JP2002201958A - ガスタービン圧縮機への水噴霧の供給を制御するための装置及び方法 - Google Patents
ガスタービン圧縮機への水噴霧の供給を制御するための装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、上流の空気及び水の状態の測定値
とタービンを通る既知の空気流量を用いて、圧縮機に供
給される空気を加湿するための装置に関する。 【解決手段】 ガスタービンからの出力を増大させるた
めに、ガスタービン圧縮機入口の上流の空気中に水滴噴
霧が吹き付けられる。水は、圧縮機入口に入る空気の乾
球温度を下げる作用を有する。予想される大気状態に適
する水量を供給するために、複数の異なる容量のポンプ
が設けられて水の流量の広い範囲にわたって水を供給す
る。ポンプ用の制御装置は、水噴射の下流で取られた測
定値から得られる入口空気に対する設定温度を用いるこ
とを避ける。操作員が圧縮機に入る空気の所望の相対湿
度を入力すると、制御装置は、以下の測定値、すなわ
ち、圧縮機への乾燥空気の流量、入口水の流量、入口空
気の露点温度、入口空気の乾球温度、及び入口水の温度
を用いて適当な水の流量を決定する。
とタービンを通る既知の空気流量を用いて、圧縮機に供
給される空気を加湿するための装置に関する。 【解決手段】 ガスタービンからの出力を増大させるた
めに、ガスタービン圧縮機入口の上流の空気中に水滴噴
霧が吹き付けられる。水は、圧縮機入口に入る空気の乾
球温度を下げる作用を有する。予想される大気状態に適
する水量を供給するために、複数の異なる容量のポンプ
が設けられて水の流量の広い範囲にわたって水を供給す
る。ポンプ用の制御装置は、水噴射の下流で取られた測
定値から得られる入口空気に対する設定温度を用いるこ
とを避ける。操作員が圧縮機に入る空気の所望の相対湿
度を入力すると、制御装置は、以下の測定値、すなわ
ち、圧縮機への乾燥空気の流量、入口水の流量、入口空
気の露点温度、入口空気の乾球温度、及び入口水の温度
を用いて適当な水の流量を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン装置
に関し、具体的には、上流の空気及び水の状態の測定値
とタービンを通る既知の空気流量とを用いて、圧縮機に
供給される空気を加湿するための装置に関する。
に関し、具体的には、上流の空気及び水の状態の測定値
とタービンを通る既知の空気流量とを用いて、圧縮機に
供給される空気を加湿するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンからの出力は、ガスタービ
ン圧縮機入口の上流の空気中に細かい水滴の噴霧を吹き
付けることにより増大させることができることは周知で
ある。水は、圧縮機入口に供給される空気の温度を下げ
る作用を有する。
ン圧縮機入口の上流の空気中に細かい水滴の噴霧を吹き
付けることにより増大させることができることは周知で
ある。水は、圧縮機入口に供給される空気の温度を下げ
る作用を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】圧縮機入口の空気流に
細かい水の噴霧を供給する装置を作り出す一般的な手法
は、幾つかの同じ大きさの水ポンプを単独にまたは組み
合わせて用いることである。水の流量は、個々のポンプ
の何れかの流量あるいは２つ又はそれ以上のポンプから
の流量の総和に等しくなるように設定することができ
る。また、流量は制御装置及びバイパス弁により変える
ことが可能である。水流量制御は、通常、水噴射の下流
位置における空気流の乾球温度の測定値を用いる。水噴
射の下流に位置する何れの温度センサも、水滴による影
響を受け、温度測定値が湿球温度の方にずれを生じる傾
向があるので、この手法は信頼性がない。その上に、噴
霧器への水の温度は、空気の湿球温度と同じであると仮
定されており、すなわち蒸発プロセスは、空気の湿球温
度で起こると仮定されている。
細かい水の噴霧を供給する装置を作り出す一般的な手法
は、幾つかの同じ大きさの水ポンプを単独にまたは組み
合わせて用いることである。水の流量は、個々のポンプ
の何れかの流量あるいは２つ又はそれ以上のポンプから
の流量の総和に等しくなるように設定することができ
る。また、流量は制御装置及びバイパス弁により変える
ことが可能である。水流量制御は、通常、水噴射の下流
位置における空気流の乾球温度の測定値を用いる。水噴
射の下流に位置する何れの温度センサも、水滴による影
響を受け、温度測定値が湿球温度の方にずれを生じる傾
向があるので、この手法は信頼性がない。その上に、噴
霧器への水の温度は、空気の湿球温度と同じであると仮
定されており、すなわち蒸発プロセスは、空気の湿球温
度で起こると仮定されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施形
態によると、噴霧器の下流の温度測定値を用いることな
く、噴霧器への所望の水流量を制御するための装置が提
供される。本発明では、噴霧器上流の入口空気及び入口
水の温度を測定し、圧縮機入口へ供給される加湿空気の
既知の流量値と、質量及び熱移動プロセスの解析とを共
に用いて、噴霧器へ供給される水の流量を決定する。上
述の従来技術のプロセスに固有の不正確さは、回避され
る。
態によると、噴霧器の下流の温度測定値を用いることな
く、噴霧器への所望の水流量を制御するための装置が提
供される。本発明では、噴霧器上流の入口空気及び入口
水の温度を測定し、圧縮機入口へ供給される加湿空気の
既知の流量値と、質量及び熱移動プロセスの解析とを共
に用いて、噴霧器へ供給される水の流量を決定する。上
述の従来技術のプロセスに固有の不正確さは、回避され
る。
【０００５】具体的には、空気流に添加される水の量
は、水の温度及び空気流量の既知の値と共に、測定され
た乾球温度と、噴霧器上流の外気の露点温度、相対湿
度、または湿球温度のような湿度の測定値とを用いるこ
ことにより決定される。この方法は、乾球温度及び露点
温度から上流の外気流の絶対湿度（水蒸気の質量を乾燥
空気の質量で除した値）を求めることを伴う。その方法
はまた、所望の水が完全に気化した下流の状態での飽和
空気の絶対湿度を求めることを伴う。上流空気の絶対湿
度と下流の飽和空気の絶対湿度との間の差、あるいは何
らかのユーザ設定率を加味したこの差の値を用いて、空
気の単位流量当りの噴霧水の必要流量を算定する。これ
らの流量は、単位時間当りの質量として表わされる。結
局、噴霧される水の総流量は、噴霧された既知の空気流
量と、空気の単位流量当りの水の必要流量とから算定さ
れる。
は、水の温度及び空気流量の既知の値と共に、測定され
た乾球温度と、噴霧器上流の外気の露点温度、相対湿
度、または湿球温度のような湿度の測定値とを用いるこ
ことにより決定される。この方法は、乾球温度及び露点
温度から上流の外気流の絶対湿度（水蒸気の質量を乾燥
空気の質量で除した値）を求めることを伴う。その方法
はまた、所望の水が完全に気化した下流の状態での飽和
空気の絶対湿度を求めることを伴う。上流空気の絶対湿
度と下流の飽和空気の絶対湿度との間の差、あるいは何
らかのユーザ設定率を加味したこの差の値を用いて、空
気の単位流量当りの噴霧水の必要流量を算定する。これ
らの流量は、単位時間当りの質量として表わされる。結
局、噴霧される水の総流量は、噴霧された既知の空気流
量と、空気の単位流量当りの水の必要流量とから算定さ
れる。
【０００６】より具体的には、操作員は、圧縮機に入る
空気の相対湿度、例えば９９％相対湿度を特定する。下
流空気に対して所望の状態を作り出すのに必要とされる
距離及び水の流量は、熱及び質量移動プロセスの解析を
伴い、それらはフィルム理論（薄層の理論）を用いてモ
デル化される。それらプロセスは相互依存するので、こ
の計算は繰り返し解法を伴う。熱及び質量移動プロセス
は、結果として定湿球プロセスに類似の空気流を冷却す
るプロセスになる。事実、熱及び質量移動プロセスは、
水が空気の湿球温度で空気流に供給される場合、定湿球
プロセスと同一である。しかしながら、本発明は、温度
が同一であると仮定することなく、湿球温度よりも高い
かまたは低い温度で水が空気に供給されることを可能に
する。フィルム理論解は、水の流量、噴霧水の温度、水滴
の直径分布、入口空気の湿度、入口空気の流量、入口空
気の線速度及び入口空気の温度によって左右される。質
量移動は、圧縮機に到達する前の水の蒸発をモデル化す
る。また、熱移動プロセスは断熱的であり、対応するエ
ネルギー収支を生じる。エネルギー収支は、入口空気の
流量、入口空気の湿度、入口空気の乾球温度、入口水の
温度、入口水の流量、及び圧縮機に入る空気の湿度によ
って左右される。質量移動関係及びフィルム理論により
得られるエネルギー収支を用いて、噴霧される水の流量
及び完全な気化に必要とされる距離が、操作員により特
定される相対湿度から求められる。
空気の相対湿度、例えば９９％相対湿度を特定する。下
流空気に対して所望の状態を作り出すのに必要とされる
距離及び水の流量は、熱及び質量移動プロセスの解析を
伴い、それらはフィルム理論（薄層の理論）を用いてモ
デル化される。それらプロセスは相互依存するので、こ
の計算は繰り返し解法を伴う。熱及び質量移動プロセス
は、結果として定湿球プロセスに類似の空気流を冷却す
るプロセスになる。事実、熱及び質量移動プロセスは、
水が空気の湿球温度で空気流に供給される場合、定湿球
プロセスと同一である。しかしながら、本発明は、温度
が同一であると仮定することなく、湿球温度よりも高い
かまたは低い温度で水が空気に供給されることを可能に
する。フィルム理論解は、水の流量、噴霧水の温度、水滴
の直径分布、入口空気の湿度、入口空気の流量、入口空
気の線速度及び入口空気の温度によって左右される。質
量移動は、圧縮機に到達する前の水の蒸発をモデル化す
る。また、熱移動プロセスは断熱的であり、対応するエ
ネルギー収支を生じる。エネルギー収支は、入口空気の
流量、入口空気の湿度、入口空気の乾球温度、入口水の
温度、入口水の流量、及び圧縮機に入る空気の湿度によ
って左右される。質量移動関係及びフィルム理論により
得られるエネルギー収支を用いて、噴霧される水の流量
及び完全な気化に必要とされる距離が、操作員により特
定される相対湿度から求められる。
【０００７】本発明の好ましい実施形態において、水
は、各々が異なる大きさのポンプ系統を通して空気流に
供給される。２番目に小さいポンプは、１番小さいポン
プの流量の２倍で水を供給する。３番目に小さいポンプ
は、２番目に小さいポンプの流量の２倍で水を供給す
る。４番目に小さい、例えば最も大きいポンプは、流量
を任意に変えられるように可変速度制御を備えている。
このように、水の流量は、ポンプの最大容量とその半分
の容量の間の如何なる値にも設定可能である。最大容量
の半分より少ない流量は、個々のポンプを作動させるこ
とにより、最も小さいポンプの増分に設定可能である。
は、各々が異なる大きさのポンプ系統を通して空気流に
供給される。２番目に小さいポンプは、１番小さいポン
プの流量の２倍で水を供給する。３番目に小さいポンプ
は、２番目に小さいポンプの流量の２倍で水を供給す
る。４番目に小さい、例えば最も大きいポンプは、流量
を任意に変えられるように可変速度制御を備えている。
このように、水の流量は、ポンプの最大容量とその半分
の容量の間の如何なる値にも設定可能である。最大容量
の半分より少ない流量は、個々のポンプを作動させるこ
とにより、最も小さいポンプの増分に設定可能である。
【０００８】本発明による好ましい実施形態において、
圧縮機、空気を受け入れるための水噴霧器への入口及び
水を受け入れるための水噴霧器への入口を有するガスタ
ービンの水噴霧器の制御装置における、圧縮機に加湿空
気を供給するための方法が提供され、該方法は、水噴霧
器への空気入口内の空気の少なくとも１つの特性を感知
することにより、圧縮機へ供給される空気を加湿するた
めに水噴霧器へ供給される水の流量を、所定の相対湿度
に決定する段階を含む。
圧縮機、空気を受け入れるための水噴霧器への入口及び
水を受け入れるための水噴霧器への入口を有するガスタ
ービンの水噴霧器の制御装置における、圧縮機に加湿空
気を供給するための方法が提供され、該方法は、水噴霧
器への空気入口内の空気の少なくとも１つの特性を感知
することにより、圧縮機へ供給される空気を加湿するた
めに水噴霧器へ供給される水の流量を、所定の相対湿度
に決定する段階を含む。
【０００９】本発明による別の好ましい実施形態におい
て、圧縮機、空気を受け入れるための水噴霧器への入口
及び水を受け入れるための水噴霧器への入口を有するガ
スタービンの水噴霧器の制御装置における、圧縮機に加
湿空気を供給するための方法が提供され、該方法は、水
噴霧器へ供給される空気の少なくとも１つの特性を感知
する段階と、感知された特性に従って、圧縮機へ供給さ
れる空気を加湿するために水噴霧器へ供給される水の流
量を、所定の相対湿度に制御する段階とを含む。
て、圧縮機、空気を受け入れるための水噴霧器への入口
及び水を受け入れるための水噴霧器への入口を有するガ
スタービンの水噴霧器の制御装置における、圧縮機に加
湿空気を供給するための方法が提供され、該方法は、水
噴霧器へ供給される空気の少なくとも１つの特性を感知
する段階と、感知された特性に従って、圧縮機へ供給さ
れる空気を加湿するために水噴霧器へ供給される水の流
量を、所定の相対湿度に制御する段階とを含む。
【００１０】本発明によるさらに別の好ましい実施形態
において、ガスタービンの圧縮機へ加湿空気を供給する
ための装置が提供され、該装置は、水噴霧器、空気を受
け入れるための水噴霧器への入口、水を受け入れるため
の水噴霧器への入口、水噴霧器への空気入口内の空気の
温度及び湿度と水噴霧器への水入口内の水の温度とを測
定するためのセンサ、並びに圧縮機へ加湿空気を供給す
るために、水噴霧器への入口内の空気及び水の感知され
た温度に従って、水噴霧器への流量を制御するための水
流量制御装置を含む。
において、ガスタービンの圧縮機へ加湿空気を供給する
ための装置が提供され、該装置は、水噴霧器、空気を受
け入れるための水噴霧器への入口、水を受け入れるため
の水噴霧器への入口、水噴霧器への空気入口内の空気の
温度及び湿度と水噴霧器への水入口内の水の温度とを測
定するためのセンサ、並びに圧縮機へ加湿空気を供給す
るために、水噴霧器への入口内の空気及び水の感知され
た温度に従って、水噴霧器への流量を制御するための水
流量制御装置を含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１には、圧縮機に入る入口空気
の加湿を制御するための装置が、全体を１００で示され
る。加湿装置１００は、以下のプロセス入力、すなわち
流路１０１による外気と流路１０２による水とを有す
る。プロセス出力は、圧縮機１０４の入口に流れる流路
１０３を通る加湿空気と、もしあれば、加湿プロセスの
後であって圧縮機１０４に入る前の蒸発していない流路
１０５による過剰の水とである。また、タービン１０６
及び発電機１０７が図示されている。ガスタービン１０
６は、通常通り、発電機１０７を駆動し発電する。
の加湿を制御するための装置が、全体を１００で示され
る。加湿装置１００は、以下のプロセス入力、すなわち
流路１０１による外気と流路１０２による水とを有す
る。プロセス出力は、圧縮機１０４の入口に流れる流路
１０３を通る加湿空気と、もしあれば、加湿プロセスの
後であって圧縮機１０４に入る前の蒸発していない流路
１０５による過剰の水とである。また、タービン１０６
及び発電機１０７が図示されている。ガスタービン１０
６は、通常通り、発電機１０７を駆動し発電する。
【００１２】流路１０２を通してプロセスに入る水は、
複数の流れ、例えばそれぞれが別個のポンプにより制御
される４つの流れに分けられる。従って、ポンプ１０８
は流路１１２を介して水を圧送し、ポンプ１０９は流路
１１３を介して水を圧送し、ポンプ１１０は流路１１４
を介して水を圧送し、またポンプ１１１は流路１１５を
介して水を圧送する。各ポンプは、異なる大きさであ
り、プロセスへの水の総流量は、それらに応じて制御さ
れ得る。例えば、ポンプ１０９はポンプ１０８の大きさ
の２倍の大きさに、ポンプ１１０はポンプ１０９の大き
さの２倍の大きさに、またポンプ１１１はポンプ１１０
の大きさの２倍の大きさにすることができる。その上
に、最大のポンプ、例えばポンプ１１１は、可変速度ポ
ンプにすることができる。ポンプ１０８、１０９及び１
１０もまた、可変速度ポンプにすることができるが、本
発明の好ましい実施形態では、ポンプの組合せを用い
て、流路１０２内の水の総流量を制御し、従って、噴霧
器すなわちノズル１１６〜１１９を通して供給される水
の量、また圧縮機入口に供給される水の量を制御する。
表１は、好ましい実施形態によるポンプの種々の組合せ
のを用いる相対的な流量単位を示す。
複数の流れ、例えばそれぞれが別個のポンプにより制御
される４つの流れに分けられる。従って、ポンプ１０８
は流路１１２を介して水を圧送し、ポンプ１０９は流路
１１３を介して水を圧送し、ポンプ１１０は流路１１４
を介して水を圧送し、またポンプ１１１は流路１１５を
介して水を圧送する。各ポンプは、異なる大きさであ
り、プロセスへの水の総流量は、それらに応じて制御さ
れ得る。例えば、ポンプ１０９はポンプ１０８の大きさ
の２倍の大きさに、ポンプ１１０はポンプ１０９の大き
さの２倍の大きさに、またポンプ１１１はポンプ１１０
の大きさの２倍の大きさにすることができる。その上
に、最大のポンプ、例えばポンプ１１１は、可変速度ポ
ンプにすることができる。ポンプ１０８、１０９及び１
１０もまた、可変速度ポンプにすることができるが、本
発明の好ましい実施形態では、ポンプの組合せを用い
て、流路１０２内の水の総流量を制御し、従って、噴霧
器すなわちノズル１１６〜１１９を通して供給される水
の量、また圧縮機入口に供給される水の量を制御する。
表１は、好ましい実施形態によるポンプの種々の組合せ
のを用いる相対的な流量単位を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１に示すように、各ポンプの組合せが独
特の流量を生じるので、この装置は、水を２進法形式の
計算方法を用いて総流量の１５分の１に等しい増分の流
量で水を供給する。その上に、最大のポンプ、例えばポ
ンプ１１０は、可変速度になっているので、流量を任意
に変えることができる。このように、流路１０２内の水
の流量は、ポンプの最大容量とその容量の半分の間の如
何なる値にも設定可能である。最大容量の半分より少な
い流量は、最小のポンプ、例えばポンプ１０８の増分に
等しく設定可能である。
特の流量を生じるので、この装置は、水を２進法形式の
計算方法を用いて総流量の１５分の１に等しい増分の流
量で水を供給する。その上に、最大のポンプ、例えばポ
ンプ１１０は、可変速度になっているので、流量を任意
に変えることができる。このように、流路１０２内の水
の流量は、ポンプの最大容量とその容量の半分の間の如
何なる値にも設定可能である。最大容量の半分より少な
い流量は、最小のポンプ、例えばポンプ１０８の増分に
等しく設定可能である。
【００１５】ポンプ１０８から、流路１１２を通る水
は、噴霧器すなわち噴霧ノズル１１６に流れる。同様
に、流路１１３を通る水はポンプ１０９から噴霧器すな
わち噴霧ノズル１１７に流れ、流路１１４を通る水はポ
ンプ１１０から噴霧器すなわち噴霧ノズル１１８に流
れ、また流路１１５を通る水はポンプ１１１から噴霧器
すなわち噴霧ノズル１１９に流れる。各噴霧ノズルは、
細かい水の噴霧を生じ、流路１０１を通る外気がノズル
１１６、１１７、１１８及び１１９からの水滴を同伴す
ることを可能にする。流路１０３を通る加湿空気は、噴
霧ノズルから集水器１３０を越えて流れるが、集水器１
３０は流路１０５内の液体状態の水を収集する。これら
水は、蒸発しなかったか蒸発した後に凝縮した水による
ものである。集水器１３０は、液体状態の水が圧縮機１
０４に入るのを防止する。流路１０５を通る水の流量を
知ることで、流路１０３内に保持される水をより正確に
計算することが可能になる。
は、噴霧器すなわち噴霧ノズル１１６に流れる。同様
に、流路１１３を通る水はポンプ１０９から噴霧器すな
わち噴霧ノズル１１７に流れ、流路１１４を通る水はポ
ンプ１１０から噴霧器すなわち噴霧ノズル１１８に流
れ、また流路１１５を通る水はポンプ１１１から噴霧器
すなわち噴霧ノズル１１９に流れる。各噴霧ノズルは、
細かい水の噴霧を生じ、流路１０１を通る外気がノズル
１１６、１１７、１１８及び１１９からの水滴を同伴す
ることを可能にする。流路１０３を通る加湿空気は、噴
霧ノズルから集水器１３０を越えて流れるが、集水器１
３０は流路１０５内の液体状態の水を収集する。これら
水は、蒸発しなかったか蒸発した後に凝縮した水による
ものである。集水器１３０は、液体状態の水が圧縮機１
０４に入るのを防止する。流路１０５を通る水の流量を
知ることで、流路１０３内に保持される水をより正確に
計算することが可能になる。
【００１６】流路１０３内の加湿空気の相対湿度は、流
路１０２内の水の流量のみを用いて変えられる。操作員
が流路１０３内の空気の所望の相対湿度を設定すると、
水流量制御装置１２０は、その所望の流量を得るために
ポンプ１０８、１０９、１１０及び１１１を作動させ、
流路１０１内の空気に加えられる水の適当な流量を設定
する。フィルム理論を用いることによりモデル化されて
いる、熱及び質量移動プロセスが、解析される。多くの
変数が用いられて、水の所望の合計流量を計算する。し
かしながら、流路１０３内の加湿空気の温度測定値は全
く用いられない。従って、熱及び質量移動プロセスに基
づいて決定された水の流量は、従来技術のプロセスより
も正確である。
路１０２内の水の流量のみを用いて変えられる。操作員
が流路１０３内の空気の所望の相対湿度を設定すると、
水流量制御装置１２０は、その所望の流量を得るために
ポンプ１０８、１０９、１１０及び１１１を作動させ、
流路１０１内の空気に加えられる水の適当な流量を設定
する。フィルム理論を用いることによりモデル化されて
いる、熱及び質量移動プロセスが、解析される。多くの
変数が用いられて、水の所望の合計流量を計算する。し
かしながら、流路１０３内の加湿空気の温度測定値は全
く用いられない。従って、熱及び質量移動プロセスに基
づいて決定された水の流量は、従来技術のプロセスより
も正確である。
【００１７】水流量制御装置は、加湿プロセスを制御す
る際に加湿空気流量及び温度の測定値を用いる。圧縮機
１０４に供給される流路１０３を通る加湿空気の総流量
は、外部要因、例えば発電装置の負荷、燃料空気比等に
より決定される。従って、水流量制御装置１２０は、流
量センサ１２１のみを用いて、流路１０３を通る加湿空
気流量を測定する。流量センサ１２２、１２３、１２４
及び１２５により得られる測定値の合計は、流路１０２
内の水の流量に等しい。流量センサ１２２、１２３、１
２４及び１２５は、流路１１２、１１３、１１４及び１
１５内の水の流量をそれぞれ測定する。代わりに、流路
１０２内の単一の流量メータを用いることもできる。流
量センサ１２６は、集水器１３０から流れる流路１０５
内の水の流量を測定し、制御装置１２０に信号を与え
る。水流量制御装置１２０は、加湿空気が圧縮機入口に
入る前に蒸発されなかったかあるいは凝縮された水の量
に従って、流路１０２を通る水の流量を適切に減少させ
る。圧縮機１０４に到達する前に流路１０３の有効距離
内で気化できる水の量は、多くの要因に左右され、それ
ら要因には、流路１０２内の水流量、噴霧器すなわちノ
ズル１１６、１１７、１１８及び１１９により生じる水
滴の直径分布、流路１０１内の空気流量、流路１０１を
介する空気速度、及び流路１０１内の空気の湿度が含ま
れる。水滴の直径分布は、噴霧器１１６、１１７、１１
８及び１１９の汚損が全く起こらなければ、ある期間に
わたって実質的に一定に保たれる。流路１０１内の空気
速度は、流路１０１の横断面面積により空気の容量流量
を除算することにより求めることができる。流路１０１
内の空気の湿度は、流路１０１内の湿球及び乾球温度セ
ンサを用いて求められる。
る際に加湿空気流量及び温度の測定値を用いる。圧縮機
１０４に供給される流路１０３を通る加湿空気の総流量
は、外部要因、例えば発電装置の負荷、燃料空気比等に
より決定される。従って、水流量制御装置１２０は、流
量センサ１２１のみを用いて、流路１０３を通る加湿空
気流量を測定する。流量センサ１２２、１２３、１２４
及び１２５により得られる測定値の合計は、流路１０２
内の水の流量に等しい。流量センサ１２２、１２３、１
２４及び１２５は、流路１１２、１１３、１１４及び１
１５内の水の流量をそれぞれ測定する。代わりに、流路
１０２内の単一の流量メータを用いることもできる。流
量センサ１２６は、集水器１３０から流れる流路１０５
内の水の流量を測定し、制御装置１２０に信号を与え
る。水流量制御装置１２０は、加湿空気が圧縮機入口に
入る前に蒸発されなかったかあるいは凝縮された水の量
に従って、流路１０２を通る水の流量を適切に減少させ
る。圧縮機１０４に到達する前に流路１０３の有効距離
内で気化できる水の量は、多くの要因に左右され、それ
ら要因には、流路１０２内の水流量、噴霧器すなわちノ
ズル１１６、１１７、１１８及び１１９により生じる水
滴の直径分布、流路１０１内の空気流量、流路１０１を
介する空気速度、及び流路１０１内の空気の湿度が含ま
れる。水滴の直径分布は、噴霧器１１６、１１７、１１
８及び１１９の汚損が全く起こらなければ、ある期間に
わたって実質的に一定に保たれる。流路１０１内の空気
速度は、流路１０１の横断面面積により空気の容量流量
を除算することにより求めることができる。流路１０１
内の空気の湿度は、流路１０１内の湿球及び乾球温度セ
ンサを用いて求められる。
【００１８】露点センサ１２７は、流路１０１内の空気
の露点温度を測定する。乾球温度計１２８は、流路１０
１内の空気の乾球温度を測定する。ある大気の圧力での
湿度線図を用いて、相対湿度及びエンタルピーのような
他の特性のうちで、流路１０１内の空気の絶対湿度を求
める。センサすなわち温度計１２９が、流路１０２内の
水の温度を測定する。熱移動プロセスは、ほぼ断熱的で
ある。従って、水の熱エネルギー及び流路１０１内の空
気の熱エネルギーは、流路１１２、１１３、１１４及び
１１５内の水を蒸発させるのに必要とされる熱エネルギ
ーを供給する。流路１０１内のエネルギーは、流路１０
１内の乾燥空気及び水蒸気のエンタルピーから分かる
が、このエンタルピーは、湿度線図と流路１０１内の乾
燥空気の流量及び絶対湿度とから求めることができる。
流路１０１内の乾燥空気の流量は、流路１０３内の乾燥
空気の測定された流量に等しい。気化された水の総流量
は、流路１１２、１１３、１１４及び１１５内の水の流
量と、流路１０５内の水の流量とを用いて求めることが
できる。流路１０２内の水の流量及び温度が分かるの
で、水の流路１０２内のエネルギーは分かる。流路１０
２内の水の温度は、水のエンタルピーを決定し、また大
気圧は、水の蒸発潜熱を決定する。水の気化が、流路１
０１内の空気の熱エネルギーを消費するので、流路１０
３内の加湿空気の温度は、流路１０１内の空気の温度よ
りも一般的に低い。流路１０３内の加湿空気が熱平衡状
態になっている、すなわち空気中の水滴が蒸発してしま
っていると仮定すると、流路１０２を通る適当な水の流
量は、繰り返しプロセスを用いて求めることができる。
の露点温度を測定する。乾球温度計１２８は、流路１０
１内の空気の乾球温度を測定する。ある大気の圧力での
湿度線図を用いて、相対湿度及びエンタルピーのような
他の特性のうちで、流路１０１内の空気の絶対湿度を求
める。センサすなわち温度計１２９が、流路１０２内の
水の温度を測定する。熱移動プロセスは、ほぼ断熱的で
ある。従って、水の熱エネルギー及び流路１０１内の空
気の熱エネルギーは、流路１１２、１１３、１１４及び
１１５内の水を蒸発させるのに必要とされる熱エネルギ
ーを供給する。流路１０１内のエネルギーは、流路１０
１内の乾燥空気及び水蒸気のエンタルピーから分かる
が、このエンタルピーは、湿度線図と流路１０１内の乾
燥空気の流量及び絶対湿度とから求めることができる。
流路１０１内の乾燥空気の流量は、流路１０３内の乾燥
空気の測定された流量に等しい。気化された水の総流量
は、流路１１２、１１３、１１４及び１１５内の水の流
量と、流路１０５内の水の流量とを用いて求めることが
できる。流路１０２内の水の流量及び温度が分かるの
で、水の流路１０２内のエネルギーは分かる。流路１０
２内の水の温度は、水のエンタルピーを決定し、また大
気圧は、水の蒸発潜熱を決定する。水の気化が、流路１
０１内の空気の熱エネルギーを消費するので、流路１０
３内の加湿空気の温度は、流路１０１内の空気の温度よ
りも一般的に低い。流路１０３内の加湿空気が熱平衡状
態になっている、すなわち空気中の水滴が蒸発してしま
っていると仮定すると、流路１０２を通る適当な水の流
量は、繰り返しプロセスを用いて求めることができる。
【００１９】熱及び質量移動プロセスは相互依存するの
で、流路１０２を通る適当な水の流量は、繰り返し計算
によって求められる。有効距離内で所定の相対湿度を得
るために噴霧されるべき水の量は、噴霧器すなわちノズ
ル１１６〜１１９を通る水の流量及び流路１０３内の加
湿空気の温度のような質量移動パラメタに左右される。
質量移動プロセスは、水の蒸気圧の結果として水の温度
に左右される。流路１０３を介する空気が飽和してい
る、すなわち１００％の相対湿度である場合には、流路
１０２を通る水の流量を増加させても、空気の相対湿度
を増大させることはできない。さらに、熱移動プロセス
は、水の温度の結果として蒸発した水の流量に左右され
る。従って、熱移動プロセスは、質量移動プロセスを変
えるし、またその逆もある。フィルム理論は、この２つ
のプロセスを結び付けるが、有効距離内で流路１０３内
の所定の相対湿度を得るための流路１０２を通る適当な
水の流量は、直接には得ることができない。従って、計
算結果が、流路１０３を通る加湿空気の得られる相対湿
度に対応する流路１０２を通る水の流量値に収束するま
で、繰り返し計算が実行される。
で、流路１０２を通る適当な水の流量は、繰り返し計算
によって求められる。有効距離内で所定の相対湿度を得
るために噴霧されるべき水の量は、噴霧器すなわちノズ
ル１１６〜１１９を通る水の流量及び流路１０３内の加
湿空気の温度のような質量移動パラメタに左右される。
質量移動プロセスは、水の蒸気圧の結果として水の温度
に左右される。流路１０３を介する空気が飽和してい
る、すなわち１００％の相対湿度である場合には、流路
１０２を通る水の流量を増加させても、空気の相対湿度
を増大させることはできない。さらに、熱移動プロセス
は、水の温度の結果として蒸発した水の流量に左右され
る。従って、熱移動プロセスは、質量移動プロセスを変
えるし、またその逆もある。フィルム理論は、この２つ
のプロセスを結び付けるが、有効距離内で流路１０３内
の所定の相対湿度を得るための流路１０２を通る適当な
水の流量は、直接には得ることができない。従って、計
算結果が、流路１０３を通る加湿空気の得られる相対湿
度に対応する流路１０２を通る水の流量値に収束するま
で、繰り返し計算が実行される。
【００２０】本発明を、現在最も実用的かつ好ましい実
施形態であると考えられるものに関して説明してきた
が、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきでは
なく、逆に、添付の特許請求の範囲の技術思想及び技術
的範囲内に含まれる様々な変形形態及び均等の構成を保
護しようとするものであることを理解されたい。
施形態であると考えられるものに関して説明してきた
が、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきでは
なく、逆に、添付の特許請求の範囲の技術思想及び技術
的範囲内に含まれる様々な変形形態及び均等の構成を保
護しようとするものであることを理解されたい。
【図１】 本発明の好ましい実施形態によるガスタービ
ン発電装置の圧縮機入口に供給される空気を加湿するた
めの制御装置の概略図。
ン発電装置の圧縮機入口に供給される空気を加湿するた
めの制御装置の概略図。
１００ 加湿制御装置 １０１ 空気の流れ １０２ 水の流れ １０３ 加湿空気の流れ １０４ 圧縮機 １０６ ガスタービン １０７ 発電機 １０８、１０９、１１０、１１１ ポンプ １１６、１１７、１１８、１１９ 水噴霧器（噴霧ノズ
ル） １２０ 水流量制御装置 １２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ 流
量センサ １２７ 露点センサ １２８ 乾球温度計 １２９ 温度計 １３０ 集水器
ル） １２０ 水流量制御装置 １２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ 流
量センサ １２７ 露点センサ １２８ 乾球温度計 １２９ 温度計 １３０ 集水器
Claims (3)
- 【請求項１】 圧縮機、空気を受け入れるための水噴霧
器への入口（１０１）及び水を受け入れるための水噴霧
器への入口（１０２）を有するガスタービンの水噴霧器
（１１６、１１７、１１８、１１９）の制御装置におけ
る、圧縮機に加湿空気を供給するための方法であって、
前記水噴霧器への前記空気入口内の空気の少なくとも１
つの特性を感知することにより、前記圧縮機へ供給され
る空気を加湿するために前記水噴霧器へ供給される水の
流量を、所定の相対湿度（１２７、１２８）に決定する
段階を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 圧縮機、空気を受け入れるための水噴霧
器への入口（１０１）及び水を受け入れるための水噴霧
器への入口（１０２）を有するガスタービンの水噴霧器
（１１６、１１７、１１８、１１９）の制御装置におけ
る、圧縮機に加湿空気を供給するための方法であって、
前記水噴霧器へ供給される空気の特性を感知する（１２
７、１２８）段階と、前記感知された特性に従って、前
記圧縮機へ供給される空気を加湿するために前記水噴霧
器へ供給される水の流量を、所定の相対湿度に制御する
（１２０、１０８、１０９、１１０、１１１）段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項３】 ガスタービンの圧縮機へ加湿空気を供給
するための装置であって、水噴霧器（１１６、１１７、
１１８、１１９）、空気を受け入れるための該水噴霧器
への入口（１０１）、水を受け入れるための該水噴霧器
への入口（１０２）、前記水噴霧器への前記空気入口内
の空気の温度及び湿度と前記水噴霧器への前記水入口内
の水の温度（１２９）とを測定するためのセンサ（１２
７、１２８）、並びに前記圧縮機へ加湿空気を供給する
ために、前記水噴霧器への入口内の空気及び水の感知さ
れた温度に従って、前記水噴霧器への流量を制御するた
めの水流量制御装置（１２０）を含むことを特徴とする
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/707247 | 2000-11-06 | ||
| US09/707,247 US6478289B1 (en) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | Apparatus and methods for controlling the supply of water mist to a gas-turbine compressor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002201958A true JP2002201958A (ja) | 2002-07-19 |
| JP4160289B2 JP4160289B2 (ja) | 2008-10-01 |
Family
ID=24840941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001340177A Expired - Fee Related JP4160289B2 (ja) | 2000-11-06 | 2001-11-06 | ガスタービン圧縮機への水噴霧の供給を制御するための装置及び方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6478289B1 (ja) |
| EP (1) | EP1203866B1 (ja) |
| JP (1) | JP4160289B2 (ja) |
| KR (1) | KR100705862B1 (ja) |
| AT (1) | ATE388304T1 (ja) |
| CZ (1) | CZ20013438A3 (ja) |
| DE (1) | DE60133074T2 (ja) |
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