(57)【要約】      （修正有）【課題】空冷を可能にするシステムおよび方法、ならびに関連する動力生成システムを提供する。【解決手段】冷却コイル１２と、真空室２０内に含まれている蒸発器１８および吸収器３０と、冷却プロセスから水蒸気を吸収する乾燥剤３２とを含む、冷却された空気を提供するための冷却システムが開示される。システムはまた、乾燥剤を処理するための外部熱源をも、乾燥剤を再使用可能にするための蓄冷器４６とともに含む。少なくとも１つの熱交換器５２も、冷却コイルと連通している補給水源６６とともに含まれている。冷却システムを含むか、冷却システムと関連づけて配置されているガスタービンエンジン１４とともに、関連プロセスも開示される。【選択図】図１
2016104979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却された空気を提供するための冷却システム（１０、１１０）であって、
（ａ）冷却コイル（１２、１１２）であって、前記コイル（１２、１１２）内に冷却水の流れを通し、結果としてある含有量の相対的に温かい水がもたらされることによって、より高温の空気を受け入れて、より低温の空気を放出するように構成されている、冷却コイル（１２、１１２）と、
（ｂ）真空室（２０、７９）内に含まれており、前記冷却コイル（１２、１１２）と連通している蒸発器（１８、８０、１１８）であって、前記蒸発器（１８、８０、１１８）は、前記相対的に温かい水がそれを通じて通過することを可能にし、前記温かい水から熱を吸収し、それによって、ある含有量の水蒸気を形成することも可能にしながら、前記水の温度を低減するように構成されている、蒸発器（１８、８０、１１８）と、
（ｃ）前記真空室（２０、７９）内に含まれており、前記蒸発器（１８、８０、１１８）内で形成される前記水蒸気を受け入れるように構成されており、同時に、前記水蒸気を吸収し、それによって希釈および加熱されることが可能である濃縮乾燥剤の流れに対応するようにも構成されている吸収器（３０、７８、１３０）と、
（ｄ）前記乾燥剤をさらに加熱するように、前記乾燥剤の少なくとも一部分と接している外部熱源（１４３）と、
（ｅ）前記さらに加熱された乾燥剤の少なくとも一部分を受け入れることが可能である蓄冷器（３６、１３６）であって、前記蓄冷器（３６、１３６）は、外部空気を受け入れ、前記乾燥剤に対して方向づけるように構成されており、それによって、前記乾燥剤内の前記水分含量の少なくともいくらかが大気へと放出されて、前記乾燥剤が選択される濃度値まで再濃縮される、蓄冷器（３６、１３６）と、
（ｆ）前記再濃縮された乾燥剤を受け入れ、前記乾燥剤の温度を、前記乾燥剤が前記蒸発器（１８、８０、１１８）内で形成される水蒸気を吸収することを可能にする温度まで低下させることが可能である少なくとも１つの熱交換器（５２、１３７、１４１、１５３）であって、前記熱交換器（５２、１３７、１４１、１５３）は、前記より低温の乾燥剤が前記吸収器（３０、７８、１３０）に戻ることを可能にするために、前記吸収器（３０、７８、１３０）と連通している、少なくとも１つの熱交換器（５２、１３７、１４１、１５３）と、
（ｇ）前記冷却システム（１０、１１０）の動作中に失われる水を補充するように構成されている、前記冷却コイル（１２、１１２）と連通している補給水源（２８）とを備える、冷却システム（１０、１１０）。
【請求項２】
前記真空室（２０、７９）から不溶性ガスを除去するための圧送手段をさらに備える、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項３】
前記蒸発器（１８、８０、１１８）は、前記水の温度を少なくとも約２℃だけ低下させるのに十分な熱を前記温かい水から吸収するように構成されている、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項４】
前記より低温の水を前記冷却コイル（１２、１１２）に戻すための手段を備える、請求項３に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項５】
動力生成サイクルの一部分として前記冷却された空気を受け入れる動力生成デバイスをさらに備える、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項６】
前記動力生成デバイスは、廃熱を廃棄するための排熱口を含む、請求項５に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項７】
前記排熱口は、前記乾燥剤をさらに加熱することが可能である前記外部熱源（１４３）を含む、請求項６に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項８】
前記排熱口は、約４００℃〜約５５０℃の範囲内の温度の熱を提供することが可能である、請求項７に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項９】
前記乾燥剤は、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、臭化亜鉛、アルカリ硝酸塩、イオン液体、活性炭、ゼオライト、およびシリカゲルから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項１０】
水蒸気を凝縮するための凝縮器がない、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項１１】
前記蒸発器（ｂ）は冷却コイル（１２、１１２）の不在下で機能するように構成されている、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項１２】
前記蒸発器（ｂ）は、前記冷却コイル（１２、１１２）から流れる前記温かい水から形成される水滴の通過に対応するように位置づけられている、多孔質媒体を含む少なくとも１つのプラットフォーム（８８、９０、９２）を含むように構成されている、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項１３】
さらなる熱が前記乾燥剤を再生することを可能にするように、前記外部熱源（１４３）と前記蓄冷器（３６、１３６）との間の導管をさらに備える、請求項１に記載の冷却システム（１０、１１０）。
【請求項１４】
Ｉ）圧縮機（１６、１１６）と、
ＩＩ）燃焼器（１９）と、
ＩＩＩ）前記圧縮機（１６、１１６）と流れ連通して結合されているタービンと、
ＩＶ）前記圧縮機入口領域に冷却空気を提供するように、前記圧縮機（１６、１１６）の入口領域と流れ連通して結合されている冷却システム（１０、１１０）とを備えるガスタービンエンジン（１４、１１４）であって、前記冷却システム（１０、１１０）は、
（ａ）冷却コイルであって、コイル内に冷却水の流れを通し、結果としてある含有量の相対的に温かい水がもたらされることによって、より高温の空気を受け入れて、より低温の空気を放出するように構成されている、冷却コイルと、
（ｂ）真空室内に含まれており、冷却コイルと連通している蒸発器であって、上記蒸発器は、相対的に温かい水がそれを通じて通過することを可能にし、温かい水から熱を吸収し、それによって、ある含有量の水蒸気を形成することも可能にしながら、水の温度を低減するように構成されている、蒸発器と、
（ｃ）真空室内に含まれており、蒸発器内で形成される水蒸気を受け入れるように構成されており、同時に、水蒸気を吸収し、それによって希釈および加熱されることが可能である濃縮乾燥剤の流れに対応するようにも構成されている吸収器と、
（ｄ）乾燥剤をさらに加熱するように、乾燥剤の少なくとも一部分と接している外部熱源と、
（ｅ）前記さらに加熱された乾燥剤の少なくとも一部分を受け入れることが可能である蓄冷器（３６、１３６）であって、前記蓄冷器（３６、１３６）は、外部空気を受け入れ、前記乾燥剤に対して方向づけるように構成されており、それによって、前記乾燥剤内の前記水分含量の少なくともいくらかが放出されて、前記乾燥剤が選択される濃度値まで再濃縮される、蓄冷器（３６、１３６）と、
（ｆ）前記再濃縮された乾燥剤を受け入れ、前記乾燥剤の温度を、前記乾燥剤が前記蒸発器（１８、８０、１１８）内で形成される水蒸気を吸収することを可能にする温度まで低下させることが可能である少なくとも１つの熱交換器（５２、１３７、１４１、１５３）であって、前記熱交換器（５２、１３７、１４１、１５３）は、前記より低温の乾燥剤が前記吸収器（３０、７８、１３０）に戻ることを可能にするために、前記吸収器（３０、７８、１３０）と連通している、少なくとも１つの熱交換器（５２、１３７、１４１、１５３）とを備える、ガスタービンエンジン（１４、１１４）。
【請求項１５】
圧縮機（１６、１１６）と、燃焼器（１９）と、前記圧縮機（１６、１１６）と流れ連通して結合されているタービンとを含むガスタービンエンジン（１４、１１４）に冷却された空気を提供するための方法であって、
（ｉ）冷却水を通じて相対的に温かい空気を冷却コイル（１２、１１２）内に、その後前記圧縮機（１６、１１６）内の入口内へと流すステップであって、前記冷却コイル（１２、１１２）は前記相対的に温かい空気を冷却された空気に変換し、温かい空気と前記冷却水との相互作用によって、前記水が相対的に温かい水に変換される、流すステップと、
（ｉｉ）真空室（２０、７９）内に含まれており、前記冷却コイル（１２、１１２）と連通している蒸発器（１８、８０、１１８）を通じて前記相対的に温かい水を方向づけるステップであって、前記蒸発器（１８、８０、１１８）は、前記相対的に温かい水がそれを通じて通過することを可能にし、前記温かい水から熱を吸収するように構成されており、それによって、前記水の温度が低減され、それによって、前記水が再び前記冷却コイル（１２、１１２）に向けて方向づけられ得、同時に、ある含有量の水蒸気も形成される、方向づけるステップと、
（ｉｉｉ）前記水蒸気を前記蒸発器（１８、８０、１１８）から吸収器（３０、７８、１３０）へと方向づけるステップであって、同時に、濃縮乾燥剤も前記吸収器（３０、７８、１３０）へと方向づけ、それによって、前記乾燥剤が前記水蒸気を吸収して、ある含有量の水によって希釈されるようになる、方向づけるステップと、
（ｉｖ）前記加熱され、希釈された乾燥剤の温度をさらに増大させるように、前記乾燥剤を外部熱源（１４３）に触れさせるステップと、
（ｖ）前記さらに加熱された乾燥剤の少なくとも一部分を蓄冷器（３６、１３６）へと方向づけるとともに、前記乾燥剤を、前記蓄冷器（３６、１３６）内へと方向づけられている外部空気に晒すステップであって、それによって、前記乾燥剤内の水分含量の少なくともいくらかが大気へと放出され、それによって、前記乾燥剤が選択される濃度値まで再濃縮される、方向づけるとともに晒すステップと、
（ｖｉ）前記再濃縮された乾燥剤を前記吸収器（３０、７８、１３０）へと方向づけるステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、空気を冷却するための方法およびシステムに関する。いくつかの特定の実施形態において、本開示は、動力生成システムに組み込むのに有用な空冷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の産業において、乾燥もしている冷却された空気が必要とされている。例としては、醸造所のような飲料製造業者、および、貯蔵施設のような食品包装が挙げられる。その上、世界中の家庭、共同住宅、庁舎建造物、ならびに無数のオフィスビルおよび屋内娯楽施設に、空気の温度および湿度に関して高度に管理された環境を提供することができる空調システムが必要とされている。
【０００３】
冷却された空気のまた別の重要な用途は、ガスタービンのような「空気呼吸型」エンジンの事例に見出され得る。ガスタービンエンジンは、航空機、動力生成、および海洋システムを含む、多くの用途に使用される。（所望されるエンジン動作特性は無論、用途ごとに変化する。）これらのタイプのエンジンが、周囲温度が他の環境と比較して低減した環境において動作するとき、エンジンは、通常、コアエンジン温度を許容不可能なまでに高いレベルまで増大させることなく、より高い軸馬力（ＳＨＰ）および増大した出力で動作することが可能である。逆に、周囲温度（空気入口温度）が増大すると、エンジンの効率が劇的に低減する可能性がある。たとえば、特定のタイプのガスタービンエンジンについて、周囲温度が５０°Ｆ（１０℃）増大すると、２５％を超える出力の損失が引き起こされる可能性がある。その上、温度が増大することによって、燃料消費が増大するとともに、ＮＯｘ排出レベルがより高くなることになる可能性がある。
【０００４】
これらの目的のすべてに関する、低温の乾燥した空気を求める需要に対処するために、多数のシステムおよび技法が開発されている。これらの技法の多くは、冷媒の膨張および圧縮を利用して周囲空間の冷却を可能にする上記圧縮システムに依拠する。別のタイプのシステムは、乾燥剤のような吸湿材を使用して空気流から水分を除去し、周囲環境を冷却する。これらのシステムの様々な組み合わせも開発されている。蒸発冷却技法は、エネルギー集約的な機械的圧縮に依拠しないという点で、いくつかの状況において特に魅力的である。
【０００５】
しかしながら、蒸発冷却技法に基づくシステムは、最近開発されたより先進的なシステムでさえ、設計に課題が残っている。システムは、システム内の冷却ユニットの一部として凝縮器を必要とすることが多い閉ループ設計に依拠して、複雑であることが多い。蒸発器も、ユニット内に少なくとも１つの内蔵冷却システムを必要とし、ある程度の複雑性を伴う。さらに、現在開発されているより大規模な動力生成システムの場合、冷却された空気をエンジン圧縮機に送出するために、より大容量の冷却システムが将来必要になる。したがって、当該技術分野において、改善されたシステムおよびプロセスが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２５５２８７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一実施形態は、冷却された空気を提供するための冷却システムに関する。システムは、
（ａ）冷却コイルであって、コイル内に冷却水の流れを通し、結果としてある含有量の相対的に温かい水がもたらされることによって、より高温の空気を受け入れて、より低温の空気を放出するように構成されている、冷却コイルと、
（ｂ）真空室内に含まれており、冷却コイルと連通している蒸発器であって、上記蒸発器は、相対的に温かい水がそれを通じて通過することを可能にし、温かい水から熱を吸収し、それによって、ある含有量の水蒸気を形成することも可能にしながら、水の温度を低減するように構成されている、蒸発器と、
（ｃ）真空室内に含まれており、蒸発器内で形成される水蒸気を受け入れるように構成されており、同時に、水蒸気を吸収し、それによって希釈および加熱されることが可能である濃縮乾燥剤の流れに対応するようにも構成されている吸収器と、
（ｄ）乾燥剤をさらに加熱するように、乾燥剤の少なくとも一部分と接している外部熱源と、
（ｅ）さらに加熱された乾燥剤の少なくとも一部分を受け入れることが可能である蓄冷器であって、上記蓄冷器は、外部空気を受け入れ、乾燥剤に対して方向づけるように構成されており、それによって、乾燥剤内の水分含量の少なくともいくらかが大気へと放出されて、乾燥剤が選択される濃度値まで再濃縮される、蓄冷器と、
（ｆ）再濃縮された乾燥剤を受け入れ、乾燥剤の温度を、乾燥剤が蒸発器内で形成される水蒸気を吸収することを可能にする温度まで低下させることが可能である少なくとも１つの熱交換器であって、上記熱交換器は、より低温の乾燥剤が吸収器に戻ることを可能にするために、吸収器と連通している、少なくとも１つの熱交換器と、
（ｇ）冷却システムの動作中に失われる水を補充するように構成されている、少なくとも冷却コイルと連通している補給水源とを備える。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンエンジン、たとえば、圧縮機と、燃焼器と、圧縮機の入口領域と流れ連通して結合されているタービンとを含むものに関する。タービンエンジンは、圧縮機の入口領域に冷却空気を提供することが可能な冷却システムを含む。冷却システムは、以下の開示において詳細に記載されている。
【０００９】
本発明のまた別の実施形態は、本明細書に記載されているようなガスタービンエンジンに冷却された空気を提供するための方法に関し、方法は、
（ｉ）冷却水を通じて相対的に温かい空気を冷却コイル内に、その後圧縮機内の入口内へと流すステップであって、冷却コイルは相対的に温かい空気を冷却された空気に変換し、温かい空気と冷却水との相互作用によって、水が相対的に温かい水に変換される、流すステップと、
（ｉｉ）真空室内に含まれており、冷却コイルと連通している蒸発器を通じて相対的に温かい水を方向づけるステップであって、蒸発器は、相対的に温かい水がそれを通じて通過することを可能にし、温かい水から熱を吸収するように構成されており、それによって、水の温度が低減され、それによって、水が再び冷却コイルに向けて方向づけられ得、同時に、ある含有量の水蒸気も形成される、方向づけるステップと、
（ｉｉｉ）水蒸気を蒸発器から吸収器へと方向づけるステップであって、同時に、濃縮乾燥剤も吸収器へと方向づけ、それによって、乾燥剤が水蒸気を吸収して、ある含有量の水によって希釈されるようになる、方向づけるステップと、
（ｉｖ）加熱され、希釈された乾燥剤の温度をさらに増大させるように、乾燥剤を外部熱源に触れさせるステップと、
（ｖ）さらに加熱された乾燥剤の少なくとも一部分を蓄冷器へと方向づけるとともに、乾燥剤を、蓄冷器内へと方向づけられている外部空気に晒すステップであって、それによって、乾燥剤内の水分含量の少なくともいくらかが大気へと放出され、それによって、乾燥剤が選択される濃度値まで再濃縮される、方向づけるとともに晒すステップと、
（ｖｉ）再濃縮された乾燥剤を吸収器へと方向づけるステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による冷却システムの概略図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態による冷却システムの蒸発器／吸収器ユニットの断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による冷却システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示に関して、本明細書に開示されている任意の範囲は包括的であり、結合可能である（たとえば、「最大約２５ｗｔ％」、またはより具体的に「約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％」の合成範囲は、その範囲の端点およびすべての中間値を含む）。その上、「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書において、いかなる順序、量、または重要性も示さず、むしろ、１つの要素を別の要素から区別するために使用される。「一つの（ａ）」および「一つの（ａｎ）」の用語は、本明細書において、量の限定を示さず、参照されている項目が少なくとも１つ存在することを示す。その上、明細書および特許請求の範囲全体を通じて、本明細書に使用されているような、近似を示す文言は、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られ得る任意の量的表現を修飾するために用いられる場合がある。したがって、「約」のような１つまたは複数の用語によって修飾されている値は、指定されている厳密な値に限定されるものではない。事例によっては、近似を示す文言は、値を測定する機器の精度に対応する場合がある。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による冷却システム１０の概略断面図である。システムは、より高温の空気を受け入れ、その後、より低温の空気を放出するように構成されている冷却コイル１２を含む。より低温の空気は、前に示したような、様々な目的に使用することができる。非限定的な例としては、多種多様な定位置、車両、機械、および他のデバイスにおいて使用される空調システムが挙げられる。多くの事例において、冷却システムは、無論、最終用途に応じて、約２℃〜３５℃だけ空気の温度を低下させることができる。
【００１３】
同じく上記で説明したように、冷却システムの１つの重要な用途は、図１に示すガスタービンエンジン１４のような、空気の流入を必要とする動力生成デバイスである。圧縮機１６内へと方向づけられている流入空気の温度が低減することによって、エンジンのはるかにより大きい出力および効率をもたらすことができる。産業用ガスタービンの一例として、本明細書に記載されているような冷却システムは、周囲空気（たとえば、約４０℃程度の温度の空気）の温度を、約１０〜１５℃の範囲内の温度に低下させることができる。多くの用途について、この空気は「冷却された」空気と称される。
【００１４】
冷却コイル１２は通常、１つまたは複数の管または導管を含み、これを通じて、冷水が流れ、相対的に温かい空気と相互作用し、冷却された空気をもたらす冷却効果をもたらす。このタイプの冷却コイルは当該技術分野において既知であり、多くの場合「空気−水熱交換器」と考えられ得る。空気から水へと熱が伝達する結果として、ある含有量の、初期の冷水と比較して相対的に温かい水がもたらされる。
【００１５】
冷却コイルからの相対的に温かい水が（後述するような補給水とともに）蒸発器１８を通じて方向づけられる。蒸発器は通常、従来型の真空室２０内に含まれている。（任意の適切な導管／パイプ２２を使用して、水を蒸発器へと導いてもよい。）様々なタイプの蒸発器を本発明に使用することができ、それらすべてが、液体媒体の少なくとも一部分をその気体形態に、たとえば、温かい水から熱を吸収することによって変換する一般的な機能を実施する。適切な蒸発器タイプの非限定例としては、流下膜式蒸発器（たとえば、流下膜プレート蒸発器）および多重効用蒸発器が挙げられる。いくつかの好適な実施形態において、蒸発器は、水の温度を少なくとも約２℃だけ低下させるのに十分な熱を温かい水から吸収するように構成されている。その上、好適な実施形態は、蒸発器自体が、冷却コイルの不在下で機能するように構成されることを必要とする。好適な蒸発器システムに関するさらなる情報を下記に与える。冷却された水はその後、（たとえば、ポンプ２４を使用して）たとえば、導管２６を介して、再使用のために冷却コイル１２に圧送し戻すことができる。
【００１６】
ほとんどの実施形態において、冷却システム１０は、外部補給水源２８を含む。補給水は、システムの動作における任意のサイクル中に、たとえば、蒸発または吸収のサイクルの動作中に失われる水を、システム内の任意の導管を水または上記が通過する間に失われる水とともに補充する。補給水は通常、周囲温度にある任意の適切な供給源から導入される。一般的に、補給水は、導管２２を通じて冷却コイルを出る温かい水と組み合わさり、組み合わさった流れが蒸発器１８に入る。外部補給水源を有するシステムは「開ループシステム」と考えることができ、これは閉ループシステムにまさる利点を有する。たとえば、開ループシステムは、より多数の真空隔室を必要とする場合がある閉ループシステムよりも設計が単純である。開ループ設計システムはまた、冷却システム全体にある他の構成要素とのより容易な統合も可能にし、状況によってはより費用を抑えて動作することができる。開ループ設計はまた、水温、気温、および水蒸気含有量のような、様々な環境条件および材料特性の変化に対してより迅速な反応を呈することもできる。
【００１７】
上記のように、温かい水が蒸発器を通過する結果として、ある含有量の水蒸気が形成される。好適な実施形態において、水蒸気は、吸収器３０へと方向づけられる。吸収器は通常、蒸発器と同じ真空室２０内に含まれている。事例によっては、水蒸気を吸収器へと方向づけるために導管が試用されてもよい。しかしながら、２つのユニットの間の圧力差（すなわち、蒸発器におけるより高い圧力、吸収器におけるより低い圧力）は小さいが、これは通常、すべての水蒸気を吸収器３０へと方向づけるのに十分である。
【００１８】
水蒸気を受け入れるのに加えて、吸収器３０はまた、濃縮乾燥剤３２の流れにも対応する。下記に説明するように、乾燥剤は、蓄冷器から直接的または間接的に運ばれる。乾燥剤は、水蒸気を吸収することが可能である材料を含む。水蒸気が吸収される結果として通常、乾燥剤の温度が増大し、同時にまた（液体乾燥剤の場合）乾燥剤が希釈される。
【００１９】
いくつかの乾燥剤が利用されてもよい。非限定例としては、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、臭化亜鉛、様々なアルカリ硝酸塩およびイオン液体、ならびに活性炭、ゼオライト、およびシリカゲルが挙げられる。多くの実施形態において、液体乾燥剤、または、液体、たとえば、水溶液として調製することができる乾燥剤を利用することが好ましい。特定の例としては、ＬｉＢｒおよびＬｉＣｌが挙げられる。しかしながら、固体材料が水蒸気と最大限に接するように配置されることを保証するステップが行われるならば、事例によっては個体乾燥剤が使用されてもよい。
【００２０】
上記に暗示されているように、濃縮乾燥剤３２が吸収器３０を通じて流れるとき、乾燥剤は蒸発器から水蒸気を吸収し、希釈されることになる。いくつかの実施形態において、乾燥剤への上記の移行は、ここでは吸収器自体の中に組み込まれているオプションの熱交換器機構３４を使用して、乾燥剤の温度を低下させることによって増進される。様々なタイプの熱交換器が使用されてもよく、多くは図１に示すような、一連の熱交換パイプを含む。熱交換器が存在することによって十分な熱を除去することができ、それによって、後述するように、乾燥剤の温度上昇は一体型熱交換器がないときほど大きくはない。
【００２１】
ほとんどまたはすべての水を水蒸気から吸収している、希釈された乾燥剤はその後、任意の適切な導管３８を介して蓄冷器３６に送られる。上記に暗示されるように、乾燥剤は蓄冷器において湿気を出し、それによって、乾燥剤は吸収器において再び使用することができる。多くの異なるタイプの蓄冷器が試用されてもよい。いくつかの実施形態において、蓄冷器には様々な充填材４０（図１）が満たされるかまたは部分的に満たされており、この充填材を通じて、希釈された乾燥剤は蓄冷器を通る経路内を進行する。
【００２２】
非限定的な例示として、蓄冷器の上端４４に、またはその付近に適切なノズル（図示せず）を配置することができ、このノズルを通じて乾燥剤が流れることができる。ノズルは、蓄冷器室内に乾燥剤の液滴を噴霧することができ、それによって、乾燥剤は、充填材を通じて下向きの経路内に進行し、蓄冷器底部４６において、またはその付近で出る。乾燥剤の移動は、外部空気４２の供給源に晒すことによって増進することができ、外気は送風機４８によって、たとえば、蓄冷器内に吹き込むことができる。充填材を通じた乾燥剤の滞留時間が延長されることによって、乾燥剤から所望される最大限の水が除去されることが保証される。このように、乾燥剤は所望の濃度値まで再濃縮される。
【００２３】
いくつかの実施形態において、吸収器３０から搬送されている、加熱され、希釈された乾燥剤は、少なくとも１つの外部熱源と接する。これによって、乾燥剤の温度が増大され、蓄冷器を通過する間に水を除去するために必要とされるエネルギーの量が低減する。いくつかの特に好適な実施形態において、外部熱源は、ガスタービンエンジン１４を出る排出ガスである。当業者には理解されるように、約４０ＭＷの一般的な出力定格を有する産業用ガスタービンは、１つまたは複数の適切な排熱口から、約４００℃〜５５０℃の範囲内の温度の大量の排出ガスを放出／廃棄する可能性がある。高温排出ガス（廃熱）の任意の部分を、適切な熱交換器５２または他のタイプの復熱デバイスへの経路５０に沿って方向づけることができ、それによって、さらなる熱が乾燥剤に与えられる。（動力生成デバイスからの残りの排出ガス５４は通常、大気に放出される。）熱交換器５２を出る任意の余分な湿気５６も、大気に放出することができる。排出ガスを使用することによって、乾燥剤をリサイクルするために、再生段階において必要とされるエネルギーの量を低下させる効率的な手段がもたらされる。いくつかの実施形態において、直通導管が外部熱源から乾燥剤へと延伸してもよく、すなわち、熱交換器５２はなくてもよい。
【００２４】
再濃縮された乾燥剤はその後、経路／導管５８に沿って、この経路に沿って乾燥剤を移動させるのに使用されることが多い少なくとも１つのポンプ６０を用いて、再び吸収器に方向づけすることができる。しかしながら、多くの実施形態において、ポンプ６０は必須でなくてもよい。これは、吸収器が真空下に維持される一方で、蓄冷器ユニットが大気圧に維持されるという事実に起因する。この圧力差は、それ自体で、乾燥剤溶液を蓄冷器から吸収器へと移動させるのに十分であることが多い。この段階における（吸収器に戻されている）乾燥剤は、乾燥剤が吸収器内のさらなる水蒸気を吸収し、それによって、冷却システム内のサイクルを完了するのに十分に低い温度にある。
【００２５】
図１の冷却システムには、さらなる特徴も存在し得る。いくつかの実施形態において、ポンプまたは圧縮機６２を使用して、真空室２０内で進行中の動作と干渉するおそれのあるガスを送出することができる。たとえば、ポンプを使用して、窒素、酸素、および水素のような、不溶性ガス（すなわち、水蒸気以外の気体）を連続的に除去することができる。
【００２６】
他の実施形態において、冷却システムの吸収器区画内に冷却塔６４を組み込むことができる。冷却塔は、給水源６６から供給を受けることができ、入口線６８および出口線７０を通じて吸収器に接続することができる。このように、冷却塔回路は、吸収器における水蒸気の吸収からもたらされるさらなる熱を除去するように機能する。（給水源６６は、図示されていない適切な導管を通じて、補給水源２８から供給を受けることもできる。）
いくつかの実施形態においては、特定のタイプの蒸発器および吸収器が冷却システム１０において好適である。図２は、適切な真空室７９内に含まれている組み合わせ蒸発器−吸収器ユニットを示す。吸収器７８は、通常同心円状になっている伝熱管のセット８１と、中心領域８５を含む周囲の蒸発器８０とを含む。吸収器内の管が、蒸発器からの水蒸気の吸収を加速する。
【００２７】
蒸発器８０は、紙、プラスチック、セルロースのような多孔質材料から成る少なくとも１つのプラットフォームまたは層を含む。この例示的な実施形態（図２）においては、例示として３つの多孔質プラットフォーム、すなわち、上側プラットフォーム８８、中間プラットフォーム９０、および（たとえば、底部にある）下側プラットフォーム９２が図示されている。プラットフォームは、冷却コイルから流れる温かい水から形成される水滴の通過に対応するように位置づけられている。各プラットフォームの形状、厚さ、および位置は、様々な要因によって決定される。それらの要因としては、蒸発器に入る温かい水の量、供給ノズル（後述）の形状および開口サイズ、ならびに、その水における水分蒸発および温度低減を増進するのに必要とされる混合の度合いが挙げられる。
【００２８】
図２に示すように、冷却コイル（図示せず）からの温かい水が、前述したように導管８２を介して蒸発器／吸収器内に方向づけられる。補給水の供給８３も、温かい水と同じ導管によって、または別個の導管によって、蒸発器／吸収器に方向づけられる。この水は好ましくは、ノズル８４を通じて導入される。
【００２９】
水はノズルを出ると通常、突然の圧力降下に起因して過熱状態になる。加熱された水は離散して水滴８６になり、その水のいくらかの部分は、活発な沸騰に起因して蒸気に変換される。例示されている実施形態について上記に暗示されているように、水滴は最初に上側プラットフォーム８８に接し、この最初の衝突が、たとえば、各水滴の中心「コア」とその買表面との間に存在し得る温度差が低減することによって、蒸発を増進し得る。
【００３０】
図２の例示されている実施形態において、水滴は一連の多孔質プラットフォーム８８、９０、および９２を通過する。このように、相当量の熱が温かい水から放出され、水の温度は、導管９４を介して冷却コイルに戻る再循環のために十分に低くなる。プラットフォームはまた、有利には、そうでなければ吸収器７８へと飛散する場合がある水の量を最小限に抑える。この実施形態において、蓄冷器（図示せず）からの濃縮乾燥剤溶液が、通常は導管９６を通じて吸収器７８へと方向づけられる。真空室７９内で、乾燥剤は蒸発器８０からの水蒸気と接することになる。上述したように、乾燥剤は水蒸気を吸収して希釈されることになり、その後、単純な形式で図示されている導管／経路９８を通じて再び蓄冷器へと方向づけることができる。吸収からの熱は、前述したように、冷却塔（この図には示さず）から冷却水に放出することができる。経路矢印９９および１０１は、それぞれ吸収器／蒸発器に入る、および、それを出る水経路の単純な描写を与える。
【００３１】
図２に示す蒸発器の１つの重要な利点は、蒸発器８０の中心領域８５に熱交換管がなく、代わりに、あるパターンの多孔質構造を通じて移動する水滴の流れに基づくことである。対照的に、従来の蒸発器システムは、蒸発器の中心領域に熱交換管を必要とする。管束が相当の熱抵抗のソースになり得るため、「管のない」蒸発器は、従来の蒸発器よりも低い熱抵抗を呈する。管をなくすことによって、蒸発器の費用も低減することができる。
【００３２】
本発明の全体的な冷却システム設計に存する別の利点は、前述したように蒸発器を通じて方向づけられる水を凝縮するための凝縮器がないことである。これに関連して冷却システムは、凝縮デバイスを使用することを常に必要とするいくつかの従来技術のシステムと比較して単純化される。このタイプの凝縮デバイスをなくすことによって、システムおよびプロセスの全体的な費用も低減することができる。
【００３３】
この冷却システム設計のまた別の利点は、処理された空気と冷媒（水）との間の熱抵抗が、従来の吸収式冷却器について存在するものよりも小さいという事実に存する。これは一部には、介在する金属壁が一切なく、冷媒が冷却剤に直に接するという事実に起因する。この低抵抗設計は、動力生成デバイスに入る空気が非常に低温でなければならないときに特に有用である。
【００３４】
図３は、本発明の別の実施形態による全体的な冷却システムの概略図である。この実施形態においては、複数の熱交換器が、システム内の様々な経路に沿って採用されている。（この図において、図１のものと同様である特徴およびユニットはラベリングされていない場合がある。）冷却システム１１０は、前述した機能を果たす、たとえば、ガスタービンエンジン１１４または冷気を必要とする別のタイプのエンジンもしくはデバイスに冷気を供給する冷却コイル１１２を含む。温かい空気および補給水が、吸収器１３０とともに真空室内に含まれている蒸発器１１８を通じて方向づけられる。吸収器はまた、水蒸気を吸収することが可能な乾燥剤の流れ１３２にも対応する。前述したように、乾燥剤（通常は液体）は希釈されることになり、多くの場合温度が上昇する。
【００３５】
図３の実施形態において、相対的に温かい、希釈された乾燥剤は２つの流路１３３および１３５に分割される（簡潔にするために、図の２つの位置において省略された形態で示す）。第１の流路１３３（「Ａ」の流れ）は第１の熱交換器１３７に入り、ここで、乾燥剤は、蓄冷器から戻る流れの一部分である、後述する別の乾燥剤の流路１５１からさらなる熱を吸収する。（冷却システム内の様々な流路を通る流れの内容および量は、吸収器および蒸発器ユニットを出入りする水の流れおよび乾燥剤の流れを実質的に平衡させるように制御される。）
ここでは熱交換器１３７を出た後のより高い温度にある乾燥剤の流路は、経路１３９に沿って第２の熱交換器１４１へと方向づけられる。第２の熱交換器は、外部熱源１４３、たとえば、図１にあるようなガスタービン排出物からの熱をも受け取り、それによって、乾燥剤の温度を「ブースト」し、これは有利でありえる。図３に示すようないくつかの実施形態において、熱交換器１４１および外部熱源１４３は、ポンプ１４７を用いて中間冷却ループ１４５を構成することができる。
【００３６】
熱交換器１４１を出た後、希釈された乾燥剤はその後、蓄冷器１３６に送られる。他の実施形態について上述したように、乾燥剤は蓄冷器において外部空気と接し、湿気を出し、それによって、乾燥剤はその主な機能に再使用することができる。蓄冷器１３６を出た後、濃縮された乾燥剤は、２つの流路１４９および１５１に分割される。
【００３７】
第１の戻り流路１４９は経路１３９へと方向づけられて、熱交換器１４１に入る前に希釈された蓄冷器材料と混合される。第２の戻り流路１５１は、その熱含有量の少なくとも一部分を拒絶するために、熱交換器１３７に戻るように方向づけられる。結果もたらされる熱交換器１３７からの流路はその後、入来する第２の流路１３５（上記の「Ｂ」の流路）と組み合わされ、第３の熱交換器１５３へと方向づけられる。乾燥剤がこの熱交換器に通されると、乾燥剤は、熱交換器の反対側（「低温側」）で流体へのさらなる熱を拒絶する。相対的に低温の乾燥剤はその後、経路１３２を通じて吸収器へと方向づけられて、水蒸気を吸収するその機能を取り戻す。熱交換器１５３から放出された熱は、この熱交換器とともに同じく冷却ループ１５５を形成することができる冷却塔１６４へと方向づけることができる。
【００３８】
図３の実施形態はそのほとんどが前述されている他の特徴も含むことができる。たとえば、ポンプを使用して、真空室から不溶性ガスを除去することができる。また、図２に関連して説明したように、吸収器および蒸発器を、いくつかの設計において効果的に組み合わせることができる。その上、事例によっては、冷却コイル（この実施形態または図１の実施形態における）は、空気が冷却水に直に接することを可能にする、直接接触式熱交換器に置き換えることができる。図３の実施形態は、複数の熱交換ユニットが冷却システム全体を通じて生成される余分な熱をより効率的に利用することができるため、いくつかの状況において有利である。
【００３９】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンエンジンに関する。当業者には理解されるように、図１を参照すると、このタイプのエンジンは、燃焼器１９と連通している圧縮機１６と、圧縮機と流れ連通している、タービンのような動力伝達デバイス２１とを含む。ガスタービンは、圧縮機１６の入口領域と流れ連通して結合されている、上述したもののような冷却システムをさらに含む。冷却コイルが、圧縮機に冷却された空気を効率的に提供し、結果として、エンジン効率がより高くなる。その上、いくつかの実施形態において、ガスタービンエンジンによって生成される余分な排出ガスを使用して、冷却システムの吸収器３０において使用するために再生されている乾燥剤を（たとえば、熱交換器５２を介して）加熱することができる。この目的のためにタービンエンジンからの余分な熱を使用することによって、冷却システムの効率も増大することができる。前述したように、相対的に低温の空気、または冷却された空気をガスタービンエンジンに提供するための方法が、本発明の別の実施形態を構成する。
【００４０】
本発明の精神から逸脱することなく、本発明の（本明細書に具体的に記載されているものを越える）変更を行うことができることが、当業者には諒解されよう。したがって、当業者によって企図される変更は本発明の範囲内にあると考えられるべきである。さらに、上記で言及した特許、特許文献、および他の引用文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  冷却システム
１２  冷却コイル
１４  ガスタービンエンジン
１６  圧縮機
１８  蒸発器
１９  燃焼器
２０  真空室
２１  動力伝達デバイス
２２  導管／パイプ
２４  ポンプ
２６  導管
２８  外部補給水源
３０  吸収器
３２  濃縮乾燥剤
３４  熱交換器機構
３６  蓄冷器
３８  導管
４０  充填材
４２  外部空気
４４  蓄冷器の上端
４６  蓄冷器底部
４８  送風機
５０  経路
５２  熱交換器
５４  残りの排出ガス
５６  余分な湿気
５８  経路／導管
６０  ポンプ
６２  ポンプまたは圧縮機
６４  冷却塔
６６  給水源
６８  入口線
７０  出口線
７８  吸収器
７９  真空室
８０  蒸発器
８１  伝熱管のセット
８２  導管
８３  補給水の供給
８４  ノズル
８５  中心領域
８６  水滴
８８  上側プラットフォーム
９０  中間プラットフォーム
９２  下側プラットフォーム
９４  導管
９６  導管
９８  導管／経路
９９  経路矢印
１０１  経路矢印
１１０  冷却システム
１１２  冷却コイル
１１４  ガスタービンエンジン
１１６  圧縮機
１１８  蒸発器
１３０  吸収器
１３２  経路
１３３  第１の流路
１３５  第２の流路
１３６  蓄冷器
１３７  第１の熱交換器
１３９  経路
１４１  第２の熱交換器
１４３  外部熱源
１４５  中間冷却ループ
１４７  ポンプ
１４９  第１の戻り流路
１５１  第２の戻り流路
１５３  第３の熱交換器
１５５  冷却ループ
１６４  冷却塔
【図１】
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【図２】
2016104979.tif 000004
【図３】
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【外国語明細書】
2016104979000001.pdf