(57)【要約】【課題】ガスタービンを利用する発電システムであって、環境への負荷が小さく、かつ、熱効率の面で改良された発電システムを提供する。【解決手段】作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスを加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱された作動ガスを膨張させることで回転エネルギーを生成するタービンと、前記タービンにより膨張された作動ガスが通る第１流路と、前記加熱部へと向かう作動ガスが通る第２流路と、を有し、前記第１流路を通る作動ガスと前記第２流路を通る作動ガスとの間で熱交換させる再生器と、前記再生器の前記第１流路を通過した作動ガスを吸入することで前記タービンの出口の圧力を減圧する減圧装置と、前記減圧装置から排出される作動ガスを前記再生器の第２流路に導入する循環管と、を備えたことを特徴とする発電システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスを加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された作動ガスを膨張させることで回転エネルギーを生成するタービンと、
前記タービンにより膨張された作動ガスが通る第１流路と、前記加熱部へと向かう作動ガスが通る第２流路と、を有し、前記第１流路を通る作動ガスと前記第２流路を通る作動ガスとの間で熱交換させる再生器と、
前記再生器の前記第１流路を通過した作動ガスを吸入することで前記タービンの出口の圧力を減圧する減圧装置と、
前記減圧装置から排出される作動ガスを前記再生器の第２流路に導入する循環管と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記加熱部は、太陽熱を熱源として、作動ガスを加熱するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記作動ガスは、空気である
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の発電システム。
【請求項４】
前記第１流路を通過して前記減圧装置へと向かう作動ガスが通る第３流路と、冷却用流体が通る第４流路と、を有し、前記第３流路を通る作動ガスと前記第４流路を通る冷却用流体との間で熱交換させる熱交換器
を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記冷却用流体は、冷却水である
ことを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記冷却用流体は、冷却ガスである
ことを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを利用する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービン発電施設は、大気中の空気を圧縮する圧縮器と、圧縮器により圧縮された高圧の空気に石炭や石油等の化石燃料を混合して燃焼させる燃焼器と、燃焼器により燃焼された高温・高圧の空気を膨張させるタービンと、を備えており、タービンから排出された高温の空気が大気に放出されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、近年、化石燃料を燃焼させることによる環境への悪影響（例えば、再生不可能な化石燃料の消費、二酸化炭素の排出による温室効果など）が問題とされている。特に、日射量が多くて乾燥したサンベルト地帯と呼ばれる乾燥地域が米国、南欧、豪州、アフリカ、中央アジア等の広い範囲に亘って存在するが、このような乾燥地域では、新たに燃焼器を設置すると、新たな熱源の追加となって環境を益々悪化させるという問題がある。
【０００４】
そこで、従来のガスタービン発電施設において、化石燃料を混合して燃焼させることなく空気を加熱する太陽熱による加熱方式を、燃焼器による加熱方式の代わりに採用することが提案されている。特に、サンベルト地帯と呼ばれる乾燥地域は、日射量が多いことから、太陽熱による加熱方式の利用に適している。
【０００５】
しかしながら、従来のガスタービン発電施設において、燃焼器による加熱方式を、太陽熱による加熱方式に置き換えるだけでは、タービンから排出された高温の空気が大気に放出されるため、環境への負荷が大きいという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、タービンから排出された高温の空気と太陽光集熱設備へと向かう空気とを再生器を通して熱交換させ、タービンから排出された高温の空気を冷却した後で大気に放出することも考えられる。しかしながら、太陽光集熱設備へと向かう圧縮空気は圧縮器により圧縮されることで既に高温となっているため、タービンから排出された空気を再生器において効果的に冷却することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１１８３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、ガスタービンを利用する発電システムであって、環境への負荷が小さく、かつ、熱効率の面で改良された発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスを加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱された作動ガスを膨張させることで回転エネルギーを生成するタービンと、前記タービンにより膨張された作動ガスが通る第１流路と、前記加熱部へと向かう作動ガスが通る第２流路と、を有し、前記第１流路を通る作動ガスと前記第２流路を通る作動ガスとの間で熱交換させる再生器と、前記再生器の前記第１流路を通過した作動ガスを吸入することで前記タービンの出口の圧力を減圧する減圧装置と、前記減圧装置から排出される作動ガスを前記再生器の第２流路に導入する循環管と、を備えたことを特徴とする発電システムである。
【００１０】
本発明によれば、減圧装置から排出される作動ガスが、循環管と再生器の第２流路とを順に通って加熱部へと戻され、加熱部において、戻された作動ガスに燃料が混合されて燃焼されることなく、当該作動ガスが再加熱される。これにより、高温の作動ガスが大気に放出されることがないから、排ガスによる大気温度の上昇が抑制され、環境への負荷が低減する。この効果は、サンベルト地帯と呼ばれる乾燥地域において本発明による発電システムが使用される際に、顕著に有用なものである。また、高温の作動ガスが大気に放出されることがないから、系外への放出熱量が減少し、システム全体の熱効率が向上する。
【００１１】
また、本発明によれば、タービンは、圧縮されていない作動ガスを膨張させるため、小型であっても要素効率が低下しにくい。また、圧縮されていない作動ガスが再生器の第２流路を通るため、タービンから排出されて第１流路を通る作動ガスは、第２流路を通る作動ガスにより効果的に冷却される。更に、第１流路を通って効果的に冷却された作動ガスが減圧装置に導入されるため、減圧装置における仕事量が低減する。これらにより、システム全体の熱効率は更に一層向上する。
【００１２】
好ましくは、前記加熱部は、太陽熱を熱源として、作動ガスを加熱するようになっている。このような態様によれば、作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスをより高温に加熱することが容易である。
【００１３】
また、好ましくは、前記作動ガスは、空気である。このような態様によれば、低コストであると共に、仮に作動ガスが系外に漏れ出すという事故が生じたとしても、環境への負荷が生じないという利点がある。
【００１４】
また、好ましくは、前記第１流路を通過して前記減圧装置へと向かう作動ガスが通る第３流路と、冷却用流体が通る第４流路と、を有し、前記第３流路を通る作動ガスと前記第４流路を通る冷却用流体との間で熱交換させる熱交換器を更に備える。このような態様によれば、熱交換器の第３流路を通って更に冷却された作動ガスが減圧装置に導入されるため、減圧装置における仕事量が更に低減し、結果的に、システム全体の熱効率の更なる向上につながる。また、熱交換器の第４流路を通って加熱された冷却用流体が外部で有効利用される場合、システム全体の総合的な効率も向上する。
【００１５】
この場合、好ましくは、前記冷却用流体は、冷却水である。このような態様によれば、熱交換器において、冷却水（液体）と作動ガス（気体）との間で熱交換されるため、気体同士の間で熱交換される場合に比べて、熱交換器の構造が単純であり、設備コストが小さい。また、熱交換器で加熱された冷却水（温水）は、例えば、吸着冷凍機における冷熱源や家庭給湯などの広い用途で有効利用され得る。
【００１６】
あるいは、前記冷却用流体は、冷却ガスであってもよい。この場合、熱交換器で加熱された冷却ガスは、例えば、空調などの広い用途で有効利用され得る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、減圧装置から排出される作動ガスが、循環管と再生器の第２流路とを順に通って加熱部へと戻され、加熱部において、戻された作動ガスに燃料が混合されて燃焼されることなく、当該作動ガスが再加熱される。これにより、高温の作動ガスが大気に放出されることがないから、排ガスによる気温の上昇が抑制され、環境への負荷が低減する。この効果は、サンベルト地帯と呼ばれる乾燥地域において本発明による発電システムが使用される際に、顕著に有用なものである。また、高温の作動ガスが大気に放出されることがないから、系外への放出熱量が減少し、システム全体の熱効率が向上する。
【００１８】
また、本発明によれば、タービンは、圧縮されていない作動ガスを膨張させるため、小型であっても要素効率が低下しにくい。また、圧縮されていない作動ガスが再生器の第２流路を通るため、タービンから排出されて第１流路を通る作動ガスは、第２流路を通る作動ガスにより効果的に冷却される。更に、第１流路を通って効果的に冷却された作動ガスが減圧装置に導入されるため、減圧装置における仕事量が低減する。これらにより、システム全体の熱効率は更に一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による発電システムを示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態による発電システムを示す概略構成図である。
【図３】図３は、図２の発電システムを用いる実施例を示すフローシートである。
【図４】図４は、循環管が省略された比較例としての発電システムを示す概略構成図である。
【図５】図５は、図４の発電システムを用いる第１比較例を示すフローシートである。
【図６】図６は、図４の発電システムを用いる第２比較例を示すフローシートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態による発電システムを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施の形態による発電システム１０ａは、作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスを加熱する加熱部１１と、加熱部１１により加熱された作動ガスを膨張させることで回転エネルギーを生成するタービン１２と、タービン１２により膨張された作動ガスが通る第１流路１３１と、加熱部１１へと向かう作動ガスが通る第２流路１３２と、を有し、第１流路１３１を通る作動ガスと第２流路１３２を通る作動ガスとの間で熱交換させる再生器１３と、再生器１３の第１流路１３１を通過した作動ガスを吸入することでタービン１２の出口の圧力を減圧する減圧装置１４と、減圧装置１４から排出される作動ガスを再生器１３の第２流路１３２に導入する循環管１５と、を備えている。本実施の形態では、作動ガスは、大気に含まれるものと同じ空気である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の加熱部１１は、タワー型の太陽光集熱設備であり、太陽熱を熱源として、作動ガスを加熱するようになっている。
【００２２】
より詳しくは、図１に示すように、加熱部１１は、地上に立設されたタワー１１３と、タワー１１３の上端部に設けられた集熱器１１２と、集熱器１１２に向けて太陽光を反射するリフレクタ（ヘリオスタット）１１１と、集熱器１１２から熱を受けて加熱される加熱流路１１４と、を有している。
【００２３】
リフレクタ１１１は、地上において、タワー１１３の周囲に複数設置されており、各リフレクタ１１１により反射された太陽光が、集熱器１１２に集められるようになっている。集熱器１１２は、集められた太陽光を熱（太陽熱）に効率的に変換するようになっている。
【００２４】
なお、集熱器１１２には、不図示の蓄熱装置が併設されていてもよい。蓄熱装置としては、例えば、溶融塩やセラミックス等が用いられる。集熱器１１２により生成された熱が蓄熱装置に蓄熱されることで、日照のない時間帯でも熱を利用することが可能となる。
【００２５】
図１に示すように、加熱流路１１４の入口１１４ａは、再生器１３の第２流路１３２の出口１３２ｂに接続されており、当該第２流路１３２の入口１３２ａは、循環管１５を介して減圧装置１４の出口１４ｂに接続されている。後述するように減圧装置１４の出口１４ｂから排出される常圧の空気は、第２流路１３２を通過した後、加熱流路１１４の入口１１４ａに流入する。そして、加熱流路１１４を流れる間に、集熱器１１２から熱を受けることで高温に加熱されるようになっている。なお、本明細書において、「常圧」とは、発電システム１０ａの設置環境における大気の圧力をいい、それよりも低い圧力を「負圧」という。
【００２６】
図１に示すように、加熱流路１１４の出口１１４ｂは、タービン１２の入口１２ａに接続されている。タービン１２の出口１２ｂの圧力は、減圧装置１４により負圧に減圧されている。タービン１２は、加熱部１１において加熱された常圧の空気を負圧に膨張させることで回転エネルギーを生成するようになっている。
【００２７】
タービン１２には、減圧装置１４と発電機１９とがそれぞれ同軸に連結されており、タービン１２により生成された回転エネルギーは、発電機１９及び減圧装置１４の駆動エネルギーとして利用されるようになっている。減圧装置１４としては、例えば、軸流圧縮器や遠心圧縮機を使用することができる。
【００２８】
タービン１２の出口１２ｂは、再生器１３の第１流路１３１の入口１３１ａに接続されており、タービン１２により膨張された負圧の空気は、再生器１３の第１流路１３１の入口１３１ａに流入するようになっている。
【００２９】
再生器１３としては、例えば、伝熱式熱交換器が用いられる。本実施の形態では、第１流路１３１と第２流路１３２とは、流れの方向が互いに向かい合うような向きで、隔壁を介して互いに隣接されており、第１流路１３１を通る負圧の空気と第２流路１３２を通る常圧の空気との間で隔壁を介して熱交換が行われるようになっている。より詳しくは、第１流路１３１を通る負圧の空気は、第２流路１３２を通る常圧の空気により熱回収されることで冷却され、第２流路１３２を通る常圧の空気は、第１流路１３１を通る負圧の空気から熱回収することで加熱されるようになっている。
【００３０】
図１に示すように、第１流路１３１の出口１３１ｂは、減圧装置１４の入口１４ａに接続されている。減圧装置１４としては、具体的には、例えば、軸流圧縮機又は遠心圧縮機が使用される。減圧装置１４は、タービン１２の回転エネルギーを受けて駆動され、第１流路１３１を通過した空気を入口１４ａから吸入すると共に、常圧の空気を出口１４ｂから排出するようになっている。第１流路１３１を通過した空気が減圧装置１４により吸入されることで、タービン１２の出口１２ｂの圧力が負圧に減圧される。
【００３１】
前述したように、減圧装置１４の出口１４ｂは、循環管１５を介して再生器１３の第２流路１３２の入口１３２ａに接続されている。これにより、減圧装置１４の出口１４ｂから排出される常圧の空気は、循環管１５と第２流路１３２とを順に通って、加熱部１１へと戻されるようになっている。
【００３２】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。  
まず、図１に示すように、減圧装置１４の入口１４ａから第１流路１３１内の空気が吸入されることで、タービン１２の出口１２ｂの圧力が負圧に減圧されると共に、減圧装置１４の出口１４ｂから常圧の空気が排出される。
【００３３】
減圧装置１４の出口１４ｂから排出される常圧の空気は、循環管１５を通って、再生器１３の第２流路１３２の入口１３２ａに流入する。
【００３４】
再生器１３では、第１流路１３１の入口１３１ａに流入する負圧の空気の温度が、第２流路１３２の入口１３２ａに流入する常圧の空気の温度よりも高くなっている。そのため、第１流路１３１を通る負圧の空気から第２流路１３２を通る常圧の空気へと熱が移動する。これにより、第１流路１３１を通る負圧の空気は、第２流路１３２を通る常圧の空気により熱回収されることで冷却される。一方、第２流路１３２を通る常圧の空気は、第１流路１３１を通る負圧の空気から熱回収することで加熱される。
【００３５】
第２流路１３２の出口１３２ｂから流出する常圧の空気は、加熱流路１１４の入口１１４ａに流入する。
【００３６】
加熱部１１において、リフレクタ１１１により反射された太陽光が、タワー１１３の上端部に設けられた集熱器１１２に集められ、集熱器１１２において太陽光が熱（太陽熱）に効率的に変換される。そして、加熱流路１１４を流れる常圧の空気は、集熱器１１２から熱を受けることで、高温に加熱される。
【００３７】
本実施の形態では、加熱流路１１４の入口１１４ａに流入する常圧の空気は、再生器１３の第２流路１３２を通って予め加熱されているため、加熱部１１において集熱器１１２が生成する熱量（すなわち、熱源の大きさ）が小さくても、加熱流路１１４を通る間に高温（例えば、８００℃〜１０００℃）になるまで容易に加熱され得る。
【００３８】
加熱流路１１４の出口１１４ｂから流出する常圧の空気は、タービン１２の入口１２ａに流入する。
【００３９】
タービン１２では、その入口１２ａから流入する常圧の空気が負圧に膨張されることで回転エネルギーが生成される。生成された回転エネルギーのうち、一部が減圧装置１４の駆動エネルギーとして利用され、残りが発電機１９の駆動エネルギーとして利用される。
【００４０】
タービン１２の出口１２ｂから排出される負圧の空気は、再生器１３の第１流路１３１の入口１３１ａに流入する。
【００４１】
前述したように、再生器１３では、第１流路１３１を通る負圧の空気から第２流路１３２を通る常圧の空気へと熱が移動し、第１流路１３１を通る負圧の空気は冷却される。
【００４２】
再生器１３の第１流路１３１の出口１３１ｂから流出する負圧の空気は、減圧装置１４の入口１４ａに流入する。
【００４３】
減圧装置１４では、その入口１４ａから流入する負圧の空気が常圧になるまで復圧される。そして、復圧された常圧の空気が、減圧装置１４の出口１４ｂから排出される。前述したように、減圧装置１４の出口１４ｂから排出される常圧の空気は、循環管１５を通って、再生器１３の第２流路１３２の入口１３２ａに流入する。
【００４４】
以上のような本実施の形態によれば、減圧装置１４から排出される作動ガスが、循環管１５と再生器１３の第２流路１３２とを順に通って加熱部１１へと戻され、加熱部１１において、戻された作動ガスに燃料が混合されて燃焼されることなく、当該作動ガスが再加熱される。これにより、高温の作動ガスが大気に放出されることがないから、排ガスによる大気温度の上昇が抑制され、環境への負荷が低減する。この効果は、サンベルト地帯と呼ばれる乾燥地域において本実施の形態による発電システム１０ａが使用される際に、顕著に有用なものである。また、高温の作動ガスが大気に放出されることがないから、系外への放出熱量が減少し、システム全体の熱効率が向上する。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、タービン１２は、圧縮されていない作動ガスを膨張させるため、小型であっても要素効率が低下しにくい。また、圧縮されていない作動ガスが再生器１３の第２流路１３２を通るため、タービン１２から排出されて第１流路１３１を通る作動ガスは、第２流路１３２を通る作動ガスにより効果的に冷却される。更に、第１流路１３１を通って効果的に冷却された作動ガスが減圧装置１４に導入されるため、減圧装置１４における仕事量が低減する。これらにより、システム全体の熱効率は更に一層向上する。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、作動ガスは空気であるため、低コストであると共に、仮に作動ガスが系外に漏れ出すという事故が生じたとしても、環境への負荷が生じないという利点がある。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、加熱部１１は、太陽熱を熱源として、作動ガスを加熱するようになっているため、作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスをより高温に加熱することが容易である。また、加熱部１１に蓄熱装置が併設されることで、日照のない時間帯におけるタイムシフト発電に対応することも可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態では、加熱部１１として、タワー型の太陽光集熱設備が用いられたが、これに限定されず、ディッシュ型、トラフ型、フレネル型等の他の方式の太陽光集熱設備が用いられてもよい。タワー型やディッシュ型のように太陽光が一点に集められる方式の方が、高温が得られやすいため、好ましい。
【００４９】
また、本実施の形態では、加熱部１１は、太陽熱を熱源として作動ガスを加熱するようになっていたが、これに限定されず、例えばマグマを熱源として作動ガスを加熱するようになっていてもよい。この場合も、作動ガスに燃料を混合して燃焼させることなく、当該作動ガスを高温に加熱することが容易である。また、この場合、時間帯や天候によらずに安定的に発電することが可能である。
【００５０】
また、本実施の形態では、作動ガスとして空気が用いられるが、これに限定されず、例えば、空気よりも比熱の高いヘリウムガスやアンモニアガスが作動ガスとして用いられてもよい。この場合、システム全体の熱効率が更に向上し得る。
【００５１】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５２】
図２は、本発明の第２の実施の形態による発電システム１０ｂを示す概略構成図である。
【００５３】
図２に示すように、第２の実施の形態による発電システム１０ｂでは、図１に示す第１の実施の形態の構成に加えて、第１流路１３１を通過して減圧装置１４へと向かう作動ガスが通る第３流路１６１と、冷却用流体が通る第４流路１６２と、を有し、第３流路１６１を通る作動ガスと第４流路１６２を通る冷却用流体との間で熱交換させる熱交換器１６が更に設けられている。
【００５４】
熱交換器１６としては、例えば、伝熱式熱交換器が用いられる。本実施の形態では、第３流路１６１と第４流路１６２とは、流れの方向が互いに向かい合うような向きで、隔壁を介して互いに隣接されており、第３流路１６１を通る作動ガスと第４流路１６２を通る冷却用流体との間で隔壁を介して熱交換が行われるようになっている。
【００５５】
図２に示すように、第３流路１６１の入口１６１ａは、第１流路１３１の出口１３１ｂに接続され、第３流路１６１の出口１６１ｂは、減圧装置１４の入口１４ａに接続されている。一方、第４流路１６２の入口１６２ａは、不図示の冷却水供給部に接続され、第４流路１６２の出口１６２ｂは、不図示の吸着冷凍機に接続されている。なお、減圧装置１４としては、第１の実施の形態と同様に、例えば、軸流圧縮機や遠心圧縮機を使用することができる。
【００５６】
第４流路１６２の入口１６２ａに流入する冷却水の温度は、第３流路１６１の入口１６１ａに流入する負圧の空気の温度よりも低くなるように設定されている。そのため、第３流路１６１を通る負圧の空気から第４流路１６２を通る冷却水へと熱が移動するようになっている。これにより、第３流路１６１を通る負圧の空気は、第４流路１６２を通る冷却水により熱回収されることで冷却される。一方、第４流路１６２を通る冷却水は、第３流路１６１を通る負圧の空気から熱回収することで加熱される。
【００５７】
本実施の形態では、第４流路１６２の出口１６２ｂから流出する冷却水（温水）は、不図示の吸着冷凍機において冷熱源として有効に利用されるようになっている。
【００５８】
その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同様である。図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
以上のような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることに加えて、熱交換器１６の第３流路１６１を通って更に冷却された作動ガスが減圧装置１４に導入されるため、減圧装置１４における仕事量が更に低減し、結果的に、システム全体の熱効率の向上につながる。また、熱交換器１６の第４流路を通って加熱された冷却用流体が外部で有効利用されることで、システム全体の総合的な効率も向上する。
【００６０】
また、本実施の形態によれば、熱交換器１６において、冷却水（液体）と作動ガス（気体）との間で熱交換されるため、気体同士の間で熱交換される場合に比べて、熱交換器１６の構造が単純であり、設備コストが小さい。また、熱交換器１６で加熱された冷却水（温水）は、例えば、吸着冷凍機における冷熱源や家庭給湯などの広い用途で有効利用され得る。
【００６１】
なお、本実施の形態では、冷却用流体として冷却水が用いられていたが、これに限定されず、冷却用流体として冷却ガスが用いられてもよい。この場合、熱交換器１６で加熱された冷却ガスは、例えば、空調などの広い用途で有効利用され得る。
【００６２】
次に、具体的な実施例について説明する。  
まず、第２の実施の形態による実施例として、大気温度：３５℃、第４流路入口の冷却水温度：４５℃、第４流路出口の冷却水温度：９０℃、タービン入口温度：９００℃、圧縮比：３、再生器効率：８０％、タービン効率：９０％、減圧装置効率：９０％、を前提条件として、熱力学に基づいて、各要素間を流れる所定量の作動ガス（空気）の状態変化を計算した。
【００６３】
その結果、図３のフローシートに示すように、第２流路１３２の入口１３２ａ（減圧装置１４の出口１４ｂ）では、圧力：１ｂａｒＡ、温度：１９０℃であり、第２流路１３２の出口１３２ｂでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：５５７℃であり、タービン１２の入口１２ａでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：９００℃であり、タービン１２の出口１２ｂでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：６４８℃であり、第１流路１３１の出口１３１ｂでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：２８２℃であり、減圧装置１４の入口１４ａでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：６０℃であった。
【００６４】
第２の実施の形態による実施例を評価するために、タービン１２における仕事をＷＴ、減圧装置１４における仕事をＷＣ、加熱部１１からの入熱量をΔＱ、冷却水による熱回収量をΔＱ’とした場合に、下式（１）
η＝（ＷＴ−ＷＣ）／ΔＱ    …（１）
で示されるプラント熱効率ηと、下式（２）
η’＝（ＷＴ−ＷＣ＋ΔＱ’）／ΔＱ    …（２）
で示されるプラント総合効率η’と、をそれぞれ計算した。なお、プラント総合効率η’は、第４流路１６２の出口１６２ｂから流出する冷却水（温水）が全て有効利用された場合の効率を示している。
【００６５】
その結果、第２の実施の形態による実施例では、プラント熱効率η：３５．３％、プラント総合効率η’：９３．５％であった。
【００６６】
図４は、比較例としての発電システム１００を示す概略構成図である。図４において、図２に示す第２の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付している。
【００６７】
図４に示すように、比較例としての発電システム１００では、第２の実施の形態の構成から循環管１５が省略されており、第２流路１３２の入口１３２ａ及び減圧装置１４の出口１４ｂがそれぞれ大気に開放されている。
【００６８】
次に、この比較例としての発電システム１００を用いる第１比較例として、第２の実施の形態による実施例と同様の値を前提条件として、各要素間を流れる所定量（第２の実施の形態による実施例と同じ流量）の作動ガス（空気）の状態変化を計算した。
【００６９】
その結果、図５のフローシートに示すように、第２流路１３２の入口１３２ａでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：３５℃であり、第２流路１３２の出口１３２ｂでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：５２５℃であり、タービン１２の入口１２ａでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：９００℃であり、タービン１２の出口１２ｂでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：６４８℃であり、第１流路１３１の出口１３１ｂでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：１５８℃であり、減圧装置１４の入口１４ａでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：５２℃であり、減圧装置１４の出口１４ｂでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：１７９℃であった。
【００７０】
第１比較例を評価するために、第２の実施の形態による実施例と同様に、上式（１）で示されるプラント熱効率ηと、上式（２）で示されるプラント総合効率η’と、をそれぞれ計算した。
【００７１】
その結果、第１比較例では、プラント熱効率η：３３．２％、プラント総合効率η’：５８．６％であった。すなわち、第１比較例では、第２の実施の形態による実施例に比べて、プラント熱効率が２．１％、プラント総合効率が３５％、低下することが確認された。
【００７２】
なお、第２の実施の形態による実施例及び第１比較例では、前提条件として各要素効率及び作動ガスの流量に同じ値を採用したことで、第１比較例における加熱部１１からの入熱量（すなわち、加熱流路１１４の入口１１４ａと出口１１４ｂとの間の温度差）が、第２の実施の形態による実施例における加熱部１１からの入熱量より大きくなっている、ということには、留意が必要である。
【００７３】
ところで、現実の発電システムでは、所定の大きさの熱源（入熱量）または発電量を前提条件として、計画、建設等が行われる。そこで、所定の大きさの熱源または発電量の発電システムを計画、建設する場合に、循環管１５を備えた第２の実施の形態による発電システム１０ｂと、循環管１５が省略された比較例としての発電システム１００と、どちらが有利になるのかを、次に検討する。
【００７４】
まず、第２の実施の形態による実施例及び第１比較例のように、前提条件として各要素効率に同じ値を採用する場合、作動ガスの流量を同じにすると第１比較例の入熱量の方が大きくなることから、熱源の大きさ（入熱量）を同じにするためには、第１比較例の作動ガスの流量を減少させる必要がある。この場合、第１比較例の方が、流量の減少分だけ発電量が減少することなる。言い換えれば、発電量を同じにするためには、作動ガスの流量を同じにする必要があるから、第１比較例の方が必要とされる熱源の大きさ（入熱量）が大きくなり、すなわち、第１比較例の方が大型の加熱部１１が必要となる。
【００７５】
次に、比較例としての発電システム１００を用いる第２比較例として、加熱部１１からの入熱量が第２の実施の形態による実施例における加熱部１１からの入熱量と同じ値になるように、再生器効率を８５％に上昇させた他は、第２の実施の形態による実施例と同様の値を前提条件として、各要素間を流れる所定量（第２の実施の形態による実施例と同じ流量）の作動ガス（空気）の状態変化を計算した。
【００７６】
その結果、図６のフローシートに示すように、第２流路１３２の入口１３２ａでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：３５℃であり、第２流路１３２の出口１３２ｂでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：５５７℃であり、タービン１２の入口１２ａでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：９００℃であり、タービン１２の出口１２ｂでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：６４８℃であり、第１流路１３１の出口１３１ｂでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：２８２℃であり、減圧装置１４の入口１４ａでは、圧力：０．３ｂａｒＡ、温度：６０℃であり、減圧装置１４の出口１４ｂでは、圧力：１ｂａｒＡ、温度：１９０℃であった。
【００７７】
第２比較例を評価するために、第２の実施の形態による実施例及び第１比較例と同様に、上式（１）で示されるプラント熱効率ηと、上式（２）で示されるプラント総合効率η’と、をそれぞれ計算した。
【００７８】
その結果、第２比較例では、プラント熱効率η：３６．５％、プラント総合効率η’：５６．５％であった。第２比較例では、減圧装置１４の入口１４ａの温度が低下することにより、第２の実施の形態による実施例に比べてプラント熱効率ηが上昇するが、冷却水の回収熱量が減少することにより、第２の実施の形態による実施例に比べてプラント総合効率η’が低下することが確認された。
【００７９】
なお、第２比較例では、第２の実施の形態による実施例に比べてプラント熱効率ηが上昇しているが、第２比較例の前提条件として再生器効率を８５％に上昇させていることに留意が必要である。現実の再生器１３は、気体同士の熱交換を行うために複雑な構造を有している。そのため、現実の再生器１３において再生器効率を上昇させるためには、大きなコストがかかるという不都合がある。すなわち、第２の実施の形態によれば、３５％以上のプラント熱効率を達成しながら、低コストであるという有利な効果が得られる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ａ    発電システム
１０ｂ    発電システム
１１      加熱部
１１１    リフレクタ
１１２    集熱器
１１３    タワー
１１４    加熱流路
１１４ａ  加熱流路の入口
１１４ｂ  加熱流路の出口
１２      タービン
１２ａ    タービンの入口
１２ｂ    タービンの出口
１３      再生器
１３１    第１流路
１３１ａ  第１流路の入口
１３１ｂ  第１流路の出口
１３２    第２流路
１３２ａ  第２流路の入口
１３２ｂ  第２流路の出口
１４      減圧装置
１４ａ    減圧装置の入口
１４ｂ    減圧装置の出口
１５      循環管
１６      熱交換器
１６１    第３流路
１６１ａ  第３流路の入口
１６１ｂ  第３流路の出口
１６２    第４流路
１６２ａ  第４流路の入口
１６２ｂ  第４流路の出口
１９      発電機
【図１】
2015117627.tif 000003
【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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