(57)【要約】【課題】  サイクル出力能力及び効率が低下しないホイール及びバケットの冷却方法を提供する。【解決手段】  ターボ機械は、吸気部分で受け入れた空気を圧縮して、出口部分に流出する圧縮空気を生成する圧縮機を含む。燃焼器は、圧縮機に作動的に結合され、圧縮空気を受け入れる。タービンは、燃焼器に作動的に結合され、燃焼器からの燃焼ガス流を受け入れる。タービンは、複数のホイール及び複数のバケットを有し、複数のホイールを冷却する圧縮機抽気空気を受け入れる。冷却システムは、タービンに作動的に結合し、複数のホイールに取り付けられるか又はその内部に埋め込まれる複数のヒートパイプを有する。圧縮機抽気空気は、複数のホイール又は複数のヒートパイプに衝突する。複数のヒートパイプ及び圧縮機抽気空気は、ホイールを冷却する。【選択図】      図１
2016196885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気部分（２０２）で受け入れた空気を圧縮して、出口部分（２０４）に流出する圧縮空気を生成するように構成された圧縮機（１１０）と、
前記圧縮機に作動的に結合され、前記圧縮空気を受け入れる燃焼器（１２０）と、
前記燃焼器に作動的に結合され、前記燃焼器からの燃焼ガス流を受け入れ、複数のホイール（１３１）及び複数のバケット（１３２）を有し、前記複数のホイールのうちの少なくとも１つを冷却するための圧縮機抽気空気（２３０）を受け入れる、タービン（１３０）と、
前記タービンに作動的に結合し、前記複数のホイールのうちの少なくとも１つに取り付けられるか又はその内部に埋め込まれる複数のヒートパイプ（２２０）を有する冷却システム（２１０）と、
を備える、ターボ機械（１００）であって、
前記圧縮機抽気空気は、前記複数のホイール又は前記複数のヒートパイプのうちの少なくとも１つに衝突するようになっており、前記複数のヒートパイプ及び前記圧縮機抽気空気は、前記複数のホイールを冷却するようになっている、ターボ機械。
【請求項２】
前記複数のヒートパイプは、アルミニウム、ベリリウム、ベリリウム−フッ素合金、ボロン、カルシウム、セシウム、コバルト、鉛ビスマス合金、液体金属、リチウム−塩素合金、リチウム−フッ素合金、マンガン、マンガン−塩素合金、水銀、融解塩、カリウム、カリウム−塩素合金、カリウム−フッ素合金、カリウム−窒素−酸素合金、ロジウム、ルビジウム−塩素合金、ルビジウム−フッ素合金、ナトリウム、ナトリウム−塩素合金、ナトリウム−フッ素合金、ナトリウム−ボロン−フッ素合金、ナトリウム−窒素−酸素合金、ストロンチウム、スズ、ジルコニウム−フッ素合金のうちの１つ又はこれらの組み合わせを含む熱伝達媒体をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記複数のヒートパイプは、カリウム、ナトリウム、又はセシウムのうちの１つ又はこれらの組み合わせを含む融解塩熱伝達媒体をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記圧縮機抽気空気は、前記圧縮機の第１段から引き出される、請求項３に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記圧縮機抽気空気は、前記圧縮機の第１段と前記圧縮機の第３段との間から引き出される、請求項３に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記複数のヒートパイプは、第１段タービンホイールの中又はその上に配置され、前記圧縮機抽気空気は、前記第１段タービンホイールの内側低圧半径領域に衝突するようになっている、請求項３に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記圧縮機抽気空気は、前記第１段タービンホイールに衝突した後でタービン排気口に向けられる、請求項６に記載のターボ機械。
【請求項８】
前記複数のヒートパイプは、断面形状を有し、該断面形状は、概して円形、楕円形、角部が丸い矩形、又は多角形のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項９】
第１段タービンホイールの上流に脱イオン水を噴射するように構成された脱イオン水噴射システムをさらに備える、請求項３に記載のターボ機械。
【請求項１０】
ターボ機械（１１０）用の冷却システム（２１０）であって、該ターボ機械は、吸気部分（２０１）で受け入れた空気を圧縮して出口部分（２０４）に流出する圧縮空気を生成するように構成された圧縮機（１１０）と、前記圧縮機に作動的に結合され、前記圧縮空気を受け入れる燃焼器（１２０）と、前記燃焼器に作動的に結合され、前記燃焼器からの燃焼ガス流を受け入れ、複数のタービンホイール（１３１）を有し、前記複数のタービンホイールのうちの少なくとも１つを冷却するための圧縮機抽気空気（２３０）を受け入れる、タービン（１３０）と、
を備え、
前記冷却システムは、
実質的に前記複数のホイールのうちの少なくとも１つの内部に配置され、前記タービンホイールのうちの少なくとも１つの外半径位置から前記タービンホイールのうちの少なくとも１つの内半径位置まで延び、前記外半径位置から前記内半径位置へ熱を伝導するようになった複数のヒートパイプ（２２０）を備え、
前記圧縮機抽気空気は、前記タービンホイールのうちの少なくとも１つの内半径部分に衝突するようになっており、
前記圧縮機抽気空気は、前記第１段タービンホイールに衝突した後にタービン排気口に向けられる、冷却システム。
【請求項１１】
前記複数のヒートパイプは、カリウム、ナトリウム、又はセシウムのうちの１つ又はそれらの組み合わせを含む融解塩熱伝達媒体をさらに備える、請求項１０に記載の冷却システム。
【請求項１２】
前記圧縮機抽気空気は、前記圧縮機の第１段から、又は前記圧縮機の第１段と前記圧縮機の第３段との間から引き出される、請求項１１に記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記複数のヒートパイプは、実質的に第１段タービンホイールの内部に配置され、前記圧縮機抽気空気は、前記第１段タービンホイールに衝突するようになっている、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項１４】
第１段タービンホイールの上流に脱イオン水を噴射するようになっている脱イオン水噴射システムをさらに備える、請求項１３に記載の冷却システム。
【請求項１５】
ターボ機械（１００）を冷却する方法であって、
空気流を圧縮機（１１０）に通過させる段階であって、該圧縮機は、空気流に作用して圧縮空気流を生成し、該圧縮空気流の一部は抽出されて圧縮機抽気空気流（２３０）を形成し、該抽気空気流は、タービンホイール（１３１）の内側低圧半径領域に向けられる、段階と、
複数のヒートパイプ（２２０）に熱伝達することで前記タービンホイールから熱を除去する段階であって、該複数のヒートパイプは、前記タービンホイールの外半径位置から前記タービンホイールの内半径位置へ延びる、段階と、
前記複数のヒートパイプによって前記タービンホイールの前記外半径位置から前記内半径位置へ熱を伝導する段階と、
前記圧縮機抽気空気流を前記内半径位置に向けることで前記タービンホイールを冷却する段階と、
前記圧縮機抽気空気流をタービン排気口から排出する段階と、
を含む方法。
【請求項１６】
前記複数のヒートパイプは、カリウム、ナトリウム、又はセシウムのうちの１つ又はそれらの組み合わせを含む融解塩熱伝達媒体をさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記圧縮機の第１段から前記圧縮機抽気空気流を引き出す段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記圧縮機の第１段と前記圧縮機の第３段との間から前記圧縮機抽気空気流を引き出す段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のヒートパイプは、実質的に第１段タービンホイールの内部に配置され、前記圧縮機抽気空気は、前記第１段タービンホイールの内側低圧半径領域に衝突するようになっている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１段タービンホイールの軸方向上流に脱イオン水を噴射する段階をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の例示的な実施形態は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械のホイール及びバケットのためのヒートパイプ温度管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、タービンに作動可能に結合された圧縮機を含み、結果として発電機等の他の機械を駆動する。圧縮機は、流入する空気流を圧縮し、この圧縮空気は燃焼器に供給され、燃料と混合して着火されて高温高圧の燃焼生成物を生成するようになっている。高温高圧の燃焼生成物は、タービンを駆動するために用いられる。燃焼生成物は高温なので、ガスタービンのホイール及びバケットを冷却する必要がある。公知の材料には限界があり、ホイール及びバケットは、冷却することでこの高温において作動することができる。この冷却は、通常、圧縮機から抽出される高圧空気によって達成される。しかしながら、圧縮機の高圧空気による冷却には、サイクル出力能力及び効率が低下するという望ましくない特性がある。従って、ホイール及びバケットの別の冷却方法に対するニーズがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８８１６５２１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１つの態様において、ターボ機械は、吸気部分で受け入れた空気を圧縮して、出口部分に流出する圧縮空気を生成するように構成された圧縮機を含む。燃焼器は、圧縮機に作動的に結合され、圧縮空気を受け入れる。タービンは、燃焼器に作動的に結合され、燃焼器からの燃焼ガス流を受け入れる。タービンは、複数のホイール及び複数のバケットを有し、複数のホイールのうちの少なくとも１つを冷却するための圧縮機抽気空気を受け入れる。冷却システムは、タービンに作動的に結合し、複数のホイールのうちの少なくとも１つに取り付けられるか又はその内部に埋め込まれる複数のヒートパイプを有する。圧縮機抽気空気は、複数のホイール又は複数のヒートパイプのうちの少なくとも１つに衝突するようになっている。複数のヒートパイプ及び圧縮機抽気空気は、ホイールを冷却するようになっている。
【０００５】
本発明の他の態様において、ターボ機械用の冷却システムが提供される。ターボ機械は、吸気部分で受け入れた空気を圧縮して出口部分に流出する圧縮空気を生成するように構成された圧縮機を含む。燃焼器は、圧縮機に作動的に結合され、前記圧縮空気を受け入れる。タービンは、燃焼器に作動的に結合され、燃焼器からの燃焼ガス流を受け入れる。タービンは、複数のタービンホイールを有し、前記複数のタービンホイールのうちの少なくとも１つを冷却するための圧縮機抽気空気を受け入れる。冷却システムは、実質的に複数のホイールのうちの少なくとも１つの内部に配置される複数のヒートパイプを含む。複数のヒートパイプは、タービンホイールのうちの少なくとも１つの外半径位置からタービンホイールのうちの少なくとも１つの内半径位置まで延びる。複数のヒートパイプは、外半径位置から内半径位置へ熱を伝導するようになっている。圧縮機抽気空気は、タービンホイールのうちの少なくとも１つの内半径部分に衝突するようになっており、圧縮機抽気空気は、第１段タービンホイールに衝突した後にタービン排気口に向けられる。
【０００６】
本発明のさらに別の態様において、ターボ機械を冷却する方法が提供される。本方法は、空気流を圧縮機に通過させる段階を含む。圧縮機は、空気流に作用して圧縮空気流を生成し、圧縮空気流の一部は抽出されて圧縮機抽気空気流を形成する。抽気空気流は、タービンホイールの内側低圧半径領域に向けられる。除去する段階は、複数のヒートパイプに熱伝達することでタービンホイールから熱を除去する。複数のヒートパイプは、タービンホイールの外半径位置からタービンホイールの内半径位置へ延びる。伝導する段階は、複数のヒートパイプによってタービンホイールの外半径位置から内半径位置へ熱を伝導する。冷却する段階は、圧縮機抽気空気流を内半径位置に向けることでタービンホイールを冷却する。排出する段階は、圧縮機抽気空気流をタービン排気口から排出する。本方法は、圧縮機の第１段から圧縮機抽気空気流を引き出す、及び／又は圧縮機の第１段と圧縮機の第３段との間から圧縮機抽気空気流を引き出す段階をさらに含む。複数のヒートパイプは、実質的に第１段タービンホイールの内部に配置され、圧縮機抽気空気は、第１段タービンホイールの内側低圧半径領域に衝突するようになっている。随意的に第１段タービンホイールの軸方向上流に脱イオン水を噴射する段階を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ターボ機械の簡略化された概略図。
【図２】本発明の態様によるターボ機械の一部を通る部分概略的軸方向断面図。
【図３】本発明の態様によるヒートパイプを組み込んだタービンホイールの軸方向断面図。
【図４】本発明の態様によるヒートパイプを組み込んだタービンホイールの部分的な円周方向断面図。
【図５】本発明の態様による円形又は円筒形ヒートパイプの断面図。
【図６】本発明の態様による楕円形ヒートパイプの断面図。
【図７】本発明の態様による多角形ヒートパイプの断面図。
【図８】本発明の態様による角部が丸い矩形ヒートパイプの断面図。
【図９】本発明の態様による複数のフィンを備えた円形又は円筒形ヒートパイプの断面図。
【図１０】本発明の態様による脱イオン水噴射冷却システムを有するターボ機械の一部を通る部分概略的軸方向断面図。
【図１１】本発明の態様によるターボ機械を冷却する方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の１つ又はそれ以上の特定の実施形態について以下に説明する。これらの態様／実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【０００９】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。動作パラメータ及び／又は環境条件の例は、開示された実施形態の他のパラメータ／条件だけに限定されない。加えて、本発明の「一実施形態」、「一態様」、「１つの実施形態」、又は「１つの態様」に対する言及は、同様に記載の特徴部を組み込んだ追加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない点を理解されたい。
【００１０】
図１は、ターボ機械１００の簡略化された概略図を示す。ターボ機械は、燃焼器１２０に作動的に結合した圧縮機１１０を備え、燃焼器１２０はタービン１３０に作動的に結合する。タービンの排気口は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１４０に作動的に結合することができる。ＨＲＳＧ１４０は、蒸気タービン１５０に送られる蒸気を発生する。本実施例では、全ての個別のターボ機械は、単一シャフト構成で配置され、シャフト１６０は発電機１７０を駆動する。用語「ターボ機械」は、圧縮機、タービン、又はこれらの組み合わせを含むことを理解されたい。
【００１１】
図２は、本発明の態様による、ターボ機械の一部を通る、部分概略的な軸方向断面図を示す。ターボ機械１００は、吸気部分２０２及び出口部分２０４を有する圧縮機１１０を含む。圧縮機は、吸気部分２０２で受け入れた空気を圧縮して圧縮空気流を生成し、この圧縮空気流は、出口部分２０４に流出するか又はここから流出する。圧縮機１１０は、複数のロータブレード１１４及びステータベーン１１６を含む。隣接する対のブレード１１４及びベーン１１６は、圧縮機１１０の或る段を構成する。燃焼器１２０は、圧縮機１１０に作動的に結合され、燃焼器１２０は、圧縮空気流を受け入れる。タービン１３０は、燃焼器１２０に作動的に結合され、タービン１３０は、燃焼器１２０からの燃焼ガス流を受け入れる。また、タービン１３０は、複数のホイール１３１に取り付けられた複数のバケット１３２、及び複数の固定ノズル１３４を含む。用語「バケット」及び「ブレード」は、同義的に使用することができ、ガスタービンの回転要素を指すことが理解される。
【００１２】
ターボ機械のタービン１３０は、圧縮機１１０から抽出した空気を利用して、高温金属構成要素を構成要素ベース金属特性に許容可能は温度まで冷却する。タービン回転構成要素（例えば、ホイール１３１及びバケット１３２）は、内部通路を用いて冷却されるが、固定構成要素（例えば、ノズル１３４）は、外部通路を用いて冷却される。外部通路はアクセスが容易なので、従来から固定構成要素の冷却を強化するための多くの方法が知られている。回転構成要素は、圧縮機から抽気された空気で冷却することができる。従来、高圧高温空気は、後半の圧縮機段から抽気されていた。例えば、最後の３分の１から最後の４分の１までの圧縮機段から圧縮空気が抽気されてタービンに送られることになる。抽気された空気は、ホイール１３１を通り過ぎ、場合によってはバケット１３２を通過するので、対流熱伝達によって構成要素を冷却する。残念ながら、圧縮機から抽出された高圧空気は、サイクル出力能力及び機械効率に悪影響を及ぼす。加えて、高圧空気は温度が高く（先の圧縮機段に対して）、高温の空気は、低温の空気よりも冷却の点で有効性が低い。
【００１３】
この冷却（温度管理）プロセスは、圧縮機抽気空気の温度が低下する場合に改善できる。これを実現する１つの方法は、圧縮機の前段から空気を抽出することである。先頭又は最初の数段での空気は、圧縮機の後半の段からの空気よりも温度及び圧力が低い。しかしながら、前半の圧縮機段からの抽気空気は（単独で）、タービンバケットよりも圧力が低いので、タービン構成要素を冷却するために、それ自身で伝わることはできない。本発明によれば、冷却システム２１０は、実質的にタービンホイール１３１の少なくとも１つの内部に取り付けられた又は埋め込まれた／配置された複数のヒートパイプ２２０を含む。例えば、ヒートパイプ２２０は、図２に示すように、第１段のタービンホイールの内部に配置することができる。もしくは、ヒートパイプ２２０は、ホイール１３１の上流側の周りで円周方向に配置及び／又は配列すること、又は複数のタービンホイール段に配置することができる。ヒートパイプは、ロータバレル冷却チャンバ１３６の内部に取り付けることができる。ヒートパイプ２２０は、ホイール１３１の外半径位置（例えば、バケット１３２の近くの）からホイールの内半径位置まで延在する。この構成により、ヒートパイプは、ホイール１３１のより高温の外半径部分から、ホイールのより低温の内半径部分へ熱を伝達するか又は伝導することができる。
【００１４】
圧縮機抽気空気２３０は、圧縮機１１０の前半段から抽出される。例えば、抽気空気２３０は、圧縮機の第１段吐出抽気ポート（１１２で示す）から抽出すること、第１の圧縮機段と第３の圧縮機との間から抽出すること、又は特定の用途での必要に応じて任意の適切な圧縮機段から抽出することができる。後半の圧縮機段と比較した場合、前半の圧縮機段を用いる利点は、抽出される（抽気される）空気が低温であることである。低温空気は、比較的高温のタービン構成要素に対する大きな温度差により、冷却に望ましい。圧縮機抽気空気２３０は、適切なダクトシステム（明瞭化のため図示せず）によってロータバレル冷却チャンバ１３６及び／又はホイール１３１に送ることができる。例えば、抽気空気ダクトシステムは、圧縮機１１０及びタービン１３０の半径方向内側部分に沿って配設することができる。図示の実施例において、圧縮機抽気空気は、第１段タービンホイールの内側の低圧の放射状／半径部分に衝突するようになっている。このホイールの半径方向内側部分は、冷却することができ、熱は通過する抽気空気によって除去されることになる。圧縮機抽気空気は、ホイール１３１と接触した後に、ライン２３５で示すようにタービン排気口に向かわせることができる。
【００１５】
図３は、本発明の態様によるヒートパイプを組み込んだタービンホイールの軸方向断面図である。タービンホイール１３１は、ホイールの外半径部分の周りで円周方向に配置された複数のダブテールを含む。バケット１３２（図示せず）は、これらのダブテールに挿入されている。ダブテール領域は、３０１で示されている。ヒートパイプ２２０は、ホイール１３１の内半径部分／位置３０２から外半径部分／位置３０４まで延在するようになっている。内半径部分は、円周方向に配置されたヒートパイプ部分を有する円周方向スロット３０６を含むことができる。ヒートパイプ２２０は、円周方向に配置されたヒートパイプ部分と、ホイール１３１の外半径部分に向かって外向きに延びる複数の半径方向分岐部とを含むことができる。作動時、ヒートパイプ２２０は、ホイール１３１の高温の外半径部分３０４から内半径部分３０２へ熱を伝達することができるので、ホイール１３１の外側部分及びこれに取り付けられたバケット１３２を冷却する。
【００１６】
図４は、本発明の態様によるヒートパイプ２２０を組み込んだタービンホイール１３１の部分的な円周方向断面図を示す。バケット１３２は仮想線で示される。ヒートパイプ２２０は、外半径位置３０４から延び、バケットのダブテールの底部を通って、内半径位置３０２へ延びることができる。バケット１３２は、高温燃焼ガスに晒され、この熱は、ホイール１３１に伝導することになる。この熱の一部は、ヒートパイプ２２０によって外半径位置３０４から取り除くことができ、ヒートパイプ２２０は、この熱を内半径位置に伝導又は熱伝達する。低温かつ低圧の圧縮機抽気空気２３０は、この内半径位置に衝突するように送ることができる。
【００１７】
ヒートパイプ２２０は、液体金属、溶融塩、又はＱｕ材料とすることができる熱伝達媒体を含む。例示的に、熱伝達媒体は、アルミニウム、ベリリウム、ベリリウム−フッ素合金、ボロン、カルシウム、セシウム、コバルト、鉛−ビスマス合金、液体金属、リチウム−塩素合金、リチウム−フッ素合金、マンガン、マンガン−塩素合金、水銀、融解塩、カリウム、カリウム−塩素合金、カリウム−フッ素合金、カリウム−窒素−酸素合金、ロジウム、ルビジウム−塩素合金、ルビジウム−フッ素合金、ナトリウム、ナトリウム−塩素合金、ナトリウム−フッ素合金、ナトリウム−ボロン−フッ素合金、ナトリウム−窒素−酸素合金、ストロンチウム、スズ、ジルコニウム−フッ素合金の１つ又は組み合わせとすることができる。１つの特定の実施例において、熱伝達媒体は、カリウム、ナトリウム、又はセシウムを含む融解塩とすることができる。ヒートパイプ２２０の外側部分は、
高熱伝導性、高強度、及び熱伝達媒体への高い耐腐食性といった複数の目的に対応することができる任意の適切な材料で作ることができる。
【００１８】
ヒートパイプ２２０は、熱伝導性が非常に高い「Ｑｕ−材料」で形成することができる。Ｑｕ−材料は、ヒートパイプの内面に施された多層コーティングの形態とすることができる。例えば、固体熱伝達媒体は、３層の基層の形で内壁に施工することができる。最初の２層は、ヒートパイプの内壁に晒された溶液から調製される。最初に、ナトリウム、ベリリウム、マンガン又はアルミニウム等の金属、カルシウム、ボロン、及び重クロム酸基の種々の組み合わせをイオン型で含む第１の層が、０．００８ｍｍから０．０１２ｍｍの深さで内壁に吸収される。次に、コバルト、マンガン、ベリリウム、ストロンチウム、ロジウム、銅、Ｂ−チタニウム、カリウム、ボロン、カルシウム、アルミニウム等の金属、及び重クロム酸基の種々の組み合わせをイオン型で含む第２の層が、第１の層の上に設けられてヒートパイプの内面上に厚さ０．００８ｍｍから０．０１２ｍｍの薄膜を形成する。最後に、第３の層は、酸化ロジウム、重クロム酸カリウム、酸化ラジウム、重クロム酸ナトリウム、重クロム酸銀、単結晶シリコン、酸化ベリリウム、重クロム酸ストロンチウム、酸化ボロン、Ｂ−チタニウム、及び重クロム酸マンガン又は重クロム酸アルミニウム等の重クロム酸金属の種々の組み合わせを含む粉体であり、この粉体は内壁全体に均等に分散される。この３層は、ヒートパイプに施工され、次に、熱分極されて超伝導ヒートパイプを形成し、このヒートパイプは、僅かな正味熱損失で又はこれを全く伴うことなく熱エネルギを伝達することができる。
【００１９】
図５は、本発明の態様による円形又は円筒形ヒートパイプ２２０の断面を示す。円筒形ヒートパイプは、従来の工具を用いて製造すること及び組み込むことが容易である。図６は、本発明の態様による楕円形ヒートパイプ６２０の断面を示す。楕円形ヒートパイプ６２０は、円筒形ヒートパイプに比べて熱伝達特性が優れている。図７は、本発明の態様による多角形ヒートパイプ７２０の断面を示す。多角形としては、矩形、六角形、正方形、又は任意の他の適切な多角形形状を挙げることができる。図８は、角部が丸い矩形ヒートパイプ８２０の断面を示す。角部が丸い矩形形状は、大きな表面積に起因して楕円形ヒートパイプ６２０よりも優れた熱伝達特性を有することができる。図９は、本発明の態様による複数のフィン９２３を備えた円形又は円筒形ヒートパイプ９２０の断面を示す。フィン９２３は、ヒートパイプの熱熱伝達容量を大きくするようになっており、図示のように軸方向に、又は半径方向に配置することができ、さらに銅又はアルミニウム等の高熱伝導性の材料で構成することができる。
【００２０】
図１０は、本発明の態様による、ターボ機械の一部を通る、部分概略的な軸方向断面図を示す。脱イオン水噴射システム１０１０は、第１段タービンホイール１３１の上流に脱イオン水１０１７を噴射するようになっている。脱イオン水は、グランドシール組立体１０１５を通って供給される。タービンホイール１３１の上流に噴射されると、脱イオン水はロータバレル冷却チャンバ内で蒸気になる。脱イオン水及び蒸気は、タービンホイール上を流れ、そこから熱を吸収する。次に、水／蒸気は排出されるか又は再利用のために収集されて凝縮される。
【００２１】
図１１は、低圧／低温の圧縮機抽気空気流とヒートパイプとの組み合わせを利用してターボ機械を冷却する方法１１００を示す。本方法は、圧縮機１１０に空気流を通過させるステップ１１１０を含む。圧縮空気流の一部は、圧縮機抽気空気流２３０に回されてタービンホイール１３１に向けられる。除去ステップ１１２０は、複数のヒートパイプ２２０に熱を伝導することでタービンホイール１３１から熱を除去する。ヒートパイプ２２０は、タービンホイールの外半径位置から内半径位置まで延在する。ヒートパイプ２２０は、カリウム、ナトリウム、セシウム、液体金属、又はこれらの組み合わせといった、融解塩の熱伝達媒体を含むことができる。伝導ステップ１１３０は、ヒートパイプ２２０によって外半径位置３０４から内半径位置３０２へ熱を伝導する。冷却ステップ１１４０は、圧縮機抽気空気流２３０をホイールの内半径位置３０２に向けることでタービンホイール１３１を冷却する。この位置は、ホイールの上流側表面かつ下側／内半径部分である。圧縮機抽気空気は、熱を吸収してこの熱をホイールから持ち去る。排出ステップ１１５０は、「高温」圧縮機抽気空気をタービン排気口から排出する。圧縮機抽気空気は、圧縮機の第１段から、又は圧縮機の第１段と第３段との間から引き出すことができる。また、本方法１１１０は、第１段タービンホイールの軸方向上流に脱イオン水を噴射する噴射ステップを含む。
【００２２】
本発明の冷却及び温度管理システムは多くの利点をもたらす。圧縮機抽気空気流及びヒートパイプによって低温が可能になるので、タービンセクションのバケット及びホイールの寿命が長くなる。また、圧縮機抽気空気に対する要求が限定されるので効率が改善につながる。
【００２３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２４】
１００  ターボ機械
１１０  圧縮機
１１２  抽気ポート
１１４  ロータブレード
１１６  ステータベーン
１２０  燃焼器
１３０  タービン
１３１  ホイール
１３２  バケット
１３４  ノズル
１３６  ロータバレル冷却チャンバ
１４０  ＨＲＳＧ
１５０  蒸気タービン
１６０  シャフト
１７０  発電機
２０２  吸気部分
２０４  出口部分
２１０  冷却システム
２２０  ヒートパイプ
２３０  圧縮機抽気空気
２３５  ライン
３０１  ダブテール領域
３０２  内半径部分／位置
３０４  外半径部分／位置
３０６  円周方向スロット
６２０  楕円形断面のヒートパイプ
７２０  多角形断面のヒートパイプ
８２０  ヒートパイプ
９２０  フィン付きヒートパイプ
９２３  フィン
１０１０  脱イオン水噴射システム
１０１５  グランドシール組立体
１０１７  脱イオン水
１１００  方法
１１１０  通過ステップ
１１２０  除去ステップ
１１３０  伝導ステップ
１１４０  冷却ステップ
１１５０  排出ステップ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2016196885000001.pdf