産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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Historical Development of Industrial Large Gas Turbine

池上壽和 Toshikazu Ikegami■ 要旨ジェームス ･ ワット（James Watt、イギリス）が最初の商用蒸気機関を開発してから 15 年後の 1791 年、同じ
イギリス人のジョン ･ バーバー（John Barber）によって考案されたガスタービンは、現代のガスタービンの本質的な特徴を含むものであった。しかし、当時の技術でこれを機関として実現することは困難であり、ガスタービ
ンが有効出力を発生するまでには、それから約百年の歳月を要することなる。20 世紀初頭、ようやく有効出力を発生できるレベルにまで達したガスタービンは、航空分野での高速流体力学の発達の恩恵を受け、急速に発展し、1939 年には世界初のガスタービン発電所が誕生した。
わが国におけるガスタービンの研究は、軍による航空機用ジェットエンジンの開発が先行していた。そして、1945 年 8 月には、国産ジェットエンジンによる初の推進飛行に成功した。しかし、その直後に終戦を迎えたため、
ジェットエンジンの開発は中断を余儀なくされる。終戦により航空用ガスタービンの研究の道は閉ざされたが、航空用と共通部分の多い陸舶用ガスタービンの研究は進められ、1949 年には 2,000 馬力ガスタービンの試験運転に成功した。
1950 年代前半、国内各社はこぞってガスタービンの開発を進め、様々な試作機が誕生した。これらの機種には、空気圧縮機やタービンの要素効率の不足をサイクル上の工夫で補い、ガスタービン総合熱効率の改善を図る努力がなされている。しかし、純国産ガスタービンは、1959（昭和 34）年、自家用ガスタービン発電所として認可された実例があるのみであった。1950 年代終盤から 1960 年代初めにかけ、国内各社は先行する欧米諸国のガスタービンメーカと技術提携を結び、シンプルサイクルで性能的にも優れた商用ガスタービンの製造を開始し、本格的に市場に投入した。
1960 年前後、日本経済は飛躍的な成長を遂げた。電気製品が一般家庭にも急速に普及し、1965 年頃からは冷房の普及などによって、最大電力の夏季ピークはますます先鋭化した。火力発電所や原子力発電所に比べて、建設期間が短く、起動停止の容易なガスタービン発電所の建設が各地で行われ、最新鋭の大型ガスタービンが導入された。この時期は、無冷却のタービン翼を使用する「第一世代ガスタービン」から、強制空冷翼を使用する「第二世代ガスタービン」への移行期でもある。現在、第一線で活躍する高性能 ･ 高効率ガスタービンは、この時期に誕生した第二世代ガスタービンに改良が加えられ進化した機種が多い。
1980 年代になると、複合サイクル発電時代を迎える。複合サイクル発電とは、ガスタービンによる発電とその排熱を回収して発生させた蒸気を利用して蒸気タービンでさらに発電するシステムで、火力発電の主流であった
汽力発電システムを大幅に上回る熱効率が達成され、複合サイクル発電所は一気にその数を増した。そして、大型ガスタービンは、蒸気タービンに代わって火力発電の主機の役割を担うこととなり、市場のニーズに応え、さらなる性能向上が図られていった。
1978 年にスタートした「高効率ガスタービン」プロジェクトでは、国立試験研究機関と民間企業 14 社が設立した高効率ガスタービン技術研究組合が、総合熱効率 55% LHV 以上を目指す 100MW 級ガスタービンの開発に挑んだ。10 年にわたるこのプロジェクト通じて取得した各ガスタービンメーカの高度な技術知識の蓄積は、その後、わが国独自の「第三世代ガスタービン」を生み出す原動力ともなった。
1990 年代に入り、1,300℃級から 1,500℃級「第四世代ガスタービン」へと急速に性能向上が図られた。その発展は、超耐熱合金の開発や結晶制御技術の適用による材料強度の向上、タービン翼に対する高度な冷却技術の適用、世界に先駆けて実用化に成功した予混合燃焼技術の継続的な改良などに支えられるところが大きい。そして、2007 年には、国産 1,500℃級大型ガスタービンによる複合サイクル発電所が世界最高水準の熱効率 59% LHVを達成した。
巻末に、今回の系統化調査でリストアップしたエポックメイキングな技術、キーテクノロジー及び周辺技術が時代の流れの中で、相互にどのような関係にあり、一つの技術の源流となったものは何であったかを明らかにした技術の系譜を「産業用大型ガスタービン技術の系統図」として示した。さらに、巻末付録では、本編に採り上げることはできなかったが、技術史に足跡を残すガスタービンを紹介する。

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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■ Abstract
In 1791, ﬁfteen years after James Watt introduced his ﬁrst commercial steam engine, John Barber introduced a gas
turbine that included the essential characteristics of a modern gas turbine. However, it was diﬃcult to realize with the stateof the art technologies at that time, and it took nearly a century to generate an available power output. In the beginningof the 20th century, as a result of rapid improvement in high-speed aeronautic ﬂuid dynamics, gas turbine technology hadreached a level that enabled the worldʼs ﬁrst gas turbine power plant to be built and to generate electricity in 1939.
Japanʼs gas turbine research was focused on developing a jet engine for aviation applications. In August 1945, Japanʼsﬁrst ﬂight using a domestic jet engine succeeded. However, when World War II ended, jet engine research was terminated.
Although jet engine research was discontinued, gas turbine research for land and sea applications continued. In 1949,
Japan successfully test operated a 2,000-HP industrial gas turbine.
In the ﬁrst half of 1950, many domestic manufacturers started to develop prototype gas turbines and various gas
turbines were created. This work mainly focused on improving the gas turbine heat cycle to compensate for the lack ofeﬃciency of compressors and turbines. In 1959, a wholly domestic gas turbine was accepted for use only in private power
plants. From the late 1950s to the beginning of 1960, domestic gas turbine suppliers partnered with the U.S. and European
countries to manufacture simple cycle industrial gas turbines for the market.
In the beginning of the 1960s, the Japanese economy made an extraordinary improvement. Electrical appliances
became readily available in most standard homes, and, in 1965, the spread of air conditioners made electricity demand
peak in the summer. Since the gas turbine power plant had a short construction period and was easy to start and shut
down, many large, advanced gas turbine power plants were built as peak-savers. It was a transition period from ﬁrst
generation gas turbines that used a non-cooling turbine blade to second generation gas turbines that used as forced air
cooling turbine blade. The high performance and high eﬃciency gas turbines now operating in the market are improved
and reﬁned versions of the second generation gas turbines.
In 1980, the combined cycle era began. A combined cycle power plant is a power plant system that produces electricity
from gas turbines and uses its waste gas to generate steam to produce electricity from a steam turbine. Its eﬃciency
exceeded that of the conventional power plants that were most popular at that time and the number of combined cycle
power plants increased tremendously. Eventually large gas turbines begin to replace conventional steam turbine power
plants and their eﬃciency increased in line with the market needs.
In 1978, the “Moonlight Project” started and the Engineering Research Association for Advanced Gas Turbines wasformed by 6 national research institutes along with 14 companies striving to develop a 100-MW gas turbine that could
achieve more than 55%LHV combined cycle eﬃciency. The combination of the advanced technologies of each gas turbine
manufacturer throughout the 10-year project laid the foundation of Japanʼs unique third generation gas turbines.
In 1990, a fourth generation gas turbine improved performance rapidly with a ﬁring temperature increased from1,300 to 1,500℃ . The improvements were made possible by an increase of material strength due to the development ofsuper alloys and the adoption of crystal formation control, advanced turbine blade cooling technology, and continuing
improvements of dry low-NOx combustor, which was the worldʼs ﬁrst proven premix fuel gas ﬁring technology. In 2007,
the worldʼs highest eﬃciency combined cycle power plant of 59%LHV was achieved by a domestic 1,500℃-class gas
turbine.

■ Prof ile

池上

壽和 Toshikazu Ikegami

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
昭和48年３月

横浜国立大学工学部機械工学科卒業

1. はじめに …………………………………………… 79

昭和48年４月

三菱重工業株式会社 入社

2. ガスタービンの基本 ……………………………… 81

以降、本社及び高砂製作所にて、ガスタービン発
電設備の基本計画、設計、プロジェクト取りまとめなどの業務に従事

3. 第一世代から第二世代へ：誕生から独り立ち … 85
4. 複合サイクル発電時代 …………………………… 98
5. 第三世代：高性能 ･ 高効率ガスタービン ……… 111

平成17年３月

同社退職。高菱エンジニアリング㈱に移籍

平成19年10月

菱日エンジニアリング㈱に移籍

6. ガスタービンの発展を支える要素技術 ………… 122

現在

菱日エンジニアリング㈱プラント技術部主管

7. 第四世代：さらなる高効率化 …………………… 134

国立科学博物館産業技術史資料情報センター
主任調査員

8. まとめと考察 ……………………………………… 139

日本ガスタービン学会会員

付録……………………………………………………… 143

火力原子力発電技術協会会員

78■ Contents

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May技術の系統図…………………………………………… 142

1 はじめにᮏㄪᰝࡣࠊ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ࠺ࡕࠊ⏘ᴗ⏝኱ᆺ࢞ࢫࣟࢪ࢙ࢡࢺࠕ㧗ຠ⋡࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࠖ࡟ࡘ࠸࡚㏙࡭࡚࠸

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 1.1 タービン入口温度の定義〔原図：GE Power Systems, GER-3567H, p.6〕

80

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

2 ガスタービンの基本ࡏࠊ⥆ࡅ࡚ࣀࢬ࡛ࣝ⭾ᙇࡉࡏ࡚㧗㏿ࡢࢪ࢙ࢵࢺᄇὶࢆ
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2.1 ガスタービンとは㸦,㸧࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡣࠊෆ⇞ᶵ㛵ࡢ୍✀࡛࠶ࡾࠊ▼Ἔ⣔⇞ᩱࡸኳ↛࢞ࢫ࡞࡝ࡢ⇞ᩱࢆసືὶయࡢ୰࡛⇞↝ࡉࡏࠊࡑࡢ⇞↝࢞ࢫࡀసືὶయ࡜࡞ࡿ⇕ᶵ㛵࡛࠶ࡿࠋసືཎ
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図 2.2 ガスタービンの動作原理〔エンジンの事典，朝倉書店，p.18，1998〕

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2.2 ガスタービンの種類と特徴

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図 2.1 4 サイクルエンジンの動作原理〔エンジンの事典，朝倉書店，p.16，1998〕୍᪉ࠊ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢሙྜࠊᅽ⦰ࠊຍ⇕ཬࡧ⭾ᙇࡀࡑࢀࡒࢀ␗࡞ࡿሙᡤ࡛㐃⥆ⓗ࡟⾜ࢃࢀࡿࠋࡍ࡞ࢃࡕࠊ
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図 2.3 開放（単純）サイクル

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 2.6 中間冷却サイクルմࠉ෌⇕ࢧ࢖ࢡࣝ
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図 2.4 密閉サイクル（2）熱力学的サイクルによる分類ձࠉ༢⣧ࢧ࢖ࢡࣝ
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図 2.7 再熱サイクル

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図 2.5 再生サイクル（4）構造による分類
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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 2.8 産業用大型ガスタービンの構造例〔写真提供：三菱重工業㈱〕2.3 ガスタービンの構造

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（1）空気圧縮機
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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 2.9 燃焼器の形式〔火力発電総論，電気学会，p.164，2002〕࣒ࢆᙧᡂࡋࠊ ᮏࡢࢭࣥࢱ࣮ࢱ࢖࣎ࣝࢺ࡛⤖ྜࡉࢀࡓ⤌❧࣮ࣟࢱ࡞࡝ࡀᐇ⦼࡜ࡋ࡚ከ࠸ࠋ
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参考文献

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図 2.10 タービン部の冷却構造例〔火力発電総論，電気学会，p.167，2002〕

84

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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3.1 ガスタービン時代の夜明け

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図 3.1 バーバーのガスタービンの案（1791）〔内燃機関の歴史，三栄書房，p.28，1969〕 ᖺ ࡟ ࡞ ࡗ ࡚ࠊ ࢩ ࣗ ࢺ ࣝ ࢶ ࢙㸦)UDQ] 6WRO]Hࠊࢻ࢖ࢶ㸧ࡣࠊከẁ㍈ὶᅽ⦰ᶵ࡟ከẁ㍈ὶࢱ࣮ࣅࣥࢆ
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図 3.3 アルマンゴーの試作ガスタービン（1904）〔内燃機関の歴史，三栄書房，p.183，1969〕ࢱ࣮ࣅ࡛ࣥ࠶ࡿࡀࠊᅽ⦰ᶵືຊ௨ୖࡢࢱ࣮ࣅࣥฟຊࡀ
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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 3.6 ヴェロックス ･ ボイラ〔内燃機関の歴史，三栄書房，P.199，1969〕

図 3.4 ホルツヴァルトのガスタービン（1908）〔写真提供：Deutsches Museum〕✵Ẽᅽ⦰ᶵࡢຠ⋡ྥୖࡣࠊ⯟✵ศ㔝࡛ࡢ㧗㏿ὶయຊ࣮ࣚࣟࢵࣃ࡛ᆅ㐨࡟࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ◊✲ࢆ⥆ࡅ࡚࠸

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図 3.5 ヌーシャテル ･ ガスタービン（1939）〔原図：Neuchatel Gas Turbine Brochure, ASME, P.6,1988〕✵Ẽᅽ⦰ᶵ࡟ࡣ㐲ᚰᘧࡀ⏝࠸ࡽࢀࡓࠋ㸦᫛࿴ 㸧ᖺ  ᭶࡟᭱ึࡢ㐠㌿ࡀ⾜ࢃࢀࠊ⮬ຊ㐠㌿࡟ᡂຌࡋࠊึ

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.Mayࡢᅜ⏘ࢪ࢙ࢵࢺ࢚ࣥࢪࣥࡀ⏘ኌࢆୖࡆࡓࠋ
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図 3.7 荏原 1 号ガスタービン（1943）〔日本ガスタービン学会誌，Vol.25，No.100，表紙，1998〕᪥ᮏ࡟࠾ࡅࡿࢪ࢙ࢵࢺ࢚ࣥࢪࣥࡢ◊✲ࡀᮏ᱁໬ࡋࡓࡢࡣ 㸦᫛࿴ 㸧ᖺ㡭࡛࠶ࡗࡓࠋᾏ㌷ࡀ୺ᶵ࢚ࣥ
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図 3.8 国産発電用 1 号ガスタービン（1949）〔写真提供：㈱東芝〕

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

87

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図 3.10 三井 1 号ガスタービン（1953）〔写真提供：三井造船㈱〕ճࠉ୕⳻  㤿ຊ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥ（6）୕⳻᪥ᮏ㔜ᕤᴗओ㸦⌧ࠊ୕⳻㔜ᕤᴗओ㸧࡛ࡣࠊ
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図 3.12 日立 1,000kW ガスタービン（1953）〔写真提供：㈱日立製作所〕

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 3.13 川崎 500 馬力ガスタービン（1953）〔川崎技報，No.1，p.9，1954〕ࡇࡇ࡟⤂௓ࡋࡓ㯪᫂ᮇࡢᅜ⏘࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ௙ᵝㅖඖࢆ⾲  ࡟♧ࡍࠋ෌⏕⇕஺᥮ჾࠊ୰㛫෭༷ჾࠊ෌⇕㻃
図 3.14「2 号ガスタービン」の工場組立状況（1956）〔写真提供：㈱東芝〕⇞↝ჾ࡞࡝ࢆ⏝࠸࡚ࠊ✵Ẽᅽ⦰ᶵࡸࢱ࣮ࣅࣥࡢせ⣲ຠ⋡୙㊊ࢆࢧ࢖ࢡࣝୖࡢᕤኵ࡛⿵࠸ࠊ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ⥲ྜ⇕ຠ⋡ࡢᨵၿࢆᅗࢁ࠺࡜ດຊࡋ࡚࠸ࡓඛேࡓࡕࡢⱞ
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（10）
ガスタービンの商用化に向けて（9）▼ᕝᓥⰪᾆࢱ࣮ࣅࣥओ㸦⌧ࠊओᮾⰪ㸧ࡣࠊࠕᅜ⏘Ⓨྥୖࡢࡓࡵ࡟෌⏕⇕஺᥮ჾࡀ᥇⏝ࡉࢀ࡚࠸ࡿࠋ
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表 3.1 黎明期の国産ガスタービン仕様緒元

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

89୙㐺ྜࢆ⤒㦂ࡋࠊࡑࡢᑐ⟇࡟ⱞ៖ࡋࡓࡇ࡜ࡀ❚࠼ࡿࠋ࡚ࠊᅽ⦰ᶵࡢẁᩘࡢኚ᭦ࡸ✵Ẽᅽ⦰ᶵື㟼⩼ࡢྲྀ௜ゅᗘࡢኚ᭦࡞࡝ࠊ⊂⮬ࡢᛶ⬟ᨵၿᑐ⟇ࡀ⾜ࢃࢀ࡚࠸ࡿࠋ

3-1-4

（16）
（4）三菱重工業（15）

海外技術の導入（1）富士電機製造（11）୕⳻㐀⯪ओ㸦⌧ࠊ୕⳻㔜ᕤᴗओ㸧㛗ᓮ㐀⯪ᡤࡣࠊ᫛࿴  ᖺ௦࡟ධࡗ࡚ࠊ㟁※㛤ⓎࡣࠊỈ୺ⅆᚑ࠿ࡽ㸦᫛࿴ 㸧ᖺ  ᭶ࠊ᪤࡟⵨Ẽࢱ࣮ࣅࣥ࡟ࡘ࠸࡚

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Vol.13 2009.May⣲࡟㛵ࡍࡿᐇ㦂ィ኱ᏛᏱᐂ⯟✵◊✲ᡤ࡟⣡ධࡉࢀࠊᡤෆࡢࣆ࣮ࢡ㈇Ⲵ࡟

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図 3.17 三井造船 SB15A 形（1967）〔写真提供：三井造船㈱〕図 3.16 日立− GE PG3802 形（1966）〔写真提供：㈱日立製作所〕（6）三井造船（18）ࡇࡇ࡟⤂௓ࡋࡓึᮇࡢၟ⏝࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ௙ᵝㅖඖ࡟ࡘ࠸࡚ࡣࠊ⾲  ࡟♧ࡍࠋ୕஭㐀⯪ओࡣࠊ⯧⏝࠿ࡽጞࡵࡓ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ㛤Ⓨ┠ᶆࢆ㝣⏝࡟㌿ࡌࠊ⮬♫㛤Ⓨࢆ⥆ࡅࠊ ྕᶵ㸦6%$ࠊ N:㸧ࡣࠊ㸦᫛࿴ 㸧ᖺ࡟᏶ᡂࡋࠊᮾி

表 3.2 初期の商用ガスタービン仕様諸元

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

91

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（20）
（21）

3.2 密閉サイクルガスタービンの登場

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図 3.18「豊富」ガスタービンサイクル線図〔火力発電，Vol.9，No.6，p.98，1958〕

（22）
（23）
（24）

3.3 フリーピストンガスタービンの台頭ࢹ࢕࣮ࢮ࢚ࣝࣥࢪࣥࡸ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥ࡞࡝ࡢෆ⇞ᶵ㛵
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92

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 3.20 コンパウンドエンジンサイクル〔神鋼テクノ技報，Vol.13，No.25，p.28，2001〕

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図 3.22 GS-34 形フリーピストンガス発生機（1951）〔神鋼テクノ技報，Vol.13，No.26，p.29，2001〕ᶵࡀᅽ⦰ᶵ࡜⇞↝ჾࡢᙺ๭ࢆᢸࡗ࡚࠸ࡿࠋࡇࡢࣇ࣮ࣜ
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図 3.21 フリーピストンガスタービンサイクル〔神鋼テクノ技報，Vol.13，No.25，p.29，2001〕

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

933.4 高度経済成長期とガスタービン᫛࿴  ᖺ௦࠿ࡽ  ᖺ௦࡟࠿ࡅ࡚ࠊ᪥ᮏ⤒῭ࡣ㣕㌍ⓗ࡞ᡂ㛗ࢆ㐙ࡆࡓࠋࡑࡋ࡚ࡇࡢ᫬௦ࠊࢸࣞࣅ 㺃 Ὑ℆ᶵ㺃 ෭ⶶᗜࡢ  ✀㢮ࡢ㟁Ẽ〇ရࡣ୕✀ࡢ⚄ჾ࡜࿧ࡤࢀࠊ

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図 3.24 東芝 -BBC 11L 形（1969）ࡋ࡚ࡢඃࢀࡓ≉ᛶ࡟ὀ┠ࡋࠊ㸦᫛࿴ 㸧ᖺࠊࢃ

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図 3.23 三菱 MW-301 形（1967）〔中部電力二十年史，1971〕㍈ᚰࡢ࿘ࡾ࡟⎔≧࡟୪࡭ࡽࢀࡓ  ಶࡢ⇞↝ჾࠊ ẁࡢࢱ࣮ࣅ࡛ࣥᵓᡂࡉࢀࡿࠋ✵Ẽᅽ⦰ᶵࡢධཱྀഃ࡜ࢱ࣮
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（1）東芝 11L 形（25）ࣈࣛ࢘ࣥ 㺃 ࣎࣋ࣜ♫ࡢᶆ‽ᶵ / ࢆࣛ࢖ࢭࣥࢫ⏕⏘ࡋࡓࡶࡢ࡛ࠊᚑ᮶ࡢᇶᮏᵓ㐀ࢆ㋃くࡋ࡚࠸ࡿࠋ✵Ẽᅽ

図 3.25 三菱 MW-501A 形（1972）〔写真提供：三菱重工業㈱〕⦰ᶵࡣࠊ ẁ࡛ᅽຊẚ  ࡛࠶ࡿࠋ༢⨁ᙧࡢ⇞↝ჾࢆ✵Ẽᅽ⦰ᶵ࡜ࢱ࣮ࣅࣥࡢୖ㒊࡟஌ࡏࠊࢥࣥࣃࢡࢺ࡞
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94

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 3.27 第 1 段静翼の冷却機構（MS7001B）〔日立評論，Vol.59，No.4，p.25，1977〕࠶ࡿࠋ✵Ẽᅽ⦰ᶵཬࡧࢱ࣮ࣅࣥࡢࢣ࣮ࢩࣥࢢࡣࠊỈᖹࣇࣛࣥࢪ㠃࡛  ศ๭ࡍࡿࡇ࡜ࡀ࡛ࡁࡿࡓࡵࠊෆ㒊ࡢⅬ（4）三菱 MW-701B 形（28）᳨ 㺃 ಖᏲࡀᐜ᫆࡞ᵓ㐀࡛࠶ࡿࠋ06%㸦ᅗ 㸧࡛ࡣࠊ᪂ࡋ࠸㧗⣭⪏⇕ᮦᩱࢆ0:%㸦ᅗ 㸧ࡣࠊ࢙࢘ࢫࢳࣥࢢࣁ࢘ࢫ♫ࡀ 

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図 3.26 日立 -GE MS7001B 形（1976）〔日立評論，Vol.59，No.4，p.24，1977〕:% ࡟ྜࢃࡏࠊ✵Ẽ㔞ࡢቑຍ࡟ᑐࡋ࡚ࡣ⩼㧗ࡉࢆ㧗ࡃࡍࡿࡇ࡜࡛ᑐᛂࡋ࡚࠸ࡿࠋ⇞↝ჾࡣࠊ:% ᙧ࡜ྠࡌᙧ≧ࡢࡶࡢࢆ᥇⏝ࡋࠊฟຊࡢቑຍ࡟ᑐᛂࡋ࡚ಶᩘࢆ  ಶ࠿ࡽ  ಶ࡟ቑࡸࡋࡓࠋࢱ࣮ࣅࣥ㒊࡛ࡣࠊࢹ࢕
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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査95ᖺ㛫㐠㌿᫬㛫ࡀ  ᫬㛫ࢆ㉸࠼  ᫬㛫௨ୗࡢ㐠㌿࣮ࣔࢻ࡟ᑐᛂࡍࡿᐃ᱁ࠋ
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図 3.28 三菱 MW-701B 形（1978）〔写真提供：三菱重工業㈱〕㸦,,,㸧 ᐩሯ㸸ࠕືຊࡢṔྐࠖ㸪୕ᶞ᭩ᡣ㸦㸧㸦,9㸧 KWWSZZZDVPHRUJ&RPPXQLWLHV+LVWRU\㸦9㸧 ࠕ୰㒊㟁ຊ஧༑ᖺྐࠖ㸪୰㒊㟁ຊ㸦㸧
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表 3.3 国内の代表的なピークロード用ガスタービン発電所

96

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

97

4 複合サイクル発電時代
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（3）（2）国内初の本格的大型複合サイクル発電所（2）ࡋࠊࡑࢀ࡜࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࢆ⤌ࡳྜࢃࡏࡓⓎ㟁ࢩࢫࢸ࣒᪥ᮏᅜ᭷㕲㐨㸦⌧ࠊᮾ᪥ᮏ᪑ᐈ㕲㐨ओ㸧࡛ࡣࠊ㛵ᮾ࡛࠶ࡾࠊࡶ࠺୍ࡘࡣࠊḟୡ௦ࡢ᪂ࡋ࠸▼ⅣⅆຊⓎ㟁ࢩᆅ༊ࡢ㟁㌴㐠㌿⏝㟁ຊࡢ౪⤥ࢆ୺࡞┠ⓗ࡜ࡍࡿ⮬Ⴀ㟁ࢫࢸ࣒࡜ࡋ࡚ᮇᚅࡉࢀ࡚࠸ࡿ▼Ⅳ࢞ࢫ໬」ྜⓎ㟁ࢩࢫຊタഛࢆಖ᭷ࡋ࡚࠸ࡿࠋ ᖺ௦࡟ࡣࠊ㤳㒔ᅪࡢ㍺

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複合サイクル発電のパイオニア（1）（1）排気再燃式複合サイクル発電プラント

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 4.1 日立 -GE MS9001B 形ガスタービン（1981）〔日本のガスタービンの歩み，日本ガスタービン学会，p.49，2002〕࡜ࡋ࡚㔞⏘ࡉࢀ࡚࠸ࡓ࢙࢘ࢫࢳࣥࢢࣁ࢘ࢫ :' ࡜ࡢ㧗㒊ရࡢ஫᥮ᛶࢆ⪃៖ࡋ࡚ࠊ୕⳻㔜ᕤ࡛┦ఝタィࡉ

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図 4.2 三菱 MW-701D 形ガスタービン（1984）ࡶ࡟୍㍈ᙧ㸵㍈࡛ᵓᡂࡉࢀ࡚࠸ࡿࠋ

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

99

図 4.3 空冷タービン翼（MW-701D）

図 4.4 予混合燃焼器（MW-701D）〔写真提供：三菱重工業㈱〕〔写真提供：三菱重工業㈱〕0:' ࡛᥇⏝ࡉࢀࡓ⏬ᮇⓗ࡞ᢏ⾡࡜ࡋ࡚ணΰྜ

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図 4.5 GE MS9001E 形ガスタービン（1985）Ᏻᐃࡋࡓ⇞↝ࢆ⥔ᣢࡍࡿࡓࡵ࡟ࠊ⇞ᩱ࡜✵Ẽ࡜ࡢ๭ྜ〔写真提供：㈱日立製作所〕

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表 4.1 国内の代表的な 1,100℃級ガスタービン複合サイクル発電所

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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表 4.2 副生ガスの性状（例）〔出典：火力原子力発電，Vol.50，No.10，p.42，1999〕ࢸ࢕ࣥࢢࡀ᪋ࡉࢀ⪏⇕ᛶࢆ㧗ࡵ࡚࠸ࡿࠋ12[ పῶᑐ⟇࡜ࡋ࡚ࡣ⵨Ẽᄇᑕ᪉ᘧࡀ᥇⏝ࡉࢀ࡚࠾ࡾࠊ⵨Ẽࢱ࣮ࣅࣥ࠿ࡽᢳẼࡋࡓ⵨Ẽࢆ⇞↝ࣛ࢖ࢼෆ࡟┤᥋ᄇᑕࡋ࡚
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図 4.6 拡散燃焼器（MS9001E）

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4.2 高炉ガス焚きガスタービン複合サイクル発電ᗘࡣΥ࡛࠶ࡗࡓࠋᐩኈ㟁ᶵࡶࠊ㸦᫛࿴ 㸧ᖺࠊ᪥ᮏ㗰⟶ओᕝᓮ〇㕲ᡤ࡟ᐦ㛢ࢧ࢖ࢡࣝࡢ  0: ⣭ %)*4-2-1

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 4.7 天然ガス焚きと BFG 焚きのフローバランス〔日本ガスタービン学会誌，Vol.34，No.5，p.17，2006〕

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図 4.8 空気バイパス弁付きマルチキャン形燃焼器〔三菱重工技報，Vol.41，No.5，p.263，2004〕㧗⅔࢞ࢫࡣⓎ⇕㔞ࡀప࠸ࡢ࡛ࠊ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡀᚲせ࡜ࡍࡿ⇕㔞ࢆ☜ಖࡍࡿࡓࡵ࡟ࠊ
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102

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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表 4.3 国内の BFG 焚き大型ガスタービン複合サイクル発電所

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 4.10 ABB 11N2LBTU 形ガスタービン（2001）〔日本ガスタービン学会誌，Vol.26，No.101，p.123，1998〕

4.3 加圧流動層燃焼（PFBC）複合サイクル発電
4-3-1

システムの概要（11）㻃
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表 4.4 国内の PFBC 複合サイクル発電所

104

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 4.12 日立 MS7001EA-P 形ガスタービン（2000）

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図 4.13 ガスタービン翼の仕様比較〔火力原子力発電，Vol.48，No.4，p.51，1997〕

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

105

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4.4 ガス化複合サイクル発電システム（IGCC）

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図 4.14 Alstom GT140P 形ガスタービン（2001）〔原図：The role of turbo machinery in a sustainable world,SIEMENS，
p.41，2006〕ࡇࡢ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡣ 3)%& ⏝࡟タィࡉࢀࡓࡶࡢ࡛ࠊ
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図 4.16 IGCC の基本システム構成

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海外での石炭ガス化発電の動向（16）ୡ⏺࡛᭱ึࡢ ,*&& ᐇドࣉࣛࣥࢺࡣࢻ࢖ࢶ࡟ᘓタࡉࢀࠊ ᖺ㡭࠿ࡽ㐠㌿ࡀ⾜ࢃࢀࡓࡀࠊࢱ࣮ࣝⓎ⏕࡟ࡼࡿࢺࣛࣈࣝࡢࡓࡵ㡰ㄪ࡞㐠㌿ࡣ⾜ࢃࢀ࡞࠿ࡗࡓࠋ
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図 4.15 GT140P 形ガスタービンの概略系統図〔火力原子力発電，Vol.45，No.8，p.19，1994〕

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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国内における石炭ガス化発電の開発動向Ḣ⡿࡛ᘓタࡉࢀࡓ࢞ࢫ໬⅔ࡣࠊ࢞ࢫ໬๣ࢆ㓟⣲࡜ࡍࡿ㓟⣲྿ࡁ⅔࡛࠶ࡿࠋࡇࡢ᪉ᘧ࡛ࡣࠊ኱㔞ࡢ㓟⣲ࢆ〇㐀ࡍࡿࡓࡵ࡟✵Ẽࢆ෭༷ศ㞳ࡍࡿࡀࠊࡑࡢศ㞳ࡢࡓࡵ࡟኱ࡁ࡞ᡤෆືຊࢆᾘ㈝ࡍࡿࠋࡇࢀ࡟ᑐࡋ࡚ࠊ᪂࢚ࢿࣝࢠ࣮ 㺃 ⏘ᴗᢏ⾡⥲ྜ㛤Ⓨᶵᵓ㸦1('2㸧ࡢጤク஦ᴗ࡜ࡋ࡚ࠊ▼Ⅳ࢞ࢫ໬」ྜⓎ㟁ᢏ⾡◊✲⤌ྜ㸦,*& ⤌ྜ㸧ࡀࠊ W ᪥ᄇὶᗋ࢞ࢫ໬ࣃ࢖ࣟࢵࢺࣉࣛࣥࢺ࡛㛤Ⓨࢆᡂຌࡉࡏࡓ✵Ẽ྿ࡁ⅔ࡣࠊ࢞ࢫ໬๣ࢆ✵Ẽ࡜ࡍࡿࡓ

図 4.17 日立 H-14 形ガスタービン（1992）ࡵࠊཎ⌮ⓗ࡟㓟⣲〇㐀ືຊࡀ୙せ࡛࠶ࡾࠊ㓟⣲྿ࡁ⅔

〔写真提供：㈱日立製作所〕

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表 4.5 IGCC プロジェクトの概要

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

107

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図 4.20 IGCC 実証機の全景〔http://www.ccpower.co.jp/keikaku/〕㸦ᖹᡂ 㸧ᖺ  ᭶࠿ࡽ㛤ጞࡉࢀ࡚࠾ࡾࠊ ᖺᗘᮎࡲ࡛ᐇ᪋ࡉࢀࡿணᐃ࡛࠶ࡿ㸦ᅗ 㸧ࠋ（21）（3）EAGLE プロジェクト（20）⇞ ᩱ 㟁 ụ ⏝ ▼ Ⅳ ࢞ ࢫ 〇 㐀 ᢏ ⾡ 㛤 Ⓨ㸦($*/(㸸&RDO (QHUJ\ $SSOLFDWLRQ IRU *DV /LTXLG DQG(OHFWULFLW\㸧ࣉࣟࢪ࢙ࢡࢺ࡛ࡣࠊ⚟ᒸ┴໭஑ᕞᕷ࡟
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108

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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図 4.24 残渣油 IGCC プラントの概略系統〔三菱重工技報，Vol.41，No.1，p.12，2004〕

図 4.22 EAGLE パイロット試験設備の開発スケジュール〔原図：日本エネルギー学会誌，Vol.87，No.4，p.237，2008〕ᮏࣉࣛࣥࢺ࡛ࡣࠊ✵Ẽศ㞳タഛ࠿ࡽ౪⤥ࡉࢀࡿ❅⣲ࢆ࢞ࢫ໬࢞ࢫ࡟ΰྜࡋࠊࡑࢀࢆ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ⇞ᩱ࡜࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥ࡟ࡣ᪥❧ +㸦ᅗ  ཧ↷㸧ࡀ᥇⏝ࡋ࡚࠸ࡿࠋࡇࡢΰྜ࢞ࢫࡣࠊ/1* ࡜ẚ࡭࡚Ⓨ⇕㔞ࡸࡉࢀࠊ࢞ࢫ⢭〇タഛ࠿ࡽࡢ⢭〇࢞ࢫࢆ⇞ᩱ࡜ࡋ࡚౑⏝᩿⇕ⅆ⅖ࡋࠊࣃ࢖ࣟࢵࢺࣉࣛࣥࢺࡢ㐠㌿࡟ᚲせ࡞ᡤෆືຊࢆ౪

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注：

図 4.23 EAGLE パイロット試験設備のシステムフロー〔多目的石炭ガス製造技術開発（EAGLE）の現状，NEDO，p.3〕

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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第三世代：高性能 ･ 高効率ガスタービン
表 5.1 研究開発目標

5.1 「高効率ガスタービン」プロジェクト〔参考文献 (,)，参考資料 p.27，2000〕

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図 5.1 各種発電システムの効率比較〔日本ガスタービン学会誌，Vol.11，No.42，p.20，1983〕ࡇࡢ┬࢚ࢿࣝࢠ࣮ࡢ୍ᒙࡢ᥎㐍࡜▼Ἔ௦᭰໬ࡢಁ㐍࡜࠸࠺ほⅬ࠿ࡽࠊ」ྜࢧ࢖ࢡࣝⓎ㟁ࢩࢫࢸ࣒ࡢ⇕㟁ຠ㻃⋡ࢆ /+9 ௨ୖ࡟ྥୖࡉࡏࡿࡓࡵ࡟ࠊࡑࡢ୰᰾࡜

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〔参考文献 (,)，参考資料 p.4，2000〕

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高効率ガスタービンの試作運転研究࡚ࡣࠊᇶ♏ⓗ࡞㠃ࢆᅜ❧ヨ㦂◊✲ᶵ㛵ࡀ⾜࠸ࠊᐇ⏝໬◊✲㛤Ⓨࡢ┠ᶆࢆ㐩ᡂࡍࡿࡓࡵ࡟ࡣࠊࢩࣥࣉࣝࢧ࢖

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 5.5 AGTJ-100A システム系統図〔原図：日本ガスタービン学会誌，Vol.29，No.5，p.91，2001〕

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図 5.4 AGTJ-100A 形レヒートガスタービン（1983）〔原図提供：三菱重工業㈱〕（3）（2）パイロットプラントの運転（2）㸦᫛࿴ 㸧ᖺ  ᭶࠿ࡽ  ᭶ࡲ࡛ࠊ୕⳻㔜ᕤ 㺃㧗◁〇సᡤᵓෆ࡛ࣃ࢖ࣟࢵࢺࣉࣛࣥࢺࡢ↓㈇Ⲵヨ㦂ࡀ

表 5.2 AGTJ-100A 主要仕様

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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「高効率ガスタービン」がもたらしたものࡾࠊࡑࢀࡽࡣୡ⏺ᕷሙ࡟ࡶᢞධࡉࢀ࡚ᡂຌࢆ཰ࡵࠊಙ

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図 5.6 三菱 MF-111 形（1986）〔写真提供：三菱重工業㈱〕ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢᢏ⾡㛤Ⓨࢆ⤒㦂ࡍࡿࡇ࡜ࡀ࡛ࡁ▱ⓗ࡞㈈⏘ࢆᚓࡓࠋᮏࣉࣟࢪ࢙ࢡࢺࢆ㏻ࡌ࡚ᚓࡓྛ࢞ࢫࢱ࣮ࣅ

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

113ࡢ࢖ࣥࣆࣥࢪ࣓ࣥࢺ෭༷ཬࡧእ㠃ࡢࣇ࢕࣒ࣝ෭༷ࡣᚑ
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図 5.9 日立 H-25 形（1988）〔写真提供：㈱日立製作所〕✵Ẽᅽ⦰ᶵࡢ๓᪉ẁࡣࠊ࣐ࢵࣁᩘࡀ㧗ࡃࠊࡑࢀ࡟ࡼ
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図 5.7 タービン翼の冷却構造（MF-111）

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図 5.8 燃焼器の MTFIN 構造（MF-111）〔三菱重工技報，Vol.26，No.4，p.313，1989〕（a）第 1 段静翼

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図 5.10 タービン翼の冷却構造（H-25）〔写真提供：㈱日立製作所〕

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114

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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（4）カワサキ M7A 形ガスタービン（11）ࡀ㡑ᅜ࡟⣡ධࡉࢀࡓࠋ⌧ᅾࠊᅜෆ࡛⣙  ྎࠊᾏእ࡛

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図 5.13 カワサキ M7A 形（1993）〔原図：川崎重工カタログ〕

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図 5.12 タービン翼の冷却構造（東芝 15MW GT）

図 5.14 タービン翼の冷却構造（M7A）〔原図提供：川崎重工業㈱〕〔原図提供：㈱東芝〕

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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5.3 改良形複合サイクル発電ᑐ್㸧ࡢຠ⋡ྥୖ࡜  ࡢฟຊቑຍࢆᅗࡗ࡚࠸ࡿࠋ࡞࠾ࠊ

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図 5.15 GE MS7001FA 形（1994）

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116

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May࡟ࡣࠊᣑᩓ⇞↝㒊࡜ணΰྜ⇞↝㒊ࡢ✵Ẽ㓄ศࡢ᭱㐺໬ࡀ㔜せ࡛࠶ࡾࠊࡇࡢࡓࡵࠊ୺ᐊཬࡧ๪ᐊ࡬ࡢ✵Ẽὶ㔞ࢆㄪᩚࡍࡿࡓࡵࡢ✵Ẽὶ㔞ㄪᩚᶵᵓ㸦,)&㸧ࢆタࡅࠊ㈇Ⲵ࡟ᛂࡌࡓ✵Ẽὶ㔞㓄ศࡢ᭱㐺໬ࢆ⾜ࡗ࡚࠸ࡿࠋ᪂ ྡ ྂ ᒇ ⅆ ຊ Ⓨ 㟁 ᡤ ➨  ྕ ⣔ ิ ྥ ࡅ ࡢ 06)$࡛ࡣࠊᮾⰪࡀ㛤Ⓨࡋࡓప 12[ ⇞↝ჾ㸦➨  ❶ࠊᅗ ཧ↷㸧ࡀ᥇⏝ࡉࢀ࡚࠸ࡿࠋࡇࡢ⇞↝ჾࡣࠊ⇞↝✵Ẽไ䟺a䟻 ➠ 1 ṹ㟴⩴䟺b䟻 ➠ 1 ṹິ⩴ᚚ⏝ࡢྍኚᶵᵓࢆᣢࡓ࡞࠸ࢩࣥࣉࣝ࡞ᵓ㐀࡛ࠊ㧗໬࡟క࠺ቨ㠃ࡢ෭༷ࡣࠊࣛ࢖ࢼ࣮࡜ࢺࣛࣥࢪࢩࣙࣥࣆ࣮ࢫࢆ  㔜ᵓ㐀໬ࡋ࡚ࠊ࢖ࣥࣆࣥࢪ࣓ࣥࢺ෭༷࡜ᙉไᑐ
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図 5.16 タービン翼の冷却構造（MS7001FA）

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表 5.4 国内の代表的な 1,300℃級ガスタービン複合サイクル発電所

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

117

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図 5.18 タービン翼の冷却構造（M501F/701F）〔火力原子力発電，Vol.48，No.7，p.90，1997〕

図 5.17 三菱 M701F 形（1992）〔写真提供：三菱重工業㈱〕0)) ࡛ ࡣࠊ ➨  ẁ ࠿ ࡽ ➨  ẁ ࡢ 㟼 ⩼ ཬ ࡧື⩼࡟✵෭⩼ࢆ᥇⏝ࡋࠊ⩼ࡢ࣓ࢱࣝᗘࢆ Υ⣭࡜ྠ➼࡟⥔ᣢࡋ࡚࠸ࡿࠋ✵෭⩼ࡢ࠺ࡕࠊࢱ࣮ࣅࣥ➨ 㻃ẁື㟼⩼ࡢ෭༷ᵓ㐀ࢆᅗ  ࡟♧ࡍࠋ➨  ẁ㟼⩼ࡣࠊ ࢖ࣥࢧ࣮ࢺ࡟ࡼࡿෆ㠃࢖ࣥࣆࣥࢪ࣓ࣥࢺ෭༷ࠊ๓⦕
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図 5.19 マルチノズル式予混合燃焼器（M501F/701F）〔写真提供：三菱重工業㈱〕࠸ࡿࠋ➨  ẁື⩼࡟ࡘ࠸࡚ࡣࠊ๓⦕㒊ࢩ࣮ࣕ࣡࣊ࢵࢻ
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図 5.20 燃焼器のプレートフィン構造（M501F/701F）〔火力原子力発電，Vol.48，No.7，p.89，1997〕

5.4 欧州生まれの新鋭機⇞↝ჾቨ㠃ࡢ෭༷࡜ࡋ࡚ࠊෆ⟄㒊ࡣࠕࣉ࣮ࣞࢺࣇ࢕

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 5.22 ABB 13E2 形（1994）

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図 5.21 Siemens V64.3 形（1993）〔火力原子力発電，Vol.49，No.8，p.43，1998〕ղࠉࢹ࢕ࢫࢡᙧ࣮ࣟࢱ

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

119図 5.23 EV バーナの構造（13E2）

図 5.24 Alstom GT24 形〔火力原子力発電，Vol.48，No.7，p.82，1997〕〔火力原子力発電，Vol.48，No.7，p.81，1997〕ࢱ࣮ࣅࣥࡣ  ẁ࡛ࠊ 㹼  ẁື⩼ཬࡧ ࠊ ẁ㟼⩼ࡀ✵෭⩼࡛࠶ࡿࠋ➨  ẁ㟼⩼ࡣࠊࣇ࢕࣒ࣝ෭༷࡜࢖ࣥ

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（19）

（3）Alstom GT24/GT26 形

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図 5.25 高圧タービン動翼の冷却構造（GT24/26）

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表 5.5 Siemens 社及び ABB（Alstom Power）社ガスタービン仕様諸元120

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

121

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6.1 タービン翼の冷却技術
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図 6.2 翼冷却方式の概念〔(a) 〜 (c)：エンジンの事典，朝倉書店，p.708，1998(d)：三菱重工カタログ〕$ ᙧ㸦ࢱ࣮ࣅࣥධཱྀ

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図6.3 タービン静翼の冷却方式の変遷，〔

122

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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内の年号は、初号機の運転開始年を示す。

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図 6.4 タービン動翼の冷却方式の変遷，〔〔(a)，(b)：火力原子力発電，Vol.46，No.10，p.142，1995

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〕内の年号は、初号機の運転開始年を示す。

(c)：同，Vol.48，No.7，p.90，1997(d)：同，Vol.50，No.1，p.56，1999〕

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査123䟺㟴⩴Ὼᗐ㜾ୖ䠏155°C䟻㻃䟺㟴⩴Ὼᗐ㜾ୖ䠏44°C䟻㻃ᚉᮮ䛴✭Ẵ෫༴㟴⩴㻃ᅂ཭ᘟⵠẴ෫༴㟴⩴㻃

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6.2 材料技術

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図 6.5 ガス温度及び翼のメタル温度分布〔三菱重工技報，Vol.40，No.4，p.195，2003〕

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（3）
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図 6.7 耐熱合金の耐熱温度の推移〔火力原子力発電，Vol.54，No.10，p.63，2003〕124

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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表 6.1 タービン動翼用耐熱合金の組成〔データ出典：日本ガスタービン学会誌，Vol.32，No.3，p.46，2004〕p

表 6.2 タービン静翼用耐熱合金の組成〔データ出典：日本ガスタービン学会誌，Vol.32，No.3，p.46，2004〕

表 6.3 燃焼器用耐熱合金の組成〔データ出典：日本ガスタービン学会誌，Vol.32，No.3，p.47，2004〕

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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6.3 燃焼技術
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図 6.9 燃焼温度の変遷〔日本ガスタービン学会誌，Vol.25，No.97，p.24，1997〕

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図 6.8 TBC による基材温度低減効果〔東芝レビュー，Vol.58，No.8，p.60，2003〕

126

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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図 6.11 拡散燃焼と予混合燃焼の差違〔原図：火力原子力発電，Vol.54，No.10，p.74，2003〕

図 6.10 拡散燃焼器用の燃料ノズルの例〔写真提供：三菱重工業㈱〕（2）予混合燃焼（4）ணΰྜ⇞↝ࡣࠊ⇞↝ࡑࡢࡶࡢࡢᨵၿ࡟ࡼࡗ࡚ 12[ పῶࢆᅗࡿ᪉ἲ࡛࠶ࡾࠊ ᖺ௦༙ࡤ௨㝆ࠊኳ↛࢞ࢫࡸ /1* Ẽ໬࢞ࢫࢆ౑⏝ࡍࡿ࢞ࢫࢱ࣮ࣅ࡛ࣥ୺ὶ࡜࡞ࡗ
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図 6.12 ステージングと火炎配置の概念〔日本ガスタービン学会誌，Vol.25，No.97，p.26，1997〕ᗘ⮬㌟ࢆపୗࡉࡏࡿࡇ࡜ࡀ࡛ࡁࡿ㸦ᅗ ཧ↷㸧ࡓࡵࠊࢧ࣮࣐ࣝ 12[ Ⓨ⏕ࡢ኱ᖜ࡞ᢚไࡀ

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図 6.15 三菱 1,350℃級予混合燃焼器（1992）〔三菱重工技報，Vol.36，No.1，p.10，1999〕䐖䝕䜨䝱䝇䝌⇖↕ჹ㻃䐗䝥䜨䝷⇖↕ჹ㻃䐘ᑹ➼㻃䐙✭Ẵ䝔䜨䝕䜽ᘒ㻃䐚䝕䜨䝱䝇䝌䝒䜾䝯㻃䐛䝥䜨䝷䝒䜾䝯㻃

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図 6.13 三菱 1,100℃級予混合燃焼器（1984）〔日本ガスタービン学会誌，Vol.23，No.89，p.41，1995〕⇖ᩩฦ㒼䜽䜵䜼䝩䞀䝯

図 6.16 予混合燃焼器の制御方式〔日本ガスタービン学会誌，Vol.32，No.1，p.16，2004〕Ἔ⇞ᩱࢆ౑⏝ࡍࡿሙྜࡣࠊ✵Ẽ࡜ΰྜࡍࡿ㝿࡟ࠊᚤ⢏໬ࡸ⵨Ⓨࡢ㐣⛬ࢆྵࡴࡓࡵࠊ࢞ࢫ⇞ᩱ࡟ẚ࡭」㞧࡛࠶ࡿࠋᅗ  ࡣἜ↏ࡁᑓ⏝ࡢప 12[ ⇞↝ჾ࡛࠶ࡿࠋ
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図 6.14 燃料及びバイパス弁のスケジュール〔三菱重工技報，Vol.22，No.3，p.14，1985〕ࢬࣝ࡜⇞↝ჾ୰ኸ࡟ࣃ࢖ࣟࢵࢺࣀࢬࣝࢆタࡅ࡚࠸ࡿࠋ
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128

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 6.20 タービン入口温度と燃焼器内空気配分〔三菱重工技報，Vol.40，No.4，p.195，2003〕

図 6.17 三菱油焚き低 NOx 燃焼器（2000）〔三菱重工技報，Vol.36，No.1，p.10，1999〕

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図 6.18 デュアル燃料用メインノズル（1998）〔三菱重工技報，Vol.36，No.1，p.12，1999〕ࢺ㸦ᣑᩓ㸧⇞ᩱࣀࢬࣝ࡟ࡣಖ⅖ᛶ࡟ඃࢀࡓࢫ࣡ࣛࢱ࢖
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図 6.21 東芝 1,100℃級予混合燃焼器（1993）〔東芝レビュー，Vol.49，No.4，p.261，1994〕

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図 6.19 三菱 1,500℃級予混合燃焼器（1997）〔三菱重工技報，Vol.37，No.1，p.4，2000〕㧗໬࡟క࠸ቑຍࡍࡿ 12[ ࢆపῶࡍࡿ࡟ࡣࠊࡉࡽ

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 6.23 日立 1,100℃級予混合燃焼器（1990）ຠ⋡ࢆྥୖࡉࡏ࡚࠸ࡿࠋࡇࡢ⇞↝ჾࡣࠊ᪂ྡྂᒇⅆຊ〔日本ガスタービン学会誌，Vol.23，No.89，p.42，1995〕Ⓨ 㟁 ᡤ  ྕ ⣔ ิ㸦 ᖺࠊ06)$   ྎ 㸧 ࡛ ᥇⏝ࡉࢀࡓࠋ

図 6.22 東芝 1,300℃級予混合燃焼器（1998）〔日本ガスタービン学会誌，Vol.23，No.89，p.43，1995〕

図 6.24 燃空比及び IFC 制御〔日本ガスタービン学会誌，Vol.32，No.1，p.11，2004〕（9）ճࠉ᪥❧〇సᡤ（5）ᅗ  ࡣࠊ᪥❧〇సᡤࡀ㛤Ⓨࡋࠊᰗ஭Ⓨ㟁ᡤ  ྕ⣔ ิ㸦 ᖺࠊ06($   ྎ 㸧 ࡸ ᪂ ኱ ศ Ⓨ 㟁 ᡤ ྕ ⣔ ิ㸦 ᖺࠊ06(   ྎ 㸧 ࡛ ᥇ ⏝ ࡉ ࢀ ࡓ⇞↝ჾࡢᵓ㐀࡛࠶ࡿࠋ⇞↝ჾ୰ኸ㒊࡟ⅆ⅖Ᏻᐃᛶ࡟ඃ
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図 6.25 日立 1,300℃級予混合燃焼器（1994）

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〔日本ガスタービン学会誌，Vol.23，No.89，p.42，1995〕ᗘศᕸࢆᆒ୍໬ࡍࡿࡓ

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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図 6.26 日立の新形予混合燃焼器（1998）〔日本ガスタービン学会誌，Vol.32，No.1，p.13，2004〕㻃
図 6.28 音響ライナー〔原図提供：三菱重工業㈱〕㡢㡪ࣛ࢖ࢼ࣮ࡢ௙⤌ࡳࢆᅗ  ࡟♧ࡍࠋ㡢㡪ࣛ࢖ࢼ࣮ࡣࠊ⇞↝ჾ෭༷✵Ẽ㏻㊰㛫ࡢ㡢㡪✰࡜⫼ᚋ✵ẼᒙㇿⲬ䛱ᑊ䛟䜑஢Ίྙ䝒䜾䝯ᩐ䛴ቌ΅㸦㡢㡪࣎ࢵࢡࢫ㸧࡛ᵓᡂࡉࢀࡿࠋ㡢㡪✰ࡣ⇞↝᣺ືࡢ㡢㡪࢚ࢿࣝࢠ࣮ࢆ⇕࢚ࢿࣝࢠ࣮࡟ኚ᥮ࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡗ
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図 6.27 予混合ノズルの運用と NOx 排出特性
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図 6.29 音響ライナーの仕組み〔火力原子力発電，Vol.59，No.10，p.146，2008〕

6-3-2

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6.4 要素技術（2）⮬ບ᣺ື࡛࠶ࡿࠋ+] ࢆ㉸࠼ࡿ㧗࿘Ἴࡢ⇞↝᣺ືࡣࠊᵓ㐀యࡢᦆയ࡟⮳ࡿࡲ࡛ࡢ᫬㛫ࡀ▷ࡃࠊⓎ⏕ࡍࡿ࡜ᶵᲔࡢ㐠⏝࡟኱ࡁ࡞ᙳ㡪ࢆ୚࠼ࡿࠋ

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

131ࡓࠋࡑࡢ⤖ᯝࠊ᭱㏆ࡢ㧗ᛶ⬟໬ࡣࠊධཱྀ࣐ࢵࣁᩘࢆቑ

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DCA

DCA Double Circular Arc

1,100°C

1,300°C

MCA

1,500°C

図 6.31 タービン空力設計の変遷（三菱重工）〔火力原子力発電，Vol.54，No.10，p.66，2003〕

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図 6.30 圧縮機翼形断面の変遷

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図 6.32 起動時暖気形翼環（M701G2）

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〔三菱重工技報，Vol.40，No.4，p.197，2003〕ࣥὶࢀゎᯒࡸࠊ㠀ᐃᖖᛶࢆ⪃៖ࡋࡓゎᯒᢏ⾡ࡀ୙ྍḞ࡛࠶ࡿࠋᚑ᮶ࡢᐃᖖὶࢀゎᯒ࡟ຍ࠼ࠊ㠀ᐃᖖὶࢀゎᯒ

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132

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May㸦㸧

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

133

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第四世代：さらなる高効率化

7.1 1,500℃級ガスタービン
（1）
（2）
（3）

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図 7.2 蒸気冷却燃焼器燃焼筒（M501G）

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 7.4 タービン 1 段翼環断面図（M701G1）
図 7.6 Siemens SGT5-8000H 形〔火力原子力発電，Vol.59，No.10，p.14，2008〕〔Modern Power Systems，September 2007，p.41〕

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査135෭༷✵Ẽࢆ๐ῶࡋࡓศቑຍࡋࠊࢱ࣮ࣅ࡛ࣥࡢ௙஦ࡀቑ

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図 7.8 M501H 形運転系統図

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〔三菱重工技報，Vol.37，No.1，p.8，2000〕

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図 7.7 三菱 M501H 形（1999）〔三菱重工技報，Vol.37，No.1，p.6，2000〕

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図 7.9 H システムの設計 ･ 製造分担
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136

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図 7.11 H 形ガスタービン用低 NOx 燃焼器〔原図：GE Power Systems，GER-3935B，p.10〕

図 7.10 GE MS-9001H 形（2008）〔平成 19 年度火力原子力発電大会論文集，p.182，2007〕⤥ࡉࢀࡿࠋ඲ணΰྜ࣮ࣔࢻ࡛ࡣࠊ⇞ᩱࡣࢫ࢛࢘ࢬࣝ
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表 7.1 国内の 1,500℃級ガスタービン複合サイクル発電所

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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図 7.12 低 NOx 燃焼器燃料噴射ノズル〔火力原子力発電，Vol.54，No.10，p.67，2003〕㸦㸧 ሯ㉺௚㸸ࠕ㧗ຠ⋡࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ㐠㌿ᐇ⦼࡜௒ᚋࡢ㛤Ⓨືྥࠖ㸪୕⳻㔜ᕤᢏሗ㸪9RO㸪1R㸪+ ᙧ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࡢ➨  ࡢ≉ᚩ࡛࠶ࡿ㧗໬ࢆ㐩ᡂࡍࡿࡓࡵ࡟ࠊࢱ࣮ࣅࣥ➨  ẁཬࡧ➨  ẁື㟼⩼࡟ᅇ཰㸦㸧 㛛⬥௚㸸ࠕᐩኈ 㺃 ࢩ࣮࣓ࣥࢫ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥࠖ
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図 7.13 第 1 段静翼及び動翼（SC 翼）〔GE Power Systems，GER-3935B，p.8〕

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May8 まとめと考察ࢃࡀᅜึࡢ࢞ࢫࢱ࣮ࣅࣥⓎ㟁ᡤࡀㄌ⏕ࡋ࡚࠿ࡽ⣙ ᖺࠊᵝࠎ࡞ᢏ⾡ࡢ㛤ⓎࡸⓎᒎࠊῈửࡀ࠶ࡗࡓࠋᮏ
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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

141Vol.13 2009.May

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国立科学博物館技術の系統化調査報告නᯏ಴ജ䋬MWᾲല₸䋬%LHV

142

付録

（Ⅰ）
（Ⅱ）

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付図 2 三菱 MW-252 形（1976）〔写真提供：三菱重工業㈱〕（1）（1）日立 MS7002 形

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（3）東芝 13D 形
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付図 1 日立 -GE MS7002 形（1974）〔日立評論，Vol.56，No.11，p.42，1974〕

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（2）（2）三菱 MW-252 形

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産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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付図 3 東芝 -BBC 13D 形〔写真提供：㈱東芝〕（4）三井造船 SB60C-M 形（3）୕஭㐀⯪ࡣࠊ
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付図 5 三菱 MW-151 形（1982）ࢆ᭷ࡍࡿࠋࡲࡓࠊ༢⟄ᙧࡢ⇞↝ჾࢆ᥇⏝ࡍࡿࡇ࡜࡛ࠊ

〔原図：三菱重工カタログ〕

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付図 6 マルチキャン形燃焼器の MW-151 形（1991）〔三菱重工技報，Vol.28，No.6，p.600，1991〕（6）東芝 25,000kW ガスタービン（6）付図 4 三井造船 SB60C-M 形（1982）〔原図：三井造船カタログ〕

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（4）
（5）

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144

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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付図 8 日立 -GE MS6001FA 形（1996）〔写真提供：㈱日立製作所〕

付図 7 東芝 25MW ガスタービン（1987）〔産業技術歴史継承調査−我が国のガスタービン技術の独創性と創造性に関する調査編，NEDO，p.31，2003〕ᮏ௜㘓࡛⤂௓ࡋࡓᶵ✀ࡢ࡞࠿࡟ࡣࠊᕷሙࡀ┠ㄽぢ࡝࠾ࡾ࡟ࡣື࠿ࡎࠊ ྎࡢࡳࡢ〇స࡛ࠊ㔞⏘ࡉࢀࡿࡇ࡜
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付表 1 ガスタービンの仕様諸元

産業用大型ガスタービンの技術系統化調査

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146

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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国立科学博物館
技術の系統化調査報告 第 13 集
平成21（2009）年5月29日■編集

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