JP2006316630A

JP2006316630A - タービン装置

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Publication number: JP2006316630A
Application number: JP2005137263A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimoto; 洋藤本; Shingo Yakushiji; 新吾薬師寺
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-10
Also published as: JP4697730B2

Abstract

【課題】アンモニア／水の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができるタービン装置を提供すること。
【解決手段】アンモニアと水との非共沸混合媒体を作動媒体として所定方向に回動されるタービン翼７８と、タービン翼７８を回転自在に支持する回転軸６６と、タービン翼７８を収容するためのタービン室７４を規定するタービンハウジング７６と、回転軸６６とタービンハウジング７６との間をシールするためのシール手段７２と、を具備するタービン装置。シール手段７２は、内側シール手段８８と、外側シール手段９０と、内側シール手段８８及び外側シール手段９０の間の環状空間１０２に水蒸気を導入するための水蒸気導入ライン１０４と、を備え、水蒸気導入ライン１０４から導入される水蒸気の圧力は、タービン室７４に導入される作動媒体の蒸気圧力よりも高く設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、アンモニアと水との非共沸混合媒体を作動媒体としてタービン翼を回動させるタービン装置に関する。

近年、未利用エネルギーから動力を回収する手法として、アンモニア／水の非共沸混合媒体を用いた発電方式が研究されている。この発電方式では、アンモニア／水の非共沸混合媒体を例えばエンジンなどの熱源からの熱を利用して蒸発させ、その蒸気圧力でもってタービン翼とともに回転軸を回動させ、この回転軸の動力を利用して発電するというものである。この従来の方式の一例としてのコージェネレーションシステム（例えば、特許文献１）では、コージェネレーションの例えばガスエンジンからの排気ガスの熱を利用して水を蒸発させ、生成された水蒸気によって水蒸気タービンを回転駆動させている。また、このガスエンジンの冷却水の熱を利用してアンモニア／水の非共沸混合媒体を蒸発させるとともに、ガスエンジンからの排気ガス（水蒸気発生に用いられた後の平気ガス）の熱を利用して非共沸混合媒体を蒸発させ、生成された蒸気によって低温蒸気タービンを回転駆動させている。

このコージェネレーションシステムにおいては、ガスエンジンの排気ガスの熱を回収して水蒸気タービンを回転駆動し、更に、ガスエンジンの冷却水の熱及び排気ガスの水蒸気発生利用後の熱を回収して低温蒸気タービンを回転駆動しているので、ガスエンジンの排熱を有効に回収し、コージェネレーションシステムの運転効率をより高めることが可能となる。

特開２００２−２２１００８号公報

しかしながら、低温蒸気タービンの作動媒体としてアンモニア／水の非共沸混合媒体を用いた場合、環境安全面から、タービンハウジングと回転軸との間からのアンモニアの漏洩を防止する必要があり、その漏洩を防止するために、メカニカルシール手段が用いられている。メカニカルシール手段としての接触シール手段は、シール部材が回転軸に接触するので、回転軸に摩擦抵抗が生じ、メカニカルロスが生じるという問題がある。また、メカニカルシール手段としてのラビリンスシール手段は、メカニカルロスは生じないが、ラビリンス構造の隙間からアンモニアが漏洩するという問題があり、それ故に、このアンモニアの漏洩を防止するために漏洩ガスを水中でバブリングした後に外部に放出しており、このバブリングするための設備が必要となって装置が大型化し、またアンモニアを吸収した水の処理が問題となる。

本発明の目的は、アンモニア／水の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができるとともに、作動媒体としての非共沸混合媒体への悪影響をも防止することができるタービン装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載のタービン装置は、アンモニアと水との非共沸混合媒体を作動媒体として所定方向に回動されるタービン翼と、前記タービン翼を回転自在に支持する回転軸と、前記タービン翼を収容するためのタービン室を規定するタービンハウジングと、前記回転軸と前記タービンハウジングとの間をシールするためのシール手段と、を具備するタービン装置であって、
前記シール手段は、前記タービンハウジングの内側部位と前記回転軸との間をシールする内側シール手段と、前記タービンハウジングの内側部位より軸線方向外側に位置する外側部位と前記回転軸との間をシールする外側シール手段と、前記内側シール手段と前記外側シール手段との間の環状空間に水蒸気を導入するための水蒸気導入ラインと、を備え、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気の圧力は、前記タービン室に導入される作動媒体の蒸気圧力よりも高く設定されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のタービン装置では、前記内側シール手段と前記外側シール手段との間に中間シール手段が設けられ、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気は前記外側シール手段と前記中間シール手段との間の外側環状空間に導入され、前記中間シール手段と前記内側シール手段との間の内側環状空間が、前記作動媒体を生成するためのエンジンの排気系に連通されていることを特徴とする。

更に、本発明の請求項３に記載のタービン装置では、前記回転軸には、更に、水蒸気を作動媒体として前記所定方向に回動される水蒸気タービン翼が設けられており、作動媒体としての水蒸気の一部が前記水蒸気導入ラインを通して前記内側シール手段と前記外側シール手段との間の前記環状空間に導入されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のタービン装置によれば、非共沸混合媒体の漏洩を防止するためのシール手段は、内側シール手段及び外側シール手段と、水蒸気を導入するための水蒸気導入ラインとを備えているので、水蒸気導入手段からの水蒸気はこれらシール手段間の環状空間に導入され、導入される水蒸気の作用によって非共沸混合媒体の外部への漏洩を防止することができる。また、水蒸気導入ラインを通して導入される水蒸気の圧力は、タービン室に導入される作動媒体（非共沸混合媒体）の蒸気圧力よりも高く設定されているので、環状空間内の水蒸気がタービン室内に流入するようになり、これによって、作動媒体の外部への漏洩を確実に防止することができる。尚、環状空間からの水蒸気がタービン室内に流入するが、作動媒体がアンモニアと水との非共沸混合媒体であるので、この作動媒体中に多少の水蒸気が加わったとしても性能的（タービン装置の効率が低下するなど）に問題が生じることはない。

また、本発明の請求項２に記載のタービン装置によれば、水蒸気導入ラインからの水蒸気が外側シール手段と中間シール手段との間の外側環状空間に導入され、中間シール手段と内側シール手段との間の内側環状空間がエンジンの排気系に連通されているので、水蒸気導入ラインからの水蒸気が外側環状空間及び内側環状空間を通してエンジンの排気系に流れ、仮にタービン室から作動媒体（アンモニア）が漏洩したとしても漏洩した作動媒体は排気系に流れて処理されるので、作動媒体の外部への漏れをより確実に防止することができる。

更に、本発明の請求項３に記載のタービン装置によれば、水蒸気タービン翼を回動させるための水蒸気の一部が水蒸気導入ラインを通して内側シール手段と外側シール手段との間の環状空間に導入されるので、水蒸気を生成するための専用の設備を必要とせず、タービン装置の構成を簡単にすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に従うタービン装置の実施形態について説明する。図１は、一実施形態のタービン装置が適用されたコージェネレーションシステムの一例を示す簡略図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムにおけるタービン装置の一部を示す断面図であり、図３は、変形形態のタービン装置の一部を示す断面図であり、図４は、他の変形形態のタービン装置の一部を簡略的に示す図である。

図１において、本発明に従う一実施形態のタービン装置２が適用された図示のコージェネレーションシステムは、過給機４を備えたエンジン６（例えば、ガスエンジン）と、このエンジン６の出力軸にカップリング８を介して駆動連結された発電機１０とを備えている。過給機４は、エンジン６の排気流路１２に配設されたタービンロータ１４と、エンジン６の給気流路１６に配設された導翼１８と、タービンロータ１４及び導翼８を連結する回転軸２０とを備えており、エンジン６からの排気ガスによってタービンロータ１４が所定方向に回動され、このタービンロータ１４の回動によって回転軸２０を介して導翼１８が回動され、かかる導翼１８の回動によってエンジン６に供給される空気が過給される。

このコージェネレーションシステムにおいては、エンジン６が稼働すると、エンジン６の出力軸が所定方向に回動され、この出力軸の回動力がカップリング８を介して発電機１０が作動され、このエンジン６の出力軸の回動を利用して発電機１０による発電が行われる。

この実施形態では、エンジン６の排気ガスの熱を回収するための第１熱回収系２２と、エンジン６の冷却水の熱を回収するための第２熱回収系２４と、第１及び第２熱回収系２２，２４により回収した熱によって後述する如く作動されるタービン装置２とが設けられている。第１熱回収系２２は、タービン装置２の水蒸気タービン２６によって熱を回収して取り出すためのものであり、作動媒体としての水蒸気によって回動される水蒸気タービン２６と、水蒸気を生成するための第１熱交換器２８と、作動媒体としての水蒸気を水に戻すための第１復水器３０と、これら第１熱交換器２８、水蒸気タービン２６及び第１復水器３０を通して循環させるための第１循環流路３２と、を備えている。また、第１循環流路３２には、第１送給ポンプ３４が配設されている。

この第１熱回収系２２においては、第１送給ポンプ３４の作用によって、第１復水器３０の水が第１熱交換器２８に送給される。第１熱交換器２８においては、エンジン６の排気流路１２（過給機４の下流側）を流れる排気ガスと第１循環流路３２を流れる水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって水蒸気が生成される。生成された水蒸気は水蒸気タービン２６に送給され、かかる水蒸気によって水蒸気タービン２６が所定方向に回動される。この水蒸気タービン２６を流れた水蒸気は第１循環流路３２を通して第１復水器３０に戻り、この第１復水器３０にて水に戻される。尚、この形態では、第１復水器３０と第１熱交換器２８との間にインタークーラ３６が配設され、このインタークーラ３６は第１循環流路３２を流れる水と給気流路１６（過給機４の導翼１８の下流側）を流れる給気との間で熱交換を行い、給気を冷却する。

また、第２熱回収系２４は、タービン装置２の低温蒸気タービン４２によって熱を回収して取り出すためのものであり、作動媒体としてのアンモニアと水の非共沸混合媒体によって回動される低温蒸気タービン４２と、非共沸混合媒体の蒸気を生成するための第２及び第３熱交換器４４，４６と、非共沸混合媒体を液体と蒸気とに分留するための分留器４８と、非共沸混合媒体の蒸気を液体に戻すための第２復水器５０と、これら第２及び第３熱交換器４４，４６、分留器４８、低温蒸気タービン４２及び第２復水器５０を通して循環させるための第２循環流路５２と、を備えている。第２循環流路３２の上流側部（第２復水器５０と分留器４８との間の部位）は第１分岐流路５４と第２分岐流路５６とに分岐され、第１分岐流路５４に第１熱交換器４４が配設され、第２分岐流路５６に第２熱交換器４６が配設され、また第２循環流路５２の第２復水器５０の下流側には第２送給ポンプ５８が配設されている。

この第２の熱回収系２４においては、第２送給ポンプ５８の作用によって、第２復水器５０の非共沸混合媒体（アンモニア／水の混合媒体）が第１分岐流路５４を通して第２熱交換器４４に送給されるとともに、第２分岐流路５６を通して第３熱交換器４６に送給される。第２熱交換器４４においては、エンジン６から冷却水循環流路６０を通して循環される冷却水と第１分岐流路５４を通して流れる非共沸混合媒体との間で熱交換が行われ、熱交換により一部蒸気となった非共沸混合媒体が分留器４８に送給される。また、第３熱交換器４６においては、排気流路１２を流れる排気ガス（第１熱交換器２８にて熱交換された後の排気ガス）と第２分岐流路５６を流れる非共沸混合媒体との間で熱交換が行われ、熱交換により一部蒸気となった非共沸混合媒体が分留器４８に送給される。分留器４８においては、非共沸混合媒体が蒸気と液体とに分離され、その蒸気が第２循環流路５２を通して低温蒸気タービン４２に送給され、かかる非共沸混合媒体の蒸気によって低温蒸気タービン４２が所定方向に回動され、低温蒸気タービン４２を流れた蒸気は第２循環流路５２を通して第２復水器５０に戻り、この第２復水器５０にて非共沸混合媒体の液体に戻される。また、分留器４８にて分留された液体は、液体戻し流路６２を通して第２復水器５０に戻される。この実施形態では、第２復水器５０と第２熱交換器４４との間に第４熱交換器６４が配設され、第４熱交換器６４において、第１分岐流路５４を流れる非共沸混合媒体と液体戻し流路６２を通して流れる非共沸混合媒体との間で熱交換が行われ、この熱交換により加熱された非共沸混合媒体が第２熱交換器４４に送給される。

このコージェネレーションシステムでは、水蒸気タービン２６及び低温蒸気タービン４２が回転軸６６に設けられ、この回転軸６６がタービン用の発電機６８に駆動連結されている。従って、水蒸気によって水蒸気タービン２６が回動されるとともに、非共沸混合媒体の蒸気によって低温蒸気タービン４２が回動されると、回転軸６６を介して発電機６８が作動されて発電を行う。このコージェネレーションシステムでは、第１熱回収系２２においてエンジン６の排気ガスの熱が回収され、また第２熱回収系２４においてエンジン６の排気ガスの熱及びエンジン６の冷却水の熱が回収され、これらの熱を回収して発電を行うことができる。尚、水蒸気タービン２６及び低温蒸気タービン４２の回転軸６６をポンプ、圧縮機、各種機械装置などに駆動連結し、排気ガス及び冷却水から回収した熱を動力として取り出すようにすることもできる。

このコージェネレーションシステムでは、低温蒸気タービン４２を作動させるための作動媒体としてアンモニアと水との非共沸混合媒体を用いているので、特にアンモニアの外部への漏洩を防止するために、タービン装置２に次の通りのシール手段７２が装備されている。主として図２を参照して、低温蒸気タービン４２は、タービン室７４を規定するタービンハウジング７６と、このタービンハウジング７６内に収容されたタービン翼７８と、を備え、タービン翼７８が回転軸６６に一体的に回動するように設けられ、シール手段７２はこのタービン翼７８の両側に配設されている。

タービンハウジング７６の両端部には両側に突出する一対の突出部８０，８２が設けられ、一対の突出部８０に対応して、回転軸６６の所定部位には外径が幾分大きくなった大径部８４，８６が設けられ、シール手段７２はこれら突出部８０，８２及び大径部８４，８６に関連して設けられている。シール手段７２は実質上同一の構成であり、以下一方の突出部８０及び大径部８４に関連して設けられたものについて説明する。

図示のシール手段７２は、軸線方向（図２において左右方向）内側に配設された内側シール手段８８と、外側に配設された外側シール手段９０とを備えている。内側シール手段８８は、内シール部材９４及びこの内シール部材９４の軸線方向外側に配設された外シール部材９６とを備えている。内シール部材９４は回転軸６６の大径部８４に設けられた環状溝９２に取り付けられ、回転軸６６に取り付けられた環状支持部材９３に軸線方向に支持されている。また、外シール部材９４はタービンハウジング７６の突出部８０の内側部位の内側面にコイルばね９８（弾性偏倚手段を構成する）を介して取り付けられ、外シール部材９４がコイルばね９８の作用によって軸線方向に内シール部材９４に向けて弾性的に偏倚される。

このように構成されているので、回転軸６６（低温蒸気タービン４２）の回転が停止しているときには、コイルばね９８の作用にって外シール部材９４の先端部が内シール部材９４の側面に弾性的に圧接され、突出部８０と回転軸６６の大径部８４との間が密閉シールされ、タービン室７４内の非共沸混合媒体（特に、アンモニア）の蒸気が外部に漏洩することはない。また、回転軸６６が回動しているときには、外シール部材９４がコイルばね９８の弾性力に抗して内シール部材９４から若干離れ、内シール部材９２は外シール部材９６と非接触で回動する。

また、外側シール手段９０は環状シール部材１００から構成され、この環状シール部材１００がタービンハウジング７６の突出部８０の外側部位（上記内側部位の軸線方向外側の部位）の内周面に取り付けられ、回転軸６６の大径部８４の外周面に接触乃至近接して設けられている。

このタービン装置２においては、更に、内側シール手段８８と外側シール手段９０との間の環状空間１０２に水蒸気が導入されるように構成されている。即ち、タービン装置２には水蒸気導入ライン０４が設けられ、水蒸気導入ライン１０４の一方の分岐ライン１０６がタービンハウジング７６の一方の突出部８０に規定された環状空間１０２に連通され、その他方の分岐ライン１０８がタービンハウジング７６の他方の突出部８２に規定された環状空間１０２に連通されている。この水蒸気導入ライン１０４は水蒸気発生手段１１０に接続されている。水蒸気発生手段１１０はボイラ本体１１２を備え、このボイラ本体１１２内に加熱ヒータ１１４が配設され、加熱ヒータ１１４にて発生する熱によってボイラ本体１１２内の水が加熱されて水蒸気が発生し、発生した水蒸気が水蒸気導入ライン１０４を通して送給される。

水蒸気導入ライン１０４には圧力制御弁１１６が配設され、この圧力制御弁１１６は、水蒸気導入ライン１０４を通してタービン装置２の環状空間１０２に送給される水蒸気の圧力を調整する。このタービン装置２においては、回転軸６６の回転中における非共沸混合媒体（特に、アンモニア）の漏れを防止するために、水蒸気導入ライン１０４を通して送給される水蒸気の圧力が、タービン室７４の非共沸混合媒体の蒸気圧力よりも大きくなるようにすることが重要であり、圧力制御弁１１６は、上述した圧力関係となるように水蒸気圧力を設定する。

ボイラ本体１１２には、また、水供給ライン１１８が接続され、この水供給ライン１１８に水供給ポンプ１２０が配設されている。更に、ボイラ本体１１２には水位検知センサ１２２が設けられ、この水位検知センサ１２２はボイラ本体１１２内に水の水位を検知し、この水位検知センサ１２２からの検知信号が制御コントローラ１２４に送給される。水位検知センサ１２２が水位の低下を検知すると、この水位検知センサ１２２からの水位低下信号に基づいて制御コントローラ１２４が水供給ポンプ１２０を作動し、この水供給ポンプ１２０の作用によって水供給ライン１１８を通して水がボイラ本体１１２に供給される。また、水位検知センサ１２２が水位の上昇を検知すると、この水位検知センサ１２２からの水位上昇信号に基づいて制御コントローラ１２４が水供給ポンプ１２０の作動を停止し、水供給ライン１１８を通しての水の供給が停止される。このように水供給ポンプ１２０が作動制御されるので、ボイラ本体１１２内の水の水位は一定のレベルに保たれる。

このタービン装置２においては、低温蒸気タービン４２のタービン翼７８（これと一体的に回転軸６６）が非共沸混合媒体の蒸気によって回動しているときには、水蒸気発生手段１１０が作動され、水蒸気発生手段１１０にて発生された水蒸気が水蒸気導入ライン１０４を通してタービンハウジング７６の突出部８０，８２の環状空間１０２に送給される。この水蒸気の圧力は圧力制御弁１１６によってタービン室７４の非共沸混合媒体の蒸気圧力よりも高くなるように調整されているので、かかる環状空間１０２に送給された水蒸気は、内側シール手段８８の内シール部材９４及び外シール部材９６の間隙を通してタービン室７４に幾分流入するようになり、かかる水蒸気の流れによってタービン室７４内の非共沸混合媒体（特に、アンモニア）がかかる隙間を通して外部に漏れるのを確実に防止することができる。尚、水蒸気導入ライン１０４を通して環状空間１０２に送給された水蒸気はタービン室７４内に幾分流入するが、非共沸混合媒体はもともと水を含んでいるので、水蒸気が幾分流入したとしても問題となることはない。また、かく環状空間１０２に供給された水蒸気は外側シール手段９０（環状シール部材１００と回転軸６６の大径部８４，８６との間隙）を通して幾分外部に漏れるが、漏れるのは水蒸気であるために、幾分漏れたとしても問題となることはない。

このように上述したシール手段７２を備えたタービン装置２においては、水蒸気導入ライン１０４を通して内側シール手段８８と外側シール手段９０との間の環状空間１０２に水蒸気を導入するので、この水蒸気の流れによって、タービン室７４の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができる。

次に、図３を参照して、タービン装置の変形形態について説明する。尚、以下の形態において、図１及び図２に示す実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

図３において、この変形形態のタービン装置２Ａにおいては、シール手段７２Ａは内側シール手段８８及び外側シール手段９０に加えて中間シール手段１３２を備え、この中間シール手段１３２がタービンハウジング７６Ａの突出部８０Ａ，８２Ａに設けられている。中間シール手段１３２は、内側シール手段８８と外側シール手段９０との間に配設され、その先端内周部が回転軸６６の外周面に近接して位置しており、内側シール手段８８と中間シール手段１３２との間に内側環状空間１３４が規定され、また中間シール手段１３２と外側シール手段９０との間に外側環状空間１３６が規定されている。内側シール手段８８及び外側シール手段９０の構成は、上述した実施形態と実質上同一である。

このことに関連して、水蒸気導入ライン１０４の一端側は外側環状空間１３６に連通され、その他端側は、上記実施形態と同様に、水蒸気発生手段（図２参照）に接続される。即ち、水蒸気導入ライン１０４の一方の分岐ライン１０６はタービンハウジング７６Ａの一方の突出部８０Ａに規定された外側環状空間１３６に連通され、その他方の分岐ライン１０８はタービンハウジング７６Ａの他方の突出部８２Ａに規定された外側環状空間１３６に連通されている。更に、タービンハウジング７６の一方の突出部８０Ａに規定された内側環状空間１３４は水蒸気導出ライン１３８を介してエンジンの排気流路（図１参照）に連通され、またその他方の突出部８２Ａに規定された内側環状空間１３４は水蒸気導出ライン１４０を介して上記排気流路に連通されている。尚、水蒸気導出ライン１３８，１４０は共通の導出ラインを介して排気流路に連通するようにしてもよい。この変形形態のその他の構成は、上述した実施形態と実質上同一である。

この変形形態のタービン装置２Ａにおいては、低温蒸気タービン４２のタービン翼７８（これと一体的に回転軸６６）が非共沸混合媒体の蒸気によって回動しているときには、水蒸気発生手段（図示せず）にて発生された水蒸気が水蒸気導入ライン１０４（第１及び第２分岐ライン１０６，１０８）を通してタービンハウジング７６Ａの突出部８０Ａ，８２Ａの外側環状空間１３６に送給される。この水蒸気の圧力は、上述した実施形態と同様に、タービン室７４の非共沸混合媒体の蒸気圧力よりも高くなるように設定されているので、かかる環状空間１３２に送給された水蒸気は、中間シール手段１３２（その内周部と回転軸６６の大径部８４，８６との間の間隙）を通して軸線方向内側に内側環状空間１３４に流れる。かく流れた水蒸気の一部は、内側シール手段８８の内シール部材９４及び外シール部材９６の間隙を通してタービン室７４に幾分流入するようになり、かかる水蒸気の流れによってタービン室７４内の非共沸混合媒体（特に、アンモニア）がかかる隙間を通して外部に漏れるのを確実に防止することができる。また、かかる水蒸気の大部分は水蒸気導出ライン１３８，１４０を通してエンジン６の排出流路に流れ、排出流路を流れる排気ガスとともに外部に排出される。仮に、タービン室７４から非共沸混合媒体（特に、アンモニア）が内側環状空間１３４に漏洩した場合、漏洩した非共沸混合媒体の蒸気は、上述した水蒸気の流れとともに水蒸気導出ライン１３８，１４０を通してエンジンの排気流路に流れる。エンジンの排気流路には、ＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を低減するためのＮＯｘ触媒が配設されることが多く、このＮＯｘ触媒が配設されている場合、非共沸混合媒体のアンモニアはＮＯｘ触媒下において排気ガス中のＮＯｘと反応し、排ガス中のＮＯｘ濃度が低減される。

尚、このときにおいても、水蒸気導入ライン１０４から外側環状空間１３６を通して内側環状空間１３４に送給された水蒸気はタービン室７４内に幾分流入するが、上述したと同様に、特に問題となることはない。また、かく外側環状空間１３６に供給された水蒸気は外側シール手段９０を通して幾分外部に漏れるが、このような漏れも特に問題となることはない。

このように上述したシール手段７２Ａを備えたタービン装置２Ａにおいては、水蒸気導入ライン１０４を通して外側シール手段９０と中間シール手段１３２との間の外側環状空間１３６に水蒸気を導入し、その後中間シール手段１３２を通してこの中間シール手段１３２と内側シール手段８８との間の内側環状空間１３４に導入するので、この水蒸気の流れによって、タービン室７４の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができる。また、内側環状空間１３４から水蒸気導出ライン３８，１４０を通してエンジンの排気流路に水蒸気を導出するので、仮にタービン室７４から非共沸混合媒体（特に、アンモニア）の蒸気が漏れたとしても、この漏れた蒸気は水蒸気の流れとともにエンジンの排気流路に流れ、この排気流路を通して排出される排気ガスとともに所要の通りに処理することが可能となる。

次に、図４を参照して、他の変形形態のタービン装置について説明する。この他の変形形態では、水蒸気を発生させるための専用の水蒸気発生手段が省略され、第１熱回収系２２Ｂにて生成された水蒸気が水蒸気導入ライン１５２を通して送給されるように構成されている。

図４において、この変形形態では、第１熱回収系２２Ｂの第１循環流路３２（第１熱交換器と水蒸気タービン２６との間の部位）から分岐して水蒸気導入ライン１５２が設けられ、この水蒸気導入ライン１５２の第１分岐ライン１５４が一方のシール手段７２の内側シール手段と外側シール手段との間の環状空間に連通され、またその第２分岐ライン１５６が他方のシール手段７２の内側シール手段と外側シール手段との間に環状空間に連通され、かかる水蒸気導入ライン１５２に、供給される水蒸気の圧力を設定するための圧力制御弁１１６が設けられている。この他の変形形態のその他の構成は、図１及び図２に示す実施形態と実質上同一でよい。

このようなタービン装置２Ｂにおいては、水蒸気タービン２６に送給される水蒸気の一部が、水蒸気導入ライン１５２を通してシール手段７２の内側シール手段及び外側シール手段の間に規定される環状空間に送給されるようになるので、水蒸気を発生するための専用の水蒸気発生手段が不要となり、水蒸気を導入するため必要な構成の簡略化を図ることができる。

尚、上述した変形形態では、水蒸気タービン２６に送給される水蒸気の一部を利用する、換言すると、エンジンからの排気ガスの熱を利用して発生する水蒸気を水蒸気導入ライン１５２を通して導入しているが、これに限定されず、低温蒸気タービン４２に送給される蒸気を利用して水蒸気を発生させ、このように発生させた水蒸気を水蒸気導入ライン１５２を通して導入するようにしてもよい。

以上、本発明に従うタービン装置の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

一実施形態のタービン装置が適用されたコージェネレーションシステムの一例を示す簡略図。図１のコージェネレーションシステムにおけるタービン装置の一部を示す断面図。変形形態のタービン装置の一部を示す断面図。他の変形形態のタービン装置の一部を簡略的に示す図。

符号の説明

２，２Ａ，２Ｂタービン装置
４過給機
６エンジン
２２第１熱回収系
２４第２熱回収系
２６水蒸気タービン
４２低温蒸気タービン
６６回転軸
７２，７２Ａシール手段
７４タービン室
７６タービンハウジング
８８内側シール手段
９０外側シール手段
１０２環状空間
１０４，１５２水蒸気導入ライン
１１０水蒸気発生手段
１１６圧力制御弁
１３２中間シール手段
１３４内側環状空間
１３６外側環状空間
１３８，１４０水蒸気導出ライン

Claims

アンモニアと水との非共沸混合媒体を作動媒体として所定方向に回動されるタービン翼と、前記タービン翼を回転自在に支持する回転軸と、前記タービン翼を収容するためのタービン室を規定するタービンハウジングと、前記回転軸と前記タービンハウジングとの間をシールするためのシール手段と、を具備するタービン装置であって、
前記シール手段は、前記タービンハウジングの内側部位と前記回転軸との間をシールする内側シール手段と、前記タービンハウジングの内側部位より軸線方向外側に位置する外側部位と前記回転軸との間をシールする外側シール手段と、前記内側シール手段と前記外側シール手段との間の環状空間に水蒸気を導入するための水蒸気導入ラインと、を備え、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気の圧力は、前記タービン室に導入される作動媒体の蒸気圧力よりも高く設定されていることを特徴とするタービン装置。
前記内側シール手段と前記外側シール手段との間に中間シール手段が設けられ、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気は前記外側シール手段と前記中間シール手段との間の外側環状空間に導入され、前記中間シール手段と前記内側シール手段との間の内側環状空間が、前記作動媒体を生成するためのエンジンの排気系に連通されていることを特徴とする請求項１に記載のタービン装置。
前記回転軸には、更に、水蒸気を作動媒体として前記所定方向に回動される水蒸気タービン翼が設けられており、作動媒体としての水蒸気の一部が前記水蒸気導入ラインを通して前記内側シール手段と前記外側シール手段との間の前記環状空間に導入されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン装置。