(57)【要約】【課題】  タービン翼の信頼性を損なわせることを抑制して、タービン冷却空気に水分を加湿することができるガスタービン設備を提供する。【解決手段】  空気を圧縮する圧縮機１０と、圧縮空気と燃料とを燃焼させる燃焼器１２と、燃焼ガスにより駆動されるタービン１４と、前記圧縮機１０の中間段あるいは吐出部から抽気した圧縮空気を加湿する加湿器６０とを有し、該加湿器６０で加湿された圧縮空気をタービン冷却空気として用いるガスタービン設備において、圧縮空気に加える水分量を調節する水分分配器６２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該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、前記圧縮機の中間段あるいは吐出部から抽気した圧縮空気を加湿する加湿器とを有し、前記加湿器で加湿された圧縮空気をタービン冷却空気として用いるガスタービン設備において、
前記加湿器は、圧縮空気に加える水分量を調節する水分分配器を備えたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項２】
前記水分分配器は、前記加湿器を通過する圧縮空気に蒸発させる水分量よりも多い水分を分配することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項３】
前記加湿器は、前記水分分配器によって加えられた水分を、一時的に前記加湿器内に保持することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項４】
前記加湿器は、浸潤性の多孔質材である充填物を備えたことを特徴とする請求項１のガスタービン設備。
【請求項５】
前記水分分配器は、ガスタービンの起動時において、前記加湿器を通過する圧縮空気の温度がその空気圧における水の沸点に達する以前に水を分配し始めることを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項６】
前記加湿器を通過する圧縮空気の流量を制御する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項７】
前記充填物および水分分配器が多段階に設置されていることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン設備。
【請求項８】
前記圧縮機の中間段もしくは吐出部から抽気された圧縮空気の一部を分離し、前記加湿器によって生成された高湿分空気と混合させてタービン冷却空気として用いることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項９】
前記水分分配器は、ガスタービンの定格運転状態において前記タービン冷却空気の相対湿度が９５％未満に加湿することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項１０】
前記ガスタービン設備が定格回転数におけるタービン入口温度を上昇させる手段を備え、前記タービン冷却空気流量の増加に併せて、前記タービン入口温度を上昇させる制御手段を有することを特徴とする請求項１から９に記載のガスタービン設備。
【請求項１１】
前記ガスタービン設備は、前記水分分配器で分配される水量の増加に併せて、定格回転数におけるタービン入口温度を上昇させる制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記タービン冷却空気の流量と温度に基づいて、前記燃焼器に供給する燃料流量を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のガスタービン設備。
【請求項１３】
前記ガスタービン設備は、前記加湿器で加湿されたタービン冷却空気を供給する供給配管に、冷却空気に混入した液滴を除去するフィルターを設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備。
【請求項１４】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該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を備えガスタービン設備において、
タービン内ケーシングの一部を浸潤性の多孔質材のハニカム構造とし、前記圧縮機の中間段あるいは吐出部から抽気した圧縮空気を加湿してタービン冷却空気とすることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１５】
ガスタービン翼の冷却空気に水分を加える加湿器において、
前記加湿器は前記冷却空気に加える水分の流量を調節する水分分配器を備えたことを特徴とする加湿器。
【請求項１６】
前記水分分配器は、前記加湿器を通過する冷却空気に蒸発させる水分量よりも多い水分を分配することを特徴とする請求項１５に記載の加湿器。
【請求項１７】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該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、前記圧縮機の中間段あるいは吐出部から抽気した圧縮空気を加湿する加湿器とを有し、前記加湿器で加湿された圧縮空気をタービン冷却空気として用いるガスタービン設備の制御装置において、
前記制御装置は、前記加湿器で加える水分量を、該加湿器を通過する冷却空気に蒸発させる水分量以上に制御することを特徴とするガスタービン設備の制御装置。
【請求項１８】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該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、前記圧縮機の中間段あるいは吐出部から抽気した圧縮空気を加湿する加湿器とを有し、前記加湿器で加湿された圧縮空気をタービン冷却空気として用いるガスタービン設備の制御方法において、
前記加湿器で加える水分量を、該加湿器を通過する冷却空気に蒸発させる水分量以上に制御することを特徴とするガスタービン設備の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴霧した水滴の蒸発潜熱によりタービン冷却空気を冷却するガスタービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機で生成した圧縮空気の一部をタービン冷却空気として用いるガスタービン設備では、冷却空気の冷却能力を向上させて、冷却に必要な圧縮空気の量を減少させることにより、ガスタービンシステムとして発電効率の向上と出力の増大を達成することができる。そのため、例えば圧縮機の抽気配管の途中に熱交換器を設け、タービン冷却空気を冷却することにより、翼冷却に必要となる圧縮空気の流量を減少させる技術が実用化されている。
【０００３】
また、ＡＳＭＥ（American Society of Mechanical Engineers）の論文  ８３−ＧＴ−６６には、タービン冷却空気中に水滴を噴霧し、その蒸発潜熱によりタービン冷却空気の温度を下げる技術の実現性が検討されている。この論文では、燃焼器の燃焼温度を一時的に上昇させることでガスタービン出力を増大させると共に、翼の冷却能力を高め翼の信頼性を維持することを目的として、タービン冷却空気に水を噴霧することが開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】ＡＳＭＥ，８３−ＧＴ−６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した従来技術では、単純にタービン冷却空気中に水滴を噴霧するものであるため、仮にタービン翼の冷却パス内部において液水の蒸発を許容する設計を行ったとしても、水分中に含まれる不純物が冷却パス内部に析出してスケールを生成させてしまい、この結果、タービン翼の冷却能力の低下やヒートスポットの生成をもたらし、翼の信頼性を損なわせる可能性があった。
【０００６】
本発明の目的は、タービン翼の信頼性を損なわせることを抑制して、タービン冷却空気を加湿することができるガスタービン設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該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、前記圧縮機の中間段あるいは吐出部から抽気した圧縮空気を加湿する加湿器とを有し、前記加湿器で加湿された圧縮空気をタービン冷却空気として用いるガスタービン設備において、前記加湿器は、圧縮空気に加える水分量を調節する水分分配器を備えたことを特徴とするものである。また、前記加湿器を通過する圧縮空気に蒸発させる水分量よりも多い水分を前記水分分配器で分配する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、タービン翼の信頼性を損なわせることを抑制して、タービン冷却空気に水分を加湿することができるガスタービン設備を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施例を示すガスタービン設備の概略図である。図１に示すように、ガスタービン発電設備は、空気を圧縮して吐出する圧縮機１０と、圧縮機１０で圧縮して得た圧縮空気と燃料１１を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器１２と、燃焼器
１２で生成された前記燃焼ガスにより駆動されるタービン１４と、前記圧縮機１０から圧縮空気を抽気して加湿しタービン冷却空気として供給する加湿器６０を備えている。ガスタービンの出力軸から動力を得て電気に変換する発電機１６は、図示していない送電系統に接続される。また、ポンプ等の補器類は図示を省略した。
【００１１】
ガスタービン（一部）と加湿器６０の接続部の詳細を図２に示す。前記圧縮機１０の動翼１００および静翼１１１を通過してきた圧縮空気は燃焼器１２へ流入し、燃料１１と混合して燃焼した後、タービン静翼１４０およびタービン動翼１４１を通過して、排気ガスとして大気へ放出される。この際、燃焼ガスの持つエネルギーをタービン動翼１４１で回収し、ローター系１８を介して圧縮機動翼１００へ伝えて圧縮仕事として圧縮空気の生成に利用する。
【００１２】
図２に示す構成では、燃焼器１２に近いケーシング部分に抽気配管系７１を設けて、圧縮機吐出空気である燃焼器の外部流を抽気している。しかし、抽気配管系７１は必ずしも圧縮機吐出部に設ける必要はなく、冷却空気を送り込むタービン部分の圧力に応じて、もっと低圧側の圧縮機中間段に設けても良い。
【００１３】
また、図２では、冷却空気のタービン翼内部への分配系７３は、ケーシング４１を貫通してタービン内ケーシング７４へ接続されている。静翼１４０はこの内ケーシング７４に固定されており、内ケーシング７４の内部に供給された冷却空気はタービン静翼１４０内部を通って翼を冷却する。翼を冷却し終わった冷却空気は、例えば翼面に開けられた冷却孔や翼と支持部材としてのタービン内ケーシング７４，７５との隙間をすり抜けて主流ガスと合流し、大気へ排気される。冷却空気の冷却経路や、冷却空気と主流ガスの混合／排気の方法はこの方法に限定されるものではなく、翼の冷却方式に関連して他の方法を用いても良い。本実施例では、初段静翼１４０のみに加湿空気が供給されているように図示されているが、初段動翼１４１や、その他の段の翼の冷却に加湿空気を用いても良い。また、初段静翼１４０を冷却し終えた冷却空気を用いて、さらに初段動翼１４１を冷却するなど、多段階に加湿冷却空気を利用して翼冷却を行っても良い。
【００１４】
また、図１，図２の抽気配管系７１，分配系７３のどちらも基本的に配管構造から成るが、取り付け作業を容易にするため、途中にマニホールドを設けても良い。また、ケーシング４１と内ケーシング７４の熱伸び差を考慮して、分配系７３の途中に伸縮管継手を利用しても良い。
【００１５】
以下、図１に従って、タービン冷却空気を加湿する加湿器の構成について説明する。加湿器６０の内部には、水分５２を圧縮空気に満遍なく分配するための水分分配器６２が設置され、噴射孔６３を通って液状の水分５３が供給される。充填物６１は液状水分５３をさらに分散させ、水分と空気の接触を促進させる。水分と圧縮空気の接触により、液状水分の一部は圧縮空気へ蒸発し、そのとき必要となる蒸発潜熱分の熱量を圧縮空気から奪い、圧縮空気を冷却する。
【００１６】
加湿器６０内で蒸発し得なかった水分の多くは加湿器６０の底部に溜まり、その水位は例えば水位計６５によって管理され、水位が高くなった場合は弁５０ｄなどを介して加湿器外部へ排出される。本実施例の場合は、水位計６５からの信号を制御装置９０で受け、水位が高くなり過ぎた場合は弁５０ｄを開いて水を調節する。また、水位計６５の替わりに、ある一定水位以上の水がオーバーフローさせるように、排出孔の構造を工夫してもよい。また、加湿器の上部には、液滴除去器６４が設置され、気流に同伴された液滴がタービン翼内部へ供給されることを防いでいる。
【００１７】
加湿された圧縮空気は、例えば質量流量計５１ｂにより質量流量が計測され、温度計
６６ａなどにより温度が計測される。それら流量と温度、およびガスタービン本体の運転状況などに応じて、タービン冷却空気の流量を流量調節弁５０ｂなどにより制御する。質量流量計５１ｂや流量調節弁５０ｂは、加湿器の上流側ではなく、下流側に在ってもよい。また、質量流量計５１ｂの替わりに、例えば圧縮空気の体積流量と温度，圧力から間接的に質量流量を求める手法を採っても良い。また、冷却空気の温度計６６ａは、加湿後の温度を知るという観点から加湿器６０の下流側に設置したが、加湿器上流側の温度を計測し、分配器６２で加えた水分量から間接的に加湿後の温度を知る方法を採っても良い。
【００１８】
本実施例のように、タービン冷却に用いる圧縮空気内に水分を加湿することにより、水分の蒸発による冷却効果と、水蒸気分の混合による熱伝達率の向上により、タービン冷却空気の冷却能力を向上させることができる。それにより、タービン翼の健全性維持のために必要な冷却空気の量を大幅に削減でき、燃焼に有効に使われる圧縮空気の量を増大させて、発電出力の増大と発電効率の向上をもたらすことができる。また、冷却空気内に水蒸気を含むことは冷却空気の熱容量を増加させる効果もあるため、同じ温度の低湿分の圧縮空気に比べて熱を受けとった時の温度上昇量が少なく、冷却能力が高い。ゆえに、熱交換器などを使って、加湿をすることなく冷却空気の温度のみを低下させる方法に比べ、冷却空気の削減幅は大きく、発電効率を大きく向上できる。
【００１９】
また、水分の加湿方法として、ＡＳＭＥ論文８３−ＧＴ−６６などのように、単純に水を噴霧するのではなく、蒸発促進のための充填物を利用することにより、短い距離で多量の水分を蒸発させることができる。しかも、充填物が液滴の気流同伴を阻害し、液滴がタービン翼内部へ移流されることを抑制する。これにより、液滴が翼の高温部に接触することを防ぎ、熱衝撃による翼の破損を回避することができる。また、翼の内部で水分が蒸発することがないため、水分中の不純物が翼の高温部へスケールとして固着することがなく、翼の信頼性を長期間維持することができる。
【００２０】
通常のガスタービン設備において、圧縮空気出口付近の圧縮空気の温度は３００℃程度以上あり、相対湿度は０％に近い。原理上は圧縮空気の相対湿度が１００％に達するまで、圧縮空気に水分を蒸発させることができるが、それには水と空気の十分な接触面積や接触時間が必要である。また、液水に接触している圧縮空気の相対湿度が低ければ低いほど、液水は空気中へ蒸発し易い。加湿器６０内の充填物６１は、液滴の落下速度を遅らすことで液水と空気の接触時間を延長し、充填物上で薄い液膜を形成することで液水と空気の接触面積を拡大する。充填物としてはリング形状や鞍形状などの小構造物を不規則的に複数個、加湿器内に詰め込むなどすれば良く、そのような小構造物の間を液水と空気が入り乱れて流れることにより、液水の気流同伴を防ぎ、かつ気液の攪拌効果を高めることができる。よって、短い充填物の長さで、より多くの水分を圧縮空気へ蒸発させることができる。
【００２１】
また、充填物の材質として、水分を良く浸透する浸潤性の材料を用いて、空気と液水の接触面積を拡大させた方が、より多くの水分を短い距離で圧縮空気に蒸発させることができる。浸潤性の物質としては、ヒートパイプなどに使われるウィック材や、多孔質のセラミックス材や焼結金属などがある。浸潤性の材料を用いれば、水の浸透圧で充填材に水が満遍なく行き渡るため、空気と液水の接触面積の拡大効果が大きく、加湿器を小型化できる。
【００２２】
本実施例では、液水が充填物を流下する間に蒸発し得る水分量以上の水を水分分配器
６２で加えている。すなわち、冷却空気内へ蒸発させた水分量以上に分配器６２で水を供給している。これにより、水よりも気化しにくい水分中の不純物は空気に放出（蒸発）されることなく液中に残り、液水と一緒に加湿器の底部に滞積する。
【００２３】
すなわち、従来ではタービン翼の冷却パス内部において液水の蒸発を許容する設計を行ったとしても、水分中に含まれる不純物が冷却パス内部に析出してスケールを生成することにより、タービン翼の冷却能力の低下やヒートスポットの生成をもたらし、翼の信頼性を損なわせる可能性があった。これに対して、本実施例では前述した水分分配器６２を備えることにより、冷却空気に水分中の不純物が混入することを抑制することができるため、翼の冷却パスが不純物により目詰まりする心配がない。従って、翼の信頼性を損ねることを抑制してタービン冷却空気を加湿して冷却することが可能なガスタービン設備を得ることができる。
【００２４】
また、水分中の不純物は液水中に残留し、弁５０ｄからドレインとして加湿器外部へ排出されるため、加湿用の水分５２として特に純水度の高い水を使う必要がない。このことにより、供給水の水処理費用が軽減され、ランニングコストの軽減が図れる。
【００２５】
また、加湿器底部の水分溜まりは、加湿器底部が抽気配管系７１によって供給された圧縮空気により温められるので、水の沸点以上に高温化されることを防ぐ。この水分溜まりがない場合、高温化された加湿器底部へ液滴が接触し、急激な沸騰とそれに伴う冷却系の圧力変動を起こす可能性があった。本実施例のように加湿器底部に水分溜まり部を設けることで、そのような問題も生じない。
【００２６】
また、本実施例ではガスタービンの起動時に、加湿器を通過する圧縮空気の温度がその空気圧における水の沸点に達する以前に、前記水分分配器６２で水を分配し始める。このように圧縮空気の温度が低いうちから水を加湿器へ供給し、加湿器底部に水分溜まりを形成することにより、加湿器６０が水の沸点以上に加熱されるのを防ぎ、加湿器内での突沸を避けることができる。
【００２７】
前述のように、圧縮空気へ蒸発し得る水分の蒸発量は、水と空気の接触時間や接触面積などに強く関係する。そのことを利用し、本実施例では、ガスタービンの定格運転時において、加湿器６０の出口における圧縮空気相対湿度が９５％未満になるように、充填物の高さ（圧縮空気の流れ方向長さ）を調節している。そうすることにより、タービン冷却空気配管が大気などの外部の冷熱源によって数十度冷やされたとしても、タービン冷却空気内の蒸気量が飽和湿り空気状態に達することを防ぎ、タービン冷却空気中の蒸気の凝縮により液滴が発生することを回避できる。従って、凝縮液滴の流入によりタービン翼の信頼性が損なわれることがない。
【００２８】
本実施例のガスタービン設備は、燃料１１の流量調節により定格回転数におけるタービン入口温度の調整が可能であり、タービン冷却空気流量の増加に併せて、タービン入口温度を上昇させる制御装置９０を備えている。本実施例では、燃料流量を計測するための流量計測計５１ｃと、燃料流量の調節のための流量調節弁５０ｃを備えているが、燃料の供給圧を変えて燃料流量を調節し、その供給圧から間接的に燃料流量を算出するなどの方法をとっても良い。また本実施例では、ガスタービンの排ガス温度を計測する温度計測器
６６ｂと圧縮機吐出圧を計測する圧力計６７の出力値と大気圧とから、圧力比と温度比の関係によりタービン入口温度を算出する方法を採っているが、直接タービン入口部に温度計を挿入し、温度を計測する方法を採っても良い。
【００２９】
また、本実施例の制御装置９０は、温度計測器６６ａにより得られた冷却空気の温度と、質量流量計５１ｂにより得られた冷却空気の質量流量、および冷却空気に加えられた水分量とから冷却空気の冷却能力を算出し、タービン翼が耐え得るタービン入口温度（以下、推定耐熱温度と呼ぶ）を推定する。その推定耐熱温度よりも現状のタービン入口温度が低い場合は、燃料１１の流量を増大させてタービン入口温度を推定耐熱温度に一致させるように制御する。その結果得られたシステムの発電出力が、外部信号としての要求出力値よりも小さい場合は、タービン冷却空気の流量調節弁５０ｂを開いて流量を増大させ、新たな冷却空気流量からタービン翼の耐え得るタービン入口温度を推定し、その推定耐熱温度になるように燃料１１の流量を増大させるように制御する。タービン冷却空気の流量が設計限界値に達するか、システムの発電出力が要求出力値に達するまで、前記の制御作業を繰り返し、タービン冷却空気の増大に併せてタービン入口温度を上昇させてゆく。このように制御することで、夏場などに大気温度が上昇してガスタービンの出力が低下するなどの際に、一時的にガスタービンの出力を増大させることが可能である。
【００３０】
なお、冷却空気内に蒸発した水蒸気の量をより迅速かつ正確に把握するため、加湿器の下流に湿度計を用いても良い。もしくは加湿器６０の上下流の温度から、加湿量を間接的に見積もっても良い。このようにすることにより、タービン冷却空気の冷却能力を、より正確に見積もることができる。
【００３１】
また、本実施例では、加湿器６０の水分分配系に水量計５１ａと水量調節弁５０ｂへの制御回路も備えており、タービン冷却空気量の増大に併せて、加湿器への供給水５２の流量を増加させることも可能である。こうすることにより、冷却空気量を増加させることだけでなく、冷却空気温度の低下や湿分量の増大による冷却空気の冷却能力の向上が可能であり、冷却空気量の増大を最小限にしてタービン入口温度の上昇を図ることができる。このように冷却空気量と供給水量を同時に増加させることにより、翼の信頼性とシステムの発電効率を低下させることなく、ガスタービンの出力をより一層増強できる。
【実施例２】
【００３２】
本発明の別の実施例を図２に示す。図１の実施例と異なる点を中心に詳述する。本実施例では供給配管７２の出口近傍に、冷却空気に混入した液滴を除去するためのフィルター７５が設置されている。フィルター７５は、なるべく高温部材の直前に設置することが望ましい。フィルター７５により、配管７２の放熱や調節弁５０ｂの絞りなどが原因で、過渡時や部分負荷時に冷却空気内部に含まれる水蒸気が凝縮したとしても、液滴が翼内部の冷却パスまで同伴されることを防ぎ、翼の信頼性を向上することができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の別の実施例を図３に示す。前述した実施例と異なる点を中心に詳述する。本実施例の加湿器６０は、水分分配器６２，６２′および充填物６１，６１′をそれぞれ二段階に構成している。抽気配管系７１から供給される圧縮空気は、配管７０を通って下位の充填物６１′の下部より加湿器へ供給されている。このとき、上位の水分分配器６２で分配された水分は蒸発しつつも充填物６１および６１′を通過し、蒸発しきれなかった水分が加湿器の底部に溜まる。下位の水分分配器６２′で分配された水分は充填物６１′のみを通過して、蒸発しきれなかった水分が加湿器６０の底部に溜まる。よって、上位の分配器６２で分配された水分の方が、下位の分配器６２′で分配された水分よりも、充填物
６１，６１′中を流下する時間が長く、圧縮空気との接触時間が長い。従って、上位の分配器６２で分配された水分の方が、下位の分配器６２′で分配された水分よりも圧縮空気中へ蒸発し易い。
【００３４】
図１の一段式の水分分配器および充填物の場合、加湿量に応じて分配水の落下距離を調節することができないため、加湿量を減らすため液水と圧縮空気の接触時間を短くすることは、充填物を流下する途中で液水が充填物上で完全に蒸発し尽くしてしまうことを意味していた。よって、水中の不純物は充填物の表面に滞積することになり、充填物のメンテナンスコストが大きくなる可能性があった。本実施例のように、水分分配器および充填物を多段で構成することにより、ある一定量のドレイン水量を維持したまま、充填物を流下する液水と圧縮空気との接触時間を調節することが可能である。こうすることにより、充填物の維持費を削減できると同時に、加湿器出口における圧縮空気の相対湿度の可変量を大幅に拡大できる。ガスタービンの起動時や部分負荷時などの冷却空気量が減った状況においても、ある一定レベル以下に相対湿度を維持することができ、冷却空気供給配管７２，冷却空気分配系７３などの配管系における水分の凝縮をさけることができる。
【実施例４】
【００３５】
本発明の別の実施例を図４に示す。前述した実施例と異なる点を中心に詳述する。本実施例では、抽気配管系７１から供給された圧縮空気の一部が加湿器６０を通過して加湿され、残りの圧縮空気が加湿器６０をバイパスするためのバイパス経路７０′を通過したのち、前記加湿された圧縮空気と合流する冷却空気供給配管７２に供給される。バイパス経路７０′を通過する圧縮空気の流量は、流量制御弁５０ｅにより調節することができる。本実施例では冷却空気供給配管７２を通過する冷却空気の量とその物性を知るために、流量計５１ｂ，５１ｅ，温度計６６ａが設置されている。
【００３６】
図４のように、バイパス経路７０′とその経路を通る流量の制御弁５０ｅを設置することで、加湿器６０への供給水５２の流量を調節することなく、配管７２を通過する圧縮空気の相対湿度を大幅に調節することができる。このことは、ガスタービンの起動時や部分負荷時などの冷却空気量が減った状況においても、ある一定レベル以下に相対湿度を維持することができ、冷却空気供給配管７２，冷却空気分配系７３などにおける水分の凝縮をさけることに役立つ。
【実施例５】
【００３７】
本発明の別の実施例を図５に示す。図２に示すような別体構造の加湿器６０の替わりに、タービン内ケーシング７４を浸潤性の多孔質材のハニカム構造６８で構成する。その浸潤材に外部から配管７７を介して水を供給し、ハニカム構造６８の近傍を通過した圧縮空気を加湿冷却してタービン冷却空気の温度を下げる。この実施例では、配管７７によって供給された水分の全てが多孔質材６８を介して圧縮空気中へ蒸発している。よって、水分中の不純物は多孔質材６８内部に滞積するため、配管７７で供給される水分は純水を用いることが望ましい。また、供給された水分が液滴のまま、タービン翼内部へ同伴されることを防ぐため、多孔質材６８の下流側に液滴フィルター７５が設置されている。
【００３８】
このような構成とすることで、他の実施例と同様、ガスタービンの高効率化と大出力化を図ることができる。加湿器を別体構造とするよりも構成がコンパクトなため、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のガスタービン設備の一実施例である。
【図２】ガスタービンと加湿器の接続部の詳細図である。
【図３】本発明の加湿器構造の一実施例である。
【図４】本発明の加湿器構造の一実施例である。
【図５】内ケーシングを浸潤性の多孔質材のハニカム構造とした構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…圧縮機、１１…燃料、１２…燃焼器、１４…タービン、１６…発電機、１８…ロータ系、４１…ケーシング、５０…流量調節弁、５１…流量計、５２…水、５３…液状水分、６０…加湿器、６１…充填物、６２…水分分配器、６３…水分噴射孔、６４…液滴除去器、６５…水位計、６６…温度計、６７…圧力計、６８…多孔質ハニカム材、７１…抽気配管系、７２…冷却空気供給配管、７３…冷却空気分配系、７４…タービン内ケーシング、７７…給水配管、９０…制御装置、１００…圧縮機動翼、１１１…圧縮機静翼、140…タービン静翼、１４１…タービン動翼。
【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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