JP2012163096A - 吸気システム用の水分分離装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンへと流れ込む空気から水分を分離するフィルタシステムにおいて、空気流から分離された水分が、空気流に再混入することを阻止する水分分離システムを提供する。
【解決手段】水分分離システム２０は、ガスタービン２２と動作可能に接続され、空気がそこを通ってガスタービン２２へと流れる開口８４を画定するハウジング８０を備える。水平に対して鋭角に配設された表面を有するフード１００が開口８４に隣接してハウジング８０に取り付けられる。フード１００に水分分離装置６０が配設され、分離された水分は下のフード１００上に送られ、フード１００から水分を回収する排水溝が、フードの縁部に隣接して配設され、さらに、排水溝、およびハウジングの開口８４から水を運び去る導管１８０が、排水溝と流体接続され、それによって分離された水分が、開口８４を通ってガスタービン２２へと流れる空気流に再混入することを阻止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、吸気システムに関する。特に、本発明は、吸気システムを通ってガスタービンへと流れ込む空気から水分を分離する（ｄｉｖｅｒｔ）装置および方法に関する。

ガスタービン吸気システムが、知られている。かかる既知のシステムの１つは、吸気流から微粒子を除去するフィルタのアレイを支持するハウジングを含む。ハウジングは、少なくとも１つの開口と、開口に隣接して配置されたフードとを有する。フード、またはフード近傍には、典型的には、吸気流から水分を除去する構造がある。かかる構造は、吸気流から水分を除去し、小水滴を形成する。これらの小水滴は、一般に、下にある別のフード上に落ち、地面に向かって流れる。

米国特許第７６３２３３９号明細書

かかる既知のガスタービンフィルタシステムでは、水分が吸気流に再混入し、ハウジングに入り、最終的にはガスタービンに入り込むことが許容される。水分は、ガスタービンの構成要素を損傷する恐れがある。したがって、吸気流に再混入し、ガスタービンへと流れ得る水分量を最小限に抑えるか、または排除する吸気システムの改良が求められている。

本発明は、空気流から分離された水分が、空気流に再混入することを阻止する、フィルタシステムの水分分離を実現する。本発明の一態様は、ガスタービン吸気口用の水分分離システムである。この水分分離システムは、ガスタービンと動作可能に接続され、空気がそこを通ってガスタービンへと流れる開口を画定するハウジングを備える。フードが、開口に隣接してハウジングに取り付けられる。このフードは、水平に対して鋭角に配設された表面を有する。そこを通って流れる空気から水分を分離する装置が、フードに対して配設される。分離された水分は、フード上に送られる。フードから水分を回収する排水溝が、フードの縁部に隣接して配設される。排水溝、およびハウジングの開口から水を運び去る導管が、排水溝と流体接続され、それによって分離された水分が、開口を通ってガスタービンへと流れる空気流に再混入することを阻止する。

本発明の別の態様は、ガスタービンへと流れる吸気から、水分を分離する方法である。この方法は、ガスタービンと動作可能に接続され、空気がそこを通ってガスタービンへと流れる開口を画定するハウジングを設けるステップを含む。フードが、開口に隣接してハウジングに取り付けられる。このフードは、水平に対して鋭角に配設された表面を有する。水分が、空気流から分離される。分離された水分が、水滴に凝集し、したがって水滴はフード上に落ちる。フードから水滴を回収する排水溝が、フードの縁部に隣接して配設される。水分が、排水溝と流体接続された導管を用いて、排水溝、およびハウジングの開口から運び去られ、それによって分離された水分が、開口を通ってガスタービンへと流れる空気流に再混入することを阻止する。

本発明の別の態様は、吸気システム用の水分分離構造である。この水分分離構造は、空気がそこを通って流れる開口を画定するハウジングを備える。フードが、開口に隣接してハウジングに取り付けられる。このフードは、水平に対して鋭角に配設された表面を有する。そこを通って流れる空気から水分を分離する装置が、フードの上に配設される。分離された水分は、空気流によって搬送することができない水滴に凝集し、したがって水滴はフード上に落ちる。フードから水分の水滴を回収する排水溝が、フードの最下縁部に隣接して配設される。排水溝、およびハウジングの開口から水を運び去る導管が、排水溝と流体接続され、それによって分離された水分が、開口を通って流れる空気流に再混入することを阻止する。

以下の本発明の詳細な説明を、添付の図面を参照しながら読めば、本発明のさらなる特徴が、本発明が関する技術分野の当業者には明白となろう。

ガスタービン吸気システムと共に使用される、本発明の一態様に従って構築された水分除去システムの、一部が断面を示す概略図である。 図１に示す水分除去システムのハウジングの概略斜視図である。 図１に示す水分除去システムのハウジングの、一部が断面を示す部分拡大図である。

本発明の一態様に従って構築された、ガスタービン２２の吸気をフィルタリングする吸気システム２０を、図１に示す。ガスタービン２２は、発電機２４に動力供給するなど、任意の所望の目的で使用することができる。ガスタービン２２は、吸気システム２０を通って流れる比較的大量の空気を使用する。空気流は、次いでガスタービン２２の圧縮機部分４０に送られ、点火され、ここで膨張したガスによって、ガスタービンのタービン部分４２を最終的に駆動する。大量の吸気は、好ましくは、ブレード、静翼、およびノズルなどのガスタービン２２の構成要素に対する損傷、および摩耗の早期化を防止するために、吸気システム２０内で微粒子、塩、および水分がフィルタリングされる。

本発明の様々な態様について、ガスタービン２２用の吸気システム２０に関して説明する。本発明の態様はまた、水分、および微粒子が望ましくない様々な他の用途にも適用可能であることが理解されよう。例えば、本発明の様々な態様は、内燃機関吸気システム、クリーンルーム吸気システム、暖房換気空調（ＨＶＡＣ）システム、病院ＨＶＡＣシステム、および空気圧縮機吸気システムなどの用途に応用可能である。

水分汚染は、海洋中、もしくは沖合の用途、または雨、霧、もしくは濃霧などの状態下など、特に湿度が比較的高い環境において特に問題となる。吸気システム２０を通って流れる空気が比較的湿潤である場合、こうした湿潤空気が吸気システム内に配置されたフィルタ媒体に押し寄せ、そのフィルタ媒体を通り抜けることがある。こうした水分を含んだ空気によって、ガスタービン２２の性能に重大な問題が生じることがあり、また、ガスタービンの構成要素が損傷する恐れがある。

吸気システム２０を通って流れる空気から水分を分離し、吸気システムを通って流れる空気に水分が再混入するのを阻止することは、本発明の少なくとも１つの態様によって対処される特定の課題である。小雨、霧、および濃霧によって、非常に小さい水分の小水滴が生成され、こうした小水滴は、ガスタービン２２の吸気など、高速に移動する空気流で容易に搬送されることが周知である。一般に、豪雨では、水滴が比較的大きく、空気流で容易に搬送することができない。しかし、高速に移動する空気によって、最も重く、かつ最も大きい雨滴からでさえも、水分が幾分か分離されることがある。

本発明の一態様によれば、吸気システム２０に関して、水分除去、および水分分離の改善が実現される。例示の吸気システム２０は、典型的には、第１の段または水分除去装置６０（図１および３）と、水分除去装置から下流に配置された第２の段または主フィルタ６２とを含む。本発明の範囲から逸脱することなく、他の段、および装置も使用することができることは明白であろう。管路６４が、吸気システム２０からフィルタリングされた空気をガスタービン２２に送る。

吸気システム２０は、チャンバ８２を画定するハウジング８０を含む。ハウジング８０は、空気がそこから流れ込む入口として働く複数の開口８４（図３）を有する。ハウジング８０は、金属フレーム、および金属シートなど、適切な任意の材料で構築される。ハウジング８０は、比較的小さいフットプリントを有するように構築することができる。この比較的小さいフットプリントは、水分除去の大部分が、ハウジング８０の外部で実施されるため、空気流から分離された水分を回収する領域をチャンバ８２に設ける必要がないことから得られる。

吸気は、水分除去装置６０、および開口８４を通ってハウジング８０に入る。ハウジング８０は、主空気フィルタ６２を支持する。主フィルタ６２は、主に、ガスタービン２２に有害となり得る微粒子を吸気から除去する働きをする。主フィルタ６２は、適切な任意の構成のものでよいが、Ｖ形セルフィルタアセンブリのアレイとして例示してある。主フィルタ６２は、使用される用途、および環境に合わせて選択された適切な任意の材料から作製される。それだけに限られるものではないが、ポケット、パネル、カートリッジ、および／またはバッグなど、適切な任意のフィルタ構成を主フィルタ６２として使用することができることが理解されよう。

主フィルタ６２は、好ましくは、粒子状物質に対して比較的高いフィルタリング効率を有する。主フィルタ６２は、適切な任意の構成のものでよく、また、適切な任意の媒体から作製することができる。例えば、６５〜７５％の範囲、または６５％を超える濾過効率を有する主フィルタ６２を使用することができる。

複数のフード１００が、ハウジングのそれぞれの開口８４に隣接し、かつそれらの開口８４の少なくとも一部分を被覆して、ハウジング８０に取り付けられる。各フード１００は、水平に対して鋭角に配設された、上方に面する表面を有する。この向きによって、空気流がまず上方方向に進むことになる。フード１００の向きはまた、豪雨または雪に見舞われた際に、比較的大きい水分の水滴を吸気流から遠ざける働きをする。

フード１００はまた、好ましくは、空気流が水分除去装置６０を通って流れるように仕向ける比較的閉じた構造を形成する、対向して面した１対の側部１０２を有する。図１および２で見えるように、最上にあるフードを除いて、水分除去装置６０はそれぞれ、それぞれのフード１００の上に支持されている。水分除去装置６０は、羽根、デミスタ、ポケットフィルタ、バッグ、カートリッジなどの機械的な分離器など、適切な任意の形のものでよい。それだけに限られるものではないが、ステンレス鋼、またはプラスチックなど、適切な任意の材料を用いて、水分除去装置６０を支持することができる。

水分除去装置６０の向きは、例示の目的で示した図１および３の向きとは異なってもよいことがさらに理解されよう。いずれにせよ、水分除去装置６０は、水分除去装置を通って流れる空気流に対する作用は最小限に抑えながらも、空気流からできる限り多くの水分を除去することが望ましい。

各水分除去装置６０は、疎水性のフィルタ媒体を備えたポケットフィルタの形でよい。かかるフィルタ媒体の１つに、ポリプロピレン繊維材料１００％の単一層がある。ポリプロピレン繊維およびポリエステル繊維の混合物、および熱融着ポリプロピレンまたはポリエステルの二成分繊維（およびその混合物）など、他の適切な材料も使用することができることが理解されよう。媒体は不織、エアレイド、カード、またはニードルパンチ処理されたものでよい。媒体は、好ましくは、約４ｍｍ（０．１５７インチ）から１８ｍｍ（０．７０９インチ）の範囲の平均厚さを有する。繊維材料が本質的に疎水性でない場合、繊維をコーティングして、媒体に疎水性を付与する。

水分除去装置６０は、豪雨または小雨、霧または濃霧の形であれ、予備フィルタを通って流れる空気から水分の小水滴を分離することが可能なフィルタ媒体から作製される。分離された水分の小水滴は、水分除去装置６０の外面に集まる。分離された水分の小水滴は、比較的大きい水滴１２０（図３）に凝集する。水滴１２０は、吸気流によって搬送することができない寸法および質量を有する。水滴１２０は、下のフード１００上に落ち、フード１００の上方に面する表面を流れ落ちる水流１４０または一面の水となって、吸気流から離れて送られる。

水流１４０は、フード１００の最下縁部へと流れる。水流１４０は、フード１００の最下縁部に取り付けられた排水溝１６０に回収される。排水溝１６０は、好ましくは、３面が閉じ、第４の上方に面した領域が開いている、開いたＵ形チャネルの形である。排水溝１６０は、適切な任意の材料から作製することができ、金属またはプラスチック押出しのＵ形状など、適切な任意の構成でよい。排水溝１６０は、フード１００の側部１０２に向けて横方向外方に流れるように、少なくとも僅かに下方に角度が付いた一部分を有する。排水溝１６０は、分離された水流１４０を回収し、回収された水を、フード１００の側部１０２に向けて横方向に、フードの最下縁部に沿って送る。排水溝１６０の深さは、排水溝の水がほとんど、または全く、フード１００およびハウジング８０内に流れ込む空気流に取り込まれる、または再混入することが確実にないように選択される。

吸気システム２０はまた、外側フード１００の側部１０２の最下縁部に配置された複数の導管１８０を含む。各導管１８０は、それぞれの排水溝１６０と流体接続されて、排水溝、フード１００、およびハウジング８０の開口８４から水を運び去る。上記によって、分離された水分が、フード１００、およびハウジング８０の開口８４を通ってガスタービン２２へと流れる空気流に再混入することが阻止される。導管１８０は、好ましくは、管の形で閉じている。導管１８０は、金属またはプラスチックなど、適切な任意の材料で作製することができる。導管１８０は、好ましくは、それぞれの排水溝１６０と流体接続する位置である、導管１８０の第１の端部から僅かに下方に角度が付いている。

導管１８０はまた、反対側の第２の端部で、主導管または縦樋１８２と流体接続されている。上記によって、分離された水分が、フード１００、およびハウジング８０の開口８４を通ってガスタービン２２へと流れる空気流に再混入することがさらに確実に阻止される。縦樋１８２は、好ましくは、管の形で閉じ、かつ導管１８０よりも僅かに大きい寸法のものである。縦樋１８２は、金属またはプラスチックなど、適切な任意の材料で作製することができる。縦樋１８２は、実質的に下方方向に延びる。縦樋１８２は、実質的に垂直方向に延びるとして例示してあるが、縦樋は、適切な任意の角度で配設することができることは明白であろう。

縦樋１８２は、好ましくは、貯蔵位置１８４（図２）と流体接続される。貯蔵位置１８４は、好ましくは、水分が、フード１００、およびハウジング８０の開口８４を通ってガスタービン２２へと流れる空気流に再混入することを確実に阻止するように、吸気システム２０から十分離して配置される。貯蔵位置１８４は、恒久的もしくは一時的なタンク、貯蔵器、リサイクル施設、または溜池など、適切な任意の形のものでよい。

一般に、水分が吸気システム２０のハウジング８０に再混入しないように分離する方法は、吸気流を水分分離装置６０に送るステップを含む。水分は、水分分離装置６０によって、吸気流から分離される。分離された水分１２０は、フード１００の角度が付いた表面を流れ落ち、フードの縁部に隣接して配設された排水溝１６０に回収される。分離された水分は、排水溝１６０の少なくとも一端部に流れる。次いで、分離された水分は、排水溝と流体接続された導管１８０を用いて、排水溝１６０、およびハウジング８０の開口８４から運び去られる。その後、縦樋１８２が、分離された水分を、フード１００、およびハウジング８０に入る空気流からさらに離して送る。上記によって、分離された水分が、ハウジング８０の開口８４を通ってガスタービン２２へと流れる空気流に再混入することが阻止される。水分のない吸気がフード１００の内部に流れ込み、次いで、ハウジング８０の入口開口８４を通ってチャンバ８２内に流れ込む。その後、空気は、主フィルタ６２を通り抜けて流れて、微粒子が除去される。空気は、管路６４を通って吸気システム２０から出て、ガスタービン２２へと流れる。

本発明の少なくとも１つの態様の上記説明から、当業者には、改良形態、変更形態、および改変形態が認識されよう。当技術分野におけるかかる改良形態、変更形態、および改変形態は、添付の特許請求の範囲に包含されるものである。

２０ 吸気システム
２２ ガスタービン
２４ 発電機
４０ 圧縮機部分
４２ タービン部分
６０ 水分除去装置
６２ 主フィルタ
６４ 管路
８０ ハウジング
８２ チャンバ
８４ 開口
１００ フード
１０２ 側部
１２０ 水滴
１４０ 水流
１６０ 排水溝
１８０ 導管
１８２ 縦樋
１８４ 貯蔵位置

Claims (15)

1. ガスタービン吸気口用の水分分離システムであって、
   ガスタービンと動作可能に接続され、空気がそこを通って前記ガスタービンへと流れる開口を画定するハウジングと、
   前記開口に隣接して前記ハウジングに取り付けられたフードであって、水平に対して鋭角に配設された表面を有するフードと、
   前記フードに対して配設された装置であって、前記装置を通って流れる空気から水分を分離し、それによって分離された水分が、前記フード上に送られる、装置と、
   前記フードの縁部に隣接して配設され、前記フードから水分を回収する排水溝と、
   前記排水溝と流体接続され、前記排水溝、および前記ハウジングの前記開口から水を運び去り、それによって分離された水分が、前記開口を通って前記ガスタービンへと流れる前記空気流に再混入することを阻止する、導管と
   を備える、水分分離システム。
2. 前記排水溝が、前記フードの最下縁部に配置される、請求項１記載の水分分離システム。
3. 前記排水溝が、チャネル形状の断面を有し、前記チャネルの開いた部分を介して前記フードから水分を受け取る、請求項１記載の水分分離システム。
4. 前記導管が、閉じた管形状の断面を有する、請求項１記載の水分分離システム。
5. 前記装置が、疎水性材料から作製された予備フィルタの形である、請求項１記載の水分分離システム。
6. 閉じられた側部をさらに含む、請求項１記載の水分分離システム。
7. 前記装置および前記開口が、前記フードの上に配置される、請求項１記載の水分分離システム。
8. ガスタービンへと流れる吸気から、水分を分離する方法であって、
   ガスタービンと動作可能に接続され、空気がそこを通って前記ガスタービンへと流れる開口を画定するハウジングを設けるステップと、
   前記開口に隣接して前記ハウジングに取り付けられたフードであって、水平に対して鋭角に配設された表面を有するフードを設けるステップと、
   前記空気流から水分を分離するステップと、
   分離された水分を水滴に凝集し、したがって前記水滴が前記フード上に落ちるステップと、
   前記フードの縁部に隣接して配設され、前記フードから水分の水滴を回収する排水溝を設けるステップと、
   前記排水溝と流体接続された導管を用いて、前記排水溝、および前記ハウジングの前記開口から水分を運び去り、それによって分離された水分が、前記開口を通って前記ガスタービンへと流れる前記空気流に再混入することを阻止するステップと
   を含む、方法。
9. 排水溝を設ける前記ステップが、前記排水溝を前記フードの最下縁部に配置するステップを含む、請求項８記載の方法。
10. 排水溝を設ける前記ステップが、チャネル形状の断面を有し、前記チャネルの開いた部分を介して前記フードから水分の水滴を受け取る排水溝を設けるステップを含む、請求項８記載の方法。
11. 前記排水溝から水分を運び去る前記ステップが、閉じた管形状の断面を有する前記導管を含む、請求項１０記載の方法。
12. 吸気システム用の水分分離構造であって、
    空気がそこを通って流れる開口を画定するハウジングと、
    前記開口に隣接して前記ハウジングに取り付けられたフードであって、水平に対して鋭角に配設された表面を有するフードと、
    前記フードの上に配設された装置であって、前記装置を通って流れる空気から水分を分離し、それによって分離された水分が、前記空気流によって搬送することができない水滴に凝集し、したがって前記水滴が前記フード上に落ちる、装置と、
    前記フードの最下縁部に隣接して配設され、前記フードから水分の水滴を回収する排水溝と、
    前記排水溝と流体接続され、前記排水溝、および前記ハウジングの前記開口から水を運び去り、それによって分離された水分が、前記開口を通って流れる前記空気流に再混入することを阻止する、導管と
    を備える、水分分離構造。
13. 前記装置が、実質的に垂直方向に延びる少なくとも１つのポケットフィルタの形である、請求項１２記載の水分分離構造。
14. 前記装置が、フィルタ媒体の形である、請求項１２記載の水分分離構造。
15. 前記装置の前記媒体が、少なくとも部分的に疎水性材料から作製される、請求項１４記載の水分分離構造。

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