JP2001059426A - 吸気の冷却量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン装置の空気圧縮機に吸入する吸
気を冷却する熱交換器において、凝縮水の生成を抑制し
て熱交換器の冷却効率を向上させ、ガスタービン装置の
総合効率を高める。 【解決手段】 ガスタービン装置に熱交換器の冷却量を
抑制する冷却量抑制手段３０が設けられる。冷却量抑制
手段３０は水冷式の熱交換器２における吸気出口近傍の
温度を検出する吸気温度検出部３１と、吸気入口近傍の
吸気湿度を検出する吸気湿度検出部３２と、吸気湿度検
出値からその吸気の露点温度を演算する演算部３３と、
吸気温度が露点温度より低くなったときにポンプ１８の
回転速度を減少させる制御部３４とを備えている。冷却
水は氷蓄熱槽１６と、氷蓄熱槽１６の冷却水を冷却して
氷を生成する冷凍機１７を備えた冷却水供給部８により
供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器で冷却され
た吸気を空気圧縮機で圧縮し、その圧縮空気を燃焼装置
で加熱し、得られた高温高圧ガスをガスタービンに導入
するようにしたガスタービン装置における吸気の冷却量
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン装置は発電機を連結して発
電するガスタービン発電装置や、さらにその高温排ガス
を蒸気発生装置に供給して、発生した蒸気を冷暖房設備
やその他の蒸気使用設備に供給するコジェネレーション
システム等に広く利用されている。このようなガスター
ビン装置は外部空気を吸入し、それを圧縮する空気圧縮
器と、その圧縮空気に燃料を吸い込んで燃焼させる燃焼
装置と、燃焼装置からの高温高圧ガスで駆動されるガス
タービンを備えており、通常空気圧縮機とガスタービン
は共通の軸で直結される。

【０００３】空気圧縮器に吸入される外部からの吸気温
度はガスタービン装置の出力に大きな影響を及ぼす。す
なわち夏期の昼間などにおいて吸気温度が上昇すると吸
気密度はそれに応じて低下し、単位時間あたりに空気圧
縮器で圧縮される吸気量が低下する。そのためガスター
ビンへの吸気量も減少してその出力が低下する。そこで
このような出力低下の問題を解決するために、従来から
空気圧縮機へ吸入される吸気を予め熱交換器で冷却する
方法が採用されている。熱交換器で冷却された吸気はそ
の密度が大きくなるので、ガスタービン装置の出力はそ
れに応じて上昇し、例えば吸気温度を１５％程度下げる
とガスタービン装置の出力はおよそ１０％ほど上昇す
る。

【０００４】図６は吸気冷却方式を採用した従来のガス
タービン装置のプロセスフロー図である。ガスタービン
装置１は水冷式の熱交換器２、空気圧縮機３、燃焼装置
４およびガスタービン５を備え、ガスタービン５に発電
機６が連結される。外部から吸入される吸気７は、熱交
換器２で冷却水供給部８との間を循環する冷却水と熱交
換して冷却された後、配管９を経て空気圧縮機３に導入
される。空気圧縮機３からの圧縮空気は配管１０により
燃焼装置４に導入される。燃焼装置４では燃料タンク１
１、配管１２、ポンプ１３等からなる燃料供給部より供
給される燃料を圧縮空気中で燃焼することにより高温高
圧ガスを生成する。高温高圧ガスは配管１４からガスタ
ービン５に導入され、そこで膨張する際のエネルギーに
よりガスタービン５が駆動される。通常、ガスタービン
５の出力の６割程度が電力として得られ、４割程度が主
に空気圧縮機３の駆動エネルギーとして消費される。な
おガスタービン５から排出される高温の排気は配管１５
から図示しない蒸気発生装置等に供給される。

【０００５】一方、冷却水供給部８は氷蓄熱槽１６と、
氷蓄熱槽１６の冷却水を冷却する冷凍機１７と、氷蓄熱
槽１６と熱交換器２間に冷却水を循環させるポンプ１８
を備えている。夜間は外気温度が低下するので熱交換器
２での吸気冷却を必要としないことが多い。そこで夜間
に深夜電力などを利用して冷凍機１７を運転し氷蓄熱槽
１６に氷を蓄積しておき、昼間など外気温度が上昇する
ときに氷の融解潜熱を利用して熱交換器２に低温の冷却
水を供給する。なお１９，２０は水配管、２１はブライ
ン配管、２２はブラインポンプ、２３は冷却水の流量調
整弁、２４は冷却水配管、２５はそのまわりに氷が生成
するブライン配管である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】外部大気から吸入され
る吸気中には、かなりの水分が水蒸気として含まれてお
り、特に夏期にはその含有量が多くなる。このような吸
気中の水分は熱交換器２で露点以下に冷却されると凝縮
し、その際多量の凝縮潜熱を吸気からうばうが温度は低
下しないので、結果として熱交換器２の冷却効率が低下
する。一般に熱交換器２は常時一定の冷却能力で運転さ
れるので、夏期など湿度の高い期間は凝縮水も多くなっ
て吸気温度が下がらず、冷熱消費の割に期待する出力上
昇が得られないという問題がある。そこで本発明はこの
ような問題を解決することを課題とし、そのための吸気
の冷却量制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１に記載の発明は、熱交換器で冷却された吸気を空気
圧縮機で圧縮し、その圧縮空気を燃焼装置で加熱し、得
られた高温高圧ガスをガスタービンに導入するようにし
たガスタービン装置における吸気の冷却量制御装置であ
る。そして、熱交換器で吸気中に存在する水分が露点以
下に冷却されて凝縮することを抑制する冷却量抑制手段
が設けられることを特徴とするものである。このように
熱交換器における吸気中の水分凝縮を抑制する冷却量抑
制手段を設けることにより、その冷却効率の低下を有効
に回避することができ、それによってガスタービン装置
の総合効率を向上させることができる。

【０００８】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の吸気の冷却量制御装置の好ましい実施の形態であ
って、熱交換器が水冷式とされ、熱交換器に冷却水を供
給する冷却水供給部が設けられ、該冷却水供給部は氷蓄
熱槽と、氷蓄熱槽の冷却水を冷却する冷凍機と、氷蓄熱
槽と熱交換器間に冷却水を循環させるポンプを備えてい
ることを特徴とするものである。このような冷却水供給
部を設けることにより請求項１の発明の効果に加え、夜
間の安価な電力を有効に利用して効率的に吸気の冷却を
行うことができる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の吸気の冷却量制御装置の好ましい実施
の形態であって、冷却量抑制手段が、熱交換器の吸気出
口近傍の温度を検出する吸気温度検出部と、熱交換器の
吸気入口近傍の湿度を検出する吸気湿度検出部と、湿度
検出値から吸気の露点温度を演算する演算部と、熱交換
器の吸気出口近傍の温度が演算された露点温度値より低
下しないように熱交換器の冷却量を制御する制御部を備
えていることを特徴とするものである。冷却量抑制手段
をこのように構成すると、請求項１または請求項２に記
載の発明の効果に加え、簡単な構成要素で迅速且つ確実
に熱交換器における凝縮水の発生を抑制することができ
る。

【００１０】次に請求項４に記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２に記載の吸気の冷却量制御装置の別の好ま
しい実施の形態であって、冷却量抑制手段が、熱交換器
における単位時間あたりの凝縮水の生成量を検出する凝
縮水生成量検出部と、その検出値が予め設定された値を
越えないように熱交換器の冷却量を制御する制御部を備
えていることを特徴とするものである。冷却量抑制手段
をこのように構成すると、請求項１または請求項２のい
ずれかに記載の発明の効果に加え、簡単な構成要素でよ
り確実に熱交換器における凝縮水の発生を抑制すること
ができる。また請求項５に記載の発明は、請求項４に記
載の吸気の冷却量制御装置のより好ましい実施の形態で
あって、凝縮水生成量検出部が、凝縮水を貯溜する計測
用タンクと、計測用タンク内の液面を検出する液面検出
部と、計測用タンク内の凝縮水を所定時間ごとに排出す
る凝縮水排出部を有することを特徴とするものである。
凝縮水生成量検出部をこのように構成すると、請求項４
に記載の発明の効果に加え、本装置をより簡便且つ安価
に構成することができる。

【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の吸気の冷却量制御装置の別の好ましい
実施の形態であって、冷却量抑制手段が、熱交換器の冷
却水配管に沿って配置した複数の温度検出部と、それら
の温度検出値を比較し熱交換器の吸気出口近傍の温度検
出値が不連続に変わるように熱交換器の冷却量を制御す
る制御部を備えていることを特徴とするものである。冷
却量抑制手段をこのように構成すると、請求項１または
請求項２に記載の発明の効果に加え、より確実に且つ精
密に凝縮水の発生を抑制することができる。また請求項
７に記載の発明は、請求項６に記載の吸気の冷却量制御
装置のより好ましい実施の形態であって、凝縮水温度検
出部は、冷却水配管の下側に接近して設けた凝縮水収集
部と、凝縮水収集部に配置した温度センサーを有するこ
とを特徴とするものである。凝縮水温度検出部をこのよ
うに構成すると、請求項６に記載の発明の効果に加え、
凝縮水の温度を応答性が速く高い精度で且つ効率的に検
出することができる。

【００１２】さらに請求項８に記載の発明は、請求項３
〜請求項７のいずれかに記載の吸気の冷却量制御装置の
好ましい実施の形態であって、制御部がサンプリング制
御（離散制御）を行うようになされていることを特徴と
するものである。一般に温度や湿度の変化は短時間には
大きく変動しないので、制御部をこのように構成すると
請求項３〜請求項７のいずれかに記載の吸気の冷却量制
御装置の効果に加え、制御系に時間遅れが多い場合でも
良好な制御性を確保することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明の冷却量制御装置の１例
を説明するプロセスフロー図であり、図６と同じ部分に
は同一符号が付されている。図１には吸気７中に存在す
る水分が露点以下に冷却され凝縮することを抑制する冷
却量抑制手段３０が設けられる。この冷却量抑制手段３
０は、水冷式の熱交換器２の吸気出口近傍に設けられた
吸気温度検出部３１、吸気入口近傍に設けられた吸気湿
度検出部３２、吸気湿度検出部３２の湿度検出値により
吸気の露点温度を演算する演算部３３、および吸気温度
検出部３１の温度検出値が演算部３３で演算された露点
温度値より低下しないように熱交換器２の冷却量を制御
するための、例えばマイクロコンピュータ装置等からな
る制御部３４を備えている。なお吸気温度検出部３１と
しては、熱電対式や抵抗式等の温度センサーを使用する
ことができ、吸気湿度検出部３２としては、静電容量式
等の湿度センサーを使用することができる。制御部３４
は差動型の増幅器等からなる比較部３５と、比較部３５
の出力信号に応じて駆動信号を出力する出力制御部３６
により構成される。なお制御部３４に演算部３３の機能
を持たせることもできる。

【００１４】次に図１に示す装置、特にその冷却量抑制
手段３０の作用を説明すると、吸気温度検出部３１によ
る吸気温度の検出値と演算部３３による吸気の露点温度
値が比較部３５で比較され、例えば吸気温度がその露点
温度より低下したときには、出力制御部３６はポンプ１
８を駆動する誘導電動機の回転数を減少させる制御信号
を出力し、熱交換器２に移送される冷却水の流量を減少
させ、それによって熱交換器２における冷却量が抑制さ
れて吸気温度は上昇する。次にその状態から逆に吸気温
度が露点温度より高くなるように変化したときには、出
力制御部３６はポンプ１８の回転数を増加させる制御信
号を出力し、熱交換器２に移送（循環）する冷却水の流
量を増加させ、それによって熱交換器２における冷却量
が増加し、吸気温度は再び下降する。このようにして熱
交換器２の吸気出口近傍、すなわち最も温度低下を起こ
す部分の吸気温度が露点以下にならないように冷却量が
抑制制御される。上記の温度や湿度は比較的緩やかに変
化するので、制御部３４の制御感度は比較的低く設定す
ることが好ましい。冷却水供給部８は図６と同様である
のでその作用説明は省略する。なおポンプ１８は例えば
サイリスタ回路で構成されるインバータにより回転数を
制御される誘導電動機で駆動され、出力制御部３６また
は誘導電動機にそのインバータが設けられる。

【００１５】冷却水の流量を調整するには、このように
ポンプ１８の回転数を変化させる代わりに制御弁を設け
てそれを制御してもよい。その場合には図１の一点鎖線
で示すように氷蓄熱槽１６から熱交換器２への冷却水供
給用の水配管１９のポンプの吸い込み側と熱交換器２か
ら氷蓄熱槽１６への冷却水戻り用の水配管２０をバイパ
ス配管２７で連結し、そのバイパス配管２７に設けた制
御弁３７を前記出力制御部３６で制御する。その際、ポ
ンプ１８の回転数は一定とし、流量調整弁２３を適当な
開度にしておく。そして吸気温度の検出値が露点温度値
より低下したときは、出力制御部３６は制御弁３７の開
度を大きくして熱交換器２を通って暖かくなったバイパ
ス流量を増加し、氷蓄熱槽１６からの流量を減少させる
ことによって熱交換器２に移送する冷却水の温度を上昇
させる。また逆に吸気の温度検出値が露点温度値より上
昇したときは、出力制御部３６は制御弁３７の開度を小
さくして暖かくなったバイパス流量を減少し、氷蓄熱槽
１６からの流量を増やして熱交換器２に移送する冷却水
の温度を降下させる。

【００１６】図２は本発明の冷却量制御装置の他の例を
説明するプロセスフロー図であり、図１と同じ部分には
同一符号が付されている。この例では吸気７中に存在す
る水分が露点以下に冷却されて凝縮することを抑制する
別の形式の冷却量抑制手段４０が設けられる。この冷却
量抑制手段４０は、水冷式の熱交換器２における単位時
間あたりの凝縮水の生成量を検出する凝縮水生成量検出
部４１と、その検出値が予め設定された値を越えないよ
うに熱交換器２の冷却量を制御するための、例えば増幅
器とマイクロコンピュータを組み合わせた装置等からな
る制御部４２を備えている。凝縮水生成量検出部４１
は、熱交換器２内に生成する凝縮水を貯溜する計測用タ
ンク４３と、計測用タンク４３内の凝縮水の液面を検出
する作動トランス型の液面検出部４４と、計測用タンク
４３内の凝縮水を所定時間ごとに排出する凝縮水排出部
４５を有する。

【００１７】計測用タンク４３の上部に熱交換器２の底
部と連通する排水用の配管４６が接続され、計測用タン
ク４３の底部に凝縮水排出部４５が接続され、凝縮水排
出部４５は配管４７および制御弁４８により構成され
る。作動トランス型の液面検出部４４はこの分野で慣用
されており、計測用タンク４３内に配置されたフロート
４４ａ、そのフロート４４ａの連結棒の先端に取り付け
られた棒状の鉄などの透磁率μの大きな高透磁性体、お
よびその棒状透磁性体４４ｂが挿通するリング状の一次
及び二次コイル４４ｃを有する（なお一次コイルは図面
には省略されている）。そして二次コイル４４ｃ内への
棒状透磁性体４４ｂの挿入位置に応じた信号が液面検出
部４４から制御部４２に出力される。

【００１８】制御部４２は微分器及びそのホールド装置
４２ｄと差信号増幅器等の比較部４２ａ、液面設定部４
２ｂおよび出力制御部４２ｃを有し、さらに予め設定さ
れた時間間隔ごとに制御弁４８に開駆動信号を出力す
る。制御弁４８の開駆動信号の少し前から開駆動信号後
微分器に＋信号が現れまで、微分器の信号はホールド装
置によってホールドされ、出力制御部４２ｃによる制御
弁４８の制御動作が行われないようになっている。なお
この例では計測用タンク４３の液面をフロート式で検出
しているが、それに代えて計測用タンク４３の底部に水
圧計を設け、その水圧計の出力信号によって液面を検出
することもできる。また計測用タンク４３内に例えば２
本の電気抵抗検出用ロッドを直立配置し、それらの端子
間の電気抵抗から液面を検出することもできる。さらに
は上記のような計測用タンク４３を設ける代わりに、例
えばロードセル等の重量検出部で支持された計量タンク
を用いる重量検出方式を採用することもできる。その場
合は計量タンクの底部には可撓性の配管４７および制御
弁４８からなる凝縮水排出部４５が接続され、配管４６
から流入する凝縮水の重量を計測時間ごとに重量検出部
で検出する。

【００１９】次に図２における冷却量抑制手段４０の作
用を説明する。プログラムされた計測開始信号により制
御部４２から制御弁４８を閉じる信号が出力される。す
ると熱交換器２で生成する凝縮水が配管４６より計測用
タンク４３内に流れ込み、その液面を徐々に上昇させ
る。制御部４２は所定時間間隔ごとに制御弁４８を一定
時間（すなわち計測用タンク４３内の凝縮水を十分排出
することができる時間）開ける信号を出力するので、制
御部４２が閉じている間（計測期間）に上昇する液面の
上昇速度を液面検出部４４の微分器により検出すること
によって、熱交換器２における単位時間あたりの凝縮水
の生成量を検出することができる。

【００２０】例えば吸気の湿度が上昇して熱交換器２に
おける単位時間あたりの凝縮水の生成量が増加し、計測
期間中の液面検出部４４の微分検出値が液面設定部４２
ｂで予め設定された値を越えると、比較部４２ａからの
信号により出力制御部４２ｃはポンプ１８の回転数を減
少する制御信号を出力する。ポンプ１８は図１の例と同
様にサイリスタ回路で構成されるインバータ等により回
転数を制御する誘導電動機により駆動される。なおポン
プ１８を制御する代わりに図１の例と同様な制御弁３７
を設けてそれを制御することもできる。逆に吸気の湿度
が低下して熱交換器２における単位時間あたりの凝縮水
の生成量が減少し、計測期間中の液面検出部４４の上昇
速度が予め設定された値より低下すると、出力制御部４
２ｃはポンプ１８の回転数を増加するように制御信号を
出力する。計測タンクから水を排出する時には、微分信
号はその前の値にホールドされており制御動作は行われ
ない。

【００２１】図３は本発明の冷却量制御装置のさらに他
の例を説明するプロセスフロー図であり、図１と同じ部
分には同一符号が付されている。この例における冷却量
抑制手段５０は、水冷式の熱交換器２の冷却水配管２４
に沿った温度分布を検出し、それが不連続に大きく変化
する位置（温度の最急勾配位置）、すなわち凝縮量の生
成量が開始もしくは増加する部分が吸気出口近傍に位置
するように冷却量を制御するものである。この冷却量抑
制手段５０は、冷却水配管２４に略接するようにして吸
気入口側から出口側に沿って所定間隔で配置した複数の
凝縮水温度検出部５１と、それら隣接配置された温度検
出値を順次比較し、熱交換器２の吸気出口近傍における
２つの温度検出値が不連続に変わるように熱交換器の冷
却量を制御するためのマイクロコンピュータ等の制御部
５２を備えている。なお凝縮水温度検出部５１は図１の
例における吸気温度検出部３１と同様なものを使用でき
る。

【００２２】制御部５２は、例えば図１の制御部３４と
同様な差信号の増幅器等からなる比較部５２ａと、温度
差設定部５２ｂと、比較部５２ａの出力信号に応じた駆
動信号を出力する出力制御部５２ｃを有する。比較部５
２ａには複数の凝縮水温度検出部５１の出力を自動的に
切り換えるマルチプレクサ等の切換手段５２ｄが接続さ
れ、隣接する２つの温度検出部５１の差値と，温度差設
定部５２ｂで設定された温度差値を次々と比較する。な
お、夫々の温度計からの信号から隣り合う信号の差信号
を検出して、それ等の内から最大の信号を検出しても良
い。

【００２３】図４は凝縮水温度検出部５１の１例を示す
模式的な図である。凝縮水温度検出部５１は冷却水配管
２４の外側に突出するフィン２４ａの下側にできるだけ
接近して設けた凝縮水収集部５３と、凝縮水収集部５３
に配置した温度センサー５４を有する。凝縮水収集部５
３は検出すべき冷却水配管２４部分（領域）から落下す
る凝縮水を収集するための漏斗型の受部５３ａと、その
受部５３ａの中央底部から下方に延長する小口径の排水
路５３ｂを備え、排水路５３ｂの出口側には図示しない
排水配管が接続される。そして排水路５３ｂ内に前記温
度センサー５４が配置される。なお温度センサー５４は
応答性の点から直径の小さいシース型のものが望まし
い。凝縮水は冷却水配管２４の外周部から落下して受部
５３ａに集められ、排水路５３ｂを通って外部に排出さ
れる。そして排水路５３ｂを通過する凝縮水の温度が温
度センサー５４によって検出される。

【００２４】図５は熱交換器２の入口側から出口側に沿
って配置された複数（この例では７つ）の温度センサー
５４により検出された温度検出値の変化例を示す図であ
る。凝縮水が大量に生成している部分の温度検出値は凝
縮水温度に近くなり、凝縮水が実質的に零もしくはほと
んど生成していない部分の温度検出値は吸気温度に近く
なる。そして凝縮水の温度は吸気の温度に比べて低温な
ので、それら温度検出値から凝縮水の生成位置（領域）
を知ることができる。図示の例では入口側から４番目と
５番目の温度センサー５４の検出値が大きく不連続にな
っており、熱交換器２の出口側近傍よりかなり上流側で
凝縮水の生成が始まっていることを示している。なお横
軸の位置変化に対する縦軸の温度変化の割合から温度勾
配を知ることもできる。

【００２５】次に図３における冷却量抑制手段５０の作
用を説明する。制御部５２は隣接する２つの凝縮水温度
検出部５１間の温度差値が設定された温度差値より小さ
くなったときに、それら凝縮水温度検出部５１が配置さ
れる冷却水配管２４部分から下流側に凝縮水が生成もし
くは増加していると判断し、それに応じた制御信号を出
力する。なお隣接する２点の凝縮水温度検出部５１によ
るそれぞれの温度検出値と、それら凝縮水温度検出部５
１の間隔（距離）からその間の温度勾配を演算し、その
温度勾配値が予め設定された値を越えた部分（領域）で
凝縮水が生成もしくは増加していると判断し制御するこ
ともできる。その場合には各隣接する凝縮水温度検出部
５１の間隔を予め制御部５２に設けた記憶部に記憶させ
ておき、その記憶値と隣接する２点の凝縮水温度検出部
５１の温度を演算器に入力してその温度勾配を演算し、
比較部５２ａで予め設定された温度勾配設定値と比較し
制御する。

【００２６】例えば吸気の湿度が上昇すると、凝縮水の
生成もしくは増加位置は熱交換器２の出口側近傍におい
て予め設定された位置より上流側に移動する。すると出
力制御部５２ｃはポンプ１８の回転数を減少する制御信
号を出力し、それによって熱交換器２の冷却量が減少
し、熱交換器２の出口側近傍において設定された位置に
凝縮水の生成もしくは増加点が復帰する。逆に吸気の湿
度が低下すると、凝縮水の生成もしくは増加位置は熱交
換器２の出口側近傍において予め設定された位置よりさ
らに下流側に移動する。そのような状態は熱交換器２の
冷却量が過少になっていることを意味する。そこで上記
と逆に出力制御部５２ｃはポンプ１８の回転数を増加す
る制御信号を出力し、熱交換器２における設定された出
口側近傍に凝縮水の生成もしくは増加位置を復帰させ
る。

【００２７】このようにして常に熱交換器２の出口側近
傍において設定された領域に凝縮水の生成もしくは増加
位置を保持させることにより、冷却量の過不足をなく
し、熱交換器２の凝縮水生成を限りなく抑制または最小
限にすることができる。なお図３におけるポンプ１８は
図１の例と同様に、サイリスタによる回路で構成される
インバータ等により回転数を制御される誘導電動機によ
り駆動される。またポンプ１８を制御する代わりに図１
の例と同様な制御弁３７を設けてそれを制御することも
できる。

【００２８】これまでに説明した実施形態において、図
１の制御部３４、図２の制御部４２また図３の制御部５
２は制御系の特性により比例制御、比例積分制御あるい
は比例積分微分制御などのいわゆる連続制御方式の中か
ら適した方式を選択することができる。しかし制御系
（温度変化や湿度変化）に時間遅れが大きく且つそれが
比較的緩やかな熱交換器の制御には、サンプリング制御
（離散制御）方式を採用することが好ましい。一般にサ
ンプリング制御は、入力値と設定値との間の制御偏差を
一定時間ごとに抽出してホールドし、その制御偏差によ
り制御信号を変化させることを繰り返すもので、ホール
ド時間を制御系の時間遅れや外乱要素の発生周期等に適
合させることにより最適な制御を行うことができる。し
たがって、制御部３４、制御部４２また制御部５２をサ
ンプリング制御方式とすることにより、最適な制御性を
確保することが容易になる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の冷却量制
御装置によれば、熱交換器における吸気中の水分凝縮を
抑制して冷却効率の低下を有効に回避することができ、
それによってガスタービン装置の総合効率を向上させる
ことができる。請求項２に記載の冷却量制御装置によれ
ば、請求項１の発明の効果に加え、安価な深夜電力を有
効に利用して効率的に吸気の冷却を行うことができる。
請求項３に記載の冷却量制御装置によれば、請求項１ま
たは請求項２に記載の発明の効果に加え、簡単な構成要
素で迅速且つ確実に熱交換器における凝縮水の発生を抑
制することができる。

【００３０】請求項４に記載の冷却量制御装置によれ
ば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加
え、簡単な構成要素でより確実に熱交換器における凝縮
水の発生を抑制することができる。請求項５に記載の冷
却量制御装置によれば、請求項４に記載の発明の効果に
加え、本装置をより簡便且つ安価に構成することができ
る。請求項６に記載の冷却量制御装置によれば、請求項
１または請求項２に記載の発明の効果に加え、より確実
且つ精密に凝縮水の発生を抑制することができる。請求
項７に記載の冷却量制御装置によれば、請求項６に記載
の発明の効果に加え、凝縮水の温度を高い精度と応答性
で効率的に検出することができる。請求項８に記載の冷
却量制御装置によれば、請求項３〜請求項７のいずれか
に記載の吸気の冷却量制御装置の効果に加え、制御系に
時間遅れが多い場合でも良好な制御性を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却量制御装置の１例を説明するため
のプロセスフロー図。

【図２】本発明の冷却量制御装置の他の例を説明するた
めのプロセスフロー図。

【図３】本発明の冷却量制御装置のさらに他の例を説明
するためのプロセスフロー図。

【図４】図３における温度検出部５１の１例を示す模式
的な図。

【図５】図３における熱交換器２の入口側から出口側に
沿って配置された複数の温度センサー５４により検出さ
れる凝縮水温度の変化例を示す図。

【図６】従来の吸気冷却方式を採用したガスタービン装
置の例を説明するためのプロセスフロー図。

【符号の説明】

１ ガスタービン装置 ２ 熱交換器 ３ 空気圧縮機 ４ 燃焼装置 ５ ガスタービン ６ 発電機 ７ 吸気 ８ 冷却水供給部 ９ 配管 １０ 配管 １１ 燃料タンク １２ 配管 １３ ポンプ １４ 配管 １５ 配管 １６ 氷蓄熱槽 １７ 冷凍機 １８ ポンプ １９ 水配管 ２０ 水配管 ２１ ブライン配管 ２２ ブラインポンプ ２３ 流量調整弁 ２４ 冷却水配管 ２４ａ フィン ２５ ブライン配管 ３０ 冷却量抑制手段 ３１ 吸気温度検出部 ３２ 吸気湿度検出部 ３３ 演算部 ３４ 制御部 ３５ 比較部 ３６ 出力制御部 ４０ 冷却量抑制手段 ４１ 凝縮水生成量検出部 ４２ 制御部 ４２ａ 比較部 ４２ｂ 液面設定部 ４２ｃ 出力制御部 ４２ｄ 微分器及びそのホールド装置 ４３ 計測用タンク ４４ 液面検出部 ４４ａ フロート ４４ｂ 棒状透磁性体 ４４ｃ 二次コイル ４５ 凝縮水排出部 ４６ 配管 ４７ 配管 ４８ 制御弁 ５０ 冷却量抑制手段 ５１ 凝縮水温度検出部 ５２ 制御部 ５２ａ 比較部 ５２ｂ 温度差設定部 ５２ｃ 出力制御部 ５２ｄ 切換手段 ５３ 凝縮水収集部 ５３ａ 受部 ５３ｂ 排水路 ５４ 温度センサー

フロントページの続き (72)発明者 関矢 英士 東京都大田区蒲田五丁目37番１号 東芝プ ラント建設株式会社内 (72)発明者 宇佐美 乏行 東京都大田区蒲田五丁目37番１号 東芝プ ラント建設株式会社内 (72)発明者 柳谷 力也 東京都大田区蒲田五丁目37番１号 東芝プ ラント建設株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器２で冷却された吸気７を空気圧
   縮機３で圧縮し、その圧縮空気を燃焼装置４で加熱し、
   得られた高温高圧ガスをガスタービン５に導入するよう
   にしたガスタービン装置１における吸気の冷却量制御装
   置であって、熱交換器２で吸気７中に存在する水分が露
   点以下に冷却されて凝縮することを抑制する冷却量抑制
   手段３０、４０、５０が設けられることを特徴とする吸
   気の冷却量制御装置。
2. 【請求項２】 熱交換器２が水冷式とされ、その熱交換
   器２に冷却水を供給する冷却水供給部８が設けられ、該
   冷却水供給部８は氷蓄熱槽１６と、氷蓄熱槽１６の冷却
   水を冷却する冷凍機１７と、氷蓄熱槽１６と熱交換器２
   間に冷却水を循環させるポンプ１８を備えている請求項
   １に記載の吸気の冷却量制御装置。
3. 【請求項３】 冷却量抑制手段３０が、熱交換器２の吸
   気出口近傍の温度を検出する吸気温度検出部３１と、熱
   交換器２の吸気入口近傍の湿度を検出する吸気湿度検出
   部３２と、その湿度検出値から吸気の露点温度を演算す
   る演算部３３と、吸気出口近傍の温度が演算された露点
   温度値より低下しないように熱交換器２の冷却量を制御
   する制御部３４を備えている請求項１または請求項２に
   記載の吸気の冷却量制御装置。
4. 【請求項４】 冷却量抑制手段４０が、熱交換器２にお
   ける単位時間あたりの凝縮水の生成量を検出する凝縮水
   生成量検出部４１と、その検出値が予め設定された値を
   越えないように熱交換器２の冷却量を制御する制御部４
   ２を備えている請求項１または請求項２に記載の吸気の
   冷却量制御装置。
5. 【請求項５】 凝縮水生成量検出部４１が、凝縮水を貯
   溜する計測用タンク４３と、計測用タンク４３内の液面
   を検出する液面検出部４４と、計測用タンク４３内の凝
   縮水を所定時間ごとに排出する凝縮水排出部４５を有す
   る請求項４に記載の吸気の冷却量制御装置。
6. 【請求項６】 冷却量抑制手段５０が熱交換器２の冷却
   水配管２４に沿って配置した複数の凝縮水温度検出部５
   １と、それらの温度検出値を比較して熱交換器２の吸気
   出口近傍で温度検出値が不連続に変わるように熱交換器
   ２の冷却量を制御する制御部５２を備えている請求項１
   または請求項２に記載の吸気の冷却量制御装置。
7. 【請求項７】 凝縮水温度検出部５１は、冷却水配管２
   ４の下側に接近して設けた凝縮水収集部５３と、凝縮水
   収集部５３に配置した温度センサー５４を有する請求項
   ６に記載の吸気の冷却量制御装置。
8. 【請求項８】 制御部３４、４２、５２がサンプリング
   制御を行うようになされた請求項３〜請求項７のいずれ
   かに記載の吸気の冷却量制御装置。