本公開涉及微型燃氣輪機系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以往，已知有能夠得到低溫?zé)嵩吹男⌒腿細廨啓C裝置。例如，在專利文獻1中，如圖7所示記載有小型燃氣輪機裝置300。小型燃氣輪機裝置300具備第1旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和第2旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述第1旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括第1壓縮器303和第1膨脹渦輪307，所述第2旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括第2壓縮器313和第2膨脹渦輪316。第2壓縮器313接受被第1壓縮器303壓縮輸出的空氣的一部分并壓縮。第2膨脹渦輪316使由第2壓縮器313壓縮后的空氣膨脹。能夠利用第2膨脹渦輪316的排氣作為低溫?zé)嵩础?/p>

另外，在專利文獻2中，如圖8所示記載有適合搭載于車輛的燃氣輪機系統(tǒng)500。燃氣輪機系統(tǒng)500具備：燃氣輪機裝置502、冷卻流體生成裝置505、空調(diào)單元506以及熱交換器507。燃氣輪機裝置502包括：由第1軸522連結(jié)的第1壓縮機521和第1膨脹渦輪523、燃燒器526以及再生熱交換器527。而且，燃氣輪機裝置502還包括與第1軸522連結(jié)的發(fā)電機524。冷卻流體生成裝置505包括：通過第2軸552互相連結(jié)的第2壓縮機551和第2膨脹渦輪553、冷卻器555以及水分離器556。而且，冷卻流體生成裝置505還包括與第2軸552連結(jié)的發(fā)電機554。在冷卻流體生成裝置505中，在比冷卻器555靠上游側(cè)設(shè)置有汽化器557?？照{(diào)單元506包括混合器562和鼓風(fēng)器561。

第1壓縮機521將從大氣中取入的空氣吸入并壓縮。從第1壓縮機521排出的高壓的空氣流入再生熱交換器527后，流入燃燒器526。在燃燒器526中產(chǎn)生的燃燒氣體流入第1膨脹渦輪523，并在此膨脹而壓力減少至大氣壓的程度。從第1膨脹渦輪523排出的燃燒氣體流入再生熱交換器527。在再生熱交換器527中，在燃燒氣體與流入燃燒器526之前的高壓的空氣之間進行熱交換。第2壓縮機551與用于從燃氣輪機裝置502抽出被第1壓縮機521升壓后的空氣(抽氣)的抽氣路504的一端連接。第2壓縮機551將抽氣吸入并壓縮。從第2壓縮機551排出的高壓的空氣經(jīng)過汽化器557和冷卻器555。在汽化器557中，從第2壓縮機551排出的高壓的空氣的溫度因燃料的蒸發(fā)熱而降低。從冷卻器555流出的高壓的空氣流入第2膨脹渦輪553，并在此膨脹而壓力減少至大氣壓的程度。通過在第2膨脹渦輪553中的空氣的膨脹，生成冷氣(冷卻流體)。從第2膨脹渦輪553排出的空氣經(jīng)過水分離器556后，送至空調(diào)單元506。水分離器556將水分從自第2膨脹渦輪553排出的空氣中分離。

從第2膨脹渦輪553排出的空氣在混合器562中與從鼓風(fēng)器561供給的空氣混合，被調(diào)整為所期望的溫度。該調(diào)整空氣被送至熱交換器507。在熱交換器507中，通過在從混合器562流出的調(diào)整空氣與從上述的再生熱交換器527流出的燃燒氣體之間進行熱交換，由此從混合器562流出的調(diào)整空氣加熱到適合于空調(diào)的溫度。然后，在熱交換器507中被加熱的空氣向車廂內(nèi)供給。但在制冷時，也可以使在空調(diào)單元506中調(diào)整為與空調(diào)要求溫度相應(yīng)的溫度的調(diào)整空氣不經(jīng)由熱交換器507而向車廂內(nèi)直接供給。這樣，在燃氣輪機系統(tǒng)500中，從第2膨脹渦輪553排出的空氣可用于車廂內(nèi)的空調(diào)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2001-152871號公報

專利文獻2：國際公開第2011/152049號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

專利文獻1和專利文獻2所述的技術(shù)從提高熱效率的觀點來看具有改良的余地。因此，本公開提供一種對提高熱效率有利的微型燃氣輪機系統(tǒng)。

本公開提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，具備微型燃氣輪機裝置和抽氣循環(huán)裝置，

所述微型燃氣輪機裝置包括：第一壓縮機，其使工作流體流入并對該工作流進行壓縮；燃燒器，其將燃料噴射到從所述第一壓縮機排出的工作流體中來生成燃燒氣體；以及第一渦輪，其通過第一軸而與所述第一壓縮機連結(jié)，并且使在所述燃燒器中生成的燃燒氣體膨脹，

所述抽氣循環(huán)裝置包括：第二壓縮機，其使作為從所述第一壓縮機排出的所述工作流體的一部分的抽氣流入，并將流入的所述抽氣作為工作流體進行壓縮；和第二渦輪，其通過第二軸而與所述第二壓縮機連結(jié)，并且使從所述第二壓縮機排出的所述工作流體膨脹，

所述微型燃氣輪機裝置使用在所述第二渦輪膨脹后而從所述第二渦輪排出的所述工作流體來對所述第一渦輪的至少一部分進行冷卻，或者對要流入所述第一壓縮機的工作流體進行冷卻。

上述的微型燃氣輪機系統(tǒng)在提高熱效率這一點上有利。

附圖說明

圖1是第1實施方式的微型燃氣輪機系統(tǒng)的構(gòu)成圖。

圖2是表示第1實施方式的第1渦輪的內(nèi)部的構(gòu)造的立體剖視圖。

圖3是圖2所示的渦輪噴嘴環(huán)的立體圖。

圖4是表示圖3所示的噴嘴葉片的內(nèi)部的構(gòu)造的立體剖視圖。

圖5是第2實施方式的微型燃氣輪機系統(tǒng)的構(gòu)成圖。

圖6是第3實施方式的微型燃氣輪機系統(tǒng)的構(gòu)成圖。

圖7是以往的小型燃氣輪機裝置的構(gòu)成圖。

圖8是以往的燃氣輪機系統(tǒng)的構(gòu)成圖。

附圖標記說明

1a、1b、1c微型燃氣輪機裝置

2抽氣循環(huán)裝置

10a、10b、10c微型燃氣輪機系統(tǒng)

11第一壓縮機

12第一渦輪

12a渦輪葉輪

12b渦輪噴嘴

12c噴嘴葉片

15燃燒器

17第一軸

21第二壓縮機

22第二渦輪

23電動機

27第二軸

30熱交換器

31混合器

bf渦輪葉輪的背面

r1流路

r2氣膜冷卻流路

r3背面流路

具體實施方式

<基于本發(fā)明人的研究的見解>

在專利文獻1中記載有能夠利用第2膨脹渦輪316的排氣作為低溫?zé)嵩矗遣]有進行與第2膨脹渦輪316的排氣的利用方法相關(guān)的具體的研究。另外，在專利文獻2中記載了將通過第2膨脹渦輪553中的空氣的膨脹而生成的冷氣用于車輛的空調(diào)的這一用途，但是并沒有研究將該冷氣用于車輛的空調(diào)以外的用途。

燃氣輪機入口溫度(流入燃氣輪機的燃燒氣體的溫度)越高，燃氣輪機發(fā)揮越高的熱效率。但是，若燃氣輪機入口溫度過高，則在燃燒氣體的流動方向上位于比燃燒器靠游的位置的渦輪有可能燒損。因此，在大型的燃氣輪機中，通過使用工作流體對渦輪進行冷卻來防止渦輪的燒損。大型的燃氣輪機在大多數(shù)情況下，具備多段式軸流壓縮機和多段式軸流渦輪。在該情況下，從與在作為冷卻對象的渦輪中流動的工作流體的壓力相適應(yīng)的壓縮機抽出特定的比例的工作流體，抽出的工作流體繞過燃燒器而流入與抽氣的壓力相適應(yīng)的渦輪，由此渦輪被冷卻。例如，使從多段式軸流壓縮機中位于后段側(cè)的高壓段抽出的工作流體流入高壓的渦輪，由此來對高壓的渦輪進行冷卻，所述高壓的渦輪是多段式軸流渦輪中的配置于緊接著燃燒器之后的高壓的渦輪。在該情況下，根據(jù)需要對從高壓段抽出的工作流體進行冷卻。另外，例如，使從位于多段式軸流壓縮機的前段側(cè)的低壓段抽出的工作流體流入低壓的渦輪，由此來對低壓的渦輪進行冷卻，所述低壓的渦輪存在于多段式軸流渦輪的后段側(cè)。這是因為經(jīng)過低壓渦輪的工作流體的狀態(tài)量比通過高壓渦輪的工作流體低壓。

另一方面，微型燃氣輪機是具有發(fā)電輸出大概在200kw以下并且轉(zhuǎn)速為每分鐘80,000～120,000轉(zhuǎn)的高速發(fā)電機的、具備小型并且簡易的構(gòu)造的便宜的超小型燃氣輪機，通常用于通過簡單的操作來進行發(fā)電的用途。微型燃氣輪機與大型的燃氣輪機不同，其謀求制造成本的低廉化和尺寸的極小化的必要性極高，因此典型的是，由離心壓縮機和輻流式渦輪、即由單段式壓縮機和單段式渦輪構(gòu)成。在使用微型燃氣輪機專門進行發(fā)電的情況下，與大型的燃氣輪機同樣地，需要提高渦輪入口溫度以使熱效率提高。但是，微型燃氣輪機中的渦輪入口溫度與大型的燃氣輪機的渦輪入口溫度相比抑制得低。這是因為在微型燃氣輪機中，不像大型的燃氣輪機那樣進行渦輪的冷卻。作為在微型燃氣輪機中不進行渦輪的冷卻的理由之一，能夠例舉離心壓縮機的特性。離心壓縮機與軸流壓縮機進行比較，容易在單個的段實現(xiàn)高的壓力比。但是，在對比相同吸入條件并且相同壓力比的離心壓縮機與軸流壓縮機的情況下，離心壓縮機的工作流體的質(zhì)量流量容易變得比軸流壓縮機的工作流體的質(zhì)量流量小。因此，在抽出經(jīng)過離心壓縮機的工作流體的一部分用于渦輪的冷卻時，渦輪的輸出不足從而在微型燃氣輪機中無法維持所期望的循環(huán)效率。即使抽出經(jīng)過離心壓縮機的工作流體的一部分用于渦輪的冷卻，也不得不使抽出的工作流體的流量小。另外，以往的微型燃氣輪機不具備為了對渦輪進行冷卻而適當?shù)乩鋮s抽出的工作流體的裝置或構(gòu)造。根據(jù)這些理由認為，即使假設(shè)抽出經(jīng)過離心壓縮機的工作流體的一部分，抽出的工作流體也不具有對渦輪進行冷卻所需要的流量、流速、壓力以及溫度，從而無法對渦輪適當?shù)剡M行冷卻。但是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，能夠使用從抽氣循環(huán)裝置中的渦輪排出的工作流體來對微型燃氣輪機的渦輪的零件進行冷卻。另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用從抽氣循環(huán)裝置中的渦輪排出的工作流體對微型燃氣輪機的渦輪的零件冷卻，能夠飛躍性地提高微型燃氣輪機系統(tǒng)的熱效率。而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用從抽氣循環(huán)裝置中的渦輪排出的工作流體來對要流入微型燃氣輪機的壓縮機的工作流體進行冷卻，由此也能夠提高微型燃氣輪機系統(tǒng)的熱效率。本公開的微型燃氣輪機系統(tǒng)是基于本發(fā)明人的這樣的見解所提出的。

本公開的第1技術(shù)方案提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，具備微型燃氣輪機裝置和抽氣循環(huán)裝置，

所述微型燃氣輪機裝置包括：第一壓縮機，其使工作流體流入并對該工作流體進行壓縮；燃燒器，其將燃料噴射到從所述第一壓縮機排出的工作流體中來生成燃燒氣體；以及第一渦輪，其通過第一軸而與所述第一壓縮機連結(jié)，并且使在所述燃燒器中生成的燃燒氣體膨脹，

所述抽氣循環(huán)裝置包括：第二壓縮機，其使作為從所述第一壓縮機排出的所述工作流體的一部分的抽氣流入，并將流入的所述抽氣作為工作流體進行壓縮；和第二渦輪，其通過第二軸而與所述第二壓縮機連結(jié)，并且使從所述第二壓縮機排出的所述工作流體膨脹，

所述微型燃氣輪機裝置使用在所述第二渦輪中膨脹后而從所述第二渦輪排出的所述工作流體來對所述第一渦輪的至少一部分進行冷卻，或者對要流入所述第一壓縮機的工作流體進行冷卻。

本公開的第1技術(shù)方案的另外的表現(xiàn)方式是，

一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，具備：

第1路徑，其供工作流體流動；

第一壓縮機，其處于所述第1路徑上；

第一渦輪，其處于所述第1路徑上，并通過第一軸而與所述第一壓縮機連結(jié)；

燃燒器，其處于所述第1路徑上的所述第一壓縮機與所述第一渦輪之間；

第2路徑，其供所述工作流體流動，并且從位于所述第1路徑上的所述第一壓縮機與所述燃燒器之間的分支點分支；

第二壓縮機，其處于所述第2路徑上；以及

第二渦輪，其處于所述第2路徑上，并通過第二軸而與所述第二壓縮機連結(jié)，

所述第一渦輪具有：

渦輪葉輪，其能夠旋轉(zhuǎn)地固定于所述第一軸；和

噴嘴葉片，其位于所述渦輪葉輪的半徑方向外側(cè)，并配置于所述渦輪葉輪的周圍，

所述噴嘴葉片在內(nèi)部規(guī)定了路徑，

所述路徑構(gòu)成所述第2路徑，

所述噴嘴葉片被經(jīng)過了所述第二渦輪的所述工作流體冷卻。

本公開的第1技術(shù)方案的又一表現(xiàn)方式是，

一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，具備：

第1路徑，其供工作流體流動；

第一壓縮機，其處于所述第1路徑上；

第一渦輪，其處于所述第1路徑上，并通過第一軸而與所述第一壓縮機連結(jié)；

燃燒器，其處于所述第1路徑上的所述第一壓縮機與所述第一渦輪之間；

第2路徑，其供所述工作流體流動，并且從位于所述第1路徑上的所述第一壓縮機與所述燃燒器之間的分支點分支；

第二壓縮機，其處于所述第2路徑上；

第二渦輪，其處于所述第2路徑上，并通過第二軸而與所述第二壓縮機連結(jié)；以及

熱交換器，其跨及所述第1路徑的第一部分和所述第2路徑的第二部分而存在，

所述第1路徑的所述第一部分位于所述第1路徑中的所述第一壓縮機的所述工作流體的流動方向上游側(cè)，

所述第2路徑的所述第二部分位于所述第2路徑中的所述第二渦輪的所述工作流體的流動方向下游側(cè)。

本公開的第1技術(shù)方案的又一表現(xiàn)方式是，

一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，具備：

第1路徑，其供工作流體流動；

第一壓縮機，其處于所述第1路徑上；

第一渦輪，其處于所述第1路徑上，并通過第一軸而與所述第一壓縮機連結(jié)；

燃燒器，其處于所述第1路徑上的所述第一壓縮機與所述第一渦輪之間；

第2路徑，其供所述工作流體流動，并且從位于所述第1路徑上的所述第一壓縮機與所述燃燒器之間的分支點分支；

第二壓縮機，其處于所述第2路徑上；以及

第二渦輪，其處于所述第2路徑上，并通過第二軸而與所述第二壓縮機連結(jié)；

所述第1路徑和所述第2路徑在合流點合流，

所述合流點在所述第1路徑上位于所述第一壓縮機的所述工作流體的流動方向上游側(cè)，并且在所述第2路徑上位于所述第二渦輪的所述工作流體的流動方向下游側(cè)。

根據(jù)第1技術(shù)方案，使用在第二渦輪中膨脹后而從第二渦輪排出的工作流體來對第一渦輪的至少一部分進行冷卻，或者對要流入第一壓縮機的工作流體進行冷卻。在使用在第二渦輪中膨脹后而從第二渦輪排出的工作流體來對第一渦輪的至少一部分進行冷卻的情況下，容易提高第一渦輪的渦輪入口溫度，其結(jié)果，能夠提高微型燃氣輪機系統(tǒng)的熱效率。另外，在使用在第二渦輪中膨脹后而從第二渦輪排出的工作流體來對要流入第一壓縮機的工作流體進行冷卻的情況下，被第一壓縮機吸入的工作流體的溫度低。由此，第一壓縮機的運轉(zhuǎn)所需要的動力變小。其結(jié)果，能夠提高微型燃氣輪機系統(tǒng)的熱效率。這樣，第1技術(shù)方案的微型燃氣輪機系統(tǒng)在提高熱效率這一點上有利。

本公開的第2技術(shù)方案在第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述第二渦輪排出比在所述第一渦輪中流動的所述燃燒氣體的至少一部分的壓力高的壓力的所述工作流體，所述微型燃氣輪機裝置使用從所述第二渦輪排出的所述高的壓力的所述工作流體來對所述第一渦輪的至少一部分進行冷卻。根據(jù)第2技術(shù)方案，使用從第二渦輪排出的高的壓力的工作流體來對第一渦輪的至少一部分進行冷卻，因此容易提高第一渦輪的渦輪入口溫度。另外，第二渦輪排出比在第一渦輪中流動的燃燒氣體的至少一部分的壓力高的壓力的工作流體，因此能夠使從第二渦輪排出的工作流體向燃燒氣體的氣流流出。

本公開的第3技術(shù)方案在第2技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述第一渦輪是包括固定于所述第一軸的渦輪葉輪、和渦輪噴嘴的輻流式渦輪，所述渦輪噴嘴具有在所述渦輪葉輪的半徑方向外側(cè)配置于所述渦輪葉輪的周圍的噴嘴葉片，所述微型燃氣輪機裝置使用從所述第二渦輪排出的所述高的壓力的所述工作流體來對所述噴嘴葉片進行冷卻。根據(jù)第3技術(shù)方案，輻流式渦輪的渦輪噴嘴的噴嘴葉片被冷卻，因此容易提高第一渦輪的渦輪入口溫度。

本公開的第4技術(shù)方案在第3技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述噴嘴葉片具有：形成于該噴嘴葉片的內(nèi)部的、從所述第二渦輪排出的所述高的壓力的所述工作流體的流路；和從該噴嘴葉片的內(nèi)周面僅向朝向所述渦輪葉輪的該噴嘴葉片的外周面延伸而與所述流路和該噴嘴葉片的外部連通的氣膜冷卻流路。根據(jù)第4技術(shù)方案，能夠由在形成于噴嘴葉片的內(nèi)部的流路流動的工作流體來對噴嘴葉片的內(nèi)周面進行碰撞冷卻。氣膜冷卻流路從噴嘴葉片的內(nèi)周面僅向朝向渦輪葉輪的噴嘴葉片的外周面延伸。在朝向渦輪葉輪的噴嘴葉片的外周面的附近，燃燒氣體的壓力容易變低。因此，在流路流動的工作流體容易通過氣膜冷卻流路而向噴嘴葉片的外部流出。由此，容易對噴嘴葉片的外周面進行氣膜冷卻。

本公開的第5技術(shù)方案在第4技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述第一渦輪還具有背面流路，該背面流路與所述流路連通，并且朝向比所述渦輪葉輪的背面的半徑方向的端部靠半徑方向內(nèi)側(cè)的所述背面的部分延伸。根據(jù)第5技術(shù)方案，能夠由經(jīng)過了背面流路的工作流體來對渦輪葉輪的背面進行冷卻。因此，輻流式渦輪中的渦輪葉輪也被冷卻，因此容易提高第一渦輪的渦輪入口溫度。

本公開的第6技術(shù)方案在第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述微型燃氣輪機裝置還包括熱交換器，該熱交換器在該微型燃氣輪機裝置中的工作流體的流動方向上配置于比所述第一壓縮機的入口靠上游側(cè)，并且使要流入所述第一壓縮機的所述工作流體與從所述第二渦輪排出的所述工作流體進行熱交換，所述第二渦輪排出具有比要流入所述第一壓縮機的所述工作流體的溫度低的溫度并且具有比要流入所述第一壓縮機的所述工作流體的壓力高的壓力的所述工作流體。根據(jù)第6技術(shù)方案，在熱交換器中，要流入第一壓縮機的工作流體被從第二渦輪排出的工作流體冷卻，因此要流入第一壓縮機的工作流體的溫度低。因此，第一壓縮機的運轉(zhuǎn)所需要的動力小。其結(jié)果，能夠提高微型燃氣輪機系統(tǒng)的熱效率。

本公開的第7技術(shù)方案在第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述微型燃氣輪機裝置還包括混合器，該混合器在該微型燃氣輪機裝置中的工作流體的流動方向上配置于比所述第一壓縮機的入口靠上游側(cè)，并且使從所述微型燃氣輪機系統(tǒng)的外部供給的工作流體與從所述第二渦輪排出的所述工作流體混合后通過，所述第二渦輪排出具有比從所述微型燃氣輪機系統(tǒng)的外部向所述混合器供給的所述工作流體的溫度低的溫度并且具有比從所述微型燃氣輪機系統(tǒng)的外部向所述混合器供給的所述工作流體的壓力高的壓力的所述工作流體。根據(jù)第7技術(shù)方案，在混合器中，從微型燃氣輪機系統(tǒng)的外部向混合器供給的工作流體與從第二渦輪排出的工作流體混合而被冷卻，因此要流入第一壓縮機的工作流體的溫度低。因此，第一壓縮機的運轉(zhuǎn)所需要的動力小。其結(jié)果，能夠提高微型燃氣輪機系統(tǒng)的熱效率。

本公開的第8技術(shù)方案在第1技術(shù)方案～第7技術(shù)方案中的任一個技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述抽氣循環(huán)裝置包括通過所述第二軸而與所述第二渦輪連結(jié)的電動機，所述電動機通過負荷的調(diào)整來對第二渦輪的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，由此對從所述第二渦輪排出的所述工作流體的壓力進行調(diào)整。根據(jù)第8技術(shù)方案，能夠通過抽氣循環(huán)裝置的電動機的負荷的調(diào)整，來對從第二渦輪排出的工作流體的壓力適當?shù)剡M行調(diào)整。

本公開的第9技術(shù)方案在第1技術(shù)方案～第8技術(shù)方案中的任一個技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，使大氣壓的空氣流入作為所述工作流體。根據(jù)第9技術(shù)方案，能夠容易地得到用于運轉(zhuǎn)微型燃氣輪機的工作流體。

本公開的第10技術(shù)方案在第1技術(shù)方案～第9技術(shù)方案中的任一個技術(shù)方案的基礎(chǔ)上提供一種微型燃氣輪機系統(tǒng)，所述第一壓縮機是離心壓縮機。根據(jù)第10技術(shù)方案，既能夠使微型燃氣輪機系統(tǒng)小型化，又能夠起到在第1技術(shù)方案～第9技術(shù)方案中所述的效果。

以下，參照附圖對本公開的實施方式進行說明。此外，以下的說明與本公開的微型燃氣輪機系統(tǒng)的一例相關(guān)，本發(fā)明并不限定于此。

<第1實施方式>

首先，對第1實施方式的微型燃氣輪機系統(tǒng)10a進行說明。如圖1所示，微型燃氣輪機系統(tǒng)10a具備微型燃氣輪機裝置1a和抽氣循環(huán)裝置2。微型燃氣輪機裝置1a包括第一壓縮機11、燃燒器15以及第一渦輪12。第一壓縮機11使工作流體流入并對其進行壓縮。燃燒器15將燃料噴射到從第一壓縮機11排出的工作流體中來生成燃燒氣體。第一渦輪12通過第一軸17而與第一壓縮機11連結(jié)，并使在燃燒器15中生成的燃燒氣體膨脹。抽氣循環(huán)裝置2包括第二壓縮機21和第二渦輪22。第二壓縮機21使作為從第一壓縮機11排出的工作流體的一部分的抽氣流入，并將流入的抽氣作為工作流體進行壓縮。第二渦輪22通過第二軸27而與第二壓縮機21連結(jié)，并使從第二壓縮機21排出的工作流體膨脹。微型燃氣輪機裝置1a使用在第二渦輪22中膨脹而從第二渦輪22排出的工作流體來對第一渦輪12的至少一部分進行冷卻。由此，能夠提高第一渦輪12的渦輪入口溫度(流入第一渦輪12的燃燒氣體的溫度)。例如，能夠?qū)⒌谝粶u輪12的入口溫度提高到1300k以上。因此，微型燃氣輪機系統(tǒng)10a在提高熱效率這一點上有利。

第一壓縮機11例如使大氣壓的空氣流入作為工作流體。第一壓縮機11例如是離心壓縮機。

如圖1所示，微型燃氣輪機裝置1a例如還具備電動發(fā)電機13。電動發(fā)電機13與第一軸17連結(jié)。電動發(fā)電機13在微型燃氣輪機裝置1a的起動時作為電動機而發(fā)揮作用，通過使第一軸17旋轉(zhuǎn)而使第一壓縮機11工作。微型燃氣輪機裝置1a例如還具備再生熱交換器14。在該情況下，從第一壓縮機11排出的高壓的工作流體向再生熱交換器14流入。流入再生熱交換器14的工作流體在再生熱交換器14中，通過與經(jīng)過了第一渦輪12的燃燒氣體進行熱交換而被加熱。經(jīng)過了再生熱交換器14的工作流體向燃燒器15流入。

如圖1所示，燃料通過燃料供給路51而向燃燒器15供給，并在燃燒器15中噴射到工作流體中。在燃燒器15的內(nèi)部例如配置有電火花電極(圖示省略)，通過電火花電極的電火花在燃燒器15中產(chǎn)生燃燒，從而產(chǎn)生高溫的燃燒氣體。燃料例如是液體燃料或氣體燃料。作為液體燃料，例如可以使用汽油、煤油、輕油以及重油等石油系燃料、甲醇和乙醇等醇系燃料、以及含有醇燃料的醇系混合燃料。另外，作為氣體燃料，例如可以使用cng(compressednaturalgas，壓縮天然氣)、lpg(liquefiedpetroleumgas，液化石油氣)、mtbe(methyltertiarybutylether，甲基叔丁基醚)以及氫氣等。

在燃料器15中產(chǎn)生的燃燒氣體向第一渦輪12流入，并在第一渦輪12中膨脹。由在第一渦輪12中膨脹的燃燒氣體產(chǎn)生作為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的動力。由該動力使第一壓縮機11工作，并且由剩余的動力而在電動發(fā)電機13進行發(fā)電。從第一渦輪12排出的燃燒氣體向再生熱交換器14流入。如上所述，在再生熱交換器14中，在流入燃燒器15之前的高壓的工作流體與燃燒氣體之間進行熱交換，燃燒氣體的溫度降低。從再生熱交換器14流出的燃燒氣體向微型燃氣輪機裝置1a的外部排出。

通過抽出從第一壓縮機11排出的工作流體的一部分而產(chǎn)生抽氣。如圖1所示，抽氣通過抽氣路52而向第二壓縮機21供給。抽氣路52的入口在將第一壓縮機11的出口與燃燒器15的工作流體的入口連接的工作流體的流路的中途形成。在微型燃氣輪機裝置1a具備再生熱交換器14的情況下，典型的是，抽氣路52的入口在將第一壓縮機11的出口與再生熱交換器14的工作流體的入口連接的工作流體的流路的中途形成。沒有特別地限定在抽氣路52流動的抽氣的流量，例如，抽出從第一壓縮機11排出的工作流體的20質(zhì)量％～50質(zhì)量％作為抽氣。

如圖1所示，微型燃氣輪機系統(tǒng)10a例如還具備中間冷卻器16。中間冷卻器16配置于抽氣路52的中途，在中間冷卻器16中抽氣被冷卻水等熱介質(zhì)冷卻。因此，在中間冷卻器16中冷卻后的低溫的抽氣作為工作流體而向第二壓縮機21供給。由此，能夠減小運轉(zhuǎn)第二壓縮機21所需要的動力。

流入第二壓縮機21的工作流體在第二壓縮機21中被壓縮后從第二壓縮機21排出。如圖1所示，抽氣循環(huán)裝置2例如還具備熱交換器24。在熱交換器24中，進行從第二壓縮機21排出的工作流體與流入燃燒器15之前的燃料之間的熱交換。由此，工作流體因經(jīng)過熱交換器24而溫度降低，從第二壓縮機21排出的工作流體變?yōu)榈蜏馗邏旱臓顟B(tài)。變?yōu)榈蜏馗邏旱墓ぷ髁黧w向第二渦輪22流入。在第二渦輪22中工作流體膨脹，由此流入到第二渦輪22的工作流體的壓力降低。使用從第二渦輪22排出的工作流體來對第一渦輪12的至少一部分進行冷卻。例如，如圖1所示，工作流體的流路53從第二渦輪22的出口延伸直到第一渦輪12的至少一部分。

雖然在第二渦輪22中工作流體的壓力降低，但是第二渦輪22例如排出比在第一渦輪12流動的燃燒氣體的至少一部分的壓力高的壓力的工作流體。在該情況下，微型燃氣輪機裝置1a使用從第二渦輪22排出的高壓的工作流體來對第一渦輪12的至少一部分進行冷卻。第二渦輪22排出比在第一渦輪12流動的燃燒氣體的至少一部分的壓力高的壓力的工作流體，因此能夠使從第二渦輪22排出的工作流體向燃燒氣體的氣流流出。

如圖1所示，抽氣循環(huán)裝置2包括電動機23。電動機23通過第二軸27而與第二渦輪22連結(jié)。典型的是，電動機23構(gòu)成為發(fā)電電動機的一部分。電動機23通過負荷的調(diào)整來對第二渦輪22的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，由此對從第二渦輪22排出的工作流體的壓力進行調(diào)整。例如，通過這樣的電動機23的工作，第二渦輪22能夠排出比在第一渦輪12流動的燃燒氣體的至少一部分的壓力高的壓力的工作流體。電動機23的負荷的調(diào)整能夠應(yīng)用涉及由變換器進行控制等電動機的負荷的調(diào)整方法的公知的技術(shù)。

如圖2所示，第一渦輪12例如是包括渦輪葉輪(turbinewheel)12a和渦輪噴嘴12b的輻流式渦輪。渦輪葉輪12a固定于第一軸17。渦輪噴嘴12b具有在渦輪葉輪12a的半徑方向外側(cè)配置于渦輪葉輪12a的周圍的噴嘴葉片12c。第一渦輪12例如還包括殼體12j和殼體12k。在殼體12j的內(nèi)部收納有渦輪葉輪12a和渦輪噴嘴12b，殼體12j形成有用于使燃燒氣體朝向渦輪葉輪12a并向半徑方向內(nèi)側(cè)流動的流路。流入第一渦輪12的燃燒氣體朝向渦輪葉輪12a經(jīng)過渦輪噴嘴12b而流動。另外，殼體12k形成了供經(jīng)過了渦輪葉輪12a的燃燒氣體流動的流路。燃燒氣體在渦輪葉輪12a流動由此使渦輪葉輪12a旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生動力。微型燃氣輪機裝置1a例如使用從第二渦輪22排出的高壓的工作流體來對渦輪噴嘴12b的噴嘴葉片12c進行冷卻。由此，能夠提高第一渦輪12的入口溫度。圖2中的箭頭示意性地示出了從第二渦輪22排出的工作流體的流動方向。

如圖3所示，渦輪噴嘴12b例如由渦輪噴嘴環(huán)19形成。渦輪噴嘴環(huán)19包括：第一環(huán)狀板19a、第二環(huán)狀板19b以及在周向上配置的預(yù)定的數(shù)量的噴嘴葉片12c。噴嘴葉片12c配置于第一環(huán)狀板19a與第二環(huán)狀板19b之間。渦輪噴嘴環(huán)19例如固定于殼體12j。由此，預(yù)定的數(shù)量的噴嘴葉片12c在渦輪葉輪12a的半徑方向外側(cè)以包圍渦輪葉輪12a的方式在周向上配置。

如圖4所示，噴嘴葉片12c具有流路r1和氣膜冷卻流路r2。流路r1是形成于噴嘴葉片12c的內(nèi)部的流路，是從第二渦輪22排出的高壓的工作流體的流路。另外，氣膜冷卻流路r2是從噴嘴葉片12c的內(nèi)周面僅向朝向渦輪葉輪12a的噴嘴葉片12c的外周面延伸而與流路r1和噴嘴葉片12c的外部連通的流路。噴嘴葉片12c例如具有沿著渦輪噴嘴環(huán)19的軸線方向延伸的筒狀的構(gòu)造。另外，如圖2所示，在殼體12j的內(nèi)部形成有連通路18。通過連通路18，噴嘴葉片12c的內(nèi)部空間與流路53連通。第一環(huán)狀板19a在渦輪噴嘴環(huán)19的周向和半徑方向上與各噴嘴葉片12c的內(nèi)部空間重疊的位置具有貫通孔。由此，從第二渦輪22排出的高壓的工作流體經(jīng)過流路53、連通路18以及第一環(huán)狀板19a的貫通孔，而向噴嘴葉片12c的內(nèi)部的流路r1供給。由于供給到流路r1的工作流體，噴嘴葉片12c的內(nèi)周面被碰撞冷卻。另外，供給流路r1到的工作流體經(jīng)過氣膜冷卻流路r2而在噴嘴葉片12c的朝向渦輪葉輪12a的噴嘴葉片12c的外周面排出。由此，朝向渦輪葉輪12a的噴嘴葉片12c的外周面被氣膜冷卻。在朝向渦輪葉輪12a的噴嘴葉片的外周面的附近，燃燒氣體的壓力容易變低，因此在流路r1流動的工作流體容易經(jīng)過氣膜冷卻流路r2而向噴嘴葉片12c的外部流出。由此，噴嘴葉片12c的外周面容易被氣膜冷卻。

例如，如圖3和圖4所示，在各噴嘴葉片12c中，在渦輪噴嘴環(huán)19的軸線方向上排列的多個氣膜冷卻流路r2的多個組在渦輪噴嘴環(huán)19的周向上排列。相鄰的兩個氣膜冷卻流路r2的組配置為，一組氣膜冷卻流路r2在渦輪噴嘴環(huán)19的軸線方向上與另一組氣膜冷卻流路r2錯開。由此，噴嘴葉片12c的外周面容易均勻地被氣膜冷卻。

如圖4所示，在噴嘴葉片12c的內(nèi)部例如配置有內(nèi)筒12d。流路r1被內(nèi)筒12d在噴嘴葉片12c的內(nèi)部分隔成兩個空間。內(nèi)筒12d具有多個貫通孔，通過這些貫通孔，在噴嘴葉片12c的內(nèi)周面與內(nèi)筒12d的外周面之間形成的空間與內(nèi)筒12d的內(nèi)部空間連通。第一環(huán)狀板19a例如在渦輪噴嘴環(huán)19的周向和半徑方向上與配置于各噴嘴葉片12c的內(nèi)部的內(nèi)筒12d的內(nèi)部空間重疊的位置具有貫通孔。因此，經(jīng)過流路53的工作流體的一部分流入內(nèi)筒12d的內(nèi)部空間后，經(jīng)過內(nèi)筒12d的貫通孔而向在噴嘴葉片12c的內(nèi)周面與內(nèi)筒12d的外周面之間形成的空間供給。例如，經(jīng)過流路53后的工作流體的大致50％向在噴嘴葉片12c的內(nèi)周面與內(nèi)筒12d的外周面之間形成的空間供給。內(nèi)筒12d的貫通孔例如形成在內(nèi)筒12d的外周面中的面向沒有形成氣膜冷卻流路r2的噴嘴葉片12c的內(nèi)周面的部分。在該情況下，能夠由供給到流路r1的工作流體對與不容易被氣膜冷卻的噴嘴葉片12c的外周面相對應(yīng)的噴嘴葉片12c的內(nèi)周面進行碰撞冷卻。因此，通過碰撞冷卻與氣膜冷卻的組合能夠適當?shù)貙娮烊~片12c進行冷卻。沒有形成氣膜冷卻流路r2的噴嘴葉片12c的外周面的溫度因燃燒氣體而容易變高。因此，優(yōu)選的是，在沒有形成氣膜冷卻流路r2的噴嘴葉片12c的外周面形成有由氮化硅等構(gòu)成的熱障涂層(thermalbarriercoating(tbc))。

如圖2所示，第一渦輪12例如還具有背面流路r3。背面流路r3與流路r1連通，并且，朝向比渦輪葉輪12a的背面bf的半徑方向的端部靠半徑方向內(nèi)側(cè)的背面bf的部分延伸。因此，能夠由經(jīng)過了背面流路r3的工作流體來對渦輪葉輪12a的背面bf進行冷卻。由此，輻流式渦輪中的渦輪葉輪12a也被冷卻，因此容易提高第一渦輪12的渦輪入口溫度。

第一渦輪12例如還包括背面板12m和隔熱板12n。由背面板12m將第一壓縮機11與第一渦輪12分隔。隔熱板12n配置為面向渦輪葉輪12a的背面bf。背面流路r3的至少一部分由背面板12m和隔熱板12n形成。第二環(huán)狀板19b在渦輪噴嘴環(huán)19的周向和半徑方向上與各噴嘴葉片12c的內(nèi)部空間重疊的位置具有貫通孔。例如，第二環(huán)狀板19b在渦輪噴嘴環(huán)19的周向和半徑方向上與配置于各噴嘴葉片12c的內(nèi)部的內(nèi)筒12d的內(nèi)部空間重疊的位置具有貫通孔。例如，背面流路r3通過在第二環(huán)狀板19b形成的貫通孔而與流路r1連通。經(jīng)過了流路53的工作流體的大致50％經(jīng)過流路r1而向背面流路r3供給。在隔熱板12n的半徑方向內(nèi)側(cè)的端部形成有多個貫通孔。在背面流路r3流動的工作流體經(jīng)過隔熱板12n的多個貫通孔而噴到渦輪葉輪12a的背面bf。由此，渦輪葉輪12a被碰撞冷卻。噴到渦輪葉輪12a的背面bf的工作流體與在渦輪葉輪12a流動的燃燒氣體混合并向渦輪12的外部排出。優(yōu)選的是，在渦輪葉輪12a的背面bf形成有用于減小應(yīng)力的弧形缺口(scallop)。

<第2實施方式>

對第2實施方式的微型燃氣輪機系統(tǒng)10b進行說明。微型燃氣輪機系統(tǒng)10b除了特別說明的情況之外，構(gòu)成為與微型燃氣輪機系統(tǒng)10a同樣。對與微型燃氣輪機系統(tǒng)10a的構(gòu)成要素相同或相對應(yīng)的微型燃氣輪機系統(tǒng)10b的構(gòu)成要素標記相同的標號，并省略詳細的說明。與第1實施方式相關(guān)的說明只要在技術(shù)上不矛盾，就也適應(yīng)于第2實施方式。

微型燃氣輪機系統(tǒng)10b使用在第二渦輪22中膨脹后從第二渦輪22排出的工作流體來對要流入第一壓縮機11的工作流體進行冷卻。因此，吸入到第一壓縮機11的工作流體的溫度低。由此，第一壓縮機11的運轉(zhuǎn)所需要的動力變小。這樣，微型燃氣輪機系統(tǒng)10b在提高熱效率這一點上有利。

如圖5所示，微型燃氣輪機系統(tǒng)10b具備微型燃氣輪機裝置1b來代替微型燃氣輪機裝置1a。微型燃氣輪機裝置1b除了還包括熱交換器30，并且具有流路55來代替流路53這一點，構(gòu)成為與微型燃氣輪機裝置1a同樣。熱交換器30在微型燃氣輪機裝置1b中的工作流體的流動方向上配置于比第一壓縮機11的入口靠上游側(cè)，并且使要流入第一壓縮機11的工作流體與從第二渦輪22排出的工作流體進行熱交換。第二渦輪22排出具有比要流入第一壓縮機11的工作流體的溫度低的溫度并且具有比要流入第一壓縮機11的工作流體的壓力高的壓力的工作流體。由此，通過從第二渦輪22排出的工作流體來對要流入第一壓縮機11的工作流體進行冷卻。

流路55將第二渦輪22的出口與熱交換器30連接，是用于將從第二渦輪22排出的工作流體向熱交換器30供給的流路。熱交換器30沒有特別地限制，例如是板片型熱交換器。

經(jīng)過流路55而向熱交換器30供給了的工作流體向微型燃氣輪機裝置1b的外部排出。要被吸入第一壓縮機11的工作流體的壓力例如與微型燃氣輪機裝置1b所處的環(huán)境的壓力相同。例如，微型燃氣輪機裝置1b置于大氣壓下，則要被吸入第一壓縮機11的工作流體的壓力為大氣壓。在這樣的情況下，第二渦輪22排出比要被吸入第一壓縮機11的工作流體的壓力高的壓力的工作流體。例如，抽氣循環(huán)裝置2的電動機23通過負荷的調(diào)整來對第二渦輪22的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。由此，從第二渦輪22排出的工作流體的壓力被調(diào)整為在大氣壓上加上在流路55和熱交換器30中的壓力損失而得的壓力以上。這樣一來，從第二渦輪22排出的工作流體向熱交換器30連續(xù)地供給。

<第3實施方式>

對第3實施方式的微型燃氣輪機系統(tǒng)10c進行說明。微型燃氣輪機系統(tǒng)10c除了特別說明的情況之外，構(gòu)成為與微型燃氣輪機系統(tǒng)10a同樣。對與微型燃氣輪機系統(tǒng)10a的構(gòu)成要素相同或相對應(yīng)的微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的構(gòu)成要素標記相同的標號，并省略詳細的說明。與第1實施方式相關(guān)的說明只要在技術(shù)上不矛盾，就也適應(yīng)于第3實施方式。

微型燃氣輪機系統(tǒng)10c使用在第二渦輪22中膨脹后而從第二渦輪22排出的工作流體來對要流入第一壓縮機11的工作流體進行冷卻。因此，吸入到第一壓縮機11的工作流體的溫度低。由此，第一壓縮機11的運轉(zhuǎn)所需要的動力變低。這樣，微型燃氣輪機系統(tǒng)10b在提高熱效率這一點上有利。

微型燃氣輪機系統(tǒng)10c具備微型燃氣輪機裝置1c來代替微型燃氣輪機裝置1a。微型燃氣輪機裝置1c除了還包括混合器31，并且具有流路59來代替流路53這一點之外，構(gòu)成為與微型燃氣輪機裝置1a同樣?；旌掀?1在微型燃氣輪機裝置1c中的工作流體的流動方向上配置于比第一壓縮機11的入口靠上游側(cè)。另外，混合器31使從微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的外部供給的工作流體與從第二渦輪22排出的工作流體混合后經(jīng)過。第二渦輪22排出具有比從微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的外部供給到混合器31的工作流體的溫度低的溫度的工作流體。另外，第二渦輪22排出具有比從微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的外部供給到混合器31的工作流體的壓力高的壓力的工作流體。由此，要流入第一壓縮機11的工作流體的溫度變低。因此，使第一壓縮機11工作所需要的動力下降，微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的熱效率提高。

例如，抽氣循環(huán)裝置2的電動機23通過負荷的調(diào)整來對第二渦輪22的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。由此，從第二渦輪22排出的工作流體的壓力變得比從微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的外部供給到混合器31的工作流體的壓力高。由此，從第二渦輪22排出的工作流體向混合器31連續(xù)地供給。從第二渦輪22排出的工作流體的壓力例如是從微型燃氣輪機系統(tǒng)10c的外部供給到混合器31的工作流體的壓力的120％～150％。

本公開的微型燃氣輪機系統(tǒng)能夠應(yīng)用于小規(guī)模企業(yè)單位的固定設(shè)置應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)、移動物體用的主發(fā)電系統(tǒng)以及輔助發(fā)電系統(tǒng)等。