(57)【要約】本発明によるガスタービンに関するものである。本発明は、ガスを円周方向に噴射しながら反発力を用いてタービン軸を回転させることによって、タービンの回転エネルギー変換効率を高め、製造コストを節減することができる。また、ガスの流動抵抗を減らし、圧力漏れを防止し、エネルギー損失を減らして、安いながらも高効率のタービンが得られる。また、互いに異なる容量のタービンを製作する時、部品の共有が容易であるだけではなく、タービン軸の偏心回転を未然に防止して、耐久性が大きく向上する。また、空気圧縮部とガス膨張部、そして、動力発生部をモジュール化しながら燃料と水とを共に供給するように構成することによって、ガス膨張部の過熱を防止して、空気の過膨張を塞いで、水蒸気を発生させて、タービンの推力の代わりに回転力を向上させ、高価の高温耐熱材料の代わりに、相対的に低価の金属を材料として使うことができて、製造コストを低めることができる。
2014506978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを膨張させるガス膨張部と、
前記ガス膨張部から膨張するガスによって回転力が発生し、その回転力を伝達するようにタービン軸を有する動力発生部と、
前記動力発生部のタービン軸に結合されて回転しながら、空気を圧縮して、前記ガス膨張部に圧縮空気を供給する空気圧縮部と、を含み、
前記動力発生部は、
ガスを円周方向に噴射するように少なくとも１つの噴射孔を有するノズル組立体が、前記タービン軸に結合されて、前記噴射孔からガスが円周方向に噴射されながら回転力を発生させるガスタービン。
【請求項２】
前記ノズル組立体は、複数個が互いに連通されるように備えられ、前記複数個のノズル組立体は、ガスが前記タービン軸の軸方向に沿って順次に流動できるように軸方向に沿って所定の間隔をおいて配される請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
前記ノズル組立体は、
前記タービン軸に一体に結合され、ガスが流入されるように開口端を有し、外周面に少なくとも１つ以上の噴射孔を有するハウジングと、前記噴射孔に連通されるように、前記ハウジングの外周面に結合される少なくとも１つのガス噴射管と、を含む請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記ノズル組立体の間に配され、前流側ノズル組立体から噴射されるガスを後流側ノズル組立体に案内するガイドをさらに含む請求項３に記載のガスタービン。
【請求項５】
前記ハウジングとガイドは、少なくとも一部が重畳される請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記ノズル組立体は、複数個が配され、
前記各ノズル組立体は、少なくとも１つの噴射孔が内部に形成され、
前記複数個のノズル組立体は、前記タービン軸の軸方向に沿って連続して積層される請求項２に記載のガスタービン。
【請求項７】
前記ノズル組立体は、２枚以上の板が重なって結合される請求項６に記載のガスタービン。
【請求項８】
前記ノズル組立体は、２枚の板が重なって結合され、その重なった両側板面の間に前記噴射孔が形成される請求項６に記載のガスタービン。
【請求項９】
前記噴射孔の全体断面積は、前流側ノズル組立体よりも後流側ノズル組立体がさらに広く形成される請求項２に記載のガスタービン。
【請求項１０】
前記噴射孔の個数は、前流側ノズル組立体よりも後流側ノズル組立体がさらに多く形成される請求項２に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記ガス膨張部は、
燃焼用燃料が噴射される燃料噴射装置及び蒸発用水が噴射される水噴射装置を含む請求項１に記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記ガス膨張部は、複数個の燃焼筒が円周方向に沿って配列され、前記燃料噴射装置と水噴射装置は、それぞれの燃焼筒に独立して備えられる請求項１１に記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記ガス膨張部は、複数個の燃焼筒が円周方向に沿って配列され、前記燃料噴射装置と水噴射装置は、それぞれの燃焼筒に共に備えられる請求項１１に記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記タービン軸は、中空に形成され、前記タービン軸には、ガスが中空を通じてノズル組立体に案内されるようにガス孔が形成される請求項１に記載のガスタービン。
【請求項１５】
前記ノズル組立体は、前記タービン軸に一体に結合される請求項１に記載のガスタービン。
【請求項１６】
入口と出口とを有する噴射室が備えられるケーシングと、
前記ケーシングの噴射室を貫通して、前記ケーシングに回転自在に結合されるタービン軸と、
前記タービン軸の軸方向に沿って所定の間隔をおいて結合され、前記ケーシングの入口方向が開口される一方、出口方向は塞がって、前記タービン軸に結合され、外周面に少なくとも１つ以上の噴射孔が貫設されるハウジングと、前記ハウジングの噴射孔に連通されるように結合され、円周方向に開口端が形成されるガス噴射管と、を有する少なくとも２つ以上のノズル組立体と、
前記ケーシング内に設けられ、燃焼ガスを発生させて、前記ノズル組立体に供給するガス膨張部と、
前記ノズル組立体の間を遮断するように、前記ケーシングに結合されて、前流側ノズル組立体のガス噴射管から噴射される燃焼ガスを後流側ノズル組立体のハウジングに案内するガイドと、
を含むガスタービン。
【請求項１７】
前記ガス膨張部は、
前記ケーシングの入口側に配され、燃料を燃焼して、前記燃焼ガスを発生させる少なくとも１つの燃焼筒を含む請求項１６に記載のガスタービン。
【請求項１８】
前記燃焼筒には、燃料を噴射する燃料噴射装置が設けられ、前記燃料噴射装置の一側には、前記燃焼筒に水を噴射する水噴射装置が設けられる請求項１７に記載のガスタービン。
【請求項１９】
前記ケーシングの入口側には、前記燃焼筒に圧縮空気を供給するように空気圧縮機が設けられ、前記空気圧縮機は、前記タービン軸に結合されて回転しながら空気を圧縮する請求項１７に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスまたはスチームのような高圧の作動ガスを用いて回転力を発生させるガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンは、排出されるガスの噴射圧力を用いて、後部にファン（ｆａｎ）からなるタービンを回して回転力を得て、そのタービンに連結された軸を用いて、前部に備えられた空気圧縮機を回転させて、燃料の燃焼とジェットエンジンの推進に必要な圧縮空気とを供給する。
【０００３】
通常、ジェットエンジンでは、飛行機の推力のほとんどをエンジンから出る高温の排ガスによる反作用を利用することによって、燃焼されずに残った余分の空気は、燃焼ガスと共にタービン側に排出することによって、飛行速度を高めるのに使われている。その典型的な例が、大型旅客機に使われるファンジェット（ｆａｎ−ｊｅｔ）エンジンである。ファンジェットエンジンでは、燃焼するガスエネルギーの約８５％が回転力ではない排ガスの運動エネルギー（推力）として使われる。
【０００４】
一方、発電用やタンクなどのエンジンとして使われるタービンでは、噴出するガスによる推力が全く必要ではなく、発生する排ガスが有するエネルギーは、軸の回転力を発生させるのに全く使われずにほとんど無駄使いされる。例えば、発電用タービンでは、排ガスによる推力は全く必要ではなく、軸の回転力のみが使われている。また、タンクなどのエンジンとして使われる場合は、タンクの速度が排ガスの速度に比べてあまりにも低くて、排ガスによるタンクの推力はほとんど発生せずにほとんどが無駄使いされている。したがって、発電用やエンジンとして使われる場合には、可能な限り排出される排気が有するエネルギーを減らし、軸の回転エネルギーを増やすことが望ましい。
【０００５】
しかし、現在のガスタービンでは、燃焼室で噴出する高温高圧のガスをほとんど回転力に変換させることは不可能であり、したがって、相当量の燃焼ガスは、高温高圧のガス状態で排出されて、多くのエネルギーが無駄使いされている実情である。また、このようなガスタービンでは、燃焼室で発生する高温ガスに耐えることができる高耐熱性の高級材料でタービンを作らなければならないので、ガスタービンは、非常に高価の装置になるしかない。参考までに、タービン作動時の後尾タービンは、摂氏１２００℃以上になる。
【０００６】
しかし、従来のガスタービンは、タービンの羽根がタービン側ハウジングで取り囲まれて、羽根の端部とタービン側ハウジングの内周面との間には、羽根の熱膨張などを考慮して一定間隔を置かなければならないので、ガスの圧力損失が増加しながら、タービンの回転力の発生効率が低下する問題点があった。
【０００７】
また、従来のガスタービンは、入射されるガスから羽根を回転させる力の発生は、ガスが羽根に伝達した運動量に依存し、この運動量は、前記羽根数、入射されるガスに対する角度、面積などの多様な要素によって決定される。ところが、タービン羽根に衝突したガスは、速度と方向とがいずれも変わるので、これをいずれも考慮して、次の列のタービン羽根の形状、角度などを適切に設計し、数千個に至るこのような羽根を乱流発生が最小になるように並べることは、非常に難解なので、高効率のタービンの製作に限界があった。
【０００８】
また、従来のガスタービンでは、後尾タービンが単段からなっているだけではなく、燃焼ガスの温度があまりにも高くて、排出される燃焼ガスの速度が過度に上昇して膨張しながら、ほとんどの排ガスのエネルギーが回転力ではない推力として発生するために、ジェット機のように、このような推力が飛行機の前進を助けることができる所の以外では無駄使いとなり、その一部のみ回転力に変換されることによって、発電用ガスタービンのように回転力が必要な分野では、このような推力は、回転力の発生に何らの助けもないエネルギーの無駄使いになった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、このような排ガスが持って行く排ガスのエネルギーを可能な限り多くの比率で回転エネルギー化させることによって、発電用タービンの熱効率を高めうるガスタービンを提供するところにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ガスによる運動量の決定要素を簡素化して、高効率のタービンを容易に製作することができるガスタービンを提供するところにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、タービンを多段で形成し、燃焼ガスの温度を低めて排ガスのエネルギーを回転力に変換させ、排ガスの温度を顕著に低めるにもかかわらず、ガスタービンの熱効率をむしろ高めうる画期的なガスタービンを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ガスを膨張させるガス膨張部と、前記ガス膨張部から膨張するガスによって回転力が発生し、その回転力を伝達するようにタービン軸を有する動力発生部と、前記動力発生部のタービン軸に結合されて回転しながら、空気を圧縮して、前記ガス膨張部に圧縮空気を供給する空気圧縮部と、を含み、前記動力発生部は、ガスを円周方向に噴射するように少なくとも１つ以上の噴射孔を有するノズル組立体が、前記タービン軸に一体に結合されて、前記噴射孔からガスが円周方向に噴射されながら回転力を発生させるガスタービンを提供する。
【００１３】
本発明の他側面によれば、本発明は、入口と出口とを有する噴射室が備えられるケーシングと、前記ケーシングの噴射室を貫通して、前記ケーシングに回転自在に結合されるタービン軸と、前記タービン軸の軸方向に沿って所定の間隔をおいて結合され、前記ケーシングの入口方向が開口される一方、出口方向は塞がって、前記タービン軸に結合され、外周面に少なくとも１つ以上の噴射孔が貫設されるハウジングと、前記ハウジングの噴射孔に連通されるように結合され、円周方向に開口端が形成されるガス噴射管と、を有する少なくとも２つ以上のノズル組立体と、前記ケーシング内に設けられ、燃焼ガスを発生させて、前記ノズル組立体に供給するガス膨張部と、前記ノズル組立体の間を遮断するように、前記ケーシングに結合されて、前流側ノズル組立体のガス噴射管から噴射される燃焼ガスを後流側ノズル組立体のハウジングに案内するガイドと、を含むガスタービンを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるガスタービンは、ガスを円周方向に噴射しながら、反発力を用いてタービン軸を回転させることによって、タービンの回転エネルギー変換効率を高め、製造コストを節減することができる。
【００１５】
また、ガスの流動抵抗を減らし、圧力漏れを防止し、エネルギー損失を減らして、安いながらも高効率の回転力を有するタービンが得られる。
【００１６】
また、互いに異なる容量のタービンを製作する時、部品の共有が容易であるだけではなく、タービン軸の偏心回転を未然に防止して、耐久性が大きく向上する。
【００１７】
また、空気圧縮部とガス膨張部、そして、動力発生部をモジュール化しながら、燃料と水とを共に供給するように構成することによって、前記ガス膨張部の過熱を防止して、出口の温度を顕著に低め、空気の過膨張を塞いで、水蒸気を発生させて排ガスの推力を減らし、タービンの回転力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態によるガスタービンの内部を示した斜視図である。
【図２】図１に示されたガスタービンの内部を示した断面図である。
【図３】図２の“Ｉ−Ｉ”線に沿って見た断面図である。
【図４】図１に示されたガス噴射管の他の例を示したそれぞれ示した斜視図である。
【図５】図１に示されたガス噴射管の他の例を示したそれぞれ示した斜視図である。
【図６】図１に示されたガスタービンでガス噴射管が排除された噴射孔の他の例を示した断面図である。
【図７】図１に示されたガスタービンで燃料噴射装置と水噴射装置との配列に対する例をそれぞれ示した概略図である。
【図８】図１に示されたガスタービンで燃料噴射装置と水噴射装置との配列に対する例をそれぞれ示した概略図である。
【図９】本発明の他の実施形態によるガスタービンの他の例を示した断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態によるガスタービンの断面図である。
【図１１】図１０に示されたガスタービンでノズル組立体の噴射孔を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明によるガスタービンを一実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明によるガスタービンの内部を示した斜視図であり、図２は、図１によるガスタービンの内部を示した断面図である。
【００２１】
図１及び図２とを参照すると、前記ガスタービンは、空気を圧縮する空気圧縮部１と、前記空気圧縮部１によって圧縮された空気を膨張させて空気の流動速度を高めるガス膨張部２と、前記ガス膨張部２から膨張した高温高圧の空気が円周方向に噴射されながら回転力を発生させる動力発生部３と、を含む。前記空気圧縮部１とガス膨張部２、そして、動力発生部３は、ケーシング４の内部に順次に設けられ、前記空気圧縮部１は、動力発生部３のタービン軸３１に結合されて、前記動力発生部３から発生する回転力によって回転するように構成される。
【００２２】
前記空気圧縮部１は、圧縮側ケーシング４１の内部に回転自在に設けられるヘッド１１と、前記ヘッド１１の外周面に設けられて、空気を圧縮してガス膨張部に吐き出すように多数個のブレード１２と、を含む。
【００２３】
前記ヘッド１１は、入口側が狭い円錐状またはドーム状に形成されて、前記タービン軸３１に一体に結合される。
【００２４】
前記ガス膨張部２は、前記空気圧縮部１を通じて吸入される圧縮空気が燃料を燃焼させて膨張させるように、燃焼側ケーシング４２の内部に設けられる。前記ガス膨張部２の内部には、１つの燃焼筒２１が環状に形成されて、前記タービン軸３１を取り囲むように設けられても良く、図面でのように、複数個の燃焼筒２１が、前記タービン軸３１を中心に円周方向に沿って配列されても良い。
【００２５】
前記燃焼筒２１は、入口が空気圧縮部１側を、出口が動力発生部３側に向けるように長く形成されうる。そして、前記燃焼筒２１には、灯油やプロパンまたは天然ガスのような燃料を前記燃焼筒２１の内部に噴射できるように燃料噴射管２２が設けられ、前記燃料噴射管２２の一側には、燃料の燃焼直後、水を噴射してガスの温度を低めるように水噴射管２３が設けられる。これにより、総ガス量は、水が蒸発してガスに共に加えられることによって、総ガスの温度が下がったにもかかわらず、体積はさらに増加する。前記燃料噴射管２２と水噴射管２３は、図７でのように、それぞれの燃焼筒２１に共に設けられても良く、それぞれの燃焼筒２１に独立して設けられても良い。前記燃料噴射管２２と水噴射管２３とが独立して設けられる場合には、その燃料噴射管２２と水噴射管２３とが、前記燃焼筒２１に沿って交互に設けられても良い。
【００２６】
前記燃料噴射管２２と水噴射管２３との中間には、それぞれ弁（図示せず）が設けられて、前記燃焼筒２１に供給される燃料と水との供給周期または供給量を条件によって自動または手動で調節することができる。
【００２７】
前記動力発生部３は、図１及び図２でのように、ケーシング４の内部を入口から出口方向に貫通して、そのケーシング４に回転自在に結合されるタービン軸３１と、前記タービン軸３１に軸方向に沿って結合されて、動力側ケーシング４３の内部でガスを噴射しながら、前記タービン軸３１を回転させる複数個のノズル組立体（以下、前流側から後流側に、第１、第２、第３ノズル組立体に区分する）３２１、３２２、３２３と、を含む。
【００２８】
前記動力側ケーシング４３は、その内部空間が前記各ノズル組立体３２１、３２２、３２３の間に備えられるガイド４３４によって複数個の噴射室（以下、前流側から後流側に、第１、第２、第３噴射室に区分する）４３１、４３２、４３３に区画される。ここで、前記動力側ケーシング４３は、円筒状に形成され、前記ガイド４３４は、後流側に行くほど断面積が狭くなって、漏斗状に形成されうる。
【００２９】
前記各噴射室４３１、４３２、４３３の体積は、互いに同様に形成されうるが、出口方向に行くほどガスが膨張する点を考慮して、出口方向に広く形成されうる。そして、前記動力側ケーシング４３は、後流側の側面に排気口４３５が少なくとも１つ以上形成され、前記排気口４３５が形成される面の中央には、前記タービン軸３１を貫通されて支持されるようにベアリング４３６が設けられることもある。
【００３０】
前記ノズル組立体３２は、前記タービン軸３１の外周面に一体に結合されるハウジング３２５と、前記ハウジング３２５の外周面に結合されて、ガスを円周方向、すなわち、タービン軸３１の回転逆方向に噴射する複数個のガス噴射管３２６と、を含む。
【００３１】
前記ハウジング３２５は、前流側ノズル組立体側の側面は開口される一方、後流側ノズル組立体側の側面は塞がった円筒状に形成されて、その塞がった側面が、前記タービン軸３１に一体に結合される。そして、前記ハウジング３２５の外周面には、少なくとも１つ以上の噴射孔３２７が形成される。前記噴射孔３２７は、図１及び図２でのように、軸方向に沿って複数個が一直線上に形成され、その複数個の噴射孔３２７は、円周方向に沿って等間隔に形成されうる。
【００３２】
前記ハウジング３２５の開口端の直径は、ガスがタービン軸３１の外周面とハウジング３２５の開口端との間に流れて、前記ノズル組立体３２に流入されるように、前記タービン軸３１の直径よりも大きく形成される。そして、前記ハウジング３２５の開口端に前流側ガイド４３４の出口端が挿入されて重畳されるように結合されるものが、ガスが後流側噴射室に直ちに流入されることを防止することができて望ましい。この場合、前記ハウジングの開口端とガイド４３４の出口端との間には、シーリング部材が備えられうる。
【００３３】
前記噴射孔３２７は、各ノズル組立体３２１、３２２、３２３当たり同じ個数とサイズとに形成されうるが、ガスが各ノズル組立体３２１、３２２、３２３を通過しながら膨張するので、これを勘案して、後流側に行くほど前記噴射孔３２７の全体断面積を大きくするか、全体個数を多くすることが、各ノズル組立体３２１、３２２、３２３から発生する回転力を同一にできて望ましい。
【００３４】
図３を参照すると、前記ガス噴射管３２６は、その出口端が各ノズル組立体３２１、３２２、３２３の接線方向、すなわち、前記タービン軸の回転方向に対して逆方向に形成されうる。このために、前記ガス噴射管は、図３でのように、折り曲げられて形成されるか、または図面に図示していないが、一直線に形成されうる。もちろん、前記ガス噴射管３２６を備えず、前記ハウジング３２５の噴射孔３２７のみでもノズル組立体が回転できるように、前記噴射孔３２７を半径方向に対して傾けることもできる。
【００３５】
前記ガス噴射管３２６は、前記タービン軸３１の軸中心から前記ガス噴射管３２６の出口までの垂直距離ｒが下流の噴射室に行くほど次第に減るように形成されうる。そして、前記ガス噴射管は、図１ないし図３でのように、円形管に形成されて、それぞれの噴射孔３２７に独立して結合されても良く、図４でのように、１つのガス噴射管３２６に複数個の噴射通孔３２６１を形成して、各噴射孔３２７に連通させても良い。また、図５でのように、前記噴射孔３２７は、軸方向に長く長空状に形成され、その長空状の噴射孔３２７に連通されるように、１つのガス噴射管３２６に長空状の噴射通孔３２６１が形成されうる。
【００３６】
前記のような本発明によるガスタービンは、次のように動作する。
【００３７】
前記空気圧縮部１から圧縮された空気が、前記ガス膨張部２の燃焼筒２１に流入され、それと同時に、前記燃料噴射管２２を通じて燃料が前記燃焼筒２１の内部空間に噴射されて、その燃焼筒２１で燃料を燃焼させる。そうすると、前記燃焼筒から発生する燃焼熱によって空気が膨張しながら、前記動力発生部の方向に高速移動を行う。
【００３８】
この高温高圧のガスは、前記第１ノズル組立体３２１に流入されて、第１噴射室４３１に噴射され、このガスは、再び前記第２ノズル組立体３２２に流入されて、第２噴射室４３２に噴射される過程を連続して経て排気口４３５を通じて外部に排出される。
【００３９】
前記ガスタービンは、従来のインペラ式タービン（または、運動量伝達式タービン）に比べて、軸の回転効率を遥かに高めうる。そして、従来のインペラ式タービンは、数百ないし数千個に至るインペラの設計製作と組立時に、多くの高級人力と精度とが要求されるのに比べて、前記ガスタービンは、部品設計や製作組立に要求される精度が格段に低く、その部品数も著しく減って、現在のインペラ式タービンに比べて、非常に低価で回転力が格段に増加した高効率のタービン製作が可能な利点がある。
【００４０】
そして、前記ガスタービンは、ガスが有した全運動量が噴射孔に伝達さらたもの（すなわち、ガスのタービンに対する相対速度はｚｅｒｏ）なので、ガスの運動量はゼロになって、理論上のエネルギー伝達効率は１００％である。これは、従来のインペラ式タービンでは、理論上でも果たすことができない高効率である。
【００４１】
また、従来のインペラ式タービンでは、ボイラーから入射するガスの進路が一定であるとしても、一旦１つのインペラに衝突すれば、ガスの速度と方向とがいずれも変わるだけではなく、一部はインペラと衝突した反作用によって、前列にあるインペラの裏側に反射されて、インペラの回転速度と方向と、この反射されたガスの方向と速度との差によって、タービンが減速されることもある。このような問題は、設計を通じても減らせるが、完全な除去は不可能であるので、実際のエネルギー変換効率がある程度低下することを阻むことができない。一方、前記ガスタービンは、ノズル組立体が順次に配され、インペラの代わりにガス噴射管からなることによって、エネルギー変換効率の低下を顕著に改善しうる。
【００４２】
ここで、前記ガスタービンは、前記ノズル組立体のガス噴射管から噴射されるガスが同じ円周方向に噴射されることによって、前記タービン軸は、噴射されるガスの反発力によって高速で回転を行う。しかし、前記ガス膨張部の温度が、摂氏１２００℃以上に過度に上昇しながら、前記ガス膨張部での空気が過度に膨張して、ガスの噴射速度があまりにも早くなる。これは、小型ガスタービンを除いては、ノズル組立体が高速回転による遠心力を耐えることができなくて破損される。これを勘案して、前記ノズル組立体があまりにも高速で回転されないように燃料の供給量や空気の供給量を任意に減らせば、タービンの効率が顕著に低下する。
【００４３】
これにより、本実施形態では、前記燃焼筒に燃料噴射管以外に水噴射管を連通させて燃焼過程の直後、前記燃焼筒に水を噴射することによって、前記ガス膨張部の温度を摂氏２００〜３００℃程度に低めて、ガスの噴射速度を接線速度程度に調節すると同時に、水の蒸発膨張による気体の体積を増やして、ガスに高圧の水蒸気を混ぜることによって、高回転力が得られる。そして、これを通じてタービンのエネルギー変換効率を高め、高温の耐熱材料の代わりに、通常使われる金属の合金を使うことができて、タービンの製造コストの節減と材料の選択とに大きな利点がある。
【００４４】
一方、前述した実施形態では、前記ガス膨張部から膨張したガスがタービン軸の外周面とハウジングの内周面との間を通じて後流側ノズル組立体に流入されるものであったが、本実施形態のように、前記ガス膨張部から膨張したガスをタービン軸の内部を通じて後流側ノズル組立体に流入させることもできる。例えば、図９でのように、前記タービン軸３１が、中空状に形成され、その外周面に前記中空と各噴射室４３１、４３２、４３３が連通されるように貫通孔３１２とが形成される。そして、前記タービン軸３１は、複数個が互いに連結されるように結合され、前記タービン軸３１の間には、前記中空３１１とノズル組立体３２とが直接連通されるように結合されうる。これにより、前記ガス膨張部２から排気されるガスは、貫通孔３１２を通じてタービン軸３１の中空３１１に流入され、このガスは、後流側ノズル組立体３２を経てそれぞれの噴射室に噴射される過程を順次に進行しながら回転力を発生させる。本実施形態によるガスタービンの基本的な構成と作用効果は、前述した実施形態とほぼ同じである。但し、本実施形態は、ガスがタービン軸３１の内部を通過して後流側ノズル組立体３２に流入されることによって、噴射室間のガス漏れを防止することができる。
【００４５】
本発明によるガスタービンで動力発生部に対する他の実施形態がある場合は、次の通りである。
【００４６】
すなわち、前述した一実施形態では、複数個のノズル組立体が軸方向に沿って所定の間隔をおいて設けられるものであったが、本実施形態は、前記複数個のノズル組立体が軸方向に沿って連続して積層されて設けられる。
【００４７】
図１０及び図１１に示したように、本実施形態によるガスタービンは、空気を圧縮する空気圧縮部１と、前記空気圧縮部１によって圧縮された空気を膨張させて空気の流動速度を高めるガス膨張部２と、前記ガス膨張部２から膨張した高温高圧の空気が円周方向に噴射されながら回転力を発生させる動力発生部３と、で構成される。前記空気圧縮部１とガス膨張部２、そして、動力発生部３は、動力側ケーシング４３の内部に順次に設けられ、前記空気圧縮部１は、動力発生部３のタービン軸３１に結合されて、前記動力発生部３から発生する回転力によって回転するように構成される。
【００４８】
ここで、前記空気圧縮部１とガス膨張部２は、前述した実施形態とほぼ類似しているので、これについての具体的な説明は省略する。但し、本実施形態の動力発生部３は、動力側ケーシング４３にタービン軸３１が回転自在に結合され、前記タービン軸３１には、前記ガス膨張部２から流入されるガスが膨張しながら回転するように噴射孔３２７を有する少なくとも１つ以上のノズル組立体３２が、前記動力側ケーシング４３の内部で軸方向に沿って分離板３３を挟んで連続して積層されてなされる。
【００４９】
前記ノズル組立体３２は、円板状に形成され、前記噴射孔３２７の入口を成すように噴射吸入口３２８１が軸孔の周辺に形成されるノズルカバー３２８と、前記ノズルカバー３２８の一側面に結合され、前記ノズル吸入口３２８１と連通されるように噴射連通口３２９１と噴射吐出口３２９２とが連続して形成されるノズルプレート３２９と、からなる。
【００５０】
前記ノズル組立体３２は、前記タービン軸３１に結合される個数によってタービンの容量が可変されうる。すなわち、タービンの容量が小さな場合には、ノズル組立体３２の個数を少なく構成する一方、タービンの容量が大きな場合には、ノズル組立体３２の個数を多く構成することができる。
【００５１】
前記ノズル組立体３２の個数が多数個である場合には、ガスが後流側に行くほど膨張する点を考慮して、前記ノズル組立体３２の噴射孔３２７は、後流側に行くほど総断面積を大きくするか、または個数を増加させることができる。
【００５２】
前記噴射孔３２７の個数が複数個である場合には、その形状を同様に形成して、等間隔に形成することが偏荷重を減らして、タービンの性能を高めうる。図面のうち、未説明の符号である３３０は、ノズルブロックである。
【００５３】
前記のような本実施形態によるガスタービンの構成と、それによる作用効果は、前述した実施形態とほぼ同じである。但し、本実施形態の場合には、ガス噴射管を排除し、噴射孔がノズル組立体の内部に形成されることによって、前述した実施形態のように、ガス噴射管をハウジングに溶接して発生する重量の不均衡を未然に防止し、これを通じて前記ノズル組立体の高速回転時に、偏心荷重によるタービンの振動や性能の低下を未然に防止することができる。
【００５４】
また、前記ノズル組立体を含む単位タービンの個数によってタービンの容量を調節することができるので、互いに異なる容量のタービンを容易に製作できるだけではなく、他の容量のタービンを製作するための部品の共有が容易であって、製造コストを節減することができる。
【００５５】
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のガスタービンを利用すれば、タービンの回転エネルギー変換効率が高く、製造コストが節減されるガスタービンの製造が可能である。
【図１】
2014506978.tif 000003
【図３】
2014506978.tif 000004
【図４】
2014506978.tif 000005
【図５】
2014506978.tif 000006
【図６】
2014506978.tif 000007
【図１１】
2014506978.tif 000008
【図２】
2014506978.tif 000009
【図７】
2014506978.tif 000010
【図８】
2014506978.tif 000011
【図９】
2014506978.tif 000012
【図１０】
2014506978.tif 000013
【国際調査報告】
2014506978.tif 000014
2014506978.tif 000015
2014506978.tif 000016
2014506978.tif 000017