(57)【要約】【課題】ファンなどの機器を新たに設置することなく、稼働中に限らず待機中であっても排気ファンのベルトを排気することが可能な略密閉された高温雰囲気の空間の排気システムを提供する。【解決手段】本発明に係る略密閉された高温雰囲気の空間の排気システムの代表的な構成は、ガスタービンの排気室エンクロージャ１４０に接続された第１ダクト１５２および第２ダクト１５４と、第１ベーンおよび第２ベーンのそれぞれの下流側に配置された第１排気ファン１６６および第２排気ファン１６８とを備え、第１排気ファンおよび第２排気ファンは、それぞれベルト２０８を覆うベルトカバー２２０とを有し、ベルトカバーは、一端が筐体の外部に開口し（外部開口２１０）、他端がダクトの内部であって第１ベーンまたは第２ベーンの上流側に開口している（内部開口２２６）ことを特徴とする。【選択図】図３
2012102912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温空間に接続された複数のダクトと、
前記複数のダクト内の空気の流通をそれぞれ開閉する複数のベーンと、
前記複数のベーンのそれぞれの下流側に配置された複数の排気ファンとを備え、
前記複数の排気ファンのいずれか１つを待機させる高温空間の排気システムにおいて、
前記複数のファンは、それぞれ、空気が流通する筐体と、筐体の外部に配置されたモータと、筐体の内部に配置された羽根と、前記モータの駆動軸から前記羽根の回転軸に駆動力を伝達するベルトと、前記ベルトを覆うベルトカバーとを有し、
前記ベルトカバーは、一端が前記筐体の外部に開口し、他端が前記ダクトの内部であって前記ベーンの上流側に開口していることを特徴とする高温空間の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ密閉された高温空間から複数の排気ファンを用いて冷却を行う排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、稼働している装置や設備の影響により高温になる空間は、排気により空間の内部を負圧にして外気を導入し、冷却する構成を取っているものが多い。
【０００３】
例えばガスタービンは高温の燃焼ガスを動力としてタービンを回転させる原動機であり、火力発電用としてガスタービン単体での発電やコンバインドサイクル発電などに利用されている。ガスタービンは高周波音が発生するため、防音を主な目的とした隔壁によって取り囲んだエンクロージャと呼ばれる空間にほぼ密閉された状態としている。ガスタービンの燃焼温度は１１００℃〜１７００℃程度にもなり、エンクロージャ内もガスタービンから伝えられる熱で１００℃以上の高温となる。そのため特許文献１に開示されているように、エンクロージャには吸気口および排気口を設け、排気口から排気ファンによって強制的に排気し、吸気口から外気または屋内の空気を吸引してエンクロージャ内部の温度上昇を抑えている。なお特許文献１では、複数の吸気口を設けて吸気流量を調整することによりエンクロージャ内が過度に冷えることを防止している。
【０００４】
またガスタービンのエンクロージャに限らず、大型モータを収容した防音室や、乾燥室、燃料電池の収容室など、室内の空気が高温になる設備は多くある。このような場合にも、排気口から排気ファンによって強制的に排気することにより、高温の室内空間の冷却を行っている。
【０００５】
排気口に設置される排気ファンは、直径が１ｍを超えるような大型のプロペラ式のファン（換気扇）である。この排気ファンは高温の排気に常にさらされることから、筐体の外部にモータを配置している。筐体の内部に配置された羽根には、Ｖベルトやタイミングベルトなどのベルトによってモータから駆動力を伝達している。しかし、この構造によればモータが高温空気にさらされることは回避できるが、ベルトは高温空気にさらされることになる。ベルトは可撓性を有するゴムや樹脂材料で形成されているから、高温にさらされると顕著に劣化し、寿命が短くなるという問題がある。そこでベルトをベルトカバーで覆い、高温空気がベルトに直接あたることを防止している。
【０００６】
特許文献２には、ベルトおよびプーリをベルトカバーで覆い、ベルトカバーに筐体の外部へと連通する廃熱管を設け、冷却ファンつきモータの冷却空気によってベルトも冷却する構成が提案されている。
【０００７】
特許文献３には、ベルトおよびプーリをケーシング（ベルトカバー）で覆い、ベルトの間に整流板を設けることにより、ベルトの回転によってケーシング内の空気を移動（吸気および排気）させてベルトを冷却する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３３９７０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３９９８号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ガスタービンが火力発電所等に使用される場合、万一排気ファンが故障してもエンクロージャの排気を継続できるように、排気用のダクトおよび排気ファンを２系統備えている。この場合、１台は稼働し、もう１台は予備として待機しており、定期的に（例えば１ヶ月ごとに）切り換えて運用している。またガスタービンのエンクロージャに限らず、複数台の排気ファンを備えている場合には、その負荷に応じて一部の排気ファンを停止する場合がある（台数制御）。
【００１０】
ここでベルトに着目すると、稼働中の排気ファンのベルトは回転しているため、モータ側に出たときに大気雰囲気中で冷却される。このため、ダクト内部で高温空気にさらされているとしても、モータ側で適宜冷却されることから、ベルトの劣化は比較的抑えられる。しかし、待機側の排気ファンではベルトが回転しないため、ベルトの羽根側にある部分（ダクト内部にある部分）が常に高温空気にさらされることになり、著しく劣化が進んでしまうという問題がある。
【００１１】
特許文献２に記載の技術では、モータの冷却ファンによってベルトの冷却も行っている。特許文献３に記載の技術では、ベルトが回転する際の空気の流動を利用してベルトの冷却を行っている。したがって、特許文献２、３のいずれに記載の技術を用いても、待機中の排気ファンのベルトを冷却することはできない。
【００１２】
なお、排気ファンにベルトを冷却するためのファンを設けて、排気ファンが待機中であってもベルトの冷却を継続することも考えられる。しかし装置構成が複雑になってコストが上昇してしまううえに、メンテナンス費用およびランニング費用がかさむなど、別の問題が生じてしまう。
【００１３】
そこで本発明は、ファンなどの機器を新たに設置することなく、稼働中に限らず待機中であっても排気ファンのベルトを冷却することが可能なガスタービンのエンクロージャの排気システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、高温空間に接続された複数のダクトと、複数のダクト内の空気の流通をそれぞれ開閉する複数のベーンと、複数のベーンのそれぞれの下流側に配置された複数の排気ファンとを備え、複数の排気ファンのいずれか１つを待機させる高温空間の排気システムにおいて、複数のファンは、それぞれ、空気が流通する筐体と、筐体の外部に配置されたモータと、筐体の内部に配置された羽根と、モータの駆動軸から羽根の回転軸に駆動力を伝達するベルトと、ベルトを覆うベルトカバーとを有し、ベルトカバーは、一端が筐体の外部に開口し、他端がダクトの内部であってベーンの上流側に開口していることを特徴とする。
【００１５】
上記構成においては、待機側のダクトのベーンの上流側は稼働側の排気ファンの排気力によって負圧になっている。そして、ベルトカバーの他端がベーンの上流側に開口していることにより、ベルトカバーの内部には外気が流通する。これにより、ファンなどの機器を新たに設置することなく、待機中であってもベルトを冷却することが可能である。なお高温とは大気より高い温度、換言すれば大気によって冷却可能な温度をいい、さらにはベルトの劣化が進行する程度の温度を対象としている。
【００１６】
また稼働側の排気ファンにおいても、自己の排気力によって上流側は負圧になっていることから、外気がベルトカバーを通過して吸引される。したがって従来のように部分的に大気雰囲気中に出るよりも積極的に冷却することができ、ベルトの寿命を伸ばすことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ファンなどの機器を新たに設置することなく、稼働中に限らず待機中であっても排気ファンのベルトを冷却することが可能なガスタービンのエンクロージャの排気システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービンの概略構成を説明する図である。
【図２】第１排気ファンの構成を説明する部分切断図である。
【図３】排気システムの動作を説明する模式図である。
【図４】排気ファンの他の構成を説明する部分断面図である。
【図５】排気システムの他の構成例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２０】
本実施形態では、高温空間として、発電所のガスタービンのエンクロージャを例に用いて説明する。ここで高温とは大気より高い温度、換言すれば大気によって冷却可能な温度をいい、さらにはベルトの劣化が進行する程度の温度を対象としている。そして本発明はガスタービンのエンクロージャに限らず、高温の空気を排出する排気システムであれば適用することができる。
【００２１】
図１はガスタービンの概略構成を説明する図である。エンクロージャ１００はほぼ密閉された構造となっている。補機室１１０には、不図示の起動装置や過給器、インタークーラーなどが設置されている。吸気室１２０には、フィルタ等が設置された空気取入室１２２を介して外気が取り込まれる。吸気室１２０に取り込まれた空気は、ガスタービンエンクロージャ１３０へと送られる。
【００２２】
ガスタービンエンクロージャ１３０内において、空気は空気圧縮機１０２によって圧縮され、燃焼室１０４において燃料と混合して燃焼され、ガスタービン１０６を回転させる。これらの室は密閉されていて、ガスタービンエンクロージャ１３０によって二重に密閉された構造となっている。燃焼室１０４内およびガスタービン１０６内では１１００℃〜１７００℃程度の燃焼温度となり、ガスタービンエンクロージャ１３０内も、１００℃以上に昇温する。
【００２３】
ガスタービン１０６を回転させた排気は、ガスタービン排気室１４２を経て、復水器へと送られる。またリパワリングシステムを採用している火力発電所では、ガスタービン排気室１４２から不図示のボイラへと排気が送られて、さらに蒸気が生成される。ガスタービン排気室１４２は排気室エンクロージャ１４０によって二重に密閉された構造となっており、排気室エンクロージャ１４０の内部も、１００℃以上に昇温する。
【００２４】
上記のように、エンクロージャ１００（ガスタービンエンクロージャ１３０、排気室エンクロージャ１４０）の内部は、いずれも１００℃以上の高温となる。したがって現状は、巡視等の作業環境改善や設置されている機器への温度負荷の軽減を目的として、換気による温度上昇の抑制を行っている。
【００２５】
排気室エンクロージャ１４０には、第１ダクト１５２および第２ダクト１５４が接続されており、第１ダクト１５２および第２ダクト１５４が合流した第３ダクト１５６は大気に開放されている。第１ダクト１５２および第２ダクト１５４には、それぞれ第１ベーン１６２と第２ベーン１６４、第１排気ファン１６６および第２排気ファン１６８が備えられている。第１排気ファン１６６と第２排気ファン１６８は、一方が稼働しているときには他方は予備として待機している。第１ベーン１６２と第２ベーン１６４のうち、稼働側ではベーンを開き、待機側ではベーンを閉じる。すなわち、万一排気ファンが故障しても排気室エンクロージャ１４０の排気を継続できるように、排気用のダクトおよび排気ファンを２系統備えている。
【００２６】
同様に、ガスタービンエンクロージャ１３０には、第１ダクト１７２および第２ダクト１７４が接続されており、第１ダクト１７２および第２ダクト１７４が合流した第３ダクト１７６は大気に開放されている。第１ダクト１７２および第２ダクト１７４には、それぞれ第１ベーン１８２と第２ベーン１８４、第１排気ファン１８６と第２排気ファン１８８が備えられている。第１排気ファン１８６と第２排気ファン１８８は、一方が稼働しているときには他方は予備として待機している。
【００２７】
ここで、排気室エンクロージャ１４０に接続された排気システム（ダクト、ベーン、および排気ファン等）と、ガスタービンエンクロージャ１３０に接続された排気システムには、同様に本発明を適用することができる。そのため以下の説明では、代表として排気室エンクロージャ１４０に接続された排気ファン等の符号を用いて説明する。また、排気ファンの構成について説明するとき、第１排気ファン１６６を例に用いて説明する。
【００２８】
上記構成の排気システムでは、第１排気ファン１６６が稼働しているとすると、待機側の第２ベーン１６４は閉じられるため、排気室エンクロージャ１４０から第２排気ファン１６８に至る気流は停止する。しかし稼働側の第１排気ファン１６６から送られた高温空気が第３ダクト１５６側から第２排気ファン１６８の後側に回り込むため、やはり待機側の第２排気ファン１６８は高温空気にさらされることになる。このため回転していないベルトが常に高温の状態となり、劣化が進行するおそれがある。そこで本発明では、待機側の第２排気ファン１６８のベルトも冷却可能とする。
【００２９】
図２は第１排気ファン１６６の構成を説明する部分切断図である。なお第２排気ファン１６８、第１排気ファン１８６、第２排気ファン１８８も同様である。図２では内部構造がわかるように、筐体やカバーの一部を切断または透視している。
【００３０】
図２に示すように、第１排気ファン１６６は、空気が流通する筐体２０２と、筐体２０２の外部に配置されたモータ２０４と、筐体２０２の内部に配置された羽根２０６を備えている。モータ２０４の駆動軸２０４ａに固定された駆動プーリ２０４ｂと、羽根２０６の回転軸２０６ａに固定された受動プーリ２０６ｂの間には、駆動力を伝達するベルト２０８が掛けられている。ベルト２０８の材質としては、ゴム、合成ゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）などが用いられる。
【００３１】
筐体２０２にはベルト２０８を通すための外部開口２１０が設けられており、外部開口２１０には異物の混入を防止するための金網が取り付けられている（金網には、ベルト２０８を通すための隙間が設けられている）。
【００３２】
筐体２０２の内部には、ベルト２０８を覆うベルトカバー２２０が設けられている。ベルトカバー２２０は、ベルト２０８の羽根側にある部分（ダクト内部にある部分）を覆うベルト保護部２２０ａと、羽根２０６の軸受２０６ｃを覆う軸受保護部２２０ｂとを有している。ただし本発明を実施するに際して、軸受保護部２２０ｂは必ずしも必要ではなく、ベルト保護部２２０ａを有していればよい。ベルト保護部２２０ａの一端（図では上端）は、ベルト２０８を挿通するための外部開口２１０を介して、大気に開放している。
【００３３】
さらに、ベルト保護部の他端（図では下端）には連通管２２２を接続して筐体２０２の外まで引き出している。連通管２２２には冷却管２２４を接続し、第１ダクト１５２の外側を引き回して、第１ベーン１６２の上流側において第１ダクト１５２に再び接続する。これにより、冷却管２２４の先端には、第１ダクト１５２の内部に開口した内部開口２２６が設置される。
【００３４】
上記構成によれば、ベルトカバー２２０は、一端に筐体の外部に開口した外部開口２１０を有し、他端に第１ダクト１５２の内部であって第１ベーン１６２の上流側に開口した内部開口２２６を備えることになる。
【００３５】
図３は排気システムの動作を説明する模式図である。図３（ａ）では第１排気ファン１６６が稼働側、第２排気ファン１６８が待機側であって、第１ベーン１６２は開き、第２ベーン１６４は閉じている。この状態では、第１排気ファン１６６の排気力によって、第１ダクト１５２の第１排気ファン１６６より上流側、排気室エンクロージャ１４０、および第２ダクト１５４の第２ベーン１６４より上流側が負圧になる。このため、待機側の第２排気ファン１６８において、内部開口２２６から冷却管２２４を通じてベルトカバー２２０内の空気が吸い出される。すると外部開口２１０から外気が取り込まれ、ベルト２０８を冷却する空気の流れが形成される。
【００３６】
同様に、図３（ｂ）では第１排気ファン１６６が待機側、第２排気ファン１６８が稼働側であって、第１ベーン１６２は閉じ、第２ベーン１６４は開いている。この状態では、第２排気ファン１６８の排気力によって、第１ダクトの第１ベーン１６２より上流側が負圧になる。このため、待機側の第１排気ファン１６６において、外部開口２１０から取り込まれた外気がベルトカバー２２０、冷却管２２４を通じて内部開口２２６から吸い出されて、ベルト２０８が冷却される。
【００３７】
上記のようにして、ファンなどの機器を新たに設置することなく、待機中であっても排気ファン（第１排気ファン１６６、第２排気ファン１６８）のベルト２０８を冷却することが可能である。
【００３８】
また、稼働側の排気ファン（第１排気ファン１６６、第２排気ファン１６８）においても、自己の排気力によってベーン（第１ベーン１６２、第２ベーン１６４）の上流側は負圧になっていることから、外気がベルトカバー２２０を通過して吸引される。したがって従来のようにベルト２０８が駆動プーリ２０４ｂの位置で大気雰囲気中に出るよりも積極的に冷却することができ、ベルトの寿命を伸ばすことができる。
【００３９】
図４は排気ファンの他の構成を説明する部分断面図である。図２を用いて説明した第１排気ファンと説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。図４では内部構造がわかるように、筐体やカバーの一部を切断または透視している。
【００４０】
図４に示す排気ファン１９０においては、ベルトカバー２３０のベルト保護部２３０ａは、ベルトと、モータ２０４側の駆動プーリ２０４ｂと、羽根２０６側の受動プーリ２０６ｂを全て覆う構造をしている。ベルト保護部２３０ａに連続して、軸受２０６ｃを覆う軸受保護部２３０ｂを有している。さらにベルトカバー２３０は、受動プーリ２０６ｂ近傍と軸受２０６ｃを観察するための点検ダクト２３０ｃを備え、筐体２０２の側面に設けられた点検用開口２３２に接続されている。点検用開口２３２には、異物の混入を防止するための金網が取り付けられている。
【００４１】
そして軸受保護部２３０ｂの点検ダクト２３０ｃとは異なる位置に連通管２２２を接続して筐体２０２の外まで引き出し、冷却管２２４によって第１ダクト１５２の外側を引き回して、第１ベーン１６２の上流側において第１ダクト１５２に再び接続する。
【００４２】
図４のように構成することによっても、ベルトカバー２３０は、一端に筐体の外部に開口（点検用開口２３２）を有し、ベルト２０８の羽根側にある部分（ダクト内部にある部分）を介して、他端に第１ダクト１５２の内部であって第１ベーン１６２の上流側に開口した内部開口２２６を備えることになる。これにより、ファンなどの機器を新たに設置することなく、待機中であっても排気ファン１９０のベルト２０８を冷却することが可能である。
【００４３】
図４に示した排気ファン１９０と図２に示した第１排気ファン１６６を比較すると、図４の構成では軸受２０６ｃも積極的に冷却することができるため、潤滑油の劣化を防止することができる。また、図４に示すように内部開口２２６に下流側に向かって開口するノズル２２６ａ（エルボでもよい）を設けることにより、気流が冷却管２２４内に流入することを防止し、より確実に負圧によって吸引させることができる。
【００４４】
図５は排気システムの他の構成例を説明する図である。上記したように、発電所におけるエンクロージャの冷却システムは原則としてダクト及び排気ファンを２系統備えるが、発電所以外に設置された排気システムに本発明を適用する場合には、１系統しか設けない場合もある。
【００４５】
図５はエンクロージャに対してダクトおよび排気ファンを１つしか設けない例である。この場合は第１排気ファン１６６の上流側にベーンは設けられていない。この構成では、待機側の排気ファンでベルトが劣化するという課題は生じない。しかし、稼働中の排気ファンであっても、より冷却するほどベルトの寿命を延長できる点では代わりがない。
【００４６】
そして上記説明した如く、第１排気ファン１６６は自己の排気力によってその上流側が負圧になっていることから、外部開口２１０から取り込まれた外気がベルトカバー２２０、冷却管２２４を通じて内部開口２２６から吸い出されて、ベルト２０８が冷却される。すなわち、第１排気ファン１６６を単体で使用した場合にもベルト２０８を積極的に冷却することができ、ベルト２０８の寿命を延長することができる。
【００４７】
また、図示はしないが、ダクト及び排気ファンを３系統以上備えた構成においても、複数の排気ファンのいずれか１つを待機させるのであれば、本発明を適用し、その利益を得ることができる。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、ほぼ密閉された高温空間から複数の排気ファンを用いて冷却を行う排気システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００…エンクロージャ、１０２…空気圧縮機、１０４…燃焼室、１０６…ガスタービン、１１０…補機室、１２０…吸気室、１２２…空気取入室、１３０…ガスタービンエンクロージャ、１４０…排気室エンクロージャ、１４２…ガスタービン排気室、１５２…第１ダクト、１５４…第２ダクト、１５６…第３ダクト、１６２…第１ベーン、１６４…第２ベーン、１６６…第１排気ファン、１６８…第２排気ファン、１７２…第１ダクト、１７４…第２ダクト、１７６…第３ダクト、１８２…第１ベーン、１８４…第２ベーン、１８６…第１排気ファン、１８８…第２排気ファン、１９０…排気ファン、２０２…筐体、２０４…モータ、２０４ａ…駆動軸、２０４ｂ…駆動プーリ、２０６…羽根、２０６ａ…回転軸、２０６ｂ…受動プーリ、２０６ｃ…軸受、２０８…ベルト、２１０…外部開口、２２０…ベルトカバー、２２０ａ…ベルト保護部、２２０ｂ…軸受保護部、２２２…連通管、２２４…冷却管、２２６…内部開口、２２６ａ…ノズル、２３０…ベルトカバー、２３０ａ…ベルト保護部、２３０ｂ…軸受保護部、２３０ｃ…点検ダクト、２３２…点検用開口
【図１】
2012102912.tif 000003
【図２】
2012102912.tif 000004
【図３】
2012102912.tif 000005
【図４】
2012102912.tif 000006
【図５】
2012102912.tif 000007