(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステムであって、
流体を圧縮するように構成された少なくとも１つの圧縮部と、
前記少なくとも１つの圧縮部から排出される前記流体を冷却するように構成された少なくとも１つのインタークーラと、
圧縮された前記流体とともに燃料を燃焼させるように構成された燃焼部と、
前記燃焼部が前記燃料を燃焼させた際に発生する燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン部と、
少なくとも前記タービン部から排出される排ガスを用いて、前記少なくとも１つの圧縮部により圧縮された前記流体を加熱するように構成されたレキュペレータと、
前記タービン部からの発生出力によって駆動されるように構成された第１の装置と、
前記少なくとも１つの圧縮部に機械的に連結された第１の回転軸と、
前記第１の回転軸に連結され前記タービン部に機械的に連結された第２の回転軸と、
少なくとも前記少なくとも１つの圧縮部及び前記少なくとも１つのインタークーラを収容する第１のハウジングと、
少なくとも前記燃焼部、前記レキュペレータ及び前記第１の装置を収容する第２のハウジングとを含み、
前記少なくとも１つの圧縮部が、前記タービン部からの前記発生出力を用いて駆動され、かつ前記タービン部または前記第１の装置の少なくとも一方から離れて配置され、
前記第１及び第２のハウジングが、前記第１の回転軸の延在方向に離間していることを特徴とするタービンシステム。
【請求項２】
前記タービン部からの前記発生出力が、前記少なくとも１つの圧縮部に、ギア連結部を介して伝達されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項３】
前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸が、互いに取り外し可能に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項４】
前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸が、第１の連結部材によって互いに連結されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンシステム。
【請求項５】
前記１若しくは複数の圧縮部において、該圧縮部の数が２以上であり、
該２つ以上の圧縮部のうちの少なくとも２つの圧縮部が、前記第１の回転軸とギア連結されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンシステム。
【請求項６】
前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸が、一体形成されかつ前記圧縮部とギア連結されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの圧縮部において、該圧縮部の数が２以上であり、
該２つ以上の圧縮部のうちの少なくとも２つの圧縮部が、前記第１の回転軸とシャフト連結されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの圧縮部が、前記第１の回転軸に固着された第１のギアと連結した第３の回転軸を中心に回転しかつ所定のギア比に従って回転するインペラを含むことを特徴とする請求項３に記載のタービンシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの圧縮部において、該圧縮部の数が２以上であり、
該２つ以上の圧縮部のうち、少なくとも２つの圧縮部が、前記第３の回転軸とシャフト連結されていることを特徴とする請求項８に記載のタービンシステム。
【請求項１０】
前記１若しくは複数のインタークーラにおいて、該インタークーラの数が２以上であることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１１】
前記第１の装置が、電力を発生させる発電機であることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１２】
前記第２のハウジングが、前記タービン部を収容することを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１３】
前記流体を前記レキュペレータに供給するために、前記少なくとも１つの圧縮部によって圧縮された前記流体に水分を加えるように構成された加湿器をさらに含み、
前記第１のハウジングが、前記加湿器をさらに収容することを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１４】
前記タービン部が、前記第１の装置と前記１若しくは複数の圧縮部との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１５】
前記タービン部の出力軸及び前記第１の装置の入力軸のそれぞれの回転速度を変更するように構成された変速部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの圧縮部、前記タービン部、前記第１の装置及び前記燃焼部のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの可動ベースフレーム上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１７】
前記タービン部の出力軸、前記第１の装置の入力軸及び前記圧縮部の入力軸のそれぞれの回転速度を変更するように構成された変速部をさらに含み、
前記変速部が、前記圧縮部、前記タービン部及び前記第１の装置に、それぞれ独立した軸を介して連結されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【請求項１８】
前記第１の回転軸が、前記第１のハウジング内の前記少なくとも１つの圧縮部及び前記第２のハウジング内の前記第１の装置を機械的に連結することを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンシステムに係り、より詳細には、タービンシステムの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、タービンシステムは、蒸気やガスなどの圧縮性流体の流れから推進力または反動力として回転力を得ることによって出力を発生させる。タービンエンジンまたはタービン発電システムは、圧縮性流体の流れを用いて駆動される。例えば、既存のレシプロエンジンと比較すると、タービンエンジンは、ずっと軽量で、発生出力が大きく、大気汚染物質の排出が少ないので、高出力のクリーンエンジンと考えられている。タービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気と混合した燃料を燃焼させるための燃焼器と、燃焼器内で生じる爆発によって高温・高圧にした気体を膨張させ、そこから回転力を得ることによって圧縮機を駆動させ、かつ排ガスを排出するためのタービンとを含み得る。圧縮機によって圧縮された空気は燃焼器に送られ、燃焼器は、圧縮空気と混合した燃料を燃焼させる。タービンエンジンと同様に、タービン発電システムは、燃焼器内で爆発した高温高圧流体の膨張から得られる回転力によってタービンを駆動することにより、電力を発生させ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】大韓民国特許出願第１０−２０１０−００２３４１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、高効率のタービンシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態に従って、タービンシステムであって、流体を圧縮する１若しくは複数の圧縮部と、圧縮流体とともに燃料を燃焼させる燃焼部と、燃焼部から発生する燃焼ガスによって駆動されるタービン部と、タービン部からの発生出力によって駆動される第１の装置とを含み、１若しくは複数の圧縮部は、少なくともタービン部からの発生出力を用いて駆動され、かつタービン部または第１の装置の少なくとも一方から離れて配置されているような、該タービンシステムが提供される。
【０００６】
タービン部からの発生出力は、１若しくは複数の圧縮部に、ギア連結部を介して伝達されることができる。
【０００７】
タービンシステムは、圧縮部と機械的に連結された第１の回転軸と、タービン部と機械的に連結された第２の回転軸とをさらに含み、第１の回転軸及び第２の回転軸は、互いに取り外し可能に連結されている。
【０００８】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、第１の連結部材によって互いに連結され得る。
【０００９】
１若しくは複数の圧縮部は、２つ以上の圧縮部からなり得る。これら２つ以上の圧縮部のうち、少なくとも２つの圧縮部が、第１の回転軸とギア連結され得る。
【００１０】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、一体形成されて、圧縮部とギア連結され得る。
【００１１】
少なくとも２つの圧縮部は、第１の回転軸とシャフト連結され得る。
【００１２】
１若しくは複数の圧縮部は、第１の回転軸に固着された第１のギアと連結した第３の回転軸を中心に回転しかつ所定のギア比に従って回転するインペラを含み得る。
【００１３】
少なくとも２つの圧縮部は、第３の回転軸とシャフト連結され得る。
【００１４】
タービンシステムは、１若しくは複数の圧縮部から排出された流体を冷却させる少なくとも１つのインタークーラをさらに含み得る。圧縮システムは、少なくとも２つのインタークーラを含み得る。
【００１５】
タービンシステムは、少なくともタービン部から排出された排ガスを用いて、圧縮流体及び／または水分の流体を加熱するレキュペレータをさらに含み得る。
【００１６】
タービンシステムは、流体をレキュペレータに供給するために、１若しくは複数の圧縮部によって圧縮された流体に水分を加える加湿器をさらに含み得る。
【００１７】
タービン部は、第１の装置と１若しくは複数の圧縮部の間に配置され得る。
【００１８】
タービンシステムは、タービン部の出力軸及び第１の装置の入力軸の回転速度を変更する変速部をさらに含み得る。
【００１９】
１若しくは複数の圧縮部、タービン部、第１の装置及び燃焼部のうちの少なくとも１つが、１若しくは複数の可動ベースフレーム上に配置され得る。
【００２０】
タービンシステムは、タービン部の出力軸、第１の装置の入力軸及び圧縮部の入力軸の回転速度を変更する変速部をさらに含み得る。変速部は、圧縮部、タービン部及び第１の装置に、それぞれ独立した軸を介して連結され得る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の概念に従い、タービンシステムの効率を向上させ得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の例示的な実施形態に従うタービンシステムの概略的な構造図である。
【図２】図１に示したタービンシステムの概略的な斜視図である。
【図３】図１に示したタービンシステムの伝達部の上面図である。
【図４】図１に示したタービンシステムの出力と効率との関係を、他のシステムと比較して示しているグラフである。
【図５】図１に示したタービンシステムの第１の変形実施形態の概略的な構造図である。
【図６】図１に示したタービンシステムの第２の変形実施形態の概略的な構造図である。
【図７】図１に示したタービンシステムの第３の変形実施形態の概略的な構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
ここで、本発明の例示的な実施形態に従うタービンシステム１について、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、本発明の例示的な実施形態に従うタービンシステムの概略的な構造図である。図２は、図１に示したタービンシステム１の概略的な斜視図である。図３は、図１に示したタービンシステム１の伝達部１４０の上面図である。図４は、図１に示したタービンシステムの出力と効率との関係を、他のシステムと比較して示しているグラフである。
【００２５】
図１を参照すると、タービンシステム１は、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃ、加湿器１３０、燃焼部２１０、タービン部２２０、第１の装置２３０、及びレキュペレータ２４０を含み得る。この例示的な実施形態では、図１に示すように、４つの圧縮部が設けられている。しかし、圧縮部１１０の数は、５つ以上でも３つ以下でもよい。図１に示す例示的な実施形態では、３つのインタークーラも設けられている。しかし、インタークーラの数は、４つ以上でも２つ以下でもよい。例えば、図２は、タービンシステム１が、１つの圧縮部１１０及び１つのインタークーラを含み得ることを示している。
【００２６】
図１ないし図３を参照すると、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄは、供給された流体Ｉを圧縮し得る。圧縮部１１０ａ〜１１０ｄの各々は、図３に示すようなインペラ１１１を含み得、インペラ１１１の回転によって流体Ｉを加速し得る。この場合、流体Ｉは、周囲空気であり得る。流体Ｉは、周囲空気に限定されるものではなく、排ガスや多種多様の流体であり得る。
【００２７】
流体Ｉの圧力は、複数の圧縮部１１０ａ〜１１０ｄを通過しながら上昇する。例えば、圧縮部１１０ａによって圧縮された流体Ｉは、圧縮過程で発生した熱を吸収するので、次の、圧縮部１１０ｂ、１１０ｃまたは１１０ｄにおける圧縮過程で圧縮されるときには、さらに多くのエネルギーが必要とされる。従って、圧縮により発生した熱を持つ流体Ｉを冷却し、冷却流体Ｉを後続の圧縮部に供給するために、２つの連続する圧縮部間にそれぞれインタークーラ１２０ａ、１２０ｂまたは１２０ｃのいずれかが配置され、それによって、圧縮部が必要とするエネルギーを減少させ得る。例えば、圧縮に必要な回転力を発生させるためのモータや、回転力を外部装置へ伝達するための回転軸の負荷を減少させ得る。インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃは、空冷式または水冷式によって流体Ｉを冷却させ得る。インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃの冷媒は、水などに限定されるものではなく、多様な冷媒が用いられ得る。
【００２８】
加湿器１３０は、流体Ｉをレキュペレータ２４０に供給するために、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄによって圧縮された流体Ｉに水分を加え得る。加湿器１３０は、流体Ｉに水分を加えることによって、流体Ｉの水蒸気量、相対湿度及び絶対湿度のうちの少なくとも１つを増加させ得る。しかし、タービンシステム１が停止するかまたは負荷変動がある場合には、流体Ｉは、加湿器１３０を通過せずに、レキュペレータ２４０に直接供給され得る。圧縮流体Ｉに水分が加えられば、レキュペレータ２４０の熱伝逹効率を向上させ得、質量の増大によって、レキュペレータ２４０の出力及び効率を向上させ得る。
【００２９】
燃焼部２１０は、燃料及び圧縮部１１０により圧縮された流体を燃焼させ、燃焼ガスを発生させる。燃焼部２１０の燃焼ガスは、タービン部２２０のタービン（図示せず）を回転させる。
【００３０】
第１の装置２３０は、タービン部２２０から受け取った回転力を用いて駆動される任意の機械装置であり得る。例えば、第１の装置２３０は、タービン部２２０から伝達された回転力を用いて電力を発生させる発電機であり得る。第１の装置２３０は、ガス圧縮機、冷却システム、浄水システムなどの一般的な機械装置またはシステムあることもある。以下、説明の便宜上、図面符号２３０は、発電機２３０を指す。
【００３１】
燃焼部２１０により発生した燃焼ガスは、タービン部２２０のタービンを回転させることができ、タービンの回転力は、発電機２３０に伝達されて電気を発生させることができる。この場合、発電機２３０は、発電機、モータ、またはその両方として機能し得る。
【００３２】
図１において、発電機２３０は、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄとタービン部２２０の間に配置されているが、発電機２３０の位置は、これに限定されるものではない。図１には図示されていないが、例えば、タービン部２２０は、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄと発電機２３０の間に配置されてもよい。すなわち、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、タービン部２２０及び発電機２３０は、連続して配置され得、この場合には、タービン部２２０の回転力の回転速度を変更し、回転力を発電機２３０に供給するために、変速部２６０が（図７に示すように）発電機２３０とタービン部２２０の間に配置され得る。変速部２６０については、後で図７を参照して説明する。
【００３３】
レキュペレータ２４０は、タービン部２２０から排出された排ガスと、加湿器１３０を通過した流体Ｉ間の熱交換器として機能し得る。レキュペレータ２４０は、例えば、複数の管を含んでおり、排ガスが管の外周面に接触し、圧縮流体が管内を通過するときに、管壁を介して熱交換を生じさせ得る。これによって、排ガスの温度が低下し得、圧縮流体の温度は上昇し得る。レキュペレータ２４０は、加湿器１３０を通過せずに圧縮部１１０から直接供給された流体Ｉを加熱し得る。レキュペレータ２４０は、加湿器１３０を通過して圧縮部１１０から供給された流体Ｉも加熱し得る。レキュペレータ２４０は、タービン部２２０の排ガスの熱量を加湿流体に伝達することによって、タービン部２２０から放出された熱量を取り戻すので、高温ガスを発生させるための燃焼器２１０内の燃料の所要量が減少し、タービンシステム１の効率が高められる。レキュペレータ２４０は、排出ガスの状態、設置場所または用途に応じて、チャンネル型、輻射型、煙管型など多様な形態であり得るが、これらに限定されるものではない。
【００３４】
タービンシステム１は、加湿器１３０、インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃ、レキュペレータ２４０または発電機２３０のうちの少なくとも１つを含まないことがある。例えば、加湿器１３０及びレキュペレータ２４０が含まれない場合、タービンシステム１は、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃ、燃焼部２１０、タービン部２２０及び発電機２３０のうちの少なくとも１つしか含まないことがある。
【００３５】
ここで、図４を参照して、タービンシステム１の効率について説明する。図４は、シンプルサイクルタービンシステム（◆）、蒸気噴射型ガスタービン（ＳＴＩＧ）、復熱装置（Recup.）、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）システム（■）及びコンバインドサイクルタービンシステム（●）の出力に基づくシステム全体効率の分布を示している。図４においては、◆、■、●はそれぞれ、シンプルサイクルタービンシステム（◆）、ＳＴＩＧ、Recup.、Ｉ／Ｃシステム（■）及びコンバインドサイクルタービンシステム（●）の出力に基づく全体効率値を表している。
【００３６】
この場合、シンプルサイクルタービンシステム（◆）は、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、燃焼部２１０、タービン部２２０及び発電機２３０を含み得る。ＳＴＩＧシステム（■）は、シンプルサイクルタービンシステム（◆）の構成要素に加えて、加湿器１３０をさらに含み得る。Recup.システム（■）は、シンプルサイクルタービンシステム（◆）の構成要素に加えて、レキュペレータ２４０をさらに含み得る。Ｉ／Ｃシステム（■）は、シンプルサイクルタービンシステム（◆）の構成要素に加えて、インタークーラ１２０をさらに含み得る。コンバインドサイクルタービンシステム（●）は、シンプルサイクルタービンシステム（◆）の構成要素に加えて、廃熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）及びスチームタービン装置をさらに含み得る。
【００３７】
発電機２３０の出力が例えば約０ＭＷないし約２０ＭＷ範囲内では、シンプルサイクルタービンシステム（◆）、ＳＴＩＧ、Recup.、Ｉ／Ｃシステム（■）及びコンバインドサイクルタービンシステム（●）の出力は、約４０％以下である。タービンシステム１の効率を向上させるために、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄによる流体Ｉの圧縮に必要な動力を低減する必要があり、インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃのうちの少なくとも１つを用いて動力を低減することができる。しかし、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、燃焼部２１０及びタービン部２２０が１つのハウジング内に配置されていると、システムの総容量を減少させることはできるが、空間的制約のせいで十分な数のインタークーラ１２０を設けることができない。また、１つのハウジングの大きさを単純に大きくすると、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、タービン部２２０及び発電機２３０を連結する回転軸の長さが大きくなる。この場合、高速で回転する回転軸の長さが大きくなると、例えば、回転軸のねじれ強度及びロータ動力学特性に起因する振動に問題が発生し得る。より詳細には、回転軸の一端すなわちタービン部２２０は、燃焼部２１０が発生させた爆発性燃焼ガスに起因して高速で回転するが、回転軸の他端は、回転軸の一端の回転力を伝達し、発電機２３０及び圧縮部１１０を回転させ、回転軸の両端間にはトルクが加えられる。回転軸の両端間にトルクが加えられるので、回転軸の一端では、回転軸の他端に対して或る角度だけねじれが生じる。両端のねじれによる角度は、ねじれ角と呼ばれる。この場合、トルク量が増大し、かつ回転軸の長さが大きくなるにつれて、ねじれ角も大きくなる。従って、回転軸のねじれ角を考慮して回転軸を設計するのであれば、回転軸の長さは制限される。より詳細には、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、タービン部２２０及び発電機２３０が１つの回転軸によって連結されるとき、回転軸の長さはねじれ強度及び／またはロータ動力学特性によって制限されるので、タービンシステム１は空間的制約を有する。従って、例えば、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄに十分な数のインタークーラ１２０を設けられないというような制約が生じ得る。
【００３８】
タービンシステム１では、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄは、タービン部２２０または発電機２３０の少なくとも一方から離れて配置され得る。従って、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄに対して十分な数のインタークーラ１２０、例えばインタークーラ１２０ａ〜１２０ｃを配置するための空間が確保され得る。また、タービンシステム１では、複数の軸が、例えばギアなどによって連結され得る。図１に示すように、第１の回転軸１５０は、伝達部１４０を介して複数の第３の回転軸１５３と連結され得る。この場合、伝達部１４０は、ギア連結構造などの多様な連結構造を有し得る。例えば、図３に示すように、第１の回転軸１５０に固着された第１のギア１５１及び圧縮部１１０ａ〜１１０ｄのインペラ１１１は、ギア連結され得る。この場合、圧縮部１１０のインペラ１１１は、第３の回転軸１５３と連結され得、第３の回転軸１５３に固着された第２のギア１５２は、第１の回転軸１５０に固着された第１のギア１５１とギア連結され得る。インペラ１１１の回転速度は、第１のギア１５１と第２のギア１５２のギア比によって増減され得る。第１の回転軸１５０及び第３の回転軸１５３は同軸に配置されないので、第１の回転軸１５０の長さは空間的に短縮され得るという効果がある。また、複数のインペラ１１１が同時に第１の回転軸１５０と連結され得る。
【００３９】
再び図１を参照すると、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄには、伝達部１４０を介して第１の回転軸１５０の回転力が伝達される。第１の圧縮部１１０ａは、供給された流体Ｉを受容しかつ圧縮し得る。圧縮された流体Ｉは、第１のインタークーラ１２０ａによって冷却され、冷却された流体Ｉは、第２の圧縮部１１０ｂに供給される。第２の圧縮部１１０ｂによって圧縮された流体Ｉは、第２のインタークーラ１２０ｂによって冷却される。第３の圧縮部１１０ｃによって圧縮された流体Ｉは、第３のインタークーラ１２０ｃによって冷却される。第４の圧縮部１１０ｄによって圧縮された流体Ｉは、加湿器１３０に送られる。上記したように、圧縮部及びインタークーラの個数及び配置は、図１に示すものに制限されることはなく、当業者によって様々に変更され得る。タービンシステム１は、少なくとも２つまたは３つのインタークーラを含み得る。このようにして、タービンシステム１の効率を向上させることができる。第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０並びにタービンシステム１の大きさの制約があるので、２つ以上のインタークーラを含めることは容易ではないかもしれないが、上記したように圧縮部１１０ａ〜１１０ｄを発電機２３０またはタービン部２２０の少なくとも一方から離すことによって十分な空間が確保されるならば、十分な数のインタークーラ１２０が含まれ得る。また、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄと第１の回転軸１５０が伝達部１４０を介してギア連結されるならば、第１の回転軸１５０の長さが短縮され得、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０の長さの増加に起因する第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０の脆弱なねじれ強度の問題が解決され得る。
【００４０】
ここで、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、発電機２３０及びタービン部２２０を連結するための第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、互いに取り外し可能に連結され得る。例えば、第１の回転軸１５０と第２の回転軸２５０は、第１の連結部材Ｃによって連結され得る。第１の連結部材Ｃは、例えば軸継手やフランジによって、軸連結部を形成し得る。第１の回転軸１５０と第２の回転軸２５０は互いに取り外し可能に連結されているので、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄは、発電機２３０及びタービン部２２０から容易に離隔され得る。また、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０が第１の連結部材Ｃを介して連結されていることからタービン部２２０と圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ間のトルク差に起因するねじれが発生する場合、第１の回転軸１５０に対して一定範囲内で第２の回転軸２５０のねじれが発生し得るので、トルク差が緩衝され得る。例えば、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、フランジを用いて連結され得る。フランジ連結では、軸方向に平行な方向に第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０を貫通してねじ穴が形成され得る。各ねじ穴と該ねじ穴に螺合する連結部材との間に、余分な空間が生まれ得る。第１の回転軸１５０と第２の回転軸２５０間のトルク差が十分大きい場合、第１の回転軸１５０に対して第２の回転軸２５０を余分な空間の量に応じて回転させることによって、トルク差が補償され得る。従って、第１の回転軸１５０と第２の回転軸２５０の連結方法によって、トルク差が緩衝され得る。
【００４１】
あるいは、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、一体形成され得る。この場合、第１の連結部材Ｃを用いなくてもよく、第１の回転軸１５０と第２の回転軸２５０は、互いに取り外し可能に連結され得る。例えば、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は一体形成され得、一体形成された第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、伝達部１４０とギア連結され得る。
【００４２】
図４に示すように、本発明の一実施形態によるタービンシステム１の出力と効率との相関関係が、Ａ領域、Ｂ領域及びＣ領域において示されている。Ａ領域、Ｂ領域及びＣ領域は、発電機２３０の出力が、それぞれ、約０ＭＷないし約２０ＭＷ、約２０ＭＷないし約５０ＭＷ、及び約５０ＭＷないし約１００ＭＷである範囲において、タービンシステム１の出力対効率値を表している。例えば、約０ＭＷないし約２０ＭＷの範囲では、シンプルサイクルタービンシステム（◆）、ＳＴＩＧ、Recup.、Ｉ／Ｃシステム（■）及びコンバインドサイクルタービンシステム（●）、すなわち既存のシステム群は、辛うじて約４０％を超える程度の全体効率を有するが、本発明によるタービンシステム１は、約４０％ないし約５０％の効率を有する。これは、タービンシステム１の効率が顕著に向上していることを意味する。例えば、約５０ＭＷないし約１００ＭＷの範囲では、シンプルサイクルタービンシステム（◆）、ＳＴＩＧ、Recup.及びＩ／Ｃシステム（■）の出力対効率値は、Ｃ領域内に大部分が含まれてはいないが、タービンシステム１の出力対効率値は、Ｃ領域内に含まれている。すなわち、発電機２３０の出力が５０ＭＷないし１００ＭＷである範囲におけるタービンシステム１の効率は、約５０％ないし約６０％であり、これは、従来のタービンシステム群の効率よりも大きい。この場合、タービンシステム１の効率の範囲を百分率（％）で表した値は、誤差範囲内で変動し得る。
【００４３】
従って、発電機２３０の出力が約０ＭＷないし約１００ＭＷの範囲では、タービンシステム１の効率は、約４０％ないし約６０％である。また、発電機２３０の出力が約０ＭＷないし約５０ＭＷの範囲では、タービンシステム１の効率は、約４０％ないし約５５％であり得る。特に、発電機２３０の出力が約０ＭＷないし約２０ＭＷの範囲では、タービンシステム１の効率は、約４０％ないし約５０％であり得る。
【００４４】
また、発電機２３０の出力が約５０ＭＷ以下であるときには、タービンシステム１の効率は、約４０％ないし約５５％であり得る。特に、発電機２３０の出力が約２０ＭＷ以下であるときには、タービンシステム１の効率は、約４０％ないし約５０％であり得る。
【００４５】
このように、本発明によるタービンシステム１の効率は、顕著に向上していることが分かる。上記したようにタービンシステム１の効率を向上させる要因には、例えば、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄを発電機２３０またはタービン部２２０から離すことによって確保される複数のインタークーラ１２０ａ〜１２０ｃのための十分な空間と、設計上の制約を生じさせる第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０の長さを短縮させるために互いにギア連結された複数の回転軸、すなわち、第１ないし第３の回転軸１５０、１５３、２５０とが含まれ得る。
【００４６】
さらに、タービンシステム１は、図１に示すような互いに離隔された第１のハウジング１００及び第２のハウジング２００を含み得る。第１のハウジング１００は圧縮部１１０ａ〜１１０ｄを収容し得、第２のハウジングは燃焼部２１０、タービン部２２０及び発電機２３０を収容し得る。第１のハウジング１００は、インタークーラ１２０ａ〜１２０ｃをさらに収容し得る。アフタクーラ（図示せず）がさらに含まれることもある。第２のハウジング２００は、レキュペレータ２４０をさらに収容し得る。加湿器１３０は、第１のハウジング１００または第２のハウジング２００に含まれ得る。あるいは、加湿器１３０は、第１のハウジング１００の出口付近に配置され得、圧縮部１１０によって圧縮された流体Ｉは、ここを通って第２のハウジング２００に向かって移動する。図１または図２に示すように、第１のハウジング１００と第２のハウジング２００は離れているので、複数の圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ及び複数のインタークーラ１２０ａ〜１２０ｃのための空間が確保され得る。この場合、第１のハウジング１００または第２のハウジング２００のいずれか一方または両方が形成されないことがある。例えば、第１のハウジング１００が形成されないことがあり、第２のハウジング２００は、燃焼部２１０、タービン部２２０または発電機２３０の少なくとも一部を収納し得る。この場合、圧縮部１１０は、第２のハウジング２００から離隔され得る。
【００４７】
従って、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０の長さはさらに短縮され得、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０の剛性を維持しつつ、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ及びインタークーラ１２０ａ〜１２０ｃのための空間が拡大され得る。
【００４８】
また、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、互いに取り外し可能に連結され、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄは、発電機２３０またはタービン部２２０から容易に離隔され得る。上記した効果は、タービンシステム１が例えば航空機や船舶などの設置及び運用に空間的な制限がない設備に適用される場合に達成され得る。また、タービンシステム１は、別々のモジュールとして別々の構成要素を含み得、容易に移動可能な形態に再構成され得る。タービンシステム１の構成要素は、コンテナシステムなどの規格化された空間内に配置され得る。この場合、タービンシステム１は、何ら空間的な制限なしに容易に設置され得る。すなわち、タービンシステム１は、１若しくは複数の構成要素に分けられることができ、容易に移動可能であるように１若しくは複数のベースフレーム上に再配置され得る。例えば、圧縮部１１０ａ〜１１０ｄ、タービン部２２０、発電機２３０及び燃焼部２１０のうちの少なくとも１つが、１若しくは複数の可動ベースフレーム上に配置され得る。この場合、可動タービンシステム１または可動構成要素は、トレーラなどの搬送手段によって、またはベースフレームの下に搬送手段を加えることによって、動かされ得る。
【００４９】
ここで、図５を参照して、図１に示したタービンシステム１の第１の変形実施形態について説明する。図５は、別の例示的な実施形態に従うタービンシステム２の概略的な構造図である。図５を参照すると、少なくとも２つの圧縮部１１０が、第１の回転軸１５０とギア連結され得る。圧縮部１１０の数は、少なくとも２若しくはそれ以上であり得る。圧縮部１１０を第１の回転軸１５０とギア連結するために、例えば、第１の回転軸１５０上に複数の伝達部１４０が形成され得る。第１の回転軸１５０と複数の圧縮部１１０は、伝達部１４０を介してギア連結され得る。従って、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０の長さが短縮され得る。より詳細には、例えば、圧縮部１１０が、１つの回転軸、すなわち第１の回転軸１５０とギア連結される代わりに直接連結されるならば、８つの圧縮部１１０と連結されるために第１の回転軸１５０の長さを短縮させなければならない。従って、圧縮部１１０と第１の回転軸１５０が互いにギア連結されるので、タービンシステム２はコンパクトな大きさを有し得る。また、圧縮部１１０は、タービン部２２０または発電機２３０から離隔され得るので、圧縮部１１０及び圧縮部１１０と連結されたインタークーラ１２０のための空間が確保され得る。図１に関連して上記したように、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、第１の連結部材Ｃによって互いに容易に取り外し可能に連結され得る。第１のハウジング１００は、少なくとも圧縮部１１０を収容し得、第２のハウジング２００は、少なくとも燃焼部２１０、タービン部２２０及び発電機２３０を収容し得る。第１のハウジング１００は、インタークーラ１２０をさらに収容し得、第２のハウジング２００は、レキュペレータ２４０をさらに収容し得る。
【００５０】
ここで、図６を参照して、図１に示したタービンシステム１の第２の変形実施形態について説明する。図６は、別の例示的な実施形態に従うタービンシステム３の概略的な構造図である。図６を参照すると、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０が、第１の連結部材Ｃを用いて連結され得る。この場合、第１の回転軸１５０及び第２の回転軸２５０は、第１の連結部材Ｃを用いることなく一体形成され得る。複数の圧縮部１１０の各々は、第３の回転軸１５３を中心に回転するインペラ（図示せず）を含み得る。第３の回転軸１５３には少なくとも３つの圧縮部１１０がシャフト連結され得る。第１の回転軸１５０と第３の回転軸１５３は、第１の回転軸１５０の長さを短縮させるようにギア連結され得、ギア連結のおかげで第３の回転軸１５３の回転速度を多様に変化させることができる。タービンシステム３は、互いから離隔された第１のハウジング１００及び第２のハウジング２００を含み得る。第１のハウジング１００は、少なくとも圧縮部１１０を収容し得、第２のハウジング２００は、少なくとも燃焼部２１０、タービン部２２０及び発電機２３０を収容し得る。第１のハウジング１００は、インタークーラ１２０をさらに収容し得、第２のハウジング２００は、レキュペレータ２４０をさらに収容し得る。また、第１のハウジング１００及び第２のハウジング２００のいずれか一方または両方が形成されないこともある。
【００５１】
ここで、図７を参照して、図１に示したタービンシステム１の第３の変形実施形態について説明する。図７は、別の例示的な実施形態に従うタービンシステム４の概略的な構造図である。タービンシステム４は、図５に示したタービンシステム２と類似しているので、主として両者の差異について説明する。ここで、類似の図面符号は類似の構成要素を意味する。図７を参照すると、タービンシステム４は、変速部２６０をさらに含む。変速部２６０は、圧縮部１１０、タービン部２２０及び発電機２３０とシャフト連結され得る。より詳細には、変速部２６０は、第１の回転軸１５０を介して圧縮部１１０と連結され得、第２の回転軸２５０を介してタービン部２２０と連結され得、第４の回転軸２５１を介して発電機２３０と連結され得る。変速部２６０は、タービン部２２０の出力軸である第２の回転軸２５０の回転速度、発電機２３０の入力軸である第４の回転軸２５１の回転速度、及び圧縮部１１０の入力軸である第１の回転軸１５０の回転速度を変更し得る。第１の回転軸１５０、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１は、一直線上に配置されないことがある。すなわち、図７に示すように、変速部２６０は、圧縮部１１０、タービン部２２０及び発電機２３０にそれぞれ独立した軸を介して連結され得る。変速部２６０は、第１の回転軸１５０、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１の回転速度及びトルクを容易に調節することによって、タービンシステム４の効率を向上させるために、１若しくは複数のギアを含めることによって変速し得る。変速部２６０は高速で回転し、互いに異なるトルク値を有する第１の回転軸１５０、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１は１つの軸として形成されないので、第１の回転軸１５０、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１の長さが短縮され得る。従って、変速部２６０を含むタービンシステム４では、第１の回転軸１５０、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１の高速回転にも拘わらず高い安定性が維持され得、第１の回転軸１５０、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１は、容易に設計及び配置され得る。図７に示すように、変速部２６０は、第２のハウジング２００内に収容され得る。しかし、変速部２６０の位置は、これに制限されるものではない。例えば、変速部２６０は、第１のハウジング１００内に収容され得、第２の回転軸２５０及び第４の回転軸２５１を介してタービン部２２０及び発電機２３０にそれぞれ連結され得る。あるいは、変速部２６０は、タービン部２２０の出力軸の回転速度及び発電部２３０の入力軸の回転速度を変更するべく、タービン部２２０と発電部２３０の間に配置され得る。
【００５２】
本発明の概念について、特に例示的な実施形態に関連して図示及び説明を行ってきたが、当業者であれば、以下の請求項によって画定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなしに形態及び詳細を様々に変更できることを理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、タービンシステムを製造し、かつ使用するあらゆる産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１、２、３、４    タービンシステム
１００    第１のハウジング
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ    圧縮部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ    インタークーラ
１３０    加湿器
１４０    伝達部
１５０    第１の回転軸
１５１    第１のギア
１５２    第２のギア
１５３    第３の回転軸
２００    第２のハウジング
２１０    燃焼部
２２０    タービン部
２３０    発電機
２４０    レキュペレータ
２５０    第２の回転軸
２５１    第４の回転軸
２６０    変速部
Ｃ        連結部材
【図１】
0005631660.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005631660.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005631660.tif 000008