JPH062569A - ガスタービン発電設備の多目的冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】液化燃料ガスの気化器６に接続する気化器出口
海水配管７を、ガスタービン潤滑油冷却器１２，発電機
冷却器２２，制御盤室５２の冷房熱交換器６１，運転員
室５５の冷房熱交換器６１，ガスタービン及び発電機設
置室３１の換気空気取入熱交換器３２の入口側に接続し
て冷却媒体水を通過させる。 【効果】ガスタービン発電設備の補機を削減し、消費動
力を低減できるので、プラント全体の性能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液化燃料ガスを気化さ
せる気化器と、本気化器を通過するポンプで加圧された
熱媒体水の配管を接続した液化燃料ガス気化設備に係
り、特に、液化燃料ガスの気化潜熱を有効に利用し、発
電プラントの消費動力の低減を図るガスタービン発電設
備の多目的冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンが液化燃料ガスを使用する
種類にはＬＮＧやＬＰＧが有り、いずれも燃料ノズルに
入る前に気化器で気化させる。この加熱媒体として海岸
に近い設備では海水をポンプで気化器に送り、熱交換に
より海水は冷却されて海へ放水する。内陸に設備した設
備では川水や井戸水をよく用い、小規模な設備では大気
を加熱媒体として用いるが、従来はすべて冷熱を無駄に
廃棄している。

【０００３】一方、ガスタービン発電設備には熱を発生
する要素が多く、ガスタービンでは軸受の摩擦熱で潤滑
油温度が上昇し、発電機ではコイルの発熱による冷却空
気の温度上昇、同様に制御盤も電気損失により電気導線
部が熱を持つ。運転員が居る室では室外から太陽熱が入
って室温が上昇し、ガスタービンと発電機を設置する室
ではそれぞれの機器から熱が発散して室温が上昇する。
これらの機器および室の冷却方法はそれぞれ独自にラジ
エータファンで大気と熱交換したり、室にクーラを設置
又はファンで外気を室に入れ換気を行ったりする。

【０００４】以上の各冷却ファンやクーラの動力源はガ
スタービンが駆動する発電機の電気出力の一部であり、
この消費補機動力が多いと有効利用電力が減るので、プ
ラント熱効率が下がる。

【０００５】本液化燃料ガスの冷熱利用に関する発明
は、特開平1−142219 号公報でガスタービン圧縮機の取
入空気の冷却を行う方法が有るが、熱交換する部分での
取入空気の圧力損失が生じて圧縮機効率が悪くなり、冷
却効果が発揮出来ない欠点がある。

【０００６】ガスタービンの潤滑油を燃料ガスで冷却す
る発明として特開昭58−13342 号公報が有るが、ガス状
の燃料では比熱が小さいので潤滑油を満足に冷却出来な
いので空気と熱交換させるラジエータが必要であり、も
しＬＮＧで潤滑油を冷却させるならば加熱容量が不足し
て完全に気化しない。

【０００７】又、発電機をＬＮＧで冷却する発明として
特開昭63−131833号公報が有るが、同様に熱量が不足す
るので別の加熱方法を取らざるを得ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液化燃料ガスのＬＮＧ
は、１kgあたり１２７ｋcal の気化潜熱があり、単機出
力が１０万ＫＷクラスのガスタービンは、１時間で約
３.２×１０⁶kcalの加熱量を必要とする。これを海水又
は川水で加熱すると気化器出口は、入口温度より１０℃
あまりさげられるので、これを元の海や川に放水すると
魚貝類に悪影響を与えるし、せっかく熱媒体水として利
用出来るように処理，加熱された冷却水を無駄に捨てる
のは、発電プラントエネルギの損失である。

【０００９】この冷却水を有効に利用する手段として、
ガスタービンの潤滑油や発電機の冷却空気を冷すのみで
は、約半分の冷却器を利用するのみにとどまる。ガスタ
ービン発電設備の発熱源には上記の他に、制御盤を室内
に設置した室の冷房や、運転員室を快適に居住するため
にも冷房が不可欠である。又、ガスタービン本体や発電
機本体は分解、点検時に機器や保守員が風雨にさらされ
ないよう室に収納し、天井部にクレーンを設置する。こ
の室内に収納した機器が運転すると多量の熱を機器表面
から出すので、壁の下方部の何ケ所かに空気取入孔と天
井屋根部の何ケ所かにファンを設け、外気を室内に流入
させ換気で大巾な温度上昇を防ぐ手段をとる。しかし、
外気温度が高い地域では最高５５℃の外気が流入してく
るので、ファンを多数設置しても天井クレーン付近は約
７０℃となり問題を生じる。これらのように発電プラン
トには熱発生源が多数有り、従来は各個別に冷却手段を
採用していたが、豊富な液化燃料ガスの気化潜熱を熱媒
体水に移し、熱発生源に供給する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】液化燃料ガスを気化させ
る気化器に送る熱媒体として海水を用いる場合、ポンプ
で加圧され気化器を通り熱発生機器および室冷房設備に
送られるが、発熱量の大小に応じた海水が流れる設計を
する。発熱量が小さい制御室や運転員室の冷房機器へは
細い配管で分岐し、オリフィスで必要以上流れない手段
をとる。各部屋には気化器で冷された海水と室の暖かい
空気を熱交換させる冷房機器が有り、海水は加熱され
る。ガスタービンの潤滑油冷却器や発電機冷却器に海水
を送る配管は熱交換量が大きいため太い配管とし、熱交
換量に応じた適正海水量を流す流量調節弁を設ける。最
後のガスタービン及び発電機設置室の換気空気取入熱交
換器へは残りの海水全量を送る太い配管で良く、室温の
調節は換気を行わせるファンの運転台数を増減する事で
可能である。

【００１１】各冷房器や冷却器を通過し、温度上昇した
海水は１本の配管又は排水溝に集められて海へ戻す。

【００１２】

【作用】従来は熱媒体である海水や川水が、気化器で取
水温度より数℃以上冷却された水を海や川に戻すのは生
物に悪影響を与えるので、大量の水を数台のポンプで気
化器へ送って温度差があまり生じない設計をしていた
が、冷却後の熱媒体をガスタービン発電設備の発熱冷却
器へ供給し加熱され温度差を縮小する事で、従来の温度
差の２〜３倍は許容出来る事になる。このため、熱媒体
の流量を１／２〜１／３に低減出来る事になり、ポンプ
台数も１／２〜１／３に減らす事が可能である。次に熱
媒体をガスタービン潤滑油冷却器と発電機冷却器に供給
する事で、従来各機器の冷却器毎に海水又は川水をポン
プで供給していた設備が削除出来る。又、制御盤室や運
転員室の冷房設備は、従来チラーユニット等で冷熱を作
り出していたが、気化器出口の熱媒体を供給する事で代
用出来る。最後のガスタービン及び発電機設置室の換気
空気取入熱交換器に熱媒体を通し室に流入する空気を冷
却して、室内の温度上昇を押える働きで、従来天井に多
数取り付けていた換気ファンの台数を減らす事が出来
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図４を用
いて詳細に説明する。図１は、本発明による全体構成を
示したものである。海中１は水ポンプ３で吸い上げら
れ、まずストレーナ２でごみを除去する。水ポンプで加
圧された海水は、水ポンプ出口管４で導かれ、液化燃料
ガスタンク５から払い出される液化燃料ガスと気化器６
で熱交換し、温度が下がる。気化したガスはガスタービ
ン１１に送られて燃焼する。気化器出口海水配管７は分
岐して、ガスタービン潤滑油冷却器１２に入り、ここで
潤滑油ポンプ１３でガスタービン内を循環する潤滑油と
熱交換する。潤滑油冷却器を出た潤滑油の温度は、一定
温度に保つ必要が有るので、冷却器出口潤滑油配管１４
に温度検出器１５を設け、この検出により潤滑油温度調
節弁１６で海水の流量を調節する。本例では、気化器出
口海水配管の末端に発電機冷却器２２が有り、ここでは
発電機ファン２３で発電機２１内を循環する冷却空気と
熱交換する。発電機冷却器を出た冷却空気の温度は、一
定に保つ必要があるので、冷却器出口冷却空気配管２４
に温度検出器２５を設け、この検出により冷却空気温度
調節弁２６で海水の流量を調節する。ガスタービンや発
電機は、ガスタービン及び発電機設置室３１に収納し、
天井にクレーン８１を設けるが、換気が必要なため、室
の天井部に換気ファン４０を数個設置し、室の壁下方部
に換気空気取入熱交換器３２を何ケ所か備え、これに気
化器出口海水配管を接続する。一方、サービスビル５１
の１階の制御盤室５２には、発電プラントをコントロー
ルする制御盤５３を多数収納するので、電気的ロスによ
る発熱量が発生する。２階の運転員室５５では、プラン
トの監視盤５６、給湯器５７から発熱し、太陽熱も直射
日光や屋根、壁を伝って入って来る。これらの各室に冷
房熱交換器６１を取付け、気化器出口海水配管を接続す
る。この冷房熱交換器の熱負荷は、他に比較して小さい
ので海水配管を細くするが、より正確な分配をするため
に、各熱交換器の最大必要海水流量でオリフィス径を決
めてオリフィス５４を取り付ける。このように各冷却器
や熱交換器を出た海水は、近くの排水溝６０に流し雨水
他といっしょに海へ流す。

【００１４】次に全体システムの運転であるが、全設備
が停止の状態から起動する場合、サービスビルの冷房分
の海水が必要なので、水ポンプを１台起動する。たとえ
ガスタービンが起動準備運転をしていても、ガスタービ
ン潤滑油冷却器の熱交換量は僅かなので、液化燃料ガス
での冷熱が無くても問題ない。数分後には、ガスタービ
ンが液化燃料ガスを消費するので、冷熱がえられると共
に発熱量の大きいガスタービンが燃焼熱を生じてくる。
気化器を通る液化燃料ガスの流量に応じて水ポンプを順
次起動してガス化させるが、各機器での発熱量は少し時
間が遅れるので、水量が不足することはない。もし、ガ
スタービンが何かの原因で、突然、液化燃料ガスをスト
ップした場合、冷熱は得られないが、海水が流れている
ので一時的に室の温度が上昇するのみで、機器の運転も
停止するので熱量は急激に減り問題ない。

【００１５】図２は、冷房熱交換器６１の断面図を示
す。気化器出口海水配管７は、熱交換器入口水室６３に
溶接して海水６５を導くが、本水室に入る直前のフラン
ジ６２にはさまれたオリフィス５４で、流量を制限され
る。海水は約１０本程の細いフィンチューブ６７の中を
分かれて通過し、熱交換器出口水室６４に出てドレン管
６６で排水溝に流れる。一方、室内空気７０は、ハウジ
ング７２に棒状サポー７３で固定された電動機６８で駆
動されるファン６９で吸い込まれる。室内空気は、ま
ず、ハウジング７２のトップに取付けられたスクリーン
７１でごみを除去された後、フィンチューブに送られ冷
たい海水と熱交換をして、ハウジング下部から室内に送
り出される。室温の調節は、電動機の回転数を変化させ
ファンが送り出す風量を、多くしたり少なくして、室温
を下げたり上げたりする事が出来る。本冷房熱交換は、
サービスビル５１の壁の中間高位の位置に穴をあけて取
り付けるのが、室内空気の循環が良好に行なわれる。

【００１６】図３はガスタービン及び発電設置室の冷房
を行う詳細図を示す。気化器出口海水配管７は、換気空
気取入熱交換器３２の熱交換器入口水室３３に溶接し
て、海水６５をフィンチューブ３４に導く。フィンチュ
ープは細くして数本備えるが、各断面積の合計は気化器
出口海水配管の断面積と同じか少し大きくして、海水が
充分流れる設計とする。フィンチューブを通過した海水
は、熱交換器出口水室３５で集められ、本出口水室に溶
接接続したドレン管６６で、排水溝６０に放出する。一
方、外気３７は室の屋根を貫通して取り付けられた換気
ファン４０を回転させ天井部に上昇してくる室内空気を
室外に出す事で、換気空気取入熱交換器に流入してくる
が、雨を除くためにフード３６を備け外気を下方から導
く設計とする。熱帯地域では、外気温度は５５℃になる
事もあるが、フィンチューブで冷たい海水で冷却される
事により、４０℃以下で室内に入ってくる。ガスタービ
ン１１と発電機２１は直列に組合せると、室の長手方向
は約５０Ｍとなるので、換気空気取入熱交換は４ないし
６個設置して室内の対流がある程度均一になる配置を決
める。換気空気取入熱交換器はガスタービン及び発電機
設置室３１の壁の下部に穴をあけて取り付けるが、通常
機器をはさむように反対側の壁下部にも取り付けるのが
効果的である。室の天井付近にはクレーン８１を設ける
が、機器が運転しても６０℃以下の空気温度に押さえら
れるので、電動機８２や制御機器８３に悪影響を与えな
い。室内で温まった外気はファンで室外に排出される
が、機器の発熱量と太陽熱が壁を伝って入ってくる熱量
を考慮して、ファンの員数を決定する。もし本発明の換
気空気取入熱交換器を設置しなければ、高温の外気がそ
のまま流入してくるので、ファンが大きくなり員数も増
え、運転中の消費動力が多くなる。

【００１７】図４は、図１の全体構成に密閉循環多目的
冷却水系統を追加した応用実施例で、気化器を通過した
海水は気化器出口海水配管が海中に延びるまでの途中に
設置した循環冷却器水熱交換器９０に入り、循環水と熱
交換する。冷却された循環水は、熱交換器出口の冷却水
配管９１に取り付けられた循環水温度検出器９２により
温度を測定され、予め設定した温度より冷え過ぎていれ
ば、循環水戻り制御弁９３を閉じて、循環水ポンプ９４
で吐出した循環水を現在より多く循環冷却水熱交換器へ
流し温度を上昇させる。もし測定した温度が高くなって
いれば、循環水戻り制御弁が作動し循環水戻り配管９５
に多く流し、その結果、循環冷却水熱交換器を通過する
循環水の流量を減らし温度を下げる。温度制御を行って
所定の温度に冷却された循環水は、図１で説明した各熱
交換器に送られ熱交換の後、温度が上昇して、循環水ポ
ンプ入口管９６に集まり、ポンプストレーナ９７及び循
環水ポンプに入る。ポンプは２段階の流量制限を行なわ
せるため２台設置し、流量が大きいのでポンプストレー
ナと１対１の組合せとする。本応用実施例は、特に海水
を好まない機器が多い場合に採用される。

【００１８】

【発明の効果】本発明による効果を下記に列挙する。

【００１９】(1）ガスタービンと発電機の冷却を、従来
はそれぞれ独立してラジエータ又は海水で行なっていた
が、液化燃料ガスの熱媒体水で行なう事により設備費の
低減なる。又ポンプ、ラジエータファンの消費動力が無
くなるので、プラント性能効率が向上する。

【００２０】(2）制御盤設置室や運転員室の冷房用チラ
ーユニットが不必要となるので設備費の低減となる。
又、チラーユニットで消費していた動力がなくなるの
で、プラン性能効率が向上する。

【００２１】(3）ガスタービン及び発電機設置室の換気
ファンの員数が減るので消費動力が減り、プラント性能
効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統図。

【図２】冷房熱交換器の断面図。

【図３】ガスタービン及び発電機設置室の冷却を行う説
明図。

【図４】本発明の他の実施例の系統図。

【符号の説明】

１…海中、２…ストレーナ、３…水ポンプ、４…水ポン
プ出口管、５…液化燃料ガスタンク、６…気化器、７…
気化器出口海水配管、１１…ガスタービン、１２…ガス
タービン潤滑油冷却器、１３…潤滑油ポンプ、１４…冷
却器出口潤滑油配管、１５…温度検出器、１６…潤滑油
温度調節弁、２１…発電機、２２…発電機冷却器、２３
…発電機ファン、２４…冷却器出口冷却空気配管、２５
…温度検出器、２６…冷却空気温度調節弁、３１…ガス
タービン及び発電機設置室、３２…換気空気取入熱交換
器、５１…サービスビル、５２…制御盤室、５３…制御
盤、５４…オリフィス、５５…運転員室、５６…監視
盤、５７…給湯器、６０…排水溝、６１…冷房熱交換
器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液化燃料ガスを気化させる気化器と、前記
   気化器を通過するポンプで加圧された熱媒体水の配管を
   接続した液化燃料ガス気化設備において、前記気化器の
   出口熱媒体水配管をガスタービン潤滑油冷却器に導くこ
   とを特徴とするガスタービン発電設備の多目的冷却方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の前記気化器の前記出口熱
   媒体水配管を発電機冷却器に導くガスタービン発電設備
   の多目的冷却方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の前記気化器の前記出口熱
   媒体水配管を制御盤室の冷房熱交換器に導くガスタービ
   ン発電設備の多目的冷却方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の前記気化器の前記出口熱
   媒体水配管を運転員室の冷房熱交換器に導くガスタービ
   ン発電設備の多目的冷却方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の気化器の前記出口熱媒体
   水配管をガスタービン及び発電機設備室の換気空気取入
   熱交換器に導くガスタービン発電設備の多目的冷却方
   法。