(57)【要約】【課題】   シンプルな構造の蒸気・ガスタービン装置を提供する。【解決手段】  蒸気・ガスタービン装置は、ガスタービンユニット(A)および蒸気タービンユニット(B)を備えており、その中で、ガスタービンユニット(A)が少なくとも部分的に組み立てられ、コンプレッサシャフト(4)に装備されたガスコンプレッサと、燃焼室(2)と、ガスタービンシャフト(5)に装備されたガスタービン(3)との中で、蒸気タービンユニット(B)が部分的に組み立てられ、閉鎖蒸気ライン(6)が、少なくとも、ポンプ(7)と、作動中に、ガスタービン(3)からの燃焼ガス(3b)と熱交換接触させられる蒸気発生器(8)と、蒸気タービンシャフト(10)に装備された蒸気タービン(9)と、それに、コンデンサ(11)とを備えている。この発明による蒸気・ガスタービン装置は、蒸気タービン(9)が作動中の蒸気タービンユニットのガスコンプレッサ(1)を駆動することを特徴とするものである。
2005522621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンユニット(A)および蒸気タービンユニット(B)を備えており、その中で、ガスタービンユニット(A)が少なくとも部分的に組み立てられ、
コンプレッサシャフト(4)に装備されたガスコンプレッサと、燃焼室(2)と、ガスタービンシャフト(5)に装備されたガスタービン(3)との中で、蒸気タービンユニット(B)が部分的に組み立てられ、
閉鎖蒸気ライン(6)が、少なくとも、ポンプ(7)と、作動中に、ガスタービン(3)からの燃焼ガス(3b)と熱交換接触させられる蒸気発生器(8)と、蒸気タービンシャフト(10)に装備された蒸気タービン(9)と、それに、コンデンサ(11)とを備えており、そして、蒸気タービンが、作動中の蒸気タービンユニットのガスコンプレッサを駆動する蒸気・ガスタービン装置であって、１またはそれ以上の前記蒸気タービンがインパルス蒸気タービンであることを特徴とする蒸気・ガスタービン装置。
【請求項２】
請求項１の蒸気・ガスタービン装置であって、蒸気タービンおよびガスコンプレッサが同一のシャフト(4、10)に装備されている蒸気・ガスタービン装置。
【請求項３】
請求項１または２の蒸気・ガスタービン装置であって、ガスタービンがガスコンプレッサと異なるシャフト(5)に装備されている蒸気・ガスタービン装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの蒸気・ガスタービン装置であって、蒸気タービンが少なくとも１つのさらなるガスコンプレッサ(1′)を駆動し、これは、インタークーラ(14)を介して第１ガスコンプレッサ(1)に直列に接続されている蒸気・ガスタービン装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの蒸気・ガスタービン装置であって、少なくとも１つのさらなる蒸気タービン（９′）が蒸気タービン（９）に直列に接続されている蒸気・ガスタービン装置。
【請求項６】
請求項４または５の蒸気・ガスタービン装置であって、ガスコンプレッサ（１，１′）および蒸気タービン（９、９′）が同一のシャフト（４、10;15、16）に装備されている蒸気・ガスタービン装置。
【請求項７】
請求項４または５の蒸気・ガスタービン装置であって、１つのガスコンプレッサ（１，１′）および１つの蒸気タービン（９、９′）がそれぞれの共通のシャフト（４、10）に装備されている蒸気・ガスタービン装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１つの蒸気・ガスタービン装置であって、蒸気ライン(6)を流れる水がインタークーラ(14)を流れるエアーと作動中に熱交換接触させられる蒸気・ガスタービン装置。
【請求項９】
請求項８の蒸気・ガスタービン装置であって、上記熱交換接触が平行流原理に基づいて行われる蒸気・ガスタービン装置。
【請求項１０】
請求項９の蒸気・ガスタービン装置であって、上記熱交換接触が対向流原理に基づいて行われる蒸気・ガスタービン装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つまたはそれ以上の蒸気・ガスタービン装置であって、１またはそれ以上の上記蒸気タービンがラジアル蒸気タービンである蒸気・ガスタービン装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つまたはそれ以上の蒸気・ガスタービン装置であって、１またはそれ以上の上記ガスコンプレッサが遠心ガスコンプレッサである蒸気・ガスタービン装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つまたはそれ以上の蒸気・ガスタービン装置であって、１またはそれ以上の上記ガスコンプレッサがアキシャルガスコンプレッサである蒸気・ガスタービン装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つまたはそれ以上の蒸気・ガスタービン装置であって、上記蒸気発生器が一度通過残熱ボイラである蒸気・ガスタービン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスタービンユニット(A)および蒸気タービンユニット(B)を備えており、その中で、ガスタービンユニット(A)が少なくとも部分的に組み立てられ、コンプレッサシャフトに装備されたガスコンプレッサと、燃焼室と、ガスタービンシャフトに装備されたガスタービンとの中で、蒸気タービンユニット(B)が部分的に組み立てられ、閉鎖蒸気ラインが、少なくとも、ポンプと、作動中に、ガスタービンからの燃焼ガスと熱交換接触させられる蒸気発生器と、蒸気タービンシャフトに装備された蒸気タービンと、それに、コンデンサとを備えている蒸気・ガスタービン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気・ガスタービン装置は、一般的に既知であり、様々な形態において産業のために使用されている。導入部で言及するものとして、蒸気・ガスタービン装置の一例は、例えば、特許文献１に開示されている。そのような蒸気・ガスタービン装置は、２つのタイプ、すなわち、マルチシャフトタイプおよびシングルシャフトタイプに分類されうる。
【０００３】
蒸気・ガスタービン装置の既知のマルチシャフトタイプの例は、例えば、添付図１に示されており、装置は、ガスタービンユニット(A)および蒸気タービンユニット(B)によって構成されており、ガスタービンユニット(A)は、ガスコンプレッサシャフト４に装備された少なくともガスコンプレッサ１と、燃焼室２と、ガスタービンシャフト５に装備されたガスタービン３とから構成されている。ガスコンプレッサ１は、エアーをインレット1bから引き入れ、そのエアーは、燃焼室２へガスコンプレッサ１によって圧縮された状態でアウトレット１bから運ばれる。燃焼室において、蒸気エアーおよびインレット2aから供給された燃料の燃焼が行われ、その後、燃焼ガスは燃焼室２から出て、つぎに、ガスタービン３へアウトレット3aから入る。燃焼ガスはガスタービン３を駆動し、ガスタービン３によってガスタービンシャフト５を回転させて、図１において12で示される負荷を駆動する。
【０００４】
この蒸気・ガスタービン装置において、ガスコンプレッサ１およびガスタービン３は、同一のシャフト４、５に装備されている。このことは、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン３もまた、インレット1bから引き入れられたエアーを圧縮するためにガスコンプレッサ１を駆動することを意味する。
【０００５】
図１に示される既知の蒸気・ガスタービン装置の蒸気タービンユニット(B)は、ショートサーキット蒸気ライン６から構成されており、これには、ポンプ７が装備されている。さらに、蒸気発生器８が蒸気ライン６に組み込まれ、蒸気ライン６はガスタービン３からの燃焼ガス3bと熱交換接触させられる。であるから、蒸気発生器８および蒸気ライン６を通過する水は、蒸気に加熱され、その蒸気は、蒸気タービンシャフト10に装備された蒸気タービン９を通過させられる。このことは、蒸気タービン９および蒸気タービンシャフト10に他の負荷を駆動させる。蒸気は、コンデンサ11を介して蒸気タービン９から出て、そこで、蒸気は冷却されて凝縮する。ポンプは、続いて、凝縮されかつ冷却された蒸気（水）を蒸気発生器８へ再び送る。
【０００６】
この従来の蒸気・ガスタービン装置のマルチシャフトバージョンにおいて、ガスタービン３によって発生させられた残熱(3b)は、蒸気タービン９および付加的負荷13を駆動するためのパワーとして使用される。蒸気タービン９をマルチシャフト装置のケースにおける作動から追い出すことが可能であり、それで、伝えられたパワーだけがガスタービン３によって伝えられたパワーである。
【０００７】
既知の蒸気・ガスタービン装置の他の具体例は、所謂、シングルシャフト例と称されるものであり、その例は、添付図２に示されている。この図において、図１の具体例で示されている部分と対応する部分には同一の符号が付けられている。
【０００８】
シングルシャフト例および図１のマルチシャフト例は、同一のコンポーネントを有しており、ガスコンプレッサ１、ガスタービン３、蒸気タービン９および駆動される負荷12
は、シングルシャフト例において、同一のシャフト４、5、10に装備されている。図１の具体例とは対象的に、シングルシャフト例の蒸気タービン９は、別々に作動させられないか、カップリングを使用することなく、作動から追い出されなく、カップリングによって、蒸気タービン９は、ガスタービン３およびガスコンプレッサ１から連結が解かれうる。しかしながら、これらの付加的部分は、シングルシャフト例をより高価かつより複雑なものにしている。
【０００９】
シングルシャフト蒸気・ガスタービン装置は、図２に示されかつ上記特許文献１に開示されているものであって、全パワーの出力がシングルシャフトに伝達される応用に用いられる。シングルシャフト蒸気・ガスタービン装置の１つの欠点は、少なくとも負荷12および／または蒸気タービン９が装置全体をスタートさせるときには、シャフトから分離されなければならないと言うことであり、さもなくば、付加的外部ボイラが装置の準備のために必要であるからである。そのような観点から、シングルシャフト装置は、より複雑で高価なものとしている。
【００１０】
既知の蒸気・ガスタービン装置の上記例は、そのような装置の全体的効率が制限を受ける結果として、発生させたパワーを負荷に伝達させることに関して、比較的複雑で、構造上の欠点および限定を多くもっている。
【００１１】
マルチシャフト蒸気・ガスタービン装置は、蒸気タービンおよびガスタービン間の機械的カップリングを備えていないことは事実であるが、装置全体の発生したパワーは、２つの出力軸に、そして、２つの異なる負荷に分配される。シングルシャフト蒸気・ガスタービン装置は、蒸気タービンおよびガスタービン間の機械的カップリングを備えており、全パワーは、１つのシャフトによって駆動されるべき負荷に伝達される。
【特許文献１】ＵＳ−Ｂ１−６，２２３，５１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明の目的は、マルチシャフトおよびシングルシャフト例の欠点をもたない、導入部で言及した蒸気・ガスタービン装置を提供することにある。より、特別には、この発明の目的は、シンプルな構造の蒸気・ガスタービン装置を提供することにあり、それは、複雑な付加的部品のいかなるものも備えていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明にしたがって、この発明による蒸気・ガスタービン装置は、蒸気タービンが作動中のガスタービンユニットのガスコンプレッサを駆動することを特徴とするものである。さらに、とくに、蒸気タービンおよびガスコンプレッサが同一のシャフトに装備されている。
【００１４】
このことは、蒸気タービンユニット(B)で発生させられたパワーをガスコンプレッサを介してガスタービンに伝達することを可能とし、それで、実質的には、装置全体で発生させられたパワーの全てがガスタービンを介して１つのシャフトに伝達される。さらに、蒸気タービンサイクルおけるガスタービンからの残熱の利用がより高い効率へ導かれる。発生させられたパワーの全てが１つのシャフトまたは負荷に伝達されるので、装置の全体的性能／効率は、こうして、充分に改善される。それに加えて、装置は、ガスタービンがガスコンプレッサのように同一のシャフトに装備されていないから、蒸気タービンおよびガスタービン間の機械的カップリングを備えていない。であるから、もはや、装置をより複雑にし、より高価にする付加的分離メカニズムは必要としない。それに加えて、この発明による蒸気・ガスタービン装置は、既知の具体例と比較して、改善された負荷特性を特徴とするものである。
【００１５】
蒸気・ガスタービン装置の特別の具体例は、この発明により、蒸気タービンが少なくとも１つのさらなるガスコンプレッサを駆動し、これは、インタークーラを介して第１ガスコンプレッサに直列に接続されていることを特徴とするものである。ガスタービンユニット(A)の効率は、第２ガスコンプレッサまたはそれ以上のガスコンプレッサによってさらに改善されうる。
【００１６】
蒸気・ガスタービン装置のより効率的具体例は、少なくとも１つのさらなる蒸気タービンが蒸気タービンに直列に接続されていることを特徴とするものである。コンパクトな構造とするために、ガスコンプレッサおよび蒸気タービンは、同一のシャフトに装備される。一方、１つのガスコンプレッサおよび１つの蒸気タービンは、それぞれの共通のシャフトに装備されるかも知れない。
【００１７】
蒸気タービンユニット効率は、この発明による特別の具体例において、蒸気ラインを流れる水がインタークーラを流れるエアーと作動中に熱交換接触させられることにより、より改善されうる。より特別には、上記熱交換接触が平行流原理によるか、対向流原理によるかによって行われる。
【００１８】
蒸気・ガスタービン装置の他の具体例において、蒸気タービンがインパルス蒸気タービンまたはラジアル蒸気タービンであってもよく、ガスタービンが遠心ガスコンプレッサまたはアキシャルガスコンプレッサであってもよく、蒸気発生器は、一度通過残熱ボイラであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。
【００２０】
図３−９の具体例の議論において、図１および２に示される具体例と対応する部分には同一の符号が用いられる。
【００２１】
図３に示す、この発明による蒸気・ガスタービン装置において、ガスコンプレッサ１は、蒸気タービン９と一緒にシャフト４、10に搭載されている。この発明による蒸気・ガスタービン装置のこの形態において、蒸気タービンユニット(B)によって発生させられたパワーは、シャフト４、10によってガスタービン３およびガスコンプレッサ１に伝達され、この装置によって発生させられた全てのパワーは、負荷12を駆動するために１つのシャフト５に伝達される。
【００２２】
この発明によれば、蒸気タービン９は、インパルス蒸気タービンである。そのようなインパルス蒸気タービンは、非常に強く、コンパクトで、経済的構造であり、それらは、発明が指向するところの規模で使用されるための技術的観点から非常に適していることがあきらとなる。さらに、そのような蒸気タービンは、ガスタービンによってパワーを負荷により効率的に転換することを特徴とする。これは、全体として、装置の総合的性能／効率に関する重要な改善に導く。
【００２３】
蒸気・ガスタービン装置の特徴的事項は、ガスコンプレッサ１およびガスタービン３の機械的分離であり、それで、今や、２つの部分は、図１および図２（従来技術）に示されている具体例のようではなくて、同一のシャフト４、５に装備されていない。このガスコンプレッサ１およびガスタービン３の機械的分離の結果、付加的、複雑な結合メカニズムの使用がもはや必要でない。
【００２４】
他には、蒸気・ガスタービン装置のより効率的具体例が図４に示されており、これには、付加的ガスコンプレッサ１′は、ガスコンプレッサ１およびガスタービン３の同一のシャフト４、10に搭載されている。圧縮されるべきエアーは、第２ガスコンプレッサ１にインレットla、第１ガスコンプレッサ１′およびインタークーラ14によって運ばれ、その後、エアーは、燃焼室２にパイプ1bによって運ばれる。供給されるべきエアーのインタークーラでの多段圧縮は、装置の効率の充分なる改善を可能とする。２つのコンプレッサ１−１′が図４においてシャフト４、10に搭載されているけれども、幾つかの一連に連結されたガスコンプレッサが同一のシャフト４、10に搭載されうることは理解されよう。
【００２５】
図５は、この発明による図４に示す蒸気・ガスタービン装置の特別の具体例を示している。図５において、インタークーラは、蒸気タービンユニット(B)の蒸気ライン６に組み込まれ、それで、コンデンサ11からの圧縮された蒸気（水）は、インタークーラを流れる多段ガス圧縮結合１−１′からの圧縮エアーと接触して熱交換される。蒸気ライン６の蒸気流れおよびコンプレッサ１−１′のエアー流れは、互いに対向流となる。
【００２６】
図６に示す具体例は、図４に示すものと実質的に同一であり、その相違は、付加的蒸気タービン９′が図６の具体例においてシャフト４、10に搭載されており、その蒸気タービン９′は、蒸気タービン９と直列に結合されている。全てのガスコンプレッサ１、１′および蒸気タービン９、９′は、同一のシャフト４、10に搭載されている。
【００２７】
図７は、図５および６の具体例の組合せを示す。
【００２８】
図８において、ガスコンプレッサ１−１′および蒸気タービン９−９′のそれぞれは、別々のシャフト（４、10；15、16）に装備されている。図示しないが、インタークーラ14は、直結されたガスコンプレッサ１−１′の間に位置させられている（図４と似ている）。図７に似ているように、この具体例は、インタークーラに拡張されるかも知れず、そこでは、コンデンサ11からの圧縮された蒸気（水）は、インタークーラを流れる多段ガス圧縮結合１−１′からの圧縮エアーと接触して熱交換される。
【００２９】
図９において、幾つかの蒸気タービンおよびガスコンプレッサユニットが並列に接続されている。この具体例は、インパルス蒸気タービンがコンプレッサと、より機能的には遠心コンプレッサと接続されているときに、とくに機能的である。インパルス蒸気タービンは、強固で耐久性があり、製造に関しては費用がかからないばかりか、特別の出力レベルまで有用である。図９に示されているように、全体としての装置は、幾つかのインパルス蒸気タービンを結合による出力が非常に向上させられ、それぞれは、別々のシャフト４、10に装備された（遠心）蒸気コンプレッサ１と結合され、これは、１つの大きい燃焼室２および１つの大きいガスタービン３と並列である。
【００３０】
このことは、有用なコンポーネントの技術的制限のためにあらかじめ獲得できなかった応用のための装置の使用が可能となる。
【００３１】
同様に、ガスコンプレッサおよび蒸気タービンの数は、図１−９に示されている具体例に類似して、２以上のコンポーネントの数を予想しうるであろう。
【００３２】
この発明による、蒸気およびガスターザン装置の図解された具体例は、ガスコンプレッサおよびガスタービンを機械的に分離しかつ蒸気タービンにガスコンプレッサを駆動させることにより、機械的結合メカニズムのあらゆるものを使用することなく、既知の蒸気・ガスタービン装置と比較して改善された荷重特性を示す装置を得ること可能であり、そこでは、装置によって発生させられたパワーは、荷重を駆動するための１つの出力軸シャフトに完全に伝達される。
【００３３】
全ての図解された具体例の特性は、ガスタービンまたは荷重の使用状態が停止されたときに（すなわち、燃焼室２能動的作動の間）、ガスコンプレッサは蒸気タービン９によって常時駆動され、それで、ガスタービンは、再び、素早く作動状態になりうる。ガスタービンは、連続して駆動されるガスコンプレッサを使用するときに、素早く元のスピードに戻りうる。ガスコンプレッサを駆動する蒸気タービンだけが装置をスタートさせるために立ち上がることが必要である。ガスコンプレッサが圧力を提供すると、すぐに、自由ガスタービンが荷重を分離することなく装置から荷重を立ち上がられうる。
【００３４】
さらに、蒸気発生器８およびガスタービン３からの燃焼ガス3b間の熱交換接触は、平行流原理または対向流原理に置き換わりうる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術によるマルチシャフト蒸気・ガスタービン装置の具体例を示す。
【図２】従来技術によるシングルシャフト蒸気・ガスタービン装置の他の具体例を示す。
【図３】この発明による蒸気・ガスタービン装置の具体例を示す。
【図４】この発明による蒸気・ガスタービン装置の他の具体例を示す。
【図５】この発明による蒸気・ガスタービン装置のさらなる他の具体例を示す。
【図６】この発明による蒸気・ガスタービン装置のさらなる他の具体例を示す。
【図７】この発明による蒸気・ガスタービン装置のさらなる他の具体例を示す。
【図８】この発明による蒸気・ガスタービン装置のさらなる他の具体例を示す。
【図９】この発明による蒸気・ガスタービン装置のさらなる他の具体例を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１  ガスコンプレッサ
３  ガスタービン
４  コンプレッサシャフト
５  ガスタービンシャフト
６  閉鎖蒸気ライン
７  ポンプ
８  蒸気発生器
９  蒸気タービン
10  蒸気タービンシャフト
11  コンデンサ
Ａ  ガスタービンユニット
Ｂ  蒸気タービンユニット
【図１】
2005522621.tif 000003
【図２】
2005522621.tif 000004
【図３】
2005522621.tif 000005
【図４】
2005522621.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005522621.tif 000008
【図７】
2005522621.tif 000009
【図８】
2005522621.tif 000010
【図９】
2005522621.tif 000011
【国際調査報告】
2005522621.tif 000012
2005522621.tif 000013
2005522621.tif 000014