JPWO2012176257A1 - 閉サイクルガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
(1)半径流タービンを使用した場合に始動時にタービンに逆流を生じ、圧縮機にサージングが発生する
(2)軸流タービンを使用した場合、始動時にタービン流量が過大となりサイクルを昇圧できない点やタービン翼に失速を生じる
(3)始動前や停止時に圧縮機やタービンのターニングを可能とする
上述の課題を解決し、安定して始動することが出来る閉サイクルガスタービンを提供することを目的とする。
図1に、本発明の第1実施形態に係る閉サイクルガスタービン(以下、「サイクル」と称する)100を示す。サイクル100は、圧縮機1と、タービン2と、再生器3と、加熱器4と、冷却器5とを備える。本実施の形態において、タービン2には従来技術のタービンを用いることができ、その形式は問わない。すなわち、タービン2としては、半径流タービン、軸流タービンいずれの形式のタービンも使用可能である。
以下、図1に基づいて、サイクル100の動作を説明する。サイクル100の始動時には、冷却器5に冷却熱媒(図示せず)を流した後、圧縮機モータ6を使用して圧縮機1を指定の回転速度で駆動するとともに加熱器4でCO2を加熱する。このときタービン2は、逆流や流量過多を生じることなく出力を発生できる状態を判定するための式である式(1)で求める値がタービン特性から定まる所定の値以上になるようにモータ・ジェネレータ7をモータとして使用して回転速度を増加させていく。ここでpは圧力(Pa)、ρは密度(kg/m3)、Uは半径流タービンの場合は羽根車の周速度(m/s)、軸流タービンの場合は平均軸流流速(m/s)である。また添字i、oはそれぞれ入口および出口を表す。
図2は、本実施形態に係るサイクル100の始動から定格運転までの状態を、縦軸圧力(MPa)、横軸比エンタルピー(kJ/kg)で表したモリエル線図上に示したものである。ここで、臨界点(7.38MPa、31.06℃)より左側の曲線は飽和液線、右側の曲線は飽和蒸気線であり、飽和液線より左は過冷却液、飽和蒸気線より右側は過熱蒸気、両曲線に囲まれた部分は気液二相の状態である。また、臨界点から上方に伸びる破線は各圧力で比熱が温度変化に対し急峻に最大値を示す点を連ねた擬臨界線である。臨界点より圧力が高い状態では臨界温度31.06℃の等温線の左側が液相、右側が気相であるが、密度は擬臨界線付近で大きく変化する。
以下、図3に基づいて、本発明の第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態と共通する構成要件については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図3に、本発明の第2実施形態に係るサイクル200を示す。サイクル200は、タービン2の上流に流量制御弁11を設置した点が第1実施形態に係るサイクル100と異なる。
以下、図4に基づいて、本発明の第3実施形態を説明する。なお、前記実施形態と共通する構成要件については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図4に、本発明の第3実施形態に係るサイクル300を示す。サイクル300は、タービン2の下流に流量制御弁11を設置した点が第2実施形態に係るサイクル200と異なる。
以下、図5に基づいて、本発明の第4実施形態を説明する。なお、前記実施形態と共通する構成要件については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図5に、本発明の第4実施形態に係るサイクル400を示す。サイクル400は、圧縮機1に動力伝達可能に連結された補助タービン12を有する点が第1実施形態に係るサイクル100と異なる。
以下、図6に基づいて、本発明の第5実施形態を説明する。なお、前記実施形態と共通する構成要件については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図6に、本発明の第5実施形態に係るサイクル500を示す。サイクル500は、本発明の第4実施形態に係るサイクル400と基本的な構成が同じであるが、タービン2の下流に流量制御弁11を設置した点がサイクル400と異なる。
以下、図7に基づいて、本発明の第6実施形態を説明する。なお、前記実施形態と共通する構成要件については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図7に、本発明の第6実施形態に係るサイクル600を示す。サイクル600は、本発明の第5実施形態に係るサイクル500と基本的な構成が同じであるが、圧縮機駆動用の圧縮機モータ6と圧縮機1及び補助タービン12を連結する回転軸21にクラッチ23を設けた点が異なる。
2 タービン
3 再生器
4 加熱器
5 冷却器
6 圧縮機モータ
7 モータ・ジェネレータ
8 インバータ
9 双方向インバータ
10 電力線
11 流量制御弁
12 補助タービン
23 クラッチ
Claims (6)
- 圧縮機、タービン、再生器、加熱器、冷却器からなる閉サイクルガスタービンであって、
前記圧縮機に回転軸で動力伝達可能に接続された駆動用モータと、
前記タービンに動力伝達可能に接続されたモータ・ジェネレータと、
前記駆動用モータに電気的に接続されたインバータと、
前記モータ・ジェネレータに電気的に接続された双方向インバータと、
を備え、
前記圧縮機と前記タービンとは、動力伝達可能には接続されていない
閉サイクルガスタービン。 - 請求項1に記載の閉サイクルガスタービンであって、
前記モータ・ジェネレータで発電した電力を前記駆動用モータに供給可能に電力線を結線した閉サイクルガスタービン。 - 請求項1に記載の閉サイクルガスタービンであって、
前記タービン入口に、前記加熱器から流入する作動流体の流量を調整するための制御弁を更に備える閉サイクルガスタービン。 - 請求項1に記載の閉サイクルガスタービンであって、
前記タービン出口に、前記タービンから流出する作動流体の流量を調整するための制御弁を更に備える閉サイクルガスタービン。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の閉サイクルガスタービンであって、
前記圧縮機に回転軸で動力伝達可能に連結された補助タービンを更に備え、
前記タービンの入口上流から分岐して前記補助タービンの入口へ至る補助タービン入口流路と、
前記タービンの出口から前記再生器へ至る作動流体流路へ合流する、補助タービン出口流路を有する
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であって、
前記駆動用モータと前記圧縮機を連結する前記回転軸に、適宜動力を伝達または遮断可能とするクラッチが設けられた閉サイクルガスタービン。
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