(57)【要約】【課題】小型高性能、簡単構造、低コスト、低消費電力の熱回収型ガスタービン、ガスタービン発電システム及びガスタービン発電システムの運転方法を提供することを目的とする。【解決手段】燃焼器本体１４に蒸気発生部１６，混合ガス生成部１８，燃料変換部２０及び燃焼器２２を配置し、蒸気発生部の蒸気でタービン３２，３４を冷却して熱回収過熱蒸気を生成し、該過熱蒸気を燃焼器本体１４に戻して、燃焼器２２内に噴射して、動力ガスとして再生することで、熱回収型ガスタービンの小型高性能化と熱効率を向上させ、窒素酸化物の排出を抑制するとともに燃費の大幅な削減を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を供給する圧縮機と、蒸気冷却部を備えていて動力ガスを膨張させて出力軸に動力を発生させるタービンを収納したタービンハウジングと；前記タービンハウジングに連結された燃焼器本体であって、前記動力ガスを生成する燃焼器と、給水導入部と、前記給水導入部に連通する蒸気発生部と、リターン蒸気導入部と、リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを備えた冷却ジャケットを収納した燃焼器本体と；前記蒸気発生部と前記タービンの蒸気冷却部との間に延びていて前記タービンに前記蒸気を供給する蒸気供給通路と；前記タービンの蒸気冷却部と前記リターン蒸気導入部との間に延びていて前記タービンの熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に戻す蒸気回収通路と；を備え、前記リターン蒸気導入部が前記熱回収過熱蒸気を前記蒸気噴射ノズルを介して前記燃焼器に供給して動力ガスとして再生する熱回収型ガスタービン。
【請求項２】
請求項１において、前記水冷ジャケットが前記空気圧縮機と前記タービンにそれぞれ連通するインレット及びアウトレットと、前記水冷ジャケットの前面において前記インレットの近辺から前記アウトレットに延びている仕切壁部と、前記インレットに近接して前記燃焼器本体と前記仕切壁部との間に形成されている圧縮空気通路と、前記仕切壁部の内側で前記インレットから前記アウトレットに延びていて上流側に圧縮空気導入部を備えた燃焼室とを備えている熱回収型ガスタービン。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、さらに、前記水冷ジャケットに形成されて前記熱回収過熱蒸気の一部と炭化水素燃料との混合ガスを生成する混合ガス生成部と、前記混合ガスから水素リッチ燃料を生成して前記燃焼室に供給する水素リッチ燃料生成部とを備える熱回収型ガスタービン。
【請求項４】
請求項３において、前記水素リッチ燃料生成部が前記水冷ジャケットに配置されて前記混合ガス生成部と連通するアークプラズマ室と、前記アークプラズマ室に配置された多相交流電極と、前記多相交流電極の間に充填された絶縁体と分流用導体との混合物からなる熱回収型ガスタービン。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記水冷ジャケットが前記燃焼器本体に着脱可能に配置された円形ベースプレートを備え；前記円形ベースプレートが中央部において前記水素リッチ燃料生成部を収納する第１ゾーンと、前記インレットと前記アウトレットとの間で前記第１ゾーンから放射方向に延びて前記混合ガス生成部を収納する第２ゾーンと、前記円形ベースプレートの前面において前記第１ゾーンの周囲に配置された円弧状の前記燃焼室と、前記円弧状燃焼室に沿って前記インレットから前記アウトレットまで延びる円弧状の前記仕切壁部と、前記燃焼器本体と前記円弧状仕切壁部との間に形成された円弧状の前記圧縮空気通路とを収納する第３ゾーンと、前記円形ベースプレートの背面に配置されていて前記蒸気発生部及び前記リターン蒸気導入部を収納する第４ゾーンとを備え；前記ベースプレートが前記リターン蒸気噴射ノズルと前記リターン蒸気導入部とに連通するリターン蒸気連通路を備える熱回収型ガスタービン。
【請求項６】
請求項１において、前記タービンがステータと、前記ステータ内に収納されたタービンロータとを備え；前記ステータが円筒状ステータリングと、前記ステータリングの半径方向内側に配置されて前記動力ガスの噴流を前記タービンの接線方向に進入させるとともに前記タービンの膨張ガスを半径方向外側に案内するガイド部材と、前記動力ガス噴流を前記タービンの軸方向に直角な平面に対して鋭角で偏向する少なくとも一つのステータブレード部材と、前記ガイド部材と前記ステータブレード部材の内部に形成されていて前記蒸気供給通路と前記蒸気回収通路に連通する円弧状ステータ熱回収流路とを備え；前記タービンが前記ステータブレード部材の両側において周方向に配置された複数のタービンブレードを有する一対のタービンロータと、各タービンロータのタービンブレードの背面に沿って周方向に延びていて前記蒸気供給通路と前記蒸気回収通路に連通する円弧状タービン熱回収流路とを備えた熱回収型ガスタービン。
【請求項７】
圧縮空気を供給する圧縮機と；前記圧縮空気と炭化水素燃料から高温ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器の熱で冷却水から蒸気を生成する蒸気発生部と、リターン蒸気導入部と、前記リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを配置した燃焼器本体と；前記高温ガスを膨張させて出力軸に動力を発生させるタービンと；前記動力により駆動されて発電出力を得る発電機と；前記タービンに前記蒸気を供給する蒸気供給通路と；前記タービンの熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に回収して前記噴射ノズルを介して前記燃焼器に供給する蒸気回収通路と；前記燃焼器本体内にて前記燃焼器に隣接して配置されて前記リターン蒸気導入部に連通していて前記炭化水素燃料と前記熱回収過熱蒸気の一部との混合ガスを生成する混合ガス生成部と；前記燃焼器本体内にて前記燃焼器と前記混合ガス生成部との間に配置されていて前記混合ガスから水素リッチ燃料を生成する水素リッチ燃料生成器と；を備えているガスタービン発電システム。
【請求項８】
熱回収型ガスタービンの運転方法であって：圧縮空気を燃焼器に供給する行程と；前記燃焼器で前記圧縮空気を加熱して高温ガスを生成する行程と；前記高温ガスをタービンで膨張させて動力を取り出す行程と；前記燃焼器に冷却水を供給して蒸気を生成する行程と；前記蒸気を前記タービンに供給して熱回収過熱蒸気を発生させる行程と；前記熱回収過熱蒸気を前記燃焼器に戻して前記熱回収蒸気を前記高温ガスとの混合動力ガスとして再生して前記タービンに供給する行程と；を備える熱回収型ガスタービンの運転方法。
【請求項９】
請求項８において、さらに、給水導入部と、前記給水導入部に連通する蒸気発生器と、リターン蒸気導入部と、リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを備えた冷却ジャケットを収納した燃焼器本体を準備する工程と；前記冷却水を前記蒸気発生器に供給して前記燃焼器の熱で前記蒸気を生成する行程と；前記熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に導入する行程と；前記リターン蒸気導入部から前記蒸気噴射ノズルを介して前記燃焼器に前記熱回収蒸気を噴射する行程と；備える熱回収型ガスタービンの運転方法。
【請求項１０】
請求項９において、さらに、前記燃焼器本体内に混合ガス生成部と水素リッチ燃料生成部とを配置する行程と；前記熱回収蒸気の一部と炭化水素燃料とから前記混合ガス生成部で混合ガスを生成する行程と；前記混合ガスを前記水素リッチ燃料生成部で前記水素リッチ燃料に変換して前記燃焼器に供給する行程と；からなる熱回収型ガスタービンの運転方法。
【請求項１１】
ガスタービン発電システムの運転方法であって：燃焼器と、給水導入部と、前記給水導入部に連通していて前記燃焼器に隣接する蒸気発生部と、混合ガス生成部と、水素リッチ燃料生成部と、前記蒸気発生部に隣接するリターン蒸気導入部と、前記リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを備えた燃焼器本体を準備する工程と；空気圧縮機により圧縮空気を前記燃焼器に供給する行程と；前記高温ガスをタービンで膨張させて動力を取り出す行程と；前記動力で発電機を駆動して発電出力を得る行程と；前記燃焼器で前記圧縮空気と炭化水素燃料とから前記動力ガスを生成する工程と；前記蒸気発生部に冷却水を供給して前記燃焼器の熱で蒸気を生成する行程と；前記タービンに蒸気を供給して前記タービンの熱回収過熱蒸気を回収する行程と；前記混合ガス生成部で炭化水素燃料と前記熱回収過熱蒸気の一部との混合ガスを生成する行程と；前記水素リッチ燃料生成部で前記混合ガスから水素リッチ燃料を生成して前記燃焼器に供給する行程と；前記熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に戻す行程と；前記リターン蒸気導入部の前記熱回収過熱蒸気を前記燃焼器に噴射して前記高温ガスとの混合動力ガスとして再生して前記タービンに供給する行程と；を備えるガスタービン発電システムの運転方法。
【請求項１２】
請求項１１において、さらに、前記タービンの回転数パラメータを検出して回転数パラメータ検出信号を出力する行程と；前記回転数パラメータ検出信号に応答して前記蒸発器への給水量を制御して前記水素リッチ燃料の生成量及び前記熱回収蒸気の噴射量の少なくとも一つを可変制御する工程とを備えるガスタービン発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はガスタービンに関し、とくに、熱回収型ガスタービン、ガスタービン発電システムおよびガスタービン発電システムの運転方法に関する。
【０００２】
【従来技術】特開平０８−２６１４６３号には水冷却構造を備えたガスタービン燃焼器が開示され、米国特許第５，９０６，０９３号には蒸気冷却型のガスタービン燃焼器が開示されている。これら燃焼器は通常ガスタービン出力軸に対して略平行に延びる細長円筒型ケーシングと該ケーシングに対して長手方向に延びる多数の冷却通路と、該冷却通路の両端に接続された径大のマニフォールドから構成され、全体的に構造が複雑となり、しかも、長手方向の寸法が著しく増大するため、必然的にガスタービンが大型化するとともに、製造コストが増加する。
【０００３】米国特許第５３２９７５８号、同第５５６４２６９号、同第５５６６５４２号、同第５７２７３７７号、同第６３５７２１８及び同第６４４６４４０号にはガスタービンの効率アップを目的として、燃焼器に蒸気を噴射する構造が開示されている。これらガスタービンおいて、燃焼器に供給する蒸気はガスタービンの排熱回収器により生成しているが、燃焼器に供給可能な蒸気の噴射量はガスタービンの容量から必然的に限界が生じ、排熱回収器の蒸気を燃焼器へ全量供給することはガスタービンの熱効率からみても不可能である。従って、排熱回収器の蒸気を全量有効利用することはできない。上記特許の内、米国特許台５５６４２６９号、同第５７２７３７７号および同第６３５７２１８号のガスタービンでは排熱回収器の蒸気を一部燃焼器へ供給するとともに、蒸気タービンやその他の機器に上記の残部を供給する構造が開示されているが、通常、燃焼器へは動力ガスに対して比較的大きい比率の蒸気を供給するため、蒸気タービンやその他の機器で有効利用可能な蒸気量が減少することとなり、ガスタービンの熱効率の改善には好ましくない。
【０００４】次に、米国特許第５７９５１３０号および同第６３７０８６６号には軸流型ガスタービンのアキシャルロータの熱応力や熱変形による信頼性低下を防止することを目的とした蒸気供給通路及び蒸気回収通路を備えたアキシャルロータの冷却構造が開始されている。従来のガスタービンにおいて、アキシャルロータに対して燃焼器から供給される動力ガスは複数段のアキシャルロータの動翼のごく一部の領域にのみ衝突するため、単位動力ガスあたりの格段のアキシャルロータの効率が極めて低い。従って、ガスタービンは多数段のアキシャルタービンを必然的に備え、ガスタービンの部品点数が著しく増加するとともに構造が大型化し、製造コストも上昇する。しかも、各段のアキシャルロータの個々の動翼に蒸気供給通路と、蒸気回収通路並びに冷却通路とを形成しなければならず、動翼の加工コストが飛躍的に上昇する原因となる。さらに、米国特許第５７９５１３０号および同第６３７０８６６号のガスタービンのタービンロータでは外部の、たとえば、前述したハイネ多雨回収器で精製した蒸気を供給することになるが、この場合は前述の配管類及びバルブ類を必要とし、前述と同様な問題点が生ずる。
【０００５】さらに、特開平０７−２６９３７１号及び特開平第０８−２６１０１２号には排熱回収器で蒸気を生成した後、該蒸気で静翼を冷却して過熱蒸気を生成して炭化水素燃料と混合した混合ガスを改質器に供給して水素リッチ燃料を生成するようにしたガスタービンが開示され、一方、特開平第２００２−１９５０５１号には排熱回収ボイラで生成した蒸気と燃料ガスとを混合して混合ガスから水素リッチ燃料を得るようにしたガスタービンが開示されている。特開平０７−２６９３７１号及び特開平第０８−２６１０１２号のガスタービンでは排熱回収器の上流側に改質器を収納するとともに炭化水素ガス（天然ガス等）と飽和蒸気及び過熱蒸気との混合装置を排熱回収器の外部に配置しているため、ガスタービンの全体構造が大型化し、製造コストも著しく上昇する。また、飽和蒸気は静翼の冷却用に利用された後、スチームリフォーミングにのみ、利用されるため、ガスタービンの熱効率を効率的に改善することができない。なお、特開平第２００２−１９５０５１号のガスタービンでは基本的には排熱回収器の蒸気のみが燃料ガスと混合される混合器を備えている点が上述のガスタービンと異なっているが、排熱回収器の構造の大型化は避けられず、コストアップを防ぐことはできない。しかも、上述のスチームリフォーミング方式を採用した場合は、前記の問題に加えて、さらに、複雑な配管類及びバルブ類により、排熱回収エネルギーの一部が外部へ漏出して熱効率が低下する問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のガスタービンでは燃焼器、タービン、排熱回収器及び改質器が大型化して製造コストが高いという問題がある。とくに、燃焼器は複雑で細長構造となっているため、コンパクトで低コストにすることはできない。また、従来構造のアキシャル型タービンは単位動力ガス当たりの効率が劣るため、タービンロータの構造が大型化するだけでなく、多数段のタービンロータを組み合わせなければならず、部品点数が増加するだけでなく、メンテ保守も煩わしいものとなる。さらに、動翼や静翼の熱回収蒸気を動力ガスの再生用に利用していないため、その分、ガスタービンの効率が低下する。しかも、改質器をガスタービンの排熱回収側に配置しているため、排熱回収器が大型化する。しかも、ガス混合器が排熱回収器の外部に配置されているため、部品点数が増加し、コストアップの要因となる。さらに、従来のガスタービンでは動翼や静翼の蒸気冷却並びに燃焼器への蒸気噴射用に排熱回収器で精製した蒸気を供給しているが、この場合、排熱回収器とガスタービンの主要部品との間に複雑な形状の多数の配管を必要とし、しかも、これら配管に多数の開閉弁又は流量制御弁等のバルブを必要とするため、ガスタービンの全体構造が必然的に大きくなるとともに、これら複雑な配管及びバルブ類はガスタービンのコストアップの大きな要因となる。しかも、複雑な形状の配管やバルブ類は流体抵抗の増加の一因となるため、ガスタービンの応答性が悪くなる。致命的な他の問題点は、複雑な形状の配管類から排熱回収したエネルギーの一部が外部に漏出するため、その分、ガスタービンの熱効率が低下する。このため、従来の構造を採用したガスタービンではタービン冷却や燃焼器への蒸気噴射に必要な配管及びバルブ類を不要にする構造採用することが不可能となり、ガスタービンの小型高性能化、コンパクト化、低コスト化並びに熱効率の改善が困難であった。
【０００７】本発明は、小型高性能、コンパクト、低コスト並びに高い熱効率の熱回収型ガスタービン、ガスタービン発電システム及びガスタービン発電システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は，熱回収型ガスタービンが圧縮空気を供給する圧縮機と、蒸気冷却部を備えていて動力ガスを膨張させて出力軸に動力を発生させるタービンとを収納したタービンハウジングと；前記タービンハウジングに連結された燃焼器本体であって、前記動力ガスを生成する燃焼器と、給水導入部と、前記給水導入部に連通する蒸気発生部と、リターン蒸気導入部と、リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを備えた冷却ジャケットを収納した燃焼器本体と；前記蒸気発生部と前記タービンの蒸気冷却部との間に延びていて前記タービンに前記蒸気を供給する蒸気供給通路と；前記タービンの蒸気冷却部と前記リターン蒸気導入部との間に延びていて前記タービンの熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に戻す蒸気回収通路と；を備え、前記リターン蒸気導入部が前記熱回収過熱蒸気を前記蒸気噴射ノズルを介して前記燃焼器に供給して動力ガスとして再生することを特徴とする。
【０００９】請求項１の発明によれば、燃焼器本体内に燃焼器、給水導入部、蒸気発生部、リターン蒸気導入部及びリターン蒸気導入部から燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルを備えた水冷ジャケットを配置することで、燃焼器の構造を大幅に簡略化してコンパクトな構造とし、ガスタービン全体の構造の小型化と低コスト化を図れる。しかも、燃焼器本体と蒸気回収通路とを簡単な構成で連結可能として、従来のガスタービンで必要としていた排熱回収器との間の複雑な配管やバルブ類を不要にでき、ガスタービンのコンパクト化と小型化並びに飛躍的な熱効率の改善を実現可能とする。
【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱回収型ガスタービンであって、前記水冷ジャケットが前記空気圧縮機と前記タービンにそれぞれ連通するインレット及びアウトレットと、前記水冷ジャケットの前面において前記インレットの近辺から前記アウトレットに延びている仕切壁部と、前記インレットに近接して前記燃焼器本体と前記仕切壁部との間に形成されている圧縮空気通路と、前記仕切壁部の内側で前記インレットから前記アウトレットに延びていて上流側に圧縮空気導入部を備えた燃焼室とを備えている。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、燃焼器の主要パーツを水冷ジャケット自体によって直接形成しているため、これらパーツを外部部品として別途に構成する必要がなく、しかも、ガスタービンの燃焼器を複雑にすることなく、小型高性能化を実現できる。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱回収型ガスタービンであって、さらに、前記水冷ジャケットに形成されて前記熱回収過熱蒸気の一部と炭化水素燃料との混合ガスを生成する混合ガス生成部と、前記混合ガスから水素リッチ燃料を生成して前記燃焼室に供給する水素リッチ燃料生成部とを備える。
【００１３】請求項３の発明によれば、水冷ジャケット自体に混合ガス生成部と水素リッチ燃料生成部とを配置したため、外部の大型のガス混合器や大型の改質器を不要とすることができ、ガスタービンの小型高性能化と大幅なコストダウンが可能となる。
【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱回収型ガスタービンであって、前記水素リッチ燃料生成部が前記水冷ジャケットに配置されて前記混合ガス生成部と連通するアークプラズマ室と、前記アークプラズマ室に配置された多相交流電極と、前記多相交流電極の間に充填された絶縁体と分流用導体との混合物からなる。
【００１５】請求項４の発明によれば、多相交流電極の間に充填された絶縁体と分流用導体との混合物の採用により、低い放電電圧と少ない放電電流（すなわち、少ない消費電力）でアークプラズマ室で安定したプラズマ放電が実現可能となり、水素リッチ燃料生成部の小型高性能化が実現可能となる。しかも、水素リッチ燃料中の水素濃度を８５％以上に上昇させることが可能となるため、ガスタービンのＣＯ２排出量を大幅に低減でき、地球温暖化防止の貢献度大である。
【００１６】請求項５に記載の発明によれば、請求項３または請求項４に記載の熱回収型ガスタービンであって、前記水冷ジャケットが前記燃焼器本体に着脱可能に配置された円形ベースプレートを備え；前記円形ベースプレートが中央部において前記水素リッチ燃料生成部を収納する第１ゾーンと、前記インレットと前記アウトレットとの間で前記第１ゾーンから放射方向に延びて前記混合ガス生成部を収納する第２ゾーンと、前記円形ベースプレートの前面において前記第１ゾーンの周囲に配置された円弧状の前記燃焼室と、前記円弧状燃焼室に沿って前記インレットから前記アウトレットまで延びる円弧状の前記仕切壁部と、前記燃焼器本体と前記円弧状仕切壁部との間に形成された円弧状の前記圧縮空気通路とを収納する第３ゾーンと、前記円形ベースプレートの背面に配置されていて前記蒸気発生部及び前記リターン蒸気導入部を収納する第４ゾーンとを備え；前記ベースプレートが前記リターン蒸気噴射ノズルと前記リターン蒸気導入部とに連通するリターン蒸気連通路を備える。
【００１７】請求項５の発明によれば、水冷ジャケットを燃焼器本体の底部に着脱可能に配置したため、燃焼器の組み立て、メンテ保守が容易となるとともにガスタービンの部品点数を大幅に削減することができる。また、水冷ジャケットの第１〜第４ゾーンに混合ガス生成部、燃焼室、仕切壁部、圧縮空気通路及び蒸気発生部並びにリターン蒸気導入部をそれぞれコンパクトに収納したため、ガスタービンの小型高性能化を実現可能とし、しかも、複雑な配管の使用を不要とし、熱効率の低下を効率的に防止することができる。
【００１８】請求項６の発明は、請求項１に記載の熱回収型ガスタービンであって、前記タービンがステータと、前記ステータ内に収納されたタービンロータとを備え；前記ステータが円筒状ステータリングと、前記ステータリングの半径方向内側に配置されて前記動力ガスの噴流を前記タービンの接線方向に進入させるとともに前記タービンの膨張ガスを半径方向外側に案内するガイド部材と、前記動力ガス噴流を前記タービンの軸方向に直角な平面に対して鋭角で偏向する少なくとも一つのステータブレード部材と、前記ガイド部材と前記ステータブレード部材の内部に形成されていて前記蒸気供給通路と前記蒸気回収通路に連通する円弧状ステータ熱回収流路とを備え；前記タービンが前記ステータブレード部材の両側において周方向に配置された複数のタービンブレードを有する一対のタービンロータと、各タービンロータのタービンブレードの背面に沿って周方向に延びていて前記蒸気供給通路と前記蒸気回収通路に連通する円弧状タービン熱回収流路とを備えた熱回収型ガスタービン。
【００１９】請求項６の発明によれば、タービンのステータやタービンロータ内にそれぞれ円弧状熱回収流路を形成してステータやタービンロータの余剰熱を含んだ熱回収過熱蒸気を燃焼器のリターン蒸気導入部を介して蒸気噴射ノズルから前記燃焼室に噴射して動力ガスとして再生できるようにしたため、ガスタービンの熱効率の向上を図り、ガスタービンの高性能化と低コスト化を実現可能とする。
【００２０】請求項７に記載の発明は、ガスタービン発電システムが、圧縮空気を供給する圧縮機と；前記圧縮空気と炭化水素燃料から高温ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器の熱で冷却水から蒸気を生成する蒸気発生部と、リターン蒸気導入部と、前記リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを配置した燃焼器本体と；前記高温ガスを膨張させて出力軸に動力を発生させるタービンと；前記動力により駆動されて発電出力を得る発電機と；前記タービンに前記蒸気を供給する蒸気供給通路と；前記タービンの熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に回収して前記噴射ノズルを介して前記燃焼器に供給する蒸気回収通路と；前記燃焼器本体内にて前記燃焼器に隣接して配置されて前記リターン蒸気導入部に連通していて前記炭化水素燃料と前記熱回収過熱蒸気の一部との混合ガスを生成する混合ガス生成部と；前記燃焼器本体内にて前記燃焼器と前記混合ガス生成部との間に配置されていて前記混合ガスから水素リッチ燃料を生成する水素リッチ燃料生成器と；を備えている。
【００２１】請求項７の発明によれば、燃焼器本体内に燃焼器、給水導入部、蒸気発生部、リターン蒸気導入部及びリターン蒸気導入部から燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルを備えた水冷ジャケットを配置することで、燃焼器の構造を簡略化してコンパクトな構造とし、ガスタービン発電システム全体の構造の小型化と低コスト化を図れる。しかも、燃焼器本体と蒸気回収通路とを簡単な構成で連結可能として、従来のガスタービンで必要としていた排熱回収器との間の複雑な配管やバルブ類を不要にでき、ガスタービン発電システムのコンパクト化と小型化並びに飛躍的な熱効率の改善を実現可能とする。
【００２２】請求項８に記載の発明は、熱回収型ガスタービンの運転方法であって：圧縮空気を燃焼器に供給する行程と；前記燃焼器で前記圧縮空気を加熱して高温ガスを生成する行程と；前記高温ガスをタービンで膨張させて動力を取り出す行程と；前記燃焼器に冷却水を供給して蒸気を生成する行程と；前記蒸気を前記タービンに供給して熱回収過熱蒸気を発生させる行程と；前記熱回収過熱蒸気を前記燃焼器に戻して前記熱回収過熱蒸気を前記高温ガスとの混合動力ガスとして再生して前記タービンに供給する行程と；を備えることを特徴とする。
【００２３】請求項８の発明によれば、燃焼器で蒸気を生成して、タービンを冷却し、タービンの熱回収過熱蒸気を燃焼器に戻して、動力ガスとして再生したため、複雑な配管類を経由することなく、ガスタービンの熱効率を飛躍的に高めることができる。
【００２４】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の熱回収型ガスタービンの運転方法であって、さらに、給水導入部と、前記給水導入部に連通する蒸気発生器と、リターン蒸気導入部と、リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを備えた冷却ジャケットを収納した燃焼器本体を準備する工程と；前記冷却水を前記蒸気発生器に供給して前記燃焼器の熱で前記蒸気を生成する行程と；前記熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に導入する行程と；前記リターン蒸気導入部から前記蒸気噴射ノズルを介して前記燃焼器に前記熱回収過熱蒸気を噴射する行程と；備えることを特徴とする。
【００２５】請求項９の発明によれば、特殊構造の冷却ジャケットを収納した燃焼器本体を準備することで、タービンの熱回収蒸気を容易に水冷ジャケットのリターン蒸気導入部へ戻して、動力ガスとして再生することを可能とし、タービンの熱回収過熱蒸気の外部への熱漏洩を最小限にして、熱回収型ガスタービンの熱効率を飛躍的に向上させることができる。
【００２６】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の熱回収型ガスタービンの運転方法であって、さらに、前記燃焼器本体内に混合ガス生成部と水素リッチ燃料生成部とを配置する行程と；前記熱回収蒸気の一部と炭化水素燃料とから前記混合ガス生成部で混合ガスを生成する行程と；前記混合ガスを前記水素リッチ燃料生成部で前記水素リッチ燃料に変換して前記燃焼器に供給する行程と；からなる熱回収型ガスタービンの運転方法。
【００２７】請求項１０の発明によれば、熱回収型ガスタービンにおいて、ガスタービンの燃焼器本体内に混合ガス生成部と、水素リッチ燃料生成部とを配置して、水素リッチ燃料に必要な主要部品の部品点数を大幅に削減することにより、ガスタービンのコンパクトで高信頼性の構造を実現化するとともに、ガスタービンの大幅なコストダウンを可能とすることができる。
【００２８】請求項１１に記載の発明は、ガスタービン発電システムの運転方法であって：ガスタービン発電システムの運転方法であって：燃焼器と、給水導入部と、前記給水導入部に連通していて前記燃焼器に隣接する蒸気発生部と、混合ガス生成部と、水素リッチ燃料生成部と、前記蒸気発生部に隣接するリターン蒸気導入部と、前記リターン蒸気導入部から前記燃焼器に延びている蒸気噴射ノズルとを備えた燃焼器本体を準備する工程と；空気圧縮機により圧縮空気を前記燃焼器に供給する行程と；前記高温ガスをタービンで膨張させて動力を取り出す行程と；前記動力で発電機を駆動して発電出力を得る行程と；前記燃焼器で前記圧縮空気と炭化水素燃料とから前記動力ガスを生成する工程と；前記蒸気発生部に冷却水を供給して前記燃焼器の熱で蒸気を生成する行程と；前記タービンに蒸気を供給して前記タービンの熱回収過熱蒸気を回収する行程と；前記混合ガス生成部で炭化水素燃料と前記熱回収過熱蒸気の一部との混合ガスを生成する行程と；前記水素リッチ燃料生成部で前記混合ガスから水素リッチ燃料を生成して前記燃焼器に供給する行程と；前記熱回収過熱蒸気を前記リターン蒸気導入部に戻す行程と；前記リターン蒸気導入部の前記熱回収過熱蒸気を前記燃焼器に噴射して前記高温ガスとの混合動力ガスとして再生して前記タービンに供給する行程と；を備えることを特徴とする。
【００２９】請求項１１の発明によれば、ガスタービン発電システムの運転方法において、ガスタービンの燃焼器本体内に燃焼器と、混合ガス生成部と、水素リッチ燃料生成部と、リターン蒸気噴射ノズルとを収納した燃焼器本体を準備することで、タービンの熱回収過熱蒸気と炭化水素燃料とを効率的に混合した後、水素リッチ燃料を安定して生成してクリーンな排ガスを排出可能として、温暖化対策を推進できる。また、タービンの熱回収過熱蒸気を燃焼器本体内のリターン蒸気噴射ノズルに回収して燃焼器に噴射して動力ガスの一部として再生することで、ガスタービン発電システムの運転効率を飛躍的に向上させるとともに窒素酸化物の排出を効果的に削減可能である。
【００３０】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のガスタービン発電システムであって、さらに、前記タービンの回転数パラメータを検出して回転数パラメータ検出信号を出力する行程と；前記回転数パラメータ検出信号に応答して前記蒸発器への給水量を制御して前記水素リッチ燃料の生成量及び前記熱回収蒸気の噴射量の少なくとも一つを可変制御する工程とを備えることを特徴とする。
【００３１】請求項１２の発明によれば、ガスタービン発電システムの運転方法において、前記タービンの回転数パラメータに応答して前記蒸発器への給水量を制御して前記水素リッチ燃料の生成量及び前記熱回収蒸気の噴射量の少なくとも一つを可変制御するようにしたため、ガスタービン発電システムの精密な制御を可能とし、信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービン発電システムの望ましい実施例につき図面を参照しながら説明する。図１において、ガスタービン発電システム１０はタービンハウジング１２と、該タービンハウジング１２に連結された燃焼器本体１４を備えたガスタービン１５を備え、該燃焼器本体１４は内部に蒸気発生部１６と、混合ガス生成部１８と、水素リッチ燃料生成部として機能する燃料変換部２０と、燃焼器２２とを収納する。
【００３３】蒸気発生部１６には給水ポンプ２４及び流量制御弁２６を介して給水され、燃焼器２２の熱を利用して蒸気が生成される。この蒸気は冷却蒸気Ｓｓとしてタービンに供給され、該タービンの余剰熱を吸収して熱回収過熱蒸気Ｓｒとして混合ガス生成部１８に導入される。混合ガス生成部１８には燃料ポンプ２８及び流量制御弁３０を介してガス状又は液状の炭化水素燃料Ｆが供給され、炭化水素燃料Ｆと熱回収過熱蒸気Ｓｒから混合ガスＭＧが生成される。混合ガスＭＧは燃料変換部２０に供給され、アークプラズマの存在下で炭化水素燃料中の炭素と熱回収過熱蒸気の酸素とが結合して水素８５〜９０％の水素と残部一酸化炭素、メタンその他を含む水素リッチ燃料Ｈｆが生成される。燃焼器２２にはこの水素リッチ燃料Ｈｆと熱回収過熱蒸気Ｓｒの一部が供給され、水素リッチ燃料と圧縮空気との高温ガスと熱回収過熱蒸気との混合動力ガス（以下、動力ガスと称する）Ｇｍが生成される。動力ガスＧｍはタービンハウジング１２に収納された第１〜第３段タービン３２，３４，３６で膨張して出力軸３８に動力を発生する。第３段タービンは空気圧縮機４０と連結軸４２を介して連結され、いわゆる、２軸構造のガスタービン１５となっている。しかしながら、第３段タービン３６および空気圧縮機４０は出力軸３８に直結してガスタービン１５を１軸構造としても良い。
【００３４】第１、第２段タービン４４，４６には蒸気供給通路４４と蒸気回収通路４６が形成されていて、蒸気Ｓｓはこれらタービンを冷却した後、第３段ステータ、第２段ステータおよび第１段ステータの熱を吸収して熱回収過熱蒸気Ｓｒとして回収される。出力軸３８には発電機５０に連結されて交流出力を発電する。交流出力の一部は整流器５２で直流変換されてコンデンサバンクまたはバッテリ等からなる充電装置５４に充電され、３相交流インバータからなるアーク電源５６で所定周波数の交流電力に変換され、アーク電力として燃料変換部２０に供給される。
【００３５】ガスタービン発電システム１０はさらに、コントローラ６０を備え、コントローラ６０は入力回路６０ａ、ガスタービンを制御するためのプログラムを実行するＣＰＵ６０ｂ、ＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ６０ｃ、ＣＰＵが実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ６０ｄ及び出力回路６０ｅからなる周知のマイクロコンピュータを主要部として構成される。
【００３６】入力回路６０ａには排ガス温度センサ６２，ハウジング温度センサ６４及び軸速度センサ６６から排ガス温度検出信号、タービンハウジング温度検出信号並びに軸速度パラメータ信号が入力される。軸速度パラメータ信号は軸速度に関連するるパラメータであれば、発電機５０の出力周波数を検出してその出力信号を軸速度パラメータ信号として利用しても良い。出力回路６０ｅは給水ポンプ２４及び燃料ポンプ２８，流量制御弁２６，３０、アーク電源５６に接続される。コントローラ６０はガスタービン１５の起動時に燃料ポンプ２８を起動し、軸速度に応じて流量制御弁３０の開度を制御する。ガスタービンの起動後、一定時間経過後に、排ガス温度が所定温度に達した時点でコントローラ６０により給水ポンプ２４およびアーク電源５６が起動され、流量制御弁２６の開度は軸速度センサ６６からの軸速度パラメータ信号に応じて制御されて給水流量は軸速度を所定回転数になるように制御される。
【００３７】図２において、ガスタービン１５のタービンハウジング１２の右端部は空気圧縮機４０を収納した円筒ハウジング６９を備え、左端部には同じく円筒状の燃焼器本体１４が同心的に連結される。燃焼器本体１４はタービンハウジング１２のエンドプレートとして機能する低壁部１４ａを備え、開放端部には蓋部材８０が取り付けられる。空気圧縮機４０は互いに同心的に連結されたアキシャルコンプレッサ７０及びラジアルコンプレッサ７２を備え、これらコンプレッサ７０，７２の連結軸４２の左側端部はベアリング７４を介して出力軸３８により回転可能に支持され、連結軸４２の右端部はエンドプレート１２ａのボス部に配置されたベアリング７６により回転可能に支持される。円筒ハウジング６９は半径方向に延びる複数の空気取り入れ口６９ａを備え、アキシャルコンプレッサ７０及びラジアルコンプレッサ７２の圧縮空気は環状通路４０ａに集められ、タービンハウジング１２に軸方向に延びるアキシャル空気通路及び底壁部１４ａのインレット７８を介して燃焼器本体１４に供給される。
【００３８】図２，図４において、燃焼器本体１４にはベースプレート１０２からなる円形水冷ジャケット１００が着脱可能に収納される。ベースプレート１０２は空気圧縮機４０と連通するインレット１０４及び台段タービン３２に連通するアウトレット１０６を備え、ベースプレート１０２の中央部に形成された第１ゾーン１０８と、インレット１０４とアウトレット１０６との間で第１ゾーン１０８から放射状に並行に延びているエアガイド壁１１０ａと高温ガスガイド壁１１０ｂと外周壁部１１０ｃで形成された領域に配置された混合ガス生成部１８、リターン蒸気導入チャンバ１１１及び給水導入部１１３が形成された第２ゾーン１０９と、円形ベースプレート１０２の前面において第１ゾーン１０８の周囲に配置された円弧状の燃焼室１１０と、円弧状燃焼室１１０に沿ってインレット１０４からアウトレット１０６まで延びる円弧状の仕切壁部１１２と、燃焼器本体１４と円弧状仕切壁部１１２との間に形成された円弧状の圧縮空気通路１１４とを収納する第３ゾーン１１６と、円形ベースプレート１０２の背面に配置されていて蒸気発生部１６及びリターン蒸気導入部１１８を収納する第４ゾーン１２０とを備える。
【００３９】図２において、蓋部材８０には給水ノズル１２１と燃料ノズル１２４が装着されてそれぞれ給水チャンバ１１３及び混合ガス生成部１８に冷却水及び燃料を供給する。
図２、図３，図４より明らかなように、ベースプレート１０２には第３ゾーン１１６において燃焼室１１０の中間部に所定間隔でベースプレート１０２の背面の蒸気噴射部から延びている複数のリターン蒸気噴射ノズル１２２が配置されている。ベースプレート１０２の第１ゾーン１０８には後述の燃料変換部２０をガイドするための円弧状ガイド部１２４，１２６及びそれぞれエアガイド壁１１０ａと高温ガスガイド壁１１０ｂの内側延長部に形成されたガイド面１２８，１３０を備える。
【００４０】図２，図３、図４において、円弧状仕切壁１１２はインレット１０４に近接する前端部１１２ａと、アウトレット１０６で終端していてベースプレート１０２が円筒状燃焼器本体１４内に装着された時に円弧状空気通路１１４の終端部を密閉する後端部１１２ｂとを備える。円弧状仕切壁１１２は周方向に所定間隔で形成されて圧縮空気を燃焼室１１０に導入するための多数の開口部１３２を備え、さらに、前縁部１１２ｃには周方向に延びていてリターン蒸気導入部１１８と連通する複数の蒸気通路１３４と、蒸気通路１３４に連通していて燃焼室１１０に開口していて円弧状仕切壁１１２の内側に冷却用蒸気カーテンを形成する多数の蒸気噴射ノズル１３６を備える。
【００４４】図３において、円弧状仕切壁１１２の前端部１１２ａとエアガイド壁１１０ａのガイド面１２８に隣接して燃焼部１４０が配置される。燃焼部１４０は円弧状仕切壁１１２の前端部１１２ａのわずかに上流側でベースプレート１０２の前面に延びていて複数の開口部１４２ａを備えたエア導入壁１４２を備え、エアガイド壁１４２の中央部には円弧状燃焼室１１０の前端の略中心部に延びるガイドスリーブ１４４を固定支持する装着穴を備え、エア導入壁１４２の両端部にはインレット１０４から導入された圧縮空気を燃焼室１１０の前端部に導入するための隙間が形成してある。ガイドスリーブ１４４にはパイロット部材１４５が圧入され、パイロット部材１４５は外周方向に均等間隔で形成されたパイロット保炎のためのエアーカーテン形成用の複数の空気通路１４６と、パイロットノズル１４８とを備える。パイロットノズル１４８は分岐パイプ１５０を介してメイン燃料通路１５２と連通しているが、メイン燃料通路１５２から分岐しないで燃料供給部から直接パイロット燃料を供給するようにしても良い。メイン燃料通路１５２はガイドスリーブ１４４の外周にホルダーにより固定支持されて外周部及び底壁に複数の燃料噴射ノズルが形成されている環状燃料噴射ノズル１５４と連通する。
【００４２】図３、図４に戻って、ベースプレート１０２の背面の第４ゾーン１２０の蒸気発生部１６は開口部１１３ａを介して給水導入部１１３と連通する給水導入チャンバ１６０に対して連絡通路１６２を介して連通する。蒸気発生部１６は開口部１６４を介して給水導入チャンバ１６０と連通していて燃焼室１１０の背面側に形成された１次円弧状加熱通路１６６と、１次円弧状加熱通路１６６の端部に形成された開口部１６９を介して１次円弧状加熱通路１６６と連通する２次円弧状加熱通路１６８とを備える。１次、２次円弧状加熱通路１６６，１６８はそれぞれ熱交換用フィン１６６ａ．１６８ａを備える。２次円弧状加熱通路１６８の後端部は開口部１７０，１７２を介して中央蒸気室１７４と連通する。
図２より明らかなように、中央蒸気室１７４は蒸気供給室として機能し、燃焼器本体１４の底壁部１４ａの中央部近辺に形成された蒸気供給開口部１７６を介して、後述のごとく、タービンに冷却蒸気を供給する。
【００４３】図３，図４において、リターン蒸気導入部１１８は後述のタービンの蒸気回収通路４５２（図８参照）と連通していてタービンの熱回収過熱蒸気が導入される。リターン蒸気導入部１１８に導入された熱回収過熱蒸気の一部は開口部１１１ａを介してリターン蒸気導入導入部１１１に流入して、複数の小孔１１１ｂを介して混合ガス生成部１８に噴出して、炭化水素燃料と混合されて混合ガスが生成される。図４に示すように、リターン蒸気導入部１８０は１次円弧状加熱通路１８２と２次円弧状加熱通路１８４とを備え、１次円弧状加熱通路１８２の前端部は開口部１８６、連絡通路１８８及び開口部１９０を介してリターン蒸気導入部１１８と連通し、後端部は開口部１９２を介して２次円弧状加熱通路１８４の前端と連通する。第１，第２円弧状通路１８２，１８４はそれぞれ複数の熱交換フィン１８２ａ，１８４ａを備え、円弧状通路１８２は図３の蒸気通路１３４連通する。２次円弧状加熱通路１８４の後端部は開口部１９４を介して中央蒸気室１７４の外周部に形成されて噴射ノズル１２２と連通する円弧状蒸気噴射部１９６を備える。
【００４４】図２，図３において、ベースプレート１０２の第１ゾーン１０８には水素リッチ燃料生成部２０が配置される。水素リッチ燃料生成部２０はガイド１２４，１２６に下端部が装着されてセラミック等からなり、複数の混合ガス導入孔２００ａを有するアークプラズマチャンバが形成された絶縁性ケーシング２００と、円形電極２０２と、半円状電極２０４，２０６と、これら電極の間に充填されたタングステン等の複数の分流用導体２０８と複数の絶縁体２１０との混合物と、電極ホルダー２１２と、電極ホルダー押さえ板２１４とを備える。３相交流電極２０２，２０４，２０６は端子部２１６，２１８，２２０を介して図１の３相交流アーク電源５６に接続される。
【００４５】図２、図３において、蓋部材８０の内部には冷却ジャケット２３０が装着され、冷却ジャケット２３０は円弧状仕切壁１１２の蒸気通路１３４を介してリターン蒸気導入部１１８９図４参照）と連通する蒸気冷却室２３２を備え、冷却ジャケット２３０は少なくとも円弧状燃焼室１１０の開放端部の前面を密閉するように形成される。図示してはいないが、冷却ジャケット２３０には燃焼部１４０（図３参照）の後流側近辺に開口して冷却ジャケット２３０に冷却用蒸気カーテンを形成する複数の蒸気噴射ノズルが形成される。
【００４６】図２において、第１段タービン３２及び第２段タービン３４は出力軸３８のフランジ３８ａに複数のボルト２３６で固定支持され、一方、第３段タービン３６は複数のボルト２３８でラジアルコンプレッサ７２に連結固定される。なお、アキシャルコンプレッサ７０とラジアルコンプレッサ７２とは複数の連結ボルト２３９で連結される。第１タービン３２，第２タービン３４にはそれぞれ蒸気供給通路４４が形成され、冷却蒸気は第２段タービン３４及び第１段タービン３２から熱回収過熱蒸気を蒸気回収通路４６に導入される。
【００４７】図６より明らかなように、第１段タービン３２は軸方向に対向して配置された一対のロータディスク３００，３０２を備える。ロータディスク３００，３０２はそれぞれボス部３００ａ，３０２ａと、周方向に等間隔で形成された切り欠き部３００ｂ、３０２ｂと、蒸気供給通路４４，４４とを備える。ロータディスク３００の切り欠き部３００ｂには複数のロータディスク分割体３０４，３０６，３０８，３１０の連結部がそれぞれ圧入されてタービンロータ３１４を形成する。図５より明らかなように、ロータディスク分割体３０４，３０６，３０８，３１０はそれぞれ軸方向に直角な平面に対して周方向に鋭角で延びる少なくとも一つのタービンブレード３０４ａ，３０６ａ，３０８ａ，３１０ａと、ブレードから軸方向に延びる円弧状プラットホーム部３０４ｂ、３０６ｂ、３０８ｂ、３１０ｂと、周方向に延びる円弧状蒸気通路３０４ｃ、３０６ｃ、３０８ｃ、３１０ｃとを備える。ロータディスク分割体３０４はタービンブレード３０４ａの背面にて周方向両端部に形成された冷却空洞部３０４ｄ、３０４ｅと、これら空洞部間に形成されたスリット状通路３０４ｆが形成され、両空洞部３０４ｄ，３０４ｅとスリット状通路３０４ｆは円弧状熱回収通路３０４ｇを形成する。さらに、ロータディスク分割体３０４は円弧状蒸気通路３０４ｃと円弧状熱回収通路３０４ｇと連通する蒸気導入ポート３０４ｈと蒸気導入通路３０４ｉとを備える。同様に、ロータディスク分割体３０６，３０８，３１０もそれぞれ円弧状熱回収通路３０６ｇ，３０８ｇ，３１０ｇを備え、円弧状熱回収通路はタービンロータ３１４の円弧状タービン熱回収流路３１４ａを構成する。ロータディスク分割体３１０は蒸気排出通路３１０ｈと蒸気回収通路３１０ｉと、蒸気排出ポート３１０ｊとを備える。さらに、ロータディスク分割体３１０はプラットフォーム部３１０ｂの下側で円弧状蒸気通路内に冷却蒸気を導入するための軸方向に延びる蒸気インレットポート３１０ｋを備える。
【００４８】同様に、ロータディスク３０２の切り欠き部３０２ｂには複数のロータディスク分割体３２０，３２２，３２４，３２６の連結部がそれぞれ圧入されてタービンロータ３２８を形成する。図５より明らかなように、タービンロータ３２８はタービンロータ３１４と対照的な構造を備え、ロータディスク分割体３２０，３２２，３２４，３２６はそれぞれ少なくとも一つのタービンブレード３２０ａ，３２２ａ，３２４ａ，３２６ａと、円弧状プラットホーム３２０ｂ、３２２ｂ、３２４ｂ、３２６ｂと、円弧状プラットフォームの下側で周方向に延びる円弧状蒸気通路とを備える。さらに、ロータディスク分割体３２０は円弧状蒸気通路３０４ｃと円弧状熱回収通路と連通する蒸気導入ポート３２０ｈと蒸気導入通路３２０ｉとを備える。ロータディスク分割体３２０，３２２，３２４，３２６はそれぞれ周方向に延びている円弧状熱回収通路を備え、円弧状熱回収通路はタービンロータ３２８の円弧状タービン熱回収流路３２８ａを構成する。ロータディスク分割体３２６は蒸気排出通路３２６ｈと蒸気回収通路３２６ｉとを備える。さらに、ロータディスク分割体３２６はプラットフォーム部３２６ｂの下側で円弧状蒸気通路内に冷却蒸気を導入するための軸方向に延びる蒸気インレットポート３２６ｋを備える。
【００４９】図５，図６において、第２段タービン３４は軸方向に対向して配置されて対照的に近い構造を有する一対のロータディスク３３０，３３２を備える。ロータディスク３３０，３３２はそれぞれボス部３３０ａ，３３２ａとを備え、第１段タービン３２と類似した構造を備えるため、説明を省略する。第２段タービン３４のタービンロータ３５０，３５２はロータディスク分割体３５６の半径方向に延びる壁部３５６ａから開始してロータディスク分割体３５８の半径方向に延びる壁部３５８ａで終端して第２段タービン３４のプラットフォーム部を冷却するための円弧状蒸気通路３５４を備える。第２段タービン３４は壁部３５６ａに隣接した位置でロータディスク３３０，３３２から半径方向に延びていて円弧状蒸気通路３５４と連通する蒸気インレットポート３５７を備える。ロータディスク分割体３５８，３６０は円弧状蒸気通路３５４の後端部に連通して冷却蒸気を導入する蒸気導入ポート３５８ｂ，３６０ｂを備える。タービンロータ３５０，３５２はそれぞれ蒸気導入ポート３５８ｂ，３６０ｂからロータディスク分割体３５６，３６２の蒸気排出ポート３５６ｂ，３６２ｂまでロータブレードの背面で周方向に延びている円弧状タービン熱回収通路３５０ａ，３５２ａを備える。蒸気排出ポート３５６ｂ，３６２ｂは軸方向に延びる蒸気回収通路３６４で互いに連通しており、蒸気回収通路３６４はロータディスク３３０，３３２のボス部３３０ａ，３３２ａに形成された蒸気回収溝３６６を介してロータディスク３３０に形成した蒸気排出ポート３６８と連通する。第１段タービン３２のタービンロータ３２８の側面には蒸気排出ポート３５６ｂと第１段タービン３２の蒸気インレットポート３１０ｋ，３２６ｋと連通する蒸気連通路３７０が形成される。
【００５０】図５，図６に示した第１、第２段タービン３２，３４において、燃焼器本体１４の蒸気供給開口部１７６（図２参照）から蒸気供給通路４４を介して第２段タービン３４の環状蒸気チャンバ３４ａに流入した冷却蒸気Ｓｓは図５，図６に示す蒸気インレットポート３５６から円弧状蒸気通路３５４を蒸気Ｓｓ１として流れながら第２段タービン３４のプラットフォーム部を冷却して余剰熱を吸収して過熱蒸気となる。次に、蒸気Ｓｓ１は蒸気導入ポート３５８ｂ，３６０ｂに流入して熱回収過熱蒸気Ｓｓ２として円弧状熱回収流路３５０ａ，３５２ａを流れて第２段タービン３４のタービンロータ３５０，３５２を冷却しながら余剰熱を吸収する。熱回収過熱蒸気Ｓｓ２は蒸気排出ポート３５６ｂ，３６２ｂを介して蒸気回収通路３６４から蒸気回収溝３６６に流入し（図６参照）、ロータディスク３３０に形成した蒸気排出ポート３６８と蒸気連通路３７０を介して第１段タービン３２に流入する。第１段タービン３２では第２段タービン３４と同様な方法でタービンロータ３１４，３２８を冷却して、これらの余剰熱を吸収する。第１段タービン３２の熱回収過熱蒸気Ｓｓ３は蒸気回収ポート３１０ｊを経て図２の蒸気回収通路４６に導入される。
【００５１】図７はステータ４００Ａを軸方向からみた平面図、図８は第１〜第３段タービン３２，３４，３６の外周方向から見たステータ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃの展開図を示す。図９は第１段タービン３２のステータ４００Ａとタービンロータ３１４，３２８との相関関係を示す断面展開図を示す。
【００５２】図７，図８において、第１段〜第３段ステータ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ２はコンプレッサ７２の環状圧縮空気通路４０ａ（図２参照）と燃焼器本体１４のインレット１０４と連通する圧縮空気通路７８を備える。ステータ４００Ａはタービンハウジング１２内に固定支持されたステータリング４０２と、ステータリング４０２の内周に連結部で連結されて動力ガスを接線方向に偏向させるインレットガイド面４０６と膨張ガスを半径方向にガイドするアウトレットガイド面４０８を備えたガイド部材４０４と、ステータリング４０２の内周に連結部で連結されてインレットガイド面４０６の後縁部とアウトレットガイド面４０８の前縁部徒の間で周方向に延びる円弧状ステータブレード部材４１０とを備え、ガイド部材４０４の内周４０４ａとステータブレード部材４１０の内周４１０ａは、図２に示す如く、第１段タービン３２のプラットフォーム部３１０ｂ，３２６ｂにわずかな隙間で対向する。
【００５３】図７，図８において、ステータリング４０２は両端に形成された環状フランジ４２０，４２２を備える。ガイド部材４０４のインレットガイド面４０６に隣接して、ステータリング４０２には図３の燃焼室１１０のアウトレット１４６と連通して動力ガスＳＴ１を導入する動力ガス通路４２４が環状フランジ４２０から軸方向の中央部まで延びるように形成され、ステータリング４０２の略中央部にインレット４２６が形成される。ガイド部材４０４のアウトレットガイド面４０８に隣接して、ステータリング４０２の略中央部に膨張ガスを排出するためのアウトレット４２８が形成される。図８において、ステータリング４０２環状フランジ４２２からアウトレット４２８に連通するようにガス通路４３０が形成される。
【００５４】図８，図９において、動力ガス通路４２４の両側には環状フランジ４２０，４２２の間で延びる隔壁４３２，４３４が形成されて、第１冷却チャンバ４３６を構成する。第１冷却チャンバ４３６はステータブレード部材４１０に形成された後述の円弧状ステータ熱回収流路の前端部に連通する蒸気ポート４３８と、ガイド部材４０４の内部に形成された冷却通路４０４ｂに連通する蒸気ポート４４０とを備える。ガス通路４３０の壁部と環状フランジ４２０との間は隔壁４４２で仕切られて、第２冷却チャンバ４４４が形成され、一方、ガス通路４３０から離れた位置で環状フランジ４２０，４２２の間で延びている隔壁４４６が形成され、第３冷却チャンバ４４８が構成される。第２冷却チャンバ４４４はガイド部材４０４の冷却通路４０４ｂから熱回収蒸気を取り出すための蒸気排出ポート４５０と、第２冷却チャンバ４４４の熱回収蒸気をステータ外部に排出して、図２の燃焼器本体１４に配置されたリターン蒸気導入部１１８に戻すための蒸気排出通路４５２が環状フランジ４２０に形成される。第３冷却チャンバ４４８はステータブレード部材４０２の円弧状ステータ熱回収流路の前端部に連通する蒸気インレットポート４５４と、環状フランジ４２２に形成された連通通路４５５とを備える。さらに、環状フランジ４２０，４２２の間に隔壁４５６が延びていて第４冷却チャンバ４５８を構成する。環状フランジ４２０には隔壁４４６に隣接して蒸気導入インレット４６０が形成され、蒸気導入インレット４６０は図２のタービンの蒸気回収通路４６に戻った熱回収過熱蒸気を燃焼器本体１４と第１段タービン３２のタービンロータ３１４の側面との間に形成された蒸気連絡通路３８０に連結される。第４冷却チャンバ４５８には互い違いに軸方向に形成された複数の冷却フィン４６２を備える。環状フランジ４２２は隔壁４５６に隣接して形成された蒸気ポート４６４を備える。
【００５５】図８において、第１〜第３段のステータ４００Ｂ，４００Ｃはステータ４００Ａとほとんど同一構造をしているため、ステータ４００Ｂと同一又は類似のパーツには同一符号を付して重複した説明を省略し、異なるパーツについて以下、説明する。
【００５６】第２段ステータ４００Ｂはフランジ４２０に形成されて第１段ステータ４００Ａの蒸気ポート４６４と連通する蒸気インレット４７０と、蒸気連絡ポート４７２，４７４とを備え、蒸気連絡ポート４７２，４７４は第１段ステータ４００Ａの環状フランジ４２２の側面に形成された円弧状連絡通路４７６を介して互いに連通する。さらに、第２段、第３段ステータ４００Ｂ，４００Ｃ徒を連絡するための蒸気連絡通路４８０が環状フランジ４２２，４２０に形成されている。第３段ステータ４００Ｃは第３冷却チャンバ４４８と第４冷却チャンバ４５８とを連絡するための連通路４９０を備える。
【００５７】図７、図９において、ステータブレード部材４１０はステータリング４０２に連結部で連結された複数の円弧状ステータブレード分割体５００，５０２，５０４，５０６を備え、ステータブレード分割体５００はガイド部材４０４で接線方向に偏向された動力ガスを軸方向に対して垂直な平面で鋭角で２方向に分割する楔部５００ａと、周方向に延びていて蒸気ポート４３８に連通する円弧状蒸気通路５１０と、空洞５１２とを備える。ステータブレード分割体５０２，５０４，５０６は第１、第２空洞５２０，５２２と、中間のスリット状蒸気通路５２４とをそれぞれ備える。円弧状蒸気通路５１０，空洞５１２，空洞５２０，５２２及びスリット状蒸気通路５２４はステータブレード部材４１０の円弧状ステータ熱回収流路５３０を形成する。
【００５８】図８において、ステータ４００Ａの蒸気導入インレット４６０〜冷却チャンバ４５８に流入した冷却蒸気はステータリング４０２の一部を冷却した後、蒸気ポート４６４，４７０から冷却チャンバ４５８に流入する。次に、蒸気連絡ポート４７２及び蒸気連絡通路４７６を介して蒸気ポート４７４から第２ステータ４００Ｂの冷却チャンバ４３６に流入し、次いで、蒸気連絡通路４８０を介して第３ステータ４００Ｃに流入する。冷却蒸気は第３ステータ４００Ｃの一部を冷却して後、蒸気連絡ポート４７４，蒸気連絡通路４７６及び蒸気連絡ポート４７２を介して冷却チャンバ４５８に導入される。次に、冷却蒸気は蒸気ポート４９０を介して蒸気インレットポート４５４からステータブレード部材の円弧状ステータ熱回収流路の後端部に流入して前端部の蒸気ポート４３８から冷却チャンバ４３６に流入する。次に、冷却蒸気は蒸気ポート４４０からガイド部材に流入してガイド部材を冷却した後、蒸気排出ポート４５０から冷却チャンバ４４４に導入される。次に、冷却蒸気を蒸気ポート４５５を介して第２ステータ４００Ｂの蒸気インレットポート４５４から第２ステータ４００Ｂのステータブレード部材のステータブレード熱回収流路を通過して冷却した後、蒸気ポート４３８から冷却チャンバ４３６に流入する。次に、冷却蒸気はガイド部材の蒸気ポート４４０を経て蒸気排出ポート４５０に排出され、連絡通路４５５を介して第１ステータ４００Ａの蒸気インレットポート４５４からステータブレード部材４１０の円弧状ステータ熱回収流路５３０を図７の矢印Ａで示す如く通過して蒸気ポート４３８から排出され、ついで、蒸気ポート４４０からガイド部材４０４に流入して蒸気排出ポート４５０から排出される。このように、第１〜第３ステータ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃの余剰熱を回収して熱回収蒸気は第１ステータ４００Ａの環状フランジ４２０に形成された蒸気排出通路４５２を経て、前述したように燃焼器本体１４に導入されて一部は炭化水素燃料と混合されて水素リッチ燃料に利用され、残部は燃焼器に噴射されて動力ガスの一部として再生される。
【００５９】上述の実施例によれば、ガスタービンに連結した燃焼器本体に収納した水冷ジャケットを利用して最小限の部品点数でしかも極めて簡単な構造で燃焼器を構成し、しかも燃焼器の主要部分を蒸気カーテンで効果的に冷却できるようにしたため、熱回収型ガスタービン及びガスタービン発電システムの小型高性能化と大幅なコストダウンが可能となる。
【００６０】さらに、本実施例において、タービンの冷却用蒸気はタービンハウジングと燃焼器本体との間で供給及び回収されるため、蒸気発生器との間の複雑な配管類を不要として、熱効率の低下と装置全体の大型化を防止するとともに、熱回収効率を高め、ガスタービンの小型高性能化と大幅なコストダウンが可能となる。
【００６１】さらに、本実施例において、外部の配管類を用いることなく、タービンロータとステータとを簡単な冷却構造で蒸気により効率的に冷却しながら、熱回収過熱蒸気を動力ガスとして再生したため、タービンの熱ひずみや熱応力を少なくしてガスタービンの信頼性を飛躍的に向上させるとともに熱回収過熱蒸気を向上させたため、ガスタービンの熱効率を飛躍的に高めることが可能となる。
【００６２】本実施例ではガス混合部及び燃料変換部（水素リッチ燃料変換部）を燃焼器本体内にコンパクトに収納し、極めて簡単な構造で、最少の部品点数で構成したため、外部の大型のガス混合器及び改質器の設置を不要とするため、ガスタービンの小型高性能化が可能となる。
【００６３】本発明のガスタービン発電システムではガスタービンの回転速度に関連したパラメータ（たとえば、発電機の回転速度又は出力周波数等）又は排ガスの温度に応じて燃焼器本体への給水流量を可変制御してタービンを所定速度に制御可能としたため、運転の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン発電システムの運転方法が適用される本発明の実施例によるガスタービン発電システムのブロック図である。
【図２】図１の排熱回収型ガスタービンの断面図である。
【図３】図１の燃焼器本体の冷却ジャケット平面図である。
【図４】図３の燃焼器本体の冷却ジャケット底面図である。
【図５】図１の第１段、第２段タービンの断面展開図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。
【図７】図１のステータの側面図である。
【図８】図１のステータの展開図である。
【図９】ステータとタービンの相関関係を示す展開図である。
【符号の説明】
１２  タービンハウジング
１４  燃焼器本体
１５  ガスタービン
１６  蒸気発生部
１８  混合ガス生成部
２０  燃料変換部
２２  燃焼器
３２，３４，３６  第１，第２第３段タービン
４０  空気圧縮機
５０  発電機
５２  整流器
５４  充電装置
５６  アーク電源
６０  コントローラ
１００  水冷ジャケット
１０４  インレット
１０６  アウトレット
１１０  燃焼室
１１４  圧縮空気通路
４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ  ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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