(57)【要約】      （修正有）【課題】低温の燃料の使用は，ガスタービンシステムの効率に影響を与える。この特性を改善するために，燃料の温度を上げることが望ましい。【解決手段】圧縮機１１０は、吸気部で受け入れた空気を圧縮して、出口部内に出る圧縮空気流を形成する。燃焼器１２０は、圧縮機と動作可能に接続され、圧縮空気流を受け入れる。タービン１３０は、燃焼器と動作可能に接続され、燃焼器から燃焼ガス流を受け入れる。アフタークーラ２２０は、圧縮機の出口部に動作可能に接続される。アフタークーラは、出口部内に延在する複数のヒートパイプ２２２を含む。複数のヒートパイプは、１つ又は複数のマニホールド２２４に動作可能に接続される。複数のヒートパイプ、及び、１つ又は複数のマニホールドは、出口部の圧縮空気流から複数の熱交換器に熱を伝達するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気部（２０２）及び出口部（２０４）を含み、前記吸気部（２０２）で受け入れた空気を圧縮して、前記出口部（２０４）内に出る圧縮空気流を形成する圧縮機（１１０）と、
前記圧縮機（１１０）と動作可能に接続され、前記圧縮空気流を受け入れる燃焼器（１２０）と、
前記燃焼器（１２０）と動作可能に接続され、前記燃焼器（１２０）から燃焼ガス流を受け入れるタービン（１３０）と、
前記圧縮機（１１０）の前記出口部（２０４）に動作可能に接続され、前記出口部（２０４）内に延在する複数のヒートパイプ（２２２）を含むアフタークーラ（２２０）であって、前記複数のヒートパイプ（２２２）が、１つ又は複数のマニホールド（２２４）に動作可能に接続され、前記複数のヒートパイプ（２２２）、及び、前記１つ又は複数のマニホールド（２２４）が、前記出口部（２０４）の前記圧縮空気流から複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）に熱を伝達するように構成される、アフタークーラ（２２０）と
を備えるターボ機械（１００）。
【請求項２】
アルミニウム、ベリリウム、ベリリウム−フッ素合金、ホウ素、カルシウム、コバルト、鉛−ビスマス合金、液体金属、リチウム−塩素合金、リチウム−フッ素合金、マンガン、マンガン−塩素合金、水銀、溶融塩、カリウム、カリウム−塩素合金、カリウム−フッ素合金、カリウム−窒素−酸素合金、ロジウム、ルビジウム−塩素合金、ルビジウム−フッ素合金、ナトリウム、ナトリウム−塩素合金、ナトリウム−フッ素合金、ナトリウム−ホウ素−フッ素合金、ナトリウム−窒素−酸素合金、ストロンチウム、スズ、ジルコニウム−フッ素合金のうちの１つ又はこれらの組合せを含む伝熱媒体（２２３）を前記複数のヒートパイプ（２２２）が更に含む、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項３】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、カリウム又はナトリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを含む溶融塩伝熱媒体を更に含む、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項４】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、圧縮機吐出容器（２３０）内で、前記燃焼器（１２０）の半径方向内側に配置される、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項５】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、前記圧縮機出口部（２０４）内で、前記燃焼器（１２０）から半径方向外側に配置される、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項６】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、前記圧縮機出口部（２０４）内に配置され、前記燃焼器（１２０）の半径方向内側及び前記燃焼器（１２０）から半径方向外側に配置される、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項７】
前記１つ又は複数のマニホールド（２２４）が伝熱ループの一部分を形成し、前記伝熱ループ内の前記伝熱媒体（２２３）が、
水、蒸気、グリコール、又はオイル
のうちの少なくとも１つである、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項８】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が断面形状を有し、前記断面形状が、
円形、楕円形、又は多角形
のうちの少なくとも１つを全体として含む、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項９】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が複数のフィン（８２３）を更に含み、前記複数のフィン（８２３）が前記複数のヒートパイプ（２２２）の伝熱性能を高めるように構成される、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項１０】
ヒートパイプ熱交換器（２４０）を含む前記複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）が、前記複数のヒートパイプ（２２２）、及び、前記１つ又は複数のマニホールド（２２４）に動作可能に接続され、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０）が又、
燃料加熱熱交換器（２４１）、又は
排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）、又は
燃料加熱熱交換器（２４１）及び排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）
に動作可能に接続される、請求項１記載のターボ機械（１００）。
【請求項１１】
ターボ機械（１００）用のアフタークーラ（２２０）であって、前記ターボ機械（１００）が、圧縮機（１１０）と、前記圧縮機（１１０）と動作可能に接続された燃焼器（１２０）と、前記燃焼器（１２０）と動作可能に接続されたタービン（１３０）とを含み、
前記圧縮機（１１０）の出口部（２０４）内に延在し、１つ又は複数のマニホールド（２２４）に動作可能に接続された複数のヒートパイプ（２２２）であって、前記複数のヒートパイプ（２２２）、及び、前記１つ又は複数のマニホールド（２２４）が、前記出口部（２０４）内の圧縮空気流から複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）に熱を伝達するように構成される、複数のヒートパイプ（２２２）
を含むアフタークーラ（２２０）。
【請求項１２】
アルミニウム、ベリリウム、ベリリウム−フッ素合金、ホウ素、カルシウム、コバルト、鉛−ビスマス合金、液体金属、リチウム−塩素合金、リチウム−フッ素合金、マンガン、マンガン−塩素合金、水銀、溶融塩、カリウム、カリウム−塩素合金、カリウム−フッ素合金、カリウム−窒素−酸素合金、ロジウム、ルビジウム−塩素合金、ルビジウム−フッ素合金、ナトリウム、ナトリウム−塩素合金、ナトリウム−フッ素合金、ナトリウム−ホウ素−フッ素合金、ナトリウム−窒素−酸素合金、ストロンチウム、スズ、ジルコニウム−フッ素合金のうちの１つ又はこれらの組合せを含む伝熱媒体（２２３）を前記複数のヒートパイプ（２２２）が更に含む、請求項１１記載のアフタークーラ（２２０）。
【請求項１３】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、カリウム又はナトリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを含む溶融塩伝熱媒体を更に含む、請求項１１記載のアフタークーラ（２２０）。
【請求項１４】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、
前記圧縮機出口部（２０４）内で、前記燃焼器（１２０）の半径方向内側、及び
前記圧縮機出口部（２０４）内で、前記燃焼器（１２０）から半径方向外側
のうちの少なくとも１つに配置される、請求項１３記載のアフタークーラ（２２０）。
【請求項１５】
ヒートパイプ熱交換器（２４０）を含む前記複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）が、前記複数のヒートパイプ（２２２）、及び、前記１つ又は複数のマニホールド（２２４）に動作可能に接続され、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０）が又、
燃料加熱熱交換器（２４１）、又は
排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）、又は
燃料加熱熱交換器（２４１）及び排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）
に動作可能に接続される、請求項１４記載のアフタークーラ（２２０）。
【請求項１６】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が断面形状を有し、前記断面形状が、
円形、楕円形、又は多角形のうちの少なくとも１つを全体として含み、
前記複数のヒートパイプ（２２２）が複数のフィン（８２３）を更に含み、前記複数のフィン（８２３）が前記複数のヒートパイプ（２２２）の伝熱性能を高めるように構成される、
請求項１５記載のアフタークーラ（２２０）。
【請求項１７】
ターボ機械（１００）によって発生した圧縮空気流から熱を取り出す方法（１０００）であって、
圧縮機（１１０）に空気流を通すステップ（１０１０）であって、前記圧縮機（１１０）が前記空気流に作用して、圧縮機吐出容器（２３０）内に吐出される圧縮空気流を生成する、ステップ（１０１０）と、
複数のヒートパイプ（２２２）にわたって前記圧縮機空気流を通すことによって前記圧縮空気流から熱を取り出すステップ（１０２０）と、
前記複数のヒートパイプ（２２２）からヒートパイプ熱交換器（２４０）に熱を伝導するステップ（１０３０）であって、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０）が、燃料加熱熱交換器（２４１）に熱を伝達するように構成される、ステップ（１０３０）と
を含む方法（１０００）。
【請求項１８】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、カリウム又はナトリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを含む溶融塩伝熱媒体（２２３）を更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、
燃焼器（１２０）の半径方向内側の圧縮機吐出容器（２３０）、及び
前記燃焼器（１２０）から半径方向外側の前記圧縮機吐出容器（２３０）
のうちの一方又は両方に配置される、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ヒートパイプ熱交換器（２４０）が、排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）を含む回路に動作可能に接続される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の例示的な実施形態はターボ機械の技術に関し、より詳細には、ターボ機械用のヒートパイプアフタークーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、タービンに動作可能に接続された圧縮機を含み、タービンは、発電機などの別の機械を駆動する。圧縮機は流入空気流を圧縮し、これを燃焼器に供給して燃料と混合し、点火して高温高圧の燃焼生成物を形成する。この高温高圧の燃焼生成物を使用してタービンを駆動する。場合によっては、圧縮機を出る圧縮空気流は、特定の燃焼効率を得るために再圧縮される。しかしながら、圧縮空気流を再圧縮すると、空気流の温度が上がって所望の範囲を超える。従って、空気流は、再圧縮される前にインタークーラを通る。２つの圧縮機段の間にあるインタークーラは圧縮空気流の温度を下げ、それによって再圧縮しても再圧縮空気流の温度は所望の範囲内になる。しかしながら、従来のインタークーラは、かなりの設備と資本コストを必要とする大きなシステムである。
【０００３】
シンプルサイクル及びコンバインドサイクルガスタービンシステムは、ガスから液体までの範囲の様々な燃料を広い範囲の温度で使用するように設計される。いくつかの例では、燃料の温度が、圧縮機吐出空気温度に比べて低い場合がある。低温の燃料の使用は、ガスタービンシステムのエミッション、性能、及び効率に影響を与える。これらの特性を改善するために、燃料を燃焼させる前に燃料の温度を上げることが望ましい。
【０００４】
燃料を燃やす前に燃料の温度を上げることによって、ガスタービンシステムの全体的な熱性能を高めることができる。燃料を加熱すると、所望の燃焼温度にするために必要な燃料量が削減され、それによってガスタービンシステム効率が全体として改善する。燃料を加熱するための１つの手法は、電気ヒータ又はコンバインドサイクルのプロセスから得た熱を使用して燃料の温度を上げることである。しかしながら、既存のコンバインドサイクルの燃料加熱システムは、多くの場合、蒸気流を使用するが、これに使用しないのであれば、この蒸気流を蒸気タービンに送って、コンバインドサイクルの出力を増大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８８１６５２１号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様では、ターボ機械は、吸気部及び出口部を有する圧縮機を含む。圧縮機は、吸気部で受け入れた空気を圧縮して、出口部内に出る圧縮空気流を形成する。燃焼器は、圧縮機と動作可能に接続され、圧縮空気流を受け入れる。タービンは、燃焼器と動作可能に接続され、燃焼器から燃焼ガス流を受け入れる。アフタークーラは、圧縮機の出口部に動作可能に接続される。アフタークーラは、出口部内に延在する複数のヒートパイプを含む。複数のヒートパイプは、１つ又は複数のマニホールドに動作可能に接続される。複数のヒートパイプ、及び、１つ又は複数のマニホールドは、出口部の圧縮空気流から複数の熱交換器に熱を伝達するように構成される。
【０００７】
本発明の別の態様では、ターボ機械用のアフタークーラが提供される。ターボ機械は、圧縮機と、圧縮機と動作可能に接続された燃焼器と、燃焼器と動作可能に接続されたタービンとを含む。アフタークーラは、圧縮機の出口部内に延在する複数のヒートパイプを含む。複数のヒートパイプは、１つ又は複数のマニホールドに動作可能に接続される。複数のヒートパイプ、及び、１つ又は複数のマニホールドは、出口部の圧縮空気流から複数の熱交換器に熱を伝達するように構成される。
【０００８】
本発明の更に別の態様では、ターボ機械によって発生した圧縮空気流から熱を取り出す方法は、圧縮機に空気流を通すステップを含み、このステップでは、圧縮機が空気流に作用して、圧縮機吐出容器内に吐出される圧縮空気流を生成する。取出しステップは、複数のヒートパイプにわたって圧縮機空気流を通すことによって圧縮空気流から熱を取り出す。伝導ステップは、複数のヒートパイプからヒートパイプ熱交換器に熱を伝導する。ヒートパイプ熱交換器は、燃料加熱熱交換器に熱を伝達するように構成される。ヒートパイプは、カリウム又はナトリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを含む溶融塩伝熱媒体を更に含むことができる。ヒートパイプは、燃焼器の半径方向内側の圧縮機吐出容器、及び／又は燃焼器から半径方向外側の圧縮機吐出容器のうちの一方又は両方に配置される。ヒートパイプ熱交換器を、排熱回収蒸気発生器熱交換器を含む回路に動作可能に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ターボ機械の簡略図である。
【図２】本発明の態様によるターボ機械の一部分の軸方向の部分概略断面図である。
【図３】本発明の態様によるアフタークーラの概略断面図である。
【図４】本発明の態様によるアフタークーラの半径方向の部分概略断面図である。
【図５】本発明の態様による円形又は円筒形のヒートパイプの断面形状である。
【図６】本発明の態様による楕円形のヒートパイプの断面形状である。
【図７】本発明の態様による多角形のヒートパイプの断面形状である。
【図８】本発明の態様による、複数のフィンが付いた円形又は円筒形のヒートパイプの断面形状である。
【図９】本発明の態様による、アフタークーラを組み込んだターボ機械の概略図である。
【図１０】本発明の態様による、ターボ機械によって発生した圧縮空気流から熱を取り出すための方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つ又は複数の特定の態様／実施形態を以下に説明する。これらの態様／実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施態様のすべての特徴を説明することはしないかもしれない。いかなるこうした実際の実施態様の開発に際しても、あらゆるエンジニアリングプロジェクト又は設計プロジェクトと同様に、機械関連、システム関連、及びビジネス関連の制約を遵守することなど、実施態様ごとに変わり得る開発者の特定の目標を達成するために、実施態様特有の多くの決定を行われなければならないことを理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑であり時間を要する場合があるが、それにもかかわらず、この開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、及び製造の定常作業であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介するときに、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、それらの要素について１つ又は複数があることを意味することを意図する。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であり、列挙した要素以外に追加の要素があり得ることを意味することを意図する。動作パラメータ及び／又は環境条件のいかなる例も、本開示の実施形態の他のパラメータ／条件を除外するものではない。更に、本発明の「１つの実施形態」、「１つの態様」、「実施形態」、又は「態様」について言及することは、列挙した特徴をも包含する追加の実施形態又は態様が存在することを除外するものとして解釈されるように意図するものではないことを理解されたい。
【００１２】
図１はターボ機械１００の簡略図である。ターボ機械は、燃焼器１２０に動作可能に接続された圧縮機１１０を含み、燃焼器１２０はタービン１３０に動作可能に接続される。タービンの排気を排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ：ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１４０に動作可能に接続することができる。ＨＲＳＧ１４０は、蒸気を発生して蒸気タービン１５０に向けられる。この例では、すべてのターボ機械は一軸構成で配置されており、軸１６０は発電機１７０を駆動する。ターボ機械という用語は、圧縮機、タービン、又はそれらの組合せを含むことを理解されたい。
【００１３】
図２は、本発明の態様によるターボ機械の一部分の軸方向の部分概略断面図である。ターボ機械１００は、吸気部２０２及び出口部２０４を有する圧縮機１１０を含む。圧縮機は、吸気部２０２で受け入れた空気を圧縮して、出口部２０４から／出口部２０４に出る圧縮機空気流を形成する。燃焼器１２０は圧縮機１１０と動作可能に接続され、燃焼器１２０は圧縮空気流を受け入れる。タービン１３０は燃焼器１２０と動作可能に接続され、タービン１３０は燃焼器１２０から燃焼ガス流を受け入れる。アフタークーラ２２０は、圧縮機１１０の出口部２０４に動作可能に接続される。アフタークーラ２２０は、出口部２０４内に延在する複数のヒートパイプ２２２を含む。ヒートパイプ２２２は、１つ又は複数のマニホールド２２４に動作可能に接続され、ヒートパイプ２２２及びマニホールド２２４は、出口部２０４内の圧縮空気流から複数の熱交換器２４０に熱を伝達するように構成される。
【００１４】
ヒートパイプ２２２ｉは、燃焼器１２０の半径方向内側の圧縮機吐出容器（ＣＤＣ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｃａｓｅ）２３０内に配置される。ヒートパイプ２２２ｉは圧縮機の最終段の出口近くに配置される。各ヒートパイプ２２２ｉはＣＤＣ２３０を通って圧縮空気流流路内に延在する。ヒートパイプ２２２ｏは、燃焼器１２０から半径方向外側の圧縮機出口部２０４内に配置される。ヒートパイプ２２２ｏは、移行部品１２２の近くで、燃焼器１２０の圧縮空気流入口近くに配置される。各ヒートパイプ２２２ｏはＣＤＣ２３０又はターボ機械ケーシングを通って圧縮空気流流路内に延在する。ヒートパイプ２２２ｉ又は２２２ｏは、単独で、又は両方を一緒に使用することができる。例えば、ターボ機械はヒートパイプ２２２ｉのみ、又はヒートパイプ２２２ｏのみを使用することができる。或いは、より多くの熱を取り去るために、ヒートパイプ２２２ｉと２２２ｏの両方の組を使用することができる。ヒートパイプ２２２ｉ、２２２ｏは、圧縮空気から熱を吸収してその温度を下げる。
【００１５】
図３は、本発明の態様によるアフタークーラの概略断面図である。ヒートパイプ２２２はＣＤＣ外殻２３０又はターボ機械外殻を通って圧縮機の出口部２０４内に延在する。ヒートパイプ２２２は、液体金属又は溶融塩などの伝熱媒体２２３を含む。マニホールド２２４は、水、グリコール、又はオイルなどの冷媒／伝熱媒体２２５を含む。マニホールド２２４は、ヒートパイプ熱交換器２４０に熱的に接続される。導管３１０は、ヒートパイプ熱交換器２４０を他の複数の熱交換器に接続する。例えば、これらの他の熱交換器は、燃料加熱熱交換器２４１、燃料予熱熱交換器２４２、ＨＲＳＧ熱交換器２４３、及び任意の所望の他の熱交換器２４４とすることができる。ヒートパイプ熱交換器２４０は、マニホールド２２４から導管３１０内の伝熱媒体に熱を伝達する。単なる例として、導管の伝熱媒体は、水、グリコール、オイル、又は任意の他の適切な流体とすることができる。ポンプ３２０を用いて流体を導管３１０及び熱交換器に送り込む。熱交換器は又、弁制御のバイパスライン２５０（説明を明瞭にするため、１つだけを示す）を含むことができる。弁２５１は、熱交換器（例えば、２４２）周りの流れを、バイパスライン／導管２５０を通して導くように操作することができる。この特徴は、特定の熱交換器が導管３１０に沿う流れから「取り外される」（場合により、一時的に）場合、望ましいことがある。弁２５１は、手動制御、又は遠隔制御することができる。
【００１６】
マニホールド２２４は、水、蒸気、グリコール、又はオイル、又は任意の他の適切な流体などの伝熱媒体を含むことができる。マニホールド２２４は複数のヒートパイプ２２２に接続され、ヒートパイプ２２２は出口部２０４の周りを周方向に配置することができる。ヒートパイプ２２２は伝熱媒体２２３を含み、これは液体金属、溶融塩、又はＱｕ材料とすることができる。単なる例として、伝熱媒体は、アルミニウム、ベリリウム、ベリリウム−フッ素合金、ホウ素、カルシウム、コバルト、鉛−ビスマス合金、液体金属、リチウム−塩素合金、リチウム−フッ素合金、マンガン、マンガン−塩素合金、水銀、溶融塩、カリウム、カリウム−塩素合金、カリウム−フッ素合金、カリウム−窒素−酸素合金、ロジウム、ルビジウム−塩素合金、ルビジウム−フッ素合金、ナトリウム、ナトリウム−塩素合金、ナトリウム−フッ素合金、ナトリウム−ホウ素−フッ素合金、ナトリウム−窒素−酸素合金、ストロンチウム、スズ、ジルコニウム−フッ素合金のうちの１つ又はこれらの組合せとすることができる。特定の一例として、伝熱媒体２２３は、カリウム及び／又はナトリウムを含む溶融塩とすることができる。ヒートパイプ２２２の外側部分は、熱伝導率が高く、強度が高く、伝熱媒体に対する耐腐食性が高いという複数の目的に合致することができる任意の適切な材料より作ることができる。
【００１７】
ヒートパイプ２２２は又、熱伝導率が極めて高い「Ｑｕ材料」から形成することができる。Ｑｕ材料は、ヒートパイプの内面に施された多層コーティングの形態とすることができる。例えば、固体状の伝熱媒体を内壁に３つの基層で施工することができる。最初の２つの層は、溶液をヒートパイプの内壁に触れさせて作成される。初めに、第１の層は、主として、ナトリウム、ベリリウム、マンガン又はアルミニウムなどの金属、カルシウム、ホウ素、及び二クロム酸ラジカルの様々な組合せをイオン形態で含み、内壁に０．００８ｍｍから０．０１２ｍｍまでの厚みで吸着される。続いて、第２の層は、主として、コバルト、マンガン、ベリリウム、ストロンチウム、ロジウム、銅、Ｂ−チタン、カリウム、ホウ素、カルシウム、アルミニウムなどの金属、及び二クロム酸ラジカルの様々な組合せをイオン形態で含み、これを第１の層の上に積み上げて、ヒートパイプの内壁を覆う０．００８ｍｍから０．０１２ｍｍの厚さの膜を形成する。最後に、第３の層は、酸化ロジウム、二クロム酸カリウム、酸化ラジウム、二クロム酸ナトリウム、二クロム酸銀、単結晶シリコン、酸化ベリリウム、クロム酸ストロンチウム、酸化ホウ素、Ｂ−チタン、及び二クロム酸マンガン又は二クロム酸アルミニウムなどの二クロム酸金属の様々な組合せを含む紛体で、これを内壁全体にわたり均等に分布させる。３つの層は、ヒートパイプに施工され、次いで、熱分極されて、正味の熱損失が僅かな、又は全くない状態で熱エネルギーを伝達する超伝導ヒートパイプを形成する。
【００１８】
図４は、本発明の態様によるアフタークーラの半径方向の部分概略断面図である。ヒートパイプ２２２は、ターボ機械１００又は圧縮機１１０の周りに周方向に配置され、分布している。マニホールド２２４は、線４１０で示す回路に接続されている。例えば、マニホールド２２４は、ターボ機械の周りに概ね連続した流れループを形成する。この流れループの一部分は中断されて、ヒートパイプ熱交換器２４０に向かい、そこからの出口はマニホールド２２４に戻る。このようにして、圧縮機空気流によって発生した熱は、（ヒートパイプ２２２を介して）熱交換器２４０に伝達することができる。
【００１９】
図５は、本発明の態様による円形又は円筒形のヒートパイプ２２２の断面形状である。円筒形のヒートパイプは製造が容易で、従来の工具で容易に取り付けることができる。図６は、本発明の態様による楕円形のヒートパイプ６２２の断面形状である。楕円形の断面形状は、円筒形のヒートパイプより空気力学的に優れ、圧力損失が小さい。図７は、本発明の態様による多角形のヒートパイプ７２２の断面形状である。多角形としては、長方形、六角形、正方形、又は任意の他の適切な多角形が含まれる。図８は、本発明の態様による、複数のフィン８２３が付いた円形又は円筒形のヒートパイプ８２２の断面形状である。フィン８２３は、ヒートパイプの伝熱性能を高めるために構成され、図示のように軸方向に、又は半径方向に配置することができ、銅又はアルミニウムなどの高い熱伝導度の材料より構成することができる。
【００２０】
図９は、本発明の態様による、アフタークーラを組み込んだターボ機械９００の概略図である。ターボ機械９００は、圧縮機９１０、燃焼器９２０、及びタービン９３０を含む。アフタークーラは、マニホールド９２４に接続された複数のヒートパイプ（説明を明瞭にするため図示しない）を含む。マニホールド９２４はヒートパイプ熱交換器９４０に接続される。ポンプ９５０は、冷媒を導管システム及び複数の熱交換器に通して循環させる。ヒートパイプ熱交換器は燃料ガス予熱熱交換器９４２に接続される。燃料ガス９６０が入力され、燃焼器９２０に流れる。燃料ガス予熱熱交換器は、排熱回収蒸気発生器（ＨＳＲＧ）熱交換器９４４に接続される。水９７０が熱交換器９４４に入力されて高温に加熱され、又は蒸気になって、ＨＲＳＧエコノマイザ（図示せず）に出力される。各熱交換器は、バイパスライン９８０及び弁９８１を含んで、各熱交換器を選択的にバイパスすることができる。説明を明瞭にするため、図９にはこのようなバイパスラインを１つだけ示している。主燃料ヒータ熱交換器９４６はＨＳＲＧ（図示せず）から蒸気９９０が供給されて、その結果生じた加熱燃料は燃焼器９２０に供給される。
【００２１】
弁９８１及びバイパスライン９８０によって（すべての熱交換器に接続されている場合には）、燃料の加熱の制御及び機械効率を改善することができる。例えば、熱交換器９４０と９４４をループ状に接続して、ＨＲＳＧへ入力される水だけを加熱することができる。熱交換器９４０及び９４２をループ状に接続して、燃料供給を予熱することができる。この構成によって、ＨＲＳＧから取り出される蒸気（９２２）を大きく削減する、又はなくすることができ、より多くの蒸気を蒸気タービン（図示せず）に送ることができる。別の例として、熱交換器９４０、９４２、及び９４４をループ状に接続することができる。この構成は、燃料９６０を予熱し、且つＨＲＳＧに向かう水９７０を加熱する。熱交換器９４０、９４２、及び９４６をループ状に接続することができ、これは燃料加熱能力を最大にする。或いは、すべての熱交換器が圧縮機吐出空気流から取り去られた熱から恩恵を受けるように、すべての熱交換器をループ状に接続することができる。
【００２２】
図１０は、ターボ機械によって発生した圧縮空気流から熱を取り出すための方法１０００である。本本法は、圧縮機９１０に空気流を通すステップ１０１０を含み、圧縮機９１０は空気流に作用して、圧縮機吐出容器２３０内又は圧縮機出口部内に吐出される圧縮機空気流を生成する。空気流は又、燃焼器入口部内に吐出することができる。取出しステップ１０２０は、複数のヒートパイプ２２２にわたって圧縮機空気流を通すことによって圧縮空気流から熱を取り出す。ヒートパイプ２２２は、カリウム又はナトリウムなどの溶融塩伝熱媒体、液体金属、或いはそれらの組合せを含むことができる。ヒートパイプ２２２は、燃焼器の半径方向内側、及び／又は燃焼器から半径方向外側の圧縮機吐出容器（又はターボ機械ケーシング）内に配置することができる。伝導ステップ１０３０は、ヒートパイプ２２２からヒートパイプ熱交換器９４０に熱を伝導する。ヒートパイプ熱交換器９４０は、燃料加熱熱交換器９４２に熱を伝達するように構成される。加熱ステップ１０４０は、ヒートパイプから得られた熱を用いて燃料加熱熱交換器９４２内で燃料９６０を加熱する。更に、ヒートパイプ熱交換器９４０は、排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）熱交換器９４４を含む回路に動作可能に接続することができる。
【００２３】
本発明のアフタークーリングシステムはいくつかの利点を提供する。圧縮機効率を改善することができ、又、燃料加熱に必要な蒸気が削減される結果、コンバインドサイクルの熱消費率が改善される。圧縮機質量流量を増大することができ、又、燃料加熱に必要な蒸気が削減されて、コンバインドサイクルの出力が改善される。圧縮機吐出空気流の温度が下がることにより、タービンセクションの動翼、ホイール、及び燃焼ガス移行部品の寿命を改善することができる。
【００２４】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、又、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【００２５】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
吸気部（２０２）及び出口部（２０４）を含み、前記吸気部で受け入れた空気を圧縮して、前記出口部内に出る圧縮空気流を形成する圧縮機（１１０）と、
前記圧縮機と動作可能に接続され、前記圧縮空気流を受け入れる燃焼器（１２０）と、
前記燃焼器と動作可能に接続され、前記燃焼器から燃焼ガス流を受け入れるタービン（１３０）と、
前記圧縮機の前記出口部に動作可能に接続され、前記出口部内に延在する複数のヒートパイプ（２２２）を含むアフタークーラ（２２０）であって、前記複数のヒートパイプ（２２２）が、１つ又は複数のマニホールド（２２４）に動作可能に接続され、前記複数のヒートパイプ（２２２）、及び、前記１つ又は複数のマニホールド（２２４）が、前記出口部の前記圧縮空気流から複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）に熱を伝達するように構成される、アフタークーラ（２２０）と
を備えるターボ機械（１００）。
［実施態様２］
アルミニウム、ベリリウム、ベリリウム−フッ素合金、ホウ素、カルシウム、コバルト、鉛−ビスマス合金、液体金属、リチウム−塩素合金、リチウム−フッ素合金、マンガン、マンガン−塩素合金、水銀、溶融塩、カリウム、カリウム−塩素合金、カリウム−フッ素合金、カリウム−窒素−酸素合金、ロジウム、ルビジウム−塩素合金、ルビジウム−フッ素合金、ナトリウム、ナトリウム−塩素合金、ナトリウム−フッ素合金、ナトリウム−ホウ素−フッ素合金、ナトリウム−窒素−酸素合金、ストロンチウム、スズ、ジルコニウム−フッ素合金のうちの１つ又はこれらの組合せを含む伝熱媒体（２２３）を前記複数のヒートパイプが更に含む、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様３］
前記複数のヒートパイプが、カリウム又はナトリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを含む溶融塩伝熱媒体を更に含む、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様４］
前記複数のヒートパイプが、圧縮機吐出容器（２３０）内で、前記燃焼器の半径方向内側に配置される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様５］
前記複数のヒートパイプが、前記圧縮機出口部内で、前記燃焼器から半径方向外側に配置される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様６］
前記複数のヒートパイプが、前記圧縮機出口部内に配置され、前記燃焼器の半径方向内側、及び前記燃焼器から半径方向外側に配置される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様７］
前記１つ又は複数のマニホールドが伝熱ループの一部分を形成し、前記伝熱ループ内の前記伝熱媒体が、
水、蒸気、グリコール、又はオイル
のうちの少なくとも１つである、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様８］
前記複数のヒートパイプ（２２２）が断面形状を有し、前記断面形状が、
円形、楕円形、又は多角形
のうちの少なくとも１つを全体として含む、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様９］
前記複数のヒートパイプ（２２２）が複数のフィン（８２３）を更に含み、前記複数のフィンが前記複数のヒートパイプの伝熱性能を高めるように構成される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様１０］
ヒートパイプ熱交換器（２４０）を含む前記複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）が、前記複数のヒートパイプ、及び、前記１つ又は複数のマニホールドに動作可能に接続され、前記ヒートパイプ熱交換器が又、
燃料加熱熱交換器（２４１）、又は
排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）、又は
燃料加熱熱交換器（２４１）及び排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）
に動作可能に接続される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様１１］
ターボ機械用のアフタークーラ（２２０）であって、前記ターボ機械が、圧縮機（１１０）と、前記圧縮機と動作可能に接続された燃焼器（１２０）と、前記燃焼器と動作可能に接続されたタービン（１３０）とを含み、
前記圧縮機の出口部内に延在し、１つ又は複数のマニホールド（２２４）に動作可能に接続された複数のヒートパイプ（２２２）であって、前記複数のヒートパイプ、及び、前記１つ又は複数のマニホールドが、前記出口部内の圧縮空気流から複数の熱交換器（２４０、２４１、２４２、２４３、２４４）に熱を伝達するように構成される、複数のヒートパイプ（２２２）
を含むアフタークーラ（２２０）。
［実施態様１２］
ターボ機械（１００）によって発生した圧縮空気流から熱を取り出す方法（１０００）であって、
圧縮機（１１０）に空気流を通すステップ（１０１０）であって、前記圧縮機が前記空気流に作用して、圧縮機吐出容器（２３０）内に吐出される圧縮空気流を生成する、ステップ（１０１０）と、
複数のヒートパイプ（２２２）にわたって前記圧縮機空気流を通すことによって前記圧縮空気流から熱を取り出すステップ（１０２０）と、
前記複数のヒートパイプ（２２２）からヒートパイプ熱交換器（２４０）に熱を伝導するステップ（１０３０）であって、前記ヒートパイプ熱交換器が、燃料加熱熱交換器（２４１）に熱を伝達するように構成される、ステップ（１０３０）と
を含む方法（１０００）。
［実施態様１３］
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、カリウム又はナトリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを含む溶融塩伝熱媒体（２２３）を更に含む、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
前記複数のヒートパイプ（２２２）が、
燃焼器（１２０）の半径方向内側の圧縮機吐出容器（２３０）、及び
前記燃焼器（１２０）から半径方向外側の前記圧縮機吐出容器（２３０）
のうちの一方又は両方に配置される、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記ヒートパイプ熱交換器（２４０）が、排熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３）を含む回路に動作可能に接続される、実施態様１４に記載の方法。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ターボ機械
１１０  圧縮機
１２０  燃焼器
１２２  移行部品
１３０  タービン
１４０  排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１５０  蒸気タービン
１６０  軸
１７０  発電機
２０２  吸気部
２０４  出口部
２２０  アフタークーラ
２２２  ヒートパイプ
２２３  伝熱媒体
２２４  マニホールド
２２５  伝熱媒体
２３０  圧縮機吐出容器（ＣＤＣ）
２４０  ヒートパイプ熱交換器
２４１  燃料加熱熱交換器
２４２  燃料予熱熱交換器
２４３  排熱回収蒸気発生器（ＨＳＲＧ）熱交換器
２４４  熱交換器
２５０  バイパスライン
２５１  弁
３１０  導管
３２０  ポンプ
４１０  回路
６２２  ヒートパイプ
７２２  ヒートパイプ
８２２  ヒートパイプ
８２３  フィン
９００  ターボ機械
９１０  圧縮機
９２０  燃焼器
９２２  ＨＲＳＧから取り出される蒸気
９２４  マニホールド
９３０  タービン
９４０  ヒートパイプ熱交換器
９４２  燃料予熱熱交換器
９４４  排熱回収蒸気発生器（ＨＳＲＧ）熱交換器
９４６  主燃料ヒータ熱交換器
９５０  ポンプ
９６０  燃料
９７０  水
９８０  バイパスライン
９８１  弁
９９０  蒸気
１０００  方法
１０１０  圧縮機に空気流を通すステップ
１０２０  取出しステップ
１０３０  伝導ステップ
１０４０  加熱ステップ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2016197002000001.pdf