JP5448938B2 - ガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンに関し、特に、タービン軸を冷却する空気を用いた圧縮機の空気への噴霧に関するものである。

一般に、ガスタービンは、外気温度が上昇した場合には、空気が希薄になるため出力が低下する。ガスタービンの出力回復のために、圧縮機の空気に水を噴霧して、その気化熱によって空気の温度を低下させる霧噴霧吸気冷却方式が用いられている。これにより、圧縮機の空気は、その密度が高まり効率が改善される（例えば、特許文献１から特許文献４）。

特開平８−５２３９２号公報 特開平７−２４１５１５号公報 特開２００８−１７５１４９号公報 特許第３８５４１５６号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の発明は、空気に噴霧させる水を圧縮空気を用いて噴霧させる二流体ノズル方式であるため、噴霧させた液滴がドレン化や粗大化して圧縮機の翼に衝突しエロージョンやコーティングの剥離を発生させる恐れがある。そのため、圧縮機の点検期間を短くし、かつ、予備品を確保する必要があるためガスタービンの維持管理に費用を要するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、効率改善可能かつ維持管理費用の削減が可能なガスタービンの吸気冷却システムおよびこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るガスタービンの吸気システムによれば、燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器と、該燃焼器から排出された排ガスによって回転駆動されるタービンと、流体を圧縮する圧縮機と、前記タービンと前記圧縮機との間を接続すると共に該圧縮機によって圧縮された流体の一部が用いられる冷却用流体によって冷却されるタービン軸と、を有するガスタービンと、前記冷却用流体の熱と冷媒とが熱交換するタービン軸冷却用熱交換器と、前記冷却用流体の熱によって加熱された液体を前記圧縮機の上流側の流体に噴霧する液体噴霧手段と、を備えることを特徴とする。

タービン軸を冷却する圧縮された冷却用流体によって圧縮機の上流側の流体に噴霧する液体を加熱することとした。そのため、圧縮機の上流側に噴霧する液体の加熱温度を噴霧に適した温度とすることができ、流体に噴霧された液体を短時間で蒸発させることがでる。そのため、ドレンの発生や流体の粒径の粗大化を抑制して、圧縮機のエロージョン発生等を防止することができる。したがって、圧縮機の損傷発生を抑制して、ガスタービンの維持管理費用を削減することができる。

また、タービン軸冷却用熱交換器を介することによって圧縮された冷却用流体の熱エネルギーを液体の加熱に用いることができる。したがって、排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービンの効率改善を図ることができる。

さらに、本発明に係るガスタービンの吸気システムによれば、前記タービン軸冷却用熱交換器の下流側の冷媒と液体とが熱交換する噴霧液体用熱交換器を備え、前記液体噴霧手段には、前記噴霧液体用熱交換器によって加熱された液体が導かれることを特徴とする。

噴霧液体用熱交換器を介して、タービン軸冷却用熱交換器から導出されて温度の上昇した冷媒の熱を圧縮機の上流側の流体に噴霧する液体に与えることとした。そのため、タービン軸を冷却する圧縮された冷却用流体の熱エネルギーを有効に利用することができる。したがって、排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービンの効率改善を図ることができる。

さらに、本発明に係るガスタービンの吸気システムによれば、前記タービン軸冷却用熱交換器の上流側の流体と液体とが熱交換する噴霧液体用熱交換器を備え、前記液体噴霧手段には、前記噴霧液体用熱交換器によって加熱された液体が導かれることを特徴とする。

噴霧液体用熱交換器を介することによって、タービン軸冷却用熱交換器に導かれる流体の熱の一部を圧縮機の上流側の流体に噴霧する液体に与えることとした。そのため、タービン軸を冷却する圧縮された冷却用流体の熱エネルギーを有効に利用することができる。したがって、排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービンの効率改善を図ることができる。

さらに、本発明に係るガスタービンの吸気システムによれば、前記タービン軸冷却用熱交換器の下流側の冷媒と前記燃焼器に導かれる燃料とが熱交換する燃料用熱交換器を備えることを特徴とする。

タービン軸冷却用熱交換器によって熱交換して温度の上昇した冷媒と燃料とが熱交換する燃料用熱交換器を備えることとした。そのため、温度の上昇した冷媒の熱エネルギーを有効に利用して、燃料の温度を上昇させることができる。したがって、燃焼器における燃料の燃焼性を高めて、ガスタービンの効率を高めることができる。

さらに、本発明に係るガスタービンによれば、上記のいずれかに記載のガスタービンの吸気システムを備えることを特徴とする。

圧縮機の損傷の発生を抑制することが可能な吸気システムを備えることとした。したがって、ガスタービンの維持管理費用を削減することができ、かつ、ガスタービンの運転の信頼性を向上させることができる。
また、排熱を有効に利用することができる吸気システムを用いることとしたので、ガスタービンの効率改善を図ることができる。

タービン軸を冷却する圧縮された冷却用流体によって圧縮機の上流側の流体に噴霧する液体を加熱することとした。これにより、圧縮機の上流側に噴霧する液体の加熱温度を噴霧に適した温度とすることができ、流体に噴霧された液体を短時間で蒸発させることがでる。そのため、ドレンの発生や流体の粒径の粗大化を抑制して、圧縮機のエロージョン発生等を防止することができる。したがって、圧縮機の損傷発生を抑制して、ガスタービンの維持管理費用を削減することができる。
また、タービン軸冷却用熱交換器を介することによって圧縮された冷却用流体の熱エネルギーを液体の加熱に用いることができる。したがって、排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービンの効率改善を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図である。

［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図が示されている。
吸気システム１は、ガスタービン２と、ガスタービン２に吸気される空気（流体）に純水（液体）を噴霧する複数のノズル（熱水噴霧手段）７と、ノズル７が噴霧する純水を加熱する熱交換部８とを備えている。

ガスタービン２は、吸気した空気を圧縮する空気圧縮機（圧縮機）３と、燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器４と、燃焼器４から排出された排ガスによって駆動されるタービン５と、空気圧縮機３およびタービン５が接続されているタービン軸６とを備えている。

空気圧縮機３には、吸気フィルタ１２および吸気サイレンサ（図示せず）を介して空気が導かれる。吸気フィルタ１２および吸気サイレンサ（図示せず）を通過した空気は、吸気ダクト１１の内部を通過して空気圧縮機３の入口に導かれる。空気圧縮機３に導かれた空気は、空気圧縮機３が回転駆動することによって圧縮される。

タービン５は、排ガスが導かれることによって回転駆動される。タービン５には、空気圧縮機３との間を接続しているタービン軸６が接続されている。タービン５が排ガスによって回転駆動されることによりタービン軸６が回転駆動される。タービン軸６が回転駆動されることによって、空気圧縮機３が回転駆動されて空気を圧縮する。

燃焼器４は、空気圧縮機３によって圧縮された空気（以下「圧縮空気」という。）が導かれて燃料を燃焼する。燃焼器４は、燃料と圧縮空気とを燃焼することによって排ガスを排出する。

タービン軸６は、空気圧縮機３とタービン５との間を接続している。タービン軸６には、燃焼器４に導かれる圧縮空気の一部が冷却用圧縮空気（冷却用流体）として導かれる。タービン軸６に導かれた冷却用圧縮空気は、タービン軸６を冷却する。

ガスタービン２は、制御コンピュータ（図示せず）を有している。タービン５の出口側には、タービン用温度検出器（図示せず）およびタービン用圧力検出器（図示せず）が設けられている。制御コンピュータは、その内部に燃焼保護回路（図示せず）を備えている。タービン用温度検出器およびタービン用圧力検出器から得られた検出データは、制御コンピュータによって監視されている。制御コンピュータが監視している検出データを異常と判断した場合には、燃焼保護回路が作動する。燃焼保護回路が作動することによって、制御コンピュータが燃焼器４に投入される燃料の流量を減少するように制御する。

後述するノズル７に純水を供給する純水供給用ポンプ２０の運転が緊急停止する等といった吸気ダクト１１内に噴霧される純水の供給が緊急停止した場合には、空気圧縮機３の吸気温度が上昇し空気圧縮機３の吸気空気質量が減少する。このため、タービン５の入口温度が急上昇する。しかし、制御コンピュータが検出データを監視して判断することによって、燃焼保護回路が作動して燃焼器４への燃料の流量の制御遅れを防止することができる。燃焼器４への燃料の流量を減少させることができるので、タービン５の入口温度の急上昇を防止することができる。

空気圧縮機３の入口側には、吸気ダクト１１が接続されている。吸気ダクト１１は、その内部に空気が導かれるものである。空気が導入される吸気ダクト１１の入口側には、吸気フィルタ１２が設けられている。吸気フィルタ１２は、吸気ダクト１１内に導かれる空気中の異物を取り除くものである。

吸気フィルタ１２と空気圧縮機３との間には、吸気サイレンサ（図示せず）が設けられている。吸気サイレンサは、後述するノズル７の上流側の吸気ダクト１１内に設けられている。吸気サイレンサは、その内部に内部吸音材（図示せず）を備えている。内部吸音材は、断熱効果を有する防水仕様とされている。これにより、吸気サイレンサは、吸気ダクト１１内に導かれる空気音を吸収すると共に、吸気サイレンサを通過する空気中の水分が下流側の吸気ダクト１１内に結露する量を削減することができる。

空気圧縮機３と、ノズル７との間の吸気ダクト１１の内壁には、複数（図１では、２つのみを示す。）のドレンキャッチャー１９が設けられている。ドレンキャッチャー１９は、吸気ダクト１１の屈曲部の下流側に設けられている。

ドレンキャッチャー１９は、吸気ダクト１１の軸方向の断面形状がＬ字形状を成している。ドレンキャッチャー１９は、Ｌ字形状の一辺が吸気ダクト１１の内壁に略平行になるように、吸気ダクト１１の内壁との間に空間を有するように設けられている。また、ドレンキャッチャー１９は、吸気ダクト１１の上流側に開口するように設けられている。これにより、吸気ダクト１１の内壁を流動しているドレンをドレンキャッチャー１９によって捕捉することができる。なお、捕捉されたドレンは、ドレンキャッチャー１９より、吸気ダクト１１の外へと排出される。

熱交換部８は、タービン軸冷却用熱交換器９と、噴霧液体用熱交換器１０とを備えている。
タービン軸冷却用熱交換器９は、冷媒として外気空気を用いる空冷式の熱交換器である。タービン軸冷却用熱交換器９は、空気圧縮機３によって圧縮された圧縮空気の一部である冷却用圧縮空気と、外気空気とが熱交換するものである。タービン軸冷却用熱交換器９において外気空気と熱交換することによって冷却用圧縮空気は、例えば２００℃に下げられる。一方、外気空気は、例えば３００℃に加熱される。

噴霧液体用熱交換器１０は、冷媒として外気空気を用いる空冷式の熱交換器である。噴霧液体用熱交換器１０は、タービン軸冷却用熱交換器９によって温度が上昇した外気空気と、例えば１０℃の純水とが熱交換するものである。噴霧液体用熱交換器１０によって純水は、例えば９０℃に加熱される。

ノズル７は、噴霧液体用熱交換器１０によって加熱された純水（以下「熱水」という。）を空気圧縮機３が吸気する空気に噴霧するものである。ノズル７によって吸気ダクト１１内の空気に噴霧される熱水は、１０μｍから２０μｍの粒子径とされる。ノズル７は、吸気ダクト１１内に複数設けられている。ノズル７より熱水を吸気ダクト１１内の空気に散布することによって、空気の飽和度は９０％以下とされる。

次に、空気圧縮機３が吸気する空気およびその空気に散布される熱水の流れについて説明する。
燃焼器４によって燃料が燃焼されることによって、タービン５が回転駆動される。タービン５が回転駆動されることによってタービン軸６が回転駆動する。タービン軸６が回転駆動するので、タービン軸６に接続されている空気圧縮機３が回転駆動する。空気圧縮機３が回転駆動することによって外気の空気が吸気フィルタ１２および吸気サイレンサを介して吸気ダクト１１内に吸引される。

吸気ダクト１１内に吸引された空気には、複数のノズル７によって、例えば９０℃の熱水が噴霧される。熱水は、吸気ダクト１１内の空気中に噴霧されて蒸発する。熱水が蒸発する際には、その気化熱によって熱水が噴霧された空気の温度が低下する。熱水が噴霧された空気の温度が低下することによって、空気圧縮機３の入口の空気の密度が増加する。

空気圧縮機３は、密度が増加した空気を圧縮する。空気圧縮機３が吐出した圧縮空気は、燃焼器４へと導かれる。燃焼器４に導かれた圧縮空気の一部は、燃焼器４から抽出されて冷却用圧縮空気としてタービン軸冷却用熱交換器９へと導かれる。タービン軸冷却用熱交換器９に導かれた、例えば４００℃の冷却用圧縮空気は、複数のタービン軸冷却用ファン１３（本図には２つだけを示す）によって送風された外気空気と熱交換する。

タービン軸冷却用熱交換器９において外気空気と熱交換した冷却用圧縮空気は、例えば２００℃に温度が下げられる。温度が低下した冷却用圧縮空気は、タービン軸６へと導かれてタービン軸６を冷却する。
一方、タービン軸冷却用熱交換器９において冷却用圧縮空気と熱交換した外気空気は、例えば３００℃に温度が上昇する。温度が上昇した外気空気は、噴霧液体用熱交換器１０へと導かれる。

噴霧液体用熱交換器１０に導かれた温度の上昇した外気空気は、図示しない純水供給配管から純水供給用ポンプ２０によって導かれた純水と熱交換する。純水供給用ポンプ２０は、吸気ダクト１１内に設けられている湿度検出器（図示せず）および温度検出器（図示せず）によって検出された検出データから算出された噴霧量により吐出する純水の流量が制御される。

湿度検出器（図示せず）および温度検出器（図示せず）を用いて吸気ダクト１１内の湿度および温度は、連続的に監視されている。純水供給用ポンプ２０は、算出された噴霧量がほぼ連続的（リニア）になるように制御されている。噴霧量が連続的になるように純水供給用ポンプ２０の吐出する純水の流量を制御することによって、吸気ダクト１１内に噴霧された熱水の粒同士が結合することを防止し、粒径の粗大化を防止することができる。

流量が制御された純水供給用ポンプ２０から噴霧液体用熱交換器１０に導かれた、例えば１０℃の純水は、噴霧液体用熱交換器１０に導かれた温度の上昇した外気空気と熱交換して、例えば９０℃に加熱されて熱水となる。噴霧液体用熱交換器１０から導出された熱水は、複数のノズル７へと導かれて吸気ダクト１１内を通過する空気に噴霧される。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンによれば、以下の作用効果を奏する。
タービン軸６を冷却する圧縮された冷却用圧縮空気（冷却用流体）によって空気圧縮機（圧縮機）３の上流側の空気（流体）に噴霧する純水（液体）を加熱することとした。これにより、空気圧縮機３の上流側に噴霧する純水の加熱温度を噴霧に適した温度とすることができ、空気に噴霧された純水を短時間で蒸発させることがでる。そのため、ドレンの発生や噴霧された純水の粒径の粗大化を抑制して、空気圧縮機３のエロージョン発生等を防止することができる。したがって、空気圧縮機３の損傷発生を抑制して、ガスタービン２の維持管理費用を削減することができる。

また、タービン軸冷却用熱交換器９を介することによって冷却用圧縮空気の熱エネルギーを純水の加熱に用いることができる。したがって、冷却用圧縮空気の排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービン２の効率改善を図ることができる。

噴霧液体用熱交換器１０を介して、タービン軸冷却用熱交換器９から導出されて温度の上昇した外気空気（冷媒）の熱を空気圧縮機３の吸気空気に噴霧する純水に与えることとした。そのため、タービン軸６を冷却する冷却用圧縮空気の熱エネルギーを有効に利用することができる。したがって、冷却用圧縮空気の排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービン２の効率改善を図ることができる。

空気圧縮機３の損傷の発生を抑制することが可能な吸気システム１を備えることとした。したがって、ガスタービン２の維持管理費用を削減することができ、かつ、ガスタービン２の運転の信頼性を向上させることができる。
また、排熱を有効に利用することができる吸気システム１を用いることとしたので、ガスタービン２の効率改善を図ることができる。

なお、本実施形態では、熱水の温度は、９０℃として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく８０℃以上１００℃以下であることが好ましい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンは、タービン軸冷却用熱交換器に導かれる冷却用圧縮空気の上流側に噴霧液体用熱交換器が設けられている点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および同一の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２には、本発明の第２実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図が示されている。
熱交換部８は、タービン軸冷却用熱交換器１５と、噴霧液体用熱交換器１６とを備えている。タービン軸冷却用熱交換器１５に導かれる冷却用圧縮空気（冷却用流体）の上流側には、噴霧液体用熱交換器１６が設けられている。

タービン軸冷却用熱交換器１５は、冷媒として水を用いる水冷式の熱交換器である。タービン軸冷却用熱交換器１５は、噴霧液体用熱交換器１６によって温度が低下した冷却用圧縮空気と、図示しない冷却水供給管から供給された水（冷媒）とが熱交換するものである。タービン軸冷却用熱交換器１５において水と熱交換することによって冷却用圧縮空気は、例えば２００℃に下げられる。一方、水は、例えば３００℃、８ＭＰａとされる。

噴霧液体用熱交換器１６は、燃焼器４から抽気された、例えば４００℃の冷却用圧縮空気と、例えば１０℃の純水（液体）とが熱交換するものである。噴霧液体用熱交換器１６によって純水は、例えば９０℃に加熱される。

燃焼器４から抽出された冷却用圧縮空気は、噴霧液体用熱交換器１６へと導かれる。噴霧液体用熱交換器１６に導かれた、例えば４００℃の冷却用圧縮空気は、図示しない純水供給配管から導かれた純水と熱交換する。噴霧液体用熱交換器１６において冷却用圧縮空気と熱交換した純水は、例えば９０℃に加熱されて熱水となる。噴霧液体用熱交換器１６から導出された熱水は、複数のノズル７へと導かれて吸気ダクト１１内を通過する空気（流体）に噴霧される。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンによれば、以下の作用効果を奏する。
噴霧液体用熱交換器１６を介することによって、タービン軸冷却用熱交換器１５に導かれる冷却用圧縮空気（冷却用流体）の熱の一部を空気圧縮機（圧縮機）３の上流側の空気（流体）に噴霧する純水（液体）に与えることとした。そのため、タービン軸６を冷却する冷却用圧縮空気の熱エネルギーを有効に利用することができる。したがって、冷却用圧縮空気の排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービン２の効率改善を図ることができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンは、タービン軸冷却用熱交換器に導かれる冷却用圧縮空気の上流側に噴霧液体用熱交換器が設けられ、かつ、タービン軸冷却用熱交換器から導出された外気空気が導かれる燃料加熱用熱交換器を有する点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および同一の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。

図３には、本発明の第３実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図が示されている。
熱交換部８は、タービン軸冷却用熱交換器９と、噴霧液体用熱交換器１６と、燃料加熱用熱交換器（燃料用熱交換器）１７とを備えている。
タービン軸冷却用熱交換器９に導かれる冷却用圧縮空気（冷却用流体）の上流側には、噴霧液体用熱交換器１６が設けられている。タービン軸冷却用熱交換器９の冷媒である外気空気の下流側には、燃料加熱用熱交換器１７が設けられている。

噴霧液体用熱交換器１６は、燃焼器４から抽気された、例えば４００℃の冷却用圧縮空気と、例えば１０℃の純水（液体）とが熱交換するものである。噴霧液体用熱交換器１６によって冷却用圧縮空気と熱交換した純水は例えば、９０℃に加熱される。

タービン軸冷却用熱交換器９は、冷媒として外気空気を用いる空冷式の熱交換器である。タービン軸冷却用熱交換器９は、噴霧液体用熱交換器１６よって温度が低下した冷却用圧縮空気と、複数のタービン軸冷却用ファン１３によって供給される外気空気（冷媒）とが熱交換するものである。タービン軸冷却用熱交換器１６によって外気空気と熱交換した冷却用圧縮空気は、例えば２００℃に下げられる。一方、外気空気は、例えば３００℃に加熱される。

燃料加熱用熱交換器１７は、冷媒として外気空気を用いる空冷式の熱交換器である。燃料加熱用熱交換器１７は、タービン軸冷却用熱交換器９によって温度が上昇した外気空気と、例えば１０℃の燃料とが熱交換するものである。燃料加熱用熱交換器１７によって外気空気と熱交換した燃料は、例えば２００℃に加熱される。一方、外気空気は、例えば７０℃に下げられる。

燃焼器４から抽出された冷却用圧縮空気は、噴霧液体用熱交換器１６へと導かれる。噴霧液体用熱交換器１６に導かれた、例えば４００℃の冷却用圧縮空気は、図示しない純水供給配管から導かれた純水と熱交換する。噴霧液体用熱交換器１６において熱交換した純水は、例えば９０℃に加熱されて熱水となる。熱水は、複数のノズル７へと導かれて吸気ダクト１１内を通過する空気（流体）に噴霧される。

噴霧液体用熱交換器１６から導出された冷却用圧縮空気は、その温度が低下してタービン軸冷却用熱交換器９へと導かれる。タービン軸冷却用熱交換器９に導かれた温度が低下した冷却用圧縮空気は、複数のタービン軸冷却用ファン１３によって送風された外気空気と熱交換する。

タービン軸冷却用熱交換器９において冷却用圧縮空気と熱交換した外気空気は、例えば３００℃に温度が上昇する。温度が上昇した外気空気は、燃料加熱用熱交換器１７へと導かれる。燃料加熱用熱交換器１７に導かれた温度の上昇した外気空気は、図示しない燃料供給管から導かれた、例えば１０℃の燃料と熱交換する。燃料加熱用熱交換器１７において外気温度と熱交換した燃料は、例えば２００℃とされて、燃焼器４へと導かれて燃焼される。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンによれば、以下の作用効果を奏する。
タービン軸冷却用熱交換器９によって熱交換して温度の上昇した外気空気（冷媒）と、燃料とが熱交換する燃料加熱用熱交換器（燃料用熱交換器）１７を備えることとした。そのため、温度の上昇した外気空気の熱エネルギーを有効に利用して、燃料の温度を上昇させることができる。これにより、燃焼器４における燃料の燃焼性を高めて、ガスタービン２の効率を高めることができる。したがって、排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービン２の効率改善を図ることができる。

なお、本実施形態では、噴霧液体用熱交換器１６をタービン軸冷却用熱交換器９に導かれる冷却用圧縮空気の上流側に設けるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料加熱用熱交換器１７の下流側に噴霧液体用熱交換器１６を設けて燃料加熱用熱交換器１７から導出された外気空気を冷媒として用いてもよい。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態のガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンは、タービン軸冷却用熱交換器に導かれる冷却用圧縮空気の上流側に噴霧液体用熱交換器が設けられ、かつ、タービン軸冷却用熱交換器から導出された水が導かれる燃料加熱用熱交換器を有する点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および同一の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４には、本発明の第４実施形態に係るガスタービンの吸気システムの概略構成図が示されている。
熱交換部８は、タービン軸冷却用熱交換器１５と、噴霧液体用熱交換器１６と、燃料加熱用熱交換器（燃料用熱交換器）１８とを備えている。
タービン軸冷却用熱交換器１５に導かれる冷却用圧縮空気（冷却用流体）の上流側には、噴霧液体用熱交換器１６が設けられている。冷媒である水が導かれるタービン軸冷却用熱交換器１５の下流側には、燃料加熱用熱交換器１８が設けられている。

噴霧液体用熱交換器１６は、燃焼器４から抽気された、例えば４００℃の冷却用圧縮空気と、例えば１０℃の純水（液体）とが熱交換するものである。噴霧液体用熱交換器１６によって純水は、例えば９０℃に加熱されて熱水となる。

タービン軸冷却用熱交換器１５は、冷媒として水を用いる水冷式の熱交換器である。タービン軸冷却用熱交換器１５は、噴霧液体用熱交換器１６よって温度が低下した冷却用圧縮空気と、水とが熱交換するものである。タービン軸冷却用熱交換器１５によって水と熱交換した冷媒用圧縮空気は、例えば２００℃に下げられる。一方、水は、例えば３００℃、８ＭＰａとされる。

燃料加熱用熱交換器１８は、冷媒として水を用いる水冷式の熱交換器である。燃料加熱用熱交換器１８は、タービン軸冷却用熱交換器１５によって温度が上昇した水と、例えば１０℃の燃料とが熱交換するものである。燃料加熱用熱交換器１８によって燃料は、例えば２００℃に加熱される。

燃焼器４から抽出された冷却用圧縮空気は、噴霧液体用熱交換器１６へと導かれる。噴霧液体用熱交換器１６に導かれた、例えば４００℃の冷却用圧縮空気は、図示しない純水供給配管から導かれた純水と熱交換する。噴霧液体用熱交換器１６において冷却用圧縮空気と熱交換した純水は、例えば９０℃に加熱されて熱水となる。熱水は、複数のノズル７へと導かれて吸気ダクト１１内を通過する空気（流体）に噴霧される。

噴霧液体用熱交換器１６から導出された冷却用圧縮空気は、タービン軸冷却用熱交換器１５へと導かれる。タービン軸冷却用熱交換器１５に導かれた冷却用圧縮空気は、図示しない冷却水供給管から導かれた水と熱交換する。タービン軸冷却用熱交換器１５において冷却用圧縮空気と熱交換した水は、例えば３００℃に温度が上昇する。

温度が上昇した水は、燃料加熱用熱交換器１８へと導かれる。燃料加熱用熱交換器１８に導かれた温度の上昇した水は、図示しない燃料供給管から導かれた、例えば１０℃の燃料と熱交換する。燃料加熱用熱交換器１８において水と熱交換した燃料は、例えば２００℃とされて、燃焼器４へと導かれて燃焼される。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンの吸気システムおよびこれを備えたガスタービンによれば、以下の作用効果を奏する。
タービン軸冷却用熱交換器１５によって熱交換して温度の上昇した水（冷媒）と燃料とが熱交換する燃料加熱用熱交換器（燃料用熱交換器）１８を備えることとした。そのため、温度の上昇した水の熱エネルギーを有効に利用して、燃料の温度を上昇させることができる。これにより、燃焼器４における燃料の燃焼性を高めて、ガスタービン２の効率を高めることができる。したがって、排熱エネルギーを有効に利用して、ガスタービン２の効率改善を図ることができる。

なお、本実施形態では、噴霧液体用熱交換器１６をタービン軸冷却用熱交換器１５に導かれる冷却用圧縮空気の上流側に設けるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料加熱用熱交換器１８の下流側に噴霧液体用熱交換器１６を設けて燃料加熱用熱交換器１８から導出された水を冷媒として用いてもよい。

１ ガスタービンの吸気システム
２ ガスタービン
３ 空気圧縮機（圧縮機）
４ 燃焼器
５ タービン
６ タービン軸
７ ノズル（液体噴霧手段）
９ タービン軸冷却用熱交換器

Claims (5)

1. 燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器と、該燃焼器から排出された排ガスによって回転駆動されるタービンと、流体を圧縮する圧縮機と、前記タービンと前記圧縮機との間を接続すると共に該圧縮機によって圧縮された流体の一部が用いられる冷却用流体によって冷却されるタービン軸と、を有するガスタービンと、
   前記冷却用流体の熱と冷媒とが熱交換するタービン軸冷却用熱交換器と、
   前記冷却用流体の熱によって加熱された液体を前記圧縮機の上流側の流体に噴霧する液体噴霧手段と、を備えるガスタービンの吸気システム。
2. 前記タービン軸冷却用熱交換器の下流側の冷媒と液体とが熱交換する噴霧液体用熱交換器を備え、
   前記液体噴霧手段には、前記噴霧液体用熱交換器によって加熱された液体が導かれる請求項１に記載のガスタービンの吸気システム。
3. 前記タービン軸冷却用熱交換器の上流側の流体と液体とが熱交換する噴霧液体用熱交換器を備え、
   前記液体噴霧手段には、前記噴霧液体用熱交換器によって加熱された液体が導かれる請求項１に記載のガスタービンの吸気システム。
4. 前記タービン軸冷却用熱交換器の下流側の冷媒と前記燃焼器に導かれる燃料とが熱交換する燃料用熱交換器を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの吸気システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンの吸気システムを備えたガスタービン。
   
   

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