JP2013177833A - 吸気冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸引した空気を冷却するための吸気冷却装置において、吸気方向下流側に運ばれる液滴量を減少させる。
【解決手段】外部から導入された冷却媒体により、吸気入口２ａから取り込まれた吸気を冷却する冷却コイル４と、冷却コイルの下流側に配置される放電部５と、冷却コイルの下流側に配置されて、吸気に含まれる湿分を分離する湿分分離部６と、湿分分離部の下流側に配置されて、湿分分離部を通過した吸気から粉塵を除去する集塵フィルタ７とを備えている吸気冷却装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン等の吸気を出力向上のために冷却する装置に関する。

圧縮機、燃焼器、及びタービン等から構成される発電用ガスタービンでは、圧縮機へ吸気される吸気の温度によってタービンにおける出力が影響を受ける。例えば、大気温度が高い夏季には、吸気の密度が低下して質量流量が低下するため、タービンの出力が低下する。このようなタービンの出力低下を抑止するために、高温な吸気を冷却するための吸気冷却装置が従来提唱されている。

図５は、従来例に係る吸気冷却装置１０１を備えた吸気ダクト２の構成を示す模式図である。吸気ダクト２は、吸気を冷却するための冷却コイル４と、吸気から水分を除去するためのミストセパレータ１０６と、吸気から埃等の異物を除去するための集塵フィルタ７と、を備えている。冷却コイル４を用いた吸気冷却装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。

冷却コイル４は、吸気と冷却媒体との間で熱交換させることで吸気を冷却する熱交換器であり、第一循環路９、第一循環ポンプ１０を介して冷たい循環水を供給する冷凍機１１と接続されている。また、冷凍機１１には、第二循環路１２及び第二循環ポンプ１３を介して冷たい循環水を供給する冷却塔１４が接続されている。

特開２０００−１１０５８６号公報

しかし、従来の吸気冷却装置１０１によれば、冷却コイル４を通過した吸気の中に液滴が相当量存在し、この液滴が下流側の集塵フィルタ７や圧縮機に付着すると、これらの箇所で不具合が生じるという問題があった。より詳細に説明すると、低温な冷却コイル４の表面に吸気が接触すると、吸気中の水分が凝縮することで冷却コイルの表面に水滴が付着し、この水滴が吸気中に飛散する。また、吸気自体が露点温度以下まで冷却されると、吸気中の水分が凝縮することで水滴として表出する。

このようにして吸気中に存在する液滴は、その一部がミストセパレータ１０６によって除去されるものの、除去し切れずに残存したものが吸気によって更に下流側へ運ばれる。そして、この液滴によって集塵フィルタ７や圧縮機が腐食する不具合、或いは集塵フィルタ７の圧力損失が増加するという不具合が生じる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、吸引した空気を冷却するための吸気冷却装置において、吸気方向下流側に運ばれる液滴量を減少させる手段を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の吸気冷却装置は、外部から導入された冷却媒体により、吸気入口から取り込まれた吸気を冷却する冷却コイルと、前記冷却コイルの下流側に配置される放電部と、前記冷却コイルの下流側に配置されて、吸気に含まれる湿分を分離する湿分分離部と、前記湿分分離部の下流側に配置されて、前記湿分分離部を通過した吸気から粉塵を除去する集塵フィルタとを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、放電部に高電圧を印加することにより、放電部の周りにコロナ放電が生じる。これにより、冷却コイルを通過した吸気に含まれる凝縮水又は粉塵が帯電される。そして、荷電された凝縮水又は粉塵に周囲の水や粉塵などが付着し、凝縮水の水滴の直径が見かけ上大きくなる。これにより、湿分分離部での凝縮水の除去率を高めることができる。即ち、吸気方向下流側に運ばれる液滴量を減少させることができ、集塵フィルタの圧力損失を抑制することができる。

また、前記放電部は、鋭角な先端を有する突起を所定の間隔で複数有していることが好ましい。

また、前記放電部は、前記湿分分離部の上流側に設けられ、前記冷却コイルを通過した吸気から霧状又は液状になった凝縮水、又は吸気に含まれる粉塵を帯電させることが好ましい。

また、前記湿分分離部は、吸気の流れ方向に沿って互いに平行に配設される複数の波板部材であって、前記波板部材は吸気の流路を屈曲させるように波状に折り曲げられ、前記波板部材の曲部の各々には前記波板部材上を流れる凝縮水を捕集するように前記波板部材の幅方向に延在する複数の捕集板が形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、凝縮水が波板部材に衝突し、さらに捕集板に捕集されることによって、凝縮水をより確実に捕集することができる。

また、前記波板部材同士の間には、該波板部材と平行に延在する波板形状の放電板が配置されており、前記放電板を帯電した凝縮水又は粉塵と同じ電位に荷電することで前記放電板に凝縮水又は粉塵を前記波板部材に向かわせることが好ましい。

上記構成によれば、放電板の周囲に電界が発生して放電部によって荷電された凝縮水又は粉塵が、放電板に対して反発するように離間することによって、凝縮水又は粉塵が波板部材に付着しやすくなるため、凝縮水の除去率をさらに高めることができる。

また、前記波板部材又は前記捕集板を帯電した凝縮水又は粉塵と逆の電位に荷電することで前記放電板に凝縮水又は粉塵を吸着させる構成としてもよい。

上記構成によれば、凝縮水又は粉塵が波板部材又は捕集板に吸着されやすくなるため、凝縮水の除去率をさらに高めることができる。

さらに、前記湿分分離部は、吸気の流れ方向に沿って互いに平行に配設される複数の波板部材であって、前記波板部材は吸気の流路を屈曲させるように波状に折り曲げられ、前記波板部材の曲部の各々には前記波板部材上を流れる凝縮水を捕集するように前記波板部材の幅方向に延在する複数の捕集板が形成されているとともに、前記波板部材又は前記捕集板が荷電され、前記放電極は、前記複数の波板部材同士の間に配置され、イオン風を発生させる構成としてもよい。

上記構成によれば、放電部と波板部材との間にイオン風を発生させ、イオン風により凝縮水又は粉塵を波板部材の方向に押し込むことによって、凝縮水の除去率をさらに高めることができる。

本発明によれば、放電部に高電圧を印加することにより、放電部の周りにコロナ放電が生じる。これにより、冷却コイルを通過した吸気に含まれる凝縮水又は粉塵が帯電される。そして、荷電された凝縮水又は粉塵に周囲の水や粉塵などが付着し、凝縮水の水滴の直径が見かけ上大きくなる。これにより、湿分分離部での凝縮水の除去率を高めることができる。即ち、吸気方向下流側に運ばれる液滴量を減少させることができ、集塵フィルタの圧力損失を抑制することができる。

本発明の第一実施形態に係る吸気冷却装置を備えた吸気ダクトの模式図である。 本発明の第一実施形態に係る吸気冷却装置の湿分分離部の拡大図である。 本発明の第二実施形態に係る吸気冷却装置を備えた吸気ダクトの模式図である。 本発明の第三実施形態に係る吸気冷却装置を備えた吸気ダクトの模式図である。 従来の吸気冷却装置を備えた吸気ダクトの構成を示す模式図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の吸気冷却装置１は、吸気の流路を形成する配管形状の吸気ダクト２に設けられた装置であり、流路を流れる吸気を冷却するためのものである。

吸気冷却装置１は、外部から導入された冷却媒体により、吸気入口２ａから取り込まれた吸気を冷却する冷却コイル４と、冷却コイル４の下流側に配置されて、冷却コイル４を通過した吸気から霧状又は液状になった凝縮水、又は吸気に含まれる粉塵を帯電させる放電部５と、放電部５の下流側に配置された湿分分離部６と、湿分分離部６の下流側に配置されて、湿分分離部６を通過した吸気から粉塵を除去する集塵フィルタ７とを有している。

また、吸気ダクト２の吸気入口２ａには、吸気口ユニット８が設けられている。吸気口ユニット８は、ブラインド状の部材であって吸気ダクト２の内部に雨水が浸入するのを防止するためのウェザールーバーと、吸気から埃等の異物を除去するためのプレフィルタとから構成されている。この吸気口ユニット８は、図１に示すように、吸気入口２ａに近接した位置に設けられている。尚、この吸気口ユニット８は本発明に必須の構成ではなく、またウェザールーバーやプレフィルタ以外の構成を含めてもよい。

冷却コイル４には、第一循環路９、第一循環ポンプ１０を介して冷凍機１１（ターボ冷凍機や吸収式冷凍機等）から冷たい循環水（冷却媒体）が供給されるようになっており、冷却コイル４で吸気と熱交換された（吸気との熱交換で温められた）循環水は、第一循環路９を介して冷凍機１１に戻されるようになっている。

冷凍機１１には、第二循環路１２、第二循環ポンプ１３を介して冷却塔１４から冷たい循環水が供給されるようになっており、冷凍機１１で第一循環路９を循環する循環水と熱交換された（第一循環路９を循環する循環水との熱交換で温められた）循環水は、第二循環路１２を介して冷却塔１４に戻され、冷却塔１４で再び冷却されるようになっている。

放電極５は、吸気ダクト３の内周面に設けられ、鋭角な先端を有する複数の突起１５によって構成されている。複数の突起１５は、吸気ダクト２の軸方向に直交する方向に突出して形成されている。また、吸気ダクト３の外部には、高電圧発生装置（不図示）が配置されており、放電極５を構成する突起１５に高電圧を印加するようになっている。

湿分分離部６は、吸気に含まれる水分を除去するためのものである。湿分分離部６は、所定の間隔を有して互いに平行となるように配置された複数の波板部材１６（ドライヤベーン）から構成されている。また、波板部材１６は、面が吸気方向に沿うように方向付けられている。即ち、吸気ダクト２の延在方向に沿うように方向付けられている。

波板部材１６は、吸気方向に直交する方向から視た断面形状が吸気方向に向かって、交互に複数の山谷を形成している凹凸形状（ジグザグ形状）を成している。湿分分離部６を構成する複数の波板部材１６は、互いに上記山谷が吸気方向で揃うように配置されている。即ち、波板部材１６同士の間に形成される吸気の流路は、吸気方向に沿って屈曲を繰り返す形状をなしている。

また、凹凸形状の凸部には、波板部材１６の表面に沿って流れる吸気に向かって開口している捕集板１７（ドレインポット）が設けられている。捕集板１７は、波板部材１６の幅方向（図１の紙面奥行き方向）に延在し、吸気に含まれる凝縮水を捕捉しやすいように吸気方向上流側に突出するように形成されている。なお、捕集板１７は、５μｍより大きな水滴を除去可能なように形成されている。
また、波板部材１６の最も下流側の端部には、波板部材１６の幅方向に延在し、波板部材１６の延在方向に直交する方向に突出するガイドベーン１８が形成されている。

集塵フィルタ７は、吸気に含まれる埃等の異物を除去するためのものである。この集塵フィルタ７は、吸気口ユニット８のプレフィルタより細かい目を有するものである。集塵フィルタ７は、例えばＨＥＰＡフィルタなどのエアフィルタを採用することができ、材質としては、例えばウォータープルーフ難燃性グラスファイバー、ポリエステルとガラス繊維、耐水性グラスファイバー紙を採用することができる。

また、湿分分離部６の最も下流側の端部と、集塵フィルタ７との間には、所定の間隔が設けられている。この間隔は、複数の波板部材１６によって、複数の流れに分断された吸気が、吸気方向に沿って空間を流れることによって、均一となるのに十分な間隔とされている。

さらに、吸気冷却装置１は、波板部材１６又は捕集板１７に付着した凝縮水又は粉塵を洗い流すための洗浄装置（図示せず）を備えている。洗浄装置は、特に３０℃程度の水を波板部材１６又は捕集板１７の噴射可能に構成されている。また、水を噴射し、空気温度を上昇させることによって相対湿度を下げることができる。これにより、集塵フィルタ７の圧力損失の上昇を防ぐことができる。

次に、本実施形態の吸気冷却装置１の作用について説明する。
高電圧発生装置により放電極５に高電圧が印加されると、放電極５の先端部の周りにコロナ放電が生じる。これにより、冷却コイル４を通過した吸気に含まれる、凝縮水又は粉塵が帯電される。
凝縮水もしくは（および）粉塵に荷電することにより、お互いが凝集することにより凝縮水の水滴の直径が見かけ上大きくなる。

そして、凝縮水の水滴は、複数の波板部材１６によって形成された複数の流路に流入する。流路は屈曲を繰り返した形状とされているため、水滴は波板部材１６の壁に衝突する。衝突した水滴は吸気方向に壁に沿って移動し、最終的に捕集板１７によって捕捉される。

上記実施形態によれば、凝縮水の水滴の直径が見かけ上大きくなることにより、捕集板１７での凝縮水の除去率を高めることができる。即ち、吸気方向下流側に運ばれる液滴量を減少させることができる。そして、集塵フィルタ７の圧力損失を抑制することができる。

波板部材１６の最下端にガイドベーン１８が形成されていることによって、大きな水滴を捕捉することができ、凝縮水の除去率をさらに高めることができる。

なお、凝縮水の除去率をさらに高めるために、波板部材１６又は捕集板１７を、凝縮水又は粉塵と逆の電位に荷電することで、凝縮水又は粉塵を波板部材１６又は捕集板１７を吸着させる構成とすることができる。
この場合、図２に示すように、凝縮水の再飛散を防止するために、金網２２を設置することが好ましい。金網２２は、波板部材１６と所定間隔をおいて平行に設置される。

さらに、波板部材１６上に親水性フィルタ２３と疎水性フィルタ２４を順に重ねることが好ましい。このようにフィルタを重ねることで、疎水性フィルタ２４の水が滞留しないため、電流パスを防ぐことができ、火花が発生することを防止することができる。
疎水性フィルタ２４の材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンを採用することができる。
また、捕集板１７のみ荷電する場合は、水滴によって火花が発生するのを防止するために、捕集板１７付近に疎水加工を施すことが好ましい。

（第二実施形態）
以下、本発明に係る第二実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図３に示すように、第二実施形態による吸気冷却装置１Ｂでは、放電板２０が設けられている。

放電板２０は、波板部材１６同士の間に、波板部材１６と平行に延在するように配置された波板形状の部材である。即ち、放電板２０は、波板部材１６と略同様の形状を有している。
放電板２０は、放電部５によって凝縮水又は粉塵がマイナスに荷電される場合、マイナスに荷電されるように構成され、凝縮水又は粉塵がプラスに荷電される場合、プラスに荷電されるように構成されている。即ち、放電板２０は、放電部５によって荷電された凝縮水又は粉塵と同じ電位に荷電されており、凝縮水又は粉塵が放電板２０に対して反発するように離間するように荷電される。

上記実施形態によれば、放電板２０の周囲に電界が発生して放電部５によって荷電された凝縮水又は粉塵が、放電板２０に対して反発するように離間することによって、凝縮水又は粉塵が波板部材１６に付着しやすくなるため、凝縮水の除去率をさらに高めることができる。

（第三実施形態）
以下、本発明に係る第三実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

図４に示すように、第三実施形態による吸気冷却装置１Ｃでは、放電部５Ｃが波板部材１６と波板部材１６との間に配置されている。具体的には、放電部５Ｃを構成する突起１５Ｃは、その先端が波板部材１６と波板部材１６との間に位置するように配置されている。そして、放電部５Ｃと波板部材１６との間に高電圧を印加することにより、吸気方向と交差する方向にイオン風を発生させ、イオン風により凝縮水又は粉塵を波板部材１６の方向に押し込む。

上記実施形態によれば、放電部５Ｃと波板部材１６との間にイオン風を発生させ、イオン風により凝縮水又は粉塵を波板部材１６の方向に押し込むことによって、凝縮水の除去率をさらに高めることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記各実施形態の湿分分離部は複数の波形の波板部材を用いる構成としたが、吸気中の湿分を分離することができるものであればこれに限ることはなく、各種のミストセパレータを採用することができる。ミストセパレータとしては、吸気をメッシュに通過させることで湿分を分離するメッシュ型や、など公知のミストセパレータを採用することができる。

１ 吸気冷却装置
２ 吸気ダクト
２ａ 吸気入口
４ 冷却コイル
５ 放電部
６ 湿分分離部
７ 集塵フィルタ
１５ 突起
１６ 板状部材
１７ 捕集板
２０ 放電板

Claims (7)

1. 外部から導入された冷却媒体により、吸気入口から取り込まれた吸気を冷却する冷却コイルと、
   前記冷却コイルの下流側に配置される放電部と、
   前記冷却コイルの下流側に配置されて、吸気に含まれる湿分を分離する湿分分離部と、
   前記湿分分離部の下流側に配置されて、前記湿分分離部を通過した吸気から粉塵を除去する集塵フィルタとを備えていることを特徴とする吸気冷却装置。
2. 前記放電部は、鋭角な先端を有する突起を所定の間隔で複数有していることを特徴とする請求項１に記載の吸気冷却装置。
3. 前記放電部は、前記湿分分離部の上流側に設けられ、前記冷却コイルを通過した吸気から霧状又は液状になった凝縮水、又は吸気に含まれる粉塵を帯電させることを特徴とする請求項２に記載の吸気冷却装置。
4. 前記湿分分離部は、吸気の流れ方向に沿って互いに平行に配設される複数の波板部材であって、前記波板部材は吸気の流路を屈曲させるように波状に折り曲げられ、前記波板部材の曲部の各々には前記波板部材上を流れる凝縮水を捕集するように前記波板部材の幅方向に延在する複数の捕集板が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の吸気冷却装置。
5. 前記波板部材同士の間には、該波板部材と平行に延在する波板形状の放電板が配置されており、前記放電板を帯電した凝縮水又は粉塵と同じ電位に荷電することで前記放電板に凝縮水又は粉塵を向かわせることを特徴とする請求項４に記載の吸気冷却装置。
6. 前記波板部材又は前記捕集板を帯電した凝縮水又は粉塵と逆の電位に荷電することで前記放電板に凝縮水又は粉塵を吸着させることを特徴とする請求項４に記載の吸気冷却装置。
7. 前記湿分分離部は、吸気の流れ方向に沿って互いに平行に配設される複数の波板部材であって、前記波板部材は吸気の流路を屈曲させるように波状に折り曲げられ、前記波板部材の曲部の各々には前記波板部材上を流れる凝縮水を捕集するように前記波板部材の幅方向に延在する複数の捕集板が形成されているとともに、前記波板部材又は前記捕集板が荷電され、
   前記放電部は、前記複数の波板部材同士の間に配置され、イオン風を発生させることを特徴とする請求項２に記載の吸気冷却装置。

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