(57)【要約】【課題】ターボ機械用のヒートパイプ冷却器を提供する。【解決手段】ターボ機械は、吸気部で受け入れた空気を圧縮して、吹出し部内に流出する圧縮空気流を形成するように構成された圧縮機を含む。燃焼器は、圧縮機に動作可能に接続され、該燃焼器は、圧縮空気流を受ける。タービンは、燃焼器に動作可能に接続されている。タービンは、燃焼器からの燃焼ガス流を受ける。圧縮機は、圧縮機ケーシングを有している。冷却システムは、圧縮機ケーシングに動作可能に接続されている。冷却システムは、圧縮機ケーシングに取り付けられており、圧縮機ケーシングと熱連通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つ以上のマニホールドに動作可能に接続されている。複数のヒートパイプおよび１つ以上のマニホールドは、圧縮機ケーシングから複数の熱交換器に熱を伝達するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気部（２０２）で受け入れた空気を圧縮して、吹出し部（２０４）内に流出する圧縮空気流を形成するように構成された、圧縮機ケーシング（１１２）を有する圧縮機（１１０，５１０）と、
前記圧縮機（１１０，５１０）に動作可能に接続され、前記圧縮空気流を受ける燃焼器（１２０，５２０）と、
前記燃焼器（１２０，５２０）に動作可能に接続され、前記燃焼器（１２０，５２０）からの燃焼ガス流を受けるタービン（１３０，５３０）と、
前記圧縮機ケーシング（１１２）に動作可能に接続された冷却システム（２５０，６５０）であって、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられ、かつ前記圧縮機ケーシング（１１２）と熱的に連通する複数のヒートパイプ（２５２，６５２）を含み、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）に動作可能に接続され、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）および前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）から複数の熱交換器（２４４）に熱を伝達するように構成される、冷却システム（２５０，６５０）と、
を備える、ターボ機械（１００，５００）。
【請求項２】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）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１つまたはそれらの組み合わせを含む熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）をさらに含む、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項３】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、カリウムまたはナトリウムのうち１つまたはそれらの組み合わせを含む溶融塩熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項４】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、溶接部（６０２）、ボルト、締結具（６０４）、溶接ブラケット（６０６）またはクランプ（６０８）の内１つ以上を介して、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられている、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項５】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）の周りに円周方向に配置されている、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項６】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）のそれぞれは、ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）内に配置され、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられている、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項７】
前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）は、熱伝達ループの一部を形成し、前記熱伝達ループ内の前記熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）は、水（５７０）、蒸気（５９０）、グリコール、オイル、ナトリウム、カリウムまたはセシウムのうち少なくとも１つである、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項８】
前記複数の熱交換器（２４４）は、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）および前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）に動作可能に接続されたヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）を含み、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、
燃料加熱用熱交換器（２４１）、
熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）、または、
燃料加熱用熱交換器（２４１）および熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）
にさらに動作可能に接続されている、請求項１に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項９】
溶接部（６０２）、ボルト、締結具（６０４）、溶接ブラケット（６０６）またはクランプ（６０８）のうちの１つ以上を介して前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられた前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）と、
前記圧縮機ケーシング（１１２）の周りに円周方向に配置された前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）と、
をさらに備え、
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）のそれぞれは、ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）内に配置され、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられ、
前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）は、熱伝達ループの一部を形成し、前記熱伝達ループ中の前記熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）は、水（５７０）、蒸気（５９０）、グリコール、オイル、ナトリウム、カリウムまたはセシウムの少なくとも一つである、請求項３に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項１０】
前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、
燃料加熱用熱交換器（２４１）、
熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）、または、
燃料加熱用熱交換器（２４１）および熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）、
の少なくとも１つにさらに動作可能に接続されている、請求項９に記載のターボ機械（１００，５００）。
【請求項１１】
ターボ機械（１００，５００）用の冷却システム（２５０，６５０）であって、前記ターボ機械（１００，５００）は、圧縮機（１１０，５１０）と、前記圧縮機（１１０，５１０）に動作可能に接続された燃焼器（１２０，５２０）と、前記燃焼器（１２０，５２０）に動作可能に接続されたタービン（１３０，５３０）とを含み、前記圧縮機（１１０，５１０）は、圧縮機ケーシング（１１２）を有し、前記冷却システム（２５０，６５０）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）に動作可能に接続され、前記冷却システム（２５０，６５０）は、
前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられ、前記圧縮機ケーシング（１１２）と熱的に連通した複数のヒートパイプ（２５２，６５２）を備え、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）に動作可能に接続され、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）および前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）から複数の熱交換器（２４４）に熱を伝達するように構成されている、ターボ機械（１００，５００）用の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１２】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）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１つまたはそれらの組み合わせを含む熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）をさらに含む、請求項１１に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１３】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、カリウム、ナトリウムまたはセシウムのうち１つまたはそれらの組み合わせを含む溶融塩熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）をさらに備える、請求項１１に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１４】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、溶接部（６０２）、ボルト、締結具（６０４）、溶接ブラケット（６０６）またはクランプ（６０８）のうち１つ以上を介して、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられている、請求項１１に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１５】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）の周りに円周方向に配置されている、請求項１１に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１６】
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）のそれぞれは、ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）内に配置され、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられている、請求項１１に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１７】
前記複数の熱交換器（２４４）は、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）および前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）に動作可能に接続されたヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）を含み、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、
燃料加熱用熱交換器（２４１）、
熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）、または、
燃料加熱用熱交換器（２４１）および熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）、
の少なくとも１つにさらに動作可能に接続されている、請求項１３に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１８】
溶接部（６０２）、ボルト、締結具（６０４）、溶接ブラケット（６０６）またはクランプ（６０８）のうちの１つ以上を介して前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられた前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）と、
前記圧縮機ケーシング（１１２）の周りに円周方向に配置された前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）と、
をさらに備え、
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）のそれぞれは、ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）内に配置され、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、前記圧縮機ケーシング（１１２）に取り付けられ、
前記１つ以上のマニホールド（２５４，５５４，６５４）は、熱伝達ループの一部を形成し、前記熱伝達ループ中の前記熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）は、水（５７０）、蒸気（５９０）、グリコール、オイル、ナトリウム、カリウムまたはセシウムの少なくとも一つである、請求項１３に記載の冷却システム（２５０，６５０）。
【請求項１９】
ターボ機械（１００，５００）の圧縮機ケーシング（１１２）から熱を抽出する方法であって、
空気流を圧縮機（１１０，５１０）に通すことであって、前記圧縮機ケーシング（１１２）は、前記圧縮機（１１０，５１０）の外殻を形成し、前記圧縮機（１１０，５１０）が前記空気流に作用して、圧縮空気流を形成する、通すことと、
複数のヒートパイプ（２５２，６５２）に伝熱することによって、前記圧縮機ケーシング（１１２）から熱を抽出することであって、前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）は、カリウム、ナトリウムまたはセシウムのうち１つまたはそれらの組み合わせを含む溶融塩熱伝達媒体（２５３，２５５，６５３，６５５）を備える、抽出することと、
前記複数のヒートパイプ（２５２，６５２）からヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）に熱を伝導することであって、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、燃料加熱用熱交換器（２４１）に熱を伝達するように構成されている、伝導することと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，５４０，６４０）は、熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，５４４）を含む回路に動作可能に接続されている、請求項１９に記載の方法。
【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冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、発電機等の他の機械を順に駆動するタービンに動作可能に接続された圧縮機を含む。本圧縮機は、燃焼器に供給されて燃料と混合され、点火されて、高温、高圧の燃焼生成物を形成する、流入空気流を圧縮する。高温、高圧の燃焼生成物は、タービンを駆動するために使用される。場合によって、圧縮機から出た圧縮空気流は、一定の燃焼効率を達成するために再圧縮される。しかし、圧縮空気流を再圧縮することで、空気流温度は所望の限度を超えて上昇する。したがって、再圧縮される前に、空気流は、中間冷却器を通過する。中間冷却器は、２つの圧縮機段の間にあり、再圧縮時に、再圧縮された空気流の温度が所望の限度内になるように、圧縮空気流の温度を低下させる。しかし、従来の中間冷却器は、相当の設備コストおよび資本コストを必要とする大型システムである。
【０００３】
単純および複合サイクルガスタービンシステムは、広い温度範囲で、気体から液体に及ぶ様々な燃料を用いるように設計されている。場合によっては、コンプレッサが放出する空気の温度と比較すると、燃料が比較的低い温度であることがあり得る。低い温度の燃料を用いることは、ガスタービンシステムの排出、性能、およ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温度を上昇させることが望ましい。
【０００４】
燃焼する前に燃料の温度を上昇させることによって、ガスタービンシステム全体の温度性能を高めることができる。燃料加熱は、一般的に、所望の燃焼温度に達するのに必要な燃料量を低減することによって、ガスタービンシステム効率を改良する。燃料を加熱する１つの方法は、燃料温度を上昇させるために電気ヒータまたは複合サイクルプロセスに由来する熱を用いることである。しかし、既存の複合サイクル燃料加熱システムは、複合サイクル出力を増大させるために蒸気タービンへ向けることもできる蒸気流を用いることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，８１６，５２１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様では、ターボ機械は、吸気部で受け入れた空気を圧縮して、吹出し部内に流出する圧縮空気流を形成するように構成された圧縮機を含む。燃焼器は、圧縮機に動作可能に接続され、該燃焼器は、圧縮空気流を受ける。タービンは、燃焼器に動作可能に接続されている。タービンは、燃焼器からの燃焼ガス流を受ける。圧縮機は、圧縮機ケーシングを有している。冷却システムは、圧縮機ケーシングに動作可能に接続されている。冷却システムは、圧縮機ケーシングに取り付けられており、圧縮機ケーシングと熱連通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つ以上のマニホールドに動作可能に接続されている。複数のヒートパイプおよび１つ以上のマニホールドは、圧縮機ケーシングから複数の熱交換器に熱を伝達するように構成されている。
【０００７】
本発明の別の態様では、ターボ機械用の冷却システムを提供する。ターボ機械は、圧縮機と、圧縮機に動作可能に接続された燃焼器とを含む。圧縮機は、圧縮機ケーシングを有している。タービンは、燃焼器に動作可能に接続されている。冷却システムは、圧縮機ケーシングに動作可能に接続されている。冷却システムは、圧縮機ケーシングに取り付けられており、圧縮機ケーシングと熱連通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つ以上のマニホールドに動作可能に接続されている。複数のヒートパイプおよび１つ以上のマニホールドは、圧縮機ケーシングから複数の熱交換器に熱を伝達するように構成されている。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、ターボ機械の圧縮機ケーシングから熱を抽出する方法が提供される。この方法は、圧縮機を通って空気流を通過させる通過ステップを含む。圧縮機ケーシングは、圧縮機の外殻を形成する。圧縮機は、圧縮空気流を形成するために空気流に作用する。抽出ステップは、複数のヒートパイプに伝熱することによって、圧縮機ケーシングから熱を抽出する。複数のヒートパイプは、カリウム、ナトリウムまたはセシウムの１つまたはその組み合わせを含む溶融塩熱伝達媒体を含む。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、燃料加熱用熱交換器に熱を伝達するように構成される。ヒートパイプ熱交換器は、熱回収蒸気発生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】ターボ機械の単純化された概略図である。
【図２】本発明の一態様に係る、ターボ機械の一部を貫通する部分的な概略軸方向断面図である。
【図３】本発明の一態様に係る、冷却システムの断面概略図である。
【図４】本発明の一態様に係る、冷却システムの部分概略半径方向断面図である。
【図５】本発明の一態様に係る、冷却システムを組み込んだターボ機械の概略図である。
【図６】本発明の一態様に係る、冷却システムの断面概略図である。
【図７】本発明の一態様に係る、ターボ機械によって発生する圧縮空気流から熱を抽出する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で、本発明の１つまたは複数の具体的な態様／実施形態を説明する。これらの態様／実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的、たとえば機械関連、システム関連および事業関連の制約条件への対応等を達成するために実施特有の決定を数多くしなければならず、また、これらの制約条件は、実施毎に異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかり得るが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数形は、当該要素が１つ以上あることを意味するものである。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。動作パラメータおよび／または環境条件のいずれかの実施例は、開示する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。さらに、本発明の「一実施形態」、「一態様」または「実施形態」または「態様」への言及は、記載した特徴を同様に組み込む追加の実施形態または態様の存在を排除するものとして解釈されることを意図しないことを理解されたい。
【００１２】
図１は、ターボ機械１００の単純化された概略図を示す。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。タービンの排気は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１４０に動作可能に接続することができる。ＨＲＳＧシステム１４０は、蒸気タービン１５０の中に導かれる蒸気を生成する。この例では、すべてのターボ機械は、単軸構成で配置されており、シャフト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、タービンまたはそれらの組み合わせを含むことを理解されたい。
【００１３】
図２は、本発明の一態様に係る、ターボ機械の一部を貫通する部分的な概略軸方向断面図である。ターボ機械１００は、吸気部２０２と吹出し部２０４とを有する圧縮機１１０を含む。本圧縮機は、吸気部２０２で受けた空気を圧縮し、吹出し部２０４から／へ出る圧縮空気流を形成する。圧縮機１１０は、圧縮機ケーシング１１２を含む。圧縮機ケーシング１１２は、圧縮機１１０の外殻を形成する。燃焼器１２０は、圧縮機１１０に動作可能に接続され、燃焼器１２０は、圧縮空気流を受ける。タービン１３０は、燃焼器１２０に動作可能に接続され、タービン１３０は、燃焼器１２０からの燃焼ガス流を受ける。
【００１４】
冷却システム２５０は、圧縮機ケーシング１１２に動作可能に接続されている。たとえば、複数のヒートパイプ２５２は圧縮機ケーシングに取り付けられ、ヒートパイプはまた、圧縮機ケーシングと熱的に連通する。ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシングの周りに円周方向に配置され、溶接部、締結具、ボルト、溶接ブラケット、クランプまたは任意の他の適切な取り付け機構によってそこに取り付けられてもよい。ヒートパイプ２５２は、１つ以上のマニホールド２５４に動作可能に接続され、ヒートパイプ２５２およびマニホールド２５４は、圧縮機ケーシング１１２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。
【００１５】
ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシング１１２から熱を吸収する。ターボ機械１００が作動すると、空気は圧縮空気流へと圧縮される。この圧縮により、熱が発生する。熱の一部は圧縮機ケーシングに伝達され、この熱はヒートパイプ２５２により回収することができる。一実施例では、ヒートパイプは、圧縮機ケーシングに溶接されており、ヒートパイプは、（熱伝達を向上させるため）圧縮機ケーシングの外表面との密接な接触を維持するように構成されている。他の実施形態では、ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシングの形状に沿うように形成されてもよく、またはヒートパイプは、圧縮機ケーシングに埋め込まれてもよい。
【００１６】
図３は、本発明の一態様に係る、冷却システム２５０の断面概略図である。ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシング１１２に取り付けられている。ヒートパイプ２５２は、液体金属や溶融塩等の熱伝達媒体２５３を含む。マニホールド２５４は、水、蒸気、グリコールまたはオイル等の冷却剤／熱伝達媒体２５５を含む。マニホールド２５４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を複数の他の熱交換器に接続する。たとえば、他の熱交換器は、燃料加熱用熱交換器２４１、燃料予熱用熱交換器２４２、ＨＲＳＧ熱交換器２４３、および任意の他の所望の熱交換器２４４であってもよい。ヒートパイプ熱交換器２４０は、マニホールド２５４から導管３１０内の熱伝達媒体に熱を伝達する。例のみとして、導管の熱伝達媒体は、水、グリコール、オイルまたは他の任意の適切な流体であってもよい。ポンプ３２０は、導管３１０および熱交換器に流体を通すために使用することができる。熱交換器はまた、弁制御バイパスライン３６０（明瞭にするために１つしか示していない）を含むことができる。弁３６１は、バイパスライン／導管３６０を介して熱交換器（たとえば、２４２）の周りの流れを導くように動作させることができる。特定の熱交換器が、導管３１０に沿った流れから（場合により一時的に）「除去」される場合、この特徴が望ましい場合がある。弁３６１は、手動で制御するかまたは遠隔制御することができる。
【００１７】
マニホールド２５４は、複数のヒートパイプ２５２に接続されており、ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシング／シェル１１２の周りに円周方向に配置してもよい。ヒートパイプ２５２は、液体金属、溶融塩またはＱｕ材料であってもよい熱伝達媒体２５３を含む。例のみとして、熱伝達媒体は、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、セシウム、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１つまたはその組み合わせであってもよい。一具体例として、熱伝達媒体２５３は、カリウム、ナトリウムまたはセシウムを含む溶融塩であってもよい。ヒートパイプの外側部分は、高い熱伝導率、高強度、および熱伝達媒体による腐食に対する高耐性の複数の目的を果たすことができる任意の適切な材料で作ることができる。
【００１８】
ヒートパイプ２５２は、熱伝導率が極めて高い「Ｑｕ材料」により形成してもよい。Ｑｕ材料は、ヒートパイプの内側表面上に設けられる多層コーティングの形態であってもよい。たとえば、固体熱伝達媒体は３つの基本的な層の内壁に適用してもよい。最初の２層は、ヒートパイプの内壁に露出している溶液から作成される。まず、イオン型で、主にナトリウム、ベリリウム、マンガンまたはアルミニウムのような金属、カルシウム、ホウ素、および二クロム酸ラジカルの様々な組み合わせを備える第１の層は、０．００８ｍｍ〜０．０１２ｍｍの深さまで内壁に吸収される。続いて、イオン型で、主にコバルト、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、アルミニウム等の金属、および二クロム酸ラジカルの種々の組み合わせを含む第２の層は、第１の層の上部に構築され、ヒートパイプの内壁上に０．００８ｍｍ〜０．０１２ｍｍの厚さを有する膜を形成する。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、および二クロム酸マンガンまたは二クロム酸アルミニウム等の二クロム酸金属の種々の組み合わせを含む粉末であり、内壁に均等に分布している。３層はヒートパイプに適用され、ついで熱偏光されて、最小限の純熱損失で熱エネルギーを伝達する超伝導ヒートパイプを形成している。
【００１９】
図４は、本発明の一態様に係る、冷却システム２５０の部分概略半径方向断面図である。ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシング１１２の周りに円周方向に配置され、分散している。マニホールド２５４は、ライン４１０によって示される回路に接続されている。ライン４１０は、高温冷却液を搬送する。たとえば、マニホールド２５４は、圧縮機１１０の周りにほぼ連続した流れループを形成している。この流れループの一部が遮断されて、ヒートパイプ熱交換器２４０にルーティングされ、そこからの出口がマニホールド２５４に送り戻される。この方法では、圧縮機ケーシング１１２で（ヒートパイプ２５２を介して）発生した熱は、熱交換器２４０に伝達することができる。
【００２０】
図５は、本発明の一態様に係る、冷却システムを組み込んだターボ機械５００の概略図である。ターボ機械５００は、圧縮機５１０、燃焼器５２０およびタービン５３０を含む。冷却システムは、マニホールド５５４に接続された複数のヒートパイプ（明瞭にするために図示せず）を含む。マニホールド５５４は、ヒートパイプ熱交換器５４０に接続されている。ポンプ５５５は、導管システムおよび複数の熱交換器を通って、冷却剤を循環させる。ヒートパイプ熱交換器５４０は、燃料ガス予熱器熱交換器５４２に接続されている。燃料ガス５６０が投入され、燃焼器５２０に移動する。燃料ガス予熱器熱交換器は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）熱交換器５４４に接続されている。水５７０は、熱交換器５４４に投入され、加熱されて高温または蒸気になり、ＨＲＳＧエコノマイザ（図示せず）に出される。各熱交換器は、それぞれの熱交換器を選択的にバイパスするためのバイパスライン５８０および弁５８１を含むことができる。１つのこのようなバイパスラインのみが、明瞭にするために図５で識別される。一次燃料ヒータ熱交換器５４６は、ＨＲＳＧ（図示せず）からの蒸気５９０を供給されてもよく、結果的に加熱された燃料は、燃焼器５２０に運搬される。
【００２１】
（すべての熱交換器に接続されている場合に）弁５８１およびバイパスライン５８０は、燃料加熱および機械効率に対する改良された制御を可能にする。たとえば、熱交換器５４０および５４４は、ＨＲＳＧへ投入された水を加熱するためだけにループに接続してもよい。熱交換器５４０および５４２は、供給燃料を予熱するためにループに接続してもよい。この構成により、ＨＲＳＧから引き込む蒸気を大きく低減または除去することができ、より多くの蒸気を蒸気タービン（図示せず）に向けることになる。別の例として、熱交換器５４０、５４２、および５４４を、ループに接続することができる。この構成により、ＨＲＳＧに入る燃料５６０を予熱し、水５７０を加熱する。熱交換器５４０、５４２、および５４６をループに接続することができ、こうすることで燃料加熱電位を最大にする。あるいは、圧縮機ケーシングから除去される熱から利益を得られるように、すべての熱交換器をループに接続することができる。
【００２２】
図６は、本発明の一態様に係る、冷却システム６５０の断面概略図を示す。ヒートパイプ６５２は、マニホールド６５４を介して圧縮機ケーシング１１２に取り付けられている。ヒートパイプ６５２は、液体金属や溶融塩等の熱伝達媒体６５３を含む。マニホールド６５４は、水、蒸気、グリコールまたはオイル等の冷却剤／熱伝達媒体６５５を含む。マニホールド６５４および／またはヒートパイプ６５２は、溶接部６０２、ボルトまたは締結具６０４、溶接ブラケット６０６またはクランプ６０８によって圧縮機ケーシング１１２に取り付けることができる。マニホールド６５４は、ヒートパイプ熱交換器６４０に熱的に接続される。導管３１０は、ヒートパイプ熱交換器６４０を複数の他の熱交換器に接続する。たとえば、他の熱交換器は、燃料加熱用熱交換器２４１、燃料予熱用熱交換器２４２、ＨＲＳＧ熱交換器２４３、および任意の他の所望の熱交換器２４４であってもよい。ヒートパイプ熱交換器６４０は、マニホールド６５４から導管３１０内の熱伝達媒体に熱を伝達する。例のみとして、導管の熱伝達媒体は、水、グリコール、オイルまたは他の任意の適切な流体であってもよい。ポンプ３２０は、導管３１０および熱交換器に流体を通すために使用することができる。熱交換器はまた、弁制御バイパスライン３６０（明瞭にするために１つしか示していない）を含むことができる。弁３６１は、バイパスライン／導管３６０を介して熱交換器（たとえば、２４２）の周りの流れを導くように動作させることができる。
【００２３】
図７は、ターボ機械から熱を抽出するための方法７００を示している。この方法は、空気流を圧縮機に通すステップ７１０を含み、該圧縮機は、空気流に作用して、圧縮空気流を生成する。抽出ステップ７２０は、複数のヒートパイプ２５２を備える圧縮機ケーシング１１２から熱を抽出する。ヒートパイプ２５２は、カリウムもしくはナトリウム等の溶融塩熱伝達媒体、液体金属またはそれらの組み合わせを含むことができる。ヒートパイプ２５２は、圧縮機ケーシング１１２に熱的に連通しており、圧縮機ケーシング１１２に取り付けられてもよい。伝導ステップ７３０は、ヒートパイプ２５２からヒートパイプ熱交換器２４０に熱を伝導する。ヒートパイプ熱交換器２４０は、燃料加熱用熱交換器５４２に熱を伝達するように構成される。加熱ステップ７４０は、燃料５６０を、燃料加熱用熱交換器５４２内のヒートパイプから得られる熱で加熱する。また、ヒートパイプ熱交換器５４０は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）熱交換器５４４を含む回路に動作可能に接続することができる。
【００２４】
本発明の冷却・燃料加熱システムは、多数の利点を提供する。ターボ機械効率が向上し、燃料加熱のための蒸気需要が低減されることによって、複合サイクル発熱率が向上する。タービン部バケット、ホイールおよび燃焼ガス遷移片は、より冷たい圧縮機吐出空気流により寿命が改善する。
【００２５】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の文字通りの言葉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字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ターボ機械
１１０  圧縮機
１１２  圧縮機ケーシング
１２０  燃焼器
１３０  タービン
１４０  ＨＲＳＧ
１５０  蒸気タービン
１６０  シャフト
１７０  発電機
２０２  吸気部
２０４  吹出し部
２４０  ヒートパイプ熱交換器
２４１  燃料加熱用熱交換器
２４２  燃料予熱用熱交換器
２４３  ＨＲＳＧ熱交換器
２４４  熱交換器
２５０  冷却システム
２５２  ヒートパイプ
２５３  熱伝達媒体
２５４  マニホールド
２５５  冷却剤／熱伝達媒体
３１０  導管
３２０  ポンプ
３６０  バイパスライン
３６１  弁
４１０  ライン
５００  ターボ機械
５１０  圧縮機
５２０  燃焼器
５３０  タービン
５４０  ヒートパイプ熱交換器
５４２  燃料ガス予熱器熱交換器
５４４  ＨＲＳＧ熱交換器
５４６  燃料ヒータ熱交換器
５５４  マニホールド
５５５  ポンプ
５６０  燃料ガス
５７０  水
５８０  バイパスライン
５８１  弁
５９０  蒸気
６０２  溶接部
６０４  ボルト／締結具
６０６  溶接ブラケット
６０８  クランプ
６４０  ヒートパイプ熱交換器
６５０  冷却システム
６５２  ヒートパイプ
６５３  熱伝達媒体
６５４  マニホールド
６５５  冷却剤／熱伝達媒体
７００  方法
７１０  通すステップ
７２０  抽出ステップ
７３０  伝導ステップ
７４０  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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【外国語明細書】
2016196879000001.pdf