JP2504663B2 - 空気予備冷却方法及び空気予備冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービン及びそ
の他の空気呼吸装置用の流入空気予備冷却装置、特にガ
スタービン用空気予備冷却装置に関するのものである。

【０００２】

【従来の技術】詳細には、ガスタービンに充填される流
入空気の温度を周囲の空気温度以下に低下し、ガスター
ビンの圧縮機に供給される流入空気の湿度を減少又は制
御しかつガスタービン圧縮機に流入する空気の密度を増
加する複数の選択可能な交互モードを備えた予備冷却シ
ステムを操作することができる。

【０００３】一般的に空気流入口、圧縮機、燃焼室、タ
ービン及び排気装置を有するガスタービンは、燃焼室内
で空気-燃料混合物に点火する前に燃料と混合した流入
空気流を圧縮し、高温ガスを発生してタービンを駆動す
る。ガスタービンは航空機等の乗物に対して機械的動力
を発生するために利用され、また、電力発生業界では、
特にピーク電力消費時に発電機と組み合わせて電力を発
生する。空気調節装置の需要により電力需要の増加を招
来する非常に暑い日中のピーク電力消費時に、通常の発
電設備（例えば蒸気発電装置又は水力発電装置）を補助
するために、夏の数カ月間発電用ガスタービン、即ちガ
スタービン式発電機が特に普及している。また、ガスタ
ービン式発電機は、小規模施設でのベース負荷システム
及び共同発電システムとして使用される。しかしなが
ら、ガスタービン式発電機のキロワット出力定格又は熱
効率はガスタービン式発電機への流入空気温度に反比例
する。即ち、摂氏−６.６７度（華氏２０度）の空気に
比べて、摂氏３５度（華氏９５度）程度の高温流入空気
ではガスタービン式発電機の効率が低くなる現象はター
ビン業界では長年公知である。

【０００４】ガスタービン式発電機への流入空気の温度
を低下させて、ガスタービン出力に対する衝撃及び不利
益を減少するために、多種の装置と方法が利用されてき
た。しかし、酷暑等の冷却に対する最大電力使用時等の
ピーク電力使用時に、発電機の電力出力への需要増加が
頻繁に要求され、それは不運にも通常周囲の空気が最高
温度となる時期である。このように、流入空気温度の低
下に必要な電力費用の増加は、ガスタービン出力のいか
なる潜在的ゲインより大きい可能性があるから、ガスタ
ービン圧縮機への流入空気の温度の低下に必要な電力増
加と経費節約は矛盾する。それゆえ、発電業界はガスタ
ービンへの流入口空気温度を低下させる安価な空気予備
冷却方法と空気予備冷却装置とを継続的に探求してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンの流入空
気温度の低下にしばしば利用される空気冷却装置は、ガ
スタービンの入口部の先端部に設けられる中間管路蒸発
用冷却機であり、直接蒸発冷却（ＤＥＣ）装置として作
用する。しかし、このＤＥＣ装置からの温度低下は乾球
／湿球温度差の約８５パーセントに過ぎない。更に、周
囲空気の相対湿度が７５パーセント以下、好ましくは約
２０〜６０パーセントの間でなければ、ＤＥＣ装置はい
かなる顕著な利点もない点が重要である。例えば、乾球
温度が約摂氏３５度（華氏約９５）で、湿球温度が摂氏
２５度（華氏約７８度）の周囲空気は乾球温度の約摂氏
２７度（華氏約８０.５度）に低下されるに過ぎない。
低温空気の相対湿度は９０パーセントを超過するか又は
実際急激な気候変化の間に水分子の吸着により飽和する
場合があり、水分子はタービンブレードに衝突し、摩耗
させ又は損傷を与えることがある。

【０００６】前記のように、ガスタービンへの流入空気
を冷凍又は冷却することがむしろ好ましく、ガスタービ
ン式発電機の容量増加を助長するとはいえ、特別に冷却
された空気温度の選択により、ガスタービン式発電機の
出力容量に強い影響を与えることができる。冷却された
入口空気の相対湿度が１００パーセントであり又は空気
冷却過程で水蒸気を吸着するので、タービン圧縮機の流
入空気温度を摂氏０度（華氏３２度）より高くして、圧
縮機ブレード上に水分が氷結するを防止しなければなら
ない。その上、圧縮機の入口部で空気速度が急激に増加
するので、空気中での静的圧力降下が水頭で４インチ
（１０.１６センチメートル）も発生し、これにより更
に温度低下及び水分凝縮が発生する。

【０００７】従って、低温流入空気を約摂氏７度（華氏
約４５度）と相対湿度約８５％とすることが望ましくか
つ有利であり、この温度と相対湿度は空気温度と湿度の
変動に容易に適合すると同時に、ガスタービンの良好な
動作整合性を低温空気で保持することができる。ガスタ
ービンを冷却する流入空気の相対的選択と利点について
は、１９９０年のベルギー国ブルッセルにおけるガスタ
ービン及び航空機エンジン会議及び展覧会（Ｇas Ｔurb
ine and Ａeraengine Ｃongress Ｅxposition）に提出
された論文「Ｏptions in Ｇas Ｔurbine Ｐower Ａugm
entation Ｕsing Ｉnlet Ａir Ｃhilling」に記載され
ている。

【０００８】冷却塔は冷却装置に使用される冷却塔と類
似の構造で、この冷却塔は一般に流体（例えば水）の再
循環装置で大気への放熱を防止する機能を有する。この
冷却塔は通常、ポンプによって熱交換器を通して再循環
される流体に対する流体回路内に熱交換装置を有し、冷
却塔に流体を戻しかつ熱交換装置に重力によって流体を
供給する。この再循環冷却塔と熱交換装置は移動する空
気に熱と水蒸気を加えると共に、通常、多量の冷却用流
体が蒸発するように補給水装置を必要とする。

【０００９】空気洗浄器等の空気対水直接熱交換式装置
に空気を再循環する空気冷却‐加湿装置である直接蒸発
式冷却装置では、通常、空気が連続的に循環する低温水
スプレーを通過する場合に冷却と加湿が発生する。これ
は総ての蒸発では空気から熱を吸収することが必要で
（即ち温度低下）あるから、一定エンタルピー過程であ
り、再循環水温度は流入空気の湿球温度まで同時に低下
する。一定時間後、僅かなポンプエネルギ加熱を除き、
再循環水は純粋な蒸発装置によってほぼ湿球温度に達す
る。蒸発式冷却器は冷却塔とは異なり、熱交換器を利用
せず、乾球温度に低下した空気を排出し、ほぼ９０％以
上の相対湿度になる。しかし、空気温度の低下時に、蒸
発式冷却器から別の装置に送られる低温空気の水分が凍
結しないように保持しなければならず、最低流入湿球温
度は摂氏４.５度（華氏４０度）以上、例えば摂氏０度
（華氏３２度）より充分高く保持しなければならない。
暖かい日には蒸発式冷却器は低温空気を排出できない
が、直接蒸発式冷却器から排出する空気は低温の日には
充分冷たく、湿度を制御しかつ下流の装置で水分が凍結
することを阻止するため更に水滴を蒸発することによ
り、ガスタービンの入口に湿度飽和空気を送る前に空気
を再加熱する必要がある。

【００１０】別の構造体内の氷水等によってＤＥＣ装置
内の冷却用流体の温度を流入空気の湿球温度以下に低下
するため、排出空気温度を周辺空気の湿球温度以下に更
に低下することができる。ＤＥＣ装置内の冷却用流体の
温度を低下するため、排出空気温度を周辺空気の湿球温
度以下に更に低下することができる。ＤＥＣ装置の排出
温度が流入空気の露点温度以下に低下すると、空気温度
が湿球温度以下に低下し、また湿度も低下する。排出水
の最終温度は外部の熱除去と空気洗浄器を通る水量によ
って変わるが、空気の乾球温度が周辺の露点温度状態以
下に低下するとある程度の水分が凝固する。従って直接
蒸発式冷却器内の冷媒（通常水である）の温度が露点以
下に下がると、一定量の水はＤＥＣ装置を通って流れる
空気の湿球及び乾球温度を露点以下に低下する。しかし
風速、温度及び湿度のような周辺空気のパラメータは天
候のパターン変化のように迅速に変動し、これらのパラ
メータは排出空気の過度の冷却、例えば摂氏２度（華氏
３５度）又はこれ以下を生じ、この冷却は例えばタービ
ン入口コーン等の低圧区域に凝固物を発生する恐れがあ
る。従って保証最低温度と保証相対湿度の空気をガスタ
ービン入口に供給するため補助的装置が必要であろう。

【００１１】ガスタービンに使用する入口空気の冷却が
ガスタービンの効率と動作を向上することは公知である
が、ピーク負荷状態では補助的動力を使用せずに低温空
気を制御下で効率的にかつ経済的に供給しなければなら
ない。好適なタービン流入空気の「品質」は、外気の湿
球及び乾球温度の差及び所望の流入空気相対湿度、空気
圧力並びに空気密度の全体的変化によって変わる。これ
らのパラメータは低温空気の性質及びガスタービンの動
作に影響する。従って、低温でガスタービンに多量のガ
スを供給する際にはこれらのパラメータを総て考慮する
必要がある。

【００１２】空気状態の正確な特性である空気温度及び
／又は湿度は、圧力計と乾湿球湿度線図の読みとして熱
物理学的性質を与える半実験的関係を表示する乾湿球チ
ャートに記録される。乾湿球は空気の湿球及び乾球温度
を測定する器械である。乾湿球チャートは乾湿球湿度計
で得られる空気圧力と温度の関数としての湿度、露点、
エンタルピー、比容積のような空気‐水蒸気混合物の諸
特性を与えるため作られたモノグラムである。従って一
例して挙げたガスタービンに対する摂氏７度（華氏４５
度）の流入空気温度と８５％の相対湿度は、タービンブ
レード上の潜在的氷結を防止すると共に、予想外の天候
変動に適応する許容可能な相対湿度における適正動作温
度を与える。冷却塔から送られる空気は周辺空気のほぼ
湿球温度まで低下せず水で飽和されるので、流入空気混
合物の制御は直接蒸発装置又は冷却塔の使用で適応する
ことができない。この条件により、タービンブレードに
損傷を与える恐れがある蒸発で発生する気流中にエント
レインされる水滴を防止する。従って、ＤＥＣ装置から
ガスタービンの入口にエントレインされた水滴の移行に
対する可能性を最少にするため、ガスタービンの入口の
湿度を制御すめことが望ましい。最大８５％の相対湿度
を有する空気はＤＥＣ装置の出口とガスタービンの入口
との間の空気通路内の水滴を蒸発させる。

【００１３】レイモンド コーエン（Ｒaymond Ｃohe
n）の論文「Ａdvances in Ｔechnolo-gy Ｗith Ｐoten
tial for Ａir Ｃonditioning and Ｒefrigeration」で
はフィン付管で閉鎖された回路式冷却コイルを使用する
別のガスタービンの空気特性向上装置が記載され、この
コイルは氷のオフピーク凍結に同じ流体を使用するオフ
ピーク氷結装置から送られるグリコール／水溶液で冷却
される。これらの冷却用コイルを通って送られる空気の
温度は摂氏３２度（華氏９０度）の公称基準温度から約
摂氏１６度（華氏約６０度）まで低下し、電力を発生す
る発電機に接続されたガスタービンに注入即ち連絡され
る。オフピーク作動氷冷却装置は電力オフピーク時間内
に氷を製造して貯蔵する。この氷はガスタービンに連結
された注入空気の温度を低下し、冷却用コイル内の冷却
用流体の温度を低下するため使用される。しかしこの装
置は相対湿度の制御装置がなく、外部静的損失の大きい
型式のフィン付コイル熱交換器及び末端温度差を必要と
し、他の動作モードに対する融通性がなく、装置の単一
段階動作によって温度低下が制限される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第４,１３７,
０５８号（シュロムその他名義）に示される間接蒸発式
熱交換器はタービン圧縮機に使用するガスの冷却に湿潤
及び乾燥側面を備えた複数の壁を有する。この熱交換器
は壁の両側に低温の乾燥空気流と低温の湿潤空気流を供
給し、電力タービン圧縮機入口と中間冷却器に連絡す
る。別の実施例の間接蒸発式冷却装置は直列に接続さ
れ、流入空気として第１ユニットから低温乾燥空気を第
２間接蒸発式冷却器の湿潤及び乾燥側に供給する。第２
間接蒸発式冷却器から送られる非常に低温の湿潤空気は
第１間接蒸発式ユニットから送られる低温の湿潤空気と
混合され、２段ガス圧縮式中間冷却器に使用される。こ
の低温乾燥空気はガスタービン圧縮機に送られる流入空
気として使用される。第３実施例では、間接蒸発式冷却
器から乾燥低温空気流と湿潤冷温空気流は結合されてタ
ービンの空気圧縮器に対する流入空気流として使用する
ため送られるが、この実施例では低温空気は中間冷却器
に供給されない。最終実施例では、間接蒸発式冷却器か
ら送られる乾燥低温空気流は、間接蒸発式冷却器の湿潤
側の流入空気流として使用され、この最終的の非常に低
温の湿潤空気はタービンの空気圧縮器の流入空気源とし
て使用される。

【００１５】機械的冷却器、蒸発式空気冷却器及び吸収
式冷却器を含む公知の空気冷却装置は周辺空気よりも低
温の流入低温空気をガスタービンに供給して効率と動作
性能を向上させることができる。しかし、特定温度で流
入空気内にエントレインされた水滴の除去、流入空気の
空気密度、又は管路内の冷凍圧縮機の空気エネルギー要
求を必要とせずにオンピーク動作を与えるオフピーク時
の氷の製造と貯蔵の制御に対する考慮は払われていな
い。また、これらの装置は所期コストが高く、非経済的
に動作しかつ発電機に連結されたガスタービンに余分の
電気的負荷を加えることが多い。

【００１６】そこで、本発明は優れた効率で稼動できる
空気予備冷却方法及び空気予備冷却装置を提供すること
を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】ガスタービン（２０）へ
の燃焼用空気を予備冷却する本発明による空気予備冷却
装置（１０）は、湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と周
辺空気密度の周辺空気を受取り、周辺空気温度よりも低
い第２温度と周辺空気密度よりも大きい空気密度を有す
る燃焼用空気をガスタービン（２０）に供給する。空気
予備冷却装置（１０）は、流体と空気との間で熱交換を
行う冷却用媒体、空気入口（３２）、空気出口（３
４）、流体入口（４４）、第１温度の冷却用流体及び流
体入口（４４）から冷却用媒体を通って流れる冷却用流
体を回収する溜め（３６）を有すると共に、周辺温度と
密度の空気を受取り、周辺空気温度と絶対湿度を低下
し、ガスタービン（２０）に送る空気の密度を増加する
直接接触空気冷却器（１２）と、直接接触空気冷却器
（１２）内の低温流体により空気温度を周辺湿球温度以
下に低下しかつ絶対湿度を減少するため、冷却用流体の
温度を周辺湿球温度以下に低下する流体温度低下装置
（６０）と、ポンプ（４２）と、ポンプ（４２）と流体
入口（４４）との間に接続され、冷却用媒体を通り空気
入口（３２）から空気出口（３４）に排出される周辺空
気を冷却する冷却用流体を流体温度低下装置（６０）に
送る第１導管（４０）と、ポンプ（４２）と流体温度低
下装置（６０）とに接続されかつ第１サーボ機構を有す
る第１弁（７０）と、第１弁（７０）と流体温度低下装
置（６０）との間に接続された第２導管（７８）と、第
２サーボ機構を有しかつポンプ（４２）、第１弁（７
０）及び流体温度低下装置（６０）に接続された第２弁
（８０）とを備えている。第１サーボ機構により作動さ
れる第１弁（７０）は溜め（３６）から第２弁（８０）
及び流体温度低下装置（６０）の何れかに冷却用流体を
流し、第２サーボ機構により動作される第２弁（８０）
は第１弁（７０）からの冷却用流体及び第１弁（７０）
と流体温度低下装置（６０）から供給される混合された
冷却用流体の何れかから冷却用流体をポンプ（４２）に
流し、所定の流体温度の冷却用流体を直接接触空気冷却
器（１２）に再循環する。

【００１８】本発明の実施例では、冷却用流体は水であ
る。冷却用媒体は直交流型冷却装置、向流型冷却装置又
は並流型冷却装置である。所定の空気温度は約摂氏６.
６７度（華氏４４度）である。流体温度低下装置（６
０）は、製氷プラントと、冷却用流体と氷とを保持する
熱貯蔵室（６５）を形成する熱貯蔵ユニットとを有する
熱貯蔵装置であり、熱貯蔵装置は熱貯蔵装置内に配置さ
れかつ製氷プラントに接続され氷を作る冷凍装置を備え
ている。第２導管（７８）は第１弁（７０）と溜め（３
６）から熱貯蔵室（６５）に流体連絡し、冷却用流体を
氷に接触させて、流体入口（４４）に再循環させるため
冷却用流体の温度を低下させる。更に、流体温度を感知
して信号を供給する感知装置（３９）と、少なくとも一
つの第１弁（７０）のサーボ機構と感知装置（３９）と
を接続する線路（１６２）を有し、少なくとも一つの構
成要素は感知装置（３９）の信号に応答して、冷却用流
体の流動と、熱貯蔵室（６５）への第１弁（７０）と第
２弁（８０）とを通る流体の連絡を制御する。更に、燃
焼空気温度と相対湿度の一つを感知して信号を送出する
感知装置（３９）と、少なくとも第１弁（７０）及び第
２弁（８０）のサーボ機構の一つと感知装置（３９）と
を接続する線路（１６２）とを有する。サーボ機構は感
知装置（３９）の信号に応答して第１弁（７０）及び第
２弁（８０）を通る冷却用流体の流れを制御しかつ感知
された前記第１及び第２の燃焼空気パラメータを制御す
る。更に、直接接触空気冷却器（１２）の下流の再加熱
コイル（１８）と、再加熱コイル（１８）を加熱して空
気温度を所定の温度まで上昇しかつ相対湿度を低下する
加熱装置（１００）と、直接接触空気冷却器（１２）の
上流の流入空気の温度を低下する間接接触蒸発式冷却器
（１６）を含む。冷凍装置は熱貯蔵室（６５）内に配置
されかつ冷凍剤と製氷プラント（６２）を有する冷却用
コイル（６６）である。製氷プラント（６２）は蒸発
器、凝縮器、膨張装置及び冷却用コイルに接続された圧
縮器を有し、製氷プラント（６２）は冷却用コイル（６
６）と冷凍剤によって動作し、熱貯蔵室（６５）内の冷
却用流体を冷却しかつ冷凍する。

【００１９】また、燃焼空気の予備冷却装置（１０）
は、流体入口（３２）、溜め（３６）及び冷却のための
第１流体を有しかつ受け取った空気の温度を低下させる
直接接触空気冷却器（１２）と、上記空気の温度を湿球
温度以下に低下し、空気の絶対湿度を低下する冷却用流
体の温度を周辺空気の湿球温度以下に低下する液体温度
低下装置（６０）と、溜め（３６）から直接接触空気冷
却器（１２）の流体入口（４４）まで第１冷却用流体を
再循環させる第１再循環装置（４２）と、第１再循環装
置（４２）と流体温度低下装置（６０）を接続し、消費
された第１冷却用流体を溜め（３６）から流し、第１再
循環装置（４２）と流体温度低下装置（６０）に対する
冷却用流体の流量を制御し、直接接触空気冷却器（１
２）に対して所定の温度で流体入口（４４）に冷却用流
体を供給する装置（４０）と、流体通路、流入端部と流
出端部とを有しかつ冷却のための第２流体を有する間接
蒸発冷却器（１６）と、間接蒸発冷却器（１６）の管状
コイル（５０）に装着されて、空気接触及び熱移動を向
上する少なくとも１個のフィンと、第２流体の入口通路
と第２溜めを有する第２冷却用流体の冷却塔（５２）
と、冷却塔（５２）の溜めと冷却塔（５２）の第２流体
の入口通路との間に接続され、第２冷却用流体を再循環
させる第２再循環装置（５６）と、管状コイル（５０）
を通して第２冷却用流体を循環させる冷却塔（５２）の
第２流体の入口通路と第２再循環装置（５６）との間に
直列に配置された管状コイル（５０）とを備えている。
間接蒸発冷却器（１６）は、受取った周辺空気を管状コ
イル（５０）に通過させて周辺空気の温度低下、絶対湿
度の維持並びに直接接触空気冷却器（１２）及びガスタ
ービン（２０）の１つへの空気の流通を維持する。直接
接触空気冷却器（１２）と冷却塔（５２）は直交流型装
置、向流型装置又は並流型装置である。第１再循環用装
置（４２）は、第１溜め（３６）と直接接触空気冷却器
（１２）の流体流入通路（４４）との間を接続する導管
（４０）と、導管（４０）内に配置されて第１冷却用流
体を溜め（３６）から直接接触空気冷却器（１２）の流
入通路に再循環させるポンプ（４２）とを備えている。
更に、第２導管（５４）及び第２導管（５４）内に設け
られた第２ポンプ（５６）が設けられる。第２ポンプ
（５６）は、第２導管（５４）、フィン付コイル（５
０）及び冷却塔（５２）を経て第２冷却用流体を再循環
させる。更に、ガスタービン（２０）に送る空気の温度
及び相対湿度の一つを感知して感知信号を発生する第１
感知装置（３９）が設けられ、第１感知装置（３９）の
感知信号は第２ポンプ（５６）に送出され、第２ポンプ
（５６）は管状コイル（５０）を通して第２冷却剤を循
環させる。更に、直接接触空気冷却器（１２）と間接蒸
発式冷却器（１６）の下流に再加熱コイル（１８）が設
けられる。再加熱コイル（１８）は入口ポート（９３）
と出口ポート（９５）とを備えた流体通路を有する。第
２導管（１００、１０６）内に配置されかつ再加熱コイ
ル（１８）の入口ポート（９３）に接続された連結装置
を備えている。再加熱コイル（１８）の出口ポート（９
５）は連結装置の下流の第２導管（１０６）に接続され
る。連結装置は、間接接触蒸発冷却器（１６）のフィン
付管状コイル（５０）の下流の第２冷却用流体を受取
り、第２冷却用流体を第２導管（１００、１０６）、更
に再加熱コイル（１８）に送り、燃焼空気を所定温度ま
で僅かに上昇し、相対湿度を低下すると共に接触絶対湿
度を保持する。

【００２０】更に、燃焼空気温度と相対湿度の一つを感
知して感知信号を供給する第２感知装置（１４５）が設
けられる。第２感知装置（１４５）に接続されたサーボ
機構に２方弁（９２）を連結する装置が設けられる。こ
のサーボ機構は、第２感知装置（１４５）の信号に応答
して２方弁（９２）、第２導管（１００、１０６）及び
再加熱コイル（１８）を連結するように動作し、燃焼空
気温度と相対湿度を制御する。更に、予備冷却装置（１
０）を通過してガスタービン（２０）に達する空気流を
加速するモータ駆動ファン（１１０）が設けられる。

【００２１】本発明による空気予備冷却方法は、溜め
（３６）と流体入口（４４）との間で冷却用流体を再循
環させる装置（４２）及び溜め（３６）と再循環装置
（４２）を連結する装置（７０、７２、７５、８０）を
有するシステムによって、流体入口（４４）、直接接触
空気冷却器（１２）及び溜め（３６）を通して再循環さ
れる冷却用流体によって、周辺空気密度よりも大きい密
度を有しかつほぼ周辺温度の流体によって冷却される空
気より低い温度の低温空気をガスタービン（２０）に供
給する。この空気予備冷却方法は、ａ．冷却用流体の温
度を低下する熱貯蔵ユニット及び製氷プラントを有する
流体温度低下装置（６０）を設ける過程と、ｂ．溜め
（３６）と流体温度低下装置（６０）とを連結して冷却
用流体を熱貯蔵装置に流す過程と、ｃ．冷却用流体を溜
め（３６）から熱貯蔵装置に送って冷却用流体の温度を
周辺空気温度以下に低下させる過程と、ｄ．熱貯蔵ユニ
ットを再循環装置（４２）に連結し、低温流体を流体入
口（４４）と直接接触空気冷却器（１２）に送る過程
と、ｅ．周辺空気の温度を周辺空気温度よりも低い第２
温度まで低下させる間接接触冷却器（１６）を設ける過
程と、ｆ．周辺空気を間接接触冷却器（１６）を通して
ガスタービン（２０）及び直接接触空気冷却器（１２）
の１つに流す過程と、ｇ．直接接触空気冷却器（１２）
内の第２温度の空気の温度を低下し、第２温度及び冷却
用流体の通常温度よりも低い第３温度で低温空気を供給
する過程とを含む。この空気予備冷却方法は、更に、
ａ．ガスタービン（２０）に対する低温空気を再加熱す
る再加熱装置（１８）を設ける過程と、ｂ．直接接触空
気冷却器（１２）と間接蒸発式冷却器（１６）からの空
気を再加熱装置（１８）に送る過程と、ｃ．再加熱装置
（１８）を通る空気をガスタービン（２０）に移送する
ため、所定の相対湿度よりも低い相対湿度で所定の第４
温度まで上昇する過程を含む。

【００２２】本発明による空気予備冷却装置（１０）の
実施例では、冷却用第１流体、流体入口（４４）及び流
体溜め（３６）を有する直接接触空気冷却器（１２）
と、冷却用第２流体を有する間接蒸発冷却器（１６）
と、第１冷却用流体の温度を上記周辺空気湿球温度以下
に低下させる流体温度低下装置（６０）と、第１冷却用
流体を再循環させる第１再循環装置（４２）と、溜め
（３６）を流体温度低下装置（６０）に連結しかつ第１
再循環装置（４２）を直接蒸発冷却器（１２）に連結す
る第１連結装置（７２、７８）と、第２冷却用流体を間
接蒸発冷却器（１６）を通して再循環させる第２再循環
装置（５６）と、入口ポート（９３）と排出ポート（９
５）とを有し、排出空気を再加熱する装置（１８）と、
第２再循環装置（６５）と再加熱装置（１８）とを間接
蒸発冷却器（１６）の下流の再加熱装置（１８）の入口
ポート（９３）で連結する第２連結装置（９２）とを備
えている。第１再循環装置（４２）は直接接触空気冷却
器（１２）の溜め（３６）及び流体温度低下装置（６
０）から直接接触空気冷却器（１２）の流体入口に第１
冷却用流体を送る。間接接触冷却器（１６）の下流でか
つ第２再循環装置（５６）の上流に接続された第１冷却
塔（５２）は第２冷却用流体を受取る。再加熱装置（１
８）は第２連結装置（９２）の下流の排出ポート（９
５）で第２再循環装置（６５）に連結され、再加熱装置
（１８）は排出空気をほぼ所定の温度まで暖め、かつ一
定の絶対湿度の相対湿度を低下する。第１冷却用流体の
温度を低下する流体温度低下装置（６０）は、冷凍用の
冷却剤を使用する製氷プラントと、製氷プラントに連結
されて共に動作する第２冷却塔（１７０）とを含む。

【００２３】また、予備冷却装置（１０）の他の実施例
では、冷却用第１流体、冷却用媒体、空気入口（３
２）、空気出口（３４）、冷却用媒体を通って流れる第
１冷却用流体を回収する溜め（３６）を有する直接接触
空気冷却器（１２）と、冷却用第２流体を有する間接蒸
発冷却器（１６）と、冷却用第１流体の温度をを周辺空
気湿球温度以下に低下させる流体温度低下装置（６０）
と、第１ポンプ（４２）と、第１ポンプ（４２）と直接
接触空気冷却器（１２）の流体入口（４４）との間の第
１導管（４０）と、冷却用第１流体を再循環させる第１
再循環装置（４０、４２、４４）と、溜め（３６）を第
１循環装置（４２）と流体温度低下装置（６０）とに接
続し、第１冷却用流体を流体温度低下装置（６０）と第
１再循環装置（４２）に流す第１連結装置（４０）とを
備えている。第１再循環装置（４２）は直接接触空気冷
却器（１２）の流体入口（４４）に連結されて第１冷却
用流体を溜め（３６）及び流体温度低下装置（６０）か
ら流体入口（４４）に流し、冷却用媒体は空気入口（３
２）から空気出口（３４）に流れる周辺空気を冷却す
る。第１連結装置（４０）は第１弁（７０）、第２弁
（８０）及び第１弁（７０）を流体温度低下装置（６
０）に接続する第２導管（７８）を有する。第１弁（７
０）は第１サーボ機構を有し、第１弁（７０）は溜め
（３６）と第２弁（８０）に接続され、第１弁（７０）
は第１サーボ機構で動作されて第１冷却用流体を溜め
（３６）から第２弁（８０）と流体温度低下装置（６
０）に流動させる。第２弁（８０）は第２サーボ機構を
有する。第２弁（８０）は第１溜め（３６）と流体温度
低下装置（６０）に接続され、第２サーボ機構は第２弁
（８０）を作動させて第１冷却用流体を第１弁（７０）
及び流体温度低下装置（６０）から第１ポンプ（４２）
に接続させて直接接触空気冷却器（１２）の流体入口
（４４）に再循環させる。第２冷却用流体を間接蒸発冷
却器（１６）を通して再循環させる第２再循環装置（５
６）と、入口ポート（９３）と排出ポート（９５）とを
有し、排出空気を再加熱する再加熱装置（１８）と、第
２再循環装置（５６）と再加熱装置（１８）とを間接蒸
発冷却器（１６）の下流の再加熱装置（１８）の入口ポ
ート（９３）で連結する第２連結装置（９２）とが設け
られ、再加熱装置（１８）は第２連結装置（９２）の下
流の再加熱装置（１８）の下流の第２再循環装置（５
６）と排出ポート（９５）で連結され、再加熱装置（１
８）は排出空気をほぼ所定の温度まで暖めかつ一定の絶
対湿度の相対湿度を減少する。所定の相対湿度は８５パ
ーセント以下である。間接蒸発式冷却器（１６）は、第
２溜めと、第２溜めと冷却塔流体流入通路とを備えた冷
却塔（５２）と、貫通孔、入口端部、出口端部及び改良
熱伝達のため少なくとも１個のフィンを有する管状コイ
ル（５０）と、再循環用第２装置は、第２ポンプ（５
６）と第３導管（１０２）とを有する。第２ポンプ（５
６）は冷却塔（５２）の溜めと管状コイル（５０）の入
力ポートとの間に接続される。第２連結装置（９２）
は、第３サーボ機構を有する第３弁（９２）で、第３弁
は管状コイル（５０）の出口ポート、再加熱コイル（１
８）の入力ポートと第３導管（１０２）に連結され、第
３導管（１０２）は第３弁（９２）の下流の冷却塔（５
２）の流入ポートに接続されて第２流体を再循環させ
る。再加熱コイル（１８）の出口ポート（９５）は、冷
却塔（５２）に流体を移動する第３導管（１０２）に連
結される。第３弁（９２）は第３サーボ機構によって作
動され、第３導管（１０２）と再加熱コイル（１８）を
連結し、冷却塔（５２）に対する再循環のため、管状コ
イル（５０）の下流に第２流体を送る。再加熱コイル
（１８）は、貫通通路と、燃焼用空気と管状部材間の熱
伝達を向上するため管状部材上に設けられた少くとも１
個の熱交換用フィンを備えた管状部材とを有する。再加
熱コイル装置（１８）はガスタービン（２０）の上流か
つ直接接触空気冷却器（１２）及び間接蒸発式冷却器
（１６）の下流に配置されかつ電気的に作動されて、燃
焼空気を再加熱して温度を上昇しかつ流入空気の相対湿
度を一定の絶対湿度に低下する。更に、燃焼用空気の温
度を感知するように動作し、第１弁（７０）、第２弁
（８０）及び第３弁（９０）のサーボ機構の少なくとも
一つに連結され、少なくとも当該一つの弁を通る冷却用
流体の流通を制御する少くとも一つの感知装置（３９、
１４５、１４６）と、空気予備冷却装置（１０）を通し
てガスタービン（２０）に達する空気を加速するファン
（１１０）が設けられる。

【００２４】

【作用】本発明では、第１サーボ機構により作動される
第１弁（７０）は溜め（３６）から第２弁（８０）及び
流体温度低下装置（６０）の何れかに冷却用流体を流
し、第２サーボ機構により動作される第２弁（８０）は
第１弁（７０）からの冷却用流体及び第１弁（７０）と
流体温度低下装置（６０）から供給される混合された冷
却用流体の何れかから冷却用流体をポンプ（４２）に流
すので、所定の流体温度の冷却用流体を直接接触空気冷
却器（１２）に再循環することができる。また、間接蒸
発冷却器（１６）は、受取った周辺空気を管状コイル
（５０）に通過させて周辺空気の温度低下、絶対湿度の
維持並びに直接接触空気冷却器（１２）及びガスタービ
ン（２０）の１つへの空気の流通を維持して、冷却効率
を向上することができる。

【００２５】本発明の空気冷却装置は、直接蒸発式冷却
器としての交代動作に対する適応性を有する直接接触空
気冷却器を提供するもので、排出空気温度を予備冷却し
かつ湿度を制御する補助空気処理装置を有する。即ち、
本発明の空気予備冷却装置は、発電機に接続されたガス
タービンに接続され、ピーク負荷時に現実の蒸気圧縮装
置に高価な圧縮装置を使用する必要がない。

【００２６】理想的な状態では、ガスタービンに使用す
る空気予備冷却装置は、空気密度を最大限に増加しかつ
温度と相対湿度のような流入空気特性を制御した流入空
気をガスタービンに供給することができる。本発明の空
気予備冷却装置は種々のモードで動作でき、流入空気の
特性を統計的に選択すると共に動作コストを最小限に低
下しかつ周囲の天候と負荷変動に動作状態を適応させ
る。水力、原子力、石化燃料燃焼その他の発電装置の発
電力の補強に使用される発電装置にはしばしばガスター
ビンが接続される。直接接触空気冷却器、間接蒸発式冷
却器及び再加熱装置と協力する蓄熱装置は、低温度で最
低コストの制御された相対湿度の空気をオフピーク動作
で供給し、ガスタービン発電装置の通常高い要求期間で
あるピーク要求期間に、暖かい周辺空気と反応するため
冷媒の温度を低下する冷い塊を発生する。通常は氷の冷
塊を供給する比較的小型の装置を含む流体温度低下装置
は、空気予備冷却装置動作間に短時間この冷媒と反応す
るため１２〜１６時間の長時間内に氷塊を発生される。
この熱貯蔵装置の経済性はタービンの高いＫＷ出力とタ
ービンの効率増加によって向上し、主として商業的ＨＶ
ＡＣ（加熱、通風及び空気調和）動作に対する特定のユ
ーザへの刺激を与える効果があり、高負荷即ちピーク負
荷間の空気消費量を減少する。このピーク負荷期間の表
示は夏季の非常に高い正午過ぎの温度で、この温度は場
所によっては燈火の「警戒管制」状態になる。この警戒
管制状態では地方の公共施設は他地域の発電所から電力
を購入するか又は低電圧出力又は他の方法で機能してこ
の高負荷期間に得られる電力を利用する。従ってタービ
ン流入空気の温度を低下する高負荷期間内に低圧で高価
な電力を使用することは明らかに経済的に不合理であ
る。また、タービン流入空気の温度を低下する制御速度
で熱貯蔵装置を連続的に利用できることは明らかであ
る。

【００２７】露点以下の温度まで空気温度を低下する利
点は、窒素酸化物の排出を制御してガスタービン燃焼区
域に排出して利用される本質的に無機物を除去した水で
ある凝縮物水分の回収であるが、この利点は明確ではな
い。

【００２８】本発明は、排出空気の相対湿度を制御し、
空気密度を増加し、またエントレインされた水分、水滴
を制御して、排出空気の温度を外気温度以下に低下する
空気予備冷却装置を提供するものである。この空気予備
冷却装置は、外気状態の変動に対応する交代空気流動の
通路を有し、使用者の利用のため交代流入空気特性を変
化させる。排出空気の温度、相対湿度、従って空気密度
を換える性能を有する本発明による空気予備冷却装置内
の構成要素の個々の冷却及び空気移送性能を利用するこ
とによって、所望の流入空気特性が得られる。特定の実
施例では、全装置の構造要求を最小限にするため、２個
以上の構成要素を二重サイクルで単一の冷却塔と熱伝達
サイクルを交互利用できる設備を設けることができる。
この空気予備冷却装置は周辺空気に対して空気温度を低
下しかつ１００％以下に相対湿度を減少する。

【００２９】即ち、昼間の空気予備冷却装置は、オフピ
ーク時に製氷冷却装置（ＩＭＰ）を使用し、氷‐水冷却
用流体の温度を低下し、氷を貯蔵し、次に直接接触熱と
質量交換とのため、冷却塔とフィン付コイルバンクを有
する間接蒸発式空気冷却器と直列に空気流中に配置され
た氷‐水熱伝達装置を再加熱し、更に比較的低コストで
低い温度と湿度の流入空気をガスタービンである空気消
費装置に送り込むためコイルバンクを再加熱する。氷の
冷却と貯蔵のため、冷温冷却用流体又は氷‐水を利用し
て、周辺空気温度によって制限される冷媒の循環のみに
よって得られる温度よりも低い温度でガスタービンに低
温の空気を流入させる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明による空気予備冷却方法及び空
気予備冷却装置の実施例を図１〜図１３について説明す
る。

【００３１】ガスタービン２０に低温空気を供給する空
気予備冷却装置１０を図１に略示する。空気予備冷却装
置１０は、例えば空気呼吸エンジン又は熱交換器、更に
劇場やスタジアム等の任意の大容量空気調和装置に使用
できるが、発電機２１に接続されたガスタービン２０に
ついて空気予備冷却装置１０の構造と作用を説明する。
タービン接続発電装置は発電工業界では珍らしいが、ピ
ーク要求時及びある種の応用分野において動力発生構造
体を表わす適当な装置として使用されるようになった。

【００３２】周辺空気である外気に対して低温で高密度
の空気をガスタービン発電機に供給する装置はタービン
効率及び出力性能及び発電機のＫＷを増加する。タービ
ン発電機効率の改善を示す図１０は圧縮機（タービン）
流入温度の関数としての設計性能のパーセント変化を示
す。このグラフの変数は熱消費率、空気流、熱消費量及
び出力である。流入空気温度の低下と共に、ガスタービ
ン２０に接続された発電機２１の出力は熱消費率の減少
につれて増加することは明らかである。例えば、流入空
気温度が摂氏４１度（華氏１０５度）から摂氏４.４４
度（華氏４０度）に低下すると、熱消費率は約９％減少
するが出力は約３５％増加する。熱消費率が減少すると
き又はキロワット出力が同じ動作条件で増加するとき、
タービン２０と発電機２１の組合せ装置を改善すること
ができる。

【００３３】図１の好適実施例に示すガスタービン２０
用の空気予備冷却装置１０は、氷冷却装置１４に接続さ
れた直接接触空気冷却器（ＤＣＣ）１２、間接蒸発式冷
却装置（ＩＥＣ）１６及び出口空気の湿度を制御する再
加熱コイル１８を有する。各ＤＣＣ１２とＩＥＣ１６
は、独立してガスタービン２０に達する流入空気を外気
温度以下に冷却し、これらの構成要素は別々に若しくは
互いに協力し又は氷冷却装置１４及び再加熱コイル１８
と協力して流入空気の湿度を制御するか又は温度を低下
する。空気予備冷却装置１０の幾つかの有力な動作シー
ケンスを図３のブロック図に例示するが、これらは本発
明の制限を意味しない。図１の実施例で各構成要素の位
置と順序を整列直線関係で示すが、各構成要素又は要素
のシーケンスを通る空気流の流通用の物理的装置として
は複数のダンパ、ダクト、導管、バフル又は他の公知の
空気移動装置を含み、選択された動作モードを与え又物
理的部品組合せを構成する。

【００３４】図２に示す従来の直接蒸発式冷却器ＤＥＣ
１２２はタービン空気入口１９に流入する空気を冷却す
る。ＤＥＣ１２２の冷却効果の一例として、乾球温度摂
氏３６度（華氏９５.８度）［湿球温度摂氏２１度（華
氏６９.２度）と２５％相対湿度］の外気がＤＥＣ１２
２の蒸発式冷却器１３０を通して流入され、蒸発式冷却
器１３０には冷却用流体の流動通路となる冷却媒体（図
示せず）が構造上装置に設けられる。蒸発式冷却器１３
０から出口１３４に排出される空気は、乾球温度摂氏２
２.７度（華氏７２.９度）と相対湿度８５％でガスター
ビン２０の圧縮機入口１９に移送される。水回路中に熱
負荷のない冷却塔装置の構造と類似する構造の蒸発式冷
却器１３０に入口１３２から外気が導入され、ガスター
ビン２０の圧縮機入口１９に連絡するため出口１３４に
排出される。蒸発式冷却器１３０の溜め（パン）１３６
のベース１３８は、冷却器１３０から水等の冷却用流体
を再循環のため受取る。管路内ポンプ１４２を有する導
管１４０は溜め１３６を冷却器１３０の上面に設けられ
た水の流入通路１４４に接続し、冷却器１３０を通して
水を再循環させ流入外気を冷却しかつ加湿する。

【００３５】ポンプ１４２は、手動的又は自動的に供給
される信号によって連続的又は循環的に動作する。例え
ば、外気温度を感知するサーモカプル等の感知装置１３
９は外気流通路内に突出して温度を感知する。感知装置
１３９は管路１４１によってポンプ１４２に接続され、
外気温度を感知してこの信号を送ってポンプ１４２を作
動させ、導管１４０を経て冷却用流体を上面に再循環さ
せる。種々のパララメータを感知して制御する装置は公
知であるから、図２では詳細に図示しない。

【００３６】本発明に使用するＤＣＣ１２は図２の構造
に類似した図１に示す構造を有し、ガスタービン２０の
流入空気の温度を低下する。ＤＣＣ１２内で外気は空気
入口３２からＤＤＣ１２のＤＤＣユニット３０に送ら
れ、ガスタービン２０に連絡するため空気出口３４から
排出される。ＤＣＣユニット３０のベース３８の溜め３
６は空気中の凝縮物を含む暖かい冷却用流体を集め、Ｄ
ＣＣユニット３０から熱貯蔵ユニット又は氷タンクを含
む流体温度低下装置６０に再循環させる。図１で第１の
ポンプ４２に接続された導管７２、７５及び４０は、冷
却用流体をＤＣＣユニット３０を経て流通させかつ再循
環させるため、溜め３６をユニット３０の流入通路４４
に接続される。第１のポンプ４２は、下記に説明する再
循環用回路網を経て氷冷却装置１４の氷貯蔵タンク６０
に接続される。ＤＣＣユニット３０は、本発明では特定
の構造に限定されないから、向流型、並行流型又は直交
流型の熱交換媒体対空気ユニットでよい。添付図面は直
交流型熱交換媒体を示す。

【００３７】図１の構造では、全装置の動作を開始させ
る温度又は他の流体関連パラメータを監視する感知装置
（センサ）３９から送られる信号に自動的又は手動的に
応答して幾つかの構成要素が動作する。図１で感知装置
３９は図示の例では弁機構９２のサーボ作動子９６に接
続されるが、ポンプ４２、５６又は弁７０と８０に接続
してもよく、また製氷プラント６２又はタービン発電機
２０を制御するように接続してもよい。別の装置では、
感知装置３９は幾つかの又は全部の構成要素に接続され
て、各構成要素を監視し、活性化し又は非活性化する信
号を制御する制御装置１２０に接続される。特定の感知
装置３９及び／又は制御装置１２０はコンピュータ制御
装置を例示するが、これは限定を意味しない。

【００３８】図中のＤＣＣ１２は、氷貯蔵タンクを含む
流体温度低下装置６０と冷凍装置又は製氷プラント（Ｉ
ＭＰ）６２を含む氷冷却装置１４に接続される。即ち、
溜め３６は、導管７２と７８及び第１弁７０を経て流体
温度低下装置６０に接続される。ＩＭＰ６２は流体回路
内に圧縮機、凝縮器、膨張装置（図面省略）、交代蒸発
器及びポンプ６８を含み、導管６４と流体温度低下装置
６０内の冷却用コイル６６を経て低温の冷凍用流体を移
送し、熱貯蔵室（ＴＳＵ）６５内の冷却用コイル６６上
で溜め３６から送られる第１冷却剤の少なくとも一部を
冷却し凍結する。ＩＭＰ６２とＴＳＵ６０の貯蔵タンク
は氷冷却装置１４の構成要素で業界では公知であるから
この特殊の動作と構造は本発明では限定されない。

【００３９】図１では、第１直列ポンプ４２を有する流
体帰還導管４０は出口ポート８４で第２サーボ弁８０に
接続され、ＴＳＵ６５は導管８８によって第２入口ポー
ト８６の第２サーボ弁８０に接続される。第２サーボ弁
８０はサーボ機構又はモータ９０によって作動され、第
１弁７０と協力して導管８８及び７５の一つに導管４０
とポンプ４２を接続し、溜め３６とポンプ４２間の流体
連絡用の交代通路を構成し、ＤＣＣ１２に対して冷却用
流体を再循環させる。弁７０と８０及びポンプ４２は協
力して導管４０に対する溜め３６とタンク６０からの流
体流動をシールする。従って溜め３６からの冷却用流体
の流動は阻止され、導管７２、７５及び４０を経て冷却
塔３０に再循環されるか又はＴＳＵ６０を経て交代的に
送られて、第１冷却塔３０に再循環される前に冷却用流
体の温度を低下する。また溜め３６から送られる流体流
を弁７０と８０によって比例させ、ＴＳＵ６０を部分的
にバイパスし、ＩＭＰ６２が昼間ピーク負荷時の連続モ
ードのようなオフピーク時間に作動する際に、冷却用流
体の一部をＴＳＵ室６５内で再循環させることもでき
る。冷却用流体として水を使用する際は、氷が生成され
てコイル６６上でＴＳＵ６５内に貯蔵され、導管４０を
経て再循環のため溜め３６からＴＳＵ６５に送られる流
体の温度はほぼ冷凍温度に低下され、この低温の水は更
にＤＣＣユニット３０から排出する空気の温度を更に外
気温度の冷却剤で達成できる温度以下に低下する。

【００４０】蒸発式冷却器としてＤＣＣユニット３０を
使用する結果を示す図９では、点Ｚの流入外気はその乾
球温度内で点Ｃまで低下されるが、相対湿度は増加す
る。ＴＳＵ６５を通る流体の導入は外気温度を１００％
相対湿度の露点まで低下する。次に、空気の温度と絶対
湿度は、空気中の水分が凝結するとグラフのほぼＤ点ま
で低下する。

【００４１】間接蒸発式冷却装置（ＩＥＣ）１６は、図
１に示すように冷却塔５２とフィン付コイル５０を熱伝
達装置として有し、作動時にＩＥＣ１６を通る空気が冷
却される。コイル５０は第２直列ポンプ５６を有する導
管５４によって第１冷却塔５２に接続され、ポンプ５６
はコイル５０と導管５４とを経て水等の第２冷却用流体
を循環させる。第１冷却塔５２から送られる冷却剤によ
って冷却されたコイル５０は、空気流に水分を加えずに
フィン５０を経て流れる空気を冷却する。図９では、空
気温度ＢでＤＣＣ１２内の直接接触熱交換媒体で減湿が
起こり、また減湿を継続して冷却される空気中の水分を
凝縮し、更に流入空気の露点以下の点Ｄまで冷却する。
ＤＣＣ１２の媒体上の凝縮水分は、再循環する氷‐水と
結合して溜め３６に排出され、オーバフロー制御装置及
び溜め３６と他の貯蔵、処理間の管路等によって無機物
除去水として使用するため回収される。

【００４２】図１はＩＭＰ６２に接続した導管５４を示
す。この構成では、導管５４は管路による加熱又は機械
的の仕事なしにＩＥＣ１６の作動サイクル間ＩＭＰ６２
の管路網によって循環される。しかし冷却塔５２のＩＭ
Ｐ６２に対する協力作動によって製氷動作間に冷却を継
続するから、空気予備冷却装置１０に必要な構成要素の
数を減少すると共に、必要な動作機能を与えることがで
きる。

【００４３】コイル５０を通る空気は全部がコイル又は
フィンに接触しないことは公知であるが、実際にはコイ
ル５０に直接接触しない空気は直接接触した空気と混合
されて平均排出空気温度となるから、コイル５０に接触
するものとして処理される。この空気の特定のコイル接
触及びコイル非接触部分の相対量の計算と調節はバイパ
ス係数のような算術的関数によって説明できる。商業的
状態では、接触空気と混合した非接触空気に特定量はコ
イル５０から排出された空気に均一温度を与える。コイ
ル５０から送られる冷却空気は空気導管を経てタービン
２０に送られ、不活性ポンプ４２でＤＣＣ１２に送ら
れ、流体流動回路内でＴＳＵ６０による又はよらないで
活性化されたポンプ４２で更に冷却のためＤＣＣ１２に
送られ、更に再加熱コイル１８に送られる。特定の空気
流動通路は作業員によって選択され、又手動的に選択さ
れるか、又は空気予備冷却装置１０に設けられたバフル
及びそらせ板などで自動的に選択される。

【００４４】図１の実施例では、入口ポート９４、サー
ボ機構９６、第１排出ポート９８及び第２排出ポート１
０４を有するサーボ制御弁９２がフィン付コイル５０の
下流で導管５４内に配置される。入口ポート９４と第２
排出ポート１０４はそれぞれ導管５４内の上流と下流で
第２流体を導管１０２を経て冷却塔５２に対する連絡と
再循環のため接続される。導管１００は交代流体通路を
構成し、弁９２の第１排出ポート９８を入口端９３で再
加熱コイル１８に接続する。弁９２は弁入口ポート９４
で導管５４を排出ポート９８に接続し、第２冷却用流体
流を再加熱コイル１８に送る。再加熱コイル１８の流体
出口端９５は、冷却塔５２に対する第２冷却剤流動のた
め弁９２の下流で導管１０２に接続される。弁９２を通
ってコイル５０から直立する流体通路はサーボ機構又は
モータ９６の作動で制御され、この作動で入口ポート９
４と導管５４を第１排出ポート９８又は第２排出ポート
の何れか一方に接続し、再加熱コイル１８と導管１０２
を通して流体を全て又は部分的に冷却塔５２に戻す。

【００４５】各図面中の再加熱コイル１８はＤＣＣ１２
の排出即ち出口３４とタービン入口１９との間に配置さ
れ、これが作動すると、排出空気温度を僅かに上昇し、
タービン２０に送られる排出空気の相対湿度を僅かに上
昇する。再加熱コイル１８は好適には第３弁９２に接続
されたフィン付管で、ＩＥＣ１６のフィン付コイル５０
から暖い流体を受取り、再加熱コイル１８を流れる空気
に熱伝達する。冷い排出空気を僅かに再加熱しても加熱
の効果はなく、却って排出空気の温度と湿度を制御す
る。図１の実施例では、ＩＥＣコイル５０と導管５８か
ら送られる暖い冷却剤は第３サーボ弁９２を経て再加熱
コイル１８に送られて排出空気を加熱し相対湿度を制御
するか又は導管１０２と冷却塔５２に送られてＩＥＣ５
０を冷却し再循環する。詳記すれば導管５４は、コイル
５０を流れる空気を冷却する間に暖められた冷却用流体
をＩＥＣコイル５０から弁９２の入口ポート９４に送
る。この消費された暖い冷却流体は、感知装置３９から
の感知信号に応答して第３弁９２とサーボ機構９６によ
って排出ポート９８と導管１００を経て再加熱コイル１
８に送られるか又は第２排出ポート１０４を経て下流の
導管１０２から冷却塔５２に戻される。排出空気温度の
制御と調整は再加熱コイル１８を通る冷却用流体の容積
を変えることによって制御するか又は感知装置３９によ
って監視されかつ測定される周囲の動作のパラメータに
応答して制御され、感知装置３９は弁９２に接続されて
その位置を調節し、再加熱コイル１８に部分的流動を送
り、残りの流動をバイパス導管１０２に送る。

【００４６】図１の駆動モータ１１２を有するファン１
１０はＩＥＣ１６とＤＣＣ１２との間に配置され、空気
予備冷却装置１０を通る空気流を加速する。ファン１１
０のこの位置は例示にすぎず限定を意味するものではな
い。ファン１１０の使用と配置位置は設計上任意に選択
できる。例えばファン１１０は再加熱コイル１８の下流
に配置してもよい。空気はガスタービン２０の圧縮機ブ
レード（図面省略）の回転誘導によってファン１１０を
使用せずに空気予備冷却装置１０内に流動し、このブレ
ードは空気予備冷却装置１０を通して空気流を誘引する
から、ファン１１０を使用する必要がない。この方法は
好適ではないが、圧縮機の負圧は発電機のＫＷ出力をフ
ァン１１０を使用した場合に得られる負圧よりも大幅に
減少する。

【００４７】空気予備冷却装置１０の種々の構成要素、
例えば弁７０、８０及び９２並びにポンプ４２、５６、
６８及びファンモータのサーボ作動子は手動で動作さ
れ、また予めセットすることができる。これは制御装置
１２０に接続して制御できることは業界で公知である。
制御装置１２０は、空気温度、冷却剤温度、気流速度、
相対湿度、圧力、その他、感知装置３９から得られる測
定パラメータの信号を受けてサーボ弁、ポンプ又はモー
タに制御信号を送る。図示の制御動作では、感知装置１
４６と１４８は、再加熱コイル１８上の上流と下流に配
置される。例えば感知装置１４６、１４８は温度等を検
出した信号を線路１５０、１５２を経て制御装置１２０
の比較器に送り、線路１５４上のサーボ機構９６に制御
信号を送る。同様な接続と制御信号は他の感知装置３
９、１４６と１４８から線路１５６、１５８及び１６０
を経てポンプ４２、６８及び５６に送られる。図示の感
知装置３９は線路１６２で制御装置１２０に接続され、
感知信号をこの制御装置に送る。同様な出力信号は制御
装置１２０から線路１６２と１６４を経てサーボ機構７
１と９０に送る。感知装置３９、１４６及び１４８で感
知された物理的パラメータ、例えば湿度や温度等の特定
の動作条件、感知装置のポンプ又はサーボ機構に対する
直接接続の数及び位置は設計上の選択で決定されるが限
定を意味しない。特定の動作条件、監視される物理的パ
ラメータ又は感知装置は空気予備冷却装置１０の所有者
及び／又は使用者の選択によって決定される。

【００４８】空気予備冷却装置１０は、ガスタービン２
０に送られる空気流の冷却、空気中の水蒸気の回収及び
／又は温度の制御に設計されるが、物理的特性を変化す
ることなく外気をガスタービン２０に送ることは、全部
のポンプを消勢しても行われる。しかし発電用のガスタ
ービン２０はしばしばピーク時の補助電力発生装置とし
て使用されるから、ＩＥＣ１６及びＤＣＣ１２の少なく
とも一つを通る外気の流通によってタービン流入空気温
度を低下してガスタービン動力出力を増加し、また単位
出力ＫＷ当りの燃料消費を減少することが望ましく、暖
い外気時期の動力利用率と効率の明瞭な変化を図１０の
曲線の相対的傾斜によって示す。図２の例で上記したよ
うに、冷却剤が外気温度である直接蒸発冷却器１３０を
通る空気移送は、例示した３０％相対湿度、乾球温度摂
氏３５.４度（華氏９５.８度）から摂氏２２.７度（華
氏７２.９度）に、相対湿度８５％で低下し、これは氷
冷却装置１４、ＩＥＣ１６及び再加熱コイル１８を使用
しない図９の点ＺからＣへの変化に相当する。しかし相
対湿度約８５％で摂氏約６.６７度（華氏約４４度）の
ガスタービン流入空気温度は、たとえ外気相対湿度が５
０％以上９０％で、蒸発式冷却器が全然作用しない場合
でも、非常に低温の空気ははるかに大きいＫＷ出力と低
い燃料消費率を与え、タービン内の氷の発生と、空気に
エントレインされた水滴によるタービンブレードの腐蝕
を防止することは確実であるから極めて望ましい。

【００４９】低温の流入空気及び相対湿度の制御の達成
は、図３のブロック図に示す複数の動作通路を経過する
空気予備冷却装置１０で適応される。選択された通路に
沿って空気流を移動する正確な配管網、ダクト網、バフ
ルその他の装置を図示しないが、業界では公知である。
従来の流入空気用蒸発式冷却器のみを使用し、図２の動
作モードは、低い相対湿度の外気条件で上記の温度変化
を与えるにすぎない。この乾球温度低下は、外気の湿球
と乾球温度間の差の約９０％になることが期待される。
タービン２０に移動される蒸発式冷却器の排出空気は上
記動作モードで水分が飽和されるが、相対湿度の制御に
対する特殊の装置は存在しない。従ってガスタービン２
０のブレードに有害な浮遊水滴のエントレインメントの
可能性が存在する。

【００５０】上記のように、空気予備冷却装置１０内の
空気流動と冷却剤流動の別の動作モード及び別の通路を
図３のブロック図に示し、幾つかの構成要素の組合せで
ガスタービン（Ｇ‐Ｔ）２０に排出空気を供給する。流
入空気と冷却用流体の特定の流動通路は使用者の選択に
任され、外気温度と相対湿度及び所望の排出空気と負荷
特性の関数でよい。蒸発式冷却器１３０より冷たい排出
空気はＤＣＣユニット３０と氷冷却装置１４から得ら
れ、ＤＣＣユニット３０に送られる冷却剤の温度をほぼ
水の凍結温度に低下する。この冷却された冷却剤温度
は、流入空気の湿球温度よりもかなり低いことが予想さ
れ、この流入温度は更に排出空気温度を低下する。氷‐
水冷却用流体の温度は流入空気の露点よりもかなり低い
から、脱湿が起こり、凝結水分は溜め３６に集まり、他
の目的に使用される。最終的にＤＣＣユニット３０から
溜め３６に集められた最終的加熱冷却剤温度は空気冷却
の目安で、全体の熱伝達と冷却剤容積によって変わる
が、ＤＣＣユニット３０からの排出空気温度は蒸発で外
気温度の水によって冷却された空気よりもかなり低下す
る。また低温空気の密度は外気密度よりも高くなる。

【００５１】図３に示す幾つかの動作モードを図４〜図
８及び図１２に略示する。図１２では、外気はＩＥＣ５
０、ＤＣＣユニット３０及び再加熱コイル１８に送られ
る。冷却塔５２から冷却された第２冷却用流体は導管５
４を経てコイル５０に再循環され、コイル５０を経てＤ
ＣＣ１２に送られる外気を冷却する。しかし冷却用流体
はＩＭＰ６２を通るように図示するが、凝縮器と圧縮機
がなければこの流体流動通路には何の影響もなく、同様
のバイパス効果は分流弁と導管装置によって実現できよ
う。導管５８内の冷却用流体は２本の導管１００と１０
２に弁９２で分流される状態で示すが、この分流で暖い
流体は冷却と再循環のため冷却塔５２に送られる。図３
に示すように、外気は一定の絶対湿度含有量のまま温度
がＺからＡまで低下され、直接ＤＣＣユニット３０に送
られる。

【００５２】図１２では、第１冷却用流体はＤＣＣ１２
とＴＳＵ６０を循環し、この冷却剤を冷却して空気温度
をその露点よりかなり低下する。詳記すれば、溜め３６
から冷却用流体は導管７２と７８及び弁７０を経て移送
され、ＴＳＵ室６５内の凍結した冷却剤に接触する。第
１冷却用流体と凍結流体、例えば氷との密着接触により
冷却用流体の温度は低下される。ポンプ４２は弁８０と
導管８８を経て直接ＴＳＵ６５に接続され、導管４０を
経てＴＳＵ６５から低温の流体をＤＣＣユニット１２の
入口４４に吸い上げる。この冷却剤の重力流は、外気よ
りかなり低い温度でＤＣＣユニット３０内の構造的媒体
を経て空気流と密着接触する。入口３２から出口３４に
流れる空気はその露点及び以下に冷却されるが、本質的
には水分が飽和している。露点で空気の脱湿と水分凝結
が起こり、この凝結物は溜め３６に集められる。この凝
結物は本質的にイオン除去水で、燃焼生成物の窒素酸化
物を除去する処理を含む種々の処理方法に利用される。
この凝結物の除去利用法では、何等かの方法で凝縮物は
下水系に排出される。冷却水と凝結物との混合は、多く
の再循環系ではイオン除去水を使用するから汚染の問題
は起こらない。

【００５３】図１２の例では、ＩＥＣコイル５０から送
られる暖い水は少なくとも部分的に導管１００、従って
再加熱コイル１８と導管１０６に送られ、導管１０２と
冷却塔５２に戻される。ＤＣＣ１２の出口３４から送ら
れる低温の水分飽和空気は上記のように多くの使用目的
に対して望ましくない。従って空気温度は僅かに上昇さ
れて相対湿度を低下しかつエントレインされた水分又は
低温空気からの凝結物によるタービンブレードのような
下流の装置の損傷発生を最小限にする。図１２の特定構
造体では、幾つかの構成要素の組合せで使用者に微妙な
利益を与える。詳記すれば、空気温度を始めに低下する
ＩＥＣコイル５０の利用でＤＣＣユニット３０に必要な
空気冷却量を減少し、このためＴＳＵ６５内の冷い冷却
剤に長い動作時間を与え、ＤＣＣユニット３０に必要な
冷却剤流動量を減少し、従ってポンプ性能は空気流動量
と処理量を増大することができ、これは空気予備冷却装
置１０の動作性能を増加する手段と考えることができ
る。

【００５４】タービンに接続された特定の発電装置の例
では、入力空気温度を摂氏３８.６度（華氏１０１.６
度）から摂氏５.５６度（華氏４２度）に低下する効果
は、出力電力利得を５２６００ＫＷから６６６３０ＫＷ
に増加する結果として示し、これは発電機又はタービン
のサイズを増大することなくかつ不利な熱放出を行うこ
となく動力を１４０３０ＫＷ又は約２７％利得を増加す
ることができる。この動力増加は余分の動力使用を必要
とせず、必要なものはポンプと、所望の期間にＴＳＵ６
０内に冷凍冷却剤塊が発生される動作で、これは最小負
荷期間でピーク負荷期間に使用される。ＴＳＵ６０内の
冷却塊発生を図１１に示し、冷却塔５２から送られる第
２冷却用流体はＩＭＰ６２の凝結器に送られ、ＩＭＰ６
２からの冷却用流体はＴＳＵ６５内のコイル６６を経て
ポンプ６８で吸上げられてＴＳＵ６０内の第１冷却用流
体を冷却する。第２冷却用流体はＩＥＣ１６の流体回路
を経て再循環され転換することなく再加熱コイル１８を
経て冷却塔に戻される。この好適サイクル内のＴＳＵ６
０内の再蓄積サイクル間は、冷却用流体は溜め３６から
ＴＳＵ６５を経て送られない。しかし動的状態では冷却
塊の蓄積とＴＳＵ６０を通る第１冷却用流体流動が同時
に起こるが流動速度は遅い。任意の装置の力学は冷却剤
流動速度、外気温度、装置の構成要素容量及び動作要求
の決定が必要である。特定の個々の動作モードは使用者
の選択に任せられる。

【００５５】ＤＣＣユニット３０と再加熱コイル１８の
装置に対する別の微妙な考慮はＤＣＣユニット３０の上
方レベルに最も冷い第１冷却用流体を供給することであ
るから、この供給によって最低温度の排出空気が得られ
る。これと対照的に、ＩＥＣ１６からの最も暖い水は再
加熱コイル１８の入口９３で得られ、これは最も冷い排
出空気と整列してこれと反応し、このためタービン１９
に送られる空気に対して更に制御作用が得られる。

【００５６】上記のように、空気予備冷却装置１０は図
４〜図８に部分的に示す動作モードの選択で大きい融通
性を与える。図４では第２冷却用流体はＩＥＣ１６とコ
イル５０を経て、水分を減少することなく流入外気の温
度を低下する。弁９２はコイル５０から導管１０２まで
完全な流体流動を維持して冷却塔５２に再循環する。ポ
ンプ５６はこの流体流動の維持を継続し、またＩＭＰ６
２は動作しないからＩＥＣ１６内では流体圧低下も余分
な熱負荷も起こらない。第１冷却用流体はＴＳＵ６０を
含むＤＣＣ１２を通って再循環され、出口３４にほぼ露
点であるがかなり低温の空気を供給する。この動作モー
ドで凝縮物が再び溜め３６に回収されるが、タービン入
口１９に流入する空気はほぼ１００％相対湿度と期待さ
れる。外気状態から排気空気までのこの空気変化の正味
の効果を図９に示し、この図で点Ｚの外気の温度はＩＥ
Ｃ１６で温度Ａまで低下される。次に、ＴＳＵ６０から
の低温冷却剤を使用するＤＣＣユニット３０を通過する
空気は、凝縮開始のため温度が露点以下に低下される。
最終的の排出空気温度をＤ点に示し、これはほぼ低温冷
却剤の温度に等しい。排出空気のこの特定温度は装置を
通る流速と、冷却剤の流速及び実際の温度によって変わ
る。

【００５７】図５では、ＩＥＣ１６は唯一の空気冷却用
要素で、連続的動作で第２冷却用流体はほぼ外気温度で
ある。ＤＣＣ１２内の流体流動は不活性化用ポンプ４２
で流動せず、冷却用流体は弁９２で再加熱コイル１８に
送られない。ＩＥＣコイル５０からの合成流量はこれ以
上の温度低下を生ずることなくＤＣＣユニット３０及び
再加熱コイル１８に送られる。ＩＥＣ１６による冷却の
効果は図９の点Ｚから点Ａに達する空気特性変化で示
し、この変化で乾球温度は低下するが、空気中の全水分
量に変化を生ずることなく相対湿度が増加する。露点温
度には達しないから空気は脱湿されない。

【００５８】図６に示す動作装置はＴＳＵ６０なしに動
作するＩＥＣ１６とＤＣＣ１２とを使用する。この動作
モードではＤＣＣユニット３０は直接蒸発式冷却器とし
て動作しＩＥＣ１６の温度を更に低下する。弁７０と８
０は協力してＴＳＵ６０を溜め３６からポンプ４２に流
れる冷却用流体から分離し、ポンプ４２は導管４０を経
て冷却用流体を流体入口４４とＤＣＣユニット３０に再
循環する。ＩＥＣ１６は低温空気をＤＣＣユニット３０
に送り、第１冷却用流体に対するこの空気の密着接触は
ＤＣＣユニット３０内の空気接触媒体で、一定の湿球温
度で乾球温度を低下する。これにより、図９に明示する
ように、外気はＩＥＣコイル５０内で点Ｚから点Ａまで
冷却され、次に蒸発状態のＤＣＣユニット３０内で点Ｃ
まで冷却される。ＩＥＣ１６の使用により、直接蒸発式
冷却器のみを使用する場合に得られる温度よりも低い乾
球及び湿球温度が得られ、これは図９で点Ｃのエンタル
ピーとＢのエンタルピーとの差である。このエンタルピ
ーの減少に比例して氷貯蔵ユニットの必要の大きさ及び
製氷プラントの必要の容量を減少する。直接蒸発式冷却
器としてのＤＣＣユニット３０の使用状態をＴＳＵ６０
から乾燥される第１冷却用流体流によって図８に示す。

【００５９】空気温度を低下するため外気にＤＣＣ１２
を使用する前記の説明を図７に示す。ポンプ５６はＩＥ
Ｃ１６の流体回路を経て第２冷却用流体を循環せず、外
気はＩＥＣコイル５０を通過しても影響を受けない。ま
た、冷却用流体は再加熱コイル１８に送られない。ＤＣ
Ｃユニット３０内の冷却用流体に対する外気の直接接触
は空気温度を露点まで低下して凝結を起こさせ、更に冷
却用流体の温度まで空気温度を低下する。出口３４の排
出空気は冷却用流体の温度と露点水分とを有する。排出
空気のタービン空気入口に対する供給は再加熱コイル１
８を通る空気移動によって影響されない。

【００６０】上記説明は総て空気が各構成要素内に適正
な時間存在しかつ適当な動作温度で動作したとの前提で
行われたものである。

【００６１】空気予備冷却装置１０により空気消費装置
に外気を導入する際に温度低下と湿度制御を行う。空気
予備冷却装置１０は特定の温度と湿度レベルを得るため
の構成要素の選択に大きな動作融通性を与える。詳記す
れば、図１の構造により、外気の間接蒸発式冷却、外気
の直接冷却による温度と絶対湿度の低下、相対湿度を低
下しかつエントレインされた水滴を最小減にするため冷
却された空気の僅かな再加熱が可能となる。

【００６２】各構成要素を装置使用者に選択によって通
過空気に影響を与えることができる。構成要素の動作の
選択は、排出空気温度、絶対湿度と相対湿度、他の動作
パラメータに対する流入空気条件に関する所望の目的に
よって変わる。

【００６３】図１の実施例では、空気予備冷却装置１０
はガスタービン‐発電機２０に接続され、タービン発電
機に低温空気を供給する。外気が通過するＩＥＣコイル
５０は、冷却塔５２、導管５４、５８と１０２及びＩＥ
Ｃコイル５０を通って、図９の湿度線図に示すように同
じ絶対湿度で温度をＺからＡに低下する第２冷却用流体
の通過によって作動される。

【００６４】ＩＥＣ１６の下流には、空気流を受けるＤ
ＣＣユニット３０を有するＤＣＣ１２が接続される。ユ
ニット３０は直接蒸発式冷却器として動作し、空気温度
を低下するが同時に水分で飽和する。氷冷却装置１４は
ユニット３０を循環する第１冷却用流体を外気の露点以
下に冷却する。ユニット３０の動作間、冷却された冷却
剤はＩＥＣコイル５０からの空気と反応し、空気温度を
ＤＣＣユニット３０に流入する空気の露点又はこれ以下
に低下し、このため空気温度の低下と脱湿が行われる。
氷冷却装置１４及び特に熱貯蔵ユニット６０を使用する
選択は使用者の選択に任され、タービン発電機２０に送
られる空気の所望の性質によって選択される。昼間の空
気予備冷却装置では、氷のような冷却塊は１サイクル間
に製造されかつ貯蔵され、この冷却塊は接触する冷却用
流体の温度を低下するため使用される。図示の発電機の
冷却塊製造サイクルは、夜間のようなオフ‐ピーク要求
期間に行われ、電力コストは通常、オフ‐ピーク時間で
は商業的使用者に対して安価であるから、冷却塊（氷）
の製造コストは最低値にできる。次にＴＳＵ６０内の冷
却塊は、溜め３６から冷却剤がＴＳＵ６０に送られるま
では休止している。この物質は図１の実施例では即座に
使用できるから、ＤＣＣ１２の流体流回路内に導入する
ことは容易であることは明らかで、この導入で冷却剤、
従ってＤＣＣユニット３０に移送される空気の温度低下
を開始する。上記のように、弁７０と８０を設けＴＳＵ
６０の流量を制御し、他の条件下の冷却剤温度、氷融解
率を調整することができる。

【００６５】空気流は次にＤＣＣユニット３０から送ら
れる空気を加熱する再加熱コイル１８を通る。実際に
は、この空気温度の上昇は、露点温度の水分を有する非
常に低い空気温度の場合のみに考慮される。再加熱コイ
ル１８は導管５８からの第２冷却用流体の分流で作動
し、冷却用流体はＩＥＣコイル５０の空気冷却過程で暖
められている。この暖められた流体は導管１００を経て
弁９２で再加熱コイル１８に転流され、次に導管１０２
に戻されて冷却塔５２に再循環される。再加熱コイル１
８はＤＣＣユニット３０から送られる空気の温度を僅か
に上昇し、相対湿を約８５％に低下し、このためエント
レインされた水分を最小にする。

【００６６】図１３に示す別の構造配置の空気予備冷却
装置１０は、ＩＥＣ１６に独立に接続されて作動される
第２冷却塔１７０を有する。この構造ではポンプ１７２
がＩＥＣコイル５０と第２冷却塔１７０との間に接続さ
れ、ＩＥＣ１６を作動させる冷却用流体を供給する。ま
ず第一に、冷却塔５２は凝縮器と協働するため独立して
ＩＭＰ６２に接続され、この構成要素内で冷却流体は導
管１７４を経て第１冷却塔５２に再循環される。この実
施例は、空気を冷却するＩＥＣ１６と冷凍流体（冷凍剤
■２２、アンモニア又は他の公知の冷凍剤でよい）を同
時冷却する機能を有する。空気予備冷却装置１０のこの
構成では、ＩＭＰ６２は、連続的に氷を製造したりＴＳ
Ｕ６０内の流体を冷却するとともに、ＩＥＣ１６は空気
を冷却するように作動する。このためＤＣＣ１２は氷冷
却装置１４と協力動作して長時間低温の冷却塊を保持
し、従って長時間低温空気をガスタービン２０に供給す
る。

【００６７】選択された動作用構成要素と、各過程の空
気温度低下又は脱湿の程度は使用者の選択に任され、こ
の融通性の選択で空気予備冷却装置の動作コストを最小
にし又は全構成要素を必要としない別型式の装置を提供
することができる。

【００６８】本発明の特定実施例についてのみ説明しか
つ図示したが種々の変更が可能であることは明らかであ
る。

【００６９】

【発明の効果】本発明により、発電装置に接続されたガ
スタービンのような空気消費装置に低温で湿度を制御し
た空気を供給することによって従来より動作効率のよい
空気予備冷却方法及び空気予備冷却装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ガスタービンに接続された本発明による空気
予備冷却装置の一好適実施例を略示するブロック図

【図２】 ガスタービン圧縮機の空気入口に蒸発冷却空
気を供給する公知の蒸発式冷却装置を示すブロック図

【図３】 図１の空気予備冷却装置を通して周辺空気の
交代冷却流動通路を示すブロック図

【図４】 図１の空気予備冷却装置の第１動作モードを
示すブロック図

【図５】 図１の空気予備冷却装置の第２動作モードを
示すブロック図

【図６】 図１の空気予備冷却装置の第３動作モードを
示すブロック図

【図７】 図１の空気予備冷却装置の第４動作モードを
示すブロック図

【図８】 図１の空気予備冷却装置を図２の従来の方法
に使用した第５動作モードを示すブロック図

【図９】 乾燥空気１ボンド当りの水蒸気含量の関数と
して乾球空気温度関係及び湿球温度、エンタルピー、露
点、相対湿度の関係を示すグラフ

【図１０】 ガスタービンの圧縮機入口の空気温度の関
数としてガスタービンＫＷ出力の性能と熱消費率との関
係を示すグラフ

【図１１】 図１の空気予備冷却装置で氷を製造する流
体流動通路を示すブロック図

【図１２】 図１の空気予備冷却装置の動作流体と空気
の流動通路を示すブロック図

【図１３】 ガスタービン圧縮機に対する蓄熱ユニット
と空気の連続的補助及び同時冷却を行う変型実施例を示
すブロック図

【符号の説明】

１０．．空気予備冷却装置、１２．．直接接触空気冷却
器（ＤＣＣ）、１４．．氷冷却装置、１６．．間接蒸発
式冷却器（ＩＥＣ）、１８．．再加熱コイル、２０．．
ガスタービン、２１．．発電機、５２．．冷却塔、６
２．．製氷プラント（ＩＭＰ）、１２２．．直接蒸発式
冷却器（ＤＥＣ）、１３６．．溜め、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート イー ケイテス アメリカ合衆国21012 メリーランド州 アーノルド、ノース ベイグリーン ドライプ 657 (56)参考文献 特開 昭60−17232（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−215841（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−32530（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−37794（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (36)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と周辺
   空気密度の周辺空気を受取り、周辺空気温度よりも低い
   第２温度と周辺空気密度よりも大きい空気密度を有する
   燃焼用空気をガスタービンに供給する燃焼空気の予備冷
   却装置において、 流体と空気との間で熱交換を行う冷却用媒体、空気入
   口、空気出口、流体入口、第１温度の冷却用流体及び流
   体入口から冷却用媒体を通って流れる冷却用流体を回収
   する溜めを有すると共に、周辺温度と密度の空気を受取
   り、周辺空気温度と絶対湿度を低下し、ガスタービンに
   送る空気の密度を増加する直接接触空気冷却器と、 直接接触空気冷却器内の低温流体により空気温度を周辺
   湿球温度以下に低下しかつ絶対湿度を減少するため、冷
   却用流体の温度を周辺湿球温度以下に低下する流体温度
   低下装置と、 ポンプと、 ポンプと流体入口との間に接続され、冷却用媒体を通り
   空気入口から空気出口に排出される周辺空気を冷却する
   冷却用流体を流体温度低下装置に送る第１導管と、 ポンプと流体温度低下装置とに接続されかつ第１サーボ
   機構を有する第１弁と、 第１弁と流体温度低下装置との間に接続された第２導管
   と、 第２サーボ機構を有しかつポンプ、第１弁及び流体温度
   低下装置に接続された第２弁とを備え、 第１サーボ機構により作動される第１弁は溜めから第２
   弁及び流体温度低下装置の何れかに冷却用流体を流し、
   第２サーボ機構により動作される第２弁は第１弁からの
   冷却用流体及び第１弁と流体温度低下装置から供給され
   る混合された冷却用流体の何れかから冷却用流体をポン
   プに流し、所定の流体温度の冷却用流体を直接接触空気
   冷却器に再循環することを特徴とするガスタービンへの
   燃焼用空気の予備冷却装置。
2. 【請求項２】 冷却用流体は水である「請求項１」に記
   載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷却装置。
3. 【請求項３】 冷却用媒体は直交流型冷却装置である
   「請求項１」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気
   予備冷却装置。
4. 【請求項４】 冷却用媒体は向流型冷却装置である「請
   求項１」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備
   冷却装置。
5. 【請求項５】 冷却用媒体は並流型冷却装置である「請
   求項１」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備
   冷却装置。
6. 【請求項６】 所定の空気温度は約摂氏６.６７度（華
   氏４４度）である「請求項１」に記載のガスタービンへ
   の燃焼空気の空気予備冷却装置。
7. 【請求項７】 流体温度低下装置は、製氷プラントと、
   冷却用流体と氷とを保持する熱貯蔵室を形成する熱貯蔵
   ユニットとを有する熱貯蔵装置であり、熱貯蔵装置は熱
   貯蔵装置内に配置されかつ製氷プラントに接続され氷を
   作る冷凍装置を備え、 第２導管は第１弁と溜めから熱貯蔵室に流体連絡し、冷
   却用流体を氷に接触させて、流体入口に再循環させるた
   め冷却用流体の温度を低下させる「請求項１」に記載の
   ガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷却装置。
8. 【請求項８】 更に、流体温度を感知して信号を供給す
   る感知装置と、 少なくとも一つの第１弁のサーボ機構と感知装置とを接
   続する線路を有し、少なくとも一つの構成要素は感知装
   置の信号に応答して、冷却用流体の流動と、熱貯蔵室へ
   の第１弁と第２弁とを通る流体の連絡を制御する「請求
   項７」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷
   却装置。
9. 【請求項９】 更に、燃焼空気温度と相対湿度の一つを
   感知して信号を送出する感知装置と、 少なくとも第１弁及び第２弁のサーボ機構の一つと感知
   装置とを接続する線路とを有し、 サーボ機構は感知装置の信号に応答して第１弁及び第２
   弁を通る冷却用流体の流れを制御しかつ感知された前記
   第１及び第２の燃焼空気パラメータを制御する「請求項
   ７」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷却
   装置。
10. 【請求項１０】 更に、直接接触空気冷却器の下流の再
    加熱コイルと、 再加熱コイルを加熱して空気温度を所定の温度まで上昇
    しかつ相対湿度を低下する加熱装置を含む「請求項９」
    に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷却装
    置。
11. 【請求項１１】 更に、直接接触空気冷却器の上流の流
    入空気の温度を低下する間接接触蒸発式冷却器を含む
    「請求項１０」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空
    気予備冷却装置。
12. 【請求項１２】 冷凍装置は熱貯蔵室内に配置されかつ
    冷凍剤と製氷プラントを有する冷却用コイルであり、 製氷プラントは蒸発器、凝縮器、膨張装置及び冷却用コ
    イルに接続された圧縮器を有し、製氷プラントは冷却用
    コイルと冷凍剤によって動作し、熱貯蔵室内の冷却用流
    体を冷却しかつ冷凍する「請求項７」に記載のガスター
    ビンへの燃焼空気の予備冷却装置。
13. 【請求項１３】 湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と周
    辺空気密度の周辺空気を受取り、周辺空気温度よりも低
    い第２温度と周辺空気密度よりも大きい空気密度を有す
    る燃焼用空気をガスタービンに供給する燃焼空気の予備
    冷却装置において、 流体入口、溜め及び冷却のための第１流体を有しかつ受
    け取った空気の温度を低下させる直接接触空気冷却器
    と、 上記空気の温度を湿球温度以下に低下し、空気の絶対湿
    度を低下する冷却用流体の温度を周辺空気の湿球温度以
    下に低下する液体温度低下装置と、 溜めから直接接触空気冷却器の流体入口まで第１冷却用
    流体を再循環させる第１再循環装置と、 第１再循環装置と流体温度低下装置を接続し、消費され
    た第１冷却用流体を溜めから流し、第１再循環装置と流
    体温度低下装置に対する冷却用流体の流量を制御し、直
    接接触空気冷却器に対して所定の温度で流体入口に冷却
    用流体を供給する装置と、 流体通路、流入端部と流出端部とを有しかつ冷却のため
    の第２流体を有する間接蒸発冷却器と、 間接蒸発冷却器の管状コイルに装着されて、空気接触及
    び熱移動を向上する少なくとも１個のフィンと、 第２流体の入口通路と第２溜めを有する第２冷却用流体
    の冷却塔と、 冷却塔の溜めと冷却塔の第２流体の入口通路との間に接
    続され、第２冷却用流体を再循環させる第２再循環装置
    と、 管状コイルを通して第２冷却用流体を循環させる冷却塔
    の第２流体の入口通路と第２再循環装置との間に直列に
    配置された管状コイルとを備え、 間接蒸発冷却器は、受取った周辺空気を管状コイルに通
    過させて周辺空気の温度低下、絶対湿度の維持並びに直
    接接触空気冷却器及びガスタービンの１つへの空気の流
    通を維持することを特徴とするガスタービンへの燃焼空
    気の予備冷却装置。
14. 【請求項１４】 直接接触空気冷却器と冷却塔は直交流
    型装置である「請求項１３」に記載のガスタービンへの
    燃焼空気の空気予備冷却装置。
15. 【請求項１５】 直接接触空気冷却器と冷却塔は向流型
    装置である「請求項１３」に記載のガスタービンへの燃
    焼空気の空気予備冷却装置。
16. 【請求項１６】 直接接触空気冷却器と冷却塔は並流型
    装置である「請求項１３」に記載のガスタービンへの燃
    焼空気の空気予備冷却装置。
17. 【請求項１７】 第１再循環用装置は、第１溜めと直接
    接触空気冷却器の流体流入通路との間を接続する導管
    と、導管内に配置されて第１冷却用流体を溜めから直接
    接触空気冷却器の流入通路に再循環させるポンプとを備
    えた「請求項１３」に記載のガスタービンへの燃焼空気
    の空気予備冷却装置。
18. 【請求項１８】 更に、第２導管及び第２導管内に設け
    られた第２ポンプを含み、 第２ポンプは、第２導管、フィン付コイル及び冷却塔を
    経て第２冷却用流体を再循環させる「請求項１７」に記
    載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷却装置。
19. 【請求項１９】 更に、ガスタービンに送る空気の温度
    及び相対湿度の一つを感知して感知信号を発生する第１
    感知装置を含み、第１感知装置の感知信号は第２ポンプ
    に送出され、第２ポンプは管状コイルを通して第２冷却
    剤を循環させる「請求項１８」に記載のガスタービンへ
    の燃焼空気の空気予備冷却装置。
20. 【請求項２０】 更に、直接接触空気冷却器と間接蒸発
    式冷却器の下流に再加熱コイルを含み、再加熱コイルは
    入口ポートと出口ポートとを備えた流体通路を有し、 第２導管内に配置されかつ再加熱コイルの入口ポートに
    接続された連結装置を備え、 再加熱コイルの出口ポートは連結装置の下流の第２導管
    に接続され、 連結装置は、間接接触蒸発冷却器のフィン付管状コイル
    の下流の第２冷却用流体を受取り、第２冷却用流体を第
    ２導管、更に再加熱コイルに送り、燃焼空気を所定温度
    まで僅かに上昇し、相対湿度を低下すると共に接触絶対
    湿度を保持する「請求項１８」に記載のガスタービンへ
    の燃焼空気の空気予備冷却装置。
21. 【請求項２１】 更に、燃焼空気温度と相対湿度の一つ
    を感知して感知信号を供給する第２感知装置を含み、 第２感知装置に接続されたサーボ機構に２方弁を連結す
    る装置を含み、このサーボ機構は、第２感知装置の信号
    に応答して２方弁、第２導管及び再加熱コイルを連結す
    るように動作し、燃焼空気温度と相対湿度を制御する
    「請求項２０」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空
    気予備冷却装置。
22. 【請求項２２】 更に、予備冷却装置を通過してガスタ
    ービンに達する空気流を加速するモータ駆動ファンを含
    む「請求項２１」に記載のガスタービン（２０）への燃
    焼空気の空気予備冷却装置。
23. 【請求項２３】 溜めと流体入口との間で冷却用流体を
    再循環させる装置及び溜めと再循環装置を連結する装置
    を有するシステムによって、流体入口、直接接触空気冷
    却器及び溜めを通して再循環される冷却用流体によっ
    て、周辺空気密度よりも大きい密度を有しかつほぼ周辺
    温度の流体によって冷却される空気より低い温度の低温
    空気をガスタービンに供給する方法において、 ａ． 冷却用流体の温度を低下する熱貯蔵ユニット及び
    製氷プラントを有する流体温度低下装置を設ける過程
    と、 ｂ． 溜めと流体温度低下装置とを連結して冷却用流体
    を熱貯蔵装置に流す過程と、 ｃ． 冷却用流体を溜めから熱貯蔵装置に送って冷却用
    流体の温度を周辺空気温度以下に低下させる過程と、 ｄ． 熱貯蔵ユニットを再循環装置に連結し、低温流体
    を流体入口と直接接触空気冷却器に送る過程と、 ｅ． 周辺空気の温度を周辺空気温度よりも低い第２温
    度まで低下させる間接接触冷却器を設ける過程と、 ｆ． 周辺空気を間接接触冷却器を通してガスタービン
    及び直接接触空気冷却器の１つに流す過程と、 ｇ． 直接接触空気冷却器内の第２温度の空気の温度を
    低下し、第２温度及び冷却用流体の通常温度よりも低い
    第３温度で低温空気を供給する過程とを含むことを特徴
    とするガスタービンに対して低下温度空気を供給する方
    法。
24. 【請求項２４】 更に、 ａ．ガスタービンに対する低温空気を再加熱する再加熱
    装置を設ける過程と、 ｂ．直接接触空気冷却器と間接蒸発式冷却器からの空気
    を再加熱装置に送る過程と、 ｃ．再加熱装置を通る空気をガスタービンに移送するた
    め、所定の相対湿度よりも低い相対湿度で所定の第４温
    度まで上昇する過程を含む「請求項２３」に記載のガス
    タービンに低温空気を供給する空気予備冷却方法。
25. 【請求項２５】 湿球及び乾球温度の周辺空気、周辺空
    気相対湿度及び周辺空気密度の空気を受取り、周辺温度
    よりも所定の温度低い温度と周辺温度密度よりも大きい
    密度を有する空気を排出する空気予備冷却装置におい
    て、 冷却用第１流体、流体入口及び流体溜めを有する直接接
    触空気冷却器と、 冷却用第２流体を有する間接蒸発冷却器と、 第１冷却用流体の温度を上記周辺空気湿球温度以下に低
    下させる流体温度低下装置と、 第１冷却用流体を再循環させる第１再循環装置と、 溜めを流体温度低下装置に連結しかつ第１再循環装置を
    直接蒸発冷却器に連結する第１連結装置と、 第２冷却用流体を間接蒸発冷却器を通して再循環させる
    第２再循環装置と、 入口ポートと排出ポートとを有し、排出空気を再加熱す
    る装置と、 第２再循環装置と再加熱装置とを間接蒸発冷却器の下流
    の再加熱装置の入口ポートで連結する第２連結装置とを
    備え、 第１再循環装置は直接接触空気冷却器の溜め及び流体温
    度低下装置から直接接触空気冷却器の流体入口に第１冷
    却用流体を送り、 間接接触冷却器の下流でかつ第２再循環装置の上流に接
    続された第１冷却塔は第２冷却用流体を受取り、 再加熱装置は第２連結装置の下流の排出ポートで第２再
    循環装置に連結され、再加熱装置は排出空気をほぼ所定
    の温度まで暖め、かつ一定の絶対湿度の相対湿度を低下
    することを特徴とする空気予備冷却装置。
26. 【請求項２６】 第１冷却用流体の温度を低下する流体
    温度低下装置は、冷凍用の冷却剤を使用する製氷プラン
    トと、製氷プラントに連結されて共に動作する第２冷却
    塔とを含む「請求項２５」に記載の空気予備冷却装置。
27. 【請求項２７】 湿球及び乾球温度、周辺空気相対湿度
    と周辺空気密度の周辺空気を受取り、この燃焼空気を周
    辺温度よりも所定の程度低くかつ周辺空気密度より大き
    い密度で燃焼用空気をガスタービンに供給する燃焼空気
    の予備冷却装置において、 冷却用第１流体、冷却用媒体、空気入口、空気出口、冷
    却用媒体を通って流れる第１冷却用流体を回収する溜め
    を有する直接接触空気冷却器と、 冷却用第２流体を有する間接蒸発冷却器と、 冷却用第１流体の温度をを周辺空気湿球温度以下に低下
    させる流体温度低下装置と、 第１ポンプと、第１ポンプと直接接触空気冷却器の流体
    入口との間の第１導管とを有し、冷却用第１流体を再循
    環させる第１再循環装置と、 溜めを第１循環装置と流体温度低下装置とに接続し、第
    １冷却用流体を流体温度低下装置と第１再循環装置に流
    す第１連結装置とを備え、 第１再循環装置は直接接触空気冷却器の流体入口に連結
    されて第１冷却用流体を溜め及び流体温度低下装置から
    流体入口に流し、冷却用媒体は空気入口から空気出口に
    流れる周辺空気を冷却し、 第１連結装置は第１弁、第２弁及び第１弁を流体温度低
    下装置に接続する第２導管を有し、 第１弁は第１サーボ機構を有し、第１弁は溜めと第２弁
    に接続され、第１弁は第１サーボ機構で動作されて第１
    冷却用流体を溜めから第２弁と流体温度低下装置に流動
    させ、 第２弁は第２サーボ機構を有し、第２弁は第１溜めと流
    体温度低下装置に接続され、第２サーボ機構は第２弁を
    作動させて第１冷却用流体を第１弁及び流体温度低下装
    置から第１ポンプに接続させて直接接触空気冷却器の流
    体入口に再循環させ、 第２冷却用流体を間接蒸発冷却器を通して再循環させる
    第２再循環装置と、 入口ポートと排出ポートとを有し、排出空気を再加熱す
    る再加熱装置と、 第２再循環装置と再加熱装置とを間接蒸発冷却器の下流
    の再加熱装置の入口ポートで連結する第２連結装置が設
    けられ、 再加熱装置は第２連結装置の下流の再加熱装置の下流の
    第２再循環装置と排出ポートで連結され、再加熱装置は
    排出空気をほぼ所定の温度まで暖めかつ一定の絶対湿度
    の相対湿度を減少することを特徴とするガスタービンへ
    の燃焼空気の予備冷却装置。
28. 【請求項２８】 冷却用媒体は直交流型装置である「請
    求項２７」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予
    備冷却装置。
29. 【請求項２９】 冷却用媒体は向流型装置である「請求
    項２７」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備
    冷却装置。
30. 【請求項３０】 冷却用媒体は並行流型装置である「請
    求項２７」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予
    備冷却装置。
31. 【請求項３１】 所定の排出空気の温度は約摂氏６.６
    ７度（華氏４４度）である「請求項２７」に記載のガス
    タービンへの燃焼空気の空気予備冷却装置。
32. 【請求項３２】 所定の相対湿度は８５パーセント以下
    である「請求項２７」に記載のガスタービンへの燃焼空
    気の空気予備冷却装置。
33. 【請求項３３】 間接蒸発式冷却器は、第２溜めと、第
    ２溜めと冷却塔流体流入通路とを備えた冷却塔と、 貫通孔、入口端部、出口端部及び改良熱伝達のため少な
    くとも１個のフィンを有する管状コイルと、 再循環用第２装置は、第２ポンプと第３導管とを有し、
    第２ポンプは冷却塔の溜めと管状コイルの入力ポートと
    の間に接続され、 第２連結装置は、第３サーボ機構を有する第３弁で、第
    ３弁は管状コイルの出口ポート、再加熱コイルの入力ポ
    ートと第３導管に連結され、第３導管は第３弁の下流の
    冷却塔の流入ポートに接続されて第２流体を再循環し、 再加熱コイルの出口ポートは、冷却塔に流体を移動する
    第３導管に連結され、 第３弁は第３サーボ機構によって作動され、第３導管と
    再加熱コイルを連結し、冷却塔に対する再循環のため、
    管状コイルの下流に第２流体を送る「請求項２７」に記
    載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備冷却装置。
34. 【請求項３４】 再加熱コイルは、貫通通路と、燃焼用
    空気と管状部材間の熱伝達を向上するため管状部材上に
    設けられた少くとも１個の熱交換用フィンを備えた管状
    部材とを有し、 再加熱コイル装置はガスタービンの上流かつ直接接触空
    気冷却器及び間接蒸発式冷却器の下流に配置されかつ電
    気的に作動されて、燃焼空気を再加熱して温度を上昇し
    かつ流入空気の相対湿度を一定の絶対湿度に低下する
    「請求項３３」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空
    気予備冷却装置。
35. 【請求項３５】 更に、燃焼用空気の温度を感知するよ
    うに動作し、第１弁、第２弁及び第３弁のサーボ機構の
    少なくとも一つに連結され、少なくとも当該一つの弁を
    通る冷却用流体の流通を制御する少くとも一つの感知装
    置を含む「請求項３４」に記載のガスタービンへの燃焼
    空気の空気予備冷却装置。
36. 【請求項３６】 更に、空気予備冷却装置を通してガス
    タービンに達する空気を加速するファンを有する「請求
    項３５」に記載のガスタービンへの燃焼空気の空気予備
    冷却装置。