(57)【要約】【課題】ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却しつつも、この圧縮空気の冷却で得られた熱を有効利用する。【解決手段】熱交換装置１００は、空気Ａを送風するファン１０１と、ファン１０１からの空気Ａとガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気Ｃａとを熱交換させて、圧縮空気Ｃａを冷却して冷却空気Ｃａｃとしてガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に送る第一熱交換器１１０と、第一熱交換器１１０を通過した空気Ａと燃料Ｆとを熱交換させて、燃料Ｆを加熱して予熱燃料Ｆｈとしてガスタービンの燃焼器に送る第二熱交換器１２０と、第一熱交換器１１０を通過した空気Ａと媒体ＬＭｃとを熱交換させて、媒体ＬＭｃを加熱する第三熱交換器１３０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を送風するファンと、
前記ファンからの空気とガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却して冷却空気として前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に送る第一熱交換器と、
前記ファンからの空気であって前記第一熱交換器を通過した空気と燃料とを熱交換させて、前記燃料を加熱して予熱燃料として前記ガスタービンの燃焼器に送る第二熱交換器と、
前記ファンからの空気であって少なくとも前記第一熱交換器を通過した空気と媒体とを熱交換させて、前記媒体を加熱する第三熱交換器と、
を備える熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置において、
前記ファンに対して、前記ファンの送風方向の下流側に配置され、前記ファンからの空気を前記送風方向に流す流路を画定する枠を備え、
前記第一熱交換器は、前記枠内に配置され、前記圧縮空気が内部を流れる複数の圧縮空気管を有し、
前記第二熱交換器は、前記枠内であって前記複数の圧縮空気管よりも前記下流側に配置され、前記燃料が内部を流れる複数の燃料管を有し、
前記第三熱交換器は、前記枠内であって少なくとも前記複数の圧縮空気管よりも前記下流側に配置され、前記媒体が内部を流れる複数の媒体管を有する、
熱交換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記第三熱交換器の前記複数の媒体管の全ては、前記枠内であって、前記複数の燃料管の前記下流側に配置されている、
熱交換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換装置において、
前記第一熱交換器は、前記圧縮空気が流入して前記圧縮空気を前記複数の圧縮空気管に送る第一入口ヘッダと、前記複数の圧縮空気管を通った前記圧縮空気が流入する第一出口ヘッダと、を有し、
前記第二熱交換器は、前記燃料が流入して前記燃料を前記複数の燃料管に送る第二入口ヘッダと、前記複数の燃料管を通った前記燃料が流入する第二出口ヘッダと、を有し、
前記第三熱交換器は、前記媒体が流入して前記媒体を前記複数の媒体管に送る第三入口ヘッダと、前記複数の媒体管を通った前記媒体が流入する第三出口ヘッダと、を有し、
前記第一入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記送風方向と交差する交差方向の第一の側に配置され、前記第一出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記交差方向における第一の側とは反対の第二の側に配置され、
前記第二入口ヘッダ及び第三入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第二出口ヘッダ及び第三出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置されている、
熱交換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記第二熱交換器の前記複数の燃料管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の一部の下流側に配置され、
前記第三熱交換器の前記複数の媒体管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の他の一部の下流側であって、前記送風方向に対して垂直な横方向で前記複数の燃料管と異なる位置に配置されている、
熱交換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱交換装置において、
前記第一熱交換器は、前記圧縮空気が流入して前記圧縮空気を前記複数の圧縮空気管に送る第一入口ヘッダと、前記複数の圧縮空気管を通った前記圧縮空気が流入する第一出口ヘッダと、を有し、
前記第二熱交換器は、前記燃料が流入して前記燃料を前記複数の燃料管に送る第二入口ヘッダと、前記複数の燃料管を通った前記燃料が流入する第二出口ヘッダと、を有し、
前記第三熱交換器は、前記媒体が流入して前記媒体を前記複数の媒体管に送る第三入口ヘッダと、前記複数の媒体管を通った前記媒体が流入する第三出口ヘッダと、を有し、
前記第一入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記送風方向及び前記横方向と交差する交差方向の第一の側に配置され、前記第一出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記交差方向における第一の側とは反対の第二の側に配置され、
前記第二入口ヘッダ及び前記第三入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第二出口ヘッダ及び第三出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置されている、
熱交換装置。
【請求項７】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記第三熱交換器の前記複数の媒体管のうち、一部の媒体管は、前記媒体が流入する一次媒体管であり、残りの媒体管は、前記一次媒体管を通過した前記媒体が流入する二次媒体管であり、
前記第二熱交換器の前記複数の燃料管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の一部の下流側に配置され、
前記一次媒体管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の燃料管の下流側に配置され、前記二次媒体管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の他の下流側であって、前記送風方向に対して垂直な横方向で前記複数の燃料管と異なる位置に配置されている、
熱交換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱交換装置において、
前記第一熱交換器は、前記圧縮空気が流入して前記圧縮空気を前記複数の圧縮空気管に送る第一入口ヘッダと、前記複数の圧縮空気管を通った前記圧縮空気が流入する第一出口ヘッダと、を有し、
前記第二熱交換器は、前記燃料が流入して前記燃料を前記複数の燃料管に送る第二入口ヘッダと、前記複数の燃料管を通った前記燃料が流入する第二出口ヘッダと、を有し、
前記第三熱交換器は、前記媒体が流入して前記媒体を前記一次媒体管に送る第三入口ヘッダと、前記一次媒体管を通った前記媒体が流入して前記二次媒体管に前記媒体を送る第三中間ヘッダと、前記二次媒体管を通った前記媒体が流入する第三出口ヘッダと、を有し、
前記第一入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記送風方向及び前記横方向と交差する交差方向の第一の側に配置され、前記第一出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記交差方向における前記第一の側とは反対の第二の側に配置され、
前記第二入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第二出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置され、
前記第三入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置され、前記第三中間ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第三出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置されている、
熱交換装置。
【請求項９】
請求項２から８のいずれか一項に記載の熱交換装置において、
前記複数の圧縮空気管、前記複数の燃料管、及び前記複数の媒体管は、いずれも、前記送風方向と交差する交差方向に延びている、
熱交換装置。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれか一項に記載の熱交換装置において、
前記送風方向は、鉛直方向であり、前記下流側は鉛直上側である、
熱交換装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱交換装置と、
前記ガスタービンの前記圧縮機からの圧縮空気を前記第一熱交換器に導く抽気ラインと、
前記第一熱交換器からの前記冷却空気を前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に導く冷却空気ラインと、
前記燃料を前記第二熱交換器に導く燃料ラインと、
前記第二熱交換器からの予熱燃料を前記燃焼器に導く予熱燃料ラインと、
を備えるガスタービンの高温部冷却系統。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱交換装置と、
水よりも沸点の低い低沸点媒体が循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、
を備え、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、
前記低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発装置と、前記蒸発装置で蒸発した前記低沸点媒体で駆動する低沸点媒体タービンと、前記低沸点媒体タービンから流出した前記低沸点媒体を凝縮して前記蒸発装置に戻す凝縮器と、を有し、
前記蒸発装置は、前記熱交換装置の前記第三熱交換器を含み、前記第一熱交換器を通過した前記空気の熱を利用して、前記低沸点媒体を加熱する、
プラント。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプラントにおいて、
前記蒸発装置に含まれる前記第三熱交換器は、前記第一熱交換器を通過した前記空気と前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発器である、
プラント。
【請求項１４】
請求項１２のプラントにおいて、
前記蒸発装置は、前記低沸点媒体と中間媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発器を含み、
前記蒸発装置に含まれる前記第三熱交換器は、前記第一熱交換器を通過した前記空気と前記中間媒体とを熱交換させて、前記中間媒体を加熱する中間熱交換器である、
プラント。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載のプラントにおいて、
前記低沸点媒体タービンの駆動で駆動する回転機械を備える、
プラント。
【請求項１６】
請求項１５のいずれか一項に記載のプラントにおいて、
前記回転機械の駆動を補助する補助電動機と、
前記低沸点媒体タービンの駆動力を前記回転機械に伝えると共に、前記補助電動機の駆動力を前記回転機械に伝える伝達機構と、
を備えるプラント。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載のプラントにおいて、
前記回転機械は、媒体タービン発電機である、
プラント。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載のプラントにおいて、
前記回転機械は、圧縮機である、
プラント。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプラントにおいて、
前記低沸点媒体タービンの駆動で駆動する前記圧縮機は、空気を圧縮して圧縮空気として前記ガスタービンの前記燃焼器に送る前記ガスタービンにおける補助圧縮機である、
プラント。
【請求項２０】
請求項１８に記載のプラントにおいて、
前記ガスタービンの前記圧縮機が吸い込む空気である吸気を冷却する吸気冷却系統を備え、
前記吸気冷却系統は、前記吸気と冷却媒体とを熱交換させて、前記吸気を冷却する吸気冷却器と、前記冷却媒体を冷却する冷却サイクルと、を備え、
前記冷却サイクルは、前記冷却媒体と冷却中間媒体とを熱交換させて、前記冷却媒体を冷却する一方で前記冷却中間媒体を蒸発させる中間媒体蒸発器と、前記中間媒体蒸発器で蒸発した前記冷却中間媒体を圧縮する中間媒体圧縮機と、前記中間媒体圧縮機で圧縮された前記冷却中間媒体を凝縮させる中間媒体凝縮器と、凝縮した前記冷却中間媒体を減圧して前記中間媒体蒸発器に送る中間媒体膨張弁と、を備え、
前記低沸点媒体タービンの駆動で駆動する前記圧縮機は、前記中間媒体圧縮機である、
プラント。
【請求項２１】
請求項１５又は１６に記載のプラントにおいて、
前記回転機械は、ポンプである、
プラント。
【請求項２２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱交換装置と、
ボイラーに水を送る給水ラインに接続され、前記給水ラインを流れる水の少なくとも一部を前記媒体として前記第三熱交換器に送る送りラインと、前記第三熱交換器で加熱された前記水を前記給水ラインに戻す戻りラインと、を備え、
前記第三熱交換器は、前記水を加熱する給水予熱器である、
プラント。
【請求項２３】
請求項２２に記載のプラントにおいて、
前記ボイラーを備え、
前記ボイラーは、前記ガスタービンからの排気ガスの熱で水を蒸発させる排熱回収ボイラーである、
プラント。
【請求項２４】
請求項１２から２３のいずれか一項に記載のプラントにおいて、
前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却する高温部冷却系統を備え、
前記高温部冷却系統は、
前記ガスタービンの前記圧縮機からの圧縮空気を前記第一熱交換器に導く抽気ラインと、
前記第一熱交換器からの前記冷却空気を前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に導く冷却空気ラインと、
前記燃料を前記第二熱交換器に導く燃料ラインと、
前記第二熱交換器からの予熱燃料を前記燃焼器に導く予熱燃料ラインと、
を有する、
プラント。
【請求項２５】
請求項１２から２４のいずれか一項に記載のプラントにおいて、
前記ガスタービンを備える、
プラント。
【請求項２６】
空気をファンで送風する送風工程と、
前記ファンからの空気とガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気とを熱交換させて、圧縮空気を冷却して冷却空気として前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に送る第一熱交換工程と、
前記ファンからの空気であって、前記圧縮空気と熱交換した前記空気と燃料とを熱交換させて、前記燃料を加熱して予熱燃料として前記ガスタービンの燃焼器に送る第二熱交換工程と、
前記ファンからの空気であって、少なくとも前記圧縮空気と熱交換した前記空気と媒体とを熱交換させて、前記媒体を加熱する第三熱交換工程と、
を実行する圧縮空気の熱交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却する熱交換装置、これを備える高温部冷却系統及びプラント、並びに圧縮空気の熱交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。ガスタービンでは、燃焼器の燃焼筒又は尾筒や、タービンの動翼や静翼等が高温の燃焼ガスに晒されるため、これらの高温部を冷却して、これらの高温部を燃焼ガスの熱から保護する必要がある。
【０００３】
このため、ガスタービンプラントでは、一般的に、ガスタービンの高温部を冷却する装置を備えている。このようなガスタービンプラントとしては、例えば、以下の特許文献１に記載されているプラントがある。
【０００４】
特許文献１に記載のガスタービンプラントは、ファンと、圧縮機から抽気した圧縮空気をファンからの空気で冷却する空冷式冷却器と、を備えている。さらに、このガスタービンプラントは、空冷式冷却器で圧縮空気との熱交換で加熱されたファンからの空気と燃焼器に送る燃料とを熱交換させて燃料を加熱する燃料加熱器を備えている。このように、このガスタービンプラントでは、圧縮空気をファンからの空気で冷却する一方で、この圧縮空気との熱交換で加熱されたファンからの空気で燃料を加熱することで、圧縮空気の熱の有効利用を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１５０５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガスタービンプラントでは、このガスタービンプラントから発生する熱を有効利用し、よりプラントの熱効率を高めることが求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却しつつも、この圧縮空気の冷却で得られた熱を有効利用することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての熱交換装置は、
空気を送風するファンと、前記ファンからの空気とガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却して冷却空気として前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に送る第一熱交換器と、前記ファンからの空気であって前記第一熱交換器を通過した空気と燃料とを熱交換させて、前記燃料を加熱して予熱燃料として前記ガスタービンの燃焼器に送る第二熱交換器と、前記ファンからの空気であって少なくとも前記第一熱交換器を通過した空気と媒体とを熱交換させて、前記媒体を加熱する第三熱交換器と、を備える。
【０００９】
当該熱交換装置では、第一熱交換器で、ファンからの空気と圧縮空気とが熱交換される。この結果、圧縮空気は冷却される一方で、ファンからの空気は加熱される。当該熱交換装置では、第二熱交換器で、ファンからの空気であって第一熱交換器を通過して加熱された空気と燃料とが熱交換される。この結果、燃料は加熱される一方で、空気は冷却される。さらに、当該熱交換装置では、第三熱交換器で、ファンからの空気であって少なくとも第一熱交換器を通過して加熱された空気と媒体とが熱交換される。この結果、媒体は加熱される一方で、空気は冷却される。
【００１０】
ここで、前記熱交換装置において、前記ファンに対して、前記ファンの送風方向の下流側に配置され、前記ファンからの空気を前記送風方向に流す流路を画定する枠を備え、前記第一熱交換器は、前記枠内に配置され、前記圧縮空気が内部を流れる複数の圧縮空気管を有し、前記第二熱交換器は、前記枠内であって前記複数の圧縮空気管よりも前記下流側に配置され、前記燃料が内部を流れる複数の燃料管を有し、前記第三熱交換器は、前記枠内であって少なくとも前記複数の圧縮空気管よりも前記下流側に配置され、前記媒体が内部を流れる複数の媒体管を有する。
【００１１】
当該熱交換装置では、枠を備えるので、ファンからの空気を、第一熱交換器の複数の圧縮空気管間、第二熱交換器の複数の燃料管間、及び第三熱交換器の複数の媒体管間に、ファンからの空気を効果的に通過させることができる。
【００１２】
また、前記枠を備える前記熱交換装置において、前記第三熱交換器の前記複数の媒体管の全ては、前記枠内であって、前記複数の燃料管の前記下流側に配置されていてもよい。
【００１３】
当該熱交換装置では、圧縮空気の冷却で得られた空気中の熱で燃料を予熱した後、さらにこの空気の熱で媒体を加熱するので、圧縮空気の冷却で得られた空気中の熱をより有効利用することができる。
【００１４】
また、前記複数の媒体管の全てが前記複数の燃料管の前記下流側に配置されている前記熱交換装置において、前記第一熱交換器は、前記圧縮空気が流入して前記圧縮空気を前記複数の圧縮空気管に送る第一入口ヘッダと、前記複数の圧縮空気管を通った前記圧縮空気が流入する第一出口ヘッダと、を有し、前記第二熱交換器は、前記燃料が流入して前記燃料を前記複数の燃料管に送る第二入口ヘッダと、前記複数の燃料管を通った前記燃料が流入する第二出口ヘッダと、を有し、前記第三熱交換器は、前記媒体が流入して前記媒体を前記複数の媒体管に送る第三入口ヘッダと、前記複数の媒体管を通った前記媒体が流入する第三出口ヘッダと、を有し、前記第一入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記送風方向と交差する交差方向の第一の側に配置され、前記第一出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記交差方向における第一の側とは反対の第二の側に配置され、前記第二入口ヘッダ及び第三入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第二出口ヘッダ及び第三出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置されていてもよい。
【００１５】
当該熱交換装置では、高温の圧縮空気が、複数の圧縮空気管内を第一の側から第二の側に向かって流れる。このため、この圧縮空気と熱交換した空気は、枠内における第一の側の方が第二の側よりも高温になる。燃料は、複数の燃料管内を第二の側から第一の側に向かって流れる。すなわち、燃料が燃料管内を流れる方向は、圧縮空気が圧縮空気管内を流れる方向とは逆向きである。言い換えると、燃料管内の燃料の流れが、この上流側に配置される圧縮空気管内の圧縮空気の流れに対する対向流になる。このため、燃料は、枠内における第二の側を通る空気で加熱された後、枠内における第一の側を通る空気で加熱される。圧縮空気と熱交換した空気は、前述したように、枠内における第一の側の方が第二の側よりも高温である。このため、燃料は、第二の側である程度加熱された後、より高い温度の空気が流れる第一の側でさらに加熱される。よって、燃料は、効果的に加熱される。一方、燃料と熱交換した空気は、第二の側で低い温度の燃料と熱交換するため、第二の側の方が第一の側よりも冷却される。よって、燃料と熱交換した空気は、枠内における第一の側の方が第二の側よりも高温になる。
【００１６】
媒体は、複数の媒体管内を第二の側から第一の側に向かって流れる。すなわち、媒体が媒体管内を流れる方向は、燃料が燃料管内を流れる方向と同じ向きである。このため、媒体は、枠内における第二の側を通る空気で加熱された後、枠内における第一の側を通る空気で加熱される。燃料と熱交換した空気は、前述したように、枠内における第一の側の方が第二の側よりも高温である。このため、媒体は、第二の側である程度加熱された後、より高い温度の空気が流れる第一の側でさらに加熱される。よって、低沸点媒体は、効果的に加熱される。
【００１７】
また、前記枠を備える前記熱交換装置において、前記第二熱交換器の前記複数の燃料管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の一部の下流側に配置され、前記第三熱交換器の前記複数の媒体管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の他の一部の下流側であって、前記送風方向に対して垂直な横方向で前記複数の燃料管と異なる位置に配置されていてもよい。
【００１８】
当該熱交換装置では、媒体が複数の媒体管を通る過程で、ファンから送られてくる空気であって、複数の圧縮空気管の間を通って加熱され、複数の燃料管の間を通っていない空気と熱交換されて加熱される。よって、当該熱交換装置では、複数の媒体管の全てが、複数の燃料管の下流側に配置されているものよりも、媒体を高温に加熱することができる。
【００１９】
前記複数の媒体管の全てが横方向で複数の燃料管と異なる位置に配置されている前記熱交換装置において、前記第一熱交換器は、前記圧縮空気が流入して前記圧縮空気を前記複数の圧縮空気管に送る第一入口ヘッダと、前記複数の圧縮空気管を通った前記圧縮空気が流入する第一出口ヘッダと、を有し、前記第二熱交換器は、前記燃料が流入して前記燃料を前記複数の燃料管に送る第二入口ヘッダと、前記複数の燃料管を通った前記燃料が流入する第二出口ヘッダと、を有し、前記第三熱交換器は、前記媒体が流入して前記媒体を前記複数の媒体管に送る第三入口ヘッダと、前記複数の媒体管を通った前記媒体が流入する第三出口ヘッダと、を有し、前記第一入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記送風方向及び前記横方向と交差する交差方向の第一の側に配置され、前記第一出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記交差方向における第一の側とは反対の第二の側に配置され、前記第二入口ヘッダ及び前記第三入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第二出口ヘッダ及び第三出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置されていてもよい。
【００２０】
当該熱交換装置では、燃料管内の燃料の流れが、この上流側に配置される圧縮空気管内の圧縮空気の流れに対する対向流になるので、燃料を効率的に加熱することができる。また、当該熱交換装置では、媒体管内の媒体の流れが、この上流側に配置される圧縮空気管内の圧縮空気の流れに対する対向流になるので、媒体を効率的に加熱することができる。
【００２１】
また、前記枠を備える前記熱交換装置において、前記第三熱交換器の前記複数の媒体管のうち、一部の媒体管は、前記媒体が流入する一次媒体管であり、残りの媒体管は、前記一次媒体管を通過した前記媒体が流入する二次媒体管であり、前記第二熱交換器の前記複数の燃料管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の一部の下流側に配置され、前記一次媒体管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の燃料管の下流側に配置され、前記二次媒体管の全ては、前記枠内で且つ前記複数の圧縮空気管の他の下流側であって、前記送風方向に対して垂直な横方向で前記複数の燃料管と異なる位置に配置されていてもよい。
【００２２】
当該熱交換装置では、媒体が、一次媒体管を通る過程で、ファンから送られてくる空気であって、複数の圧縮空気管の間を通って加熱された後、複数の燃料管の間を通って冷却された空気と熱交換されて加熱される。当該熱交換装置では、さらに、一次媒体管を通って加熱された媒体が、二次媒体管を通る過程で、ファンから送られてくる空気であって、複数の圧縮空気管の間を通って加熱され、複数の燃料管の間を通っていない空気と熱交換されてさらに加熱される。よって、当該熱交換装置では、複数の媒体管の全てが、複数の燃料管の下流側に配置されているものよりも、媒体を高温に加熱することができる。
【００２３】
前記一次媒体管及び前記二次媒体管を有する前記熱交換装置において、前記第一熱交換器は、前記圧縮空気が流入して前記圧縮空気を前記複数の圧縮空気管に送る第一入口ヘッダと、前記複数の圧縮空気管を通った前記圧縮空気が流入する第一出口ヘッダと、を有し、前記第二熱交換器は、前記燃料が流入して前記燃料を前記複数の燃料管に送る第二入口ヘッダと、前記複数の燃料管を通った前記燃料が流入する第二出口ヘッダと、を有し、前記第三熱交換器は、前記媒体が流入して前記媒体を前記一次媒体管に送る第三入口ヘッダと、前記一次媒体管を通った前記媒体が流入して前記二次媒体管に前記媒体を送る第三中間ヘッダと、前記二次媒体管を通った前記媒体が流入する第三出口ヘッダと、を有し、前記第一入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記送風方向及び前記横方向と交差する交差方向の第一の側に配置され、前記第一出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記交差方向における前記第一の側とは反対の第二の側に配置され、前記第二入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第二出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置され、前記第三入口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置され、前記第三中間ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第二の側に配置され、前記第三出口ヘッダは、前記枠を基準にして、前記第一の側に配置されていてもよい。
【００２４】
当該熱交換装置では、燃料管内の燃料の流れが、この上流側に配置される圧縮空気管内の圧縮空気の流れに対する対向流になるので、燃料を効率的に加熱することができる。また、当該熱交換装置では、二次媒体管内の媒体の流れが、この上流側に配置されている圧縮空気管内の圧縮空気の流れに対する対向流になるので、二次媒体管内の媒体も効率的に加熱することができる。
【００２５】
前記枠を備える、以上のいずれかの前記熱交換装置において、前記複数の圧縮空気管、前記複数の燃料管、及び前記複数の媒体管は、いずれも、前記送風方向と交差する交差方向に延びていてもよい。
【００２６】
当該熱交換装置では、複数の圧縮空気管、複数の燃料管、及び複数の媒体管を枠内に効率的に配置できるので、熱交換装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
以上のいずれかの前記熱交換装置において、前記送風方向は、鉛直方向であり、前記下流側は鉛直上側であってもよい。
【００２８】
当該熱交換装置では、ファンの送風方向の下流側が鉛直上側である。このため、当該熱交換装置では、圧縮空気との熱交換で加熱された空気が軽くなって上昇しようとする方向が送風方向の下流側になるので、送風方向の空気の流速を高めることができる。よって、当該熱交換装置では、燃料管及び媒体管での空気の熱交換の効率を高めることができる。
【００２９】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンの高温部冷却系統は、
以上のいずれかの前記熱交換装置と、前記ガスタービンの前記圧縮機からの圧縮空気を前記第一熱交換器に導く抽気ラインと、前記第一熱交換器からの前記冷却空気を前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に導く冷却空気ラインと、前記燃料を前記第二熱交換器に導く燃料ラインと、前記第二熱交換器からの予熱燃料を前記燃焼器に導く予熱燃料ラインと、を備える。
【００３０】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのプラントは、
以上のいずれかの前記熱交換装置と、水よりも沸点の低い低沸点媒体が循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、を備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルは、前記低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発装置と、前記蒸発装置で蒸発した前記低沸点媒体で駆動する低沸点媒体タービンと、前記低沸点媒体タービンから流出した前記低沸点媒体を凝縮して前記蒸発装置に戻す凝縮器と、を有し、前記蒸発装置は、前記熱交換装置の前記第三熱交換器を含み、前記第一熱交換器を通過した前記空気の熱を利用して、前記低沸点媒体を加熱する。
【００３１】
当該プラントでは、圧縮空気の冷却で得られた熱で、低沸点媒体タービンを駆動させることができる。
【００３２】
ここで、前記低沸点媒体ランキンサイクルを備える前記プラントにおいて、前記蒸発装置に含まれる前記第三熱交換器は、前記第一熱交換器を通過した前記空気と前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発器であってもよい。
【００３３】
また、前記低沸点媒体ランキンサイクルを備える前記プラントにおいて、前記蒸発装置は、前記低沸点媒体と中間媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発器を含み、前記蒸発装置に含まれる前記第三熱交換器は、前記第一熱交換器を通過した前記空気と前記中間媒体とを熱交換させて、前記中間媒体を加熱する中間熱交換器であってもよい。
【００３４】
前記低沸点媒体ランキンサイクルを備える、以上のいずれかの前記プラントにおいて、
前記低沸点媒体タービンの駆動で駆動する回転機械を備えてもよい。
【００３５】
前記回転機械を備える前記プラントにおいて、前記回転機械の駆動を補助する補助電動機と、前記低沸点媒体タービンの駆動力を前記回転機械に伝えると共に、前記補助電動機の駆動力を前記回転機械に伝える伝達機構と、を備えてもよい。
【００３６】
また、前記回転機械を備える、以上のいずれかの前記プラントにおいて、前記回転機械は、媒体タービン発電機であってもよい。
【００３７】
また、前記回転機械を備える、以上のいずれかの前記プラントにおいて、前記回転機械は、圧縮機であってもよい。
【００３８】
前記回転機械が前記圧縮機である前記プラントにおいて、前記低沸点媒体タービンの駆動で駆動する前記圧縮機は、空気を圧縮して圧縮空気として前記ガスタービンの前記燃焼器に送る前記ガスタービンにおける補助圧縮機であってもよい。
【００３９】
また、前記回転機械が前記圧縮機である前記プラントにおいて、前記ガスタービンの前記圧縮機が吸い込む空気である吸気を冷却する吸気冷却系統を備え、前記吸気冷却系統は、前記吸気と冷却媒体とを熱交換させて、前記吸気を冷却する吸気冷却器と、前記冷却媒体を冷却する冷却サイクルと、を備え、前記冷却サイクルは、前記冷却媒体と冷却中間媒体とを熱交換させて、前記冷却媒体を冷却する一方で前記冷却中間媒体を蒸発させる中間媒体蒸発器と、前記中間媒体蒸発器で蒸発した前記冷却中間媒体を圧縮する中間媒体圧縮機と、前記中間媒体圧縮機で圧縮された前記冷却中間媒体を凝縮させる中間媒体凝縮器と、凝縮した前記冷却中間媒体を減圧して前記中間媒体蒸発器に送る中間媒体膨張弁と、を備え、前記低沸点媒体タービンの駆動で駆動する前記圧縮機は、前記中間媒体圧縮機であってもよい。
【００４０】
前記回転機械を備える、以上のいずれかの前記プラントにおいて、前記回転機械は、ポンプであってもよい。
【００４１】
上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのプラントは、
以上のいずれかの前記熱交換装置と、ボイラーに水を送る給水ラインに接続され、前記給水ラインを流れる水の少なくとも一部を前記媒体として前記第三熱交換器に送る送りラインと、前記第三熱交換器で加熱された前記水を前記給水ラインに戻す戻りラインと、を備え、前記第三熱交換器は、前記水を加熱する給水予熱器であってもよい。
【００４２】
前記第三熱交換器が前記給水予熱器である前記プラントにおいて、前記ボイラーを備え、前記ボイラーは、前記ガスタービンからの排気ガスの熱で水を蒸発させる排熱回収ボイラーであってもよい。
【００４３】
また、以上のいずれかの前記プラントにおいて、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却する高温部冷却系統を備え、前記高温部冷却系統は、前記ガスタービンの前記圧縮機からの圧縮空気を前記第一熱交換器に導く抽気ラインと、前記第一熱交換器からの前記冷却空気を前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に導く冷却空気ラインと、前記燃料を前記第二熱交換器に導く燃料ラインと、前記第二熱交換器からの予熱燃料を前記燃焼器に導く予熱燃料ラインと、を有してもよい。
【００４４】
また、以上のいずれかの前記プラントにおいて、前記ガスタービンを備えてもよい。
【００４５】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての圧縮空気の熱交換方法は、
空気をファンで送風する送風工程と、前記ファンからの空気とガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気とを熱交換させて、圧縮空気を冷却して冷却空気として前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に送る第一熱交換工程と、前記ファンからの空気であって、前記圧縮空気と熱交換した前記空気と燃料とを熱交換させて、前記燃料を加熱して予熱燃料として前記ガスタービンの燃焼器に送る第二熱交換工程と、前記ファンからの空気であって、少なくとも前記圧縮空気と熱交換した前記空気と媒体とを熱交換させて、前記媒体を加熱する第三熱交換工程と、を実行する。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の一態様によれば、ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却しつつも、この圧縮空気の冷却で得られた熱を有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるプラントの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における熱交換装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る第二実施形態におけるプラントの系統図である。
【図４】本発明に係る第三実施形態におけるプラントの系統図である。
【図５】本発明に係る熱交換装置の第一変形例の斜視図である。
【図６】本発明に係る熱交換装置の第二変形例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明に係る熱交換装置、この熱交換装置を備えるプラントの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４９】
「プラントの第一実施形態」
本発明に係るプラントの第一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
【００５０】
本実施形態のプラントは、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＸの熱を回収する排熱回収装置３０と、ガスタービン１０中の高温部を冷却する高温部冷却系統４０と、を備えている。
【００５１】
ガスタービン１０は、大気Ａを圧縮して圧縮空気Ｃａを生成するガスタービン圧縮機１２と、大気Ａをガスタービン圧縮機１２に導く吸気ダクト１１と、燃料Ｆを圧縮空気Ｃａ中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２１と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン２２と、を備えている。
【００５２】
ガスタービン圧縮機１２は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１３と、圧縮機ロータ１３を覆う圧縮機車室１６と、を有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸方向、軸線Ａｒに対する周方向を単に周方向とする。また、軸方向で一方側を軸方向上流側、他方側の軸方向下流側とする。圧縮機ロータ１３は、軸線Ａｒを中心として軸方向に延びるロータ軸部１４と、軸方向に並ぶ複数の動翼列１５と、を有する。各動翼列１５は、いずれも、周方向に並んでロータ軸部１４の外周に固定されている複数の動翼１５ａを有する。ガスタービン圧縮機１２は、さらに、各動翼列１５の軸方向下流側に配置されている静翼列１９を有する。各静翼列１９は、いずれも、周方向に並んで圧縮機車室１６の内周に固定されている複数の静翼１９ａを有する。圧縮機車室１６は、圧縮機ロータ１３で複数の動翼列１５及び複数の静翼列１９が存在する領域を覆う車室本体１７と、圧縮機ロータ１３で軸方向最下流の静翼列１９よりも軸方向下流側の領域を覆う吐出車室１８と、を有する。車室本体１７内では、圧縮機ロータ１３の回転で大気Ａが圧縮されて圧縮空気Ｃａが生成される。吐出車室１８には、車室本体１７からの圧縮空気Ｃａが流入する。この吐出車室１８には、燃焼器２１が収納されている。このように、吐出車室１８には、燃焼器２１が収納されることから、この吐出車室１８を燃焼器車室ということもある。
【００５３】
タービン２２は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ２３と、タービンロータ２３を覆うタービン車室２６とを有する。タービンロータ２３は、軸線Ａｒを中心として軸方向に延びるロータ軸部２４と、軸方向に並ぶ複数の動翼列２５と、を有する。各動翼列２５は、いずれも、周方向に並んでロータ軸部２４の外周に固定されている複数の動翼２５ａを有する。タービン２２は、さらに、各動翼列２５の軸方向上流側に配置されている静翼列２９を有する。各静翼列２９は、いずれも、周方向に並んでタービン車室２６の内周に固定されている複数の静翼２９ａを有する。ロータ軸部２４の内部及び動翼２５ａの内部には、動翼２５ａを冷却するための冷却空気が通る冷却空気流路２５ｂが形成されている。
【００５４】
圧縮機ロータ１３及びタービンロータ２３は、同一の軸線Ａｒを中心として回転するもので、相互に連結され、ガスタービンロータ３を成している。ガスタービンロータ３には、例えば、このガスタービンロータ３の回転で発電するガスタービン発電機９が接続されている。圧縮機車室１６及びタービン車室２６は、相互に連結されてガスタービンケーシング６を成している。
【００５５】
排熱回収装置３０は、タービン２２の排気口に接続されている煙道３１と、煙道３１を通る排気ガスＥＸと水とを熱交換させて蒸気を発生させる排熱回収ボイラー３２と、排熱回収ボイラー３２で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン３３と、蒸気タービン３３を駆動させた蒸気を水に戻す復水器３４と、復水器３４中の水を排熱回収ボイラー３２に戻す給水ポンプ３５と、を備えている。給水ポンプ３５と排熱回収ボイラー３２とは給水ライン３６で接続されている。蒸気タービン３３のタービンロータには、例えば、このタービンロータの回転で発電する蒸気タービン発電機３９が接続されている。
【００５６】
高温部冷却系統４０は、ガスタービン圧縮機１２から抽気された圧縮空気Ｃａを大気Ａと熱交換させて圧縮空気Ｃａを冷却する熱交換装置１００と、ガスタービン圧縮機１２から抽気した圧縮空気Ｃａを熱交換装置１００に導く抽気ライン４１と、熱交換装置１００で冷却された圧縮空気Ｃａである冷却空気Ｃａｃをガスタービン１０の高温部である動翼２５ａに導く冷却空気ライン４２と、を備える。
【００５７】
熱交換装置１００は、大気Ａを送風するファン１０１と、ファン１０１からの空気Ａと圧縮空気Ｃａとを熱交換させて圧縮空気Ｃａを冷却する圧縮空気冷却器（第一熱交換器）１１０と、ファン１０１からの空気Ａであって圧縮空気冷却器１１０を通過した空気Ａと燃料Ｆとを熱交換させて燃料Ｆを加熱する燃料予熱器（第二熱交換器）１２０と、ファン１０１からの空気Ａであって圧縮空気冷却器１１０を通過した空気Ａと水よりも沸点の低い低沸点媒体ＬＭとを熱交換させて低沸点媒体ＬＭを蒸発させる蒸発器（第三熱交換器）１３０と、を備える。
【００５８】
抽気ライン４１は、一方の端部がガスタービン１０の吐出車室１８に接続され、他方の端部が圧縮空気冷却器１１０に接続されている。また、冷却空気ライン４２は、一方の端部が圧縮空気冷却器１１０に接続され、他方の端部がタービンロータ２３のロータ軸部２４に接続されている。冷却空気Ｃａｃは、冷却空気ライン４２からロータ軸部２４及び動翼２５ａの冷却空気流路２５ｂを経て、動翼２５ａに導かれる。動翼２５ａは、この冷却空気Ｃａｃにより冷却される。
【００５９】
燃料予熱器１２０には、燃料供給源からの燃料Ｆを燃料予熱器１２０に送る燃料ライン４３と、燃料予熱器１２０で加熱された燃料Ｆである予熱燃料Ｆｈを燃焼器２１に送る予熱燃料ライン４４とが接続されている。
【００６０】
本実施形態のプラントは、さらに、低沸点媒体タービン５１を有し前述の低沸点媒体ＬＭが循環する低沸点媒体ランキンサイクル５０と、ガスタービン圧縮機１２が吸い込む大気Ａを冷却する吸気冷却系統６０と、大気Ａを圧縮して圧縮空気Ｃａを生成する補助圧縮機７１と、低沸点媒体タービン５１の駆動力で発電する媒体タービン発電機７３と、各種回転機械７４と、補助圧縮機７１や各種回転機械７４等の駆動を補助する補助電動機７５と、低沸点媒体タービン５１の駆動力及び補助電動機７５の駆動力を各種回転機械７４等に伝える伝達機構７６と、を備える。
【００６１】
ランキンサイクルは、一般的に、蒸気で蒸気タービンを駆動するサイクルである。一方、低沸点媒体ランキンサイクル５０は、水よりも沸点の低い低沸点媒体ＬＭを用いて低沸点媒体タービン５１を駆動するサイクルである。この低沸点媒体ランキンサイクル（以下、単にランキンサイクルという）５０は、凝縮している低沸点媒体ＬＭｃを加熱して蒸発させる蒸発装置である蒸発器１３０と、蒸発した低沸点媒体ＬＭｖで駆動する低沸点媒体タービン５１と、低沸点媒体タービン５１を駆動させた低沸点媒体ＬＭｖを冷却して凝縮させる凝縮器５２と、凝縮した低沸点媒体ＬＭｃを蒸発器１３０に戻す低沸点媒体ポンプ５３と、これらを接続する低沸点媒体ライン５５と、を備える。凝縮器５２は、熱交換器の一種で、低沸点媒体ＬＭと水等の冷却媒体とを熱交換させる。低沸点媒体ライン５５は、凝縮器５２で凝縮した低沸点媒体ＬＭｃが流れる液−低沸点媒体ライン５５ａと、蒸発器１３０で蒸発した低沸点媒体ＬＭｖが流れる気−低沸点媒体ライン５５ｂと、を有する。液−低沸点媒体ライン５５ａは、凝縮器５２と蒸発器１３０とを接続する。低沸点媒体ポンプ５３は、この液−低沸点媒体ライン５５ａ中に設けられている。気−低沸点媒体ライン５５ｂは、蒸発器１３０と低沸点媒体タービン５１の吸込口とを接続する。このランキンサイクル５０の蒸発器１３０は、熱交換装置１００の蒸発器１３０でもある。よって、ランキンサイクル５０と熱交換装置１００とは、蒸発器１３０を共有している。
【００６２】
ランキンサイクル５０中を循環する低沸点媒体ＬＭとしては、例えば、ペンタン、ベンゼン、トルエン等の有機媒体の他、アンモニアやシリコンオイル等が用いられる。
【００６３】
吸気冷却系統６０は、ガスタービン１０が吸い込む大気Ａである吸気と冷却媒体ＣＭとを熱交換させて吸気を冷却する吸気冷却器６１と、冷却媒体ＣＭを吸気冷却器６１に送る冷却媒体ポンプ６２と、冷却媒体ＣＭを冷却する冷却サイクル６４と、を備える。
【００６４】
冷却サイクル６４は、冷却媒体ＣＭと冷却中間媒体ＣＭＭとを熱交換させて、冷却媒体ＣＭを冷却する一方で冷却中間媒体ＣＭＭを蒸発させる中間媒体蒸発器６５と、中間媒体蒸発器６５で蒸発した冷却中間媒体ＣＭＭを圧縮する中間媒体圧縮機６６と、中間媒体圧縮機６６で圧縮された冷却中間媒体ＣＭＭを凝縮させる中間媒体凝縮器６７と、凝縮した冷却中間媒体ＣＭＭを減圧して中間媒体蒸発器６５に送る中間媒体膨張弁６８と、これらを接続する冷却中間媒体ライン６９と、を備える。
【００６５】
吸気冷却器６１は、吸気ダクト１１に設けられ、この吸気ダクト１１を通る大気Ａを冷却する。この吸気冷却器６１は、冷却サイクル６４の中間媒体蒸発器６５と冷却媒体ライン６３で接続されている。この冷却媒体ライン６３には、前述の冷却媒体ポンプ６２が設けられている。この冷却媒体ライン６３を流れる冷却媒体ＣＭは、例えば、水である。
【００６６】
補助圧縮機７１の吐出口には、圧縮空気ライン７２が接続されている。この圧縮空気ライン７２は、ガスタービン１０の吐出車室１８に接続されている。よって、この補助圧縮機７１が圧縮した空気である圧縮空気Ｃａは、燃焼器２１での燃焼用空気として利用される。
【００６７】
各種回転機械７４としては、例えば、排熱回収装置３０の給水ポンプ３５、ランキンサイクル５０の低沸点媒体ポンプ５３、吸気冷却系統６０の冷却媒体ポンプ６２、当該プラントの各種制御弁を駆動するために使用する制御用空気を生成する制御用空気圧縮機等がある。
【００６８】
伝達機構７６は、複数の入力軸７７ａ，７７ｂと、複数の出力軸７８ａ〜７８ｄと、各入力軸７７ａ，７７ｂの回転で各出力軸７８ａ〜７８ｄを回転させる複数のギヤと、複数のクラッチと、を有する。クラッチは、複数の入力軸７７ａ，７７ｂのいずれか一の入力軸の回転力を一の出力軸にのみに伝え、他の出力軸には伝えない。伝達機構７６の複数の入力軸７７ａ，７７ｂのうち、一の入力軸７７ａには、低沸点媒体タービン５１のロータが接続され、他の入力軸７７ｂには、補助電動機７５のロータが接続されている。また、この伝達機構７６の複数の出力軸７８ａ〜７８ｄのうち、一の出力軸７８ａには媒体タービン発電機７３のロータが接続され、他の一の出力軸７８ｂには補助圧縮機７１のロータが接続され、さらに他の一の出力軸７８ｃには中間媒体圧縮機６６のロータが接続されている。さらに、残りの出力軸７８ｄには、各種回転機械７４のロータが接続されている。なお、出力軸７８ａ〜７８ｄに接続されている機器７３,７１,６６,７４も、回転機械である。
【００６９】
伝達機構７６は、クラッチを備えているため、例えば、低沸点媒体タービン５１の回転駆動力及び補助電動機７５の回転駆動力を、複数の出力軸７８ａ〜７８ｄのうち一の出力軸７８ａに接続されている媒体タービン発電機７３のみに伝えることが可能である。同様に、伝達機構７６は、低沸点媒体タービン５１の回転駆動力及び補助電動機７５の回転駆動力を、複数の出力軸７８ａ〜７８ｄのそれぞれに接続されている機器のうち、一の機器のみに伝えることが可能である。また、この伝達機構７６は、低沸点媒体タービン５１の回転駆動力及び補助電動機７５の回転駆動力を、複数の出力軸７８ａ〜７８ｄのそれぞれに接続されている機器のうち、複数の機器に伝えることも可能である。さらに、この伝達機構７６は、低沸点媒体タービン５１の回転駆動力と補助電動機７５の回転駆動力とのうち、一方の回転駆動力のみを、複数の出力軸７８ａ〜７８ｄのそれぞれに接続されている機器のうち、１以上の機器に伝えることも可能である。
【００７０】
熱交換装置１００は、図２に示すように、ファン１０１からの空気Ａをこのファン１０１の送風方向Ｄｂに流す流路を画定する枠１０５を備えている。この枠１０５は、鉛直方向に延びる角筒状を成し、上端及び下端が開口している。ファン１０１は、鉛直上向きが送風方向Ｄｂの上流側になるよう、この枠１０５の下方に配置されている。よって、枠１０５は、ファン１０１に対して送風方向Ｄｂの下流側に配置されている。
【００７１】
熱交換装置１００の圧縮空気冷却器（第一熱交換器）１１０は、圧縮空気Ｃａが内部を通る複数の圧縮空気管１１１と、抽気ライン４１からの圧縮空気Ｃａを複数の圧縮空気管１１１に送る圧縮空気入口ヘッダ（第一入口ヘッダ）１１５と、複数の圧縮空気管１１１を通った圧縮空気Ｃａを冷却空気Ｃａｃとして冷却空気ライン４２に送る圧縮空気出口ヘッダ（第一出口ヘッダ）１１６と、を有する。
【００７２】
熱交換装置１００の燃料予熱器（第二熱交換器）１２０は、燃料Ｆが内部を通る複数の燃料管１２１と、燃料ライン４３からの燃料Ｆを複数の燃料管１２１に送る燃料入口ヘッダ（第二入口ヘッダ）１２５と、複数の燃料管１２１を通った燃料Ｆを予熱燃料Ｆｈとして予熱燃料ライン４４に送る燃料出口ヘッダ（第二出口ヘッダ）１２６と、を有する。
【００７３】
熱交換装置１００の蒸発器（第三熱交換器）１３０は、低沸点媒体ＬＭが内部を通る複数の媒体管１３１と、液−低沸点媒体ライン５５ａからの低沸点媒体ＬＭｃを複数の媒体管１３１に送る媒体入口ヘッダ（第三入口ヘッダ）１３５と、複数の媒体管１３１を通った低沸点媒体ＬＭを気−低沸点媒体ライン５５ｂに送る媒体出口ヘッダ（第三出口ヘッダ）１３６と、を有する。
【００７４】
圧縮空気冷却器１１０の複数の圧縮空気管１１１、燃料予熱器１２０の複数の燃料管１２１、蒸発器１３０の複数の媒体管１３１は、いずれも、送風方向Ｄｂと交差する交差方向Ｄｃに延びている。この交差方向Ｄｃは、本実施形態では水平方向である。また、圧縮空気冷却器１１０の複数の圧縮空気管１１１、燃料予熱器１２０の複数の燃料管１２１、蒸発器１３０の複数の媒体管１３１は、いずれも、枠１０５内に配置されて、枠１０５に固定されている。
【００７５】
圧縮空気冷却器１１０の複数の圧縮空気管１１１は、枠１０５の上流側の部分、言い換えると枠１０５の下部に配置されている。圧縮空気入口ヘッダ１１５は、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第一の側Ｄｃ１の外面に固定されている。また、圧縮空気出口ヘッダ１１６は、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第二の側Ｄｃ２の外面に固定されている。
【００７６】
燃料予熱器１２０の複数の燃料管１２１は、枠１０５内であって複数の圧縮空気管１１１の下流側の部分、言い換えると複数の圧縮空気管１１１の上側に配置されている。燃料入口ヘッダ１２５は、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第二の側Ｄｃ２の外面に固定されている。また、燃料出口ヘッダ１２６は、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第一の側Ｄｃ１の外面に固定されている。よって、燃料入口ヘッダ１２５は、枠１０５を基準にして圧縮空気入口ヘッダ１１５と反対側に設けられている。同様に、燃料出口ヘッダ１２６は、枠１０５を基準にして圧縮空気出口ヘッダ１１６と反対側に設けられている。
【００７７】
蒸発器１３０の複数の媒体管１３１は、枠１０５の最も下流側の部分、言い換えると枠１０５の上部に固定されている。媒体入口ヘッダ１３５は、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第二の側Ｄｃ２の外面に固定されている。また、媒体出口ヘッダ１３６は、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第一の側Ｄｃ１の外面に固定されている。よって、媒体入口ヘッダ１３５は、枠１０５を基準にして燃料入口ヘッダ１２５と同じ側に設けられている。同様に、媒体出口ヘッダ１３６は、枠１０５を基準にして燃料出口ヘッダ１２６とは同じ側に設けられている。
【００７８】
次に、以上で説明したプラントの動作について説明する。
【００７９】
ガスタービン圧縮機１２は、大気Ａを圧縮し、例えば、４００℃程度の圧縮空気Ｃａを生成する。この圧縮空気Ｃａは、車室本体１７から吐出車室１８を経て、そのほとんどが燃焼器２１に送られる。また、燃焼器２１には、予熱燃料ライン４４から予熱燃料Ｆｈが供給される。燃焼器２１内では、圧縮空気Ｃａ中で予熱燃料Ｆｈが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、タービン２２に送られ、このタービンロータ２３を回転させる。このタービンロータ２３の回転で、ガスタービン発電機９は発電する。
【００８０】
タービンロータ２３を回転させた燃焼ガスは、排気ガスＥＸとしてガスタービン１０から排気され、煙道３１を通って大気中に放出される。排熱回収ボイラー３２は、煙道３１を通る排気ガスＥＸと水とを熱交換させて、水を蒸気にする。この蒸気は、蒸気タービン３３に供給され、蒸気タービン３３を駆動する。蒸気タービン３３を通過した蒸気は、復水器３４で水に戻される。この水は、給水ポンプ３５により排熱回収ボイラー３２に供給され、再び、蒸気になる。
【００８１】
ガスタービン圧縮機１２で生成された圧縮空気Ｃａの一部は、吐出車室１８から抽気されて、抽気ライン４１を介して、熱交換装置１００の圧縮空気冷却器１１０に送られる。熱交換装置１００の圧縮空気冷却器１１０、燃料予熱器１２０及び蒸発器１３０には、ファン１０１からの空気Ａが送風される（送風工程）。圧縮空気Ｃａは、圧縮空気冷却器１１０の圧縮空気入口ヘッダ１１５を経て、複数の圧縮空気管１１１内に流入する。圧縮空気Ｃａは、複数の圧縮空気管１１１内を通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａと熱交換される（第一熱交換工程）。この結果、４００℃程度の圧縮空気Ｃａは、二百数十℃程度にまで冷却される一方で、ファン１０１からの空気Ａは二百数十℃程度にまで加熱される。
【００８２】
複数の圧縮空気管１１１を通る過程で冷却された圧縮空気Ｃａは、冷却空気Ｃａｃとして、圧縮空気出口ヘッダ１１６を経て、冷却空気ライン４２に流入する。圧縮空気Ｃａは、この冷却空気ライン４２、さらに、タービン２２のロータ軸部２４及び動翼２５ａの冷却空気流路２５ｂを経て、動翼２５ａに導かれる。動翼２５ａは、この冷却空気Ｃａｃにより冷却される。
【００８３】
熱交換装置１００の燃料予熱器１２０には、燃料ライン４３からの常温の燃料Ｆが送られる。燃料Ｆは、燃料予熱器１２０の燃料入口ヘッダ１２５を経て、複数の燃料管１２１内に流入する。燃料Ｆは、複数の燃料管１２１を通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間を通って二百数十℃程度にまで加熱された空気Ａと熱交換される（第二熱交換工程）。この結果、常温の燃料Ｆは２００〜１５０℃程度まで加熱される一方で、空気Ａは２００〜１５０℃程度まで冷却される。
【００８４】
複数の燃料管１２１を通る過程で加熱された燃料Ｆは、予熱燃料Ｆｈとして、燃料出口ヘッダ１２６を経て予熱燃料ライン４４に流入する。予熱燃料Ｆｈは、この予熱燃料ライン４４を経て、燃焼器２１に導かれる。この予熱燃料Ｆｈは、前述したように、圧縮空気Ｃａ中で燃焼する。このように本実施形態では、圧縮空気Ｃａの冷却で得られた熱で、燃料Ｆを予熱するので、ガスタービン１０の効率が高まり、この熱を有効利用することができる。
【００８５】
熱交換装置１００の蒸発器１３０には、液−低沸点媒体ライン５５ａからの液体の低沸点媒体ＬＭｃが送られる。低沸点媒体ＬＭｃは、蒸発器１３０の媒体入口ヘッダ１３５を経て、複数の媒体管１３１内に流入する。低沸点媒体ＬＭｃは、複数の媒体管１３１を通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間及び複数の燃料管１２１を通って２００〜１５０℃程度になった空気Ａと熱交換される（第三熱交換工程）。この結果、低沸点媒体ＬＭｃは、加熱されて蒸発する一方で、空気Ａはさらに冷却される。
【００８６】
低沸点媒体ＬＭｃとの熱交換で冷却された空気Ａは、枠１０５の上端開口から大気中に排気される。一方、複数の媒体管１３１を通る過程で加熱され、蒸発した低沸点媒体ＬＭｖは、蒸発器１３０の媒体出口ヘッダ１３６を経て、気−低沸点媒体ライン５５ｂに流入する。この低沸点媒体ＬＭｖは、気−低沸点媒体ライン５５ｂを経て、低沸点媒体タービン５１に流入する。この結果、低沸点媒体タービン５１が駆動する。低沸点媒体タービン５１を駆動させた低沸点媒体ＬＭｖは、凝縮器５２で凝縮された後、低沸点媒体ポンプ５３で蒸発器１３０に送られる。
【００８７】
このように、本実施形態では、圧縮空気Ｃａの冷却で得られた空気Ａ中の熱で燃料Ｆを予熱した後、さらにこの空気Ａの熱でランキンサイクル５０の低沸点媒体ＬＭｃを加熱及び蒸発させ、蒸発した低沸点媒体ＬＭｖにより低沸点媒体タービン５１を駆動させているので、圧縮空気Ｃａの冷却で得られた空気Ａ中の熱をより有効利用することができる。
【００８８】
ここで、高温の圧縮空気Ｃａは、複数の圧縮空気管１１１内を第一の側Ｄｃ１から第二の側Ｄｃ２に向かって流れる。このため、この圧縮空気Ｃａと熱交換した空気Ａは、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１の方が第二の側Ｄｃ２よりも加熱される。よって、この圧縮空気Ｃａと熱交換した空気Ａは、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１の方が第二の側Ｄｃ２よりも高温になる。
【００８９】
常温の燃料Ｆは、複数の燃料管１２１内を第二の側Ｄｃ２から第一の側Ｄｃ１に向かって流れる。すなわち、燃料Ｆが燃料管１２１内を流れる方向は、圧縮空気Ｃａが圧縮空気管１１１内を流れる方向とは逆向きである。このため、燃料Ｆは、枠１０５内における第二の側Ｄｃ２を通る空気Ａで加熱された後、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１を通る空気Ａで加熱される。圧縮空気Ｃａと熱交換した空気Ａは、前述したように、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１の方が第二の側Ｄｃ２よりも高温である。このため、燃料Ｆは、第二の側Ｄｃ２である程度加熱された後、より高い温度の空気Ａが流れる第一の側Ｄｃ２でさらに加熱される。よって、燃料Ｆは、効果的に加熱される。一方、燃料Ｆと熱交換した空気Ａは、第二の側Ｄｃ２で低い温度の燃料Ｆと熱交換するため、第二の側Ｄｃ２の方が第一の側Ｄｃ１よりも冷却される。よって、燃料Ｆと熱交換した空気Ａは、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１の方が第二の側Ｄｃ２よりも高温になる。
【００９０】
低沸点媒体ＬＭは、複数の媒体管１３１内を第二の側Ｄｃ２から第一の側Ｄｃ１に向かって流れる。すなわち、低沸点媒体ＬＭが媒体管１３１内を流れる方向は、燃料Ｆが燃料管１２１内を流れる方向と同じ向きである。このため、低沸点媒体ＬＭは、枠１０５内における第二の側Ｄｃ２を通る空気Ａで加熱された後、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１を通る空気Ａで加熱される。燃料Ｆと熱交換した空気Ａは、前述したように、枠１０５内における第一の側Ｄｃ１の方が第二の側Ｄｃ２よりも高温である。このため、低沸点媒体ＬＭは、第二の側Ｄｃ２である程度加熱された後、より高い温度の空気Ａが流れる第一の側Ｄｃ２でさらに加熱される。よって、低沸点媒体ＬＭは、効果的に加熱される。
【００９１】
このように、本実施形態では、燃料Ｆ及び低沸点媒体ＬＭを効率的に加熱することができる。
【００９２】
また、本実施形態では、複数の圧縮空気管１１１、複数の燃料管１２１、及び複数の媒体管１３１が、いずれも送風方向Ｄｂに垂直な交差方向Ｄｃに延びているので、これらの管を枠１０５内に効率的に配置できる。よって、本実施形態では、熱交換装置１００の小型化を図ることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、ファン１０１による空気Ａの送風方向Ｄｂの下流側が鉛直上側である。このため、本実施形態では、圧縮空気Ｃａとの熱交換で加熱された空気Ａが軽くなって上昇しようとする方向が送風方向Ｄｂの下流側になるので、送風方向Ｄｂの空気Ａの流速を高めることができる。よって、本実施形態では、燃料管１２１及び媒体管１３１での空気Ａの熱交換の効率を高めることができる。
【００９４】
低沸点媒体タービン５１と媒体タービン発電機７３とが伝達機構７６により機械的に接続されている場合、低沸点媒体タービン５１のロータの回転で、媒体タービン発電機７３のロータが回転し、この媒体タービン発電機７３は発電する。このため、本実施形態では、ガスタービン発電機９による発電の他に、媒体タービン発電機７３による発電を行うことができ、プラントからの発電出力を高めることができる。
【００９５】
また、低沸点媒体タービン５１と吸気冷却系統６０の中間媒体圧縮機６６とが伝達機構７６により機械的に接続されている場合、冷却中間媒体ライン６９を流れる冷却中間媒体ＣＭＭが中間媒体圧縮機６６で圧縮される。圧縮された冷却中間媒体ＣＭＭは、中間媒体凝縮器６７で凝縮され、中間媒体膨張弁６８で減圧された後、中間媒体蒸発器６５に送られる。冷却中間媒体ＣＭＭは、この中間媒体蒸発器６５で、冷却媒体ＣＭと熱交換される。この結果、冷却中間媒体ＣＭＭは、加熱されて蒸発する一方で、冷却媒体ＣＭは冷却される。蒸発した冷却中間媒体ＣＭＭは、中間媒体圧縮機６６に送られ、ここで再び圧縮される。一方、冷却された冷却媒体ＣＭは、冷却媒体ポンプ６２により吸気冷却器６１に送られる。この冷却媒体ＣＭは、吸気ダクト１１を通る大気Ａと熱交換される。この結果、大気Ａは冷却される一方で、冷却媒体ＣＭは加熱される。加熱された冷却媒体ＣＭは、再び中間媒体蒸発器６５に送られ冷却される。一方、冷却された大気Ａは、ガスタービン圧縮機１２に吸い込まれる。
【００９６】
ガスタービン圧縮機１２に吸い込まれる空気Ａの質量流量は、この空気Ａの温度が低いほど多くなる。よって、ガスタービン圧縮機１２が吸い込む空気Ａの温度が低いほど、タービン２２を通過するガスの質量流量が多くなり、ガスタービン１０の出力、すなわち、ガスタービン発電機９の発電出力を高めることができる。
【００９７】
ところで、大気Ａの温度が高まる夏場では、前述の理由によりガスタービン発電機９の発電出力が低下する。一方で、夏場は、冬場に比べて一般的に電力需要が高まる。このため、大気Ａの温度が高まる夏場に、低沸点媒体タービン５１と吸気冷却系統６０の中間媒体圧縮機６６とを伝達機構７６により機械的に接続して、ガスタービン圧縮機１２が吸い込む大気Ａを冷却することが好ましい。
【００９８】
低沸点媒体タービン５１と補助圧縮機７１とが伝達機構７６により機械的に接続されている場合、低沸点媒体タービン５１のロータの回転で、補助圧縮機７１は、大気Ａを吸い込んで、これを圧縮する。圧縮された大気Ａは、圧縮空気Ｃａとして、圧縮空気ライン７２を介して、ガスタービン１０の吐出車室１８に送られる。この圧縮空気Ｃａは、ガスタービン圧縮機１２が生成した圧縮空気Ｃａと共に燃焼器２１に送られ、ここで燃焼用空気として利用される。よって、本実施形態では、タービン２２を通過するガスの質量流量が多くなり、ガスタービン１０の出力、すなわち、ガスタービン発電機９の発電出力を高めることができる。
【００９９】
各種回転機械７４のうち、いずれかの回転機械７４と低沸点媒体タービン５１とが伝達機構７６により機械的に接続されている場合、低沸点媒体タービン５１のロータの回転で、この回転機械７４が駆動する。回転機械７４が、例えば、排熱回収装置３０の給水ポンプ３５である場合、この給水ポンプ３５が駆動して、復水器３４からの水を排熱回収ボイラー３２に送ることができる。また、回転機械７４が、例えば、ランキンサイクル５０の低沸点媒体ポンプ５３である場合、この低沸点媒体ポンプ５３が駆動して、低沸点媒体ライン５５内で低沸点媒体ＬＭを循環させることができる。また、回転機械７４が、例えば、吸気冷却系統６０の冷却媒体ポンプ６２である場合、この冷却媒体ポンプ６２が駆動して、冷却中間媒体ライン６９内で冷却中間媒体ＣＭＭを循環させることができる。また、当該プラントの各種制御弁を駆動するために使用する制御用空気を生成する制御用空気圧縮機である場合、この制御用空気圧縮機が駆動して、制御用空気が生成される。
【０１００】
本実施形態における各種回転機械７４は、いずれも、安定駆動することが望まれる。一方、低沸点媒体タービン５１の駆動は、各種回転機械７４に求められる駆動安定性に比べて不安定である。これは、抽気ライン４１から圧縮空気冷却器１１０に送られる圧縮空気Ｃａの流量変動、燃料ライン４３から燃料予熱器１２０に送られる燃料Ｆの流量変動、燃料Ｆの温度変動、ファン１０１から圧縮空気冷却器１１０に送られる空気Ａの温度変動等に起因して、蒸発器１３０において低沸点媒体ＬＭと空気Ａと熱交換量が変化するためである。そこで、各種回転機械７４を駆動させる場合には、補助電動機７５を駆動させて、各種回転機械７４を安定駆動させることが好ましい。なお、媒体タービン発電機７３や、吸気冷却系統６０の中間媒体圧縮機６６や、補助圧縮機７１を駆動させる場合にも、これらを安定駆動させるために、補助電動機７５を駆動させてもよい。
【０１０１】
「プラントの第二実施形態」
本発明に係るプラントの第二実施形態について、図３を用いて説明する。
【０１０２】
本実施形態のプラントも、第一実施形態のプラントと同様、ガスタービン１０と、排熱回収装置３０と、高温部冷却系統４０ａと、吸気冷却系統６０と、低沸点媒体ランキンサイクル５０ａと、補助圧縮機７１と、媒体タービン発電機７３と、各種回転機械７４と、補助電動機７５と、伝達機構７６と、を備える。但し、本実施形態の高温部冷却系統４０ａにおける熱交換装置１００ａ、及び低沸点媒体ランキンサイクル５０ａの構成が第一実施形態と異なる。
【０１０３】
本実施形態の低沸点媒体ランキンサイクル５０ａは、凝縮している低沸点媒体ＬＭｃを加熱して蒸発させる蒸発装置５６と、蒸発した低沸点媒体ＬＭｖで駆動する低沸点媒体タービン５１と、低沸点媒体タービン５１を駆動させた低沸点媒体ＬＭｖを冷却して凝縮させる凝縮器５２と、凝縮した低沸点媒体ＬＭｃを蒸発装置５６に戻す低沸点媒体ポンプ５３と、これら接続する低沸点媒体ライン５５と、を備える。蒸発装置５６は低沸点媒体ＬＭｃと中間媒体ＭＭとを熱交換させて、低沸点媒体ＬＭｃを加熱して蒸発させる蒸発器５７と、中間媒体ＭＭを加熱する中間熱交換器１３０ａと、蒸発器５７と中間熱交換器１３０ａとを接続する中間媒体ライン５８と、中間媒体ライン５８内で中間媒体ＭＭを循環させる中間媒体ポンプ５９と、を有する。
【０１０４】
本実施形態の熱交換装置１００ａは、大気Ａを送風するファン１０１と、ファン１０１からの空気Ａと圧縮空気Ｃａとを熱交換させて圧縮空気Ｃａを冷却する圧縮空気冷却器（第一熱交換器）１１０と、ファン１０１からの空気Ａであって圧縮空気冷却器１１０を通過した空気Ａと燃料Ｆとを熱交換させて燃料Ｆを加熱する燃料予熱器（第二熱交換器）１２０と、ファン１０１からの空気Ａであって圧縮空気冷却器１１０を通過した空気Ａと中間媒体ＭＭとを熱交換させて中間媒体ＭＭを加熱する中間熱交換器（第三熱交換器）１３０ａと、を備える。この熱交換装置１００ａは、さらに、図２を用いて説明した第一実施形態の熱交換装置１００と同様、枠１０５を備えている。すなわち、本実施形態の熱交換装置１００ａは、第一実施形態の熱交換装置１００における蒸発器１３０の替りに、中間熱交換器１３０ａを備える。この中間熱交換器１３０ａは、第一実施形態の蒸発器１３０と同様に、中間媒体ＭＭが内部を通る複数の媒体管と、中間媒体ＭＭを複数の媒体管に送る媒体入口ヘッダ（第三入口ヘッダ）と、複数の媒体管を通った中間媒体ＭＭが流入する媒体出口ヘッダ（第三出口ヘッダ）と、を有する。この中間熱交換器１３０ａの媒体入口ヘッダは、第一実施形態の蒸発器１３０の媒体入口ヘッダ１３５と同様に、枠１０５を基準にして、第二の側Ｄｃ２に配置されている。
【０１０５】
本実施形態の熱交換装置１００ａにおける中間熱交換器１３０ａでは、熱交換装置１００ａのファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間及び複数の燃料管１２１（図２参照）の間を通ってきた空気Ａと中間媒体ＭＭとを熱交換させる。この結果、中間媒体ＭＭは、加熱される一方で、空気Ａは冷却される。よって、本実施形態の中間熱交換器１３０ａでは、第一実施形態の熱交換装置１００における蒸発器１３０で低沸点媒体ＬＭが加熱されるのと同様に、中間媒体ＭＭが加熱される。この中間熱交換器１３０ａで加熱された中間媒体ＭＭは、蒸発器５７で低沸点媒体ＬＭｃと熱交換される。この結果、低沸点媒体ＬＭｃは、前述したように加熱されて蒸発する一方で、中間媒体ＭＭは、冷却される。
【０１０６】
すなわち、本実施形態では、ファン１０１からの空気Ａと低沸点媒体ＬＭとを、中間媒体ＭＭを介して、間接的に熱交換させる。これにより、例えば、媒体管から媒体流体が漏れた場合でも、媒体流体がガスタービンの内部に流れ込むことを防止することができる。このため、媒体流体にペンタン等の可燃性流体を用いた場合でも、プラントの安全性を確保できる。
【０１０７】
「プラントの第三実施形態」
本発明に係るプラントの第三実施形態について、図４を用いて説明する。
【０１０８】
本実施形態のプラントは、第一実施形態のプラントと同様、ガスタービン１０と、排熱回収装置３０と、高温部冷却系統４０ｂと、を備える。但し、本実施形態のプラントは、以上の各実施形態のプラントにおける、低沸点媒体ランキンサイクル５０，５０ａ、吸気冷却系統６０、補助圧縮機７１、媒体タービン発電機７３、各種回転機械７４等を備えていない。
【０１０９】
本実施形態の高温部冷却系統４０ｂも、以上の各実施形態における高温部冷却系統４０，４０ａと同様に、熱交換装置１００ｂを備える。
【０１１０】
本実施形態の熱交換装置１００ｂは、大気Ａを送風するファン１０１と、ファン１０１からの空気Ａと圧縮空気Ｃａとを熱交換させて圧縮空気Ｃａを冷却する圧縮空気冷却器（第一熱交換器）１１０と、ファン１０１からの空気Ａであって圧縮空気冷却器１１０を通過した空気Ａと燃料Ｆとを熱交換させて燃料Ｆを加熱する燃料予熱器（第二熱交換器）１２０と、ファン１０１からの空気Ａであって圧縮空気冷却器１１０を通過した空気Ａと水と熱交換させて水を加熱する給水予熱器（第三熱交換器）１３０ｂと、を備える。この熱交換装置１００ｂは、さらに、図２を用いて説明した第一実施形態の熱交換装置１００と同様、枠１０５を備えている。すなわち、本実施形態の熱交換装置１００ｂは、第一実施形態の熱交換装置１００における蒸発器１３０の替りに、給水予熱器１３０ｂを備える。この給水予熱器１３０ｂは、第一実施形態の蒸発器１３０と同様に、水が内部を通る複数の水管と、水を複数の水管に送る水入口ヘッダ（第三入口ヘッダ）と、複数の水管を通った水が流入する水出口ヘッダ（第三出口ヘッダ）と、を有する。この給水予熱器１３０ｂの媒体入口ヘッダは、第一実施形態の蒸発器１３０の媒体入口ヘッダ１３５と同様に、枠１０５を基準にして、第二の側Ｄｃ２に配置されている。
【０１１１】
本実施形態のプラントは、さらに、排熱回収装置３０の給水ライン３６を流れる水の少なくも一部を給水予熱器１３０ｂに送る送りライン３７と、給水予熱器１３０ｂで加熱された水を給水ライン３６に戻す戻りライン３８と、送りライン３７を流れる水の流量を調節する調節弁３７ａと、戻りライン３８を流れる水を給水ライン３６に戻すためにこの水を圧送する予熱水圧送ポンプ３８ａと、を備える。
【０１１２】
本実施形態の熱交換装置１００ｂにおける給水予熱器１３０ｂでは、熱交換装置１００ｂのファン１０１からの送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間及び複数の燃料管１２１を通ってきた空気Ａと、送りライン３７からの水とを熱交換させる。この結果、水は、加熱される一方で、空気Ａは冷却される。よって、本実施形態の給水予熱器１３０ｂでは、第一実施形態の熱交換装置１００における蒸発器１３０で低沸点媒体ＬＭが加熱されるのと同様に、水が加熱される。この給水予熱器１３０ｂで加熱された水は、戻りライン３８を介して給水ライン３６に戻される。よって、排熱回収装置３０の水循環ラインに対して加えられる熱量が増加する。従って、本実施形態では、排熱回収ボイラー３２の蒸気タービン３３の出力、つまり蒸気タービン発電機３９の発電出力を高めることができる。
【０１１３】
このように、本実施形態では、圧縮空気Ｃａの冷却で得られた空気Ａ中の熱で燃料Ｆを予熱した後、さらにこの空気Ａの熱で、給水ライン３６を流れる水の少なくとも一部を加熱させるので、圧縮空気Ｃａの冷却で得られた空気Ａ中の熱をより有効利用することができる。
【０１１４】
以上のように、圧縮空気Ｃａの冷却で得られた空気Ａ中の熱で燃料Ｆを予熱した後、さらにこの空気Ａの熱で第一実施形態及び第二実施形態のように、低沸点媒体ＬＭを加熱してもよいが、プラント内外で利用する何らかの媒体を加熱してもよい。
【０１１５】
また、以上の各実施形態では、ガスタービン１０におけるタービン２２の動翼２５ａを高温部とし、これを冷却空気Ｃａｃで冷却する。しかしながら、ガスタービン１０中で燃焼ガスに接する高温部であれば、如何なる部分でもよい。例えば、ガスタービン１０におけるタービン２２の静翼２９ａを高温部とし、ここに冷却空気ライン４２を接続して、これを冷却してもよい。また、ガスタービン１０の燃焼器２１を構成する部材の一部を高温部として、これを冷却してもよい。
【０１１６】
「熱交換装置の第一変形例」
以上で説明した各実施形態における熱交換装置の第一変形例について、図５を用いて説明する。
【０１１７】
本変形例の熱交換装置１００ｃは、第一実施形態における熱交換装置１００と同様に、ファン１０１と、枠１０５と、圧縮空気冷却器（第一熱交換器）１１０と、燃料予熱器（第二熱交換器）１２０ｃと、蒸発器（第三熱交換器）１３０ｃと、を備える。但し、本変形例の熱交換装置１００ｃは、燃料予熱器１２０ｃを構成する複数の燃料管１２１ｃ、燃料入口ヘッダ１２５ｃ、燃料出口ヘッダ１２６ｃの配置が第一実施形態と異なる。さらに、本変形例の熱交換装置１００ｃは、蒸発器１３０ｃを構成する複数の媒体管１３１ｃ、媒体入口ヘッダ１３５ｃ、媒体出口ヘッダ１３６ｃの配置が第一実施形態と異なる。
【０１１８】
燃料予熱器１２０ｃの複数の燃料管１２１ｃ、及び、蒸発器１３０ｃの複数の媒体管１３１ｃは、いずれも、第一実施形態と同様に、交差方向Ｄｃに延びている。燃料予熱器１２０ｃの複数の燃料管１２１ｃと蒸発器１３０ｃの複数の媒体管１３１ｃは、枠１０５内において、水平方向であって交差方向Ｄｃと垂直な横方向Ｄｄに互いに並び、いずれも、複数の圧縮空気管１１１の下流側の部分に配置されている。言い換えると、複数の燃料管１２１ｃの全ては、枠１０５内で且つ複数の圧縮空気管１１１の一部の下流側に配置され、複数の媒体管１３１ｃの全ては、枠１０５内で且つ複数の圧縮空気管１１１の他の一部の下流側であって、横方向Ｄｄで複数の燃料管１２１ｃと異なる位置に配置されている。よって、本変形例では、複数の圧縮空気管１１１の下流側には、複数の媒体管１３１ｃが介在することなく複数の燃料管１２１ｃが配置され、複数の燃料管１２１ｃが介在することなく複数の媒体管１３１ｃが配置されている。
【０１１９】
また、本変形例では、燃料予熱器１２０ｃの燃料入口ヘッダ１２５ｃ及び蒸発器１３０ｃの媒体入口ヘッダ１３５ｃが、いずれも、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第二の側Ｄｃ２の外面に固定されている。よって、燃料入口ヘッダ１２５ｃ及び媒体入口ヘッダ１３５ｃは、いずれも、枠１０５を基準にして、圧縮空気入口ヘッダ１１５と反対側に設けられている。また、燃料予熱器１２０ｃの燃料出口ヘッダ１２６ｃ及び蒸発器１３０ｃの媒体出口ヘッダ１３６ｃが、いずれも、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第一の側Ｄｃ１の外面に固定されている。よって、燃料出口ヘッダ１２６ｃ及び媒体出口ヘッダ１３６ｃは、いずれも、枠１０５を基準にして、圧縮空気出口ヘッダ１１６と反対側に設けられている。
【０１２０】
燃料Ｆは、複数の燃料管１２１ｃを通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱され、複数の媒体管１３１ｃの間を通っていない空気Ａと熱交換される。また、低沸点媒体ＬＭは、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱され、複数の燃料管１２１ｃの間を通っていない空気Ａと熱交換される。この結果、燃料Ｆ及び低沸点媒体ＬＭは加熱される一方で、複数の燃料管１２１ｃの間及び複数の媒体管１３１ｃの間を通った空気Ａは冷却される。
【０１２１】
本変形例でも、燃料管１２１ｃ内の燃料Ｆの流れが、この上流側に配置される圧縮空気管１１１内の圧縮空気Ｃａの流れに対する対向流になるので、燃料Ｆを効率的に加熱することができる。また、本変形例では、媒体管１３１ｃ内の低沸点媒体ＬＭの流れが、この上流側に配置される圧縮空気管１１１内の圧縮空気Ｃａの流れに対する対向流になるので、低沸点媒体ＬＭを効率的に加熱することができる。
【０１２２】
本変形例では、前述したように、上記第一実施形態と異なり、低沸点媒体ＬＭが複数の媒体管１３１ｃを通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱され、複数の燃料管１２１ｃの間を通っていない空気Ａと熱交換されて加熱される。このため、本変形例では、上記第一実施形態よりも、低沸点媒体ＬＭを高温に加熱することができる。一方、本変形例では、枠１０５内の送風方向Ｄｃに対して垂直な仮想断面中で、複数の燃料管１２１ｃが占める面積が上記第一実施形態よりも少なくなる。よって、本変形例では、ファン１０１から送られてくる空気Ａと複数の燃料管１２１ｃを通る燃料Ｆとの熱交換量が、上記第一実施形態よりも少なくなる。このため、本変形例では、上記第一実施形態よりも、燃料Ｆの加熱温度が低くなる。
【０１２３】
よって、本変形例の熱交換装置１００ｃは、第一実施形態よりも燃料Ｆを低い温度にまでしか加熱しなくてもよい場合で、第一実施形態よりも低沸点媒体ＬＭを高温に加熱したい場合に、適用することが好ましい。
【０１２４】
なお、本変形例は、第一実施形態の熱交換装置１００を変形したものであるが、第二実施形態及び第三実施形態の熱交換装置１００ａ，１００ｂに本変形例の構成を適用してもよい。すなわち、第二実施形態の熱交換装置１００ａにおける中間熱交換器１３０ａや、第三実施形態の熱交換装置１００ｂにおける給水予熱器１３０ｂを、本変形例の蒸発器１３０ｃのように配置してもよい。
【０１２５】
「熱交換装置の第二変形例」
以上で説明した各実施形態における熱交換装置の第二変形例について、図６を用いて説明する。
【０１２６】
本変形例の熱交換装置１００ｄは、第一実施形態における熱交換装置１００と同様に、ファン１０１と、枠１０５と、圧縮空気冷却器（第一熱交換器）１１０と、燃料予熱器（第二熱交換器）１２０ｄと、蒸発器（第三熱交換器）１３０ｄと、を備える。但し、本変形例の熱交換装置１００ｄも、第一変形例の熱交換装置１００ｃと同様、燃料予熱器１２０ｄを構成する複数の燃料管１２１ｄ、燃料入口ヘッダ１２５ｄ、燃料出口ヘッダ１２６ｄの配置が第一実施形態と異なる。さらに、本変形例の熱交換装置１００ｄは、蒸発器１３０ｄを構成する複数の媒体管１３１ｄ、媒体入口ヘッダ１３５ｄ、媒体出口ヘッダ１３６ｄの配置が第一実施形態と異なる。
【０１２７】
燃料予熱器１２０ｄの複数の燃料管１２１ｄは、第一実施形態と同様に、交差方向Ｄｃに延びている。複数の燃料管１２１ｄの全ては、枠１０５内で且つ複数の圧縮空気管１１１の一部の下流側であって、水平方向で交差方向Ｄｃと垂直な横方向Ｄｄの一部の領域内に配置されている。この燃料予熱器１２０ｄの燃料入口ヘッダ１２５ｄは、第一実施形態及び第一変形例と同様に、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第二の側Ｄｃ２の外面に固定されている。よって、燃料入口ヘッダ１２５ｄは、枠１０５を基準にして、圧縮空気入口ヘッダ１１５と反対側に設けられている。また、この燃料予熱器１２０ｄの燃料出口ヘッダ１２６ｄは、第一実施形態及び第一変形例と同様に、枠１０５の外面であって、交差方向Ｄｃの第一の側Ｄｃ１の外面に固定されている。よって、燃料出口ヘッダ１２６ｄは、枠１０５を基準にして、圧縮空気出口ヘッダ１１６と反対側に設けられている。
【０１２８】
蒸発器１３０ｄの複数の媒体管１３１ｄのうち、一部の媒体管１３１ｄは、低沸点媒体ＬＭが流入する一次媒体管１３１ｄ１であり、残りの媒体管１３１ｄは、一次媒体管１３１ｄ１を通過した低沸点媒体ＬＭが流入する二次媒体管１３１ｄ２である。一次媒体管１３１ｄ１及び二次媒体管１３１ｄ２は、いずれも、交差方向Ｄｃに延びている。複数の一次媒体管１３１ｄ１の全ては、枠１０５内で且つ複数の燃料管１２１ｄの下流側に配置されている。また、二次媒体管１３１ｄ２の全ては、枠１０５内で且つ複数の圧縮空気管１１１の下流側であって、横方向Ｄｄで複数の燃料管１２１ｄと異なる位置に配置されている。
【０１２９】
蒸発器１３０ｄは、前述の複数の媒体管１３１ｄの他、低沸点媒体ＬＭが流入して低沸点媒体ＬＭを一次媒体管１３１ｄ１に送る媒体入口ヘッダ（第三入口ヘッダ）１３５ｄと、一次媒体管１３１ｄ１を通った低沸点媒体ＬＭが流入して二次媒体管１３１ｄ２に低沸点媒体ＬＭを送る媒体中間ヘッダ（第三中間ヘッダ）１３７と、二次媒体管１３１ｄ２を通った低沸点媒体ＬＭが流入する媒体出口ヘッダ（第三出口ヘッダ）１３６ｄと、を有する。媒体入口ヘッダ１３５ｄは、枠１０５を基準にして、交差方向Ｄｃの第一の側Ｄｃ１に配置されている。媒体中間ヘッダ１３７は、枠１０５を基準にして、第二の側Ｄｃ２に配置されている。媒体出口ヘッダ１３６ｄは、枠１０５を基準にして、第一の側Ｄｃ１に配置されている。よって、媒体入口ヘッダ１３５ｄは、枠１０５を基準にして、圧縮空気入口ヘッダ１１５と同じ側に設けられている。また、媒体出口ヘッダ１３６ｄは、枠１０５を基準にして、圧縮空気出口ヘッダ１１６と反対側に設けられている。
【０１３０】
燃料Ｆは、複数の燃料管１２１ｄを通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱された空気Ａと熱交換される。この結果、燃料Ｆは加熱される一方で空気Ａは冷却される。一次媒体管１３１ｄ１を通る低沸点媒体ＬＭは、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱された後、複数の燃料管１２１ｄの間を通って冷却された空気Ａと熱交換される。この結果、一次媒体管１３１ｄ１を通った低沸点媒体ＬＭは加熱される一方で、空気Ａはさらに冷却される。また、一次媒体管１３１ｄ１を通って加熱された低沸点媒体ＬＭは、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱され、複数の燃料管１２１ｄの間を通っていない空気Ａと熱交換される。この結果、二次媒体管１３１ｄ２を通った低沸点媒体ＬＭはさらに加熱される一方で、空気Ａは冷却される。
【０１３１】
本変形例でも、燃料管１２１ｄ内の燃料Ｆの流れが、この上流側に配置される圧縮空気管１１１内の圧縮空気Ｃａの流れに対する対向流になるので、燃料Ｆを効率的に加熱することができる。また、本変形例では、二次媒体管１３１ｄ２内の低沸点媒体ＬＭの流れも、この上流側に配置されている圧縮空気管１１１内の圧縮空気Ｃａの流れに対する対向流になるので、二次媒体管１３１ｄ２内の低沸点媒体ＬＭも効率的に加熱することができる。
【０１３２】
本変形例では、前述したように、上記第一実施形態と異なり、低沸点媒体ＬＭが一次媒体管１３１ｄ１を通る過程で、ファン１０１からの送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱された後、複数の燃料管１２１ｄを通って冷却された空気Ａで、加熱される。さらに、本変形例では、一次媒体管１３１ｄ１を通って加熱された低沸点媒体ＬＭが、二次媒体管１３１ｄ２を通る過程で、ファン１０１から送られてくる空気Ａであって、複数の圧縮空気管１１１の間を通って加熱され、複数の燃料管１２１ｄの間を通っていない空気Ａと熱交換されて、さらに加熱される。このため、本変形例では、上記第一実施形態よりも、低沸点媒体ＬＭを高温に加熱することができる。一方、本変形例では、枠１０５内の送風方向Ｄｂに対して垂直な仮想断面中で、複数の燃料管１２１ｄが占める面積が上記第一実施形態よりも少なくなる。よって、本変形例では、第一変形例と同様、ファン１０１から送られてくる空気Ａと複数の燃料管１２１ｄを通る燃料Ｆとの熱交換量が、上記第一実施形態よりも少なくなる。このため、本変形例では、上記第一実施形態よりも、燃料Ｆの加熱温度が低くなる。但し、本変形例では、枠１０５内の送風方向Ｄｂに対して垂直な仮想断面中で、複数の燃料管１２１ｄが占める面積を第一変形例よりも多くすることが可能である。
【０１３３】
よって、本変形例の熱交換装置１００ｄは、第一実施形態よりも燃料Ｆを低い温度にまでしか加熱しなくてもよいが、第一変形例よりも燃料Ｆを高い温度にまで加熱したい場合で、第一実施形態よりも低沸点媒体ＬＭを高温に加熱したい場合に、適用することが好ましい。
【０１３４】
なお、本変形例は、第一実施形態の熱交換装置１００を変形したものであるが、第二実施形態及び第三実施形態の熱交換装置１００ａ，１００ｂに適用してもよい。すなわち、第二実施形態の熱交換装置１００ａにおける中間熱交換器１３０ａや、第三実施形態の熱交換装置１００ｂにおける給水予熱器１３０ｂを、本変形例の蒸発器１３０ｄのように配置してもよい。また、以上の各実施形態及び変形例において、第三熱交換器である蒸発器、中間熱交換器又は給水予熱器の位置と、第二熱交換器である燃料予熱の位置とを入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１０：ガスタービン、１１：吸気ダクト、１２：ガスタービン圧縮機、１３：圧縮機ロータ、１６：圧縮機車室、１４：ロータ軸部、１５ａ：動翼、２１：燃焼器、２２：タービン、２３：タービンロータ、２４：ロータ軸部、２５ａ：動翼（高温部）、２５ｂ：冷却空気流路、２６：タービン車室、３０：排熱回収装置、３１：煙道、３２：排熱回収ボイラー、３３：蒸気タービン、３４：復水器、３５：給水ポンプ、３６：給水ライン、３７：送りライン、３８：戻りライン、４０,４０ａ，４０ｂ：高温部冷却系統、４１：抽気ライン、４２：冷却空気ライン、４３：燃料ライン、４４：予熱燃料ライン、５０,５０ａ：低沸点媒体ランキンサイクル、５１：低沸点媒体タービン、５２：凝縮器、５３：低沸点媒体ポンプ、５５：低沸点媒体ライン、５５ａ：液−低沸点媒体ライン、５５ｂ：気−低沸点媒体ライン、５７：蒸発器、６０：吸気冷却系統、６１：吸気冷却器、６４：冷却サイクル、６５：中間媒体蒸発器、６６：中間媒体圧縮機、６７：中間媒体凝縮器、６８：中間媒体膨張弁、６９：冷却中間媒体ライン、７１：補助圧縮機、７２：圧縮空気ライン、７３：媒体タービン発電機、７４：回転機械、７５：補助電動機、７６：伝達機構、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ：熱交換装置、１１０：圧縮空気冷却器（第一熱交換器）、１１１：圧縮空気管、１１５：圧縮空気入口ヘッダ（第一入口ヘッダ）、１１６：圧縮空気出口ヘッダ（第一出口ヘッダ）、１２０，１２０ｃ，１２０ｄ：燃料予熱器（第二熱交換器）、１２１，１２１ｃ，１２１ｄ：燃料管，１２５，１２５ｃ，１２５ｄ：燃料入口ヘッダ（第二入口ヘッダ）、１２６，１２６ｃ，１２６ｄ：燃料出口ヘッダ（第二出口ヘッダ）、１３０，１３０ｃ，１３０ｄ：蒸発器（第三熱交換器）、１３０ａ：中間熱交換器（第三熱交換器）、１３０ｂ：給水予熱器（第三熱交換器）、１３１，１３１ｃ，１３１ｄ：媒体管、１３１ｄ１：一次媒体管、１３１ｄ２：二次媒体管、１３５，１３５ｃ，１３５ｄ：媒体入口ヘッダ（第三入口ヘッダ）、１３６，１３６ｃ，１３６ｄ：媒体出口ヘッダ（第三出口ヘッダ）、１３７：媒体中間ヘッダ（第三中間ヘッダ）
【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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【図６】
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