JP2012207588A - Gas turbine - Google Patents

Gas turbine Download PDF

Info

Publication number
JP2012207588A
JP2012207588A JP2011073895A JP2011073895A JP2012207588A JP 2012207588 A JP2012207588 A JP 2012207588A JP 2011073895 A JP2011073895 A JP 2011073895A JP 2011073895 A JP2011073895 A JP 2011073895A JP 2012207588 A JP2012207588 A JP 2012207588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
space
combustor
gas turbine
partition wall
exhaust air
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
Application number
JP2011073895A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5716185B2 (en
Inventor
Kentaro Fujii
健太郎 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2011073895A priority Critical patent/JP5716185B2/en
Publication of JP2012207588A publication Critical patent/JP2012207588A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5716185B2 publication Critical patent/JP5716185B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine that can supply exhaust air to a combustor in a turbine casing without directly exposing the inner wall face of the casing to exhaust air at high temperature, while preventing mixing of exhaust air with compressed air in the casing.SOLUTION: A gas turbine (10, 100) includes a casing 18 that stores a combustor 16 in a casing inner space 20 where compressed air passing through a compressor 12 flows in. The casing inner space 20 is segmented by a partition wall (30, 70) covering the combustor 16 into a first space 20A which is in contact with the inner wall face 19 of the casing 18 and allows compressed air from the compressor 12 to flow, and a second space 20B which is in contact with the combustor 16. A sealing member 40 is disposed between the partition wall (30, 70) and the combustor 16. The gas turbine is also provided with: an extraction pipe 50 which extracts compressed air from the first space 20A and guides the air to a heating part outside the casing 18; and a supply pipe (60, 80) which guides exhaust air passing through the heating part to the second space 20B.

Description

本発明は、ガスタービンに係り、特に、圧縮機を通過した圧縮空気を車室外の加熱部に導き、該加熱部からの排空気を燃焼用空気として利用するガスタービンに関する。   The present invention relates to a gas turbine, and more particularly, to a gas turbine that guides compressed air that has passed through a compressor to a heating unit outside a passenger compartment, and uses exhaust air from the heating unit as combustion air.

近年、地球温暖化や化石燃料の枯渇等の問題に対する解決策として、発電効率が高く二酸化炭素を排出しない燃料電池をガスタービンと組み合わせた複合発電システムが注目されている。   In recent years, as a solution to problems such as global warming and fossil fuel depletion, a combined power generation system in which a fuel cell that has high power generation efficiency and does not emit carbon dioxide is combined with a gas turbine has attracted attention.

例えば、特許文献1には、ガスタービンと固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)とを組み合わせた複合発電システムが開示されている。この複合発電システムでは、ガスタービンの圧縮機からの圧縮空気を固体酸化物形燃料電池の空気極に供給するとともに、固体酸化物形燃料電池からの排空気および排燃料ガスをガスタービンの燃焼器で燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るようになっている。   For example, Patent Document 1 discloses a combined power generation system in which a gas turbine and a solid oxide fuel cell (SOFC) are combined. In this combined power generation system, compressed air from a compressor of a gas turbine is supplied to an air electrode of a solid oxide fuel cell, and exhaust air and exhaust fuel gas from the solid oxide fuel cell are supplied to a combustor of the gas turbine. Then, the combustion gas generated is supplied to the turbine to obtain rotational power.

また特許文献2には、燃料電池とともに複合発電システムを構成するガスタービン用の燃焼器が開示されている。この燃焼器は、バーナ及び燃焼ライナがケーシングに収納された構成を有する。燃焼器のケーシングは、仕切壁によってバーナ近傍の空間とバーナ下流の空間とに分割されている。そして、バーナ近傍の空間には、燃焼用空気供給ラインを介して圧縮機から供給される圧縮空気と、排ガスラインを介して燃料電池から供給される排ガスの一部との混合気が供給される。一方、バーナ下流の空間には、燃料電池からの排ガスの残部が供給される。このように、燃料電池の排ガスの一部を圧縮空気と混合してバーナ近傍に供給するとともに、燃料電池の排ガスの残部をバーナより下流側に希釈空気として供給することで、酸素濃度が低い燃料電池の排ガスの燃焼器への供給に起因する燃焼状態の不安定化を抑制できる。   Patent Document 2 discloses a combustor for a gas turbine that constitutes a combined power generation system together with a fuel cell. This combustor has a configuration in which a burner and a combustion liner are housed in a casing. The casing of the combustor is divided by a partition wall into a space near the burner and a space downstream of the burner. In the space near the burner, a mixture of compressed air supplied from the compressor through the combustion air supply line and a part of the exhaust gas supplied from the fuel cell through the exhaust gas line is supplied. . On the other hand, the remainder of the exhaust gas from the fuel cell is supplied to the space downstream of the burner. In this way, a part of the exhaust gas of the fuel cell is mixed with the compressed air and supplied to the vicinity of the burner, and the remaining part of the exhaust gas of the fuel cell is supplied as dilution air downstream from the burner, so that the fuel having a low oxygen concentration The instability of the combustion state due to the supply of the exhaust gas of the battery to the combustor can be suppressed.

特開2009−205932号公報JP 2009-205932 A 特開2002−106844号公報JP 2002-106844 A

ところで、ガスタービンには、燃焼器を車室内に収納して省スペース化を図ったものがある。このタイプのガスタービンを用いて燃料電池との複合発電システムを構築しようとすると、燃料電池の空気極を通過した高温かつ低酸素濃度の排空気を車室内の燃焼器に供給する際、次のような要求に直面する。   By the way, some gas turbines are designed to save space by housing a combustor in a passenger compartment. When trying to construct a combined power generation system with a fuel cell using this type of gas turbine, when supplying high temperature and low oxygen concentration exhaust air that has passed through the air electrode of the fuel cell to the combustor in the passenger compartment, the following: Face such demands.

すなわち、燃料電池からの排空気は非常に高温(例えば、500〜600℃)で、車室の耐熱温度を超えることもあるから、排空気を燃焼器に供給する際に排空気が車室に直接触れないような対策が求められる。
また、燃料電池からの排空気は圧縮機を通過した圧縮空気に比べて酸素濃度が低い一方、圧縮機を通過した圧縮空気は燃料電池からの排空気に比べて低温(例えば400℃前後)である。このため、車室内において、燃料電池からの排空気と圧縮機を通過した圧縮空気とが混合してしまうと、燃料電池の空気極に流入する圧縮空気の酸素濃度が低くなり燃料電池の発電効率が低下するとともに、燃焼器に導かれる燃料電池からの排空気の温度が低くなり複合発電システム全体としての発電効率が低下してしまう。よって、排空気を燃焼器に供給する際、上記の観点から、排空気と圧縮機を通過した圧縮空気とを車室内において混合させないような対策が求められる。
That is, the exhaust air from the fuel cell is very high temperature (for example, 500 to 600 ° C.) and may exceed the heat resistance temperature of the passenger compartment, so that when the exhaust air is supplied to the combustor, Measures not to touch directly are required.
The exhaust air from the fuel cell has a lower oxygen concentration than the compressed air that has passed through the compressor, while the compressed air that has passed through the compressor has a lower temperature (for example, around 400 ° C.) than the exhaust air from the fuel cell. is there. For this reason, if the exhaust air from the fuel cell and the compressed air that has passed through the compressor are mixed in the passenger compartment, the oxygen concentration of the compressed air flowing into the air electrode of the fuel cell decreases, and the power generation efficiency of the fuel cell As a result, the temperature of exhaust air from the fuel cell led to the combustor decreases and the power generation efficiency of the combined power generation system as a whole decreases. Therefore, when supplying the exhaust air to the combustor, a measure is required from the above viewpoint to prevent the exhaust air and the compressed air that has passed through the compressor from being mixed in the vehicle interior.

しかしながら、特許文献1の複合発電システムでは、そもそも、燃料電池からの排空気を燃焼器に供給する具体的な装置構成が明らかでない。よって、特許文献1は、燃焼器を車室内に収納したガスタービンにおいて必要となる上記対策を提示したものではない。
また特許文献2の燃焼器は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼用空気供給ラインを介して燃焼器側に導いていることから、車室内に収納されておらず、車室外部に設けられていることが明らかである。そして、燃焼器を車室外部に設ける場合には、単に圧縮機、燃料電池、燃焼器をこの順で直列に接続するだけで、燃焼器からの高温の排空気に車室が曝されることはないし、圧縮機からの圧縮空気と燃焼器からの排空気とが混合することもあり得ない。よって、特許文献2は、燃焼器を車室内に収納したガスタービンにおいて必要となる上記対策を提示したものではない。
However, in the combined power generation system of Patent Document 1, the specific device configuration for supplying exhaust air from the fuel cell to the combustor is not clear. Therefore, Patent Document 1 does not present the above-described countermeasures required for a gas turbine in which a combustor is housed in a vehicle compartment.
Moreover, since the combustor of patent document 2 guides the compressed air from a compressor to the combustor side via the combustion air supply line, it is not accommodated in a vehicle interior, but is provided outside the vehicle interior. It is clear that When the combustor is provided outside the vehicle compartment, the vehicle compartment is exposed to the high-temperature exhaust air from the combustor simply by connecting the compressor, fuel cell, and combustor in series in this order. In addition, the compressed air from the compressor and the exhaust air from the combustor cannot be mixed. Therefore, Patent Document 2 does not present the above-described countermeasures required for a gas turbine in which a combustor is housed in a vehicle compartment.

また、圧縮機を通過した圧縮空気をガスタービンの排気ガスにより再熱して、これを燃焼用空気として車室内の燃焼器に戻す場合にも、燃料電池とガスタービンとの複合発電システムと同様に、上記対策が必要となる。すなわち、車室の耐熱性の考慮すれば再熱後の燃焼用空気に車室が曝されないようにする必要があることに加えて、発電効率の向上の観点から燃焼用空気と圧縮空気とが車室内で混合しないような工夫が必要となる。   Also, when the compressed air that has passed through the compressor is reheated by the exhaust gas of the gas turbine and returned to the combustor in the passenger compartment as combustion air, as in the combined power generation system of the fuel cell and the gas turbine. The above measures are necessary. In other words, in consideration of the heat resistance of the passenger compartment, it is necessary to prevent the passenger compartment from being exposed to the combustion air after reheating. It is necessary to devise a way to avoid mixing in the passenger compartment.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、車室内壁面が高温の排空気に直接曝されず、かつ、車室内における排空気と圧縮空気との混合を防止しながら、車室内の燃焼器に排空気を供給しうるガスタービンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the vehicle interior wall is not directly exposed to high-temperature exhaust air, and the vehicle interior is prevented from being mixed with exhaust air and compressed air. It is an object of the present invention to provide a gas turbine that can supply exhaust air to a combustor.

本発明に係るガスタービンは、圧縮機を通過した圧縮空気を車室外の加熱部により加熱し、該加熱部からの排空気と燃料とを燃焼器に供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンであって、前記圧縮機を通過した圧縮空気が流入する車室内空間において前記燃焼器を収納する車室と、前記燃焼器を覆うように前記車室内空間に設けられ、前記車室内空間を、前記車室の内壁面に接し前記圧縮機からの圧縮空気が流れる第1空間と前記燃焼器に接する第2空間とに隔てる隔壁と、前記隔壁と前記燃焼器との間に設けられたシール部材と、前記第1空間に連通し、該第1空間から圧縮空気を抽気して前記加熱部に導く圧縮空気抽気管と、前記第2空間に連通し、前記加熱部を通過した排空気を前記第2空間に導く排空気供給管とを備え、前記第2空間に導かれた前記排空気が、前記燃焼器に取り込まれて燃料の燃焼に用いられることを特徴とする。   A gas turbine according to the present invention heats compressed air that has passed through a compressor by a heating unit outside the passenger compartment, supplies exhaust air and fuel from the heating unit to a combustor, and burns the generated combustion gas. A gas turbine that obtains rotational power by supplying to a turbine, wherein a vehicle compartment that houses the combustor in a vehicle interior space into which compressed air that has passed through the compressor flows, and the vehicle so as to cover the combustor A partition wall provided in an indoor space, and separating the vehicle interior space into a first space in contact with an inner wall surface of the vehicle interior and through which compressed air from the compressor flows, and a second space in contact with the combustor; A seal member provided between the combustor, a compressed air bleed pipe that communicates with the first space, bleeds compressed air from the first space and guides it to the heating unit, and communicates with the second space. The exhaust air that has passed through the heating unit And a discharge air supply pipe leading to second space, wherein the exhaust air introduced into the second space, characterized in that it is used the incorporated to the combustor for combustion of the fuel.

このガスタービンでは、燃焼器を覆う隔壁によって車室内空間が車室内壁面に接する第1空間と燃焼器に接する第2空間とに隔てられ(言い換えると、車室内壁面に接する第1空間が隔壁を挟んで燃焼器周囲の第2空間を包んでいる)、燃焼器と隔壁との間にシール部材が設けられている。したがって、第2空間内の排空気の車室内壁面に接する第1空間への移動を隔壁およびシール部材によって阻んで、車室内壁面が高温の排空気に直接曝されることを防止できる。また、第1空間と第2空間との間の流体の行き来は、隔壁およびシール部材によって阻害されるので、車室内における排空気と圧縮空気との混合を防止できる。   In this gas turbine, the vehicle interior space is separated by a partition wall covering the combustor into a first space in contact with the vehicle interior wall surface and a second space in contact with the combustor (in other words, the first space in contact with the vehicle interior wall surface defines the partition wall. A sealing member is provided between the combustor and the partition wall. Therefore, the movement of the exhaust air in the second space to the first space in contact with the wall surface of the vehicle interior can be prevented by the partition wall and the seal member, and the vehicle interior wall surface can be prevented from being directly exposed to the high temperature exhaust air. Moreover, since the flow of the fluid between the first space and the second space is hindered by the partition wall and the seal member, mixing of exhaust air and compressed air in the passenger compartment can be prevented.

ここで、前記加熱器は、前記ガスタービンとともに複合発電システムを構成する燃料電池の空気極であってもよい。上述のように、前記ガスタービンでは、車室内壁面が高温の排空気に直接曝されず、かつ、車室内における排空気と圧縮空気との混合が防止されるので、燃料電池との複合発電システムを適切に実現することができる。   Here, the heater may be an air electrode of a fuel cell that constitutes a combined power generation system together with the gas turbine. As described above, in the gas turbine, the vehicle interior wall surface is not directly exposed to high-temperature exhaust air, and mixing of exhaust air and compressed air in the vehicle interior is prevented, so a combined power generation system with a fuel cell Can be realized appropriately.

上記ガスタービンにおいて、前記シール部材は、前記燃焼器と前記隔壁との伸び差を吸収するようになっていてもよい。   In the gas turbine, the seal member may absorb a difference in elongation between the combustor and the partition wall.

これにより、燃焼器と隔壁との間の伸び差を吸収して、各部材の変形や破壊等を防止できる。例えば、燃焼による発熱で燃焼器が隔壁に比べて高温になって、両者の間に熱伸び差が発生しても、熱応力による各部材の変形や破壊等を防止できる。   Thereby, the expansion | extension difference between a combustor and a partition can be absorbed and a deformation | transformation, destruction, etc. of each member can be prevented. For example, even if the combustor becomes hotter than the partition due to heat generated by combustion and a difference in thermal elongation occurs between them, deformation or destruction of each member due to thermal stress can be prevented.

このように伸び差を吸収可能なシール部材は、弾性力によって前記隔壁と前記燃焼器との間の隙間をシールするスプリングクリップであってもよい。あるいは、熱伸び差を吸収可能なシール部材として、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料からなり、前記燃焼器および前記隔壁のいずれか一方に固定され、他方に対して押し付けられているようなシール部材を用いてもよい。カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料は、耐熱性に優れ、1000℃程度まで粘弾性を維持できるので、燃焼による発熱で高温になる燃焼器近傍の過酷な環境下でも十分に用いることができる。
なお、スプリングクリップ等のシール部材は、隔壁によって隔てられた第1空間と第2空間との間における流体の行き来を阻害可能であればよく、必ずしも隔壁と燃焼器との間の隙間を完全に密封する必要はない。
The seal member capable of absorbing the difference in elongation as described above may be a spring clip that seals a gap between the partition wall and the combustor by an elastic force. Alternatively, as a sealing member capable of absorbing the difference in thermal elongation, it is made of a viscoelastic material mainly composed of carbon nanotubes, fixed to one of the combustor and the partition, and pressed against the other A seal member may be used. A viscoelastic material mainly composed of carbon nanotubes has excellent heat resistance and can maintain viscoelasticity up to about 1000 ° C., so that it can be sufficiently used even in a harsh environment near a combustor where heat is generated by combustion. .
It should be noted that the sealing member such as a spring clip only needs to be able to inhibit the flow of fluid between the first space and the second space separated by the partition wall, and does not necessarily completely close the gap between the partition wall and the combustor. There is no need to seal.

なお、カーボンナノチューブ(CNT)を主成分とする粘弾性材料は、例えば、スパッタリングによりシリコン基板上に鉄触媒を付着させ、アルゴンイオンによる反応性イオンエッチングにより触媒を調製した後、この基板上にスーパーグロース法によってCNTを合成して得たCNT構造体を圧縮することで作製できる。なお、CNTを主成分とする粘弾性材料は、参考文献「Ming Xu, Don N. Futaba, Takao Yamada, Motoo Yumura and Kenji Hata, "Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from -196℃ to 1000℃,"Science, Vol. 330, No. 6009, pp.1364-1368 (2010), Published online 3 December 2010. DOI:10.1126/science.1194865」に記載された手法により作製してもよい。   Note that a viscoelastic material mainly composed of carbon nanotubes (CNT) is prepared by, for example, depositing an iron catalyst on a silicon substrate by sputtering, preparing the catalyst by reactive ion etching with argon ions, and then superimposing the catalyst on the substrate. It can be produced by compressing a CNT structure obtained by synthesizing CNTs by the growth method. In addition, the viscoelastic material mainly composed of CNT is described in the reference "Ming Xu, Don N. Futaba, Takao Yamada, Motoo Yumura and Kenji Hata," Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from -196 ° C to 1000 ° C, " Science, Vol. 330, No. 6009, pp. 1364-1368 (2010), Published online 3 December 2010. DOI: 10.1126 / science.1194865 ”.

また、上記ガスタービンにおいて、前記燃焼器は前記車室内空間に複数設けられており、前記隔壁は各燃焼器を個別に覆い、該隔壁によって囲まれる前記第2空間は各燃焼器を収納する略円筒状の空間であってもよい。
これにより、複数の燃焼器が車室内に収納されるガスタービンであっても、車室内壁面が高温の排空気に直接曝されず、かつ、車室内における排空気と圧縮空気との混合を防止できる。
Further, in the gas turbine, a plurality of the combustors are provided in the vehicle interior space, the partition walls individually cover the combustors, and the second space surrounded by the partition walls is an abbreviation for housing each combustor. It may be a cylindrical space.
As a result, even in the case of a gas turbine in which a plurality of combustors are housed in the vehicle interior, the vehicle interior wall surface is not directly exposed to high-temperature exhaust air, and mixing of exhaust air and compressed air in the vehicle interior is prevented. it can.

この場合、前記排空気供給管は、各燃焼器の周囲の前記第2空間にそれぞれ連通する複数の枝管と、該枝管と前記加熱部との間に介在して前記加熱部を通過した前記排空気を前記枝管に供給するマニホールドとを備え、前記マニホールドは、前記車室の周りに設けられていてもよい。
これにより、マニホールド及び枝管によって加熱部からの排空気を各燃焼器に確実に分配することができる。
In this case, the exhaust air supply pipe passes through the heating unit interposed between the branch pipes and the heating unit, and a plurality of branch pipes communicating with the second space around each combustor. A manifold for supplying the exhaust air to the branch pipe, and the manifold may be provided around the vehicle compartment.
Thereby, the exhaust air from a heating part can be reliably distributed to each combustor by a manifold and a branch pipe.

あるいは、上記ガスタービンにおいて、前記燃焼器は前記車室内空間に複数設けられており、前記隔壁は複数の前記燃焼器を一括して覆い、該隔壁によって囲まれる前記第2空間は複数の前記燃焼器を収納する略環状の空間であってもよい。
これにより、複数の燃焼器が車室内に収納されるガスタービンであっても、車室内壁面が高温の排空気に直接曝されず、かつ、車室内における排空気と圧縮空気との混合を防止できる。
Alternatively, in the gas turbine, a plurality of the combustors are provided in the vehicle interior space, the partition walls collectively cover the plurality of combustors, and the second space surrounded by the partition walls is a plurality of the combustions. It may be a substantially annular space for storing the vessel.
As a result, even in the case of a gas turbine in which a plurality of combustors are housed in the vehicle interior, the vehicle interior wall surface is not directly exposed to high-temperature exhaust air, and mixing of exhaust air and compressed air in the vehicle interior is prevented. it can.

また、上記ガスタービンにおいて、前記隔壁を補強するリブを設けてもよい。
圧縮空気が第1空間から圧縮空気抽気管を介して加熱部に流入し、該加熱部からの排空気が排空気供給管を介して第2空間に流入するのであるから、上流側に位置する第1空間内の圧縮空気は下流側に位置する第2空間内の排空気に比べて少し圧力が高い。このため、隔壁は第1空間側から第2空間側に押圧される。そこで、上述のように、リブを設けて隔壁を補強することで、隔壁の変形を防止できる。
In the gas turbine, a rib for reinforcing the partition may be provided.
Since the compressed air flows from the first space into the heating section through the compressed air bleed pipe, and the exhaust air from the heating section flows into the second space through the exhaust air supply pipe, it is located upstream. The compressed air in the first space has a slightly higher pressure than the exhausted air in the second space located on the downstream side. For this reason, the partition is pressed from the first space side to the second space side. Thus, as described above, ribs can be provided to reinforce the partition walls, thereby preventing the partition walls from being deformed.

本発明によれば、燃焼器を覆う隔壁によって車室内空間を車室内壁面に接する第1空間と燃焼器に接する第2空間とに隔てて、燃焼器と隔壁との間にシール部材を設けたので、第2空間内の排空気の車室内壁面に接する第1空間への移動を隔壁およびシール部材によって阻んで、車室内壁面が高温の排空気に直接曝されることを防止できる。また、第1空間と第2空間との間の流体の行き来は、隔壁およびシール部材によって阻害されるので、車室内における排空気と圧縮空気との混合を防止できる。   According to the present invention, the seal member is provided between the combustor and the partition wall, with the partition wall covering the combustor separating the vehicle interior space into the first space contacting the vehicle interior wall surface and the second space contacting the combustor. Therefore, the movement of the exhaust air in the second space to the first space in contact with the wall surface of the vehicle interior can be prevented by the partition wall and the seal member, and the vehicle interior wall surface can be prevented from being directly exposed to the high temperature exhaust air. Moreover, since the flow of the fluid between the first space and the second space is hindered by the partition wall and the seal member, mixing of exhaust air and compressed air in the passenger compartment can be prevented.

燃料電池とガスタービンとを組み合わせた複合発電システムの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the combined power generation system which combined the fuel cell and the gas turbine. 第1実施形態に係るガスタービンの燃焼器周辺の車室内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vehicle interior structure around the combustor of the gas turbine which concerns on 1st Embodiment. 図2におけるA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA line in FIG. 燃焼器を覆う隔壁の構成例を示す図であり、(a)は燃焼器の長手方向に沿った断面図、(b)は図4(a)のB方向から視た平面図である。It is a figure which shows the structural example of the partition which covers a combustor, (a) is sectional drawing along the longitudinal direction of a combustor, (b) is the top view seen from the B direction of Fig.4 (a). 図2におけるCで示した領域の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region indicated by C in FIG. 2. 図5に示すシール部材の平面図である。It is a top view of the sealing member shown in FIG. 第2実施形態に係るガスタービンの燃焼器周辺の車室内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vehicle interior structure around the combustor of the gas turbine which concerns on 2nd Embodiment. 図7に示すガスタービンの隔壁周辺を示す図であり、燃焼器長手方向に直交する方向に沿った断面図である。It is a figure which shows the partition periphery vicinity of the gas turbine shown in FIG. 7, and is sectional drawing along the direction orthogonal to a combustor longitudinal direction. 補強用リブが立設された隔壁の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the partition by which the rib for reinforcement was erected.

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Only.

[第1実施形態]
図1は、燃料電池とガスタービンとを組み合わせた複合発電システムの一例を示す概略構成図である。
なお、ここでは、ガスタービンの圧縮機で生成された圧縮空気が燃料電池の空気極によって加熱してガスタービン燃焼器に戻す例(すなわち、「加熱部」が燃料電池の空気極である場合)について説明するが、圧縮空気をガスタービン車室の外部で加熱する「加熱部」は燃料電池の空気極に限られない。例えば、圧縮機を通過した圧縮空気を「加熱部」としての再熱器でガスタービン排気との熱交換により再熱し、これを燃焼用空気として燃焼器に戻すようにしてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a combined power generation system in which a fuel cell and a gas turbine are combined.
Here, an example in which the compressed air generated by the compressor of the gas turbine is heated by the air electrode of the fuel cell and returned to the gas turbine combustor (that is, when the “heating unit” is the air electrode of the fuel cell). However, the “heating unit” for heating the compressed air outside the gas turbine casing is not limited to the air electrode of the fuel cell. For example, the compressed air that has passed through the compressor may be reheated by heat exchange with the gas turbine exhaust in a reheater as a “heating unit” and returned to the combustor as combustion air.

複合発電システム1は、燃料電池2とガスタービン10とで構成される。
燃料電池2は、反応温度が比較的高い燃料電池(いわゆる高温型燃料電池)であり、例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC)や溶融炭酸塩形燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell:MCFC)を用いることができる。燃料電池2は、燃料極4と空気極6との間に電解質8が設けられている。一方、ガスタービン10は、同軸に連結された圧縮機12及びタービン14と燃焼器16とが車室18内に設けられている。
The combined power generation system 1 includes a fuel cell 2 and a gas turbine 10.
The fuel cell 2 is a fuel cell having a relatively high reaction temperature (so-called high-temperature fuel cell). For example, a solid oxide fuel cell (SOFC) or a molten carbonate fuel cell (MCFC) is used. Can be used. In the fuel cell 2, an electrolyte 8 is provided between the fuel electrode 4 and the air electrode 6. On the other hand, in the gas turbine 10, a compressor 12, a turbine 14, and a combustor 16 that are coaxially connected are provided in a passenger compartment 18.

燃料電池2では、燃料極4に燃料ガスが供給され、空気極6にガスタービン10の圧縮機12からの圧縮空気が供給される。これにより、空気極6で生成されたイオン(SOFCの場合はO2−、MCFCの場合はCO 2−)が電解質8を介して燃料極4に移動し、このイオンが燃料極4において燃料ガス中の水素と反応し、起電力が発生する。燃料極4を通過した排燃料ガスは、ガスタービン10の燃焼器16に導かれ、別途供給される燃料と混合されて、燃焼器16における燃焼用の燃料として用いられる。また、圧縮空気は、空気極6を通過する際に昇温され、燃焼用空気として車室18内の燃焼器16に供給される。 In the fuel cell 2, fuel gas is supplied to the fuel electrode 4, and compressed air from the compressor 12 of the gas turbine 10 is supplied to the air electrode 6. As a result, ions generated at the air electrode 6 (O 2− in the case of SOFC, CO 3 2− in the case of MCFC) move to the fuel electrode 4 via the electrolyte 8, and the ions are generated in the fuel electrode 4. Reacts with hydrogen in the gas to generate electromotive force. The exhaust fuel gas that has passed through the fuel electrode 4 is guided to the combustor 16 of the gas turbine 10, mixed with the separately supplied fuel, and used as fuel for combustion in the combustor 16. The compressed air is heated when passing through the air electrode 6 and is supplied to the combustor 16 in the passenger compartment 18 as combustion air.

なお、圧縮機12を通過した圧縮空気は、必要に応じて予め加熱してから燃料電池2の空気極6に導くようにしてもよい。例えば、圧縮機12を通過した圧縮空気を、ガスタービン排気との熱交換によって温めた後、燃料電池2の空気極6に供給してもよい。   In addition, you may make it guide the compressed air which passed the compressor 12 to the air electrode 6 of the fuel cell 2 after heating beforehand as needed. For example, the compressed air that has passed through the compressor 12 may be heated by heat exchange with the gas turbine exhaust and then supplied to the air electrode 6 of the fuel cell 2.

図2は、図1の複合発電システム1におけるガスタービン10の燃焼器16周辺の車室内部構造を示す図である。図3は、図2におけるA−A線に沿った断面図である。図4は、燃焼器16を覆う隔壁の構成例を示す図であり、図4(a)は燃焼器16の長手方向に沿った断面図、図4(b)は図4(a)のB方向から視た平面図である。図5は、図2におけるCで示した領域の拡大図である。図6は、図5のシール部材の一部を示す平面図である。   FIG. 2 is a view showing a vehicle interior structure around the combustor 16 of the gas turbine 10 in the combined power generation system 1 of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a view showing a configuration example of a partition wall covering the combustor 16, FIG. 4 (a) is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the combustor 16, and FIG. It is the top view seen from the direction. FIG. 5 is an enlarged view of a region indicated by C in FIG. FIG. 6 is a plan view showing a part of the seal member of FIG.

図2に示すように、車室18は、圧縮機12側の第1ケーシング18Aとタービン14側の第2ケーシング18Bとで構成され、ロータ11周囲の略環状の車室内空間20を囲んでいる。この車室内空間20には燃焼器16が収納されている。   As shown in FIG. 2, the vehicle interior 18 includes a first casing 18 </ b> A on the compressor 12 side and a second casing 18 </ b> B on the turbine 14 side, and surrounds a substantially annular vehicle interior space 20 around the rotor 11. . A combustor 16 is accommodated in the vehicle interior space 20.

燃焼器16は、圧縮機12とタービン14との間において、ロータ11の周囲に複数設けられ、隣接する燃焼器16同士が連結管17によって連結されている。各燃焼器16は、燃料供給管22から燃料供給室23を介して導入された燃料を噴射する燃料ノズル24と、燃焼ノズル24から供給された燃料が燃焼される内筒(燃焼器ライナ)26と、内筒26で生成した燃焼ガスをタービン14側に導く尾筒(トランジションピース)28とを有する。なお、燃料供給室23を形成する管状壁25は、そのフランジ部において、燃料供給管22及び後述する枝管66と連結されている。   A plurality of combustors 16 are provided around the rotor 11 between the compressor 12 and the turbine 14, and adjacent combustors 16 are connected to each other by a connecting pipe 17. Each combustor 16 includes a fuel nozzle 24 that injects fuel introduced from a fuel supply pipe 22 through a fuel supply chamber 23, and an inner cylinder (combustor liner) 26 in which the fuel supplied from the combustion nozzle 24 is combusted. And a transition piece 28 that guides the combustion gas generated in the inner cylinder 26 to the turbine 14 side. The tubular wall 25 forming the fuel supply chamber 23 is connected to the fuel supply pipe 22 and a branch pipe 66 described later at the flange portion.

各燃焼器16の周囲には、図2及び3に示すように、燃焼ノズル24及び内筒26を覆うように隔壁30が設けられている。すなわち、隔壁30は、各燃焼器16(具体的には各燃焼器16の燃焼ノズル24及び内筒26)を個別に覆っている。
この隔壁30によって、燃焼器16が収納された車室内空間20は、車室内壁面19に接する第1空間20Aと各燃焼器16に接する第2空間20Bとに隔てられている。言い換えると、車室18の内壁面19に接する第1空間20Aが隔壁30を挟んで燃焼器16の周囲の第2空間20Bを包んでいる。なお、隔壁30によって囲まれた第2空間20Bは、図3に示すように、略円筒状の空間である。
As shown in FIGS. 2 and 3, a partition wall 30 is provided around each combustor 16 so as to cover the combustion nozzle 24 and the inner cylinder 26. That is, the partition wall 30 individually covers each combustor 16 (specifically, the combustion nozzle 24 and the inner cylinder 26 of each combustor 16).
By this partition wall 30, the vehicle interior space 20 in which the combustor 16 is accommodated is divided into a first space 20 </ b> A that contacts the vehicle interior wall surface 19 and a second space 20 </ b> B that contacts each combustor 16. In other words, the first space 20 </ b> A in contact with the inner wall surface 19 of the passenger compartment 18 wraps the second space 20 </ b> B around the combustor 16 with the partition wall 30 interposed therebetween. Note that the second space 20B surrounded by the partition walls 30 is a substantially cylindrical space, as shown in FIG.

隔壁30には、図3及び4に示すように、連結管17が貫通する長孔32が形成されている。長孔32は、燃焼器16の長手方向(燃焼器長手方向)に沿って延在している。
このように連結管17が隔壁30を貫通する部分に長孔32を設けることで、燃焼器16の熱伸びによって、内筒26に取り付けられた連結管17が隔壁30に対して相対的に燃焼器長手方向に動いても、連結管17と隔壁30とが干渉することはない。
As shown in FIGS. 3 and 4, a long hole 32 through which the connecting pipe 17 passes is formed in the partition wall 30. The long hole 32 extends along the longitudinal direction of the combustor 16 (combustor longitudinal direction).
Thus, by providing the long hole 32 in the portion where the connecting pipe 17 penetrates the partition wall 30, the connecting pipe 17 attached to the inner cylinder 26 burns relatively to the partition wall 30 due to the thermal expansion of the combustor 16. Even if it moves in the longitudinal direction of the vessel, the connecting pipe 17 and the partition wall 30 do not interfere with each other.

この場合、図3及び4に示すように、隔壁30に当接して長孔32を覆うカバープレート34を連結管17に取り付けてもよい。カバープレート34は、連結管17から燃焼器長手方向の両側にL2だけ延びている。カバープレート34の連結管17からの延在量L2は、L2≧L1−Dの関係を満たすように決定されている。ここで、L1は燃焼器長手方向における長孔32の長さであり、Dは連結管17の外径である。
このように、L2≧L1−Dの関係を満たすカバープレート34を連結管17に取り付けることで、長孔32によって規制された燃焼管17の可動範囲のいずれの位置においても、長孔32をカバープレート34で覆うことができる。よって、長孔32を介した第1空間20Aと第2空間20Bとの間の流体の行き来をカバープレート34によって確実に防止できる。
In this case, as shown in FIGS. 3 and 4, a cover plate 34 that contacts the partition wall 30 and covers the long hole 32 may be attached to the connecting pipe 17. The cover plate 34 extends from the connection pipe 17 by L2 on both sides in the combustor longitudinal direction. The extending amount L2 of the cover plate 34 from the connecting pipe 17 is determined so as to satisfy the relationship L2 ≧ L1-D. Here, L 1 is the length of the long hole 32 in the longitudinal direction of the combustor, and D is the outer diameter of the connecting pipe 17.
Thus, by attaching the cover plate 34 satisfying the relationship of L2 ≧ L1-D to the connecting pipe 17, the long hole 32 is covered at any position within the movable range of the combustion pipe 17 regulated by the long hole 32. It can be covered with a plate 34. Therefore, the flow of fluid between the first space 20 </ b> A and the second space 20 </ b> B through the long hole 32 can be reliably prevented by the cover plate 34.

また、カバープレート34によるシール部材性を向上させる観点から、カバープレート34の表面と長孔32の周囲の隔壁30の外周面との間に、スプリングクリップやカーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料からなるシール部材を設けてもよい。これにより、カバープレート34の表面と隔壁30の外周面との間の隙間を介した流体の行き来を確実に防止できる。
なお、図4(a)及び(b)にはカバープレート34を隔壁30の外周面側に配置した例を示したが、カバープレート34は隔壁30の内周面側に設けてもよい。
Further, from the viewpoint of improving the sealing member property by the cover plate 34, a viscoelastic material mainly composed of a spring clip or a carbon nanotube is provided between the surface of the cover plate 34 and the outer peripheral surface of the partition wall 30 around the long hole 32. You may provide the sealing member which consists of. Thereby, the flow of the fluid through the gap between the surface of the cover plate 34 and the outer peripheral surface of the partition wall 30 can be reliably prevented.
4A and 4B show an example in which the cover plate 34 is disposed on the outer peripheral surface side of the partition wall 30, the cover plate 34 may be provided on the inner peripheral surface side of the partition wall 30.

図2及び5に示すように、隔壁30と燃焼器16の内筒26との間には、シール部材40が設けられている。シール部材40は、弾性力によって隔壁30と内筒26とを結合し、両者間の隙間をシールするいわゆるスプリングクリップである。シール部材40の各部の詳細は、次のとおりである。   As shown in FIGS. 2 and 5, a seal member 40 is provided between the partition wall 30 and the inner cylinder 26 of the combustor 16. The seal member 40 is a so-called spring clip that couples the partition wall 30 and the inner cylinder 26 by elastic force and seals a gap between them. Details of each part of the seal member 40 are as follows.

シール部材40は、内筒26の外周面に固定される固定部42と、この固定部42から内筒26の径方向外方に屈曲した付勢部44と、隔壁30の内周面に当接する当接部46とを有する。
シール部材40の固定部42は、溶接位置41において内筒26の外周面にスポット溶接され、内筒26に固定されている。シール部材40の付勢部44は、固定部42と当接部46との間に設けられ、固定部42から離れるにつれて内筒26の径方向外方に向かうように屈曲した形状を有する。シール部材40の取付状態において、付勢部44は、内筒26の径方向内方に向かって縮径するように弾性変形している。このため、付勢部44の弾性力によって、当接部46は内筒26の径方向外方に付勢され、当接部46が隔壁30の内周面に密着する。
The seal member 40 contacts the fixed portion 42 fixed to the outer peripheral surface of the inner cylinder 26, the urging portion 44 bent from the fixed portion 42 radially outward of the inner cylinder 26, and the inner peripheral surface of the partition wall 30. And an abutting portion 46 in contact therewith.
The fixing portion 42 of the seal member 40 is spot welded to the outer peripheral surface of the inner cylinder 26 at the welding position 41 and is fixed to the inner cylinder 26. The urging portion 44 of the seal member 40 is provided between the fixed portion 42 and the abutting portion 46 and has a shape bent toward the outer side in the radial direction of the inner cylinder 26 as the distance from the fixed portion 42 increases. In the attached state of the seal member 40, the urging portion 44 is elastically deformed so as to decrease in diameter toward the inner side in the radial direction of the inner cylinder 26. For this reason, the contact portion 46 is urged radially outward of the inner cylinder 26 by the elastic force of the urging portion 44, and the contact portion 46 is in close contact with the inner peripheral surface of the partition wall 30.

このように、当接部46は、隔壁30の内周面に当接しているものの固定されておらず、隔壁30の内周面上を摺動しうるから、燃焼器16と隔壁30との熱伸び差を吸収できる。よって、燃焼による発熱で燃焼器16が隔壁30に比べて高温になって、両者の間に熱伸び差が発生しても、熱応力による各部材の変形や破壊等を防止できる   As described above, the contact portion 46 is in contact with the inner peripheral surface of the partition wall 30 but is not fixed, and can slide on the inner peripheral surface of the partition wall 30. Can absorb the difference in thermal elongation. Therefore, even if the combustor 16 is heated to a higher temperature than the partition wall 30 due to heat generated by combustion and a difference in thermal expansion occurs between them, deformation or destruction of each member due to thermal stress can be prevented.

なお、図5には、シール部材40の固定部42を内筒26の外周面に固定する例を示したが、固定部42は隔壁30の内周面に固定してもよい。この場合、付勢部44の弾性力によって当接部46を内筒26の径方向内方に付勢し、当接部46を内筒26の外周面に密着させることで、隔壁30と内筒26との間の隙間をシールしながら両者を結合できる。   5 shows an example in which the fixing portion 42 of the seal member 40 is fixed to the outer peripheral surface of the inner cylinder 26, but the fixing portion 42 may be fixed to the inner peripheral surface of the partition wall 30. In this case, the abutting portion 46 is urged radially inward of the inner cylinder 26 by the elastic force of the urging portion 44, and the abutting portion 46 is brought into close contact with the outer peripheral surface of the inner cylinder 26. Both can be combined while sealing the gap between the cylinder 26.

また、付勢部44及び当接部46には、図6に示すように、シール部材40の全周に亘って複数のスリット48を形成してもよい。スリット48は、当接部46から付勢部44にかけて燃焼器長手方向に沿って延在している。このようにスリット48を設けることで、付勢部44及び当接部46の径方向の変形量(縮径量)を大きくとることができ、付勢部44の弾性力を増大させて、当接部46と隔壁30の内周面との密着状態をより一層確実に維持できる。
なお、固定部42と付勢部44との間には複数の穴49が設けられており、それぞれの穴49は対応するスリット48に連通している。スリット48の固定部42側の端部周辺は、シール部材40のうち応力が集中しやすい箇所である。そこで、この箇所に集中する応力を穴49によって分散させることで、シール部材40のクラックを防止できる。
Further, as shown in FIG. 6, a plurality of slits 48 may be formed in the urging portion 44 and the contact portion 46 over the entire circumference of the seal member 40. The slit 48 extends from the contact portion 46 to the urging portion 44 along the longitudinal direction of the combustor. By providing the slits 48 in this way, the radial deformation (reducing diameter) of the urging portion 44 and the abutting portion 46 can be increased, and the elastic force of the urging portion 44 can be increased to The contact state between the contact portion 46 and the inner peripheral surface of the partition wall 30 can be more reliably maintained.
A plurality of holes 49 are provided between the fixing portion 42 and the urging portion 44, and each hole 49 communicates with a corresponding slit 48. The vicinity of the end portion of the slit 48 on the fixed portion 42 side is a portion of the seal member 40 where stress is easily concentrated. Therefore, by distributing the stress concentrated in this location through the holes 49, cracks in the seal member 40 can be prevented.

上記構成の隔壁30の外周側に位置する第1空間20Aには、図2に示すように、抽気管(「圧縮空気抽気管」に相当)50が連通している。抽気管50は、一端が車室18内部の第1空間20Aに接続されており、他端が燃料電池2の空気極6(図1参照)に接続されている。これにより、圧縮機12を通過した圧縮空気は、抽気管50を介して燃料電池2の空気極6に導かれる。   As shown in FIG. 2, a bleed pipe (corresponding to a “compressed air bleed pipe”) 50 communicates with the first space 20A located on the outer peripheral side of the partition wall 30 having the above-described configuration. One end of the extraction pipe 50 is connected to the first space 20 </ b> A inside the passenger compartment 18, and the other end is connected to the air electrode 6 (see FIG. 1) of the fuel cell 2. Thereby, the compressed air that has passed through the compressor 12 is guided to the air electrode 6 of the fuel cell 2 through the extraction pipe 50.

また、隔壁30の内周側に位置する第2空間20Bには、図2に示すように、供給管(「排空気供給管」に相当)60が連通している。燃料電池2の空気極6から排出された高温・高圧の排空気は、供給管60を介して、各燃焼器16の周囲の第2空間20Bに供給される。   Further, as shown in FIG. 2, a supply pipe (corresponding to “exhaust air supply pipe”) 60 communicates with the second space 20 </ b> B located on the inner peripheral side of the partition wall 30. The high temperature / high pressure exhaust air discharged from the air electrode 6 of the fuel cell 2 is supplied to the second space 20 </ b> B around each combustor 16 through the supply pipe 60.

供給管60は、燃料電池2の空気極6に接続された上流側管路62と、上流側管路62に連通するマニホールド64と、マニホールド64から分岐した複数の枝管66とで構成される。マニホールド64は、車室18の周囲に設けられている環状の管路であり、マニホールド64の上部には上流側管路62が接続されている。マニホールド64を形成する環状管路の中心は、ロータ11の回転中心とほぼ一致している。また、枝管66は、マニホールド64から分岐して、ロータ11の径方向内方に向かって延びた後、途中で屈曲し、燃焼器16に向かって燃焼器長手方向に延びている。そして、枝管66の燃焼器16側のフランジ部は、ボルト61によって圧縮機12側の第1ケーシング18Aと連結されるとともに、ボルト63によって隔壁30と連結されている。マニホールド64から分岐した複数の枝管66は、それぞれ、各燃焼器16周囲の第2空間20Bに連通している。
供給管60では、マニホールド64及び枝管66によって、上流側管路62を流れる排空気が各燃焼器16に確実に分配されるようになっている。
The supply pipe 60 includes an upstream pipe 62 connected to the air electrode 6 of the fuel cell 2, a manifold 64 communicating with the upstream pipe 62, and a plurality of branch pipes 66 branched from the manifold 64. . The manifold 64 is an annular conduit provided around the passenger compartment 18, and an upstream conduit 62 is connected to the upper portion of the manifold 64. The center of the annular pipe forming the manifold 64 substantially coincides with the rotation center of the rotor 11. Further, the branch pipe 66 branches from the manifold 64, extends inward in the radial direction of the rotor 11, bends in the middle, and extends in the combustor longitudinal direction toward the combustor 16. The flange portion on the combustor 16 side of the branch pipe 66 is connected to the first casing 18 </ b> A on the compressor 12 side by a bolt 61 and is connected to the partition wall 30 by a bolt 63. A plurality of branch pipes 66 branched from the manifold 64 communicate with the second space 20 </ b> B around each combustor 16.
In the supply pipe 60, exhaust air flowing through the upstream pipe line 62 is reliably distributed to each combustor 16 by the manifold 64 and the branch pipe 66.

本実施形態のガスタービン10では、燃焼器16を覆う隔壁30によって車室内空間20を車室18の内壁面19に接する第1空間20Aと燃焼器16に接する第2空間20Bとに隔てるとともに、燃焼器16と隔壁30との間にシール部材40を設けている。このため、第2空間20B内の排空気の第1空間20Aへの移動を隔壁30およびシール部材40によって阻んで、車室18の内壁面19が高温の排空気に直接曝されることを防止できる。また、第1空間20Aと第2空間20Bとの間の流体の行き来は、隔壁30およびシール部材40によって阻害されるので、車室18内における排空気と圧縮空気との混合を防止できる。   In the gas turbine 10 of this embodiment, the partition space 30 that covers the combustor 16 separates the vehicle interior space 20 into a first space 20A that is in contact with the inner wall surface 19 of the vehicle interior 18 and a second space 20B that is in contact with the combustor 16. A seal member 40 is provided between the combustor 16 and the partition wall 30. For this reason, the movement of the exhaust air in the second space 20B to the first space 20A is blocked by the partition wall 30 and the seal member 40, and the inner wall surface 19 of the passenger compartment 18 is prevented from being directly exposed to the high temperature exhaust air. it can. In addition, since the flow of fluid between the first space 20A and the second space 20B is inhibited by the partition wall 30 and the seal member 40, mixing of exhaust air and compressed air in the passenger compartment 18 can be prevented.

なお、上述の実施形態では、シール部材40の具体例としてスプリングクリップを示したが、シール部材40は、第1空間20Aと第2空間20Bとの間の流体の行き来を隔壁30とともに阻害しうる構成であれば特に限定されない。例えば、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料からなり、燃焼器16および隔壁30のいずれか一方に固定され、他方(「他方部材」という。)に対して押し付けられているようなシール部材40を用いてもよい。このとき、シール部材40が他方部材(シール部材40が固定されていない部材)に対して燃焼器長手方向に摺動しうる程度に、シール部材40を他方部材に押し付けることで、燃焼器16と隔壁30との熱伸び差を吸収することも可能である。また、この場合のシール部材40として、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料を好適に用いることができる。この粘弾性材料は、耐熱性に優れ、1000℃程度まで粘弾性を維持できるので、燃焼による発熱で高温になる燃焼器近傍の過酷な環境下でも十分に用いることができる。   In the above-described embodiment, the spring clip is shown as a specific example of the seal member 40. However, the seal member 40 can inhibit the flow of fluid between the first space 20A and the second space 20B together with the partition wall 30. If it is a structure, it will not specifically limit. For example, the sealing member 40 is made of a viscoelastic material mainly composed of carbon nanotubes, is fixed to one of the combustor 16 and the partition wall 30, and is pressed against the other (referred to as “other member”). May be used. At this time, the seal member 40 is pressed against the other member to such an extent that the seal member 40 can slide in the combustor longitudinal direction with respect to the other member (a member to which the seal member 40 is not fixed). It is also possible to absorb the difference in thermal expansion from the partition wall 30. Further, as the sealing member 40 in this case, a viscoelastic material mainly composed of carbon nanotubes can be suitably used. Since this viscoelastic material is excellent in heat resistance and can maintain viscoelasticity up to about 1000 ° C., it can be sufficiently used even in a harsh environment near a combustor where heat is generated by combustion.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係るガスタービンについて説明する。本実施形態のガスタービンは、第1空間20Aと第2空間20Bとを隔てる隔壁とその周辺の構造を除けば第1実施形態に係るガスタービン10と同様である。よって、以下では、ガスタービン10と共通の箇所には同一の符号を用い、ガスタービン10と異なる点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a gas turbine according to a second embodiment will be described. The gas turbine according to the present embodiment is the same as the gas turbine 10 according to the first embodiment except for the partition wall that separates the first space 20A and the second space 20B and the surrounding structure. Therefore, below, the same code | symbol is used for the same location as the gas turbine 10, and it demonstrates centering on a different point from the gas turbine 10. FIG.

図7は、本実施形態に係るガスタービンの燃焼器周辺の車室内部構造を示す断面図である。図8は、図7に示すガスタービンの隔壁周辺を示す図であり、燃焼器長手方向に直交する方向に沿った断面図である。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the vehicle interior structure around the combustor of the gas turbine according to the present embodiment. FIG. 8 is a view showing the periphery of the partition wall of the gas turbine shown in FIG. 7, and is a cross-sectional view along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the combustor.

図7及び8に示すように、ガスタービン100では、隔壁70は、複数の燃焼器16の内周側に配置される内周側壁72と、複数の燃焼器16の外周側に配置される外周側壁74とで構成される。これら内周側壁72及び外周側壁74によって、車室内空間20は、車室18の内壁面19に接する第1空間20Aと、燃焼器16に接する第2空間20Bとに仕切られている。すなわち、本実施形態では、隔壁70は複数の燃焼器16を一括して覆っており、隔壁70によって囲まれる第2空間20Bは複数の燃焼器16を収納する略環状の空間である。
このように、複数の燃焼器16を一括して隔壁70で覆う場合、第1実施形態のように各燃焼器16を隔壁30で個別に覆う場合とは異なり、隣接する燃焼器16同士を連結する連結管17の隔壁貫通部が存在しない。よって、燃焼器16に取り付けられた連結管17と隔壁70との熱伸びを吸収するための複雑な構造(図3及び4に示す長孔32及びカバープレート34)が不要になり、装置構成を簡素化できる。
As shown in FIGS. 7 and 8, in the gas turbine 100, the partition wall 70 includes an inner peripheral side wall 72 disposed on the inner peripheral side of the plurality of combustors 16 and an outer periphery disposed on the outer peripheral side of the plurality of combustors 16. A side wall 74 is included. By the inner peripheral side wall 72 and the outer peripheral side wall 74, the vehicle interior space 20 is partitioned into a first space 20 </ b> A that contacts the inner wall surface 19 of the vehicle interior 18 and a second space 20 </ b> B that contacts the combustor 16. That is, in the present embodiment, the partition wall 70 covers the plurality of combustors 16 in a lump, and the second space 20 </ b> B surrounded by the partition wall 70 is a substantially annular space that houses the plurality of combustors 16.
In this way, when the plurality of combustors 16 are collectively covered with the partition walls 70, unlike the case where each combustor 16 is individually covered with the partition walls 30 as in the first embodiment, adjacent combustors 16 are connected to each other. There is no partition wall penetrating portion of the connecting pipe 17 to be performed. Therefore, a complicated structure (the long hole 32 and the cover plate 34 shown in FIGS. 3 and 4) for absorbing the thermal expansion between the connecting pipe 17 attached to the combustor 16 and the partition wall 70 becomes unnecessary, and the apparatus configuration is reduced. It can be simplified.

略環状の第2空間20Bには供給管(「排空気供給管」に相当)80が連通している。供給管80は、燃料電池2の空気極6に接続された上流側管路82と、上流側管路82に連通する環状管84とで構成される。環状管84は、車室18の周囲に設けられており、その中心はロータ11の回転中心とほぼ一致している。
これにより、燃料電池2の空気極6から排出された高温・高圧の排空気は、上流側管路82と環状管84とをこの順で通過して、略環状の第2空間20Bに排空気が導かれるようになっている。
A supply pipe (corresponding to “exhaust air supply pipe”) 80 communicates with the substantially annular second space 20B. The supply pipe 80 includes an upstream side pipe 82 connected to the air electrode 6 of the fuel cell 2 and an annular pipe 84 communicating with the upstream side pipe 82. The annular tube 84 is provided around the passenger compartment 18, and the center thereof substantially coincides with the rotation center of the rotor 11.
As a result, the high-temperature and high-pressure exhaust air discharged from the air electrode 6 of the fuel cell 2 passes through the upstream side pipe 82 and the annular pipe 84 in this order, and is exhausted into the substantially annular second space 20B. Is to be guided.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various improvement and deformation | transformation may be performed.

例えば、上述の実施形態では、隔壁30と隔壁70(具体的には隔壁70を構成する各壁72及び74)が燃焼器長手方向に延びる円筒状である例について説明したが、隔壁30又は内周側壁72及び外周側壁74の表面に補強用リブを立設してもよい。
図9は、補強用リブが立設された隔壁30の構成例を示す斜視図である。同図に示すように、燃焼器長手方向に沿った複数本の補強用リブ31を隔壁30の外表面(内表面でもよい)に立設してもよい。
圧縮空気が第1空間20Aから抽気管50を介して燃料電池2の空気極6に流入し、空気曲6からの排空気が供給管(60,80)を介して第2空間20Bに流入するのであるから、上流側に位置する第1空間20A内の圧縮空気は下流側に位置する第2空間20B内の排空気に比べて少し圧力が高い。このため、隔壁(30,70)は第1空間20A側から第2空間20B側に押圧される。そこで、上述のように、補強用リブ31を設けて隔壁(30,70)を補強することで、隔壁(30,70)の変形を防止できる。
For example, in the above-described embodiment, the example in which the partition wall 30 and the partition wall 70 (specifically, the walls 72 and 74 constituting the partition wall 70) are cylindrical extending in the combustor longitudinal direction has been described. Reinforcing ribs may be erected on the surfaces of the peripheral side wall 72 and the outer peripheral side wall 74.
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of the partition wall 30 in which reinforcing ribs are erected. As shown in the figure, a plurality of reinforcing ribs 31 along the longitudinal direction of the combustor may be erected on the outer surface (or the inner surface) of the partition wall 30.
Compressed air flows from the first space 20A into the air electrode 6 of the fuel cell 2 through the bleed pipe 50, and exhaust air from the air curve 6 flows into the second space 20B through the supply pipes (60, 80). Therefore, the compressed air in the first space 20A located on the upstream side has a slightly higher pressure than the exhausted air in the second space 20B located on the downstream side. Therefore, the partition walls (30, 70) are pressed from the first space 20A side to the second space 20B side. Therefore, as described above, the ribs (30, 70) can be prevented from being deformed by providing the reinforcing ribs 31 to reinforce the partition (30, 70).

また、上述の実施形態では、シール部材40を隔壁(30,70)と内筒26との間に設けた例について説明したが、シール部材40は隔壁(30,70)と尾筒28との間に設けてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the example in which the seal member 40 is provided between the partition wall (30, 70) and the inner cylinder 26 has been described. However, the seal member 40 includes the partition wall (30, 70) and the tail cylinder 28. It may be provided between them.

さらに、上述の実施形態では、複数の燃焼器16が車室18内に収納された多缶型のガスタービン(10,100)を例に挙げたが、燃焼器16は車室18内に収納されている限りその個数は限定されず、単缶であってもよい。例えば、ロータ11の全周に亘って環状に設けられた単缶の燃焼器16を用いてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the multi-can type gas turbine (10, 100) in which the plurality of combustors 16 are housed in the vehicle interior 18 is taken as an example, but the combustors 16 are housed in the vehicle interior 18. As long as it is, the number is not limited, and a single can may be used. For example, a single can combustor 16 provided in an annular shape over the entire circumference of the rotor 11 may be used.

1 複合発電システム
2 燃料電池
4 燃料極
6 空気極
8 電解質
10 ガスタービン
11 ロータ
12 圧縮機
14 タービン
16 燃焼器
17 連結管
18 車室
18A 第1ケーシング
18B 第2ケーシング
19 内壁面
20 車室内空間
20A 第1空間
20B 第2空間
22 燃料供給管
23 燃料供給室
24 燃料ノズル
25 管状壁
26 内筒
28 尾筒
30 隔壁
31 補強用リブ
32 長孔
34 カバープレート
40 シール部材
41 溶接位置
42 固定部
44 付勢部
46 当接部
48 スリット
49 穴
50 抽気管(圧縮空気抽気管)
60 供給管(排空気供給管)
61 ボルト
62 上流側管路
63 ボルト
64 マニホールド
66 枝管
70 隔壁
72 内周側壁
74 外周側壁
80 供給管(排空気供給管)
82 上流側管路
84 環状管
100 ガスタービン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combined power generation system 2 Fuel cell 4 Fuel electrode 6 Air electrode 8 Electrolyte 10 Gas turbine 11 Rotor 12 Compressor 14 Turbine 16 Combustor 17 Connection pipe 18 Car interior 18A First casing 18B Second casing 19 Inner wall surface 20 Car interior space 20A 1st space 20B 2nd space 22 Fuel supply pipe 23 Fuel supply chamber 24 Fuel nozzle 25 Tubular wall 26 Inner cylinder 28 Tail cylinder 30 Partition 31 Reinforcing rib 32 Long hole 34 Cover plate 40 Seal member 41 Welding position 42 Fixing part 44 With Force part 46 Contact part 48 Slit 49 Hole 50 Extraction pipe (Compressed air extraction pipe)
60 Supply pipe (exhaust air supply pipe)
61 bolt 62 upstream side pipe 63 bolt 64 manifold 66 branch pipe 70 partition wall 72 inner peripheral side wall 74 outer peripheral side wall 80 supply pipe (exhaust air supply pipe)
82 Upstream pipe 84 Annular pipe 100 Gas turbine

Claims (9)

圧縮機を通過した圧縮空気を車室外の加熱部により加熱し、該加熱部からの排空気と燃料とを燃焼器に供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンであって、
前記圧縮機を通過した圧縮空気が流入する車室内空間において前記燃焼器を収納する車室と、
前記燃焼器を覆うように前記車室内空間に設けられ、前記車室内空間を、前記車室の内壁面に接し前記圧縮機からの圧縮空気が流れる第1空間と前記燃焼器に接する第2空間とに隔てる隔壁と、
前記隔壁と前記燃焼器との間に設けられたシール部材と、
前記第1空間に連通し、該第1空間から圧縮空気を抽気して前記加熱部に導く圧縮空気抽気管と、
前記第2空間に連通し、前記加熱部を通過した排空気を前記第2空間に導く排空気供給管とを備え、
前記第2空間に導かれた前記排空気が、前記燃焼器に取り込まれて燃料の燃焼に用いられることを特徴とするガスタービン。
Compressed air that has passed through the compressor is heated by a heating unit outside the passenger compartment, exhaust air and fuel from the heating unit are supplied to the combustor for combustion, and the generated combustion gas is supplied to the turbine for rotational power. A gas turbine for obtaining
A vehicle compartment housing the combustor in a vehicle cabin space into which compressed air that has passed through the compressor flows;
A first space that is provided in the vehicle interior space so as to cover the combustor, and that contacts the inner wall surface of the vehicle interior and through which compressed air from the compressor flows, and a second space that contacts the combustor. A partition wall, and
A seal member provided between the partition wall and the combustor;
A compressed air bleed pipe that communicates with the first space, bleeds compressed air from the first space, and guides it to the heating unit;
An exhaust air supply pipe that communicates with the second space and guides exhaust air that has passed through the heating unit to the second space;
The gas turbine, wherein the exhaust air guided to the second space is taken into the combustor and used for fuel combustion.
前記加熱器は、前記ガスタービンとともに複合発電システムを構成する燃料電池の空気極であることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 1, wherein the heater is an air electrode of a fuel cell that forms a combined power generation system together with the gas turbine. 前記シール部材が、前記燃焼器と前記隔壁との伸び差を吸収することを特徴とする請求項1又は2に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 1, wherein the seal member absorbs a difference in elongation between the combustor and the partition wall. 前記シール部材は、弾性力によって前記隔壁と前記燃焼器との間の隙間をシールするスプリングクリップであることを特徴とする請求項3に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 3, wherein the seal member is a spring clip that seals a gap between the partition wall and the combustor by an elastic force. 前記シール部材は、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料からなり、前記燃焼器および前記隔壁のいずれか一方に固定され、他方に対して押し付けられていることを特徴とする請求項3に記載のガスタービン。   The said sealing member consists of a viscoelastic material which has a carbon nanotube as a main component, is fixed to any one of the said combustor and the said partition, and is pressed with respect to the other. Gas turbine. 前記燃焼器は前記車室内空間に複数設けられており、
前記隔壁は各燃焼器を個別に覆い、該隔壁によって囲まれる前記第2空間は各燃焼器を収納する略円筒状の空間であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガスタービン。
A plurality of the combustors are provided in the vehicle interior space,
The said partition covers each combustor separately, The said 2nd space enclosed by this partition is a substantially cylindrical space which accommodates each combustor, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The gas turbine described.
前記排空気供給管は、各燃焼器の周囲の前記第2空間にそれぞれ連通する複数の枝管と、該枝管と前記加熱部との間に介在して前記加熱部を通過した前記排空気を前記枝管に供給するマニホールドとを備え、
前記マニホールドは、前記車室の周りに設けられることを特徴とする請求項6に記載のガスタービン。
The exhaust air supply pipe includes a plurality of branch pipes that communicate with the second space around each combustor, and the exhaust air that is interposed between the branch pipe and the heating section and passes through the heating section. And a manifold for supplying the branch pipe to
The gas turbine according to claim 6, wherein the manifold is provided around the passenger compartment.
前記燃焼器は前記車室内空間に複数設けられており、
前記隔壁は複数の前記燃焼器を一括して覆い、該隔壁によって囲まれる前記第2空間は複数の前記燃焼器を収納する略環状の空間であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガスタービン。
A plurality of the combustors are provided in the vehicle interior space,
6. The partition wall according to claim 1, wherein the partition wall collectively covers the plurality of combustors, and the second space surrounded by the partition wall is a substantially annular space that houses the plurality of combustors. A gas turbine according to claim 1.
前記隔壁を補強するリブを設けたことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 1, further comprising a rib that reinforces the partition wall.
JP2011073895A 2011-03-30 2011-03-30 gas turbine Expired - Fee Related JP5716185B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011073895A JP5716185B2 (en) 2011-03-30 2011-03-30 gas turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011073895A JP5716185B2 (en) 2011-03-30 2011-03-30 gas turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012207588A true JP2012207588A (en) 2012-10-25
JP5716185B2 JP5716185B2 (en) 2015-05-13

Family

ID=47187530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011073895A Expired - Fee Related JP5716185B2 (en) 2011-03-30 2011-03-30 gas turbine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5716185B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58168820A (en) * 1982-03-15 1983-10-05 プラウン・ボベリ・タ−ボマシナリイ・インコ−ポレ−テツド Combustor for regeneration type opening cycle gas turbine system
JPH0337335A (en) * 1989-06-28 1991-02-18 Rolls Royce Plc Gas turbine engine.power unit
JP2008251247A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel cell gas turbine compound power generation system and its control method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58168820A (en) * 1982-03-15 1983-10-05 プラウン・ボベリ・タ−ボマシナリイ・インコ−ポレ−テツド Combustor for regeneration type opening cycle gas turbine system
JPH0337335A (en) * 1989-06-28 1991-02-18 Rolls Royce Plc Gas turbine engine.power unit
JP2008251247A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel cell gas turbine compound power generation system and its control method

Also Published As

Publication number Publication date
JP5716185B2 (en) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2810329B1 (en) Fuel cell module
JP5807173B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system provided with the same
EP2810326B1 (en) Fuel cell module
JP5916707B2 (en) Fuel cell module
JP2011132115A (en) Reformer with enhanced durability
JP6271352B2 (en) Gas turbine equipment
JP5815476B2 (en) Fuel cell module
JP5813616B2 (en) Fuel cell module
JP5716185B2 (en) gas turbine
US8591609B2 (en) Reformer with high durability
JP2011132975A (en) Flange fastening section and cooling system of flange fastening section
JP5416945B2 (en) Fuel cell power generation system
JP6932515B2 (en) Fuel cell and combined cycle system and how to operate them
JP5777433B2 (en) Fuel cell power generation system and manufacturing method thereof
JP6101169B2 (en) Fuel cell module
JP5231049B2 (en) Fuel cell reformer
JP6071575B2 (en) Power generation system
JP5946730B2 (en) Fuel cell module
JP5931775B2 (en) Combined power generation system
JP5388820B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system provided with the same
JP2001328801A (en) Fuel reformer
AU2015275260B2 (en) Gas turbine facility
CA2916166C (en) Gas turbine facility
JP2004356104A (en) Joint structure of ceramic tube and metal, and fuel battery module
JP2009235972A (en) Gas turbine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140613

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140806

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: 20150109

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20150121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5716185

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees