(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を吸入して加圧するコンプレッサと、内部で燃料を燃焼させコンプレッサから送られる加圧空気を加熱して高温ガスをつくる燃焼器と、燃焼器から出た燃焼ガスのもつエネルギーを機械的な仕事に変換するタービンと、タービンから排出される排気ガスによりコンプレッサから燃焼器に送られる加圧空気を加熱する熱交換器と、燃焼器を覆い熱交換器を通過した高温加圧空気を燃焼器に導入するインナーダクトと、熱交換器とインナーダクトを共に覆いコンプレッサから吐出される低温加圧空気を熱交換器に導入するアウターダクトと、を備えるガスタービンにおいて、前記コンプレッサから吐出される低温加圧空気の一部を熱交換器を迂回してアウターダクト内から燃焼器の希釈領域とタービンの間に導入する希釈通路を備え、この希釈通路を燃焼器からタービンに燃焼ガスを導く流路に接続したことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記燃焼器に接続してタービンに燃焼ガスを導くプレナム上流側ダクトを備え、希釈通路としてプレナム上流側ダクトにアウターダクト内に臨む希釈口を開口したことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
前記タービンの回転軸に対して燃焼器を並列に配置し、燃焼器から燃焼ガスをタービンに導くプレナム流路を燃焼器に直交するように配置し、プレナム上流側ダクトに開口する希釈口をタービンの回転軸に直交する断面においてタービンから最も離れた部位を避けるようにして配置したことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記希釈通路として燃焼器およびインナーダクトを貫通してアウターダクト内と燃焼器を連通する希釈ダクトを備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【請求項５】
前記タービンの回転軸に対して燃焼器を並列に配置し、燃焼器から燃焼ガスをタービンに導くプレナム流路を燃焼器に直交するように配置し、単一の希釈ダクトをタービンの回転軸に直交する断面においてタービンから最も離れた部位に配置したことを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記希釈通路として燃焼器にアウターダクト内に臨む希釈口を開口し、インナーダクトを希釈口を避けるように湾曲して燃焼器に接続したことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【請求項７】
前記希釈通路として燃焼器にアウターダクト内に臨む希釈口を開口し、アウターダクト内から低温加圧空気を希釈口に導入する中間ダクトをインナーダクトと燃焼器の間に結合したことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービンとして、例えば図１１に示すようなものがある（特公平７−６４０３号公報、参照）。
【０００３】
これについて説明すると、ガスタービン１はコンプレッサ２、燃焼器３、タービン４の基本コンポーネントから成り立つ。高温ガスによって駆動されるタービンロータ１１と、低温ガスを加圧する遠心式コンプレッサインペラ１２とはシャフト１３を介して同軸上に連結される。シャフト１３は一対のころがり軸受１５を介して片持ち支持され、その先端に形成されたギア１４を介して負荷を駆動する。
【０００４】
燃焼器３の端部に取付けられるキャップ３５には燃料噴射弁６と点火栓７が取付けられる。燃焼器３では燃料噴射弁６から噴射された燃料が燃焼して高温ガスとなり、燃焼器３から流出する燃焼ガスは、図中矢印で示すようにプレナム２７と断熱材３３の間で画成されるプレナム流路２８で曲げられた後、タービンハウジング外周壁３９の間に画成される流路２９を通ってタービンロータ１１に導入され膨張し、タービンロータ１１に回転力を付与するようになっている。
【０００５】
熱交換器５と燃焼器３とは互いに並列に配置され、熱交換器５と燃焼器３を共に覆うアウターダクト２１が設けられる。コンプレッサ２から吐出する低温加圧空気がこのアウターダクト２１内を通って熱交換器５に導かれる。
【０００６】
燃焼器３の外側を覆うインナーダクト３４が設けられる。インナーダクト３４は出口ダクト５Ｂを介して熱交換器５の出口側に連通する。インナーダクト３４は熱交換器５を通過した加圧空気を燃焼器３に導入する。
【０００７】
このようにタービン４と熱交換器５が同軸上に配置されてディフューザ２５を介して高温排気ガスを熱交換器５に流入させるとともに、熱交換器５と燃焼器３とが並列に配置されて熱交換器５を通過した加圧空気を出口ダクト５Ｂおよびインナーダクト３４を介して燃焼器３に流入させているため、これらを結ぶ管状のダクトが不要となり、コンパクト化がはかれる。
【０００８】
燃焼器３からの燃焼ガスはタービン４を経て熱交換器５を流れる過程でアウターダクト２１内に放熱するが、この放熱はアウターダクト２１内を流れる低温加圧空気に吸収される。こうして燃焼器３に供給される加圧空気を予熱することにより燃料消費率を改善するとともに、燃焼器３からタービン４および熱交換器５にかけて燃焼ガスの流れる流路に設けられる断熱材を大幅に削減することが可能となり、ガスタービン１のコンパクト化および軽量化がはかれる。
【０００９】
熱交換器５にはアウターダクト２１内に開口する低温加圧空気の流入口５Ａが形成される。この流入口５Ａから流入して熱交換器５を通って加圧された加圧空気は、ヘッダ５Ｃで曲げられた後、出口ダクト５Ｂを介して燃焼器３に流入する。
【００１０】
熱交換器５はタービン４から送られる高温排気ガスを通過させる流路（図示せず）がシャフト１３の回転軸方向に形成され、タービン４から排出される排気ガスの流れ方向に沿うように配置される。この排気ガス流路に対してコンプレッサ２から送られる低温加圧空気を通過させる流路とが互いに伝熱壁を介して平行に対向して形成される。
【００１１】
熱交換器５は、タービン４から排出される排気の熱を回収し、ガスタービン１の熱効率を高く確保するとともに、燃焼器３に供給される加圧空気を予熱することにより、燃焼器３の入口温度を高めて燃焼効率を高められる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービンにあっては、燃焼器３の燃焼効率を向上させるべく熱交換器５から燃焼器３に送られる加圧空気温度を高めようとすると、熱交換器５が大型化し、ガスタービン１の大型化や重量増大を招くという問題点が考えられる。
【００１３】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ガスタービンにおいて、熱交換器を大型化することなく、熱交換器から燃焼器に送られる加圧空気温度を高めることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のガスタービンは、大気を吸入して加圧するコンプレッサと、内部で燃料を燃焼させコンプレッサから送られる加圧空気を加熱して高温ガスをつくる燃焼器と、燃焼器から出た燃焼ガスのもつエネルギーを機械的な仕事に変換するタービンと、タービンから排出される排気ガスによりコンプレッサから燃焼器に送られる加圧空気を加熱する熱交換器と、燃焼器を覆い熱交換器を通過した高温加圧空気を燃焼器に導入するインナーダクトと、熱交換器とインナーダクトを共に覆いコンプレッサから吐出される低温加圧空気を熱交換器に導入するアウターダクトと、を備えるガスタービンにおいて、前記コンプレッサから吐出される低温加圧空気の一部を熱交換器を迂回してアウターダクト内から燃焼器の希釈領域とタービンの間に導入する希釈通路を備え、この希釈通路を燃焼器からタービンに燃焼ガスを導く流路に接続する。
【００１５】
請求項２に記載のガスタービンは、請求項１に記載の発明において、
前記燃焼器に接続してタービンに燃焼ガスを導くプレナム上流側ダクトを備え、
前記希釈通路としてプレナム上流側ダクトにアウターダクト内に臨む希釈口を開口する。
【００１６】
請求項３に記載のガスタービンは、請求項２に記載の発明において、
前記タービンの回転軸に対して燃焼器を並列に配置し、
燃焼器から燃焼ガスをタービンに導くプレナム流路を燃焼器に直交するように配置し、
プレナム上流側ダクトに開口する希釈口をタービンの回転軸に直交する断面においてタービンから最も離れた部位を避けるようにして配置する。
【００１７】
請求項４に記載のガスタービンは、請求項１に記載の発明において、
前記希釈通路として燃焼器およびインナーダクトを貫通してアウターダクト内と燃焼器を連通する希釈ダクトを備える。
【００１８】
請求項５に記載のガスタービンは、請求項４に記載の発明において、
前記タービンの回転軸に対して燃焼器を並列に配置し、
燃焼器から燃焼ガスをタービンに導くプレナム流路を燃焼器に直交するように配置し、
単一の希釈ダクトをタービンの回転軸に直交する断面においてタービンから最も離れた部位に配置する。
【００１９】
請求項６に記載のガスタービンは、請求項１に記載の発明において、
前記希釈通路として燃焼器にアウターダクト内に臨む希釈口を開口し、
前記インナーダクトを希釈口を避けるように湾曲して燃焼器に接続する。
【００２０】
請求項７に記載のガスタービンは、請求項１に記載の発明において、
前記希釈通路として燃焼器にアウターダクト内に臨む希釈口を開口し、
アウターダクト内から低温加圧空気を希釈口に導入する中間ダクトをインナーダクトと燃焼器の間に結合する。
【００２１】
【作用】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、燃焼器からの燃焼ガスはタービンを経て熱交換器を流れる過程でアウターダクト内に放熱するが、この放熱はアウターダクト内を流れる低温加圧空気に吸収される。
【００２２】
熱交換器はタービンから排出される排気の熱を回収し、ガスタービンの熱効率を高く確保するとともに、燃焼器に供給される加圧空気を予熱することにより、燃焼器の入口温度を高めて燃焼効率を高められる。
【００２３】
希釈通路はコンプレッサから吐出される低温加圧空気の一部を熱交換器を迂回してアウターダクト内から燃焼器の希釈領域とタービンの間に導入することにより、熱交換器に流入する空気流量が減少する。
【００２４】
熱交換器に流入する空気流量が減少することにより、熱交換器を通過した空気温度を高められる。こうして燃焼器の入口温度を高めることにより、燃焼器の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減するとともに、排気エミッションを改善することができる。
【００２５】
さらに、熱交換器に流入する空気流量が減少することにより、熱交換器を通過する空気流の圧力損失を低減し、ガスタービンの出力向上がはかれる。
【００２６】
請求項２に記載のガスタービンにおいて、希釈口はコンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト内からプレナム上流側ダクト内に導入することにより、熱交換器に流入する空気流量が減少する。
【００２７】
請求項３に記載のガスタービンにおいて、プレナム上流側ダクトに開口した希釈口はプレナム上流側ダクトのタービンから最も離れた上部を避けるようにして配置されることにより、各希釈口からプレナム上流側ダクトに導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンへ直線的に流入することがなく、プレナム上流側ダクトからタービンに導入されるまでの混合距離が確保されるため、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。
【００２８】
この結果、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【００２９】
請求項４に記載のガスタービンにおいて、希釈ダクトは燃焼器およびインナーダクトを貫通してアウターダクト内と燃焼器を連通することにより、コンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト内から燃焼器の希釈領域に導入し、熱交換器に流入する空気流量が減少する。
【００３０】
希釈ダクトの開口径等を変更することで、燃焼器に対する希釈空気流量を調節することができ、出力の異なるガスタービンに共通の燃焼器を用いることが可能となる。
【００３１】
希釈ダクトを燃焼器に接続して、タービンから離すことにより、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。
【００３２】
この結果、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【００３３】
燃焼器において各希釈ダクトから導入される低温加圧空気と燃焼ガスの混合が行われ、燃焼器とタービンを結ぶプレナム流路を通過するガス温度を低下させるため、燃焼器に接続する流路壁に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【００３４】
請求項５に記載のガスタービンにおいて、単一の希釈ダクトをタービンの回転軸に直交する断面においてタービンから最も離れた部位に配置することにより、希釈ダクトはコンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をタービンから離れた部位から希釈領域に導入するため、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。
【００３５】
この結果、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【００３６】
燃焼器において各希釈ダクトから導入される低温加圧空気と燃焼ガスの混合が行われ、燃焼器とタービンを結ぶプレナム流路を通過するガス温度を低下させるため、燃焼器に接続する流路壁に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【００３７】
請求項６に記載のガスタービンにおいて、燃焼器に開口した希釈口はコンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクトから直接に燃焼器に導入することにより、熱交換器に流入する空気流量が減少し、熱交換器を通過した空気温度を高められる。
【００３８】
希釈口の開口面積を変更することで、燃焼器に対する希釈空気流量を調節することができ、出力の異なるガスタービンに共通の燃焼器を用いることが可能となる。
【００３９】
希釈口が燃焼器に開口されることにより、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。
【００４０】
この結果、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【００４１】
燃焼器において各希釈ダクトから導入される低温加圧空気と燃焼ガスの混合が行われ、燃焼器とタービンを結ぶ流路を通過するガス温度を低下させるため、燃焼器に接続する流路壁に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【００４２】
湾曲したインナーダクトは燃焼器から流出する高温加圧空気を燃焼器へと円滑に転向することにより、インナーダクトを通過する空気流の圧力損失を低減し、ガスタービンの出力向上がはかれる。
【００４３】
請求項７に記載のガスタービンにおいて、燃焼器に開口した希釈口はコンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクトから直接に燃焼器に導入することにより、熱交換器に流入する空気流量が減少し、熱交換器を通過した空気温度を高められる。
【００４４】
希釈口の開口面積を変更することで、燃焼器に対する希釈空気流量を調節することができ、出力の異なるガスタービンに共通の燃焼器を用いることが可能となる。
【００４５】
希釈口が燃焼器に開口されることにより、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。
【００４６】
この結果、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【００４７】
燃焼器において各希釈ダクトから導入される低温加圧空気と燃焼ガスの混合が行われ、燃焼器とタービンを結ぶ流路を通過するガス温度を低下させるため、燃焼器に接続する流路壁に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【００４８】
アウターダクト内から低温加圧空気を希釈口に導入する中間ダクトはインナーダクトと燃焼器の間に配置され、燃焼器の一部を覆うように設けられることにより、燃焼器の熱が中間ダクトを介して希釈口に流入する空気流によって持ち去られるため、燃焼器に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００５０】
図１に示すように、ガスタービン１はコンプレッサ２、燃焼器３、タービン４の基本コンポーネントから成り立つ。高温ガスによって駆動されるタービンロータ１１と、低温ガスを加圧する遠心式コンプレッサインペラ１２とはシャフト１３を介して同軸上に連結される。シャフト１３は一対のころがり軸受１５を介して片持ち支持され、その先端に形成されたギア１４を介して負荷を駆動する。
【００５１】
燃焼器３の端部に取付けられるキャップ３５には燃料噴射弁６と点火栓７が取付けられる。燃焼器３の内部は、燃焼反応の大部分が行われる１次燃焼領域、残りの燃焼反応が進む２次燃焼領域、燃焼ガスの温度を下げる希釈領域に大別される。
【００５２】
燃焼器３では燃料噴射弁６から噴射された燃料が燃焼して高温ガスとなり、燃焼器３から流出する燃焼ガスは、図中矢印で示すように燃焼器３に接続するプレナム上流側ダクト４２を通過し、プレナム２７と断熱材３３の間で画成されるプレナム流路２８で曲げられた後、タービンハウジング外周壁３９の間に画成される流路２９を通ってタービンロータ１１に導入され膨張し、タービンロータ１１に回転力を付与するようになっている。
【００５３】
タービン４から排出される高温排気ガスは図中矢印で示すようにタービンハウジング２６からディフューザ２５を介して熱交換器５に流入する。
【００５４】
図２にも示すように、ディフューザ２５はプレナム２７を介してタービンハウジング２６に接続し、タービンハウジング２６側に対する接合フランジ２５Ａは円形に、プレナム２７に対する接合フランジ２５Ｂは四角形にそれぞれ形成されている。
【００５５】
熱交換器５と燃焼器３とは互いに並列に配置され、熱交換器５と燃焼器３を共に覆うアウターダクト２１が設けられる。コンプレッサ２から吐出する低温加圧空気がこのアウターダクト２１内を通って熱交換器５に導かれる。
【００５６】
燃焼器３の外側を覆うインナーダクト３４が設けられる。インナーダクト３４は出口ダクト５Ｂを介して熱交換器５の出口側に連通する。インナーダクト３４は熱交換器５を通過した加圧空気を燃焼器３に導入する。
【００５７】
このようにタービン４と熱交換器５が同軸上に配置されてディフューザ２５を介して高温排気ガスを熱交換器５に流入させるとともに、熱交換器５と燃焼器３とが並列に配置されて熱交換器５を通過した加圧空気を出口ダクト５Ｂおよびインナーダクト３４を介して燃焼器３に流入させているため、これらを結ぶ管状のダクトが不要となり、コンパクト化がはかれる。
【００５８】
燃焼器３からの燃焼ガスはタービン４を経て熱交換器５を流れる過程でアウターダクト２１内に放熱するが、この放熱はアウターダクト２１内を流れる低温加圧空気に吸収される。こうして燃焼器３に供給される加圧空気を予熱することにより燃料消費率を改善するとともに、燃焼器３からタービン４および熱交換器５にかけて燃焼ガスの流れる流路に設けられる断熱材を大幅に削減することが可能となり、ガスタービン１のコンパクト化および軽量化がはかれる。
【００５９】
コンプレッサインペラ１２から圧送される低温加圧空気は図中矢印で示すようにフランジ２２に形成された環状流路２３を通ってアウターダクト２１内に流入する。アウターダクト２１はフランジ２２の外周端に複数のボルト２４を介して締結されている。
【００６０】
プレナム２７はディフューザ２５に対する接合フランジ２７Ａと、インナーダクト３４に対する接合フランジ２７Ｂがそれぞれ形成されている。
【００６１】
断熱材３３はフランジ２２側に接合して設けられ、タービンロータ１１に導かれる燃焼ガスを断熱する。
【００６２】
アウターダクト２１は筒状に成型され、その両端にフランジ２２、キャップ３５および熱交換器５が締結されるシェル構造である。このため、アウターダクト２１の板厚を小さくしても、熱交換器５および燃焼器３等を支持するのに十分な剛性が確保されるとともに、圧力容器として十分な強度が確保されるので、軽量化がはかれる。
【００６３】
また、アウターダクト２１はキャップ３５や熱交換器５の排気口５Ｄが結合する部分は絞りプレス加工により一体的に成型でき、また他の部分も絞りプレス加工で成型が可能となるので、複雑な折り曲げ加工や溶接の工数が削減され、コストダウンがはかれる。
【００６４】
熱交換器５にはアウターダクト２１内に開口する低温加圧空気の流入口５Ａが形成される。この流入口５Ａから流入して熱交換器５を通って加圧された加圧空気は、ヘッダ５Ｃで曲げられた後、出口ダクト５Ｂを介して燃焼器３に流入する。
【００６５】
熱交換器５はタービン４から送られる高温排気ガスを通過させる流路（図示せず）がシャフト１３の回転軸方向に形成され、タービン４から排出される排気ガスの流れ方向に沿うように配置される。この排気ガス流路に対してコンプレッサ２から送られる低温加圧空気を通過させる流路とが互いに伝熱壁を介して平行に対向して形成される。
【００６６】
なお、本実施形態では対向流式熱交換器５を用いたが、排気ガスと低温加圧空気が互いに直交して交差する直交流式熱交換器を用いても良く、その場合に燃焼器３に対する開口部が比較的に大きくなる。
【００６７】
熱交換器５は、タービン４下流側から排出される排気の熱を回収し、ガスタービン１の熱効率を高く確保するとともに、燃焼器３に供給される加圧空気を予熱することにより、燃焼器３の入口温度を高めて燃焼効率を高められる。
【００６８】
以上の構成については本出願人により特公平７−６４０３号公報として、既に提案されている。
【００６９】
しかしながら、燃焼器３の燃焼効率を向上させるべく熱交換器５の熱交換効率を高めようとすると、熱交換器５が大型化し、ガスタービン１の大型化や重量増大を招くという問題点が考えられる。
【００７０】
本発明はこれに対処して、コンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト２１から燃焼器３を迂回して燃焼器３の希釈領域に導く希釈通路を設ける。
【００７１】
燃焼器３の希釈領域は、燃焼器３とプレナム２７を結ぶ管状のプレナム上流側ダクト４２によっても画成される。
【００７２】
本発明の希釈通路として、プレナム上流側ダクト４２にアウターダクト２１内に臨む希釈口４３を形成する。希釈口４３はコンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部を図中矢印で示すようにアウターダクト２１内から直接にプレナム上流側ダクト４２内に導入する。
【００７３】
図３に示すように、プレナム上流側ダクト４２には４つの希釈口４３が周方向に均等な間隔をもって形成される。タービン４の回転軸に直交する断面において、各希釈口４３はプレナム上流側ダクト４２のタービン４から最も離れた上部を避けるようにして放射状に配置される。これにより、各希釈口４３からプレナム上流側ダクト４２に導入される空気流がプレナム流路２８を直線的に通ってタービン４に流入しないようになっている。
【００７４】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００７５】
希釈口４３はコンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト２１内から直接にプレナム上流側ダクト４２内に導入することにより、熱交換器５に流入する空気流量が減少する。
【００７６】
熱交換器５に流入する空気流量が減少することにより、熱交換器５を通過した空気温度を高められる。こうして燃焼器３の入口温度を高めることにより、燃焼器３の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減するとともに、排気エミッションを改善することができる。
【００７７】
さらに、熱交換器５に流入する空気流量が減少することにより、熱交換器５を通過する空気流の圧力損失を低減し、ガスタービン１の出力向上がはかれる。
【００７８】
ところで、希釈口４３から流入する加圧空気は、燃焼器３から排出される燃焼ガスに比べて温度が低いため、プレナム上流側ダクト４２からプレナム流路２８を通ってタービン４に導入されるまでの間に燃焼ガスとの混合が十分に行われない場合、タービン４の効率を低下させたり、熱交換器５の熱交換効率を低下させるという問題点が考えられる。
【００７９】
タービン４の回転軸に直交する断面において、各希釈口４３をプレナム上流側ダクト４２のタービン４から最も離れた上部に配置した場合、図３において矢印Ａで示すように各希釈口４３からプレナム上流側ダクト４２に導入される空気流がプレナム流路２８を直線的に通ってタービン４に流入し、燃焼ガスとの混合が十分に行われない。
【００８０】
本実施形態において、各希釈口４３はプレナム上流側ダクト４２のタービン４から最も離れた上部を避けるようにして配置したため、各希釈口４３からプレナム上流側ダクト４２に導入される空気流がプレナム流路２８を直線的に通ってタービン４に流入することがなく、プレナム上流側ダクト４２からプレナム流路２８を通ってタービン４に導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。この結果、タービン４に流入するガス温度の分布を均一化して、タービン４の効率を確保するとともに、熱交換器５の熱交換効率を確保することができる。
【００８１】
次に、図４に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００８２】
希釈通路として、燃焼器３およびインナーダクト３４を貫通して燃焼器３とアウターダクト２１内を連通する希釈ダクト４５が設けられる。管状をした希釈ダクト４５はコンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部を図中矢印で示すようにアウターダクト２１から燃焼器３の希釈領域に導入する。希釈ダクト４５は燃焼器３およびインナーダクト３４のそれぞれに溶接により固着される。
【００８３】
図５に示すように、単一で設けられる希釈ダクト４５は、タービン４の回転軸に直交する断面において、燃焼器３のタービン４から最も離れた上部に配置される。
【００８４】
さらに希釈通路として、プレナム上流側ダクト４２には３つの希釈口４３が形成される。各希釈口４３はタービン４の回転軸に直交する断面において、プレナム上流側ダクト４２のタービン４から最も離れた上部を避けるようにして配置される。これにより、各希釈口４３からプレナム上流側ダクト４２に導入される空気流がプレナム流路２８を直線的に通ってタービン４に流入しないようになっている。
【００８５】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００８６】
希釈ダクト４５および各希釈口４３は、コンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト２１内から直接に燃焼器３またはプレナム上流側ダクト４２内に導入することにより、熱交換器５に流入する空気流量が減少し、熱交換器５を通過した空気温度を高められる。こうして燃焼器３の入口温度を高めることにより、燃焼器３の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減し、排気エミッションを改善するとともに、熱交換器５を通過する空気流の圧力損失を低減してガスタービン１の出力向上がはかれる。
【００８７】
希釈ダクト４５はコンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部を燃焼器３のタービン４から最も離れた上部から燃焼器３の希釈領域に導入するため、希釈ダクト４５から燃焼器３に導入される空気流がプレナム上流側ダクト４２およびプレナム流路２８を通ってタービン４に導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。この結果、タービン４に流入するガス温度の分布を均一化して、タービン４の効率を確保するとともに、熱交換器５の熱交換効率を確保することができる。
【００８８】
単一の希釈ダクト４５が燃焼器３およびインナーダクト３４を貫通して設けられる構造のため、部品点数の増加を抑えれる。燃焼器３とインナーダクト３４が近接しているため、希釈ダクト４５の位置合わせが容易に行われる。
【００８９】
ところで、図５に矢印で示すように、熱交換器５の出口ダクト５Ｂよりインナーダクト３４内に流入した空気は、円筒状の燃焼器３の周囲を左右に別れて流れた後に、タービン４から最も離れた燃焼器３の上部で衝突し、燃焼器３に流入する空気流を乱す可能性がある。
【００９０】
しかし本実施形態では、希釈ダクト４５が燃焼器３の上部に配置される構造のため、熱交換器５の出口ダクト５Ｂよりインナーダクト３４内に流入した空気は、円筒状の燃焼器３の周囲を左右に別れて流れた後に円筒状をした希釈ダクト４５に衝突し、希釈ダクト４５を介して合流することにより、燃焼器３に流入する空気流が乱れることを抑えられ、燃焼器３に流入する空気流の速度分布を適正にすることができる。
【００９１】
次に、図６、図７に示す実施形態について説明する。なお、図４、図５との対応部分には同一符号を付す。
【００９２】
希釈通路として、燃焼器３およびインナーダクト３４を貫通して燃焼器３とアウターダクト２１内を連通する４つの希釈ダクト４５が設けられる。管状をした各希釈ダクト４５は、タービン４の回転軸に直交する断面において、燃焼器３のタービン４から最も離れた上部を避けるようにして放射状に配置される。
【００９３】
各希釈ダクト４５は燃焼器３およびインナーダクト３４のそれぞれに溶接により固着される。
【００９４】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００９５】
各希釈ダクト４５は、コンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト２１内から直接に燃焼器３に導入することにより、熱交換器５に流入する空気流量が減少し、熱交換器５を通過した空気温度を高められる。こうして燃焼器３の入口温度を高めることにより、燃焼器３の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減し、排気エミッションを改善するとともに、熱交換器５を通過する空気流の圧力損失を低減してガスタービン１の出力向上がはかれる。
【００９６】
希釈ダクト４５の開口径等を変更することで、燃焼器３に対する希釈空気流量を調節することができ、出力の異なるガスタービン１に共通の燃焼器３を用いることが可能となる。
【００９７】
各希釈ダクト４５を燃焼器３の上流側に配置して、タービン４から離すことにより、希釈ダクト４５から燃焼器３に導入される空気流がプレナム上流側ダクト４２およびプレナム流路２８をタービン４に導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。この結果、タービン４に流入するガス温度の分布を均一化して、タービン４の効率を確保するとともに、熱交換器５の熱交換効率を確保することができる。
【００９８】
燃焼器３において各希釈ダクト４５から導入される低温空気と燃焼ガスの混合が行われ、プレナム上流側ダクト４２を通過するガス温度を低下させるため、プレナム上流側ダクト４２に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【００９９】
次に、図８、図９に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【０１００】
希釈通路として、燃焼器３にアウターダクト２１内に臨む４つの希釈口５１が形成される。
【０１０１】
各希釈口５１は、タービンの回転軸に直交する断面において、燃焼器３のタービンから最も離れた上部を避けるようにして放射状に配置される。
【０１０２】
インナーダクト５２は各希釈口５１を避けるように湾曲して燃焼器３に接続される。すなわち、インナーダクト５２は出口ダクト５Ｂに接続する上流端から燃焼器３の上流端に向けて湾曲して形成される。
【０１０３】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【０１０４】
各希釈口５１は、コンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト２１内から直接に燃焼器３に導入することにより、熱交換器５に流入する空気流量が減少し、熱交換器５を通過した空気温度を高められる。こうして燃焼器３の入口温度を高めることにより、燃焼器３の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減し、排気エミッションを改善するとともに、熱交換器５を通過する空気流の圧力損失を低減してガスタービンの出力向上がはかれる。
【０１０５】
希釈口５１の開口径等を変更することで、燃焼器３に対する希釈空気流量を調節することができ、出力の異なるガスタービンに共通の燃焼器３を用いることが可能となる。
【０１０６】
各希釈口５１を燃焼器３の上流側に配置して、タービンから離すことにより、希釈口５１から燃焼器３に導入される空気流がプレナム上流側ダクト４２およびプレナム流路２８を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。この結果、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器５の熱交換効率を確保することができる。
【０１０７】
燃焼器３において各希釈口５１から導入される低温空気と燃焼ガスの混合が行われ、プレナム上流側ダクト４２を通過するガス温度を低下させるため、プレナム上流側ダクト４２に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【０１０８】
インナーダクト５２は出口ダクト５Ｂに接続する上流端から燃焼器３の上流端に向けて湾曲しているため、熱交換器５を通過した空気流が出口ダクト５Ｂから円滑に転向することにより、インナーダクト５２を通過する空気流の圧力損失を低減し、ガスタービン１の出力向上がはかれる。
【０１０９】
次に、図１０に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【０１１０】
希釈通路として、燃焼器３にアウターダクト２１内に臨む４つの希釈口５１が形成される。各希釈口５１は、タービン４の回転軸に直交する断面において、燃焼器３のタービン４から最も離れた上部を避けるようにして放射状に配置される。
【０１１１】
インナーダクト３４は燃焼器３の外側を覆うように円筒状に形成される。インナーダクト３４と燃焼器３の間には各希釈口４３をアウターダクト２１内に連通する中間ダクト５３が設けられる。円筒状をした中間ダクト５３は燃焼器３とインナーダクト３４の間に同心に配置される。
【０１１２】
中間ダクト５３は、燃焼器３の２次側燃焼領域に面する部位を覆う長さに形成される。
【０１１３】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【０１１４】
各希釈口５１は、コンプレッサ２から吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト２１内から直接に燃焼器３に導入することにより、熱交換器５に流入する空気流量が減少し、熱交換器５を通過した空気温度を高められる。こうして燃焼器３の入口温度を高めることにより、燃焼器３の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減し、排気エミッションを改善するとともに、熱交換器５を通過する空気流の圧力損失を低減してガスタービン１の出力向上がはかれる。
【０１１５】
中間ダクト５３の長さまたは燃焼器３に差し込む深さを変更することにより、希釈口５１の開口径等を変更することなく、燃焼器３に対する希釈空気流量を調節することができ、出力の異なるガスタービン１に共通の燃焼器３を用いることが可能となる。
【０１１６】
各希釈口５１を燃焼器３の上流側に配置して、タービン４から離すことにより、希釈口５１から燃焼器３に導入される空気流がプレナム上流側ダクト４２およびプレナム流路２８を通ってタービン４に導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。この結果、タービン４に流入するガス温度の分布を均一化して、タービン４の効率を確保するとともに、熱交換器５の熱交換効率を確保することができる。
【０１１７】
燃焼器３において各希釈口５１から導入される低温空気と燃焼ガスの混合が行われ、プレナム上流側ダクト４２を通過するガス温度を低下させるため、プレナム上流側ダクト４２に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【０１１８】
中間ダクト５３は、燃焼器３の２次側燃焼領域に面する部位を覆うように形成されることにより、燃焼器３の２次側燃焼領域に面する部位の熱は中間ダクト５３を介して各希釈口５１に流入する空気流によって持ち去られるため、燃焼器３に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載のガスタービンによれば、希釈通路はコンプレッサから吐出される低温加圧空気の一部を熱交換器を迂回してアウターダクト内から燃焼器の希釈領域とタービンの間に導入することにより、熱交換器に流入する空気流量が減少し、熱交換器を大型化することなく燃焼領域に導入される空気温度を高められるため、燃焼器の燃焼効率を高められ、燃料消費率を低減するとともに、出力向上がはかれ、排気エミッションを改善することができる。
【０１２０】
請求項２に記載のガスタービンによれば、希釈口はコンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト内からプレナム上流側ダクト内に導入することにより、熱交換器に流入する空気流量が減少し、熱交換器を大型化することなく燃焼領域に導入される空気温度を高められる。
【０１２１】
請求項３に記載のガスタービンによれば、プレナム上流側ダクトに開口した希釈口はプレナム上流側ダクトのタービンから最も離れた上部を避けるようにして配置されることにより、各希釈口からプレナム上流側ダクトに導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンへ直線的に流入することがなく、プレナム上流側ダクトからタービンに導入されるまでの混合距離が確保されるため、燃焼ガスとの混合が十分に行われ、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【０１２２】
請求項４に記載のガスタービンによれば、希釈ダクトは燃焼器およびインナーダクトを貫通してアウターダクト内と燃焼器を連通することにより、コンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をアウターダクト内から燃焼器の希釈領域に導入し、熱交換器に流入する空気流量が減少し、熱交換器を大型化することなく燃焼領域に導入される空気温度を高められる。
【０１２３】
請求項５に記載のガスタービンによれば、単一の希釈ダクトをタービンの回転軸に直交する断面においてタービンから最も離れた部位に配置することにより、希釈ダクトはコンプレッサから吐出する低温加圧空気の一部をタービンから離れた燃焼器の部位から希釈領域に導入するため、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われ、タービンに流入するガス温度の分布を均一化して、タービンの効率を確保するとともに、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。
【０１２４】
請求項６に記載のガスタービンによれば、希釈口が燃焼器に開口されることにより、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。また、湾曲したインナーダクトは燃焼器から流出する高温加圧空気を燃焼器へと円滑に転向することにより、インナーダクトを通過する空気流の圧力損失を低減し、ガスタービンの出力向上がはかれる。
【０１２５】
請求項７に記載のガスタービンによれば、希釈口が燃焼器に開口されることにより、希釈ダクトから燃焼器に導入される空気流がプレナム流路を通ってタービンに導入されるまでの混合距離が確保され、燃焼ガスとの混合が十分に行われる。また、アウターダクト内から低温加圧空気を希釈口に導入する中間ダクトはインナーダクトと燃焼器の間に配置され、燃焼器の一部を覆うように設けられることにより、燃焼器の熱が中間ダクトを介して希釈口に流入する空気流によって持ち去られるため、燃焼器に要求される耐熱性を下げられ、製品のコストダウンがはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図２】同じくガスタービンの分解斜視図。
【図３】同じくガスタービンの断面図。
【図４】他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図５】同じくガスタービンの断面図。
【図６】さらに他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図７】同じくガスタービンの断面図。
【図８】さらに他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図９】同じくインナーダクト等の平面図。
【図１０】さらに他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図１１】従来例を示すガスタービンの断面図。
【符号の説明】
１  ガスタービン
２  コンプレッサ
３  燃焼器
４  タービン
５  熱交換器
２１  アウターダクト
２８  プレナム流路
３４  インナーダクト
４２  プレナム上流側ダクト
４３  希釈口
４５  希釈ダクト
５１  希釈口
５２  インナーダクト
５３  中間ダクト
【図１】
0003784461.tif 000002
【図２】
0003784461.tif 000003
【図３】
0003784461.tif 000004
【図４】
0003784461.tif 000005
【図５】
0003784461.tif 000006
【図６】
0003784461.tif 000007
【図７】
0003784461.tif 000008
【図８】
0003784461.tif 000009
【図９】
0003784461.tif 000010
【図１０】
0003784461.tif 000011
【図１１】
0003784461.tif 000012