JPH07158467A

JPH07158467A - ガスタービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置

Info

Publication number: JPH07158467A
Application number: JP30694293A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Misumi; 滋三角; Minoru Yamada; 実山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-20

Abstract

(57)【要約】【目的】コンバインドサイクル発電プラントのガスタ
ービンの吸気温度を低温に保持し、冷房等による負荷増
大時にガスタービンの出力が低下しないようにする。【構成】本発明のガスタービンの氷蓄熱利用吸気冷却
装置は、ガスタービン３の吸気入口に設置した空気冷却
器６と、シャーベット状の氷を製造する製氷機８と、上
記空気冷却器６の冷却管７に上記製氷機８から直接シャ
ーベット状の氷１１と冷却水を送り込む配管装置とを具
え、上記吸気口からガスタービン３に冷却した空気を供
給することかでき、これにより吸気温度の上昇によるガ
スタービン３の出力低下を抑制し得るので、コンバイン
ドサイクル発電プラントは冷房等による負荷増大に十分
対処できる。また、上記構成の吸気冷却装置において
は、大型構造物である貯氷槽を必要としないから、コン
バインドサイクル発電プラントの設置スペースを大巾に
減じることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービン、特に氷蓄
熱を利用してガスタービン入口の吸気を冷却するガスタ
ービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンを利用した発電は、ガス・
蒸気コンバインドサイクルの発達によって最近増加して
いる。ところが、ガスタービンの出力はその吸入空気の
重量流量に大きく影響されるので、初夏から初秋にかけ
ての気温の高い時には空気の密度が小さいため、吸入空
気重量流量も小さくなりガスタービンの出力は低下す
る。一方、気温の高い時は冷房等により電力需要が極大
となる。つまり、ガスタービンは最も電力需要の大きい
ときにその出力が低下してしまう。これに対応するに
は、ピーク負荷用のガスタービンを別途に設置すること
が考えられている。

【０００３】ガスタービンの気温上昇による出力低下を
防止する方法としては、その吸気を冷却することがあ
る。その一例としては、夜間余剰電力によって製氷して
おき、この氷をピーク時の吸気冷却に使用する所謂氷蓄
熱冷却がある。この氷蓄熱冷却は、夜間余剰電力によっ
て作られた氷の解氷により得られた冷水で吸気を冷却す
るものであり、図１６は従来考えられていた氷蓄熱利用
吸気冷却装置の一例の系統図である。この図において、
圧縮機１は燃焼器２に圧縮空気を供給し、燃焼器２にお
いて生成された燃焼ガスはガスタービン３に供給され
る。図中４は前記ガスタービンによって駆動される発電
機を示す。圧縮機１の吸気側には、吸気冷却を行う冷却
系が設けられている。この冷却系は、大気に開放する吸
気ダクト５と、冷却管７を有する空気冷却器６と、例え
ば夜間余剰電力によって駆動される製氷機８と、製氷機
８と貯氷槽１５との間で冷水の循環を行わせるポンプ９
と、前記貯氷槽１５内の冷水を前記冷却管７に送り、こ
れを前記貯氷槽１５に還流させるポンプ９’と、圧縮機
１の吸気管に設けられこの吸気管を大気連通か前記冷却
機６連通かを切り替える切替弁３２とを有する。図中、
実線は冷水の流れを、破線は空気の流れをそれぞれ示し
ている。

【０００４】この図からも分るように、従来考えられて
いた冷却方法においては、空気冷却器６、製氷機８、ポ
ンプ９、９’、貯氷槽１５、切替弁３２等を必要として
おり、ピーク負荷用のガスタービンを別途設置するのに
比較して、コスト的にも、スペース的にも大してメリッ
トがないので、実用化されるに至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、ガス
タービンを利用した発電プラントは建設期間が短く、し
かも起動時間が短い上、ガスタービンと蒸気タービンと
を組み合わせたガス・蒸気コンバインドサイクル発電プ
ラントは極めて高い効率を得られるので、最近著しく普
及の度を高めている。ところが、ガスタービンの出力は
その吸入空気の重量流量に大きく影響されるので、気温
の高い時は冷房等により電力需要が極大となる最も電力
需要の大きいときにその出力が低下してしまう。

【０００６】ガスタービンの気温上昇による出力低下を
防止する方法としては、その吸気を冷却することがあ
る。その一例としては、夜間余剰電力によって製氷して
おき、この氷をピーク時の吸気冷却に使用する所謂氷蓄
熱冷却がある。

【０００７】従来考えられている上記の吸気冷却方法を
実施するには、空気冷却器、製氷機、貯氷槽当の大型の
構成機器が必要であり、コスト、スペースの面で問題と
なることは前記した通りである。また、ガスタービンか
ら離れた位置に設置した貯氷槽から氷を解氷して得られ
た冷水を配管で空気冷却器まで移送する間に、配管をと
押して大気に冷熱を奪われ冷却効率が低下する問題もあ
る。本発明は上記の事情に基づきなされたもので、設置
スペースが小さくしかもコストが低く設置し得るガスタ
ービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のガスタービンの
氷蓄熱利用吸気冷却装置は、ガスタービンの吸気入口に
設置した空気冷却器と、シャーベット状の氷を製造する
製氷機と、上記空気冷却器の冷却管に上記製氷機から直
接または貯氷槽を介してシャーベット状の氷と冷却水を
送り込む配管装置とを具え、上記吸気入口からガスター
ビンに冷却した空気を送り込むことを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成のガスタービンの氷蓄熱利用吸気冷却
装置においては、夜間余剰電力により製氷機を運転させ
てシャーベット状の氷を作り、この氷を冷却器の冷却管
内に直接または貯氷槽を介して送り込み、貯氷槽および
冷却管に貯蔵し、昼間の負荷増大時に前記冷却器によっ
てガスタービンへの吸気を冷却し、負荷増大に十分に対
処することができる。なお、貯氷槽を前記空気冷却器の
直上または直下に配置することにより、吸気冷却装置の
設置スペースを大巾に削減することができる。

【００１０】

【実施例】図１６と同一部分には同一符号を付した図１
は、本発明の第１の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置の
系統図である。この図において、空気冷却器６内には製
氷機８の出口に一端を弁１０を介して連通させ、他端を
ポンプ９を介して製氷機８の入口に連通させた配管８ａ
から分岐し、直状で大径の複数の縦型の冷却管７が設置
されている。圧縮機１に対する吸気は、吸気ダクト５か
ら取り入れられた空気を空気冷却器６によって冷却して
なされる。図中、１１は製氷機８から配管８ａを通して
冷却管７内に供給されたシャーベット状の氷、白抜きの
矢符１２は前記シャーベット状の氷の流れ、実線の矢符
１３は水の流れを示している。

【００１１】上記構成の実施例においては、製氷機８か
ら配管８ａに送られる氷はシャーベット状であり、シャ
ーベット状の氷は前記縦型の冷却管７内に貯溜される。
なお、製氷機８は夜間の余剰電力によって運転され、冷
却管７内のシャーベット状の氷の形で冷熱の貯蔵が行わ
れる。而して、昼間気温が上昇した場合には吸気を冷却
機７を通すことによって、吸気温度を低下させてガスタ
ービン３の出力低下を防止し、冷房等の負荷による増加
需要に対処することができる。

【００１２】この第１の実施例にあっては、シャーベッ
ト状の氷を製氷機から冷却管７に直接に送り込む構成と
してあるため、図１６に示した従来例とは異なり大型の
機器である貯氷槽、貯氷槽から冷却機に冷却水を送る配
管を必要とせず、設置スペースを削減することができ
る。また、製氷機と空気冷却器との間を短くすることに
より、大きな冷熱を持つシャーベット状の氷によって直
接冷却し、且つ配管における冷熱の損失を最小限となし
得るので、高効率で空気の冷却を行うことができる。

【００１３】図１と同一部分には同一符号を付した図２
は、本発明の第２の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置の
系統図である。この実施例では、各縦型の冷却管７はそ
れらの上端において、冷却器６の上方に設置した貯氷槽
１５の底面に開口され、製氷機８からの配管８ａには冷
却器６の下方に設置したドレンタンク１７に至る分岐管
８ｂが設けられている。なお、分岐管８ｂにはドレン弁
１６、ドレンポンプ１７が設けてある。

【００１４】この第２の実施例では、前記第１の実施例
と同様に高効率で空気の冷却を行うことができるだけで
なく、冷却器６の上方に貯氷槽１５が設置してあるた
め、第１の実施例におけるよりも多量のシャーベット状
の氷を蓄えることができ、長時間にわたって空気の冷却
を行うことができる。なお、時間の経過にともない貯氷
槽１５には十分な量のシャーベット状の氷があるにもか
かわらず、冷却管７内の氷がとけてなくなってしまい、
冷却項かが落ちることもあり得る。その場合には、ドレ
ン弁１６を開いて冷却管７内の水をドレンタンク１７に
落し、貯氷槽１５のシャーベット状の氷を冷却管７内に
落下させれば水の高効率な冷却を継続することができ
る。なお、冷却が終了した後はドレンポンプ１８を逆転
させドレンタンク１７の水を貯氷槽１５に戻し、その水
位を回復させる。

【００１５】図１、図２と同一部分には同一符号を付し
た図３は、本発明の第３の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却
装置の系統図である。こ実施例では、冷却管７は冷却器
６の下方に設置したて貯氷槽１５の上面から突出させら
れている。

【００１６】この第３の実施例では、貯氷槽１５がある
ため第１の実施例よりも多量の氷を蓄えることができる
ので、長時間の空気冷却が可能である。なお、空気の冷
却の続行にともない冷却管７内のシャーベット状の氷は
とけて減少していくが、貯氷槽１５内のシャーベット状
の氷が浮力によって冷却管７内に次々と上昇していくの
で、冷却器６の冷却能力が低下することはない。

【００１７】前各図と同一部分には同一符号を付した図
４は、本発明の第４の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置
の系統図である。この図において、冷却器６の下方に設
置された貯氷槽１５は給水ポンプ２０、貯水槽弁２１を
介して貯水槽１９に連通されている。また、各冷却管７
の下端は弁２２を介して貯氷槽１５の上面壁に開口さ
れ、またその上端には空気抜き管２３が接続され、各空
気抜き管２３には空気抜き弁２４が設けられている。

【００１８】この第４の実施例においては、貯氷槽１５
には縦型の冷却管７が直結してあり、貯氷槽１５内のシ
ャーベット状の氷の固化は防止する状態で貯蔵される。
すなわち、冷却時には、弁２２を開き貯水槽１９から給
水ポンプ２０で貯氷槽１５に給水することによって、貯
氷槽１５の水位を上げて冷却管７内をシャーベット状の
氷１１で満たす。その際、各冷却管７の空気抜き管２３
の空気抜き弁２４を開いて、冷却管７内の空気を逃がし
冷却管７へのシャーベット状の氷の進入を妨げないよう
にする。冷却が開始されると同時に、貯水槽弁２１、空
気抜き弁２４は閉ざされる。冷却中は、貯氷槽１５から
シャーベット状の氷１１が自らの浮力によって冷却管７
に常時供給される。

【００１９】冷却が終了すれば、前記空気抜き弁２４と
貯水槽弁２１とを開き、貯氷槽１５内の水を貯水槽１９
に戻して貯氷槽１５の水位を下げ、夜間余剰電力による
製氷、貯氷を開始する。

【００２０】前各図と同一部分には同一符号を付した図
５は、本発明の第５の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置
の系統図である。この図において、第４の実施例と同様
に貯氷槽１５の上面壁に下端を開口させた冷却管７の上
端は、中間に循環ポンプ２５を具え、下端を循環流路弁
２６を介して貯氷槽１５側壁に開口させた循環管路７ａ
に連通されている。循環管路７ａの横行部には空気抜き
管２３、空気抜き弁２４が設けられている。

【００２１】この第５の実施例では、循環ポンプ２５に
よって冷却管７、循環管路７ａ、貯氷槽１５を通じての
強制的な循環がなされるため、冷却管７内には上昇流が
生じて貯氷槽１５内のシャーベット状の氷１１は、積極
的に冷却管７内に送り込まれる。

【００２２】前各図と同一部分には同一符号を付した図
６は、本発明の第６の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置
の系統図である。この図において、第５の実施例におけ
るのと循卯用の環管路７ａの循環ポンプ２５下流側に
は、前記冷却管７の下部に連通するバイパス分岐管７ｂ
が設けられている。循環管路７ａとバイパス分岐管７ｂ
との間には、バイパス流路弁２７が設けられている。

【００２３】この第６の実施例では、循環流路弁２６と
バイパス流路弁２７とを調節することにより、貯氷槽１
５内のシャーベット状の氷１１の冷却管７への上昇量を
最適値に設定することができる。

【００２４】前各図と同一部分には同一符号を付した図
７は、本発明の第７の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置
の系統図である。この図において、冷却器６冷却部の温
度を検知する温度センサ２８と、製氷機８の出口と貯氷
槽１５との間および前記第６の実施例のバイパス流路弁
２７の位置の温度調整弁２９と、温度センサ２８の出力
を制御入力とし、循環ポンプ２５、各温度調整弁２９を
制御して、冷却器６内の温度を最適値に保つ温度制御装
置３０とが設けてある。

【００２５】この実施例では、循環ポンプ２５と各温度
調整弁２９とを上記のように制御することにより、冷却
器６内の温度は最適値に保たれ、シャーベット状の氷１
１は長時間にわたり無駄なく冷却に使用される。

【００２６】前各図と同一部分には同一符号を付した図
８は、本発明の第８の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装置
の系統図である。この図において、貯氷槽１５は冷却器
６の上方に設置されており、冷却器６の冷却管７はその
下端において製氷機８の出口からの配管８ａに連通さ
れ、冷却管７の上端は冷却器６の上方に設置した貯氷槽
１５底面に開口されている。貯氷槽１５の上面壁には空
気抜き管２３、空気抜き弁２４が設けてある。さらに、
冷却器６と圧縮機１との間の管路には、流路の切替えを
行うダンパ３２が設けられている。

【００２７】この第８の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置では、ダンパ３２の操作により冷却時には冷却器６を
通過した空気を圧縮器１に供給し、他の場合には室温の
空気をそのまま圧縮機１に供給する。上記のように流路
の切替えを行うようにしてあるので、冷却を行っていな
いときには冷却管７内のシャーベット状の氷１１は、冷
却開始時までにほぼそのまま保存される。また、空気が
冷却器６を通過する際には圧力損失を生じるが、冷却を
行わない場合に吸気が冷却器６を通らないようにするこ
とにより、前記圧力損失に基づく効率の低下を防止する
ことができる。

【００２８】前各図と同一部分には同一符号を付した図
９は、本発明の一実施例、例えば第５の実施例の氷蓄熱
利用吸気冷却装置をの吸気冷却装置を、ガスタービン−
蒸気タービンコンバインドサイクル発電プラントに適用
した例の系統図である。この図において、圧縮器１、ガ
スタービン３、蒸気タービン３４は一軸に設けられ、図
示しない発電機は各タービンによって駆動され発電を行
う。図中３５はガスタービン３の排ガスを受容して蒸気
タービン３４駆動用の蒸気を発生する排熱回収ボイラ
を、３６は復水器を、３７は給水ポンプを示している。

【００２９】この構成のコンバインドサイクル発電プラ
ントにおいては、本発明の氷蓄熱利用吸気冷却装置が設
けられているため、気温が高い場合であってもガスター
ビン３への吸気温度は低く保たれ、気温上昇による出力
の低下を生じることはない。従って、夏期高温時の冷房
等に基づく負荷増加によく対処することができる。

【００３０】図１０〜図１２は本発明の各実施例におけ
る冷却管７の配置例および冷却管７の形状を示す概略図
である。一般的に空気冷却器においては図１０に示すよ
うに冷却管７を冷却器６内に水平に配置して、向流型と
して効率を上げ、冷却管表面に凝結した大気中の水蒸気
が滴下しやすいようにしている。ところが、このような
配置では冷却管７が隣接する横行部に移るために屈曲さ
れた部分に、シャーベット状の氷が詰まるおそれがあ
る。

【００３１】図１１に示したのは貯氷槽からのシャーベ
ット状の氷の流入を容易にするため、冷却管７を水平に
対して傾斜させた配置したものである。さらに、図１２
に示したのは、冷却管７を冷却器６内で鉛直の配置とし
てシャーベット状の氷の流入を一層容易としたものであ
る。図１３〜図１５に示したのは何れも冷却管７の外周
に冷却用のフィン３３を設け、空気と冷却管７との接触
面積を大きくして冷却効率を向上させたものである。図
１３に示すように単なる螺旋状に設けたフィン３３で
は、冷却管７が水平に対して傾斜されて配置された場合
には、フィン３３の角度が水平に近くなり、大気中の水
蒸気が凝結して生じた結露がフィン３３表面に滞留しや
すくなる。図１４、図１５に示したフィン３３は上記結
露の滞留を防止し得るようにしたもので、フィン３３は
上記各図において冷却管７の配置角度に応じてフィン３
３のリードを大きくして、水滴が滴下しやすいようにし
ている、また、フィン３３密度を大きくするために、フ
ィン３３のリードに合わせてフィン３３の条数を大きく
していく。これにより、冷却管７が水平に対して傾斜し
て配置されても、フィン３３に水滴が滞留するおそれは
なくなる。

【００３２】

【発明の効果】蒸気から明らかなように本発明のガスタ
ービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置においては、大型且つ
箱状で大きな設置スペースを必要とする貯氷槽を設けな
いで済むようにしたり、前記貯氷槽を冷却器と重ねて立
体的に設置したりしているので氷蓄熱利用吸気冷却装置
の設置スペースを大巾に削減することができる。また、
製氷機から空気冷却器までの距離を最小限とすることが
できるので、移送途中における冷却材の冷熱損失を著し
く減ずることができ、高効率の冷却を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図２】本発明の第２の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図３】本発明の第３の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図４】本発明の第４の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図５】本発明の第５の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図６】本発明の第６の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図７】本発明の第７の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図８】本発明の第８の実施例の氷蓄熱利用吸気冷却装
置の系統図。

【図９】本発明の一実施例、例えば第５の実施例の氷蓄
熱利用吸気冷却装置を、ガスタービン・蒸気タービンコ
ンバインドサイクル発電プラントに適用した例の系統
図。

【図１０】空気冷却器における一般的な冷却管の配置を
示す概略図。

【図１１】上記各実施例における冷却管の配置の第１の
例の概略図。

【図１２】上記各実施例における冷却管の配置の第２の
例の概略図。

【図１３】上記各実施例における冷却管の配置の第３の
例の概略図。

【図１４】上記各実施例における冷却管の配置の第４の
例の概略図。

【図１５】上記各実施例における冷却管の配置の第５の
例の概略図。

【図１６】従来考えられていた氷蓄熱利用吸気冷却装置
の一例の系統図。

【符号の説明】

１…圧縮機２…燃焼器３…ガスタービン４…発電機５…吸気ダクト６…空気冷却器７…冷却管８…製氷機９…ポンプ１０…弁１１…シャーベット状の氷１２…氷の流れ１３…水の流れ１５…貯氷槽１６…ドレン弁１７…ドレンタンク１８…ドレンホンプ１９…貯水槽２０…給水ポンプ２１…貯水槽弁２２…弁２３…空気抜き管２４…空気抜き弁２５…循環ポンプ２６…循環流路弁２７…バイパス流路
弁２８…温度センサ２９…温度調整弁３０…温度制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンの吸気入口に設置した空気
冷却器と、シャーベット状の氷を製造する製氷機と、上
記空気冷却器に上記製氷機からシャーベット状の氷と冷
却水を送り込む配管装置とを具え、上記吸気入口からガ
スタービンに冷却した空気を送り込むことを特徴とする
ガスタービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項２】上記空気冷却機に直結し、前記製氷機か
らのシャーベット状の氷を貯蔵する貯氷槽を前記空気冷
却機の直上に設けたことを特徴とする請求項１記載のガ
スタービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項３】前記空気冷却機に直結し、前記製氷機か
らのシャーベット状の氷を貯蔵する貯氷槽を前記空気冷
却機の直下に設けたことを特徴とする請求項１記載のガ
スタービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項４】前記製氷機からのシャーベット状の氷を
貯蔵する前記貯氷槽を前記空気冷却直下に設け、前記空
気冷却器の冷却管は前記貯氷槽滋養部に連通する鉛直配
置のものとしたことを特徴とする請求項１記載のガスタ
ービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項５】前記空気冷却器と前記貯氷槽との間を、
冷却水または冷却水およびシャーベット状の氷の混合体
を強制循環させる配管装置を設けたことを特徴とする請
求項１〜請求項４記載のガスタービンの氷蓄熱利用吸気
冷却装置。
【請求項６】前記空気冷却器と前記貯氷槽との間を、
冷却水または冷却水およびシャーベット状の氷の混合体
を強制循環させるバイパス流路を形成する配管装置を設
けたことを特徴とする請求項１〜請求項５記載のガスタ
ービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項７】前記冷却器には冷却部温度を検知する温
度センサを設け、前記循環配管装置およびバイパス流路
形成用の配管装置の何れか一方または双方、冷却管入口
に設けた温度調整弁を、前記温度センサの出力を制御入
力とする温度制御装置によって制御させることを特徴と
する請求項５または請求項６記載の温度ガスタービンの
氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項８】吸気の流路を空気冷却器を経由する流路
と前記空気冷却器をバイパスする流路との何れかに設定
する吸気流路切替手段を具えたことを特徴とする請求項
１〜請求項８記載のガスタービンの氷蓄熱利用吸気冷却
装置。
【請求項９】冷却管が冷却器内において水平に対して
傾斜して配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項
８記載のガスタービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項１０】冷却管が冷却器内において鉛直に配置
されたことを特徴とする請求項１〜請求項８記載のガス
タービンの氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項１１】空気冷却器の冷却管には、その配置角
度に応じたリードおよび乗数の冷却フィンを設けたこと
を特徴とする請求項１〜請求項１０記載のガスタービン
の氷蓄熱利用吸気冷却装置。
【請求項１２】前記ガスタービンは、ガス・蒸気コン
バインドサイクルを構成するものであることを特徴とす
る請求項１〜請求項１１記載のガスタービンの氷蓄熱利
用吸気冷却装置。