(57)【要約】【課題】地熱エネルギーを用いてガスタービンエネルギー性能を向上させる装置、システム、及び方法を提供すること。【解決手段】空気流を加圧する圧縮機（５２）に空気流を配向する入口プレナム（１１２）を含むガスタービン発電プラントで使用する地熱熱交換システムであって、加圧空気流が、燃料と混合されて燃焼器（５６）において燃焼され、結果として生じる高温ガス流がタービン（５４）を通って配向されるようになり、地熱熱交換システムが、地面（１３４）と、入口プレナム（１１２）を通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段（１３６）を含む【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流を加圧する圧縮機（５２）に空気流を配向する入口プレナム（１１２）を含むガスタービン発電プラントで使用する地熱熱交換システムであって、前記加圧空気流が燃料と混合されて燃焼器（５６）において燃焼され、結果として生じる高温ガス流がタービン（５４）を通って配向されるようになり、前記地熱熱交換システムが、地面（１３４）と、前記入口プレナム（１１２）を通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段（１３６）を含む、地熱熱交換システム。
【請求項２】
前記地面（１３４）と前記入口プレナム（１１２）を通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段（１３６）が、ヒートパイプを含む、請求項１記載の地熱熱交換システム。
【請求項３】
前記地面（１３４）と前記入口プレナム（１１２）を通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段（１３６）が、ヒートシンク及び熱サイフォンのうちのいずれかを含む、請求項１記載の地熱熱交換システム。
【請求項４】
前記地面（１３４）と前記入口プレナム（１１２）を通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段（１３６）が、前記地面（１３４）と前記入口プレナム（１１２）を通過する回路を通ってポンプにより循環される熱伝達流体を含み、前記地面（１３４）が、地表よりも下の位置及び水域の表面真下の位置のうちのいずれかを含む、請求項１記載の地熱熱交換システム。
【請求項５】
前記地面（１３４）が、地表よりも下にある所定深さにある位置を含み、前記所定深さが２５フィートよりも大きな深さを含む、請求項１記載の地熱熱交換システム。
【請求項６】
前記ヒートパイプが、高い伝熱性を有する材料から作られたシール管を含む２相熱伝達装置を含み、当該シール管が、真空排気されて少量の作動流体で再充填される、請求項２記載の地熱熱交換システム。
【請求項７】
前記ヒートパイプが、実質的に垂直方向整列され、凝縮作動流体に所望の毛細管圧を提供するよう構成された材料を含むウィック構造を備える、請求項６記載の地熱熱交換システム。
【請求項８】
前記ウィック構造が、溝ウィック構造、ワイヤメッシュウィック構造、粉体金属ウィック構造、及びファイバ／バネウィック構造のうちのいずれかを含み、前記ヒートパイプが、高温日に空気の流れから前記入口プレナム（１１２）を通って前記地面（１３４）に熱を伝達し、ガスタービン発電プラントの効率が高められるように構成される、請求項６記載の地熱熱交換システム。
【請求項９】
前記ヒートパイプが、低温日に前記地面（１３４）から前記入口プレナム（１１２）を通って空気の流れに熱を伝達し、望ましくない氷形成が回避されるように構成される、請求項６記載の地熱熱交換システム。
【請求項１０】
前記タービンから前記入口プレナム（１１２）への排気流間に熱を伝達するための手段（１５２）を更に含み、当該タービンから前記入口プレナム（１１２）への排気流間に熱を伝達するための手段（１５２）がヒートパイプを含む、請求項６記載の地熱熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に、タービンエンジン、並びにこれに関連する装置、システム、及び方法に関する。より具体的には、限定ではないが、本出願は、とりわけ地熱エネルギーを用いてガスタービンエネルギー性能を向上させる装置、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーコストの上昇及び需要の高まりに伴って、ガスタービンエンジンの効率を改善すること、並びに地熱エネルギーのような再生可能エネルギー源を効果的に活用することは重要な目的である。この目的のために、以下で説明するように、特に高温及び低温日の運転に関連するときに、地表下に見られる比較的一定の温度を利用してガスタービンエンジン運転を改善し、コスト効果のあるシステムを開発することができる。
【０００３】
当業者であれば理解されるように、ガスタービンエンジンの性能は、周囲温度が過度に高温又は低温であるときに悪影響を受ける可能性がある。例えば、入口空気温度が過度に高温であるときには、ガスタービンエンジンの熱消費率が増大して出力が減少し、これにより当然、エンジン効率が低下する。他方、周囲温度が特定レベルを下回る場合には、氷結が生じる可能性がある。これは、例えば、フィルターハウスへの入口、入口ガイドベーン、又は他の同様に位置付けられた構成部品上など、圧縮機への入口で生じる可能性がある。氷結は、機器装備に損傷を与え、非効率的な作動をさせる可能性がある。例えば、氷結は、ＩＧＶが適正に動作するのを妨げ、タービンエンジンの効率に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
従来のシステムにおいて、これらの課題を解決する提案がなされてきた。例えば、高温日の運転では、幾つかの従来のシステムでは、圧縮機に流入する空気を冷却するために機械式冷却システムの使用を提案している。この選択肢は、冷却装置を作動させるのに必要なエネルギーがガスタービンエンジンの全体効率に有意な影響を与え、該冷却装置に付随する機器コストが高いので望ましいものではない。別の従来のシステムは、水蒸気を圧縮機流入空気に噴射することを含む入口噴霧システムである。噴射蒸気の蒸発は、空気流の温度を低下させる。しかしながら、このタイプのシステムの適正な機能は、依然として少なくとも幾らかは周囲条件によって左右され、高コストのハードウェア及び制御システムの導入を必要とする。更に、このようにしてエンジン流路に水を付加することは、流路内の部品のより迅速な劣化及び浸食を引き起こし、従って、全体的な保守コストが増大する可能性がある。
【０００５】
低温日運転では、従来のシステムは一般に、エンジン排気からエネルギーを引き出して、圧縮機流入空気の温度を上昇させることを含む。但し、この場合も同様に、このようなシステムは、高コストのハードウェア及び制御システムの導入を必要とする。更に、例えば、複合サイクルプラントの蒸気タービンにおける熱源など、排気中のエネルギーを他の目的で使用できる限りでは、排気エネルギーの一部を分流させることにより、一般的には、発電プラントの全体効率が低下する。
【０００６】
結果として、高温及び低温日の運転中に生じるガスタービンエンジンの性能問題をコスト効率よく軽減する装置、システム、及び方法の改善に対する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７３２０２２１号明細書
【発明の概要】
【０００８】
従って、本出願は、空気流を加圧する圧縮機に空気流を配向する入口プレナムを含むガスタービン発電プラントで使用する地熱熱交換システムを記載しており、該加圧空気流が燃料と混合されて燃焼器において燃焼され、結果として生じる高温ガス流がタービンを通って配向されるようになる。地熱熱交換システムは、地面と、入口プレナムを通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段を含むことができる。
【０００９】
幾つかの実施形態では、地面と入口プレナムを通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段が、ヒートパイプを含む。幾つかの実施形態では、地面と入口プレナムを通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段が、ヒートシンク及び熱サイフォンのうちのいずれかを含む。
【００１０】
幾つかの実施形態では、地面と入口プレナムを通って移動する空気の流れとの間で熱を交換する手段が、地面と入口プレナムを通過する回路を通ってポンプにより循環される熱伝達流体を含む。
【００１１】
幾つかの実施形態では、地面は、地表よりも下の位置及び水域の表面真下の位置のうちのいずれかを含む。幾つかの実施形態では、地面が、地表よりも下にある所定深さにある位置を含む。所定深さが２５フィートよりも大きな深さを含む。
【００１２】
幾つかの実施形態では、ヒートパイプが、高い伝熱性を有する材料から作られたシール管を含む２相熱伝達装置を含む。幾つかの実施形態では、シール管は、真空排気されて少量の作動流体で再充填される。
【００１３】
幾つかの実施形態では、ヒートパイプは、実質的に垂直方向整列され、凝縮作動流体に所望の毛細管圧を提供するよう構成された材料を含むウィック構造を備える。幾つかの実施形態では、ウィック構造が、溝ウィック構造、ワイヤメッシュウィック構造、粉体金属ウィック構造、及びファイバ／バネウィック構造のうちのいずれかを含む。幾つかの実施形態では、ヒートパイプが、高温日に空気の流れから入口プレナムを通って地面に熱を伝達し、ガスタービン発電プラントの効率が高められるように構成される。幾つかの実施形態では、ヒートパイプは、低温日に地面から入口プレナムを通って空気の流れに熱を伝達し、望ましくない氷形成が回避されるように構成される。
【００１４】
幾つかの実施形態では、地熱熱交換システムが更に、タービンから入口プレナムへの排気流間に熱を伝達するための手段を含む。幾つかの実施形態では、タービンから入口プレナムへの排気流間に熱を伝達するための手段がヒートパイプを含む。
【００１５】
本出願のこれら及び他の特徴は、図面及び添付の請求項を併用しながら以下の詳細な説明を精査すると明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態で使用される発電プラントで使用可能なタイプのタービンエンジンに典型的なガスタービンエンジンの断面図。
【図２】本発明の実施形態による発電プラントを示すのに用いられる、ガスタービンエンジンの概略平面図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、ガスタービン発電プラントの構成を示す概略図。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、入口プレナムにおけるヒートパイプの構成の正面（すなわち、入口プレナムの開口に向けた）概略図。
【図５】本発明の代替の実施形態による、ガスタービン発電プラントの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の全てではなく一部の実施形態を示している添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を以下でより詳細に説明する。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。全体を通じて同じ参照符号は同じ要素を示す。
【００１８】
本出願の発明を明確に説明するために、タービンエンジンの特定の機械構成要素又は部品に言及し且つ説明する用語を選択することが必要な場合がある。当該業界で通常使用される用語は、可能な限り、一般に受け入れられる意味と適合するように使用及び利用されることになる。しかしながら、このことは、このようなあらゆる用語は広義の意味が与えられ、本明細書で意図する意味及び添付の請求項の範囲が不当に制限されるように狭義に解釈されるものではないものとする。当業者であれば、特定の構成要素が複数の異なる名称で呼ばれる場合が多いことは理解されるであろう。加えて、本明細書で単一の要素として説明できる事柄は、別の状況では複数の構成要素を含み、又は複数の構成要素からなるものとして言及することができ、或いは、本明細書で複数の構成要素を含むものとして説明できる事柄は、単一要素に構築され、場合によっては単一の要素として言及することができる。従って、本明細書で記載される本発明の範囲を理解する際に、提供される用語及び説明にのみ留意するのではなく、本明細書で記載される構成要素の構造、構成、機能、及び／又は使用に対しても留意すべきである。
【００１９】
加えて、複数の記述上の用語を本明細書で使用する場合がある。これらの用語の意味は以下の定義を含むものとする。本明細書で使用される「下流」及び「上流」とは、タービンを通る作動流体の流れに対する方向を示す用語である。すなわち、用語「下流」とは、流れ方向を意味し、用語「上流」とは、タービンエンジンを通る流れとは逆方向を意味する。これらの用語に関連して、用語「後方」及び／又は「後縁」は、説明されている構成要素の下流方向、下流端部、及び／又は下流端部の方向を指す。また、用語「前方」又は「前縁」は、説明されている構成要素の上流方向、上流端部、及び／又は上流端部の方向を指す。用語「半径方向」は、軸線に垂直な動き又は位置を指す。この用語は、軸線に対して異なる半径方向位置にある部品を説明するのに必要となることが多い。この場合、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線により近接して位置する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「内寄り」又は「半径方向内向き」にあると表現することができる。反対に、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線からより遠くに位置する場合、本明細書では、第１の構成要素は、第２の構成要素の「外寄り」又は「半径方向外向き」にあると表現することができる。用語「軸方向」とは、軸線に平行な動き又は位置を指す。また、用語「円周方向」とは、軸線を中心とした動き又は位置を指す。
【００２０】
ここで図を参照すると、図１は、従来のガスタービンエンジン５０の例図である。一般に、ガスタービンエンジンは、加圧空気のストリームでの燃料の燃焼により生成される高温ガスの加圧流からエネルギーを抽出することによって作動する。図１に示すように、ガスタービンエンジン５０は、全体的に共通シャフト又はロータにより下流側タービンセクション又はタービン５４に機械的に結合される軸流圧縮機５２と、圧縮機５２及びタービン５４間に位置付けられる燃焼器５６とで構成することができる。
【００２１】
圧縮機５２は、複数の段を含むことができ、各段は、圧縮機ロータブレードの列の後に続く圧縮機ステータブレードの列を有する。詳細には、段は一般に、中央シャフトを回転させる圧縮機ロータブレードの列と、これに続いて、運転中に静止している圧縮機ステータブレードの列とを含む。圧縮機ステータブレードは一般に、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、回転軸を中心として固定される。圧縮機ロータブレードは、運転中にシャフトが回転すると、圧縮機ロータブレードが該シャフトの周りを回転するようにシャフトに取り付けられる。当業者であれば理解されるように、圧縮機ロータブレードは、シャフトの周りを回転させたときに、圧縮機５２を通る空気又は作動流体に対して運動エネルギーを加えるように構成される。タービン５４はまた、複数の段を含むことができる。タービン段は、運転中にシャフトの周りを回転する複数のタービンバケット又はタービンロータブレードと、運転中に静止している複数のノズル又はタービンステータブレードとを含むことができる。タービンステータブレードは全体的に、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、回転軸の周りに固定される。他方、タービンロータブレードは、シャフトの周りで回転できるようにタービンホイール上に装着することができる。
【００２２】
使用時には、軸流圧縮機５２内の圧縮機ロータブレード６０の回転が空気流を加圧する。燃焼器５６において、加圧空気が燃料と混合されて点火されるとエネルギーが放出される。次に、エンジンの作動流体として一般に呼ばれる、結果として生じる加圧高温ガスの流れは、タービンロータブレードを通って膨張する。作動流体の流れは、シャフトの周りのタービンロータブレードの回転を誘起する。これにより、燃料のエネルギーが作動流体の流れの運動エネルギーに転換され、次いで、回転ブレード、並びにロータブレードとシャフトとの間の接続により回転シャフトの機械エネルギーに転換される。次に、シャフトの機械エネルギーを用いて、圧縮機ロータブレードの回転を駆動することができ、加圧空気の必要な供給がもたらされ、更に、例えば、発電機（図示せず）を駆動して電気を生成するようになる。
【００２３】
図２は、ガスタービンエンジン１００の概略図を示し、この図を用いて本発明の実施形態による発電プラントを示す。図示のように、ガスタービンエンジン１００は、圧縮機５２、燃焼器５６、及びタービン５４を含むことができる。圧縮機５２の上流側に入口プレナム１１２を配置することができる。入口プレナム１１２は、本質的に、供給空気が圧縮機５２に配向されるチャンネルを提供する。入口プレナム１１２の構成は多くの異なる構成を含むことができる点は理解されるであろう。図示のように、入口プレナムは、圧縮機５２の入口に供給空気を配向するチャンネルへの断面積が減少した比較的幅広の開口部を有するよう構成することができる。勿論、一部のガスタービンエンジン用途では、有意に小さい構造体を用いて、圧縮機５２に流入する空気の入口を提供することができる。従って、本明細書で使用される入口プレナム１１２は、圧縮機５２に流入する空気の少なくとも一部が通過する圧縮機５２の段の１つの上流側に位置付けられた、大型又は小型のあらゆる構造体を記述することが意図される。当業者には理解されるように、入口プレナム１１２は、フィルタ、サイレンサ、その他など、その機能を改善する特定の構成部品を含むことができる。しかしながら、これらの構成要素は、必須ではなく、本発明による発電プラントの機能を阻害するものではないので、図から除外されている。理解されるように、本発明の実施形態の融通性は、実質的にあらゆるタイプの入口プレナム１１２構造体に、又は直接圧縮機５２自体に組み込み可能にすることができる。
【００２４】
図３は、本出願の１つの実施形態によるガスタービン発電プラント１３０の構成を示す概略図である。図２に示すシステムと同様に、ガスタービン発電プラント１３０は、圧縮機５２、燃焼器５６、タービン５４、及び入口プレナム１１２を含むことができる。本発明によれば、ガスタービン発電プラント１３０はまた、入口プレナム１１２内又は圧縮機５２を通る空気流と地上又は地面１３４との間でエネルギー交換を可能にする熱交換装置を含むことができる。本明細書で使用される「地面」は、あらゆるタイプの地熱媒体を含むものとする。幾つかの実施形態では、地面は、図３に示すように、所定レベルの地下にある地表を指す。理解されるように、地表下の地面の温度は、季節に関係なくほぼ一定である。これは、地面の表面下約２５から５００フィートの間の深さに特に当てはまる。幾つかの実施形態では、より浅い深さを用いてもよく、例えば、地面の表面下約１０から５０フィートの間が特定の用途では適切とすることができる。
【００２５】
これらの比較的一定の地表下温度は、これら所与の深さ範囲内の地面温度が温帯地域では年間を通じて比較的低温を維持することを意味する。例えば、ジョージア州アトランタの地面温度は、一年を通じてほぼ一定の６２°Ｆを維持する。これとは対極に、比較的寒冷気候地域では、地面温度は、一年で最も寒い月でも比較的暖かいままである。例えば、ニューヨーク州ニューヨークの地面温度は、一年を通じてほぼ一定の５２°Ｆを維持する。上述の「地面」はまた、湖又は河川もしくは海洋などの水域での地表下位置のような他のタイプの地下媒体を指すことができる。
【００２６】
図３に示すように、１つの好ましい実施形態では、熱交換装置は、地面内のある位置（例えば、地上の表面の下の地面の位置、湖の地表下位置、或いは他のこのような位置とすることができる）から入口プレナム１１２内の位置まで延びる、１つ又はそれ以上のパイプなど、１つ又はそれ以上の細長い熱伝達構造体１３６とすることができる。熱伝達構造体１３６は、高温側（用途並びに現在の周囲及び地面温度条件に応じて、地面又は入口プレナムの何れかとすることができる）から低温側（用途並びに現在の周囲及び地面温度条件に応じて、地面又は入口プレナムの何れかとすることができる）に熱を効率的に伝達するよう構成することができる。高温側及び低温側では、構造体１３６は一般に、金属表面のように、熱を良好に伝導する外側表面を含むことになる。加えて、図示のようにパイプとすることができる構造体１３６の一方端は、周囲の土材料又は水と接触して、周囲材料と表面１３６間の熱伝達が要望通りになるような所望の深さで地面内に配置することができる。構造体又はパイプ１３６の他方端は、入口プレナム１１２を貫流する空気がこれを越えてその周囲に流れ、よって、構造体１３６と空気流との間で生じる熱伝達が所望の割合で生じるように入口プレナム１１２内に配置することができる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、図３の細長い構造体１３６は、従来のヒートパイプを含むことができる。ヒートパイプは、高い有効熱伝導率を有する２相熱伝達装置である。ヒートパイプは一般に、高温及び低温端でスチール、銅、又はアルミニウムなどの高い熱伝導率を有する材料から作られたシールパイプ又は管体からなる。ヒートパイプは、以下で検討するように、円筒型又は平面型とすることができ、内側表面は、毛管ウィッキング材料でライニング加工することができる。構築時に、ヒートパイプは、真空排気されて、水、アセトン、窒素、メタノール、アンモニア、又はナトリウムなどの少量の作動流体で再充填される。他のタイプの無機材料を用いることもできる。作動流体を蒸発させることによって、蒸発器領域において熱が吸収される。蒸気は、凝縮器領域に熱を移送し、ここで蒸気が凝縮されて、冷却媒体に熱を放出する。
【００２８】
幾つかの実施形態では、本発明のヒートパイプは、ループ型ヒートパイプ、すなわち、作動流体の液相に毛細管圧を作用させるウィック構造体を有するヒートパイプとすることができる。ウィック構造体は、凝縮液体に十分な毛細管圧を作用させて、これを加熱端にウィッキングして戻すことができるあらゆる材料を含むことができる。幾つかの実施形態において、ウィック構造体は、従来のヒートパイプ用途で使用される一般的なウィック構造体の１つとすることができ、溝ウィック構造（すなわち、一連の溝がヒートパイプの内側表面に沿って長さ方向に延びる）、ワイヤメッシュウィック構造、粉体金属ウィック構造、及びファイバ／バネウィック構造を含む。ヒートパイプは、重力又は他の何れかの加速源が表面張力に打ち勝って凝縮液体が加熱端に戻るようにするのに十分である場合には、ウィック構造を必要としない場合がある。
【００２９】
図３に示すように、幾つかの実施形態では、本発明のヒートパイプ１３６は垂直方向に整列することができる。この配列及びウィック構造が存在しない場合において、地面１３４からの地熱エネルギーを用いて、圧縮機５２への空気流を加熱することができる（すなわち、ヒートパイプ１３６の暖かい地面端が作動流体を蒸発させ、該作動流体が、入口プレナム１３２におけるヒートパイプの低温端で凝縮し、これにより周囲に流れる空気を加熱する）。この配列は、地面温度が空気の温度を上回るときに用いることができ、エンジン構成部品の氷形成を阻止する際に低温日運転中に効果的とすることができる。
【００３０】
本出願の代替の実施形態によれば、上述のようにウィック構造は、地面温度が周囲空気温度を下回るときでも図３の垂直方向に整列したヒートパイプを使用できるように利用することができる。この場合、エンジンオペレータは、圧縮機に供給されている周囲空気を冷却することを所望する場合がある。重力が凝縮流体をヒートパイプの低温側に戻すのではなく、ウィック構造により提供される毛細管圧が重力に打ち勝ち、低温の地面側から上方に向かってプレナム内部の高温側に凝縮流体をウィッキングする。プレナム内部に到達すると、ヒートパイプは、通過する空気流からウィック流体の蒸発によって熱を吸収する。検討したようにして空気を冷却すると、一般に、ガスタービン発電プラントの効率が増大し、周囲温度が高いときに用いてエンジン性能を向上させることができる。
【００３１】
何らかの必要な冷却又は加熱のためにヒートパイプを使用する利点が幾つかある。第１に、ヒートパイプは、摩耗するような可動部品を持たない完全に受動的な熱伝達システムである。第２に、ヒートパイプは作動するためのエネルギーを必要としない。第３に、ヒートパイプは、比較的安価である。第４に、ヒートパイプは、サイズ、形状、及び有効動作温度範囲に柔軟性がある。
【００３２】
作動中、周囲温度が所望レベルを下回ると、図３に示す構成を有するヒートパイプは、地下からの熱をポンプ輸送して、入口プレナム１１２を通過する空気を加熱するよう作動することができる。これは、例えば、望ましくない氷が入口フィルタハウス又は入口ガイドベーン上に形成されるのを阻止するのに用いることができる。他方、周囲温度が所望レベルを上回ると、図３に示す構成を有するヒートパイプは、入口プレナム１１２を通過する空気からの熱を地面にポンプ輸送するように作動することができる。これは、例えば、高温日に用いてエンジンの効率を高めるのに用いることができる。図３及び４に示すように、幾つかの実施形態において、ヒートパイプは、複数の分岐を有することができる。分岐１３８は一般に、地上との熱交換のための表面積を増大させることができる。
【００３３】
図４は、入口プレナム１１２（すなわち、入口プレナム１１２の開口への）の正面図を例証し、本発明の１つの実施形態による、入口プレナム内の熱伝達構造体１３６（この場合はヒートパイプ）の例示的な構成を示している。図示のように、ヒートパイプは、入口プレナム１１２の内部から垂直方向に配列されて地面１３４内の所望の深さまで延びることができる。入口プレナム１１２全体にわたって複数のヒートパイプが均一に分布することができる。特定の応用において、より多い又はより少ないヒートパイプを用いることができる。
【００３４】
次に図５を参照すると、本出願によるガスタービン発電プラントの代替の実施形態である、ガスタービン発電プラント１５０が示されている。この場合、２次熱伝達構造体１５２は、入口プレナム１１２とタービン５４の排気との間で熱交換を行うよう構成される。図示のように、このタイプの発電プラントにおいて熱回収蒸気発生器１５４が存在することができる。タービン排気の一部は、主流から排気バイパス１５５を介して分岐され、熱伝達ユニット１５６を通じて配向することができる。熱伝達ユニット１５６内では、排気が２次熱伝達構造体１５２を加熱することができる。図示のように、２次熱伝達構造体１５２は、熱伝達構造体１３６に接続することができ、ここで排気からの熱を入口プレナム１１２にポンプ輸送することができる。この構成は、発電プラントに追加の加熱要素を提供し、当業者には理解されるように、特定の用途に対して必要になる場合がある。２次熱伝達構造体１５２は、上記内容に一致するヒートパイプを含むことができる。
【００３５】
上述のように、好ましい実施形態において、熱伝達構造体１３６及び２次熱伝達構造体１５２は熱パイプを含む。本発明による他の実施形態では、熱伝達構造体１３６及び２次熱伝達構造体１５２は、他の従来の熱伝達構造体又はシステムを含むことができる。例えば、伝熱材料の固体パイプから作られたヒートシンクは、ヒートパイプの代わりに用いることができる。ヒートパイプに関連する２相熱伝達は、より効率的な熱伝達モードとことができ、一部の用途においては、特定の固体材料に関連する単相伝熱熱伝達で十分な場合がある。他の実施形態では、熱伝達流体は、地面１３４と入口プレナム１１２との間で流体が熱交換するように、ポンプを介して回路を通って循環することができる。更に他の実施形態では、熱サイフォンを用いてもよい。当業者には理解されるように、熱サイフォンは、ヒートパイプと同様の機構であり、ここでは、蒸発及び凝縮ではなく流体浮力により熱エネルギーが転換される。
【００３６】
当業者には理解されるように、複数の例示的な実施形態に関する上述の多くの様々な特徴及び構成を更に選択的に適用し、本発明の他の実施可能な実施形態を形成することができる。簡潔にするため、及び当業者の能力を考慮して、実施可能な繰り返しの全ては本明細書で詳細には提供され又は説明していないが、添付の複数の請求項又はその他によって包含される全ての組み合わせ及び可能な実施形態は、本出願の一部をなすものとする。加えて、本発明の複数の例示的な実施形態の上記の説明から、当業者であれば改善、変更、及び修正が理解されるであろう。当該技術分野の範囲内にあるこのような改善、変更、及び修正はまた、添付の請求項によって保護されるものとする。更に、上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。
【符号の説明】
【００３７】
５０  従来のガスタービンエンジン
５２  圧縮機
５４  タービンセクション
５６  燃焼器
６０  圧縮機ロータブレード
１００  ガスタービンエンジン
１１２  入口プレナム
１３０  ガスタービン発電プラント
１３４  地上又は地面
１３６  熱伝達構造体
１３８  分岐
１５０  ガスタービン発電プラント
１５２  ２次熱伝達構造体
１５４  熱回収蒸気発生器
１５５  排気バイパス
１５６  熱伝達ユニット
【図１】
2011117449.tif 000003
【図２】
2011117449.tif 000004
【図３】
2011117449.tif 000005
【図４】
2011117449.tif 000006
【図５】
2011117449.tif 000007