(57)【要約】      （修正有）【課題】ほぼ均一な流入空気温度をもたらすチラーコイルシステムを提供する。【解決手段】非対称ガスタービンフィルタハウジング用のチラーコイルシステムが、ほぼ垂直な配列で配置される複数のチラーコイルモジュール２２であって、各チラーコイルモジュール２６〜，１２６〜は、冷却流体入口管４２〜及び流体出口管５４〜を設けられる、チラーコイルモジュールを含む。各出口管は、共通の戻り管３９に接続し、入口管の少なくともいくつかは、共通の戻り管に接続する。混合制御弁７４〜は、入口管の少なくともいくつかに加えられる、共通の戻り管内の冷却流体の量を制御するために提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ垂直な配列で配置される複数のチラーコイルモジュールであって、各チラーコイルモジュールは、共通の供給管に接続する流体入口管、及び共通の戻り管に接続する流体出口管を設けられ、前記入口管の少なくともいくつかは、前記共通の戻り管に接続する、チラーコイルモジュールと、
前記流体入口管の少なくともいくつかに加えられる、前記共通の戻り管内の流体の量を制御するための混合制御弁と
を備える、非対称ガスタービンフィルタハウジング用のチラーコイルシステム。
【請求項２】
前記複数のチラーモジュールは、２つの垂直に並んだ、モジュールの並列グループを含む、請求項１記載のチラーコイルシステム。
【請求項３】
モジュールの前記並列グループのそれぞれにおけるモジュールは、垂直に隣接する対に分けられ、前記混合制御弁の１つは、前記並列グループのそれぞれにおける垂直に隣接するそれぞれの対に提供される、請求項２記載のチラーコイルシステム。
【請求項４】
モジュールの前記並列グループのそれぞれは、それぞれ少なくとも２つのモジュールを有する少なくとも３つの組を含む、請求項２記載のチラーコイルシステム。
【請求項５】
前記混合制御弁は、チラーコイルコントローラにより制御される、請求項１記載のチラーコイルシステム。
【請求項６】
前記チラーコイルコントローラは、限定されないが、流入空気温度、流入空気速度、冷却流体水供給流量、冷却流体水供給温度、戻り流体温度、及び下流空気温度を含む、複数の入力を受け取る、請求項５記載のチラーコイルシステム。
【請求項７】
前記チラーコイルコントローラは、前記入口管の前記少なくともいくつかに入る冷却流体の温度及び流量を調整し、それにより、前記複数のチラーコイルモジュールを貫流する空気が、ほぼ均一な下流温度を有することを可能にする、請求項５記載のチラーコイルシステム。
【請求項８】
前記チラーコイルシステムは、ガスタービンフィルタハウジング内に支持される入口フィルタ要素の上流又は下流のガスタービンフィルタハウジング入口内に取り付けられる、請求項１記載のチラーコイルシステム。
【請求項９】
モジュールの前記並列グループのそれぞれは、それぞれ少なくとも２つのモジュールを有する少なくとも３つの組を含み、
前記入口管の前記少なくともいくつかは、前記３つのモジュールの組の中間及び上部のものに冷却水を供給する管を備える、請求項５記載のチラーコイルシステム。
【請求項１０】
２つの並列のほぼ垂直な配列で配置される複数のチラーコイルモジュールであって、各チラーコイルモジュールは、冷却流体入口管及び加熱流体出口管を設けられ、各加熱流体出口管は、共通の戻り管に接続し、前記冷却流体入口管の少なくともいくつかは、前記共通の戻り管に接続し、混合制御弁は、前記冷却流体入口管の前記少なくともいくつかに加えられる、前記共通の戻り管内の加熱流体の量を制御する、チラーコイルモジュール
を備える、非対称ガスタービンフィルタハウジング用のチラーコイルシステム。
【請求項１１】
前記２つの並列のほぼ垂直な配列は、ほぼ同じ方法で制御される、請求項１０記載のチラーコイルシステム。
【請求項１２】
モジュールの前記２つの並列のほぼ垂直な配列のそれぞれにおけるモジュールは、それぞれ少なくとも２つのモジュールを有する少なくとも３つの組を含む、請求項１１記載のチラーコイルシステム。
【請求項１３】
前記混合制御弁は、流入空気温度、流入空気速度、冷却流体水供給流量、及び冷却流体水供給温度を含む複数の入力を受け取るチラーコイルコントローラにより制御される、請求項１２記載のチラーコイルシステム。
【請求項１４】
前記複数の入力は、戻り流体温度及び下流空気温度をさらに含む、請求項１３記載のチラーコイルシステム。
【請求項１５】
前記チラーコイルコントローラは、前記入口管の前記少なくともいくつかに入る冷却流体の温度及び流量を調整し、それにより、前記複数のチラーコイルモジュールを貫流する空気が、ほぼ均一な下流温度を有することを可能にする、請求項１３記載のチラーコイルシステム。
【請求項１６】
チラーコイル組立体が、複数のほぼ垂直に並ぶチラーモジュールを備え、流入空気流速度が前記チラーモジュールの垂直高さの関数として前記チラーモジュールにわたって変化する、ガスタービンの前記チラーコイル組立体を貫流する流入空気の温度を制御する方法であって、
（ａ）各モジュールの下流で前記流入空気の温度差を特定するステップと、
（ｂ）前記チラーコイル組立体の下流で前記流入空気のほぼ均一な温度を達成するために前記複数のチラーモジュール内の冷却流体の温度を差分的に調整するステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記複数のほぼ垂直に並ぶチラーコイルモジュールは、少なくとも３つの組のチラーコイルモジュールにさらに分けられるスタックを含み、ステップ（ｂ）は、前記少なくとも３つの組の２つにおける冷却流体の温度を差分的に調整することを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも３つの組の前記２つは、前記少なくとも３つの組の残りの１つの上に積層される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記３つの組のそれぞれは、前記チラーモジュールの対を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
モジュールの前記少なくとも３つの組のそれぞれにおける前記チラーモジュールの前記対は、ほぼ同じ方法で調整される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概略的には、ガスタービンに関し、より具体的には、ガスタービン入口フィルタハウジング内のチラーコイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスタービンエンジンは、流入空気を圧縮するための圧縮機と、高温ガス流を生成するために、燃料を圧縮空気と混合し、燃料及び空気に点火するための燃焼器と、高温ガス流により駆動するタービン部分とを含む。圧縮機に入る流入空気の温度を低下させると、その結果、出力が増加し、いわゆる出力増強システムにおいてエンジンへの空気入口温度を低減する既知の方法があることが一般に認められる。出力増強システムは、流入空気流の温度を低減するタービン入口フィルタハウジング内に配置されるチラーコイル装置を含むことができる。これらの例は、例えば、米国特許第７，００７，４８４（Ｂ２）号及び米国特許出願公開第２００５／００５６０２３（Ａ１）号に記載されている。
【０００３】
しかし、非対称形状のガスタービンフィルタハウジングでは、フィルタハウジング内の様々な高さでコイル上を流れる流入空気が様々な速度を有するので、チラーコイルのダクト下流の流入空気温度分布は均一でないことが確認された。不均一な空気温度分布が得られることにより、圧縮機部品上に望ましくない応力が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７６４８５６４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって、非対称ガスタービン入口フィルタハウジング内に配置されるときでも、ほぼ均一な流入空気温度をもたらすチラーコイルシステムが必要である。
【０００６】
したがって、例示的であるが限定されない１つの実施形態では、本発明は、ほぼ垂直な配列で配置される複数のチラーコイルモジュールであって、各チラーコイルモジュールは、冷却流体入口管及び流体出口を設けられ、各出口管は、共通の戻り管に接続し、入口管の少なくともいくつかは、共通の戻り管に接続する、チラーコイルモジュールと、入口管の少なくともいくつかに加えられる、共通の戻り管内の冷却流体の量を制御するための混合制御弁とを備える、非対称ガスタービンフィルタハウジング用のチラーコイルシステムに関する。
【０００７】
別の例示的であるが限定されない態様では、本発明は、２つのほぼ垂直な配列で配置される複数のチラーコイルモジュールであって、各チラーコイルモジュールは、冷却流体入口管及び加熱流体出口管を設けられ、各加熱流体出口管は、共通の戻り管に接続し、冷却流体入口管の少なくともいくつかは、共通の戻り管に接続し、混合制御弁は、前記入口管の少なくともいくつかに加えられる、共通の戻り管内の加熱流体の量を制御する、チラーコイルモジュールを備える、非対称ガスタービンフィルタハウジング用のチラーコイルシステムに関する。
【０００８】
さらに別の例示的であるが限定されない態様では、本発明は、チラーコイル組立体が、複数のほぼ垂直に並ぶチラーモジュールを備え、流入空気流速度がチラーモジュールの垂直高さの関数としてチラーモジュールにわたって変化する、ガスタービンのチラーコイル組立体を貫流する流入空気の温度を制御する方法を提供し、本方法は、各モジュールの下流で流入空気の温度差を特定するステップと、チラーコイル組立体の下流で流入空気のほぼ均一な温度を達成するために複数のチラーモジュール内の冷却流体の温度を差分的に調整するステップとを含む。
【０００９】
ここで、本発明を以下に特定する図面に関して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】非対称ガスタービン入口フィルタハウジングの部分概略図である。
【図２】図１に示すフィルタハウジング用のチラーコイル及び制御装置の概略図である。
【図３】図２に示すチラーコイル装置を制御するための概略制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、フィルタ部分及びチラーコイルハウジング部分１２、並びに圧縮機（図示せず）につながる出口ダクト部分１４、１６を含む、典型的な非対称ガスタービンフィルタハウジング１０を示す。ルーバ付入口１８は、外気又は周囲空気をフィルタハウジング内に導き、吸気流速度分布は、直立フィルタ及びチラーコイルハウジング部分１２内の高さにより変化することが理解されよう。破線管で示すチラーコイルが、（フィルタ要素（図示せず）の上流又は下流で）ほぼ垂直に配置され、さらに、例えば、フィルタハウジングの頂部で流入し、コイル２０（以下に説明する）を横断し、出口ダクト１４の背面壁の下流に向かう空気が、速度がより大きいチラーユニットの底部でフィルタハウジングに流入する空気よりも速度が小さく、したがって冷却コイルにより長い時間接触するという点において、空気速度、したがってチラーコイルにわたる、その周りの温度は、高さにより変化することに留意されたい。これは、ダクト部分１４、１６の下部のチラーコイルの下流空気がダクト部分の上部の空気よりも高い温度を有することを意味する。本明細書に説明する、本発明の例示的であるが限定されない実施形態は、コイルに続く垂直部分１２、ダクト部分１４及び１６、したがって圧縮機にわたって、その流入空気温度をより均一にしようとする。
【００１２】
図２を参照すれば、チラーコイル組立体２０は、それぞれが全体を２４で示すフィン付熱交換チューブの蛇行配列体を支持する、複数の個別的であるがほぼ同一の垂直方向を向くチラーコイルモジュールのスタック２２から構成される。例示的であるが限定されない実施形態では、チラーコイルモジュールのスタック２２は、２つの並列のグループ、すなわち左手側のグループＡ及び右手側のグループＢに分けられる。各グループ内にそれぞれ、２つのコイルの３つの組１、２、及び３がある。したがって、グループＡスタック内では、モジュール２６及び２８が第１の組１を形成し、モジュール３０及び３２が第２の組２を形成し、モジュール３４、３６が第３の組３を形成する。
【００１３】
グループＢスタックのモジュール配置及び制御弁配置は、グループＡのそれとほぼ同一であり、したがって、別途断らない限り、グループＡのみを詳細に説明する。
【００１４】
冷却水（又は他の適当な冷却流体）は、共通の供給管３８を介してグループＡのモジュールスタックに供給される。各モジュールは、それぞれの分岐管４２、４４、４６、４８、５０、及び５２により個々に供給される。それぞれの戻り分岐管５４、５６、５８、６０、６２、及び６４を介してモジュールを出る冷却水は、共通の戻り管３９に集まり、戻り管３９は、新しい（モジュールコイルを貫流する流入空気との熱交換により）「加熱された」水を冷却塔（図示せず）に戻し、冷却塔は、最後に冷却水を供給管３８に戻す。別の手動通気弁６０は、必要に応じてシステムの圧力を軽減する。通気弁４０及び６８は、自動通気用であり、常時開位置にある。
【００１５】
フィルタハウジング構造の非対称性により、チラーコイル上の流入空気速度は、位置により変化する。既に上述したように、いくつかの非対称フィルタハウジング構造では、グループＡスタックの２つの最下モジュール２６、２８（及び横に並ぶ、グループＢスタックのモジュール１２６、１２８）を通る空気速度がより高くなるほど、コイル部分での滞留時間が短くなるため、より暖かい空気流になることが確認された。反対に、２つの最上モジュール３４、３６（及び横に並ぶ、グループＢスタックのモジュール１３４、１３６）を通る速度が減少すれば、チラーコイルの下流の流入空気は、コイル部分での滞留時間が長くなるため、より冷たくなる。モジュール３０、３２及び１３０、１３２を含む、チラーコイルの中間部分を通る流入空気温度は、それぞれ、モジュールの上部の組３６、３４を通過する流入空気の温度と、モジュールの下部の組２８、２６を通過する流入空気の温度との間である。
【００１６】
より小さいサイズの入口部分上で、モジュールの垂直スタックの１つだけを使用することができることが理解されよう。
【００１７】
チラーコイルの下流にほぼ均一な流入空気温度分布を達成するために、チラー供給／戻り構造が、以下に説明する、例示的であるが限定されない第１の実施形態により変更される。
【００１８】
引き続き図２を参照すれば、中間及び上部高さモジュールの組３０、３２（１３０、１３２）及び３４、３６（１３４、１３６）では、冷却供給水は、加熱返流水と混合される。具体的には、グループＡスタックに関しては、中間高さモジュール３０及び３２の分岐入口管４６、４８は、分岐入口管４６、４８に加えられる加熱水又は返流水の量を制御する、それぞれの弁７４及び７６の制御のもとで、管７０及び７２により共通の戻り管３９に接続される。
【００１９】
同様に、グループＡスタックの上部高さモジュール３４及び３６では、分岐入口管５０、５２は、分岐入口管５０、５２に加えられる加熱水又は返流水の量を制御する、それぞれの弁８２及び８４の制御のもとで、管７８及び８０により共通の戻り管３９に接続される。
【００２０】
目標は、最下のモジュールの組２６及び２８を貫流する最も低い水温と、組３０及び３２を通る相対的により高温の水と、組３４及び３６を通る相対的に最も高温の水とを有することである。いいかえれば、チラーコイルモジュール２２にわたる水温分布は、速度分布を相殺している。最も高い速度領域（最も低い高さ部分）では、滞留時間が最も短く、水温が最も低い。チラーコイルモジュールスタック２２の頂部の方に進めば、速度は最も低くなり、得られる滞留時間は最も長く、水温は最も高くなる。これは、モジュールスタック２２の高さにわたる空気温度分布全体を均一にする。いいかえれば、説明するシステムでは、変化する速度の影響を打ち消すために、熱的成層を実現する。
【００２１】
例示的であるが限定されない実施形態では、加熱返流水の制御された増加量は、中間高さモジュール３０及び３２に関しては、ほぼ同じであり、上部高さモジュール３４及び３６に関しては、加熱返流水は比例的に増加する。それでも、各モジュールを、２つ１組でなく個々に取り扱うことができる。
【００２２】
従来の排水樋８６は、様々なモジュールの外部で生成される凝縮水を捕集し、それを排水ボックス８７に導く。凝縮水は、排水ボックスから冷却塔に戻り、冷却され、チラーコイルに再循環される。あるいは、凝縮水は、最も近い排水点で排水することができる。両選択肢が産業界で実施される。
【００２３】
図３を参照して、様々なモジュールに供給する水を監視し、それを調整するための、例示的であるが限定されない制御システムを示す。
【００２４】
チラーコイルコントローラ８８は、チラープラントコントローラ９０とガスタービンコントローラ９２とを連携させる。チラーコイルコントローラは、流入空気温度、流入空気速度、モジュール対からの冷却水戻り温度、冷却水供給流量、冷却水供給温度、下流空気温度にそれぞれ対応する、センサ／熱電対からの信号９４、９６、９８、１００、１０２、及び１０４を受け取る。チラーコイルコントローラがチラープラントコントローラ内にある、このシステムの別の実施形態を使用することもできる。
【００２５】
これらの入力、及び当技術分野の範囲に十分収まる制御ロジックの助けがあれば、チラーコイルコントローラ８８は、所望の冷却水温度分布を達成するために、様々な混合弁７４、７６、８２、８４に制御信号を出力する。このように、チラーコイルシステムは、チラーコイルの下流でほぼ均一な空気温度を達成するように調整され、したがって、非対称フィルタハウジング形状に起因するコイルにわたる異なる速度分布を補償する。
【００２６】
他の方法によりコイルの下流の流入空気温度をほぼ均一にすることも、本発明の範囲内である。例えば、フィン密度、構成材料、様々なコイル内の個々の熱交換チューブ及びフィンのコーティングもしくは形状、並びに／又は冷却流体の熱交換特性もしくは質量流量を必要に応じて変更し、所望の均一性の流入空気温度を得ることができる。
【００２７】
本明細書に説明するチラーコイルシステムは、ほぼすべての既存のガスタービンに使用することができ、遷移は非対称であり、又は速度分布は均一でなく、電力需要は流入空気冷却を必要とする。チラーコイルシステムは、流入空気冷却と共に規定されるとき、（構造用鋼のコストを節約するために）非対称遷移が必要である、新規のユニットに使用することもできる。
【００２８】
本明細書に説明するチラーコイルシステムは、遷移が非対称であり、ガスタービン作動には流入空気加熱が必要である、ガスタービン用の流入空気加熱を必要とする用途に使用することもできる。設計及び作動の原理は、目的が流入空気を加熱することであることを除いて、以上に説明したシステムと同様である。
【００２９】
チラーコイルシステムは、複数のチラーモジュールに冷却源から様々な温度の冷却水を供給する環境に使用することもできる。この構成では、混合弁及び返流水混合を使用しないが、冷却源から直接すべてのモジュールに様々な温度の冷却水を個別に供給する。
【００３０】
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されることなく、反対に、添付の特許請求の範囲の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な変更形態及び均等な装置を保護するものとすることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  フィルタハウジング
１２  チラーコイルハウジング部分
１４、１６  出口ダクト部分
１８  ルーバ付入口又はルーバ
２０  チラーコイル組立体
２２  チラーコイルモジュール
２４  熱交換チューブ
２６、２８、３０、３２、３４、３６、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６  モジュール
３８  供給管
３９  戻り管
４０、６８  通気弁
４２、４４、４６、４８、５０、５２  分岐供給管又は分岐入口管
５４、５６、５８、６０、６２、６４  分岐戻り管
７４、７６、８２、８４  弁
７０、７２、７８、８０  管
８６  排水樋
８７  排水ボックス
８８  チラーコイルコントローラ
９０  チラープラントコントローラ
９２  ガスタービンコントローラ
９４、９６、９８、１００、１０２、１０４  センサ／熱電対
【図１】
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【図２】
2013044327.tif 000004
【図３】
2013044327.tif 000005
【外国語明細書】
2013044327000001.pdf