JP2018524508A - 吸気システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、空気濾過によって保護されている装置の１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある吸気システムの運転方法を開示し、ここでこの方法は、１つまたは複数の吸気フィルタでの吸気の相対空気湿度を、吸気フィルタの差圧に関連して調整することを含んでいる。

Description

本発明は、空気濾過によって保護されている装置の１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある吸気システムの運転方法に関する。特に、本発明は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、または他の原動機への吸気を冷却する霧化システムに関する。さらに、これらの実施形態は、これらの霧化システムの制御方法に関する。

ガスタービンおよびディーゼルエンジンは、軸動力を発生させるために、ほぼ一定量の空気を圧縮し、燃料を点火することによって動力を提供する。この軸動力は、発電に使用される発電機を駆動するために使用されても、油およびガスの輸送または他のプロセスにおいて使用される圧縮機またはブロワを駆動するために使用されてもよい。周辺空気温度が上昇すると、空気密度が低下し、これによってガスタービンを通る質量流量も低下する。したがってガスタービンおよびディーゼルエンジンは、周辺温度が上昇するにつれて出力を損失する傾向があり、燃料比は増加する。典型的に、ガスタービンは、吸気口温度が１℃上昇する毎に、その定格出力の約０．７％から約０．９％を失う。

現在、この一般的な問題は、吸気温度を補正する吸気口冷却システムを設置することによって解決されている。この温度低下のための一般的な方法には、冷却コイルの設置、媒質タイプの蒸発冷却器の設置および霧化システムの設置が含まれる。この霧化システムは一般的に、フィルタ段階に続くシステム内に噴霧された水の蒸発によって空気温度を冷却している。しかし、これらのタイプのシステムはそれぞれ、特定の欠点を有している。

冷却コイルおよび付随するプラントは高価であり、かつプラント運転の複雑さをさらに高めてしまう。さらに、これらのタイプのシステムは、使用されていないときでも、気流に圧力差を生じさせてしまう。

媒質タイプの蒸発冷却器は比較的単純であるが、周辺の空気状態の変化に対応するように調整することはできない。さらに、これらのシステムで使用される媒質は傷みやすく、かつ一年中、気流に圧力差を生じさせてしまう。さらに、媒質の管理または交換時には、ガスタービンまたは他の下流プロセスは停止されなければならない。

霧化システムは、水滴の形態の霧を空気に導入する。導入された水滴はその後、空気中に蒸発し、これは新しい平衡状態、すなわちより低い温度とより高い相対湿度を生じさせる。どのような所与の開始点からも、システムエンタルピーは変化せずに保たれ、さらに、利用可能な水の量を制限することによって、初期周辺温度と対応する湿球温度との間の温度を実現することができる。このプロセスは霧化として知られており、当該技術分野において、周辺温度の上昇時に生じる出力損失に対抗するために使用されている。しかし、現在技術によるシステムは、多くの制限および欠点を有している。これらの制限および欠点のいくつかに対処するために、本開示では、霧化は２つの別個の段階（１つはフィルタの前に位置し、もう１つはフィルタの後に位置する）に分けられ、霧化の各段階に対して別個の制御システムが提供される。

少し前の技術による霧化システムは、吸気口フィルタの上流に配置されていた。フィルタ圧の下降が増大するという問題のために、現在の技術では、霧化システムは、濾過の最終段階の下流に配置されている。これらの現在技術による霧化システムは、フィルタ要素のソーキングを回避するために、および周辺温度から湿球温度へ移行するのに十分な水を提供するために、清浄な気流（濾過後の気流）内に多数の下流高圧ノズルを必要とする。これらのノズルは、清浄な気流内に配置されているので、あらゆる修正または修理の際に、システムの停止、侵入、部分的な分解が必要となってしまう。さらに、粗いレベルでしかこれらのシステムを制御することができない。例えば、４段階ポンプシステムでは、分解能は約２５％低下される。さらに、これらのシステムでは、微細なノズル開口部の石灰化を回避するために、脱塩水の使用が推奨されている。最後的には、清浄な空気路内のノズルの数が多いので、異物損傷のリスクがあり、ノズルまたはノズルの一部が緩んで、気流内に、ひいては下流側機器に落下するだろう。

したがって濾過性能に影響を与えず、かつ清浄な空気路内のハードウェアを最少化または排除する、細かく制御される霧化システムが当該技術分野において必要とされている。吸気路内の脱塩水の使用を最少化または排除するシステムが当該技術分野において必要とされている。さらに、このような脱塩水の使用の最少化または排除は、圧縮機１０のベルマウスの近くの導管の床にたまっていることがある自由水の有害な影響を最小にする。

本開示は特に、空気濾過によって保護されている装置の１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある吸気システムの運転方法に関し、ここでこの方法は、１つまたは複数の吸気フィルタでの吸気の相対空気湿度を、この吸気フィルタの差圧に関連して調整することを含んでいる。本発明のこの解決策は、特に、相対空気湿度が、特に約８０％である所定の相対空気湿度の値を超えている場合に、吸湿性のフィルタ媒質および／またはこのフィルタによって捕捉された吸湿性汚染がフィルタ差圧を増大させてしまうという事実に基づいている。したがって本発明によって定義された相対空気湿度を制御することが重要である。有利には、約８０％を下回るレベルへ相対空気湿度を制御することが意図されている。他方では、周辺相対空気湿度に対して吸気湿度が高いほど、蒸発冷却の効果が高くなる。この結果、相対空気湿度に対して最適な設定点があり、これは正確に制御される必要がある。

相対空気湿度は有利には、総計約７０％から９０％の間、特に７５％から８５％の間に設定されている。

相対空気湿度はさらに有利には、総計約８０％に設定されている。約８０％より高い相対空気湿度を伴う、フィルタ差圧の上昇の作用は、使用されているフィルタ上の汚染負荷の総計とともに悪化する。低い相対湿度でのフィルタ差圧と高い相対湿度（＞８０％）でのフィルタ差圧との間の差は、汚染負荷とともに増大する。したがって湿度が高い場合には、各フィルタでの最大差圧のアラームがトリガされることがある。８０％を下回るように相対空気湿度を低減させることによって、フィルタの寿命は長くなる。なぜならフィルタの「湿った」差圧レベルが阻止されるからである。

相対空気湿度は有利には、冷却システムによって設定される。

冷却システムは有利には、蒸発冷却システムを含んでいる。

蒸発冷却システムは有利には、霧化システムを含んでいる。

霧化システムは有利には、少なくとも１つのロータリー噴霧器を含んでいる。このシステムは、周辺空気の湿度が低く、有利には８０％未満の相対湿度である場合に特に有利である。この場合には、少なくとも１つのロータリー噴霧器の水滴の蒸発によって、極めて強い冷却効果が存在する。本発明は、低い水圧および単純なノズル設計を使用することを可能にする。さらに、異なる種類の水を使用することができる。

装置は、有利には、空気濾過によって保護されており、霧化システムは有利には、１つまたは複数の吸気フィルタの上流または下流に配置されている。本発明のシステムでは、液滴サイズは、回転スクリーンの形状およびその回転速度（ＲＰＭ）の関数である。これは多くの場合、ロータリー噴霧器への水流量に関連しない。したがって水流量を独立して調整することができる、または水流量の変化が液滴サイズに影響を与えない。したがって、液滴が完全に蒸発するのに必要な時間に影響を与えない。したがって本発明では、冷却されるべき装置または霧化システムに続くフィルタ上に液滴が残ることはない。

本発明のロータリー噴霧器は、高圧噴霧ノズルの水吐出量（毎分約０．１リットル）と比較して高い水吐出量（毎分約３リットル）を有していてよい。したがって、必要な霧化ユニットは格段に少なくなる。

冷却システムは、有利には、２つの冷却段階を含んでおり、特に、１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある第１段階の霧化システムと、１つまたは複数の吸気フィルタの下流にある第２段階の霧化システムと、を含んでいる。この場合には、吸気フィルタを使用して、吸気から全ての残留水滴を濾過して、装置に搬送することができる。噴霧器がフィルタの前に配置されている場合、これらのフィルタはさらに、低純度の水の固形成分を濾過してよい。そうでなければこの固形成分は、フィルタの後に設置されている霧化システムのタービンに入ってしまうだろう。タービンでは、フィルタの下流にあるタービンの吸気口の清浄空気側にアクセスするために、タービンの停止が必要である。しかし、このようなタービンの計画的な停止はまれである。既に１年に２回行われることはしばしばあるが、３年に１回しか行われないこともある。提案された有利なシステムでは、設置領域の調査のため、設置のため、およびロータリー噴霧器のメンテナンスのために、このシステムのタービンが停止される必要はない。したがって霧化システムは迅速に設置可能であるが、他の冷却システム（蒸発冷却器、高圧霧化システム、または冷却装置）の場合には、設置領域の調査のために次の停止を待つ必要があり、その後のものは設置のために、次の次の停止を待たなければならない。この待ち時間の間、従来のシステムが導入される前に、提案されたシステムは既に世代による利益となり、その導入された資本経費は既に返済される。

第２の冷却段階は有利には、約１００％に空気湿度を調整する。

空気湿度は有利には、加熱システムによって設定される。この加熱システムは、吸気の空気温度を適切に上げるために設けられている。およそ８０％から１００％の間の周辺相対空気湿度の場合には、吸気の空気温度の上昇は、フィルタでの吸気の相対湿度を低減させることがあり、これによって、警報限界をトリガするフィルタ差圧ピークを阻止することができる。したがって加熱システムは、予期されていないタービン停止のリスクを低減することができる。

加熱システムは有利には、吸気内へ搬送される暖気によって熱を提供する。

暖気は有利には、特にガスタービンの圧縮機抽気を含んでいる。

さらに暖気は、有利には、原動機エンクロージャ、特にタービンエンクロージャの排気を含んでいる。

さらに有利には、暖気は、タービン排気を含んでいる。

択一的に、加熱システムは有利には、熱交換器によって熱を提供する。

すなわち、加熱システムは有利には、加熱器、特に電気式加熱器または燃焼装置によっても熱を提供する。

装置は、有利には、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、他の原動機、または一般的な換気装置、クリーンルームから成るグループから選択される。

本開示はさらに、特に、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、他の原動機、または一般的な換気装置、クリーンルームへの吸気を冷却するように設計された、２段階霧化システムおよび２段階霧化システムを制御する方法に関する。この２段階システムは、１つまたは複数の吸気フィルタの上流に設置されている高能力の第１段階の霧化システムを含んでおり、ここで第１の制御システムはフィルタ差圧の増大を阻止する。この２段階システムはさらに、１つまたは複数の吸気フィルタの下流に設置されている低能力の第２段階の霧化システムを含んでおり、ここで第２の制御システムは、第１段階の霧化システムの総空気冷却の大部分に対する補助的冷却を湿球温度へ向かって制御する。湿球温度は、空気中への水の蒸発による完全な飽和状態または１００％の相対湿度に冷却される場合の空気の温度である。

いくつかの実施形態では、このシステムの第１段階は、可変周波数駆動を備えた複数のロータリー噴霧器と、低圧の水の供給源と、可変水量を提供する比例制御弁と、を含んでいてよい。他の実施形態では、このシステムの第１段階は、上述したものと、自動レベル制御を備えた保水タンクと、比例制御弁と、固定速度循環水ポンプまたは低圧循環水ポンプと、を含んでいてよい。

他の実施形態では、このシステムの第１段階は、可変周波数駆動を備えた複数のロータリー噴霧器と、低圧の水の供給源と、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供してよい可変周波数駆動を備えた循環水ポンプと、を含んでいてよい。ロータリー噴霧器は、水の流量を連続的に、かつ液滴サイズに無関係に制御することができる。したがって、周辺相対空気湿度が、約８０％の相対空気湿度を下回る場合、これらの種類の冷却システムは、操作の有利なモードである。これは、霧化システムの断熱的な冷却効果によって、ガスタービン効率および出力を最適化する。

さらに他の実施形態では、このシステムの第１段階は、複数の中圧ノズルと、低圧の水の供給源と、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供してよい可変周波数駆動を備えた循環水ポンプと、を含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、このシステムの第２段階は、複数の空気支援式噴霧器と、低圧の水の供給源と、可変水量を実質的に連続的に提供することができる比例制御弁と、低圧の空気の供給源と、可変空気量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、低圧の空気の供給源は圧縮機であってよい。他の実施形態では、このシステムの第２段階はさらに、自動レベル制御を備えた保水タンクと、固定速度循環水ポンプと、を含んでいてよい。

他の実施形態では、このシステムの第２段階は、複数の高圧ノズルと固定速度循環水ポンプとを含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、２段階霧化システムの第１の制御システムは、フィルタ差圧と相対湿度の曲線に従って計算された相対湿度の設定点を利用してよい。制御システムは、予期される動作範囲内の差圧の設定点を利用してよい。制御システムは、周辺温度と湿球温度との間の下流温度の設定点を利用してよい。全ての場合において、噴霧器への水流量を調節することによって所望の設定点に達するために閉ループ制御システムが使用される。

いくつかの実施形態では、２段階霧化システムの第２の制御システムは、湿球温度へ向けた補助的冷却のために操作者の選択によって操作されるオン／オフスイッチを利用してよい。

本開示は、フィルタハウスを介して装置に供給される周辺空気に水滴を加えることを含んでいる、２段階霧化システムの制御方法も含んでいる。霧化システムの第１段階の制御方法は、複数の第１段階の噴霧器への水流量を制御することと、差圧を測定することと、相対湿度の設定点に従って、第１段階の噴霧器への水流量を調整することと、を含んでいてよい。霧化システムの第１段階の制御方法は、複数の第１段階の噴霧器への水流量を制御することと、予め定められた、相対湿度の設定点に従って、第１段階の噴霧器への水流量を調整することと、を含んでいてよい。霧化システムの第１段階の制御方法は、複数の第１段階の噴霧器への水流量を制御することと、下流温度を測定することと、下流温度の設定点に従って、第１段階の噴霧器への水流量を調整することと、を含んでいてよい。霧化システムの第２段階の制御方法は、湿球温度へ向けた補助的冷却のために、操作者の選択に応じて、複数の第２段階のノズルをオン／オフすることを含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、この２段階システムと組み合わせられる装置は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、他の原動機、または一般的な換気装置、クリーンルームから成るグループから選択されてよい。

いくつかの実施形態では、複数の第１段階の噴霧器は、フィルタハウスの約１メートル上流に配置されていてよい。他の実施形態では、複数の第１段階の噴霧器を上流に、かつフィルタハウスに隣接して配置してよい。他の実施形態では、複数の第１段階の噴霧器を、多数のフィルタ段階の下流に、かつ最終フィルタ段階の上流に配置してよい。

いくつかの実施形態では、複数の低能力の第２段階の霧化器（例えば噴霧器またはノズル）をフィルタハウスの下流に配置してよい。

ガスタービンの吸気温度を低下させる２段階システムが記載されており、ここで第１段階は、周辺温度と湿球温度との間の空気冷却ポテンシャルの約９０％までを達成することができる、フィルタの上流に配置された高能力の霧化システムを含んでおり、第２段階は、冷却の約１０％を達成することができる、フィルタの下流に配置された低能力の霧化システムを含んでいる。

１つまたは複数のフィルタを含んでいるガスタービンの吸気温度を低下させる２段階霧化システム。１つまたは複数のフィルタの上流に配置されており、かつ周辺温度と湿球温度との間の空気冷却ポテンシャルの約９０％までを達成することができる１つまたは複数のロータリー噴霧器を含んでいる第１段階。１つまたは複数のフィルタの下流に配置されており、かつ湿球温度へ向けた約１０％の補助的空気冷却を達成することができる１つまたは複数のノズルを含んでいる第２段階。

ガスタービンの吸気温度を低下させる霧化システムの制御方法を含むさらなる実施形態が記載されており、ここでこの方法は、フィルタの上流の空気に水滴を導入することと、周辺温度、周辺相対湿度および周辺空気圧を測定することと、フィルタ直後の温度、相対湿度および空気圧を測定することと、差圧値を計算することと、フィルタ後の設定相対湿度を維持することと、を含んでいてよく、ここで、この設定相対湿度は、差圧／相対湿度曲線に従って決定され、この方法はさらに、設定相対湿度に達するように水流量を制御することを含んでいてよく、ここで水流量を増加させると相対湿度が増加し、水流量を低下させると相対湿度が低下する。

ガスタービンの吸気温度を低下させる霧化システムの制御方法を含むさらなる実施形態が記載されており、ここでこの方法は、フィルタの上流の空気に水滴を導入することと、周辺温度、周辺相対湿度および周辺空気圧を測定することと、フィルタ直後の温度、相対湿度および空気圧を測定することと、差圧値を計算することと、フィルタ後の設定温度を維持することと、を含んでいてよく、ここで、この設定温度は、周辺温度と湿球温度との間の値であり、この方法はさらに、設定温度に達するように水流量を制御することを含んでいてよく、ここで水流量を増加させると下流温度が低下し、水流量を低下させると下流温度が上昇する。

いくつかの実施形態では、設定相対湿度は約８０％から約９５％であってよい。他の実施形態では、設定相対湿度は約９０％であってよい。

いくつかの実施形態では、水流量の制御はさらに、比例制御弁の作動を含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、水流量の制御はさらに、可変周波数駆動ポンプの作動を含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、空気濾過によって保護されている原動機の吸気温度を低下させるシステムは、高能力の第１段階の霧化システムと低能力の第２段階の霧化システムとを含んでいてよい。１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある高能力の第１段階の霧化システムは総空気冷却の大部分を提供し、ここで第１の制御システムは、周辺温度と比較して吸気温度を低下させるために、設定相対湿度に達するように第１段階の霧化システムへの水流量を実質的に連続的に調節する。１つまたは複数の吸気フィルタの下流にある低能力の第２段階の霧化システムは、第１段階の霧化システムの総空気冷却の大部分に補助的冷却を提供し、ここで第２の制御システムは湿球温度へ向かって補助的冷却を制御する。第１段階の霧化システムは、約８０％から約９５％である、総空気冷却の大部分を達成する。第１の制御システムの設定相対湿度は、差圧と相対湿度の曲線上で、この曲線上での差圧の指数関数的増加の前に最高相対湿度を有する点を選択することによって計算されてよい。第１の制御システムの冷却後の最低温度の設定点は、高い周辺温度に起因する下流側機器の能力制約の問題を回避するために選択されてよい。第１の制御システムの冷却後の最低温度の設定点は、圧縮機のベルマウスでの氷結の問題を回避するために選択されてよい。第１の制御システムの最大フィルタ差圧の設定点は、フィルタへの吸湿性材料の侵入等の環境条件に起因する差圧の突発的な増加の場合のフェイルセーフ機構として選択されてよい。第２の制御システムは、湿球温度へ向けた補助的冷却のために操作者の選択によって操作されるオン／オフスイッチを利用してよい。高能力の第１段階の霧化システムは、可変周波数駆動を備えた複数のロータリー噴霧器と、低圧の水の供給源と、可変水流量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、を含んでいてよい。高能力の第１段階の霧化システムは、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供する可変周波数駆動を備えた低圧循環水ポンプと、を含んでいてよい。低圧の空気の供給源は、圧縮機であってよい。高能力の第１段階の霧化システムは、複数の中圧ノズルと、低圧の水の供給源と、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供する可変周波数駆動を備えた循環水ポンプと、を含んでいてよい。低能力の第２段階の霧化システムは、複数の空気支援式噴霧器と、低圧の水の供給源と、可変水量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、低圧の空気の供給源と、可変空気量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、を含んでいてよい。低能力の第２段階の霧化システムは、複数の高圧ノズルと固定速度循環水ポンプとを含んでいてよい。

別の実施形態は、ガスタービンの吸気温度を低下させる２段階霧化システムを含んでいてよい。この２段階霧化システムは、１つまたは複数のフィルタと、第１段階と、第２段階と、を含んでいてよい。第１段階は、１つまたは複数のフィルタの上流に配置され、かつ湿球温度へ向けた空気冷却の約９０％を達成することができる１つまたは複数のロータリー噴霧器を含んでいてよい。第２段階は、１つまたは複数のフィルタの下流に配置され、かつ湿球温度へ向けた約１０％の補助的空気冷却を達成することができる１つまたは複数のノズルを含んでいてよい。

別の実施形態は、装置の吸気温度を低下させる霧化システムの制御方法を含んでいてよい。この方法は、周辺温度、周辺相対湿度および周辺空気圧を測定することと、フィルタの上流の空気に水滴を導入することと、フィルタの下流の温度、相対湿度および空気圧を測定することと、差圧値を計算することと、フィルタ後の設定相対湿度を維持することと、を含んでいてよく、ここで設定相対湿度は差圧と相対湿度の曲線に従って決定される。この方法はさらに、水流量の増加が相対湿度を増加させ、水流量の低下が相対湿度を低下させる様式で、設定相対湿度を達成するように水流量を制御することを含んでいてよい。設定相対湿度は、約８０％から約９５％であってよい。設定相対湿度は、約９０％であってよい。水流量を制御するステップは、一度に弁を１／４回転させることを含んでいてよい。装置は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、他の原動機、一般的な換気装置、クリーンルームから成るグループから選択されてよい。さらに、相対湿度の設定点は、差圧と相対湿度の曲線上で、この曲線上での差圧の指数関数的増加の前に最高相対湿度を有する点を選択することによって計算されてよい。

上述した概念と以降に詳述する追加の概念との全ての組み合わせは、それらの概念が相互に矛盾しないことを前提として、本明細書に開示される対象の一部であると考えられる、ということを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求される対象の全ての組み合わせは、本明細書に開示される対象の一部であると考えられる。

本発明のシステムの有利な実施形態では、第１段階の霧化システムは、約８０％から約９５％である、総空気冷却の大部分を達成する。

別の有利な実施形態では、第１の制御システムの設定相対湿度は、差圧と相対湿度の曲線上で、この曲線上での差圧の指数関数的増加の前に最高相対湿度を有する点を選択することによって計算される。

さらに別の実施形態では、第１または第２の？制御システムの冷却後の最低温度の設定点は、高い周辺温度に起因する下流側機器における能力制約の問題を回避するために選択されている。

別の有利な実施形態では、第１または第２の？制御システムの冷却後の最低温度の設定点は、圧縮機のベルマウスでの氷結の問題を回避するために選択されている。

さらなる実施形態では、第１の制御システムの最大フィルタ差圧の設定点は、フィルタへの吸湿性材料の侵入等の環境条件に起因する差圧の突発的な上昇の場合におけるフェイルセーフ機構として選択されている。

さらに有利には、第２の制御システムは、湿球温度へ向けた補助的冷却のために操作者の選択によって操作されるオン／オフスイッチを利用する。

本明細書に記載されているような２段階霧化システムを備えたガスタービンエンジンの概略図 本明細書に記載された２段階霧化システムを使用した、相対湿度７０％の環境での、第１段階の霧化の前、第１段階の霧化の間および第１段階の霧化の後の、調節弁位置の関数としての下流相対湿度の測定値を示すグラフ 本明細書に記載された２段階霧化システムを使用した、第１段階の霧化の下流にある典型的な稼動中のフィルタに対する、フィルタ差圧と相対湿度との間の関係を示すグラフ 本明細書に記載された２段階霧化システムを使用した、フィルタ差圧と相対湿度の曲線を示すグラフ 本明細書に記載された２段階霧化システムを使用した、湿球温度１４．３℃の環境での、第１段階の霧化の前、第１段階の霧化の間および第１段階の霧化の後の、調節弁位置の関数としての下流温度の測定値を示すグラフ 本明細書に記載された２段階霧化システムを使用した、湿球温度１４．３℃の環境での、第１段階の霧化の前、第１段階の霧化の間および第１段階の霧化の後の、調節弁位置の関数としての湿球温度への接近の測定値を示すグラフ ロータリー噴霧器および制御パネルの実施形態に対する、本明細書に記載されている２段階霧化システムのある実施形態の斜視図 本明細書に記載されている２段階霧化システムを使用した、第１段階の霧化の前、第１段階の霧化の間および第１段階の霧化の後の吸気条件の測定値を示すグラフ

以下で本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態が存在していることによって、本開示は詳細かつ完全なものになり、本発明の範囲が当業者に十分に伝えられる。

図１に示すように、吸気冷却システム１００は、２段階の霧化を含んでいる。２段階霧化の第１段階は、液滴の形態で１つまたは複数の空気フィルタ１２０の前の気流に水を導入する。この水滴の導入は、１つまたは複数の高能力のロータリー噴霧器１１０の使用によって行われてよい。これらの高能力のロータリー噴霧器１１０は、モータ外側の周辺にワイヤケージを備えた電気モータを含んでいてよく、水がこのワイヤケージを通過すると、ワイヤケージが水を小さな粒子または液滴に細分化する。それらの高い能力の性質により、ロータリー噴霧器は、従来の高圧ノズルと比較して、例えば毎分リットルの水で測定して、より大きな水流量を気流に提供することができる。例えば、ロータリー噴霧器は、約４０から約７０ミクロンの液滴サイズで、気流に毎分約０．５から約３．０リットルの水を提供してよい。これと比較して、導管内霧化のために使用される従来の高圧ノズルの平均性能は毎分約０．１８リットルである。さらに、ロータリー噴霧器は、有害な影響を受けずに、ある範囲の水質を受け入れることができる。したがってロータリー噴霧器は脱塩水を必要とせず、利用可能なあらゆる飲料水の供給源を使用してよい。これらのロータリー噴霧器は可変周波数駆動を有しており、液滴サイズに影響を与えることなく、０％から１００％の能力で運転可能である。

択一的に、霧化の第１段階の間に水滴を導入するために他の霧発生装置が使用されてよい。例えば、約５バールと約２０バールの間で作動する中圧ノズルまたは空気支援式噴霧器は、液滴サイズの許容可能な制約、例えば４０から７０ミクロン内で制御可能である。現在技術によるロータリー噴霧器は、これに限定されないが、例えば爆発防止環境（例えば製油所）等のいくつかの環境での使用に適していないことがある。この種の環境では、第１段階の冷却を達成するために、爆発防止ポンプを備えた高能力ノズルが代わりに使用されてよい。

ロータリー噴霧器１１０または択一的な第１段階の霧発生装置は、１つまたは複数のフィルタ１２０の上流に配置されている。一般的に、ロータリー噴霧器１１０は、フィルタの約１メートル上流に配置されている。これらは、ウェザーフード内に位置しても、またはフィルタハウス内に位置していてもよく、特定の設定の寸法に関連する。濾過媒質の約１メートル前に噴霧器を配置することにより、フィルタに当たる前に水が蒸発し、フィルタが水で飽和状態になることが阻止される。しかし、フィルタが液滴キャッチャ（例えばＡＡＦ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＡｍｅｒＤｒｏｐシステム）またはウェザールーバ（例えばＡＡＦ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＡｍｅｒＶａｎｅ製品）を利用する場合、噴霧器が、フィルタハウス内のフィルタのすぐ上流に配置されてよい。付加的に、フィルタがガラス繊維および油を含んでいる疎水性融合媒質（例えばＡＡＦ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＡＭＥＲＳＨＩＥＬＤおよびＡＭＥＲＫＯＯＬ製品）を有している場合、水分は融合してより大きな液滴を形成し、気流から排出される。これによって、フィルタハウス内のフィルタのすぐ上流に噴霧器を配置することも可能になる。有利には、フィルタは、差圧の増加を引き起こす可能性のある、凝結、液滴、またはフィルタへの水の衝突を防ぐ装置またはコーティングを含んでいる。より有利には、フィルタは、合体部またはウェザールーバを含んでおり、差圧を低下させることなく水がフィルタを通過することが阻止される。これらの疎水性フィルタを使用することにより、第１段階の霧化システムは、圧縮機１０の取入れ口を保護しつつ、１つまたは複数のフィルタ１２０の下流の水のリスクを無視して蒸発冷却を行うことができる。

フィルタハウスの下流で使用される従来の高圧ノズルとは異なり、第１段階の霧化器（例えば、ロータリー噴霧器）に供給される水の体積および流量は、液滴粒径に影響を与えずに、比例制御弁１４０によって制御されてよい。これは例えばグローブ弁または可変周波数駆動ポンプが取り付けられている小さいタンクである。第１のコントローラまたは制御システム１５０は、フィルタ１２０の前に位置する１つまたは複数のセンサ１５２、１５４と、フィルタ１２０の後の１つまたは複数のセンサ１５６との両方から、例えば温度、相対湿度および圧力の測定値の形で信号を受信する。フィルタの前後の圧力を測定することによって、コントローラは差圧を計算することができる。差圧は、２点で測定された圧力の差の計算結果であり、ここでは、これらの点はフィルタの前とフィルタの後にある。第１のコントローラ１５０は、差圧に対する影響を低下させながら、所望の相対湿度に達するために供給される水流量を制御するために、これらの測定値を利用する。差圧は、２点で測定された圧力の差の計算結果である。ここでは、これら２つの点はフィルタの前とフィルタの後にある。例えば、フィルタ段階の前および後に圧力が測定されるシステムでは、水がフィルタに衝突すると、差圧が増加することがある。閉ループは、相対湿度測定値からの水流量を実質的に連続的に制御または調節する。付加的に、下流温度および差圧を調節するためにシステムを制御することも可能である。高い周辺温度では下流側機器（例えばオルタネータ）の能力が制約されるので、下流温度の制御が望まれることがある。例えば、第１の制御システムの冷却後に最低温度の設定点を選択することによって、高い周辺温度に起因する下流側機器の能力制約の問題を回避することができる。さらに、一例として、第１の制御システムの冷却後の最低温度の設定点を選択することによって、圧縮機のベルマウスでの氷結の問題を回避することができる。また、第１の制御システムの最大フィルタ差圧の設定点は、フィルタへの吸湿性材料の侵入等の環境条件に起因する差圧の突発的な増加の場合におけるフェイルセーフ機構として選択される。

一般的に、第１段階の霧化システムは、フィルタ差圧と相対湿度の曲線に従って決定された相対湿度の設定点を維持することによって制御される。下流相対湿度は、手動または自動で水流量を制御することによって正確に制御することができることが判明している。図２は、相対湿度と弁位置との間の線形の関係を示している。図２は、周辺相対湿度が７０％であり、下流相対湿度が９０％までに調整された例示的な観察である。この設定相対湿度は、図３および図４に示すように、フィルタ差圧と相対湿度の曲線から点を選択することによって計算される。図３の差圧と相対湿度の曲線は、差圧（ｙ軸）によって、相対湿度（ｘ軸）をプロットすることによって作成された。この曲線は、これら２つの変数の間の関係を示している。例えば差圧が一定のままで、相対湿度が増加する。これらの曲線は、どのような相対湿度測定値または測定範囲で、差圧が増加するのかを示している。これによって、コントローラは、差圧に影響を与えずに、できるだけ高い最大相対湿度を有する点を設定することができる。図３は、疎水性媒質を用いたミニプリーツフィルタに対する差圧と相対湿度の間の関係を示し、データは４０００から５０００経過時間にわたって収集されたものである。

図４に示されているように、フィルタ差圧と相対湿度の曲線は、ＡＡＦのＨｙｄｒｏＶｅｅフィルタ４１０またはＡＡＦのＡｓｔｒｏＣｅｌフィルタ４２０またはＡＡＦのＤｕｒａＣｅｌフィルタ４３０等の、様々なタイプのフィルタに対して異なっていてよい。しかし、図３および図４に示されているように、相対湿度が約９０％に達すると、フィルタの差圧が増大する。したがって目標相対湿度は有利には、約８０％から約９５％に設定されるべきである。さらにより有利には、目標相対湿度は約９０％に設定されるべきである。相対湿度を細かく制御することができる第１段階の霧化システムを使用して、差圧の突発的な上昇を引き起こすことなく温度および相対湿度を制御することができる。このような温度制御を達成するために、水流量は、比例制御弁１４０の小さい、徐々に増していく回転によって細かく制御されてよい。（差圧と相対湿度の曲線によって決定された）設定最大相対湿度と組み合わせた、水流量のこの細かい制御によって、第１のコントローラ１５０は、温度を細かく制御することができる。これは、水流量がわずかに増加されると、相対湿度がわずかに増加し、したがって温度もわずかに低下するという様式で行われる。

図５は、所与の周辺条件セットの場合の、下流温度と弁位置との間の線形の関係を示している。これは、周辺温度と湿球温度との間の設定点温度がコントローラ１５０による水流量の調整によって制御できることを示している。したがって冷却後に低下された温度を提供するように制御システムが設定可能である。これは、フィルタ差圧への有害な影響を回避する自動的な最大相対湿度を伴う。

熱効率測定は、第１段階の霧化（例えばロータリー噴霧器）の蒸発冷却の効率を示す。熱効率は次のように計算される。
熱効率＝（周辺温度−測定された温度）／（周辺温度−湿球温度）

熱効率が相対湿度と同じ方向に向くように、水流量が増加するにつれて相対湿度は比例して増加する。さらに、熱効率と水流量との間の関係は、ほぼ線形であり、水流量が増加すると熱効率も増加する。したがって、この２段階冷却システムでは、システムによって達成される総冷却の約９０％が、第１段階の霧化システム（例えば、ロータリー噴霧器の使用）によって達成されてよい。第１段階の霧化システムが、高い相対湿度で１００％の熱効率を達成することが示されている。設定点相対湿度をおよそ９０％に制御することによって、第１段階の霧化は意図的におよそ９０％の効率に制限される。

温和な温度環境で特に有用な蒸発冷却効率の択一的な手段は、湿球温度への接近である。図６は、弁位置（水流量）と湿球温度への接近との間の線形関係を備えた、０．５℃より小さい接近を達成する第１段階の霧化システムを示している。

特定の例では、フィルタの下流で特定の温度を維持することが有利な場合があり、これらの例では、各段階での所要量に基づいて特定の下流温度を達成するために、第１の制御システムが水流量を制限してよい。これによって、周辺温度が高く、上乗せした出力が望まれる状況において、細かい制御が可能になるが、発電機の出力は、ガスタービン発電セットにおける限定的変数である。さらに、差圧の著しい変化がある場合、または差圧が特定の範囲外に低下した場合、制御システム１５０は、警報を設定するようにプログラムされてもよく、または択一的に、水流量を低減させるように、先を見越した、一連の修正を行うようにプログラムされてもよい。このアラームまたはインジケータは、視覚的、聴覚的、またはこれら２つのあらゆる組み合わせを含む、あらゆる種類のアラームまたは通知であってよい。しかし、フィルタへの流入空気からの塵や粒子の蓄積に起因して、差圧は経年的に増加する。例えば、新しいフィルタと比べて、約１２から約２４ヶ月使用した古いフィルタでは、差圧は数パスカル増加し得る。そのため、設定差圧を利用した静的な制御は好ましくない。

いくつかの実施形態では、第１段階の霧化システムは、低圧の水の供給源と、可変水量を実質的に連続的に提供する比例制御弁１４０と、を有していてよい。他の実施形態では、このシステムはさらに、自動レベル制御を備えた保水タンクと、固定速度循環ポンプと、を含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、第１段階の霧化システムは、低圧の水の供給源と、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供するための、可変周波数駆動を備えた低圧循環水ポンプと、を含んでいてよい。

最前部のまたは第１段階の霧化システムは、設置または既存のフィルタハウジング上に後付けされてよい。後付けの場合には、フレームは、ウェザーフードの内側に置かれても、第１段階の霧化器が取り付けられているフィルタハウスの内側に置かれてもよい。択一的に、第１段階の霧化器は、各霧化ユニットに水を供給する同じ配管上で直接的に支持されてよい。相対湿度、温度および圧力を測定するセンサは、センサ１５２、１５４等のように１つまたは複数のフィルタ７０３の前に配置されてよく、さらにセンサ１５６のように１つまたは複数のフィルタの後に配置されてよい。センサは、制御システム１５０に接続されていてもよいし、制御システム１５０と連通していてもよい。後付けが行われている図７に示されているように、第１段階の霧化機器７０２は、ウェザーフード７０１またはフィルタハウス７０４内の供給配管５０上で支持されていてよい。ある実施形態は、制御システム１５０を介して作動される比例制御弁７０７を使用する。後付けにより、既存のシステムを使用することが可能になり、設置時間が短縮され、最前部の霧化器の設置または検査のためにガスタービンを停止させる必要がなくなる。第１段階の霧化システムは、下流のフィルタ差圧を許容範囲内に維持しながら、吸気の相対湿度および温度を細かく制御することができる。さらに、第１段階の霧化システムの細かい制御は、現在技術によるシステムにおいてしばしば見られる水の過剰供給に伴う問題を防ぐことができる。

２段階霧化の第２段階は、１つまたは複数の低能力ノズル１６０から、空気フィルタ１２０の後の気流に、液滴の形態の水を導入し、湿球温度へ向けた補助的冷却を提供する。これらの低能力ノズルは、高圧ノズルであってもよいし、または択一的に空気支援式ノズルであってもよい。高圧ノズルを使用する実施形態では、自動レベル制御を備えた保水タンクおよび固定速度循環ポンプを使用することができる。空気支援式ノズルを使用する実施形態では、空気圧縮機等の低圧の空気の供給源と、可変空気量を実質的に連続的に提供する比例制御弁１４０とを使用することができる。しかし、一般的に、これらの第２段階の搬送システムは、第１段階と比較して、著しく減少した流量で水を提供する。

例えば、２段階システム総冷却の約９０％を達成する１つまたは複数のロータリー噴霧器１１０を使用する第１段階の霧化の能率のため、小さな複数の低能力ノズル１６０のみが、湿球温度へ向けた補助的冷却のための第２の霧化段階において使用されてよい。冷却の第２段階は総冷却の約１０％だけを達成することが望まれていてよく、この低下された冷却負荷は、達成のために、小さい複数のノズルを使用する。

これらの低能力ノズル１６０は、バイナリ（オン／オフ）機能に低減された第２のコントローラまたは制御システム１７０によって制御されてよい。第２段階の霧化をオンまたはオフにする決定は、周辺相対湿度または装置への吸気が第２段階のシステムからの湿球温度へ向けた補助的冷却を必要としているか否かに関するプラント操作者の決定に依る。例えば、このバイナリ制御システムは、フィルタ１２０後のセンサ１５６によって測定された温度が設定値を超えたときにオンまたはオフされてよい。低能力ノズル１６０は、数が少ないので、１つまたは複数のフィルタ１２０の下流の位置で導管の周辺に配置されてよい。ノズル１６０を導管の周辺に配置することによって、システムの複雑さが減少し、これはノズルの設置とメンテナンスに必要なコストとダウンタイムとを低減させる。さらに、清浄な気流内のハードウェアの最少化は、ガスタービンエンジンまたはシステム２０への異物（例えば、ノズルからの金属）の落下のリスクを低下させる。

いくつかの本発明の実施形態を本明細書に記載し、説明してきたが、当業者は、容易に、機能を実行するかつ／または結果および／または本願に記載された利点の１つまたは複数を得るための他の手段および／または構造の多様性を想像することができ、そのような各変更および／または修正は、本願に記載された実施形態の考案の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、容易に、本明細書に記載された全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示的なものであり、実際のパラメータ、寸法、材料および／または構成が、特定の適用先または本発明の教示が使用される適用先に依って変わることを理解するだろう。当業者は、定常的な実験だけを用いて、本明細書に記載されている特定の本発明の実施形態に対する多くの均等物を認識または確認することができるだろう。したがって上記の実施形態は単なる例として提示されたものであり、添付の特許請求の範囲等の範囲内で、具体的に記載され、請求された以外の様式で本発明の実施形態が実行され得ることが理解されるべきである。本開示の発明性のある実施形態は、本明細書に記載された個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象としている。さらに、このような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない場合には、２つ以上のこのような特徴、システム、物品、材料、キットおよび／または方法の任意の組み合わせが、本開示の発明の範囲内に含まれる。さらに、「連続的にまたは実質的に連続的に（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｏｒ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ）」は、本明細書に開示された量、レート、測定値（これらに制限されない）等の制御特性における１つまたは複数の中断、遅延等を含んでおり、それでもなお実施形態の範囲内にある、ということを理解されたい。択一的に、制御または調節は断続的に考慮または提供されてよい。

本出願で定義および使用されている全ての定義は、辞書の定義、参照によって組み込まれている文献における定義および／または定義された用語の通常の意味を支配すると理解されるべきである。本出願において明細書および特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、そうでないことが明示されていない限り、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」を意味すると理解されるべきである。本明細書および特許請求の範囲において、前置詞ではなく副詞として使用される場合、「ａｂｏｕｔ（約）」は「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（およそ）」を意味し、記載された値と、その値の１０％以内の全ての値を含んでいる。例えば、「ａｂｏｕｔ（約）１００％」は、９０％の測定値と１１０％の測定値と、その間のあらゆる値を含むだろう。本出願において、明細書および特許請求の範囲において使用されている語句「および（かつ）／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、結合された要素の「一方または両方」を意味すると理解されるべきであり、すなわち、ある場合には要素は結合して存在し、別の場合には分離して存在している。

「および（かつ）／または」を用いて列挙された複数の要素は、同じ種類のものであると解釈されるべきであり、すなわち結合された複数の要素のうちの「１つまたは複数」であると解釈されるべきである。具体的に特定されたそれらの要素と関連しているか否かにかかわらず、「および（かつ）／または」句によって具体的に特定された要素以外の他の要素が自由選択的に存在してよい。したがって非限定的な例として、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等のオープンエンド言語と併せて使用されるときには、「Ａおよび（かつ）／またはＢ」との記載は、ある実施形態では、Ａのみ（自由選択的にＢ以外の要素を含む）を指し示し、別の実施形態では、Ｂのみ（自由選択的にＡ以外の要素を含む）を指し示し、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（自由選択的に他の要素を含む）を指し示すことがある。

本出願において明細書および特許請求の範囲で使用されている「または（ｏｒ）」は、上で定義した「および（かつ）／または」と同じ意味を有していると理解されるべきである。例えば、列挙されている項目を隔てる場合、「または」または「および（かつ）／または」は包括的であると解釈されるべきであり、すなわち、多数の要素または要素の列挙のうちの少なくとも１つの要素を含むが、１つよりも多くの要素も含み、自由選択的に、列挙されていない他の項目も含んでいる。「〜のうちの１つだけ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」または「〜のうちの厳密に１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、または特許請求の範囲において使用されている「〜から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」等の、そうでないことが明示されている用語のみが、多数の要素または複数の要素の列挙のうちの厳密に１つの要素を含んでいることを指し示す。一般的に、本出願で使用されている用語「または」は、「どちらか（ｅｉｔｈｅｒ）」、「〜のうちの１つ（ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうちの１つだけ」、「〜のうちの厳密に１つ」等の排他的な用語によって先行される場合には、排他的な選択肢（すなわち、一方または他方、しかし両方ではない（ｏｎｅ ｏｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｂｕｔ ｎｏｔ ｂｏｔｈ））を示しているものとしてのみ解釈されるべきである。特許請求の範囲において使用されている、「実質的に〜から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、特許法の分野で使用されている、自身の通常の意味を有するべきである。

本出願において明細書および特許請求の範囲で使用される場合、１つまたは複数の要素の列挙を指し示す語句「少なくとも１つ」は、複数の要素の列挙におけるあらゆる１つまたは複数の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味していると理解されるべきであるが、必ずしも複数の要素の列挙において具体的に挙げられた各要素の少なくとも１つを含む必要はなく、この複数の要素の列挙における複数の要素のあらゆる組み合わせを除外するものではない。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が指し示す要素の列挙内で具体的に特定された要素以外に、具体的に特定されたそれらの要素と関連しているか否かにかかわらず、要素が自由選択的に存在することを許す。したがって非限定的な例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」または同等に「Ａおよび（かつ）／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、例えば、ある実施形態では、Ｂは存在せずに（かつ自由選択的にＢ以外の要素を含み）、自由選択的に１つより多くのＡを含んで、少なくとも１つのＡを指し示し、別の実施形態では、Ａは存在せずに（かつ自由選択的にＡ以外の要素を含み）、自由選択的に１つより多くのＢを含んで、少なくとも１つのＢを指し示し、さらに別の実施形態では、自由選択的に１つより多くのＡを含んで、少なくとも１つのＡを指し示し、かつ自由選択的に１つより多くのＢを含んで、少なくとも１つのＢを指し示す（かつ自由選択的に、別の要素を含む）。

さらに、そうでないことが明示されていない限り、本出願において請求されている、複数のステップまたは動作を含むいずれの方法においても、この方法のこれらのステップまたは動作の順序は、必ずしも、この方法のこれらのステップまたは動作が列挙されている順序に制限されない、ということを理解されたい。

特許請求の範囲ならびに上記の明細書において「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（有する）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、「ｈｏｌｄｉｎｇ（保持する）」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ（〜から構成される）」等の全ての移行句は、オープンエンド型であると理解されるべきであり、すなわち、これらを含んでいることを意味してはいるが、これらに限定されない。移行句「〜から成る」および「実質的に〜から成る」だけが、米国特許商標庁のＯｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓのセクション２１１１．０３に記載されているように、それぞれクローズ型またはセミクローズ型の移行句であるべきである。

いくつかの方法および実施形態のこれまでの記述は、説明のために提示されている。これは網羅的であること、または開示された正確なステップおよび／または形態を限定することを意図するものではなく、明らかに、多くの修正および変更を上述した教示に照らして行うことができる。範囲および全ての等価物は、添付の特許請求の範囲によって定義されるよう意図されている。

例
例１
プラントで吸気口冷却試行が行われ、これは、第１段階の霧化システム（例えばロータリー噴霧器）への水流量を単純に調節することによって、第１段階の霧化、および関連している制御システムが、温度および相対湿度を制御することができることを示している。この試行は、最初にロータリー噴霧器をオンにする前に吸気口状態を安定させることで開始される。吸気口状態が安定した後、ロータリー噴霧器が毎分０．５リットルの水流量で始動され（図８のＡ）、この点で温度は直ちに低下し始め、約１９．５℃から約１８．２℃になり、吸気相対湿度は約７６％から約８４％に増大する。毎分０．７リットルへの水流量のさらなる増加（図８のＢ）が試験され、水流量のこの増加に続いて、温度は約１７．５℃まで低下し続け、吸気相対湿度は約９２％に増大する。毎分０．５リットルへの水流量の、徐々に大きくなる低下（図８のＣ）、次いで毎分０．３リットルへの水流量の、徐々に大きくなる低下（図８のＤ）それぞれによって、相対湿度を一定に保ちつつ、温度をわずかに低下させることができる。水流量のこれらの徐々に大きくなる変化は、温度および相対湿度のより細かい制御を可能にする。水流がオフにされると（図８のＥ）、相対湿度および温度はゆっくりと、周辺吸気測定値に戻る。このデータは、第１段階の霧化システム（例えば、ロータリー噴霧器）が、温度および相対湿度のほぼ即時の低下を生じさせることを示している。このプラントでの試験は、システムの始動から１０分以内に約９７％の相対湿度が達成され得ることを示している。

例２
例１において行われたようなプラントでの吸気口冷却試行の間に、フィルタハウスの前後で圧力測定が行われ、これによって、差圧の計算が可能になる。水流量を毎分０．５リットルから毎分０．７リットルに増加させると（図８のＢ）、差圧が増加し始め、４６０パスカルのピークまで達する。この最大値に達すると、毎分０．５リットルまでの水流量の徐々に大きくなる低下（図８のＣ）の前に傾きが始まる。差圧は、水流のオフ（図８のＥ）の後まで低下し続け、約４３４パスカルで安定する。差圧測定値を相対湿度に対してプロットすることができ、これによって、差圧がどのような相対湿度測定値で増加するのかを示す曲線を得ることができる。例１と２の、差圧と相対湿度の曲線が図４に示されている。差圧はおよそ４３０パスカルで一定のままであったが、相対湿度は、差圧が指数関数的に増加し始める、測定されたおよそ８７％の相対湿度まで増加した。

例３
本出願の２段階冷却システムのある実施形態では、空気冷却システムの吸気口の測定された周辺温度は約５０℃であった。霧化の第１段階では、ロータリー噴霧器を用いて霧を発生させた。（差圧と相対湿度の曲線によって決定された）９０％の最大相対湿度は、空気を約２６℃に冷却した（周辺温度からの２４℃の温度低下）。第２段階の霧化は、小さい、複数の低能力高圧ノズルを利用して、約２４℃まで空気をさらに冷却した（さらに２℃の温度低下）。気温は、この２段階システムの使用によって合計２６℃低下し、その大部分（約９２％）が第１の霧化段階で生じた。さらに、第１段階の霧化の冷却能力のために、圧縮機の吸気口で軸流圧縮機においてオーバースプレー冷却を行う必要は生じなかった。

最終的に要約すると、本発明は、空気濾過によって保護されている原動機の吸気温度を低下させるシステムにも言及する。このシステムは、総空気冷却の大部分を提供する、１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある高能力の第１段階の霧化システムを含んでおり、ここで第１の制御システムは、周辺温度と比較して吸気温度を低下させるために、設定相対湿度を達成するように、第１段階の霧化システムへの水流量を実質的に連続的に調節する。このシステムはさらに、第１段階の霧化システムの総空気冷却の大部分に対して補助的冷却を提供する、１つまたは複数の吸気フィルタの下流にある低能力の第２段階の霧化システムを含んでおり、ここで第２の制御システムは湿球温度へ向かって補助的冷却を制御する。

第１段階の霧化システムは、有利には、約８０％から約９５％である、総空気冷却の大部分を達成する。

第１の制御システムの設定相対湿度は、有利には、差圧と相対湿度の曲線上で、この曲線上での差圧の指数関数的増加の前に最高相対湿度を有する点を選択することによって計算される。

第１の制御システムの冷却後の最低温度の設定点は、有利には、高い周辺温度に起因する下流側機器の能力制約の問題を回避するように選択されている。

第１の制御システムの冷却後の最低温度の設定点は、有利には、圧縮機のベルマウスでの氷結の問題を回避するように選択されている。

第１の制御システムの最大フィルタ差圧の設定点は、有利には、フィルタへの吸湿性材料の侵入等の環境条件に起因する差圧の突発的な増加の場合におけるフェイルセーフ機構として選択されている。

第２の制御システムは、有利には、湿球温度へ向けた補助的冷却のために操作者の選択によって操作されるオン／オフスイッチを利用する。

高能力の第１段階の霧化システムは、有利には、可変周波数駆動を備える複数のロータリー噴霧器と、低圧の水の供給源と、可変水流量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、を含んでいる。

高能力の第１段階の霧化システムは、有利には、さらに、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供する可変周波数駆動を備えた低圧循環水ポンプと、を含んでいる。

低圧の空気の供給源は、有利には圧縮機である。

高能力の第１段階の霧化システムは、有利には、複数の中圧ノズルと、低圧の水の供給源と、自動レベル制御を備えた保水タンクと、可変水量を実質的に連続的に提供する可変周波数駆動を備える循環水ポンプと、を含んでいる。

低能力の第２段階の霧化システムは、有利には、複数の空気支援式噴霧器と、低圧の水の供給源と、可変水量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、低圧の空気の供給源と、可変空気量を実質的に連続的に提供する比例制御弁と、を含んでいる。

低能力の第２段階の霧化システムは、有利には、複数の高圧ノズルと、固定速度循環水ポンプと、を含んでいる。

ガスタービンの吸気温度を低下させる２段階霧化システムは、１つまたは複数のフィルタと、１つまたは複数のフィルタの上流に配置され、湿球温度へ向けた空気冷却の約９０％を達成することができる１つまたは複数のロータリー噴霧器を含んでいる第１段階と、１つまたは複数のフィルタの下流に配置され、湿球温度へ向けた約１０％の補助的空気冷却を達成することができる１つまたは複数のノズルを含んでいる第２段階と、を含んでいる。

付加的に、本発明は、駆動部の吸気温度を低下させる霧化システムの制御方法にも言及し、ここでこの方法は、周辺温度、周辺相対湿度および周辺空気圧を測定することと、フィルタの上流の空気に水滴を導入することと、フィルタの下流の温度、相対湿度および空気圧を測定することと、差圧値を計算することと、フィルタ後の設定相対湿度を維持することと、を含んでおり、ここで設定相対湿度は、差圧と相対湿度の曲線に従って決定される。この方法はさらに、水流量の増加が相対湿度を増加させ、水流量の低下が相対湿度を低下させる様式で、設定相対湿度を達成するように水流量を制御することを含んでいる。

設定相対湿度は、有利には約８０％から約９５％である。

設定相対湿度は、有利には約９０％である。

水流量を制御することはさらに、有利には、弁を一度に１／４回転させることを含んでいる。

装置は、有利には、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、または他の原動機から成るグループから選択される。

相対湿度の設定点は、有利には、差圧と相対湿度の曲線上で、この曲線上での差圧の指数関数的増加の前に最高相対湿度を有する点を選択することによって計算される。

Claims (18)

1. 空気濾過によって保護されている装置の１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある吸気システムの運転方法であって、
   前記方法は、前記１つまたは複数の吸気フィルタでの吸気の相対空気湿度を、前記吸気フィルタの差圧に関連して調整することを含んでいる、
   方法。
2. 前記相対空気湿度は、総計７０％から９０％の間、特に７５％から８５％の間に設定されている、
   請求項１記載の方法。
3. 前記相対空気湿度は、総計約８０％に設定されている、
   請求項２記載の方法。
4. 前記相対空気湿度は、冷却システムによって設定される、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記冷却システムは、蒸発冷却システムを含んでいる、
   請求項４記載の方法。
6. 前記蒸発冷却システムは、霧化システムを含んでいる、
   請求項５記載の方法。
7. 前記霧化システムは、少なくとも１つのロータリー噴霧器を含んでいる、
   請求項６記載の方法。
8. 前記冷却システムは、２つの冷却段階を含んでおり、特に、１つまたは複数の吸気フィルタの上流にある第１段階の霧化システムと、前記１つまたは複数の吸気フィルタの下流にある第２段階の霧化システムと、を含んでいる、
   請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記第２の冷却段階は、前記相対空気湿度を約１００％に調整する、
   請求項８記載の方法。
10. 前記相対空気湿度は、加熱システムによって設定される、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 前記加熱システムは、前記吸気へ搬送される暖気によって熱を提供する、
    請求項１０記載の方法。
12. 前記暖気は、圧縮機抽気を含んでいる、
    請求項１１記載の方法。
13. 前記暖気は、原動機エンクロージャ、特にタービンエンクロージャの排気を含んでいる、
    請求項１１または１２記載の方法。
14. 前記暖気は、タービン排気を含んでいる、
    請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 前記加熱システムは、熱交換器によって熱を提供する、
    請求項１０から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 前記加熱システムは、加熱器、特に電気式加熱器または燃焼装置によって熱を提供する、
    請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 前記装置は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、プロセス用ブロワ、他の原動機、または一般的な換気装置、クリーンルームから成るグループから選択される、
    請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 空気濾過によって保護されている装置の吸気温度を低下させるためのシステムであって、
    前記システムは、第１段階の霧化システムおよび第２段階の霧化システムを含んでおり、
    前記第１段階の霧化システムは、吸気冷却を提供する、１つまたは複数の吸気フィルタの上流にあり、第１の制御システムは、吸気の設定相対湿度に達するように冷却を制御し、
    前記第２段階の霧化システムは、前記第１段階の霧化システムに補助的冷却を提供する、前記１つまたは複数の吸気フィルタの下流にあり、第２の制御システムは、補助的冷却を前記吸気の湿球温度へ向かって制御する、
    システム。

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