DE112016006587T5

DE112016006587T5 - Gasturbineneinrichtung

Info

Publication number: DE112016006587T5
Application number: DE112016006587.6T
Authority: DE
Inventors: Yuichi MORISAWA; Hideyuki Maeda; Yasuaki Nakamura; Yasunori Iwai; Masao Itoh
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2018-12-13
Also published as: JPWO2017158636A1; US20170342860A1; JP6334817B2; WO2017158636A1; US10738657B2

Abstract

Eine Gasturbineneinrichtung 10 einer Ausführungsform umfasst: ein Brennergehäuse 70; einen Brenner 20, der in dem Brennergehäuse 70 vorgesehen ist; einen Zylinder 80, der einen Umfang des Brenners 20 umgibt und einen Raum zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Brenner 20 unterteilt; eine Turbine 25, die durch Verbrennungsgas, das von dem Brenner 20 abgegeben wird, gedreht wird; einen Wärmetauscher 24, der das Verbrennungsgas kühlt, das von der Turbine 25 abgegeben wird; ein Rohr 42, durch das ein Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher 24 gekühlt wird, in den Wärmetauscher 24 fließt, um erwärmt zu werden, wobei das Rohr 42 das Verbrennungsgas, das in dem Wärmetauscher 24 erwärmt wird, in den Zylinder 80 leitet; und ein Rohr 44, das einen anderen Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher 24 gekühlt wird, zu einem Raum zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 leitet.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Gasturbineneinrichtung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Als Reaktion auf die Anforderungen nach einer Verringerung von Kohlendioxid, Ressourcenerhaltung und Ähnlichem haben Stromerzeugungsanlagen einen immer größeren Wirkungsgrad. Insbesondere wird derzeit die Temperatur des Arbeitsfluids von Gasturbinen und Dampfturbinen erhöht, es werden Kombizyklen angewendet und Ähnliches. Überdies wird Forschung und Entwicklung hinsichtlich der Rückgewinnung von Kohlendioxyd ausgeführt.
8 ist ein Systemdiagramm einer herkömmlichen Gasturbineneinrichtung 300. 9 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Schnitt eines Brenners 313 zeigt, der in der herkömmlichen Gasturbineneinrichtung 300 bereitgestellt ist. In der herkömmlichen Gasturbineneinrichtung 300 wird eine Turbine betrieben, die Kohlendioxid und Wasserdampf nutzt, die in einem Brenner als Arbeitsfluid erzeugt werden, wobei ein Teil des von der Turbine ausgestoßenen Kohlendioxids umgewälzt wird.
Wie in 8 dargestellt, wird in der herkömmlichen Gasturbineneinrichtung 300 Sauerstoff, der von einem Luftabscheider (nicht dargestellt) abgeschieden wird, in ein Rohr 340 eingeleitet. Der Sauerstoff wird dann in einem Verdichter 310 verdichtet, und seine Strömungsgeschwindigkeit wird von einem Strömungsregelventil 311 gesteuert. Der Sauerstoff, der durch das Strömungsregelventil 311 fließt, wird erwärmt, indem er Wärme von dem später beschriebenen Verbrennungsgas in einem Wärmetauscher 312 aufnimmt, und wird dem Brenner 313 zugeführt.
Brennstoff wird von einer Brennstoffversorgungsquelle (nicht dargestellt) einem Rohr 341 zugeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs wird von einem Strömungsregelventil 314 geregelt und dem Brenner 313 zugeführt. Der Brennstoff ist Kohlenwasserstoff.
Wie in 9 dargestellt, reagieren (verbrennen) der von dem Rohr 340 zugeführte Sauerstoff und der von dem Rohr 341 zugeführte Brennstoff in dem Brenner 313. Bei dieser Verbrennung wird Verbrennungsgas erzeugt, das Kohlendioxid und Wasserdampf enthält. Die Strömungsgeschwindigkeiten von Brennstoff und Sauerstoff werden zu einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis geregelt (theoretisches Mischungsverhältnis), in einem Zustand, in dem Sie vollständig gemischt sind.
Das in dem Brenner 313 erzeugte Verbrennungsgas wird in eine Turbine 315 eingeleitet. Es sei angemerkt, dass beispielsweise ein Generator 319 an die Turbine 315 gekoppelt ist, wie in 8 gezeigt. Das Verbrennungsgas, das Expansionsarbeit in der Turbine 315 ausgeführt hat, fließt durch den Wärmetauscher 312. Zu diesem Zeitpunkt wird Wärme abgegeben, und der Sauerstoff, der in dem Rohr 340 strömt und das Kohlendioxid, das in einem Rohr 343 strömt, werden erwärmt.
Das Verbrennungsgas, das durch den Wärmetauscher 312 fließt, fließt dann durch einen Kühler 316. Zu diesem Zeitpunkt kondensiert der Wasserdampf in dem Verbrennungsgas zu Wasser. Das Wasser fließt durch ein Rohr 342 und wird nach außen abgegeben.
Das von dem Wasserdampf abgeschiedene Kohlendioxid wird in einem in dem Rohr 343 zwischenliegenden Verdichter 317 verdichtet und wird zu überkritischem Fluid. Ein Teil des verdichteten Kohlendioxids wird in ein Rohr 344 eingeleitet, das von dem Rohr 343 abgezweigt ist. Das in das Rohr 344 eingeleitete Kohlendioxid wird hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit von einem Strömungsregelventil 318 geregelt und nach außen abgegeben.
Währenddessen strömt ein verbleibender Teil des Kohlendioxids in das Rohr 343. Das Kohlendioxid wird dann in dem Wärmetauscher 312 erwärmt und einem Brennergehäuse 350 zugeführt, in dem der Brenner 313 untergebracht ist, wie in 9 dargestellt. Die Temperatur des durch den Wärmetauscher 312 fließenden Kohlendioxids beträgt ungefähr 700 °C. Das Brennergehäuse 350 ist hier durch ein stromaufwärtiges Gehäuse 351a und ein stromabwärtiges Gehäuse 351b aufgebaut.
Das in das stromaufwärtige Gehäuse 351a geleitete Kohlendioxid strömt zwischen dem stromabwärtigen Gehäuse 351b und einem Brennkammereinsatz 352 und einem Übergangsstück (Endrohr) 353, zu der Turbine 315.
Wenn das Kohlendioxid zwischen dem stromabwärtigen Gehäuse 351b und dem Brennkammereinsatz und dem Übergangsstück 353, strömt, kühlt das Kohlendioxid den Brennkammereinsatz 352 und das Übergangsstück 353. Der Kühlvorgang erfolgt beispielsweise durch Filmkühlung (porös) (engl. porous film cooling) oder Ähnliches. Ein Teil des Kohlendioxids wird in den Brennkammereinsatz 352 und das Übergangsstück 353 von Bohrungen 354, 356 eines Filmkühlungsteils (porös), Verdünnungsbohrungen 355 und so weiter eingeleitet, wie in 9 gezeigt. Außerdem wird das Kohlendioxid auch zum Kühlen von Leitschaufeln 360 und Laufschaufeln 361 der Turbine 315 verwendet.
Das in den Brennkammereinsatz 352 und das Übergangsstück 353 eingeleitete Kohlendioxid wird zusammen mit dem durch die Verbrennung erzeugten Verbrennungsgas in die Turbine 315 eingeleitet. Wie zuvor angegeben, zirkuliert das Kohlendioxid in dem System, anders als das von dem Rohr 344 abgegebene Kohlendioxid.
Hier sind das stromaufwärtige Gehäuse 351a und das stromabwärtige Gehäuse 351b Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt. Das stromaufwärtige Gehäuse 351a und das stromabwärtigen Gehäuse 351b bestehen daher aus einer teuren Ni-basierten Legierung.
RELEVANTE REFERENZEN
Patent-Referenz
Referenz 1: JP-A 2000-337107
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Wie zuvor beschrieben, muss das Brennergehäuse 350, das dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt ist, in der herkömmlichen Gasturbineneinrichtung 300 aus der teuren Ni-basierten Legierung bestehen. Entsprechend erhöhen sich die Herstellungskosten der Gasturbineneinrichtung.
Die von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Gasturbineneinrichtung bereitzustellen, in der ein Gehäuse, das sich am Umfang eines Brenners befindet, aus kostengünstigen Werkstoffen bestehen kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
Eine Gasturbineneinrichtung gemäß einer Ausführungsform umfasst: ein Gehäuse; einen Brenner, der in dem Gehäuse vorgesehen ist, um Brennstoff und Oxidationsmittel zu verbrennen; einen Zylinder, der einen Umfang des Brenners umgibt, wobei der Zylinder einen Raum zwischen dem Gehäuse und dem Brenner unterteilt; und eine Turbine, die von dem Verbrennungsgas gedreht wird, das von dem Brenner abgegeben wird.
Überdies umfasst die Gasturbineneinrichtung: einen Wärmetauscher, der das Verbrennungsgas kühlt, das von der Turbine abgegeben wird; ein Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur, durch das ein Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, durch den Wärmetauscher fließt, um erwärmt zu werden, wobei das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur, das in dem Wärmetauscher erwärmte Gas in den Zylinder leitet; ein Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur, das einen anderen Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, in einen Raum zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder leitet; und ein Abgasrohr, das einen verbleibenden Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, nach außen abgibt.
Figurenliste

1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbineneinrichtung einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Schnitt eines Brenners und eines Brennergehäuses zeigt, die in der Gasturbineneinrichtung der ersten Ausführungsform vorgesehen sind.
3 ist eine schematische Ansicht, die einen vertikalen Schnitt des Brenners und des Brennergehäuses zeigt, die einen anderen Aufbau aufweisen und in der Gasturbineneinrichtung der ersten Ausführungsform vorgesehen sind.
4 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbineneinrichtung einer zweiten Ausführungsform.
5 ist eine schematische Ansicht, die einen vertikalen Schnitt eines Brenners und eines Brennergehäuses zeigt, die in der Gasturbineneinrichtung der zweiten Ausführungsform vorgesehen sind.
6 ist ein Querschnitt entsprechend einem A-A-Querschnitt von 5 und ist eine Ansicht, die einen Teil eines anderen Strömungskanals in dem Brennergehäuse der Gasturbineneinrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Querschnitt, der einem B-B-Querschnitt von 5 entspricht, und ist eine Ansicht, die einen Teil eines anderen Strömungskanals in dem Brennergehäuse der Gasturbineneinrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Systemdiagramm einer herkömmlichen Gasturbineneinrichtung.
9 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Schnitt eines Brenners zeigt, der in der herkömmlichen Gasturbineneinrichtung bereitgestellt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbineneinrichtung 10 einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Gasturbineneinrichtung 10 einen Brenner 20, der Brennstoff und Oxidationsmittel verbrennt, ein Rohr 40, das den Brenner 20 mit Brennstoff versorgt, und ein Rohr 41, das den Brenner 20 mit Oxidationsmittel versorgt.
Das Rohr 40 umfasst ein Strömungsregelventil 21, das eine Strömungsgeschwindigkeit des an den Brenner 20 zu liefernden Brennstoffs regelt. Hier wird beispielsweise Kohlenwasserstoff, wie Methan und Erdgas, als Brennstoff verwendet. Überdies kann beispielsweise ebenfalls Kohlevergasungs-Brenngas, das Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Ähnliches enthält, als Brennstoff verwendet werden.
Das Rohr 41 umfasst ein Strömungsregelventil 22, das eine Strömungsgeschwindigkeit des Oxidationsmittels regelt, mit dem der Brenner 20 versorgt wird. Überdies ist an dem Rohr 41 ein Verdichter 23 vorgesehen, der das Oxidationsmittel verdichtet. Sauerstoff, der von der Atmosphäre durch einen Luftabscheider (nicht dargestellt) abgeschieden wird, wird als Oxidationsmittel verwendet. Das Oxidationsmittel, das durch das Rohr 41 strömt, wird erwärmt, indem es durch einen später beschriebenen Wärmetauscher 24 fließt, und wird dem Brenner 20 zugeführt.
Der Brennstoff und das Oxidationsmittel, die durch den Brenner 20 geleitet werden, führen zu einer Reaktion (Verbrennung) in einem Verbrennungsbereich und werden in Verbrennungsgas umgewandelt. Hier wird bevorzugt, dass kein überschüssiges Oxidationsmittel (Sauerstoff) oder Brennstoff in dem Verbrennungsgas verbleibt, das von dem Brenner 20 in der Gasturbineneinrichtung 10 abgegeben wird. Entsprechend werden die Strömungsgeschwindigkeiten des Brennstoffs und des Oxidationsmittels geregelt, um beispielsweise ein stöchiometrisches Mischungsverhältnis (Äquivalenzverhältnis 1) zu ergeben. Es sei angemerkt, dass das hier erwähnte Äquivalenzverhältnis ein Äquivalenzverhältnis (Gesamt-Äquivalenzverhältnis) ist, wenn angenommen wird, dass der Brennstoff und der Sauerstoff gleichmäßig vermischt werden.
Die Gasturbineneinrichtung 10 umfasst eine Turbine 25, die von dem Verbrennungsgas gedreht wird, das von dem Brenner 20 abgegeben wird. Beispielsweise wird ein Generator 26 an diese Turbine 25 gekoppelt. Das von dem Brenner 20 abgegebene Verbrennungsgas, das hier erwähnt wird, enthält ein Verbrennungsprodukt, das aus dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel sowie dem später beschriebenen Kohlendioxid (Verbrennungsgas, dem Wasserdampf entzogen wurde) besteht, mit dem der Brenner 20 versorgt wird.
Das von der Turbine 25 abgegebene Verbrennungsgas wird zu einem Rohr 42 geleitet und gekühlt, indem es durch den Wärmetauscher 24 fließt. Zu diesem Zeitpunkt werden das Oxidationsmittel, das durch das Rohr 41 strömt, und das Kohlendioxid, das durch das Rohr 42 strömt, aufgrund der Wärmestrahlung von dem Verbrennungsgas erwärmt.
Das Verbrennungsgas, das durch den Wärmetauscher 24 geflossen ist, fließt durch einen Kühler 27. Das Verbrennungsgas fließt durch den Kühler 27 und dadurch wird der Wasserdampf, der in dem Verbrennungsgas enthalten ist, entfernt. Zu diesem Zeitpunkt kondensiert der Wasserdampf in dem Verbrennungsgas zu Wasser. Das Wasser wird beispielsweise durch ein Rohr 43 nach außen abgegeben.
Wie zuvor beschrieben, sind hier, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten des Brennstoffs und des Oxidationsmittels geregelt werden, sodass sie das stöchiometrische Mischungsverhältnis (Äquivalenzverhältnis 1) haben, Komponenten des Verbrennungsgases, dem der Wasserdampf entzogen worden ist (trockenes Verbrennungsgas), meistens Kohlendioxide. Es sei angemerkt, dass manchmal eine geringe Menge, beispielsweise 0,2 % oder weniger an Kohlenmonoxid in dem Verbrennungsgas vermischt ist, dem der Wasserdampf entzogen worden ist, nachfolgend wird aber das Verbrennungsgas, dem der Wasserdampf entzogen worden ist, einfach als Kohlendioxid bezeichnet.
Das Kohlendioxid wird von einem in dem Rohr 42 zwischengelagerten Verdichter 28 verdichtet und wird ein überkritisches Fluid. Ein Teil des verdichteten Kohlendioxids strömt durch das Rohr 42 und wird in dem Wärmetauscher 24 erwärmt. Dann wird das Kohlendioxid in einen Zylinder 80 geleitet, der einen Umfang des Brenners 20 umgibt. Die Temperatur des den Wärmetauscher 24 durchflossenen Kohlendioxids wird ungefähr 700 °C. Es sei angemerkt, dass das Rohr 42, das dieses Kohlendioxid hoher Temperatur in den Zylinder 80 leitet, als Versorgungsrohr von Verbrennungsgas hoher Temperatur fungiert.
Ein anderer Teil des verdichteten Kohlendioxids wird in ein Rohr 44 eingeleitet, das von dem Rohr 42 abzweigt. Das in das Rohr 44 eingeleitete Kohlendioxid wird hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit von einem Strömungsregelventil 29 geregelt und wird zwischen einem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 als Kühlmedium geleitet. Die Temperatur des Kohlendioxids, das durch das Rohr 44 zwischen das Brennergehäuse 70 und den Zylinder 80 geleitet wird, beträgt ungefähr 400 °C. Es sei angemerkt, dass das Rohr 44 als Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur fungiert.
Währenddessen wird der verbleibende Teil des verdichteten Kohlendioxids in ein Rohr 45 eingeleitet, das von dem Rohr 42 abzweigt. Das in das Rohr 45 eingeleitete Kohlendioxid wird hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit von einem Strömungsregelventil 30 geregelt und nach außen abgegeben. Es sei angemerkt, dass das Rohr 45 als Abgasrohr fungiert. Das nach außen abgegebene Kohlendioxid kann beispielsweise für EOR (Enhanced Oil Recovery) oder Ähnliches an Bohrfeldern genutzt werden.
Nachfolgend wird ein Aufbau des Brennergehäuses 70 der Gasturbineneinrichtung 10 der ersten Ausführungsform ausführlich beschrieben.
2 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Schnitt des Brenners 20 und des Brennergehäuses 70 darstellt, die in der Gasturbineneinrichtung 10 der ersten Ausführungsform vorgesehen sind.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Brenner 20 einen Brennstoffdüsenteil 60, einen Brennkammereinsatz 61 und ein Übergangsstück 62 (Endrohr). Der Brennstoffdüsenteil 60 spritzt den von dem Rohr 40 gelieferten Brennstoff und das von dem Rohr 41 gelieferte Oxidationsmittel in den Brennkammereinsatz 61 ab. Der Brennstoff wird beispielsweise von einer Mitte abgespritzt, und das Oxidationsmittel wird von einem Umfang der Mitte abgespritzt. Der Brenner 20 ist im Innern des Brennergehäuses 70 untergebracht.
Das Brennergehäuse 70 ist entlang einer Längsrichtung des Brenners 20 vorgesehen, sodass es den Brenner 20 umgibt. Das Brennergehäuse 70 ist beispielsweise in zwei Teile in der Längsrichtung des Brenners 20 geteilt. Das Brennergehäuse 70 ist beispielsweise aus einem stromaufwärtigen Gehäuse 71 an einer stromaufwärtigen Seite, und einem stromabwärtigen Gehäuse 72 an einer stromabwärtigen Seite aufgebaut. Es sei angemerkt, dass das Brennergehäuse 70 als Gehäuse fungiert.
Das stromaufwärtige Gehäuse 71 ist beispielsweise aus einem Zylinder gebildet, in dem ein Ende (stromaufwärtiges Ende) geschlossen und das andere Ende (stromabwärtiges Ende) geöffnet ist. In einer Mitte des einen Endes ist eine Öffnung 71a gebildet, in der der Brennstoffdüsenteil 60 eingesetzt ist. Außerdem ist das Rohr 44 an eine Seite des stromaufwärtigen ehäuses 71 gekoppelt. Das Rohr 44 ist beispielsweise auf eine Öffnung 71b aufgebracht und mit ihr verbunden, die an dem Seitenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebildet ist.
Das stromabwärtige Gehäuse 72 ist aus einem Zylinder gebildet, in dem beide Enden geöffnet sind. Ein Ende des stromabwärtigen Gehäuses 72 ist mit dem stromaufwärtigen Gehäuse 71 verbunden, und das andere Ende des stromabwärtigen Gehäuses 72 ist beispielsweise mit einem Gehäuse verbunden, das die Turbine 25 umgibt.
Wie in 2 dargestellt, ist der Zylinder 80 bereitgestellt, der einen Umfang des Brenners 20 umgibt und einen Raum zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Brenner 20 in dem Brennergehäuse 70 unterteilt. Ein vorbestimmter Raum wird zwischen dem Brenner 20 und dem Zylinder 80 behalten.
Ein Ende (stromaufwärtiges Ende) des Zylinders 80 ist geschlossen und eine Öffnung 81 ist gebildet, in die der Brennstoffdüsenteil 60 eingeführt wird. Das andere Ende (stromabwärtiges Ende) des Zylinders 80 ist geschlossen, und es ist eine Öffnung 82 gebildet, in die ein stromabwärtiges Ende des Übergangsstücks 62 eindringt.
Der Zylinder 80 ist beispielsweise durch Verbinden eines plattenförmigen Deckelelements 80a, umfassend die Öffnung 71a an ein zylindrisches Hauptkörperelement 80b gebildet. Der Zylinder 80 ist beispielsweise wie nachfolgend beschrieben zusammengebaut. Der Brennstoffdüsenteil 60 dringt durch die Öffnung 71a des Deckelelements 80a ein. Dann wird das Brennergehäuse 70, umfassend der Brennstoffdüsenteil 60, in das Hauptkörperelement 80b eingeführt. Danach wird das Deckelelement 80a mit dem Hauptkörperelement 80b verbunden.
Es sei angemerkt, dass ein Montageaufbau des Zylinders 80 nicht darauf beschränkt ist. Der Montageaufbau des Zylinders 80 ist nicht beschränkt, solange der Zylinder 80 eine Struktur aufweist, die den Umfang des Brenners 20 umgibt, wie in 2 dargestellt.
Eine innere Umfangsfläche der Öffnung 82 an der stromabwärtigen Seite des Zylinders 80 steht in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche an dem stromabwärtigen Endteil des Übergangsstücks 62.
Außerdem ist das Rohr 42 an ein Seitenteil einer stromaufwärtigen Seite des Zylinders 80 gekoppelt. Das Rohr 42 dringt in das Rohr 44 ein, das an das Seitenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gekoppelt ist, und ist an das Seitenteil des Zylinders 80 gekoppelt, wie in 2 dargestellt. Ein Teil, in dem das Rohr 42 in das Innere des Rohrs 44 eindringt, weist eine Doppelrohrstruktur auf.
Es sei angemerkt, dass das Rohr 42 beispielsweise durch eine Öffnung 44a in das Rohr 44 eingeführt wird, die an dem Rohr 44 gebildet ist. An einem Öffnungsteil, umfassend die Öffnung 44a, ist das Rohr 42 mit dem Rohr 44 verbunden. Außerdem ist die Doppelrohrstruktur des Rohrs 42 und des Rohrs 44 nicht auf eine Stelle beschränkt, sondern kann an einer Vielzahl von Stellen in einer Umfangsrichtung vorhanden sein.
Hier wird die Strömung des Kohlendioxids erklärt, das von jedem, dem Rohr 42 und dem Rohr 44, eingeleitet wird.
Das Kohlendioxid, das von dem Rohr 42 in den Zylinder 80 eingeleitet wird, strömt an einem ringförmigen Raum zwischen dem Brennkammereinsatz 61 und dem Zylinder 80 zu einer stromabwärtigen Seite. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Kohlendioxid den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62.
Das Kohlendioxid wird in den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 von beispielsweise Bohrungen 63, 64 eines Filmkühlungsteils (porös), von Verdünnungslöchern 65 usw. des Brennkammereinsatzes 61 und des Übergangsstücks 62 eingeleitet.
Wie zuvor angegeben, wird die gesamte Menge des Kohlendioxids, das von dem Rohr 42 eingeleitet wird, in den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 eingeleitet. Es sei angemerkt, dass das in den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 eingeleitete Kohlendioxid zusammen mit dem durch die Verbrennung erzeugten Verbrennungsgas in die Turbine 25 eingeleitet wird.
Hier beträgt die Temperatur des von dem Rohr 42 eingeleiteten Kohlendioxids ungefähr 700 °C. Diese Temperatur des Kohlendioxids ist niedriger im Vergleich zu einer Temperatur des Verbrennungsgases, der der Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 ausgesetzt sind. Entsprechend können der Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 von diesem Kohlendioxid ausreichend gekühlt werden. Da die Temperatur des Kohlendioxids ungefähr 700 °C beträgt, wird überdies ein Verbrennungszustand aufgrund dessen, dass das Kohlendioxid in den Brennkammereinsatz 61 eingeleitet wird, nicht beeinträchtigt.
Wie zuvor angegeben, wird das Kohlendioxid, das von dem Rohr 42 eingeleitet wird, in die Turbine 25 eingeleitet, ohne von dem Zylinder 80, der den Umfang des Brenners 20 umgibt, zum Brennergehäuse 70 auszuströmen.
Währenddessen wird das Kohlendioxid niedriger Temperatur, das durch das Rohr 44 strömt, zu dem Doppelrohr geleitet, das aus dem Rohr 42 und dem Rohr 44 aufgebaut ist. Das Kohlendioxid, das durch das Doppelrohr geleitet wird, fließt durch das Rohr 44 und wird zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 geleitet. Insbesondere fließt das Kohlendioxid, das zu dem Doppelrohr geleitet wird, durch einen ringförmigen Pfad zwischen dem Rohr 42 und dem Rohr 44 und wird zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 geleitet.
Das Kohlendioxid, das zwischen dem Rohr 42 und dem Rohr 44 strömt, kühlt den Verbindungsteil zwischen dem Rohr 42 und dem Rohr 44 und das Rohr 42, das ins Innere des Rohrs 44 eindringt. Außerdem strömt das Kohlendioxid niedriger Temperatur an einem Umfang des Rohrs 42, und daher wird Wärmeübertragung von dem Rohr 42, in dem das Kohlendioxid hoher Temperatur zu dem Brennergehäuse 70 strömt, unterdrückt.
Das Kohlendioxid, das zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 geleitet wird, strömt an einem ringförmigen Raum zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 zur stromabwärtigen Seite. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Kohlendioxid das Brennergehäuse 70 und den Zylinder 80. Außerdem wird dieses Kohlendioxid auch zum Kühlen von beispielsweise Leitschaufeln 85 und Laufschaufeln 86 der Turbine 25 verwendet. Die Temperatur des Brennergehäuses 70 wird beispielsweise 400 °C oder weniger aufgrund der Kühlung, wie zuvor angegeben.
Wie zuvor beschrieben, wird das Brennergehäuse 70 von dem Kohlendioxid niedriger Temperatur gekühlt, ohne dass es dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt ist. Das Brennergehäuse 70 besteht daher beispielsweise aus Fe (Eisen)-basiertem wärmebeständigen Stahl wie CrMoV-Stahl, CrMo-Stahl.
Wie zuvor beschrieben, sind gemäß der Gasturbineneinrichtung 10 der ersten Ausführungsform der Zylinder 80 und das Rohr 42, das an den Zylinder 80 gekoppelt ist, umfasst, und dadurch ist das Brennergehäuse 70 nicht dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt. Außerdem strömt das Kohlendioxid niedriger Temperatur zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80, und dadurch ist es möglich, einen Temperaturanstieg des Brennergehäuses 70 zu unterdrücken.
Das Brennergehäuse 70 kann dadurch beispielsweise aus kostengünstigem Fe-basiertem wärmebeständigem Stahl bestehen. Entsprechend ist es möglich, die Herstellungskosten der Gasturbineneinrichtung 10 zu verringern.
Hier ist der Aufbau des Brennergehäuses 70 in der Gasturbineneinrichtung 10 der ersten Ausführungsform nicht auf den einen zuvor beschriebenen Aufbau beschränkt. 3 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Schnitt des Brenners 20 und des Brennergehäuses 70 mit einem anderen Aufbau darstellt, die in der Gasturbineneinrichtung 10 der ersten Ausführungsform vorgesehen sind.
Wenn beispielsweise ein Arbeitsdruck in einer Gasturbine hoch wird, wie in einem Fall, in dem überkritisches fluides Kohlendioxid als Teil eines Arbeitsfluids verwendet wird, ist es zu bevorzugen, dass beispielsweise eine Doppelgehäusestruktur aus einem Außengehäuse und einem Innengehäuse verwendet wird. In 3 wird nur ein Beispiel in einem Fall dargestellt, in dem die Doppelgehäusestruktur angewandt wird.
Wie in 3 gezeigt, umfasst das Brennergehäuse 70 beispielsweise das stromaufwärtige Gehäuse 71 an der stromaufwärtigen Seite und das stromabwärtige Gehäuse 72 an der stromabwärtigen Seite. Das stromabwärtige Gehäuse 72 umfasst ein Außengehäuse 90 und ein Innengehäuse 91 innerhalb des Außengehäuses 90. Überdies ist an einem Innenumfang zwischen dem Außengehäuse 90 und dem Innengehäuse 91 eine zylindrische Hülse 92 entlang einer Längsrichtung des Brenners 20 vorgesehen.
Zwischen der Hülse 92 und dem Innengehäuse 91 ist beispielsweise ein ringförmiger Dichtungsring 93 eingebaut. Das Vorsehen des Dichtungsrings 93 hindert das Kohlendioxid daran, zwischen dem Außengehäuse 90 und dem Innengehäuse 91 auszutreten. Es sei angemerkt, dass hier das Außengehäuse 90 und die Hülse 92 mit einer stromabwärtigen Endfläche des stromaufwärtigen Gehäuses 71 verbunden sind.
In einem Fall, in dem der obenstehende Aufbau umfasst ist, strömt das Kohlendioxid niedriger Temperatur, das zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 80 geleitet wird, zwischen dem Zylinder 80 und dem stromaufwärtigen Gehäuse 71, der Hülse 92 und dem Innengehäuse 91 zur stromabwärtigen Seite. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Kohlendioxid niedriger Temperatur das stromaufwärtige Gehäuse 71, den Zylinder 80, die Hülse 92 und das Innengehäuse 91.
Entsprechend können das stromaufwärtige Gehäuse 71, die Hülse 92 und das Innengehäuse 91 beispielsweise aus dem kostengünstigen Fe-basierten wärmebeständigen Stahl bestehen. Es sei angemerkt, dass das Außengehäuse 90, das an einer äußeren Umfangsseite als die Hülse 92 und das Innengehäuse 91 vorgesehen ist, auch aus dem kostengünstigen Fe-basierten wärmebeständigen Stahl bestehen kann.
(Zweite Ausführungsform)
4 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbineneinrichtung 11 einer zweiten Ausführungsform. 5 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Schnitt des Brenners 20 und des Brennergehäuses 70 darstellt, die in der Gasturbineneinrichtung 11 der zweiten Ausführungsform vorgesehen sind. Es sei angemerkt, dass die gleichen Bestandteile wie die der Gasturbineneinrichtung 10 der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und redundante Beschreibungen ausgelassen oder vereinfacht wurden.
Wie in 4 gezeigt, strömt ein Teil des von dem Verdichter 28 verdichteten Kohlendioxids durch das Rohr 42 und wird in dem Wärmetauscher 24 erwärmt. Das Kohlendioxid wird dann zu einem Innenraum 100 geleitet, der durch einen Zylinder 130 unterteilt ist. Es sei angemerkt, dass das Rohr 42 als Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur fungiert.
Ein anderer Teil des verdichteten Kohlendioxids wird in das Rohr 44 eingeleitet, das von dem Rohr 42 abzweigt. Das Rohr 44 ist an das Brennergehäuse 70 gekoppelt und bildet den Innenraum 100. Es sei angemerkt, dass das Rohr 44 an einen Strömungskanal gekoppelt ist, der an einem dicken Innenteil des Brennergehäuses 70 gebildet ist, das den Innenraum 100 bildet. Dieser wird später ausführlich beschrieben.
Entsprechend wird das Kohlendioxid, das in das Rohr 44 eingeleitet wird, in den Strömungskanal als Kühlmedium eingeleitet. Es sei angemerkt, dass dieser Strömungskanal mit einem Außenraum 101 kommuniziert, der von dem Zylinder 130 unterteilt ist. Es sei angemerkt, dass das Rohr 44 als Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur fungiert.
Nachfolgend wird ein Aufbau des Brennergehäuses 70 der Gasturbineneinrichtung 11 der zweiten Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, ist der Zylinder 130, der einen Raum unterteilt, zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Brenner 20 vorgesehen. Der Zylinder 130 ist entlang der Längsrichtung des Brenners 20 zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Brenner 20 vorgesehen.
Ein Ende (stromaufwärtiges Ende) des Zylinders 130 ist geöffnet. Abgesehen davon umfasst das eine Ende des Zylinders 130 beispielsweise einen ringförmigen Teil 131, der zu einer äußeren Umfangsfläche gebogen ist. Eine äußere Umfangsseite 131a des ringförmigen Teils 131 ist beispielsweise zu einer inneren Umfangsfläche des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebogen.
Das andere Ende (stromabwärtiges Ende) des Zylinders 130 ist geschlossen, und dort ist eine Öffnung 132 gebildet, in die das stromabwärtige Ende des Übergangsstücks 62 eindringt. Eine innere Umfangsfläche der Öffnung 132 an der stromabwärtigen Seite des Zylinders 130 steht in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche des stromabwärtigen Endteils des Übergangsstücks 62.
Das heißt, der Zylinder 130 unterteilt den Raum zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Brenner 20 in den Innenraum 100 und den Außenraum 101. Der Innenraum 100 ist ein Raum an der Seite des Brennkammereinsatzes 61 (der Seite des Brennstoffdüsenteils 60), der von dem Zylinder 130 unterteilt wird. Es sei angemerkt, dass der Innenraum 100 auch von einem Teil einer Innenfläche des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebildet wird. Der Außenraum 101 ist ein Raum an der Seite des Brennergehäuses 70, der von dem Zylinder 130 unterteilt wird.
Die Öffnung 71a, in die der Brennstoffdüsenteil 60 eingeführt wird, ist an der Mitte des einen Endes des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebildet. Abgesehen davon ist ein Strömungskanal 110, der mit dem Außenraum 101 kommuniziert, an einem dicken Innenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebildet.
Der Strömungskanal 110 kommuniziert mit dem Rohr 44 durch eine Öffnung 74, die an einer Endfläche 73 des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebildet ist. Auslässe 111 des Strömungskanals 110 sind zum Außenraum 101 geöffnet. Diese Auslässe 111 sind beispielsweise aus Schlitzen oder einer Vielzahl von Bohrungen usw. gebildet. Es sei angemerkt, dass ein Teil des stromaufwärtigen Gehäuses 71, in dem der Strömungskanal 110 umfasst ist, als ein den Strömungskanal bildenden Teil 78 fungiert.
Hier ist der dicke Innenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 ein dicker Teil zwischen einer Innenfläche und einer Außenfläche des stromaufwärtigen Gehäuses 71.
Überdies ist das Rohr 42 an das Seitenteil der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gekoppelt. Das Rohr 42 kommuniziert mit dem Innenraum 100. Das heißt, eine Stelle, in der das Rohr 42 gekoppelt ist, befindet sich an der stromaufwärtigen Seite relativ zu einer Stelle, an der der ringförmige Teil 131 des Zylinders 130 mit der inneren Umfangsfläche des stromaufwärtigen Gehäuses 71 verbunden ist. Davon abgesehen, ist das Rohr 42 beispielsweise durch Eindringen in den den Strömungskanal bildenden Teil 78 gekoppelt.
Eine Struktur des Strömungskanals 110 an dem dicken Innenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 ist nicht auf die zuvor angegebene Struktur beschränkt. Eine Struktur, die in der Lage ist, das stromaufwärtige Gehäuse 71 zu kühlen, das dem Innenraum 100 zugewandt ist, und an das das Rohr 42 mittels des Kohlendioxids niedriger Temperatur gekoppelt ist, das durch den Strömungskanal 110 strömt, kann als die Struktur des Strömungskanals 110 verwendet werden. Überdies kann eine Struktur, die das Kohlendioxid leitet, das den Strömungskanal 110 zum Außenraum 101 durchfließt, als die Struktur des Strömungskanals 110 verwendet werden.
Hier ist das stromaufwärtige Gehäuse 71 gebildet durch Verbinden von zwei zylindrischen Strukturen, beispielsweise einer Innenstruktur 75 und einer Außenstruktur 76, wie in 5 dargestellt. Insbesondere das stromaufwärtige Gehäuse 71 ist wie beispielsweise nachfolgend beschrieben gebildet.
An einem Teil, der die Öffnung 71a darstellt, an der der Brennstoffdüsenteil 60 eingeführt ist, ist ein ringförmiger Ring 77 zwischen der Innenstruktur 75 und der Außenstruktur 76 sandwichartig vorgesehen und von einer Innenflächenseite der Öffnung 71a verschweißt. An einem Teil, der jeden Auslass 111 des Strömungskanals 110 darstellt, ist ein ringförmiger Ring sandwichartig zwischen der Innenstruktur 75 und der Außenstruktur 76 vorgesehen und von einer Innenflächenseite des stromaufwärtigen Gehäuses 71 verschweißt. Schlitze, Bohrungen usw. sind an jedem ringförmigen Ring gebildet, der den Auslass 111 darstellt.
Daher ist zwischen der Innenstruktur 75 und der Außenstruktur 76 ein Spalt mit einem vorbestimmten Intervall gebildet. Das heißt, der Strömungskanal 110 ist an dem dicken Innenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 gebildet.
Nachfolgend wird eine Durchgangsbohrung zum Einsetzen des Rohrs 42 verarbeitet. Dann wird das Rohr 42 in die Durchgangsbohrung eingesetzt und wird beispielsweise von einem Inneren des stromaufwärtigen Gehäuses 71 und einer Außenseite des stromaufwärtigen Gehäuses 71 verschweißt.
Es sei angemerkt, dass ein Verfahren zum Bilden des Strömungskanals 110 an dem dicken Innenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 nicht auf das zuvor angegebene Verfahren beschränkt ist. Das heißt, andere Verfahren können verwendet werden, solange es sich um ein Verfahren handelt, das in der Lage ist, den Strömungskanal 110 an dem dicken Innenteil des stromaufwärtigen Gehäuses 71 zu bilden.
Hier wird die Strömung des Kohlendioxids erklärt, das von jedem, dem Rohr 42 und dem Rohr 44, eingeleitet wird.
Das Kohlendioxid, das von dem Rohr 42 zu dem Innenraum 100 eingeleitet wird, strömt an einem ringförmigen Raum zwischen dem Brennkammereinsatz 61 und dem Zylinder 130 zu einer stromabwärtigen Seite. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Kohlendioxid den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62.
Das Kohlendioxid wird in den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 eingeleitet, wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Zu diesem Zeitpunkt werden der Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 gekühlt. Es sei angemerkt, dass die gesamte Menge des Kohlendioxids, das von dem Rohr 42 eingeleitet wird, in den Brennkammereinsatz 61 und das Übergangsstück 62 eingeleitet wird.
Wie zuvor erläutert, strömt das Kohlendioxid, das von dem Rohr 42 eingeleitet wird, nicht in Richtung der Seite des Brennergehäuses 70 sondern des Zylinders 130 aus.
Währenddessen wird das Kohlendioxid niedriger Temperatur, das durch das Rohr 44 strömt, zu dem Strömungskanal 110 durch die Öffnung 74 des stromaufwärtigen Gehäuses 71 geleitet. Das zu dem Strömungskanal 110 geleitete Kohlendioxid strömt zu den Auslässen 111, während es sich im Strömungskanal 110 ausbreitet. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Kohlendioxid das stromaufwärtige Gehäuse 71.
Abgesehen davon strömt das Kohlendioxid, das durch den Strömungskanal 110 strömt, auch an einem Umfang des Rohres 42, das in den den Strömungskanal bildenden Teil 78 eindringt. Entsprechend kommt es zu unterdrückter Wärmeübertragung von dem Rohr 42, an dem das Kohlendioxid hoher Temperatur zum stromaufwärtigen Gehäuse 71 strömt.
Das Kohlendioxid, das von den Auslässen 111 zum Außenraum 101 geleitet wird, strömt an einem ringförmigen Raum zwischen dem Brennergehäuse 70 und dem Zylinder 130 zur stromabwärtigen Seite. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Kohlendioxid das Brennergehäuse 70 und den Zylinder 130. Außerdem wird dieses Kohlendioxid auch zum Kühlen von beispielsweise den Leitschaufeln 85 und den Laufschaufeln 86 der Turbine 25 verwendet. Die Temperatur des Brennergehäuses 70 (des stromaufwärtigen Gehäuses 71 und des stromabwärtigen Gehäuses 72) wird beispielsweise 400 °C oder weniger aufgrund der Kühlung, wie zuvor angegeben.
Das Kohlendioxid niedriger Temperatur strömt durch den Strömungskanal 110, und dadurch ist es möglich, einen Temperaturanstieg des stromaufwärtigen Gehäuses 71, das dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt ist, zu unterdrücken. Außerdem wird das Brennergehäuse 70, das dem Außenraum 101 zugewandt ist, von dem Kohlendioxid niedriger Temperatur gekühlt, ohne dass es dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt ist. Das Brennergehäuse 70 besteht daher beispielsweise aus Fe (Eisen)-basiertem wärmebeständigen Stahl wie CrMoV-Stahl, CrMo-Stahl.
Wie zuvor angegeben, ist der Strömungskanal 110 gemäß der Gasturbineneinrichtung 11 der zweiten Ausführungsform umfasst, und daher kann der Temperaturanstieg an dem stromaufwärtigen Gehäuse 71, das dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt ist, unterdrückt werden. Abgesehen davon ist der Zylinder 130 umfasst, und dadurch ist das Brennergehäuse 70, das dem Außenraum 101 zugewandt ist, nicht dem Kohlendioxid hoher Temperatur ausgesetzt. Abgesehen davon strömt das Kohlendioxid niedriger Temperatur an dem Außenraum 101, und dadurch kann der Temperaturanstieg des Brennergehäuses 70 unterdrückt werden.
Es ist daher möglich, dass das Brennergehäuse 70 beispielsweise aus kostengünstigem Fe (Eisen)-basiertem wärmebeständigen Stahl aufgebaut ist. Es ist daher möglich, die Herstellungskosten der Gasturbineneinrichtung 11 zu verringern.
Hier ist der Aufbau des Strömungskanals 110 nicht auf den zuvor angegebenen Aufbau beschränkt. 6 ist ein Querschnitt entsprechend einem A-A-Querschnitt von 5 und ist eine Ansicht, die einen Teil eines anderen Strömungskanals 110 in dem Brennergehäuse 70 der Gasturbineneinrichtung 11 der zweiten Ausführungsform zeigt. 7 ist ein Querschnitt, der einem B-B-Querschnitt von 5 entspricht, und ist eine Ansicht, die einen Teil eines anderen Strömungskanals 110 in dem Brennergehäuse 70 der Gasturbineneinrichtung 11 der zweiten Ausführungsform zeigt.
Wie in 6 und 7 gezeigt, kann eine Vielzahl von Strömungskanalwänden 120, 121, 122 an dem Strömungskanal 110 vorgesehen sein. Die Strömungskanalwände 120, 121, 122 sind jeweils beispielsweise aus einer plattenförmigen Rippe oder Ähnlichem gebildet. Die Höhe der Strömungskanalwände 120, 121, 122 entspricht jeweils einem Abstand zwischen der Innenstruktur 75 und der Außenstruktur 76.
Die Strömungskanalwand 120 unterteilt einen Raum zwischen der Innenstruktur 75 und der Außenstruktur 76 in beispielsweise eine konzentrische Vielzahl von Strömungskanälen, wie in 6 gezeigt. Der Strömungskanal 110 ist in eine linke Halbseite und eine rechte Halbseite durch die Strömungskanalwand 121 unterteilt, die beispielsweise in einer diametralen Richtung vorgesehen sind.
Währenddessen ist eine Vielzahl von Strömungskanalwänden 122 mit einem vorbestimmten Intervall in dem Strömungskanal 110 an einem Seitenteil vorgesehen, wie in 7 gezeigt. Spalten der Strömungskanalwände 122, die wie oben angegeben in einer Umfangsrichtung vorgesehen sind, sind in einer Längsrichtung des Strömungskanals 110 (Längsrichtung des Brenners 20) in einer Vielzahl von Stufen vorgesehen. Beispielsweise wird eine Position des Strömungskanals zwischen den Strömungskanalwänden 122 in der Umfangsrichtung in Bezug auf eine Position des Strömungskanals einer benachbarten Spalte in der Umfangsrichtung verschoben. Es ist daher möglich, vorzubeugen, dass das Kohlendioxid linearer in der Längsrichtung strömt, ohne sich in Umfangsrichtung auszubreiten.
In dem Strömungskanal 110, der den zuvor angegebenen Aufbau aufweist, strömt das Kohlendioxid, das von der Öffnung 74 des stromaufwärtigen Gehäuses 71 in den Strömungskanal 110 geleitet wird, von einer Innenseite hin zu einer Außenseite, während es zwischen den Strömungskanälen an der linken Halbseite und der rechten Halbseite in der Umfangsrichtung strömt, wie in 6 gezeigt.
Das Kohlendioxid, das in einen äußeren peripheren Strömungskanal strömt, dreht sich in die Längsrichtung (die Längsrichtung des Brenners 20) und strömt zu dem Auslass 111. Zu diesem Zeitpunkt strömt das Kohlendioxid in der Längsrichtung, während es sich an einem Spalt zwischen den Strömungskanalwänden 122 in der Umfangsrichtung ausbreitet, wie in 7 gezeigt. Das Kohlendioxid strömt dann von den Auslässen 111 heraus zu dem Außenraum 101.
Wie zuvor angegeben, sind die Strömungskanalwände 120, 121, 122 vorgesehen, und dadurch kann das Kohlendioxid sicher durch den Strömungskanal 110 geleitet werden. Abgesehen davon strömt das Kohlendioxid in den Strömungskanal zwischen den Strömungskanalwänden 120, 121 und dadurch nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Fall zu, in dem die Strömungskanalwände 120, 121 nicht vorgesehen sind. Es ist dadurch möglich, die Wärmeübertragung zu verbessern. Es ist dadurch möglich, das stromaufwärtige Gehäuse 71 sicher zu kühlen.
Es sei angemerkt, dass ein Anordnungsaufbau der Strömungskanalwände 120, 121, 122 nicht auf den zuvor angegebenen Aufbau beschränkt ist. Ein Aufbau, der das Kohlendioxid leitet, das in den Strömungskanal 110 durch den gesamten Strömungskanal 110 geleitet wird, kann als der Anordnungsaufbau für die Strömungskanalwände 120, 121, 122 dienen.
Darüber hinaus kann, wenn die Strömungskanalwände 122 umfasst sind, eine Durchgangsbohrung, die von der Außenstruktur 76 durch die Strömungskanalwände 122 in die Innenstruktur 75 eindringt, in 7 gebildet sein. In diesem Fall wird das Rohr 42 mit einer Seitenfläche der Außenstruktur 76 verbunden, sodass es mit der Durchgangsbohrung kommuniziert.
Es sei angemerkt, dass der Strömungskanal 110 und der Zylinder 130 in der zweiten Ausführungsform in der Lage sind, auf die Doppelgehäusestruktur angewandt zu werden, wie in 3 gezeigt.
Hier ist in jeder der Gasturbineneinrichtungen 10, 11 der zuvor angegebenen Ausführungsformen ein Beispiel verdeutlicht, in dem Sauerstoff, das das Oxidationsmittel ist, dem Brenner 20 durch das Rohr 41 zugeführt wird, der Aufbau ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können sie einen Aufbau aufweisen, in dem ein Teil des Kohlendioxids, das von dem Verdichter 28 verdichtet wird, dem Rohr 41 zugeführt wird.
In diesem Fall ist eine neue Rohrabzweigung von dem Rohr 42 an der stromabwärtigen Seite des Verdichters 28 vorgesehen. Dieses abgezweigte Rohr ist unter Bezugnahme auf 1 beispielsweise zwischen dem Strömungsregelventil 22 und dem Wärmetauscher 24 an das Rohr 41 gekoppelt. Das heißt, gemischtes Gas, bestehend aus dem Oxidationsmittel und dem Kohlendioxid, wird an den Brenner 20 geleitet. Es sei angemerkt, dass das gemischte Gas erwärmt wird, indem es durch den Wärmetauscher 24 fließt.
Auch in dem zuvor genannten Aufbau können ein Betrieb und eine Wirkungsweise erreicht werden, die ähnlich dem Betrieb und der Wirkungsweise in den Gasturbineneinrichtungen 10, 11 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind.
Gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, dass das Gehäuse, das um den Brenner vorgesehen ist, aus kostengünstigen Werkstoffen besteht.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft und sollen den Geltungsbereich der Erfindungen nicht beschränken. Die in diesem Dokument beschriebenen neuartigen Ausführungsformen können tatsächlich in einer Vielzahl anderer Ausbildungsformen ausgeführt werden; überdies können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Entsprechungen sollen solche Ausbildungen oder Abänderungen abdecken, die unter den Erfindungsgedanken fallen.
Bezugszeichenliste
10, 11 ... Gasturbineneinrichtung, 20 ... Brenner, 21, 22, 29, 30 ... Strömungsregelventil, 23 ... Verdichter, 24 ... Wärmetauscher, 25 ... Turbine, 26 ... Generator, 27 ... Kühler, 28 ... Verdichter, 40, 41, 42, 43, 44, 45 ... Rohr, 44a, 74, 81, 82 ... Öffnung, 60 ... Brennstoffdüsenteil, 61 ... Brennkammereinsatz, 62 ... Übergangsstück, 63, 64 ... Bohrung, 65 ... Verdünnungsbohrung, 70 ... Brennergehäuse, 71 ... stromaufwärtiges Gehäuse, 71a, 71b, 132 ... Öffnung, 72 ... stromabwärtiges Gehäuse, 73 ... eine Endfläche, 75 ... Innenstruktur, 76 ... Außenstruktur, 77 ... ringförmiger Ring, 78 ... Strömungskanal bildender Teil, 80, 130 ... Zylinder, 80a ... Deckelelement, 80b ... Hauptkörperelement, 85 ... Leitschaufel, 86 ... Laufschaufel, 90 ... Außengehäuse, 91 ... Innengehäuse, 92 ... Hülse, 93 ... Dichtungsring, 100 ... Innenraum, 101 ... Außenraum, 110 ... Strömungskanal, 111 ... Auslass, 120, 121, 122 ... Strömungskanalwand, 131 ... ringförmiger Teil, 131a ... äußere Umfangsfläche
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000337107 A [0015]

Claims

Gasturbineneinrichtung, umfassend: ein Gehäuse; einen Brenner, der in dem Gehäuse vorgesehen ist, um Brennstoff und Oxidationsmittel zu verbrennen; einen Zylinder, der einen Umfang des Brenners umgibt, wobei der Zylinder einen Raum zwischen dem Gehäuse und dem Brenner unterteilt; eine Turbine, die durch Verbrennungsgas gedreht wird, das von dem Brenner abgegeben wird; einen Wärmetauscher, der das Verbrennungsgas kühlt, das von der Turbine abgegeben wird; ein Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur, durch das ein Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, in den Wärmetauscher fließt, um erwärmt zu werden, wobei das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur das Verbrennungsgas, das in dem Wärmetauscher erwärmt wird, in den Zylinder leitet; ein Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur, das einen anderen Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, zu einem Raum zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder leitet; und ein Abgasrohr, das einen verbleibenden Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, nach außen abgibt.
Gasturbineneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur ins Innere des Versorgungsrohrs für Verbrennungsgas niedriger Temperatur eindringt, wobei das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur an das Gehäuse gekoppelt ist, und wobei das Verbrennungsgas, das durch das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur strömt, zwischen dem Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur und dem Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur fließt, um zu dem Raum zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder geleitet zu werden.
Gasturbineneinrichtung, umfassend: ein Gehäuse; einen Brenner, der in dem Gehäuse vorgesehen ist, um Brennstoff und Oxidationsmittel zu verbrennen; einen Zylinder, der in einer Längsrichtung zwischen dem Gehäuse und dem Brenner vorgesehen ist, wobei der Zylinder einen Raum zwischen dem Gehäuse und dem Brenner in einen Außenraum und einen Innenraum unterteilt; eine Turbine, die durch Verbrennungsgas gedreht wird, das von dem Brenner abgegeben wird; einen Wärmetauscher, der das Verbrennungsgas kühlt, das von der Turbine abgegeben wird; ein Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur, durch das ein Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, in den Wärmetauscher fließt, um erwärmt zu werden, wobei das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur das Verbrennungsgas, das in dem Wärmetauscher erwärmt wird, zu dem Innenraum leitet; einen Strömungskanal, der an einem dicken Innenteil des Gehäuses gebildet ist, der den Innenraum bildet, wobei der Strömungskanal mit dem Außenraum kommuniziert; ein Versorgungsrohr für Verbrennungsgas niedriger Temperatur, das einen anderen Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, zu dem Strömungskanal leitet; und ein Abgasrohr, das einen verbleibenden Teil des Verbrennungsgases, das in dem Wärmetauscher gekühlt wird, nach außen abgibt.
Gasturbineneinrichtung nach Anspruch 3, wobei das Versorgungsrohr für Verbrennungsgas hoher Temperatur durch Eindringen in einen den Strömungskanal bildenden Teil gekoppelt ist, in dem der Strömungskanal umfasst ist.