專利名稱：利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將太陽熱能量用于燃?xì)廨啓C(jī)的利用太陽熱燃?xì)鈾C(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，要求盡可能地抑制作為地球暖化物質(zhì)之一的二氧化碳(CO2)的排放量。在這樣的動(dòng)向中，利用了可再生能量的發(fā)電系統(tǒng)受到關(guān)注。作為可再生能量的代表例，存在水力、風(fēng)力、地?zé)?、太?光/熱)能量等，但是其中尤其是關(guān)于利用了太陽熱的發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)非常活躍。利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)一般采用通過由集熱器集熱而產(chǎn)生的蒸汽來驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)的方式。作為這種現(xiàn)有技術(shù)，例如有專利文獻(xiàn)I中記載的技術(shù)。另一方面，作為把天然氣、石油等化石資源作為燃料的系統(tǒng)，存在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。另外，在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中，公知在夏天等大氣溫度上升的條件下，壓縮機(jī)中的空氣的吸氣量減少，與此相伴發(fā)電輸出也降低。作為抑制伴隨大氣溫度上升的輸出降低的手段之一，例如有專利文獻(xiàn)2的技術(shù)。具體來說,關(guān)于再生循環(huán)的一種即HAT (Humid Air Turbine^MS氣透平)循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，公開了通過在壓縮機(jī)入口設(shè)置的噴霧裝置利用減壓沸騰來噴射在該循環(huán)內(nèi)(作為再生循環(huán)特有的設(shè)備的壓縮機(jī)出口的后置冷卻器、加濕壓縮空氣的加濕器、對加濕器加濕水進(jìn)行加熱的熱交換器等)產(chǎn)生的高壓熱水的技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-39367號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2001-214757號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在上述的利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)中，需要用于對作為蒸汽的熱源的太陽熱進(jìn)行集熱的集熱裝置。作為集熱方式，存在使在曲面鏡前設(shè)置的集熱管對太陽光進(jìn)行聚光來集熱的槽型、將通過被稱為定日鏡的多個(gè)平面鏡反射的太陽光聚光到塔的塔型這樣的種種方式。但是，不管集熱方式，為了使蒸汽輪機(jī)高效率化(高溫化)、高輸出化而需要巨大的集熱裝置(反射鏡)。即，這意味需要用于設(shè)置集熱裝置的廣大的用地。例如在輸出50MW的發(fā)電設(shè)置的情況下，作為集熱裝置的設(shè)置面積需要1.2平方公里。另一方面，從成本方面來考慮利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，要設(shè)置的集熱裝置的數(shù)量巨大，但是，現(xiàn)狀是聚光、集熱裝置占系統(tǒng)整體的比例為80%左右。因此，為了實(shí)現(xiàn)成本降低需要大幅減少集熱裝置的數(shù)量，但是，集熱裝置的設(shè)置數(shù)的減少成為與利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的高效率化、高輸出花的目的相反的課題。本發(fā)明的目的在于提供一種大幅減少集熱裝置的數(shù)量，并且縮小集熱裝置的設(shè)置所需的用地面積的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。用于解決課題的手段
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)將通過太陽熱產(chǎn)生的高壓熱水供給對燃?xì)廨啓C(jī)的吸氣噴射微小液滴的噴霧裝置，在噴霧裝置中的液滴的細(xì)微化中利用太陽熱能量。具體來說，特征在于具備由壓縮空氣的壓縮機(jī)、使通過該壓縮機(jī)壓縮后的空氣和燃料燃燒的燃燒器、由通過在該燃燒器中產(chǎn)生的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)；以及對太陽熱進(jìn)行集熱來產(chǎn)生高壓熱水的集熱裝置，設(shè)置了對被取入所述壓縮機(jī)的空氣中噴射通過所述集熱裝置產(chǎn)生的高壓熱水的噴霧裝置。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種大幅減少集熱裝置的數(shù)量，并且縮小集熱裝置的設(shè)置所需的用地面積的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。


圖1是利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖(實(shí)施例1)。圖2是現(xiàn)有類型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的大氣溫度-發(fā)電輸出特性圖。圖3是壓縮機(jī)入口部的截面圖。圖4是水溫和飽和壓力、運(yùn)用壓力例的關(guān)系圖。圖5是利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖(實(shí)施例2)。圖6是表示壓縮機(jī)內(nèi)的壓縮空氣的溫度分布的圖。圖7是表示壓縮過程中的空氣溫度和絕對濕度的關(guān)系的圖。圖8是表不吸氣溫度和吸氣重量流量的關(guān)系的圖。圖9是熱循環(huán)的比較圖。圖10是燃?xì)廨啓C(jī)的詳細(xì)構(gòu)造圖。圖11是水滴噴霧量和燃?xì)廨啓C(jī)輸出的增加率的關(guān)系圖。圖12是噴霧前后的壓縮機(jī)出口溫度差的概要圖。圖13是利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(實(shí)施例3)。圖14是利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖(實(shí)施例4)。
具體實(shí)施例方式首先，說明本發(fā)明人等達(dá)到本發(fā)明的研究的經(jīng)過以及本發(fā)明的基本思想。本發(fā)明人等在研究集熱裝置的數(shù)量以及用地面積的減少時(shí)，不僅研究了太陽熱的集熱裝置，還綜合地研究了包含太陽熱的利用設(shè)備(發(fā)電裝置)側(cè)的系統(tǒng)整體。首先，在成為研究基礎(chǔ)的將一般的集熱裝置作為熱源的蒸汽輪機(jī)方式中，作為驅(qū)動(dòng)用蒸汽的熱源，需要產(chǎn)生幾百。C (例如300°C左右)的蒸汽。在此，當(dāng)著眼于水的蒸發(fā)過程時(shí)，使水變化成蒸氣狀態(tài)時(shí)，作為蒸發(fā)潛熱(氣化潛熱，也稱為氣化熱)需要大量的熱量。例如，300°C蒸汽中的保有熱量的明細(xì)是從常溫15°C 100°C的顯熱、100°C時(shí)的蒸發(fā)潛熱、100°C蒸汽 300°C的蒸汽的顯熱這三者的熱量比率為1. 3% 83. 8% 14. 9%，這樣，蒸發(fā)潛熱占整體的80%以上。因此，在蒸汽輪機(jī)方式中，可以說在其原理上，成為需要蒸汽，并且作為用于產(chǎn)生蒸汽的蒸發(fā)潛熱需要大量能量的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，在蒸汽輪機(jī)方式中，計(jì)算為通過集熱裝置收集的熱量全體的70 80%作為蒸發(fā)潛熱被消耗。這是集熱裝置的數(shù)量以及集熱裝置的設(shè)置所需的用地面積巨大的主要原因。因此，本發(fā)明人等作為有效利用太陽具有的熱能的同時(shí)，大幅減少在現(xiàn)有的利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)中成為課題的蓄熱裝置的數(shù)量以及設(shè)置面積的系統(tǒng)而進(jìn)行了以下的發(fā)明。即，在蒸汽輪機(jī)方式中，根據(jù)為了產(chǎn)生蒸汽而需要大量的能量(蒸發(fā)潛熱)的知識，不研究用太陽熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)，而限于在集熱裝置中不需要蒸發(fā)潛熱的高壓熱水(例如150°C 200°C)的生成，出于能夠有效利用該高壓熱水的技術(shù)的觀點(diǎn)進(jìn)行了各種研究。其結(jié)果，得到作為即使比現(xiàn)有的利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)溫度低、且為液相狀態(tài)的高壓熱水也能夠有效利用的系統(tǒng)，能夠應(yīng)用到燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的結(jié)論。具體來說，將通過太陽熱產(chǎn)生的高壓熱水作為冷卻燃?xì)廨啓C(jī)的吸氣的噴霧裝置的噴霧水來應(yīng)用，并且在噴霧裝置中的液滴的微小化中利用作為高壓熱水而蓄熱的太陽熱能。特別是在噴霧液滴的微小化中，作為其原理通過使高溫水減壓沸騰來實(shí)現(xiàn)。通過上述方式，在本發(fā)明中，成為只要集熱用于產(chǎn)生高壓熱水的顯熱(不使物質(zhì)的狀態(tài)變化而用于使溫度變化的熱量)量的太陽熱即可的利用太陽熱系統(tǒng)，所以能夠不需要在現(xiàn)有系統(tǒng)中必須的作為蒸發(fā)潛熱的大量的能量。其結(jié)果，能夠大幅減少為了集熱大量的能量而設(shè)置的集熱裝置的數(shù)量以及用于設(shè)置集熱裝置的用地面積。然后，說明在本發(fā)明中應(yīng)用太陽熱能量的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的基本的構(gòu)成要素為壓縮空氣的壓縮機(jī)、使通過該壓縮機(jī)壓縮的空氣和燃料燃燒的燃燒器、通過該燃燒器生成的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)。通常，在燃?xì)廨啓C(jī)上作為負(fù)荷設(shè)備而連接被驅(qū)動(dòng)設(shè)備。特別是在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的情況下，對于上述的構(gòu)成要件，追加了通過上述渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。以下，作為利用太陽熱發(fā)電系統(tǒng)，以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)為代表例進(jìn)行說明，但是，也可以應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以外的被驅(qū)動(dòng)設(shè)備(泵、壓縮機(jī)等)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中。作為在上述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用太陽熱能量的各實(shí)施例的共同概念，如下所述。在壓縮空氣的壓縮機(jī)中，在吸入空氣的吸氣管道內(nèi)部或者吸氣管道的上游側(cè)，為了使空氣溫度下降到大氣溫度以下，對壓縮機(jī)入口空氣噴射混入高壓熱水。在此，是高壓熱水通過太陽熱加熱集熱裝置的集熱管內(nèi)的水而生成，并向壓縮機(jī)上游部供給的結(jié)構(gòu)。一般公知通過常溫的水噴霧也能夠降低壓縮機(jī)入口空氣溫度，但是從吸氣性能以及設(shè)備可靠性(旋轉(zhuǎn)機(jī)平衡)的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選在作為旋轉(zhuǎn)機(jī)的壓縮機(jī)內(nèi)部不形成水滴等，迅速使噴霧水氣化。根據(jù)該觀點(diǎn)，在本實(shí)施例中，與降低壓縮機(jī)入口空氣溫度的目的乍一看相反，特征在于噴射熱水。即，利用高壓熱水具有的熱量的約70% 80%是氣化潛熱，從高壓狀態(tài)(集熱管內(nèi)部以及噴霧噴嘴內(nèi)部)向大氣壓狀態(tài)(壓縮機(jī)入口部)急劇減壓來使熱水減壓沸騰。在這種情況下，在常溫水中通過氣化潛熱的吸熱作用成為冰點(diǎn)以下，在壓縮機(jī)入口部容易結(jié)冰，噴霧后的粒徑難以變小，可能產(chǎn)生壓縮機(jī)內(nèi)部的迅速的氣化無望的狀態(tài)。因此，如本實(shí)施例那樣，采取為了在減壓沸騰時(shí)促進(jìn)微粒化而作為高壓熱水進(jìn)行噴射的方式。本實(shí)施例在高壓熱水的生成中利用了太陽熱，因此，具有不使用新的化石燃料，能夠抑制成為地球變暖的原因之一的CO2的增加的效果。以下，使用附圖詳細(xì)說明用于實(shí)施本發(fā)明的方式。實(shí)施例1通過圖1說明本發(fā)明的實(shí)施例1。圖1表示將噴射由太陽熱產(chǎn)生的高壓熱水的噴霧裝置應(yīng)用到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，本實(shí)施例的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)大致由燃?xì)廨啓C(jī)裝置100、集熱太陽熱來生成高壓熱水的集熱裝置200、對吸氣噴射通過集熱裝置200生成的高壓熱水的噴霧裝置300構(gòu)成。燃?xì)廨啓C(jī)裝置100，在壓縮機(jī)I的上游側(cè)設(shè)置吸氣管道6。另外，也有在吸氣管道6的上游側(cè)設(shè)置取入空氣的吸氣室(未圖示)的情況。大氣條件的空氣5通過吸氣管道6被導(dǎo)入壓縮機(jī)I。在壓縮機(jī)I中被加壓的壓縮空氣7流入燃燒器3。在燃燒器3中，壓縮空氣7和燃料8燃燒，產(chǎn)生高溫的燃燒氣體9。燃燒氣體9流入渦輪機(jī)2，經(jīng)由渦輪機(jī)2和軸11使發(fā)電機(jī)4旋轉(zhuǎn)，通過其驅(qū)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)2的燃燒氣體9作為燃燒排氣10從渦輪機(jī)2排放。集熱裝置200主要由對太陽光聚光的聚光板26、通過用聚光板26聚光以及集熱的太陽光對被加熱介質(zhì)加熱的集熱管27構(gòu)成。另外，貯藏作為被加熱介質(zhì)的水的水罐20經(jīng)由使水罐20的貯藏水升壓的水泵22、調(diào)整進(jìn)行送水的供水的流量的流量調(diào)整閥24連接在集熱管27上。另外，水罐20、水泵22、流量調(diào)整閥24、集熱管27之間通過供水管21、23、25連接。此外，集熱管27經(jīng)由供給通過集熱管27加熱的熱水的配管28、調(diào)整進(jìn)行送水的熱水的壓力的壓力調(diào)整閥29、供給壓力調(diào)整后的熱水的配管30與后述的噴霧裝置300連接。另外，集熱裝置200從狹義上講是聚光板26以及集熱管27的集合體，但是，廣義上也可以包含由水罐20、水泵22、流量調(diào)整閥24以及連接這些設(shè)備的配管21、23、25構(gòu)成的向集熱管的供水系統(tǒng)、和通過壓力調(diào)整閥29、配管28、30構(gòu)成的向噴霧噴嘴的供水系統(tǒng)而稱為集熱裝置200。在以下的說明中，包含狹義以及廣義的雙方而稱為集熱裝置200。另外，噴霧裝置300由設(shè)置在位于壓縮機(jī)I的上游側(cè)的吸氣管道6的內(nèi)部的噴霧母管31和與噴霧母管31連接的多個(gè)噴霧噴嘴32構(gòu)成。噴霧母管31與所述的配管30連接，從集熱裝置200被供給高壓熱水。另外，在圖1中，圖示了將噴霧裝置300的噴霧噴嘴32配置在吸氣管道6內(nèi)的例子，但是也可以設(shè)置在未圖示的吸氣室內(nèi)。當(dāng)在吸氣室內(nèi)配置了消音器時(shí)，優(yōu)選位于消音器的下游側(cè)。另外，在配置了網(wǎng)罩等的情況下，從向網(wǎng)罩附著噴霧液滴的觀點(diǎn)來講，優(yōu)選在網(wǎng)罩的下游側(cè)設(shè)置噴霧噴嘴32。在上述那樣構(gòu)成的本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，水罐20內(nèi)的水按照供水管21、水泵22、供水管23、流量調(diào)整閥24、供水管25的順序被送水，被壓送到集熱管27(圖1的集熱管27圖示為管的一個(gè)截面。實(shí)際的集熱管27是長度為幾米以上的管并有多根，但是圖1中僅圖示了代表的集熱管)。對集熱管27照射通過聚光板26聚光的太陽光。通過該太陽光照射來加熱在集熱管27內(nèi)供給的水，成為高壓熱水。集熱管27內(nèi)的高壓熱水按照配管28以及壓力調(diào)整閥29、配管30的順序被壓送。配管30的下游與在吸氣管道6的內(nèi)部設(shè)置的噴霧母管31連接，并且在噴霧母管31內(nèi)設(shè)置了多個(gè)噴霧噴嘴32。在配管30內(nèi)流通的高壓熱水經(jīng)由噴霧母管31從噴霧噴嘴32噴射到吸氣管道6內(nèi)部(圖1的吸氣管道6用局部截面圖來表示，以便表示噴霧噴嘴32的狀況)。(動(dòng)作、作用、效果)然后，說明圖1的實(shí)施例的動(dòng)作。在本實(shí)施例中，通過水泵22向集熱管27內(nèi)部供給加壓水，通過控制流量調(diào)整閥24和壓力調(diào)整閥29，將通過太陽光加熱的集熱管27內(nèi)部的水壓和水溫保持在適當(dāng)范圍內(nèi)，送到吸氣管道6內(nèi)部的噴霧母管31。集熱管27內(nèi)部的適當(dāng)?shù)乃畨簽閹譓Pa，水溫為100°C以上200°C左右，在本實(shí)施例中，取水壓2MPa、水溫150°C的運(yùn)用為例。圖2是作為比較例表示現(xiàn)有類型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中的大氣溫度和發(fā)電輸出的關(guān)系的圖。例如，如果考慮以燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)入口的大氣溫度15°C為基準(zhǔn)，則以夏天為例，35°C時(shí)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電輸出比率降低約10%。這樣，只要壓縮機(jī)入口溫度保持在大氣條件，在夏天等氣溫高的情況下，空氣密度降低，因此，在渦輪機(jī)輸出降低的同時(shí)，與吸入空氣流量減少的量相應(yīng)地，被取出到外部的發(fā)電輸出減少。因此，為了抑制上述那樣的大氣溫度的上升導(dǎo)致的發(fā)電輸出降低，本實(shí)施例的特征在于，作為使壓縮機(jī)入口的空氣溫度降低的手段，利用熱水氣化時(shí)從周圍奪取熱的蒸發(fā)潛熱，并且在其噴射液滴的微小化中利用太陽熱能量。即如圖3的壓縮機(jī)入口部的截面圖所示那樣，將在集熱管27中生成的高壓熱水導(dǎo)入在吸氣管道6內(nèi)部設(shè)置的噴霧裝置300的噴霧母管31，從在噴霧母管31內(nèi)設(shè)置的多個(gè)噴霧噴嘴32在吸氣管道6內(nèi)噴射。例如，高壓熱水的噴射流量是壓縮機(jī)入口的空氣5的流量的1% (質(zhì)量流量比)。此時(shí)，在噴霧噴嘴32的上游，2MPa、150°C的高壓熱水從噴霧噴嘴32噴出后立即被減壓到大氣壓下，因此，在導(dǎo)入到吸氣管道6內(nèi)部的空氣5的氣流內(nèi)減壓沸騰，液滴33的一部分氣化，由此，從周圍的流體吸熱(-Q)。然后，通過35°C的空氣5和熱水氣化后的液滴的一部分的氣化，溫度降低(_15°C)后的空氣5和未氣化的液滴33的混合流體34被導(dǎo)入壓縮機(jī)I內(nèi)。另外,在被導(dǎo)入到壓縮機(jī)之前的期間沒有氣化的剩余的液滴在壓縮機(jī)I的內(nèi)部在流下過程中全部氣化。該混合流體34在壓縮機(jī)I的靜翼35和動(dòng)翼36的間隙流過，作為壓縮空氣7被導(dǎo)入燃燒器3。另外，噴霧噴嘴32的上游壓力如圖4所示那樣，為了對應(yīng)于水溫成為飽和壓力以上，例如設(shè)定為運(yùn)用壓力線以上的壓力，維持高壓熱水的狀態(tài)。另外，也可以說明為集熱裝置200將升壓后的水的溫度加熱到高于大氣壓下的沸點(diǎn)，并且低于升壓后的壓力下的沸點(diǎn)的溫度，生成噴射用的高壓熱水。并且，用于得到該高壓熱水的加熱量是水的顯熱量，因此，太陽光的聚光板26面積與得到需要蒸發(fā)潛熱為止的加熱量的蒸汽自身的情況相比，只要幾分之一的設(shè)置空間即可。通過本實(shí)施例的噴霧裝置300能夠增加燃?xì)廨啓C(jī)的輸出。其理由可以根據(jù)吸氣噴射的輸出增加機(jī)制如下那樣進(jìn)行說明。I)吸氣在流入到壓縮機(jī)之前的期間被冷卻，密度變大，流入壓縮機(jī)的空氣的重量流量增加，渦輪機(jī)輸出增加的效果。2)在壓縮機(jī)內(nèi)液滴蒸發(fā)時(shí)從周圍的氣體獲得蒸發(fā)潛熱，被壓縮，抑制溫度上升的空氣的溫度上升，由此壓縮機(jī)的壓縮功降低的效果。3)在渦輪機(jī)側(cè)流量僅增加相當(dāng)于液滴蒸發(fā)量的量，渦輪機(jī)輸出增加的效果。4)通過混入與空氣相比比熱大的水蒸氣，混合氣體的比熱增大，被壓縮后的混合氣體在渦輪機(jī)內(nèi)膨脹時(shí)取出的功增大的效果。(抑制吸氣噴霧冷卻導(dǎo)致的輸出降低的原理)然后，詳細(xì)說明通過微小液滴的噴霧抑制輸出降低的原理。在本實(shí)施例中使用的噴霧裝置的特征在于，向供給到壓縮機(jī)的氣體噴射液滴，使進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體的溫度低于外部氣體溫度，與該氣體一起被導(dǎo)入壓縮機(jī)內(nèi)，在壓縮機(jī)內(nèi)流下的過程中所述被噴射的液滴氣化。由此，通過適于實(shí)用的簡單的設(shè)備，能夠在導(dǎo)入到壓縮機(jī)的入口的吸氣中噴射液滴，實(shí)現(xiàn)提聞輸出和提聞熱效率兩者。由此，可以通過適于實(shí)用的簡單的設(shè)備向壓縮機(jī)吸氣供給微小液滴，能夠?qū)┙o壓縮機(jī)的吸氣氣流良好低施加液滴，因此能夠高效率地將包含液滴的氣體從壓縮機(jī)入口輸送到壓縮機(jī)內(nèi)。并且，能夠使被導(dǎo)入到壓縮機(jī)內(nèi)的液滴在良好的狀態(tài)下氣化。由此，能夠提高燃?xì)廨啓C(jī)的輸出和熱效率。圖6表示壓縮機(jī)內(nèi)的壓縮空氣的溫度分布。壓縮機(jī)I出口的空氣溫度T，在進(jìn)行水噴霧并在壓縮機(jī)I內(nèi)使水滴氣化的情況51下比在未混入水滴的情況50下降低。在壓縮機(jī)內(nèi)也連續(xù)低降低。本實(shí)施例的增加輸出機(jī)構(gòu)可以定性地整理為如下:I)導(dǎo)入到壓縮機(jī)I的吸氣室內(nèi)的、等濕球溫度線上的吸氣的冷卻，(2)基于導(dǎo)入到壓縮機(jī)I內(nèi)的液滴的氣化的內(nèi)部氣體的冷卻，(3)與壓縮機(jī)I內(nèi)的氣化量相當(dāng)?shù)耐ㄟ^渦輪機(jī)2和壓縮機(jī)I的動(dòng)作流體量的差，(4)恒壓比熱大的水蒸氣的混入引起的混合氣體的低壓比熱的增大等。圖10表示具備本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)的詳細(xì)構(gòu)造圖。通過噴霧噴嘴32在吸氣中噴出的噴射液滴隨著氣流從壓縮機(jī)入口流入。流過吸氣室的吸氣的平均空氣流速例如為20m/s。液滴33沿著流線在壓縮機(jī)I的翼間移動(dòng)。在壓縮機(jī)內(nèi)吸氣通過隔熱壓縮被加熱，液滴通過該熱從表面開始?xì)饣⑶覝p少粒徑，同時(shí)向后級翼側(cè)輸送。在該過程中，從壓縮機(jī)內(nèi)的空氣得到氣化所需的氣化潛能，因此壓縮機(jī)內(nèi)的空氣的溫度比不應(yīng)用本發(fā)明的情況降低(參照圖6)。液滴在粒徑大時(shí)，與壓縮機(jī)I的翼或機(jī)殼碰撞，從金屬得到熱進(jìn)行氣化，因此有可能阻礙動(dòng)作流體的減溫效果。因此，根據(jù)這樣的觀點(diǎn)，液滴的粒徑小較為理想。在噴射液滴中存在粒徑的分布。從抑制與壓縮機(jī)I的翼或機(jī)殼碰撞、防止翼的腐蝕的觀點(diǎn)出發(fā)，使被噴射的液滴主要為50 μ m以下的粒徑。從進(jìn)一步減少對翼造成的影響的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選最大粒徑為50 μ m以下。進(jìn)一步，根據(jù)粒徑小的液滴在流入空氣中能夠使液滴更均勻地分布，抑制產(chǎn)生壓縮機(jī)內(nèi)的溫度分布的觀點(diǎn)，優(yōu)選索太爾平均粒徑(S.D.M)為30 μ m以下。因?yàn)閺膰婌F噴嘴噴出的液滴有粒度的分布，因此以所述最大粒徑并不容易測量，因此在實(shí)用上如上所述，能夠應(yīng)用以索太爾平均粒徑(S.D.M)測定的液滴。另外，雖然優(yōu)選粒徑小的液滴，但是，生成小的粒徑的液滴的噴霧噴嘴要求高精度的制作技術(shù)，因此，技術(shù)上能夠減小的下限成為所述粒徑的實(shí)用范圍。因此，根據(jù)所述觀點(diǎn)，例如，所述主要的粒徑、最大粒徑或者平均粒徑的下限分別為I μ m。另外，大多情況下，越是細(xì)小粒徑的液滴，用于制造的能量越大，因此可以考慮用于液滴制造的使用能量來決定所述下限。當(dāng)假設(shè)在大氣中浮游并難以落下程度的大小時(shí)，一般接觸表面狀態(tài)也好。通過液滴氣化，動(dòng)作流體的重量流量增加。當(dāng)在壓縮機(jī)內(nèi)氣化完成時(shí)，壓縮機(jī)I內(nèi)的氣體進(jìn)一步接受隔熱壓縮。此時(shí)水蒸氣的恒壓比熱在壓縮機(jī)內(nèi)的代表溫度(300 V )附近，具有空氣的約2倍的值，因此，以熱容量的方式通過空氣換算，具有與進(jìn)行氣化的水滴的重量的約2倍的空氣作為動(dòng)作流體而增加等價(jià)的效果。即，在壓縮機(jī)的出口空氣溫度T2’降低方面有效果(升溫抑制效果)。這樣，通過壓縮機(jī)內(nèi)的水滴的氣化，產(chǎn)生壓縮機(jī)出口的空氣溫度降低的作用。壓縮機(jī)的動(dòng)力與壓縮機(jī)出入口的空氣的焓的差相等，空氣焓與溫度成比例，因此，當(dāng)壓縮機(jī)出口的空氣溫度下降時(shí)，能夠降低壓縮機(jī)所需的動(dòng)力。通過壓縮機(jī)加壓的動(dòng)作流體(空氣)通過在燃燒器中的燃料的燃燒而被升溫后流入渦輪機(jī)，進(jìn)行膨脹做功。該功被稱為渦輪機(jī)的軸輸出，與渦輪機(jī)的出入口空氣的焓差相等。燃料的投入量被控制成使渦輪機(jī)入口的氣體溫度不超過預(yù)定的溫度。例如，根據(jù)渦輪機(jī)出口的排氣溫度和壓縮機(jī)出口的壓力Pcd的實(shí)測值來計(jì)算渦輪機(jī)入口溫度，控制向燃燒器3的燃料流量，使得計(jì)算值與應(yīng)用本實(shí)施例前的值相等。當(dāng)進(jìn)行這樣的燃燒溫度恒定控制時(shí)，如前所述那樣，與壓縮機(jī)出口的氣體溫度T2’降低的量相應(yīng)地，燃料投入量增加。另夕卜，如果燃燒溫度不變并且水噴霧的重量比例為吸氣的百分之幾左右，則渦輪機(jī)入口部的壓力和壓縮機(jī)出口壓力在噴射前后近似不變，因此，渦輪機(jī)出口的氣體溫度T4也不變。因此，渦輪機(jī)的軸輸出在噴霧前后不變。另一方面，燃?xì)廨啓C(jī)的凈輸出是從渦輪機(jī)的軸輸出中減去壓縮機(jī)的動(dòng)力而得的差，因此，通過應(yīng)用本發(fā)明，能夠使燃?xì)廨啓C(jī)的凈輸出僅增加壓縮機(jī)的動(dòng)力降低的量。渦輪機(jī)2的電氣輸出QE是從渦輪機(jī)2的軸輸出Cp (T3-T4)減去壓縮機(jī)I的功Cp(T2-TI)而得，近似用下式來表示。(數(shù)學(xué)式I)QE/Cp=T3-T4- (T2-T1)(數(shù)學(xué)式 I)通常，使燃燒溫度T3恒定地進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，因此燃?xì)廨啓C(jī)出口溫度T4不變，渦輪機(jī)的軸輸出Cp (T3-T4)也恒定。此時(shí)，壓縮機(jī)出口溫度T2由于噴射水的混入而降低為T2’ T2)時(shí)，得到與壓縮機(jī)功的降低量等價(jià)的增加輸出T2-T2’。另一方面，燃?xì)廨啓C(jī)的效率η近似地用下式來表示。(數(shù)學(xué)式2)
權(quán)利要求
1.一種利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具備: 燃?xì)廨啓C(jī)，其由壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪機(jī)構(gòu)成，其中，所述壓縮機(jī)壓縮空氣，所述燃燒器使由該壓縮機(jī)壓縮的空氣和燃料燃燒，所述渦輪機(jī)通過由該燃燒器產(chǎn)生的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)；以及 集熱裝置，其對太陽熱進(jìn)行集熱來產(chǎn)生高壓熱水， 設(shè)置了噴霧裝置，其對要被取入所述壓縮機(jī)的空氣中噴射通過所述集熱裝置產(chǎn)生的高壓熱水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述噴霧裝置噴射使通過所述集熱裝置產(chǎn)生的高壓熱水降壓到大氣壓而沸騰的水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述集熱裝置將升壓后的水的溫度加熱到高于大氣壓下的沸點(diǎn)、并且低于所述升壓后的壓力下的沸點(diǎn)的溫度為止，來產(chǎn)生所述高壓熱水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述集熱裝置將通過該集熱裝置產(chǎn)生的所述高壓熱水的壓力條件設(shè)為大氣壓以上且飽和壓力以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述集熱裝置由聚光板和集熱管構(gòu)成，其中，所述聚光板對太陽光進(jìn)行聚光，所述集熱管在其內(nèi)部流通水并且接受通過所述聚光板匯聚的太陽光來對太陽熱進(jìn)行集熱，對所述集熱管內(nèi)供給加壓后的水。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述噴霧裝置使在被導(dǎo)入到所述壓縮機(jī)之前的期間噴射的液滴的一部分氣化，使與所述空氣一起被導(dǎo)入到所述壓縮機(jī)內(nèi)的未氣化的液滴在所述壓縮機(jī)內(nèi)流下的過程中氣化。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述噴霧裝置以I μ m以上50 μ m以下的粒徑的液滴噴射相對于被取入到所述壓縮機(jī)中的空氣重量流量為0.2%以上5.0%以下的水量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述噴霧裝置被設(shè)置在所述燃?xì)廨啓C(jī)的吸氣管道或吸氣室內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述集熱裝置與貯藏通過該集熱裝置產(chǎn)生的高壓熱水的蓄熱槽連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述噴霧裝置與從所述集熱裝置直接供給高壓熱水的系統(tǒng)和供給在所述蓄熱槽中蓄積的高壓熱水的系統(tǒng)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 所述渦輪機(jī)由高壓渦輪機(jī)和低壓渦輪機(jī)構(gòu)成，其中，通過在所述燃燒器中產(chǎn)生的燃燒氣體與所述壓縮機(jī)同軸地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述高壓渦輪機(jī)，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該高壓渦輪機(jī)而得的燃燒氣體與所述壓縮機(jī)不同軸地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述低壓渦輪機(jī)。
12.—種將已設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)改造成利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的改造方法，所述已設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)由壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪機(jī)構(gòu)成，其中，所述壓縮機(jī)壓縮空氣，所述燃燒器使由該壓縮機(jī)壓縮的空氣和燃料燃燒，所述渦輪機(jī)通過由該燃燒器產(chǎn)生的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)，所述改造方法的特征在于， 在所述已設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)的周圍配置對太陽熱進(jìn)行集熱來產(chǎn)生高壓熱水的多個(gè)集熱裝置，并且在所述已設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)的吸氣管道或者吸氣室內(nèi)部追加設(shè)置對要被取入所述壓縮機(jī)的空氣中噴射通過所述集熱裝 置產(chǎn)生的高壓熱水的噴霧裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種大幅減少集熱裝置的數(shù)量并且縮小集熱裝置的設(shè)置所需的用地面積的利用太陽熱燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明具備燃?xì)廨啓C(jī)裝置(100)和集熱裝置(200)，所述燃?xì)廨啓C(jī)裝置由對空氣進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)(1)、使通過該壓縮機(jī)壓縮的空氣和燃料燃燒的燃燒器(3)以及通過由該燃燒器產(chǎn)生的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)(2)構(gòu)成，所述集熱裝置對太陽熱進(jìn)行集熱來產(chǎn)生高壓熱水，設(shè)置有對被取入所述壓縮機(jī)(1)的空氣中噴射通過所述集熱裝置(200)產(chǎn)生的高壓熱水的噴霧裝置(300)。
文檔編號F02C7/143GK103080502SQ201080068630
公開日2013年5月1日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者小山一仁, 幡宮重雄, 高橋文夫, 永渕尚之 申請人:株式會(huì)社日立制作所