JP2013146729A - プリーツ先端形状を含むフィルタ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】プリーツ先端形状を含むフィルタ組立体を提供すること。
【解決手段】機械用空気を効率的にフィルタ処理する解決策が開示される。一実施形態では、回転機械のフィルタ組立体用のフィルタ要素が提供される。フィルタ要素は、第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツとを含み、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する。
【選択図】 図１

Description

本明細書で開示される主題は、フィルタに関し、より詳細には、回転機械のフィルタ組立体に関する。

特定のタイプの機械は、適正且つ効率的に作動するために清浄な空気流を必要とする。このタイプの機械の１つの実施例はガスタービンである。ガスタービンの作動中、圧縮機は、周囲環境から空気を吸い込み、該空気を加圧して、これを燃焼室に提供する。燃焼室では、空気が供給燃料と混合されて点火される。これにより高温の燃焼ガスが生成され、該燃焼ガスがガスタービンを駆動する。

回転機械の効率を維持及び／又は向上させるために、周囲環境からの空気をフィルタ処理して不要な微粒子を除去し、清浄なフィルタ処理した空気がガスタービンシステムの残りの部分に提供されるようにしなければならない。空気は、フィルタ要素を通って流れ、不要な微粒子が空気から除去される。フィルタ要素内の媒体はプリーツが付けられ、フィルタ要素の全体のサイズ及び重量を実質的に増加させることなくフィルタ表面積を増大させることができる。

米国特許第７９９７４２５号明細書

機械用空気を効率的にフィルタ処理する解決策が開示される。一実施形態では、回転機械のフィルタ組立体用のフィルタ要素が提供される。フィルタ要素は、第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツとを含み、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する。

本開示の第１の態様は、第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツとを備えるフィルタ要素であって、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する、フィルタ要素を提供する。

第２の態様は、ガスタービンと、ガスタービンに動作可能に接続されたフィルタ組立体とを備えるシステムであって、フィルタ組立体が、第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径（tip radius）及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツとを含んでいて、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する、システムを提供する。

第３の態様は、ガスタービンと、ガスタービンに動作可能に接続された熱交換器と、熱交換器に動作可能に接続された蒸気タービンと、ガスタービンに動作可能に接続されたフィルタ組立体とを備えるシステムであって、フィルタ組立体が、第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツとを含んでいて、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する、システムを提供する。

本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態によるフィルタ要素の部分斜視図。 本発明の実施形態によるフィルタ要素の部分斜視図。 本発明の一実施形態によるシステムの概略図。 本発明の一実施形態による複合サイクルシステムの概略図。 本発明の一実施形態による複合サイクルシステムの概略図。

本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

上記で示すように、本発明の態様は、プリーツの複数のセットを含むフィルタ組立体を設けることにより、回転機械における空気を効率的にフィルタ処理するよう構成されたシステム及び装置を提供する。各プリーツはさらに、プリーツ先端の第１の組及びプリーツ先端の第２の組を含むことができる。

発電システムの技術分野において、特定のタイプの機械は、適正且つ効率的に作動するために清浄な空気流を必要とする。このタイプの機械の１つの実施例は、ガスタービンである。ガスタービンの作動中、圧縮機は、周囲環境から空気を吸い込み、該空気を加圧して、これを燃焼室に提供する。燃焼室では、空気は供給燃料と混合されて点火される。これにより高温の燃焼ガスが生成され、該燃焼ガスがガスタービンを駆動する。

効率を維持及び／又は向上させるために、周囲環境からの空気をフィルタ処理して不要な微粒子を除去し、清浄なフィルタ処理した空気がガスタービンシステムの残りの部分に提供されるようにしなければならない。空気は、フィルタ要素を通って流れ、不要な微粒子が空気から除去される。フィルタ要素の媒体はプリーツが付けられ、フィルタ要素の全体のサイズ及び重量を実質的に増加させることなくフィルタ表面積を増大させることができる。

従来のフィルタ要素は、連続したプリーツ形状及び高さを含む。鋭利なプリーツ先端（すなわち、小さなプリーツ先端半径）は、不要な微粒子を収集するのにより開いた表面積を提供する。しかしながら、フィルタ要素の構造は、鋭利なプリーツ先端により脆弱になるおそれがある。より丸みのあるプリーツ先端（すなわち、大きなプリーツ先端半径）は、別の環境において良好な性能をもたらすが、収集される不要な微粒子に対して見掛け上の表面性が少ない。

図面において、フィルタ組立体のフィルタ要素の実施形態が示されており、ここでプリーツの異なる形状が、回転機械、タービン、及び／又は発電システム全体の効率を高めることができる。具体的には、図１を参照すると、本発明の実施形態による、フィルタ要素１００の部分斜視図が示されている。フィルタ要素１００は、第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０を含むことができる。第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０は、実質的に連続したフィルタ媒体の本体上に位置する。実質的に連続した本体は、要素間にクリアランス／ギャップのセットを別にして単一ユニット（例えば、均一な表面又は形状を備えた構成要素）として認識される組立体を形成するように複数の要素が構成されたものである点は理解される。

第１の組のプリーツ１１０では、各プリーツは、第１の先端半径、及び各プリーツ間の第１の間隔を含む。第２の組のプリーツ１２０では、各プリーツは、第２の先端半径、及び各プリーツ間の第２の間隔を含む。第１の先端半径は、第２の先端半径と実質的に異なる点は理解される。例えば、図１に示すように、第１の先端半径は、第２の先端半径よりも小さい。さらに、第１の間隔は、第２の間隔とは実質的に異なることができる点は理解される。例えば、図１に示すように、第１の間隔は、第２の間隔よりも大きい。或いは、第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０は同じ概念上の間隔を含むことができる点は理解される。第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０の両方におけるプリーツの先端半径は、約２ｍｍ〜約０．５ｍｍとすることができる。第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０の各プリーツ間の間隔は、約２０ｍｍ〜約１ｍｍとすることができる。

しかしながら、図１で明確に分かるように、フィルタ媒体の本体上で第１の組のプリーツ１１０の各プリーツのプリーツ高さと第２の組のプリーツ１２０の各プリーツのプリーツ高さは実質的に等しい。

プリーツ先端を鋭利にし（すなわち、先端半径をより小さくし）、プリーツ間の間隔をより大きくすることにより、フィルタ要素１００を通る空気流の許容可能なスペースが増大する。これにより、空気流に対する全体の抵抗が小さくなり、フィルタ前後の最終圧力低下が小さくなる。フィルタ前後の最終圧力低下が小さくなることにより、フィルタは、より高い粉塵保持容量（ＤＨＣ）のような特定の環境において性能上の利点をもたらすことができる。しかしながら、プリーツ先端に丸みを付け（すなわち、先端半径をより大きくし）、プリーツ間の間隔をより小さくすることにより、より大きな機械的抵抗がもたらされ、他のタイプの環境条件においては利点として作用する。フィルタ要素１００にプリーツの複数のセット１１０、１２０を含めることで、幅広い範囲の動作環境に対してフィルタ要素１００の設計が最適化される。

ここで図２に移り、本発明の実施形態による、フィルタ要素２００の部分的斜視図が示される。図示のフィルタ要素２００は、図１に示すフィルタ要素１００の第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０を含む。しかしながら、フィルタ要素２００はまた、第３の組のプリーツ１３０を含む。第１の組のプリーツ及び第２の組の各プリーツと同様の第３の組のプリーツ１３０の各プリーツは、第３の先端半径と、場合によっては第３の間隔とを含む。第３の先端半径は、第１の組のプリーツ１１０の第１の先端半径及び第２の組のプリーツ１２０の第２の先端半径と実質的に異なる。例えば、第３の先端半径は、第２の先端半径よりも小さくすることができ、第２の先端半径は、第１の先端半径よりも小さくすることができる。さらに、第３の組のプリーツ１３０の第３の間隔は、第１の組のプリーツ１１０の第１の間隔及び第２の組のプリーツ１２０の第２の間隔と実質的に異なることができる。例えば、第２の間隔は、第３の間隔よりも大きくすることができ、第１の間隔は、第２の間隔よりも大きくすることができる。しかしながら、第１、第２、及び第３の先端半径並びに第１、第２、及び第３の間隔のサイズ決定のあらゆる順序が実施可能とすることができる点は理解される。さらに、フィルタ要素１００、２００は、プリーツのセットのあらゆる数を含むことができる点は理解される。

図１及び２に示すフィルタ要素１００、２００の実施形態は、第１の組のプリーツ１１０及び第２の組のプリーツ１２０（並びに第３の組のプリーツ（図２）も）を含めるように図示されており、ここで、プリーツのセット１１０、１２０、１３０の各プリーツは、共にグループ化されており、フィルタ要素１００、２００は、交互するプリーツ先端を含むことができる点は理解される。例えば、第１の組のプリーツ１１０のプリーツの後に、第２の組のプリーツ１２０が続くことができ、このパターンは、フィルタ要素１００、２００の周囲全体にわたり続くことができる。

フィルタ要素１００、２００は、何らかの現在公知又は将来開発されるフィルタ材料から作ることができる。例えば、フィルタ要素１００、２００は、セルロース、セルロースとポリエステルの配合物、ガラスマイクロファイバー、ガラスマイクロファイバーと合成繊維の配合物、並びに複合材から作ることができる。しかしながら、あらゆるフィルタ材料を使用できる点は理解される。

ここで図３に移り、本発明の一実施形態によるシステム３５０の概略図が示されている。システム３５０は、ガスタービン３００を含むことができる。しかしながら、上述のように、本発明の実施形態は、空気品質の改善によって恩恵を受けるあらゆる機械に適用することができる。例えば、本発明の実施形態は、限定ではないが、ガス、蒸気、又は風力タービン、或いは内燃エンジンなどの様々な機械にも同様に適用することができる。システム３５０はまた、ガスタービン３００に動作可能に接続されたフィルタ要素１００（又は本明細書で検討されるようなフィルタ要素２００）フィルタ要素１００を含むことができる。ガスタービン３００は、第１の負荷装置３２５に動作可能に接続することができる。負荷装置３２５は、例えば、従来の発電機、圧縮機、ポンプ、又は他の何れかの負荷装置を含むことができる。負荷装置３２５及びガスタービン３００は、シャフト３３０により機械的に結合することができ、該シャフトは、ガスタービン３００の駆動シャフト（図示せず）と負荷装置３２５との間でエネルギーを伝達することができる。

図４に移り、複数シャフト複合サイクル発電プラント４５０の一部の概略図が示されている。複合サイクル発電プラント４５０は、例えば、第１の負荷装置に動作可能に接続されたガスタービン３００を含むことができる。また、図４には、ガスタービン３００及び蒸気タービン４００に動作可能に接続された熱交換器４２０が示される。システム４５０は、フィルタ要素１００（又は本明細書で検討されるフィルタ要素２００）を含むことができる。熱交換器４２０は、従来の導管（参照符号は省略）を介してガスタービン３００及び蒸気タービン４００に流体接続することができる。熱交換器４２０は、従来の複合サイクル発電システムで使用されるものなどの、従来の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）とすることができる。発電分野で公知のように、ＨＲＳＧは、供給水と併せて、ガスタービン３００からの高温排気を用いて蒸気を生成することができ、該蒸気が蒸気タービン４００に送給される。蒸気タービン４００は、任意選択的に、第２の負荷装置４２５に（第２のシャフト４３０を介して）結合することができる。第２の負荷装置４２５及び第２のシャフト４３０は、上述の負荷装置３２５及びシャフト３３０と実質的に同様に作動することができる。図５に示す別の実施形態では、単一シャフト複合サイクル発電プラント５５０は、単一のシャフト３３０を介してガスタービン３００及び蒸気タービン４００両方に結合された単一の発電機３２５を含むことができる。

本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

１００ フィルタ要素
１１０ 第１の組のプリーツ
１２０ 第２の組のプリーツ
２００ フィルタ要素
１３０ 第３の組のプリーツ
３００ ガスタービン
３５０ システム
３２５ 第１の負荷装置
３３０ シャフト
４００ 蒸気タービン
４２０ 熱交換器
４２５ 第２の負荷装置
４３０ 第２のシャフト
４５０ 複数シャフト複合サイクル発電プラント
５５０ 単一シャフト複合サイクル発電プラント

Claims (20)

1. 回転機械のフィルタ組立体用のフィルタ要素であって、
   第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、
   第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツと
   を備え、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する、フィルタ要素。
2. 第１の先端半径が第２の先端半径よりも小さい、請求項１記載のフィルタ要素。
3. 第１の間隔が第２の間隔よりも大きい、請求項２記載のフィルタ要素。
4. 第１の組のプリーツの各プリーツのプリーツ高さと第２の組のプリーツの各プリーツのプリーツ高さとが実質的に等しい、請求項１記載のフィルタ要素。
5. 第３の組のプリーツであって各々のプリーツが第３の先端半径及び第３の間隔を含む第３の組のプリーツをさらに備える、請求項１記載のフィルタ要素。
6. 第３の先端半径が第２の先端半径よりも小さい、請求項５記載のフィルタ要素。
7. 第２の間隔が第３の間隔よりも大きい、請求項６記載のフィルタ要素。
8. ガスタービンと、
   ガスタービンに動作可能に接続されたフィルタ組立体と
   を備えるシステムであって、フィルタ組立体が、
   第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、
   第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツと
   を含んでいて、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する、システム。
9. 第１の先端半径が第２の先端半径よりも小さい、請求項８記載のシステム。
10. 第１の間隔が第２の間隔よりも大きい、請求項９記載のシステム。
11. 第１の組のプリーツの各プリーツのプリーツ高さと第２の組のプリーツの各プリーツのプリーツ高さとが実質的に等しい、請求項８記載のシステム。
12. 第３の組のプリーツであって各々のプリーツが第３の先端半径及び第３の間隔を含む第３の組のプリーツをさらに備える、請求項８記載のシステム。
13. 第３の先端半径が第２の先端半径よりも小さい、請求項１２記載のシステム。
14. 第２の間隔が第３の間隔よりも大きい、請求項１３記載のシステム。
15. ガスタービンと、
    ガスタービンに動作可能に接続された熱交換器と、
    熱交換器に動作可能に接続された蒸気タービンと、
    ガスタービンに動作可能に接続されたフィルタ組立体と
    を備えるシステムであって、、フィルタ組立体が、
    第１の組のプリーツであって各々のプリーツが第１の先端半径及び第１の間隔を含む第１の組のプリーツと、
    第２の組のプリーツであって各々のプリーツが第２の先端半径及び第２の間隔を含む第２の組のプリーツと
    を備えていて、第１の組のプリーツと第２の組のプリーツが連続したフィルタ媒体上に位置する、システム。
16. 第１の先端半径が第２の先端半径よりも小さい、請求項１５記載のシステム。
17. 第１の間隔が第２の間隔よりも大きい、請求項１６記載のシステム。
18. 第１の組のプリーツの各プリーツのプリーツ高さと第２の組のプリーツの各プリーツのプリーツ高さとが実質的に等しい、請求項１５記載のシステム。
19. 第３の組のプリーツであって各々のプリーツが第３の先端半径及び第３の間隔を含む第３の組のプリーツをさらに備える、請求項１５記載のシステム。
20. 第３の先端半径が第２の先端半径よりも小さく、第２の間隔が第３の間隔よりも大きい、請求項１９記載のシステム。