JP2021143717A - 二重管 - Google Patents

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Abstract

【課題】中心軸を中心とした周方向の内管の回転を防止することができる二重管を提供する。【解決手段】実施形態の二重管60Aは、外管70と、外管70の内部に挿通され、高温二酸化炭素を流通させるための内管80と、外管70と内管80との間の環状通路61に低温二酸化炭素を導入する外管70の開口72とを備える。二重管60Aは、内管80の外周面から半径方向外側に突出する内管突出部91と、外管70の内周面から半径方向内側に突出するとともに、内管突出部91と嵌合する軸方向に貫通した嵌合溝93を有する外管突出部92とをさらに備える。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、二重管に関する。
発電プラントの高効率化は、二酸化炭素の削減や省資源などの要求から進められている。具体的には、ガスタービンの作動流体の高温化、コンバインドサイクル化などが積極的に進められている。また、二酸化炭素の回収技術についても、研究開発が進められている。
そのような中、超臨界CO雰囲気中で燃料と酸素を燃焼させる燃焼器を備えたガスタービン設備(以下、COガスタービン設備という。)が検討されている。このCOガスタービン設備では、燃焼器で生成した燃焼ガスの一部は、作動流体として系統に循環される。
ここで、COガスタービン設備の燃焼器では、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比(当量比1)になるように調整されている。そのため、系統には、燃焼ガスから水蒸気が除去された二酸化炭素(CO)が循環する。
なお、ここでいう当量比は、燃料流量および酸素流量に基づいて算出した当量比である。換言すれば、燃料と酸素が均一に混合したと想定したときの当量比(オーバーオールでの当量比)である。
循環される二酸化炭素は、圧縮機によって臨界圧力以上に昇圧される。この二酸化炭素は、700℃程度に加熱され、例えば、燃焼器に供給される。
この高温の二酸化炭素(以下、高温二酸化炭素と呼ぶ。)を燃焼器ケーシングを介して燃焼器に供給する場合、高温二酸化炭素を供給する配管は、燃焼器ケーシングに接続または貫通するように設けられる。
この構成の場合、配管に接触する燃焼器ケーシングを構成する金属材料として、例えば、高価なNiベースの耐熱合金を使用する必要がある。
そこで、燃焼器ケーシングを安価なFeベースの耐熱鋼で構成するために、高温二酸化炭素を燃焼器に供給する配管を二重管構造としている。二重管は、外管と、外管内に貫通して配置された内管とを備える。
内管には、高温二酸化炭素が供給される。外管(内管と外管の間の環状通路)には、高温二酸化炭素よりも温度が低い超臨界圧の二酸化炭素(以下、低温二酸化炭素と呼ぶ。)が供給される。この低温二酸化炭素の温度は、燃焼器ケーシングが耐え得る温度である。
特開2005−282996号公報
上記したように、二重管において、内管内には高温二酸化炭素が流れ、内管と外管の間の環状通路には低温二酸化炭素が流れる。これによって、内管が外管よりも二重管の中心軸方向に伸びるため、内管と外管との間に熱伸び差が生じる。
このように熱伸び差が生じるため、外管に内管を動かないように固定することはできない。そのため、内管は、外管に対して二重管の中心軸方向に摺動可能に支持されている。また、内管は、外管に対して二重管の中心軸を中心として周方向に摺動可能に支持されている。
ここで、内管は、内管と外管との間の環状通路に供給される低温二酸化炭素によって、二重管の中心軸を中心とする周方向の回転力を受けることがある。内管が周方向の回転力を受けると、内管は、中心軸を中心として周方向に回転する。このように内管が回転する場合、内管を摺動可能に支持している摺動部の摩耗などが懸念される。
本発明が解決しようとする課題は、中心軸を中心とした周方向の内管の回転を防止することができる二重管を提供するものである。
実施形態の二重管は、外管と、前記外管の内部に挿通され、第1の流体を流通させるための内管と、前記外管と前記内管との間の環状通路に第2の流体を導入する流体導入部とを備える。
この二重管は、前記内管の外周面から半径方向外側に突出する第1の内管突出部と、前記外管の内周面から半径方向内側に突出するとともに、前記第1の内管突出部と嵌合する前記二重管の軸方向に貫通した嵌合溝を有する第1の外管突出部とを備える。
第1の実施の形態の二重管を備えるガスタービン設備の系統図である。 第1の実施の形態の二重管を備える燃焼器および燃焼器ケーシングの縦断面を模式的に示した図である。 第1の実施の形態の二重管の縦断面を拡大して示した図である。 図3のA−A断面を示す図である。 図3のB−B断面を示す図である。 図5のC−C断面を示す図である。 第2の実施の形態の二重管の縦断面を拡大して示した図である。 図7のD−D断面を示す図である。 図7のE−E断面を示す図である。 図9のF−F断面を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の二重管60Aを備えるガスタービン設備1の系統図である。図1に示すように、ガスタービン設備1は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器10と、この燃焼器10に燃料を供給する配管40と、燃焼器10に酸化剤を供給する配管41を備えている。
配管40には、燃焼器10に供給される燃料の流量を調整する流量調整弁46が備えられている。ここで、燃料として、例えば、メタン、天然ガスなどの炭化水素が使用される。また、燃料として、例えば、一酸化炭素および水素などを含む石炭ガス化ガス燃料を使用することもできる。
配管41には、燃焼器10に供給される酸化剤の流量を調整する流量調整弁47が備えられている。また、配管41には、酸化剤を昇圧する圧縮機54が設けられている。酸化剤としては、空気分離装置(図示しない)によって大気から分離された酸素が使用される。配管41を流れる酸化剤は、熱交換器55を通過して加熱され、燃焼器10に供給される。
なお、酸化剤として、例えば、酸素と、後述する圧縮機53によって臨界圧力以上に昇圧された二酸化炭素(超臨界CO)との混合気を使用してもよい。この場合、昇圧された二酸化炭素は、例えば、熱交換器55の上流側の配管41に導入される。
燃焼器10に導かれた燃料および酸化剤は、燃焼領域において反応(燃焼)を生じ、燃焼ガスとなる。ここで、ガスタービン設備1においては、燃焼器10から排出される燃焼ガスに、余剰の酸化剤(酸素)や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比(当量比1)になるように調整されている。
ガスタービン設備1は、燃焼器10から排出された燃焼ガスによって回動するタービン50を備えている。このタービン50には、例えば、発電機51が連結されている。ここでいう、燃焼器10から排出される燃焼ガスは、燃料と酸化剤とによって生成された燃焼生成物と、後述する二重管60Aを介して燃焼器10に供給される二酸化炭素(水蒸気が除去された燃焼ガス)とを含んだものである。
タービン50から排出された燃焼ガスは、配管42に導かれ、熱交換器55を通過することによって冷却される。この際、燃焼ガスからの放熱によって、配管41を流れる酸化剤や配管42を流れる二酸化炭素を加熱する。
熱交換器55を通過した燃焼ガスは、冷却器52を通過する。燃焼ガスは、冷却器52を通過することで、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去される。この際、燃焼ガス中の水蒸気は、凝縮して水となる。この水は、例えば配管43を通り外部に排出される。
ここで、前述したように、燃料および酸化剤の流量を量論混合比(当量比1)になるように調整した場合、水蒸気が除去された燃焼ガス(ドライ燃焼ガス)の成分は、ほぼ二酸化炭素である。なお、水蒸気が除去された燃焼ガスには、例えば、0.2%以下の微量の一酸化炭素が混在する場合もあるが、以下、水蒸気が除去された燃焼ガスを単に二酸化炭素と称する。
二酸化炭素は、配管42に介在する圧縮機53によって臨界圧力以上に昇圧され、超臨界流体となる。昇圧された二酸化炭素の一部は、配管42を流れ、熱交換器55において加熱される。加熱された二酸化炭素は、二重管60Aを通り、燃焼器10の周囲を包囲する筒体30内に導かれる。熱交換器55を通過した二酸化炭素の温度は、700℃程度になる。なお、この加熱された超臨界二酸化炭素を以下において高温二酸化炭素と呼ぶ。
昇圧された二酸化炭素の他の一部は、配管42から分岐した配管44に導入される。配管44に導入された二酸化炭素は、流量調整弁48によって流量が調節され、冷却媒体として、二重管60Aに導かれる。なお、後に詳しく説明するが、配管44に導入された二酸化炭素は、二重管60Aの外周側の通路を流れる。
配管44から二重管60Aに導かれた二酸化炭素は、燃焼器ケーシング20と筒体30との間に導かれる。燃焼器ケーシング20と筒体30との間に導かれる二酸化炭素の温度は、400℃程度である。ここで、この配管44によって供給される二酸化炭素の温度は、高温二酸化炭素の温度よりも低い。そこで、配管44を流れる超臨界二酸化炭素を以下において低温二酸化炭素と呼ぶ。
一方、昇圧された二酸化炭素の残部は、配管42から分岐した配管45に導入される。配管45に導入された二酸化炭素は、流量調整弁49によって流量が調節され、外部に排出される。なお、配管45は、排出管として機能する。外部に排出された二酸化炭素は、例えば、石油採掘現場で採用されているEOR(Enhanced Oil Recovery)などに利用することができる。
次に、燃焼器ケーシング20内の構成および二重管60Aについて詳しく説明する。
まず、燃焼器ケーシング20内の構成について説明する。
図2は、第1の実施の形態の二重管60Aを備える燃焼器10および燃焼器ケーシング20の縦断面を模式的に示した図である。
図2に示すように、燃焼器10は、燃料ノズル部11、燃焼器ライナ12およびトランジションピース13(尾筒)を備える。
燃料ノズル部11は、配管40から供給された燃料および配管41から供給された酸化剤を燃焼器ライナ12内に噴出する。例えば、中央から燃料を噴出し、その周囲から酸化剤を噴出する。燃焼器10は、燃焼器ケーシング20の内部に収容されている。
燃焼器ケーシング20は、燃焼器10を囲むように、燃焼器10の長手方向に沿って設けられている。燃焼器ケーシング20は、例えば、燃焼器10の長手方向に2分割されている。燃焼器ケーシング20は、例えば、上流側の上流側ケーシング21および下流側の下流側ケーシング22で構成される。
上流側ケーシング21は、例えば、一端(上流端)が閉塞され、他端(下流端)が開口された筒体で構成されている。一端の中央には、燃料ノズル部11を挿入する開口21aが形成されている。
また、上流側ケーシング21の側部には、二重管60Aが備えられている。二重管60Aの外管70は、例えば、上流側ケーシング21の側部に形成された開口21bに嵌め込まれ、接合されている。二重管60Aには、高温二酸化炭素を流通させる配管42および低温二酸化炭素を流通させる配管44が連結されている。
下流側ケーシング22は、両端が開口した筒体で構成されている。下流側ケーシング22の一端は、上流側ケーシング21に接続され、下流側ケーシング22の他端は、例えば、タービン50を囲むケーシングに接続されている。
図2に示すように、燃焼器ケーシング20内には、燃焼器10の周囲を包囲し、燃焼器ケーシング20と燃焼器10との間の空間を区画する筒体30が設けられている。燃焼器10と筒体30との間には、所定の空間を有している。
筒体30の一端(上流端)は、閉鎖され、燃料ノズル部11を挿入する開口31が形成されている。筒体30の他端(下流端)は、閉鎖され、トランジションピース13の下流端を貫通させる開口32が形成されている。
筒体30は、例えば、開口31を有する板状の蓋部材30aを筒状の本体部材30bに接合して形成される。筒体30の下流側の開口32の内周面は、トランジションピース13の下流端部の外周面に接している。
また、筒体30の上流側の側部には、二重管60Aの内管80が連結されている。なお、二重管60Aは、1箇所に限らず、周方向に複数個所有してもよい。
次に、二重管60Aの構成につて説明する。
図3は、第1の実施の形態の二重管60Aの縦断面を拡大して示した図である。図4は、図3のA−A断面を示す図である。図5は、図3のB−B断面を示す図である。図6は、図5のC−C断面を示す図である。ここで、図5は、図3に示す断面から二重管60Aの中心軸Oを中心として90度ずれた位置での縦断面である。
図3および図5に示すように、二重管60Aは、外管70と、内管80と、周方向回動防止機構90と、軸方向移動制限機構110とを備える。
図3に示すように、外管70は、両端が開口した円管で構成される。外管70の一端70aは、上流側ケーシング21の側部に形成された開口21bに嵌め込まれ、接合されている。外管70の他端70bは、配管42と連結されている。例えば、外管70の他端70bに形成されたフランジ71と、配管42の端部に形成されたフランジ42aとを締結することで、外管70と配管42とが連結される。
また、外管70の側部には、配管44が連結されている。そして、外管70の側部に形成された開口72を介して配管44から外管70と内管80との間に低温二酸化炭素が供給される。配管44は、シール部105よりも燃焼器ケーシング20側で外管70に連結されている。
ここで、配管44から低温二酸化炭素が導入される外管70と内管80との間の通路を環状通路61と呼ぶ。なお、環状通路61に供給される低温二酸化炭素は、第2の流体として機能する。また、外管70の開口72は、流体導入部として機能する。
上記したように上流側ケーシング21は、低温二酸化炭素が流れる環状通路61を構成する外管70と連結される。そのため、上流側ケーシング21は、低温二酸化炭素の温度に耐え得る、例えば、CrMoV鋼、CrMo鋼などの安価なFe(鉄)ベースの耐熱鋼で形成される。
内管80は、外管70の内部に挿通されている。内管80は、例えば、内管80の中心軸が、外管70の中心軸と一致するように配置されることが好ましい。
内管80の一端80aは、筒体30の側部(本体部材30b)に形成された開口30cに貫通し、支持部100によって支持されている。
支持部100は、支持部材101と、保持部材102とを備える。支持部材101は、例えば、開口30c内に設けられた環状部材で構成される。支持部材101は、内管80の外周と接触して内管を軸方向および周方向に摺動可能に支持する。
ここで、軸方向とは、二重管60Aの中心軸Oの方向をいう。周方向とは、二重管60Aの中心軸Oを中心とする周方向をいう。なお、内管80の中心軸と外管70の中心軸とが一致しない場合には、軸方向とは、例えば、内管80の中心軸の方向をいい、周方向とは、例えば、内管80の中心軸を中心とする周方向をいう。
保持部材102は、支持部材101を支持し、支持部材101を開口30c内の所定の位置に保持する。保持部材102は、例えば、支持部材101の外周面から半径方向外側に広がる円盤状部材で構成される。ここで、半径方向外側とは、中心軸Oに垂直な方向で中心軸Oから遠ざかる方向を意味する。
保持部材102は、例えば、本体部材30bの開口30cの周端面に周方向に形成された溝部30dに嵌合されている。また、保持部材102は、例えば、周方向に若干の移動が可能なように溝部30d内に嵌合されている。
このような構成の支持部100で内管80の一端80a側を支持することで、燃焼器ケーシング20(上流側ケーシング21)と筒体30(本体部材30b)との間に供給された低温二酸化炭素が開口30cを介して筒体30内に流入することを防止している。
内管80の他端80b側は、図3に示すように、例えば、内管80の一端80a側よりも外径が大きく構成されている。また、内管80の他端80bは、配管42の内部まで伸びている。内管80には、配管42から供給された高温二酸化炭素が流れる。なお、内管80に供給される高温二酸化炭素は、第1の流体として機能する。
内管80の他端80b側には、内管80と外管70との間をシールするシール部105が設けられている。
シール部105は、例えば、溝部106と、シール部材107とを備える。溝部106は、内管80の外周面に周方向に亘って形成された環状溝で構成される。
シール部材107は、例えば、環状部材で構成される。シール部材107の内周部は、溝部106に嵌合され、外周は、外管70の内周面に当接している。また、シール部材107は、外管70の他端70b側から外管70の内に内管80を挿入する際、外管70の内周面に対して摺動可能な部材または摺動可能な構造で構成されている。
シール部材107としては、例えば、金属製のOリングやピストンリングなどが使用される。なお、シール部材107は、特に限定されるもではない。シール部材107は、内管80と外管70との間をシールする構成であればよい。
シール部105を備えることで、環状通路61に供給された低温二酸化炭素が、配管42側に流出することはない。また、配管42から内管80に供給される高温二酸化炭素が環状通路61に流出することはない。
周方向回動防止機構90は、内管80が周方向に回動することを防止する。周方向回動防止機構90は、図3および図4に示すように、内管突出部91と、外管突出部92とを備える。なお、内管突出部91は、第1の内管突出部として機能し、外管突出部92は、第1の外管突出部として機能する。
内管突出部91は、内管80の外周面から半径方向外側に突出する。ここでは、2つの内管突出部91を備えた一例を示している。この場合、内管突出部91は、周方向に均等に配置される。
内管突出部91は、周方向および軸方向に所定の幅を有する。また、内管突出部91は、後述する嵌合溝93に嵌合できる程度の半径方向外側への突出高さを有する。
なお、周方向回動防止機構90は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。そのため、内管突出部91は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。
外管突出部92は、外管70の内周面から半径方向内側に突出する。ここで、半径方向内側とは、中心軸Oに垂直な方向で中心軸Oに近づく方向を意味する。
また、外管突出部92は、図4に示すように、内管突出部91と嵌合する軸方向に貫通した嵌合溝93を有する。嵌合溝93は、図4に示す中心軸Oに垂直な断面において、断面コ字状の溝で構成されている。なお、外管突出部92は、周方向および軸方向に所定の幅を有する。
嵌合溝93は、外管突出部92を軸方向に貫通して形成されているため、内管80の軸方向の移動を可能としている。一方、内管突出部91が嵌合溝93に嵌合することで、内管80の周方向の回動が防止される。
ここで、内管突出部91、外管突出部92および嵌合溝93の形状は特に限定されない。すなわち、これらの形状は、外管突出部92を軸方向に貫通した嵌合溝93に内管突出部91が嵌合して、内管80の周方向の回動を防止できる形状であればよい。
なお、ここでは、周方向回動防止機構90を配管44が連結された軸方向位置よりも燃焼器10側の軸方向位置に設けた一例を示している。なお、周方向回動防止機構90は、配管44が連結された軸方向位置よりも配管42側の軸方向位置に設けられてもよい。
軸方向移動制限機構110は、軸方向の所定位置よりも一方の側へ内管80が移動することを制限する。ここでは、軸方向移動制限機構110は、所定位置よりも燃焼器10側へ内管80が移動することを抑制している。
図5および図6に示すように、軸方向移動制限機構110は、内管突出部111と、外管突出部112とを備える。なお、内管突出部111は、第2の内管突出部として機能し、外管突出部112は、第2の外管突出部として機能する。
内管突出部111は、内管80の外周面から半径方向外側に突出する。ここでは、2つの内管突出部111を備えた一例を示している。この場合、内管突出部111は、周方向に均等に配置される。内管突出部111は、周方向および軸方向に所定の幅を有する。
なお、軸方向移動制限機構110は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。そのため、内管突出部111は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。
外管突出部112は、外管70の内周面から半径方向内側に突出する。なお、外管突出部112および内管突出部111は、内管80を軸方向に移動した際に、それぞれが接触するように、半径方向に突出している。
そのため、内管80を外管70内に挿入して軸方向に移動する際、内管突出部111が外管突出部112に接触した軸方向位置で内管80の燃焼器10側への移動が制限される。この内管突出部111と外管突出部112とが接触したときの、内管80が存在する軸方向の位置が、軸方向の所定位置に相当する。
ここで、軸方向移動制限機構110は、周方向回動防止機構90が備えられた周方向位置とは異なる周方向位置に備えられる。ここでは、軸方向移動制限機構110と周方向回動防止機構90とが、周方向に90度ずらして配置された一例を示している。
これによって、内管80を外管70内に挿入して軸方向に移動する際、周方向回動防止機構90の内管突出部91と軸方向移動制限機構110の外管突出部112とが接触することを回避できる。これによって、外管突出部112を避ける操作をすることなく、内管80を所定位置まで外管70内に挿入することができる。
ここでは、軸方向移動制限機構110が、周方向回動防止機構90が備えられた軸方向位置とは異なる軸方向位置に備えられた一例を示している。また、ここでは、軸方向移動制限機構110が、配管44が連結された軸方向位置よりも配管42側の軸方向位置に設けられた一例を示している。なお、軸方向移動制限機構110は、配管44が連結された軸方向位置よりも燃焼器10側の軸方向位置に設けられてもよい。
なお、配管44が連結された軸方向位置よりも燃焼器10側の軸方向位置に周方向回動防止機構90を備える場合、環状通路61における圧力損失を低減するために、軸方向移動制限機構110は、配管44が連結された軸方向位置よりも配管42側の軸方向位置に設けられることが好ましい。
ここで、配管42および配管44から導入された二酸化炭素の流れについて、図2〜図6を参照して説明する。
高温二酸化炭素は、図2および図3に示すように、配管42から内管80内に導入される。内管80内に導入された高温二酸化炭素は、筒体30内に導入される。筒体30内に導入された高温二酸化炭素は、燃焼器ライナ12と筒体30との間の環状の空間を下流側へ流れる。この際、高温二酸化炭素は、燃焼器ライナ12およびトランジションピース13を冷却する。
そして、高温二酸化炭素は、燃焼器ライナ12およびトランジションピース13の、例えば、多孔式膜冷却部の孔14、15や希釈孔16などから燃焼器ライナ12内やトランジションピース13内に導入される。
このように、内管80から導入された高温二酸化炭素の全量が燃焼器ライナ12内やトランジションピース13内に導入される。なお、燃焼器ライナ12内やトランジションピース13内に導入された高温二酸化炭素は、燃焼によって生成された燃焼ガスとともにタービン50に導入される。
一方、配管44から環状通路61に導入された冷温二酸化炭素は、周方向回動防止機構90が備えられた環状通路61内を通り、燃焼器ケーシング20と筒体30との間に導かれる。
環状通路61を流れる低温二酸化炭素は、内管80を冷却する。また、内管80の周囲には低温二酸化炭素が流れているため、高温二酸化炭素が流れる内管80からの燃焼器ケーシング20への熱伝達が抑制される。
ここで、配管44から環状通路61に冷温二酸化炭素が導入される際、冷温二酸化炭素は、例えば、内管80の側面に向けて噴出される。この際、内管80は、側面に流れの力を受ける。これによって、内管80には、周方向への回転力が与えられる。しかしながら、周方向回動防止機構90によって、内管80の周方向への回動が防止される。
また、熱膨張によって内管80に軸方向の熱伸びが生じる場合、軸方向移動制限機構110によって、内管80が所定位置よりも燃焼器10側へ移動することが制限される。一方、軸方向移動制限機構110は、配管42側への熱伸びを制限していないため、配管42側への内管80の熱伸びは若干許容される。
燃焼器ケーシング20と筒体30との間に導かれた低温二酸化炭素は、燃焼器ケーシング20と筒体30との間の環状の空間を下流側へ流れる。この際、低温二酸化炭素は、燃焼器ケーシング20および筒体30を冷却する。この低温二酸化炭素は、例えば、タービン50の静翼35や動翼36の冷却にも使用される。このような冷却によって、燃焼器ケーシング20の温度は、例えば、400℃以下となる。
上記したように、第1の実施の形態の二重管60Aによれば、周方向回動防止機構90を備えることによって、環状通路61に低温二酸化炭素が導入されても、内管80の周方向への回動を防止することができる。また、周方向回動防止機構90が備えられた部位においては、内管80の軸方向の移動が制限されることはない。
このように内管80の周方向への回動を防止することで、内管80を摺動可能に支持している摺動部の摩耗などを防止できる。ここで、摺動部としては、支持部100、シール部105などが挙げられる。
軸方向移動制限機構110を備えることによって、例えば、外管70内の軸方向の所定位置に内管80を容易に配置することができる。
また、軸方向移動制限機構110を備えることによって、熱膨張によって内管80に軸方向の熱伸びが生じる場合においても、内管80が全体として燃焼器10側へ移動することが制限される。
ここで、内管80の一端側および他端側は、自由端であり、軸方向に摺動可能な状態に支持されている。熱膨張によって内管80に軸方向の熱伸びが生じた場合、外管突出部112に接触する内管突出部111よりも燃焼器10側の内管80は、燃焼器10側へ熱伸びが可能である。また、内管突出部111よりも配管42側の内管80は、配管42側へ熱伸びが可能である。なお、内管80の配管42側への熱伸びは、若干許容される。
これによって、熱膨張によって内管80に軸方向の熱伸びが生じた場合、二重管60Aの方が、内管が外管に動かないように固定された二重管よりも、内管などの損傷を防止できる。
(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態の二重管60Bの縦断面を拡大して示した図である。図8は、図7のD−D断面を示す図である。図9は、図7のE−E断面を示す図である。図10は、図9のF−F断面を示す図である。ここで、図9は、図7に示す断面から二重管60Bの中心軸Oを中心として90度ずれた位置での縦断面である。
なお、第2の実施の形態において、第1の実施の形態の二重管60Aと同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
第2の実施の形態の二重管60Bにおいては、周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130の構成以外は第1の実施の形態の二重管60Aの構成と同じである。そのため、ここでは、主に周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130の構成について説明する。
図7および図9に示すように、二重管60Bは、外管70と、内管80と、周方向回動防止機構120と、軸方向移動制限機構130とを備える。
ここで、外管70および内管80の構成は、第1の実施の形態における外管70および内管80の構成と同じである。
周方向回動防止機構120は、内管80が周方向に回動することを防止する。周方向回動防止機構120は、図7および図8に示すように、内管突出部121と、外管突出部122とを備える。なお、内管突出部91は、第1の内管突出部として機能し、外管突出部92は、第1の外管突出部として機能する。
内管突出部121は、内管80の外周面から半径方向外側に突出する。ここでは、2個の内管突出部121を備えた一例を示している。この場合、内管突出部121は、周方向に均等に配置される。
なお、内管突出部121は、周方向および軸方向に所定の幅を有する。また、内管突出部121は、後述する嵌合溝123に嵌合できる程度の半径方向外側への突出高さを有する。また、内管突出部91は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。
外管突出部122は、外管70の内周面から半径方向内側に突出して周方向に亘って形成された一つの環状外管突出部で構成されている。すなわち、外管突出部122は、外管70の内周面から半径方向内側に突出して周方向に亘って形成された環状の突条によって構成される。
また、外管突出部122は、図8に示すように、内管突出部121と嵌合する軸方向に貫通した嵌合溝123を有する。嵌合溝123は、図8に示す中心軸Oに垂直な断面において、断面コ字状の溝で構成されている。
嵌合溝123は、外管突出部122を軸方向に貫通して形成されているため、内管80の軸方向の移動を可能としている。一方、内管突出部121が嵌合溝123に嵌合することで、内管80の周方向の回動が防止される。
ここで、内管突出部121および嵌合溝123の形状は特に限定されない。すなわち、内管突出部121および嵌合溝123の形状は、外管突出部122を軸方向に貫通した嵌合溝123に内管突出部121が嵌合して、内管80の周方向の回動を防止できる形状であればよい。
軸方向移動制限機構130は、軸方向の所定位置よりも一方の側へ内管80が移動することを制限する。ここでは、軸方向移動制限機構130は、所定位置よりも燃焼器10側へ内管80が移動することを抑制している。
図9および図10に示すように、軸方向移動制限機構130は、内管突出部131と、外管突出部122とを備える。なお、内管突出部131は、第2の内管突出部として機能し、外管突出部122は、第2の外管突出部として機能する。
ここで、軸方向移動制限機構130の外管突出部122は、周方向回動防止機構120の外管突出部122と同じである。すなわち、軸方向移動制限機構130の外管突出部122および周方向回動防止機構120の外管突出部122は、外管70の内周面から半径方向内側に突出して周方向に亘って形成された一つの環状外管突出部で構成されている。換言すると、軸方向移動制限機構130および周方向回動防止機構120における外管突出部として、一つの外管突出部122を併用している。
内管突出部131は、内管80の外周面から半径方向外側に突出する。ここでは、2つの内管突出部131を備えた一例を示している。この場合、内管突出部131は、周方向に均等に配置される。内管突出部131は、周方向および軸方向に所定の幅を有する。
なお、軸方向移動制限機構130は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。そのため、内管突出部131は、周方向に少なくとも1つ備えられていればよい。
ここで、内管突出部131は、外管突出部122に他端70b側から当接するため、内管突出部121よりも他端70b側に位置する。
外管突出部122の構成は、前述したとおりである。なお、外管突出部122および内管突出部131は、内管80を軸方向に移動した際に、それぞれが接触するように、半径方向に突出している。
そのため、内管80を他端70b側から外管70内に挿入して軸方向に移動する際、内管突出部131が外管突出部122に接触した軸方向位置で内管80の燃焼器10側への移動が制限される。この内管突出部131と外管突出部122とが接触したときの、内管80が存在する軸方向の位置が、軸方向の所定位置に相当する。
ここで、軸方向移動制限機構130は、周方向回動防止機構120が備えられた周方向位置とは異なる周方向位置に備えられる。ここでは、軸方向移動制限機構130と周方向回動防止機構120とが、周方向に90度ずらして配置された一例を示している。
この軸方向移動制限機構130と周方向回動防止機構120とを異なる周方向位置に備えることによる効果は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
ここで、第2の実施の形態では、周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130は、流体導入部である開口72よりも低温二酸化炭素が流れる方向とは逆側に位置する。換言すると、周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130は、配管44が連結された軸方向位置よりも配管42側の軸方向位置に設けられている。
なお、配管42および配管44から導入された二酸化炭素の流れは、第1の実施の形態において説明した、配管42および配管44から導入された二酸化炭素の流れと同じである。
また、周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130を備えることによる効果は、第1の実施の形態において説明した、周方向回動防止機構90および軸方向移動制限機構110を備えることによる効果と同じである。
ここで、第2の実施の形態の二重管60Bにおいては、周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130は、配管44が連結された軸方向位置よりも配管42側の軸方向位置に設けられている。
これによって、周方向回動防止機構120および軸方向移動制限機構130によって、低温二酸化炭素が流れる環状通路61の流路断面積が減少されることはない。そのため、低温二酸化炭素が環状通路61を流れる際の圧力損失を低減することができる。
ここで、第2の実施の形態の二重管60Bの構成に、例えば、第1の実施の形態の二重管60Aの周方向回動防止機構90をさらに備えてもよい。この場合、周方向回動防止機構90は、配管44が連結された軸方向位置よりも燃焼器10側の軸方向位置に設けられる。
以上説明した実施形態によれば、中心軸を中心とした周方向の内管の回転を防止することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…ガスタービン設備、10…燃焼器、11…燃料ノズル部、12…燃焼器ライナ、13…トランジションピース、14、15…孔、16…希釈孔、20…燃焼器ケーシング、21…上流側ケーシング、21a、21b、30c、31、32、72…開口、22…下流側ケーシング、30…筒体、30a…蓋部材、30b…本体部材、30d、106…溝部、35…静翼、36…動翼、40、41、42、43、44、45…配管、42a…フランジ、46、47、48、49…流量調整弁、50…タービン、51…発電機、52…冷却器、53、54…圧縮機、55…熱交換器、60A、60B…二重管、61…環状通路、70…外管、70a、80a…一端、70b、80b…他端、71…フランジ、80…内管、90…周方向回動防止機構、91、111、121、131…内管突出部、92、112、122…外管突出部、93、123…嵌合溝、100…支持部、101…支持部材、102…保持部材、105…シール部、107…シール部材、110…軸方向移動制限機構、120…周方向回動防止機構、130…軸方向移動制限機構。

Claims (7)

  1. 外管と、前記外管の内部に挿通され、第1の流体を流通させるための内管と、前記外管と前記内管との間の環状通路に第2の流体を導入する流体導入部とを備える二重管であって、
    前記内管の外周面から半径方向外側に突出する第1の内管突出部と、
    前記外管の内周面から半径方向内側に突出するとともに、前記第1の内管突出部と嵌合する前記二重管の軸方向に貫通した嵌合溝を有する第1の外管突出部と
    を具備することを特徴とする二重管。
  2. 前記二重管の軸方向の所定位置よりも一方の側へ前記内管が移動することを制限する軸方向移動制限機構を備えたことを特徴とする請求項1記載の二重管。
  3. 前記軸方向移動制限機構は、
    前記内管の外周面から半径方向外側に突出する第2の内管突出部と、
    前記外管の内周面から半径方向内側に突出して形成され、前記二重管の軸方向において前記第2の内管突出部と当接する第2の外管突出部と
    を備えることを特徴とする請求項2記載の二重管。
  4. 前記第1の内管突出部および前記第1の外管突出部が形成される周方向位置は、前記軸方向移動制限機構が形成される周方向位置とは異なることを特徴とする請求項2または3記載の二重管。
  5. 前記第1の内管突出部、前記第1の外管突出部および前記軸方向移動制限機構が、前記流体導入部よりも前記第2の流体が流れる方向とは逆側に位置する場合において、
    前記第1の外管突出部および前記第2の外管突出部が、前記外管の内周面から半径方向内側に突出して周方向に亘って形成された一つの環状外管突出部で構成され、
    前記嵌合溝は、前記環状外管突出部に形成され、
    前記第1の内管突出部が形成される周方向位置は、前記第2の内管突出部が形成される周方向位置とは異なることを特徴とする請求項3記載の二重管。
  6. 前記第1の流体の温度は、前記第2の流体の温度よりも高いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の二重管。
  7. 前記流体導入部は、前記外管の側部に形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の二重管。
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