(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成することにある。【解決手段】  本発明は、圧縮機で圧縮された空気に湿分を加え湿り空気とする加湿装置と、燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置からの湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器とを備えたガスタービン設備であって、前記加湿装置内の流路から前記タービンの冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることを特徴とする。【効果】  本発明によれば、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成することが可能である。【選択図】図１
2006097596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮された空気に湿分を加え湿り空気とする加湿装置と、燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置からの湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器とを備えたガスタービン設備であって、
前記加湿装置内の流路から前記タービンの冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン設備であって、
空気を加湿する加湿系統を前記加湿装置内に複数備えたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項３】
圧縮機で圧縮された空気に湿分を加え湿り空気とする加湿装置と、燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置からの湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器とを備えたガスタービン設備であって、
前記タービンの冷却部へ冷却空気を導くよう前記加湿装置内で主流空気が流れる方向に対して異ならしめた複数個所で流路を分岐させ、
複数の該分岐流路を所望の相対湿度で冷却するタービン冷却部へそれぞれ接続することを特徴とするガスタービン設備。
【請求項４】
請求項３記載のガスタービン設備であって、
前記複数の分岐流路内の冷却空気の相対湿度をそれぞれ異ならしめることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項５】
請求項３記載のガスタービン設備であって、
前記タービンの下流側翼より上流側翼に相対湿度が高い湿分空気を供給するよう分岐流路を構成することを特徴とするガスタービン設備。
【請求項６】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した空気に湿分を加え湿り空気を生成する加湿装置と、湿り空気と燃料とを混合燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置による湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器を備えたガスタービン設備であって、
前記加湿装置の内部に、適切な量の水分に分配する水分分配器によって流量調整された水を噴射孔から供給する加湿系統を複数備え、
前記タービンの静翼若しくは動翼内部に形成された冷媒流路に冷却空気を供給するように前記加湿装置内の加湿系統間から分岐される分岐流路と、
該分岐流路を流れる冷却空気の相対湿度と前記加湿装置が前記再生熱交換器へ排出する湿り空気の相対湿度とを異ならしめることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項７】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した空気に湿分を加え湿り空気を生成する加湿装置と、湿り空気と燃料とを混合燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置による湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器を備えたガスタービン設備であって、
前記加湿装置内又は前記加湿装置から前記再生熱交換器に至る流路から、冷却を必要とする前記タービン冷却部に冷却空気を供給するよう分岐された流路を備え、
該分岐流路形状が、高所から低所へ冷却空気を流す流路と、低所から高所へ冷却空気を流す流路を有し、かつ両流路の低所を繋ぐ個所に水分を流路外へ排出する水分排出装置を備えたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項８】
請求項７記載のガスタービン設備であって、
前記分岐流路の出口に多孔質材を設けたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項９】
請求項７記載のガスタービン設備であって、
前記分岐流路に流量を制御する流量制御弁を設け、該流量制御弁の開度を制御する流量制御装置を備えることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１０】
請求項７記載のガスタービン設備であって、
前記分岐流路に流量を制御する流量制御弁を設け、冷却空気の相対湿度に基づいて該流量制御弁の開度を制御する流量制御装置を備えたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１１】
加湿された空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスによりタービンを駆動し、前記加湿された空気により該タービンの冷却部を冷却する流路を備え、前記タービンの冷却部を冷却する前記加湿された空気の供給量を、前記加湿された空気中に凝縮した液滴の除去前に制御するガスタービン設備の制御装置であって、
前記タービンの負荷に基づき流量制御手段が制御する流量を演算する手段と、
該流量に基づく制御量を前記流量制御手段に送信する手段を有することを特徴とするガスタービン設備の制御装置。
【請求項１２】
加湿された空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスによりタービンを駆動し、前記加湿された空気により該タービンの冷却部を冷却する流路を備え、該タービンの冷却部を冷却する前記加湿された空気の供給量を、前記加湿された空気中に凝縮した液滴の除去前に制御するガスタービン設備の制御方法であって、
前記タービンの負荷に基づき流量制御手段が制御する流量を演算し、
該流量に基づく制御量を前記流量制御手段に送信することを特徴とするガスタービン設備の制御方法。
【請求項１３】
圧縮機で圧縮された空気に湿分を加え湿り空気とする加湿装置と、燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置からの湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器とを備えたタービン冷却部の冷却方法であって、
前記加湿装置による湿り空気より低い相対湿度の冷却空気を前記加湿装置から前記タービンの冷却部へ導くことを特徴とするタービン冷却部の冷却方法。
【請求項１４】
圧縮機で圧縮された空気に湿分を順次加え湿り空気とする直列に接続された複数の加湿装置と、燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該加湿装置からの湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器とを備えたガスタービン設備であって、
前記加湿装置内又は前記加湿装置を繋ぐ流路から前記タービンの冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１５】
圧縮機で圧縮された空気に湿分を加え湿り空気とする第１の加湿装置と、燃焼器で生成される燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該第１の加湿装置からの湿り空気を該タービンから排出された排気ガスと熱交換させ該燃焼器に供給する再生熱交換器とを備えたガスタービン設備であって、
前記第１の加湿装置より上流側の空気流路で分岐された分岐流路に第２の加湿装置を設け、
該第２の加湿装置から前記タービンの冷却部へ冷却空気を導くことを特徴とするガスタービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン設備とその制御装置，ガスタービン設備の制御方法及びタービン冷却部の冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機で圧縮された圧縮空気を加湿及び再熱して燃焼器に導入し、高湿分の燃焼ガスによってタービンを駆動するガスタービン設備において、タービン翼を冷却する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、タービン翼の冷却に用いる冷却空気の生成方法が開示されている。この技術では、圧縮機からの圧縮空気および加湿装置からの湿り空気を混合して空気の相対湿度を減少させ、液滴が凝縮しないようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５７００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、冷却が必要なタービン冷却部へ液滴が流入することを抑制するために、加湿装置通過前と加湿装置通過後の空気を混合させる混合器が開示されている。但し、混合器には加湿装置通過前の空気を供給する系統が必要であるため、特許文献１の技術では加湿装置通過後の空気を直接タービン冷却部へ導くことができない。そのため、分岐流路の構造が複雑化するという課題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、加湿装置内の流路からタービンの冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して各実施例について説明する。
【実施例１】
【０００９】
上記のように、圧縮機で圧縮された圧縮空気を増湿し、湿り空気を作動流体としてタービン駆動に使用するガスタービン設備では、タービン駆動に用いる作動流体の流量が増加し、タービン出力が増加する。このガスタービン設備において、湿り空気をタービン翼の冷却に使用する場合、圧縮機後段側より抽気された圧縮空気を加湿せずにタービン翼冷却に使用する場合と比べ、冷却空気量を削減することが可能である。一般的に、定圧モル熱容量について乾燥空気と水蒸気とを比較すると、定圧モル熱容量は、乾燥空気に比べ水蒸気の方が大きい。具体的には、１０気圧，５００Ｋの条件下で、水蒸気の定圧モル熱容量は乾燥空気の約１.４ 倍である。このため、湿り空気中の水蒸気の含有率が高いほど、湿り空気の熱容量は増加し同一流量における冷却効果が高くなる。したがって、タービン翼に供給する冷却空気量を削減することができる。また、冷却空気量の削減によって、タービンを駆動する作動流体の流量が増加するため、ガスタービンの更なる出力増強が可能である。
【００１０】
但し、タービンの静翼や動翼といった冷却を必要とするタービン冷却部に湿り空気を導く分岐流路は、その配管が大気中にさらされているため、配管内壁の温度が湿り空気の温度よりも低くなる。したがって、外部からの低熱源により分岐流路中で湿り空気の温度が低下し、湿り空気が凝縮して液滴を生成する。この液滴がタービン静翼や動翼に流入すると、タービン翼の信頼性が損なわれる可能性がある。
【００１１】
凝縮の発生メカニズムについて具体的に説明すると以下のようになる。前述のように、加湿装置が排出する湿り空気は相対湿度約９５％，温度約１５０℃であり、大気温度より１００℃以上高い。そのため、湿り空気から配管内壁へ熱伝達が発生して湿り空気の温度が下がり、飽和蒸気圧は減少する。つまり、湿り空気の飽和蒸気圧が湿り空気中の水蒸気分圧を下回ることで、湿り空気が凝縮する。凝縮によって液滴が生成されると、液滴が冷却を必要とするタービン冷却部（本実施例ではタービン翼内部の冷媒流路）に流入する。タービン翼を冷却した冷却空気がガスパス中に放出される場合、燃焼ガスとともに液滴がタービン翼に衝突し運動量による損失を与える。また、液滴が蒸発してタービン翼から潜熱を奪い、タービン翼に局所的な熱ひずみを与えて損傷させる可能性がある。そのため、湿り空気をタービン冷却部に使用する際には、凝縮した液滴がタービン冷却部へ流入することを抑制する必要がある。
【００１２】
図１では、本実施例におけるガスタービン設備の概略回路図を示す。
【００１３】
ガスタービン本体の構成について説明する。図１に示すように、ガスタービン４は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された圧縮空気に湿分を加え、燃料３１と混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２と、燃焼ガスによって駆動されるタービン３とを備える。ガスタービン４には発電機５が接続され、発電機５はタービン３によって駆動される。また、ガスタービン設備には、上記のガスタービンの他に、圧縮機１で圧縮された圧縮空気に湿分を加える加湿装置１１と、加湿装置１１による湿り空気４５をタービン３が排出する排気ガス４８と熱交換させ燃焼器２に供給する再生熱交換器６を備える。
【００１４】
本実施例におけるガスタービン設備の具体的な動作について説明する。混合器１２は、圧縮機１に流入する空気４１に微細な水滴を噴霧する。空気４１は、微細水滴の蒸発によって潜熱を奪われ、温度の低下した湿分空気４２となって圧縮機１に流入する。なお、噴霧する水の質量は空気４１の３.５％ 程度であり、水滴の粒径は２０μｍ以下が望ましい。湿分空気４２は、圧縮機１によって所定の圧力比２０まで圧縮され、約３００℃の圧縮空気４３となる。圧縮機で圧縮された圧縮空気は直接燃焼器２に流入するのではなく、ガスパスに設けられた抽気孔によって抽気される。そして、圧縮空気４３は冷却器１０によって約１００℃まで冷却され、空気４４として加湿装置１１に流入する。加湿装置１１が排出した湿り空気４５は相対湿度約９５％，温度約１５０℃である。なお、本実施例では、加湿装置１１を流下する途中で分岐された分岐流路８１によって空気の一部を抽気し、タービン３の冷却部に供給する。また、本実施例において湿り空気とは水分を含んだ空気を表し、加湿装置で完全に増湿されて再生熱交換器に供給される空気を示す。この湿り空気４５は、再生熱交換器６によって約５５０℃まで加熱され、過熱湿り空気４６となる。過熱湿り空気４６は燃焼器２で燃料と混合燃焼され、約１３５０℃の燃焼ガス４７を生成する。燃焼ガス４７はタービン３の動翼に対して膨張仕事をし、タービン３を駆動する。このタービン駆動によって軸動力が発生し、発電機５が駆動される。また、タービン３の内部を燃焼ガス４７が流下する過程でガス温度は減少し、タービン３が排出する排気ガス４８の温度は約６００℃になる。この排気ガス４８は、再生熱交換器６で湿り空気４５と熱交換され約２５０℃のガス温度になり、給水加熱器７及び排ガス再加熱器８へ流入する。排気ガスは、給水加熱器７の内部を約１１０℃で流下し、排ガス再加熱器８でさらに熱を失った後に水回収装置９へと流入し、水分を失った排気ガス５０となる。排気ガス５０は、白煙化を防ぐために排ガス再加熱器８へと流入し、約９０℃まで加熱されて大気中に放出される。
【００１５】
以上のガスタービン設備において、タービン冷却部に冷却空気を導く必要があるため、加湿装置１１の内部流路に分岐流路の導入部を設けている。本実施例では、加湿装置１１で湿り空気を生成する途中の空気を得るために分岐流路８１を設け、冷却空気としてタービン３の翼冷却に使用する。
【００１６】
次に、水の循環系統について説明する。水回収装置９は排気ガス４９を冷却して水分を回収し、外部から冷却水を供給する水タンク１３を備える。水タンク１３によって供給される水は冷却器１４で冷却された後、冷却水６２となって水回収装置９へ供給され、排気ガス４９を冷却する。水回収装置９が排出した水は、冷却器１４に戻るだけでなく、その一部は水処理装置１５に供給される。水処理装置１５によって処理された水は、圧縮空気４３を冷却する冷却器１０と、圧縮機１に流入する空気４１に水分を加える混合器１２へ供給される。冷却器１０に供給された水６３は、圧縮空気４３を冷却することで加熱され、加熱水６４となって加湿装置１１に供給される。この加湿装置１１は、空気４４を増湿して湿り空気４５を生成する。なお、加湿に使用した後の水分は、再び冷却器１０に供給されると同時に、給水加熱器７にも供給される。給水加熱器７に供給された冷却水６５は、再生熱交換器６が排出した排気ガスによって加熱され、加熱水６６として再び加湿装置１１へ供給される。
【００１７】
次に、タービン冷却部であるタービン翼を冷却する方法について、図２を用いて説明する。図２は、本実施例においてタービン翼を冷却するために設置された分岐流路８１周辺の概略図である。図１と重複する機器は番号を同一とし、その詳細な説明を省略する。本実施例において、主流空気とは加湿装置１１に供給された空気が段階的に増湿され、再生熱交換器６に向かう空気を示す。そして、加湿装置１１から再生熱交換器６に主流空気が流下する流路より冷却空気が分岐される分岐流路の入口（主流空気側）を分岐流路入口
（分岐流路の導入部）、タービン翼内部に形成された冷媒流路と接続された分岐流路の端点（タービン側）を分岐流路出口と定義する。
【００１８】
図２において、加湿装置１１の内部に加湿系統９０１および９０２が設置され、加湿系統間に分岐流路８１の導入部が設置される。また、加湿装置１１の最下部には、排水孔
９４を備える。そして、加湿装置１１から排出された湿り空気４５によって再生熱交換器６とタービン３への液滴の流入を防止するために、加湿装置１１には液滴除去装置９５が設置されている。加湿系統９０１は、空気４４に適切な量の水分を分配する水分分配器
９１１，噴射孔９２１，充填物９３１を備える。そして、液滴状の水分は、水分分配器
９１１を経由して噴射孔９２１から充填物９３１および加湿装置１１の内部に供給される。なお、加湿系統９０２も加湿系統９０１と同様の構造をしており、水分分配器９１２と噴射孔９２２、及び充填物９３２を有する。水分分配器９１１，９１２に供給される水は、冷却器１０が排出した加熱水６４と、給水加熱器７が排出する加熱水６６を使用する。また、充填物９３１の材料として、多孔質材を使用することが望ましい。そして、第１段静翼１１１の内部に形成された冷媒流路に冷却空気を供給するように、分岐流路８１を接続している。本実施例では、分岐流路８１の出口を第１段静翼１１１としているが、他の翼であっても構わない。例えば第１段動翼１１２，第２段静翼１１３，第２段動翼１１４のいずれとしても良い。なお、本実施例のタービン段数は４段であるが、図２では第３段以降は割愛した。
【００１９】
ここで、本実施例における作用・効果を説明する。
【００２０】
本実施例のように単体の加湿装置を備えた場合、加湿装置内の流路（流路ＡＢ）からタービン冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることで、増湿途中の空気を得ることが可能になる。図２に示すように、加湿装置１１に空気４４を供給する供給口Ａから、加湿装置１１からの湿り空気４５を再生熱交換器に排出する排出口Ｂまでの流路ＡＢ上から冷却空気を分岐する。このとき、主流空気は、加湿装置内の流路において複数の加湿系統で段階的に増湿され、排出口Ｂでは相対湿度９５％の湿り空気となる。そのため、加湿装置内の流路にタービン冷却部へ冷却空気を導く分岐流路を設けると、タービン冷却部が必要とする冷却空気の相対湿度に合わせて増湿途中の空気を、混合器を介さず簡単な構成で、タービン冷却部へ直接供給することが可能である。
【００２１】
即ち、加湿装置内の流路からタービン冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を設置することで、空気４４が相対湿度９５％に増湿される前（相対湿度９５％未満）の冷却空気をタービン冷却部へ導くことができる。言い換えると、冷却空気の相対湿度を再生熱交換器に供給する湿り空気の相対湿度とは異ならしめている。したがって、冷却空気の凝縮を抑制するために、加湿前の圧縮空気と冷却空気とを混合させる必要が無くなる。そして、分岐流路中で凝縮しない相対湿度の冷却空気を得ることが可能であり、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成可能である。また、冷却空気の相対湿度を調整する混合器が不要となり、分岐流路の構成を簡素化することが可能である。また、分岐流路の構成を簡素化することで、設備のコストを低減することも可能である。
【００２２】
さらに、加湿装置内の流路（流路ＡＢ）からタービン冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることで、簡単な構成で所望の相対湿度の冷却空気を得ることが可能である。タービン冷却部が必要とする冷却空気の相対湿度は、タービン冷却部の位置に応じて異なっている。そのため、加湿装置内の流路（流路ＡＢ）からタービン冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えれば、加湿系統９０１や９０２に供給する水分を変更するのみで、凝縮を抑制する適切な相対湿度の冷却空気をタービン冷却部へ供給することが出来る。加湿系統９０１や９０２に供給する水分の変更は、水分分配器９１１や９１２による調整が可能であるため、冷却空気の相対湿度を調整する混合器を不要にすることができる。また、圧縮機から加湿前の圧縮空気を混合器に供給する系統も不要にできる。したがって、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構成で達成し、所望の相対湿度の冷却空気を得ることが可能である。
【００２３】
加湿装置１１に流入する空気４４の相対湿度は低く、加湿系統を通過するごとに充填物中の水分と接触して主流空気の相対湿度が上昇する。そして、加湿系統９０２の通過後である加湿装置１１出口付近では、相対湿度が約９５％となる。この充填物９３１および
９３２の高さを調節することで、主流空気と充填物中の水分との接触面積を変更することが可能である。したがって、各加湿系統を通過後の空気の相対湿度を変更することができる。即ち、図２に示すように加湿系統を２段設置し、各加湿系統内の充填物９３１および９３２の高さを調節すれば、加湿装置１１が分岐流路８１に流入する冷却空気の相対湿度を任意に設定し、加湿装置１１の出口における相対湿度を約９５％とすることが可能である。本実施例のように第１段静翼１１１を冷却する場合、加湿装置１１は、最も効率よく第１段静翼１１１を冷却可能な相対湿度９０％の冷却空気を分岐させ、かつ、加湿装置
１１の出口における湿り空気の相対湿度を約９５％に保つことが可能である。したがって、加湿系統９０１と９０２との間から分岐された分岐流路８１を設置することで、所望の相対湿度の冷却空気が分岐流路８１で得られるとともに、空気４４（主流空気）が全ての加湿系統を通過して相対湿度約９５％の湿り空気を得ることが可能である。
【００２４】
また、複数の加湿装置が直列に配置されている場合、図２の加湿装置内の流路ＡＢは、空気４４が最初に供給される加湿装置の供給口Ａから、主流空気が再生熱交換器６に供給される直前に流下した、最後の加湿装置１１が湿り空気４５を排出する排出口Ｂまでを表す。したがって、複数の加湿装置を直列に配置した場合、加湿装置内又は加湿装置同士をつなぐ流路が加湿装置内の流路（図２の流路ＡＢ）に相当する。このように複数の加湿装置が直列に配置された場合、それぞれの加湿装置が空気に順次湿分を加え湿り空気とするため、それぞれの加湿装置を加湿系統と見なすことができる。したがって、複数の加湿装置が直列に配置されている場合は、加湿装置内又は加湿装置同士をつなぐ流路から冷却空気を分岐させることで、加湿途中の空気を簡単な構成でタービン冷却部へ供給することができる。そして、冷却空気の相対湿度を再生熱交換器に供給する湿り空気の相対湿度と異ならしめるように、空気４４が相対湿度９５％に増湿される前（相対湿度９５％未満）の冷却空気をタービン冷却部へ導くことができる。したがって、冷却空気の凝縮を抑制するために、加湿前の圧縮空気と冷却空気とを混合させる必要が無くなる。そして、分岐流路中で凝縮しない相対湿度の冷却空気を得ることが可能であり、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成可能である。また、冷却空気の相対湿度を調整する混合器が不要となり、分岐流路の構成を簡素化することが可能である。即ち、分岐流路の構成を簡素化することで、設備のコストを低減することも可能である。
【００２５】
また、加湿装置が単体の場合と同様に、加湿装置内又は加湿装置同士をつなぐ流路（流路ＡＢ）からタービン冷却部へ冷却空気を導くよう分岐された流路を備えることで、簡単な構成で所望の相対湿度の冷却空気を得ることが可能である。したがって、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構成で達成し、所望の相対湿度の冷却空気を得ることが可能である。
【００２６】
なお、分岐流路８１に流入する冷却空気量は、主に流路入口および出口における静圧差と分岐流路８１内の流路断面積と圧力損失によって決定される。そのため、必要な冷却空気量を確保するには、これらの要因を考慮に入れて分岐流路８１の形状を定めることで、必要な冷却空気量を第１段静翼１１１に供給することが可能である。
【実施例２】
【００２７】
図３は、本実施例における分岐流路周辺の詳細図である。実施例１との相違点は、加湿装置１１中の加湿系統の数が増加し、分岐流路が複数（本実施例では２本）となっている点である。そして、複数のタービン冷却部へ冷却空気を導くよう構成している。なお、図１および図２と重複する機器については番号を同一とし、詳細な説明は省略する。
【００２８】
本実施例では、加湿系統は９０１，９０２，９０３の３段構造であり、加湿系統９０１と９０２との間に分岐流路８１１が設置され、加湿系統９０２と９０３との間に分岐流路８１２が設置されている。そして、分岐流路８１２は第１段静翼１１１内の冷媒流路に接続され、分岐流路８１１は第２段静翼１１３内の冷媒流路に接続されている。一般的に、加湿装置から再生熱交換器６に主流空気が流れる方向において、下流側の分岐流路８１２の冷却空気が上流側の分岐流路８１１の冷却空気より相対湿度が高い。したがって、相対湿度が高い冷却空気を必要とする翼（本実施例ではタービン上流側の第１段静翼１１１）と分岐流路８１２とを接続し、相対湿度が低い冷却空気を必要とする翼（本実施例ではタービン下流側の第２段静翼１１３）と分岐流路８１１とを接続する。
【００２９】
本実施例では、空気４４は加湿装置１１の下部より流入し、主流空気として加湿系統
９０１，９０２，９０３の順に通過し、湿り空気４５となって再生熱交換器６へと流入する。そして、分岐流路８１１中の冷却空気の相対湿度は充填物９３１の高さによって制御可能である。同様に、分岐流路８１２中の冷却空気の相対湿度は充填物９３２の高さによって制御可能であり、加湿装置１１の出口における湿り空気の相対湿度は充填物９３３によって制御することができる。したがって、本実施例では、分岐流路８１２の相対湿度を、第１段静翼１１１を最も効率よく冷却可能な相対湿度の９０％に、かつ、分岐流路811の相対湿度を、第２段静翼１１３を最も効率よく冷却可能な相対湿度の６０％に、さらに、加湿装置１１が排出する湿り空気４５の相対湿度を９５％にする。このように、複数の分岐流路同士で冷却空気の相対湿度を異ならしめると同時に、冷却空気と湿り空気の相対湿度を異ならしめることが可能である。
【００３０】
このように、タービン冷却部へ冷却空気を導くよう、加湿装置内で主流空気が流れる方向に対して異ならしめた複数箇所で流路を分岐させている。そして、それぞれの分岐流路を所望の相対湿度で冷却するタービン冷却部へそれぞれ接続させている。従って、分岐流路において冷却空気の凝縮を抑制すると同時に、冷却を必要とするタービン冷却部の位置に応じて、最適な相対湿度の冷却空気を供給できる。なお、本実施例では加湿系統の段数が３段であり、分岐流路数が２本である。そして、加湿系統の段数を３段以上に増加させ、各加湿系統間に分岐流路を設けることで、冷却を必要とするタービン冷却部の位置に応じて、最適な相対湿度の冷却空気を供給できる。しかも、加湿装置１１の内部流路に、タービン冷却部の個所と同数の分岐流路を設置するだけで前述の条件を満たす冷却空気を得られるため、冷却配管系の複雑化を抑制することができる。
【００３１】
なお、従来技術のように湿分の凝縮を抑制させる混合器を使用した場合、最適な相対湿度の冷却空気を生成する混合器をタービン冷却部の個所と同数だけ設ける必要がある。そのため、分岐流路の構造が複雑となり、コストが増加する。
【００３２】
以上より、本実施例によれば、冷却空気の凝縮を抑制することでガスタービン設備の冷却部へ液滴が流入することを抑制でき、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構成で達成可能である。さらに、各タービン翼を最も効率よく冷却可能な相対湿度の冷却空気を供給することでガスタービン設備の性能の向上を達成し、同時に分岐流路の簡素化およびコスト減を達成することが可能である。
【実施例３】
【００３３】
図４に、本実施例における分岐流路周辺の詳細図を示す。実施例１との相違点は、加湿装置１１の構造を変更し、それにあわせて水分系統を変更した点である。なお、図１〜図３と重複する機器については番号を同一とし、詳細な説明は省略する。
【００３４】
図１を用いて、本実施例の水分系統を説明する。本実施例では、水処理装置１５が排出して加湿装置１１へ導かれる水６３と、圧縮機１が排出した圧縮空気４３とを熱交換する冷却器１０が省略されている。また、給水加熱器７が加熱水６６を供給するが、本実施例では、加湿装置１１を介した水分の循環がない。そのため、外部に設置された水タンク
１６が、給水加熱器７に冷却水６５を供給する。なお、加湿装置１１に供給された水分は全て加湿装置内で蒸発するように、水分量を調整する。
【００３５】
次に図４を用いて、本実施例における加湿装置１１の構造を説明する。図４に示すように、加湿装置１１は１本の配管（直管）である。図４では、流入した空気４４は加湿系統９０１および９０２を通過して湿り空気４５になる。分岐流路８１は加湿系統間に設けられるが、各加湿系統の構成および加湿方法が図２と異なる。例えば、加湿系統９０１は水分分配器９１１と噴射孔９２１の２つを備え、噴射孔９２１から微細水滴を噴霧して、圧縮空気４３を加湿する。なお本実施例では、分岐流路８１の出口を第１段静翼１１１内の冷媒流路としているが、実施例１と同様に、他の翼、例えば第１段動翼１１２，第２段静翼１１３，第２段動翼１１４のいずれにしても良い。
【００３６】
加湿装置１１に流入する空気の相対湿度は低く、主流空気が加湿系統を通過するごとに噴射孔９２２から噴霧された微細水滴と接触するため、主流空気の相対湿度が上昇してゆく。最終的には、加湿系統９０２を通過後、すなわち加湿装置１１の出口付近の湿り空気は、相対湿度が約９５％となる。本実施例では、微細水滴を噴霧する噴射孔９２１および９２２の主流方向範囲を拡大することで、主流空気と噴霧された微細水滴との接触時間を変更できる。そのため、各加湿系統を通過後の主流空気の相対湿度を変更することが可能である。つまり、図４に示すように加湿系統を２段設置し、各加湿系統内でそれぞれ微細水滴を噴霧する噴射孔９２１および９２２の主流方向範囲を調節すれば、分岐流路８１に流入する冷却空気の相対湿度を任意に設定し、かつ、加湿装置１１の出口での相対湿度を約９５％とすることが可能である。本実施例のように第１段静翼１１１を冷却する場合、冷却空気の相対湿度を最も効率よく冷却可能な相対湿度の９０％とし、かつ、加湿装置
１１の出口での相対湿度を約９５％に保つことが可能となる。また、分岐流路８１に流入する冷却空気量は主に流路入口および出口における静圧差，分岐流路８１内の流路断面積と圧力損失によって決定される。そのため、必要な冷却空気量を確保するためにはこれらの要因を考慮に入れた上で分岐流路８１の形状を定めることで、前述の条件を満たす冷却空気を供給することが可能である。
【００３７】
また、実施例２と同様に、タービン部で冷却を必要とする冷却部が複数ある場合は、冷却部の個所に合わせて加湿系統および分岐流路を増やすことで、各冷却部の冷却に最も効果の高い相対湿度を持った冷却空気を供給することも可能である。
【００３８】
以上より、本実施例によれば、分岐流路の凝縮を抑制するため、ガスタービン設備の冷却部へ液滴が流入することを抑制でき、ガスタービンの信頼性向上を簡単な構成で達成可能である。さらに、従来技術と比べて、各タービン翼を最も効率よく冷却することのできる相対湿度を持った冷却空気を供給することでガスタービン設備の性能の向上を達成し、同時に冷却配管系の簡素化およびコスト減を達成することが可能である。なお、加湿装置１１の構造自体が、充填物がなくなる等の理由で簡素化されているため、冷却配管系の簡素化については実施例１および２に比べてさらに効果が高い。
【実施例４】
【００３９】
図１２に、本実施例における加湿装置周辺を拡大した詳細図を示す。実施例１との相違点は、単体の加湿装置１１を複数の加湿装置とし、並列に配置した点である。なお、図１〜図３と重複する機器については記載を省略する。
【００４０】
本実施例では、冷却器１０からの空気４４は、並列に配置された第１の加湿装置１１ａ，第２の加湿装置１１ｂに分岐して供給される。言い換えると、第１の加湿装置１１ａより上流側の空気流路で分岐された分岐流路に第２の加湿装置１１ｂを設置している。また、冷却器１０からの加熱水６４も第１の加湿装置１１ａ，第２の加湿装置１１ｂに分岐して供給される。そして、第２の加湿装置１１ｂからタービン冷却部へ所望の相対湿度を有した冷却空気を分岐流路８１に導くよう構成する。そのため、本実施例では第２の加湿装置１１ｂが所望の相対湿度の冷却空気を生成するように、第２の加湿装置１１ｂに供給する加熱水６４の供給量を調整しておくことが望ましい。さらに、第１の加湿装置１１ａからの加湿空気は湿り空気４５として再生熱交換器６に供給される。
【００４１】
以上のように、第１の加湿装置より上流側の空気流路で分岐された分岐流路に第２の加湿装置を設け、第２の加湿装置からタービンの冷却部へ冷却空気を導くことで、再生熱交換器６に供給する湿り空気とタービン冷却部に供給する冷却空気とを生成する加湿装置を異ならしめている。したがって、加湿装置ごとに湿り空気と冷却空気の相対湿度を任意に設定可能である。
【００４２】
また、冷却を必要とするタービン冷却部が複数ある場合、湿り空気を生成する第１の加湿装置１１ａの構造を変えずに冷却空気を生成する第２の加湿装置１１ｂの構造を改良すればよい。例として、第２の加湿装置１１ｂを実施例２に記載した構造にすることで、それぞれのタービン冷却部に最も適した冷却空気を供給できる。
【実施例５】
【００４３】
本実施例では、図２の分岐流路の導入部を、加湿装置１１が湿り空気を排出する排出口Ｂと再生熱交換器６に湿り空気を供給する供給口Ｃとの間に設置した。そのため、本実施例の分岐流路には、冷却空気として相対湿度９５％の増湿された湿り空気が導入される。分岐流路８１の導入部が、加湿装置１１が湿り空気を排出する排出口Ｂと再生熱交換器６に湿り空気を供給する供給口Ｃとの間に設置された場合、分岐流路８１中で湿り空気が凝縮し、液滴が生成される。そのため、分岐流路８１が直管の場合、冷却を必要とするタービン冷却部に液滴がそのまま流入してしまう。
【００４４】
そこで、本実施例における分岐流路８１の構造を説明する。図５は、分岐流路８１の断面図を示す。なお、図１〜図４と重複する機器については番号を同一とし、詳細な説明は省略する。分岐流路８１は、高所から低所に冷却空気を流す流路８１１と低所から高所に冷却空気を流す流路８１２、及び再び高所から低所に冷却空気を流す流路８１５を備え、流路８１１と流路８１２の低所を繋ぐ個所に流路外へ水を排出する水分排出装置８１３を備える。なお、流路８１１と流路８１２及び流路８１５はそれぞれの端部を繋げばよいので、流路が地面に垂直である必要はなく、傾きを持っても構わない。また、流路８１１と流路８１２をつなぐ配管形状はＵ字管であるが、別の形状でも良い。
【００４５】
本実施例における作用・効果について説明する。本実施例では、高所から低所に冷却空気を流す流路８１１および低所から高所に冷却空気を流す流路８１２を分岐流路が備えることで、流路８１１と８１２で凝縮した液滴は遠心力によって流路８１１もしくは流路
８１２中の壁面に付着する。そして、壁面に付着した液滴は重力によって低所に流下する。したがって、タービン冷却部へ液滴が流入することを抑制し、ガスタービン設備の信頼性を向上させることができる。なお、流路を構成する配管が周囲の大気空気にさらされて配管内に液滴を生成するため、液滴が下部の水分排出装置に流れる程度の地面に対する傾斜を分岐流路８１の流路８１１及び８１２に設けることが望ましい。
【００４６】
また、分岐流路８１の配管内で液滴を凝縮させるためには、流路８１１及び８１２の距離が長い方が望ましい。流路８１１及び８１２の距離を長くすることで、湿分空気と配管との接触時間を長くすることができ、不要な液滴を湿分空気から確実に凝縮させることができる。
【００４７】
そして、高所から低所に冷却空気を流す流路８１１および低所から高所に冷却空気を流す流路８１２の低所を繋ぐ個所に水分を排出する水分排出装置を備えたため、凝縮した液滴は、ドレインの水分排出装置８１３に集められ、系外へ排出される。
【００４８】
以上より、流路８１１及び８１２の高所と低所の高低差は、それぞれの流路の地面に対する傾きと長さによって決定される。したがって、図５のように流路８１１及び８１２を地面に対して垂直に設けた場合、流路８１１及び８１２の高所と低所の高低差を大きくすることで、湿り空気中の水分を効率良く凝縮させることが可能となる。
【００４９】
また、本実施例では、流路８１５がタービン冷却部に液滴を流入させる可能性があるため、流路８１５の配管距離を短くすることで液滴の凝縮を抑える。そのため、タービン冷却部への液滴の流入を抑制することが可能である。
【００５０】
冷却を必要とするタービン冷却部が複数ある場合は、冷却部の数に合わせて分岐流路
８１を増やし、各冷却部に湿り空気を供給することも可能である。本実施例の分岐流路は加湿装置１１を改造せずに、分岐流路における液滴を除去することができるため、拡張性に優れている。具体的には、湿分空気をタービン冷却に用いるシステムにおいて、効率向上のためにタービン入口温度を上昇させ、新たに冷却を必要とするタービン冷却部が増加した場合、冷却空気の分岐流路を容易に設置することができる。そのため、簡単な構成でガスタービン設備の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
以上より、凝縮した液滴を湿分空気から除去する手段として水分排出装置を設けているため、タービン冷却部へ液滴が流入することを抑制でき、ガスタービン設備の信頼性を向上させることができる。また、本実施例においても、冷却空気の湿分量を抑制するための混合器が不要であるため、分岐配管系の簡素化およびコスト低減を達成可能である。さらに、加湿装置を改造する必要がないため、既存の設備に対する拡張性にも優れている。したがって、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構造で達成可能である。
【実施例６】
【００５２】
図６に本実施例における分岐流路８１の断面図を示す。図５と重複する機器の番号は同一とし、詳細な説明は省略する。図５との相違点は分岐流路８１の具体的構造であり、概略回路図は実施例５と同様である。
【００５３】
図６では、分岐流路８１の出口に多孔質材８１４を設置した。前述のように分岐流路
８１の導入部が、加湿装置１１が湿り空気を排出する排出口と再生熱交換器６に湿り空気を供給する供給口との間に設置された場合、分岐流路８１中で湿り空気の凝縮が発生し、液滴が生成される。そこで、図８において、冷却空気の主流と同方向に移動した液滴は、多孔質材８１４で吸収される。そのため、液滴が冷却を必要とするタービン冷却部への流入をほぼ確実に抑制することができ、実施例５よりさらに高い信頼性を得ることができる。なお、多孔質材は、分岐流路８１の出口側（タービン冷却部側）に設けることが望ましい。このように配置することで、多孔質材からタービン冷却部までの距離を短くし、液滴がタービン冷却部へ流入することを最小限に抑えることができる。
【００５４】
また、実施例５と同様に、冷却を必要とするタービン冷却部が複数ある場合は、冷却部の数に合わせて分岐流路８１を増加させればよい。本実施例でも、加湿装置１１に改良を加えずに凝縮による液滴を除去できるため、拡張性に優れている。
【実施例７】
【００５５】
図７に、本実施例における分岐流路８１の断面図を示す。図５，図６と重複する機器については番号を同一とし、詳細な説明は省略する。図５，図６との相違点は分岐流路８１の具体的構造であり、概略回路図は実施例５と同様である。
【００５６】
図７の分岐流路８１は、高所から低所に冷却空気を流す流路８１１と低所から高所に冷却空気を流す流路８１２、及び高所から低所に冷却空気を流す流路８１５を備え、流路
８１１と流路８１２の低所を繋ぐ個所に水分排出装置８１３を備える。さらに、流路815の分岐流路出口に多孔質材８１４が設置されている。このとき、分岐流路中８１に発生した液滴の大部分は、遠心力によって流路８１１もしくは流路８１２の壁面に付着し、重力によって水分排出装置８１３の元へ集められ、系外へ排出される。また、壁面に付着せずに流路８１５に流入した液滴、もしくは流路８１５で凝縮した液滴は多孔質材８１４によって吸収される。このように、実施例５と６の分岐流路構造を組み合わせることで、高い液滴除去の効果が得られる。また、発生した液滴の大部分はドレインの水分排出装置813の元へ集められて排出されるので、図６に比べ多孔質材８１４が吸収する液滴量は少ない。そのため、多孔質材８１４を構成する材料の交換周期を長くして、メンテナンス性を向上させることが可能である。なお、前述した分岐流路を１本用いるだけで液滴の除去が達成されるため、従来技術と比べて冷却系統が簡素化されている。したがって、本実施例の構成においても、ガスタービン設備の信頼性向上を簡単な構成で達成可能である。
【００５７】
また、実施例５，６と同様に、既存の設備に対する拡張性に優れている。そして、実施例６に比べてメンテナンス性が向上している。
【００５８】
なお、実施例１〜３のように、加湿装置内の流路からタービンの冷却部へ冷却空気を導く分岐流路の構造を、実施例５〜７の分岐流路構造にすることも可能である。この場合、水分排出装置で冷却空気から液滴を除去するため、ガスタービン設備の信頼性をより向上させることができる。
【実施例８】
【００５９】
図８は、本実施例におけるガスタービン設備の概略回路図である。図１と重複する機器については番号を同一とし、詳細な説明は省略する。実施例１との相違点は、流量制御弁８３を分岐流路８１に設け、実施例５〜７に示した分岐流路形状を用いる点である。そして、流量制御弁８３には、弁を駆動させる駆動機９６と駆動機９６に弁の開度を送信する流量制御装置８２を備える。図８において、流量制御装置８２から冷却空気の相対湿度に応じた信号８５（制御量）が駆動機９６に送られ、駆動機９６によって流量制御弁８３の開度を制御する。したがって、流量制御弁８３の開度は信号８５（制御量）によって決定され、開度に応じた冷却空気流量が供給される。なお、本実施例の流量制御手段は、流量制御弁と駆動機に該当する。
【００６０】
一般に、ガスタービンの負荷（運転条件）に応じて最適な冷却空気量は異なるため、冷却空気量を制御する手段を備えた方が運用性に優れる。但し、分岐流路に流量制御弁８３を設け、その開度を変更すると分岐流路８１の流路断面積が変化する。冷却空気量を削減するために流量制御弁８３の開度を減少させると、流量制御弁８３を通過した冷却空気は膨張し、冷却空気温度が低下する。この温度低下によって飽和蒸気圧が下がるため、凝縮して液滴を生成する可能性がある。特に、第１段静翼を冷却する場合は冷却空気の相対湿度が約９０％であるため、流量を制御する際に凝縮が起きる確率が高くなり、ガスタービン設備の信頼性を損なう。そこで、実施例５〜７のいずれかに示した水分排出装置を備えた分岐流路構造で液滴を分岐流路から除去し、本実施例の流量制御を併用すれば、流路内で発生した液滴が冷却を必要とするタービン冷却部への流入を抑制することができ、ガスタービン設備の信頼性を向上させることが可能である。更に、ガスタービン設備の信頼性向上を実施例５〜７の簡単な分岐流路の構成で達成可能である。
【００６１】
図９および図１０は、本実施例における制御内容の具体的な例を示す。図９はタービン負荷においてガスタービン起動時から加湿時定格運転まで、図１０はガスタービンの加湿時定格運転から停止時までの排ガス温度，回転数，加湿装置に供給する水分量，冷却空気の相対湿度，流量制御弁の開度といった状態量の時間履歴である。それぞれの図において、横軸がタービンの運転時間経過を示し、縦軸が各状態量を示す。
【００６２】
図９に示すガスタービン起動時には、運転を開始して、無負荷状態で定格回転数まで昇速させる。その後に発電機側の負荷を取って、定格回転数を維持しつつ全負荷状態へと移行させる。全負荷状態への移行は、排ガスが定格運転状態における温度となった時点で達成される。但し、全負荷状態を達成直後に加湿を開始すると、ローターやケーシングといったタービン構成部材の温度は定格運転状態における温度に比べて低いため、冷却空気がタービン内で凝縮する恐れがある。そのため、構成部材が定格運転状態における温度に上昇するまで、加湿せずに全負荷状態を継続し、暖機運転を行う。この暖機運転を終了後、加湿装置が水分を供給し、加湿を開始する。加湿を開始後、加湿装置内を流下する主流空気は充填物の通過に時間がかかるため、冷却空気の相対湿度は加湿装置の水分供給量と完全に同期せず、若干の時間差をもって増加する。冷却空気の相対湿度が増加すると冷却空気の冷却効果が高くなり、タービン冷却部への冷却空気量を減少させることができる。冷却空気量を減少させるために、流量制御装置８２が駆動機９６に流量制御弁８３を閉じる信号８５を送信する。そして、流量制御弁８３の開度が減少し、冷却空気量は減少する。最終的には、加湿装置が供給する水分量が一定となった後に冷却空気の相対湿度も一定となるため、流量制御弁の開度は一定に保たれ、加湿時定格運転が達成される。
【００６３】
なお、流量制御弁の開度の変化が、結果として冷却空気の相対湿度の変化に対応すればよいので、冷却空気の相対湿度を測定または推定する必要はない。図９において、流量制御装置が、タービンの負荷に基づいて流量制御手段（流量制御弁）が制御する流量を演算し、流量に基づく流量制御弁の開度（制御量）を求める。そして、この開度（制御量）を駆動機に送信する手段を流量制御装置が備えていれば良い。したがって、本実施例の制御装置には、タービン負荷に基づいて流量制御手段が制御する流量を演算する手段と、流量に基づく制御量を流量制御手段に送信する手段を備えている。
【００６４】
なお、タービン負荷の推移はタービンの運転時間経過と対応しているため、タービンの運転時間経過に基づいて、流量制御弁の開度を制御する制御スケジュールを事前に決めておくこともできる。
【００６５】
次に、ガスタービン停止時における運転方法について説明する。基本的には起動時の運転方法と逆の順序である。加湿装置の供給水分量を減少させ始めると、冷却空気の相対湿度は若干の時間差をもって減少する。冷却空気の相対湿度が減少すると、タービン冷却部の冷却効果が低くなり、冷却空気量を増やす必要がある。そのため、冷却空気の相対湿度の減少量に応じて、流量制御装置８２から流量制御弁８３を開く信号８５が駆動機９６に送られる。そして、流量制御弁８３の開度が大きくなり、冷却空気量が増加する。最終的には、加湿終了後に冷却空気の相対湿度も一定となり、流量制御弁の開度が一定に保たれる。加湿停止後でも、加湿装置が排出した湿り空気、もしくは加湿装置内を流下途中の主流空気の相対湿度は高いため、湿り空気を排出するために一定時間のパージ運転を行う。パージ運転により湿り空気を排出後、徐々に発電機側の負荷を遮断してゆき、無負荷定格運転条件まで移行する。ここから回転数を減少させてゆき、ガスタービンを停止させる。なお、ガスタービン起動時と同様に、タービンの負荷（運転時間経過）を用いて流量制御弁を制御しても良い。
【００６６】
このように、本実施例では、タービンの負荷に基づき流量制御手段が制御する流量を演算する手段と、この流量に基づく制御量を流量制御手段に送信する手段をガスタービン設備の制御装置に備えている。そして、タービンの負荷はタービンの運転時間経過と対応しているため、タービンの負荷又はタービンの運転時間経過に基づくことで、実際に冷却空気の相対湿度を測定又は推定しなくても、簡易な構成で適切に冷却空気の流量を制御することができる。なお、タービンの運転時間経過は、タービンの運転状態を表す指標である。そのため、運転時間経過の基準としてタービン起動時である必要はない。タービンの排ガス温度や回転数といった負荷（運転状態）を運転時間経過によって把握し、加湿装置が水を供給する開始時点（又は、加湿装置から水を減少させる時点）と加湿装置が供給する水分量の時間経過が分かればよい。
【００６７】
また、タービンの負荷又はタービンの運転時間経過に基づき流量制御手段が制御する流量を演算する手段と、この流量に基づく制御量を流量制御手段に送信する手段をガスタービン設備の制御装置に備えることで、ガスタービン設備の信頼性を向上させることが可能である。暖機運転時やパージ運転時は、加湿装置から水を供給される前や加湿装置が供給する水を停止した後であるため、加湿されていない空気がタービン冷却部に供給される。但し、加湿されていない空気は湿り空気に比べて水分が少ないため、体積が大きい。したがって、加湿されていない空気が湿り空気と同じ冷却効果を得るために、流量制御手段によって分岐流路を流れる冷却空気の流量を増加させている。このように、暖機運転時やパージ運転時に冷却空気の流量を増加させることで、暖機運転時やパージ運転時のタービン冷却部の冷却効果を高め、ガスタービン設備の信頼性を向上させることが可能である。また、加湿定格運転時には、冷却空気の流量を減少させることで、冷却空気のタービン冷却部への過剰な供給を抑制することができ、ガスタービン設備の性能低下を抑制できる。更に、タービンの負荷（運転状況）によって変化する冷却空気の体積に応じて、分岐流路の断面積を変更する必要もなく、流量制御手段によって流量を制御できるため、ガスタービン設備の運用性が向上する。
【００６８】
また、本実施例では、実施例５〜７に示した液滴を系外に除去可能な構造である分岐流路８１に、本実施例の冷却空気流量の制御方法を適用している。即ち、冷却空気中に凝縮した液滴を除去する前の冷却空気流量を制御することで生じた液滴がタービン冷却部へ流入することも抑制できるため、ガスタービンの信頼性が更に向上する。
【００６９】
なお、実施例１〜３においては分岐流路を変更し、流量制御装置および流量制御弁を設置することで、冷却空気流量制御が可能となり、実施例５〜７においては分岐流路に変更を加えることなく、流量制御装置および流量制御弁を設置することで、冷却空気流量の制御が可能となる。
【実施例９】
【００７０】
図１１は、本実施例におけるガスタービン設備の概略回路図を示す。図８と重複する機器については番号を同一とし、詳細な説明は省略する。実施例８との相違点は、相対湿度計８４１が設けられている点である。
【００７１】
図１１において、相対湿度計８４１が冷却空気の相対湿度を計測し、信号８５１として流量制御装置８２に送信する。流量制御装置８２は、入力された信号８５１に応じて信号８５を駆動機９６に送る。流量制御弁８３の開度は出力された信号８５によって決定され、開度に応じた冷却空気がタービン冷却部に供給される。なお、圧縮機入口の圧力，圧縮機が生成する圧縮空気の圧力，タービン回転数，排気ガス温度等も同様に測定し、それぞれの計測値を流量制御装置８２に入力しても良い。本実施例では、冷却空気の相対湿度を相対湿度計によって直接測定しているが、加湿装置を通過前後の圧力及び温度，加湿装置に供給する水分量，加湿装置が排出する水分量を測定し、加湿装置中の充填物の高さを考慮して間接的に推定しても良い。なお、冷却空気の相対湿度の推定方法は、前述の方法だけでなく、他の方法を用いても良い。例えば、冷却空気の温度を測定しておけば、加湿装置に流入する空気温度を測定または推定に基づき、加湿装置内の温度低下を推定できる。この温度低下によって、蒸発量が推定できるため、冷却空気の相対湿度を推定可能である。
【００７２】
本実施例では流量制御装置に冷却空気の相対湿度を入力するため、より精密な制御が可能となる。例えば、加湿装置内に異常が発生して加湿能力が低下し、加湿時の定格運転状態における冷却空気の相対湿度が低下した場合、本実施例の制御方法が有効である。本実施例では、冷却空気の相対湿度を制御装置に入力しているため、流量制御弁８３の絞りすぎを抑え、加湿装置に異常が生じた時の信頼性に優れる。
【００７３】
なお、実施例８と同じく、分岐流路８１が実施例５〜７のいずれかに記載された構造であれば、本実施例における冷却空気流量制御方法を適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１に関するガスタービン設備の概略回路図。
【図２】実施例１に関する冷却流路周辺の概略図。
【図３】実施例２に関する冷却流路周辺の概略図。
【図４】実施例３に関する冷却流路周辺の概略図。
【図５】実施例５に関する冷却流路の断面図。
【図６】実施例６に関する冷却流路の断面図。
【図７】実施例７に関する冷却流路の断面図。
【図８】実施例８に関するガスタービン設備の概略回路図。
【図９】実施例８に関するガスタービンの起動時における状態量の時間履歴。
【図１０】実施例８に関するガスタービンの停止時における状態量の時間履歴。
【図１１】実施例９に関するガスタービン設備の概略回路図。
【図１２】実施例４に関する加湿装置周辺の概略図。
【符号の説明】
【００７５】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…ガスタービン、５…発電機、６…再生熱交換器、７…給水加熱器、８…排ガス再加熱器、９…水回収装置、１０，１４…冷却器、１１…加湿装置、１２…混合器、１３，１６…水タンク、１５…水処理装置、４１，４４…空気、４２…湿分空気、４３…圧縮空気、４５…湿り空気、４６…過熱湿り空気、４７…燃焼ガス、４８〜５０…排気ガス、６２，６５…冷却水、６３…水、６４，６６…加熱水、８１…分岐流路、８２…流量制御装置、８３…流量制御弁、８５，８５１…信号、
９４…排水孔、１１１…第１段静翼、１１２…第１段動翼、１１３…第２段静翼、１１４…第２段動翼、８１１，８１２…流路、８１３…水分排出装置、８１４…多孔質材、841…相対湿度計、９０１〜９０３…加湿系統、９１１,９１２…水分分配器、９２１,９２２…噴射孔、９３１〜９３３…充填物。
【図１】
2006097596.tif 000003
【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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