JP2002500313A - 直列結合ガスタービン機関 - Google Patents
直列結合ガスタービン機関Info
- Publication number
- JP2002500313A JP2002500313A JP2000527747A JP2000527747A JP2002500313A JP 2002500313 A JP2002500313 A JP 2002500313A JP 2000527747 A JP2000527747 A JP 2000527747A JP 2000527747 A JP2000527747 A JP 2000527747A JP 2002500313 A JP2002500313 A JP 2002500313A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- turbine
- gas
- combustor
- gas turbine
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
- F02C6/02—Plural gas-turbine plants having a common power output
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/34—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid with recycling of part of the working fluid, i.e. semi-closed cycles with combustion products in the closed part of the cycle
Abstract
(57)【要約】
高温圧縮及び再熱ガスタービンシステム（１０）とそのシステムの作動方法が開示されている。このシステムは、高温圧縮機（１２）、燃焼器（１４）、高圧タービン（１６）、高温圧縮機（２０）、再熱燃焼器（２４）、低圧タービン（２６）を有する。高圧タービン（１６）は、プロセスガスを部分的に膨張させるに過ぎない。高圧圧縮機（２０）が高圧タービン出口ガス流（６ｂ）を圧縮した後、再熱燃焼器（２４）はプロセスガス流のエンタルピーｈ１を高圧タービン（１６）に流入するガス流のエントロピーにほぼ等しいレベルに上昇させる。
Description
【０００１】
本発明はターボ機械システムに関し、さらに詳細には、ガスタービンシステム
に関する。
に関する。
【０００２】
単純ガスタービンサイクルは、圧縮機と、圧縮機の下流に位置する燃焼室と、
燃焼器の下流に位置するタービンとより成る。図３（従来技術）は、圧縮機１１
６、タービン部１１４、燃焼室１１８、燃焼器１１２より成る従来型の単純ター
ビンサイクルを示す。圧縮機１１６からの圧縮空気は燃焼室１１８へ送られ、燃
焼器１１２に流入して、そこで例えば天然ガスのような燃料と共に燃焼される。
燃焼器１１２からの高温のガスはタービン１１４に流入し、そこで膨張してロー
タの軸１２０を駆動する。この軸１２０は、エネルギー出力の一部を消費する圧
縮機１１６の駆動にも用いられる。エネルギー出力の残りの部分は発電機のロー
タ（図３には図示せず）の駆動に用いられて、発電が行われる。
燃焼器の下流に位置するタービンとより成る。図３（従来技術）は、圧縮機１１
６、タービン部１１４、燃焼室１１８、燃焼器１１２より成る従来型の単純ター
ビンサイクルを示す。圧縮機１１６からの圧縮空気は燃焼室１１８へ送られ、燃
焼器１１２に流入して、そこで例えば天然ガスのような燃料と共に燃焼される。
燃焼器１１２からの高温のガスはタービン１１４に流入し、そこで膨張してロー
タの軸１２０を駆動する。この軸１２０は、エネルギー出力の一部を消費する圧
縮機１１６の駆動にも用いられる。エネルギー出力の残りの部分は発電機のロー
タ（図３には図示せず）の駆動に用いられて、発電が行われる。
【０００３】 ガスタービンサイクルの種々の構成要素は、システム効率及びエネルギー出力
を増加させるために使用されている。例えば、Althuausの米国特許第５、４６５
、５６９号(発明の名称："Method of Establishing part-Load Operation in a
Gas Turbine Group")は、再熱サイクルを有するガスタービンシステムを開示し ている。この再熱サイクルは、図３に示すような単純なタービンシステムの下流
に、低圧燃焼器及び自己点火式低圧タービンを有するものである。Nakamuraの米
国特許第３、７６５、１７０号(発明の名称："Composite Gas Turbine Set")は 、再生サイクルを有するガスタービンシステムを開示している。このNakamura特
許は、第２の熱交換器に結合された標準サイクル（熱交換器を含む）を含む。こ
のシステムは、主タービンと、補助タービンとより成り、補助タービンは主圧縮
機からの抽気を受けてその出口から主タービン入口へガスを送る。Terrellの米 国特許第２、７５５、６２１号(発明の名称："Gas Turbine Installations with
Output Turbine By-Pass Matching the Output Turbine Pressure Drop" )は、
バイパス制御により主タービンの排気を受ける別個の出力タービンを備えたガス
タービンシステムを開示している。Frutschi et alの米国特許第５、３１３、７
８２号(発明の名称："Combined Gas/Steam Power Station Plant")は、二重の圧
縮機が二重のインラインタービンと結合され、再熱器及び補助中間冷却器を備え
たシステムを開示している。これらの特許はそれぞれその内容全体を本明細書の
一部として引用する。
を増加させるために使用されている。例えば、Althuausの米国特許第５、４６５
、５６９号(発明の名称："Method of Establishing part-Load Operation in a
Gas Turbine Group")は、再熱サイクルを有するガスタービンシステムを開示し ている。この再熱サイクルは、図３に示すような単純なタービンシステムの下流
に、低圧燃焼器及び自己点火式低圧タービンを有するものである。Nakamuraの米
国特許第３、７６５、１７０号(発明の名称："Composite Gas Turbine Set")は 、再生サイクルを有するガスタービンシステムを開示している。このNakamura特
許は、第２の熱交換器に結合された標準サイクル（熱交換器を含む）を含む。こ
のシステムは、主タービンと、補助タービンとより成り、補助タービンは主圧縮
機からの抽気を受けてその出口から主タービン入口へガスを送る。Terrellの米 国特許第２、７５５、６２１号(発明の名称："Gas Turbine Installations with
Output Turbine By-Pass Matching the Output Turbine Pressure Drop" )は、
バイパス制御により主タービンの排気を受ける別個の出力タービンを備えたガス
タービンシステムを開示している。Frutschi et alの米国特許第５、３１３、７
８２号(発明の名称："Combined Gas/Steam Power Station Plant")は、二重の圧
縮機が二重のインラインタービンと結合され、再熱器及び補助中間冷却器を備え
たシステムを開示している。これらの特許はそれぞれその内容全体を本明細書の
一部として引用する。
【０００４】 図２は、種々のサイクルのエンタルピー対エントロピー（ｈ vs.ｓ）の関係を
示す図である。図２の曲線１は単純タービンサイクルを、また曲線２は再熱サイ
クルにより増強された単純タービンサイクルを表わす。圧縮機は、周囲空気から
スタートして、この空気をｐ１からｐ４へ圧縮する。燃焼プロセスは、このガス
の温度を上昇させてエンタルピーをｈ１に増加させる。タービンは、このガスを
膨張させて圧力ｐ１にし、単純タービンサイクルが完了する。
示す図である。図２の曲線１は単純タービンサイクルを、また曲線２は再熱サイ
クルにより増強された単純タービンサイクルを表わす。圧縮機は、周囲空気から
スタートして、この空気をｐ１からｐ４へ圧縮する。燃焼プロセスは、このガス
の温度を上昇させてエンタルピーをｈ１に増加させる。タービンは、このガスを
膨張させて圧力ｐ１にし、単純タービンサイクルが完了する。
【０００５】 曲線２により表わされる再熱サイクルは、一般的には一段である高圧タービン
（ＨＰＴ）を通すことによりガスを部分的に膨張させて圧力ｐ２とする。第２の
燃焼器はこのガスを再熱してガスの仕事容量を増加させる。再熱温度は、一般的
に、最高のタービン入口温度（ＴＩＴ）、すなわち、ｈ１に対応する温度に等し
いと想定される。ＴＩＴが高いことは、仕事出力がより大きく、サイクル効率も
より高いことを意味する。ＴＩＴの増加を制限する要因のひとつはタービン第１
段の製造に用いる材料であるため、より強靭で耐熱性の高い材料及び被覆につい
ての研究が進行中である。再熱サイクルは、ＴＩＴを高くすることによってより
多くのエネルギーを発生させる別の手段を提供する。
（ＨＰＴ）を通すことによりガスを部分的に膨張させて圧力ｐ２とする。第２の
燃焼器はこのガスを再熱してガスの仕事容量を増加させる。再熱温度は、一般的
に、最高のタービン入口温度（ＴＩＴ）、すなわち、ｈ１に対応する温度に等し
いと想定される。ＴＩＴが高いことは、仕事出力がより大きく、サイクル効率も
より高いことを意味する。ＴＩＴの増加を制限する要因のひとつはタービン第１
段の製造に用いる材料であるため、より強靭で耐熱性の高い材料及び被覆につい
ての研究が進行中である。再熱サイクルは、ＴＩＴを高くすることによってより
多くのエネルギーを発生させる別の手段を提供する。
【０００６】 このサイクルにより生ずる正味出力は、膨張パス（６ａ−６ｄ）の線の長さか
ら圧縮パス（４ａ−４ｂ）の線の長さを差し引くことによって簡単に知ることが
できる。曲線１及び２は、再熱サイクルの膨張パスの線の長さは２つの膨張部分
（即ち、６ａ−６ｂと８ａ−８ｂ）より成るため長いことを示している。しかし
ながら、このサイクルの効率は、エネルギー出力を使用中の燃料のエネルギーで
割算することにより知ることができる。損失の指標はこのサイクル内で発生する
エントロピーであり、これは再熱サイクルではＳ１からＳ４までの距離により表
わされる。
ら圧縮パス（４ａ−４ｂ）の線の長さを差し引くことによって簡単に知ることが
できる。曲線１及び２は、再熱サイクルの膨張パスの線の長さは２つの膨張部分
（即ち、６ａ−６ｂと８ａ−８ｂ）より成るため長いことを示している。しかし
ながら、このサイクルの効率は、エネルギー出力を使用中の燃料のエネルギーで
割算することにより知ることができる。損失の指標はこのサイクル内で発生する
エントロピーであり、これは再熱サイクルではＳ１からＳ４までの距離により表
わされる。
【０００７】 曲線２により表わされるように、再熱プロセスは、単純サイクルの同じレベル
であるが、それよりも低い温度でエネルギーを発生できるため、低コストでター
ビン翼の寿命を延ばすと共にサイクル効率を上昇させる（即ち、単純サイクルよ
りも燃料消費量が少ない）。さらに、再熱プロセスは従来型の単純サイクルと比
較すると、同じ最高ＴＩＴと同様な効率レベルで、より多くのエネルギーを発生
することができる。
であるが、それよりも低い温度でエネルギーを発生できるため、低コストでター
ビン翼の寿命を延ばすと共にサイクル効率を上昇させる（即ち、単純サイクルよ
りも燃料消費量が少ない）。さらに、再熱プロセスは従来型の単純サイクルと比
較すると、同じ最高ＴＩＴと同様な効率レベルで、より多くのエネルギーを発生
することができる。
【０００８】 再熱サイクルは単純サイクルに比して幾つかの利点を有するが、ガスタービン
システムの運転に関連する装置コスト及び燃料コストが高い。従って、本発明の
目的は、所与のサイズの構成要素で、効率が高く、エネルギー出力が大きく、ま
た総合装置コストが最小限に抑えられるガスタービンシステムを提供することに
ある。
システムの運転に関連する装置コスト及び燃料コストが高い。従って、本発明の
目的は、所与のサイズの構成要素で、効率が高く、エネルギー出力が大きく、ま
た総合装置コストが最小限に抑えられるガスタービンシステムを提供することに
ある。
【０００９】
高温圧縮及び再熱サイクル（ＨＴＣＲ）を有するガスタービンシステムが提供
される。ＨＴＣＲシステムの第１の部分は、第１圧縮機、第１燃焼器、第１ター
ビンより成る。第１タービンは、プロセスガスを部分的に膨張させる１段又は２
段高圧タービン（ＨＰＴ）であろう。
される。ＨＴＣＲシステムの第１の部分は、第１圧縮機、第１燃焼器、第１ター
ビンより成る。第１タービンは、プロセスガスを部分的に膨張させる１段又は２
段高圧タービン（ＨＰＴ）であろう。
【００１０】 ＨＴＣＲシステムの第２の部分は、第２圧縮機、再熱燃焼器、及び第２タービ
ンより成る。単一段又は２段高温圧縮機であろう第２圧縮機は、プロセスガスを
圧縮して第１タービンの出口圧力からより高い圧力にする。再熱燃焼器は、この
プロセスガスを加熱して温度を上昇させ、そのエンタルピーを増加させる。３段
または４段低圧タービン（ＬＰＴ）であろう第２ガスタービンは、このガスを膨
張させる。以上述べたＨＴＣＲシステムの運転方法も提供される。
ンより成る。単一段又は２段高温圧縮機であろう第２圧縮機は、プロセスガスを
圧縮して第１タービンの出口圧力からより高い圧力にする。再熱燃焼器は、この
プロセスガスを加熱して温度を上昇させ、そのエンタルピーを増加させる。３段
または４段低圧タービン（ＬＰＴ）であろう第２ガスタービンは、このガスを膨
張させる。以上述べたＨＴＣＲシステムの運転方法も提供される。
【００１１】 図２の斜線領域は、ＨＴＣＲサイクルの総合効率が曲線２で示す従来型再熱サ
イクルと比較して増加することを表わす、曲線の下の面積の増加を示している。
さらに、ＨＴＣＲサイクルの、エンタルピーｈ１に対応する、低圧タービンの入
口温度は、図２の曲線２により表わされる再熱サイクルと比較すると非常に少な
い燃料を第２燃焼器に加えることにより達成できる。
イクルと比較して増加することを表わす、曲線の下の面積の増加を示している。
さらに、ＨＴＣＲサイクルの、エンタルピーｈ１に対応する、低圧タービンの入
口温度は、図２の曲線２により表わされる再熱サイクルと比較すると非常に少な
い燃料を第２燃焼器に加えることにより達成できる。
【００１２】 本発明によるＨＴＣＲサイクルは、単純サイクル及び再熱サイクルと比べて幾
つかの利点を有する。例えば、ＨＴＣＲサイクルは、再熱サイクルよりも燃料消
費量が格段に少なく、単純サイクルよりもかなり大きいエネルギーを発生できる
。さらに、ＨＴＣＲサイクルはエントロピーの発生が減少することにより再熱サ
イクルよりもより効率が高い。さらに、ＨＴＣＲサイクルのＬＰＴ部分は、従来
型の再熱サイクルのその対応部分と比べて圧力が格段に高い入口ガスを受けるた
め、エネルギー発生量を増加できる。ＨＴＣＲサイクルは単純サイクル又は再熱
サイクルと比べてより多くのエネルギーを発生できる高効率のサイクルを提供す
るため、高い効率と少ない装置及び燃料コストが実現できる。
つかの利点を有する。例えば、ＨＴＣＲサイクルは、再熱サイクルよりも燃料消
費量が格段に少なく、単純サイクルよりもかなり大きいエネルギーを発生できる
。さらに、ＨＴＣＲサイクルはエントロピーの発生が減少することにより再熱サ
イクルよりもより効率が高い。さらに、ＨＴＣＲサイクルのＬＰＴ部分は、従来
型の再熱サイクルのその対応部分と比べて圧力が格段に高い入口ガスを受けるた
め、エネルギー発生量を増加できる。ＨＴＣＲサイクルは単純サイクル又は再熱
サイクルと比べてより多くのエネルギーを発生できる高効率のサイクルを提供す
るため、高い効率と少ない装置及び燃料コストが実現できる。
【００１３】
図１は、本発明による高温圧縮及び再熱ガスタービンシステム（ＨＴＣＲ）１
０の概略図である。ＨＴＣＲシステムは、第１圧縮機１２、第１燃焼器１４、第
１タービン１６、第２圧縮機２０、第２燃焼器２４、第２タービン２６を有する
。発電用としては、単一の軸を有する装置が好ましい。別の例として、多数の軸
又は２つの軸を有する装置がある。詳説すると、第１圧縮機１２と第１タービン
１６とを共通の軸１８で結合し、第２圧縮機２０と第２タービン２６とを共通の
軸２８で結合する。また、第１タービン１６と第２圧縮機２０とを共通の軸３０
で結合してもよい。図１に明示する軸１８、２８、３０は、当業者には分かるよ
うに、かかる相互結合が特定のシステムの設計条件に従って変化することを示す
。
０の概略図である。ＨＴＣＲシステムは、第１圧縮機１２、第１燃焼器１４、第
１タービン１６、第２圧縮機２０、第２燃焼器２４、第２タービン２６を有する
。発電用としては、単一の軸を有する装置が好ましい。別の例として、多数の軸
又は２つの軸を有する装置がある。詳説すると、第１圧縮機１２と第１タービン
１６とを共通の軸１８で結合し、第２圧縮機２０と第２タービン２６とを共通の
軸２８で結合する。また、第１タービン１６と第２圧縮機２０とを共通の軸３０
で結合してもよい。図１に明示する軸１８、２８、３０は、当業者には分かるよ
うに、かかる相互結合が特定のシステムの設計条件に従って変化することを示す
。
【００１４】 第１圧縮機１２は、好ましくは、単純サイクル機関に用いる従来型圧縮機であ
る。例えば、第１圧縮機１２は、Westinghouse Electric Corporation, Pittsbu
rgh, Pennsylvaniaにより供給されるような１６段または２０段のモデルＡＴＳ または５０１Ｇ型圧縮機である。第１タービン１６は、好ましくは２段高圧ター
ビンである。第２圧縮機２０は、好ましくは単一段または２段高温圧縮機である
が、単一段圧縮機の方が装置コストが低いため好ましい。第２タービン２６は、
好ましくは３段または４段低圧タービンであるが、５段低圧タービンでもよい。
る。例えば、第１圧縮機１２は、Westinghouse Electric Corporation, Pittsbu
rgh, Pennsylvaniaにより供給されるような１６段または２０段のモデルＡＴＳ または５０１Ｇ型圧縮機である。第１タービン１６は、好ましくは２段高圧ター
ビンである。第２圧縮機２０は、好ましくは単一段または２段高温圧縮機である
が、単一段圧縮機の方が装置コストが低いため好ましい。第２タービン２６は、
好ましくは３段または４段低圧タービンであるが、５段低圧タービンでもよい。
【００１５】 本発明のガスタービンシステムの作動及び作動方法を説明する図１及び２を参
照して、好ましくは周囲空気である空気流４ａは低温圧縮機１２へ流入する。空
気流４ａは、低温圧縮機１２で圧縮されると、図２に示す圧力ｐ４の圧縮空気流
４ｂとなる。説明を簡単にするため、図１のガス流を示す幾つかの参照番号は、
図２においてそのガス流の図示の点における特定の特性を示す。
照して、好ましくは周囲空気である空気流４ａは低温圧縮機１２へ流入する。空
気流４ａは、低温圧縮機１２で圧縮されると、図２に示す圧力ｐ４の圧縮空気流
４ｂとなる。説明を簡単にするため、図１のガス流を示す幾つかの参照番号は、
図２においてそのガス流の図示の点における特定の特性を示す。
【００１６】 燃料流５ａと圧縮空気流４ｂとは、第１燃焼器１４内で燃焼すると、エンタル
ピーｈ１の第１燃焼器出口ガス流６ａとなる。燃料流５ａは、かかる燃焼器及び
燃料に詳しい当業者であれば理解できるように、任意適当な燃料（例えば、天然
ガス）よりなるものであろう。しかしながら、燃料流５ａは特定の燃料あるいは
気体状の燃料に限定されない。さらに、本明細書で使用する用語「ガスタービン
」は燃料の状態を意味するものでなく、タービンサイクル及び装置の当業者であ
れば理解できるように、ＨＴＣＲサイクルで好適に使用できるタービンの種類を
広く包含するものである。
ピーｈ１の第１燃焼器出口ガス流６ａとなる。燃料流５ａは、かかる燃焼器及び
燃料に詳しい当業者であれば理解できるように、任意適当な燃料（例えば、天然
ガス）よりなるものであろう。しかしながら、燃料流５ａは特定の燃料あるいは
気体状の燃料に限定されない。さらに、本明細書で使用する用語「ガスタービン
」は燃料の状態を意味するものでなく、タービンサイクル及び装置の当業者であ
れば理解できるように、ＨＴＣＲサイクルで好適に使用できるタービンの種類を
広く包含するものである。
【００１７】 第１燃焼器出口ガス流６ａは、高圧タービン１６を通過中に部分的に膨張して
、圧力ｐ２の高圧タービン出口ガス流６ｂとなる。高圧圧縮機２０は、このガス
流６ｂを圧縮して圧力ｐ３の高圧圧縮機出口ガス流６ｃにする。燃料流５ｂは、
再熱燃焼器２４内でガス流６ｃと結合されて燃焼することにより、エンタルピー
ｈ１の再熱燃焼器出口ガス流７ａとなる。ガス流７ａのエンタルピーｐ１は、図
２に示すようにガス流６ａのエンタルピーとほぼ等しい。しかしながら、本発明
はエンタルピーのかかる関係に限定されるものではない。ガス流７ａは、低温タ
ービン２６を通過中に膨張して圧力ｐ１の低温タービンガス流７ｂとなる。
、圧力ｐ２の高圧タービン出口ガス流６ｂとなる。高圧圧縮機２０は、このガス
流６ｂを圧縮して圧力ｐ３の高圧圧縮機出口ガス流６ｃにする。燃料流５ｂは、
再熱燃焼器２４内でガス流６ｃと結合されて燃焼することにより、エンタルピー
ｈ１の再熱燃焼器出口ガス流７ａとなる。ガス流７ａのエンタルピーｐ１は、図
２に示すようにガス流６ａのエンタルピーとほぼ等しい。しかしながら、本発明
はエンタルピーのかかる関係に限定されるものではない。ガス流７ａは、低温タ
ービン２６を通過中に膨張して圧力ｐ１の低温タービンガス流７ｂとなる。
【００１８】 本発明のシステムの種々の構成要素の計装、制御、作動及び相互接続は、かか
る構成要素の当業者には明らかであろう。用語「システム」及び「サイクル」は
、本明細書及び特許請求の範囲を通して相互に置き換え使用することができる。
る構成要素の当業者には明らかであろう。用語「システム」及び「サイクル」は
、本明細書及び特許請求の範囲を通して相互に置き換え使用することができる。
【００１９】 本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の態様で
実施可能である。特に、本発明はある特定のサイズまたは種類の構成要素に限定
されず、本発明のＨＴＣＲサイクルは任意サイズまたは種類の機関で使用できる
。さらに、本発明はある特定の相互接続構成に限定されない。例えば、ＨＴＣＲ
サイクルは、全ての構成要素が発電用機関で一般的なように同一の軸上にあるか
、あるいは航空エンジンで一般的なように同軸であるか、別々の軸（例えば、自
由な軸）上にある種々の状況に適用可能である。従って、特許請求の範囲でなく
て上記の説明を本発明の範囲を示すものとして参照すべきである。
実施可能である。特に、本発明はある特定のサイズまたは種類の構成要素に限定
されず、本発明のＨＴＣＲサイクルは任意サイズまたは種類の機関で使用できる
。さらに、本発明はある特定の相互接続構成に限定されない。例えば、ＨＴＣＲ
サイクルは、全ての構成要素が発電用機関で一般的なように同一の軸上にあるか
、あるいは航空エンジンで一般的なように同軸であるか、別々の軸（例えば、自
由な軸）上にある種々の状況に適用可能である。従って、特許請求の範囲でなく
て上記の説明を本発明の範囲を示すものとして参照すべきである。
【図１】 図１は、本発明の概略図である。
【図２】 図２は、本発明を示すエンタルピー対エントロピーの関係を示す図である。
【図３】 図３（従来技術）は、単純タービンシステムの概略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月５日（２０００．２．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】 ガスタービンサイクルの種々の構成要素は、システム効率及びエネルギー出力
を増加させるために使用されている。例えば、Althuausの米国特許第５，４６５
，６９号(発明の名称："Method of Establishing part-Load Operation in a Ga
s Turbine Group")は、再熱サイクルを有するガスタービンシステムを開示して いる。この再熱サイクルは、図３に示すような単純なタービンシステムの下流に
、低圧燃焼器及び自己点火式低圧タービンを有するものである。Nakamuraの米国
特許第３，７６５，１７０号(発明の名称："Composite Gas Turbine Set")は、 再生サイクルを有するガスタービンシステムを開示している。このNakamura特許
は、第２の熱交換器に結合された標準サイクル（熱交換器を含む）を含む。この
システムは、主タービンと、補助タービンとより成り、補助タービンは主圧縮機
からの抽気を受けてその出口から主タービン入口へガスを送る。Terrellの米国 特許第２，７５５，６２１号(発明の名称："Gas Turbine Installations with O
utput Turbine By-Pass Matching the Output Turbine Pressure Drop" )は、バ
イパス制御により主タービンの排気を受ける別個の出力タービンを備えたガスタ
ービンシステムを開示している。Frutschi et alの米国特許第５，３１３，７８
２号(発明の名称："Combined Gas/Steam Power Station Plant")は、二重の圧縮
機が二重のインラインタービンと結合され、再熱器及び補助中間冷却器を備えた
システムを開示している。Lockwood, Jr.の米国特許第３,８４４，１１３号は、 膨張した排気ガスの一部を再び圧縮機の入力に送り込んで、このリサイクルした 排気ガスを周囲空気と混合した後、燃焼器へ送るタービンを開示している。 これ
らの特許はそれぞれその内容全体を本明細書の一部として引用する。
を増加させるために使用されている。例えば、Althuausの米国特許第５，４６５
，６９号(発明の名称："Method of Establishing part-Load Operation in a Ga
s Turbine Group")は、再熱サイクルを有するガスタービンシステムを開示して いる。この再熱サイクルは、図３に示すような単純なタービンシステムの下流に
、低圧燃焼器及び自己点火式低圧タービンを有するものである。Nakamuraの米国
特許第３，７６５，１７０号(発明の名称："Composite Gas Turbine Set")は、 再生サイクルを有するガスタービンシステムを開示している。このNakamura特許
は、第２の熱交換器に結合された標準サイクル（熱交換器を含む）を含む。この
システムは、主タービンと、補助タービンとより成り、補助タービンは主圧縮機
からの抽気を受けてその出口から主タービン入口へガスを送る。Terrellの米国 特許第２，７５５，６２１号(発明の名称："Gas Turbine Installations with O
utput Turbine By-Pass Matching the Output Turbine Pressure Drop" )は、バ
イパス制御により主タービンの排気を受ける別個の出力タービンを備えたガスタ
ービンシステムを開示している。Frutschi et alの米国特許第５，３１３，７８
２号(発明の名称："Combined Gas/Steam Power Station Plant")は、二重の圧縮
機が二重のインラインタービンと結合され、再熱器及び補助中間冷却器を備えた
システムを開示している。Lockwood, Jr.の米国特許第３,８４４，１１３号は、 膨張した排気ガスの一部を再び圧縮機の入力に送り込んで、このリサイクルした 排気ガスを周囲空気と混合した後、燃焼器へ送るタービンを開示している。 これ
らの特許はそれぞれその内容全体を本明細書の一部として引用する。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年７月１７日（２０００．７．１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (16)
- 【請求項１】 圧縮空気流（４ｂ）を発生させる第1圧縮機（１２）と、 第１圧縮機（１２）と流れ連通関係にあり、燃料流（５ｂ）を燃焼させて第１
燃焼器出口ガス流（６ａ）を発生させる第１燃焼器（１４）と、 第１燃焼器（１４）と流れ連通関係にあり、第１燃焼器出口ガス流（６ａ）を
部分的に膨張させて第１タービン出口ガス流（６ｂ）とする第１ガスタービン（
１６）と、 第１ガスタービン（１６）と流れ連通関係にあり、第１ガスタービン出口ガス
流（６ｂ）を受けて圧縮することにより第２圧縮機出口ガス流（６ｃ）を発生さ
せる第２圧縮機（２０）と、 第２圧縮機（２０）と流れ連通関係にあり、第２圧縮機出口ガス流（６ｃ）の
存在下で燃料（５ｂ）を燃料させることにより第２燃焼器出口ガス流（７ａ）を
発生させる第２燃焼器（２４）と、 第２燃焼器（２４）と流れ連通関係にあり、第２燃焼器出口ガス流（７ａ）を
膨張させることにより第２ガスタービン出口ガス流（７ｂ）とする第２ガスター
ビン（２６）とより成るガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項２】 第１圧縮機（１２）は低温圧縮機（１２）より成る請求項１
のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項３】 第１ガスタービン（１６）は高圧タービン（１６）より成る
請求項１のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項４】 高圧タービン（１６）は２つのタービン段より成る請求項３
のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項５】 第２圧縮機（２０）は高温圧縮機（２０）より成る請求項１
のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項６】 高温圧縮機（２０）は１段圧縮機と２段圧縮機のうちの１つ
より成る請求項５のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項７】 第２燃焼器（２４）は再熱燃焼器（２４）より成る請求項１
のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項８】 第２ガスタービン（２６）は３つのタービン段を有する低圧
タービン（２６）より成る請求項１のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項９】 第２ガスタービン（２６）は４つのタービン段より成る低圧
タービン（２６）より成る請求項１のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項１０】 第２ガスタービン（２６）は少なくとも５つのタービン段
より成る低圧タービン（２６）より成る請求項１のガスタービンシステム（１０
）。 - 【請求項１１】 第１圧縮機（１２）、第１タービン（１６）、第２圧縮機
（２０）及び第２タービン（２６）のそれぞれに結合された共通軸（１８、３０
、２８）をさらに含む請求項１のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項１２】 第１軸（１８）と第２軸（２８）とをさらに含み、第１軸
（１８）は第１圧縮機（１２）が第１ガスタービン（１６）により回転されるよ
うに結合し、第２軸（２８）は第２圧縮機（２０）が第2ガスタービン（２６） により回転されるように結合する請求項１のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項１３】 第１軸（１８）と第２軸（２８）とが一緒に回転するよう
に結合された請求項１４のガスタービンシステム（１０）。 - 【請求項１４】 高圧ガスタービンシステムから部分的に膨張した出口ガス
（６ｂ）を受ける低圧ガスタービンシステムであって、 少なくとも１つの圧縮段を有し、高温圧縮機出口ガス流（６ｃ）を発生させる
高温圧縮機（２０）と、 高温圧縮機（２０）と流れ連通関係にあり、高温圧縮機出口ガス流（６ｃ）の
存在下で燃料（５ｂ）を燃焼させることにより再熱燃焼器出口ガス流（７ａ）を
発生させる再熱燃焼器（２４）と、 再熱燃焼器（２４）と流れ連通関係にあり、再熱燃焼器出口ガス流（７ａ）を
膨張させる低圧タービン（２６）とより成る低圧ガスタービンシステム。 - 【請求項１５】 高温圧縮機（２０）が低圧タービン（２６）により回転さ
れるように結合する軸をさらに含む請求項１４のガスタービンシステム（１０）
。 - 【請求項１６】 第１圧縮機（１２）、第１燃焼器（１４）、第１ガスター
ビン（１６）、第２圧縮機（２０）、第２燃焼器（２４）及び第２ガスタービン
（２６）より成るガスタービンシステム（１０）の作動方法であって、 第１圧縮機（１２）内で空気（４ａ）を圧縮することにより第１圧縮空気流（
４ｂ）を発生させ、 燃料流（５ａ）と第１圧縮空気流（４ｂ）とを第１燃焼器（１４）に送り、 第１圧縮空気流の存在下で燃料流（５ａ）を燃焼させることにより第１燃焼器
出口ガス流（６ｂ）を発生させ、 第１タービン（１６）内で第１燃焼器出口ガス流（６ａ）を部分的に膨張させ
ることにより第１タービン出口ガス流（６ｂ）を発生させ、 第２圧縮機（２０）内で第１タービン出口ガス流（６ｂ）を圧縮することによ
り第２圧縮機出口ガス流（６ｃ）を発生させ、 第２燃料流（５ｂ）と第２圧縮機出口ガス流（６ｃ）とを第２燃焼器（２４）
に送り、 第２圧縮機出口ガス流（６ｃ）の存在下で第２燃料流（５ｂ）を燃焼させるこ
とにより第２燃焼器出口ガス流（７ａ）を発生させ、 第２ガスタービン（２６）内で第２燃焼器出口ガス流（７ａ）を膨張させるス
テップより成る作動方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/002,544 US6079197A (en) | 1998-01-02 | 1998-01-02 | High temperature compression and reheat gas turbine cycle and related method |
| US09/002,544 | 1998-01-02 | ||
| PCT/US1998/027714 WO1999035383A1 (en) | 1998-01-02 | 1998-12-30 | Gas turbine engines connected in series |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002500313A true JP2002500313A (ja) | 2002-01-08 |
Family
ID=21701277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000527747A Pending JP2002500313A (ja) | 1998-01-02 | 1998-12-30 | 直列結合ガスタービン機関 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6079197A (ja) |
| EP (1) | EP1044321B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002500313A (ja) |
| KR (1) | KR20010033841A (ja) |
| CA (1) | CA2316875A1 (ja) |
| DE (1) | DE69806512T2 (ja) |
| WO (1) | WO1999035383A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007309315A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-29 | Ifp | 発電プラントから排出される排ガス中に存在する二酸化炭素の濃縮方法 |
| JP2008517216A (ja) * | 2004-10-20 | 2008-05-22 | ノルスク・ヒドロ・アーエスアー | 排気ガスからのｃｏ２の除去及び回収方法 |
| JP2011530035A (ja) * | 2008-07-30 | 2011-12-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 代替作動流体を用いて発電システムを動作させるシステム及び方法 |
| US9360216B2 (en) | 2012-07-19 | 2016-06-07 | Mitsubishi Heavy Industries Aero Engines, Ltd. | Gas turbine |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5938975A (en) | 1996-12-23 | 1999-08-17 | Ennis; Bernard | Method and apparatus for total energy fuel conversion systems |
| US7254951B2 (en) * | 2003-01-07 | 2007-08-14 | Lockwood Jr Hanford N | High compression gas turbine with superheat enhancement |
| US20070151234A1 (en) * | 2005-12-30 | 2007-07-05 | Lampkin Charles B Iii | Electricity produced by sustained air pressure |
| US7770376B1 (en) | 2006-01-21 | 2010-08-10 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Dual heat exchanger power cycle |
| EP1840354B1 (de) * | 2006-03-28 | 2017-11-29 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens |
| US8973374B2 (en) * | 2007-09-06 | 2015-03-10 | United Technologies Corporation | Blades in a turbine section of a gas turbine engine |
| US8468797B2 (en) * | 2007-09-06 | 2013-06-25 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine systems and related methods involving vane-blade count ratios greater than unity |
| US7984607B2 (en) | 2007-09-06 | 2011-07-26 | United Technologies Corp. | Gas turbine engine systems and related methods involving vane-blade count ratios greater than unity |
| US20090301054A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-10 | Simpson Stanley F | Turbine system having exhaust gas recirculation and reheat |
| US20100024378A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | John Frederick Ackermann | System and method of operating a gas turbine engine with an alternative working fluid |
| US20100024433A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | John Frederick Ackermann | System and method of operating a gas turbine engine with an alternative working fluid |
| US9297306B2 (en) * | 2008-09-11 | 2016-03-29 | General Electric Company | Exhaust gas recirculation system, turbomachine system having the exhaust gas recirculation system and exhaust gas recirculation control method |
| US20110094229A1 (en) * | 2009-10-27 | 2011-04-28 | Freund Sebastian W | Adiabatic compressed air energy storage system with combustor |
| GB0920094D0 (en) | 2009-11-17 | 2009-12-30 | Alstom Technology Ltd | Reheat combustor for a gas turbine engine |
| TWI563165B (en) * | 2011-03-22 | 2016-12-21 | Exxonmobil Upstream Res Co | Power generation system and method for generating power |
| WO2013137960A1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-09-19 | United Technologies Corporation | Turbine blades in a gas turbine engine |
| UA103413C2 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Владимир Иосифович Белоус | Gas-turbine engine |
| US20130269358A1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-17 | General Electric Company | Methods, systems and apparatus relating to reheat combustion turbine engines with exhaust gas recirculation |
| US10036317B2 (en) | 2013-03-05 | 2018-07-31 | Industrial Turbine Company (Uk) Limited | Capacity control of turbine by the use of a reheat combustor in multi shaft engine |
| US9624829B2 (en) | 2013-03-05 | 2017-04-18 | Industrial Turbine Company (Uk) Limited | Cogen heat load matching through reheat and capacity match |
| US9709069B2 (en) | 2013-10-22 | 2017-07-18 | Dayspring Church Of God Apostolic | Hybrid drive engine |
| US10094570B2 (en) | 2014-12-11 | 2018-10-09 | General Electric Company | Injector apparatus and reheat combustor |
| US10094571B2 (en) | 2014-12-11 | 2018-10-09 | General Electric Company | Injector apparatus with reheat combustor and turbomachine |
| US10107498B2 (en) | 2014-12-11 | 2018-10-23 | General Electric Company | Injection systems for fuel and gas |
| US10094569B2 (en) | 2014-12-11 | 2018-10-09 | General Electric Company | Injecting apparatus with reheat combustor and turbomachine |
| CN105673206A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-06-15 | 马骏 | 一种采用多通道燃气发电的新型发电系统 |
| US20210003072A1 (en) * | 2018-12-04 | 2021-01-07 | Look For The Power, Llc | Rotary internal combustion engine |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2469238A (en) * | 1947-08-28 | 1949-05-03 | Westinghouse Electric Corp | Gas turbine apparatus |
| US2755621A (en) * | 1951-07-04 | 1956-07-24 | Parsons & Marine Eng Turbine | Gas turbine installations with output turbine by-pass matching the output turbine pressure drop |
| US3204406A (en) * | 1960-04-04 | 1965-09-07 | Ford Motor Co | Cooling system for a re-expansion gas turbine engine |
| JPS4923482B1 (ja) * | 1970-12-27 | 1974-06-17 | ||
| FR2164434B1 (ja) * | 1971-11-22 | 1974-01-04 | Raffinage Cie Francaise | |
| US3844113A (en) * | 1972-11-02 | 1974-10-29 | H Lockwood | Friction impulse gas turbine |
| CH630702A5 (de) * | 1978-04-26 | 1982-06-30 | Sulzer Ag | Anlage zum erzeugen von druckgas. |
| US4858428A (en) * | 1986-04-24 | 1989-08-22 | Paul Marius A | Advanced integrated propulsion system with total optimized cycle for gas turbines |
| DE4118062A1 (de) * | 1991-06-01 | 1992-12-03 | Asea Brown Boveri | Kombinierte gas/dampf-kraftwerksanlage |
| DE4213023A1 (de) * | 1992-04-21 | 1993-10-28 | Asea Brown Boveri | Verfahren zum Betrieb eines Gasturbogruppe |
| CH687269A5 (de) * | 1993-04-08 | 1996-10-31 | Abb Management Ag | Gasturbogruppe. |
| US5347806A (en) * | 1993-04-23 | 1994-09-20 | Cascaded Advanced Turbine Limited Partnership | Cascaded advanced high efficiency multi-shaft reheat turbine with intercooling and recuperation |
| EP0646705B1 (de) * | 1993-09-06 | 1999-06-09 | Asea Brown Boveri Ag | Verfahren zur Erstellung eines Teillastbetriebes bei einer Gasturbogruppe |
| AUPO680697A0 (en) * | 1997-05-15 | 1997-06-05 | Condon, Peter | Contained gas-turbine engine |
-
1998
- 1998-01-02 US US09/002,544 patent/US6079197A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-30 WO PCT/US1998/027714 patent/WO1999035383A1/en not_active Application Discontinuation
- 1998-12-30 JP JP2000527747A patent/JP2002500313A/ja active Pending
- 1998-12-30 CA CA002316875A patent/CA2316875A1/en not_active Abandoned
- 1998-12-30 EP EP98964976A patent/EP1044321B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-30 DE DE69806512T patent/DE69806512T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-30 KR KR1020007007401A patent/KR20010033841A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008517216A (ja) * | 2004-10-20 | 2008-05-22 | ノルスク・ヒドロ・アーエスアー | 排気ガスからのｃｏ２の除去及び回収方法 |
| JP2007309315A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-29 | Ifp | 発電プラントから排出される排ガス中に存在する二酸化炭素の濃縮方法 |
| JP2011530035A (ja) * | 2008-07-30 | 2011-12-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 代替作動流体を用いて発電システムを動作させるシステム及び方法 |
| US8806849B2 (en) | 2008-07-30 | 2014-08-19 | The University Of Wyoming | System and method of operating a power generation system with an alternative working fluid |
| US9360216B2 (en) | 2012-07-19 | 2016-06-07 | Mitsubishi Heavy Industries Aero Engines, Ltd. | Gas turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1044321B1 (en) | 2002-07-10 |
| DE69806512D1 (de) | 2002-08-14 |
| DE69806512T2 (de) | 2003-03-27 |
| EP1044321A1 (en) | 2000-10-18 |
| CA2316875A1 (en) | 1999-07-15 |
| KR20010033841A (ko) | 2001-04-25 |
| WO1999035383A1 (en) | 1999-07-15 |
| US6079197A (en) | 2000-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2002500313A (ja) | 直列結合ガスタービン機関 | |
| US20070256424A1 (en) | Heat recovery gas turbine in combined brayton cycle power generation | |
| US6442941B1 (en) | Compressor discharge bleed air circuit in gas turbine plants and related method | |
| US5347806A (en) | Cascaded advanced high efficiency multi-shaft reheat turbine with intercooling and recuperation | |
| US5133180A (en) | Chemically recuperated gas turbine | |
| Briesch et al. | A combined cycle designed to achieve greater than 60 percent efficiency | |
| US20070130952A1 (en) | Exhaust heat augmentation in a combined cycle power plant | |
| JP2018529047A (ja) | 入れ子式のｃｏ２サイクルを用いる電力生産のためのシステムおよび方法 | |
| US20100251689A1 (en) | Multiple stage gas turbine engine | |
| US20100242489A1 (en) | Systems, Methods, and Apparatus for Modifying Power Output and Efficiency of a Combined Cycle Power Plant | |
| JP2002201959A (ja) | ガスタービン並びに該ガスタービンを運転するための方法 | |
| EP2535533A2 (en) | Asymmetrical combined cycle power plant | |
| JP3138474B2 (ja) | 低発熱量ガスの燃焼装置および焼燃方法 | |
| JP2001525033A (ja) | 再熱式部分酸化発電所及びその方法 | |
| US6199363B1 (en) | Method for operating a gas turbogenerator set | |
| US9074491B2 (en) | Steam cycle system with thermoelectric generator | |
| US5906094A (en) | Partial oxidation power plants and methods thereof | |
| RU2199020C2 (ru) | Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения и комбинированная газотурбинная установка для его осуществления | |
| JP2001515556A (ja) | 伝熱式熱交換器を用いる水素燃料動力プラント | |
| JP2004169696A (ja) | 複合発電設備 | |
| Gvozdetskyi et al. | Gas turbine plant on the basis of the converted aviation engine with heat regeneration | |
| US6047549A (en) | Power plant facility | |
| JPH10325336A (ja) | ガスタービン発電システム | |
| JPH02153227A (ja) | 複合機関 | |
| Nakhamkin et al. | CHAT technology: an alternative approach to achieve advanced turbine systems efficiencies with present combustion turbine technology |