(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械用のヒートパイプ中間冷却器を提供する。【解決手段】ターボ機械１００は、吸気部２０２および吹出し部２０４を含む圧縮機１１０を含む。圧縮機は、吸気部で受け入れた空気を圧縮し、吹出し部へ出る圧縮空気流を形成する。燃焼器１２０は、圧縮機に動作可能に接続され、燃焼器は、圧縮空気流を受ける。タービン１３０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。中間冷却器２２０は、圧縮機に動作可能に接続され、中間冷却器の少なくとも一部は、圧縮機の動翼と静翼との間における段間の間隙に配置されている。中間冷却器は、段間の間隙内に延在する複数のヒートパイプ２２２を有している。複数のヒートパイプは、１つ以上のマニホールド２２４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ている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気部（２０２）および吹出し部（２０４）を含み、前記吸気部（２０２）で受け入れた空気を圧縮して、前記吹出し部（２０４）に出る圧縮空気流を生成する圧縮機（１１０，９１０）と、
前記圧縮機（１１０，９１０）に動作可能に接続され、前記圧縮空気流を受ける燃焼器（１２０，９２０）と、
前記燃焼器（１２０，９２０）に動作可能に接続され、前記燃焼器（１２０，９２０）から燃焼ガス流を受けるタービン（１３０，９３０）と、
前記圧縮機（１１０，９１０）に動作可能に接続された中間冷却器であって、前記中間冷却器の少なくとも一部は前記圧縮機（１１０，９１０）の動翼（１１１）と静翼（１１２）との間における段間の間隙（１１３）に配置され、前記中間冷却器は前記段間の間隙（１１３）内に延在する複数のヒートパイプ（２２２）を含み、前記複数のヒートパイプ（２２２）は１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）に動作可能に接続され、前記複数のヒートパイプ（２２２）および前記１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）は、前記圧縮空気流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、中間冷却器と、
を備える、ターボ機械（１００，９００）。
【請求項２】
前記複数のヒートパイプ（２２２）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（２２３，２２５）をさらに含む、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項３】
前記複数のヒートパイプ（２２２）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（２２３，２２５）をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項４】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、前記圧縮機（１１０，９１０）の抽気段に対応する前記段間の間隙（１１３）に配置されている、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項５】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は前記段間の間隙（１１３）に配置され、前記段間の間隙（１１３）は前記圧縮機（１１０，９１０）の第１の段と最後の段との間に配置されている、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項６】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、前記圧縮機（１１０，９１０）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（１００，９００）。
【請求項７】
前記１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）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（２２３，２２５）は、水（９７０）、蒸気（９９０）、グリコールまたはオイルのうち少なくとも１つである、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項８】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、断面形状を有し、前記断面形状は、一般的に、円形、楕円形、または多角形のうち少なくとも１つを備える、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項９】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、複数のフィン（８２３）をさらに備え、前記複数のフィン（８２３）は、前記複数のヒートパイプ（２２２）の熱伝達能力を向上させるように構成されている、請求項１に記載のターボ機械（１００，９００）。
【請求項１０】
前記複数の熱交換器（２４４）は、前記複数のヒートパイプ（２２２）および前記１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）に動作可能に接続されたヒートパイプ熱交換器（２４０，９４０）を含み、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，９４０）は、
燃料加熱用熱交換器（２４１）、
熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，９４４）、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（２４３，９４４）
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（１００，９００）。
【請求項１１】
圧縮機（１１０，９１０）と、前記圧縮機（１１０，９１０）に動作可能に接続された燃焼器（１２０，９２０）と、前記燃焼器（１２０，９２０）に動作可能に接続されたタービン（１３０，９３０）とを含むターボ機械（１００，９００）用の中間冷却器であって、前記中間冷却器は前記圧縮機（１１０，９１０）に動作可能に接続され、前記中間冷却器の少なくとも一部は、前記圧縮機（１１０，９１０）の動翼（１１１）と静翼（１１２）との間における段間の間隙（１１３）に配置され、前記中間冷却器は、
前記段間の間隙（１１３）内に延在する複数のヒートパイプ（２２２）を備え、前記複数のヒートパイプ（２２２）は、１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）に動作可能に接続され、前記複数のヒートパイプ（２２２）および前記１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）は、圧縮空気流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、ターボ機械（１００，９００）用の中間冷却器。
【請求項１２】
前記複数のヒートパイプ（２２２）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（２２３，２２５）をさらに含む、請求項１１に記載の中間冷却器。
【請求項１３】
前記複数のヒートパイプ（２２２）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（２２３，２２５）をさらに備える、請求項１１に記載の中間冷却器。
【請求項１４】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は前記段間の間隙（１１３）内に配置され、前記段間の間隙（１１３）は、前記圧縮機（１１０，９１０）の第１１の段と第１５の段との間に配置され、
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、前記圧縮機（１１０，９１０）の周りに略円周方向に配置されている、請求項１３に記載の中間冷却器。
【請求項１５】
前記複数の熱交換器（２４４）は、前記複数のヒートパイプ（２２２）および前記１つ以上のマニホールド（２２４，９２４）に動作可能に接続されたヒートパイプ熱交換器（２４０，９４０）を含み、前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，９４０）は、
燃料加熱用熱交換器（２４１）、
熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，９４４）、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（２４３，９４４）
にさらに動作可能に接続されている、請求項１４に記載の中間冷却器。
【請求項１６】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、断面形状を有し、前記断面形状は、一般的に、円形、楕円形、または多角形のうち少なくとも１つを備え、
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、複数のフィン（８２３）をさらに備え、前記複数のフィン（８２３）は、前記複数のヒートパイプ（２２２）の熱伝達能力を向上させるように構成されている、請求項１５に記載の中間冷却器。
【請求項１７】
ターボ機械（１００，９００）によって発生する圧縮空気流から熱を抽出する方法であって、
空気流を圧縮機（１１０，９１０）に通すことであって、前記圧縮機（１１０，９１０）は前記空気流に作用して圧縮機吐出ケース（２３０）内に吐出される圧縮空気流を生成する、通すことと、
複数のヒートパイプ（２２２）に前記圧縮空気流を通すことによって、前記圧縮空気流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（２２２）は前記圧縮機（１１０，９１０）の動翼（１１１）と静翼（１１２）との間における段間の間隙（１１３）に配置される、抽出することと、
前記複数のヒートパイプ（２２２）からヒートパイプ熱交換器（２４０，９４０）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（２４０，９４０）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１８】
前記段間の間隙（１１３）は、前記圧縮機（１１０，９１０）の抽気段に配置されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のヒートパイプ（２２２）は、カリウムまたはナトリウムの１つまたはその組み合わせを含む溶融塩熱伝達媒体（２２３，２２５）をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ヒートパイプ熱交換器（２４０，９４０）は、熱回収蒸気発生器熱交換器（２４３，９４４）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中間冷却器に関する。
【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、圧縮機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。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様では、ターボ機械は、吸気部と吹出し部とを含む圧縮機を含む。圧縮機は、吸気部で受け入れた空気を圧縮し、吹出し部へ出る圧縮空気流を形成する。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。中間冷却器は、圧縮機に動作可能に接続され、中間冷却器の少なくとも一部は、圧縮機の動翼と静翼との間における段間の間隙に配置されている。中間冷却器は、段間の間隙内に延在する複数のヒートパイプを有している。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ている。
【０００６】
本発明の別の態様では、ターボ機械用の中間冷却器を提供する。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。タービンは、燃焼器に動作可能に接続され、中間冷却器は、圧縮機に動作可能に接続されている。中間冷却器の少なくとも一部は、圧縮機の動翼と静翼との間における段間の間隙に配置されている。中間冷却器は、段間の間隙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ている。
【０００７】
本発明のさらに別の態様では、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は、空気流を圧縮機に通すステップを含む。圧縮機が空気流に作用して、圧縮機吐出ケース内に吐出される圧縮空気流を形成する。抽出ステップは、複数のヒートパイプに圧縮空気流を通すことによって、圧縮空気流から熱を抽出する。複数のヒートパイプは、圧縮機の動翼と静翼との間における段間の間隙に配置されている。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。段間の間隙は、圧縮機の抽気段内に配置することができる。複数のヒートパイプは、カリウムまたはナトリウムの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ことができる。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】
【０００８】
【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、中間冷却器の断面概略図である。
【図４】本発明の一態様に係る、中間冷却器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、円形または円筒形ヒートパイプの断面形状図である。
【図６】本発明の一態様に係る、楕円形ヒートパイプの断面形状図である。
【図７】本発明の一態様に係る、多角形ヒートパイプの断面形状図である。
【図８】本発明の一態様に係る、複数のフィンを有する円形または円筒形ヒートパイプの断面形状図である。
【図９】本発明の一態様に係る、中間冷却器を組み込んだターボ機械の概略図である。
【図１０】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】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。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。中間冷却器２２０は、圧縮機１１０の段間の間隙１１３に動作可能に接続される。段間の間隙１１３は、圧縮機の動翼１１１と静翼１１２との間の間隙である。段間の間隙は、任意の隣接する動翼と静翼との間に配置されてもよい。中間冷却器２２０は、段間の間隙内に延在する複数のヒートパイプ２２２を含む。たとえば、特定の用途での要望に応じて、段間の間隙は、圧縮機の抽気段において、第１の段と最後の段との間、または任意の段もしくは任意の段間に配置されてもよい。ヒートパイプ２２２は、１つ以上のマニホールド２２４に動作可能に接続され、ヒートパイプ２２２およびマニホールド２２４は、熱を圧縮機内の圧縮空気流から複数の熱交換器２４０に伝達するように構成される。
【００１３】
ヒートパイプ２２２は、段間の間隙中に配置され、これによりヒートパイプは、圧縮機ケース２３０の外側部分から段間の間隙内に延在するようになっている。図示の例では、ヒートパイプ２２２は、抽気段に対応する圧縮機の第１３段に対応する段間の間隙内に延在する。しかし、ヒートパイプは、圧縮機１１０に沿って任意の所望の点または段に配置することができる。各ヒートパイプ２２２は、ターボ機械ケーシングを通って、圧縮空気流路内に延在する。ヒートパイプ２２２は、圧縮空気流から熱を吸収して、その温度を低下させる。
【００１４】
図３は、本発明の一態様に係る、中間冷却器の断面概略図である。ヒートパイプ２２２は、ＣＤＣシェル２３０またはターボ機械シェルを通って、圧縮機の空気流内に延在する。一例のみとして、ヒートパイプは、段間の間隙１１３内に配置され、段間の間隙１１３は、第１３段動翼１１１と第１３段静翼１１２とを有する第１３段であり得る。しかし、ヒートパイプ２２２は、特定の用途で所望されるように、動翼と静翼との間の任意の間隙、または、圧縮機の任意の段間の間隙に位置してもよいことが理解されるべきである。ヒートパイプ２２２は、液体金属や溶融塩等の熱伝達媒体２２３を含む。マニホールド２２４は、水、グリコールまたはオイル等の冷却剤／熱伝達媒体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２２４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２５０（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２５１は、バイパスライン／導管２５０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２５１は、手動で制御するかまたは遠隔制御することができる。
【００１５】
マニホールド２２４は、熱伝達媒体、たとえば水、蒸気、グリコール、オイル、または任意の他の適切な流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に接続されており、ヒートパイプ２２２は、圧縮機の周りに円周方向に配置してもよい。ヒートパイプ２２２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２２３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、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２２３は、カリウムおよび／またはナトリウムを含む溶融塩であってもよい。ヒートパイプ２２２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。
【００１６】
ヒートパイプ２２２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。
【００１７】
図４は、本発明の一態様に係る、中間冷却器の部分概略半径方向断面図である。ヒートパイプ２２２は、ターボ機械１００または圧縮機１１０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２２４は、ライン４１０によって示される回路に接続されている。たとえば、マニホールド２２４は、ターボ機械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に送られ、そこからの出口がマニホールド２２４に送り戻される。このように、（ヒートパイプ２２２を介して）圧縮空気流によって発生した熱は、熱交換器２４０に伝達することができる。
【００１８】
図５は、本発明の一態様に係る、円形または円筒形ヒートパイプ２２２の断面形状図を示す。円筒形ヒートパイプは、従来のツールでの製造および設置が容易である。図６は、本発明の一態様に係る、楕円形ヒートパイプ６２２の断面形状図を示す。楕円形の断面形状は、円筒形のヒートパイプよりも空気力学的であり、圧力降下を減少させる。図７は、本発明の一態様に係る、多角形ヒートパイプ７２２の断面形状図を示す。多角形形状は、長方形、六角形、正方形または他の任意の適切な多角形の形状を含むことができる。図８は、本発明の一態様に係る、複数のフィン８２３を有する円形または円筒形ヒートパイプ８２２の断面形状図を示す。フィン８２３は、ヒートパイプの熱伝達能力を増大させるように構成され、図示されているように軸方向に、または半径方向に配置されてもよく、熱伝導率の高い材料、たとえば、銅またはアルミニウムで構成することができる。
【００１９】
図９は、本発明の一態様に係る、中間冷却器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およびタービン９３０を含む。中間冷却器は、マニホールド９２４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９２４は、ヒートパイプ熱交換器９４０に接続されている。ポンプ９５０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は、燃料ガス予熱器熱交換器９４２に接続されている。燃料ガス９６０が投入され、燃焼器９２０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９４４に接続されている。水９７０は、熱交換器９４４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９８０および弁９８１を含むことができる。明瞭にするために、図９にはそのようなバイパスラインを１つのみ図示する。一次燃料ヒータ熱交換器９４６は、ＨＲＳＧ（図示せず）からの蒸気９９０を供給されてもよく、結果的に加熱された燃料は、燃焼器９２０に運搬される。
【００２０】
（すべての熱交換器に接続されている場合に）弁９８１およびバイパスライン９８０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９４０および９４４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９４０および９４２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（９２２）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９４０、９４２、および９４４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９６０を予熱し、水９７０を加熱する。熱交換器９４０、９４２、および９４６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、すべての熱交換器が圧縮機の圧縮空気流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。
【００２１】
図１０は、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ための方法１０００を示している。この方法は、空気流を圧縮機９１０に通すステップ１０１０を含み、圧縮機９１０は、圧縮機吐出ケース２３０内に、または圧縮機吹出し部２０４内に吐出される圧縮空気流を形成するために空気流に作用する。空気流はまた、燃焼器の入口部分へと吐出することができる。抽出ステップ１０２０は、複数のヒートパイプ２２２を介して圧縮空気流を通過させることによって、圧縮空気流から熱を抽出する。ヒートパイプ２２２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２２２は、圧縮機中の動翼と静翼との間に配置されてもよく、段間の間隙内（たとえば、段間または、動翼と静翼との間）に延在してもよい。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、燃料加熱用熱交換器９４２に熱を伝達するように構成される。加熱ステップ１０４０は、燃料９６０を、燃料加熱用熱交換器９４２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９４０は、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。
【００２２】
本発明の中間冷却システムは、多数の利点を提供する。圧縮機効率が向上し、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ことになる。圧縮機の質量流量が増加し、燃料加熱用の蒸気需要が低減することによって、複合サイクルの出力を向上させることができる。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を改善することができる。
【００２３】
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】
【００２４】
１００  ターボ機械
１１０  圧縮機
１１１  動翼
１１２  静翼
１１３  間隙
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
２２０  後置冷却器
２２２  ヒートパイプ
２２２ｉ  燃焼器の半径方向内側のヒートパイプ
２２２ｏ  燃焼器の半径方向外側のヒートパイプ
２２３  熱伝達媒体
２２４  マニホールド
２２５  熱伝達媒体
２３０  圧縮機吐出ケース（ＣＤＣ）
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  バイパスライン
２５１  弁
３１０  導管
３２０  ポンプ
４１０  ライン
６２２  楕円形断面を有するヒートパイプ
７２２  多角形断面を有するヒートパイプ
８２２  フィン付きヒートパイプ
８２３  フィン
９００  ターボ機械
９１０  圧縮機
９２０  燃焼器
９２４  マニホールド
９３０  タービン
９４０  ヒートパイプ熱交換器
９４２  燃料ガス予熱器熱交換器
９４４  ＨＲＳＧ熱交換器
９４６  一次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  通すステップ
１０２０  抽出ステップ
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】
2016196877000001.pdf