JP2016098783A - 水素ガスタービン用のエンクロージャ - Google Patents

Abstract

【課題】水素ガスの漏洩時に、迅速に水素ガスの漏洩を検知することができる水素ガスタービン用のエンクロージャを提供する。【解決手段】水素ガスタービン用のエンクロージャは、水素ガスを燃料として又は燃料の一部として利用する水素ガスタービンを内部に収容するエンクロージャであって、水素ガスタービンは、水素ガス供給配管を介してエンクロージャの外部から水素ガスを供給され、水素ガスタービン及び水素ガス供給配管の上方に配置された捕集部であって、漏洩した水素ガスを捕集する捕集空間を有し、捕集空間の水平面における断面積が上方にいくにつれて小さくなる捕集部と、捕集部に捕集された水素ガスを検知するための水素ガス検知器と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガスを燃料として又は燃料の一部として利用する水素ガスタービン用のエンクロージャに関する。

従来より、ガスタービンの作動時の騒音を防止する目的でガスタービンの周囲を覆う、ガスタービン用のエンクロージャが知られている。特許文献１には、内部にガスタービンを収容したエンクロージャが開示されている。このエンクロージャは、建屋内に設けられており、エンクロージャに設けた吸気口から建屋内の空気を吸気する。吸気された空気は、ガスタービンの圧縮機で圧縮され、圧縮された空気が燃焼器で燃料と共に燃焼され、タービンで膨張された後に、エンクロージャ外に排出される。

特開２００５−２４８７０６号公報

ところで、従来より陸上用ガスタービン燃料としては、天然ガスなどが多く使われているが、近年、低環境負荷やエネルギーセキュリティの観点から、水素ガスを燃料とした（例えば、天然ガスと水素の混合気体や水素ガスのみを燃料とした）ガスタービン（以下、「水素ガスタービン」という。）が注目されている。燃料としての水素ガスは、エンクロージャの外部から、水素ガス供給配管を介して、水素ガスタービンの燃焼器へと供給される。水素ガスは爆発限界範囲が広いため、エンクロージャ内で万一水素ガスが漏洩した場合に、迅速に水素ガスの漏洩を検知する必要がある。

そこで、本発明は、水素ガスの漏洩時に、迅速に水素ガスの漏洩を検知することができる水素ガスタービン用のエンクロージャを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の水素ガスタービン用のエンクロージャは、水素ガスを燃料として又は燃料の一部として利用する水素ガスタービンを内部に収容するエンクロージャであって、前記水素ガスタービンは、水素ガス供給配管を介して前記エンクロージャの外部から水素ガスを供給され、前記水素ガスタービン及び前記水素ガス供給配管の上方に配置された捕集部であって、漏洩した水素ガスを捕集する捕集空間を有し、前記捕集空間の水平面における断面積が上方にいくにつれて小さくなる捕集部と、前記捕集部に捕集された水素ガスを検知するための水素ガス検知器とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、エンクロージャの内部の水素ガスタービン又は水素ガス供給配管から水素ガスが万一漏洩した場合に、漏洩した水素ガスは空気より軽いために上方の捕集部の捕集空間へと移動する。捕集部は、水平面における断面積が上方にいくにつれて小さくなっている捕集空間を有しているため、例えば水素ガスが漏洩され始めた直後で漏洩された水素ガスが少量であっても、捕集部の上方に向かうにつれて水素濃度が大きくなり、水素ガス検知器で検知しやすい。このため、水素ガスの漏洩時に、迅速に水素ガスの漏洩を検知することができる。

上記の水素ガスタービン用のエンクロージャにおいて、前記捕集部は、前記エンクロージャの天井壁を構成する少なくとも一つの傾斜壁を含んでもよい。この構成によれば、エンクロージャの形状により水素ガスを捕集することができる。

上記の水素ガスタービン用のエンクロージャにおいて、前記捕集部は、前記捕集空間を形成する、前記エンクロージャの天井壁又は側壁に支持されたドーム状又は錐台状の部材を含んでもよい。この構成によれば、どのような形状のエンクロージャにも適用することができる。また、水素ガスが漏洩しやすそうな箇所に捕集部を配置させて、局所的に水素ガスの漏洩を迅速に検知させることが可能である。

上記の水素ガスタービン用のエンクロージャは、前記捕集部で捕集された水素ガスを前記エンクロージャの外部に排気するための水素ガス排出配管を更に備えてもよい。この構成によれば、漏洩した水素ガスをエンクロージャの外部に排気することができる。

上記の水素ガスタービン用のエンクロージャにおいて、前記エンクロージャの内部から外部へと送風するための送風機であって、前記水素ガス検知器により水素ガスが検知された場合に送風量を増加するように制御される送風機を更に備えてもよい。この構成によれば、送風機の送風量が増加することにより、漏洩した水素ガスをエンクロージャの外部に迅速に排気することができる。

上記の水素ガスタービン用のエンクロージャは、前記水素ガス排出配管に不活性ガスを導く不活性ガス導入配管を更に備えてもよい。この構成によれば、水素ガス排出配管を介して水素ガスを排気する際に、不活性ガスを水素ガスに混合して排気するため、水素ガス排出配管から排気されるガスの爆発を防ぐことができる。

上記の水素ガスタービン用のエンクロージャは、前記不活性ガス導入配管に設けられた、前記不活性ガス導入配管を開閉するための不活性ガス用開閉機構を更に備え、前記不活性ガス用開閉機構は、前記水素ガス検知器により水素ガスが検知された場合に前記不活性ガス供給配管を開くように制御されてもよい。

本発明によれば、水素ガスの漏洩時に、迅速に水素ガスの漏洩を検知することができる水素ガスタービン用のエンクロージャを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るエンクロージャの模式的な側面断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンクロージャの模式的な上面断面図である。 本発明の第２実施形態に係るエンクロージャの模式的な側面断面図である。 本発明の第２実施形態に係るエンクロージャの模式的な上面断面図である。

（第１実施形態）
以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る水素ガスタービン用のエンクロージャ１０を説明する。

エンクロージャ１０は、建屋（図示せず）内に設けられており、水素ガスタービン２０を内部に収容する。エンクロージャ１０は、水素ガスタービン２０に空気を取り入れるための吸気ダクト３１と、水素ガスタービン２０から排気されたガスをエンクロージャ１０の外部に排出するための排気ダクト３２を有する。また、エンクロージャ１０は、エンクロージャ１０の外部に設けられた水素ガス供給システム（図示せず）から水素ガスタービン２０へ、燃料としての水素ガスを導く水素ガス供給配管２４を有する。

水素ガスタービン２０は、吸気ダクト３１を介して取り入れた空気を圧縮するための圧縮機２１と、圧縮された空気を燃料である水素ガスと共に燃焼させる燃焼器２２と、燃焼器２２から出た高温高圧ガスを膨張させてトルクを得るタービン２３とを含む。燃焼器２２は、水素ガス供給配管２４に接続されている。タービン２３で得られたトルクは、例えば、エンクロージャ１０内に配置された発電機（図示せず）の駆動に利用される。水素ガスタービン２０は、水素ガスのみを燃料として利用するものであってもよく、また、例えば天然ガスと水素の混合気体などを燃料とする、燃料の一部として水素ガスを利用するものであってもよい。

エンクロージャ１０は、平面視方形状の底部１６を含み、水素ガスタービン２０は、圧縮機２１、燃焼器２２及びタービン２３が、底部１６の長手方向に沿って配置されるように底部１６に載置される。また、エンクロージャ１０は、底部１６のまわりに立設された、水素ガスタービン２０の圧縮機２１側に位置する前壁１１、水素ガスタービン２０のタービン２３側に位置する後壁１２、前壁１１及び後壁１２のそれぞれの端部と接続された側壁１３，１４を含む。また、エンクロージャ１０は、前壁１１、後壁１２、側壁１３，１４のそれぞれの上側端部と接続された天井壁１５とを含む。底部１６、前壁１１、後壁１２、側壁１３，１４及び天井壁１５は、エンクロージャ１０における水素ガスタービン２０を収容する空間を構成する。

吸気ダクト３１は、天井壁１５を貫通しており、水素ガスタービン２０を収容する空間の外部に、すなわちこの実施形態ではエンクロージャ１０の外部に、吸気口３１ａを有する。吸気口３１ａは、吸気消音器、吸気冷却器、吸気フィルタなど（何れも図示せず）に接続されていてもよい。

また、排気ダクト３２は、後壁１２を貫通しており、エンクロージャ１０の外部に排気口３２ａを有する。排気ダクト３２は、タービン２３から出た排ガスを建屋外に排気されるように、建屋外まで延びていてもよい。

例えば、エンクロージャ１０の前壁１１には、換気口１１ａが設けられる。換気口１１ａは、後壁１２、側壁１３，１４及び天井壁１５のいずれに設けられていてもよい。

さらに、エンクロージャ１０は、水素ガスタービン２０又は水素ガス供給配管２４から水素ガスが万一漏洩した場合に、漏洩した水素ガスを捕集するための捕集部４０を備える。また、エンクロージャ１０は、捕集部４０に捕集された水素ガスを検知するための水素ガス検知器５１を備える。

捕集部４０は、水素ガスタービン２０及び水素ガス供給配管２４の上方に配置される。水素ガスは漏洩すると、空気より軽いために、上方へと移動する。捕集部４０は、上方へと移動してきた水素ガスを捕集する捕集空間Ｓａを有する。この実施形態では、捕集部４０は、天井壁１５と、後壁１２の上部と、天井壁１５及び後壁１２の上部で形成された略角錐台形状の捕集空間Ｓａを有する。すなわち、捕集空間Ｓａは、エンクロージャ１０における水素ガスタービン２０が収容された空間の上部である。

捕集部４０を構成する天井壁１５は、水素ガスを捕集する捕集空間Ｓａの水平面における断面積が、上方にいくにつれて小さくなるように傾斜している。また、水素ガス検知器５１は、捕集空間Ｓａの上部付近に配置される。

捕集空間Ｓａの水平面における断面積が上方にいくにつれて小さいため、捕集空間Ｓａの水素ガスが捕集される領域が上方にいくにつれて小さくなる。このため、捕集空間Ｓａの上部付近に配置された水素ガス検知器５１により、水素ガスが漏洩され始めた直後で漏洩された水素ガスが少量であっても、迅速に水素ガスを検知することができる。

この実施形態では、天井壁１５は、水平面に対して傾斜の度合いが異なる第１テーパー部１８と第２テーパー部１９で構成される。第１テーパー部１８は、方形状である前壁１１及び側壁１３，１４の上端部とそれぞれ接続された、連続する３つの台形状の傾斜壁１８ａから構成される。第２テーパー部１９は、第１テーパー部１８の３つの傾斜壁１８ａそれぞれの上端部とそれぞれ接続された、連続する３つの台形状の傾斜壁１９ａから構成される。第１テーパー部１８のそれぞれの傾斜壁１８ａは、互いに隣接する第２テーパー部１９のそれぞれの傾斜壁１９ａに比べて水平面に対して緩やかな角度で傾斜するように延びる。第２テーパー部１９の傾斜壁１９ａは、後述する水素ガス排出配管６１と接続する。

天井壁１５が上述のような構造であることにより、エンクロージャ１０の大型化を回避でき、スペースを有効に利用することができる。例えば、水平面に対してより緩やかに傾斜した傾斜壁１８ａを有する第１テーパー部１８の上方に、例えば吸気消音器、吸気冷却器、吸気フィルタなどを配置することができる。また、捕集空間Ｓａの上端付近を構成する第２テーパー部１９は水平面に対してより急な傾斜面を有するため、水素ガスが捕集空間Ｓａの上端付近に移動しやすくなる。このため、捕集空間Ｓａの上端付近で水素ガスを検知しやすくなる。

エンクロージャ１０は、捕集部４０で捕集された水素ガスをエンクロージャ１０の外部に排出するための水素ガス排出配管６１と、水素ガス排出配管６１に設けられた、エンクロージャ１０の内部から外部へと送風するための送風機６５を更に備える。また、エンクロージャ１０は、水素ガス検知器５１からの検知信号に応じて送風機６５の送風量を制御する制御装置５２を更に備える。

水素ガス排出配管６１は、捕集空間Ｓａの上端の上方に配置され、水素ガス排出配管６１の下端は、天井壁１５に連結されている。水素ガス排出配管６１は、建屋外まで延びており、天井壁１５に連結された端部とは反対側の端部に排出口を有する。

送風機６５は、通常、エンクロージャ１０の内部空間の熱を排出するために、所定の送風量でエンクロージャ１０の内部の空気を外部へ排気するように作動している。送風機６５は、水素ガス検知器により水素ガスが検知された場合には、通常作動時よりも送風量を増加させるように制御される。具体的には、水素ガス検知器５１で水素ガスが検知されると、水素ガス検知器５１から制御装置５２に検知信号が送られる。検知信号が送られた制御装置５２は、送風機６５の羽根車の回転数が通常作動時の回転数よりも増加するように送風機６５を制御する。送風機６５の送風量が増加することにより、漏洩した水素ガスをエンクロージャ１０の外部に迅速に排気することができる。

また、制御装置５２は、水素ガス検知器５１で水素ガスが検知されると、水素ガス供給配管２４の上流側にある水素ガス供給システムの水素ガスの吐出を停止させ、且つ、水素ガスタービン２０の稼働を停止させる。

エンクロージャ１０は、水素ガス排出配管６１に不活性ガスである窒素ガスを導く不活性ガス導入配管６３と、不活性ガス導入配管６３に設けられた、不活性ガス導入配管６３を開閉するための不活性ガス用開閉機構６４とを更に備える。不活性ガスは、窒素ガスに限定されず、例えばアルゴンなどでもよい。

不活性ガス導入配管６３は、その一方端が水素ガス排出配管６１に連結されており、その他方端は、窒素ガス供給システム（図示せず）に接続されている。

不活性ガス用開閉機構６４は、例えば開閉用ダンパである。不活性ガス用開閉機構６４は、シャッターでもよい。

不活性ガス用開閉機構６４は、水素ガス検知器５１により水素ガスが検知された場合に不活性ガス導入配管６３を開くように制御される。具体的には、水素ガス検知器５１で水素ガスが検知されると、水素ガス検知器５１から制御装置５２に検知信号が送られる。制御装置５２は、不活性ガス導入配管６３を開くように指示する開信号を不活性ガス用開閉機構６４に送り、不活性ガス用開閉機構６４が開状態となる。不活性ガス用開閉機構６４が開状態となることで、不活性ガス導入配管６３を介して、水素ガス排出配管６１に窒素ガスが導入される。水素ガス排出配管６１を介して水素ガスを排気する際に、窒素ガスを水素ガスに混合して排気するため、水素ガス排出配管６１から排気されるガスの爆発を防ぐことができる。

ただし、エンクロージャ１０は、不活性ガス用開閉機構６４を備えていなくてもよい。例えば、水素ガス検知器５１で水素ガスが検知されたときに、制御装置５２は、窒素ガス供給システムが窒素ガスを吐出し始めるように、窒素ガス供給システムに信号を出力するように構成されていてもよい。

以上説明したように、この実施形態に係るエンクロージャ１０では、エンクロージャ１０の内部の水素ガスタービン２０又は水素ガス供給配管２４から水素ガスが万一漏洩した場合に、漏洩した水素ガスは空気より軽いために上方の捕集部４０の捕集空間Ｓａへと移動する。捕集部４０は、水素ガスを捕集する捕集空間Ｓａの水平面における断面積が上方にいくにつれて小さくなっているため、例えば水素ガスが漏洩され始めた直後で漏洩された水素ガスが少量であっても、捕集部４０の上方に向かうにつれて水素濃度が大きくなり、水素ガス検知器５１で検知しやすい。このため、水素ガスの漏洩時に、迅速に水素ガスの漏洩を検知することができる。

また、この実施形態に係るエンクロージャ１０では、捕集部４０が、水平面に対して傾斜した傾斜壁１８ａ，１９ａで構成された天井壁１５を含み、この天井壁１５と後壁１２により水平面における断面積が上方にいくにつれて小さくなる捕集空間Ｓａが形成される。このため、エンクロージャ１０の形状により水素ガスを捕集することができる。

この実施形態では、天井壁１５は、水平面に対して傾斜の度合いが異なるテーパー部を２つ有し、各テーパー部は３つの傾斜壁部を有していたが、これらの個数に限定されず、捕集部４０は、エンクロージャ１０の天井壁１５を構成する少なくとも一つの傾斜壁を含んでいればよい。例えば、天井壁１５の全体が後壁１２から前壁１１に向かって下り勾配の傾斜壁であり、その傾斜壁と側壁１３，１４及び後壁１２の上部で捕集空間Ｓａが形成されていてもよい。あるいは、水素ガス排出配管６１の下端がエンクロージャ１０を平面視して中央付近に配置され、水素ガス排出配管６１の下端から前壁１１、後壁１２、側壁１３，１４へとそれぞれ延びる下り勾配の４つの傾斜壁で捕集空間Ｓａが形成されていてもよい。傾斜壁は、平面を有する壁部である必要はなく、例えば曲面を有してもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るエンクロージャついて、図３及び図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

この実施形態では、捕集部４０は、エンクロージャ１０の天井壁１５に支持された円錐台状の部材４２を含む。ただし、部材４２の形状はこれに限定されず、ドーム状又は角錐台状であってもよい。また、部材４２は、前壁１１、後壁１２、側壁１３，１４のいずれに支持されていてもよい。この部材４２により、漏洩して上方へと移動してきた水素ガスを捕集する捕集空間Ｓａが形成される。この実施形態では、捕集部４０は、部材４２と、部材４２により形成された略円錐台形状の捕集空間Ｓａを有する。

この実施形態でも、捕集部４０は、水素ガスタービン２０及び水素ガス供給配管２４の上方に配置されるが、特に、例えば水素ガスが漏洩しやすそうな箇所（例えば燃焼器２２と水素ガス供給配管２４の接続箇所）の上方に配置される。

水素ガス排出配管６１は、天井壁１５を貫通しており、捕集空間Ｓａの上端の上方に配置される。水素ガス排出配管６１の下端は、部材４２に連結されている。

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この実施形態に係るエンクロージャ１０では、どのような形状のエンクロージャにも適用することができる。また、水素ガスが漏洩しやすそうな箇所に捕集部４０を配置させて、局所的に水素ガスの漏洩を迅速に検知させることが可能である。

なお、この実施形態では、図３に示すように、天井壁１５は水平面に対して平行であるが、これに限定されず、傾斜壁を有していてもよい。また、第２実施形態と第１実施形態とを組み合わせてもよく、この場合、第２実施形態の捕集部で捕集することができなかった水素ガスを、第１実施形態の捕集部で捕集して、エンクロージャの外部へと排気することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

上記実施形態に係るエンクロージャ１０は、水素ガスタービン２０を収容する空間のみを有する構造であったが、これに限定されず、エンクロージャ１０は、別の空間を有するような構造であってもよい。例えば、天井壁１５の上方に別の空間を有するような構造であって、この空間に吸気ダクト３１の吸気口３１ａや吸気消音器、吸気冷却器、吸気フィルタなどが配置されていてもよい。また、エンクロージャ１０の天井壁１５の形状や水素ガス排出配管６１の配置は、上記実施形態に限定されない。エンクロージャ１０は、不活性ガス導入配管６３を備えていなくてもよく、また、水素ガス排出配管６１を備えていなくてもよい。上記実施形態では、送風機６５は水素ガス排出配管６１に設けられていたが、これに限定されず、エンクロージャ１０の前壁、側壁、後壁、天井壁のいずれに設けられていてもよい。あるいは、他の換気手段がある場合には、送風機６５は設けられていなくてもよい。

１０ エンクロージャ
１５ 天井壁
２０ ガスタービン
２４ 水素ガス供給配管
４０ 捕集部
５１ 水素ガス検知器
６１ 水素ガス排出配管
６３ 不活性ガス導入配管
６４ 不活性ガス用開閉機構
６５ 送風機

Claims (7)

1. 水素ガスを燃料として又は燃料の一部として利用する水素ガスタービンを内部に収容するエンクロージャであって、
   前記水素ガスタービンは、水素ガス供給配管を介して前記エンクロージャの外部から水素ガスを供給され、
   前記水素ガスタービン及び前記水素ガス供給配管の上方に配置された捕集部であって、漏洩した水素ガスを捕集する捕集空間を有し、前記捕集空間の水平面における断面積が上方にいくにつれて小さくなる捕集部と、
   前記捕集部に捕集された水素ガスを検知するための水素ガス検知器と、
   を備える、水素ガスタービン用のエンクロージャ。
2. 前記捕集部は、前記エンクロージャの天井壁を構成する少なくとも一つの傾斜壁を含む、請求項１に記載の水素ガスタービン用のエンクロージャ。
3. 前記捕集部は、前記捕集空間を形成する、前記エンクロージャの天井壁又は側壁に支持されたドーム状又は錐台状の部材を含む、請求項１に記載の水素ガスタービン用のエンクロージャ。
4. 前記捕集部で捕集された水素ガスを前記エンクロージャの外部に排気するための水素ガス排出配管を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素ガスタービン用のエンクロージャ。
5. 前記エンクロージャの内部から外部へと送風するための送風機であって、前記水素ガス検知器により水素ガスが検知された場合に送風量を増加するように制御される送風機を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素ガスタービン用のエンクロージャ。
6. 前記水素ガス排出配管に不活性ガスを導く不活性ガス導入配管を更に備える、請求項４又は５に記載の水素ガスタービン用のエンクロージャ。
7. 前記不活性ガス導入配管に設けられた、前記不活性ガス導入配管を開閉するための不活性ガス用開閉機構を更に備え、
   前記不活性ガス用開閉機構は、前記水素ガス検知器により水素ガスが検知された場合に前記不活性ガス供給配管を開くように制御される、請求項６に記載の水素ガスタービン用のエンクロージャ。
   
   
   

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