JP4309583B2 - 水溶性物質の通過を妨げるフィルタ構造及び濾過方法 - Google Patents
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Description
<発明の分野>
本発明はエアフィルタシステムに関する。適用例としは、 ガスタービンシステムの取入空気流において使用されるエアフィルタに関する。詳細な適用例としては、湿気及び/又は塩の通過を妨げるように構成されたガスタービンシステムに適用されるフィルタ構造に関する。また、そのような効果を達成する濾過方法も提供される。
<発明の背景>
本発明は、多様な適用例が考えられるが、ガスタービンのフィルタシステムに使用するために開発されたものである。従来、単段階式の自己清浄型エアーフィルタが知られている。商業的に入手可能なそのようなシステムとしては、ミネソタ州ミネアポリスのドナルドソンカンパニーインコーポレイテッドから入手可能なドナルドソンGDX(商標)パルス清浄化フィルタシステムがある。図1は、ドナルドソンGDXパルス清浄化フィルタシステム20の概略を示した断面図である。
【0002】
図1を参照して、システム20は、空気入口部22と空気出口側23とを有するチャンバ21を含む。空気は、空気入口部22に沿って垂直方向に間隔を置いて配置された、複数の入口側フード26を通ってチャンバ21に入る。入口フード26は、雨、 雪および太陽の影響からシステム20の内部のフィルタを保護するために機能する。また、入口フード26は、入口フード26に入る空気が、最初に、矢印27によって示すように上向きとなり、その後、矢印29によって示すように偏向板28によって下向きに偏向されるように構成されている。空気が最初に上向きに移動することにより、その空気流からの粒状物や湿気が、入口フード26の下側の領域30に付着又は蓄積することとなる。これに続く空気の下向きの移動は、チャンバ21内のゴミを、チャンバ21の底に配置されたゴミ収集ホッパー32の方へ、下方へ押し進めることとなる。
【0003】
システム20のチャンバ21は、隔壁38によって、上流側容積部34と下流側容積部36とに分割されている。上流側容積部34は、概して、空気清浄システム20の「汚い空気の区域」となり、下流側容積部は、概して、システム20の「清浄化された空気の区域」となる。隔壁38は、空気が上流側容積部34から下流側容積部36まで流れるように、複数の穴40を画定している。各穴40は、チャンバの上流側容積部34に配置されたエアフィルタ42又はフィルタカートリッジによって覆われている。フィルタ42は、上流側容積部34から下流側容積部36に流れる空気が、穴40を通過する前に、フィルタ42を通るように構成されている。
【0004】
図示した特定のフィルタ構造では、各エアフィルタ42は、1対のフィルタエレメントを含む。例えば、各エアフィルタ42は、円筒状エレメント44と、いくらか先端が欠けた円錐状のエレメント46と、を含む。先端が欠けた円錐状の各エレメント46は、直径が大きい端部と、直径が小さい別の端部と、を含む。各フィルタ42の円筒状エレメント44と先端が欠けた円錐状のエレメント46とは、共通軸上に配置され、また、シールがされた状態で、各円錐状エレメント46の小さい直径の端部が円筒状エレメント44の一つに取り付けられて、端部間が接続されている。先端が欠けた円錐状の各エレメント46の大きな直径の端部は、対応する穴40の回りに環状のシールが形成されるように、隔壁38に取り付けられている。各フィルタ42は、対応する穴40と共通軸上に配置され、また、略水平方向の長手方向の軸を有する。
【0005】
概して、濾過の間、空気は、エアフィルタ42を径方向に通って、上流側容積部34からフィルタ42の内部室48に向けられる。濾過後、空気は、 内部室48から穴40を経由して隔壁38を通り、下流側の清浄化された空気の容積部36へ流れる。その後、清浄化された空気は、穴50を通って、下流側容積部36から図示しないガスタービンの取入口へ出される。
【0006】
隔壁38の各穴40は、下流側容積部36に取り付けられたパルスジェット空気清浄器52を含む。パルスジェット空気清浄器52は、定期的に、 関連するエアフィルタ42を通って、空気のパルスジェットを逆に向けるように作動する。これにより、フィルタエレメントの内部室48から、エアフィルタ42のフィルタ媒体内又は媒体上に捕らえられた粒状物が、ぱらぱら落ちるか、或いは、除去される。パルスジェット空気清浄器52は、フィルタから下部ホッパ32へゴミの粒状物を飛来させて除去するために、チャンバ21の上方から下方へ向かって連続して作動され得る。
【0007】
図1に示したような装置は、より大きな場合もあり得る。そのような装置で使用される一対のフィルタには、一般に、長さ約26インチ、直径約12.75インチの円筒状フィルタと、長さ約26インチ、小さい側の直径約12.75インチ、大きい側の直径約17.5インチの先端が欠けた円錐状のフィルタと、が含まれる。そのような装置は、例えば、8000乃至120万立方フィート/分(cfm)オーダの空気の流通が要求されるガスタービンシステムへの取入空気を濾過するために、使用される場合が考えられる。
【0008】
図1を参照して上述したような装置には、多様な形式のフィルタエレメントが採用されている。例えば、ドナルドソンカンパニーインコーポレイテッドは、Spider−Web(登録商標)という名称で、所有権、営業秘密を有するドナルドソンの手法を採用した、サブミクロンの直径を有する繊維による波を表面に有するひだ付き紙、を備えたようなシステムのために、「GDXフィルタエレメント」という名前でフィルタエレメントを販売している。
<発明の概要>
本発明の1つは、ガスタービンエンジンの取入空気や塩のような水溶性材料に影響を受け易い他の形式の環境に存在する、塩のような水溶性材料の濃度又は量を減少するために、疎水性媒体を用いた方法又は装置に関連する。
【0009】
本発明は、また、タービンの取入空気内の粒状物の濃度を減少するための第1段階の空気清浄器と、前記第1段階の空気清浄器の下流側に配置された第2段階のフィルタ装置と、を含むガスタービンの取入空気のフィルタシステムに関連する。前記第2段階のフィルタ装置は、取入空気内の湿気/塩の濃度を減少するように構成された疎水性媒体を含む。
【0010】
本発明は、また、水溶性材料の濃度を減少するように、空気流から塩のような水溶性材料を濾過するためのフィルタシステムに関連する。このフィルタシステムは、垂直方向に間隔を置いて配置された、複数の疎水性フィルタエレメントを含む。また、このフィルタシステムは、空気を前記疎水性フィルタエレメントを通って上方へ向けるように構成された、複数の傾斜したバッフルを含む。各バッフルは、対応する疎水性フィルタエレメントの近傍に配置される。処理中、塩の溶液は前記フィルタエレメントの下方表面に蓄積する。蓄積した塩の溶液は、前記フィルタエレメントから、傾斜したバッフル上に落ちる。バッフルの傾斜により、塩の溶液は、下向きに流れ、バッフルの上流側の縁で落ちることとなる。
【0011】
本発明は、また、取入空気を取り入れるように適合されたガスタービンを含むガスタービンシステムに関連する。このシステムは、ガスタービンに入る前に取入空気を濾過する疎水性媒体を含む。
【0012】
本発明は、また、ガスタービンの取入空気を濾過するための方法に関連する。この方法は、第1段階の空気清浄器において取入空気から粒状物を濾過する工程と、第1段階の空気清浄器から空気の流れる隙間を通って第2段階の塩防止部へ、空気を下流へ向ける工程と、を含む。この方法は、また、前記第2段階の塩防止部において取入空気中の塩の濃度又はレベルを減少する工程と、前記第2段階の塩防止部から前記ガスタービンへ取入空気を下流へ向ける工程と、を含む。
【0013】
本発明は、また、複数のひだの付いた先端を有するひだ付きフィルタエレメントと、ひだの間隔を保つために、前記ひだの付いた先端を跨ぐ部分と、前記ひだの付いた先端間に介在する部分とを有する弾性部材と、を含む。ある実施形態では、前記弾性部材は、前記ひだ付きフィルタエレメントのひだの間隔を保つためのに前記ひだ付きの先端間に配置された複数のコイルを有するコイルスプリングを備える。
【0014】
本発明の様々な利点は、部分的にこの後に説明され、また、当該記述から部分的に明らかにされる。また、本発明を実施することによっても理解されるであろう。なお、上述した概要や後で述べる詳細な説明は、専ら説明上のものであり、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。
<詳細な説明>
主として、ガスタービンの吸気システムに関して本発明を説明すが、本発明は、塩のような水溶性材料により悪影響を受け易い他の様々な環境にも適用され得ることはいうまでもない。例えば、本発明は、内燃機関の吸気装置や、燃料電池の吸気システム、クリーンルームの吸気システム、加熱・通風・空気調節(HVAC)システム、医療用HVACシステム、空気圧縮機の吸気システム、クリーンチャンバの吸気システム(小型クリーンルームボックス)、クリーンベンチ、産業処理の排気濾過といった環境にも適用することができる。
<A.ガスタービンの吸気システムにおける汚染物質としての塩粒>
海岸周辺や海辺周辺のような海周辺では、波砕や風によって、塩が空気中に浮遊する。一般に、粒子サイズは、サブミクロンから約20ミクロンまでであると報告されている。砂漠や工場排出物周辺のような他の環境でも、比較的高濃度の塩が空気中に存在している。一般に、空気中で搬送される塩の粒子は、Nacl、KCLなどの塩である。しかし、硫酸アンモニウム、硫酸マグネシウムまたは他の硫酸塩などの他の化学塩も、空気中で運ばれる可能性もある。一般的な用語において、「塩」という単語は、湿気の状態の変化に伴って潮解し、又は、物理状態が変化する微粒子、不純物、若しくは、物質を意味する。また、用語「塩」は、水可溶性の物質、不純物を意味する。
【0015】
空気中の塩が高濃度であると、ガスタービンシステムに対して問題を生じる。例えば、塩がガスタービンシステムの取入口のエアフィルタシステムを通り抜けると、塩は、導管を被覆し、また、 タービンシステムのコンプレッサーのブレードを汚す場合がある。これは、重大な動力損失を生じる。
【0016】
塩の粒子は、図1に関連して説明したようないくつかの手法のフィルタ媒体やフィルタカートリッジを通り抜け得る。例えば、粒子が十分に小さい場合、粒子サイズやフィルタ媒体の効率により、フィルタ媒体を通り抜ける場合がある。しかしながら、湿気の悪影響の結果に起因して、塩がフィルタ材料を通る抜けることがより重要である。
【0017】
湿気の悪影響は、海周辺のように比較的高い湿度の環境において特に問題が多い。特に、エアフィルタシステムに入る空気が比較的多湿であると、フィルタエレメントに集められる塩は、溶解し、その後、フィルタ媒体を通過して移動する。塩の溶液がフィルタ媒体の下流側に達すると、塩の溶液は、空気流の流れによって、清浄化された空気用のプレナムを通り、ガスタービンへ向かって下流側のダクト装置へ運ばれる。このような塩の移動は、ガスタービンの操作において重要な問題を引き起こす場合があり、これが、本発明の技術によって、言及される問題である。尤も、ここに開示される技術は、湿度に関して不純物の相の変化をもたらす同様の状態において生じる塩の移動に関しても、また、利用可能である。
<B.下流側のダクト装置における塩の堆積の防止に対する概略的な方法及びガスタービン装置−第2段階の湿気/塩防止構造>
本書によれば、 空気吸入フィルタシステムのフィルタカートリッジを、塩の溶液が通ること防止する方法が提供される。この方法では、概して、フィルタカートリッジの下流側に第2段階の防止部を配置する。防止部は、概して、少なくとも一部に疎水性媒体を有する二次的なエアフィルタを有する。好ましい疎水性媒体は、繊維によって連結されたノードを有する、微孔性のポリ四フッ化エチレン(PTFE)の膜である。そのような膜は、テトラテックス(登録商標)という名称で、ドナルドソンカンパニーインコーポレイテッドの一部門であるテトラテックのような供給源や、ゴア−テック(登録商標)という名称で、ダブル.エル ゴア アンド アソシエーツから商業的に入手可能である。そのような膜の例は、米国特許第5362553号、5157058号、5066683号、4945125号、4187390号及び3953566号等に記載されており、これらは、本書に参考として取り入れられる。
【0018】
本発明の装置において使用される典型的な湿気/塩防止媒体は、ポリエステルフェルトのような材料で作られる孔を有する繊維状の支持織物のような支持基材に適用される、微小多孔性ポリテトラフルセレン(PTFE)膜のような疎水性膜の薄膜を有する。
【0019】
有益なそのような薄膜としては、例えば、サウスカリフォルニア、チャールストンのリーメイインコーポレイテッドから入手可能な、6オンスのポリエステル織物に適用される疎水性膜である。そのような薄膜は、Tetratex(登録商標)6279という名称で、ドナルドソンカンパニーインコーポレイテッドのテトラテック部門から購入可能である。
【0020】
尤も、空気の流れに存在する湿気及び潮解した塩の濃度又はレベルを減少させるために、様々な濾過構造及び材料を利用できることはいうまでもない。一例として、疎水性/湿気濾過材料又は繊維の例としては、ポリ四フッ化エチレン、ポリプロピレン、ポリチレン、ポリビニルクロライド、ポリスルホン、及び、ポリスチレンが含まれる。材料と繊維は、また、表面処理により疎水性とすることもできる。表面処理の例としては、フッ化炭素またはシリコンを含む。もちろん、ここで例示した特別な疎水性材料は、一例に過ぎず,本発明の原理に従って、他の材料も利用可能である。
【0021】
本発明の一実施形態では、第2段階フィルタ薄膜は、ひだ形状で用いられ、ひだの間隔は、およそ1インチにつき、6乃至8のひだ、又は、4乃至10のひだ、若しくは、少なくとも3つのひだである。典型的に好適な構造は、長方形のパネルフィルタであって、各パネルの長さ又は幅を横断するように延在したひだを有するパネルフィルタを有するものである。そのようなパネルフィルタの例としては、以下に説明する、図4に図示されたフィルタである。ひだの深さは、少なくとも約1/4インチ、概して、約12インチを超えないものであり、典型的には、約1乃至4インチが好適であろう。フィルタ媒体の孔のサイズは、好ましくは、約3ミクロンである。通気性は、約4cfmであり、概して、100cfmを超えず、典型的には、約7乃至10cfmが好適であろう。疎水性膜の厚さは、好ましくは、約0.4ミルであり、また、媒体の厚さは、膜と織物とのを含み、好ましくは、0.01乃至0.05インチの範囲である。ひだ付きフィルタの構造は、これに代わる構造として、好ましくは、Z構造のフィルタ等を用いることができる。
【0022】
典型的なガスタービンシステムでは、第2段階の構造は、媒体の速度が、約4乃至12フィート/分(fpm)、若しくは、約5乃至15fpm、或いは、約5乃至40fpmとなるように構成されると予測される。詳細には、媒体の速度は、好ましくは、約9fpmであり、一般的には、20fpmを超えない。本書において、用語「媒体の速度」は、フィルタ媒体の単位表面領域毎で、フィルタ媒体を通過する流量として参照される。ガスタービンシステムにおいては、第2段階の構造は、周辺速度が、約500乃至900フィート/分(fpm)、一般手kには、約1000fpmを超えないように構成されると予測される。本書において、用語「周辺速度」は、フィルタ媒体の周辺領域毎で、フィルタ媒体を通過する流量として参照される。すなわち、周辺の速度は、ひだのような外部領域は考慮されない。
【0023】
図2は、本発明による装置を含むガスタービンの吸気システム54の断面図である。概して、システム54は、該システムを通って、ガスタービン64へ流れる取入空気から粒状物と浮遊する塩との双方を取り除くための2段階の濾過システムを有する。小さなガスタービンシステムでは、8000cfm近傍での空気流が要求され得、また、大きなガスタービンシステムでは、1200000cfmと同じぐらいの割合で、空気を取り入れ得る。
【0024】
システム54は、第1段階の空気清浄器20’と、第1段階の空気清浄器20’の下流に配置された第2段階の塩防止装置60と、を有する。ダクト装置62は、濾過された空気を、塩防止装置60からガスタービン64へ向ける。
【0025】
第1段階の空気清浄器20’は、図1で示した濾過システム20と同様の構成を有するものである。例えば、第1段階の空気清浄器20’は、空気入口部22’と空気出口部23’とを有するチャンバ21’を有する。空気は、空気入口部22’に沿って垂直方向に間隔を置いて配置された複数の入口フード26’を通ってチャンバ21’に入る。清浄器20’のチャンバ21’は、隔壁38’によって、上流側容積部34’と下流側容積部36’とに分割されている。上流側容積部34’は、概して、空気清浄器20’の「汚い空気の区域」となり、また、下流側容積部36’は、概して、空気清浄器20’の「清浄化された空気の区域」となる。
【0026】
隔壁38’は、上流側容積部34’から下流側容積部36’へ空気が流れるように、複数の穴40’を画定する。フィルタ42’又はフィルタカートリッジは、上流側容積部34’から下流側容積部36’へ流れる空気が、穴40を通る前にフィルタ42’を通るように、構成されている。隔壁38’の穴40’は、背圧により定期的に清浄をする図示しないパルスジェット空気清浄器を含む。
【0027】
小規模な処理では、一つのフィルタ42’及び一つの穴40’程度が用いられるかもしれない。これとは逆に、大規模な処理では、数百のフィルタエレメント42’及び穴40’が要求され得る。また、ジェット空気清浄器を有するシステムは好ましいが、静的なシステムも用いることができる。更に、他の空気清浄器の構成も、第1段階において空気を清浄するのに用いることもできる。たとえば、パネルフィルタ、慣性分離機、水洗システム、及び、粒状物を除去する他の技術も用いることができる。
【0028】
概して、濾過の間、空気は、上流側容積部34’からエアフィルタ42’を通って、放射状にフィルタ42’の内部へ向けられる。濾過の後、空気は、フィルタ42’の内部から隔壁38’の穴40’を通って、下流側の清浄化された空気の容積部36’へ流れる。清浄化された空気は、その後、下流側容積部36’から穴50’を通って第2段階の塩防止装置60へ流れる。
【0029】
エアフィルタ42’は、好ましくは、ひだ付き形状で構成された、セルロース又は合成フィルタ媒体を含む。ある実施形態では、ドナルドソンカンパニーから入手できる、Spider−Web(登録商標)フィルタ媒体のような、サブミクロンの直径を有する繊維の波が、フィルタ媒体の外側表面に接合される。一般的なガスタービンシステムでは、第1段階の構造は、媒体速度が、1乃至5フィート/分(fpm)の範囲であり、通常、約5fpmを超えないことが予測される。
【0030】
第1段階の空気清浄器20’は、粒状物に対して、比較的高い濾過効率を有することが好ましい。例えば、初期の濾過効率が、65乃至75%の範囲、若しくは、65%より大きなフィルタを用いることができる。濾過効率は、空気流中に置かれた平坦なシートのフィルタ媒体の初期効率をラテックス球を用いて決定する、アメリカ材料試験協会(ASTM)の標準テストASTMF1215−89を用いて決定することが好ましい。好ましくは、このテストは、0.76マイクロメータの単一の粒子サイズ、及び、20フィート/分の単一の表面速度で実施される。なお、ある適用例においては、上述した以外の濾過効率を有する空気清浄器を使用することが望ましい場合もあり得る。
【0031】
再び図2を参照して、第2段階の塩防止装置60は、第1段階の空気清浄器20’のすぐ下流に配置されており、第1段階の空気清浄器20’に存在する空気中の潮解した塩の濃度を減少するように機能する。防止装置60は、上流側容積部又は上流側部66と、下流側容積部又は下流側部68と、を含む。実質的に垂直なラック70が、上流側部66と下流側部68との間に配置されている。清浄化された空気の容積部36’と上流側容積部66とは、第1段階の空気清浄器20’と第2段階の塩防止装置60との間における空気が流通する隙間を形成することが好ましい。出口部23’は、図1の出口部23と同様な穴を画定する壁を有し、若しくは、清浄化された空気の容積部36’と容積部66との間で、実質的に自由な流れを促進するように開いていてもよい。
【0032】
複数のフィルタモジュール72は、垂直方向に積み重なるようにして、前記ラック上に取り付けられている。各フィルタモジュール72は、上述した疎水性フィルタ媒体のような、空気流から塩と湿気とを除去又は濾過するように適合されたフィルタ媒体を有し、取入空気中の塩の溶液の濃度が減少する。フィルタモジュール72は、上流側部66からの空気がフィルタ媒体を通って下流側容積部68へ至るように、ラック70とシールされて取り付けられている。
【0033】
図3は、フィルタモジュール72を示す図である。フィルタモジュール72は、実質的に垂直な前面Aに沿って配置された前部と、実質的に垂直な後面Bに沿って配置された後部と、を有する。前面Aと後面Bとの間には、複数のフィルタエレメント74が配置されている。フィルタエレメント74は、略平行に間隔を置いて垂直方向に積み重なっている。各フィルタエレメント74は、概して水平面に沿って配置されている。フィルタエレメント74間の好ましい垂直方向の間隔Sは、1乃至6インチの範囲である。
【0034】
フィルタエレメント74は、複数のひだ75(図4に示す。)を含むことが好ましく、また、ひだ付きの疎水性材料から構成されることが好ましい。図4に示すように、前記ひだは、略空気流の方向(矢印77で示す。)と平行に配置される。尤も、これに代わる実施形態として、前記ひだを、矢印77で示す空気流の方向に対して、垂直に又は斜めを向いた角度を有するように配置してもよい。
【0035】
図4に最も表れるように、各フィルタエレメント74は、略長方形のフレーム76に取り付けられることが好ましい。フレーム76とフィルタエレメント74とは、概して、平に向き、垂直方向に積み重ねられた棚又はパネルを形成している。各フィルタエレメント74の周囲をシールし、また、フィルタエレメント74を対応するフレーム76に取り付ける機能を有する取付材料を設けることが好ましい。フレーム76の上流側端部は、ラック70にモジュール72を接続するかクランプすることにより、略長方形の取り付けフランジ87に取り付けることが好ましい。モジュール72は、また、概してモジュール72の前部と後部との間に介在した、第1及び第2の側壁部の組73(図4では、一つの側壁部の組のみを示す。)を含む。図4に示すように、側壁部73は、先端が欠けた三角形の部分を有する。なお、連続した単一部材の側壁も使用可能である。
【0036】
再び図3を参照して、傾斜したバッフル78は、各フィルタエレメント74に近接して配置されている。バッフル78は、前面Aと後面Bとの間に介在しており、好ましくは、水平から5乃至30度の範囲、若しくは、少なくとも2度の角度で配置される。図3に示すように、バッフル78は、フレーム76の上流側端部と下流側端部との間に延在しており、略平行で、略平坦である。例えば、各バッフル78は、前面Aに概して配置された上流側縁82と、後面Bに概して配置された下流側縁83と、を有する。バッフル78は、前面Aから後面Bへ延びる方向に傾斜しており、各バッフル78の上流側縁82は、各バッフル78の下流側縁83よりも低い。
【0037】
好ましくは、バッフル78は、また、モジュール72の側壁73間に延びている。図4に示すように、各側壁部73は、一つのバッフル78からバッフル78の真上に配置された対応するフィルタパネルへ向かって上方へ延びている。
【0038】
バッフル78は、空気流がフィルタエレメント74を通って上方へ向くように構成され、また、空気がフィルタエレメント42を迂回することを防止するように構成されている。図3に示すように、バッフル78は、フィルタエレメント74間に存在する垂直方向の隙間又は空間Sを横断してフィルタエレメント74間を延びている。バッフル78は、また、フィルタエレメント74を通って上方に、モジュール72の後面Bを通って外方へ空気が流れるように構成されている。モジュール72に入って存在する空気を偏向することにより、フィルタエレメント74を通る流れの均一化が図れる。
【0039】
再び図3を参照して、上流側部66は、フィルタモジュール72の左側に配置され、下流側部68は、モジュール72の右側に配置されている。矢印77で示すように、空気は、前面Aを通ってモジュール72に入る。空気がモジュール72に入ると、その空気は、傾斜したバッフル78の上面に沿って、フィルタエレメント74を通って上方へ(矢印80で示す。)向く。フィルタエレメント74を通った後、空気流は、バッフル78の下面に沿ってモジュール72の後面Bから出るように向く。矢印85は、モジュール72内における空気を示す。
【0040】
空気が、フィルタエレメント74を通って上方に流れると、潮解した塩がフィルタ74の上流側部分の底表面に蓄積し、バッフル78の上面に落ちる。バッフル78の傾斜は、好ましくは、十分な勾配を有しており、潮解した塩は、空気流の向きに逆らって下方へ落ち、バッフル80の上流側縁82に落ちる。フィルタエレメント74によって空気流から取り除かれた塩の溶液を収集するために、これ収集する容器又はドレンは、好ましくは、第2段階の塩防止装置60の底に配置される。フィルタエレメント74を通過した空気は、ダクト装置62の方へ向き、ダクト装置62を通って、ガスタービン64へ流れる。
【0041】
処理において、空気は、入口フード26’を通ってガスタービン吸入システム54に入り、上流側の「汚れた空気」の容積部34’へ下方へ向けられる。空気は、その後、エアフィルタ42’を通って上流側容積部34’から下流側容積部36’へ流れる。エアフィルタ42’は、空気流から高比率で粒状物を取り除き、下流側容積部36’に入る空気が略清浄化する。しかしながら、ある環境では、塩が移動し、又は、フィルタ42’を通過し得る。そこで、第1段階の濾過の後に空気流に存在し得る塩の濃度を減少するために、空気は、塩防止装置60として構成された第2段階の濾過工程を通る。塩防止装置60のフィルタエレメント74を通って、空気が上方へ流れると、塩の溶液は、フィルタエレメント74の上流側に蓄積し、傾斜したバッフル78へ落ちる。塩の溶液は、その後、バッフル78から落ちて、塩防止装置60の底の容器又はドレンに収集される。その結果、フィルタエレメント74を通過した空気は、塩を略含まなくなる。その結果、その後に続く吸気用のダクト装置62やタービンシステムの圧縮機のブレードに塩が入ったり、堆積したりすることが防止される。
【0042】
概して、好ましい湿気/塩防止構造は、概略的に上述したような媒体を含み、湿気と塩とが通過することを防止する。第1段階の濾過工程は、粒状物を効率的に濾過するために用いられるので、ある実施形態では、塩防止構造は、小さな孔サイズおよび静的な媒体システムを用いることができる。
【0043】
他の本発明は、ひだ付きフィルタにおけるひだの間隔及び/又はひだの形状を保つ技術に関連する。概して、該発明は、ひだ付きフィルタのひだの先端をまたぐ部分を有し、また、ひだの間隔を保つためにひだの間に介在する部分を有する曲げられたワイヤや、伸ばされた弾性部材を用いることに関連する。例えば、図3及び4に示すように、フィルタエレメント42は、ひだの間隔及びひだの形状を保つために、らせん状のコイル96、又は、スプリングを含む。図5に示すように、フィルタエレメント42の分離したひだの先端75は、らせん状のコイル96の連続したコイル100間に配置されている。また、一つ又は複数のコイル100の部分は、フィルタエレメント42の連続したひだ片75間に配置されており、コイル100の部分は、ひだの先端75を跨いでいる。連続したひだの先端75の間に配置されたコイル100の数が変化することによって、好ましいひだの先端間の隙間も変化させることができる。ひだの先端の間隔やひだの形状は、異なるスプリングピッチ、直径、若しくは、ワイヤ直径を有するコイルを用いることによって変化させることもできる。更に、コイルは、金属又はプラスチックのような様々な材料から作ることもできる。また、更に、非円形断面を有するワイヤ又は部材によって形成されたコイルも使用できる。
【0044】
図4及び5は、ひだ付きのパネルフィルタに用いられるスプリングを示しているが、コイルは、ひだの間隔を保つために、ひだ付きの円筒状フィルタのような他の形式のひだ付きのフィルタも利用できることは言うまでもない。更に、コイルは、ひだの形状を保つためにも役立つ。例えば、コイルは、袋詰のひだや8の字のひだを規定することに役立つ。また、ひだの間隔を保つ場合について、コイル又は他のワイヤ/弾性部材の構造を図示し、説明したが、フィルタ媒体自体に形成された、間隔を空けるためのビーズ、細片、若しくは、バンプ/突起といった他の公知技術も用いることができる。
【0045】
上記説明、具体例、及び、データは、本発明の構成を生産し又は使用するのに十分な説明を提供するものである。本発明の多くの実施形態は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、実施可能であり、本発明は、添付の請求の範囲に存する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のガスタービンの吸気用濾過システムの断面図である。
【図2】 本発明により構成されたガスタービンの吸気用濾過システムの断面図である。
【図3】 本発明により構成された塩防止装置を示す図である。
【図4】 図3に示した塩防止装置の透視図である。
【図5】 図4の線5−5に沿う断面図である。
Claims (15)
- ガスタービンの取入空気を濾過するためのフィルタシステムであって、
a)前記取入空気中の粒状物の濃度を減少するための第1段階の空気清浄器と、
b)前記第1段階の空気清浄器の下流側に配置され、空気の流れる隙間によって前記第1段階の空気清浄器から区分けされた、第2段階のフィルタ装置と、を備え、
前記第2段階のフィルタ装置は、前記取入空気中の湿気の濃度を減少するように構成された疎水性媒体を含み、
前記第1段階の空気清浄器は、
前記取入空気が流れるように適合されたチャンバと、
前記チャンバを、上流側容積部と下流側容積部とに分割する隔壁であって、前記取入空気を前記上流側容積部から前記下流側容積部へ流れさせる穴を画定する隔壁と、
前記隔壁の前記穴に対応した複数のエアフィルターと、を備え、
前記エアフィルターは、前記上流側容積部から前記下流側容積部へ流れる前記取入空気から、粒状物を濾過するように構成されたフィルタシステム。 - ガスタービンの取入空気を濾過するためのフィルタシステムであって、
a)前記取入空気中の粒状物の濃度を減少するための第1段階の空気清浄器と、
b)前記第1段階の空気清浄器の下流側に配置され、空気の流れる隙間によって前記第1段階の空気清浄器から区分けされた、第2段階のフィルタ装置と、を備え、
前記第2段階のフィルタ装置は、前記取入空気中の湿気の濃度を減少するように構成された疎水性媒体を含み、
前記疎水性媒体は、微孔性のポリ四フッ化エチレン膜を含むことを特徴とするフィルタシステム。 - ガスタービンの取入空気を濾過するためのフィルタシステムであって、
a)前記取入空気中の粒状物の濃度を減少するための第1段階の空気清浄器と、
b)前記第1段階の空気清浄器の下流側に配置され、空気の流れる隙間によって前記第1段階の空気清浄器から区分けされた、第2段階のフィルタ装置と、を備え、
前記第2段階のフィルタ装置は、前記取入空気中の湿気の濃度を減少するように構成された疎水性媒体を含み、
前記第2段階のフィルタ装置が、
前記疎水性媒体を含み、垂直方向に間隔を置いて配置された複数の疎水性フィルタエレメントと、
前記取入空気を、前記疎水性フィルタエレメントを通って上方へ向けるように構成された複数の傾斜したバッフルと、を備え、
各々の前記バッフルは、対応する一つの前記疎水性フィルタエレメントに近接して配置されたフィルタシステム。 - 前記疎水性フィルタエレメントは、略水平面に沿って、略平行に配置されたことを特徴とする請求項3に記載のフィルタシステム。
- 前記バッフルは、水平から5乃至30度の範囲で傾いていることを特徴とする請求項3に記載のフィルタシステム。
- 前記疎水性フィルタエレメントは、ひだ付きであることを特徴とする請求項3に記載のフィルタシステム。
- 前記疎水性フィルタエレメントは、ひだ付きのパネルフィルタを有することを特徴とする請求項3に記載のフィルタシステム。
- 前記疎水性フィルタエレメントは、微孔性ポリ四フッ化エチレン膜を含むことを特徴とする請求項3に記載のフィルタシステム。
- 各々の微孔性ポリ四フッ化エチレン膜は、基材によって支持されていることを特徴とする請求項8に記載のフィルタシステム。
- 前記基材は、ポリエステルからなることを特徴とする請求項9に記載のフィルタシステム。
- 前記疎水性フィルタエレメントのひだの間隔を保つための弾性部材を備え、該弾性部材は、前記フィルタエレメントのひだの先端を跨ぐ部分を有することを特徴とする請求項6に記載のフィルタシステム。
- 前記疎水性フィルタエレメントのひだの間隔を保つための、らせん状のコイルを備えたことを特徴とする請求項6に記載のフィルタシステム。
- 取入空気を取り入れるガスタービンと、
前記ガスタービンに前記取入空気が入る前に、前記取入空気内の湿気の濃度を減少するように構成された疎水性媒体と、を備え、
前記疎水性媒体は、微孔性のポリ四フッ化エチレンを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。 - 取入空気を取り入れるガスタービンと、
前記ガスタービンに前記取入空気が入る前に、前記取入空気内の湿気の濃度を減少するように構成された疎水性媒体と、
前記取入空気内の粒状物の濃度を減少するために、前記ガスタービンの上流側に配置された第1段階の空気清浄器と、
前記第1段階の空気清浄器の下流側であって、前記ガスタービンの上流側に配置された第2段階の塩防止装置と、を備え、
前記塩防止装置は、前記疎水性媒体を含むことを特徴とするガスタービンシステム。 - ガスタービンの取入空気を清浄化する方法であって、
第1段階の空気清浄器において前記取入空気から粒状物を除く工程と、
前記第1段階の空気清浄器から、空気流の隙間を通って、第2段階の塩防止部へ前記取入空気を下流へ向ける工程と、
前記第2段階の塩防止部において、前記取入空気から塩を濾過する工程と、
前記第2段階の塩防止部から前記ガスタービンへ前記取入空気を下流へ向ける工程と、
を含み、
前記第2段階の塩防止部は、疎水性媒体を含むことを特徴とする方法。
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