(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンアッセンブリであって、主として、
少なくとも１つの圧縮機と、
少なくとも１つの第１の燃焼器（８，２０１）と、
該第１の燃焼器（８，２０１）の下流に接続される少なくとも１つの第２の燃焼器（９，２０２）と、
該第２の燃焼器（９，２０２）の下流に接続される少なくとも１つのタービン（５）と、
少なくとも１つのロータと、
を備え、少なくとも前記第１及び／又は第２の燃焼器（８，９）は、該燃焼器（８，９）により形成される燃焼経路の流動方向で、前記圧縮機（２）と前記タービン（５）との間を延在する独立型の少なくとも１つの燃焼室要素（１００，２００，３００）の構成部分を形成し、該燃焼室要素（１００，２００，３００）は、管状の横断面又は形状が変化する横断面を有しており、前記燃焼室要素（１００，２００，３００）は、前記ガスタービンアッセンブリのロータ周りに環状に複数配置されており、かつ前記燃焼経路は、前記第１の燃焼器（８）の下流に配置されている第１の反応域（３）と、前記第２の燃焼器（９）の下流に配置されている第２の反応域（４）とを有するガスタービンアッセンブリにおいて、前記第１の反応域（３）の下流であって、前記第２の燃焼器（９）の上流に、移行通路（１１）が配置されており、該移行通路（１１）内に圧縮機空気の一部及び／又は蒸気量及び／又は別のガスが導入可能であることを特徴とするガスタービンアッセンブリ。
【請求項２】
少なくとも２つの前記燃焼室要素は、前記燃焼経路の流動方向で、互いに連通する少なくとも１つの中間の通流域を有する、請求項１記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項３】
複数の前記燃焼室要素は、流動の経過中に、少なくとも１つの共通の環状の通流域を有する、請求項１又は２記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項４】
前記移行通路（１１）は、ディフューザとして形成されている、請求項１記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項５】
前記移行通路（１１）は、熱交換器として形成されている、請求項１記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項６】
前記第１の燃焼器（８）は、予混合燃焼器である、請求項１記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項７】
前記燃焼室要素は、第２の反応域（４）の下流であって、前記タービン（５）の上流で、環状の架橋通路（１７）に収束している、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項８】
前記架橋通路（１７）は、前記タービン（５）の上流で、前記架橋通路（１７）に開口する管状の燃焼室要素と流動に関して作用結合している、請求項７記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項９】
前記架橋通路（１７）は、前記タービン（５）に向かって、１つの連続する環状の通流横断面を有する、請求項８記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項１０】
前記圧縮機（２）及び前記タービン（５）の回転する部分は、１つの共通のロータ（１２）上に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項１１】
前記ガスタービンアッセンブリは、ガス／蒸気複合プラントの構成部分である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のガスタービンアッセンブリ。
【請求項１２】
ガスタービンアッセンブリを運転する方法であって、該ガスタービンアッセンブリは、主として、
少なくとも１つの圧縮機と、
少なくとも１つの第１の燃焼器（８，２０１）と、
該第１の燃焼器（８，２０１）の下流に接続される少なくとも１つの第２の燃焼器（９，２０２）と、
該第２の燃焼器（９，２０２）の下流に接続される少なくとも１つのタービン（５）と、
を備え、少なくとも前記第１及び第２の燃焼器（８，９）は、該燃焼器の燃焼経路の流動方向で、前記圧縮機（２）と前記タービン（５）との間を延在する独立型の管状の燃焼室要素（１００，２００，３００）の構成部分を形成し、該燃焼室要素は、前記ガスタービンアッセンブリのロータ（１２）周りに環状に複数配置されており、前記燃焼室要素は、シーケンシャル燃焼によって運転され、前記燃焼経路は、前記第１の燃焼器（８）の下流に配置されている第１の反応域（３）と、前記第２の燃焼器（９）の下流に配置されている第２の反応域（４）とを有する、ガスタービンアッセンブリを運転する方法において、
前記第１の反応域（３）の下流であって、前記第２の燃焼器（９）の上流に配置された移行通路（１１）内に圧縮機空気の一部及び／又は蒸気量及び／又は別のガスを導入することを特徴とする、ガスタービンアッセンブリを運転する方法。
【請求項１３】
前記ガスタービンアッセンブリからの排ガスの熱量を蒸気回路の運転のために使用する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ガスタービンアッセンブリを、前記ロータ周りに配置され運転中に互いに自律型の燃焼又は関連付けられた燃焼を行う複数の管状の燃焼室要素により運転する、請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
第１の燃焼器からの燃焼ガスを、前記第１の燃焼器（８）に属する反応域（３）の下流であって、前記第２の燃焼器（９）の上流に設けられた中間の移行通路（１１）内で冷却する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
第１の燃焼器からの燃焼ガスを、前記第１の燃焼器（８）に属する反応域（３）の下流であって、前記第２の燃焼器（９）の上流に設けられた中間の移行通路（１１）内で、熱交換器を用いて冷却する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記燃焼ガスを冷却するために、不活性の流体、特に水、水蒸気、新鮮空気、バイパス空気、冷却空気を使用する、請求項１５又は１６記載の方法。
【請求項１８】
第１の燃料を前記第１の燃焼器（８）に供給し、第２の燃料を前記第２の燃焼器（９）に供給し、前記第２の燃料を直接第１の燃焼器からの燃焼ガス中に噴射する、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び／又は第２の燃焼器のための燃料を希薄混合物により形成する、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
中間の移行通路（１１）内にさらなる燃料を噴射する、請求項１２から１９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
燃料として希薄混合物及び／又は高反応性のガスを使用する、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載のガスタービンアッセンブリ（Ｇａｓｔｕｒｂｏｇｒｕｐｐｅ）に関する。さらに本発明は、請求項２１の前提部に記載の方法に関する。
【０００２】
従来技術
ＥＰ０６２０３６２Ｂ１号において、冒頭で述べた形態のガスタービンアッセンブリが公知である。この刊行物は、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成している。このガスタービンアッセンブリは、少なくとも１つの圧縮機と、圧縮機の下流に配置される第１の燃焼室と、第１の燃焼室の下流に配置される第１のタービンと、第１のタービンの下流に配置される第２の燃焼室と、第２の燃焼室の下流に配置される第２のタービンとを有している。これにより、公知のガスタービンアッセンブリにより、２つの燃焼室を介したシーケンシャル燃焼（ｓｅｑｕｅｎｚｉｅｌｌｅ  Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇ）と、２つのタービンとによって働くガスタービンプロセスが実現可能である。シーケンシャル燃焼によって、エミッション値は大きく改善可能である。
【０００３】
本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成しているＤＥ１０３１２９７１Ａ１号において、別のガスタービンアッセンブリが公知となっている。このガスタービンアッセンブリは、ガスタービンアッセンブリにおいて１つのタービン、すなわち高圧タービンの介在なしに２段階の燃焼を実施する普遍思想に基づいている。このガスタービンアッセンブリでは、この場合、希薄運転される燃焼室において燃焼排ガス中に、決まって極めて多くの酸化剤が残存するので、後続の付加的な燃焼段自体のためには燃料だけが供給されればよく、依然として希薄な燃料‐酸化剤‐混合物が存在するという認識が利用される。しかし、ＥＰ０６２０３６２Ｂ１号において設けられているような両燃焼段間あるいは両燃焼室間のタービンがない場合、第１の燃焼室の下流に、比較的高温の排ガス温度が生じる。この高温の排ガス温度は、燃料の追加混合時に即座の点火、つまり混合が不十分なまま、構造化されていない状態での燃焼反応に至り得る。このとき、不都合な高いエミッション値が発生する。
【０００４】
この問題を回避するために、上述の刊行物ＤＥ１０３１２９７１Ａ１号で、第２の燃焼室のための燃料‐酸化剤‐混合物を形成するために、さらなる燃料を第１の燃焼室の高温の燃焼排ガス中に導入する前に、この燃焼排ガスを冷却することが提案されている。第１の燃焼室あるいは第１の燃焼段の燃焼排ガスを冷却することによって、所望される希薄な燃料‐酸化剤‐混合物を第１の燃焼室の燃焼排ガスと付加的に供給される燃料との間で形成するために十分な混合物形成が行われるまで、導入された燃料の点火が遅延されるよう、排ガス温度を低下させることができる。
【０００５】
その際、第２の燃焼段のために働く燃料が直接、つまり予混合物を形成することなく、第１の燃焼段の冷却された排ガス中に導入され得ることが、特に重要である。その点において、第２の燃焼段における燃料供給のために、特に、ＥＰ０６２０３６２Ｂ１号において公知の実証された技術が採用可能である。
【０００６】
ＤＥ１０３１２９７１Ａ１号において公知の、タービンが介在しない２段階の希薄・希薄燃焼により、ガスタービンアッセンブリの定格運転点において、特に好ましいエミッション値が達成可能である。さらに、過渡運転状態にとってかなりの利点が得られる。例えば部分負荷運転において、第２の燃焼室は停止され得る一方、第１の燃焼室は、依然としてその定格運転状態で作動する。これにより、第１の燃焼段は、エミッション値及び効率に関して最適に作動可能である。これにより、この過渡運転状態において、ガスタービンアッセンブリは、全体的にエミッション及び効率に関して有利な値を有している。さらに第２の燃焼段に相応に高められた燃料量を供給することによって、第２の燃焼段を、特にガスタービンアッセンブリの立ち上がり時又はピーク負荷のために「ブースタ」として使用することが可能である。
【０００７】
その際、第１の燃焼室の燃焼ガスは、熱伝達により冷却可能である。これにより燃焼ガスから熱が奪われ、他の媒体に伝達される。その結果、ガスタービンプロセスから取り出した熱を別の場所で使用することが可能である。取り出した熱は、例えば蒸気タービンのための蒸気発生のために利用可能である。
【０００８】
択一的には、第１の燃焼室の燃焼ガスの冷却は、適当な冷却媒体が燃焼ガス中に導入されることによって達成されてもよい。この方法では、燃焼ガスの温度低下は、より低温の冷却媒体との混合に基づいて実施される。なお、このような冷却時、質量流量は、冷却によって増大させられる。このことは、同時に、ガスタービンアッセンブリの出力向上を引き起こす。これに応じて、冷却媒体を制御下で導入又は噴射することで達成される冷却も、特に短期的にガスタービンアッセンブリの出力を制御するために「ブースタ」として使用することが可能である。
【０００９】
それでもなお、引き続き、冒頭で述べた形態のガスタービンアッセンブリにおいて、エミッション値及び燃焼室デザインをさらに改善することが希求されている。燃焼室デザインにおいては、特に、シーケンシャルに配置された両燃焼室の比較的長い、それゆえに軸受間隔を規定する軸方向の長さに対して、肯定的な影響を及ぼすことが重要である。特に、高い出力を有するガスタービンアッセンブリにおいて生じる、連続した環状の燃焼室における燃焼技術的な隘路及び干渉は、回避すべきである。要約すると、このようなシーケンシャル燃焼システムのデザインにおいては、ガスタービンアッセンブリ全体がコンパクトになるように改善することも重要であると云える。
【００１０】
さらに、下記刊行物も、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成している：
‐ＥＰ０３２１８０９Ａ及びＢ号
‐ＥＰ０７０４６５７Ａ及びＢ号
‐ＥＰ０６４６７０５Ａ及びＢ号
‐ＥＰ０６４６７０４Ａ及びＢ号
‐ＥＰ０７１８４７０Ａ及びＢ号。
【００１１】
上記刊行物のうちの一刊行物の単数又は複数の態様を包含する公開済み関連刊行物も、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成している。
【００１２】
発明の概要
以下に、本発明について説明する。特許請求の範囲において規定されている発明の根底には、冒頭で述べた形態のガスタービンアッセンブリにおいて、あるいはこのようなガスタービンアッセンブリを運転する相応の運転方法のために、特により高出力のこのようなガスタービンアッセンブリの運転時に燃焼能力の改善を保証し、結果としてエミッション値を最小化することが可能な、ガスタービンアッセンブリのよりコンパクトなデザインを提案するという課題がある。
【００１３】
この目的のために、本発明に係るガスタービンアッセンブリは、主として、圧縮機と、シーケンシャルに配置される２つの燃焼器又は燃焼器群を有して形成され、シーケンシャル燃焼を可能にする燃焼室と、燃焼室の下流に接続されるタービンとを有する。
【００１４】
第１及び第２の燃焼器あるいは第１及び第２の燃焼器群は、燃焼器あるいは燃焼器群の燃焼経路の流動方向で、それぞれ、圧縮機とタービンとの間を延在しコンパクトに設計された独立型（ｉｎ  ｓｉｃｈ  ａｂｇｅｓｃｈｌｏｓｓｅｎ）又は略独立型（ｉｎ  ｓｉｃｈ  ｑｕａｓｉ‐ａｂｇｅｓｃｈｌｏｓｓｅｎ）の管状の通路の構成部分である。管状の通路は、燃焼室要素の機能を果たしている。複数の燃焼室要素が設けられている場合、これらの燃焼室要素は、ガスタービンアッセンブリのロータ周りに環状に配置されている。
【００１５】
これらの通路は、種々異なる通流横断面、例えば円形、オーバル、楕円形、多角形等の通流横断面を有している。それぞれの横断面形状は、一貫して統一的に形成されていなくてもよい。すなわち、第２の燃焼器あるいは第２の燃焼器群の領域における横断面形状は、第１の燃焼器あるいは第１の燃焼器群の領域における所定の横断面形状とは異なって形成されていてもよい。
【００１６】
燃焼経路の流動方向で、個々の通路は、１つの共通の環状域を形成する中間の区分を有していてもよい。このような中間の環状の区分は、第１及び／又は第２の燃焼器の燃焼領域並びに上記燃焼器間の流動経路にも該当し得る。
【００１７】
要約すると、燃焼室要素は、以下のような構成を有していることができる。ただし、ここに示す説明は、限定列挙を意味するものではない。また、上記管形状は、必ずしも、圧縮機とタービンとの間の接続管の連続する単調な経過の意味で解されるべきではない。これらの燃焼器要素のそれぞれ異なる横断面については、既に上述した通りである。
【００１８】
本発明に係るガスタービンアッセンブリは、第１及び第２の燃焼器間若しくは第１及び第２の燃焼器群間に移行通路を有している。移行通路は、上流から延びる通路の純然たる延長部、又は個々の通路が導入される中間の環状の移行通路を形成している。
【００１９】
移行通路の、特に最後に挙げた構成は、有利には、移行通路内に圧縮機空気の一部及び／又は蒸気量及び／又は別のガスを導入することを可能にする。さらに、このような連続する環状の移行通路は、有利には混合器として形成可能である。さらに、このような移行通路は、有利には熱交換器として形成されてもよい。
【００２０】
その際、上記燃焼器又は燃焼器群は、予混合燃焼器として形成されてもよい。このような設計は、強制と解されるべきではなく、例えば拡散燃焼器又はハイブリッド型燃焼器を設けても、何ら問題はない。また、燃焼器群において異種の燃焼器を互いに組み合わせることも、何ら問題なく可能である。
【００２１】
予混合燃焼器を設ける場合、予混合燃焼器は、好ましくはＥＰ０３２１８０９Ａ１号及び／又はＥＰ０７０４６５７Ａ１号の刊行物に記載の対象物及び燃焼法に則して形成されていることが望ましい。これらの刊行物は、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成している。
【００２２】
特に上述の予混合燃焼器は、あらゆる種類の液状及び／又はガス状の燃料を用いて運転される。したがって、何ら問題なく、それぞれ異なる燃料を個々の燃焼器群又は燃焼器内に提供することが可能である。すなわち、予混合燃焼器は、同時に種々異なる燃料で運転することも可能である。
【００２３】
第２の燃焼器に関して、第２の燃焼器は、好ましくはＥＰ０６２０３６２Ａ１号又はＤＥ１０３１２９７１Ａ１号に則して形成されている。これらの刊行物も、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成している。しかしながら、このような構造は、燃焼火炎が燃焼器通路内で作用するようにする良い理由があるため、強制ではない。
【００２４】
環状の中間の区分が流動経路内に実現可能であるという上述の構成の趣旨で、必要に応じて、第２の燃焼器又は第２の燃焼器群の下流で、個々の通路が収束する架橋通路（Ｕｅｂｅｒｌｅｉｔｕｎｇｓｋａｎａｌ）がタービンに通じていることが望ましい。これにより、一体化した流動によるタービンの駆動が保証されている。
【００２５】
このガスタービンアッセンブリの一態様において、圧縮機及びタービンの回転する部分は、１つの共通のロータ上に配置されている。従来技術において既に公知になっている多軸のガスタービンアッセンブリも、本発明の対象に含まれる。最終的に、このようなガスタービンアッセンブリは、ガス／蒸気複合プラントの構成部分として設けられていてもよい。すなわち、ガスタービンアッセンブリから出た排ガスは、その後、蒸気タービンを運転する蒸気の製造のために用いられる。蒸気タービン自体は、別の発電機に連結されている。反対に、蒸気回路が、ガスタービンアッセンブリの、熱負荷を受ける部品を冷却するために用いられる蒸気量を提供するようになっていてもよい。
【００２６】
さらに本発明は、このようなガスタービンアッセンブリを運転する方法にも関する。ガスタービンアッセンブリは、上記ガスタービンアッセンブリと実質的に同じ構造を有しており、第１及び第２の燃焼器あるいは第１及び第２の燃焼器群は、その燃焼ガス経路の流動方向で、圧縮機とタービンとの間を延在する管状の、通路として形成される燃焼室要素内において、シーケンシャルに運転される。このような燃焼室から出た排ガスの発熱量は、蒸気回路の運転のために回生される。
【００２７】
しかしながら、このガスタービンアッセンブリにおいて重要であるのは、好ましくは複数の管状の燃焼室要素からなる構造である。複数の管状の燃焼室要素は、ロータ周りに配置され、運転中、互いに自律型（ａｕｔｏｎｏｍ）又は略自律型（ｑｕａｓｉ‐ａｕｔｏｎｏｍ）のシーケンシャル燃焼を維持する。第１及び第２の燃焼器あるいは第１及び第２の燃焼器群に関するシーケンシャル燃焼は、個々の通路の流動経路が、圧縮機とタービンとの間に一貫した自律性を有しておらず、例えばタービンへの架橋通路においてそうであるように、統一的に環状に形成された中間の区分を有していても可能である。
【００２８】
まず、第１の燃焼器の下流であって、第２の燃焼器の上流に設けられ、独立型又は環状に形成された中間の移行通路内で、燃焼ガスに対する操作が行われる。ここで、第１の可能性は、第１の燃焼器から出た燃焼ガスが熱交換器によって冷却可能である点にある。このことは、第１の燃焼器内の燃焼が比較的高い排ガス温度で運転され得るので、燃料の追加混合が即座の反応に至りかねず、つまり混合が不十分なまま、自然発生的な、それゆえコントロール不能な燃焼プロセスが起こる危険があるが故である。このような燃焼プロセス時には、高いエミッション値を予測せざるを得ない。このような熱交換器を運転する冷却媒体として、不活性の流体、特に水、水蒸気、新鮮空気、バイパス空気、冷却空気が使用される。
【００２９】
各々の管状の燃焼室要素の、シーケンシャルに配置される両燃焼器又は両燃焼器群は、個々に燃料により運転され、第２の燃焼室のための燃料は、第２の燃焼室で作動する燃料ノズルを介して直接供給される。ここで、ガス温度が９００〜１１００℃になると、噴射された燃料の自己着火が起こる。
【００３０】
管状の燃焼室要素内を支配する温度の最適な調整を保証するために、第１及び／又は第２の燃焼器あるいは第１及び第２の燃焼器群のために、希薄混合物が使用される。希薄混合物は、制御された燃焼につながる。これにより、ＮＯＸ形成の危険は回避される。また、第１及び第２の燃焼器間の中間の移行通路内に別の燃料を噴射してもよい。このことは、第２の燃焼器の上流における事前の予混合につながる。このような燃料は、希薄混合物であってもよい。高反応性のガスの導入又は混入も可能である。
【００３１】
本発明の、課題に即した有利な実施の形態は、従属請求項に係る発明である。
【００３２】
以下に、本発明の有利な実施の形態を図示し、詳説する。本発明を理解する上で重要でないすべての部材は、省略した。同一の部材には、それぞれ異なる図面において、同一の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】移行通路に噴射部を設けた本発明に係るガスタービンアッセンブリの概略縦断面図である。
【図２】ガスタービンアッセンブリの断面図である。
【図３】連続する燃焼器要素の別の構成を示す図である。
【図４】連続する燃焼器要素の別の構成を示す図である。
【００３４】
発明を実施するための形態
図１は、ガスタービンアッセンブリ１を示している。ガスタービンアッセンブリ１は、圧縮機２と、第１の燃焼器８と、第２の燃焼器９と、少なくとも１つのタービン５とを有している。タービン５は、第２の燃焼器９に属する反応域４の下流で機能している。第１の燃焼器８は、圧縮機２の下流に配置されており、圧縮機２において圧縮された空気が供給される。第２の燃焼器９は、第１の燃焼器８に属する反応域３の下流に配置されている。第１の燃焼器８は、第１の燃料供給装置６を有している。第１の燃料供給装置６は、燃料ランス７を介して上記第１の燃焼器８にガス状及び／又は液状の燃料を供給する。第２の燃焼器９は、自律型の第２の燃料供給装置１０を有している。第２の燃料供給装置１０も、ガス状及び／又は液状の燃料の供給を保証する。第１の燃焼器８のすぐ下流で、第１の燃焼器８に属する反応域３が働き、この反応域３の下流に、移行通路１１が配置されている。移行通路１１は、構成次第で種々異なる目的に合わせて設計可能である。この点については、下で詳説する。第１の燃焼器８と、第２の燃焼器９と、第１及び第２の燃焼器８，９にそれぞれ属する反応域３，４と、第１の燃焼器８と第２の燃焼器９との間に接続される移行通路１１とは、独立したあるいは完結した燃焼室要素１００を形成している。燃焼室要素１００は、個々の燃料供給装置６，１０が示すように、自律運転される。したがって、本実施の形態では、シーケンシャル燃焼が、例えばＷＯ０３／０３８２５３号に記載されるように共通の単一の環状燃焼室を介して実施されるのではなく、個々にガスタービンアッセンブリ１のロータ１２周りに配置されている複数の燃焼室要素１００を介して実施される（図２参照）。
【００３５】
このように配置された燃焼室要素１００の数は、ガスタービンアッセンブリ１の大きさ及び提供すべき出力に依存している。燃焼室要素１００は、ガスタービンアッセンブリ１のケーシング１３内に格納されており、空気ジャケット１４により包囲されている。空気ジャケット１４を介して圧縮空気は、第１の燃焼器８に向かって流動する。
【００３６】
移行通路１１は、燃焼ガス経路１５を含んでいる。燃焼ガス経路１５は、図１に矢印で概略的に示され、ガスタービンアッセンブリ１の運転時に第１の燃焼器８の燃焼ガスが貫流するように形成されている。
【００３７】
移行通路１１と協働する燃焼経路１５は、その機能に関して個々に形成される。
【００３８】
図１に示した実施の形態では、移行通路１１は、噴射装置１６と協働している。噴射装置１６は、制御される管路１８を介して圧縮空気１４と連通しており、冷却空気を、矢印で概略的に示した燃焼ガス経路１５内に導入あるいは噴射することができる。噴射装置１６は、外部から供給される冷却媒体によって運転されてもよい。外部より供給される冷却媒体とは、有利には、燃焼反応にとって不活性の流体、例えば水又は水蒸気であってよい。また、新鮮空気、バイパス空気又は冷却空気を外的な冷却媒体として使用してもよい。
【００３９】
移行通路１１の別の形態では、移行通路１１を熱交換器として形成してもよい。このような熱交換器も、既述の燃焼ガス経路１５を有している。この燃焼ガス経路１５は、やはり第１の燃焼器８の燃焼ガスが貫流するようになっている。こうして形成された燃焼ガス経路１５により、第１の燃焼器８の高カロリーの燃焼ガスから熱量を奪う冷却媒体経路が形成される。したがって、移行通路１１をこのように形成すると、燃焼室要素１００が直接熱伝達部に連結されていると云える。ガスタービンアッセンブリ１の運転中、冷却媒体経路は、冷却媒体、例えば水又は水蒸気が、熱交換器として形成された移行通路１１への供給のために貫流するようになっている。このような熱交換器において、熱が燃焼ガスから奪われ、熱交換器で使用されている冷却媒体に伝達される。これにより、第１の燃焼器８の運転により生じた燃焼ガスは、冷却され、冷却媒体は、いわば加熱される。加熱された冷却媒体は、その後、熱交換器の下流で別のプロセスのために利用可能である。例えば冷却媒体は、それが水蒸気であれば、蒸気タービンに供給可能である。
【００４０】
移行通路１１は、それぞれの冷却媒体を内的に、つまり内部から燃焼ガス経路１５に供給する内的な噴射装置として噴射装置１６を形成することによって、別の運転形式のために設計されていてもよい。内的に供給される冷却媒体とは、有利には、ガスタービンアッセンブリ１の冷却空気系の適当な場所から取り出し可能な冷却空気である。例えばこのことは、燃焼室要素１００がケーシング１３内で圧縮空気からなる空気ジャケット１４により包囲されているため、容易に実現される。
【００４１】
単一のロータ１２の長さを最短化することが望まれる場合、燃焼室要素１００がもはや略水平に延びず、略中央部から鉛直方向に曲げられて、個々の燃料ランス７がケーシングを上側から実質的に斜め乃至鉛直又は略鉛直に刺通するようになっている構成が採用される。このような対策によって、ロータ１３の長さは大幅に短縮される。
【００４２】
本発明に係るガスタービンアッセンブリ１は、燃焼器要素１００の輪郭にかかわらず、有利には以下のように運転される。
【００４３】
圧縮機２は、第１の燃焼器８に供給される圧縮空気を形成する。その際、圧縮空気の部分流は、冷却ガスあるいは冷却空気として働くことができ、ガスタービンアッセンブリ１の種々異なる部品の冷却のために利用可能である。第１の燃料供給装置６は、燃料を直接、各々の燃焼室要素１００の、圧縮空気が供給され予混合燃焼器８として形成されている個々の燃焼器内に噴射する。その際、燃料の噴射とそれぞれの予混合燃焼器８とは、第１の反応域３内で有害物質の排出及び効率に関して好ましい値を示して燃焼する希薄な燃料‐酸化剤‐混合物が生じるように互いに調整されている。その際に発生する燃焼ガスは、既に説明した移行通路１１を介して第２の燃焼器９に供給される。
【００４４】
この移行通路１１が熱交換器として形成される場合、第１の反応域３から出た燃焼ガスは、第２の燃料供給装置１０を介して実施される燃焼ガス中への燃料の噴射が第２の反応域４外での望ましくない早期の自己着火に至らないように冷却される。例えば燃焼ガスは、このような熱交換器により約１，１００℃以下に冷却される。
【００４５】
燃焼器９において、その後、こうして冷却された燃焼ガスに第２の燃料供給装置１０によって再度燃料が供給される。ここでも、燃焼器と燃料の供給とは、第２の反応域４内で有害物質の排出及び効率に関して好ましい値を示して燃焼する希薄な燃料‐酸化剤‐混合物が形成されるように設定されている。
【００４６】
第２の反応域４内で形成された燃焼ガスは、その後、下流に接続されたタービン５に衝突する。この関連において、自律運転されるすべての燃焼室要素１００は、流動方向で見て直後で機能するタービン５に均等に力を加えることができるように、１つの共通の環状の架橋通路１７を形成している。
【００４７】
第２の燃料供給装置１０が燃料を噴射する前に行われる、第１の反応域３内での燃焼排ガスの冷却は、第２の燃料供給装置１０により噴射される燃料が自己着火する前に、十分な混合物形成が燃焼器９の領域で実施されることにつながる。この対策によって、所望の希薄燃焼が実施可能であることが保証されている。
【００４８】
これにより、第１の反応域３の燃焼排ガスを冷却することによって、第２の燃料供給装置１０を用いて燃料を直接、今や冷却された燃焼ガス内に噴射することが可能である。このことは、これにより燃料の直接噴射のための従来慣用の、実際の使用において実証された技術を採用することができるので、特に有利である（これについては、例えば本件出願人の関連刊行物を参照されたい。この刊行物は、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成する。）。
【００４９】
こうして実現される希薄・希薄燃焼の主な利点は、一方では、ガスタービンアッセンブリ１の有害物質の排出及び効率に関して改善された値にある。他方、定格運転状態以外のガスタービンアッセンブリ１の運転時の利点が得られる。例えばガスタービンアッセンブリ１、すなわち個々の燃焼室要素１００は、例えば部分負荷運転を可能にするために、唯一の燃焼器８，９、有利には第１の燃焼器８によって運転してもよい。ガスタービンアッセンブリ１のこのような部分負荷運転中、第１の燃焼器８は、定格運転点で運転可能である。これにより、部分負荷時にも有害物質の排出及び効率に関して好ましい値が達成可能である。さらに、例えば第２の燃焼器９に増量された燃料を供給することによって、始動時及び／又はピーク負荷時のガスタービンアッセンブリ１の出力を短期的に増大させる可能性が生じる。
【００５０】
特に、本発明の根底にあるガスタービンアッセンブリが、自律運転される複数の燃焼室要素１００によって運転されるという事情から、部分負荷運転のために、必ずしも第１の燃焼器８のみを運転するという運転の減少を行う必要はなく、定格で運転される燃焼室要素１００の数を減少することによって行ってもよい。したがって、フレキシビリティ、効率の向上、有害物質の排出の最少化の効果は、本発明に係るガスタービンアッセンブリ１では、各運転状態において最大化される。
【００５１】
さらに注目すべきは、シーケンシャル燃焼時、原則的には、第１の燃焼器８のためにも第２の燃焼器９のためにも希薄な燃料‐酸化剤‐混合物を提供するために、付加的な新鮮ガス（空気量）を供給する必要がないことである。この目的のために、第１の燃焼器８に供給される燃料‐酸化剤‐混合物のための燃料と空気の比は、第１の燃焼器８から発生する希薄の燃焼ガスになおも、第２の反応域４内での燃焼反応のために必要な燃料量が供給可能であって、かつこれにより第２の反応域４のために形成される燃料‐酸化剤‐混合物が、所望の低有害物質及び高効率の燃焼を実現するためになおも十分に希薄であるように、希薄に選択される。
【００５２】
上述の熱交換器を用いて燃焼ガスを冷却する場合は、第１の反応域３から第２の反応域４への質量流量が略一定に維持されるのに対して、図１に示した噴射装置１６によって、第２の反応域４に提供される質量流量は増加される。
【００５３】
これにより、同時に、後続のタービン５の出力向上が達成可能である。移行通路１１内において、噴射装置１６により作業する冷却装置は、特に、例えばピーク負荷時を乗り切るためにかつ／又はガスタービンアッセンブリ１の始動を加速するために、冷却媒体の噴射がガスタービンアッセンブリ１の短期の出力向上のために利用されることが望まれる場合に重要である。
【００５４】
既に上の「発明の概要」において詳述したように、第１及び第２の燃焼器８，９に関する上述のシーケンシャル燃焼は、個々の燃焼器要素１００の流動経路が、圧縮機２とタービン５との間に一貫した自律性を有しておらず、例えばタービンへの架橋通路においてそうであるように、統一的に環状に形成された中間の区分を有していても、可能である。このような区分は、もちろん移行通路１１にも該当する。要するに、反応域３，４の１つを統一的に環状に形成する可能性も排除しない。したがって、各燃焼器要素１００の流動に関して自律（独立）の部分が、燃焼器８，９の周辺の領域にのみ該当する場合もある。
【００５５】
図２は、図１にＩＩ‐ＩＩで示した部分の断面図であり、ロータ１２周りに環状に配置される燃焼器要素１００の構成が看取可能である。
【００５６】
図３は、流動方向で多変数の横断面プロフィールを有する燃焼器要素２００を示している。ヘッド側で燃焼器要素２００の第１の区分は、もはや唯一の燃焼器によって形成されておらず、燃焼器群２０１によって形成されている。燃焼器群２０１自体は、揃いの燃焼器又は異種の燃焼器によって形成されていてよい。ここでも予混合燃焼器、拡散燃焼器、ハイブリッド型燃焼器等が使用可能である。上述の燃焼器は、組み合わされて使用されてもよい。この第１の燃焼器群の下流には、第１の反応域３が接続している。第１の反応域３は、実質的に図１に示した第１の反応域３に相当している。この反応域３の下流で、出発横断面は、狭窄部へと移行している。この狭窄部によって、強く絞られた新しい横断面２０３が形成される。この強く絞られた新しい横断面２０３内では、ＳＥＶ燃焼器２０２（これについては、本件出願人の関連刊行物を参照されたい。）が使用される。このＳＥＶ燃焼器２０２は、第２の燃焼器の機能を有し、高温ガスの熱処理を完全なものとするという別の役割も果たす。ここでも、もちろん、単独の燃焼器が設けられるだけでなく、燃焼器群全体が作動するようになっていてもよい。ＳＥＶ燃焼器２０２の運転形式については、本件明細書に組み込まれ、その構成部分を形成している上記刊行物を参照されたい。次に、第２の反応域４が接続している。第２の反応域４の少なくとも始端は、実質的に第１の反応域３の円形の横断面を有している。しかし、続く経過は、その後、略長方形の横断面プロフィール２０４へと移行している。この横断面プロフィール２０４は、力を加えたい後続のタービン５のための最適な流動技術的な関係を形成する。
【符号の説明】
【００５７】
１  ガスタービンアッセンブリ
２  圧縮機
３  第１の反応域
４  第２の反応域
５  タービン
６  第１の燃料供給装置
７  燃料ランス
８  第１の燃焼器
９  第２の燃焼器
１０  第２の燃料供給装置
１１  移行通路
１２  ロータ
１３  ケーシング
１４  冷却空気ジャケット
１５  燃焼経路
１６  噴射装置
１７  環状の架橋通路
１８  冷却空気分岐
１００，２００，３００  燃焼室要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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