特許 6137831 高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6137831

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム

(51)【国際特許分類】

   F02C 3/30 20060101AFI20170522BHJP

   F02C 6/18 20060101ALI20170522BHJP

   F02C 7/143 20060101ALI20170522BHJP

   F23R 3/00 20060101ALI20170522BHJP

   F02G 5/04 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   F02C3/30 C

   F02C3/30 B

   F02C6/18 A

   F02C7/143

   F23R3/00 A

   F02G5/04 H

   F02G5/04 N

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-286394(P2012-286394)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-129726(P2014-129726A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年10月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】塚本 守昭

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和彦

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２８０４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４４９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８３６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０２６０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３０２１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００７１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２４７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２４８９７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ１／００−２７／０２

Ｆ０２Ｃ１／００−９／５８

Ｆ０２Ｇ１／００−５／０４

Ｆ２３Ｒ３／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気圧縮機，燃焼器，タービンから構成されるガスタービンと、
圧縮空気を蒸気と混合し加湿空気とする混合器と、
前記タービンの下流に設けられ、前記加湿空気を前記タービンの排ガスを熱源として加熱する再生器と、
前記再生器の下流に設けられ、前記タービンの排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、
前記空気圧縮機と前記燃焼器とを結ぶ圧縮空気ラインと、
前記圧縮空気ラインの途中から分岐して前記混合器に至る圧縮空気分岐ラインと、
前記排熱ボイラと前記混合器を結ぶ混合器駆動用蒸気ラインと、
前記排熱ボイラで発生した蒸気を他の蒸気利用システムへ送出する蒸気送出ラインと、
前記混合器の出口と前記再生器の入口を結ぶ加湿空気ラインと、
前記再生器の出口と前記燃焼器を結ぶ高温加湿空気ラインと、
前記加湿空気ラインの途中から分岐して前記高温加湿空気ラインに至る再生器バイパスラインと、
前記加湿空気ラインまたは前記再生器バイパスラインに設けられた再生器バイパス流量制御弁と、
前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記蒸気送出ラインへの送出蒸気量を変えずに前記ガスタービンで発電される発電出力を増加させたい場合は、前記再生器バイパスラインを通過する前記加湿空気の再生器バイパス割合を大きくするように前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を調整することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム。

【請求項2】

空気圧縮機，燃焼器，タービンから構成されるガスタービンと、
圧縮空気を蒸気と混合し加湿空気とする混合器と、
前記タービンの下流に設けられ、前記加湿空気を前記タービンの排ガスを熱源として加熱する再生器と、
前記再生器の下流に設けられ、前記タービンの排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、
前記空気圧縮機と前記燃焼器とを結ぶ圧縮空気ラインと、
前記圧縮空気ラインの途中から分岐して前記混合器に至る圧縮空気分岐ラインと、
前記排熱ボイラと前記混合器を結ぶ混合器駆動用蒸気ラインと、
前記排熱ボイラで発生した蒸気を他の蒸気利用システムへ送出する蒸気送出ラインと、
前記混合器の出口と前記再生器の入口を結ぶ加湿空気ラインと、
前記再生器の出口と前記燃焼器を結ぶ高温加湿空気ラインと、
前記加湿空気ラインの途中から分岐して前記高温加湿空気ラインに至る再生器バイパスラインと、
前記加湿空気ラインまたは前記再生器バイパスラインに設けられた再生器バイパス流量制御弁と、
前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ガスタービンで発電される発電出力を変えずに前記蒸気送出ラインへの送出蒸気量を増加させたい場合は、前記送出蒸気量の増加に対応して、前記再生器バイパスラインを通過する前記加湿空気の再生器バイパス割合を大きくするように前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を調整することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム。

【請求項3】

空気圧縮機，燃焼器，タービンから構成されるガスタービンと、
圧縮空気を蒸気と混合し加湿空気とする混合器と、
前記タービンの下流に設けられ、前記加湿空気を前記タービンの排ガスを熱源として加熱する再生器と、
前記再生器の下流に設けられ、前記タービンの排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、
前記空気圧縮機と前記燃焼器とを結ぶ圧縮空気ラインと、
前記圧縮空気ラインの途中から分岐して前記混合器に至る圧縮空気分岐ラインと、
前記排熱ボイラと前記混合器を結ぶ混合器駆動用蒸気ラインと、
前記排熱ボイラで発生した蒸気を他の蒸気利用システムへ送出する蒸気送出ラインと、
前記混合器の出口と前記再生器の入口を結ぶ加湿空気ラインと、
前記再生器の出口と前記燃焼器を結ぶ高温加湿空気ラインと、
前記加湿空気ラインの途中から分岐して前記高温加湿空気ラインに至る再生器バイパスラインと、
前記加湿空気ラインまたは前記再生器バイパスラインに設けられた再生器バイパス流量制御弁と、
前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記蒸気送出ラインへの送出蒸気量を変えずに前記ガスタービンで発電される発電出力を増加させたい場合は、前記再生器バイパスラインを通過する前記混合器からの前記加湿空気の再生器バイパス割合を大きくするように前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を調整し、前記発電出力を変えずに前記送出蒸気量を増加させたい場合は、前記送出蒸気量に増加に対応して、前記再生器バイパスラインを通過する前記加湿空気の再生器バイパス割合を大きくするように前記再生器バイパス流量制御弁の弁開度を調整することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム。

【請求項4】

請求項１〜３の何れかに記載の高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムにおいて、
前記加湿空気ラインを流れる加湿空気に水を加える補助加湿装置を設けたことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム。

【請求項5】

請求項４に記載の高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムにおいて、
前記空気圧縮機の空気吸込口の空気または前記空気圧縮機の空気吸込口および前記空気圧縮機内での圧縮過程の空気の温度を低下させる空気冷却装置を、前記空気圧縮機の吸気口上流側に設けたことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム。

【請求項6】

請求項１〜３の何れかに記載の高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムにおいて、
前記空気圧縮機の空気吸込口の空気または前記空気圧縮機の空気吸込口および前記空気圧縮機内での圧縮過程の空気の温度を低下させる空気冷却装置を、前記空気圧縮機の吸気口上流側に設けたことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力と蒸気を同時に供給可能な高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムに係り、特に、ガスタービン排ガス系統に再生器を備えた高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンコージェネレーションシステムは、電気出力と熱出力を合わせた総合効率において高い効率を得ることができるため、電気と熱を必要とする産業分野で広く実用に供されている。

【0003】

ガスタービン排ガス系統に再生器を備えたガスタービンコージェネレーションシステムの一例として、特開平６−２４８９７４号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１には、圧縮機と燃焼器とタービンとからなるガスタービンと、水蒸気を駆動源として空気を昇圧しかつ両流体を混合する混合器と、混合ガスをタービン排気で加熱するための熱交換器（再生器）と、タービン排気を熱源として水を蒸発させる排熱ボイラと、圧縮機による圧縮空気の一部を燃焼器ヘその残部を混合器に導くための空気ラインと、排熱ボイラによる水蒸気の一部を混合器に送る主蒸気ラインと、混合器による混合ガスを熱交換器を介して燃焼器に導くための混合ガスラインと、を備えた部分再生式二流体ガスタービンが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２４８９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のシステムでは、圧縮機からの圧縮空気の一部が混合器で混合器駆動用水蒸気と混合されて加湿空気となり、この加湿空気が熱交換器（再生器）で予熱されて燃焼器に供給される。混合器駆動用水蒸気量を多くするほど混合器に吸引される圧縮空気量も多くなるので、熱交換器においてガスタービン排ガスからガスタービンへ回収される熱量が増加し、発電効率は向上する。このとき、混合器駆動用水蒸気によりガスタービンの作動流体が増加するので、発電出力が増加する。

【0006】

一方、混合器駆動用水蒸気を多くするほど熱交換器での回収熱量が増加して排熱ボイラへ流入するガスタービン排ガスの温度が低下するので、排熱ボイラで生成される水蒸気量が減少する。そのため、他システムへの送出蒸気量は減少する。

【0007】

すなわち、特許文献１に記載のシステムでは、ガスタービン発電出力を増加させると送出蒸気量が減少し、送出蒸気量を増加させると発電出力が減少するので、発電出力と送出蒸気量をそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整することが困難であるという実用上の課題がある。

【0008】

本発明の目的は、ガスタービン排ガス系統に再生器を備えた高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムにおいて、発電出力と送出蒸気量を所定の範囲内でそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整可能とすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムは、空気圧縮機と燃焼器とタービンとから構成されるガスタービンと、蒸気を駆動源として圧縮機からの圧縮空気を吸引して昇圧しかつ圧縮空気を蒸気と混合して加湿空気とする混合器と、タービンの下流に設けられ、タービン排ガスを熱源として混合器からの加湿空気を加熱する再生器と、再生器の下流に設けられ、タービン排ガスを熱源として水を蒸発させる排熱ボイラと、空気圧縮機からの圧縮空気の一部を燃焼器へ直接導く圧縮空気ラインと、その残部を混合器に導く圧縮空気分岐ラインと、排熱ボイラで発生した蒸気の一部を混合器に導く混合器駆動用蒸気ラインと、残りの蒸気を他の蒸気利用システムへ送出する蒸気送出ラインと、混合器からの加湿空気を再生器へ導く加湿空気ラインと、再生器からの高温の加湿空気を燃焼器に導く高温加湿空気ラインと、混合器と再生器との間の加湿空気ラインから加湿空気の一部を分岐して高温加湿空気ラインに合流させる再生器バイパスラインを有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、上記の構成に加え、混合器からの加湿空気と水を直接接触させ、水の蒸発潜熱により加湿空気の温度を下げ、かつ、蒸発した水が加わることにより加湿空気量を増加させる補助加湿装置を再生器の加湿空気入口側に設けることが好ましい。

【0011】

さらに、本発明は、上記の構成に加え、空気温度を低下させて比容積を下げることにより圧縮機動力を減少させる空気冷却装置を空気圧縮機の吸気側に設けることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ガスタービン排ガス系統に再生器を備えた高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムにおいて、発電出力と送出蒸気量をシステムの運転特性の範囲内でそれぞれ任意の発電出力と送出蒸気量に調整可能となる。

【0013】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムの全体構成図である（実施例１）。

【図2】本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムの別の全体構成図である（実施例２）。

【図3】本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムのさらに別の全体構成図である（実施例３）。

【図4】本発明による実施例１の発電出力−送出蒸気量の特性を、比較例の特性と比較した説明図である。

【図5】本発明による実施例２の発電出力−送出蒸気量の特性を、本発明による実施例１及び比較例の特性と比較した説明図である。

【図6】本発明による実施例３の発電出力−送出蒸気量の特性を、本発明による実施例２及び比較例の特性と比較した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して本発明を実施するための好ましい形態を説明する。なお、各図において共通する部分には、原則として同じ符号を使用する。

【実施例1】

【0016】

図１は、本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムの実施例１の全体構成図である。

【0017】

図１において、本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムは主要設備として、ガスタービンと、混合器９と、再生器７と、排熱ボイラ４と、給水加熱器６と、煙突１１を有している。ガスタービンは、空気Ａを圧縮する空気圧縮機1と、空気を支燃剤として燃料Ｆを燃焼させる燃焼器２と、燃焼ガスにより駆動され、空気圧縮機１と発電機５を駆動するタービン３とから構成される。混合器９は、排熱ボイラ４からの蒸気Ｓを駆動源として空気圧縮機１からの圧縮空気を吸引して昇圧し、かつ圧縮空気を蒸気と混合して加湿空気とする。混合器９としては、機械的な可動部がなく高い信頼性を期待できる蒸気エジェクターを適用するのが望ましい。再生器７は、タービン３の下流に設けられ、タービン排ガスＥを熱源として混合器９からの加湿空気を加熱する。排熱ボイラ４は、再生器７の下流に設けられ、タービン排ガスＥを熱源として給水加熱器６で加熱された給水を蒸発させる。給水加熱器６は、排熱ボイラ４の下流に設けられ、タービン排ガスＥを熱源として給水ポンプ１０を介して供給される給水Ｗを加熱する。

【0018】

また、各主要設備間の主要配管ラインとして、空気圧縮機１からの圧縮空気の一部を燃焼器２へ直接導くための圧縮空気ライン２１と、その残部を混合器９に導くための圧縮空気分岐ライン２７と、排熱ボイラ４で発生した蒸気Ｓの一部を混合器駆動用蒸気として混合器９に導く混合器駆動用蒸気ライン２２と、残りの蒸気Ｓを他の蒸気利用システムへ送出するための蒸気送出ライン２５と、混合器９からの加湿空気ＨＡを再生器７へ導くための加湿空気ライン２３と、再生器７からの高温の加湿空気ＨＡを燃焼器２に導くための高温加湿空気ライン２４と、加湿空気ライン２３を流れる加湿空気ＨＡの一部を再生器７をバイパスして高温加湿空気ライン２４に合流させるための再生器バイパスライン２６を有している。

【0019】

混合器駆動用蒸気ライン２２には、排熱ボイラ４で発生した蒸気を混合器９への混合器駆動用蒸気と他プロセスへの送気蒸気とに分配して供給するための混合器駆動用蒸気流量制御弁４２が設けられている。また、加湿空気ライン２３には、混合器９からの加湿空気の再生器バイパス割合を制御するための再生器バイパス流量制御弁４３が設けられている。再生器バイパス流量制御弁４３は、再生器バイパスライン２６に設けても良い。混合器駆動用蒸気流量制御弁４２と再生器バイパス流量制御弁４３は、制御装置（図示省略）により弁開度が制御される。

【0020】

本実施例では、再生器バイパスライン２６により混合器９からの加湿空気の一部を再生器７をバイパスさせて燃焼器２に導くことができるよう構成されている。

【0021】

このようなシステム構成において、例えば、送出蒸気量を変えずに発電出力を増加させたい場合、混合器９からの加湿空気の再生器バイパス割合を大きくする。再生器バイパス割合を大きくすることにより再生器７での回収熱量が減少し、排熱ボイラ４での蒸発量は増加する。送出蒸気量は同じなので、この蒸発量の増加により混合器９への混合器駆動用蒸気（＝排熱ボイラ蒸発量−送出蒸気量）が増加する。結果として燃焼器２に導かれる加湿空気が増加して発電出力が増加する。すなわち、本実施例は、このような作用効果を利用するものであり、再生器バイパス割合を調整することにより、送出蒸気量は一定のまま発電出力を調整することができる。

【0022】

また、発電出力を変えずに送出蒸気量を増加させたい場合は、送出蒸気量を増加させるとそのままでは混合器９への混合器駆動用蒸気が減少して発電出力は低下するので、送出蒸気量を目標値まで増加させると同時に再生器バイパス割合を増加させることにより、必要な発電出力を維持することができる。

【0023】

すなわち、本実施例によれば、再生器バイパス割合を調整することにより、発電出力と送出蒸気量を一定の範囲内（システムの運転特性の範囲内）でそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整できるという効果がある。

【0024】

図４を用いて本実施例の効果を説明する。

【0025】

図４は、本発明の実施例１における発電出力と送出蒸気量の関係を比較例の運転特性と比較して示した説明図である。比較例は、図１の構成において再生器バイパスライン２６と再生器バイパス流量制御弁４３が設けられていないシステム構成を有するものとした（後述の実施例２及び実施例３における比較例も同じ。）。

【0026】

図４において、縦軸は発電出力、横軸は送出蒸気量を示す。なお、送出蒸気量は、排熱ボイラ４で発生した蒸気のうち他のプロセスへ送出する蒸気量であり、残りの蒸気は混合器駆動用蒸気として混合器９に導かれる（後述の実施例２及び実施例３の効果を説明する図５及び図６も同じ。）。

【0027】

図４中の特性曲線（１）は比較例の運転特性であり、本発明の実施例１で再生器バイパス割合を０％にして運転した場合に相当する。特性曲線（２）と（３）は本発明の実施例１の運転特性であり、（２）は再生器バイパス割合を３０％にして運転した場合の運転特性、（３）は再生器バイパス割合を５０％にして運転した場合の運転特性である。

【0028】

図４より、本発明の実施例１は、再生器バイパス割合を大きくするほど同一送出蒸気量における発電出力を大きくできるという運転特性を持つことが分かる。また、この運転特性は、例えば、再生器バイパス割合を増加させることにより、発電出力を一定に保持したまま送出蒸気量を増加させることが可能であることを示している。

【0029】

したがって、本発明の実施例１によれば、再生器バイパス割合を制御することにより、システムの運転特性の範囲内で発電出力と送出蒸気量をそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整できる。

【実施例2】

【0030】

図２は、本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムの実施例２を示す全体構成図である。図１に示す実施例１と重複する部分については説明を省略する。本実施例では、図１に示した実施例1の構成に加えて、補助加湿装置１２と補助加湿水供給ライン２９を有している。補助加湿装置１２は、混合器９の下流で再生器７の加湿空気入口側に設けられ、加湿空気と水を直接接触させ、水の蒸発潜熱により加湿空気の温度を下げ、かつ、蒸発した水が加わることにより加湿空気量を増加させる。補助加湿水供給ラインは、給水加熱器６で加熱された給水の一部を補助加湿装置１２に導く。補助加湿水供給ライン２９には、補助加湿水ポンプ１３と、補助加湿水制御弁４１が設けられており、これらにより、給水加熱器６からの補助加湿水を昇圧し、必要な補助加湿水を補助加湿装置１２に導くことができるようにしている。補助加湿水制御弁４１は、混合器駆動用蒸気流量制御弁４２と再生器バイパス流量制御弁４３と同様に、制御装置（図示省略）により弁開度が制御される。

【0031】

本実施例における補助加湿装置１２としては、特許第４２８５７８１号公報で開示されている増湿塔や特許第４１６７９８９号公報で開示されている噴霧式加湿装置の適用が可能である。

【0032】

増湿塔は、冷却塔に類似した構造を持ち、内部に充填材が設置された縦型容器の下部から導入された空気と、その容器の上部から導入された水が充填材を伝わって流下する過程で水と空気が直接熱交換し、水が蒸発することにより流量が増加し、かつ、蒸発潜熱により温度が低下した加湿空気が増湿塔上部から取り出される。この増湿塔方式では、上部から導入する水量を調整することにより出口加湿空気の相対湿度を１００％以下の任意の値に制御できる。ただし、増湿塔は比較的大型で、かつ、充填材が内蔵されているので熱容量が大きく、相対湿度変化の応答時間が比較的長くなる。

【0033】

噴霧式加湿装置では、空気流路に噴霧ノズルが設置されており、この噴霧ノズルに高圧水を供給することにより微細な水滴が噴霧され、この水滴が空気の流れに乗って下流に移動する間に蒸発する。この噴霧式加湿装置では、複数個の噴霧ノズルを設け、供給する高圧水の圧力及び/又は作動させる噴霧ノズルの個数を制御することにより、出口加湿空気の相対湿度を１００％以下の任意の値に比較的容易に制御することができる。また、構造がシンプルで内部充填材などが不要であるため増湿塔に比べて熱容量が小さく、相対湿度変化の応答時間が比較的短い。

【0034】

したがって、本実施例における補助加湿装置１２としては、噴霧式加湿装置を適用するのが望ましい。

【0035】

本実施例では、実施例１の構成に加えて、補助加湿装置１２を設置し、補助加湿装置１２は混合器９からの加湿空気に直接水を接触させて蒸発させ、蒸発潜熱により補助加湿装置出口の加湿空気温度を下げると同時に加湿空気の流量を増加させることができるよう構成されている。本実施例では実施例１の効果に加えて次の作用効果を有する。

【0036】

すなわち、このようなシステム構成において、例えば、再生器バイパス割合が一定の状態で補助加湿装置１２での補助加湿量を多くすると、再生器７での回収熱量が増加し、排熱ボイラ４での蒸発量は減少する。この補助加湿による排熱ボイラ４での蒸発量の減少は、送出蒸気量が一定の場合には混合器駆動用蒸気量を減少させるので混合器９出口の加湿空気量を減少させる方向に作用するが、補助加湿での水の蒸発による加湿空気量の増加の方が大きい。そのため、補助加湿は、補助加湿装置１２出口の加湿空気量を増加させ、燃焼器２に導かれる加湿空気量を増加させるので、発電出力を増加させるように作用する。

【0037】

上記した補助加湿装置１２の作用により、再生器バイパスに加えて補助加湿装置１２を設けた本実施例では、発電出力と送出蒸気量をそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整可能な範囲を広くできる効果がある。

【0038】

図５を用いて本実施例の効果を説明する。

【0039】

図５は、本発明の実施例２における発電出力と送出蒸気量の関係を比較例及び実施例１の運転特性と比較して示した説明図である。

【0040】

図５中の特性曲線（１）は比較例の運転特性である。特性曲線（２）は本発明の実施例１において再生器バイパス割合３０％時の運転特性である。特性曲線（３）、（４）は本発明の実施例２の運転特性であり、それぞれ再生器バイパス割合３０％、再生器バイパス割合５０％で補助加湿を実施した場合の運転特性である。

【0041】

図５において、同じ再生器バイパス割合である特性曲線（２）と（３）を比較すると、補助加湿を実施した場合の特性曲線（３）は、再生器バイパスのみの場合の特性曲線（２）に比べて同じ送出蒸気量における発電出力が大きくなっている。

【0042】

また、どちらも補助加湿を実施している特性曲線（３）と（４）を比較すると、再生器バイパス割合が大きいほど同じ送出蒸気量における発電出力が大きくなっている。

【0043】

したがって、再生器バイパスに加えて補助加湿装置１２を設けることにより、発電出力と送出蒸気量をそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整可能な範囲を実施例１より広くできる効果があることが分かる。

【0044】

なお、本発明の実施例２において、再生器バイパス割合を０％、かつ、補助加湿なしで運転することも可能であり、その場合には、比較例の特性曲線（１）と同じ特性となる。

【実施例3】

【0045】

図３は、本発明による高湿分空気利用ガスタービンコージェネレーションシステムの実施例３を示す全体構成図である。図１に示す実施例１及び図２に示す実施例２と重複する部分については説明を省略する。本実施例では、図２に示した実施例２の構成に加えて、空気冷却装置１５と、空気冷却給水ポンプ１６と、空気冷却水制御弁４４を有している。空気冷却装置１５は、空気圧縮機１の吸気口上流側（空気吸込口近傍）に設けられ、空気温度を低下させて比容積を下げることにより圧縮機動力を減少させる。空気冷却給水ポンプ１６は、空気冷却装置１５に水を供給する。空気冷却水制御弁４４は、混合器駆動用蒸気流量制御弁４２、再生器バイパス流量制御弁４３、補助加湿水制御弁４１と同様に、制御装置（図示省略）により弁開度が制御される。

【0046】

空気冷却装置１５としては、エバボレイティブクーラー方式、チラー方式、フォギング方式、オーバーフォギング方式などを適用可能である。

【0047】

エバボレイティブクーラー方式は、圧縮機の吸気フィルタ室の後流に水を流下させるエレメントを設け、水の蒸発潜熱により圧縮機入口（空気吸込口）の空気温度を下げる方式であり、湿球温度以下には下がらない。

【0048】

チラー方式は、圧縮機の吸気フィルタ室の後流に空気冷却コイルを設け、そこへターボ冷凍機などのチラーから冷水を供給して、圧縮機入口の空気を冷やす方式であり、湿度に余り関係なく吸気温度を下げられるが、チラーを設置する分、初期投資が高くなる。

【0049】

フォギング方式は、圧縮機入口までに全量が蒸発する程度の量の微細水滴を圧縮機の吸気フィルタ室の後流に噴霧し、その蒸発潜熱により圧縮機入口空気温度を下げる方式であり、エバボレイティブクーラー方式と同様に湿球温度以下には下がらないので高湿度時には効果が低い。

【0050】

オーバーフォギング方式は、特許第２８７７０９８号公報や特許第４２８５７８１号公報などで開示されているとおり、フォギング方式に比べて比較的多量の微細水滴を圧縮機の吸気フィルタ室の後流に噴霧する方式である。オーバーフォギング方式では、噴霧した水滴の一部はフォギング方式と同様に空気圧縮機に吸い込まれる前に蒸発して圧縮機入口（空気吸込口）の空気温度を下げて吸い込み空気量を増加させる効果があり、また、残りの水滴（圧縮機入口において未蒸発の水滴）は圧縮過程で蒸発して圧縮機内の空気温度を下げるので、中間冷却器と同様に圧縮機を駆動するための動力を低減する効果がある。

【0051】

したがって、本実施例における空気冷却装置１５としては、オーバーフォギング方式の空気冷却装置を適用するのが好ましい。本実施例におけるオーバーフォギング方式の空気冷却装置は、空気流路内に設けられた水噴霧ノズルと、水噴霧ノズルに供給する高圧水の圧力及び/又は作動させる水噴霧ノズルの個数を制御する制御装置を備える。

【0052】

本実施例では、実施例２の構成に加えて、空気冷却装置１５を設置し、空気冷却装置１５はその運転により空気温度を低下させて空気の比容積を減少させるように構成されている。本実施例では実施例１や実施例２の効果に加えて次の作用効果を有する。

【0053】

すなわち、このようなシステム構成において、空気冷却装置１５として、例えば、フォギング方式を採用すると、空気比容積の減少により圧縮機1に吸い込まれる空気量が増加して、ガスタービン出力が増加するので発電出力が増加する。また、空気冷却装置１５としてオーバーフォギング方式を採用すると中間冷却の効果により圧縮機動力が低減される効果が加わるので、さらに発電出力が増加する。

【0054】

上記した空気冷却装置１５の作用効果により、再生器バイパスと補助加湿装置１２に加えて空気冷却装置１５を備えた本実施例では、発電出力と送出蒸気量をそれぞれ任意の出力と蒸気量に調整可能な範囲をさらに広くできる効果がある。

【0055】

したがって本実施例によれば、ガスタービンをできるだけ高い効率、例えば、燃焼器出口燃焼ガスを定格温度で運転する場合にも、再生器バイパスライン２６、補助加湿装置１２および空気冷却装置１５を組合せて運転することにより、一定の範囲内（システムの運転特性の範囲内）で、発電出力と送出蒸気量をそれぞれ任意の出力と蒸気量に設定することができる。例えば、送出蒸気量を維持した状態で発電出力を増減させたり、必要な発電出力を維持した状態で送出蒸気量を増減させたりすることができるという効果がある。

【0056】

図６を用いて本実施例の効果を説明する。

【0057】

図６は、本発明の実施例３における発電出力と送出蒸気量の関係を比較例及び実施例２の運転特性と比較して示した説明図である。

【0058】

図６中の特性曲線（１）は比較例の特性曲線である。特性曲線（２）は実施例２で再生器バイパス割合３０％に加え補助加湿を実施した場合の特性曲線である。特性曲線（３）は本実施例３の特性曲線であり、再生器バイパス割合３０％と補助加湿に加えて、圧縮機１の吸込空気流量の２重量％相当の微小水滴が圧縮機入口及び圧縮機内を通過する間に全量蒸発する条件で空気冷却装置１５を運転した場合の特性を示している。

【0059】

図６に示すように、空気冷却装置１５を運転した場合の特性曲線（３）は、比較例の特性曲線（１）はもとより再生器バイパス割合３０％で補助加湿を実施した場合の特性曲線（２）に比べて同じ送出蒸気量における発電出力を大きくできることを示している。

【0060】

したがって、再生器バイパスライン２６や補助加湿装置１２に加え空気冷却装置１５を設けることにより、送出蒸気量を維持した状態で発電出力を増減させたり、必要な発電出力を維持した状態で送出蒸気量を増減させたりすることが可能な範囲をさらに広くできる効果があることが分かる。

【0061】

尚、本実施例では、図２に示した実施例２の構成に加えて、空気冷却装置１５と、空気冷却給水ポンプ１６を設けているが、図１に示した実施例１の構成に加えて、空気冷却装置１５と、空気冷却給水ポンプ１６を設けるようにしても良い。この場合においても、送出蒸気量を維持した状態で発電出力を増減させたり、必要な発電出力を維持した状態で送出蒸気量を増減させたりすることが可能な範囲を広くできる効果がある。

【0062】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0063】

１ 空気圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
４ 排熱ボイラ
５ 発電機
６ 給水加熱器
７ 再生器
９ 混合器
１０ 給水ポンプ
１１ 煙突
１２ 補助加湿装置
１３ 補助加湿水ポンプ
１５ 空気冷却装置
１６ 空気冷却水ポンプ
２１ 圧縮空気ライン
２２ 混合器駆動用蒸気ライン
２３ 加湿空気ライン
２４ 高温加湿空気ライン
２５ 蒸気送出ライン
２６ 再生器バイパスライン
２７ 圧縮空気分岐ライン
２９ 補助加湿水供給ライン
３０ 空気冷却水供給ライン
４１ 補助加湿水制御弁
４２ 混合器駆動蒸気流量制御弁
４３ 再生器バイパス制御弁
４４ 空気冷却水制御弁
Ａ 空気
Ｆ 燃料
Ｓ 蒸気
ＨＡ 加湿空気
Ｅ ガスタービン排ガス
Ｗ 給水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】