KR20230047013A - 터빈 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 장치 및 터빈 장치를 작동시키기 위한 관련 방법에 관한 것이다. 터빈 장치(1)는 압축 수단(7), 연소 수단(9), 제어 수단(33) 및 유체의 습도를 감지하는 감지 수단(35)을 포함하며, 감지 수단(35)은 압축된 유체의 습도를 감지하고, 제어 수단(33)은 감지된 습도에 기초하여 연료 공급을 제어하도록 구성된다. 장치 및 방법은 연소 온도 제어를 개선하고 연료 효율을 높일 수 있게 한다.

Description

터빈 장치{TURBINE DEVICE}

본 발명은 터빈 장치 및 터빈 장치의 작동 방법에 관한 것이다.

터빈 장치는 당업계에 알려져 있으며 작동 유체에 포함된 산화제와 연료의 연소 반응에서 방출되는 에너지로부터 구동력을 추출하는 데 사용된다. 이러한 장치는 항공기, 자동차, 선박, 헬리콥터를 구동하기 위한 엔진의 일부로 또는 발전기를 구동하기 위한 발전소에서 등 다양한 응용 분야에서 구현된다. 장치 제어 장치는 상기 터빈 장치의 연소 반응을 제어하는 데 사용된다. 장치 제어 장치는 장치 작동 매개변수를 제어하기 위해 예를 들어 터빈 분당회전수, 장치 온도, 장치 압력 또는 스로틀 레버 위치와 같은 다수의 기계 데이터 포인트를 수집하고 처리한다.

작동 유체의 특성은 장치 작동 및 성능에 영향을 미친다. 특히, 작동유체의 조성은 생성된 구동력에 상당한 영향을 미칠 수 있는 물을 일부 포함할 수 있다. 한편으로, 작은 물방울 또는 응축 형태의 액체 물은 압축 효율, 열 사이클 효율 또는 압축기 블레이드 수명을 감소시키고 압력 기기에 지장을 줄 수 있다. 다른 한편으로, 작동 유체에 포함된 증기 형태의 물은 해당 유체의 열역학적 특성을 변화시킨다. 특히 일정한 압력에서 유체의 비열 용량이 변화되며, 이는 연소 반응으로 인한 온도에 영향을 준다. 연소 온도는 다시 구동력, 연료 효율, 그리고 오염물질 연소 배출의 양과 비율을 결정한다.

동시에, 많은 터빈 장치는 장치 위치의 주변 조건에 따라 작동 유체의 수분 함량이 요동칠 위험이 있다. 주변 공기를 작동 유체로 사용하는 터빈 장치의 경우 이러한 요동은 일반적으로 계절특성, 기후 변동, 장치 고도의 변화 또는 우발적인 기상 사건으로 인해 발생할 수 있다.

이것은 작동 유체로 연소시키기 위해 연소 수단에 공급되는 연료량의 제어에 어려움을 나타낸다. 기존 기술은 예를 들어 온도 값을 기반으로 습도를 모델링하여 이러한 어려움을 해결하려고 했다. 그러나 이러한 기술은 특정 연료 제어에서 얻은 구동력의 정확성과 신뢰성에 대한 내재된 한계를 나타낸다.

상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 개선된 연료 제어, 및 이에 따른 개선된 연료 효율 및 연소 배출 제어를 갖는 터빈 장치를 제안하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제1항에 따른 터빈 장치로 달성된다. 이러한 터빈 장치는 유체를 압축하기 위한 유체 압축 수단, 압축된 유체와 공급된 연료의 혼합물을 연소시키도록 구성된 연소 수단에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 수단을 포함한다. 압축된 유체의 습도를 감지하는 감지수단과 감지된 습도에 기초하여 연료의 공급을 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 감지 수단을 제공함으로써, 터빈 장치 작동 유체의 수분 함량은 압축 후 단계에서 정확하고 신뢰성 있게 결정될 수 있다. 이 단계에서 작동 유체 특성은 연소 제어와 관련이 있다. 물 분율에 대한 지식을 통해 원하는 연소 온도를 달성하는 데 필요한 연료량을 결정하는 것이 개선되고, 이에 따라 출력, 연료 효율 및 오염물질 배출에 대한 제어가 향상될 수 있다. 감지 수단은 상대 습도, 절대 습도 등과 같은 작동 유체의 수분 분율을 나타내는 값과 직접적인 관계가 있는 출력 신호를 제공할 수 있는 모든 장치의 형태를 취할 수 있다.

압축된 유체의 습도의 감지는 추가 측정 또는 물리적 특성의 사용과 무관한 습도 값을 직접 제공한다. 따라서 압축 후 작동 유체 수분 함량을 결정하기 위한 구현 노력과 계산 단계가 더 적게 필요하다. 따라서 습도 측정은 더 신뢰할 수 있고, 정확도를 낮추는 오류 요인이 덜 발생한다.

일 실시예에 따르면, 감지 수단은 적어도 하나의 용량성 및/또는 저항성 습도 감지 요소를 포함할 수 있다. 용량성 및/또는 저항성 감지 기술은 정확도가 좋은 동시에 소형이고 장착이 쉬운 센서를 제공한다. 또한 이미 설계된 터빈 장치에 통합하기에도 적합하다.

일 실시예에서, 용량성 특성의 감지 수단은 감지 요소로서 무기 유전체 층을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 감지 요소는 예를 들어 유기 고분자를 기반으로 하는 감지 요소와 대조적으로 센서의 화학적 노화 효과에 대한 더 높은 내구성 및 저항성을 허용할 수 있다. 이것은 터빈 장치의 연소 위치 가까운 곳에서 일반적으로 발생하는 공격적인 환경에서 특히 중요하다. 이러한 가혹한 환경은 고온 및/또는 고압에서 비롯되거나 진동 및 유동 난류로 인한 기계적 응력에서 비롯될 수 있다. 또한, 무기층 기반 센서는 기존의 고분자 습도 센서 소자보다 우수한 응답 시간을 제공하여 제어 효율성을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 장치의 습도 감지 수단은 상기 무기 유전체 감지 층 위에 형성된 깍지끼워진 전극을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 전극 배열은 편리하고 비용 효율적인 대량 생산에 특히 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 감지 수단은 유체 압축 수단과 연소 수단 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구성에서 작동 유체의 습도는 연소 직전의 압축 상태에서 감지된다. 동시에 측정은 연소의 영향, 특히 연소로 인한 작동 유체의 구성 변화에 의해 오염될 위험이 적다. 따라서 이러한 구성은 연소를 위한 작동 유체 습도의 특히 대표적인 측정을 허용한다.

일 실시예에서, 감지 수단은 250℃ 초과, 바람직하게는 325℃ 초과, 더욱 더 특히 400℃ 초과의 온도에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 감지 수단은 연소에 가까운 곳, 예를 들어 이러한 온도 조건이 일반적으로 발생하는 엔진의 압축기 출구와 연소기 입구 사이를 감지하는 데 적합하다.

일 실시예에서, 감지 수단은 15 bar 초과, 바람직하게는 20 bar 초과, 더욱 더 특히 25 bar 초과의 압력에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 감지 수단은 연소에 가까운 곳, 예를 들어 이러한 압력 조건이 일반적으로 발생하는 압축기 출구와 연소기 입구 사이를 감지하는 데 적합하다.

본 명세서에 기술된 본 발명의 장치는 다양한 목적 및 응용을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 터빈 장치는 덕트 팬 또는 프로펠러를 더 포함하는 엔진에 포함될 수 있다. 이러한 엔진은 향상된 습도 감지 기능으로 비행기, 헬리콥터 또는 선박과 같은 운송수단을 구동할 수 있다. 대안적으로, 상기 엔진은 터보차저가 장착된 자동차 피스톤 엔진일 수 있다. 이는 연료 소비를 줄여서 상기 운송수단의 운영 비용과 페리(ferry) 범위를 줄일 수 있다.

추가 실시예에서, 본 명세서에 기술된 본 발명의 장치는 예를 들어 가스 발전소의 일부로서 발전기에 포함될 수 있다. 이러한 발전기는 작동 유체의 수분 함량이 높은 수준인 상태로 작동할 수 있으므로 연소 오염물질 배출을 제어하기 위해 압축 후 작동 유체의 정확한 습도 감지 데이터로부터 특히 이점을 얻을 수 있다.

전술한 목적은 또한 터빈 장치, 특히 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 터빈 장치를 작동시키는 제10항에 따른 방법으로서, 유체를 압축하는 단계, 연료를 공급하는 단계, 압축된 유체 및 공급된 연료를 연소시키는 단계를 포함하며, 압축된 유체의 습도를 감지하고 감지된 습도에 기초하여 연료의 공급을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작동방법을 제공함으로써 해결된다. 상기 방법은 작동 유체의 보다 대표적인 습도 측정에 의해 개선된 연료 제어를 제공할 수 있다.

상기 방법은 압축 수단과 연소 수단 사이의 압축된 유체의 습도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 연소 단계 이전의 압축 상태에서 유체 습도의 감지를 제공하며, 따라서 상기 감지는 연소의 영향, 특히 연소로 인한 작동 유체의 구성 변화에 의해 오염되거나 손상될 위험이 적다. 따라서 이러한 구성은 연소를 위한 작동 유체 습도의 대표적인 측정을 허용한다.

상기 방법은 250℃ 초과, 바람직하게는 325℃ 초과, 더욱 더 특히 400℃ 초과의 유체 온도에서 압축된 유체의 습도를 감지하는 것을 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 방법은 15 bar 초과, 바람직하게는 20 bar 초과, 더욱 더 특히 25 bar 초과의 유체 압력에서 압축된 유체의 습도를 감지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 더 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 조건에서의 감지는 연소 위치에 가까운 곳, 예를 들어 이러한 조건이 일반적으로 발생하는 압축기 출구와 연소기 입구 사이를 감지하는 데 적합할 수 있다.

본 발명의 이러한 목적 및 이점뿐만 아니라 다른 목적 및 이점은 첨부도면과 함께 취해진 본 발명의 현재의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 아래의 보다 상세한 설명의 주의 깊은 연구에 의해 더욱 완전하게 이해되고 인식될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터빈 장치의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 습도 감지용 센서의 실시예의 도면을 도시한다.
도 3은 청구항 제10항에 따른 방법의 예를 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 터빈 장치의 실시예의 단면도를 도시한다. 이 실시예에서, 터빈 장치(1)는 나셀(nacelle)(3), 유체 압축 수단(7)을 갖는 입구(5), 연소 수단(9), 터빈 섹션(11), 노즐(13) 및 출구(15)를 포함한다. 도시된 터빈 장치(1)는 제트 엔진이며, 트윈 스풀 터보젯으로 지정될 수 있다. 그러나, 본 발명은 터보팬 엔진, 터보프롭 엔진, 터보샤프트 엔진, 터보차저가 장착된 자동차 엔진 또는 발전기 가스 터빈과 같은 모든 종류의 터빈 장치에 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 작동 유체, 즉 입구(5)로부터 전달된 주변 공기는 압축 수단(7)에서 압축에 의해 압력이 증가하고 연소 수단에서 열에너지 공급에 의해 온도가 상승하게 된다. 터빈 섹션(11)을 통한 가열되고 가압된 유체의 팽창은 샤프트(17, 19)에 토크를 생성하고 노즐(13)의 팽창은 나셀(3)에 추력을 생성한다.

압축 수단(7)은 입구(5)로부터 전달된 유체를 가속하고 그 결과로 만들어진 운동 에너지를 압력의 위치 에너지로 변환한다. 압축 수단(7)은 제1 압축 단계를 위해 내부 저압 샤프트(19)에 구비된 저압 압축기(21), 및 제2 압축 단계를 위해 외부 고압 샤프트(17)에 구비된 고압 압축기(23)를 포함한다. 장치의 압축비는 전체 열 사이클 효율의 중요한 매개변수이다. 압축 후의 결과적인 압력은 25 bar를 초과할 수 있다.

연소 수단(9)은 압축 수단의 하류측에 배치되고 연료 공급 수단(27)에 연결된 연소기(25)를 포함한다. 연소기(25)는 연소 반응이 일어나는 연소 챔버로서 기능한다. 연소는 압축된 유체(여기서는 압축 공기)와 연료 공급 수단(27)에 의해 분사되는 연료(예를 들어, 등유) 사이에서 발생한다. 연료 공급 수단(27)은 연소 반응을 위해 연소기로 연료를 전달하는 것을 담당한다. 연료 공급 수단(27)은 유동 링크를 통해 연료 저장소(도시되지 않음)로부터 연료를 끌어와서 연료 인젝터(도시되지 않음)를 통해 연소기(25)에 공급할 수 있다. 연소 수단(9)은 도 1에 도시되지 않은 확산 수단, 소용돌이 생성 수단, 점화 수단 등을 더 포함할 수 있다.

연소 수단(9) 하류측의 터빈 섹션(11)은 저압 터빈(29) 및 고압 터빈(31)을 포함한다. 저압 터빈(29) 및 저압 압축기(21)는 공통 저압 샤프트(19)에 장착된다. 고압 터빈(31) 및 고압 압축기(23)는 저압 샤프트(19) 외측에 동축으로 정렬된 별도의 외부 고압 샤프트(17)를 장착했다. 샤프트(17, 19)가 기계적으로 독립적으로 회전하므로, 저압 및 고압 압축기(21, 23)는 각각 별도의 터빈(29, 31)에 의해 구동되고, 이는 낮은 유량에서 안정성 문제를 피하면서 더 높은 압축비를 허용한다.

터빈 장치는 제어 수단(33)을 더 포함한다. 일반적으로, 제어 수단(33)은 전자 제어 유닛(ECU)이라고 하는 디지털 컴퓨터의 형태를 취한다. 그러나, 제어 수단은 디지털, 유압 기계, 전자 또는 기타 수단의 임의의 조합을 포함할 수 있다. ECU는 운송수단의 모든 측면을 제어하는 전권 디지털 전자 제어(FADEC) 시스템과 같은 더 큰 제어 시스템에 통합될 수 있다. 제어 수단(33)은 연료 공급 수단(27)을 제어하는 데 사용된다.

본 발명에 따르면, 터빈 장치(1)는 습도 감지를 위한 감지 수단(35)을 더 포함한다. 도 1의 이 실시예에서, 습도를 감지하기 위한 감지 수단(35)은 압축 수단(7)과 연소 수단(9) 사이에서 나셀(3)의 내부 표면에 배치된 습도 센서이다. 그러나 감지 수단은 또한 다른 곳에, 예를 들어 외부 샤프트(17)의 표면 상에, 또는 저압 압축기(21)와 고압 압축기(23) 사이에, 또는 연소기(25) 입구에 인접하여, 또는 연소기(25) 케이싱에 인접한 연소 수단(9) 내부에 위치될 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 감지 수단(35)은 용량성 및/또는 저항성 감지 요소를 포함한다. 이러한 감지 요소는 수증기에 따라 정전 용량의 및/또는 의 변화를 겪으며 이 효과를 사용하여 습도를 결정할 수 있다. 이러한 유형의 감지 수단은 우수한 정확도를 제공하는 동시에 소형이고 장착하기 쉽다. 따라서 이미 설계되고 현재 제조된 터빈 장치에 통합하는 데 특히 적합하다. 감지 수단은 다공성 또는 비다공성, 무기, 금속 또는 나노구조 박막을 감지 요소로 사용할 수 있다.

도 2는 바람직한 실시예에서 습도를 감지하기 위한 감지 수단(35)으로 사용될 수 있는 그러한 습도 센서를 도시한다. 이 센서는 무기 유전체 층 형태의 용량성 감지 소자(41)를 포함하며 1초 미만의 빠른 감지 응답 시간과 가혹한 환경에 대한 높은 저항성을 제공한다. 따라서, 도 2의 무기 유전체 층 센서는 터빈 장치(1)의 압축 후 및/또는 연소 가까이에서 발생하는 공격적인 환경에 적합하다. 특히, 이러한 센서는 상기 압축 후 환경에서 발견되는 400°C 초과의 온도 및 25 bar 초과의 압력에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 센서의 예는 EP 3 495 807 A1 또는 EP 3 584 570 A1에 설명되어 있으며, 그 설명은 참조로 본 명세서에 포함된다.

이전 실시예의 추가 개선에서, 상기 무기 유전체 층(41)은 도 2에 도시된 바와 같이 깍지끼워진 전극(43a, 43b)이 구비될 수 있다. 이러한 유형의 조합은 일반적인 산업용 반도체 제조 또는 고수율 미세가공 기술을 사용하여 편리하고 비용 효율적으로 대량 생산할 수 있다. EP 3 812 754 A1은 이러한 센서의 예를 제공하며, 이에 대한 설명은 참조로 포함된다.

감지 수단(35)은 출력 신호(37)를 제공하며, 이는 전기적, 기계적, 전자기적 또는 기타 생각할 수 있는 형태를 취할 수 있고 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이 제어 수단(33)으로 중계된다. 제어 수단(33)은 감지 수단(35)으로부터의 작동 유체 습도를 나타내는 신호의 형태로 입력(37)을 받고, 예를 들어 연료 분사기 압력 펌프(도시되지 않음)로 향하는 신호를 사용하여, 연료 유동에 대한 조절 레버로서의 출력 신호(39)에 의해 연료 공급을 제어한다. 제어 수단(33)은 연소를 위해 공급될 연료량을 결정하고, 또한 연료 공급의 모드 및 위치를 결정할 수 있다.

일반적으로 제어 수단은 다양한 입력 데이터를 고려하여 분사할 연료의 양을 결정한다. 본 발명에 따르면, 제어 수단(33)은 감지 수단(35)으로부터의 압축된 작동 유체의 정확한 습도 값을 고려한다. 이것은 일반적으로 하나 이상의 장치 매개변수를 제어하는 데 유용한데, 이는 작동 유체의 수분 함량이 분자량 및 밀도와 같은 주요 물리적 특성에 영향을 미치기 때문이다. 특히, 수분 함량은 작동 유체의 일정한 압력에서 비열 용량을 결정하고 결과적으로 원하는 온도 상승을 얻기 위해 전달되어야 하는 열의 양을 결정한다. 열기관으로서 열역학적으로 모델링된 터빈 장치와 관련하여, 연소 수단으로 향하는 연료 공급은 열 공급으로 이상화될 수 있으므로, 압축된 작동 유체의 이러한 습도 측정은 연소 반응의 제어에 특히 중요하다. 작동 유체의 비열 용량을 보다 정확하게 결정함으로써 결과적으로 연소를 위해 제공된 연료량과 관련된 연소 반응 역학을 보다 정확하게 예측할 수 있다. 따라서 최적의 목표 온도 주변에서 연소 온도의 더 높은 수준의 '조정' 또는 보정이 가능하다.

본 발명의 특별한 이점으로서, 연소 온도의 개선된 제어 수준은 임계 야금학적 한계와 관련하여 최대 온도 설계 지점에 포함된 안전 허용 공차의 감소를 허용할 수 있다. 장치 재료가 크리프(creep) 효과를 받기 때문에, 고온은 장치 부품, 특히 가열된 연소 수단(9) 배기 유체와 접촉하는 터빈(29, 31)의 고도로 응력을 받는 금속 블레이드를 변형하거나 용합시킬 수 있다. 따라서 재료 크리프 강도 및 수명 요건은 최대 허용 온도를 제한하고 이에 따라 최대 출력을 제한하는 임계 온도 값을 부과한다. 따라서 연소 온도의 개선된 제어 수준은 따라서 최대 장치 출력을 증가시킬 수 있으며, 이는 다시 장치의 특정 연료 소비를 감소시킬 수 있다.

연소 온도의 개선된 제어로부터 직접적으로 도출되는 추가적인 특정 이점은 터빈 장치(1)에서 배기되는 오염물질 배출량과 관련하여 얻어진다. 탄화수소 연소 반응의 더 높은 연료 효율은 수증기 및 이산화탄소와 같은 온실 가스의 배출량이 더 적고 또한 연소되지 않은 연료의 배출량이 더 적다는 것을 의미한다. 또한, 탄화수소-연료 연소 반응의 온도는 질소 산화물, 일산화탄소 또는 오존과 같은 반응 부산물의 구성에 강한 영향을 미친다는 것이 확인되었다. 따라서 연소 온도의 개선된 제어는 오염물질 배출 목표의 달성을 향상시킬 수 있다.

매우 다양한 장치 구성, 특히 매우 다양한 압축 수단(7) 및 터빈 섹션(11) 구성이 고려되었고 본 발명에 적용될 수 있음을 주목해야 한다. 대안적인 실시예에는 터빈 또는 압축기당 회전자 수의 변경, 압축기 또는 터빈의 추가 스풀 추가, 압축을 위해 나셀에 고정자 블레이드 추가, 샤프트 동력 전달 또는 방향의 조정을 위한 기어 추가, 유동 시리즈의 축방향이 아닌 정렬, 원심 또는 혼합 유동 압축과 같은 대안적인 압축기 기술, 터빈 블레이드용 냉각 메커니즘 추가, 터빈 섹션 후 애프터버너 추가, 압축 섹션으로 물 분사 추가, 압축 수단에 가변 고정자 블레이드 추가, 그리고 더 많은 것들이 포함될 수 있다.

일반적으로 다중 샤프트 구성은 운송수단과 같이 가변 속도 부하와 쉬운 시동이 필요한 경우 더 적합할 수 있다. 예를 들어, 터빈 장치(1)의 실시예에서, 터보팬 엔진에서와 같이 내부 저압 샤프트(19)에 동축으로 장착된 덕트 팬을 구동하기 위해 도 1의 트윈-스풀 장치가 청구항 제8항에 따라 구성될 수 있다. 유사하게, 터빈 장치는 다른 실시예에서 유리하게는 기어 박스를 통한 적응성 동력 전달에 의해 터보샤프트 또는 터보프롭 엔진에서와 같은 프로펠러를 구동하도록 구성될 수 있다.

청구항 제9항에 따르면, 발전기가 본 발명의 터빈 장치에 의해 동력을 공급받는 추가적인 유익한 구성이 생각될 수 있다. 단일 샤프트 구성은 이러한 지상 기반 터빈의 고정적인 고 기저부하 발전 요구사항에 더 적합할 수 있다. 안정적인 작동을 요구하는 한편 상기 발전기에 부과되는 낮은 배출량에 대한 엄격한 요건은 정확한 습도 측정이 정확한 연소 온도 제어에 특히 유용하도록 한다.

이제 본 발명의 제2 실시예에 따라 터빈 장치의 작동방법을 도 3을 참조하여 설명한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 제1 실시예에 따른 터빈 장치는 본 발명의 방법에 따라 작동될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 여러 단계가 차례로 수행된다. 이 방법은 유체를 압축하는 프로세스 단계 45로 시작한다. 예를 들어 터빈 장치(1)의 작동 유체로서 기능하는 유체가 압축되며, 여기서 상기 유체는 입구(5)를 통해 유입되고 압축 수단(7)에 의해 압축된다.

단계 47에서 연료가 공급되고 압축된 유체와 혼합되어 연소 반응이 일어나기 위한 상태를 제공한다. 예를 들어, 연료 공급 수단(27)은 압축된 분사를 통해 연소기(25)로 연료를 전달하고, 여기서 상기 연료는 압축된 유체와 혼합된다. 단계 49에서, 유체와 연료의 상기 혼합물은 예를 들어 연소 수단(9)에서 연소된다.

본 발명에 따르면, 단계 45에서 압축된 유체의 습도는 추가 단계 51에서 감지된다. 방법의 이 실시예에서, 습도를 감지하는 단계 51은 도 1의 항목(7, 9)과 같은 압축 수단과 연소 수단 사이에서, 따라서 다소 가혹한 환경 내에서 실행된다. 감지는 도 1의 터빈 장치 실시예의 일반적인 작동에서 발생할 수 있는 것과 같이 400°C를 초과하는 온도 및 25 bar를 초과하는 압력에서 발생한다.

추가 단계 53에서, 단계 47에서 공급되는 연료의 양은 단계 51에서 감지된 습도 함량에 따라 제어된다. 이 방법으로, 터빈 장치는 연소 온도 제어의 개선된 정확도로 작동될 수 있다. 터빈 장치와 관련된 이전 부분에서 설명한 바와 같이 감지된 습도 값을 기반으로 제어를 작동하면 피크 출력을 높이고 장치의 특정 전력 소비를 줄일 수 있게 되는 이점이 제공된다.

전술한 본 발명의 실시예에 대한 수정 및 실시예의 조합은 첨부된 청구범위의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 가능하다. 본 발명을 설명하고 청구범위를 기재하는 데 사용되는 "포함하는", "이루어지는", "구성되는", "갖는" 및 "이다"와 같은 표현은 비배타적인 방식으로, 즉 명시적으로 설명하지 않은 항목, 구성요소 또는 요소 역시 존재를 허용하는 것으로 해석되도록 의도된다. 단수에 대한 언급은 복수에도 관련된 것으로 해석된다.

■ 1: 터빈 장치
■ 3: 나셀
■ 5: 입구
■ 7: 압축 수단
■ 9: 연소 수단
■ 11: 터빈 섹션
■ 13: 노즐
■ 15: 출구
■ 17: 외부 고압 샤프트
■ 19: 내부 저압 샤프트
■ 21: 저압 압축기
■ 23: 고압 압축기
■ 25: 연소기
■ 27: 연료 공급 수단
■ 29: 저압 터빈
■ 31: 고압 터빈
■ 33: 제어 수단
■ 35: 습도를 감지하는 감지 수단
■ 37: 감지 수단 출력 신호
■ 39: 제어 수단 출력 신호
■ 41: 무기 유전체 층 감지 요소
■ 43a, 43b: 센서 깍지끼워진 전극
■ 45: 유체의 압축
■ 47: 연료의 공급
■ 49: 압축유체 및 공급연료의 연소
■ 51: 압축 유체의 습도 감지
■ 53: 감지된 습도에 기초한 연료 공급 제어

Claims (12)

1. 유체를 압축하기 위한 유체 압축 수단(7);
   압축된 유체와 공급된 연료의 혼합물을 연소시키도록 구성된 연소 수단(9)에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 수단(27)을 포함하는 터빈 장치로서,
   압축된 유체의 습도를 감지하는 감지 수단(35) 및 감지된 습도에 기초하여 연료의 공급을 제어하도록 구성된 제어 수단(33)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단(35)은 적어도 하나의 용량성 및/또는 저항성 습도 감지 요소(41)를 포함하는, 터빈 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 감지 요소(41)는 무기 유전체 감지 층인, 터빈 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 무기 유전체 감지 층(41) 위에 형성된 적어도 한 쌍의 깍지끼워진 전극(43a, 43b)을 포함하는, 터빈 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 유체 압축 수단(7)과 상기 연소 수단(9) 사이에 배치되는, 터빈 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단(35)은 250℃ 초과, 바람직하게는 325℃ 초과, 더욱 더 특히 400℃ 초과의 온도에서 작동하도록 구성되는, 터빈 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단(35)은 15 bar 초과, 바람직하게는 20 bar 초과, 더욱 더 특히 25 bar 초과의 압력에서 작동하도록 구성되는, 터빈 장치.
8. 제7항에 따른 터빈 장치(1)를 포함하고 덕트 팬 및/또는 프로펠러를 포함하는, 엔진.
9. 터빈 장치, 특히 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 터빈 장치의 작동방법으로서,
   a) 유체를 압축하는 단계;
   b) 연료를 공급하는 단계;
   b) 압축된 유체와 공급된 연료를 연소시키는 단계
   를 포함하며,
   d) 압축된 유체의 습도를 감지하는 단계, 및
   e) 상기 감지된 습도에 기초하여 연료의 공급을 제어하는 단계
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 작동방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 압축된 유체의 습도는 압축 수단과 연소 수단 사이에서 감지되는, 작동방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 압축된 유체의 습도는 250℃ 초과, 바람직하게는 325℃ 초과, 더욱 더 특히 400℃ 초과의 유체 온도에서 감지되는, 작동방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 압축된 유체의 습도는 15 bar 초과, 바람직하게는 20 bar 초과, 더욱 더 특히 25 bar 초과의 유체 압력에서 감지되는, 작동방법.

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