JP2006046296A - Gas turbine power generating device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はガスタービン発電装置に関し、より具体的にはその中の電装ユニットの配置構造に関する。 The present invention relates to a gas turbine power generator, and more specifically to an arrangement structure of electrical units therein.
コンプレッサとタービンを同軸に配した1軸型などのガスタービン・エンジンと、それに接続される発電機とからなり、それらを筐体(ハウジング)に収容したガスタービン発電装置は良く知られており、本出願人も例えば下記の特許文献1において提案している。その特許文献1に記載の技術にあっては、エンジン、発電機など発電装置の全体を筐体内にコンパクトに収容して占有スペースを低減すると共に、メンテナンス性の向上を図っている。 A gas turbine power generator comprising a gas turbine engine such as a single shaft type in which a compressor and a turbine are coaxially arranged and a generator connected to the engine is housed in a housing (housing) is well known, The present applicant has also proposed, for example, in Patent Document 1 below. In the technique described in Patent Document 1, the entire power generation apparatus such as an engine and a generator is housed in a compact manner to reduce the occupied space and improve the maintainability.
また、この種のガスタービン発電装置には発電機が発電した電力を任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷に供給する電装ユニットが設けられるが、その中の電力変換器(AC−ACコンバータ)などは放熱を必要とすることから、従来、例えば特許文献2記載の技術のように、電力変換器の内部にヒートシンクを設け、変換器の下部の入口開口から導入した冷却空気でヒートシンクを冷却することが提案されている。
ところで、特許文献1記載の技術のように発電装置の全体をコンパクトに収容してメンテナンス性を高めるに止まらず、その中の電装ユニットについても、その構成部品をコンパクトに収容して占有面積を低減しつつメンテナンス性を向上させるのが望ましいが、その場合、特許文献2記載の技術のようにヒートシンクを構成部品の内部に配置する構成にすると、コンパクト性とメンテナンス性の向上の点で限界がある。 By the way, as in the technique described in Patent Document 1, the entire power generation apparatus is housed in a compact manner to improve maintainability, and the electrical components in the power generation unit can be housed in a compact manner to reduce the occupied area. However, it is desirable to improve the maintainability, but in that case, there is a limit in terms of improving compactness and maintainability when the heat sink is arranged inside the component as in the technique described in Patent Document 2. .
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、電装ユニットの構成部品についてもコンパクトに配置して占有面積を低減すると共に、メンテナンス性を向上させるようにしたガスタービン発電装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas turbine power generator that solves the above-described problems and that compactly arranges the components of the electrical unit to reduce the occupied area and improve the maintainability. is there.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、ガスタービン・エンジンと、前記エンジンに接続される発電機とからなり、少なくとも前記エンジンと発電機を収容する筐体とを備えたガスタービン発電装置において、前記発電機が発電した電力をインバータを介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷に供給する電装ユニットを、前記筐体の前面側に配置されて空気を吸引する冷却ファン、前記冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンク、前記ヒートシンクの前記空気通路に面する面と反対側の戴置面側に戴置され、前記インバータを構成する複数個のスイッチング素子、前記複数個のスイッチング素子よりも前記空気通路における空気の流れにおいて下流に相当する位置で前記戴置面側に戴置され、前記インバータに接続されるDC−DCコンバータ、前記戴置面側に戴置され、前記インバータの複数個のスイッチング素子を後段のLCフィルタに接続する端子、および前記戴置面側に戴置され、前記スイッチング素子によって変換された出力を平滑するコンデンサから構成すると共に、前記ヒートシンクを前記筐体の前面側から引き出し自在に構成した。 In order to solve the above-described problem, in claim 1, a gas turbine engine and a generator connected to the engine are provided, and at least a housing for accommodating the engine and the generator is provided. In the gas turbine power generator, an electrical unit that converts the electric power generated by the generator into an alternating current of an arbitrary frequency through an inverter and supplies the alternating current to an external electric load is disposed on the front side of the casing and is air A cooling fan that sucks air, a heat sink in which an air passage through which air sucked by the cooling fan passes is formed, and is placed on the placement surface side of the heat sink opposite to the surface facing the air passage, and the inverter A plurality of switching elements constituting the front of the plurality of switching elements at a position corresponding to the downstream in the air flow in the air passage. A DC-DC converter mounted on the mounting surface side and connected to the inverter; a terminal mounted on the mounting surface side and connecting a plurality of switching elements of the inverter to a subsequent LC filter; and The capacitor is configured to be placed on the mounting surface side and smoothes the output converted by the switching element, and the heat sink is configured to be freely drawn out from the front side of the housing.
請求項1に係るガスタービン発電装置にあっては、冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンクの空気通路に面する面と反対側の戴置面側に、インバータの複数個のスイッチング素子と、DC−DCコンバータと、LCフィルタに接続する端子と、コンデンサとを配置するようにしたので、換言すれば、電装ユニットを構成する部品のほとんどをヒートシンクの上に配置するようにしたので、電装ユニットをコンパクトに配置して占有面積を低減することができる。 In the gas turbine power generator according to claim 1, the inverter is disposed on the mounting surface side opposite to the surface facing the air passage of the heat sink in which the air passage through which the air sucked by the cooling fan passes is formed. Since a plurality of switching elements, a DC-DC converter, a terminal connected to the LC filter, and a capacitor are arranged, in other words, most of the components constituting the electrical unit are arranged on the heat sink. Since it did in this way, an electrical equipment unit can be arrange | positioned compactly and an occupation area can be reduced.
さらに、それら電装ユニットの構成部品が戴置されたヒートシンクを筐体の前面側から引き出し自在に構成にしたので、メンテナンス性を向上させることができる。また、冷却ファンも同様に筐体の前面側に配置したので、冷却ファンの交換が容易となってメンテナンス性を一層向上させることができる。 Further, since the heat sink on which the components of the electrical unit are placed can be pulled out from the front side of the housing, the maintainability can be improved. In addition, since the cooling fan is also arranged on the front side of the casing, the cooling fan can be easily replaced and the maintainability can be further improved.
また、それら電装ユニットの構成部品を冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路に面する面と反対側の戴置面に戴置される如く構成したので、効果的に放熱させることができる。さらに、比較的放熱要求量が小さいDC−DCコンバータを、スイッチング素子の下流側に配置したので、その放熱要求量も満足させることができる。 In addition, since the components of the electrical unit are configured to be placed on the placement surface opposite to the surface facing the air passage through which the air sucked by the cooling fan passes, heat can be effectively dissipated. . Furthermore, since the DC-DC converter having a relatively small heat dissipation requirement is arranged on the downstream side of the switching element, the heat dissipation requirement can be satisfied.
以下、添付図面に即してこの発明に係るガスタービン発電装置を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the gas turbine power generator according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の第1実施例に係るガスタービン発電装置を全体的に示す斜視図、図2は図1に示す装置を筐体に収容した状態で示す縮小斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view generally showing a gas turbine power generator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a reduced perspective view showing the apparatus shown in FIG.
図1および図2において、符号10はガスタービン発電装置(以下単に「発電装置」という)を示す。発電装置10は図1に示すようにパッケージフレーム12で囲われ、それにサイドプレート14、リアプレート16、ドア(一方の図示省略)20およびルーフ(図示せず)などが取り付けられ、図2に示すような直方体の筐体(ハウジング)22が形成される。発電装置10はこのように筐体(ハウジング)22を備え、その中に収容される。
1 and 2,
図2に示す如く、筐体22はその内部空間を隔壁24で重力方向において上下に分割され、よって形成される上部空間には、コンプレッサとタービン(共に図示せず)を同軸に配置した、円筒状のガスタービン・エンジン(以下単に「エンジン」という)26が横置き(タービンなどの回転軸の方向が水平方向となる)に収容される。
As shown in FIG. 2, the
エンジン26には、その回転出力によって駆動される発電機30が接続される。エンジン26と発電機30の間には、エンジン26に吸気を導入するための吸気通路32が設けられ、図示しない適宜なシール材を介してエンジン26の吸気口と気密に接続される。また、エンジン26において、発電機30が接続される側とは反対側の端部には、排気ダクト(図示せず)が配置され、図示しない適宜なシール材を介してエンジン26の排気口と気密に接続される。尚、図2においてエンジン26と発電機30の図示を省略した。
The
また、筐体22の下部空間において、上部空間に配置されたエンジン26と対角をなす位置には、燃料圧縮用のコンプレッサ34が配置される。燃料圧縮用コンプレッサ34は、天然ガスや都市ガスなどの気体燃料を圧縮し、図示しない燃料供給路を介してエンジン26に供給する。
Further, in the lower space of the
また、筐体22の下部空間において、エンジン26の直下にはエンジン26に吸気を導入するための吸気ダクト36(図2に示す)が配置されると共に、さらにその下方には、電装ユニット40が配置される。図1に示す如く、電装ユニット40は発電機30に電気的に接続され、発電機30の発電した電力を任意の周波数の交流電流に変換し、外部の電気機器(図示せず)に供給する。
In addition, an air intake duct 36 (shown in FIG. 2) for introducing intake air into the
電装ユニット40は冷却ファン40aを4個備え、ユニット内の温度に応じて冷却ファン40aの動作(回転数)を制御し、過剰な温度上昇を防止する。さらに、電装ユニット40は、その他の冷却ファン群(全て図示せず)の動作を制御すると共に、外部の電気機器からの電力供給の要求に応じ、エンジン26の回転数を制御する。
The
尚、上記したその他の冷却ファン群、吸気ダクト36あるいは排気ダクトならびにエンジン26などの詳細は本出願人が先に提案した特許文献1に詳細に記載されているので、この明細書ではそれらの説明は省略する。
The details of the other cooling fan group, the
次いで、電装ユニット40について詳細に説明する。
Next, the
前記した如く、電装ユニット40は発電機30が発電した電力をインバータを介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の負荷に供給するように動作するが、図3に示す回路図を参照して電装ユニット40の主要構成部品である、そのインバータ400について最初に説明する。
As described above, the
図示の如く、インバータ400は主として、コンバータ部400aとインバータ部400bから構成される。コンバータ部400aは6個の正負用のスイッチング素子400a1からなり、発電機30の三相結線を通じて出力される発電電力(交流)を入力して公知のスイッチング素子400a1の作用によって直流に変換する。これら6個のスイッチング素子400a1は全て、IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)からなる。
As illustrated, the
スイッチング素子400a1で直流に変換されたコンバータ部400aの出力はコンデンサ400cで平滑された後、インバータ部400bに入力される。インバータ部400bも6個の正負用のスイッチング素子400b1からなり、そこで入力は素子400b1のスイッチング作用によって適宜な周波数の交流に再び変換され、スイッチング作用による高周波成分を除去するためのLCフィルタ(回路)400dおよびコンタクタ400eを介して外部の照明などの電気負荷402に供給される。
The output of the
インバータ部400bの6個のスイッチング素子400b1も、同様にIGBTからなる。尚、コンタクタ400eは、ガスタービン発電装置10を電気負荷402に電気的に接続・遮断するための装置(スイッチ)である。
Similarly, the six switching elements 400b1 of the
さらに、コンバータ部400aの出力は、インバータ400に接続されるDC−DCコンバータ404を介して適宜な電圧に降圧され、操作パネルのインディケータ(図示せず)などの補機の電力として供給される。
Furthermore, the output of the
電装ユニット40が上記のような回路構成を備えるとき、コンバータ部400a、インバータ部400bおよびDC−DCコンバータ404は比較的発熱量が大きいことから、ヒートシンクなどを設けて放熱する必要があるが、特許文献2記載の技術のようにヒートシンクをそれらの内部あるいはその付近に個別に配置すると、大型化せざるを得ない。そこで、この実施例にあっては、1個のヒートシンク406のみ設けると共に、その上部にスイッチング素子400a1などを戴置(搭載)するようにした。
When the
以下、図4以降を参照して説明すると、図4はヒートシンク406の斜視図、図5はその上にスイッチング素子400a1などの構成部品を戴置した状態での電装ユニット40の斜視図、図6は図5に示す電装ユニット40の平面図、および図7はその拡大側面図である。
4 and subsequent drawings, FIG. 4 is a perspective view of the
図示の如く、ヒートシンク406は、大略ボックス状を呈し、下部が空洞に形成され、4個の冷却ファン40aによって吸引された冷却用の空気が矢印で示す方向に通過する空気通路406aが形成されると共に、空気通路406aに面する面と反対側の面(表面)は平坦とされ、そこに上記した構成部品が戴置される戴置面406bが形成される。ヒートシンク406は具体的には2個のヒートシンクを接合して製作される。
As shown in the figure, the
尚、ヒートシンク406の空気通路406aを流れた空気は、リアプレート16に穿設された排出孔(図示せず)を介して筐体22の外部に放出される。
The air flowing through the air passage 406a of the
図5から図7に示す如く、コンバータ部400aのスイッチング素子400a1は戴置面406b側、より具体的にはその中央付近に6個並列して戴置面406bに直接接触するように戴置されると共に、その付近に対をなすようにインバータ部400bのスイッチング素子400b1も同様に6個並列して戴置面406bに直接接触するように戴置される。
As shown in FIGS. 5 to 7, the switching element 400a1 of the
コンバータ部400aおよびインバータ部400b、より正確にはそれらのスイッチング素子400a1,400b1の付近には、コンデンサ400cが戴置面406b側、より具体的にはその鉛直方向において上方の位置に戴置される。コンデンサ400cはスイッチング素子400a1,400b1の個数(合計12個)に対して半分の6個が設けられると共に、正負極からなるバスバー410a,410bを介してそれらスイッチング素子に接続される。
In the vicinity of the
図8は負極(−)側のバスバー410aを、図9は正極(+)側のバスバー410bを示す拡大部分斜視図である。尚、図9で符号410cは絶縁紙を示す(左端のコンデンサ400cを除去して示す)。図示の如く、バスバー410は、2枚の銅板に絶縁紙を間に挟んで構成され、プレート状を呈する。
8 is an enlarged partial perspective view showing the
また、コンバータ部400aおよびインバータ部400b、より正確にはそれらのスイッチング素子400a1,400b1の付近には、端子台(端子)412a,412bが2個、戴置面406b側、より具体的にはその鉛直方向において同様に上方の位置に戴置される。
In addition, in the vicinity of the
端子台412aは、バスバー414a,414b,414cを介してコンバータ部400aのスイッチング素子400a1とそれぞれ接続される。また、端子台412bは、バスバー414d,414e,414fを介してインバータ部400bのスイッチング素子400b1とそれぞれ接続される。各バスバーの周囲にはそれぞれホール素子からなる電流センサ416が設けられ、各バスバーを流れる電流に比例した出力を生じる。
一方、端子台412aは、図1に示す如く、コンバータ部400aの電流制御性向上を意図して設置されたACL(交流用インダクタ)420にケーブル422を介して接続されると共に、ACL420はケーブル424を介して発電機30に接続される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
また、端子台412bは、LCフィルタ400dにケーブル426を介して接続されると共に、LCフィルタ400dはコンタクタ400eにケーブル430を介して接続され、コンタクタ400eから外部の電気負荷402(図3)に供給される。尚、図1で、LCフィルタ400dとコンタクタ400eをケース内に収容された状態で示す。
The
さらに、図7に示す如く、端子台412の下部には、DC−DCコンバータ404が、スイッチング素子400a1,400b1よりも空気通路406aにおける空気(冷却空気)の流れにおいて下流に相当する位置において、戴置面406b側に、より具体的には戴置面406bに直接接触するように戴置(配置)される。
Further, as shown in FIG. 7, a DC-
図5などにおいて符号432,434は第1、第2のカバーの一部を示す。図10は、図5に示す電装ユニット40に第1、第2のカバー432,434を取り付けた状態を示す、電装ユニット40の縮小斜視図である。図10に示す如く、第1のカバー432はヒートシンク406の全体を覆い、電装ユニット40の各部品を保護する。第2のカバー434は端子台412(図10で図示省略)の上部付近のみを覆うように、第1のカバー432と別体に取り付けられる。
In FIG. 5 and the like,
また、図10に示す如く、ヒートシンク406は、その両側下端部が筐体22に固定されたガイドレール436に係合され、ガイドレール436に沿って移動自在に構成される。それにより、図2に示す如く、電装ユニット40は、ガイドレール436を介して筐体22の前面側から引き出し自在に構成される。
Further, as shown in FIG. 10, the
この実施例に係るガスタービン発電装置にあって、電装ユニット40は上記の如く、ヒートシンク406を1個で構成すると共に、冷却ファン40aによって吸引された空気(冷却空気)が通過する空気通路406aが形成されるヒートシンク406の空気通路406aに面する面と反対側の戴置面側406bに、インバータ400の複数個のスイッチング素子400a1,400b1と、DC−DCコンバータ404と、LCフィルタ400dなどに接続する端子台(端子)412と、コンデンサ400cとを配置するようにしたので、換言すれば、電装ユニット40を構成する部品のほとんどをヒートシンク406の上に配置するようにしたので、電装ユニット40を、冷却性を確保しつつ、コンパクトに配置して占有面積を低減することができる。
In the gas turbine power generator according to this embodiment, the
さらに、それら電装ユニット40の構成部品が戴置されたヒートシンク406、換言すれば電装ユニット40を筐体22の前面側からガイドレール436を介して引き出し自在に構成にしたので、引き出した後、第2のカバー434を外せば、端子台412などに速やかにアクセスすることができるので、メンテナンス性を向上させることができる。また、冷却ファン40aも同様に筐体22の前面側に配置したので、冷却ファン40aの交換が容易となってメンテナンス性を一層向上させることができる。
Furthermore, since the
また、それら電装ユニットの構成部品を冷却ファン40aによって吸引された空気が通過する空気通路406aに面する面と反対側、換言すればその直近の戴置面406bに戴置される如く構成したので、スイッチング素子などの構成部品を効果的に放熱させることができる。さらに、比較的放熱要求量が小さいDC−DCコンバータ404は、スイッチング素子400a1,400b1の下流側に配置したので、その放熱も支障なく行うことができる。また、コンデンサ400cや端子台412を戴置面406bから上方位置に置くようにしたので、電装ユニット40の横方向長さを減少させることができる。
In addition, since the components of the electrical unit are configured to be placed on the opposite side of the surface facing the air passage 406a through which the air sucked by the cooling
さらに、12個のスイッチング素子400a1,400b1を並列に配置すると共に、コンデンサ400cはその半分の個数だけ設けてプレート状のバスバー410で接続、換言すれば、スイッチング素子をコンデンサ400cの集合体に接続するようにしたので、両端に配置するスイッチング素子にサージが発生するような不都合を回避することができる。
Further, twelve switching elements 400a1 and 400b1 are arranged in parallel, and the
さらに、端子台412をスイッチング素子400a1,400b1に接続するバスバー414に電流センサ416を直接取り付けるように構成したので、その取付台を不要とすることができる。
Further, since the
また、上記の如く構成したことで、発電装置10の全体としても、コンパクト性およびメンテナンス性を向上できると共に、一層の静粛化を図ることができる。
In addition, with the configuration as described above, it is possible to improve the compactness and maintainability of the
このように、この実施例にあっては、ガスタービン・エンジン26と、前記エンジンに接続される発電機30とからなり、少なくとも前記エンジンと発電機を収容する筐体22とを備えたガスタービン発電装置10において、前記発電機が発電した電力をインバータ400を介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷402に供給する電装ユニット40を、前記筐体の前面側に配置されて空気を吸引する冷却ファン40a、前記冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路406aが形成されるヒートシンク406、前記ヒートシンクの前記空気通路に面する面と反対側の戴置面406b側に戴置され、前記インバータ400を構成する複数個のスイッチング素子400a1,400b1、前記複数個のスイッチング素子よりも前記空気通路における空気の流れにおいて下流に相当する位置で前記戴置面406b側に戴置され、前記インバータに接続されるDC−DCコンバータ404、前記戴置面406b側に戴置され、前記インバータの複数個のスイッチング素子を後段のLCフィルタ400dに接続する端子(より具体的には端子台)412、および前記戴置面406b側に戴置され、前記スイッチング素子によって変換された出力を平滑するコンデンサ400cから構成すると共に、前記ヒートシンク406を前記筐体22の前面側から引き出し自在に構成した。
Thus, in this embodiment, the gas turbine includes the
尚、上記において、コンデンサ400cあるいは端子台412を戴置面406bの鉛直方向において上方の位置に配置するようにしたが、下方の位置、例えば、戴置面406bに凹部を形成してそこに埋設するようにしても良い。
In the above description, the
10 ガスタービン発電装置
22 筐体(ハウジング)
26 ガスタービン・エンジン
30 発電機
40 電装ユニット
40a 冷却ファン
400 インバータ
400a コンバータ部
400a1 コンバータ部のスイッチング素子
400b インバータ部
400b1 インバータ部のスイッチング素子
400c コンデンサ
400d LCフィルタ(回路)
402 電気負荷
404 DC−DCコンバータ
406 ヒートシンク
406a 空気通路
406b 戴置面
412 端子台(端子)
10
26
402
Claims (1)
a.前記筐体の前面側に配置されて空気を吸引する冷却ファン、
b.前記冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンク、
c.前記ヒートシンクの前記空気通路に面する面と反対側の戴置面側に戴置され、前記インバータを構成する複数個のスイッチング素子、
d.前記複数個のスイッチング素子よりも前記空気通路における空気の流れにおいて下流に相当する位置で前記戴置面側に戴置され、前記インバータに接続されるDC−DCコンバータ、
e.前記戴置面側に戴置され、前記インバータの複数個のスイッチング素子を後段のLCフィルタに接続する端子、
および
f.前記戴置面側に戴置され、前記スイッチング素子によって変換された出力を平滑するコンデンサ、
から構成すると共に、前記ヒートシンクを前記筐体の前面側から引き出し自在に構成したことを特徴とするガスタービン発電装置。 In a gas turbine power generator comprising a gas turbine engine and a generator connected to the engine, and comprising at least the engine and a housing for housing the generator, the power generated by the generator is passed through an inverter. An electrical unit that converts AC current of any frequency and supplies it to an external electrical load,
a. A cooling fan that is disposed on the front side of the housing and sucks air;
b. A heat sink in which an air passage through which air sucked by the cooling fan passes is formed;
c. A plurality of switching elements that are mounted on a mounting surface side opposite to a surface facing the air passage of the heat sink and constitute the inverter;
d. A DC-DC converter mounted on the mounting surface side at a position corresponding to the downstream in the air flow in the air passage from the plurality of switching elements and connected to the inverter;
e. A terminal mounted on the mounting surface side and connecting a plurality of switching elements of the inverter to a subsequent LC filter;
And f. A capacitor placed on the placement surface side and smoothing the output converted by the switching element;
A gas turbine power generator characterized in that the heat sink can be pulled out from the front side of the housing.
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