(57)【要約】  圧縮機（１）と、第１の燃焼室（３）と、第１のタービン（４）と、第２の燃焼室（５）と、第２のタービン（６）とを具備するガスターボ群において、前記第１の燃焼室が前記圧縮機の下流側に配置されており、前記第１のタービンが前記第１の燃焼室の下流側に配置されており、前記第２の燃焼室が前記第１のタービンの下流側に配置されており、前記第２のタービンが前記第２の燃焼室の下流側に配置されており、前記第２の燃焼室が対流冷却される壁部を有する。前記第２の燃焼室用の冷気送給路（８）が、前記圧縮機の下流側かつ前記第１の燃焼室の上流側においてガスターボ群の主流路から分岐している。加熱された冷気用の再循環路（１０）が、前記第２の燃焼室から前記第１のタービンの上流側において前記主流路内へつながっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスターボ群であって、圧縮機（１）と、第１の燃焼室（３）と、第１のタービン（４）と、第２の燃焼室（５）と、第２のタービン（６）とを具備し、その際、前記第１の燃焼室が前記圧縮機の下流側に配置されており、前記第１のタービンが前記第１の燃焼室の下流側に配置されており、前記第２の燃焼室が前記第１のタービンの下流側に配置されており、前記第２のタービンが前記第２の燃焼室の下流側に配置されており、前記第２の燃焼室が対流冷却される壁部を有するガスターボ群において、
前記第２の燃焼室用の冷気送給路（８）が、前記圧縮機の下流側かつ前記第１の燃焼室の上流側においてガスターボ群の主流路から分岐すること、および、加熱された冷気用の再循環路（１０）が、前記第２の燃焼室から前記第１のタービンの上流側において前記主流路内へつながっていることを特徴とするガスターボ群。
【請求項２】
前記再循環路（１０）が前記第１の燃焼室（３）内へつながっていることを特徴とする請求項１に記載のガスターボ群。
【請求項３】
前記再循環路（１０）が第１の燃焼室（３）の上流側において前記主流路内へつながっていることを特徴とする請求項１に記載のガスターボ群。
【請求項４】
前記再循環路（１０）が前記第１の燃焼室のプレナム（２）につながっていることを特徴とする請求項３に記載のガスターボ群。
【請求項５】
冷気の前記再循環路（１０）が前記第１の燃焼室のバーナ（３１）にまで延設されていることを特徴とする請求項３または４に記載のガスターボ群。
【請求項６】
冷気の前記再循環路が前記第１の燃焼室の個々のバーナへ選択的に延設されていることを特徴とする請求項５に記載のガスターボ群。
【請求項７】
前記再循環路（１０）が前記圧縮機（１）内へ、好ましくは最後の１段ないし最後の４段の上流側へつながっていることを特徴とする、請求項１または３に記載のガスターボ群。
【請求項８】
前記冷気送給路（８）内に追加圧縮機（８１）が配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスターボ群。
【請求項９】
前記再循環路（１０）が、先細末広形の流路部材（１１）の、流れの狭い領域内へつながっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガスターボ群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に準拠したガスターボ群に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１によって、いわゆる逐次燃焼式のガスターボ群が公知である。このガスターボ群では、第１の燃焼室の下流側に第１のタービンが配置されており、この第１のタービンの下流に第２の燃焼室が配置され、さらにこの第２の燃焼室の下流に第２のタービンが配置されている。その際、第２の燃焼室は、いわゆる自己着火式燃焼室として構成されている。この種の燃焼室の冷却については、特許文献２に記載されている。そこでは、燃焼室壁は対流によって冷却されている。冷気は、第２の燃焼室の圧力レベルでガスターボ群の主流路の中へ送り込まれる。特許文献３には、これと関連してガスターボ群について記載されており、このガスターボ群では、第２の燃焼室または低圧燃焼室が空気で冷却され、この空気は圧縮機の中間段で取り出される。すなわち、第２の燃焼室の冷却に用いられる空気は、圧力が低下した際に提供され、その際、この圧力は第２の燃焼室内の圧力および第２の燃焼室の下流の圧力に合わされている。特許文献３では、ガスターボ群の動作状態が説明されており、この動作状態では圧縮機内の圧力増大に変動が生じ、圧力低下時に圧縮機から冷気を中間取り出しする際に問題が発生する恐れがある。
【特許文献１】欧州特許第６２０３６２号明細書
【特許文献２】欧州特許第６６９５００号明細書
【特許文献３】国際公開第０３／０３８２５５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、１つの態様において、従来技術に代わる、冒頭に挙げた種類のガスターボ群を提示することである。本発明のさらに特有の態様では、従来技術の発展形態を提示する。本発明のもう１つの課題は、第２の燃焼室の冷却を実施する際に、ガスターボ群の性能の向上および効率の改善が実現されるように実施することである。本発明の別の態様では、ガスターボ群の高圧部分、特に圧縮機の終端段における質量流量および体積流量を増大させる。本発明によって得られるもう１つの効果は、第１の燃焼室における予混合燃焼の際に、燃焼空気を予熱することによって燃焼安定性を向上させること、および／または酸化窒素の形成を低減することである。本発明のもう１つの効果は、圧縮機の中間取り出し箇所の配置を回避することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これは、請求項１に記載のガスターボ群によって実現される。
【０００５】
請求項１に記載のガスターボ群では、第２の燃焼室用の冷気が、圧縮機の下流側および第１の燃焼室の上流側においてガスターボ群の主流路から取り出される。次にこの冷気はガスターボ群の第２の燃焼室へ導かれ、燃焼帯から遠い側の、第２の燃焼室の燃焼室壁面全体に流れる。その際、壁面を流れる冷気が燃焼室壁から熱を吸収することによって、燃焼室壁は対流冷却される。冷気の流れは、本発明の１つの実施形態では、燃焼室の内部に流れる高温ガス流あるいは反応流とは逆方向に導かれる。その際、冷気は昇温する。冷却を行った後、使用された冷気は、第１のタービンの上流側で再びガスターボ群の主流路の中へ導き入れられる。このようにして、圧力下にあり、加熱された冷気は、機械的出力を生成するためにできる限り有効に用いられる。特に、第２の燃焼室から取り出された熱も出力を得るために利用される。
【０００６】
本発明の１つの実施形態では、第１の燃焼室の中へまたは第１の燃焼室の上流側へ冷気の再循環が行われる。これにより、第１の燃焼室内での燃焼にさらに多くの空気を用いることができ、その結果、一方では出力量が増大し、また一方では有害物質の少ない燃焼が実現される。また、予熱された冷気を混合することにより燃焼空気が加熱されることで、状況に応じて、第１の燃焼室内の燃焼安定性が改善される。この安定性は、特に、燃焼室が予混合バーナとリーン混合気とで運転される場合に改善される。この実施形態の別形態では、第１の燃焼室のプレナム内へ冷気が再循環される。もう１つの別形態では、冷気が、第１の燃焼室のバーナへ再循環される。特に好ましくは、冷気を第１の燃焼室の個々のバーナへ選択的に導くことで、これらのバーナの燃焼安定性を向上させることができ、これにより、これらのバーナは、第１の燃焼室用のサポートバーナとして機能することができる。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、加熱された冷気が、第２の燃焼室からガスターボ群の
圧縮機内へ、例えば最後の１段ないし４段の上流側へ再循環される。これにより、冷気は再圧縮され、従って、場合によっては、冷気システムの圧力損失が相殺される。確かに既に加熱された空気を再圧縮するには、比較的大きな出力が必要であるが、しかし、この短所は、最後の複数の圧縮段で体積流量が増大することで圧縮効率が高まるので、少なくとも部分的には補償される。そして、冷気を高圧力レベルで利用することで、工程全体の効率は最終的に向上することになる。
【０００８】
これに代わって、外部の追加圧縮機で冷気を追加圧縮することも可能である。追加圧縮機は、冷気の流路、好ましくは第２の燃焼室への流入路に配置されている。
【０００９】
また、冷気流の圧力損失を相殺するために適していることが明らかであるもう１つの実施形態では、圧縮機から第１の燃焼室へ流れる空気の少なくとも一部分が、先細末広形の流路部材の中を導かれ、使用済みの冷気の流れがこの流路部材の狭部領域に流入する。
【００１０】
本発明について、以下において、図示された実施例を参照しながら詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図は、非常に簡略化されており、本発明の理解に不必要な部材は省かれている。以下で説明する実施例は、単に理解のために例示するものであり、請求項に記載された本発明を限定するために挙げたものではない。
【００１２】
図１には、逐次燃焼式のガスターボ群における本発明の第１の実施形態が模式的に示されており、この実施形態は、欧州特許第６２０３６２号明細書によって公知である。ここでは、ガスターボ群のうち、本発明の理解に必要な部分のみが示されている。ガスターボ群には圧縮機１が含まれており、この圧縮機の最後の３段が描かれている。圧縮機によって圧縮された燃焼空気は、燃焼室プレナム２内へ流れ込む。燃焼室３にはダブルコーンバーナ３１が備えられており、このバーナは例えば欧州特許第３２１８０９号明細書によって公知である。ダブルコーンバーナ３１のスワラを通じて、圧縮された燃焼空気は燃焼室３内へ流れ込む。これらのバーナ内で、燃焼空気に燃料が混合され、火炎３２で燃焼される。その際生じる増圧した煙道ガスは、第１のタービン４へ流れ、そこで部分的に、一般には圧力比２だけ減圧される。部分減圧された煙道ガスは、まだ高温であり、通常１５から１７パーセントの酸素を含んだ状態で、第２の燃焼室５内へ流れ込む。この第２の燃焼室は、図の実施形態では、自己着火式の燃焼室であり、このタイプの自己着火式燃焼室は例えば欧州特許第６６９５００号明細書によって公知となっている。第１のタービン４から流れ出る部分減圧された煙道ガスに、燃料ランス５１で燃料が混合される。煙道ガスの温度がまだ高いために、部分減圧された高温ガス内の燃料は、燃焼室の断面段差部分で着火し、燃焼帯５２を形成する。その際生じる煙道ガス５４は、タービン６内でほぼ外界の圧力まで減圧される。タービンと圧縮機とは、共通のシャフト７上に配置されており、このシャフトのお陰で、例えば発電機を駆動するための引き込み線を取り除くことができる。ガスターボ群の第１の燃焼室とタービンとは、それ自体公知の方法で冷却され、その際、冷気は、冷却を行った後、高温ガスに混合される。第２の燃焼室５の冷却システムは、図に詳細に示されている。冷気送給管８が、第１の燃焼室プレナム２から分岐し、圧縮された空気を第２の燃焼室５の燃焼室プレナム５３の下流側終端へ導く。この空気は、冷気流９として、燃焼室内において高温ガス流とは反対方向に燃焼室プレナム５３の中を貫流し、その際、第２の燃焼室５の壁周囲を流れる。そのとき、冷気流９は、燃焼室壁から熱を吸収し、これにより燃焼室を対流冷却する。プレナム５３の上流側終端に冷気再循環路１０が接続されている。冷却を行った後、使用済みの冷気９は再循環路１０の中へ流れ込み、第１の燃焼室へと還流する。これにより、冷気は、取り出されたときの圧力レベルで、ガスターボ群の作業工程に再び利用できるようになる。さらに、第２の燃焼室５の冷却によって取り除かれた熱も、第１のタービン４および第２のタービン６での減圧の際に有効に利用される。
【００１３】
図２には図１の装置の別形態が示されている。冷気送給管８に追加圧縮機８１が配置されており、この追加圧縮機が、プレナム２から取り出された空気をさらに圧縮し、これにより、冷却システム内に生じる圧力損失を補償する。
【００１４】
本発明の別の実施形態が図３に示されている。この実施形態と図１の実施形態との相違点は、再循環路１０が、第１の燃焼室の領域ではなく、圧縮機１の最後から２番目の段と最後から３番目の段との間につながっていることである。冷気システムを貫流する際に圧力損失を被った冷気が、これにより再圧縮される。既に加熱されている空気を圧縮するには、確かに高度な特殊作業を必要とするが、これは見かけ上の短所であって、最後の複数の圧縮段で体積流量が増大されることによって補償される。これにより、圧縮機の効率は向上する。
【００１５】
図４に記載の実施形態では、圧縮機の下流側に、先細末広形の断面１１の領域が配置されている。この形態では、圧縮機から流出する空気はまず加速され、これにより静圧が下がり、そして末広部分で再び減速され、その際静圧が回復される。この実施形態では、冷気再循環路１０はこの先細末広領域の最狭断面部につながり、従って静圧の最も低い領域につながることになる。これにより、冷気システム内で圧力損失が生じるにもかかわらず、冷気が流れることが保証される。
【００１６】
本発明について実施形態の例を用いながら上述のとおり説明してきたが、当業者には分かるように、特許請求の範囲には、上記実施例から当業者が容易に導き出せる、ここに示されていない実施形態も含まれているものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態例を示す。
【図２】この実施形態の第１の別形態を示す。
【図３】本発明の第２の別形態を示す。
【図４】本発明の別の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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