JP4647847B2 - 閉サイクルガスタービンおよび同ガスタービンを用いた発電システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスを冷熱源として利用した閉サイクルガスタービンおよび同ガスタービンを用いた発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＬＮＧ（液化天然ガス（液化ガス））の有する冷熱を有効に利用すべく、例えば発電システムの冷熱源としてＬＮＧを利用することが一般に行われている。
【０００３】
図５は、そのような発電システムの一例を示している。この図に示す発電システム１は、原理的には閉（密閉）サイクルガスタービン、詳しくは閉ブレイトンサイクルガスタービンを用いた発電システムであって、同図に示すように圧縮機１０、加熱器１２、タービン１４および冷却器１６を備えた密閉ループ（閉回路２）内で動作流体を循環させながら、前記タービン１４に連結された発電機１８を駆動するように構成されている。具体的には、圧縮機１０で圧縮した動作流体を加熱器１２で加熱して高温高圧の動作流体を生成し、これをノズルにより膨張させてタービン１４を回転させ、この回転により発電機１８を駆動するとともに、その回転力の一部を圧縮機１０の駆動に利用するものである。なお、タービン１４を経た動作流体は、冷却器１６を経て冷却された後、圧縮器１０に導入されるように構成されている。
【０００４】
そして、冷熱源としてＬＮＧを前記冷却器１６に導入することにより、動作流体とＬＮＧとの間で熱交換を行わせて動作流体を冷却する一方、この熱交換によりＬＮＧを気化させてＮＧ（天然ガス（ガス状体））を生成して消費地に供給するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ガスタービンを用いた発電システムとして図６に示すようなシステムが考えられている。このシステムは、ＮＧを燃料として圧縮空気を燃焼させて高温高圧のガスを生成し、このガスによりタービンを回転させて発電機を駆動する主発電システムと、図５に示したような閉サイクルガスタービンを用いた補助発電システムとからなり、ＬＮＧを補助発電システムの冷熱源として利用して発電を行いながら、該ＬＮＧを気化させて（ＮＧを生成して）これを主発電システムに燃料として供給するものであり、ＬＮＧの有する冷熱の利用と、ＮＧの生成とを合理的に行うことができる発電システムとして期待される。
【０００６】
ところで、このような発電システムでは、主発電システムからの要求に応じて必要かつ十分なＮＧを供給することが必要であり、そのため、補助発電システムを経由する（導入される）ＬＮＧの量がこの要求ＮＧ量に応じて変動することが多い。しかし、補助発電システムに導入されるＬＮＧの量が変動すると、これに起因して補助システム内の動作流体とＬＮＧとの熱授受のバランスが損なわれ、その結果、要求されるＮＧの温度を確保できなくなることが考えられる。従って、上記のような発電システムにおいては、ＬＮＧの導入量に変動が生じた場合でも、ＮＧの要求温度を確実に満足し得るように何らかの工夫をすることが必要となる。
【０００７】
なお、上記のような補助発電システムの目的は、発電量の確保よりもむしろＬＮＧの有する冷熱の有効活用にあるので、発電量が特に問題となることは少ない。しかし、発電量は可及的に多い方が好ましいのは言うまでもなく、従って、ＬＮＧ導入量の変動に伴うＮＧ温度への影響を回避し得るように構成する場合でも、出来るだけ発電量を確保できるようにするのが好ましい。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、液化ガスを冷熱源として利用する閉サイクルガスタービンおよび同ガスタービンを用いた発電システムについて、合理的な構成で、液化ガスの導入量の変動に拘わらず、要求されるガス状体の温度条件を良好に確保し得るようにすること、また、発電システムにおいてさらに好ましくは、より多くの発電量を確保できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成されるとともに、前記冷却器に対して液化ガスを冷熱源として導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成するようにした閉サイクルガスタービンにおいて、該ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記ガス状体の流通通路に設けられる温調用タービンと、この温調用タービンをバイパスするバイパス通路と、前記温調用タービンを経由するガス状体と前記バイパス通路を流通するガス状体との割合を調整可能とするバルブ手段とを備えているものである（請求項１）。
【００１０】
このような閉サイクルガスタービンによれば、冷却器に導入される液化ガスの量に拘わらず、所望の温度のガス状体を生成することが可能となる。すなわち、この構成によると、温調用タービンにガス状体が導入されて機械的仕事をすることによりガス状体の温度が下がる。従って、ガス状体の温度が上昇する傾向にあるときには、温調用タービンを経由するガス状体の割合を高めてガス状体の温度降下を促進させ、逆の場合には、温調用タービンを経由するガス状体の割合を下げることによりガス状体の温度上昇を促進させることにより、ガス状体の温度調整を行うことが可能となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記タービンから排出される動作流体を前記冷却器への導入前に予備冷却する予備冷却器を有するとともに、この予備冷却器による冷却能力が調整可能に構成されているものである（請求項２）。
【００１２】
このような閉サイクルガスタービンによっても、冷却器に導入される液化ガスの量に拘わらず、所望の温度のガス状体を生成することが可能となる。すなわち、この構成によれば、動作流体に対する予備冷却の度合いを調整することにより冷却器での動作流体と液化ガスとの熱授受のバランスを操作することが可能となる。従って、ガス状体の温度が上昇傾向にあるときには、予備冷却の度合いを高め、これにより冷却器に導入される動作流体の温度を下げてガス状体の温度降下を促進させ、逆の場合には、予備冷却の度合いを下げ、これにより冷却器に導入される動作流体の温度を上げてガス状体の温度上昇を促進させることにより、ガス状体の温度調整を行うことが可能となる。
【００１３】
この場合、例えば、冷却水を冷熱源として熱交換により動作流体を冷却する熱交換器を予備冷却器として用い、バルブ手段の操作に応じて予備冷却器に対する冷却水の導入量を調整することにより動作流体に対する冷却能力を調整できるように構成することができる（請求項３）。
【００１４】
なお、請求項１又は３に記載の閉サイクルガスタービンにおいては、ガス状体の温度を検出する温度検出手段と、ガス状体の温度が予め設定された温度となるように温度検出手段による検出温度に基づいてバルブ手段の開閉動作を制御する制御手段とを備えているのが好ましい（請求項４）。
【００１５】
この構成によれば、取出されるガス状体の温度を自動的に要求温度に保つことが可能となる。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記閉回路内の動作流体の圧力を変動させるように構成されているものであってもよい（請求項５）。
【００１７】
このような閉サイクルガスタービンによっても、冷却器に導入される液化ガスの量に拘わらず、所望の温度のガス状体を生成することが可能となる。つまり、タービンから排出される動作流体の温度は閉回路内の動作流体の圧力に応じて変動するため、動作流体の圧力調整を行うことにより冷却器における動作流体と液化ガスとの熱授受のバランスを操作することが可能となる。従って、該バランス操作を行うことによりガス状体の温度を調整することが可能となる。
【００１８】
具体的には、温度調整手段として、閉回路内に動作流体を充填する充填手段と、閉回路外に動作流体を排出する排出手段とを設け、充填手段又は排出手段による動作流体の給排に応じて閉回路内の動作流体の圧力を変動させるように構成することができる（請求項６）。
【００１９】
なお、この場合には、ガス状体の温度を検出する温度検出手段と、ガス状体の温度が予め設定された温度となるように前記温度検出手段による検出温度に基づいて充填手段又は排出手段による動作流体の給排動作を制御する制御手段とを備えているのが好ましい（請求項７）。
【００２０】
この構成によれば、取出されるガス状体の温度を自動的に要求温度に保つことが可能となる。
【００２１】
なお、上記のような閉サイクルガスタービンにおいては、前記ガス状体の温度調整に伴い消費された熱エネルギーを回収する回収手段を備えているのがより好ましい（請求項８）。
【００２２】
このようにすれば、温度調整に伴うエネルギー損失を抑えることができ、効率の良い閉サイクルガスタービンとなる。
【００２３】
一方、本発明に係る発電システムは、請求項１乃至８の何れかに記載の閉サイクルガスタービンを用いた発電システムであって、前記タービンに発電機が連結され、タービンの回転により前記発電機が作動するように構成されているものである（請求項９）。
【００２４】
この発電システムによれば、液化ガスを発電システムの冷熱として利用しつつガス状体を生成することができ、しかも、液化ガスの導入量に拘わらず要求温度を満足するガス状体を良好に得ることが可能となる。
【００２５】
特に、閉サイクルガスタービンとして請求項１記載のガスタービンを用いた発電システムでは、温調用タービンに発電機が接続されることにより、より多くの発電量を確保することが可能となり合理的な発電システムとなる。なお、この場合には、温度調整に伴い消費される熱エネルギーは電力として回収されることとなるので、発電機が請求項８記載にかかる回収手段を構成することとなる。
【００２６】
なお、閉サイクルガスタービンに、前記タービンから排出される動作流体を冷却水との熱交換により予備冷却する予備冷却器を有するとともに、該予備冷却器において前記冷却水を気化させるものでは（例えば請求項３記載のガスタービンでは）、予備冷却器から排出される蒸気により回転する蒸気タービンを設け、この蒸気タービンに発電機をさらに連結するのが好ましい（請求項１０）。
【００２７】
この構成によれば、予備冷却器から排出される蒸気を利用してより多くの発電量を確保することが可能となり合理的な発電システムとなる。なお、この場合には、温度調整に伴い消費される熱エネルギーは電力として回収されることとなるので、蒸気タービン及び発電機が請求項２記載にかかる回収手段を構成することとなる。
【００２８】
また、本発明に係る発電システムは、ガス状の燃料を燃焼させてタービンを回転させることにより発電機を駆動する主発電システムと、閉サイクルガスタービンを用いた請求項９又は１０記載の発電システムからなる補助発電システムとを有し、前記補助発電システムの冷却器で生成したガス状体を前記主発電システムの燃料として供給するように構成されているものである（請求項１１）。
【００２９】
この構成によれば、液化ガスを冷熱として利用して発電を行わせながら、該液ガスを気化させてガス状体を生成し、これを主発電システムの燃料として供給することができるので合理的な発電システムが構成される。しかも、補助発電システムにおいてガス状体の温度を調整可能に構成されているので、補助発電システムに導入される液化ガスの量が変動するような場合でも、主発電システムに対しては要求温度を満たしたガス状体を確実に供給することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３１】
なお、以下に説明する発電システムの基本的な構成は、従来技術で説明した図５の発電システムと共通するため、共通する構成については同一符号を付して詳しい説明を省略し、以下、相違点についてのみ詳細に説明することとする。
【００３２】
図１は、本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）の第１の実施形態を示す系統図である。
【００３３】
この図に示す発電システム１Ａも、図５に示した従来の発電システム同様、所謂閉ブレイトンサイクルガスタービンを用いた発電システムであって、圧縮機１０、加熱器１２、タービン１４および冷却器１６を備えた閉回路２内で、例えば窒素、アルゴン等の流体動作を循環させながらタービン１４を回転させ、このタービン１４の回転により発電機１８を駆動するように構成されている。
【００３４】
この発電システム１Ａは、例えば開（開放）サイクルガスタービンを用いた発電システム（主発電システム４という）の補助的なシステムとして組み込まれており、主発電システム４から排出される発電排熱および主発電システム４の燃料となるＬＮＧ（液化天然ガス（液化ガス））を動作流体の熱源として利用する構成となっている。具体的に説明すると、加熱器１２が主発電システム４から排出される発電排熱の排出通路３に介設されており、発電排熱として例えば主発電システム４から排出されるガスタービン排ガスと前記動作流体との間で熱交換を行わせることにより動作流体を加熱するとともに、冷却器１６が主発電システム４への燃料（ＬＮＧ）の供給通路５に介設されており、ＬＮＧと前記動作流体との間で熱交換を行わせることにより動作流体を冷却するように構成されている。そして、このようにＬＮＧを動作流体の冷熱源として利用しつつ、該ＬＮＧを気化させることによりＮＧ（ガス状体）を生成し、このＮＧを主発電システム４へ燃料として導入するように構成されている。
【００３５】
この発電システム１Ａには、冷却器１６で生成されるＮＧの温度を調整可能とする構成（温度調整手段）として、以下のような構成がさらに組込まれている。
【００３６】
すなわち、冷却器１６の途中からＮＧを導出する通路５ａが設けられ、この通路５ａに、温調用タービン２０と、この温調用タービン２０のバイパス通路５ｂとが設けられるとともに、バイパス通路５ｂに電磁バルブからなる流量調整バルブ２４（バルブ手段）が介設されている。また、ＬＮＧの供給通路５であって前記冷却器１６の下流側（主発電システム４側）に、温調用タービン２６と、この温調用タービン２６のバイパス通路５ｃとが設けられるとともに、このバイパス通路５ｃに電磁バルブからなる流量調整バルブ３０（バルブ手段）が介設されている。そして、ＮＧを温調用タービン２０，２６に流通させつつ、これら温調用タービン２０，２６を経由するＮＧとバイパス通路５ｂ，５ｃを流通するＮＧの割合（温調用タービン２０，２６を経由するＮＧの割合）を流量調整バルブ２４，３０の操作により調整することにより、後に詳述するようにＮＧの温度調整が行われるように構成されている。
【００３７】
なお、前記温調用タービン２０，２６には夫々発電機２２，２８（回収手段）が連結されており、タービン２０，２６の回転により該発電機２２，２８が作動するように構成されている。また、供給通路５において前記温調用タービン２６の下流には、主発電システム４へ供給されるＮＧの温度を検出する温度センサ３２が設けられている。
【００３８】
以上のように構成された発電システム１Ａにおいて、圧縮機１０で圧縮された動作流体は、加熱器１２において排ガスとの熱交換により加熱されてタービン１４に導入され、ここで膨張することにより該タービン１４を回転させて発電機１８を駆動する。そして、タービン１４から排出された後、冷却器１６に導入されることにより、ここでＬＮＧとの熱交換により冷却されてから圧縮機１０に戻される。
【００３９】
一方、ＬＮＧは、供給通路５を通じて冷却器１６に導入され、ここで前記動作流体との熱交換に供され、自らは気化してＮＧとなる。これにより主発電システム４の燃料であるＮＧが生成されることとなる。
【００４０】
冷却器１６において生成されたＮＧは、冷却器１６の途中で一旦通路５ａを通じて導出され、前記流量調整バルブ２４の開度に応じた割合でその一部が温調用タービン２０に導入される。そして、タービン２０を回転させて発電機２２を駆動した後、冷却器１６に戻され、再び動作流体の熱交換に供されて冷却器１６から排出される。冷却器１６から排出されたＮＧは、さらにその一部のＮＧが流量調整バルブ３０の開度に応じた割合で温調用タービン２６に導入され、ここで再度タービン２６を回転させて発電機２８を駆動し、その後、主発電システム４へと導入されることとなる。
【００４１】
なお、このようなＬＮＧ（ＮＧ）の流通過程においては、温度センサ３２による検出温度に基づいて流量調整バルブ２４，３０の開度調整が行われることにより、主発電システム４へ供給されるＮＧの温度が主発電システム４における要求温度に応じて調整される。
【００４２】
すなわち、温調用タービン２０，２６を経由して仕事をしたＮＧの温度は、温調用タービン２０，２６を経由しないＮＧに比べて該仕事分だけ低下することとなる。従って、検出温度が要求温度よりも低い場合には、温調用タービン２０，２６を経由するＮＧの割合が低くなるように流量調整バルブ２４，３０が開度調整されることによりＮＧの温度上昇が促され、逆に、検出温度が要求温度よりも高い場合には、温調用タービン２０，２６を経由するＮＧの割合が高くなるように流量調整バルブ２４，３０の開度が調整されることによりＮＧの温度低下が促進される。そして、温度センサ３２の検出温度に応じて、このような流量調整バルブ２４，３０の開度調整が行われることにより主発電システム４に導入されるＮＧの温度が要求温度となるように調整されることとなる。
【００４３】
以上のように、この発電システム１Ａでは、主発電システム４に導入するＮＧの温度を調整できるように構成されているので、例えば、発電システム１ＡへのＬＮＧの導入量に変動が生じて冷却器１６での熱授受のバランスが損なわれるような状況が生じても、主発電システム４に導入するＮＧの温度を所定の要求温度に確実に保つことができるという効果がある。
【００４４】
しかも、ＮＧの温度調整は、上記のように供給通路５（冷却器１６含む）に設けた温調用タービン２０，２４を回転させてＮＧに膨張仕事をさせることにより行い、また、これにより消費される熱エネルギー（つまり、温度調整により消費されるエネルギー）は、発電機２２，２８による発電という形で回収するように構成されているので、無駄がなく、エネルギー効率の高い合理的な発電システムが構築されるという効果がある。
【００４５】
なお、この発電システム１Ａでは、供給通路５（冷却器１６を含む）にＮＧの温度調整用のタービンとして２つの温調用タービン２０，２６を設けているが、勿論、温調用タービンは１つでもよいし、３つ以上であってもよい。但し、ＮＧの温度を精度よく、また安定して調整する上では、複数の温調用タービンを設けるのが望ましいと考えられる。
【００４６】
また、温調用タービン２０，２６には、必ずしも発電機２２，２８を連結する必要はなく、例えば、発電機２２，２８を省略して発電システム１Ａの構成を簡略化してもよい。但し、エネルギー効率を高める上では、当実施形態のように発電機２２，２８を設けるのが望ましい。
【００４７】
また、発電システム１ＡにおけるＮＧの温度調整を自動制御で行うように構成してもよい。この場合、例えば流量調整バルブ２４，３０のドライバを備えた制御装置（制御装置）を設け、温度センサ３２による検出温度と主発電システム４での要求温度とに基づいて流量調整バルブ２４，３０の開度を例えばフィードバック制御することによりＮＧの温度管理を制御装置により自動制御するように構成することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４９】
図２は、第２の実施形態にかかる発電システムを系統図で示している。この図に示す発電システム１Ｂも基本的な構成は第１の実施形態と共通するが、ＮＧの温度を調整するための構成として、温調用タービン２０，２６、流量調整バルブ２４，３０等に代えて次のような構成が組込まれており、この点で第１の実施形態と構成が相違している。
【００５０】
すなわち、発電システム１Ｂの閉回路２には、タービン１４から排出された動作流体を冷却器１６への導入に先立って冷却する熱交換器からなる予備冷却器１７が設けられており、供給通路６を通じて導入される冷却水と動作流体との間で熱交換を行わせることにより動作流体を冷却するように構成されている。
【００５１】
供給通路６には、電磁バルブからなる流量調整バルブ３４（バルブ手段）が介設されており、該流量調整バルブ３４により予備冷却器１７への冷却水の導入量を調整することにより、動作流体の冷却の度合いを調整し得るように構成されている。
【００５２】
つまり、この発電システム１Ｂでは、タービン１４から排出された動作流体を冷却器１６への導入に先立ち予め冷却しつつ、その冷却の度合いを温度センサ３２による検出温度に応じて調整することにより冷却器１６における動作流体とＬＮＧとの熱授受のバランスを操作し、これにより冷却器１６で生成されるＮＧの温度を調整できるように構成されている。
【００５３】
具体的に説明すると、温度センサ３２によるＮＧの検出温度が要求温度よりも低い場合には、予備冷却器１７への冷却水の導入量を減らすように流量調整バルブ３４が開度調整される。これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が上昇し、生成されるＮＧの温度上昇が促進される。逆に、検出温度が要求温度よりも高い場合には、予備冷却器１７への冷却水の導入量を増やすように流量調整バルブ３４が開度調整され、これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が低下し、生成されるＮＧの温度低下が促される。そして、温度センサ３２による検出温度に応じてこのような流量調整バルブ３４の開度調整が行われることにより主発電システム４に導入されるＮＧの温度が要求温度となるように調整されるようになっている。
【００５４】
以上のような第２の実施形態の発電システム１Ｂにおいても、主発電システム４に導入するＮＧの温度を調整することができるので、ＬＮＧの導入量に変動が生じた場合でも、第１の実施形態の発電システム１Ａと同様、主発電システム４に導入するＮＧの温度を所定の要求温度に確実に保つことができる。
【００５５】
なお、この発電システム１Ｂでは、予備冷却器１７における動作流体と冷却水との熱交換により、冷却水を予備冷却器１７において気化させて排出することも可能である。従って、この場合には、供給通路６における予備冷却器１７の下流側（図２中の丸付き数字１）に図３に示すような構成、すなわち発電機３８を連結した蒸気タービン３６（回収手段）を設け、予備冷却器１７から排出される蒸気によってこの蒸気タービン３６を回転させ、これにより発電機３８を駆動するように構成してもよい。このような構成によれば、ＮＧの温度調整により消費される熱エネルギーを発電機３８による発電という形で回収することができるので、エネルギー損失が軽減され、エネルギー効率の高い合理的な発電システムが構築されることとなる。
【００５６】
また、この発電システム１Ｂにおいても、流量調整バルブ３４のドライバを備えた制御装置（制御装置）を設け、温度センサ３２による検出温度と主発電システム４での要求温度とに基づいて流量調整バルブ３４の開度を例えばフィードバック制御するようにすれば、ＮＧの温度管理を制御装置により自動制御することが可能となる。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００５８】
図４は、第３の実施形態にかかる発電システムを系統図で示している。この図に示す発電システム１Ｃも基本的な構成は第１の実施形態と共通するが、ＮＧの温度を調整するための構成として、温調用タービン２０，２６、流量調整バルブ２４，３０等に代えて次のような構成が組込まれており、この点で第１の実施形態と構成が相違している。
【００５９】
すなわち、発電システム１Ｃの閉回路２には、冷却器１６と圧縮機１０との間に閉回路２内に対して動作流体を出し入れすることにより閉回路２内の動作流体の圧力を調整する圧力調整装置４０が設けられている。
【００６０】
この圧力調整装置４０は、詳しく図示していないが、動作流体を貯溜するためのシリンダ４０ａを有しており、図外のアクチュエーターによるピストン４０ｂの前進駆動によりシリンダ内の動作流体を閉回路２内に導入する一方、ピストン４０ｂの後退駆動により閉回路２内の動作流体をシリンダ４０ａ内に抽出するように構成されている。つまり、タービン１４から排出される動作流体の温度は、閉回路２内の動作流体の圧力に左右されるため、具体的には、動作流体の圧力が高い程、温度が高くなるため、温度センサ３２の検出温度に基づき、動作流体の圧力を調整してタービン１４から排出される動作流体の温度（冷却器１６に導入される動作流体の温度）を調整することにより、冷却器１６におけるＬＮＧと動作流体の熱授受のバランスを操作し、これによって生成されるＮＧの温度を調整するように構成されている。
【００６１】
具体的には、温度センサ３２の検出温度が要求温度よりも低い場合には、圧力調整装置４０により閉回路２内に動作流体が充填されて動作流体の圧力が高められる。これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が上昇し、生成されるＮＧの温度上昇が促進されることとなる。逆に、検出温度が要求温度よりも高い場合には、圧力調整装置４０により閉回路２内の動作流体が抽出されることにより動作流体の圧力が下げられる。これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が低下し、生成されるＮＧの温度低下が促されることとなる。そして、温度センサ３２による検出温度に応じて閉回路２内への動作流体の充填又は抽出が行われることにより（動作流体の圧力調整が行われることにより）、主発電システム４に導入されるＮＧの温度が要求温度となるように調整されるようになっている。
【００６２】
以上のような第３の実施形態の発電システム１Ｃにおいても、主発電システム４に導入するＮＧの温度を調整することができるので、ＬＮＧの導入量に変動が生じた場合でも、第１の実施形態の発電システム１Ａと同様に、主発電システム４に導入するＮＧの温度を所定の要求温度に確実に保つことができる。
【００６３】
なお、この発電システム１Ｃでは、シリンダとピストンを有した圧力調整装置４０により閉回路２内への動作流体の充填及び抽出（給排）を行うように構成されているが、すなわち圧力調整装置４０が本発明の充填手段及び排出手段の機能を兼ね備えた構成となっているが、勿論、動作流体の充填手段と排出手段を別個独立に設けてもよい。この場合、充填手段としては、高圧ボンベや圧縮機を適用することができる。また、排出手段としては、閉回路２の途中にバルブを設け、このバルブの開閉操作により動作流体を外部排出する構成とすることができる。
【００６４】
また、この発電システム１Ｂにおいても、圧力調整装置４０のドライバを備えた制御装置（制御装置）を設け、温度センサ３２による検出温度と主発電システム４での要求温度とに基づいて圧力調整装置４０の動作を例えばフィードバック制御するようにすれば、ＮＧの温度管理を制御装置により自動制御することが可能となる。
【００６５】
なお、以上説明した第１〜第３の実施形態は、本発明の閉サイクルガスタービンを発電システムに適用した例（つまり、本発明の発電システム）であるが、本発明にかかる閉サイクルガスタービンは、これ以外の機械的仕事を行うシステムについても適用可能であることは言うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の閉サイクルガスタービンでは、冷却器で生成されたガス状体の温度を調整可能に構成されているので、例えば冷却器に対する液体ガスの導入量が変動した場合でも、定められた温度条件を満足するガス状体を良好に消費地に供給することが可能となる。特に、ガス状体の温度調整により消費される熱エネルギーを回収する回収手段をさらに設けることで、エネルギー効率を高めることができる。
【００６７】
また、本発明の発電システムは、上記のような閉サイクルガスタービンを用いているので、液化ガスを発電システムの冷熱として有効に利用しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成することができ、しかも、液化ガスの導入量に拘わらず要求温度を満足するガス状体を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）を示す系統図（第１実施の形態）である。
【図２】 本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）を示す系統図（第２実施の形態）である。
【図３】 発電システムに付加する構成を示す系統図である。
【図４】 本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）を示す系統図（第３実施の形態）である。
【図５】 従来の閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（従来の発電システム）を示す系統図である。
【図６】 発電システムの構想を示す模式図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 発電システム
２ 閉回路
４ 主発電システム
５ 供給通路
５ｂ，５ｃ バイパス通路
１０ 圧縮機
１２ 加熱器
１４ タービン
１６ 冷却器
１７ 予備冷却器
２０，２６ 温調用タービン
１８，２２，２８ 発電機
２４，３０ 流量調整バルブ
３２ 温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスを冷熱源として利用した閉サイクルガスタービンおよび同ガスタービンを用いた発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＬＮＧ（液化天然ガス（液化ガス））の有する冷熱を有効に利用すべく、例えば発電システムの冷熱源としてＬＮＧを利用することが一般に行われている。
【０００３】
図５は、そのような発電システムの一例を示している。この図に示す発電システム１は、原理的には閉（密閉）サイクルガスタービン、詳しくは閉ブレイトンサイクルガスタービンを用いた発電システムであって、同図に示すように圧縮機１０、加熱器１２、タービン１４および冷却器１６を備えた密閉ループ（閉回路２）内で動作流体を循環させながら、前記タービン１４に連結された発電機１８を駆動するように構成されている。具体的には、圧縮機１０で圧縮した動作流体を加熱器１２で加熱して高温高圧の動作流体を生成し、これをノズルにより膨張させてタービン１４を回転させ、この回転により発電機１８を駆動するとともに、その回転力の一部を圧縮機１０の駆動に利用するものである。なお、タービン１４を経た動作流体は、冷却器１６を経て冷却された後、圧縮器１０に導入されるように構成されている。
【０００４】
そして、冷熱源としてＬＮＧを前記冷却器１６に導入することにより、動作流体とＬＮＧとの間で熱交換を行わせて動作流体を冷却する一方、この熱交換によりＬＮＧを気化させてＮＧ（天然ガス（ガス状体））を生成して消費地に供給するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ガスタービンを用いた発電システムとして図６に示すようなシステムが考えられている。このシステムは、ＮＧを燃料として圧縮空気を燃焼させて高温高圧のガスを生成し、このガスによりタービンを回転させて発電機を駆動する主発電システムと、図５に示したような閉サイクルガスタービンを用いた補助発電システムとからなり、ＬＮＧを補助発電システムの冷熱源として利用して発電を行いながら、該ＬＮＧを気化させて（ＮＧを生成して）これを主発電システムに燃料として供給するものであり、ＬＮＧの有する冷熱の利用と、ＮＧの生成とを合理的に行うことができる発電システムとして期待される。
【０００６】
ところで、このような発電システムでは、主発電システムからの要求に応じて必要かつ十分なＮＧを供給することが必要であり、そのため、補助発電システムを経由する（導入される）ＬＮＧの量がこの要求ＮＧ量に応じて変動することが多い。しかし、補助発電システムに導入されるＬＮＧの量が変動すると、これに起因して補助システム内の動作流体とＬＮＧとの熱授受のバランスが損なわれ、その結果、要求されるＮＧの温度を確保できなくなることが考えられる。従って、上記のような発電システムにおいては、ＬＮＧの導入量に変動が生じた場合でも、ＮＧの要求温度を確実に満足し得るように何らかの工夫をすることが必要となる。
【０００７】
なお、上記のような補助発電システムの目的は、発電量の確保よりもむしろＬＮＧの有する冷熱の有効活用にあるので、発電量が特に問題となることは少ない。しかし、発電量は可及的に多い方が好ましいのは言うまでもなく、従って、ＬＮＧ導入量の変動に伴うＮＧ温度への影響を回避し得るように構成する場合でも、出来るだけ発電量を確保できるようにするのが好ましい。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、液化ガスを冷熱源として利用する閉サイクルガスタービンおよび同ガスタービンを用いた発電システムについて、合理的な構成で、液化ガスの導入量の変動に拘わらず、要求されるガス状体の温度条件を良好に確保し得るようにすること、また、発電システムにおいてさらに好ましくは、より多くの発電量を確保できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成されるとともに、前記冷却器に対して液化ガスを冷熱源として導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成するようにした閉サイクルガスタービンにおいて、該ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記ガス状体の流通通路に設けられる温調用タービンと、この温調用タービンをバイパスするバイパス通路と、前記温調用タービンを経由するガス状体と前記バイパス通路を流通するガス状体との割合を調整可能とするバルブ手段とを備えているものである（請求項１）。
【００１０】
このような閉サイクルガスタービンによれば、冷却器に導入される液化ガスの量に拘わらず、所望の温度のガス状体を生成することが可能となる。すなわち、この構成によると、温調用タービンにガス状体が導入されて機械的仕事をすることによりガス状体の温度が下がる。従って、ガス状体の温度が上昇する傾向にあるときには、温調用タービンを経由するガス状体の割合を高めてガス状体の温度降下を促進させ、逆の場合には、温調用タービンを経由するガス状体の割合を下げることによりガス状体の温度上昇を促進させることにより、ガス状体の温度調整を行うことが可能となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記タービンから排出される動作流体を前記冷却器への導入前に予備冷却する予備冷却器を有するとともに、この予備冷却器による冷却能力が調整可能に構成されているものである（請求項２）。
【００１２】
このような閉サイクルガスタービンによっても、冷却器に導入される液化ガスの量に拘わらず、所望の温度のガス状体を生成することが可能となる。すなわち、この構成によれば、動作流体に対する予備冷却の度合いを調整することにより冷却器での動作流体と液化ガスとの熱授受のバランスを操作することが可能となる。従って、ガス状体の温度が上昇傾向にあるときには、予備冷却の度合いを高め、これにより冷却器に導入される動作流体の温度を下げてガス状体の温度降下を促進させ、逆の場合には、予備冷却の度合いを下げ、これにより冷却器に導入される動作流体の温度を上げてガス状体の温度上昇を促進させることにより、ガス状体の温度調整を行うことが可能となる。
【００１３】
この場合、例えば、冷却水を冷熱源として熱交換により動作流体を冷却する熱交換器を予備冷却器として用い、バルブ手段の操作に応じて予備冷却器に対する冷却水の導入量を調整することにより動作流体に対する冷却能力を調整できるように構成することができる（請求項３）。
【００１４】
なお、請求項１又は３に記載の閉サイクルガスタービンにおいては、ガス状体の温度を検出する温度検出手段と、ガス状体の温度が予め設定された温度となるように温度検出手段による検出温度に基づいてバルブ手段の開閉動作を制御する制御手段とを備えているのが好ましい（請求項４）。
【００１５】
この構成によれば、取出されるガス状体の温度を自動的に要求温度に保つことが可能となる。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記閉回路内の動作流体の圧力を変動させるように構成されているものであってもよい（請求項５）。
【００１７】
このような閉サイクルガスタービンによっても、冷却器に導入される液化ガスの量に拘わらず、所望の温度のガス状体を生成することが可能となる。つまり、タービンから排出される動作流体の温度は閉回路内の動作流体の圧力に応じて変動するため、動作流体の圧力調整を行うことにより冷却器における動作流体と液化ガスとの熱授受のバランスを操作することが可能となる。従って、該バランス操作を行うことによりガス状体の温度を調整することが可能となる。
【００１８】
具体的には、温度調整手段として、閉回路内に動作流体を充填する充填手段と、閉回路外に動作流体を排出する排出手段とを設け、充填手段又は排出手段による動作流体の給排に応じて閉回路内の動作流体の圧力を変動させるように構成することができる（請求項６）。
【００１９】
なお、この場合には、ガス状体の温度を検出する温度検出手段と、ガス状体の温度が予め設定された温度となるように前記温度検出手段による検出温度に基づいて充填手段又は排出手段による動作流体の給排動作を制御する制御手段とを備えているのが好ましい（請求項７）。
【００２０】
この構成によれば、取出されるガス状体の温度を自動的に要求温度に保つことが可能となる。
【００２１】
なお、上記のような閉サイクルガスタービンにおいては、前記ガス状体の温度調整に伴い消費された熱エネルギーを回収する回収手段を備えているのがより好ましい（請求項８）。
【００２２】
このようにすれば、温度調整に伴うエネルギー損失を抑えることができ、効率の良い閉サイクルガスタービンとなる。
【００２３】
一方、本発明に係る発電システムは、請求項１乃至８の何れかに記載の閉サイクルガスタービンを用いた発電システムであって、前記タービンに発電機が連結され、タービンの回転により前記発電機が作動するように構成されているものである（請求項９）。
【００２４】
この発電システムによれば、液化ガスを発電システムの冷熱として利用しつつガス状体を生成することができ、しかも、液化ガスの導入量に拘わらず要求温度を満足するガス状体を良好に得ることが可能となる。
【００２５】
特に、閉サイクルガスタービンとして請求項１記載のガスタービンを用いた発電システムでは、温調用タービンに発電機が接続されることにより、より多くの発電量を確保することが可能となり合理的な発電システムとなる。なお、この場合には、温度調整に伴い消費される熱エネルギーは電力として回収されることとなるので、発電機が請求項８記載にかかる回収手段を構成することとなる。
【００２６】
なお、閉サイクルガスタービンに、前記タービンから排出される動作流体を冷却水との熱交換により予備冷却する予備冷却器を有するとともに、該予備冷却器において前記冷却水を気化させるものでは（例えば請求項３記載のガスタービンでは）、予備冷却器から排出される蒸気により回転する蒸気タービンを設け、この蒸気タービンに発電機をさらに連結するのが好ましい（請求項１０）。
【００２７】
この構成によれば、予備冷却器から排出される蒸気を利用してより多くの発電量を確保することが可能となり合理的な発電システムとなる。なお、この場合には、温度調整に伴い消費される熱エネルギーは電力として回収されることとなるので、蒸気タービン及び発電機が請求項２記載にかかる回収手段を構成することとなる。
【００２８】
また、本発明に係る発電システムは、ガス状の燃料を燃焼させてタービンを回転させることにより発電機を駆動する主発電システムと、閉サイクルガスタービンを用いた請求項９又は１０記載の発電システムからなる補助発電システムとを有し、前記補助発電システムの冷却器で生成したガス状体を前記主発電システムの燃料として供給するように構成されているものである（請求項１１）。
【００２９】
この構成によれば、液化ガスを冷熱として利用して発電を行わせながら、該液ガスを気化させてガス状体を生成し、これを主発電システムの燃料として供給することができるので合理的な発電システムが構成される。しかも、補助発電システムにおいてガス状体の温度を調整可能に構成されているので、補助発電システムに導入される液化ガスの量が変動するような場合でも、主発電システムに対しては要求温度を満たしたガス状体を確実に供給することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３１】
なお、以下に説明する発電システムの基本的な構成は、従来技術で説明した図５の発電システムと共通するため、共通する構成については同一符号を付して詳しい説明を省略し、以下、相違点についてのみ詳細に説明することとする。
【００３２】
図１は、本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）の第１の実施形態を示す系統図である。
【００３３】
この図に示す発電システム１Ａも、図５に示した従来の発電システム同様、所謂閉ブレイトンサイクルガスタービンを用いた発電システムであって、圧縮機１０、加熱器１２、タービン１４および冷却器１６を備えた閉回路２内で、例えば窒素、アルゴン等の流体動作を循環させながらタービン１４を回転させ、このタービン１４の回転により発電機１８を駆動するように構成されている。
【００３４】
この発電システム１Ａは、例えば開（開放）サイクルガスタービンを用いた発電システム（主発電システム４という）の補助的なシステムとして組み込まれており、主発電システム４から排出される発電排熱および主発電システム４の燃料となるＬＮＧ（液化天然ガス（液化ガス））を動作流体の熱源として利用する構成となっている。具体的に説明すると、加熱器１２が主発電システム４から排出される発電排熱の排出通路３に介設されており、発電排熱として例えば主発電システム４から排出されるガスタービン排ガスと前記動作流体との間で熱交換を行わせることにより動作流体を加熱するとともに、冷却器１６が主発電システム４への燃料（ＬＮＧ）の供給通路５に介設されており、ＬＮＧと前記動作流体との間で熱交換を行わせることにより動作流体を冷却するように構成されている。そして、このようにＬＮＧを動作流体の冷熱源として利用しつつ、該ＬＮＧを気化させることによりＮＧ（ガス状体）を生成し、このＮＧを主発電システム４へ燃料として導入するように構成されている。
【００３５】
この発電システム１Ａには、冷却器１６で生成されるＮＧの温度を調整可能とする構成（温度調整手段）として、以下のような構成がさらに組込まれている。
【００３６】
すなわち、冷却器１６の途中からＮＧを導出する通路５ａが設けられ、この通路５ａに、温調用タービン２０と、この温調用タービン２０のバイパス通路５ｂとが設けられるとともに、バイパス通路５ｂに電磁バルブからなる流量調整バルブ２４（バルブ手段）が介設されている。また、ＬＮＧの供給通路５であって前記冷却器１６の下流側（主発電システム４側）に、温調用タービン２６と、この温調用タービン２６のバイパス通路５ｃとが設けられるとともに、このバイパス通路５ｃに電磁バルブからなる流量調整バルブ３０（バルブ手段）が介設されている。そして、ＮＧを温調用タービン２０，２６に流通させつつ、これら温調用タービン２０，２６を経由するＮＧとバイパス通路５ｂ，５ｃを流通するＮＧの割合（温調用タービン２０，２６を経由するＮＧの割合）を流量調整バルブ２４，３０の操作により調整することにより、後に詳述するようにＮＧの温度調整が行われるように構成されている。
【００３７】
なお、前記温調用タービン２０，２６には夫々発電機２２，２８（回収手段）が連結されており、タービン２０，２６の回転により該発電機２２，２８が作動するように構成されている。また、供給通路５において前記温調用タービン２６の下流には、主発電システム４へ供給されるＮＧの温度を検出する温度センサ３２が設けられている。
【００３８】
以上のように構成された発電システム１Ａにおいて、圧縮機１０で圧縮された動作流体は、加熱器１２において排ガスとの熱交換により加熱されてタービン１４に導入され、ここで膨張することにより該タービン１４を回転させて発電機１８を駆動する。そして、タービン１４から排出された後、冷却器１６に導入されることにより、ここでＬＮＧとの熱交換により冷却されてから圧縮機１０に戻される。
【００３９】
一方、ＬＮＧは、供給通路５を通じて冷却器１６に導入され、ここで前記動作流体との熱交換に供され、自らは気化してＮＧとなる。これにより主発電システム４の燃料であるＮＧが生成されることとなる。
【００４０】
冷却器１６において生成されたＮＧは、冷却器１６の途中で一旦通路５ａを通じて導出され、前記流量調整バルブ２４の開度に応じた割合でその一部が温調用タービン２０に導入される。そして、タービン２０を回転させて発電機２２を駆動した後、冷却器１６に戻され、再び動作流体の熱交換に供されて冷却器１６から排出される。冷却器１６から排出されたＮＧは、さらにその一部のＮＧが流量調整バルブ３０の開度に応じた割合で温調用タービン２６に導入され、ここで再度タービン２６を回転させて発電機２８を駆動し、その後、主発電システム４へと導入されることとなる。
【００４１】
なお、このようなＬＮＧ（ＮＧ）の流通過程においては、温度センサ３２による検出温度に基づいて流量調整バルブ２４，３０の開度調整が行われることにより、主発電システム４へ供給されるＮＧの温度が主発電システム４における要求温度に応じて調整される。
【００４２】
すなわち、温調用タービン２０，２６を経由して仕事をしたＮＧの温度は、温調用タービン２０，２６を経由しないＮＧに比べて該仕事分だけ低下することとなる。従って、検出温度が要求温度よりも低い場合には、温調用タービン２０，２６を経由するＮＧの割合が低くなるように流量調整バルブ２４，３０が開度調整されることによりＮＧの温度上昇が促され、逆に、検出温度が要求温度よりも高い場合には、温調用タービン２０，２６を経由するＮＧの割合が高くなるように流量調整バルブ２４，３０の開度が調整されることによりＮＧの温度低下が促進される。そして、温度センサ３２の検出温度に応じて、このような流量調整バルブ２４，３０の開度調整が行われることにより主発電システム４に導入されるＮＧの温度が要求温度となるように調整されることとなる。
【００４３】
以上のように、この発電システム１Ａでは、主発電システム４に導入するＮＧの温度を調整できるように構成されているので、例えば、発電システム１ＡへのＬＮＧの導入量に変動が生じて冷却器１６での熱授受のバランスが損なわれるような状況が生じても、主発電システム４に導入するＮＧの温度を所定の要求温度に確実に保つことができるという効果がある。
【００４４】
しかも、ＮＧの温度調整は、上記のように供給通路５（冷却器１６含む）に設けた温調用タービン２０，２４を回転させてＮＧに膨張仕事をさせることにより行い、また、これにより消費される熱エネルギー（つまり、温度調整により消費されるエネルギー）は、発電機２２，２８による発電という形で回収するように構成されているので、無駄がなく、エネルギー効率の高い合理的な発電システムが構築されるという効果がある。
【００４５】
なお、この発電システム１Ａでは、供給通路５（冷却器１６を含む）にＮＧの温度調整用のタービンとして２つの温調用タービン２０，２６を設けているが、勿論、温調用タービンは１つでもよいし、３つ以上であってもよい。但し、ＮＧの温度を精度よく、また安定して調整する上では、複数の温調用タービンを設けるのが望ましいと考えられる。
【００４６】
また、温調用タービン２０，２６には、必ずしも発電機２２，２８を連結する必要はなく、例えば、発電機２２，２８を省略して発電システム１Ａの構成を簡略化してもよい。但し、エネルギー効率を高める上では、当実施形態のように発電機２２，２８を設けるのが望ましい。
【００４７】
また、発電システム１ＡにおけるＮＧの温度調整を自動制御で行うように構成してもよい。この場合、例えば流量調整バルブ２４，３０のドライバを備えた制御装置（制御装置）を設け、温度センサ３２による検出温度と主発電システム４での要求温度とに基づいて流量調整バルブ２４，３０の開度を例えばフィードバック制御することによりＮＧの温度管理を制御装置により自動制御するように構成することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４９】
図２は、第２の実施形態にかかる発電システムを系統図で示している。この図に示す発電システム１Ｂも基本的な構成は第１の実施形態と共通するが、ＮＧの温度を調整するための構成として、温調用タービン２０，２６、流量調整バルブ２４，３０等に代えて次のような構成が組込まれており、この点で第１の実施形態と構成が相違している。
【００５０】
すなわち、発電システム１Ｂの閉回路２には、タービン１４から排出された動作流体を冷却器１６への導入に先立って冷却する熱交換器からなる予備冷却器１７が設けられており、供給通路６を通じて導入される冷却水と動作流体との間で熱交換を行わせることにより動作流体を冷却するように構成されている。
【００５１】
供給通路６には、電磁バルブからなる流量調整バルブ３４（バルブ手段）が介設されており、該流量調整バルブ３４により予備冷却器１７への冷却水の導入量を調整することにより、動作流体の冷却の度合いを調整し得るように構成されている。
【００５２】
つまり、この発電システム１Ｂでは、タービン１４から排出された動作流体を冷却器１６への導入に先立ち予め冷却しつつ、その冷却の度合いを温度センサ３２による検出温度に応じて調整することにより冷却器１６における動作流体とＬＮＧとの熱授受のバランスを操作し、これにより冷却器１６で生成されるＮＧの温度を調整できるように構成されている。
【００５３】
具体的に説明すると、温度センサ３２によるＮＧの検出温度が要求温度よりも低い場合には、予備冷却器１７への冷却水の導入量を減らすように流量調整バルブ３４が開度調整される。これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が上昇し、生成されるＮＧの温度上昇が促進される。逆に、検出温度が要求温度よりも高い場合には、予備冷却器１７への冷却水の導入量を増やすように流量調整バルブ３４が開度調整され、これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が低下し、生成されるＮＧの温度低下が促される。そして、温度センサ３２による検出温度に応じてこのような流量調整バルブ３４の開度調整が行われることにより主発電システム４に導入されるＮＧの温度が要求温度となるように調整されるようになっている。
【００５４】
以上のような第２の実施形態の発電システム１Ｂにおいても、主発電システム４に導入するＮＧの温度を調整することができるので、ＬＮＧの導入量に変動が生じた場合でも、第１の実施形態の発電システム１Ａと同様、主発電システム４に導入するＮＧの温度を所定の要求温度に確実に保つことができる。
【００５５】
なお、この発電システム１Ｂでは、予備冷却器１７における動作流体と冷却水との熱交換により、冷却水を予備冷却器１７において気化させて排出することも可能である。従って、この場合には、供給通路６における予備冷却器１７の下流側（図２中の丸付き数字１）に図３に示すような構成、すなわち発電機３８を連結した蒸気タービン３６（回収手段）を設け、予備冷却器１７から排出される蒸気によってこの蒸気タービン３６を回転させ、これにより発電機３８を駆動するように構成してもよい。このような構成によれば、ＮＧの温度調整により消費される熱エネルギーを発電機３８による発電という形で回収することができるので、エネルギー損失が軽減され、エネルギー効率の高い合理的な発電システムが構築されることとなる。
【００５６】
また、この発電システム１Ｂにおいても、流量調整バルブ３４のドライバを備えた制御装置（制御装置）を設け、温度センサ３２による検出温度と主発電システム４での要求温度とに基づいて流量調整バルブ３４の開度を例えばフィードバック制御するようにすれば、ＮＧの温度管理を制御装置により自動制御することが可能となる。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００５８】
図４は、第３の実施形態にかかる発電システムを系統図で示している。この図に示す発電システム１Ｃも基本的な構成は第１の実施形態と共通するが、ＮＧの温度を調整するための構成として、温調用タービン２０，２６、流量調整バルブ２４，３０等に代えて次のような構成が組込まれており、この点で第１の実施形態と構成が相違している。
【００５９】
すなわち、発電システム１Ｃの閉回路２には、冷却器１６と圧縮機１０との間に閉回路２内に対して動作流体を出し入れすることにより閉回路２内の動作流体の圧力を調整する圧力調整装置４０が設けられている。
【００６０】
この圧力調整装置４０は、詳しく図示していないが、動作流体を貯溜するためのシリンダ４０ａを有しており、図外のアクチュエーターによるピストン４０ｂの前進駆動によりシリンダ内の動作流体を閉回路２内に導入する一方、ピストン４０ｂの後退駆動により閉回路２内の動作流体をシリンダ４０ａ内に抽出するように構成されている。つまり、タービン１４から排出される動作流体の温度は、閉回路２内の動作流体の圧力に左右されるため、具体的には、動作流体の圧力が高い程、温度が高くなるため、温度センサ３２の検出温度に基づき、動作流体の圧力を調整してタービン１４から排出される動作流体の温度（冷却器１６に導入される動作流体の温度）を調整することにより、冷却器１６におけるＬＮＧと動作流体の熱授受のバランスを操作し、これによって生成されるＮＧの温度を調整するように構成されている。
【００６１】
具体的には、温度センサ３２の検出温度が要求温度よりも低い場合には、圧力調整装置４０により閉回路２内に動作流体が充填されて動作流体の圧力が高められる。これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が上昇し、生成されるＮＧの温度上昇が促進されることとなる。逆に、検出温度が要求温度よりも高い場合には、圧力調整装置４０により閉回路２内の動作流体が抽出されることにより動作流体の圧力が下げられる。これにより冷却器１６に導入される動作流体の温度が低下し、生成されるＮＧの温度低下が促されることとなる。そして、温度センサ３２による検出温度に応じて閉回路２内への動作流体の充填又は抽出が行われることにより（動作流体の圧力調整が行われることにより）、主発電システム４に導入されるＮＧの温度が要求温度となるように調整されるようになっている。
【００６２】
以上のような第３の実施形態の発電システム１Ｃにおいても、主発電システム４に導入するＮＧの温度を調整することができるので、ＬＮＧの導入量に変動が生じた場合でも、第１の実施形態の発電システム１Ａと同様に、主発電システム４に導入するＮＧの温度を所定の要求温度に確実に保つことができる。
【００６３】
なお、この発電システム１Ｃでは、シリンダとピストンを有した圧力調整装置４０により閉回路２内への動作流体の充填及び抽出（給排）を行うように構成されているが、すなわち圧力調整装置４０が本発明の充填手段及び排出手段の機能を兼ね備えた構成となっているが、勿論、動作流体の充填手段と排出手段を別個独立に設けてもよい。この場合、充填手段としては、高圧ボンベや圧縮機を適用することができる。また、排出手段としては、閉回路２の途中にバルブを設け、このバルブの開閉操作により動作流体を外部排出する構成とすることができる。
【００６４】
また、この発電システム１Ｂにおいても、圧力調整装置４０のドライバを備えた制御装置（制御装置）を設け、温度センサ３２による検出温度と主発電システム４での要求温度とに基づいて圧力調整装置４０の動作を例えばフィードバック制御するようにすれば、ＮＧの温度管理を制御装置により自動制御することが可能となる。
【００６５】
なお、以上説明した第１〜第３の実施形態は、本発明の閉サイクルガスタービンを発電システムに適用した例（つまり、本発明の発電システム）であるが、本発明にかかる閉サイクルガスタービンは、これ以外の機械的仕事を行うシステムについても適用可能であることは言うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の閉サイクルガスタービンでは、冷却器で生成されたガス状体の温度を調整可能に構成されているので、例えば冷却器に対する液体ガスの導入量が変動した場合でも、定められた温度条件を満足するガス状体を良好に消費地に供給することが可能となる。特に、ガス状体の温度調整により消費される熱エネルギーを回収する回収手段をさらに設けることで、エネルギー効率を高めることができる。
【００６７】
また、本発明の発電システムは、上記のような閉サイクルガスタービンを用いているので、液化ガスを発電システムの冷熱として有効に利用しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成することができ、しかも、液化ガスの導入量に拘わらず要求温度を満足するガス状体を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）を示す系統図（第１実施の形態）である。
【図２】 本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）を示す系統図（第２実施の形態）である。
【図３】 発電システムに付加する構成を示す系統図である。
【図４】 本発明に係る閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（本発明に係る発電システム）を示す系統図（第３実施の形態）である。
【図５】 従来の閉サイクルガスタービンを用いた発電システム（従来の発電システム）を示す系統図である。
【図６】 発電システムの構想を示す模式図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 発電システム
２ 閉回路
４ 主発電システム
５ 供給通路
５ｂ，５ｃ バイパス通路
１０ 圧縮機
１２ 加熱器
１４ タービン
１６ 冷却器
１７ 予備冷却器
２０，２６ 温調用タービン
１８，２２，２８ 発電機
２４，３０ 流量調整バルブ
３２ 温度センサ
Claims (11)
- 圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、
ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記ガス状体の流通通路に設けられる温調用タービンと、この温調用タービンをバイパスするバイパス通路と、前記温調用タービンを経由するガス状体と前記バイパス通路を流通するガス状体との割合を調整可能とするバルブ手段とを備えていることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、
ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記タービンから排出される動作流体を前記冷却器への導入前に予備冷却する予備冷却器を有するとともに、この予備冷却器による冷却能力が調整可能に構成されているものであることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 請求項２に記載の閉サイクルガスタービンにおいて、
前記予備冷却器は、冷却水を冷熱源として熱交換により動作流体を冷却する熱交換器であって、バルブ手段の操作に応じて予備冷却器に対する冷却水の導入量を調整することにより前記動作流体に対する冷却能力を調整可能に構成されていることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 請求項１又は３に記載の閉サイクルガスタービンにおいて、
前記ガス状体の温度を検出する温度検出手段と、ガス状体の温度が予め設定された温度となるように前記温度検出手段による検出温度に基づいて前記バルブ手段の開閉動作を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 圧縮機により圧縮されて加熱器で加熱された動作流体をタービンに導入することにより該タービンを回転させて機械的仕事をさせ、さらにタービンから排出される動作流体を冷却器で冷却して圧縮機に導入するように閉回路が構成される一方、冷熱源として液化ガスを前記冷却器に導入しながら該液化ガスを気化させてガス状体を生成する閉サイクルガスタービンにおいて、
ガス状体の温度を調整可能とする温度調整手段を備え、この温度調整手段は、前記閉回路内を循環する動作流体の圧力を変動させるように構成されていることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 請求項５に記載の閉サイクルガスタービンにおいて、
前記温度調整手段は、閉回路内に前記動作流体を充填する充填手段と、閉回路外に前記動作流体を排出する排出手段とを備え、前記充填手段又は排出手段による動作流体の給排に応じて閉回路内の動作流体の圧力を変動させることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 請求項６に記載の閉サイクルガスタービンにおいて、
前記ガス状体の温度を検出する温度検出手段と、ガス状体の温度が予め設定された温度となるように前記温度検出手段による検出温度に基づいて前記充填手段又は排出手段による動作流体の給排動作を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 請求項１乃至７の何れか一項に記載の閉サイクルガスタービンにおいて、
前記ガス状体の温度調整に伴い消費された熱エネルギーを回収する回収手段を備えていることを特徴とする閉サイクルガスタービン。 - 請求項１乃至８の何れかに記載の閉サイクルガスタービンを用いた発電システムであって、
前記タービンに発電機が連結され、タービンの回転により前記発電機が作動するように構成されていることを特徴とする発電システム。 - 請求項９記載の発電システムにおいて、
閉サイクルガスタービンに、前記タービンから排出される動作流体を冷却水との熱交換により予備冷却する予備冷却器を有するとともに、該予備冷却器において前記冷却水を気化させるものであって、予備冷却器から排出される蒸気により回転する蒸気タービンが設けられ、この蒸気タービンに発電機が連結されていることを特徴とする発電システム。 - ガス状の燃料を燃焼させてタービンを回転させることにより発電機を駆動する主発電システムと、閉サイクルガスタービンを用いた請求項９又は１０記載の発電システムからなる補助発電システムとを有し、前記補助発電システムの冷却器で生成したガス状体を前記主発電システムの燃料として供給するように構成されていることを特徴とする発電システム。
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