JP2012102685A - 冷却ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】冷却を行わない場合には吸気の圧力損失を抑えるとともに、メンテナンス等を効率よく行うことのできる冷却ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】冷却ユニット２０Ａにおいて、夏季等、外気温が高いときには、ラック２２に冷却コイル２１を収容し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気を冷却する。一方、冬季等、外気温が低いときには、ラック２２から冷却コイル２１を取り外し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気の冷却を行わないようにする。このとき、ラック２２から冷却コイル２１を取り外しておくことで、吸気ダクト１１における圧力損失を少なくする。
また、冷却コイル２１をメンテナンス等する場合には、メンテナンスが必要な冷却コイル２１をラック２２から引き抜き、ラック２２の外部でその作業を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンの吸気ダクトに設けられる冷却ユニットに関する。

発電機等に用いられるガスタービンは、温度の上昇により吸気の質量流量が少なくなると出力が低下する。夏季等、外気温度の高いときには、ガスタービンにより駆動される発電機の出力が定格出力を下回り、電力供給不足となることがある。
そこで、ガスタービンの吸気ダクトに冷却コイルを設置し、吸気温度を低下させることで、発電機の出力を回復させることが行われている（例えば、非特許文献１参照）。

「ガスタービン吸気冷却システム」 三菱重工技報 第３９巻 第２号 １１１頁、三菱重工業株式会社 ２００２年

大型のガスタービンの吸気ダクトの開口は、例えば１０ｍ×１０ｍといった非常に大きなものである。一方、上記したような冷却コイルは、例えば５ｍ×２ｍといったサイズであり、吸気ダクトの開口面積よりも小さい。したがって、吸気ダクトを覆うように、複数個の冷却コイルを設置する必要がある。
しかし、外気温度の低い冬季等においては、吸気を冷却コイルで冷却する必要はなく、このような場合に、吸気ダクトを覆うように設置された冷却コイルは、吸気の流れの圧力損失となり、ガスタービンの出力を損なうという問題がある。

また、複数個の冷却コイルを設置するにあたり、特に高さ方向においては、複数個の冷却コイルを積み重ねて設置している。このため、下段の冷却コイルに例えば水漏れ等のトラブルが発生した場合、トラブルが発生した冷却コイルをメンテナンスするには、上段の冷却コイルも取り外さなければならず、作業に手間がかかるという問題がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、冷却を行わない場合には吸気の圧力損失を抑えるとともに、メンテナンス等を効率よく行うことのできる冷却ユニットを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の冷却ユニットは、ガスタービンの吸気ダクトに設けられ、吸気ダクトから吸入する空気を冷却する冷却ユニットであって、吸気ダクトの流路を塞ぐように設けられ、複数個の冷却コイルを支持するラックと、ラックに着脱自在に設けられる冷却コイルと、を備えていることを特徴とする。
このように、吸気ダクトの流路を塞ぐように設けられたラックに、冷却コイルを着脱可能とすることで、季節の変化に応じて冷却コイルをラックにセットして吸気の冷却を行ったり、冷却コイルをラックから外して圧力損失を抑えることができる。

ラックはいかなる構成でも良いが、ラック内に冷却コイルをセットする棚板と、ラックの側面または上面に形成され、棚板上に冷却コイルを出し入れするための開口部と、を備えた構成とすることができる。
また、ラックの外部において冷却コイルを収容して搬送する治具を備え、ラックの外周側から治具を開口部に対向させ、治具と棚板との間で開口部を通して冷却コイルを出し入れすることもできる。
このようなラックに、棚板からラックの側方に向けて突出するよう設けられたレールと、レール上を移動可能に設けられ、冷却コイルが搭載されるプレートと、を備えることもできる。
さらに、ラックの側面の開口部に対向するよう設けられた冷却コイル収納ラックをさらに備え、冷却コイル収納ラックは、ラックのそれぞれの棚板と同じ高さに設けられ、冷却コイルを支持するとともに、冷却コイルを開口部に向けて進退させるラックレールを備えることもできる。

ラックは、冷却コイルを、吸気ダクトの吸気方向に沿って複数列に収容可能とされ、冷却コイル収納ラックは、冷却コイルを、ラックと同数の複数列に収容可能とすることもできる。

冷却コイルを複数段に組み合わせて冷却コイルユニットが構成され、ラック内に開口部から冷却コイルユニットを収容することもできる。

本発明によれば、吸気ダクトの流路を塞ぐように設けられたラックに、冷却コイルを着脱可能とすることで、季節の変化に応じ、冷却コイルをセットして吸気の冷却を行ったり、冷却を行わない場合には、冷却コイルを外して圧力損失を抑えることができる。また、ラックの各段の棚板に冷却コイルをセットすれば良いので、メンテナンスを行う場合にも、対象となる冷却コイルのみを取り外すことができ、効率よく作業を行える。

第一実施の形態における冷却ユニットを備えたガスタービンの構成を示す斜視図であり、一部の冷却コイルをラックからスライドさせた状態を示す図である。 冷却ユニットの斜視図である。 ラックへの冷却コイルの出し入れの様子を示す断面図である。 第二の実施の形態における冷却ユニットを示す図であり、（ａ）は冷却ユニットおよび治具の斜視図、（ｂ）は冷却ユニットと治具の連結構造の一例を示す平面図である。 ラックに冷却コイルの出し入れするための構造の例を示す断面図である。 第三の実施の形態における冷却ユニットを示す斜視図である。 第四の実施の形態における冷却ユニットを示す斜視図である。 第五の実施の形態における冷却ユニットを示す図であり、（ａ）は冷却ユニットの斜視図、（ｂ）は平面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるガスタービンの吸気ダクト部分の構成を説明するための図である。
この図１に示すように、発電機を駆動するためのガスタービン１０は、吸気ダクト１１に、吸気を取り入れるための流路を塞ぐように、複数個の冷却コイル２１を備えた冷却ユニット２０Ａが設けられている。なお、冷却ユニット２０Ａは、吸気ダクト１１の流路を塞ぐ位置であれば、吸気ダクト１１の吸気口を塞ぐように設けても良いし、吸気ダクト１１内において流路を塞ぐように設けても良い。

図１、２に示すように、冷却ユニット２０Ａは、複数個の冷却コイル２１を収容するラック２２と、これに収容される複数個の冷却コイル２１とから構成されている。

各冷却コイル２１は、全体の外形が直方体状をなした既知のものであり、冷媒としての水を通すチューブと、チューブに設けられたフィンとを備えている。

図２に示すように、ラック２２は、矩形の外枠２２ａと、幅方向中間部に設けられた支柱２２ｂと、外枠２２ａと支柱２２ｂとの間に上下に複数段に形成された棚板２２ｃとを備えている。ここで、ラック２２は、吸気ダクト１１に対向する側と、その反対側とに開口するよう、支柱２２ｂや棚板２２ｃが設けられている。

ラック２２の外枠２２ａの側面には、各棚板２２ｃ上の空間にラック２２の外部から連通する開口部２４が形成されている。また、図３に示すように、各段の棚板２２ｃには、吸気ダクト１１の幅方向に連続するレール２３が形成されている。レール２３は、例えば、複数の回転自在なローラ２３ａを、吸気ダクト１１の幅方向に連続して設けることで構成することができる。そして、各冷却コイル２１は、ラック２２の外部から、側方の開口部２４を通し、レール２３上をスライドさせて外枠２２ａの内部空間に出し入れすることができる。

このような冷却ユニット２０Ａにおいては、夏季等、外気温が高いときには、ラック２２に冷却コイル２１を収容し、冷却コイル２１に配管を接続して外部から通水することで、吸気ダクト１１から取り入れる吸気を冷却する。一方、冬季等、外気温が低いときには、ラック２２から冷却コイル２１を取り外し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気の冷却を行わないようにする。このとき、ラック２２から冷却コイル２１を取り外しておくことで、吸気ダクト１１における圧力損失を少なくすることができ、効率良くガスタービン１０の運転を行うことができる。
また、冷却コイル２１をメンテナンス等する場合には、メンテナンスが必要な冷却コイル２１のみをラック２２から引き抜き、ラック２２の外部でその作業を行うことができる。これにより、不必要な冷却コイル２１を外す必要が無く、その手間がかからないばかりでなく、メンテナンス作業中であっても、ラック２２に残っている冷却コイル２１で吸気の冷却を行いながらガスタービン１０の運転を行うことができるので、ガスタービン１０の稼働率を高めることもできる。

なお、上記第一の実施形態において、各段の棚板２２ｃに、冷却コイル２１を上下に複数段に重ねたものを収容するようにしても良い。

次に、本発明の他の複数の実施形態を示す。
以下に示す各実施形態においては、上記第一の実施形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略する。
［第二の実施形態］
図４（ａ）に示すように、第二の実施形態における冷却ユニット２０Ｂは、上記第一の実施形態における冷却ユニット２０Ａのラック２２に対し、冷却コイル２１を出し入れする際に用いる治具２５を備えている。

この治具２５は、冷却コイル２１を囲むように設けられたフレーム２５ａと、冷却コイル２１が搭載される底板２５ｂとを少なくとも備える。治具２５は、ラック２２の外枠２２ａの側面に形成された開口部２４に対向するよう位置決めされた状態で、棚板２２ｃと底板２５ｂとの間で冷却コイル２１をスライドさせて出し入れする。このため、フレーム２５ａや底板２５ｂには、冷却コイル２１を、その幅方向へのスライド移動を容易とするためのローラやレール２６等を備えても良い。

また、治具２５は、ラック２２の外枠２２ａの側面に対向させた状態で、ラック２２に対して位置が固定できるような着脱可能な固定手段を備えるのが好ましい。このような固定手段としては、ボルトやピンを用いることもできるし、フック等で治具２５とラック２２を互いに係合させても良い。
また、図４（ｂ）に示すように、底板２５ｂとラック２２の棚板２２ｃとに、互いに噛み合う凸部２６Ａと凹部２６Ｂを設け、治具２５をラック２２に接続・脱離可能にするのが好ましい。このとき、凸部２６Ａは、基部から先端部に行くに従い幅が漸次拡大する逆テーパ状とし、凹部２６Ｂは、凸部２６Ａに噛み合う形状とすることができる。このような凸部２６Ａと凹部２６Ｂを備えることで、治具２５をクレーン等から吊り下げて底板２５ｂをラック２２の棚板２２ｃの上方に位置させた状態から下降させることで、凸部２６Ａと凹部２６Ｂを噛み合わせて底板２５ｂと棚板２２ｃとを接続することができる。この状態で、治具２５とラック２２との間で、冷却コイル２１の出し入れを容易かつ確実に行うことができる。
また、治具２５をラック２２から脱離させる場合には、治具２５を上昇させて凸部２６Ａと凹部２６Ｂとの噛み合わせを解除すればよい。

このような構成においては、季節の変わり目やメンテナンスを行う際にラック２２に冷却コイル２１を出し入れする際に、治具２５に冷却コイル２１を収容し、治具２５をラック２２に対して位置決めすることで、冷却コイル２１の出し入れを容易かつ確実に行うことができる。

また、底板２５ｂとラック２２の棚板２２ｃとに、互いに噛み合う凸部２６Ａと凹部２６Ｂを設けることで、棚板２２ｃと底板２５ｂを互い位置決めして連結することができる。これにより、治具２５とラック２２との間で、冷却コイル２１の出し入れを容易かつ確実に行うことができる。

また、上記第一、第二の実施形態において、図５に示すような構成を組み合わせて採用することができる。
すなわち、図５に示すように、ラック２２の各棚板２２ｃ上に複数個のローラ２９ａからなるレール２９を設ける。このレール２９は、端部２９ｂを、ラック２２から側方に突出させる。
また、レール２９上には、冷却コイル２１を搭載するためのプレート５０を設けておく。このプレート５０は、ラック２２の内側に向かう端部に、上方に突出するストッパ５０ａが形成されている。また、プレート５０は、冷却コイル２１の幅の１／２以上の長さＬを有する。
冷却コイル２１において、ラック２２に対する挿入方向後端側の底面には、プレート５０と同じ厚さのシュープレート５１を設けておく。

このような構成によれば、ラック２２の各棚板２２ｃに冷却コイル２１を収容するときには、レール２９上に設けられたプレート５０上に冷却コイル２１をセットする。このとき、冷却コイル２１の端部２１ａがストッパ５０ａに突き当たるようにする。プレート５０は、冷却コイル２１の幅の１／２以上の長さＬを有するので、冷却コイル２１をプレート５０上に載せれば、冷却コイル２１がプレート５０から落下することがない。プレート５０上の冷却コイル２１をレール２９に沿って移動させてラック２２に収容する。このとき、冷却コイル２１のシュープレート５１がレール２９に載ることで、冷却コイル２１はさらに安定して搬送される。

このように、レール２９およびプレート５０を設けることで、冷却コイル２１のラック２２への取付を容易に行うことが可能となる。

［第三の実施形態］
図６に示すように、第三の実施形態における冷却ユニット２０Ｃは、上記第一の実施形態における冷却ユニット２０Ａのラック２２に、不使用時に冷却コイル２１を収容するための冷却コイル収納ラック２７を備えている。
冷却コイル収納ラック２７は、ラック２２に対し、幅方向の両側にそれぞれ設けられている。それぞれの冷却コイル収納ラック２７は、ラック２２の棚板２２ｃの段数と同段数のラックレール２８を備えている。各段のラックレール２８は、レール２３に連続するよう設けられ、各段に冷却コイル２１を搭載できるようになっている。
各ラックレール２８には、ローラ等を備えて、冷却コイル２１をラックレール２８が連続する方向に容易に移動できるようにするのが好ましい。

このような構成によれば、夏季等、外気温が高いときには、冷却コイル収納ラック２７からラック２２に開口部２４を通して冷却コイル２１を移動させて収容し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気を冷却する。一方、冬季等、外気温が低いときには、ラック２２から冷却コイル収納ラック２７に開口部２４を通して冷却コイル２１を退避させ、吸気ダクト１１から取り入れる吸気の冷却を行わないようにする。これにより、吸気ダクト１１における圧力損失を少なくすることができ、効率良くガスタービン１０の運転を行うことができる。
また、季節の変わり目やメンテナンスを行う際には、ラック２２と、その両側に位置する冷却コイル収納ラック２７との間で冷却コイル２１を移動させるのみで良いので、冷却コイル２１の出し入れを容易かつ確実に行うことができる。

［第四の実施形態］
図７に示すように、第四の実施形態における冷却ユニット２０Ｄは、ラック３２に、複数台の冷却コイルブロック３１が収容されている。

各冷却コイルブロック３１は、冷却コイル２１を上下に複数台重ねて一体ユニット化したもので、本実施形態では３台の冷却コイル２１から冷却コイルブロック３１が構成されている。もちろん、２台、あるいは４台以上の冷却コイル２１から冷却コイルブロック３１を構成することもできる。

ラック３２は、その上面に、冷却コイルブロック３１を出し入れするための開口部３４が形成されている。そして、ラック３２内には、各冷却コイルブロック３１をガイドするためのガイド部材３５が上下方向に連続して設けられている。ラック３２内には、冷却コイルブロック３１を、吸気ダクト１１の幅方向に複数列に並べて収容することができる。本実施形態においては、ラック３２内に、冷却コイルブロック３１を例えば４列に並べて収容しているが、２列、３列、５列以上とすることもできるし、１列のみとすることも可能である。

そして、冷却ユニット２０Ｄにおいては、夏季等、外気温が高いときには、ラック３２に冷却コイルブロック３１を収容し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気を冷却する。一方、冬季等、外気温が低いときには、ラック３２から冷却コイルブロック３１を取り外し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気の冷却を行わないようにする。このとき、ラック３２から冷却コイルブロック３１を取り外しておくことで、吸気ダクト１１における圧力損失を少なくすることができ、効率良くガスタービン１０の運転を行うことができる。
また、冷却コイルブロック３１をメンテナンス等する場合には、メンテナンスが必要な冷却コイルブロック３１をラック３２から引き抜き、ラック３２の外部でその作業を行うことができる。これにより、不必要な冷却コイルブロック３１を外す必要が無く、その手間がかからないばかりでなく、メンテナンス作業中であっても、ラック３２に残っている冷却コイルブロック３１で吸気の冷却を行いながらガスタービン１０の運転を行うことができるので、ガスタービン１０の稼働率を高めることもできる。
さらに、このような構成においては、複数台の冷却コイル２１を予めユニット化した冷却コイルブロック３１を用いることで、冷却コイル２１の脱着を効率良く行うことができる。

［第五の実施形態］
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第五の実施形態における冷却ユニット２０Ｅは、ラック４２に、複数台の冷却コイルブロック４１が収容されている。

各冷却コイルブロック４１は、冷却コイル２１を上下に複数台重ねて一体ユニット化したもので、本実施形態では３台の冷却コイル２１から冷却コイルブロック４１が構成されている。もちろん、２台、あるいは４台以上の冷却コイル２１から冷却コイルブロック４１を構成することもできる。

ラック４２は、その上面に、冷却コイルブロック４１を出し入れするための開口部４３が形成されている。そして、ラック４２内には、各冷却コイルブロック４１をガイドするためのガイド部材４５が上下方向に連続して設けられている。ラック４２内には、冷却コイルブロック４１を、吸気ダクト１１の幅方向に複数列に並べて収容することができる。ここで、ラック４２には、冷却コイルブロック４１を、吸気ダクト１１の吸気方向に沿って複数列(本実施形態においては２列)に収容できるようになっている。そして、ラック４２の中心側の冷却コイルブロック４１Ａ、４１Ｂと、外側の冷却コイルブロック４１Ｃ、４１Ｄは、吸気方向にオフセットさせて収容される。

さらに、このようなラック４２の両側に、不使用時に冷却コイルブロック４１を収容するための冷却コイル収納ラック４４を備えている。冷却コイル収納ラック４４は、冷却コイルブロック４１を、ラック４２に応じて、吸気方向に互いに前後させて収納できるようになっている。
また、ラック４２の側面に、冷却コイルブロック４１を冷却コイル収納ラック４４に出し入れするための側面開口部４６が形成されている。

このような構成によれば、夏季等、外気温が高いときには、冷却コイル収納ラック４４からラック４２に側面開口部４６を通して冷却コイルブロック４１を移動させて収容し、吸気ダクト１１から取り入れる吸気を冷却する。一方、冬季等、外気温が低いときには、ラック４２から冷却コイル収納ラック４４に側面開口部４６を通して冷却コイルブロック４１を退避させ、吸気ダクト１１から取り入れる吸気の冷却を行わないようにする。これにより、吸気ダクト１１における圧力損失を少なくすることができ、効率良くガスタービン１０の運転を行うことができる。
また、季節の変わり目やメンテナンスを行う際には、ラック４２と、その両側に位置する冷却コイル収納ラック４４との間で冷却コイルブロック４１を移動させるのみで良いので、冷却コイルブロック４１の出し入れを容易かつ確実に行うことができる。

そして、冷却コイル収納ラック４４は、冷却コイルブロック４１を、ラック４２に応じて、吸気方向に互いに前後させて収納できるようになっているので、冷却コイル収納ラック４４の幅を、一個分の冷却コイルブロック４１の幅に応じたものとすることができ、冷却コイル収納ラック４４のコンパクト化を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、ガスタービン１０の吸気ダクト１１に冷却ユニット２０Ａ〜２０Ｅを設ける例を示したが、ガスタービン１０自体の構成については何ら限定するものではない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…ガスタービン、１１…吸気ダクト、２０Ａ〜２０Ｅ…冷却ユニット、２１…冷却コイル、２２…ラック、２２ｃ…棚板、２４…開口部、２５…治具、２７、４４…冷却コイル収納ラック、２８…ラックレール、３１、４１…冷却コイルブロック、３２、４２…ラック、３４、４３…開口部、４６…側面開口部（開口部）、５０…プレート

Claims (7)

1. ガスタービンの吸気ダクトに設けられ、前記吸気ダクトから吸入する空気を冷却する冷却ユニットであって、
   前記吸気ダクトの流路を塞ぐように設けられ、複数個の冷却コイルを支持するラックと、
   前記ラックに着脱自在に設けられる前記冷却コイルと、
   を備えていることを特徴とする冷却ユニット。
2. 前記ラックは、
   前記ラック内に前記冷却コイルをセットする棚板と、
   前記ラックの側面または上面に形成され、前記棚板上に前記冷却コイルを出し入れするための開口部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ユニット。
3. 前記ラックの外部において前記冷却コイルを収容して搬送する治具を備え、
   前記ラックの外周側から前記治具を前記開口部に対向させ、前記治具と前記棚板との間で前記開口部を通して前記冷却コイルを出し入れすることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
4. 前記棚板から前記ラックの側方に向けて突出するよう設けられたレールと、
   前記レール上を移動可能に設けられ、前記冷却コイルが搭載されるプレートと、
   を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却ユニット。
5. 前記ラックの側面の前記開口部に対向するよう設けられた冷却コイル収納ラックをさらに備え、
   前記冷却コイル収納ラックは、前記ラックのそれぞれの前記棚板と同じ高さに設けられ、前記冷却コイルを支持するとともに、前記冷却コイルを前記開口部に向けて進退させるラックレールを備えていることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
6. 前記ラックは、前記冷却コイルを、前記吸気ダクトの吸気方向に沿って複数列に収容可能とされ、
   前記冷却コイル収納ラックは、前記冷却コイルを、前記ラックと同数の複数列に収容可能であることを特徴とする請求項５に記載の冷却ユニット。
7. 前記冷却コイルを複数段に組み合わせて冷却コイルユニットが構成され、
   前記ラック内に前記開口部から前記冷却コイルユニットが収容されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の冷却ユニット。

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