力を得ることができる。また，発電機４は，回転軸１０と結合された発電ロータが回転することで電力を発生させる。
【００２３】
次に，デトネーション燃焼器２について詳細に説明する。デトネーション燃焼器２は，図２に示すように燃料供給ノズル２１と，着火源２２と，インナーチューブ２３と，アウターチューブ２４と，出口管２５とを備えている。インナーチューブ２３は，直径が１０８ｍｍの円筒管であり，内側でデトネーションを発生させるとともにそのデトネーションによる衝撃波を拡散させるものである。インナーチューブ２３の入口端２３２には，燃料供給ノズル２１が設けられており，燃料および圧縮空気がインナーチューブ２３内に供給される。そして，インナーチューブ２３内では，圧縮空気と燃料との混合気に着火することでデトネーションを発生させる。一方，インナーチューブ２３の出口端２３３からは，燃焼（デトネーション）による燃焼生成ガスが排出される。
【００２４】
また，アウターチューブ２４は，両端２４２，２４３とも閉塞端であり，直径が１３４ｍｍの円筒管である。このアウターチューブ２４の直径は，インナーチューブ２３の直径よりも大きい。そして，アウターチューブ２４は，インナーチューブ２３の出口端２３３を収容するように配置されている。なお，アウターチューブ２４の閉塞端２４３は，インナーチューブ２３の出口端２３３と接しておらず，出口端２３３を塞いでしまうものではない。そのため，インナーチューブ２３の出口端２３３とアウターチューブ２４の閉塞端２４３との間には隙間がある。さらに，インナーチューブ２３の外面とアウターチューブ２４の内面との間にも隙間があり，その隙間が燃焼生成ガスの伝播流路２６となっている。すなわち，アウターチューブ２４の閉塞端２４３にて撥ね返された燃焼生成ガスをインナーチューブ２３内の流れの方向と逆方向に伝播させるための折り返し流路２６となっている。
【００２５】
また，アウターチューブ２４の閉塞端２４３の内側には，円筒状の反射部材が重ねて設けられており，階段状の反射部２４４をなしている。この反射部２４４は，閉塞端２４３から離れるほど径が小さい。具体的に反射部２４４の各段の直径は，先端部から順に５０ｍｍ，７１ｍｍ，８７ｍｍ，１００ｍｍと段階的に大きくなっており，同一中心軸上に配置されている。なお，本形態の反射部２４４は，直径が異なる４つの反射部材によって構成されているが，段数はこれに限るものではない。また，反射部２４４の各段の反射面の面積は，各段とも１９００ｍｍ2 から２０００ｍｍ2 までの範囲内あり，ほぼ等しいといえる。そして，この階段状の反射部２４４により，インナーチューブ２３内を伝播してきた燃焼生成ガスは数回に分けて均等に反射することになる。
【００２６】
また，インナーチューブ２３の壁面には，図３に示すような切欠き２３１が設けられている。この切欠き２３１の開き幅は，入口端２３２側から出口端２３３側に向けて広くなっている。すなわち，切欠き２３１は，三角形状をなしている。
【００２７】
なお，切欠き２３１は，インナーチューブ２３の円周方向のどの位置に設けたとしても直接伝播する衝撃波の圧力を平準化する効果はあるが，図３に示したようにアウターチューブ２４の出口に対して９０度横側に向いた位置に設けることが好ましい。具体的に本出願人は，切欠き２３１が，（ａ）アウターチューブ２４の出口側に向いた場合と，（ｂ）アウターチューブ２４の出口に対して９０度横側に向いた場合と，（ｃ）アウターチューブ２４の出口に対して逆に向いた場合との３通りの実験を行い，（ｂ）の場合が最も平準化の効果が大きいことを確認している。
【００２８】
また，出口管２５がアウターチューブ２４と結合されている。出口管２５は，燃焼生成ガスをアウターチューブ２４の外に排出させるとともに，その燃焼生成ガスをタービン３へと導くためのものである。この出口管２５の入口は，インナーチューブ２３の切欠き２３１の位置よりアウターチューブ２４の閉塞端２４２側に設けられている。すなわち，インナーチューブ２３の出口端２３４から排出された燃焼生成ガスと，切欠き２３１から漏出した燃焼生成ガスとが交わる位置より下流側に設けられている。なお，出口管２５の出口の手前には，圧力センサが取り付けられており，これによって出口付近の圧力履歴を知ることができる。
【００２９】
次に，本形態のガスタービン発電システム１００の動作について説明する。まず，発電機４の後方（図１中の左側）から送り込まれた空気が圧縮機１にて圧縮される。一般的に，発電出力が４００ｋＷ程度の発電システムでは，空気の圧縮前後の圧力比が５．０程度である。この圧縮機１での圧力比が高ければ高いほど燃焼器２から排出される燃焼生成ガスは高圧である。圧縮空気は，各デトネーション燃焼器２内に送り込まれる。
【００３０】
各デトネーション燃焼器２内では，圧縮空気がデトネーション燃焼器２のインナーチューブ２３内に送り込まれ，燃料供給ノズル２１から供給された燃料と混合される。そして，着火源２２によって圧縮空気と燃料との混合気への着火が行われる。これにより，インナーチューブ２３内でデトネーションが生じる。そして，デトネーションによる衝撃波がインナーチューブ２３内を伝播し，インナーチューブ２３の出口端２３３から燃焼生成ガスが排出される。
【００３１】
また，インナーチューブ２３内の燃焼生成ガスの一部は，図４に示すようにインナーチューブ２３の側壁に設けられている切欠き２３１から漏出する。すなわち，燃焼生成ガスは，切欠き２３１の幅が狭い部位からインナーチューブ２３外に放出され，切欠き２３１の幅が広くなるにつれて放出される燃焼生成ガスの量は多くなる。これにより，燃焼生成ガスが分散され，その圧力が低減される。
【００３２】
また，インナーチューブ２３から排出された燃焼生成ガスは，アウターチューブ２４の閉塞端２４３に設けられた階段状の反射部２４４にて撥ね返され，その一部が伝播流路２６内を伝播する。すなわち，図５に示すように閉塞端２４３に向かう衝撃波が反射部２４４によって分散されて減衰することになる。そして，減圧された燃焼生成ガスは，伝播流路２６の下流にまで伝播し，出口管２５を介してタービン３に向けて排出される。つまり，デトネーションによって生じた衝撃波は，直接タービン３のブレードに衝突するわけではなく，切欠き２３１によって減衰しながらタービン３に達する。また，反射衝撃波についても，反射部２４４によって平準化されながらタービン３に達する。
【００３３】
各デトネーション燃焼器２（図１参照）から排出された燃焼生成ガスは，タービン３のブレードに衝突する。これにより，タービン３が回転駆動される。タービン３が回転することで，タービン３と同軸上に設けられた圧縮機１および発電機４も回転する。そして，発電機４が回転駆動されることで電力が得られる。
【００３４】
さらに，本形態のガスタービン発電システム１００には，複数のデトネーション燃焼器２が設けられており，各デトネーション燃焼器２が異なったタイミングで燃焼する。例えば，デトネーション燃焼器が２Ａ，２Ｂ，２Ｃと設けられている場合に，それぞれのデトネーション燃焼器が異なるタイミングでデトネーションを発生させる。つまり，各デトネーション燃焼器内での燃焼は一瞬にして終了してしまうため，１つ１つのデトネーション燃焼器では一瞬だけ超高圧な状態が発生する。この高圧状態の時間をデトネーション燃焼器ごとに異にする。これにより，タービン３に対して，低圧状態の時間を短くすることができる。そのため，高圧状態を長時間にわたり維持することができ，タービン３に送り込まれる燃焼生成ガスの圧力が安定する。
【００３５】
続いて，本出願人は，アウターチューブ２４に反射部２４４を取り付けたことによる効果を確認する試験を行った。図６は，本形態のデトネーション燃焼器２の圧力変動を示している。図６に示すように，着火から３．０ｍｓまでは従来の結果（図１１参照）と同様であるが，従来での３．０ｍｓ後以降の圧力の緩やかな落ち込みと，３．８ｍｓ以降の急激な圧力上昇は生じていない。すなわち，３．０ｍｓ以降，緩やかに圧力が上昇しており，急激な圧力変動が回避されていることが確認された。
【００３６】
以上詳細に説明したように本形態のデトネーション燃焼器２は，インナーチューブ２３と，そのインナーチューブ２３を覆うアウターチューブ２４とを有し，インナーチューブ２３から排出された燃焼生成ガスの折り返し流路２６を構成することとしている。さらに，本形態のデトネーション燃焼器２は，アウターチューブ２４の閉塞端２４３に階段状の反射部２４４を設けることとしている。この階段状の反射部２４４によって，インナーチューブ２３の出口端からの衝撃波が数回のタイミングに分かれて撥ね返される。そして，燃焼生成ガスがこの反射部２４４に繰り返し撥ね返されることにより，燃焼生成ガス（反射衝撃波）の圧力が平準化される。よって，急激な圧力変動がなく，タービン３は安定した運転を行うことができる。従って，デトネーション燃焼器にて発生する燃焼生成ガスの衝撃を緩和するとともに，安定した回転動力を得ることができるガスタービン装置が実現されている。
【００３７】
また，反射部２４４は，閉塞端２４３から離れるほど径が小さく，衝撃波を反射する面（反射面）の面積が各段でほぼ等しくなっている。そのため，燃焼生成ガスは各段でほぼ均等に反射することになる。よって，反射面の面積が不均一なものと比較して，平滑化の効果が大きい。
【００３８】
また，インナーチューブ２３の側壁には，三角形状の切欠き２３１が設けられている。この切欠き２３１から燃焼生成ガスが漏出することで，直接伝播する衝撃波の圧力を平準化することができる。
【００３９】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。すなわち，実施の形態では，ガスタービン発電システムに本発明を適用しているが，これに限るものではない。例えば，デトネーション燃焼器から得られる熱と，発電機から得られる電力とを利用する，いわゆるコジェネレーションシステムであってもよい。また，例えば航空用エンジンに本発明のガスタービン装置を適用してもよい。
【００４０】
また，本形態の反射部２４４は，直径が異なる反射部材を重ねることによって階段状をなしているが，階段状の部材として一体的に成形されたものであってもよい。
【００４１】
また，切欠き２３１の形状は，図３に示す三角形状に限るものではない。例えば，台形形状であってもよい。また，デトネーション管２３の出口端２３３から切り取られた状態に限らず，デトネーション管２３の側壁を切り抜いた状態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態に係るガスタービン発電システムの構成を示す図である。
【図２】デトネーション燃焼器および燃焼生成ガスの衝撃緩和機構の構成を示す断面図である。
【図３】インナーチューブの壁面に設けられた切抜きの例を示す図である。
【図４】アウターチューブ内の燃焼生成ガスの流路を示す図である。
【図５】実施の形態の閉塞端における衝撃波の反射のイメージを示す図である。
【図６】図２に示した衝撃波緩衝機構ありの場合における圧力変動を示すグラフである。
【図７】従来の形態に係るガスタービン発電システムの構成を示す図である。
【図８】通常の燃焼器の熱効率とデトネーション燃焼器の熱効率とを示す図である。
【図９】従来の形態に係るデトネーション燃焼器および燃焼生成ガスの衝撃緩和機構の構成を示す図である。
【図１０】図９に示した衝撃波緩衝機構なしの場合における圧力変動を示すグラフである。
【図１１】図９に示した衝撃波緩衝機構ありの場合における圧力変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 圧縮機
２ デトネーション燃焼器（燃焼器）
２３ インナーチューブ（デトネーション管）
２３１ 切欠き（切抜き）
２３２ 入口端
２３３ 出口端
２４ アウターチューブ（収容管）
２４３ 閉塞端
２４４ 反射部（反射部）
２５ 出口管（排出管）
３ タービン
４ 発電機
１０ 回転軸
１００ ガスタービン装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デトネーションを生じさせ，そのデトネーションによる燃焼生成ガスを排出する燃焼器と，前記燃焼器から排出された燃焼生成ガスにて回転動力を得るタービンとを備えたガスタービン装置において，
前記燃焼器は，
内部でデトネーションを生じさせるデトネーション管と，
内径が前記デトネーション管の外径よりも大きく，前記デトネーション管の出口端を収容し，前記デトネーション管の出口端と対向する側の端部が閉塞端である収容管と，
前記収容管と結合し，前記デトネーション管と前記収容管との隙間に流れ込んだ燃焼生成ガスを前記タービンに向けて排出させる排出管と，
前記収容管の内側であってデトネーションによる衝撃波を反射する部位に位置し，階段状に突起した形状をなす反射部とを備えることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項２】
請求項１に記載するガスタービン装置において，
前記反射部は，その段ごとに，デトネーションによる衝撃波を反射する面の面積が略同一であることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するガスタービン装置において，
前記反射部は，前記収容管のうちの前記デトネーション管の出口端と対向する側の端部に位置することを特徴とするガスタービン装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載するガスタービン装置において，
前記デトネーション管の側壁には，前記収容管に収容されている位置に，前記デトネーション管の出口端に向かうほどその幅が狭い切抜きが設けられていることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項５】
請求項４に記載するガスタービン装置において，
前記切抜きは，前記デトネーション管の側壁のうち，前記収容管の出口と対向する部位から円周方向に略９０度回転させた位置から前記デトネーション管の長手方向に延びた線上に位置することを特徴とするガスタービン装置。
【請求項１】
デトネーションを生じさせ，そのデトネーションによる燃焼生成ガスを排出する燃焼器と，前記燃焼器から排出された燃焼生成ガスにて回転動力を得るタービンとを備えたガスタービン装置において，
前記燃焼器は，
内部でデトネーションを生じさせるデトネーション管と，
内径が前記デトネーション管の外径よりも大きく，前記デトネーション管の出口端を収容し，前記デトネーション管の出口端と対向する側の端部が閉塞端である収容管と，
前記収容管と結合し，前記デトネーション管と前記収容管との隙間に流れ込んだ燃焼生成ガスを前記タービンに向けて排出させる排出管と，
前記収容管の内側であってデトネーションによる衝撃波を反射する部位に位置し，階段状に突起した形状をなす反射部とを備えることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項２】
請求項１に記載するガスタービン装置において，
前記反射部は，その段ごとに，デトネーションによる衝撃波を反射する面の面積が略同一であることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するガスタービン装置において，
前記反射部は，前記収容管のうちの前記デトネーション管の出口端と対向する側の端部に位置することを特徴とするガスタービン装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載するガスタービン装置において，
前記デトネーション管の側壁には，前記収容管に収容されている位置に，前記デトネーション管の出口端に向かうほどその幅が狭い切抜きが設けられていることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項５】
請求項４に記載するガスタービン装置において，
前記切抜きは，前記デトネーション管の側壁のうち，前記収容管の出口と対向する部位から円周方向に略９０度回転させた位置から前記デトネーション管の長手方向に延びた線上に位置することを特徴とするガスタービン装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−８３７３３（Ｐ２００６−８３７３３Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６７７６４（Ｐ２００４−２６７７６４）
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
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