JPS60147540A - 粒子を含む高温ガスのためのエネルギ回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターボ機械と称される型の装置に於て粒子を
含む高温のガスより粒子とエネルギを回収する装置に係
る。多くのプロセスに於て粒子を含む高温の排ガスが発
生するが、本発明はこれより粒子とエネルギの両者を回
収することに係る。

エネルギ不足の進行に伴ってこれまで廃棄されていたエ
ネルギを回収することが願られている。

多量のエネルギを発生する典型的なプロセスの一つは石
炭ガス化プロセスである。石炭ガス化プロセスに於ては
その副産物として高温の排ガスが生ずる。この場合プロ
セスの性質上高温の排ガスはフライアッシュ、ドロマイ
ト等の形態による多量の固体粒子を含んでいる。この多
量にエネルギを含む排ガスより実際にエネルギを回収す
ることには大きな困難が伴う。それは固形の粒子を含む
高温のガスよりターボ機械を用いてエネルギを回収しよ
うとする時には、そのブレードが侵蝕されることにより
ターボ装置の決定的な破損が生ずるからである。かかる
困難はガスの温度の増大と共に侵蝕作用が増大すること
によって一層重人となる。

粒子を含んだ高温のガスが発生する他の一つのプロセス
は、石油の流体触媒によるクラッキングプロセスである
。この場合、触媒が高温ガス流中に混入し、ターボ機械
のブレードの侵蝕に加担する。

エネルギ回収の効率を高めるためには、排ガスはできる
だけ高い瀧麿にて用いられなければならない。ターボ機
械の構成要素が１２５０〜１３００下（６７５〜７１０
℃）程度のガスと接触し、この程度の温度に加熱される
ことが許されるためには、特殊な合金が必要である。特
殊な合金を用いることなく通常の材料によって必要な強
度を得るためには構成部材の冷却が必要である。

本発明の一つの目的は、高温ガスに含まれるエネルギを
機械エネルギに変換するターボ機械を提供することであ
る。

本発明の伯の一つの目的は、ターボ機械の構成部分を有
効に冷却する手段を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、ターボ機械内に組込ま
れる有効な粒子回収装置を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、高温のガスにて作動す
ることのできるエネルギ回収用のガス膨張装置を提供す
ることである。

本発明の更に他の一つの目的は、ガスより粒子を分離し
月高温ガスと接触する部分を特殊な金属を必要としない
温度に冷却することにより高温ガスよりエネルギを回収
することのできる装置を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、広い温度範囲に亙って
作動することのできる安全で経済的で且信頼性のあるエ
ネルギ回収装置を提供することでこれらの目的は、本発
明によれば、粒子を含む高温のガスよりエネルギを回収
する装置にして、高温ガスの流れの中に設けられた第一
段のブレードを含むロータと、前記ガスの流れ方向に見
て前記第一段のブレードより下流側且半径方向外側に位
置する受け室であって前記ブレードにより半径方向外方
へ向けられた粒子を受ける位置にその入口を有する受け
室を郭定する環状の収集手段と、前記ガスの流れ方向に
見て前記第一段のブレードより上流側に位置する一連の
第一のステータブレードと、前記第一のステータブレー
ドと熱交ＩＩＡ関係にある冷却室であって冷却用のガス
を受けるための接続口を有する冷却室を郭定する手段を
含み前記第一のステータブレードを冷却する手段と、高
温のガスより粒子が前記受は室へ移動することを助ける
ために前記冷却用ガスの少なくとも一部を前記受は室内
へ導くよう前記冷却室より前記受は室へ延びる通路を郭
定する手段と、を有することを特徴とするエネルギ回収
装置によって達成さ本発明によれば、前記冷却室より前
記骨は室へ扱ける通路は該受は空への入口に近接して高
温ガスの流れ方向にほぼ平行に設けられてよく、これに
よって冷却ガス流は高温ガス及びそれに含まれる粒子を
受け室内へ引入れるエゼクタとして作用するようになっ
ていてよい。

また上記の如き目的は、本発明によれば、高温のガス流
よりエネルギを回収する装置にして、前記ガス流中に設
けられた一連の第一のステータブレードと、前記ガスの
流れに沿って見て前記第一のステータブレードの下流側
にあ、つて前記ガス流中に設けられ一つの軸に装着され
た第一段のロータブレードと、前記ガス流に沿って見て
前記第一段のロータブレードより下流側に設けられた一
連の第二のステータブレードと、前記ガス流に沿って見
て前記第二のステータブレードの下流側にあって該ガス
流中に位置するよう前記軸に装着された一連の第二段の
ロータブレードと、前記第二のステータブレードを支持
すると共に一つの排気室と前記ロータブレードの一つよ
り下流側にて該排気室へ通ずる入口とを郭定し前記ガス
流より膨張されることによって温度が低下したガスが前
記排気室へ流入することにより前記ステータブレードを
有効に冷却せしめる手段とによって達成される。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

図示の実施例は本発明をターボ機械型のエネルギ回収装
置に適用したものを示す。このターボ機械は二段式のも
のとして構成されているが、本発明はこれに限られるも
のではなく、単段式のもの或いは二段以上の多数段のタ
ーボ機械にも適用されるものであるｉ 第１図は典型的には粒子を含む高温のガスである流動流
体中に含まれるエネルギを回転エネルギに変換すること
のできるエネルギ回収装置１０を示している。このター
ボ機械は成る限られた温度にて使用できる材料よりなっ
ており、特に高温にて使用できる特殊な合金よりは大幅
に安い材料より作られている。特殊な合金はその製造及
び加工に多くの費用を要するものであり、好ましくない
ものである。

第１図はターボ機械の一部の断面図である。高温の流動
流体は図示の左方の部分より導管１２を通って入口領域
２０へ流入する。この流体はストラット５４の間を通っ
て右方へ流れ、更に第一段のステータブレード４４、第
一段のロータブレード４２、第二段のステータブレード
４６、第二段のロータブレード５２を通って排気領域１
１へ流れる。かかる通路を通る途中にガスは各段にて膨
張され、その温度が低下し、これよりエネルギが取出さ
れる。

入口領域２０はその外周部を殻体７０により郭定されて
いる。殻体７０はステンレス鋼或いはハステロイの如き
かなり高い温度にて長期間に亙って使用に耐える材料よ
りなっている。殻体７０の外側には絶縁材７２が設けら
れており、更にその外側にはこれを保持するための殻体
７１が設けられている。殻体７１の半径方向外側にはケ
ーシング７４が設けられており、これと殻体７１の間に
は環状の空隙７６が設けられている。空隙７６内へは冷
却流体が入口８０を経て導入されており、この冷却流体
は機械の周縁を廻って流れ、出ロア８より排出されるよ
うになっている。この冷却流体は蒸気その他の気体であ
ってよく、殻体７０．７１及び絶縁材７２を経て伝達さ
れた熱を吸収する作用をなし、これらの殻体及びケーシ
ング７４がより安価な材料にて作られることを許１もの
である。また十分な鏝の冷却ガスが供給される時には、
機械が特に高温用に設「］される場合を除き絶縁材７２
は省略されてもよい。

入口領域２０の内側はハステロイ或いはステンレス鋼よ
りなる入口ディスク２２により郭定されている。その内
側には断熱材２４が設けられ、内側カバー２６によりそ
の位置に保持されている。

内側カバー２６はターボ機械の中心部に中央室２８を郭
定している。

ストラット５４は殻体７０と入口ディスク２２の間に延
在し、導管８８を通すための開口を与えている。この導
管８８にはその人口８２より冷却流体が供給され、この
冷却流体は中央室２８内へ導入されている。この冷却流
体はこれより中央室２８内を流れ、内側カバー２６及び
断熱材２４を経て入口ディスク２２を冷却する。この冷
却流体はこれより隔壁６０を廻り、第一段のロータディ
スク４０に近接した通路６２を通って半径方向外方へ流
れる。次いでこの冷却流体は第一段のロータブレード４
２へ導かれ、作動流体と共に排気領域１１へ向けて流れ
る。導管８８には導管８９が接続されており、冷却流体
の一部を第一段のロータ４０の周縁部であって第一段の
ロータブレード４２の半径方向内側の領域へ導き、これ
に冷却効果を与えるようになっている。導管８９に通さ
れ、た冷却流体もまた作動流体に合流して排気領域１１
へ向けて流れる。

ロータディスク４０は軸３０上に装着されており、また
第二段のディスク５０も軸３０上に装着されている。第
二段ディスク５０は第二段のロータブレード５２を備え
ている。

ターボ機械の周縁部には第一段のステータブレード４４
と熱交換関係に冷却室９０が設けられている。この冷却
室内には入口８６を経て冷却流体が供給されている。こ
の冷却流体の一部は出口９１を経て空隙７６へ流れ、そ
の出ロア８を経て排出されるが、伯の部分は出口９３を
通って受け室９５内へ流入する。冷却室９ｏ内へ流入す
る冷却流体は第一段のステータ４４を冷１　する作用を
なすだけでなく、ケーシング７４及び殻体７１を冷却す
る作用をもなすものである。

冷却室９０の直ぐ下流側には受け室９５が設けられてお
り、この受け室は第一段のロータブレード４０の半径方
向外側であってこれより僅かに下流側に配置された入口
９６を有している。この入口は作動流体の流れに対し傾
斜しており、第一段のロータブレード４２により加速さ
れた作動流体中の粒子が遠心力により半径方向外方へ向
けて移動するとき該入口開口９６内へ流入するように配
置されている。この遠心力によりガスより重い粒子はガ
スよりも半径方向外方へ向けて逸され、入口９６を経て
受け室９５内へ入り、該受は室内に集められる。受は室
９５の底部には出口開口１゜１が設けられており、受は
室内に溜った粒子はこの出口開口より重力によって流出
するようになっている。冷却室９０からの冷却流体は出
口９３を通って入口９６を通る粒子の流れにほぼ平行に
導かれ、入口９６を通って粒子を引込む作用をなすエジ
ェクタとして作用する。またこの出口９３を通る冷却流
体は受け室９５内へ流入するガスを冷却する作用も行う
。ガス室９５内へ流入するガスはそれが第一段のロータ
ブレード４２を通って流れる際膨張されていることによ
り更に冷却されているのでより低い温度状態にある。

第二段のステータ７１６が設けられており、これは受け
室９５と排気室９９とを郭定する部材により保持されて
いる。この部材は第二段のステータ及び受け室９５内の
流体の両者と熱交換関係にある。入口９６を通って受け
室９５内へ流入する膨張したガスと出口９３を通って冷
却室９０より受け室９５内へ流入する冷却流体の両者が
第二段のステータ４６を冷却する作用を行う。

このターボ機械の外周部に沿って環状に配置された排気
室９９は第二段ロータブレード５２の直ぐ下流に配置さ
れた入口９７を有する。この人口９７は第二段ロータブ
レードにて膨張され月冷Ｗされたガスが流入することか
できる位胃に配置されている。この排気室内にてこの冷
却されたガスは第二段のステータ４６よりエネルギを吸
収しこれを冷却する作用を行う。このガスは次いで通路
９８を通って受け室９５へ流れ、受は室９５内のガスと
混合してこれを冷却し、第二段ステータ４６を更に冷却
する。次いでこのガスは出口１０１を経て排出される。

かくしてロータブレードにて膨張されたガスを用いてス
テータブレードを冷却する特殊な装置が得られた。更に
またこの同じ膨張したガスを用いてステータブレードに
接続された構造の幾つかの部分を冷却する構造が得られ
た。更にまた冷却流体の流入を作動流体流より粒子を除
去することを助けるエジェクタとして利用する構造が（
ｑられた。

更にまた作動流体より取出された粒子とガスが受け室内
へ集められ、これが更にステータブレードを冷却する作
用を行う＠造が得られた。このように冷却室を適当な配
置と構造にすることにより重複した作用効果が得られる
。

図示の実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が
可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の単一の図は本発明によるエネルギ回収装置が多段
のステータ及びロータを有するものとして構成された一
つの実施例を示す部分断面図である。 １０・・・エネルギ回収装置、１１・・・排気室、１２
・・・導管、２０・・・入口領域、２２・・・入口ディ
スク。 ２４・・・絶縁材、２６・・・内側カバー、２８・・・
中央室。 ３０・・・軸、４０・・・第一段ロータディスク、４２
・・・第一段ロータブレード、４４・・・第一段スチー
タブレード、４６・・・第二段ステータブレード、５０
・・・第二段ロータディスク、５２・・・第二段ロータ
ブレード、５４・・・ストラット、６０・・・隔壁、６
２・・・通路、７０．７１・・・殻体、７２・・・断熱
材、７４・・・ケーシング、７６・・・環状空隙、７８
・・・冷却ガス出口。 ８０．８２・・・冷却ガス入口、８８．８９・・・導管
。 ９０・・・冷Ｗ室、９１、［１３・・・通路、９５・・
・受（プ室。 ９６．９７・・・開０．９８・・・通路、９９・・・室
、１０１・・・出口 特許出願人　エリオツド・ターボマシナリー・カンパニ
ー・インコーホレイテッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒子を含む高温のガスよりエネルギを回収する装
   置にして、 高温ガスの流れの中に設けられた第一段のブレードを含
   むロータと、前記ガスの流れ方向に見て前記第一段のブ
   レードより下流側且半径方向外側に位置する受け室であ
   って前記ブレードにより半径方向外方へ向けられた粒子
   を受ける位置にその入口を有する受け室を郭定する環状
   の収集手段と、前記ガスの流れ方向に見て前記第一段の
   ブレードより上流側に位置する一連の第一のステータブ
   レードと、 前記第一のステータブレードと熱交換関係にある冷却室
   であって冷却用のガスを受けるための接続口を有する冷
   却室を郭定する手段を含み前記第一のステータブレード
   を冷却する手段と、高温のガスより粒子が前記受は室へ
   移動することを助けるために前記冷却用ガスの少なくと
   も一部を前記受は室内へ導くよう前記冷却室より前記受
   は室へ延びる通路を郭定する手段と、を有することを特
   徴とするエネルギ回収装置。
2. （２）高温のガス流よりエネルギを回収する装置にして
   、 前記ガス流中に設けられた一連の第一のステータブレー
   ドと、 前記ガスの流れに沿って見て前記第一のステータブレー
   ドの下流側にあって前記ガス流中に設けられ一つの軸に
   装着された第一段のロータブレードと、 前記ガス流に沿って見て前記第一段の０−タブレードよ
   り下流側に設けられた一連の第二のステータブレードと
   、 前記ガス流に沿って見て前記第二のステータブレードの
   下流側にあって該ガス流中に位置するよう前記軸に装着
   された一連の第二段のロータブレードと、 前記第二のステータブレードを支持すると共に一つの排
   気室と前記ロータブレードの一つより下流側にて該排気
   室へ通ずる入口とを郭定し前記ガス流より膨張されるこ
   とによって温度が低下したガスが前記排気室へ流入する
   ことにより前記ステータブレードを有効に冷却せしめる
   手段と、を有することを特徴とするエネルギ回収装置。