JPH0754668A

JPH0754668A - 蓄熱式ガスタービン空気冷却装置

Info

Publication number: JPH0754668A
Application number: JP21916593A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kanda; 哲郎神田
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-02-28

Abstract

(57)【要約】【目的】設備が簡易でかつ運転容易な経済的蓄熱式ガ
スタービン空気冷却装置を提供する。【構成】蓄熱式ガスタービン空気冷却装置１０は、蓄
熱されたＬＮＧの冷熱を使用してガスタービンに送入す
る空気を冷却する装置であって、空気を水によって冷却
する冷却器１２、蓄熱装置１４及び循環系１６を備えて
いる。蓄熱装置は、水を収容する水槽２２と、水槽内に
設けたＬＮＧを流す伝熱管２４とを有し、ＬＮＧの冷熱
により伝熱管周りの水を結氷させて冷熱を蓄熱する。循
環系は、ポンプ３６を有して、冷却器と蓄熱装置との間
で水を循環する。電力需要のオフ・ピーク時には蓄熱装
置内で製氷して冷熱の蓄熱を行い、電力需要のピーク時
には循環系を駆動して水を循環し、蓄熱装置の氷の解氷
を行いつつその冷熱で以て空気を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱されたＬＮＧの冷
熱を使用して、ガスタービンに送入する空気を冷却する
蓄熱式ガスタービン空気冷却装置に関し、更に詳細には
電力需要のオフ・ピーク時に蓄熱した冷熱を電力需要の
ピーク時に使用してガスタービンの軸出力を上げると共
に熱消費率を上げ、電力需要のピークに対処しようとす
るための蓄熱式ガスタービン空気冷却装置に関する。

【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。ところで、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。しかも、電力需
要の最も大きいピーク時である真夏の１２時から１６時
まではガスタービンの燃焼空気の温度が上がるため、ガ
スタービンの出力が低下する。

【０００３】ところで、ガスタービンの最大出力は、そ
の燃焼用空気の入口温度を低くするほど、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、熱消費率
は、約９１〜９２％に向上する。

【０００４】そこで、燃料としてガスタービンで使用す
るＬＮＧを気化させる際に発生する冷熱を使って、ガス
タービンに送入する空気を冷却する試みがなされ、種々
の提案がなされている。例えば、実開昭５７−１７４７
３０号公報は、「液化石油ガスや液化天然ガス等を燃料
に用いるガスタービン発電設備において、燃料を気化装
置に送給する導管の途中に熱交換器を設け、該熱交換器
空気入口と空気吸入口を導管で接続すると共に、熱交換
器空気出口と圧縮機を導管で接続した」ガスタービン発
電設備を開示している。

【０００５】また、実開昭５８−８６４４１号公報は、
直触式熱交換器を使用して、ガスタービンに送入する空
気を中間熱媒体に直接接触させて冷却するようにした、
ガスタービン空気冷却装置を開示し、また年間を通じて
ガスタービンの出力向上が図れるように大気条件に応じ
て使用する中間熱媒体の種別又は濃度を変更できるよう
にしたことを開示している。更に、特開平１−１４２２
１９号公報は、「ガスタービンへの取り入れ空気を、液
化天然ガスを気化するために用いられる熱媒体を介し
て、冷却しながらガスタービンに供給するガスタービン
取り入れ空気の冷却方法」を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前掲公報の提
案も含めて、今までに開示された提案は、ガスタービン
に送入する空気を冷媒で単に冷却しているのみであっ
て、電力需要のオフ・ピーク時のＬＮＧの冷熱を使用し
てピーク時にガスタービン出力を上げると言った冷熱の
有効利用を図っていなかった。また、ＬＮＧの冷熱を利
用した蓄熱式であっても、何らかの不凍液等の熱媒体を
使用しているため、設備が複雑かつ大型になり、設備コ
ストが嵩み、かつ運転が難しい欠点があった。更には、
ガスタービンに送入する空気を冷却する空気冷却器にお
いて、空気中の水分が凍結して空気の流路を閉塞し、更
には空気冷却器の伝熱係数を低下させてその冷却能力を
不足させる問題に対して、配慮が成されていなかった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、ガスタービンに
送入する空気を冷却する空気冷却器で空気中の水分が凍
結することなく、設備が簡易でかつ運転容易な経済的蓄
熱式ガスタービン空気冷却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】上記目的を達成するため
に、本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置は、
蓄熱されたＬＮＧの冷熱を使用して、ガスタービンに送
入する空気を冷却する蓄熱式ガスタービン空気冷却装置
において、空気を水によって冷却する冷却器と、水を収
容する水槽と、水槽内に設けたＬＮＧを流す伝熱管とを
有し、ＬＮＧの冷熱により伝熱管周りの水を凍結させて
冷熱を蓄熱する蓄熱装置と、及びポンプを有して、冷却
器と蓄熱装置との間で水を循環する循環系とを備え、電
力需要のオフ・ピーク時には蓄熱装置内で製氷して冷熱
の蓄熱を行い、電力需要のピーク時には循環系を駆動し
て水を循環し、蓄熱装置の氷の解氷を行いつつその冷熱
で以て空気を冷却するようにしたことを特徴としてい
る。

【０００９】本明細書で、電力需要のピーク時とオフ・
ピーク時とは、夏季と冬季と言うような需要の長期的な
変動よりは寧ろ日中の正午を挟むピーク時とそれ以外の
オフ・ピーク時と言うような比較的短い時間、特に２４
時間のサイクルで生じるピーク時及びオフ・ピーク時を
意味する。本発明では、空気を冷却する冷媒として水を
使用している。その水は、一般的な市水であって、特に
不凍液を添加する必要はないが、必要に応じ防黴剤、防
腐剤、清浄剤等を添加しても良い。ピーク時になって直
ちに水を蓄熱装置から冷却器に送るためには、流動する
水が蓄熱装置に存在している必要がある。そこで、本発
明では、蓄熱装置の水槽は、十分な水量を収容できる大
きさを有し、予定のオフ・ピーク時間が経過した後で
も、水槽内の水の全部が凍結することなく、冷却器に送
る水が確保できているようになっている。また、水の流
路を確立しておくために、蓄熱装置の伝熱管は、伝熱管
周りに結氷した後も水が伝熱管の間を流動し得るような
間隔で水槽に配置されている。

【００１０】本発明の望ましい実施態様では、空気を冷
却する冷却器は、フィンチューブ型熱交換器であること
を特徴とている。フィンチューブ型熱交換器は冷却効率
の高い冷却器であるから、冷却器を設置するために要す
る面積が小さくて済む利点がある。

【００１１】また、本蓄熱式ガスタービン空気冷却装置
を運転する上において、氷の解氷開始時に水の流路が水
槽内、特に伝熱管周りに確保されていることが必要であ
り、一方水槽の大きさを最小に抑えることがコストの面
から重要である。そこで、本発明の更に望ましい実施態
様では、伝熱管は、相互に直列に接続され又は並列に接
続されて水槽内に配列された複数の内径３cmから１０cm
の管部材からなり、管部材は、管部材同士の間隔がＬＮ
Ｇ入口部では３０cmから６０cmの範囲にあって、かつＮ
Ｇ出口部に向かって小さくなるように配列されているこ
とを特徴としている。尚、本明細書において管部材同士
の間隔とは、隣合う管部材の管中心線同士の距離を言
う。また、ＮＧ出口部における管部材同士の間隔は、隣
合う管部材の外周面の間隔が氷層の成長等を見込んで少
なくとも２cmあるようにする。

【００１２】また、本発明の別の望ましい実施態様で
は、伝熱管は、相互に直列に接続され又は並列に接続さ
れて水槽内に配列された複数の管部材からなり、管部材
は、その直径がＬＮＧ入口部で内径３cmから１０cmであ
って、ＬＮＧ入口部からＮＧ出口部に向かうに従って大
きくなり、かつ管部材同士の間隔が３０cmから６０cmの
範囲にあるように配列されていることを特徴としてい
る。尚、ＮＧ出口部における管部材同士の間隔は、隣合
う管部材の外周面の間隔が氷層の成長等を見込んで少な
くとも２cmあるようにする。以上の本発明の別の望まし
い実施態様によって、解氷開始時において水の流路を確
保できるような経済的な管部材の配列を実現し、蓄熱装
置の水槽の大きさを最小限の寸法に抑えることができ
る。

【００１３】ところで、冬季以外の季節では、ガスター
ビンに送入する空気を冷却するために必要な冷熱量は、
ガスタービンにおいて燃料として必要とする量のＬＮＧ
の気化熱量より多い。換言すれば、本発明に係る冷却装
置を使用し、冷却器で得た空気の熱により、ガスタービ
ンの運転に必要なＬＮＧを蓄熱装置で気化させることが
できるので、本冷却装置を使用するならば、別にＬＮＧ
気化器を必要としない。しかし、冬季は、空気の温度が
低いので本冷却装置を使用して水で空気を冷却すること
は実際には難しく、またガスタービン出力の面からもガ
スタービンに送入する空気を冷却する必要がない。従っ
て、本冷却装置を使用して必要な量のＬＮＧを気化する
ことが難しく、別にＬＮＧ気化器を必要とする。

【００１４】そこで、本発明に係る冷却装置をＬＮＧを
気化する気化装置として使用するために本発明の更に
別の望ましい実施態様では、水槽内の水を加熱する加熱
器を前記蓄熱装置に接続して設けたことを特徴としてい
る。以上の構成により、所要量のＬＮＧを気化させるに
必要な量の熱をガスタービンに送入する空気から得るこ
とができない冬季にも、蓄熱装置をＬＮＧの気化器とし
て利用することができるので、別にＬＮＧ気化器を設け
る必要が無くなる。

【００１５】

【作用】電力需要のオフ・ピーク時では、ガスタービン
に送入する空気を冷却してガスタービン出力を上げる必
要がなく、一方、電力需要のピーク時には、ガスタービ
ンに挿入する空気を冷却してガスタービン出力を上げる
必要がある。よって、請求項１の発明では、オフ・ピー
ク時には、ＬＮＧの冷熱を利用して蓄熱装置内で伝熱管
の周りに水槽内の水を凍結させることにより、ＬＮＧ冷
熱を蓄熱する。ピーク時には、循環系を駆動して冷却器
と蓄熱装置との間で水を循環し、空気で温められた水で
蓄熱装置の氷の解氷を行いつつその冷熱で以て水を冷却
し、今度はその冷却された水で空気を冷却する。空気を
冷却する冷媒として水を直接使用し、０°Ｃ以下に温度
が下がることがないので、不凍液を使用した従来の蓄熱
式ガスタービン空気冷却装置のように、冷却器内で凍結
した空気中の水分が冷却器の伝熱チューブに結氷し、そ
の伝熱係数を低下させるようなことがなく、更に空気中
の水分を凍結させて冷熱を無駄に消費するようなことも
ない。

【００１６】請求項３の発明では、管部材の周りに成長
する氷層の成長速度の高いＬＮＧ入口部では、管部材の
間隔が氷の成長に見合って広く設定され、ＬＮＧの温度
が上昇して氷層の成長速度が遅くなるＬＮＧ出口に向か
うに従い管部材の間隔が狭くなっている。更に、言えば
ＬＮＧ入口部では、ＬＮＧの温度は−１６２°Ｃであ
り、水の温度は最高でも０°Ｃであるので、温度差が大
きく、オフ・ピーク時の製氷時には伝熱管の各管部材周
りには急速に氷が形成される。一の管部材周りの氷層が
隣の管部材周りに成長した氷層に接触する程成長するな
らば、氷の解凍時に水の流路が確保されていないことに
なる。従って、隣合う管部材周りの氷層同士の接触は、
避ける必要がある。

【００１７】例えば、管部材の直径が３cmの場合には、
次に計算するように氷層の直径は１時間で１２cm、１０
時間で１６cmになる。氷層の形成と共に氷層自体がＬＮ
Ｇから水への伝熱に対する抵抗となるので、氷層の成長
速度は急速に遅くなり３０時間で５０cmになる。また、
管部材の直径が６cmの場合には、氷層の直径は１時間で
１４cm、１０時間で２０cm、２０時間で５０cmになる。
以上のことから、隣合う管部材の間隔は、ＬＮＧ入口部
では少なくとも３０cm必要であるが、ＮＧ出口部に向か
うにつれて間隔を小さくして、氷層の割合を大きくする
ことができる。

【００１８】また、請求項４の発明では、小さくなるＬ
ＮＧと水の温度差と大きくなる氷層成長速度との関係か
ら来る氷層成長を考慮して、管部材の間隔を変える代わ
りにＬＮＧ入口部からＮＧ出口部に向かうにつれて管部
材の直径を順次大きくすることにより、水の流路を確保
すると共に氷層の割合を大きくしている。

【００１９】請求項３及び請求項４の発明において、規
定した条件の背景を図５を参照して説明する。氷を通し
てＬＮＧから外側の水へ伝導する熱量ｄＱは、

【数１】ここで、ｄＱ；単位時間にＬＮＧから外側の水へ伝熱される伝熱
量（伝熱管の抵抗は小さいので無視する）ｋ_i；氷の熱伝導度（＝５．３×１０^-4 kcal／ｍｓ
℃）Ｌ；伝熱管の長さ（ｍ）Ｔ_O；ＬＮＧの温度（ＬＮＧ導入口近くでは−１６２
℃、以後上昇する）Ｔ；氷の凍結温度（＝０℃）ｒ；凍結した氷層の半径（図５（ａ）参照）ｒ_O；伝熱管の半径（図５（ａ）参照）ｔ；時間

【００２０】製氷に使用される熱量をｄＱとすると、

【数２】ここで、Ｈ；氷の融解熱（＝８０kcal／kg） ρ；氷の密度（＝９２０kg／ｍ³）〔数１〕及び〔数２〕の式から

【数３】〔数３〕を積分すると

【数４】極く初期の時期以外はｒ＞＞ｒ_Oであるので、〔数４〕
の左辺は、

【数５】と近似できる。よって、〔数４〕式は

【数６】

【数７】となる。

【００２１】水の流路を確保するためには、隣合う管部
材の間隔ｄは、図５（ｂ）に示すように、氷層の外半径
ｒの２倍よりも大きくなければならない。よって、

【数８】ＬＮＧの導入口近くではＴ_O−Ｔ＝１６２℃ 管部材の直径及び最短製氷時間をそれぞれ３cm（これよ
り細いと強度不足で実用的ではない）及び５時間に設定
すると、ｒ_O＝0.015 ｍｔ＝５Hr よって、〔数８〕よりｄ＞0.23（ｍ）また、時間を２４時間とし、管部材の直径を１０cmとし
たときの値は、ｄ＞0.55（ｍ）であるから、間隔の最大
値は６０cmとなる。

【００２２】以上のように、ＬＮＧ入口部では、氷が接
触しないために必要な伝熱管の間隔は、実用的には３０
cm以上必要となる。また、ＬＮＧ入口部からＮＧ出口部
に向かうに従ってＬＮＧの温度が上昇し、Ｔ_O−Ｔが小
さくなるので、〔数８〕式より請求項３で規定したよう
に、ｒ_Oが不変であればｄを小さくするか、又は請求項
４で規定したように、ｄが不変であればｒ_Oを大きくす
る。

【００２３】

【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。実施例１図１は本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置の
実施例１の構成図、及び図２は蓄熱装置の伝熱管の配列
を説明する説明図である。実施例１の蓄熱式ガスタービ
ン空気冷却装置１０（以下、簡単に冷却装置と略称す
る）は、蓄熱されたＬＮＧの冷熱を使用して、ガスター
ビンＡに送入する空気を冷却する装置であって、図１に
示すように、フィンチューブ型熱交換器を使用した冷却
器１２と、蓄熱装置１４と、冷却器１２と蓄熱装置１４
との間で水を循環する循環系１６とを備えている。ガス
タービンＡに送入する空気は、空気入口管１８より冷却
器１２の空気側流路に入り、冷却器１２で冷却されて空
気出口管２０経由ガスタービンＡに送入される。図１中
Ｂはガスタービンの負荷である発電機、Ｃは発電機Ｂを
ガスタービンＡに連結する軸である。

【００２４】蓄熱装置１４は、水２１を収容する水槽２
２と、水槽２２内に配置された伝熱管２４とから構成さ
れている。水槽２２は、十分な水量を収容できる大きさ
を有し、予定のオフ・ピーク時間が経過した後でも、槽
内の水の全量が凍結することなく、流動状態の水が確保
できているようになっている。

【００２５】伝熱管２４は、多数の管部材からなり、相
互に直列又は並列に接続されていて、ＬＮＧ流入管２５
を経由ＬＮＧ入口部２６からＬＮＧが流入し、伝熱管２
４内を流れて、ＬＮＧの冷熱により水を冷却して管部材
の外周に凍結させると共に自身は気化してＮＧとしてＮ
Ｇ出口部２８からＮＧ流出管２９を経由流出する。蓄熱
装置１４から流出するＮＧの温度が低すぎるときは、Ｎ
Ｇ流出管２９の途中に熱交換器（図示せず）を設け、冷
却器１２からの高温の戻り水を熱源として、それにより
ＮＧを所望の温度に昇温することもできる。伝熱管２４
は、多数の直管状の管部材を図１のように横方向又は図
２に示すように縦方向に配列することにより構成されて
おり、多数の管部材を図１及び図２に示すように直列に
接続してもよく、また両側にヘッダを設けてその間に管
部材を並列にして接続してもよい。

【００２６】前述したように、氷層の成長速度の高いＬ
ＮＧ入口部２６では、氷層の高い成長速度に見合って管
部材の間隔を広く設定し、ＬＮＧの温度が上昇して成長
速度が遅くなるＮＧ出口部２８に向かうに従い管部材の
間隔を狭くすることができる。よって本実施例では、図
２に示すように、伝熱管２４の各管部材３０は、ＬＮＧ
入口部２６では管部材３０同士の間隔ｄ（隣合う管部材
の長手方向中心線同士の間隔）が４０cmに設定され、Ｎ
Ｇ出口部２８に向かうに従い間隔ｄが小さくなるよう
に、水槽２２内に設置されている。３０cmに設定した理
由は、作用の欄で説明した通りである。間隔を小さくな
るようにする代わりに、ＬＮＧ入口部２６からＮＧ出口
部２８に向かって管部材３０の内径を大きくしても良
い。このような構成により、製氷して冷熱を蓄積した後
も、水が水槽２２内で管部材３０の間を流動できるよう
になっている。

【００２７】冷却器１２と蓄熱装置１４とは、循環系１
６によって接続され、それによって水が循環するように
なっている。循環系１６は、送水管３２と、戻し管３４
と、送水管３２に設けられた循環ポンプ３６とから構成
されている。送水管３２は蓄熱装置１４の水槽２２の水
出口３８と冷却器１２の冷却水入口４０とを接続して循
環ポンプ３６により水を水槽２２から冷却器１２に送水
する。戻し管３４は冷却器１２の冷却水出口４２と水槽
２２の水入口４４とを接続して水を冷却器１２から水槽
２２に戻す。

【００２８】冷却器１２は、伝熱チューブとしてフィン
チューブ４６を使用したフィンチューブ型熱交換器であ
って、フィン側に空気を流し、チューブ内に水を流すこ
とにより、総括伝熱係数を大きくするように構成されて
いる。また、オフ・ピーク時には必要に応じ冷却器１２
を蓄熱装置１４から分離できるように開閉弁等の分離手
段を水槽１２の水出口３８、水入口４４及びその他必要
な箇所に設けるのが好ましい。

【００２９】以上の構成により、ガスタービンに送入す
る空気を冷却してガスタービン出力を上げる必要のない
電力需要のオフ・ピーク時には、ＬＮＧの冷熱を利用し
て蓄熱装置１４内で伝熱管２４の周りに水槽１２内の水
を凍結させることにより、ＬＮＧ冷熱を蓄熱する。一
方、ガスタービンに挿入する空気を冷却してガスタービ
ン出力を上げる必要のある電力需要のピーク時には、循
環系１６の循環ポンプ３６を駆動して冷却器１２と蓄熱
装置１４との間で水を循環する。冷却器１２において、
水は、ガスタービンＡに送入する空気を冷却すると共に
自身温められ、次いで蓄熱装置１４に送られる。冷却器
１２において温められた水は、蓄熱装置１４内で氷の解
氷を行いつつその冷熱で以て水自身を冷却され、次いで
冷却器１２に送られて今度はその冷却された水が再び空
気を冷却する。冷却器１２に供給される水は、解氷して
生じた水であって、その温度は最低でも０°Ｃであるか
ら、冷却器１２において空気中の水分が凍結してフィン
チューブのフィンに結氷し、熱交換の効率を低下させる
ようなこともない。

【００３０】蓄熱装置１４の水槽２２は、十分に大きく
かつ十分な量の水を収容しているので、オフ・ピーク期
間の経過後でも、水が全て凍結して流れる水が無いよう
なことにはならないようになっており、また伝熱管２４
は、水が凍結した後も水の流路が確保できるように各管
部材３０が相互に十分な間隔を持って配置されている。
従って、水槽２２には冷却された水が流動できる状態で
存在しているので、ピーク時になると循環ポンプ３６を
起動して直ちに水を冷却器１２に送水することができ
る。また、氷の解凍を促進するために空気を水中に吹き
込んで水の流動を大きくすることもできる。更に、成長
した氷の厚さを測定できるセンサ（図示せず）、例えば
超音波又は電気伝導度による厚さセンサを適所に設け、
氷層が一定以上の厚さになると、それを検知し、ＬＮＧ
の導入を停止したり或いはオフ・ピーク時でも循環ポン
プ３６を起動して水を冷却器１２に送水し空気を冷却す
るしても良い。これによって、オフ・ピーク時、ガスタ
ービンの熱効率を上昇させることができる。

【００３１】実施例２図３は、本発明に係る冷却装置の実施例２の構成を示す
図である。実施例２の冷却装置５０は、図３に示すよう
に、冷却器において実施例１の冷却装置１０のフィンチ
ューブ型熱交換器に代えて直接接触式熱交換器を使用し
ていることを除いて冷却装置１０と同じ構成になってい
る。直接接触式熱交換器５２は、上部に設けられた散水
ヘッダ５４と、散水ヘッダ５４の下方に設けられた直接
接触式伝熱媒体５６とからなる。散水ヘッダ５４は、下
方に向け水を散水する散水ノズル５８を多数備えて、水
を伝熱媒体５６にほぼ均一な分布で散水する。伝熱媒体
５６は、空気が通過し易く、かつ単位体積当たりの伝熱
面積が大きい伝熱媒体で構成されていて、例えば金網、
メタルウール、エキスパンドメタル板等を積層したもの
である。

【００３２】水は、散水ヘッダ５４から散水されて伝熱
媒体５６を濡らしながら流下する。一方、空気は空気入
口管１８経由熱交換器５２の下部に送入され、伝熱媒体
５６を通過しつつ伝熱面を濡らした水と接触して冷却さ
れ、上部から空気出口管２０経由ガスタービンＡに送入
される。水は、熱交換器５２の下部から戻しポンプ５９
によって戻し管３４経由水槽１２に戻される。

【００３３】実施例３図４に示す実施例３は、本発明に係る冷却装置をＬＮＧ
の気化装置として使用するために発明された請求項５記
載の冷却装置の実施例である。実施例３の冷却装置６０
は、図４に示すように、実施例１の冷却装置１０の構成
に加えて、更に蓄熱装置１４の水槽２２の水を加熱でき
る加熱器６２と、加熱器６２と水槽２２との間で水を循
環する循環系６４を備える装置である。加熱器６２は、
スチーム、熱油等の熱媒を使用して水を加熱する既知の
加熱器である。循環系６４は、水槽２２から水を加熱器
６２に送入する送水管６６と、送水管６６に設けられた
温水ポンプ６８と、加熱器６２から水槽２２に加熱され
た水を返す温水管７０とからなる。

【００３４】以上の構成により、冷却装置６０は、空気
を冷却する必要のない冬季には、加熱器６２で昇温した
温水を水槽２２に送って伝熱管２４を介してＬＮＧを加
熱、気化させてＬＮＧ気化器の機能を果たし、冬季を除
く季節には蓄熱式ガスタービン空気冷却装置本来の機能
を果たしつつＬＮＧを気化する。これによって、高価な
ＬＮＧ気化器を別に設ける必要がなくなり、発電所の設
備費を大幅に節減できる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、電力需要のオ
フ・ピーク時には、ＬＮＧの冷熱を利用して蓄熱装置内
で伝熱管の周りに水槽内の水を凍結させることにより、
ＬＮＧ冷熱を蓄熱し、電力需要のピーク時には、循環系
を駆動して冷却器と蓄熱装置との間で水を循環する。冷
却器で空気より温められた水は、蓄熱装置の氷の解氷を
行いつつその冷熱で以て冷却され、その冷却された水が
冷却器で再び空気を冷却する。これによって、ガスター
ビンの出力を上昇させてピーク時の電力需要に応えると
共にＬＮＧの冷熱を有効利用することができる。本発明
では、空気を冷却する冷媒として水を直接使用している
ので、不凍液を使用した従来の蓄熱式ガスタービン空気
冷却装置のように、冷却器内で凍結した空気中の水分が
伝熱チューブに結氷し、その伝熱係数を低下させるよう
なことがなく、また空気中の水分を凍結させて冷熱を無
駄に使用するようなこともない。水を冷媒として使用し
た本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置は、中
間熱媒体を使用している装置に比べて装置が簡単で、そ
の分運転も容易であり、また経済的である。

【００３６】請求項３及び４の発明によれば、ＬＮＧ入
口部からＮＧ出口部に向かって、伝熱管の管部材の間隔
を小さくし、又は管部材の直径を大きくすることによっ
て管部材の経済的配列を実現し、水槽の所要寸法を最小
限に抑えることができる。

【００３７】請求項５の発明によれば、空気を冷却する
必要のない冬季には、加熱器で昇温した温水を水槽に送
って伝熱管を介してＬＮＧを加熱、気化させてＬＮＧ気
化器の機能を果たし、冬季を除く季節には必要量のＬＮ
Ｇを気化させると共に蓄熱式ガスタービン空気冷却装置
本来の機能を果たす。これによって、高価なＬＮＧ気化
器を別に設ける必要がなくなり、発電所の設備費を大幅
に節減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置
の実施例１の構成図である。

【図２】蓄熱装置の伝熱管の配列を説明する説明図であ
る。

【図３】本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置
の実施例２の構成を示す図である。

【図４】本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置
の実施例３の構成を示す図である。

【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ氷層成長を
説明する管部材周りの氷層の断面図である。

【符号の説明】

１０本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置の
実施例１１２冷却器１４蓄熱装置１６循環系１８空気入口管２０空気出口管２１水２２水槽２４伝熱管２５ＬＮＧ流入管２６ＬＮＧ入口部２８ＮＧ出口部２９ＮＧ流出管３０管部材３２送水管３４戻し管３６循環ポンプ３８水出口４０冷却水入口４２冷却水出口４４水入口４６フィンチューブ５０本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置の
実施例２５２直接接触式熱交換器５４散水ヘッダ５６直接接触式伝熱媒体５８散水ノズル５９戻しポンプ６０本発明に係る蓄熱式ガスタービン空気冷却装置の
実施例３６２加熱器６４循環系６６送水管６８温水ポンプ７０温水管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱されたＬＮＧの冷熱を使用して、ガ
スタービンに送入する空気を冷却する蓄熱式ガスタービ
ン空気冷却装置において、前記空気を水によって冷却する冷却器と、前記水を収容する水槽と、水槽内に設けたＬＮＧを流す
伝熱管とを有し、ＬＮＧの冷熱により伝熱管周りの水を
凍結させて冷熱を蓄熱する蓄熱装置と、及びポンプを有
して、前記冷却器と前記蓄熱装置との間で前記水を循環
する循環系とを備え、電力需要のオフ・ピーク時には前記蓄熱装置内で製氷し
て冷熱の蓄熱を行い、電力需要のピーク時には前記循環
系を駆動して水を循環し、前記蓄熱装置の氷の解氷を行
いつつその冷熱で以て前記空気を冷却するようにしたこ
とを特徴とする蓄熱式ガスタービン空気冷却装置。
【請求項２】前記冷却器が、フィンチューブ型熱交換
器であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式ガスタ
ービン空気冷却装置。
【請求項３】前記伝熱管は、相互に直列に接続され又
は並列に接続されて前記水槽内に配列された複数の内径
３cmから１０cmの管部材からなり、管部材は、管部材同
士の間隔がＬＮＧ入口部では３０cmから６０cmの範囲に
あって、かつＮＧ出口部に向かって小さくなるように配
列されていることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄
熱式ガスタービン空気冷却装置。
【請求項４】前記伝熱管は、相互に直列に接続され又
は並列に接続されて前記水槽内に配列された複数の管部
材からなり、管部材は、その直径がＬＮＧ入口部で内径
３cmから１０cmであって、ＬＮＧ入口部からＮＧ出口部
に向かうに従って大きくなり、かつ管部材同士の間隔が
３０cmから６０cmの範囲にあるように配列されているこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱式ガスタービ
ン空気冷却装置。
【請求項５】前記水槽内の水を加熱する加熱器を前記
蓄熱装置に接続して設けたことを特徴とする請求項１記
載の蓄熱式ガスタービン空気冷却装置。