(57)【要約】【課題】作動流体供給制御装置を提供する。【解決手段】本発明の作動流体供給制御装置は、作動流体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機へ供給される作動流体を冷却するプレクーラーが備えられたた発電サイクルへ作動流体を供給するための作動流体供給制御装置において、前記発電サイクルへ供給される前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと、前記プレクーラーと前記圧縮機との間に配置され、前記作動流体が流動または一時貯蔵されるフローテーションタンクとを含み、前記圧縮機の入口および前記プレクーラーの出口の圧力に応じて前記フローテーションタンク内の圧力および前記作動流体の流量が制御されることを特徴とする。本発明によれば、高価なインベントリタンクを使用しなくても圧縮機の入出口の圧力を制御することができ、作動流体の流量を効率よく制御することができるので、サイクル構成費用の削減および経済性の向上を図るという効果がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機へ供給される作動流体を冷却するプレクーラーが備えられたた発電サイクルへ作動流体を供給するための作動流体供給制御装置において、
前記発電サイクルへ供給される前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記プレクーラーと前記圧縮機との間に配置され、前記作動流体が流動または一時貯蔵されるフローテーションタンクとを含み、
前記圧縮機の入口および前記プレクーラーの出口の圧力に応じて前記フローテーションタンク内の圧力および前記作動流体の流量が制御される、作動流体供給制御装置。
【請求項２】
前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記貯蔵タンクから前記作動流体を前記フローテーションタンクへ供給する供給ポンプと、前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記フローテーションタンクから前記作動流体を前記貯蔵タンクへ排出するための制御弁とをさらに含む、請求項１に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項３】
前記フローテーションタンクはピストン蓄圧器タイプのタンクである、請求項２に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項４】
前記フローテーションタンクは、前記作動流体が流入するタンク本体と、前記タンク本体の内部に設置され、外部から供給される制御用流体によって昇降するピストンとを含む、請求項３に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項５】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の下端に備えられ、前記制御用流体が流入する制御流体流入部と、前記タンク本体の一側に備えられ、前記供給ポンプから前記作動流体が流入する第１入口と、前記タンク本体の他側に備えられ、前記制御弁へ前記作動流体が排出される第１出口とをさらに含む、請求項４に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項６】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の上部に備えられ、前記プレクーラーから前記作動流体が流入する第２入口と、前記タンク本体の上部に備えられ、前記圧縮機へ前記作動流体が排出される第２出口とをさらに含む、請求項５に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項７】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が高くなる場合、前記制御流体流入部へ前記制御用流体が供給され、前記制御弁を開放して前記第１出口を介して前記フローテーションタンク内の作動流体を前記貯蔵タンクへ排出する、請求項６に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項８】
前記制御用流体の供給および前記貯蔵タンクへの前記作動流体の排出は、ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われる、請求項５から７のいずれか一項に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項９】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が低くなる場合、前記供給ポンプを作動させて前記第１入口を介して前記フローテーションタンク内へ前記作動流体を供給する、請求項５から８のいずれか一項に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１０】
前記フローテーションタンク内への前記作動流体の供給は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われる、請求項９に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１１】
作動流体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機へ供給される作動流体を冷却するプレクーラーが備えられた発電サイクルへ作動流体を供給するための作動流体供給制御装置において、
前記発電サイクルへ供給される前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記圧縮機の入口低圧ラインに配置され、前記作動流体が流動または一時貯蔵されるフローテーションタンクと、
前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記貯蔵タンクから前記作動流体を前記フローテーションタンクへ供給する供給ポンプと、
前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記フローテーションタンクから前記作動流体を前記貯蔵タンクへ排出するための制御弁とを含む、作動流体供給制御装置。
【請求項１２】
前記プレクーラーの出口または前記圧縮機の入口の圧力が高くなると、前記フローテーションタンクから前記作動流体を前記貯蔵タンクへ排出し、前記プレクーラーの出口または前記圧縮機の入口の圧力が低くなると、前記貯蔵タンクから前記フローテーションタンクへ前記作動流体を供給する、請求項１１に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１３】
前記フローテーションタンクはピストン蓄圧器（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）タイプのタンクである、請求項１１または１２に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１４】
前記フローテーションタンクは、前記作動流体が流入するタンク本体と、前記タンク本体の内部に設置され、外部から供給される制御用流体によって昇降するピストンとを含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１５】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の下端に備えられ、前記制御用流体が流入する制御流体流入部と、前記タンク本体の一側に備えられ、前記供給ポンプから前記作動流体が流入する第１入口と、前記タンク本体の他側に備えられ、前記制御弁へ前記作動流体が排出される第１出口とをさらに含む、請求項１４に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１６】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の上部に備えられ、前記プレクーラーから前記作動流体が流入する第２入口と、前記タンク本体の上部に備えられ、前記圧縮機へ前記作動流体が排出される第２出口とをさらに含む、請求項１５に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１７】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が高くなる場合、前記制御流体流入部へ前記制御用流体が供給され、前記制御弁を開放して前記第１出口を介して前記フローテーションタンク内の作動流体を前記貯蔵タンクへ排出する、請求項１５または１６に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１８】
前記制御用流体の供給および前記貯蔵タンクへの前記作動流体の排出は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われる、請求項１７に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項１９】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が低くなる場合、前記供給ポンプを作動させて前記第１入口を介して前記フローテーションタンク内へ前記作動流体を供給する、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の作動流体供給制御装置。
【請求項２０】
前記フローテーションタンク内への前記作動流体の供給は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われる、請求項１９に記載の作動流体供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体供給制御装置に係り、より詳細には、作動流体の流量および圧力を効率的かつ経済的に制御して発電サイクル内へ供給することができる作動流体供給制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際的に効率の良い電力生産に対する必要性がますます大きくなっており、公害物質の発生を減らすための動きがますます活発になるにつれ、公害物質の発生を低減しながら電力生産量を高めるためにさまざまな努力を傾けている。そのような努力の一環として、超臨界二酸化炭素を作動流体として用いる超臨界二酸化炭素発電システム（Ｐｏｗｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ＣＯ２）に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
超臨界状態の二酸化炭素は、液体状態と類似の密度、および気体と類似の粘性を同時に有するので、機器の小型化だけでなく、流体の圧縮および循環に必要な消費電力の最小化を図ることができる。さらに、超臨界状態の二酸化炭素は、臨界点が摂氏３１．４度、７２．８気圧であって、臨界点が摂氏３７３．９５度、２１７．７気圧である水よりも非常に低いため、取り扱いが容易であるという利点がある。
【０００４】
また、超臨界二酸化炭素発電システムは、発電に使用された二酸化炭素を外部へ排出しない閉サイクル（ｃｌｏｓｅ  ｃｙｃｌｅ）で運営される場合がほとんどであるため、国別公害物質の排出減少に大きく役立つことができる。
【０００５】
一般に、超臨界二酸化炭素発電システムは、発電に使用された二酸化炭素を外部へ排出しない閉サイクル（ｃｌｏｓｅ  ｃｙｃｌｅ）をなし、作動流体として超臨界状態の二酸化炭素を用いる。
【０００６】
作動流体は、発電サイクル内へ注入されてターボ機器を駆動させる発電用と、ターボ機器のベアリング潤滑およびシーリングのためのターボ機器用の二つの目的でサイクル内へ供給される。作動流体の供給方法の一例が米国特許登録第８２８１５９３号に開示されている。
【０００７】
前述した先行文献に開示されている作動流体の充電システムは、貯蔵タンクに貯蔵された作動流体を高圧用ピストンポンプを用いてサイクルの内部およびターボマシンへ供給する方式である。また、作動流体の流量制御および圧縮機の入出口の圧力制御のためにマスコントロールタンク（ｍａｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｔａｎｋ）が備えられる。マスコントロールタンクはインベントリタンク（Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ  ｔａｎｋ）とも呼ばれる。一般に、マスコントロールタンクは、圧縮機の出口高圧ラインとプレクーラー（ｐｒｅｃｏｏｌｅｒ）の入口低圧ラインに接続されるように設置される。圧縮機の出口圧力が増加するとき、高圧バルブを開いて流量の一部をマスコントロールタンクへ送って圧力を減少させることができる。圧縮機の入口圧力が減少するときに低圧バルブを開いてマスコントロールタンクの一部の流量を圧縮機の入口ラインへ送って圧力を増加させることができる。
【０００８】
よって、マスコントロールタンクは、圧縮機の出口高圧ラインに接続されるので、高圧に耐えられる高価な材質および部品で構成されることが不可欠なので、コストが高く、経済性に劣るという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許登録第８２８１５９３号（２０１２年１０月９日登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、作動流体の流量および圧力を効率的かつ経済的に制御して発電サイクル内へ供給することができる作動流体供給制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の作動流体供給制御装置は、作動流体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機へ供給される作動流体を冷却するプレクーラーが備えられたた発電サイクルへ作動流体を供給するための作動流体供給制御装置において、前記発電サイクルへ供給される前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと、前記プレクーラーと前記圧縮機との間に配置され、前記作動流体が流動または一時貯蔵されるフローテーションタンク（ｆｌｏａｔａｔｉｏｎ  ｔａｎｋ）とを含み、前記圧縮機の入口および前記プレクーラーの出口の圧力に応じて前記フローテーションタンク内の圧力および前記作動流体の流量が制御されることを特徴とする。
【００１２】
前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記貯蔵タンクから前記作動流体を前記フローテーションタンクへ供給する供給ポンプと、前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記フローテーションタンクから前記作動流体を前記貯蔵タンクへ排出するための制御弁とをさらに含む。
【００１３】
前記フローテーションタンクは、ピストン蓄圧器（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）タイプのタンクであることを特徴とする。
【００１４】
前記フローテーションタンクは、前記作動流体が流入するタンク本体と、前記タンク本体の内部に設置され、外部から供給される制御用流体によって昇降するピストンとを含む。
【００１５】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の下端に備えられ、前記制御用流体が流入する制御流体流入部と、前記タンク本体の一側に備えられ、前記供給ポンプから前記作動流体が流入する第１入口と、前記タンク本体の他側に備えられ、前記制御弁へ前記作動流体が排出される第１出口とをさらに含む。
【００１６】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の上部に備えられ、前記プレクーラーから前記作動流体が流入する第２入口と、前記タンク本体の上部に備えられ、前記圧縮機へ前記作動流体が排出される第２出口とをさらに含む。
【００１７】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が高くなる場合には、前記制御流体流入部へ前記制御用流体が供給され、前記制御弁を開放して前記第１出口を介して前記フローテーションタンク内の作動流体を前記貯蔵タンクへ排出することを特徴とする。
【００１８】
前記制御用流体の供給および前記貯蔵タンクへの前記作動流体の排出は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われることを特徴とする。
【００１９】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が低くなる場合、前記供給ポンプを作動させて前記第１入口を介して前記フローテーションタンク内へ前記作動流体を供給することを特徴とする。
【００２０】
前記フローテーションタンク内への前記作動流体の供給は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、作動流体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機へ供給される作動流体を冷却するプレクーラーが備えられた発電サイクルへ作動流体を供給するための作動流体供給制御装置において、前記発電サイクルへ供給される前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと、前記圧縮機の入口低圧ラインに配置され、前記作動流体が流動または一時貯蔵されるフローテーションタンクと、前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記貯蔵タンクから前記作動流体を前記フローテーションタンクへ供給する供給ポンプと、前記貯蔵タンクと前記フローテーションタンクとの間に備えられ、前記フローテーションタンクから前記作動流体を前記貯蔵タンクへ排出するための制御弁とを含んでなる、作動流体供給制御装置を提供することができる。
【００２２】
前記プレクーラーの出口または前記圧縮機の入口の圧力が高くなると、前記フローテーションタンクから前記作動流体を前記貯蔵タンクへ排出し、前記プレクーラーの出口または前記圧縮機の入口の圧力が低くなると、前記貯蔵タンクから前記フローテーションタンクへ前記作動流体を供給することを特徴とする。
【００２３】
前記フローテーションタンクは、ピストン蓄圧器（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）タイプのタンクであることを特徴とする。
【００２４】
前記フローテーションタンクは、前記作動流体が流入するタンク本体と、前記タンク本体の内部に設置され、外部から供給される制御用流体によって昇降するピストンとを含む。
【００２５】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の下端に備えられ、前記制御用流体が流入する制御流体流入部と、前記タンク本体の一側に備えられ、前記供給ポンプから前記作動流体が流入する第１入口と、前記タンク本体の他側に備えられ、前記制御弁へ前記作動流体が排出される第１出口とをさらに含む。
【００２６】
前記フローテーションタンクは、前記タンク本体の上部に備えられ、前記プレクーラーから前記作動流体が流入する第２入口と、前記タンク本体の上部に備えられ、前記圧縮機へ前記作動流体が排出される第２出口とをさらに含む。
【００２７】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が高くなる場合、前記制御流体流入部へ前記制御用流体が供給され、前記制御弁を開放して前記第１出口を介して前記フローテーションタンク内の作動流体を前記貯蔵タンクへ排出することを特徴とする。
【００２８】
前記制御用流体の供給および前記貯蔵タンクへの前記作動流体の排出は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われることを特徴とする。
【００２９】
前記プレクーラーの後段での圧力Ｐ１または前記圧縮機の前段での圧力Ｐ２が低くなる場合、前記供給ポンプを作動させて前記第１入口を介して前記フローテーションタンク内へ前記作動流体を供給することを特徴とする。
【００３０】
前記フローテーションタンク内への前記作動流体の供給は、前記ピストンの高さが設定値に対応する高さに到達するまで行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一実施形態に係る作動流体供給制御装置は、高価のインベントリタンクを使用しなくても圧縮機の入出口の圧力を制御することができ、作動流体の流量を効率よく制御することができるので、サイクル構成の費用を削減して経済性の向上を図るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る作動流体供給制御装置が適用された発電サイクルの一例を示す模式図である。
【図２】図１による作動流体供給制御装置の一例を示す模式図である。
【図３】図２による作動流体供給制御装置の作動状態を示す模式図である。
【図４】図２による作動流体供給制御装置の作動状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る作動流体供給制御装置について詳細に説明する。
【００３４】
一般に、超臨界二酸化炭素発電システムは、発電に使用された二酸化炭素を外部へ排出しない閉サイクル（ｃｌｏｓｅ  ｃｙｃｌｅ）をなし、作動流体として超臨界状態の二酸化炭素を用いる。
【００３５】
超臨界二酸化炭素発電システムは、作動流体が超臨界状態の二酸化炭素であるので、火力発電所などから排出される排気ガスを用いることができるため、単独発電システムだけでなく、火力発電システムとのハイブリッド発電システムにも使用できる。超臨界二酸化炭素発電システムの作動流体は、排気ガスから二酸化炭素を分離して供給してもよく、別途の二酸化炭素を供給してもよい。
【００３６】
サイクル内の超臨界二酸化炭素（以下、「作動流体」という）は、圧縮機を通過した後、ヒーターなどの熱源を通過しながら加熱されて高温高圧の作動流体になってタービンを駆動させる。タービンには発電機またはポンプが接続され、発電機に接続されたタービンによって電力を生産し、ポンプに接続されたタービンを用いてポンプを駆動する。タービンを通過した作動流体は熱交換器を経て冷却され、冷却された作動流体は再び圧縮機へ供給されてサイクル内を循環する。タービンまたは熱交換器は複数個が備えられてもよい。
【００３７】
本発明の様々な実施形態に係る超臨界二酸化炭素発電システムは、サイクル内で流動する作動流体の全てが超臨界状態であるシステムだけでなく、作動流体の大部分が超臨界状態であり且つ残りは亜臨界状態であるシステムも含む意味で使用される。
【００３８】
また、本発明の様々な実施形態において、作動流体として二酸化炭素が用いられるが、ここで、二酸化炭素とは、化学的な意味で純粋な二酸化炭素、一般な観点からみて不純物が多少含まれている状態の二酸化炭素、および二酸化炭素に１種以上の流体が添加物として混合されている状態の流体も含む意味で使用される。
【００３９】
図１は本発明の一実施形態に係る作動流体供給制御装置が適用された発電サイクルの一例を示す模式図である。
【００４０】
図１に示すように、作動流体供給制御装置が適用された発電サイクルは、一つのタービンと、複数のレキュペレータ（ｒｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ）２００と、複数の外部熱交換器３００とを備えた超臨界二酸化炭素の発電サイクルであり得る。
【００４１】
本発明の各構成は、作動流体が流れる移送管によって接続され、特に言及しなくても、作動流体は移送管に沿って流動するものと理解されるべきである。ただし、複数の構成が一体化されている場合には、一体化された構成内に実質的に移送管の役目をする部品または領域があるので、この場合にも、当然、作動流体は移送管に沿って流動するものと理解されるべきである（本発明において、移送管は括弧内の数字で表記する）。
【００４２】
作動流体供給制御装置を介してサイクル内へ供給された作動流体は、圧縮機１００で高圧に圧縮され、一部はレキュペレータ２００に分岐し、一部は外部の熱交換器３００に分岐する。
【００４３】
レキュペレータ２００は第１レキュペレータ２１０および第２レキュペレータ２３０から構成され、これらのレキュペレータは直列に配置され、第１レキュペレータ２１０を通過した作動流体が第２レキュペレータ２３０に順次流入する。タービン４００を通過した作動流体が第１レキュペレータ２１０に先に流入するので、第１レキュペレータ２１０は第２レキュペレータ２３０に比べて相対的に高温の作動流体と熱交換をする。
【００４４】
外部熱交換器３００は、第１熱交換器３１０および第２熱交換器３３０から構成される。第１および第２熱交換器３１０、３３０は、発電所のボイラーから排出される排気ガスのように廃熱を持つ気体（以下「廃熱気体」という）を熱源として用い、廃熱気体とサイクル内を循環する作動流体との熱交換によって、廃熱気体から供給された熱で作動流体を加熱する役目をする。
【００４５】
複数の熱交換器３００が備えられる場合、廃熱気体の温度に応じて相対的に低温、中温、高温などに区分することができる。つまり、熱交換器は、廃熱気体が流入する入口端側に近いほど高温での熱交換が可能であり、廃熱気体が排出される出口端側に近いほど低温での熱交換が行われる。
【００４６】
本実施形態において、第１熱交換器３１０は、第２熱交換器３３０に比べて相対的に高温または中来の廃熱気体を用いる熱交換器であり、第２熱交換器３３０は、相対的に中温または低温の廃熱気体を用いる熱交換器であり得る。つまり、廃熱気体が流入する入口端から排出端側へ第１熱交換器３１０、第２熱交換器３３０が順次配置されたことを例にして説明する。
【００４７】
前述したように、圧縮機１００を経た作動流体の一部は、第２レキュペレータ２３０へ送られ、第１レキュペレータ２１０を経た作動流体と熱交換して１次に加熱された後、第１レキュペレータ２１０へ送られ、タービン４００を経た作動流体と熱交換して加熱される。その後、第１熱交換器３１０の前段へ移送される。
【００４８】
圧縮機１００を経た作動流体の一部は、第２熱交換器３３０へ送られて廃熱気体と熱交換して１次に加熱された後、加熱された作動流体と第１レキュペレータ２１０で混合されて第１熱交換器３１０へ送られる。第１熱交換器３１０で加熱された作動流体はタービン４００へ供給される。
【００４９】
タービン４００は作動流体によって駆動され、タービン４００には発電機（図示せず）が接続され、タービンによって電力を生産することができる。タービン４００を通過しながら作動流体が膨張するので、タービン４００は膨張機（ｅｘｐａｎｄｅｒ）の役目もする。タービン４００を経た作動流体は第１レキュペレータ２１０へ移送される。
【００５０】
圧縮機１００を通過した作動流体と第１レキュペレータ２１０および第２レキュペレータ２３０で熱交換して冷却された作動流体は、プレクーラー５０へ移送される。
【００５１】
プレクーラー５０は、空気または冷却水を冷媒として用いて、レキュペレータ２００を通過して１次に冷却された作動流体を２次冷却する。プレクーラー５０を経て冷却された作動流体は、フローテーションタンク（ｆｌｏｔａｔｉｏｎ  ｔａｎｋ）５００を経て圧縮機１００へ供給される。
【００５２】
圧縮機１００へ作動流体を供給するための作動流体供給制御装置は、前述したプレクーラー５０と圧縮機１００との間に配置されるフローテーションタンク５００と、作動流体の貯蔵のための貯蔵タンク１０と、貯蔵タンク１０から作動流体をフローテーションタンク５００へ供給する供給ポンプ２０と、フローテーションタンク５００の作動流体を貯蔵タンク１０へ排出するための制御バルブ３０とを含んで構成される。
【００５３】
貯蔵タンク１０は、サイクル全体に必要な作動流体の流量を貯蔵および供給することができる大容量貯蔵器であって、少なくともサイクル初期駆動の際に必要な作動流体の量を貯蔵することができる程度の大きさを持つ。貯蔵タンク１０は、サイクル内で作動流体の一部流量を抜き出すときにも使用されるので、サイクルの総作動流体の流量よりも大きい流量を貯蔵することができるものが望ましい。貯蔵タンク１０からフローテーションタンク５００へ供給される作動流体の圧力は、供給ポンプ２０によって１次に昇圧し、フローテーションタンク５００内で２次に制御されて圧縮機１００へ供給できる。
【００５４】
フローテーションタンク５００は、圧縮機１００の入口端に設置されるので、圧縮機１００の入口の圧力変化に対するバッファ作用をする。よって、圧縮機１００の入口の圧力制御はフローテーションタンク５００によって自動的に制御できる。
【００５５】
圧縮機１００の入口の圧力変化に対するバッファ作用は、フローテーションタンク５００内の圧力変化に対するバッファ作用によって行われる。このために、フローテーションタンク５００は、ピストン蓄圧器（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）タイプのタンクとして備えられることが好ましい。フローテーションタンク５００の最大許容流量（ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）は、例えば２１５Ｌ／ｓｅｃであり得る。ピストン蓄圧器タイプのタンクは制御反応の応答速度および反応時間が非常に速いという利点がある。
【００５６】
フローテーションタンク５００が圧縮機１００の入口端に設置されるので、圧縮される以前の作動流体を一時貯蔵または流動させる。よって、フローテーションタンク５００は、サイクル内の低圧ラインに位置し、従来のインベントリタンクのように高圧に耐えられる高価な材質および部品を必要としないため、経済的なサイクル構成が可能であるという利点がある。
【００５７】
貯蔵タンク１０は、サイクル全体で必要とする作動流体の流量を貯蔵することができる程度の最小サイズを有しなければならないが、これに対し、フローテーションタンク５００は、圧力バッファ機能のために全体サイクル流量の１／３程度の作動流体を貯蔵することができれば十分である。よって、従来のインベントリタンクに比べて１／３までフローテーションタンク５００の大きさを縮小することができるので、サイクル構成費用を削減することができるという効果がある。
【００５８】
次に、フローテーションタンク５００の圧力バッファ機能について詳細に説明する。
【００５９】
図２は図１による作動流体供給制御装置の一例を示す模式図、図３および図４は図２による作動流体供給制御装置の作動状態を示す模式図である。
【００６０】
図２に示すように、フローテーションタンク５００は、タンク本体５１０と、タンク本体５１０の内部に設置されたピストン５３０と、タンク本体５１０の下端に設けられ、ピストン５３０を昇降させるピストン位置制御用流体が流入する制御流体流入部５１０ａと、タンク本体５１０の一側に備えられ、供給ポンプ２０から作動流体が流入する第１入口５１２と、タンク本体５１０の他側に備えられ、制御弁３０へ作動流体が排出される第１出口５１４とを含んでなる。また、第１入口５１２および第１出口５１４から離隔しているタンク本体５１０の上部には、プレクーラー５０から作動流体が流入する第２入口５１６と、第２入口５１６から離隔して位置し、圧縮機１００へ作動流体が排出される第２出口５１８とが備えられる。
【００６１】
図２において、Ｐ１はプレクーラー５０の後段での圧力を示し、Ｐ２は圧縮機１００の前段での圧力を示し、ＰＳはフローテーションタンク５００内の圧力を示す。また、Ｆ１は、ピストン５３０の位置を制御するための制御流体の流量を示す（サイクル内へ供給される作動流体とは別個の流体であり、超臨界二酸化炭素ではなく、他の作動流体が使用できる）。ＨＳはフローテーションタンク５００内の設定ポイントによるピストン５３０の高さを示し、ＨＡはフローテーションタンク５００内の圧力変化によるピストン５３０の高さを示す。ＰＳおよびＨＳは、サイクルの設計の際に、予め設定された設定値にセットされ、圧力変化に応じてフローテーションタンク５００内で前記設定値が維持されるように制御される。次に、以上説明した内容を参照して、圧力変化に応じたフローテーションタンク５００の制御方法について詳細に説明する。
【００６２】
図３に示すように、Ｐ１が高くなる場合が発生することがある。
【００６３】
Ｐ１が上昇すると、フローテーションタンク５００内でピストン５３０の高さがＨＳからＨＡに下降する。このとき、フローテーションタンク５００内の設定高さＨＳまでピストン５３０を上昇させるとともに、基準圧力ＰＳを維持させるためにＦ１の流量で制御流体を注入させる。これと同時に、制御弁３０を開いてフローテーションタンク５００内の一部作動流体の流量を排出して貯蔵タンク１０へ送る。このような過程によって、ＰＳおよびＨＳが設定値に維持されるとき、制御弁３０を閉じてフローテーションタンク５００からの作動流体の排出を中止するとともに、Ｆ１流量での制御流体注入を中止する。このとき、供給ポンプ２０は駆動されない。
【００６４】
一方、Ｐ２が高くなる場合が発生しても、図３に示すように、ピストン５３０がＨＡの高さに下降することができる。この場合にも、フローテーションタンク５００内でピストン５３０の高さがＨＳからＨＡに下降する。したがって、Ｆ１で制御流体を注入して基準圧力ＰＳを維持し、ＨＳまでピストン５３０を上昇させることができるように、制御弁３０を開いてフローテーションタンク５００内の一部の作動流体を貯蔵タンク１０へ排出する。ＰＳおよびＨＳが設定値に維持されるとき、制御弁３０を閉じてフローテーションタンク５００からの作動流体の排出を中止するとともに、Ｆ１流量での制御流体注入を中止する。
【００６５】
逆に、図４に示すように、Ｐ１が低くなる場合が発生することがある。
【００６６】
Ｐ１が減少すると、フローテーションタンク５００内でピストン５３０の高さがＨＳからＨＡに上昇する。このとき、フローテーションタンク５００内の設定高さＨＳまでピストン５３０を下降させるとともに、基準圧力ＰＳを維持させるために供給ポンプ２０を作動させてフローテーションタンク５００内に作動流体の流量を補充する。このような過程によってＰＳおよびＨＳが設定値になると、供給ポンプ２０を停止させてフローテーションタンク５００への作動流体の供給を中止することでＰＳおよびＨＳを維持する。この際、制御弁３０は駆動されず、ピストン５３０の位置設定のための制御流体も供給されない。
【００６７】
また、Ｐ２が低くなる場合が発生しても、図４に示すように、ピストン５３０がＨＡの高さに上昇することができる。よって、フローテーションタンク５００内の設定高さＨＳまでピストン５３０を下降させるとともに、基準圧力ＰＳを維持させるために供給ポンプ２０を作動させてフローテーションタンク５００内への作動流体の流量を補充する。このような過程によってＰＳおよびＨＳが設定値になると、供給ポンプ２０を停止させてフローテーションタンク５００への作動流体の供給を中止することでＰＳおよびＨＳを維持する。
【００６８】
前述したように、圧縮機の入口およびプレクーラーの出口の圧力変化に応じてフローテーションタンク内の圧力および作動流体の流量が可変するので、フローテーションタンク内の圧力およびピストンの高さが一定の設定値に維持できる。このようにフローテーションタンクが圧縮機の入口の圧力変化に応じたバッファの役目をするので、別途の圧力制御が必要とされないため、従来のインベントリタンクのような高価な材質および部品を使用しなくてもよいので、サイクル構成費用が削減されるという効果がある。また、フローテーションタンクのみで作動流体の流量を効率よく制御することができ、圧縮機の入出口の圧力を制御することができるため、サイクル構成費用の削減および経済性の向上を図るという効果がある。
【００６９】
以上で説明され且つ図面に示された本発明の一実施形態は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されてはならない。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項によってのみ制限される。本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を様々な形態に改良および変更することが可能である。よって、それらの改良および変更も、通常の知識を有する者に自明なことである限り、本発明の権利範囲に属するといえる。
【符号の説明】
【００７０】
１０    貯蔵タンク
２０    供給ポンプ
３０    制御弁
５０    プレクーラー
１００    圧縮機
２００    レキュペレータ
３００    熱交換器
４００    タービン
５００    フローテーションタンク
【図１】
2018165511.tif 000003
【図２】
2018165511.tif 000004
【図３】
2018165511.tif 000005
【図４】
2018165511.tif 000006