(57)【要約】      （修正有）【課題】水自給式タービンシステムおよびそのシステムを運転する方法を提供する。【解決手段】上流圧縮機１４と下流タービン部分１６との間に配設されている燃焼室１２を含む燃焼タービン１０と、第１の液体乾燥剤２２を燃焼タービン１０により生成される水分に富んだ排気流１８と接触させ、水分に富んだ液体乾燥剤２４および水分が枯渇した排気流１９を生成する水回収ユニット２０と、水分に富んだ液体乾燥剤２４を高温圧縮空気３２と接触させ、水分に富んだ液体乾燥剤２４から水分を分離し、水分に富んだ圧縮空気３４をもたらし、第１の液体乾燥剤２２を再生する乾燥剤再生ユニット３０とを含み、燃焼タービン１０は、高温圧縮空気３２を乾燥剤再生ユニット３０に供給しかつ乾燥剤再生ユニット３０から水分に富んだ圧縮空気３４を受け入れるように構成されており、乾燥剤再生ユニット３０は、第１の液体乾燥剤２２を水回収ユニット２０に供給する。【選択図】図１
2012132453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水自給式タービンシステムであって、
（ａ）上流圧縮機と下流タービン部分との間に配設されている燃焼室を含む燃焼タービンと、
（ｂ）第１の液体乾燥剤を前記燃焼タービンにより生成される水分に富んだ排気流と接触させ、かつ水分に富んだ液体乾燥剤および水分が枯渇した排気流を生成するように構成されている水回収ユニットと、
（ｃ）前記水分に富んだ液体乾燥剤を高温圧縮空気と接触させて、前記水分に富んだ液体乾燥剤から水分を分離し、水分に富んだ圧縮空気をもたらし、前記第１の液体乾燥剤を再生するように構成されている乾燥剤再生ユニットと
を含み、
前記燃焼タービンは、前記高温圧縮空気を前記乾燥剤再生ユニットに供給しかつ前記乾燥剤再生ユニットから前記水分に富んだ圧縮空気を受け入れるように構成されており、
前記乾燥剤再生ユニットは、前記第１の液体乾燥剤を前記水回収ユニットに供給するように構成されている、
水自給式タービンシステム。
【請求項２】
複数の水回収ユニットを含む、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項３】
複数の乾燥剤再生ユニットを含む、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項４】
水自給式タービンシステムを運転する方法であって、
（ａ）上流圧縮機、燃焼室および下流タービン部分を含む燃焼タービン内に空気および燃料を導入して、水分に富んだ排気流および高温圧縮空気スリップストリームを生成するステップと、
（ｂ）水回収ユニット内の前記水分に富んだ排気流を第１の液体乾燥剤と接触させて、水分が枯渇した排気流および水分に富んだ液体乾燥剤を生成するステップと、
（ｃ）乾燥剤再生ユニット内の前記水分に富んだ液体乾燥剤を前記高温圧縮空気スリップストリームと接触させて、前記第１の液体乾燥剤および水分に富んだ圧縮空気流を再生するステップと、
（ｄ）前記水分に富んだ圧縮空気の少なくとも一部を前記燃焼タービン内に導入するステップと
を含む、方法。
【請求項５】
定常状態で少なくとも４５％の水回収率を特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
定常状態で少なくとも８０％の水回収率を特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記第１の液体乾燥剤は無機液体乾燥剤である、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記無機液体乾燥剤は、臭化リチウムと塩化リチウムとの混合物を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１の液体乾燥剤は有機乾燥剤を含む、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
前記有機乾燥剤はエチレングリコールを含む、請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、水自給式（ｗａｔｅｒ  ｓｅｌｆ−ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）タービンシステムおよびそのようなシステムを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼タービンを使用して燃料を機械エネルギーに変換する発電システムでは、タービンの出力を高めるために、１つまたは複数の位置で水蒸気を燃焼タービン内に同時注入することが有利であると、何度も証明されてきた。このように、水蒸気は、燃焼タービン内で使用される周囲空気に加えられることが多いか、または１つもしくは複数の圧縮機段内に注入されるか、または燃焼室内に直接注入されるか、またはいくらかはそのような燃焼タービン構成要素の２つ以上の中に注入される。そのような状況下、燃焼タービンは、使用される水のいくらかを回収するために措置が講じられない限り、相当量の水を消費する可能性がある。例えば、公称出力定格が１００メガワットの発電所が、出力増大およびＮＯｘ制御のために燃焼タービンに供給される蒸気の状態で、毎分１００ガロン（３７８．５リットル）より多くの水を消費すると推定される。
【０００３】
プロセス水を回収し再利用する産業プロセスおよび都市プロセスに、関心が高まっている。例えば、高温タービン排気から水を回収する構想を開示している米国特許第６８０４９６４号を参照されたい。水が不足している地域では、そのようなプロセスの利点が際立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７０９６６５９（Ｂ１）号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでに成された素晴らしい技術成果にも関わらず、限られた水源がますます増加する人的活動に使用されているので、さらなる向上の必要がある。本発明は、産業プロセス水の回収および再利用に有用な、さらなる向上および洞察をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、本発明は、（ａ）上流圧縮機と下流タービン部分との間に配設されている燃焼室を含む燃焼タービンと、（ｂ）第１の液体乾燥剤を燃焼タービンにより生成される水分に富んだ排気流と接触させ、かつ水分に富んだ液体乾燥剤および水分が枯渇した排気流を生成するように構成されている水回収ユニットと、（ｃ）水分に富んだ液体乾燥剤を高温圧縮空気と接触させて、水分に富んだ液体乾燥剤から水分を分離し、水分に富んだ圧縮空気をもたらし、第１の液体乾燥剤を再生するように構成されている乾燥剤再生ユニットとを含み、燃焼タービンは、高温圧縮空気を乾燥剤再生ユニットに供給しかつ乾燥剤再生ユニットから水分に富んだ圧縮空気を受け入れるように構成されており、乾燥剤再生ユニットは、第１の液体乾燥剤を水回収ユニットに供給するように構成されている、水自給式タービンシステムを提供する。
【０００７】
代替の実施形態では、本発明は、（ａ）上流圧縮機、燃焼室および下流タービン部分を含む燃焼タービン内に空気および燃料を導入して、水分に富んだ排気流および高温圧縮空気スリップストリームを生成するステップと、（ｂ）水回収ユニット内の水分に富んだ排気流を第１の液体乾燥剤と接触させて、水分が枯渇した排気流および水分に富んだ液体乾燥剤を生成するステップと、（ｃ）乾燥剤再生ユニット内の水分に富んだ液体乾燥剤を高温圧縮空気スリップストリームと接触させて、第１の液体乾燥剤および水分に富んだ圧縮空気流を再生するステップと、（ｄ）水分に富んだ圧縮空気の少なくとも一部を燃焼タービン内に導入するステップとを含む、水自給式タービンシステムを運転する方法を提供する。
【０００８】
さらに別の実施形態では、本発明は、（ａ）上流圧縮機、燃焼室および下流タービン部分を含む燃焼タービン内に空気および天然ガスを導入して、水分に富んだ排気流および高温圧縮空気スリップストリームを生成するステップと、（ｂ）水回収ユニット内の、初期温度が約７０から約１１０℃の範囲内である水分に富んだ排気流を、初期温度が約５０から約９０℃の範囲内である第１の液体乾燥剤と接触させて、水分が枯渇した排気流および水分に富んだ無機液体乾燥剤を生成するステップと、（ｃ）乾燥剤再生ユニット内の、初期温度が約７０から約１８０℃の範囲内である水分に富んだ無機液体乾燥剤を、初期温度が約３５０から約５００℃の範囲内である高温圧縮空気スリップストリームと接触させて、第１の無機液体乾燥剤および水分に富んだ圧縮空気流を再生するステップと、（ｄ）水分に富んだ圧縮空気の少なくとも一部を燃焼タービン内に導入するステップとを含む、水自給式タービンシステムを運転する方法を提供する。
【０００９】
本発明の他の実施形態、態様、特徴および利点が、以下の詳細な説明、添付図面および添付の特許請求の範囲から、当業者に明らかになるであろう。
【００１０】
図面を通じて同様の文字が同様の部分を示す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、本発明のこれらのかつ他の特徴、態様および利点が、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態によるタービンシステムの概略図である。
【図２】本発明の１つまたは複数の実施形態によるタービンシステムの概略図である。
【図３】本発明の１つまたは複数の実施形態によるタービンシステムの概略図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の実施形態によるタービンシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の明細書および後続する特許請求の範囲では、次の意味を有すると定義されるものとする複数の用語に言及するであろう。
【００１３】
単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、他に明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。
【００１４】
「適宜の」または「適宜（に）」は、後に記載される事象または状況が起こる可能性があるかまたは起こる可能性がないこと、該記載は、その事象が起こる場合およびその事象が起こらない場合を含むこと、を意味する。
【００１５】
本明細書に用いられている用語「溶媒」は、単一の溶媒または溶媒の混合物を指す可能性がある。
【００１６】
明細書および特許請求の範囲を通じて、本明細書に用いられている概略を表す言語（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｎｇ  ｌａｎｇｕａｇｅ）は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく自由に変えることができると考えられる任意の量的表現を修飾するために用いられている可能性がある。したがって、「約」などのある単数または複数の用語により修飾される値は、特定の厳密な値に限定されるということではない。場合によっては、概略を表す言語は、値を測定する機器の精度に相応する可能性がある。
【００１７】
以下に詳細に検討されている通り、本発明は、水自給式タービンシステムを提供する。そのような水自給式タービンシステムは、システムに動力を供給するのに使用される燃料から生成される水が回収され再利用されるという点で、「自給式」と考えられる。当業者には当然のことながら、この場合は熱と燃焼生成物の水と二酸化炭素とを生成する燃料燃焼反応である化学反応の、生成物の回収および再利用に関する全ての構想は、損失を生じ易く、そのようなシステムは、通常、特定の生成物の回収に対して、１００パーセント未満の効率性で動作する。本発明は、システムに動力を供給するのに使用される燃料の燃焼から生成される水の少なくとも一部を同システム内で回収し再利用する水自給式タービンシステムを提供する。一実施形態では、水自給式タービンシステムは、システムに動力を供給するのに使用される燃料の燃焼から生成される水の少なくとも４５パーセントを回収し再利用する。代替の実施形態では、水自給式タービンシステムは、システムに動力を供給するのに使用される燃料の燃焼から生成される水の少なくとも７０パーセントを回収し再利用する。さらに別の実施形態では、水自給式タービンシステムは、システムに動力を供給するのに使用される燃料の燃焼から生成される水の少なくとも９０パーセントを回収し再利用する。そのような自給性能は、タービンシステムが水源不足の地域に配置されている場合に、特に妥当性がある可能性がある。上記の通り、燃焼タービンの効率性を高めるために、燃焼タービン内の様々な位置で水を導入することが有利であると分かっている。
【００１８】
水自給式タービンシステムは、燃料（通常は天然ガス）および高温圧縮酸化剤ガス（通常は高温圧縮空気）が点火されかつ熱と主に水および二酸化炭素である燃焼生成物とに変換される燃焼室を含む燃焼タービンを含む。燃焼室は、通常、高温圧縮酸化剤ガスを生成するのに使用される上流圧縮機と、高温燃焼生成物の運動エネルギーの少なくとも一部を機械エネルギーに変換する下流タービン部分との間に配設されている。たった今記載したタイプの燃焼タービンは商品であり、発電に広く使用されている。
【００１９】
燃焼タービンは、本明細書に開示されている通り、再利用のために水がそこから回収され得る、比較的高温の水分に富んだ排気流を生成する。水分に富んだ排気流は、直接にまたは間接的にどちらかで水回収ユニットに送られ、該ユニット内では、水分に富んだ排気流が、第１の液体乾燥剤に接触する。一実施形態では、この接触は、水分に富んだ排気流と第１の液体乾燥剤との向流を特徴とする。水回収ユニット内での水分に富んだ排気流と第１の液体乾燥剤との間の接触は、第１の液体乾燥剤によって水分に富んだ排気流から水分が吸収されるので、水分に富んだ液体乾燥剤および水分が枯渇した排気流の形成をもたらす。本明細書に開示されている通り、水分に富んだ液体乾燥剤は保持され、燃焼タービンの動作のための水源としての機能を果たす。水分が枯渇した排気流は、所望に応じて、環境中に放出されてもよいか、または貯蔵されてもよい。
【００２０】
通常、水分に富んだ排気流は、水分に富んだ排気流から第１の液体乾燥剤への水分の効率的な移動を達成するには高過ぎる温度で、燃焼タービンから出現する。例えば、いくつかの例では、水分に富んだ排気流の温度は、一般的な条件下で、第１の液体乾燥剤の沸点より高い可能性があり、したがって、水分に富んだ排気流に含まれている熱の少なくともいくらかが、その水回収ユニット内への導入前に除去される。例えば、燃焼タービンから出現する水分に富んだ排気流は、水分に富んだ排気流から熱を除去しかつ除去された熱を使用して、例えばターボ機械を駆動するなど様々な目的に使用されてもよい蒸気を生成する熱回収蒸気生成ユニットを通過させられてもよい。
【００２１】
一実施形態では、第１の液体乾燥剤は、無機液体乾燥剤、例えば水中の１つまたは複数の無機塩の水溶液、であり、本明細書において第１の無機液体乾燥剤と呼ばれることがある。代替の実施形態では、第１の液体乾燥剤は、１つまたは複数の無機塩、水および１つまたは複数の有機化合物の溶液を含む無機−有機液体混合乾燥剤（ｈｙｂｒｉｄ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｄｅｓｉｃｃａｎｔ）である。あるいは、第１の液体乾燥剤は、有機乾燥剤、例えば、適宜１つまたは複数の吸湿性有機化合物を含有する、親水性有機溶媒または溶媒の混合物、であってもよい。
【００２２】
適切な無機液体乾燥剤には、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ金属亜硝酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属硝酸塩、アルカリ土類金属亜硝酸塩、および遷移金属ハロゲン化物の比較的濃厚な溶液が含まれる。したがって、一実施形態では、本発明の方法に従って使用される第１の液体乾燥剤は、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ金属亜硝酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属硝酸塩、アルカリ土類金属亜硝酸塩、および遷移金属ハロゲン化物からなる群から選択される１つまたは複数の塩を含む第１の無機液体乾燥剤である。一実施形態では、第１の無機液体乾燥剤には、水中の臭化リチウムと塩化リチウムとの混合物が含まれる。代替の実施形態では、第１の無機液体乾燥剤には塩化カルシウムが含まれる。種々の実施形態では、第１の無機液体乾燥剤は、結晶化抑制剤の添加により、１つまたは複数の化合物の結晶化に対して安定化される。そのような抑制剤を使用する、本明細書において使用されている無機液体乾燥剤などの、システムにおける結晶化抑制の主要物および技術は、当業者には既知である。
【００２３】
当業者には当然のことながら、用語「比較的濃厚な」は、第１の液体乾燥剤が水回収ユニット内に導入される直前の、一般的な条件下での溶媒中の溶質の飽和限界の約５０パーセントの範囲内の、溶媒（一実施形態では、水）中の溶質（一実施形態では、無機塩）の濃度を指す。したがって、一実施形態では、第１の液体乾燥剤は、溶媒中に溶解されている溶質を含み、溶媒中の溶質の濃度は、溶媒中の溶質の飽和限界の約５０パーセントである。代替の実施形態では、第１の液体乾燥剤は、溶媒中に溶解されている溶質を含み、溶媒中の溶質の濃度は、溶媒中の溶質の飽和限界の約７０パーセントである。さらに別の実施形態では、第１の液体乾燥剤は、溶媒中に溶解されている溶質を含み、溶媒中の溶質の濃度は、溶媒中の溶質の飽和限界の約９０パーセントである。さらに別の実施形態では、第１の液体乾燥剤は、溶媒中に溶解されている溶質を含み、溶媒中の溶質の濃度は、溶媒中の溶質の飽和限界の約９８パーセントである。
【００２４】
適切な有機液体乾燥剤には、エチレングリコール、エタノール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、およびそれらの混合物などの吸湿性有機液体が含まれる。一実施形態では、第１の液体乾燥剤は、Ｃ1〜Ｃ5アルコールを含む有機乾燥剤である。Ｃ１〜Ｃ５アルコールは、メタノール（Ｃ1）、エタノール（Ｃ2）、プロパノール（Ｃ3）、イソプロパノール（Ｃ3）、ブタノール（Ｃ4）、イソブタノール（Ｃ4）、ペンタノール（Ｃ5）およびイソペンタノール（Ｃ5）を例とする。一実施形態では、第１の液体乾燥剤は、ジメチルスルホキシドなどの吸湿性溶媒中の１つまたは複数の吸湿性有機アンモニウム塩を含む有機乾燥剤である。代替の実施形態では、第１の液体乾燥剤は、メタキシレンなどの非吸湿性溶媒中の１つまたは複数の吸湿性有機アンモニウム塩を含む有機乾燥剤である。適切な有機アンモニウム塩には、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化ブチルトリメチルアンモニウム、フッ化テトラメチルアンモニウム等が含まれる。
【００２５】
上述の通り、第１の液体乾燥剤は、１つまたは複数の無機塩、水および１つまたは複数の有機化合物の溶液を含む無機−有機液体混合乾燥剤であってもよい。適切な無機−有機液体混合乾燥剤は、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ金属亜硝酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属硝酸塩、アルカリ土類金属亜硝酸塩、および遷移金属ハロゲン化物からなる群から選択される１つまたは複数の塩と、水と、例えばジメチルスルホキシドなどの吸湿性有機化合物とを含有する溶液を例とする。
【００２６】
水回収ユニット内で生成される水分に富んだ液体乾燥剤は、通常、各々が含有する水分量の点でのみ、第１の液体乾燥剤と組成が異なっている。第１の液体乾燥剤が水分を含有する（すなわち、第１の液体乾燥剤は「水分がない」状態ではない）実施形態では、水分に富んだ液体乾燥剤は、通常、第１の液体乾燥剤より約０．１から約２０パーセント多い水分を含む。一実施形態では、水分に富んだ液体乾燥剤は、第１の液体乾燥剤より約０．１から約１０パーセント多い水分を含む。さらに別の実施形態では、水分に富んだ液体乾燥剤は、第１の液体乾燥剤より約０．１から約５パーセント多い水分を含む。第１の液体乾燥剤が水分を含有していないか、または非常に限られた量の水分しか含有していない実施形態では、水分含有量の百分率の増大の概念は誤解を招く恐れがあり、水分に富んだ液体乾燥剤中に存在する重量パーセントの水分で、水分に富んだ液体乾燥剤の水分含有量の増大を記載することが都合がよい。したがって、一実施形態では、第１の液体乾燥剤は、０．１重量パーセントから約２重量パーセントの水分を含む有機乾燥剤であり、対応する水分に富んだ液体乾燥剤は、約０．５から約２０重量パーセントの水分を含む。
【００２７】
上述の通り、水分に富んだ液体乾燥剤は保持され、燃焼タービンの動作のための水源としての機能を果たす。したがって、水分に富んだ液体乾燥剤は、乾燥剤再生ユニット内に導入され、そこで、水分に富んだ液体乾燥剤は、燃焼タービンにより供給される高温圧縮ガス（通常は高温圧縮空気）と接触し、水分に富んだ液体乾燥剤からの水分を同伴することができる。一実施形態では、この接触は、水分に富んだ液体乾燥剤と高温圧縮ガスとの向流を特徴とする。水分に富んだ液体乾燥剤と高温圧縮ガスとの間の接触は、第１の液体乾燥剤および水分に富んだ圧縮ガスの再生をもたらす。乾燥剤再生ユニットは、再生された第１の液体乾燥剤を水回収ユニットに供給するように構成されている。高温圧縮ガスは、燃焼タービンの上流圧縮機部分から除去されかつ乾燥剤再生ユニットに送られるスリップストリームとして生成されてもよい。水分に富んだ圧縮ガスは、乾燥剤再生ユニットから送られ、燃焼タービンの１つまたは複数の位置で導入されて、燃焼タービンの全体的な性能を向上させる。当業者には当然のことながら、通常は水分に富んだ圧縮空気である水分に富んだ圧縮ガスは、乾燥剤再生ユニットに渡される高温圧縮ガス中に存在する水分量を最小化するために、燃焼タービンの上流圧縮機部分から高温圧縮ガスが除去される単数または複数の点の下流に誘導されてもよい。そのような状況下で、燃焼タービンは、乾燥剤再生ユニットに高温圧縮ガスを供給するように構成されていると言われ、乾燥剤再生ユニットから水分に富んだ圧縮ガスを受け入れるように構成されていると言われる。水分および液体乾燥剤成分のいくらかの損失は避けられないが、本発明により提供されるタービンシステムは、システムの運転中に追加される水分および第１の液体乾燥剤の量が最小化されるように設計されている。
【００２８】
一実施形態では、本発明により提供される水自給式タービンシステムは、複数の水回収ユニットを含む。一実施形態では、本発明により提供される水自給式タービンシステムは、複数の乾燥剤再生ユニットを含む。一実施形態では、本発明により提供される水自給式タービンシステムは、少なくとも１つの専用水回収ユニットと少なくとも１つの専用乾燥剤再生ユニットとを含む。代替の実施形態では、本発明により提供される水自給式タービンシステムは、水回収ユニットおよび乾燥剤再生ユニットとしての機能を交互に果たす単一の回収再生ユニットを含む。
【００２９】
本明細書は、概略図の形の例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また、任意のデバイスまたはシステムを作製することおよび任意の援用された方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実践することを可能にしている。したがって、図１を参照すると、図は、本発明により提供されかつ定常状態条件下で動作する水自給式タービンシステム１００を示している。したがって、周囲空気および燃料が、周囲空気が中に導入される上流圧縮機１４と、燃料が中に導入される燃焼室１２と、下流タービン部分１６とを含む燃焼タービン１０内に導入される。燃料は、上流圧縮機により圧縮された空気の存在下で燃焼室内で燃やされ、水回収ユニット２０に搬送される水分に富んだ排気流１８を生成する。水回収ユニット内で、水分に富んだ排気流１８は、第１の液体乾燥剤２２と接触する。図に示されている通り、第１の液体乾燥剤２２は、液体、例えば噴霧された液体として、（本明細書において第１の液体乾燥剤のための入口と呼ばれることがある）入口２１を通って水回収ユニット２０内に導入され、そこで、水分に富んだ排気流１８の向流に接触する。水分は、水分に富んだ排気流１８から第１の液体乾燥剤２２に移動する。水分に富んだ排気流から回収される水分量は、温度などの他の動作パラメータと共に、水回収ユニット内に導入される、第１の液体乾燥剤と水分に富んだ排気流との相対量を制御することにより、最適化され得る。一般に、水分に富んだ排気流に対する第１の液体乾燥剤の重量比が比較的大きい場合、より大きな水分量が、水分に富んだ排気流から除去される可能性がある。例えば、一実施形態では、水回収ユニット内に導入される、水分に富んだ排気流に対する第１の液体乾燥剤の重量比は、約１から約５００の範囲内である。代替の実施形態では、水回収ユニット内に導入される、水分に富んだ排気流に対する第１の液体乾燥剤の重量比は、約１から約１００の範囲内である。さらに別の実施形態では、水回収ユニット内に導入される、水分に富んだ排気流に対する第１の液体乾燥剤の重量比は、約１から約２５の範囲内である。
【００３０】
図１をさらに参照すると、水回収ユニット２０は、水分が枯渇した排気流１９と水分に富んだ液体乾燥剤２４とを生成する。図示の実施形態では、水分が枯渇した排気流は、出口２３を通って雰囲気へ放出される。代替の実施形態では、水分が枯渇した排気流は、１つまたは複数の付加的な水回収ユニット２０へ方向付けられる。代替の実施形態では、水分が枯渇した排気流は、二酸化炭素利用または隔離システムへ方向付けられる。水分に富んだ液体乾燥剤２４は、乾燥剤再生ユニット３０に送られ、そこで、燃焼タービン１０の上流圧縮機１４により生成された高温圧縮空気３２と接触する。図１で取り上げられている実施形態では、水分に富んだ液体乾燥剤２４は、入口３１経由で液体噴霧として導入され、出口３３経由で乾燥剤再生ユニットを出る向流ガス流としての高温圧縮空気に接触する。水分は、水分に富んだ液体乾燥剤から高温圧縮空気３２へ移動し、該高温圧縮空気は、水分に富んだ圧縮空気流３４として、乾燥剤再生ユニットを出る。水回収ユニット内の場合と同様に、水分に富んだ液体乾燥剤から回収される水分量は、乾燥剤再生ユニット内に導入される、高温圧縮空気と水分に富んだ液体乾燥剤との相対量を制御することにより、最適化され得る。通常、乾燥剤再生ユニット内に導入される高温圧縮空気流に対する水分に富んだ液体乾燥剤の重量比は、約１から約５００の範囲内である。
【００３１】
乾燥剤再生ユニットから出現する水分に富んだ圧縮空気流３４は、燃焼タービン１０に戻るように方向付けられ、そこで、燃焼タービン内部の１つまたは複数の位置で注入され、それにより、燃焼タービンの全体的な効率性を向上させる。水分が水分に富んだ液体乾燥剤２４から高温圧縮空気流３２へ移動するので、乾燥剤再生ユニットは、第１の液体乾燥剤２２を再生し、該第１の液体乾燥剤は、水回収ユニット２０に戻される。
【００３２】
図２を参照すると、図は、本発明により提供されかつ定常状態条件下で動作する水自給式タービンシステム２００を示している。周囲空気が、燃焼タービン１０内に導入され、該燃焼タービンは、上流圧縮機１４内で空気を圧縮し加熱して、高温圧縮空気３２をもたらし、該高温圧縮空気は、完全に燃焼室１２に方向付けられてもよいか、完全に乾燥剤再生ユニット３０に方向付けられてもよいか、または上流圧縮機１４により生成された高温圧縮空気３２の一部が燃焼室に方向付けられかつ上流圧縮機１４により生成された高温圧縮空気３２の一部が乾燥剤再生ユニット３０に方向付けられるように、分割されてもよい。本発明の種々の実施形態では、高温圧縮空気３２は比較的高温であり、図２に示されている実施形態では、４００℃を超える温度で上流圧縮機１４から出現し、乾燥剤再生ユニット３０に方向付けられる。図２に取り上げられている実施形態では、高温圧縮空気３２は上流圧縮機１４から出現しかつ乾燥剤再生ユニット３０と燃焼室１２との間で分割されているように示されているが、温度（Ｔ）、質量流量（Ｍ）、水分質量流量（Ｍw）、質量分率（Ｘ）および圧力（Ｐ）に関する図２に付記されている値は、上流圧縮機１４の全出力が乾燥剤再生ユニット３０に送られた実施形態について計算されている。本明細書における図１の検討で上述されている通り、乾燥剤再生ユニットは、水分に富んだ圧縮空気流３４を生成し、該水分に富んだ圧縮空気流は、図２に示されている実施形態では、その燃焼室内への導入の前に、燃焼タービン内で生成された熱を水分に富んだ圧縮空気３４に移動させる熱交換器４２経由で、本明細書においてガスタービンと呼ばれることがある燃焼タービン１０の燃焼室１２に送られる。
【００３３】
図１を参照して検討された通り、燃料および高温の水分に富んだ圧縮空気３４は、燃焼室１２内に導入され、燃やされ、主に二酸化炭素および水蒸気である高温燃焼生成物ガスは、水分に富んだ排気流１８として燃焼タービンを出る。図２に示されている実施形態では、水分に富んだ排気流１８は、それが含む熱の少なくとも一部を、隣接する熱交換器４２内の水分に富んだ圧縮空気３４に移動させる。さらなる熱が、熱回収蒸気生成ユニット４６内で水分に富んだ排気流１８から除去されることにより、プロセス蒸気が生成され、該プロセス蒸気は、様々な目的に使用され得る。水分に富んだ排気流１８は、熱回収蒸気生成ユニットから出現し、水回収ユニット２０に送られ、そこで、第１の液体乾燥剤２２と接触して、水分に富んだ液体乾燥剤２４と水分が枯渇した排気流１９とを生成する。水分に富んだ液体乾燥剤２４は、ポンプ５４により乾燥剤再生ユニット３０に送られ、そこで変換されて第１の液体乾燥剤２２に戻され、該第１の液体乾燥剤は、水回収ユニット２０に戻される。
【００３４】
図２に示されている実施形態における様々な位置で、温度（Ｔ、摂氏（℃））、総質量流量（Ｍ、キログラム毎秒（ｋｇ／ｓ））、水分質量流量（Ｍw、キログラム毎秒（ｋｇ／ｓ））、質量分率（Ｘ）および圧力（Ｐ、キロパスカル（ｋＰａ））に関する値が与えられている。これらは、基本的に、（モデルシステムの公称能力および基準点）１００メガワットの燃焼タービン１０と、第１の液体乾燥剤２２としての水中５０％の臭化リチウムと、約４５％の水回収効率での動作とを含む、図２に示されている通りに構成されている仮想水自給式タービンシステム２００のための市販のコンピュータモデリングプログラムを使用して得られる、定常状態条件を表す。このように、定常状態条件下でかつ４５パーセント水回収率で、１００メガワットの燃焼タービンにより生成される水分に富んだ排気流１８が、温度９３．７℃、総質量流量２１２ｋｇ／ｓ、および水分質量流量３２．５ｋｇ／ｓで、水回収ユニット２０内に（熱除去に続いて）導入されてもよい。定常状態条件下で、第１の液体乾燥剤２２（水中５０％のＬｉＢｒ、ＸLiBr＝ＸH2O＝０．５）は、温度５７℃、総質量流量７１４．４ｋｇ／ｓで、水回収ユニット２０に供給される。第１の液体乾燥剤２２中の臭化リチウムの質量分率Ｘは、本モデルシステムでは０．５であった。本モデルシステムでは、水分が枯渇した排気流１９は、水回収ユニットから継続的に除去され、定常状態で、温度８５℃、総質量流量１９７．４ｋｇ／ｓ、および水分質量流量１７．９ｋｇ／ｓを特徴とした。このことは、約４５％の水回収ユニット内での水回収率に相応する。本モデルは、定常状態条件下で、水分に富んだ液体乾燥剤２４は、水分が枯渇した排気流１９と同じ温度（８５℃）で、水回収ユニットから出現することを予測する。図２に示されている実施形態では、水分に富んだ液体乾燥剤２４は、定常状態で水分に富んだ液体乾燥剤２４が、温度１５２．２℃、総質量流量７２９ｋｇ／ｓで、入口３１経由で乾燥剤再生ユニット内に導入されるように、ポンプ５４により乾燥剤再生ユニット３０に、かつ熱交換器４２に送られる。水分に富んだ液体乾燥剤２４中の臭化リチウムの質量分率Ｘは、０．４９である。したがって、水分に富んだ液体乾燥剤２４中の水分の質量分率は、０．５１である。本モデリング研究により提供されるさらなる詳細が、図２において与えられており、本発明により提供される水自給式タービンシステム構造の全般的な魅力を支持している。
【００３５】
図３を参照すると、図は、本発明により提供される水自給式タービンシステム３００を示している。周囲空気が、燃焼タービン１０の上流圧縮機１４内に導入され、そこで圧縮されて、高温圧縮空気３２を形成する。図３に示されている実施形態では、圧縮空気３２の少なくとも一部が、タービン中間冷却器ユニット４０に方向付けられる。タービン中間冷却器ユニット４０は、圧縮空気から冷却された流体５０へ熱を移動させる熱交換器４２を含む。冷却された流体５０に移動した熱６０が、冷却ユニット４４により除去される。タービン中間冷却器ユニットからの圧縮空気３２は、次いで、上流圧縮機１４の１つまたは複数の圧縮段内に導入し戻され、該１つまたは複数の圧縮段は、その空気をさらに圧縮して比較的高温かつ比較的高圧の圧縮空気を生成し、該圧縮空気は、乾燥剤再生ユニット３０に送られ、その中で使用される。図３で取り上げられている実施形態では、上流圧縮機１４の高温圧縮空気３２の出力が、乾燥剤再生ユニット３０に送られる、本明細書においてスリップストリームと呼ばれることがある高温圧縮空気３２の第１の流れと、燃焼室１２に直接送られる、高温圧縮空気３２の第２の流れとに分割される。
【００３６】
図４を参照すると、図は、本発明により提供される水自給式タービンシステム４００を示している。図４に示されている実施形態では、周囲空気が、冷却コイル５２に導入され、該冷却コイルは、上流圧縮機１４内での圧縮の前に、ガスタービン１０に供給されている空気を冷却する。冷却コイル５２は、例示の実施形態ではヒートシンクの機能を果たす吸収冷却装置５６に連結されている。
【００３７】
本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められ、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とわずかしか異ならない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１０  燃焼タービン
１２  燃焼室
１４  上流圧縮機
１６  下流タービン部分
１８  水分に富んだ排気流
１９  水分が枯渇した排気流
２０  水回収ユニット
２１  （第１の液体乾燥剤用の）入口
２２  第１の液体乾燥剤
２３  （水分が枯渇した排気流用の）出口
２４  水分に富んだ液体乾燥剤
３０  乾燥剤再生ユニット
３１  （水分に富んだ液体乾燥剤用の）入口
３２  高温圧縮空気／高温圧縮空気スリップストリーム
３３  （水分に富んだ圧縮空気用の）出口
３４  水分に富んだ圧縮空気流
４０  タービン中間冷却器ユニット
４２  熱交換器
４４  冷却ユニット
４６  熱回収蒸気生成ユニット
５０  冷却された液体
５２  冷却コイル
５４  ポンプ
５６  吸収冷却装置
６０  熱
１００、２００、３００、４００  水自給式タービンシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2012132453000001.pdf