(57)【要約】【課題】ガスタービン吸気を冷却するためのシステムを提供する。【解決手段】本システムは、空気冷却器（１３３）を含む。空気冷却器（１３３）は、空気通路（１４４）と、液体乾燥剤を冷却するように構成された熱交換器（１７４）と、液体乾燥剤を受けかつ該液体乾燥剤を空気通路（１４４）と直接接触状態になるように流すように構成された冷却器（１９４）とを含む。さらに、液体乾燥剤は、空気通路（１４４）内の空気を冷却しかつ該空気から水分を除去するように構成される。【選択図】      図２
2011001953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気冷却器（１３３）を含み、前記空気冷却器（１３３）が、
空気通路（１４４）と、
液体乾燥剤を冷却するように構成された熱交換器（１７４）と、
前記液体乾燥剤を受けかつ該液体乾燥剤を前記空気通路（１４４）と直接接触状態になるように流すように構成された冷却器（１９４）と
を含むシステムであって、前記液体乾燥剤が、前記空気通路（１４４）内の空気を冷却しかつ該空気から水分を除去するように構成される、
システム。
【請求項２】
前記空気通路（１４４）を通して前記液体乾燥剤を流すように構成された媒質（１５０）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記媒質（１５０）が、前記液体乾燥剤を前記空気通路（１４４）内の空気と直接接触させるように構成された多孔質媒質を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記液体乾燥剤を前記媒質（１５０）上に噴霧するように構成された噴霧噴射器（１９８）を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記媒質（１５０）の下流において前記空気通路（１４４）内にミスト分離器（２２０）を含み、前記ミスト分離器（２２０）が、前記空気通路（１４４）内の空気から流体を除去するように構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項６】
前記液体乾燥剤から水分を除去するように構成された液体乾燥剤再生器（１６６）を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記液体乾燥剤を前記空気通路（１４４）内に噴霧するように構成された噴霧噴射器（２１２）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記液体乾燥剤を回収するように構成された液溜め（１５４）と、前記液体乾燥剤を前記液溜め（１５４）から前記液体乾燥剤冷却器（１９４）に送るように構成されたポンプ（１５６）とを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記媒質（１５０）が、プラスチック、黒鉛又は金属化合物を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項１０】
前記液体乾燥剤が、塩化リチウム、臭化リチウム又は蟻酸カリウムを含む、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン吸気を冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、燃料及び空気の混合物を燃焼させて１つ又はそれ以上のタービン段を駆動する。理解されるように、ガスタービンエンジンは一般に、周囲空気を圧縮機内に取込み、圧縮機により、空気を燃焼器内における燃料の最適な燃焼に適した圧力に加圧する。残念なことに、周囲空気の温度及び湿度は、地理的位置、季節等々によって大幅に変化する可能性がある。空気中の湿気は、ガスタービンエンジンの構成要素にとって有害である可能性がある。例えば、湿気は、ガスタービン圧縮機内での腐食及び着氷を増大させるおそれがある。加えて、周囲空気の温度は、ガスタービンエンジンの性能を低下させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７３４３７４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その結果、ガスタービンエンジン内への空気の温度及び湿度の制御は、ガスタービンエンジンの性能及び寿命を大きく向上させることができる。
【０００５】
その技術的範囲が本来の特許請求発明に相当する一部の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な要約を示すことのみを意図している。実際には、本発明は、以下に記載した実施形態と同様であるか又はそれらとは異なるものである可能性がある多様な形態を包含することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の実施形態では、システムは、タービン空気品質装置を含み、このタービン空気品質装置は、タービン入口に導かれる空気流内を通して液体乾燥剤を循環させるように構成された液体乾燥剤通路と液体乾燥剤通路内に配置された多孔質媒質とを含み、多孔質媒質は、液体乾燥剤と直接接触状態で空気流を流すように構成される。
【０００７】
第２の実施形態では、システムは、空気冷却器を含み、この空気冷却器は、空気通路と、液体乾燥剤を冷却するように構成された熱交換器と、液体乾燥剤を受けかつ該液体乾燥剤を空気通路と直接接触状態になるように流すように構成された冷却器とを含み、液体乾燥剤は、空気通路内の空気を冷却しかつ該空気から水分を除去するように構成される。
【０００８】
第３の実施形態では、システムは、媒質冷却器を含み、この媒質冷却器は、空気通路と、液体乾燥剤通路と、該媒質冷却器内の空気通路及び液体乾燥剤通路の両方内に配置された多孔質媒質とを含み、多孔質媒質は、空気通路内の空気及び液体乾燥剤通路内の液体乾燥剤間の直接接触を可能にするように構成される。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部品を表している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより一層良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態による空気冷却ユニットを備えた統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントの実施形態の概略ブロック図。
【図２】実施形態による、図１に示すような空気冷却ユニット及びガスタービンエンジンのブロック図。
【図３】実施形態による、図２に示すような空気冷却ユニットの冷却器の概略図。
【図４】実施形態による、図１に示すような空気冷却ユニットの作動を表したグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１３】
以下に詳細に説明するように、開示した実施形態は、液体乾燥剤サイクルによりガスタービン吸気を冷却するシステム及び方法を対象としている。具体的には、開示した実施形態は、間接接触熱交換器（例えば、作動流体隔離型内部コイル）、蒸発冷却器、機械式冷却器、吸収冷却器及び熱エネルギー貯蔵システムではなく、液体乾燥剤サイクルを使用した直接接触媒質タイプの水分吸収器／冷却器を採用することができる。本システムは、冷却した液体乾燥剤のための少なくとも１つのループを有して、タービン吸入空気流から熱及び水分を吸収して周囲よりも大幅に低い乾球温度並びに１００％よりも著しく低い相対湿度の空気状態を生じさせるようにする。この熱及び質量移動プロセスは、１つ又はそれ以上のタービン吸入空気（吸気）フィルタの下流に取付けることができる直接接触冷却器を吸気が貫通する時に生じる。
【００１４】
冷却した液体乾燥剤は、冷却器内の空気通路を通って移動する空気と直接接触状態にされる。これにより、液体乾燥剤が空気から水を吸収しかつ水で希釈された状態になる。加えて、冷却した液体乾燥剤の空気との直接接触により、空気を冷却しかつ液体乾燥剤を加熱する熱移動（熱伝達）が生じる。乾燥剤及び水が、媒質（多孔質媒質のような）によって空気から分離され、かつそれら乾燥剤及び水は、冷却器の液溜め内に蓄積される。希釈されかつ加熱された液体乾燥剤は、液溜めに到達した後に、少なくとも１つの冷却熱交換器にポンプ圧送されて吸収熱を放出し、液体乾燥剤の温度を低下させてその所定のレベルまで戻して吸気冷却器に再循環される。所望の乾燥剤濃度を維持するために、本システムは、少なくとも１つの再生ループを備えており、この再生ループは、希釈されかつ加熱された液体乾燥剤のバイパス流を受け、少なくとも１つのヒータによりその温度を上昇させ、かつ次に蒸発器を使用して液体乾燥剤から捕捉水分を強制的に放出させる。再生した液体乾燥剤は、冷却器の液溜めに戻される。エネルギー効率を良くするために、ヒータは、ガスタービン排気から回収した熱又はタービンエンクロージャ通気孔放出物のようなその他の利用可能な熱源を使用することができる。
【００１５】
図１は、合成ガスつまりシンガスを生成しかつ燃焼させることができる統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システム１００の実施形態の概略図である。以下で説明するように、本システム１００は、液体乾燥剤サイクルを備えた直接接触媒質タイプの水分吸収器／冷却器を利用した１つ又はそれ以上の空気冷却ユニット（例えば、空気冷却ユニット１３３）を使用することができ、各空気冷却ユニットは、空気の温度及び湿度を同時に低下させるように構成することができる。以下の説明は、開示した空気冷却ユニットの実施可能な用途における状況を示すことを意図している。本ＩＧＣＣシステム１００の要素には、ＩＧＣＣのためのエネルギー源として利用することができる固体原料のような燃料源１０２を含むことができる。燃料源１０２には、石炭、石油コークス、バイオマス、木材ベースの材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス及びアスファルト、又はその他の炭素含有種目が含まれる。
【００１６】
燃料源１０２の固体燃料は、供給原料調製ユニット１０４に送ることができる。供給原料調製ユニット１０４は、例えば燃料源１０２をチョッピング、ミリング、シュレッディング、パルバライジング、ブリケッティング又はパレタイジングすることによって燃料源１０２のサイズ又は形状を変えて供給原料を生成することができる。加えて、供給原料調製ユニット１０４内において燃料源１０２に水又はその他の適当な液体を加えて、スラリー供給原料を形成することができる。その他の実施形態では、燃料源には、何等の液体も加えられず、従って乾燥供給原料を生成する。
【００１７】
供給原料は、供給原料調製ユニット１０４からガス化装置１０６に送ることができる。ガス化装置１０６は、供給原料をシンガス、例えば一酸化炭素及び水素の組合せに変換することができる。この変換は、利用するガス化装置１０６のタイプに応じて、例えば約２０バール〜８５バールの高圧力及び約７００℃〜１６００℃の温度で、制御量の蒸気及び酸素を供給原料に加えることによって達成することができる。ガス化プロセスは、供給原料を熱分解処理することを含むことができ、それによって供給原料が加熱される。ガス化装置１０６の内部の温度は、供給原料を生成するために利用する燃料源１０２に応じて、熱分解プロセスの間に約１５０℃〜７００℃の範囲とすることができる。熱分解プロセスの間における供給原料の加熱により、固形物（例えば、チャー（炭））及び残留ガス（例えば、一酸化炭素、水素及び窒素）を生成することができる。熱分解プロセスにより供給原料から残留するチャーは、元の供給原料の重量の最大でも約３０％に過ぎないことになる。
【００１８】
ガス化装置１０６内で次に、燃焼プロセスを行なうことができる。燃焼は、チャー及び残留ガスに対して酸素を導入することを含む。チャー及び残留ガスは、酸素と反応して二酸化炭素及び一酸化炭素を形成し、この反応により、その後のガス化反応のための熱を得ることができる。燃焼プロセスの間の温度は、約７００℃〜１６００℃の範囲とすることができる。次に、ガス化段階の間にガス化装置１０６内に、蒸気を導入することができる。チャーは、二酸化炭素及び蒸気と反応して、約８００℃〜１１００℃の範囲の温度で一酸化炭素及び水素を生成することができる。本質的には、ガス化装置は、蒸気及び酸素を利用して、供給原料の幾らかを「燃焼させ」て、一酸化炭素を生成しかつエネルギーを放出し、それにより、さらに供給原料を水素及び付加的二酸化炭素に変換する第２の反応を促進するのを可能にする。
【００１９】
このようにして、ガス化装置１０６によって、合成ガスが製造される。この合成ガスは、等しい割合で約８５％の一酸化炭素及び水素を含み、さらにＣＨ4、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＮＨ3、ＨＣＮ、及びＨ2Ｓ（供給原料の硫黄分に基づいた）を含むことができる。この合成ガスは、例えばＨ2Ｓを含んでいるので、汚れ（ダーティ）シンガスと呼ぶことができる。ガス化装置１０６はまた、ウェットアッシュ物質である可能性があるスラグ１０８のような廃棄物を生成する場合がある。このスラグ１０８は、ガス化装置１０６から除去して、例えば道路基盤材料又は別の建築材料として処分することができる。
【００２０】
ダーティシンガスを浄化するために、ガス浄化ユニット１１０を利用することができる。ガス浄化ユニット１１０は、ダーティシンガスを洗浄して、該ダーティシンガスからＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＨＣＮ及びＨ2Ｓを除去することができ、このガス浄化ユニット１１０は、例えば硫黄処理装置１１２における酸性ガス除去プロセスによる該硫黄処理装置１１２内での硫黄１１１の分離を含むことができる。さらに、ガス浄化ユニット１１０は、水処理ユニット１１４によってダーティシンガスから塩類１１３を分離することができ、この水処理ユニット１１４は、水浄化技術を利用してダーティシンガスから有用な塩類１１３を生成することができる。その後、ガス浄化ユニット１１０からのガスは、微量のその他の化学物質、例えばＮＨ3（アンモニア）及びＣＨ4（メタン）を随伴した清浄（クリーン）シンガス（例えば、硫黄１１１は、シンガスから除去されている）を含むことができる。
【００２１】
ガス処理装置１１６を利用して、アンモニア及びメタン並びにメタノール又はあらゆる残留化学物質のような残留ガス成分１１７をクリーンシンガスから除去することができる。しかしながら、クリーンシンガスは、例えば排ガスのような残留ガス成分１１７をたとえ含有している場合であっても燃料として利用することができるので、クリーンシンガスからの残留ガス成分１１７の除去は、任意選択的なものである。この時点で、クリーンシンガスは、約３％のＣＯ、約５５％のＨ2及び約４０％のＣＯ2を含むことができ、またＨ2Ｓは実質的に取除かれている。このクリーンシンガスは、燃焼可能燃料としてガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０、例えば燃焼室に送ることができる。それに代えて、ガスタービンエンジンへの送達に先立って、クリーンシンガスからＣＯ2を除去することができる。
【００２２】
本ＩＧＣＣシステム１００はさらに、空気分離ユニット（ＡＳＵ）１２２を含むことができる。ＡＳＵ１２２は、例えば蒸留法によって空気を成分気体に分離するように作動することができる。ＡＳＵ１２２は、補助空気圧縮機１２３から該ＡＳＵ１２２に供給された空気から酸素を分離することができ、かつ分離した酸素をガス化装置１０６に移送することができる。加えて、ＡＳＵ１２２は、分離した窒素を希釈気体窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機１２４に送ることができる。
【００２３】
ＤＧＡＮ圧縮機１２４は、ＡＳＵ１２２から受けた窒素を少なくとも燃焼器１２０内の圧力に等しい圧力レベルまで加圧して、シンガスの適正な燃焼を妨げないようにすることができる。従って、ＤＧＡＮ圧縮機１２４は、それが窒素を適正レベルまで十分に加圧したら、その加圧窒素をガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０に送ることができる。窒素は、例えばエミッションの制御を可能にする希釈剤として使用することができる。
【００２４】
前述したように、加圧窒素は、ＤＧＡＮ圧縮機１２４からガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０に送ることができる。ガスタービンエンジン１１８は、タービン１３０、駆動シャフト１３１及び圧縮機１３２、並びに燃焼器１２０を含むことができる。燃焼器１２０は、シンガスのような燃料を受けることができ、この燃料は、加圧下で燃料ノズルから噴射することができる。この燃料は、加圧空気並びにＤＧＡＮ圧縮機１２４からの加圧窒素と混合され、かつ燃焼器１２０内で燃焼することができる。この燃焼により、高温の加圧排気ガスが形成される。
【００２５】
燃焼器１２０は、タービン１３０の排気口に向けて排気ガスを導くことができる。燃焼器１２０からの排気ガスがタービン１３０を通って流れると、排気ガスは、タービン１３０内のタービンブレードに強制的に作用してガスタービンエンジン１１８の軸線に沿って駆動シャフト１３１を回転させる。図示するように、駆動シャフト１３１は、圧縮機１３２を含むガスタービンエンジン１１８の様々な構成要素に連結される。
【００２６】
駆動シャフト１３１は、タービン１３０を圧縮機１３２に連結してロータを形成する。圧縮機１３２は、駆動シャフト１３１に結合されたブレードを含むことができる。従って、タービン１３０内におけるタービンブレードの回転は、タービン１３０を圧縮機１３２に連結している駆動シャフト１３１により圧縮機１３２内のブレードを回転させることができる。この圧縮機１３２内のブレードの回転により、圧縮機１３２は、その吸気口を介して該圧縮機１３２内に受けた空気を加圧する。圧縮機１３２の吸気口を介して受けられかつ加圧される空気は、空気冷却ユニット１３３（例えば、空気冷却器）から受けることができる。この冷却した空気は次に、圧縮機１３２によって加圧することができ、この加圧空気は、燃焼器１２０に送給しかつ燃料及び加圧窒素と混合して、より高い効率の燃焼を可能にすることができる。駆動シャフト１３１はまた、負荷１３４に連結することができ、この負荷１３４は、例えば発電プラント内にある電力を発生するための発電機のような定置型負荷とすることができる。実際には、負荷１３４は、ガスタービンエンジン１１８の回転出力によって駆動されるあらゆる適当な装置とすることができる。
【００２７】
以下に詳細に説明するように、空気冷却ユニット１３３（つまり、タービン空気品質ユニット）の実施形態は、液体乾燥剤サイクルを備えた直接接触媒質タイプの水分吸収器／冷却器を含み、空気冷却ユニット１３３は、空気の温度及び湿度を同時に低下させるように構成される。空気の低温度及び低湿度は、ガスタービンエンジン１１８の性能及び寿命を向上させることができる。例えば、温度の低下により、ガスタービンエンジン１１８によるシャフト出力を増大させることができ、また湿度の低下により、空気中の水分によるエンジン１１８の構成要素の腐食傾向を減少させることができる。液体乾燥剤サイクルを備えた直接接触媒質タイプの水分吸収器／冷却器を使用した空気冷却ユニット１３３は、蒸発冷却器のような低湿度環境に限定されることなく、低湿度及び高湿度の両環境内で良好に冷却する。別の実施例によると、液体乾燥剤サイクルを備えた直接接触媒質タイプの水分吸収器／冷却器を使用した空気冷却ユニット１３３の実施形態は、高価でありかつ大量の空間を占める可能性がある熱交換器の大きなコイル内で冷媒を隔離するのではなく、単純な媒質及び液体乾燥剤との直接接触により良好に冷却する。
【００２８】
本ＩＧＣＣシステム１００はまた、蒸気タービンエンジン１３６及び熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム１３８を含むことができる。蒸気タービンエンジン１３６は、第２の負荷１４０を駆動することができる。第２の負荷１４０もまた、電力を発生するための発電機とすることができる。しかしながら、第１及び第２の負荷１３４、１４０の両方は、ガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６によって駆動可能であるその他のタイプの負荷とすることができる。加えて、ガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６は、この図示した実施形態に示すように、別個の負荷１３４及び１４０を駆動することができるが、ガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６はまた、単一のシャフトを介してタンデムン形態で単一の負荷を駆動するように利用することができる。蒸気タービンエンジン１３６並びにガスタービンエンジン１１８の具体的な構成は、実施固有のものとすることができ、またあらゆるセクションの組合せを含むことができる。
【００２９】
本システム１００はまた、ＨＲＳＧ１３８をも含むことができる。ガスタービンエンジン１１８からの加熱した排気ガスは、ＨＲＳＧ１３８内に送り、水を加熱しかつ蒸気タービンエンジン１３６を駆動するために使用する蒸気を発生させるために使用することができる。例えば、蒸気タービンエンジン１３６の低圧セクションからの排気は、復水器１４２内に導くことができる。復水器１４２は、冷却塔１２８を利用して加熱水を冷却水に換えることができる。冷却塔１２８は、復水器１４２に低温水を供給して、蒸気タービンエンジン１３６から復水器１４２に送られた蒸気を凝縮するのを助けるように作用する。復水器１４２からの復水は次に、ＨＲＳＧ１３８内に導くことができる。ここでも同様に、ガスタービンエンジン１１８からの排気もまた、ＨＲＳＧ１３８内に導いて、復水器１４２からの水を加熱して蒸気を発生させることができる。
【００３０】
ＩＧＣＣシステム１００のような複合サイクルシステムでは、高温排気は、ガスタービンエンジン１１８からＨＲＳＧ１３８に流れることができ、ＨＲＳＧ１３８において、高温排気を使用して高圧高温蒸気を発生させることができる。ＨＲＳＧ１３８によって発生した蒸気は次に、電力発生のために蒸気タービンエンジン１３６を通して流すことができる。加えて、発生した蒸気はまた、ガス化装置１０６のような蒸気を使用することができるあらゆるその他のプロセスに供給することができる。ガスタービンエンジン１１８の発電サイクルは、しばしば「トッピングサイクル」と呼ばれ、他方、蒸気タービンエンジン１３６の発電サイクルは、しばしば「ボトミングサイクル」と呼ばれる。これらのエンジンの組合せは、複合サイクルエンジン１４３とすることができる。これら２つのサイクルを図１に示すように組合せることによって、ＩＧＣＣシステム１００は、両サイクルにおけるより大きな効率のものとすることができる。具体的には、トッピングサイクルからの排気熱を捕捉して、ボトミングサイクルにおいて使用するための蒸気を発生させるために使用することができる。ガスタービンエンジンからの排気ガスはまた、以下に説明するように空気冷却ユニット１３３と関連させて利用することができる。
【００３１】
図２は、ガスタービンエンジン１１８及び空気冷却ユニット１３３の実施形態の概略図である。単純サイクルガスタービンエンジン１１８のみを図２に示しかつ以下に説明しているが、空気冷却ユニット１３３は、ＩＧＣＣシステム１００と関連して又はＩＧＣＣシステム１００から独立して単純サイクルエンジンで利用することができるとことに注目されたい。同様に、空気冷却ユニット１３３は、ＩＧＣＣシステム１００内にあるか或いはＩＧＣＣシステム１００から独立しているかのいずれかである単純サイクルエンジン又は複合サイクルエンジン１４３に適用することができる。実際には、以下に説明するような空気冷却ユニット１３３の使用は一般的に、あらゆるタービンシステムに適用することができる。
【００３２】
前述したように、ガスタービンエンジン１１８は、燃焼器１２０、タービン１３０、ガスタービンエンジン１１８の軸線に沿った駆動シャフト１３１、負荷１３４及び圧縮機１３２を含む。圧縮機１３２は、冷却した空気を通路１４４に沿って空気冷却ユニット１３３から受ける。この空気の冷却は、空気冷却ユニット１３３に関して以下に説明する冷却及び除湿プロセスによって達成することができる。
【００３３】
上記したように、空気冷却ユニット１３３は、圧縮機１３２に送るための空気を冷却するように作動することができる。空気冷却ユニット１３３は、媒質冷却器１４６を貫通する通路１４４に沿って空気を流すことによって、この冷却プロセスを達成することができる。媒質冷却器１４６は、通路１４４に沿って流れて圧縮機１３２に導入される空気から熱を除去する熱交換器とすることができる。この図示した実施形態では、媒質冷却器１４６は、液体乾燥剤が１つ又はそれ以上の通路１４８に沿って媒質１５０を貫通して及び／又は媒質１５０の表面に沿って流れるのを可能にし、それによって通路１４４に沿って流れる空気が媒質１５０及び液体乾燥剤の両方と直接接触することが可能になる。加えて、幾つかの実施形態では、媒質冷却器１４６は、液体乾燥剤の幾らかを媒質１５０の表面上に噴霧することができ、一方、液体乾燥剤の幾らか又は大部分は、媒質１５０内に又は媒質１５０の表面に沿って直接送られる。しかしながら、幾つかの実施形態は、空気流内への液体乾燥剤の噴霧を排除し、代わりに液体乾燥剤を直接媒質１５０内に及び媒質１５０に沿って流し（又は、噴射し）て、液体乾燥剤が空気流と共に運び去られる可能性を低減させることができる。いずれのケースでも、液体乾燥剤はチューブ又はこれに類するものの内部の環境（例えば、空気流）から隔離されず、むしろ媒質１５０は、空気流が媒質１５０の外部表面又は媒質１５０の多孔質内部のいずれかに沿って空気と液体乾燥剤との間で直接接触することを可能にする。
【００３４】
この開示した実施形態では、液体乾燥剤は、空気と液体乾燥剤との間の直接接触に応答して該空気から水分及び熱を吸収する。その結果、液体乾燥剤は、水分の含有により液体乾燥剤溶液として記述することができる。例えば、液体乾燥剤溶液は、水及び塩化リチウム（Ｈ2Ｏ／ＬｉＣｌ）、水及び臭化リチウム（Ｈ2Ｏ／ＬｉＢｒ）、並びに水及び蟻酸カリウム（Ｈ2Ｏ／ＣＨＫＯ2）のような吸湿性溶液（つまり、吸収又は吸着のいずれかにより周囲環境から水分子を吸引した物質）となることができる。つまり、液体乾燥剤（又は、液体乾燥剤溶液）が通路１４４に沿って流れる空気に直接接触する時、液体乾燥剤は、空気から水を除去して（つまり、湿度を低下させて）、液体乾燥剤に対する水の含有量を増大させる。本明細書で説明するように、液体乾燥剤及び液体乾燥剤溶液という用語は、水分が液体乾燥剤によって収集され、次に液体乾燥剤から除去される時に、液体乾燥剤含有量に対する水の含有量が連続的に変化し得るので、互換的に使用することができる。
【００３５】
媒質１５０は、例えば空気／乾燥剤溶液と接触する多孔質の波状又は畝状プラスチックとすることができる。他の実施形態では、黒鉛及び／又は金属化合物を利用して媒質１５０を形成することができる。媒質１５０は、直交流パターンのような構造に作ることができ、或いは特別な構造をもたない状態で作ることができる。媒質１５０の構造に拘わりなく、媒質１５０は、空気と液体乾燥剤溶液との間の直接接触の領域を構成する。この領域は、空気／液体乾燥剤溶液の直接相互作用域と呼ぶことができる。この直接相互作用域では、空気中の水分は、媒質１５０上に凝結し、次に液体乾燥剤溶液内に収集する（回収する）ことができ、また／或いは空気中の水分は、液体乾燥剤溶液内に直接回収することができる。このように、１つ又はそれ以上の通路１４８に沿って流れる液体乾燥剤溶液は、空気中の水分の少なくとも幾らかの部分を捕捉すると共に、空気（回収水分を除いた）が依然として通路１４４に沿って圧縮機１３２内に流れ続けることを可能にすることができる。一部の実施形態では、直接相互作用域は、空気の湿度を少なくとも約５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０％ほど低下させ、一方、液体乾燥剤溶液中の水含有量を増大させることができる。このようにして、水分（例えば、水又は湿度）が、媒質１５０を通って流れる空気から少なくとも実質的に除去される（つまり、分離される）。さらに、以下にさらに説明するように、空気は、液体乾燥剤溶液によって実質的に冷却することができる。例えば、液体乾燥剤溶液は、空気よりも低い温度まで冷却し、それによって空気から液体乾燥剤溶液内への熱伝達を可能にすることができる。
【００３６】
媒質１５０は、汚れた空気又はフィルタ処理した空気のいずれかで作動することができることに注目されたい。従って、媒質１５０の上流でフィルタ１５２を利用して、空気が媒質１５０内及び／又は媒質１５０上で液体乾燥剤溶液と直接接触する以前に空気中の不純物を除去することができる。それに代えて、フィルタ１５２は、空気冷却ユニット１３３から排除することもできる。さらに、フィルタ１５２は、媒質冷却器１４６と一体形とすることができ、或いは媒質冷却器１４６とは別個のものとすることができる。
【００３７】
上記したように、液体乾燥剤溶液は、通路１４８に沿って流れ、一方、空気は、通路１４４に沿って流れる。空気から水分を回収した後に、液体乾燥剤溶液（増大した水含有量を有する）は、媒質冷却器１４６の液溜め１５４つまり底部内に回収することができる。液体乾燥剤溶液は、ポンプ１５６によって液溜め１５４から管路１５８を介して除去することができる。ポンプ１５６は、管路１６２を介して液体乾燥剤溶液をバイパス弁１６０に送ることができる。バイパス弁１６０は、例えば液体乾燥剤の再生を調整すると共に液体乾燥剤の媒質冷却器１４６への供給を制御することができる。従って、バイパス弁１６０は、管路１６２内の液体乾燥剤溶液の僅かな部分、例えば約５、６、７、８、９又は１０％を、管路１６４内に流して再生ユニット１６６に送るようにすることができる。
【００３８】
再生ユニット１６６は、媒質冷却器１４６とは別個のユニットとすることができる。再生ユニット１６６は、例えば水を液体乾燥剤溶液から自動的に除去して、乾燥剤を適正濃度に維持することができる。つまり、再生ユニット１６６は、液体乾燥剤溶液から水を除去して、媒質冷却器１４６内で使用するための濃縮液体乾燥剤を生成するように作動することできる。再生ユニット１６６内で、液体乾燥剤溶液は、熱交換器１６８を通って循環する。熱交換器１６８は、液体乾燥剤溶液を熱流１７０によって加熱して、その水蒸気圧力が外部空気１８４の圧力よりも大幅に高くなるようにする。熱流１７０は、例えばタービン１３０の排気から受けることができ、或いは再生ユニット１６６は、ボイラ水、電気ヒータ等のようなその他の熱源を採用することができる。１つの実施形態では、液体乾燥剤溶液は、方向矢印１７２で示すように熱交換器１６８の配管及び／又はコイルを通って流れることができる。熱流１７０は、熱交換器１６８内の配管と接触することができ、従って配管を加熱することにより該配管内の液体乾燥剤溶液を間接的に加熱することができる。それに代えて、熱流１７０は、熱交換器１６８内の液体乾燥剤溶液に直接接触して、直接的熱交換が生じるのを可能にすることができる。熱交換器１６８における熱交換の方法に関係なく、熱交換器１６８内の液体乾燥剤溶液に熱が付与される。熱交換器１６８内の液体乾燥剤溶液に付与された熱は、液体乾燥剤溶液中の水の蒸気分圧の増大を可能にする。実際には、加熱した液体乾燥剤溶液及び外部（周囲）空気１８４の間の水蒸気圧力差は、以下に説明するように、水分除去のための原動力である。
【００３９】
再生ユニット１６６は、熱交換器１６８からの流体を第２の熱交換器１７４（例えば、液体乾燥剤冷却器）に流し、この第２の熱交換器１７４は、流体を冷却するように構成される。図示した熱交換器１７４は、１つ又はそれ以上の噴射ユニット１７８に対して流体を均等に分配するマニホルド１７６を含むことができ、この噴射ユニット１７８は、充填層接触器表面１８２を含むことができるコア１８０内に流体を分散させるように構成することができる。上述のように、熱交換器１６８は、熱流１７０によって液体乾燥剤溶液に熱を付与して、液体乾燥剤溶液中の水の水蒸気圧力が、外部空気１８４の圧力よりも大幅に高くなるようにする。外部空気１８４は、充填層接触器表面１８２を通って流れ、また水は、乾燥剤溶液から外部空気１８４内に蒸発し、従って溶液の濃度を高める。再生ユニット１６６からの高温湿り空気は、外部空気１８４と共に放出され、今や冷却しかつ濃縮を高めた液体乾燥剤は、方向線１８６に沿ってコア１８０を通り熱交換器１７４の液溜め１８８内に流れることができる。従って、液溜め１８８は、再生液体乾燥剤のための回収場所とすることができる。この液体乾燥剤は次に、管路１９０を介して媒質冷却器１４６の液溜め１５４に送ることができる。液溜め１５４内で、液体乾燥剤は、液体乾燥剤溶液と混合して、液溜め１５４内の水に対する液体乾燥剤の総比率を高めることができる。再生ユニット１６６の水除去能力は、圧縮機１３２の入口の水分負荷に合わせて制御することができることをさらに注目されたい。これは、熱交換器１６８への熱流１７０を調整して、一定の乾燥剤溶液濃度を維持することによって達成することができる。
【００４０】
前述したように、液体乾燥剤溶液は、ポンプ１５６によって液溜め１５４から管路１５８を介して除去することができる。ポンプ１５６は、管路１６２を介して液体乾燥剤溶液バイパス弁１６０に送ることができる。バイパス弁１６０は、媒質冷却器１４６に対する液体乾燥剤の供給を制御することができる。従って、バイパス弁１６０は、液体乾燥剤溶液を管路１９２に沿って冷却器１９４を経由して媒質冷却器１４６に送ることができる。
【００４１】
冷却器１９４は、液体乾燥剤溶液の熱を減少させるように作動する冷却用熱交換器とすることができる。このようにして、媒質冷却器１４６に送られる液体乾燥剤溶液は、通路１４４に沿って流れる流入空気よりもその温度を低くすることができる。従って、媒質冷却器１４６を通って流れる空気から水分を除去する時に、冷却した液体乾燥剤溶液に対する空気の直接的露出は、直接的熱交換として作用して、通路１４４に沿って媒質冷却器１４６を通って流れる空気の全体温度を低下させることができる。通路１４４に沿って媒質冷却器１４６を通って流れる空気と接触する液体乾燥剤溶液は、媒質冷却器１４６の１つ又はそれ以上の噴射ユニット１９８に対して液体乾燥剤溶液を均等に分配するように作動することができるマニホルド１９６を介して空気と接触状態になることができる。加えて、媒質１５０の頂部上に配置されたマニホルド１９６は、噴射ユニットを介して媒質１５０の内部１９９内に液体乾燥剤溶液を送ることができる。つまり、噴射ユニット１９８は、液体乾燥剤溶液を媒質冷却器１４６内に（例えば、媒質冷却器の内部内に）分散させて（例えば、噴霧して）、液体乾燥剤溶液が、通路１４４に沿って流れる空気と直接接触して、上記したように該空気を直接冷却すると共に該空気から水分を除去することができるようにすることができる。このようにして、冷却されかつ除湿された空気は、圧縮機１３２に流れて、ガスタービンエンジン１１８によるシャフト出力をより増大させると共にガスタービンエンジン１１８の構成要素の水蒸気による腐食への露出を減少させることができる。
【００４２】
図３は、媒質冷却器１４６の実施形態の概略図である。前述したように、媒質冷却器１４６は、圧縮機１３２で使用するための空気を冷却かつ除湿するように作動することができる。図示するように、温暖空気は、方向線２００に沿って媒質冷却器１４６内に流入することができる。この図示した実施形態では、空気は、媒質冷却器１４６の３つのセクション２０２、２０４及び２０６の各々内に流入する。３つのセクションを図示しているが、１つ又はそれ以上のセクションで媒質冷却器１４６の全体を構成することができることに注目されたい。セクション２０２、２０４及び２０６の各々は、媒質冷却器１４６の１つ又はそれ以上の噴射ユニット１９８に対して乾燥剤濃厚溶液を均等に分配するように作動することができるマニホルド１９６を含む。噴射ユニット１９８は、乾燥剤濃厚溶液を媒質冷却器１４６内に分散させて（例えば、噴霧又は噴射して）、乾燥剤濃厚溶液が、方向線２００に沿って流れる空気と直接接触して、該空気を直接冷却すると共に該空気から水分を除去することができるようにすることができる。マニホルド１９６には、管路２０８を介して乾燥剤を供給することができ、この管路２０８は、例えば図２の冷却器１９４に連結されたパイプとすることができる。加えて、第２の管路２１０を利用して、乾燥剤濃厚溶液を媒質冷却器１４６内に供給することができる。
【００４３】
第２の管路２１０はまた、例えば図２の冷却器１９４に連結されたパイプとすることができる。しかしながら、管路２１０は、マニホルド１９６では終端しない。代わりに、管路２１０は、乾燥剤濃厚溶液のミストを媒質冷却器１４６内に直接噴霧（又は、噴射）して、方向線２００に沿って媒質冷却器を通って流れる空気に接触させることができる噴射ポート２１２を含むことができる。つまり、噴射ポート２１２は、媒質１５０の入口側２１３に向かう空気流内に液体乾燥剤を噴霧することができる。管路２０８及び２１０は、互いに関連させて利用して、媒質冷却器１４６内の空気に対して乾燥剤濃厚溶液をより均等に分配することができることに注目されたい。それに代えて、例えば管路２０８又は２１０のいずれかを単独で利用して、媒質冷却器１４６の全体コストを低減することもできる。
【００４４】
液体乾燥剤が方向矢印２００に沿って流れる空気中の水分と接触すると、液体乾燥剤は、空気から水を収集し（回収し）、かつその水を媒質１５０内から運び去る。前述したように、媒質１５０は、接触領域を提供して、空気と液体乾燥剤溶液との間の直接接触を可能にする接触領域を構成すると同時に、さらに空気を冷却しかつ該空気の湿度を低下させた後に液体乾燥剤溶液を運び去るための流路を構成する。理解されるように、液体乾燥剤は、空気に対して大幅に低温に、例えば空気よりも１０、２０、３０、４０又は５０°Ｆほど低温にすることができる。従って、この温度差は、空気中の湿気を媒質１５０上に凝縮させることができ、液体乾燥剤は、凝縮水（復水）を回収しかつそれを運び去ることができる。しかしながら、この温度差はまた、液体乾燥剤上に、例えば液体乾燥剤噴霧の液滴上に及び／又は媒質１５０内の液体乾燥剤の流れ上に空気中の湿気を直接凝縮させる又は収集させることもできる。いずれにしても、液体乾燥剤は、空気／液体乾燥剤の直接接触によって空気流を冷却すると同時にさらに該空気流から水分を除去することの両方を行なう。次に、液体乾燥剤溶液（回収した水分を含む）は、空気流から離れて媒質１５０を通って流れ、一方、空気流は、媒質１５０から離れる方向に流れ続ける。このようにして、液体乾燥剤溶液は、媒質１５０を通って流れる空気の湿気（例えば、水分）を実質的に取り去る。乾燥剤溶液は、プーリング領域２１４内に収集されて、管路２１６を介して媒質冷却器１４６の液溜め１５４内に除去することができる。液溜め１５４から、水を多く含んだ乾燥剤溶液は、前述したように、再循環／再生のための管路１５８を介して媒質冷却器１４６から除去することができる。
【００４５】
事前に冷却した乾燥剤溶液との直接接触により今や水含有量が減少すると同時に冷却された空気は、方向矢印２１８に沿って媒質１５０から離れる方向に流れる。この時点で、方向矢印２１８に沿って流れる空気は、媒質１５０の下流に位置するミスト分離器２２０と遭遇することができる。ミスト分離器２２０は、圧縮機１３２に送る前に方向矢印２１８に沿って流れる空気からあらゆる過剰な蒸気／噴霧（例えば、流体）を除去するように機能することができる。例えば、ミスト分離器２２０は、噴射ポート２１２からの全ての残留液体乾燥剤噴霧を回収することができる。ミスト分離器２２０は、例えば空気の通過を可能にしながら水分の通過を抑制するフィルタとすることができる。さらに、ミスト分離器２２０は、空気速度と媒質冷却器１４６を通って流れる空気から水を除去する液体乾燥剤及び媒質１５０の能力とに基づいて、任意選択的に該媒質冷却器１４６から排除することができることに注目されたい。
【００４６】
図４は、上記の空気冷却器１３３を使用する効果を示すグラフ図である。具体的には、図４は、開示した空気冷却器１３３と別の冷却技術との間の比較をグラフで表し、それによって空気冷却器１３３に起因した性能の向上を示している。具体的には、表示線２２２は、蒸発冷却技術を表しており、表示線２２４は、チリング技術を表しており、また表示線２２６は、開示した空気冷却器１３３の特定の実施形態による除湿及びチリング技術を表している。これらの表示線２２２、２２４及び２２６の各々は、約１００°Ｆ、約２０％の相対湿度、及び約０．００８の比湿である共通の起点２２８にて始まる。図示するように、これらの表示線２２２、２２４及び２２６は、温度と湿度に関して共通の起点２２８から大幅に変化している。例えば、蒸発冷却表示線２２２は、空気温度における約７５°Ｆまでの低下を示し、さらに相対湿度における６０％を越える値までの、また比湿における約０．０１５までの大きな増加を示している。これらの増加した湿度レベルは、圧縮機１３２の吸気口を氷で覆われた状態にするおそれがあり、またガスタービンエンジン１１８の構成要素の腐食を生じさせるおそれがある。チリング表示線２２４は、空気温度における約５０°Ｆまでの低下と相対湿度における約９０％までの大きな増加とを示している。チリング表示線２２４は、約６０°Ｆまではほぼ一定の比湿を表しているが、この比湿は、約５０°Ｆにて約０．００７まで低下する。
【００４７】
それにひきかえ、冷却した乾燥剤との直接接触と媒質１５０との上述したような組合せの使用により、空気冷却ユニット１３３を通って流れる空気は、表示線２２６によって表しているように、除湿及び冷却プロセスの両方を受けることができる。空気冷却ユニット１３３に関して上記した方法は、空気の温度を約６０°Ｆよりも低い温度まで低下させることができる。空気をこの温度まで冷却する一方で、相対湿度は約３０％に維持した状態で、空気の比湿を約０．００２５まで低下させることができる。従って、媒質冷却器１４６内での冷却した乾燥剤及び媒質１５０の使用により、空気冷却器内で経験されるのと同様な温度低下をより低い湿度レベルにて再現することができ、従ってガスタービンエンジン１１８の一層大きなシャフト出力並びにガスタービンエンジンの構成要素における吸気水分による腐食の低減を達成することができる。
【００４８】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００４９】
１００  統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システム
１０２  燃料源
１０４  供給原料調製ユニット
１０６  ガス化装置
１０８  スラグ
１１０  ガス浄化ユニット
１１１  硫黄
１１２  硫黄処理装置
１１３  塩類
１１４  水処理ユニット
１１６  ガス処理装置
１１７  残留ガス成分
１１８  ガスタービンエンジン
１２０  燃焼器
１２２  空気分離ユニット
１２３  空気圧縮機
１２４  希釈気体窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機
１３０  タービン
１３１  駆動シャフト
１３２  圧縮機
１３３  空気冷却ユニット
１３４  負荷
１３６  蒸気タービンエンジン
１３８  熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム
１４０  負荷
１４２  復水器
１４３  複合サイクルエンジン
１４４  通路
１４６  媒質冷却器
１４８  通路
１５０  媒質
１５２  フィルタ
１５４  液溜め
１５６  ポンプ
１５８  管路
１６０  バイパス弁
１６２  管路
１６４  管路
１６６  再生ユニット
１６８  熱交換器
１７０  熱流
１７２  方向矢印
１７４  熱交換器
１７６  マニホルド
１７８  噴射ユニット
１８０  コア
１８２  接触器表面
１８４  周囲空気
１８６  ベーン通路
１８８  液溜め
１９０  管路
１９２  管路
１９４  冷却器
１９６  マニホルド
１９８  噴射ユニット
１９９  内部
２００  方向線
２０２  セクション
２０４  セクション
２０６  セクション
２０８  管路
２１０  管路
２１２  噴射ポート
２１３  入口側
２１４  プーリング領域
２１６  管路
２１８  方向矢印
２２０  ミスト分離器
２２２  表示線
２２４  表示線
２２６  表示線
２２８  起点
【図１】
2011001953.tif 000003
【図２】
2011001953.tif 000004
【図３】
2011001953.tif 000005
【図４】
2011001953.tif 000006