JP2001515556A - 伝熱式熱交換器を用いる水素燃料動力プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水素（２）が動力プラントの燃料源として用いられる。水素（２）を純粋な酸素（１）中で燃焼（８）させて蒸気（71）を生じさせ、次にこの蒸気を一又は二以上のタービン（24,26,28）内で膨張させ、この蒸気は、引き続くタービン（10,12）相互間で水素と酸素を更に燃焼させることにより再熱される。タービン（76）から排出される蒸気中の熱を燃焼に先立って水素と酸素に伝えることによりかかる熱を回収する。燃焼にあたって炭化水素燃料又は大気を使用しないので、NOx生成が起こらず、従って動力プラントからの唯一の放出物（77）が水であるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】 伝熱式熱交換器を用いる水素燃料動力プラント 発明の背景 本発明は、タービン動力プラントで水素を燃焼させる方法に関する。より詳細 には、本発明は、水素を酸素中で燃焼させ、排熱を伝熱式熱交換器又はレキュペ レータによって回収する動力プラントに関する。 従来型動力プラントでは、炭化水素燃料、例えば天然ガス又は留出燃料油を空 気中で燃焼させて高温ガスを生じさせる。ガスタービン動力プラントでは、次に 、この高温ガス（これは、代表的には約１０００〜１５００ｋＰａ（１５０〜２ ００psia）まで加圧される）をタービン中で膨張させて軸動力を生じさせる。蒸 気タービン動力プラントでは、高温ガスは熱を給水に伝えて蒸気が生じ、次に蒸 気を蒸気タービン中で膨張させて軸動力を生じさせる。いずれの場合でも、ター ビンは負荷、例えば発電機又は圧縮機を駆動して役に立つ軸動力を配給する。 残念なことに、空気中での炭化水素燃料の燃焼の結果として、窒素の酸化物が 生じ、これは大気汚染物質であると考えられる。燃焼中、ＮＯｘは主として３つ の発生源、即ち、（1）ＮＯｘへの燃焼用空気中の空中窒素の変換（このＮＯｘ は一般に「熱的(thermal)ＮＯｘ」と呼ばれている）、（2）ＮＯｘへの、燃料中 の有機的に結合された窒素化合物、例えばＨＮ₃（アンモニア）及びＨＣＮの変 換、及び(3)空中窒素と燃料中の炭化水素の分解により生じる炭化水素破片との 反応（これにより生じるＮＯｘは一般に「即発ＮＯｘ」と呼ばれている）から生 じる。 純水酸素中で水素燃料を燃やすと、ＮＯｘは全く発生しない。というのは、即 発ＮＯｘ及び燃料に結合されたＮＯｘを生じる炭化水素が存在せず、空中窒素も 存在しないからである。ロケットエンジン用の燃焼器は従来、液体水素を液体酸 素中で燃焼させることにより作動される。しかしながら、ロケットエンジンとは 異なり、動力プラント用タービンは、性能低下を起こすことなく長期間にわたっ て動作する必要があり、しかも燃料中の有効エネルギをできるだけ効率的に利用 する必要がある。 したがって、タービン動力プラントにおいて酸素中で水素燃料を燃焼させてＮ Ｏｘを発生させることなく軸動力を生じさせる効率的な方法を提供することが望 ましい。 発明の概要 したがって、本発明の一般的な目的は、タービン動力プラント内において酸素 中で水素燃料を燃焼させ、それによりＮＯｘを発生させないで軸動力を生じさせ る効率的な方法を提供することにある。 広義には、本発明のこの目的及び他の目的は、回転軸動力を発生させる方法で あって、第１の燃焼器内において加圧酸素の第１の流れの中で加圧水素の第１の 流れを燃焼させ、それにより第１の加圧酸素流のうち少なくとも第１の部分を消 費して高温加圧蒸気の第１の流れを生じさせる段階と、高温加圧蒸気の第１の流 れを膨張させて少なくとも部分的に膨張した蒸気の流れを生じさせ、前記膨張の 少なくとも一部は第１のタービンで達成され、それにより軸動力を発生させる段 階と、熱を少なくとも部分的に膨張した蒸気の流れから、第１の加圧水素流と第 １の加圧酸素流のうち少なくとも一方に、その燃焼に先立って伝える段階とを有 することを特徴とする方法によって達成される。 本発明の好ましい実施形態では、水素の流れ及び酸素の流れは、これらの燃焼 に先立ってこれらの臨界圧力以上に加圧され、熱を膨張蒸気流から伝える段階で は、熱を加圧水素流と加圧酸素流の両方に伝える。 図面の簡単な説明 図１は、酸素を一又は二以上の冷却流路に通した後に水素燃料の燃焼のための 酸素の全てを第１の燃焼器内に供給する本発明のタービン動力プラントの第１の 実施形態の略図である。 図２は、水素燃料の理論混合比による燃焼に必要な酸素だけを各燃焼器に供給 する本発明のタービン動力プラントの第２の実施形態の略図である。 好ましい実施形態の説明 図面を参照すると（図中、同一の符号は同一の部分を示している）、図１には 、本発明の水素燃料動力プラントの第１の実施形態の略図が示されている。動力 プラントの主要な構成要素は、酸素源１、水素源２、伝熱式熱交換器又はレキュ ペ レータ６、一次燃焼器８、二次燃焼器１０、三次燃焼器１２、高圧タービン１４ 、中圧タービン１６、低圧タービン１８であり、これらタービンは各々負荷（図 示せず）、例えば発電機を駆動する。タービンは好ましくは、従来型のものであ り、複数の交互に並んだ静翼列と回転翼列で構成される。静翼はシリンダに取り 付けられ、回転翼は中央に配置された回転シャフトに取り付けられている。燃焼 器は、ガスタービンで用いられる従来形式のものであってもよく、或いは特別な 設計のものであってもよい。 好ましくは、酸素源１からの酸素３０は約１４３°Ｋ（２５８°Ｒ）以下の温 度状態にあり、極低温液体となっている。好ましくは、ブースト圧縮機３が、酸 素３０の圧力をその超臨界圧力（これは、酸素については約４９７０ｋＰａ（72 0psia）である）よりも高い圧力、最適には約３４５００ｋＰａ（5０００psia） まで上げる。すると、加圧された酸素３２は伝熱式熱交換器６を通って流れ、こ こで好ましくは約５４０℃（１０００°Ｆ）まで加熱される。酸素３２は好まし くはその臨界圧力よりも高い圧力に加圧されるので、この加熱に伴う状態変化は 生じず、したがって伝熱式熱交換器から排出される加熱酸素３４は本質的には液 体状態のままである。しかしながら、もし亜臨界圧力の酸素（気体状の酸素を含 む）が伝熱式熱交換器６に供給された場合、加熱酸素３４は気体の状態になろう 。 伝熱式熱交換器には、酸素と蒸気とを接触させないで熱を低圧蒸気７６（これ については、以下に一層詳しく説明する）から加圧酸素３２に流すことができる 伝熱面が形成されている。伝熱式熱交換器６は、シェルアンドチューブ形のもの であるのがよく、加圧された酸素３２は、フィン付き管を通って流れ、低圧蒸気 ７６は管上をこれに沿って流れる。 伝熱式熱交換器６からの加熱された加圧酸素３４は３つの流れ３８，４０，４ ２に分けられる。酸素流３８は、高圧タービン１４内に形成された冷却用流路２ ４を通って流れ、ここでタービン構成部品を冷却するのに用いられ、したがって これらタービン構成要素は、高圧タービン１４を通って流れる高温加圧蒸気／酸 素混合物７１によって過度に加熱されることはないようになっている。貫通した 冷却用流路２４を有するタービン構成部品としては、回転翼及び静翼が挙げられ る。当該技術分野で周知の原理を用いて、回転翼及び静翼には、冷却用流体通 路が形成されており、かかる冷却用流体通路により、高温蒸気／酸素混合物７１ から回転翼及び静翼に伝えられた熱を次に冷却用流路２４を通って流れている酸 素３８に伝え、それにより酸素３８を加熱すると同時に回転翼及び静翼を冷却す る。一段と加熱された酸素３９（これは好ましくは約６５０℃（１２００°Ｆ） まで加熱されている）を次に冷却用流路２４から放出してタービンから出るよう にする。同様に、酸素流４０，４２は、それぞれ中圧タービン１６及び低圧ター ビン１８内に形成された冷却用流路２６，２８を通って流れる。 好ましくは、冷却用流路２４，２６，２８は、冷却用流路に入る酸素３８，４ ０，４２が全てタービン１４，１６，１８から排出されるような閉ループタイプ のものである。変形例として、効果的な冷却を助長することが望まれる場合には 、ある程度の量の酸素３８，４０，４２を冷却用流路２４，２６，２８から抽気 してタービンを通って流れている蒸気／酸素混合物７１〜７６に流入させてもよ い。 好ましい実施形態では加圧酸素３４はタービン構成部品の冷却用流体として用 いられるが、タービンはまた、それだけで、或いは選択されたタービン構成部品 を貫通する別個の酸素及び水素冷却用流路を用いることにより酸素と組合せて加 圧水素５４によって冷却してもよい。変形例として、かかる冷却方式は、伝熱式 熱交換器からの蒸気を後述するように再循環させることによって達成できる。 図１を参照すると、タービン１４〜１８から排出された一段と加熱された状態 の加圧酸素３９，４１，４３の流れは合流して酸素の流れ４４になり、次にこの 流れ４４は一次燃焼器８に差し向けられる。 好ましくは、水素源１からの水素５０は、これまた極低温液体であるように温 度が１７°Ｋ（３０°Ｒ）以下の温度状態にある。好ましくは、ブースト圧縮機 ４が、水素５０の圧力をその超臨界圧力（水素については、約１２８０ｋＰａ（ １８５psia）よりも高くし、最適には約３４５００ｋＰａ（５，０００psia）ま で上げる。すると、加圧水素５２は伝熱式熱交換器６を通って流れ、ここで加圧 酸素３２と同様の方法で好ましくは約５４０℃（１０００°Ｆ）まで加熱される 。水素３２は好ましくはその臨界圧力よりも高く加圧されるので、この加熱に伴 う状態変化は生じず、したがって伝熱式熱交換器から排出される加熱水素５４は 本質 的に液体状態のままである。しかしながら、亜臨界圧力の水素（気体状の水素を 含む）が伝熱式熱交換器６に供給されると、加熱された水素５４は気体状になる であろう。 酸素３２の場合と同様、伝熱式熱交換器には、水素と蒸気を接触させないで熱 を低圧蒸気７６から加圧水素５２に流すことができるようにする伝熱面が形成さ れている。 伝熱式熱交換器６からの加圧された加熱水素５４は３つの流れ５６，５８，６ ０に分けられ、これら流れはそれぞれ一次燃焼器８、二次燃焼器１０、三次燃焼 器１２に差し向けられる。後述するように、中圧タービン１６及び低圧タービン １８を通って流れる蒸気／酸素混合物７３〜７６の圧力は、高圧タービン１４を 通って流れている混合物の圧力よりも低い。したがって、この発明の好ましい実 施形態では、水素の流れ５８，６０はそれぞれ二次燃焼器１０及び三次燃焼器１ ２内への導入に先立ってそれぞれ小さな出力のタービン２０，２２内で部分膨張 する。これにより、水素５２の圧縮するのに費やされたエネルギのうち一部を有 効な仕事として回収できる。 図１に示す本発明の実施形態では、３つの燃焼器８，１０，１２のそれぞれの 中の３つの水素流５６，５８，６０の燃焼に必要な酸素４４は全て一次燃焼器８ 内へ導入される。その結果、一次燃焼器８内では、水素燃料の第１の部分５６の 全ては酸素４４の一部により燃焼するので一次燃焼器８内における燃焼は、酸素 が濃厚で燃料が稀薄なものとして特徴づけられる。かかる燃焼により、温度は、 例えばもし水素を理論混合比で燃焼させた場合とは異なってけ過度に高くなるこ とはない。 一次燃焼器８内での水素と酸素の燃焼生成物は、超臨界蒸気の形態の純水であ る。その結果、一次燃焼器８は、超臨界蒸気と酸素の混合物で構成される高温加 圧ガス７１を排出する。好ましくは、高圧蒸気／酸素混合物７１を約１６５０℃ （３０００°Ｆ）まで加熱するのに十分な量の水素５６の燃焼が一次燃焼器８内 で行われる。 一次燃焼器８からの高圧蒸気／酸素混合物７１は、高圧タービン１４内で中程 度の圧力状態まで部分膨張して有益な軸動力を生じさせる。その際、蒸気／酸素 混合物７２の温度を、好ましくは約８１０℃（１５００°）まで下げる。次に、 高圧タービン１４から排出された中程度の圧力の蒸気／酸素混合物７２を二次燃 焼器１０内で再加熱し、この中で水素燃料の第２の部分５９が蒸気／酸素混合物 ７２中の酸素の一部と共に燃焼する。酸素の残り全部が二次燃焼器１０内で消費 されるわけではないので、燃焼は子の場合も、酸素が濃厚で燃料が稀薄なものと して特徴づけることができる。二次燃焼器１０内における燃焼は好ましくは、中 程度の圧力の蒸気／酸素混合物の温度を上昇させて、これを約１６５０℃（３０ ００°Ｆ）に戻す。 次に、二次燃焼器１０からの再加熱された中圧力蒸気／酸素混合物７３を中圧 タービン１６内において低圧状態まで一段と膨張させ、それにより追加の軸出力 を生じさせる。その際、その温度を好ましくは約８１０℃（１５００°Ｆ）まで 再び減少させる。中圧タービン１６から排出された低圧蒸気／酸素混合物７４を 次に三次燃焼器１２内で再加熱し、この中で水素燃料の第３の部分５７を蒸気／ 酸素混合物７４中の酸素の残りの部分と共に燃焼させ、好ましくは低圧蒸気／酸 素混合物の温度を上昇させて約１６５０℃（３０００°Ｆ）に戻す。酸素は好ま しくは三次燃焼器１０内の燃焼によって減少するので、この燃焼は理論混合比と して特徴づけることができ、三次燃焼器によって排出された流体は本質的に純粋 な蒸気である。 次に、三次燃焼器１２からの再加熱低圧蒸気７５を低圧タービン１８内で一段 と膨張させ、ここでその温度を好ましくは約８１０℃（１５００°Ｆ）まで再び 下げる。かくして、低圧タービン１８は、さらに多くの軸動力を生じさせる。好 ましくは、低圧タービン１８から排出された膨張後の蒸気７６の圧力は、大気圧 未満の圧力、例えば約７ｋＰａ（１psia）である。 好ましくは、一次燃焼器８から伝熱式熱交換器６までの流体によって生じる全 圧力降下は、高圧タービン１４、中圧タービン１６及び低圧タービン１８の間で ほぼ均等に分割され、したがって各タービン内における膨張比は３の３乗根であ る。 好ましい実施形態では、三次燃焼器１２内における燃焼では残りの酸素を全て 消費ずるが、場合によっては、三次燃焼器１０内では稀薄燃焼も採用することが 望ましい場合があり、したがって三次燃焼器から排出された流体はある過剰の酸 素を含有するであろう。さらに、図１に示す実施形態は３つのタービン１４，１ ６，１８を採用しているが、熱力学的効率及びコストを最適化するためにこれよ りも多い数又は少ない数のタービンを用いてもよい。 低圧タービン１８から排出された蒸気７６は、伝熱式熱交換器６に差し向けら れ、ここで、流入している極低温酸素３２及び水素５２の流れに熱を伝えること により蒸気７６の温度を一段と減少させる。低圧タービン１６から排出されてい る蒸気から熱を酸素３２及び水素５２燃料に伝えることにより、サイクル内への エネルギ入力の最適使用が可能となり、それにより熱効率が最大限になる。伝熱 式熱交換器６から排出された蒸気７７の温度は、流入蒸気７６の温度及び質量流 量だけでなく酸素及び水素の入口温度及び出口温度、並びに流量の関数となろう 。好ましくは、蒸気７７は、伝熱式熱交換器６内で十分に冷却されて凝縮される ようになる。次に、凝縮物７７をプロセス水として使用するために排出し、或い は環境中に排出する。変形例として、伝熱式熱交換器６は蒸気７６を一部だけ冷 却してもよく、伝熱式熱交換器から排出された部分的に冷却された膨張済みの蒸 気は次に凝縮器（図示せず）に差し向けられることになろう。 かくして、本発明によれば、回転軸出力は、ＮＯｘを生じさせないで効果的に 得られる。しかも、動力プラントからの唯一の放出物は純水であり、これは大抵 の場合、僅かに冷却した後、環境に安全に放出できる。 図２は、本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態では、酸素１３ ２及び水素１５２は、それぞれ酸素源１５０及び水素源１０２によって供給され る。好ましくは、酸素１３２及び水素１５２は、それらの臨界圧力よりも高い圧 力に加圧されるが、極低温状態ではなく、即ち周囲温度及び約２０５００ｋＰａ （3000psia）である。酸素１３２及び水素１５２は、上述したように低圧蒸気１ ７６からの熱の伝達によって伝熱式熱交換器１０６内で加熱される。この実施形 態では、酸素１３４及び水素１５４は好ましくは、約２６０〜５４０℃（５００ 〜１０００°Ｆ）まで加熱される。 伝熱式熱交換器６からの加熱酸素１３４及び加熱水素１５４はそれぞれ３つの 流れに分割される。酸素の第１の部分１４４及び水素１６０の第１の部分は、一 次燃焼器１０８内で燃焼させる。しかしながら、この実施形態では、燃焼は本質 的に理論混合比で行われ、したがって酸素１４４は本質的に全て水素１６０の全 ての燃焼の際に消費されるようになる。その結果、一次燃焼器１０８は、高圧の 超臨界状態の本質的に純水な蒸気１７１の流れ、即ち約２１８４０ｋＰａ（３１ ６８psia）の蒸気の超臨界圧力よりも大きな圧力の状態の蒸気を放出する。 燃焼が理論混合比で行われるにもかかわらず、温度は後述するように超臨界蒸 気１８１，１８８の流れを一次燃焼器１０８内へ導入することによって過度には ならず、これは燃焼器の温度を適度のレベルにする。その結果、一次燃焼器１０ ８から排出された高圧超臨界蒸気１７１は、蒸気１８１，１８８の注入だけでな く酸素１４４及び水素１６０の燃焼によって生じる蒸気によって構成される。好 ましくは、一次燃焼器１０８によって排出された超臨界蒸気１７１は、約２０５ ００ｋＰａ（３０００psia）の圧力、及び１６５０℃（３０００°Ｆ）の温度状 態にある。 一次燃焼器１０８からの高圧超臨界蒸気１７１は、高圧タービン１１４内で中 程度の圧力まで部分膨張し、それにより有益な軸出力が得られる。その際、蒸気 の温度は好ましくは、約８１０℃（１５００°Ｆ）まで下げられる。次に、高圧 タービン１１４から排出された中程度の圧力の蒸気１７２は、二次燃焼器１１０ 内で再加熱され、ここで水素燃料の第２の部分１５９は酸素の第２の部分１３６ と共に燃焼する。この場合もまた、二次燃焼器１１０内における燃焼は好ましく は、本質的に理論混合比の状態で行われて本質的に純水な中程度の圧力の蒸気１ ７３が生じるようになる。二次燃焼器１１０内における燃焼は好ましくは、中程 度の圧力蒸気１７３の温度を上昇させて約１６５０℃（３０００°Ｆ）に戻す。 次に、二次燃焼器１１０からの再加熱された中程度の圧力の蒸気１７３を中圧 タービン１１６内で低圧状態まで一段と膨張させ、それにより追加の軸出力を生 じさせる。その際、その温度をこの場合も又、好ましくは約８１０℃（１５００ °Ｆ）まで下げる。次に、中圧カタービン１１６から排出された低圧蒸気１７４ を三次燃焼器１１２内で再加熱し、ここで水素燃料の第３の部分１５７を酸素の 第３の部分１３５で燃焼させる。この場合も、三次燃焼器１１２内における燃焼 は好ましくは、本質的に理論混合比の状態で行われて本質的に純水な低圧蒸気 １７５が生じるようになる。三次燃焼器１１２内における燃焼は好ましくは低圧 蒸気１７５の温度を上昇させて約１６５０℃（３０００°Ｆ）に戻す。 次に、三次燃焼器１１２からの再加熱低圧蒸気１７５を低圧タービン１８内で 一段と膨張させ、その温度を再び好ましくは約８１０℃（１５００°Ｆ）まで下 げる。かくして、低圧タービン１１８はさらに多くの軸出力を生じさせる。好ま しくは、低圧タービン１１８から排出された膨張蒸気１７６の圧力は上述したよ うに大気圧未満の圧力状態にあり、流体が経験する圧力降下の合計は、高圧ター ビン１１４、中圧タービン１１６及び低圧タービン１１８相互間でほぼ均等に分 割される。さらに、図２に示す実施形態は３つのタービン１４，１６，１８を採 用しているが、上述したようにこれよりも多い数又は少ない数のタービンを用い てもよい。 低圧タービン１１８から排出された蒸気１７６は伝熱式熱交換器１０６に差し 向けられ、ここで、熱を上述したように流入中の酸素１３２及び水素１５２の流 れに伝達するが、後述するように加圧水１７９にも伝達することによって蒸気１ ７６のの温度は一段と下がる。次に、冷却された蒸気１７７を凝縮器１９８に差 し向ける。凝縮器１９８からの凝縮物を２つの流れ１７８，１９９に分割する。 流れ１９９は他の用途又は他の用途のために排出されるか、或いは環境に排出さ れる。 凝縮物の流れ１７８は、ポンプ２００によりその臨界圧力よりも高い圧力、好 ましくは約２０５００ｋＰａ（3０００psia）まで加圧される。加圧水１７９を 直接一次燃焼器１０８内に注入して燃焼温度の制御を行うことができるが、好ま しくは加圧水１７９はまず最初に伝熱式熱交換器１０６を通って流れる。加圧水 １７９の温度はここで膨張した蒸気１７６からの熱の伝達によって上昇する。伝 熱式熱交換器１０６内では、水１７９は２つの流れ１８０，１８１に分割される 。 第１の流れ１８０は、伝熱装置の一部だけを通って流れた後に超臨界蒸気の流 れとして伝熱式熱交換器から排出される。好ましくは、その温度は約２６０℃（ ５００°Ｆ）まで上げられる。次に、伝熱式熱交換器１０６から排出された蒸気 １８０は３つの流れ１８２，１８４，１８６に分割され、これらは各々、上述し たように高圧タービン１１４、中圧タービン１１６及び低圧タービン１１８の 構成部品に形成された冷却用流路１２４，１２６，１２８のそれぞれを通って流 れる。冷却用流路の各々において、熱は蒸気に伝えられ、好ましくはその温度を 約５４０℃（１０００°Ｆ）に上昇させる。タービンから排出された加熱超臨界 蒸気１８３，１８５，１８７の流れを次に一次燃焼器１０８内に導入して上述し たように燃焼温度の制御を行う。図２は閉ループタービン蒸気冷却構造を示して いるが、冷却用流路１２４，１２６，１２８に差し向けられる蒸気の全て又は一 部を直接その対応関係にあるそのそれぞれのタービンを通って流れている蒸気内 へ放出してもよい。 伝熱式熱交換器１０６からの超臨界蒸気１８１の第２の流れは、伝熱装置の全 体を通って流れた後に排出されてその温度は蒸気１８０の温度よりも高く、好ま しくはタービンの冷却用流路１２４，１２６，１２８から排出された蒸気流１８ ３，１８５，１８７と同一の温度、即ち約５４０℃（１０００°Ｆ）まで上昇す る。伝熱式熱交換器１０６からの加熱超臨界蒸気の第２の流れは、直接一次燃焼 器１０８に差し向けられる。 図２に示す実施形態では、伝熱式熱交換器１０６は低圧タービン１１８の下流 側に設けられているが、伝熱式熱交換器を有利には低圧タービンの上流側に配置 してもよい。これにより、一方においては伝熱式熱交換器１０６を通って流れる 加圧酸素１３２の流れ、水素１５２の流れ及び水１７９の流れと、他方において は伝熱式熱交換器を通って流れている蒸気１７６との間の圧力差が減少する。か かる実施形態では、低圧タービン１１８は凝縮タイプのものであってもよく、こ の場合、低圧燃焼器を省くことができる。 上述したように、本発明はその精神及び均等範囲から逸脱することなく他の特 定の形態で実施できるので、本発明の範囲を定めるにあたっては上述の説明では なく特許請求の範囲の記載に基づくべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年４月１５日（１９９８．４．１５） 【補正内容】 請求の範囲 １．第１の燃焼器（８）内において加圧酸素ガス（44）の第１の流れの中で加圧 水素（56）の第１の流れを燃焼させ、それにより加圧酸素ガスの前記第１の流 れのうち少なくとも第１の部分を消費して高温加圧蒸気（71）の第１の流れを 生じさせる段階と、高温加圧蒸気の前記第１の流れを膨張させて少なくとも部 分的に膨張した蒸気（72）の流れを生じさせ、前記膨張の少なくとも一部は第 １のタービン（14）で達成され、それにより軸動力を発生させる段階と、熱を 少なくとも部分的に膨張した蒸気の前記流れから、加圧水素の前記第１の流れ と加圧酸素ガスの前記第１の流れのうち少なくとも一方に、その燃焼に先立っ て伝える段階とを有する回転軸動力を発生させる方法において、前記少なくと も部分的に膨張した蒸気（176）を、これからの前記熱伝達後に凝縮して水 （177）を生じさせる段階を有することを特徴とする方法。 ２．水（177）を加圧する段階と、前記燃焼により生じた高温加圧蒸気（171）の 前記第１の流れの冷却のために加圧水（179）を第１の燃焼器（108）内に導入 する段階とを更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．水（177）を加圧する段階と、熱を前記部分的に膨張した蒸気（176）から加 圧水（179）に伝えて冷却用蒸気（181）の流れを生じさせる段階と、前記燃焼 により生じた高温加圧蒸気（171）の前記第１の流れの冷却のために冷却用蒸 気の前記流れを第１の燃焼器（108）内に導入する段階とを更に有することを 特徴とする請求項１記載の方法。 ４．熱を第１のタービン（114）から加圧酸素ガスの前記第１の流れに伝え、そ れにより第１のタービンを冷却すると共に前記酸素を加熱する段階を更に有す ることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．熱を第１のタービン（114）から加圧酸素ガスの前記第１の流れに伝える前 記段階では、加圧酸素ガスの前記流れの少なくとも一部を第１のタービンを通 って流すことを特徴とする請求項４記載の方法。 ６．加圧水を第１の燃焼器（108）に導入する段階の実施前に、加圧水（179）の 少なくとも一部を第１のタービン（114）を通って流して第１のタービンか ら熱を奪う段階を更に有することを特徴とする請求項２記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の燃焼器内において加圧酸素の第１の流れの中で加圧水素の第１の流れ を燃焼させ、それにより加圧酸素の前記第１の流れのうち少なくとも第１の部 分を消費して高温加圧蒸気の第１の流れを生じさせる段階と、高温加圧蒸気の 前記第１の流れを膨張させて少なくとも部分的に膨張した蒸気の流れを生じさ せ、前記膨張の少なくとも一部は第１のタービンで達成され、それにより軸動 力を発生させる段階と、熱を少なくとも部分的に膨張した蒸気の前記流れから 、加圧水素の前記第１の流れと加圧酸素の前記第１の流れのうち少なくとも一 方に、その燃焼に先立って伝える段階とを有することを特徴とする方法。 ２．熱を部分的に膨張した蒸気の流れから伝える前記段階では、熱を第１の加圧 水素流にその燃焼に先立って伝えることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．第１の水素流を、その燃焼に先立ち、且つ前記膨張蒸気からの熱の伝達に先 立って加圧する段階を更に有することを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．第１の水素流を加圧する前記段階では、水素を、少なくとも水素の臨界圧力 に等しい圧力まで加圧することを特徴とする請求項３記載の方法。 ５．膨張蒸気流から熱を伝える段階では、熱を第１の加圧酸素流に、その燃焼に 先立って伝えることを特徴とする請求項１記載の方法。 ６．第１の酸素流を、その燃焼に先立ち、且つ前記膨張蒸気からの熱の伝達に先 立って加圧する段階を更に有することを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．第１の酸素流を加圧する前記段階では、酸素を、少なくとも酸素の臨界圧力 に等しい圧力まで加圧することを特徴とする請求項６記載の方法。 ８．膨張蒸気流から熱を伝える段階では、熱を第１の加圧酸素流と第１の加圧水 素流の両方に、これらの燃焼に先立って伝えることを特徴とする請求項１記載 の方法。 ９．第１の加圧酸素流中の酸素の前記第１の部分は、第１の燃焼器内で第１の加 圧水素流と共に燃焼し、燃焼により、加熱された加圧酸素と高温加圧蒸気の混 合物が生じ、加圧酸素と加圧蒸気の前記混合物は、第１のタービン内で実質的 に膨張し、それにより部分的に膨張した酸素と蒸気の混合物が生じることを特 徴とする請求項１記載の方法。 10．第２の燃焼器内において、部分的に膨張した酸素と蒸気の混合物の中で加圧 水素の第２の流れを燃焼させ、それにより第２の加圧酸素流の酸素の第２の部 分を消費して再加熱された部分膨張蒸気の流れを生じさせる段階を更に有する ことを特徴とする請求項９記載の方法。 11．再加熱された部分膨張蒸気の流れを第２のタービン中で膨張させて追加の軸 動力を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請求項１０記載の方法。 12．第１の加圧酸素流中の実質的に全ての酸素は第１の加圧水素流と共に燃焼す ることを特徴とする請求項１記載の方法。 13．燃焼は、本質的に理論混合比で起こることを特徴とする請求項１２記載の方 法。 14．少なくとも部分的に膨張した蒸気を、これからの熱の伝達後に凝縮して水を 生じさせる段階を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。 15．水を加圧する段階と、前記燃焼により生じた高温加圧蒸気の前記第１の流れ の冷却のために加圧水を第１の燃焼器内に導入する段階とを更に有することを 特徴とする請求項１４記載の方法。 16．水を加圧する段階と、熱を前記部分的に膨張した蒸気から加圧水に伝えて冷 却用蒸気の流れを生じさせる段階と、前記燃焼により生じた高温加圧蒸気の前 記第１の流れの冷却のために冷却用蒸気の前記流れを第１の燃焼器内に導入す る段階とを更に有することを特徴とする請求項１４記載の方法。 17．加圧蒸気は、第１のタービン内で部分的に膨張するだけであり、前記方法は 、加圧水素の第２の流れ及び加圧酸素の第２の流れを前記部分膨張蒸気流中へ 導入してこれを第２の燃焼器内で燃焼させ、再加熱された部分膨張蒸気の流れ を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。 18．前記再加熱された部分膨張蒸気流を第２のタービン内で膨張させて追加の軸 動力を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請求項１７記載の方法。 19．熱を第１のタービンから加圧酸素の前記第１の流れに伝え、それにより第１ のタービンを冷却すると共に前記酸素を加熱する段階を更に有することを特徴 とする請求項１記載の方法。 20．熱を第１のタービンから第１の加圧酸素流に伝える前記段階では、加圧酸素 流の少なくとも一部を第１のタービンを通って流すことを特徴とする請求項１ ９記載の方法。