JP5394503B2 - 回転再生式熱交換器を用いる熱外燃式ガスタービン - Google Patents
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Description
。
本発明の第4の目的は、機械的仕事の産出を可能にしながら、高温の炭素堆積物または灰で汚染された燃焼排ガスがタービン装置に与える否定的な作用を回避することである。
本発明のさらに別の目的は、静止型および移動型のエネルギー生産のために、たとえば自動車、モーター等に動力を供給するために石油以外のエネルギー源を使用することである。
− 灰や炭素堆積物を形成する燃料を、使用できる。炭素堆積物や灰の粒子は、タービンランナーには接触しない。タービンランナーは、音速に達する回転側で回転するため、これは非常に重要なことである。炭素堆積物粒子がそのような高速でタービンランナーに打ち当たると、上記タービン部分に重大な損傷を引起こす。さらに炭素堆積物および灰の粒子は、タービンランナーに腐食作用や有害作用を及ぼすことが認識されるべきである。
必要が無いことを意味する。
本発明に従い熱交換器の表面は、触媒タイプたとえば白金層で被覆された表面であってよい。
本発明の別の実施形態に従い、コンプレッサ装置から空気を受取り、かつ燃焼室(15)から熱を受取る2台以上の再生式熱交換器を使用してもよい。このような2台以上の再生式熱交換器は、互いに平行に配置されている。
コンプレッサ装置11は、従来のようにタービン装置13によって共通シャフト17を介して駆動される。
の可動部分には接触しないであろう。さらにタービン装置13から出る空気中の残留熱を活用して、圧縮室12の圧縮空気を加熱するために、残留熱を燃焼熱と一緒にタービン装置13の上流側に差向けることが可能であろう。これは固体材料が位置B、すなわち燃焼室内部で加熱され、次に固体材料中の熱エネルギーが位置A、すなわち圧縮室12内で圧縮空気に伝達されることが可能であろう。この解決に従い、タービン装置13に損傷を来すことなく、固体形態または粒子形態の燃料、たとえば木材チップ、石炭、バイオペレットを使用することが可能である。
意すべきは、材料の加熱と冷却を交互に行う再生方式は、交換器を用いる熱伝達よりもはるかに効率的な伝熱原理だということである。そのような再生式熱交換器を用いることによって、他の従来技術の熱交換器に比べて、システムの実効出力と伝熱能力を低下させることなく、重量、容積、および保守の頻度を減らすことが可能である。
出される高温のガスのために過度に高くなり、熱交換器16の少なくとも一部で溶融を引起こすことが分かった。熱交換器16のこのように過度に高い温度を下げるために、圧縮空気の一部は、燃焼室15の外側を通ることが許され、次に燃焼室15から出る高温のガスと一緒に再生式熱交換器14/回転再生式熱交換器16内に差向けられる。燃焼室15を迂回するガスは、再生式熱交換器の外部に沿って流れることができ、それによって前記熱交換器をたとえば600°Cに冷却する。熱交換器14、16の温度を制御できるようにするために、適当なタイプのバルブ/フラップ24を備えて、燃焼室15を迂回する低温の圧縮空気の量を制御して、それによって熱交換器14、16の燃焼側における温度が安全な許容範囲内に留まることを確保する。このような安全な稼働範囲は、900〜1000°Cのオーダーである。コンプレッサ装置11から出て燃焼室15を迂回する空気の量は、コンプレッサ装置11によって供給される総量の30〜50%の範囲内、好ましくは総量の約45%である。
図示された実施形態に従い、回転再生式熱交換器16の一体的部分を形成するダクト21は、熱交換器の回転軸線に平行に配置されている。しかしながら、熱交換器のダクト21が熱交換器の回転軸線に対して角度を形成してよいことが理解されるべきである。さらに再生式熱交換器からの出口温度は、好ましくは約200°Cのオーダーであってよい。
Claims (9)
- 熱エネルギーを機械的仕事に変換するように構成されたガスタービン(10)であって、前記ガスタービン(10)は、コンプレッサ装置(11)と、前記コンプレッサ装置(11)と同じシャフトで回転するタービン装置(13)と、前記コンプレッサ装置(11)の出口と前記タービン装置(13)の入口との間に配置される少なくとも1台の回転再生式熱交換器(16)と、燃焼室(15)と、配管系とを有し、
前記回転再生式熱交換器(16)は、前記燃焼室(15)から出る高温の燃焼排ガスによって、前記コンプレッサ装置(11)から前記タービン装置(13)への空気流れに熱を供給するように構成され、
前記回転再生式熱交換器(16)は、径方向に延びる複数の壁(22)によって複数の扇形部分に分割され、
前記ガスタービン(10)はさらに、前記燃焼室(15)を迂回するバイパスライン(23)を備え、
前記回転再生式熱交換器は、連続的に回転するように構成され、
前記回転再生式熱交換器は、前記回転再生式熱交換器の回転軸線に対して平行または角度を形成して延びる複数のダクト要素(21)を備え、これらダクト要素の両端は開いており、
前記回転再生式熱交換器は、前記回転再生式熱交換器内を通る互いに分離された2方向流れを許容するように構成され、
前記バイパスライン(23)は、前記コンプレッサ装置(11)の出口と、少なくとも1台の再生式熱交換器(16)の入口との間で、前記燃焼室(15)を迂回させるように配置され、よって前記コンプレッサ装置(11)から出る圧縮空気の一部は、前記燃焼室(15)を迂回してから、前記回転再生式熱交換器の中へ向けられるとともに前記燃焼室からの前記燃焼排ガスに向けられる
ことを特徴とする、ガスタービン(10)。 - 前記燃焼室(15)の上流側には、制御弁が配置され、
前記制御弁は、前記圧縮空気の少なくとも一部を、前記燃焼室(15)に差向けるように構成されている、
請求項1記載のガスタービン(10)。 - 前記回転再生式熱交換器(16)の熱交換面は、白金被覆のような触媒被覆を施されている、
請求項1記載のガスタービン(10)。 - 少なくとも1台の前記回転再生式熱交換器(16)は、前記ダクト要素として、空気流れの主方向に平行に配置された複数のダクト(21)を備え、
前記回転再生式熱交換器(16)は、前記ダクト(21)の部分が空気流れを加熱するために常時前記コンプレッサ装置(11)と前記タービン装置(13)との間の空気流れの中に位置し、
前記ダクト(21)の残りの部分は、前記燃焼室(15)から出る燃焼排ガス流の中に位置することで加熱されるように構成されている、
請求項1〜3何れか一項記載のガスタービン(10)。 - 前記ダクト(21)の長手方向軸線は、少なくとも1台の前記回転再生式熱交換器(16)の回転軸線に対して角度を形成している、
請求項4記載のガスタービン(10)。 - 少なくとも1台の前記回転再生式熱交換器(16)を通る圧縮空気の流入のための開口部の一部は、前記タービン装置(13)の上流側出口に対して回転変位し、
圧縮空気流れの一部が、前記燃焼室(15)から出る空気流れ内に差向けられることによって、少なくとも1台の前記再生式熱交換器(16)のダクト(21)から粒子が洗い流しされる、
請求項5記載のガスタービン(10)。 - 電気的エネルギーは、前記コンプレッサ装置(11)によって生出され、
前記コンプレッサ装置(11)の回転子は、電力を発生する発電機として機能し、
前記コンプレッサ装置(11)の周囲に、固定子ユニット(24)が配置され、
前記固定子ユニット(24)は、1個以上のコイルを有する、
請求項1〜6何れか一項記載のガスタービン(10)。 - 前記コンプレッサ装置(11)のランナーは、永久磁化されている、
請求項1記載のガスタービン(10)。 - 前記コンプレッサ装置(11)のランナーは、外部磁界によって磁化されている、
請求項8記載のガスタービン(10)。
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