JP2008151130A - 水分除去装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスタービンへ流れる吸入空気から水分を除去する方法を提供する。
【解決手段】 本方法は、一次エアフィルタを支持するためのハウジングを設ける段階を含む。ハウジングはガスタービンと動作可能に連結される。ハウジングに接続したフードを設ける。フードは、水平方向に対して鋭角に配設された表面を有する。フードの上方に支持され、下向きに延びるプレフィルタに、吸入空気流を導く。プレフィルタは、プレフィルタを通過する吸入空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含む。分離された水分は吸入空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴はフードに落ちて吸入空気流から離れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は広義には空気濾過システムに関する。具体的には、本発明はガスタービン吸気から水分を除去するための構造及び方法に関する。

ガスタービン吸気用の濾過システムは公知である。かかる公知のシステムは、チャンバを画成するハウジングを備える。チャンバは空気入口側と空気出口側とを有しており、これらは吸入空気流から微粒子を除去するためのフィルタ列によって離隔されている。空気は、空気入口側に垂直方向に離隔して配設された複数の吸入フードを通してチャンバに入る。吸入フードは、流入する空気をまず上方に導いてから偏向板で下方に方向転換するように構成される。空気流が偏向板に当たると、移動する空気から一部の粒状物質及び水分が分離して、吸入フード又はチャンバの底に沈降又は蓄積する。

別の公知のガスタービン空気濾過システムは、上述のシステムと類似しているが、フード毎にミスト分離器が設けられている。ミスト分離器の上端にプリーツ状要素が配置されている。吸入空気流中の比較的大きな水滴はミスト分離器で慣性分離によって除去される。小さな水滴はプリーツ状濾過媒体で除去される。除去された水滴は下方のフード及び地面に落下する。
米国特許第６１２３７５１号明細書 米国特許第６８７５２５６号明細書 Donaldson Tech Topics GTS-508, 12-01-2000, Fig. on cover, page 6 B Inlet Moisture Removal, Water Separation Media Section Filtrair Drop Safe (DS) Pocket Filters, images on front page

かかる公知のガスタービン濾過システムはかなり大型のものとなりかねない。すなわち、かかるシステムはガスタービンに隣接して比較的大きな「設置面積」を占めるが、用途によっては望ましくない。かかる公知の濾過システムは、望まれるほど効果的ではなく、その他の短所、例えば取付構造体周囲での漏れなどを有する。そこで、ガスタービン吸気濾過システムの改良が必要とされている。

本発明は、濾過システム用の水分除去の改良を提供する。改良点としては、ハウジングパッケージが比較的小型化され、簡単で信頼性の高い取付構造をもつフィルタによって、長期間一貫して水分除去がなされることが挙げられる。

本発明の一態様は、濾過システム用の水分除去構造である。本構造は、ハウジングを備える。ハウジングにはフードが取り付けられる。フードは、水平方向に対して鋭角に配設された表面を有する。下向きに延びるプレフィルタがフードの上方に支持される。プレフィルタは、プレフィルタを通過する空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含む。分離された水分は空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴はフードに落ちて空気流から離れる。

本発明の他の態様は、ガスタービン用の水分除去システムである。本水分除去システムは、一次エアフィルタを支持するためのハウジングを備える。ハウジングは、ガスタービンと動作可能に連結される。ハウジングにはフードが取り付けられる。フードは、水平方向に対して鋭角に配設された表面を有する。下向きに延びるプレフィルタがフードの上方に支持される。プレフィルタは、プレフィルタを通過する空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含む。分離された水分は吸入空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴はフードに落ちて吸入空気流から離れる。

本発明の他の態様は、ガスタービンへ流れる吸入空気から水分を除去する方法である。本方法は、一次エアフィルタを支持するためのハウジングを設ける段階を含む。ハウジングは、ガスタービンと動作可能に連結される。ハウジングに接続したフードが設けられる。フードは、水平方向に対して鋭角に配設された表面を有する。フードの上方に支持され、下向きに延びるプレフィルタに、吸入空気流を導く。プレフィルタは、プレフィルタを通過する吸入空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含む。分離された水分は吸入空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴はフードに落ちて吸入空気流から離れる。

本発明の他の特徴は、添付の図面と併せて以下の説明を参照すれば当業者には明らかであろう。

ガスタービン２２の吸入空気を濾過するため本発明の一態様にしたがって構成された濾過システム２０を図１に示す。ガスタービン２２は、発電機２４の駆動など、所望の目的に使用できる。ガスタービン２２では比較的大量の空気が用いられる。空気は圧縮機４０に送られ、点火され、膨脹した気体が最終的にタービン４２を駆動する。大量の吸気は、ガスタービン２２の部品の損傷及び促進摩耗を防ぐため、微粒子、塩分及び水分を濾過しなければならない。

ガスタービン２２の吸気システムを参照して本発明の様々な態様について説明する。本発明の態様は、水分及び微粒子による損傷を受け易い他の様々な用途にも適用できることは明らかであろう。例えば、本発明の様々な態様は、内燃機関吸気システム、クリーンルーム吸気システム、冷暖房空調（ＨＶＡＣ）システム、病院ＨＶＡＣシステム及び空気圧縮機吸気システムのような用途に適用できる。

夾雑水分は、海運・海上用途などの比較的湿度の高い環境、或いは雨や霧などの条件下で特に問題となる。空気濾過システムを通過する空気が比較的湿っていると、濾過媒体を通過してしまう。この種の水分の移動はガスタービンの運転に問題を生じかねず、本発明の１以上の態様で対処する問題である。小雨、ミスト及び霧が、ガスタービン２２の吸気のように高速で流れる空気流で容易に運搬される非常に小さな水滴を生じることは周知である。これが、本発明のこの態様で取り扱う主な種類の水分である。一般に、豪雨に含まれる水滴は大きすぎて空気流では容易に運ばれない。

本発明の一態様では、吸気濾過システム２０の改良水分除去系を提供する。濾過システム２０（図２）は、第一の予備ステージ（つまり水分除去システム６０）と、第二ステージ（つまりプレフィルタ構造体の下流に配設された一次フィルタ６２）とを備える。ダクト６４は、濾過された空気を濾過システム２０からガスタービン２２へと導く。

濾過システム２０は、チャンバ８２を画成するハウジング８０を備える。チャンバ８２は入口側８４と出口側８６を有する。ハウジング８０は、金属枠材や板などの適当な材料から作られる。ハウジング８０は、設置面積が比較的小さくなるように構成できる。これは、水分除去の大部分がハウジング８０の外側で達成されるので、空気流から分離された水分の回収領域をチャンバ８２に設ける必要がないからである。

吸入空気は、水分除去システム６０を通してチャンバ８２に入る。ハウジング８０は一次エアフィルタ６２を支持する。一次フィルタ６２は主にガスタービン２２に有害となりかねない微粒子を吸入空気から除去する機能をもつ。一次フィルタ６２は適当な構造のものであればよいが、図ではパネルフィルタの列として示す。パネルフィルタは、それらが用いられる用途に応じて選択される適当な材料からなる。一次フィルタ６２としては、例えば、特に限定されないが、カートリッジやバッグのような適当なフィルタ構造を使用することができる。

水分除去システム６０は、チャンバの入口側８４に垂直方向に隔置された複数の吸入フード１００を含む。フード１００は、ハウジング８０に取り付けられる。各フード１００は、水平方向に対して鋭角に配設された表面を有する。この向きによって、図３に示すように、空気流はまず上方に流れる。フード１００の向きは、図３に示すように、吸入空気流から、大雨又は雪にみられるような比較的大きい水滴を避けるのにも役立つ。

図１〜図３に示すように、最も上のフードを除いて各フード１００の上方にプレフィルタ１２０が支持される。プレフィルタ１２０は下向きに延びる。各プレフィルタ１２０（図５）は、プレフィルタの周縁部の周囲に延在する比較的剛性のプラスチックフレーム１２２と、内部支持補剛リブ１２４とを含む。バッグつまり「ポケットフィルタ」１２６はフレーム１２２及びリブ１２４で支持される。プレフィルタ１２０には、例えば特に限定されないが、バッグやカートリッジのような適当なフィルタ構造を使用できる。また、特に限定されないが、ステンレス鋼のような適当なフレーム材料を使用できることも明らかであろう。

なお、ポケットフィルタ１２６の向きは、図１〜図５に例示した向きとは異なっていてもよい。例えば、吸気の流れる力の下でのポケットフィルタの変形、折れ又はへこみを最小限に抑制するために、ポケットフィルタ１２６の頂部が、吸入空気の流れ方向と平行に向いていてもよい。ポケットフィルタ１２６の両側を適当な位置で例えば縫製などによって連結しなければならないこともあろう。こうした連結は、特定のポケットフィルタ１２６構造内でのポケットの空力的効率を最大限にするとともに、空気の流れを阻害するおそれのある隣接ポケット間の接触を最小限にするためである。

各ポケットフィルタ１２６は、疎水性の適当な濾過媒体で作られる。かかる濾過媒体の一例は、１００％ポリプロピレン繊維材料の単層である。その他の適当な材料、例えばポリプロピレン繊維とポリエステル繊維の混合物や、熱接着ポリプロピレン又はポリエステル二成分繊維（及びその混合物）なども使用できる。濾過媒体は、不織布、エアレイド（air laid）、カード又はニードルパンチ処理したものでもよい。濾過媒体は、好ましくは約４ｍｍ（０．１５７インチ）〜１８ｍｍ（０．７０９インチ）の平均厚さを有する。濾過媒体は、フィルタ寿命を向上させるため、密度勾配を有していてもよい。繊維材料が本質的に疎水性でない場合、濾過媒体に疎水性を与えるため繊維をコーティングする。

プレフィルタ１２０のポケットフィルタ１２６は、プレフィルタを通過する空気流から水滴を分離することができる濾過媒体で作られる。分離された水滴はプレフィルタ１２０があればバッグ１２６の外部表面上に収集される。分離された水滴は凝集して比較的大きな水滴１２８となる（図３）。水滴１２８は、吸入空気流では運搬できない大きさと質量を有する。水滴１２８は下のフード１００に落ちて、水流１４０つまりフード１００を流れ落ちる水の層を生じて吸入空気流から離れる。

流れ１４０は、フード１００の最下縁部まで流れる。流れ１４０は、フード１００に取り付けられた導管１４２で回収される。導管１４２は、集めた水を、吸気流の方向とは異なる横方向に導く。

フード１００の下側には何枚かのプレフィルタ１２０（図４）が取り付けられる。プレフィルタ１２０は、取付溝１６０に滑合される。取付溝１６０は、接合部からの漏れを防ぐ良好な封止を形成するように、プレフィルタ１２０のフレーム１２２と嵌合するぴったりの寸法に形成される。隣接プレフィルタ１２０を列として設置する場合、図４に示すように互いに係合させてもよいし、別々の取付溝に装着してもよい。プレフィルタ１２０は２以上の列、例えば複数の行と列からなる配列又は行列などで、装着してもよい。

一般に、濾過の際に、吸気流はプレエアフィルタ１２０に送られる。プレフィルタ１２０の外側で水分が吸入空気流から分離される。湿気のない吸気がフード１００内に流れ込み、入口側８４の入口開口１８４を通ってチャンバ８２内に入る。空気は、チャンバ８２から一次フィルタ６２を通過して微粒子が除去される。空気は、ハウジング８０の出口側８６の開口１８６を通して濾過システムを出て、ガスタービン２２に通じるダクト６４へと流れる。

一次フィルタ６２は、好ましくは粒状物に対して比較的高い濾過効率を有する。一次フィルタ６２は適当な構造のもので、適当な濾過媒体でできていればよい。例えば、濾過効率が６５〜７５％の範囲或いは６５％超の一次フィルタ６２を使用することができる。

空気流中の水分及び（存在する場合には）塩分の濃度を低減するため、上述のフィルタの一方又は両方に、様々なフィルタ構造及び材料を使用できる。非限定的な例として、疎水性／水分濾過材料又は繊維として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリスチレン及び延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）メンブランが挙げられる。材料及び繊維は、表面処理によって疎水性にすることもできる。表面処理剤の例としては、フルオロカーボン及びシリコーンがある。なお、ここで列挙した疎水性材料は例示にすぎず、本発明ではその他の材料を使用することもできる。

本発明の１以上の態様に関する上述の説明から、当業者は様々な改良、変更及び修正に想到するであろう。このような当業者に自明の改良、変更及び修正は、特許請求の範囲に規定する技術的範囲に属する。

ガスタービン吸気口用に本発明の一態様にしたがって構成された水分除去システムの概略部分断面図。 図１に示す水分除去システムのハウジングの拡大図。 図２に示す水分除去システムのハウジングの部分拡大図。 水分除去システムのハウジングのプレフィルタ列の図。 図４に示すフィルタアセンブリの斜視図。

符号の説明

２０ 濾過システム
２２ ガスタービン
２４ 発電機
４０ 圧縮機
４２ タービン
６０ 水分除去システム
６２ 一次フィルタ
６４ 管路
８０ ハウジング
８２ チャンバ
８４ 入口側
８６ 出口側
１００ フード
１２０ プレフィルタ
１２２ フレーム
１２４ 補剛リブ
１２６ ポケットフィルタ
１２８ 水滴
１４０ 流れ
１４２ 導管
１６０ 取付溝

Claims (20)

1. ガスタービン用の水分除去システムであって、当該システムが、
   一次エアフィルタを支持するためのハウジングであってガスタービンと動作可能に連結したハウジングと、
   ハウジングに取り付けられたフードであって水平方向に対して鋭角に配設された表面を有するフードと、
   フードの上方に支持され、下向きに延びるプレフィルタであって、プレフィルタを通過する空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含むプレフィルタと
   を備えており、分離された水分が吸入空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴がフードに落ちて吸入空気流から離れる、水分除去システム。
2. 吸入空気流の外に水を導くための導管をさらに備える、請求項１記載の水分除去システム。
3. 前記プレフィルタが、略垂直方向に延在する１以上のポケットフィルタの形態である、請求項１記載の水分除去システム。
4. 前記プレフィルタが、ハウジングに接続した溝に収容できるフレームを含む、請求項１記載の水分除去システム。
5. 前記プレフィルタのフレームが、濾過媒体からなるポケットフィルタ構造体の取付周縁部の周囲に延在する、請求項４記載の水分除去システム。
6. 前記プレフィルタの濾過媒体が疎水性材料からなる、請求項１記載の水分除去システム。
7. 前記プレフィルタが第二のフードに取り付けられる、請求項１記載の水分除去システム。
8. ガスタービンへ流れる吸入空気から水分を除去する方法であって、当該方法が、
   一次エアフィルタを支持するためのハウジングであってガスタービンと動作可能に連結したハウジングを設ける段階と、
   ハウジングに接続したフードであって水平方向に対して鋭角に配設された表面を有するフードを設ける段階と、
   フードの上方に支持され、下向きに延びるプレフィルタであって、プレフィルタを通過する空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含むプレフィルタに、吸入空気流を導く段階と
   分離された水分が吸入空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴がフードに落ちて吸入空気流から離れる段階
   とを含んでなる方法。
9. 導管で吸入空気流の外に水を導く段階をさらに含む、請求項８記載の方法。
10. 吸入空気を導く段階が、略垂直方向に延在するポケットフィルタの形態であるプレフィルタを設けることを含む、請求項８記載の方法。
11. 吸入空気を導く段階が、ハウジングに接続した溝に収容できるフレームをプレフィルタに設けることを含む、請求項８記載の方法。
12. 吸入空気を導く段階が、濾過媒体からなるポケットフィルタ構造体の取付周縁部の周囲に延在するプレフィルタのフレームを設けることをさらに含む、請求項１１記載の方法。
13. 濾過システム用の水分除去構造であって、当該水分除去構造が、
    ハウジングと、
    ハウジングに取り付けられたフードであって水平方向に対して鋭角に配設された表面を有するフードと、
    フードの上方に支持され、下向きに延びるプレフィルタであって、プレフィルタを通過する空気から水分をプレフィルタの外側で分離できる濾過媒体を含むプレフィルタと
    を備えており、分離された水分を吸入空気流では運搬できない水滴へと凝集し、水滴がフードに落ちて空気流から離れる、水分除去構造。
14. 吸入空気流の外に水を導くための導管をさらに含む、請求項１３記載の水分除去構造。
15. 前記プレフィルタが、略垂直方向に延在する１以上のポケットフィルタの形態である、請求項１３記載の水分除去構造。
16. 前記プレフィルタが、ハウジングに接続した溝に収容できるフレームを含む、請求項１３記載の水分除去構造。
17. 前記プレフィルタのフレームが、濾過媒体からなるポケットフィルタ構造体の取付周縁部の周囲に延在する、請求項１６記載の水分除去構造。
18. 前記プレフィルタの濾過媒体が疎水性材料からなる、請求項１３記載の水分除去構造。
19. 前記プレフィルタが第二のフードに取り付けられる、請求項１３記載の水分除去構造。
20. 空気流から微粒子を分離するため、ハウジングで支持された一次フィルタをさらに備える、請求項１３記載の水分除去構造。

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