JP6155114B2 - ガスタービン吸気冷却装置およびガスタービン設備 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンの吸気を冷却する水冷式のガスタービン吸気冷却装置およびガスタービン設備に関する。
ガスタービンを運転するにあたり、圧縮機に取込まれる吸気を冷却し発電効率を上げる試みが以前からなされている。従来技術では、ガスタービン吸気フィルタ室の吸気口の全面をカバーするように設置されたメディアに給水を供給し、このメディアを吸気が通過する際に水の蒸発潜熱で吸気を冷却する方法（特許文献１）や、LNGを吸気ダクト中に配置した蒸発電熱管群に導き、LNGの気化熱で吸気を冷却する方法（特許文献２）も提案されている。
ところで、ガスタービンの吸気冷却を顕熱による熱交換を利用した水冷式の吸気冷却装置とし、さらに冷却水に海水や河川水を用いる場合、取水された冷却水は大気温度の影響を受けているため、実際に冷却に使用したい夏季や高温時には外気と取水の温度差が小さく、十分な冷却効果が得られないという課題があった。
そこで、本発明の目的は、顕熱による吸気冷却の冷却水として海水や河川水を用いる場合でも、大気温度の上昇による冷却水への影響を低減することができるガスタービン吸気冷却装置及びガスタービン設備を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、吸気ダクト内でガスタービンの吸気を冷却するガスタービン吸気冷却装置において、海又は河川から取水した冷却水を前記吸気ダクトを経由して前記海又は河川に戻す循環水配管を備え、前記循環水配管の取水源から前記吸気ダクトまでの間の地中埋設部、および前記吸気ダクト内に導入された前記循環水配管のダクト内配置部にヒートパイプを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、顕熱による吸気冷却の冷却水として海水や河川水を用いる場合でも、大気温度の上昇による冷却水への影響を低減することができるガスタービン吸気冷却装置及びガスタービン設備の提供が可能となる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例である、ガスタービン吸気冷却装置を用いたガスタービン設備の概略図である。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は第１実施形態における吸気冷却装置を適用したガスタービンの概略構成を示した側面模式図である。
［第１実施形態］
図１は第１実施形態における吸気冷却装置を適用したガスタービンの概略構成を示した側面模式図である。
ガスタービン設備の基本構成としては、図１に示すように、吸気を圧縮する圧縮機２と、燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼ガスにより駆動されるタービン１である。
大気より取込まれる吸気は、吸気ダクト６を通り、圧縮機２に供給される。圧縮機２を通過して圧縮された空気は、燃焼用空気として燃焼器３に供給される。燃焼器３で燃料を燃焼させて発生した高温高圧の燃焼ガスはタービン１に供給され、同タービン１内で膨張する際にタービン１を回転させて軸出力が発生する。
吸気フィルタ室１０内には、吸気口７から取り込まれる大気中の粉塵等を捕集して除去する吸気フィルタ９が収容設置される。
そして、吸気ダクト６は吸気フィルタ室１０の下流端と圧縮機２とを接続する空気流路を形成する。
また、吸気ダクト６には、その中途位置に吸気音を低減させる吸気サイレンサ８が設置されている。
循環水配管４は海または河川から取水し、地中を通り、吸気ダクト内を通り、地上を通り海または河川へ戻るようにルーティングされる。なお、本実施例では、冷却水の取水部から吸気ダクトまでの間の区間で地中に埋設される循環水配管部分を地中埋設部４ａ、吸気ダクト６内に導入された循環水配管部分をダクト内配置部４ｂと称する。
このように、取水源から取水した冷却水を吸気ダクト経由で、再び海又は河川に戻すように構成した循環水配管４には、ヒートパイプ５が設置されている。ヒートパイプ５の設置個所は、循環水配管４の地中埋設部４ａ、並びに吸気ダクト内に導入されたダクト内配置部４ｂの二か所であり、それぞれには複数のヒートパイプが設けられる。
ヒートパイプ５は前述の通り、循環水配管４の地中埋設部４ａとダクト内配置部４ｂの二か所に設置されている。地中埋設部４ａでは地中と該取水の温度差によって取水した冷却水を冷却する。地中埋設部４ａのヒートパイプ５により冷却された冷却水は、ダクト内配置部４ｂに導かれ、このダクト内配置部４ｂに設けられたヒートパイプ５を介して吸気ダクト内の外気を冷却する。
ヒートパイプ５の構造を図２に示す。ヒートパイプ内部は減圧され、少量の作動流体１１が封入されている。作動流体１１は高温部１２では蒸発し、周囲の熱をうばった後、温度の違いによって生まれる圧力差によって低温部１３へと移動する。作動流体１１は低温部１３にて液体に戻り、周囲に熱を放出する。その後、液体環流用ウィック１４に生じる毛細管現象によって高温部へと運ばれる。
ヒートパイプ内の作動流体１１は、自然現象によって対流し熱を伝達するため、運用するために外部からのエネルギーを必要としない。
循環水配管４内は下流側の温度が上流側に対し低くなっている。その温度差によって圧力差が生じ、自然循環するようになっている。
以上のような性質のヒートパイプを循環水配管４の地中埋設部４ａ及びダクト内配置部４ｂに設置することで、海水より温度の低い地中では海水を地中埋設部４ａのヒートパイプ５によって冷却し、吸気ダクト６内では温度の高い吸気（特に夏季の大気温度は海水や河川水より高温）をダクト内配置部４ｂのヒートパイプ５により冷却する。
一般に、海水や河川水から取水した冷却水をそのまま吸気ダクト内で顕熱を利用して吸気冷却（間接的な熱交換）させた場合、特に吸気冷却を行いたい夏季には大気と冷却水の温度差が小さくなることが想定され、十分な冷却効果を得られないことがある。これに対して、本実施例では冷却水を地中埋設部４ａで冷却した上でダクト内配置部４ｂに供給しているので、取水した冷却水をそのまま用いる場合よりも大気と冷却水の温度差をより大きく取ることが可能となり、特に夏季における吸気冷却の効果を向上させることができる。さらに、本実施例ではヒートパイプ５を介して熱交換を行うため、小さな温度差でも冷却することが可能となる。
図３は、本発明の他の実施例であるガスタービン設備の全体概略図を示す。本実施例では、吸気フィルタ９を吸気口７の直ぐ後、つまり吸気ダクト６の入口側に配置し、この吸気フィルタ９の下流側にダクト内配設部４ｂを配置した例である。
本実施例によれば、吸気フィルタ９で大気中の粉塵等を捕集された後の空気がダクト内配設部４ｂに供給されるため、ダクト内配設部４ｂに設けられるヒートパイプ５の冷却性能の低下を低減することが可能となる。
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ 循環水配管
４ａ 地中埋設部
４ｂ ダクト内配設部
５ ヒートパイプ
６ 吸気ダクト
７ 吸気口
８ 吸気サイレンサ
９ 吸気フィルタ
１０ 吸気フィルタ室
１１ ヒートパイプ内作動流体
１２ ヒートパイプ高温部
１３ ヒートパイプ低温部
１４ 液体環流用ウィック
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ 循環水配管
４ａ 地中埋設部
４ｂ ダクト内配設部
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１１ ヒートパイプ内作動流体
１２ ヒートパイプ高温部
１３ ヒートパイプ低温部
１４ 液体環流用ウィック
Claims (3)
- 吸気ダクト内でガスタービンの吸気を冷却するガスタービン吸気冷却装置において、
海又は河川から取水した冷却水を前記吸気ダクトを経由して前記海又は河川に戻す循環水配管を備え、前記循環水配管の取水部から前記吸気ダクトまでの間の地中埋設部、および前記吸気ダクト内に導入された前記循環水配管のダクト内配置部にヒートパイプを設け、
前記循環水配管は、前記地中埋設部を経由し該地中埋設部のヒートパイプで冷却された冷却水を前記ダクト内配置部に供給するように構成したことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - 吸気ダクトによって導入された吸気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンとを備えたガスタービン設備において、
海又は河川から取水した冷却水を前記吸気ダクトを経由して前記海又は河川に戻す循環水配管を備え、前記循環水配管の取水部から前記吸気ダクトまでの間の地中埋設部、および前記吸気ダクト内に導入された前記循環水配管のダクト内配置部にヒートパイプを設け、
前記循環水配管は、前記地中埋設部を経由し該地中埋設部のヒートパイプで冷却された冷却水を前記ダクト内配置部に供給するように構成したことを特徴とするガスタービン設備。 - 請求項２に記載のガスタービン設備において、
前記吸気ダクトの入口側に吸気フィルタを設置し、該吸気フィルタの下流側に前記ダクト内配置部を配置したことを特徴とするガスタービン設備。
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| JP2013135744A JP6155114B2 (ja) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | ガスタービン吸気冷却装置およびガスタービン設備 |
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| JP2013135744A JP6155114B2 (ja) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | ガスタービン吸気冷却装置およびガスタービン設備 |
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