JPH05133244A - 空気予備冷却方法及び空気予備冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電装置に接続されたガスタービン等の空気
消費装置に低温で湿度を制御した空気を供給することに
よって従来より動作効率のよい空気予備冷却方法及び空
気予備冷却装置を得る。 【構成】 空気予備冷却装置と空気予備冷却方法に関す
るもので、この空気予備冷却装置は間接蒸発式冷却器、
直接接触氷‐水冷却器、再熱コイル要素、氷‐熱貯蔵要
素と氷製造用冷凍冷却器を含み、交代空気流通路と、交
代構成要素組合せを提供する。上記の冷却方法は、幾つ
かの構成要素の選択万能な組合せによって交代流体流通
路が得られ、空気温度、相対湿度及び冷却空気中の空気
密度の所望の低下が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービン及びそ
の他の空気呼吸装置用の流入空気予備冷却装置、特にガ
スタービン用空気予備冷却装置に関するのものである。

【０００２】

【従来の技術】詳細には、ガスタービンに充填される流
入空気の温度を周囲の空気温度以下に低下し、ガスター
ビンの圧縮機に供給される流入空気の湿度を減少又は制
御しかつガスタービン圧縮機に流入する空気の密度を増
加するために、複数の選択可能な交互モードを備えた予
備冷却システムを操作することができる。

【０００３】一般的に空気流入口、圧縮機、燃焼室、タ
ービン及び排気装置を有するガスタービンは、燃焼室内
で空気-燃料混合物に点火する前に燃料と混合した流入
空気流を圧縮し、高温ガスを発生してタービンを駆動す
る。ガスタービンは航空機等の乗物に対して機械的動力
を発生するために利用され、また、電力発生業界では、
特にピーク電力消費時に発電機と組み合わせて電力を発
生する。空気調節装置の需要により電力需要の増加を招
来する非常に暑い日中のピーク電力消費時に、通常の発
電設備（例えば蒸気発電装置又は水力発電装置）を補助
するために、夏の数カ月間発電用ガスタービン、即ちガ
スタービン式発電機が特に普及している。また、ガスタ
ービン式発電機は、小規模施設でのベース負荷システム
及び共同発電システムとして使用される。しかし、ガス
タービン式発電機のキロワット出力定格又は熱効率はガ
スタービン式発電機への流入空気温度に反比例する。即
ち、ガスタービン式発電機では摂氏−６.６７度（華氏
２０度）の空気に比べて、摂氏３５度（華氏９５度）程
度の高温流入空気では効率が低く、この事実はタービン
業界では長年公知である。

【０００４】ガスタービン式発電機への流入空気の温度
を低下させて、ガスタービン出力に対する衝撃及び不利
益を減少するために、多種の装置と方法が利用されてき
た。しかし、酷暑等の冷却に対する最大電力使用時に、
発電機の電力出力への需要増加は、ピーク電力使用時に
頻繁に要求され、それは不運にも通常周囲の空気が最高
温度となる時期である。このように、流入空気温度の低
下に必要な電力費用の増加は、ガスタービン出力のいか
なる潜在的ゲインより大きい可能性があるから、ガスタ
ービン圧縮機への流入空気の温度の低下に必要な電力増
加と経費節約は矛盾する。それゆえ、発電業界はガスタ
ービンへの流入口空気温度を低下させる安価な空気予備
冷却方法と空気予備冷却装置とを継続的に探求してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンの流入空
気温度の低下にしばしば利用される空気冷却装置は、ガ
スタービンの入口部の先端部に設けられる中間管路蒸発
用冷却機であり、直接蒸発冷却（ＤＥＣ）装置として作
用する。しかし、このＤＥＣ装置からの温度低下は乾球
／湿球温度差の約８５パーセントに過ぎない。更に、周
囲空気の相対湿度が７５パーセント以下、好ましくは約
２０パーセント〜６０パーセントの間でなければ、ＤＥ
Ｃ装置はいかなる顕著な利点もない点が重要である。例
えば、乾球温度が約摂氏３５度（華氏約９５）で、湿球
温度が摂氏２５度（華氏約７８度）の周囲空気は乾球温
度の約摂氏２７度（華氏約８０.５度）に低下されるに
過ぎない。温度低下空気の相対湿度は９０パーセントを
超過するか又は実際急激な気候変化の間に水分子の吸着
により飽和する場合があり、水分子はタービンブレード
に衝突し、摩耗させ又は損傷を与えることがある。

【０００６】前記のように、冷凍又は冷却されたガスタ
ービン流入空気がむしろ好ましく、ガスタービン式発電
機の容量増加を助長するとはいえ、特別に冷却された空
気温度の選択により、ガスタービン式発電機の出力容量
に強い影響が与えられる。冷却された入り口空気の相対
湿度が１００パーセントであるか、又は空気冷却過程で
水蒸気を吸着するので、タービン圧縮機の流入空気温度
を摂氏０度（華氏３２度）より高くして、圧縮機ブレー
ド上に水分が氷結するを防止しなければならない。その
上、圧縮機の入口部で空気速度が急激に増加することに
より、空気中での静的圧力降下が水頭で４インチ（１
０.１６センチメートル）も発生し、これにより更に温
度低下及び水分凝縮が発生する。

【０００７】従って低温流入空気を約摂氏７度（華氏約
４５度）と相対湿度約８５％とすることが望ましくかつ
有利で、この温度と相対湿度は空気温度と湿度の変動に
容易に適合すると同時にガスタービンの良好な動作整合
性を低温空気で保持することができる。ガスタービンを
冷却する流入空気の相対的選択と利点については、１９
９０年のベルギー国ブルッセルにおけるガスタービン及
び航空機エンジン会議及び展覧会（Ｇas Ｔurbine and
Ａeraengine Ｃongress Ｅxposition）に提出された論
文「Ｏptions in Ｇas Ｔurbine Ｐower Ａugmentation
Ｕsing ＩnletＡir Ｃhilling」に記載されている。

【０００８】冷却塔は冷却装置に使用されるものと類似
の構造で、この冷却塔は一般に流体（例えば水）の再循
環装置で大気に対して熱を拒否する機能を有する。この
冷却塔は通常、ポンプによって熱交換器を通して再循環
される流体に対する流体回路内に熱交換装置を有し、冷
却塔に流体を戻しかつ熱交換装置に重力によって流体を
供給する。この再循環冷却塔と熱交換装置は移動する空
気に熱と水蒸気を加えると共に、通常、多量の冷却用流
体が蒸発するように補給水装置を必要とする。

【０００９】空気洗浄器のような直接熱交換式空気対水
装置に空気を再循環する空気冷却‐加湿装置である直接
蒸発式冷却装置では、冷却と加湿は通常、空気が連続的
に循環する低温水スプレーを通過する場合に起こる。こ
れは総ての蒸発は空気から熱が吸収されることが必要で
（即ち温度低下）あるから一定エンタルピー過程であ
り、又再循環水温度は流入空気の湿球温度に同時に低下
する。一定時間後、僅かなポンプエネルギー加熱を除い
ては、再循環水は純粋な蒸発装置によってほぼ湿球温度
に達する。蒸発式冷却器は冷却塔とは異なり、熱交換器
を利用せず、乾球温度に低下した空気を排出し、ほぼ９
０％以上の相対湿度になる。しかし、蒸発式冷却器から
別の装置に送られる低温空気の水分は、空気温度が低下
した時凍結しないように保持しなければならないから、
最低流入湿球温度は摂氏４.５度（華氏４０度）以上、
例えば摂氏０度（華氏３２度）より充分高く保持しなけ
ればならない。蒸発式冷却器が暖かい日に低温空気排出
を発生しないときも、直接蒸発式冷却器から排出する空
気は低温の日には充分冷たく、ガスタービン入口に湿度
飽和空気を送る前に空気を再加熱する必要があり、この
再加熱は湿度を制御すると共に、下流の装置で水分が凍
結することを阻止するための更に水滴を蒸発する。

【００１０】流入空気の湿球温度以下に、別の構造体内
の氷水などによってＤＥＣ装置内の冷却用流体の温度を
低下するため、排出空気温度を周辺空気の湿球温度以下
に更に低下することができる。ＤＥＣ装置内の冷却用流
体の温度を低下するため、排出空気温度を周辺空気の湿
球温度以下に更に低下することができる。ＤＥＣ排出温
度が流入空気の露点温度以下に低下すると、空気温度以
下に低下し、又温度低下も起こる。排出水の最終温度は
外部の熱除去と空気洗浄器を通る水量によって変わる
が、空気の乾球温度が周辺の露点温度状態以下に低下す
るとある程度の水分が凝固する。従って直接蒸発式冷却
器内の冷媒（通常水である）温度が露点以下に下がると
一定量の水はＤＥＣ装置を通って流れる空気の湿球及び
乾球温度を露点以下に低下する。しかし風速、温度及び
湿度のような周辺空気のパラメータは天候のパターン変
化のように迅速に変動し、これらのパラメータは排出空
気の過度の冷却、例えば摂氏２度（華氏３５度）又はこ
れ以下を生じ、この冷却は例えばタービン入口コーンの
ような低圧区域に凝固物を発生する恐れがある。従って
保証最低温度と保証相対湿度の空気をガスタービン入口
に供給するため補助的装置が必要であろう。

【００１１】ガスタービンに使用する入口空気の冷却は
ガスタービンの効率と動作を向上することは公知である
が、この低温空気は制御下で効率的にかつ経済的に、ピ
ーク負荷状態で補助的動力を付加することなく供給しな
ければならない。好適なタービン流入空気の「品質」
は、外気の湿球及び乾球温度の差及び所望の流入空気相
対湿度、空気圧力並びに空気密度の全体的変化によって
変わる。これらのパラメータは低温空気の性質及びガス
タービンの動作に影響する。従って、低温でガスタービ
ンに多量のガスを供給する際にはこれらのパラメータを
総て考慮する必要がある。

【００１２】空気状態の正確な特性、即ち空気温度及び
／又は湿度は乾湿球チャートに記録され、これらは半実
験的関係を与え、圧力計と乾湿球湿度線図の読みとして
熱物理学的性質を与える。乾湿球は空気の湿球及び乾球
温度を測定する器械である。乾湿球チャートは乾湿球湿
度計で得られる空気圧力と温度の関数としての湿度、露
点、エンタルピー、比容積のような空気‐水蒸気混合物
の諸特性を与えるため作られたモノグラムである。従っ
て一例して挙げたガスタービンに対する摂氏７度（華氏
４５度）の流入空気温度と８５％の相対湿度は、タービ
ンブレード上の潜在的氷結を防止すると共に予想外の天
候変動に適応する許容可能な相対湿度における適正動作
温度を与える。流入空気混合物の制御は直接蒸発装置又
は冷却塔の使用で適応することができず、その理由は冷
却塔から送られる空気は周辺空気のほぼ湿球温度まで低
下することができず水で飽和されるからである。この後
者の条件は、タービンブレードに損傷を与える恐れがあ
る蒸発で発生する気流中にエントレインされる水滴を防
止する。従って、ＤＥＣからタービン入口にエントレイ
ンされた水滴の移行に対する可能性を最少にするために
はタービン入口の湿度を制御すめことが望ましい。最大
８５％の相対湿度を有する空気はＤＥＣ出口とタービン
入口との間の空気通路内の水滴を蒸発させる。

【００１３】レイモンド コーエン（Ｒaymond Ｃohe
n）の論文“Ａdvances in Ｔechnolo-gy Ｗith Ｐoten
tial for Ａir Ｃonditioning and Ｒefrigeration”で
は別のガスタービンの空気特性向上装置が記載され、こ
の装置はフィン付管で閉鎖された回路式冷却コイルを使
用するもので、このコイルは氷のオフピーク凍結に同じ
流体を使用するオフピーク氷結装置から送られるグリコ
ール／水溶液で冷却される。空気はこれらの冷却用コイ
ルを通って送られ、この温度を摂氏３２度（華氏９０
度）の公称基準温度から約摂氏１６度（華氏約６０度）
まで低下し、電力を発生する発電機に接続されたガスタ
ービンに注入即ち連結される。オフピーク作動氷冷却装
置は電力オフピーク時間内に氷を製造して貯蔵する。こ
の氷はガスタービンに連結された注入空気の温度を低下
するため冷却用コイル内の冷却用流体の温度を低下する
ため使用される。しかしこの装置は相対湿度の制御装置
がなく、外部静的損失の大きい型式のフィン付コイル熱
交換器を必要とし、又末端温度差と空気温度差は、他の
動作モードに対する融通性がないからこの装置の単一段
階動作によって制限される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第４,１３７,
０５８号（シュロムその他名義）に示される間接蒸発式
熱交換器はタービン圧縮機に使用するガスの冷却に湿潤
及び乾燥側面を備えた複数の壁を有する。この熱交換器
は壁の両側に低温の乾燥空気流と低温の湿潤空気流を供
給し、電力タービン圧縮機入口と中間冷却器に連絡す
る。別の実施例の間接蒸発式冷却装置は直列に接続さ
れ、流入空気として第１ユニットから低温乾燥空気を第
２間接蒸発式冷却器の湿潤及び乾燥側に供給する。第２
間接蒸発式冷却器から送られる非常に低温の湿潤空気は
第１間接蒸発式ユニットから送られる低温の湿潤空気と
混合され、２段ガス圧縮式中間冷却器に使用される。こ
の低温乾燥空気はガスタービン圧縮機に送られる流入空
気として使用される。第３実施例では、間接蒸発式冷却
器から乾燥低温空気流と湿潤冷温空気流は結合されてタ
ービンの空気圧縮器に対する流入空気流として使用する
ため送られるが、この実施例では低温空気は中間冷却器
に供給されない。最終実施例では、間接蒸発式冷却器か
ら送られる乾燥低温空気流は、間接蒸発式冷却器の湿潤
側の流入空気流として使用され、この最終的の非常に低
温の湿潤空気はタービンの空気圧縮器の流入空気源とし
て使用される。

【００１５】機械的冷却器、蒸発式空気冷却器及び吸収
式冷却器を含む公知の空気冷却装置は周辺空気よりも低
温の流入低温空気をガスタービンに供給して効率と動作
性能を向上させることができる。しかし、特定温度で流
入空気内にエントレインされた水滴の除去、流入空気の
空気密度、又はオフピーク時の氷の製造と貯蔵、この氷
は管路内の冷凍圧縮機の空気エネルギー要求を必要とせ
ずにオンピーク動作を与える、の制御に対する考慮は払
われていない。又これらの装置は最初のコストが高く、
非経済的に動作しかつ発電機に連結されたガスタービン
に余分の電気的負荷を加えることが多い。

【００１６】そこで、本発明は優れた効率で稼動できる
空気予備冷却方法及び空気予備冷却装置を提供すること
を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によるガスタービ
ン燃焼空気の空気予備冷却装置は、入口、溜め及び第１
温度の冷却用流体を有し、外気温度と湿度で外気を受け
入れ、外気温度と絶対湿度を低下しかつガスタービンに
送るため空気密度を増加するように動作する直接接触空
気冷却器と、冷却用流体の温度を外気湿球温度以下に低
下し、この冷たい流体の動作で外気温度を湿球温度以下
に低下しかつ外気の絶対湿度を低下する装置と、冷却剤
流体を直接接触空気冷却器の溜めから入口に再循環させ
る装置と、再循環装置を接続し、直接接触空気冷却器の
溜めから消費された冷却用流体を送るように直列に流体
温度低下装置を接続して直接接触空気冷却器の入口に再
循環される接続装置で、この接続装置は流体温度低下装
置と再循環装置の冷却用流体流速を制御して、所定の流
体温度の再循環冷却用流体を直接接触冷却器に送って外
気を処理する接続装置とを備えている。この空気予備冷
却装置は、湿球及び乾球温度、外気の相対湿度と外気密
度の外気を受け入れ、外気温度よりも低い温度の弟２温
度と外気密度より大きい第２密度で燃焼空気を受け入れ
る。

【００１８】直接接触装置は、水対空気交換冷却用手
段、空気入口側、空気出口側、流体流入通路及び冷却用
手段を通る冷却剤流体を流体入口に通路から回収する溜
めを有する。接続装置は溜めに接続され、流体を流体温
度低下装置と再循環装置に接続される。再循環装置は直
接接触冷却装置入口通路に接続され、流体を溜めと流体
温度低下装置に送り、冷却剤は冷却用手段を通って入口
側から出口側に送られる。冷却用手段、直接接触冷却器
及び冷却塔は直交流型装置、向流型装置又は並流型装置
である。所定の排出空気温度は約摂氏６.６７度（華氏
４４度）で、所定の相対湿度は８５パーセント以下であ
る。

【００１９】再循環装置は、ポンプ、このポンプと直接
接触冷却器との間に接続された第１導管、流体流入通路
と、第１弁、第２弁及び第２導管を有する接続装置と、
第１サーボ機構を有し、溜めと第２弁とに接続された第
１弁と、第１弁と流体温度低下装置との間を接続する第
２導管と、サーボ機構によって作動され、溜めと第２弁
及び流体温度低下装置との間を流体接続する第１弁とを
備えている。流体温度低下装置は、製氷プラントと、冷
却剤流体と水とを保持する室を形成する熱貯蔵ユニット
とを有する熱貯蔵装置である。本発明の空気予備冷却装
置は更に流体温度を感知して信号を供給する装置と、感
知装置と少なくとも一つの第１弁サーボ機構とを接続す
る管路を有する。少なくとも一つの構成要素は上記信号
に応答して、冷却用流体流動と、第１弁の上記室と第２
弁との連絡を制御する。冷却用流体は例えば水である。

【００２０】この空気予備冷却装置は、燃焼空気温度と
相対湿度の一つを感知して信号を送出する装置と、直接
接触冷却器の下流の再熱コイルと、再熱コイルを加熱し
て空気温度を所定の温度まで上昇しかつ相対湿度を低下
する装置と、直接接触冷却器装置の上流の流入空気の温
度を低下する間接接触蒸発式冷却器を備えている。サー
ボ機構は上記信号に応答して上記の弁を通る冷却用流体
流を制御しかつ上記の感知された燃焼空気パラメータを
制御する。

【００２１】製氷プラントは蒸発器、膨張装置及び冷凍
剤を有しかつ熱貯蔵ユニット内の冷却剤流体温度を低下
するように動作する冷凍装置接続圧縮機を有する。製氷
プラントは冷凍剤コイルの冷凍剤を冷却して氷タンク室
内の冷却用流体を凍結させる。

【００２２】また、湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と
周辺空気密度の外気を受取り、周辺空気温度よりも低い
第２温度と周辺空気密度より大きい密度を供給するよう
に動作する本発明の実施例によるガスタービン燃焼空気
の空気予備冷却装置は、冷却用の第１流体、流体入口及
び溜めを有しかつ空気を受取って空気温度を低下できる
直接接触冷却器と、周辺温度湿球温度以下の温度に第１
冷却剤流体の温度を低下し、冷却された流体を空気温度
を空気の湿球温度以下に低下しかつ空気の絶対湿度を低
下するように動作する装置と、第１再循環装置と流体温
度低下装置とを接続し、消費された第１冷却用流体を溜
めから送り出し、再循環装置を流体温度低下装置に対す
る冷却剤流動を転換しかつ制御して、所定の流体温度の
流体入口の冷却用流体を直接接触冷却器に供給する装置
と、第１冷却剤流体を溜めから直接接触冷却器の流体入
口に再循環させる第１装置と、冷却用の第２流体を有す
る間接蒸発式冷却器と、間接蒸発式冷却器に接続され、
流体温度を低下する第２装置と、第２冷却用流体を再循
環させ、間接蒸発式冷却器と第２流体温度低下装置との
間に接続されて第２流体を第２流体温度低下装置と間接
蒸発式冷却器に送る第２装置を備えている。間接蒸発式
冷却器は外気温度を低下するため外気を受取りかつこの
空気を直接接触冷却器及びガスタービンの一つに送出す
る第２装置を有する。

【００２３】間接蒸発式冷却器は、流体通路、入口端部
及び出口端部を備えた管状コイルと、空気接触と熱伝達
を促進するため管状コイルに設けられた少なくとも一つ
のフィンと、第２冷却用流体、第２流体流入通路及び第
２溜めを有する冷却塔と、溜めと第２流体流入通路との
間に接続された再循環用第２装置を有する。管状コイル
は再循環用第２装置の入口端部と出口端部に連続的に配
置される。管状コイルを経て第２流体を送って周辺空気
の温度が低下されかつ間接冷却器を通る空気の絶対湿度
が維持される。

【００２４】再循環用第１装置は、第１溜めと直接接触
冷却器の流体流入通路との間を接続する導管及び該導管
内に配置されて第１冷却用流体を溜めから直接接触冷却
器流入通路に再循環させる。再循環用第１装置は、第２
導管及び第２導管内に設けられた第２ポンプを含み、第
２導管、フィン付コイル及び冷却塔を経て第２ポンプは
第２冷却用流体を再循環させる。再循環用第１装置は、
更に、ガスタービンに送る空気の温度及び相対湿度の一
つを感知する第１装置を含む。感知装置は信号を供給
し、第１感知装置は第２ポンプに接続されて感知信号を
送り、第２ポンプは環状コイルを通して第２冷却剤を循
環させる。再循環用第１装置は更に直接接触冷却器と間
接蒸発式冷却器の下流に再熱コイルを含み、再熱コイル
は入口端部と出口端部とを備えた流体通路を有する。第
２導管内に配置されかつ再熱コイル入口端部に接続され
た連結装置、再熱コイル出口端部は連結装置下流の第２
導管に接続される。連結装置は、間接蒸発式管状フィン
付コイル下流の第２冷却用流体を受取り、第２冷却用流
体を第２導管、更に再熱コイルに送り、燃焼空気を所定
温度まで僅かに上昇し、相対湿度を低下すると共に接触
絶対湿度を保持するように動作する。再循環用第１装置
は、更に、燃焼空気温度と相対湿度の一つを感知して感
知信号を供給する第２感知装置と、第２感知装置に接続
されたサーボ機構に２方弁を連結する装置を含む。この
サーボ機構は、第２信号に応答して上記弁、第２導管及
び再熱コイルを連結するように動作し、燃焼空気温度と
相対湿度を制御する。再循環用第１装置は、更に、空気
予備冷却装置を通過してガスタービンに達する空気流を
加速するためモータ駆動ファンを含む。

【００２５】本発明による空気予備冷却装置は、冷却用
流体温度低下装置及び直接蒸発式冷却器に対する第１再
循環装置に溜めを連結する第１装置と、第１冷却剤流体
を流体溜めから流体温度低下装置に接続された第１再循
環装置と、間接蒸発式冷却器を経て第２冷却用流体を再
循環させる第２装置と、排出空気を再熱する装置、再熱
装置は流入ポートと排出ポートを有する。第２装置は、
間接蒸発式冷却器の下流の再熱装置流入ポートにより第
２再循環装置と再熱装置を連結する。再熱装置は第２連
結装置の下流の排出ポートで第２再循環装置に連結さ
れ、再熱装置はほぼ所定温度まで排出空気を暖めかつ相
対湿度を一定の絶対湿度まで低下するように動作する。

【００２６】直接接触空気冷却器は冷却手段、空気入口
側、空気出口側、流入通路と冷却手段を流れる第１冷却
用流体を回収する溜めと、溜めを第１循環装置と流体温
度低下装置に接続して、第１冷却用流体を流体温度低下
装置と第１再循環装置に接続する第１連結装置と、直接
接触冷却器流入通路に接続され、冷却用流体を溜めと流
体温度低下装置から、流入通路と冷却手段に送り、空気
入口側から空気出口側に送る第１循環装置とを含む。

【００２７】第１再循環装置は第１ポンプ及び第１ポン
プと直接接触冷却器流入通路とを接続する第１導管を含
む。第１弁、第２弁及び第２導管を有する第１連結装
置、第２導管は、第１弁と流体温度低下装置との間を接
続する。第１サーボ機構を有する第１弁、溜めと第２弁
とに接続された第１弁は第１サーボ機構によって作動さ
れ、第１冷却用流体を溜めから第２弁と流体温度低下装
置に接続する。第２サーボ機構を有する第２弁、第２弁
は第１ポンプと流体温度低下装置に接続され、第２サー
ボ機構は第２弁を作動させて、第１冷却用流体を第１弁
から、更に流体温度低下装置から第１ポンプに接続し、
直接接触冷却器流入通路に送出する。

【００２８】間接蒸発式冷却器は、第２溜めと、第２溜
めと冷却塔流体流入通路とを備えた冷却塔と、貫通孔、
入口端部、出口端部及び改良熱伝達のため少なくとも１
個のフィンを有する管状コイルとを備えている。再循環
用第２装置は、第２ポンプと第３導管とを有し、第２ポ
ンプは冷却塔の溜めと管状コイル入力端部との間に接続
される。連結用第２装置は、管状コイル出口端部、再熱
コイル入力ポートと第３導管に連結されかつ第３サーボ
機構を有する第３弁である。第３導管は第３弁の下流の
冷却塔流入通路に接続されて第２流体を再循環するよう
に接続される。

【００２９】再熱コイル出口端部は、冷却塔流入通路に
対する流体移動のため第３導管に連結される。第３弁は
第３サーボ機構によって作動され、第３導管と再熱コイ
ルを連結し、冷却塔に対する再循環のため、管状コイル
の下流に第２流体を送る。再熱コイルは、貫通通路と少
くとも１個の熱交換用フィンを備えた管状部材を有す
る。フィンは燃焼空気と管状部材間の熱伝達を向上する
ため管状部材上に設けられる。再熱装置はガスタービン
の前方かつ直接及び間接蒸発式冷却器の下流に配置され
かつ電気的に作動されて、燃焼空気を再熱して温度を上
昇しかつ流入空気の相対湿度を一定の絶対湿度に低下す
る。

【００３０】燃焼空気温度を感知するように動作し、第
１弁、第２弁及び第３弁サーボ機構の一つに連結されて
少くとも一つの弁と、これを通る冷却用流体の流通を制
御する少くとも一つの感知装置、空気予備冷却装置を通
してガスタービンに達する空気を加速するファンが設け
られる。

【００３１】本発明による空気予備冷却方法は、冷却用
流体温度を周辺空気温度以下に低下する手段を準備する
過程と、溜めと温度低下装置を連結装置によって接続す
る過程と、冷却用流体を溜めから流体温度低下装置に送
り、流体温度を周辺空気温度以下に低下する過程と、流
体温度低下装置と再循環装置とを連結し、この低温流体
を冷却器入口と直接蒸発式冷却器に送る過程と、低温流
体を有する直接蒸発式冷却器を通して周辺空気を送り、
周辺空気温度流体によって冷却された温度以下に周辺空
気の温度を低下し、低温空気をガスタービンに送る過程
とを含む。溜めを備えた直接蒸発式冷却器、流体入口及
び直接蒸発式冷却器を通して再循環される冷却用流体、
上記流体を溜めと流体入口との間で再循環させる装置及
び溜めと再循環装置とを連結する装置、を含む装置によ
って供給されかつ周辺空気密度より大きい空気密度を有
する低温空気を、ほぼ周辺空気温度の流体で冷却される
空気温度よりも低い温度でガスタービンに供給する。

【００３２】また、本発明による空気予備冷却方法は、
冷却用流体を受取り、この温度を低下する熱貯蔵ユニッ
トを有する氷冷却器装置を設ける過程と、溜めと熱貯蔵
装置を連結装置に接続して、上記流体を熱貯蔵ユニット
に送る過程と、冷却用流体を溜めから熱貯蔵ユニットに
送り、冷却用流体を周辺空気温度以下に低下する過程
と、熱貯蔵ユニットを再循環装置に連結し、低温流体を
入口と冷却器に送る過程と、直接接触空気冷却器に周辺
空気を低温流体と共に送り、空気温度を低下しかつ周辺
空気温度流体で冷却される空気温度より低い温度の空気
をタービンに供給する過程とを含んでいる。

【００３３】また、本発明による空気予備冷却方法の実
施例では、周辺空気を受取り、この温度を周辺空気温度
以下の第２温度に低下するように動作する間接蒸発式冷
却器を準備する過程と、間接蒸発式冷却器を通る外気を
転換して、ガスタービン及び直接接触冷却器の一つに送
る過程と、直接接触冷却器内の第２温度の空気温度の温
度を低下して、第２温度と第１低下温度よりも低い第３
温度でガスタービンに低温空気を供給する過程とを含
む。更に、ガスタービンに対する低温空気を再熱する装
置を設ける過程と、直接接触冷却器と間接蒸発式冷却器
からの空気を再熱装置に送る過程と、再熱装置を通る空
気をタービンに移送するため、所定の相対湿度よりも低
い相対湿度で所定の第４温度まで上昇する過程が設けら
れる。

【００３４】また、冷却用の第１流体、流体入口と溜め
を有しかつ空気を受取りかつ空気温度を低下できる直接
接触冷却器と、第１冷却剤温度を外気湿球温度以下に低
下する装置と、第１再循環装置と流体温度低下装置を連
結して、消費された第１冷却用流体を溜めから送り、更
に再循環装置と流体温度低下装置に対する冷却用流体流
を転換かつ制御して、所定の流体温度の冷却用流体を直
接接触冷却器に送る連結装置と、第１冷却剤流体を直接
接触冷却器の流体入口に再循環させる第１装置と、冷却
用の第２流体を有する間接蒸発式冷却器と、間接蒸発式
冷却器に連結され、流体温度を低下する第２装置と、間
接蒸発式冷却器と第２冷却用流体との間に連結された第
２冷却用流体を、第２温度低下装置と間接蒸発式冷却器
に再循環させる第２装置とが設けられる。低温流体は空
気温度を空気の湿球温度以下に低下しかつ空気絶対湿度
を低下する。間接蒸発式冷却器は、外気温度を低下する
ため外気を受取り、これを直接接触冷却器及び空気使用
装置の一つに送るように動作する。

【００３５】また、前記空気予備冷却装置は、冷却用の
第１流体、流体入口及び流体溜めを有する直接接触空気
冷却器と、冷却用の第２流体を有する間接蒸発式冷却器
と、第１冷却用流体の温度を、外気の湿球温度以下に低
下する装置と、第１冷却用流体を再循環させる装置と、
冷却用流体温度低下装置と直接蒸発式冷却器に対する第
１再循環装置に溜めを連結する装置と、第１冷却剤流体
を流体溜めから流体溜めの入口と流体温度低下装置に移
送するように接続された再循環装置と、間接蒸発式冷却
器を通して第２冷却用流体を再循環させる第２装置と、
排出装置を再熱する装置と、間接蒸発式冷却器の下流の
再熱装置入口ポートで第２再循環装置と再熱装置を連結
する第２装置とを含む。再熱装置は再熱装置入口ポート
と排出ポートとを有する。再熱装置は第２連結装置の下
流の排出ポートで第２再循環装置に連結され、再熱装置
は排出空気を、ほぼ所定の温度まで暖めかつ相対湿度を
一定の絶対湿度まで低下するように動作する。また、間
接蒸発式冷却器の下流かつ第２循環装置の上流に連結さ
れた第１冷却塔が設けられる。第１冷却用流体の温度を
低下する装置は、冷凍用の冷却剤を使用する製氷プラン
トを有する。製氷プラントに連結されてこのプラントと
共に動作する第２冷却塔が設けられる。

【００３６】

【作用】本発明の空気冷却装置は、直接蒸発式冷却器と
しての交代動作に対する適応性を有する直接接触冷却器
を提供するもので、排出空気温度を予備冷却しかつ湿度
を制御する補助空気処理装置を有するものである。詳記
すれば、本発明の空気予備冷却装置は、発電機に接続さ
れたガスタービンに接続され、ピーク負荷時に現実の蒸
気圧縮装置に高価な圧縮装置を使用する必要がない。

【００３７】理想的な状態では、ガスタービンに使用す
る空気予備冷却装置は、空気密度を最大限に増加しかつ
温度と相対湿度のような流入空気特性を制御した流入空
気をガスタービンに供給するものである。本発明の空気
予備冷却装置は種々のモードで動作でき、流入空気の特
性を統計的に選択すると共に動作コストを最小限に低下
しかつ周囲の天候と負荷変動に動作状態を適応させる。
水力、原子力、石化燃料燃焼その他の発電装置の発電力
を補強するために使用される発電装置にはしばしばガス
タービンが接続される。直接接触冷却器、間接蒸発式冷
却器及び再加熱装置と協力する蓄熱装置は低温度で最低
コストの制御された相対湿度の空気をオフピーク動作で
供給し、ガスタービン発電装置の通常高い要求期間であ
るピーク要求期間に、暖かい周辺空気と反応するため冷
媒の温度を低下する冷い塊を発生する。通常は氷である
この冷塊を供給する比較的小型の装置を含む冷塊発生装
置は、空気予備冷却装置動作間に短時間この冷媒と反応
するため１２〜１６時間の長時間内に氷塊が発生され
る。この熱貯蔵装置の経済性はタービンの高いＫＷ出力
とタービンの効率増加によって向上され、主として商業
的ＨＶＡＣ（加熱、通風及び空気調和）動作に対する有
用性が与えられる刺激に匹敵し、高負荷即ちピーク負荷
間の空気消費量を減少する。このピーク負荷期間の表示
は夏季の非常に高い正午過ぎの温度で、この温度は場所
によっては燈火の“警戒管制”状態になる。この警戒管
制状態では地方の公共施設は他地域の発電所から電力を
購入するか、又は低電圧出力又は他の方法で機能してこ
の高負荷期間に得られる電力を利用することになる。従
ってタービン流入空気の温度を低下する高負荷期間内に
低圧で高価な電力を使用することは経済的に合理性でな
いことは明らかである。又タービン流入空気の温度を低
下するため制御状態で熱貯蔵装置を連続的に利用できる
ことは明らかである。

【００３８】露点以下の温度まで空気温度を低下するこ
との明白ではない利点は凝縮物水分の回収で、この水分
は本質的に無機物を除去した水で、窒素酸化物の排出を
制御してガスタービン燃焼区域に排出することによって
利用される。

【００３９】本発明は、排出空気の相対湿度を制御し、
空気密度を増加し、又エントレインされた水分、即ち水
滴を制御して、排出空気の温度を外気温度以下に低下す
る空気予備冷却装置を提供するものである。この空気予
備冷却装置は、外気状態の変動に対応する交代空気流動
通路を有し、又使用者に利用できるように交代流入空気
特性を変化させる。所望の流入空気特性は本発明空気予
備冷却装置内の構成要素の個々の冷却及び空気移送性能
の利用によって得られ、これらの構成要素は排出空気の
温度、相対湿度、従って空気密度を換える性能を有す
る。特定の実施例では、全装置の構造要求を最小限にす
るため２個以上の構成要素を二重サイクルで単一の冷却
塔と熱伝達サイクルを交互利用できる設備を設けること
ができる。この空気予備冷却装置は周辺空気に対して空
気温度を低下しかつ１００％まで相対湿度を換えるよう
に動作できる。

【００４０】詳記すれば、昼間の空気予備冷却装置は、
オフピーク時に製氷冷却装置（ＩＭＰ）を使用し、氷‐
水冷媒流体の温度を低下し、氷を貯蔵し、次に直接接触
熱と質量交換とのため、冷却塔とフィン付コイルバンク
を有する間接蒸発式空気冷却器と直列に空気流中に配置
された氷‐水熱伝達装置を再加熱し、更に比較的低コス
トで低い温度と湿度の流入空気をガスタービンのような
空気消費装置に送り込むためコイルバンクを再加熱す
る。氷の冷却と貯蔵のため、冷温冷媒流体、又は氷‐水
を利用して、周辺空気温度によって制限される冷媒の循
環のみによって得られる温度よりも低い温度でガスター
ビンに低温の空気を流入させることができる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明による空気予備冷却方法及び空
気予備冷却装置の実施例を図１〜図１３について説明す
る。

【００４２】ガスタービン２０等の空気消費装置に低温
空気を供給する空気予備冷却装置１０を図１に略示す
る。空気予備冷却装置１０は任意の装置、例えば空気呼
吸エンジン又は熱交換器、更に劇場やスタジアムのよう
な大容量空気調和装置に使用できるがこの構造と動作は
発電器２１に接続されたガスタービン２０について説明
する。このタービン接続発電装置は発電工業界では珍ら
しいものであるが、ピーク要求時及びある種の応用分野
において動力発生構造体を表わす適当な装置として使用
されるようになった。

【００４３】周辺空気、即ち外気に対して低温、即ち高
密度の空気をガスタービン発電機に供給する装置はター
ビン効率及び出力性能即ち発電機のＫＷを増加する。タ
ービン発電機効率の改善を図１０に示し、この図面は圧
縮機（タービン）流入温度の関数としての設計性能のパ
ーセント変化を示す。このグラフの変数は熱消費率、空
気流、熱消費量及び出力である。流入空気温度の低下と
共に、ガスタービン発電機出力は熱消費率減少につれて
増加することは明らかである。例えば、流入空気温度が
摂氏４１度（華氏１０５度）から摂氏４.４４度（華氏
４０度）に低下すると、熱消費率は約９％減少するが出
力は約３５％増加する。タービン２０と発電機２１の組
合せ装置は、熱消費率が減少するか、又はキロワット出
力が同じ動作条件で増加する毎に改善される。

【００４４】図１の好適実施例ではガスタービン２０用
の空気予備冷却装置１０は、氷冷却装置１４に接続され
た直接接触冷却器ＤＣＣ、間接蒸発式冷却（ＩＥＣ）装
置１６及び出口空気湿度制御用再加熱コイル１８を有す
る。各ＤＣＣ１２とＩＥＣ１６は独立してガスタービン
２０に達する流入空気を外気温度以下に冷却するように
動作し、これらの構成要素は別々に、又は互いに協力
し、又は水冷却器１４及びコイル１８と協力して流入空
気の湿度を制御するか、又は温度を低下するように動作
する。空気予備冷却装置１０の幾つかの有力な動作シー
ケンスを図３のブロック図に例示するが、これらは制限
を意味しない。図１の実施例で各構成要素の位置と順序
を整列直線関係で示すが、各構成要素又は要素のシーケ
ンスを通る空気流の流通用の物理的装置としては複数の
ダンパ、ダクト、導管、バフル又は他の公知の空気移動
装置を含み、選択された動作モードを与え又物理的部品
組合せを構成する。

【００４５】図２に示す従来の直接蒸発式冷却器ＤＥＣ
はタービン空気入口１９に流入する空気を冷却するよう
に動作する。ＤＥＣ冷却効果の一例として、乾球温度摂
氏３６度（華氏９５.８度）［湿球温度摂氏２１度（華
氏６９.２度）と２５％相対湿度］の外気がＤＥＣ１２
２の蒸発式冷却器１３０を通して流入され、この冷却器
は構造装置上に冷却媒体を有し、冷却用流体に対する流
体流動通路を構成する。空気は冷却器１３０から出口側
１３４に排出され、乾球温度摂氏２２.７度（華氏７２.
９度）と相対湿度８５％でタービン圧縮機入口１９に移
送される。外気は、水回路中に熱負荷のない冷却塔装置
と物理的に構造が類似した蒸発式冷却器１３０に入口側
１３２から導入され、ガスタービン２０の入口１９に連
絡するため出口側１３４に排出される。蒸発式冷却器の
溜め即ちパン１３６のベース１３８は冷却器１３０から
水のような流体を再循環のため受取る。管路内ポンプ１
４２を有する導管１４２は溜め１３６を冷却器上面即ち
水の流入通路１４４に接続し冷却器１３０を通して水を
再循環させ流入外気を冷却しかつ加湿する。

【００４６】溜め１４２は、手動的又は自動的に供給さ
れる信号によって連続的又は循環的に動作する。例え
ば、外気温度を感知するサーモカプルのような感知装置
１３９は外気流通路内に突出して温度を感知する。サー
モカプル１３９は管路１４１によって溜め１４２に接続
され、外気温度を感知してこの信号を送ってポンプ１４
２を作動させ導管１４０を経て冷却流体を上面に再循環
させる。種々のパララメータを感知して制御する装置は
公知であるから図２では詳細には示さない。

【００４７】本発明のＤＣＣ１２は図２の構造に類似し
た図１に示す構造を有し、タービン２０の流入空気の温
度を低下するように動作する。ＤＣＣ１２内で外気は入
口側３２から直接接触冷却器ユニット３０に送られ、ガ
スタービン２０に連絡するため出口側３４に排出され
る。ＤＣＣユニット３０のベース３８の溜め３６は空気
中の凝縮物を含む暖かい冷却用流体を集め、ＤＣＣユニ
ット３０から熱貯蔵ユニット又は氷タンク６０に再循環
させる。図１で第１直列ポンプ４２に接続された導管７
２、７５及び４０は、冷媒流体をＤＣＣユニット３０を
経て流通、再循環させるため溜め３６をユニット３０の
流入通路４４に接続する。ポンプ４２は又、下記に説明
する再循環用回路網を経てアセンブリ１４の氷貯蔵タン
ク６０に接続される。ＤＣＣユニット３０は、本発明で
は特定の構造に限定されないから、向流型でも並行流型
でも、又直交流型の熱交換媒体対空気ユニットでよい。
添付図面は直交流型熱交換媒体を示す。

【００４８】図１の構造では、全装置の動作を開始させ
る温度、又は他の流体関連パラメータを監視する感知装
置３９から送られる信号に、自動的又は手動的に応答し
て幾つかの構成要素が動作する。図１で感知装置、即ち
センサ３９は図示の例では弁機構９２のサーボ作動子９
６に接続されるが、ポンプ４２、５６又は弁７０と８０
に接続してもよく、又製氷プラント６２又はタービン発
電機２０を制御するように接続してもよい。別の装置で
は、センサ３９は制御装置１２０に接続され、この制御
装置は幾つかの、又は全部の構成要素に接続され、各構
成要素を監視し、活性化し、又非活性化する信号を制御
する。特定のセンサ３９及び／又は制御装置はコンピュ
ータ制御装置を例示するが、これは限定を意味しない。

【００４９】図中のＤＣＣ１２は氷冷却器アセンブリ１
４に接続され、このアセンブリは氷貯蔵タンク６０と冷
凍装置又は製氷プラント（ＩＭＰ）６２を含む。詳記す
れば、溜め３６は、導管７２と７８及び第１弁７０を経
て貯蔵タンク又は熱貯蔵ユニット６０に接続される。製
氷プラント（ＩＭＦ）又は冷凍装置６２は流体回路内に
圧縮機、凝縮器、膨張装置（図面省略）、交代蒸発器及
びポンプ６８を含み、導管６４と氷貯蔵タンク６０内の
コイル６６を経て低温の冷凍用流体を移送し、ＴＳＵ室
６５内の冷却用コイル６６上で溜め３６から送られる第
１冷却剤の少なくとも一部を冷却し凍結する。製氷プラ
ント（ＩＭＰ）６２とＴＳＵ６０の貯蔵タンクは氷冷却
アセンブリ１４の構成要素で業界では公知であるからこ
の特殊の動作と構造は本発明では限定されない。

【００５０】図１で、第１直列ポンプ４２を有する流体
帰還導管４０は出口ポート８４で第２サーボ弁８０に接
続され、ＴＳＵ室６５は導管８８によって第２入口ポー
ト８６の第２サーボ弁８０に接続されている。第２サー
ボ弁８０はサーボ機構又はモータ９０によって作動さ
れ、第１弁７０と協力して導管８８及び７５の一つに導
管４０とポンプ４２を接続し、溜め３６とポンプ４２間
の流体連絡用の交代通路を構成し、ＤＣＣユニットに対
して冷却剤流体を再循環させる。弁７０と８０及びポン
プ４２は又協力して導管４０に対する溜め３６とタンク
６０からの流体流動をシールする。従って溜め３６から
の冷却剤流動は阻止され、導管７２、７５及び４０を経
て冷却塔３０に再循環されるか、又はＴＳＵ６０を経て
交代的に送られて、第１冷却塔３０に再循環される前に
冷却剤流体の温度を低下する。又溜め３６から送られる
流体流を弁７０と８０によって比例させ、ＴＳＵ６０を
部分的にバイパスし、又ＩＭＰ６２が昼間ピーク負荷時
の連続モードのようなオフピーク時間に作動する際に流
体の一部をＴＳＵ室内で再循環させることもできる。冷
却剤流体として水を使用する際は、氷が生成されてコイ
ル６６上でＴＳＵ６０内に貯蔵され、又導管４０を経て
再循環のため溜め３６からＴＳＵ室６５に送られる流体
は、その温度が約冷凍温度に低下され、この低温の水は
更にＤＣＣユニットから排出する空気の温度を更に、外
気温度の冷却剤で達成できる温度以下に低下する。

【００５１】蒸発式冷却器としてＤＣＣユニット３０を
使用する結果を示す図９では、点Ｚの流入外気はその乾
球温度内で点Ｃまで低下されるが相対湿度は増加する。
ＴＳＵ６０を通る流体の導入は外気温度を１００％相対
湿度の露点まで低下する。次に、空気の温度と絶対湿度
は、空気中の水分が凝結するとグラフのほぼＤ点まで低
下する。

【００５２】間接蒸発式冷却（ＩＥＣ）装置１６が作動
すると、これを通る空気を冷却し、この好適実施例では
図１に示すように冷却塔５２とフィン付コイル５０を熱
伝達装置として有する。コイル５０は第２直列ポンプ５
６を有する導管５４によって第１冷却塔に接続され、こ
のポンプ５６はコイル５０と導管５４とを経て水のよう
な第２冷却剤流体を循環させる。冷却塔５２から送られ
る冷却剤によって冷却されたコイル５０は、空気流に水
分を加えることなくフィン５０を経て流れる空気を冷却
する。図９では、減湿が空気温度ＢでＤＣＣ１２内の直
接接触熱交換媒体で起こり、又減湿を継続して冷却され
る空気中の水分を凝縮し、更に流入空気の露点以下の点
Ｄまで冷却する。ＤＣＣ１２の媒体上の凝縮水分は、再
循環する氷‐水と結合して溜め３６に排出し、オーバフ
ロー制御装置及び溜め３６と他の貯蔵、処理間の管路な
どによって無機物除去水として使用するため回収され
る。

【００５３】図１はＩＭＰ６２に接続した導管５４を示
す。この構成では、導管は管路による加熱又は機械的の
仕事なしにＩＥＣ１６の作動サイクル間ＩＭＰ６２の管
路網によって循環される。しかし冷却塔５２のＩＭＰ６
２に対する協力作動によって製氷動作間に冷却を継続す
るから、空気冷却装置１０に必要な構成要素の数を減少
すると共に、必要な動作機能を与えることができる。

【００５４】コイル５０を通る空気は全部がコイル又は
フィンに接触しないことは公知であるが、実際的にはコ
イルに直接接触しない空気は直接接触した空気と混合さ
れて平均排出空気温度となるからコイル５０に接触する
ものとして処理される。この空気の特定のコイル接触及
びコイル非接触部分の相対量の計算と調節はバイパス係
数のような算術的関数によって説明できる。商業的状態
では、接触空気と混合した非接触空気に特定量はコイル
５０から排出された空気に均一温度を与える。コイル５
０から送られる冷却空気は空気導管を経てタービン２０
に送られ、不活性ポンプ４２でＤＣＣ１２に送られ、流
体流動回路内でＴＳＵ６０による又はよらないで活性化
されたポンプで更に冷却のためＤＣＣに送られ、更に再
加熱コイル１８に送られる。特定の空気流動通路は作業
員によって選択され、又手動的に選択されるか、又は空
気予備冷却装置１０に設けられたバフル及びそらせ板な
どで自動的に選択される。

【００５５】図１の実施例では、入口ポート９４、サー
ボ機構９６、第１排出ポート９８及び第２排出ポート１
０４を有するサーボ制御弁９２がフィン付コイル５０の
下流で導管５４内に配置される。入口ポート９４と第２
排出ポート１０４はそれぞれ導管５４内の上流と下流で
第２流体を導管１０２を経て冷却塔５２に対する連絡と
再循環のため接続される。導管１００は交代流体通路を
構成し、又弁９２の第１排出ポート９８を入口端９３で
再加熱コイル１８に接続する。弁９２は弁入口ポート９
４で導管５４を排出ポート９８に接続し、第２冷却剤流
体流を再加熱コイル１８に送る。再加熱コイル１８の流
体出口端９５は、冷却塔５２に対する第２冷却剤流動の
ため弁９２の下流で導管１０２に接続される。弁９２を
通ってコイル５０から直立する流体通路はサーボ機構又
はモータ９６の作動で制御され、この作動で入口ポート
９４と導管５４を第１排出ポート９８又は第２排出ポー
トの何れか一方に接続し、流体を再加熱コイル１８と導
管１０２を通して完全に、又は部分的に冷却塔５２に戻
す。

【００５６】各図面中の再加熱コイル１８はＤＣＣ１２
の排出即ち出口側３４とタービン入口１９との間に配置
され、これが作動すると、排出空気温度を僅かに上昇
し、又タービン２０に送られる排出空気の相対湿度を僅
かに上昇する。再加熱コイル１８は好適には第３弁に接
続されたフィン付管で、ＩＥＣ１６のフィン付コイル５
０から暖い流体を受取り、コイル１８を流れる空気に熱
伝達する。冷い排出空気を僅かに再加熱しても加熱の効
果はなく、却って排出空気の温度と湿度を制御する。図
１の実施例では、ＩＣＥコイル５０と導管５８から送ら
れる暖い冷却剤は第３サーボ弁９２を経て再熱コイル１
８に送られて排出空気を加熱し相対湿度を制御するか、
又は導管１０２と冷却塔５２に送られてＩＥＣ５０を冷
却し再循環する。詳記すれば導管５４は、コイル５０を
流れる空気を冷却する間に暖められた冷却剤流体をＩＥ
Ｃコイル５０から弁９２の入口ポート９４に送る。この
消費された暖い冷却流体は、センサ３９からの感知信号
に応答して第３弁９２とサーボ機構９６によって排出ポ
ート９８と導管１００を経て再熱コイル１８に送られる
か、又は第２排出ポート１０４を経て下流の導管１０２
から冷却塔５２に戻される。排出空気温度の制御と調整
は再熱コイル１８を通る冷却剤流体の容積を変えること
によって制御するか、又はセンサ３９によって監視され
かつ測定される周囲の動作のパラメータに応答して制御
され、このセンサは弁９２に接続されてその位置を調節
し、コイル１８に部分的流動を送り、残りの流動をバイ
パス導管１０２に送る。

【００５７】図１の駆動モータ１１２を有するファン１
１０はＩＥＣ１６とＤＣＣ１２との間に配置され、空気
予備冷却装置１０を通る空気流を加速する。ファンのこ
の位置は例示にすぎず限定を意味するものではない。フ
ァン１１０の使用と配置位置は設計上任意に選択でき
る。例えばファン１１０は再熱コイル１８の下流に配置
してもよい。空気はガスタービン２０の圧縮機ブレード
（図面省略）の回転誘導によってファン１１０を使用す
ることなく空気予備冷却装置１０内に流動し、このブレ
ードは空気予備冷却装置１０を通して空気流を誘引する
からファン１１０を使用する必要がない。この方法は好
適ではないが圧縮機の負圧は発電機のＫＷ出力をファン
１１０を使用した場合に得られる負圧よりも大幅に減少
する。

【００５８】空気予備冷却装置１０の種々の構成要素、
例えば弁７０、８０及び９２、並びにポンプ４２、５
６、６８及びファンモータのサーボ作動子は手動で動作
され、又予めセットすることができる。又これは制御装
置１２０に接続して制御できることは業界で公知であ
る。制御装置１２０は、空気温度、冷却剤温度、気流速
度、相対湿度、圧力その他、センサ３９から得られる測
定パラメータの信号を受けてサーボ弁、ポンプ又はモー
タに制御信号を送る。図示の制御動作では、センサ１４
６と１４８は再熱コイル１８上の上流と下流に配置され
る。例えばセンサ１４６、１４８は温度のような信号を
線路１５０、１５２を経て制御装置１２０の比較器に送
り、線路１５４上のサーボ機構９６に制御信号を送る。
同様な接続と制御信号は他のセンサ３９、１４６と１４
８から線路１５６、１５８及び１６０を経てポンプ４
２、６８及び５６に送られる。図示のセンサ３９は線路
１６２で制御装置１２０に接続され、感知信号をこの制
御装置に送る。同様な出力信号は制御装置１２０から線
路１６２と１６４を経てサーボ機構７１と９０に送る。
センサ３９、１４６及び１４８で感知された物理的パラ
メータ、例えば湿度や温度のような特定の動作条件、セ
ンサのポンプ又はサーボ機構に対する直接接続の数や位
置は設計上の選択で決定されるが限定を意味しない。特
定の動作条件、監視される物理的パラメータ又は感知装
置は空気予備冷却装置１０の所有者及び／又は使用者の
選択によって決定される。

【００５９】空気予備冷却装置１０は、ガスタービン２
０に送られる空気流の冷却、空気中の水蒸気の回収及び
／又は温度の制御に設計されたものであるが、物理的特
性を変化することなく外気をガスタービン２０に送るこ
とは、全部のポンプを消勢しても行われる。しかし発電
用のガスタービン２０はしばしばピーク時の補助電力発
生装置として使用されるから、ＩＥＣ１６及びＤＣＣ１
２の少なくとも一つを通る外気の流通によってタービン
流入空気温度を低下してガスタービン動力出力を増加
し、又単位出力ＫＷ当りの燃料消費を減少することが望
ましく、暖い外気時期の動力利用率と効率の明瞭な変化
を図１０の曲線の相対的傾斜によって示す。図２の例で
上記したように、冷却剤が外気温度である直接蒸発冷却
器１３０を通る空気移送は、例示した３０％相対湿度、
乾球温度摂氏３５.４度（華氏９５.８度）から摂氏２
２.７度（華氏７２.９度）に、相対湿度８５％で低下
し、これは氷冷却器１４、ＩＥＣ１６及び再熱コイル１
８を使用しない図９の点ＺからＣへの変化に相当する。
しかし相対湿度約８５％で摂氏約６.６７度（華氏約４
４度）のガスタービン流入空気温度は、たとえ外気相対
湿度が５０％以上９０％で、蒸発式冷却器が全然作用し
ない場合でも、非常に低温の空気ははるかに大きいＫＷ
出力と低い燃料消費率を与え、タービン内の氷の発生
と、空気にエントレインされた水滴によるタービンブレ
ードの腐蝕を防止することは確実であるから極めて望ま
しいことである。

【００６０】低温度の流入空気及び相対湿度の制御の達
成は、図３のブロック図に示す複数の動作通路を経過す
る空気予備冷却装置１０で適応される。選択された通路
に沿って空気流を移動する正確な配管網、ダクト網、バ
フルその他の装置を図示しないが、業界では公知であ
る。従来の流入空気用蒸発式冷却器のみを使用し、図２
の動作モードは、低い相対湿度の外気条件で上記の温度
変化を与えるにすぎない。この乾球温度低下は、外気の
湿球と乾球温度間の差の約９０％になることが期待され
る。タービン２０に移動される蒸発式冷却器の排出空気
は上記の動作モードで水分が飽和されるが、相対湿度の
制御に対する特殊の装置は存在しない。従ってガスター
ビン２０のブレードに有害な浮遊水滴のエントレインメ
ントの可能性が存在する。

【００６１】上記のように、空気予備冷却装置１０内の
空気流動と冷却剤流動の別の動作モード及び別の通路を
図３のブロック図に示し、幾つかの構成要素の組合せで
ガスタービン（Ｇ‐Ｔ）２０に排出空気を供給する。流
入空気と冷却剤流体の特定の流動通路は使用者の選択に
任され、外気温度と相対湿度及び所望の排出空気と負荷
特性の関数でよい。蒸発式冷却器１３０より冷たい排出
空気はＤＣＣユニット３０と氷冷却器１４から得られ、
ＤＣＣユニット３０に送られる冷却剤の温度を低下し、
この温度はほぼ水の凍結温度である。この冷却された冷
却剤温度は、流入空気の湿球温度よりもかなり低いこと
が予想され、この流入温度は更に排出空気温度を低下す
る。氷‐水冷却剤流体の温度は流入空気の露点よりもか
なり低いから脱湿が起こり、凝結水分は溜め３６に集ま
り、他の目的に使用される。最終的にＤＣＣユニット３
０から溜め３６に集められた最終的加熱冷却剤温度は空
気冷却の目安で、全体の熱伝達と冷却剤容積によって変
わるが、ＤＣＣユニット３０からの排出空気温度は蒸発
で外気温度の水によって冷却された空気よりもかなり低
下する。又低温空気の密度は外気密度よりも高くなる。

【００６２】図３に示す幾つかの動作モードを図４〜図
８及び図１２に略示する。図１２で、外気はＩＥＣ５
０、ＤＣＣユニット３０及び再熱コイル１８に送られ
る。冷却塔５２から冷却された第２冷却剤は導管５４を
経てコイル５０に再循環され、コイルを経てＤＣＣに送
られる外気を冷却する。しかし冷却剤はＩＭＰ６２を通
るように図示するが、凝縮器と圧縮機がなければこの流
体流動通路には何の影響もなく、同様のバイパス効果は
分流弁と導管装置によって実現できよう。導管５８内の
冷却剤流体は２本の導管１００と１０２に弁９２で分流
される状態で示すが、この分流で暖い流体は冷却と再循
環のため冷却塔５２に送られる。図３に示すように、外
気は一定の絶対湿度含有量のまま温度がＺからＡまで低
下され、直接ＤＣＣユニット３０に送られる。

【００６３】図１２で、第１冷却剤流体はＤＣＣ１２と
ＴＳＵ６０を循環され、この冷却剤を冷却するから空気
温度をその露点よりかなり低下する。詳記すれば、溜め
３６から冷却剤は導管７２と７８及び弁７０を経て移送
され、ＴＳＵ室６５内の凍結冷却剤に接触する。第１冷
却剤と凍結流体、例えば氷との密着接触により冷却剤流
体の温度は低下される。ポンプ４２は弁８０と導管８８
を経て直接ＴＳＵ室６５に接続され、導管４０を経てＴ
ＳＵ室から低温の流体をＤＣＣユニット入口４４に吸い
上げる。この冷却剤の重力流は、外気よりかなり低い温
度でＤＣＣユニット３０内の構造的媒体を経て空気流と
密着接触する。入口側３０から出口側３４に流れる空気
はその露点及び以下に冷却されるが、本質的には水分が
飽和している。露点で空気の脱湿と水分凝結が起こり、
この凝結物は溜め３６に集められる。この凝結物は本質
的にイオン除去水で、燃焼生成物の窒素酸化物を除去す
る処理を含む種々の処理方法に利用される。この凝結物
の除去利用法では、何等かの方法で凝縮物は下水系に排
出される。冷却水と凝結物との混合は、多くの再循環系
ではイオン除去水を使用するから汚染の問題は起こらな
い。

【００６４】図１２の例では、ＩＥＣコイル５１から送
られる暖い水は少なくとも部分的に導管１００、従って
再熱コイル１８と導管１０６に送られ、導管１０２と冷
却塔５２に戻される。ＤＣＣ出口側３４から送られる低
温の水分飽和空気は上記のように多くの使用目的に対し
て望ましくない。従って空気温度は僅かに上昇されて相
対湿度を低下しかつエントレインされた水分又は低温空
気からの凝結物によるタービンブレードのような下流の
装置の損傷発生を最小限にする。図１２の特定構造体で
は、幾つかの構成要素の組合せで使用者に微妙な利益を
与える。詳記すれば、空気温度を始めに低下するＩＥＣ
コイル５０の利用でＤＣＣユニット３０に必要な空気冷
却量を減少し、このためＴＳＵ室６５内の冷い冷却剤に
長い動作時間を与え、ＤＣＣユニット３０に必要な冷却
剤流動量を減少し、従ってポンプ性能は空気流動量と処
理量を増大することができ、又これは空気予備冷却装置
１０の動作性能を増加する手段と考えることができる。

【００６５】タービンに接続された特定の発電装置の例
では、入力空気温度を摂氏３８.６度（華氏１０１.６
度）から摂氏５.５６度（華氏４２度）に低下する効果
は、出力電力利得を５２６００ＫＷから６６６３０ＫＷ
に増加する結果として示し、これは発電機又はタービン
のサイズを増大することなく、又望ましくない放出を行
うことなく動力を１４０３０ＫＷ又は約２７％利得を増
加することができる。この動力増加は余分の動力使用を
必要とせず、必要なものはポンプと、所望の期間にＴＳ
Ｕ６０内に冷凍冷却剤塊が発生される動作で、これは最
小負荷期間でピーク負荷期間に使用される。ＴＳＵ６０
内の冷却塊発生を図１１に示し、冷却塔５２から送られ
る第２冷却剤流体はＩＭＰ６２の凝結器に送られ、又Ｉ
ＭＰ６２からの冷却剤はＴＳＵ室６５内のコイル６６を
経てポンプ６８で吸上げられてＴＳＵ６０内の第１冷却
用流体を冷却する。第２流体はＩＥＣ１６の流体回路を
経て再循環され転換することなく再熱コイル１８を経て
冷却塔に戻される。この好適サイクル内のＴＳＵ６０内
の再蓄積サイクル間は、冷却剤流体は溜め３６からＴＳ
Ｕ室６５を経て送られることはない。しかし動的状態で
は冷却塊の蓄積とＴＳＵ６０を通る第１冷却剤流体流動
が同時に起こるが流動速度は遅い。任意の装置の力学は
冷却剤流動速度、外気温度、装置の構成要素容量及び動
作要求の決定が必要である。特定の個々の動作モードは
使用者の選択に任せられる。

【００６６】ＤＣＣユニット３０と再熱コイル１８の装
置に対する別の微妙な考慮はユニット３０の上方レベル
に最も冷い第１冷却剤を供給することであるから、この
供給によって最低温度の排出空気が得られる。これと対
照的に、ＩＥＣ１６からの最も暖い水は再熱コイル１８
の入口９３で得られ、これは最も冷い排出空気と整列し
てこれと反応し、このためタービン１９に送られる空気
に対して更に制御作用が得られる。

【００６７】上記のように、空気予備冷却装置１０は図
４〜図８に部分的に示す動作モードの選択で大きい融通
性を与える。図４で第２冷却剤流体はＩＥＣ１６とコイ
ル１５を経て、水分を減少することなく流入外気の温度
を低下する。弁９２はコイル５０から導管１０２まで完
全な流体流動を維持して冷却塔５２に再循環する。ポン
プ５６はこの流体流動の維持を継続し、又ＩＭＰ６２は
動作しないからＩＥＣ１６内では流体圧低下も余分な熱
負荷も起こらない。第１冷却剤流体はＴＳＵ６０を含む
ＤＣＣ１２を通って再循環され、出口側にほぼ露点であ
るがかなり低温の空気を供給する。この動作モードで凝
縮物が再び溜め３６に回収されるが、タービン入口１９
に流入する空気はほぼ１００％相対湿度と期待される。
外気状態から排気空気までのこの空気変化の正味の効果
を図９に示し、この図で点Ｚの外気の温度はＩＥＣ１６
で温度Ａまで低下される。次に、ＴＳＵ６０からの低温
冷却剤を使用するＤＣＣユニット３０を通過する空気
は、凝縮開始のため温度が露点以下に低下される。最終
的の排出空気温度をＤ点に示し、これはほぼ低温冷却剤
の温度に等しい。排出空気のこの特定温度は装置を通る
流速と、冷却剤の流速及び実際の温度によって変わる。

【００６８】図５で、ＩＥＣ１６は唯一の空気冷却用要
素で、連続的動作で第２冷却剤流体はほぼ外気温度であ
る。ＤＣＣ１２内の流体流動は不活性化用ポンプ４２で
減少され、流体は弁９２で再熱コイル１８に送られるこ
とはない。ＩＥＣコイル５０からの合成流量はこれ以上
の温度低下を生ずることなくＤＣＣユニット３０及び再
熱コイル１８に送られる。このＩＣＣ冷却の効果は図９
の点Ｚから点Ａに達する空気特性変化で示し、この変化
で乾球温度は低下するが、空気中の全水分量に変化を生
ずることなく相対湿度が増加する。露点温度には達しな
いから空気は脱湿されない。

【００６９】図６に示す動作装置はＴＳＵ６０なしに動
作するＩＥＣ１６とＤＣＣ１２とを使用する。この動作
モードではＤＣＣユニット３０は直接蒸発式冷却器とし
て動作しＩＥＣ１６の温度を更に低下する。弁７０と８
０は協力してＴＳＵ６０を溜め３６からポンプ４２に流
れる冷却剤流体から分離し、ポンプ４２は導管４０を経
て冷却剤流体を流体入口４０とＤＣＣユニットに再循環
する。ＩＥＣ１６は低温空気をＤＣＣユニット３０に送
り、第１冷却剤流体に対するこの空気の密着接触はＤＣ
Ｃユニット３０内の空気接触媒体で、一定の湿球温度で
乾球温度を低下する。これは更に図９に明示するよう
に、外気はＩＥＣコイル５０内で点Ｚから点Ａまで冷却
され、次に蒸発状態のＤＣＣユニット内で点Ｃまで冷却
される。ＩＥＣ１６のこの使用で、直接蒸発式冷却器の
みを使用する場合に得られる温度よりも低い乾球及び湿
球温度が得られ、これは図９で点ＣのエンタルピーとＢ
のエンタルピーとの差である。このエンタルピーの減少
に比例して氷貯蔵ユニットの必要の大きさ及び製氷プラ
ントの必要の容量を減少する。直接蒸発式冷却器として
のＤＣＣユニット３０の使用状態をＴＳＵ６０から乾燥
される第１冷却剤流体流によって図８に示す。

【００７０】空気温度を低下するため外気にＤＣＣ１２
を使用する前記の説明を図７に示す。ポンプ５６はＩＥ
Ｃ１６の流体回路を経て第２冷却剤流体を循環しないか
ら外気はＩＥＣコイル５０を通過しても影響を受けな
い。又流体は再熱コイル１８に送られない。ＤＣＣユニ
ット３０内の冷却剤流体に対する外気の直接接触は空気
温度を露点まで低下して凝結を起こさせ、更に冷却剤流
体の温度まで空気温度を低下する。出口側３４の排出空
気は冷却剤流体の温度と露点水分とを有する。排出空気
のタービン空気入口に対する供給は再熱コイル１８を通
る空気移動によって影響されない。

【００７１】上記説明は総て空気が各構成要素内に適正
な時間存在しかつ適当な動作温度で動作したとの前提で
行われたものである。

【００７２】空気予備冷却装置１０は空気消費装置に外
気を導入する際に温度低下と湿度制御が行われるもので
ある。空気予備冷却装置１０は特定の温度と湿度レベル
を得るための構成要素の選択に大きな動作融通性を与え
る。詳記すれば、図１の構造により、外気の間接蒸発式
冷却、外気の直接冷却による温度と絶対湿度の低下、相
対湿度を低下しかつエントレインされた水滴を最小減に
するため冷却された空気の僅かな再加熱が可能となる。

【００７３】各構成要素を装置使用者に選択によって通
過空気に影響を与えることができる。構成要素の動作の
選択は、排出空気温度、絶対湿度と相対湿度、他の動作
パラメータに対する流入空気条件に関する所望の目的に
よって変わる。

【００７４】図１の実施例では、空気予備冷却装置１０
はガスタービン‐発電機２０に接続され、タービン発電
機に低温空気を供給する。外気はＩＥＣコイル５０を通
り、このコイルは、冷却塔５２、導管５４、５８と１０
２及びＩＥＣコイル５０を通って、図９の湿度線図に示
すように同じ絶対湿度で温度をＺからＡに低下する第２
冷却剤流体の通過によって作動される。

【００７５】ＩＥＣ１６の下流には、空気流を受けるＤ
ＣＣユニット３０を有するＤＣＣ１２が接続される。ユ
ニット３０は直接蒸発式冷却器として動作し、空気温度
を低下するが同時に水分で飽和する。氷‐冷却器アセン
ブリ１４はユニット３０を循環する第１冷却剤流体を外
気の露点以下に冷却する。ユニット３０の動作間、冷却
された冷却剤はＩＥＣコイル５０からの空気と反応し、
空気温度をＤＣＣユニット３０に流入する空気の露点又
はこれ以下に低下し、このため空気温度の低下と脱湿が
行われる。氷冷却器アセンブリ１４及び特に熱貯蔵ユニ
ット６０を使用する選択は使用者の選択に任され、ター
ビン発電機２０に送られる空気の所望の性質によって選
択される。昼間の空気予備冷却装置では、氷のような冷
却塊は１サイクル間に製造されかつ貯蔵され、この冷却
塊は接触する冷却剤流体の温度を低下するため使用され
る。図示の発電機の冷却塊製造サイクルは、夜間のよう
なオフ‐ピーク要求期間に行われ、電力コストは通常、
オフ‐ピーク時間では商業的使用者に対して安価である
から、冷却塊（氷）の製造コストは最低値にできる。次
にＴＳＵ６０内の冷却塊は、溜め３６から冷却剤がＴＳ
Ｕ６０に送られるまでは休止している。この物質は図１
の実施例では即座に使用できるから、ＤＣＣ１２の流体
流回路内に導入することは容易であることは明らかで、
この導入で冷却剤、従ってＤＣＣユニット３０に移送さ
れる空気の温度低下を開始する。上記のように、弁７０
と８０を設けＴＳＵ６０の流量を制御し、他の条件下の
冷却剤温度、氷融解率を調整することができる。

【００７６】空気流は次に再熱コイル１８を通り、この
コイルはＤＣＣユニット３０から送られる空気を加熱す
る。実際的には、この空気温度の上昇は、露点温度の水
分を有する非常に低い空気温度の場合のみに考慮され
る。再熱コイル１８は導管５８からの第２冷却剤の分流
で作動し、冷却剤はＩＥＣコイル５０の空気冷却過程で
暖められている。この暖められた流体は導管１００を経
て弁９２で再熱コイル１８に転流され、次に導管１０２
に戻されて冷却塔５２に再循環される。再熱コイル１８
はＤＣＣユニット３０から送られる空気の温度を僅かに
上昇し、相対湿度を約８５％に低下し、このためエント
レインされた水分を最小にする。

【００７７】図１３の別の構造配置の空気予備冷却装置
１０は、ＩＥＣ１６に独立に接続されて作動される第２
冷却塔１７０を有する。この構造ではポンプ１７２がＩ
ＥＣコイル５０と第２冷却塔１７０との間に接続され、
ＩＥＣ１６を作動させる冷却剤流体を供給する。まず第
一に、冷却塔５２は凝縮器と協働するため独立してＩＭ
Ｐ６２に接続され、この構成要素内で冷却流体は導管１
７４を経て第１冷却塔５２に再循環される。この実施例
は、空気を冷却するＩＥＣ１６と冷凍流体（冷凍剤■２
２、アンモニア又は他の公知の冷凍剤でよい）を同時冷
却する機能を有する。空気予備冷却装置１０のこの構成
では、ＩＭＰ６２は、連続的に氷を製造したりＴＳＵ６
０内の流体を冷却するとともに、ＩＥＣ１６は空気を冷
却するように作動する。このためＤＣＣ１２は冷却器ア
センブリ１４と協力動作して長時間低温の冷却塊を保持
し、従って長時間低温空気をガスタービン２０に供給す
る。

【００７８】選択された動作用構成要素と、各過程の空
気温度低下又は脱湿の程度は使用者の選択に任され、こ
の融通性の選択で空気予備冷却装置の動作コストを最小
にしたり、又は全構成要素を必要としない別型式の装置
を提供することができる。

【００７９】本発明の特定実施例についてのみ説明しか
つ図示したが種々の変更が可能であることは明らかであ
る。

【００８０】

【発明の効果】本発明により、発電装置に接続されたガ
スタービンのような空気消費装置に低温で湿度を制御し
た空気を供給することによって従来より動作効率のよい
空気予備冷却方法及び空気予備冷却装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ガスタービンのような空気消費装置に接続さ
れた本発明による空気予備冷却装置の一好適実施例を略
示するブロック図

【図２】 ガスタービン圧縮機空気入口に蒸発冷却空気
を供給する公知の蒸発式冷却装置を示すブロック図

【図３】 図１の複数要素で構成される装置を通して周
辺空気の交代冷却流動通路を示すブロック図

【図４】 図１の空気予備冷却装置の第１動作モードを
示すブロック図

【図５】 図１の空気予備冷却装置の第２動作モードを
示すブロック図

【図６】 図１の空気予備冷却装置の第３動作モードを
示すブロック図

【図７】 図１の空気予備冷却装置の第４動作モードを
示すブロック図

【図８】 図１の空気予備冷却装置を図２の従来の方法
に使用した第５動作モードを示すブロック図

【図９】 乾燥空気０.４５ｋｇ（１ポンド）当りの水
蒸気含量の関数として乾球空気温度関係及び湿球温度、
エンタルピー、露点、相対湿度の関係を示すグラフ

【図１０】 ガスタービンの圧縮機入口(空気）温度の
関数としてガスタービンＫＷ出力の性能と熱消費率との
関係を示すグラフ

【図１１】 図１の空気予備冷却装置で氷を製造する流
体流動通路を示すブロック図

【図１２】 図１の空気予備冷却装置の動作流体と空気
の流動通路を示すブロック図

【図１３】 ガスタービン圧縮機に対する蓄熱ユニット
と空気の連続的補助及び同時冷却を行う変型実施例を示
すブロック図 １０．．空気予備冷却装置、 １２．．直接接触冷却器
（ＤＣＣ）、 １４．．氷冷却用アセンブリ、 １
６．．間接蒸発式冷却器（ＩＥＣ）、 １８．．再熱コ
イル、 ２０．．ガスタービン、 ２１．．発電機、
５２．．冷却塔、６０．．熱貯蔵ユニット（ＴＳＵ）、
６２．．製氷プラント（ＩＭＰ）、 １２２．．直接
蒸発式冷却器（ＤＥＣ）、 １３６．．溜め、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレン ダブリユー スミス アメリカ合衆国21771 メリーランド州 マウント エアリー、ロング コーナー ロード 700 (72)発明者 ウイリアム デイー マクロスキー アメリカ合衆国21228 メリーランド州 バルチモア、オールド フレデリツク ロ ード 2200 (72)発明者 ロバート イー ケイテス アメリカ合衆国21012 メリーランド州 アーノルド、ノース ベイグリーン ドラ イプ 657

Claims (45)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口、溜め及び第１温度の冷却用流体を
   有し、外気温度と湿度で外気を受け入れ、外気温度と絶
   対湿度を低下しかつガスタービンに送るため空気密度を
   増加するように動作する直接接触空気冷却器と、 冷却用流体の温度を外気湿球温度以下に低下し、この冷
   たい流体の動作で外気温度を湿球温度以下に低下しかつ
   外気の絶対湿度を低下する装置と、 冷却剤流体を直接接触空気冷却器の溜めから入口に再循
   環させる装置と、 再循環装置を接続し、直接接触空気冷却器の溜めから消
   費された冷却用流体を送るように直列に流体温度低下装
   置を接続して直接接触空気冷却器の入口に再循環される
   接続装置で、この接続装置は流体温度低下装置と再循環
   装置の冷却用流体流速を制御して、所定の流体温度の再
   循環冷却用流体を直接接触冷却器に送って外気を処理す
   る接続装置と、 を含み、湿球及び乾球温度、外気の相対湿度と外気密度
   の外気を受け入れ、外気温度よりも低い温度の弟２温度
   と外気密度より大きい第２密度で燃焼空気を受け入れる
   ことを特徴とするガスタービン燃焼空気の空気予備冷却
   装置。
2. 【請求項２】 直接接触装置は、水対空気交換冷却用手
   段、空気入口側、空気出口側、流体流入通路及び冷却用
   手段を通る冷却剤流体を流体入口に通路から回収する溜
   めを有し、 接続装置は溜めに接続され、流体を流体温度低下装置と
   再循環装置に接続され、 再循環装置は直接接触冷却装置入口通路に接続され、流
   体を溜めと流体温度低下装置に送り、冷却剤は冷却用手
   段を通って入口側から出口側に送られる「請求項１」に
   記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
3. 【請求項３】 冷却用手段は直交流型装置である「請求
   項２」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装
   置。
4. 【請求項４】 冷却用手段は向流型装置である「請求項
   ２」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装
   置。
5. 【請求項５】 冷却用手段は並流型装置である「請求項
   ２」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装
   置。
6. 【請求項６】 所定の空気温度は約摂氏６.６７度（華
   氏４４度）である「請求項１」に記載のガスタービン燃
   焼空気の空気予備冷却装置。
7. 【請求項７】 再循環装置は、ポンプ、このポンプと直
   接接触冷却器との間に接続された第１導管、流体流入通
   路と、 第１弁、第２弁及び第２導管を有する上記接続装置と、 第１サーボ機構を有し、溜めと第２弁とに接続された上
   記第１弁と、 第１弁と流体温度低下装置との間を接続する第２導管
   と、 上記サーボ機構によって作動され、溜めと第２弁及び流
   体温度低下装置との間を流体接続する上記第１弁と、 を含む「請求項２」に記載のガスタービン燃焼空気の空
   気予備冷却装置。
8. 【請求項８】 流体温度低下装置は、製氷ブラントと、
   冷却剤流体と水とを保持する室を形成する熱貯蔵ユニッ
   トとを有する熱貯蔵装置である「請求項７」に記載のガ
   スタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
9. 【請求項９】 更に、流体温度を感知して信号を供給す
   る装置と、 少なくとも一つの第１弁サーボ機構と感知装置とを接続
   する管路を有し、少なくとも一つの構成要素は上記信号
   に応答して、冷却用流体流動と、第１弁の上記室と第２
   弁との連絡を制御する「請求項８」に記載のガスタービ
   ン燃焼空気の空気予備冷却装置。
10. 【請求項１０】 冷却用流体は水である「請求項１」に
    記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
11. 【請求項１１】 更に、燃焼空気温度と相対湿度の一つ
    を感知して信号を送出する装置と、 少なくとも第１及び第２弁サーボ機構の一つと感知装置
    とを接続する管路と、 を有し、サーボ機構は上記信号に応答して上記の弁を通
    る冷却用流体流を制御しかつ上記の感知された燃焼空気
    パラメータを制御する「請求項８」に記載のガスタービ
    ン燃焼空気の空気予備冷却装置。
12. 【請求項１２】 更に、直接接触冷却器の下流の再熱コ
    イルと、 再熱コイルを加熱して空気温度を所定の温度まで上昇し
    かつ相対湿度を低下する装置を含む「請求項１１」に記
    載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
13. 【請求項１３】 更に、直接接触冷却器装置の上流の流
    入空気の温度を低下する間接接触蒸発式冷却器を含む
    「請求項１２」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予
    備冷却装置。
14. 【請求項１４】 製氷プラントは蒸発器、膨張装置及び
    冷凍剤を有しかつ熱貯蔵ユニット内の冷却剤流体温度を
    低下するように動作する冷凍装置接続圧縮機を有し、製
    氷プラントは冷凍剤コイルの冷凍剤を冷却して氷タンク
    室内の冷却用流体を凍結させる「請求項８」に記載のガ
    スタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
15. 【請求項１５】 冷却用の第１流体、流体入口及び溜め
    を有しかつ空気を受取って空気温度を低下できる直接接
    触冷却器と、 周辺温度湿球温度以下の温度に第１冷却剤流体の温度を
    低下し、冷却された流体を空気温度を空気の湿球温度以
    下に低下しかつ空気の絶対湿度を低下するように動作す
    る装置と、 第１再循環装置と流体温度低下装置とを接続し、消費さ
    れた第１冷却用流体を溜めから送り出し、再循環装置を
    流体温度低下装置に対する冷却剤流動を転換しかつ制御
    して、所定の流体温度の流体入口の冷却用流体を直接接
    触冷却器に供給する装置と、 第１冷却剤流体を溜めから直接接触冷却器の流体入口に
    再循環させる第１装置と、 冷却用の第２流体を有する間接蒸発式冷却器と、 間接蒸発式冷却器に接続され、流体温度を低下する第２
    装置と、 第２冷却用流体を再循環させ、間接蒸発式冷却器と第２
    流体温度低下装置との間に接続されて第２流体を第２流
    体温度低下装置と間接蒸発式冷却器に送る第２装置を含
    み、間接蒸発式冷却器は外気温度を低下するため外気を
    受取りかつこの空気を直接接触冷却器及びガスタービン
    の一つに送出する第２装置、を含み、 湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と周辺空気密度の外気
    を受取り、周辺空気温度よりも低い第２温度と周辺空気
    密度より大きい密度を供給するように動作することを特
    徴とするガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
16. 【請求項１６】 間接蒸発式冷却器は、流体通路、入口
    端部及び出口端部を備えた管状コイルを有し、 空気接触と熱伝達を促進するため管状コイルに設けられ
    た少なくとも一つのフィンと、 第２冷却用流体、第２流体流入通路及び第２溜めを有す
    る冷却塔と、 溜めと第２流体流入通路との間に接続された再循環用第
    ２装置を有し、管状コイルは再循環用第２装置の入口端
    部と出口端部に連続的に配置され、管状コイルを経て第
    ２流体を送って周辺空気温度を低下しかつ間接冷却器を
    通る空気の絶対湿度を維持する「請求項１５」に記載の
    ガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
17. 【請求項１７】 直接接触冷却器と冷却塔は直交流型装
    置である「請求項１６」に記載のガスタービン燃焼空気
    の空気予備冷却装置。
18. 【請求項１８】直接接触冷却器と冷却塔は向流型装置で
    ある「請求項１６」に記載のガスタービン燃焼空気の空
    気予備冷却装置。
19. 【請求項１９】 直接接触冷却器と冷却塔は並流型装置
    である「請求項１６」に記載のガスタービン燃焼空気の
    空気予備冷却装置。
20. 【請求項２０】 再循環用第１装置は、第１溜めと直接
    接触冷却器の流体流入通路との間を接続する導管及び該
    導管内に配置されて第１冷却用流体を溜めから直接接触
    冷却器流入通路に再循環させる「請求項１６」に記載の
    ガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
21. 【請求項２１】 更に、第２導管及び第２導管内に設け
    られた第２ポンプを含み、 第２ポンプは、第２導管、フィン付コイル及び冷却塔を
    経て第２冷却用流体を再循環させる「請求項２０」に記
    載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
22. 【請求項２２】 更に、ガスタービンに送る空気の温度
    及び相対湿度の一つを感知する第１装置を含み、感知装
    置は信号を供給し、第１感知装置は第２ポンプに接続さ
    れて感知信号を送り、第２ポンプは環状コイルを通して
    第２冷却剤を循環させるように作動する「請求項２１」
    に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
23. 【請求項２３】 更に、直接接触冷却器と間接蒸発式冷
    却器の下流に再熱コイルを含み、再熱コイルは入口端部
    と出口端部とを備えた流体通路を有し、 第２導管内に配置されかつ再熱コイル入口端部に接続さ
    れた連結装置、再熱コイル出口端部は連結装置下流の第
    ２導管に接続され、 連結装置は、間接蒸発式管状フィン付コイル下流の第２
    冷却用流体を受取り、第２冷却用流体を第２導管、更に
    再熱コイルに送り、燃焼空気を所定温度まで僅かに上昇
    し、相対湿度を低下すると共に接触絶対湿度を保持する
    ように動作する「請求項２１」に記載のガスタービン燃
    焼空気の空気予備冷却装置。
24. 【請求項２４】 更に、燃焼空気温度と相対湿度の一つ
    を感知して感知信号を供給する第２感知装置を含み、 第２感知装置に接続されたサーボ機構に２方弁を連結す
    る装置を含み、該サーボ機構は、第２信号に応答して上
    記弁、第２導管及び再熱コイルを連結するように動作
    し、燃焼空気温度と相対湿度を制御する「請求項２３」
    に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
25. 【請求項２５】 更に、空気予備冷却装置を通過してガ
    スタービンに達する空気流を加速するためモータ駆動フ
    ァンを含む「請求項２１」に記載のガスタービン燃焼空
    気の空気予備冷却装置。
26. 【請求項２６】 冷却用の第１流体、流体入口と流体溜
    めを備えた直接接触空気冷却器と、 冷却用の第２流体を有する間接蒸発式冷却器と、 第１冷却用流体温度を周辺空気湿球温度以下に低下する
    装置と、 第１冷却剤流体を再循環させる第１装置と、 冷却用流体温度低下装置及び直接蒸発式冷却器に対する
    第１再循環装置に溜めを連結する第１装置と、 第１冷却剤流体を流体溜めから流体温度低下装置に接続
    された第１再循環装置と、 間接蒸発式冷却器を経て第２冷却用流体を再循環させる
    第２装置と、 排出空気を再熱する装置、再熱装置は流入ポートと排出
    ポートとを有し、 間接蒸発式冷却器の下流の再熱装置流入ポートにより第
    ２再循環装置と再熱装置を連結する第２装置を含み、再
    熱装置は第２連結装置の下流の排出ポートで第２再循環
    装置に連結され、再熱装置はほぼ所定温度まで排出空気
    を暖めかつ相対湿度を一定の絶対湿度まで低下するよう
    に動作し、 湿球及び乾球温度の周辺空気、周辺空気相対湿度と周辺
    空気密度の周辺空気を受入れ、周辺温度より低い所定の
    温度及び周辺密度より大きい密度を有する空気を排出す
    るように動作することを特徴とするガスタービン燃焼空
    気の空気予備冷却装置。
27. 【請求項２７】 直接接触空気冷却器は冷却手段、空気
    入口側、空気出口側、流入通路と冷却手段を流れる第１
    冷却用流体を回収する溜めを有し、 溜めを第１循環装置と流体温度低下装置に接続して、第
    １冷却用流体を流体温度低下装置と第１再循環装置に接
    続する第１連結装置と、 直接接触冷却器流入通路に接続され、冷却用流体を溜め
    と流体温度低下装置から、流入通路と冷却手段に送り、
    空気入口側から空気出口側に送る第１循環装置と、 を含む、ガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
28. 【請求項２８】 第１冷却塔は直交流型装置である「請
    求項２７」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷
    却装置。
29. 【請求項２９】 第１冷却塔は向流型装置である「請求
    項２７」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却
    装置。
30. 【請求項３０】 第１冷却塔は並行流型装置である「請
    求項２７」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷
    却装置。
31. 【請求項３１】 所定の排出空気温度は約摂氏６.６７
    度（華氏４４度）である「請求項２７」に記載のガスタ
    ービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
32. 【請求項３２】 所定の相対湿度は８５パーセント以下
    である「請求項２７」に記載のガスタービン燃焼空気の
    空気予備冷却装置。
33. 【請求項３３】 第１再循環装置は第１ポンプ及び第１
    ポンプと直接接触冷却器流入通路とを接続する第１導管
    を含み、 第１弁、第２弁及び第２導管を有する第１連結装置、第
    ２導管は、第１弁と流体温度低下装置との間を接続し、 第１サーボ機構を有する第１弁、溜めと第２弁とに接続
    された第１弁は第１サーボ機構によって作動され、第１
    冷却用流体を溜めから第２弁と流体温度低下装置に接続
    し、 第２サーボ機構を有する第２弁、第２弁は第１ポンプと
    流体温度低下装置に接続され、第２サーボ機構は第２弁
    を作動させて、第１冷却用流体を第１弁から、更に流体
    温度低下装置から第１ポンプに接続し、直接接触冷却器
    流入通路に送出する「請求項２７」に記載のガスタービ
    ン燃焼空気の空気予備冷却装置。
34. 【請求項３４】 間接蒸発式冷却器は、第２溜めと、第
    ２溜めと冷却塔流体流入通路とを備えた冷却塔と、 貫通孔、入口端部、出口端部及び改良熱伝達のため少な
    くとも１個のフィンを有する管状コイルと、 再循環用第２装置は、第２ポンプと第３導管とを有し、
    第２ポンプは冷却塔の溜めと管状コイル入力端部との間
    に接続され、 連結用第２装置は、第３サーボ機構を有する第３弁で、
    第３弁は管状コイル出口端部、再熱コイル入力ポートと
    第３導管に連結され、第３導管は第３弁の下流の冷却塔
    流入通路に接続されて第２流体を再循環するように接続
    され、 再熱コイル出口端部は、冷却塔流入通路に対する流体移
    動のため第３導管に連結され、 第３弁は第３サーボ機構によって作動され、第３導管と
    再熱コイルを連結し、冷却塔に対する再循環のため、管
    状コイルの下流に第２流体を送る「請求項３３」に記載
    のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
35. 【請求項３５】 再熱コイルは、貫通通路と少くとも１
    個の熱交換用フィンを備えた管状部材を有し、フィンは
    燃焼空気と管状部材間の熱伝達を向上するため管状部材
    上に設けられる、 再熱装置はガスタービンの前方かつ直接及び間接蒸発式
    冷却器の下流に配置されかつ電気的に作動されて、燃焼
    空気を再熱して温度を上昇しかつ流入空気の相対湿度を
    一定の絶対湿度に低下する「請求項３４」に記載のガス
    タービン燃焼空気の空気予備冷却装置。
36. 【請求項３６】 更に、燃焼空気温度を感知するように
    動作し、第１弁、第２弁及び第３弁サーボ機構の一つに
    連結されて少くとも一つの弁と、これを通る冷却用流体
    の流通を制御する少くとも一つの感知装置を含む「請求
    項３５」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却
    装置。
37. 【請求項３７】 更に、空気予備冷却装置を通してガス
    タービンに達する空気を加速するファンを有する「請求
    項３５」に記載のガスタービン燃焼空気の空気予備冷却
    装置。
38. 【請求項３８】ａ．冷却用流体温度を周辺空気温度以下
    に低下する手段を準備する過程と、 ｂ．溜めと温度低下装置を連結装置によって接続する過
    程と、 ｃ．冷却用流体を溜めから流体温度低下装置に送り、流
    体温度を周辺空気温度以下に低下する過程と、 ｄ．流体温度低下装置と再循環装置とを連結し、この低
    温流体を冷却器入口と直接蒸発式冷却器に送る過程と、 ｅ．低温流体を有する直接蒸発式冷却器を通して周辺空
    気を送り、周辺空気温度流体によって冷却された温度以
    下に周辺空気の温度を低下し、低温空気をガスタービン
    に送る過程と、 を含み、溜めを備えた直接蒸発式冷却器、流体入口及び
    直接蒸発式冷却器を通して再循環される冷却用流体、上
    記流体を溜めと流体入口との間で再循環させる装置及び
    溜めと再循環装置とを連結する装置、を含む装置によっ
    て供給されかつ周辺空気密度より大きい空気密度を有す
    る低温空気を、ほぼ周辺空気温度の流体で冷却される空
    気温度よりも低い温度でガスタービンに供給することを
    特徴とするガスタービンに低温空気を供給する空気予備
    冷却方法。
39. 【請求項３９】 ａ．冷却用流体を受取り、この温度を
    低下する熱貯蔵ユニットを有する氷冷却器装置を設ける
    過程と、 ｂ．溜めと熱貯蔵装置を連結装置に接続して、上記流体
    を熱貯蔵ユニットに送る過程と、 ｃ．冷却用流体を溜めから熱貯蔵ユニットに送り、冷却
    用流体を周辺空気温度以下に低下する過程と、 ｄ．熱貯蔵ユニットを再循環装置に連結し、低温流体を
    入口と冷却器に送る過程と、 ｅ．直接接触空気冷却器に周辺空気を低温流体と共に送
    り、空気温度を低下しかつ周辺空気温度流体で冷却され
    る空気温度より低い温度の空気をタービンに供給する過
    程と、 を含み、溜めを備えた直接接触空気冷却器、流体入口及
    び直接接触冷却器を通して再循環される冷却用流体、流
    体を溜めと入口との間で再循環させる装置及び溜めと再
    循環装置とを連結する装置、を含む装置によって供給さ
    れかつ周辺空気密度より大きい空気密度を有する低温空
    気を、ほぼ周辺空気温度で冷却される空気で冷却される
    空気温度よりも低い温度でガスタービンに供給すること
    を特徴とするガスタービンに低温空気を提供する空気予
    備冷却方法。
40. 【請求項４０】 更に、 ａ．周辺空気を受取り、この
    温度を周辺空気温度以下の第２温度に低下するように動
    作する間接蒸発式冷却器を準備する過程と、 ｂ．間接蒸発式冷却器を通る外気を転換して、ガスター
    ビン及び直接接触冷却器の一つに送る過程と、 ｃ．直接接触冷却器内の第２温度の空気温度の温度を低
    下して、第２温度と第１低下温度よりも低い第３温度で
    ガスタービンに低温空気を供給する過程とを含む「請求
    項３９」に記載の空気を供給する空気予備冷却方法。
41. 【請求項４１】 更に、 ａ．ガスタービンに対する低温空気を再熱する装置を設
    ける過程と、 ｂ．直接接触冷却器と間接蒸発式冷却器からの空気を再
    熱装置に送る過程と、 ｃ．再熱装置を通る空気をタービンに移送するため、所
    定の相対湿度よりも低い相対湿度で所定の第４温度まで
    上昇する過程を含む「請求項４０」に記載のガスタービ
    ンに低温空気を供給する空気予備冷却方法。
42. 【請求項４２】 冷却用の第１流体、流体入口と溜めを
    有しかつ空気を受取りかつ空気温度を低下できる直接接
    触冷却器と、 第１冷却剤温度を外気湿球温度以下に低下する装置、低
    温流体は空気温度を空気の湿球温度以下に低下しかつ空
    気絶対湿度を低下し、 第１再循環装置と流体温度低下装置を連結して、消費さ
    れた第１冷却用流体を溜めから送り、更に再循環装置と
    流体温度低下装置に対する冷却用流体流を転換かつ制御
    して、所定の流体温度の冷却用流体を直接接触冷却器に
    送る連結装置と、 第１冷却剤流体を直接接触冷却器の流体入口に再循環さ
    せる第１装置と、 及び冷却用の第２流体を有する間接蒸発式冷却器と、 間接蒸発式冷却器に連結され、流体温度を低下する第２
    装置と、 間接蒸発式冷却器と第２冷却用流体との間に連結された
    第２冷却用流体を、第２温度低下装置と間接蒸発式冷却
    器に再循環させる第２装置と、を含み、 間接蒸発式冷却器は、外気温度を低下するため外気を受
    取り、これを直接接触冷却器及び空気使用装置の一つに
    送るように動作し、 湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と周辺空気密度の周辺
    空気を受取り、これを周辺空気温度よりも低い第２温度
    と、周辺空気密度よりも大きい密度の空気を提供するよ
    うに動作することを特徴とする空気予備冷却装置。
43. 【請求項４３】 冷却用の第１流体、流体入口及び流体
    溜めを有する直接接触空気冷却器と、 冷却用の第２流体を有する間接蒸発式冷却器と、 第１冷却用流体の温度を外気の湿球温度以下に低下する
    装置と、 第１冷却用流体を再循環させる装置と、 冷却用流体温度低下装置と直接蒸発式冷却器に対する第
    １再循環装置に溜めを連結する装置と、 第１冷却剤流体を流体溜めから流体溜めの入口と流体温
    度低下装置に移送するように接続された再循環装置と、 間接蒸発式冷却器を通して第２冷却用流体を再循環させ
    る第２装置と、 排出装置を再熱する装置、再熱装置は再熱装置入口ポー
    トと排出ポートとを有し、 第２再循環装置と再熱装置を間接蒸発式冷却器の下流の
    再熱装置入口ポートで連結する第２装置、を含み、 再熱装置は第２連結装置の下流の排出ポートで第２再循
    環装置に連結され、再熱装置は排出空気をほぼ所定の温
    度まで暖めかつ相対湿度を一定の絶対湿度まで低下する
    ように動作し、 湿球及び乾球温度、周辺相対湿度と周辺空気密度の周辺
    空気を受取り、これを周辺温度より低い所定温度と、周
    辺空気密度より大きい密度の空気を排出するように動作
    することを特徴とする空気予備冷却装置。
44. 【請求項４４】 更に、間接蒸発式冷却器の下流かつ第
    ２循環装置の上流に連結された第１冷却塔を含む「請求
    項４３」に記載の空気予備冷却装置。
45. 【請求項４５】 第１冷却用流体の温度を低下する装置
    は、冷凍用の冷却剤を使用する製氷プラントを有し、 上記装置は更に、製氷プラントに連結されてこのプラン
    トと共に動作する第２冷却塔を含む「請求項４４」に記
    載の空気予備冷却装置。