(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、燃焼器及びタービンを有する発電用ガスタービンの吸気冷却に用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、
冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段と、
加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段と、
前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれを稼動または非稼動に切替可能な冷却制御部とを備え、
該冷却制御部は、前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定す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】
請求項１に記載のガスタービン用吸気冷却装置において、
前記冷却制御部は、前記発電用ガスタービンが前記要求出力で出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算手段と、
前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算手段と、
前記必要冷凍動力演算手段で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算手段と、
前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算手段と、
前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定手段とを有す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】
請求項２に記載のガスタービン用吸気冷却装置において、
予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算手段と、
取得する大気の乾球温度及び湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算手段とを備え、
前記必要冷凍動力演算手段は、前記要求入口温度演算手段で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算手段で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、
前記差分出力演算手段は、前記要求出力及び前記温度演算手段で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算す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】
請求項２または請求項３に記載のガスタービン用吸気冷却装置において、
前記稼動決定手段は、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とす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５】
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置において、
前記稼動決定手段は、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とす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６】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置において、
前記稼動決定手段は、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度以下、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度より高く、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とす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７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガスタービン用吸気冷却装置と、
前記発電用ガスタービンとを備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項８】
既設である前記発電用ガスタービンに対して前記ガスタービン用吸気冷却装置を追設することで請求項７に記載のガスタービンプラントを構築することを特徴とする既設ガスタービンプラントの再構築方法。
【請求項９】
圧縮機、燃焼器及びタービンを有する発電用ガスタービンの吸気を、冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段及び加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段で冷却させるガスタービンの吸気冷却方法であって、
前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスタービンの吸気冷却方法において、
前記要求出力で前記発電用ガスタービンが出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算工程と、
前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算工程と、
前記必要冷凍動力演算工程で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算工程と、
前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算工程と、
前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以上である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定工程とを備えることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスタービンの吸気冷却方法において、
予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算工程と、
取得する大気の乾球温度及び大気湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算工程とを備え、
前記必要冷凍動力演算工程では、前記要求入口温度演算工程で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算工程で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、
前記差分出力演算工程では、前記要求出力及び前記温度演算工程で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のガスタービンの吸気冷却方法において、
前記稼動決定工程では、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のガスタービンの吸気冷却方法において、
前記稼動決定工程では、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載のガスタービンの吸気冷却方法において、
前記稼動決定工程では、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度未満、かつ、前記差分収入が前記差分コスト未満である場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度以上、かつ、前記差分収入が前記差分コスト未満である場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの吸気冷却を行うことが可能なガスタービン用吸気冷却装置、ガスタービンプラント、既設ガスタービンプラントの再構築方法、及び、ガスタービンの吸気冷却方法に関する。
【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発電用ガスタービンでは、圧縮機へ吸気される吸込空気の温度によってタービンにおける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吸気冷却装置を備えるものがある。
【０００３】
吸気冷却装置には、冷凍機によって冷却された冷媒との間で熱交換させることによって吸込空気を冷却させる冷凍冷却を行うタイプと、吸込空気に加湿を行い、加湿された水分が蒸発することによって吸込空気を冷却させる加湿冷却を行うタイプとがあり、冷凍冷却と加湿冷却とを両者具備するタイプも存在する。また、冷凍冷却と加湿冷却とを具備するタイプでは、吸込空気を、相対湿度が１００％となるとともに、最高効率となる温度に近い温度となるように、冷凍冷却と加湿冷却とを使い分ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０４１０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加湿冷却によるタイプの吸気冷却装置では、加湿により吸込空気に与えられた水分を蒸発させて潜熱を奪うことによって冷却するため、比較的低コストで冷却を行うことができる一方、吸込空気の相対湿度が１００％になってしまう、すなわち湿球温度まで低下してしまうと、それ以上冷却することができなくなってしまう。このため、特に大気の湿度が高い気象条件下では、十分な出力増大を図ることができない問題があった。
また、冷凍冷却によるタイプの吸気冷却装置では、冷凍機によって冷却することで、大気の状態に係らず目的とする温度まで冷却することができる一方、冷凍機を駆動させる動力が必要となり、ガスタービンによって高出力を得ることができても、冷凍動力分のロスが生じてしまい経済性が悪化してしまう問題があった。
両者を具備する特許文献１のような吸気冷却装置においても、加湿冷却と冷凍冷却とを使い分けることでガスタービンにより高効率で出力できるものの、冷凍冷却を行う場合には冷凍動力分のロスにより必ずしも経済性の良い運転を行っているとは限らなかった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、吸気冷却を行うことで発電用ガスタービンによる発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることが可能なガスタービン用吸気冷却装置、ガスタービンプラント、既設ガスタービンプラントの再構築方法、及び、ガスタービンの吸気冷却方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、圧縮機、燃焼器及びタービンを有する発電用ガスタービンの吸気冷却に用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段と、加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段と、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれを稼動または非稼動に切替可能な冷却制御部とを備え、該冷却制御部は、前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、圧縮機、燃焼器及びタービンを有する発電用ガスタービンの吸気を、冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段及び加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段で冷却させるガスタービンの吸気冷却方法であって、前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴としている。
【０００９】
この構成及び方法によれば、第一の冷却手段で吸気冷却を行って要求出力で発電することによる第一の発電収支差分と、第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で発電することによる第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定している。このため、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が大きい場合、すなわち第一の冷却手段で冷凍機を駆動させて吸気冷却を行っても収支が見合う場合には、第一の冷却手段によって吸気冷却を行うことで、大気の湿度の状態に係らず要求出力で発電用タービンから出力させることができる。一方、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が小さい場合、すなわち第一の冷却手段で冷凍機を駆動させて吸気冷却を行うと収支が見合わない場合には、第二の冷却手段によって吸気冷却を行うことで、経済性を確保しつつ発電用ガスタービンより最大限出力させることができる。
【００１０】
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記冷却制御部は、前記発電用ガスタービンが前記要求出力で出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算手段と、前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算手段と、前記必要冷凍動力演算手段で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算手段と、前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算手段と、前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定手段とを有することがより好ましい。
【００１１】
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記要求出力で前記発電用ガスタービンが出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算工程と、前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算工程と、前記必要冷凍動力演算工程で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算工程と、前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算工程と、前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定工程とを備えることがより好ましい。
【００１２】
この構成及び方法によれば、要求出力と対応する要求入口温度に、吸気される空気を第一の冷却手段によって冷却するのに冷凍機で必要とされる必要冷凍動力を求めることができる。また、要求出力と第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力との差分出力を求めることができる。そして、求めた必要冷凍動力と差分出力とに基づいて、第一の冷却手段で吸気冷却して要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、第二の冷却手段で吸気冷却して最大出力で発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入が求められる。さらに、求めた差分出力に基づいて、第一の冷却手段で吸気冷却して要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、第二の冷却手段で吸気冷却して最大出力で発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを求めることができる。そして、これら求めた差分収入と差分コストとの大小比較を行うことで、第一の発電収支差分と第二の発電収支差分との大小比較を行うことができる。そして、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合に、すなわち第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が小さい場合には、前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とすることで、経済性を確保しつつ発電用ガスタービンより最大限出力させることができる。また、差分収入が差分コストより大きい場合に、すなわち第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が大きい場合には、少なくとも第一の冷却手段を稼動とすることで、大気の湿度の状態に係らず要求出力で発電用タービンから出力させることができる。
【００１３】
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算手段と、取得する大気の乾球温度及び湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算手段とを備え、前記必要冷凍動力演算手段は、前記要求入口温度演算手段で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算手段で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、前記差分出力演算手段は、前記要求出力及び前記温度演算手段で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することがより好ましい。
【００１４】
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算工程と、取得する大気の乾球温度及び大気湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算工程とを備え、前記必要冷凍動力演算工程では、前記要求入口温度演算工程で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算工程で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、前記差分出力演算工程では、前記要求出力及び前記温度演算工程で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することがより好ましい。
【００１５】
この構成及び方法によれば、要求出力に基づいて要求入口温度を求めることができる。また、取得する大気温度及び大気湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を求めることができる。このため、求めた前記要求入口温度及び露点温度に基づいて、必要冷凍動力を求めることができ、さらに、要求出力及び求めた前記湿球温度に基づいて差分出力を演算することができる。
【００１６】
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記稼動決定手段は、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることがより好ましい。
【００１７】
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記稼動決定工程では、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることがより好ましい。
【００１８】
この構成及び方法によれば、大気の乾球温度、及び、要求出力と対応する要求入口温度を取得して大小比較することで、現在の大気を吸気して発電用ガスタービンで要求出力分だけ出力するのに冷却する必要があるかどうかを判断することができる。すなわち、要求入口温度が乾球温度以上である場合には、吸気を冷却しなくても十分に低温の空気を吸気できると判断することができ、第一の冷却手段及び第二の冷却手段を非稼動として発電用ガスタービンから少なくとも要求出力分の出力を得ることができる。
【００１９】
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記稼動決定手段は、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることがより好ましい。
【００２０】
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記稼動決定工程では、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることがより好ましい。
【００２１】
この構成及び方法によれば、大気の乾球温度及び露点温度、並びに、要求出力と対応する要求入口温度を取得して大小比較することで、第二の冷却手段による加湿冷却だけでも、要求入口温度以下まで冷却することができるかどうかを判断することができる。すなわち、要求入口温度が乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、第二の冷却手段による加湿冷却だけでも湿球温度になる前に要求入口温度まで冷却することができ、第一の冷却手段を非稼動とし、第二の冷却手段を稼動として発電用ガスタービンから要求出力分だけの出力を得ることができる。
【００２２】
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記稼動決定手段は、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度以下、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度より高く、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることがより好ましい。
【００２３】
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記稼動決定工程では、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度以下、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度より高く、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることがより好ましい。
【００２４】
この構成及び方法によれば、大気の露点温度、及び、要求出力と対応する要求入口温度を取得して大小比較することで、大気を第一の冷却手段で露点まで冷却した場合に、要求入口温度よりも高くなるか否かを判断することができる。ここで、第一の冷却手段で露点まで冷却した場合に、要求入口温度よりも低くなる場合には、冷却の一部を第二の冷却手段で行っても要求入口温度まで降温させることができることを意味する。そして、このような場合に、冷却の一部を第二の冷却手段によって行うことにより第一の冷却手段を稼動させることによって生じる冷凍動力分のロスを最小限に抑えることができ、経済性をさらに向上させることができる。
【００２５】
また、本発明のガスタービンプラントは、上記のガスタービン用吸気冷却装置と、前記発電用ガスタービンとを備えることを特徴としている。
【００２６】
この構成によれば、上記のガスタービン用吸気冷却装置を備えることで、発電用ガスタービンによって、経済的、かつ、高出力で発電することができる。
【００２７】
また、本発明の既設ガスタービンプラントの再構築方法は、既設である前記発電用ガスタービンに対して前記ガスタービン用吸気冷却装置を追設することで上記のガスタービンプラントを構築することを特徴としている。
【００２８】
この方法によれば、上記のガスタービン用吸気冷却装置を追設するだけで、既設の発電用ガスタービンによる発電を、経済的、かつ、高出力のものとすることができる。なお、ここでいうガスタービン用吸気冷却装置の追設とは、既設の発電用ガスタービンに、ガスタービン用吸気冷却装置の構成である第一の冷却手段、第二の冷却手段及び冷却制御部を新設するのに限られない。すなわち、発電用ガスタービンと、第一の冷却手段または第二の冷却手段の一方とが既設設備として構成されているのに対して、第一の冷却手段または第二の冷却手段の他方及び冷却制御部を新設するもの、また、第一の冷却手段及び第二の冷却手段が既設設備として構成されているのに対して、冷却制御部を新設するものも含まれる概念である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のガスタービン用吸気冷却装置によれば、冷却制御部による制御のもと、第一の冷却手段による冷凍冷却と第二の冷却手段による加湿冷却とにより吸気冷却を行うことで、発電用ガスタービンによる発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
また、本発明のガスタービンの吸気冷却方法によれば、上記工程に従って第一の冷却手段による冷凍冷却と第二の冷却手段による加湿冷却とにより吸気冷却を行うことで、発電用ガスタービンによる発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
また、本発明のガスタービンプラントによれば、上記ガスタービン用吸気冷却装置によって発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
また、既設ガスタービンプラントの再構築方法によれば、上記ガスタービン用吸気冷却装置を追設することにより、既設発電用ガスタービンの発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態のガスタービンプラントの全体図である。
【図２】本発明の実施形態のガスタービン用吸気冷却装置において、冷却制御部の詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態のガスタービン用吸気冷却装置において、記憶部に記憶されたＮＣ線図である。
【図４】本発明の実施形態のガスタービン用吸気冷却装置において、稼働決定手段で実行される判断フローを示すフロー図である。
【図５】本発明の実施形態の第１の変形例のガスタービンプラントの全体図である。
【図６】本発明の実施形態の第２の変形例のガスタービンプラントの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。図１は、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ガスタービンプラントの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービンプラント１は、発電用ガスタービン２と、発電用ガスタービン２と接続された発電機３と、発電用ガスタービン２の吸気冷却を行うガスタービン用吸気冷却装置１０とを備える。
【００３２】
発電用ガスタービン２は、大気から空気Ａ１を吸気圧縮して圧縮空気Ａ２を生成する圧縮機２ａと、圧縮機２ａで生成された圧縮空気Ａ２に燃料Ｆを混合させて燃焼ガスＧを生成する燃焼器２ｂと、燃焼器２ｂで生成された燃焼ガスＧにより回転駆動するタービン２ｃと、圧縮機２ａ及びタービン２ｃを貫通するロータ２ｄと、各構成を制御するガスタービン制御部２ｅとを備える。発電機３はロータ２ｄに接続されている。また、ロータ２ｄには圧縮機２ａ及びタービン２ｃの各翼構造が設けられている。そして、ガスタービン制御部２ｅによる制御のもと、圧縮機２ａでは翼構造により空気Ａ１を圧縮して圧縮空気Ａ２を生成し、燃焼器２ｂで燃焼ガスＧを生成してタービン２ｃに供給することで、タービン２ｃでは翼構造によりロータ２ｄを回転させて発電機３で発電を行うことが可能となっている。ガスタービン制御部２ｅには、稼働時の電力需要に応じた要求出力ＷＰＲが入力されており、ガスタービン制御部２ｅは、該要求出力ＷＰＲを出力するように、圧縮機２ａ、燃焼器２ｂ及びタービン２ｃの制御を行う。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。
【００３３】
ガスタービン用吸気冷却装置１０は、冷凍機１１を駆動させて発電用ガスタービン２に吸気される空気Ａ１を冷却する第一の冷却手段１２と、加湿することで発電用ガスタービン２に吸気される空気Ａ１を冷却する第二の冷却手段１３と、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３のそれぞれを稼動または非稼動に切替可能な冷却制御部２０とを備える。本実施形態では、圧縮機２ａの吸気流路には、上流側から第一の冷却手段１２、第二の冷却手段１３の順で配置されている。
【００３４】
第一の冷却手段１２は、吸気される空気Ａ１との間で熱交換を行い冷却させる第一熱交換器１２ａと、外気との間で熱交換を行い放熱させる第二熱交換器１２ｂと、第一熱交換器１２ａと第二熱交換器１２ｂの間に設けられて電力により駆動する冷凍機１１と、冷凍機１１の駆動を制御する冷凍機制御部１２ｃとを有する。第一熱交換器１２ａと冷凍機１１との間には循環路をなす第一配管１２ｄが配されており、内部に冷水が循環している。同様に第二熱交換器１２ｂと冷凍機１１との間にも循環路をなす第二配管１２ｅが配されており、内部に冷却水が循環している。そして、冷凍機１１は、冷凍機制御部１２ｃによる制御のもと、内部の冷媒から第二配管１２ｅを循環する冷却水に放熱し、第一配管１２ｄを循環する冷水との間で吸熱することで、第一配管１２ｄを循環する冷水を冷却させる。そして、第一熱交換器１２ａにおいて、冷凍機１１で冷却された第一配管１２ｄを循環する冷水と吸気される空気Ａ１との間で熱交換を行うことで、空気Ａ１は冷却される。ここで、冷凍機制御部１２ｃは、冷却制御部２０と接続されており、冷却制御部２０から入力される制御信号に基づいて、冷凍機１１を駆動させて第一熱交換器１２ａで空気Ａ１を所望の温度まで冷却することが可能となっている。
【００３５】
また、第二の冷却手段１３は、吸気される空気Ａ１が流通する蒸発冷却器１３ａと、加湿用の水Ｌが貯留されている貯留部１３ｂと、貯留部１３ｂの水Ｌを蒸発冷却器１３ａに供給する加湿用ポンプ１３ｃと、加湿用ポンプ１３ｃを制御する加湿制御部１３ｄとを有する。蒸発冷却器１３ａは、空気Ａ１が流入、流出する冷却室１３ｅと、冷却室１３ｅ内部で空気Ａ１の流路を遮るように設けられた多孔質部材１３ｆと、加湿用ポンプ１３ｃによって供給された水Ｌを多孔質部材１３ｆに散水する散水ノズル１３ｇとを有する。また、加湿制御部１３ｄは、冷却制御部２０と接続されており、冷却制御部２０から入力される制御信号に基づいて、加湿用ポンプ１３ｃを駆動させて多孔質部材１３ｆに散水を行い、蒸発させることで、潜熱により多孔質部材１３ｆを通過する空気Ａ１から熱を奪い所望の温度まで冷却することができる。
【００３６】
また、図２に示すように、ガスタービン用吸気冷却装置１０は、大気の乾球温度Ｔａｍｂを測定する大気温度測定部１５と、大気の絶対湿度φａｍｂを測定する大気湿度測定部１６とを備える。大気温度測定部１５及び大気湿度測定部１６において取得された乾球温度Ｔａｍｂ及び絶対湿度φａｍｂは、冷却制御部２０へ出力される。また、冷却制御部２０は、ガスタービン制御部２ｅと接続されている。そして、冷却制御部２０は、該ガスタービン制御部２ｅから入力される要求出力ＷＰＲ、大気温度測定部１５から入力される大気の乾球温度Ｔａｍｂ、及び、大気湿度測定部１６から入力される絶対湿度φａｍｂに基づいて、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３を稼動させる。以下に、冷却制御部２０の詳細を述べる。
【００３７】
図２に示すように、冷却制御部２０は、温度演算手段２１と、要求入口温度演算手段２２と、必要冷凍動力演算手段２３と、差分出力演算手段２４と、差分収入演算手段２５と、差分コスト演算手段２６と、稼動決定手段２７と、各種データが記憶された記憶部２８とを備える。そして、冷却制御部２０は、これらの構成により温度演算工程と、要求入口温度演算工程と、必要冷凍動力演算工程と、差分出力演算工程と、差分収入演算工程と、差分コスト演算工程と、稼動決定工程とを実施し、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３に吸気冷却を行わせる。
【００３８】
温度演算手段２１は、温度演算工程として、大気の露点温度Ｔｄ及び湿球温度ＴＷｂを演算する。温度演算手段２１は、大気の露点温度Ｔｄを演算する大気露点温度演算部２１ａと、大気の湿球温度ＴＷｂを演算し、該湿球温度ＴＷｂから加湿冷却によって冷却可能な最低温度である加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎを演算する加湿冷却最低温度演算部２１ｂとを有する。大気露点温度演算部２１ａは、大気温度測定部１５及び大気湿度測定部１６のそれぞれから入力される乾球温度Ｔａｍｂ及び絶対湿度φａｍｂに基づいて大気の露点温度Ｔｄを演算する。具体的には、本実施形態では、記憶部２８に、図３に示す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）が記憶されており、大気露点温度演算部２１ａは、記憶部２８に記憶された該ＮＣ線図（図２の（１））を参照し、乾球温度Ｔａｍｂ及び絶対湿度φａｍｂを当て嵌めることで、露点温度Ｔｄを求める。そして、大気露点温度演算部２１ａは、求めた露点温度Ｔｄを必要冷凍動力演算手段２３へ出力する。同様に、加湿冷却最低温度演算部２１ｂは、記憶部２８に記憶された該ＮＣ線図（図２の（１））を参照し、乾球温度Ｔａｍｂ及び絶対湿度φａｍｂを当て嵌めることで、湿球温度ＴＷｂを求める。更に加湿冷却最低温度演算部２１ｂは、湿球温度ＴＷｂから加湿冷却を行う場合の圧縮機２ｃの入口温度の最低値である加湿冷却最低温度Tｈｍｉｎを求める。加湿冷却最低温度Tｈｍｉｎは、例えば、試運転や設計計算等から得た加湿冷却効率ηｈｃを与えて、以下の＜数１＞で計算することができる。
【００３９】
【数１】
0005384300.tif 000002
【００４０】
そして、加湿冷却最低温度演算部２１ｂは、求めた加湿冷却最低温度Tｈｍｉｎを差分出力演算手段２４へ出力する。なお、大気の乾球温度Ｔａｍｂ及び絶対湿度φａｍｂから露点温度Ｔｄ及び湿球温度ＴＷｂを求めるものとしたが、露点温度計及び湿球温度計を備えるものとし、直接露点温度Ｔｄや湿球温度ＴＷｂを計測するものとしても良い。
【００４１】
要求入口温度演算手段２２は、要求入口温度演算工程として、ガスタービン制御部２ｅから入力される要求出力ＷＰＲに基づいて、発電用ガスタービン２が要求出力ＷＰＲで出力可能となる吸気温度である要求入口温度ＴＰＲを演算する。具体的には、本実施形態では、記憶部２８には、圧縮機２ａの入口における吸気温度Ｔと、本構成の発電用ガスタービンにおけるタービン出力との関係（図２の（２））が予め記憶されている。そして、要求入口温度演算手段２２は、記憶部２８に記憶された吸気温度Ｔとタービン出力の関係を参照して、タービン出力として要求出力ＷＰＲを当て嵌めることで、対応する吸気温度Ｔとなる要求入口温度ＴＰＲを求めることができる。そして、要求入口温度演算手段２２は、求めた要求入口温度ＴＰＲを後述する必要冷凍動力演算手段２３へ出力する。なお、吸気温度Ｔとタービン出力との関係は、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。
【００４２】
必要冷凍動力演算手段２３は、必要冷凍動力演算工程として、第一の冷却手段１２によって要求入口温度ＴＰＲまで、吸気される空気を冷却するのに冷凍機１１で必要とされる動力である必要冷凍動力ＷＩＮを演算する。より詳しくは、必要冷凍動力演算手段２３は、第一の冷却手段１２によって目的とする温度まで冷却するのに奪う必要がある比エンタルピ差Δｈを演算する比エンタルピ差演算部２３ａと、演算された比エンタルピ差Δｈに基づいて第一の冷却手段１２の冷凍機１１で必要とされる必要冷凍能力ΔＨを演算する必要冷凍能力演算部２３ｂと、演算された必要冷凍能力ΔＨに基づいて冷凍機１１で必要とされる動力である必要冷凍動力ＷＩＮを演算する必要冷凍動力演算部２３ｃとを有する。
【００４３】
なお、以下においては、簡単のため、＜数１＞における加湿冷却効率ηｈｃが１００％、すなわち、「Ｔｈｍｉｎ＝ＴＷｂ」であるものとして説明を行う。
比エンタルピ差演算部２３ａは、要求入口温度演算手段２２から入力される要求入口温度ＴＰＲと、大気露点温度演算部２１ａから入力される露点温度Ｔｄと、大気温度測定部１５から入力される乾球温度Ｔａｍｂ（図２の（５））と、大気湿度測定部１６から入力される絶対湿度φａｍｂ（図２の（４））とに基づいて、現在の大気を第一の冷却手段１２で要求入口温度ＴＰＲまで冷却するのに現在の大気から奪う必要のある比エンタルピ差Δｈを演算する。具体的には、比エンタルピ差演算部２３ａは、図３に示す記憶部２８に記憶されたＮＣ線図（図２の（１））を参照し、入力された乾球温度Ｔａｍｂ及び絶対湿度φａｍｂを入力し、現在の大気の状態を表す点Ｂを求める。さらに、比エンタルピ差演算部２３ａは、要求入口温度ＴＰＲを入力し、吸気温度Ｔが要求入口温度ＴＰＲで相対湿度１００％である点Ａを求める。次に、現在の大気の状態を表す点Ｂが、点Ａを通る湿球温度一定線Ｌａよりも低温側にあるかどうか判定する。そして、現在の大気の状態を表す点Ｂが湿球温度一定線Ｌａよりも低温側にあると判定された場合には、比エンタルピ差Δｈを「０」として出力する。これは、乾球温度Ｔａｍｂが要求入口温度ＴＰＲ以下である場合には、冷却する必要がなく、また、乾球温度Ｔａｍｂが要求入口温度ＴＰＲより高くても湿球温度一定線Ｌａよりも低温側にある場合には、加湿冷却だけで良いからである。詳細は後述する。なお、現在の大気の状態を表す点Ｂが湿球温度一定線Ｌａよりも低温側とは、図３において、大気の状態を表す点ＢがＴ＝ＴＰＲ一定の線よりも吸気温度Ｔが小さい領域Ｘに位置（例えば、点Ｂ１）するか、または、Ｔ＝ＴＰＲ一定の線と点Ａを通る湿球温度一定線Ｌａとで挟まれた領域Ｙ１に位置（例えば、点Ｂ２）することを意味する。
【００４４】
また、比エンタルピ差演算部２３ａは、現在の大気の状態を表す点Ｂが湿球温度一定線Ｌａよりも高温側にある場合には、次に露点温度Ｔｄと要求入口温度ＴＰＲとの大小比較を行い、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ未満である場合と、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ以上である場合とで異なる演算を行う。ここで、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ未満であるとは、図３において、現在の大気の状態を表す点Ｂが湿球温度一定線Ｌａよりも高温側で、かつ、点Ｂの絶対湿度φａｍｂが点Ａにおける絶対湿度φＡ未満となる領域Ｙ２に位置（例えば、点Ｂ３）することである。また、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ以上になるとは、図３において、大気の絶対湿度φａｍｂが点Ａにおける絶対湿度φＡ以上となる領域Ｚに位置（例えば、点Ｂ４）することである。
【００４５】
まず、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ以下である場合（領域Ｙ２）では、現在の大気の状態である点Ｂ３から、点Ａと湿球温度ＴＷｂが同一となる点Ｂ３´まで冷却するのに奪う必要がある比エンタルピ差Δｈを求める。これは後述するように、点Ｂ３´の状態から要求入口温度ＴＰＲまでは第二の冷却手段１３によっても冷却可能であることによる。また、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲより高い場合（領域Ｚ）では、現在の大気の状態である点Ｂ４から、露点温度Ｔｄ４となるまで冷却し、さらに要求入口温度ＴＰＲとなる点Ａまで冷却するのに奪う必要がある比エンタルピ差Δｈを求める。なお、具体的な比エンタルピ差Δｈの算出は、以下の＜数２＞により行われる。ここで、＜数２＞において、関数ｆはＮＣ線図によって求められるものである。そして、比エンタルピ差演算部２３ａは、求めた比エンタルピ差Δｈを必要冷凍能力演算部２３ｂへ出力する。
【００４６】
【数２】
0005384300.tif 000003
【００４７】
必要冷凍能力演算部２３ｂは、比エンタルピ差演算部２３ａで演算された比エンタルピ差Δｈに基づいて、第一の冷却手段１２で要求入口温度ＴＰＲとなるまで冷却するのに必要となる必要冷凍能力ΔＨを演算する。具体的には、必要冷凍能力演算部２３ｂには、ガスタービン制御部２ｅからガスタービン２ｃの圧縮機２ａにおける吸気流量ＧＩＮが入力されているとともに、比エンタルピ差演算部２３ａから比エンタルピ差Δｈが入力されている。そして、必要冷凍能力演算部２３ｂは、入力された吸気流量ＧＩＮ及び比エンタルピ差Δｈに基づいて、以下の＜数３＞により必要冷凍能力ΔＨを求める。そして、必要冷凍能力演算部２３ｂは、求めた必要冷凍能力ΔＨを必要冷凍動力演算部２３ｃに入力する。
【００４８】
【数３】
0005384300.tif 000004
【００４９】
必要冷凍動力演算部２３ｃは、必要冷凍能力ΔＨを出力するのに必要となる必要冷凍動力ＷＩＮを演算する。具体的には、必要冷凍動力演算部２３ｃには、必要冷凍能力演算部２３ｂから必要冷凍能力ΔＨが入力されているとともに、冷凍機制御部１２ｃから、第一の冷却手段１２の冷凍機１１固有の成績係数ＣＯＰが入力されている。そして、必要冷凍能力演算部２３ｂは、入力された必要冷凍能力ΔＨ及び成績係数ＣＯＰに基づいて、以下の＜数４＞により必要冷凍動力ＷＩＮを求める。そして、必要冷凍動力演算部２３ｃは、求めた必要冷凍動力ＷＩＮを差分収入演算手段２５へ出力する。
【００５０】
【数４】
0005384300.tif 000005
【００５１】
また、差分出力演算手段２４は、差分出力演算工程として、要求出力ＷＰＲと第二の冷却手段１３で吸気冷却を行うことにより発電用ガスタービン２で出力可能な最大出力である加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘとの差分出力ΔＷを演算するものである。具体的には、差分出力演算手段２４は、吸気温度Ｔが加湿冷却最低温度Tｈｍｉｎとなる時のガスタービン２の出力である加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘを演算する加湿冷却最大出力演算部２４ａと、差分出力ΔＷを演算する差分出力演算部２４ｂとを有する。加湿冷却最大出力演算部２４ａには、加湿冷却最低温度演算部２１ｂから現在の加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎが入力されている。そして、加湿冷却最大出力演算部２４ａは、記憶部２８に記憶された図３に示す吸気温度Ｔとタービン出力の関係（図２の（２））を参照して加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘを求める。ここで、加湿冷却では、対象空気に加湿を行い、加湿した水分が蒸発して潜熱を奪うことで冷却するものであり、従って加湿冷却である第二の冷却手段１３では、湿潤状態での温度を測定した湿球温度ＴＷｂに加湿冷却効率ηｈｃを加味した温度である加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎ未満には冷却することができず、言い換えれば加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎとは現在の大気の状態において第二の冷却手段１３によって冷却可能な最低温度を表わしている。従って、加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎと対応する出力を求めることは、第二の冷却手段１３で吸気冷却を行うことによる発電用ガスタービン２で出力可能な加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘを求めることになる。従って、差分出力演算部２４ｂで、要求出力ＷＰＲと加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘとの差分を演算することにより、要求出力ＷＰＲと加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘとの差分出力ΔＷを求めることができる。そして、差分出力演算部２４ｂは、求めた差分出力ΔＷを差分収入演算手段２５及び差分コスト演算手段２６へそれぞれ出力する。
【００５２】
差分収入演算手段２５は、差分収入演算工程として、第一の冷却手段１２で吸気冷却して要求出力ＷＰＲで発電用ガスタービン２から出力させた場合と、第二の冷却手段１３で吸気冷却してその加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘで発電用ガスタービン２から出力させた場合との発電による収入の差である差分収入ＩＮＣを演算する。具体的には、差分収入演算手段２５には、必要冷凍動力演算手段２３の必要冷凍動力演算部２３ｃから必要冷凍動力ＷＩＮが入力されているとともに、差分出力演算手段２４の差分出力演算部２４ｂから差分出力ΔＷが入力されている。また、記憶部２８には、単位出力当りの電力価格である電力単価ＰＥが記憶されている。そして、差分収入演算手段２５は、記憶部２８の電力単価ＰＥを参照して、電力単価ＰＥ、差分出力ΔＷ及び必要冷凍動力ＷＩＮに基づいて、下記の＜数５＞により差分収入ＩＮＣを演算する。すなわち、第一の冷却手段１２で吸気冷却することで発電用ガスタービン２で出力可能な要求出力ＷＰＲと、第二の冷却手段１３で吸気冷却することで発電用ガスタービン２で出力可能な加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘとの差分出力ΔＷから、第一の冷却手段１２で吸気冷却することで実際にはロス分となる必要冷凍動力ＷＩＮ分を控除することで、実際の出力差が求められ、該出力差に電力単価ＰＥを乗じることで、第一の冷却手段１２を利用した場合と第二の冷却手段１３を利用した場合との発電用ガスタービン２で発電した場合の電力収入の差を差分収入ＩＮＣとして求めることができる。そして、差分収入演算手段２５は、求めた差分収入ＩＮＣを稼動決定手段２７へ出力する。なお、上記において、電力単価ＰＥは記憶部２８に記憶されているものとしたが、外部から適時入力されるものとしても良い。このようにすることで、現在における電力単価ＰＥを反映させて差分収入ＩＮＣの演算を行うことができる。
【００５３】
【数５】
0005384300.tif 000006
【００５４】
差分コスト演算手段２６は、差分コスト演算工程として、第一の冷却手段１２で吸気冷却して要求出力ＷＰＲで発電用ガスタービン２から出力させた場合と、第二の冷却手段１３で吸気冷却して加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘで発電用ガスタービン２から出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストＣｃを演算する。具体的には、差分コスト演算手段２６には、差分出力演算手段２４から差分出力ΔＷが入力されているとともに、ガスタービン制御部２ｅから発電機３における発電効率ＥＧ、すなわち単位出力当りの発電量が入力されている。また、記憶部２８には、単位発熱量当りの燃料価格である燃料単価ＰＦが記憶されている。そして、差分コスト演算手段２６は、記憶部２８の燃料単価ＰＦを参照して、該燃料単価ＰＦ、差分出力ΔＷ及び発電効率ＥＧ（図２の（３））に基づいて、以下の＜数６＞により差分コストＣｃを演算する。すなわち、差分出力ΔＷと発電効率ＥＧから、第一の冷却手段１２を利用した場合と第二の冷却手段１３を利用した場合との発電量の差を求めることができ、これに燃料単価ＰＦを乗じることで、発電に伴って消費した燃料コストの差ＣＦを差分コストＣｃとして求めることができる。そして、差分コスト演算手段２６は、求めた差分コストＣｃを稼動決定手段２７へ出力する。なお、発電に伴うコストとしては、実際には燃料コストに限られず、例えば発電用ガスタービン２を稼動させることで、動翼等各部材の消耗による交換・修理コストなどがあり、該交換・修理コストなども考慮しても良い。しかしながら、発電に伴うコストの大部分は、燃料コストで占められており、本実施形態では燃料コストのみを考慮して差分コストＣｃを演算している。また、上記において、燃料単価ＰＦは記憶部２８に記憶されているものとしたが、外部から適時入力されるものとしても良い。このようにすることで、現在における燃料単価ＰＦを反映させて差分コストＣｃの演算を行うことができる。
【００５５】
【数６】
0005384300.tif 000007
【００５６】
稼動決定手段２７は、稼動決定工程として、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３の稼動、非稼動を決定し、非稼働の場合には駆動停止とする制御信号を、また、稼働の場合には所望の吸気冷却となるように制御信号を、第一の冷却手段１２の冷凍機制御部１２ｃ介して冷凍機１１に、また、加湿制御部１３ｄを介して第二の冷却手段１３の加湿用ポンプ１３ｃにそれぞれ出力する。ここで、稼動決定手段２７には、差分収入演算手段２５から差分収入ＩＮＣ、差分コスト演算手段２６から差分コストＣｃ、大気温度測定部１５から乾球温度Ｔａｍｂ（図２の（５））、大気露点温度演算部２１ａから露点温度Ｔｄ（図２の（６））、加湿冷却最低温度演算部２１ｂから湿球温度ＴＷｂ（図２の（７））、また、要求入口温度演算手段２２から要求入口温度ＴＰＲ（図２の（８））がそれぞれ入力されている。そして、稼動決定手段２７は、これら入力された差分収入ＩＮＣ、差分コストＣｃ、乾球温度Ｔａｍｂ、露点温度Ｔｄ、湿球温度ＴＷｂ及び要求入口温度ＴＰＲに基づいて、図４に示す判定フローに基づいて第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３のそれぞれの稼動、非稼動の決定を行っている。以下に詳細を示す。
【００５７】
図４に示すように、稼動決定手段２７は、まず、大気の乾球温度Ｔａｍｂが要求入口温度ＴＰＲ以下かどうかを判定する（ステップＳ１）。そして、乾球温度Ｔａｍｂが要求入口温度ＴＰＲ以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち現在の大気の状態が図３に示す領域Ｘであり、冷却しないまま大気を吸気しても発電用ガスタービン２で要求出力ＷＰＲを得ることができる場合となり、稼動決定手段２７は、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３ともに非稼動（ＯＦＦ）と決定する（ステップＳ１１）。一方、乾球温度Ｔａｍｂが要求入口温度ＴＰＲよりも高い場合（ＮＯ）、すなわち発電用ガスタービン２で要求出力ＷＰＲを得るには吸気冷却を行う必要がある場合には、次の判定ステップに移行する。
【００５８】
すなわち、稼動決定手段２７は、次に大気の加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎが要求入口温度ＴＰＲ以下かどうか判定する（ステップＳ２）。そして、加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎが要求入口温度ＴＰＲ以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち現在の大気の状態が図３に示す領域Ｙの内、点Ａを通る湿球温度一定線Ｌａよりも低温側の領域Ｙ１となる場合には、稼動決定手段２７は、第一の冷却手段１２を非稼動（ＯＦＦ）とするとともに、第二の冷却手段１３を稼動（ＯＮ）とする（ステップＳ１２）。これにより、発電用ガスタービン２の吸気は、第二の冷却手段１３のみで加湿冷却されることとなる。ここで、領域Ｙ１は、吸気温度Ｔが要求入口温度ＴＰＲとなる点Ａを通る湿球温度一定線Ｌａよりも低温側であることから、加湿冷却を行うと、例えば点Ｂ２で表わされる大気の状態から、加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎに達するまでに目標とする要求入口温度ＴＰＲとなる点Ｂ２´まで冷却することができ、発電用ガスタービン２により要求出力ＷＰＲ分だけ出力することが可能となる。一方、加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎが要求入口温度ＴＰＲより高い場合（ＮＯ）、すなわち現在の大気の状態が図３に示す湿球温度一定線Ｌａよりも高温側となる場合には、次の判定ステップに移行する。
【００５９】
そして、稼動決定手段２７は、大気の露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲより低いかどうか判定する（ステップＳ３）。そして、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ以上である場合（ＮＯ）、すなわち現在の大気の状態が図３に示す領域Ｚである場合は、ステップＳ４に移行し、また、露点温度Ｔｄが要求入口温度ＴＰＲ以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち現在の大気の状態が図３に示す領域Ｙの内、点Ａを通る湿球温度一定線Ｌａよりも高温側の領域Ｙ２となる場合には、ステップＳ５に移行する。そして、各ステップＳ４、Ｓ５では、稼動決定手段２７は、差分収入ＩＮＣと差分コストＣｃの大小を比較する。
【００６０】
ここで、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃよりも大きいということは、第一の冷却手段１２で吸気を要求入口温度ＴＰＲまで冷却して要求出力ＷＰＲで発電させた時の電力収入と第二の冷却手段１３で可能な範囲で冷却して加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘで発電させた時の電力収入の差が、同発電コスト同士の差よりも大きいことを意味する。すなわち言い換えれば、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃよりも大きいということは、第一の冷却手段１２で冷却して発電させた時の発電収支の差分である第一の発電収支差分が、第二の冷却手段１３で冷却して発電させた時の発電収支の差分である第二の発電収支差分よりも大きく、第一の冷却手段１２で要求入口温度ＴＰＲまで冷却する方が第二の冷却手段１３で可能な範囲で冷却するよりも経済的であることを意味している。一方、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃ以下であるということは、第一の冷却手段１２による第一の発電収支差分が第二の冷却手段１３による第二の発電収支差分以下ということであり、第二の冷却手段１３で可能な範囲で冷却する方が第一の冷却手段１２で要求入口温度ＴＰＲまで冷却するよりも経済的であることを意味している。
【００６１】
すなわち、ステップＳ４において、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃ以下である場合（ＮＯ）には、第二の冷却手段１３による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段１２を非稼動（ＯＦＦ）とし、第二の冷却手段１３を稼動（ＯＮ）とする（ステップＳ１３）。これにより、発電用ガスタービン２の吸気は、第二の冷却手段１３のみで加湿冷却されることとなる。ここで、この場合における大気の状態は、領域Ｚに位置することから、例えば図３に示す点Ｂ４に位置する大気は、加湿されることにより点Ｂ４を通る湿球温度一定線Ｌｂ４に沿って相対湿度が１００％となる点Ｂ４´まで冷却されることとなり、当該吸気温度Ｔで吸気されて発電用ガスタービン２を駆動し加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘを得ることができる。
【００６２】
一方、ステップＳ４において、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃよりも大きい場合（ＹＥＳ）には、第一の冷却手段１２による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段１２を稼動（ＯＮ）とし要求入口温度ＴＰＲまで冷却するように制御信号を出力するとともに、第二の冷却手段１３を非稼働（ＯＦＦ）とする（ステップＳ１４）。これにより、発電用ガスタービン２の吸気は、第一の冷却手段１２のみで冷凍冷却されることとなる。このため、例えば点Ｂ４に位置する大気は、絶対湿度φａｍｂ一定のまま相対湿度が１００％となるまで降温して露点Ｂ４ｄ（露点温度Ｔｄ４）に達し、相対湿度１００％曲線に沿って降温して要求入口温度ＴＰＲとなる点Ａの状態となるまで冷却される。このため、要求入口温度ＴＰＲで吸気されて発電用ガスタービン２を駆動し要求出力ＷＰＲを得ることができる。
【００６３】
また、ステップＳ５において、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃ未満である場合（ＮＯ）には、第二の冷却手段１３による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段１２を非稼動（ＯＦＦ）とし、第二の冷却手段１３を稼動（ＯＮ）とする（ステップＳ１５）。これにより、発電用ガスタービン２の吸気は、第二の冷却手段１３のみで加湿冷却されることとなる。ここで、この場合における大気の状態は、図３に示す領域Ｙ１に位置することから、例えば点Ｂ３に位置する大気は、加湿されることにより点Ｂを通る湿球温度一定線Ｌｂ３に沿って相対湿度が１００％となる点Ｂ３´´まで冷却されることとなり、当該吸気温度Ｔで吸気されて発電用ガスタービン２を駆動し加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘを得ることができる。
【００６４】
一方、ステップＳ５において、差分収入ＩＮＣが差分コストＣｃ以上である場合（ＹＥＳ）には、第一の冷却手段１２による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段１２を稼動（ＯＮ）とするが、ここではさらに第二の冷却手段１３も稼働（ＯＮ）とする（ステップＳ１６）。そして、稼動決定手段２７は、第一の冷却手段１２に対して、現在の大気の状態である点Ｂ３と絶対湿度が同じで点Ａと湿球温度が同じである点Ｂ３´となる温度まで冷却するように制御信号を出力する。また、稼動決定手段２７は、第二の冷却手段１３に対して、点Ｂ３´から点Ａまで加湿冷却するように制御信号を出力する。これにより、点Ｂ３である現在の大気は、まず上流側に配置された第一の冷却手段１２で冷却されて点Ｂ３´まで移行し、さらに下流側に配置された第二の冷却手段１３で冷却されて湿球温度一定線Ｌａに沿って点Ａまで移行して要求入口温度ＴＰＲまで冷却された状態となる。このため、要求入口温度ＴＰＲで吸気されて発電用ガスタービン２を駆動し要求出力ＷＰＲを得ることができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態の冷却制御部２０では、稼動決定手段２７により、稼動決定工程のステップＳ４、Ｓ５で、第一の冷却手段１２で吸気冷却を行って要求出力ＷＰＲで発電することによる第一の発電収支差分と、第二の冷却手段１３で吸気冷却を行うことにより可能な加湿冷却最大出力Ｗｈｍａｘで発電することによる第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３のそれぞれの稼動または非稼動を決定している。このため、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が大きい場合、すなわち第一の冷却手段１２で冷凍機１１を駆動させて吸気冷却を行っても収支が見合う場合には、第一の冷却手段１２によって吸気冷却を行うことで、大気の湿度の状態に係らず要求出力ＷＰＲで発電用ガスタービン２から出力させることができる。一方、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が小さい場合、すなわち第一の冷却手段１２で冷凍機１１を駆動させて吸気冷却を行うと収支が見合わない場合には、第二の冷却手段１３によって吸気冷却を行うことで、経済性を確保しつつ発電用ガスタービン２より最大限出力させることができる。このため、冷却制御部２０による制御のもと、第一の冷却手段１２による冷凍冷却と第二の冷却手段１３による加湿冷却とにより吸気冷却を行うことで、発電用ガスタービン２による発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
【００６６】
また、本実施形態の冷却制御部２０では、稼動決定工程のステップＳ１６の場合、すなわち第一の冷却手段１２で露点まで冷却すると要求入口温度ＴＰＲよりも低くなる場合に、稼動決定手段２７は、冷却の一部を第二の冷却手段１３によって行って要求入口温度ＴＰＲまで冷却させている。このため、第一の冷却手段１２を稼動させることによって生じる冷凍動力ＷＩＮ分のロスを最小限に抑えることができ、経済性をさらに向上させることができる。なお、本ステップＳ１６においては、必ずしも第一の冷却手段１２と第二の冷却手段１３を併用させる必要はなく、第一の冷却手段１２のみで要求入口温度ＴＰＲまで吸気冷却を行っても良い。
【００６７】
また、本実施形態の冷却制御部２０では、稼動決定手段２７が稼動決定工程のステップＳ２を実施し、要求入口温度ＴＰＲが乾球温度Ｔａｍｂ未満、加湿冷却最低温度Ｔｈｍｉｎ以上である場合には、ステップＳ３に移行することなく第二の冷却手段１３のみでの吸気冷却を実施させている。このような場合には、第二の冷却手段１３による加湿冷却でも吸気温度Ｔを要求入口温度ＴＰＲとして、発電用ガスタービン２から要求出力ＷＰＲ分だけの出力を得ることができ、さらに経済性向上と高出力化を図ることができる。また、本実施形態の冷却制御部２０では、稼動決定手段２７が稼動決定工程のステップＳ１を実施し、要求入口温度ＴＰＲが乾球温度Ｔａｍｂ以上である場合には、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３を非稼動として発電用ガスタービン２から少なくとも要求出力ＷＰＲ分の出力を得ることができ、不必要に第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３を稼動させないようにすることができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、発電用ガスタービン２の吸気経路において、上流側に第一の冷却手段１２を配置し、下流側に第二の冷却手段１３を配置するものとしたが、これに限るものではなく、配置する順を逆にしても良い。この場合には、上流側に加湿を行う第二の冷却手段１３が配置されて、加湿された空気は、第一の冷却手段１２を通過した後に発電用ガスタービン２の圧縮機２ａに吸気される。このため、第二の冷却手段１３によって供給された水分（ミスト）が圧縮機２ａに入り難くなり、水分によるエロージョンなどの損傷の発生をより確実に防止することができる。なお、第二の冷却手段１３が上流側に配置された場合には、第二の冷却手段１３による冷却が第一の冷却手段１２による冷却よりも先行して行われることから、稼動決定工程においてステップＳ１６では、図３に示すように第二の冷却手段１３によって点Ｂ３から相対湿度が１００％となる点Ｂ３´´まで湿球温度一定線Ｌｂ３に沿って加湿冷却が行われ、第一の冷却手段１２によって点Ｂ３´´から点Ａまで冷凍冷却が行われる。
【００６９】
また、第二の冷却手段１３としては、多孔質材を吸気流路に設けた構成としたが、これに限るものではなく、吸気に対して加湿可能な構成であればどのような構成を選択しても良い。例えば、図５に示す第１の変形例のように、蒸発冷却器１３ａに代えて、水噴霧器１３ｈを備え、該水噴霧器１３ｈのノズル１３ｉを吸気流路に多数配置してノズル１３ｉから水を噴霧させることで吸気に加湿を行うものとしても良い。
【００７０】
また、上記実施形態では、ガスタービンプラント１として、発電用ガスタービン２、発電機３及びガスタービン用吸気冷却装置１０を備えるものとしたが、さらに発電用ガスタービン２における排気ガスを利用した排気ガス利用手段を備えたガスタービンコンバインプラントとして構成しても良い。図６は、ガスタービンコンバインプラントとした第２の変形例を示している。図６に示すように、この変形例のガスタービンプラント３０は、発電用ガスタービン２と、発電機３と、ガスタービン用吸気冷却装置１０と、排気ガス利用手段である蒸気生成手段３１と、蒸気生成手段３１から排出された蒸気で駆動する高圧蒸気タービン３２及び低圧蒸気タービン３３と、低圧蒸気タービン３３から排出された蒸気から水を生成する復水器３４とを備えている。
【００７１】
蒸気生成手段３１は、本実施形態では、高圧過熱器３１ａと、高圧蒸発器３１ｂと、高圧節炭器３１ｃと、低圧過熱器３１ｄと、低圧蒸発器３１ｅと、低圧節炭器３１ｆとを有し、発電用ガスタービン２から供給される排気ガスがこの順に流通し、それぞれ排気ガスから熱の供給を受ける。
【００７２】
低圧節炭器３１ｆでは、復水器３４からポンプ３４ａによって水が供給され、供給された水をタービン２ｃからの排気ガスから供給された熱によって予熱して低圧蒸発器３１ｅ及び高圧節炭器３１ｃに供給する。低圧蒸発器３１ｅでは、低圧節炭器３１ｆで予熱された水を排気ガスから供給された熱によって加熱して蒸気を生成して低圧過熱器３１ｄに供給する。低圧過熱器３１ｄでは、供給された蒸気をタービン２ｃからの排気ガスから供給された熱によって加熱し、過熱蒸気を生成し低圧蒸気タービン３３に供給する。
【００７３】
また、高圧節炭器３１ｃは、低圧節炭器３１ｆからポンプ３１ｇによって加圧されて供給された水がタービン２ｃからの排気ガスから供給された熱によってさらに予熱されて高圧蒸発器３１ｂに供給される。高圧蒸発器３１ｂでは、高圧節炭器３１ｃで予熱された水が排気ガスから供給された熱によって加熱され蒸気が生成されて高圧過熱器３１ａに供給される。高圧過熱器３１ａでは、供給された蒸気をタービン２ｃからの排気ガスから供給された熱によって加熱し、過熱蒸気を生成し高圧蒸気タービン３２に供給する。
【００７４】
そして、高圧蒸気タービン３２では、高圧過熱器３１ａから供給された蒸気によって駆動し、発電機３５で発電を行うことが可能である。また、高圧蒸気タービン３２内を流通した蒸気は、低圧過熱器３１ｄからの蒸気とともに低圧蒸気タービン３３に供給され、これにより低圧蒸気タービン３３は駆動し、発電機３６で発電を行うことが可能である。なお、低圧蒸気タービン３３内を流通した蒸気は、復水器３４に供給され、再び蒸気生成手段３１に供給される。
【００７５】
以上のように、排気ガス利用手段として蒸気生成手段３１を備えたガスタービンプラント３０では、排気ガスを利用して高圧蒸気タービン３２及び低圧蒸気タービン３３を駆動させて発電させることができ、発電効率及び経済性をさらに向上させることができる。
【００７６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７７】
例えば、上記各実施形態では、第一の冷却手段１２と第二の冷却手段１３が直列に接続されているが、並列に接続されていずれかを選択的に利用するような構成でも構わない。
また、本発明は、新設のガスタービンプラントのみ適用される技術ではなく、既設のガスタービンプラントにも適用可能である。すなわち、既設のガスタービンプラントとして、発電用ガスタービン２が備えられていて、ここにガスタービン用吸気冷却装置１０を設置する。あるいは、既設のガスタービンプラントとして、発電用ガスタービン２と第一の冷却手段１２または第二の冷却手段１３の少なくとも一方が備えられていて、ここに第一の冷却手段１２または第二の冷却手段１３の他方及び冷却制御部１２を設置することでガスタービン用吸気冷却装置１０を構成させる。さらには、第一の冷却手段１２及び第二の冷却手段１３がともに既設として備えられていて、そこに冷却制御部１２を組み込んでガスタービン用吸気冷却装置１０を構成しても良い。
いずれのパターンにおいても、再構築されることで構成された上記実施形態のようなガスタービンプラント１、３０では、既設の発電用ガスタービンによる発電を、経済的、かつ、高出力のものとすることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１、３０  ガスタービンプラント
２  発電用ガスタービン
２ａ  圧縮機
２ｂ  燃焼器
２ｃ  タービン
１０  ガスタービン用吸気冷却装置
１１  冷凍機
１２  第一の冷却手段
１３  第二の冷却手段
２０  冷却制御部
２１  温度演算手段
２２  要求入口温度演算手段
２３  必要冷凍動力演算手段
２４  差分出力演算手段
２５  差分収入演算手段
２６  差分コスト演算手段
２７  稼働決定手段
Ｃｃ  差分コスト（≒ＣＦ）
ＩＮＣ  差分収入
Ｔａｍｂ  乾球温度
ＴＰＲ  要求入口温度
Ｔｄ  露点温度
ＴＷｂ  湿球温度
ＷＩＮ  必要冷凍動力
ＷＰＲ  要求出力
Ｗｈｍａｘ  加湿冷却最大出力
φａｍｂ  絶対湿度
ΔＷ  差分出力
【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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