JPH04228832A - ガスタービン及びその作動方法 - Google Patents
ガスタービン及びその作動方法Info
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- JPH04228832A JPH04228832A JP3119642A JP11964291A JPH04228832A JP H04228832 A JPH04228832 A JP H04228832A JP 3119642 A JP3119642 A JP 3119642A JP 11964291 A JP11964291 A JP 11964291A JP H04228832 A JPH04228832 A JP H04228832A
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
- F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
- F01K21/047—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
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- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/211—Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle
-
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/212—Heat transfer, e.g. cooling by water injection
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンに関する。特
に本発明は再生ガスタービンサイクルで作動するガスタ
ービンと再生ガスタービンサイクルを作動させる方法に
関するものである。
に本発明は再生ガスタービンサイクルで作動するガスタ
ービンと再生ガスタービンサイクルを作動させる方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常のガスタービンの形態は、この分野
の技術者によく知られている。基本的には、このような
タービンは空気あるいは別のガスが圧縮される第一ステ
ージコンプレッサーを備え、第一ステージコンプレッサ
ーは、空気あるいはガスを同時に加熱することに関連す
る。圧縮加熱された空気あるいはガスは、燃焼室に送ら
れ、そこで燃料と混合し、添加されると、燃料が燃焼す
る。このように燃料が燃焼して生成された圧縮／熱エネ
ルギーを使用してタービンを駆動させ、エネルギーを機
械動力に変換し、変換された機械動力を、タービンから
動力取り出し口への連結部を通り使用する。
の技術者によく知られている。基本的には、このような
タービンは空気あるいは別のガスが圧縮される第一ステ
ージコンプレッサーを備え、第一ステージコンプレッサ
ーは、空気あるいはガスを同時に加熱することに関連す
る。圧縮加熱された空気あるいはガスは、燃焼室に送ら
れ、そこで燃料と混合し、添加されると、燃料が燃焼す
る。このように燃料が燃焼して生成された圧縮／熱エネ
ルギーを使用してタービンを駆動させ、エネルギーを機
械動力に変換し、変換された機械動力を、タービンから
動力取り出し口への連結部を通り使用する。
【０００３】上記の通常ガスタービンの形態は、周知の
ものであり、さらにガスタービンの使用形態が非常に変
化に富んでいることもよく知られている。その詳細につ
いては、ここでは触れない。従来のガスタービンの熱効
率は非常に低く、通常３０から４０％であった。この低
効率の主原因は、コンプレッサーの必要動力が大きく、
特に通常圧縮と関連して生じる熱生成にその原因があっ
た。
ものであり、さらにガスタービンの使用形態が非常に変
化に富んでいることもよく知られている。その詳細につ
いては、ここでは触れない。従来のガスタービンの熱効
率は非常に低く、通常３０から４０％であった。この低
効率の主原因は、コンプレッサーの必要動力が大きく、
特に通常圧縮と関連して生じる熱生成にその原因があっ
た。
【０００４】タービン効率を改善するために、圧縮ステ
ージ間で中間冷却し、圧縮空気がタービンの燃焼室に入
る前に、タービンから排出された高温の排気ガスを使っ
て圧縮空気を加熱することも提案されている。
ージ間で中間冷却し、圧縮空気がタービンの燃焼室に入
る前に、タービンから排出された高温の排気ガスを使っ
て圧縮空気を加熱することも提案されている。
【０００５】これにより、ある程度熱効率改善が図られ
たが、ガスタービンの熱効率はまだ比較的低い。
たが、ガスタービンの熱効率はまだ比較的低い。
【０００６】
【発明の概要】従って熱効率を改善したガスタービンを
供給することが本発明の目的である。
供給することが本発明の目的である。
【０００７】本発明のは、この目的達成のため、次の構
成を有する再生ガスタービンサイクルで作動するガスタ
ービンを提供する。すなわち、コンプレッサーを通り圧
縮行程にある間、流速を制御し空気に水を供給する第一
液体供給手段と、コンプレッサーにより供給された圧縮
ステージの二つのステージ間に設置された、圧縮空気を
冷却する少なくとも一つの冷却手段を有する、マルチス
テージで複型に空気を圧縮するガスコンプレッサーと、
ガスコンプレッサーからの加熱圧縮された空気と混合し
た燃料を燃焼させ、圧力／熱エネルギーを生成する少な
くとも一つの燃焼室と、燃焼室内で生成された圧縮／熱
エネルギーにより駆動し、動力を生成する動力排出ガス
により、ガスコンプレッサーからの圧縮空気を加熱する
第一熱交換器手段とを備えたガスタービンである。ガス
コンプレッサーは各ステージで圧縮する一連の独立コン
プレッサーを備えたマルチステージコンプレッサーであ
っても良い。
成を有する再生ガスタービンサイクルで作動するガスタ
ービンを提供する。すなわち、コンプレッサーを通り圧
縮行程にある間、流速を制御し空気に水を供給する第一
液体供給手段と、コンプレッサーにより供給された圧縮
ステージの二つのステージ間に設置された、圧縮空気を
冷却する少なくとも一つの冷却手段を有する、マルチス
テージで複型に空気を圧縮するガスコンプレッサーと、
ガスコンプレッサーからの加熱圧縮された空気と混合し
た燃料を燃焼させ、圧力／熱エネルギーを生成する少な
くとも一つの燃焼室と、燃焼室内で生成された圧縮／熱
エネルギーにより駆動し、動力を生成する動力排出ガス
により、ガスコンプレッサーからの圧縮空気を加熱する
第一熱交換器手段とを備えたガスタービンである。ガス
コンプレッサーは各ステージで圧縮する一連の独立コン
プレッサーを備えたマルチステージコンプレッサーであ
っても良い。
【０００８】第一液体供給手を各独立コンプレッサーの
直ぐ上流で圧縮空気に水を供給する様に設置しても良い
。代わって第一液体供給手段を圧縮している間、独立コ
ンプレッサー内の圧縮空気に水を供給する様に設置する
。この様な第一液体供給手段に対して、第一液体供給手
段は、圧縮の間コンプレッサー内を空気が通過する通路
に沿って、コンプレッサー内の各位置で、小滴形態の水
を独立コンプレッサーに供給するタイプのものであって
も良い。確実に液体を供給するには、特にガスコンプレ
ッサー内に生じうる水の腐蝕を最少に抑えることが重要
である。
直ぐ上流で圧縮空気に水を供給する様に設置しても良い
。代わって第一液体供給手段を圧縮している間、独立コ
ンプレッサー内の圧縮空気に水を供給する様に設置する
。この様な第一液体供給手段に対して、第一液体供給手
段は、圧縮の間コンプレッサー内を空気が通過する通路
に沿って、コンプレッサー内の各位置で、小滴形態の水
を独立コンプレッサーに供給するタイプのものであって
も良い。確実に液体を供給するには、特にガスコンプレ
ッサー内に生じうる水の腐蝕を最少に抑えることが重要
である。
【０００９】本発明のガスタービンは、全ての独立コン
プレッサー間に中間冷却手段を備えている。これらの中
間冷却手段は液体冷却手段を使う熱交換器を備え、独立
圧縮ステージ間でガスコンプレッサーにより圧縮された
空気を冷却する。
プレッサー間に中間冷却手段を備えている。これらの中
間冷却手段は液体冷却手段を使う熱交換器を備え、独立
圧縮ステージ間でガスコンプレッサーにより圧縮された
空気を冷却する。
【００１０】本発明のガスタービンは、マルチステージ
での圧縮を実行する任意の適当なコンプレッサーあるい
は、液体供給手段と中間冷却手段を有すマルチステージ
の軸方向フローコンプレッサーあるいは、液体供給手段
と中間冷却手段を有するマルチステージの遠心コンプレ
ッサーであっても良い。
での圧縮を実行する任意の適当なコンプレッサーあるい
は、液体供給手段と中間冷却手段を有すマルチステージ
の軸方向フローコンプレッサーあるいは、液体供給手段
と中間冷却手段を有するマルチステージの遠心コンプレ
ッサーであっても良い。
【００１１】本発明のガスタービンの第一熱交換器はガ
スコンプレッサーから圧縮空気が通過する為の第一通路
と動力生成タービンからの排気ガスが通過する第二通路
を形成し、前記通路は、圧縮空気を排気ガスより加熱す
る様に設置される。
スコンプレッサーから圧縮空気が通過する為の第一通路
と動力生成タービンからの排気ガスが通過する第二通路
を形成し、前記通路は、圧縮空気を排気ガスより加熱す
る様に設置される。
【００１２】さらに本発明においては、動力生成タービ
ンは主となる交換器を通過する作動最終ステージタービ
ンからの排気ガスを有するマルチステージであっても良
い。
ンは主となる交換器を通過する作動最終ステージタービ
ンからの排気ガスを有するマルチステージであっても良
い。
【００１３】本発明の特に好ましい例においては動力生
成タービンが第一排気口と第二排気口を有し、第二排気
口は、主となる交換器を通りガスコンプレッサーに連結
される。その結果制御された動力生成タービンからの排
気ガス量が、主となる交換器を通過する圧縮空気により
主となる交換器内で冷却され、次に圧力をかけられて、
ガスコンプレッサーに供給され、ガスコンプレッサーに
導入された新鮮な空気を補充する。
成タービンが第一排気口と第二排気口を有し、第二排気
口は、主となる交換器を通りガスコンプレッサーに連結
される。その結果制御された動力生成タービンからの排
気ガス量が、主となる交換器を通過する圧縮空気により
主となる交換器内で冷却され、次に圧力をかけられて、
ガスコンプレッサーに供給され、ガスコンプレッサーに
導入された新鮮な空気を補充する。
【００１４】本発明のこの例では、動力生成タービンか
らの排気ガスは、コンプレッサーにより供給される第一
圧縮ステージの下流位置で、ガスコンプレッサーに供給
される。更にこのガスタービンの例では、第二熱交換器
が供給され、第二熱交換器は、第一熱交換器とガスコン
プレッサー間に設置され、液体冷却手段によりガスコン
プレッサーに供給された排気ガスを冷却する。
らの排気ガスは、コンプレッサーにより供給される第一
圧縮ステージの下流位置で、ガスコンプレッサーに供給
される。更にこのガスタービンの例では、第二熱交換器
が供給され、第二熱交換器は、第一熱交換器とガスコン
プレッサー間に設置され、液体冷却手段によりガスコン
プレッサーに供給された排気ガスを冷却する。
【００１５】このガスタービンの例では、動力生成ター
ビンはマルチステージであり、第一排気口は作動最終ス
テージタービンにより供給され、第二排気口は任意の作
動先行ステージタービンにより供給される。
ビンはマルチステージであり、第一排気口は作動最終ス
テージタービンにより供給され、第二排気口は任意の作
動先行ステージタービンにより供給される。
【００１６】通常、本発明のガスタービンは第二液体供
給手段を有し、圧縮後ガスコンプレッサーにより圧縮さ
れた空気に水を供給する。この第二液体供給手段は水ス
プレーを備え、圧縮空気に小滴形態の水を供給する。
給手段を有し、圧縮後ガスコンプレッサーにより圧縮さ
れた空気に水を供給する。この第二液体供給手段は水ス
プレーを備え、圧縮空気に小滴形態の水を供給する。
【００１７】更に本発明では、ガスタービンは、主とな
る交換器を通過した排気ガスによりガス圧縮された空気
に供給される水を加熱する熱交換器を備える。代わりに
、あるいは更に、ガスタービンはガスコンプレッサーに
より圧縮された空気に供給される水を、高温の圧縮空気
により加熱する熱交換器を備えていても良い。前記熱交
換器はコンプレッサーの圧縮位置から中間冷却器へと流
れる空気流と一列に並ぶ。
る交換器を通過した排気ガスによりガス圧縮された空気
に供給される水を加熱する熱交換器を備える。代わりに
、あるいは更に、ガスタービンはガスコンプレッサーに
より圧縮された空気に供給される水を、高温の圧縮空気
により加熱する熱交換器を備えていても良い。前記熱交
換器はコンプレッサーの圧縮位置から中間冷却器へと流
れる空気流と一列に並ぶ。
【００１８】ガスコンプレッサーは更に圧力をかけた燃
料を燃焼室に供給する燃料ポンプを備える。熱交換器が
更に設けられ、燃料が燃焼室に送られる前に、熱交換器
を通過する排気ガスにより燃料を加熱する。
料を燃焼室に供給する燃料ポンプを備える。熱交換器が
更に設けられ、燃料が燃焼室に送られる前に、熱交換器
を通過する排気ガスにより燃料を加熱する。
【００１９】更に本発明では、ガスタービンの動力生成
タービンはマルチステージのタービンであり、ガスター
ビンはタービンステージ間に設置され、一つのタービン
位置から次のタービン位置へと流れるガスに混合された
燃料を燃焼させるようにすることができる。
タービンはマルチステージのタービンであり、ガスター
ビンはタービンステージ間に設置され、一つのタービン
位置から次のタービン位置へと流れるガスに混合された
燃料を燃焼させるようにすることができる。
【００２０】更に、タービンは圧縮空気の冷却の結果形
成された水凝集物を第一熱交換器の上流位置で排出する
排出手段を備えることができる。
成された水凝集物を第一熱交換器の上流位置で排出する
排出手段を備えることができる。
【００２１】本発明によればまた、以下の再生ガスター
ビンサイクルを作動させる方法が提供される。この方法
には、次の各段階が含まれる。マルチステージの空気を
所定の圧力に複型に圧縮し、コンプレッサーによる圧縮
過程にある間、所定量の水を圧縮される空気に導入する
ことにより全体の温度の上昇を最少に保持し、圧縮ステ
ージ間に設置された熱交換器により圧縮された空気を供
給することで圧縮空気の温度を下げることと、タービン
により生成された高温の排気ガスを使って、適応する主
となる交換器内の圧縮空気を加熱することと、加熱圧縮
空気と混ざった燃料を燃焼させ、圧力／熱エネルギーを
生成することと燃焼により生成された圧力／熱エネルギ
ーにより、動力生成タービンを駆動させ、動力を生成す
ること。本発明の方法には、更に、作動圧縮ステージに
ある間、小滴形態の水を連続して圧縮される空気に導入
されることが含まれ、水はコンプレッサー内の水の腐蝕
が最少になる様に供給される。
ビンサイクルを作動させる方法が提供される。この方法
には、次の各段階が含まれる。マルチステージの空気を
所定の圧力に複型に圧縮し、コンプレッサーによる圧縮
過程にある間、所定量の水を圧縮される空気に導入する
ことにより全体の温度の上昇を最少に保持し、圧縮ステ
ージ間に設置された熱交換器により圧縮された空気を供
給することで圧縮空気の温度を下げることと、タービン
により生成された高温の排気ガスを使って、適応する主
となる交換器内の圧縮空気を加熱することと、加熱圧縮
空気と混ざった燃料を燃焼させ、圧力／熱エネルギーを
生成することと燃焼により生成された圧力／熱エネルギ
ーにより、動力生成タービンを駆動させ、動力を生成す
ること。本発明の方法には、更に、作動圧縮ステージに
ある間、小滴形態の水を連続して圧縮される空気に導入
されることが含まれ、水はコンプレッサー内の水の腐蝕
が最少になる様に供給される。
【００２２】更に、この方法には、コンプレッサーの圧
縮ステージ間に設置された熱交換器で液体冷却剤として
冷水を使用することが含まれる。
縮ステージ間に設置された熱交換器で液体冷却剤として
冷水を使用することが含まれる。
【００２３】コンプレッサーにより圧縮される空気に水
を供給する際には、特に水が供給されると全ての水が蒸
発し、圧縮空気内の上記が連続的に飽和状態に近づく様
に水の供給が制御される。
を供給する際には、特に水が供給されると全ての水が蒸
発し、圧縮空気内の上記が連続的に飽和状態に近づく様
に水の供給が制御される。
【００２４】この方法には、水供給の前に圧縮空気に供
給される水を、第一熱交換器から送られた高温の排気ガ
スを使って加熱する過程が含まれる。代わって、あるい
は更に、この方法では、コンプレッサーの圧縮ステージ
から中間冷却器へと通過する高温の圧縮空気を使って水
を加熱する過程が含まれる。
給される水を、第一熱交換器から送られた高温の排気ガ
スを使って加熱する過程が含まれる。代わって、あるい
は更に、この方法では、コンプレッサーの圧縮ステージ
から中間冷却器へと通過する高温の圧縮空気を使って水
を加熱する過程が含まれる。
【００２５】再生ガスタービンサイクルを作動させる一
つの特殊方法に関し、本発明では、動力生成タービンか
らのコンプレッサーに戻る排気ガスの一部を再循環させ
、圧力をかけて、コンプレッサー内で圧縮される新鮮な
空気と結合させる方法が含まれ、この様に再循環した排
気ガスは、主となる交換器内で冷却される。
つの特殊方法に関し、本発明では、動力生成タービンか
らのコンプレッサーに戻る排気ガスの一部を再循環させ
、圧力をかけて、コンプレッサー内で圧縮される新鮮な
空気と結合させる方法が含まれ、この様に再循環した排
気ガスは、主となる交換器内で冷却される。
【００２６】このような方法では、新鮮な空気を圧縮す
る第一ステージの後、コンプレッサーで再循環する排気
ガスをコンプレッサーに送り、送られる排気ガスの量は
制御される。その結果圧縮の第一ステージで圧縮され、
供給される新鮮な空気の量を最少にでき、一方では圧縮
される混合物の全質量とコンプレッサーを出る時の圧縮
媒体の最終圧には影響を与えない。
る第一ステージの後、コンプレッサーで再循環する排気
ガスをコンプレッサーに送り、送られる排気ガスの量は
制御される。その結果圧縮の第一ステージで圧縮され、
供給される新鮮な空気の量を最少にでき、一方では圧縮
される混合物の全質量とコンプレッサーを出る時の圧縮
媒体の最終圧には影響を与えない。
【００２７】この方法は更に、任意の適当な液体冷却材
を使用し、第二熱交換器内のコンプレッサーへと再循環
した排気ガスを冷却する過程を含む。
を使用し、第二熱交換器内のコンプレッサーへと再循環
した排気ガスを冷却する過程を含む。
【００２８】通常、本発明は更に燃焼以前に燃料を圧縮
し、主となる交換器から送られる高温の排気ガスを使っ
て燃焼以前に、燃料を加熱する行程を含む。
し、主となる交換器から送られる高温の排気ガスを使っ
て燃焼以前に、燃料を加熱する行程を含む。
【００２９】更にこの方法は、マルチステージ動力生成
タービン内の動力を生成し、タービンステージ間を通過
するガス内の燃料を燃焼させ、ガス温を維持する事を含
む。
タービン内の動力を生成し、タービンステージ間を通過
するガス内の燃料を燃焼させ、ガス温を維持する事を含
む。
【００３０】更に本発明の方法は、圧縮空気の冷却が実
行され、濃縮物が生じうる位置で圧縮空気から水分濃縮
物を排出する過程を含む。
行され、濃縮物が生じうる位置で圧縮空気から水分濃縮
物を排出する過程を含む。
【００３１】更に本発明の方法は、空気を圧縮し、副コ
ンプレッサーによりコンプレッサーに空気を導入する過
程を含み、副コンプレッサーは、動力生成タービンから
の排出ガスにより駆動する副動力生成タービンにより駆
動する。更に熱交換器内の前記圧縮空気を、コンプレッ
サーに液体冷却材を導入する以前に、冷却材を使って冷
却する過程を含む。
ンプレッサーによりコンプレッサーに空気を導入する過
程を含み、副コンプレッサーは、動力生成タービンから
の排出ガスにより駆動する副動力生成タービンにより駆
動する。更に熱交換器内の前記圧縮空気を、コンプレッ
サーに液体冷却材を導入する以前に、冷却材を使って冷
却する過程を含む。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例につき添付図面を参照
しつつ説明する。図１に示すように、再生ガスタービン
サイクルで作動するガスタービンの作動サイクル１０は
、コンプレッサー１２に、空気入口１４を通じて空気を
導入する。コンプレッサー１２は、通常マルチステージ
遠心コンプレッサーで、このコンプレッサーは第１ステ
ージコンプレッサー１６と第２ステージコンプレッサー
１８と第３ステージコンプレッサー２０とを備えている
。
しつつ説明する。図１に示すように、再生ガスタービン
サイクルで作動するガスタービンの作動サイクル１０は
、コンプレッサー１２に、空気入口１４を通じて空気を
導入する。コンプレッサー１２は、通常マルチステージ
遠心コンプレッサーで、このコンプレッサーは第１ステ
ージコンプレッサー１６と第２ステージコンプレッサー
１８と第３ステージコンプレッサー２０とを備えている
。
【００３３】作動サイクル１０は、さらに水、好ましく
は温水を各コンプレッサー１６，１８，２０に、水供給
装置２２により供給する。水は、コンプレッサーを通り
空気通路内の各ステージで圧縮される空気に対して供給
されるが、水供給はコンプレッサーの腐蝕が最少に保持
されるように配慮される。第１熱交換器２４はコンプレ
ッサー１６とコンプレッサー１８との間に設置され、水
のような冷却剤により第１ステージコンプレッサー１６
内の圧縮空気を冷却し、一方同様の熱交換器２６は第１
ステージコンプレッサー１８と第３ステージコンプレッ
サー２０の間に図のように設置される。
は温水を各コンプレッサー１６，１８，２０に、水供給
装置２２により供給する。水は、コンプレッサーを通り
空気通路内の各ステージで圧縮される空気に対して供給
されるが、水供給はコンプレッサーの腐蝕が最少に保持
されるように配慮される。第１熱交換器２４はコンプレ
ッサー１６とコンプレッサー１８との間に設置され、水
のような冷却剤により第１ステージコンプレッサー１６
内の圧縮空気を冷却し、一方同様の熱交換器２６は第１
ステージコンプレッサー１８と第３ステージコンプレッ
サー２０の間に図のように設置される。
【００３４】作動サイクル１０はさらに、主となる熱交
換器２８に、コンプレッサー１２により圧縮された空気
を送る通路を備え、圧縮された空気は選択的に水供給手
段３０を通り、熱交換器２８の上流で、圧縮空気にさら
に水を追加供給する。この過程は、これ以後さらに詳述
される。
換器２８に、コンプレッサー１２により圧縮された空気
を送る通路を備え、圧縮された空気は選択的に水供給手
段３０を通り、熱交換器２８の上流で、圧縮空気にさら
に水を追加供給する。この過程は、これ以後さらに詳述
される。
【００３５】熱交換器２８は動力生成タービンにより放
出された高温の排出ガスにより、圧縮された空気を加熱
する。動力生成タービン３２は、第１動力生成タービン
３４と第２動力生成タービン３６とを備えている。第２
動力生成タービン３６から排出された排気ガスは導管３
８により熱交換器２８に送られ、熱交換器２８内の圧縮
空気を加熱するのに必要な熱量が供給される。
出された高温の排出ガスにより、圧縮された空気を加熱
する。動力生成タービン３２は、第１動力生成タービン
３４と第２動力生成タービン３６とを備えている。第２
動力生成タービン３６から排出された排気ガスは導管３
８により熱交換器２８に送られ、熱交換器２８内の圧縮
空気を加熱するのに必要な熱量が供給される。
【００３６】熱交換器２８から排出された加熱圧縮され
た空気は、燃焼室４０に送られ、そこで適当な燃料に混
合されると、燃焼が生じ、動力／熱エネルギが生成され
、動力生成タービン３２を駆動する。図１から分かるよ
うに、第１動力生成タービン３４から排出された排気ガ
スは第２動力生成タービン３６を駆動し、動力生成ター
ビン３２は動力取り出し口４２を備え、そこから純生成
動力が取り出され、様々に応用される。図から明らかな
ように動力生成タービン３２は、作動自在にコンプレッ
サー１２に連結され、コンプレッサー１２を駆動し、上
記の空気を圧縮する。本発明の作動サイクルでは、水供
給手段３０内の圧縮空気に水を供給する前に、熱交換器
４４内の水を選択的に加熱する。加熱された水は、通常
、図示された熱交換器２４及び２６から、凝縮物取り出
し口４６を通って排出された凝縮物として得られる。 熱交換器４４は、圧縮空気に水が送られる前に、熱交換
器２８から送られる排気ガスを使い、水供給手段３０に
より水を必要なだけ加熱する。
た空気は、燃焼室４０に送られ、そこで適当な燃料に混
合されると、燃焼が生じ、動力／熱エネルギが生成され
、動力生成タービン３２を駆動する。図１から分かるよ
うに、第１動力生成タービン３４から排出された排気ガ
スは第２動力生成タービン３６を駆動し、動力生成ター
ビン３２は動力取り出し口４２を備え、そこから純生成
動力が取り出され、様々に応用される。図から明らかな
ように動力生成タービン３２は、作動自在にコンプレッ
サー１２に連結され、コンプレッサー１２を駆動し、上
記の空気を圧縮する。本発明の作動サイクルでは、水供
給手段３０内の圧縮空気に水を供給する前に、熱交換器
４４内の水を選択的に加熱する。加熱された水は、通常
、図示された熱交換器２４及び２６から、凝縮物取り出
し口４６を通って排出された凝縮物として得られる。 熱交換器４４は、圧縮空気に水が送られる前に、熱交換
器２８から送られる排気ガスを使い、水供給手段３０に
より水を必要なだけ加熱する。
【００３７】さらに熱交換器４６が設けられており、該
熱交換器４６は、熱交換器４４を通った排気ガスを使用
し、燃焼室４０に燃料が導入される以前に、燃料を加熱
する。燃料としては通常、圧力をかけられて供給され得
るメタンを使用できる。
熱交換器４６は、熱交換器４４を通った排気ガスを使用
し、燃焼室４０に燃料が導入される以前に、燃料を加熱
する。燃料としては通常、圧力をかけられて供給され得
るメタンを使用できる。
【００３８】さらに作動サイクル１０は、コンプレッサ
ーステージ１６，１８，２０に導入される水を加熱する
。この水は、動力生成タービン３２から排出された高温
の排気ガスを使って、例えば熱交換器４４で加熱され、
さらに必要に応じて、図に破線で示すように第２ステー
ジコンプレッサー１８と熱交換器２６との間に設置され
た熱交換器４８で加熱され得る。
ーステージ１６，１８，２０に導入される水を加熱する
。この水は、動力生成タービン３２から排出された高温
の排気ガスを使って、例えば熱交換器４４で加熱され、
さらに必要に応じて、図に破線で示すように第２ステー
ジコンプレッサー１８と熱交換器２６との間に設置され
た熱交換器４８で加熱され得る。
【００３９】圧縮の間及び圧縮の後、圧縮された空気に
供給される水は、制御された流速で圧縮空気に送られる
。流速は、導入された全ての水が導入後直ぐに蒸発し、
連続して圧縮空気の温度上昇に呼応し、圧縮空気が飽和
水蒸気に近付くように考慮される。このようにして、さ
らに最終的に動力生成タービン３２に送られる圧縮空気
の量を最大にする。
供給される水は、制御された流速で圧縮空気に送られる
。流速は、導入された全ての水が導入後直ぐに蒸発し、
連続して圧縮空気の温度上昇に呼応し、圧縮空気が飽和
水蒸気に近付くように考慮される。このようにして、さ
らに最終的に動力生成タービン３２に送られる圧縮空気
の量を最大にする。
【００４０】熱交換器２４と２６とにより中間冷却する
ことで、タービンの仕事量を変えずにコンプレッサーの
必要仕事量を低減させることができる。動力生成タービ
ンからの排気ガスを使って燃焼室４０に空気が導入され
る前に、圧縮空気を必要なだけ加熱する。
ことで、タービンの仕事量を変えずにコンプレッサーの
必要仕事量を低減させることができる。動力生成タービ
ンからの排気ガスを使って燃焼室４０に空気が導入され
る前に、圧縮空気を必要なだけ加熱する。
【００４１】空気の圧縮の間に、水を制御して供給する
ことにより、さらにコンプレッサーの必要仕事量が低減
し、一方コンプレッサーを出るガスの追加仕事量により
タービンの出力が増加する。水供給手段３０が使用され
るのは、コンプレッサー１２を出る圧縮空気が完全に飽
和状態にないときだけである。水供給手段３０の目的は
、圧縮空気を熱交換器２８に導入される前に完全に蒸気
飽和状態にすることである。
ことにより、さらにコンプレッサーの必要仕事量が低減
し、一方コンプレッサーを出るガスの追加仕事量により
タービンの出力が増加する。水供給手段３０が使用され
るのは、コンプレッサー１２を出る圧縮空気が完全に飽
和状態にないときだけである。水供給手段３０の目的は
、圧縮空気を熱交換器２８に導入される前に完全に蒸気
飽和状態にすることである。
【００４２】コンプレッサー１２に水を導入することで
、また水が蒸気になることで、圧縮空気から熱が回収さ
れる。この熱回収によりガスと蒸気の温度が下がり、そ
の結果必要な圧縮状態を得るためのコンプレッサーの入
力を低減させることができる。
、また水が蒸気になることで、圧縮空気から熱が回収さ
れる。この熱回収によりガスと蒸気の温度が下がり、そ
の結果必要な圧縮状態を得るためのコンプレッサーの入
力を低減させることができる。
【００４３】蒸発冷却の結果コンプレッサーを出るガス
温度が下がり、排気ガスから熱をさらに吸収することで
、サイクルの再生熱交換能力を改善でき、さらに作動サ
イクルの純サイクル効率を改善する。蒸発冷却の間の温
度低下は基本的には、水と空気との分圧と水の蒸発潜熱
の原理による。さらに、例えば熱交換器２８内のコンプ
レッサー排気装置や、燃料及び蒸気を加熱するタービン
排気装置から出るかなりの熱を回収することで、熱効率
はさらに改善される。
温度が下がり、排気ガスから熱をさらに吸収することで
、サイクルの再生熱交換能力を改善でき、さらに作動サ
イクルの純サイクル効率を改善する。蒸発冷却の間の温
度低下は基本的には、水と空気との分圧と水の蒸発潜熱
の原理による。さらに、例えば熱交換器２８内のコンプ
レッサー排気装置や、燃料及び蒸気を加熱するタービン
排気装置から出るかなりの熱を回収することで、熱効率
はさらに改善される。
【００４４】上記作動サイクル１０で使用される通常の
作動パラメータの例を以下に挙げる。これは再生ガスタ
ービンサイクルで作動する通常のガスタービンに関する
ものである。 ［例１］導入条件 空気： 質量 ７３．３ｋｇ／秒 温度 １５℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 水 ： 質量 第１ステージコンプレッサーへ１．２６８
ｋｇ／秒 第２ステージコンプレッサー
へ１．１４９ｋｇ／秒 第３ステージコ
ンプレッサーへ０．９６３ｋｇ／秒温度 １１５
℃ 作動条件コンプレッサーからの圧縮空気：温度
６４．８℃ 圧力 ８０４．６ｋＰａ コンプレッサー及び／又は水供給手段に導入された水：
温度 １１５℃ 熱交換器２８以後の圧縮空気： 温度 ６０６．８℃ 燃料： 質量 １．０３２ｋｇ／秒 圧力 ８１０ｋＰａ 燃焼室以後のガス媒体： 温度 １１４０℃ 第１動力生成タービン以後のガス媒体：温度 ８
７４．７℃ 圧力 ２８２．８４ｋＰａ 動力生成タービンからの排出ガス 温度 ６５６．８℃ 排出ガス放出システム（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ
ｌｅａｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ） 温度 １４３．２℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 上記パラメータに対し、動力生成タービンからの純出力
は３０．４７ＭＷで、ほぼ５８．５％の熱効率である。
作動パラメータの例を以下に挙げる。これは再生ガスタ
ービンサイクルで作動する通常のガスタービンに関する
ものである。 ［例１］導入条件 空気： 質量 ７３．３ｋｇ／秒 温度 １５℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 水 ： 質量 第１ステージコンプレッサーへ１．２６８
ｋｇ／秒 第２ステージコンプレッサー
へ１．１４９ｋｇ／秒 第３ステージコ
ンプレッサーへ０．９６３ｋｇ／秒温度 １１５
℃ 作動条件コンプレッサーからの圧縮空気：温度
６４．８℃ 圧力 ８０４．６ｋＰａ コンプレッサー及び／又は水供給手段に導入された水：
温度 １１５℃ 熱交換器２８以後の圧縮空気： 温度 ６０６．８℃ 燃料： 質量 １．０３２ｋｇ／秒 圧力 ８１０ｋＰａ 燃焼室以後のガス媒体： 温度 １１４０℃ 第１動力生成タービン以後のガス媒体：温度 ８
７４．７℃ 圧力 ２８２．８４ｋＰａ 動力生成タービンからの排出ガス 温度 ６５６．８℃ 排出ガス放出システム（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ
ｌｅａｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ） 温度 １４３．２℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 上記パラメータに対し、動力生成タービンからの純出力
は３０．４７ＭＷで、ほぼ５８．５％の熱効率である。
【００４５】図２を参照しつつ、本発明の再生ガスター
ビンサイクルで作動するガスタービンの第２の例の作動
サイクル５０について説明する。この例において前述の
例と同一又は同種の部品は、前述の例と同じ参照番号で
示す。サイクル５０は基本的には図１に記載のサイクル
１０と同じである。但し、第２燃焼室５２が第１動力生
成タービン３４と第２動力生成タービン３６との間に設
置され、動力生成タービン３４から動力生成タービン３
６に通過するガス媒体を、燃焼室５２内の燃料を再燃焼
させて再加熱する点は異なる。
ビンサイクルで作動するガスタービンの第２の例の作動
サイクル５０について説明する。この例において前述の
例と同一又は同種の部品は、前述の例と同じ参照番号で
示す。サイクル５０は基本的には図１に記載のサイクル
１０と同じである。但し、第２燃焼室５２が第１動力生
成タービン３４と第２動力生成タービン３６との間に設
置され、動力生成タービン３４から動力生成タービン３
６に通過するガス媒体を、燃焼室５２内の燃料を再燃焼
させて再加熱する点は異なる。
【００４６】このように生成された追加圧力／熱エネル
ギにより、第２動力生成タービン３６の出力が改善され
、タービンステージ間を通過するガス媒体を再加熱する
ことで各タービンステージに入ってくるガス媒体の温度
差を最少にできる。上記例で示されたパラメータに対し
、ガスタービンの全熱効率はほぼ６０．９％に改善され
る。
ギにより、第２動力生成タービン３６の出力が改善され
、タービンステージ間を通過するガス媒体を再加熱する
ことで各タービンステージに入ってくるガス媒体の温度
差を最少にできる。上記例で示されたパラメータに対し
、ガスタービンの全熱効率はほぼ６０．９％に改善され
る。
【００４７】図３を参照しつつ、再生ガスタービンサイ
クルで作動するガスタービンの第３の例の作動サイクル
７０について説明する。この例においても前述の例と同
一又は同種の部品は、前述の例と同じ参照番号で示す。 この作動サイクルは第１動力生成タービン３４から排出
された排気ガスを分岐する。動力生成タービン３４から
の排気ガス媒体のほぼ３分の１は、第２動力生成タービ
ン３６を通過し、タービン３６から熱交換器２８に移動
し、図１及び図２に示した場合と同じ方法で圧縮空気を
加熱する。
クルで作動するガスタービンの第３の例の作動サイクル
７０について説明する。この例においても前述の例と同
一又は同種の部品は、前述の例と同じ参照番号で示す。 この作動サイクルは第１動力生成タービン３４から排出
された排気ガスを分岐する。動力生成タービン３４から
の排気ガス媒体のほぼ３分の１は、第２動力生成タービ
ン３６を通過し、タービン３６から熱交換器２８に移動
し、図１及び図２に示した場合と同じ方法で圧縮空気を
加熱する。
【００４８】このサイクルで、第１動力生成タービン３
４からの排気ガス媒体のほぼ３分の２は導管７２により
コンプレッサー１２で再循環される。排気ガスは熱交換
器２８を通過する導管７２を通り、熱交換器２８を通る
圧縮空気を加熱する。その結果、以後付属熱交換器７４
を通る排気ガスを冷却する。熱交換器７４は、水のよう
な液体冷却剤を使用し、排気ガス媒体をさらに冷却する
。熱交換器７４以後、コンプレッサー１２の第２ステー
ジコンプレッサー１８に導入される前に、全ての凝集物
が、排気ガスから回収される。
４からの排気ガス媒体のほぼ３分の２は導管７２により
コンプレッサー１２で再循環される。排気ガスは熱交換
器２８を通過する導管７２を通り、熱交換器２８を通る
圧縮空気を加熱する。その結果、以後付属熱交換器７４
を通る排気ガスを冷却する。熱交換器７４は、水のよう
な液体冷却剤を使用し、排気ガス媒体をさらに冷却する
。熱交換器７４以後、コンプレッサー１２の第２ステー
ジコンプレッサー１８に導入される前に、全ての凝集物
が、排気ガスから回収される。
【００４９】ここで使用されるコンプレッサー１２は、
各コンプレッサーステージに入る直前に圧縮される空気
に水を供給する。適当な水供給手段７６が図示されるよ
うに設けられる。
各コンプレッサーステージに入る直前に圧縮される空気
に水を供給する。適当な水供給手段７６が図示されるよ
うに設けられる。
【００５０】再循環した排気ガスは、圧力をかけられコ
ンプレッサー１８に送られ、そこで第１ステージコンプ
レッサー１６内の圧縮空気と結合する。第１ステージコ
ンプレッサー１６に導入される空気の量は、ガスタービ
ンが必要とする全圧縮ガス媒体のほぼ３分の１である。 残りの３分の２は、再循環する排気ガスに送られる。
ンプレッサー１８に送られ、そこで第１ステージコンプ
レッサー１６内の圧縮空気と結合する。第１ステージコ
ンプレッサー１６に導入される空気の量は、ガスタービ
ンが必要とする全圧縮ガス媒体のほぼ３分の１である。 残りの３分の２は、再循環する排気ガスに送られる。
【００５１】このサイクルの長所は、コンプレッサー１
２の必要仕事量が、第１ステージコンプレッサー１６内
の必要動力が圧縮するガスの全必要量のほぼ３分の１を
圧縮するのに十分な範囲に低減され、図１及び図２に示
すタービンの第１及び第２の例の第１圧縮ステージ内の
圧縮に必要な全質量に対してではないことである。
２の必要仕事量が、第１ステージコンプレッサー１６内
の必要動力が圧縮するガスの全必要量のほぼ３分の１を
圧縮するのに十分な範囲に低減され、図１及び図２に示
すタービンの第１及び第２の例の第１圧縮ステージ内の
圧縮に必要な全質量に対してではないことである。
【００５２】作動サイクル７０は更に水加熱工程を備え
る。コンプレッサー７８により燃焼室４０に導入される
以前に燃料を圧縮し、さらに燃焼室４０内の動力／熱生
成を強化する。
る。コンプレッサー７８により燃焼室４０に導入される
以前に燃料を圧縮し、さらに燃焼室４０内の動力／熱生
成を強化する。
【００５３】上記作動サイクル７０内で使用される通常
の作動パラメータの例を以下に挙げれ。この例は再生ガ
スタービンサイクルで作動する通常のガスタービンに関
するものである。 ［例２］ 導入条件 空気： 質量 ２４．４３ｋｇ／秒 温度 １５℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 水： 温度 １１５℃ 作動条件： コンプレッサーからの圧縮空気： 温度 ８２．５℃ 圧力 ８５０ｋＰａ コンプレッサー及び／又は水供給手段に導入された水：
温度 １１５℃ 第１熱交換器以後の圧縮空気： 温度 ６７５℃ 燃料： 質量 ０．８９ｋｇ／秒 温度 ２５１．７℃ 燃焼室以後のガス媒体： 圧力 １２９１．５ｋＰａ 温度 １１４０℃ 第１動力生成タービン以後且つ熱交換器２８以前のガス
媒体： 質量 ４９．５ｋｇ／秒 温度 ７４１．８℃ 圧力 ２３７．３ｋＰａ 熱交換器２８以後且つ第１動力生成タービン以後のガス
媒体 温度 １３４．４℃ 第１動力生成タービンから第２動力生成タービンへのガ
ス媒体 質量 ２４．４ｋｇ／秒 圧力 ２３７．３ｋＰａ 温度 ７４１．８℃ 第２動力生成タービンからの排気ガス：圧力 １
０２．３ｋＰａ 温度 ５７９．３℃ 上記パラメータに対し、動力生成タービンからの純出力
は２７．２５ＭＷで、タービンの熱効率はほぼ６１．２
４％である。
の作動パラメータの例を以下に挙げれ。この例は再生ガ
スタービンサイクルで作動する通常のガスタービンに関
するものである。 ［例２］ 導入条件 空気： 質量 ２４．４３ｋｇ／秒 温度 １５℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 水： 温度 １１５℃ 作動条件： コンプレッサーからの圧縮空気： 温度 ８２．５℃ 圧力 ８５０ｋＰａ コンプレッサー及び／又は水供給手段に導入された水：
温度 １１５℃ 第１熱交換器以後の圧縮空気： 温度 ６７５℃ 燃料： 質量 ０．８９ｋｇ／秒 温度 ２５１．７℃ 燃焼室以後のガス媒体： 圧力 １２９１．５ｋＰａ 温度 １１４０℃ 第１動力生成タービン以後且つ熱交換器２８以前のガス
媒体： 質量 ４９．５ｋｇ／秒 温度 ７４１．８℃ 圧力 ２３７．３ｋＰａ 熱交換器２８以後且つ第１動力生成タービン以後のガス
媒体 温度 １３４．４℃ 第１動力生成タービンから第２動力生成タービンへのガ
ス媒体 質量 ２４．４ｋｇ／秒 圧力 ２３７．３ｋＰａ 温度 ７４１．８℃ 第２動力生成タービンからの排気ガス：圧力 １
０２．３ｋＰａ 温度 ５７９．３℃ 上記パラメータに対し、動力生成タービンからの純出力
は２７．２５ＭＷで、タービンの熱効率はほぼ６１．２
４％である。
【００５４】図４は、再生ガスタービンサイクルで作動
するガスタービンの第４の例の作動サイクル１００を示
す。この例においても、前述の例と同一又は同種の部品
は、前述の例と同じ参照番号で示す。図４に示すサイク
ルは基本的には図３に示されたサイクルと同じである。 但し水の導入方法は図１及び図２のサイクルと等しく、
第２動力生成タービン３６は熱交換器２８を通過する前
に使用され、副タービン１０２を駆動する。次に副ター
ビン１０２は、副コンプレッサー１０４を駆動し、副コ
ンプレッサー１０４は主コンプレッサー１２に水が導入
れさる前に空気と水を圧縮する。コンプレッサー１０４
で圧縮された空気と水の混合物は、例えば水のような液
体冷却剤を使って、コンプレッサー１２への導入前に圧
縮媒体を冷却できる熱交換器１０６を通過する。このよ
うに空気を予め圧縮することにより、さらにコンプレッ
サー１２の必要動力を低減させ、図示されたサイクル１
００での作動により、ガスタービンの全体の熱効率をさ
らに強化できる。
するガスタービンの第４の例の作動サイクル１００を示
す。この例においても、前述の例と同一又は同種の部品
は、前述の例と同じ参照番号で示す。図４に示すサイク
ルは基本的には図３に示されたサイクルと同じである。 但し水の導入方法は図１及び図２のサイクルと等しく、
第２動力生成タービン３６は熱交換器２８を通過する前
に使用され、副タービン１０２を駆動する。次に副ター
ビン１０２は、副コンプレッサー１０４を駆動し、副コ
ンプレッサー１０４は主コンプレッサー１２に水が導入
れさる前に空気と水を圧縮する。コンプレッサー１０４
で圧縮された空気と水の混合物は、例えば水のような液
体冷却剤を使って、コンプレッサー１２への導入前に圧
縮媒体を冷却できる熱交換器１０６を通過する。このよ
うに空気を予め圧縮することにより、さらにコンプレッ
サー１２の必要動力を低減させ、図示されたサイクル１
００での作動により、ガスタービンの全体の熱効率をさ
らに強化できる。
【００５５】上記作動サイクル１００内で使用されるこ
の作動パラメータの例を以下に示す。この例は、再生ガ
スタービンサイクルで作動する典型的なガスタービンに
関するものである。 ［例３］導入条件 副コンプレッサーへの空気： 質量 ２４．４３ｋｇ／秒 温度 １５℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 副コンプレッサーヘの水： 質量 ０．２７９ｋｇ／秒 温度 １１５℃ 主コンプレッサーへの空気： 温度 ２４．８℃ 圧力 １４９ｋＰａ コンプレッサーへ導入された水： 質量 第１ステージコンプレッサーへ１．１５５
ｋｇ／秒 第２ステージコンプレッサー
へ０．９９８ｋｇ／秒 第３ステージコ
ンプレッサーへ０．８１６ｋｇ／秒温度 １１５
℃ 作動条件：コンプレッサーからの圧縮空気：温度
６９℃ 圧力 １１８６ｋＰａ 水供給手段に導入された水： 温度 １１５℃ 熱交換器２８以後の圧縮空気： 温度 ６１５℃ 燃焼室への燃料： 質量 ０．９９ｋｇ／秒 圧力 １２００ｋＰａ 燃焼室以後のガス媒体： 温度 １１４０℃ 第１動力生成タービン以後のガス媒体：温度 ８
８４℃ 圧力 ４２４．２６ｋＰａ 再循環用熱第２動力生成タービンからの排気ガス：質量
４９．５ｋｇ／秒 温度 ６６５℃ 圧力 １５０ｓＰａ 熱交換器以後の再循環ガス媒体： 温度 １２０℃ 副コンプレッサーと熱交換器間のガス媒体：質量
１５０ｋＰａ 温度 ５９２．８℃ 熱交換器以後の排気ガス 温度 １２０℃通常、上記４つのサイクルの主な
特徴は、コンプレッサー１２に水を供給することであり
、コンプレッサー１２は前述の長所を有する。さらに上
記サイクルの他の特徴は、個々の応用に際し、最大の長
所が得られるように様々なサイクルと結合して使用され
る点である。例えば、動力生成タービン間でのガス媒体
の再加熱は、図３と図４に示されたサイクルで使用され
る。 図３のサイクルでは、コンプレッサーステージ内で圧縮
の間、連続して水を供給するこどかできる。
の作動パラメータの例を以下に示す。この例は、再生ガ
スタービンサイクルで作動する典型的なガスタービンに
関するものである。 ［例３］導入条件 副コンプレッサーへの空気： 質量 ２４．４３ｋｇ／秒 温度 １５℃ 圧力 １０１．３ｋＰａ 副コンプレッサーヘの水： 質量 ０．２７９ｋｇ／秒 温度 １１５℃ 主コンプレッサーへの空気： 温度 ２４．８℃ 圧力 １４９ｋＰａ コンプレッサーへ導入された水： 質量 第１ステージコンプレッサーへ１．１５５
ｋｇ／秒 第２ステージコンプレッサー
へ０．９９８ｋｇ／秒 第３ステージコ
ンプレッサーへ０．８１６ｋｇ／秒温度 １１５
℃ 作動条件：コンプレッサーからの圧縮空気：温度
６９℃ 圧力 １１８６ｋＰａ 水供給手段に導入された水： 温度 １１５℃ 熱交換器２８以後の圧縮空気： 温度 ６１５℃ 燃焼室への燃料： 質量 ０．９９ｋｇ／秒 圧力 １２００ｋＰａ 燃焼室以後のガス媒体： 温度 １１４０℃ 第１動力生成タービン以後のガス媒体：温度 ８
８４℃ 圧力 ４２４．２６ｋＰａ 再循環用熱第２動力生成タービンからの排気ガス：質量
４９．５ｋｇ／秒 温度 ６６５℃ 圧力 １５０ｓＰａ 熱交換器以後の再循環ガス媒体： 温度 １２０℃ 副コンプレッサーと熱交換器間のガス媒体：質量
１５０ｋＰａ 温度 ５９２．８℃ 熱交換器以後の排気ガス 温度 １２０℃通常、上記４つのサイクルの主な
特徴は、コンプレッサー１２に水を供給することであり
、コンプレッサー１２は前述の長所を有する。さらに上
記サイクルの他の特徴は、個々の応用に際し、最大の長
所が得られるように様々なサイクルと結合して使用され
る点である。例えば、動力生成タービン間でのガス媒体
の再加熱は、図３と図４に示されたサイクルで使用され
る。 図３のサイクルでは、コンプレッサーステージ内で圧縮
の間、連続して水を供給するこどかできる。
【００５６】上記ガスタービンの作動サイクルは、極め
て効率がよく、所定の必要出力に対し、従来のガスター
ビンと比較すると燃料がほぼ半分で済む。さらに、サイ
クルで使用されるガスの質量は半分であるので、タービ
ンを小形化でき、費用の軽減につながる。
て効率がよく、所定の必要出力に対し、従来のガスター
ビンと比較すると燃料がほぼ半分で済む。さらに、サイ
クルで使用されるガスの質量は半分であるので、タービ
ンを小形化でき、費用の軽減につながる。
【００５７】圧縮空気に水を供給するとさらに一酸化炭
素の放出値が下がり、燃焼効率がよくなる。本発明のサ
イクルはさらに立ち上がりが迅速で対応も早く、動力位
置の応用が利く。ボイラー設備は必要なく、ガスタービ
ンは比較的コンパクトなものでよい。本発明のガスター
ビンはさらに様々な燃料を使用できる。燃料は、ガスと
液体燃料を含んでいてもよい。
素の放出値が下がり、燃焼効率がよくなる。本発明のサ
イクルはさらに立ち上がりが迅速で対応も早く、動力位
置の応用が利く。ボイラー設備は必要なく、ガスタービ
ンは比較的コンパクトなものでよい。本発明のガスター
ビンはさらに様々な燃料を使用できる。燃料は、ガスと
液体燃料を含んでいてもよい。
【図１】本発明タービンの作動サイクルの第１の例の概
略図である。
略図である。
【図２】本発明タービンの作動サイクルの第２の例の概
略図である。
略図である。
【図３】本発明タービンの作動サイクルの第３の例の概
略図である。
略図である。
【図４】本発明タービンの作動サイクルの第４の例の概
略図である。
略図である。
１０ 作動サイクル
１２ コンプレッサー
１４ 空気入口
１６ 第１ステージコンプレッサー１８
第２ステージコンプレッサー２０ 第３ステージ
コンプレッサー２２ 水供給装置 ２４，２６，２８ 熱交換器 ３２ 動力生成タービン ３４ 第１ステージ動力生成タービン３６
第２ステージ動力生成タービン４０ 燃焼室 ４４，４６ 熱交換器 ５０，７０ 作動サイクル ７８ コンプレッサー １００ 作動サイクル １０２ 副タービン １０４ 副コンプレッサー
第２ステージコンプレッサー２０ 第３ステージ
コンプレッサー２２ 水供給装置 ２４，２６，２８ 熱交換器 ３２ 動力生成タービン ３４ 第１ステージ動力生成タービン３６
第２ステージ動力生成タービン４０ 燃焼室 ４４，４６ 熱交換器 ５０，７０ 作動サイクル ７８ コンプレッサー １００ 作動サイクル １０２ 副タービン １０４ 副コンプレッサー
Claims (37)
- 【請求項１】 コンプレッサーを通り圧縮行程にある
間、流速を制御し空気に水を供給する第一液体供給手段
と、コンプレッサーにより供給された圧縮ステージの二
つのステージ間に設置された、圧縮空気を冷却する少な
くとも一つの冷却手段を有する、マルチステージで空気
を圧縮するガスコンプレッサーと、ガスコンプレッサー
からの加熱圧縮された空気と混合した燃料を燃焼させ、
圧力／熱エネルギーを生成する少なくとも一つの燃焼室
と、燃焼室内で生成された圧縮／熱エネルギーにより駆
動し、動力を生成する動力生成タービンと、圧縮空気が
燃焼室へと通過する前に、動力生成タービンから排出さ
れた高温の排気ガスにより、ガスコンプレッサーからの
圧縮空気を加熱する第一熱交換器手段とを備えた再生ガ
スタービンで作動するガスタービン。 - 【請求項２】 ガスコンプレッサーはマルチステージ
のコンプレッサーでステージで圧縮を供給する一連の独
立コンプレッサーを備えている請求項１に記載のガスタ
ービン。 - 【請求項３】 第一液体供給手段は各独立コンプレッ
サーの直ぐ上流で圧縮される空気に水を供給するように
設置されている請求項２に記載のガスタービン。 - 【請求項４】 第一液体供給手段は圧縮の間各コンプ
レッサー内で圧縮される空気に水を供給するように設置
されている請求項２に記載のガスタービン。 - 【請求項５】 第一液体供給手段は圧縮の間各コンプ
レッサー内の空気が流れる通路に沿ってコンプレッサー
内の各コンプレッサーに小滴形態の水を供給できる型で
ある請求項４に記載のガスタービン。 - 【請求項６】 全ての各コンプレッサー間に設置され
た中間冷却手段を備えた請求項２から５のいずれかに記
載のガスタービン。 - 【請求項７】 中間冷却手段は各圧縮ステージ間でガ
スコンプレッサーにより圧縮された空気を冷却する液体
冷却媒体を使用しうる熱交換器を備えている請求項６に
記載のガスタービン。 - 【請求項８】 ガスコンプレッサーは液体供給手段と
中間冷却手段を有するマルチステージの遠心コンプレッ
サーである請求項２から７のいずれかに記載のガスター
ビン。 - 【請求項９】 第一交換器によりガスコンプレッサー
からの圧縮空気が通過する第一通路と、動力生成タービ
ンからの排気ガスが通過する第二通路が形成され、前記
通路は、排気ガスにより圧縮空気を加熱する様に設置さ
れた請求項１から８のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項１０】 動力生成タービンは作動最終ステー
ジタービンから第一熱交換器へと排気を通過させる請求
項９に記載のガスタービン。 - 【請求項１１】 動力生成タービンが第一排気口と第
二排気口を備え、第二排気口は、第一交換器を通りガス
コンプレッサーに連結されているので、制御された動力
生成タービンからの排気ガス量が、第一熱交換器を通過
する圧縮空気により第一熱交換器内で冷却され、次に圧
力をかけられて、ガスコンプレッサーに供給され、ガス
コンプレッサーに導入された新鮮な空気を補充する請求
項１から８のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項１２】 第二排気ガス口からの排気ガスは、
コンプレッサーにより供給された第一圧縮ステージの下
方でガスコンプレッサーに送られる請求項１１に記載の
ガスタービン。 - 【請求項１３】 液体冷却媒体によりガスコンプレッ
サーに供給される排気ガスを冷却する、第一熱交換器と
ガスコンプレッサー間に設置された第二交換器を備えて
いる請求項１１又は１２に記載のガスタービン。 - 【請求項１４】 動力生産タービンは、作動最終ステ
ージタービンにより供給される第一排気口と作動先行タ
ービンにより供給される第二排気口を有する、マルチス
テージタービンである請求項１１から１３のいずれかに
記載のガスタービン。 - 【請求項１５】 圧縮後、ガスコンプレッサーにより
圧縮された空気に水を供給する、第二液体供給手段を備
えた先行する請求項のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項１６】 液体供給手段は小滴形態の水を圧縮
空気に供給する水スプレーを備える請求項１５に記載の
ガスタービン。 - 【請求項１７】 第一熱交換器を通過した排気ガスに
より、ガスコンプレッサーにより圧縮された空気に送ら
れる水を加熱する熱交換器を備えた請求項１から１６の
いずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項１８】 ガスコンプレッサーにより圧縮され
た空気に送られる水を高温の圧縮空気により加熱する熱
交換器を備え、前記熱交換器はコンプレッサーの圧縮ス
テージから中間冷却器に流れる空気と一列に並ぶ請求項
１から１７のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項１９】 燃焼室に圧力をかけて燃料を供給す
る燃料ポンプを備えた請求項１から１８のいずれかに記
載のガスタービン。 - 【請求項２０】 燃料が燃焼室に送られる以前に、熱
交換器を通過した排気ガスにより、燃料を加熱する熱交
換器を備えた請求項１から１９のいずれかに記載のガス
タービン。 - 【請求項２１】 動力生成タービンがマルチステージ
タービンであり、タービンステージ間に燃焼室を備え、
一つのタービンステージから次のタービンステージへと
流れるガスに混合した燃料を燃焼させる請求項１から２
０のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項２２】 第一熱交換器の上流で圧縮空気を冷
却した結果形成される水の凝集物を排出する排出手段を
備えた請求項１から２１のいずれかに記載のガスタービ
ン。 - 【請求項２３】 マルチステージの空気を所定の圧力
に複型に圧縮し、コンプレッサーによる圧縮過程にある
間、所定量の水を圧縮空気に導入することにより全体の
温度の上昇を最少に保持し、圧縮ステージ間に設置され
た熱交換器により圧縮された空気を供給することで圧縮
空気の温度を下げること、タービンにより生成された高
温の排気ガスを使って、適応する第一熱交換器内の圧縮
空気を加熱することと、加熱圧縮された空気と混ざった
燃料を燃焼させ、圧力／熱エネルギーを生成すること、
及び燃焼により生成された圧力／熱エネルギーにより、
動力生成タービンを駆動させ、動力を生成することを含
む再生ガスタービンサイクルを作動させる方法。 - 【請求項２４】 小滴形態の水を作動圧力ステージの
間、圧縮される空気に連続して供給することを含む請求
項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 コンプレッサーの圧縮過程間に設置
された熱交換器内で冷却剤として冷水を使用することを
含む請求項２３又は２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 コンプレッサーにより圧縮される空
気に送られる水量を制御し、全ての水が導入後蒸発し、
圧縮される空気内の含有蒸気が連続して飽和状態に近づ
くことを含む請求項２３から２５のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項２７】 コンプレッサーからの圧縮空気に小
滴形態の水を供給し、導入された水が蒸発することで、
圧縮空気内の上記が飽和状態に近づくことを含む請求項
２３から２６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項２８】 水が導入される以前に圧縮空気に送
られる水を、第一熱交換器からの高温の排気ガスを使っ
て加熱することを含む請求項２３から２７のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項２９】 水が導入される以前に圧縮空気に送
られる水を、コンプレッサーの圧縮ステージから中間冷
却器に流れる高温の排気ガスを使って加熱することを含
む請求項２３から２８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項３０】 動力生成タービンからの排気ガスの
一部をコンプレッサーに戻し、コンプレッサーで圧縮さ
れる新鮮な空気と圧力をかけて結合させ、再循環した排
気ガスを第一熱交換器内で冷却することを含む請求項２
３から２９のいずれかに記載の方法。 - 【請求項３１】 新鮮な空気を圧縮する第一ステージ
の後、コンプレッサーで再循環する排気ガスをコンプレ
ッサーに導入し、導入する排気ガスの量を制御して、圧
縮第一ステージで圧縮される新鮮な空気の導入量を最少
にし、一方では、圧縮される混合物の全質量やコンプレ
ッサーを出る圧縮媒体の最終圧には影響を与えないこと
を含む請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３２】 第二熱交換器内のコンプレッサーに
再循環される排気ガスを、任意の適当な液体冷却剤を使
って冷却することを含む請求項３０又は３１に記載の方
法。 - 【請求項３３】 燃料を燃焼する前に圧縮することを
含む請求項２３から３３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項３４】 燃料を燃焼する前に第一熱交換器か
らの高温排気ガスを使って加熱することを含む請求項２
３から３４のいずれかに記載の方法。 - 【請求項３５】 マルチステージ動力生成タービン内
の動力を生成し、タービンステージ間を通過するガス内
で燃料を燃焼させることを含む請求項２３から３４のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項３６】 圧縮空気を冷却し、濃縮物が生じう
る位置において、圧縮空気から水濃縮物を排出すること
を含む請求項２３から３５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項３７】 コンプレッサーに導入される空気を
副コンプレッサーにより圧縮し、副コンプレッサーは動
力生成タービンからの排気ガスにより駆動する副動力生
成タービンにより駆動し、コンプレッサーに導入される
以前の熱交換器内の前記圧縮空気を、液体冷却剤を使っ
て冷却することを含む請求項２３から３６のいずれかに
記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA901495 | 1990-02-27 | ||
| ZA90/1495 | 1990-02-27 | ||
| ZA90/5239 | 1990-07-04 | ||
| ZA905239 | 1990-07-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04228832A true JPH04228832A (ja) | 1992-08-18 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3119642A Pending JPH04228832A (ja) | 1990-02-27 | 1991-02-27 | ガスタービン及びその作動方法 |
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|---|---|
| EP (1) | EP0444913A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04228832A (ja) |
| AU (1) | AU7196091A (ja) |
| CA (1) | CA2037205A1 (ja) |
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