(57)【要約】【課題】電気流体力学的（ＥＨＤ）霧化を使用するガスタービン用吸気加湿冷却システムを提供すること。【解決手段】一実施形態では、吸気加湿冷却システムは、空気入口ダクトを含むガスタービンシステムと、水供給部に結合した複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルとを含み、複数のＥＨＤノズルは、空気入口ダクトに引き込まれる流入空気の温度を下げるために水噴霧を提供するように構成される。別の実施形態では、ガスタービンシステム用の吸気加湿冷却システムは、複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズル、および、複数のＥＨＤノズルと流体連通状態にある水供給部を含む。【選択図】図１
2014051980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気入口ダクトを含むガスタービンシステムと、
水供給部に結合した複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルとを備え、前記複数のＥＨＤノズルが、前記空気入口ダクトに引き込まれる流入空気の温度を下げるために水噴霧を提供するように構成された装置。
【請求項２】
前記複数のＥＨＤノズルが、
前記空気入口ダクトに近接して、または、
前記空気入口ダクトの下流に直列に
の一方で配置される請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数のＥＨＤノズルによって提供される前記水噴霧の水滴が、約１〜５マイクロメートルの範囲内のザウター平均粒径（ＳＭＤ）を有する請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記複数のＥＨＤノズルのそれぞれが、
電位に接続され、前記水供給部と流体連通状態にある、毛細管と、
前記毛細管に実質的に隣接して配置される逆電位とをさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記毛細管が電気伝導性材料を含む請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記毛細管に別個の電位を提供するための電力源、および、
前記逆電位、
前記毛細管の下流に直列に配置される電極、または、
前記ガスタービンシステムの圧縮機デバイス
のうちの少なくとも１つをさらに備える請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記複数のＥＨＤノズルが、前記ガスタービンシステムの圧縮機デバイスの圧縮機ブレードの第１のセットに実質的に隣接して配置され、前記圧縮機デバイスが、前記空気入口ダクトの下流に直列に配置される請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記水供給部が、大気圧より高い圧力で前記複数のＥＨＤノズルに水を提供する請求項１記載の装置。
【請求項９】
ガスタービンシステム用の吸気加湿冷却システムであって、
複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルと、
前記複数のＥＨＤノズルと流体連通状態にある水供給部とを備えるシステム。
【請求項１０】
前記複数のＥＨＤノズルが、
前記ガスタービンシステムの空気入口ダクトに近接して、または、
前記ガスタービンシステムの前記空気入口ダクトの下流に直列に
の一方で配置される請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数のＥＨＤノズルが、前記空気入口ダクトに引き込まれる流入空気の温度を下げるために水噴霧を提供するように構成される請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数のＥＨＤノズルによって提供される前記水噴霧の水滴が、約１〜５マイクロメートルの範囲内のザウター平均粒径（ＳＭＤ）を有する請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のＥＨＤノズルのそれぞれが、
電位に接続され、前記水供給部と流体連通状態にある、毛細管と、
前記毛細管に実質的に隣接して配置される逆電位とをさらに含む請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
前記毛細管に別個の電位を提供するための電力源、および、
前記逆電位、
前記毛細管の下流に直列に配置される電極、または、
前記ガスタービンシステムの圧縮機デバイス
のうちの少なくとも１つをさらに備える請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記毛細管が電気伝導性材料を含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数のＥＨＤノズルが、圧縮機デバイスの圧縮機ブレードの第１のセットに実質的に隣接して配置され、前記圧縮機デバイスが、前記空気入口ダクトより下流に直列に配置される請求項９記載のシステム。
【請求項１７】
ガスタービンシステムであって、
空気をガスタービンシステム内に引き込むように構成された空気入口ダクトと、
前記空気入口ダクトより下流に直列に配置される圧縮機デバイスと、
ガスタービンシステムに動作可能に接続される吸気加湿冷却システムとを備え、前記吸気加湿冷却システムが、
複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズル、および、
前記複数のＥＨＤノズルのそれぞれと流体連通状態にある水供給部を含むガスタービンシステム。
【請求項１８】
前記複数のＥＨＤノズルが、
前記空気入口ダクト、
前記圧縮機デバイスの上流の消音器ハウジング、または、
前記圧縮機デバイスの圧縮機ブレードの第１のセット
のうちの１つに実質的に隣接して配置される請求項１７記載のガスタービンシステム。
【請求項１９】
前記複数のＥＨＤノズルのそれぞれが、
電位に接続され、前記水供給部と流体連通状態にある、毛細管と、
前記毛細管に実質的に隣接して配置される逆電位とを含む請求項１７記載のガスタービンシステム。
【請求項２０】
前記吸気加湿冷却システムが、前記毛細管に別個の電位を提供するための電力源、および、
前記逆電位、
前記毛細管の下流に直列に配置される電極、または、
前記ガスタービンシステムの圧縮機デバイス
のうちの少なくとも１つをさらに含む請求項１９記載のガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ガスタービンシステムに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、電気流体力学的(electrohydrodynamic)（ＥＨＤ）霧化を使用するガスタービン用吸気加湿冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高い周囲温度は、ガスタービンシステムの電力出力および効率に悪い影響を及ぼす。より具体的には、ガスタービンシステムによって引き込まれる温かい空気は、より冷たい空気の空気密度と比較すると、低い空気密度を持つ。結果として、温かい空気は、ガスタービンに低い空気質量流量を提供し、ガスタービンシステムの電力出力の損失をもたらす。ガスタービンシステムでは、吸気加湿冷却システムは、ガスタービンシステムの圧縮機に引き込まれる流入空気の温度を下げる。吸気加湿冷却のプロセスは、流入空気の温度を下げ、それが、流入空気の高い空気質量流量を生成し、圧縮機が、流入空気の単位質量流量当たりの減少した仕事量を使用して流入空気を圧縮することを可能にする。圧縮機のこの減少した仕事量は、ガスタービンシステムに高い電力出力を提供する。
【０００３】
従来は、吸気加湿冷却システムは、高圧ポンプに接続された数百または数千の吸気加湿冷却ノズルを必要とする。高圧ポンプは、大気圧よりかなり高い圧力（たとえば、２０ＭＰａ）でノズルに脱塩水を提供する。これは、従来のノズルが、径が十分に小さい水滴を生成することになり、それにより、「加湿冷却される(fogged)」流入空気内の水滴が、圧縮機に達する前に蒸発する、または、液滴が非常に微細であるため通過中にコンポーネントを損傷しないことを保証するためである。従来の吸気加湿冷却システムでは、ノズルは、通常、約２０マイクロメートルの液滴サイズを有する水噴霧を生成するための種々の高圧噴霧ノズルからなる。高圧は、高い出口速度で従来のノズルから水を強制的に噴出させる。結果として、従来のノズルは、ノズルに対する過剰な水磨滅のせいで、通常の動作条件下で毎年置換される。さらに、従来の吸気加湿冷却システムは、約２０マイクロメートルの所望の液滴サイズを有する噴霧を生成するのを同様に補助するために、従来のノズルを通して非常に低い流量の水を利用する。
【０００４】
しかし、従来のノズルに水を提供するときに供給圧が低下する場合、流入空気に提供される液滴サイズは、変動し、はるかに大きな液滴を有する正規対数分布を有する場合がある。水滴サイズが増加するにつれて、圧縮機に達する前に水滴が完全に蒸発することがより難しくなる。水滴が完全に蒸発しない場合、入口ダクト、圧縮機ブレード、および圧縮機ハウジングの部分が、濡れてしまう場合がある。経時的に、入口ダクト、圧縮機ブレード、および圧縮機ハウジングが濡れてしまうことにより、これらのコンポーネント内でインピンジメント腐食損傷(impingement damage erosion)または他の形態の材料破壊をもたらしうる。圧縮機の材料特性が低下してしまうと、効率が減少し、損傷した部品または圧縮機全体の置換が必要とされる。吸気加湿冷却システムを利用することは、暑い日のタービン出力低下性能を改善しうるが、従来の吸気加湿冷却システムは、しばしば、従来の吸気加湿冷却システムの最適でない動作の結果として、ガスタービンシステムの実質的に低下したコンポーネントを置換することを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，４５４，１９３号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電気流体力学的（ＥＨＤ）霧化を使用するガスタービン用吸気加湿冷却システムが開示される。一実施形態では、吸気加湿冷却システムは、空気入口ダクトを含むガスタービンシステムと、水供給部に結合した複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルとを含み、複数のＥＨＤノズルは、空気入口ダクトに引き込まれる流入空気の温度を下げるために水噴霧を提供するように構成される。
【０００７】
本発明の第１の態様は、装置であって、空気入口ダクトを含むガスタービンシステムと、水供給部に結合した複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルとを有する、装置を含み、複数のＥＨＤノズルは、空気入口ダクトに引き込まれる流入空気の温度を下げるために水噴霧を提供するように構成される。
【０００８】
本発明の第２の態様は、ガスタービンシステム用の吸気加湿冷却システムを含む。吸気加湿冷却システムは、複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルと、複数のＥＨＤノズルと流体連通状態にある水供給部とを含む。
【０００９】
本発明の第３の態様は、ガスタービンシステムであって、空気をガスタービンシステム内に引き込むように構成された空気入口ダクトと、空気入口ダクトより下流に直列に配置される圧縮機デバイスと、ガスタービンシステムに動作可能に接続される吸気加湿冷却システムとを有する、ガスタービンシステムを含み、吸気加湿冷却システムは、複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズル、および、複数のＥＨＤノズルのそれぞれと流体連通状態にある水供給部を含む。
【００１０】
本発明のこれらのまた他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示す添付図面に関連して考えられる、本発明の種々の態様の以下の詳細な説明からより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による吸気加湿冷却システムを含むガスタービンシステムの略図である。
【図２】本発明の実施形態による吸気加湿冷却システムの単一の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルの略図である。
【図３】本発明の代替の実施形態による吸気加湿冷却システムの単一の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルの略図である。
【図４】本発明の代替の実施形態による吸気加湿冷却システムを含むガスタービンシステムの略図である。
【図５】本発明の実施形態によるガスタービンシステムの圧縮機デバイスを含む吸気加湿冷却システムの略図である。
【図６】本発明のさらなる代替の実施形態による吸気加湿冷却システムを含むガスタービンシステムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の図面が必ずしも一定比例尺に従っていないことが留意される。図面は、本発明の典型的な態様だけを示すことを意図され、したがって、本発明の範囲を制限するものと考えられるべきでない。図面では、同じ番号付けは、図面間で同じ要素を示す。
【００１３】
本明細書で述べるように、本発明の態様は、ガスタービン用吸気加湿冷却システムに関する。具体的には、本明細書で述べるように、本発明の態様は、ガスタービンシステムの空気入口ダクトに近接して配置された複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズルを有するガスタービン用吸気加湿冷却システムに関する。
【００１４】
図１を考えると、本発明の実施形態による吸気加湿冷却システムを含むガスタービンシステムの略図が提供される。ガスタービンシステム１００は、圧縮機デバイス１０２、圧縮機デバイス１０２によって供給される圧縮空気を実質的に燃焼させるように構成された燃焼チャンバ１０４、およびシャフト１０８を介して圧縮機デバイス１０２に結合されるガスタービン１０６を含むことができる。ガスタービン１０６を、シャフト１１２を介して発電機１１０にさらに結合することができる。その実施形態では、ガスタービンシステム１００は、任意の従来の燃料燃焼タービンシステムとすることができる。さらに、ガスタービンシステム１００の各コンポーネント（たとえば、圧縮機デバイス１０２、ガスタービン１０６、発電機１１０など）は、従来のガスタービンシステム内に含まれる任意の従来のコンポーネントとして構成することができる。したがって、コンポーネントの大部分の基本的な機能は、明確化のために省略される場合がある。
【００１５】
ある実施形態では、図１に示すように、ガスタービンシステム１００は、圧縮機デバイス１０２の上流に直列に配置された空気ダクトシステム１１４をさらに含むことができる。空気ダクトシステム１１４は、ガスタービンシステム１００内で使用するために、圧縮機デバイス１０２に流入空気を引き込むように構成することができる。より具体的には、空気ダクトシステム１１４は、空気ダクトシステム１１４の空気入口ダクト１１８の開口１１６に空気を引き込むように構成することができる。空気ダクトシステム１１４は、空気ダクトシステム１１４の複数の空気ダクト１２０を介して圧縮機デバイス１０２に流入空気を提供することができる。空気ダクト１２０は、圧縮機デバイス１０２に空気を実質的に送出するように構成される、現在知られているまたは後に開発される任意の空気ダクトを含むことができる。
【００１６】
図１に示すように、フィルタハウジング１２２は、空気ダクトシステム１１４の空気入口ダクト１１８内に実質的に配置することができる。フィルタハウジング１２２はまた、空気入口ダクト１１８の開口１１６に実質的に隣接して配置される空気フィルタ１２４を含むことができる。空気フィルタ１２４は、ガスタービンシステム１００によって使用される流入空気からの汚染物をろ過するように構成された任意の従来の空気フィルタを含むことができる。空気フィルタ１２４のさらなる説明は、明確化のために説明から省略される。空気ダクトシステム１１４はまた、消音器パネル１２８の壁を含む消音器ハウジング１２６を含むことができる。消音器ハウジング１２６を、空気入口ダクト１１８の開口１１６の下流でかつ圧縮機デバイス１０２の上流に直列に配置することができる。消音器パネル１２８を、ガスタービン空気入口システム内で使用する場合がある、現在知られているまたは後に開発される任意の従来の消音器パネルとして構成することができる。消音器パネル１２８のさらなる説明は、明確化のために説明から省略される。
【００１７】
例示的な実施形態では、図１に最もよく示すように、ガスタービンシステム１００はまた、空気ダクトシステム１１４に近接して配置される吸気加湿冷却システム１３０を含むことができる。図１に示すように、吸気加湿冷却システム１３０は、水供給部１３４に結合した複数の電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズル１３２を含むことができる。より具体的には、ＥＨＤノズル１３２は、水ライン１３６を介して水供給部１３４と流体連通状態とすることができる。ＥＨＤノズル１３２を水供給部１３４に結合するいくつかの水ライン１３６は、明確化のために省略されていることに留意されたい。ＥＨＤノズル１３２は、（以下で論じるように）空気入口ダクト１１８に引き込まれる流入空気の温度を下げるために、水供給部１３４からの水を使用して、水噴霧（図２）を提供するように構成することができる。水供給部１３４は、現在知られているまたは後に開発される任意の水供給手段、たとえば水ポンプ、重力供給方式などを使用して、ＥＨＤノズル１３２に水を提供することができる。吸気加湿冷却システム１３０の水供給部１３４は、大気圧より高い圧力で複数のＥＨＤノズル１３２に水を提供することができる。より具体的には、また、従来のガスタービンシステムと対照的に、水供給部１３４は、大気圧よりわずかに高い圧力でＥＨＤノズル１３２に水を提供することができ、大気圧よりかなり高い圧力でＥＨＤノズル１３２に水を提供する必要がない場合がある。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態による吸気加湿冷却システム１３０の単一のＥＨＤノズル１３２の略図が提供される。ある実施形態では、図２に最もよく示すように、各ＥＨＤノズル１３２は、水供給部１３４（図示せず）と流体連通状態にある毛細管１３８を含むことができる。毛細管１３８を、現在知られているまたは後に開発される任意の電気伝導性材料、たとえば銅、アルミニウム、金属、合金などから製造することができる。図２に示すように、ＥＨＤノズル１３２の毛細管１３８はまた、電力源１４０によって提供される電位に接続することができる。具体的には、電力源１４０は、ＥＨＤノズル１３２の毛細管１３８に動作可能に接続され、また、電力源１４０は、電位を提供するために第１の電圧を毛細管１３８に提供するように構成することができる。ある実施形態では、電力源１４０は、ＥＨＤノズル１３２の毛細管１３８に電圧を供給するための高電圧変換器に動作可能に接続されるコンピュータシステムとして構成することができる。別の実施形態では、電力源１４０は、任意の従来の電力源、または、ＥＨＤノズル１３２の毛細管１３８に約５ｋＶ〜２０ｋＶの範囲の電圧を提供するための電圧供給手段とすることができる。
【００１９】
ＥＨＤノズル１３２はまた、毛細管１３８に実質的に隣接して配置される逆電位構造１４２を含むことができる。ある実施形態では、図２に最もよく示すように、逆電位構造１４２は、電力源１４０によって提供される逆電位に接続することができる。毛細管１３８と同様に、電力源１４０はまた、逆電位構造１４２に動作可能に接続することができ、また、逆電位構造１４２に、第１の電圧と別個の第２の電圧を提供するように構成することができる。図２に示すように、逆電位構造１４２は、電気伝導性材料から製造される複数のプレートとして構成することができ、その複数のプレートを、毛細管１３８に実質的に隣接して配置することができる。代替の実施形態では、逆電位構造１４２は、毛細管１３８の周りに円周方向に配置される電気伝導性チューブとして構成することができる。
【００２０】
毛細管１３８と逆電位構造１４２に別個の電圧をそれぞれ提供するときに、電荷を提供されたＥＨＤノズル１３２の毛細管１３８内の水は、水が毛細管１３８を出るときに水の霧化をもたらす。より具体的には、毛細管１３８を出る帯電した水の電気流体力学的霧化は、電力源１４０が、毛細管１３８に電位を提供し、逆電位構造１４２に逆電位を提供することの結果として起こることができる。毛細管１３８を出る帯電した水の電気流体力学的霧化の結果として、水噴霧１４４を、帯電した水によって形成することができる。水噴霧１４４は、空気入口ダクト１１８によって引き込まれる流入空気内に吐出されて、流入空気が圧縮機デバイス１０２に達する前に、流入空気の温度を下げることができる。先に論じたように、圧縮機デバイス１０２による圧縮の前に流入空気の温度を下げることは、より高い空気質量流量を提供することができ、ガスタービンシステム１００のための電力増大をもたらすことができる。
【００２１】
ある実施形態では、図２に示すように、帯電した水の電気流体力学的霧化は、ＥＨＤノズル１３２の毛細管１３８から吐出される水に対してテイラーコーン効果を生成することができる。より具体的には、水が毛細管１３８を去るとき、毛細管１３８および逆電位構造１４２に与えられた電位および逆電位による水の電荷(electric charge on the water)によってテイラーコーン１４６を形成することができる。さらに、テイラーコーン１４６は、水が毛細管１３８を去るときの帯電した水の表面張力の結果として形成することができる。図２に示すように、テイラーコーン１４６の上部または頂点において、水の電荷が、水の表面張力に打ち勝つことができ、毛細管１３８から吐出される水の薄い噴出１４８をもたらすことができる。最後に、図２に示すように、帯電した水の薄い噴出１４８が形成された直後に、帯電した水は、「霧化され(atomized)」すなわち小さな水滴に変換されて、水噴霧１４４を形成する。より具体的には、水噴霧１４４を、少なくとも部分的に、水の表面張力の克服と水に与えられた電荷によって、形成された薄い噴出１４８から帯電した水粒子が急速に吐出する結果として形成することができる。
【００２２】
水噴霧１４４は、空気ダクトシステム１１４内で吐出することができる複数の水滴１５０を含むことができる。より具体的には、水滴１５０は、流入空気が圧縮機デバイス１０２によって圧縮される前に空気ダクトシステム１１４の空気入口ダクト１１８によって引き込まれる流入空気の温度を下げるために提供される。ある実施形態では、図２に示すように、水噴出１４４の水滴１５０は、約２０マイクロメートル以上のＳＭＤ（ザウター平均粒径）を有する水滴を生成することができる従来技術と比較して、約１〜５マイクロメートルの範囲の典型的なＳＭＤを含むことができる。より具体的には、先に論じた電気流体力学的霧化プロセスを使用してＥＨＤノズル１３２によって形成される水滴１５０は、約１マイクロメートルのＳＭＤを含むことができる。水滴１５０が約１〜５マイクロメートルの範囲のＳＭＤを含む結果として、水滴１５０は、空気入口ダクト１１８を使用する空気ダクトシステム１１４に引き込まれる流入空気によってより急速に蒸発することができる。水滴１５０の急速蒸発は、空気入口ダクト１１８によって引き込まれる流入空気の温度のより急速な低下をもたらすことができる。さらに、水滴１５０のサイズおよび水噴霧１４４に与えられる電荷により、ガスタービンシステム１００の吸気加湿冷却プロセス中に、合一した水粒子が圧縮機デバイス１０２に達することを少なくすることができる。さらに、約１〜５マイクロメートルの範囲のＳＭＤを含む水滴１５０は、圧縮機デバイス１０２に達する前に水滴１５０が流入空気内で完全に蒸発しない場合、圧縮機デバイス１０２にこうした悪い影響（たとえば、さび、機械的破壊、効率の減少など）を及ぼさない可能性がある。
【００２３】
水の電気流体力学的霧化を利用するとき、吸気加湿冷却システム１３０は、従来の吸気加湿冷却システムにおいて必要とされる従来の噴霧ノズルの数と比較して、減少した数のＥＨＤノズル１３２を含むことができる。吸気加湿冷却システム１３０は、約９００〜１４００の範囲の従来の噴霧ノズルを含む従来技術と比較して、約６０〜１５０の範囲のＥＨＤノズル１３２を利用することができる。より具体的には、吸気加湿冷却システム１３０は、空気入口ダクト１１８に引き込まれる場合がある流入空気の温度を下げる水噴霧１４４を提供するために約８０〜１２０の範囲のＥＨＤノズル１３２を利用することができる。吸気加湿冷却システム１３０内で使用されるＥＨＤノズル１３２の数は、ガスタービン１００のサイズ、圧縮機デバイス１０２のサイズ、入口ダクトシステム１１４のサイズ、ガスタービン１００の空気流量、または空気入口ダクト１１８によって引き込まれる空気の周囲温度に少なくとも部分的に依存するとすることができる。
【００２４】
別の実施形態では、図３に最もよく示すように、各ＥＨＤノズル１３２は、共に束ねられ、逆電位１４２に実質的に隣接して配置された複数の毛細管１３８を含むことができる。より具体的には、ＥＨＤノズル１３２は、複数の毛細管１３８を提供することができ、複数の毛細管１３８のそれぞれは、電力源１４０によって提供される電位に接続することができる。先に論じたように、電力源１４０は、各毛細管１３８に動作可能に接続されて、各毛細管１３８に第１の電圧を提供する。同様に先に論じたように、電力源１４０は、逆電位１４２に動作可能に接続され、逆電位構造１４２に、第１の電圧と別個の第２の電圧を提供するように構成することができる。図では、同じ番号付けされたコンポーネント（たとえば、毛細管１３８、電力源１４０、逆電位１４２など）は、実質的に類似の様式で機能することができることが理解される。これらのコンポーネントの冗長な説明は、明確化のために省略されている。各ＥＨＤノズル１３２のために複数の毛細管１３８を設け、各ＥＨＤノズル１３２によって放出される水の電気流体力学的霧化を使用するとき、ＥＨＤノズル１３２の質量流量を増加することができる。ＥＨＤノズル１３２から放出される水の質量流量が増加する結果として、吸気加湿冷却システム１３０内で必要とされる場合があるＥＨＤノズル１３２の数は、先に論じたように減少することができる。
【００２５】
図１に戻って、電力源１４０はまた、空気ダクト１２０に電位を提供することができる。より具体的には、電力源１４０は、空気ダクト１２０に電位を提供することができるため、空気ダクト１２０は、ＥＨＤノズル１３２を出る水噴霧１４４の電荷と同様の電荷を含むことができる。水噴霧１４４に与えられた電荷と同様の電荷を空気ダクト１２０が持つ結果として、ＥＨＤノズル１３２の未蒸発水噴霧１４４を、空気ダクト１２０の壁から跳ね返す(repel)ことができる。未蒸発水噴霧１４４を空気ダクト１２０から跳ね返すことは、空気ダクト１２０上への水の蓄積を防止することができ、そのことによって、最終的に、空気ダクトシステム１１４内の腐食を防止することができる。
【００２６】
電力源１４０はまた、電極１５１の先端(tip)に電位を提供することができる。より具体的には、電力源１４０は、電極１５１の先端に、電位、そして、結果として得られるＥＨＤノズル１３２を出る水噴霧１４４の電荷と反対の電荷を提供することができる。水噴霧１４４の電荷と反対の電荷を電極１５１の先端に与えることによって、ＥＨＤノズル１３２の未蒸発水噴霧１４４は、電極１５１の先端に引き寄せられ、空気ダクト１２０の壁に集まることができない。さらに、電極１５１の先端に電荷を与えることは、未蒸発水噴霧１４４を、空気ダクトシステム１１４内の所望の流路に引き寄せることができる。図１に示すように、電極１５１の先端を、実質的に空気ダクト１２０の中心に配置することができ、それにより、未蒸発水噴霧１４４が空気ダクト１２０の中心に引き寄せられることが可能になる。結果として、未蒸発水噴霧１４４は、流入空気と共に圧縮機デバイス１０２に向かって移動し、空気ダクト１２０の壁に蓄積するのではなく、水噴霧１４４が蒸発するにつれて流入空気の温度を下げ続けることができる。代替の実施形態では、電力源１４０は、空気ダクトシステム１１４内に含まれる複数の電極１５１の電位を提供して、空気ダクト１２０の壁から離れるように水噴霧１４４を引き寄せる、かつ／または、所望の流路に沿って水噴霧１４４を引き寄せることができる。
【００２７】
図１に示すように、空気ダクトシステム１１４はまた、圧縮機デバイス１０２の開口に実質的に隣接して配置される水ドレン１５２を含むことができる。より具体的には、水ドレン１５２を、空気入口ダクト１１８より下流でかつ圧縮機デバイス１０２のすぐ上流に直列に配置することができる。水ドレン１５２は、未蒸発水が、流入空気と共に圧縮機デバイス１０２に引き込まれる前に、ＥＨＤノズル１３２によって提供される水噴霧１４４の未蒸発水を収集するように構成することができる。未蒸発水を、水ドレン１５２内に収集し、吸気加湿冷却システム１３０を連続して使用するために、水供給部１３４に戻すことができる。代替の実施形態では、電力源１４０は、ドレン１５２に電圧およびそれに伴う電荷を提供することができる。より具体的には、電力源１４０は、ドレン１５２に、水噴霧１４４に与えられる電荷と反対の電荷を提供することができる。結果として、未蒸発水噴霧１４４を圧縮機デバイス１０２に入れる代わりに、未蒸発水噴霧を、ドレン１５２に引き寄せ、水供給部１３４に戻すことができる。
【００２８】
図１に示すように、複数のＥＨＤノズル１３２は、空気入口ダクト１１８に近接して配置される。より具体的には、ＥＨＤノズル１３２を、空気入口ダクト１１８内でかつフィルタハウジング１２２より下流で直列に配置することができる。ある実施形態では、図１に最もよく示すように、ＥＨＤノズル１３２は、現在知られているまたは後に開発される任意の支持構造を使用して空気入口ダクト１１８内に位置することができる。より具体的には、図１に示すように、ＥＨＤノズル１３２は、空気入口ダクト１１８内に配置され、以下で論じるように支持フレーム１５８（図３および図４）を使用して空気入口ダクト１１８内で支持される場合がある。
【００２９】
図４を考えると、本発明のさらなる代替の実施形態による吸気加湿冷却システム１３０を含むガスタービンシステム１００の略図が開示される。さらなる代替の実施形態では、図４に示すように、複数のＥＨＤノズル１３２を、圧縮機デバイス１０２に実質的に隣接して配置することができる。より具体的には、ＥＨＤノズル１３２を、空気入口ダクト１１８より下流で直列に配置することができ、また、複数の圧縮機ブレード１５６の第１のセット１５４に実質的に隣接して配置することができる。ＥＨＤノズルが圧縮機デバイス１０２に実質的に隣接して配置される結果として、例示的な実施形態では、空気ダクトシステム１１４は、長さを実質的に短縮することができる。より具体的には、フィルタハウジング１２２、消音器ハウジング１２６、および圧縮機デバイス１０２に実質的に隣接して配置されるＥＨＤノズル１３２を、過剰な空気ダクト１２０を必要とすることなく、互いに直列に配置することができる。結果として、ＥＨＤノズルを、圧縮機デバイス１０２に隣接して配置することができ、また同様に、空気ダクト１１８に近接して配置することができる。さらなる代替の実施形態では、図４および図５に示すように、また、先に論じたように、ＥＨＤノズル１３２を、支持フレーム１５８によって空気ダクトシステム１１４内で支持することができる。支持フレーム１５８は、空気ダクトシステム１１４内に複数のＥＨＤノズル１３２を支持するように構成された任意の従来の支持構造（たとえば、金属バーフレーム）を含むことができる。図５に示すように、支持フレーム１５８は、空気ダクトシステム１１４の空気ダクト１２０の壁に結合することができる。
【００３０】
ある実施形態では、図５に示すように、また、図１に示す空気ダクト１２０を参照して先に論じたように、電力源１４０は、圧縮機ハウジング１６０に電位を提供することができる。より具体的には、電力源１４０は、圧縮機ハウジング１６０に電位を提供するため、圧縮機ハウジング１６０は、ＥＨＤノズル１３２を出る水噴霧１４４の電荷と同様の電荷を含むことができる。先に詳細に論じたように、圧縮機ハウジング１６０に、水噴霧１４４と同様の電荷を提供することによって、未蒸発水噴霧１４４は、圧縮機ハウジング１６０の壁から跳ね返され、圧縮機デバイス１０２内での腐食を防止することができる。さらに、圧縮機ハウジング１６０に与えられる同様な電荷は、未蒸発水噴霧１４４が圧縮機デバイス１０２に入ることを防止することができ、そのことが、同様に、圧縮機デバイス１０２の腐食防止をもたらすことができる。代替の実施形態では、電力源１４０は、電位および電荷を、シャフト１０８または複数の圧縮機ブレード１５６の任意の圧縮機ブレードの少なくとも一方に提供して、未蒸発水噴霧が圧縮機デバイス１０２内に集まることを防止することができる。
【００３１】
図６を考えると、本発明の代替の実施形態による吸気加湿冷却システム１３０を含むガスタービンシステム１００の略図が開示される。図では、同じ番号付けされたコンポーネント（たとえば、圧縮機１０２、空気入口ダクト１１８、ＥＨＤノズル１３２、電力源１４０など）は、実質的に類似の様式で機能することができることが理解される。これらのコンポーネントの冗長な説明は、明確化のために省略された。代替の実施形態では、図６に示すように、複数のＥＨＤノズル１３２は、空気ダクトシステム１１４の消音器パネル１２８の下流に位置することができる。より具体的には、ＥＨＤノズル１３２は、空気ダクトシステム１１４の消音器ハウジング１２６に隣接し、空気入口ダクト１１８の下流でかつ圧縮機デバイス１０２の上流に直列に配置される場合がある。図６に示すように、ＥＨＤノズル１３２を、支持構造１５８によって支持することができる。
【００３２】
先に論じたように、吸気加湿冷却システム１３０は、ＥＨＤノズル１３２および電力源１４０を利用して、空気ダクトシステム１１４に引き込まれる流入空気に蒸発性水噴霧１４４を提供することができる。すなわち、上述した吸気加湿冷却システム１３０は、水噴霧１４８を流入空気に提供するように構成されるため、水滴１５０は、圧縮機デバイス１０２に達する前に蒸発することができる。図１および図２に示すのと同様な構成を有する場合がある代替の実施形態では、吸気加湿冷却システム１３０は、湿式圧縮を使用して、空気ダクトシステム１１４に引き込まれる流入空気の温度を下げることができる。湿式圧縮のために吸気加湿冷却システム１３０およびＥＨＤノズル１３２を利用する代替の実施形態では、ＥＨＤノズル１３２は、空気ダクトシステム１１４に引き込まれる流入空気の温度を下げるための水噴霧１４４を提供することができ、それにより、水噴霧１４４は、流入空気が圧縮機デバイス１０２に達する前に完全に蒸発しない。ＥＨＤノズル１３２を使用して湿式圧縮を提供するように構成された代替の実施形態では、吸気加湿冷却システム１３０は、より多くの水滴１５０を提供する、より多くのＥＨＤノズル１３２を提供する、または、その任意の組合せを行うように構成することができる。さらに、ＥＨＤノズル１３２によって提供される水滴１５０の径の結果として、圧縮機デバイス１０２に達することができる水滴１５０は、圧縮機デバイス１０２の複数の圧縮機ブレード１５６に対して実質的に劣化させる効果を及ぼさない場合がある。
【００３３】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を述べるためのものであり、本開示を制限することを意図しない。本明細書で使用されるように、単数形「ある(a)」、「ある(an)」、および「その(the)」は、別途文脈が明確に指示しない限り、複数形も含むことを意図される。用語「備える(comprises)」および／または「備える(comprising)」は、本明細書で使用されると、述べる特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
【００３４】
この書面による説明は、本発明を、その最良のモードを含めて開示するために、また、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作り使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めて本発明を実施することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって規定され、かつ、当業者が思いつく他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の字義通りの言葉に相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義通りの言葉とごくわずかな差違を有する等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ガスタービンシステム
１０２  圧縮機デバイス
１０４  燃焼チャンバ
１０６  ガスタービン
１０８  シャフト
１１０  発電機
１１２  シャフト
１１４  空気ダクトシステム
１１６  開口
１１８  空気入口ダクト
１２０  空気ダクト
１２２  フィルタハウジング
１２４  空気フィルタ
１２６  消音器ハウジング
１２８  消音器パネル
１３０  吸気加湿冷却システム
１３２  電気流体力学的（ＥＨＤ）ノズル
１３４  水供給部
１３６  水ライン
１３８  毛細管
１４０  電力源
１４２  逆電位構造
１４４  水噴霧
１４６  テイラーコーン
１４８  薄い噴出
１５０  水滴
１５１  電極
１５２  水ドレン
１５４  （圧縮機ブレードの）第１のセット
１５６  圧縮機ブレード
１５８  支持フレーム
１６０  圧縮機ハウジング
【図１】
2014051980.tif 000003
【図２】
2014051980.tif 000004
【図３】
2014051980.tif 000005
【図４】
2014051980.tif 000006
【図５】
2014051980.tif 000007
【図６】
2014051980.tif 000008