JP2003328771A - 冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル混式ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 混式ガスタービンからの冷却空気と復水ター
ビンからの冷却蒸気に一部の再生空気と再生蒸気を混合
した冷却空気及び冷却蒸気の二流体を適宜に利用して、
混式ガスタービンの内部に冷却損失がない冷却循環流路
を構成し、反動式ノズル入口温度を高温にして熱効率と
出力を高める。 【解決手段】 混式ガスタービン７の中空ロータ８に流
体ジャケットと隔壁を設け、ライナヘッドに反動式ノズ
ル入口と隔壁に冷却流体導入口を配列して設け、中空ロ
ータ９に環状の羽根形ノズルブロック１７を設け、燃焼
器６の出口側に燃焼ガス供給流路１０を設け、燃焼ガス
供給流路１０に希薄混合燃焼ガスにするバイパス圧縮空
気の流路５ａと再生空気の導入口１０ａを設け、再燃焼
室８で再燃焼する二次燃料供給流路７ｃを設け、一端側
に燃料制御弁７ｄとメカニカルシール７ｅを設け、他端
側に燃料噴射管と燃料ノズルを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、混式ガスタービ
ンの複数の抽気弁から抽出した冷却空気と復水タービン
の複数の抽気弁から抽出した冷却蒸気との二流体（気
体）を用い、混式ガスタービンの内部に対流冷却と吹付
冷却との対流伝熱形の冷却循環流路を構成し、冷却循環
後の再生空気と再生蒸気及び排気ガスなどを有効に利用
して用いる、冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル混式
ガスタービンに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、軸流タービンの冷却方式は圧縮機
出口または中途段からの抽気を用いる空冷方式により、
対流冷却と吹付冷却の対流伝熱形及び翼表面に低温の圧
縮空気膜を形成させる保護膜形の膜冷却との三種類の冷
却技術が併用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスタ
ービンの効率は、タービン入口温度を高温にするほど向
上するが、その温度はタービン翼の耐熱限界により制約
されると共に高温化は冷却空気量の損失が大きくなり、
ガス温度の上昇により得られるはずの熱効率と出力にお
ける利得を大幅に減少するという課題があった。 【０００４】この発明は、上記のような課題に鑑み、そ
の課題を解決すべく創案されたものであって、その目的
とするところは、復水タービンの低圧段に設けた複数の
抽気弁から適当な圧力の吸熱効果が大きい飽和蒸気を抽
出して冷却蒸気導入口に導入し、再生蒸気排気口からの
一部の再生蒸気と混合して混式ガスタービンの内部を冷
却損失がない対流冷却と吹付冷却との対流伝熱形の冷却
循環流路を構成し、再燃焼室のライナヘッドに等間隔に
配列して設けた反動式ノズル入口温度（タービン入口温
度）を高温にし、また、冷却空気の使用時も同様の方式
により高温にして、混式ガスタービンの効率と熱効率及
び出力が向上する冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル
混式ガスタービンを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、冷却流体循環方式再燃焼複合
サイクル混式ガスタービン本体の一端側に吸気口を設け
た低圧圧縮機と中間冷却器及び高圧圧縮機を設けると共
に冷却空気を抽出する複数の抽気弁を設け、他端側に隔
壁を設けた二重構造のタービン車室を設けると共に前部
車室に冷却空気導入口と冷却蒸気導入口を設け、内部の
ライナに複数で中空の静翼を配列して設けると共に外部
にスリット付中空フレームを配列して設け、上部入口よ
り一部の冷却流体を導入してスリットから静翼内面に吹
付冷却して下部出口より流出する冷却流路を設け、環状
流路に吹付冷却用の環状ノズルブロックを設け、ライナ
の一部に環状案内羽根及び燃焼ガスのディフューザ流路
を設け、出口から中空ボスの内部に冷却流体を供給する
供給流路を設け、高圧圧縮機からの圧縮空気で燃料を燃
焼させて適当な燃焼ガス温度にする燃焼器を設け、中空
ボスの上部に二重構造の中空ロータと中空ロータを一体
構造とした混式ガスタービンを設けると共にタービン軸
と圧縮機軸に複数の軸受を設け、タービン軸の中空部に
二次燃料供給流路を設け、一端側に燃料制御弁と燃料供
給用のメカニカルシールを設け、他端側に複数で等間隔
に配列した二重構造のラジアル羽根を中空ボスに設ける
と共に二次燃料供給流路に連結した複数の燃料噴射管か
らの燃料を噴射する燃料ノズルを内部の先端部に設け、
中空ボスに配列したラジアル羽根の内部に均等に導入す
る冷却流体導入口を設けると共に内部を吹付冷却するス
リット付フレームを設け、外周部のタービン円板と内周
部のライナで二重構造の流体ジャケットを設けて中空ロ
ータを構成すると共にラジアル羽根の出口に内部を均等
に吹付冷却する複数の傾斜ノズルを設けて一体構造と
し、流体ジャケット内部を隔壁で分割して上部に循環流
路を設けると共に内部の強度構成材であるフレームとリ
ブなどを設け、ライナヘッドに内部を吹付冷却する複数
の環状ノズルブロックを設けると共に中空ロータの内部
が一定の燃焼ガス圧力になる再燃焼室として設け、再燃
焼室の希薄燃焼ガスを噴射する二重構造で複数の反動式
ノズルを外周部に同一方向回りの円周接線方向に指向さ
せて等間隔に配列して設けると共にノズル入口をライナ
ヘッドに配列して設け、冷却流体導入口を隔壁に配列し
て設けると共に反動式ノズルの内部を吹付冷却するノズ
ルを設け、反動式ノズル内部の冷却流体を循環流路に排
出する複数の排気口を設け、循環流路の出口に環状排気
口を設け、中空ロータの円板に複数で中空の動翼とプラ
ットフォームを配列して設けると共に中空シャンクに冷
却流体を導入する植込部を中空ボスに設けた取付部に取
付け、中空ボス連結部に動翼を冷却する導入口を設け、
中空ボスの取付部に導入口を設け、プラットフォームに
スリット付中空フレームを配列して設けると共に入口よ
り冷却流体を導入してスリットから動翼内面に吹付冷却
して後部出口より中空ロータに排出する冷却流路を設
け、環状排気口と動翼の前部入口に複数の冷却流路を配
列して設け、過剰冷却流体を中空ロータに排出する排気
口を設けると共に一部の冷却流体を混合させて動翼内面
を冷却する冷却流路を設け、中空ロータ内部の冷却流体
を排出する環状の羽根形ノズルブロックを設け、後部車
室のライナに円錐形中空キャップを支持する複数の案内
羽根併用の中空支柱を配列して設け、最後部の外部車室
に再生空気排気口と再生蒸気排気口を設けて冷却流体循
環流路を構成すると共にタービン車室の排気口に接続す
る排気ガス流路の途中にボイラと過熱器及び最終排気口
を設け、他端側に排気ガス排気口を設け、過熱器で過熱
された過熱蒸気制御弁で駆動する復水タービンを設ける
と共に飽和蒸気を抽出する複数の抽気弁を設け、複数の
抽気弁と冷却蒸気切換弁及び冷却蒸気導入口に供給流路
を設け、複数の抽気弁と冷却空気切換弁及び冷却空気導
入口に供給流路を設け、冷却空気切換弁に流量制御弁を
設けると共に燃焼ガス供給流路の導入口に供給流路及び
プロセス空気の供給流路を設け、再生空気排気口と燃焼
ガス供給流路の導入口に再生空気切換弁を設けると共に
一部の再生空気を冷却空気導入口に導入する空気流量制
御弁設け、再生蒸気排気口と燃焼器の導入口に供給流路
を設け、再生蒸気排気口と再生蒸気切換弁に供給流路を
設けると共に再生蒸気流量制御弁から復水タービンの高
圧段と燃焼ガス供給流路に供給する供給流路及びプロセ
ス再生蒸気制御弁を設け、冷却蒸気切換弁にプロセス蒸
気制御弁を設け、排気ガス排気口からの供給流路に排気
ガス流量制御弁を設けると共に燃焼ガス供給流路の導入
口に供給流路及びプロセス排気ガスの供給流路を設け、
燃焼器の燃焼ガスと希薄燃焼用のバイパス圧縮空気及び
燃焼ガス供給流路の導入口からの再生空気、冷却空気、
冷却空気と排気ガスの混合ガスまたは排気ガスなどを再
燃焼室の内部に供給する供給流路を設け、複数のラビリ
ンスシールを設け、混式ガスタービンと復水タービンで
駆動する発電機及び複数の構成機器類などを設けた手段
よりなるものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、図面に記載の発明の実施の
形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。こ
こで、図１は冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル混式
ガスタービンの断面図、図２は要部の拡大断面図、図３
は二重構造の中空ロータの正面方向の部分断面図、図４
は二重構造の中空ロータの正面図である。 【０００７】図において、冷却流体循環方式再燃焼複合
サイクル混式ガスタービン１の車室の一端側には圧縮空
気を取り入れる吸気口１ａが形成されている。その中心
部にはタービン軸７ａと圧縮機軸３ａ及び出力軸２ａを
一軸式にして複数の軸受７ｂが設けられている。出力軸
２ａの端部には発電機２が連動連結されている。圧縮機
軸３ａには始動用及び補機類駆動用のフライホイール３
ｂが設けられている。 【０００８】圧縮機軸３ａには低圧圧縮機３が設けられ
ている。低圧圧縮機３には中途段から冷却空気を抽出す
る抽気弁３ｃが設けられている。タービン軸７ａの回転
によって低圧圧縮機３は回転して、吸気口１ａから導入
する空気を低圧で圧縮して出口から中間冷却器４に圧送
する。 【０００９】中間冷却気４は冷却水と圧縮空気の熱交換
により圧縮空気を冷却して比体積を減少させるもので、
圧縮仕事の低減と有効出力の増大を図ることができる。 【００１０】圧縮機軸３ａには高圧圧縮機５が設けられ
ている。高圧圧縮機５は中間冷却器４から導入する空気
を圧縮するもので、中途段には冷却空気を抽出する抽気
弁５ｃが設けられている。高圧圧縮機５の出口には希薄
燃焼用のバイパス圧縮空気の流路５ａと流量制御弁５ａ
が設けられている。高圧圧縮機５の出口５ｄは燃焼器６
の吸気口６ａに連結されている。 【００１１】燃焼器６は支持板６ｂに固定されている。
燃焼器６には燃料制御弁６ｃと燃料ノズル６ｄ及び着火
用の点火栓６ｅが設けられている。燃焼器６にはライナ
６ｆが設けられている。ライナ６ｆはその中で高圧圧縮
機５からの圧縮空気と燃料ノズル６ｄからの燃料の噴射
により燃料を燃焼させて適当な燃焼ガス温度にする。燃
焼器６には再生蒸気の導入口６ｇが設けられている。 【００１２】燃焼器６の出口側には燃焼ガス供給流路１
０が構成されている。燃焼ガス供給流路１０には希薄燃
焼用のバイパス圧縮空気の流路５ａが連結されている。
燃焼ガス供給流路１０には再生空気の導入口１０ａと再
生蒸気の導入口１０ｂが設けられている。燃焼ガス供給
流路１０はタービン車室１１に連結されている。タービ
ン円板８ａとタービン車室１１にはラビリンスシール１
０ｃが設けられている。燃焼ガス供給流路１０と中空ボ
ス１４にはラビリンスシール１０ｄが設けられている。
燃焼ガス供給流路１０から再燃焼室８の内部に供給す
る。 【００１３】タービン車室１１の高温部にはライナ１１
ａと外部車室１１ｂで二重構造の車室を設け、隔壁１１
ｃで分割して前部車室１１ｄと後部車室１１ｅが設けら
れている。隔壁１１ｃの前部には前部車室１１ｄの環状
冷却流路に効率よく冷却流体を配分する連絡管を設けた
冷却蒸気導入口１１ｆと冷却空気導入口１１ｇが設けら
れている。最後部の外部車室１１ｂには再生流体を配分
する連絡管を設けた再生蒸気排気口１１ｈと再生空気排
気口１１ｉが設けられている。 【００１４】内部のライナ１１ａには複数で中空の静翼
１２が配列して設けられている。外部車室１１ｂにはス
リット付中空フレーム１２ａが配列して設けられてい
る。上部入口１２ｂより一部の冷却流体を導入してスリ
ットから静翼１２の内面に吹付冷却して下部出口１２ｃ
より流出する冷却流路が設けられている。 【００１５】ライナ１１ａの一部には環状案内羽根１３
及び燃焼ガスのディフューザ流路１３ａが設けられてい
る。環状案内羽根１３には補強用の複数のフレーム１３
ｂが配列して設けられている。環状流路には吹付冷却用
の環状ノズルブロック１３ｃが設けられている。 【００１６】前部車室１１ｄの出口から中空ボス１４の
内部に冷却流体を供給する冷却流体供給流路１１ｊが設
けられている。冷却流体供給流路１１ｊはラビリンスシ
ール１０ｄとメカニカルシール７ｅに連結して密封され
ている。 【００１７】中空ボス１４上部には二重構造の中空ロー
タ８と中空ロータ９を一体構造とした混式ガスタービン
７が設けられている。混式ガスタービン７にはタービン
軸７ａと圧縮機軸３ａ及び出力軸２ａに複数の軸受７ｂ
を設けて構成されている。 【００１８】タービン軸７ａの中空部には二次燃料供給
流路７ｃが設けられている。一端側には燃料制御弁７ｄ
と燃料供給用のメカニカルシール７ｅが設けられてい
る。他端側には複数で等間隔に配列した二重構造のラジ
アル羽根１５が中空ボス１４に設けられている。二次燃
料供給流路７ｃには連結した複数の燃料噴射管７ｆから
の燃料を噴射する燃料ノズル７ｇが内部の先端部に設け
られている。 【００１９】中空ボス１４には配列したラジアル羽根１
５の内部に均等に導入する冷却流体導入口１５ａが設け
られている。ラジアル羽根１５の内部には冷却流体をス
リットから羽根内面の高温部にジェット状に吹付冷却す
るスリット付フレーム１５ｂが設けられている。 【００２０】外周部のタービン円板８ａと内周部のライ
ナ８ｂで二重構造の流体ジャケット８ｃを設けて中空ロ
ータ８が構成されている。ラジアル羽根１５の出口には
流体ジャケット８ｃ内部を均等に吹付冷却する複数の傾
斜ノズル１５ｃを設けて一体構造とし、流体ジャケット
８ｃ内部を隔壁８ｄで分割して上部に循環流路８ｅが設
けられている。内部には強度構成材である図示しないフ
レームとリブなどが設けられている。ライナヘッド８ｆ
には内部を吹付冷却する複数の環状ノズルブロック８ｇ
が設けられている。 【００２１】中空ロータ８の内部が一定の燃焼ガス圧力
になる再燃焼室８として設け、再燃焼室８の希薄燃焼ガ
スを噴射する二重構造で複数の反動式ノズル１６を外周
部に同一方向回りの円周接線方向に指向させて等間隔に
配列して設けられている。ライナヘッド８ｆには反動式
ノズル入口１６が配列して設けられている。隔壁８ｄに
は冷却流体導入口１６ａと反動式ノズル１６の内部を吹
付冷却するノズル１６ｂが配列して設けられている。外
周部のタービン円板８ａには反動式ノズル１６内部の冷
却流体を循環流路８ｅに排出する複数の排気口１６ｃが
設けられている。反動式ノズル１６内部には内部の補強
材である複数のフレーム１６ｄが設けられている。循環
流路８ｅの出口には環状排気口８ｈが設けられている。 【００２２】中空ロータ９の円板９ａには複数で中空の
動翼９ｂとプラットフォーム９ｃがクリスマスツリー形
の軸方向セレーションにより配列して取付けられてい
る。中空シャンク９ｄには冷却流体を導入する植込部９
ｅが中空ボス１４に設けた取付部１４ａに取付けられて
いる。中空ボス連結部１４ｂには動翼９ｂを冷却する導
入口１４ｃが設けられている。中空ボス１４の取付部１
４ａには導入口１４ｄが設けられている。プラットフォ
ーム９ｃにはスリット付中空フレーム９ｆが設けられて
いる。下部の入口９ｇより冷却流体を導入してスリット
から動翼９ｂの内面に吹付冷却して後部出口９ｈより中
空ロータ９に排出する冷却流体が設けられている。 【００２３】環状排気口８ｈと動翼９ｂの前部入口９ｉ
には複数の冷却流路８ｉが配列して設けられている。冷
却流路８ｉには過剰冷却流体を中空ロータ９に排出する
排気口８ｊと一部の冷却流体を混合させて動翼９ｂの内
面を冷却する冷却流路８ｉが設けられている。 【００２４】中空ロータ９の円板９ａには中空ロータ９
内部の冷却流体を排出する環状の羽根形ノズルブロック
１７が設けられている。後部車室１１ｅのライナ１１ａ
には円錐形中空キャップ１８を支持する複数の案内羽根
併用の中空支柱１９が配列して設けられている。円錐形
中空キャップ１８の内部にはすきまを利用した密封装置
であるラビリンスシール２０が設けられている。最後部
中空ボス１４ｅにはタービン軸７ａを連結するナット１
４ｆが円錐形中空キャップ１８の内部に設けられてい
る。 【００２５】最後部の外部車室１１ｂには再生蒸気排気
口１１ｈと再生空気排気口１１ｉを設けて冷却損失のな
い二流体（気体）の冷却流体循環流路が構成される。 【００２６】タービン車室１１のライナ１１ａには排気
口２１が設けられている。排気口２１に接続する排気ガ
ス流路の途中には排熱回収用のボイラ２２と過熱器２３
が設けられている。排気ガス流路には大気放出１ｂする
最終排気口２４が設けられている。他端側には排気ガス
排気口２５が設けられている。 【００２７】過熱器２３には過熱蒸気制御弁２６が設け
られている。過熱蒸気制御弁２６には復水タービン２７
が設けられている。復水タービン２７には排気を復水す
る復水器２８が設けられている。復水器２８にはボイラ
２２に給水する給水ポンプ２９が設けられている。復水
タービン２７には発電機２が設けられている。 【００２８】復水タービン２７には低圧段から適当な圧
力の飽和蒸気を抽出する抽気弁３０と抽気弁３１が設け
られている。抽気弁３０と抽気弁３１には冷却蒸気切換
弁３２が設けられている。冷却蒸気切換弁３２には冷却
蒸気導入口１１ｆに供給する供給流路が設けられてい
る。 【００２９】抽気弁３ｃと抽気弁５ｃには冷却空気切換
弁３３が設けられている。冷却空気切換弁３３には冷却
空気導入口１１ｇに供給する供給流路が設けられてい
る。冷却空気切換弁３３には流量制御弁３４が設けられ
ている。流量制御弁３４には燃焼ガス供給流路の導入口
１０ａに供給する供給流路３５及びプロセス空気の供給
流路３６が設けられている。 【００３０】再生空気排気口１１ｉには燃焼ガス供給流
路の導入口１０ａに再生空気を供給する供給流路３７に
再生空気切換弁３８が設けられている。供給流路３７に
は一部の再生空気を冷却空気導入口１１ｇに導入する空
気流量制御弁３９が設けられている。 【００３１】再生蒸気排気口１１ｈには燃焼器の導入口
６ｇに再生蒸気を供給する供給流路４０が設けられてい
る。供給流路４０には一部の再生蒸気を冷却蒸気導入口
１１ｆに導入する蒸気流量制御弁４１が設けられてい
る。 【００３２】再生蒸気排気口１１ｈには再生蒸気を供給
する供給流路４２に再生蒸気切換弁４３が設けられてい
る。再生蒸気切換弁４３には再生蒸気流量制御弁４４が
設けられている。再生蒸気流量制御弁４４には復水ター
ビン２７の高圧段４５と燃焼ガス供給流路の導入口１０
ｂに供給する供給流路４６が設けられている。 【００３３】再生蒸気切換弁４３にはプロセス再生蒸気
切換弁４７が設けられている。冷却蒸気切換弁３２には
プロセス蒸気制御弁４８が設けられている。プロセス再
生蒸気とプロセス蒸気によりコジェネレーション（熱電
併給）の蒸気システムに用いる蒸気吸収冷凍機による冷
房と熱交換器による暖房及び貯湯槽による給湯などの構
成機器を設けて熱と電力が同時に発生できる。 【００３４】排気ガス排気口２５からの供給流路４９に
は排気ガス流量制御弁５０が設けられている。排気ガス
流量制御弁５０には燃焼ガス供給流路の導入口１０ａに
高温で残留酵素を有する排気ガスを供給する供給流路５
１及びプロセス排気ガスの供給流路５２が設けられてい
る。 【００３５】プロセス空気の供給流路３６とプロセス排
気ガスの供給流路５２またはプロセス空気３６とプロセ
ス排気ガス５２の混合ガスにより熱電併給の温水システ
ムに用いる温水吸収冷凍機による冷房と熱交換器による
暖房及び貯湯槽による給湯などの構成機器を設けて熱と
電力が同時に発生できる。 【００３６】次に、上記発明の実施の形態の構成に基づ
く動作について以下説明する。冷却蒸気切換弁３２と再
生蒸気切換弁４３を閉鎖し、空気流量制御弁３９と蒸気
流量制御弁４１は開放して併用して利用する。 【００３７】図示しない始動機により始動用のフライホ
イール３ｂを回転させる。圧縮機軸３ａの回転により、
低圧圧縮機３は回転して吸気口１ａから導入する空気を
低圧で圧縮して出口から中間冷却気４に圧送される。 【００３８】中間冷却器４で冷却された圧縮空気は出口
から高圧圧縮機５に圧送される。高圧圧縮機５によって
圧縮されて中途段の抽気弁５ｃ及び低圧圧縮機３の中途
段の抽気弁３ｃから一部の冷却空気を抽出する。抽気弁
３ｃと抽気弁５ｃからの冷却空気は冷却空気切換弁３３
を経由して冷却空気導入口１１ｇに圧送される。 【００３９】再生空気排気口１１ｉ再生蒸気排気口１１
ｈからの一部の再生空気は空気流量制御弁３９と蒸気流
量制御弁４１により冷却空気に混合させて冷却される。
冷却蒸気の使用時は同様の方法により、冷却空気と冷却
蒸気の抽出量が低減できる。再生空気排気口１１ｉから
の再生空気は再生空気切換弁３８と供給流路３７を経由
して燃焼ガス供給流路１０ａの導入口に供給される。 【００４０】高圧圧縮機５で高温高圧に圧縮された希薄
燃焼用のバイパス圧縮空気は流量制御弁５ｂを設けた流
路５ａから燃焼ガス供給流路１０に供給される。燃焼用
の圧縮空気は出口５ｄから燃焼器６に供給される。 【００４１】燃焼器６の吸気口６ａからの圧縮空気と燃
料が供給された燃料制御弁６ｃからの燃料を噴射する燃
料ノズル６ｄ及び図示しない点火装置により点火する点
火栓６ｅによって燃焼されライナ６ｆ内部で冷却され適
当な燃焼ガス温度にされて燃焼ガス供給流路１０に供給
される。 【００４２】燃焼ガス供給流路１０に供給する燃焼器６
からの燃焼ガスの流量とバイパス圧縮空気５ａの流量及
び供給流路３７からの再生空気の流量は一次燃焼領域で
適当に配分されて希薄混合燃焼ガスにされる。希薄混合
燃焼ガスの温度はアイドル運転から定格運転の移行時に
二次燃焼領域である再燃焼室８内の複数の燃料ノズル７
ｇに容易に着火できる温度にされる。 【００４３】冷却蒸気による運転時は復水タービン２７
の低圧段の抽気弁３０と抽気弁３１から適当な圧力の吸
熱効果の大きい飽和蒸気を抽出して冷却される。冷却空
気切換弁３３と再生空気切換弁３８を閉鎖し、冷却蒸気
切換弁３２と再生蒸気切換弁４３を開放して冷却蒸気を
冷却蒸気導入口１１ｆに導入される。再生蒸気排気口１
１ｈから再生蒸気切換弁４３に再生蒸気を供給する供給
流路４２及び燃焼器６の導入口６ｇに蒸気流量制御弁４
１から窒素酸化物の低減に用いる適当な流量の再生蒸気
を供給する供給流路４０が設けられる。 【００４４】冷却空気切換弁３３の流量制御弁３４から
の冷却空気を供給する供給流路３５と排気ガス排気口２
５の排気ガス流量制御弁５０からの高温で残留酵素を有
する排気ガスを供給する供給流路５１は再生空気の供給
流路３７に連結されている。供給流路３７には冷却空
気、冷却空気と排気ガスの混合ガスまたは排気ガスなど
流量制御弁３４と排気ガス流量制御弁５０及び抽気弁３
ｃや抽気弁５ｃなどの弁を適宜に操作して一次燃焼領域
に供給され希薄混合燃焼ガスにされる。 【００４５】一次燃焼領域の混合燃焼ガスはラジアル羽
根１５の列間から圧縮されて再燃焼室８に入る。燃料制
御弁７ｄに燃料が供給されると複数の燃料ノズル７ｇか
ら噴射して着火され再燃焼室８の二次燃焼領域で希薄燃
焼により燃焼温度を適当に保持してライナヘッド８ｆに
等間隔に配列して設けた複数の反動式ノズル１６入口に
導入して運転される。 【００４６】混式ガスタービン７の効率は反動式ノズル
１６入口温度（タービン入口温度）を高温にするほど向
上するので、定格出力時は吸熱効果の大きい冷却蒸気に
より高温部に対流冷却より冷却効率のよい吹付冷却する
複数のスリット付フレーム１５ｂと傾斜ノズル１５ｃ及
び環状ノズルブロック８ｆを設けて再燃焼室８であるラ
ジアル羽根１５及び流体ジャケット８ｃの一様厚みの平
板であるライナ８ｂとライナヘッド８ｆを冷却すると共
に隔壁８ｄに等間隔に配列して設けた複数のノズル１６
ｂにより反動式ノズル１６の内部が冷却されて高温にで
きる。 【００４７】再燃焼室８のライナヘッド８ｆに等間隔に
配列して設けた複数の反動式ノズル１６入口から高温の
希薄燃焼ガスを導入して出口で、熱（圧力）エネルギー
を運動エネルギーに変換して得られる高速ジェットの反
動力によって回転し、環状案内羽根１３でジェットの半
径流の流れを方向変換してディフューザ流路１３ａから
効率よく流し、軸流の静翼１２と動翼９ｂで燃焼ガスの
加速と方向変換して圧力を降下させる加速膨張流れによ
り混式ガスタービン７を駆動して排気口２１から排熱回
収用のボイラ２２と過熱器２３を通過する間に過熱して
最終排気口２４より大気中１ｂに放出される。高温にな
る環状案内羽根１３の環状流路の冷却は吹付冷却用の環
状ノズルブロック１３ｃが設けられる。 【００４８】軸流の静翼１２と動翼９ｂの冷却はスリッ
ト付中空フレーム１２ａと９ｆのスリットから過熱し易
い前縁と先端部の内部を吹付冷却し、後縁を対流冷却し
て流出する対流伝熱形の冷却流路が設けられる。 【００４９】混式ガスタービン７の内部を対流冷却と吹
付冷却する対流伝熱形の冷却流路の冷却流体は燃焼ガス
との熱交換により高温となり及び混式ガスタービン７の
回転により高圧となり中空ロータ９の環状の羽根形ノズ
ルブロック１７から円錐形中空キャップ１８と後部車室
１１ｅのライナ１１ａに配列した複数の案内羽根併用の
中空支柱１９を経由して最後部の外部車室１１ｂに設け
た再生蒸気排気口１１ｈ及び再生空気排気口１１ｉに高
温高圧の再生流体を排出する冷却損失のない二流体（気
体）の冷却流体循環流路が構成される。 【００５０】排気口２１に接続する排気ガス流路のボイ
ラ２２と過熱器２３の熱回収により給水過熱から過熱ま
で行ない過熱蒸気を発生させ、過熱蒸気制御弁２６で発
電力の大きい復水器２８を装備した復水タービン２７を
駆動して出力軸２ａに連結した発電機２から電力が発生
される。復水タービン２７の低圧段から適当な圧力の飽
和蒸気を抽気弁３０と抽気弁３１での抽出により復水器
２８での放熱量も減少して発電力が向上される。 【００５１】再生蒸気切換弁４３の再生蒸気流量制御弁
４４から電力需要のピーク時は複合サイクルの復水ター
ビン２７の高圧段の供給流路４５と混式ガスタービンの
燃焼ガス供給流路の導入口１０ｂに供給する供給流路４
６に高温高圧である再生蒸気の供給により発電力が向上
される。熱の需要時はプロセス再生蒸気制御弁４７とプ
ロセス蒸気制御弁４８及びプロセス空気の供給流路３５
とプロセス排気ガスの供給流路５２などに設けた熱電併
給の図示しない蒸気システムと温水システムの構成機器
類により冷房と暖房及び給湯などができる。 【００５２】なお、この発明は上記発明の実施の形態に
限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない
範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。 【００５３】 【発明の効果】以上の記載より明らかなように、この発
明に係わる冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル混式ガ
スタービンによれば、復水タービンの低圧段に設けた複
数の抽気弁から適当な圧力の吸熱効果が空気の二倍程度
の値をもつ飽和蒸気を抽出して冷却蒸気導入口に導入
し、再生蒸気排気口からの一部の再生蒸気と混合して混
式ガスタービンの内部を、冷却損失がない対流冷却と高
温となる内面に冷却流体を各種のノズルとスリットから
ジェット状に吹付けて冷却する吹付冷却との対流伝熱形
の冷却循環流路を構成し、再燃焼室のライナヘッドに等
間隔に配列して設けた反動式ノズル入口温度（タービン
入口温度）を高温にして、また、冷却空気の使用時も同
様の方式により高温にして、混式ガスタービンの効率と
熱効率及び出力が向上する。復水タービンの冷却蒸気は
再生蒸気排気口からの一部の再生蒸気と混合して冷却す
るので抽出する冷却蒸気量の減少により発電力が向上す
る。低圧段の飽和蒸気の抽出により復水器での放熱量も
減少して発電力が向上する。低圧圧縮機と高圧圧縮機の
冷却空気は再生空気排気口からの一部の再生空気と混合
して冷却するので抽出する冷却空気量の減少により発電
力が向上する。冷却空気の抽気量の減少により主空気流
量に混合して圧縮もでき、高温で残留酸素を有する排気
ガスと燃焼器からの燃焼ガス及びバイパス圧縮空気を混
合して再燃焼室で希薄燃焼ができる。理論混合比より空
気を過剰とした希薄燃焼により窒素酸化物の低減と燃焼
器での圧力損失の減少により発電力が向上する。燃焼器
に適量の再生蒸気の導入により窒素酸化物の低減ができ
る。電力需要のピーク時には復水タービンの高圧段と混
式ガスタービンの燃焼ガス供給流路の導入口に高温高圧
の再生蒸気の供給により発電力が向上する。熱の需要時
にはプロセス再生蒸気とプロセス蒸気及びプロセス空気
やプロセス排気ガスなどにより熱電併給の蒸気システム
と温水システムの構成機器類による冷房と暖房及び給湯
などにより熱電比が制御できると共にピークカット運転
により電力需要の平準化ができる。半径流の反動式ノズ
ルは先細ノズルや中細ノズルなどに形状を変更して熱落
差を消化でき、軸流の静翼と動翼は段数を変更して熱落
差を消化できるので適宜に変更して最適回転数にして運
転することができる。前部の高圧段には反動式ノズルを
設けるので、後部の低圧段の静翼と動翼は寸法的制限を
緩和されて冷却翼にできるので、小型の混式ガスタービ
ンにも対応することができる。混式ガスタービン内部の
冷却流体は再燃焼室で燃焼された希薄燃焼ガスとの熱交
換により高温の再熱サイクルになり、回転による遠心力
で高圧になり、再生蒸気排気口及び再生空気排気口では
高温高圧の再生サイクルとなるので、中間冷却器を利用
する中間冷却サイクルにより燃料消費量の低減と混式ガ
スタービンの効率が向上する。しかも、排気ガスの温度
も高温となるので過熱蒸気も高温となり復水タービンの
発電力が向上する。混式ガスタービンと復水タービンは
回転式の速度形機関なので、高価な潤滑油消費量も少な
く大流量で大出力ができる。内燃機関での熱勘定の割合
である冷却損失と排気損失及び機械損失を大幅に減少し
て正味仕事が増加するので、省エネルギーと窒素酸化物
の低減及び温暖化防止などの環境保全が得られるなど、
極めて新規的有益なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の実施の形態を示す冷却流体循環方式
再燃焼複合サイクル混式ガスタービンの断面図である。 【図２】この発明の実施の形態を示す要部の拡大断面図
である。 【図３】この発明の実施の形態を示す二重構造の中空ロ
ータの正面方向の部分断面図である。 【図４】この発明の実施の形態を示す二重構造の中空ロ
ータの正面図である。 【符号の説明】 １ 冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル混式ガス
タービン １ａ 吸気口 １ｂ 大気放出 ２ 発電機 ２ａ 出力軸 ３ 低圧圧縮機 ３ａ 圧縮機軸 ３ｂ フライホイール ３ｃ 抽気弁 ４ 中間冷却器 ５ 高圧圧縮機 ５ａ バイパス圧縮空気の流路 ５ｂ 流量制御弁 ５ｃ 抽気弁 ５ｄ 出口 ６ 燃焼器 ６ａ 吸気口 ６ｂ 支持板 ６ｃ 燃料制御弁 ６ｄ 燃料ノズル ６ｅ 点火栓 ６ｆ ライナ ６ｇ 導入口 ７ 混式ガスタービン ７ａ タービン軸 ７ｂ 軸受 ７ｃ 二次燃料供給流路 ７ｄ 燃料制御弁 ７ｅ メカニカルシール ７ｆ 燃料噴射管 ７ｇ 燃料ノズル ８ 二重構造の中空ロータ ８ 再燃焼室 ８ａ タービン円板 ８ｂ ライナ ８ｃ 流体ジャケット ８ｄ 隔壁 ８ｅ 循環流路 ８ｆ ライナヘッド ８ｇ 環状ノズルブロック ８ｈ 環状排気口 ８ｉ 冷却流路 ８ｊ 排気口 ９ 中空ロータ ９ａ 円板 ９ｂ 動翼 ９ｃ プラットフォーム ９ｄ 中空シャンク ９ｅ 植込部 ９ｆ スリット付中空フレーム ９ｇ 下部の入口 ９ｈ 後部出口 ９ｉ 前部入口 １０ 燃焼ガス供給流路 １０ａ 再生空気の導入口 １０ｂ 再生蒸気の導入口 １０ｃ ラビリンスシール １０ｄ ラビリンスシール １１ タービン車室 １１ａ ライナ １１ｂ 外部車室 １１ｃ 隔壁 １１ｄ 前部車室 １１ｅ 後部車室 １１ｆ 冷却蒸気導入口 １１ｇ 冷却空気導入口 １１ｈ 再生蒸気排気口 １１ｉ 再生空気排気口 １１ｊ 冷却流体供給流路 １２ 静翼 １２ａ スリット付中空フレーム １２ｂ 上部入口 １２ｃ 下部出口 １３ 環状案内羽根 １３ａ ディフューザ流路 １３ｂ フレーム １３ｃ 環状ノズルブロック １４ 中空ボス １４ａ 取付部 １４ｂ 中空ボス連結部 １４ｃ 導入口 １４ｄ 導入口 １４ｅ 最後部中空ボス １４ｆ ナット １５ ラジアル羽根 １５ａ 冷却流体導入口 １５ｂ スリット付フレーム １５ｃ 傾斜ノズル １６ 反動式ノズル １６ 反動式ノズル入口 １６ａ 冷却流体導入口 １６ｂ ノズル １６ｃ 排気口 １６ｄ フレーム １７ 環状の羽根形ノズルブロック １８ 円錐形中空キャップ １９ 案内羽根併用の中空支柱 ２０ ラビリンスシール ２１ 排気口 ２２ ボイラ ２３ 過熱器 ２４ 最終排気口 ２５ 排気ガス排気口 ２６ 過熱蒸気制御弁 ２７ 復水タービン ２８ 復水器 ２９ 給水ポンプ ３０ 抽気弁 ３１ 抽気弁 ３２ 冷却蒸気切換弁 ３３ 冷却空気切換弁 ３４ 流量制御弁 ３５ 供給流路 ３６ プロセス空気の供給流路 ３７ 供給流路 ３８ 再生空気切換弁 ３９ 空気流量制御弁 ４０ 供給流路 ４１ 蒸気流量制御弁 ４２ 供給流路 ４３ 再生蒸気切換弁 ４４ 再生蒸気流量制御弁 ４５ 高圧段 ４６ 供給流路 ４７ プロセス再生蒸気制御弁 ４８ プロセス蒸気制御弁 ４９ 供給流路 ５０ 排気ガス流量制御弁 ５１ 供給流路 ５２ プロセス排気ガスの供給流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 7/18 Ｆ０２Ｃ 7/18 Ａ Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 冷却流体循環方式再燃焼複合サイクル混
   式ガスタービン本体の一端側に吸気口を設けた低圧圧縮
   機と中間冷却器及び高圧圧縮機を設けると共に冷却空気
   を抽出する複数の抽気弁を設け、他端側に隔壁を設けた
   二重構造のタービン車室を設けると共に前部車室に冷却
   空気導入口と冷却蒸気導入口を設け、内部のライナに複
   数で中空の静翼を配列して設けると共に外部にスリット
   付中空フレームを配列して設け、上部入口より一部の冷
   却流体を導入してスリットから静翼内面に吹付冷却して
   下部出口より流出する冷却流路を設け、環状流路に吹付
   冷却用の環状ノズルブロックを設け、ライナの一部に環
   状案内羽根及び燃焼ガスのディフューザ流路を設け、出
   口から中空ボスの内部に冷却流体を供給する供給流路を
   設け、高圧圧縮機からの圧縮空気で燃料を燃焼させて適
   当な燃焼ガス温度にする燃焼器を設け、中空ボスの上部
   に二重構造の中空ロータと中空ロータを一体構造とした
   混式ガスタービンを設けると共にタービン軸と圧縮機軸
   に複数の軸受を設け、タービン軸の中空部に二次燃料供
   給流路を設け、一端側に燃料制御弁と燃料供給用のメカ
   ニカルシールを設け、他端側に複数で等間隔に配列した
   二重構造のラジアル羽根を中空ボスに設けると共に二次
   燃料供給流路に連結した複数の燃料噴射管からの燃料を
   噴射する燃料ノズルを内部の先端部に設け、中空ボスに
   配列したラジアル羽根の内部に均等に導入する冷却流体
   導入口を設けると共に内部を吹付冷却するスリット付フ
   レームを設け、外周部のタービン円板と内周部のライナ
   で二重構造の流体ジャケットを設けて中空ロータを構成
   すると共にラジアル羽根の出口に内部を均等に吹付冷却
   する複数の傾斜ノズルを設けて一体構造とし、流体ジャ
   ケット内部を隔壁で分割して上部に循環流路を設けると
   共に内部の強度構成材であるフレームとリブなどを設
   け、ライナヘッドに内部を吹付冷却する複数の環状ノズ
   ルブロックを設けると共に中空ロータの内部が一定の燃
   焼ガス圧力になる再燃焼室として設け、再燃焼室の希薄
   燃焼ガスを噴射する二重構造で複数の反動式ノズルを外
   周部に同一方向回りの円周接線方向に指向させて等間隔
   に配列して設けると共にノズル入口をライナヘッドに配
   列して設け、冷却流体導入口を隔壁に配列して設けると
   共に反動式ノズルの内部を吹付冷却するノズルを設け、
   反動式ノズル内部の冷却流体を循環流路に排出する複数
   の排気口を設け、循環流路の出口に環状排気口を設け、
   中空ロータの円板に複数で中空の動翼とプラットフォー
   ムを配列して設けると共に中空シャンクに冷却流体を導
   入する植込部を中空ボスに設けた取付部に取付け、中空
   ボス連結部に動翼を冷却する導入口を設け、中空ボスの
   取付部に導入口を設け、プラットフォームにスリット付
   中空フレームを配列して設けると共に入口より冷却流体
   を導入してスリットから動翼内面に吹付冷却して後部出
   口より中空ロータに排出する冷却流路を設け、環状排気
   口と動翼の前部入口に複数の冷却流路を配列して設け、
   過剰冷却流体を中空ロータに排出する排気口を設けると
   共に一部の冷却流体を混合させて動翼内面を冷却する冷
   却流路を設け、中空ロータ内部の冷却流体を排出する環
   状の羽根形ノズルブロックを設け、後部車室のライナに
   円錐形中空キャップを支持する複数の案内羽根併用の中
   空支柱を配列して設け、最後部の外部車室に再生空気排
   気口と再生蒸気排気口を設けて冷却流体循環流路を構成
   すると共にタービン車室の排気口に接続する排気ガス流
   路の途中にボイラと過熱器及び最終排気口を設け、他端
   側に排気ガス排気口を設け、過熱器で過熱された過熱蒸
   気制御弁で駆動する復水タービンを設けると共に飽和蒸
   気を抽出する複数の抽気弁を設け、複数の抽気弁と冷却
   蒸気切換弁及び冷却蒸気導入口に供給流路を設け、複数
   の抽気弁と冷却空気切換弁及び冷却空気導入口に供給流
   路を設け、冷却空気切換弁に流量制御弁を設けると共に
   燃焼ガス供給流路の導入口に供給流路及びプロセス空気
   の供給流路を設け、再生空気排気口と燃焼ガス供給流路
   の導入口に再生空気切換弁を設けると共に一部の再生空
   気を冷却空気導入口に導入する空気流量制御弁を設け、
   再生蒸気排気口と燃焼器の導入口に供給流路を設けると
   共に一部の再生蒸気を冷却蒸気導入口に導入する蒸気流
   量制御弁を設け、再生蒸気排気口と再生蒸気切換弁に供
   給流路を設けると共に再生蒸気流量制御弁から復水ター
   ビンの高圧段と燃焼ガス供給流路に供給する供給流路及
   びプロセス再生蒸気制御弁を設け、冷却蒸気切換弁にプ
   ロセス蒸気制御弁を設け、排気ガス排気口からの供給流
   路に排気ガス流量制御弁を設けると共に燃焼ガス供給流
   路の導入口に供給流路及びプロセス排気ガスの供給流路
   を設け、燃焼器の燃焼ガスと希薄燃焼用のバイパス圧縮
   空気及び燃焼ガス供給流路の導入口からの再生空気、冷
   却空気、冷却空気と排気ガスの混合ガスまたは排気ガス
   などを再燃焼室の内部に供給する供給流路を設け、複数
   のラビリンスシールを設け、混式ガスタービンと復水タ
   ービンで駆動する発電機及び複数の構成機器類などを設
   けたことを特徴とする冷却流体循環方式再燃焼複合サイ
   クル混式ガスタービン。