JP3769347B2 - ガスタ−ビン吸気冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンに吸気される空気を冷却するガスタービン吸気冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンの吸気冷却用コイルは一般に単一の系統に構成され、従って吸気冷却用コイルにも単一温度の冷水を供給して吸気を冷却するものが用いられている。
【0003】
なお、この種のものとして関連するものには例えば特開平2−78736号公報に記載されるものが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンの効率を向上させるための吸気冷却用の冷水供給源として、ガスタービンの排熱を駆動源にできる利便性、夏期の電力ピーク対策、および地球環境問題への配慮から最近、吸収式冷凍機を使用する例が増えてきている。しかしながら吸収式冷凍機は、内部に熱媒体として水を使用していることと、機内が大気圧以下で作動しているために、一般的に機械式の冷凍機に比べてサイズが大きくなってしまうために機器のコンパクト化が必要であり、さらにシステム全体としての高効率化が求められてきている。また、空気冷却器自体の小形化のニーズも高い。
【0005】
本発明の目的は、小形化及び高効率化を図ったガスタービン吸気冷却装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却装置に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機とを備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続する、ことによって達成される。
【0007】
また上記目的は、ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機と、これら吸収式冷凍機の吸収器及び凝縮器へ冷却水を送る手段を備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、この最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機から前記最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機へ冷却水を直列に流す、ことによって達成される。
【0008】
さらに上記目的は、ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機と、これら吸収式冷凍機の吸収器及び凝縮器へ冷却水を送る手段を備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、この最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機と前記最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機へ冷却水を並列に流す、ことによって達成される。
【0009】
上記構成により、次のように作用する。
ガスタービンの吸気冷却用コイルを複数個(例えば2個)に分割し、空気吸込側のコイルに高温(例えば9℃)の冷却用冷水を供給する吸収式冷凍機を接続し、ガスタービン吸気側のコイルに低温(例えば6℃)の冷却用冷水を供給する吸収式冷凍機を接続することにより、空気吸込側の高温の冷却用冷水を供給する冷凍機は、タービン吸気側の低温の冷却用冷水を供給する冷凍機に比べて蒸発器内部の蒸発温度が高くなる。従って冷凍機として熱をくみ上げる温度落差が小さくなる分、タービン吸気側の冷凍機に比べて小形、高効率化が可能となる。
【0010】
また、吸気冷却用コイルを複数個に分割し、温度の高い冷却用冷水を空気入口側(温度が高い空気側)に接続し、温度の低い冷却用冷水を空気出口側(温度の低い空気側)に接続することによって、空気と冷却用冷水との熱交換を対向流的にすることができ、冷却コイル全体の小形化が可能となる。
【0011】
すなわち、所定量の空気を所定温度まで冷却するために、1個のコイルと1台の冷凍機を用いて冷却するのに対して、本発明のように、吸気冷却用のコイルおよび冷凍機を各々2個以上に分割することによって、吸気冷却装置全体としてより小形、高効率化が可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施例を図1、図2により説明する。
図1は、ガスタービン吸気冷却装置の全体系統図である。ガスタービン1には燃料2が供給され、吸気冷却器4から外気3が吸気される。吸気冷却器4を通って温度の下った冷却空気5は燃料2の燃焼を助け、燃焼排気ガス6となる。吸気冷却器4は内部コイルが2個に分割されて2系統となっており、外気3側のコイル7には高温の冷却水、例えば9℃の冷却用冷水9を供給する吸収式冷凍機11が接続され、ガスタービン吸気5側のコイル8には低温の冷却水、例えば6℃の冷却用冷水10を供給する吸収式冷凍機12が接続されている。
【0013】
一方、ガスタービン1からの排気ガス6は、排熱ボイラー13に接続され、ボイラー13で発生した蒸気14は、前記吸収式冷凍機11、12の駆動源として利用される。
【0014】
次に図2は、空気冷却器4及び吸収式冷凍機11、12の内部温度の状態を示したものである。
【0015】
吸気冷却器4内のコイルを2個に分割し2系統とすることによって、空気と冷却用冷水との熱交換が対向流的となり、コイル全体の小形化が可能となる。さらに、外気3側のコイル7に接続された吸収式冷凍機11の蒸発器内蒸発温度15の方が、ガスタービン1の吸気5側のコイル8に接続された吸収式冷凍機12の蒸発器内蒸発温度16よりも高くなる分、冷凍機として熱をくみ上げる温度落差が小さくなる。このため、冷凍機全体の大きさを小形にでき、さらに高効率化が可能となる。
【0016】
次に、本発明の第二の実施例を図3、図4により説明する。
図3は、ガスタービン吸気冷却装置の全体系統図である。ガスタービン1には燃料2が供給され、吸気冷却器4から外気3が吸気される。吸気冷却器4を通って温度の下った冷却空気5は燃料2の燃焼を助け、燃焼排気ガス6となる。吸気冷却器4は内部コイルが2個に分割されて2系統となっており、外気3側のコイル7には高温の冷却水、例えば9℃の冷却用冷水9を供給する吸収式冷凍機11が接続され、ガスタービン吸気5側のコイル8には低温の冷却水、例えば6℃の冷却用冷水10を供給する吸収式冷凍機12が接続されている。
【0017】
一方、ガスタービン1からの排気ガス6は、排熱ボイラー13に接続され、ボイラーで発生した蒸気14は、前記吸収式冷凍機11、12の駆動源として利用される。さらに冷却塔20を通って温度の下がった冷凍機用の冷却水21を、まず6℃の冷却用冷水10を供給する吸収式冷凍機12に接続し、次に9℃の冷却用冷水9を供給する吸収式冷凍機11に接続する。
【0018】
図4は、吸気冷却器4及び吸収式冷凍機11、12の内部温度の状態を示したものである。
【0019】
吸気冷却器4内のコイルを2個に分割し2系統とすることによって、空気と冷却用冷水との熱交換が対向流的となり、コイル全体の小形化が可能となる。さらに、外気3側のコイル7に接続された吸収式冷凍機11、及びガスタービン吸気5側のコイル8に接続された吸収式冷凍機12の空気冷却用冷水9、10と、冷凍機用の冷却水21とをが対向流的となるように組み合わせることにより、各吸収式冷凍機内部の蒸発温度15、16と、凝縮温度22、23との温度落差が、各吸収式冷凍機11、12で均一となり、無駄の無い熱交換が可能となる。このため、冷凍機全体の大きさを小形にでき、さらに高効率化が可能となる。
【0020】
次に、本発明の第三の実施例を図5、図6により説明する。
図5は、ガスタービン吸気冷却装置の全体系統図である。ガスタービン1には燃料2が供給され、吸気冷却器4から外気3が吸気される。吸気冷却器4を通って温度の下った冷却空気5は燃料2の燃焼を助け、燃焼排気ガス6となる。吸気冷却器4は内部コイルが2個に分割されて2系統となっており、外気3側のコイル7には高温の冷却水、例えば9℃の冷却用冷水9を供給する吸収式冷凍機11が接続され、ガスタービン吸気5側のコイル8には低温の冷却水、例えば6℃の冷却用冷水10を供給する吸収式冷凍機12が接続されている。
【0021】
一方、ガスタービン1からの排気ガス6は、排熱ボイラー13に接続され、ボイラー1で発生した蒸気14は、前記吸収式冷凍機11、12の駆動源として利用される。さらに冷却塔20を通って温度の下がった冷凍機用の冷却水21を、吸収式冷凍機11、12の各々に並列に接続する。
【0022】
図6は、吸気冷却器4及び吸収式冷凍機11、12の内部温度の状態を示したものである。
【0023】
吸気冷却器内のコイルを2個に分割し2系統とすることによって、空気と冷却用冷水との熱交換が対向流的となり、コイル全体の小形化が可能となる。さらに、外気3側のコイル7に接続された吸収式冷凍機11とガスタービン1の吸気5側のコイル8に接続された吸収式冷凍機12の各内部の蒸発温度15、16と、凝縮温度22、23との温度落差が、外気3側のコイル7に接続された吸収式冷凍機11の方が、ガスタービン吸気5側のコイル8に接続された吸収式冷凍機12に比べて小さくなることによって、その分高効率化が可能となる。
【0024】
図7はガスタ−ビン吸気冷却装置に二重効用の吸収式冷凍機を組み込んだ場合の全体系統図を示したものである。ガスタ−ビン50には燃料51、外気52より吸気冷却器53を通り温度の下がった冷却空気54及び燃焼排気ガス55の系統が接続されている。
【0025】
次に、吸気冷却器53は内部コイルが2個に分割されており、外気52側のコイル56には吸収式冷凍機57の蒸発器57aで例えば9℃に冷却された冷却用冷水58が、ポンプ59により供給され、コイル56を通って外気より熱を奪って温度が上昇した後には再び吸収式冷凍機57へ戻る。
【0026】
一方、ガスタ−ビン吸気54側のコイル60には吸収式冷凍機61の蒸発器61aで例えば6℃に冷却された冷却用冷水62がポンプ63により供給され、コイル60を通って外気より熱を奪って温度が上昇した後には再び吸収式冷凍機61へ戻る。
【0027】
次に、ガスタ−ビン50からの排気ガス55は、排熱ボイラ−64に供給され、ボイラ−で発生した蒸気65は吸収式冷凍機57の高温再生器57bと吸収式冷凍機61の高温再生器61bに供給され、各高温再生器57b、61bで凝縮しドレン水66となってポンプ67により再びボイラ−64に戻る。
【0028】
次に、冷却塔68で冷却された冷凍機用の冷却水69はポンプ70により吸収式冷凍機57の吸収器57c、凝縮器57dと吸収式冷凍機61の吸収器61c、凝縮器61dとに供給され、冷凍機から熱を奪った後温度が上昇し、再び冷却塔68に戻る。
【0029】
本実施例によれば、吸気冷却器の小形化が可能となることにともない、吸気冷却器に冷却用冷水を供給する吸収式冷凍機の小形化が可能となった。また、吸収式冷凍機の高効率化が可能となった。
【0030】
さらに、吸気冷却器に冷却用冷水を供給する吸収式冷凍機を複数個の系統に分割することにより、冷凍機が故障した場合でも、空気冷却能力が全くなくなることがなくなる。
【0031】
さらにまた、外気温度の状態により、冷凍機の一方のみを運転することによって、冷凍機の補機動力を半分にして運転することが可能となる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気冷却器の小形化が可能となることにともない、吸気冷却器に冷却用冷水を供給する吸収式冷凍機の小形化が可能となった。また、吸収式冷凍機の高効率化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン吸気冷却装置の第一の実施例の系統図である。
【図2】図1に示す実施例の温度状態説明図である。
【図3】本発明のガスタービン吸気冷却装置の第二の実施例の系統図である。
【図4】図3に示す実施例の温度状態説明図である。
【図5】本発明のガスタービン吸気冷却装置の第三の実施例の系統図である。
【図6】図5に示す実施例の温度状態説明図である。
【図7】本発明のガスタービン吸気冷却装置に吸収式冷凍機を組み入れた実施例の系統図であるる。
【符号の説明】
1、50…ガスタービン、
2、51…供給燃料、
3、52…外気、
4、53…吸気冷却器、
5、52…ガスタービン吸気、
6、55…ガスタービン排気ガス、
7、56…外気側空気冷却コイル、
8、60…ガスタービン吸気側空気冷却コイル、
9、10…空気冷却用冷水、
11、12…吸収式冷凍機、
13、64…排熱ボイラー、
14、65…ボイラー発生蒸気、
15、16…吸収式冷凍機蒸発器内冷媒蒸発温度、
20、68…冷却塔、
21…冷凍機用冷却水、
22、23…吸収式冷凍機凝縮器内冷媒凝縮温度、
57、61…吸収式冷凍機、
57a、61a…蒸発器、
57b、61b…高温再生器、
57c、61c…吸収器、
57d、61d…凝縮器。
Claims (10)
- ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機とを備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、
前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続することを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - 請求項1に記載のガスタ−ビン吸気冷却装置において、最も外気側に位置する空気冷却コイルから最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルに順次温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続することを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。
- ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機と、これら吸収式冷凍機の吸収器及び凝縮器へ冷却水を送る手段を備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、
前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、この最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機から前記最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機へ冷却水を直列に流すことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - 請求項3に記載のガスタ−ビン吸気冷却装置において、最も外気側に位置する空気冷却コイルから最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルに順次温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続することを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。
- ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機と、これら吸収式冷凍機の吸収器及び凝縮器へ冷却水を送る手段を備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、
前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、この最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機と前記最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機へ冷却水を並列に流すことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - 請求項5に記載のガスタ−ビン吸気冷却装置において、最も外気側に位置する空気冷却コイルから最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルに順次温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続することを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。
- ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機と、これら吸収式冷凍機の吸収器及び凝縮器へ冷却水を送る手段及び冷却水を冷却するための冷却塔を備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、
前記吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルを複数系統に分割し、最も外気側に位置する空気冷却コイルを最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、最もガスタービン側に位置する空気冷却コイルを最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機に接続し、この最も温度の低い冷水を送る吸収式冷凍機と前記最も温度の高い冷水を送る吸収式冷凍機へ流す前記冷却塔からの冷却水を並列にして流し、これら冷却水をそれぞれ吸収式冷凍機の吸収器から凝縮器へ流すことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - 請求項7に記載のガスタービン吸気冷却装置において、
吸収式冷凍機を二重効用の吸収式冷凍機とすることを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - ガスタ−ビンと、このガスタ−ビンの吸気する外気を冷却するための吸気冷却器と、この吸気冷却器に吸気される外気を冷却するために冷水を送る空気冷却コイルと、この空気冷却コイルへ冷水を送る吸収式冷凍機と、これら吸収式冷凍機の吸収器及び凝縮器へ冷却水を送る手段を備えるガスタ−ビン吸気冷却装置において、
前記吸気冷却器に吸気される外気に対し、この外気を冷却するための冷水を対向流に流すことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 - 請求項9に記載のガスタービン吸気冷却装置において、
外気を冷却するための冷水を複数の系統に分割してそれぞれの冷水を吸気冷却器に吸気される外気に対して対向流に流すことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。
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