ガスタービン吸気用フィルタユニット
【課題】長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とし、フィルタユニットの設置スペースをコンパクト化できるガスタービン吸気用フィルタユニットを提供する。
【解決手段】防塵用フィルタを複数段設けて成るガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、気流方向の上流側より、パネル型デミスター２、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ３、ガスタービン吸気用高性能フィルタ４の３段から成り、前記ガスタービン吸気用高性能フィルタは、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２０〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配し、風量５０ｍ３／分の時の圧力損失を１５０〜４５０Ｐａとしたことを特徴とする。
【解決手段】防塵用フィルタを複数段設けて成るガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、気流方向の上流側より、パネル型デミスター２、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ３、ガスタービン吸気用高性能フィルタ４の３段から成り、前記ガスタービン吸気用高性能フィルタは、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２０〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配し、風量５０ｍ３／分の時の圧力損失を１５０〜４５０Ｐａとしたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンプラントの空気圧縮機等に対する大気塵の付着を軽減することにより、発電出力の低下を防止し、長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とするガスタービン吸気用フィルタユニットに関し、更に詳しくは、フィルタユニットの設置スペースをコンパクト化できるガスタービン吸気用フィルタユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に示す通り、ガスタービンａは運転時に外気ｂを吸入する。この外気ｂには微粉塵や雨水、ミスト、排気ガス中のカーボン微粒子、塩分粒子等の大気塵が浮遊しているので、このような大気塵がガスタービン内部の腐食、汚染の原因となると共に、特に空気圧縮機ｃに付着して空気圧縮機ｃの性能低下を生じさせ、発電出力を低下させるという問題がある。そこで大気塵の吸い込みを未然に防止するために、ガスタービンａの空気吸込口ｄには、空気から大気塵を機械的に分離除去して清浄化するための集塵装置（フィルタユニット）ｅが設置されている。このフィルタユニットｅは、特開平５−１０６４６４号公報にも開示されるように、巻取式帯状ガラス繊維の濾材から成る粗フィルタｆと、イオン交換繊維フィルタを折込型とした中性能フィルタｇの２段式に構成されている。
尚、図中ｈはガスタービンａのタービン部、ｉはガスタービンａによって駆動される発電機を示す。前記従来のガスタービン吸気用フィルタユニットは、充分に大気塵を除去できないためガスタービンの発電出力の低下を生じさせ、また、粉塵保持容量が小さいため年２〜３回の頻度でフィルタ交換が必要となる。このため、発電出力を低下させない高効率な吸気用フィルタユニットで年１回義務づけられているガスタービンの定期点検時にフィルタ交換ができる長寿命のガスタービン吸気用フィルタユニットの提案が望まれている。
【０００３】
本発明者等は前記要望に応えるべく、パネル型デミスターあるいはウェザールーバ、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ、箱型中性能フィルタ、及び箱型高性能フィルタの４段式としたものを提案したが、吸気用フィルタユニットが大きくなり設置スペースと設備費が大となる問題があり、その対策が望まれている。そこで、低圧損、高効率、長寿命の観点から中性能フィルタと高性能フィルタを複合化すればよいという結論に到り、複合化に関する先行技術を参照したが各々に問題があった。まず、設置スペースを小さくする目的で、実開昭６２−１３２７１５号公報に、ケーシング内を流れるガスの下流側に所定の能力を有する濾紙を、その上流側に前記濾紙よりも捕集能力の低い濾紙を多段に設けることが開示されているが、フィルタが小さくならず設置スペースを小さくする目的が達成できないという問題がある。
また、塩分粒子を除去する目的で、実公平３−３５３７３号公報に、撥水性を有する２枚の濾材の間に空隙部を有する間隔保持体を挟み込むことが開示されているが、これは塩分粒子が水滴となっても上流側の濾材裏面に沿って液滴を落下させるためであり、濾材の厚みが大きくなり、８０００時間以上の寿命をもたせるために濾材面積を大きくとることができず、また、圧力損失も大きくなるという問題がある。
また、濾過効率（０．１μｍＤＯＰ）が９９．９９％以上（いわゆるＵＬＰＡ）の高効率を得る目的で、特開昭５４−９４１７６号公報に、濾材を２層で構成し、気流方向に対して下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の濾過効率を有する濾材を配し、上流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９９．９７％未満７５％以上の濾過効率を有する濾材を配し、これら２層の濾材を密接に重ね合わせた状態でジグザグ状に折り畳むことが開示されているが、これは２段にするものに比べて寸法上の制約および作り易さの観点から濾材を２層にするとしているが、高効率が目的であり、寿命は考慮されておらずガスタービン用として使用した場合は、濾材の目詰まりが早くフィルタ交換を年２〜３回以上実施する必要があるという問題がある。
そこで、出願人は特開平７−２５３０２９号公報に開示されるように、前記の課題を解決するために、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２５〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、前記濾材は、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して１０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配するようにしたガスタービン吸気用高性能フィルタを提案した。
ところが、当初評価に使用した大気塵では８０００時間以上の寿命となる優れた効果が得られたものの、別の大気塵で再評価したところ、約４３００時間でフィルタユニットの圧力損失が急激に上昇して、寿命となることが判明した。この理由は、大気塵中の粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が、当初の約５倍程度と非常に高かったため、下流側の層に負荷が集中したためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０６４６４号公報
【特許文献２】実開昭６２−１３２７１５号公報
【特許文献３】実公平３−３５３７３号公報
【特許文献４】特開昭５４−９４１７６号公報
【特許文献５】特開平７−２５３０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い大気塵であっても、８０００時間以上の寿命を確保し、かつ従前のガスタービンプラントの空気圧縮機等に対する大気塵の付着を軽減することにより、発電出力の低下を防止し、長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とし、フィルタユニットの設置スペースをコンパクト化できるガスタービン吸気用高性能フィルタとこれを用いたガスタービン吸気用フィルタユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットは、以上の課題を解決するために、防塵用フィルタを複数段設けて成るガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、前記防塵用フィルタが気流方向の上流側より、パネル型デミスター、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ、ガスタービン吸気用高性能フィルタの３段から成り、前記ガスタービン吸気用高性能フィルタは、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２０〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配し、風量５０ｍ３／分の時の圧力損失を１５０〜４５０Ｐａとしたことを特徴とする。
また、前記濾材は、気流方向に対して凹凸となるようにジグザグ状に折り畳まれ、その折り曲げ間隔部にシートを波形に屈折したセパレータを挿入し、該セパレータの屈折の波高さを挿入方向後端側の高さを挿入方向先端側の高さより大きくしてテーパー状にしたものが好ましいが、必ずしもセパレータ型に限られず、ミニプリーツ型・ダブルプリーツ型でもよい。
また、本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、前記プレフィルタが吹流し型で濾材面積が２〜８ｍ２／台であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、今回発明したガスタービン吸気用フィルタユニットを用いることにより、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い環境で使用した場合においても、法令による年１回の定期点検時に併せフィルタ交換をすることが可能となるなど、フィルタ交換および圧縮機洗浄などのメンテナンス作業を軽減させることができる。
また、ＨＥＰＡフィルタに代表される高い捕集効率を有するフィルタ（いわゆる高性能フィルタ）を使用するため、大気塵の付着によるガスタービンの出力低下を抑えられ、且つ、吸気用フィルタユニットがコンパクトとなり省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明ガスタービン吸気用フィルタユニットの構成図
【図２】巻取帯状型プレフィルタの部分切断正面図
【図３】吹流し型プレフィルタの濾材の側面図
【図４】前記濾材のヘッド部の正面図
【図５】前記吹流し型プレフィルタの平面図
【図６】高性能フィルタの斜視図
【図７】前記高性能フィルタの部分切断平面図
【図８】従来のガスタービン吸気用フィルタユニットの構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットを構成する前記パネル型デミスターは、雨水の浸入を防止するためのものであり、従来種々公知のものがあるが、例えば、動植物性繊維および合成繊維をスプリング状にカール加工して多くの小さな弾性体をつくり、これを結合剤で被覆結合したものを板状にして金枠内に封入したものが知られている。このデミスターは、一般には、厚みが１０〜５０ｍｍ、風速２ｍ／ｓの時の濾過効率（ＪＩＳ８種，比色法）が１５〜６０％、圧力損失が１０〜１００Ｐａである。前記デミスターは圧力損失が小さく、即ち、通気抵抗が小さく、水滴に対して濾過効率が高いことが特徴で、また、汚れた場合に枠から外して洗浄することで再使用できる。もちろん、前記パネル型デミスターのかわりに雨水の浸入を屈折路で防ぐようにした屈折型のウェザールーバ等も使用できる。
【００１０】
また、本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットを構成する前記プレフィルタとしては巻取帯状型かあるいは吹流し型を用いるわけであるが、巻取帯状型は図２に示す通り、ガラス繊維製濾材から成る帯状濾材１０が吸気空気路１１を遮るように張設されており、濾材１０が巻き取られている送出用ロール１２が上部に設置される一方、その送出用ロール１２から取り出された濾材１０を巻き取る巻取用ロール１３が下部に設置されている。この巻取帯状型プレフィルタは、一般には、濾材材質がガラス繊維及びポリエステル繊維等を用いた不織布であり、濾材厚みが２０〜７０ｍｍ、平均繊維径が１５〜６０μｍで、風速２．５ｍ／ｓの時の圧力損失が４０〜８０Ｐａ、濾過効率（ＪＩＳ１５種、重量法）が６０〜９０％、粉塵保持容量が５００〜１３００ｇ／ｍ２である。
ただし、巻取帯状型は濾材の巻取り用駆動装置の保守メンテナンスが必要となるため完全なメンテナンスフリーとするには、濾材面積を広くした下記吹流し型が好ましい。
吹流し型は、図３乃至図５に示す通り、濾材２０を多数の袋体２１を連続させた形状とし、この濾材２０をその開口部２２に合わせて複数本の桟２３を備えたヘッド部２４を介して枠体２５に螺子２６で取り付けるものである。
このプレフィルタは、濾材は平均厚みが５〜２５ｍｍ、材質がポリエステル、アクリル等の有機繊維の乾式不織布、平均繊維径が５〜６０μｍ、目付が５０〜６００ｇ／ｍ２、風速２．５ｍ／ｓの時の圧力損失が２０〜３００Ｐａ、効率（ＪＩＳ１５種，重量法）が６０〜９９％で、この濾材を用いて濾材面積が２〜８ｍ２／台、外形寸法がタテ５９２ｍｍ×ヨコ５９２ｍｍ×奥行き５００ｍｍの吹流し型プレフィルタとした。ただし、形態はこれに限定されるものではなく濾材面積を所望のものにできる形状のものであればよい。
濾材面積が２ｍ２／台未満の場合は所望のフィルタユニットの寿命が得られず、濾材面積が８ｍ２／台を越える場合は、圧力損失が高くなり好ましくない。従って濾材面積は２〜８ｍ２／台が好ましい。
尚、このフィルタの性能は風量５０ｍ３／分の時の圧力損失が２０〜８０Ｐａ、効率（ＪＩＳ１５種，重量法）が６０〜９９％、粉塵保持容量が５００〜４０００ｇ／台である。
【００１１】
本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットに用いるガスタービン吸気用高性能フィルタは、高効率濾材と低効率濾材との組み合わせで得られるものであるが、高効率濾材としては、粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率のものを用いる。
これは、９０％未満では、ガスタービンの圧縮機の塵埃付着が防止できず、９９．９９％を越える場合は、塵埃付着防止には有効であるが圧力損失が増大し、寿命が短くなる問題を生ずるからである。
また、低効率濾材としては、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率のものを用いる。これは、４０％未満では粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い大気塵の場合には下流側の高効率濾材の負担が大きくなり、７０％を越える場合は濾材の目詰まりが早くなる問題が生ずるからである。
これら高効率濾材３０ａと低効率濾材３０ｂは、密接して重ね合わせられ、濾材面積を増加させるために吸気空気の流れ方向に対して凹凸となるようジグザグ状に折り畳んでおり、それを箱型の枠体３１にシール材３２を介して組み込み、その折り曲げ間隔部にシートを波形に屈折したセパレータ３３が挿入されている。
尚、図示の様に、セパレータ３３の屈折の波高さを挿入方向後端側の高さＨ１を挿入方向先端側Ｈ２の高さより大きくしてテーパー状に形成したいわゆる傾斜型セパレータを用いることにより、通常のセパレータの様に屈折の波高さを全長に亘り均等にしたものに比べてフィルタを多風量で高性能にすることができる。
この高性能フィルタは、一般には、各濾材の合計の厚みが０．４〜２．０ｍｍ、目付が１００〜２００ｇ／ｍ２、風速５．３ｃｍ／ｓの時の圧力損失が５０〜４５０Ｐａ、効率（０．３μｍＤＯＰ）が９０〜９９．９％で、セパレータは材質がアルミニウム、ステンレス等の金属箔、クラフト、合繊等の紙、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂フィルムで、該濾材をジグザグに折り畳みセパレータを間挿して、外形寸法がタテ６１０ｍｍ×ヨコ６１０ｍｍ×奥行き２９０ｍｍの場合は濾材面積が２５〜３５ｍ２／台、外形寸法がタテ５９４ｍｍ×ヨコ５９４ｍｍ×奥行き２９０ｍｍの場合は濾材面積が２０〜３０ｍ２／台の高性能フィルタとした。この濾材面積が２０ｍ２／台未満では、圧力損失が高くなって寿命が短くなり、３５ｍ２／台を越えると濾材と濾材の間隔保持ができないという問題がある。従って、濾材面積は２０〜３５ｍ２／台とする。
尚、このフィルタの性能は風量５０ｍ３／分の時の圧力損失が１５０〜４５０Ｐａ、効率（０．３μｍＤＯＰ）が９０〜９９．９９％、粉塵保持容量が１０００〜３０００ｇ／台である。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に付き説明する。
図１は、本発明ガスタービン吸気用フィルタユニットの実施例を示すもので、ガスタービンの吸気用ダクトに設置したケーシング１内にガスタービンの連続運転にとって有害な塵埃などを吸気空気中から除去するために、ウェザールーバ２、吹き流し型プレフィルタ３、更に本発明の高性能フィルタ４からなる３段式のフィルタユニット５を設けるようにした。
【００１３】
ウェザールーバ２は、金属板をその断面が略くの字状に折り曲げ加工することで雨水の浸入を防ぐようにしたもので、使用風速約２．５ｍ／ｓに対し、圧力損失が約２０Ｐａ、雨滴の捕集効率が８８％（重量法）で、外径寸法が縦約２６００ｍｍ×横３３００ｍｍ×奥行き約２００ｍｍのものをケーシング１内に１台設置するようにした。
【００１４】
プレフィルタ３は、ポリエステル繊維による不織布濾材（平均繊維径１９μｍ、平均目付３３０ｇ／ｍ２、平均厚さ１８ｍｍ）を６山分折り込み、金枠で固定して、濾材面積が４ｍ２／台、外形寸法が縦５９２ｍｍ×横５９２ｍｍ×奥行き５００ｍｍとなるフィルタを用い、ケーシング１内に２０台（４段×５列）設置するようにした。なお、このプレフィルタの性能は、使用風量約５０ｍ３／ｍｉｎに対し、初期圧力損失が約６０Ｐａ、捕集効率（ＪＩＳ１５種粉体、重量法）９８％である。
【００１５】
高性能フィルタ４には、気流方向の上流側に粒径０．３μｍの粒子に対し、捕集効率約４０％のガラス繊維ペーパ濾材と、下流側に粒径０．３μｍの粒子に対し捕集効率約９７％のガラス繊維ペーパ濾材を密接に重ねて、アルミニウム箔のセパレータを挿入して、ジグザグ状に折り込み、濾材面積が２５ｍ２／台、外形寸法が縦６１０ｍｍ×横６１０ｍｍ×奥行き２９０ｍｍとなるフィルタを用い、ケーシング１内に２０台（４段×５列）設置するようにした。この高性能フィルタの性能は、使用風量約５０ｍ３／ｍｉｎに対し、初期圧力損失が約２５０Ｐａ、捕集効率（計数法、対象０．３μｍ粒子）９７％である。
【００１６】
前記ウェザールーバ２、プレフィルタ３及び高性能フィルタ４から構成される本実施例のガスタービン吸気用フィルタユニット５を、前記同様のウェザールーバ２及びプレフィルタ３、並びに上流側濾材を粒径０．３μｍ粒子に対し捕集効率約１５％のガラス繊維ペーパ濾材と、下流側に粒径０．３μｍの粒子に対し捕集効率９７％のガラス繊維ペーパ濾材を密接に重ねた高性能フィルタから構成される吸気用フィルタユニットを比較例として、それぞれのフィルタユニットに対して、平均重量濃度約０．１３ｍｇ／ｍ３、粒径０．３〜０．５μｍの平均個数濃度５００，０００個／０．１ｃｆと細かい塵埃の濃度が高い外気を連続的に流し続け、その期間中のガスタービンの出力低下やフィルタの寿命（圧力損失が６８６Ｐａに達するまでの時間）などについて評価した。前記各吸気用フィルタユニットの構成を下記表１に、また試験結果を表２に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
前記表２から明らかなように、比較例の構成では、ガスタービンの出力低下防止や省スペース化・メンテナンスという面では良好な結果となるが、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い環境で使用した場合には寿命が４３００時間と短くなり、フィルタ交換が年２回程度必要となる。
これに対し今回の発明となる実施例の構成は、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い環境で使用した場合においても、ガスタービンの出力低下防止や省スペース化が図れるとともに８０００時間（１年間相当）以上のメンテナンスフリーを達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
発電出力の低下を防止し、長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とするガスタービン吸気用フィルタユニットタユニットを提供できるので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００２１】
１ ケーシング
２ ウェザールーバ
３ 巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ
４ 高性能フィルタ
５ ガスタービン吸気用フィルタユニット
３０ａ 高効率濾材
３０ｂ 低効率濾材
３１ 枠体
３２ シール材
３３ セパレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンプラントの空気圧縮機等に対する大気塵の付着を軽減することにより、発電出力の低下を防止し、長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とするガスタービン吸気用フィルタユニットに関し、更に詳しくは、フィルタユニットの設置スペースをコンパクト化できるガスタービン吸気用フィルタユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に示す通り、ガスタービンａは運転時に外気ｂを吸入する。この外気ｂには微粉塵や雨水、ミスト、排気ガス中のカーボン微粒子、塩分粒子等の大気塵が浮遊しているので、このような大気塵がガスタービン内部の腐食、汚染の原因となると共に、特に空気圧縮機ｃに付着して空気圧縮機ｃの性能低下を生じさせ、発電出力を低下させるという問題がある。そこで大気塵の吸い込みを未然に防止するために、ガスタービンａの空気吸込口ｄには、空気から大気塵を機械的に分離除去して清浄化するための集塵装置（フィルタユニット）ｅが設置されている。このフィルタユニットｅは、特開平５−１０６４６４号公報にも開示されるように、巻取式帯状ガラス繊維の濾材から成る粗フィルタｆと、イオン交換繊維フィルタを折込型とした中性能フィルタｇの２段式に構成されている。
尚、図中ｈはガスタービンａのタービン部、ｉはガスタービンａによって駆動される発電機を示す。前記従来のガスタービン吸気用フィルタユニットは、充分に大気塵を除去できないためガスタービンの発電出力の低下を生じさせ、また、粉塵保持容量が小さいため年２〜３回の頻度でフィルタ交換が必要となる。このため、発電出力を低下させない高効率な吸気用フィルタユニットで年１回義務づけられているガスタービンの定期点検時にフィルタ交換ができる長寿命のガスタービン吸気用フィルタユニットの提案が望まれている。
【０００３】
本発明者等は前記要望に応えるべく、パネル型デミスターあるいはウェザールーバ、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ、箱型中性能フィルタ、及び箱型高性能フィルタの４段式としたものを提案したが、吸気用フィルタユニットが大きくなり設置スペースと設備費が大となる問題があり、その対策が望まれている。そこで、低圧損、高効率、長寿命の観点から中性能フィルタと高性能フィルタを複合化すればよいという結論に到り、複合化に関する先行技術を参照したが各々に問題があった。まず、設置スペースを小さくする目的で、実開昭６２−１３２７１５号公報に、ケーシング内を流れるガスの下流側に所定の能力を有する濾紙を、その上流側に前記濾紙よりも捕集能力の低い濾紙を多段に設けることが開示されているが、フィルタが小さくならず設置スペースを小さくする目的が達成できないという問題がある。
また、塩分粒子を除去する目的で、実公平３−３５３７３号公報に、撥水性を有する２枚の濾材の間に空隙部を有する間隔保持体を挟み込むことが開示されているが、これは塩分粒子が水滴となっても上流側の濾材裏面に沿って液滴を落下させるためであり、濾材の厚みが大きくなり、８０００時間以上の寿命をもたせるために濾材面積を大きくとることができず、また、圧力損失も大きくなるという問題がある。
また、濾過効率（０．１μｍＤＯＰ）が９９．９９％以上（いわゆるＵＬＰＡ）の高効率を得る目的で、特開昭５４−９４１７６号公報に、濾材を２層で構成し、気流方向に対して下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の濾過効率を有する濾材を配し、上流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９９．９７％未満７５％以上の濾過効率を有する濾材を配し、これら２層の濾材を密接に重ね合わせた状態でジグザグ状に折り畳むことが開示されているが、これは２段にするものに比べて寸法上の制約および作り易さの観点から濾材を２層にするとしているが、高効率が目的であり、寿命は考慮されておらずガスタービン用として使用した場合は、濾材の目詰まりが早くフィルタ交換を年２〜３回以上実施する必要があるという問題がある。
そこで、出願人は特開平７−２５３０２９号公報に開示されるように、前記の課題を解決するために、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２５〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、前記濾材は、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して１０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配するようにしたガスタービン吸気用高性能フィルタを提案した。
ところが、当初評価に使用した大気塵では８０００時間以上の寿命となる優れた効果が得られたものの、別の大気塵で再評価したところ、約４３００時間でフィルタユニットの圧力損失が急激に上昇して、寿命となることが判明した。この理由は、大気塵中の粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が、当初の約５倍程度と非常に高かったため、下流側の層に負荷が集中したためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０６４６４号公報
【特許文献２】実開昭６２−１３２７１５号公報
【特許文献３】実公平３−３５３７３号公報
【特許文献４】特開昭５４−９４１７６号公報
【特許文献５】特開平７−２５３０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い大気塵であっても、８０００時間以上の寿命を確保し、かつ従前のガスタービンプラントの空気圧縮機等に対する大気塵の付着を軽減することにより、発電出力の低下を防止し、長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とし、フィルタユニットの設置スペースをコンパクト化できるガスタービン吸気用高性能フィルタとこれを用いたガスタービン吸気用フィルタユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットは、以上の課題を解決するために、防塵用フィルタを複数段設けて成るガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、前記防塵用フィルタが気流方向の上流側より、パネル型デミスター、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ、ガスタービン吸気用高性能フィルタの３段から成り、前記ガスタービン吸気用高性能フィルタは、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２０〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配し、風量５０ｍ３／分の時の圧力損失を１５０〜４５０Ｐａとしたことを特徴とする。
また、前記濾材は、気流方向に対して凹凸となるようにジグザグ状に折り畳まれ、その折り曲げ間隔部にシートを波形に屈折したセパレータを挿入し、該セパレータの屈折の波高さを挿入方向後端側の高さを挿入方向先端側の高さより大きくしてテーパー状にしたものが好ましいが、必ずしもセパレータ型に限られず、ミニプリーツ型・ダブルプリーツ型でもよい。
また、本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、前記プレフィルタが吹流し型で濾材面積が２〜８ｍ２／台であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、今回発明したガスタービン吸気用フィルタユニットを用いることにより、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い環境で使用した場合においても、法令による年１回の定期点検時に併せフィルタ交換をすることが可能となるなど、フィルタ交換および圧縮機洗浄などのメンテナンス作業を軽減させることができる。
また、ＨＥＰＡフィルタに代表される高い捕集効率を有するフィルタ（いわゆる高性能フィルタ）を使用するため、大気塵の付着によるガスタービンの出力低下を抑えられ、且つ、吸気用フィルタユニットがコンパクトとなり省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明ガスタービン吸気用フィルタユニットの構成図
【図２】巻取帯状型プレフィルタの部分切断正面図
【図３】吹流し型プレフィルタの濾材の側面図
【図４】前記濾材のヘッド部の正面図
【図５】前記吹流し型プレフィルタの平面図
【図６】高性能フィルタの斜視図
【図７】前記高性能フィルタの部分切断平面図
【図８】従来のガスタービン吸気用フィルタユニットの構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットを構成する前記パネル型デミスターは、雨水の浸入を防止するためのものであり、従来種々公知のものがあるが、例えば、動植物性繊維および合成繊維をスプリング状にカール加工して多くの小さな弾性体をつくり、これを結合剤で被覆結合したものを板状にして金枠内に封入したものが知られている。このデミスターは、一般には、厚みが１０〜５０ｍｍ、風速２ｍ／ｓの時の濾過効率（ＪＩＳ８種，比色法）が１５〜６０％、圧力損失が１０〜１００Ｐａである。前記デミスターは圧力損失が小さく、即ち、通気抵抗が小さく、水滴に対して濾過効率が高いことが特徴で、また、汚れた場合に枠から外して洗浄することで再使用できる。もちろん、前記パネル型デミスターのかわりに雨水の浸入を屈折路で防ぐようにした屈折型のウェザールーバ等も使用できる。
【００１０】
また、本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットを構成する前記プレフィルタとしては巻取帯状型かあるいは吹流し型を用いるわけであるが、巻取帯状型は図２に示す通り、ガラス繊維製濾材から成る帯状濾材１０が吸気空気路１１を遮るように張設されており、濾材１０が巻き取られている送出用ロール１２が上部に設置される一方、その送出用ロール１２から取り出された濾材１０を巻き取る巻取用ロール１３が下部に設置されている。この巻取帯状型プレフィルタは、一般には、濾材材質がガラス繊維及びポリエステル繊維等を用いた不織布であり、濾材厚みが２０〜７０ｍｍ、平均繊維径が１５〜６０μｍで、風速２．５ｍ／ｓの時の圧力損失が４０〜８０Ｐａ、濾過効率（ＪＩＳ１５種、重量法）が６０〜９０％、粉塵保持容量が５００〜１３００ｇ／ｍ２である。
ただし、巻取帯状型は濾材の巻取り用駆動装置の保守メンテナンスが必要となるため完全なメンテナンスフリーとするには、濾材面積を広くした下記吹流し型が好ましい。
吹流し型は、図３乃至図５に示す通り、濾材２０を多数の袋体２１を連続させた形状とし、この濾材２０をその開口部２２に合わせて複数本の桟２３を備えたヘッド部２４を介して枠体２５に螺子２６で取り付けるものである。
このプレフィルタは、濾材は平均厚みが５〜２５ｍｍ、材質がポリエステル、アクリル等の有機繊維の乾式不織布、平均繊維径が５〜６０μｍ、目付が５０〜６００ｇ／ｍ２、風速２．５ｍ／ｓの時の圧力損失が２０〜３００Ｐａ、効率（ＪＩＳ１５種，重量法）が６０〜９９％で、この濾材を用いて濾材面積が２〜８ｍ２／台、外形寸法がタテ５９２ｍｍ×ヨコ５９２ｍｍ×奥行き５００ｍｍの吹流し型プレフィルタとした。ただし、形態はこれに限定されるものではなく濾材面積を所望のものにできる形状のものであればよい。
濾材面積が２ｍ２／台未満の場合は所望のフィルタユニットの寿命が得られず、濾材面積が８ｍ２／台を越える場合は、圧力損失が高くなり好ましくない。従って濾材面積は２〜８ｍ２／台が好ましい。
尚、このフィルタの性能は風量５０ｍ３／分の時の圧力損失が２０〜８０Ｐａ、効率（ＪＩＳ１５種，重量法）が６０〜９９％、粉塵保持容量が５００〜４０００ｇ／台である。
【００１１】
本発明のガスタービン吸気用フィルタユニットに用いるガスタービン吸気用高性能フィルタは、高効率濾材と低効率濾材との組み合わせで得られるものであるが、高効率濾材としては、粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率のものを用いる。
これは、９０％未満では、ガスタービンの圧縮機の塵埃付着が防止できず、９９．９９％を越える場合は、塵埃付着防止には有効であるが圧力損失が増大し、寿命が短くなる問題を生ずるからである。
また、低効率濾材としては、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率のものを用いる。これは、４０％未満では粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い大気塵の場合には下流側の高効率濾材の負担が大きくなり、７０％を越える場合は濾材の目詰まりが早くなる問題が生ずるからである。
これら高効率濾材３０ａと低効率濾材３０ｂは、密接して重ね合わせられ、濾材面積を増加させるために吸気空気の流れ方向に対して凹凸となるようジグザグ状に折り畳んでおり、それを箱型の枠体３１にシール材３２を介して組み込み、その折り曲げ間隔部にシートを波形に屈折したセパレータ３３が挿入されている。
尚、図示の様に、セパレータ３３の屈折の波高さを挿入方向後端側の高さＨ１を挿入方向先端側Ｈ２の高さより大きくしてテーパー状に形成したいわゆる傾斜型セパレータを用いることにより、通常のセパレータの様に屈折の波高さを全長に亘り均等にしたものに比べてフィルタを多風量で高性能にすることができる。
この高性能フィルタは、一般には、各濾材の合計の厚みが０．４〜２．０ｍｍ、目付が１００〜２００ｇ／ｍ２、風速５．３ｃｍ／ｓの時の圧力損失が５０〜４５０Ｐａ、効率（０．３μｍＤＯＰ）が９０〜９９．９％で、セパレータは材質がアルミニウム、ステンレス等の金属箔、クラフト、合繊等の紙、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂フィルムで、該濾材をジグザグに折り畳みセパレータを間挿して、外形寸法がタテ６１０ｍｍ×ヨコ６１０ｍｍ×奥行き２９０ｍｍの場合は濾材面積が２５〜３５ｍ２／台、外形寸法がタテ５９４ｍｍ×ヨコ５９４ｍｍ×奥行き２９０ｍｍの場合は濾材面積が２０〜３０ｍ２／台の高性能フィルタとした。この濾材面積が２０ｍ２／台未満では、圧力損失が高くなって寿命が短くなり、３５ｍ２／台を越えると濾材と濾材の間隔保持ができないという問題がある。従って、濾材面積は２０〜３５ｍ２／台とする。
尚、このフィルタの性能は風量５０ｍ３／分の時の圧力損失が１５０〜４５０Ｐａ、効率（０．３μｍＤＯＰ）が９０〜９９．９９％、粉塵保持容量が１０００〜３０００ｇ／台である。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に付き説明する。
図１は、本発明ガスタービン吸気用フィルタユニットの実施例を示すもので、ガスタービンの吸気用ダクトに設置したケーシング１内にガスタービンの連続運転にとって有害な塵埃などを吸気空気中から除去するために、ウェザールーバ２、吹き流し型プレフィルタ３、更に本発明の高性能フィルタ４からなる３段式のフィルタユニット５を設けるようにした。
【００１３】
ウェザールーバ２は、金属板をその断面が略くの字状に折り曲げ加工することで雨水の浸入を防ぐようにしたもので、使用風速約２．５ｍ／ｓに対し、圧力損失が約２０Ｐａ、雨滴の捕集効率が８８％（重量法）で、外径寸法が縦約２６００ｍｍ×横３３００ｍｍ×奥行き約２００ｍｍのものをケーシング１内に１台設置するようにした。
【００１４】
プレフィルタ３は、ポリエステル繊維による不織布濾材（平均繊維径１９μｍ、平均目付３３０ｇ／ｍ２、平均厚さ１８ｍｍ）を６山分折り込み、金枠で固定して、濾材面積が４ｍ２／台、外形寸法が縦５９２ｍｍ×横５９２ｍｍ×奥行き５００ｍｍとなるフィルタを用い、ケーシング１内に２０台（４段×５列）設置するようにした。なお、このプレフィルタの性能は、使用風量約５０ｍ３／ｍｉｎに対し、初期圧力損失が約６０Ｐａ、捕集効率（ＪＩＳ１５種粉体、重量法）９８％である。
【００１５】
高性能フィルタ４には、気流方向の上流側に粒径０．３μｍの粒子に対し、捕集効率約４０％のガラス繊維ペーパ濾材と、下流側に粒径０．３μｍの粒子に対し捕集効率約９７％のガラス繊維ペーパ濾材を密接に重ねて、アルミニウム箔のセパレータを挿入して、ジグザグ状に折り込み、濾材面積が２５ｍ２／台、外形寸法が縦６１０ｍｍ×横６１０ｍｍ×奥行き２９０ｍｍとなるフィルタを用い、ケーシング１内に２０台（４段×５列）設置するようにした。この高性能フィルタの性能は、使用風量約５０ｍ３／ｍｉｎに対し、初期圧力損失が約２５０Ｐａ、捕集効率（計数法、対象０．３μｍ粒子）９７％である。
【００１６】
前記ウェザールーバ２、プレフィルタ３及び高性能フィルタ４から構成される本実施例のガスタービン吸気用フィルタユニット５を、前記同様のウェザールーバ２及びプレフィルタ３、並びに上流側濾材を粒径０．３μｍ粒子に対し捕集効率約１５％のガラス繊維ペーパ濾材と、下流側に粒径０．３μｍの粒子に対し捕集効率９７％のガラス繊維ペーパ濾材を密接に重ねた高性能フィルタから構成される吸気用フィルタユニットを比較例として、それぞれのフィルタユニットに対して、平均重量濃度約０．１３ｍｇ／ｍ３、粒径０．３〜０．５μｍの平均個数濃度５００，０００個／０．１ｃｆと細かい塵埃の濃度が高い外気を連続的に流し続け、その期間中のガスタービンの出力低下やフィルタの寿命（圧力損失が６８６Ｐａに達するまでの時間）などについて評価した。前記各吸気用フィルタユニットの構成を下記表１に、また試験結果を表２に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
前記表２から明らかなように、比較例の構成では、ガスタービンの出力低下防止や省スペース化・メンテナンスという面では良好な結果となるが、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い環境で使用した場合には寿命が４３００時間と短くなり、フィルタ交換が年２回程度必要となる。
これに対し今回の発明となる実施例の構成は、粒径０．３μｍに代表される細かな塵埃の濃度が高い環境で使用した場合においても、ガスタービンの出力低下防止や省スペース化が図れるとともに８０００時間（１年間相当）以上のメンテナンスフリーを達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
発電出力の低下を防止し、長時間に亘り空気圧縮機等の洗浄、フィルタの交換を不要とするガスタービン吸気用フィルタユニットタユニットを提供できるので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００２１】
１ ケーシング
２ ウェザールーバ
３ 巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ
４ 高性能フィルタ
５ ガスタービン吸気用フィルタユニット
３０ａ 高効率濾材
３０ｂ 低効率濾材
３１ 枠体
３２ シール材
３３ セパレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
防塵用フィルタを複数段設けて成るガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、前記防塵用フィルタが気流方向の上流側より、パネル型デミスター、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ、ガスタービン吸気用高性能フィルタの３段から成り、前記ガスタービン吸気用高性能フィルタは、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２０〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配し、風量５０ｍ３／分の時の圧力損失を１５０〜４５０Ｐａとしたことを特徴とするガスタービン吸気用フィルタユニット。
【請求項２】
前記濾材は気流方向に対して凹凸となるようにジグザグ状に折り畳まれ、その折り曲げ間隔部にシートを波形に屈折したセパレータを挿入し、該セパレータの屈折の波高さを挿入方向後端側の高さを挿入方向先端側の高さより大きくしてテーパー状にしたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気用フィルタユニット。
【請求項３】
前記プレフィルタが吹流し型で濾材面積が２〜８ｍ２／台であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気用フィルタユニット。
【請求項１】
防塵用フィルタを複数段設けて成るガスタービン吸気用フィルタユニットにおいて、前記防塵用フィルタが気流方向の上流側より、パネル型デミスター、巻取帯状型あるいは吹流し型プレフィルタ、ガスタービン吸気用高性能フィルタの３段から成り、前記ガスタービン吸気用高性能フィルタは、気流方向の上流側より低効率濾材と高効率濾材を密接して重ね、これら各濾材の濾材面積が２０〜３５ｍ２／台である濾材構成にし、気流方向に対して上流側の層には、粒径０．３μｍの粒子に対して４０〜７０％の濾過効率の濾材を配し、下流側の層には粒径０．３μｍの粒子に対して９０〜９９．９９％の濾過効率の濾材を配し、風量５０ｍ３／分の時の圧力損失を１５０〜４５０Ｐａとしたことを特徴とするガスタービン吸気用フィルタユニット。
【請求項２】
前記濾材は気流方向に対して凹凸となるようにジグザグ状に折り畳まれ、その折り曲げ間隔部にシートを波形に屈折したセパレータを挿入し、該セパレータの屈折の波高さを挿入方向後端側の高さを挿入方向先端側の高さより大きくしてテーパー状にしたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気用フィルタユニット。
【請求項３】
前記プレフィルタが吹流し型で濾材面積が２〜８ｍ２／台であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気用フィルタユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−７１９３（Ｐ２０１１−７１９３Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７６１７（Ｐ２０１０−１６７６１７）
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【分割の表示】特願２００１−９７５４９（Ｐ２００１−９７５４９）の分割
【原出願日】平成１３年３月２９日（２００１．３．２９）
【出願人】（０００２３２７６０）日本無機株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【分割の表示】特願２００１−９７５４９（Ｐ２００１−９７５４９）の分割
【原出願日】平成１３年３月２９日（２００１．３．２９）
【出願人】（０００２３２７６０）日本無機株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
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