JP2000337169A - ガスタービンの吸気冷却装置 - Google Patents
ガスタービンの吸気冷却装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 合理的な構成により、装置を大型化せずに吸
気温度を低下してタービン出力を向上する。 【解決手段】 吸気路Ｒからの空気を吸引圧縮して吐出
する圧縮機１と、燃焼ガスによって駆動するタービン２
とを燃焼器４を介装した燃料供給路５を介して接続し、
圧縮機１に吸引される空気中に水分を気化供給する加湿
器１３を吸気路Ｒに設け、更に、加湿器１３と圧縮機１
との間において、吸気路Ｒに、加湿器１３を経た空気中
にザウター平均粒径が15μｍ以下の水滴を噴霧供給する
ノズル１３を設け、タービン２に供給される空気の温度
を低下して吸気質量を増加する。
気温度を低下してタービン出力を向上する。 【解決手段】 吸気路Ｒからの空気を吸引圧縮して吐出
する圧縮機１と、燃焼ガスによって駆動するタービン２
とを燃焼器４を介装した燃料供給路５を介して接続し、
圧縮機１に吸引される空気中に水分を気化供給する加湿
器１３を吸気路Ｒに設け、更に、加湿器１３と圧縮機１
との間において、吸気路Ｒに、加湿器１３を経た空気中
にザウター平均粒径が15μｍ以下の水滴を噴霧供給する
ノズル１３を設け、タービン２に供給される空気の温度
を低下して吸気質量を増加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電装置、動力装
置、コジェネレーションシステム、運搬装置、多段過給
機を備えたエンジンなどに用いるガスタービンの吸気冷
却装置に関する。
置、コジェネレーションシステム、運搬装置、多段過給
機を備えたエンジンなどに用いるガスタービンの吸気冷
却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンでは、夏場などのように外
気温度が高くなると、吸気温度が高くなって空気密度が
低下するために吸気質量が減少し、それに見合う燃料の
量が減少してタービン出力が低下する問題がある。この
ような問題を解決するものとして、従来、例えば、特開
平９−２３６０２４号公報に開示されているものがあっ
た。
気温度が高くなると、吸気温度が高くなって空気密度が
低下するために吸気質量が減少し、それに見合う燃料の
量が減少してタービン出力が低下する問題がある。この
ような問題を解決するものとして、従来、例えば、特開
平９−２３６０２４号公報に開示されているものがあっ
た。
【０００３】上記従来例によれば、圧縮機に空気を供給
する吸気路に液滴噴霧装置を設け、圧縮機に供給される
空気に液滴を噴霧し、吸気温度を低下してタービン出力
を向上できるようにしている。
する吸気路に液滴噴霧装置を設け、圧縮機に供給される
空気に液滴を噴霧し、吸気温度を低下してタービン出力
を向上できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、噴霧さ
れた液滴が圧縮機に導入されるまでの間と圧縮機内を流
れる間とで気化されることが必要である。例えば、従来
例において、35℃で相対湿度が50％の空気を流速3m/sで
導入し、その空気に液滴を噴霧し、飽和状態になるまで
気化させようとした場合、約7m必要であり、このよう
に、従来例では、気化のために長い距離が必要で装置が
大型化する欠点があった。
れた液滴が圧縮機に導入されるまでの間と圧縮機内を流
れる間とで気化されることが必要である。例えば、従来
例において、35℃で相対湿度が50％の空気を流速3m/sで
導入し、その空気に液滴を噴霧し、飽和状態になるまで
気化させようとした場合、約7m必要であり、このよう
に、従来例では、気化のために長い距離が必要で装置が
大型化する欠点があった。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明のガスタービンの
吸気冷却装置は、合理的な構成により、装置を大型化せ
ずに吸気温度を低下してタービン出力を向上できるよう
にすることを目的とし、請求項２に係る発明のガスター
ビンの吸気冷却装置は、適量の水滴を空気に供給できる
ようにすることを目的する。
たものであって、請求項１に係る発明のガスタービンの
吸気冷却装置は、合理的な構成により、装置を大型化せ
ずに吸気温度を低下してタービン出力を向上できるよう
にすることを目的とし、請求項２に係る発明のガスター
ビンの吸気冷却装置は、適量の水滴を空気に供給できる
ようにすることを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明のガ
スタービンの吸気冷却装置は、上述のような目的を達成
するために、吸気路からの空気を吸引圧縮して吐出する
圧縮機と、前記圧縮機に接続されて吐出空気に燃料を混
合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器に接続されて燃焼
ガスによって駆動するタービンとを備えたガスタービン
において、前記吸気路に介装されて前記圧縮機に吸引さ
れる空気中に水分を気化供給する加湿器と、前記加湿器
と前記圧縮機との間で前記吸気路に介装されて前記加湿
器を経た空気中にザウター平均粒径が15μｍ以下の水滴
を噴霧供給するノズルと、を備えて構成する。
スタービンの吸気冷却装置は、上述のような目的を達成
するために、吸気路からの空気を吸引圧縮して吐出する
圧縮機と、前記圧縮機に接続されて吐出空気に燃料を混
合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器に接続されて燃焼
ガスによって駆動するタービンとを備えたガスタービン
において、前記吸気路に介装されて前記圧縮機に吸引さ
れる空気中に水分を気化供給する加湿器と、前記加湿器
と前記圧縮機との間で前記吸気路に介装されて前記加湿
器を経た空気中にザウター平均粒径が15μｍ以下の水滴
を噴霧供給するノズルと、を備えて構成する。
【０００７】また、請求項２に係る発明のガスタービン
の吸気冷却装置は、上述のような目的を達成するため
に、請求項１に係る発明のガスタービンの吸気冷却装置
におけるノズルに接続された給水管に設けられて前記ノ
ズルに供給する高圧水の流量を調整する流量調整弁と、
加湿器を経て前記ノズルに供給される前の空気の相対湿
度を検出する相対湿度計と、前記加湿器を経て前記ノズ
ルに供給される前の空気の温度を検出する温度計と、前
記相対湿度計で検出された相対湿度と前記温度計で検出
された温度とタービンの要求負荷とに基づいて、燃焼器
に供給される空気が所定の飽和湿度に達するのに必要な
水量を算出する水量算出手段と、前記水量算出手段で算
出された水量に対応する前記流量調整弁の開度を算出す
る弁開度算出手段と、前記弁開度算出手段で算出された
開度になるように前記流量調整弁を開閉する制御手段
と、を備えて構成する。
の吸気冷却装置は、上述のような目的を達成するため
に、請求項１に係る発明のガスタービンの吸気冷却装置
におけるノズルに接続された給水管に設けられて前記ノ
ズルに供給する高圧水の流量を調整する流量調整弁と、
加湿器を経て前記ノズルに供給される前の空気の相対湿
度を検出する相対湿度計と、前記加湿器を経て前記ノズ
ルに供給される前の空気の温度を検出する温度計と、前
記相対湿度計で検出された相対湿度と前記温度計で検出
された温度とタービンの要求負荷とに基づいて、燃焼器
に供給される空気が所定の飽和湿度に達するのに必要な
水量を算出する水量算出手段と、前記水量算出手段で算
出された水量に対応する前記流量調整弁の開度を算出す
る弁開度算出手段と、前記弁開度算出手段で算出された
開度になるように前記流量調整弁を開閉する制御手段
と、を備えて構成する。
【０００８】
【作用】請求項１に係る発明のガスタービンの吸気冷却
装置の構成によれば、加湿器により、圧縮機に吸引され
る空気中に自然蒸発によって水分を気化供給して相対湿
度を高くし、その水分の蒸発に伴う気化熱により空気を
冷却し、空気の温度を低下させる。次いで、ノズルから
ザウター平均粒径が15μｍ以下の水滴を噴霧供給し、そ
の水滴の気化に伴って空気の温度を更に低下させ、燃焼
器に供給する空気の温度を低下して吸気質量を増加し、
それに伴って燃焼器に供給する燃料の量を増加してター
ビン出力を向上できる。
装置の構成によれば、加湿器により、圧縮機に吸引され
る空気中に自然蒸発によって水分を気化供給して相対湿
度を高くし、その水分の蒸発に伴う気化熱により空気を
冷却し、空気の温度を低下させる。次いで、ノズルから
ザウター平均粒径が15μｍ以下の水滴を噴霧供給し、そ
の水滴の気化に伴って空気の温度を更に低下させ、燃焼
器に供給する空気の温度を低下して吸気質量を増加し、
それに伴って燃焼器に供給する燃料の量を増加してター
ビン出力を向上できる。
【０００９】また、請求項２に係る発明のガスタービン
の吸気冷却装置の構成によれば、水量算出手段により、
加湿器を経てノズルに供給される前の空気の相対湿度と
温度とタービンの要求負荷とに基づき、燃焼器に供給さ
れる空気が、飽和状態あるいはやや過飽和の状態といっ
た所定の飽和湿度に達するのに必要な、ノズルから供給
すべき水量を算出する。上記算出の結果に基づき、その
水量が得られるように流量調整弁の開度を調整し、必要
以上に多量の水滴を供給することがないようにノズルか
ら水滴を供給し、燃焼器に供給する空気の温度を低下し
て吸気質量を増加し、それに伴い、燃焼器に供給する燃
料の量を増加してタービン出力を向上できる。
の吸気冷却装置の構成によれば、水量算出手段により、
加湿器を経てノズルに供給される前の空気の相対湿度と
温度とタービンの要求負荷とに基づき、燃焼器に供給さ
れる空気が、飽和状態あるいはやや過飽和の状態といっ
た所定の飽和湿度に達するのに必要な、ノズルから供給
すべき水量を算出する。上記算出の結果に基づき、その
水量が得られるように流量調整弁の開度を調整し、必要
以上に多量の水滴を供給することがないようにノズルか
ら水滴を供給し、燃焼器に供給する空気の温度を低下し
て吸気質量を増加し、それに伴い、燃焼器に供給する燃
料の量を増加してタービン出力を向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るガスター
ビンの吸気冷却装置の実施例を用いたガスタービン発電
装置を示す一部破断全体側面図、図２は全体平面図、図
３は全体概略構成図であり、発電部Ａの上部側に吸気冷
却装置Ｂを設けるとともに、それらの側方に排熱回収部
Ｃを設けてガスタービン発電装置が構成されている。
づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るガスター
ビンの吸気冷却装置の実施例を用いたガスタービン発電
装置を示す一部破断全体側面図、図２は全体平面図、図
３は全体概略構成図であり、発電部Ａの上部側に吸気冷
却装置Ｂを設けるとともに、それらの側方に排熱回収部
Ｃを設けてガスタービン発電装置が構成されている。
【００１１】吸気路Ｒからの空気を吸引圧縮して吐出す
る圧縮機１とタービン２とが出力軸３に一体的に取り付
けられるとともに、圧縮機１からの吐出空気に燃料を混
合して燃焼する燃焼器４を介装した燃料供給路５を介し
て、圧縮機１とタービン２とが接続され、更に出力軸３
に発電機６が連動連結されて発電部Ａが構成されてい
る。
る圧縮機１とタービン２とが出力軸３に一体的に取り付
けられるとともに、圧縮機１からの吐出空気に燃料を混
合して燃焼する燃焼器４を介装した燃料供給路５を介し
て、圧縮機１とタービン２とが接続され、更に出力軸３
に発電機６が連動連結されて発電部Ａが構成されてい
る。
【００１２】また、タービン２からの燃焼排ガスを消音
処理する消音器７と燃焼排ガスの熱を回収する排熱ボイ
ラー８と熱交換器９とが設けられ、排熱回収部Ｃが構成
されている。
処理する消音器７と燃焼排ガスの熱を回収する排熱ボイ
ラー８と熱交換器９とが設けられ、排熱回収部Ｃが構成
されている。
【００１３】吸気冷却装置Ｂは、吸気口１０に吸気グリ
ル１１を設けるとともに、一次フィルター１２と加湿器
１３と二次フィルター１４とをその順に設け、更に、二
次フィルター１４から圧縮機１に至る吸気路Ｒの下向き
部分の途中箇所に、ザウター平均粒径が５μｍ以上で15
μｍ以下の水滴を噴霧供給するノズル１５を設けて構成
されている。
ル１１を設けるとともに、一次フィルター１２と加湿器
１３と二次フィルター１４とをその順に設け、更に、二
次フィルター１４から圧縮機１に至る吸気路Ｒの下向き
部分の途中箇所に、ザウター平均粒径が５μｍ以上で15
μｍ以下の水滴を噴霧供給するノズル１５を設けて構成
されている。
【００１４】加湿器１３は、図示しないが、ガラス繊維
製のフェルトで多数の通気路が形成されるようにハニカ
ム状に形成され、かつ、加湿器１３に給水管１６が接続
され、フェルトが膨潤状態となって表面から水分が自然
蒸発し、吸気路Ｒにおいて圧縮機１に吸引される空気中
に水分を気化供給するように構成されている。この加湿
器１３への給水量は、例えば、0.03kg/sなど一定に固定
される。
製のフェルトで多数の通気路が形成されるようにハニカ
ム状に形成され、かつ、加湿器１３に給水管１６が接続
され、フェルトが膨潤状態となって表面から水分が自然
蒸発し、吸気路Ｒにおいて圧縮機１に吸引される空気中
に水分を気化供給するように構成されている。この加湿
器１３への給水量は、例えば、0.03kg/sなど一定に固定
される。
【００１５】ノズル１５にも給水管１６が接続されると
ともに、その加湿器１３への分岐箇所との間に流量調整
弁１７が接続され、ノズル１５から噴霧供給する水滴の
供給量を発電機６の要求出力などに応じて調整できるよ
うに構成されており、次に説明する。
ともに、その加湿器１３への分岐箇所との間に流量調整
弁１７が接続され、ノズル１５から噴霧供給する水滴の
供給量を発電機６の要求出力などに応じて調整できるよ
うに構成されており、次に説明する。
【００１６】二次フィルター１４とノズル１５との間
に、ノズル１５に供給される前の空気の相対湿度を検出
する相対湿度計１８と、温度を検出する温度計１９とが
付設されている。
に、ノズル１５に供給される前の空気の相対湿度を検出
する相対湿度計１８と、温度を検出する温度計１９とが
付設されている。
【００１７】相対湿度計１８および温度計１９がコント
ローラ２０に接続されるとともにコントローラ２０と流
量調整弁１７とが接続され、かつ、コントローラ２０に
発電機６の要求出力が入力されるように構成されてい
る。
ローラ２０に接続されるとともにコントローラ２０と流
量調整弁１７とが接続され、かつ、コントローラ２０に
発電機６の要求出力が入力されるように構成されてい
る。
【００１８】コントローラ２０には、図４のブロック図
に示すように、水量算出手段２１、弁開度算出手段２２
ならびに制御手段２３が備えられている。
に示すように、水量算出手段２１、弁開度算出手段２２
ならびに制御手段２３が備えられている。
【００１９】水量算出手段２１では、相対湿度計１８で
検出された相対湿度と温度計１９で検出された温度とタ
ービン２の要求出力とに基づいて、燃焼器４に供給され
る空気が所定の飽和湿度に達するのに必要な水量を算出
するようになっている。
検出された相対湿度と温度計１９で検出された温度とタ
ービン２の要求出力とに基づいて、燃焼器４に供給され
る空気が所定の飽和湿度に達するのに必要な水量を算出
するようになっている。
【００２０】弁開度算出手段２２では、水量算出手段２
１で算出された水量に対応する流量調整弁１７の開度を
算出するようになっている。そして、制御手段２３で
は、弁開度算出手段２２で算出された開度になるように
流量調整弁１７を開閉操作するようになっている。
１で算出された水量に対応する流量調整弁１７の開度を
算出するようになっている。そして、制御手段２３で
は、弁開度算出手段２２で算出された開度になるように
流量調整弁１７を開閉操作するようになっている。
【００２１】以上の構成により、過飽和によるドレンの
発生やそれに伴う腐食の発生を防止できながら、全体と
して短い長さで燃焼器４に供給される空気の温度を低下
させ、吸気質量を増加してタービン２の出力を向上でき
る。
発生やそれに伴う腐食の発生を防止できながら、全体と
して短い長さで燃焼器４に供給される空気の温度を低下
させ、吸気質量を増加してタービン２の出力を向上でき
る。
【００２２】次に、水量算出手段２１による水量の算出
について説明する。燃焼器４への吸い込み空気量Ｆａ＝
ｆ（Ｗ）（Ｎｍ3 ／ｈ）は、タービン２の要求出力によ
って求まる。空気比重γ（ｋｇ／Ｎｍ3 ）＝ 1.293であ
るから、吸い込み乾き空気質量Ｆｇ（ｋｇ' ／ｓ）は、 Ｆｇ＝ｆ（Ｗ）× 1.293／3600 ……（１） となる。
について説明する。燃焼器４への吸い込み空気量Ｆａ＝
ｆ（Ｗ）（Ｎｍ3 ／ｈ）は、タービン２の要求出力によ
って求まる。空気比重γ（ｋｇ／Ｎｍ3 ）＝ 1.293であ
るから、吸い込み乾き空気質量Ｆｇ（ｋｇ' ／ｓ）は、 Ｆｇ＝ｆ（Ｗ）× 1.293／3600 ……（１） となる。
【００２３】相対湿度計１８で検出された相対湿度をψ
（ＲＨ％）、温度計１９で検出された温度をｔ（℃）と
すると、飽和水蒸気圧Ｐｓ（ｔ）をｔの２次式で近似さ
せた場合、 Ｐｓ（ｔ）＝0.046 ×ｔ2 −0.895 ×ｔ＋17.211 ……（２） であり、また、飽和までに必要な蒸気分圧Ｐ' （ｔ、
ψ）は、 Ｐ'(ｔ、ψ）＝Ｐｓ（ｔ）×（１−ψ／100 ） ……（３） であり、更に、飽和までに必要な絶対湿度差Ｘ' （ｔ、
ψ）は、 Ｘ'(ｔ、ψ）＝0.622 ×Ｐ'(ｔ、ψ）／［ 760−Ｐ'(ｔ、ψ）］……（４） である。飽和湿度に達するまでに必要なノズル１５から
の水滴供給量ＦＬ（ｋｇ／ｓ）は、 ＦＬ＝Ｘ'(ｔ、ψ）×Ｆｇ ……（５） である。
（ＲＨ％）、温度計１９で検出された温度をｔ（℃）と
すると、飽和水蒸気圧Ｐｓ（ｔ）をｔの２次式で近似さ
せた場合、 Ｐｓ（ｔ）＝0.046 ×ｔ2 −0.895 ×ｔ＋17.211 ……（２） であり、また、飽和までに必要な蒸気分圧Ｐ' （ｔ、
ψ）は、 Ｐ'(ｔ、ψ）＝Ｐｓ（ｔ）×（１−ψ／100 ） ……（３） であり、更に、飽和までに必要な絶対湿度差Ｘ' （ｔ、
ψ）は、 Ｘ'(ｔ、ψ）＝0.622 ×Ｐ'(ｔ、ψ）／［ 760−Ｐ'(ｔ、ψ）］……（４） である。飽和湿度に達するまでに必要なノズル１５から
の水滴供給量ＦＬ（ｋｇ／ｓ）は、 ＦＬ＝Ｘ'(ｔ、ψ）×Ｆｇ ……（５） である。
【００２４】（５）式に、（１）、（２）、（３）およ
び（４）式をそれぞれ代入すると、 ＦＬ＝0.622 ×(0.046×ｔ2 −0.895 ×ｔ＋17.211）×（１−ψ／100 ）／ ［ 760−(0.046×ｔ2 −0.895 ×ｔ＋17.211）×（１−ψ／100 ）］×ｆ（Ｗ） × 1.293／3600 ……（６） となる。このようにして、飽和湿度に達するまでに必要
なノズル１５からの水滴供給量ＦＬ（ｋｇ／ｓ）を、要
求出力によって求まる燃焼器４への吸い込み空気量ｆ
（Ｗ）（Ｎｍ3 ／ｈ）と、相対湿度計１８で検出された
相対湿度ψ（ＲＨ％）と、温度計１９で検出された温度
ｔ（℃）とを（６）式に代入することによって求めるこ
とができる。
び（４）式をそれぞれ代入すると、 ＦＬ＝0.622 ×(0.046×ｔ2 −0.895 ×ｔ＋17.211）×（１−ψ／100 ）／ ［ 760−(0.046×ｔ2 −0.895 ×ｔ＋17.211）×（１−ψ／100 ）］×ｆ（Ｗ） × 1.293／3600 ……（６） となる。このようにして、飽和湿度に達するまでに必要
なノズル１５からの水滴供給量ＦＬ（ｋｇ／ｓ）を、要
求出力によって求まる燃焼器４への吸い込み空気量ｆ
（Ｗ）（Ｎｍ3 ／ｈ）と、相対湿度計１８で検出された
相対湿度ψ（ＲＨ％）と、温度計１９で検出された温度
ｔ（℃）とを（６）式に代入することによって求めるこ
とができる。
【００２５】結露を生じない程度にやや過飽和に水滴を
供給しようとする場合には、水滴供給量ＦＬ' を、Ｆ
Ｌ' ＝ＦＬ×（１＋Ｙ） 但し、Ｙは実験により求めた
値（Ｙ＞０）と補正すれば良い。
供給しようとする場合には、水滴供給量ＦＬ' を、Ｆ
Ｌ' ＝ＦＬ×（１＋Ｙ） 但し、Ｙは実験により求めた
値（Ｙ＞０）と補正すれば良い。
【００２６】また、加湿器１３に必要な供給水量につ
き、2000kWガスタービンを例にして説明すれば、下記の
通りである。2000kWガスタービンの27.5℃の吸い込み空
気量Ｆａは、25,000（Ｎｍ3 ／ｈ）、空気比重γ（ｋｇ
／Ｎｍ3 ）は 1.293であるから、吸い込み乾き空気質量
Ｆｇ（ｋｇ' ／ｓ）は、 Ｆｇ＝25,000× 1.293／3600≒9.0 となる。加湿器１３によって相対湿度を50％から90％ま
で加湿する場合を考えれば、加湿後の湿り空気の絶対湿
度Ｘ90＝0.0217（ｋｇ／ｋｇ' ）と加湿前の湿り空気の
絶対湿度Ｘ50＝0.0188（ｋｇ／ｋｇ' ）との差から、加
湿に必要な水量ＦＬ（ｋｇ／ｓ）は下記のようにして求
められる。 ＦＬ＝（0.0217−0.0188）×9.0 ＝0.026 ≒0.03（ｋｇ
／ｓ） となる。
き、2000kWガスタービンを例にして説明すれば、下記の
通りである。2000kWガスタービンの27.5℃の吸い込み空
気量Ｆａは、25,000（Ｎｍ3 ／ｈ）、空気比重γ（ｋｇ
／Ｎｍ3 ）は 1.293であるから、吸い込み乾き空気質量
Ｆｇ（ｋｇ' ／ｓ）は、 Ｆｇ＝25,000× 1.293／3600≒9.0 となる。加湿器１３によって相対湿度を50％から90％ま
で加湿する場合を考えれば、加湿後の湿り空気の絶対湿
度Ｘ90＝0.0217（ｋｇ／ｋｇ' ）と加湿前の湿り空気の
絶対湿度Ｘ50＝0.0188（ｋｇ／ｋｇ' ）との差から、加
湿に必要な水量ＦＬ（ｋｇ／ｓ）は下記のようにして求
められる。 ＦＬ＝（0.0217−0.0188）×9.0 ＝0.026 ≒0.03（ｋｇ
／ｓ） となる。
【００２７】したがって、夏場などにおいて、１日のう
ちの最高の外気温度と最低の相対湿度を想定することに
より、加湿器１３に必要な供給水量は、予め計算して求
めた固定値にしておけば良い。なお、一次フィルター１
２に供給される外気温度と相対湿度とを検出し、その検
出結果に基づいて、加湿後の湿り空気の絶対湿度が90％
になるように加湿器１３に供給する水量を自動的に調節
することも可能である。
ちの最高の外気温度と最低の相対湿度を想定することに
より、加湿器１３に必要な供給水量は、予め計算して求
めた固定値にしておけば良い。なお、一次フィルター１
２に供給される外気温度と相対湿度とを検出し、その検
出結果に基づいて、加湿後の湿り空気の絶対湿度が90％
になるように加湿器１３に供給する水量を自動的に調節
することも可能である。
【００２８】上記構成により、一次フィルター１２→加
湿器１３→二次フィルター１４→ノズル１５と流動させ
るに伴い、図５のグラフに示すように、吸気質量を増大
していくことができる。このグラフにおいて、Ａは一次
フィルター１２を通る箇所を、Ｃは二次フィルター１４
からノズル１５に至る箇所を、そして、Ｄはノズル１５
を経た箇所をそれぞれ示している（図３参照）。上記
Ａ、ＣおよびＤそれぞれでの空気の状態値（温度，相対
湿度）をＴ１、Ｔ２、Ｔ３として、2000kWガスタービン
の場合の一例を示せば、Ｔ１（35℃，50％）、Ｔ２（2
7.4℃，90％）、Ｔ３（26℃以下， 100％以上）とな
る。
湿器１３→二次フィルター１４→ノズル１５と流動させ
るに伴い、図５のグラフに示すように、吸気質量を増大
していくことができる。このグラフにおいて、Ａは一次
フィルター１２を通る箇所を、Ｃは二次フィルター１４
からノズル１５に至る箇所を、そして、Ｄはノズル１５
を経た箇所をそれぞれ示している（図３参照）。上記
Ａ、ＣおよびＤそれぞれでの空気の状態値（温度，相対
湿度）をＴ１、Ｔ２、Ｔ３として、2000kWガスタービン
の場合の一例を示せば、Ｔ１（35℃，50％）、Ｔ２（2
7.4℃，90％）、Ｔ３（26℃以下， 100％以上）とな
る。
【００２９】次に、上記実施例の装置を用いて行った実
験例について説明する。温度35℃、相対湿度50％の空気
を30cm角のダクトにより流速2m／sec で加湿器１３に流
し、温度28℃、相対湿度90％まで加湿冷却した。更に、
50cm角のダクトを用い、流速2m／sec で流すとともに、
そこにノズル１５からザウター平均粒径が 6μｍの水滴
を噴霧供給し、温度25〜26℃のやや過飽和な空気を作成
し、過給機に約1600ｍ3/h 流した。その結果、過給機の
出口温度が低下するデータが得られ、タービン出力を向
上できることが明らかであった。
験例について説明する。温度35℃、相対湿度50％の空気
を30cm角のダクトにより流速2m／sec で加湿器１３に流
し、温度28℃、相対湿度90％まで加湿冷却した。更に、
50cm角のダクトを用い、流速2m／sec で流すとともに、
そこにノズル１５からザウター平均粒径が 6μｍの水滴
を噴霧供給し、温度25〜26℃のやや過飽和な空気を作成
し、過給機に約1600ｍ3/h 流した。その結果、過給機の
出口温度が低下するデータが得られ、タービン出力を向
上できることが明らかであった。
【００３０】上記実施例では、発電機６を駆動するよう
に構成しているが、発電機６に代えて動力装置や運搬装
置などにおけるポンプやモータを駆動するなど、各種の
構成を採用できる。動力装置や運搬装置などでは、水量
の算出のために水量算出手段２１に入力されるのは要求
負荷になり、特許請求の範囲では、上述実施例の発電機
６からの要求出力をも含めて要求負荷と総称する。
に構成しているが、発電機６に代えて動力装置や運搬装
置などにおけるポンプやモータを駆動するなど、各種の
構成を採用できる。動力装置や運搬装置などでは、水量
の算出のために水量算出手段２１に入力されるのは要求
負荷になり、特許請求の範囲では、上述実施例の発電機
６からの要求出力をも含めて要求負荷と総称する。
【００３１】ノズル１５から噴霧供給する水滴の粒径と
しては、気化の面からザウター平均粒径が15μｍ以下で
あれば良いが、好ましくは５〜10μｍである。５μｍ未
満では、圧縮機１の羽に水滴とともにゴミが付着しやす
くなってメンテナンスに手間がかかり、一方、10μｍを
越えると気化しにくくなるからである。
しては、気化の面からザウター平均粒径が15μｍ以下で
あれば良いが、好ましくは５〜10μｍである。５μｍ未
満では、圧縮機１の羽に水滴とともにゴミが付着しやす
くなってメンテナンスに手間がかかり、一方、10μｍを
越えると気化しにくくなるからである。
【００３２】本発明としては、圧縮機１を多段に設けて
も良く、その場合、各圧縮機１で吸い込み空気温度を低
下でき、タービン２の出力を一層向上できる利点があ
る。
も良く、その場合、各圧縮機１で吸い込み空気温度を低
下でき、タービン２の出力を一層向上できる利点があ
る。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明のガスタービンの吸気冷却装置によれば、
加湿器の特性とノズルからの水滴供給構成の特性それぞ
れに着目し、加湿器とノズルを設けるという合理的な構
成により、装置を大型化せずに吸気温度を低下してター
ビン出力を向上できるようになった。すなわち、図６の
グラフに示すように、例えば、相対湿度が60％の空気を
ノズルからの水滴供給構成だけで飽和湿度(100％) まで
上昇させようとすると、８ｍ以上の気化距離を必要とす
る。また、加湿器の場合、自然蒸発によるため、相対湿
度90％程度までは、約15cm程度と極めて短い通気距離で
急激に上昇できるものの、90％を越えさせようと通気距
離を長くすると圧力損失が増大し、通気量自体が減少し
て実用性が低い。本発明者らは、通気距離が短くても相
対湿度90％程度までは急激に上昇できるという加湿器の
特性に着目し、加湿器により相対湿度90％程度まで上昇
させて空気を冷却し、相対湿度90％以上の部分の上昇を
ノズルからの水滴供給構成に担わせ、気化距離が短くて
済むようにし、相対湿度を上昇させるのに必要な全体と
しての長さを大幅に減少できるようにしたのである。
１に係る発明のガスタービンの吸気冷却装置によれば、
加湿器の特性とノズルからの水滴供給構成の特性それぞ
れに着目し、加湿器とノズルを設けるという合理的な構
成により、装置を大型化せずに吸気温度を低下してター
ビン出力を向上できるようになった。すなわち、図６の
グラフに示すように、例えば、相対湿度が60％の空気を
ノズルからの水滴供給構成だけで飽和湿度(100％) まで
上昇させようとすると、８ｍ以上の気化距離を必要とす
る。また、加湿器の場合、自然蒸発によるため、相対湿
度90％程度までは、約15cm程度と極めて短い通気距離で
急激に上昇できるものの、90％を越えさせようと通気距
離を長くすると圧力損失が増大し、通気量自体が減少し
て実用性が低い。本発明者らは、通気距離が短くても相
対湿度90％程度までは急激に上昇できるという加湿器の
特性に着目し、加湿器により相対湿度90％程度まで上昇
させて空気を冷却し、相対湿度90％以上の部分の上昇を
ノズルからの水滴供給構成に担わせ、気化距離が短くて
済むようにし、相対湿度を上昇させるのに必要な全体と
しての長さを大幅に減少できるようにしたのである。
【００３４】また、請求項２に係る発明のガスタービン
の吸気冷却装置によれば、飽和状態あるいはやや過飽和
の状態といった所定の飽和湿度を越えることなく、ター
ビンの要求負荷に応じた適量の水滴を自動的に空気に供
給するから、過飽和に起因する結露により多量のドレン
を発生させたり、そのドレンに伴って腐食を生じるとい
ったことを良好に防止してタービン出力を一層良好に向
上できる。
の吸気冷却装置によれば、飽和状態あるいはやや過飽和
の状態といった所定の飽和湿度を越えることなく、ター
ビンの要求負荷に応じた適量の水滴を自動的に空気に供
給するから、過飽和に起因する結露により多量のドレン
を発生させたり、そのドレンに伴って腐食を生じるとい
ったことを良好に防止してタービン出力を一層良好に向
上できる。
【図１】本発明に係るガスタービンの吸気冷却装置の実
施例を用いたガスタービン発電装置を示す一部破断全体
側面図である。
施例を用いたガスタービン発電装置を示す一部破断全体
側面図である。
【図２】全体平面図である。
【図３】全体概略構成図である。
【図４】ブロック図である。
【図５】吸気質量と空気温度および相対湿度の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】相対湿度と距離の関係を示すグラフである。
１…圧縮機 ２…タービン ４…燃焼器 １３…加湿器 １５…ノズル １６…給水管 １７…流量調整弁 １８…相対湿度計 １９…温度計 ２１…水量算出手段 ２２…弁開算出手段 ２３…制御手段 Ｒ…吸気路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 悦郎 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 田中 一男 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】吸気路からの空気を吸引圧縮して吐出する
圧縮機と、 前記圧縮機に接続されて吐出空気に燃料を混合して燃焼
する燃焼器と、 前記燃焼器に接続されて燃焼ガスによって駆動するター
ビンとを備えたガスタービンにおいて、 前記吸気路に介装されて前記圧縮機に吸引される空気中
に水分を気化供給する加湿器と、 前記加湿器と前記圧縮機との間で前記吸気路に介装され
て前記加湿器を経た空気中にザウター平均粒径が15μｍ
以下の水滴を噴霧供給するノズルと、 を備えたことを特徴とするガスタービンの吸気冷却装
置。 - 【請求項２】請求項１に記載のノズルに接続された給水
管に設けられて前記ノズルに供給する高圧水の流量を調
整する流量調整弁と、 加湿器を経て前記ノズルに供給される前の空気の相対湿
度を検出する相対湿度計と、 前記加湿器を経て前記ノズルに供給される前の空気の温
度を検出する温度計と、 前記相対湿度計で検出された相対湿度と前記温度計で検
出された温度とタービンの要求負荷とに基づいて、燃焼
器に供給される空気が所定の飽和湿度に達するのに必要
な水量を算出する水量算出手段と、 前記水量算出手段で算出された水量に対応する前記流量
調整弁の開度を算出する弁開度算出手段と、 前記弁開度算出手段で算出された開度になるように前記
流量調整弁を開閉する制御手段と、 を備えてあるガスタービンの吸気冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15132199A JP3976085B2 (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | ガスタービンの吸気冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15132199A JP3976085B2 (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | ガスタービンの吸気冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000337169A true JP2000337169A (ja) | 2000-12-05 |
| JP3976085B2 JP3976085B2 (ja) | 2007-09-12 |
Family
ID=15516080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15132199A Expired - Lifetime JP3976085B2 (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | ガスタービンの吸気冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3976085B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030030734A (ko) * | 2001-10-12 | 2003-04-18 | 대한유화공업 주식회사 | 저압 물분사하는 포깅시스템이 부가된 가스터빈엔진 |
| JP2011508139A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-10 | グリーン パートナーズ テクノロジー ホールディングス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 気化性液体供給装置を採用するガスタービン・システム及び方法 |
| JP2020084763A (ja) * | 2018-11-14 | 2020-06-04 | 株式会社いけうち | 吸気冷却方法 |
-
1999
- 1999-05-31 JP JP15132199A patent/JP3976085B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030030734A (ko) * | 2001-10-12 | 2003-04-18 | 대한유화공업 주식회사 | 저압 물분사하는 포깅시스템이 부가된 가스터빈엔진 |
| JP2011508139A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-10 | グリーン パートナーズ テクノロジー ホールディングス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 気化性液体供給装置を採用するガスタービン・システム及び方法 |
| JP2020084763A (ja) * | 2018-11-14 | 2020-06-04 | 株式会社いけうち | 吸気冷却方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3976085B2 (ja) | 2007-09-12 |
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