JP2899247B2 - ガスタービン吸気加温及び冷却システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として発電用に
使用されるガスタービン吸気加温及び冷却システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】例えば発
電機を駆動する一定回転数のガスタービンでは、ガスタ
ービンの吸気温度が下がると、圧縮機の流量が大きくな
り、運転点に対するサージマージンが減少し、極端な場
合、サージングに突入する。また、圧縮機の翼のじん性
が低温のために低下し、翼破損を引き起こすおそれもあ
る。そのため、最低温度が−６０°Ｃ〜−２０°Ｃとな
る極寒地においては、ガスタービンの吸気を加温し、圧
縮機の許容最低温度まで昇温させる必要がある。

【０００３】さらに、外気温度が−５°Ｃ〜５°Ｃ付近
になると、圧縮機の入口部で氷結が生じて流路を閉塞す
る場合があるため、この場合にもガスタービンの吸気を
加温する必要がある。なお、外気温度が−５°Ｃ以下で
は絶対湿度が低いのでこのような必要はない。

【０００４】一方、外気温が上昇すると、タービンの入
口温度を許容温度以下とするために、燃焼流量を少なく
する必要があるから、ガスタービンの出力が低下する。
そのため、夏場には、ガスタービンの吸気を冷却するの
が好ましい。

【０００５】このような吸気を加温する技術的要請に応
えるものとして、ガスタービンの圧縮機から抽気した高
温空気をガスタービンの吸気ダクト内に噴出するように
したもの（実公平３−２２５２７号公報）が知られてい
る。しかし、このような構成では、以下に挙げるような
問題がある。 圧縮機の効率を低下させる。 高温空気の湿度が高いと、吸気中の水分が圧縮機の
入口部で氷結する場合がある。 夏場でのガスタービンの吸気冷却が不可能である。

【０００６】また、ガスタービンの圧縮機上流側に冷却
器を設けるなどして、吸気を冷却するようにしたものも
知られているが、加温と冷却の両方を行うようにしたも
のはない。

【０００７】本発明は、このような課題を解消し、ガス
タービンの性能に悪影響を与えずに吸気を加温できるガ
スタービン吸気加温及び冷却システムを提供することを
第１の目的とし、また、吸気の加温と冷却の両方が可能
なガスタービン吸気加温及び冷却システムを提供するこ
とを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明のガスタービン吸気加温及び冷却システム
は、ガスタービンに空気を吸入する吸気通路に、この空
気と熱媒体との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、前
記熱媒体と加熱流体との間で熱交換を行う第２の熱交換
器と、前記第２の熱交換器に前記加熱流体と冷却流体と
を選択的に供給する選択供給手段とを設けたものであ
る。

【０００９】このガスタービン吸気加温及び冷却システ
ムによれば、第２の熱交換器の作用で加熱流体との間で
熱交換が行われて熱媒体が加熱され、また、ガスタービ
ンの吸気通路において、第１の熱交換器の作用で前記加
熱された熱媒体と吸気との間で熱交換が行われて吸気が
加温される。これとともに、選択的に熱媒体と冷却流体
との間で熱交換が行われて熱媒体が冷却される。したが
って、圧縮機から抽気しないので、ガスタービンの性能
に悪影響を与えずに吸気を加温できるとともに、冷却も
行うことができる。また、高湿・高温の空気が吸気に混
入することに起因する圧縮機入口部での氷結という事態
も生じない。

【００１０】

【００１１】また、一実施形態では、前記第１の熱交換
器を通った空気の温度を検知する温度センサと、この検
知された温度が所定値となるように、前記第２の熱交換
器への前記加熱流体および冷却流体の供給量を調節する
温度調節手段とを設けている。この構成によれば、吸気
通路に導入される空気の温度と目標温度との差分に応じ
て加熱流体および冷却流体の供給量が調節されるので、
吸気を効率よく目標温度に加温および冷却できる。

【００１２】また、一実施形態では、前記熱媒体とし
て、大気圧下で少なくとも−５０°〜１７０°Ｃの範囲
で液相である油性媒体を使用している。この構成によれ
ば、熱媒体が冷却媒体となる場合でも凍結するおそれが
ない。また、熱媒体が液体であるから、気体に比べて伝
熱面を小さくできるので、第１および第２の熱交換器を
コンパクトに構成できる。

【００１３】他の実施形態では、外部設備からの高温流
体を第１の加熱流体として前記第２の熱交換器に供給す
る加熱流体通路と、ガスタービンの排ガスを熱源とする
排熱ボイラーからの蒸気、またはエコノマイザからの温
水を第２の加熱流体として前記第２の熱交換器に供給す
る高温流体通路と、前記第１と第２の加熱流体を選択的
に前記第２の熱交換器に供給させる切換手段と、前記ガ
スタービンの起動後の所定のタイミングで前記切換手段
を駆動して前記第１の加熱流体から前記第２の加熱流体
に切り換える切換制御手段とを設けている。この構成に
よれば、吸気を加温する場合に、ガスタービンの起動当
初だけ、外部設備からの高温流体を使用し、以後はガス
タービンの排ガスを熱源として得られる蒸気または温水
を使用するので、排ガスのエネルギーを有効利用でき
る。

【００１４】さらに他の実施形態では、外部設備からの
高温気体を第１の加熱流体として前記第２の熱交換器に
供給する加熱流体通路と、ガスタービンの排ガス通路に
設けられて、排ガスを、外部と、第２の加熱流体として
前記第２の熱交換器とに分配して導出する排気ダンパ
と、前記第１と第２の加熱流体を選択的に前記第２熱交
換器に供給させる切換手段と、前記ガスタービンの起動
後の所定のタイミングで前記切換手段を駆動して前記第
１の加熱流体から前記第２の加熱流体に切り換える切換
制御手段とを設けている。この構成によれば、吸気を加
温する場合に、ガスタービンの駆動当初だけ、外部から
の高温流体を利用し、以後はガスタービンの排ガスを利
用できる。

【００１５】本件第２発明のガスタービン吸気加温及び
冷却システムは、ガスタービンに空気を吸入する吸気通
路に熱交換器を設け、この熱交換器に加熱気体と冷却気
体とを選択的に供給してこれら気体と前記空気との間で
熱交換を行わせる選択供給手段を設けたものである。こ
のガスタービン吸気加温及び冷却システムによれば、選
択供給手段により加熱気体と冷却気体とを選択的に熱交
換器に供給することにより、これら気体と前記吸気通路
の空気と間で熱交換が行われるので、吸気の加温と冷却
の両方を行うことができる。

【００１６】また、第２発明の一実施形態では、前記熱
交換器を通った空気の温度を検知する温度センサと、こ
の検知された温度が所定値となるように前記熱交換器へ
の前記加熱流体および冷却流体の供給量を調節する温度
調節手段とを設けている。この構成によれば、前記熱交
換器を通った空気の温度と目標温度との差分に応じて加
熱流体および冷却流体の供給量が調節されるので、吸気
を効率よく目標温度に加温および冷却できる。

【００１７】さらに、一実施形態では、外部設備からの
高温気体を第１の加熱気体として前記熱交換器に供給す
る加熱流体通路と、ガスタービンの排ガス通路に設けら
れて、排ガスを、外部と、第２の加熱気体として前記熱
交換器とに分配して導出する排気ダンパと、前記第１と
第２の加熱気体を選択的に前記熱交換器に供給させる切
換手段と、前記ガスタービンの起動後の所定のタイミン
グで前記切換手段を駆動して前記第１の加熱気体から前
記第２の加熱気体に切り換える切換制御手段とを設けて
いる。この構成によれば、吸気を加温する場合に、ガス
タービンの駆動当初だけ、外部からの高温流体を使用
し、以後はガスタービンの排ガスを使用するので、排ガ
スのエネルギーを有効利用できる。

【００１８】また、他の実施形態では、前記熱交換器に
前記第１の加熱気体を供給する加熱気体通路と、この加
熱気体通路に空気を導入するブロアーと、導入された空
気に燃料を混入して燃焼させて前記第１の加熱気体を生
成するバーナとを設けている。この構成によれば、ボイ
ラ等の外部の設備からの加熱流体によらず、バーナで燃
焼させた加熱空気を前記熱交換器に供給して吸気の加温
を行うことができる。

【００１９】また、他の実施形態では、さらに、ガスタ
ービンの排ガス通路に設けられて、排ガスを、外部と、
第２の加熱気体として前記熱交換器とに分配して導出す
る排気ダンパと、前記第１と第２の加熱気体を選択的に
前記熱交換器に供給させる切換手段と、前記ガスタービ
ンの起動後の所定のタイミングで前記切換手段を駆動し
て前記第１の加熱気体から前記第２の加熱気体に切り換
える切換制御手段とを設けている。この構成によれば、
吸気を加温する場合に、ガスタービンの駆動当初だけ、
バーナの燃焼による高温流体を使用し、以後はガスター
ビンの排ガスを使用するので、排ガスのエネルギーを有
効利用できる。

【００２０】本件第３発明のガスタービン吸気加温及び
冷却システムは、ガスタービンに空気を吸入する吸気通
路にガスタービンを収納したケーシングから排出される
高温の換気を導入する換気抽入路と、外部設備からの高
温空気を前記吸気通路に導入する高温空気抽入路と、前
記換気と高温空気とを選択的に前記吸気通路に導入させ
る切換手段と、前記ガスタービンの起動後の所定のタイ
ミングで前記切換手段を駆動して前記高温空気から換気
に切り換える切換制御手段と、前記吸気通路に低温空気
を導入する低温空気抽入路と、前記換気または高温空気
と低温空気とを選択的に前記吸気通路に導入させる選択
導入手段とを設けたものである。

【００２１】このガスタービン吸気加温及び冷却システ
ムによれば、吸気を加温する場合に、ガスタービンの駆
動当初だけ、外部設備からの高温流体を利用し、以後は
ケーシングから排出される高温の換気を利用するので、
加温のためのエネルギー源が不要になる。

【００２２】また、第３発明の一実施形態では、前記換
気、高温空気または低温空気が導入された吸気通路内の
空気の温度を検知する温度センサと、この検知された温
度が所定値となるように、前記吸気通路への前記換気、
高温空気または低温空気の供給量を調節する温度調節手
段とを設けている。この構成によれば、吸気通路内の空
気の温度と目標温度との差分に応じて換気、高温空気ま
たは低温空気の供給量が調節されるので、吸気を効率よ
く目標温度に加温および冷却できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本件第１発明の第１の実施形態を
図１と共に説明する。図１に、本発明の第１実施形態に
係るガスタービン吸気加温及び冷却システムの概略構成
図を示す。このシステムは、ガスタービン１の駆動力に
よって減速機Ｒ／Ｇを介して発電機２のロータを回転さ
せて発電電力を得るものである。ガスタービン１は圧縮
機１３，燃焼器１４およびタービン１５を備え、このガ
スタービン１から排出される排ガスＥは、排ガス通路３
を通って外部に排出される。

【００２４】屋外の空気を前記ガスタービン１に吸入す
る吸気通路６の途中には吸気フィルタ７が設けられてい
る。また、その吸気通路６の前記吸気フィルタ７より上
流側には、前記吸入空気Ａと熱媒体Ｈとの間で熱交換を
行う第１の熱交換器８が設けられる。なお、前記吸気フ
ィルタ７は、前記熱交換器８よりも上流側に設けてもよ
いが、このように下流側に設けることにより、吸気フィ
ルタ７のケーシングが直接外気にさらされて低温になる
のを回避できるため、ケーシングとして低温で強度低下
の少ない特殊な素材を使用する必要がない。また、第１
の熱交換器８の下流側に吸気フィルタ７が配置されてい
ることによって、万一、熱交換器８のフィンが飛散した
場合でも、そのフィンを吸気フィルタ７で捕捉でき、ガ
スタービン１に吸入されるのを防止できる。

【００２５】前記第１の熱交換器８とは別に、外部設備
から供給されてくる加熱流体および冷却流体と前記熱媒
体Ｈとの間で熱交換を行う第２の熱交換器９が設けられ
る。これら両熱交換器８，９の間には熱媒体循環経路１
０が設けられ、これにより両熱交換器８，９間を前記熱
媒体Ｈが循環する。

【００２６】前記第２の熱交換器９に外部設備からの加
熱流体を供給する加熱流体通路１６には、流量制御弁１
８および逆止弁１９が介挿されており、前記加熱流体と
して、例えば外部のボイラーから、１００〜２００°Ｃ
程度のプロセス蒸気や７０〜１５０°Ｃ程度の温水が供
給される。また、前記第２の熱交換器９に外部設備から
の冷却流体を供給する冷却流体通路１７にも、同様に流
量制御弁２０および逆止弁２１が介挿されており、前記
冷却流体として例えば冷凍庫や吸収式冷凍機等で７°Ｃ
程度に冷却された冷水又は井戸よりの１９°Ｃ程度の冷
水が供給される。これら両供給通路１６，１７によっ
て、前記第２の熱交換器９に前記加熱流体と冷却流体と
を選択的に供給する選択供給手段２８が構成される。

【００２７】前記熱媒体循環経路１０の途中には循環駆
動部２２が介挿されている。この循環駆動部２２は互い
に並列に配置した循環ポンプ２３，２３と、各循環ポン
プに直列配置された逆止弁２４とを有しており、一方の
循環ポンプ２３は、他方が過負荷となったり停止した場
合の予備として設けられている。また、前記熱媒体循環
経路１０の途中には、膨張タンク２５とサーマルサイホ
ン２６とからなる熱シール機構２７が設けられており、
これによって、熱媒体Ｈに適度な圧力が常時付加されて
いる。前記両熱交換器８，９の間を循環する熱媒体Ｈと
して、ここでは熱媒油が使用される。

【００２８】この熱媒油としては、例えばバーレルサー
ムＰＭまたはバーレルサーム１Ｈ（いずれも商品名：村
松石油（株））が好適である。バーレルサームＰＭは、
大気圧付近において、−７０°Ｃ〜１７０°Ｃの範囲で
液相であり、バーレルサーム１Ｈは、大気圧付近におい
て−５０°Ｃ〜２０５°Ｃの範囲で液相である。前者の
方がより低温の地域に適している。この熱媒油として
は、少なくとも−５０°Ｃ〜１７０°Ｃの範囲で液相で
あるのが望ましい。このような熱媒油を使用した場合に
は、極寒地においても熱媒油が凍結することがないの
で、吸入空気Ａを有効に加温できる。また、液体である
熱媒油を用いることで、気体を用いる場合と比べて伝熱
面を小さくできるので、第１および第２の熱交換器８，
９をコンパクトに構成できる。

【００２９】前記第２の熱交換器９には、熱交換に使用
した加熱流体を排出する加熱流体排出通路３１と、同じ
く熱交換に使用した冷却流体を排出する冷却流体排出通
路３２とが連結されている。これら両排出通路３１，３
２にはそれぞれ電磁弁３３，３４が設けられ、後述する
加温と冷却の切換制御によって、熱交換に加熱流体を使
用する場合に加熱流体排出通路３１の電磁弁３３が開と
され、また熱交換に冷却流体を使用する場合に冷却流体
排出通路３２の電磁弁３４が開とされる。

【００３０】前記吸気通路６における前記吸気フィルタ
７と前記第１の熱交換器８との間には、第１の熱交換器
８を通過した空気の温度を検知する温度センサ４０が設
けられている。４１は温度調節手段であり、前記温度セ
ンサ４０で検知された温度に基づいて、この温度が所定
値となるように、前記第２の熱交換器９への前記加熱流
体および冷却流体の供給量を調節する機能を備える。こ
の温度調節手段４１は温度変換器４２，加温温度調節計
４３，冷却温度調節計４４，切換スイッチ４５などから
なり、システムの全体動作を制御する制御盤に設けられ
る。

【００３１】前記温度変換器４２は、前記温度センサ４
０で検知された温度を電気信号に変換する装置である。
前記加温温度調節計４３は、例えば前記切換スイッチ４
５の手動操作により加温温度調節が選択されたとき、前
記温度センサ４０の検知温度と所定の目標加温温度との
差分に応じた開度だけ前記加熱流体通路１６の流量制御
弁１８を開く。また、前記冷却温度調節計４４は、前記
切換スイッチ４５により冷却温度調節が選択されたと
き、前記温度センサ４０の検知温度と所定の目標冷却温
度との差分に応じた開度だけ前記冷却流体通路１７の流
量制御弁２０を開く。前記目標加温温度と目標冷却温度
は、それぞれ加温温度調節計４３と冷却温度調節計４４
のそれぞれにあらかじめ手動操作で入力される。

【００３２】次に、前記システムの動作を説明する。例
えば外気温度の低い寒冷地や冬期においては、温度調節
手段４１の切換スイッチ４５を加温側に切り換える。こ
れにより、加温温度調節計４３が作動して、加熱流体排
出通路３１の電磁弁３３が開かれるとともに、加熱流体
通路１６の流量制御弁１８が開かれ、この加熱流体通路
１６から、加熱流体として外部のボイラーからの蒸気ま
たは温水が第２の熱交換器９に供給され、ドレンが前記
加熱流体排出通路３１から前記ボイラーの給水タンクへ
戻される。この熱交換器９により、熱媒体循環経路１０
を循環する熱媒体Ｈである熱媒油と前記加熱流体との間
で熱交換が行われ、熱媒油Ｈが加温される。

【００３３】一方、第１の熱交換器８では、前記のよう
に加温された熱媒油と屋外から吸入された空気Ａとの間
で熱交換が行われ、これによりガスタービン１への吸気
が加温される。その加温された吸気の温度は温度検知セ
ンサ４０によって検知される。加温温度調節計４３は、
前記検知温度と目標加温温度との差分に応じた開度だけ
前記流量制御弁１８を開く。このようにして、加熱流体
の供給量は、前記加温空気の温度が目標加温温度となる
ように調節される。

【００３４】このように、上記システムでは、極寒地に
おける圧縮機サージング防止や、−５〜５°Ｃ付近の外
気温度のもとでの圧縮機部での氷結防止のための吸気加
温を、直接、吸気に加熱流体を混合することなく行うの
で、ガスタービン１の性能に悪影響を与えずに行うこと
ができる。また、従来のような高湿・高温の空気を吸気
に混入した場合に起きる圧縮機入口部での氷結という事
態も発生しない。

【００３５】また、前記第２の熱交換器９での熱交換に
使用されて加熱流体排出通路３１から排出される温水
は、前記排熱ボイラ４の給水タンクへ供給されるので、
排出される温水を有効利用できる。

【００３６】一方、外気温度の高い夏場などにおいて
は、温度調節手段４１の切換スイッチ４５を冷却側に切
り換える。これにより、冷却温度調節計４４が作動し
て、冷却流体排出通路３２の電磁弁３４が開かれるとと
もに、冷却流体通路１７の流量制御弁２０が開かれ、こ
の通路１７から、冷却流体として外部設備である冷凍庫
や吸収式冷凍機等からの温度７°Ｃの冷水又は井戸から
の１９°Ｃ程度の冷水が第２の熱交換器９に供給され
る。この熱交換器９により、熱媒体循環経路１０を循環
する熱媒油と前記冷却流体との間で熱交換が行われ、熱
媒油が冷却される。

【００３７】第１の熱交換器８では、前記のように冷却
された熱媒油と屋外から吸入される空気Ａとの間で熱交
換が行われ、これにより空気Ａが冷却される。その冷却
された空気Ａの温度は温度検知センサ４０によって検知
される。冷却温度調節計４３は、前記検知温度と目標冷
却温度との差分に応じた開度だけ前記流量制御弁２０を
開く。このようにして、冷却流体の供給量は、前記冷却
空気の温度が目標冷却温度となるように調節される。す
なわち、夏場においては、上記のように吸気と冷却流体
との間で熱交換することにより吸気を冷却できるので、
外気温度の上昇によるガスタービン１の出力低下を防止
できる。

【００３８】前記第２の熱交換器９での熱交換に使用さ
れて冷却流体排出通路３２から排出される冷水は１２°
Ｃ〜２４°Ｃ程度まで上昇するが、この戻し冷水をガス
タービン１の潤滑油クーラー１１の冷却水として使用す
ることにより、排出される冷水を有効利用できる。

【００３９】また、加温も冷却も行なわない場合には、
温度調節手段４１の切換スイッチ４５をＯＦＦにする。

【００４０】なお、この実施形態では、季節に応じて手
動により前記切換スイッチ４５を加温側と冷却側とに切
り換える構成を示したが、これに限らず、切換スイッチ
４５を自動式とし、前記吸気通路６の第１の熱交換器８
よりも上流側に温度センサ１２を設け、この温度センサ
１２の検知する温度が例えば１０°Ｃを越えると前記切
換スイッチ４５を冷却側に、また前記検知温度が５°Ｃ
以下の場合には前記切換スイッチ４５を加温側に自動的
に切り換えるようにしてもよい。

【００４１】図２は、第２発明の第２の実施形態に係る
ガスタービン吸気加温及び冷却システムの概略構成図を
示す。このシステムでは、排ガス通路３の途中に排熱ボ
イラ４およびエコノマイザ５が設けられており、このエ
コノマイザ５に給水された水が前記排ガスＥにより予熱
され、排熱ボイラ４へ供給されて蒸気化される。

【００４２】さらに、排熱ボイラ４からの蒸気を第２の
加熱流体として前記第２の熱交換器９に供給する高温流
体通路５０が設けられ、この高温流体通路５０に流量制
御弁５１および逆止弁５２が設けられている。前記流量
制御弁５１と前記加熱流体通路１６の流量制御弁１８と
により、高温流体通路５０からの蒸気（第２の加熱流
体）と前記加熱流体通路１６からの第１の加熱流体とを
選択的に第２の熱交換器９に供給する切換手段が形成さ
れている。また、ガスタービン１の起動後の所定のタイ
ミングで前記流量制御弁１８，５１を駆動して前記第１
の加熱流体から前記第２の加熱流体に切り換える切換制
御手段５３が、前記温度調節手段４１に付加されてい
る。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様であ
る。

【００４３】前記切換制御手段５３は、前記排熱ボイラ
４のドラム圧力を検知する圧力センサ５６の検知圧力が
常用圧力（例えば８．５ｋｇ／ｃｍ² Ｇ）に達したと
き、前記加温温度調節計４３の制御対象を流量制御弁１
８から流量制御弁５１に切り換える機能を備える。

【００４４】このシステムでは、前記温度調節手段４１
の切換スイッチ４５を加温側に切り換えた例えば冬期に
おいて、装置の起動時には、先の実施形態の場合と同様
に、第２の熱交換器９において、加熱流体通路１６から
供給される第１の加熱流体と熱媒油との間で熱交換が行
われ、吸気の加温が行われる。起動後、前記圧力センサ
５６の検知する排熱ボイラ４のドラム圧力が常用圧力に
達すると、切換制御手段５３が加温温度調節計４３の制
御対象を流量制御弁１８から流量制御弁５１に切り換え
る。これにより、加熱流体通路１６からの第１の加熱流
体の供給が停止するとともに、前記検知温度と目標加温
温度との差分に応じた開度で前記流量制御弁５１が開か
れ、ガスタービン１への吸気が目標加温温度となるよう
に、排熱ボイラ４から第２の熱交換器９への蒸気の供給
量が調節される。その結果、起動後は、外部設備からの
加熱流体に頼らず、ガスタービン１自身の排熱を吸気の
加温熱源として有効利用できる。

【００４５】なお、図２の実施形態では、排熱ボイラ４
の蒸気を、高温流体通路５０を経て選択的に第２の熱交
換器９に供給する場合を示したが、前記排熱ボイラ４の
蒸気に換えて、エコノマイザ５からの温水を第２の熱交
換器９に供給するようにしてもよい。

【００４６】図３は、本発明の第３の実施形態に係るガ
スタービン吸気加温及び冷却システムの概略構成図を示
す。このシステムでは、図１の実施形態において、ガス
タービン１の排ガス通路３に、排ガスＥを外部に放出す
る放出通路６０と、排ガスＥを第２の加熱流体として前
記第２の熱交換器９に導く高温ガス通路６１とが延設さ
れるとともに、排ガス通路３からの排ガスＥを前記放出
通路６０と前記高温ガス通路６１とに分配して導出する
排気ダンパ６２が設けられている。また、高温ガス通路
６１には、前記第２の熱交換器９に供給する第１の加熱
流体として外部設備からの温風を導入する加熱流体通路
１６と、この第２の熱交換器９に供給する冷却流体とし
て外部設備からの冷風を導入する冷却流体通路１７とが
連結されている。

【００４７】前記加熱流体通路１６および冷却流体通路
１７には、導入する温風および冷風の流量をそれぞれ調
節するダンパ６３，６４が設けられている。これらダン
パ６３，６４の開度制御は、図１の実施形態における流
量制御弁１８，２０の開度調節の場合と同様の構成の温
度調節手段４１によって行われる。

【００４８】前記排気ダンパ６２と、前記加熱流体通路
１６のダンパ６３とは、前記高温ガス通路６１からの排
ガスと前記加熱流体通路１６からの温風とを選択的に第
２の熱交換器９に供給する切換手段を構成する。また、
ガスタービン１の起動後の所定のタイミングで前記温風
から前記排ガスに切り換える切換制御手段６８が、前記
温度調節手段４１に付加されている。その他の構成は図
１の実施形態の場合と同様である。

【００４９】前記切換制御手段６８は、前記ガスタービ
ン１と発電機２との間に介設される減速機２９に設けた
回転センサ６９の検知する回転数が定格回転数を越えた
とき、前記温度調節手段４１における加温温度調節計４
３の制御対象を、前記ダンパ６３の駆動モータ６６から
前記排気ダンパ６２の駆動モータ６５に切り換える機能
を備える。

【００５０】このシステムでは、前記温度調節手段４１
における前記切換スイッチ４５を加温側に切り換えた例
えば冬期において、装置の起動時に、排気ダンパ６２は
排ガスの全量を放出通路６０から外部に放出する閉じた
状態となっており、第２の熱交換器９では、加熱流体通
路１６から供給される温風と熱媒油との間で熱交換が行
われ、吸気の加温が行われる。起動後、前記回転センサ
６９の検知する回転数が定格回転数に達すると、切換制
御手段６８が加温温度調節計４３の制御対象をダンパ６
３から排気ダンパ６２に切り換える。これにより加熱流
体通路１６のダンパ６３が閉じるとともに、前記温度セ
ンサ４０の検知温度に基づき、排気ダンパ６２の開度調
節が行われる。すなわち、前記検知温度と目標加温温度
との差分に応じた開度で前記排気ダンパ６２が開かれ、
放出通路６０よりも高温ガス通路６１の方へより多くの
排ガスＥが分配される。こうして、ガスタービン１への
吸気Ａが目標加温温度となるように、第２の熱交換器９
への排ガスの供給量が調節される。

【００５１】なお、前記切換制御手段６８を省略して、
手動により装置の起動後、所定のタイミング、例えば一
定時間経過時に、前記温風から排ガスに切り換えるよう
にしてもよい。

【００５２】冷風による吸気冷却動作は、図１の実施形
態における冷却流体による冷却動作の場合とほぼ同様で
ある。

【００５３】図４は、本発明の第４の実施形態に係るガ
スタービン吸気加温及び冷却システムの概略構成図を示
す。このシステムでは、ガスタービン１に外気を吸入す
る吸気通路６の吸気フィルタ７よりも上流側にのみ熱交
換器７３が設けられている。ガスタービン１の排ガス通
路３には、図３の実施形態の場合と同様に、排ガスを外
部に放出する放出通路６０と、排ガスを第２の加熱気体
として前記熱交換器７３に導く高温ガス通路６１とが延
設されるとともに、排ガス通路３からの排ガスを前記放
出通路６０と前記高温ガス通路６１とに選択的に導出す
る排気ダンパ６２が設けられている。

【００５４】さらに、高温ガス通路６１には、前記熱交
換器７３に供給する第１の加熱流体として外部設備から
の温風を導入する加熱気体通路１６と、同じ熱交換器７
３に供給する冷却流体として外部設備からの冷風を導入
する冷却流体通路１７とが連結される。前記加熱流体通
路１６および冷却流体通路１７には、導入する温風およ
び冷風の流量をそれぞれ調節するダンパ６３，６４が設
けられている。これらのダンパ６３，６４の開度は、図
１の実施形態における流量制御弁１８，２０の開度調節
の場合と同様の構成の温度調節手段４１によって行われ
る。

【００５５】前記排気ダンパ６２と、前記加熱流体通路
１６のダンパ６３とは、前記高温ガス通路６１からの排
ガスと前記加熱流体通路１６からの温風とを選択的に前
記熱交換器７３に供給する切換手段を構成する。また、
ガスタービン１の起動後の所定のタイミングで、前記熱
交換器７３に供給する加熱流体として前記温風（第１の
加熱気体）から前記排ガス（第２の加熱気体）に切り換
える切換制御手段６８が、前記温度調節手段４１に付加
されている。

【００５６】前記切換制御手段６８は、図３の実施形態
における切換制御手段と同様の機能を備える。すなわ
ち、前記ガスタービン１と発電機２との間に介設される
減速機２９に設けた回転センサ６９の検知する回転数
が、定格回転数に達したとき、前記温度調節手段４１の
制御対象をダンパ６３の駆動モータ６６から排気ダンパ
６２の駆動モータ６５に切り換え、加熱流体通路１６の
ダンパ６３を閉じるとともに、吸気通路６に設けられた
前記温度センサ４０の検知する温度と目標加温温度との
差分に応じた開度だけ、前記排気ダンパ６２が開かれ、
ガスタービン１への吸気Ａが目標加温温度となるよう
に、熱交換器７３への排ガスＥの供給量が調節される。

【００５７】このシステムでは、前記温度調節手段４１
における前記切換スイッチ４５を加温側に切り換えた例
えば冬期において、装置の起動時に、排気ダンパ６２は
排ガスの全量を放出通路６０から放出する閉じた状態と
なっており、熱交換器７３では、加熱流体通路１６から
供給される温風と吸気通路６に吸入される空気Ａとの間
の熱交換が行われ、吸気Ａの加温が行われる。起動後、
前記回転センサ６９の検知する回転数が定格回転数に達
すると、切換制御手段６８が加温温度調節計４３の制御
対象を前記ダンパ６３から前記排気ダンパ６２に切り換
え、加熱流体通路１６のダンパ６３を閉じるとともに、
熱交換器７３の下流側に設けられた前記温度センサ４０
の検知温度に基づき、排気ダンパ６２の開度調節を行
う。すなわち、前記検知温度と目標加温温度との差分に
応じた開度で前記排気ダンパ６２が開かれ、ガスタービ
ン１への吸気Ａが目標加温温度となるように、排ガス通
路３から熱交換器７３への排ガスの供給量が調節され
る。

【００５８】なお、冷風による冷却動作は、図１の実施
形態における冷却流体による冷却動作の場合と同様であ
る。また、排気ダンパ６２による第１と第２の加熱流体
の切り換えを行わないで、起動後も外部設備からの温風
のみで吸気Ａの加温を行ってもよい。

【００５９】図５は第５の実施形態を示すもので、図４
の実施形態における外部設備からの温風の導入に代え
て、自己のバーナによる温風供給を行うものである。す
なわち、前記高温ガス通路６１に、外部から空気を導入
するブロアー７５と、導入された空気に燃料を混入して
燃焼させるバーナ７６とが設けられ、前記高温ガス通路
６１の下流側が、熱交換器７３につながる加熱気体通路
７０として兼用されている。このバーナ７６で加熱され
た外部からの空気は、前記加熱気体通路７０から前記熱
交換器７３に供給される。前記バーナ７６に燃料を供給
する燃料通路７７には流量制御弁７８が設けられ、その
開度制御は、図４の加熱流体通路１６のダンパ６３と同
様に、図５の前記温度調節手段４１における加温温度調
節計４３によって行われる。前記流量制御弁７８と排気
ダンパ６２とが、排ガスＥと、バーナ７６による燃焼ガ
スとを選択的に熱交換器７３に供給する切換手段を構成
する。その他の構成は図３の実施形態の場合と同一であ
る。

【００６０】このシステムでは、図５の前記バーナ７６
により加熱した空気を第１の加熱気体として前記熱交換
器７３に供給することにより、吸気の加温を行うことが
できる。この場合は、バーナ７６に燃料を供給する燃料
通路７７に設けられた流量制御弁７８の開度を、前記温
度センサ４０の検知温度に基づき、前記温度調節手段４
１によって制御することにより、排ガスや外部設備から
の温風による加温の場合と同様に、吸気Ａの加温が行わ
れる。

【００６１】また、図４および図５の各実施形態におい
て、ガスタービン１の起動後に排ガスＥを第２の加熱気
体として利用することをしないで、起動後も外部設備か
らの温風またはバーナ７６の燃焼ガスからなる第１の加
熱気体を、そのまま熱交換器７３に供給し続ける構成と
してもよい。

【００６２】図６は、本発明の第５の実施形態に係るガ
スタービン吸気加温及び冷却システムの概略構成図を示
す。このシステムでは、ガスタービン１を収納したケー
シング８０から排出される高温（７０°Ｃ）の換気を吸
気通路６に導入する換気抽入通路８１が設けられるとと
もに、外部設備からの低温空気を前記吸気通路６に導入
する低温空気抽入通路８２と、外部設備からの高温空気
を前記吸気通路６に導入する高温空気抽入通路８３とが
設けられ、熱交換器は省略されている。

【００６３】前記換気抽入通路８１の途中にはモータ８
４で駆動される三方弁８５が設けられ、その開閉動作に
より、換気抽入通路８１に導入された換気は前記吸気通
路６と外部への放出通路８６とに選択的に供給される。
前記低温空気抽入通路８２にはモータ８７によって駆動
されるダンパ８８が設けられ、前記高温空気抽入通路８
３にはモータ８９によって駆動されるダンパ９０が設け
られている。前記三方弁８５および両ダンパ８８，８９
の開度は、図１の実施形態と同様の温度調節手段４１に
よって制御される。温度センサ４０は、吸気通路６にお
ける低温空気、高温空気および換気の抽入部よりも下流
側に設けられている。また、ガスタービン１の起動後の
所定のタイミングで、前記吸気通路６に導入するガスと
して、前記高温空気から前記換気に切り換える切換制御
手段９１が、前記温度調節手段４１に付加されている。

【００６４】前記切換制御手段９１は、図３の実施形態
における切換制御手段と同様の機能を備える。すなわ
ち、前記ガスタービン１と発電機２との間に介設される
減速機２９に設けた回転センサ６９の検知する回転数
が、定格回転数に達したとき前記温度調節手段４１にお
ける加温温度調節計４３の制御対象をダンパ９０の駆動
モータ８９から三方弁８５の駆動モータ８４に切り換え
る。

【００６５】このシステムでは、前記温度調節手段４１
における切換スイッチ４５を加温側に切り換えた例えば
冬期において、装置の起動時に、前記高温空気抽入通路
８３のダンパ９０は開き、前記三方弁８５は放出通路８
６を開放した状態となっており、前記温度調節手段４１
によって、前記温度センサ４０の検知温度に基づく高温
空気の流量制御が行われ、吸気Ａが一定温度に加温され
る。

【００６６】起動後、前記回転センサ６９の検知する回
転数が定格回転数に達すると、切換制御手段９１が加温
温度調節計４３の制御対象を前記ダンパ９０から前記三
方弁８５に切り換える。これにより、高温空気抽入通路
８３のダンパ９０が閉じるとともに、前記温度センサ４
０の検知する温度と目標加温温度との差分に応じて前記
三方弁８５を駆動し、より多くの換気が抽気抽入通路８
１から吸気通路６へ抽入されて、換気を熱源として吸気
が目標加温温度に加温される。このように、起動後はケ
ーシング８０内の換気を利用するので、加温のためのエ
ネルギー源が不要になる。

【００６７】なお、冷温空気による冷却動作は、図１の
実施形態における冷却流体による冷却動作の場合と同様
である。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、第１発明のガスタービン
吸気加温及び冷却システムによれば、ガスタービンに空
気を吸入する吸気通路に、この空気と熱媒体Ｈとの間で
熱交換を行う第１の熱交換器を設け、前記熱媒体Ｈと加
熱流体との間で熱交換を行う第２の熱交換器を設けたか
ら、ガスタービンの性能に悪影響を与えずに吸気を加温
できる。また、選択的に熱媒体と冷却流体との間で熱交
換を行って熱媒体を冷却できるので、冷却も行うことが
できる。

【００６９】また、第２発明のガスタービン吸気加温及
び冷却システムによれば、ガスタービンに空気を吸入す
る吸気通路に熱交換器を設け、この熱交換器に加熱気体
と冷却気体とを選択的に供給してこれら気体と前記空気
との間で熱交換を行わせる選択供給手段を設けたから、
ガスタービンの性能に悪影響を与えずに、吸気の加温と
冷却の両方を行うことができ、夏場における外気温度の
上昇によるガスタービンの出力低下も防止できる。

【００７０】また、第３発明のガスタービン吸気加温及
び冷却システムによれば、ガスタービンに空気を吸入す
る吸気通路にガスタービンを収納したケーシングから排
出される高温の換気を導入する換気抽入路と、外部設備
からの高温空気を前記吸気通路に導入する高温空気抽入
路と、前記換気と高温空気とを選択的に前記吸気通路に
導入させる切換手段と、前記ガスタービンの起動後の所
定のタイミングで前記切換手段を駆動して前記高温空気
から換気に切り換える切換制御手段と、前記吸気通路に
低温空気を導入する低温空気抽入路と、前記換気または
高温空気と低温空気とを選択的に前記吸気通路に導入さ
せる選択導入手段とを設けたから、吸気の加温と冷却の
両方を行えるとともに、ガスタービンの起動後は加温の
ためのエネルギー源が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービン吸気
加温及び冷却システムの概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係るガスタービン吸気
加温及び冷却システムの概略構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係るガスタービン吸気
加温及び冷却システムの概略構成図である。

【図４】本発明の第４実施形態に係るガスタービン吸気
加温及び冷却システムの概略構成図である。

【図５】本発明の第５実施形態に係るガスタービン吸気
加温及び冷却システムの概略構成図である。

【図６】本発明の第６実施形態に係るガスタービン吸気
加温及び冷却システムの概略構成図である。

【符号の説明】

１…ガスタービン、３…排ガス通路、４…排熱ボイラ、
５…エコノマイザ、６…吸気通路、８…第１の熱交換
器、９…第２の熱交換器、１６…加熱流体通路、１７…
冷却流体通路、１８，５１，６２，６３，７８…切換手
段、２８…選択供給手段、４０…温度センサ、４１…温
度調節手段、５０…高温流体通路、５３…切換制御手
段、６０…放出通路、６１…高温ガス通路、６２…排気
ダンパ、６８…切換制御手段、７０…加熱気体通路、７
４…バーナ、７５…ブロアー、８０…ケーシング、８１
…換気抽入通路、８２…低温空気抽入通路、８３…高温
空気抽入通路、９１…切換制御手段、Ａ…吸入空気、Ｅ
…排ガス、Ｈ…熱媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−145743（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−185224（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−85528（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−143525（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02C 7/08 F02C 7/047 F02C 7/143

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンに空気を吸入する吸気通路
   に設けられて、この空気と熱媒体との間で熱交換を行う
   第１の熱交換器と、 前記熱媒体と加熱流体との間で熱交換を行う第２の熱交
   換器と、 前記第２の熱交換器に前記加熱流体と冷却流体とを選択
   的に供給する選択供給手段 とを備えたガスタービン吸気
   加温及び冷却システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらに、 前記第１の熱交換器を通った空気の温度を検知する温度
   センサと、 この検知された温度が所定値となるように、前記第２の
   熱交換器への前記加熱流体または冷却流体の供給量を調
   節する温度調節手段とを備えたガスタービン吸気加温及
   び冷却システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記熱媒体は、大気圧下で少なくとも−５０°〜１７０
   °Ｃの範囲で液相である油性媒体からなるガスタービン
   吸気加温及び冷却システム。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、 外部設備からの高温流体を第１の加熱流体として前記第
   ２の熱交換器に供給する加熱流体通路と、 ガスタービンの排ガスを熱源とする排熱ボイラーからの
   蒸気、またはエコノマイザからの温水を第２の加熱流体
   として前記第２の熱交換器に供給する高温流体通路と、 前記第１と第２の加熱流体を選択的に前記第２の熱交換
   器に供給させる切換手段と、 前記ガスタービンの起動後の所定のタイミングで前記切
   換手段を駆動して前記第１の加熱流体から前記第２の加
   熱流体に切り換える切換制御手段とを備えたガスタービ
   ン吸気加温及び冷却システム。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、 外部設備からの高温気体を第１の加熱流体として前記第
   ２の熱交換器に供給する加熱流体通路と、 ガスタービンの排ガス通路に設けられて、排ガスを、外
   部と、第２の加熱流体として前記第２の熱交換器とに分
   配して導出する排気ダンパと、 前記第１と第２の加熱流体を選択的に前記第２熱交換器
   に供給させる切換手段と、 前記ガスタービンの起動後の所定のタイミングで前記切
   換手段を駆動して前記第１の加熱流体から前記第２の加
   熱流体に切り換える切換制御手段とを備えたガスタービ
   ン吸気加温及び冷却システム。
6. 【請求項６】 ガスタービンに空気を吸入する吸気通路
   に設けられた熱交換器と、 この熱交換器に加熱気体と冷却気体とを選択的に供給し
   てこれら気体と前記空気との間で熱交換を行わせる選択
   供給手段とを備えたガスタービン吸気加温及び冷却シス
   テム。
7. 【請求項７】 請求項６において、さらに、 前記熱交換器を通った空気の温度を検知する温度センサ
   と、 この検知された温度が所定値となるように、前記熱交換
   器への前記加熱気体または冷却気体の供給量を調節する
   温度調節手段とを備えたガスタービン吸気加温及び冷却
   システム。
8. 【請求項８】 請求項６または７において、 外部設備からの高温気体を第１の加熱気体として前記熱
   交換器に供給する加熱流体通路と、 ガスタービンの排ガス通路に設けられて、排ガスを、外
   部と、第２の加熱気体として前記熱交換器とに分配して
   導出する排気ダンパと、 前記第１と第２の加熱気体を選択的に前記熱交換器に供
   給させる切換手段と、 前記ガスタービンの起動後の所定のタイミングで前記切
   換手段を駆動して前記第１の加熱気体から前記第２の加
   熱気体に切り換える切換制御手段とを備えたガスタービ
   ン吸気加温及び冷却システム。
9. 【請求項９】 請求項６または７において、 前記熱交換器に前記第１の加熱気体を供給する加熱気体
   通路と、 この加熱気体通路に空気を導入するブロアーと、 導入された空気に燃料を混入して燃焼させて前記第１の
   加熱気体を生成するバーナとを備えたガスタービン吸気
   加温及び冷却システム。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 ガスタービンの排ガス通路に設けられて、排ガスを、外
    部と、第２の加熱気体として前記熱交換器とに分配して
    導出する排気ダンパと、 前記第１と第２の加熱気体を選択的に前記熱交換器に供
    給させる切換手段と、 前記ガスタービンの起動後の所定のタイミングで前記切
    換手段を駆動して前記第１の加熱気体から前記第２の加
    熱気体に切り換える切換制御手段とを備えたガスタービ
    ン吸気加温及び冷却システム。
11. 【請求項１１】 ガスタービンに空気を吸入する吸気通
    路にガスタービンを収納したケーシングから排出される
    高温の換気を導入する換気抽入路と、 外部設備からの高温空気を前記吸気通路に導入する高温
    空気抽入路と、 前記換気と高温空気とを選択的に前記吸気通路に導入さ
    せる切換手段と、 前記ガスタービンの起動後の所定のタイミングで前記切
    換手段を駆動して前記高温空気から換気に切り換える切
    換制御手段と、 前記吸気通路に低温空気を導入する低温空気抽入路と、 前記換気または高温空気と低温空気とを選択的に前記吸
    気通路に導入させる選択導入手段とを備えたガスタービ
    ン吸気加温及び冷却システム。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、さらに、 前記換気、高温空気または低温空気が導入された吸気通
    路内の空気の温度を検知する温度センサと、 この検知された温度が所定値となるように、前記吸気通
    路への前記換気、高温空気または低温空気の供給量を調
    節する温度調節手段とを備えたガスタービン吸気加温及
    び冷却システム。