(57)【要約】【課題】ガスタービン用の入口空気冷却及び濾過システム（１００）を提供する。【解決手段】本入口空気冷却及び濾過システム（１００）は、第１の数の噴霧ノズル対（１２０）を備えた第１段噴霧アレイ（１１０）と、第２の数の噴霧ノズル対（１２０）を備えた第２段噴霧アレイ（１３０）と、ドリフトエリミネータ（１４０）とを含むことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数の噴霧ノズル対（１２０）を含む第１段噴霧アレイ（１１０）と、
第２の複数の噴霧ノズル対（１２０）を含む第２段噴霧アレイ（１３０）と、
ドリフトエリミネータ（１４０）と、
を含む、タービン用の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項２】
前記複数の噴霧ノズル対（１２０）が、逆ダブルコーン噴霧パターン（１３５、２３５）を含む、請求項１記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項３】
前記逆ダブルコーン噴霧パターン（１３５）が、入口空気に沿った第１の噴霧コーン（１２６）と該入口空気に逆らう方向に向いた第２の噴霧コーン（１２７）とを備えた一対の等価コーンを含む、請求項２記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項４】
前記逆ダブルコーン噴霧パターン（２３５）が、第１の角度を有するコーンと第２の角度を有するコーンとを含み、前記第１の角度が前記第２の角度よりも大きい、請求項２記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項５】
水再循環システム（１５０）をさらに含む、請求項１記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項６】
前記水再循環システム（１５０）が、水処理装置（１７０）を含む、請求項５記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項７】
前記水再循環システム（１５０）が、水冷器（１８０）を含む、請求項５記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項８】
前記水冷器（１８０）が、前記第２の噴霧アレイ（１３０）と連通状態になっている、請求項７記載の入口空気冷却及び濾過システム（１００）。
【請求項９】
タービン用の入口空気を冷却しかつ濾過する方法であって、
第１の温度を有する第１段水噴霧（１１０）を通して前記入口空気を流す段階と、
前記第１の温度よりも低い第２の温度を有する第２段水噴霧（１３０）を通して前記入口空気を流す段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービン用の入口空気冷却及び濾過システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン圧縮機及び同様な装置に流入する空気は、加圧又はその他の使用前に処理しなければならない。空気の処理には、該空気から固体又は液体粒子を除去すること、該空気を最適な温度まで冷却又は加熱すること、並びにこの処理の間に該空気の圧力損失（低下）を最小にすることが含まれる。
【０００３】
塵埃微粒子、塩分及びその他の汚染物質を含む不純な空気は、腐食及び浸食によって圧縮機ブレード及びその他の種類の発電所設備に損傷を与える可能性がある。そのような損傷により、設備の平均寿命と性能とが低下するおそれがある。このような問題を回避するために、タービン入口空気は一般的に、一連の空気フィルタを通過させて汚染物質を除去される。公知の空気フィルタは一般的に、地上汚染物質の流入を最小にするために高い高さの位置に設置される。しかしながら、これらの公知の濾過システムは、一般的に複雑でありかつコスト高である。
【０００４】
タービンの性能は、入口空気温度に非常に敏感である。より高い温度においては、タービンの出力はまた、低い空気密度及び質量流量のために著しく低くなる。高い周囲温度はまた、効率に対しても有害であるが、低過ぎる温度は、着氷及び圧縮機損傷の原因となる可能性がある。
【０００５】
入口空気の圧力損失は、ガスタービンの出力及び効率を低下させる。しかしながら、入口空気の圧力損失を最小にすることは、非常に難しくかつコスト高である。従来型の入口空気フィルタは一般的に、濾過を維持しかつ入口空気の圧力損失を制限するために最大空気速度に関する限界値を有する。公知の空気フィルタはまた、雨及び雪のような環境条件によって詰まる可能性がある。そのような詰まりは、濾過及び冷却効率を低下させると同時に全圧力低下を増加させる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、タービン入口空気システムの改良に対する要望がある。そのような改良型のシステムは、限られた圧力損失しかないか又は圧力損失が全くない状態で、適切な濾過を行うと同時に空気の取入れ温度を冷却することになるのが好ましい。具体的には、そのようなシステムは、全体としてのタービンシステムの出力を増加させかつ全体効率を高めることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本出願は、タービン用の入口空気冷却及び濾過システムを記述する。本入口空気冷却及び濾過システムは、第１の数の噴霧ノズル対を備えた第１段噴霧アレイと、第２の数の噴霧ノズル対を備えた第２段噴霧アレイと、ドリフトエリミネータとを含むことができる。複数段を使用することができる。
【０００８】
本出願はさらに、タービン用の入口空気を冷却しかつ濾過する方法を記述する。本方法は、第１の温度を有する第１段水噴霧を通して入口空気を流す段階と、第１の温度よりも低くなったような第２の温度を有する第２段水噴霧を通して該入口空気を流す段階とを含む。
【０００９】
本出願はさらに、タービン用の入口空気冷却及び濾過システムを提供する。本入口空気冷却及び濾過システムは、第１の数の噴霧ノズル対を備えた第１段噴霧アレイと、第２の数の噴霧ノズル対を備えた第２段噴霧アレイと、水再循環システムとを含むことができる。噴霧ノズル対は、逆ダブルコーン噴霧パターン或いは左右方向から円錐形の底辺同士を合わせた形状とすることができる。水再循環システムは、水冷器を含むことができる。
【００１０】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ここで、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様の要素を示している図面を参照すると、図１は、本明細書に記載した入口空気冷却及び濾過システム１００の概略図を示している。上記したように、入口空気冷却及び濾過システム１００は、圧縮機又はその他の種類のタービン構成要素の上流に配置することができる。幾つかの入口空気冷却及び濾過システム１００を使用することができる。
【００１２】
システム１００は、第１段噴霧アレイ１１０を含む。第１段噴霧アレイ１１０は、幾つかの噴霧ノズル対１２０を含む。噴霧ノズル対１２０は、従来型の設計のものとすることができる。本明細書では、あらゆる数の噴霧ノズル対１２０を使用することができる。各噴霧ノズル対１２０は、逆ダブルコーンの形態の噴霧パターン１２５を形成する。噴霧パターン１２５は、空気流に沿う方向に向いた第１の噴霧コーン１２６と、該空気流に逆らう方向に向けることができる第２の噴霧コーン１２７とを含むことができる。噴霧パターン１２５は、その形状を大部分同等なものとすることができる。本明細書では、その他の種類の噴霧パターン１２５を使用することができる。全体として、噴霧パターン１２５は、水カーテン効果を構成する。
【００１３】
入口空気冷却及び濾過システム１００はまた、第２段噴霧アレイ１３０を含むことができる。第２段噴霧アレイ１３０はまた、上記したように幾つかの噴霧ノズル対１２０を含むことができる。本明細書では、あらゆる数の噴霧ノズル対１２０もまた使用することができる。噴霧ノズル対１２０は、逆ダブルコーン噴霧パターン１２５又はあらゆる所望の噴霧パターンを形成することができる。本明細書では、付加的な段として又は別の方法で、更なる噴霧アレイを使用することもできる。
【００１４】
噴霧アレイ１１０、１３０の下流に、幾つかのドリフトエリミネータ１４０を配置することができる。ドリフトエリミネータ１４０は、圧縮機及び／又はその他の種類のタービン設備内への水の持ち込みを防止する。ドリフトエリミネータ１４０は、従来型の設計のものとすることができる。あらゆる数のドリフトエリミネータ１４０を使用することができる。さらに、空気流通路はまた、バッフル又はベンド（図示せず）を使用して従来型のコンボリュート通路として、圧縮機又はその他の種類の設備内への水の持ち込みを防止するようにすることができる。
【００１５】
入口空気冷却及び濾過システム１００は、水再循環システム１５０を含むことができる。第１段噴霧アレイ１１０で使用する水は、リターン水ウェル１６０内に収集しかつ保持することができる。リターン水ウェル１６０からの水は、水処理装置１７０内でその中の汚染物質を除去するように処理することができる。水処理装置１７０は、従来型の設計のものとすることができる。一旦処理されると、水は、水冷器１８０に送るか又は別の方法で再循環させることができる。水冷器１８０は、従来型の設計のものとすることができる。冷水は次に、冷水ウェル１９０にポンプ圧送することができる。冷水は次に、第２段噴霧アレイ１３０にポンプ圧送するか又は別の方法で転送することができる。第２段噴霧アレイ１３０からの水はまた、温水ウェル２００内に収集することができる。温水ウェル２００からの水は次に、第１段噴霧アレイ１１０にポンプ圧送するか又は別の方法で転送して、この処理を繰り返すようにすることができる。最初に第２段噴霧アレイ１３０内で冷水を使用することによって、噴霧アレイ１１０、１３０を通る空気の温度は、次第に低温になるようになる。
【００１６】
使用中に、入口空気冷却及び濾過システム１００の噴霧アレイ１１０、１３０は、入口空気と直接接触する冷却及び濾過媒体として冷水を使用する。具体的には、第１及び第２の噴霧アレイ１１０、１３０を通って流れる水流は、そこを通る入口空気流に対して逆流ストリームを形成する。噴霧アレイ１１０、１３０の各段は、連続冷水噴霧カーテンを形成する。冷水は、そこを通る入口空気の空気温度を低下させると同時に、塵埃、塩分及びその他の汚染物質を捕捉及び／又は溶解する。従って、冷水の使用は、燃焼器又はその他のものに流入する空気密度並びに空気質量及び流量を増大させる。そのような増大により、全熱効率の向上と共により高い出力が得られる。システム１００はまた、全ての周囲条件であるが大半は極度に乾燥した周囲条件において、凝縮の形態で空気の湿度を低下させることができる。
【００１７】
従って、システム１００は、流入周囲空気の温度を例えば約９５°Ｆ（約３５℃）から約５０又は４５°Ｆ（約１０又は７℃）或いはそれ以下まで低下させることができる。さらに低くすることも可能である。その結果、システム１００は、周囲条件と関係なく、信頼性がある出力及び効率増大をもたらすことができる。空気の濾過及び冷却を組み合わせることによって、システム１００は、設備がより小形になりまた保守のために単一のアクセス領域しか必要としないという点で、全体的な直接材料及び労務費を減少させることができる。据付けサイクル時間もまた、短縮すべきである。同様に、公知の装置と比較した全体としてのシステム１００の現行の保守は、減少させるべきである。
【００１８】
図２は、空気入口冷却及び濾過システム、つまり空気チャージャ（給気）構成２１０のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、第１段噴霧アレイ２２０は、幾つかの噴霧ノズル対２３０を有する。本明細書では、あらゆる数の噴霧ノズル対２３０を使用することができる。図示するように、噴霧ノズル対２３０は、第１の側における低コーン角度２３６と別の側における高コーン角度２３７との形態で噴霧構成２３５を形成する。第１のコーンの組（空気流に沿った）は、噴流増幅器として作用する。図示した第１の低コーン角度は、高コーン角度と比較してより高い水の圧力及び速度を有する。従って、この低コーン角度構成は、ベンチュリ効果によって入口空気の圧力を増大させる。本明細書では、その他の噴霧構成を使用することができる。圧力の上昇（又は、空気チャージ又はブースト効果）は、ノズル対２３０の種類及び数に応じて決まる。入口圧力は、給気装置として作用するような幾らかの水柱インチの空気によって、例えば約０．５から約２．５の水柱インチに高めることができる。
【００１９】
給気構成２１０はまた、第２段噴霧アレイ２４０の下流に、幾つかの噴霧ノズル対２５０と幾つかのドリフトエリミネータ２６０とを備えた第２段噴霧アレイ２４０を含む。幾つかのドリフトエリミネータ２６０はまた、第１段噴霧アレイ２２０のすぐ下流で使用して、該第１段噴霧アレイ２２０からの水を捕捉するようにすることができる。給気構成２１０はまた、上記したように水再循環システム１５０を含むことができる。
【００２０】
以上の説明は単に本発明の好ましい実施形態に関連するものであること、並びに提出した特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本発明において多くの変更及び修正を加えることができることを、当業者には理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本明細書に記載した入口空気冷却及び濾過システムの概略図。
【図２】入口空気冷却及び濾過システムの別の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１００  入口空気冷却及び濾過システム
１１０  第１段噴霧アレイ
１２０  噴霧ノズル対
１２５  噴霧パターン
１２６  第１の噴霧コーン
１２７  第２の噴霧コーン
１３０  第２段噴霧アレイ
１４０  ドリフトエリミネータ
１５０  水再循環システム
１６０  リターン水ウェル
１７０  水処理装置
１８０  水冷器
１９０  冷水ウェル
２００  温水ウェル
２１０  空気チャージャ構成
２２０  第１段噴霧アレイ
２３０  噴霧ノズル対
２３５  噴霧構成
２３６  低コーン角度
２３７  高コーン角度
２４０  第２段噴霧アレイ
２５０  噴霧ノズル対
２６０  ドリフトエリミネータ
【図１】
2008106751.tif 000003
【図２】
2008106751.tif 000004