(57)【要約】【課題】  小型高性能、簡単構造、低コストのガスタービン及びガスタービンの運転方法を提供することを目的とする。【解決手段】  空気圧縮機１２とタービン１４との間の燃焼器１６に飽和蒸気を生成する水蒸気発生部７８と、過熱蒸気生成部１０４と、蒸気混合燃料生成部１１０とを設け、飽和蒸気を過熱蒸気生成部で過熱蒸気に変換して燃料噴射部１０６で燃料と混合して蒸気混合燃料ガスを生成し、燃焼器のバーナー４４，４６に供給して排ガスのクリーン化と熱効率の改善を図る。【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空気圧縮機と、蒸気混合動力ガスを生成する燃焼器と、前記蒸気混合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、前記燃焼器に配置されて給水から飽和蒸気を生成する水蒸気発生部と、前記水蒸気発生部に連通していて前記燃焼器の壁部と熱交換して前記飽和蒸気から過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成部と、前記過熱蒸気生成部の下流側にて前記過熱蒸気生成部の外周に沿って配置されていて前記過熱蒸気と燃料を接触させて蒸気混合燃料ガスを生成する蒸気混合燃料ガス生成部と、前記燃焼器に配置されていて前記蒸気混合燃料ガスと前記圧縮空気とを燃焼させて前記蒸気混合動力ガスを生成するバーナーとを備えるガスタービン。
【請求項２】
請求項１において、前記水蒸気発生部が前記燃焼器の壁部に沿って配置されて前記飽和蒸気を生成する熱交換部と、給水弁を介して前記熱交換部に給水を噴射する給水ノズルとを備え、さらに、前記ガスタービンが前記ガスタービンの運転パラメータを検出して起動信号、暖機運転信号及び通常運転信号を出力する運転パラメータ検出器と、前記信号に応答して、前記ガスタービンの起動運転、暖機運転及び通常運転を制御するコントローラとを備え、前記コントローラが暖機運転終了後に前記給水弁を開弁するガスタービン。
【請求項３】
請求項２において、前記蒸気混合燃料ガス生成部が前記過熱蒸気生成部の外周側に配置された隔壁部と、前記過熱蒸気生成部の下流側に連通する燃料噴射部と、前記燃料噴射部に燃料を噴射する燃料噴射ノズルとを備え、さらに、前記コントローラにより前記暖機運転終了後に前記燃料噴射ノズルに前記燃料を供給する第１制御弁を備えるガスタービン。
【請求項４】
請求項３において、前記バーナーがパイロットバーナーとメインバーナーとを備え、さらに、前記コントローラにより前記暖機運転終了後に開放されて前記パイロットバーナーと前記メインバーナーとに前記蒸気混合燃料ガスを供給する第２制御弁を備えるガスタービン。
【請求項５】
ガスタービンの運転方法であって：圧縮空気を供給する空気圧縮機と、蒸気混合動力ガスを生成する燃焼器と、前記蒸気混合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、前記燃焼器のライナーに沿って形成された過熱蒸気生成部と、前記過熱蒸気生成部の外周側に配置された隔壁部に沿って形成された蒸気混合燃料ガス生成部とからなるガスタービンを準備する工程と；前記過熱蒸気生成部に水蒸気を導入して過熱蒸気を生成する工程と；前記蒸気混合燃料ガス生成部で前記過熱蒸気と燃料を混合して蒸気混合燃料ガスを生成する工程と；前記蒸気混合燃料ガスと前記圧縮空気とを前記燃焼器で燃焼させて前記蒸気混合動力ガスを生成する工程とを備えるガスタービンの運転方法。
【請求項６】
請求項５において、さらに、前記燃焼器がパイロットバーナーと、メインバーナーとを備え、前記ガスタービンの暖機運転終了後に前記パイロットバーナーと前記メインバーナーとに前記蒸気混合燃料ガスを供給する工程とを備えるガスタービンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明はガスタービンに関し、特に、燃料を予熱して燃焼器に供給することにより熱効率を図ったガスタービン及びガスタービンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、燃焼器に投入する燃料を加熱することにより、ガスタービンの熱効率を向上させるとともに、有害排ガスの低減を図ることが提案されている。とくに、大気汚染防止並びに地球温暖化対策の観点から、ガスタービンの排気側に排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を配置して排熱エネルギーを回収し、燃料を加熱することにより、ガスタービンの熱効率を改善して低燃費化するとともに、低ＣＯ２、低ＮＯＸを達成する研究が活発化している。【０００３】  米国特許第４９３２２０４号にはガスタービンの排気側に過熱器、蒸発器及びエコノマイザーからなるＨＲＳＧを設けるとともに、エコノマイザーに過剰の給水を流通させて加熱給水を生成し、この加熱給水を熱交換器に流通させて燃料を予熱することによりガスタービンの燃費を削減してガスタービンの熱効率を向上することが提案されている。【０００４】  米国第５０９５６９３号には空気圧縮機の圧縮空気の一部をタービン冷却用空気として利用し、このタービン冷却用空気で燃料を予熱すると共に、ガスタービンの排気側にＨＲＳＧを設けて水蒸気を発生させて予熱燃料と水蒸気とを混合して燃焼器に供給することでガスタービンの熱効率を向上させると共にＮＯＸを低減することが提案されている。【０００５】  米国特許第５３５７７４６号、米国特許第５８２６４３０号、米国特許第６０６５２８０号、米国特許第６２６９６２６号及び米国特許第６３８９７９７号にはガスタービンの排気側にＨＲＳＧを設けるとともに、ＨＲＳＧで加熱給水または水蒸気を生成し、この加熱給水又は水蒸気を熱交換器に流通させて燃料を予熱することによりガスタービンの燃費を削減してガスタービンの熱効率を向上することが提案されている。【０００６】  米国特許第５６１７７１６号にはガスタービンの排気側にＨＲＳＧを設けるとともに、ＨＲＳＧで水蒸気を生成し、この水蒸気を熱交換器に流通させて燃料を予熱した後、混合蒸発室にて前記水蒸気と液体燃料とを混合させてガスタービンのＮＯＸを低減することが提案されている。【０００７】  米国特許第５８０６２９８号にはガスタービンの排気側にＨＲＳＧを設けるとともに、ＨＲＳＧで水蒸気を生成し、この水蒸気を熱交換器に流通させて燃料を気化することでガスタービンの熱効率を改善することが提案されている。【０００８】  米国特許第５８４５４８１号には排気塔内に熱交換器を収納してこの中に液体燃料を流通させて燃料を加熱するようにした構造が提案されている。【０００９】  米国第６２５３５５４号には空気圧縮機の圧縮空気の一部をタービン冷却用空気として利用し、このタービン冷却用空気で燃料を予熱することが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  しかしながら、米国特許第４９３２２０４号、米国第５０９５６９３号、米国特許第５３５７７４６号、米国特許第５８２６４３０号、米国特許第６０６５２８０号、米国特許第６２６９６２６号及び米国特許第６３８９７９７号のガスタービンにおいて、燃料を予熱又は気化するためのＨＲＳＧは構造が大型で多数の配管や関連バルブ部材から構成されているため、ガスタービンの全体構造が極めて複雑・大型化する。しかも、これら配管やバルブ類から大量の排熱エネルギーが外部に漏洩するため、排熱回収効率が著しく低下して、ガスタービンの熱効率を効果的に改善することが困難であった。【００１１】  さらに、米国特許第５６１７７１６号にはガスタービンの燃焼器に対して液体燃料油を加熱気化して供給することでＮＯＸの削減を図るようにしたガスタービンへの気化燃料供給方法が開示されている。このガスタービンでは、ガスタービンの排気側に配置された排熱回収器と、外部の蒸気発生源とを利用して気化室に蒸気を供給して液体燃料油を気化させているが、排熱回収器自体が極めて大型構造を有するとともに製造コストが著しく上昇する。しかも、燃料油気化用の外部の蒸気発生源をさらに採用しているため、ガスタービンは益々構造が複雑となり、製造コストが増加する。また、燃料油気化部は燃焼器から独立して配置されているため、気化部自体が大型化するとともに、該気化部から熱エネルギーが外部へ漏出することとなり、熱効率低下の要因ともなる。しかも、液体燃料ポンプと気化部との間にはさらに高温の潤滑油を利用した熱交換器と、高温のスチームを利用した熱交換器とが直列に接続されていて液体燃料油を予熱するための予熱器が配置されており、この予熱器は複雑な配管と関連のバルブ部材を必要とするため、ガスタービンの構造が益々複雑化して、更なるコストアップの要因となっていた。【００１２】  米国特許第５８０６２９８号のガスタービンにおいて、燃料を予熱又は気化するための排熱回収装置（ＨＲＳＧ）が採用されているが、前述のように、ＨＲＳＧはガスタービンの全体構造が極めて複雑・大型化する。さらに、ＨＲＳＧの多数の配管やバルブ類から大量の排熱エネルギーが外部に漏洩して排熱回収効率が著しく低下するため、ガスタービンの熱効率の改善効果が低い。しかも、このガスタービンにおいて、気化燃料は液体燃料と混合されるため、燃焼器に導入される燃料自体は充分に気化されず、一部、液体燃料が混入する。この液体燃料は燃焼器内で燃焼ガス中に局部的に約１６００℃の高温部を形成してＮＯＸが著しく増加する要因ともなっていた。【００１３】  米国特許第５８４５４８１号のガスタービンにおいても、前述のガスタービンと同じく、排気塔内に設置する熱交換器が複雑な配管構造を備えるため、ガスタービンの小型高性能化と熱効率の改善が困難となっていた。【００１４】  さらに、米国第６２５３５５４号のガスタービンでは、ガスタービンのコンプレッサ側に配置された熱交換器を利用して液体燃料油を加熱しているが、熱交換器自体が極めて大型構造を有するとともに製造コストが著しく上昇する。しかも、この熱交換器自体からも熱エネルギーが外部へ漏出することとなり、熱効率低下の要因となっていた。従っ��、コンパクト、低コストで、熱効率の高いガスタービンを実用化することは困難であった。【００１５】  そこで、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を得て低燃費化を図ると共に、リーン燃焼を可能として低ＣＯ２，低ＮＯＸを実現可能なガスタービン及びガスタービンの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】  請求項１記載の本発明は，ガスタービンが圧縮空気を供給する空気圧縮機と、蒸気混合動力ガスを生成する燃焼器と、前記蒸気混合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、前記燃焼器に配置されて給水から飽和蒸気を生成する水蒸気発生部と、前記水蒸気発生部に連通していて前記燃焼器の壁部と熱交換して前記飽和蒸気から過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成部と、前記過熱蒸気生成部の下流側にて前記過熱蒸気生成部の外周に沿って配置されていて前記過熱蒸気と燃料を接触させて蒸気混合燃料ガスを生成する蒸気混合燃料ガス生成部と、前記燃焼器に配置されていて前記蒸気混合燃料ガスと前記圧縮空気とを燃焼させて前記蒸気混合動力ガスを生成するバーナーとを備えることを要旨とするものである。【００１７】  請求項１記載の本発明によれば、燃焼器本体の余剰熱を利用して飽和蒸気を発生させ、この飽和蒸気と燃焼器とを熱交換しながら過熱蒸気を生成し、次いで、過熱蒸気と燃料とを接触させて蒸気混合燃料ガスを生成することで、燃焼器内で蒸気混合燃料ガスと圧縮空気との均一な混合気を生成し、比較的低温で質量の大きな蒸気混合動力ガスを発生させたため、ガスタービンの熱効率を高めてガスタービンの熱効率の改善を図り、ＮＯＸの排出量を著しく低減すると共に低燃費化を実現可能とする。とくに、燃料としてＬＰＧ，ＬＮＧ等の液化燃料或いは灯油、重油等の液体燃料を使用した場合は、これら液状燃料の完全ガス化が促進されるため、燃焼器でのガス化した燃料と空気との均一な混合気を生成させて完全燃焼を達成し、ＣＯ２，ＨＣ，ＣＯその他の有害ガスの排出を大幅に削減可能とする。さらに、コンプレッサ側やタービンの排気側への大型の熱交換器の設置を不要としたことで、構造がコンパクトで、小型高性能のガスタービンを実現可能とするものである。しかも、燃焼器は飽和蒸気と熱交換されるため、燃焼器の高温による溶損が防止され、燃焼器の寿命が著しく改善される。【００１８】  請求項２記載の本発明は，請求項１記載の本発明において、水蒸気発生部が燃焼器の壁部に沿って配置されて飽和蒸気を生成する熱交換部と、給水弁を介して前記熱交換部に給水を噴射する給水ノズルとを備え、さらに、ガスタービンがガスタービンの運転パラメータを検出して起動信号、暖機運転信号及び通常運転信号を出力する運転パラメータ検出器と、各信号に応答して、ガスタービンの起動運転、暖機運転及び通常運転を制御するコントローラとを備え、コントローラが暖機運転終了後に給水弁を開弁することを要旨とするものである。【００１９】  請求項２記載の本発明によれば、ガスタービンの暖気運転終了後に給水弁を開弁して燃焼器の熱交換部に給水して水蒸気を発生させることで、ガスタービンの暖機運転終了前に燃焼室のバーナーへの水の流入を防いで安定した暖気運転を維持できるようにしたものである。さらに、燃焼器に熱交換部を配置したことで、従来必要としていた外部の大型の排熱回収蒸気発生装置（ＨＲＳＧ）を不要とし、ガスタービンの小型化、低コスト化を実現可能とする。【００２０】  請求項３記載の本発明は、請求項２記載のガスタービンであって、前記蒸気混合燃料ガス生成部が前記過熱蒸気生成部の外周側に配��された隔壁部と、前記過熱蒸気生成部の下流側に連通する燃料噴射部と、前記燃料噴射部に燃料を噴射する燃料噴射ノズルとを備え、さらに、前記コントローラにより前記暖機運転終了後に前記燃料噴射ノズルに前記燃料を供給する制御弁を備えるものである。【００２１】  請求項３記載の本発明によれば、蒸気混合燃料ガス生成部の隔壁部が過熱蒸気生成部の外周側に配置されることで、燃料のコーキングを起こさせることなく、完全気化を達成させるようにしたものである。さらに、ガスタービンの暖機運転終了時に前記燃料噴射ノズルに前記燃料を供給する制御弁を設けることで、ガスタービンの誤作動を防止して長期に安定した動作を確保可能とする。【００２２】  請求項４記載の本発明は、請求項３記載のガスタービンであって、前記バーナーがパイロットバーナーとメインバーナーとを備え、さらに、前記コントローラにより前記暖機運転終了後に前記パイロットバーナーと前記メインバーナーとに前記蒸気混合燃料ガスを供給する第２制御弁を備えるものである。【００２３】  請求項４記載の発明によれば、ガスタービンの暖機運転終了後にメインバーナーのみでなく、パイロットバーナーにも蒸気混合燃料ガスを供給したため、パイロットバーナーとメインバーナー双方の低ＣＯ２及び低ＮＯｘ化を実現可能としたものである。とくに、従来のガスタービンにおいてＮＯＸ排出量の大きな比率を占めていたパイロットバーナーのＮＯｘを大幅に低減し、ガスタービン全体のＮＯＸ低減に著しい効果がある。【００２４】  請求項５記載の本発明は、ガスタービンの運転方法であって：圧縮空気を供給する空気圧縮機と、蒸気混合動力ガスを生成する燃焼器と、前記蒸気混合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、前記燃焼器のライナーに沿って形成された過熱蒸気生成部と、前記過熱蒸気生成部の外周側に配置された隔壁部に沿って形成された蒸気混合燃料ガス生成部とからなるガスタービンを準備する工程と；前記過熱蒸気生成部に水蒸気を導入して過熱蒸気を生成する工程と；前記蒸気混合燃料ガス生成部で前記過熱蒸気と燃料を混合して蒸気混合燃料ガスを生成する工程と；前記蒸気混合燃料ガスと前記圧縮空気とを前記燃焼器で燃焼させて前記蒸気混合動力ガスを生成する工程とを備えることを要旨とする。【００２５】  請求項５記載の本発明によれば、大型構造とコストアップの要因となる複雑な配管やバルブ類からなる大型の熱交換器を不要とし、コンパクトな構造において、コーキングを起こすことなく、燃焼器の余剰熱で燃料を加熱すると共に、過熱蒸気を生成して蒸気混合燃料ガスを生成して、低ＣＯ２，低ＮＯＸを達成可能なガスタービンの運転方法を提供するものである。【００２６】  請求項６記載の本発明は、請求項５において、さらに、前記燃焼器がパイロットバーナーと、メインバーナーとを備え、前記ガスタービンの暖機運転終了後に前記パイロットバーナーと前記メインバーナーとに前記蒸気混合燃料ガスを供給する工程とを備える。【００２７】  請求項６記載の本発明によれば、メインバーナーのみでなく、パイロットバーナーにも蒸気混合燃料ガスを供給可能としたことで、メインバーバー及びパイロットバーナーのＮＯＸ排出の大幅な低減化を実現可能とすると共に、ガスタービンの著しい熱効率の改善を図ることを可能とする。
【発明の効果】
【００２８】  本発明のガスタービン及びガスタービンの運転方法によれば、熱効率低下の原因となる、従来の複雑で大型の排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を用いることなく、しかも、コーキングを起こすことなく、燃焼器の余剰熱を利用して過熱蒸気を生成する一方、燃料を加熱して蒸気混合燃料ガスを生成して、燃焼室で蒸気混合燃料ガスと圧縮空気との均質な混合気の生成を具現化して低ＣＯ２化、低ＮＯＸ化を図りながら、熱効率を高めて、低燃費化を実現できる小型高性能のガスタービンの実用化するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】  以下、本発明のガスタービンの望ましい実施例につき図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３０】  図１において、ガスタービン１０は圧縮空気を供給する空気圧縮機１２と、蒸気混合動力ガスを膨張して出力軸１４ａに動力を発生させることで発電機１３等の負荷を駆動するタービン１４と、空気圧縮機１２とタービン１４との間に配置されていて、圧縮空気と蒸気混合燃料ガスとの均一混合気を生成させてリーン燃焼を達成させて蒸気混合動力ガスを発生する燃焼器１６とから構成される。本実施例において、タービン１４は空気圧縮機１２に直結されたパワータービンからなるものとして示されているが、タービン１４をコンプレッサタービンとパワータービンとから構成して、コンプレッサタービンを空気圧縮機１２に連結し、パワータービンを出力軸に連結する、所謂、２軸方式を採用しても良い。【００３１】  燃焼器１６は環状外筒１８と、この中に同心的に配置された環状内筒２０とから構成される。環状外筒１８と環状内筒２０の環状空間にはアウターライナー２２とインナーライナー２４が同心的に配置されて環状燃焼室２６を構成する。環状燃焼室２６には後部に沿って先細のテーパ壁２６ａが形成され、該テーパ壁２６ａの端部のさらに後方には環状燃焼室２６の周方向に等間隔で延びる複数の動力ガス噴射ノズル２６ｂが形成される。環状内筒２０とインナーライナー２４との間には環状中間壁部２８が同心的に延びていて、環状空気通路３０を形成している。アウターライナー２２とインナーライナー２４は環状フロントフランジ３２，３４を介してそれぞれ環状外筒１８及び環状中間壁部２８に支持される。【００３２】  環状外筒１８と環状中間壁部２８の前縁には環状ヘッダー３６が装着され、該環状ヘッダー３６の周方向には等間隔で複数のバーナーホルダー３８が装着される。環状ヘッダー３６の外周縁近辺及び内周縁近辺にはそれぞれ周方向に等間隔で複数の開口部３６ａ，３６ｂが形成され、これら開口部３６ａ，３６ｂを介して空気圧縮機１２から圧縮空気を燃焼器１６内に導入する。このため、環状フロントフランジ３２，３４の前部と環状ヘッダー３６との間には環状空気通路４０，４２が形成され、これらは前述の開口部３６ａ，３６ｂと連通する。環状中間壁部２８の前部には周方向に等間隔で複数の連通口２８ａが形成されている。さらに、アウターライナー２２とインナーライナー２４の前縁には複数の空気導入用小孔が形成されていて、環状空気通路４０，４２の圧縮空気はこれら小孔を通じて環状燃焼室２６内に導入される。【００３３】  バーナーホルダー３８はその中央部に支持されたパイロットバーナー４４と、パイロットバーナー４４に隣接して支持されたメインバーナー４６とを備える。パイロットバーナー４４はバーナーホルダー３８に支持されたパイロット燃料ノズル４８と、該パイロット燃料ノズル４８と同心的となるようにバーナーホルダー３８に支持された保炎用スリーブ５０とから構成される。保炎用スリーブ５０の前縁部には周方向に等間隔でパイロット空気通路５０ａが形成される。パイロット燃料ノズル４８はバーナーホルダー３８に支持されたパイロット燃料管５２に連通し、パイロット燃料管５２には燃料制御弁５４，５５を介してパイロット燃料が供給される。バーナーホルダー３８にはメイン燃料分配路３８ａが形���されていて、メインバーナー４６はバーナーホルダー３８の周辺に等間隔で支持されてメイン燃料分配路３８ａと連通する複数のメイン燃料ノズル６０を備える。メイン燃料分配路３８ａにはメイン燃料供給管６２が連結され、メイン燃料供給管６２には燃料制御弁５６，５７を介して、後述の如く、メイン燃料が供給される。ガスタービン１０の暖気運転終了後に、後述の如く、パイロットバーナー４４及びメインバーナー６０に蒸気混合燃料ガスを供給するために、燃料制御弁５４，５５の接続点並びに燃料制御弁５６，５７の接続点に第１制御弁５８が接続される。本実施例において、メインバーナー４６はパイロットバーナー４４の周囲に配置された複数のメイン燃料ノズル６０からなるものとして示されているが、必要であれば、アウターライナー２２及びインナーライナー２４の前縁近辺に補助用メインバーナーをさらに追加しても良い。【００３４】  図１，図２に示されるように、環状外筒１８と環状内筒２０の後端部にはリアプレート７０が溶接その他の手段で固定され、リアプレート７０から間隔を置いて環状仕切壁７２が環状外筒１８と環状内筒２０に固定される。複数の動力ガス噴射ノズル２６ｂの半径方向内側には環状チャンネル材７４が環状仕切壁７２に固着され、環状チャンネル材７４の内側に環状蒸気通路７６が形成される。環状外筒１８と環状蒸気通路７６との間で半径方向に延びる放射仕切壁７８ａに隣接して環状熱交換部７８が配置され、環状熱交換部７８は水蒸気発生部として機能する。水蒸気発生部７８は放射仕切壁７８ａに隣接する給水ノズル８０を有する給水噴射室８２と、図２において、給水噴射室８２から周方向に延びる環状熱交換通路８４から構成される。給水ノズル８０は給水制御弁８１を介して冷水、温水又は熱湯を供給する給水源（図示せず）か、または、水蒸気発生源（図示せず）に接続される。【００３５】  環状熱交換通路８４には動力ガス噴射ノズル２６ｂの中間に複数のバッフル板８６が放射方向に配置され、各バッフル板８６の半径方向内側端部はチャンネル材７４の外周から所定間隔で離れた位置で終端して流路制限部８６ａをそれぞれ形成する。このため、給水ノズル８０から噴射された噴霧水は環状熱交換通路８４を通過する間に複数の流路制限部８６ａで高温の環状熱交換通路８４を通過しながら、高温の動力ガス噴射ノズル２６ｂの外壁と交互に熱交換して飽和蒸気が生成される。この飽和蒸気は蒸気回収室８８で回収され、一部は第１蒸気通孔９０を経てアウター環状通路９２（図１参照）に噴出し、残部は連通孔９４を介して環状蒸気通路７６に流入する。【００３６】  環状蒸気通路７６に流入した飽和蒸気Ｓ１は第２蒸気通孔９６を経てインナー環状通路９８（図１参照）に噴出する。図１に示されるように、アウター環状通路９２には放射フィン９２ａ，９２ｂが軸方向に交互に開口するように外径側のテーパ部２６ａから放射状に配置され、第１蒸気通孔９０から流入した飽和蒸気は周方向に延びるアウター環状通路９２を通過して燃焼室２６の外径側のテーパ部２６ａを冷却しながら、環状エンドフランジ１００の通孔１００ａに導入される。同様に、インナー環状通路９８には内径側のテーパ部２６ａから放射フィン９８ａ、９���ｂが軸方向に交互に開口するように放射状に配置され、第２蒸気通孔９６から流入した飽和蒸気は周方向に延びるインナー環状通路９８を通過して内径側のテーパ部２６ａを冷却しながら、環状エンドフランジ１０２の通孔１０２ａに導入される。このように、アウター環状通路９２及びインナー環状通路９８で飽和蒸気は外径側及び内径側のテーパ部２６ａと熱交換して昇温する。【００３７】  環状フロントフランジ３２と環状エンドフランジ１００との間には環状隔壁部１０３が燃焼器１０の軸方向に延びていて、環状隔壁部１０３とアウターライナー２２との間にはスパイラル状リブ１０４ａにより形成されたスパイラル通路からなる過熱蒸気生成部１０４が形成され、その上流部（後部）は通孔１００ａに連通する。過熱蒸気生成部１０４の下流側（前部）には環状隔壁部１０３の複数の蒸気噴射口１０３ａに隣接して燃料噴射部１０６が形成され、燃料噴射部１０６には外筒１８に固定支持された燃料噴射ノズル１０８が開口する。【００３８】  外筒１８と環状隔壁部１０３との間にはスパイラル状リブ１１０ａにより形成されたスパイラル通路からなる蒸気混合燃料ガス生成部１１０が形成され、蒸気混合燃料ガス生成部１１０の上流側及び下流側はそれぞれ、環状フロントフランジ３２と環状エンドフランジ１００とに隣接して配置される。燃料噴射ノズル１０８は第２制御弁１１２を介して燃料供給管１１４に連結される。蒸気混合燃料ガス生成部１１０の下流側には燃料出口ポート１１６が配置され、燃料出口ポート１１６は上述の第１制御弁５８及び燃料制御弁５５，５７を介してそれぞれ、パイロット燃料供給管５２及びメイン燃料供給管６２に接続される。【００３９】  図１において、さらに、環状フロントフランジ３４と環状エンドフランジ１０２との間には環状蒸気通路１０１が形成され、環状エンドフランジ１０２の通孔１０２ａから導入された飽和蒸気はインナーライナー２４の余剰熱を回収して過熱蒸気となって、インナーライナー２４に形成された複数の蒸気噴射ノズル２４ａを介して燃料室２６へ噴射される。環状蒸気通路１０１何はスパイラルリブを形成して飽和蒸気がインナーライナー２４と均一に熱交換するように構成しても良い。一方、アウターライナー２２の余剰熱を回収した過熱蒸気は気化燃料と混合してバーナーから燃焼室２６へ噴射され、さらに、インナーライナー２４の余剰熱を回収して生じた過熱蒸気は燃焼室２６に噴射することによって、ガスタービンの熱効率が効果的に改善される。【００４０】  図１において、燃料供給管１１４に供給される燃料とは、重油、軽油、ガソリン、灯油、ジェット燃料、メタノール或いはエタノール等の液体炭化水素燃料やＬＮＧ、ＬＰＧ等の液化炭化水素燃料又は天然ガス等のガス燃料を含む。【００４１】  ガスタービン１０は、さらに、起動運転、暖機運転及び通常運転を制御するコントローラ１２０を備える。コントローラ１２０はメインスイッチ（図示せず）の作動に応じたガスタービンのスタータモータ（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ、第１、第２制御弁５８，１１２のＯＮ／ＯＦＦ，燃料制御弁５４、５５，５６，５７及び給水制御弁８１の開度を制御するためのプログラムを実行するＣＰＵ、ＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ、ＣＰＵが実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ及び出力回路からなる周知のマイクロコンピュータ（図示せず）を主要部として構成される。【００４２】  ＣＰＵには運転パラメータ検出器として機能する、排ガス温度センサー１２２，負荷センサー１２４及び軸速度センサー１２６から排ガス温度検出信号、負荷検出信号並びに軸速度信号等の運転パラメータ信号が入力される。軸速度信号は軸速度に関連するパラメータであれば、出力軸１４ａの回転数或いは発電機１３の出力周波数を検出してその出力信号を軸速度信号として利用しても良い。コントローラ１２０は起動運転、暖機運転及び通常運転であるか否かを判断するための温度マップを格納していて、排ガス温度検出信号に応答して、タービン１４の排出ガスの温度が、所定温度（例えば６５０〜６８０℃）に相当する閾値と比較され、排ガス温度検出信号が閾値以上となったときに暖機運転終了信号を出力する。負荷センサー１２４は例えば、発電機１３の出力電力を検出する電力検知センサーから構成され、検出された出力電力からガスタービン１０の負荷状態を判別するために用いられる。これに対応して、コントローラ１２０はガスタービン１０の軽負荷、中負荷及び高負荷に対応した負荷状態判別マップを格納していて、検出された出力電力（ガスタービンの負荷）に応じて、燃料制御弁５４、５５，５６，５７の開度及び給水制御弁８１の開度を制御して、燃焼室２６に供給される燃料と給水量をガスタービンの負荷に対応して流量調整する。【００４３】  次に、ガスタービン１０の作用につき図１、図２を参照して説明する。ガスタービン１０の起動時にはコントローラ１２０の指令により、起動モードが選択される。起動モードにおいて、起動モータ（図示せず）が起動されて空気圧縮機１２が起動される。起動時には、コントローラ１２０により第１，第２制御弁５８，１１２が遮断され、燃料制御弁５４，５５のみが開放される。このとき、燃料はパイロット燃料ノズル４８から燃焼室２６内に噴射され、保炎用スリーブ５０から供給される圧縮空気と混合された後、点火プラグ（図示せず）によりパイロットバーナー４４が着火される。次いで、フレームセンサ（図示せず）でパイロットバーナー４４の着火を検出して、コントローラ１２０が燃料制御弁５６，５７を開放する。このとき、メイン燃料ノズル６０から燃焼室２６内にメイン燃料が噴射され、環状ヘッダー３６の開口部３６ａ、３６ｂからアウターライナー２２及びインナーライナー２４の前縁から導入された圧縮空気と混合されて混合気が生成され、パイロット−バーナー４４から着火される。この結果、ガスタービン１０が起動されて暖機運転モードに入る。ガスタービン１０の暖機運転時に、コントローラ１２０に内蔵したタイマーによってカウントされた所定時間経過後、あるいは排ガス温度センサー１２２の出力信号（すなわち、運転パラメータ）が所定温度に達したことを、コントローラ１２０が判断して、暖機運転終了信号が出力される。この暖機運転終了信号に応答して、給水制御弁８１が開放され、給水制御弁８１の開放から所定時間経過後に、コントローラ１２０から第２制御弁１１２が開放される。このとき、給水ノズル８０か��供給された噴霧水は環状熱交換通路８４（図２参照）を通過する間に燃焼器１６の余剰熱で飽和蒸気とされ、この飽和蒸気は蒸気回収室８８（図２参照）で回収される。次に、飽和蒸気は第１，第２蒸気通孔９０，９６（図２参照）を介してアウター環状通路９２，インナー環状通路９８に流入し、次いで、環状エンドフランジ１００，１０２の通孔１００ａ、１０２ａを介してそれぞれ、過熱蒸気生成部１０４，環状蒸気通路１０１に導入されてアウターライナー２２，インナーライナー２４の余剰熱を回収して過熱蒸気となる。環状蒸気通路１０１の過熱蒸気は蒸気噴射ノズル２４ａを介して燃焼室２６内に噴射される。一方、給水制御弁８１の開放後の所定時間経過後に、コントローラ１２０から開放された第２制御弁１１２を通じて、燃料噴射ノズル１０８から燃料が燃料噴射部１０６に噴射される。この燃料は環状隔壁部１０３の蒸気噴射口１０３ａから噴出する過熱蒸気と混合される。このようにして生成された蒸気混合燃料ガスはスパイラル通路からなる蒸気混合燃料ガス生成部１１０を通過しながらさらに均一に混合されながら、燃料出口ポート１１６に達する。コントローラ１２０によって、第２制御弁１１２が開放されて所定時間経過後に、コントローラ１２０によって、第１制御弁５８が開放され、これと同期して、燃料制御弁５４，５６は遮断される。このとき、燃料制御弁５５，５７は引き続き開放状態に維持されているため、パイロットバーナー４４及びメインバーナー４６には蒸気混合燃料ガスが供給され、燃焼室２６で圧縮空気との均一な混合気が生成されて燃焼されて蒸気混合動力ガスが生成されてタービンで膨張される。【００４４】  以上より明らかなように、本実施例では燃焼器の余剰熱を有効に回収しながら過熱蒸気を生成して、過熱蒸気により蒸気混合燃料ガスを生成したため、大型の排熱回収器（ＨＲＳＧ）を不要として、小型高性能、低コスト、長寿命並びに高熱効率で、しかも、低ＣＯ２，低ＮＯＸのガスタービンを実現可能とする。【００４５】  さらに、本実施例では蒸気混合燃料ガス生成部が過熱蒸気生成部の外周側に設けた、比較的低温の隔壁部から構成されたため、燃料が高温にさらされることはなく、コーキング（炭化）を起こすことがない。しかも、燃焼器のライナーの余剰熱は飽和蒸気によって効率的に回収されているため、燃焼器の溶損や劣化を防止でき、燃焼器の大幅な長寿命化を達成でき、メンテ保守を簡略化できる。【００４６】  また、本実施例では、液状燃料を完全にガス化することも可能なため、燃焼室でリーンサイドでの均質な混合気を生成して、約１０００℃〜１２００℃での完全燃焼を実現化でき、省燃費と大幅なＣＯ２，ＮＯＸ，の削減も可能となる。しかも、燃焼室には過熱蒸気を含むガス化燃料が導入されるので、より一層のＮＯＸの低減が図れる。【００４７】  また、本実施例では燃焼室のインナーライナーで過熱蒸気を生成して、これを燃焼室に噴射しているため、蒸気混合動力ガスの質量が増大され、ガスタービンの性能が飛躍的に改善される。例えば、動力ガス総流量に占める過熱蒸気の混合率が１０％、２０％でタービン出力がそれぞれ、１５０％、２２０％に著しく増大する。【００４８】  本実施例では燃焼器１６は���ニュラー構造のものとして例示されているが、カン型またはカン・アニュラー型構造にしても良い。
【産業上の利用の可能性】
【００４９】  以上のように、本発明によれば、高熱効率で低燃費であり、しかも、排ガスがクリーンで、構造がコンパクトで低コストの小型高性能のガスタービンを実現化可能とする。よって、かかるガスタービンは航空機、陸上車両用駆動源として、また、産業用や家庭用の発電機として、その適用範囲は広範なものが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例によるガスタービンの概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線のガスタービンの燃焼器の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】１２        空気圧縮機
１４        タービン
１６        燃焼器
１８        外筒
２０        内筒
２２        アウターライナー
２４        インナーライナー
２４ａ      蒸気噴射ノズル
１６        燃焼器
２６        燃焼室
３６        環状ヘッダー
３８        バーナーホルダー
４０，４２  環状空気通路
４４        パイロットバーナー
４６        メインバーナー
５４，５５，５６，５７    燃料制御弁
５８        第１制御弁
７８        水蒸気発生部
９２，９８  環状通路
１０１      環状蒸気通路
１０３      環状気化壁部
１０３ａ    蒸気噴射口
１０４      過熱蒸気生成部
１０６      燃料噴射部
１１０      蒸気混合燃料ガス生成部
１１２      第２制御弁
１１４      燃料供給管
１２０      コントローラ
１２２      排ガス温度センサー
１２４      負荷センサー
１２６      軸速度センサー
【図１】
2005113897.tif 000003
【図２】
2005113897.tif 000004