JP2005226639A - ガスタービン発電装置およびそれに用いる消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービン発電装置において、筐体の冷却空気流路の吸気口および排気口を小さくして低騒音とすること。
【解決手段】ガスタービン発電装置５０は、タービン１ａ、圧縮機１ｂおよび発電機１ｃを同一軸上に設置したエンジンコア１と、圧縮機１ｂで圧縮された燃焼用空気を燃焼させてタービン１ａに供給する燃焼器２と、冷却材あるいは潤滑剤を冷却するラジエータ３と、ラジエータ３に冷却空気を通風する冷却ファン４と、発電機１ｃで発電した電力を変換する電力変換器５と、これらの構成要素を収納する筐体１５と備える。そして、圧縮機１ｂ、燃焼器２およびタービン１ａを通る燃焼用空気流路と、ラジエータ３、冷却ファン４および電力変換器５を通る冷却空気流路とを吸気から排気に至るまで互いに独立した流路で形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン発電装置およびそれに用いる消音装置に関する。

従来のガスタービンの消音装置として、特開２００２−２４２６９８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この消音装置は、正面壁に空気取入れ開口を設け内部に閉鎖空間を形成させた防音エンクロージャと、防音エンクロージャの内部に配置され防音エンクロージャの外部に排気ガスを排出する排出管を接続させたガスタービンと、防音エンクロージャ内であってガスタービンに近接配置され一端側を空気取入れ開口側に臨ませるとともに、他端を正面壁と対向する背面壁側に面して終端させ内部に両端側に連通する給気消音空隙を形成させた複数の消音スプリッタ管と、防音エンクロージャに設けられた空気排出開口に接続され同防音エンクロージャの上部に設置され空気を排気案内しつつ吸音する吸音排気通路と、該吸音排気通路に接続され防音エンクロージャ内部の空気を吸引排出させる排気ファンと、を備えて構成されている。

特開２００２−２４２６９８号公報

近年、ガスタービン発電装置は、ガスタービンの小型化によって、全体の外形寸法が飛躍的に小型化していること、低Noxであることなど地球環境に良いことから、注目されている。また、電力事情の規制緩和からこのガスタービン発電装置によって得られる電力を小売りできるようになったことから、分散電源発電装置としてガスタービン発電装置を用いることが考えられている。ガスタービン発電装置が分散電源発電装置としてコンビニエンスストア、ファミリーレストラン等の店舗、病院、工場、ホテル等に広く設置される場合には、特に筐体の外部（周囲）に対して騒音の低いガスタービン発電装置が求められる。

上述した特許文献１では、防音エンクロージャを用いて騒音を低減することが開示されているが、ガスタービンに対する燃焼用空気とタービンエンジン冷却用空気の筐体の吸気口が共通であり、筐体に大きな開口部が形成されるため、筐体の外部に対して大きな騒音を生じ易いものであった。

本発明の目的は、筐体の冷却空気流路の吸気口および排気口を小さくして低騒音とすることができるガスタービン発電装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、低周波から高周波までの広帯域のみならず特定の周波数帯域の騒音をも低減できるガスタービン発電装置用消音装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、タービン、圧縮機および発電機を同一軸上に設置したエンジンコアと、前記圧縮機で圧縮された燃焼用空気を燃焼させて前記タービンに供給する燃焼器と、軸受潤滑剤を空気との熱交換で冷却させるラジエータと、前記ラジエータに冷却空気を通風する冷却ファンと、前記発電機で発電した電力の周波数を商用周波数に変換する電力変換器と、これらの構成要素を収納する筐体と備え、前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通る燃焼用空気流路と、前記ラジエータ、前記冷却ファンおよび前記電力変換器を通る冷却空気流路とを吸気から排気に至るまで互いに独立した流路に形成したガスタービン発電装置としたことにある。

前記本発明において、より好ましくは次の構成としたことにある。
（１）前記エンジンコアの前記燃焼用空気流路の吸気側に吸気サイレンサを設置したこと。
（２）前記エンジンコアの前記燃焼用空気流路の排気側に排気サイレンサを設置したこと。
（３）前記筐体内を仕切り板により上部空間と下部空間とに仕切り、前記上部空間に前記エンジンコアを配置すると共に、前記下部空間に前記冷却ファンを配置し、前記冷却空気流路の吸気口および排気口を前記筐体の上部に形成したこと。
（４）前記下部空間に前記ラジエータ、前記冷却ファンおよび前記電力変換器を並置し、前記上部空間内の発電機、前記下部空間内の前記ラジエータ、前記冷却ファンおよび前記電力変換器の順に冷却空気が流れるように前記冷却空気流路を形成したこと。
（５）前記下部空間に前記電力変換器、前記ラジエータ、および前記冷却ファンを配置し、前記上部空間内の発電機、前記下部空間内の前記電力変換器、前記ラジエータ、及び前記冷却ファンの順に冷却空気が流れるように前記冷却空気流路を形成したこと。
（６）前記電力変換器の構成部品であるリアクトルまたはトランスを前記ラジエータの上流側直前に配置したこと。
（７）前記電力変換器の構成部品であるリアクトルまたはトランスを前記冷却ファンの下流側真後ろに配置したこと。
（８）前記上部空間を遮熱板により第１の上部空間と第２の上部空間とに横に仕切り、前記発電機を前記第１の上部空間内に配置すると共に、前記第１の上部空間を形成している筐体の上部に冷却空気の吸気口を形成し、前記タービンを前記第２の上部空間に配置すると共に、前記第２の上部空間を形成している筐体の上部に冷却空気の排気口を形成したこと。
（９）前記第２の上部空間を仕切り板により小物補機を配置する小物補機室と前記タービンを配置するタービン側空間とに仕切り、前記冷却空気流路を前記小物補機室を流れる流路と前記タービン側空間を流れる流路とに分岐したこと。
（１０）前記小物補機室を棚により複数の小物補機室に仕切ると共に、これらの複数の小物補機室に冷却空気を直列に流すように前記棚に開口部を形成したこと。
（１１）前記エンジンコアの吸気側の燃焼用空気流路に吸気サイレンサを設置し、前記吸気サイレンサのダクトを曲げて形成すると共に、前記ダクトの吸気側を仕切り板により二つの燃焼用空気流路部に分割して各燃焼用空気流路部の経路長に差を設けたこと。
（１２）前記吸気サイレンサのダクトを略直角に曲げると共に、前記ダクトの分割された燃焼用空気流路部の内部両側に吸音体を設けると共に、この両吸音体の表面を対応する凹凸形状として両吸音体間の距離をほぼ同一としたこと。

前記別の目的を達成するために、本発明は、ガスタービン発電装置のエンジンコアの燃焼用空気流路に設置され、前記燃焼用空気流路を構成するダクトを略直角に曲げて形成すると共に、前記ダクトの音源に対する下流側を仕切り板により二つの燃焼用空気流路部に分割して各燃焼用空気流路部の経路長に差を設け、前記ダクトの分割された燃焼用空気流路部の内部両側に吸音体を設けると共に、この両吸音体の表面を対応する凹凸形状として両吸音体間の距離をほぼ同一としたガスタービン発電装置用消音装置としたことにある。

本発明によれば、圧縮機、燃焼器およびタービンを通る燃焼用空気流路と、ラジエータ、冷却ファンおよび電力変換器を通る冷却空気流路とを吸気から排気に至るまで互いに独立した流路に形成しているので、筐体の冷却空気流路の吸気口および排気口を小さくして低騒音とすることができるガスタービン発電装置を提供できる。

本発明の好ましい構成によれば、エンジンコアの燃焼用空気流路の吸気側に吸気サイレンサを設置したので、エンジンコアの燃焼用空気流路の吸気口から漏出する騒音を低減することができる。

さらには、エンジンコアの燃焼用空気流路の排気側にも排気サイレンサを設置したので、エンジンコアの燃焼用空気流路の吸気口および排気口の何れからも漏出する騒音を低減することができ、燃焼用空気流路系で発生する騒音を格段に低減することができる。

本発明の好ましい構成によれば、筐体内を仕切り板により上部空間と下部空間とに仕切り、上部空間にエンジンコアを配置すると共に、下部空間に冷却ファンを配置し、冷却空気流路の吸気口および排気口を前記筐体の上部に形成したので、冷却ファンを冷却空気流路の吸気口および排気口から離れた位置に配置することができ、冷却空気流路内の大きな騒音源である冷却ファンの騒音を筐体の外部に対して大幅に低減することができる。

さらには、下部空間にラジエータ、冷却ファンおよび電力変換器を並置し、上部空間内の発電機、下部空間内のラジエータ、冷却ファンおよび電力変換器の順に冷却空気が流れるように冷却空気流路を形成したので、騒音源である冷却ファンを冷却空気流路の吸気口および排気口から最も離れた位置に配置することができると共に、冷却ファンの両側のラジエータおよび電力変換器で遮音することができる。

さらには、下部空間に電力変換器、ラジエータ、及び冷却ファンを並置し、上部空間内の発電機、下部空間内の電力変換器、ラジエータ、及び冷却ファンの順に冷却空気が流れるように冷却空気流路を形成したので、騒音源である冷却ファンを冷却空気流路の吸気口及び排気口から最も離れた位置に配置することができる。また、電力変換器の構成部品である電気品をラジエータの上流側に設置することにより、電気品周りの環境温度を外気と同等に保てて電力変換器の信頼性を確保できる。

さらには、上部空間を遮熱板により第１の上部空間と第２の上部空間とに横に仕切り、発電機を第１の上部空間内に配置すると共に、第１の上部空間を形成している筐体の上部に冷却空気の吸気口を形成し、タービンを第２の上部空間に配置すると共に、第２の上部空間を形成している筐体の上部に冷却空気の排気口を形成したので、燃焼用空気流路と冷却空気流路とを簡単な構造で構成することができると共に、筐体の外部に対する冷却空気流路の騒音をより一層低減することができる。

さらには、第２の上部空間を仕切り板により小物補機を配置する小物補機室とタービンを配置するタービン側空間とに仕切り、冷却空気流路を小物補機室を流れる流路とタービン側空間を流れる流路とに分岐したので、簡単な構造で小物補機室を構成することができる。そして、小物補機室を棚により複数の小物補機室に仕切ると共に、これらの複数の小物補機室に冷却空気を直列に流すように棚に開口部を形成したので、小物補機室への小物補機の収納性を向上しつつ、冷却効果を高めることができる。

本発明の好ましい構成によれば、エンジンコアの吸気側の燃焼用空気流路に吸気サイレンサを設置し、吸気サイレンサのダクトを曲げて形成すると共に、ダクトの吸気側を仕切り板により二つの燃焼用空気流路部に分割して各燃焼用空気流路部の経路長に差を設けたので、低周波から高周波までの広帯域のみならず特定の周波数帯域の騒音をも低減できる。

さらには、吸気サイレンサのダクトを略直角に曲げると共に、前記ダクトの分割された燃焼用空気流路部の内部両側に吸音体を設けると共に、この両吸音体の表面を対応する凹凸形状として両吸音体間の距離をほぼ同一としたので、より一層の騒音低減を図ることができる。

本発明によれば、燃焼用空気流路を構成するダクトを略直角に曲げて形成すると共に、ダクトの音源に対する下流側を仕切り板により二つの燃焼用空気流路部に分割して各燃焼用空気流路部の経路長に差を設け、ダクトの分割された燃焼用空気流路部の内部両側に吸音体を設けると共に、この両吸音体の表面を対応する凹凸形状として両吸音体間の距離をほぼ同一としたので、低周波から高周波までの広帯域のみならず特定の周波数帯域の騒音をも低減できるガスタービン発電装置用音装置を提供できる。

以下、本発明の一実施形態のガスタービン発電装置を、図を用いて説明する。

まず、本実施形態のガスタービン発電装置５０を、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面略図、図２は図１の左側面図、図３は図１のガスタービン発電装置の筐体単体の斜視図、図４は図３のエンジンコアのベースの平面図である。なお、図３は前面板を取外した状態の筐体を示してある。

ガスタービン発電装置５０は、図１に示すように、筐体１５の内部に、エンジンコア１、燃焼器２、ラジエータ３、冷却ファン４、電力変換器５、排気ダクト６、再生熱交換器７を主に備えて構成されている。ラジエータ３は、軸受の潤滑剤や発電機の冷却材を筐体外部から取り入れた冷却空気とで熱交換させて、それを冷却するために設置されている。

筐体１５は、図３に示すように、前後に薄く横長の矩形状に形成され、側面に吸気側開口部１１、１４が形成され、上面に排気側の開口部１６、１７が形成されている。筐体１５の内面には断熱・吸音材が貼り付けられている。そして、筐体１５の内部は、仕切り板１３、１８、１９、２２、２３などにより複数の空間に仕切られている。これらの空間は、仕切り板に形成された開口部２０、２１、２４などで所定の空気流路を形成するように連通されている。仕切り板１３、１８、１９、２２、２３は断熱および吸音機能を有する部材、或はこれらの機能を有する部材を貼り付けた部材で構成される。

筐体１５の一側の側面の上部には、開口部１１、１４が上下に位置して形成されている。開口部１１は燃焼用空気をエアフィルタ１２（図１参照）を通して筐体１５に取り込むためのものである。エアフィルタ１２は、空気中の粉塵等を除去するためのものであり、エアフィルタ１２が設置されている開口部１１の外側に装着され、側面に燃焼用空気を取り入れるための通気口を有している。開口部１１とエアフィルタ１２との隙間は、パッキン等でシールされており、内部の騒音が漏洩しないように構成されている。開口部１４は冷却空気を筐体１５内に取り込むためのものである。エアフィルタ１２の通気口および開口部１４は横桟が多数形成されたガラリで構成されている。

一方、筐体１５の上面の他側（すなわち、開口部１１および開口部１４のある側面から離れた位置）に開口部１６、１７が形成されている。これらの開口部１６、１７は冷却空気の排気口を構成するものである。

筐体１５の内部空間は、仕切り板２２により上下に仕切られ、上部空間４１と下部空間４２とが形成される。なお、仕切り板２２はエンジンコア１のベースを構成するものである。その上部空間４１は、垂直に設けられた仕切り板１３により左右に仕切られ、左上部空間４１ａ（第１の上部空間）と右上部空間４１ｂ（第２の上部空間）とが形成される。仕切り板１３は遮熱板を構成するものである。その右上部空間４１ｂは、さらに、仕切り板１８、１９により仕切られ、タービン側空間４１ｂ_１と小物補機室４１ｂ_２とが形成される。小物補機室４１ｂ_２内には、小物補機、例えば制御装置、或いは燃焼器２に燃料を供給するガス配管，ガス遮断弁，流量計などが配置される。また、エンジンコア１を構成する圧縮機の吸込み側，出口側に噴霧水をスプレーしてタービン出力を増加させる場合には、噴霧水タンク，噴霧水ポンプ及びその配管に設置されるバルブ類などが配置される。そして、小物補機室４１ｂ_２は仕切り板２３により上下に複数の空間（図示例では、下部小物補機室４１ｂ_２１と上部小物補機室４１ｂ_２２）に区画されている。仕切り板２３は棚を構成するものである。

左上部空間４１ａは開口部１４を介して外部に連通されると共に、開口部２０を介して下部空間４２の一側に連通されている。右上部空間４１ｂは開口部２１を介して下部空間４２の他側に連通されている。換言すれば、タービン側空間４１ｂ_１および小物補機室４１ｂ_２は開口部２１を介して下部空間４２の他側に連通されている。タービン側空間４１ｂ_１は開口部１６を介して外部と連通されている。小物補機室４１ｂ_２は開口部１７を介して外部と連通している。下部小物補機４１ｂ_２１と上部小物補機室４１ｂ_２２とは、仕切り板２３の開口部２４により連通されている。この開口部２４は開口部２１、１７と反対側に位置して設けられている。

係る構成によって、筐体１５の内部には、左上部空間４１ａと下部空間４２と右上部空間４１ｂとからなる略Ｕ字状の冷却空気流路が形成される。この冷却空気流路は、開口部１４を吸気口とし、開口部１６、１７を排気口としており、吸気口１４から排気口１６、１７まで冷却空気が燃焼用空気流路と独立して流れる系統となっている。

図１に示すように、筐体１５内の上部空間４１の中央部には、エンジンコア１が配置されている。エンジンコア１は、タービン１ａ、圧縮機１ｂおよび発電機１ｃを備えて構成され、タービン１ａ、圧縮機１ｂおよび発電機１ｃは、同一軸上にこの順に設置されている。タービン１ａと圧縮機１ｂとは再生熱交換器７および燃焼器２により接続されている。発電機１および圧縮機１ｂとタービン１ａとは仕切り板１３によって左右に仕切られている。これによって、発電機１ｃおよび発電機１ｃは左上部空間４１ａ内に配置され、タービン１ａおよび燃焼器２は右上部空間４１ｂ（タービン側空間４１ｂ_１）内に配置されることとなる。

圧縮機１ｂの吸気側には、吸気サイレンサ１０およびエアフィルタ１２からなる吸気経路が設置されている。吸気サイレンサ１０は、左上部空間４１ａ内の上部に配置され、開口部１１を介してエアフィルタ１２と圧縮機１ｂとの間に接続されている。一方、タービン１ａの排気側には、排気ダクト６、再生熱交換器７、排気サイレンサ８及び消音チャンバ９からなる排気経路が設置されている。従って、エアフィルタ１２、吸気サイレンサ１０、圧縮機１ｂ、再生熱交換器７、燃焼器２、タービン１ａ、排気ダクト６、再生熱交換器７、排気サイレンサ８及び消音チャンバ９の順に形成された燃焼用空気流路が冷却空気流路と独立して形成される。

筐体１５内部の下部空間４２には、発電機１ｂの冷却に用いられる水などの冷媒（冷却材）や、軸受の潤滑剤が循環され、冷却ファン４によって筐体外部から取り込まれる空気との熱交換を行うラジエータ３、冷却ファン４および電力変換器５が設置されている。ラジエータ３は、冷却ファン４の吸込側で且つ発電機１ｃより下流側に配置されている。電力変換器５は、大物補機類を構成するものであり、冷却ファン４の吐出し側に配置されている。下部空間４２は平面面積を有効に利用しているので、ラジエータ３、冷却ファン４および電力変換器５をこの順に容易に設置することができる。また、上部空間４１にエンジンコア１を配置し、下部空間４２にラジエータ３、冷却ファン４および電力変換器５を配置することにより、コンパクトな構造で冷却ファン４を遮音できる。

次に、係るガスタービン発電装置の動作を説明する。

燃焼用空気は、エアフィルタ１２の吸気口から吸気され、エアフィルタ１２で粉塵等が除去された後、開口部１４から吸気サイレンサ１０を通してエンジンコア１の圧縮機１ｂに吸込まれ、圧縮機１ｂで高圧に圧縮される。圧縮された燃焼用空気は、燃焼器２に送られ、別途に供給された燃料とともに燃焼器２で燃焼されて高温の燃焼ガスとされる。この燃焼ガスは、タービン１ａで膨張された後、排気ダクト６、再生熱交換器７、排気サイレンサ８および消音チャンバ９を通して排気ガスとして接続配管放出される。

このように、燃焼用空気流路を筐体１５内に冷却空気流路とは独立して形成すると共に、エンジンコア１の吸気側および排気側にサイレンサ１０、８および消音チャンバ９を設置することにより、燃焼用空気流路における低騒音化を容易に図ることができる。

そして、エンジンコア１が運転されると、一軸上に設置されたタービン１ａ、圧縮機１ｂ及び発電機１ｃが高速で回転され、発電機１ｃで発電が行われる。発電された電力は、電力変換器５によって商用周波数に変換された後に、外部に供給される。

なお、再生熱交換器８からの排気ガスの温度が高温であることから、その排気エネルギーを別途設置した吸収式冷凍機等で排熱回収し、冷暖房、空調等に用いることにより、排熱を有効に活用することが可能である。

冷却空気は、冷却ファン４の運転によって開口部１４から吸気され、発電機１ｃの表面を冷却して温度上昇された後、開口部２０を通過してラジエータ４に至り、冷却ファン４で冷却される。この冷却空気は、冷却ファン４の吐出し側に設置されている電力変換器５を冷却した後、開口部２１から右上部空間４１ｂに至る。

冷却空気は、開口部２１から２系統に別けられる。一系統は、タービン側空間４１ｂ_１に至り、排気ダクト６、再生熱交換器７、排気サイレンサ８の周囲を冷却しながら筐体１５の天井の開口部１６より大気に開放される系統である。もう一系統は、小物補機室４１ｂ_２に至り、小物補機類を冷却しながら天井の開口部１７から大気へ開放される系統である。

ベース２２上のエンジンコア１の圧縮機１ｂとタービン１ａとの間には遮熱板である仕切り板１３が備えられているので、タービン１ａおよび燃焼器２の熱から発電機１ｃの温度上昇を避けることができる。また、仕切り板１８及び１９によってタービン側空間４１ｂ_１とは区画された小物補機室４１ｂ_２に小物補機類を配置しているので、タービン１ａおよび燃焼器２の熱から小物補機類の温度上昇を避けることができる。

また、仕切り板１８と１９で囲まれた小物補機室４１ｂ_２には、小物補機類を設置する棚２３が取付けられ、開口部２４を有している。ここで、開口部２１と２４と１７は、図３に示すように位置をずらせてある。これにより、棚２３により仕切られた下部小物補機室４１ｂ_２１と上部小物補機室４１ｂ_２２内部を流れる空気が一様になるようになり、内部に設置されて小物補機類は満遍なく冷却・換気される。

ガスタービン発電装置５０の主な騒音源は、エンジンコア１内から発生する圧縮機１ｂ、タービン１ａの回転による空力音、振動等に加振されてエンジンコア１自身から放射される放射音、筐体１５内部を換気する冷却ファン４から発生する羽根音である。本実施形態は、エンジンコア１内からの空力音については、吸気サイレンサ１０、排気サイレンサ８、及び、消音チャンバ９によって低減し、エンジンコア１からの放射音及び冷却ファン４からの羽根音については、筐体１５の遮音もしくは吸音によって低減するものである。

本実施形態では、騒音源の一つである、エンジンコア１及び冷却ファン４を筐体１５の中心部分、つまり、吸気口および排気口を構成する開口部１４、１６、１７から遠い位置に設置している。これにより、エンジンコア１及び冷却ファン４から開口部１４、１６、１７までの距離減衰、内部での回折及び遮蔽効果を発揮することができ、開口部１４、１６、１７からの放射音を低減できる。また、エンジンコア１からの放射音は遮熱板１３により遮蔽される。

筐体１５の開口部に関して、燃焼用空気には、エアフィルタ１２の吸気口と消音チャンバ９の排気口のみとし、冷却空気には、開口部１４と開口部１６、１７のみとしている。つまり、それぞれの空気の吸排気系統を独立した系統としている。これにより、筐体１５の開口面積が低減できるため、騒音を効果的に低減できる。なお、図１では冷却空気の流路にラジエータ３を備えた構成を図示しているが、ラジエータを備えていないガスタービン発電装置であっても同様に本発明を適用することができる。

次に、消音装置である吸気サイレンサ１０の詳細を図５および図６を参照しながら説明する。図５は図１の吸気サイレンサの断面図、図６は同吸気サイレンサの騒音低減効果を示す特性図である。

図５に示すように、吸気サイレンサ１０は、曲がりダクト３１を仕切り板３９により上下２段に分割して構成されている。上側のダクト部の上側及び下側には、凹凸形状の吸音体３４及び３７が設置されている。下側のダクト部の上側及び下側には、凹凸形状の吸音体３８及び３５が設置されている。この構造により、音源側開口部から入射した音波は、流路３６から上段側の流路３２及び下段側の流路３３に分岐されるので、流路３２と流路３３との間に経路差を生じ、その位相差によってある特定の周波数帯域の騒音を音波干渉により減衰させることができる。また、流路を複数に構成することによって、複数の周波数帯域を低減することができる。また、流路３２と流路３３との経路差を容易に可変とする事ができるので、低減できる周波数帯域を容易にシフトする事が可能である。従って、適用するガスタービン発電装置５０の音源の周波数に応じて経路差を変更することにより、所望の周波数帯域を低減できる。

上側のダクト部において、吸音体３４は台形の形状を有しており、曲がり部においては、半円の形状を有しており、一方、吸音体３７は吸音体３４の凹凸の形状を逆にした形状を有しており、流路３２の幅、つまり、吸音体３4と吸音体３７間の距離はほぼ一定となるように成形されている。また、吸音体３４の上側からの高さと吸音体３７の下側からの高さは同一面上になるか、もしくは、それ以上、つまり、お互いがわずかに重複する高さとなっている。そして、下段ダクトの吸音体３８及び３５についても上述と同様の構造である。これにより、上側のダクト部および下側のダクト部における曲り部での圧力損失を低減できると共に、音源からの直接音が放射側開口部から放射されないため、広帯域の騒音を低減することができる。なお、それぞれの吸音体の表面はパンチングメタルで固定することにより、吸音体が剥がれることを防止している。また、吸音体には、グラスウール、ロックウール、ウレタン等が用いられている。

係る騒音低減効果について図６を参照しながら説明する。図６において、横軸は周波数、縦軸は騒音低減効果である。無指向性スピーカによりホワイトノイズを発生させ、音源側開口部から入射し、吸気サイレンサ１０の音源側開口部と放射側開口部との騒音レベルの差を測定した結果である。騒音低減効果は、O.A.で約４０dBであり、１２５Hz以上の広帯域において２０dB以上の低減効果があり、特に８００Hzから１２００Hzの特定の周波数において、著しい低減効果が得られていることが分かる。なお、図５において吸気サイレンサ１０はダクト形状を略直角に曲げているが、ダクト内部に設置される仕切り板３９によって分割される流路長に経路差が生じれば、ダクト形状は直線状でも良い。また、図５では仕切り板３９によって吸気サイレンサ１０のダクト内部を２つに分割しているが、それ以上の複数の流路に分割しても良い。

以上から明らかなように、本実施形態の消音装置においては、直接音を開口面から放射させない構造としたことにより、広帯域の低減ができると共に、上下の２段のダクトに径路差を設けることにより、特定の周波数帯域の低減ができる。

なお、本実施例のガスタービン発電設備は、タービン,発電機等のタービンコアや電力変換器等の電気品を一つのパッケージ内に機器配置するタイプに適用することができる。例えば、マイクロタービンなどの出力が小規模なタイプのものに好適である。

図７は、本発明の他の実施例を示す図である。本実施例では、図１の実施例に対して、筐体１５内の下部空間４２における機器配置が異なっている。すなわち、本実施例では、下部空間４２に配置する機器を、冷却空気の流れ方向から見て、上流側から電力変換器５，ラジエータ３，冷却ファン４の順に設置している。この下部空間４２には、冷却ファン４の動作によって筐体１５の外部から吸引された空気が流れる。また、外気吸入口である開口部１４が設けられている筐体１５の側壁面には、電力変換器５の制御基板１００が設置されている。

図８は、本タービンシステムの冷却水の循環系統を示した図である。本タービンシステムのエンジンコア１は、タービン１０９、圧縮機１０８、発電機１Ｃによって構成されている。電力変換器５は、その構成部品で特に発熱量の大きい部品であるパワートランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を、発電機１Ｃ内に設置されるステータの冷却水を用いて冷却するように構成している。そして、冷却水を貯蔵するタンク１１１、冷却水を送水する循環水ポンプ１１０、及び冷却水配管１１２によって形成される循環系統によって、電力変換器５及び発電機１Ｃに冷却水が供給される。

タンク１１１に貯えられた冷却水は、循環水ポンプ１１０から冷却水配管１１２を介してラジエータ３，電力変換器５，及び発電機１Ｃを通過して再びタンク１１１に戻る。電力変換器５と発電機１Ｃで吸熱した循環水は温度上昇してタンク１１１に戻るが、循環系統に設けられたラジエータ３で放熱する。このラジエータ３を通過する冷却水は、前述した冷却ファン４によって外部から筐体１５内に吸引された冷却空気と熱交換する。ラジエータ３での放熱によって再び低温度に戻った冷却水は、電力変換器５に供給されてパワートランジスタを冷却する。このように、パワートランジスタを水冷にすることで、電力変換器を小型化できる一方、ラジエータ３からの放熱量は増加する。従って、電力変換器５の構成部品である電気品は環境温度が上がると信頼性が低下するか、または高温環境でも誤動作しない耐高温環境部品にしなければならない。

そこで、図７に示す本実施例では、電力変換器５をラジエータ３の上流側に設置している。電力変換器５を通過する空気流は、ほとんど外気温度に近い温度であるため、前述した配置とすることで、冷却空気である外気空気流１０６はラジエータ３からの放熱の影響を受けない。また、同様に電力変換器５の制御基板１００は、外気吸入口である開口部１４が形成された筐体１５の側壁面に設置しているため、制御基板１００の周りの温度も外気温度に近く、ラジエータ３からの放熱の影響を受けない。

本実施例では、筐体外部から吸引される空気流に対して、ラジエータ３の上流側に電力変換器５を設置している。これにより、電力変換器５に導かれる冷却空気はラジエータ３の放熱の影響を受けないため、電力変換器５の周囲をほぼ外気温度と同等の環境温度に維持される。よって、発熱量の多い電気品の冷却を効果的に行うことが出来る。このように、ガスタービン発電装置を一つのパッケージとして構成機器の配置を検討した場合、電力変換器やリアクトルなどの電気品の設置箇所を、機器の要求環境温度を考慮した最適な場所に配置することができる。従って、電力変換器５の電気品の信頼性が高めることができる。更に、電力変換器５の電気部品に特に耐高温環境仕様の部品を使用しなくてもよいため、電力変換器５のコストを低減できる。また、電力変換器５のパワートランジスタを水冷化できるので電力変換器を小型化できるという効果がある。

図９は本発明の他の実施例を示す図である。図９は、図７に示した配置と同様であるが、電力変換器５の構成部品の配置を更に適正化したものである。電力変換器５の構成部品でパワートランジスタの次に発熱量の大きい電気品は、リアクトル及びトランスである。リアクトルは電力変換器５内で高調波を抑制するために組み込まれており、また、トランスはポンプやファン等のタービン補機に電力を供給するためにそれら補機にあった電圧に供給電圧を変換するための装置である。これらの機器を水冷化することは、電気伝導度の著しく小さい超純水に近い冷却水が必要になるなど、冷却水を確保するために、高価な付帯設備が必要になる。また、これらの発熱量はパワートランジスタに比べると発熱量が少ないこともあり、空気冷却が可能になる。

そこで、図９に示す本実施例では、リアクトル１０１またはトランス（図示せず）をラジエータ３の上流側直前に配置している。空気流の通過によって冷却する電気品の中で、発熱量の多いリアクトル１０１を、電力変換器５の設置スペースの最下流側に位置するラジエータ３の直前に設置する。このような配置とすることで、他の電気品の環境温度がリアクトル１０１の放熱の影響を受けて増加しないようにすることができる。本実施例により、電力変換器５の電気品はさらに信頼性が向上するという効果がある。

図１０は、本発明の他の実施例を示す図である。本実施例では、図９に示したリアクトル１０１またはトランス（図示せず）の上流側に、その上部と下部に通気口１０４が開けられた遮蔽板１０２を設置して、リアクトル１０１と他の電気品(電力変換器，制御基板等)を分離したものである。また、電力変換器５の下方部に下部通気流路１０３としての空間を設けて通気性を良くしている。電力変換器５の上流側に、空気流れの障害物となる物品を設置しない空間を形成することで通気性を高めることができる。冷却ファン４の作動によって筐体１５内に引き込まれた外気は、この下部通気流路１０３から遮蔽板１０２下部の通気口１０４を通り、リアクトル１０１が設置された空間で上側に向けられる。

リアクトル１０１の周囲には、リアクトル１０１の放熱により下方から上方に向かう対流が発生する。このため、下部通気流路１０３から流入した空気は、前述した対流を促進してリアクトル１０１の放熱により温度上昇した空気をリアクトルに上方に押し上げる。そして、遮蔽板１０２の上部通気口から流入する空気流と共にラジエータ３を通過する。また、電力変換器５等の電気品とリアクトル１０１との間に遮蔽板１０２を設けたことにより、リアクトル１０１から放熱された熱がリアクトル１０１の上流側に設置する他の電気品への熱移動を遮蔽する。本実施例では、電力変換器５の電気品設置場所の下部に設けた通気流路１０３と、リアクトル１０１の上流側に設けた熱遮蔽板１０２により、電力変換器５とリアクトル１０１を効率的に冷却でき、またリアクトル１０１から放熱拡散を防止できるという効果がある。

図１１は、本発明の他の実施例を示す図である。本実施例では、リアクトル１０１またはトランス１０５を、冷却ファン４の下流で、開口部１４のある側面と対峙する側面の直前に設置したものである。冷却ファン４からの空気流は直接トランス１０５に当り、開口部２１を通して上方に抜ける。この空気流の流れはリアクトルの放熱による対流と同じ方向であり、さらにトランス１０５は冷却ファン４の直ぐ下流側に設置されるため、直接に大量の空気流にさらされる。このため、トランス１０５による放熱は冷却ファンの空気流によって効率的に筐体１５の外部に排出することができ、電力変換器５が設置される下部空間４２の温度を外気温度と同等な温度に保持できるという効果がある。

本発明の一実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面略図である。 図１の左側面図である。 図１のガスタービン発電装置の筐体単体の斜視図である。 図３の筐体のエンジンコアベースの平面図である。 図１の吸気サイレンサの断面図である。 同吸気サイレンサの騒音低減効果を示す特性図である。 本発明の他の実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面略図である。 冷却水の循環系統を示した図である。 本発明の他の実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面略図である。 本発明の他の実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面略図である。 本発明の他の実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面略図である。

符号の説明

１…エンジンコア、２…燃焼器、３…ラジエータ、４…冷却ファン、５…電力変換器、６…排気ダクト、７…再生熱交換器、８…排気サイレンサ、９…消音チャンバ、１０…吸気サイレンサ、１１…開口部、１２…エアフィルタ、１３…仕切り板、１４…開口部、１５…筐体、１８、１９…仕切り板、２０、２１…開口部、２２、２３…仕切り板、２４…開口部、３１…曲りダクト、３２、３３、３６…流路、３４、３５、３７、３８…吸音体
、３９…仕切り板、４１…上部空間、４１ａ…左上部空間、４１ｂ…右上部空間、４１ｂ_１…タービン室、４１ｂ_２…小物補機室、４１ｂ_２１…下部小物補機、４１ｂ_２２…上部
小物補機室、４２…下部空間、５０…ガスタービン発電装置、１００…制御基板、１０１…リアクトル、１０２…遮蔽板、１０３…下部通気流路、１０４…通気口、１０５…トランス、１０６…外気吸気流、１０７…冷却ファン気流、１０８…圧縮機、１０９…タービン、１１０…循環水ポンプ、１１１…タンク、１１２…冷却水配管。

Claims (18)

1. 発電機、タービンおよび圧縮機によって構成されるエンジンコアと、
   前記エンジンコアの電気機器と、
   前記エンジンコア及び電気機器を収納する筐体とを備えたガスタービン発電装置において、
   前記エンジンコアに燃焼用空気を導く燃焼用空気流路と、前記電気機器に冷却空気を導く冷却空気流路とを吸気から排気に至るまで互いに独立した流路に形成したことを特徴とするガスタービン発電装置。
2. タービン、圧縮機および発電機を同一軸上に設置したエンジンコアと、
   前記圧縮機で圧縮された燃焼用空気を燃焼させて前記タービンに供給する燃焼器と、
   前記エンジンコアの軸受潤滑剤を空気との熱交換で冷却させるラジエータと、
   前記ラジエータに冷却空気を通風する冷却ファンと、
   前記発電機で発電した電力を変換する電力変換器と、
   これらの構成要素を収納する筐体と備え、
   前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通る燃焼用空気流路と、前記ラジエータ、前記冷却ファンおよび前記電力変換器を通る冷却空気流路とを吸気から排気に至るまで互いに独立した流路に形成したガスタービン発電装置。
3. 請求項１に記載のガスタービン発電装置において、前記エンジンコアの前記燃焼用空気流路の吸気側に吸気サイレンサを設置したガスタービン発電装置。
4. 請求項３に記載のガスタービン発電装置において、前記エンジンコアの前記燃焼用空気流路の排気側に排気サイレンサを設置したガスタービン発電装置。
5. 請求項２に記載のガスタービン発電装置において、前記筐体内を仕切り板により上部空間と下部空間とに仕切り、前記上部空間に前記エンジンコアを配置すると共に、前記下部空間に前記冷却ファンを配置し、前記冷却空気流路の吸気口および排気口を前記筐体の上部に形成したガスタービン発電装置。
6. 請求項５に記載のガスタービン発電装置において、前記下部空間に前記ラジエータ、前記冷却ファンおよび前記電力変換器を並置し、前記上部空間内の発電機、前記下部空間内の前記ラジエータ、前記冷却ファンおよび前記電力変換器の順に冷却空気が流れるように前記冷却空気流路を形成したガスタービン発電装置。
7. 請求項５に記載のガスタービン発電装置において、前記上部空間を仕切り板により第１の上部空間と第２の上部空間とに横に仕切り、前記発電機を前記第１の上部空間内に配置すると共に、前記第１の上部空間を形成している筐体の上部に冷却空気の吸気口を形成し、前記タービンを前記第２の上部空間に配置すると共に、前記第２の上部空間を形成している筐体の上部に冷却空気の排気口を形成したガスタービン発電装置。
8. 請求項７に記載のガスタービン発電装置において、前記第２の上部空間を仕切り板により小物補機を配置する小物補機室と前記タービンを配置するタービン側空間とに仕切り、前記冷却空気流路を前記小物補機室を流れる流路と前記タービン側空間を流れる流路とに分岐したガスタービン発電装置。
9. 請求項８に記載のガスタービン発電装置において、前記小物補機室を棚により複数の小物補機室に仕切ると共に、これらの複数の小物補機室に冷却空気を直列に流すように前記棚に開口部を形成したガスタービン発電装置。
10. 請求項１に記載のガスタービン発電装置において、前記エンジンコアの吸気側の燃焼用空気流路に吸気サイレンサを設置し、前記吸気サイレンサのダクト内部を仕切り板により複数の燃焼用空気流路部に分割して各燃焼用空気流路部の経路長に差を設けたガスタービン発電装置。
11. 請求項１０に記載のガスタービン発電装置において、前記吸気サイレンサのダクトを略直角に曲げると共に、前記ダクトの分割された燃焼用空気流路部の内部両側に吸音体を設けると共に、この両吸音体の表面を対応する凹凸形状として両吸音体間の距離をほぼ同一としたガスタービン発電装置。
12. ガスタービン発電装置のエンジンコアの燃焼用空気流路に設置され、
    前記燃焼用空気流路を構成するダクトを略直角に曲げて形成すると共に、
    前記ダクトの音源に対する下流側を仕切り板により二つの燃焼用空気流路部に分割して各燃焼用空気流路部の経路長に差を設け、
    前記ダクトの分割された燃焼用空気流路部の内部両側に吸音体を設けると共に、この両吸音体の表面を対応する凹凸形状として両吸音体間の距離をほぼ同一としたガスタービン発電装置用消音装置。
13. タービン、圧縮機及び発電機を同一軸上に設置したエンジンコアと、
    前記圧縮機で圧縮された燃焼用空気を燃焼させて前記タービンに供給する燃焼器と、
    前記エンジンコアの軸受部に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置、及び前記発電機のステータの冷却剤を供給する冷却剤供給装置と、
    軸受及び発電機を経由した潤滑剤及び冷却剤を放熱させるラジエータと、
    該ラジエータに冷却空気を導く冷却ファンと、
    前記発電機で発電した電力を商用周波数に変換する電力変換器と、
    これらの構成要素を収納する筐体を備え、
    前記圧縮機、前記燃焼器及び前記タービンを通る燃焼用空気流路と、前記冷却ファンによって筐体内に引き込まれる冷却空気の空気流路とを、吸気から排気に至るまで互いに独立にした流路に形成したことを特徴とするガスタービン発電装置。
14. 請求項１３に記載のガスタービン発電装置において、
    前記筐体内を仕切り板により上部空間と下部空間とに仕切り、前記上部空間に前記エンジンコアを配置すると共に、前記上部空間を発電機と圧縮機の境に仕切り板を設置して前後二つの空間に分割し、前記下部空間に前記冷却ファンを配置し、前記筐体内引き込み空気の吸気口を前記筐体の上部の発電機が設置される空間の側面上部に、排気口を前記筐体の圧縮機及びタービンが設置される空間の天井面に形成したことを特徴とするガスタービン発電装置。
15. 請求項１４に記載のガスタービン発電装置において、
    前記下部空間に前記電力変換器、前記ラジエータ、前記ラジエータファンを配置し、前記上部空間内の発電機、前記下部空間内の電力変換器、前記ラジエータ、前記冷却ファンの順に、筐体内引き込み空気が流れるように、筐体内引き込み空気流路を形成したことを特徴とするガスタービン発電装置。
16. 請求項１３に記載のガスタービン発電装置において、
    電力変換器の構成部品であるパワートランジスタを水冷にしたことを特徴とするガスタービン発電装置。
17. 請求項１３に記載のガスタービン発電装置において、
    電力変換器の構成部品のリアクトルまたはトランスをラジエータの上流側直前に配置したことを特徴とするガスタービン発電装置。
18. 請求項１３に記載のガスタービン発電装置において、
    電力変換器の構成部品であるリアクトルまたはトランスを前記冷却ファンの下流に設置したことを特徴とするガスタービン発電装置。
    

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