(57)【要約】【課題】囲壁内の圧力を低く維持するとともに触媒の効果を最適化する。【解決手段】ガスタービン（１１）の周囲に冷却空気を通過させる囲壁を有するガスタービン装置において、一次空気がガスタービンの排気開口部（１３）の上に配置された触媒層（２７）を通過した後で、冷却空気とガスタービンから放出される排気ガスとが排気筒（１９）を通過する前にこれらを混合してその温度を低下させる構造が提供される。触媒層の断面形状は、その表面積を増加させるために好ましくはＡ字型である。これにより、触媒層の温度は優れた性能を維持するために高いレベルに保たれるとともに、続いて起こる一次空気と冷却空気との混合によって排気筒を通過するガスの温度が比較的低くなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気用の入口と排気口とを有するガスタービンと、
排気ガスを受け入れるように前記排気口に配置された触媒層と、
ガスタービンの周囲に配置されるとともに、ガスタービンと囲壁との間に囲まれた空間を定める囲壁と、
前記囲まれた空間を通過するとともに、前記触媒層を通過した後の前記排気ガスと混合される冷却空気の供給源と、
前記囲まれた空間と連通するとともに、前記の冷却空気と排気ガスとの混合物の流れを大気に導く排気筒と、を有することを特徴とするガスタービンアセンブリ。
【請求項２】
前記触媒層は、頂部が下流に向けられたＡ字型の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のガスタービンアセンブリ。
【請求項３】
ガスタービンの排気口からのエミッションの低減方法であって、
ガスタービンの排気ガスが通過するように、前記ガスタービンの排気口に触媒層を提供し、
前記排気ガスが前記触媒層を通過した後でのみ冷却空気と混合されるように、冷却空気の流れを提供し、
前記の冷却空気と排気ガスとの混合物が、排気筒まで流れるとともに大気に放出されるようにするステップをそれぞれ含むことを特徴とするエミッションの低減方法。
【請求項４】
前記触媒層は、頂部が下流方向に向けられたＡ字型の形状を有することを特徴とする請求項３記載のエミッションの低減方法。
【請求項５】
入口および出口と、ガスタービンと囲壁との間に囲まれた空間を定める囲壁と、前記囲まれた空間を通って循環してから、ガスタービンの出口から放出される排気ガスと混合される冷却空気の供給源と、を有する種類のガスタービンであって、
前記排気ガスが最初に触媒層を通過し、その後で冷却空気と混合されるように、前記ガスタービンの出口に配置された触媒層を含むことを特徴とするガスタービン。
【請求項６】
前記の冷却空気と排気ガスとの混合物を前記空間から大気へ導く排気筒を含むことを特徴とする請求項５記載のガスタービン。
【請求項７】
前記排気筒は、内部に１つまたは複数の消音器要素を含むことを特徴とする請求項６記載のガスタービン。
【請求項８】
前記触媒層は、頂部が下流に向けられたＡ字型の断面形状を有することを特徴とする請求項５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、主に、ガスタービンに関し、特に、ガスタービンの排気流内に配置された触媒層に関する。
【背景技術】
【０００２】
一酸化炭素などの望ましくないエミッションを減少させるために、排気口に触媒層を提供して、排気ガスが排気筒を通って大気に放出される前に有害なエミッションを減少させることが一般的になっている。
【０００３】
また、ガスタービンを囲む囲壁内に冷却空気の流れを提供するとともに、この冷却空気をガスタービンの排気ガスと混合して、排気消音器や排気筒を通過するときに温度を低下させることも通例となっている。このような装置に触媒層を設けた場合には、タービンの排気ガスと冷却空気の両方が触媒層を通過するので、触媒にわたる圧力降下により囲壁内の圧力が過度に上昇するとともに、触媒における温度が低下して触媒の効果が減少してしまうことが分かっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この問題を解決するための従来の方法には、冷却空気がタービン上のみに流れるようにし、冷却空気がガスタービンの一次空気と混ざらないようにする方法がある。この方法では、触媒にわたる圧力降下が減少して触媒の効果が向上するが、ガスの混合により生じる排気温度の低下という利点は失われる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡単に言うと、本発明の一形態では、一次排気空気が冷却空気と混合される前に触媒を通過するように、触媒層を囲壁にわたって配置する代わりに触媒層をガスタービンの排気口のすぐ下流に配置している。これにより、囲壁内の圧力が低く維持されるとともに触媒の効果が最適化される。さらに、排気筒を通過する前に、冷却空気との混合によって排気ガスの温度が低下する。
【０００６】
本発明の他の形態では、消音器および排気筒が温度の低下に関連する音響的、構造的、および他の利点を保つように、触媒層をＡ字型の構造体として形成して触媒層の表面積を増加させるとともに通過する排気ガスの速度を減少させている。
【０００７】
図面には好適実施例が示されているが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本願に種々の他の変更や構造を加えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、入口プレナムと連通する入口開口部１２と、排気開口部１３と、を有するガスタービンが符号１１として示されている。動作時には、周囲空気が入口開口部１２に流入するとともにタービン１４を通過し、タービン１４に動力を提供してシャフト１５の回転動作を引き起こす。続いて、比較的低温でかつ低圧のガスが排気開口部１３を通って放出される。
【０００９】
ガスタービン１１内が高温であるため、ガスタービン１１を囲む囲壁１７によって定められるエンベロープすなわち囲まれた空間１６内で循環する冷却空気によってガスタービンに冷却作用を提供することが望ましい。冷却空気は、１つまたは複数のファン１８によってエンベロープ１６を通過するように導かれるとともに、矢印で示す方向で排気開口部１３に向かって流れる。
【００１０】
冷却空気は、ガスタービン１１自体を冷却する作用に加えて、排気開口部１３から放出される排気ガスを冷却するためにも使用されてきた。すなわち、排気ガスは排気開口部１３の下流端において冷却空気と混合され、排気筒１９に流入する前に排気ガスの温度が低下する。この温度差は、排気筒１９およびその内部の消音器２１に対する高温ガスの有害な影響を考えると重要である。
【００１１】
環境への配慮により、図示のようにタービン囲壁の下流端にわたって触媒層２２が配置されており、排気筒１９を通って環境に放出される混合物に含まれる一酸化炭素などの望ましくないガスの量を減少させる。触媒層２２は、ＣＯをＣＯ2に転化することができる触媒材料を典型的に含む。このような触媒材料は当該技術で周知であり、（金、銀、白金、パラジウムなどの）貴金属またはＣＯからＣＯ2への転化を引き起こすことが知られている他の材料を一般に含む。当業者であれば分かるように、触媒材料がＣＯからＣＯ2への所望の転化を行うことができれば、本発明の触媒層での使用に選択される特定の触媒材料は重要でない。
【００１２】
図示のように（すなわち、排気ガスと冷却空気の混合の後に）触媒を配置した場合に、触媒層２２を通過する追加の冷却空気によって触媒で温度が低下し、触媒の効果が減少しまうことが発明者によって認識されている。これに加えて、触媒層にわたる圧力降下が実質的に大きくなり、囲壁１７内で過剰な圧力上昇が起こるおそれがある。この高圧により、囲壁の設計が非常に困難になりうる。
【００１３】
図２には、上述の問題を克服する他の方法が示されている。ここでは、囲壁１７と排気開口部１３との間の流路面積が壁２４によって閉鎖されており、冷却空気と一次空気との混合が起こらない。冷却空気は、上述のようにガスタービン１１の周囲を循環し、囲壁１７から外に流れる冷却空気流のために別の開口部２６が提供されている。冷却空気と一次空気との混合が起こらないので、触媒層の上流で過度の圧力上昇は生じず、触媒は良好に動作する。しかし、この方法の難点は、排気ガスの温度が排気筒１９へ流入する前に低下しないので、排気筒１０および消音器構造体２１が高温にさらされて寿命が短縮されるおそれがあることである。
【００１４】
次に図３を参照すると、上述の問題を克服する触媒層２７が設置されている。触媒層２７をエンベロープ２３の下流端にわたって配置する代わりに、図示のように排気開口部１３の上のみに配置しており、一次空気は触媒層２７を最初に通過し、その後でかつ排気筒１９内に流入する前に冷却空気と混合される。これにより、触媒層２７の上流における高圧状態の発生を防止することができ、触媒層２７の最適性能が得られるとともに、排気筒１９に流入するに従って排気ガスと冷却空気との混合が促進されて温度が好適なレベルまで低下する。
【００１５】
触媒層２７の形状は、実質的に変更可能であることは明らかであろう。しかし、可能な限り表面積を増加させることが望ましく、これにより、触媒層を通過する排気ガスの速度が減少して触媒層２７の効果が高まる。このため、触媒層２７の好適な形状は、図示のテント形状すなわちＡ字型の触媒層２７である。
【００１６】
図示の好適実施例を特に参照して本発明を開示および説明したが、当業者であれば分かるように、請求項によって定められる本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の詳細に種々の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術に係る触媒層を有するガスタービン装置の概略説明図である。
【図２】従来技術に係る触媒層を有するガスタービン装置の他の実施例の概略説明図である。
【図３】本発明の一形態に係る触媒層を有するガスタービン装置の概略説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１…ガスタービン
１２…入口開口部
１３…排気開口部
１４…タービン
１５…シャフト
１６，２３…エンベロープ
１７…囲壁
１８…ファン
１９…排気筒
２１…消音器構造体
２７…触媒層
【図１】
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【図２】
2007092751.tif 000004
【図３】
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