(57)【要約】【課題】ガスタービンシステムの効率を向上させるのに適した技術を提供する。【解決手段】ガスタービン装置３は、第一圧縮機１１、燃焼器１５および第一タービン１２を含む。第一圧縮機１１は、作動流体を圧縮する。燃焼器１５は、第一圧縮機１１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。第一タービン１２は、燃焼器１５で発生した燃焼ガスを膨張させる。抽気サイクル装置２は、第二圧縮機２１および膨張機構２２を含む。第二圧縮機２１は、ガスタービン装置３から抜き出された、第一圧縮機１１により昇圧された作動流体を圧縮する。膨張機構２２は、第二圧縮機２１から吐出された作動流体を膨張させる。第一熱交換器１４は、第一圧縮機１１による圧縮後かつ第一タービン１２による膨張前の作動流体と、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体との間で熱交換を行なう。【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第一圧縮機、前記第一圧縮機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一タービン、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、前記第一圧縮機により昇圧された作動流体を圧縮する第二圧縮機、および、前記第二圧縮機から吐出された作動流体を膨張させる膨張機構、を含む抽気サイクル装置と、
前記第一圧縮機による圧縮後かつ前記第一タービンによる膨張前の作動流体と、前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
を備えた、ガスタービンシステム。
【請求項２】
前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記第一熱交換器への流入前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備えた、請求項１に記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備えた、請求項１に記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備え、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備え、
前記燃料は、前記第二熱交換器を通り、次に前記第三熱交換器を通る、請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備え、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備え、
前記燃料は、前記第三熱交換器を通り、次に前記第二熱交換器を通る、請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項７】
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第四熱交換器をさらに備えた、請求項１または４に記載のガスタービンシステム。
【請求項８】
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第五熱交換器をさらに備えた、請求項１、２、３および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】
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第四熱交換器をさらに備え、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第五熱交換器をさらに備え、
前記膨張機構から吐出された作動流体は、前記第四熱交換器を通り、次に前記第五熱交換器を通る、請求項１、７および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】
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第四熱交換器をさらに備え、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第五熱交換器をさらに備え、
前記膨張機構から吐出された作動流体は、前記第五熱交換器を通り、次に前記第四熱交換器を通る、請求項１、７および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１１】
前記膨張機構から吐出された作動流体が供給される被冷却室をさらに備え、
前記第一熱交換器から前記膨張機構に作動流体を導く経路は、前記被冷却室を経由している、請求項１、４および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１２】
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮し、
前記膨張機構から吐出された作動流体が供給される被冷却室をさらに備え、
前記接続点から前記第二圧縮機に作動流体を導く経路は、前記被冷却室を経由している、請求項１、２、３、７および１１のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１３】
前記第一タービンから吐出された燃焼ガスと、前記第一熱交換器からの流出後かつ前記燃焼器に流入する前の作動流体との間で熱交換を行う再生熱交換器をさらに備えた、請求項１から１２のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項１４】
前記膨張機構から吐出された作動流体を前記第一タービンへ導入する導入管をさらに備えた、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】
作動流体を圧縮する第一圧縮機、前記第一圧縮機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一タービン、を含むガスタービン装置と、
前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された、前記第一圧縮機により昇圧された作動流体を圧縮する第二圧縮機、および、前記第二圧縮機から吐出された作動流体を膨張させる膨張機構、を含む抽気サイクル装置と、
前記第二圧縮機からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備え、
前記燃料は、
（ｉ）前記第二熱交換器を通り、次に前記第三熱交換器を通る、または、
（ii）前記第三熱交換器を通り、次に前記第二熱交換器を通る、ガスタービンシステム。
【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】
ガスタービン装置を用いたガスタービンシステムが知られている。一従来例に係るシステムでは、ガスタービン装置で発電する際の排熱を利用して、温熱が取り出される。一方、ガスタービン装置の圧縮機で生成された高圧空気の一部が、抽気として抜き出される。抽気は、再圧縮され、その後、膨張させられる。これにより、冷熱が取り出される。このようなシステムは、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
図３５に、特許文献１に記載されたガスタービンシステムの模式図を示す。図３５に示すように、ガスタービンシステム１００ａは、マイクロガスタービン装置１０１ａと、抽気サイクル装置１０２を備えている。マイクロガスタービン装置１０１ａは、第一圧縮機１１１と、第一タービン１１２と、電動発電機１１３と、再生熱交換器１１４と、燃焼器１１５とを含む。第一圧縮機１１１および第一タービン１１２は、第一シャフト１１７により互いに連結されている。
【０００４】
抽気サイクル装置１０２は、第二圧縮機１２１と、熱交換器１２４と、第二タービン１２２と、電動機１２３と、を含む。第二圧縮機１２１は、マイクロガスタービン装置１０１ａから抜き出された作動流体を圧縮する。熱交換器１２４は、燃料供給路１５１を流れる燃料によって作動流体を冷却する。第二タービン１２２は、熱交換器１２４から流出した作動流体を膨張させる。第二圧縮機１２１および第二タービン１２２は、第二シャフトにより互いに連結されている。
【０００５】
マイクロガスタービン装置１０１ａから抜き出された抽気は、中間冷却器１１６で冷却される。次に、抽気は、抽気サイクル装置１０２の第二圧縮機１２１によって昇圧される。次に、抽気は、熱交換器１２４で冷却される。次に、抽気は、第二膨張タービン１２２で膨張させられる。これにより、冷熱を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】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】
【０００７】
特許文献１の技術には、ガスタービンシステムの効率を改善する余地がある。本開示は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに適した技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、
作動流体を圧縮する第一圧縮機、前記第一圧縮機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一タービン、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、前記第一圧縮機により昇圧された作動流体を圧縮する第二圧縮機、および、前記第二圧縮機から吐出された作動流体を膨張させる膨張機構、を含む抽気サイクル装置と、
前記第一圧縮機による圧縮後かつ前記第一タービンによる膨張前の作動流体と、前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
を備えた、ガスタービンシステムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る技術は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施の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、第２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３】図３は、第２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図４】図４は、第３の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図５】図５は、第４の実施の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の実施の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４の実施の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４の実施の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４の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１０】図１０は、第４の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１１】図１１は、第５の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１２】図１２は、第５の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１３】図１３は、第６の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１４】図１４は、第７の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１５】図１５は、第７の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１６】図１６は、第７の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１７】図１７は、第７の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１８】図１８は、第７の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図１９】図１９は、第７の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２０】図２０は、第８の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２１】図２１は、第８の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２２】図２２は、第９の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２３】図２３は、第１０の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２４】図２４は、第１０の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２５】図２５は、第１１の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２６】図２６は、第１２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２７】図２７は、第１２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２８】図２８は、第１２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図２９】図２９は、第１２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３０】図３０は、第１２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３１】図３１は、第１２の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３２】図３２は、第１３の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３３】図３３は、第１４の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３４】図３４は、第１５の実施の形態のガスタービンシステムの構成図である。
【図３５】図３５は、従来技術のガスタービンシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（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一圧縮機、前記第一圧縮機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一タービン、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、前記第一圧縮機により昇圧された作動流体を圧縮する第二圧縮機、および、前記第二圧縮機から吐出された作動流体を膨張させる膨張機構、を含む抽気サイクル装置と、
前記第一圧縮機による圧縮後かつ前記第一タービンによる膨張前の作動流体と、前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
を備える。
【００１２】
第１態様に係る技術は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに適している。
【００１３】
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は、
前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記第一熱交換器への流入前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００１４】
第２態様の第二熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００１５】
本開示の第３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は、
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００１６】
第３態様の第二熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００１７】
本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００１８】
第４態様の第三熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００１９】
本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムは、
前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記燃料は、前記第二熱交換器を通り、次に前記第三熱交換器を通ってもよい。
【００２０】
第５態様の第二熱交換器および第三熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００２１】
本開示の第６態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムは、
前記第二圧縮機による圧縮後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記燃料は、前記第三熱交換器を通り、次に前記第二熱交換器を通ってもよい。
【００２２】
第６態様の第二熱交換器および第三熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００２３】
本開示の第７態様において、例えば、第１または第４態様に係るガスタービンシステムは、
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第四熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００２４】
第７態様の第四熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００２５】
本開示の第８態様において、例えば、第１、第２、第３および第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、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第五熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００２６】
第８態様の第五熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００２７】
本開示の第９態様において、例えば、第１、第７および第８態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムは、
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第四熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第五熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記膨張機構から吐出された作動流体は、前記第四熱交換器を通り、次に前記第五熱交換器を通ってもよい。
【００２８】
第９態様の第四熱交換器および第五熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００２９】
本開示の第１０態様において、例えば、第１、第７および第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、
前記第一熱交換器からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第四熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記膨張機構から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう第五熱交換器をさらに備えていてもよく、
前記膨張機構から吐出された作動流体は、前記第五熱交換器を通り、次に前記第四熱交換器を通ってもよい。
【００３０】
第１０態様の第四熱交換器および第五熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００３１】
本開示の第１１態様において、例えば、第１、第４および第８態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムは、
前記膨張機構から吐出された作動流体が供給される被冷却室をさらに備えていてもよく、
前記第一熱交換器から前記膨張機構に作動流体を導く経路は、前記被冷却室を経由していてもよい。
【００３２】
第１１態様の被冷却室は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００３３】
本開示の第１２態様において、例えば、第１、第２、第３、第７および第１１態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムでは、
前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機により昇圧され前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された作動流体を圧縮してもよく、
前記膨張機構から吐出された作動流体が供給される被冷却室をさらに備えていてもよく、
前記接続点から前記第二圧縮機に作動流体を導く経路は、前記被冷却室を経由していてもよい。
【００３４】
第１２態様の被冷却室は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００３５】
本開示の第１３態様において、例えば、第１から第１２態様のいずれか１つに係るガスタービンシステムは、
前記第一タービンから吐出された燃焼ガスと、前記第一熱交換器からの流出後かつ前記燃焼器に流入する前の作動流体との間で熱交換を行う再生熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００３６】
第１３態様の再生熱交換器は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００３７】
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、
前記膨張機構から吐出された作動流体を前記第一タービンへ導入する導入管をさらに備えていてもよい。
【００３８】
第１４態様の導入管は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに寄与し得る。
【００３９】
本開示の第１５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一圧縮機、前記第一圧縮機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一タービン、を含むガスタービン装置と、
前記ガスタービン装置における接続点から抜き出された、前記第一圧縮機により昇圧された作動流体を圧縮する第二圧縮機、および、前記第二圧縮機から吐出された作動流体を膨張させる膨張機構、を含む抽気サイクル装置と、
前記第二圧縮機からの流出後かつ前記膨張機構による膨張前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
前記接続点から抜き出された後かつ前記第二圧縮機による圧縮前の作動流体と、前記燃料との間で熱交換を行なう第三熱交換器をさらに備え、
前記燃料は、
（ｉ）前記第二熱交換器を通り、次に前記第三熱交換器を通る、または、
（ii）前記第三熱交換器を通り、次に前記第二熱交換器を通る。
【００４０】
第１５態様に係る技術は、ガスタービンシステムの効率を向上させるのに適している。
【００４１】
第１から第１４態様の技術は、第１５態様に適用できる。第１５態様の技術は、第１から第１４態様に適用できる。
【００４２】
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。なお、これらの実施の形態によって本開示が限定されるものではない。
【００４３】
実施の形態では、ガスタービンシステムの効率という表現を用いることがある。ガスタービンシステムの効率は、ガスタービンシステムへの投入エネルギーＥｉに対するガスタービンシステムによってなされた有効仕事Ｗｅの比率Ｗｅ／Ｅｉである。ここで、投入エネルギーＥｉは、例えば、ガスタービンシステムにおける燃焼器に投入した燃料のエネルギー換算量、ガスタービンシステムにおけるポンプ等の機器への投入電力等を含み得る。有効仕事Ｗｅは、例えば、ガスタービンシステムの発電電力、温熱の生成に寄与したエネルギー、冷熱の生成に寄与したエネルギー等を含み得る。
【００４４】
以下の説明では、熱交換器に序数詞を付することによって、熱交換器を区別する。しかし、この区別は、便宜上のものに過ぎない。例えば、以下で説明する第一熱交換器１４を、サイクル間熱交換器と称することができる。第二熱交換器２８を、圧縮後抽気−燃料間熱交換器と称することができる。第三熱交換器３８を、圧縮前抽気−燃料間熱交換器と称することができる。第四熱交換器４８を、圧縮後抽気−冷熱間熱交換器と称することができる。第五熱交換器５８を、圧縮前抽気−冷熱間熱交換器と称することができる。第六熱交換器６８を、圧縮後抽気−空気間熱交換器と称することができる。第七熱交換器７８を、圧縮前抽気−空気間熱交換器と称することができる。
【００４５】
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態におけるガスタービンシステムの構成図を示す。
【００４６】
図１において、ガスタービンシステム１Ａは、ガスタービン装置３と、抽気サイクル装置２と、第一熱交換器１４と、を備える。
【００４７】
本実施の形態では、ガスタービン装置３および抽気サイクル装置２に、作動流体として空気が供給される。これらの作動流体の別の例は、代替フロンである。
【００４８】
ガスタービン装置３の排熱は、温熱として利用できる。一方、抽気サイクル装置２では、作動流体が冷却され、冷熱が生成される。例えば、冷熱を用いて冷たい雰囲気を構成できる。冷たい雰囲気内に物体を置けば、その物体を冷却できる。一具体例では、冷却された作動流体自体が冷たい雰囲気を構成する。このようにすれば、作動流体とは異なる種類の媒体を用いる必要がない。また、冷たい雰囲気を冷凍倉庫等に利用する場合に、霜付きを抑制し易い。ただし、冷却された作動流体の冷熱を熱交換によって作動流体とは異なる種類の媒体に与え、そのようにして冷却された媒体により冷たい雰囲気を構成してもよい。また、冷たい雰囲気は、冷凍の他、冷蔵、冷房等の他の用途にも利用できる。いずれの具体例においても、雰囲気は、空気によって構成されていてもよく、他の種類の流体によって構成されていてもよい。
【００４９】
ガスタービン装置３は、第一圧縮機１１と、第一シャフト１７と、第一タービン１２と、燃焼器１５と、電動発電機１３と、を含む。
【００５０】
抽気サイクル装置２は、第二圧縮機２１と、第二シャフト２７と、膨張機構２２と、電動発電機２３と、を含む。
【００５１】
以下、ガスタービンシステム１Ａの個々の要素について説明する。
【００５２】
第一圧縮機１１は、作動流体を圧縮する。第一圧縮機１１は、例えば、遠心圧縮機等のターボ圧縮機である。
【００５３】
燃焼器１５は、第１圧縮機１１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。
【００５４】
燃焼器１５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。
【００５５】
液体燃料を用いる場合は、図示しない燃料タンクの容積を小さくできるメリットが得られる。気体燃料を用いる場合は、燃焼器１５への燃料噴射機構等を簡易化できるメリットが得られる。
【００５６】
第一タービン１２は、燃焼器１５で発生した燃焼ガスを膨張させる。本実施の形態では、燃焼ガスは、作動流体の一形態と考えることとする。別の言い方をすると、作動流体は、燃焼ガスを包含する概念と考えることとする。
【００５７】
第一シャフト１７は、第一圧縮機１１と第一タービン１２とを連結させている。具体的には、第一シャフト１７は、第一圧縮機１１と第一タービン１２と電動発電機１３とを連結させている。
【００５８】
本実施の形態では、電動発電機１３は、発電機としても電動機としても動作する。例えば、電動発電機１３は、第一圧縮機１１の起動時において、電動機として用いられる。具体的に、電動発電機１３は、第一シャフト１７を回転させることにより、第一圧縮機１１を駆動させることができる。
【００５９】
第二圧縮機２１は、ガスタービン装置３から抜き出された、第一圧縮機２１により昇圧された作動流体を圧縮する。第二圧縮機２１は、例えば、遠心圧縮機等のターボ圧縮機である。
【００６０】
膨張機構２２は、第二圧縮機２１から吐出された作動流体を膨張させる。膨張機構２２は、例えば、膨張弁、体積型膨張機、または、タービン等の速度型膨張機等である。本実施形態では、膨張機構２２は、タービンである。タービンを膨張機構２２として用いる場合、そのタービンを第二タービンと称することができる。
【００６１】
第二シャフト２７は、第二圧縮機２１と膨張機構２２とを連結させている。具体的には、第二シャフト２７は、第二圧縮機２１と膨張機構２２と電動発電機２３とを連結させている。
【００６２】
本実施の形態では、電動発電機２３は、発電機としても電動機としても動作する。例えば、電動発電機２３は、第二圧縮機２１の起動時において、電動機として用いられる。具体的に、電動発電機２３は、第二シャフト２７を回転させることにより、第二圧縮機２１を駆動させることができる。
【００６３】
電動発電機２３を電動機として用いる場合、第二圧縮機２１の圧縮比を高めることができるため、第二圧縮機２１の吸気側の作動流体の温度と膨張機構２２から吐出される作動流体の温度との温度差を増大させることができる。一方、電動発電機２３を発電機として動作させる場合、膨張機構２２が発生させるトルクと第二圧縮機２１で用いられるトルクの差分を用いて電力を得ることができる。
【００６４】
第一熱交換器１４は、第一圧縮機１１による圧縮後かつ第一タービン１２による膨張前の作動流体と、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体との間で熱交換を行なう。具体的には、第一熱交換器１４は、第一圧縮機１１による圧縮後かつ燃焼器１５への流入前の作動流体と、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体との間で熱交換を行なう。第一熱交換器１４は、例えば、プレート式熱交換器である。第一熱交換器１４の他の例は、プレートチューブ式熱交換器、フィンチューブ熱交換器等である。
【００６５】
ガスタービンシステム１Ａの構成要素の一部を省略してもよい。例えば、第一シャフト１７を省略して、第一圧縮機１１と第一タービン１２とを互いに分離してもよい。第二シャフト２７を省略して、第二圧縮機２１と膨張機構２２とを互いに分離してもよい。また、電動発電機１３に代えて電動機を設けたり、電動発電機２３に代えて電動機を設けたりしてもよい。
【００６６】
ガスタービンシステム１Ａでは、第１経路８２ａと、第２経路８２ｂと、が設けられている。ガスタービン装置３は、接続点ｐ１を含んでいる。第１経路８２ａは、第１圧縮機２１により昇圧された作動流体を、燃焼器１５および第一タービン１２へと導く。第２経路８２ｂは、接続点ｐ１から延びている。第２経路８２ｂは、ガスタービン装置３および抽気サイクル装置２を接続している。第２経路８２ｂには、ガスタービン装置３から抜き出された、第１圧縮機２１により昇圧された作動流体が流れる。本実施の形態では、第１経路８２ａに、接続点ｐ１が設けられている。
【００６７】
第１経路８２ａおよび第２経路８２ｂは、配管を用いて構成できる。後述する燃料供給路５１および風路８５についても同様である。
【００６８】
以上のように構成されたガスタービンシステム１Ａについて、以下、その動作および作用を説明する。
【００６９】
本実施の形態では、大気中の空気が作動流体としてガスタービン装置３に流入する。第一圧縮機１１は、この作動流体を吸入し、圧縮する。
【００７０】
第一圧縮機１１で圧縮された作動流体の一部は、接続点ｐ１を経由して、第一熱交換器１４に流入する。第一熱交換器１４では、第一圧縮機１１から吐出された作動流体と、第二圧縮機２１から吐出された作動流体との熱交換が行われる。この熱交換により、第一圧縮機１１から吐出された作動流体の温度は上昇する。
【００７１】
次に、作動流体は、燃焼器１５に流入する。燃焼器１５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１５において、作動流体は燃焼ガスとなり、さらに高温となる。
【００７２】
次に、作動流体は、第一タービン１２に流入する。第一タービン１２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。
【００７３】
第一タービン１２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、第一圧縮機１１を駆動するとともに、余剰電力を電動発電機１３に与える。このように、電動発電機１３では、第一タービン１２の出力を用いた発電が行われる。
【００７４】
第一タービン１２の排熱を温熱として利用することができる。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。
【００７５】
第一圧縮機１１から吐出された作動流体の一部は、接続点ｐ１を経由して、上述のように第一経路８２ａを通って燃焼器１５へと流れていく。第一圧縮機１１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８２ｂに流入する。
【００７６】
接続点ｐ１から第２経路８２ｂに流入した作動流体は、抽気サイクル装置２に流入する。このようにして抽気サイクル装置２に流入する作動流体を、抽気と称することができる。
【００７７】
抽気サイクル装置２に流入した作動流体は、第二圧縮機２１に流入する。第二圧縮機２１は、この作動流体を吸入し、圧縮する。
【００７８】
次に、作動流体は、第一熱交換器１４に流入する。第一熱交換器１４では、第一圧縮機１１から吐出された作動流体と、第二圧縮機２１から吐出された作動流体との熱交換が行われる。この熱交換により、第二圧縮機２１から吐出された作動流体の温度は低下する。
【００７９】
次に、作動流体は、膨張機構２２に流入する。膨張機構２２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。この膨張により、作動流体の温度がさらに下がる。
【００８０】
そのように温度が下がった作動流体は、膨張機構２２から吐出される。膨張機構２２から吐出される作動流体の温度は、例えば、−１００℃から１０℃の間の温度である。一具体例では、膨張機構２２から吐出される作動流体の温度は、−７０℃から−５０℃の間の温度である。
【００８１】
膨張機構２２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、第二圧縮機２１を駆動するとともに、余剰電力を電動発電機２３に与える。このように、電動発電機２３では、膨張機構２２の出力を用いた発電が行われる。
【００８２】
上述のように、本実施の形態では、第一熱交換器１４において、第一圧縮機１１から吐出された作動流体と、第二圧縮機２１から吐出された作動流体との熱交換が行われる。この熱交換により、第一圧縮機１１から吐出された作動流体の温度は上昇し、第二圧縮機２１から吐出された作動流体の温度は低下する。この熱交換は、ガスタービンシステム１Ａの効率向上に寄与する。
【００８３】
例えば、ガスタービンシステム１Ａが、膨張機構２２に流入する作動流体の温度を所定値まで下げる運転を行うことを考える。その場合、ガスタービンシステム１Ａは、第一熱交換器１４における熱交換の寄与により、高い効率で動作しつつ、上記所定値の温度の作動流体を得ることができる。
【００８４】
また例えば、ガスタービンシステム１Ａが、第一タービン１２に流入する作動流体の温度を所定値にする運転を行うことを考える。その場合、第一熱交換器１４における熱交換の寄与により、燃焼器１５への燃料の供給量を抑えつつ、上記所定値の温度の作動流体を得ることができる。このことは、ガスタービンシステム１Ａの効率向上に寄与する。
【００８５】
ところで、特許文献１の中間冷却器１１６は、マイクロガスタービン装置１０１ａから抽気として抜き出された作動流体を冷却する。特許文献１には、抽気を冷却するのに冷却水を用いることが記載されている。抽気を冷却するのに冷却水を用いる場合、冷却水をポンプで中間冷却器１１６に圧送することが考えられる。しかし、そのようにすると、中間冷却器１１６を採用しない場合には必要でなかったポンプの動力が必要となる。これに対し、第一熱交換器１４では、ガスタービンシステム１Ａの外部の冷熱源の搬送のための追加の動力が必要となることがない。このことは、ガスタービンシステム１Ａの効率を向上させる観点から有利である。
【００８６】
なお、本実施の形態および後述する実施の形態に、中間冷却器１１６のような、冷却水を用いて抽気を冷却する熱交換器を組み合わせてもよい。
【００８７】
図１に示すガスタービンシステム１Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。
【００８８】
ガスタービンシステム１Ａでは、作動流体が流れる第１経路８２ａが設けられている。第１経路８２ａは、第一圧縮機１１と、接続点ｐ１と、第一熱交換器１４と、燃焼器１５と、第一タービン１２と、をこの順に接続している。
【００８９】
ガスタービンシステム１Ａでは、作動流体が流れる第２経路８２ｂが設けられている。第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。
【００９０】
ガスタービンシステム１Ａでは、燃料が流れる燃料供給路５１が設けられている。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、燃焼器１５と、を接続している。
【００９１】
以下、他のいくつかの実施の形態について説明する。以下では、既に説明した実施の形態とその後に説明される実施の形態とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。各実施の形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
【００９２】
（第２の実施の形態）
図２に、第２の実施の形態におけるガスタービンシステム２Ａの構成図を示す。
【００９３】
図２のガスタービンシステム２Ａは、第二熱交換器２８を備える。第二熱交換器２８は、第二圧縮機２１と膨張機構２２との間に設けられている。具体的には、第二熱交換器２８は、第一熱交換器１４と膨張機構２２との間に設けられている。
【００９４】
第二熱交換器２８は、第二圧縮機２１からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。具体的には、第二熱交換器２８は、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。第二熱交換器２８は、例えば、フィンチューブ熱交換器である。第二熱交換器２８の他の例は、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。
【００９５】
上述のように、本実施の形態では、第二熱交換器２８において、第一熱交換器１４から流出した作動流体と、燃料との熱交換が行われる。この熱交換により、第一熱交換器１４から流出した作動流体の温度は低下し、燃料の温度は上昇する。この熱交換は、ガスタービンシステム２Ａの効率向上に寄与する。
【００９６】
具体的には、本実施の形態によれば、第二熱交換器２８において燃料の温度を上昇させることによって、燃焼器１５から第一タービン１２に供給される燃焼ガスの温度を上昇させることができる。このことは、第一タービン１２の熱効率の向上に寄与し、従ってガスタービンシステム２Ａの効率向上に寄与する。
【００９７】
例えば、接続点ｐ１から抽気サイクル装置２へと抜き出される作動流体の流量に対する接続点ｐ１から燃焼器１５に流入する作動流体の循環量の比率が大きい場合を考える。この場合、燃焼器１５に導かれるべき作動流体の温度を第一熱交換器１４において大幅に上昇させるのは、必ずしも容易ではない。しかし、本実施の形態では、第一熱交換器１４のみならず、第二熱交換器２８が、燃焼器１５から流出される燃焼ガスの温度上昇に寄与する。これにより、ガスタービンシステム２Ａの効率を確保することができる。
【００９８】
具体的には、第一熱交換器１４のみならず第二熱交換器２８において燃料を加熱することで燃焼器１５で噴射される燃料の温度を高めることができるため、燃料消費を抑制しつつ温度が十分に高い燃焼ガスを得ることができる。この燃料消費の抑制は、ガスタービンシステム２Ａの効率の向上に寄与し得る。一例では、第二熱交換器２８に流入する燃料の温度は常温である。その例において、燃料消費を抑制できる効果は効果的に発揮され得る。
【００９９】
また、第二熱交換器２８があれば、第二熱交換器２８がない場合に比べ、膨張機構２２から吐出される作動流体の温度をより低温にできる。
【０１００】
一具体例では、第二熱交換器２８における熱交換により、第一熱交換器１４から流出した作動流体の温度は、１００℃程度から８０℃程度に低下する。この熱交換により、燃料の温度は、２０℃から９０℃程度に上昇する。
【０１０１】
図２に示すガスタービンシステム２Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第二熱交換器２８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第二熱交換器２８と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１０２】
なお、燃焼器１５に燃料を供給するために、燃料供給路５１にポンプが設けられることはあり得る。そのポンプは、本実施の形態では、第二熱交換器２８に燃料を供給することにも利用され得る。しかし、そのようなポンプの利用は、特許文献１の中間冷却器１１６の採用に伴うポンプの追加とは異なり、もともと存在するポンプの利用に過ぎない。このため、燃料供給路５１に設けられたポンプによって第二熱交換器２８に燃料を供給することは、ガスタービンシステムの効率を下げているとは考えないべきである。この点は、燃料供給路５１に設けられたポンプによって後述する第三熱交換器３８に燃料を供給する場合についても同様である。
【０１０３】
第二熱交換器２８の配置は、図２に示す配置に限定されない。図３に示すガスタービンシステム３Ａでは、第二熱交換器２８は、第二圧縮機２１と第一熱交換器１４との間に設けられている。第二熱交換器２８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。このようにしても、上記と同様の理由で、第二熱交換器２８における熱交換は、ガスタービンシステム３Ａの効率向上に寄与する。
【０１０４】
図３に示すガスタービンシステム３Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム３Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第二熱交換器２８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。
【０１０５】
図２に示すガスタービンシステム２Ａは、図３に示すガスタービンシステム３Ａに比べ、抽気サイクル装置２で作動流体の温度を下げるのに適している。
【０１０６】
一方、図３に示すガスタービンシステム３Ａでは、図２に示すガスタービンシステム２Ａに比べ、第二熱交換器２８を流れる作動流体の温度を高くし易い。このため、ガスタービンシステム３Ａは、ガスタービンシステム２Ａに比べ、燃料の温度を上昇させる観点から有利である。また、第二熱交換器２８で燃料の温度をＸ℃上昇させる場合を考える。この場合、ガスタービンシステム３Ａでは、ガスタービンシステム２Ａに比べ、第二熱交換器２８を流れる作動流体の温度が高いため、Ｘ℃の温度上昇を熱交換面積の小さい第二熱交換器２８で達成し易い。
【０１０７】
（第３の実施の形態）
図４に、第３の実施の形態におけるガスタービンシステム４Ａの構成図を示す。
【０１０８】
図４のガスタービンシステム４Ａは、第三熱交換器３８を備える。
【０１０９】
上述の説明から理解されるように、第二圧縮機２１は、第一圧縮機１１により昇圧されガスタービン装置３における接続点ｐ１から抜き出された作動流体を圧縮する。第三熱交換器３８は、接続点ｐ１から抜き出された後かつ第二圧縮機２１による圧縮前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。第三熱交換器３８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。
【０１１０】
第３の実施の形態の第三熱交換器３８は、第２の実施の形態の第二熱交換器２８と同様の理由で、ガスタービンシステム４Ａの効率向上に寄与する。
【０１１１】
図４に示すガスタービンシステム４Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム４Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第三熱交換器３８と、燃焼器１５と、をこの順に接続している。
【０１１２】
（第４の実施の形態）
図５に、第４の実施の形態におけるガスタービンシステム５Ａの構成図を示す。
【０１１３】
図５のガスタービンシステム５Ａは、第２の実施の形態において図２を参照して説明した第二熱交換器２８と、第３の実施の形態において図４を参照して説明した第三熱交換器３８と、を備える。
【０１１４】
図５のガスタービンシステム５Ａでは、第二熱交換器２８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。第三熱交換器３８は、接続点ｐ１から抜き出された後かつ第二圧縮機２１による圧縮前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。燃料は、第二熱交換器２８を通り、次に第三熱交換器３８を通る。
【０１１５】
図５のガスタービンシステム５Ａでは、具体的には、燃料は、第二熱交換器２８を通り、次に第三熱交換器３８を通り、次に燃焼器１５で作動流体中に噴射される。ただし、燃料は、第二熱交換器２８を通り、次に第三熱交換器３８を通り、次に燃料タンクに戻されてもよい。
【０１１６】
燃料が燃料タンクに戻されない形態によれば、燃料タンクにおける燃料の温度の上昇を避けることができる。このことは、第二熱交換器２８において作動流体を冷却するのに適している。また、燃料が燃料タンクに戻されない形態の採用は、燃料系をシンプルに構成するのに適している。一方、燃料が燃料タンクに戻される形態は、燃焼器１５に供給される燃料の温度を高めるのに適している。
【０１１７】
具体的には、図５の第二熱交換器２８は、図２に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。
【０１１８】
図５に示すガスタービンシステム５Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム５Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第二熱交換器２８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第二熱交換器２８と、第三熱交換器３８と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１１９】
第二熱交換器２８の配置は、図５に示す配置に限定されない。図６に示すガスタービンシステム６Ａでは、第二熱交換器２８は、図３に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。
【０１２０】
図６に示すガスタービンシステム６Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム６Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第二熱交換器２８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第二熱交換器２８と、第三熱交換器３８と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１２１】
図７および８に示す例も採用可能である。図７に示すガスタービンシステム７Ａおよび図８に示すガスタービンシステム８Ａでは、燃料は、第三熱交換器３８を通り、次に第二熱交換器２８を通る。
【０１２２】
ガスタービンシステム７Ａおよび８Ａでは、具体的には、燃料は、第三熱交換器３８を通り、次に第二熱交換器２１を通り、次に燃焼器１５で作動流体中に噴射される。ただし、燃料は、第三熱交換器３８を通り、次に第二熱交換器２１を通り、次に燃料タンクに戻されてもよい。
【０１２３】
図７の第二熱交換器２８は、図２に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。
【０１２４】
図７に示すガスタービンシステム７Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム７Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第二熱交換器２８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第三熱交換器３８と、第二熱交換器２８と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１２５】
図８の第二熱交換器２８は、図３に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。
【０１２６】
図８に示すガスタービンシステム８Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム８Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第二熱交換器２８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第三熱交換器３８と、第二熱交換器２８と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１２７】
図５から図８のガスタービンシステム５Ａから８Ａでは、第２の実施の形態で説明した第二熱交換器２８の作用と第３の実施の形態で説明した第三熱交換器３８の作用とが相俟って、高い効率が得られる。
【０１２８】
詳細には、図５および図６に示すガスタービンシステム５Ａおよび６Ａでは、図７および図８に示すガスタービンシステム７Ａおよび８Ａに比べ、低い温度の燃料を第二熱交換器２８に流し易く、第二熱交換器２８における作動流体と燃料との温度差を大きくし易い。このことは、第二熱交換器２８の小型化の観点から有利である。また、ガスタービンシステム５Ａおよび６Ａは、膨張機構２２の吸気側の作動流体の温度を低下させ、低温の冷熱を得る観点から有利である。
【０１２９】
一方、図７および図８に示すガスタービンシステム７Ａおよび８Ａによれば、図５および図６に示すガスタービンシステム５Ａおよび６Ａに比べ、低い温度の燃料を第三熱交換器３８に流し易く、第三熱交換器３８での熱交換により作動流体の温度を低下させ易く、低い温度の作動流体を第二圧縮機２１に吸気させ易い。このことは、第二圧縮機２１の圧縮効率を高め、膨張機構２２の吸気側の作動流体の圧力を高め、膨張機構２２において発生するトルクを増大させ、電動発電機２３において発電される電力を増大させる観点から有利である。
【０１３０】
図５から図８のガスタービンシステム５Ａから８Ａでは、燃料供給路５１において、第二熱交換器２８と第三熱交換器３８とが直列に接続されている。ただし、図９および図１０に示すように、燃料供給路５１において、第二熱交換器２８と第三熱交換器３８は、並列に接続されていてもよい。
【０１３１】
第二熱交換器２８と第三熱交換器３８とを直列に接続することは、燃焼器１５に供給される燃料の温度を高め、ガスタービンシステムの効率を高める観点から有利である。一方、第二熱交換器２８と第三熱交換器３８とを並列に接続すると、第二熱交換器２８および第三熱交換器３８の両方で、作動流体を低温の燃料により冷却できる。このことは、低い温度の作動流体を得る観点から有利である。熱交換器２８および３８の並列接続は、燃料の消費量が多くかつ低温作動流体の必要供給流量が小さい場合に、実施し易い。
【０１３２】
図９に示すガスタービンシステム９Ａでは、第二熱交換器２８は、図２に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。
【０１３３】
図９に示すガスタービンシステム９Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム９Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第二熱交換器２８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第二熱交換器２８および第三熱交換器３８の並列接続部と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１３４】
図１０に示すガスタービンシステム１０Ａでは、第二熱交換器２８は、図３に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、燃料との間で熱交換を行なう。
【０１３５】
図１０に示すガスタービンシステム１０Ａを、経路および供給路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１０Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第三熱交換器３８と、第二圧縮機２１と、第二熱交換器２８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。燃料供給路５１は、図示しない燃料タンクと、第二熱交換器２８および第三熱交換器３８の並列接続部と、燃焼器１５と、この順に接続している。
【０１３６】
（第５の実施の形態）
図１１に、第５の実施の形態におけるガスタービンシステム１１Ａの構成図を示す。
【０１３７】
図１１のガスタービンシステム１１Ａは、第四熱交換器４８を備える。第四熱交換器４８は、第二圧縮機２１と膨張機構２２との間に設けられている。具体的には、第四熱交換器４８は、第一熱交換器１４と膨張機構２２との間に設けられている。
【０１３８】
第四熱交換器４８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。具体的には、第四熱交換器４８は、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。第四熱交換器４８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。
【０１３９】
上述のように、本実施の形態では、第四熱交換器４８において、第一熱交換器１４から流出した作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との熱交換が行われる。この熱交換により、第一熱交換器１４から流出した作動流体の温度は低下する。この熱交換は、ガスタービンシステム１１Ａの効率向上に寄与する。
【０１４０】
また、第四熱交換器４８があれば、第四熱交換器４８がない場合に比べ、膨張機構２２から吐出される作動流体の温度をより低温にできる。
【０１４１】
図１１に示すガスタービンシステム１１Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１１Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第四熱交換器４８と、膨張機構２２と、第四熱交換器４８と、をこの順に接続している。
【０１４２】
第四熱交換器４８の配置は、図１１に示す配置に限定されない。図１２に示すガスタービンシステム１２Ａでは、第四熱交換器４８は、第二圧縮機２１と第一熱交換器１４との間に設けられている。第四熱交換器４８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。このようにしても、上記と同様の理由で、第四熱交換器４８における熱交換は、ガスタービンシステム１２Ａの効率向上に寄与する。
【０１４３】
図１２に示すガスタービンシステム１２Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１２Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第四熱交換器４８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、第四熱交換器４８と、をこの順に接続している。
【０１４４】
（第６の実施の形態）
図１３に、第６の実施の形態におけるガスタービンシステム１３Ａの構成図を示す。
【０１４５】
図１３のガスタービンシステム１３Ａは、第五熱交換器５８を備える。
【０１４６】
上述の説明から理解されるように、第二圧縮機２１は、第一圧縮機１１により昇圧されガスタービン装置３における接続点ｐ１から抜き出された作動流体を圧縮する。第五熱交換器５８は、接続点ｐ１から抜き出された後かつ第二圧縮機２１による圧縮前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。第五熱交換器５８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。
【０１４７】
第６の実施の形態の第五熱交換器５８は、第３の実施の形態の第三熱交換器３８と同様の理由で、ガスタービンシステム１３Ａの効率向上に寄与する。
【０１４８】
図１３に示すガスタービンシステム１３Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１３Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、第五熱交換器５８と、をこの順に接続している。
【０１４９】
（第７の実施の形態）
図１４に、第７の実施の形態におけるガスタービンシステム１４Ａの構成図を示す。
【０１５０】
図１４のガスタービンシステム１４Ａは、第５の実施の形態において図１１を参照して説明した第四熱交換器４８と、第６の実施の形態において図１３を参照して説明した第五熱交換器５８と、を備える。
【０１５１】
図１４のガスタービンシステム１４Ａでは、第四熱交換器４８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。第五熱交換器５８は、接続点ｐ１から抜き出された後かつ第二圧縮機２１による圧縮前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。膨張機構２２から吐出された作動流体は、第四熱交換器４８を通り、次に第五熱交換器５８を通る。第１４の実施の形態で述べるように、膨張機構２２から吐出された作動流体は、第四熱交換器４８を通り、次に第五熱交換器５８を通り、次に第一タービン１２に導かれてもよい。
【０１５２】
具体的には、第四熱交換器４８は、図１１に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。
【０１５３】
図１４に示すガスタービンシステム１４Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１４Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第四熱交換器４８と、膨張機構２２と、第四熱交換器４８と、第五熱交換器５８と、をこの順に接続している。
【０１５４】
第四熱交換器４８の配置は、図１４に示す配置に限定されない。図１５に示すガスタービンシステム１５Ａでは、第四熱交換器４８は、図１２に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。
【０１５５】
図１５に示すガスタービンシステム１５Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１５Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第四熱交換器４８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、第四熱交換器４８と、第五熱交換器５８と、をこの順に接続している。
【０１５６】
図１６および１７に示す例も採用可能である。図１６に示すガスタービンシステム１６Ａおよび図１７に示すガスタービンシステム１７Ａでは、膨張機構２２から吐出された作動流体は、第五熱交換器５８を通り、次に第四熱交換器４８を通る。第１４の実施の形態で述べるように、膨張機構２２から吐出された作動流体は、第五熱交換器５８を通り、次に第四熱交換器４８を通り、次に第一タービン１２に導かれてもよい。
【０１５７】
図１６の第四熱交換器４８は、図１１に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。
【０１５８】
図１６に示すガスタービンシステム１６Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１６Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第四熱交換器４８と、膨張機構２２と、第五熱交換器５８と、第四熱交換器４８と、をこの順に接続している。
【０１５９】
図１７の第四熱交換器４８は、図１２に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。
【０１６０】
図１７に示すガスタービンシステム１７Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１７Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第四熱交換器４８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、第五熱交換器５８と、第四熱交換器４８と、をこの順に接続している。
【０１６１】
図１４から図１７のガスタービンシステム１４Ａから１７Ａでは、第５の実施の形態で説明した第四熱交換器４８の作用と第６の実施の形態で説明した第五熱交換器５８の作用とが相俟って、高い効率が得られる。
【０１６２】
詳細には、図１４および図１５に示すガスタービンシステム１４Ａおよび１５Ａでは、図１６および図１７に示すガスタービンシステム１６Ａおよび１７Ａに比べ、第四熱交換器４８を流れる膨張機構２２から吐出された作動流体の温度を低くし易く、第四熱交換器４８において互いに熱交換される作動流体の間の温度差を大きくし易い。このことは、第四熱交換器４８の小型化の観点から有利である。また、１４Ａおよび１５Ａは、膨張機構２２の吸気側の作動流体の温度を低下させ、低温の冷熱を得る観点から有利である。
【０１６３】
一方、図１６および図１７に示すガスタービンシステム１６Ａおよび１７Ａによれば、図１４および図１５に示すガスタービンシステム１４Ａおよび１５Ａに比べ、低い温度の燃料を第五熱交換器５８に流し易く、第五熱交換器５８での熱交換により作動流体の温度を低下させ易く、低い温度の作動流体を第二圧縮機２１に吸気させ易い。このことは、第二圧縮機２１の圧縮効率を高め、膨張機構２２の吸気側の作動流体の圧力を高め、膨張機構２２において発生するトルクを増大させ、電動発電機２３において発電される電力を増大させる観点から有利である。
【０１６４】
図１４から図１７のガスタービンシステム１４Ａから１７Ａでは、第２経路８２ｂにおける膨張機構２２よりも下流側の部分において、第四熱交換器４８と第五熱交換器５８とが直列に接続されている。ここで、上記下流側の部分は、膨張機構２２から吐出された作動流体が流れる部分を指す。ただし、図１８および図１９に示すように、上記下流側の部分において、第四熱交換器４８と第五熱交換器５８は、並列に接続されていてもよい。第１４の実施の形態で述べるように、第四熱交換器４８および第五熱交換器５８の並列接続部から流出した作動流体は、第一タービン１２に導かれてもよい。
【０１６５】
図１８に示すガスタービンシステム１８Ａでは、第四熱交換器４８は、図１１に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。
【０１６６】
図１８に示すガスタービンシステム１８Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１８Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第四熱交換器４８と、膨張機構２２と、第四熱交換器４８および第五熱交換器５８の並列接続部と、この順に接続している。
【０１６７】
図１９に示すガスタービンシステム１９Ａでは、第四熱交換器４８は、図１２に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、膨張機構２２から吐出された作動流体との間で熱交換を行なう。
【０１６８】
図１９に示すガスタービンシステム１９Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム１９Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第五熱交換器５８と、第二圧縮機２１と、第四熱交換器４８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、第四熱交換器４８および第五熱交換器５８の並列接続部と、をこの順に接続している。
【０１６９】
（第８の実施の形態）
図２０に、第８の実施の形態におけるガスタービンシステム２０Ａの構成図を示す。
【０１７０】
図２０のガスタービンシステム２０Ａは、被冷却室９０を備える。被冷却室９０には、膨張機構２２から吐出された作動流体が供給される。第二圧縮機２１から膨張機構２２に作動流体を導く経路は、被冷却室９０を経由している。具体的には、第一熱交換器１４から膨張機構２２に作動流体を導く経路は、被冷却室９０を経由している。
【０１７１】
膨張機構２２から吐出された作動流体は、被冷却室９０に流入する。こうして、被冷却室９０が冷却される。被冷却室９０を、氷点下にまで冷却することも可能である。被冷却室９０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。
【０１７２】
図２０に示すガスタービンシステム２０Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２０Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、被冷却室９０と、膨張機構２２と、被冷却室９０と、をこの順に接続している。
【０１７３】
なお、図２１の構成も採用できる。図２１に示すガスタービンシステム２１Ａでは、第二圧縮機２１から第一熱交換器１４に作動流体を導く経路は、被冷却室９０を経由している。
【０１７４】
図２１に示すガスタービンシステム２１Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２１Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、被冷却室９０と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、被冷却室９０と、をこの順に接続している。
【０１７５】
第８の実施の形態は、第５の実施の形態と同様の理由で、ガスタービンシステム２１Ａの効率向上に有利である。
【０１７６】
（第９の実施の形態）
図２２に、第９の実施の形態におけるガスタービンシステム２２Ａの構成図を示す。
【０１７７】
上述の説明から理解されるように、第二圧縮機２１は、第一圧縮機１１により昇圧されガスタービン装置３における接続点ｐ１から抜き出された作動流体を圧縮する。また、図２２のガスタービンシステム２２Ａは、第８の実施の形態で説明した被冷却室９０を備える。接続点ｐ１から第二圧縮機２１に作動流体を導く経路は、被冷却室９０を経由している。
【０１７８】
図２２に示すガスタービンシステム２２Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２２Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、被冷却室９０と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、被冷却室９０と、をこの順に接続している。
【０１７９】
第９の実施の形態は、第６の実施の形態と同様の理由で、ガスタービンシステム２２Ａの効率向上に有利である。
【０１８０】
（第１０の実施の形態）
図２３に、第１０の実施の形態におけるガスタービンシステム２３Ａの構成図を示す。
【０１８１】
図２３のガスタービンシステム２３Ａは、第六熱交換器６８を備える。第六熱交換器６８は、第二圧縮機２１と膨張機構２２との間に設けられている。具体的には、第六熱交換器６８は、第一熱交換器１４と膨張機構２２との間に設けられている。
【０１８２】
第六熱交換器６８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。具体的には、第六熱交換器６８は、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。第六熱交換器６８は、空冷により作動流体を冷却する熱交換器である。第六熱交換器６８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。
【０１８３】
上述のように、本実施の形態では、第六熱交換器６８において、第一熱交換器１４から流出した作動流体と、大気から取り込んだ空気との熱交換が行われる。この熱交換により、第一熱交換器１４から流出した作動流体の温度は低下する。この熱交換は、ガスタービンシステム２３Ａの効率向上に寄与する。
【０１８４】
なお、第六熱交換器６８に大気中の空気を供給するためにポンプを用いることはあり得る。しかし、空気を圧送するためのポンプに必要な動力は、特許文献１の中間冷却器１１６に冷却水を圧送するためのポンプに必要な動力に比べて小さい。第六熱交換器６８に大気中の空気を供給するためにポンプを設けたとしても、そのことがガスタービンシステム２３Ａの効率を大きく損なうことはない。また、ガスタービンシステム２３Ａが車両、航空機等の移動体に搭載される場合は、移動体が移動することにより、大気中の空気が第六熱交換器６８に自然に供給される。これらの点は、後述の第七熱交換器７８についても同様である。
【０１８５】
また、第六熱交換器６８があれば、第六熱交換器６８がない場合に比べ、膨張機構２２から吐出される作動流体の温度をより低温にできる。
【０１８６】
図２３に示すガスタービンシステム２３Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２３Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第六熱交換器６８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。
【０１８７】
第六熱交換器６８の配置は、図２３に示す配置に限定されない。図２４に示すガスタービンシステム２４Ａでは、第六熱交換器６８は、第二圧縮機２１と第一熱交換器１４との間に設けられている。第六熱交換器６８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。このようにしても、上記と同様の理由で、第六熱交換器６８における熱交換は、ガスタービンシステム２４Ａの効率向上に寄与する。
【０１８８】
図２４に示すガスタービンシステム２４Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２４Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第六熱交換器６８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。
【０１８９】
（第１１の実施の形態）
図２５に、第１１の実施の形態におけるガスタービンシステム２５Ａの構成図を示す。
【０１９０】
図２５のガスタービンシステム２５Ａは、第七熱交換器７８を備える。
【０１９１】
上述の説明から理解されるように、第二圧縮機２１は、第一圧縮機１１により昇圧されガスタービン装置３における接続点ｐ１から抜き出された作動流体を圧縮する。第七熱交換器７８は、接続点ｐ１から抜き出された後かつ第二圧縮機２１による圧縮前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。第七熱交換器７８は、空冷により作動流体を冷却する熱交換器である。第七熱交換器７８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。
【０１９２】
第１１の実施の形態の第七熱交換器７８は、第３の実施の形態の第三熱交換器３８と同様の理由で、ガスタービンシステム２５Ａの効率向上に寄与する。
【０１９３】
図２５に示すガスタービンシステム２５Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２５Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。
【０１９４】
（第１２の実施の形態）
図２６に、第１２の実施の形態におけるガスタービンシステム２６Ａの構成図を示す。
【０１９５】
図２６のガスタービンシステム２６Ａは、第１０の実施の形態において図２３を参照して説明した第六熱交換器６８と、第１１の実施の形態において図２５を参照して説明した第七熱交換器７８と、を備える。
【０１９６】
図２６のガスタービンシステム２６Ａでは、第六熱交換器６８は、第二圧縮機２１による圧縮後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。第七熱交換器７８は、接続点ｐ１から抜き出された後かつ第二圧縮機２１による圧縮前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。ガスタービンシステム２６Ａは、大気から取り込んだ空気を導く風路８５を備えている。風路８５は、第六熱交換器６８を通り、次に第七熱交換器７８を通る。
【０１９７】
具体的には、第六熱交換器６８は、図２３に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。
【０１９８】
図２６に示すガスタービンシステム２６Ａを、経路および風路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２６Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第六熱交換器６８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。風路８５は、第六熱交換器６８と、第七熱交換器７８と、をこの順に接続している。
【０１９９】
第六熱交換器６８の配置は、図２６に示す配置に限定されない。図２７に示すガスタービンシステム２７Ａでは、第六熱交換器６８は、図２４に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。
【０２００】
図２７に示すガスタービンシステム２７Ａを、経路および風路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２７Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第六熱交換器６８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。風路８５は、第六熱交換器６８と、第七熱交換器７８と、をこの順に接続している。
【０２０１】
図２８および２９に示す例も採用可能である。図２８に示すガスタービンシステム２８Ａおよび図２９に示すガスタービンシステム２９Ａでは、風路８５は、第七熱交換器７８を通り、次に第六熱交換器６８を通る。
【０２０２】
図２８の第六熱交換器６８は、図２３に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。
【０２０３】
図２８に示すガスタービンシステム２８Ａを、経路および風路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２８Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第六熱交換器６８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。風路８５は、第七熱交換器７８と、第六熱交換器６８と、をこの順に接続している。
【０２０４】
図２９の第六熱交換器６８は、図２４に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。
【０２０５】
図２９に示すガスタービンシステム２９Ａを、経路および風路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム２９Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第六熱交換器６８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。風路８５は、第七熱交換器７８と、第六熱交換器６８と、をこの順に接続している。
【０２０６】
図２６から図２９のガスタービンシステム２６Ａから２９Ａでは、第１０の実施の形態で説明した第六熱交換器６８の作用と第１１の実施の形態で説明した第七熱交換器７８の作用とが相俟って、高い効率が得られる。
【０２０７】
詳細には、図２６および図２７に示すガスタービンシステム２６Ａおよび２７Ａでは、図２８および図２９に示すガスタービンシステム２８Ａおよび２９Ａに比べ、第六熱交換器６８を流れる空気の温度を低くし易く、第六熱交換器６８における作動流体と空気の温度差を大きくし易い。このことは、第六熱交換器６８の小型化の観点から有利である。また、２６Ａおよび２７Ａは、膨張機構２２の吸気側の作動流体の温度を低下させ、低温の冷熱を得る観点から有利である。
【０２０８】
一方、図２８および図２９に示すガスタービンシステム２８Ａおよび２９Ａによれば、図２６および図２７に示すガスタービンシステム２６Ａおよび２７Ａに比べ、低い温度の燃料を第七熱交換器７８に流し易く、第七熱交換器７８での熱交換により作動流体の温度を低下させ易く、低い温度の作動流体を第二圧縮機２１に吸気させ易い。このことは、第二圧縮機２１の圧縮効率を高め、膨張機構２２の吸気側の作動流体の圧力を高め、膨張機構２２において発生するトルクを増大させ、電動発電機２３において発電される電力を増大させる観点から有利である。
【０２０９】
図２６から図２９のガスタービンシステム２６Ａから２９Ａでは、風路８５において、第六熱交換器６８と第七熱交換器７８とが直列に接続されている。ただし、図３０および図３１に示すように、風路８５において、第六熱交換器６８と第七熱交換器７８は、並列に接続されていてもよい。
【０２１０】
図３０に示すガスタービンシステム３０Ａでは、第六熱交換器６８は、図２３に示す例と同様、第一熱交換器１４からの流出後かつ膨張機構２２による膨張前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。
【０２１１】
図３０に示すガスタービンシステム３０Ａを、経路および風路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム３０Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第六熱交換器６８と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。風路８５は、第六熱交換器６８および第七熱交換器７８を並列接続している。
【０２１２】
図３１に示すガスタービンシステム３１Ａでは、第六熱交換器６８は、図２４に示す例と同様、第二圧縮機２１による圧縮後かつ第一熱交換器１４への流入前の作動流体と、大気から取り込んだ空気との間で熱交換を行なう。
【０２１３】
図３１に示すガスタービンシステム３１Ａを、経路および風路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム３１Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第七熱交換器７８と、第二圧縮機２１と、第六熱交換器６８と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。風路８５は、第六熱交換器６８および第七熱交換器７８を並列接続している。
【０２１４】
（第１３の実施の形態）
図３２に、第１３の実施の形態におけるガスタービンシステム３２Ａの構成図を示す。
【０２１５】
図３２のガスタービンシステム３２Ａは、再生熱交換器９１を備えている。再生熱交換器９１は、第一熱交換器１４と燃焼器１５との間に設けられている。
【０２１６】
再生熱交換器９１は、第一タービン１２から吐出された燃焼ガスである作動流体と、第一熱交換器１４からの流出後かつ燃焼器１５に流入する前の作動流体との間で熱交換を行う。再生熱交換器９１は、例えば、プレートフィン型の熱交換器である。
【０２１７】
再生熱交換器９１によれば、第一タービン１２からの排熱を利用して、第一熱交換器１４からの流出後かつ燃焼器１５に流入する前の作動流体を加熱できる。これにより、燃焼器１５から第一タービン１２に供給される燃焼ガスの温度を上昇させることができる。このことは、第一タービン１２の熱効率の向上に寄与し、従ってガスタービンシステム３２Ａの効率向上に寄与する。
【０２１８】
図３２に示すガスタービンシステム３２Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム３２Ａでは、第１経路８２ａは、第一圧縮機１１と、接続点ｐ１と、第一熱交換器１４と、再生熱交換器９１と、燃焼器１５と、第一タービン１２と、再生熱交換器９１と、をこの順に接続している。
【０２１９】
なお、再生熱交換器９１は、図２から図３１のガスタービンシステム２Ａから３１Ａにも適用できる。
【０２２０】
（第１４の実施の形態）
図３３に、第１４の実施の形態におけるガスタービンシステム３３Ａの構成図を示す。
【０２２１】
ガスタービンシステム３３Ａは、導入管２９を備える。導入管２９は、膨張機構２２から吐出された作動流体を第一タービン１２へ導入する。
【０２２２】
一例では、作動流体は、第一タービン１２のシェルの外壁へ吹き付けられる。別例では、作動流体は、第一タービン１２のシェルの内部に導入され、シェルの内部を冷却した後、シェルの外部へ放出される。ここで、シェルは、膨張機構を収容する容器である。
【０２２３】
導入管２９によれば、膨張機構２２から吐出された作動流体を第一タービン１２へ導入できる。この作動流体により、第一タービン１２を冷却できる。これにより、第一タービン１２の焼損を避けつつ、第一タービン１２へ流入する作動流体の温度を高めることができる。これにより、第一タービン１２の熱効率が向上し、ガスタービンシステム３３Ａの効率を向上させることができる。
【０２２４】
接続点ｐ１から燃焼器１５に流入する作動流体の循環量に対する接続点ｐ１から抽気サイクル装置２へと抜き出される作動流体の流量の比率が大きい場合には、導入管２９を流れる作動流体の流量を確保し易い。
【０２２５】
第一タービン１２の出力Ｗは、第一タービン１２の吸気側における作動流体の圧力Ｐと、第一タービン１２の吸気側における作動流体の質量流量Ｖと、第一タービン１２の吸気側における作動流体の熱量Ｑと、に依存する。ここで、接続点ｐ１から抽気サイクル装置２へと抜き出される作動流体の流量に対する接続点ｐ１から燃焼器１５に流入する作動流体の循環量の比率が小さい場合を考える。この場合、大きい流量Ｖを確保するのは、必ずしも容易ではない。流量Ｖの小ささが原因で第一タービン１２の出力Ｗが不足することを避けるためには、燃焼器１５に供給する燃料を増加させることによって、熱量Ｑを増加させることが考えられる。しかし、熱量Ｑを増加させるのみでは、第一タービン１２が焼損するおそれがある。この点、本実施の形態では、膨張機構２２から吐出される冷えた作動流体によって第一タービン１２を冷却できるため、作動流体の熱量Ｑが大きい場合であっても第一タービン１２が焼損し難い。このため、第一タービン１２の焼損を避けつつ、多くの燃料を燃焼させて熱量Ｑを増大させ、第一タービン１２の出力Ｗを確保できる。例えば、質量流量Ｖが小さい場合であっても、第一タービン１２での発電量を確保することができる。
【０２２６】
図３３に示すガスタービンシステム３３Ａを、経路という用語を用いて、以下のように説明することもできる。ガスタービンシステム３３Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、第一タービン１２と、をこの順に接続している。具体的には、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、第二熱交換器２８と、膨張機構２２と、第一タービン１２と、をこの順に接続している。
【０２２７】
なお、導入管２９は、図１および図３から図３２のガスタービンシステム１Ａおよび３Ａから２６Ａにも適用できる。
【０２２８】
上述のように、図１４から図１７のガスタービンシステム１４Ａから１７Ａでは、膨張機構２２から吐出された作動流体は、第四熱交換器４８および第五熱交換器５８を通る。膨張機構２２から吐出された作動流体は、第四熱交換器４８および第五熱交換器５８を通った後に、第一タービン１２に導かれてもよい。
【０２２９】
上述のように、図１８および図１９のガスタービンシステム１８Ａおよび１９Ａでは、膨張機構２２から吐出された作動流体は、第四熱交換器４８および第五熱交換器５８の並列接続部を通る。この並列接続部から流出した作動流体は、第一タービン１２に導かれてもよい。
【０２３０】
（第１５の実施の形態）
図３４に、第１５の実施の形態におけるガスタービンシステム３４Ａの構成図を示す。
【０２３１】
先に説明した図１に示す第１の実施の形態では、第一圧縮機１１による圧縮完了後の作動流体を抜き出して、その作動流体を抽気サイクル装置２で抽気として用いる第１形式が採用されている。これに対し、図３４に示す第１５の実施の形態では、第一圧縮機１１の中間圧力位置から第一圧縮機１１による圧縮途中の作動流体を抜き出して、その作動流体を抽気サイクル装置２で抽気として用いる第２形式が採用されている。
【０２３２】
「ガスタービン装置３から抜き出された、第一圧縮機１１により昇圧された作動流体を圧縮する第二圧縮機２１」という表現は、第１形式で抜き出された抽気が第二圧縮機２１で圧縮される場合と第２形式で抜き出された抽気が第二圧縮機２１で圧縮される場合との両方を包含することを意として用いられている表現である。
【０２３３】
図３４に示すガスタービンシステム３４Ａについて、さらに説明する。ガスタービンシステム３４Ａでは、第一圧縮機１１の中間圧力位置の出口に、接続点ｐ１が設定されている。ガスタービンシステム３４Ａでは、第２経路８２ｂは、接続点ｐ１と、第二圧縮機２１と、第一熱交換器１４と、膨張機構２２と、をこの順に接続している。第１経路８２ａは、第一圧縮機１１と、第一熱交換器１４と、燃焼器１５と、第一タービン１２と、をこの順に接続している。
【産業上の利用可能性】
【０２３４】
本開示に係るガスタービンシステムは、食品スーパー、食品加工工場、車両、医療・バイオ分野等における、冷熱・発電・温熱を使用する設備で好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０２３５】
２    抽気サイクル装置
３    ガスタービン装置
１１    第一圧縮機
１２    第一タービン
１３，２３    電動発電機
１４    第一熱交換器
１５    燃焼器
１７    第一シャフト
２１    第二圧縮機
２２    膨張機構
２７    第二シャフト
２８    第二熱交換器
２９    導入管
３８    第三熱交換器
４８    第四熱交換器
５１    燃料供給路
５８    第五熱交換器
６８    第六熱交換器
７８    第七熱交換器
８２ａ    第１経路
８２ｂ    第２経路
８５    風路
９０    被冷却室
９１    再生熱交換器
１Ａ〜２７Ａ    ガスタービンシステム
ｐ１    接続点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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