JP6221340B2 - Intake air cooling device, gas turbine plant, and intake air cooling method - Google Patents
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Description
本発明は、吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法に関する。 The present invention relates to an intake air cooling device, a gas turbine plant, and an intake air cooling method.
ガスタービンに供給される燃焼用空気は、大気中から吸気ダクトを経てガスタービンの圧縮機に取り込まれる。このような圧縮機では、外気温が上昇する夏期において、圧縮機に吸気される空気の質量が空気密度の低下に伴って減少し、圧縮比が低下してしまう。
そこで、圧縮機の吸気側に燃焼用空気を冷却する吸気冷却装置を設置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この吸気冷却装置では、圧縮機に吸い込まれる空気の流れに逆らうようにミスト状の液体を噴射し、該液体の蒸発潜熱（気化熱）を利用することで空気を冷却している。
Combustion air supplied to the gas turbine is taken into the compressor of the gas turbine from the atmosphere through the intake duct. In such a compressor, in the summer when the outside air temperature rises, the mass of the air sucked into the compressor decreases as the air density decreases, and the compression ratio decreases.
Therefore, a technique for installing an intake air cooling device that cools combustion air on the intake side of a compressor is known (see, for example, Patent Document 1). In this intake air cooling device, mist-like liquid is jetted against the flow of air sucked into the compressor, and air is cooled by utilizing latent heat of vaporization (heat of vaporization) of the liquid.
ところで、吸気冷却装置においては、圧縮機の高い圧縮比を実現するために、吸気された空気の冷却効率を向上させることが望ましい。しかしながら、上記従来技術ではノズルから放射状に噴射されるミストの鉛直方向における落下を考慮していないため、蒸発すること無く下方に落下するミストが多数存在することから空気の冷却効率が十分とは言い難かった。そこで、放射状に噴射されるミストの落下を考慮することで空気の冷却効率を向上させる新たな技術の提供が望まれている。 Incidentally, in the intake air cooling device, it is desirable to improve the cooling efficiency of the intake air in order to realize a high compression ratio of the compressor. However, the above prior art does not consider the vertical drop of the mist ejected radially from the nozzle, and therefore there are many mists that fall downward without evaporating, so the air cooling efficiency is said to be sufficient. It was difficult. Therefore, it is desired to provide a new technique for improving the cooling efficiency of the air by taking into account the drop of the mist injected radially.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射状に噴射されるミストの滞留時間を延ばすことで冷却効率を向上させた吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an intake air cooling device, a gas turbine plant, and an intake air cooling method that have improved cooling efficiency by extending the residence time of radially injected mist. It is an object.
本発明の吸気冷却装置は、大気中から空気を吸気する複数の吸気口が設けられる吸気部と、前記吸気部により吸気された前記空気を圧縮機の吸気側へと導くダクトと、ミストを噴射するための噴射口を、前記吸気口と反対側、且つ、鉛直方向上方に向けるように、前記吸気口よりも上流側に設置される噴射ノズルと、前記噴射ノズルに液体を供給し、且つ、前記噴射ノズルの前記噴射口と反対側に設けられる配管と、を備えることを特徴とする。 An intake air cooling device according to the present invention includes an intake portion provided with a plurality of intake ports for taking air from the atmosphere, a duct that guides the air sucked by the intake portion to an intake side of a compressor, and mist injection An injection nozzle installed on the upstream side of the intake port so as to direct the injection port to the opposite side of the intake port and upward in the vertical direction ; and supplying liquid to the injection nozzle; and And a pipe provided on the side opposite to the injection port of the injection nozzle .
本発明の吸気冷却装置によれば、吸気口と反対側且つ鉛直方向上方に向けてミストが噴射されるので、例えば、噴射ノズルから放射状に噴射されたミストのうち鉛直方向下方側のミストの拡散方向を鉛直方向上方に調整することができる。これにより、従来、蒸発することなく地面等に付着していた鉛直方向下方側に拡散するミスト量を減らすことができる。また、噴射ノズルによって空気の流れ方向と反対方向にミストが噴射されるため、ミストの飛翔距離を延ばすことができる。よって、噴射ノズルから噴射されたミストの滞留時間を長くすることができ、結果的に多くのミストを蒸発させることができる。したがって、吸気口から吸気される空気に十分な蒸発潜熱を生じさせることで高い冷却効率を得ることができる。 According to the intake air cooling device of the present invention, since mist is injected toward the side opposite to the intake port and vertically upward, for example, diffusion of mist on the lower side in the vertical direction among the mist radially injected from the injection nozzle The direction can be adjusted upward in the vertical direction. Thus, it is possible to reduce the amount of mist diffused downward in the vertical direction, which has conventionally been attached to the ground without evaporating. Moreover, since the mist is jetted in the direction opposite to the air flow direction by the jet nozzle, the flight distance of the mist can be extended. Therefore, the residence time of the mist injected from the injection nozzle can be lengthened, and as a result, a lot of mist can be evaporated. Therefore, high cooling efficiency can be obtained by generating sufficient latent heat of vaporization in the air sucked from the intake port.
また、上記吸気冷却装置においては、前記噴射ノズルは、前記噴射口を、水平面に対して４５度傾いた方向に向けるように設置されるのが好ましい。
この構成によれば、水平面に対して４５度傾いた方向にミストが噴射されるので、噴射ノズルから放射状に噴射されたミストの全体に亘って滞留時間を長くすることができる。
In the intake air cooling device, it is preferable that the injection nozzle is installed so that the injection port is directed in a direction inclined by 45 degrees with respect to a horizontal plane.
According to this configuration, since the mist is ejected in a direction inclined by 45 degrees with respect to the horizontal plane, the residence time can be extended over the entire mist ejected radially from the ejection nozzle.
また、上記吸気冷却装置においては、前記吸気部は、前記空気に残存するミストを捕捉する捕捉部材を有するのが好ましい。
この構成によれば、空気中に噴射されたミストが蒸発しなかった場合であっても、残存したミストを捕捉部材によって捕捉できる。
また、上記構成において、前記捕捉部材は、前記吸気口よりも下流側に配置されたフィルタ部材を含んでもよい。
この構成によれば、例えば、空気中に噴射されたミストが蒸発せずに吸気口内に入り込んでしまった場合であっても、空気中に残存したミストをフィルタ部材によって捕捉することができる。よって、空気がフィルタ部材を通過する際に該フィルタ部材に捕捉されたミストを蒸発させることで空気の冷却効率を高めつつ、圧縮機側にミストが入り込むことによって圧縮効率が低下するといった不具合の発生を防止することができる。
In the intake air cooling device, it is preferable that the intake portion has a capturing member that captures mist remaining in the air.
According to this configuration, even when the mist injected into the air has not evaporated, the remaining mist can be captured by the capturing member.
Moreover, the said structure WHEREIN: The said capture member may also contain the filter member arrange | positioned downstream from the said inlet port.
According to this configuration, for example, even if the mist injected into the air enters the intake port without evaporating, the mist remaining in the air can be captured by the filter member. Therefore, when the air passes through the filter member, the mist trapped by the filter member is evaporated to increase the cooling efficiency of the air, while the mist enters the compressor side and the compression efficiency is lowered. Can be prevented.
また、上記構成において、前記捕捉部材は、前記複数の吸気口の少なくとも一部を区画する板状のルーバーを含んでもよい。この場合において、前記噴射ノズルは、前記ルーバーにおける前記空気の流れ方向と異なる方向に前記噴射口を向けるように設置されるのが望ましい。
このようにすれば、噴射ノズルがルーバーにおける空気の流れ方向と交差する方向に噴射口を向けるように設置されるので、ルーバーに向かってミストが拡散されることで該ミストをルーバーに付着させ易くすることができる。よって、ルーバー間を通り抜けて吸気口に吸気される空気に触れさせることでルーバーに付着したミストを蒸発させることができ、吸気口に吸気される空気をより一層効率的に冷却することができる。
In the above configuration, the capturing member may include a plate-shaped louver that partitions at least a part of the plurality of air inlets. In this case, it is desirable that the injection nozzle is installed so that the injection port is directed in a direction different from the air flow direction in the louver.
In this way, since the injection nozzle is installed so that the injection port is directed in a direction crossing the air flow direction in the louver, the mist is easily diffused toward the louver so that the mist is easily attached to the louver. can do. Therefore, the mist adhering to the louver can be evaporated by touching the air that passes between the louvers and is sucked into the suction port, and the air sucked into the suction port can be cooled more efficiently.
また、本発明のガスタービンプラントは、吸気した空気を圧縮し、圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、前記圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却する吸気冷却部と、を備え、前記吸気冷却部が、上記の吸気冷却装置により構成されることを特徴とする。 The gas turbine plant of the present invention includes a compressor that compresses intake air and generates compressed air, a combustor that generates combustion gas using the compressed air, and a gas that generates power by the combustion gas. A turbine and an intake air cooling unit that cools the air supplied to the intake side of the compressor are provided, and the intake air cooling unit includes the intake air cooling device.
本発明のガスタービンプラントによれば、上記吸気冷却装置から構成された吸気冷却部を備えるので、圧縮機に導かれる空気の冷却効率を向上させることで出力を向上させることができる。 According to the gas turbine plant of the present invention, since the intake air cooling unit including the intake air cooling device is provided, the output can be improved by improving the cooling efficiency of the air guided to the compressor.
また、本発明の吸気冷却方法は、液体をミスト状に噴射する噴射口を有し、前記噴射口の反対側に前記液体を供給するための配管が設けられた噴射ノズルを用いて、大気中から吸気された空気中に前記噴射口から前記液体をミストとして噴射することで冷却して圧縮機の吸気側へと導く吸気冷却方法であって、前記空気を吸気する吸気口よりも上流側において、前記噴射口を、前記吸気口と反対側、且つ、鉛直方向上方に向けて前記噴射ノズルからミストを噴射するミスト噴射工程を備えることを特徴とする。 In addition, the intake air cooling method of the present invention uses an injection nozzle having an injection port for injecting liquid in a mist shape and provided with a pipe for supplying the liquid on the opposite side of the injection port. An air intake cooling method in which the liquid is cooled as a mist from the injection port into the air taken in from the cooling port and led to the intake side of the compressor, and is upstream of the intake port for taking in the air. , the injection port, the intake port and opposite, and, characterized in that it comprises a mist spraying step of injecting a mist from the injection nozzle upward in the vertical direction.
本発明の吸気冷却方法によれば、吸気口と反対側且つ鉛直方向上方に向けてミストが噴射されるので、例えば、放射状に噴射されたミストのうち鉛直方向下方側のミストの拡散方向を鉛直方向上方に調整することができる。これにより、従来、蒸発することなく地面等に付着していた鉛直方向下方側に拡散するミスト量を減らすことができる。また、空気の流れ方向と反対方向にミストが噴射されるため、ミストの飛翔距離を延ばすことができる。よって、噴射されたミストの滞留時間を長くすることができ、結果的に多くのミストを蒸発させることができる。したがって、吸気口から吸気される空気に十分な蒸発潜熱を生じさせることで高い冷却効率を得ることができる。 According to the intake air cooling method of the present invention, mist is injected toward the opposite side of the intake port and upward in the vertical direction. The direction can be adjusted upward. Thus, it is possible to reduce the amount of mist diffused downward in the vertical direction, which has conventionally been attached to the ground without evaporating. Further, since the mist is jetted in the direction opposite to the air flow direction, the flight distance of the mist can be extended. Therefore, the residence time of the injected mist can be lengthened, and as a result, much mist can be evaporated. Therefore, high cooling efficiency can be obtained by generating sufficient latent heat of vaporization in the air sucked from the intake port.
また、上記吸気冷却方法においては、前記ミスト噴射工程においては、水平面に対して４５度傾いた方向に前記ミストを噴射するのが好ましい。
この構成によれば、水平面に対して４５度傾いた方向にミストが噴射されるので、空気の冷却効率をより高めることができる。
In the intake air cooling method, it is preferable that the mist is injected in a direction inclined by 45 degrees with respect to a horizontal plane in the mist injection step.
According to this configuration, since the mist is injected in a direction inclined by 45 degrees with respect to the horizontal plane, the air cooling efficiency can be further increased.
本発明によれば、放射状に噴射されるミストの滞留時間を延ばすことで冷却効率を向上させた吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法を提供する。 According to the present invention, there are provided an intake air cooling device, a gas turbine plant, and an intake air cooling method in which the cooling efficiency is improved by extending the residence time of mist injected radially.
以下、本発明の吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法に係る一実施例について図面を参照して説明する。なお、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, an embodiment according to an intake air cooling device, a gas turbine plant, and an intake air cooling method of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Only.
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。 In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The predetermined direction in the horizontal plane is the X-axis direction, the direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is the Y-axis direction, and the direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, the vertical direction) is the Z-axis direction. To do.
図１は、ガスタービンプラントの一例に係る概略構成を示す図である。
ガスタービンプラント１は、図１に示すように、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２で生成された圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３で生成された燃焼ガスによって動力を発生するガスタービン４と、吸気冷却装置１０と、を備える。ガスタービン４は、発電機５に連結されており、ガスタービン４で発生した動力が発電機５により電力に変換されるようになっている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration according to an example of a gas turbine plant.
As shown in FIG. 1, the
吸気冷却装置１０は、外部（大気中）から空気を取り込む吸気用建屋（吸気部）１１と、該吸気用建屋１１に連通し、外部から取り込んだ空気を圧縮機２の吸気側へと導く吸気ダクト（ダクト）１２と、吸気用建屋１１よりも上流側に配置され、ミストを噴射する複数の噴射ノズル１３と、を備えている。なお、吸気用建屋１１は、ガスタービンプラント１の設備の一部を構成するものである。
The intake
吸気用建屋１１は立方体形状からなる建屋であり、６つの壁面を有している。吸気用建屋１１は、外気を吸気するための吸気面を３つの壁面に有している。本実施形態において、吸気用建屋１１は、ＸＺ面に平行な２面のうち上流側の壁面１１ａ、及びＺＹ平面に平行な２面である壁面１１ｂ、１１ｃに、大気中に開口された複数の空気取入口２１が形成されている。本実施形態において、複数の空気取入口２１は、例えば、４つで平面視矩形状の１つの取入口ユニット２１Ａを構成するように壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに配置されている。このような構成に基づき、吸気用建屋１１は、３方向から大気中から空気を内部に形成された吸気室１４に導入することが可能とされている。なお、吸気室１４の流路断面積は吸気ダクト１２よりも大きい。
The
本実施形態において、吸気用建屋１１の壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃには、複数の空気取入口２１の少なくとも一部、例えば、複数の上記取入口ユニット２１Ａを区画するルーバー２２が突出した状態に形成されている。ルーバー２２は、各壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対し、Ｚ方向に亘って延びる長板状の部材から構成される。本実施形態において、壁面１１ａには、６つのルーバー２２がＸ方向に沿って設置され、壁面１１ｂ、１１ｃには、２つのルーバー２２がＹ方向に沿って設置されている。なお、ルーバー２２の数は、吸気用建屋１１の大きさ、空気取入口２１（取入口ユニット２１Ａ）の大きさ或いは数によって適宜設定され、本実施形態に限定されない。
In the present embodiment, at least a part of the plurality of
ルーバー２２は、吸気用建屋１１の空気取入口２１への雨、雪、或いは風が直接的に入り込むのを防止するためのものである。このように吸気用建屋１１は、ルーバー２２を備えることで、空気取入口２１に吸気した空気のみを効率的に取り込むことが可能とされている。また、ルーバー２２は、後述のように噴射ノズル１３から噴射されて空気中に残留したミストを捕捉する捕捉部材としても機能する。
The
複数の噴射ノズル１３は、吸気用建屋１１を囲むように配置されている。噴射ノズル１３は、空気取入口２１に取り込まれる空気中に液体（例えば、水）をミスト状に噴射するためのものである。本実施形態において、複数の噴射ノズル１３は、壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対向する位置であり、外気の導入方向における上流側に配置されている。なお、噴射ノズル１３の個数は、該噴射ノズル１３から噴射されるミストＭの拡散範囲を考慮して決定されることが好ましい。
The plurality of
噴射ノズル１３には、噴射される液体を該噴射ノズル１３に供給するための配管１５が接続されており、該配管１５を介してポンプ１６によって液体がタンク１７から噴射ノズル１３に供給されるようになっている。なお、噴射ノズル１３からの液体の噴射量は、外気温および湿度に応じて調節される。噴射ノズル１３は、上記配管１５に取り付けられることで上記所定位置（壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対向する位置）に設置されている。なお、配管１５は、例えば、不図示の領域において吸気用建屋１１から延びる固定部材に固定されていても良いし、吸気用建屋１１とは別の固定部材を介して設置されていてもよい。
A
なお、噴射ノズル１３から噴射されるミストＭの平均粒径は、極力小さい方が好ましいが、相対的に大きなものであってもよい。ミストの平均粒径の具体例として２０μｍ以上５０μｍ以下を例示できる。このようにミストＭの平均粒径を５０μｍ以下とすれば、ミストＭの蒸発を促進して、空気の冷却効率を向上させることが可能である。一方、平均粒径が２０μｍ未満となる場合、極細なミストとなる。そのため、このような極細ミストを得るためには特別仕様の高価なミスト生成器が必要となってしまい、コストが嵩んでしまう。これに対し、平均粒径が２０μｍ以上のミストＭとすれば、廉価なミスト生成器として噴射ノズル１３を利用可能となるので、吸気冷却装置１０の低コスト化を図ることが可能である。
The average particle diameter of the mist M injected from the
噴射ノズル１３により吸気用建屋１１の上流側において噴射されたミストＭは、該吸気用建屋１１の空気取入口２１に取り込まれるまでの間に概ね蒸発する。空気取入口２１に取り込まれる空気は、ミストＭが蒸発した際の蒸発潜熱（気化熱）により冷却される。
The mist M injected by the
ところで、ガスタービンプラント１においては、圧縮機２の高い圧縮比を実現するために、吸気冷却装置１０による冷却効率を向上させることが重要とされている。ここで、吸気冷却装置１０による冷却効率は、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭの量に対して、蒸発するミストＭの量の割合により規定される。すなわち、吸気冷却装置１０による冷却効率を向上させるためには、噴射ノズル１３から噴射したミストＭの蒸発量を増大させる必要がある。
Incidentally, in the
本発明者らは、ミストの蒸発量がノズルにおけるミストの噴射方向に起因することに着目した。図２は、ミストの噴射方向を変化させるようにノズルの設置方向を変化させた場合において、ノズルから噴射されたミストの流れのシミュレーション結果を概念的に示した図である。具体的に、図２（ａ）は吸気方向（＋Ｘ方向）に向けてノズル１３Ａのミスト噴射口を設置した場合（以下、順方向設置と称す場合もある）を示すものであり、図２（ｂ）は鉛直方向上方（＋Ｚ方向）、且つ、吸気方向（＋Ｘ方向）と反対側（−Ｘ方向）であって水平面から４５度傾けてノズル１３Ａのミスト噴射口を設置した場合（以下、逆斜め上方設置と称す場合もある）を示すものであり、図２（ｃ）は鉛直方向上方（＋Ｚ方向）を向けてノズル１３Ａミスト噴射口を設置した場合（以下、鉛直方向上方設置と称す場合もある）を示すものである。なお、本シミュレーション結果で説明するノズル１３Ａは、本実施形態に係る吸気冷却装置１０が有する噴射ノズル１３と同一の構成を有するものであり、同じ噴射特性を有する。また、本説明において、ノズル１３Ａは、ミストを噴射する一般的なノズルと同様、ミストが放射状に噴射されるものとする。
The inventors focused on the fact that the amount of mist evaporation is caused by the mist injection direction at the nozzle. FIG. 2 is a diagram conceptually showing a simulation result of the flow of mist injected from the nozzle when the nozzle installation direction is changed so as to change the mist injection direction. Specifically, FIG. 2 (a) shows a case where the mist injection port of the
図２（ａ）に示したように、順方向設置されたノズル１３Ａは、Ｙ方向に沿って配置されるとともに前記ノズル１３Ａに液体を供給する配管１５Ａと反対方向に向けてミストＭ１を噴射する。そのため、噴射されたミストＭ１は、配管１５Ａに付着することがない。しかしながら、順方向設置によるノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１は、空気の流れ方向（吸気方向）に沿って進むため、空気の流れ方向と反対方向（例えば、１８０度逆方向）に沿ってミストＭ１が噴射される場合に比べて、ミストＭ１の飛翔距離が短くなる。そのため、ミストＭ１が蒸発するまでの時間を稼ぐことができない。ここで、飛翔距離とは、ノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１がノズル１３Ａの下流側の所定位置に達するまでに進んだ合計距離である。
As shown in FIG. 2A, the
このように、図２（ａ）に示すようにノズル１３Ａを順方向設置した場合はミストＭ１の飛翔距離が短くなることから、吸気方向に流れる空気中において十分に蒸発することができず、ミストＭ１がルーバー２２（図１参照）に付着してしまい、結果的に冷却効率が低下してしまう。
In this way, when the
これに対し、吸気方向（＋Ｘ方向）と１８０度反対方向（−Ｘ方向）に向けてノズル１３Ａのミスト噴射口を設置する場合（以下、逆方向設置と称す場合もある）も考えられる。このように逆方向設置されたノズル１３Ａは、配管１５Ａに対して吸気方向の上流側にミストＭ１を噴射する。配管１５Ａは、ノズル１３Ａよりも大きいため、噴射したミストＭ１の一部が付着するおそれがある。
また、逆方向設置のノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１は、はじめは空気の流れ方向（吸気方向）とは反対方向に進むが、やがて空気の流れに抗することができなくなり、最終的には空気に同伴して下流側へと運ばれる。そのため、上記順方向設置のノズル１３ＡからミストＭ１が噴射される場合に比べてミストＭ１の飛翔距離が長くなり、結果的にミストＭ１が蒸発するまでの時間を稼ぐことができる。
On the other hand, a case where the mist injection port of the
Also, the mist M1 ejected from the
ここで、ミストＭ１はノズル１３Ａから噴射された際に放射状に拡がる。ミストＭ１は非常に微細な霧状からなるものであるが、少なからず重力の影響を受ける。そのため、鉛直方向下方側に拡がったミストＭ１は、重力の影響により下方に早く落下してしまい、蒸発する前に地面等に付着してしまう可能性がある。したがって、上述のようにノズル１３Ａを逆方向設置した場合は、鉛直方向上方側に拡がったミストＭ１の飛翔距離を延ばすことができるものの、鉛直方向下方側に拡がったミストＭ１が地面等に付着することで十分に蒸発することができない。また、噴射したミストＭ１の一部が配管１５Ａに付着することで十分に蒸発できない。その結果、吸気される空気の冷却効率が低下してしまう。
Here, the mist M1 expands radially when ejected from the
これに対し、図２（ｂ）に示すように、逆斜め上方設置によるノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１は、上記順方向設置の場合と異なり、はじめは空気の流れ方向（吸気方向）とは反対方向に進み、やがて空気の流れに抗することができなくなり、最終的には空気に同伴して下流側へと運ばれる。
On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), the mist M1 injected from the
逆斜め上方設置によるノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１は、ミスト噴射口が上方を向くように設置されるため、ミストＭ１の拡散領域が全域に亘って鉛直方向上方に調整される。これにより、図２（ａ）に示した順方向設置や上述の逆方向設置の場合において鉛直方向下方側に拡がることで蒸発することなく地面等に付着していたミストＭ１を水平面よりも上方に向けて噴射することができる。また、ノズル１３Ａのミスト噴射口が上方を向くことで該ミスト噴射口と反対側に設置された配管１５Ａが鉛直方向下方に位置するので、配管１５ＡにミストＭ１を付着させ難くすることができる。よって、図２（ｂ）に示すように、ノズル１３Ａから放射状に噴射されたミストＭ１は、ミスト噴射口よりも上方に全体が拡散するため、空気に同伴して下流側へと良好に運ばれる。そのため、ミストＭ１が蒸発することなく地面等に付着するのを抑制することができる。また、空気の流れ方向に沿ってミストＭ１が噴射される場合に比べて、空気の流れ方向と反対方向にミストＭ１を噴射するため、ミストＭ１の飛翔距離を延ばすとともにミストＭ１が拡散する空間を拡げることができる。
Since the mist M1 ejected from the
また、図２（ｃ）に示すように、鉛直方向上方設置によるノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１は、図２（ｂ）に示した場合と同様、はじめは空気の流れ方向（吸気方向）とは反対方向に進み、やがて空気の流れに抗することができなくなり、最終的には空気に同伴して下流側へと運ばれる。
Further, as shown in FIG. 2 (c), the mist M1 injected from the
鉛直方向上方設置によるノズル１３Ａから噴射されたミストＭ１は、鉛直方向上方に向かって全体が拡散するので、図２（ｂ）に示した場合に比べ、多くのミストＭ１を鉛直方向上方に拡散させることができる。また、ノズル１３Ａのミスト噴射口が上方を向くことで該ミスト噴射口と反対側に設置された配管１５Ａが鉛直方向下方に位置するので、配管１５ＡにミストＭ１をより付着させ難くすることができる。一方、鉛直方向上方設置の場合、図２（ｃ）に示すように、空気の流れ方向に沿ってミストＭ１の一部が噴射されるため、一部のミストＭ１の飛翔距離が短くなってしまい、一部のミストＭ１が蒸発しなくなるおそれもある。
Since the entire mist M1 ejected from the
また、下記表１は、ノズルの設置方向を変化させた場合における冷却効率の違いに関するシミュレーションによる計算結果を示すものである。なお、表１における実施例１は、図２（ｃ）に示した鉛直方向上方設置されたノズル１３Ａによる結果を示すものであり、実施例２は、図２（ｂ）に示した逆斜め上方設置されたノズル１３Ａによる結果を示すものであり、比較例は、図２（ａ）に示した順方向設置されたノズル１３Ａによる結果を示すものである。
Table 1 below shows a calculation result by simulation regarding a difference in cooling efficiency when the installation direction of the nozzle is changed. In addition, Example 1 in Table 1 shows the result by the
本シミュレーションでは、入口側から出口側に向かって空気が流入される環境下において、ノズル１３Ａからミストを噴射させた場合において、入口側での空気の条件と、出口側での空気の条件を計算した。なお、シミュレーションの条件としては、例えば、空気の流入速度を２．３ｍ／ｓとした。また、ノズル１３Ａから噴射されるミストＭの中心における平均粒子径を２０．７μｍとした。
In this simulation, the air condition on the inlet side and the air condition on the outlet side are calculated when mist is injected from the
表１において、入口温度（単位：℃）及び出口温度（単位：℃）とは、空気の入口及び出口での温度をそれぞれ示すものである。入口湿度（単位：％）及び出口湿度（単位：％）とは、空気の入口及び出口での湿度をそれぞれ示すものである。蒸発量（単位：ｌ／ｈ）とは、ノズル１３Ａから噴射したミストＭの蒸発したミスト量を示すものである。非蒸発量（単位：ｌ／ｈ）とは、ノズル１３Ａから噴射されたミストＭのうち蒸発しなかったミスト量を示すものである。蒸発率（単位：％）とは、ノズル１３Ａから噴射されたミストＭの全量に対する蒸発した量の割合を示すものである。非蒸発率（単位：％）とは、ノズル１３Ａから噴射されたミストＭの全量に対する蒸発しなかったミスト量の割合を示すものである。最大滞留時間（単位：ｓ）とは、噴射されたミストＭが空気中で滞留している最大の時間を示すものである。冷却温度（単位：℃）とは、入口温度と出口温度との温度差を示すものである。
In Table 1, the inlet temperature (unit: ° C.) and the outlet temperature (unit: ° C.) indicate the temperatures at the inlet and outlet of the air, respectively. The inlet humidity (unit:%) and the outlet humidity (unit:%) indicate the humidity at the inlet and outlet of the air, respectively. The evaporation amount (unit: l / h) indicates the amount of mist evaporated from the mist M ejected from the
表１に示されるように、実施例１（図２（ｃ）に示したノズル１３Ａを鉛直方向上方設置）の場合、比較例（図２（ａ）に示したノズル１３Ａを順方向設置）の場合に比べ、ミストＭの滞留時間が長く（すなわち、飛翔距離が長く）、冷却温度が高いことが確認できた。すなわち、ノズル１３Ａを鉛直方向上方設置した場合は、ノズル１３Ａを順方向設置した場合に比べ、多くのミストＭを空気中に滞留させることで蒸発量を増やすことができるので、結果的に冷却温度が大きくなることが確認できた。
As shown in Table 1, in the case of Example 1 (the
また、表１に示されるように、実施例２（図２（ｂ）に示したノズル１３Ａを逆斜め上方設置）の場合、比較例（図２（ａ）に示したノズル１３Ａを順方向設置）の場合に比べ、ミストＭの滞留時間が長く、冷却温度が高いことが確認できた。すなわち、ノズル１３Ａを逆斜め上方設置した場合は、より多くのミストＭが空気中に滞留することで蒸発量が多くなるため、結果的に冷却温度が大きくなることが確認できた。また、実施例２の場合、実施例１の場合に比べ、冷却温度がより高いことが確認できた。すなわち、ノズル１３Ａを逆斜め上方設置した場合は、ノズル１３Ａを鉛直方向上方設置した場合に比べ、ミストＭの飛翔距離が長くなることで空気中に滞留する最大時間が長くなることで蒸発量が多くなり、結果的に冷却温度が大きくなることが確認できた。
In addition, as shown in Table 1, in the case of Example 2 (the
なお、上記シミュレーション結果では、逆斜め上方設置の一例として、水平面から斜め上方にミスト噴射口を４５度だけ傾けるようにノズル１３Ａを設置した場合を例に挙げたが、ノズル１３Ａの設置角度（傾斜角度）はこれに限定されない。ノズル１３Ａは、空気取入口２１と反対側、且つ、鉛直方向上方に、ミストＭの噴射口を向ける傾斜された状態に設置されていればよい。したがって、ノズル１３Ａの水平面に対する傾斜角度は、０度よりも大きく９０度以下の範囲に設定されていれば冷却効率の向上を図ることが可能である。換言すると、ノズル１３Ａは、水平面に対して斜め上方に僅かでも傾いて設置されていれば、図２（ａ）に示した順方向設置や上述した逆方向設置の場合に例示したような鉛直方向下方側に拡がることで地面に付着していたミストＭ１をより上方に向けて噴射することが可能となり、地面に付着するミストＭ１の量を減少させることが可能となる。
In the above simulation results, the case where the
本実施形態に係る吸気冷却装置１０は、図１に示したように、上記シミュレーション結果に基づき、ミスト噴射口（噴射口）１３ａを空気の流れ方向と反対であり、且つ水平面に対して斜め上方に向けるように噴射ノズル１３を傾斜させた状態に設置している。なお、噴射ノズル１３の傾斜角度は、１０度から８０度の範囲に設定するのが好ましく、３０度から６０度の範囲に設定するのがより好ましい。また、図２（ｂ）に示したように４５度に設定するのが冷却効率を最も高めることができるため望ましい。したがって、本実施形態では、噴射ノズル１３がミスト噴射口１３ａを水平面に対して４５度傾けた状態（図２（ｂ）参照）に設置した。
As shown in FIG. 1, the intake
図３は、吸気冷却装置１０の要部構成を示す断面図である。
図３に示すように、吸気冷却装置１０は、吸気室１４（吸気用建屋１１）内に設けられたフィルタ部材（捕捉部材）１８と、塵埃フィルタ部材１９と、を有している。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main configuration of the intake
As shown in FIG. 3, the intake
フィルタ部材１８は、吸気室１４の壁面に設けられ、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭのうちルーバー２２に付着することなく、且つ蒸発せずに空気に同伴して飛翔してくるものを捕集するためのものである。フィルタ部材１８としては、例えば、長繊維グラスファイバ製パッドを用いることが好ましい。これによれば、フィルタ部材１８の内部に捕集したミストＭをより多く保持して、フィルタ部材１８内におけるミストＭの蒸発によって空気をより一層効率的に冷却できる。なお、フィルタ部材１８は、従来のエバポレーティブクーラに用いられている冷却メディアであってもよく、特に限定されない。
The
塵埃フィルタ部材１９は、吸気室１４内から吸気した空気中の塵埃を除去するためのものである。なお、塵埃フィルタ部材１９は、フィルタ部材１８の下流側に設けられるのが好ましい。これによれば、塵埃を除去するための塵埃フィルタ部材１９にミストが到達する前にフィルタ部材１８によってミストＭを捕捉できるので、塵埃フィルタ部材１９がミストＭで濡れることで捕集した塵埃が膜を形成し、圧力損失が上昇してしまうといった不具合の発生を防止することが可能である。
The
なお、塵埃フィルタ部材１９としては、例えば、以下に示す３つのタイプのいずれかを用いることができる。第１のタイプは、中性能フィルタが１つ設けられたものである。第２のタイプは、中性能フィルタと、中性能フィルタの下流側にこれと所定距離を隔てて設けられたＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air filter）とからなる。第３のタイプは、中性能フィルタと、中性能フィルタの下流側にこれと所定距離を隔てずに一体化して設けられたＨＥＰＡフィルタとからなる。
As the
なお、上記フィルタ部材１８は、複数（例えば、２つ）の部材から構成されていても良い。この場合において、一方のフィルタ部材１８を吸気室１４内のうち塵埃フィルタ部材１９の上流側であって空気取入口２１に近い側（以下、上流側と称す場合もある）に設置し、他方のフィルタ部材１８を吸気室１４内のうち塵埃フィルタ部材１９の上流側であって該塵埃フィルタ部材１９に近い側（以下、下流側と称す場合もある）に設置すればよい。
The
また、上流側に設置されるフィルタ部材１８は、下流側に配置されるフィルタ部材１８よりも目の粗い濾材からなるものを用いるのが好ましい。このようにすれば、例えば、空気中に噴射されたミストＭがルーバー２２に付着することなく、且つ蒸発せずに空気取入口２１内に入り込んでしまった場合であっても、空気中に残存した比較的大粒径のミストＭを、上流側のフィルタ部材１８で予め捕集することが可能となり、上流側のフィルタ部材１８で捕集されずに飛翔してきた小粒径のミストＭを下流側のフィルタ部材１８で確実に捕集する事が可能となる。よって、圧縮機２側へのミストＭの入り込みによる圧縮効率の低下をより確実に防止することができる。
Moreover, it is preferable that the
続いて、上記構成を備えるガスタービンプラント１の動作について説明するとともに、本発明の吸気冷却方法の一実施例についても説明する。
Then, while describing operation | movement of the
ガスタービンプラント１は、吸気冷却装置１０により吸気された空気を圧縮機２によって圧縮し、該圧縮機２で生成された圧縮空気を用いて燃焼器３により燃焼ガスを生成し、該燃焼器３で生成した燃焼ガスによってガスタービン４を回転させる。そして、ガスタービン４で発生した動力を発電機５により電力に変換する。
The
吸気冷却装置１０は、空気の流れ方向と反対であり、且つ水平面に対して斜め上方にミスト噴射口１３ａを向けるように傾斜した状態に設置された噴射ノズル１３からミストＭを大気中に噴射する。これにより、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭは、はじめは空気の流れ方向とは反対方向に進むが、やがて空気の流れに抗することができなくなり、最終的には空気に同伴して下流側に進む。噴射ノズル１３から噴射されたミストＭは、拡散方向が全体に亘って鉛直方向上方に調整されるため、蒸発することなく地面等に付着するミストＭの量を減少させることができる。また、空気の流れ方向と反対方向にミストＭが噴射されるため、ミストＭの飛翔距離を延ばすことができる。よって、噴射ノズル１３から放射状に噴射されたミストＭの全体に亘って滞留時間を長くすることができる。また、図示を省略したものの、配管１５が噴射ノズル１３のミスト噴射口１３ａと反対側に設置された場合においても、噴射ノズル１３のミスト噴射口１３ａが上方を向けることで該ミスト噴射口１３ａの反対側に設置された配管１５を鉛直方向下方に位置させることができるので、配管１５にミストＭを付着させ難くすることができる。したがって、吸気される空気中をミストＭが滞留する間により多くのミストＭが蒸発するので、多量の蒸発潜熱が空気から奪われ、空気の冷却効率を向上させることができる。
The intake
また、吸気冷却装置１０は、ルーバー２２を備えるので、空気取入口２１内に雨、雪、或いは風が直接的に入り込むのを防止することができる。また、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭの一部は、ルーバー２２に付着することで捕捉される。すなわち、ルーバー２２は、ミストＭの一部を捕捉する捕捉部材として機能する。ルーバー２２に付着したミストＭは、ルーバー２２間を通り抜けて空気取入口２１に吸気される空気に触れることで蒸発する。よって、空気取入口２１に吸気される空気をより一層効率的に冷却することが可能となる。
Further, since the intake
また、本実施形態において、吸気冷却装置１０は、噴射ノズル１３の下流側にフィルタ部材１８が設けられているので、例えば、空気中に噴射されたミストＭがルーバー２２に付着することなく、且つ蒸発せずに空気取入口２１内に入り込んでしまった場合であっても、空気中に残存したミストＭをフィルタ部材１８によって捕捉することができる。よって、空気がフィルタ部材１８を通過する際に該フィルタ部材１８に捕捉されたミストＭを蒸発させることで空気の冷却効率を高めつつ、圧縮機２側にミストＭが入り込むことによって圧縮効率が低下するといった不具合の発生を防止することができる。
Further, in the present embodiment, since the intake
また、吸気冷却装置１０は、塵埃フィルタ部材１９を備えるので、吸気室１４内から吸気した空気中に含まれた塵埃を確実に除去することができる。よって、塵埃が圧縮機２側に導かれることで圧縮効率が低下するといった不具合の発生が防止される。
In addition, since the intake
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンプラント１によれば、上記吸気冷却装置１０を備えることで圧縮機２に導かれる空気の冷却効率が向上するので、高い出力を得ることができる。
As described above, according to the
なお、本発明は上記実施形態に限定されることは無く、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、吸気用建屋１１において、ルーバー２２がＺ方向に沿って延びる長板状の部材から構成される場合を例に挙げたが、ルーバー２２の形状はこれに限定されず、例えばＸ方向或いはＹ方向に沿って延びる長板状の部材から構成されていてもよい。また、吸気用建屋１１がルーバー２２を有していなくても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably. For example, in the above-described embodiment, in the
図４は、変形例に係る吸気冷却装置の要部構成を示す図であり、具体的に吸気冷却装置１０の壁面１１ａを＋Ｚ方向から視た要部を拡大した構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an intake air cooling device according to a modified example, and is a diagram illustrating a configuration in which a main part is specifically enlarged when the
本変形例に係る吸気冷却装置１０は、図４に示すように、ルーバー２２は、−Ｘ方向に先端部を向けて全体として壁面１１ａに傾けた状態に設置されている。また、ルーバー２２は、基部２２ａから先端部２２ｂに向かって＋Ｘ方向に凸となる曲面を有する湾曲板状部材から構成される。すなわち、本変形例においては、壁面１１ａに形成された空気取入口２１は、−Ｙ方向から平面視した場合、ルーバー２２に少なくとも一部が遮蔽された状態とされている。
As shown in FIG. 4, in the intake
このような構成に基づき、本変形例においては、ルーバー２２の表面に生じる流れ方向Ａに沿って空気が空気取入口２１に導かれるようになっている。
また、本変形例において、複数の噴射ノズル１３は、ルーバー２２における空気の流れ方向Ａと交差する方向（−Ｙ方向）にミスト噴射口１３ａを向けるように設置されている。すなわち、本変形例において、噴射ノズル１３は、ルーバー２２における空気の流れ方向Ａに沿ってミストＭを噴射することが無い。そのため、噴射されたミストＭはルーバー２２に向かって拡散することでルーバー２２に付着し易くなる。ルーバー２２に付着したミストＭは、ルーバー２２間を通り抜けて空気取入口２１に吸気される空気に触れることで蒸発することで、空気取入口２１に吸気される空気をより一層効率的に冷却することができる。
Based on such a configuration, in the present modification, air is guided to the
In the present modification, the plurality of
１…ガスタービンプラント、２…圧縮機、３…燃焼器、４…ガスタービン、５…発電機、Ｍ、Ｍ１…ミスト、１０…吸気冷却装置、１２…吸気ダクト（ダクト）、１３…噴射ノズル、１３ａ…ミスト噴射口（噴射口）、１８…フィルタ部材（捕捉部材）、２１…空気取入口（吸気口）、２２…ルーバー、Ａ…空気の流れ方向
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記吸気部により吸気された前記空気を圧縮機の吸気側へと導くダクトと、
ミストを噴射するための噴射口を、前記吸気口と反対側、且つ、鉛直方向上方に向けるように、前記吸気口よりも上流側に設置される噴射ノズルと、
前記噴射ノズルに液体を供給し、且つ、前記噴射ノズルの前記噴射口と反対側に設けられる配管と、を備える
ことを特徴とする吸気冷却装置。 An air intake section provided with a plurality of air intakes for inhaling air from the atmosphere;
A duct that guides the air sucked by the suction portion to the suction side of the compressor;
An injection nozzle installed on the upstream side of the intake port so that an injection port for injecting mist is directed to the opposite side of the intake port and upward in the vertical direction;
An intake air cooling apparatus comprising: a pipe that supplies a liquid to the injection nozzle and is provided on a side opposite to the injection port of the injection nozzle .
ことを特徴とする請求項１に記載の吸気冷却装置。 The intake air cooling device according to claim 1, wherein the injection nozzle is installed so that the injection port is directed in a direction inclined by 45 degrees with respect to a horizontal plane.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気冷却装置。 The intake air cooling device according to claim 1 or 2, wherein the intake section includes a capturing member that captures mist remaining in the air.
ことを特徴とする請求項３に記載の吸気冷却装置。 The intake air cooling device according to claim 3, wherein the capturing member includes a filter member disposed on a downstream side of the intake port.
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の吸気冷却装置。 The intake cooling device according to claim 3 or 4, wherein the capturing member includes a plate-shaped louver that partitions at least a part of the plurality of intake ports.
ことを特徴とする請求項５に記載の吸気冷却装置。 The intake air cooling device according to claim 5, wherein the injection nozzle is installed so that the injection port is directed in a direction intersecting a flow direction of the air in the louver.
前記圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、
前記圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却する吸気冷却部と、を備え、
前記吸気冷却部が、請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気冷却装置により構成されることを特徴とするガスタービンプラント。 A compressor that compresses the intake air and generates compressed air;
A combustor that generates combustion gas using the compressed air;
A gas turbine that generates power by the combustion gas;
An intake air cooling unit that cools the air supplied to the intake side of the compressor,
The gas turbine plant, wherein the intake air cooling unit includes the intake air cooling device according to any one of claims 1 to 6.
前記空気を吸気する吸気口よりも上流側において、前記噴射口を、前記吸気口と反対側、且つ、鉛直方向上方に向けて前記噴射ノズルからミストを噴射するミスト噴射工程を備える
ことを特徴とする吸気冷却方法。 The injection port is provided in the air sucked from the atmosphere using an injection nozzle having an injection port for injecting the liquid in a mist form and provided with a pipe for supplying the liquid to the opposite side of the injection port An intake air cooling method in which the liquid is cooled as a mist and cooled to the intake side of the compressor,
A mist injection step of injecting mist from the injection nozzle on the upstream side of the intake port for intake of air toward the injection port on the opposite side of the intake port and upward in the vertical direction. Intake air cooling method.
ことを特徴とする請求項８に記載の吸気冷却方法。 The intake air cooling method according to claim 8, wherein, in the mist injection step, the mist is injected in a direction inclined by 45 degrees with respect to a horizontal plane.
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