ITMI941519A1 - Metodo ed apparecchio per aumentare la potenza prodotta da turbina a gas - Google Patents

Abstract

La potenza prodotta da un sistema di turbine a gas viene aumentata mediante uno scambiatore di calore a contatto diretto per venire in contatto con aria umida ambiente e refrigerarla con acqua refrigerante per produrre aria ambiente refrigerata ed acqua riscaldata, e un dispositivo precompressore per comprimere detta aria ambiente refrigerata per produrre aria pressurizzata che è più calda dell'aria ambiente ed ha una umidità relativa inferiore. Un refrigeratore evaporativo, che viene alimentata con l'acqua riscaldata, viene previsto per refrigerare detta aria pressurizzata per produrre aria pressurizzata refrigerata circa alla temperatura ed alla umidità relativa dell'aria ambiente, che viene alimentata al compressore principale.

Description

'METODO ED APPARECCHIO PER AUMENTARE LA POTENZA PRODOTTA DA TURBINE A GAS"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo ed un apparecchio per aumentare la potenza prodotta da turbine a gas, e piu' in particolare, un metodo ed un apparecchio per aumentare la potenza prodotta da turbine a gas in un impianto generatore a ciclo combinato disposto a terra.

Un impianto generatore a ciclo combinato è uno in cui i gas di scarico prodotti da una turbina a gas vengono usati per azionare una caldaia a vapore che produce vapore alimentato ad una turbina vapore. La potenza prodotta da un tale impianto generatore a ciclo combinato è la somma delle uscite dei generatori comandati dalle rispettive turbine. E' convenzionale aumentare il lavoro prodotto dalla turbina a gas riducendo la temperatura di ingresso in turbina, ed aumentando la pressione di ingresso in tubina. Nella pubblicazione "American Society of Mechanical Engineers Paper" N.65-GTP-8 (1965) a nome R.W. Foster-Pegg, l'autore descrive di supercaricare una turbina a gas (cioè, aumentare la pressione di ingresso) usando una ventola di corrente d'aria forzata al fine di aumentare l'uscita di potenza della turbina. L'effetto dannoso sulla uscita di potenza della turbina a gas dovuto all'aumento nella temperatura dell'aria di ingresso risultante dal funzionamento della ventola è compensato dalla spruzzatura di acqua nell'aria che lascia la ventola e prima che l'aria venga applicata alla turbina per effettuare il refrigeramento di quest'aria. La temperatura e l'umidità dell'aria ambiente controllano l'effetto che questo espediente ha sull'aumento in uscita di potenza della turbina. In condizioni umide, calde, non è stato provato che questa tecnica sia efficace.

In aggiunta, turbine a gas producono un lavoro ridotto a temperature ambiente alte a causa di una riduzione nel flusso di massa d'aria attraverso il sistema. Tali temperaturature ambiente alte in un ciclo combinato che utilizza una turbina a vapore che funziona su un vapore generato dai gas di scarico della turbina, inoltre provocano una riduzione nel flusso di massa dei gas di scarico riducendo quindi il lavoro prodotto dalla turbina a vapore. Anche cosi' l'effetto sul rendimento della turbina a vapore verrà parzialmente compensato, in condizioni di temperatura ambiente alte, quando vengono utilizzati condensatori refrigerati ad acqua, a causa della temperatura aumentata dei gas di scarico. Tuttavia, quando vengono utilizzati condensatori refrigerati ad aria, temperature ambiente alte avranno un effetto dannoso. In tal caso, il lavoro prodotto dalla turbina a vapore viene ridotto a causa del flusso di massa inferiore sui gas uscenti dalla turbina, ne viene recuperato un po' a causa della temperatura maggiore dei gas, ma viene ridotto ulteriormente a causa della piu' alta pressione di condensazione prevalente nel condensatore refrigerato ad aria.

Il brevetto US-3.796.045 descrive un impianto generatore a turbina a gas in cui l'aria alimentata al compressore della turbina a gas viene prima fatta passare attraverso una ventola motorizzata che pressurizza l'aria alimentata, e quindi attraverso un raffreddatore profondo che può' essere una convenzionale unità di refrigerazione del tipo a compressione. La potenza netta sviluppata come risultato di questo approccio supera la potenza netta di un impianto generatore a turbina a gas senza precompressione e senza raffreddamento profondo. In un'altra forma di realizzazione mostrata del brevetto US-3.796.045, viene previsto un convertitore di calore perduto per utilizzare il calore nei gas di scarico della turbina a gas per comandare la ventola e il raffreddatore profondo.

La domanda di brevetto non ancora concessa US-07/818.123 depositata l8 Gennaio 1992, descrive un raffreddatore migliorato per raffreddare in modo profondo l'alimentazione d'aria ad una turbina a gas. Il termine “raffreddamento profondo" viene usato in questa descrizione per stare a significare un raffreddamento di aria ambiente ad una temperatura significativamente inferiore alla temperatura deM'aria ambiente. In modo specifico, il raffreddamento profondo si riferisce a raffreddare l'aria alla temperatura minima considerata adatta per il raffreddamento di ingresso in un impianto generatore disposto a terra basato su una turbina a gas del tipo convenzionalmente usato da servizi pubblici per alimentare potenza ad una rete elettrica. Tale temperatura è solitamente circa 10°C per evitare formazione di ghiaccio nelle pale del compressore principale comandato dalla turbina a gas tenendo conto di una caduta di circa 5°C nella temperatura dell'aria all'ingresso del compressore, ed una margine di sicurezza di 2°C.

Il raffreddamento profondo in installazioni dove l’umidità relativa è alta non è economicamente conveniente. Per esempio, raffreddatori profondi, ed anche raffreddatori evaporativi, non vengono usati in Florida, od in altri posti umidi della costa Est degli Stati Uniti, ma sono molto comuni in aree secche della California.

E' perciò' uno scopo della presente invenzione fornire un nuovo e migliorato metodo ed un apparecchio per aumentare la potenza prodotta da turbine a gas fornendo una nuova e migliorata tecnica per precomprimere e refrigerare l'aria ambiente precompressa, calda.

L'invenzione è rivolta ad aumentare la potenza prodotta da un sistema a turbina a gas del tipo avente un compressore principale per comprimere l'aria ambiente alimentata al compressore per produrre aria compressa, un combustore per riscaldare l'aria compressa e per produrre gas caldi, e una turbina a gas di risposta ai gas caldi per comandare il compressore principale ed alimentare un carico, e per produrre gas di scarico caldi. Secondo la presente invenzione, l'aumento di potenza viene ottenuto utilizzando uno scambiatore di calore a contatto diretto per entrare in contatto con l'aria ambiente umida e refrigerarla con acqua refrigerata per produrre aria ambiente raffreddata ed acqua riscaldata, ed un dispositivo precompressore per comprimere l'aria ambiente refrigerata per produrre aria pressurizzata che è piu' calda dell'aria ambiente ed ha una umidità relativa inferiore. Un refrigeratore evaporativo, che viene alimentato con l'acqua riscaldata, viene previsto per refrigerare detta aria pressurizzata per produrre aria pressurizzata refrigerata all'incirca alla temperatura e alla umidità relativa deH'aria ambiente, che viene alimentata al compressore principale.

Forme di realizzazione della presente invenzione vengono descritte a titolo di esempio e con riferimento ai disegni allegati in cui:

la Figura 1 è un diagramma a blocchi, in forma schematica, di una forma di realizzazione della presente invenzione che mostra un ciclo combinato che utilizza precompressione e refrigerazione;

la Figura 2 è un diagramma a blocchi, in forma schematica, di un'altra forma di realizzazione della presente invenzione che mostra precompressione e refrigeramento a bassa capacità utilizzando una sorgente di potenza comandata esternamente;

la Figura 3 è un diagramma a blocchi schematico simile alla Figura 1 ma che mostra il precompressore e il refrigeratore a bassa capacità azionati da una unità di turbina a vapore in risposta ai gas di scarico dalla turbina a gas;

la Figura 4 è una modifica dell'invenzione che mostra la fase di precompressione e di raffreddamento che avvengono in stadi paralleli;

la Figura 5 mostra una forma di realizzazione di un refrigeratore usato nella presente invenzione includente una forma di realizzazione di un controllore per controllare il livello di refrigeramento ottenuto dal refrigeratore;

la Figura 6 è un diagramma schematico di un dispositivo per azionare o disazionare selettivamente un precompressore per l'uso con un impianto generatore del tipo descirtto;

la Figura 6A è un diagramma schematico di un dispositivo simile a quello mostrato in Figura 6, ma che mostra il filtro in una posizione differente;

la Figura 7 è un diagramma schematico di un altro dispositivo simile a quello mostrato in Figura 6;

la Figura 7A è un diagramma schematico di un altro dispositivo simile a quello mostrato in Figura 7, ma che mostra il filtro in una posizione differente;

la Figura 8 è un diagramma a blocchi schematico di una forma di realizzazione della presente invenzione;

la Figura 9 è un diagramma a blocchi schematico di un'altra forma di realizzazione della presente invenzione;

la Figura 10 è una rappresentazione schematica di un raffreddatore ad acqua che utilizza un compressore di vapor d'acqua in unione con la forma di realizzazione dell'invenzione mostrata in Figura 9;

la Figura 11 è una rappresentazione schematica dell'invenzione simile a Figura 10 ma che mostra aria precompressa che viene alimentata al refrigeratore invece di aria ambiente;

la Figura 12 è una rappresentazione schematica dell'invenzione che mostra aria precompressa refrigerata con refrigeramento diretto o evaporativo in associazione con accumulo di ghiaccio/acqua fredda;

la Figura 13 è una rappresentazione schematica dell'invenzione che mostra aria precompressa refrigerata mediante refrigeramento indiretto in associazione con accumulo di ghiaccio/acqua fredda;

la Figura 14 è una ulteriore forma di realizzazione dell'invenzione che mostra aria precompressa refrigerata mediante refrigeramento indiretto in associazione con accumulo di ghiaccio/acqua fredda.

La Figura 15 è una ulteriore forma di realizzazione dell'invenzione che mostra aria precompressa refrigerata mediante refrigeramento indiretto in associazione con un sistema di refrigerazione meccanico;

Le Figure 16A-D illustrano varie forme di realizzazione per refrigerare aria precompressa prima che l'aria venga alimentata all'ingresso di compressore di un sistema di turbina a gas.

Riferendosi ora ai disegni, il numero di riferimento 100 indica la prima forma di realizzazione della presente invenzione comprendente un impianto generatore a ciclo combinato, disposto a terra avente un compressore principale 130 per comprimere aria ambiente alimentata al compressore per produrre aria compressa, un combustore 140 per riscaldare l'aria compressa e per produrre gas caldi, ed una turbina gas 150 di risposta ai gas caldi per comandare il compressore principale attraverso l'albero di interconnessione 160, e per alimentare un carico 170 che, tipicamente, è nella forma di un generatore elettrico. La turbina 150 produce gas di scarico caldi che sono diretti ad una caldaia 180 contenente acqua che viene evaporata in vapore dai gas di scarico che vengono quindi scaricati alla atmosfera ambiente, solitamente attraverso un silenziatore (non mostrato). Il vapore viene applicato ad una turbina a vapore 181 dove ha luogo l'espansione producendo lavoro che viene alimentato ad un carico 182. Il vapore scaricato dalla turbina dopo che è stato prodotto lavoro viene condensato in un condensatore 183 producendo condensa che viene fatta ritornare alla caldaia mediante una pompa 184 per ripetere il ciclo.

L'aria compressa dal compressore principale 130 viene alimentata dal precompressore 110 comandato da un motore 111. L'aria compressa, che è stata riscaldata dal processo di compressione, viene applicata ad un refrigeratore 112 che refrigera l'aria riducendo la sua temperatura all'incirca alla temperatura ambiente. Il refrigeratore può' essere parte di un sistema di refrigerazione meccanica (non mostrato) che fornisce refrigerante al refrigeratore. Tuttavia, secondo la presente invenzione, il refrigeratore preferito è un refrigeratore evaporativo. Inoltre, preferibilmente, l'aria compressa, refrigerata, viene fatta passare attraverso un filtro 113 prima di essere' alimentata al compressore principale 130. Un filtro centrifugo o a ciclone è il preferito.

La Figura 2 mostra una seconda forma di realizzazione della presente invenzione in cui il numero di riferimento 10 indica un impianto generatore comprendente un impianto generatore convenzionale 11 al quale viene applicata precompressione a bassa capacità e refrigerazione mediante un 'apparecchio 12. L’impianto generatore 11 rappresenta un impianto generatore disposto a terra, su larga scala, usato convenzionalmente per alimentare potenza ad una rete elettrica. L'impianto 11 comprende un compressore principale 13 per comprimere aria ambiente alimentata ai compressore per produrre aria compressa, un combustore 14 per riscaldare l'aria compressa e produrre gas caldi, ed una turbina a gas 15 di risposta ai gas caldi per comandare il compressore principale attraverso un albero di interconessione 16, e per comandare un carico 17 che, tipicamente, è nella forma di un generatore elettrico. La turbina 15 produce gas di scarico caldi che solitamente vengono scaricati nel'aria ambiente attraverso un sistema di silenziatore (non mostrato).

In grandi installazioni disposte a terra usate da servizi pubblici per generare potenza che viene alimentata ad una rete elettrica, un dispositivo di filtro 18 è una parte integrale del sistema di alimentazione deH'aria al compressore principale 13, ed è necessario al fine di proteggere il compressore da particelle introdotte che potrebbero danneggiare la palettatura del compressore. Il dispositivo di filtro 18 introduce una caduta di pressione nell'aria alimentata al compressore principale. Come conseguenza, la pressione dell'aria in corrispondenza dell'ingresso al compressore 13 sarà al di sotto della pressione dell'aria in corrispondenza dell'ingresso al dispositivo di filtro 18.

La pressione sviluppata da un dispositivo precompressore 20 può' essere utilizzata per compensare almeno la caduta di pressione attraverso il filtro. Il dispositivo 20 comprime aria ambiente applicata al compressore principale introducendo perciò' aumenti di temperatura e di pressione nell'aria alimentata. Il termine "aria alimentata" come usato in questa descrizione, si riferisce ad aria alimentata attraverso il compressore principale.

Come mostrato in Figura 2, l'aumento di temperatura e di pressione nel dispositivo precompressore viene indicato da del T e del P. Il dispositivo precompressore 20 viene costruito sia disposto in modo tale che l'aumento di pressione introdotto dal dispositivo è almeno maggiore in dimensione della caduta di pressione introdotta dal dispositivo di filtro 18. Tuttavia, in accordo con la presente invenzione, la pressione deM'aria applicata al compressore principale 13 sarà maggiore della pressione d'aria ambiente.

Interposto tra il dispositivo precompressore 20 e il filtro d'aria di ingresso 18 vi è un refrigeratore 21 a bassa capacità che introduce una caduta di temperatura di circa -del T nell'aria alimentata al compressore. Il progetto del refrigeratore 21 è tale che la temperatura introdotta dal refrigeratore è sostanzialmente paragonabile in dimensione all'aumento di temperatura introdotto dal dispositivo precompressore 20. Come conseguenza del refrigeratore 21, la temperatura dell'ana che entra nel compressore principale 13 solitamente è sostanzialmente vicina alla temperatura ambiente. Anche qui, secondo la presente invenzione, il refrigeratore preferito è un refrigeratore evaporativo.

Invece di un motore esterno comandato elettricamente per comandare il precompressore, quest'ultimo può' essere comandato direttamente da una unità di turbina a vapore azionata dai gas di scarico dalla turbina a gas, per esempio, quando viene utilizzato un ciclo combinato in cui il prodotto principale prodotto dalla turbina a vapore è potenza elettrica. Riferendosi ora alla Figura 3, un impianto generatore 30 comprende un dispositivo precompressore 20A e un refrigeratore 21 A a bassa capacità simili ai corrispondenti componenti mostrati in Figura 1. Tuttavia, l'impianto generatore 30 include una unità di turbina a vapore 31 che include un vaporizzatore 32 contenente acqua come fluido di lavoro, e di risposta ai gas di scarico prodotti da una turbina a gas 15 per produrre vapore. Il vapore viene applicato ad una turbina 33 attraverso un condotto 34, la turbina essendo di risposta al vapore per produrre potenza ed anche direttamente per guidare il dispositivo precompressore 20A per mezzo di albero 35 che accoppia direttamente la turbina al dispositivo precompressore. L'espansione di vapore nella turbina 33 produce lavoro che motorizza anche il dispositivo precompressore 20A col vapore uscente dalla turbina ad uno scarico 36 dopo che è stato prodotto lavoro. In aggiunta, come mostrato, il refrigeratore 21 A può' essere motorizzato alla turbina 33. Tuttavia, quando si usa un refrigeratore evaporativo, non c'è la necessità che il refrigeratore debba essere motorizzato dalla turbina 33.

Il vapore uscente dalla turbina in corrispondenza dello scarico 36 viene condensato nel condensatore 37 producendo condensa che viene diretta attraverso un condotto 38 ad una pompa 39 che fa ritornare la condensa al vaporizzatore completando quindi il ciclo di fluido di lavoro. Il condensatore 37 è preferibilmente refrigerato ad aria, qualsiasi mezzo necessario di ventola (non mostrato) essendo solitamente motorizzato da motori esterni. Guidando direttamente il dispositivo compressore 20A, cosi' come il refrigeratore 21 A, con la turbina 33 usando l'albero 35, ne risulta una riduzione sia nella dimensione di un generatore (indicato in Figura 3 dal carico 22) associato con la turbina, sia nelle sue perdite.

In funzionamento, l'aria ambiente viene spinta nel dispositivo precompressore 20A, che introduce un aumento di temperatura e di pressione. L'aria che lascia il dispositivo precompressore 20A passa al refrigeratore a bassa capacità 21 A che introduce una caduta di temperatura solitamente sostanzialmente vicina all'aumento di temperatura introdotto dal dispositivo precompressore 20A. L'aria quindi passa al dispositivo di filtro 18 che introduce una caduta di pressione. Come risultato, la temperatura dell'aria alimentata al compressore principale 13 solitamente sarà sostanzialmente vicina alla temperatura ambiente, e la pressione sarà leggermente al di sopra della pressione atmosferica. Il compressore principale comprime quest'aria, la alimenta al combustore 14 dove l'aria viene riscaldata dalla combustione di carburante e fornita alla turbina 15 che guida il carico 17. 1 gas di scarico dalla turbina sono solitamente presentati alla unità di turbina a vapore 31 in modo che la turbina 33 produca potenza e guidi anche il dispositivo precompressore 20A e il refrigeratore 21 A. In alternativa, parte della potenza elettrica prodotta dalla turbina 33 può' essere resa disponibile ad un sistema di refrigerazione convenzionale che fornisce refrigerante al refrigeratore 21 A. Quando si usa un refrigeratore evaporativo, la turbina 33 non farà funzionare il refrigeratore 21 A, dal momento che ciò' non è necessario ma farà funzionare il precompressore.

La forma di realizzazione 40 della presente invenzione mostrata in Figura 4 è simile a quella mostrata in Figura 2 ad eccezione che le fasi di precompressione, e di refrigeramento a bassa capacità, vengono eseguite in unità separate in parallelo. A questo fine, il dispositivo precompressore è nella forma di precompressori individuali 41, 42, 43 che forniscono aria ambiente in parallelo al dispositivo di filtro 18A che comprende anche una pluaralità di filtri individuali 45, 46, 47 che sono rispettosamente associati con i compressori individuali. In questa forma di realizzazione, il refrigeratore 21 A a bassa capacità comprende refrigeratori individuali 48, 49, 50 che sono rispettosamente associati con i compressori individuali. Come nella forma di realizzazione precedente, preferibilmente, questi refrigeratori sono refrigeratori evaporativi. Un vantaggio del dispositivo mostrato in Figura 4 è che i vari filtri d'aria e precompressori cosi' come refrigeratori a bassa capacità possono essere installati sulla linea o tolti dalla linea individualmente senza influenzare il funzionamento dell'impianto generatore 11 A. Un ulteriore vantaggio di un tale dispositivo è che esso facilita la costruzione per il fatto che un filtro per un impianto generatore completo è un pezzo grande e costoso dell'apparecchiatura.

In aggiunta, in accordo con la presente invenzione, la forma di realizzazione mostrata in Figura 4 può' essere usata in modo che un impianto generatore a ciclo combinato che usa la forma di realizzazione di Figura 4 può' essere incluso in un modo simile a quello mostrato e descritto con riferimento alle Figure 1 e 3.

Secondo la presente invenzione, la precompressione utilizzata produce un rapporto di pressione di circa 1,15 e il refrigeramento viene eseguito per ridurre la temperatura dell'arìa precompressa ad una temperatura all'incirca uguale a quella dell'aria ambiente. In contrasto, nel refrigeramento evaporativo e/o nel raffreddamento profondo senza precompressione, la temperatura dell'aria viene ridotta ad un livello significativamente al di sotto della temperatura ambiente.

In condizioni di umidità relativamente alta, un sistema che usa un precompressore e un refrigeratore in accordo con le forme di realizzazione della presente invenzione descritte sopra è particolarmente vantaggioso. Secondo la presente invenzione, la deumidificazione di aria molto umida non è necessaria; e infatti, il coefficiente di rendimento viene migliorato in condizioni umide In contrasto, in sistemi convenzionali che utilizzano i evaporativi e raffreddatori profondi senza precompressione, il carico di refrigerazione può' triplicare in condizioni umide a meno che non venga prima eseguita una deumidificazione.

In condizioni umide, ciò' quando l'umidità relativa è relativamente alta, il refrigeramento in accordo con la presente invenzione ridurrà la temperatura dell'aria precompressa ad un livello leggermente al di sopra della temperatura del'aria ambiente. Se conveniente da un punto di vista dei costi tuttavia, l'aria verrà refrigerata leggermente al di sotto della temperatura ambiente, tuttavia, quando si usa un impianto generatore a ciclo combinato avente una turbina a vapore, l'effetto della temperatura ridotta dei gas di scarico prodotti dalla turbina a gas sulla potenza prodotta dalla turbina a vapore deve essere tenuto in considerazione. Preferibilmente, in luoghi dove l'umidità relativa è all'incìrca dell'80% o piu', e anche vicina al 100%, l'aria precompressa può' essere refrigerata a circa 5°C sopra alla temperatura ambiente, e in luoghi dove l'umidità relativa è tra il 50 e l'80%, l'aria precompressa può' essere refrigerata a circa 10°C sotto la temperatura ambiente, dipendendo dalla efficacia dei costi dei sistemi.

Inoltre, un impianto generatore a ciclo combinato secondo la presente invenzione, per esempio, come mostrato e descritto con riferimento alle Figure 1 e 3, dovrebbe essere azionato in modo che la generazione di vapore di recupero di calore (HRSC) dell'impianto abbia luogo in condizioni sostanzialmente costanti (in particolare regime di flusso di volume) in presenza di condizioni ambiente variabili. Questo può' essere ottenuto completamente controllando il livello di refrigeramento effettuato dal refrigeratore (un esempio di mezzi per tale controllo essendo mostrato in Figura 5) in modo che la temperatura dell'aria precompressa all'uscita del refrigeratore viene mantenuta sostanzialmente costante senza riguardo alle condizioni ambiente. Tale funzionamento permette che il progetto dell 'HRSC di un impianto generatore a ciclo combinato sia ottimizzato essenzialmente ad un punto singolo in modo che il funzionamento dell 'impianto generatore sia vicino al suo livello di progetto in tutte le condizioni ambiente.

Per paragone, un impianto generatore convenzionale a ciclo combinato è progettato per funzionare in una gamma di condizioni (includenti, per esempio, fluttuazioni del 30% nel flusso di massa dell'aria). Di conseguenza, l"HRSC in impianti generatori convenzionali a ciclo combinato è tale che vengono tenute in considerazione tutte le condizioni che probabilmente si incontrano durante il corso di funzionamento con il risultato che il dimensionamento e l'ottimizzazione viene influenzata in modo avverso. Perciò', impianti generatori a ciclo combinato convenzionali generalmente funzioneranno in condizioni di fuori progetto per la maggior parte dell'anno. Costruendo un impianto generatore a ciclo combinato in accordo con la presente invenzione, il funzionamento sarà sostanzialmente al punto ottimo tutto l'anno con il risultato di un risparmio del 10% nei costi di capitale di progetto e dì costruzione come risultato della dimensione ridotta dell'HRSC ed anche risparmi aggiuntivi sul funzionamento dovuti al miglioramento in efficienza.

In aggiunta, un sistema di turbina a gas secondo la presente invenzione deve essere azionato in condizioni sostanzialmente costanti (particolarmente di flusso di massa di volume) in presenza di condizioni ambientali variabili. Questo può' essere ottenuto completamente controllando il livello di refrifgeramento effettuato dal refrigeratore (un esempio di mezzi per tali controlli essendo mostrato in Figura 5) in modo che la temperatura dell'aria precompressa all'uscita del refrigeratore viene mantenuta sostanzialmente costante senza riguardo alle condizioni ambientali. Tale funzionamento permette che il sistema di turbina a gas funzioni ad un punto sostanzialmente vicino alle condizioni di progetto in modo che il funzionamento dell'impianto generatore sarà vicino al suo livello di progetto in tutte le condizioni ambientali.

In un ulteriore aspetto della presente invenzione, come descritta in relazione a Figure 1 e 3, i gas di uscita del sistema di turbina a gas di un impianto generatore avente un dispositivo precompressore e un refrigeratore, possono essere usati per cogenerazione (cioè, per produrre vapore per l'uso come calore di processo) piuttosto che usati per produrre vapore per azionare una turbina a vapore. In tal caso, in accordo con la presente invenzione è vantaggioso far funzionare il sistema sostanzialmente in condizioni costanti (in particolare il suo regime di flusso di volume) in presenza di condizioni ambientali variabili. Questo può' essere ottenuto completamente controllando il livello di refrigeramento effettuato dal refrigeratore in modo che la temperatura dell'aria precompressa all'uscita del refrigeratore venga mantenuta sostanzialmente costante senza riguardo alle condizioni ambiente. Tale funzionamento è particolarmente vantaggioso nei sistemi di cogenerazione poiché il calore è parte di un processo industriale che richiede un funzionamento continuo in condizioni costanti.

Quando turbine a gas o impianti generatori costruiti in accordo con la presente invenzione vengono costruiti vicino a risorse d'acqua naturali, come un mare, un fiume, o un lago, eccetera, o vicino ad una torre di refrigeramento e alla sua sorgente di acqua di refrigeramento, l'acqua da tale sorgente può' essere utilizzata come mezzo di refrigeramento nel refrigeratore indiretto della turbina a gas per refrigerare i gas precompressi. In tal caso, in particolare dove il raffreddamento coinvolge la fase di ridurre la temperatura dei gas precompressi ad una temperatura vicino alla temperatura ambiente, può' essere utilizzato un semplice scambiatore di calore indiretto acqua-aria con un refrigeratore meccanico poiché la temperatura della sorgente d'acqua sarà al di sotto della temperatura dell'aria.

Inoltre, quando viene utilizzata acqua da tali sorgenti di acqua, allora l'acqua può' essere utilizzata per refrigerare il condensatore della turbina a vapore cosi' come per essere utilizzata nel refrigeratore usato in unione con il precompressore per precomprimere e refrigerare l'aria fornita al compressore principale della turbina a gas incorporata nell'impianto generatore a ciclo combinato in accordo con la presente invenzione. Inoltre, quando secondo la presente invenzione, il refrigeratore preferito, cioè, il refrigeratore evaporativo viene usato in unione col dispositivo di precompressione in un impianto generatore a ciclo combinato costruito vicino a queste sorgenti d'acqua, acqua da queste sorgenti può' essere utilizzata per refrigerare il condensatore della turbina a vapore cosi' come utilizzata nel refrigeratore evaporativo associato col dispositivo precompressore purché' venga incorporato un sistema di soffiaggio verso il basso nel sistema di circolazione dell'acqua usato per far circolare acqua per refrigerare il condensatore della turbina a vapore e l'aria precompressa con un refrigeratore evaporativo.

In ancora un altro aspetto dell'invenzione, quando viene azionata una turbina a gas o un impianto generatore a ciclo combinato secondo la presente invenzione in un luogo umido nella condizione che i gas precompressi vengono refrigerati ad una temperatura leggermente inferiore alla temperatura ambiente, l'acqua prodotta dalla condensazione di vapor d'acqua neM'aria quando l'aria precompressa viene refrigerata può' essere utilizzata per controllare gli ossidi di azoto nei gas di scarico aggiungendo quest' acqua al processo di combustione che ha luogo nel combustore della turbina a gas. Questo è reso possibile poiché l’acqua prodotta ha un livello relativamente alto di purezza.

Le forme di realizzazione della presente invenzione sono anche efficaci nelle aree secche dove particolari limitazioni portano ad un desiderio di evitare l'uso di raffreddatori profondi o refrigeratori evaporativi, per esempio un luogo dove la disponibilità di risorse d'acqua è limitata rendendo costoso l'uso di refrigeratori evaporativi, dove risorse d'acqua sono inquinate, eccetera. Inoltre, in accordo con la presente invenzione, dal momento che spesso il refrigeramento è a temperature al di sopra delle temperature ambiente, refrigeratori d'aria, cioè scambiatori di calore che non utilizzano un ciclo di refrigerazione ma che utilizzano aria ambiente invece come mezzo di refrigeramento, possono essere utilizzati come refrigeratori nelle forme di realizzazione descritte.

Tuttavia, l'uso della forma di realizzazione preferita della presente invenzione mostrata nelle Figure, dove la precompressione viene utilizzata in combinazione con il refrigeramento evaporativo dopo che ha avuto luogo la precompressione, permette che il refrigeramento evaporativo venga usato anche in luoghi relativamente umidi cosi' come in luoghi relativamente secchi. In luoghi relativamente secchi, la dimensione del refrigeratore evaporativo sarà relativamente maggiore paragonata ad un sistema dove non viene usato un precompressore. Nella pratica convenzionale, refrigeratori indiretti vengono utilizzati in aggiunta a refrigeratori evaporativi dal momento che l'umidità relativa anche in luoghi secchi non permette l'uso estensivo di refrigeratori evaporativi. Usando la presente invenzione, dove la precompressione viene eseguita prima del refrigeramento, la dimensione del refrigeratore evaporativo può' essere aumentata in aree relativamente secche. Questo è particolarmente vantaggioso dal momento che refrigeratori evaporativi sono dispositivi relativamente semplici ed economici paragonati ad un raffreddatore che altrimenti dovrebbe essere utilizzato se non fosse usata la precompressione.

Inoltre, in un aspetto aggiuntivo della presente invenzione, la precompressione prodotta dai precompressori nelle forme di realizzazione sopra descritte può' essere utilizzata anche invece di un riscaldatore necessario per l'uso in ambienti freddi. Di conseguenza, il precompressore aumenta la temperatura dell'aria alla sua uscita in modo da minimizzare la possibilità di formazione di ghiaccio nel compressore principale. Il fatto che si verifichi congelamento nel precompressore viene sostanzialmente evitato in accordo con la presente invenzione includendo un dispositivo meccanico centrifugo che rimuove la caduta. In alternativa, l'entrata del precompressore viene progettata per assicurare che le cadute d'acqua non influenzino significativamente il rendimento del precompressore. Inoltre, o in unione con queste due alternative, la parte dell 'aria calda precompressa può' essere fatta ricircolare al fine di riscaldare l'aria che entra nel compressore. Un tale dispositivo è molto piu' semplice del far ricircolare aria estratta da uno stadio nel compressore principale per riscaldare l'aria che entra nel compressore principale.

La precompressione di un rapporto di pressione di 1,15 e il refrigeramento in combinazione in accordo con le forme di realizzazione descritte sopra della presente invenzione fornisce una capacità aumentata fino al 20% alla temperatura ambiente di 35°C. Inoltre, la capacità aumentata è quasi totalmente indipendente dalle condizioni ambientali con il risultato che un impianto generatore basato sulla presente invenzione è conveniente dal punto di vista dei costi nelle nazioni piu' industrializzate dove condizioni di estate umida, calda, sono la norma.

Un aspetto ancora ulteriore della presente invenzione riguarda i generatori elettrici. Questo aspetto assicura che il sistema di refrigeramento esistente dei generatori elettrici della turbina a gas, e/o anche della turbina a vapore, se usato in un impianto generatore a ciclo combinato, funzioni a temperatura di progetto anche se la temperatura ambiente è alta (per esempio durante il giorno quando avviene la richiesta di elettricità di picco). Questo viene ottenuto refrigerando il mezzo usato nel sistema refrigerante di generatore con un qualsiasi convenzionale sistema di refrigeramento deH'aria, per esempio un sistema di condizionamento d'aria, raffreddando quindi l'aria ambiente in vicinanza del generatore. Il refrigeramento dei generatori elettrici in questo modo permette che essi funzionino quasi continuamente nelle loro condizioni di progetto assicurando quindi fa massima uscita di potenza della turbina a gas o dell'impianto generatore a ciclo combinato anche durante periodi di richiesta di potenza di picco quando la temperatura dell'aria ambiente è relativamente alta. Questo aspetto dell'invenzione è applicabile a invenzioni o apparecchi dove le condizioni effettuano un funzionamento di generatori elettrici a temperature piu' alte delle temperature di progetto dei generatori dove le temperature piu' alte normalmente ridurrebbero l'uscita elettrica. Refrigerando l'aria che circonda il generatore elettrico, in accordo con l'invenzione, l'uscita del generatore verrà alzata al suo livello di progetto.

La precompressione è spesso economica solo in certe circostanze che dipendono dalla temperatura ambiente e dall'umidità relativa, e dalla loro relazione alla richiesta di picco di potenza. Per aumentare la flessibilità degli impianti generatori esistenti, può' essere vantaggioso aggiornare questi impianti in particolare con precompressore. In tali casi, possono essere utilizzati dispositivi come quelli mostrati nelle Figure 6 e 7. In Figura 6, viene associato un dispositivo 200 con filtro 201 che è parte di un impianto generatore a ciclo combinato esistente come quello mostrato schematicamente in Figura 1, o una parte di una turbina a gas come quella mostrata in Figura 2. Il filtro 201 serve per filtrare l'aria ambiente prima che tale aria venga fornita al compressore principale (non mostrato) dell'impianto generatore. Un condotto principale 202 collega il filtro 201 al compressore principale.

Un precompressore 203, quando azionato, serve per precomprimere l'aria ambiente dopo che è stata filtrata dal filtro; e un condotto ausiliario 204 viene collegato al condotto 202. Preferibilmente, in corrispondenza di un collegamento 205, tra i condotti vi è una valvola a cerniera 206 montata in modo girevole dentro ad uno dei condotti per il movimento girevole tra una prima posizione (mostrata in linee continue in Figura 6) ed una seconda posizione mostrata in linee tratteggiate. Nella sua prima posizione, la valvola 206 serve per bloccare il condotto 202 consentendo all'aria pressurizzata dal precompressore 203 di scorrere ad una uscita 207 del condotto principale che collega all’ingresso del compressore principale dell'impianto generatore. Nella sua seconda posizione, il precompressore 203 non è funzionante e l'aria passante attraverso il filtro 201 muove la valvola 206 nella sua seconda posizione. Quindi, la valvola 206 serve come mezzo per collegare selettivamente detto condotto ausiliario a detto condotto principale.

Nell'aggiornamento, avendo la valvola a cerniera 206 in corrispondenza dell'estremità del condotto 202 si elimina la necessità di irrobustire tutti i condotti esistenti per resistere alla pressione maggiore prodotta dal precompressore. La sola parte del condotto esistente che necessita di essere irrobustita o ricostruita è quella parte tra il collegamento 205 e l'ingresso del compressore principale della turbina a gas.

Preferibilmente, un refrigeratore 208 è associato col condotto 204 per refrigerare l'aria ambiente precompressa. Il refrigeratore 208 può' funzionare su un ciclo di compressione dell'acqua, un ciclo Freon, eccetera. Il refrigeramento evaporativo è anche possibile a seconda delle circostanze. Inoltre, il precompressore può' essere del tipo radiale o assiale a seconda della configurazione del condotto.

Il dispositivo 210 mostrato in Figura 7 è simile a! dispositivo mostrato in Figura 6, ma viene previsto un dispositivo di bloccaggio 211 per mantenere una valvola 206A nella sua prima posizione, cioè la posizione in cui aria precompressa viene fornita al compressore principale. Il dispositivo di bloccaggio 211 può' essere azionato elettromagneticamente, azionato pneumaticamente, eccetera, e le valvole 206 e 206A possono essere servoazionate se consentito, o possono essere azionate manualmente.

Mentre le forme di realizzazione di Figure 6 e 7 vengono descritte come aggiornamenti, dispositivi simili possono essere progettati in nuovi impianti generatori a ciclo combinato, cosi' come anche in nuove unità di turbine a gas. Inoltrre, mentre le forme di realizzazione delle Figure 6 e 7 descrivono l'uso di un filtro a monte del precompressore, se si preferisce, il precompressore può' essere posizionato a valle del filtro come mostrato nelle Figure 6A e 7A. m una tale configurazione, l’uso di un precompressore del tipo radiale viene preferito poiché le pale saranno sostanzialmente insensibili all'erorsione dovuta al materiale in particelle entrato nell'aria ambiente.

Quindi, le forme di realizzazione delle Figure 6, 6A, 7 e 7A permettono una maggiore flessibilità di funzionamento e permettono al precompressore e al suo refrigeratore associato di essere aggirati durante certe condizioni ambientali per esempio tempo freddo dove il funzionamento del precompressore e del suo refrigeratore associato non contribuisce in modo significativo all’uscita di potenza dell' impianto generatore o unità di turbina a gas, e infatti, può' avere come risultato di consumare piu' energia di quanto viene prodotta con questo espediente. Durante tali situazioni, dove l'aria di ingresso è diretta attraverso il compressore principale e aggira il precompressore e il refrigeratore, l'aria di ingresso dovrà supererare una caduta di pressione piu' piccola cosicché può' essere prodotta anche piu' potenza. Da ultimo, se il funzionamento del precompressore non è necessario, esso può' essere azionato solamente per superare la caduta di pressione del filtro cosi' come dei suo refrigeratore associato.

Il presente sistema di aggiornamento non solo fornisce un sistema migliorato ma permette anche che il progetto convenzionale e le iinstallazioni esistenti siano integrati nei sistemi precompressori descritti sopra. Inoltre, dal momento che le forme di realizzazione di Figure 6, 6A, 7 e 7A includono mezzi per aggirare i sistemi precompressori, queste forme di realizzazione permettono che siano utilizzati condotti esistenti e permettono di utilizzare il precompressore in modo tale che tragga completo vantaggio dai condotti esistenti in combinazione con i percorsi di flusso alternativi forniti dai precompressori sia radiali che assiali.

La Figura 8 mostra una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione che può' essere un nuovo sistema o un aggiornamento di un impianto generatore esistente 220 con la presente invenzione indicata dal numero di riferimento 221 quando l'impianto funziona per lunghi periodi di tempo in condizioni di umidità relativa elevata (vicino all'aria ambiente sostanzialmente saturata). L'impianto 220 comprende un compressore principale per comprimere l'aria ambiente fornita al compressore per produrre aria compressa, un combustore per riscaldare l'aria compressa e produrre gas caldi e una turbina a gas di risposta a detti gas caldi per guidare detto compressore principale e alimentareun carico, e per produrre gas di scarico caldi, tutto come mostrato schematicamente in Figura 1.

L'apparecchio 221 .secondo l'invenzione, include uno scambiatore di calore 222 a contatto diretto per entrare in contatto e refrigerare l'aria vicino ad essere sostanzialmente saturata con acqua refrigerata per produrre aria refrigerata e acqua riscaldata. L'acqua può' venire da sorgenti locali come un lago, un fiume od anche il mare. Da parte dell'acqua refrigerata viene assorbito un sensibile e latente calore dall'aria con il risultato di un refrigeramento dell'aria e il riscaldamento dell'acqua estraendo quindi condensa dall'aria senza nessuna variazione significativa nell'umidità relativa. L'acqua può' essere spruzzata nell'aria ambiente a monte di un dispositivo precompressore 223 che serve per comprimere l'aria refrigerata per produrre l’aria pressurizzata che è piu' calda dell'aria ambiente ed ha una umidità relativa inferiore.

Per esempio, l'aria ambiente saturata a circa 30°C verrà refrigerata a circa 25°C quando messa in contatto direttamente con acqua a circa 20°C. Dopo la sua precompressione, l'aria pressurizzata avrà una temperatura di circa 40°C con una umidità ridotta in ragione della sua temperatura elevata.

Un refrigeratore evaporativo 224, a valle del precompressore 223, refrigera l'aria pressurizzata riscaldata per produrre aria pressurizzata refrigerata all'incirca alla temperatura e alla umidità relativa dell'aria ambiente. Il refrigeratore 224 viene alimentato con una parte di acqua riscaldata 225 prodotta dallo scambiatore di calore 222; e l'aria refrigerata pressurizzata viene applicata ad un filtro 226 associato con l'impianto generatore 220. Preferibilmente, il dispositivo precompressore 223 è costruito e disposto in modo tale che l'aumento di pressione introdotto da esso è almeno maggiore della caduta di pressione introdotta dal filtro 226.

La forma di realizzazione di Figura 8 descrive un impianto generatore a ciclo combinato che è azionato convenzionalmente come un impianto generatore a carico base che funziona virtualmente continuamente durante un periodo di 24 ore, e quindi durante sia periodi di picco che periodi non di picco. Tuttavia, se si preferisce, il sistema di precompressione 223, inclusi i suoi refrigeratori associati 222 e 224, può1 essere azionato solo durante i periodi di picco. In alternativa, il sistema di precompressione e i suoi refrigeratori associati possono essere azionati in modo continuo. Inoltre, il sistema di precompressione può' essere azionato, se di desidera , in unione con una unità di turbina a gas che spinge al massimo. In aggiunta, la forma di realizzazione di Figura 8 può' essere usata in una qualsiasi delle altre forme di realizzazione fino a qui descritte.

La Figura 9 mostra un dispositivo progettato per spingere al massimo un impianto generatore del tipo descritto. Tale impianto (non mostrato) include un compressore principale per comprimere aria ambiente alimentata al compressore per produrre aria compressa, un combustore per riscaldare l'aria compressa e produrre gas caldi, e una turbina a gas di risposta a detti gas caldi per comandare detto compressore principale e alimentare un carico, e per produrre gas di scarico caldi o anche un impianto generatore a ciclo combinato durante le ore di picco.

Il dispositivo 230 di Figura 9 comprende uno scambiatore di calore indiretto o prerefrigeratore 231 per far passare aria ambiente, e un sistema di refrigerazione 232 azionabile per alimentare refrigerante allo scambiatore di calore 231 durante periodi di domanda di picco. Il sistema di refrigerazione 232 può’ funzionare su un ciclo di compressione di acqua, o un ciclo Freon o un altro ciclo.

Il dispositivo 230 include anche mezzi di accumulo di freddo 233 e mezzi 234 per commutare selettivamente il refrigerante prodotto mediante il sistema di refrigerazione 232 al mezzo di accumulo di freddo 233 durante il periodo di domanda non di picco. Condotti previsti costituiscono mezzi per collegare i mezzi 233 di accumulo di freddo al prerefrigeratore 231 durante periodi di domanda di picco.

In funzionamento, durante periodi di fuori picco, i mezzi 234 sono collegati come mostrato in Figura 9. Il prerefrigeratore 231 è quindi inoperativo, e l'aria ambiente passa direttamente, attraverso un condotto di derivazione, al compressore principale della turbina a gas senza essere pressurizzata o refrigerata. Il sistema di refrigerazione 232 funziona, tuttavia e viene erogato refrigerante ai mezzi 233 di accumulo di freddo per lo scopo di refrigerare l'acqua accumulata o fare ghiaccio.

Quando avviene la domanda di picco, i mezzi 234 vengono commutati permettendo all'acqua fredda dall'accumulo 233 di essere forniti al refrigeratore 231 per refrigerare l'aria di ingresso. Il refrigerante dal sistema di refrigerazione entra anche nel prerefrigeratore 231 per fornire un refrigeramento sufficiente per refrigerare l'aria ambiente prima che essa venga alimentata ad un precompressore 236.

L'umidità specifica dell'aria che esce dal prerefrigeratore 231 sarà ridotta come paragonata all'umidità specifica dell'aria ambiente in ragione del refrigeramento dell'aria. Il risultato sarà condensa che può' essere raccolta da un vaglio 237 di collettore dì nebulizzazione, o altri mezzi, interposti tra il prerefrigeratore 231 e il precompressore 236. Il vaglio 237 serve quindi come mezzo per separare condensa nell'aria che passa dal prerefrigeratore ausiliario al precompressore in particolare quando l'aria ambiente ha un'umidità relativamente alta.

Preferibilmente, la condensa viene trasportata per mezzo di tubazioni ad una testa di spruzzatura 239 che spruzza la condensa nell'aria che lascia il precompressore refrigerando quindi l'aria mediante evaporazione di acqua o refrigeramento evaporativo. La festa di spruzzatura 239 costituisce quindi mezzi per mettere in contatto direttamente l'aria precompressa mediante il precompressore con la condensa e prima che l'aria precompressa venga alimentata al compressore principale.

Nonostante che la forma di realizzazione descritta sopra descriva l’uso di accumulo di freddo per refrigeramento e precompressione nella zona di picco, un sistema può' includere, se si preferisce, solamente il sistema di refrigeramento 232 per l'uso durante periodi di picco. In tal caso, il sistema di refrigeramento può' comprendere un sistema di refrigerazione anche di un sistema di refrigeramento indiretto che usa sorgenti di acqua locali come acqua da un lago, da un fiume, od anche acqua dal mare, o altra acqua se si preferisce. Attualmente, tuttavia, il refrigeramento e la precompressione possono essere eseguiti quando necessario o preferito. Questo è anche vero per tutte le forme di realizzazione della presente invenzione.

Il sistema di refrigeramento 232 può' prendere la forma illustrata in Figura 10 in cui l'acqua in un vaporizzatore di evaporazione rapida 325 evapora rapidamente in vapore che viene compresso in un compressore 327 comandato da un motore 330 producendo vapore compresso riscaldato che viene applicato a tubi alettati 332 di un condensatore refrigerato ad aria 331. Un motore 333 alimenta aria refrigerata ai tubi e il vapore condensa ma rimane ad una pressione alta. L'espansione dell'acqua attraverso una valvola 335 produce vapore freddo che viene fatto ritornare alla camera 325. Il risultato è acqua fredda nella camera di evaporazione rapida che viene fatta circolare attraverso dei tubi 326 in un prerefirigeratore 322. L'aria ambiente in 323 entra nel prerefrigeratore come descritto in unione con Figura 9.

In un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, una parte del gas pressurizzato dal compressore principale, o dalla turbina a vapore, può' essere usata come una sorgente di refrigeramento per refrigerare acqua o formare ghiaccio durante periodi di fuori picco. In tal caso, all'aria a pressione relativamente alta che esce dal compressore principale viene permesso di espandere e viene refrigerata nel processo. L'aria refrigerata in questo modo può' essere usata per produrre ghiaccio od acqua fredda.

In ancora un'altra forma di realizzazione, i motori usati per comandare i precompressori o il precompressore in sistemi di refrigeramento possono essere motori separati, e quindi l'elettricità prodotta dal generatore dell'impianto generatore a ciclo combinato, o anche un impianto generatore o una turbina a ciclo Rankine organico. In aggiunta, quando viene utilizzata la presente invenzione in unione con un impianto generatore a ciclo combinato, la stessa sorgente di acqua può' essere utilizzata per il refrigeramento di prereffigeramento dopo la compressione, e per l'acqua usata per refrigerare il condensatore della turbina a vapore quando viene utilizzato un condensatore refrigerato ad acqua con la turbina a vapore. Da ultimo, l'acqua fresca prodotta da unità di desalificazione da acqua salmastra, o acqua proveniente da acqua di rifiuto industriale o dalla agricoltura, può' essere usata come sorgente d'acqua per i sistemi di refrigeramento usati nella presente invenzione come refrigeratore evaporativo.

Inoltre, la presente invenzione include preferibilmente un sistema di controllo per ottimizzare la sequenza di funzionamento del sistema di precompressione per ottenere l'uscita ottima dell'impianto generatore a ciclo combinato o della turbina a gas.

Inoltre, in accordo con la presente invenzione, i refrigeratori 112, 21, 21 A, 48, 49 e 50 mostrati nelle Figure da 1 a 4, il refrigeratore mostrato in Figura 5, il refrigeratore 208 mostrato in Figura 6, i refrigeratori mostrati nelle Figure 6A, 7 e 7A, possono assumere la forma di quello mostrato in Figura 11. In aggiunta, accumulo di ghiaccio fuori picco, esempi del quale vengono mostrati nelle Figure 12, 13 e 14, può' essere usato per refrigerare l'aria compressa.

In aggiunta, se si preferisce, può' essere utilizzato un ciclo di trasferimento di calore secondario che utilizza un mezzo di trasferimento di calore per trasferire calore dall'aria precompressa ad un refrigerante o ad un evaporatore con mezzo refrigerante (per esempio ammoniaca) con il mezzo di trasferimento di calore fatto circolare indietro all 'aria precompressa per refrigerare l'aria precompressa (vedi per esempio Figura 15). Acqua, acqua salmastra o altri fluidi adatti, possono essere utilizzati come mezzo di trasferimento di calore. Usando questo dispositivo, viene ottenuto un sistema piu' sicuro poiché il refrigerante o il mezzo refrigerante è lontano dalla vicinanza dell'aria precompressa che scorre nel compressore principale e nella camera di combustione della turbina a gas.

Inoltre, in aggiunta ai metodi di refrigeramento descrìtti precedentemente per refrigerare l'aria compressa, esistono anche altre possibilità. Ad esempio, una piccola unità di refrigeramento o refrigerante può' essere utilizzata in unione con una unità di refrigeramento evaporativo per refrigerare l'aria precompressa (vedi per esempio Figura 16A). Qui, nell'esempio, la piccola unità di refrigerazione o refrigerante refrigera l'acqua da usare per il refrigeramento evaporativo. In una ulteriore possibilità, l'aria precompressa può' essere refrigerata indirettamente dall'acqua che viene refrigerata da una torre di refrigeramento evaporativo cosi' come da un evaporatore di refrigerazione o ciclo refrigerante (vedi per esempio Figura 16B). Inoltre, in un'altra possibilità, un ciclo di refrigerazione può' essere usato per produrre ghiaccio o accumulo di acqua fredda durante ore di fuori-picco con acqua o acqua salmastra fatta circolare dall'accumulazione del ghiaccio o di acqua fredda all'aria precompressa per refrigerare l’aria precompressa (vedi per esempio Figura 16C). In ancora un'altra possibilità, un fiume od acqua proveniente da una sorgente di acqua disponibile può' essere usato in unione con un ciclo di refrigerazione o ciclo refrigerante per refrigerare l'aria precompressa (vedi per esempio, Figura 16D). In questa possibilità, il fiume od altra acqua viene refrigerato dal ciclo di refrigerazione o ciclo refrigerante prima che sia utilizzata per refrigerare l'aria precompressa.

I cicli di precompressione descritti permettono che tali sistemi di refrigeramento siano utilizzati in modo efficace poiché il livello di temperatura relativamente piu' alto dell'aria precompressa permette che venga utilizzato un carico di refrigeramento piu' piccolo, che venga ottenuto un coefficiente migliore di rendimento, e permette l'uso di sorgenti piu' calde.

Inoltre, mentre la descrizione di cui sopra si riferisce a turbine a gas e impianti generatori a ciclo combinato contenenti turbine a gas, in accordo con la presente invenzione, combustibile gassificato o piroscisso come carbone gassificato, eccetera, come combustibile alternativo a combustibili gassosi come gas naturale, combustibili distillati, eccetera, può' essere utilizzato come combustibile per azionare le turbine a gas.

Inoltre, se l'aria compressa della turbina a gas viene riscaldata esternamente, fa presente invenzione in tutte le sue forme di realizzazione, può' essere utilizzata per precomprimere l'aria alimentata al compressore principale della turbina a gas.

I vantaggi e i risultati migliorati fomiti dal metodo e dall'apparecchio della presente invenzione sono chiari della descrizione suddetta dalla forma di realizzazione preferita dell'invenzione. Vari cambiamenti e modificazioni possono essere fatti senza uscire dallo spirito e dallo scopo dell'invenzione come descritte nelle rivendicazioni allegate.

Claims (11)

1. R I V E N D I C AZ I O N I 1. Apparecchio per aumentare la potenza prodotta da un sistema di turbina a gas del tipo avente un compressore principale per comprimere l'aria ambiente alimentata a detto compressore per produrre aria compressa, un combustore per riscaldare l'aria compressa e produrre gas caldi, ed una turbina a gas in risposta a detti gas caldi per comandare detto compressore principale ed alimentare un carico, e per produrre gas di scarico caldi, detto apparecchio comprendendo: (a) uno scambiatore di calore a contatto diretto per entrare in contatto e refrigerare aria ambiente umida con acqua di refrigeratore per produrre aria ambiente refrigerata e acqua riscaldata; (b) un dispositivo precompressore per comprimere detta aria ambiente refrigerata per produrre aria pressurizzata che è piu' calda dell'aria ambiente ed ha una umidità relativa minore; (c) un refrigeratore evaporativo per refrigerare detta aria presurizzata per produrre aria pressurizzata refrigerata all'incirca alla temperatura e alla umidtà relativa dell 'aria ambiente; (d) mezzi per alimentare detta acqua riscaldata a detto refrigeratore evaporativo; (e) mezzi per alimentare detta aria pressurizzata refrigerata a detto compressore principale; (f) una caldaia di risposta ai gas caldi prodotti da detta turbina gas per produrre vapore, e (g) una turbina a vapore in risposta al vapore prodotto da detta caldaia per alimentare un carico.
2. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1 includente un filtro interposto tra il compressore principale ed il refrigeratore evaporativo.
3. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 2 in cui detto dispositivo precompressore è costruito e disposto in modo tale che l'aumento di pressione introdotto da esso sia almeno maggiore della caduta di pressione introdotta da detto dispositivo di filtro.
4. 4. Apparecchio per aumentare la potenza prodotta da un sistema di turbina a gas dei tipo avente un compressore principale per comprimere aria ambiente alimentata a detto compressore per produrre aria compressa,un combustore per riscaldare l'aria compressa e produrre gas caldi, e una turbina di gas di risposta a detti gas caldi per comandare detto compressore principale e alimentare un carico, e per produrre gas di scarico caldi, detto apparecchio comprendendo: (a) un filtro per filtrare l'aria ambiente; (b) un condotto principale che collega il filtro al compressore principale; (c) un precompressore per precomprimere aria ambiente dopo che essa è stata filtrata dal filtro; (d) un condotto ausiliario; ed (e) mezzi per collegare selettivamente detto condotto ausiliario a detto condotto principale.
5. 5. Apparecchio secondo la rivendicazione 4 includente un refrigeratore associato con detto condotto ausiliario per refrigerare aria alimentata da detto precompressore a detto condotto principale.
6. 6. Apparecchio secondo la rivendicazione 5 in cui detto refrigeratore è un refrigeratore evaporativo.
7. 7. Apparecchio per aumentare la potenza prodotta da un sistema di turbina a gas del tipo avente un compressore principale per comprimere aria ambiente alimentata a detto compressore per produrre aria compressa, un combustore per riscaldare l'aria compressa e produrre gas caldi, e una turbina a gas di risposta a detti gas caldi per comandare detto compressore principale e alimentare un carico, e per produrre gas di scarico caldi, detto apparecchio comprendendo: (a) uno scambiatore di calore indiretto per far passare aria ambiente; (b) un sistema di refrigeramento azionabile per alimentare refrigerante a detto scambiatore di calore indiretto durante la domanda di picco per prerefrigerare detta aria ambiente; (c) mezzi di accumulo di freddo; (d) mezzi per commutare selettivamente il refrigerante prodotto da detto sistema di refrigeramento a detti mezzi di accumulo di freddo durante il tempo di domanda di fuori picco; (e) mezzi per collegare detti mezzi di accumulo di freddo a detto scambiatore di calore indiretto durante la domanda di picco.
8. 8. Apparecchio secondo la rivendicazione 7 includente: (a) mezzi interposti tra detto scambiatore di calore indiretto e detto precompressore per separare condensa neli'aria che passa dallo scambiatore di calore indiretto al precompressore quando l'aria ambiente ha una umidità relativamente alta; e (b) mezzi per mettere in contatto direttamente l'aria precompressa da detto precompressore con detta condensa e prima che l'aria precomporessa venga alimentata a detto compressore principale.
9. 9. Apparecchio secondo la rivendicazione 8 in cui detto sistema di refrigerazione funziona su un ciclo di compressione di acqua.
10. 10. Apparecchio secondo la rivendicazione 8 in cui detto sistema di refrigerazione funziona su un ciclo Freon.
11. 11. Apparecchio secondo la rivendicazione 8 in cui detti mezzi di accumulo di freddo produce ghiaccio o acqua fredda.