(57)【要約】【課題】  ガスタービンシステムおよび内燃エンジンにおけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】  圧縮機（１２）と、この圧縮機（１２）の下流でこれと流体連通するように配置された燃焼器（１４）と、この燃焼器（１４）の下流でこれと流体連通するように配置されたタービン組立体（１６）と、圧縮機（１２）、燃焼器（１４）、あるいは以上を組み合わせたものと選択的に流体連通するように配置された酸素富化ガス源（１８）とを有するガスタービンシステム（１０、５０）であって、酸素富化ガス源が、圧力スイング吸着システム、電解槽、または膜反応器であるシステム。【選択図】  図１
2007255424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１２）と、
前記圧縮機（１２）の下流でこれと流体連通するように配置された燃焼器（１４）と、
前記燃焼器（１４）の下流でこれと流体連通するように配置されたタービン組立体（１６）と、
前記圧縮機（１２）、前記燃焼器（１４）、あるいは以上を組み合わせたものと選択的に流体連通するように配置された酸素富化ガス源（１８）と
を有するガスタービンシステム（１０、５０）であって、
前記酸素富化ガス源が、圧力スイング吸着システム、電解槽、あるいは膜反応器であるシステム。
【請求項２】
前記酸素富化ガス源（１８）が、３０容積パーセント以上の酸素を有する酸素富化ガス流を生成するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記酸素富化ガス源（１８）が、酸素富化ガス流と、水素ガスを有する第２流とを生成するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記酸素富化ガス源（１８）が、酸素富化ガス流と、窒素ガスを有する第２流とを生成するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記酸素富化ガス源（１８）の下流でこれと流体連通するように配置された流出貯蔵タンク（２６、２８）をさらに有する、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記酸素富化ガス源（１８）の上流でこれと流体連通するように配置された酸素源貯蔵タンク（３２）をさらに有する、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記タービン組立体（１６）の下流でこれと作動可能に連通するように配置された発生器（４０）をさらに有する、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
ＮＯＸ排出を低減し燃焼システムの運転性を増大する方法であって、
酸素富化ガス源（１８）を用いて酸素富化ガスを生成するステップと、
前記酸素富化ガスを、ガスタービンシステム（１０、５０）の燃焼器（１４）または内燃エンジン（４２）へと選択的に導入するステップと
を有する方法。
【請求項９】
前記酸素富化ガス源（１８）を用いて前記酸素富化ガスを生成するステップが、水素ガスを生成するとともに、前記水素ガスを前記燃焼器（１４）または前記内燃エンジン（４２）へと導入するステップをさらに有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記酸素富化ガスを生成するステップが、窒素ガスを生成するとともに、前記窒素ガスを前記燃焼器（１４）または前記内燃エンジン（４２）へと導入するステップをさらに有する、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービンシステムおよび内燃エンジンにおけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法全般に関し、具体的には、酸素富化ガスを作り出し使用してガスタービンシステムおよび内燃エンジンにおけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全世界に広がる大気汚染の関心は、より厳しい排出規準につながっている。これらの規準は、ガスタービンシステムの運転または内燃（ＩＣ）エンジンの運転の結果として生成する窒素酸化物（ＮＯＸ）（例えば、酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ））、不燃焼炭化水素（ＨＣ）、ならびに一酸化炭素（ＣＯ）の排出を規制する。例えば、高火炎温度（例えば約２，６００°Ｆ（１，４２７℃）以上）の結果としてガスタービンシステム内部にＮＯＸが形成される。
【０００３】
ガスタービンシステムでは、複数の運転条件中にガスタービンシステムを通る気流を増加させて火炎温度を制御することによりＮＯＸ排出を低減する試みがなされてきた。ＮＯＸ排出を低減するその他の試みとしては、水噴射および事前に混合された希薄なシステムを含む。ところが、ガスタービンシステムへのこれらの修正はしばしばガスタービンシステムの運転性能水準に悪影響をもたらす。
【０００４】
従って、運転性能への悪影響を最小にする、ガスタービンシステムにおけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法、ならびに、内燃エンジンにおけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法を継続的に改良する必要性が存在する。
【特許文献１】米国特許第５，８０２，８７５号公報
【特許文献２】米国特許第５，９６０，７７７号公報
【特許文献３】米国特許第５，４１３，４７６号公報
【特許文献４】米国特許第６，７２２，３５２Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第２００５／０１６１０４４Ａ１号公報
【特許文献６】米国特許第２００１／００００８６３Ａ１号公報
【特許文献７】欧州特許第２００４／０６５８４９Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書では、ガスタービンシステムおよび内燃エンジンにおけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１実施形態において、ガスタービンシステムは、圧縮機と、この圧縮機の下流でこれと流体連通するように配置された燃焼器と、この燃焼器の下流でこれと流体連通するように配置されたタービン組立体と、圧縮機、燃焼器、または以上を組み合わせたものと選択的に流体連通するように配置された酸素富化ガス源とを有し、酸素富化ガス源は、圧力スイング吸着システム、電解槽、または膜反応器である。
【０００７】
１実施形態において、ＮＯＸ排出を低減し燃焼システムの運転性を増大する方法は、酸素富化ガス源を用いて酸素富化ガスを生成するステップと、ガスタービンシステムの燃焼器または内燃エンジンへと酸素富化ガスを選択的に導入するステップとを有し、酸素富化ガス源が燃焼器または内燃エンジンの上流に配置されている。
【０００８】
１実施形態において、燃焼器システムは、酸素富化ガス源と、この酸素富化ガス源の下流でこれと流体連通するように配置された内燃エンジンとを有し、酸素富化ガス源が、圧力スイング吸着システム、電解槽、または膜反応器である。
【０００９】
上述の特性およびその他の特性を以下の図および詳細な説明により例示する。
【００１０】
例示的図面を参照するが、幾つかの図において類似の要素には同じ符号が付けてある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書では、ガスタービンシステムおよび内燃エンジン（例えば、圧縮点火エンジンおよび火花点火エンジン）におけるＮＯＸ排出を低減するシステムおよび方法を開示する。検討を容易にするために、ガスタービンシステムに関して、当業者がこれらの教示を内燃エンジンまたはその他の燃焼エンジンに容易に適用できると理解して実施形態を検討する。より詳細に検討するように、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム、電解槽、または膜反応器を使用して酸素富化ガス流を生成することができ、酸素富化ガス流は、ガスタービンシステムの燃焼室内で適切に利用されると、酸素富化ガスを使わないガスタービンシステムと比較してＮＯＸ排出を低減する。さらに当然のことながら、以下で検討するシステムおよび方法は、空気分離装置（ＡＳＵ）の存在するガス化複合発電（ＩＧＣＣ）システムと組み合わせて使用することもできる。
【００１２】
以下に続く説明において、用語「酸素富化」ガスは、標準状態下で空気中に存在する酸素濃度（例えば２１容積パーセントの酸素）よりも高い酸素濃度を有するガス全般に関係している。用語「軸方向」は、その周りをガスタービンエンジンの回転要素が回転する軸に対して平行な方向に広く関係している。「上流」方向とは、そこから局所流が到来する方向に関係し、「下流」方向とは、局所流が移動する方向に関係している。最も一般的な意味において、エンジンを通る流れは前方から後方である傾向にあるので、「上流方向」は通常は前方向に関係し、「下流方向」は後ろ方向に関係していることになる。
【００１３】
図１は例示的ガスタービンシステムを示しており、これを全体として符号１０で明示する。ガスタービンシステム１０は、圧縮機１２と、燃焼器１４と、タービン組立体１６と、酸素富化ガス源１８とを有する。１実施形態において、圧縮機１２は、燃焼器１４の上流でこれと流体連通して設置されており、この燃焼器は、タービン組立体１６の上流でこれと流体連通して設置されている。別の言い方をすれば、圧縮機１２は、燃焼器１４およびタービン組立体１６と直列に流体連通している。ガスタービンシステム１０は、可動式用途（例えば航空機や戦車）にも固定式用途（例えば発電所）にも使われる。
【００１４】
運転中、圧縮機１２は通常、酸素含有ガス（例えば空気）を圧縮し、燃焼器１４に圧縮空気を供給する。全体として符号２０で明示した酸素富化ガス流は制御可能に圧縮機１２に送られ、この圧縮機は酸素富化ガスと空気とを混合する混合器として働く。その上に、または別法として、酸素富化ガス流２２で示すように、酸素富化ガス流が燃焼器１４に直接送られる。当然のことながら、酸素富化ガス流２０および２２は純酸素とすることができ、あるいは、酸素に加え、その他の種々のガス（例えば窒素、二酸化炭素、アルゴン等）を含有することができる。酸素富化ガス流２０および２２の組成は、酸素富化ガス源１８の種類およびガスタービンシステム１０の所望する用途に応じて決まる。酸素富化ガス流２０および２２の流れは、任意の好適な方法（例えば弁）によって制御される。
【００１５】
１実施形態において、酸素富化ガス流（例えば符号２０および２２）は、約３０容積パーセント以上の酸素を有する。この範囲内で、酸素富化ガス流は、約４０容積パーセント以上の酸素、特に約５０容積パーセント以上の酸素とすることができる。また、この範囲内で、酸素富化ガス流は、約９９容積パーセント以下の酸素、特に約８０容積パーセント以下の酸素とすることができる。その他の実施形態において、酸素富化ガス流は１００容積パーセントの酸素を有する。すなわち、酸素富化ガス流は純酸素である。
【００１６】
燃焼器１４は、圧縮機１２から、酸素富化されたガスを受ける（これを流２４で示す）。その他の実施形態において、燃焼器は、酸素富化ガス源１８から酸素富化流２２を直接受ける。種々の噴射の仕組みを以下でより詳しく検討する。燃焼器１４には燃料源（図示せず）からの燃料も送られ、このことが燃料流２６で示される。燃料の種類の数例としては、水素、蒸留燃料、天然ガスを含むが、これらに限定されるものではない。例示的蒸留燃料は、ディーゼル燃料＃２、ＪｅｔＡ燃料、ケロシンおよびＪＰ８を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
燃焼器１４内で酸素富化ガスを使用することにより、燃焼器１４は、酸素源として空気のみが使われた場合よりも広い領域にわたって作動することができる。別の言い方をすれば、酸素富化ガスを使用すれば、燃焼器１４の希薄噴出温度が向上する。すなわち、燃焼器１４内での火炎噴出が、酸素富化ガスが使われていない（例えば空気のみである）場合の火炎噴出と比較して低温で起こる。このことにより、作動温度領域全体が低下することから、希薄噴出温度が低下すればＮＯＸ排出が低減される。
【００１８】
さらに、種々の実施形態において、酸素富化ガスが生成することによりガスタービンシステム１０は、実質一定の負荷、例えば約２０パーセント以下、特に１０パーセント以下の負荷変動で作動することができる。例えば１実施形態において、ガスタービンシステム１０は電気発生に使用される。ガスタービンシステムが電気を生成する能力を負荷が下まわる場合には、電気を電解槽と共に使用して、酸素および窒素を生成し貯蔵することができる。
【００１９】
タービン組立体１６は、軸方向流れ組立体、半径方向流れ組立体、横流れ組立体等を含むことができる。タービン組立体１６は、少なくとも１つのタービン段を有する。１実施形態において、タービン段は固定子と回転子とを有する。固定子は固定され、すなわち回転子のようには回転せず、流れを方向づけるように働く。その他の種々の実施形態において、タービン組立体１６は固定子を使わない。むしろ、流れは、燃焼器１４の出口を適切に位置合わせすることによって方向づけられる。その上に／別法として、流れは逆回転タービンによって方向づけられる。タービン組立体１６が使用されて、排ガスを排除して推力が提供されるか、タービンの１つに連結されたシャフトを回転させることにより機械力が提供されるか、または、推力と機械力とを組み合わせたものが提供される。１実施形態において、単数または複数のタービン段により駆動される単数または複数のシャフトが、圧縮機１２に動力を与える。さらに、このエネルギーを使用して、車両（例えば飛行機、ヘリコプター、戦車等）、動力発生設備または組立体、ガスタービンエンジン自体、等に動力を与えることができる。
【００２０】
酸素富化ガス源１８は、少なくとも燃焼器１４と選択的に流体連通するように配置されており、燃焼器１４の上流に通常配置されている。種々の実施形態において、酸素富化源は、圧縮機１２と選択的に流体連通するように配置されている。酸素富化源１８は、１）圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム、２）電解槽、または３）膜反応器である。システムの選択肢は所望する用途に応じて決まる。例えば、電解槽の使用は、水を容易に利用可能な非可動式（すなわち固定式）用途において特に有用である。一方で、これら３つのシステムの各々は、可動式用途と固定式用途の両方の使用に適合されている。当然のことながら、酸素富化ガス源１８は選択的に、ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）システムで使われる空気分離装置（ＡＳＵ）を含むことができる。ＡＳＵは、酸素および窒素を空気から分離する極低温施設と非極低温施設の両方を含む。
【００２１】
１実施形態において、酸素富化ガス源１８は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムである。ＰＳＡシステムは、低費用の酸素をオンサイト式およびオンデマンド式で生成するのに効果的である。ＰＳＡシステムでは、分子篩（通常ゼオライトである）を用いて酸素が空気から分離される。通常、空気は、７９容積パーセントの窒素と、２１容積パーセントの酸素と、０．９容積パーセントのアルゴンとを有し、その他のガスとのバランスが保たれる。運転中、窒素を空気から分子篩へと吸着させるのに十分な圧力で空気が分子篩を通過すると同時に、その他のガス、つまり酸素が分子篩を通過することができる。結果として生じる酸素流出流が酸素内で富化される。酸素富化流２０および２２の純度は用途に応じて変化するが、幾つかの実施形態において、流は約９０容積パーセント以上の酸素を有する。
【００２２】
分子篩は周期的に窒素で飽和するので、再生する必要がある。再生運転モード中、分子篩に空気および／または酸素が導入される。分子篩上で吸収された窒素に空気および／または酸素が接触するとき、窒素は脱着し、大気に放出されるか、燃焼器１４に送られる。
【００２３】
別の実施形態において、酸素富化ガス源１８は電解槽である。通常、電解槽は少なくとも１つの電気化学セルを有する。より具体的には、電気化学セルは、電解質（例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ））の両側に配置された陽極および陰極を有する。運転中、電極（すなわち陽極および陰極）に電流が加えられ、電極は、水（Ｈ２Ｏ）を水素ガス（Ｈ２）と酸素ガス（Ｏ２）とに電解する。ＰＳＡシステムのように、電解槽により、酸素富化ガスはオンサイト式およびオンデマンド式に生成することができる。ガスの純度は所望する用途に応じて変化するが、幾つかの実施形態では、酸素ガス濃度は９０容積パーセント以上である。
【００２４】
酸素富化ガス流２０および２２で示すように、電解槽から生成した酸素は、圧縮機１２および／または燃焼器１４に送られる。さらに、この実施形態は、有利なことに水素ガスを生成し、この水素ガスを燃料と混合することができる。水素が燃料と混合される場合、燃焼器は火炎噴出を回避しつつ、水素ガスが燃料と混合されないシステムと比較してより希薄に作動することができる。その他の実施形態では、水素が導入され、燃焼器１４に入る前に燃料流２６と混合される。別法として、水素は燃焼器１４に直接送られる。その上さらに、電解槽から酸素と水素の両方を送ることにより、酸素が燃料と混合して含酸素燃料を生成し、これにより燃焼器１４におけるコーキング（すなわち炭素形成）が防止されるということに留意される。
【００２５】
さらに別の実施形態において、酸素富化ガス源１８は膜反応器である。膜反応器において、酸素は、空気、または、酸素（Ｏ２）が成分であるその他のガス混合気から分離される。より具体的には、膜反応器は通常、酸素透過膜として働く高密度セラミックス材料（例えばペロブスカイト）を有する。膜には触媒材料が配置されている。運転中、空気中に存在する酸素ガスまたはその他のガスの混合気が、膜表面で酸素負イオンに還元される。酸素負イオンはその後、通常は膜の片面に真空を与えることにより膜を通して搬送される。膜を通して搬送された後、酸素負イオンは再結合し、電子を解放しながら酸素ガスを形成する。結果として生じるこの酸素富化ガスは、酸素富化ガス流２０および２２として表される。別の言い方をすれば、膜反応器により生成される酸素富化ガスは、酸素富化ガス流２０および２２で示すように、圧縮機１２および／または燃焼器１４に送られる。１実施形態において、膜反応器により生成する窒素ガスも、燃焼器１４で使用される。
【００２６】
当業者には理解されることであるが、さらに当然のことながら、ガスタービンシステム１０を修正して、通常はガスタービンエンジンで使われるその他の種々の要素を含むことができる。要素は用途に応じて変化するが、例示的な付加的要素としては、燃料噴射システム、ターボファン、ラム管、弁、制御システム（例えばコンピュータ）等を含む（ただしこれらに限定されるものではない）。さらに、ガスタービンシステム１０は、ターボファンとターボシャフトエンジンの両方で使うように適合させることができる。
【００２７】
図２は、ガスタービンシステムの別の実施形態を、全体として符号５０で明示して示す。この図は、選択的な付加的特長を示す。ガスタービンシステム５０は、圧縮機１２と、燃焼器１４と、タービン組立体１６と、酸素富化ガス源１８とを有する。１実施形態において、圧縮機１２は、燃焼器１４の上流でこれと流体連通して設置されており、燃焼器は、タービン組立体１６の上流でこれと流体連通して設置されている。これらの要素の各々の詳細は、ガスタービンシステム１０（図１）に関して上で検討されている。
【００２８】
ガスタービンシステム５０は、選択的流出貯蔵タンク２８および３０と、選択的酸素源貯蔵タンク３２とをさらに有する。酸素源貯蔵タンク３２は、選択的弁３４を介して、酸素富化ガス源１８と選択的に流体連通するように配置されている。酸素源貯蔵タンク３２内部に貯蔵された酸素源は、酸素富化ガス源１８用に選択されたシステムに応じて変化する。例えば酸素富化ガス源１８が電解槽である場合、酸素源は水であり、この水が酸素富化ガスおよび水素ガスを生成するのに使用される。さらにその他の実施形態において、例えば酸素富化ガス源１８が膜反応器である場合、酸素源貯蔵タンク３２を使用して空気を貯蔵することができ、あるいは全体を省略することができる。
【００２９】
酸素富化ガス源１８が電解槽である実施形態において、電解槽内で生成された酸素富化ガスは、弁３６を介して燃焼器１４と選択的に流体連通するように配置された流出貯蔵タンク２８内で貯蔵される。同様に、電解槽内で生成された水素は、流出貯蔵タンク３０内で貯蔵される。弁３８が使用されて、流出貯蔵タンク３０から燃焼器１４または燃料流２６への水素の流れが選択的に制御される。同様に、その他の実施形態において、流出貯蔵タンク２８は、酸素富化ガスを貯蔵するのに使用される一方、流出貯蔵タンク３０は、窒素を貯蔵するのに使用されるか、または省略される。換言すれば、種々の選択的システム要素を、所望する用途に応じて追加または省略できるということを、当業者ならば理解するであろう。
【００３０】
例えば、ガスタービンシステム５０は、タービン組立体１６の下流でこれと作動可能に連通するように配置された選択的発生器４０をさらに有する。発生器４０は、回転式タービン組立体からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換するのに使用される。この実施形態は、固定式用途、例えば発電所において特に有用である。その他の実施形態では、所望されるシステムの出力が、出力としての電力ではなく排ガスを排除することによって引き起こされる推力であることから、発生器が省略される。
【００３１】
さらに、当業者には容易に理解されることであるが、ガスタービンシステム５０は付加的な選択的要素をさらに有することができる。例えば、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（図示せず）をタービン組立体１６の下流でこれと流体連通するように配置することができ、その結果、タービン組立体１６からの排ガスを使用して蒸気を生成することができる。１実施形態において、ＨＲＳＧの下流でこれと流体連通するように配置された蒸気タービン（図示せず）に蒸気が供給される。選択的な発生器（図示せず）を蒸気タービンの下流でこれと作動可能に連通するように配置して、電力を生成することができる。
【００３２】
図３は、内燃エンジンシステムの実施形態であり、これを全体として符号６０で明示する。この図は、ガスタービンシステム１０および５０に関して上で適用された原則が内燃エンジンにも等しく適用できるということを示す。内燃エンジンシステム６０は、酸素富化ガス源４１と内燃エンジン４２とを有する。内燃エンジン４２は、酸素富化ガス源４１の下流でこれと流体連通するように配置されている。酸素富化ガス源４１は、システム１０および５０に関して上で検討した酸素富化ガス源１８と同様であり、ＰＳＡシステム、電解槽、または膜反応器を含む。内燃エンジン４２は火花点火エンジンと圧縮点火エンジンの両方を含む。
【００３３】
運転中、主要酸素源からの酸素４４と燃料源からの燃料４６とが内燃エンジン４２へと導入される。通常、主要酸素源は空気である。燃料源は、エンジンが使われている用途と同様に、内燃エンジンの種類に応じて変化する。好適な燃料源は、炭化水素燃料（例えばガソリン、ディーゼル、エタノール、メタノール、ケロシン等）、ガス燃料（例えば天然の流体、プロパン、ブタン等）、および代替の燃料（例えば水素、生物燃料、ジメチルエーテル等）、ならびに以上の燃料の少なくとも１つを有する組み合わせを含む。次に、燃料が酸素と共に燃焼され、動力を生成する。
【００３４】
酸素富化ガス源４１からの酸素富化ガス流４８が、内燃エンジン４２へ選択的に導入される。流出流５２で示すように、用途に応じてその他の種々のガスを内燃エンジンへと導入することができる。例えば、流出流５２は、水素ガス、窒素ガス、または以上を組み合わせたものを有することができる。
【００３５】
これらの原則が内燃エンジンに適用される場合、ＮＯＸ排出と煤煙の両方の低減も均一な燃焼も実現されるということを簡単に注記しておく。さらに、酸素富化ガス流４８が制御可能であることから、酸素噴射を選択的に制御して、内燃エンジン４２を異なる負荷で作動させることができ、これにより予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）が可能となる。
【００３６】
次に図４〜図６を参照すると、酸素富化ガスを燃焼器１４へ導入する種々の方法の略図が示される。燃焼器１４は、主要火炎帯５２および補助的火炎帯５４を有する。図４は、酸素富化ガス５１が、主要火炎帯５２の上流で空気および燃料混合気５６に導入されていることを示す。この実施形態では、火炎安定性が促進され、酸素富化ガスが使われていないシステムと比較してＮＯＸ生成が低減される。図５は、酸素富化ガス５１が主要火炎帯５２へと直接導入される実施形態を示す。ここでも、この実施形態は火炎安定性を促進し、ＮＯＸ生成を低減する。図６は、酸素富化ガス５１が補助的空気帯５４へと直接導入される実施形態を示す。この実施形態は有利なことに、一酸化炭素（ＣＯ）排出を低減する。当然のことながら、所望する用途に応じて、これらの方法を様々に組み合わせて使うことができる。例えば、酸素富化ガス５１を、主要流れ帯５２の上流と、主要流れ帯５２へ直接の両方に導入することができる。種々の実施形態において、上で説明したように、酸素富化ガスを、往復するやり方で導入することができる。つまり、酸素富化ガス５１を燃焼器へと導入することを、受動的または積極的に制御することができる。
【００３７】
有利なことに、本願で開示したガスタービンシステムおよび内燃エンジンにより、より希薄な燃焼および低い火炎温度が可能となり、これにより排出が、つまりＮＯＸ排出が低くなる。さらに、ＰＳＡシステムを使用すれば、電解槽または膜反応器により、酸素富化ガスをオンサイト式およびオンデマンド式で生成することができ、これにより、本明細書において開示するガスタービンシステムおよび内燃システムを可動式用途と固定式用途の両方で使うことが可能となる。
【００３８】
さらに、有利なことに、酸素富化ガスを燃焼器の燃焼帯（例えば主要帯５２および／または補助的帯５４）へ噴射することにより燃焼の力学的揺動を低減でき、これにより、ガスタービンで使用される希薄な燃焼システムと比較した場合、より希薄な温度および低いＮＯＸ排出を可能にする運転性の機会を増やせることに留意される。さらに、酸素富化ガスの噴射により、燃焼器における一酸化炭素の排出を減少させることもできる。通常は、一酸化炭素に対するＮＯＸのトレードオフが存在して、燃焼器を作動できる最低温度を制限する。一酸化炭素が減少すれば、酸素富化ガスの噴射により、酸素富化ガスが使われていないシステムと比較してＮＯＸ排出の低減がさらに可能になる。
【００３９】
例示的実施形態を参照して本開示を説明したが、種々の変更を行うことができ、本開示の範囲から逸脱することなくその要素に等価物を代用できるということが当業者には理解されよう。これに加えて、その本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正を行って本開示の教示に具体的な状況または材料を適合させることができる。したがって、本開示は、本開示を実行するために熟慮され最良の形態として開示された具体的な実施形態に限定されるものではないが、本開示は、添付の特許請求の範囲内にある全ての実施形態を含むことになるということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガスタービンシステムの実施形態の略図である。
【図２】ガスタービンシステムの別の実施形態の略図である。
【図３】内燃エンジンシステムの実施形態の略図である。
【図４】酸素富化ガスを燃焼器へと導入する方法の実施形態の略図である。
【図５】酸素富化ガスを燃焼器へと導入する方法の別の実施形態の略図である。
【図６】酸素富化ガスを燃焼器へと導入する方法のさらに別の実施形態の略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン組立体
１８  富化酸素源
２０  酸素富化ガス流
２２  酸素富化ガス流
２４  圧縮機からの流
２６  燃料流
２８  流出貯蔵タンク
３０  流出貯蔵タンク
３２  酸素源貯蔵タンク
３４  弁
３６  弁
３８  弁
４０  発生器
４１  酸素富化ガス源
４２  内燃エンジン
４４  主要酸素源
４６  燃料源
４８  酸素富化ガス源
５０  ガスタービンシステム
５１  酸素富化ガス
５２  主要帯
５４  補助的帯
５６  空気／燃料混合気
６０  内燃システム
【図１】
2007255424.tif 000003
【図２】
2007255424.tif 000004
【図３】
2007255424.tif 000005
【図４】
2007255424.tif 000006
【図５】
2007255424.tif 000007
【図６】
2007255424.tif 000008