JP2022191853A - 絞り機構、および、タービン - Google Patents

Abstract

【課題】運転状態に合わせて流路の断面積を変化させることを容易に実現可能な絞り機構等を提供する。
【解決手段】絞り機構５０を構成する管状部材５１を構成する材料と棒状部材５２を構成する材料の線膨張係数が互いに異なっていることにより、温度に応じて管状部材５１と棒状部材５２との間の距離が変動する等の手段を用いることにより、流路を流れる流体の流量を制御する絞り機構が、温度に応じて流路の断面積を自律的に変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、絞り機構、および、タービンに関する。

タービンは、高温かつ高圧な作動媒体（たとえば、超臨界ＣＯ_２媒体）がタービン車室に導入されることによってタービンロータが回転するように構成されている。ここでは、耐熱性を考慮して、タービンロータ等に冷却媒体が流れる冷却媒体流路を設けることが提案されている。そして、冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流量を調整するために、流量調整プラグ等の絞り機構を設けることが提案されている。

WO2016/143103号公報

定格運転時と起動時との間において、初段と最終段との圧力比が大きく変化するタービン（超臨界ＣＯ_２媒体が作動媒体として導入されるＣＯ_２タービンなど）においては、着火以降は、作動媒体が流れる通路部の温度が高くなるため、構成する各部を適宜冷却する必要がある。下流側に位置するタービン段落では、作動媒体と冷却媒体との間の差圧が大きいため、流量を調整するための圧力損失を大きくする必要がある。このため、差圧が大きい定格運転時の条件に圧力損失を合わせた場合には、差圧が小さい起動時に、下流側に位置するタービン段落へ冷却媒体が流れにくくなり、場合によっては、冷却媒体の供給が行われない可能性がある。それゆえ、タービンの運転状態に合わせて、冷却媒体の流体が流れる流路（冷却媒体流路）の断面積を絞り機構で変化させることが要求されている。

しかしながら、たとえば、絞り機構として配管にバルブを設置し、アクチュエータによってバルブを駆動することで配管内の流路の断面積を変化させる場合には、構成が複雑になると共に、配管を設置するための設置スペースが必要になる。また、上記の配管がタービン車室を貫通させるように設置する必要がある場合には、その配管が貫通する部分において作動媒体のリークが発生する場合があると共に、設置に伴ってコストが上昇する可能性がある。

上記のような事情により、従来においては、運転状態に合わせて流路の断面積を変化させることが容易でない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、運転状態に合わせて流路の断面積を変化させることを容易に実現可能な絞り機構、および、タービンを提供することである。

実施形態の絞り機構は、流路を流れる流体の流量を制御する絞り機構であって、温度に応じて流路の断面積が自律的に変化するように構成されている。

図１は、第１実施形態にかかる絞り機構の構成を模式的に示す断面図である。 図２Ａは、第２実施形態にかかる絞り機構の構成を模式的に示す断面図である。 図２Ｂは、第２実施形態にかかる絞り機構の構成を模式的に示す上面図である。 図３Ａは、第３実施形態にかかる絞り機構の構成を模式的に示す断面図である。 図３Ｂは、第３実施形態にかかる絞り機構の構成を模式的に示す上面図である。 図３Ｃは、第３実施形態にかかる絞り機構において、第１の付勢部材６３１および第２の付勢部材６３２の特性の一例を示す図である。 図３Ｄは、第３実施形態の変形例にかかる絞り機構において、第１の付勢部材６３１および第２の付勢部材６３２の特性の一例を示す図である。 図３Ｅは、第３実施形態の変形例にかかる絞り機構において、第１の付勢部材６３１および第２の付勢部材６３２の特性の一例を示す図である。 図３Ｆは、第３実施形態の変形例にかかる絞り機構の構成を模式的に示す上面図である。 図３Ｇは、第３実施形態の変形例にかかる絞り機構の構成を模式的に示す上面図である。 図４は、第４実施形態にかかる発電システムの全体構成について模式的に示す図である。 図５は、第４実施形態にかかる発電システムにおいて、タービンの側面を模式的に示す側面図である。 図６は、第４実施形態にかかるタービンの一部断面を模式的に示す断面図である。 図７は、第４実施形態にかかるタービンにおいて、冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）と時間との関係を示す図である。 図８は、第４実施形態にかかるタービンにおいて、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）と時間との関係を示す図である。 図９は、第５実施形態にかかるタービンの一部断面を模式的に示す断面図である。 図１０は、第５実施形態にかかるタービンにおいて、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）と時間との関係を示す図である。 図１１は、第６実施形態にかかるタービンの一部断面を模式的に示す断面図である。 図１２は、第６実施形態にかかるタービンにおいて、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）と時間との関係を示す図である。

＜第１実施形態＞
［Ａ］絞り機構の構成
第１実施形態にかかる絞り機構の構成について図１を用いて説明する。

本実施形態において、絞り機構５０は、図１に示すように、管状部材５１と棒状部材５２と支持部材５３とを有し、流路（冷却媒体流路など）を流れる流体（冷却媒体など）の流量を制御する。ここでは、絞り機構５０は、温度に応じて流路の断面積（流路面積）が自律的に変化するように構成されている。図１では、管状部材５１および棒状部材５２の軸方向に対して直交する面における断面を示している。絞り機構５０を構成する各部について順次説明する。

本実施形態の絞り機構５０において、管状部材５１は、たとえば、円筒形状の管状体である。管状部材５１は、冷却媒体流路などの流路を構成する内部空間ＳＰ５１を内部に有する。

棒状部材５２は、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１に設置されている。ここでは、棒状部材５２は、たとえば、円柱形状の棒状体であって、管状部材５１と同軸になるように配置されている。

支持部材５３は、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１において棒状部材５２を支持するために設けられている。ここでは、支持部材５３は、複数の棒状体であって、一端が管状部材５１の内周面に連結され、他端が棒状部材５２の外周面に連結されている。

本実施形態では、管状部材５１を構成する材料の線膨張係数と、棒状部材５２を構成する材料の線膨張係数とが互いに異なっている。これにより、本実施形態の絞り機構５０は、温度に応じて管状部材５１と棒状部材５２との間の距離が変動する。その結果、流路において、管状部材５１および棒状部材５２の軸方向に対して直交する面の断面積が変化する。

具体的には、管状部材５１を構成する材料の線膨張係数よりも、棒状部材５２を構成する材料の線膨張係数が大きい場合には、温度の上昇に伴って、管状部材５１よりも棒状部材５２が膨張するので、管状部材５１の内周面と棒状部材５２の外周面との間の距離が狭くなる。その結果、流路の断面積が減少する。この場合の材料の一例は、下記の通りである。なお、この場合、支持部材５３の線膨張係数は、管状部材５１よりも棒状部材５２に近い方が好ましい（逆の場合には、引っ張りによって付根部分に応力が発生するため）。
・管状部材５１を構成する材料：高Ｃｒ耐熱合金鋼（１２Ｃｒ鋼）、アルミニウム合金
・棒状部材５２を構成する材料：オーステナイト系ステンレス鋼、チタン合金、インバー

この一方で、管状部材５１を構成する材料の線膨張係数よりも、棒状部材５２を構成する材料の線膨張係数が小さい場合には、温度の下降に伴って、管状部材５１よりも棒状部材５２が収縮するので、管状部材５１の内周面と棒状部材５２の外周面との間の距離が拡がる。その結果、流路の断面積が増加する。この場合の材料の一例は、下記の通りである。なお、この場合、支持部材５３の線膨張係数は、棒状部材５２よりも管状部材５１に近い方が好ましい（逆の場合には、引っ張りによって付根部分に応力が発生するため）。
・管状部材５１を構成する材料：オーステナイト系ステンレス鋼、チタン合金、インバー
・棒状部材５２を構成する材料：高Ｃｒ耐熱合金鋼（１２Ｃｒ鋼）、アルミニウム合金

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の絞り機構５０では、温度に応じて流路の断面積が自律的に変化するように構成されている。このため、本実施形態では、たとえば、タービンの運転状態に合わせて温度が変化したときに、流路の断面積を変化させることを容易に実現可能である。

＜第２実施形態＞
［Ａ］絞り機構の構成
第２実施形態にかかる絞り機構の構成について図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。

本実施形態の絞り機構５０は、第１実施形態の場合と同様に、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、管状部材５１と棒状部材５２と支持部材５３とを有し、流路（冷却媒体流路など）を流れる流体（冷却媒体など）の流量を制御する。ここでは、絞り機構５０は、温度に応じて流路の断面積が自律的に変化するように構成されている。図２Ａでは、管状部材５１および棒状部材５２の軸方向に対して直交する面における上面を示している。図２Ｂでは、管状部材５１および棒状部材５２の軸方向に沿った面における断面を示している。

本実施形態の絞り機構５０において、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１は、たとえば、円錐台形状であって、管状部材５１および棒状部材５２の軸方向において一端（下端）から他端（上端）へ向かうに伴って、断面積が狭くなっている。

棒状部材５２は、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１において、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１と同軸になるように配置されている。

支持部材５３は、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１において棒状部材５２を支持するために設けられている。ここでは、支持部材５３は、複数の棒状体であって、一端が管状部材５１の内周面に連結され、他端が棒状部材５２の外周面に連結されている。

本実施形態では、温度に応じて支持部材５３が膨張または収縮することに伴って内部空間ＳＰ５１において棒状部材５２が移動し、管状部材５１と棒状部材５２との間の距離が変動することによって、流路の断面積が変化するように構成されている。

たとえば、温度が上昇した場合には、その温度の上昇に伴って支持部材５３が膨張し、内部空間ＳＰ５１において棒状部材５２が上方へ移動する。これにより、図２から判るように、管状部材５１の内周面と棒状部材５２の外周面との間の距離が短くなるため、流路の断面積が小さくなる。これに対して、温度が下降した場合には、その温度の下降に伴って支持部材５３が収縮し、内部空間ＳＰ５１において棒状部材５２が下方へ移動する。これにより、図２から判るように、管状部材５１の内周面と棒状部材５２の内周面との間の距離が長くなるため、流路の断面積が大きくなる。

線膨張係数の関係は、棒状部材５２および支持部材５３が管状部材５１よりも大きい方が好ましい。支持部材５３のみが膨張した場合には、棒状部材５２が押し上げられるので流路の断面積が小さくなる。また、棒状部材５２のみが膨張した場合には、第１実施形態と同様に、棒状部材５２と管状部材５１との間の流路の断面積が小さくなる。

なお、温度の上昇に伴って、流路の断面積が大きくなり、温度の下降に伴って、流路の断面積が小さくなるように、絞り機構５０を構成してもよい。本構成については図示を省略しているが、たとえば、管状部材５１の内部空間ＳＰ５１について、管状部材５１および棒状部材５２の軸方向において一端（下端）から他端（上端）へ向かうに伴って断面積が拡がるように形成することで実現可能である（図２Ｂ参照）。この場合、線膨張係数の関係は、上記した関係と逆の関係であることが好ましい。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の絞り機構５０では、第１実施形態の場合と同様に、温度に応じて流路の断面積が自律的に変化するように構成されている。このため、本実施形態においても、たとえば、タービンの運転状態に合わせて温度が変化したときに、流路の断面積を変化させることを容易に実現可能である。

＜第３実施形態＞
［Ａ］絞り機構の構成
第３実施形態にかかる絞り機構の構成について図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。

本実施形態の絞り機構５０は、第１実施形態の場合と異なり、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１の流路構成部材６１と第２の流路構成部材６２と付勢部材６３とを有し、流路（冷却媒体流路など）を流れる流体（冷却媒体など）の流量を制御する。第１の流路構成部材６１は、流路を構成する第１の貫通孔Ｈ６１を有し、第２の流路構成部材６２は、流路を構成する第２の貫通孔Ｈ６２を有する。ここでは、絞り機構５０は、温度に応じて流路の断面積が自律的に変化するように構成されている。図３Ａでは、第１の貫通孔Ｈ６１および第２の貫通孔Ｈ６２の中心軸方向に対して直交する面における断面を示している。図３Ｂでは、第１の貫通孔Ｈ６１および第２の貫通孔Ｈ６２の中心軸方向に沿った面における上面を示している。

本実施形態の絞り機構５０において、第１の流路構成部材６１は、板状体部６１１と凸部６１２とを有する。第１の流路構成部材６１のうち、板状体部６１１には、第１の貫通孔Ｈ６１が形成されている。第１の流路構成部材６１のうち、凸部６１２は、一対であって、板状体部６１１の上面において両端に設けられている。板状体部６１１の上面において一対の凸部６１２の間には、矩形形状のトレンチＴ６１（凹部）が介在している第１の流路構成部材６１において、トレンチＴ６１は、円柱形状の第１の貫通孔Ｈ６１の中心軸方向において第１の貫通孔Ｈ６１に並ぶように第１の貫通孔Ｈ６１の上方に位置しており、第１の貫通孔Ｈ６１に連通している。

第２の流路構成部材６２は、板状体であって、第１の貫通孔Ｈ６１と共に流路を構成する第２の貫通孔Ｈ６２が形成されている。第２の流路構成部材６２において、第２の貫通孔Ｈ６２は、円柱形状であって、たとえば、第２の貫通孔Ｈ６２の内径が第１の貫通孔Ｈ６１の内径よりも大きい。また、第２の流路構成部材６２は、第１の流路構成部材６１のトレンチＴ６１の内部において移動可能に設置されている。第２の流路構成部材６２において移動方向における幅は、第１の流路構成部材６１のトレンチＴ６１において移動方向における幅よりも狭い。

付勢部材６３は、たとえば、バネであって、トレンチＴ６１の内部において第２の流路構成部材６２の移動方向へ第２の流路構成部材６２を付勢するために設置されている。ここでは、付勢部材６３は、第１の付勢部材６３１と第２の付勢部材６３２とを含む。

第１の付勢部材６３１は、トレンチＴ６１の内部において第２の流路構成部材６２の移動方向の一方側（左側）に設置されている。第２の付勢部材６３２は、トレンチＴ６１の内部において第２の流路構成部材６２の移動方向の他方側（右側）に設置されている。

第１の付勢部材６３１を構成する材料および第２の付勢部材６３２を構成する材料は、温度に応じてヤング率が変化する傾向が、互いに異なっている。これにより、温度に応じて第２の付勢部材６３２がトレンチＴ６１の内部において移動するに伴って、第１の貫通孔Ｈ６１と第２の貫通孔Ｈ６２とがオーバーラップする部分の大きさが変動する。その結果、第１の貫通孔Ｈ６１と第２の貫通孔Ｈ６２とで構成される流路の断面積が変化する。

たとえば、ある温度からある温度に上昇した時にヤング率が変化する割合に関して、第１の付勢部材６３１を構成する材料よりも第２の付勢部材６３２を構成する材料の方を大きくする。これにより、温度の上昇に伴って第１の付勢部材６３１と第２の付勢部材の押し付け力のバランスが変化し、第１の貫通孔Ｈ６１と第２の貫通孔Ｈ６２とがオーバーラップする部分が小さくなることによって、流路の断面積が小さくなる。そして、温度の下降に伴って、第１の貫通孔Ｈ６１と第２の貫通孔Ｈ６２とがオーバーラップする部分が大きくなることによって、流路の断面積が大きくなる。

図３Ｃは、第３実施形態にかかる絞り機構において、第１の付勢部材６３１および第２の付勢部材６３２の特性の一例を示す図である。図３Ｃにおいて、横軸は温度ｔであって、縦軸はヤング率Ｅである。

図３Ｃに示すように、第１の付勢部材６３１と第２の付勢部材６３２との間は、温度とヤング率の関係が互いに異なっている。ここでは、温度ｔ０におけるヤング率Ｅは、第１の付勢部材６３１よりも第２の付勢部材６３２の方が高く、第１の付勢部材６３１のヤング率Ｅと第２の付勢部材６３２のヤング率Ｅとの間には、差ｄ０がある。そして、温度ｔ０よりも高い温度ｔ１におけるヤング率Ｅは、第１の付勢部材６３１よりも第２の付勢部材６３２の方が低く、第１の付勢部材６３１のヤング率Ｅと第２の付勢部材６３２のヤング率Ｅとの間には、差ｄ１がある。このように、温度ｔ０から温度ｔ１に変化したときは、第１の付勢部材６３１のヤング率Ｅと第２の付勢部材６３２のヤング率Ｅとの間の差ｄ０，ｄ１が変化する。その結果、第１の付勢部材６３１の付勢力と第２の付勢部材６３２の付勢力についても、温度に応じて差が生ずるため、第２の流路構成部材６２が第１の流路構成部材６１に対して移動する。

なお、温度の上昇に伴って、流路の断面積が大きくなり、温度の下降に伴って、流路の断面積が小さくなるように、絞り機構５０を構成してもよい。本構成については図示を省略しているが、たとえば、第１の貫通孔Ｈ６１と第２の貫通孔Ｈ６２とがオーバーラップする部分が小さい状態から、温度の上昇に伴って、そのオーバーラップする部分が大きい状態になるように絞り機構５０を構成することで実現可能である。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の絞り機構５０では、第１実施形態の場合と同様に、温度に応じて流路の断面積が自律的に変化するように構成されている。このため、本実施形態においても、たとえば、タービンの運転状態に合わせて温度が変化したときに、流路の断面積を変化させることを容易に実現可能である。

［Ｃ］変形例
上記実施形態では、第１の付勢部材６３１および第２の付勢部材６３２の特性について、図３Ｃに示したが、これに限らない。

図３Ｄおよび図３Ｅは、第３実施形態の変形例にかかる絞り機構において、第１の付勢部材６３１および第２の付勢部材６３２の特性の一例を示す図である。図３Ｄおよび図３Ｅにおいて、横軸は温度ｔであって、縦軸はヤング率Ｅである。

図３Ｄに示すように、温度ｔ０よりも高い温度ｔ１におけるヤング率Ｅは、図３Ｃの場合と異なり、第１の付勢部材６３１よりも第２の付勢部材６３２の方が高くてもよい。また、図３Ｄに示すように、第２の付勢部材６３２のヤング率Ｅは、温度ｔ０から温度ｔ１の間において、温度の上昇に伴ってヤング率Ｅが変化する割合が変動してもよい。図示していないが、第１の付勢部材６３１のヤング率Ｅも第２の付勢部材６３２のヤング率Ｅと同様に、温度ｔ０から温度ｔ１の間において、温度の上昇に伴ってヤング率Ｅが変化する割合が変動してもよい。このような場合であっても、温度ｔ０から温度ｔ１に変化したときは、第１の付勢部材６３１のヤング率Ｅと第２の付勢部材６３２のヤング率Ｅとの間の差ｄ０，ｄ１が変化し、第１の付勢部材６３１の付勢力と第２の付勢部材６３２の付勢力についても、温度に応じて差が生ずる。このため、第２の流路構成部材６２が第１の流路構成部材６１に対して移動する。

また、上記実施形態では、第１の貫通孔Ｈ６１および第２の貫通孔Ｈ６２は、円形状である場合を例示したが、これに限らない。

図３Ｆおよび図３Ｇは、第３実施形態の変形例にかかる絞り機構の構成を模式的に示す上面図である。

図３Ｆに示すように、第１の貫通孔Ｈ６１および第２の貫通孔Ｈ６２は、たとえば、矩形状であってもよい。第１の貫通孔Ｈ６１および第２の貫通孔Ｈ６２が矩形状である場合には、両者が重複する面積の算出が容易であるため、容易に設計可能である。

この他に、図３Ｇに示すように、第１の貫通孔Ｈ６１は、移動方向において中央よりも側部の方が広くなるように構成されていてもよい。これにより、図３Ｆの場合よりも面積の変化を大きくすることができる

＜第４実施形態＞
［Ａ］発電システムの構成
図４は、第４実施形態にかかる発電システムの全体構成について模式的に示す図である。

図４に示すように、本実施形態の発電システムは、超臨界の作動媒体（作動ＣＯ_２媒体）を用いて発電を行うように構成されている。本実施形態の発電システムを構成する各部に関して順次説明する。

［Ａ－１］タービン１０
本実施形態の発電システムにおいて、タービン１０は、燃焼器８１から超臨界状態の作動媒体が供給される。そして、タービン１０において、作動媒体が膨張し仕事を行うことによって、タービン１０の回転軸が回転する。タービン１０から排気された媒体は、再生熱交換器８２へ流れる。

［Ａ－２］発電機１１
発電機１１は、タービン１０の駆動によって発電を行うように構成されている。ここでは、発電機１１の回転軸は、タービン１０の回転軸に連結されており、タービン１０の回転軸が回転することで、発電機１１の回転軸が回転し、発電機１１において発電が行われる。

［Ａ－３］再生熱交換器８２
再生熱交換器８２では、タービン１０から排気された媒体と、ＣＯ_２ポンプ８６から排出された媒体とが流入し、両者の間において熱交換が行われるように構成されている。ここでは、タービン１０から排気された媒体は、再生熱交換器８２での熱交換によって冷却される。この一方で、ＣＯ_２ポンプ８６から排出された媒体は、再生熱交換器８２での熱交換によって加熱され、燃焼器８１へ供給される。

［Ａ－４］冷却器８３
冷却器８３においては、タービン１０から排気された後に再生熱交換器８２で熱交換が行われた媒体が冷却される。これにより、冷却器８３では、再生熱交換器８２から排出された媒体に含まれる水蒸気が凝縮される。

［Ａ－５］湿分分離器８５
湿分分離器８５においては、冷却器８３から排出された媒体が供給される。湿分分離器８５では、その供給された媒体から、冷却器８３での凝縮によって生じた水（液相水）を分離する。その分離された水は、湿分分離器８５から外部へ排出される。このため、湿分分離器８５では、高純度のＣＯ_２を含む媒体が得られる。

［Ａ－６］ＣＯ_２ポンプ８６
ＣＯ_２ポンプ８６は、高純度のＣＯ_２である媒体が湿分分離器８５から供給され、その供給された媒体を超臨界圧に昇圧する。ＣＯ_２ポンプ８６で昇圧された媒体のうち、一部は、外部へ排出され、たとえば、貯留や、石油増進回収などに利用される。ここでは、たとえば、燃焼器８１における燃焼で増加したＣＯ_２の量に相当するＣＯ_２が外部へ排出される。そして、ＣＯ_２ポンプ８６で昇圧された媒体のうち、残部は、上述したように、再生熱交換器８２に供給され、加熱される。

［Ａ－７］燃焼器８１
再生熱交換器８２の途中から抽出された一部の媒体は、冷却媒体（冷却ＣＯ_２媒体）としてタービン１０に供給される。そして、再生熱交換器８２を通過した媒体の残部は、燃焼器８１に導かれる。つまり、再生熱交換器８２において、ＣＯ_２ポンプ８６で昇圧された媒体が、タービン１０から排気された媒体との熱交換によって加熱された後に、燃焼器８１に流入する。燃焼器８１では、燃料が外部から供給されると共に、酸素製造装置８０から酸素が供給される。燃焼器８１では、燃焼によって燃焼ガスが生成され、燃焼ガスを含む超臨界状態の作動媒体が排出される。

［Ｂ］タービン１０の構成
第４実施形態にかかるタービン１０の一例に関して、図５および図６を用いて説明する。

図５は、タービン１０の側面を模式的に示している。図６は、タービン１０の一部断面を模式的に示している。図６において、縦方向は鉛直方向ｚであり、横方向は第１水平方向ｘであり、紙面に垂直な方向は第２水平方向ｙである。図６では、鉛直面（ｘｚ面）の一部断面（主に上半側の断面）を模式的に示している。

実施形態に係るタービン１０においては、図５に示すように、作動媒体Ｆが燃焼器ケーシング８１１を介して内部に導入される。

図６に示すように、タービン１０は、タービンロータ２０とタービン車室３０とタービン段落４０とを備える。タービン１０は、多段式であって、タービンロータ２０の回転中心軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に複数のタービン段落４０が並ぶように配置されている。タービン１０において、作動媒体Ｆは、タービン車室３０のうち外部車室３２に収容された内部車室３１の内部に、トランジションピース３１１を介して導入される。そして、その導入された作動媒体Ｆは、上流側Ｕｓから下流側Ｄｓに並ぶ複数のタービン段落４０において、順次、仕事を行う。

その後、作動媒体Ｆは、図５に示すように、排気管９０を介して、タービン車室３０の外部へ排出される。

実施形態に係るタービン１０を構成する各部の詳細に関して順次説明する。

［Ｂ－１］タービンロータ２０
タービンロータ２０は、棒状体であって、回転中心軸ＡＸが第１水平方向ｘに沿うように、軸受（図示省略）によって回転可能に支持されている。タービンロータ２０には、複数のロータホイール２１が外周面に設けられている。複数のロータホイール２１は、回転中心軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ）に並ぶように配列されている。図６では図示を省略しているが、タービンロータ２０は、発電機に連結されている。

［Ｂ－２］タービン車室３０
タービン車室３０は、二重車室構造であって、内部車室３１と外部車室３２とを有する。

［Ｂ－２－１］内部車室３１
タービン車室３０において、内部車室３１は、複数のタービン段落４０を囲うように、タービンロータ２０の周囲に設置されている。

［Ｂ－２－２］外部車室３２
タービン車室３０において、外部車室３２は、内部車室３１を介して、タービンロータ２０を収容するように構成されている。

［Ｂ－２－３］パッキンヘッド３２１
また、外部車室３２には、最終段のタービン段落４０よりも下流側Ｄｓであって径方向の内側部分にパッキンヘッド３２１が設置されている。ここでは、軸方向においてパッキンヘッド３２１と最終段のロータホイール２１との間には、最終段ホイールスペースＲＷが介在している。

［Ｂ－３］タービン段落４０
タービン段落４０は、複数の静翼４１（ノズル翼）で構成された静翼翼列、および、複数の動翼４２で構成された動翼翼列を含む。タービン段落４０は、静翼翼列と、静翼翼列の下流側Ｄｓにおいて隣接する動翼翼列とによって構成されており、複数が回転中心軸ＡＸに沿った軸方向に並んでいる。

［Ｂ－３－１］静翼４１
静翼翼列を構成する複数の静翼４１（ノズル翼）は、内部車室３１の内部において支持されている。複数の静翼４１は、内側シュラウド４１１と外側シュラウド４１２との間において、タービンロータ２０の周りを囲うように、回転方向Ｒに配列されている。

［Ｂ－３－２］動翼４２
動翼翼列を構成する複数の動翼４２は、内部車室３１の内部においてタービンロータ２０の周りを囲うように、回転方向Ｒに配列されている。動翼４２は、径方向において内側部分に植込部４２２が設けられている。植込部４２２は、タービンロータ２０のロータホイール２１の外周面に嵌合されている。動翼４２の外周は、シュラウドセグメント４２１で包囲されている。シュラウドセグメント４２１は、外側シュラウド４１２によって支持されている。

タービンロータ２０の外周面のうち静翼４１に対面する部分には、たとえば、遮熱ピース７０が設けられている。ここでは、遮熱ピース７０は、タービンロータ２０の外周面において内側シュラウド４１１の内周面に対面する部分に支持されている。遮熱ピース７０は、タービン車室３０の内部において作動媒体Ｆが流れる主流路と、タービンロータ２０との間を遮熱するために設けられている。

［Ｂ－３－３］遮熱ピース７０
遮熱ピース７０は、遮熱板７１と脚部７２とを備えており、タービンロータ２０の径方向において外側から内側へ向かうに伴って、遮熱板７１と脚部７２とが順次設けられている。

遮熱ピース７０において、遮熱板７１は、タービンロータ２０の回転中心軸ＡＸに沿って延在する部分を含む。遮熱板７１は、遮熱板７１の外周面と内側シュラウド４１１の内周面との間に隙間が介在していると共に、遮熱板７１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間に空間が介在するように設置されている。脚部７２は、タービンロータ２０の径方向に延在しており、脚部７２において径方向の内側には係合部７２ａが形成されている。係合部７２ａは、タービンロータ２０に係合されている。

静翼４１の内周面と遮熱板７１外周面との間を密封するために、適宜、シールフィン４３が設けられている。また、動翼４２の外周面と内部車室３１に設けられたシュラウドセグメント４２１の内周面との間を密封するために、シールフィン４３が設けられている。

［Ｂ－４］上流側グランド部Ｇ１／下流側グランド部Ｇ２
タービン１０は、上流側グランド部Ｇ１と下流側グランド部Ｇ２とを含む。

上流側グランド部Ｇ１は、タービン１０において軸方向でタービン段落４０が配置されていない両端部のうち、作動媒体Ｆの上流側Ｕｓに位置する一端部である。下流側グランド部Ｇ２は、タービン１０において軸方向でタービン段落４０が配置されていない両端部のうち、作動媒体Ｆの下流側Ｄｓに位置する一端部である。つまり、タービン１０においては、軸方向でタービン段落４０が配置された部分が上流側グランド部Ｇ１と下流側グランド部Ｇ２とによって挟まれている。

［Ｂ－５］グランドシール部３５ａ，３５ｂ，３５ｃ
上流側グランド部Ｇ１および下流側グランド部Ｇ２においては、グランドシール部３５ａ，３５ｂ，３５ｃが設置されている。グランドシール部３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、タービンロータ２０を含む回転体とタービン車室３０を含む静止体との間を密封するために設けられている。

具体的には、グランドシール部３５ａは、上流側グランド部Ｇ１において、外部車室３２の内周面とタービンロータ２０の外周面との間を密封するように、外部車室３２の内周面に複数が設置されている。グランドシール部３５ｂは、上流側グランド部Ｇ１において、内部車室３１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間を密封するように、内部車室３１の内周面に複数が設置されている。そして、グランドシール部３５ｃは、下流側グランド部Ｇ２において、内部車室３１に設置されたパッキンヘッド３２１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間を密封するように、パッキンヘッド３２１の内周面に複数が設置されている。

グランドシール部３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、たとえば、ラビリンスフィンを含むように構成されている。この他に、ブラシシール、リーフシール、アブレイダブルシール、ハニカムシールなどのように種々のシール構造でグランドシール部３５ａ，３５ｂ，３５ｃを構成してもよい。

［Ｂ－６］トランジションピース３１１
トランジションピース３１１は、タービン車室３０の上方から外部車室３２と内部車室３１とを貫通するように径方向に延在する部分を含む。トランジションピース３１１は、作動媒体Ｆを初段のタービン段落４０に導入するように、初段のタービン段落４０に連結されている。

［Ｂ－７］冷却媒体導入管３１３
冷却媒体導入管３１３は、トランジションピース３１１と同様に、タービン車室３０の上方から外部車室３２と内部車室３１とを貫通するように径方向に延在している。冷却媒体導入管３１３は、トランジションピース３１１において径方向に延在する部分を囲うように設置されている。冷却媒体導入管３１３の内径は、トランジションピース３１１において径方向に延在する部分の外径よりも大きく、冷却媒体導入管３１３の内周面とトランジションピース３１１において径方向に延在する部分の外周面との間を、冷却媒体ＣＦが流れる。冷却媒体導入管３１３とトランジションピース３１１との間を流れた冷却媒体ＣＦは、内部車室３１の内部においてタービンロータ２０の周りを回転方向Ｒに囲うように形成された冷却室Ｒ３１ａに導入される。

［Ｂ－８］内部車室冷却媒体流路Ｈ３１
内部車室３１には、冷却媒体ＣＦが流れる内部車室冷却媒体流路Ｈ３１が形成されている。内部車室冷却媒体流路Ｈ３１は、冷却媒体ＣＦをタービン段落４０の静翼４１へ供給するために設けられている。ここでは、内部車室冷却媒体流路Ｈ３１は、第１の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１１と第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２とを含む。

第１の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１１は、タービンロータ２０の軸方向に沿った孔であって、作動媒体Ｆの上流側Ｕｓに位置する一端が冷却室Ｒ３１ａに連通している。

第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２は、タービンロータ２０の径方向に沿った孔であって、径方向において第１の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１１よりも内側に形成されている。第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２は、径方向において外側の一端が第１の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１１に連通している。これに対して、第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち径方向において内側の他端は、外側シュラウド４１２を介して、静翼４１に連通している。

内部車室冷却媒体流路Ｈ３１は、たとえば、タービン１０において上半側と下半側とのそれぞれに１つずつ設けられている。内部車室冷却媒体流路Ｈ３１は、回転方向Ｒにおいて複数が等間隔で設けられていることが好ましい。

［Ｂ－９］ロータ冷却流路Ｈ２１
タービンロータ２０は、冷却媒体ＣＦが流れるロータ冷却流路Ｈ２１が形成されている。ロータ冷却流路Ｈ２１は、遮熱板７１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間に位置する空間へ、冷却室Ｒ３１ａから冷却媒体ＣＦが流れるように構成されている。ここでは、ロータ冷却流路Ｈ２１は、第１のロータ冷却流路部Ｈ２１１と第２のロータ冷却流路部Ｈ２１２と第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３とを含む。

第１のロータ冷却流路部Ｈ２１１は、タービンロータ２０の径方向に沿った孔である。第１のロータ冷却流路部Ｈ２１１は、径方向において外側の一端が冷却室Ｒ３１ａに連通している。これに対して、第１のロータ冷却流路部Ｈ２１１のうち径方向において内側の他端は、第２のロータ冷却流路部Ｈ２１２に連通している。

第２のロータ冷却流路部Ｈ２１２は、タービンロータ２０の軸方向に沿った孔であって、タービンロータ２０の回転中心軸ＡＸに対して同軸に設けられている。

第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３は、タービンロータ２０の径方向に沿った孔である。第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３は、径方向において内側の一端が第２のロータ冷却流路部Ｈ２１２に連通している。これに対して、第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち径方向において外側の他端は、遮熱板７１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間に位置する空間に連通している。第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３は、複数のタービン段落４０のそれぞれに対応して設けられている。

［Ｂ－１０］絞り機構５０ａ
本実施形態のタービン１０においては、絞り機構５０ａが設けられている。絞り機構５０ａは、冷却媒体をタービン段落４０へ導入するための冷却媒体流路である、ロータ冷却流路Ｈ２１および内部車室冷却媒体流路Ｈ３１に設けられている。

具体的には、絞り機構５０ａは、ロータ冷却流路Ｈ２１を構成する複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち最終段のタービン段落４０よりも上流側Ｕｓ側のタービン段落４０に冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第１の冷却媒体流路部）には、設置されていない。絞り機構５０ａは、複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。

また、絞り機構５０ａは、内部車室冷却媒体流路Ｈ３１を構成する複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち最終段のタービン段落４０よりも上流側Ｕｓ側のタービン段落４０に冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第１の冷却媒体流路部）には、設置されていない。絞り機構５０ａは、複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。

絞り機構５０ａは、たとえば、第１実施形態の絞り機構５０と同様な構成であって、最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）の断面積が、温度の上昇に伴って小さくなるように構成されている。絞り機構５０ａは、第２実施形態または第３実施形態の絞り機構５０と同様な構成であってもよい。

［Ｃ］冷却媒体ＣＦの流れ
上記のタービン１０における冷却媒体ＣＦの流れに関して説明する。

タービン１０においては、図５に示すように、冷却媒体ＣＦが燃焼器ケーシング８１１を介して外部からタービン車室３０の内部に導入される。ここでは、冷却媒体ＣＦは、図４で示したように、タービン１０から排気された後に冷却等が行われた媒体であって、作動媒体Ｆよりも温度が低く、作動媒体Ｆよりも圧力が高い状態でタービン１０に導入される。

具体的には、冷却媒体ＣＦは、図６に示すように、冷却媒体導入管３１３を通って内部車室３１の内部に流入する。冷却媒体ＣＦは、トランジションピース３１１の外周面と冷却媒体導入管３１３の内周面との間を経由して、内部車室３１の内部に設けられた冷却室Ｒ３１ａに導入される。

冷却室Ｒ３１ａに導入された冷却媒体ＣＦは、上流側グランド部Ｇ１において、タービン車室３０の内部から外部へリークする。具体的には、上流側グランド部Ｇ１において、冷却媒体ＣＦは、冷却室Ｒ３１ａから、グランドシール部３５ｂが設けられた内部車室３１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間へ流れる。その後、冷却媒体ＣＦは、グランドシール部３５ａが設けられた外部車室３２の内周面とタービンロータ２０の外周面との間を流れる。

また、冷却室Ｒ３１ａに導入された冷却媒体ＣＦは、タービンロータ２０に形成されたロータ冷却流路Ｈ２１に導入される。ここでは、冷却媒体ＣＦは、ロータ冷却流路Ｈ２１において、第１のロータ冷却流路部Ｈ２１１と第２のロータ冷却流路部Ｈ２１２と第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３とを順次流れる。そして、冷却媒体ＣＦは、遮熱ピース７０を構成する遮熱板７１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間に位置する空間へ流れる。そして、たとえば、動翼４２の植込部４２２とロータホイール２１との間を通過して、冷却媒体ＣＦが動翼４２へ導入される。これにより、タービンロータ２０および動翼４２が冷却される。動翼４２へ導入された冷却媒体ＣＦは、たとえば、内部車室３１の内部において作動媒体Ｆが流れる主流路へ排出される。

この他に、冷却室Ｒ３１ａに導入された冷却媒体ＣＦは、内部車室３１に形成された内部車室冷却媒体流路Ｈ３１を経由して、複数のタービン段落４０のそれぞれにおいて静翼４１へ供給される。具体的には、内部車室冷却媒体流路Ｈ３１に流入した冷却媒体は、外側シュラウド４１２において径方向の外側に設けられた空間に導入される。外側シュラウド４１２において径方向の外側に設けられた空間は、回転方向Ｒにリング状に連通した空間であって、たとえば、静翼４１と内側シュラウド４１１とのそれぞれの内部に形成された冷却孔（図示省略）に連通している。冷却媒体ＣＦは、外側シュラウド４１２から静翼４１と内側シュラウド４１１とのそれぞれに形成された冷却孔を順次流れる。これにより、静翼４１などが冷却される。そして、静翼４１の冷却で用いられた冷却媒体ＣＦは、たとえば、内部車室３１の内部において作動媒体Ｆが流れる主流路へ排出される。

上述したように、本実施形態では、複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち最終段のタービン段落４０よりも上流側Ｕｓ側のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３には、絞り機構５０ａが設置されていない。同様に、複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち最終段のタービン段落４０よりも上流側Ｕｓ側のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２には、絞り機構５０ａが設置されていない。しかし、最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２には、絞り機構５０ａが設置されている。このため、最終段のタービン段落４０においては、絞り機構５０ａを介して、冷却媒体が導入される。

最終段のタービン段落４０において、遮熱板７１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間に位置する空間へ流入した冷却媒体ＣＦは、動翼４２へ導入される他に、軸方向において最終段のロータホイール２１よりも下流側Ｄｓに位置する最終段ホイールスペースＲＷに流れる。最終段ホイールスペースＲＷに流れた冷却媒体ＣＦは、下流側グランド部Ｇ２において、タービン車室３０の内部から外部へリークする。具体的には、下流側グランド部Ｇ２において、冷却媒体ＣＦは、グランドシール部３５ｃが設けられたパッキンヘッド３２１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間へ流れる。

［Ｄ］冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）および冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）について
図７は、冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）と時間との関係を示す図である。図８は、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）と時間との関係を示す図である。

図７および図８では、上記のタービン１０について起動運転を開始した時点から定格運転を開始する時点までの間に関して示している。図８においては、複数（４つ）のタービン段落のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量を示しており、「ＳＴＧ１」は、第１段（初段）のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ２」は、第２段のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ３」は、第３段のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ４」は、第４段（最終段）のタービン段落４０の場合を示している。また、図８においては、本実施形態のタービン１０の場合を「実線」で示し、本実施形態のタービン１０と異なり、絞り機構５０ａが設置されていない関連技術の場合を「破線」で示している。

図７に示すように、冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）は、本実施形態では、時間の経過に伴って、たとえば、比例して上昇する。つまり、起動の開始時から定格運転の開始時へ経過する間は、冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）が線形に上昇する。なお、冷却温度を上昇させるためには、燃焼器８１（図４参照）の着火を実行する。

図８において破線で示すように、本実施形態のタービン１０と異なり絞り機構５０ａが設置されていない関連技術の場合、複数（４つ）のタービン段落４０のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、時間の経過に伴って、タービン入口圧力が上昇していくため、上昇する。起動の初期（図８の左側）に冷却媒体ＣＦが複数（４つ）のタービン段落４０のそれぞれへ流れる流量は、タービン段落４０の位置が上流側から下流側へ向かうに伴って少ない。冷却媒体ＣＦの流量が時間に応じて上昇する割合は、タービン段落４０の位置が上流側から下流側へ向かうに伴って大きい。起動の初期（図８の左側）は、翼面熱伝達率が小さいため、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は少なくてもよい。しかし、起動の初期（図８の左側）は、第４段ＳＴＧ４（最終段）のタービン段落４０では、上述したように、作動媒体と冷却媒体ＣＦとの間の差圧が小さいため、冷却媒体ＣＦの流量が不十分になる場合がある。

図８において実線で示すように、本実施形態のタービン１０の場合においても、定格運転の開始時（図８の右側）には、複数（４つ）のタービン段落４０のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、関連技術の場合と同様である。

本実施形態のタービン１０は、絞り機構５０ａが設置されている。上述したように、絞り機構５０ａは、第４段ＳＴＧ４（最終段）のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２に設置されている。絞り機構５０ａは、温度の上昇に伴って、第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）の断面積が小さくなるように構成されている。図７に示したように、冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）が時間の経過に伴って上昇するため、絞り機構５０ａにおいては、時間の経過に伴って圧力損失が大きくなる。このため、絞り機構５０ａは、起動の初期（図８の左側）には、定格運転の開始時（図８の右側）よりも、冷却媒体ＣＦが流れる流路の断面積が大きい。

図８において実線で示すように、本実施形態のタービン１０の場合には、起動の初期に第４段ＳＴＧ４（最終段）のタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）が、関連技術の場合よりも増加している。これにより、起動の初期に第４段ＳＴＧ４（最終段）よりも上流側（ＳＴＧ１～ＳＴＧ３）に位置するタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量は、関連技術の場合よりも減少する。

その結果、第４段ＳＴＧ４（最終段）のタービン段落４０へ導入するための冷却媒体ＣＦの流量が時間に応じて上昇する割合は、本実施形態の場合の方が、関連技術の場合よりも低くなる。これに対して、他のタービン段落４０へ導入するための冷却媒体ＣＦの流量が時間に応じて上昇する割合は、本実施形態の場合の方が、関連技術の場合よりも大きくなる。

［Ｅ］まとめ
以上のように、本実施形態では、最終段よりも上流側のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを導入するための冷却媒体流路には、絞り機構５０ａが設置されていないが、最終段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを導入するための冷却媒体流路には、絞り機構５０ａが設置されている。絞り機構５０ａは、温度の上昇に伴って冷却媒体流路の断面積が小さくなるように構成されている。このため、本実施形態では、上述したように、起動の初期時から定格運転の開始時までの間において、最終段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを十分に導入することができる。また、本実施形態では、外部からアクセスしたり調整したりすることなく、流体の温度に伴って自律的な調整を実行可能である。

［Ｆ］変形例
なお、上記の実施形態では、絞り機構５０ａは、複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち最終段のタービン段落４０よりも上流側Ｕｓ側のタービン段落４０に冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第１の冷却媒体流路部）には、設置されていない。また、絞り機構５０ａは、内部車室冷却媒体流路Ｈ３１を構成する複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち最終段のタービン段落４０よりも上流側Ｕｓ側のタービン段落４０に冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第１の冷却媒体流路部）には、設置されていない。しかしながら、これに限らない。上記実施形態において絞り機構５０ａが未設置である冷却媒体流路にも、必要に応じて、絞り機構５０ａを設置してもよい。

また、上記の実施形態では、第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３は、径方向において内側の一端が第２のロータ冷却流路部Ｈ２１２に連通し、径方向において外側の他端が、遮熱板７１の内周面とタービンロータ２０の外周面との間に位置する空間に連通している場合について説明したが、これに限らない。第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち、径方向において外側の他端は、動翼４２の内部の冷却流路に、直接、連通していてもよい。

また、上記実施形態では、第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）に、同じ構成の絞り機構５０ａを設置する場合について説明したが、これに限らない。当然ながら、必要に応じて、第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）において異なる構成の絞り機構５０ａを設置してもよい。

＜第５実施形態＞
［Ａ］タービン１０の構成
第５実施形態にかかるタービン１０の一例に関して、図９を用いて説明する。

図９は、図６と同様に、タービン１０の一部断面を模式的に示している。

本実施形態のタービン１０においては、絞り機構５０ｂが設けられている。絞り機構５０ｂは、第４実施形態の絞り機構５０ａと異なる位置に設置されている。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第４実施形態と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

本実施形態において、絞り機構５０ｂは、ロータ冷却流路Ｈ２１を構成する複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち初段（第１段）のタービン段落４０よりも下流側Ｄｓ側のタービン段落４０に冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第１の冷却媒体流路部）には、設置されていない。絞り機構５０ｂは、複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち初段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。

また、絞り機構５０ｂは、内部車室冷却媒体流路Ｈ３１を構成する複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち初段（第１段）のタービン段落４０よりも下流側Ｄｓ側のタービン段落４０に冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第１の冷却媒体流路部）には、設置されていない。絞り機構５０ｂは、複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち初段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。

絞り機構５０ｂは、たとえば、第１実施形態の絞り機構５０と同様な構成であって、初段（第１段）のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）の断面積が大きくなるように構成されている。絞り機構５０ｂは、第２実施形態または第３実施形態の絞り機構５０と同様な構成であってもよい。

［Ｂ］冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）について
図１０は、第５実施形態にかかるタービンにおいて、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）と時間との関係を示す図である。

図１０は、図８と同様に、複数（４つ）のタービン段落のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量を示しており、「ＳＴＧ１」は、第１段（初段）のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ２」は、第２段のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ３」は、第３段のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ４」は、第４段（最終段）のタービン段落４０の場合を示している。また、図１０においては、図８と同様に、本実施形態のタービン１０の場合を「実線」で示し、本実施形態のタービン１０と異なり、絞り機構５０ｂが設置されていない関連技術の場合を「破線」で示している。

図１０において実線で示すように、本実施形態のタービン１０の場合においても、定格運転の開始時（図１０の右側）には、複数（４つ）のタービン段落４０のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、関連技術の場合と同様である。

本実施形態のタービン１０は、絞り機構５０ｂが設置されている。上述したように、絞り機構５０ｂは、第１段ＳＴＧ１（初段）のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２に設置されている。絞り機構５０ｂは、温度の上昇に伴って、第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）の断面積が大きくなるように構成されている。図７に示したように、冷却媒体ＣＦの温度（冷却温度）が時間の経過に伴って上昇するため、絞り機構５０ｂにおいては、時間の経過に伴って圧力損失が小さくなる。このため、絞り機構５０ｂは、起動の初期（図１０の左側）には、定格運転の開始時（図１０の右側）よりも、冷却媒体ＣＦが流れる流路の断面積が小さい。

図１０において実線で示すように、本実施形態のタービン１０の場合には、起動の初期に第１段ＳＴＧ１（初段）のタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）が、関連技術の場合よりも減少している。これにより、起動の初期に第１段ＳＴＧ１（初段）よりも下流側の段落（ＳＴＧ２～ＳＴＧ４）に位置するタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量は、関連技術の場合よりも増加する。

その結果、第１段ＳＴＧ１（初段）のタービン段落４０へ導入するための冷却媒体ＣＦの流量が時間に応じて上昇する割合は、本実施形態の場合の方が、関連技術の場合よりも高くなる。これに対して、他のタービン段落４０へ導入するための冷却媒体ＣＦの流量が時間に応じて上昇する割合は、本実施形態の場合の方が、関連技術の場合よりも小さくなる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、初段よりも下流側のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを導入するための冷却媒体流路には、絞り機構５０ｂが設置されていないが、初段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを導入するための冷却媒体流路には、絞り機構５０ｂが設置されている。絞り機構５０ｂは、温度の上昇に伴って冷却媒体流路の断面積が大きくなるように構成されている。このため、本実施形態では、起動の初期時から定格運転の開始時までの間において、最終段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを十分に導入することができる。また、本実施形態では、外部からアクセスしたり調整したりすることなく、流体の温度に伴って自律的な調整を実行可能である。

＜第６実施形態＞
［Ａ］タービン１０の構成
第６実施形態にかかるタービン１０の一例に関して、図１１を用いて説明する。

図１１は、図６および図９と同様に、タービン１０の一部断面を模式的に示している。

本実施形態のタービン１０においては、絞り機構５０ａの他に、絞り機構５０ｂが設けられている。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第４実施形態の場合（図６参照）および第５実施形態の場合（図９参照）と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

本実施形態において、絞り機構５０ａは、第４実施形態の場合（図６参照）と同様に設置されている。具体的には、絞り機構５０ａは、複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。また、絞り機構５０ａは、複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。絞り機構５０ａは、最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）の断面積が小さくなるように構成されている。

本実施形態において、絞り機構５０ｂは、第５実施形態の場合（図９参照）と同様に設置されている。つまり、絞り機構５０ｂは、複数の第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３のうち初段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。また、絞り機構５０ｂは、複数の第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２のうち初段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）に設置されている。絞り機構５０ｂは、最終段のタービン段落４０へ冷却媒体を導入するための第３のロータ冷却流路部Ｈ２１３および第２の内部車室冷却媒体流路部Ｈ３１２（第２の冷却媒体流路部）の断面積が大きくなるように構成されている。

［Ｂ］冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）について
図１２は、第６実施形態にかかるタービンにおいて、冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）と時間との関係を示す図である。

図１２は、図８および図１０と同様に、複数（４つ）のタービン段落のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量を示しており、「ＳＴＧ１」は、第１段（初段）のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ２」は、第２段のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ３」は、第３段のタービン段落４０の場合を示し、「ＳＴＧ４」は、第４段（最終段）のタービン段落４０の場合を示している。また、図１２においては、図８および図１０と同様に、本実施形態のタービン１０の場合を「実線」で示し、本実施形態のタービン１０と異なり、絞り機構５０ｂが設置されていない関連技術の場合を「破線」で示している。

図１２において実線で示すように、本実施形態のタービン１０の場合においても、定格運転の開始時（図１２の右側）には、複数（４つ）のタービン段落４０のそれぞれに供給される冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、関連技術の場合と同様である。

本実施形態のタービン１０は、絞り機構５０ａおよび絞り機構５０ｂが設置されている。上述したように、絞り機構５０ａは、起動の初期（図１２の左側）には、定格運転の開始時（図１２の右側）よりも、冷却媒体ＣＦが流れる流路の断面積が大きい。これに対して、絞り機構５０ｂは、起動の初期（図１２の左側）には、定格運転の開始時（図１２の右側）よりも、冷却媒体ＣＦが流れる流路の断面積が小さい。

本実施形態では、起動の初期に第４段ＳＴＧ４（最終弾）のタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、第４実施形態の場合と同様に、絞り機構５０ａの作用により関連技術の場合よりも増加する。

また、本実施形態では、起動の初期に第１段ＳＴＧ１（初段）のタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、絞り機構５０ｂの作用により、第５実施形態の場合と同様に、関連技術の場合よりも減少する。これに伴い、起動の初期に第１段ＳＴＧ１（初段）よりも下流側の段落（ＳＴＧ２～ＳＴＧ４）に位置するタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量は、関連技術の場合よりも増加する。

その結果、本実施形態において、起動の初期に第４段ＳＴＧ４（最終弾）のタービン段落４０に導入するための冷却媒体ＣＦの流量（冷却流量）は、絞り機構５０ａおよび絞り機構５０ｂの作用によって、第４実施形態および第５実施形態の場合よりも増加する。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、最終段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを導入するための冷却媒体流路には、絞り機構５０ａが設置されると共に、初段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを導入するための冷却媒体流路には、絞り機構５０ｂが設置されている。絞り機構５０ａは、温度の上昇に伴って冷却媒体流路の断面積が小さくなるように構成されている。絞り機構５０ｂは、温度の上昇に伴って冷却媒体流路の断面積が大きくなるように構成されている。このため、本実施形態では、上述したように、起動の初期時から定格運転の開始時までの間において、最終段のタービン段落４０に冷却媒体ＣＦを十分に導入することができる。また、本実施形態では、外部からアクセスしたり調整したりすることなく、流体の温度に伴って自律的な調整を実行可能である。

＜その他＞
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。

たとえば、上記の実施形態では、超臨界状態の作動媒体（作動ＣＯ_２媒体）が導入されるＣＯ２タービンであるタービン１０に、絞り機構５０（５０ａ，５０ｂ）を設置する場合について説明したが、これに限らない。必要に応じて、他の媒体が作動媒体として導入されるタービン１０に、絞り機構５０（５０ａ，５０ｂ）を設置してもよい。

１０…タービン、１１…発電機、１２…タービン、２０…タービンロータ、２１…ロータホイール、３０…タービン車室、３１…内部車室、３２…外部車室、３５ａ…グランドシール部、３５ｂ…グランドシール部、３５ｃ…グランドシール部、４０…タービン段落、４１…静翼、４２…動翼、４３…シールフィン、７０…遮熱ピース、７１…遮熱板、７２…脚部、７２ａ…係合部、８０…酸素製造装置、８１…燃焼器、８２…再生熱交換器、８３…冷却器、８５…湿分分離器、８６…ＣＯ_２ポンプ、９０…排気管、３１１…トランジションピース、３１３…冷却媒体導入管、３２１…パッキンヘッド、４１１…内側シュラウド、４１２…外側シュラウド、４２１…シュラウドセグメント、４２２…植込部、８１１…燃焼器ケーシング、ＡＸ…回転中心軸、ＣＦ…冷却媒体、Ｄｓ…下流側、Ｆ…作動媒体、Ｇ１…上流側グランド部、Ｇ２…下流側グランド部、Ｈ２１…ロータ冷却流路、Ｈ２１１…第１のロータ冷却流路部、Ｈ２１２…第２のロータ冷却流路部、Ｈ２１３…第３のロータ冷却流路部、Ｈ３１…内部車室冷却媒体流路、Ｈ３１１…第１の内部車室冷却媒体流路部、Ｈ３１２…第２の内部車室冷却媒体流路部、Ｒ…回転方向、Ｒ３１ａ…冷却室、
ＲＷ…最終段ホイールスペース、Ｕｓ…上流側、５０…絞り機構、５１…管状部材、５２…棒状部材、５３…支持部材、ＳＰ５１…内部空間、６１…第１の流路構成部材、６２…第２の流路構成部材、６３…付勢部材、Ｈ６１…第１の貫通孔、Ｈ６２…第２の貫通孔、Ｔ６１…トレンチ、６３１…第１の付勢部材、６３２…第２の付勢部材

Claims (8)

1. 流路を流れる流体の流量を制御する絞り機構であって、
   温度に応じて前記流路の断面積が自律的に変化するように構成されている、
   絞り機構。
2. 前記流路を構成する内部空間が形成されている管状部材と、
   前記管状部材の前記内部空間に設置されている棒状部材と、
   前記管状部材の前記内部空間において前記棒状部材を支持する支持部材と
   を有し、
   前記管状部材を構成する材料の線膨張係数と、前記棒状部材を構成する材料の線膨張係数とが互いに異なっており、
   温度に応じて前記管状部材と前記棒状部材との間の距離が変動することによって、前記流路の断面積が変化するように構成されている、
   請求項１に記載の絞り機構。
3. 前記流路を構成する内部空間が形成されている管状部材と、
   前記管状部材の前記内部空間に設置されている棒状部材と、
   前記管状部材の前記内部空間において前記棒状部材を支持する支持部材と
   を有し、
   温度に応じて前記支持部材が膨張または収縮することに伴って前記内部空間において前記棒状部材が移動し、前記管状部材と前記棒状部材との間の距離が変動することによって、前記流路の断面積が変化するように構成されている、
   請求項１に記載の絞り機構。
4. 前記流路を構成する第１の貫通孔および前記第１の貫通孔に連通するトレンチが形成されている第１の流路構成部材と、
   前記流路を構成する第２の貫通孔が形成されており、前記トレンチの内部において移動可能に設置されている第２の流路構成部材と、
   前記トレンチの内部において前記第２の流路構成部材の移動方向に前記第２の流路構成部材を付勢する付勢部材と
   を有し、
   前記付勢部材は、
   前記トレンチの内部において前記移動方向の一方側に設置された第１の付勢部材と
   前記トレンチの内部において前記移動方向の他方側に設置された第２の付勢部材と
   を含み、
   前記第１の付勢部材を構成する材料および前記第２の付勢部材を構成する材料は、温度に応じてヤング率が変化する傾向が互いに異なっており、
   温度に応じて前記第２の付勢部材が前記トレンチの内部において移動するに伴って、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔とがオーバーラップする部分の大きさが変動することによって、前記流路の断面積が変化するように構成されている、
   請求項１に記載の絞り機構。
5. タービンロータと、
   前記タービンロータを収容しているタービン車室と、
   複数の静翼が前記タービン車室の内部に配置された静翼翼列、および、前記タービン車室の内部において複数の動翼が前記タービンロータに配置された動翼翼列を含むタービン段落と
   を備え、作動媒体が前記タービン車室の内部に導入され、前記タービンロータの軸方向において前記タービン段落を介して流れることによって前記タービンロータが回転するタービンであって、
   請求項１から４のいずれかに記載の絞り機構
   を有し、
   前記作動媒体よりも温度が低い冷却媒体を前記タービン段落へ導入するための冷却媒体流路が、前記流路として、前記タービンロータと前記タービン車室との少なくとも一方に設けられており、
   前記絞り機構は、前記冷却媒体流路に設けられている、
   タービン。
6. 前記タービン段落は、
   第１のタービン段落と、
   前記軸方向において前記第１のタービン段落よりも前記作動媒体の下流側に位置する第２のタービン段落と
   を少なくとも含み、
   前記冷却媒体流路は、
   前記第１のタービン段落に前記冷却媒体を導入するための第１の冷却媒体流路部と、
   前記第２のタービン段落に前記冷却媒体を導入するための第２の冷却媒体流路部と
   を少なくとも含み、
   前記絞り機構は、少なくとも、前記第２の冷却媒体流路部に設置され、温度の上昇に伴って前記第２の冷却媒体流路部の断面積が小さくなるように構成されている、
   請求項５に記載のタービン。
7. 前記タービン段落は、
   第１のタービン段落と、
   前記軸方向において前記第１のタービン段落よりも前記作動媒体の下流側に位置する第２のタービン段落と
   を少なくとも含み、
   前記冷却媒体流路は、
   前記第１のタービン段落に前記冷却媒体を導入するための第１の冷却媒体流路部と、
   前記第２のタービン段落に前記冷却媒体を導入するための第２の冷却媒体流路部と
   を少なくとも含み、
   前記絞り機構は、少なくとも、前記第１の冷却媒体流路部に設置され、温度の上昇に伴って前記第１の冷却媒体流路部の断面積が大きくなるように構成されている、
   請求項５に記載のタービン。
8. 前記タービン段落は、
   第１のタービン段落と、
   前記軸方向において前記第１のタービン段落よりも前記作動媒体の下流側に位置する第２のタービン段落と
   を少なくとも含み、
   前記冷却媒体流路は、
   前記第１のタービン段落に前記冷却媒体を導入するための第１の冷却媒体流路部と、
   前記第２のタービン段落に前記冷却媒体を導入するための第２の冷却媒体流路部と
   を少なくとも含み、
   前記絞り機構は、
   前記第１の冷却媒体流路部に設置され、温度の上昇に伴って前記第１の冷却媒体流路部の断面積が大きくなるように構成されている第１の絞り機構と、
   前記第２の冷却媒体流路部に設置され、温度の上昇に伴って前記第２の冷却媒体流路部の断面積が小さくなるように構成されている第２の絞り機構と
   を少なくとも含む、
   請求項５に記載のタービン。

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