排気タービン、排熱回収システム及び排熱回収システムの運転方法
【課題】多機関装置においてタービンブレードにおける振動誘発を回避しながら排熱回収における効率改善を実現するような排気タービンを提供する。
【解決手段】排気タービン(２０)は、タービンハウジング(２１)、タービンハウジング内に回転可能に軸受され、複数のタービンブレード(２３ａ)を有するロータ(２３)、タービンブレードへの排気流を制御するための、タービンハウジング内に配置されたガイドバッフル(２４)を有しており、タービンハウジングは、ガイドバッフルを介して排気をタービンブレードに導くための複数の排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)を有しており、それぞれの排気インテーク通路はガイドバッフルまでは互いに別々であり、また、各排気インテーク通路にはそれぞれの排気インテーク通路内の排気圧力(ＰI,ＰII)を測定するための圧力センサが配置されている。
【解決手段】排気タービン(２０)は、タービンハウジング(２１)、タービンハウジング内に回転可能に軸受され、複数のタービンブレード(２３ａ)を有するロータ(２３)、タービンブレードへの排気流を制御するための、タービンハウジング内に配置されたガイドバッフル(２４)を有しており、タービンハウジングは、ガイドバッフルを介して排気をタービンブレードに導くための複数の排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)を有しており、それぞれの排気インテーク通路はガイドバッフルまでは互いに別々であり、また、各排気インテーク通路にはそれぞれの排気インテーク通路内の排気圧力(ＰI,ＰII)を測定するための圧力センサが配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気タービン、そのような排気タービンを装備した排熱回収システム、及びそのような排熱回収システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に使用される多機関装置、つまり複数の内燃機関を有する装置においては、一つの排気ラインに故障があっても他の内燃機関の運転方法に影響が出ないよう、内燃機関のそれぞれの排気ラインは互いに独立して実施される。
【０００３】
多機関装置のために排熱を利用する蒸気タービン及び排気タービンを有するＷＨＲ(Waste-Heat-Recovery 排熱回収)システムが実施される場合、通常は、内燃機関ごとにそれぞれ一つの排気タービンが設けられる。
【０００４】
しかしながら複数の小型の排気タービンは、(一つの大型排気タービンに比較して)効率が悪いという点、及び、高速運転される複数のギヤを持つ構造は(大型でゆっくり運転される排気タービンに比較して)より複雑であり、また、損失もより高く、共用ギヤによる追加的な損失もあるという点に関して欠点がある。
【０００５】
一つの大きな排気タービン又はパワータービンの前で複数の排気バイパスラインを一緒に実施した場合、内燃機関が、さまざまな負荷において運転されて排気圧力がさまざまであれば、内燃機関のそれぞれの排気システム内で互いに反動が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、多機関装置においてタービンブレードにおける振動誘発を回避しながら排熱回収における効率改善を実現することが可能な、排気タービン、そのような排気タービンを装備した排熱回収システム、及び、そのような排熱回収システムの運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は請求項１に記載の排気タービン、請求項７に記載の排熱回収システム、請求項１０に記載の方法により解決される。本発明の発展形はそれぞれの従属請求項で定義されている。
【０００８】
本発明の第１の態様では内燃機関の排気をエネルギー的に利用するための排気タービンが提供され、該排気タービンは、
タービンハウジング、
タービンハウジング内に回転可能に軸受されて複数のタービンブレードを有するロータ、
タービンブレードへの排気流を制御するためにタービンハウジング内に配置されたガイドバッフルを有しており、このときタービンハウジングはガイドバッフルを介して排気をタービンブレードにガイドするための複数の排気インテーク通路を有しており、また、それぞれの排気インテーク通路はガイドバッフルまでは互いに別々であり、また、それぞれの排気インテーク通路内の排気圧力を測定するために各排気インテーク通路内に一つの圧力センサが配置されており、
さらに、排気タービンは、これら圧力センサに接続されていて排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるための圧力調和手段を有している。
【０００９】
圧力を調和させることにより、タービンブレードにおける振動誘発が確実に回避される。それにより、多機関装置用にそのようなただ一つの排気タービンを設けることができ、また、そのただ一つの排気タービンはより大きくしてより高い効率で実施することができる。
【００１０】
本発明の排気タービンの一つの実施形態においてタービンブレードは、不減衰の、特にダンピングワイヤなしのタービンブレードとして構成されている。
【００１１】
ダンピングワイヤは、離して並べられている複数のタービンブレードの振動を減衰させるために通常のタービンに用いられており、減衰はワイヤを受ける場所における摩擦により行われる。ダンピングワイヤはタービンブレードの穴に通すことができる。これらの穴はタービンブレードのぜい弱部でありタービン破損が頻繁にここから起こるため、通常はタービンブレードは穴の領域を厚くして構成されている。ダンピングワイヤはいずれにせよタービンブレード輪郭の周囲の流れにとって障害であり、それによりタービンの効率が低下する。
【００１２】
本発明によりタービンブレードが不減衰、特にダンピングワイヤなしで構成されることにより、タービンブレードによるそのような効率低下が回避される。
【００１３】
本発明の排気タービンのさらなる実施形態においては、それぞれの排気インテーク通路内の圧力を調節するよう設定された圧力調節装置が各排気インテーク通路に前置されることにより圧力調和手段が構成され、このとき圧力センサ及びそれぞれの圧力調節装置はタービン制御装置に接続されており、また、タービン制御装置は、それぞれの圧力調節装置をそれぞれの圧力センサにより測定された排気圧力に基づいて制御するよう、すべての排気インテーク通路における排気圧力を一つの統一目標圧力レベルに調節するよう、設定されている。
【００１４】
本発明の排気タービンのさらなる一つの実施形態においては、前記一つの統一目標圧力レベルにおける排気圧力の互いの所与の制御偏差は≦１.０barである。
【００１５】
本発明の排気タービンのさらなる一つの実施形態において各圧力調節装置は、それぞれの排気インテーク通路への排気流入を絞るための絞り装置を有している。
【００１６】
代替的又は追加的に、本発明の排気タービンのさらなる一つの実施形態において各圧力調節装置は、それぞれの排気インテーク通路への排気流入から排気を分岐させるためのバイパス装置を有している。
【００１７】
本発明の第２の態様では排熱回収システムが提供され、該排熱回収システムは複数の内燃機関を有しており、このとき各内燃機関は一つの別個の排気ラインを有しており、前記排熱回収システムはさらに、本発明の第１の態様の前述の一つの又は複数の又はすべての実施形態の考え得るあらゆる組み合わせによる、ただ一つの排気タービンを有しており、このとき排気を導入するための、複数の内燃機関のうちの第１の内燃機関の排気ラインが、排気タービンの複数の排気インテーク通路のうちの第１の排気インテーク通路に接続されており、また、複数の内燃機関のうちの第２の内燃機関の排気ラインが、排気を導入するために排気タービンの複数の排気インテーク通路のうちの第２の排気インテーク通路に接続されている。
【００１８】
圧力を調和させることによりタービンブレードにおける振動誘発は確実に回避される。本発明において排熱回収システム用にただ一つの排気タービンが設けられることにより、このただ一つの排気タービンをより大きく、そしてそれにより、より高い効率で実施することができる。
【００１９】
本発明の排熱回収システムの一つの実施形態において排熱回収システムはさらに、蒸気タービン、及び、各排気ラインに一つの熱交換機を有しており、該熱交換機は、排気を導くよう設定された一次ライン及び蒸気を提供するよう設定された二次ラインを有しており、それぞれの熱交換機の二次ラインは蒸気タービンの蒸気入口に接続されている。
【００２０】
本発明の排熱回収システムのさらなる一つの実施形態において、排熱回収システムはさらに発電機を有しており、この発電機の駆動軸は、排気タービンのロータにより回転駆動される排気タービンのアウトプットシャフトに、及び、蒸気タービンのロータにより回転駆動される蒸気タービンのアウトプットシャフトに、回転駆動接続することが可能である。
【００２１】
本発明の第３の態様においては、本発明の第２の態様における前述の一つの又は複数の又はすべての実施形態の考え得るあらゆる組み合わせによる排熱回収システムの運転方法が提供され、その方法は以下のステップ；
排気タービンのそれぞれの排気インテーク通路内の排気圧力を測定するステップ、
測定された排気圧力を比較するステップ、
排気インテーク通路内のそれぞれの排気圧力を互いに調和させるステップ、
を有する。
【００２２】
圧力を調和させることによりタービンブレードにおける振動誘発は確実に回避される。本発明によるただ一つの排気タービンが排熱回収システム内に設けられることにより、このただ一つの排気タービンはより大きく、また、より高い効率で実施することができる。
【００２３】
本発明の方法の一つの実施形態において、測定された排気圧力の比較ステップではさらに、測定された排気圧力の最低排気圧力の決定が行われ、このとき残りの排気圧力は高圧力の排気圧力として決定され、また、最低排気圧力から目標圧力レベルが決定され、また、排気インテーク通路内のそれぞれの排気圧力を互いに調和させる際には高圧力の排気圧力が目標圧力レベルにまで低下させられる。
【００２４】
本発明の方法のさらなる一つの実施形態においては、一つの統一目標圧力レベルにおいて排気圧力の互いの制御偏差は≦１.０barに調整される。
【００２５】
本発明の方法のさらなる一つの実施形態においては、それぞれの排気インテーク通路へのそれぞれの排気流入を絞ることにより、高圧力の排気圧力の低減が行われる。
【００２６】
代替的又は追加的に、本発明の方法のさらなる一つの実施形態においては、それぞれの排気インテーク通路へのそれぞれの排気流入から排気を分岐させることにより、高圧力の排気圧力の低減が行われる。
【００２７】
本発明は、請求項の明示的な引用における特徴の組み合わせによらない実施形態も明らかにカバーしており、そのため、開示された本発明の特徴は、技術的に有意義であれば、任意に互いに組み合わせることができる。
【００２８】
まとめると、発明者により解決法として認識されているのは、複数のインレットインサート、つまり排気脈動ターボチャージ類似のタービンハウジングを持つ排気タービン又はパワータービンであり、このとき複数の排気流はタービンガイドバッフル(ノズルリング)の後ではじめて混合され、それにより互いに影響しないため、反動が生じない。
【００２９】
発明者が特に認識したのは、排気脈動ターボチャージ運転中のタービンにおいては、排気の供給が不均一であるために、タービンブレードにおいてより高い振動誘発が生じるため、ダンピングワイヤ又は減衰要素を備える頑丈なタービンが必要であり、それにより効率も悪くなるということである。
【００３０】
そのため本発明では解決法として、最高の効率のためにタービンブレードをダンピングワイヤなしで構成することを提案しており、その際、不均一なパルス衝突により起こるタービンの振動誘発という問題は、個々の排気管又は排気インテーク通路内の圧力を個別に調節して排気インテーク通路ができるだけ同じ圧力レベル及びそれにより同じ速度レベルで運転されることにより、低減又は解消される。
【００３１】
このことは例えば、タービン前の流入管内のそれぞれの圧力を測定し、絞り及び／又はバイパス調節により高い圧力をそれぞれ調節することにより行われる。絞り運転においては排気圧力が高まり、それが、連結された内燃機関にとって有利にはたらき、最大点火圧力が許容する限り内燃機関のチャージが改善される。バイパス運転においては排気内の余熱を取り出して蒸気タービン内で転換することができる。
【００３２】
それにより、例えば発電機とともに一つのラインに一緒に取り付けられた一つの蒸気タービン及び一つの排気タービンから成る、少なくとも２つの内燃機関のためのＷＨＲシステムが可能となる。さらに、少なくとも２つの入口(一緒に取り付けるべき内燃機関の数と同じ)を持ち、できるだけ最高の効率のためにダンピングワイヤが備えられていない一つの排気タービンが可能となる。さらに、圧力測定による調節及び、タービン前の排気圧力をそれぞれ類似のレベル(制御偏差が例えば≦１.０bar)に確実にする調節機構が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】標準的な排熱回収システムの回路図である。
【図２】本発明の一つの実施形態における排熱回収システムの回路図である。
【図３】本発明の一つの実施形態における排気タービンの部分の斜視図である。
【図４】図３の排気タービンのタービンハウジングの、図３の平面Ａで切断された部分を２つの斜視図で示した図である。
【図５】図２に似ているが、分かりやすくするために本発明の排熱回収システムのいくつかの要素を取り除いて示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明について、好ましい実施形態及び付属の図を用いて詳細に説明する。
【００３５】
図１は、船舶(完全に図示されてはおらず、また特に記号も付与されていない)に組み込まれた標準的な排熱回収システム１'の回路図である。
【００３６】
図１の排熱回収システム１'は、船舶の駆動に用いられる第１内燃機関１０'及び第２内燃機関５０'を有している。
【００３７】
各内燃機関１０',５０'は、
それぞれの排気出口１６'又は５６'(本図では煙突)を持つ別々の排気ライン１５'又は５５'、
別々の排気タービン又はパワータービン２０'又は６０'であって、該排気タービン２０',６０'がそれぞれの排気ライン１５'又は５５'の排気により駆動可能なようにそれぞれ付属する排気ライン１５'又は５５'に接続されている排気タービン又はパワータービン２０'又は６０'、
一次ライン２５ａ'又は６５ａ'を備え、蒸気発生のためにそれぞれ付属する排気ライン１５'又は５５'に組み込まれた別々の熱交換機２５'又は６５'、
それぞれの内燃機関１０'又は５０'へのターボ過給のためにそれぞれ付属する排気ライン１５'又は５５'に接続された２つのターボチャージャ３０ａ',３０ｂ'又は７０ａ',７０ｂ'(それぞれの排気タービン及びそれぞれのコンプレッサを有しているが、特に符号は付与されていない)
を有する。
【００３８】
図１の排熱回収システム１'はさらに蒸気タービン７５'及び発電機８０'を有している。蒸気タービン７５'は熱交換機２５',６５'のそれぞれの二次ライン２５ｂ'又は６５ｂ'にそれぞれ接続されているため、蒸気タービン７５'は熱交換機２５',６５'により発生された蒸気を介して駆動可能である。
【００３９】
２つの排気タービン２０',６０'は共用ギヤ８５'を介して出力側で選択的に発電機８０'の駆動軸８１'に回転駆動接続可能である。蒸気タービン７５'はギヤ９０'を介して出力側で継続的に発電機８０'の駆動軸８１'に回転駆動接続されている。
【００４０】
以下、図２から図５を参照しながら、船舶(完全には図示されず、また、特に符号は付与されていない)内に組み込まれた、本発明の実施形態による排熱回収システム１について詳述する。
【００４１】
本発明の排熱回収システム１は、船舶を駆動する第１内燃機関１０及び第２内燃機関５０を有する。
【００４２】
各内燃機関１０,５０は、
複数の排気管(特に符号は付与されていない)及びそれぞれの排気出口１６又は５６(本図では煙突)を持つ別個の排気ライン１５又は５５、
別々の熱交換機２５又は６５であって、熱交換機２５又は６５は排気を導くよう設定された一次ライン２５ａ又は６５ａを備えて、蒸気発生のためにそれぞれ付属する排気ライン１５又は５５内に組み込まれている熱交換機２５又は６５、
それぞれの内燃機関１０又は５０へのターボ過給のためにそれぞれ付属する排気ライン１５又は５５に接続された、２つのターボチャージャ３０ａ,３０ｂ又は７０ａ,７０ｂ(それぞれの排気タービン及びそれぞれのコンプレッサを有しているが、特に符号は付与されていない)、
を有する。
【００４３】
本発明による排熱回収システム１はさらに、内燃機関の排気をエネルギー的に利用するために、排気管を介して両方の排気ライン１５,５５に接続された排気タービン又はパワータービン２０を有しており、排気タービン２０は両方の排気ライン１５,５５の排気により駆動可能である。
【００４４】
特に図２、図３、図５から分かるように排気タービン２０は、タービン流入ハウジング２２を持つタービンハウジング２１、回転可能にタービンハウジング２１に軸受けされ、複数の不減衰の、特にダンピングワイヤなしのタービンブレード２３ａを有するロータ２３(図式的かつ部分的にのみ図示)、タービンブレード２３ａへの排気流を制御するためにタービンハウジング２１内に配置されたガイドバッフル２４(又はノズルリング)、排気タービン２０から排気を排出するための排出ディフューザ２４ａを有している。
【００４５】
タービンハウジング２１のタービン流入ハウジング２２は、ガイドバッフル２４を介して排気をタービンブレード２３ａにガイドするための複数の排気インテーク通路を有しており、このときそれぞれの排気インテーク通路はガイドバッフル２４までは互いに別々である。図２から図５に図示された本発明の実施形態においては、タービンハウジング２１のタービン流入ハウジング２２は第１排気インテーク通路２２ａ及び第２排気インテーク通路２２ｂを有しており、これらはガイドバッフル２４の少し手前からガイドバッフル２４まで隔壁２２ｃにより、流れに関して互いに隔てられている。これについて図４では図３の平面Ａで切断された、「ズボン」のように構成されているタービン流入ハウジング２２の部分が２つの部分図の斜視図で図示されている。
【００４６】
第１内燃機関１０の排気ライン１５は、排気を導くために排気タービン２０の第１排気インテーク通路２２ａに接続されている。第２内燃機関５０の排気ライン５５は排気を導くために排気タービン２０の第２排気インテーク通路２２ｂに接続されている。
【００４７】
図２から図５には図示されていないが、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂのそれぞれには、それぞれの排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI又はＰII(図２参照)を測定するための圧力センサが配置されている。
【００４８】
各排気インテーク通路２２ａ,２２ｂには、それぞれの排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI又はＰIIを調節するよう設定された圧力調節装置６０ａ,６０ｂが前置されている。各圧力調節装置６０ａ,６０ｂは、電子制御ユニット６１ａ又は６１ｂ及び、望ましくは電気モータ(符号Ｍ)で制御可能な第１のバルブ６２ａ又は６２ｂ、及び、望ましくは電気モータ(符号Ｍ)で制御可能な第２のバルブ６３ａ又は６３ｂを有している。第１及び第２のバルブ６２ａ,６３ａ又は６２ｂ,６３ｂは、制御のために、付属する制御ユニット６１ａ又は６１ｂに電気的に接続されている。
【００４９】
各圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第１バルブ６２ａ,６２ｂは、それぞれ割り当てられた排気インテーク通路２２ａ又は２２ｂへの排気流入を絞るための絞り装置として機能する。各圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第２バルブ６３ａ,６３ｂは、それぞれ割り当てられた排気インテーク通路２２ａ又は２２ｂへの排気流入の排気を分岐させるためのバイパス装置として機能する。
【００５０】
本発明による排熱回収システム１はさらに、信号受信のためにそれぞれの圧力センサに電気的に接続され、また、制御のためにそれぞれの圧力調節装置６０ａ,６０ｂの制御ユニット６１ａ,６１ｂに接続された、電子式タービン制御装置１００を有している。タービン制御装置１００は、すべての排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI、ＰIIを一つの統一目標圧力レベルに調節するために、それぞれの圧力センサにより測定された排気圧力ＰI,ＰIIに基づいてそれぞれの圧力調節装置の制御ユニット６１a,６１ｂを制御するように設定されている。この一つの統一目標圧力レベルにおいて、排気圧力ＰI,ＰIIの互いの制御偏差は望ましくは≦０.２barである。
【００５１】
つまり、圧力調節装置６０ａ,６０ｂ及びタービン制御装置１００は圧力調和手段を形成しており、これらは圧力センサに接続されており、また、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内のそれぞれの排気圧力ＰI,ＰIIを互いに調和させるように設定されている。
【００５２】
本発明による排熱回収システム１はさらに蒸気タービン７５及び発電機８０を有している。蒸気タービン７５の蒸気入口(特に符号は付与されていない)は蒸気管(特に符号は付与されていない)を介して、それぞれ蒸気を提供するよう設定された熱交換機２５,６５の二次ライン２５ｂ又は６５ｂのそれぞれに接続されているため、蒸気タービン７５は二つの熱交換機２５,６５を介して発生した蒸気により駆動可能である。
【００５３】
発電機８０の駆動軸８１はギヤ８５を介して、排気タービン２０のロータ２３により回転駆動された、排気タービン２０のアウトプットシャフト２３ｂに回転駆動接続させることができ、また、ギヤ９０を介して、蒸気タービン７５のロータ(符号なし)により回転駆動された、蒸気タービン７５のアウトプットシャフト７５ａに回転駆動接続させることができる。
【００５４】
図示された実施形態においては、排気タービン２０は、ギヤ８５及びクラッチ(符号なし)を介して出力側で選択的に発電機８０の駆動軸８１に回転駆動接続することが可能であり、蒸気タービン７５は、ギヤ９０を介して出力側で継続的に発電機８０の駆動軸８１に回転駆動接続されている。
【００５５】
図２から図５に図示された排熱回収システム１の本発明の運転方法においては、少なくとも以下のステップ；
圧力センサを用いてそれぞれの排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI,ＰIIを測定するステップ、
測定された排気圧力ＰI,ＰIIをタービン制御装置１００内で比較するステップ、
圧力調和手段により、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内のそれぞれの排気圧力ＰI,ＰIIを互いに調和させるステップ、
を有している。
【００５６】
この方法において、測定された排気圧力ＰI,ＰIIを比較するステップではさらに、測定された排気圧力ＰI,ＰIIの最低排気圧力の決定が行われ、このとき残りの排気圧力は高圧力の排気圧力として決定され、また、最低排気圧力から目標圧力レベルが決定され、また、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内のそれぞれの排気圧力ＰI,ＰIIの互いの調和においては高圧力の排気圧力は圧力調節装置６０ａ,６０ｂにより目標圧力レベルに低減される。
【００５７】
この方法において、前記一つの統一目標圧力レベルにおける排気圧力ＰI,ＰIIの互いの制御偏差は望ましくは≦０.２barに調整される。
【００５８】
この方法においては、高圧力の排気圧力の低減は、望ましくは、関連する圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第１バルブ６２ａ又は６２ｂを部分的に閉じることにより、高圧力の排気の排気インテーク通路への流入が絞られることにより実施される。
【００５９】
この方法においては代替的又は追加的に、高圧力の排気圧力の低減は、望ましくは、関連する圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第２バルブ６３ａ又は６３ｂを開くことにより、排気インテーク通路への高めの圧力の排気流入から排気を分岐させることにより実施される。
【００６０】
この方法においては、内燃機関１０,５０は互いのモータ負荷に５０%以上の差があっても運転可能であり、その際、発電機に連結されたただ一つの排気タービン２０はそれにも関わらず内燃機関１０,５０に関してフィードバックなく運転されることが保証される。
【符号の説明】
【００６１】
１,１' 排熱回収システム
１０,１０' 内燃機関
１５,１５' 排気ライン
１６,１６' 排気出口
２０,２０' 排気タービン
２１ タービンハウジング
２２ タービン流入ハウジング
２２ａ,２２ｂ 排気インテーク通路
２２ｃ 隔壁
２３ ロータ
２３ａ タービンブレード
２３ｂ アウトプットシャフト
２４ ガイドバッフル
２４ａ 排出ディフューザ
２５,２５' 熱交換機
２５ａ,２５ａ' 一次ライン
２５ｂ,２５ｂ' 二次ライン
３０ａ,３０ａ' ターボチャージャ
３０ｂ,３０ｂ' ターボチャージャ
５０,５０' 内燃機関
５５,５５' 排気ライン
５６,５６' 排気出口
６０' 排気タービン
６０ａ,６０ｂ 圧力調節装置
６１ａ,６１ｂ 制御ユニット
６２ａ,６２ｂ バルブ
６３ａ,６３ｂ バルブ
６５,６５' 熱交換機
６５ａ,６５ａ' 一次ライン
６５ｂ,６５ｂ' 二次ライン
７０ａ,７０ａ' ターボチャージャ
７０ｂ,７０ｂ' ターボチャージャ
７５,７５' 蒸気タービン
７５ａ アウトプットシャフト
８０,８０' 発電機
８１,８１' 駆動軸
８５ ギヤ
８５' 共用ギヤ
９０,９０' ギヤ
１００ タービン制御装置
ＰI,ＰII 排気圧力
Ａ (断面)平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気タービン、そのような排気タービンを装備した排熱回収システム、及びそのような排熱回収システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に使用される多機関装置、つまり複数の内燃機関を有する装置においては、一つの排気ラインに故障があっても他の内燃機関の運転方法に影響が出ないよう、内燃機関のそれぞれの排気ラインは互いに独立して実施される。
【０００３】
多機関装置のために排熱を利用する蒸気タービン及び排気タービンを有するＷＨＲ(Waste-Heat-Recovery 排熱回収)システムが実施される場合、通常は、内燃機関ごとにそれぞれ一つの排気タービンが設けられる。
【０００４】
しかしながら複数の小型の排気タービンは、(一つの大型排気タービンに比較して)効率が悪いという点、及び、高速運転される複数のギヤを持つ構造は(大型でゆっくり運転される排気タービンに比較して)より複雑であり、また、損失もより高く、共用ギヤによる追加的な損失もあるという点に関して欠点がある。
【０００５】
一つの大きな排気タービン又はパワータービンの前で複数の排気バイパスラインを一緒に実施した場合、内燃機関が、さまざまな負荷において運転されて排気圧力がさまざまであれば、内燃機関のそれぞれの排気システム内で互いに反動が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、多機関装置においてタービンブレードにおける振動誘発を回避しながら排熱回収における効率改善を実現することが可能な、排気タービン、そのような排気タービンを装備した排熱回収システム、及び、そのような排熱回収システムの運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は請求項１に記載の排気タービン、請求項７に記載の排熱回収システム、請求項１０に記載の方法により解決される。本発明の発展形はそれぞれの従属請求項で定義されている。
【０００８】
本発明の第１の態様では内燃機関の排気をエネルギー的に利用するための排気タービンが提供され、該排気タービンは、
タービンハウジング、
タービンハウジング内に回転可能に軸受されて複数のタービンブレードを有するロータ、
タービンブレードへの排気流を制御するためにタービンハウジング内に配置されたガイドバッフルを有しており、このときタービンハウジングはガイドバッフルを介して排気をタービンブレードにガイドするための複数の排気インテーク通路を有しており、また、それぞれの排気インテーク通路はガイドバッフルまでは互いに別々であり、また、それぞれの排気インテーク通路内の排気圧力を測定するために各排気インテーク通路内に一つの圧力センサが配置されており、
さらに、排気タービンは、これら圧力センサに接続されていて排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるための圧力調和手段を有している。
【０００９】
圧力を調和させることにより、タービンブレードにおける振動誘発が確実に回避される。それにより、多機関装置用にそのようなただ一つの排気タービンを設けることができ、また、そのただ一つの排気タービンはより大きくしてより高い効率で実施することができる。
【００１０】
本発明の排気タービンの一つの実施形態においてタービンブレードは、不減衰の、特にダンピングワイヤなしのタービンブレードとして構成されている。
【００１１】
ダンピングワイヤは、離して並べられている複数のタービンブレードの振動を減衰させるために通常のタービンに用いられており、減衰はワイヤを受ける場所における摩擦により行われる。ダンピングワイヤはタービンブレードの穴に通すことができる。これらの穴はタービンブレードのぜい弱部でありタービン破損が頻繁にここから起こるため、通常はタービンブレードは穴の領域を厚くして構成されている。ダンピングワイヤはいずれにせよタービンブレード輪郭の周囲の流れにとって障害であり、それによりタービンの効率が低下する。
【００１２】
本発明によりタービンブレードが不減衰、特にダンピングワイヤなしで構成されることにより、タービンブレードによるそのような効率低下が回避される。
【００１３】
本発明の排気タービンのさらなる実施形態においては、それぞれの排気インテーク通路内の圧力を調節するよう設定された圧力調節装置が各排気インテーク通路に前置されることにより圧力調和手段が構成され、このとき圧力センサ及びそれぞれの圧力調節装置はタービン制御装置に接続されており、また、タービン制御装置は、それぞれの圧力調節装置をそれぞれの圧力センサにより測定された排気圧力に基づいて制御するよう、すべての排気インテーク通路における排気圧力を一つの統一目標圧力レベルに調節するよう、設定されている。
【００１４】
本発明の排気タービンのさらなる一つの実施形態においては、前記一つの統一目標圧力レベルにおける排気圧力の互いの所与の制御偏差は≦１.０barである。
【００１５】
本発明の排気タービンのさらなる一つの実施形態において各圧力調節装置は、それぞれの排気インテーク通路への排気流入を絞るための絞り装置を有している。
【００１６】
代替的又は追加的に、本発明の排気タービンのさらなる一つの実施形態において各圧力調節装置は、それぞれの排気インテーク通路への排気流入から排気を分岐させるためのバイパス装置を有している。
【００１７】
本発明の第２の態様では排熱回収システムが提供され、該排熱回収システムは複数の内燃機関を有しており、このとき各内燃機関は一つの別個の排気ラインを有しており、前記排熱回収システムはさらに、本発明の第１の態様の前述の一つの又は複数の又はすべての実施形態の考え得るあらゆる組み合わせによる、ただ一つの排気タービンを有しており、このとき排気を導入するための、複数の内燃機関のうちの第１の内燃機関の排気ラインが、排気タービンの複数の排気インテーク通路のうちの第１の排気インテーク通路に接続されており、また、複数の内燃機関のうちの第２の内燃機関の排気ラインが、排気を導入するために排気タービンの複数の排気インテーク通路のうちの第２の排気インテーク通路に接続されている。
【００１８】
圧力を調和させることによりタービンブレードにおける振動誘発は確実に回避される。本発明において排熱回収システム用にただ一つの排気タービンが設けられることにより、このただ一つの排気タービンをより大きく、そしてそれにより、より高い効率で実施することができる。
【００１９】
本発明の排熱回収システムの一つの実施形態において排熱回収システムはさらに、蒸気タービン、及び、各排気ラインに一つの熱交換機を有しており、該熱交換機は、排気を導くよう設定された一次ライン及び蒸気を提供するよう設定された二次ラインを有しており、それぞれの熱交換機の二次ラインは蒸気タービンの蒸気入口に接続されている。
【００２０】
本発明の排熱回収システムのさらなる一つの実施形態において、排熱回収システムはさらに発電機を有しており、この発電機の駆動軸は、排気タービンのロータにより回転駆動される排気タービンのアウトプットシャフトに、及び、蒸気タービンのロータにより回転駆動される蒸気タービンのアウトプットシャフトに、回転駆動接続することが可能である。
【００２１】
本発明の第３の態様においては、本発明の第２の態様における前述の一つの又は複数の又はすべての実施形態の考え得るあらゆる組み合わせによる排熱回収システムの運転方法が提供され、その方法は以下のステップ；
排気タービンのそれぞれの排気インテーク通路内の排気圧力を測定するステップ、
測定された排気圧力を比較するステップ、
排気インテーク通路内のそれぞれの排気圧力を互いに調和させるステップ、
を有する。
【００２２】
圧力を調和させることによりタービンブレードにおける振動誘発は確実に回避される。本発明によるただ一つの排気タービンが排熱回収システム内に設けられることにより、このただ一つの排気タービンはより大きく、また、より高い効率で実施することができる。
【００２３】
本発明の方法の一つの実施形態において、測定された排気圧力の比較ステップではさらに、測定された排気圧力の最低排気圧力の決定が行われ、このとき残りの排気圧力は高圧力の排気圧力として決定され、また、最低排気圧力から目標圧力レベルが決定され、また、排気インテーク通路内のそれぞれの排気圧力を互いに調和させる際には高圧力の排気圧力が目標圧力レベルにまで低下させられる。
【００２４】
本発明の方法のさらなる一つの実施形態においては、一つの統一目標圧力レベルにおいて排気圧力の互いの制御偏差は≦１.０barに調整される。
【００２５】
本発明の方法のさらなる一つの実施形態においては、それぞれの排気インテーク通路へのそれぞれの排気流入を絞ることにより、高圧力の排気圧力の低減が行われる。
【００２６】
代替的又は追加的に、本発明の方法のさらなる一つの実施形態においては、それぞれの排気インテーク通路へのそれぞれの排気流入から排気を分岐させることにより、高圧力の排気圧力の低減が行われる。
【００２７】
本発明は、請求項の明示的な引用における特徴の組み合わせによらない実施形態も明らかにカバーしており、そのため、開示された本発明の特徴は、技術的に有意義であれば、任意に互いに組み合わせることができる。
【００２８】
まとめると、発明者により解決法として認識されているのは、複数のインレットインサート、つまり排気脈動ターボチャージ類似のタービンハウジングを持つ排気タービン又はパワータービンであり、このとき複数の排気流はタービンガイドバッフル(ノズルリング)の後ではじめて混合され、それにより互いに影響しないため、反動が生じない。
【００２９】
発明者が特に認識したのは、排気脈動ターボチャージ運転中のタービンにおいては、排気の供給が不均一であるために、タービンブレードにおいてより高い振動誘発が生じるため、ダンピングワイヤ又は減衰要素を備える頑丈なタービンが必要であり、それにより効率も悪くなるということである。
【００３０】
そのため本発明では解決法として、最高の効率のためにタービンブレードをダンピングワイヤなしで構成することを提案しており、その際、不均一なパルス衝突により起こるタービンの振動誘発という問題は、個々の排気管又は排気インテーク通路内の圧力を個別に調節して排気インテーク通路ができるだけ同じ圧力レベル及びそれにより同じ速度レベルで運転されることにより、低減又は解消される。
【００３１】
このことは例えば、タービン前の流入管内のそれぞれの圧力を測定し、絞り及び／又はバイパス調節により高い圧力をそれぞれ調節することにより行われる。絞り運転においては排気圧力が高まり、それが、連結された内燃機関にとって有利にはたらき、最大点火圧力が許容する限り内燃機関のチャージが改善される。バイパス運転においては排気内の余熱を取り出して蒸気タービン内で転換することができる。
【００３２】
それにより、例えば発電機とともに一つのラインに一緒に取り付けられた一つの蒸気タービン及び一つの排気タービンから成る、少なくとも２つの内燃機関のためのＷＨＲシステムが可能となる。さらに、少なくとも２つの入口(一緒に取り付けるべき内燃機関の数と同じ)を持ち、できるだけ最高の効率のためにダンピングワイヤが備えられていない一つの排気タービンが可能となる。さらに、圧力測定による調節及び、タービン前の排気圧力をそれぞれ類似のレベル(制御偏差が例えば≦１.０bar)に確実にする調節機構が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】標準的な排熱回収システムの回路図である。
【図２】本発明の一つの実施形態における排熱回収システムの回路図である。
【図３】本発明の一つの実施形態における排気タービンの部分の斜視図である。
【図４】図３の排気タービンのタービンハウジングの、図３の平面Ａで切断された部分を２つの斜視図で示した図である。
【図５】図２に似ているが、分かりやすくするために本発明の排熱回収システムのいくつかの要素を取り除いて示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明について、好ましい実施形態及び付属の図を用いて詳細に説明する。
【００３５】
図１は、船舶(完全に図示されてはおらず、また特に記号も付与されていない)に組み込まれた標準的な排熱回収システム１'の回路図である。
【００３６】
図１の排熱回収システム１'は、船舶の駆動に用いられる第１内燃機関１０'及び第２内燃機関５０'を有している。
【００３７】
各内燃機関１０',５０'は、
それぞれの排気出口１６'又は５６'(本図では煙突)を持つ別々の排気ライン１５'又は５５'、
別々の排気タービン又はパワータービン２０'又は６０'であって、該排気タービン２０',６０'がそれぞれの排気ライン１５'又は５５'の排気により駆動可能なようにそれぞれ付属する排気ライン１５'又は５５'に接続されている排気タービン又はパワータービン２０'又は６０'、
一次ライン２５ａ'又は６５ａ'を備え、蒸気発生のためにそれぞれ付属する排気ライン１５'又は５５'に組み込まれた別々の熱交換機２５'又は６５'、
それぞれの内燃機関１０'又は５０'へのターボ過給のためにそれぞれ付属する排気ライン１５'又は５５'に接続された２つのターボチャージャ３０ａ',３０ｂ'又は７０ａ',７０ｂ'(それぞれの排気タービン及びそれぞれのコンプレッサを有しているが、特に符号は付与されていない)
を有する。
【００３８】
図１の排熱回収システム１'はさらに蒸気タービン７５'及び発電機８０'を有している。蒸気タービン７５'は熱交換機２５',６５'のそれぞれの二次ライン２５ｂ'又は６５ｂ'にそれぞれ接続されているため、蒸気タービン７５'は熱交換機２５',６５'により発生された蒸気を介して駆動可能である。
【００３９】
２つの排気タービン２０',６０'は共用ギヤ８５'を介して出力側で選択的に発電機８０'の駆動軸８１'に回転駆動接続可能である。蒸気タービン７５'はギヤ９０'を介して出力側で継続的に発電機８０'の駆動軸８１'に回転駆動接続されている。
【００４０】
以下、図２から図５を参照しながら、船舶(完全には図示されず、また、特に符号は付与されていない)内に組み込まれた、本発明の実施形態による排熱回収システム１について詳述する。
【００４１】
本発明の排熱回収システム１は、船舶を駆動する第１内燃機関１０及び第２内燃機関５０を有する。
【００４２】
各内燃機関１０,５０は、
複数の排気管(特に符号は付与されていない)及びそれぞれの排気出口１６又は５６(本図では煙突)を持つ別個の排気ライン１５又は５５、
別々の熱交換機２５又は６５であって、熱交換機２５又は６５は排気を導くよう設定された一次ライン２５ａ又は６５ａを備えて、蒸気発生のためにそれぞれ付属する排気ライン１５又は５５内に組み込まれている熱交換機２５又は６５、
それぞれの内燃機関１０又は５０へのターボ過給のためにそれぞれ付属する排気ライン１５又は５５に接続された、２つのターボチャージャ３０ａ,３０ｂ又は７０ａ,７０ｂ(それぞれの排気タービン及びそれぞれのコンプレッサを有しているが、特に符号は付与されていない)、
を有する。
【００４３】
本発明による排熱回収システム１はさらに、内燃機関の排気をエネルギー的に利用するために、排気管を介して両方の排気ライン１５,５５に接続された排気タービン又はパワータービン２０を有しており、排気タービン２０は両方の排気ライン１５,５５の排気により駆動可能である。
【００４４】
特に図２、図３、図５から分かるように排気タービン２０は、タービン流入ハウジング２２を持つタービンハウジング２１、回転可能にタービンハウジング２１に軸受けされ、複数の不減衰の、特にダンピングワイヤなしのタービンブレード２３ａを有するロータ２３(図式的かつ部分的にのみ図示)、タービンブレード２３ａへの排気流を制御するためにタービンハウジング２１内に配置されたガイドバッフル２４(又はノズルリング)、排気タービン２０から排気を排出するための排出ディフューザ２４ａを有している。
【００４５】
タービンハウジング２１のタービン流入ハウジング２２は、ガイドバッフル２４を介して排気をタービンブレード２３ａにガイドするための複数の排気インテーク通路を有しており、このときそれぞれの排気インテーク通路はガイドバッフル２４までは互いに別々である。図２から図５に図示された本発明の実施形態においては、タービンハウジング２１のタービン流入ハウジング２２は第１排気インテーク通路２２ａ及び第２排気インテーク通路２２ｂを有しており、これらはガイドバッフル２４の少し手前からガイドバッフル２４まで隔壁２２ｃにより、流れに関して互いに隔てられている。これについて図４では図３の平面Ａで切断された、「ズボン」のように構成されているタービン流入ハウジング２２の部分が２つの部分図の斜視図で図示されている。
【００４６】
第１内燃機関１０の排気ライン１５は、排気を導くために排気タービン２０の第１排気インテーク通路２２ａに接続されている。第２内燃機関５０の排気ライン５５は排気を導くために排気タービン２０の第２排気インテーク通路２２ｂに接続されている。
【００４７】
図２から図５には図示されていないが、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂのそれぞれには、それぞれの排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI又はＰII(図２参照)を測定するための圧力センサが配置されている。
【００４８】
各排気インテーク通路２２ａ,２２ｂには、それぞれの排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI又はＰIIを調節するよう設定された圧力調節装置６０ａ,６０ｂが前置されている。各圧力調節装置６０ａ,６０ｂは、電子制御ユニット６１ａ又は６１ｂ及び、望ましくは電気モータ(符号Ｍ)で制御可能な第１のバルブ６２ａ又は６２ｂ、及び、望ましくは電気モータ(符号Ｍ)で制御可能な第２のバルブ６３ａ又は６３ｂを有している。第１及び第２のバルブ６２ａ,６３ａ又は６２ｂ,６３ｂは、制御のために、付属する制御ユニット６１ａ又は６１ｂに電気的に接続されている。
【００４９】
各圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第１バルブ６２ａ,６２ｂは、それぞれ割り当てられた排気インテーク通路２２ａ又は２２ｂへの排気流入を絞るための絞り装置として機能する。各圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第２バルブ６３ａ,６３ｂは、それぞれ割り当てられた排気インテーク通路２２ａ又は２２ｂへの排気流入の排気を分岐させるためのバイパス装置として機能する。
【００５０】
本発明による排熱回収システム１はさらに、信号受信のためにそれぞれの圧力センサに電気的に接続され、また、制御のためにそれぞれの圧力調節装置６０ａ,６０ｂの制御ユニット６１ａ,６１ｂに接続された、電子式タービン制御装置１００を有している。タービン制御装置１００は、すべての排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI、ＰIIを一つの統一目標圧力レベルに調節するために、それぞれの圧力センサにより測定された排気圧力ＰI,ＰIIに基づいてそれぞれの圧力調節装置の制御ユニット６１a,６１ｂを制御するように設定されている。この一つの統一目標圧力レベルにおいて、排気圧力ＰI,ＰIIの互いの制御偏差は望ましくは≦０.２barである。
【００５１】
つまり、圧力調節装置６０ａ,６０ｂ及びタービン制御装置１００は圧力調和手段を形成しており、これらは圧力センサに接続されており、また、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内のそれぞれの排気圧力ＰI,ＰIIを互いに調和させるように設定されている。
【００５２】
本発明による排熱回収システム１はさらに蒸気タービン７５及び発電機８０を有している。蒸気タービン７５の蒸気入口(特に符号は付与されていない)は蒸気管(特に符号は付与されていない)を介して、それぞれ蒸気を提供するよう設定された熱交換機２５,６５の二次ライン２５ｂ又は６５ｂのそれぞれに接続されているため、蒸気タービン７５は二つの熱交換機２５,６５を介して発生した蒸気により駆動可能である。
【００５３】
発電機８０の駆動軸８１はギヤ８５を介して、排気タービン２０のロータ２３により回転駆動された、排気タービン２０のアウトプットシャフト２３ｂに回転駆動接続させることができ、また、ギヤ９０を介して、蒸気タービン７５のロータ(符号なし)により回転駆動された、蒸気タービン７５のアウトプットシャフト７５ａに回転駆動接続させることができる。
【００５４】
図示された実施形態においては、排気タービン２０は、ギヤ８５及びクラッチ(符号なし)を介して出力側で選択的に発電機８０の駆動軸８１に回転駆動接続することが可能であり、蒸気タービン７５は、ギヤ９０を介して出力側で継続的に発電機８０の駆動軸８１に回転駆動接続されている。
【００５５】
図２から図５に図示された排熱回収システム１の本発明の運転方法においては、少なくとも以下のステップ；
圧力センサを用いてそれぞれの排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内の排気圧力ＰI,ＰIIを測定するステップ、
測定された排気圧力ＰI,ＰIIをタービン制御装置１００内で比較するステップ、
圧力調和手段により、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内のそれぞれの排気圧力ＰI,ＰIIを互いに調和させるステップ、
を有している。
【００５６】
この方法において、測定された排気圧力ＰI,ＰIIを比較するステップではさらに、測定された排気圧力ＰI,ＰIIの最低排気圧力の決定が行われ、このとき残りの排気圧力は高圧力の排気圧力として決定され、また、最低排気圧力から目標圧力レベルが決定され、また、排気インテーク通路２２ａ,２２ｂ内のそれぞれの排気圧力ＰI,ＰIIの互いの調和においては高圧力の排気圧力は圧力調節装置６０ａ,６０ｂにより目標圧力レベルに低減される。
【００５７】
この方法において、前記一つの統一目標圧力レベルにおける排気圧力ＰI,ＰIIの互いの制御偏差は望ましくは≦０.２barに調整される。
【００５８】
この方法においては、高圧力の排気圧力の低減は、望ましくは、関連する圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第１バルブ６２ａ又は６２ｂを部分的に閉じることにより、高圧力の排気の排気インテーク通路への流入が絞られることにより実施される。
【００５９】
この方法においては代替的又は追加的に、高圧力の排気圧力の低減は、望ましくは、関連する圧力調節装置６０ａ,６０ｂの第２バルブ６３ａ又は６３ｂを開くことにより、排気インテーク通路への高めの圧力の排気流入から排気を分岐させることにより実施される。
【００６０】
この方法においては、内燃機関１０,５０は互いのモータ負荷に５０%以上の差があっても運転可能であり、その際、発電機に連結されたただ一つの排気タービン２０はそれにも関わらず内燃機関１０,５０に関してフィードバックなく運転されることが保証される。
【符号の説明】
【００６１】
１,１' 排熱回収システム
１０,１０' 内燃機関
１５,１５' 排気ライン
１６,１６' 排気出口
２０,２０' 排気タービン
２１ タービンハウジング
２２ タービン流入ハウジング
２２ａ,２２ｂ 排気インテーク通路
２２ｃ 隔壁
２３ ロータ
２３ａ タービンブレード
２３ｂ アウトプットシャフト
２４ ガイドバッフル
２４ａ 排出ディフューザ
２５,２５' 熱交換機
２５ａ,２５ａ' 一次ライン
２５ｂ,２５ｂ' 二次ライン
３０ａ,３０ａ' ターボチャージャ
３０ｂ,３０ｂ' ターボチャージャ
５０,５０' 内燃機関
５５,５５' 排気ライン
５６,５６' 排気出口
６０' 排気タービン
６０ａ,６０ｂ 圧力調節装置
６１ａ,６１ｂ 制御ユニット
６２ａ,６２ｂ バルブ
６３ａ,６３ｂ バルブ
６５,６５' 熱交換機
６５ａ,６５ａ' 一次ライン
６５ｂ,６５ｂ' 二次ライン
７０ａ,７０ａ' ターボチャージャ
７０ｂ,７０ｂ' ターボチャージャ
７５,７５' 蒸気タービン
７５ａ アウトプットシャフト
８０,８０' 発電機
８１,８１' 駆動軸
８５ ギヤ
８５' 共用ギヤ
９０,９０' ギヤ
１００ タービン制御装置
ＰI,ＰII 排気圧力
Ａ (断面)平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気をエネルギー的に利用するための排気タービン(２０)であって、
タービンハウジング(２１)と、
該タービンハウジング(２１)に回転可能に軸受され、複数のタービンブレード(２３ａ)有するロータ(２３)と、
前記タービンブレード(２３ａ)への排気流を制御するための、前記タービンハウジング(２１)内に配置されたガイドバッフル(２４)であって、前記タービンハウジング(２１)は前記ガイドバッフル(２４)を介して排気を前記タービンブレード(２３ａ)に導くための複数の排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)を有しており、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)は前記ガイドバッフル(２４)まで互いに別々であり、前記各排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内には前記それぞれの排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の排気圧力(ＰI,ＰII)を測定するための圧力センサが配置されている、ガイドバッフル(２４)と、
前記圧力センサに接続され、前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの前記排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるよう設定されている圧力調和手段と、
を具備してなることを特徴とする排気タービン(２０)。
【請求項２】
前記タービンブレード(２３ａ)が不減衰タービンブレードとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン(２０)。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の排気タービン(２０)において、前記圧力調和手段はそれぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の排気圧力(ＰI,ＰII)を調節するために設定された圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)が各排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)に前置されることにより形成されていること、それぞれの前記圧力センサ及びそれぞれの前記圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)がタービン制御装置(１００)に接続されていること、及び、前記タービン制御装置(１００)は、それぞれの前記圧力センサにより測定された前記排気圧力(ＰI,ＰII)に基づいてそれぞれの前記圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)を制御するよう、すべての排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の前記排気圧力(ＰI,ＰII)を一つの統一目標圧力レベルに調節するよう、設定されていることを特徴とする排気タービン。
【請求項４】
前記一つの統一目標圧力レベルにおいて前記排気圧力(ＰI,ＰII)の互いの所与の制御偏差が≦１.０barであることを特徴とする請求項３に記載の排気タービン(２０)。
【請求項５】
各圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)が、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)への排気流入を絞るための絞り装置を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の排気タービン(２０)。
【請求項６】
各圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)が、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)への排気流入から排気を分岐するためのバイパス装置を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の排気タービン(２０)。
【請求項７】
排熱回収システム(１)であって、
複数の内燃機関(１０,５０)を有し、それぞれの内燃機関(１０,５０)は別個の排気ライン(１５,５５)有しており、かつ、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の排気タービン(２０)を有している排熱回収システムにおいて、
前記内燃機関(１０,５０)の第１内燃機関(１０)の前記排気ライン(１５)は、排気を導入するために前記排気タービン(２０)の前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)の第１排気インテーク通路(２２ａ)に接続されており、また、前記内燃機関(１０,５０)の第２内燃機関(５０)の前記排気ライン(５５)は、排気を導入するために前記排気タービン(２０)の前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)の第２排気インテーク通路(２２ｂ)に接続されていることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項８】
請求項７に記載の排熱回収システム(１)であって、さらに、
蒸気タービン(７５)を有し、また、
各排気ライン(１５,５５)内には排気を導くよう設定された一次ライン(２５ａ,６５ａ)、及び、蒸気を提供するよう設定された二次ライン(２５ｂ,６５ｂ)を有する熱交換機(２５,６５)であって、それぞれの前記熱交換機(２５,６５)の前記二次ライン(２５ｂ,６５ｂ)は蒸気タービンの蒸気入口(７５)に接続されている、熱交換機(２５,６５)を有することを特徴とする排熱回収システム(１)。
【請求項９】
請求項８に記載の排熱回収システム(１)であってさらに発電機(８０)を有しており、該発電機(８０)の駆動軸(８１)が、前記排気タービン(２０)の前記ロータ(２３)により回転駆動される、前記排気タービン(２０)のアウトプットシャフト(２３ｂ)に、かつ、前記蒸気タービンのロータ(７５)により回転駆動される、前記蒸気タービン(７５)のアウトプットシャフト(７５ａ)に回転駆動接続することが可能であることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の排熱回収システム(１)を運転する方法であって、以下のステップ；
それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の前記排気圧力(ＰI,ＰII)を測定するステップと、
測定された前記排気圧力(ＰI,ＰII)を比較するステップと、
前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの前記排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるステップと、
を有すること特徴とする運転方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の運転方法において、
前記測定された排気圧力(ＰI,ＰII)の比較ステップでさらに、前記測定された排気圧力(ＰI,ＰII)の最低排気圧力が決定され、その際、残りの排気圧力は高圧力の排気圧力と決定され、また、前記最低排気圧力より目標圧力レベルが決定され、かつ、
前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの前記排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるステップで前記高圧力の排気圧力が前記目標圧力レベルにまで低減されることを特徴とする運転方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の運転方法において、前記一つの統一目標圧力レベルにおける前記排気圧力の互いの制御偏差が≦１.０barに調整されることを特徴とする運転方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の運転方法において、前記高圧力の排気圧力の低減は、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)へのそれぞれの排気流入を絞ることにより行われることを特徴とする運転方法。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の運転方法において、前記高圧力の排気圧力の低減は、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)へのそれぞれの排気流入から排気が分岐されることにより行われることを特徴とする運転方法。
【請求項１】
内燃機関の排気をエネルギー的に利用するための排気タービン(２０)であって、
タービンハウジング(２１)と、
該タービンハウジング(２１)に回転可能に軸受され、複数のタービンブレード(２３ａ)有するロータ(２３)と、
前記タービンブレード(２３ａ)への排気流を制御するための、前記タービンハウジング(２１)内に配置されたガイドバッフル(２４)であって、前記タービンハウジング(２１)は前記ガイドバッフル(２４)を介して排気を前記タービンブレード(２３ａ)に導くための複数の排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)を有しており、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)は前記ガイドバッフル(２４)まで互いに別々であり、前記各排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内には前記それぞれの排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の排気圧力(ＰI,ＰII)を測定するための圧力センサが配置されている、ガイドバッフル(２４)と、
前記圧力センサに接続され、前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの前記排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるよう設定されている圧力調和手段と、
を具備してなることを特徴とする排気タービン(２０)。
【請求項２】
前記タービンブレード(２３ａ)が不減衰タービンブレードとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン(２０)。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の排気タービン(２０)において、前記圧力調和手段はそれぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の排気圧力(ＰI,ＰII)を調節するために設定された圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)が各排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)に前置されることにより形成されていること、それぞれの前記圧力センサ及びそれぞれの前記圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)がタービン制御装置(１００)に接続されていること、及び、前記タービン制御装置(１００)は、それぞれの前記圧力センサにより測定された前記排気圧力(ＰI,ＰII)に基づいてそれぞれの前記圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)を制御するよう、すべての排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の前記排気圧力(ＰI,ＰII)を一つの統一目標圧力レベルに調節するよう、設定されていることを特徴とする排気タービン。
【請求項４】
前記一つの統一目標圧力レベルにおいて前記排気圧力(ＰI,ＰII)の互いの所与の制御偏差が≦１.０barであることを特徴とする請求項３に記載の排気タービン(２０)。
【請求項５】
各圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)が、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)への排気流入を絞るための絞り装置を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の排気タービン(２０)。
【請求項６】
各圧力調節装置(６０ａ,６０ｂ)が、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)への排気流入から排気を分岐するためのバイパス装置を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の排気タービン(２０)。
【請求項７】
排熱回収システム(１)であって、
複数の内燃機関(１０,５０)を有し、それぞれの内燃機関(１０,５０)は別個の排気ライン(１５,５５)有しており、かつ、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の排気タービン(２０)を有している排熱回収システムにおいて、
前記内燃機関(１０,５０)の第１内燃機関(１０)の前記排気ライン(１５)は、排気を導入するために前記排気タービン(２０)の前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)の第１排気インテーク通路(２２ａ)に接続されており、また、前記内燃機関(１０,５０)の第２内燃機関(５０)の前記排気ライン(５５)は、排気を導入するために前記排気タービン(２０)の前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)の第２排気インテーク通路(２２ｂ)に接続されていることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項８】
請求項７に記載の排熱回収システム(１)であって、さらに、
蒸気タービン(７５)を有し、また、
各排気ライン(１５,５５)内には排気を導くよう設定された一次ライン(２５ａ,６５ａ)、及び、蒸気を提供するよう設定された二次ライン(２５ｂ,６５ｂ)を有する熱交換機(２５,６５)であって、それぞれの前記熱交換機(２５,６５)の前記二次ライン(２５ｂ,６５ｂ)は蒸気タービンの蒸気入口(７５)に接続されている、熱交換機(２５,６５)を有することを特徴とする排熱回収システム(１)。
【請求項９】
請求項８に記載の排熱回収システム(１)であってさらに発電機(８０)を有しており、該発電機(８０)の駆動軸(８１)が、前記排気タービン(２０)の前記ロータ(２３)により回転駆動される、前記排気タービン(２０)のアウトプットシャフト(２３ｂ)に、かつ、前記蒸気タービンのロータ(７５)により回転駆動される、前記蒸気タービン(７５)のアウトプットシャフト(７５ａ)に回転駆動接続することが可能であることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の排熱回収システム(１)を運転する方法であって、以下のステップ；
それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内の前記排気圧力(ＰI,ＰII)を測定するステップと、
測定された前記排気圧力(ＰI,ＰII)を比較するステップと、
前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの前記排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるステップと、
を有すること特徴とする運転方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の運転方法において、
前記測定された排気圧力(ＰI,ＰII)の比較ステップでさらに、前記測定された排気圧力(ＰI,ＰII)の最低排気圧力が決定され、その際、残りの排気圧力は高圧力の排気圧力と決定され、また、前記最低排気圧力より目標圧力レベルが決定され、かつ、
前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)内のそれぞれの前記排気圧力(ＰI,ＰII)を互いに調和させるステップで前記高圧力の排気圧力が前記目標圧力レベルにまで低減されることを特徴とする運転方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の運転方法において、前記一つの統一目標圧力レベルにおける前記排気圧力の互いの制御偏差が≦１.０barに調整されることを特徴とする運転方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の運転方法において、前記高圧力の排気圧力の低減は、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)へのそれぞれの排気流入を絞ることにより行われることを特徴とする運転方法。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の運転方法において、前記高圧力の排気圧力の低減は、それぞれの前記排気インテーク通路(２２ａ,２２ｂ)へのそれぞれの排気流入から排気が分岐されることにより行われることを特徴とする運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２５３４３（Ｐ２０１２−２２５３４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９１７２２（Ｐ２０１２−９１７２２）
【出願日】平成２４年４月１３日（２０１２．４．１３）
【出願人】（５１０１５３９６２）マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー (65)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１３日（２０１２．４．１３）
【出願人】（５１０１５３９６２）マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー (65)
【Ｆターム（参考）】
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