JP6021540B2 - 捕集装置及びこれを備えるガスタービンプラント - Google Patents
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Description
本発明は、流体中に含まれている粒子を捕集する捕集装置及びこれを備えるガスタービンプラントに関する。
配管内等を流通する流体に含まれる粒子を捕集する技術として、例えば特許文献１や特許文献２が挙げられる。
特許文献１では、蒸気流中に含まれている粒子を分離除去する方法が挙げられている。
この方法では、主蒸気管を水平方向から鉛直方向へ屈曲させ、屈曲後に、さらに主蒸気管を鉛直方向と水平方向とに分岐させ、鉛直方向と水平方向への流路を作る。
これにより、主蒸気管内の蒸気及び粒子は、屈曲部によって水平方向から鉛直方向へ流通方向が変わり、鉛直方向へ生じる慣性力や重力の影響で鉛直下方向へと直進する。その後、蒸気中の多くの粒子は、分岐部内で鉛直下方向へ直進し続ける。一方、蒸気は粒子ほど慣性力や重力の影響を受けないため、分岐部で粒子の一部を含みながら水平方向に分岐された主蒸気管へと流れていく。これによって、分岐後の水平方向へ流れていく蒸気中の粒子を少なくできる。
特許文献１では、蒸気流中に含まれている粒子を分離除去する方法が挙げられている。
この方法では、主蒸気管を水平方向から鉛直方向へ屈曲させ、屈曲後に、さらに主蒸気管を鉛直方向と水平方向とに分岐させ、鉛直方向と水平方向への流路を作る。
これにより、主蒸気管内の蒸気及び粒子は、屈曲部によって水平方向から鉛直方向へ流通方向が変わり、鉛直方向へ生じる慣性力や重力の影響で鉛直下方向へと直進する。その後、蒸気中の多くの粒子は、分岐部内で鉛直下方向へ直進し続ける。一方、蒸気は粒子ほど慣性力や重力の影響を受けないため、分岐部で粒子の一部を含みながら水平方向に分岐された主蒸気管へと流れていく。これによって、分岐後の水平方向へ流れていく蒸気中の粒子を少なくできる。
また、特許文献２では、指輪加工、歯科技工等の貴金属研磨作業時に空気に混入した金属微粉末を分離収集する方法が挙げられている。
この方法では、集塵吸入された空気の風速や風向を変化させることにより、主に金属微粉末が分離収集される。つまり、金属微粉末を含んだ空気が、分離収集装置の空気流入部から直進して流入した後に、細径化された孔を通過することで風速が増加される。その後、空気は、吸塵器で直進方向と交差する方向へ風向を変更して排出される。ところが、比重の大きい金属微粉末は、このような風速、風向の急激な変化についていくことができず、空気と同じ方向へ向きを変えることなく慣性力により直進するため、直進方向の先に配置された金属粉回収部内に金属微粉末を収集することができる。
この方法では、集塵吸入された空気の風速や風向を変化させることにより、主に金属微粉末が分離収集される。つまり、金属微粉末を含んだ空気が、分離収集装置の空気流入部から直進して流入した後に、細径化された孔を通過することで風速が増加される。その後、空気は、吸塵器で直進方向と交差する方向へ風向を変更して排出される。ところが、比重の大きい金属微粉末は、このような風速、風向の急激な変化についていくことができず、空気と同じ方向へ向きを変えることなく慣性力により直進するため、直進方向の先に配置された金属粉回収部内に金属微粉末を収集することができる。
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれの方法も捕集効率が高くないため、高い捕集率を持つ捕集装置が望まれている。
本発明は、上記要望に応えるためになされたものであって、捕集効率を向上させることができる捕集装置及びこれを備えるガスタービンプラントを提供するものである。
上記要望に応えるための本発明の一態様に係る捕集装置は、流体中に含まれている粒子を捕集する捕集装置において、第一の向きへ流れる前記流体を、前記第一の向きよりも鉛直下方側を指向する第二の向きへと転向させるＬ字型の曲管と、前記曲管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体の流路を、前記第二の向きに向わせつつ縮小させた後に前記第二の向きに向わせつつ拡大させる縮小拡大管と、前記縮小拡大管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体を、前記第二の向きと、前記第二の向きとは異なる向きである第三の向きと、に分岐させる分岐管と、前記分岐管の前記第二の向き側の出口に接続され、前記流体中の前記粒子が集められる捕集部と、を備え、前記縮小拡大管における流路縮小部が、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の入口開口の中心に対して偏芯しており、前記第二の向きに見たときに、前記入口開口の前記中心を基準にして、前記流路縮小部の偏芯位置が前記第一の向きから９０°〜２７０°の範囲内であることを特徴とする。
また、上記要望に応えるための本発明の他の態様に係る捕集装置は、流体中に含まれている粒子を捕集する捕集装置において、第一の向きへ流れる前記流体を、前記第一の向きよりも鉛直下方側を指向する第二の向きへと転向させるＬ字型の曲管と、前記曲管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体の流路を、前記第二の向きに向わせつつ縮小させた後に前記第二の向きに向わせつつ拡大させる縮小拡大管と、前記縮小拡大管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体を、前記第二の向きと、前記第二の向きとは異なる向きである第三の向きと、に分岐させる分岐管と、前記分岐管の前記第二の向き側の出口に接続され、前記流体中の前記粒子が集められる捕集部と、を備え、前記縮小拡大管における流路縮小部は、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の入口開口の中心から放射方向側で、且つ前記第二の向きに見たときに前記入口開口の前記中心を基準にして前記曲管の入口側に偏芯していることを特徴とする捕集装置。
以上の一態様又は他の態様によれば、第一の向きに流れている流体中に含まれる粒子は、第一段階として、曲管通過時に第二の向きへ流通方向が転向されるため、遠心力により曲管の入口側とは反対側に偏り集められた状態で第二の向きへ流通する。その後、粒子は、第二段階として、第二の向きへ流通しつつ、縮小拡大管の流路縮小部を流通する過程で、再度遠心力がかかりながら曲管通過時とは逆側である曲管の入口側に偏り集められる。
そして、縮小拡大管の流路縮小部を通過すると、粒子は、その流通流路がほぼ絞られたまま曲管の入口側に偏った状態で、重力の影響を受けながら第二の向きへ流通する。このため、第三の向きへはほとんど流通しない。一方、流体は、重力及び遠心力の影響を粒子ほど受けず、縮小拡大管の流路縮小部を通過後に拡散して流通するため、分岐管を通過時に第三の向きに流れていく。これにより、多くの粒子は、分岐管の第二の向き側の出口に接続されている捕集部に集まるため、粒子の捕集効率を向上させることができる。
なお、ここでの「第一の向き」及び「第三の向き」は、「第二の向き」よりも水平方向成分を多く含む向きである。
なお、ここでの「第一の向き」及び「第三の向き」は、「第二の向き」よりも水平方向成分を多く含む向きである。
ここで、以上の一態様又は他の態様の捕集装置において、前記第三の向きは、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の出口開口の中心を基準にして、前記第二の向きに見たときに前記流路縮小部の偏芯位置から９０°〜２７０°の範囲内であることが好ましい。
また、以上の一態様又は他の態様の捕集装置において、前記分岐管の前記第三の向き側の出口は、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の出口開口の中心を基準にして、前記第二の向きに見たときに前記流路縮小部の偏芯位置とは反対側であることが好ましい。
これらの捕集装置によれば、縮小拡大管の流路縮小部の通過時に偏り集められた粒子は、分岐管内を通過時に分岐管の第三の向き側の出口と距離をとって第二の向きへ流通する。よって、これらの捕集装置では、分岐管の第三の向き側の分岐流路に粒子がほとんど混入せず、分岐管の第二の向き側の分岐流路に粒子がほとんど流通するため、捕集効率をより向上させることができる。
さらに、上記要望に応えるための本発明の一態様に係るガスタービンプラントは、圧縮機とタービンと燃焼器とを有するガスタービンと、前記流体としてのガス燃料を前記燃焼器へ供給するガスラインと、前記ガスライン中に配置される上記いずれかの捕集装置と、を備えることを特徴とする。
このような一態様によれば、ガスライン中に上記いずれかの捕集装置が配置されているため、ガス燃料中の粒子を除去することができ、粒子を除去されたガス燃料を燃焼器に供給することができる。
本発明の捕集装置によれば、流体中に含まれている粒子の捕集効率を向上させることができる。
以下、本発明に係る実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の捕集装置３を備えるガスタービンプラント１は、圧縮機ＣとタービンＴと燃焼器１１とを有するガスタービン１０と、ガスタービン１０と接続されている発電機Ｇと、流体であるガス燃料Ｆを燃焼器１１へ供給する燃料配管であるガスライン２と、ガスライン２と接続されておりガス燃料Ｆの供給元であるガスタンク１２と、ガスライン２中に配置されているストレーナ１３と、ガスタンク１２とストレーナ１３との間のガスライン２中に配置されている捕集装置３とを備える。
図１に示すように、本実施形態の捕集装置３を備えるガスタービンプラント１は、圧縮機ＣとタービンＴと燃焼器１１とを有するガスタービン１０と、ガスタービン１０と接続されている発電機Ｇと、流体であるガス燃料Ｆを燃焼器１１へ供給する燃料配管であるガスライン２と、ガスライン２と接続されておりガス燃料Ｆの供給元であるガスタンク１２と、ガスライン２中に配置されているストレーナ１３と、ガスタンク１２とストレーナ１３との間のガスライン２中に配置されている捕集装置３とを備える。
図２に示すように、本実施形態の捕集装置３は、ガスライン２中に配置されており、第一の向きＸへ延在する第一ライン２１から、第二の向きＺへ延在する第二ライン２２へ流通の向きを変化させる曲管３１と、第二ライン２２を第二の向きＺと第三の向きＹへ延在する第三ライン２３とに分岐させる分岐管３２と、曲管３１と分岐管３２との間の第二ライン２２中に配置されている縮小拡大管３３と、分岐管３２の第二ライン２２側に接続されている捕集管（捕集部）３４と、を備える。
ここで各ライン２１，２２，２３について簡単にまとめて説明する。
第一ライン２１は、ガスライン２の一部であり、ガスタンク１２と曲管３１とに接続されており、側方である第一の向きＸへ延在して配置されている。
第二ライン２２は、捕集装置３内を鉛直下向きである第二の向きＺへ延在して配置されている。
第三ライン２３は、ガスライン２の一部であり、分岐管３２とストレーナ１３とに接続されており、側方であり第一の向きＸ及び第二の向きＺに直交する第三の向きＹへ延在して配置されている。
第一ライン２１は、ガスライン２の一部であり、ガスタンク１２と曲管３１とに接続されており、側方である第一の向きＸへ延在して配置されている。
第二ライン２２は、捕集装置３内を鉛直下向きである第二の向きＺへ延在して配置されている。
第三ライン２３は、ガスライン２の一部であり、分岐管３２とストレーナ１３とに接続されており、側方であり第一の向きＸ及び第二の向きＺに直交する第三の向きＹへ延在して配置されている。
曲管３１は、断面円形状をなすＬ字型に屈曲したＬ型エルボで形成され、入口側であり第一ライン２１と接続されている曲管入口部３１１と、第二の向きＺへ流通の向きを屈曲させる屈曲部３１２と、出口側であり第二ライン２２と接続されている曲管出口部３１３とを有する。
分岐管３２は、断面円形状をなすＴ字型の配管継手で形成され、第二の向きＺに延びる直管部３２２と、直管部３２２の中間から第三の向きＹに延びる出口管部３２１とを有する。直管部３２２は、鉛直上向きで曲管３１側の第二ライン２２と接続されている直管入口部３２３と、鉛直下向きで捕集管３４側の第二ライン２２と接続されている直管出口部３２４とを有する。出口管部３２１は、直管部３２２の中間から第三の向きＹに延出して配置され、第三ライン２３に接続されている。
縮小拡大管３３は、第二ライン２２中の曲管３１と分岐管３２との間に配置され、一対の偏芯レデューサ３３２の縮径側が互いに接続されて形成されている。この縮小拡大管３３で偏芯レデューサ３３２の縮径側同士が接続されている接続部分が流路縮小部３３１をなす。流路縮小部３３１の軸芯は、第二ライン２２における放射方向であって、第二ライン２２の中心軸Ｃから第一の向きＸにおける曲管３１の入口側である曲管入口部３１１側に偏らせた位置に偏芯されて配置されている。
なお、偏芯レデューサ３３２は、ガス燃料Ｆに対しての除去する粒子Ｐの大きさ等に合わせて、流路縮小部３３１の断面積サイズを適宜選択し使用されればよい。
なお、偏芯レデューサ３３２は、ガス燃料Ｆに対しての除去する粒子Ｐの大きさ等に合わせて、流路縮小部３３１の断面積サイズを適宜選択し使用されればよい。
捕集管３４は、断面円形状をなすＬ字型に屈曲した管材で、分岐管３２における直管出口部３２４の先である第二ライン２２の下端に配置されている。この捕集管３４は、一方の開口が第二ライン２２の下端と接続され、他方の開口に開閉蓋３４１を有する。
次に、上記構成の捕集装置３を備えたガスタービンプラント１の作用について説明する。
上記のような捕集装置３を備えたガスタービンプラント１によれば、不純物である粒子Ｐを含んだガス燃料Ｆは、ガスタンク１２から供給されガスライン２である第一ライン２１内を流通し捕集装置３に到達する。捕集装置３に到達したガス燃料Ｆは、曲管３１へ曲管入口部３１１から流入し、屈曲部３１２で流通の向きが変換されて、曲管出口部３１３から第二ライン２２へ流出する。そして、ガス燃料Ｆは、縮小拡大管３３内の流路の絞られた流路縮小部３３１を通過し、直管入口部３２３から分岐管３２内へ流入する。分岐管３２内を流通するガス燃料Ｆは、分岐管３２内で流通の向きが変換されて出口管部３２１を介して第三ライン２３へ流出する。その後、ガス燃料Ｆは、第三ライン２３内を流通し、ストレーナ１３を介して、燃焼器１１に到達し、そこで燃焼する。このガス燃料Ｆの燃焼で生成された燃焼ガスにより、タービンＴが駆動し、このタービンＴの駆動により、発電機Ｇによる発電が行われる。
一方、ガス燃料Ｆに含まれている多くの粒子Ｐは、分岐管３２内で出口管部３２１ではなく直管出口部３２４から捕集管３４へ送られ、捕集管３４内に集まり、捕集管３４の開閉蓋３４１を取り外すことで回収される。
上記のような捕集装置３を備えたガスタービンプラント１によれば、不純物である粒子Ｐを含んだガス燃料Ｆは、ガスタンク１２から供給されガスライン２である第一ライン２１内を流通し捕集装置３に到達する。捕集装置３に到達したガス燃料Ｆは、曲管３１へ曲管入口部３１１から流入し、屈曲部３１２で流通の向きが変換されて、曲管出口部３１３から第二ライン２２へ流出する。そして、ガス燃料Ｆは、縮小拡大管３３内の流路の絞られた流路縮小部３３１を通過し、直管入口部３２３から分岐管３２内へ流入する。分岐管３２内を流通するガス燃料Ｆは、分岐管３２内で流通の向きが変換されて出口管部３２１を介して第三ライン２３へ流出する。その後、ガス燃料Ｆは、第三ライン２３内を流通し、ストレーナ１３を介して、燃焼器１１に到達し、そこで燃焼する。このガス燃料Ｆの燃焼で生成された燃焼ガスにより、タービンＴが駆動し、このタービンＴの駆動により、発電機Ｇによる発電が行われる。
一方、ガス燃料Ｆに含まれている多くの粒子Ｐは、分岐管３２内で出口管部３２１ではなく直管出口部３２４から捕集管３４へ送られ、捕集管３４内に集まり、捕集管３４の開閉蓋３４１を取り外すことで回収される。
上記のような捕集装置３によれば、ガス燃料Ｆ中に含まれている粒子Ｐは、曲管３１を通過時に屈曲部３１２で遠心力がかかるため、曲管出口部３１３から第二ライン２２へ導かれる際には、第二ライン２２の中心軸Ｃ（図４参照）に対する放射方向であって曲管入口部３１１と反対側に偏り集まって落下する。そして、縮小拡大管３３を通過時には、流路縮小部３３１が第二ライン２２の中心軸Ｃに対する放射方向であって曲管入口部３１１側に偏芯されて配置されていることで、偏り集まって落下していた粒子Ｐは、縮小拡大管３３の形状に沿って再度遠心力がかかりながら曲管入口部３１１側に向かう。さらに、粒子Ｐは、流路が絞られている流路縮小部３３１を通過することで、より曲管入口部３１１側に絞られつつ偏り集められ、流路縮小部３３１を通過後には重力の影響で曲管入口部３１１側に偏ったまま鉛直下向きへ落下する。
一方、ガス燃料Ｆは重力や遠心力の影響を粒子Ｐほど受けず、流路縮小部３３１を通過後に拡散して流通する。
一方、ガス燃料Ｆは重力や遠心力の影響を粒子Ｐほど受けず、流路縮小部３３１を通過後に拡散して流通する。
分岐管３２の出口管部３２１が直管部３２２に対して第三の向きＹに向かって接続されるため、直管部３２２との接続部分である出口管部３２１の入口開口は、第二ライン２２の中心軸Ｃを基準にして曲管入口部３１１側に偏っている流路縮小部３３１から９０°の位置に配置されることになる。粒子Ｐは、この分岐管３２の直管部３２２内を曲管入口部３１１側に偏り集まって落下するため、出口管部３２１の入口開口と距離をとって流通し、側方である出口管部３２１へはほとんど流通しない。
一方、前述したようにガス燃料Ｆは重力や遠心力の影響を粒子Ｐほど受けず、流路縮小部３３１を通過後に拡散して流通しているため、分岐管３２内を通過時に出口管部３２１から第三ライン２３へ流れていく。
一方、前述したようにガス燃料Ｆは重力や遠心力の影響を粒子Ｐほど受けず、流路縮小部３３１を通過後に拡散して流通しているため、分岐管３２内を通過時に出口管部３２１から第三ライン２３へ流れていく。
これらにより、出口管部３２１へガス燃料Ｆが流通される際に、粒子Ｐが混入して流通されづらくなり、多くの粒子Ｐが第二ライン２２に取り付けた捕集管３４に集まるため、粒子Ｐの捕集効率を向上させることができる。
また、本実施形態のガスタービンプラント１では、以上のように、ガスタンク１２からストレーナ１３まで間のガスライン２中に配置されている捕集装置３によって、ガス燃料Ｆ中の含まれている粒子Ｐの多くが除去される。さらに、捕集装置３を通過したガス燃料Ｆからも、ストレーナ１３で粒子Ｐが除去される。よって、本実施形態のガスタービンプラント１では、粒子Ｐのほとんど含まれないガス燃料Ｆを燃焼器１１に供給することができる。
次に、各種実施例及び比較例の捕集率についてのコンピューターによる解析結果を説明する。
まず、各種実施例１〜４及び各種比較例１〜３の構造について説明する。
ここで、以下において、図３〜５に示すように、角度表示は、第二の向きＺに見たとき、第二ライン２２の中心軸Ｃ（図４,５参照）を基準にして、第一の向きＸ（０°）から中心軸Ｃの時計回りの角度を示す。なお、曲管３１の曲管出口部３１３（又は出口開口）の中心、縮小拡大管の入口部（又は入口開口）及び出口部（又は出口開口）の中心は、いずれも、第二ライン２２の中心軸Ｃに位置している。
まず、各種実施例１〜４及び各種比較例１〜３の構造について説明する。
ここで、以下において、図３〜５に示すように、角度表示は、第二の向きＺに見たとき、第二ライン２２の中心軸Ｃ（図４,５参照）を基準にして、第一の向きＸ（０°）から中心軸Ｃの時計回りの角度を示す。なお、曲管３１の曲管出口部３１３（又は出口開口）の中心、縮小拡大管の入口部（又は入口開口）及び出口部（又は出口開口）の中心は、いずれも、第二ライン２２の中心軸Ｃに位置している。
［実施例１］
図３（ａ）及び図４、５に示すように、この実施例１の捕集装置３ａは、第一の向きＸから１８０°の位置に流路縮小部３３１ａが配置されている縮小拡大管３３ａを備えている。また、この捕集装置３ａは、第一の向きＸから９０°の向きに接続されている出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａを備えている。
なお、実施例１の捕集装置３ａは、本実施形態で説明した捕集装置３と同一のものである。
図３（ａ）及び図４、５に示すように、この実施例１の捕集装置３ａは、第一の向きＸから１８０°の位置に流路縮小部３３１ａが配置されている縮小拡大管３３ａを備えている。また、この捕集装置３ａは、第一の向きＸから９０°の向きに接続されている出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａを備えている。
なお、実施例１の捕集装置３ａは、本実施形態で説明した捕集装置３と同一のものである。
［実施例２］
図３（ｂ）及び図４、５に示すように、この実施例２の捕集装置３ｂは、第一の向きＸから２７０°の位置に流路縮小部３３１ｂが配置されている縮小拡大管３３ｂを備えている。また、この捕集装置３ｂは、実施例１と同様、第一の向きＸから９０°の向きに接続されている出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａを備えている。すなわち、実施例２の捕集装置３ｂは、縮小拡大管３３ｂにおける流路縮小部３３１ｂの位置が実施例１と相違する。
図３（ｂ）及び図４、５に示すように、この実施例２の捕集装置３ｂは、第一の向きＸから２７０°の位置に流路縮小部３３１ｂが配置されている縮小拡大管３３ｂを備えている。また、この捕集装置３ｂは、実施例１と同様、第一の向きＸから９０°の向きに接続されている出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａを備えている。すなわち、実施例２の捕集装置３ｂは、縮小拡大管３３ｂにおける流路縮小部３３１ｂの位置が実施例１と相違する。
［実施例３］
図３（ｃ）及び図４、５に示すように、この実施例３の捕集装置３ｃは、第一の向きＸから２２５°の位置に流路縮小部３３１ｃが配置されている縮小拡大管３３ｃを備えている。また、この捕集装置３ｃは、第一の向きＸから４５°の向きに接続されている出口管部３２１ｃを有する分岐管３２ｃを備えている。すなわち、実施例３の捕集装置３ｃは、縮小拡大管３３ｃにおける流路縮小部３３１ｃの位置と分岐管３２ｃとが実施例１と相違する。
図３（ｃ）及び図４、５に示すように、この実施例３の捕集装置３ｃは、第一の向きＸから２２５°の位置に流路縮小部３３１ｃが配置されている縮小拡大管３３ｃを備えている。また、この捕集装置３ｃは、第一の向きＸから４５°の向きに接続されている出口管部３２１ｃを有する分岐管３２ｃを備えている。すなわち、実施例３の捕集装置３ｃは、縮小拡大管３３ｃにおける流路縮小部３３１ｃの位置と分岐管３２ｃとが実施例１と相違する。
［実施例４］
図３（ｄ）及び図４、５に示すように、この実施例４の捕集装置３ｄは、実施例１と同様、第一の向きＸから１８０°の位置に流路縮小部３３１ａが配置されている縮小拡大管３３ａを備えている。また、捕集装置３ｄは、第一の向きＸ、つまり０°の向きに接続される出口管部３２１ｄを有する分岐管３２ｄを備えている。すなわち、実施例４の捕集装置３ｄは、分岐管３２ｄが実施例１と相違する。
図３（ｄ）及び図４、５に示すように、この実施例４の捕集装置３ｄは、実施例１と同様、第一の向きＸから１８０°の位置に流路縮小部３３１ａが配置されている縮小拡大管３３ａを備えている。また、捕集装置３ｄは、第一の向きＸ、つまり０°の向きに接続される出口管部３２１ｄを有する分岐管３２ｄを備えている。すなわち、実施例４の捕集装置３ｄは、分岐管３２ｄが実施例１と相違する。
［比較例１］
図３（ｅ）及び図４、５に示すように、この比較例１の捕集装置３ｅは、縮小拡大管３３を備えていない。また、この捕集装置３ｅは、第一の向きＸから９０°の向きに接続される出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａを備えている。すなわち、比較例１の捕集装置３ｅは、縮小拡大管３３を備えていない点が実施例１と相違する。
図３（ｅ）及び図４、５に示すように、この比較例１の捕集装置３ｅは、縮小拡大管３３を備えていない。また、この捕集装置３ｅは、第一の向きＸから９０°の向きに接続される出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａを備えている。すなわち、比較例１の捕集装置３ｅは、縮小拡大管３３を備えていない点が実施例１と相違する。
［比較例２］
図３（ｆ）及び図４、５に示すように、この比較例２の捕集装置３ｆは、第二ライン２２の中心軸Ｃ上に流路縮小部３３１ｆが配置されている縮小拡大管３３ｆを備えている。この縮小拡大管３３ｆは、一対の同芯レデューサの縮径側が互いに接続されて形成されている。また、この捕集装置３ｆは、実施例１と同様、第一の向きＸから９０°の向きに接続される出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａとを備えている。すなわち、比較例２の捕集装置３ｆは、第二ライン２２の中心軸Ｃに対して流路縮小部３３１ｆが偏芯していない点が実施例１と相違する。
図３（ｆ）及び図４、５に示すように、この比較例２の捕集装置３ｆは、第二ライン２２の中心軸Ｃ上に流路縮小部３３１ｆが配置されている縮小拡大管３３ｆを備えている。この縮小拡大管３３ｆは、一対の同芯レデューサの縮径側が互いに接続されて形成されている。また、この捕集装置３ｆは、実施例１と同様、第一の向きＸから９０°の向きに接続される出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａとを備えている。すなわち、比較例２の捕集装置３ｆは、第二ライン２２の中心軸Ｃに対して流路縮小部３３１ｆが偏芯していない点が実施例１と相違する。
［比較例３］
図３（ｇ）及び図４、５に示すように、この比較例３の捕集装置３ｇは、第一の向きＸ、つまり０°の位置に流路縮小部３３１ｇが配置されている縮小拡大管３３ｇを備えている。また、この捕集装置３ｇは、実施例１と同様、第一の向きＸから９０°の向きに接続される出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａとを備えている。すなわち、比較例３の捕集装置３ｇは、縮小拡大管３３ｇにおける流路縮小部３３１ｇの位置が実施例１と相違する。
図３（ｇ）及び図４、５に示すように、この比較例３の捕集装置３ｇは、第一の向きＸ、つまり０°の位置に流路縮小部３３１ｇが配置されている縮小拡大管３３ｇを備えている。また、この捕集装置３ｇは、実施例１と同様、第一の向きＸから９０°の向きに接続される出口管部３２１ａを有する分岐管３２ａとを備えている。すなわち、比較例３の捕集装置３ｇは、縮小拡大管３３ｇにおける流路縮小部３３１ｇの位置が実施例１と相違する。
各実施例及び各比較例の捕集率をＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析によって比較した結果を図６〜９に示す。
図６に示すように、実施例１と比較例１、２について、粒子径における捕集率を比較した。縮小拡大管３３を備えていない比較例１の捕集装置３ｅと、縮小拡大管３３を備えている実施例１の捕集装置３ａ及び比較例２の捕集装置３ｆとを比較すると、縮小拡大管３３を備えている実施例１及び比較例２の方が、高い捕集率を示した。さらに、実施例１と比較例２とを比較すると、縮小拡大管３３の中でも、第二ライン２２の中心軸Ｃ上に流路縮小部３３１ｆが配置されている比較例２よりも、第二ライン２２の中心軸Ｃから偏芯した位置に流路縮小部３３１ａが配置されている実施例１の方が、高い捕集率を示した。特に、粒子径の小さい時ほど捕集率の差が顕著に表れており、第二ライン２２の中心軸Ｃから偏芯した位置に流路縮小部３３１ａが配置されている実施例１が高い捕集率を発揮することが確認された。
図６に示すように、実施例１と比較例１、２について、粒子径における捕集率を比較した。縮小拡大管３３を備えていない比較例１の捕集装置３ｅと、縮小拡大管３３を備えている実施例１の捕集装置３ａ及び比較例２の捕集装置３ｆとを比較すると、縮小拡大管３３を備えている実施例１及び比較例２の方が、高い捕集率を示した。さらに、実施例１と比較例２とを比較すると、縮小拡大管３３の中でも、第二ライン２２の中心軸Ｃ上に流路縮小部３３１ｆが配置されている比較例２よりも、第二ライン２２の中心軸Ｃから偏芯した位置に流路縮小部３３１ａが配置されている実施例１の方が、高い捕集率を示した。特に、粒子径の小さい時ほど捕集率の差が顕著に表れており、第二ライン２２の中心軸Ｃから偏芯した位置に流路縮小部３３１ａが配置されている実施例１が高い捕集率を発揮することが確認された。
また、図７及び図８に示すように、実施例１〜３及び比較例３について、縮小拡大管３３の流路縮小部３３１の偏芯位置を互いに変更した場合の粒子径に応じた捕集率（図７）及び平均捕集率（図８）を比較した。流路縮小部３３１（３３１ｇ）が曲管入口部３１１側と反対側にある比較例３の捕集装置３ｇよりも、流路縮小部３３１（３３０ａ，３３１ｂ，３３１ｃ）が曲管入口部３１１側に配置される実施例１の捕集装置３ａ、実施例２の捕集装置３ｂ、実施例３の捕集装置３ｃの方が高い捕集率を示した。中でも、流路縮小部３３１ａが曲管入口部３１１側である１８０°の位置に配置されている実施例１と、流路縮小部３３１ｃが曲管部入口部３１１側である２２５°の位置に配置されている実施例３とが、高い捕集率を示した。さらに、粒子径の小さい時ほど捕集率の差が顕著に表れており、実施例１及び実施例３が高い捕集率を発揮することが確認された。
さらに、図９に示すように、実施例１及び実施例４について、分岐管３２の出口管部３２１の接続位置を曲管入口部３１１側と反対側の位置に配置した場合の粒子径における捕集率を比較した。第一の向きＸから９０°の向きに接続されている出口管部３２１ａを有する実施例１の捕集装置３ａと、第一の向きＸから１８０°の向きに接続されている出口管部３２１ｄを有する実施例４の捕集装置３ｄとは、共に高い捕集率を示した。言い換えると、流路縮小部３３１の位置から９０°の位置及び１８０°の位置に分岐管３２の出口管部３２１が接続されている実施例１の捕集装置３ａ及び実施例４の捕集装置３ｄとが、共に高い捕集率を示した。
これらの結果から、縮小拡大管３３を用いた方が捕集効率を向上させることができ、中でも偏芯レデューサ３３２を用いて縮小拡大管３３を形成することで捕集効率をより向上させることができることがわかった。
また、縮小拡大管３３の中でも、比較例３のように流路縮小部３３１（３３１ｇ）の位置を曲管入口部３１１と反対側に配置するよりも、実施例１〜４のように流路縮小部３３１（流路縮小部３３１ａ、流路縮小部３３１ｂ、流路縮小部３３１ｃ）を曲管入口部３１１側に配置する方が捕集率を向上できることがわかった。
さらに、実施例１〜４のように分岐管３２における出口管部３２１の接続位置が流路縮小部３３１と反対側の位置に接続される方が捕集率を向上できることがわかった。
また、縮小拡大管３３の中でも、比較例３のように流路縮小部３３１（３３１ｇ）の位置を曲管入口部３１１と反対側に配置するよりも、実施例１〜４のように流路縮小部３３１（流路縮小部３３１ａ、流路縮小部３３１ｂ、流路縮小部３３１ｃ）を曲管入口部３１１側に配置する方が捕集率を向上できることがわかった。
さらに、実施例１〜４のように分岐管３２における出口管部３２１の接続位置が流路縮小部３３１と反対側の位置に接続される方が捕集率を向上できることがわかった。
以上から、縮小拡大管３３の流路縮小部３３１は、第一の向きＸから１８０°〜２７０°の範囲に配置されれば高い捕集率を発揮し、特に、第一の向きＸから１８０°〜２２５°の範囲に配置されればより高い捕集率を発揮することがわかった。また、対称性から、縮小拡大管３３の流路縮小部３３１は、第一の向きＸを基準にして１８０°〜２７０°の範囲と対称な範囲である９０°〜１８０°の範囲に配置されれば高い捕集率を発揮し、特に、第一の向きＸを基準にして１８０°〜２２５°の範囲と対称な範囲である１３５°〜１８０°の範囲に配置されればより高い捕集率を発揮することも明らかである。すなわち、縮小拡大管３３の流路縮小部３３１は、第一の向きＸから９０°〜２７０°の範囲に配置されれば高い捕集率を発揮し、特に、第一の向きＸから１３５°〜２２５°の範囲に配置されればより高い捕集率を発揮することがわかった。言い換えると、縮小拡大管３３の流路縮小部３３１は、第二の向きＺに見たときに、第二ライン２２の中心軸Ｃから放射方向側で且つ中心軸Ｃを基準にして曲管入口部３１１側に偏芯していると、高い捕集率を発揮することがわかった。
また、分岐管３２における出口管部３２１の接続位置が流路縮小部３３１の位置から９０°〜１８０°、さらに１８０°〜２７０°の位置である方が捕集率を向上できることがわかった。言い換えると、分岐管３２のストレーナ１３に接続される側の出口は、第二の向きＺに見たときに、縮小拡大管３３の出口開口の中心Ｃを基準にして、流路縮小部３３１の偏芯位置とは反対側である方が捕集率を向上できることがわかった。
以上、本発明の実施形態及び実施例について図面を参照して詳述したが、以上の実施形態及び各実施例における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態及び実施例によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
具体的には、例えば、以上の実施形態及び実施例では、第二の向きＺが鉛直下向きであるが、本発明において、第二の向きは第一の向き及び第三の向きよりも鉛直下方側を指向していればよい。また、以上の実施形態及び実施例では、第一の向き及び第三の向きがいずれも水平方向の向きであるが、本発明において、第一の向き及び第三の向きは水平方向成分を含む向きであればよい。
また、以上の実施形態では、流路縮小部３３１を形成する部品として偏芯レデューサ３３２を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、オリフィス等の縮径する構造を持つ市販の公知の部品を用いてもよい。
具体的には、例えば、以上の実施形態及び実施例では、第二の向きＺが鉛直下向きであるが、本発明において、第二の向きは第一の向き及び第三の向きよりも鉛直下方側を指向していればよい。また、以上の実施形態及び実施例では、第一の向き及び第三の向きがいずれも水平方向の向きであるが、本発明において、第一の向き及び第三の向きは水平方向成分を含む向きであればよい。
また、以上の実施形態では、流路縮小部３３１を形成する部品として偏芯レデューサ３３２を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、オリフィス等の縮径する構造を持つ市販の公知の部品を用いてもよい。
また、本実施形態では、対象とする流体をガス燃料Ｆとしたがこれに限定されるものではなく。例えば、蒸気などの流体を対象にしてもよい。
Ｆ…ガス燃料 Ｐ…粒子 １…ガスタービンプラント １０…ガスタービン Ｃ…圧縮機 Ｔ…タービン １１…燃焼器 Ｇ…発電機 ２…ガスライン １２…ガスタンク １３…ストレーナ ３…捕集装置 ３１…曲管 ３１１…曲管入口部 ３１２…屈曲部 ３１３…曲管出口部 ３２…分岐管 ３２１…出口管部 ３２２…直管部 ３２３…直管入口部 ３２４…直管出口部 ３３…縮小拡大管 ３３２…偏芯レデューサ ３３１…流路縮小部 ２１…第一ライン ２２…第二ライン ２３…第三ライン ３４…捕集管（捕集部） ３４１…開閉蓋
Claims (5)
- 流体中に含まれている粒子を捕集する捕集装置において、
第一の向きへ流れる前記流体を、前記第一の向きよりも鉛直下方側を指向する第二の向きへと転向させるＬ字型の曲管と、
前記曲管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体の流路を、前記第二の向きに向わせつつ縮小させた後に前記第二の向きに向わせつつ拡大させる縮小拡大管と、
前記縮小拡大管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体を、前記第二の向きと、前記第二の向きとは異なる向きである第三の向きと、に分岐させる分岐管と、
前記分岐管の前記第二の向き側の出口に接続され、前記流体中の前記粒子が集められる捕集部と、
を備え、
前記縮小拡大管における流路縮小部が、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の入口開口の中心に対して偏芯しており、前記第二の向きに見たときに、前記入口開口の前記中心を基準にして、前記流路縮小部の偏芯位置が前記第一の向きから９０°〜２７０°の範囲内であることを特徴とする捕集装置。 - 流体中に含まれている粒子を捕集する捕集装置において、
第一の向きへ流れる前記流体を、前記第一の向きよりも鉛直下方側を指向する第二の向きへと転向させるＬ字型の曲管と、
前記曲管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体の流路を、前記第二の向きに向わせつつ縮小させた後に前記第二の向きに向わせつつ拡大させる縮小拡大管と、
前記縮小拡大管の出口に接続され、前記第二の向きへ流れる前記流体を、前記第二の向きと、前記第二の向きとは異なる向きである第三の向きと、に分岐させる分岐管と、
前記分岐管の前記第二の向き側の出口に接続され、前記流体中の前記粒子が集められる捕集部と、
を備え、
前記縮小拡大管における流路縮小部は、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の入口開口の中心から放射方向側で、且つ前記第二の向きに見たときに前記入口開口の前記中心を基準にして前記曲管の入口側に偏芯していることを特徴とする捕集装置。 - 前記第三の向きは、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の出口開口の中心を基準にして、前記第二の向きに見たときに前記流路縮小部の偏芯位置から９０°〜２７０°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の捕集装置。
- 前記分岐管の前記第三の向き側の出口は、前記第二の向きに見たときの前記縮小拡大管の出口開口の中心を基準にして、前記第二の向きに見たときに前記流路縮小部の偏芯位置とは反対側であることを特徴とする請求項１又は２に記載の捕集装置。
- 圧縮機とタービンと燃焼器とを有するガスタービンと、
前記流体としてのガス燃料を前記燃焼器へ供給するガスラインと、
前記ガスライン中に配置される請求項１から４のいずれか一項に記載の捕集装置と、を備えることを特徴とするガスタービンプラント。
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