特許 6561397 噴射口と吸入口を有する排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6561397

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】噴射口と吸入口を有する排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 25/30 20060101AFI20190808BHJP

【ＦＩ】

   F01D25/30 B

【請求項の数】21

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-175813(P2017-175813)

(22)【出願日】2017年9月13日

(65)【公開番号】特開2018-189078(P2018-189078A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2017年9月13日

(31)【優先権主張番号】10-2017-0055164

(32)【優先日】2017年4月28日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】507002918

【氏名又は名称】ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】キム、ダエ ヒュン

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１４２４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９４６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６２７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００５８９３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２６３２４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４５１５５２４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第３１２３２８５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ２５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンの出口に装着されて排気ガスを外部へ噴射するように、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを含む排気ディフューザーであって、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ互いに離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部と
を備え、
前記吸入部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気吸入流動路及び吸入ホールが形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面が形成された吸入湾入溝を含む、
排気ディフューザー。

【請求項2】

前記吸入部は、
前記吸入湾入溝に排気ガスの流動方向と平行な方向にスライド駆動可能に装着され、スライド駆動されて吸入ホールを開閉するシャッター部材をさらに含む、請求項１に記載の排気ディフューザー。

【請求項3】

前記シャッター部材は、吸入ホールを閉じる動作の際に、吸入部の吸入湾入溝全体を覆い隠し、シャッター部材の外周面は前記内部ディフューザーガイドの外周面に連続する構造である、請求項２に記載の排気ディフューザー。

【請求項4】

前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って一つ以上の列を形成して配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項5】

前記吸入ホールの吸入方向は、前記内部ディフューザーガイドの外部面に対して所定の角度を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項6】

前記噴射部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、
前記傾斜面に連続する構造であり、前記内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部と
を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項7】

ガスタービンの出口に装着されて排気ガスを外部へ噴射するように、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを含む排気ディフューザーであって、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ互いに離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有し、前記吸入ホールの吸入方向は、前記内部ディフューザーガイドの外部面に対して所定の角度を形成する吸入部と
を備え、
前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って二つ以上の列を形成して配置される、
排気ディフューザー。

【請求項8】

ガスタービンの出口に装着されて排気ガスを外部へ噴射するように、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを含む排気ディフューザーであって、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ互いに離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、前記傾斜面に連続する構造であり、前記内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部と、を含む噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部と
を備え、
前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って二つ以上の列を形成して配置される、
排気ディフューザー。

【請求項9】

前記噴射ホールは、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ延長されたスリット構造である、請求項１から８のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項10】

前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って一定の距離だけ離間して多数配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項11】

前記噴射ホールは、断面円形の構造であり、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ離隔して２つ以上配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項12】

ガスタービンの出口に装着されて排気ガスを外部へ噴射するように、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを含む排気ディフューザーであって、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ互いに離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面を囲む環状型の構造で、前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成された噴射湾入溝を有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部と
を備え、
前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って二つ以上の列を形成して配置される、
排気ディフューザー。

【請求項13】

前記噴射湾入溝は、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成されており、
前記噴射部は更に、前記傾斜面に連続する構造であり、前記内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部を含む、
請求項１２に記載の排気ディフューザー。

【請求項14】

前記噴射湾入溝の前記傾斜面は、前記圧縮空気噴射方向に沿って所定の曲率半径を有する屈曲面である、請求項６、８および１３のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項15】

前記噴射湾入溝は、前記内部ディフューザーガイドの外周面を囲む環状型の構造で形成されている、請求項６または８に記載の排気ディフューザー。

【請求項16】

前記噴射ホールの噴射方向は、前記内部ディフューザーガイドの外部面に対して所定の角度を形成する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。

【請求項17】

中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを備える排気ディフューザーを含むガスタービンであって、
前記排気ディフューザーは、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部と
を有し、
前記吸入部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気吸入流動路及び吸入ホールが形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面が形成された吸入湾入溝を含む、
ガスタービン。

【請求項18】

前記噴射部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、
前記傾斜面に連続する構造であり、前記内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部と
を含む、請求項１７に記載のガスタービン。

【請求項19】

中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを備える排気ディフューザーを含むガスタービンであって、
前記排気ディフューザーは、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、前記傾斜面に連続する構造であり、前記内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部と、を有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部と
を有し、
前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って二つ以上の列を形成して配置される、
ガスタービン。

【請求項20】

中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを備える排気ディフューザーを含むガスタービンであって、
前記排気ディフューザーは、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有し、前記吸入ホールの吸入方向は、前記内部ディフューザーガイドの外部面に対して所定の角度を形成する吸入部と
を有し、
前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って二つ以上の列を形成して配置される、
ガスタービン。

【請求項21】

中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを備える排気ディフューザーを含むガスタービンであって、
前記排気ディフューザーは、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面を囲む環状型の構造で、前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成された噴射湾入溝を有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部と
を有し、
前記噴射ホールは、前記内部ディフューザーガイドの外周面に沿って二つ以上の列を形成して配置される、
ガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ディフューザー及びこれを含むガスタービンに係り、さらに詳しくは、噴射口と吸入口を有する排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、ガスタービンは、図１に示すように、圧縮機、燃焼器及びタービンから構成されている。空気導入口を介して流入した空気が圧縮機で圧縮されることにより、高温、高圧の圧縮空気となり、この圧縮空気に対して燃焼器で燃料を供給して燃焼させることにより、高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を得、この燃焼ガスによってタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。

【0003】

ガスタービンエンジンの通常の作動中における主要な空気力学的課題の一つは、タービンの最終ステージを抜け出す高運動量の燃焼ガス流れを効率よく放出することである。

【0004】

水平排気構成を利用することが空気力学的に有益であることもあるが、そのような軸流排気（ａｘｉａｌ ｅｘｈａｕｓｔ）は、全体的なフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）に対する影響により実現不可能であるおそれがある。

【0005】

そのような理由から、軸流タービンからの燃焼ガス流れを半径方向に方向転換する垂直及び側面装着排気スタック（ｅｘｈａｕｓｔ ｓｔａｃｋ）を利用することが標準的な実務である。

【0006】

具体的には、半径流ディフューザーが、燃焼ガス流れを半径方向に案内するように利用できる。

【0007】

半径流ディフューザー１００は、図２に示すように、一般に内部ディフューザーガイド１５０上に装着され且つ外部ディフューザーガイド１３０によって囲まれた多数のストラット（ｓｔｒｕｔ）１４０を含む。

【0008】

半径流ディフューザー１００は、タービンの最終ステージを抜け出す燃焼ガス流れの運動エネルギーを、増加した静圧（ｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）形態のポテンシャルエネルギーに転換する。全体静圧回数の増加は、ガスタービンエンジンの全体的な性能及び効率を増加させる傾向がある。

【0009】

したがって、ガスタービンエンジンに利用する、改善されたディフューザー構造及び改善された排気システムに対する要求が存在する。

【0010】

このような要求に応えて、ディフューザー流入流動の境界層制御によって流動剥離現象を除去する技術が多数開発された。

【0011】

しかしながら、従来技術によれば、内部ディフューザーガイドと支持ストラットとの間で発生する流動剥離を解決することができない。流動剥離により圧力損失が発生し、結果として全体的な燃焼器の性能低下を誘発する。

【0012】

したがって、上述した従来技術による問題点を解決することができる排気ディフューザーに関する技術が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】韓国公開特許１０−２０１５−０１２３９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、排気ディフューザーに引き込まれる排気ガスの局所剥離を除去して空力性能を向上させることにより、ディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記の目的を達成するための本発明の一態様による排気ディフューザーは、ガスタービンの出口に装着されて排気ガスを外部へ噴射するように、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを含む排気ディフューザーであって、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ互いに離隔させる支持ストラットと、前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部とを含んでなることができる。

【0016】

本発明の一実施形態において、前記噴射ホールは、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ延長されたスリット構造であり得る。

【0017】

本発明の一実施形態において、前記噴射ホールは、内部ディフューザーガイドの外周面に沿って一定の距離だけ離間して多数配置できる。

【0018】

また、前記噴射ホールは、内部ディフューザーガイドの外周面に沿って一つ以上の列を形成して配置できる。

【0019】

本発明の一実施形態において、前記噴射ホールは、断面円形の構造であり、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ離隔して２つ以上配置できる。

【0020】

本発明の一実施形態において、前記噴射ホールの噴射方向は、内部ディフューザーの外部面に対して所定の角度を形成することができる。

【0021】

また、前記吸入ホールの吸入方向は、内部ディフューザーの外部面に対して所定の角度を形成することができる。

【0022】

本発明の一実施形態において、前記噴射部は、前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、前記傾斜面に連続する構造であり、内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部とを含むことができる。

【0023】

また、前記噴射湾入溝は、内部ディフューザーガイドの外周面を囲む環状型の構造で形成できる。

【0024】

また、前記噴射湾入溝の傾斜面は、所定の曲率半径を有する屈曲面であり得る。

【0025】

本発明の一実施形態において、前記吸入部は、前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気吸入流動路及び吸入ホールが形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面が形成された吸入湾入溝を含むことができる。

【0026】

本発明の一実施形態において、前記吸入部は、前記吸入湾入溝に排気ガスの流動方向と平行な方向にスライド駆動可能に装着され、スライド駆動されて吸入ホールを開閉するシャッター部材をさらに含むことができる。

【0027】

本発明の一実施形態において、前記シャッター部材は、吸入ホールを閉じる動作の際に、吸入部の吸入湾入溝全体を覆い隠し、シャッター部材の外周面は内部ディフューザーガイドの外周面に連続する構造であり得る。

【0028】

また、本発明は、前記排気ディフューザーを含むガスタービンを提供することができるが、本発明の一態様によるガスタービンは、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを備える排気ディフューザーを含むガスタービンであって、前記排気ディフューザーは、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドを所定の距離だけ離隔させる支持ストラットと、前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部とを含んでなることができる。

【0029】

本発明の一実施形態において、前記噴射部は、前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、前記傾斜面に連続する構造であり、内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部とを含むことができる。

【0030】

本発明の一実施形態において、前記吸入部は、前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気吸入流動路及び吸入ホールが形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面が形成された吸入湾入溝を含むことができる。

【発明の効果】

【0031】

上述したように、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造の支持ストラット、噴射部及び吸入部を備えることにより、排気ディフューザーに引き込まれる排気ガスの局所剥離を除去して空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0032】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、スリット構造の噴射ホールまたは一定のパターンで配置された噴射ホールを含む噴射部を備えることにより、隣接する支持ストラット間の内部ディフューザーガイドの外周面に発生する局所剥離を効果的に除去することができ、これにより空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0033】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造の噴射流動路、噴射ホール、噴射湾入溝及び段差部を含む噴射部を備えることにより、隣接する支持ストラット間の内部ディフューザーガイドの外周面に発生する局所剥離を効果的に除去することができ、これにより空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0034】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造の吸入湾入溝が形成された吸入部を備えることにより、流動剥離発生の際に境界層の厚さが増加することを考慮して、剥離点付近の流動を瞬間的に吸入して境界層の増加を減少させることができ、これにより空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0035】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造のシャッター部材を備えて、流動剥離制御を使用しない場合にはシャッター部材を用いて吸入ホールを閉じることにより、境界層の逆流または無駄な作動を防止し、これに消費されるエネルギーを節約することができ、結果として排気ディフューザーの空力性能を向上させ、ディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0036】

また、本発明の一実施形態のガスタービンによれば、特定の構成の排気ディフューザーを備えることにより、排気ディフューザーに引き込まれる排気ガスの局所剥離を除去して空力性能を向上させ、結果としてディフューザー性能が向上したガスタービンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】従来技術に係るガスタービンを示す構成図である。

【図2】従来技術に係る排気ディフューザーを示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る排気ディフューザーを示す斜視図である。

【図4】内部ディフューザーガイドの外周面に発生する流動剥離現象を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る噴射部を構成する噴射ホールを示す平面図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る噴射部を構成する噴射ホールを示す平面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る噴射部を示す部分斜視図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る噴射部を示す部分断面図である。

【図9】本発明の他の実施形態に係る噴射部を示す部分断面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る吸入部を示す部分断面図である。

【図11】本発明の他の実施形態に係る吸入部を示す部分断面図である。

【図12】本発明の他の実施形態に係る吸入部を示す部分斜視図である。

【図13】本発明の他の実施形態に係る吸入部を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語や単語は通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。

【0039】

本明細書全体において、ある部材が他の部材「上」に位置しているとするとき、これはある部材が他の部材に接している場合だけでなく、両部材の間に別の部材が介在する場合も含む。本明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対される記載がない限り、別の構成要素を除外するのではなく、別の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0040】

図３は本発明の一実施形態に係る排気ディフューザーを示す斜視図、図４は内部ディフューザーガイドの外周面に発生する流動剥離現象を示す図である。図４を参照すると、排気ガスが内部ディフューザーガイドの外周面を流れるほど、次第に排気ガスの流動が表面から離れる流動剥離現象が起こることが分かる。流動剥離が起こると、剥離した流動に逆方向の流動が生じるため、流動抵抗として作用して効率を低下させる。

【0041】

これらの図を参照すると、本実施形態に係る排気ディフューザー１００は、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド１０１と、外部ディフューザーガイド１０２とを備える構造であって、特定の構造の支持ストラット１１０、噴射部１２０及び吸入部１３０を備えている。これにより、図４に示すように、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に発生する流動剥離現象を除去することができる。

【0042】

さらに、本発明によれば、排気ディフューザー１００に引き込まれる排気ガスの局所剥離を除去して空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0043】

以下、図面を参照して、本実施形態に係る排気ディフューザー１００を構成する各構成について詳細に説明する。

【0044】

本実施形態に係る支持ストラット１１０は、図３に示すように、内部ディフューザーガイド１０１と外部ディフューザーガイド１０２との間に装着され、内部ディフューザーガイド１０１と外部ディフューザーガイド１０２とを所定の距離だけ離隔させる構造である。

【0045】

噴射部１２０は、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホール１２１を備える構成である。

【0046】

吸入部１３０は、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に形成され、噴射部１２０に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホール１３１を備える構成である。

【0047】

図５は本発明の一実施形態に係る噴射部を構成する噴射ホールを示す平面図、図６は本発明の他の実施形態に係る噴射部を構成する噴射ホールを示す平面図である。

【0048】

これらの図を参照すると、本実施形態に係る噴射ホール１２１は、図５に示すように、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ延長されたスリット構造である。

【0049】

このとき、噴射ホール１２１は、図３及び図５に示すように、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に沿って一定の距離だけ離間して多数配置され、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に沿って一つ以上の列を形成して配置されることが好ましい。

【0050】

場合によって、本実施形態に係る噴射ホール１２１は、図６に示すように、断面円形の構造であり、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ離隔して２つ以上配置できる。

【0051】

図７は本発明の一実施形態に係る噴射部を示す部分斜視図、図８は本発明の一実施形態に係る噴射部を示す部分断面図、図９は本発明の他の実施形態に係る噴射部を示す部分断面図である。

【0052】

これらの図を参照すると、本実施形態に係る噴射部１２０は、特定の構造の噴射湾入溝１２４及び段差部１２５を含む構成である。

【0053】

具体的には、噴射湾入溝１２４は、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路１２２及び噴射ホール１２１が形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面１２３が形成された構造であり得る。傾斜面１２３は、図８に示すように平面であってもよく、図９に示すように曲面であってもよい。

【0054】

また、段差部１２５は、図８及び図９に示すように、傾斜面１２３に連続する構造であり、内部ディフューザーガイド１０１の最大外径ＯＤから所定の距離だけ離隔した構造である。

【0055】

このとき、本実施形態に係る噴射湾入溝１２４は、図７に示すように、内部ディフューザーガイド１０１の外周面を囲む環状型の構造で形成されることが好ましい。

【0056】

ここで、図９に示すように、噴射湾入溝１２４の傾斜面１２３を、所定の曲率半径を有する屈曲面に形成すれば、圧縮空気の噴射をより安定的に誘導することができるという点で有利である。

【0057】

図１０は本発明の一実施形態に係る吸入部を示す部分断面図、図１１は本発明の他の実施形態に係る吸入部を示す部分断面図である。

【0058】

これらの図を参照すると、本実施形態に係る吸入部１３０は、特定の構造の吸入湾入溝１３４を含む構成である。

【0059】

具体的には、内部ディフューザーガイド１０１の外周面に所定の深さだけ湾入して形成された吸入湾入溝１３４は、内側に圧縮空気吸入流動路１３２及び吸入ホール１３１が形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面１３３が形成された構造である。

【0060】

場合によって、図１０及び図１１に示すように、傾斜面１３３に対する吸入流動路１３２及び吸入ホール１３１の位置を適切に変更することができる。また、傾斜面１３３の構造も、圧縮空気の噴射を安定的に誘導することができるように、所定の曲率半径を有する屈曲面に形成することができる。

【0061】

図１２は本発明の他の実施形態に係る吸入部を示す部分斜視図、図１３は本発明の他の実施形態に係る吸入部を示す部分断面図である。

【0062】

これらの図を参照すると、本実施形態に係る吸入部１３０は、スライド駆動されて吸入ホール１３１を開閉するシャッター部材１３５をさらに含む構成である。

【0063】

このとき、シャッター部材１３５は、吸入湾入溝１３４に排気ガスの流動方向と平行な方向にスライド駆動可能に装着されることが好ましい。

【0064】

好ましくは、図１３の（ｂ）に示すように、シャッター部材１３５は、吸入ホール１３１を閉じる動作の際に、吸入部１３０の吸入湾入溝１３４全体を覆い隠し、シャッター部材１３５の外周面は内部ディフューザーガイド１０１の外周面に連続する構造である。

【0065】

このような実施形態は、吸入部１３０への流動を選択することができるシャッター部材を備えることにより、流動剥離制御を使用しない場合にはシャッター部材を用いて吸入ホールを閉じることにより、境界層の逆流または無駄な作動を防止し、これに消費されるエネルギーを節約することができるという利点を有する。

【0066】

以上で説明したように、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造の支持ストラット、噴射部及び吸入部を備えることにより、排気ディフューザーに引き込まれる排気ガスの局所剥離を除去して空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0067】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、スリット構造の噴射ホールまたは一定のパターンで配置された噴射ホールを含む噴射部を備えることにより、隣接する支持ストラット間の内部ディフューザーガイドの外周面に発生する局所剥離を効果的に除去することができ、これにより空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0068】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造の噴射流動路、噴射ホール、噴射湾入溝及び段差部を含む噴射部を備えることにより、隣接する支持ストラット間の内部ディフューザーガイドの外周面に発生する局所剥離を効果的に除去することができ、これにより空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0069】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造の吸入湾入溝が形成された吸入部を備えることにより、流動剥離発生の際に境界層の厚さが増加することを考慮して、剥離点付近の流動を瞬間的に吸入して境界層の増加を減少させることができ、これにより空力性能を向上させ、結果としてディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0070】

また、本発明の一実施形態の排気ディフューザーによれば、特定の構造のシャッター部材を備えて、流動剥離制御を使用しない場合にはシャッター部材を用いて吸入ホールを閉じることにより、境界層の逆流または無駄な作動を防止し、これに消費されるエネルギーを節約することができ、結果として排気ディフューザーの空力性能を向上させ、ディフューザーの性能を向上させることができる排気ディフューザー、及びこれを含むガスタービンを提供することができる。

【0071】

また、本発明は、本発明に係る排気ディフューザー１００を含むガスタービンを提供することができるが、本発明の一実施形態のガスタービンによれば、特定の構成の排気ディフューザーを備えることにより、排気ディフューザーに引き込まれる排気ガスの局所剥離を除去して空力性能を向上させ、結果としてディフューザー性能が向上したガスタービンを提供することができる。

【0072】

以上、本発明の詳細な説明では、それによる特別な実施形態についてのみ記述した。ところが、本発明は、詳細な説明で言及される特別な形態に限定されるものではないと理解されるべきであり、むしろ添付された特許請求の範囲によって定義される本発明の精神と範囲内にあるすべての変形物、均等物及び代替物を含むものと理解されるべきである。

【0073】

すなわち、本発明は、上述した特定の実施形態及び説明に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも様々な変形実施が可能であり、それらの変形実施も本発明の保護範囲内に属する。
［項目１］
ガスタービンの出口に装着されて排気ガスを外部へ噴射するように、中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを含む排気ディフューザーであって、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ互いに離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部とを含む、排気ディフューザー。
［項目２］
前記噴射ホールは、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ延長されたスリット構造である、項目１に記載の排気ディフューザー。
［項目３］
前記噴射ホールは、内部ディフューザーガイドの外周面に沿って一定の距離だけ離間して多数配置される、項目１または２に記載の排気ディフューザー。
［項目４］
前記噴射ホールは、内部ディフューザーガイドの外周面に沿って一つ以上の列を形成して配置される、項目３に記載の排気ディフューザー。
［項目５］
前記噴射ホールは、断面円形の構造であり、排気ガスの流動方向と平行な方向に所定の長さだけ離隔して２つ以上配置される、項目１から４のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。
［項目６］
前記噴射ホールの噴射方向は、内部ディフューザーの外部面に対して所定の角度を形成する、項目１から５のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。
［項目７］
前記吸入ホールの吸入方向は、内部ディフューザーの外部面に対して所定の角度を形成する、項目１から６のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。
［項目８］
前記噴射部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、
前記傾斜面に連続する構造であり、内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部とを含む、項目１から７のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。
［項目９］
前記噴射湾入溝は、内部ディフューザーガイドの外周面を囲む環状型の構造で形成されている、項目８に記載の排気ディフューザー。
［項目１０］
前記噴射湾入溝の傾斜面は、所定の曲率半径を有する屈曲面である、項目８または９に記載の排気ディフューザー。
［項目１１］
前記吸入部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気吸入流動路及び吸入ホールが形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面が形成された吸入湾入溝を含む、項目１から１０のいずれか一項に記載の排気ディフューザー。
［項目１２］
前記吸入部は、
前記吸入湾入溝に排気ガスの流動方向と平行な方向にスライド駆動可能に装着され、スライド駆動されて吸入ホールを開閉するシャッター部材をさらに含む、項目１１に記載の排気ディフューザー。
［項目１３］
前記シャッター部材は、吸入ホールを閉じる動作の際に、吸入部の吸入湾入溝全体を覆い隠し、シャッター部材の外周面は内部ディフューザーガイドの外周面に連続する構造である、項目１２に記載の排気ディフューザー。
［項目１４］
中空円筒状構造の内部ディフューザーガイド、及び外部ディフューザーガイドを備える排気ディフューザーを含むガスタービンであって、
前記排気ディフューザーは、
前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとの間に装着され、前記内部ディフューザーガイドと前記外部ディフューザーガイドとを所定の距離だけ離隔させる支持ストラットと、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、排気ガスの流動方向に圧縮空気を噴射する噴射ホールを有する噴射部と、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に形成され、噴射部に隣接して配置され、噴射排気ガスの流動方向と対向する方向に排気ガスを吸入する吸入ホールを有する吸入部とを含む、ガスタービン。
［項目１５］
前記噴射部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気噴射流動路及び噴射ホールが形成され、圧縮空気噴射方向に傾斜面が形成された噴射湾入溝と、
前記傾斜面に連続する構造であり、内部ディフューザーガイドの最大外径から所定の距離だけ離隔した段差部とを含む、項目１４に記載のガスタービン。
［項目１６］
前記吸入部は、
前記内部ディフューザーガイドの外周面に所定の深さだけ湾入して形成され、内側に圧縮空気吸入流動路及び吸入ホールが形成され、圧縮空気噴射方向と対向する方向に傾斜面が形成された吸入湾入溝を含む、項目１４または１５に記載のガスタービン。

【符号の説明】

【0074】

１００ 排気ディフューザー
１０１ 内部ディフューザーガイド
１０２ 外部ディフューザーガイド
１１０ 支持ストラット
１２０ 噴射部
１２１ 噴射ホール
１２２ 圧縮空気噴射流動路
１２３ 傾斜面
１２４ 噴射湾入溝
１２５ 段差部
１３０ 吸入部
１３１ 吸入ホール
１３２ 圧縮空気吸入流動路
１３３ 傾斜面
１３４ 吸入湾入溝
１３５ シャッター部材
ＯＤ 内部ディフューザーガイドの最大外径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】