(57)【要約】【課題】被冷却室を冷却するのに適したガスタービンシステムを提供する。【解決手段】冷却装置１００の減圧機１１０は、ガスタービン装置２００から抜き出された、第１圧縮機２１０により昇圧された作動流体を減圧することによって冷却する。吐出口３２０は、冷却装置１００によって冷却された作動流体である冷却流体６３０を被冷却室５００へと吐出する。帰還路４１０は、Ｉ）冷却装置１００から吐出口３２０へと冷却流体６３０が流れる流路４００に設けられた分岐部４０５に接続されている、または、（II）被冷却室５００に開口する第１取込口３２１に接続されている。前置冷却部３１０は、第１圧縮機２１０に吸入されるべき作動流体を、帰還路４１０によって導かれた帰還流体６４０を用いて冷却する。【選択図】図３Ａ
2020118064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機から吐出された前記作動流体中に燃料を噴射して燃焼させる燃焼器、および、前記燃焼器で発生した燃焼ガスを膨張させる第１膨張タービン、を含むガスタービン装置と、
前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を減圧することによって冷却する減圧機を含む、冷却装置と、
前記冷却装置によって冷却された前記作動流体である冷却流体を被冷却室へと吐出する吐出口と、
（Ｉ）前記冷却装置から前記吐出口へと前記冷却流体が流れる流路に設けられた分岐部に接続された、または、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続された、帰還路と、
前記第１圧縮機に吸入されるべき前記作動流体を、前記帰還路によって導かれた帰還流体を用いて冷却する前置冷却部と、
を備えた、
ガスタービンシステム。
【請求項２】
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続され、
前記ガスタービンシステムは、前記冷却装置から前記吐出口へと前記冷却流体が流れる流路に設けられた分岐部と、前記帰還路と、を接続する第１バイパス路をさらに備える、
請求項１に記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
前記第１バイパス路は、第１バイパス弁を含む、
請求項２に記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続され、
前記ガスタービンシステムは、前記被冷却室に開口する第２取込口と、前記帰還路と、を接続する第２バイパス路をさらに備える、
請求項１または請求項２に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記第２バイパス路は、第２バイパス弁を含む、
請求項４に記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
前記吐出口と前記第２取込口との間の距離は、前記吐出口と前記第１取込口との間の距離よりも短い、
請求項４または請求項５に記載のガスタービンシステム。
【請求項７】
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続され、
前記吐出口および前記第１取込口は、互いに異なる方向に向かって開口している、
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項８】
前記帰還路から前記前置冷却部に導かれる前記帰還流体の流量は、前記冷却装置から吐出される前記冷却流体の流量よりも小さい、
請求項１から７のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項９】
前記帰還路は、帰還弁を含む、
請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１０】
前記帰還弁は、流量調整弁である、
請求項９に記載のガスタービンシステム。
【請求項１１】
前記ガスタービン装置から抜き出された後かつ前記減圧機で減圧される前の前記作動流体と、前記帰還路を流れる前記帰還流体と、の間で熱交換を行う少なくとも１つの熱交換器をさらに備える、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１２】
前記冷却装置は、
前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を圧縮する第２圧縮機と、
前記少なくとも１つの熱交換器に含まれた第１熱交換器であって、前記第２圧縮機で圧縮された後かつ前記減圧機で減圧される前の前記作動流体と、前記帰還路を流れる前記帰還流体と、の間で熱交換を行う第１熱交換器と、を含む、
請求項１１に記載のガスタービンシステム。
【請求項１３】
前記冷却装置は、前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を圧縮する第２圧縮機を含み、
前記少なくとも１つの熱交換器は、前記ガスタービン装置から抜き出された後かつ前記第２圧縮機で圧縮される前の前記作動流体と、前記帰還路を流れる前記帰還流体と、の間で熱交換を行う第２熱交換器を含む、
請求項１１または１２に記載のガスタービンシステム。
【請求項１４】
前記減圧機から吐出される前記冷却流体の温度は、−１００℃以上−２０℃以下の範囲にある、
請求項１から１３のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１５】
前記作動流体は、外気から取り込まれる空気であり、
前記第１圧縮機に吸入される前記作動流体の流量に対する前記前置冷却部に導かれる前記帰還流体の流量の比率を帰還率と定義し、前記帰還路を流れる前記帰還流体の温度を帰還温度と定義したとき、
外気温度がＯＴ１かつ前記帰還温度がＣＴ１であるときに、前記帰還率をＲ１に制御し、
外気温度がＯＴ１かつ前記帰還温度がＣＴ２であるときに、前記帰還率をＲ２に制御し、
ＣＴ２＞ＣＴ１であり、
Ｒ２＞Ｒ１である、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１６】
前記作動流体は、外気から取り込まれる空気であり、
前記第１圧縮機に吸入される前記作動流体の流量に対する前記前置冷却部に導かれる前記帰還流体の流量の比率を帰還率と定義し、前記帰還路を流れる前記帰還流体の温度を帰還温度と定義したとき、
外気温度がＯＴ２かつ前記帰還温度がＣＴ３であるときに、前記帰還率をＲ３に制御し、
外気温度がＯＴ３かつ前記帰還温度がＣＴ３であるときに、前記帰還率をＲ４に制御し、
ＯＴ３＞ＯＴ２であり、
Ｒ４＞Ｒ３である、
請求項１から１５のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１７】
前記ガスタービン装置は、前記第１圧縮機と前記第１膨張タービンとを連結する第１シャフトを含む、
請求項１から１６のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１８】
前記ガスタービン装置は、前記第１シャフトに連結され、前記第１膨張タービンにより生ずるトルクを用いて発電する第１モータを含む、
請求項１７に記載のガスタービンシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のガスタービンシステムと、前記被冷却室と、蓄電装置と、を備えた車両であって、
前記蓄電装置には、前記第１モータで発電された電力が供給され、
前記車両は、前記蓄電装置の電力を用いて走行する、
車両。
【請求項２０】
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続され、
前記車両は、コンテナをさらに備え、
前記コンテナに、前記ガスタービンシステムと、前記被冷却室と、が収容されており、
前記コンテナの鉛直方向の上半分の位置に、前記第１取込口が設けられている、
請求項１９に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一従来例に係るガスタービンシステムでは、低温熱源が得られる。具体的には、まず、ガスタービン装置で、作動流体が圧縮される。次に、圧縮された作動流体の一部が抽気される。次に、抽気された作動流体が再圧縮される。次に、再圧縮された作動流体が膨張される。この膨張により、作動流体の温度が下がる。こうして、低温の作動流体が得られる。作動流体は、例えば、空気である。
【０００３】
特許文献１には、上記のようなガスタービンシステムが記載されている。特許文献１には、得られた低温の作動流体を被冷却室の冷却に利用することが記載されている。具体的には、特許文献１では、得られた低温の作動流体を車室の冷房に利用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８１０２５３号
【特許文献２】特開２０１７−１３７８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、被冷却室を冷却するのに適したガスタービンシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機から吐出された前記作動流体中に燃料を噴射して燃焼させる燃焼器、および、前記燃焼器で発生した燃焼ガスを膨張させる第１膨張タービン、を含むガスタービン装置と、
前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を減圧することによって冷却する減圧機を含む、冷却装置と、
前記冷却装置によって冷却された前記作動流体である冷却流体を被冷却室へと吐出する吐出口と、
（Ｉ）前記冷却装置から前記吐出口へと前記冷却流体が流れる流路に設けられた分岐部に接続された、または、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続された、帰還路と、
前記第１圧縮機に吸入されるべき前記作動流体を、前記帰還路によって導かれた帰還流体を用いて冷却する前置冷却部と、
を備えた、
ガスタービンシステムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る技術は、被冷却室を冷却するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２】図２は、比較形態のガスタービンサイクルの構成図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第２実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第２実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１圧縮機の吸気温度を２５度以下とするための要求帰還率を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１圧縮機の吸気温度を４０度以下とするための要求帰還率を示すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、第３実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第３実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図６】図６は、第４実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図７】図７は、第５実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図８】図８は、第６実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図９】図９は、第７実施形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第８実施形態の車両の概略構成図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第８実施形態の車両の電力および／または流体が関与するシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係るガスタービンシステムは、
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機から吐出された前記作動流体中に燃料を噴射して燃焼させる燃焼器、および、前記燃焼器で発生した燃焼ガスを膨張させる第１膨張タービン、を含むガスタービン装置と、
前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を減圧することによって冷却する減圧機を含む、冷却装置と、
前記冷却装置によって冷却された前記作動流体である冷却流体を被冷却室へと吐出する吐出口と、
（Ｉ）前記冷却装置から前記吐出口へと前記冷却流体が流れる流路に設けられた分岐部に接続された、または、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続された、帰還路と、
前記第１圧縮機に吸入されるべき前記作動流体を、前記帰還路によって導かれた帰還流体を用いて冷却する前置冷却部と、
を備える。
【００１０】
第１態様に係る技術は、被冷却室を冷却するのに適している。
【００１１】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係るガスタービンシステムでは、
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続されていてもよく、
前記ガスタービンシステムは、前記冷却装置から前記吐出口へと前記冷却流体が流れる流路に設けられた分岐部と、前記帰還路と、を接続する第１バイパス路をさらに備えていてもよい。
【００１２】
第２態様によれば、被冷却室の内部の温度が高い場合であっても、分岐部から第１バイパス路を介して帰還路に冷却流体を導くことができる。これにより、温度が低い帰還流体を前置冷却部に導くことができる。
【００１３】
本開示の第３態様において、例えば、第２態様に係るガスタービンシステムでは、
前記第１バイパス路は、第１バイパス弁を含んでいてもよい。
【００１４】
第３態様の第１バイパス弁によれば、第１バイパス路における冷却流体の流れを規制できる。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第１態様または第２態様に係るガスタービンシステムでは、
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続されていてもよく、
前記ガスタービンシステムは、前記被冷却室に開口する第２取込口と、前記帰還路と、を接続する第２バイパス路をさらに備えていてもよい。
【００１６】
第４態様によれば、被冷却室から第２取込口を介して第２バイパス路に流入した流体を、帰還流体として利用できる。
【００１７】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様に係るガスタービンシステムでは、
前記第２バイパス路は、第２バイパス弁を含んでいてもよい。
【００１８】
第５態様の第２バイパス弁によれば、第２バイパス路における流体の流れを規制できる。
【００１９】
本開示の第６態様において、例えば、第４態様または第５態様に係るガスタービンシステムでは、
前記吐出口と前記第２取込口との間の距離は、前記吐出口と前記第１取込口との間の距離よりも短くてもよい。
【００２０】
第６態様の距離の大小関係は、帰還流体の温度調整のし易さに寄与し得る。
【００２１】
本開示の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続されていてもよく、
前記吐出口および前記第１取込口は、互いに異なる方向に向かって開口していてもよい。
【００２２】
第７態様は、吐出口から被冷却室に吐出された冷却流体が、被冷却室の冷却にほとんど貢献せずに第１取込口から帰還路に取り込まれる事態を回避するのに適している。
【００２３】
本開示の第８態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記帰還路から前記前置冷却部に導かれる前記帰還流体の流量は、前記冷却装置から吐出される前記冷却流体の流量よりも小さくてもよい。
【００２４】
第１態様の（Ｉ）の場合において、第８態様は、被冷却室に吐出される冷却流体を確保するのに適している。第１態様の（II）の場合において、第８態様は、被冷却室が負圧になるのを防止するのに適している。
【００２５】
本開示の第９態様において、例えば、第１から第８態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記帰還路は、帰還弁を含んでいてもよい。
【００２６】
第９態様の帰還弁によれば、帰還路における帰還流体の流れを規制できる。
【００２７】
本開示の第１０態様において、例えば、第９態様に係るガスタービンシステムでは、
前記帰還弁は、流量調整弁であってもよい。
【００２８】
第１０態様によれば、帰還路における帰還流体の流量を調整できる。
【００２９】
本開示の第１１態様において、例えば、第１から第１０態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムは、
前記ガスタービン装置から抜き出された後かつ前記減圧機で減圧される前の前記作動流体と、前記帰還路を流れる前記帰還流体と、の間で熱交換を行う少なくとも１つの熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００３０】
第１１態様の熱交換器は、作動流体を冷却するのに適している。
【００３１】
本開示の第１２態様において、例えば、第１１態様に係るガスタービンシステムでは、
前記冷却装置は、
前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を圧縮する第２圧縮機と、
前記少なくとも１つの熱交換器に含まれた第１熱交換器であって、前記第２圧縮機で圧縮された後かつ前記減圧機で減圧される前の前記作動流体と、前記帰還路を流れる前記帰還流体と、の間で熱交換を行う第１熱交換器と、を含んでいてもよい。
【００３２】
第１２態様の第１熱交換器は、第２圧縮機で圧縮された後かつ減圧機で減圧される前の作動流体を冷却できる。
【００３３】
本開示の第１３態様において、例えば、第１１態様または第１２態様に係るガスタービンシステムでは、
前記冷却装置は、前記ガスタービン装置から抜き出された、前記第１圧縮機により昇圧された前記作動流体を圧縮する第２圧縮機を含んでいてもよく、
前記少なくとも１つの熱交換器は、前記ガスタービン装置から抜き出された後かつ前記第２圧縮機で圧縮される前の前記作動流体と、前記帰還路を流れる前記帰還流体と、の間で熱交換を行う第２熱交換器を含んでいてもよい。
【００３４】
第１３態様の第２熱交換器は、ガスタービン装置から抜き出された後かつ第２圧縮機で圧縮される前の作動流体を冷却できる。
【００３５】
本開示の第１４態様において、例えば、第１から第１３態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記減圧機から吐出される前記冷却流体の温度は、−１００℃以上−２０℃以下の範囲にあってもよい。
【００３６】
第１４態様は、温度が低く飽和水蒸気量が小さく水分の含有量が少ない帰還流体を得るのに適している。帰還流体における水分の含有量が少ないことが想定されるガスタービンシステムにおいては、帰還路に水分除去装置を設けなくてもよい。このことは、帰還路の圧力損失を抑えるのに適している。
【００３７】
本開示の第１５態様において、例えば、第１から第１４態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記作動流体は、外気から取り込まれる空気であってもよく、
前記第１圧縮機に吸入される前記作動流体の流量に対する前記前置冷却部に導かれる前記帰還流体の流量の比率を帰還率と定義し、前記帰還路を流れる前記帰還流体の温度を帰還温度と定義したとき、
外気温度がＯＴ１かつ前記帰還温度がＣＴ１であるときに、前記帰還率をＲ１に制御してもよく、
外気温度がＯＴ１かつ前記帰還温度がＣＴ２であるときに、前記帰還率をＲ２に制御してもよく、
ＣＴ２＞ＣＴ１であってもよく、
Ｒ２＞Ｒ１であってもよい。
【００３８】
第１５態様の制御は、帰還温度が変動する場合において、第１圧縮機に吸入される作動流体の温度を所定値以下に維持する制御として適している。
【００３９】
本開示の第１６態様において、例えば、第１から第１５態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記作動流体は、外気から取り込まれる空気であってもよく、
前記第１圧縮機に吸入される前記作動流体の流量に対する前記前置冷却部に導かれる前記帰還流体の流量の比率を帰還率と定義し、前記帰還路を流れる前記帰還流体の温度を帰還温度と定義したとき、
外気温度がＯＴ２かつ前記帰還温度がＣＴ３であるときに、前記帰還率をＲ３に制御してもよく、
外気温度がＯＴ３かつ前記帰還温度がＣＴ３であるときに、前記帰還率をＲ４に制御してもよく、
ＯＴ３＞ＯＴ２であってもよく、
Ｒ４＞Ｒ３であってもよい。
【００４０】
第１６態様の制御は、外気温度が変動する場合において、第１圧縮機に吸入される作動流体の温度を所定値以下に維持する制御として適している。
【００４１】
本開示の第１７態様において、例えば、第１から第１６態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記ガスタービン装置は、前記第１圧縮機と前記第１膨張タービンとを連結する第１シャフトを含んでいてもよい。
【００４２】
第１７態様によれば、第１圧縮機における圧縮に、第１膨張タービンにより生ずるトルクを利用できる。
【００４３】
本開示の第１８態様において、例えば、第１７態様に係るガスタービンシステムでは、
前記ガスタービン装置は、前記第１シャフトに連結され、前記第１膨張タービンにより生ずるトルクを用いて発電する第１モータを含んでいてもよい。
【００４４】
第１８態様によれば、第１モータを発電機として利用できる。
【００４５】
本開示の第１９態様に係る車両は、
第１８態様に係るガスタービンシステムと、前記被冷却室と、蓄電装置と、を備えた車両であって、
前記蓄電装置には、前記第１モータで発電された電力が供給され、
前記車両は、前記蓄電装置の電力を用いて走行する。
【００４６】
第１９態様の車両では、第１８態様のガスタービンシステムが活かされている。
【００４７】
本開示の第２０態様において、例えば、第１９態様に係る車両では、
前記帰還路は、（II）前記被冷却室に開口する第１取込口に接続されていてもよく、
前記車両は、コンテナをさらに備えていてもよく、
前記コンテナに、前記ガスタービンシステムと、前記被冷却室と、が収容されていてもよく、
前記コンテナの鉛直方向の上半分の位置に、前記第１取込口が設けられていてもよい。
【００４８】
第２０態様は、被冷却室から第１取込口を介して帰還路に異物が吸い込まれるのを防止するのに適している。
【００４９】
以下の実施形態では、第１、第２、第３・・・という序数詞を用いることがある。ある要素に序数詞が付されている場合に、より若番の同種類の要素が存在することは必須ではない。必要に応じて序数詞の番号を変更することができる。
【００５０】
以下の実施形態では、作動流体、冷却流体、帰還流体等の流量は、質量流量[ｋｇ／ｓ]により定義される。
【００５１】
以下では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、本開示の各々の構成は、技術的に矛盾のない限りにおいて、他の構成に組み合わせることが可能である。
【００５２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態によって本開示が限定されるものではない。
【００５３】
＜第１実施形態＞
図１Ａおよび図１Ｂに、第１実施形態に係るガスタービンシステム１０ａの構成を示す。ガスタービンシステム１０ａは、ガスタービン装置２００と、冷却装置１００と、取込口３５０と、吐出口３２０と、帰還路４１０と、前置冷却部３１０と、水分除去装置３１５と、を備える。
【００５４】
ガスタービンシステム１０ａでは、作動流体が用いられる。本実施形態では、作動流体は、空気である。作動流体の別の例は、代替フロンである。
【００５５】
ガスタービン装置２００は、第１圧縮機２１０と、再生熱交換器２２０と、燃焼器２３０と、第１膨張タービン２４０と、第１モータ７０１と、第１シャフト７０２と、を含む。なお、図１Ａでは、第１モータ７０１および第１シャフト７０２の図示は省略されている。
【００５６】
第１圧縮機２１０は、作動流体６１１を吸入する。第１圧縮機２１０は、作動流体６１１を圧縮する。第１圧縮機２１０は、圧縮された作動流体６１２を吐出する。第１圧縮機２１０は、例えば、遠心圧縮機等のターボ圧縮機である。
【００５７】
第１圧縮機２１０による圧縮後の作動流体６１２の一部である作動流体６１３は、再生熱交換器２２０に供給される。再生熱交換器２２０は、後述するガスタービン排気６９０と作動流体６１３との間で熱交換をする。これにより、作動流体６１３の温度は上昇する。
【００５８】
次に、作動流体６１３は、燃焼器２３０に供給される。燃焼器２３０は、作動流体６１３中に、燃料を噴射して燃焼させる。これにより、燃焼ガスが発生する。
【００５９】
燃焼器２３０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有する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、都市ガス、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、プロパン（ＬＰＧ）および水素が例示される。
【００６０】
なお、再生熱交換器２２０は、省略可能である。再生熱交換器２２０がある場合もない場合も、燃焼器２３０は、第１圧縮機２１０から吐出された作動流体中に燃料を噴射して燃焼させると言える。
【００６１】
第１膨張タービン２４０は、燃焼器２３０で発生した燃焼ガスを膨張させる。第１膨張タービン２４０では、燃焼ガスが通過することにより、トルクが生成される。第１膨張タービン２４０は、例えば、ラジアルタービンである。
【００６２】
第１膨張タービン２４０は、第１シャフト７０２によって、第１圧縮機２１０に連結されている。このため、第１圧縮機２１０における圧縮に、第１膨張タービン２４０により生ずるトルクを利用できる。
【００６３】
また、第１モータ７０１は、第１シャフト７０２に連結されている。第１モータ７０１は、第１膨張タービン２４０により生ずるトルクを用いて発電する。このように、本実施形態では、第１モータ７０１を発電機として利用できる。具体的には、第１膨張タービン２４０が生成するトルクのうち、第１圧縮機２１０の駆動に必要なトルクを除いた余剰のトルクが、第１モータ７０１により電力に変換される。
【００６４】
第１膨張タービン２４０を通過した燃焼ガスは、ガスタービン排気６９０として吐出される。図１Ｂに示すように、ガスタービン排気６９０は、再生熱交換器２２０へ供給される。
【００６５】
冷却装置１００は、第２圧縮機１２０と、第１熱交換器１３０と、減圧機１１０と、第２モータ７１１と、第２シャフト７１２と、を含む。なお、図１Ａでは、第２モータ７１１および第２シャフト７１２の図示は省略されている。
【００６６】
冷却装置１００には、作動流体６１４が流入する。作動流体６１４は、ガスタービン装置２００から抜き出された、第１圧縮機２１０により昇圧された作動流体である。具体的には、作動流体６１４は、作動流体６１２における、作動流体６１３とは別の一部である。冷却装置１００は、作動流体６１４を冷却する。これにより、冷却装置１００から、低温の作動流体である冷却流体６３０が吐出される。このようにして、冷却装置１００により、システム１０ａの外部から取り込まれる作動流体６１０の温度よりも低温である低温熱源が提供される。本実施形態では、作動流体６１０の温度は、外気温度に対応する。
【００６７】
第２圧縮機１２０は、作動流体６１４を吸入する。第２圧縮機１２０は、作動流体６１４を圧縮する。第２圧縮機１２０は、圧縮された作動流体を吐出する。これにより、作動流体６１４よりもさらに圧力の高い作動流体が得られる。第２圧縮機１２０は、例えば、遠心圧縮機等のターボ圧縮機である。
【００６８】
第１熱交換器１３０は、第２圧縮機１２０と減圧機１１０との間に設けられている。第１熱交換器１３０は、第２圧縮機１２０で圧縮された後かつ減圧機１１０で減圧される前の作動流体と、冷却媒体と、の間で熱交換を行う。このようにして、第１熱交換器１３０は、第２圧縮機１２０により圧縮された作動流体を冷却する。冷却媒体としては、外気、冷気、冷却水、燃焼器２３０へ流入する燃料等が挙げられる。第１熱交換器１３０は、例えば、フィンチューブ熱交換器、プレートチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器等である。
【００６９】
減圧機１１０は、第１熱交換器１３０で冷却された作動流体を減圧する。これにより、作動流体は、膨張し、さらに冷却される。
【００７０】
減圧機１１０は、例えば、キャピラリチューブ、膨張弁、容積型膨張機、または、膨張タービン等の速度型膨張機等である。本実施形態では、減圧機１１０は、膨張タービンである。このため、減圧機１１０において、作動流体を冷却しつつ、トルクを生成できる。以下、膨張タービンである減圧機１１０を、第２膨張タービン１１０と称することがある。
【００７１】
第２膨張タービン１１０は、第２シャフト７１２によって、第２圧縮機１２０に連結されている。このため、第２圧縮機１２０における圧縮に、第２膨張タービン１１０により生ずるトルクを利用できる。第２膨張タービン１１０は、例えば、ラジアルタービンである。
【００７２】
また、第２モータ７１１は、第２シャフト７１２に連結されている。第２モータ７１１は、第２膨張タービン１１０により生ずるトルクを用いて発電する。このように、本実施形態では、第２モータ７１１を発電機として利用できる。具体的には、第２膨張タービン１１０が生成するトルクのうち、第２圧縮機１２０の駆動に必要なトルクを除いた余剰のトルクが、第２モータ７１１により電力に変換される。
【００７３】
第２圧縮機１２０により圧縮された作動流体は、一般的には、作動流体６１４よりも高温である。高温の作動流体が第１熱交換器１３０に流入することは、作動流体と冷却媒体との間で大きい温度差を確保できることを意味する。このことは、これらの熱交換を高効率に行う観点から有利である。また、第２圧縮機１２０による圧縮により作動流体の圧力が高まることは、減圧機１１０における作動流体の減圧幅および同減圧に伴う作動流体の温度低下幅を確保する観点から有利である。さらに、減圧機１１０が膨張タービン等のトルクを生じさせるものである場合、減圧機１１０における作動流体の減圧幅に応じて、減圧機１１０において生じるトルクを増大させることができる。
【００７４】
ただし、第２圧縮機１２０および／または第１熱交換器１３０は、省略可能である。第２圧縮機１２０および／または第１熱交換器１３０がある場合もない場合も、減圧機１１０は、ガスタービン装置２００から抜き出された、第１圧縮機２１０により昇圧された作動流体を減圧することによって冷却すると言える。
【００７５】
吐出口３２０は、被冷却室５００に開口している。吐出口３２０は、冷却装置１００によって冷却された作動流体である冷却流体６３０を、被冷却室５００へと吐出する。
【００７６】
ガスタービンシステム１０ａは、冷却流体６３０を用いて、被冷却室５００を冷却させる。被冷却室５００は、例えば、倉庫である。被冷却室５００の具体例は、冷凍倉庫、冷蔵倉庫等である。本実施形態では、被冷却室５００は、冷凍倉庫である。被冷却室５００の壁面等に、遮熱処理を行われていてもよい。被冷却室５００は、車両に搭載されていてもよい。一具体例では、被冷却室５００は、車両における冷凍倉庫である。
【００７７】
冷却装置１００から吐出口３２０へと冷却流体６３０が流れる流路４００には、分岐部４０５が設けられている。分岐部４０５には、帰還路４１０が接続されている。帰還路４１０では、帰還流体６４０が流れる。
【００７８】
本実施形態では、帰還流体６４０は、流路４００から帰還路４１０に分流した冷却流体６３０である。帰還路４１０は、分岐部４０５から前置冷却部３１０に帰還流体６４０を導く。
【００７９】
前置冷却部３１０は、第１圧縮機２１０に吸入されるべき作動流体６１０を、帰還路４１０によって導かれた帰還流体６４０を用いて冷却する。
【００８０】
具体的には、ガスタービンシステム１０ａには、システム１０ａの外部に開口する取込口３５０が設けられている。作動流体６１０は、システム１０ａの外部から取込口３５０を介してシステム１０ａ内に取り込まれる。取り込まれた作動流体６１０は、前置冷却部３１０に導かれ、その後、第１圧縮機２１０に吸入される。取込口３５０を、作動流体取込口３５０と称することができる。
【００８１】
本実施形態では、ガスタービンシステム１０ａには、外気から空気が作動流体６１０として取り込まれる。
【００８２】
本実施形態では、前置冷却部３１０は、混合器である。前置冷却部３１０において、帰還流体６４０と作動流体６１０とが混合される。この混合により、冷却された作動流体６１１が得られる。
【００８３】
別例では、前置冷却部３１０は熱交換器である。この別例では、前置冷却部３１０は、帰還流体６４０と作動流体６１０との間で熱交換を行う。この熱交換により、冷却された作動流体６１０である作動流体６１１が得られる。前置冷却部３１０を構成する熱交換器は、例えば、フィンチューブ熱交換器、プレートチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器等である。
【００８４】
本実施形態では、作動流体６１０は、システム１０ａの外部から水分除去装置３１５を介して前置冷却部３１０に導かれる。水分除去装置３１５によれば、作動流体６１０に含まれている水分を低減できる。水分除去装置３１５に採用される水分の除去方式の具体例は、フィルタ方式、吸着方式、サイクロン方式等である。
【００８５】
本実施形態では、水分除去装置３１５は、取込口３５０と前置冷却部３１０の間に設けられている。このようにすれば、帰還流体６４０由来の作動流体が水分除去装置３１５を通ることがない。これにより、水分除去装置３１５で生じる圧力損失を低減できる。
【００８６】
ただし、水分除去装置３１５は、前置冷却部３１０と第１圧縮機２１０の間に設けられていてもよい。このようにすれば、帰還流体６４０由来の作動流体が水分除去装置３１５を通る。これにより、帰還流体６４０由来の作動流体の水分を除去することも可能となる。
【００８７】
減圧機１１０から吐出される冷却流体６３０の温度は、例えば、−１００℃から１０℃の間の温度である。
【００８８】
本実施形態では、減圧機１１０から吐出される冷却流体６３０の温度は、−１００℃以上−２０℃以下の範囲にある。このようにすることは、温度が低く飽和水蒸気量が小さく水分の含有量が少ない帰還流体６４０を得るのに適している。帰還流体６４０における水分の含有量が少ないことが想定されるガスタービンシステムにおいては、帰還路４１０に水分除去装置を設けなくてもよい。このことは、帰還路４１０の圧力損失を抑えるのに適している。実際に、本実施形態に係るシステム１０ｂでは、帰還路４１０に水分除去装置はない。また、上記このような温度範囲にある冷却流体６３０によれば、被冷却室５００を冷凍倉庫として利用できる。
【００８９】
なお、上記温度範囲は、第２実施形態等の後述の実施形態でも採用され得る。
【００９０】
本実施形態のガスタービンシステム１０ａは、被冷却室５００を冷却するのに適している。具体的には、システム１０ａによれば、冷却装置１００において生成された冷却流体６３０の一部を、帰還流体６４０として前置冷却部３１０に導くことができる。前置冷却部３１０は、帰還流体６４０を用いて、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１０を冷却できる。これにより、第１圧縮機２１０における圧縮効率が改善され、第１圧縮機２１０から吐出される作動流体６１２の圧力を向上させることができる。これにより、減圧機１１０における作動流体の減圧幅を大きくすることができ、冷却流体６３０の温度を低くすることができ、被冷却室５００を効率よく冷却できる。
【００９１】
本実施形態について、さらに説明する。
【００９２】
本実施形態では、帰還路４１０から前置冷却部３１０に導かれる帰還流体６４０の流量は、冷却装置１００から吐出される冷却流体６３０の流量よりも小さい。このことは、被冷却室５００に吐出される冷却流体を確保するのに適している。
【００９３】
本実施形態では、帰還路４１０は、帰還弁３３１を含む。帰還弁３３１によれば、帰還路４１０における帰還流体６４０の流れを規制できる。
【００９４】
具体的には、帰還弁３３１は、流量調整弁である。このようにすれば、帰還路４１０における帰還流体６４０の流量を調整できる。ただし、帰還弁３３１は、開閉弁であってもよい。
【００９５】
なお、流量調整弁は、０％よりも大きく１００％よりも小さい開度を採り得る弁である。典型的な流量調整弁は、その精度の範囲で任意の開度を採り得る。開閉弁は、開度が０％および１００％の２値のいずれかに設定される弁を指す。
【００９６】
帰還弁３３１の開度が０％で帰還路４１０が完全に閉塞されている場合、帰還流体６４０の流量はゼロとなる。一方、帰還弁３３１の開度が１００％で帰還路４１０が完全に開放されている場合、冷却装置１００から吐出された冷却流体６３０の一部は、冷却流体６３１として吐出口３２０へと流れ、冷却流体６３０の別の一部は、帰還流体６４０として帰還路４１０を流れる。
【００９７】
前置冷却部３１０は、第１圧縮機２１０と一体であってもよい。第１圧縮機２１０の吸入部における作動流体６１１の圧力は、一般的には、外気の気圧より低い。前置冷却部３１０が第１圧縮機２１０と一体であることにより、帰還路４１０における前置冷却部３１０側の端部の圧力を低くすることができる。このようにすれば、帰還路４１０における帰還流体６１０を、上記の低い圧力による吸引により、前置冷却部３１０に導き易い。
【００９８】
ただし、前置冷却部３１０を第１圧縮機２１０と一体にしなくてもよい。
【００９９】
吐出口３２０は、被冷却室５００からみれば、流体の取込口である。つまり、被冷却室５００は、取込口３２０を含む。本実施形態では、被冷却室５００は、排出口３２２も含む。排出口３２２は、被冷却室５００の内部の流体を、被冷却室５００の外部に排出する。排出口３２２は、例えば、通路、被冷却室５００の壁に設けられた隙間、被冷却室５００のドア等である。
【０１００】
作動流体が外気から取り込まれる空気である場合を考える。この場合、被冷却室５００の内部の気圧が外気の気圧よりも低いと、外気が排出口３２２を介して被冷却室５００に流入するおそれがある。このような外気の流入は、外気から被冷却室５００への虫等の異物の混入を伴い得る。また、外気の流入により、被冷却室５００の温度が上昇するおそれもある。以上の理由で、被冷却室５００の気圧は、外気の気圧よりも高く保たれることが望ましい。
【０１０１】
一方、被冷却室５００の内部の気圧が外気の気圧よりも高いと、被冷却室５００の内部の流体の一部が、排出口３２２を介して外気に排気される。ここで、被冷却室５００の内部の圧力が一定であるとき、外気に排気される流体の流量は、流路４００から吐出口３２０を介して被冷却室５００に流入する冷却流体６３０の流量に等しい。一方、被冷却室５００の内部の気圧が過度に高いと、減圧機１１０の吐出部の圧力が過度に高まるおそれがある。
【０１０２】
以上を考慮すると、被冷却室５００の内部の気圧は、外気の気圧よりも高く、かつ、高過ぎないことが望ましい。被冷却室５００の内部の気圧を適度な値に保つ観点から、排出口３２０に、圧力調整装置が設けられていてもよい。
【０１０３】
例えば、圧力調整装置は、被冷却室５００の内部の気圧が外部の気圧よりも高い場合に開度が増大するシャッターを備えていてもよい。圧力調整装置は、被冷却室５００の外部から内部へ向けて流体が流れることを防ぐ逆流防止弁を有していてもよい。また、被冷却室５００が車両等の移動体に設けられている場合、その移動体が移動すると、被冷却室５００内に流体が吸引され得る。移動体の高速移動に伴う流体の過度な吸引をを防止する観点から、圧力調整装置は、被冷却室５００に対する流体の相対的な流速を低下させるための空気だまりを有してもよい。
【０１０４】
以下、本実施形態の利点を、図２に示す比較形態を参照しながら、さらに説明する。
【０１０５】
図２に示す比較形態のガスタービンシステム１０ｘでは、第１膨張タービン２４０が生成するトルクのうち、第１圧縮機２１０の駆動に必要なトルクを除いた余剰のトルクは、図示しないモータによって電力に変換される。このため、第１膨張タービン２４０が生成するトルクが一定のとき、第１圧縮機２１０の駆動に必要なトルクが小さいほど、大きい電力を発電できる。
【０１０６】
第１圧縮機２１０に吸入される作動流体の温度が高いときには、第１圧縮機２１０の効率は低い傾向にある。具体的には、所定の圧力の作動流体６１２を得るべき場合に、圧縮前の作動流体の温度が高いと、第１圧縮機２１０に大きいトルクを供給する必要が生じる。これにより、発電に利用できる余剰のトルクが減少する。第１圧縮機２１０が必要とするトルクが第１膨張タービン２４０により生成されるトルクを上回りつつある場合、第１圧縮機２１０の回転数を維持するために、燃焼器２３０で燃焼させる燃料を増やして第１膨張タービン２４０により生成されるトルクを大きくすることが考えられる。
【０１０７】
一方、作動流体の温度が高いときには、圧縮された作動流体６１２の温度も高くなり易い。この場合、燃焼器２３０から第１膨張タービン２４０に供給される燃焼ガスの温度は高くなり易い。温度が過度に高い燃焼ガスが第１膨張タービン２４０に供給されると、第１膨張タービン２４０が熱により損傷するおそれがある。そのような損傷を回避するためには、燃焼器２３０で燃焼させる燃料を減らすことが考えられる。
【０１０８】
以上の説明から理解されるように、作動流体の温度が高いときには、第１圧縮機２１０の回転数を維持するために燃焼器２３０で燃焼させる燃料を増やすと、第１膨張タービン２４０が熱により損傷するおそれが高まる。一方、作動流体の温度が高いときには、第１膨張タービン２４０の熱による損傷を回避するために燃焼器２３０で燃焼させる燃料を減らすと、第１圧縮機２１０の回転数を維持できなくなるおそれが高まる。比較形態においては、作動流体の温度が高いときにはこのようなジレンマが生じ易い。
【０１０９】
これに対し、本実施形態によれば、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１１の温度を低くすることができる。これにより、上記のジレンマが生じ難くなる。
【０１１０】
また、仮に、図２の比較形態に対し、特許文献２に倣って抽気サイクル装置を追加し、第１圧縮機２１０から該抽気サイクル装置へと作動流体６１２を抽気するようにしたとする。この場合、抽気された作動流体は抽気サイクル装置において冷却され、冷却された作動流体により第１圧縮機２１０の吸気を冷却できる。しかしながら、この場合、第１圧縮機２１０から、冷却機構１００および再生熱交換器２２０に加え、抽気サイクル装置へも作動流体を供給する必要がある。このため、作動流体６１３の圧力が低下し、第１膨張タービン２４０において生成されるトルクが低下するおそれがある。
【０１１１】
本実施形態のガスタービンシステム１０ａの構成要素の一部を省略してもよい。例えば、第１シャフト７０２を省略して、第１圧縮機２１０と第１タービン２４０とを互いに分離してもよい。第２シャフト７１２を省略して、第２圧縮機１２０と減圧機１１０とを互いに分離してもよい。また、モータ７０１および７１１は、発電機能を有していなくてもよい。また、上述の通り、再生熱交換器２２０、第２圧縮機１２０および第１熱交換器１３０も、省略可能である。
【０１１２】
＜第２実施形態＞
図３Ａおよび図３Ｂに、第２実施形態に係るガスタービンシステム１０ｂの構成を示す。
【０１１３】
ガスタービンシステム１０ｂは、第１取込口３２１を備える。第１取込口３２１は、被冷却室５００に開口している。帰還路４１０は、被冷却室５００に接続されている。帰還路４１０では、帰還流体６４０が流れる。
【０１１４】
本実施形態では、帰還流体６４０は、被冷却室５００から第１取込口３２１を介して帰還路４１０に流入した流体である。帰還路４１０は、第１取込口３２１から前置冷却部３１０に帰還流体６４０を導く。
【０１１５】
本実施形態でも、冷却装置１００から吐出口３２０へと冷却流体６３０が流れる流路４００が設けられている。しかし、本実施形態では、流路４００から冷却流体６３０が抽気されることがない。減圧機１１０から吐出された冷却流体６３０は、その全量が、吐出口３２０から被冷却室５００に吐出される。
【０１１６】
第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂでは、帰還流体６４０が帰還路４１０を流れているときにおいて、第１実施形態のガスタービンシステム１０ａに比べて多くの冷却流体６３０が被冷却室５００に吐出され得る。減圧機１１０から吐出される冷却流体６３０の流量および温度が同じであれば、システム１０ｂによれば、システム１０ａに比べ、被冷却室５００を効率よく冷却できる。
【０１１７】
第１取込口３２１は、被冷却室５００からみれば、流体の排出口である。つまり、被冷却室５００は、排出口３２１を含むと言える。排出口３２１と排出口３２２とを区別するために、排出口３２１を第１排出口３２１と称し、排出口３２２を第２排出口３２２と称することができる。
【０１１８】
発明者らは、本実施形態で作動流体が外気から取り込まれる空気である場合において、帰還流体６４０の温度および流量、作動流体６１０の温度、ならびに、第１圧縮機２１０が吸入する作動流体６１１の温度および流量の関係について検討を行い、下記の知見を得た。以下、その知見について、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら説明する。なお、以下では、第１圧縮機２１０が吸入する作動流体６１１の温度を、第１圧縮機２１０の吸気温度と称することがある。
【０１１９】
図４Ａおよび図４Ｂに、一例に係るガスタービンシステム１０ｂにおいて、第１圧縮機２１０の吸気温度を所定の温度以下とするために必要な条件を示す。図４Ａおよび図４Ｂのグラフの横軸は、外気温度を示す。この説明では、外気温度は、前置冷却部３１０により冷却される前の作動流体６１０の温度に対応する。図４Ａおよび図４Ｂのグラフの縦軸は、要求帰還率を示している。ここで、要求帰還率とは、要求冷気量の圧縮機吸気量に対する比率である。要求冷気量とは、第１圧縮機２１０の吸気温度を所定の温度に下げるために必要な帰還流体６４０の流量である。また、圧縮機吸気量とは、第１圧縮機２１０に吸気される作動流体６１１の流量である。各プロットの温度は、帰還流体６４０の温度を示している。
【０１２０】
図４Ａのグラフは、第１圧縮機２１０の吸気温度を２５度以下とするための要求帰還率を示す。図４Ｂのグラフは、第１圧縮機２１０の吸気温度を４０度以下とするための要求帰還率を示す。
【０１２１】
この検討では、減圧機１１０から吐出される冷却流体６３０の温度は、−８０度で一定であると仮定する。また、被冷却室５００の内部の温度は、定常状態では−６０度で一定であると仮定する。
【０１２２】
仮に、上記の仮定を第１実施形態のガスタービンシステム１０ａに適用したとする。その場合、帰還流体６４０の温度は、−８０度となる。なぜなら、システム１０ａでは、帰還流体６４０は、流路４００から帰還路４１０に分流した冷却流体６３０であるためである。
【０１２３】
一方、上記の仮定に基づく本検討に係るガスタービンシステム１０ｂでは、帰還流体６４０の温度は、ガスタービンシステム１０ａとは異なり得る。具体的には、この温度は、定常状態においては−６０度である。しかし、システム１０ｂの起動直後等には、被冷却室５００は十分には冷却されていないことがある。そのような場合、帰還流体６４０の温度は、外気温度と同等以上となり得る。
【０１２４】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂの構成においては、帰還流体６４０の温度が高いほど、要求帰還率は大きくなる。例えば、図４Ｂから理解されるように、帰還流体６４０の温度が３０度かつ外気温度が４５度のとき、第１圧縮機２１０の吸気温度を４０度以下とするためには、第１圧縮機２１０に吸気される作動流体６１１の流量に対して、３３．３％以上の流量の帰還流体６４０が必要となる。
【０１２５】
図４Ａおよび図４Ｂに示した検討から、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１１の流量に対する前置冷却部３１０に導かれる帰還流体６４０の流量の比率を変更することは有益であり得ることが分かる。具体的には、第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂにおいて、状況に応じて上記比率を変更することは、第１圧縮機２１０の吸気温度を十分に低下させることに寄与し得る。
【０１２６】
以上の検討によれば、以下の制御を行うことができる。以下の制御に関する説明では、作動流体は、外気から取り込まれる空気であるものとする。帰還率は、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１１の流量に対する前置冷却部３１０に導かれる帰還流体６４０の流量の比率である。帰還温度は、帰還路４１０を流れる帰還流体６４０の温度である。
【０１２７】
第１制御例では、外気温度がＯＴ１かつ帰還温度がＣＴ１であるときに、帰還率をＲ１に制御する。外気温度がＯＴ１かつ帰還温度がＣＴ２であるときに、帰還率をＲ２に制御する。ここで、ＣＴ２＞ＣＴ１であり、Ｒ２＞Ｒ１である。つまり、ＣＴ２はＣＴ１よりも大きく、Ｒ２はＲ１よりも大きい。第１制御例によれば、帰還温度が変動する場合において、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１１の温度を所定値以下に維持できる。第１制御例の具体例では、外気温度が一定であるという条件において、帰還温度が高くなるほど帰還率を高くする。
【０１２８】
第２制御例では、外気温度がＯＴ２かつ帰還温度がＣＴ３であるときに、帰還率をＲ３に制御する。外気温度がＯＴ３かつ帰還温度がＣＴ３であるときに、帰還率をＲ４に制御する。ここで、ＯＴ３＞ＯＴ２であり、Ｒ４＞Ｒ３である。つまり、ＯＴ３はＯＴ２よりも大きく、Ｒ４はＲ３よりも大きい。第２制御例によれば、外気温度が変動する場合において、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１１の温度を所定値以下に維持できる。第２制御例の具体例では、帰還温度が一定である条件において、外気温度が高くなるほど帰還率を高くする。
【０１２９】
第１制御例および第２制御例は、例えば、図示しない制御装置を用いて実行できる。第１制御例および第２制御例において、外気温度、帰還温度、第１圧縮機２１０に吸入される作動流体６１１の温度等を検出してもよい。それらの温度は、公知の温度センサを用いて検出できる。第１制御例および第２制御例は、他の実施形態でも実行可能である。
【０１３０】
第２実施形態でも、第１実施形態と同様、前置冷却部３１０は、混合器である。このため、第１圧縮機２１０が作動流体６１１を吸入することにより生じる作動流体６１１の圧力の低下を利用して、被冷却室５００から帰還路４１０を介して前置冷却部３１０へと多くの帰還流体６４０を導くことができる。ただし、第２実施形態でも、第１実施形態と同様、前置冷却部３１０は熱交換器であってもよい。
【０１３１】
第２実施形態でも、第１実施形態と同様、帰還路４１０は、帰還弁３３１を含む。具体的には、帰還弁３３１は、流量調整弁である。流量調整弁によれば、帰還流体６４０の流量が過度に大きくなることを防止できる。これにより、第１圧縮機２１０が作動流体６１１を吸入することにより生じる負圧により、被冷却室５００の内部の圧力が負圧となることを防止できる。なお、第２実施形態でも、第１実施形態と同様、帰還弁３３１は、開閉弁であってもよい。
【０１３２】
第２実施形態でも、第１実施形態と同様、被冷却室５００の圧力は正圧に保たれることが望ましい。
【０１３３】
第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂでは、冷却装置１００から吐出された冷却流体６３０の流量が、帰還流体６４０の流量以上となる。例えば、帰還路４１０の流路断面積、第１取込口３２１の開口面積等により、帰還流体６４０の流量を制御できる。流量調整弁である帰還弁３３１により、帰還流体６４０の流量を制御することもできる。
【０１３４】
具体的には、ガスタービンシステム１０ｂでは、帰還路４１０から前置冷却部３１０に導かれる帰還流体６４０の流量は、冷却装置１００から吐出される冷却流体６３０の流量よりも小さい。逆に言うと、冷却装置１００から吐出される冷却流体６３０の流量は、帰還路４１０から前置冷却部３１０に導かれる帰還流体６４０の流量よりも大きい。これにより、被冷却室５００の内部の流体が排出口３２２から被冷却室５００の外部に排出される状態を維持できる。これにより、被冷却室５００の外部から被冷却室５００の内部に異物が混入することを防止できる。
【０１３５】
また、帰還路４１０から前置冷却部３１０に導かれる帰還流体６４０の流量と、被冷却室５００の内部から排出口３２２を介して被冷却室５００の外部に排出される流体の流量と、を調整することにより、被冷却室５００の内部の圧力が過度に高まることを防止できる。上述のように、帰還流体６４０の流量は、流量調整弁である帰還弁３３１により制御できる。排出口３２２から排出される流体の流量は、排出口３２２のサイズの調整等を通じて調整できる。
【０１３６】
第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂにおいては、吐出口３２０を通じて被冷却室５００へ吐出される冷却流体６３０の流量を維持したまま、帰還流体６４０の流量を確保できる。このことは、被冷却室５００の冷却効率の確保する観点から有利である。
【０１３７】
第２実施形態では、吐出口３２０および第１取込口３２１は、互いに異なる方向に向かって開口している。このようにすることは、吐出口３２０から被冷却室５００に流入した冷却流体６３０が、被冷却室５００の冷却にほとんど貢献せずに第１取込口３２１から帰還路４１０に流入する事態を回避するのに適している。
【０１３８】
本実施形態では、被冷却室５００の内部の温度が外気温度よりも低いときに、第１排気口３２１から排出される流体を帰還流体６４０として前置冷却部３１０へ導くことができる。これにより、前置冷却部３１０において、作動流体６１１を冷却できる。
【０１３９】
＜第３実施形態＞
図５Ａおよび図５Ｂに、第３実施形態に係るガスタービンシステム１０ｃの構成を示す。
【０１４０】
第３実施形態のガスタービンシステム１０ｃでは、第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂと同様、帰還路４１０は、被冷却室５００に開口する第１取込口３２１に接続されている。
【０１４１】
一方、第３実施形態のシステム１０ｃは、第２実施形態のシステム１０ｂとは異なり、第１バイパス路４２０を備える。第１バイパス路４２０は、分岐部４０５と帰還路４１０とを接続している。第１実施形態と同様、分岐部４０５は、冷却装置１００から吐出口３２０へと冷却流体６３０が流れる流路４００に設けられている。
【０１４２】
本実施形態では、冷却流体６３０の一部が、流路４００から第１バイパス路４２０に分流し、その後、帰還路４１０に導かれる。帰還路４１０に導かれた冷却流体６３０は、帰還流体６４０として、前置冷却部３１０に導かれる。
【０１４３】
本実施形態では、第１バイパス路４２０は、第１バイパス弁３３２を含む。第１バイパス弁３３２によれば、第１バイパス路４２０における冷却流体６３０の流れを規制できる。
【０１４４】
具体的には、第１バイパス弁３３２は、流量調整弁である。このようにすれば、第１バイパス路４２０における冷却流体６３０の流量を調整できる。ただし、第１バイパス弁３３２は、開閉弁であってもよい。
【０１４５】
第１バイパス弁３３２によれば、減圧機１１０から吐出された冷却流体６３０の一部を、帰還流体６４０として前置冷却部３１０に導くか否かを制御できる。
【０１４６】
流量調整弁である第１バイパス弁３３２によれば、冷却流体６３０の上記一部の流量を制御できる。この制御により、第１取込口３２１から取り込まれる流体の流量も変化させることができる。
【０１４７】
本実施形態によれば、被冷却室５００の内部の温度が高い場合であっても、分岐部４０５から第１バイパス路４２０を介して帰還路４１０に冷却流体６３０を導くことができる。これにより、温度が低い帰還流体６４０を前置冷却部３１０に導くことができる。このため、前置冷却部３１０において、帰還流体６４０を用いて作動流体６１１を冷却できる。
【０１４８】
被冷却室５００の内部の温度が十分に低い場合において、減圧機１１０から吐出された冷却流体６３０の全量を、吐出口３２０を通じて被冷却室５００へ吐出することも可能である。このようにすれば、第１実施形態のガスタービンシステム１０ａの構成と比較して、効率的に被冷却室５００を冷却できる。
【０１４９】
一具体例では、被冷却室５００の内部の温度が第１閾値温度よりも高いとき、バイパス弁３３２の開度を１００％に設定する。これにより、第１バイパス路４２０は完全に開放され、低温の冷却流体６３０の一部が帰還路４１０に導かれる。一方、被冷却室５００の内部の温度が第２閾値温度以下であるとき、バイパス弁３３２の開度を０％に設定する。これにより、第１バイパス路４２０は完全に閉塞され、冷却流体６３０の全量が、吐出口３２０を介して被冷却室５００に吐出し、被冷却室５００を冷却する。典型的には、第１閾値温度は、第２閾値温度よりも高い。ただし、第１閾値温度と第２閾値温度とは同じであってもよい。
【０１５０】
温度が低い帰還流体６４０を流すことができることは、前置冷却部３１０における作動流体６１１の効果的な冷却以外の効果ももたらす。具体的には、帰還流体６４０は、温度が低いときには、飽和水蒸気量が小さいため、水分の含有量が少ない状態となり易い。本実施形態では、流量調整弁である第１バイパス弁３３２によって、帰還流体６４０を水分の含有量が少ない状態に維持できる。これにより、帰還路４１０に水分除去装置を設けないことが可能となる。このことは、帰還路４１０の圧力損失を抑える観点から有利である。
【０１５１】
本実施の形態のシステム１０ｃの起動を、被冷却室５００が高温多湿な状況で行う場合を考える。この場合、システム１０ｃの起動を、流量調整弁である第１バイパス弁３３２を適度に開いた状態で行うことができる。このようにすることにより、起動を第１バイパス弁３３２を完全に閉じた状態で行う場合に比べ、被冷却室５００の高い湿度が第１圧縮機２１０に供給される作動流体６１１の湿度を高めるという作用を抑えることができる。
【０１５２】
システム１０ｃにおいて、第１取込口３２１から被冷却室５００へと冷却流体を逆流させることも可能である。上記状況でのシステム１０ｃの起動の際に、このような逆流を行うと、上記の作用をほぼ完全に抑えることができる。なお、この逆流は、流量調整弁である帰還弁３３１の開度を絞り、第１バイパス弁３３２における流体の流量を帰還弁３３１における流体の流量よりも大きくすることにより実現され得る。
【０１５３】
被冷却室５００の温度が低い場合、被冷却室５００内部の水分量は少ない。このため、この場合は、システム１０ｃの起動を第１バイパス弁３３２を完全に閉じた状態で行っても、第１圧縮機２１０に供給される作動流体６１１の湿度は高くなり難い。
【０１５４】
＜第４実施形態＞
図６に、第４実施形態に係るガスタービンシステム１０ｄの構成を示す。
【０１５５】
第４実施形態のガスタービンシステム１０ｄでは、第３実施形態のガスタービンシステム１０ｃと同様、帰還路４１０は、被冷却室５００に開口する第１取込口３２１に接続されている。
【０１５６】
一方、第４実施形態のシステム１０ｄは、第３実施形態のシステム１０ｃとは異なり、第２取込口３２３および第２バイパス路４２５を備える。第２バイパス路４２５は、第２取込口３２３と、帰還路４１０と、を接続している。第２取込口３２３は、被冷却室５００に開口している。
【０１５７】
本実施形態では、被冷却室５００から第２取込口３２３を介して第２バイパス路４２５に流体６３５が流入する。流体６３５は、第２バイパス路４２５を介して、帰還路４１０に導かれる。帰還路４１０に導かれた流体６３５は、帰還流体６４０として、前置冷却部３１０に導かれる。
【０１５８】
本実施形態では、冷却装置１００から吐出された冷却流体６３０は、その全量が、吐出口３２０を介して被冷却室５００に吐出される。これにより、被冷却室５００が冷却される。その冷却された被冷却室５００から、第２取込口３２３および第２バイパス路４２５を介して、冷たい流体６３５が帰還路４１０に導かれ得る。また、被冷却室５００内の冷たい流体は、第１取込口３２１経由でも帰還路４１０に導かれ得る。
【０１５９】
本実施形態では、第２バイパス路４２５は、第２バイパス弁３３７を含む。第２バイパス弁３３７によれば、第２バイパス路４２５における流体６３５の流れを規制できる。
【０１６０】
具体的には、第２バイパス弁３３７は、流量調整弁である。このようにすれば、第２バイパス路４２５における流体６３５の流量を調整できる。ただし、第２バイパス弁３３７は、開閉弁であってもよい。
【０１６１】
第２バイパス弁３３７によれば、被冷却室５００から第２取込口３２３を介して第２バイパス路４２５に流入した流体６３５を、帰還流体６４０として前置冷却部３１０に導くか否かを制御できる。
【０１６２】
流量調整弁である第２バイパス弁３３７によれば、流体６３５の流量を制御できる。この制御により、第１取込口３２１から取り込まれる流体の流量も変化させることができる。
【０１６３】
第１取込口３２１および第２取込口３２３は、互いに異なる位置にある。このため、被冷却室５００から第１取込口３２１を介して帰還路４１０に取り込まれる流体と、被冷却室５００から第２取込口３２３および第２バイパス路４２５を介して帰還路４１０に取り込まれる流体とでは、温度が異なり得る。そのような温度の相違が生じるようにし、その相違を帰還流体６４０の温度調整に利用することが可能である。
【０１６４】
吐出口３２０と第２取込口３２３との間の距離は、吐出口３２０と第１取込口３２１との間の距離よりも短い。この大小関係は、帰還流体６４０の温度調整のし易さに寄与し得る。
【０１６５】
具体的には、上記の大小関係が成立している場合には、被冷却室５００から第１取込口３２１を介して帰還路４１０に取り込まれる流体に比べ、被冷却室５００から第２取込口３２３および第２バイパス路４２５を介して帰還路４１０に取り込まれる流体は、温度が低い傾向にある。この傾向が現れている状況においては、第２バイパス弁３３７の開度を大きくすることで被冷却室５００から帰還路４１０に取り込まれる流体の温度を低くすることができる。また、第２バイパス弁３３７の開度を小さくすることで被冷却室５００から帰還路４１０に取り込まれる流体の温度を高くすることができる。
【０１６６】
より低温の帰還流体６４０を帰還させる場合、第１圧縮機２１０により低い温度の作動流体６１１を供給できる。一方、より高温の帰還流体６４０を帰還させる場合、被冷却室５００をより効率的に冷却できる。
【０１６７】
なお、第２取込口３２３は、被冷却室５００からみれば、流体の排出口である。つまり、被冷却室５００は、排出口３２３を含む。排出口３２３を、バイパス排出口３２３と称することができる。
【０１６８】
＜第５実施形態＞
図７に、第５実施形態に係るガスタービンシステム１０ｅの構成を示す。
【０１６９】
第５実施形態に係るシステム１０ｅでは、第３実施形態に係るシステム１０ｃとは異なり、帰還路４１０が、第１熱交換器１３０を経由している。
【０１７０】
上述の説明から理解されるように、第２圧縮機１２０は、ガスタービン装置２００から抜き出された、第１圧縮機２１０により昇圧された作動流体６１４を圧縮する。第１熱交換器１３０は、その第２圧縮機１２０で圧縮された後かつ減圧機１１０で減圧される前の作動流体と、帰還路４１０を流れる帰還流体６４０と、の間で熱交換を行う。第１熱交換器１３０は、第２圧縮機１２０で圧縮された後かつ減圧機１１０で減圧される前の作動流体を冷却できる。
【０１７１】
第５実施形態の第１熱交換器１３０によれば、減圧機１１０に流入する作動流体の温度を低くし、冷却装置１００から温度の低い冷却流体６３０を吐出できる。
【０１７２】
＜第６実施形態＞
図８に、第６実施形態に係るガスタービンシステム１０ｆの構成を示す。
【０１７３】
第６実施形態に係るシステム１０ｆは、第３実施形態に係るシステム１０ｃとは異なり、第２熱交換器１４０を備える。帰還路４１０は、第２熱交換器１４０を経由している。
【０１７４】
第２熱交換器１４０は、ガスタービン装置２００から抜き出された後かつ第２圧縮機１２０で圧縮される前の作動流体６１４と、帰還路４１０を流れる帰還流体６４０と、の間で熱交換を行う。第２熱交換器１４０は、ガスタービン装置２００から抜き出された後かつ第２圧縮機１２０で圧縮される前の作動流体６１４を冷却できる。
【０１７５】
第２熱交換器１４０は、例えば、フィンチューブ熱交換器、プレートチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器等である。
【０１７６】
第６実施形態の第２熱交換器１４０によれば、帰還流体６４０により、第２圧縮機１２０に吸入される前の作動流体６１４を冷却できる。このため、第２圧縮機１２０に低温の作動流体６１４を供給し、第２圧縮機１２０の圧縮効率を高め、冷却装置１００から多くのおよび／または低温の冷却流体６３０を吐出できる。
【０１７７】
ガスタービンシステムは、第５実施形態の第１熱交換器１３０と、第６実施形態の第２熱交換器１４０と、の両方を備えてもよい。
【０１７８】
第１の具体例では、被冷却室５００から、第２熱交換器１４０および第１熱交換器１３０をこの順に介して、前置冷却部３１０へと、帰還路４１０が延びている。このため、帰還流体６４０は、被冷却室５００から、第２熱交換器１４０および第１熱交換器１３０を介して、前置冷却部３１０へと、流れる。
【０１７９】
第１の具体例によれば、第２圧縮機１２０に吸入される前の作動流体を冷却し易い。このため、第２圧縮機１２０に低温の作動流体を供給し、第２圧縮機１２０の圧縮効率を高め、冷却装置１００から多くのおよび／または低温の冷却流体６３０を吐出し易い。
【０１８０】
第２の具体例では、被冷却室５００から、第１熱交換器１３０および第２熱交換器１４０をこの順に介して、前置冷却部３１０へと、帰還路４１０が延びている。このため、帰還流体６４０は、被冷却室５００から、第１熱交換器１３０および第２熱交換器１４０を介して、前置冷却部３１０へと、流れる。
【０１８１】
第２の具体例によれば、減圧機１１０に流入する作動流体の温度を低くし、冷却装置１００から温度の低い冷却流体６３０を吐出し易い。
【０１８２】
第５実施形態および第６実施形態に関する説明から理解されるように、ガスタービンシステムは、ガスタービン装置２００から抜き出された後かつ減圧機１１０で減圧される前の作動流体と、帰還路４１０を流れる帰還流体６４０と、の間で熱交換を行う少なくとも１つの熱交換器を備え得る。当該少なくとも１つの熱交換器は、第５実施形態の第１熱交換器１３０および／または第６実施形態の第２熱交換器１４０を含み得る。
【０１８３】
＜第７実施形態＞
図９に、第７実施形態に係るガスタービンシステム１０ｇの構成を示す。
【０１８４】
第７実施形態に係るシステム１０ｇでは、ガスタービン装置２００ｇは、第３実施形態のガスタービン装置２００とは異なり、第３圧縮機２５０を含む。
【０１８５】
第３圧縮機２５０は、第１圧縮機２１０と燃焼器２３０との間に設けられている。具体的には、第３圧縮機２５０は、第１圧縮機２１０と再生熱交換器２２０との間に設けられている。
【０１８６】
第１圧縮機２１０は、作動流体６１１を圧縮する。第１圧縮機２１０による圧縮により、作動流体６１２が得られる。作動流体６１２の一部である作動流体６１３は、第３圧縮機２５０に吸入される。第３圧縮機２５０は、作動流体６１３を圧縮する。第３圧縮機２５０による圧縮により得られた作動流体は、再生熱交換器２２０および燃焼器２３０へと流れていく。
【０１８７】
本実施形態では、第１圧縮機２１０により圧縮された後かつ第３圧縮機２５０より圧縮される前の作動流体が、作動流体６１４としてガスタービン装置２００から抜き出され、冷却装置１００に流入する。
【０１８８】
一具体例では、ガスタービンシステム１０ｇにおいて、多段式圧縮機が構成されている。ここで、多段式圧縮機は、２以上の圧縮段を有する圧縮機を指す。この具体例に係る多段式圧縮機では、１つの圧縮段が第１圧縮機２１０によって構成され、別の１つの圧縮段が第３圧縮機２５０によって構成されている。第１圧縮機２１０および第３圧縮機２５０の間の位置は、多段式圧縮機の中間圧力位置に対応する。その中間圧力位置の作動流体が、作動流体６１４としてガスタービン装置２００から抜き出され、冷却装置１００に流入する。
【０１８９】
「ガスタービン装置２００から抜き出された、第１圧縮機２１０により昇圧された作動流体」という表現は、第３実施形態等の作動流体６１４ならず、第１圧縮機２１０により圧縮された後かつ第３圧縮機２５０より圧縮される前の作動流体をも包含することを意として用いられている表現である。
【０１９０】
第５から第７実施形態の技術は、第３実施形態のみならず、他の実施形態にも適用可能である。
【０１９１】
＜第８実施形態：ガスタービンシステムの車両への適用＞
以下、ガスタービンシステムが適用された車両を、第８実施形態に係る車両２０ａとして説明する。なお、以下では、車両２０ａにおけるガスタービンシステム１０ｈは、第２実施形態のガスタービンシステム１０ｂの構成要素を含んでいるものとする。ただし、車両２０ａにおけるガスタービンシステム１０ｈは、他の実施形態のガスタービンシステムの構成要素を含んでいてもよい。
【０１９２】
図１０Ａに、第８実施形態に係る車両２０ａの概略構成を示す。図１０Ｂに、車両２０ａにおける電力および／または作動流体が関与するシステム３０ａを示す。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、車両２０ａの構成要素の一部の図示が省略されている。
【０１９３】
車両２０ａは、ガスタービンシステム１０ｈと、被冷却室５００と、コンテナ８００と、蓄電装置１１００と、を備える。
【０１９４】
コンテナ８００には、ガスタービンシステム１０ｈと、被冷却室５００と、が収容されている。
【０１９５】
本実施形態の車両２０ａでは、外気から作動流体取込口３５０を介してガスタービンシステム１０ｈ内に、作動流体６１０として空気が取り込まれる。取込口３５０は、コンテナ８００に設けられている。
【０１９６】
蓄電装置１１００には、第１モータ７０１で発電された電力が供給される。
【０１９７】
具体的には、蓄電装置１１００は、電力を蓄電する蓄電器を含む。実施形態では、蓄電器は、バッテリーである。蓄電器は、キャパシタ等の他の装置であってもよい。
【０１９８】
蓄電装置１１００では、蓄電装置１１００の充電電力または放電電力、具体的には蓄電器の充電電力または放電電力、を制御する電力制御システムが構成されていてもよい。電力制御システムは、電力変換装置、制御装置等を含み得る。制御装置は、上記の充電電力または放電電力を制御する。電力変換装置は、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等である。
【０１９９】
本実施形態では、ガスタービンシステム１０ｈは、電力変換装置７２０を備える。電力変換装置７２０には、第１モータ７０１で発電された電力が供給される。電力変換装置７２０は、この電力を電力変換する。電力変換により得られた電力は、蓄電装置１１００に供給される。
【０２００】
具体的には、第１モータ７０１は、交流電力を生成する。この交流電力の周波数は、例えば、１０ｋＨｚである。そして、電力変換装置７２０は、この交流電力の電力変換を行う。
【０２０１】
第１の具体例では、電力変換装置７２０は、第１モータ７０１が生成した交流電力を、直流電力に変換する。つまり、電力変換装置７２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータである。得られた直流電力は、電力変換装置７２０に蓄電され得る。具体的には、この直流電力は、蓄電装置１１００の蓄電器に蓄電され得る。別例では、この直流電力は、蓄電装置１１００のＤＣ−ＤＣコンバータによる電圧変換を経て、蓄電器に蓄電され得る。
【０２０２】
第２の具体例では、電力変換装置７２０は、第１モータ７０１が生成した交流電力を、より周波数が低い交流電力に変換する。つまり、電力変換装置７２０は、ＡＣ−ＡＣインバータである。この変換により得られる交流電力の周波数は、例えば、商用電源の周波数である。具体的には、この周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり得る。この変換により得られる交流電力の実効値は、例えば、商用電源の電圧の実効値である。この実効値は、例えば１００Ｖまたは２００Ｖである。上記変換により得られた交流電力は、蓄電装置１１００のＡＣ−ＤＣコンバータにより直流電力に変換され、得られた直流電力は蓄電装置１１００の蓄電器に蓄電され得る。
【０２０３】
なお、車両２０ａは、ガスタービンシステム１０ｈ外において電力変換装置７２０を備えていてもよい。
【０２０４】
車両２０ａは、蓄電装置１１００の電力を用いて走行する。
【０２０５】
第８実施形態では、ガスタービンシステム１０ｈは、車両２０ａに搭載されている。このため、ガスタービンシステム１０ｈの起動は、車両２０ａの蓄電装置１１００の電力を用いて行われ得る。
【０２０６】
一具体例では、ガスタービンシステム１０ｈの起動時には、蓄電装置１１００の直流電力が、交流への電力変換を経て、第１モータ７０１および第２モータ７１１に供給される。これにより、第１モータ７０１および第２モータ７１１の回転数をある程度の速度にまで高める。このある程度の速度は、例えば、６００００ｒｐｍである。次に、燃焼器２３０に燃料を噴射し、燃料を燃焼させる。得られた燃焼ガスにより第１膨張タービン２４０のロータを回転させる。この回転により十分なトルクが得られる状態になれば、第１モータ７０１の運転モードは、電力を受けて回転するモードから、トルクを受けて発電するモードに切り替わる。第１シャフト７０２の回転数は、第１膨張タービン２４０で発生するトルクによりさらに上昇する。図示を省略する制御装置を用いて第１モータ７０１の発電量を調整することにより、第１シャフト７０２の回転数を、定格回転数で安定させる。定格回転数は、例えば、１０００００ｒｐｍである。
【０２０７】
第２シャフト７１２の回転数がある程度高くなった状態において、ガスタービンシステム１０ｈの定常運転が行われ得る。以下、定常運転について説明する。
【０２０８】
第２圧縮機１２０に吸入部における作動流体６１４の圧力と、第２膨張タービン１１０の吐出部における冷却流体６３０の圧力と、の間で、圧力差が生じ得る。第２シャフト７１２の回転数がある程度高くなった状態では、この圧力差により、第２モータ７１１から第２シャフト７１２にトルクを供給しなくても、第２シャフト７１２は自律的に回転を続けることができる。このような自立回転が行われているときには、第２モータ７１１は、第２シャフト７１２からトルクを受けて発電を行う。この発電により得られた電力は、蓄電装置１１０に蓄えられる。また、この発電により、第２シャフト７１２の余剰トルクが吸収され、第２シャフト７１２の回転数の過上昇が防止され、回転部材の破損が防止される。ここで、回転部材は、第２シャフト７１２、第２膨張タービン１１０、第２圧縮機１２０、第２モータ７１１等である。なお、減圧機１１０は膨張タービンを構成していなくてもよく、減圧機１１０の構成等によっては第２モータ７１１で発電が行われなくてもよい。
【０２０９】
なお、起動時においても定常運転時においても、第１シャフト７０２の回転数が十分に高ければ、第１圧縮機２１０で十分に高い昇圧比が得られ、第１圧縮機２１０から十分に高い圧力の作動流体６１２を吐出できる。これにより、冷却装置１００における作動流体の冷却性能が確保される。また、これにより、燃焼ガスによって第１膨張タービン２４０の回転数を十分に高めることができ、第１モータ７０１の発電電力が確保され、蓄電装置１１００への充電電力が確保される。
【０２１０】
本実施形態によれば、第１モータ７０１の発電電力を、車両２０ａの蓄電装置１１００の充電に利用できる。この発電電力は、車両２０ａの航続距離を長くする。つまり、ガスタービンシステム１０ｈは、車両２０ａに搭載されることにより、レンジエクステンダとして機能し得る。
【０２１１】
一方、ガスタービンシステム１０ｈを、車両２０ａの蓄電装置１１００を用いて起動させることができる。このため、ガスタービンシステム１０ｈは、該システム１０ｈ専用の大容量蓄電装置を備えてなくても、第１モータ７０１を素早く起動させることができる。
【０２１２】
本実施形態の車両２０ａについて、さらに説明する。
【０２１３】
本実施形態の車両２０ａでは、コンテナ８００の鉛直方向の上半分の位置に、第１取込口３２１が設けられている、このことは、被冷却室５００から第１取込口３２１を介して帰還路４１０に異物が吸い込まれるのを防止するのに適している。
【０２１４】
具体的には、コンテナ８００を上から上部領域、中部領域および下部領域の３つに鉛直方向に均等に区分したとき、上部領域に第１取込口３２１が設けられている。
【０２１５】
本実施形態では、被冷却室５００から排出口３２２を介してコンテナ８００の外部に流体が排出される。具体的には、被冷却室５００から排出口３２２を介して車両２０ａの外部に流体が排出される。この排出は、車両２０ａにおける負圧を利用して行われ得る。具体的には、負圧は、車両２０ａのホイールハウス等で生じ得る。
【０２１６】
典型的には、吐出口３２０と排出口３２２との間の距離は、吐出口３２０と第１取込口３２１との間の距離よりも長い。一具体例では、排出口３２２は、コンテナ８００の後面に設けられている。排出口３２２は、車両２０ａの後方に向かって開口している。被冷却室５００の内部の流体は、排出口３２２から車両２０ａの後方に向かって吹き出される。
【０２１７】
一具体例では、ガスタービンシステム１０ｈは、被冷却室５００との間の境界を構成する仕切り８１０を備える。仕切り８１０は、互いに異なる方向に面する第１平板８１１および第２平板８１２を含む。吐出口３２０は、第１平板８１１に設けられている。第１取込口３２１は、第２平板８１２に設けられている。
【０２１８】
車両２０ａは、例えば、自動車である。自動車である車両２０ａは、トラックであってもよく、バスであってもよく、乗用車であってもよい。また、自動車である車両２０ａは、電気自動車であってもよく、ハイブリッド自動車であってもよい。ハイブリッド車は、原動機として内燃機関とモータを併用するハイブリッドエンジンを用いる車を指す。一具体例では、車両２０ａはトラックであり、被冷却室５００は冷凍倉庫である。
【０２１９】
第８実施形態では、ガスタービンシステムの適用先は、車両である。しかし、ガスタービンシステムの適用先は、これに限られない。ガスタービンシステムは、航空機、食品スーパー、食品加工工場、データセンター等に適用されてもよい。つまり、本開示は、上記説明に係るガスタービンシステムを含む、航空機、食品スーパー、食品加工工場、冷蔵/冷凍倉庫、データセンター等も開示する。航空機、食品スーパー、食品加工工場、データセンター等は、上述の被冷却室として、冷蔵倉庫、冷凍倉庫等を含み得る。
【産業上の利用可能性】
【０２２０】
本開示のガスタービンシステムは、小規模事業体の定置非常用発電システム並びに移動体用の主発電システムおよび補助発電システム等に適用できる。
【符号の説明】
【０２２１】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｘ    ガスタービンシステム
２０ａ    車両
３０ａ    電力および／または作動流体が関与するシステム
１００    冷却装置
１１０    減圧機
１２０    第２圧縮機
１３０    第１熱交換器
１４０    第２熱交換器
２００    ガスタービン装置
２１０    第１圧縮機
２２０    再生熱交換器
２３０    燃焼器
２４０    第１膨張タービン
２５０    第３圧縮機
３１０    前置冷却部
３１５    水分除去装置
３２０    吐出口
３２１    第１排出口（第１取込口）
３２２    第２排出口
３２３    バイパス排出口（第２取込口）
３３１    帰還弁
３３２    第１バイパス弁
３３７    第２バイパス弁
３５０    作動流体取込口
４００    流路
４０５    分岐部
４１０    帰還路
４２０    第１バイパス路
４２５    第２バイパス路
５００    被冷却室
６１０、６１１、６１２、６１３、６１４    作動流体
６３０    冷却流体
６３５    流体
６４０    帰還流体
６９０    ガスタービン排気
７０１    第１モータ
７０２    第１シャフト
７１１    第２モータ
７１２    第２シャフト
７２０    電力変換装置
８００    コンテナ
８１０    仕切り
８１１    第１平板
８１２    第２平板
１１００  蓄電装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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