JP2019019720A - ガスタービンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ、必要な冷却能力を確保するのに適した技術を提供する。【解決手段】第１シャフト２２は、第１圧縮機２１と第１膨張タービン２３とを連結している。第１経路７０ａにおいて、第１圧縮機２１と、接続点ｐ１と、燃焼器２６と、第１膨張タービン２３と、がこの順に現れる。第２経路７０ｂにおいて、接続点ｐ１と、第２圧縮機５１と、第２膨張タービン５３と、第１冷却器７９と、がこの順に現れる。第１冷却器７９は、作動流体を冷却する。【選択図】図１

Description

本開示は、ガスタービンシステムに関する。

従来、ガスタービンシステムについて、種々の検討がなされている。特許文献１には、ガスタービンシステムの一例が記載されている。

図４に、特許文献１のガスタービンシステム２０１Ａを示す。ガスタービンシステム２０１Ａは、ガスタービン装置２０２と、冷熱流体生成装置２０５と、を備えている。

ガスタービン装置２０２では、第１圧縮機２２１および第１膨張タービン２２３は、第１シャフト２２２により互いに連結されている。第１シャフト２２２は、発電機２２４にも連結されている。

ガスタービン装置２０２では、作動流体が、第１圧縮機２２１、燃焼器２２６および第１膨張タービン２２３をこの順に流れる。第１膨張タービン２２３は、膨張する作動流体（具体的には燃焼ガス）から回転トルクとして動力を取り出し、第１圧縮機２２１を駆動するとともに、余剰動力を発電機２２４に与える。これにより、発電機２２４で発電が行われる。

ガスタービン装置２０２における作動流体の一部は、冷熱流体生成装置２０５に供給される。冷熱流体生成装置２０５では、作動流体が、第２圧縮機２５１および第２膨張タービン２５３をこの順に流れる。第２膨張タービン２５３における膨張により、作動流体は、冷気となる。

特許第５８１０２５３号公報

特許文献１の技術には、第１圧縮機の運転継続に投入する電力を抑えつつ必要な冷却能力を確保する観点から、改善の余地がある。本開示は、冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ、必要な冷却能力を確保するのに適した技術を提供することを目的とする。

本開示は、
ガスタービンシステムであって、
第１圧縮機と、第２圧縮機と、第１膨張タービンと、第２膨張タービンと、第１シャフトと、燃焼器と、第１冷却器と、を含み、
作動流体が流れる流体経路であって、第１経路および第２経路を有する流体経路を備え、
前記第１シャフトは、前記第１圧縮機と前記第１膨張タービンとを連結し、
前記第１経路において、前記第１圧縮機と、接続点と、前記燃焼器と、前記第１膨張タービンと、がこの順に現れ、
前記第２経路において、前記接続点と、前記第２圧縮機と、前記第２膨張タービンと、前記第１冷却器と、がこの順に現れ、
前記第１冷却器は、前記作動流体を冷却する、ガスタービンシステムを提供する。

本開示に係る技術は、冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ、必要な冷却能力を確保するのに適している。

実施の形態１に係るガスタービンシステムの概略構成を示す図 実施の形態２に係るガスタービンシステムの概略構成を示す図 複数の分岐経路を示す図 従来技術に係るガスタービンシステムの概略構成を示す図

（本発明者らによる知見）
特許文献１の第２膨張タービン２５３から流出する作動流体は、冷気である。冷却負荷が増加した場合には、ガスタービン装置２０２から冷熱流体生成装置２０５への作動流体の供給量を増やせばよいとも思われる。ここで、冷却負荷は、冷却対象の温度を目標温度に保つのに必要なエネルギーを指す。

しかしながら、そのようにすると、第１膨張タービン２２３で取り出される動力が低下し、この動力のみでは第１圧縮機２２１の駆動に必要な動力を賄うことができないという事態が発生し得る。この場合には、第１圧縮機２２１の運転を継続させるには、第１圧縮機２２１に電力を投入することが必要となる。

本開示は、冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ、必要な冷却能力を確保するのに適した技術を提供することを目的とする。

本開示の第１態様は、
ガスタービンシステムであって、
第１圧縮機と、第２圧縮機と、第１膨張タービンと、第２膨張タービンと、第１シャフトと、燃焼器と、第１冷却器と、を含み、
作動流体が流れる流体経路であって、第１経路および第２経路を有する流体経路を備え、
前記第１シャフトは、前記第１圧縮機と前記第１膨張タービンとを連結し、
前記第１経路において、前記第１圧縮機と、接続点と、前記燃焼器と、前記第１膨張タービンと、がこの順に現れ、
前記第２経路において、前記接続点と、前記第２圧縮機と、前記第２膨張タービンと、前記第１冷却器と、がこの順に現れ、
前記第１冷却器は、前記作動流体を冷却する、ガスタービンシステムを提供する。

第１態様では、第２膨張タービンから、冷たい作動流体が流出する。第１冷却器によれば、その冷たい作動流体をさらに冷却することができる。また、第１冷却器で作動流体を冷却することによって、第２経路を流れる作動流体を増やすことなく被冷却室の冷却能力を確保できる。このため、第１冷却器を用いれば、第１膨張タービンへの作動流体の供給量を確保し易い。このため、第１膨張タービンで動力を稼ぎ易く、この動力で第１圧縮機の要求動力を賄い易い。以上の理由で、第１態様は、冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ、必要な冷却能力を確保するのに適している。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記ガスタービンシステムは、第２冷却器と、複数の被冷却室と、を含み、
前記第２冷却器は、被冷却路と冷熱回収路とを有し、
前記第２冷却器は、前記冷熱回収路における前記作動流体の冷熱を用いて前記被冷却路における前記作動流体を冷却する熱交換器であり、
前記第２経路は、互いに並列接続された複数の分岐経路を有し、
前記第２経路において、前記接続点と、前記第２圧縮機と、前記第２膨張タービンと、前記被冷却路と、前記第１冷却器と、分岐点と、前記複数の分岐経路と、合流点と、前記冷熱回収路と、がこの順に現れ、
前記複数の分岐経路は、第１分岐経路および第２分岐経路を有し、
前記複数の被冷却室は、第１被冷却室および第２被冷却室を有し、
前記第１分岐経路において、第１被冷却室が現れ、
前記第２分岐経路において、第２被冷却室が現れる、ガスタービンシステムを提供する。

合流点から冷熱回収路へと流れる作動流体の温度は、第２膨張タービンから吐出された作動流体を冷却できる程度に低い場合が多い。第２態様の第２冷却器によれば、その低温の作動流体と被冷却路における作動流体との熱交換を行うことができる。この熱交換により、被冷却路における作動流体を冷却することができる。このため、第２態様によれば、第１冷却器の冷却作用と第２冷却器の冷却作用とが相俟って、作動流体が好適に冷却され得る。

本開示の第３態様は、第２態様に加え、
前記ガスタービンシステムは、複数の弁と、複数の温度センサと、制御装置と、を含み、
前記複数の弁は、第１弁と、第２弁と、を有し、
前記複数の温度センサは、第１温度センサと、第２温度センサと、を有し、
前記第１分岐経路において、前記第１弁が現れ、
前記第２分岐経路において、前記第２弁が現れ、
前記第１被冷却室において、前記第１温度センサが現れ、
前記第２被冷却室において、前記第２温度センサが現れ、
前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度を用いて前記第１弁の開度を調整し、
前記制御装置は、前記第２温度センサの検出温度を用いて前記第２弁の開度を調整する、ガスタービンシステムを提供する。

第３態様によれば、第１被冷却室および第２被冷却室の温度に応じて、第１弁および第２弁の開度を調整することができる。このような弁開度の調整によれば、これらの被冷却室の温度を適切に管理することができる。

本開示の第４態様は、第３態様に加え、
前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度が高いときほど、または、前記第１温度センサの検出温度の上昇速度が速いときほど、前記第１弁の開度を大きくし、
前記制御装置は、前記第２温度センサの検出温度が高いときほど、または、前記第２温度センサの検出温度の上昇速度が速いときほど、前記第２弁の開度を大きくする、ガスタービンシステムを提供する。

第４態様の弁開度の調整によれば、第１被冷却室および第２被冷却室の温度を適切に管理することができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るガスタービンシステム１Ａの概略構成を示す図である。

ガスタービンシステム１Ａは、作動流体が流れる流体経路７０を備えている。流体経路７０は、第１経路７０ａおよび第２経路７０ｂを有している。これらの経路７０ａおよび７０ｂは、互いに独立している。

ガスタービンシステム１Ａは、第１圧縮機２１と、第２圧縮機５１と、を含んでいる。システム１Ａは、第１膨張タービン２３と、第２膨張タービン５３と、を含んでいる。システム１Ａは、第１冷却器７９を含んでいる。システム１Ａは、第１発電機７７と、第２発電機７８と、を含んでいる。システム１Ａは、第１シャフト２２と、第２シャフト５２と、を含んでいる。システム１Ａは、燃焼器２６を含んでいる。システム１Ａは、再生熱交換器２７を含んでいる。システム１Ａは、抽気冷却器７３を含んでいる。システム１Ａは、被冷却室８３を含んでいる。システム１Ａは、制御装置９９を含んでいる。

本実施の形態では、第１圧縮機２１は、遠心圧縮機である。第２圧縮機５１は、遠心圧縮機である。

再生熱交換器２７は、被加熱路２７ａと、熱回収路２７ｂと、を含んでいる。被加熱路２７ａおよび熱回収路２７ｂは、第１経路７０ａの一部を構成している。

本実施の形態では、第１シャフト２２は、第１圧縮機２１と第１膨張タービン２３とを連結している。具体的には、第１シャフト２２は、第１圧縮機２１と第１膨張タービン２３と第１発電機７７とを連結している。第２シャフト５２は、第２圧縮機５１と第２膨張タービン５３とを連結している。具体的には、第２シャフト５２は、第２圧縮機５１と第２膨張タービン５３と第２発電機７８とを連結している。なお、第１発電機７７、第２シャフト５２および第２発電機７８は、省略することができる。

本実施の形態では、第１発電機７７は、発電機としても電動機としても動作する。例えば、第１発電機７７は、第１圧縮機２１の起動時において、電動機として用いられ得る。具体的に、第１発電機７７は、第１シャフト２２を回転させることにより、第１圧縮機２１を駆動させることができる。

本実施の形態では、第２発電機７８は、発電機としても電動機としても動作する。例えば、第２発電機７８は、第２圧縮機５１の起動時において、電動機として用いられ得る。具体的に、第２発電機７８は、第２シャフト５２を回転させることにより、第２圧縮機５１を駆動させることができる。

制御装置９９は、ガスタービンシステム１Ａの動作を制御する。本実施の形態では、制御装置９９は、第１発電機７７から第１圧縮機２１への電力投入をせず、第１膨張タービン２３で得た動力を用いて第１圧縮機２１の運転を継続する制御モードを有している。ただし、制御装置９９は、第１発電機７７から第１圧縮機２１への電力投入と第１膨張タービン２３から第１圧縮機２１への動力伝達とによって第１圧縮機２１の運転を継続する制御モードを有していてもよい。

第１経路７０ａにおいて、第１圧縮機２１と、接続点ｐ１と、燃焼器２６と、第１膨張タービン２３と、がこの順に現れる。具体的には、第１経路７０ａにおいて、第１圧縮機２１と、接続点ｐ１と、再生熱交換器２７の被加熱路２７ａと、燃焼器２６と、第１膨張タービン２３と、再生熱交換器２７の熱回収路２７ｂと、がこの順に現れる。

第２経路７０ｂにおいて、接続点ｐ１と、第２圧縮機５１と、第２膨張タービン５３と、第１冷却器７９と、がこの順に現れる。具体的には、第２経路７０ｂにおいて、接続点ｐ１と、第２圧縮機５１と、抽気冷却器７３と、第２膨張タービン５３と、第１冷却器７９と、被冷却室８３と、がこの順に現れる。

ガスタービンシステム１Ａでは、ガスタービン装置２と、冷却流体生成装置５と、が構成されている。

ガスタービン装置２は、第１圧縮機２１と、第１膨張タービン２３と、第１発電機７７と、第１シャフト２２と、再生熱交換器２７と、燃焼器２６と、を含んでいる。

冷却流体生成装置５は、第２圧縮機５１と、第２膨張タービン５３と、第２発電機７８と、第２シャフト５２と、抽気冷却器７３と、第１冷却器７９と、を含んでいる。

以下、ガスタービンシステム１Ａの動作および作用を説明する。

本実施の形態では、大気中の空気が、作動流体として第１経路７０ａを通ってガスタービン装置２に流入する。第１圧縮機２１は、この作動流体を吸入し、圧縮する。

次に、作動流体は、再生熱交換器２７の被加熱路２７ａに流入する。一方、再生熱交換器２７の熱回収路２７ｂには、第１膨張タービン２３から吐出された高温ガスが流入する。再生熱交換器２７において、被加熱路２７ａにおける作動流体は、熱回収路２７ｂにおける高温ガスと熱交換し、高温となる。

なお、再生熱交換器２７は、省略することができる。

次に、作動流体は、燃焼器２６に流入する。燃焼器２６では、流入した作動流体中に燃料が噴射され、該燃料が燃焼する。これにより、高温の燃焼ガスが発生する。このようにして、燃焼器２６において、作動流体は、燃焼ガスとなり、さらに高温となる。

燃焼器２６で燃焼させる燃料としては、液体燃料および気体燃料が例示される。液体燃料としては、液化天然ガス（ＬＮＧ）、ガソリン、ディーゼル油、メタノールおよびエタノール等のアルコール燃料が例示される。液体燃料は、アルコール燃料を含むアルコール系混合燃料であってもよい。気体燃料としては、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、プロパン（ＬＰＧ）および水素が例示される。液体燃料によれば、燃料タンク（図示せず）の容積を小さくすることができる。気体燃料によれば、燃焼器２６への燃料噴射機構を簡易化することができる。

次に、作動流体は、第１膨張タービン２３に流入する。第１膨張タービン２３において、作動流体は、膨張し、その圧力が大気圧程度まで減少する。

次に、作動流体は、再生熱交換器２７の熱回収路２７ｂに流入する。先に説明したとおり、熱回収路２７ｂに流入する作動流体は、高温ガスであり、被加熱路２７ａにおける作動流体を加熱する。

第１膨張タービン２３は、膨張する燃焼ガスから回転トルクとして動力を取り出し、第１圧縮機２１を駆動するとともに、余剰電力を第１発電機７７に与える。このように、第１発電機７７では、第１膨張タービン２３の出力を用いた発電が行われる。

また、第１膨張タービン２３の排熱を温熱として利用することができる。具体的には、第１経路７０ａにおける第１膨張タービン２３よりも下流側の部分を流れる作動流体の温熱を利用できる。より具体的には、第１経路７０ａにおける熱回収路２７ｂよりも下流側の部分を流れる作動流体の温熱を利用できる。この温熱は、暖房、給湯等に利用できる。また、この温熱を利用した発電機を構成することもできる。

第１圧縮機２１から吐出された作動流体の一部は、接続点ｐ１を経由して、上述のように再生熱交換器２７および燃焼器２６へと流れていく。第１圧縮機２１から吐出された作動流体の別の一部は、接続点ｐ１で分岐して、第２経路７０ｂに流入する。

接続点ｐ１から第２経路７０ｂに流入した作動流体は、第２圧縮機５１に流入する。このようにして第２圧縮機５１に流入する作動流体を、抽気と称することができる。第２圧縮機５１は、作動流体を吸入し、圧縮する。

第２圧縮機５１から吐出された高圧の作動流体は、抽気冷却器７３に流入する。作動流体は、抽気冷却器７３において、例えば燃焼器２６へ流れる燃料と熱交換する。これにより、作動流体が冷却される。一方、燃料は、加熱される。この加熱により、同じ燃焼エネルギーを得るために必要な燃料消費量を削減することができる。

抽気冷却器７３における熱交換によれば、第２圧縮機５１で作動流体が圧縮されて発生した熱を無駄に捨てることなくガスタービンシステム１Ａ内で有効利用できる。これにより、システム１Ａ全体の効率が向上する。ただし、抽気冷却器７３を省略してもよい。また、第２圧縮機５１から吐出された作動流体を、燃料以外の媒体と熱交換させてもよい。

抽気冷却器７３から流出した高圧の作動流体は、第２膨張タービン５３に流入する。作動流体は、第２膨張タービン５３において、膨張し、その圧力が大気圧程度まで減少する。この膨張により、作動流体が冷気等の冷却流体となる。

第２膨張タービン５３は、膨張する作動流体から回転トルクとして動力を取り出し、第２圧縮機５１を駆動するとともに、余剰電力を第２発電機７８に与える。このように、第２発電機７８では、第２膨張タービン５３の出力を用いた発電が行われる。

第２膨張タービン５３から流出した作動流体は、第１冷却器７９に流入する。第１冷却器７９は、作動流体を冷却する。これにより、作動流体の温度はさらに低下する。この作動流体の冷熱は、種々の用途に利用可能である。

本実施の形態では、第１冷却器７９は、作動流体と冷却媒体との熱交換を行う熱交換器である。例えば、燃焼器２６へ流れる燃料が作動流体よりも低温の燃料である場合、冷却媒体としてその燃料を用いることができる。冷却媒体との熱交換により、作動流体が冷却される。一方、燃料は、加熱される。この加熱により、同じ燃焼エネルギーを得るために必要な燃料消費量を削減することができる。そのような低温の燃料としては、液化天然ガス（ＬＮＧ）が例示される。ただし、冷却媒体は、冷却装置によって冷却された水またはブライン等の媒体であってもよい。

具体的には、冷却媒体が液体である場合の第１冷却器７９としては、フィンチューブ式熱交換器およびプレートチューブ式熱交換器が例示される。冷却媒体が気体である場合の第１冷却器７９としては、プレート式熱交換器が例示される。

本実施の形態では、第１冷却器７９によって冷却された作動流体は、被冷却室８３に流入する。こうして、被冷却室８３が冷却される。例えば、被冷却室８３を、氷点下にまで冷却することも可能である。場合によっては、被冷却室８３を、−７０℃〜−５０℃にまで冷却することも可能である。被冷却室８３は、例えば、食品加工工場において魚等の食品を冷凍保存する倉庫として利用され得る。

被冷却室８３を氷点下にまで冷却する場合、第１冷却器７９に供給する冷却媒体として液化天然ガス（ＬＮＧ）を好適に用いることができる。

一具体例では、第１冷却器７９および抽気冷却器７３の両方が、熱交換器である。燃料タンクから、第１冷却器７９および抽気冷却器７３を経由して、燃焼器２６に燃料を導く燃料経路が構成されている。そして、燃料経路を流れる燃料が、第１冷却器７９および抽気冷却器７３のそれぞれにおいて作動流体を冷却するための冷却媒体として機能する。より具体的には、燃料経路において、燃料タンク、第１冷却器７９、抽気冷却器７３および燃焼器２６が、この順に現れる。この並びによれば、第１冷却器７９および抽気冷却器７３の並びが逆である場合に比べ、第１冷却器７９で作動流体を好適に冷却でき、第１冷却器７９から流出する作動流体の温度を低くすることができるというメリットを得ることができる。

なお、第１冷却器７９によって冷却された作動流体は、被冷却室８３以外の冷却に用いることもできる。

本実施の形態では、第２膨張タービン５３から、冷たい作動流体が流出する。第１冷却器７９によれば、その冷たい作動流体をさらに冷却することができる。また、第１冷却器７９で作動流体を冷却することによって、第２経路７０ｂを流れる作動流体を増やすことなく被冷却室８３の冷却能力を確保できる。このため、第１冷却器７９を用いれば、第１膨張タービン２３への作動流体の供給量を確保し易い。このため、第１膨張タービン２３で動力を稼ぎ易く、この動力で第１圧縮機２１の要求動力を賄い易い。以上の理由で、本実施の形態は、冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機２１の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ、必要な冷却能力を確保するのに適している。

本実施の形態の効果を、別の角度から説明することもできる。被冷却室８３に、所定の目標温度の作動流体を流入させたい場合がある。このような場合、第１冷却器７９があれば、第１冷却器７９がない場合に比べ、第２膨張タービン５３の出口温度を高くすることができる。ここで、第２膨張タービン５３の出口温度は、第２膨張タービン５３から流出した直後の作動流体の温度を指す。具体的には、被冷却室８３の目標温度がＴＬ℃であるとする。第１冷却器７９がなければ、第２膨張タービン５３の出口温度もＴＬ℃にする必要がある。これに対し、第１冷却器７９があれば、第２膨張タービン５３の出口温度を、ＴＬ℃よりも高いＴＨ℃にすることができる。第１冷却器７９により、作動流体の温度をＴＨ℃からＴＬ℃に下げることができるためである。第２膨張タービン５３の出口温度を比較的高くすることにより、第２膨張タービン５３で着霜が発生し難くなる。

第２膨張タービン５３で着霜が発生し難くなると、流路抵抗が増加して作動流体の流量が減少するという問題が発生し難くなる。これにより、冷却負荷が増加したとしても、第１圧縮機２１の運転継続に必要な電力をゼロまたは小さいレベルに抑え易くなる。

第２膨張タービン５３で着霜が発生し難くなることにより、デフロスト運転の開始を遅らせることができる。

第２膨張タービン５３で着霜が発生し難くなることにより、第２膨張タービン５３が故障し難くなる。また、本実施の形態によれば、第２膨張タービン５３の羽根に氷塊が付着し難くなる。このことも、第２膨張タービン５３の故障を発生させ難くする。

必要に応じて、第２経路７０ｂにおける第１接続点ｐ１と第２圧縮機５１との間に弁を設けることができる。また、制御装置９９は、その弁の開度を一定に維持しつつ第１冷却器７９に流入する冷却媒体の流量を制御する制御モードを有していてもよい。このような制御モードは、冷却負荷が増加した場合において、第１圧縮機２１の運転継続に投入する電力をゼロまたは小さいレベルに抑えつつ必要な冷却能力を確保することに適している。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について説明する。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。

図２は、実施の形態２に係るガスタービンシステム２Ａの概略構成を示す図である。

ガスタービンシステム２Ａは、第２冷却器８０を含んでいる。また、システム２Ａは、複数の弁８４と、複数の被冷却室８３と、複数の温度センサ８６と、を含んでいる。

第２冷却器８０は、被冷却路８０ａと冷熱回収路８０ｂとを有している。第２冷却器８０は、冷熱回収路８０ｂにおける作動流体の冷熱を用いて被冷却路８０ａにおける作動流体を冷却する熱交換器である。

ガスタービンシステム２Ａでは、実施の形態１の冷却流体生成装置５に代えて、冷却流体生成装置１０５が構成されている。冷却流体生成装置１０５は、第２圧縮機５１と、第２膨張タービン５３と、第２発電機７８と、第２シャフト５２と、抽気冷却器７３と、第１冷却器７９と、第２冷却器８０と、を含んでいる。

ガスタービンシステム２Ａは、実施の形態１の流体経路７０に代えて、流体経路１７０を有している。流体経路１７０は、実施の形態１の第２経路７０ｂに代えて、第２経路１７０ｂを有している。

第２経路１７０ｂは、作動流体が流れる経路である。経路７０ａおよび１７０ｂは、互いに独立している。

第２経路１７０ｂは、互いに並列接続された複数の分岐経路１７５を有している。第２経路１７０ｂにおいて、接続点ｐ１と、第２圧縮機５１と、第２膨張タービン５３と、被冷却路８０ａと、第１冷却器７９と、分岐点ｐ２と、複数の分岐経路１７５と、合流点ｐ３と、冷熱回収路８０ｂと、がこの順に現れる。具体的には、第２経路１７０ｂにおいて、接続点ｐ１と、第２圧縮機５１と、抽気冷却器７３と、第２膨張タービン５３と、被冷却路８０ａと、第１冷却器７９と、分岐点ｐ２と、複数の分岐経路１７５と、合流点ｐ３と、冷熱回収路８０ｂと、がこの順に現れる。

本実施の形態では、複数の分岐経路１７５の一部は、複数の分岐管８１によって構成されている。具体的には、複数の分岐管８１の各々は、分岐点ｐ２と被冷却室８３とを接続している。複数の分岐管８１の各々には、弁８４が設置されている。

複数の分岐経路１７５の一部は、複数の排気管８５によって構成されている。具体的には、複数の排気管８５の各々は、被冷却室８３と合流点ｐ３とを接続している。

なお、複数の分岐管８１の各々に弁８４を設置せず、複数の排気管８５の各々に弁８４を設置してもよい。

図３に示すように、複数の分岐経路１７５は、第１分岐経路１７５ａと、第２分岐経路１７５ｂと、を有している。本実施の形態では、複数の分岐経路１７５は、第３分岐経路１７５ｃも有している。

複数の弁８４は、第１弁８４ａと、第２弁８４ｂと、を有している。本実施の形態では、複数の弁８４は、第３弁８４ｃも有している。

本実施の形態では、被冷却室８３の数は複数である。容積がＶである１つの被冷却室がある場合と、容積が１／ｎ×Ｖである被冷却室８３がｎ個ある場合とでは、被冷却室の総容積は同じである。ここで、ｎは、２以上の整数である。しかしながら、前者の場合に比べ、後者の場合には、各被冷却室８３を個別に冷却することができる。このようにすれば、各被冷却室８３を効率的に冷却することができる。

複数の被冷却室８３は、第１被冷却室８３ａと、第２被冷却室８３ｂと、を有している。本実施の形態では、複数の被冷却室８３は、第３被冷却室８３ｃも有している。

複数の温度センサ８６は、第１温度センサ８６ａと、第２温度センサ８６ｂと、を有している。本実施の形態では、複数の温度センサ８６は、第３温度センサ８６ｃも有している。

第１分岐経路１７５ａにおいて、第１被冷却室８３ａが現れる。具体的には、第１分岐経路１７５ａにおいて、第１弁８４ａも現れる。第２分岐経路１７５ｂにおいて、第２被冷却室８３ｂが現れる。具体的には、第２分岐経路１７５ｂにおいて、第２弁８４ｂも現れる。第３分岐経路１７５ｃにおいて、第３被冷却室８３ｃが現れる。具体的には、第３分岐経路１７５ｃにおいて、第３弁８４ｃも現れる。

第１被冷却室８３ａにおいて、第１温度センサ８６ａが現れる。第２被冷却室８３ｂにおいて、第２温度センサ８６ｂが現れる。第３被冷却室８３ｃにおいて、第３温度センサ８６ｃが現れる。

第２経路１７０ｂでは、第１冷却器７９から流出した作動流体は、分岐点ｐ２において、複数の分岐経路１７５のそれぞれに分流する。分流後の作動流体は、各分岐経路１７５における弁８４および被冷却室８３を流れ、その後、合流点ｐ３で合流する。

具体的には、第２経路１７０ｂでは、第１冷却器７９から流出した作動流体は、分岐点ｐ２において、各分岐経路１７５ａ〜１７５ｃに分流する。第１分岐経路１７５ａに分流した作動流体は、第１弁８４ａおよび第１被冷却室８３ａを流れる。第２分岐経路１７５ｂに分流した作動流体は、第２弁８４ｂおよび第２被冷却室８３ｂを流れる。第３分岐経路１７５ｃに分流した作動流体は、第３弁８４ｃおよび第３被冷却室８３ｃを流れる。各被冷却室８３ａ〜８３ｃから流出した作動流体は、合流点ｐ３で合流する。

合流点ｐ３で合流した作動流体は、冷熱回収路８０ｂに流れる。このようにすれば、１つの被冷却室から流出した作動流体のみを冷熱回収路に流す形態（以下、比較形態と称することがある）が採用される場合に比べ、第２冷却器８０における冷却能力を確保し易い。この理由は、以下のとおりである。比較形態の場合、１つの被冷却室における冷却負荷が高い場合には、該被冷却室における作動流体の温度上昇が原因で、冷熱回収路における冷却能力を十分に確保できない可能性がある。一方、本実施の形態では、被冷却室８３の数が複数である。複数の被冷却室８３に冷却負荷が低い被冷却室が含まれている可能性は、上記比較形態の１つの被冷却室の冷却負荷が低い可能性よりも高い。本実施形態によれば、その冷却負荷が低い被冷却室８３から流出した低温の作動流体を、冷熱回収路８０ｂに流入させる作動流体に含ませることができる。これにより、第２冷却器８０における冷却能力を確保することができる。

このような理由で、合流点ｐ３から冷熱回収路８０ｂへと流れる作動流体の温度は、第２膨張タービン５３から吐出された作動流体を冷却できる程度に低い場合が多い。第２冷却器８０によれば、その低温の作動流体と被冷却路８０ａにおける作動流体との熱交換を行うことができる。この熱交換により、被冷却路８０ａにおける作動流体を冷却することができる。このため、本実施の形態によれば、第１冷却器７９の冷却作用と第２冷却器８０の冷却作用とが相俟って、作動流体が好適に冷却され得る。

本実施の形態では、各被冷却室８３の冷却負荷に基づいて、各弁８４の開度が調整される。このようにすれば、各被冷却室８３の冷却負荷に基づいて、各被冷却室８３への作動流体の流入量を調整することができる。具体的には、冷却負荷が高い被冷却室８３への作動流体の流量を調整する弁８４の開度を大きくし、その被冷却室８３への作動流体の流入量を大きくすることができる。また、冷却負荷が低い被冷却室８３への作動流体の流量を調整する弁８４の開度を小さくし、その被冷却室８３への作動流体の流入量を小さくすることができる。各被冷却室８３における冷却負荷の大小は、例えば、温度センサにより判定することができる。

本実施の形態では、制御装置９９は、第１温度センサ８６ａの検出温度を用いて第１弁８４ａの開度を調整する。制御装置９９は、第２温度センサ８６ｂの検出温度を用いて第２弁８４ｂの開度を調整する。このようにすれば、第１被冷却室８３ａおよび第２被冷却室８３ｂの温度に応じて、第１弁８４ａおよび第２弁８４ｂの開度を調整することができる。このような弁開度の調整によれば、これらの被冷却室８３ａおよび８３ｂの温度を適切に管理することができる。なお、本実施の形態では、制御装置９９は、さらに、第３温度センサ８６ｃの検出温度を用いて第３弁８４ｃの開度を調整する。

一具体例では、制御装置９９は、第１温度センサ８６ａの検出温度が高いときほど、または、第１温度センサ８６ａの検出温度の上昇速度が速いときほど、第１弁８４ａの開度を大きくする。制御装置９９は、第２温度センサ８６ｂの検出温度が高いときほど、または、第２温度センサ８６ｂの検出温度の上昇速度が速いときほど、第２弁の開度８４ｂを大きくする。このような弁開度の調整によれば、第１被冷却室８３ａおよび第２被冷却室８３ｂの温度を適切に管理することができる。なお、本実施の形態では、制御装置９９は、第３温度センサ８６ｃの検出温度が高いときほど、または、第３温度センサ８６ｃの検出温度の上昇速度が速いときほど、第３弁の開度８４ｃを大きくする。

なお、分岐経路１７５の数は、本実施の形態では３つであるが、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。弁８４の数、被冷却室８３の数、温度センサ８６の数等についても同様である。

上記実施の形態に係るガスタービンシステムは、冷熱、電力および温熱を使用する設備で好適に利用することができる。このガスタービンシステムは、例えば、食品スーパー、食品加工工場、車両、医療、バイオ分野等で利用することができる。

１Ａ，２Ａ ガスタービンシステム
２ ガスタービン装置
５，１０５ 冷却流体生成装置
２１，５１ 圧縮機
２２，５２ シャフト
２３，５３ 膨張タービン
２６ 燃焼器
２７ 再生熱交換器
２７ａ 被加熱路
２７ｂ 熱回収路
７０，７０ａ，７０ｂ，１７０，１７０ｂ，１７５，１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃ 経路
７３ 抽気冷却器
７７，７８ 発電機
７９，８０ 冷却器
８０ａ 被冷却路
８０ｂ 冷熱回収路
８１ 分岐管
８３，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ 被冷却室
８４，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ 弁
８５ 排気管
８６，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ 温度センサ
９９ 制御装置
ｐ１ 接続点
ｐ２ 分岐点
ｐ３ 合流点

Claims (4)

1. ガスタービンシステムであって、
   第１圧縮機と、第２圧縮機と、第１膨張タービンと、第２膨張タービンと、第１シャフトと、燃焼器と、第１冷却器と、を含み、
   作動流体が流れる流体経路であって、第１経路および第２経路を有する流体経路を備え、
   前記第１シャフトは、前記第１圧縮機と前記第１膨張タービンとを連結し、
   前記第１経路において、前記第１圧縮機と、接続点と、前記燃焼器と、前記第１膨張タービンと、がこの順に現れ、
   前記第２経路において、前記接続点と、前記第２圧縮機と、前記第２膨張タービンと、前記第１冷却器と、がこの順に現れ、
   前記第１冷却器は、前記作動流体を冷却する、ガスタービンシステム。
2. 前記ガスタービンシステムは、第２冷却器と、複数の被冷却室と、を含み、
   前記第２冷却器は、被冷却路と冷熱回収路とを有し、
   前記第２冷却器は、前記冷熱回収路における前記作動流体の冷熱を用いて前記被冷却路における前記作動流体を冷却する熱交換器であり、
   前記第２経路は、互いに並列接続された複数の分岐経路を有し、
   前記第２経路において、前記接続点と、前記第２圧縮機と、前記第２膨張タービンと、前記被冷却路と、前記第１冷却器と、分岐点と、前記複数の分岐経路と、合流点と、前記冷熱回収路と、がこの順に現れ、
   前記複数の分岐経路は、第１分岐経路および第２分岐経路を有し、
   前記複数の被冷却室は、第１被冷却室および第２被冷却室を有し、
   前記第１分岐経路において、第１被冷却室が現れ、
   前記第２分岐経路において、第２被冷却室が現れる、請求項１に記載のガスタービンシステム。
3. 前記ガスタービンシステムは、複数の弁と、複数の温度センサと、制御装置と、を含み、
   前記複数の弁は、第１弁と、第２弁と、を有し、
   前記複数の温度センサは、第１温度センサと、第２温度センサと、を有し、
   前記第１分岐経路において、前記第１弁が現れ、
   前記第２分岐経路において、前記第２弁が現れ、
   前記第１被冷却室において、前記第１温度センサが現れ、
   前記第２被冷却室において、前記第２温度センサが現れ、
   前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度を用いて前記第１弁の開度を調整し、
   前記制御装置は、前記第２温度センサの検出温度を用いて前記第２弁の開度を調整する、請求項２に記載のガスタービンシステム。
4. 前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度が高いときほど、または、前記第１温度センサの検出温度の上昇速度が速いときほど、前記第１弁の開度を大きくし、
   前記制御装置は、前記第２温度センサの検出温度が高いときほど、または、前記第２温度センサの検出温度の上昇速度が速いときほど、前記第２弁の開度を大きくする、請求項３に記載のガスタービンシステム。

Images