JPH06147781A - ガスタービン用空気冷却装置（２） - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンの燃料用ＬＮＧの冷熱を利用し
て、ガスタービン用燃焼空気を冷却する装置を提供す
る。 【構成】 ガスタービン用空気冷却装置１０は、少なく
とも１段の伝熱手段１４を備えている。伝熱手段は、伝
熱管２２と、その下に設けられた空気通過自在な伝熱媒
体２４とからなり、かつ複数段上下に積み重ね得るよう
にしたものである。更に、伝熱手段の最上段上に配置さ
れて、不凍液を下方の伝熱管に散水する散水ノズル１６
と、伝熱手段と散水ノズルとを収容し、かつ伝熱媒体を
通過するように空気を流す空気流路１２と、散水された
不凍液を空気流路の底部から再び散水ノズルに循環する
循環ポンプ３４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン用空気冷
却装置に関し、特に詳細にはガスタービン用燃料として
消費される液化天然ガスの一部又は全部を利用してガス
タービン用燃焼空気を冷却し、それによりガスタービン
の最大出力を増大しかつ熱消費率（Heat Rate)を向上さ
せる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電用ガスタービン、特に都市近郊
に立地した火力発電所で稼働する発電用ガスタービン
は、燃料としてその低公害性を理由に一般に液化天然ガ
スを使用している。液化天然ガスは、メタンを主成分と
する天然ガスを加圧、冷却して液化したものであって、
ＬＮＧと略称される。以下、本明細書でも、液化天然ガ
スをＬＮＧと言い、再ガス化した天然ガスをＮＧと言う
ことにする。メタンは常圧下で１１３Ｋ（−１６０°
Ｃ）に冷却すれば液体となり、その体積は、常温、常圧
の気体に比べて約１／６００に減少する。産地でこのよ
うに液化したものを冷凍タンカーで輸送する。従来、発
電所では、主として海水の熱を利用してＬＮＧを再びガ
ス化し、発電用ガスタービンの燃料として使用してい
る。

【０００３】一方、最近の電力の需要は、夏期日中のピ
ーク時と、他の時期のオフピーク時との差が大きく、特
に都市近傍でその傾向が著しい。需要を賄うために発電
所を建設しようにも、発電所立地に適合する用地を手当
てするのは、現今極めて難しい状況にある上に、夏期の
ピーク時に合わせて発電能力を増強するのは、経済的に
も不合理である。そこで、既存の発電所の能力を最大限
発揮させて、夏期日中のピーク時の電力需要を賄うこと
が重要になっている。この見地から、既存の発電用ガス
タービンの最大出力を何らかの手段で増強することは、
極めて緊急を要する問題である。

【０００４】ところで、ガスタービンの最大出力は、同
じフレームであっても、その燃焼用空気の入口温度が低
いほど増大する。例えば、空気の入口温度が３５°Ｃで
のガスタービンの最大出力を１００％とすると、空気の
入口温度を４°Ｃまで冷却したと想定するならば、出力
が約２２％増加して、最大出力は、約１２２％となる。
また、同じフレームのガスタービンの熱消費率（単位仕
事出力当たりの熱入力）は、その燃焼用空気の入口温度
が低い程減少する。即ち、同一の出力値を出力するのに
必要な熱エネルギーの量が減少する。例えば、空気の入
口温度が３５°Ｃでの熱消費率を１００％とすると、空
気の入口温度を４°Ｃまで冷却したと想定するならば、
熱消費率は、約９１乃至９２％の値に減少する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ガスタ
ービンの燃焼用空気を冷却することは、ガスタービンの
最大出力を増大させ、かつ熱消費率を向上させるので、
省エネルギーの点からも望ましいことである。そこで、
空気に水又は冷水を噴霧して冷却する試みがなされて来
たが、単に水を噴霧するだけでは、空気はそれ程冷却さ
れず、まは冷水を噴霧するためには冷凍装置等を設置す
る必要が生じて、多額な設備費の割に効果が小さかっ
た。また、冷水を噴霧してガスタービン用燃焼空気を冷
却する一つの方法として、氷蓄熱技術の利用が米国で試
みられている。これは、電力需要のオフピーク時に発電
された余剰の電力を利用して氷を製造し、電力需要のピ
ーク時にその氷に水を混ぜて冷水を作り、その冷熱を使
用して空気を冷却することにより、ガスタービンの最大
出力を上げようとするものである。しかし、いずれも、
その実用化は今後の課題であって、今までのところ、決
め手を模索中であると言うのが実情である。

【０００６】一方、ＬＮＧをガス化するには、約８３６
KJ/Kg の大きな熱量を必要とする。この冷熱を使用して
ガスタービン用燃焼空気を冷却することは、以上の問題
を解決する上で望ましいことであるが、かかる冷却方法
は、従来実用化されていなかった。それは、ＬＮＧの気
化温度が−１６２°Ｃと言う極めて低い温度なので、冷
熱源として使用すると、その温度が低すぎて空気中の水
分が熱交換器の伝熱面で凍結する等の問題が生じ、その
取扱が難しかったことによる。

【０００７】以上の事情に鑑み、本発明は、ガスタービ
ンの燃料用ＬＮＧの冷熱を利用して、ガスタービン用燃
焼空気を冷却する新規な装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＬＮＧの冷
熱を利用して空気を冷却する方法及び装置を研究した結
果、第１には不凍液を中間冷媒として使用することに着
眼した。それは、ＬＮＧを冷熱源とし、熱交換器で空気
をＬＮＧにより直接冷却する方法では、ＬＮＧの低い温
度のため、熱交換器の伝熱面の温度が０°Ｃ以下に下が
り、空気中の水が、その伝熱面で凍結し、更に成長して
最終的には伝熱面の全面に厚く氷層を形成する。そし
て、氷層が形成した熱交換器は、氷層の低い熱伝導率の
ため、および成長した氷層が空気の流路を閉塞させて、
最早や熱交換器の用を成さなくなるからである。また、
本発明者は、第２には中間冷媒として使用する不凍液を
装置内で凍結させないようにすることが必要であると認
識した。

【０００９】上記目的を達成するために、かかる知見に
基づいて、本発明に係るガスタービン用空気冷却装置
は、伝熱管と、その下に設けられた空気通過自在な伝熱
媒体とからなり、かつ複数段上下に積み重ね得るように
した伝熱手段の少なくとも１段と、伝熱手段の最上段上
に配置されて、不凍液を下方の伝熱管に散水する散水ノ
ズルと、伝熱手段と散水ノズルとを収容し、かつ伝熱媒
体を通過するように空気を流す空気流路とを備え、散水
ノズルより散水された不凍液が、伝熱管に接触して該伝
熱管内を流れる液化天然ガスにより冷却されると共に該
液化天然ガスを気化させ、次いで伝熱媒体に流下し、該
伝熱媒体を通過する空気を冷却する働きを伝熱手段の段
数だけ繰り返すようにされたことを特徴としている。

【００１０】本発明で使用する伝熱管は、常用の金属管
でよい。ＬＮＧと不凍液との間の総括伝熱係数は比較的
高く、不凍液と空気との間の総括伝熱係数は比較的低い
ことから、伝熱媒体は、伝熱管の伝熱面積に比べて、比
較的広い伝熱面積を必要とする。そのため、伝熱媒体に
は、単位体積当たり高い伝熱面積を有し、かつ冷却され
る空気が通過自在な充填物を使用する。例えば網状体又
はエキスパンドメタル板を縦方向に離隔して並べてなる
集合体、球面に多数の孔を有する球殻を集合した集合
体、ラシヒリングを充填してなる充填体等を挙げること
ができる。散水ノズルは、下方に散水孔を多数備えたパ
イプで形成されている。望ましくは、不凍液を伝熱管群
に均等に散水するように散水ノズルを配置する。散水ノ
ズルから散水する不凍液の流量は、伝熱媒体の表面が不
凍液によって濡れて表面が露出しないようにする流量で
あって、好適には、その値は実験的又は経験的データか
ら伝熱媒体の底面積当たり５００ L/Min程度である好適
には、循環ポンプを備えて、散水された不凍液を空気流
路の底部から再び散水ノズルに循環する。

【００１１】本発明で使用する不凍液は、市場で入手容
易な既知の不凍液を使用できる。好適には、少なくとも
−４０°Ｃの温度で凍結しない不凍液を使用する。その
例には、エチレングリコールの含有率が約５２から約８
４wt％のエチレングリコール水溶液、プロピレングリコ
ールの含有率が約５６wt％以上のプロピレングリコール
水溶液、トリエチレングリコールの含有率が約６２から
約７７wt％のトリエチレングリコール水溶液等を挙げる
ことができる。

【００１２】以下に、本発明に係るガスタービン用空気
冷却装置において、不凍液を凍結させないようにしてＬ
ＮＧにより空気を冷却する条件を説明する。ＬＮＧの温
度をＴ_L （°Ｃ）、空気の入口温度をＴ_AI（°Ｃ）、出
口温度をＴ_AO（°Ｃ）、不凍液の冷却前温度、即ち伝熱
管に触れる前の温度をＴ_FI（°Ｃ）、冷却後温度、即ち
伝熱管を離れる温度をＴ_FO（°Ｃ）とする。ＬＮＧから
不凍液への伝熱量Ｑ₁ は、伝熱管群の伝熱面積をＡ₁ 、
ＬＮＧから不凍液への熱伝達に対する伝熱管の総括伝熱
係数勢をｈ₁ とすれば、近似的に Ｑ₁ ＝ｈ₁ ・Ａ₁ ( Ｔ_FO−Ｔ_L ） （１）

【００１３】一方、空気から不凍液への伝熱量Ｑ₂ は、
伝熱媒体の伝熱面積をＡ₂ 、不凍液から空気への熱伝達
に対する伝熱媒体の総括伝熱係数勢をｈ₂ とし、Ｔ_A ＝
（Ｔ_AI＋Ｔ_AO）／２とすれば、近似的に、 Ｑ₂ ＝ｈ₂ ・Ａ₂ ( Ｔ_A −Ｔ_FO） （２） 定常状態では、Ｑ₁ ＝Ｑ₂ であるから、 Ｔ_FO＝（ｈ₁ Ａ₁ Ｔ_L ＋ｈ₂ Ａ₂ Ｔ_A ）／（ｈ₁ Ａ₁ ＋ｈ₂ Ａ₂ ） （３）

【００１４】ところで、ＬＮＧから不凍液への熱伝達は
液体−液体の熱伝達であるから、総括伝熱係数ｈ₁ は
１，０００〜２，０００Kcal/m²h°C と大きく、一方、
不凍液から空気への熱伝達は、気体−液体の熱伝達であ
るから、総括伝熱係数ｈ₂ は１０〜３０Kcal/m²h°C と
極めて小さい。凍結温度が−４０°Ｃの不凍液を使用す
る場合に、Ｔ_L を−１６２°Ｃ、Ｔ_Aを１５°Ｃとする
と、不凍液を凍結させないように例えばＴ_FO＝−３０°
Ｃとするためには、式（３）と上述のｈ₁ 及びｈ₂ の値
から伝熱媒体の伝熱面積Ａ₂ を伝熱管の伝熱面積Ａ₁ の
約１７０倍以上にする必要がある。空気が−３０°Ｃの
不凍液に触れても、不凍液は水を溶解する溶解性が高い
ので、空気中の水分は、不凍液に吸収される。また、伝
熱媒体は、図４に示すようにその全面が不凍液で濡れて
いて低温の表面を露出していないので、空気が低温の伝
熱媒体表面に直接触れて、そこで空気中の水分が凍結す
るようなことはない。

【００１５】別法として、ｈ₁ を強制的に低下させて不
凍液を凍結させないようなやり方もある。例えば、ｈ₁
を上述の値の１０分の１位に低下させ、Ａ₂ をＡ₁ の約
１７倍以上にするやり方である。ｈ₁ を強制的に低下さ
せるために、上述の伝熱管の周りに合成樹脂等の熱伝導
率の低い材料で被覆する方法もあるが、好適には、スポ
ンジ状合成樹脂、メタルウール等で吸水性被覆層を形成
し、該吸水性被覆層に前記不凍液を吸収、凍結させて伝
熱管群の総括伝熱係数ｈ₁ の大きさを調節する。凍結層
の熱伝導度が小さいので、凍結層の厚さに応じて総括伝
熱係数ｈ₁ は顕著に低下する。従って、吸水性被覆層の
厚さを調節すれば、所望の総括伝熱係数ｈ₁ を得ること
が可能である。また、吸水性被覆層を予め伝熱管に形成
することにより、均一な厚さの凍結層を形成することが
できる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係るガ
スタービン用空気冷却装置（以下、簡単のために装置と
略称する）の一実施例の模式的断面図である。図２は図
１に示す装置の伝熱手段を示す斜視図であって、伝熱管
と伝熱媒体とから構成されている。図３（ａ）は伝熱管
の配置図であり、図３（ｂ）は管外面に吸水性被覆層を
備える伝熱管の断面図である。図４は伝熱媒体の例を模
式的に示したものであり、図５は伝熱管から流下する不
凍液が伝熱媒体の表面を流下する状態を示す説明用の模
式的断面図である。

【００１７】装置１０は、ＬＮＧを燃料とするガスター
ビン（図示せず）に供給する燃焼空気を冷却する装置で
あって、容器１２と、容器１２内に多段に積み重ねられ
た伝熱手段１４と、最上段の伝熱手段１４の上に配設さ
れた不凍液の散水ノズル１６とを備えている。不凍液に
は、例えば凍結温度が−４０°Ｃ以下になる不揮発性の
エチレングリコールの７０wt％水溶液を使用する。容器
１２は、伝熱手段１４及び散水ノズル１６を収容すると
共に伝熱手段１４を通過する空気の空気流路を兼ねて箱
型に形成されており、空気は空気入口ダクト１８から容
器１２に流入し、内部で冷却された後空気出口ダクト２
０から流出してガスタービン（図示せず）に入る。

【００１８】図２に示すように、伝熱手段１４は、冷熱
を供給するＬＮＧが流れる多数の伝熱管２２とその下に
設けられた伝熱媒体２４とから構成されている。伝熱管
２２は、散水ノズル１６から散水された不凍液と管内を
流れるＬＮＧとの間で熱交換させてＬＮＧの冷熱により
不凍液を冷却させるためのもので、図３（ａ）に示すよ
うに、相互に平行にかつ上下２段に千鳥状に配置され、
上段及び下段のそれぞれの管間隔は伝熱管の外径２ｒの
２倍に等しく、上段の伝熱管群と下段の伝熱管群との段
間隔は伝熱管の外径２ｒに等しい。

【００１９】本実施例では、伝熱管２２は、図３（ａ）
に示すように、ステンレス鋼管２６とその上に形成され
た吸水性材料、例えばスポンジ状合成樹脂、メタルウ−
ル等の被覆層２８とから形成されている。吸水性被覆層
２８は、吸水性被覆層に不凍液中の水を吸水させて伝熱
管２２の周りに吸水性被覆層とほぼ同じ厚さの均一な凍
結氷層を予め計画的に形成するためのものである。一般
には、直径１０〜３０mmの伝熱管の周りに１０〜３０mm
の厚さにスポンジ等の吸水性の材料を被覆する。凍結氷
層の熱伝導率は非常に低いので、既知の式から算出した
所定の厚さの凍結氷層を形成すれば、凍結氷層の外表面
の温度を不凍液の凍結温度より高くすることができる。
これにより、凍結氷層の外側で不凍液が凍結することを
防止することができる。

【００２０】伝熱媒体２４は、図４に示すように、伝熱
管群２２の下にほぼ接するようにして配置されており、
伝熱管２２で冷却された不凍液Ｎによって伝熱媒体２４
を通過する空気を冷却する伝熱媒体である。伝熱管２２
で冷却された不凍液Ｎは、伝熱媒体２４の表面を流下
し、その間に空気と接触して、或いは不凍液Ｎによって
冷却された伝熱媒体２４と空気とを接触させることによ
り、空気を冷却する。図４では、空気は、紙面に直交す
る方向に流れているものとする。

【００２１】伝熱媒体２４は、空気が通過し易く、不凍
液を保持し易く、かつ単位体積当たりの伝熱面積が大き
いものが望ましい。本実施例では、伝熱媒体２４は、長
さ３０〜１００cmで適当な幅のステンレス鋼製又は合成
樹脂製の網状体を約３〜２０mmの間隔で離隔して相互に
平行に長さ方向に直立させたものである。伝熱媒体の例
としは、図５に例示するように、網状体、或いは所謂エ
キスパンドメタル板を離隔して相互に平行に直立させた
もの、或いは小型の籠体を多数集合させたもの等ある。
図５（ａ）に示す網状体２４は格子状の網を有し、図５
（ｂ）に示すエキスパンドメタル板２４は、切れ目２５
を広げるように両縁部から引っ張った物であり、図５
（ｃ）の小型籠体２４は、複数の円形フレーム２７から
なる球殻である。

【００２２】伝熱管２２と伝熱媒体２４とからなる伝熱
手段１４は、図１に示すように（但し、図１では簡単の
ため３段のみ図示）空気と不凍液との熱交換量に応じて
上下に例えば１０〜２０段重ねて配置される。伝熱管２
２の各々は、上下の伝熱手段１４の間で相互に接続され
て上から下まで連続した１本の管を形成する。ＬＮＧ
は、流入管２９を介して最下部の伝熱手段１４の伝熱管
２２に流入し、気化しながら順次上の伝熱手段１４の伝
熱管２２に向かって流れてゆき、最終的には最上段の伝
熱管２２からＮＧとなって流出管３１経由流出し、ガス
タービン（図示せず）に入る。

【００２３】散水ノズル１６は、図１に示すように、小
さな散水用の孔を下向きに開けた散水パイプを最上段の
伝熱手段１４の伝熱管２２群の直ぐ上に多数相互に平行
に並べて配置したものであって、ヘッダー３０を介して
不凍液が均等に各散水パイプに分散され、その孔から不
凍液が下方に散水される。散水ノズル１６から散水され
た不凍液は、伝熱管２２により冷却された後伝熱媒体２
４を流下して空気を冷却し、不凍液は温度が上がる。次
いで、温度の上がった不凍液は、下の段の伝熱管２２で
再び冷却される。以下、上述の働きと同様のことを行
い、順次下段に流下し、最終的に容器１２の底部の不凍
液溜まり３２に滞留する。

【００２４】装置１０は、循環ポンプ３４を備えて、不
凍液溜まり３２に滞留している不凍液を再び散水ノズル
１６に循環させている。不凍液は、伝熱手段１４を流下
して空気と接触している間に空気中の塵埃及び水分を吸
収して不凍液が汚れると共に濃度が低下する。そのた
め、本実施例では、不凍液を電気ヒータ、ガスバーナ、
或いはガスタービンの高温排ガス等により加熱して、そ
の水分を蒸発させると共に、またはＬＮＧ冷熱で不凍液
を積極的に凍結させて水として分離すると共に汚れ物質
を濾過して分離する不凍液濃縮兼清浄装置３６を装置１
０に付帯して設け、濃縮ポンプ３８により不凍液溜まり
３２から不凍液の一部を抜き出して不凍液濃縮兼清浄装
置３６に送り、そこで処理した不凍液を再び不凍液溜ま
り３２に戻すようにしている。

【００２５】具体例 出力が１００，０００KWの典型的なガスタービンに使用
する空気冷却装置を例に取り、具体例を説明する。ガス
タービンの所要入力は、熱効率を２９．８％とすると３
３６，０００Kw(KJ/Sec) である。従って、気化天然ガ
ス（以下、簡単のためＮＧと略称する）の発熱量を５
６，０００KJ/Kg とすると、所要ＮＧ量は、３３６，０
００KJ/Sec／５６，０００KJ/Kg ＝６．０kg/Secとな
る。所要空気量Ｆ_A ( kg/Sec) は、理論空気量を１０．
５２として８７．５Nm³/Sec 、又は１１４kg/Secとな
る。

【００２６】夏期のピークロード時の運転を想定して、
空気入口温度Ｔ_AIを３５°Ｃ、出口温度Ｔ_AOを２°Ｃと
すると、空気を冷却するに要する所要冷却熱Ｑは、空気
の比熱Ｃ_A を０．２４(Kcal/Kg°C)、即ち１．０ KJ/Kg
°C とすれば、 Ｑ＝Ｆ_A ・（Ｔ_AI−Ｔ_AO）・Ｃ_A ＝１１４・（３５−２）・１．０ ＝３，７６２KJ/Sec＝３，２００，０００Kcal/Hr

【００２７】一方、ＬＮＧの−１６０°Ｃから−１０°
Ｃまでの気化熱と顕熱とを利用するとすれば、その冷熱
量は、８３６KJ/Kg である。従って、所要ＮＧ量を気化
させるために得られる冷熱量は、８３６KJ/Kg ×６．０
kg/Sec＝５，０１６KJ/Secとなるので、空気を冷却する
冷熱量は、利用できる全冷熱量の約７５％となる。従っ
て、ＬＮＧの２５％は、他の方法、例えば従来の海水に
よる方法によって気化させることになる。使用する不凍
液は、エチレングリコールを７０wt％溶解したエチレン
グリコール水溶液であって、その凍結温度は、−４０°
Ｃ以下である。

【００２８】前述の式（３）、即ち Ｔ_FO＝（ｈ₁ Ａ₁ Ｔ_L ＋ｈ₂ Ａ₂ Ｔ_A ）／（ｈ₁ Ａ₁ ＋ｈ₂ Ａ₂ ） （３） において、ＬＮＧの温度Ｔ_L を−１６０°Ｃ、空気の平
均温度Ｔ_A を１５°Ｃ（空気が３５°Ｃから２°Ｃに冷
却される際の平均温度とする）の条件で、不凍液の冷却
後の温度Ｔ_FOを−３０°Ｃとするためには、 ｈ₂ Ａ₂ ／ｈ₁ Ａ₁ ＝２．９ （４）

【００２９】ここで、伝熱媒体２４の総括伝熱係数ｈ₂
をｈ₂ ＝２０ Kcal/m²h °c とする。

【００３０】次に伝熱手段１４を構成する伝熱管２２及
び伝熱媒体２４の所要伝熱面積Ａ₁、及びＡ₂ を求め
る。図６において、全伝熱手段１４の奥行きＷを５ｍ、
伝熱手段１４を通過する空気の速度Ｕを２m/Sec とする
と、通過空気量は８７．５m³/Sec故、伝熱手段の高さＨ
は、 Ｈ＝８７．５／（２×５）＝８．７５ｍ。 伝熱管２２の吸水性被覆層の外側面積Ａ₁ は、図３
（ａ）から、 Ａ₁ ＝２πｒＷｎ （ｎ：伝熱管２２の上下２段の本
数） ２ｒｎ＝Ｌ、ｎ＝Ｌ／２ｒ ∴Ａ₁ ＝πＬＷ

【００３１】一方、Ａ₂ ＝２Ｌ′Ｗｎ′ （Ｌ′：伝熱
媒体の高さ、ｎ′：枚数） ここで、伝熱媒体２４の間隔を０．０１５ｍとすると、
Ｌ＝０．０１５ｎ′、ｎ′＝６６．６Ｌ から Ａ₂ ＝１３３ＬＬ′Ｗ Ａ₂ ／Ａ₁ ＝（１３３ＬＬ′Ｗ）／（πＬＷ）＝４２．
４Ｌ′ Ｌ′＝０．５ｍとすると、Ａ₂ ／Ａ₁ ＝２１．２

【００３２】ここでＡ₂ ／Ａ₁ ＝２０と設定すると、式
（４）からｈ₂ Ａ₂ ／ｈ₁ Ａ₁ ＝２．９である故、ｈ₂
／ｈ₁ ＝０．１４５ ｈ₂ ＝２０ Kcal/m² h°C である故、ｈ₁ ＝１３８ Kca
l/m² h°C となる。次に、総括伝熱係数ｈ₁ が１３８ K
cal/m² h°C であるような伝熱管２２を算出する。凍結
層の伝熱が支配的であるから、近似的に ｈ₁ ＝λ／ｄ （６） の関係が成立する。ここで、ｄは凍結層の厚さ、又は被
覆層の厚さ（ｄ＝ｒ−ｒ_o ）であり、ｈ₁ を１３８ Kca
l/m² h°C 、氷の熱伝導度λを１．８９ Kcal/m h °C
とすると、ｄ＝１４mmとなる。よって、外径２７mmのス
テンレス鋼管を伝熱管として使用し、その上に厚さ１４
mmのスポンジ状材料の被覆層２８を形成する。

【００３３】ＬＮＧから不凍液への伝熱量Ｑ₁ は、 Ｑ₁ ＝Ｑ＝３，２００，０００＝Ａ₁ ｈ₁ （Ｔ_FO−
Ｔ_L ） Ｔ_FO＝−３０°Ｃ、Ｔ_L ＝−１６０°Ｃであるから、 所要伝熱面積Ａ₁ は、Ａ₁ ＝１７８ｍ² 伝熱手段を１５段重ねるとすると、 Ａ₁ ＝１７８＝１５πＬＷ ∴Ｌ＝０．７６ｍとなる。 またｎ＝Ｌ／２ｒ＝０．７６／（２×０．０２７５）＝
１４ ｎ′＝６６．６Ｌ＝６６．６×０．７６＝５１ 散水ノズルから散水する不凍液の流量は、伝熱媒体の表
面が不凍液によって濡れて表面が露出していないように
する流量であって、その値は、経験値から伝熱媒体の底
面積当たり５００ L/Minであるから、本具体例では、Ｌ
×Ｗ×５００＝１，９００ L/Minである。

【００３４】以上説明した具体例を要約すれば、出力が
１００，０００KWの典型的なガスタービンに使用する空
気冷却装置１０の伝熱手段１４は、１５段からなり、そ
の１段は、伝熱管２２として厚さ１４mmのスポンジ状材
料の吸水性被覆層２８を有する外径２７mm、長さ５ｍの
上下二段で総数１４本のステンレス鋼管群と、伝熱媒体
として間隔１５mmで平行に離隔して配設された高さ０．
５ｍ奥行き５ｍの５１枚の網状体とからなる。伝熱手段
１４の全体寸法は、高さＨが８．７５ｍ、幅Ｌが０．７
６ｍ、奥行きＷが５ｍである。本実施例は、上述した具
体例に示すように、コンパクトな構造でかつ簡単な構成
の冷却装置であって、これにより不凍液を介してＬＮＧ
で空気を容易に冷却することができる。また、本実施例
では、２°Ｃの空気をガスタービンに送入することによ
り、３５°Ｃの空気を送入する場合に比べて、最大出力
を約２４％大きくすることが可能であり、また熱消費率
を１２％軽減することが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、上記構成により、散水
ノズルより散水された不凍液が、伝熱管に接触して該伝
熱管内を流れる液化天然ガスを気化させつつ冷却され、
次いで伝熱媒体に流下し、該伝熱媒体を通過する空気を
冷却することにより、空気中の水分凍結により冷却機能
が低下したり、また空気流路が閉塞したりすることがな
いばかりでなく、簡単な構成でかつコンパクトな構造の
ガスタービン用空気冷却装置を実現している。本発明に
係るガスタービン用空気冷却装置を使用することによ
り、ガスタービンの最大出力を増大し、かつ熱消費率を
低下させて所要ＬＮＧ量を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン用空気冷却装置の一
実施例の模式的断面図である。

【図２】図１に示す装置の伝熱手段を構成する伝熱管と
伝熱媒体との構成を示す斜視図である。

【図３】図３（ａ）は伝熱管の配置図であり、図３
（ｂ）は管外面に吸水性被覆層が形成された伝熱管の断
面図である。

【図４】伝熱管から流下する不凍液が伝熱媒体の表面を
流下する状態を示す説明用の模式的断面図である。

【図５】図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、伝熱媒体の
例を模式的に示したものである。

【図６】図６（ａ）は本発明に係るガスタービン用空気
冷却装置の具体例で使用する伝熱手段の説明用斜視図で
あり、図６（ｂ）は同じく伝熱管の説明用断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 本発明に係るガスタービン用空気冷却装置の一実
施例 １２ 容器 １４ 伝熱手段 １６ 散水ノズル １８ 空気入口ダクト ２０ 空気出口ダクト ２２ 伝熱管 ２４ 伝熱媒体 ２５ 邪魔板 ２６ ステンレス鋼管 ２８ 吸水性被覆層 ３０ ヘッダー ３２ 不凍液溜まり ３４ 循環ポンプ ３６ 不凍液濃縮兼清浄装置 ３８ 濃縮ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝熱管と、その下に設けられた空気通過
   自在な伝熱媒体とからなり、かつ複数段上下に積み重ね
   得るようにした伝熱手段の少なくとも１段と、 前記伝熱手段の最上段上に配置されて、不凍液を下方の
   前記伝熱管に散水する散水ノズルと、 前記伝熱手段と前記散水ノズルとを収容し、かつ前記伝
   熱媒体を通過するように空気を流す空気流路とを備え、 前記散水ノズルより散水された不凍液が、前記伝熱管に
   接触して該伝熱管内を流れる液化天然ガスにより冷却さ
   れると共に該液化天然ガスを気化させ、次いで前記伝熱
   媒体に流下し、該伝熱媒体を通過する空気を冷却する働
   きを前記伝熱手段の段数だけ繰り返すようにされたこと
   を特徴とするガスタービン用空気冷却装置。
2. 【請求項２】 前記伝熱管の周りに吸水性被覆層を形成
   し、該吸水性被覆層に前記不凍液を吸収、凍結させて前
   記伝熱管の総括伝熱係数の大きさを調節するようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン用空気
   冷却装置。