特許 7446908 スクロールおよびガスタービン設備

(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】

(24)【登録日】2024-03-01

(45)【発行日】2024-03-11

(54)【発明の名称】スクロールおよびガスタービン設備

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/18 20060101AFI20240304BHJP

【ＦＩ】

F02C7/18 E

F02C7/18 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020084261

(22)【出願日】2020-05-13

(65)【公開番号】P2021011868

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2023-01-25

(31)【優先権主張番号】P 2019126870

(32)【優先日】2019-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】糟谷 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】伊東 正雄

(72)【発明者】

【氏名】森澤 優一

(72)【発明者】

【氏名】岩井 保憲

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－０２３４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８９２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０３６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０６８３３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ １／００－ ９／５８

Ｆ２３Ｒ ３／００－ ７／００

Ｆ０１Ｄ １／００－１１／２４

Ｆ０１Ｄ １３／００－１５／１２；２３／００－２５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービン設備においてタービンロータを駆動させるために燃焼ガスを作動媒体としてタービン段落へ導くスクロールであって、
前記作動媒体が流入するスクロール内筒と、
前記作動媒体よりも温度が低い冷却媒体が供給されるスクロール冷却流路を介して前記スクロール内筒を覆うように設けられているスクロール外筒と
を有し、
前記スクロール冷却流路は、
前記タービンロータの径方向において前記スクロール内筒よりも内側に位置する内輪側流路部と、
前記タービンロータの径方向において前記スクロール内筒よりも外側に位置する外輪側流路部と
を含み、
前記タービンロータの回転軸に沿った軸方向において前記外輪側流路部を仕切る仕切部が前記スクロール内筒に設けられており、
前記仕切部は、前記外輪側流路部を、前記軸方向において前記作動媒体の上流側に位置する第１空間と、前記軸方向において前記作動媒体の下流側に位置する第２空間とに仕切り、
前記冷却媒体は、前記径方向において外側から内側へ流れることによって前記外輪側流路部に導入され、前記仕切部によって前記第１空間と前記第２空間とに分かれて流れる、
スクロール。

【請求項2】

前記スクロール内筒は、
第１フランジ部が設けられている第１スクロール内筒部と、
第２フランジ部が設けられている第２スクロール内筒部と
に分割可能であって、前記第１スクロール内筒部と前記第２スクロール内筒部とを組み合わせることによって構成されており、
前記仕切部は、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とを組み合わせることによって構成されている、
請求項１に記載のスクロール。

【請求項3】

前記スクロール冷却流路から前記冷却媒体が外部へ排出される冷却媒体排出口
を含み、
前記冷却媒体排出口は、前記スクロール外筒において前記タービン段落側に位置する一端側に設けられている、
請求項１または２に記載のスクロール。

【請求項4】

請求項１または２に記載のスクロールを含むガスタービン設備であって、
前記燃焼ガスを生成する燃焼器
を備え、
前記燃焼器は、
前記スクロール内筒に連結されている燃焼器内筒と、
前記スクロール外筒に連結されており、前記冷却媒体が供給される燃焼器冷却流路を介して前記燃焼器内筒を覆うように設けられている燃焼器外筒と
を含み、
前記燃焼ガスが前記作動媒体として前記燃焼器から前記スクロール内筒に導入され、
前記冷却媒体が、前記燃焼器冷却流路を通過した後に、前記スクロール冷却流路に導入されるように構成されている、
ガスタービン設備。

【請求項5】

請求項３に記載のスクロールを含むガスタービン設備であって、
前記燃焼ガスを生成する燃焼器
を備え、
前記冷却媒体は、
第１冷却媒体と、
前記第１冷却媒体よりも温度が低い第２冷却媒体と
を含み、
前記燃焼器は、
前記燃焼ガスを前記作動媒体として前記スクロール内筒に導入する燃焼器内筒と、
前記第１冷却媒体が供給される燃焼器冷却流路を介して前記燃焼器内筒を覆うように設けられている燃焼器外筒と
を含み、
前記第２冷却媒体が前記燃焼器冷却流路を介さずに前記スクロール冷却流路に供給された後に前記冷却媒体排出口から排出されるように構成されている、
ガスタービン設備。

【請求項6】

請求項４に記載のガスタービン設備であって、
前記スクロールおよび前記燃焼器を燃焼器・スクロール収容空間に収容するタービンケーシング
を備え、
前記冷却媒体は、
第１冷却媒体と、
前記第１冷却媒体よりも温度が低い第２冷却媒体と
を含み、
前記第１冷却媒体が前記燃焼器冷却流路を通過した後に、前記スクロール冷却流路に導入されるように構成されており、
前記第２冷却媒体が前記燃焼器・スクロール収容空間において前記燃焼器外筒の周囲と前記スクロール外筒の周囲とを順次流れるように構成されている、
ガスタービン設備。

【請求項7】

前記第２冷却媒体の流れ方向において上流側に位置する第１収容空間部と下流側に位置する第２収容空間部とに前記燃焼器・スクロール収容空間を区画する収容空間仕切部
を備え、
前記収容空間仕切部は、前記第１収容空間部と前記第２収容空間部との間を連通する連通孔が設けられており、
前記第１収容空間部に流入した前記第２冷却媒体が、前記連通孔に流入する前に、前記第１収容空間部から第１排出穴を介して排出される共に、
前記第１収容空間部から前記連通孔を介して前記第２収容空間部に流入した前記第２冷却媒体が、前記第２収容空間部から第２排出穴を介して排出されるように構成されており、
前記第１排出穴を介して排出された前記第２冷却媒体の圧力が、前記第２排出穴を介して排出された前記第２冷却媒体の圧力よりも低い、
請求項６に記載のガスタービン設備。

【請求項8】

カバー部空間を介して前記スクロール外筒を覆うように設けられているカバー部
を有し、
前記第１冷却媒体が前記スクロール冷却流路から避圧孔を介して前記カバー部空間に供給されるように構成されている、
請求項７に記載のガスタービン設備。

【請求項9】

前記第１冷却媒体および前記第２冷却媒体よりも圧力が高い第３冷却媒体が流れる冷却供給管
を備え、
前記冷却供給管は、前記燃焼器・スクロール収容空間に収容される部分を含む、
請求項６に記載のガスタービン設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、スクロールおよびガスタービン設備に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービン設備において、燃焼器で生成された燃焼ガスは、たとえば、スクロールを介して、初段のタービン段落に作動媒体として導入される。ガスタービン設備において、スクロールは、高温の燃焼ガスが通過するので、冷却媒体を用いて冷却される。

【0003】

スクロールの冷却のために様々な技術が提案されている。たとえば、圧縮機から吐出された空気を冷却媒体として使用し、インピンジメント冷却や対流冷却などの冷却方式によって、スクロールの冷却を実行することが提案されている。しかし、冷却の効率を十分に高めることが容易でないと共に、スクロールの全体について効果的に冷却を行うことが困難な場合がある。

【0004】

特に、ガスタービン設備がＣＯ_２タービン設備であって、作動媒体である燃焼ガスが高圧である場合には、変形防止のためにスクロールを厚くする必要があり、熱抵抗が大きくなるので、冷却によってスクロールの温度を十分に低下させることが容易でない。具体的には、スクロールにおいては、温度が高い燃焼ガス側の表面温度と、温度が低い冷却媒体側の表面温度との差が大きくなるので、スクロールのうち燃焼ガスの側の表面温度を十分に低下させることが容易でない場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】実開平2-105548号公報

【文献】特開平11-303648号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

関連技術に係るガスタービン設備１００Ｊの一例に関して、図１０Ａと図１０Ｂとを用いて説明する。

【0007】

図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、ｚ方向は鉛直方向であり、ｘ方向は第１水平方向であり、ｙ方向はｘ方向およびｚ方向に直交する第２水平方向である。図１０Ａは、鉛直面（ｘｚ面）に沿った断面の一部について模式的に示している。図１０Ｂは、図１０Ａの鉛直面（ｘｚ面）に対して直交する他の鉛直面（ｙｚ面）に沿った断面のうち図１０ＡのＡ－Ａ部分について模式的に示している。図１０Ａおよび図１０Ｂでは、上半側を図示し、下半側の図示を省略しているが、下半側は上半側と同様に構成されている。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、太い実線の矢印で作動媒体Ｆの流れを示すと共に、太い破線の矢印で冷却媒体ＣＡの流れを示している。また、図示の都合により、各図間の寸法比を適宜変更している。

【0008】

ガスタービン設備１００Ｊは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、燃焼器１２０と、燃焼器１２０で生成された燃焼ガスが作動媒体Ｆとしてスクロール１０を介してタービン段落１３２に導入されることによってタービンロータ１３３が回転するタービン部１３０とを備えている。ガスタービン設備１００Ｊは、たとえば、ＣＯ_２タービン設備であって、作動媒体Ｆは、たとえば、超臨界状態のＣＯ_２ガスを含み、冷却媒体ＣＡは、たとえば、再生熱交換器（図示省略）から供給されるＣＯ_２ガスを含む。

【0009】

ガスタービン設備１００Ｊを構成する各部について順次説明する。

【0010】

ガスタービン設備１００Ｊにおいて、燃焼器１２０は、燃焼器内筒１２１と燃焼器外筒１２２とを含む。

【0011】

燃焼器内筒１２１は、管状体であって、管軸がタービンロータ１３３の径方向（ラジアル方向）に沿うように設置されている。燃焼器内筒１２１の内部では、燃料と酸素とが供給されて燃焼が生ずることによって、燃焼ガスが生成される。

【0012】

燃焼器外筒１２２は、内径が燃焼器内筒１２１の外径よりも大きい管状体であって、燃焼器内筒１２１と同軸に設置されている。燃焼器外筒１２２は、燃焼器冷却流路Ｓ１２０を介して燃焼器内筒１２１の周囲を覆うように設置されている。ここでは、冷却媒体供給管１２３が燃焼器外筒１２２の外周面に設置されており、燃焼ガスである作動媒体Ｆよりも温度が低い冷却媒体ＣＡが冷却媒体供給管１２３を介して外部から燃焼器冷却流路Ｓ１２０の内部に流入し、燃焼器１２０を冷却するように構成されている。

【0013】

ガスタービン設備１００Ｊにおいて、タービン部１３０は、タービンケーシング１３１とタービンロータ１３３とを備える。

【0014】

タービンケーシング１３１は、内部ケーシング１３１ａと外部ケーシング１３１ｂとを有し、外部ケーシング１３１ｂの内部に内部ケーシング１３１ａが収容される部分を含む。

【0015】

タービンロータ１３３は、円柱状の棒状体であって、回転軸ＡＸが延在する軸方向が第１水平方向ｘに沿うように、タービンケーシング１３１の内部に収容されている。タービンロータ１３３は、発電機（図示省略）に連結されており、タービンロータ１３３の回転によって発電機（図示省略）が駆動し、発電が行われるように構成されている。

【0016】

タービンケーシング１３１の内部には、静翼１３２ａと動翼１３２ｂとを有するタービン段落１３２が設けられている。タービン段落１３２において、静翼１３２ａは、タービンケーシング１３１を構成する内部ケーシング１３１ａに設置されている。静翼１３２ａは、複数であって、複数の静翼１３２ａがタービンロータ１３３の周方向に配置されることによって静翼翼列を構成している。タービン段落１３２において、動翼１３２ｂは、タービンロータ１３３の外周面に設置されている。動翼１３２ｂは、複数であって、複数の動翼１３２ｂがタービンロータ１３３の周方向に配置されることによって動翼翼列を構成している。図示を省略しているが、静翼翼列と動翼翼列とがタービンロータ１３３の軸方向において交互に並ぶように設けられている。つまり、タービン部１３０は、多段式であって、静翼翼列と動翼翼列とを含むタービン段落１３２が回転軸ＡＸに沿って複数並んでいる。

【0017】

上記の他に、タービンケーシング１３１の内部には、スクロール１０が設置されている。スクロール１０は、燃焼器１２０で生成された燃焼ガスを作動媒体Ｆとして初段のタービン段落１３２へ導くために設置されている。スクロール１０は、内部ケーシング１３１ａと外部ケーシング１３１ｂとによって区画された収容空間Ｓ１３１（燃焼器・スクロール収容空間）に、燃焼器１２０と共に収容されており、燃焼器１２０に接続されている。

【0018】

スクロール１０は、スクロール内筒２０とスクロール外筒３０とを含む二重構造である。

【0019】

スクロール１０において、スクロール内筒２０は、燃焼器内筒１２１に連結されており、燃焼器内筒１２１から燃焼ガスが作動媒体Ｆとして供給されるように構成されている。

【0020】

具体的には、スクロール内筒２０は、内筒内輪部２０１と内筒外輪部２０２とを有し、内筒内輪部２０１と内筒外輪部２０２との間に内部空間が介在している。

【0021】

内筒内輪部２０１は、管状体であって、タービンロータ１３３に対して同軸に設置されている。内筒内輪部２０１は、タービンロータ１３３の軸方向に沿うように設けられている。

【0022】

内筒外輪部２０２は、内径が内筒内輪部２０１の外径よりも大きい管状体であって、内筒内輪部２０１と同様に、タービンロータ１３３に対して同軸に設置されている。内筒外輪部２０２は、タービンロータ１３３の径方向において内筒内輪部２０１よりも外側に位置している。内筒外輪部２０２のうちタービンロータ１３３の軸方向においてタービン段落１３２に遠い部分は、タービンロータ１３３の軸方向に沿っている。この一方で、内筒外輪部２０２のうちタービンロータ１３３の軸方向においてタービン段落１３２に近い部分は、タービン段落１３２に近づくに伴ってタービンロータ１３３の外周面に近づくようにタービンロータ１３３の軸方向に対して傾斜している。

【0023】

スクロール内筒２０において、内筒内輪部２０１と内筒外輪部２０２との間は、内筒側板部２０３を介して連結されている。内筒側板部２０３は、タービンロータ１３３の径方向に沿った部分を含む板状体であって、タービンロータ１３３の軸方向においてタービン段落１３２が位置する一端側に対して反対側に位置する他端側に設けられている。

【0024】

また、内筒外輪部２０２には、内筒導入管部２０４が設置されている。内筒導入管部２０４は、管状体であって、燃焼器内筒１２１と同様に、管軸がタービンロータ１３３の径方向に沿うように設置されており、内筒導入管部２０４の内部に燃焼器内筒１２１が挿入されている。そして、内筒導入管部２０４の内部空間は、内筒内輪部２０１と内筒外輪部２０２との間に介在する内部空間に連通している。

【0025】

スクロール内筒２０において、燃焼ガスは、燃焼器内筒１２１から内筒導入管部２０４へ供給され、内筒内輪部２０１と内筒外輪部２０２との間に位置する内部空間を流れた後に、出口から作動媒体Ｆとしてタービン段落１３２へ排出される。

【0026】

スクロール１０において、スクロール外筒３０は、スクロール冷却流路Ｓ１０を介してスクロール内筒２０を覆うように設けられている。スクロール１０は、燃焼ガスである作動媒体Ｆよりも温度が低い冷却媒体ＣＡが、燃焼器冷却流路Ｓ１２０を通過した後に、スクロール冷却流路Ｓ１０に導入されることによって、冷却されるように構成されている。

【0027】

具体的には、スクロール外筒３０は、外筒内輪部３０１と外筒外輪部３０２とを有し、外筒内輪部３０１と外筒外輪部３０２との間に内部空間が介在するように構成されている。

【0028】

外筒内輪部３０１は、外径が内筒内輪部２０１の内径よりも小さい管状体であって、タービンロータ１３３に対して同軸に設置されている。外筒内輪部３０１は、タービンロータ１３３の軸方向に沿うように設けられている。外筒内輪部３０１の内周面と、タービンロータ１３３の外周面との間には、内部ケーシング１３１ａのうちタービンロータ１３３の外周面を囲う部分が介在している。

【0029】

外筒外輪部３０２は、内径が外筒内輪部３０１および内筒外輪部２０２よりも大きい管状体であって、外筒内輪部３０１と同様に、タービンロータ１３３に対して同軸に設置されている。外筒外輪部３０２は、タービンロータ１３３の径方向において外筒内輪部３０１よりも外側に位置している。外筒外輪部３０２のうちタービンロータ１３３の軸方向においてタービン段落１３２に遠い部分は、タービンロータ１３３の軸方向に沿っている。この一方で、外筒外輪部３０２のうちタービンロータ１３３の軸方向においてタービン段落１３２に近い部分は、タービン段落１３２に近づくに伴ってタービンロータ１３３の外周面に近づくようにタービンロータ１３３の軸方向に対して傾斜している。

【0030】

スクロール外筒３０において、外筒内輪部３０１と外筒外輪部３０２との間は、外筒側板部３０３を介して連結されている。外筒側板部３０３は、タービンロータ１３３の径方向に沿った部分を含む板状体であって、タービンロータ１３３の軸方向においてタービン段落１３２が位置する一端側に対して反対側に位置する他端側に設けられている。

【0031】

また、外筒外輪部３０２には、外筒導入管部３０４が設置されている。外筒導入管部３０４は、内径が内筒導入管部２０４の外径よりも大きい管状体であって、燃焼器外筒１２２と同様に、管軸がタービンロータ１３３の径方向に沿うように設置されており、外筒導入管部３０４の内部に燃焼器外筒１２２が挿入されている。そして、外筒導入管部３０４の内部空間は、外筒内輪部３０１と外筒外輪部３０２との間に介在する内部空間に連通している。

【0032】

スクロール１０において、スクロール冷却流路Ｓ１０は、導入流路部Ｓ１０１と外輪側流路部Ｓ１０２と側面側流路部Ｓ１０３と内輪側流路部Ｓ１０４とを含み、冷却媒体ＣＡが各部を流れるように構成されている。

【0033】

具体的には、導入流路部Ｓ１０１は、内筒導入管部２０４と外筒導入管部３０４との間に介在する空間であって、タービンロータ１３３の径方向に沿っている。外輪側流路部Ｓ１０２は、内筒外輪部２０２と外筒外輪部３０２との間に介在する空間であって、タービンロータ１３３の径方向においてスクロール内筒２０よりも外側に位置し、タービンロータ１３３の軸方向に沿っている。側面側流路部Ｓ１０３は、内筒側板部２０３と外筒側板部３０３との間に介在する空間であって、タービンロータ１３３の径方向に沿っている。内輪側流路部Ｓ１０４は、内筒内輪部２０１と外筒内輪部３０１との間に介在する空間であって、タービンロータ１３３の径方向においてスクロール内筒２０よりも内側に位置し、タービンロータ１３３の軸方向に沿っている。

【0034】

スクロール冷却流路Ｓ１０において、冷却媒体ＣＡは、まず、燃焼器冷却流路Ｓ１２０から導入流路部Ｓ１０１に導入される。つぎに、冷却媒体ＣＡは、導入流路部Ｓ１０１から外輪側流路部Ｓ１０２に導入される。外輪側流路部Ｓ１０２に導入された冷却媒体ＣＡのうち、一部は、側面側流路部Ｓ１０３を介して内輪側流路部Ｓ１０４に導入され、スクロール１０において径方向の内側に位置する部分の冷却に利用され、残りは、スクロール１０において径方向の外側に位置する部分の冷却に利用される。

【0035】

スクロール１０の冷却は、対流冷却、サーペンタイン冷却、インピンジメント冷却、リブ、ピンフィン、ディンプルを用いた冷却、エフュージョン冷却、スロットフィルム冷却、フィルム冷却、シャワーヘッド冷却、トランスピレーション冷却などの冷却方式、および、その組み合わせによって実行される。

【0036】

なお、図示を省略しているが、冷却媒体ＣＡは、スクロール冷却流路Ｓ１０において冷却に用いられた後には、たとえば、スクロール内筒２０に形成された貫通孔（図示省略）を介して、スクロール冷却流路Ｓ１０からスクロール内筒２０に流入し、燃焼ガスに混合される。

【0037】

スクロール冷却流路Ｓ１０を流れる冷却媒体ＣＡについて図１１Ａおよび図１１Ｂを用いて更に説明する。

【0038】

図１１Ａおよび図１１Ｂでは、スクロール１０のうちスクロール内筒２０の上半部分を図示していると共に、破線の矢印で冷却媒体ＣＡの流れを示している。図１１Ａは、鉛直面（ｘｚ面）に沿った側面の一部について模式的に示しており、左側が作動媒体Ｆの上流側（タービン段落１３２から遠い側）であって、右側が作動媒体Ｆの下流側（タービン段落１３２に近い側）である。図１１Ｂは、図１１Ａの鉛直面（ｘｚ面）に対して直交する他の鉛直面（ｙｚ面）に沿った側面の一部について模式的に示しており、円弧の内側が径方向の内側（内輪側）であり、円弧の外側が径方向の外側（外輪側）である。

【0039】

上述したように、冷却媒体ＣＡは、スクロール内筒２０において内筒導入管部２０４の外側に位置する部分（図１０Ａ，図１０Ｂでは導入流路部Ｓ１０１に相当）に導入される。そして、冷却媒体ＣＡは、内筒外輪部２０２において外輪側に位置する部分（図１０Ａ，図１０Ｂでは、外輪側流路部Ｓ１０２に相当）を流れる。その後、冷却媒体ＣＡは、内筒側板部２０３の外側に位置する部分（図１０Ａ，図１０Ｂでは側面側流路部Ｓ１０３に相当）を介して、内筒内輪部２０１において内輪側に位置する部分（図１０Ａ，図１０Ｂでは内輪側流路部Ｓ１０４に相当）を流れる。

【0040】

上記のスクロール１０では、内筒導入管部２０４の外側に位置する部分（外輪側流路部Ｓ１０２）の方が、内筒内輪部２０１の内輪側に位置する部分（内輪側流路部Ｓ１０４）よりも先に、冷却媒体ＣＡが流れる。その結果、内筒内輪部２０１の内輪側に位置する部分（内輪側流路部Ｓ１０４）が十分に冷却されない場合がある。

【0041】

したがって、本発明が解決しようとする課題は、スクロールの全体について効果的に冷却可能なスクロールおよびガスタービン設備を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0042】

実施形態のスクロールは、ガスタービン設備においてタービンロータを駆動させるために燃焼ガスを作動媒体としてタービン段落へ導くスクロールであって、スクロール内筒とスクロール外筒とを有する。スクロール内筒は、作動媒体が流入する。スクロール外筒は、作動媒体よりも温度が低い冷却媒体が供給されるスクロール冷却流路を介してスクロール内筒を覆うように設けられている。スクロール冷却流路は、タービンロータの径方向においてスクロール内筒よりも内側に位置する内輪側流路部と、タービンロータの径方向においてスクロール内筒よりも外側に位置する外輪側流路部とを含む。ここでは、タービンロータの回転軸に沿った軸方向において外輪側流路部を仕切る仕切部がスクロール内筒に設けられている。仕切部は、外輪側流路部を、軸方向において作動媒体の上流側に位置する第１空間と、軸方向において作動媒体の下流側に位置する第２空間とに仕切り、冷却媒体は、径方向において外側から内側へ流れることによって外輪側流路部に導入され、仕切部によって第１空間と第２空間とに分かれて流れる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1A】図１Ａは、第１実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図1B】図１Ｂは、第１実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図2A】図２Ａは、第１実施形態に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、スクロール内筒の要部を模式的に示す図である。

【図2B】図２Ｂは、第１実施形態に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、スクロール内筒の要部を模式的に示す図である。

【図3A】図３Ａは、第２実施形態に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、スクロール内筒の要部を模式的に示す図である。

【図3B】図３Ｂは、第２実施形態に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、スクロール内筒の要部を模式的に示す図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、組立前のスクロール内筒を模式的に示す図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図6】図６は、第４実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図7】図７は、第５実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図8A】図８Ａは、第５実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、第５実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図9】図９は、第６実施形態に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図10A】図１０Ａは、関連技術に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図10B】図１０Ｂは、関連技術に係るガスタービン設備の要部を示す図である。

【図11A】図１１Ａは、関連技術に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、スクロール内筒の要部を模式的に示す図である。

【図11B】図１１Ｂは、関連技術に係るガスタービン設備のスクロールにおいて、スクロール内筒の要部を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

＜第１実施形態＞
［構成］
第１実施形態に係るガスタービン設備１００に関して、図１Ａと図１Ｂとを用いて説明する。

【0045】

図１Ａは、図１０Ａと同様に、鉛直面（ｘｚ面）に沿った断面の一部について模式的に示している。図１Ｂは、図１Ａの鉛直面（ｘｚ面）に対して直交する他の鉛直面（ｙｚ面）に沿った断面のうち図１ＡのＡ－Ａ部分について模式的に示している。

【0046】

本実施形態のガスタービン設備１００は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、上記の関連技術の場合（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）と同様に、ガスタービン設備１００においてタービンロータ１３３を駆動させるために燃焼ガスを作動媒体Ｆとしてタービン段落１３２へ導くスクロール１０を備えている。スクロール１０は、スクロール内筒２０とスクロール外筒３０とを有する。スクロール内筒２０は、内筒内輪部２０１、内筒外輪部２０２、内筒側板部２０３、および、内筒導入管部２０４を備えており、作動媒体Ｆが内部に流入する。スクロール外筒３０は、外筒内輪部３０１、外筒外輪部３０２、外筒側板部３０３、および、外筒導入管部３０４を備えており、作動媒体Ｆよりも温度が低い冷却媒体ＣＡが供給されるスクロール冷却流路Ｓ１０を介して、スクロール内筒２０を覆うように設けられている。スクロール冷却流路Ｓ１０は、導入流路部Ｓ１０１と外輪側流路部Ｓ１０２と側面側流路部Ｓ１０３と内輪側流路部Ｓ１０４とを含み、冷却媒体ＣＡが各部を流れるように構成されている。

【0047】

しかしながら、本実施形態においては、上記の関連技術の場合と異なり、スクロール１０には、仕切部４０が設けられている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、上記の関連技術の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0048】

本実施形態のスクロール１０において、仕切部４０は、タービンロータ１３３の回転軸ＡＸに沿った軸方向において導入流路部Ｓ１０１および外輪側流路部Ｓ１０２を仕切るように、スクロール内筒２０に設けられている。

【0049】

本実施形態では、仕切部４０は、板状体であって、外筒導入管部３０４と内筒導入管部２０４との間、および、内筒外輪部２０２と外筒外輪部３０２との間において、板面がタービンロータ１３３の径方向に沿うように設置されている。つまり、仕切部４０の板面に対してタービンロータ１３３の軸方向が直交するように仕切部４０が設置されている。

【0050】

また、本実施形態では、仕切部４０は、タービンロータ１３３の軸方向において内筒導入管部２０４の管軸および外筒導入管部３０４の管軸が位置する部分に設けられている。そして、仕切部４０は、スクロール内筒２０を構成する各部と同様に、上半側の部材と下半側の部材とを組み合わせることによって構成されている。

【0051】

外輪側流路部Ｓ１０２では、仕切部４０は、タービンロータ１３３の回転方向に沿った円弧形状であり、円弧状の部分の内径は、内筒外輪部２０２の外径と同一であり、円弧状の部分の外径は、外筒外輪部３０２の内径と同一である。

【0052】

本実施形態において、スクロール１０を作製する際には、仕切部４０が設けられたスクロール内筒２０を組み立てた後に、スクロール外筒３０を組み立てることによってスクロール１０を完成させる。

【0053】

［冷却媒体ＣＡの流れについて］
本実施形態において、スクロール冷却流路Ｓ１０を流れる冷却媒体ＣＡについて、図１Ａおよび図１Ｂと共に、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。

【0054】

図２Ａおよび図２Ｂは、図１１Ａおよび図１１Ｂの場合と同様に、スクロール１０のうちスクロール内筒２０の上半部分を図示していると共に、破線の矢印で冷却媒体ＣＡの流れを示している。図２Ａは、図１１Ａと同様に、鉛直面（ｘｚ面）に沿った側面の一部について模式的に示しており、左側が作動媒体Ｆの上流側（タービン段落１３２から遠い側）であって、右側が作動媒体Ｆの下流側（タービン段落１３２に近い側）である。図２Ｂは、図２Ａの鉛直面（ｘｚ面）に対して直交する他の鉛直面（ｙｚ面）に沿った側面の一部について模式的に示しており、円弧の内側が径方向の内側（内輪側）であり、円弧の外側が径方向の外側（外輪側）である。

【0055】

本実施形態では、冷却媒体ＣＡは、導入流路部Ｓ１０１に導入される際には、スクロール内筒２０において内筒導入管部２０４の外側に位置する部分に導入される。つぎに、冷却媒体ＣＡが外輪側流路部Ｓ１０２を流れる際には、内筒外輪部２０２において外輪側に位置する部分を流れる。

【0056】

本実施形態では、内筒外輪部２０２において外輪側に位置する部分（外輪側流路部Ｓ１０２）は、タービンロータ１３３の回転軸ＡＸに沿った軸方向において仕切部４０により仕切られている。つまり、仕切部４０は、外輪側流路部Ｓ１０２について、作動媒体Ｆの上流側（図２Ａでは左側）に位置する空間と、作動媒体Ｆの下流側（図２Ａでは右側）に位置する空間とに分割している。このため、外輪側流路部Ｓ１０２に導入された冷却媒体ＣＡは、作動媒体Ｆの上流側と、作動媒体Ｆの下流側とに分岐して流れる。

【0057】

外輪側流路部Ｓ１０２において作動媒体Ｆの上流側に位置する空間に分岐して流入した一方の分岐冷却媒体ＣＡａは、内筒側板部２０３の外側に位置する側面側流路部Ｓ１０３を介して、内筒内輪部２０１において内輪側に位置する内輪側流路部Ｓ１０４を流れる。これにより、スクロール１０において径方向の内側部分が冷却される。

【0058】

これに対して、外輪側流路部Ｓ１０２において作動媒体Ｆの下流側に位置する空間は、内輪側流路部Ｓ１０４に連通していない。このため、外輪側流路部Ｓ１０２において作動媒体Ｆの下流側に位置する空間に分岐して流入した他方の分岐冷却媒体ＣＡｂは、そのまま、外輪側流路部Ｓ１０２を流れる。これにより、スクロール１０において径方向の外側部分が冷却される。

【0059】

図示を省略しているが、冷却媒体ＣＡは、スクロール冷却流路Ｓ１０において冷却に用いられた後には、たとえば、スクロール内筒２０に形成された貫通孔（図示省略）を介して、スクロール冷却流路Ｓ１０からスクロール内筒２０に流入し、燃焼ガスに混合される。

【0060】

［作用・効果］
以上のように、本実施形態のスクロール１０においては、タービンロータ１３３の回転軸ＡＸに沿った軸方向において外輪側流路部Ｓ１０２を仕切る仕切部４０がスクロール内筒２０に設けられている。このため、冷却媒体ＣＡは、仕切部４０によって、径方向の内側に位置する内輪側流路部Ｓ１０４と径方向の外側に位置する外輪側流路部Ｓ１０２とのそれぞれに分岐して流れる。その結果、本実施形態では、上記した関連技術の場合よりも内輪側流路部Ｓ１０４へ冷却媒体ＣＡを十分に供給可能である。したがって、本実施形態では、スクロール１０において径方向の外側に位置する部分と共に、スクロール１０において径方向の内側に位置する部分についても効果的に冷却可能であるので、スクロール１０の信頼性を向上可能である。

【0061】

［変形例］
なお、上記の実施形態においては、仕切部４０の板面がタービンロータ１３３の径方向に沿うように仕切部４０が設けられている場合について説明したが、これに限らない。仕切部４０の板面が径方向に対して傾斜するように、仕切部４０が設けられていてもよい。また、上記の実施形態においては、内筒側板部２０３がタービンロータ１３３の径方向に沿った部分を含む場合を例示したが、仕切部４０の場合と同様に、内筒側板部２０３および外筒側板部３０３が径方向に対して傾斜するように構成されていてもよい。

【0062】

＜第２実施形態＞
［構成］
第２実施形態に係るガスタービン設備１００のスクロール１０に関して、図３Ａと図３Ｂとを用いて説明する。

【0063】

図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ａおよび図２Ｂの場合と同様に、スクロール１０を構成するスクロール内筒２０の上半部分を図示している。

【0064】

本実施形態のスクロール内筒２０には、上記の第１実施形態の場合と同様に、仕切部４０が設けられている。

【0065】

しかしながら、本実施形態においては、上記の第１実施形態の場合と異なり、スクロール内筒２０は、第１スクロール内筒部２１と第２スクロール内筒部２２とに分割可能であって、第１スクロール内筒部２１と第２スクロール内筒部２２とを組み合わせることによって構成されている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、上記の関連技術の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0066】

本実施形態のスクロール内筒２０において、第１スクロール内筒部２１には、第１フランジ部４０ａが設けられている。そして、第２スクロール内筒部２２には、第２フランジ部４０ｂが設けられている。仕切部４０は、第１フランジ部４０ａと第２フランジ部４０ｂと組み合わせることによって構成されている。

【0067】

本実施形態では、複数のボルト４０１を用いて第１スクロール内筒部２１と第２スクロール内筒部２２とが連結されることによって、スクロール内筒２０が構成されている。具体的には、第１フランジ部４０ａと第２フランジ部４０ｂとの両者を貫通する複数の貫通孔のそれぞれに複数のボルト４０１を挿入して締結作業を実行するこことによって、スクロール内筒２０が組み立てられる。

【0068】

組立前のスクロール内筒２０に関して図４を用いて説明する。図４は、図３ＢのＢ－Ｂ部分の断面について、スクロール内筒２０を第１スクロール内筒部２１と第２スクロール内筒部２２とに分割したときの様子を模式的に示している。

【0069】

図４に示すように、仕切部４０を構成する第１フランジ部４０ａおよび第２フランジ部４０ｂは、タービンロータ１３３の軸方向が直交する面のうち内筒導入管部２０４の管軸および外筒導入管部３０４の管軸が位置する面で、仕切部４０を分割したものに相当する。

【0070】

そして、内筒外輪部２０２は、第１の内筒外輪部材２０２ａと第２の内筒外輪部材２０２ｂとを含む。第１の内筒外輪部材２０２ａおよび第２の内筒外輪部材２０２ｂは、タービンロータ１３３の軸方向が直交する面のうち内筒導入管部２０４の管軸および外筒導入管部３０４の管軸が位置する面で、内筒外輪部２０２を分割したものに相当する。

【0071】

また、内筒導入管部２０４は、第１の内筒導入管部材２０４ａと第２の内筒導入管部材２０４ｂとを含む。第１の内筒導入管部材２０４ａおよび第２の内筒導入管部材２０４ｂは、タービンロータ１３３の軸方向が直交する面のうち内筒導入管部２０４の管軸および外筒導入管部３０４の管軸が位置する面で、内筒導入管部２０４を分割したものに相当する。

【0072】

スクロール内筒２０において、第１スクロール内筒部２１は、第１の内筒外輪部材２０２ａと第１の内筒導入管部材２０４ａと第１フランジ部４０ａとを備える。そして、第２スクロール内筒部２２は、内筒内輪部２０１と第２の内筒外輪部材２０２ｂと内筒側板部２０３と第２の内筒導入管部材２０４ｂと第２フランジ部４０ｂとを備える。

【0073】

本実施形態では、第１の内筒外輪部材２０２ａと第２の内筒外輪部材２０２ｂとを組み合わせ、第１の内筒導入管部材２０４ａと第２の内筒導入管部材２０４ｂとを組み合わせ、かつ、第１フランジ部４０ａと第２フランジ部４０ｂとを組み合わせるように、第１スクロール内筒部２１と第２スクロール内筒部２２との組み立てを行う。これにより、スクロール内筒２０を作製することができる。

【0074】

［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、スクロール内筒２０は、第１フランジ部４０ａが設けられている第１スクロール内筒部２１と、第２フランジ部４０ｂが設けられている第２スクロール内筒部２２とを組み合わせることによって構成されている。そして、仕切部４０は、第１フランジ部４０ａと第２フランジ部４０ｂと組み合わせることによって構成されている。このように、本実施形態のスクロール内筒２０は、複数に分解された部品の組立体であるので、組み立て前の状態で各部の内面に遮熱コーティングなどの施工を容易に実行可能である。

【0075】

したがって、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、効果的な冷却を実行可能であると共に、遮熱コーティングなどの施工によってスクロール１０の信頼性を更に向上可能である。

【0076】

＜第３実施形態＞
［構成］
第３実施形態に係るガスタービン設備１００に関して、図５を用いて説明する。

【0077】

図５は、図１Ａと同様に、鉛直面（ｘｚ面）に沿った断面の一部について模式的に示している。

【0078】

本実施形態のガスタービン設備１００は、図５に示すように、第１実施形態の場合（図１Ａ参照）と異なり、冷却媒体ＣＡとして、第１冷却媒体ＣＡ１（破線で図示）と第２冷却媒体ＣＡ２（一点鎖線で図示）とが供給されるように構成されている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0079】

本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、燃焼器１２０およびスクロール１０を収容する収容空間Ｓ１３１（燃焼器・スクロール収容空間）が、第１収容空間部Ｓ１３１ａと第２収容空間部Ｓ１３１ｂとに区画されている。具体的には、外筒導入管部３０４において径方向の外側に位置する外周面には、外筒導入管フローガイド部３０４Ｆが設けられている。そして、外筒導入管フローガイド部３０４Ｆは、リング状の板状体であって、外筒導入管フローガイド部３０４Ｆの外周面が、燃焼器１２０とスクロール１０とを収容する収容空間Ｓ１３１の内周面に接触するように、スクロール１０が設置されている。これにより、上記の収容空間Ｓ１３１が、第１収容空間部Ｓ１３１ａと、径方向において第１収容空間部Ｓ１３１ａよりも内側に位置する第２収容空間部Ｓ１３１ｂとに区画されている。

【0080】

そして、本実施形態では、第１冷却媒体供給管１２３ａおよび第２冷却媒体供給管１２３ｂが設けられていると共に、冷却媒体排出口１２３ｃが設けられている。第１冷却媒体供給管１２３ａは、外部ケーシング１３１ｂを貫通するように設置されており、燃焼器冷却流路Ｓ１２０に連通している。第２冷却媒体供給管１２３ｂは、外部ケーシング１３１ｂを貫通するように設置されており、第１収容空間部Ｓ１３１ａに連通している。冷却媒体排出口１２３ｃは、内部ケーシング１３１ａに形成されており、第２収容空間部Ｓ１３１ｂに連通している。

【0081】

この他に、本実施形態のスクロール１０においては、スクロール外筒３０においてタービン段落１３２側に位置する一端側に冷却媒体排出口Ｋ３０ａ，Ｋ３０ｂが設けられている。ここでは、スクロール外筒３０において、外筒内輪部３０１に一方の冷却媒体排出口Ｋ３０ａが形成されていると共に、外筒外輪部３０２に他方の冷却媒体排出口Ｋ３０ｂが形成されている。

【0082】

［第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２の流れについて］
第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２の詳細について順次説明する。

【0083】

本実施形態において、第１冷却媒体ＣＡ１は、第１実施形態の場合と同様に、たとえば、ＣＯ_２ガスである。

【0084】

第１冷却媒体ＣＡ１は、燃焼器１２０において燃焼器内筒１２１と燃焼器外筒１２２との間に介在する燃焼器冷却流路Ｓ１２０に第１冷却媒体供給管１２３ａから供給される。本実施形態では、燃焼器外筒１２２は、外筒導入管部３０４に挿入されておらず、燃焼器冷却流路Ｓ１２０は、第１実施形態の場合と異なり、スクロール冷却流路Ｓ１０に連通していない。このため、第１冷却媒体ＣＡ１は、燃焼器冷却流路Ｓ１２０からスクロール冷却流路Ｓ１０に供給されない。

【0085】

第１冷却媒体ＣＡ１は、燃焼器冷却流路Ｓ１２０において燃焼器１２０の冷却に用いられた後には、たとえば、燃焼器内筒１２１に形成された貫通孔（図示省略）を介して、燃焼器冷却流路Ｓ１２０から燃焼器内筒１２１の内部に流入し、作動媒体Ｆである燃焼ガスに混合される。

【0086】

本実施形態において、第２冷却媒体ＣＡ２は、たとえば、ＣＯ_２ガスであって、第１冷却媒体ＣＡ１よりも温度が低い。

【0087】

第２冷却媒体ＣＡ２は、まず、第２冷却媒体供給管１２３ｂから第１収容空間部Ｓ１３１ａに供給され、燃焼器１２０の周囲を流れる。そして、第２冷却媒体ＣＡ２は、第１収容空間部Ｓ１３１ａからスクロール１０のスクロール冷却流路Ｓ１０に流入する。つまり、第２冷却媒体ＣＡ２は、燃焼器冷却流路Ｓ１２０を介さずにスクロール１０のスクロール冷却流路Ｓ１０に供給される。

【0088】

スクロール冷却流路Ｓ１０は、第１実施形態の場合と同様に、導入流路部Ｓ１０１と外輪側流路部Ｓ１０２と側面側流路部Ｓ１０３と内輪側流路部Ｓ１０４とを含み、第２冷却媒体ＣＡ２が各部を流れるように構成されている。また、スクロール１０には、第１実施形態の場合と同様に、仕切部４０が設けられている。このため、第２冷却媒体ＣＡ２は、仕切部４０によって分岐して流れる。

【0089】

すなわち、外輪側流路部Ｓ１０２において作動媒体Ｆの上流側に位置する空間に分岐した一方の分岐冷却媒体ＣＡ２ａは、内筒側板部２０３の外側に位置する側面側流路部Ｓ１０３を介して、内筒内輪部２０１において内輪側に位置する内輪側流路部Ｓ１０４を流れる。これにより、スクロール１０において径方向の内側部分が冷却される。そして、外輪側流路部Ｓ１０２において作動媒体Ｆの下流側に位置する空間に分岐した他方の分岐冷却媒体ＣＡ２ｂは、そのまま、外輪側流路部Ｓ１０２を流れる。これにより、スクロール１０において径方向の外側部分が冷却される。

【0090】

上記のように、第２冷却媒体ＣＡ２がスクロール冷却流路Ｓ１０を流れた後は、第２冷却媒体ＣＡ２がスクロール１０に形成された冷却媒体排出口Ｋ３０ａ，Ｋ３０ｂから排出される。ここでは、一方の分岐冷却媒体ＣＡ２ａが一方の冷却媒体排出口Ｋ３０ａから排出され、他方の分岐冷却媒体ＣＡ２ｂが他方の冷却媒体排出口Ｋ３０ｂから排出される。冷却媒体排出口Ｋ３０ａ，Ｋ３０ｂから排出された第２冷却媒体ＣＡ２は、第２収容空間部Ｓ１３１ｂにおいて、スクロール１０の周囲を流れる。

【0091】

そして、第２冷却媒体ＣＡ２は、冷却媒体排出口１２３ｃを介して第２収容空間部Ｓ１３１ｂの外部へ流出する。たとえば、第２冷却媒体ＣＡ２は、各タービン段落を構成する静翼１３２ａの冷却に順次用いられる。

【0092】

［作用・効果］
以上のように、本実施形態においては、第１冷却媒体ＣＡ１が燃焼器冷却流路Ｓ１２０に供給されることによって燃焼器１２０の冷却に用いられる。そして、第１冷却媒体ＣＡ１よりも温度が低い第２冷却媒体ＣＡ２が燃焼器冷却流路Ｓ１２０を介さずにスクロール冷却流路Ｓ１０に供給されることによってスクロール１０の冷却に用いられる。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、仕切部４０がスクロール内筒２０に設けられているので、第２冷却媒体ＣＡ２は、仕切部４０によって、径方向の内側に位置する内輪側流路部Ｓ１０４と径方向の外側に位置する外輪側流路部Ｓ１０２とのそれぞれに分岐して流れる。その結果、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、内輪側流路部Ｓ１０４へ第２冷却媒体ＣＡ２を十分に供給可能である。

【0093】

したがって、本実施形態では、スクロール１０において径方向の外側に位置する部分と共に、スクロール１０において径方向の内側に位置する部分についても効果的に冷却可能であるので、スクロール１０の信頼性を向上可能である。

【0094】

＜第４実施形態＞
［構成］
第４実施形態に係るガスタービン設備１００に関して、図６を用いて説明する。

【0095】

図６は、図１Ａと同様に、鉛直面（ｘｚ面）に沿った断面の一部について模式的に示している。

【0096】

本実施形態のガスタービン設備１００は、図６に示すように、第１実施形態の場合（図１Ａ参照）と異なり、冷却媒体として、第１冷却媒体ＣＡ１（破線で図示）と第２冷却媒体ＣＡ２（一点鎖線で図示）とが供給されるように構成されている。この他に、収容空間仕切部１４０が設けられている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0097】

収容空間仕切部１４０は、収容空間Ｓ１３１（燃焼器・スクロール収容空間）に設置されている。収容空間仕切部１４０は、冷却媒体ＣＢの流れ方向で上流側に位置する第１収容空間部Ｓ１３１ａと下流側に位置する第２収容空間部Ｓ１３１ｂとに収容空間Ｓ１３１を区画している。ここでは、収容空間仕切部１４０は、たとえば、リング形状の仕切板であって、燃焼器外筒１２２の周りとスクロール外筒３０を構成する外筒導入管部３０４の周りを囲っている。

【0098】

そして、収容空間仕切部１４０には、第１収容空間部Ｓ１３１ａと第２収容空間部Ｓ１３１ｂとの間を連通する連通孔Ｈ１４０が設けられている。連通孔Ｈ１４０は、複数であり、複数の連通孔Ｈ１４０は、燃焼器外筒１２２の周りとスクロール外筒３０を構成する外筒導入管部３０４の周りに配列するように設けられている。

【0099】

［第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２の流れについて］
第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２の詳細について順次説明する。

【0100】

（第１冷却媒体ＣＡ１）
本実施形態において、第１冷却媒体ＣＡ１は、第１実施形態の場合と同様に、たとえば、ＣＯ_２ガスであって、冷却媒体供給管１２３から燃焼器冷却流路Ｓ１２０に供給された後に、燃焼器冷却流路Ｓ１２０からスクロール冷却流路Ｓ１０に供給される。

【0101】

（第２冷却媒体ＣＡ２）
本実施形態において、第２冷却媒体ＣＡ２は、たとえば、ＣＯ_２ガスであって、第１冷却媒体ＣＡ１よりも温度が低く、かつ、第１冷却媒体ＣＡ１よりも圧力が高い。

【0102】

第２冷却媒体ＣＡ２は、まず、冷却媒体供給管１４１から収容空間Ｓ１３１（燃焼器・スクロール収容空間）の第１収容空間部Ｓ１３１ａに供給される。第１収容空間部Ｓ１３１ａに流入した第２冷却媒体ＣＡ２は、燃焼器外筒１２２の周囲を流れる。そして、第１収容空間部Ｓ１３１ａにおいて、第２冷却媒体ＣＡ２の一部は、収容空間仕切部１４０の連通孔Ｈ１４０に流入する前に、第１収容空間部Ｓ１３１ａから第１排出穴Ｈ１３１ａを介して排出される。

【0103】

第２冷却媒体ＣＡ２の残りの一部は、第１収容空間部Ｓ１３１ａから連通孔Ｈ１４０を介して第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入する。第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入した第２冷却媒体ＣＡ２は、スクロール外筒３０の周囲を流れる。そして、第２収容空間部Ｓ１３１ｂにおいて、第２冷却媒体ＣＡ２は、第２収容空間部Ｓ１３１ｂから第２排出穴Ｈ１３１ｂを介して排出される。

【0104】

本実施形態では、第２冷却媒体ＣＡ２は、収容空間仕切部１４０の連通孔Ｈ１４０を介して、第１収容空間部Ｓ１３１ａから第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入する。このため、第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入した第２冷却媒体ＣＡ２は、連通孔Ｈ１４０の抵抗に起因して、第１収容空間部Ｓ１３１ａに流入した第２冷却媒体ＣＡ２よりも圧力が低い状態になる。

【0105】

その結果、第１収容空間部Ｓ１３１ａから第１排出穴Ｈ１３１ａを介して排出される第２冷却媒体ＣＡ２（ＣＡ２ａ）は、圧力が高い状態で排出される。これに対して、第２収容空間部Ｓ１３１ｂから第２排出穴Ｈ１３１ｂを介して排出される第２冷却媒体ＣＡ２（ＣＡ２ｂ）は、第１排出穴Ｈ１３１ａを介して排出される第２冷却媒体ＣＡ２（ＣＡ２ａ）よりも圧力が低い状態で排出される。

【0106】

図示を省略しているが、第１排出穴Ｈ１３１ａを介して排出される第２冷却媒体ＣＡ２（ＣＡ２ａ）は、たとえば、複数のタービン段落１３２のうち高圧段（上流側のタービン段落）を構成する静翼１３２ａの冷却に用いられる。そして、第２排出穴Ｈ１３１ｂを介して排出される第２冷却媒体ＣＡ２（ＣＡ２ｂ）は、たとえば、複数のタービン段落１３２のうち低圧段（下流側のタービン段落）を構成する静翼１３２ａの冷却に用いられる。このため、各タービン段落１３２の静翼１３２ａについて効率的に冷却可能である。

【0107】

［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入した第２冷却媒体ＣＡ２は、連通孔Ｈ１４０の抵抗に起因して、第１収容空間部Ｓ１３１ａに流入した第２冷却媒体ＣＡ２よりも圧力が低い状態である。第２収容空間部Ｓ１３１ｂの内部には、スクロール１０が収容されている。このため、本実施形態では、第２冷却媒体ＣＡ２に起因してスクロール１０にかかる荷重を低下させることができる。その結果、スクロール１０の変形等を効果的に防止可能である。なお、第１収容空間部Ｓ１３１ａの内部に収容されている燃焼器１２０は、単純な円筒構造であり、差圧による荷重に対してスクロール１０よりも破損しにくい構造である。

【0108】

また、本実施形態では、第３実施形態の場合と異なり、スクロール内筒２０の周囲は、第２冷却媒体ＣＡ２よりも温度が高い第１冷却媒体ＣＡ１を用いて冷却される。このため、スクロール内筒２０の内部と外部との温度差が第３実施形態の場合よりも小さくなる。その結果、本実施形態では、スクロール内筒２０に発生する熱応力を低下させることができる。

【0109】

その他、本実施形態では、収容空間Ｓ１３１において第２冷却媒体ＣＡ２が燃焼器外筒１２２の周囲とスクロール外筒３０の周囲とを順次流れる。このため、本実施形態では、燃焼器外筒１２２およびスクロール外筒３０を効果的に冷却可能である。

【0110】

＜第５実施形態＞
［構成］
第５実施形態に係るガスタービン設備１００に関して、図７、図８Ａ、および、図８Ｂを用いて説明する。

【0111】

図７は、図６と同様に、鉛直面（ｘｚ面）に沿った断面の一部について模式的に示している。図８Ａおよび図８Ｂは、図７の一部を拡大して示している。図８Ａは、図７のうちスクロール１０の右側部分を拡大して示している。これに対して、図８Ｂは、図７のうちスクロール１０の左側部分を拡大して示している。

【0112】

本実施形態のガスタービン設備１００は、図７、図８Ａ、および、図８Ｂに示すように、カバー部１５０を有すると共に、避圧孔Ｈ１６０が設けられている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0113】

本実施形態において、カバー部１５０は、カバー部空間Ｓ１５０を介してスクロール外筒３０の全体を覆うように設けられている。つまり、カバー部１５０は、カバー部空間Ｓ１５０と収容空間Ｓ１３１（燃焼器・スクロール収容空間）の第２収容空間部Ｓ１３１ｂとを区画するように設置されている。

【0114】

避圧孔Ｈ１６０は、スクロール外筒３０に複数設けられている。避圧孔Ｈ１６０は、スクロール外筒３０の内部に位置するスクロール冷却流路Ｓ１０と、スクロール外筒３０の外部に位置するカバー部空間Ｓ１５０との間を連通している。

【0115】

［第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２の流れについて］
第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２の詳細について順次説明する。

【0116】

（第１冷却媒体ＣＡ１）
本実施形態において、第１冷却媒体ＣＡ１は、第４実施形態の場合と同様に、冷却媒体供給管１２３から燃焼器冷却流路Ｓ１２０に供給された後に、燃焼器冷却流路Ｓ１２０からスクロール冷却流路Ｓ１０に供給される。

【0117】

本実施形態では、上記したように、スクロール外筒３０に避圧孔Ｈ１６０が設けられている。このため、本実施形態では、スクロール冷却流路Ｓ１０に供給された第１冷却媒体ＣＡ１の一部は、避圧孔Ｈ１６０を介して、スクロール冷却流路Ｓ１０からカバー部空間Ｓ１５０へ流入する。

【0118】

（第２冷却媒体ＣＡ２）
本実施形態において、第２冷却媒体ＣＡ２は、第４実施形態の場合と同様に、まず、冷却媒体供給管１４１から収容空間Ｓ１３１に供給される。収容空間Ｓ１３１では、第２冷却媒体ＣＡ２は、第１収容空間部Ｓ１３１ａと第２収容空間部Ｓ１３１ｂとに順次供給される。

【0119】

具体的には、第１収容空間部Ｓ１３１ａに流入した第２冷却媒体ＣＡ２の一部は、収容空間仕切部１４０の連通孔Ｈ１４０に流入する前に、燃焼器外筒１２２の周囲を流れる。そして、その第２冷却媒体ＣＡ２の一部は、第１収容空間部Ｓ１３１ａから第１排出穴Ｈ１３１ａを介して排出される。

【0120】

第１収容空間部Ｓ１３１ａに流入した第２冷却媒体ＣＡ２の残りの一部は、第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入する。第２収容空間部Ｓ１３１ｂに流入した第２冷却媒体ＣＡ２は、第２収容空間部Ｓ１３１ｂから第２排出穴Ｈ１３１ｂを介して排出される。このとき、第２冷却媒体ＣＡ２は、カバー部空間Ｓ１５０およびカバー部１５０を介して、スクロール外筒３０の周囲を流れる。

【0121】

［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、カバー部１５０がカバー部空間Ｓ１５０を介してスクロール外筒３０を覆うように設けられているので、第２冷却媒体ＣＡ２は、スクロール外筒３０の周囲に直接的に接触しない。このため、本実施形態では、第２冷却媒体ＣＡ２によってスクロール１０にかかる荷重を低下させることができる。その結果、スクロール１０の変形等を効果的に防止可能である。

【0122】

＜第６実施形態＞
［構成］
第６実施形態に係るガスタービン設備１００に関して、図９を用いて説明する。

【0123】

図９は、図６と同様に、鉛直面（ｘｚ面）に沿った断面の一部について模式的に示している。

【0124】

本実施形態のガスタービン設備１００は、図９に示すように、第４実施形態の場合（図６参照）と異なり、冷却媒体ＣＡとして、第１冷却媒体ＣＡ１（破線で図示）と第２冷却媒体ＣＡ２（一点鎖線で図示）との他に、第３冷却媒体ＣＡ３（二点鎖線で図示）が供給されるように構成されている。本実施形態では、第４実施形態の場合と異なり、収容空間仕切部１４０（図６参照）が設けられておらず、冷却供給管１７０が設けられている。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0125】

本実施形態において、冷却供給管１７０は、収容空間Ｓ１３１（燃焼器・スクロール収容空間）に収容される部分を含み、第３冷却媒体ＣＡ３が冷却供給管１７０を流れるように構成されている。

【0126】

［第１冷却媒体ＣＡ１、第２冷却媒体ＣＡ２、および、第３冷却媒体ＣＡ３の流れについて］
第１冷却媒体ＣＡ１、第２冷却媒体ＣＡ２、および、第３冷却媒体ＣＡ３の詳細について順次説明する。

【0127】

（第１冷却媒体ＣＡ１）
本実施形態において、第１冷却媒体ＣＡ１は、第４実施形態の場合と同様に、冷却媒体供給管１２３から燃焼器冷却流路Ｓ１２０に供給された後に、燃焼器冷却流路Ｓ１２０からスクロール冷却流路Ｓ１０に供給される。

【0128】

（第２冷却媒体ＣＡ２）
本実施形態において、第２冷却媒体ＣＡ２は、第４実施形態の場合と同様に、第１冷却媒体ＣＡ１よりも温度が低く、かつ、第１冷却媒体ＣＡ１よりも圧力が高い。

【0129】

第２冷却媒体ＣＡ２は、冷却媒体供給管１４１から収容空間Ｓ１３１に供給される。収容空間Ｓ１３１において、第２冷却媒体ＣＡ２は、燃焼器外筒１２２の周囲とスクロール外筒３０の周囲を流れる。そして、第２冷却媒体ＣＡ２は、収容空間Ｓ１３１から排出穴Ｈ１３１を介して排出される。

【0130】

図示を省略しているが、排出穴Ｈ１３１を介して排出される第２冷却媒体ＣＡ２は、たとえば、複数のタービン段落１３２のうち低圧段（下流側のタービン段落）を構成する静翼１３２ａの冷却に用いられる。

【0131】

（第３冷却媒体ＣＡ３）
本実施形態において、第３冷却媒体ＣＡ３は、第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２よりも圧力が高い。第３冷却媒体ＣＡ３の温度は、供給側の調整次第で任意に設定可能である。つまり、第３冷却媒体ＣＡ３の温度は、第１冷却媒体ＣＡ１の温度および第２冷却媒体ＣＡ２の温度と異なっていてもよい。

【0132】

第３冷却媒体ＣＡ３は、冷却供給管１７０の入口から内部に流入し、冷却供給管１７０の出口から外部へ流出する。第３冷却媒体ＣＡ３は、第１冷却媒体ＣＡ１および第２冷却媒体ＣＡ２よりも圧力が高い状態のまま、外部へ流出する。

【0133】

図示を省略しているが、冷却供給管１７０の出口から排出される第３冷却媒体ＣＡ３）は、たとえば、複数のタービン段落１３２のうち高圧段（上流側のタービン段落）を構成する静翼１３２ａの冷却に用いられる。

【0134】

［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、第４実施形態の場合と異なり、収容空間仕切部１４０（図６参照）が設けられていない。このため、本実施形態の収容空間Ｓ１３１において燃焼器外筒１２２の周囲を流れる第２冷却媒体ＣＡ２の圧力は、第４実施形態の場合よりも低い。これに伴い、燃焼器１２０に加わる荷重が低下するので、燃焼器内筒１２１の厚み、および、燃焼器外筒１２２の厚みを低減することができる。

【0135】

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0136】

１０…スクロール、２０…スクロール内筒、２１…第１スクロール内筒部、２２…第２スクロール内筒部、３０…スクロール外筒、４０…仕切部、４０ａ…第１フランジ部、４０ｂ…第２フランジ部、１００…ガスタービン設備、１００Ｊ…ガスタービン設備、１２０…燃焼器、１２１…燃焼器内筒、１２２…燃焼器外筒、１２３…冷却媒体供給管、１２３ａ…第１冷却媒体供給管、１２３ｂ…第２冷却媒体供給管、１２３ｃ…冷却媒体排出口、１３０…タービン部、１３１…タービンケーシング、１３１ａ…内部ケーシング、１３１ｂ…外部ケーシング、１３２…タービン段落、１３２ａ…静翼、１３２ｂ…動翼、１３３…タービンロータ、１４０…収容空間仕切部、１５０…カバー部、１７０…冷却供給管、２０１…内筒内輪部、２０２…内筒外輪部、２０２ａ…第１の内筒外輪部材、２０２ｂ…第２の内筒外輪部材、２０３…内筒側板部、２０４…内筒導入管部、２０４ａ…第１の内筒導入管部材、２０４ｂ…第２の内筒導入管部材、３０１…外筒内輪部、３０２…外筒外輪部、３０３…外筒側板部、３０４…外筒導入管部、３０４Ｆ…外筒導入管フローガイド部、４０１…ボルト、ＡＸ…回転軸、ＣＡ…冷却媒体、ＣＡ１…第１冷却媒体、ＣＡ２…第２冷却媒体、ＣＡ３…第３冷却媒体、ＣＡ２ａ…分岐冷却媒体、ＣＡ２ｂ…分岐冷却媒体、ＣＡａ…分岐冷却媒体、ＣＡｂ…分岐冷却媒体、Ｆ…作動媒体、Ｋ３０ａ…冷却媒体排出口、Ｋ３０ｂ…冷却媒体排出口、Ｓ１０…スクロール冷却流路、Ｓ１０１…導入流路部、Ｓ１０２…外輪側流路部、Ｓ１０３…側面側流路部、Ｓ１０４…内輪側流路部、Ｓ１２０…燃焼器冷却流路、Ｓ１３１ａ…第１収容空間部、Ｓ１３１ｂ…第２収容空間部、Ｓ１３１…収容空間（燃焼器・スクロール収容空間）、Ｈ１３１ａ…第１排出穴、Ｈ１３１ｂ…第２排出穴、Ｈ１４０…連通孔、Ｓ１５０…カバー部空間、Ｈ１６０…避圧孔

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】