特許 6492714 吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法

(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】6492714

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/143 20060101AFI20190325BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/143

【請求項の数】6

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-21594(P2015-21594)

(22)【出願日】2015年2月5日

(65)【公開番号】特開2016-142260(P2016-142260A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2018年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】梅沢 修一

(72)【発明者】

【氏名】杉田 勝彦

【審査官】 西中村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２２７９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２２４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００４２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６９４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４５０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１０２９９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／１４３

Ｆ０２Ｃ ３／３０

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

大気中から空気を吸気する複数の吸気口が設けられる吸気部と、
前記吸気部により吸気された前記空気を圧縮機の吸気側へと導くダクトと、
前記吸気口よりも上流側に配置されて前記空気中にミストを噴射する噴射ノズルと、
鉛直方向と交差する方向に延在し、前記噴射ノズルに前記ミストを構成する給水を供給する配管と、
第１ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第１ミスト噴射領域を形成する第１噴射ノズルと、
前記配管の延在方向において前記第１噴射ノズルと並んで配置され、第２ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第２ミスト噴射領域を形成する第２噴射ノズルと、
前記配管の延在方向において前記第２噴射ノズルと並んで配置され、第３ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第３ミスト噴射領域を形成する第３噴射ノズルと、
を備え、
前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記吸気口が設けられた面と平行な面内において、前記第１ミスト噴射領域と前記第２ミスト噴射領域とが重ならないように、前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の向きを異ならせるように配置されており、
前記第３噴射ノズルは、前記吸気口が設けられた面と平行な面内において、前記第３ミスト噴射領域が前記第１ミスト噴射領域および前記第２ミスト噴射領域に重ならないように、前記第３ミスト噴射口の向きが前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口のそれぞれの向きと異なるように配置されている
ことを特徴とする吸気冷却装置。

【請求項2】

前記第１噴射ノズル及び前記第２噴射ノズルは、前記空気の流れに逆らう方向に前記ミストを噴射する
ことを特徴とする請求項１に記載の吸気冷却装置。

【請求項3】

前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の一方が基準面に対して所定の角度をなす上方に向けて配置されており、前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の他方が前記基準面に対して前記所定の角度をなす下方に向けて配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気冷却装置。

【請求項4】

複数の前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記吸気部における前記複数の吸気口が形成された吸気口形成領域の外側と前記吸気口形成領域の内側とにおいて、異なる前記基準面に基づいて前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の向きが設定される
ことを特徴とする請求項３に記載の吸気冷却装置。

【請求項5】

吸気した空気を圧縮し、圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、
前記圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却する吸気冷却部と、を備え、
前記吸気冷却部が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸気冷却装置により構成されることを特徴とするガスタービンプラント。

【請求項6】

大気中から吸気された空気を冷却して圧縮機の吸気側へと導く吸気冷却方法であって、
前記空気を吸気する複数の吸気口よりも上流側において、前記ミストを構成する給水を供給する配管の延在方向において並んで配置された第１噴射ノズル、第２噴射ノズルおよび第３噴射ノズルから前記ミストを前記空気中に噴射する噴射工程を備え、
前記噴射工程においては、前記吸気部を平面視した状態において、前記第１噴射ノズルから噴射した前記ミストが形成する第１ミスト噴射領域と、前記第２噴射ノズルから噴射した前記ミストが形成する前記第２ミスト噴射領域と、前記第３噴射ノズルから噴射した前記ミストが形成する前記第３ミスト噴射領域と、が重ならないように、前記第１噴射ノズル、前記第２噴射ノズルおよび前記第３噴射ノズルが前記ミストを噴射する
ことを特徴とする吸気冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンに供給される燃焼用空気は、大気中から吸気ダクトを経てガスタービンの圧縮機に取り込まれる。このような圧縮機では、外気温が上昇する夏期において、圧縮機に吸気される空気の質量が空気密度の低下に伴って減少し、圧縮比が低下してしまう。
そこで、圧縮機の吸気側にミストを噴射することで燃焼用空気を冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５６３４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述の燃焼用空気を冷却する技術においては、圧縮機の高い圧縮比を実現するために、吸気された空気の冷却効率を向上させることが望ましい。しかしながら、上記従来技術では、大気中から吸気口に取り込まれる空気の流れが考慮されていないため、吸気口から取り込まれる空気中にミストを均一に噴霧することができず、空気の冷却効率が十分とは言い難かった。そこで、吸気口に取り込まれる空気の流れを考慮してミストを噴射することで空気の冷却効率を向上させる新たな技術の提供が望まれている。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、吸気口から取り込まれる空気にミストを均一に噴霧することで冷却効率を向上させることが可能な吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の吸気冷却装置は、大気中から空気を吸気する複数の吸気口が設けられる吸気部と、前記吸気部により吸気された前記空気を圧縮機の吸気側へと導くダクトと、前記吸気口よりも上流側に配置されて前記空気中にミストを噴射する噴射ノズルと、鉛直方向と交差する方向に延在し、前記噴射ノズルに前記ミストを構成する給水を供給する配管と、第１ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第１ミスト噴射領域を形成する第１噴射ノズルと、前記配管の延在方向において前記第１噴射ノズルと並んで配置され、第２ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第２ミスト噴射領域を形成する第２噴射ノズルと、前記配管の延在方向において前記第２噴射ノズルと並んで配置され、第３ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第３ミスト噴射領域を形成する第３噴射ノズルと、を備え、前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記吸気口が設けられた面と平行な面内において、前記第１ミスト噴射領域と前記第２ミスト噴射領域とが重ならないように、前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の向きを異ならせるように配置されており、前記第３噴射ノズルは、前記吸気口が設けられた面と平行な面内において、前記第３ミスト噴射領域が前記第１ミスト噴射領域および前記第２ミスト噴射領域に重ならないように、前記第３ミスト噴射口の向きが前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口のそれぞれの向きと異なるように配置されていることを特徴とする。

【0007】

本発明の吸気冷却装置によれば、第１ミスト噴射領域と第２ミスト噴射領域とが重ならないように空気中にミストを噴射することができる。よって、吸気部に吸気される空気の全体にミストが均一に供給されるので、複数の吸気口から吸気される空気に十分な蒸発潜熱を生じさせ、高い冷却効率を得ることができる。

【0008】

また、上記吸気冷却装置においては、前記第１噴射ノズル及び前記第２噴射ノズルは、前記空気の流れに逆らう方向に前記ミストを噴射するのが好ましい。
この構成によれば、空気の流れに逆らう方向にミストが噴射されるので、ミストの飛翔距離を延ばすことができる。よって、ミストの滞留時間を長くすることができ、結果的に多くのミストを蒸発させることができる。したがって、吸気口から吸気される空気に十分な蒸発潜熱を生じさせることで高い冷却効率を得ることができる。

【0009】

また、上記吸気冷却装置においては、前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の一方が基準面に対して所定の角度をなす上方に向けて配置されており、前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の他方が前記基準面に対して前記所定の角度をなす下方に向けて配置されているのが好ましい。
この構成によれば、第１ミスト噴射領域と第２ミスト噴射領域とを重ならせない構成を容易に実現できる。

【0010】

また、上記吸気冷却装置においては、複数の前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記吸気部における前記複数の吸気口が形成された吸気口形成領域の外側と前記吸気口形成領域の内側とにおいて、異なる前記基準面に基づいて前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口の向きが設定されるのが好ましい。
吸気口形成領域の外側では、吸気口に取り込まれる空気の流れが異なっていることがある。本発明を採用すれば、吸気口に対する空気の流れが一様でない吸気口形成領域の外側において、ミスト噴射方向を最適化することができる。また、吸気口に対する空気の流れが一様となる吸気口形成領域の内側においても、吸気口形成領域の外側と異なる基準面に基づいてミスト噴射方向を最適化することで空気中にミストを良好に噴射できる。したがって、吸気口から吸気される空気に十分な蒸発潜熱を生じさせることで高い冷却効率を得ることができる。

【0011】

また、上記吸気冷却装置においては、前記第１噴射ノズルおよび前記第２噴射ノズルは、前記吸気口が設けられた面と平行な面内において、前記第１ミスト噴射領域および前記第２ミスト噴射領域が千鳥状となるように配置されているのが好ましい。
この構成によれば、吸気部に吸気される空気中において第１ミスト噴射領域および前記第２ミスト噴射領域を密に配置することができる。よって、空気の全体にミストを均一に供給することができる。

【0012】

また、上記吸気冷却装置においては、前記配管の延在方向において前記第２噴射ノズルと並んで配置され、第３ミスト噴射口から噴射した前記ミストにより第３ミスト噴射領域を形成する第３噴射ノズルをさらに備え、前記第３噴射ノズルは、前記吸気口が設けられた面と平行な面内において、前記第３ミスト噴射領域が前記第１ミスト噴射領域および前記第２ミスト噴射領域に重ならないように、前記第３ミスト噴射口の向きが前記第１ミスト噴射口および前記第２ミスト噴射口のそれぞれの向きと異なるように配置されているのが好ましい。
この構成によれば、第１ミスト噴射領域、第２ミスト噴射領域および第３ミスト噴射領域が重ならないように空気中にミストを噴射する構成を実現できる。

【0013】

また、本発明のガスタービンプラントは、吸気した空気を圧縮し、圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、前記圧縮機の吸気側に供給される空気を冷却する吸気冷却部と、を備え、前記吸気冷却部が、上記の吸気冷却装置により構成されることを特徴とする。

【0014】

本発明のガスタービンプラントによれば、上記吸気冷却装置から構成された吸気冷却部を備えるので、圧縮機に導かれる空気の冷却効率を向上させることで出力を向上させることができる。

【0015】

また、本発明の吸気冷却方法は、大気中から吸気された空気を冷却して圧縮機の吸気側へと導く吸気冷却方法であって、前記空気を吸気する複数の吸気口よりも上流側において、前記ミストを構成する給水を供給する配管の延在方向において並んで配置された第１噴射ノズル、第２噴射ノズルおよび第３噴射ノズルから前記ミストを前記空気中に噴射する噴射工程を備え、前記噴射工程においては、前記吸気部を平面視した状態において、前記第１噴射ノズルから噴射した前記ミストが形成する第１ミスト噴射領域と、前記第２噴射ノズルから噴射した前記ミストが形成する前記第２ミスト噴射領域と、前記第３噴射ノズルから噴射した前記ミストが形成する前記第３ミスト噴射領域と、が重ならないように、前記第１噴射ノズル、前記第２噴射ノズルおよび前記第３噴射ノズルが前記ミストを噴射することを特徴とする。

【0016】

本発明の吸気冷却方法によれば、第１ミスト噴射領域と第２ミスト噴射領域とが重ならないように空気中にミストを噴射することができる。よって、吸気部に吸気される空気の全体にミストが均一に供給されるので、複数の吸気口から吸気される空気に十分な蒸発潜熱を生じさせ、高い冷却効率を得ることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、吸気口から取り込まれる空気にミストを均一に噴霧することで冷却効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係るガスタービンプラントの概略構成を示す図。

【図2】第１実施形態に係る吸気冷却装置の要部構成を示す図。

【図3】ミストが形成するミスト噴射領域を示す図。

【図4】設置角度θごとのミスト飛散距離（移動距離）とミスト噴射後の経過時間との関係を示すグラフ。

【図5】ミスト噴射口を同じ方向に揃えた場合のミスト噴射領域の概念図。

【図6】吸気冷却装置の要部構成を示す断面図。

【図7】第２実施形態に係るガスタービンプラントの概略構成を示す図。

【図8】（ａ），（ｂ）は空気取入口に対する空気の流れのシミュレーション結果を概念的に示した図。

【図9】吸気冷却装置における吸気用建屋と噴射ノズルとの配置関係を示す平面図。

【図10】（ａ），（ｂ）は噴射ノズルによって噴射されたミストの流れを概念的に示した図。

【図11】第１実施形態の変形例に係るミスト噴射領域を示した概念図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の吸気冷却装置、ガスタービンプラント、及び吸気冷却方法に係る一実施例について図面を参照して説明する。なお、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0020】

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。

【0021】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るガスタービンプラントの概略構成を示す図である。
ガスタービンプラント１は、図１に示すように、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２で生成された圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３で生成された燃焼ガスによって動力を発生するガスタービン４と、吸気冷却装置１０と、を備える。ガスタービン４は、発電機５に連結されており、ガスタービン４で発生した動力が発電機５により電力に変換されるようになっている。

【0022】

吸気冷却装置１０は、外部（大気中）から空気を取り込む吸気用建屋（吸気部）１１と、該吸気用建屋１１に連通し、外部から取り込んだ空気を圧縮機２の吸気側へと導く吸気ダクト（ダクト）１２と、吸気用建屋１１よりも上流側に配置され、ミストを噴射する複数の噴射ノズル１３と、を備えている。なお、吸気用建屋１１は、ガスタービンプラント１の設備の一部を構成するものである。

【0023】

吸気用建屋１１は立方体形状からなる建屋であり、６つの壁面を有している。吸気用建屋１１は、外気を吸気するための吸気面を３つの壁面に有している。本実施形態において、吸気用建屋１１は、ＸＺ面に平行な２面のうち上流側の壁面１１ａ、及びＺＹ平面に平行な２面である壁面１１ｂ、１１ｃに、吸気面をなす吸気口形成領域２０がそれぞれ設けられている。各壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおける吸気口形成領域２０は、大気中に開口された複数の取入口ユニットＡを含む。

【0024】

本実施形態において、各取入口ユニットＡは、例えば、４つの空気取入口２１から構成されており、平面視矩形状を呈する。このような構成に基づき、吸気用建屋１１は、３つの壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに形成された上記吸気口形成領域２０（空気取入口２１）から大気中から空気を内部に形成された吸気室１４内に導入することが可能とされている。なお、吸気室１４の流路断面積は吸気ダクト１２よりも大きい。

【0025】

本実施形態において、吸気用建屋１１の壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃには、複数の空気取入口２１の少なくとも一部、例えば、複数の上記取入口ユニットＡを区画するルーバー２２が突出した状態に形成されている。ルーバー２２は、各壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対し、Ｚ方向に亘って延びる長板状の部材から構成される。本実施形態において、壁面１１ａには、６つのルーバー２２がＸ方向に沿って設置され、壁面１１ｂ、１１ｃには、２つのルーバー２２がＹ方向に沿って設置されている。

【0026】

すなわち、本実施形態においては、壁面１１ａにおける上記吸気口形成領域２０は、ルーバー２２により７つの領域に区画され、壁面１１ｂ、１１ｃにおける上記吸気口形成領域２０は、ルーバー２２により３つの領域に区画されている。壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに形成された上記吸気口形成領域２０のうちルーバー２２により区画された各領域には、それぞれ取入口ユニットＡが３つずつ配置されている。なお、ルーバー２２の数は、吸気用建屋１１の大きさ、空気取入口２１（取入口ユニットＡ）の大きさ或いは数によって適宜設定され、本実施形態に限定されない。

【0027】

ルーバー２２は、吸気用建屋１１の空気取入口２１への雨や雪が直接的に入り込むのを防止するためのものである。このように吸気用建屋１１は、ルーバー２２を備えることで、空気取入口２１に吸気した空気を効率的に取り込むことが可能とされている。

【0028】

噴射ノズル１３は、吸気用建屋１１の周囲に配置されている。噴射ノズル１３は、空気取入口２１に取り込まれる空気中に例えば水などの液体をミスト状としたミストＭをミスト噴射口１３ａから噴射するものである。本実施形態において、複数の噴射ノズル１３は、壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対向する位置であり、外気の導入方向における上流側に配置されている。

【0029】

噴射ノズル１３には、噴射される液体を該噴射ノズル１３に供給するための配管１５が接続されている。配管１５の一端側は、ポンプ１６に接続されており、液体をタンク１７から噴射ノズル１３に供給可能となっている。なお、噴射ノズル１３からの液体の噴射量は、外気温および湿度に応じて調節される。噴射ノズル１３は、上記配管１５に取り付けられることで上記所定位置（壁面１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対向する位置）に設置されている。

【0030】

なお、配管１５は、例えば、不図示の領域において吸気用建屋１１から延びる固定部材に固定されていても良いし、吸気用建屋１１とは別の固定部材を介して設置されていてもよい。図１では、図を見易くするため、噴射ノズル１３に接続される配管１５の図示を省略している。

【0031】

本実施形態において、噴射ノズル１３は、上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）１３Ａと、下向き噴射ノズル（第２噴射ノズル）１３Ｂと、を含む。以下、上向き噴射ノズル１３Ａおよび下向き噴射ノズル１３Ｂを総称して、ノズル１３Ａ，１３Ｂと称す場合もある。

【0032】

ノズル１３Ａ，１３Ｂは、空気取入口２１よりも上流側（外気の導入方向における上流側）に設置されている。本実施形態において、ノズル１３Ａ，１３Ｂは、例えば、取入口ユニットＡの中央部に対応する位置にそれぞれ配置されている。ノズル１３Ａ，１３Ｂは、配管１５の延在方向（鉛直方向であるＺ方向と交差（直交）するＸ方向）に沿って、交互に配置されている。

【0033】

ノズル１３Ａ、１３Ｂから噴射されるミストＭの平均粒径は、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲に設定するのが好ましい。このようにミストＭの平均粒径を５０μｍ以下とすれば、ミストＭの蒸発を促進して、空気の冷却効率を向上させることが可能である。一方、平均粒径が２０μｍ未満となる場合、極細なミストとなる。そのため、このような極細ミストを得るためには特別仕様の高価なミスト生成器が必要となってしまい、コストが嵩んでしまう。
これに対し、平均粒径が２０μｍ以上のミストＭとすれば、廉価なミスト生成器として噴射ノズル１３（ノズル１３Ａ、１３Ｂ）を利用可能となるので、吸気冷却装置１０の低コスト化を図ることが可能である。

【0034】

ところで、ガスタービンプラント１において圧縮機２の高い圧縮比を実現するためには、吸気冷却装置１０による冷却効率を向上させることが重要である。ここで、吸気冷却装置１０による冷却効率は、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭの量に対して、蒸発するミストＭの量の割合により規定される。すなわち、吸気冷却装置１０による冷却効率を向上させるためには、噴射ノズル１３から噴射したミストＭの蒸発量を増大させる必要がある。

【0035】

また、吸気冷却装置１０による冷却効率を高めるには、ミストＭの噴射量を増やすことも重要である。そのため、吸気用建屋１１の上下方向（Ｚ方向）における配管１５の設置数を増やし、噴射ノズル１３の数を増やすことが考えられる。

【0036】

しかしながら、吸気用建屋１１の上下方向（Ｚ方向）における配管１５の設置段数には、構造上の制約がある。そのため、ミスト噴射量を増やすには、配管１５の延在方向におけるノズル１３Ａ，１３Ｂの設置数を増やし、ノズル１３Ａ，１３Ｂ間の間隔を小さくする必要がある。

【0037】

本発明者らは、配管１５の長さ方向のノズル間ピッチを小さくしつつ、ミストＭの蒸発量を増大させるべく、空気中にミストを均一に噴射することに着目した。以下の説明では、壁面１１ａに形成された空気取入口２１を例に挙げて説明するが、壁面１１ｂ、１１ｃに形成された空気取入口２１についても同様であることからその詳細については省略する。

【0038】

図２は本実施形態に係る吸気冷却装置１０の要部構成を示す図である。なお、図２は壁面１１ａに関する＋Ｘ方向から視た側断面構成を示す図である。図２では、空気取入口２１に対する空気の流れＫが一様となっているものとした。

【0039】

図２に示すように、ノズル１３Ａ、１３Ｂは、それぞれのミスト噴射口１３ａ、１３ｂを空気取入口２１に対する空気の流れに逆らう方向、例えば、吸気方向と略１８０度反対方向（＋Ｙ方向）に向けるように配置されている。

【0040】

本実施形態において、上向き噴射ノズル１３Ａは、ミスト噴射口１３ａを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓに対して所定角度θだけ上方を向けるように配置されている。なお、基準面Ｓとは、吸気口形成領域２０に対する空気の流れＫ方向と平行な面、すなわち、ＸＹ平面と平行な面によって規定される面である。

【0041】

下向き噴射ノズル１３Ｂは、ミスト噴射口１３ｂを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓに対して所定角度θだけ下方を向けるように配置されている。

【0042】

ここで、上記所定角度θは、ミスト噴射口１３ａ，１３ｂにおけるノズル孔の大きさ、ノズル１３Ａ，１３Ｂのミスト噴射量、或いは、ノズル１３Ａ，１３Ｂの縦方向（Ｚ方向）のノズル間距離等によって適宜選択される。上記所定角度θは、例えば、１５°〜６０°の範囲で設定される。本発明者の実験により、例えば所定角度θを３０°、すなわち、ノズル１３Ａ，１３Ｂのなす角度を６０°に設定した場合、後述する空気の冷却効率が最も高くなることを確認した。

【0043】

図３はノズル１３Ａ、１３Ｂから噴射されたミストが形成するミスト噴射領域を示す図である。なお、図３は、ミスト噴射口１３ａ，１３ｂを平面視した際に、吸気口形成領域２０に向かう空気の断面内に形成されるミスト噴射領域を図示している。

【0044】

図３に示すように、上向き噴射ノズル１３Ａのミスト噴射口（第１ミスト噴射口）１３ａから噴射されたミストＭは、吸気口形成領域２０へと向かう空気の断面内で略円形状に拡がることで第１ミスト噴射領域Ａ１を形成する。また、下向き噴射ノズル１３Ｂのミスト噴射口（第２ミスト噴射口）１３ｂから噴射されたミストＭは、吸気口形成領域２０へと向かう空気の断面内で略円形状に拡がることで第２ミスト噴射領域Ｂ１を形成する。

【0045】

上向き噴射ノズル１３Ａは、基準面Ｓに対し、ミスト噴射口１３ａを角度θ（設置角度θ）だけ上方に向けるように配置される。そのため、第１ミスト噴射領域Ａ１は、ミスト噴射口１３ａを基準面Ｓと平行に配置（Ｙ方向に沿って配置）した場合（後述の図５参照）に対し、上方（＋Ｚ方向）に所定距離だけ移動する。

【0046】

下向き噴射ノズル１３Ｂは、基準面Ｓに対し、ミスト噴射口１３ｂを角度θ（設置角度θ）だけ下方に向けるように配置される。そのため、第２ミスト噴射領域Ｂ１は、ミスト噴射口１３ｂを基準面Ｓと平行に配置（Ｙ方向に沿って配置）した場合（後述の図５参照）に対し、下方（−Ｚ方向）に所定距離だけ移動する。

【0047】

第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１の大きさおよび上記移動量は、例えば、ノズル１３Ａ，１３Ｂのミスト噴射量、或いは、ミスト噴射口１３ａ，１３ｂにおけるノズル孔の大きさ等から計算によって算出可能である。

【0048】

図４は、設置角度θ（７．５°、１５°、２２．５°、３０°）ごとのミスト飛散距離（積算移動距離：単位ｍ）とミスト噴射後の経過時間（単位：ｓ）との関係を示すグラフである。図４に示すように、設置角度θが大きくなる程、ミスト飛散距離が大きくなることが分かる。一方、設置角度θの大きさによらず、０．００１秒〜０．０１秒が経過した時点で、ミスト飛散距離が一定状態（サチュレーション状態）となることが分かる。これは、空気中に噴射されたミストは粒子径が非常小さいことから、空気抵抗を大きく受けてしまい、移動量が抑えられてしまうからである。

【0049】

本実施形態では、例えば、ノズル孔を２５０μｍ、ミスト噴射量を０．２Ｌ／ｍｉｎ、設置角θを３０°としたノズル１３Ａ，１３Ｂを用いた。この場合、第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１は、大きさが略６００ｍｍとなり、上記移動量が１０ｃｍ程度となる。

【0050】

本実施形態では、ノズル１３Ａ，１３Ｂのミスト噴射口１３ａ，１３ｂの向きを配管１５の延在方向において交互に上向き又は下向きとすることで、第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１を重ならせないようにしている。

【0051】

具体的に、本実施形態では、吸気用建屋１１（吸気口形成領域２０）へと向かう空気が流れる空間のＸＺ平面による断面を視た場合、該断面内において第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１が千鳥状に配置されることで、互いが重なることなく、且つ、密に配置されたものとした。

【0052】

ここで、本実施形態のノズル１３Ａ，１３Ｂの配置による効果を説明するため、比較として、配管１５の延在方向におけるノズル１３Ａ，１３Ｂ間の間隔を小さくした状態で、ミスト噴射口１３ａ，１３ｂを同じ方向（基準面Ｓと平行（Ｙ方向）に揃えた場合について説明する。

【0053】

図５はミスト噴射口１３ａ，１３ｂを同じ方向に揃えた場合のミスト噴射領域の概念図である。

【0054】

図５に示すように、ノズル１３Ａ，１３Ｂのミスト噴射口１３ａ，１３ｂの向きが同じ場合、ノズル１３Ａ，１３Ｂ間の間隔よりも第１ミスト噴射領域Ａ１´および第２ミスト噴射領域Ｂ１´の半径の方が大きくなってしまうことがある。すると、第１ミスト噴射領域Ａ１´および第２ミスト噴射領域Ｂ１´の一部が互いに重なってしまい、重畳領域Ｃが発生してしまう。この重畳領域Ｃは、二つのノズル１３Ａ，１３Ｂから噴射されたミストを含むため、ミストの平均粒径が大きくなることで空気中において蒸発し難くなってしまう。

【0055】

これに対し、本実施形態では、図３に示したように、第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１が吸気用建屋１１（空気取入口２１）に向かう空気のＸＺ平面による断面内で密に配置されるので、空気中にミストＭが均一に噴射された状態となる。よって、空気中のミストＭは、空気取入口２１に吸気されるまでの間に概ね蒸発する。これにより、空気取入口２１に取り込まれる空気は、ミストＭが蒸発した際の蒸発潜熱（気化熱）により効率良く冷却される。

【0056】

以上のように、本実施形態に係る吸気冷却装置１０によれば、上向き噴射ノズル１３Ａ及び下向き噴射ノズル１３Ｂを含む噴射ノズル１３を備えることで、空気中にミストを均一に供給することで効率良く冷却することが可能となっている。

【0057】

図６は、吸気冷却装置１０の要部構成を示す断面図である。
図６に示すように、吸気冷却装置１０は、吸気室１４（吸気用建屋１１）内に設けられたフィルタ部材（捕捉部材）１８と、塵埃フィルタ部材１９と、を有している。

【0058】

フィルタ部材１８は、吸気室１４の壁面に設けられ、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭのうち蒸発せずに空気に同伴して飛翔してくるものを捕集するためのものである。フィルタ部材１８としては、例えば、長繊維グラスファイバ製パッドを用いることが好ましい。これによれば、フィルタ部材１８の内部に捕集したミストＭをより多く保持して、フィルタ部材１８内におけるミストＭの蒸発によって空気をより一層効率的に冷却できる。なお、フィルタ部材１８は、従来のエバポレーティブクーラに用いられている冷却メディアであってもよく、特に限定されない。

【0059】

塵埃フィルタ部材１９は、吸気室１４内から吸気した空気中の塵埃を除去するためのものである。なお、塵埃フィルタ部材１９は、フィルタ部材１８の下流側に設けられるのが好ましい。これによれば、塵埃を除去するための塵埃フィルタ部材１９にミストが到達する前にフィルタ部材１８によってミストＭを捕捉できるので、塵埃フィルタ部材１９がミストＭで濡れることで捕集した塵埃が膜を形成し、圧力損失が上昇してしまうといった不具合の発生を防止することが可能である。

【0060】

なお、塵埃フィルタ部材１９としては、例えば、以下に示す３つのタイプのいずれかを用いることができる。第１のタイプは、中性能フィルタが１つ設けられたものである。第２のタイプは、中性能フィルタと、中性能フィルタの下流側にこれと所定距離を隔てて設けられたＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air filter）とからなる。第３のタイプは、中性能フィルタと、中性能フィルタの下流側にこれと所定距離を隔てずに一体化して設けられたＨＥＰＡフィルタとからなる。

【0061】

上記フィルタ部材１８は、複数（例えば、２つ）の部材から構成されていても良い。この場合において、一方のフィルタ部材１８を吸気室１４内のうち塵埃フィルタ部材１９の上流側であって空気取入口２１に近い側（以下、上流側と称す場合もある）に設置し、他方のフィルタ部材１８を吸気室１４内のうち塵埃フィルタ部材１９の上流側であって該塵埃フィルタ部材１９に近い側（以下、下流側と称す場合もある）に設置すればよい。

【0062】

また、上流側に設置されるフィルタ部材１８は、下流側に配置されるフィルタ部材１８よりも目の粗い濾材からなるものを用いるのが好ましい。このようにすれば、例えば、空気中に噴射されたミストＭが蒸発せずに空気取入口２１内に入り込んでしまった場合であっても、空気中に残存した比較的大粒径のミストＭを、上流側のフィルタ部材１８で予め捕集することが可能となり、上流側のフィルタ部材１８で捕集されずに飛翔してきた小粒径のミストＭを下流側のフィルタ部材１８で確実に捕集する事が可能となる。よって、圧縮機２側へのミストＭの入り込みによる圧縮効率の低下をより確実に防止することができる。

【0063】

続いて、上記構成を備えるガスタービンプラント１の動作について説明するとともに、本発明の吸気冷却方法の一実施例についても説明する。

【0064】

ガスタービンプラント１は、吸気冷却装置１０により吸気された空気を圧縮機２によって圧縮し、該圧縮機２で生成された圧縮空気を用いて燃焼器３により燃焼ガスを生成し、該燃焼器３で生成した燃焼ガスによってガスタービン４を回転させる。そして、ガスタービン４で発生した動力を発電機５により電力に変換する。

【0065】

吸気冷却装置１０は、噴射ノズル１３（ノズル１３Ａ，１３Ｂ）からミストＭを大気中に噴射する。噴射ノズル１３から噴射されたミストＭは、はじめは空気の流れ方向とは反対方向に進むが、やがて空気の流れに抗することができなくなり、最終的には空気に同伴して下流側に進む。

【0066】

ノズル１３Ａ，１３Ｂから噴射されたミストは、空気中において、千鳥状に配置された第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１を形成する。これにより、吸気用建屋１１（空気取入口２１）に向かう空気の断面を視た場合、ミストＭが全体に均一に拡がった状態で下流側に進む。

【0067】

また、本実施形態では、空気の流れ方向と反対方向にミストＭが噴射されるため、ミストＭの飛翔距離を延ばすことができる。よって、噴射ノズル１３から噴射されたミストＭの空気中での滞留時間を長くすることができる。これにより、空気の流れＫ（図２参照）に取り込まれたミストＭは、空気取入口２１に吸気されるまでの間に概ね蒸発するので、多量の蒸発潜熱が空気から奪われ、空気の冷却効率を向上させることができる。

【0068】

また、吸気冷却装置１０は、ルーバー２２を備えるので、空気取入口２１内に雨、雪、或いは風が直接的に入り込むのを防止することができる。

【0069】

また、吸気冷却装置１０は、噴射ノズル１３の下流側にフィルタ部材１８が設けられているので、例えば、空気中に噴射されたミストＭが蒸発せずに空気取入口２１内に入り込んでしまった場合であっても、空気中に残存したミストＭをフィルタ部材１８によって捕捉することができる。よって、空気がフィルタ部材１８を通過する際に該フィルタ部材１８に捕捉されたミストＭを蒸発させることで空気の冷却効率を高めつつ、圧縮機２側にミストＭが入り込むことによって圧縮効率が低下するといった不具合の発生を防止することができる。

【0070】

また、吸気冷却装置１０は、塵埃フィルタ部材１９を備えるので、吸気室１４内から吸気した空気中に含まれた塵埃を確実に除去することができる。よって、塵埃が圧縮機２側に導かれることで圧縮効率が低下するといった不具合の発生が防止される。

【0071】

以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンプラント１によれば、上記吸気冷却装置１０を備えることで圧縮機２に導かれる空気の冷却効率が向上するので、高い出力を得ることができる。

【0072】

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、吸気冷却装置の構造、具体的に噴射ノズルの配置構造である。そのため、以下では、噴射ノズルの配置構造を主体に説明し、上記実施形態と同一の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化する。

【0073】

図７は、第２実施形態に係るガスタービンプラントの概略構成を示す図である。
ガスタービンプラント１Ａは、図７に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、ガスタービン４と、吸気冷却装置１０Ａと、を備える。
なお、図７では、図を見易くするため、噴射ノズル１００に接続される配管１５の図示を省略している。

【0074】

本実施形態では、ミストＭの蒸発量をより増大させるべく、空気取入口２１に対する実際の空気の流れをシミュレーション結果に基づいて考慮し、ミストを噴射するようにノズルを配置している。以下の説明では、壁面１１ａに形成された空気取入口２１を例に挙げて説明するが、壁面１１ｂ、１１ｃに形成された空気取入口２１についても同様のシミュレーション結果が得られていることからその詳細については省略する。

【0075】

図８は、空気取入口２１に対する空気の流れのシミュレーション結果を概念的に示した図であって、図８（ａ）は壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０の空気取入口２１に対する空気の流れをＸ軸方向から視た場合のシミュレーション結果を示すものであり、図８（ｂ）は壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０の空気取入口２１に対する空気の流れをＺ軸方向から視た場合のシミュレーション結果を示すものである。なお、以下の説明において便宜上、壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０の鉛直方向（Ｚ方向）の上方から下方に配置される取入口ユニットＡをこの順に、取入口ユニットＡｚ１、Ａｚ２、Ａｚ３と称すこともある。また、壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０の水平方向（Ｘ方向）の一方側（−Ｘ側）から他方側（＋Ｘ側）に配置される取入口ユニットＡをこの順に、Ａｘ１、Ａｘ２、Ａｘ３と称すこともある。

【0076】

図８（ａ）に示されるように、吸気口形成領域２０の鉛直方向上方（＋Ｚ方向）の外縁部に配置される取入口ユニットＡｚ１（空気取入口２１）には、空気取入口２１に対して上方から下方に巻き込むような空気の流れ（下降流）Ｋ１が生じることが確認できた。

【0077】

このような空気の流れＫ１は、例えば、吸気用建屋１１の外側の空気が相対的に圧力の低い空気取入口２１に向かって流れ込むことで生じたものと考えられる。一方、外縁部に配置される取入口ユニットＡｚ１とは別、すなわち鉛直方向下方側に設置される取入口ユニットＡｚ２、Ａｚ３には、＋Ｙ方向に沿って一様な空気の流れＫ２が生じることが確認できた。このように壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０においては、鉛直方向における取入口ユニットＡの位置によって異なる空気の流れＫ１、Ｋ２が生じることが確認できた。

【0078】

また、吸気口形成領域２０の水平方向（Ｘ方向）においても同様の現象が生じている。具体的に、図８（ｂ）に示されるように、吸気口形成領域２０の水平方向（Ｘ方向）の両外縁部に配置された取入口ユニットＡｘ１、Ａｘ３（空気取入口２１）にも、外側から巻き込むような空気の流れＫ１が生じることが確認できた。一方、取入口ユニットＡｘ１とは別の取入口ユニットＡｘ２には、＋Ｙ方向に沿った一様な空気の流れＫ２が生じることが確認できた。

【0079】

そのため、例えば、取入口ユニットＡｚ１は、該取入口ユニットＡｚ１に対向する位置からミストを噴射したとしても、ミストを含む空気が下方の取入口ユニットＡｚ２、Ａｚ３に流れ込んでしまい、取入口ユニットＡｚ１に取り込まれる空気中に十分な量のミストを供給することができないおそれがある。

【0080】

また、同様に、例えば、取入口ユニットＡｘ１、Ａｘ３は、該取入口ユニットＡｘ１、Ａｘ３に対向する位置からミストを噴射した場合、ミストを含む空気が中央の取入口ユニットＡｘ２に流れ込んでしまい、取入口ユニットＡｚ１に取り込まれる空気中に十分にミストを供給することができない。

【0081】

本実施形態において、吸気口形成領域２０では、取入口ユニットＡの位置によって空気の流れＫ１、Ｋ２が異なっているため、空気中に噴射されるミスト量が部分的に異なってしまう。そのため、吸気口形成領域２０に吸気される空気を効果的に冷却することができず、十分な冷却効率が得られないおそれがある。なお、このような現象は、壁面１１ｂ、１１ｃに形成された空気取入口２１についても同様であって、取入口ユニットＡの位置によって空気の流れＫ１、Ｋ２が異なっている。

【0082】

このような問題に対し、本実施形態に係る吸気冷却装置１０Ａは、噴射ノズル１００が外側噴射ノズル２１３と内側噴射ノズル１１３とを含む構成を採用する事で上記問題を解決するようにした。

【0083】

図９は、本実施形態に係る吸気冷却装置１０Ａにおける吸気用建屋１１と噴射ノズル１００との配置関係を示す平面図である。
図１０は、噴射ノズル１００によって噴射されたミストの流れを概念的に示した図である。具体的に、図１０（ａ）は壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０の空気取入口２１に対するミストの流れをＸ軸方向から視た場合のシミュレーション結果を示すものであり、図１０（ｂ）は壁面１１ａに形成された吸気口形成領域２０の空気取入口２１に対するミストの流れをＺ軸方向から視た場合のシミュレーション結果を示すものである。

【0084】

なお、図９，１０は、壁面１１ａと噴射ノズル１００との配置例を示すものである。
以下の説明では、図９，１０を参照し、壁面１１ａに対する噴射ノズル１００の配置を説明するが、壁面１１ｂ、１１ｃに対する噴射ノズル１００の配置についても図７と同様の条件に基づいてなされたものであることからその詳細については省略する。

【0085】

図７，９に示すように、外側噴射ノズル２１３は、吸気用建屋１１を平面視、すなわち壁面１１ａを平面視した場合において、吸気口形成領域２０の外縁部に対応する空気取入口２１ａの開口端、すなわち該空気取入口２１ａを含む取入口ユニットＡｚ１、Ａｘ１の開口端よりも外側且つ吸気口形成領域２０よりも上流側（外気の導入方向における上流側）に設置されている。なお、吸気口形成領域２０の外縁部に対応する空気取入口２１ａとは、図７においてハッチングで示される領域の空気取入口２１をいう。
本実施形態においては、外側噴射ノズル２１３を上記空気取入口２１ａの開口端の外側に配置したが、外側噴射ノズル２１３は開口端上に設置されていてもよい。

【0086】

また、内側噴射ノズル１１３は、壁面１１ａを平面視した場合において、吸気口形成領域２０と平面的に重なる位置であり、且つ吸気口形成領域２０よりも上流側（外気の導入方向における上流側）に設置されている。本実施形態において、内側噴射ノズル１１３は、例えば、取入口ユニットＡの中央部に対応する位置に配置されている。

【0087】

なお、外側噴射ノズル２１３と内側噴射ノズル１１３（以下、これらを総称して噴射ノズル２１３，１１３と称す場合もある）の個数は、該噴射ノズル２１３、１１３から噴射されるミストＭの拡散範囲を考慮して決定されることが好ましい。本実施形態において、噴射ノズル２１３，１１３は、ミスト噴射口を吸気方向と１８０度反対方向（＋Ｙ方向）に向けるように配置されている。

【0088】

本実施形態において、外側噴射ノズル２１３は、外側上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）２１３Ａと、外側下向き噴射ノズル（第２噴射ノズル）２１３Ｂと、を含む。以下、外側上向き噴射ノズル２１３Ａおよび外側下向き噴射ノズル２１３Ｂを総称して、外側ノズル２１３Ａ，２１３Ｂと称す場合もある。

【0089】

また、内側噴射ノズル１１３は、内側上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）１１３Ａと、内側下向き噴射ノズル（第２噴射ノズル）１１３Ｂと、を含む。以下、内側上向き噴射ノズル１１３Ａおよび内側下向き噴射ノズル１１３Ｂを総称して、内側ノズル１１３Ａ，１１３Ｂと称す場合もある。

【0090】

外側ノズル２１３Ａ，２１３Ｂは、配管１５の延在方向（鉛直方向であるＺ方向と交差（直交）するＸ方向）に沿って、交互に配置されている。また、内側ノズル１１３Ａ，１１３Ｂは、配管１５の延在方向（鉛直方向であるＺ方向と交差（直交）するＸ方向）に沿って、交互に配置されている。

【0091】

取入口ユニットＡｘ１に対応する内側下向き噴射ノズル１１３Ｂの−Ｘ側には、外側上向き噴射ノズル２１３Ａが配置されている。これら内側下向き噴射ノズル１１３Ｂおよび外側上向き噴射ノズル２１３Ａは、配管１５の延在方向において隣り合って配置されている。

【0092】

また、取入口ユニットＡｘ３に対応する内側下向き噴射ノズル１１３Ｂの＋Ｘ側には、外側上向き噴射ノズル２１３Ａが配置されている。これら内側下向き噴射ノズル１１３Ｂおよび外側上向き噴射ノズル２１３Ａは、配管１５の延在方向において隣り合って配置されている。

【0093】

本実施形態においても、内側上向き噴射ノズル１１３Ａおよび外側上向き噴射ノズル２１３Ａは、ミスト噴射口（第１ミスト噴射口）１１３ａおよびミスト噴射口（第１ミスト噴射口）２１３Ａを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓ１又はＳ２に対して所定角度θだけ上方を向けるように配置されている。

【0094】

内側上向き噴射ノズル１１３Ａおよび外側上向き噴射ノズル２１３Ａのミスト噴射口１１３ａ，２１３ａから噴射されたミストは、吸気口形成領域２０へと向かう空気が流れる空間内で略円形状に拡がることで第１ミスト噴射領域Ａ１を形成する（図５参照）。

【0095】

また、内側下向き噴射ノズル１１３Ｂおよび外側内向き噴射ノズル２１３Ｂは、ミスト噴射口（第２ミスト噴射口）１１３ｂおよびミスト噴射口（第２ミスト噴射口）２１３ｂを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓ１又はＳ２に対して所定角度θだけ下方を向けるように配置されている。

【0096】

内側下向き噴射ノズル１１３Ｂおよび外側内向き噴射ノズル２１３Ｂのミスト噴射口１１３ｂ，２１３ｂから噴射されたミストＭは、吸気口形成領域２０へと向かう空気が流れる空間内で略円形状に拡がることで第２ミスト噴射領域Ｂ１を形成する（図５参照）。

【0097】

本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、Ｚ方向における最上段の配管１５Ａに設けられた外側噴射ノズル２１３について、他の噴射ノズル１００の基準面Ｓ１とは異なる基準面Ｓ２に基づいてミスト噴射口２１３ａ，２１３ｂの向きを設定している。

【0098】

基準面Ｓ１は、吸気口形成領域２０に対する一様な空気の流れＫ１と平行な面、すなわち、ＸＹ平面と平行な面によって規定される。基準面Ｓ２は、取入口ユニットＡｚ１（空気取入口２１）に対して上方から下方に巻き込む空気の流れ（下降流）Ｋ１と平行な面（下降流に逆らう方向に沿った面）によって規定される。

【0099】

本実施形態においても、図７に示したように、隣り合う噴射ノズル１００のミスト噴射方向を配管１５の延在方向において交互に上向き又は下向きとすることで、第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１の位置をＺ方向にずらすことで重ならせないようにしている。

【0100】

図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、吸気口形成領域２０と平面的に重なる位置に配置された内側噴射ノズル１１３が噴射したミストＭが、吸気用建屋１１（吸気口形成領域２０）へと向かう一様な空気の流れＫ２が生じている空間のＸＺ平面による断面内において、互いに重なることなく密に配置された第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１を形成する。

【0101】

よって、取入口ユニットＡｚ２、Ａｚ３、Ａｘ２（空気取入口２１）に吸気される空気中にミストが均一に噴射されるため、空気取入口２１に到達するまでの間に概ね蒸発する。したがって、取入口ユニットＡｚ２、Ａｚ３、Ａｘ２に取り込まれる空気は、ミストＭが蒸発した際の蒸発潜熱（気化熱）により効率良く冷却される。

【0102】

また、取入口ユニットＡｚ１、Ａｘ１、Ａｘ３の開口端よりも外側に配置された外側噴射ノズル２１３から噴射されたミストＭは、吸気口形成領域２０の外側から巻き込む流れＫ１の空気中に良好に取り込まれることで取入口ユニットＡｚ１、Ａｘ１、Ａｘ３（空気取入口２１）に吸気されるまでの間に概ね蒸発する。これにより、取入口ユニットＡｚ１、Ａｘ１、Ａｘ３に取り込まれる空気は、ミストＭが蒸発した際の蒸発潜熱（気化熱）により冷却される。

【0103】

本実施形態では、Ｚ方向における最上段の配管１５Ａに設けられた外側噴射ノズル２１３のミスト噴射口２１３ａ，２１３ｂが基準面Ｓ２に基づいて設定されるため、局所的に生じている空気の流れ（下降流）Ｋ１中においてミストＭを均一に噴射することが可能である。このミスト噴射口２１３ａ，２１３ｂから噴射されたミストＭは、吸気口形成領域２０の外側から巻き込む上記流れ（下降流）Ｋ１が生じている空間の断面内において、互いに重なることなく密に配置された第１ミスト噴射領域Ａ１および第２ミスト噴射領域Ｂ１を形成する。

【0104】

これにより、取入口ユニットＡｚ１に取り込まれる空気の流れ（下降流）Ｋ１中にミストを均一に噴射するため、空気取入口２１に到達するまでの間に概ね蒸発する。したがって、取入口ユニットＡｚ１に取り込まれる流れ（下降流）Ｋ１の空気は、ミストＭが蒸発した際の蒸発潜熱（気化熱）により効率良く冷却される。

【0105】

以上のように、本実施形態に係る吸気冷却装置１０によれば、空気取入口２１の位置によって空気の流れＫ１、Ｋ２が異なる場合であっても、内側噴射ノズル１１３及び外側噴射ノズル２１３を含む噴射ノズル１００を備えることで、空気中の全体に亘ってミストを均一に供給することが可能である。

【0106】

続いて、上記構成を備えるガスタービンプラント１Ａの動作について説明するとともに、本実施形態の吸気冷却方法についても説明する。

【0107】

吸気冷却装置１０Ａは、取入口ユニットＡｚ１、Ａｘ１、Ａｘ３の開口端よりも外側に配置された外側噴射ノズル２１３からミストＭを大気中に噴射する。これにより、外側噴射ノズル２１３から噴射されたミストＭは、吸気口形成領域２０の外側から巻き込む流れＫ１の空気中に良好に取り込まれることで下流側に進む。空気の流れＫ１に取り込まれたミストＭは、取入口ユニットＡｚ１、Ａｘ１、Ａｘ３（空気取入口２１）に吸気されるまでの間に概ね蒸発するので、多量の蒸発潜熱が空気から奪われ、空気の冷却効率を向上させることができる。

【0108】

また、吸気冷却装置１０は、吸気口形成領域２０と平面的に重なる位置に配置された内側噴射ノズル１１３からミストＭを大気中に噴射する。これにより、内側噴射ノズル１１３から噴射されたミストＭは、一様な流れＫ２の空気中に良好に取り込まれることで下流側に進む。一様な流れＫ２の空気中に取り込まれたミストＭは、取入口ユニットＡｚ２、Ａｚ３、Ａｘ２（図１０参照）の空気取入口２１に入り込むまでの間に概ね蒸発するので、多量の蒸発潜熱が空気から奪われ、空気の冷却効率を向上させることができる。

【0109】

このように本実施形態によれば、吸気口形成領域２０に吸気される空気であって、異なる流れＫ１、Ｋ２を含むことで不均一な流れの空気中に対してミストＭを均一に供給することができる。よって、複数の空気取入口２１から吸気される空気の全体に十分な蒸発潜熱を生じさせることで高い冷却効率を得ることができる。

【0110】

なお、本発明は上記実施形態に限定されることは無く、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

【0111】

例えば、上記第１実施形態では、配管１５の延在方向においてミストの噴射方向を２方向で異ならせ、上向き噴射および下向き噴射を交互に行う場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。

【0112】

例えば、配管１５の延在方向において、ミストの噴射方向を３方向で異ならせるようにしてもよい。図１１は、第１実施形態にてミストの噴射方向を３方向に変更した場合に、ミストが形成するミスト噴射領域を示した概念図である。

【0113】

図１１に示すように、本変形例において、噴射ノズル３１３は、上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）３１３Ａと、水平噴射ノズル（第２噴射ノズル）３１３Ｂと、下向き噴射ノズル（第３噴射ノズル）３１３Ｃと、を含む。以下、上向き噴射ノズル３１３Ａ、水平噴射ノズル３１３Ｂおよび下向き噴射ノズル３１３Ｃを総称して、ノズル３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃと称す場合もある。

【0114】

ノズル３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃは、配管１５の延在方向（鉛直方向であるＺ方向と交差（直交）するＸ方向）に沿って順番に配置されている。すなわち、配管１５の延在方向に沿って、ノズル３１３Ａ、ノズル３１３Ｂ，ノズル３１３Ｃ，ノズル３１３Ａ，ノズル３１３Ｂ…といったように配置されている。

【0115】

上向き噴射ノズル３１３Ａは、ミスト噴射口３１３ａを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓに対して所定角度θだけ上方を向けるように配置される。これにより、第１ミスト噴射領域Ａ２は、上方（＋Ｚ方向）に所定距離だけ移動する。

【0116】

下向き噴射ノズル３１３Ｃは、ミスト噴射口３１３ｃを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓに対して所定角度θだけ下方を向けるように配置される。これにより、第３ミスト噴射領域Ｃ２は、下方（−Ｚ方向）に所定距離だけ移動する。

【0117】

一方、水平噴射ノズル３１３Ｂは、ミスト噴射口３１３ｂを吸気口形成領域２０と反対側であって、且つ、基準面Ｓと水平となるように配置される。そのため、第２ミスト噴射領域Ｂ２は、上下方向（Ｚ方向）に移動しない。

【0118】

本変形例では、ノズル３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃのミスト噴射口３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃの向きを配管１５の延在方向において、上向き、真っ直ぐ、下向きとすることで、第１ミスト噴射領域Ａ２、第２ミスト噴射領域Ｂ２および第３ミスト噴射領域Ｃ２を重ならせないようにしている。具体的に、本変形例では、空気中において、第１ミスト噴射領域Ａ２、第２ミスト噴射領域Ｂ２および第３ミスト噴射領域Ｃ２が略千鳥状に配置されるようにした。

【0119】

これにより、吸気用建屋１１（吸気口形成領域２０）へと向かう空気が流れる空間のＸＺ平面による断面を視た場合、該断面内において第１ミスト噴射領域Ａ２、第２ミスト噴射領域Ｂ２および第３ミスト噴射領域Ｃ２は、互いに重なることなく、且つ、密に配置されたものとなる。

【0120】

したがって、本変形例に係る構成によれば、空気中にミストＭが均一に噴射された状態となるので、空気中のミストＭが空気取入口２１に吸気されるまでの間に概ね蒸発する。よって、空気取入口２１に取り込まれる空気は、ミストＭが蒸発した際の蒸発潜熱（気化熱）により効率良く冷却することができる。

【0121】

また、上記第２実施形態では、取入口ユニットＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３に対応する配管１５の両端部に外側噴射ノズル２１３（上向き噴射ノズル２１３Ａ）を１つずつ配置する場合（図７参照）を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、取入口ユニットＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３に対応する配管１５の両端部に、外側噴射ノズル２１３を複数配置（上向き噴射ノズル２１３Ａ、下向き噴射ノズル２１３Ｂを交互に配置）してもよい。

【0122】

また、上記実施形態では、ミストの噴射方向を吸気方向と略１８０度反対方向（＋Ｙ方向）に向ける場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ミストの噴射方向を吸気方向（−Ｙ方向）に向けて配置した場合においても本発明によれば空気中にミストを均一に噴射することが可能である。

【0123】

また、上記実施形態では、吸気用建屋１１において、ルーバー２２がＺ方向に沿って延びる長板状の部材から構成される場合を例に挙げたが、ルーバー２２の形状はこれに限定されず、例えばＸ方向或いはＹ方向に沿って延びる長板状の部材から構成されていてもよい。また、吸気用建屋１１がルーバー２２を有していなくても良い。

【符号の説明】

【0124】

１，１Ａ…ガスタービンプラント、２…圧縮機、３…燃焼器、４…ガスタービン、５…発電機、Ｍ…ミスト、１０…吸気冷却装置、１３…噴射ノズル、１３ａ…ミスト噴射口（噴射口）、１３Ａ…上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）、１３Ｂ…下向き噴射ノズル（第２噴射ノズル）、１３ａ…ミスト噴射口（第１の噴射口）、１３ｂ…ミスト噴射口（第２の噴射口）、１５，１５Ａ…配管、２０…吸気口形成領域、２１…空気取入口（吸気口）、１００…噴射ノズル、１１３Ａ…内側上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）、１１３Ｂ…内側下向き噴射ノズル（第２噴射ノズル）、１１３ａ…ミスト噴射口（第１の噴射口）、１１３ｂ…ミスト噴射口（第２の噴射口）、２１３…噴射ノズル、２１３Ａ…内側上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）、２１３Ｂ…内側下向き噴射ノズル（第２噴射ノズル）、２１３ａ…ミスト噴射口（第１の噴射口）、２１３ｂ…ミスト噴射口（第２の噴射口）、３１３…噴射ノズル、３１３Ａ…上向き噴射ノズル（第１噴射ノズル）、３１３Ｂ…水平噴射ノズル（第２噴射ノズル）、３１３Ｃ…下向き噴射ノズル（第３噴射ノズル）、３１３ａ…ミスト噴射口（第１の噴射口）、３１３ｂ…ミスト噴射口（第２の噴射口）、３１３ｃ…ミスト噴射口（第３の噴射口）、Ａ１，Ａ２…第１ミスト噴射領域、Ｂ１，Ｂ２…第２ミスト噴射領域、Ｃ２…第３ミスト噴射領域，Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…基準面，Ｍ…ミスト。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】