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日本ガスタービン学会誌

Vol. 51No. 5

2023.9

大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案
Differential Pressure Estimation for Gas Turbine Air Intake Filter
with Consideration of Atmospheric Environment
尾関 高行＊1

松井 陽平＊1

藤井 智晴＊1OZEKI Takayuki

MATSUI Yohei

FUJII Tomoharu

ABSTRACTIn gas turbines, many air intake filters are installed to prevent damage and deterioration of the compressor due
to suction of dust in the atmosphere. For reducing the cost of replacing these filters, it is necessary to estimate theincrease in the differential pressure of the filter, which is the criteria for replacement. In this study, we described
the relationship between the differential pressure and the dust collection amount of the filter based on the fluiddrag. Moreover, we proposed a method to estimate the dust collection amount of the filter used in atmosphericenvironmental conditions. The test in which the air was continuously ventilated through the filter demonstrated thatthe dust collection amount estimated by the proposed method was in good agreement with the experimental result.
Furthermore, the experimental results suggest that the differential pressure of the filter can be estimated from the dust
collection amount of it.
キーワード：ガスタービン，吸気フィルタ，大気環境，差圧推定，捕集量
Key words : Gas Turbine, Air Intake Filter, Atmospheric Environment, Differential Pressure Estimation,
Dust Collection Amount．緒言

分布や質量濃度は季節や場所によって異なるため，一概

空気を圧縮して燃焼用空気として利用する大型発電用に差圧が上昇する時間を推定することは困難である。吸ガスタービン（以下，GT）では，吸気中に含まれる粉気フィルタの急激な差圧上昇は，GTの運転停止を招く

塵（以下，大気塵）の圧縮機翼への付着による圧縮機の恐れがあるため，差圧が上昇する前にGTの吸気フィル

効率低下や，飛来物の衝突による圧縮機翼の損傷を招く

タを交換する必要がある。差圧が上昇する前に吸気フィ恐れがある⑴。そのため，GTでは吸気フィルタを導入し，ルタを交換することは，その交換周期を早めるため，過圧縮機に流入する空気を清浄化している。発電用の大型剰な交換費用が掛かる。

段構成の吸気フィルタシ

吸気フィルタの交換時期を適正化するためには，交換ステムが利用されており，各段に数百枚単位の吸気フィ基準となる吸気フィルタの差圧を推定する必要がある。

ルタが用いられる。JIS Z 8122で定義される吸気フィル

清浄な状態での吸気フィルタに対しては，吸気フィルタ

タにおいて，を構成する繊維の周りに空気が流れるため，その繊維のGTでは，段構成あるいは次フィルタにはμm以上の粒子を主に捕集する粗じん用エアフィルタ（以下，プレフィルタ）

流体抵抗の総和から差圧を求めることができる⑷。また，が，粉塵負荷時の差圧の推定については，吸気フィルタを構

次フィルタにはμm以下の粒子に対して中程度の粒子捕集率をもつ中性能エアフィルタ（以下，中性能成する繊維の抵抗係数や線径の変化に着目した手法⑷や，フィルタ）が，単分散粒子を吸気フィルタで捕集した場合の手法⑸が報次フィルタには0.3μmの粒子に対して99.97%の粒子捕集率を持つHEPAフィルタがそれぞれ告されている。坂野らは，数時間程度の比較的短時間で，用いられる⑵。これらの吸気フィルタは大気塵を捕集す

大気塵よりも高く均一な質量濃度の単分散粒子を繊維でることで，その差圧が使用時間に対して指数関数的に上捕集した試験結果を基に差圧上昇を検討している⑸。し昇することが知られている⑶。しかし，大気塵の粒子径

かし，GTでは質量濃度が刻々と変化する上，多分散の大気塵を年単位の長時間吸引する点が異なる。そこで，＊原稿受付 2022年 月20日
査読完了 2023年 月14日
一般財団法人 電力中央研究所〒240-0196 横須賀市長坂 ‑ ‑E-mail: t-ozeki@criepi.denken.or.jp

本研究では，GT用吸気フィルタに大気を長時間連続通
風させることが可能な試験装置を製作し，差圧及び捕集量とともに，捕集量の推定に重要な吸気フィルタの粒子捕集率を測定する。そして，吸気フィルタの粒子捕集率
ー 37 ー

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大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案

日本ガスタービン学会誌

および大気塵の質量濃度に関する公開データから吸気ε： 吸気フィルタの空隙率（‑）

フィルタの捕集量を推定する手法を考案し，試験結果を

γ： 差圧上昇指数

（‑）

⑸

ηc

： 吸気フィルタの計数法の粒子捕集率（‑）

を基に，多段構成であるGT用吸気フィルタの特徴を考ηm： 吸気フィルタの質量法の粒子捕集率（‑）

慮し，フィルタ差圧上昇を推定する手法を考案する。

κl： 5.2μmより大きく10μm以下の用いて検証する。さらに，単分散粒子の差圧推定手法

粒子における体積濃度割合
κm

主な記号
F

： 2.5μmより大きく5.2μm以下の（m2）： 吸気フィルタの開口面積D0： 清浄な繊維における抵抗係数m： 大気塵の質量濃度（‑）

粒子における体積濃度割合κs（‑）： 0.3μm以上2.5μm以下の粒子における（kg/m3）3（‑）

体積濃度割合ml： 5.2μmより大きい粒子の質量濃度（kg/m ）ρ： 空気密度mm： 2.5μmより大きく5.2μm以下のω： 差圧上昇係数（‑）（kg/m3）
γ
（1/
（kg）
）

3

粒子の質量濃度（kg/m ）

ms

： 2.5μm以下の粒子の質量濃度（kg/m3）

添え字

mPM2.5： 大気塵のPM2.5の質量濃度（kg/m3）

1

：

次フィルタ

3

mSPM

： 大気塵のSPMの質量濃度（kg/m ）

2

：

次フィルタ

mTSP

： 大気塵のTSPの質量濃度（kg/m3）

3

：

次フィルタ

k

： 粒子径範囲序数f： 吸気フィルタの繊維径

（m）

p

： 粒子径

（m）

pv

： 平均体積となる粒子径（m）

0： 清浄な繊維における単位長さの流体抵抗m： 粒子捕集時の繊維における単位長さの．吸気フィルタの差圧及び捕集量の理論
.

（N/m）
流体抵抗

吸気フィルタの差圧と捕集量の関係

吸気フィルタは空隙率εが高く，吸気フィルタを構成する繊維の周りを空気が流れる。清浄な吸気フィルタの（N/m）： 吸気フィルタのろ材の厚さ（m）： 粒子径範囲の下限の粒子径（m）： 吸気フィルタの捕集量（kg）

場合，これらの繊維の流体抵抗の総和として，差圧Δp 0を求めることができる⑷。
⑴： 吸気フィルタのろ材の単位長さあたりの捕集量： 大気塵の粒子径範囲の分割数
l

（‑）

⑶

（1/m3）： 吸気フィルタ下流側における大気塵の3

枚当たりの吸気流量（m /s）： 時間

集する粒子径は一定の範囲内となる。そのため，GT用
吸気フィルタに式⑶，式⑷を適用できると仮定した。ま（1/m3）

個数濃度

実際の大気塵は単分散粒子ではないものの，GT用吸気フィルタの場合，多段構成により各吸気フィルタが捕： 吸気フィルタ上流側における大気塵の： 吸気フィルタ

⑷（1/m3）

個数濃度

Q

（‑）
（‑）

： 大気塵の個数濃度o場合，式⑴を拡張した下式で差圧Δp mが推定される⑸。

： 0.3μm以上2.5μm以下の粒子径範囲の
分割数

i

（‑）

： 0.3μm以上5.2μm以下の粒子径範囲の分割数

s

吸気フィルタが粒子を捕集した状態では，繊維に堆積した粒子が流体抵抗を増大させる。単分散粒子が堆積した： 0.3μm以上10μm以下の粒子径範囲の
分割数

m

⑵

（kg/m）

た，簡単のために，厚さ方向の捕集量の分布の影響は無視でき，下式で表すことができると仮定した。

（s）： 接近速度⑸（m/s）： 粒子径範囲の上限の粒子径： 吸気フィルタの厚さ方向の長さ

（m）

⑹

（m）

ここで，吸気フィルタの捕集量 はろ材の単位長さあた（mγ/（kg）γ）

β： に対する差圧上昇係数

Δp 0： 清浄時の吸気フィルタの差圧（初期差圧）

りの捕集量 の総和として下式により求められる。
⑺

（Pa）

Δp

： 粒子捕集時の吸気フィルタの差圧（Pa）式⑸を式⑴，式⑹を用いて変換し，さらに単位長さあたー 38 ー
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2023.9419

大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案

りの捕集量 に対する差圧上昇係数βを吸気フィルタの

そらまめくんは全国に測定局があり，GT発電所の近隣

捕集量 に対する差圧上昇係数ωに置き換えると，ガスの計測値も入手しやすい。そこで，粒子径範囲毎の質

タービン用吸気フィルタの差圧Δp mは下式で推定される。

量濃度

⑻

mk

を求めるのに，そらまめくんで公開されているSPMとPM2.5の質量濃度の計測値を用いることとした。
また，TSPとSPMの質量濃度の関係を調査した事例⑺かしたがって，GTの使用環境における差圧上昇係数ωおら，そらまめくんのSPMの質量濃度

よび差圧上昇指数γをあらかじめ求めておくことで，吸

の質量濃度

mSPM

を用いてTSPを下式により推定した。

mTSP

気フィルタの初期差圧Δp 0と捕集量 から，差圧Δp mを⒀推定することができると考えられる。
.

吸気フィルタの捕集量の推定⒁

吸気フィルタの捕集量 は，大気塵の質量濃度と吸気
フィルタ前後の質量濃度比から求められる質量法でのSPMとPM2.5はそれぞれの定義から，特定の粒子径以

粒子捕集率から推定することができる。一方で，粒子下の質量濃度を示すものではないが，SPMとPM2.5を計

捕集率は吸気フィルタ毎，粒子径範囲毎に異なる。ま測するための分級装置は粒子径に対して滑らかなS字曲

た，GTでは吸気フィルタを通常段以内で構成するた線となる場合が多い⑻。そこで，それぞれの質量濃度はめ，各段の吸気フィルタは前段の吸気フィルタを通過し分級装置の粒子捕集率が50%となる中位径以下の質量濃た大気塵を捕集する。そのため，大気塵の粒子径範囲の度に等しいと仮定した。SPMの中位径については，各分割数を として，大気塵の質量濃度メーカのSPM用の分級装置の計測結果⑼から，粒子捕集と各段吸気フィmk

ルタの粒子捕集率ηmkを用いて，下式より吸気フィルタ率が50%となる粒子径の平均値を算出して5.2μmとした。

の捕集量 を推定した。

PM2.5の中位径はその定義から2.5μmである。これによ⑼⑽⑾

り，大気塵の質量濃度を2.5μm以下，2.5μm以上5.2μm以下，5.2μm以上の粒子の質量濃度（以下，それぞれ
，

ms

，

mm

ml

）を推定することができる。また，球形粒子を仮定した上で，粒子径範囲毎の上限粒子径
下限粒子径

k

と

kから，平均体積となる粒子径 pvkを求めた。 pvkとGT近傍で計測した大気塵の個数濃度 kの平ここで，吸気フィルタの質量法での粒子捕集率ηmkは，均値から，粒子形状を球形とし，粒子径範囲毎の粒子の密度は一定

合κsk，κmk，κlkを求めた。粒子径範囲毎の質量濃度と仮定することで，吸気フィルタに供された同粒子径範

mkは，球形粒子，粒子密度一定を仮定した上で，囲の粒子の個数に対する吸気フィルタが捕集した個数と

mm

，

ml

ms

，

，

mm

ml

それぞれにおける体積濃度割およびκsk，κmk，κlkから求めた。なお，

ms

，

ms

の比で求められる計数法の粒子捕集率ηckと等しくなる。

の下限および

そのため，吸気フィルタの前後の個数濃度 ik， okから，る粒子径から，それぞれ0.3μmと10μmとし，TSPの質下式で求められる計数法の粒子捕集率ηckを用いること

量濃度

とした。

粒子径範囲毎の質量濃度
⑿

mTSP

ml

の上限は各吸気フィルタが主に捕集すは全て0.3 〜 10μmに分布すると仮定して，mkを下式により算出した。
⒂

大気塵については，全粒子径範囲である大気浮遊粉塵（Total Suspended Particles，以下，TSP），空気動力学的粒子径10μmで100%の粒子捕集率をもつ分級装置を⒃通過する粒子と定義される浮遊粒子状物質（Suspended
Particulate Matter，以下，SPM），空気動力学的粒子
径2.5μmで50%の粒子捕集率がある分級装置を通過する⒄

粒子である微小粒子状物質（Particulate Matter 2.5，以下，PM2.5）などのように，粒子径により区別がなされている。吸気フィルタは全ての粒子径範囲の大気塵を吸⒅引するため，TSPの粒子径範囲に対して，粒子径範囲毎
の質量濃度

mk

を求める必要がある。一方でSPMおよびPM2.5の粒子径範囲については，自動測定機による時間毎の質量濃度の速報値が環境省大気汚染物質広域監視システム（以下，そらまめくん）⑹で公開されている。
ー 39 ー
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⒆
⒇

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大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案

日本ガスタービン学会誌

．試験方法

.

.

吸気フィルタに対して，大気を連続通風させた際の試試験装置

吸気フィルタに大気を通風する試験装置を神奈川県横

試験条件

験条件をTable 1にまとめた。試験には日本無機製の吸

須賀市の（一財）電力中央研究所構内に設置した。試験

気フィルタを用い，装置の外観をFig. 1に示す。試験装置は下流部に設置さ次フィルタに中性能フィルタを，れたファンが大気を吸引する風洞構造となっており，そフィルタをそれぞれ用いた。同一型式の吸気フィルタの上流側に吸気フィルタの設置部が直列にに対して，異なる時期にか所設けられている。それぞれの設置部には吸気フィルタを

枚

2016年

月から2019年

次フィルタにプレフィルタを，次フィルタにHEPA回試験した。試験期間月まで，試験期間はは2019年11ずつ設置でき，上流側に設置された吸気フィルタを通過

月から2020年12月までであり，それぞれ断続的に実施しした空気が下流側の吸気フィルタに流入する構造であた。試験では，一定流量で各吸気フィルタに連続通風し，る。各吸気フィルタの差圧Δp mは，吸気フィルタ前後

それぞれの試験における差圧Δp mや吸気流量Q をの天井面に設置された圧力ポートの静圧差として計測さに記録し，れる。吸気フィルタ設置部の前面にはウェザールーバがよび試験装置メンテナンスのための試験中断時には，差設置されており，雨水が直接入り込まない構造になって圧計や吸気流量を調整した上で，各吸気フィルタの差圧
Δp m及び粒子捕集率ηckを，毎秒計測の15分間の平均値，30秒計測の 分間の平均値でそれぞれ計測した。また，
各吸気フィルタを乾燥させた上で質量計測し，初期質量からの変化量を捕集量 として求めた。

いる。吸気フィルタ設置部の下流側にある流量測定部には，整流機能付きの定置式複合ピトー管センサが設置されており，このセンサで計測された動圧を吸気流量Q に換算している。試験装置の吸気流量Q は約30 〜 100m3/

分毎

時間平均でまとめた。各試験期間の前後おminの範囲で調整することが可能である。これらにより，実機GTの吸気フィルタと同一の構成に対して，運転条

Table 1 Conditions of continuous ventilating testsconductedintermittently during the test periods

件を模擬した試験が可能となる。各吸気フィルタの差圧

Δp mや試験装置の吸気流量Q は，温度や湿度のデータとともにデータロガーに随時記録される。
吸気フィルタの粒子捕集率ηckの計測および大気塵の個数濃度 kの計測には，0.3 〜 10μmの大気塵を対数で16等分割した粒子径範囲毎における個数濃度を計測できるTSI社製の光散乱式個数濃度計を用いた。吸気フィル
タ前後に本個数濃度計を設置して，吸気フィルタ前後での個数濃度を簡易的に計測し，その変化から式⑿で粒子径範囲毎の計数法での粒子捕集率ηckを求めた。また，試験装置近傍に本個数濃度計を設置して，大気塵の個数
濃度 kを計測した。

Case

Test period 1

Test period 2

Testing
location

9624 (h)7936 (h)(July 2016
(November 2019
㹼April 2019)
㹼December 2020)
Central Research Institute of ElectricPower Industry (Yokosuka area)

Flow rate

58 (m3/min)

1st air
intakefilter
2nd air
intakefilter
3rd air
intakefilterPrefilter
Dimension External: 594×594×95(mm)
Opening space: 553㽢564
Medium efficiency air filter
Dimension External: 594×594×292(mm)
Opening space: 527㽢527
HEPA filter
Dimension External: 610610290(mm)
Opening space: 572561

Testing
time

．試験結果
.

試験装置周辺の大気環境試験装置から直線距離で約0.5km離れたそらまめくんの測定局である神奈川県横須賀市西行政センターのSPMおよびPM2.5の質量濃度を，試験期間毎に各月の平均値でまとめたものをFig. 2に示す。Fig. 2の白抜きは20日間以上試験を実施していない月を示しており，黒塗りの月には概ね試験を実施している。そらまめくんで計測された質量濃度の経時変化において，データ欠損部はFig. 2に示した当該月の平均値を用いることとした。また，そらまめくんのSPMおよびPM2.5の質量濃度を，試験期間

Fig. 1 Test equipment for GT air intake ﬁlter systemの開始以前

年間における各月の平均値でまとめたもの（以下，過去示す。試験期間ー 40 ー
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年間平均データ）をFig. 3にでは，SPMおよびPM2.5の質量濃度がVol. 51No. 5

2023.9

大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案

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Fig. 4 Particle size distribution over the test equipment.

吸気フィルタの連続通風試験結果

Fig. 5に各吸気フィルタの差圧Δp mと時間 の関係を示す。

次フィルタ及び

昇は，試験期間次フィルタの差圧Δp mの上及び試験期間で異なり，同一試験時間において比較した場合，いずれも試験期間 の差圧
Δp mの方が高い。 次フィルタの差圧Δp mについては，
明確な差異は見られなかった。 次フィルタと 次フィルタにスパイク状の差圧上昇がみられるが，これは雨天などにおける高湿度の影響と思われる。また，いずれの試験期間においても，本試験時間内では指数関数的な差
圧上昇は確認されなかった。
各吸気フィルタの質量増加から計測した捕集量をFig.
6に示す。 次フィルタ及び 次フィルタの捕集量は時間 とともに増加していることが確認されるが，試験期間 よりも試験期間 の捕集量の方が大きい傾向にある。
次フィルタの捕集量はばらつきが大きい結果となったが，これは 次フィルタの枠材が木材であったため，吸湿の影響を受けていると考えられる。特に，試験終了時
を除く試験期間 は，空調による室内乾燥であったため，乾燥状況が各計測で異なっていた恐れがあった。そこで，試験期間 の試験終了時点から乾燥剤を用い，乾燥状況
を概ね一定にして計測した。
Fig. 7に試験前後及び試験を中断した際に計測した各
吸気フィルタの粒子捕集率ηckの平均値を示す。各吸気フィルタの試験期間における平均粒子捕集率ηckは多少異なるが，傾向は同一であることを確認した。

Fig. 2 Mass concentration of SPM and PM2.5 in Nishi
Administration Center during the test periods（createdbased on Atmospheric Environmental Regional
Observation System（Ministry of the Environment ofJapan）<https://soramame.env.go.jp/>）（Reference
date 2021.8.23）

Fig. 3 Mass concentration average of SPM and PM2.5 in Nishi
Administration Center for the last 3 years before the test
period 2（created based on Atmospheric Environmental
Regional Observation System （Ministry of theEnvironment of Japan）< https://soramame.env.go.jp >）（Reference date 2021.8.23）．吸気フィルタの差圧及び捕集量の考察.

吸気フィルタの捕集量の推定

実機GTの吸気フィルタの管理に向けた吸気フィルタ
Fig. 3に示した各月の平均値で一定であるとして，各吸の捕集量 の推定には，日常的な吸気フィルタの捕集量

気フィルタの捕集量 を予測した。さらに，本試験でのを管理するために随時推定する手法と，今後の差圧上昇

大気塵の個数濃度には，Fig. 4に示した試験装置近傍でを把握するために吸気フィルタの捕集量を事前に予測す2018年度に計測した個数濃度分布の平均値を用いた。

る手法が必要である。そこで，試験時のそらまめくんの
SPMおよびPM2.5の質量濃度から試験中の吸気フィルタの捕集量 を随時推定する手法と，SPMおよびPM2.5の質量濃度の過去の平均値から試験前に吸気フィルタの捕集量 を予測する手法を検討した。

ー 41 ー
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大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案

日本ガスタービン学会誌⒜ 1st air intake ﬁlter⒜ 1st air intake ﬁlter⒝ 2nd air intake ﬁlter⒝ 2nd air intake ﬁlter⒞ 3rd air intake ﬁlter⒞ 3rd air intake ﬁlter

Fig. 5 Differential pressure of each filter over time incontinuous ventilation tests conducted intermittently
during the test periods

Fig. 6 Dust collection amount of each filter over time incontinuous ventilation tests conducted intermittently
during the test periods

Fig. 2に示したSPMおよびPM2.5の質量濃度と，Fig.

SPMおよびPM2.5の質量濃度を用いることで，式⑼〜式4に示した大気塵の個数濃度 kの平均値を用いて，式⑼により，運転中の吸気フィルタの捕集量 を推定する〜式とFig. 7に示した平均粒子捕集率ηckにより，各ことができる。

次フィルタおよび

次フィルタで推定

吸気フィルタの捕集量 を随時推定した結果をFig. 8にした捕集量は，試験期間示す。試験期間

小関係を概ね示せており，Fig. 5に示した各試験期間にに対しては，Fig. 3に示したSPMおよびPM2.5の各月の質量濃度の過去年間の平均データと，及び試験期間の捕集量の大おける差圧の上昇傾向の違いとも連動している。また，

Fig. 4に示した大気塵の個数濃度 kの平均値を用いて，SPMおよびPM2.5の各月の質量濃度の過去

試験期間

データから予測した各吸気フィルタの捕集量 は，で計測した各吸気フィルタの粒子捕集率ηck

年間平均
次から同様に各吸気フィルタの捕集量 を予測した結果をフィルタでは推定した捕集量とほぼ同等であったが，合わせてFig. 8に示す。さらに，Fig. 6に示した吸気フィ

次フィルタ，

ルタの質量変化から計測した捕集量を合わせてFig. 8にはFig. 2に示した通り，試験期間示す。但し，

量濃度が過去次フィルタについては，乾燥剤を用いた

次フィルタでは多少乖離が生じた。これにおけるPM2.5の質

年間の傾向よりも低かったためと考えら

捕集量の計測結果のみを示す。両試験期間において，随れる。一方で，予測した捕集量と推定した捕集量は，い時推定した各吸気フィルタの捕集量 と，吸気フィルタ

ずれも吸気フィルタの質量変化から計測した捕集量との質量変化から計測した捕集量は概ね一致することを確

概ね一致している。このことから，各月のSPMおよび認した。したがって，吸気フィルタが吸引する大気のPM2.5の過去の質量濃度の平均値を用いることで，式⑼ー 42 ー
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2023.9423

大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案⒜ 1st air intake ﬁlter⒜ 1st air intake ﬁlter⒝ 2nd air intake ﬁlter⒝ 2nd air intake ﬁlter⒞ 3rd air intake ﬁlter
Fig. 7 Dust collection eﬃciency of each ﬁlter over time incontinuous ventilation tests conducted intermittently
during the test periods〜式により，吸気フィルタの捕集量 の予測が可能であると考えられる。
.

吸気フィルタの差圧と捕集量の関係の導出

試験期間に対して，Fig. 5に示した差圧Δp mの経時変化と，Fig. 8に示した各吸気フィルタの捕集量 の推定値の経時変化から，各吸気フィルタの差圧と捕集量の関係を整理した結果をFig. 9に示す。また，Fig. 9に示⒞ 3rd air intake ﬁlter
Fig. 8 Estimation of dust collection amount of each filter
continuous ventilation tests conducted intermittently
during the test periods（TP1: Test period 1, TP2:
Test period 2）

した差圧と捕集量の関係から，差圧上昇係数ωおよび差圧上昇指数γを最小二乗法で推定し，式⑻で吸気フィルタの差圧Δp mを推定した結果を合わせてFig. 9に示す。
次フィルタと次フィルタにおけるスパイク状の差圧上昇を除いて，式⑻で求めた各吸気フィルタの差圧Δ
p mと捕集量 の関係は，試験期間 の実測値とよく一致した。
試験期間 の初期差圧Δp 0と，試験期間 で求めた各
吸気フィルタの差圧上昇係数ωおよび差圧上昇指数γを用いて，式⑻から試験期間をFig. 10に示す。また，Fig. 9と同様に，試験期間における各吸気フィルタの差圧と捕集量の関係を整理した
結果を合わせてFig. 10に示す。試験期間

における各

吸気フィルタの差圧Δp mの予測結果は，試験結果と概ね一致している。したがって，同じ型式の吸気フィルタを測定値と同じ場所で使用するのであれば，差圧上昇係数ωと差圧上昇指数γは一定として差圧と捕集量の関係

ー 43 ー
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の差圧上昇を予測した結果

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大気環境を考慮したガスタービン用吸気フィルタの差圧上昇の推定手法の考案

日本ガスタービン学会誌

吸気フィルタの初期差圧，差圧上昇係数および差圧上昇指数を用いて，吸気フィルタの差圧と捕集量の関係を整理したところ，試験結果とよく一致した。
差圧上昇係数および差圧上昇指数を把握した測定地と同じ場所で同じ型式の吸気フィルタを使用する場合，差圧上昇係数と差圧上昇指数は概ね一定となる。したがって，予め吸気フィルタの使用環境における差圧上昇係数と差圧上昇指数を把握しておくことで，吸気フィルタの捕集量を基に差圧の予測を可能とした。
GTの吸気フィルタの運用に本手法を適用する際の課

Fig. 9 Relationship between the differential pressure and thedust collection amount of each filter in test period 1

題として，より長期間の吸気フィルタの差圧上昇の推定が挙げられるとともに，次フィルタや

次フィルタに生じるスパイク状の差圧上昇を予測する手法を検討する必要がある。

参考文献⑴⑵⑶
Fig. 10 Relationship between the differential pressure and thedust collection amount of each filter in test period 2を導出することができる。導出した差圧と捕集量の関係に，式⑼〜式⑷で予測した捕集量 を用いることで，差⑸圧Δp mの予測が可能である。

．まとめ
本研究では，GT用吸気フィルタの粒子捕集率と大気⑹塵の質量濃度に関する公開データから吸気フィルタの捕集量を推定する手法を考案した。また，単分散粒子の⑺

差圧推定手法を基に，多段構成であるGT用吸気フィル
タの差圧上昇を推定する手法を考案した。考案した手法
を，GTと同一構成の吸気フィルタセットに対して，連続通風させる試験に適用して検証したところ，以下の知⑻見を得た。
SPMとPM2.5の質量濃度の公開データと粒子径範囲毎の個数濃度から，粒子径範囲毎の質量濃度を推定し，吸気フィルタの粒子捕集率から，吸気フィルタの捕集量を⑼推定した。推定した捕集量を試験結果と比較したとこ
ろ，概ね一致することを確認した。また，直近のSPMとPM2.5の各月の質量濃度の平均値を用いて，予測した吸気フィルタの捕集量も試験結果と概ね一致した。したがって，本手法により，吸気フィルタの捕集量を予測することが可能である。

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三浦千太郎，ガスタービンにおける吸気フィルタ総論―
吸気浄化技術へのユーザーの取り組みと実績―，日本ガ
スタービン学会誌，Vol. 25, No. 99（1997）, pp. 3-10.
藤井智晴, 尾関高行，ガスタービン用吸気フィルタの保
守管理の実態調査. 電力中央研究所報告 M13008.（2014）.
金子清隆，岩間秀司，寺澤秀彰，自家発電設備用ガスタービンの吸気系改善事例（日本ガスタービンユーザー会），日本ガスタービン学会誌，Vol. 42, No. 3（2014）,
pp. 166-173.
金岡千嘉男，フィルタ性能の経時変化，エアロゾル研
究，vol. 4, No. 4（1989）, pp. 256-264.
坂野健夫，大谷吉生，並木則和，江見準，単分散粒子に対する中性能繊維層フィルタ集塵性能の経時変化予測，
エアロゾル研究，vol. 17, No. 3（2002）, pp. 185-190.
環境省大気汚染物質広域監視システム（そらまめくん）<https://soramame.env.go.jp/>，（ 参 照 日2021年8月23日）.
渡辺征夫，遠藤治，後藤純雄，田辺潔，溝口次夫，松下秀鶴，β線吸収法とハイボリュームエアサンプラー法による都市大気中の浮遊粉塵の測定値の比較―東京の2監
視局での10年間にわたる間欠測定調査より―，環境化学，Vol. 10, No. 3（2000）, pp. 557-572.
L.C. Kenny, R. Gussman and M. Meyer. Development ofa Sharp-Cut Cyclone for Ambient Aerosol Monitoring
Applications. Aerosol Science & Technology. Vol. 32,
No. 4（2010）, pp. 338-358.
兼保直樹，大気中の汚染物質に関する法規則と研究の現状，第31回環境工学連合講演会講演論文集，（2018）, pp.
21-24.