(57)【要約】【課題】圧縮機への異物衝突の防止を図った上で、噴霧冷却性能及び運用性の低下を抑制することができる吸気噴霧装置及びガスタービン設備を提供する。【解決手段】吸気部１０内の吸込空気に液滴を噴霧する吸気噴霧装置２０は、圧縮機２への異物流入を防ぐために吸気部１０内に設けた網状のトラッシュスクリーン１６より上流側の吸気部１０内に設置するノズルマニホールド２１と、基端部がノズルマニホールド２１に接続される共に先端部がトラッシュスクリーン１６より下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズル２２と、各噴霧ノズル２２に設けられ、噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した際にトラッシュスクリーン１６との当接又は接続により噴霧ノズル２２の圧縮機２への流入を防止する干渉部２４とを備えた。【選択図】  図２
2015090090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の入口側に接続される吸気部内の吸込空気に液滴を噴霧する吸気噴霧装置であって、
前記圧縮機への異物流入を防ぐために前記吸気部内に設けられた網状のトラッシュスクリーンより上流側の前記吸気部内に設置するノズルマニホールドと、
基端部が前記ノズルマニホールドに接続される共に先端部が前記トラッシュスクリーンより下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズルと、
前記各噴霧ノズルに設けられ、前記噴霧ノズルが前記ノズルマニホールドから離脱した際に前記トラッシュスクリーンとの当接又は接続により前記噴霧ノズルの前記圧縮機への流入を防止するノズル流入防止機構とを備える
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項２】
請求項１に記載の吸気噴霧装置において、
前記ノズル流入防止機構は、前記各噴霧ノズルにおける前記トラッシュスクリーンより上流側の部分に設けられた干渉部であり、
前記干渉部は、前記トラッシュスクリーンの面と平行な方向の断面における最大幅が前記トラッシュスクリーンの網目の最大寸法より大きくなるように設定される
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項３】
請求項２に記載の吸気噴霧装置において、
前記干渉部は、前記噴霧ノズルの長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成される
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項４】
請求項１に記載の吸気噴霧装置において、
前記ノズル混入防止機構は、隣接する前記噴霧ノズルを前記トラッシュスクリーンより上流側において接続する接続部材である
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項５】
請求項４に記載の吸気噴霧装置において、
前記ノズルマニホールドは、前記複数の噴霧ノズルが一列に配置されるように所定の方向に延び、
前記接続部材は、前記ノズルマニホールドの長手方向に隣接する前記噴霧ノズルを接続する
ことを特徴とする吸気噴霧装置
【請求項６】
請求項１に記載の吸気噴霧装置において、
前記ノズル混入防止機構は、前記噴霧ノズルと前記トラッシュスクリーンとを接続する接続部材である
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項７】
請求項４乃至６に記載の吸気噴霧装置において、
前記接続部材は、前記噴霧ノズルの外径より径の小さい針金又はワイヤである
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項８】
請求項１乃至６に記載の吸気噴霧装置において、
前記噴霧ノズルは、その先端部が基端部より前記吸気部の壁面から離間するように配置された
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項９】
請求項１乃至６に記載の吸気噴霧装置において、
前記各噴霧ノズルは、その基端から前記トラッシュスクリーン間の距離がその先端から前記トラッシュスクリーン間の距離より長くなるように配置された
ことを特徴とする吸気噴霧装置。
【請求項１０】
吸込空気を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記圧縮機の入口側に接続され、空気を吸入する吸気部と、
前記吸気部内に設けられ、前記圧縮機への異物の流入を防ぐ網状のトラッシュスクリーンと、
前記吸気部内に液滴を噴霧する吸気噴霧装置とを備え、
前記吸気噴霧装置は、
前記吸気部内における前記トラッシュスクリーンより上流側に設置するノズルマニホールドと、
基端部が前記ノズルマニホールドに接続される共に先端部が前記トラッシュスクリーンより下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズルと、
前記各噴霧ノズルに設けられ、前記噴霧ノズルが前記ノズルマニホールドから離脱した際に前記トラッシュスクリーンとの当接又は接続により前記噴霧ノズルの前記圧縮機への流入を防止するノズル流入防止機構とを有する
ことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスタービン設備において、
前記タービンから排出された排ガスと前記圧縮機から前記燃焼器に供給される圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮した空気に湿分を供給する加湿装置とを更に備えた
ことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のガスタービン設備において、
前記吸気部の下側壁面における前記噴霧ノズルより下流側に設けられ、前記吸気部の幅方向に延びる凸条部を更に備えた
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、吸気噴霧装置およびガスタービン設備に係り、更に詳しくは、ガスタービン等の圧縮機に接続した吸気部に液滴を噴霧する吸気噴霧装置及びそれを備えたガスタービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題に対する関心の高まりから、火力発電設備に対してより一層の性能向上が求められている。その中でもガスタービンは、単体の効率が比較的高く、かつ熱サイクルの改良、例えば、蒸気タービンと組み合わせたコンバインドサイクルによって５０％以上という高い発電効率を達成可能である。このため、ＣＯ２削減の一端を担うことを期待されている。
【０００３】
ガスタービンの熱サイクルの改良は継続して行われており、その中の１つにＨＡＴ（Humid Air Turbine）サイクルがある。ＨＡＴサイクルは、圧縮機吐出空気とタービン排ガスとを再生熱交換器で熱交換する再生サイクルの一種で、圧縮機と再生熱交換器の間に加湿装置を設けることにより、再生熱交換器での回収熱量の増加及びタービン側の流量増加による出力増加を図ることができるという特徴がある。さらに、多段圧縮機の中間に中間冷却器を設けることにより、圧縮動力の低減による性能向上も図ることができるため、通常のシンプルサイクル（ガスタービン単体）に比べて大幅な性能向上を達成可能である。ただし、加湿装置での水消費量が多い点や圧縮機間に中間冷却器を設置する必要がある点等の欠点があり、商用化には至っていない。
【０００４】
近年、ＨＡＴサイクルの欠点を解消するサイクルとしてＡＨＡＴ（Advanced Humid Air Turbine）システムが提案されている。ＡＨＡＴシステムは、ＨＡＴサイクルの中間冷却器の代わりに圧縮機に接続された吸気部に液滴を噴霧する吸気噴霧装置を設け、かつ再生熱交換器の排ガス側下流にエコノマイザと水回収装置を設けるものである。このような構成とすることで、ＨＡＴサイクルに比べて水消費量が少なくなるため、低コストで高効率化を達成することができる。
【０００５】
この吸気噴霧装置は、近年、ガスタービン用圧縮機にも適用され始めている。適用目的は、吸気温度の高い夏場での出力低下というガスタービンの弱点に対する対策であることが多い。吸気噴霧装置を圧縮機に適用すると、吸気温度の低下による出力増加（吸気冷却効果）及び噴霧液滴の圧縮機内部での蒸発による圧縮動力の低減（中間冷却効果）という２つの効果が得られるので、ガスタービンの出力が大幅に増加する。ただし、圧縮空気の圧縮機出口温度が低下して燃料消費量も増加するので、必ずしもガスタービンのシステム全体の熱効率が向上するとは限らない。
【０００６】
一方、吸気噴霧装置をＡＨＡＴシステムに適用した場合、圧縮空気は、その圧縮機出口温度が低下しても、圧縮機下流側の加湿装置で湿り空気となった後に、再生熱交換器を通過して加熱された状態で燃焼器に流入する。このため、吸気噴霧を行った場合でも燃料消費量の顕著な増加は発生せず、吸気噴霧によってＡＨＡＴシステム全体の効率が向上する。ＡＨＡＴシステムでは、効率向上量は吸気噴霧量が多いほど顕著となるため、通常のガスタービン圧縮機に適用した場合に比べて、吸気噴霧量が多くなる。
【０００７】
ところで、吸気噴霧装置は、一般的に、吸気部内に配置された噴霧ノズルに高圧水を供給して液滴を噴霧するように構成されている。この噴霧ノズルが装置から離脱する危険性を想定した場合、離脱した噴霧ノズルの圧縮機への流入による異物衝突が懸念される。このような離脱した噴霧ノズルの圧縮機への流入は、吸気部内で発生した異物の圧縮機への流入を防ぐために噴霧ノズルより下流側に設置されたトラッシュスクリーンにより防止可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した特許文献１に記載のガスタービン装置においては、吸気噴霧装置（加水装置）の下流側にトラッシュスクリーンを設置しているため、吸気噴霧装置から噴霧された液滴がトラッシュスクリーンに付着してしまう。特に、ＡＨＡＴシステムのように吸気噴霧量が多い場合、吸気部で過飽和噴霧状態（飽和以上の液滴が存在する状態）となり、多量の液滴がトラッシュスクリーンに付着し、付着液滴がドレン化してしまう。このため、ドレン量が増加するので、増加したドレンの回収又は処理を行う必要性が生じ、運用性の低下を招くという問題がある。また、トラッシュスクリーンに付着して結合した液滴が吸気によって噴霧時より液滴径の増加した状態で分裂して流下すると、液滴径の増加により蒸発量が低下する。このため、噴霧冷却性能の低下を招く虞もある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、圧縮機への異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及び運用性の低下を抑制することができる吸気噴霧装置及びガスタービン設備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、圧縮機の入口側に接続される吸気部内の吸込空気に液滴を噴霧する吸気噴霧装置であって、前記圧縮機への異物流入を防ぐために前記吸気部内に設けられた網状のトラッシュスクリーンより上流側の前記吸気部内に設置するノズルマニホールドと、基端部が前記ノズルマニホールドに接続される共に先端部が前記トラッシュスクリーンより下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズルと、前記各噴霧ノズルに設けられ、前記噴霧ノズルが前記ノズルマニホールドから離脱した際に前記トラッシュスクリーンとの当接又は接続により前記噴霧ノズルの前記圧縮機への流入を防止するノズル流入防止機構とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、噴霧ノズルに設けたノズル流入防止機構により噴霧ノズルの離脱の際に噴霧ノズルの圧縮機への流入が防止されると共に、噴霧ノズルの先端部をトラッシュスクリーンより下流側に配置することによりトラッシュスクリーンでの噴霧液滴の捕集が大幅に抑制される。このため、圧縮機に対する異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及びシステム運用性の低下を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態を備えたガスタービン設備の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図である。
【図３】図２に示す本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。
【図４】本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図である。
【図５】図４に示す本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。
【図６】本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図である。
【図７】図４に示す本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。
【図８】本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の一例及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図である。
【図９】本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の他の例を示す概略図であり、トラッシュスクリーンより下流側から見た図である。
【図１０】本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態を備えたガスタービン設備の他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の実施の形態を図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１乃至図３は本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第１の実施の形態を示す図であり、図１は本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態を備えたガスタービン設備の一例を示す構成図、図２は本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図３は図２に示す本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。図１中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。
【００１５】
図１において、ガスタービン設備は、吸込空気を圧縮して吐出する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービン４と、圧縮機２とタービン４とを直結する軸５とから構成されるガスタービン本体１を備えている。さらに、軸５に接続されて電力を発生する発電機６と、タービン４から排出された排ガスと圧縮機２から燃焼器３に供給される圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器７と、圧縮機２で圧縮した空気に湿分を供給する加湿装置８と、吸込空気に液滴を噴霧する吸気噴霧装置２０とを備えている。このガスタービン設備は、ＡＨＡＴシステムである。
【００１６】
次に、本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態及びそれを設置する吸気部の構成を図２及び図３を用いて説明する。
図２中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。なお、図２及び図３において、図１に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
図２において、圧縮機２の入口側には、大気から空気を吸入する吸気部１０が接続されている。吸気部１０は、吸込空気の上流側から順に、吸気室１１と、サイレンサダクト１２と、吸気ダクト１３と、吸気プレナム１４とから構成されており、本実施の形態では圧縮機２の上方側から空気を吸い込むように構成されている。
【００１８】
吸気室１１は、大気から空気が取り込まれる部分であり、その内部には、外部からのダスト等の流入を防ぐフィルタ１５が設けられている。サイレンサダクト１２内には、主に圧縮機２で発生する高周波音を低減する吸気サイレンサが設置されている。吸気ダクト１３は、吸込空気を水平方向から下方向に偏向するように逆Ｌ字状に形成されている。吸気プレナム１４は、圧縮機２に接続されており、吸込空気を周方向の一様性を維持しながら圧縮機２へ流入させるものである。
【００１９】
吸気ダクト１３内には、フィルタ１５とは別に、吸気室１１やサイレンサダクト１２の内部で発生した異物等の圧縮機２への流入を防ぐ網状のトラッシュスクリーン１６が設けられている。トラッシュスクリーン１６は、例えば、１メッシュまたは２メッシュのものである。また、トラッシュスクリーン１６は、図３に示すように、後述の各噴霧ノズル２２の配置位置に対応する部分の目開きＡｎが他の部分の目開きＡｃより大きくなるように形成され、目開きＡｎは噴霧ノズル２２の外径Ｄより大きくなるよう設定されている。すなわち、トラッシュスクリーン１６は、噴霧ノズル２２が貫通可能に形成されている。
【００２０】
吸気ダクト１３内には、図２に示すように、吸気噴霧装置２０を構成する大部分が設置されている。吸気噴霧装置２０は、吸気ダクト１３内におけるトラッシュスクリーン１６より上流側に設置するノズルマニホールド２１と、ノズルマニホールド２１に接続され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズル２２と、ノズルマニホールド２１に高圧水を供給するポンプ２３とを備えている。
【００２１】
ノズルマニホールド２１は、図３に示すように、鉛直方向に延び、吸気ダクト１３の幅方向に間隔をもって複数配置されている。各ノズルマニホールド２１には、鉛直方向に一列に複数の噴霧ノズル２２が接続されている。
【００２２】
図２において、噴霧ノズル２２は、例えば、ポンプ２３から供給される約８ＭＰａの高圧水を平均径１５μｍ程度の微細液滴として噴霧する１流体ノズルである。噴霧ノズル２２は、その長手方向が吸込空気の主流の流れ方向に対して平行になるように配置されている。さらに、その基端部がノズルマニホールド２１に接続されると共にその先端部がトラッシュスクリーン１６より下流側に配置されている。噴霧ノズル２２の外径Ｄは、図３に示すように、トラッシュスクリーン１６における噴霧ノズル２２の配置位置に対応する部分の目開きＡｎより小さい。
【００２３】
各噴霧ノズル２２におけるトラッシュスクリーン１６より上流側の部分には、図２及び図３に示すように、噴霧ノズル２２の長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成された干渉部２４が設けられている。干渉部２４の最大径Ｗ（トラッシュスクリーンの面と平行な方向の断面における最大幅）は、トラッシュスクリーン１６における噴霧ノズル２２の配置位置に対応する部分の目開きＡｎより大きくなるように設定されている。干渉部２４は、噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した際に、トラッシュスクリーン１６との当接により噴霧ノズル２２の圧縮機２への流入を防止するノズル流入防止機構として機能するものである。
【００２４】
噴霧ノズル２２は、図２に示すように、その基端とトラッシュスクリーン１６間の距離Ｌ１がその先端とトラッシュスクリーン１６間の距離Ｌ２より長くなるように配置されている。このことにより、仮に噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱しても、干渉部２４がトラッシュスクリーン１６に当接せずに、噴霧ノズル２２がトラッシュスクリーン１６より上流側に落下する可能性が高くなる。
【００２５】
次に、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第１の実施の形態の動作および作用を図１乃至図３を用いて説明する。
まず、本発明のガスタービン設備の第１の実施の形態の動作を図１を用いて説明する
図１に示すガスタービン設備において、作動流体である空気（圧力約０．１ＭＰａ、温度約１５℃）に対し、まず吸気噴霧装置２０で作動流体の約２％の液滴が噴霧される。液滴の一部は圧縮機２の入口に到達する前に蒸発し、その残りは圧縮機２の内部で圧縮されながら蒸発する。結果として圧縮機２の出口では、圧力約２ＭＰａ、温度約３５０℃の作動流体となる。
【００２６】
圧縮機２を通過した作動流体は、加湿装置８に流入し、そこで加湿されて温度約２００℃の湿り空気となって再生熱交換器７に流入する。湿り空気となった作動流体は、再生熱交換器７でタービン４の排ガスと熱交換され、約４５０℃の高温湿り空気となって燃焼器３に流入する。
【００２７】
燃焼器３に流入した作動流体は、燃料が噴射され約１３００℃の高圧燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、タービン４を駆動し、タービン出口では圧力約０．１ＭＰａ、温度約５５０℃の排ガスとなる。排ガスは、再生熱交換器７を通過し、そこで加湿装置８で加湿された作動流体と熱交換した後、最終的に煙突等（図示せず）を介して大気に放出される。この際、ガスタービンの出力は約７０ＭＷ、回転数は約５０００ｒｐｍを想定している。
【００２８】
次に、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第１の実施の形態の特徴的な作用を図２及び図３を用いて説明する。
図２において、ガスタービン設備の稼動時には、吸気部１０を流れる吸込空気に対して、吸気噴霧装置２０の噴霧ノズル２２から液滴が噴霧される。このとき、噴霧ノズル２２の先端部の下流側にはトラッシュスクリーン１６が配置されていないので、トラッシュスクリーン１６での噴霧液滴の捕集が大幅に抑制される。このため、トラッシュスクリーン１６の付着液滴の分裂による粗大液滴の発生が抑制されて平均液滴径が小さくなる。その結果、噴霧液滴は蒸発しやすくなり、噴霧冷却性能が向上する。さらに、トラッシュスクリーン１６への付着によるドレンの発生も大幅に抑制される。このため、ドレン発生量が低減し、システムとしての運用性の低下も抑制される。
【００２９】
また、噴霧ノズル２２におけるトラッシュスクリーン１６の上流側の部分に干渉部２４を設けているので、図２及び図３に示すように、何らかの要因により噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した場合でも、干渉部２４がトラッシュスクリーン１６に当接するので、離脱した噴霧ノズル２２はトラッシュスクリーン１６に引っ掛かる。このため、離脱した噴霧ノズル２２はトラッシュスクリーン１６より下流側に移動することがなく、圧縮機２に対する異物流入が防止される。つまり、噴霧ノズル２２の離脱に関して、噴霧ノズル２２より下流側にトラッシュスクリーン１６を配置する場合と同等の信頼性を確保することができる。
【００３０】
なお、吸込空気の主流は干渉部２４を避けて流れるため、干渉部２４を設けていない噴霧ノズル２２に比べて圧力損失は増加する。しかし、この領域での主流流速は５ｍ／ｓ程度と小さいので、圧力損失の増加はシステムの効率に対して大きな問題とはならない。
【００３１】
ところで、一般に、噴霧液滴は、噴霧ノズル２２の先端から円錐状に分布し、その外周近傍の存在比率が高くなる傾向にある。それに対して、本実施の形態においては、干渉部２４を噴霧ノズル２２の長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成しているので、干渉部２４を通過した流れが噴霧ノズル２２の先端近傍でノズルの中心に向かうようになる。この中心に向かう流れにより、ノズルの中心部における液滴の存在比率が増加して噴霧液滴が均等に分布するようになるので、噴霧液滴が蒸発しやすくなる。
【００３２】
上述したように、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第１の実施の形態によれば、噴霧ノズル２２に設けたノズル流入防止機構（干渉部２４）により噴霧ノズル２２の離脱の際に噴霧ノズル２２の圧縮機２への流入が防止されると共に、噴霧ノズル２２の先端部をトラッシュスクリーン１６より下流側に配置することによりトラッシュスクリーン１６での噴霧液滴の捕集が大幅に抑制される。このため、圧縮機２に対する異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及びシステム運用性の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、干渉部２４を、噴霧ノズル２２の長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成したので、干渉部２４を通過した流れが噴霧ノズル２２の先端近傍で噴霧ノズル２２の中心に向かい、噴霧液滴の局在化が是正される。この結果、噴霧液滴が蒸発しやすくなり、噴霧冷却性能を向上させることができる。
【００３４】
［第１の実施の形態の変形例］
次に、本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例を図４及び図５を用いて説明する。
図４及び図５は本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例を示す図であり、図４は本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図５は図４に示す本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。図４中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。なお、図４及び図５において、図１乃至図３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
図４に示す本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例と第１の実施の形態の相違点は、噴霧ノズル２２の長手方向を吸込空気の主流の流れ方向に対して平行でなく傾斜させた点、及び吸気ダクト１３の下側壁面における噴霧ノズル２２より下流側に凸条部１８を設けている点である。
【００３６】
具体的には、図５において、例えば、左側上段の噴霧ノズル２２は、その先端部が基端部より吸気ダクト１３の上側壁面から離間するように配置されている。左側中段の噴霧ノズル２２は、その先端部が基端部より吸気ダクト１３の左側壁面から離間するように配置されている。また、左側下段の噴霧ノズル２２は、その先端部が基端部より吸気ダクト１３の下側壁面から離間するように配置されている。中央及び右側のノズルマニホールド２１に接続された噴霧ノズル２２も同様である。すなわち、各噴霧ノズル２２は、その先端部が基端部より吸気ダクト１３の壁面から離間するように配置されている。
【００３７】
また、図４において、吸気ダクト１３の下側壁面における噴霧ノズル２２より下流側には、吸気ダクト１３の幅方向に延びる凸条部１８が設けられている。吸気ダクト１３の下側壁面における凸条部１８の直上流側には、ドレン抜き（図示せず）が設けられている。
【００３８】
次に、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第１の実施の形態の変形例の特徴的な作用を図４及び図５を用いて説明する。
【００３９】
図４において、噴霧ノズル２２から噴霧された液滴は、吸込空気と混合しながら吸気ダクト１３内を流下し、一部は蒸発して吸気温度を低下させる。残りの液滴のうちの一部は、吸気ダクト１３内を流下する過程で壁面に付着する。それ以外は液滴のまま吸込空気に運ばれて圧縮機２内部へ導かれ、圧縮空気の昇温に応じて蒸発し、圧縮空気を冷却する。
【００４０】
一般に、吸気ダクト１３等の壁面に付着した液滴の大部分は、蒸発せずに壁面を伝い重力方向下方へ流下し、結合して液膜を形成するようになり、累積して次第に厚い膜を形成する。この形成された液膜をそのまま放置すると、吸込空気による液膜の下流側への移動・分裂によって粗大液滴を形成する虞がある。この粗大液滴は壁面や圧縮機２の翼面などに衝突してエロージョンを発生させる原因となる。そのため、壁面に付着した液膜は、粗大液滴となって飛散する前にドレンとして適切に回収する必要がある。
【００４１】
それに対して、本実施の形態においては、図５に示すように、噴霧ノズル２２の噴霧方向を吸気ダクト１３の壁面から離間する方向に向けるので、吸気ダクト１３の壁面近傍に位置する噴霧ノズル２２から噴霧された液滴は噴霧直後に壁面に付着してしまう可能性が低減する。このため、第１の実施形態の構成のものに比べてドレンの発生量がさらに抑制される。
【００４２】
また、図４に示すように、凸条部１８により、吸気ダクト１３の下側壁面で発生したドレンが液膜として下流側に流れることが抑制される。このため、液膜の下流への移動及び分裂によって生じる粗大液滴の発生も抑制される。さらに、凸条部１８の直上流側にドレン抜きを設けることにより、凸条部１８で液膜の下流への移動を抑制しつつ、ドレンの吸気ダクト１３からの抜き出しが可能となる。
【００４３】
上述したように、本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態の変形例によれば、前述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、噴霧ノズル２２の先端部が基端部に対して吸気ダクト１３の壁面から離間するようにしたので、吸気ダクト１３の壁面近傍の噴霧ノズル２２からの噴霧液滴が噴霧直後に壁面に付着することを抑制できる。このため、ドレンの発生量がさらに抑制され、運用性の向上を図ることができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態によれば、吸気ダクト１３の下側壁面における噴霧ノズル２２の下流側に凸条部１８を設けたので、吸気ダクト１３の壁面に付着した液滴が鉛直下方の壁面で液膜となって下流側へ移動することを抑制できる。このため、液膜の移動及び分裂により生じる粗大液滴による圧縮機翼のエロージョンの発生が抑制され、ガスタービン設備の信頼性の向上を図ることができる。
【００４６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態を図６及び図７を用いて説明する。
図６及び図７は本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態を示す図であり、図６は本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図７は図４に示す本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。図６中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。なお、図６及び図７において、図１乃至図５に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
図６に示す本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態は、第１の実施の形態の干渉部２４に代えて、ノズル流入防止機構として接続部材３４を用いるものである。本実施の形態は、第１の実施の形態を構成する干渉部２４により吸気部１０の圧力損失が増加するという問題点を鑑みたものである。
【００４８】
具体的には、図６及び図７において、吸気噴霧装置３０の鉛直方向に隣接する噴霧ノズル２２には、トラッシュスクリーン１６より上流側において互いを接続する接続部材３４が設けられている。すなわち、接続部材３４は、ノズルマニホールド２１の長手方向と同一方向に隣接する噴霧ノズル２２を接続しており、ノズルマニホールド２１の直下流に配置されている。接続部材３４として、例えば、噴霧ノズル２２の外径Ｄより径が十分小さい針金やワイヤが用いられる。
【００４９】
本実施の形態においては、１つの噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した場合でも、離脱した噴霧ノズル２２が接続部材３４により他の噴霧ノズル２２に接続されているので、離脱した噴霧ノズル２２が下流側に移動することはない。また、仮に、接続部材３４により接続されたすべての噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した場合であっても、接続部材３４がトラッシュスクリーン１６に当接し、接続部材３４により離脱した噴霧ノズル２２がトラッシュスクリーン１６に引っ掛かる。このため、離脱した噴霧ノズル２２がトラッシュスクリーン１６より下流側まで移動することがなく、圧縮機２への異物流入が防止される。
【００５０】
また、接続部材３４は、ノズルマニホールド２１の後流域（障害物が存在することによって発生する淀み領域）内に位置しているので、接続部材３４による追加の圧力損失はほぼ発生せず、噴霧ノズル２２の下流にトラッシュスクリーン１６が存在する場合とほぼ同等の圧力損失となる。さらに、第１の実施の形態と比較すると、干渉部２４がない分、吸気部１０での圧力損失の減少によるガスタービン設備の全体性能の向上効果が得られる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、鉛直方向に延びるノズルマニホールド２１を用いた例を示しているが、水平方向に延びるノズルマニホールド２１を用いることもできる。この場合、接続部材３４は、ノズルマニホールド２１の長手方向と同一方向である水平方向に隣接する噴霧ノズル２２を接続する。このことにより、接続部材３４がノズルマニホールド２１の後流域内に位置するようになり、接続部材３４による追加の圧力損失はほぼ発生しない。
【００５２】
上述したように、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第２の実施の形態によれば、隣接する噴霧ノズル２２をトラッシュスクリーン１６より上流側で接続部材３４により接続しているので、離脱した噴霧ノズル２２が接続部材３４により下流側に移動することはない。このため、前述した第１の実施の形態と同様に、圧縮機２に対する異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及びシステム運用性の低下を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、ノズルマニホールド２１の長手方向と同一方向に隣接する噴霧ノズル２２を接続部材３４により接続するので、接続部材３４による吸気部１０の追加の圧力損失はほぼ発生せず、ガスタービン設備の性能低下を抑制することができる。
【００５４】
［第２の実施の形態の変形例］
次に、本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の一例及び他の例を図８及び図９を用いて説明する。
図８は本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の一例及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図９は本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の他の例を示す概略図であり、トラッシュスクリーンより下流側から見た図である。なお、図８及び図９において、図１乃至図７に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
図８に示す本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の一例は、第２の実施の形態を構成する接続部材３４が隣接する噴霧ノズル２２を接続しているのに対して、接続部材４４により噴霧ノズル２２とトラッシュスクリーン１６とを接続するものである。
【００５６】
本実施の形態においては、吸気噴霧装置４０の噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した際、離脱した噴霧ノズル２２が接続部材４４によりトラッシュスクリーン１６に接続されているので、下流側に移動することはない。すなわち、接続部材４４は、噴霧ノズル２２がノズルマニホールド２１から離脱した際にトラッシュスクリーン１６との接続により噴霧ノズル２２の圧縮機２への流入を防止するノズル流入防止機構として機能する。
【００５７】
上述したように、本発明の吸気噴霧装置の第２の実施の形態の変形例の一例によれば、前述した第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、接続部材４４の噴霧ノズル２２に対する接続先を適切に選定することで、第２の実施の形態の接続部材３４よりも接続部材４４をコンパクト化（部材の長さを短縮化）することができる。このため、設置のコストを低減することができる。
【００５９】
また、図９に示すように、各噴霧ノズル２２を、第１の実施の形態の変形例と同様に、その先端部が基端部に対して吸気ダクト１３の壁面から離間するように配置することも可能である。この場合も、前述した第２の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、前述した第１の実施の形態の変形例と同様な効果を得ることもできる。
【００６０】
［その他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態において説明したＡＨＡＴシステムは、必要最小限の構成を示したものであり、再生熱交換器７の排ガス側出口にミストエリミネータや水回収器を設ける構成のＡＨＡＴシステムにも本発明の吸気噴霧装置を適用可能である。
【００６１】
また、上述した実施の形態においては、圧縮機２、タービン４、及び発電機６が１つの軸５で接続された１軸式ガスタービンを例に説明したが、タービンが高圧タービンと低圧タービンに分かれ、高圧タービンのみが圧縮機２と１つの軸で接続し、低圧タービンと発電機６が別の軸で接続された２軸式ガスタービンに適用可能である。
【００６２】
なお、上述した実施の形態においては、ガスタービン本体１の他に再生熱交換器７及び加湿装置８を備えたＡＨＡＴシステムに本発明の吸気噴霧装置を適用した例を示したが、例えば、図１０に示すように、ガスタービン本体１のみのシステムに適用することも可能である。
【００６３】
図１０は本発明の吸気噴霧装置の第１の実施の形態を備えたガスタービン設備の他の例を示す構成図である。なお、図１０において、図１乃至図９に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
すなわち、吸込空気を圧縮して吐出する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービン４とを備えたガスタービン設備にも本発明の吸気噴霧装置を適用可能である。この場合も、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、上述した実施の形態においては、噴霧ノズル２２として、平均径１５μｍ程度の微細液滴を噴霧する１流体ノズルを用いた例を示したが、同様の微細液滴の噴霧が可能であれば、圧縮空気と高圧水の混合によって微細液滴を噴霧する２流体ノズルを用いることも可能である。ただし、２流体ノズルを用いる場合、１流体ノズルを用いた場合に比べて圧縮空気を使用する分、システム全体の効率向上効果が低下する。
【００６５】
なお、上述した第１の実施の形態及びその変形例においては、ノズル流入防止機構として円錐台状の干渉部２４を用いた例を示したが、トラッシュスクリーン１６の網目を通過しない干渉部であればよい。すなわち、干渉部は、トラッシュスクリーンの面と平行な方向の断面における最大幅が図３に示すトラッシュスクリーンの網目の最大寸法Ｂｎより大きくなるように設定されていていればよく、その形状は任意の形状でよい。例えば、円柱状や多角柱状、突起状の干渉部を用いることができる。
【００６６】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
２  圧縮機
３  燃焼器
４  タービン
７  再生熱交換器
８  加湿装置
１０  吸気部
１６  トラッシュスクリーン
１８  凸条部
２０、３０、４０  吸気噴霧装置
２１  ノズルマニホールド
２２  噴霧ノズル
２４  干渉部（ノズル流入防止機構）
３４、４４  接続部材（ノズル流入防止機構）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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