(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンに用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、
外部から前記圧縮機へと吸い込まれる吸込空気を冷却可能な熱交換器を備え、
該熱交換器は、重力方向の上側と下側とに亘って延在していると共に前記吸込空気の気流方向と交差する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の内部を流れる冷却媒体とを有し、
前記複数の伝熱管は、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べてオリフィス径が大とされていることを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項２】
圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンに用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、
外部から前記圧縮機へと吸い込まれる吸込空気を冷却可能な熱交換器を備え、
該熱交換器は、重力方向の上側と下側とに亘って延在していると共に前記吸込空気の気流方向と交差する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の内部を流れる冷却媒体とを有し、
前記複数の伝熱管は、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べて内面と外面とのうち少なくとも一方が粗くなっていることを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項３】
圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンに用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、
外部から前記圧縮機へと吸い込まれる吸込空気を冷却可能な熱交換器を備え、
該熱交換器は、重力方向の上側と下側とに亘って延在していると共に前記吸込空気の気流方向と交差する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の内部を流れる冷却媒体とを有し、
前記複数の伝熱管は、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べて流路面積が大とされていることを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項４】
前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べて前記冷却媒体の温度が低温であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項５】
前記気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管は、前記冷却媒体の流れ方向が反対となるように設定されていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項６】
前記気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管のそれぞれの上端が連結されてなる第一連結伝熱管ユニットを備えていることを特徴とする請求項５に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項７】
前記気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管のそれぞれの下端が連結されてなる第二連結伝熱管ユニットを備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項８】
前記複数の伝熱管のうち少なくとも一部は、外周面から径方向外方に延出してなるフィン部材を備えることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項９】
前記フィン部材は、螺旋状であることを特徴とする請求項８に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項１０】
前記フィン部材は、ロート状であることを特徴とする請求項８に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項１１】
前記複数の伝熱管は、上面視した場合に千鳥状に配設されており、
複数の伝熱管のうち一部が、前記気流方向と前記重力方向とに交差する流路幅方向に、間隔を空けて複数配設されてなる伝熱管段を構成し、
該伝熱管段が前記気流方向に間隔を空けて複数重ねられていると共に、前記気流方向に相互に隣接した伝熱管段が前記流路幅方向の間隔をずらして配置されていることを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項１２】
前記流路幅方向に相互に隣接する二つの伝熱管の中心間距離が前記伝熱管の外径の２倍以下とされていることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項１３】
前記気流方向に相互に隣接する二つの伝熱管段のうち一方において、流路幅方向一端に位置する前記伝熱管の外周面から前記吸込空気の流路壁面までの壁面間隔が、前記伝熱管の外径以下となっており、
他方において、流路幅方向一端に位置する前記伝熱管の外周面の少なくとも一部が、前記気流方向から見て、前記一方における前記壁面間隔内に位置することを特徴とする請求項１２に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項１４】
前記気流方向に相互に隣接する二つの伝熱管段のうち一方において、流路幅方向他端に位置する前記伝熱管の外周面から前記吸込空気の流路壁面までの壁面間隔が、前記伝熱管の外径以下となっており、
他方において、流路幅方向他端に位置する前記伝熱管の外周面の少なくとも一部が、前記気流方向から見て、前記他方における前記壁面間隔内に位置することを特徴とする請求項１３に記載のガスタービン用吸気冷却装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置を備えるガスタービン。
【請求項１６】
請求項１から１４のうちいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置と、
圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンと、
前記ガスタービンからの排熱を利用する排熱利用手段とを備えることを特徴とするガスタービンコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項１７】
既設のガスタービン又はガスタービンコンバインドサイクル発電プラントに請求項１から１４のうちいずれか一項のガスタービン用吸気冷却装置を追設することを特徴とする出力増大方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン用吸気冷却装置、並びに、これを備えたガスタービン及びガスタービンコンバインドサイクル発電プラント、並びに、出力増大方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機、燃焼器及びタービンを基本構成とするガスタービンを備えた発電プラントにおいては、タービンから排出される排熱を利用した排熱利用設備を備えるガスタービンコンバインドサイクル（以下、「ＧＴＣＣ」と称する。）発電プラントが知られている。具体例としては、ガスタービンの排熱を利用するボイラを備えると共に、このボイラで生成された蒸気を利用する蒸気タービンを備えたものがある。このＧＴＣＣ発電プラントでは、ガスタービンの他、タービンの排熱を利用した蒸気タービンにより発電を行うことができるため、全体として発電効率の向上を図ることができる。
【０００３】
このようなＧＴＣＣ発電プラントにおいては、圧縮機へと吸い込まれる吸込空気の温度によって出力が影響を受ける。すなわち、特に夏季においては、大気温度が上昇するために、吸込空気の密度が低下して、質量流量が低下し、出力が低下する。このような出力低下を抑止するために、上記吸込空気を冷却する冷却装置を備えるものがある。ところで、吸込空気を冷却した場合においては、吸込空気の温度が露点温度未満となると、吸込空気中の水蒸気が凝縮してミストが発生してしまう。
このミストがガスタービンに流入すると、圧縮機の動翼や静翼等にエロージョンなどの損傷が生じて耐久性に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００４】
下記特許文献１には、ガスタービンと吸込空気を冷却する冷凍設備とを有するガスタービンであって、冷凍設備とガスタービンとの間に、冷凍設備の冷却によって凝縮したミストを除去するミストセパレータを設けたガスタービン設備が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４５４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては、吸込空気がミストセパレータを通過する際に圧力損失が生じるため、ガスタービンの効率が低下するという問題があった。
また、従来の技術においては、プラント設備にミストセパレータ等の別装置を新たに付加するものであるため、設備全体のコストやメンテナンス性を悪化させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、冷却した吸込空気の流路上に別装置を付加することなく、ガスタービンがミストを吸い込むことを抑止することができるガスタービン用吸気冷却装置、並びに、これを備えたガスタービン及びガスタービンコンバインドサイクル発電プラント、並びに、出力増大方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るガスタービン用吸気冷却装置は、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンに用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、外部から前記圧縮機へと吸い込まれる吸込空気を冷却可能な熱交換器を備え、該熱交換器は、重力方向の上側と下側とに亘って延在していると共に前記吸込空気の気流方向と交差する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の内部を流れる冷却媒体とを有し、前記複数の伝熱管は、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べてオリフィス径が大とされていることを特徴とする。
この構成によれば、吸込空気を冷却可能な熱交換器が複数の伝熱管を備え、これら複数の伝熱管が、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように配設されているので、吸込空気を露点温度未満に冷却する場合において、気流上流側に位置する伝熱管で相対的にミストの発生が活発となり、気流下流側に位置する伝熱管で相対的にミストの発生が抑制される。そして、気流上流側に位置する伝熱管によって冷却されて発生したミストが、気流下流側の伝熱管に付着して表面を蔦って重力方向下方に落ちる。
これにより、吸込空気の冷却に伴ってミストが発生しても、気流上流側から下流側に亘って冷却能力を一定にした場合に比べて、吸込空気を冷却する伝熱管自体でミストを捕捉する割合が多くなるので、気流下流側に位置するガスタービンの圧縮機入口にミストが流れていくことを抑止することができる。
従って、吸込空気を効果的に冷却すると共に、流路上に別装置を付加することなく、ガスタービンがミストを吸い込むことを抑止することができる。
【０００９】
さらに、気流上流側の伝熱管が、気流下流側の伝熱管と比べてオリフィス径が大とされているので、比較的簡素な構成で気流上流側の伝熱管における冷却媒体の流速を、気流下流側の伝熱管における冷却媒体の流速と比べて大きくすることができ、気流上流側の伝熱管の冷却効果を相対的に大きくすることができる。また、比較的に冷却効果の調整を容易にすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るガスタービン用吸気冷却装置は、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンに用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、外部から前記圧縮機へと吸い込まれる吸込空気を冷却可能な熱交換器を備え、該熱交換器は、重力方向の上側と下側とに亘って延在していると共に前記吸込空気の気流方向と交差する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の内部を流れる冷却媒体とを有し、前記複数の伝熱管は、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べて内面と外面とのうち少なくとも一方が粗くなっている。
この構成によれば、気流上流側の伝熱管の内面と外面とのうち少なくとも一方が粗くなっているので、冷却媒体又は吸込空気の流れを乱すことができ、気流上流側の伝熱管の冷却効果を相対的に大きくすることができる。
【００１１】
また、本発明に係るガスタービン用吸気冷却装置は、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンに用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、外部から前記圧縮機へと吸い込まれる吸込空気を冷却可能な熱交換器を備え、該熱交換器は、重力方向の上側と下側とに亘って延在していると共に前記吸込空気の気流方向と交差する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の内部を流れる冷却媒体とを有し、前記複数の伝熱管は、気流上流側に位置する伝熱管が気流下流側に位置する伝熱管よりも冷却能力が大きくなるように、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べて流路面積が大とされている。
この構成によれば、気流上流側の伝熱管が、気流下流側の伝熱管と比べて流路面積が大とされているので、比較的簡素な構成で気流上流側の伝熱管の冷却媒体流量が相対的に大きくなって、冷却媒体の温度上昇が小さくなり、気流上流側の伝熱管の冷却効果を相対的に大きくすることができる。
【００１２】
また、前記気流上流側の伝熱管は、前記気流下流側の伝熱管と比べて前記冷却媒体の温度が低温であることを特徴とする。
この構成によれば、気流上流側の伝熱管が、気流下流側の伝熱管と比べて冷却媒体の温度が低温であるので、気流上流側の伝熱管の冷却効果を相対的に大きくすることができ、また、比較的容易に冷却効果の調整をすることができる。
【００１３】
また、前記気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管は、前記冷却媒体の流れ方向が反対となるように設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管が、冷却媒体の流れ方向が反対となるように設定されているので、吸込空気の重力方向上下の温度差を低減することができる。すなわち、各伝熱管においては、冷却媒体流れにおける上流側で吸込空気と熱交換して昇温した冷却媒体が、冷却媒体流れにおける下流側に向けて流れることとなるため、冷却媒体流れにおける下流側に比べて上流側の冷却効果が高くなる。しかしながら、気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管が、冷却媒体の流れ方向が反対となるように設定されているので、これら二つの伝熱管においては重力方向上下に亘って冷却効果が均等化される。このため、これら二つの伝熱管に沿って吸込空気が連続して流れると吸込空気の重力方向上下に亘って均等的に冷却されることとなるため、吸込空気の重力方向上下の温度差を低減することができる。
【００１４】
また、前記気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管のそれぞれの上端が連結されてなる第一連結伝熱管ユニットを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管のそれぞれの上端が連結されてなる第一連結伝熱管ユニットを備えているので、簡素な構成で冷却媒体の流れ方向が反対となるように設定することができる。
【００１５】
また、前記気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管のそれぞれの下端が連結されてなる第二連結伝熱管ユニットを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管のそれぞれの下端が連結されてなる第二連結伝熱管ユニットを備えているので、簡素な構成で冷却媒体の流れ方向が反対となるように設定することができる。
【００１６】
また、前記複数の伝熱管のうち少なくとも一部は、外周面から径方向外方に延出してなるフィン部材を備えることを特徴とする。
この構成によれば、外周から径方向外方に延出してなるフィン部材が設けられているので、吸込空気に対して接触面積が大きくなる。すなわち、伝熱面積の増加によって冷却効果が向上すると共に、下流側の伝熱管に設けた場合には、ミスト付着量が多くなる。これにより、吸込空気の冷却を促進すると共に、ミスト捕捉効果を向上させることができる。
【００１７】
また、前記フィン部材は、螺旋状であることを特徴とする。
この構成によれば、フィン部材が、螺旋状であるので、捕捉されたミストがフィン部材を蔦って連続して下方に落ちる。これにより、捕捉したミストを速やかに下方に導いて、吸込空気によって気流下流側に飛ばされることを防ぐことができる。
【００１８】
また、前記フィン部材は、ロート状であることを特徴とする。
この構成によれば、前記フィン部材が、ロート状であるので、捕捉されたミストが伝熱管外周側に集められ、伝熱管の表面を蔦って連続して下方に落ちる。これにより、捕捉したミストを速やかに下方に導いて、吸込空気によって気流下流側に飛ばされることを防ぐことができる。
【００１９】
また、前記複数の伝熱管は、上面視した場合に千鳥状に配設されており、複数の伝熱管のうち一部が、前記気流方向と前記重力方向とに交差する流路幅方向に、間隔を空けて複数配設されてなる伝熱管段を構成し、該伝熱管段が前記気流方向に間隔を空けて複数重ねられていると共に、前記気流方向に相互に隣接した伝熱管段が前記流路幅方向の間隔をずらして配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、複数の伝熱管が千鳥状に配設されているので、気流方向に相互に隣接した伝熱管段のうち気流上流側の伝熱管段の気流方向と重力方向とに交差する流路幅方向の隙間を通過した吸込空気を、気流下流側の伝熱管段における各伝熱管に十分に接触させることができる。これにより、冷却効果及びミスト捕捉効果を高めることができる。
【００２０】
また、前記流路幅方向に相互に隣接する二つの伝熱管の中心間距離が前記伝熱管の外径の２倍以下とされている。
この構成によれば、流路幅方向に相互に隣接する二つの伝熱管の中心間距離が伝熱管の外径の２倍以下とされているので、気流上流側の伝熱管段を通過した吸込空気を、気流下流側の伝熱管段における各伝熱管に確実に接触させることができる。
【００２１】
また、前記気流方向に相互に隣接する二つの伝熱管段のうち一方において、流路幅方向一端に位置する前記伝熱管の外周面から前記吸込空気の流路壁面までの壁面間隔が、前記伝熱管の外径以下となっており、他方において、流路幅方向一端に位置する前記伝熱管の外周面の少なくとも一部が、前記気流方向から見て、前記一方における前記壁面間隔内に位置することを特徴とする。
この構成によれば、気流上流側の伝熱管段の流路幅方向一端に位置する伝熱管と流路壁面との間を通過する吸込空気が、気流下流側の伝熱管段の流路幅方向一端に位置する伝熱管に接触させることができる。これにより、流路幅方向一端側における壁面近傍に沿って伝熱管に接触せずに複数の伝熱管を通過してしまう吸込空気を防止することができ、冷却効果及びミスト捕捉効果を高めることができる。
【００２２】
また、前記気流方向に相互に隣接する二つの伝熱管段のうち一方において、流路幅方向他端に位置する前記伝熱管の外周面から前記吸込空気の流路壁面までの壁面間隔が、前記伝熱管の外径以下となっており、他方において、流路幅方向他端に位置する前記伝熱管の外周面の少なくとも一部が、前記気流方向から見て、前記他方における前記壁面間隔内に位置することを特徴とする。
この構成によれば、気流上流側の伝熱管段の流路幅方向他端に位置する伝熱管と流路壁面との間を通過する吸込空気が、気流下流側の伝熱管段の流路幅方向他端に位置する伝熱管に接触させることができる。これにより、流路幅方向他端側における壁面近傍に沿って伝熱管に接触せずに複数の伝熱管を通過してしまう吸込空気を防止することができ、冷却効果及びミスト捕捉効果を高めることができる。
【００２３】
また、本発明に係るガスタービンは、上記いずれかのガスタービン用吸気冷却装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上記いずれかのガスタービン用吸気冷却装置を備えるので、冷却した吸込空気の流路上に別装置を付加することなく、ガスタービン内部にミストが吸い込まれることを抑止することができる。
【００２４】
また、本発明に係るガスタービンコンバインドサイクル発電プラントは、上記いずれかのガスタービン用吸気冷却装置と、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンと、前記ガスタービンからの排熱を利用する排熱利用手段とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、上記いずれかのガスタービン用吸気冷却装置とガスタービンとを備えるので、冷却した吸込空気の流路上に別装置を付加することなく、ガスタービン内部にミストが吸い込まれることを抑止することができる。
【００２５】
また、発明に係る出力増大方法は、既設のガスタービン又はガスタービンコンバインドサイクル発電プラントに上記のうちずれかのガスタービン用吸気冷却装置を追設することを特徴とする。
この構成によれば、上記いずれかのガスタービン用吸気冷却装置を備えるので、冷却した吸込空気の流路上に別装置を付加することなく、ガスタービン内部にミストが吸い込まれることを抑止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るガスタービン用吸気冷却装置によれば、冷却した吸込空気の流路上に別装置を付加することなく、ガスタービンがミストを吸い込むことを抑止することができる。
【００２７】
また、本発明に係るガスタービン及びガスタービンコンバインドサイクル発電プラントによれば、冷却した吸込空気の流路上に別装置を付加することなく、ガスタービン内部にミストが吸い込まれることを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＴＣＣ発電プラントＧ１の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る第一熱交換器２１の概略構成を示す水平断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る第一熱交換器２１の概略構成断面図であって、図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るガスタービン用吸気冷却装置２の冷却制御部２４の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係るガスタービン用吸気冷却装置２の冷却制御部２４の判定手段４３の判定基準を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るガスタービン用吸気調湿装置３の散布制御部６０の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る第一熱交換器２１の作用説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係る第一熱交換器２１の変形例２１Ａを示す概略構成断面図であって、図３に相当する図である。
【図９】本発明の実施形態に係るフィン部材３２ｃの概略構成図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るフィン部材３２ｄの概略構成図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る第一熱交換器２１の変形例２１Ｂを示す要部拡大断面図であって、流路面積αを異ならせた伝熱管３２を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る第一熱交換器２１の変形例２１Ｃを示す要部拡大断面図であって、オリフィス３２ｆを備えた伝熱管３２を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るガスタービン用吸気調湿装置３を省略したプラント構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るＧＴＣＣ発電プラントＧ１の概略構成図である。図１に示すように、ＧＴＣＣ発電プラントＧ１は、発電用ガスタービン１と、ガスタービン用吸気冷却装置２と、ガスタービン用吸気調湿装置３と、発電機４と、ボイラと蒸気タービンとから概略構成される不図示の排熱利用手段とを備えている。
【００３０】
発電用ガスタービン１は、大気（外部空気）から圧縮機１ａへと吸い込まれる吸込空気Ａを圧縮機１ａによって圧縮して燃焼器１ｂに供給し、燃焼器１ｂで燃料Ｆと混合して燃焼させて燃焼ガスを生成し、これをタービン１ｃ内に供給することで、図示しない翼構造によりロータ１ｄを回転させて発電機４で発電を行うことが可能である。また、タービン１ｃ内を流通した燃焼ガスは、排気ガスｇ１として不図示の排熱利用手段（ボイラ等）に供給され、その排熱を利用して蒸気を生成するようになっている。
【００３１】
ガスタービン用吸気冷却装置２は、第一熱交換器（熱交換器）２１と、冷凍機２２と、第二熱交換器２３と、冷水Ｃ１と、冷却水Ｃ２と、冷却制御部２４と、記憶部２５（図４参照）と、大気温度測定部２６と、大気湿度測定部２７とを備えている。
第一熱交換器２１は、外部から圧縮機１ａ入口までの吸込流路に設けられており、内部を流れる冷水Ｃ１と吸込空気Ａとの間で熱交換をさせる。この冷水Ｃ１が吸込空気Ａから受け取った熱は、冷凍機２２と冷却水Ｃ２と第二熱交換器２３とを介して外部へと放出される。
なお、吸込空気Ａを第一熱交換器２１によって冷却可能であれば、冷凍機２２以外の手段を用いてもよい。
【００３２】
図２は、第一熱交換器２１の概略構成を示す水平断面図であり、図３は、図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。
図２及び図３に示すように、第一熱交換器２１は、吸込流路を兼ねる管路３１と、複数の伝熱管３２と、ドレン３３とを備えている。
【００３３】
管路３１は、軸方向を重力方向と交差させており、略水平方向に沿って吸込空気Ａの吸込流路を構成している。この管路３１を通過した吸込空気Ａは、図１に示すように、ガスタービン用吸気調湿装置３を介して、圧縮機１ａに吸い込まれることとなる。
【００３４】
伝熱管３２は、図３に示すように、管路３１を重力方向の上下に貫通するように立設させたものであり、それぞれの軸を略重力方向に向けている。
【００３５】
これら複数の伝熱管３２は、図２に示すように、流路内の水平方向における配設が千鳥状になっている。
具体的には、複数の伝熱管３２のうち一部の伝熱管３２が、吸込流路の流路幅方向（重力方向及び気流方向に交差する方向）に間隔を空けて（重力方向及び気流方向に交差する方向）一列に設けられてなる伝熱管段３５が、図３に示すように、気流方向に間隔を空けて四つ（３５Ａ〜３５Ｄ）重ねられている。各伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄにおいては、図２に示すように、流路幅方向において相互に隣接する伝熱管３２の中心間距離Ｌが伝熱管３２の外径Ｄの２倍以下（Ｌ≦２Ｄ）に設定されている。
そして、図２に示すように、気流方向に相互に隣接した伝熱管段３５（３５Ａ〜３５Ｄ）が流路幅方向の間隔をずらして配置されている。より具体的には、気流方向に相互に隣接した二つの伝熱管段３５（例えば、３５Ａ，３５Ｂ）のうち、気流下流側の伝熱管段３５（例えば、３５Ｂ）の伝熱管３２の中心が、気流方向から見て、気流上流側の伝熱管段３５（例えば、３５Ａ）において流路幅方向に相互に隣接する伝熱管３２の間隔の中心（換言すれば、中心間距離Ｌの中間）に位置するように配設されている。
【００３６】
また、これら伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの流路幅方向の各端部における配置は、図２に示すように、各端部における伝熱管３２から流路壁面３１ａまでの壁面間隔をＳとすると、以下のように設定されている。まず、伝熱管段３５Ａ，３５Ｃにおける壁面間隔Ｓは、伝熱管３２の外径Ｄ以下（Ｓ≦Ｄ）に設定されている。
また、伝熱管段３５Ｂ，３５Ｄの壁面間隔Ｓは、外径Ｄよりも遥かに小さく（Ｓ＜＜Ｄ）設定されている。
このように、気流方向に相互に隣接する二つの伝熱管段３５（３５Ａ〜３５Ｄ）において（例えば、３５Ａ，３５Ｂ）は、気流方向から見て、一方の伝熱管段３５（例えば、３５Ｂ）の流路幅方向一端の伝熱管３２の外周面の一部が、他方の伝熱管段３５（例えば、３５Ａ）の壁面間隔Ｓ内に位置するように設定されている。
【００３７】
各伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄには、冷凍機２２から、それぞれ異なった温度の冷水Ｃ１が供給されるようになっており、伝熱管段３５Ａの各伝熱管３２に供給される冷水Ｃ１の温度が最も低くなっており、伝熱管段３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄの順に供給される冷水Ｃ１の温度が高くなるようになっている。なお、冷水Ｃ１の流量は、各伝熱管３２において略一定となっており、下方から上方に向けて流れるようになっている。
【００３８】
ドレン３３は、伝熱管段３５Ｄよりも下流側における管路３１の下部に設けられている。このドレン３３には、不図示の吸引ポンプが接続されている。なお、管路３１の下部は、伝熱管段３５Ａの上流側からドレン３３に向けて次第に下方に向かうように傾斜している。
【００３９】
図１に戻って、ガスタービン用吸気冷却装置２の冷却制御部２４は、発電用ガスタービン１の要求出力ＷＰＲに応じて第一熱交換器２１によって吸込空気Ａを冷却させる。この冷却制御部２４は、圧縮機１ａ入口における吸込空気Ａの圧縮機入口温度ＴＩＮを露点温度Ｔｄで運転した際の露点出力ＷＰＤＴと要求出力ＷＰＲとを比較し、要求出力ＷＰＲが大きい場合において、設定された電力価格ＰＥに基づいて発電に伴う収支が所定の基準を満たすことを条件として、圧縮機入口温度ＴＩＮを露点温度Ｔｄ未満にする。
【００４０】
図４は、ガスタービン用吸気冷却装置２の冷却制御部２４の概略構成を示すブロック図である。
冷却制御部２４は、要求出力ＷＰＲと露点出力ＷＰＤＴとの差分である差分出力ΔＷ及び電力価格ＰＥに基づいて差分収入ＩＮＣを演算する差分収入演算手段４１と、露点温度Ｔｄの飽和空気を要求出力ＷＰＲに対応した圧縮機入口温度ＴＩＮである要求入口温度ＴＰＲまで冷却した場合の発電用ガスタービン１の燃料コスト増分である燃料差分コストＣＦを演算する差分コスト演算手段４２と、差分収入ＩＮＣと差分コストＣＣとを比較して、圧縮機入口温度ＴＩＮを露点温度Ｔｄ未満にするか否かを判定する判定手段４３とを備えている。
なお、本実施形態においては、動翼等の消耗コストや燃料差分コストＣＦ等からなる差分コストＣＣのうち、大部分を占める燃料差分コストＣＦを差分コストＣＣとして擬制している。
【００４１】
差分収入演算手段４１は、露点温度演算部４１ａと、露点出力演算部４１ｂと、差分出力演算部４１ｃと、差分収入演算部４１ｄと、差分冷凍動力演算手段４１ｅとを有している。
【００４２】
露点温度演算部４１ａは、大気湿度測定部２７から入力された大気湿度φと、大気温度測定部２６から入力された大気温度Ｔａｍｂとから露点温度Ｔｄを演算する。なお、露点温度Ｔｄは、上述したＮＣ線図（例えば、「徹底マスター  空気線図の読み方・使い方」，空気調和・衛生工学会編，１９９８，ｐｐ１６）等で公知）から求める構成としてもよいし、露点温度演算部４１ａの変わりに露点温度計から直接求める構成としてもよい。
【００４３】
露点出力演算部４１ｂは、露点温度演算部４１ａで演算された露点温度Ｔｄから圧縮機入口温度ＴＩＮが露点温度Ｔｄとなったときの出力である露点出力ＷＰＤＴを演算する。なお、露点温度Ｔｄと露点出力ＷＰＤＴとの対応付けは、例えば、”Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ”,Ｓａｒａｂａｎａｍｕｔｔｏｏ，ＨＩＨ，ｅｔ  ａｌ．，２００１“等に示される方法を用いて求めることができる。また、実験や試運転から求めても良い。
【００４４】
差分出力演算部４１ｃは、露点出力演算部４１ｂに演算された露点出力ＷＰＤＴと、要求出力ＷＰＲとに基づいて、露点出力ＷＰＤＴと要求出力ＷＰＲとの差である差分出力ΔＷを演算する。
【００４５】
差分収入演算部４１ｄは、差分出力演算部４１ｃに演算された差分出力ΔＷと、差分冷凍動力演算手段４１ｅが演算した動力増分量ΔＷＩＮとの差分に、記憶部２５に予め記憶された電力価格ＰＥを乗じて、差分収入ＩＮＣを演算する。
なお、電力価格ＰＥは、より最新のものが好ましい。
【００４６】
差分冷凍動力演算手段４１ｅは、要求入口温度演算部４１ｅ１と比エンタルピ差演算部４１ｅ２と差分冷凍能力演算部４１ｅ３と差分冷凍動力演算部４１ｅ４とを備えている。
【００４７】
要求入口温度演算部４１ｅ１は、稼働時の電力需要に基づいて外部から入力される要求出力ＷＰＲと、予め記憶部２５に記憶され、要求出力ＷＰＲを得るために必要な圧縮機入口温度ＴＩＮである要求入口温度ＴＰＲと要求出力ＷＰＲとの所定の関係（図４の（１））から、要求入口温度ＴＰＲを演算する。
ここで、電力需要は、販売可能な電力を含んでおり、例えば、自家発電で売電可能な場合には、売電することができる電力、電気事業者で顧客に販売した電力の残りを他の電力事業者に売電できる場合には、他の電気事業者に売電することができる電力を含むものである。
なお、要求出力ＷＰＲと要求入口温度ＴＰＲとの所定の関係は、例えば、”Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ”,Ｓａｒａｂａｎａｍｕｔｔｏｏ，ＨＩＨ，ｅｔ  ａｌ．，２００１“等に示されるものを用いることができる。
【００４８】
比エンタルピ差演算部４１ｅ２は、大気温度測定部２６から入力された大気温度Ｔａｍｂと、大気湿度測定部２７から入力された大気湿度φとから露点温度演算部４１ａで演算された露点温度Ｔｄ、及び、要求入口温度演算部４１ｅ１に演算された要求入口温度ＴＰＲから予め記憶部２５に記憶されたＮＣ線図（図４の（２）、上述の通り公知）に基づいて、露点温度Ｔｄの飽和空気を要求入口温度ＴＰＲまで冷却する場合の比エンタルピ差Δｈを演算する。
【００４９】
差分冷凍能力演算部４１ｅ３は、比エンタルピ差演算部４１ｅ２に演算された比エンタルピ差Δｈと吸込空気Ａの流量ＧＩＮの積により得られる差分冷凍能力ΔＨを演算する。吸込空気Ａの流量ＧＩＮは、図４に例示したように、ガスタービン制御装置１ｅから得る構成としてもよいし、別途ガスタービン吸気流量演算部を設けて、圧縮機入口温度ＴＩＮから吸込空気Ａの流量ＧＩＮを演算する構成としても良い。ガスタービン吸気流量演算部を設ける場合には、例えば、”Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ”,Ｓａｒａｂａｎａｍｕｔｔｏｏ，ＨＩＨ，ｅｔ  ａｌ．，２００１“等に示される方法を用いて吸込空気Ａの流量ＧＩＮを演算することができる。
【００５０】
差分冷凍動力演算部４１ｅ４は、差分冷凍能力演算部４１ｅ３に演算された差分冷凍能力ΔＨと冷凍機２２の成績係数ＣＯＰとに基づいて、冷凍機動力増分量ΔＷＩＮを演算する。上記の冷凍機２２の成績係数ＣＯＰは、図４に例示したように、冷凍機制御装置２２ａから与える構成としても良いし、記憶部２５から与える構成としても良い。
【００５１】
差分コスト演算手段４２は、燃料差分コスト演算部４２ａを備えている。
燃料差分コスト演算部４２ａは、差分出力演算部４１ｃに演算された差分出力ΔＷと、予め記憶部２５に記憶された単位発熱量当たりの燃料価格ＰＦと発電効率ＥＧ（図４の（３））とに基づいて、燃料差分コストＣＦを演算する。発電効率ＥＧは、図４に例示したように、ガスタービン制御装置１ｅから与える構成としても良い。
なお、発電効率ＥＧは、冷凍機動力を差し引かないＧＴＣＣ発電プラントＧ１の出力（Ｗ）を投入する燃料発熱量（Ｑ）で除した値である。
【００５２】
図５は、判定手段４３の判定基準を示す図である。
判定手段４３は、露点出力ＷＰＤＴよりも要求出力ＷＰＲが大きく、かつ、差分コストＣＣ（燃料差分コストＣＦ）よりも差分収入ＩＮＣが大きいか否かを判定する。
【００５３】
冷却制御部２４は、判定手段４３の判断結果に基づいて、ＷＰＲ≦ＷＰＤＴである場合においては、（差分収入ＩＮＣ−差分コストＣＣ）≦０…（収支が赤字又は０）のとき、及び、（差分収入ＩＮＣ−差分コストＣＣ）＞０…（収支が黒字）のときの双方のときに、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満にせず、露点温度Ｔｄ以上で運転する。
【００５４】
また、ＷＰＲ＞ＷＰＤＴである場合において、（差分収入ＩＮＣ−差分コストＣＣ）≦０…（収支が赤字又は０）のときには、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満にせず、露点温度Ｔｄで運転する。
一方、ＷＰＲ＞ＷＰＤＴである場合において、（差分収入ＩＮＣ−差分コストＣＣ）＞０…（収支が黒字）のときには、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満に冷却する。
【００５５】
図１に戻って、ガスタービン用吸気調湿装置３は、吸込流路のうち、ガスタービン用吸気冷却装置２と圧縮機１ａとの間に配されており、圧縮機１ａへと吸い込まれる吸込空気Ａの水分を吸湿可能かつ含有水分を放出させて吸込空気Ａを加湿可能な吸湿手段５０を備えている。
この吸湿手段５０は、吸湿剤５１と、低水分含有吸湿剤貯留部５２と、高水分含有吸湿剤貯留部５３と、散布部５４と、散布制御部６０とを備えている。
【００５６】
吸湿剤５１は、液状のもの、例えばＬｉＢｒ水溶液や、粉末状のもの、例えば粉末状シリカゲルを利用することが可能である。
この吸湿剤５１は、相対的に含有水分が少ない低水分含有吸湿剤５１ａと、相対的に含有水分が多い高水分含有吸湿剤５１ｂとが分離貯留されるようになっている。
【００５７】
低水分含有吸湿剤貯留部５２は、低水分含有吸湿剤５１ａを貯留する。この低水分含有吸湿剤貯留部５２は、吸込流路の下部に形成された不図示のロート状回収孔に対して弁体５２ａ、管路５２ｂを、散布部５４に対して弁体５２ｃ、管路５２ｄを、それぞれ介して接続されている。
【００５８】
高水分含有吸湿剤貯留部５３は、吸湿剤５１のうち相対的に含有水分が多い高水分含有吸湿剤５１ｂを貯留する。この高水分含有吸湿剤貯留部５３は、吸込流路の下部に形成された不図示のロート状回収孔に対して弁体５３ａ、管路５３ｂを、散布部５４に対して弁体５３ｃ、管路５３ｄを、それぞれ介して接続されている。
【００５９】
上述した弁体５３ａ、管路５３ｂ、弁体５２ａ、管路５２ｂは、吸湿剤回収機構５５を構成している。
【００６０】
散布部５４は、吸込流路の上部に設けられており、散布制御部６０によって弁体５２ｃ，５３ｃが選択的に切り換えられることにより、低水分含有吸湿剤５１ａと高水分含有吸湿剤５１ｂとを択一的に選択して、吸込空気Ａに向けて散布する。
【００６１】
図６は、ガスタービン用吸気調湿装置３の散布制御部６０の概略構成を示すブロック図である。
散布制御部６０は、散布部５４を切り替え制御する。また、散布制御部６０は、低水分含有吸湿剤５１ａを散布した場合には、吸込空気Ａの水分を吸湿して含有水分が多くなった高水分含有吸湿剤５１ｂを高水分含有吸湿剤貯留部５３に導入する。より具体的には、弁体５２ａを閉、弁体５３ａを開とし、吸込流路の下部に溜まった高水分含有吸湿剤５１ｂを、不図示のロート状回収孔から管路５３ｂに導き入れ、高水分含有吸湿剤貯留部５３に導入する。
【００６２】
反対に、高水分含有吸湿剤５１ｂを散布した場合には、吸込空気Ａに水分を放出して含有水分が少なくなった低水分含有吸湿剤５１ａを低水分含有吸湿剤貯留部５２に導入する。より具体的には、弁体５２ａを開、弁体５３ａを閉とし、吸込流路の下部に溜まった低水分含有吸湿剤５１ａを、不図示のロート状回収孔から管路５２ｂに導き入れ、低水分含有吸湿剤貯留部５２に導入する。
【００６３】
この散布制御部６０は、要求入口温度演算部６１と、露点温度演算部６２と、飽和水蒸気圧演算部６３と、大気水蒸気分圧演算部６４と、溶液面上水蒸気分圧演算部６５と、運転モード判定部６６とを備えている。
【００６４】
要求入口温度演算部６１は、要求入口温度演算部４１ｅ１と同様の構成であり、外部から入力される要求出力ＷＰＲと、予め記憶部６９に記憶された要求出力ＷＰＲと要求入口温度ＴＰＲとの所定の関係（図６の（１））から、要求入口温度ＴＰＲを演算する。
なお、要求入口温度演算部（４１ｅ１，６１）を、散布制御部６０と冷却制御部２４とにそれぞれ設ける構成としたが、一方のみに設けて他方を省略し、省略した他方を一方で代用する構成としてもよい。
【００６５】
露点温度演算部６２は、大気温度測定部５６から入力された大気温度Ｔａｍｂと、大気湿度測定部５７から入力された大気湿度φと、予め記憶部６９に記憶されたＮＣ線図（図６の（２））とから吸込空気Ａの露点温度Ｔｄを演算する。
なお、ＮＣ線図については、上述した記憶部２５に記憶されているものと同様のものを用いることができる。
また、露点温度演算部（４１ａ，６２）を、散布制御部６０と冷却制御部２４とにそれぞれ設ける構成としたが、一方のみに設けて他方を省略し、省略した他方を一方で代用する構成としてもよい。
【００６６】
飽和水蒸気圧演算部６３は、記憶部６９に記憶されたＮＣ線図（図６の（２））に基づいて、要求入口温度演算部６１に演算された要求入口温度ＴＰＲに対応する吸込空気Ａの飽和水蒸気圧Ｅを演算する。
【００６７】
大気水蒸気分圧演算部６４は、大気温度測定部５６と大気湿度測定部５７とから入力された大気温度Ｔａｍｂと大気湿度φと、記憶部６９に予め記憶されたＮＣ線図（図６の（２））とに基づいて、吸込空気Ａの水蒸気分圧ＰＳａｍｂを演算する。
【００６８】
溶液面上水蒸気分圧演算部（吸湿剤水蒸気分圧演算部）６５は、吸湿剤温度測定部６８から入力された高水分含有吸湿剤５１ｂの吸湿剤温度ＴＬと、吸湿剤濃度測定部６７から入力された高水分含有吸湿剤５１ｂの吸湿剤濃度ＸＬと、記憶部６９に予め記憶されたＤｕｈｒｉｎｇ線図（（図６の（３）））（例えば、「吸収冷凍機とヒートポンプ」，高田秋一著，１９８９，興英文化社，ｐ．１０」）とに基づいて、高水分含有吸湿剤５１ｂの表面上の水蒸気分圧ＰＳＬを演算する。
【００６９】
運転モード判定部６６は、要求入口温度ＴＰＲと露点温度Ｔｄとを比較して、要求入口温度ＴＰＲが露点温度Ｔｄよりも低い場合に低水分含有吸湿剤５１ａを散布させる運転モードであると判定する。
また、運転モード判定部６６は、要求入口温度ＴＰＲと露点温度Ｔｄとを比較して、要求入口温度ＴＰＲが露点温度Ｔｄよりも高い場合において、大気温度測定部５６から入力された大気温度Ｔａｍｂ（図６の（６））が要求入口温度ＴＰＲよりも高いときに、演算された高水分含有吸湿剤５１ｂ表面上の水蒸気分圧ＰＳＬが、飽和水蒸気圧演算部６３に演算された飽和水蒸気圧Ｅよりも小さく、かつ、演算された吸込空気Ａの水蒸気分圧ＰＳａｍｂよりも高い場合（Ｅ＞ＰＳＬ＞ＰＳａｍｂ）に高水分含有吸湿剤５１ｂを散布させる運転モードであると判定する。
【００７０】
次に、上記の構成からなるＧＴＣＣ発電プラントＧ１の動作について説明する。
以下の説明においては、吸込空気Ａを露点未満に冷却する場合について説明する。より具体的には、上記判定手段４３の判定に基づいて、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満に冷却する場合について説明する。
【００７１】
冷却制御部２４は、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満に冷却するために、吸込空気Ａから減少させるエンタルピに応じて、伝熱管３２全体の冷却量を設定する。この冷却量の範囲内において、伝熱管段３５Ａ＜３５Ｂ＜３５Ｃ＜３５Ｄの順に冷水Ｃ１の温度が高くなるように、冷水Ｃ１の各温度を設定する。そして、これら各温度に設定された冷水Ｃ１が、冷凍機２２により伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの各伝熱管３２に供給される。図３に示すように、各伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの伝熱管３２に流入した冷水Ｃ１は、下方から上方に向けて流れ、冷凍機２２に戻る。
【００７２】
一方、外部から吸い込まれた大気は、吸込空気Ａとして吸込流路を流れて圧縮機１ａの入口に向かって流れる。そして、第一熱交換器２１の管路３１に流入した後に伝熱管段３５Ａに到達し、各伝熱管３２の隙間を順次通過していく。
吸込空気Ａは、図７に示すように、伝熱管段３５Ａを通過する際に冷水Ｃ１と熱交換を行って冷却され、吸込空気Ａが露点温度Ｔｄ未満になると吸込空気Ａに含まれる水分が凝縮してミストＭとなる。
【００７３】
図７に示すように、伝熱管段３５Ａの隙間を通過した吸込空気Ａ（矢印Ｙ１）は、伝熱管段３５Ｂの伝熱管３２に衝突した後に、この伝熱管３２の外周面に沿って気流下流側に向けて流れる。また、伝熱管３２の流路幅方向における一端及び他端の壁面間隔Ｓを通過した吸込空気Ａ（他端（矢印Ｙ２））は、伝熱管段３５Ｂの流路幅方向の一端及び他端における伝熱管３２に衝突した後に、この伝熱管３２の外周面に沿って気流下流側に向けて流れる。この際、吸込空気Ａに含まれていたミストＭが、伝熱管段３５Ｂの伝熱管３２に結露状に付着して捕捉される。
吸込空気Ａは、伝熱管段３５Ｂにおける外周面に沿って流れる際にも冷却され、この冷却によって新たに吸込空気Ａに含まれる水分が凝縮してミストＭとなる。この際、伝熱管段３５Ｂは、伝熱管段３５Ａよりも冷却効果が小さくなっているため、冷却量及び発生するミストＭの量が、伝熱管段３５Ａよりも小さくなる。
【００７４】
同様にして、伝熱管段３５Ｂを通過した吸込空気Ａが、伝熱管段３５Ｃにおける伝熱管３２に衝突した後に伝熱管３２の外周面に沿って流れ、ミストＭを付着させると共に冷却される。この際、伝熱管段３５Ｃにおける冷却効果は、伝熱管段３５Ａよりも小さくなっているため、冷却量及び発生するミストＭの量が、伝熱管段３５Ｂよりも小さくなる。
伝熱管段３５Ｃを通過した吸込空気Ａが、伝熱管段３５Ｄを通過する際にミストＭを僅かに付着させる。
【００７５】
このようにして、吸込空気Ａは、各伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄを通過する際に、順次冷水Ｃ１と熱交換を行って、吸込空気Ａのエンタルピを減少させる。そして、伝熱管段３５Ｄを通過した吸込空気Ａの温度が、所定の露点温度Ｔｄ未満の温度となる。この伝熱管段３５Ｄを通過した吸込空気Ａは、圧縮機１ａに向けて流れていく。
【００７６】
各伝熱管３２に付着したミストＭは、伝熱管３２を蔦って重力方向下方に向けて流れ落ち、管路３１の下部に到達する。そして、管路３１の下部の傾斜により、ドレン３３に向けて流れ、ドレン３３内に貯留される。なお、ドレン３３内に貯留された水は、吸引ポンプを介して外部に排出される。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、吸込空気Ａを冷却可能な第一熱交換器２１が複数の伝熱管３２を備え、これら複数の伝熱管３２が、気流上流側に位置する伝熱管３２が気流下流側に位置する伝熱管３２よりも冷却効果が大きくなるように配設されているので、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満に冷却する場合において、気流上流側に位置する伝熱管３２で相対的にミストＭの発生が活発となり、気流下流側に位置する伝熱管３２で相対的にミストＭの発生が抑制される。そして、気流上流側に位置する伝熱管３２によって冷却されて発生したミストＭが、気流下流側の伝熱管３２に付着して外周面を蔦って重力方向下方に落ちる。
これにより、吸込空気Ａの冷却に伴ってミストＭが発生しても、冷却効果を気流方向に一定にした場合に比べて、吸込空気Ａを冷却する伝熱管３２自体でミストＭを捕捉する割合が多くなるので、気流下流側にミストＭが流れていくことを抑止することができる。
従って、冷却した吸込空気Ａの流路上に別装置を付加することなく、ガスタービンがミストＭを吸い込むことを抑止することができる。
【００７８】
また、気流上流側の伝熱管３２が、気流下流側の伝熱管３２と比べて冷水Ｃ１の温度が低温であるので、気流上流側の伝熱管３２の冷却効果を相対的に大きくすることができ、また、比較的に冷却効果の調整を容易にすることができる。
【００７９】
また、複数の伝熱管３２が千鳥状に配設されているので、気流上流側の伝熱管段３５の流路幅方向の隙間を通過した吸込空気Ａを、気流下流側の伝熱管段３５における伝熱管３２に十分に接触させることができる。これにより、冷却効果及びミスト捕捉効果を高めることができる。
【００８０】
また、流路幅方向に相互に隣接する二つの伝熱管３２の中心間距離Ｌが伝熱管３２の外径の２倍以下とされているので、気流上流側の伝熱管段３５を通過した吸込空気Ａを、気流下流側の伝熱管段３５における各伝熱管３２に確実に接触させることができる。
【００８１】
また、気流上流側の伝熱管段３５の流路幅方向両端に位置する二つの伝熱管３２と、流路壁面３１ａとのそれぞれの壁面間隔Ｓを通過する吸込空気Ａが、気流下流側の伝熱管段３５の流路幅方向両端に位置する伝熱管３２に接触させることができる。これにより、流路壁面３１ａ近傍に沿って伝熱管３２に接触せずに通過してしまう吸込空気Ａを防止することができ、冷却効果及びミスト捕捉効果を高めることができる。
【００８２】
また、ＧＴＣＣ発電プラントＧ１によれば、要求出力ＷＰＲと露点温度Ｔｄでの出力とを比較して、発電に伴う収支が所定の基準を満たすことを条件として、圧縮機入口温度ＴＩＮを露点温度Ｔｄ未満にするので、圧縮機入口温度ＴＩＮが発電に伴う収支と無関係に露点温度Ｔｄ未満とすることを避けることができる。これにより、発電に伴う収支に基づいて限定的に吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満とするので、効率的に吸込空気Ａを冷却することができる。また、発電に伴う収支が所定の基準を満たす場合には、吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満に冷却するので、大出力となる稼働が一律に禁止されず、適切に電力需要に応えることが可能となる。
【００８３】
さらに、吸込空気Ａの水分を吸湿可能かつ含有水分を放出させて吸込空気Ａを加湿可能な吸湿手段５０を備えるので、ミストＭが発生した場合には、このミストＭを吸湿することが可能となり、湿度が低い場合には、含有水分を放出させて吸込空気Ａを冷却することが可能となる。これにより、ガスタービンの圧縮機１ａ入口に向かうミストＭを除去して、発電用ガスタービン１の部品の損傷を抑止することができる。また、吸込空気Ａの湿度が低い場合には、さらに吸込空気Ａを冷却することができ、発電用ガスタービン１の出力を向上させることができる。
【００８４】
なお、上述した実施の形態では、各伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの伝熱管３２に流入した冷水Ｃ１は、下方から上方に向けて流れる構成としたが、上方から下方に向けて流してもよいし、気流方向に隣接する二つの伝熱管３２において、冷水Ｃ１の流れ方向が反対となるようにしてもよい。
【００８５】
図８は、第一熱交換器２１の変形例２１Ａの概略構成断面図であって、図３に相当する図である。
図８に示すように、変形例２１Ａは、伝熱管段３５Ａにおける一の伝熱管３２の上端３２ａと、この伝熱管段３５Ｂにおける一の伝熱管３２の上端３２ａとが、湾曲管３６ａで連結されて第一連結伝熱管ユニット３７Ａを構成している。同様に、伝熱管段３５Ｃにおける一の伝熱管３２の上端３２ａと、伝熱管段３５Ｄにおける一の伝熱管３２の上端３２ａとが、湾曲管３６ａで連結されて第一連結伝熱管ユニット３７Ｂを構成している。
また、伝熱管段３５Ｂにおける一の伝熱管３２の下端３２ｂと、伝熱管段３５Ｃにおける一の伝熱管３２の下端３２ｂとが、湾曲管３６ｂで連結されて第二連結伝熱管ユニット３８を構成するように連結されている。
【００８６】
このような構成により、冷凍機２２から冷水Ｃ１が送られて、伝熱管段３５Ａの伝熱管３２の下端３２ｂから冷水Ｃ１が流入すると、湾曲管３６ａ，３６ｂを介して、伝熱管段３５Ｂ〜３５Ｄの各伝熱管３２に順番に、流れ方向を反対方向に変化させながら冷水Ｃ１が流れるようになっている。
【００８７】
この際、伝熱管段３５Ａの伝熱管３２においては、冷水Ｃ１が伝熱管３２の重力方向の下方において吸込空気Ａと熱交換をしながら（昇温しながら）、上方へと流れるため、上方に比べて下方の冷却効果が大きくなっており、吸込空気Ａの下方が上方よりも低温となる。しかしながら、伝熱管段３５Ｂの伝熱管３２が、伝熱管段３５Ａの伝熱管３２と冷水Ｃ１の流れ方向が反対となった第一連結伝熱管ユニット３７Ａを構成しているため、伝熱管段３５Ａで下方が上方よりも低温となった吸込空気Ａに対して、伝熱管段３５Ｂが下方に比べて上方をより強く冷却し、上下方向の温度差を均一化する。
吸込空気Ａが第二連結伝熱管ユニット３８と、第一連結伝熱管ユニット３７Ｂとを通過する際にも、上下方向の温度差を均一化する。また、冷水Ｃ１は、吸込空気Ａと熱交換をしながら（昇温しながら）、伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの順に流れるため、伝熱管段３５Ａ＜３５Ｂ＜３５Ｃ＜３５Ｄの順に温度が上昇する。
【００８８】
この構成によれば、気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管３２が、冷水Ｃ１の流れ方向が反対となるように設定されているので、吸込空気Ａの重力方向上下の温度差を低減することができる。すなわち、各伝熱管３２においては、冷水Ｃ１流れにおける上流側で吸込空気Ａと熱交換して昇温した冷水Ｃ１が、冷水Ｃ１流れにおける下流側に向けて流れることとなるため、冷水Ｃ１流れにおける下流側に比べて上流側の冷却効果が高くなる。しかしながら、気流方向において相互に隣接する二つの伝熱管３２が、冷水Ｃ１の流れ方向が反対となるように設定されているので、これら二つの伝熱管３２においては重力方向上下に亘って冷却効果が均等化される。このため、これら二つの伝熱管３２に沿って吸込空気Ａが連続して流れると吸込空気Ａの重力方向上下に亘って均等的に冷却されることとなるため、吸込空気Ａの重力方向上下の温度差を低減することができる。また、容易に伝熱管段３５Ａ＜３５Ｂ＜３５Ｃ＜３５Ｄの順に冷水Ｃ１の温度を高めることができる。
【００８９】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、伝熱管３２を千鳥状に配列したが、例えば、行列状に配列してもよい。
【００９０】
また、上述した実施の形態のように、冷水Ｃ１の温度を伝熱管３２毎に変える方法として、図８に示すように、伝熱管段３５Ａから３５Ｄを直列に接続して流す方法や、図１１に示す変形例２１Ｂのように、上流側の伝熱管３２の流路面積αを大きくして冷水Ｃ１の流量を多くすると共に、熱容量を大きくして温度の上昇を抑制する方法を採用してもよい。
【００９１】
また、上述した実施形態では、伝熱管段３５Ａで吸込空気Ａが露点温度Ｔｄ未満となるように冷却したが、必ずしも伝熱管段３５Ａにおいて吸込空気Ａが露点温度Ｔｄ未満とならなくてもよい。例えば、気流上流側の伝熱管段３５Ａ，３５Ｂを流れる過程において吸込空気Ａを露点温度Ｔｄ未満に冷却し、気流下流側の伝熱管段３５Ｃ，３５Ｄを流れる過程において吸込空気ＡのミストＭを捕捉する構成としてもよい。すなわち、気流上流側の伝熱管段３５Ａ，３５Ｂの冷却効果が、気流下流側の伝熱管段３５Ｃ，３５Ｄの冷却効果よりも大きくなっていれば、本願発明の効果を得ることができる。
また、上述した実施の形態では、伝熱管段３５を四段に構成したが、複数段であれば、何段であってもよい。
【００９２】
また、上述した実施の形態では、伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄを流れる冷水Ｃ１の温度を異ならせて、気流下流側よりも気流上流側の冷却効果が大きくなるように構成したが、伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄを流れる冷水Ｃ１の流速を異ならせて、気流下流側よりも気流上流側の冷却効果が大きくなるように構成してもよい。例えば、伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの各伝熱管３２の流路面積の大きさをこの順に大きくすることで、伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの順に冷却効果を大きくすることができる。例えば、図１２に示す変形例２１Ｃように、伝熱管段３５Ａ〜３５Ｄの各伝熱管３２のオリフィス径βの大きさを、３５Ａ＞３５Ｂ＞３５Ｃ＞３５Ｄの順に小さくすることで、冷水Ｃ１の冷却効果を伝熱管段３５Ａ＞３５Ｂ＞３５Ｃ＞３５Ｄの順に小さくすることができる。なお、オリフィス３２ｆは、伝熱管３２の入口側及び出口側のいずれに設けてもよい。
【００９３】
また、上述した実施の形態では、伝熱管３２の内面及び外面の表面粗さについて、特に言及をしなかったが、気流上流側の伝熱管３２の内面及び外面のうちいずれか一方の表面粗さを、気流下流側の伝熱管３２と比べて粗くしてもよい。この構成によれば、内面の表面粗さを粗くすることで冷水Ｃ１の流れを、外面の表面粗さを粗くすることで吸込空気Ａの流れを、それぞれ乱すことができ、気流上流側の伝熱管３２の冷却効果を相対的に大きくすることができる。
【００９４】
また、上述した実施形態では、第一連結伝熱管ユニット３７Ａ，３７Ｂと第二連結伝熱管ユニット３８とを連結する構成としたが、第一連結伝熱管ユニット３７Ａ，３７Ｂと第二連結伝熱管ユニット３８とは必ずしも連続させる必要はない。
また、第一連結伝熱管ユニット３７Ａ，３７Ｂと第二連結伝熱管ユニット３８とを連続させずに、個別に設けてもよい。また、第一連結伝熱管ユニット３７と第二連結伝熱管ユニット３８とのうちいずれか一方だけ設けてもよい。
【００９５】
また、上述した実施形態では、伝熱管３２の外周面に特に何も設けない構成としたが、図９に示すように、外周面から径方向外方に延出してなる螺旋状のフィン部材３２ｃを設けてもよい。
この構成によれば、吸込空気Ａに対して伝熱管３２側の接触面積が大きくなるので、伝熱面積の増加によって冷却効果が向上すると共に、気流下流側の伝熱管３２に設けた場合には、ミストＭ付着量が多くなる。これにより、吸込空気Ａの冷却を促進すると共に、ミスト捕捉効果を向上させることができる。
また、フィン部材３２ｃが、螺旋状であるので、捕捉されたミストＭがフィン部材３２ｃを伝って連続して下方に落ちる。これにより、捕捉したミストＭを速やかに下方に導いて、吸込空気Ａによって気流下流側に飛ばされることを防ぐことができる。
【００９６】
また、図１０に示すように、フィン部材３２ｄをロート状に構成すると共に、このフィン部材３２ｄの内周側に鉛直貫通孔３２ｅを設け、このフィン部材３２ｄを複数設ける構成としても、接触面積が大きくなり冷却効果が向上すると共に、捕捉されたミストＭが伝熱管３２の外周面側に集められ、伝熱管３２の外周面を蔦って連続して下方に落ちる。これにより、捕捉したミストＭを速やかに下方に導いて、吸込空気Ａによって気流下流側に飛ばされることを防ぐことができる。
【００９７】
また、図１３に示すように、ガスタービン用吸気調湿装置３を省略して、プラント構成を更に簡素化してもよい。
【００９８】
また、ＮＣ線図のデータは、全てを記憶させておいても良いし、温度−飽和圧力の関係のみを記憶させておき、露点温度Ｔｄ等の他のデータを都度計算で求めても良い。
【符号の説明】
【００９９】
１…発電用ガスタービン
１ａ…圧縮機
１ｂ…燃焼器
１ｃ…タービン
２…ガスタービン用吸気冷却装置
２１…第一熱交換器（熱交換器）
３１…管路
３１ａ…流路壁面
３２…伝熱管
３２ａ…上端
３２ｂ…下端
３２ｃ，３２ｄ…フィン部材
３２ｅ…鉛直貫通孔
３３…ドレン
３５（３５Ａ〜３５Ｄ）…伝熱管段
３６ａ，３６ｂ…湾曲管
３７Ａ，３７Ｂ…第一連結伝熱管ユニット
３８…第二連結伝熱管ユニット
６４…大気水蒸気分演算部
６５…吸湿剤水蒸気分圧演算部
６６…運転モード判定部
６７…吸湿剤濃度測定部
６８…吸湿剤温度測定部
６９…記憶部
Ａ…吸込空気
Ｃ１…冷水（冷却媒体）
Ｌ…中心間距離
Ｍ…ミスト
Ｓ…壁面間隔
Ｇ１…ＧＴＣＣ発電プラント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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