JP2002242700A - ウルトラタービン - Google Patents
ウルトラタービンInfo
- Publication number
- JP2002242700A JP2002242700A JP2001091405A JP2001091405A JP2002242700A JP 2002242700 A JP2002242700 A JP 2002242700A JP 2001091405 A JP2001091405 A JP 2001091405A JP 2001091405 A JP2001091405 A JP 2001091405A JP 2002242700 A JP2002242700 A JP 2002242700A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- compressor
- combustor
- working gas
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】出力が３０ｋｗ程度の小型ガスタービンの熱効
率を、大型の複合サイクルガスタービン並みの４５％に
する手段を提供する 【構成】従来のガスタービンとは逆の順序で構成される
燃焼器１、タービン２、圧縮機３からなる動力発生装置
において作動空気を圧縮機出口側から逆送させるように
熱交換器４，５をとうし、燃焼器１に入れる
率を、大型の複合サイクルガスタービン並みの４５％に
する手段を提供する 【構成】従来のガスタービンとは逆の順序で構成される
燃焼器１、タービン２、圧縮機３からなる動力発生装置
において作動空気を圧縮機出口側から逆送させるように
熱交換器４，５をとうし、燃焼器１に入れる
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】産業用ガスタービンは熱効率に優
れているので近年、分散型などの小型、ホテルや病院な
どの非常用電源としての中型、大規模発電所の複合サイ
クルとしての大型にますます使われ始めた。本発明はこ
れらガスタービンの熱効率のさらなる向上手段として利
用できるが、主としてマイクロタービンといわれる出力
３０ｋｗ程度またはそれ以下の小型ガスタービンを対象
にしている。
れているので近年、分散型などの小型、ホテルや病院な
どの非常用電源としての中型、大規模発電所の複合サイ
クルとしての大型にますます使われ始めた。本発明はこ
れらガスタービンの熱効率のさらなる向上手段として利
用できるが、主としてマイクロタービンといわれる出力
３０ｋｗ程度またはそれ以下の小型ガスタービンを対象
にしている。
【０００２】
【従来の技術】図１は現用のガスタービンの作動サイク
ルを温度とエントロピーの関係で示した。エントロピー
は流体損失を表す熱力学のパラメーターである。図中の
１の状態で大気を吸い込み２まで圧縮し２から３まで加
熱し３から４にかけてタービンで膨張させ４の状態で大
気に放出して一つのサイクルが完了する。これらの過程
はすべて大気より高圧の状態で行われている。４の状態
の排出ガスは６００度Ｃ程度の高温なのでボイラーに再
び入れ蒸気または温水にして排熱回収するコージェネレ
ーションの普及が進んでいる。今一つの効率向上の技術
としては図１の４の状態の排熱と２の状態の圧縮空気と
の間で熱交換し２の空気温度を高めて投入燃料の量を少
なくする試みが小型ガスタービンでなされている。
ルを温度とエントロピーの関係で示した。エントロピー
は流体損失を表す熱力学のパラメーターである。図中の
１の状態で大気を吸い込み２まで圧縮し２から３まで加
熱し３から４にかけてタービンで膨張させ４の状態で大
気に放出して一つのサイクルが完了する。これらの過程
はすべて大気より高圧の状態で行われている。４の状態
の排出ガスは６００度Ｃ程度の高温なのでボイラーに再
び入れ蒸気または温水にして排熱回収するコージェネレ
ーションの普及が進んでいる。今一つの効率向上の技術
としては図１の４の状態の排熱と２の状態の圧縮空気と
の間で熱交換し２の空気温度を高めて投入燃料の量を少
なくする試みが小型ガスタービンでなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題と手段】ガスタービンの
熱効率向上には、前述したように圧縮機からの高温ガス
をタービン排気ガスで予熱する方式が現在、唯一絶対的
なものになっているが、圧縮機出口の作動ガスはすでに
高温になっており、熱交換の効率が悪い。そのため３０
ｋｗの市販されている小型ガスタービンの熱効率は２５
％を超える事が出来ない。小型ガスタービンでも３から
５気圧程度の燃料ポンプを必要とし取り扱いが面倒で普
及の妨げになっている。排熱回収にボイラー設備を必要
とする。本発明はこれらの欠点を解決するものである。
まず請求項１の発明の概念図を図２に示す。熱交換のた
めに設けた外気吸入の低温側熱交換器部４で予熱された
新鮮な空気は大気圧より多少低い圧力で燃焼器１に流入
するので、特別の燃料ポンプを必要とせず、家庭用のガ
ス配管等から直接供給できる利点がある。熱力学の計算
を出力３０ｋｗの小型ガスタービンを想定して行ってみ
た。圧力比３、タービン２と圧縮機３の断熱効率を８５
％、タービン入り口温度９００度Ｃ、出口温度６００度
Ｃ、熱交換温度効率を８０％とすると問題の熱効率は３
５％になる。このような比較的高い熱効率が得られたの
は、大気温度から予熱しているためである。本発明は通
常のガスタービンとは逆の順序で燃焼器１、タービンお
２よび圧縮機３を配置しているから大気温度の空気を加
熱出来るので、従来の方式より熱効率が優る。請求項１
は簡潔なシステムであるが、熱効率の点などまだ改良の
余地が残されているので、請求項２の発明で新たな機能
を付加し、その概念図を図３に示す。タービン２出口か
ら圧縮機３出口までの作動ガスの冷却を空気と流体の２
段階で行う。すなわちタービン出口直後のガスがまだ比
較的高温の間は新鮮な空気で行い、この予熱空気を作動
ガスとして利用する。たとえばタービン出口６００度Ｃ
の作動ガスが冷却されて２００度Ｃになるまで外部から
取り入れた空気で行い、その後は流体を用いて圧縮機入
り口の作動ガスの温度を２０度Ｃ近くに冷却し、さらに
圧縮機３を熱交換器５で中間冷却する。先に挙げた３０
ｋｗの小型ガスタービンのとき、このようにすると圧縮
に要する仕事が軽減され熱効率４５％に出来る。流体に
水を用いれば温水がえられ、ボイラーが不要になる。流
体に天然ガスを用いれば気化プラントになる。請求項３
は作動ガスの冷却を流体のみで行うもので発明の概念を
図４に示す。このときは作動ガスは予熱されないので効
率は悪く、ただ熱交換器５で中間冷却されているので３
０％程度の熱効率は保つ。気化ガスまたは温水が多量に
必要なときにのみつかう。
熱効率向上には、前述したように圧縮機からの高温ガス
をタービン排気ガスで予熱する方式が現在、唯一絶対的
なものになっているが、圧縮機出口の作動ガスはすでに
高温になっており、熱交換の効率が悪い。そのため３０
ｋｗの市販されている小型ガスタービンの熱効率は２５
％を超える事が出来ない。小型ガスタービンでも３から
５気圧程度の燃料ポンプを必要とし取り扱いが面倒で普
及の妨げになっている。排熱回収にボイラー設備を必要
とする。本発明はこれらの欠点を解決するものである。
まず請求項１の発明の概念図を図２に示す。熱交換のた
めに設けた外気吸入の低温側熱交換器部４で予熱された
新鮮な空気は大気圧より多少低い圧力で燃焼器１に流入
するので、特別の燃料ポンプを必要とせず、家庭用のガ
ス配管等から直接供給できる利点がある。熱力学の計算
を出力３０ｋｗの小型ガスタービンを想定して行ってみ
た。圧力比３、タービン２と圧縮機３の断熱効率を８５
％、タービン入り口温度９００度Ｃ、出口温度６００度
Ｃ、熱交換温度効率を８０％とすると問題の熱効率は３
５％になる。このような比較的高い熱効率が得られたの
は、大気温度から予熱しているためである。本発明は通
常のガスタービンとは逆の順序で燃焼器１、タービンお
２よび圧縮機３を配置しているから大気温度の空気を加
熱出来るので、従来の方式より熱効率が優る。請求項１
は簡潔なシステムであるが、熱効率の点などまだ改良の
余地が残されているので、請求項２の発明で新たな機能
を付加し、その概念図を図３に示す。タービン２出口か
ら圧縮機３出口までの作動ガスの冷却を空気と流体の２
段階で行う。すなわちタービン出口直後のガスがまだ比
較的高温の間は新鮮な空気で行い、この予熱空気を作動
ガスとして利用する。たとえばタービン出口６００度Ｃ
の作動ガスが冷却されて２００度Ｃになるまで外部から
取り入れた空気で行い、その後は流体を用いて圧縮機入
り口の作動ガスの温度を２０度Ｃ近くに冷却し、さらに
圧縮機３を熱交換器５で中間冷却する。先に挙げた３０
ｋｗの小型ガスタービンのとき、このようにすると圧縮
に要する仕事が軽減され熱効率４５％に出来る。流体に
水を用いれば温水がえられ、ボイラーが不要になる。流
体に天然ガスを用いれば気化プラントになる。請求項３
は作動ガスの冷却を流体のみで行うもので発明の概念を
図４に示す。このときは作動ガスは予熱されないので効
率は悪く、ただ熱交換器５で中間冷却されているので３
０％程度の熱効率は保つ。気化ガスまたは温水が多量に
必要なときにのみつかう。
【０００４】
【発明の効果】ガスタービンはエネルギー問題や炭酸ガ
ス排出削減問題と深く関連するエネルギー変換のための
有望な熱機関である。熱効率の向上は人類にとってます
ます重要度を増してくる。本発明により圧縮空気を排気
ガスで加熱していた従来の方式の概念を覆し、小型のガ
スタービンでは今まで到達できなかった高い数値の熱効
率４５％を達成できる。その効果は、従来の方式では圧
縮機を中間冷却しても、燃焼前の空気温度が下がり効率
向上につながらない。しかし本発明では、燃焼器がター
ビン前方にあるので、圧縮機を中間冷却すれば確実に熱
効率が向上する。さらに本発明の最大の効果は、当該タ
ービンを出た作動ガスを軸出力増加のため冷却する外気
を予熱空気として燃料節約に都合２回活用できることに
ある。そのため小型ガスタービンでは不可能とされてき
た高い熱効率４５％がでる。排ガスで温水または蒸気を
えるためにボイラーを必要としない。燃焼器への燃料投
入に特別の装置を必要としない。燃焼が大気圧に近い状
態で行え安全である。温水や天然ガスの気化が発電の副
産物として得られる。
ス排出削減問題と深く関連するエネルギー変換のための
有望な熱機関である。熱効率の向上は人類にとってます
ます重要度を増してくる。本発明により圧縮空気を排気
ガスで加熱していた従来の方式の概念を覆し、小型のガ
スタービンでは今まで到達できなかった高い数値の熱効
率４５％を達成できる。その効果は、従来の方式では圧
縮機を中間冷却しても、燃焼前の空気温度が下がり効率
向上につながらない。しかし本発明では、燃焼器がター
ビン前方にあるので、圧縮機を中間冷却すれば確実に熱
効率が向上する。さらに本発明の最大の効果は、当該タ
ービンを出た作動ガスを軸出力増加のため冷却する外気
を予熱空気として燃料節約に都合２回活用できることに
ある。そのため小型ガスタービンでは不可能とされてき
た高い熱効率４５％がでる。排ガスで温水または蒸気を
えるためにボイラーを必要としない。燃焼器への燃料投
入に特別の装置を必要としない。燃焼が大気圧に近い状
態で行え安全である。温水や天然ガスの気化が発電の副
産物として得られる。
【図１】従来のガスタービンのサイクル線図
【図２】請求項１の概本発明の概念を示す断面図
【図３】請求項２の概念図
【図４】請求項３の概念図
Ｂ 燃焼器 Ｃ 圧縮機 Ｔ タービン Ｇ 発電機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 憲一 大阪府堺市大野芝町23−３−84
Claims (3)
- 【請求項１】 タービンと圧縮機が軸で結ばれているタ
ーボ機械の当該タービン前方に燃焼器を置きその作動流
体が燃焼器、タービン、圧縮機の順序で通過し外部に排
出される動力発生装置において当該タービン出口と当該
圧縮器出口までの高温作動ガスの冷却を当該圧縮器の吸
引力等を利用して取り入れた外気との熱交換で行い当該
外気を予熱して当該燃焼器に作動ガスとして流入させる
方式の熱機関。 - 【請求項２】 請求項１の高温作動ガスの冷却を外気の
ほかに動力発生装置の外部に設けたポンプ等で新たに導
入する流体を併用して行い予熱した外気のみを動力発生
装置の燃焼器にいれて作動ガスとする熱機関。 - 【請求項３】請求項１の動力発生装置の外部に設けたポ
ンプ等により流体を圧送し請求項１のタービン出口から
圧縮機出口に至る高温作動ガスの冷却を行う熱機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091405A JP4619563B2 (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | ウルトラタービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091405A JP4619563B2 (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | ウルトラタービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002242700A true JP2002242700A (ja) | 2002-08-28 |
| JP4619563B2 JP4619563B2 (ja) | 2011-01-26 |
Family
ID=18946026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001091405A Expired - Fee Related JP4619563B2 (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | ウルトラタービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4619563B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003262134A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 常圧ガス化発電装置及び排気循環型常圧発電装置 |
| WO2004033872A1 (ja) * | 2002-10-08 | 2004-04-22 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 常圧燃焼タービンシステム |
| JP2005002845A (ja) * | 2003-06-10 | 2005-01-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 負圧まで膨張する再熱ガスタービン装置 |
| JP2008106634A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 常圧タービンにおける潤滑装置 |
| JP2008115777A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 作動ガス流入路の冷却構造を備える常圧燃焼タービンシステム |
| CN104011347A (zh) * | 2011-12-22 | 2014-08-27 | 川崎重工业株式会社 | 具备热交换器的燃气涡轮发动机及其启动方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS594866A (ja) * | 1982-06-29 | 1984-01-11 | 株式会社島津製作所 | 熱エネルギ利用システム |
| JPS59120721A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-12 | Osaka Gas Co Ltd | 排熱回収装置 |
| JPH01280638A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-11-10 | Aisin Seiki Co Ltd | ガスタービンコージエネシステム |
-
2001
- 2001-02-20 JP JP2001091405A patent/JP4619563B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS594866A (ja) * | 1982-06-29 | 1984-01-11 | 株式会社島津製作所 | 熱エネルギ利用システム |
| JPS59120721A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-12 | Osaka Gas Co Ltd | 排熱回収装置 |
| JPH01280638A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-11-10 | Aisin Seiki Co Ltd | ガスタービンコージエネシステム |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003262134A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 常圧ガス化発電装置及び排気循環型常圧発電装置 |
| WO2004033872A1 (ja) * | 2002-10-08 | 2004-04-22 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 常圧燃焼タービンシステム |
| JP2004132183A (ja) * | 2002-10-08 | 2004-04-30 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 常圧燃焼タービンシステム |
| US7204077B2 (en) | 2002-10-08 | 2007-04-17 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Atmospheric pressure combustion turbine system |
| CN100458121C (zh) * | 2002-10-08 | 2009-02-04 | 川崎重工业株式会社 | 常压燃气轮机系统 |
| JP2005002845A (ja) * | 2003-06-10 | 2005-01-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 負圧まで膨張する再熱ガスタービン装置 |
| JP2008106634A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 常圧タービンにおける潤滑装置 |
| JP2008115777A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 作動ガス流入路の冷却構造を備える常圧燃焼タービンシステム |
| CN104011347A (zh) * | 2011-12-22 | 2014-08-27 | 川崎重工业株式会社 | 具备热交换器的燃气涡轮发动机及其启动方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4619563B2 (ja) | 2011-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3681434B2 (ja) | コージェネレーション装置およびコンバインドサイクル発電装置 | |
| US5813215A (en) | Combined cycle waste heat recovery system | |
| US4271665A (en) | Installation for generating pressure gas or mechanical energy | |
| KR101705657B1 (ko) | 전기 발생 장치 및 방법 | |
| CA2263036C (en) | Gas turbine combined cycle | |
| JPH0713474B2 (ja) | 燃焼ガスタービンを使用する動力発生方法、及び動力発生用の気体の燃焼方法 | |
| JPH09203304A (ja) | 廃棄物を燃料とする複合発電システム | |
| JP4185326B2 (ja) | ガス・空気複合タービン設備 | |
| JP2002242700A (ja) | ウルトラタービン | |
| CN102278205A (zh) | 可用于分布式的空气及燃料湿化燃气轮机联合循环方法 | |
| RU2409746C2 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной | |
| EP0293206A1 (en) | Air turbine cycle | |
| CN109681325A (zh) | 零碳排放的天然气-超临界co2联合循环发电工艺 | |
| RU2749081C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
| CN109578098A (zh) | 零碳排放的天然气热电联供发电工艺 | |
| JP2004169696A (ja) | 複合発電設備 | |
| TWI399512B (zh) | 利用低階熱能產生電力及冷凍之裝置與方法 | |
| JPH11270347A (ja) | Ｌｎｇを用いるガスタービンコンバインド発電装置 | |
| RU2775732C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
| RU2743480C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
| CN109630269A (zh) | 零碳排放的天然气-蒸汽联合循环洁净发电工艺 | |
| JP2000240471A (ja) | 熱機関 | |
| JPH066908B2 (ja) | 熱併給発電設備 | |
| JPH0110417Y2 (ja) | ||
| JPH0821207A (ja) | 蒸気、ガスタービン複合プラントの廃熱による蒸気生成システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080215 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100518 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100615 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100806 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101026 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101027 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131105 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141105 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |