(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さく、
前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心と前記特殊点との間の距離は、前記特殊点以外の配列点と前記吸気ダクトの前記入口中心との間の平均距離よりも小さい
ことを特徴とする吸気冷却装置。
【請求項２】
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さく、
前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心と前記ノズル配列面との間の最小距離をＬｍｉｎとし、前記ノズル配列面と前記吸気ダクトの前記入口中心との間の最大距離をＬｍａｘとしたとき、前記入口中心からの距離が、Ｌｍｉｎ＜Ｌ＊≦Ｌｍｉｎ＋０．１×（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）の条件を満たす臨界距離Ｌ＊以下である前記ノズル配列面内の第１領域は、前記特殊点のみを有することを特徴とする吸気冷却装置。
【請求項３】
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さく、
前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心と前記ノズル配列面との間の最大距離をＬｍａｘとしたとき、前記特殊点の各々は、前記入口中心からの距離ＬがＬ≦０．８５Ｌｍａｘの条件を満たす前記ノズル配列面内の第２領域内に存在することを特徴とする吸気冷却装置。
【請求項４】
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さく、
前記特殊点は、前記通常ノズルが配置されていた場合に、前記複数の配列点のうち、噴射された前記ミストが前記吸気室内に滞留する滞留時間が閾値以下である配列点全てであることを特徴とする吸気冷却装置。
【請求項５】
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さく、
前記特殊点に前記通常ノズルが配置されていた場合に、前記特殊点から噴射された前記ミストの前記吸気室内における平均滞留時間が、前記特殊点以外から噴射された前記ミストの前記吸気室内における平均滞留時間より短いことを特徴とする吸気冷却装置。
【請求項６】
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さく、
前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心は、前記吸気室の中心に対してオフセット方向にずれており、
前記ノズル配列面において前記特殊点が占める領域の中央位置は、前記吸気室の前記中心に対して前記オフセット方向にずれていることを特徴とする吸気冷却装置。
【請求項７】
吸気した空気を圧縮し、圧縮空気を生成するように構成された圧縮機と、
前記圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器と、
前記燃焼ガスによって動力を発生するように構成されたガスタービンと、
前記圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却するための請求項１乃至６の何れか一項に記載の吸気冷却装置と、
を備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項８】
吸気室から圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置の設計方法であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上における複数のノズル配置候補点の各々について、該ノズル配置候補点から噴射されたミストが、前記吸気室内に滞留する滞留時間を計算するステップと、
各々の前記ノズル配置候補点の前記滞留時間に基づいて、前記ミストを噴射するノズルが設置される通常ノズル設置点と、前記ノズルを設置しない、または、前記通常ノズル設置点に設置される前記ノズルよりも粒径が小さい前記ミストを噴射する特殊ノズルが設置される特殊点と、に前記複数のノズル配置候補点を分類するステップと、
を備え、
前記複数のノズル配置候補点を分類するステップでは、
前記滞留時間が閾値以上である前記ノズル配置候補点を前記通常ノズル設置点に分類し、
前記滞留時間が閾値未満である前記ノズル配置候補点を前記特殊点に分類する
ことを特徴とする吸気冷却装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は吸気冷却装置及びガスタービンプラント並びに吸気冷却装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等において、圧縮機における空気の圧縮比を向上させるために、圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却することがある。このような空気を冷却するための装置として、ミスト状に噴射した液体の蒸発潜熱を利用して空気を冷却するものが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、空気冷却用のミストを噴射するノズルが吸気室に設けられたガスタービン用の吸気冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７１６１８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ノズルから噴射されるミストが圧縮機の入口に到達するまでに完全に気化せずに水滴として圧縮機に入ると、圧縮機において該水滴に起因したエロージョンが生じる場合がある。
また、吸気冷却のために複数のノズルを用いる場合、各ノズルによって噴射されるミストが圧縮機の入口に到達するまでに気化するか否かは、各ノズルの設置位置等に依存する。
この点、特許文献１には、ノズルから噴射されるミストに起因するエロージョンの抑制のために、複数のノズルの個々の設置位置を考慮することについては記載されていない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを抑制することが可能な吸気冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る吸気冷却装置は、
吸気室から圧縮機に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられ、前記空気にミストを噴射するための複数のノズルを備え、
前記複数のノズルは、前記複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち１以上の特殊点を除く配列点のみに配置されている、または、前記１以上の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径が前記特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さい。
【０００８】
ノズルから噴射されたミストは、吸気室から取り込まれた吸気に随伴されて圧縮機に向かう。ここで、各ノズルから噴射されたミストの吸気室内における滞留時間は、ノズルの位置や吸気室内の空気の流れ等に依存し、各ノズルによって異なる。吸気室内における滞留時間が短いノズルの場合、該ノズルから噴射されたミストは、吸気ダクトを通って圧縮機の入口に到達するまでに完全に気化せず、水滴として圧縮機に入る可能性がある。この場合、圧縮機において水滴に起因したエロージョンが生じる可能性がある。
この点、上記（１）の構成では、複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち、１以上の特殊点においては、ノズルが配置されないため、該特殊点においてはミストは噴射されない。あるいは、上記（１）の構成では、上述の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径は、特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さいため、特殊ノズルから噴射されたミストは、通常ノズルから噴射されたミストよりも短時間で気化しやすい。
このため、上記（１）の構成によれば、特殊点以外の配列点に配置されるノズル（通常ノズル）と同じノズルが該特殊点にも配置された場合（即ち、全ての配列点に同一ノズル（通常ノズル）が配置された場合）に比べて、吸気冷却装置全体として、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを抑制することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心と前記特殊点との間の距離は、前記特殊点以外の配列点と前記吸気ダクトの入口中心との間の平均距離よりも小さい。
【００１０】
上記（２）の構成では、特殊点と吸気ダクトの入口中心との間の距離は、特殊点以外の配列点と吸気ダクトの入口中心との間の平均距離よりも小さい。このため、仮に特殊点にノズルが配置された場合に、該ノズルから噴射されるミストの吸気室における滞留時間は、特殊点以外の配列点に配置されるノズルから噴射されるミストの吸気室における平均滞留時間よりも短くなる。
よって、上記（２）の構成によれば、複数の配列点のうち、ミストの滞留時間が比較的短い特殊点には、ノズルが設けられない、又は、ミスト径が比較的小さい特殊ノズルが配置されるので、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心と前記ノズル配列面との間の最小距離をＬｍｉｎとし、前記ノズル配列面と前記吸気ダクトの前記入口中心との間の最大距離をＬｍａｘとしたとき、前記入口中心からの距離が、Ｌｍｉｎ＜Ｌ＊≦Ｌｍｉｎ＋０．１×（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）の条件を満たす臨界距離Ｌ＊以下である前記ノズル配列面内の第１領域は、前記特殊点のみを有する。
【００１２】
ノズル配列面と吸気ダクトの入口中心との間の最大距離Ｌｍａｘと最小距離をＬｍｉｎとの差であるΔＬ＝（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）は、ノズル配列面における各点と吸気ダクトの入口中心との間の距離のばらつきの指標、すなわち、ノズル配列面における各点に設置されるノズルから噴射されるミストの吸気室内における滞留時間のばらつきの指標である。
上記（３）の構成では、吸気ダクトの入口中心からの距離が、Ｌｍｉｎ＜Ｌ＊≦Ｌｍｉｎ＋０．１×（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）の条件を満たす臨界距離Ｌ＊以下であるノズル配列面内の第１領域は、特殊点のみを有する。すなわち、規則配列パターンの配列点のうち比較的吸気ダクトの入口中心に近い配列点（第１領域内の配列点）を特殊点として扱い、これらの配列点（特殊点）には、ノズルを設置しない、または、通常ノズルよりもミスト径の小さい特殊ノズルを設置する。こうして、上記特殊点にノズルを設置しないことで、複数のノズルから噴射されるミストの滞留時間のばらつきを抑制して（滞留時間の分布を短時間成分を除去して、全体としての滞留時間分布を長時間方向にシフトさせる）、圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。あるいは、上記特殊点に特殊ノズルを設置することで、滞留時間が比較的短い特殊点からのミストの蒸発を促進し、圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
このため、ΔＬが大きい場合（すなわち各配列点についての滞留時間のばらつきが大きい場合）であっても、吸気ダクト入口に比較的近いノズル配列点である特殊点での滞留時間に合わせて特殊点以外の配列点のノズルのミスト径を過小に設定する必要がなくなる。よって、特殊点以外の配列点のノズルの設計尤度が大きくなり、ノズルに係るコストを低減することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心と前記ノズル配列面との間の最大距離をＬｍａｘとしたとき、前記特殊点の各々は、前記入口中心からの距離ＬがＬ≦０．８５Ｌｍａｘの条件を満たす前記ノズル配列面内の第２領域内に存在する。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、特殊点の各々が上述の第２領域内に存在するため、Ｌ＞０．８５Ｌｍａｘの条件を満たすノズル配列面内の領域（ノズル配列面のうち第２領域以外の領域）における各配列点には通常ノズルが設置されることになる。よって、通常ノズルの設置数をある程度確保することができ、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを抑制する効果が十分に得られる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記特殊点は、前記通常ノズルが配置されていた場合に、前記複数の配列点のうち、噴射された前記ミストが前記吸気室内に滞留する滞留時間が閾値以下である配列点全てである。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、噴射されたミストが吸気室内に滞留する滞留時間が閾値以下である配列点が特殊点として特定されるので、各配列点におけるミストの滞留時間に基づいて特殊点を適切に設定することができる。よって、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、前記特殊点に前記通常ノズルが配置されていた場合に、前記特殊点から噴射された前記ミストの前記吸気室内における平均滞留時間が、前記特殊点以外から噴射された前記ミストの前記吸気室内における平均滞留時間より短い。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、仮に特殊点にノズルが配置された場合に、特殊点から噴射されるミストの吸気室内における平均滞留時間が、特殊点以外の配列点から噴射されるミストの吸気室内における平均滞留時間よりも短いので、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、前記吸気室と前記圧縮機との間に位置する吸気ダクトの入口中心は、前記吸気室の中心に対してオフセット方向にずれており、前記ノズル配列面において前記特殊点が占める領域の中央位置は、前記吸気室の前記中心に対して前記オフセット方向にずれている。
【００２０】
上記（７）の構成では、吸気ダクトの入口中心は、吸気室の中心に対してオフセット方向にずれており、ノズル配列面において特殊点が占める領域の中央位置は、吸気室の中心に対してオフセット方向にずれている。すなわち、ノズル配列面において、特殊点は、吸気室の中心に比較的近くの領域を占めている。このため、仮に特殊点にノズルが配置された場合に、該ノズルから噴射されるミストの吸気室における平均滞留時間は、特殊点以外の配列点に配置されるノズルから噴射されるミストの吸気室における平均滞留時間よりも短くなる。
よって、上記（７）の構成によれば、複数の配列点のうち、ミストの滞留時間が比較的短い領域に、ノズルが設けられない、又は、ミスト径が比較的小さい特殊ノズルが配置される特殊点が存在するので、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００２１】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンプラントは、
吸気した空気を圧縮し、圧縮空気を生成するように構成された圧縮機と、
前記圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器と、
前記燃焼ガスによって動力を発生するように構成されたガスタービンと、
前記圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却するための上記（１）乃至（７）の何れかに記載の吸気冷却装置と、
を備える。
【００２２】
上記（８）の構成では、複数のノズルによって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点のうち、１以上の特殊点においては、ノズルが配置されないため、該特殊点においてはミストは噴射されない。あるいは、上記（８）の構成では、上述の特殊点に配置される特殊ノズルのミスト径は、特殊点以外の配列点に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さいため、特殊ノズルから噴射されたミストは、通常ノズルから噴射されたミストよりも短時間で気化しやすい。
このため、上記（８）の構成によれば、特殊点以外の配列点に配置されるノズル（通常ノズル）と同じノズルが該特殊点にも配置された場合（即ち、全ての配列点に同一ノズル（通常ノズル）が配置された場合）に比べて、吸気冷却装置全体として、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを抑制することができる。
【００２３】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る吸気冷却装置の設計方法は、
吸気室から圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置の設計方法であって、
前記吸気室の吸気面又は該吸気面に沿った平面を含むノズル配列面上における複数のノズル配置候補点の各々について、該ノズル配置候補点から噴射されたミストが、前記吸気室内に滞留する滞留時間を計算するステップと、
各々の前記ノズル配置候補点の前記滞留時間に基づいて、前記ミストを噴射するノズルが設置される通常ノズル設置点と、前記ノズルを設置しない、または、前記通常ノズル設置点に設置される前記ノズルよりも粒径が小さい前記ミストを噴射する特殊ノズルが設置される特殊点と、に前記複数のノズル配置候補点を分類するステップと、
を備える。
【００２４】
上記（９）の方法では、ノズル配列面上における複数のノズル配置候補点の各々について計算されたミストの滞留時間に基づいて、複数のノズル配置候補点を通常ノズル設置点と特殊点とに分類する。そして、特殊点については、ノズルを設置しない、または、通常ノズル設置点のノズル（通常ノズル）よりも粒径が小さいミストを噴射する特殊ノズルが設置される。これにより、各ノズル配置候補点におけるミストの滞留時間に基づいて、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
前記複数のノズル配置候補点を分類するステップでは、
前記滞留時間が閾値以上である前記ノズル配置候補点を前記通常ノズル設置点に分類し、
前記滞留時間が閾値未満である前記ノズル配置候補点を前記特殊点に分類する。
【００２６】
上記（１０）の方法によれば、ノズル配列面における複数のノズル配置候補点の各々について計算されたミストの滞留時間に基づいて、滞留時間の閾値を基準として、複数のノズル配置候補点を通常ノズル設置点と特殊点とに分類する。これにより、各ノズル配置候補点におけるミストの滞留時間に基づいて特殊点を適切に設定可能となり、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機のエロージョンを抑制することが可能な吸気冷却装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係る吸気冷却装置が適用されたガスタービンプラントの構成例を示す図である。
【図２Ａ】一実施形態に係る吸気冷却装置を平面視した模式図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す吸気冷却装置を側方から視た模式図である。
【図３Ａ】一実施形態に係る吸気冷却装置を平面視した模式図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す吸気冷却装置を側方から視た模式図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示す吸気冷却装置を正面から視た模式図である。
【図４Ａ】一実施形態に係る吸気冷却装置を平面視した模式図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す吸気冷却装置を側方から視た模式図である。
【図５】吸気面−吸気ダクト入口中心間の距離と、吸気面上の点から噴射されるミストの滞留時間との関係を示すグラフである。
【図６】特殊点が配列される領域を説明するための図である。
【図７】特殊点が配列される領域を説明するための図である。
【図８】一実施形態に係る吸気冷却装置の設計方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
図１は、一実施形態に係る吸気冷却装置が適用されたガスタービンプラントの構成例を示す図である。同図に示すように、ガスタービンプラント１は、圧縮機２と、燃焼器３と、ガスタービン４と、を備える。
圧縮機２は、吸気した空気を圧縮して圧縮空気を生成するように構成されている。燃焼器３は、圧縮機２で生成された圧縮空気を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するように構成されている。ガスタービン４は、燃焼器３で生成された燃焼ガスによって動力を発生するように構成されている。ガスタービン４は、発電機５に連結されており、ガスタービン４で発生した動力が発電機５により電力に変換されるようになっている。
【００３１】
圧縮機２の吸気側は、吸気ダクト６を介して吸気室７に連通している。吸気室７を画定する吸気室７の壁面のうち少なくとも一部は、空気を取り込むための吸気面８である。そして、吸気面８を介して外部から吸気室７に取り込まれた空気が、吸気ダクト６内を矢印方向に流れて圧縮機２の吸気側に供給されるようになっている。
【００３２】
図１に示すように、吸気室７の壁面（吸気面８）には、吸気面８に取り込まれる空気中の塵埃を除去するためのフィルタ２２が設けられていてもよい。また、吸気室７の外壁面には、雨水等の吸気室７内への侵入を防止するためのウェザールーバ２４が設けられていてもよい。
なお、吸気ダクト６には、吸気騒音を低減するためのサイレンサ２６が設けられていてもよい。
【００３３】
ガスタービンプラント１は、圧縮機２の吸気側に供給される空気を冷却するための吸気冷却装置１０をさらに備えている。
吸気冷却装置１０は、吸気室７の吸気面８又は吸気面８に沿った平面を含むノズル配列面上に設けられた複数のノズル１２を含む。複数のノズルの各々は、圧縮機２の吸気側に供給される空気にミスト１３を噴射するように構成されている。
図１に示す実施形態では、複数のノズル１２は、吸気面８の内側（吸気室側）に設けられ、吸気面８を介して吸気室７に取り込まれた空気にミスト１３を噴射するようになっている。図１には、複数のノズル１２が吸気面８に設けられた吸気冷却装置１０が示されているが、実際には、複数のノズル１２は、吸気面８からある程度の距離を有して、吸気面８に沿った平面上に設けられていてもよい。例えば、複数のノズル１２の各々は、チューブ等を介して吸気面８に取付けられていてもよい。
すなわち、複数のノズル１２が設けられるノズル配列面は、吸気面８を含んでいてもよく、あるいは、吸気面８に沿った平面を含んでいてもよい。
他の実施形態では、複数のノズル１２は、吸気面８の外側（吸気室７の反対側）に設けられ、吸気面を介して吸気室７に取り込まれる前の空気にミスト１３を噴射するようになっていてもよい。
【００３４】
以下、幾つかの実施形態に係る吸気冷却装置１０の構成についてより具体的に説明する。
図２Ａ〜図４Ｂは、幾つかの実施形態に係る吸気冷却装置の構成を示す模式図である。図２Ａ、図３Ａ及び図４Ａは、それぞれ、一実施形態に係る吸気冷却装置を平面視した模式図であり、図２Ｂ、図３Ｂ及び図４Ｂは、それぞれ、図２Ａ、図３Ａ及び図４Ａに示す吸気冷却装置を側方から視た模式図である。また、図３Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂに示す吸気冷却装置を正面から視た模式図である。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態では、吸気室７を囲む壁面のうち１面が吸気面８Ａを構成している。吸気面８Ａは、吸気ダクト６の入口６ａに対向するように設けられている。
図３Ａ〜図３Ｃに示す実施形態では、吸気室７を囲む壁面のうち２面が吸気面８Ｂ及び８Ｃを構成している。吸気面８Ｂ及び８Ｃは、吸気ダクト６の中心線Ｏを通る垂直面に関して対称となるように設けられている。
図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態では、吸気室７を囲む壁面のうち３面が吸気面８Ｄ〜８Ｆを構成している。吸気面８Ｅは、吸気ダクト６の入口６ａに対向するように設けられている。また、吸気面８Ｄ及び８Ｆは、吸気面８Ｅの両側において互いに対向するように設けられている。
なお、図２Ａ〜図３Ｃにおいて図示される壁面９は、吸気面ではない（外部から空気を取り込まない）壁面である。
【００３６】
図２Ａ〜図４Ｂに示す実施形態において、複数のノズル１２（図１参照）は、ノズル配列面としての吸気面８において、ノズル１２が配置される複数の配列点を規定する仮想的な規則配列パターンを形成している。ノズル１２が配置される複数の配列点は、１以上の特殊点１６と、特殊点以外の配列点である通常配列点１４と、を含む。
配列点（１４，１６）を規定する仮想的な規則配列パターンは、例えば、格子状の並列配列又は千鳥配列を含むパターンであってもよい。すなわち、配列点（１４，１６）は、並列配列又は千鳥配列のパターンにしたがって配列されていてもよい。
例えば、図２Ａ〜図４Ｂに示す実施形態では、複数の配列点（１４，１６）は、各吸気面８（８Ａ〜８Ｆ）において千鳥配列パターンにしたがって配列されている。
【００３７】
一実施形態では、複数のノズル１２は、配列点（１４，１６）のうち、特殊点１６を除く通常配列点１４のみに配置されている。
あるいは、一実施形態では、配列点（１４，１６）のうち通常配列点１４及び特殊点１６の両方にノズル１２が配置されており、特殊点１６に配置されるノズル１２である特殊ノズルのミスト径（ノズルにより噴射されるミストの粒径）は、通常配列点１４に配置されるノズル１２である通常ノズルのミスト径よりも小さい。
【００３８】
ノズル１２から噴射されたミストは、吸気室７から取り込まれた吸気に随伴されて圧縮機２に向かう。ここで、各ノズル１２から噴射されたミストの吸気室７内における滞留時間は、ノズル１２の位置や吸気室７内の空気の流れ等に依存し、各ノズル１２によって異なる。
【００３９】
この点、上述の実施形態のように、複数のノズル１２によって形成される仮想的な規則配列パターンによって規定される複数の配列点（１４，１６）のうち、１以上の特殊点１６においてノズル１２が配置されない場合、該特殊点１６においてミストは噴射されない。
あるいは、上述の実施形態のように、特殊点１６に配置される特殊ノズルのミスト径が特殊点１６以外の通常配列点１４に配置される通常ノズルのミスト径よりも小さい場合、特殊ノズルから噴射されたミストは、通常ノズルから噴射されたミストよりも短時間で気化しやすい。
【００４０】
このため、上述の実施形態によれば、特殊点１６以外の配列点である通常配列点１４に配置されるノズル１２（通常ノズル）と同じノズルが該特殊点１６にも配置された場合（即ち、全ての配列点（１４，１６）に同一の通常ノズルが配置された場合）に比べて、吸気冷却装置１０全体として、ノズル１２から噴射されるミストに起因する圧縮機２のエロージョンを抑制することができる。
【００４１】
また、吸気ダクト６に設けられるサイレンサ２６は、内部に吸音材を有している場合がある。仮に吸音材に水滴が接触すると、吸音材がサイレンサ２６から脱落しやすくなり、このため、脱落した吸音材に起因して圧縮機２等が損傷する可能性が増大する。この点、上述の実施形態によれば、特殊点１６においてミストが噴射されないため、又は、特殊ノズルから噴射されたミストは通常ノズルから噴射されたミストよりも短時間で気化しやすいため、吸気室７からサイレンサ２６に到達するミストが低減される。このため、サイレンサ２６に水滴が導入され難くなり、サイレンサ２６又は圧縮機２等の損傷を抑制することができる。
【００４２】
また、吸気ダクト６を通過する際の水滴の粒径が大きい場合、吸気ダクト６内の空気の流れのベクトルに従わず、慣性によって空気から分離されてドレン水として排出される水量が多くなる場合がある。この点、上述の実施形態によれば、特殊点１６においてミストが噴射されないため、又は、特殊ノズルから噴射されたミストは通常ノズルから噴射されたミストよりも短時間で気化しやすいため、吸気ダクト６を通過する水滴の粒径（平均粒径）が低減される。このため、ドレン水量を低減することができ、吸気冷却装置１０の冷却効率を向上させることができる。
【００４３】
図２Ａ〜図４Ｂに示す実施形態において、吸気ダクト６の入口中心Ｃと各特殊点１６との間の距離Ｌ（図２Ａ〜図４Ｂ参照）は、特殊点１６以外の配列点である通常配列点１４と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の平均距離よりも小さい。
なお、吸気ダクト６の入口とは、前記吸気室と前記圧縮機との間に位置し、断面積が急拡大・縮小する部分である。
【００４４】
また、図２Ａ〜図４Ｂに示す実施形態において、吸気室７と圧縮機２（図１参照）との間に位置する吸気ダクト６の入口中心Ｃは、吸気室７の中心Ｑに対してオフセット方向（上下方向において、吸気室７の中心Ｑから吸気ダクト６の中心Ｏに向かう方向）にずれている。そして、ノズル配列面である吸気面８において特殊点１６が占める領域Ｒの中央位置Ｓ（図３Ａ〜図３Ｃ及び図４Ａ、図４ＢにおけるＳ１，Ｓ２，Ｓ３を含む）は、吸気室７の中心Ｑに対してオフセット方向にずれている。
すなわち、吸気ダクト６の中心線Ｏの直交面内において、ノズル配列面である吸気面８において、特殊点１６は吸気ダクト６の中心線Ｏから比較的近い領域に位置し、特殊点１６以外の通常配列点１４は、吸気ダクト６の中心線Ｏから比較的遠い領域に位置する。
【００４５】
ここで、図５は、ノズル配列面である吸気面８上の点と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離（縦軸）と、吸気面８上の点から噴射されるミストの滞留時間（横軸）との関係を示すグラフである。
図５のグラフに示すように、吸気面８（ノズル配列面）上の点に関して、吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離が大きいほど、その点から噴射されるミストの滞留時間が長い傾向がある。
このことを考慮すると、上述の実施形態のように、特殊点１６と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離Ｌが、通常配列点１４と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の平均距離よりも小さい場合、仮に特殊点１６にノズル１２が配置された場合に、該ノズル１２から噴射されるミストの吸気室７における滞留時間は、特殊点１６以外の配列点（通常配列点１４）に配置されるノズル１２から噴射されるミストの吸気室７における平均滞留時間よりも短くなる。
よって、上述の実施形態によれば、複数の配列点（１４，１６）のうち、ミストの滞留時間が比較的短い特殊点１６には、ノズル１２が設けられない、又は、ミスト径が比較的小さいノズル１２である特殊ノズルが配置されるので、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機２のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、複数の配列点（１４，１６）のうち、噴射されたミストが吸気室７内に滞留する滞留時間が閾値以下である配列点が特殊点１６であってもよい。
【００４７】
上述したように、吸気面８（ノズル配列面）上の点に関して、吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離が大きいほど、その点から噴射されるミストの滞留時間が長い傾向がある。
よって、上述の実施形態では、各配列点（１４，１６）におけるミストの滞留時間に基づいて、噴射されたミストが吸気室７内に滞留する滞留時間が閾値以下である配列点（１４，１６）を特殊点１６として適切に設定することができる。これにより、ノズル１２から噴射されるミストに起因する圧縮機２のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００４８】
図６及び図７は、それぞれ、特殊点１６が配列される領域を説明するための図であり、一実施形態に係る吸気冷却装置１０を平面視した模式図である。図６及び図７に示す吸気冷却装置１０が設けられる吸気室７は、図２Ａ〜２Ｂ又は図４Ａ〜４Ｂに示すものと同様に、平面視において四角形を有している。
【００４９】
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、吸気ダクト６の入口中心Ｃと吸気面８（ノズル配列面）との間の最小距離をＬｍｉｎとし、吸気ダクト６の入口中心Ｃと吸気面８（ノズル配列面）との間の最大距離をＬｍａｘとしたときに、吸気ダクト６の入口中心Ｃからの距離Ｌが、Ｌｍｉｎ＜Ｌ＊≦Ｌｍｉｎ＋０．１×（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）の条件を満たす臨界距離Ｌ＊以下である吸気面８（ノズル配列面）内の第１領域１８は、特殊点１６のみを有する。
【００５０】
なお、図６及び図７に示す例では、これらの図に示すように、平面視において吸気面８が形成する四角形の頂点のうち、吸気ダクト６側の頂点Ｐ１（又はＰ１’）と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離が最小距離Ｌｍｉｎであり、吸気ダクト６から遠い側の頂点Ｐ２（又はＰ２’）と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離が最大距離Ｌｍａｘである。
【００５１】
吸気面８（ノズル配列面）と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の最大距離Ｌｍａｘと最小距離をＬｍｉｎとの差であるΔＬ＝（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）は、吸気面８（ノズル配列面）における各点と吸気ダクト６の入口中心Ｃとの間の距離Ｌのばらつきの指標、すなわち、吸気面８（ノズル配列面）における各点に設置されるノズル１２から噴射されるミストの吸気室７内における滞留時間のばらつきの指標である。
【００５２】
この点、上述の実施形態では、規則配列パターンの配列点（１４，１６；図２Ａ〜図４Ｂ参照）のうち比較的吸気ダクト６の入口中心Ｃに近い第１領域１８内の配列点（１４，１６）を特殊点１６として扱い、これらの配列点（特殊点１６）には、ノズル１２を設置しない、または、通常ノズルよりもミスト径の小さい特殊ノズルを設置する。こうして、特殊点１６にノズル１２を設置しないことで、複数のノズル１２から噴射されるミストの滞留時間のばらつきを抑制して（滞留時間の分布を短時間成分を除去して、全体としての滞留時間分布を長時間方向にシフトさせる）、圧縮機２のエロージョンを効果的に抑制することができる。あるいは、上記特殊点１６に特殊ノズルを設置することで、滞留時間が比較的短い特殊点１６からのミストの蒸発を促進し、圧縮機２のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００５３】
このため、ΔＬが大きい場合（すなわち各配列点（１４，１６）についての滞留時間のばらつきが大きい場合）であっても、吸気ダクト６の入口に比較的近いノズル配列点である特殊点１６での滞留時間に合わせて特殊点１６以外の配列点（通常配列点１４）のノズル１２のミスト径を過小に設定する必要がなくなる。よって、通常配列点１４のノズル１２の設計尤度が大きくなり、ノズル１２に係るコストを低減することができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態において、特殊点１６は、必ずしも第１領域１８内のみに存在すると限定されるわけではなく、吸気面８（ノズル配列面）内における第１領域１８以外の領域にと特殊点１６が存在していてもよい。
【００５５】
幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、吸気ダクト６の入口中心Ｃと吸気面８（ノズル配列面）との間の最大距離をＬｍａｘとしたとき、特殊点１６の各々は、吸気ダクト６の入口中心Ｃからの距離ＬがＬ≦０．８５Ｌｍａｘの条件を満たす吸気面８（ノズル配列面）内の第２領域２０内に存在する。
【００５６】
図７において、点Ｐ３〜Ｐ６は、それぞれ、吸気面８上において、吸気ダクト６の入口中心Ｃからの距離ＬがＬ＝０．８５Ｌｍａｘを満たす点である。同図に示す例では、特殊点１６が存在する第２領域２０は、吸気面８上において、吸気ダクト６側における吸気面８の端点Ｐ１と点Ｐ３との間の範囲、吸気ダクト６側における吸気面８の端点Ｐ１’と点Ｐ４との間の範囲、及び、吸気ダクト６から遠い側における吸気面８の端点Ｐ２とＰ２’との間において、点Ｐ５と点Ｐ６との間の範囲に存在する。
【００５７】
一方、図７に示す例では、吸気面８（ノズル配列面）上において、吸気ダクト６の入口中心Ｃからの距離ＬがＬ＞０．８５Ｌｍａｘの範囲には、特殊点１６は存在せず、通常ノズルが配置される通常配列点１４のみが存在する。
【００５８】
この場合、特殊点１６の各々が上述の第２領域２０内に存在するため、Ｌ＞０．８５Ｌｍａｘの条件を満たす吸気面８（ノズル配列面）内の領域（吸気面８のうち第２領域２０以外の領域）における各配列点（通常配列点１４）には通常ノズルが設置されることになる。よって、通常ノズルの設置数をある程度確保することができ、ノズルから噴射されるミストに起因する圧縮機２のエロージョンを抑制する効果が十分に得られる。
【００５９】
なお、第２領域２０に通常配列点のうちの幾つかが存在していてもよい。
また、図６を参照して説明した第１領域１８（吸気ダクト６の入口中心Ｃからの距離Ｌが、Ｌｍｉｎ＜Ｌ＊≦Ｌｍｉｎ＋０．１×（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）の条件を満たす臨界距離Ｌ＊以下である吸気面８（ノズル配列面）内の領域）と、図７を参照して説明した第２領域（吸気ダクト６の入口中心Ｃからの距離Ｌが、Ｌ≦０．８５Ｌｍａｘの条件を満たす吸気面８（ノズル配列面）内の領域）は、部分的又は全体的にオーバーラップしていてもよい。
【００６０】
図８は、図１に示すガスタービンプラント１に含まれる吸気冷却装置１０の設計方法の一例を示すフローチャートである。
図８のフローチャートに示す設計方法では、まず、吸気面８（ノズル配列面）における複数のノズル配置候補点の各々について、該ノズル配置候補点から噴射されたミストが、吸気室７内に滞留する滞留時間ＴＲを計算する（Ｓ２）。
次に、ステップＳ２で計算された各々のノズル配置候補点の滞留時間ＴＲを、閾値ＴＲ＿ｔｈ１と比較する（Ｓ４）。
そして、ステップＳ４で滞留時間ＴＲが閾値ＴＲ＿ｔｈ１以上である場合（Ｓ４のＹＥＳ）、そのノズル配置候補点を、通常ノズル設置点（通常配列点１４）として設定する（Ｓ６）。ステップＳ４で滞留時間ＴＲが閾値ＴＲ＿ｔｈ１未満である場合（Ｓ４のＮＯ）、そのノズル配置候補点を、特殊点１６として設定する（Ｓ７）。
【００６１】
このように、吸気面８（ノズル配列面）における複数のノズル配置候補点の各々について計算されたミストの滞留時間ＴＲに基づいて、複数のノズル配置候補点を通常ノズル設置点（通常配列点１４）と特殊点１６とに分類する。そして、特殊点１６については、ノズル１２を設置しない、または、通常ノズル設置点のノズル１２（通常ノズル）よりも粒径が小さいミストを噴射するノズル１２である特殊ノズルが設置される。これにより、各ノズル配置候補点におけるミストの滞留時間ＴＲに基づいて、ノズル１２から噴射されるミストに起因する圧縮機２のエロージョンを効果的に抑制することができる。
【００６２】
また、吸気面８（ノズル配列面）における複数のノズル配置候補点の各々について計算されたミストの滞留時間ＴＲに基づいて、滞留時間ＴＲの閾値ＴＲ＿ｔｈ１を基準として、複数のノズル配置候補点を通常ノズル設置点（通常配列点１４）と特殊点１６とに分類する。これにより、各ノズル配置候補点におけるミストの滞留時間ＴＲに基づいて特殊点１６を適切に設定可能となる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００６４】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６５】
１            ガスタービンプラント
２            圧縮機
３            燃焼器
４            ガスタービン
５            発電機
６            吸気ダクト
６ａ          入口
７            吸気室
８，８Ａ〜８Ｆ  吸気面
９            壁面
１０          吸気冷却装置
１２          ノズル
１３          ミスト
１４          通常配列点
１６          特殊点
１８          第１領域
２０          第２領域
２２          フィルタ
２４          ウェザールーバ
２６          サイレンサ
Ｃ            吸気ダクトの入口中心
Ｌ            吸気面−ダクト入口中心間距離
Ｏ            吸気ダクトの中心線
Ｑ            吸気室の中心
Ｒ            特殊点が占める領域
Ｓ            領域Ｒの中心
【図１】
0006706142.tif 000002
【図２Ａ】
0006706142.tif 000003
【図２Ｂ】
0006706142.tif 000004
【図３Ａ】
0006706142.tif 000005
【図３Ｂ】
0006706142.tif 000006
【図３Ｃ】
0006706142.tif 000007
【図４Ａ】
0006706142.tif 000008
【図４Ｂ】
0006706142.tif 000009
【図５】
0006706142.tif 000010
【図６】
0006706142.tif 000011
【図７】
0006706142.tif 000012
【図８】
0006706142.tif 000013