JP3160469B2 - クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出力制御方法と装置 - Google Patents
クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出力制御方法と装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大分子量ガスと小分子
量ガスの混合ガスを用いたクローズドブレイトンサイク
ルガスタービンの出力制御方法と装置に関する。
量ガスの混合ガスを用いたクローズドブレイトンサイク
ルガスタービンの出力制御方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２３は従来のクローズドブレイトンサ
イクルガスタービン（Closed BraytonCycle Gas-Turbin
e) の系統図であり、作動ガスとしては表１のように大
分子量ガス１３、例えばキセノン（Ｘｅ）と小分子量ガ
ス１４、例えばヘリューム（Ｈｅ）との混合ガスを使用
している。
イクルガスタービン（Closed BraytonCycle Gas-Turbin
e) の系統図であり、作動ガスとしては表１のように大
分子量ガス１３、例えばキセノン（Ｘｅ）と小分子量ガ
ス１４、例えばヘリューム（Ｈｅ）との混合ガスを使用
している。
【０００３】このクローズドブレイトンサイクルガスタ
ービンは、ガスタービン６の出力軸１６に取付けられた
ガス圧縮機７、ガスタービン排熱で高圧ガスを予熱する
再生熱交換器９、この予熱された高圧ガスの加熱器８、
ガスタービン排ガスの冷却器１０とガスタービン６の負
荷に応じて循環する作動ガスの量を調節する貯気タンク
１１’によって構成されている。
ービンは、ガスタービン６の出力軸１６に取付けられた
ガス圧縮機７、ガスタービン排熱で高圧ガスを予熱する
再生熱交換器９、この予熱された高圧ガスの加熱器８、
ガスタービン排ガスの冷却器１０とガスタービン６の負
荷に応じて循環する作動ガスの量を調節する貯気タンク
１１’によって構成されている。
【０００４】
【表１】
【０００５】このクローズドブレイトンサイクルガスタ
ービンでは、ガス圧縮機７で加圧された混合ガス１３＋
１４は再生熱交換器９、加熱器８により加熱されタービ
ン６でガス圧縮機７の駆動力、出力を発生させる。ター
ビン６で減温、減圧された混合ガス１３＋１４は再生熱
交換器９において低温、高圧側へ熱を供給し、冷却器１
０で放熱し、再度ガス圧縮機７で加圧されクローズドサ
イクルを形成する。
ービンでは、ガス圧縮機７で加圧された混合ガス１３＋
１４は再生熱交換器９、加熱器８により加熱されタービ
ン６でガス圧縮機７の駆動力、出力を発生させる。ター
ビン６で減温、減圧された混合ガス１３＋１４は再生熱
交換器９において低温、高圧側へ熱を供給し、冷却器１
０で放熱し、再度ガス圧縮機７で加圧されクローズドサ
イクルを形成する。
【０００６】低出力に切換える際は、排気バルブ２閉状
態で導入バルブ１の開度を調整し、高圧ガスの一部を貯
気タンク１１’内に貯え、混合ガス１３＋１４の重量流
量を変化させる。同時に加熱器８の入熱量Ｑも減少させ
る。高出力に切換える際は、導入バルブ１閉状態で排気
バルブ２の開度を調整し、貯気タンク１１’内に貯えた
高圧のガスをサイクル内に排気する。同時に加熱器８の
入熱量Ｑも増加させる。
態で導入バルブ１の開度を調整し、高圧ガスの一部を貯
気タンク１１’内に貯え、混合ガス１３＋１４の重量流
量を変化させる。同時に加熱器８の入熱量Ｑも減少させ
る。高出力に切換える際は、導入バルブ１閉状態で排気
バルブ２の開度を調整し、貯気タンク１１’内に貯えた
高圧のガスをサイクル内に排気する。同時に加熱器８の
入熱量Ｑも増加させる。
【０００７】この従来のやり方では作動ガスの重量流量
を変えると作動ガスの体積流量も変化するため、サイク
ルの圧力比を変化させ出力制御を行うやり方である。従
来の出力制御装置の貯気タンク１１’には貯気するだけ
の機能しかない。
を変えると作動ガスの体積流量も変化するため、サイク
ルの圧力比を変化させ出力制御を行うやり方である。従
来の出力制御装置の貯気タンク１１’には貯気するだけ
の機能しかない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
のクローズドブレイトンサイクルガスタービンでは、出
力調整装置の貯気タンク１１’には貯気するだけの機能
しかないため、出力変化時の貯気及び排気時に体積流量
も変化し、サイクルの圧力比が変ってしまう。一方、サ
イクルの性能を示すサイクル効率と圧力比との関係は、
図１５に示すようにほぼ圧力比２付近で効率最大となる
関係がある。
のクローズドブレイトンサイクルガスタービンでは、出
力調整装置の貯気タンク１１’には貯気するだけの機能
しかないため、出力変化時の貯気及び排気時に体積流量
も変化し、サイクルの圧力比が変ってしまう。一方、サ
イクルの性能を示すサイクル効率と圧力比との関係は、
図１５に示すようにほぼ圧力比２付近で効率最大となる
関係がある。
【０００９】従って、従来の出力調整のやり方では各負
荷点でサイクル効率が大きく変化すること、特に低負荷
時にサイクル効率が低下することが懸念される。本発明
は、サイクル効率を変えずにクローズドブレイトンサイ
クルガスタービンの出力を制御可能とした制御方法と制
御装置を提供することを課題としている。
荷点でサイクル効率が大きく変化すること、特に低負荷
時にサイクル効率が低下することが懸念される。本発明
は、サイクル効率を変えずにクローズドブレイトンサイ
クルガスタービンの出力を制御可能とした制御方法と制
御装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、大分
子量ガスと小分子量ガスの混合ガスを用いたクローズド
ブレイトンサイクルガスタービンにおける前記課題を解
決するため、ガス圧縮機から吐出された混合ガス中の大
分子量ガスの一部を分離すると共に、その大分子量ガス
を分離後の小分子量ガスを貯気しておいて、ガスタービ
ンの出力に応じて分離大分子量ガスおよび貯気小分子量
ガスの少くともいづれか一方をサイクル内へ還流させて
出力を制御する方法を採用する。
子量ガスと小分子量ガスの混合ガスを用いたクローズド
ブレイトンサイクルガスタービンにおける前記課題を解
決するため、ガス圧縮機から吐出された混合ガス中の大
分子量ガスの一部を分離すると共に、その大分子量ガス
を分離後の小分子量ガスを貯気しておいて、ガスタービ
ンの出力に応じて分離大分子量ガスおよび貯気小分子量
ガスの少くともいづれか一方をサイクル内へ還流させて
出力を制御する方法を採用する。
【００１１】この場合、大分子量ガスを分離するのに
は、大分子量ガスを吸着する吸着剤、大分子量ガスを遮
断するガス透過膜を用いたり、大分子量ガスを液化装置
で液化して分離するなどの手段によることができる。
は、大分子量ガスを吸着する吸着剤、大分子量ガスを遮
断するガス透過膜を用いたり、大分子量ガスを液化装置
で液化して分離するなどの手段によることができる。
【００１２】あるいは、大分子量ガスと小分子量ガスの
混合ガスを圧縮する圧縮機として遠心圧縮機を用い、そ
の遠心圧縮機から吐出された高圧ガスの一部を遠心圧縮
機の吐出側スクロール外周から取出すことにより、高圧
ガスの遠心力を利用して大分子量ガスの分離を行うこと
ができる。
混合ガスを圧縮する圧縮機として遠心圧縮機を用い、そ
の遠心圧縮機から吐出された高圧ガスの一部を遠心圧縮
機の吐出側スクロール外周から取出すことにより、高圧
ガスの遠心力を利用して大分子量ガスの分離を行うこと
ができる。
【００１３】すなわち、遠心圧縮機から吐出される混合
ガスは、その遠心力のため大分子量ガスが吐出スクロー
ルの外周部に偏って存在しているので、そこから吐出高
圧ガスの一部を取り出すことにより大分子量ガスを分離
できる。
ガスは、その遠心力のため大分子量ガスが吐出スクロー
ルの外周部に偏って存在しているので、そこから吐出高
圧ガスの一部を取り出すことにより大分子量ガスを分離
できる。
【００１４】この本発明によるクローズドブレイトンサ
イクルガスタービンの出力制御方法においては、前記し
たように作動流体である混合ガス中の大分子量ガスの分
離とサイクル内への還流及び小分子量ガスの貯気と排気
を適宜行うことにより作動流体混合ガスの平均分子量を
変えて出力調整を行うことができる。
イクルガスタービンの出力制御方法においては、前記し
たように作動流体である混合ガス中の大分子量ガスの分
離とサイクル内への還流及び小分子量ガスの貯気と排気
を適宜行うことにより作動流体混合ガスの平均分子量を
変えて出力調整を行うことができる。
【００１５】例えば出力を低減する時は、ガス圧縮機か
ら吐出された高圧ガスの一部を吸着剤を充填した吸着タ
ンクに入れて大分子量ガスを吸着させ、分離した小分子
量ガスをサイクル内へ戻して混合ガスの重量流量を小さ
くする。
ら吐出された高圧ガスの一部を吸着剤を充填した吸着タ
ンクに入れて大分子量ガスを吸着させ、分離した小分子
量ガスをサイクル内へ戻して混合ガスの重量流量を小さ
くする。
【００１６】一方、出力を増す場合はこの逆で、吸着剤
に吸着されている大分子量ガスを脱着させてサイクル内
に戻すことにより、混合ガスの重量流量を増加させる。
このように本発明の出力制御方法によればガスタービン
の出力に応じて混合ガスの混合比を変えることによって
重量流量を調節し、圧力比をほぼ一定に保ちつつサイク
ル効率を大きく変化させることなく出力を制御可能であ
る。
に吸着されている大分子量ガスを脱着させてサイクル内
に戻すことにより、混合ガスの重量流量を増加させる。
このように本発明の出力制御方法によればガスタービン
の出力に応じて混合ガスの混合比を変えることによって
重量流量を調節し、圧力比をほぼ一定に保ちつつサイク
ル効率を大きく変化させることなく出力を制御可能であ
る。
【００１７】また、例えば大分子量ガスの一部を遮断す
るガス透過膜を用いて大分子量ガスの分離を行うように
した場合も、作動流体である混合ガス中の大分子量ガス
の透過膜による分離とサイクル内への還流、及び透過し
た小分子量ガスの貯気とサイクル内への還流を適宜行う
ことにより作動流体混合ガスの平均分子量を変えて前記
したと同様に出力調整を行うことができる。
るガス透過膜を用いて大分子量ガスの分離を行うように
した場合も、作動流体である混合ガス中の大分子量ガス
の透過膜による分離とサイクル内への還流、及び透過し
た小分子量ガスの貯気とサイクル内への還流を適宜行う
ことにより作動流体混合ガスの平均分子量を変えて前記
したと同様に出力調整を行うことができる。
【００１８】また、本発明は、大分子量ガスと小分子量
ガスの混合ガスを用いたクローズドブレイトンサイクル
ガスタービンにおいて、前記課題を解決する出力制御装
置として、ガス圧縮機の吐出ラインから分岐して配設さ
れ大分子量ガスを分離するガス分離タンク、このガス分
離タンクから分離排出される小分子量ガスを貯気するリ
ザーバタンク及びこれらの各タンクとサイクル内を連絡
する管路を設けた構成を採用する。
ガスの混合ガスを用いたクローズドブレイトンサイクル
ガスタービンにおいて、前記課題を解決する出力制御装
置として、ガス圧縮機の吐出ラインから分岐して配設さ
れ大分子量ガスを分離するガス分離タンク、このガス分
離タンクから分離排出される小分子量ガスを貯気するリ
ザーバタンク及びこれらの各タンクとサイクル内を連絡
する管路を設けた構成を採用する。
【００１９】このガス分離タンクとしては、内部に大分
子量ガスを吸着する吸着剤、又は大分子量ガスを遮断す
るガス透過膜を設けたものとしたり、大分子量ガスを液
化する液化装置等を設けたものとし、分離した大分子量
ガスを貯えておく構成のものとすることができる。
子量ガスを吸着する吸着剤、又は大分子量ガスを遮断す
るガス透過膜を設けたものとしたり、大分子量ガスを液
化する液化装置等を設けたものとし、分離した大分子量
ガスを貯えておく構成のものとすることができる。
【００２０】或いは、また、混合ガスを圧縮するのにガ
ス遠心圧縮機を用い、そのガス遠心圧縮機の吐出側のス
クロール外周から分岐して配設され、大分子量ガスを貯
気するガス分離タンク、このスクロール内周から分岐し
て配設され、前記小分子量ガスを貯気するリザーバタン
ク及び各タンクとサイクル内を連絡する管路を設けた構
成を採用する。
ス遠心圧縮機を用い、そのガス遠心圧縮機の吐出側のス
クロール外周から分岐して配設され、大分子量ガスを貯
気するガス分離タンク、このスクロール内周から分岐し
て配設され、前記小分子量ガスを貯気するリザーバタン
ク及び各タンクとサイクル内を連絡する管路を設けた構
成を採用する。
【００２１】この出力制御装置によれば、ガス分離タン
クで大分子量ガスを分離して貯えることにより、混合ガ
スの体積流量を減らさず、小分子量のガスの成分を増す
ことができる。従って圧力比を変えずに重量流量を減少
させることができるため、サイクル効率を変えずに出力
を低下させることができる。
クで大分子量ガスを分離して貯えることにより、混合ガ
スの体積流量を減らさず、小分子量のガスの成分を増す
ことができる。従って圧力比を変えずに重量流量を減少
させることができるため、サイクル効率を変えずに出力
を低下させることができる。
【００２２】また、ガス分離タンク内に分離された大分
子量ガスをサイクル内へ戻すことにより混合ガスの体積
流量を増やさず、混合ガス成分を元に戻すことができ
る。従って圧力比を変えずに重量流量を増加させること
ができるため、サイクル効率を変えずに出力を上昇させ
ることができる。
子量ガスをサイクル内へ戻すことにより混合ガスの体積
流量を増やさず、混合ガス成分を元に戻すことができ
る。従って圧力比を変えずに重量流量を増加させること
ができるため、サイクル効率を変えずに出力を上昇させ
ることができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明による制御方法の実施態様及び
本発明の一実施例による制御装置につき添付図面を用い
て具体的に説明する。なお、以下の図面において、図２
３に示した従来のクローズドブレイトンサイクルガスタ
ービンの構成と同じ部分には説明を簡単にするため同一
の符号を付してあり、それらについての重複する説明は
省略する。
本発明の一実施例による制御装置につき添付図面を用い
て具体的に説明する。なお、以下の図面において、図２
３に示した従来のクローズドブレイトンサイクルガスタ
ービンの構成と同じ部分には説明を簡単にするため同一
の符号を付してあり、それらについての重複する説明は
省略する。
【００２４】（第１実施例）まず図１によって本発明の
一実施例による制御装置を備えたクローズドブレイトン
サイクルガスタービンの構成について説明する。図１に
示すクローズドブレイトンサイクルガスタービンでは、
図１６の従来例と違い、図１６における貯気タンク１
１’を、吸着剤１５（例えばＡ型ゼオライト）を充填し
た吸着タンク１１とし、回収バルブ４を経て、系外に設
けたリザーバタンク１２と吸着タンク１１を連通してい
る。
一実施例による制御装置を備えたクローズドブレイトン
サイクルガスタービンの構成について説明する。図１に
示すクローズドブレイトンサイクルガスタービンでは、
図１６の従来例と違い、図１６における貯気タンク１
１’を、吸着剤１５（例えばＡ型ゼオライト）を充填し
た吸着タンク１１とし、回収バルブ４を経て、系外に設
けたリザーバタンク１２と吸着タンク１１を連通してい
る。
【００２５】また図１に示すものでは、回収バルブ４と
戻りバルブ３を経てリザーバタンク１２をガスタービン
６の入口ラインと結ぶ管路を設け、また、リザーバタン
ク１２からは供給バルブ５を経てガス圧縮機７の入口ラ
インと結ぶ管路を設けている。その他の構成は図１６に
示した従来のものと同じである。次に図１に示したクロ
ーズドブレイトンサイクルガスタービンにおける出力制
御をどのように行うかの作動状態について図２〜図６を
用いて説明する。
戻りバルブ３を経てリザーバタンク１２をガスタービン
６の入口ラインと結ぶ管路を設け、また、リザーバタン
ク１２からは供給バルブ５を経てガス圧縮機７の入口ラ
インと結ぶ管路を設けている。その他の構成は図１６に
示した従来のものと同じである。次に図１に示したクロ
ーズドブレイトンサイクルガスタービンにおける出力制
御をどのように行うかの作動状態について図２〜図６を
用いて説明する。
【００２６】イ）図２は、ガスタービン６の計画最大負
荷（出力）時の作動状態であり、バルブ１〜５の全てが
閉にされているから図２３に示した従来のものにおいて
バルブ１，２を閉じた状態と同じである。
荷（出力）時の作動状態であり、バルブ１〜５の全てが
閉にされているから図２３に示した従来のものにおいて
バルブ１，２を閉じた状態と同じである。
【００２７】ロ）図３では、出力低下の第１段階とし
て、ガス混合比はそのままで全体の重量流量を減らすた
め、ガス圧縮機７から吐出された高圧ガスの一部を弁１
を開けて吸着タンク１１内に導き、大分子量ガス１３を
吸着剤１５で吸着し、分離された小分子量ガス１４を回
収バルブ４を経てリザーバタンク１２の中に貯気する。
バルブ２，３，５は閉じたままである。
て、ガス混合比はそのままで全体の重量流量を減らすた
め、ガス圧縮機７から吐出された高圧ガスの一部を弁１
を開けて吸着タンク１１内に導き、大分子量ガス１３を
吸着剤１５で吸着し、分離された小分子量ガス１４を回
収バルブ４を経てリザーバタンク１２の中に貯気する。
バルブ２，３，５は閉じたままである。
【００２８】ハ）図４では、供給バルブ５を開け、先の
ロ）でリザーバタンク１２に貯気した小分子量ガス１４
をサイクル内に戻している状態で、この操作によって混
合分子量が減り、ガスタービン６の出力が低下する。バ
ルブ１〜４は閉じられている。
ロ）でリザーバタンク１２に貯気した小分子量ガス１４
をサイクル内に戻している状態で、この操作によって混
合分子量が減り、ガスタービン６の出力が低下する。バ
ルブ１〜４は閉じられている。
【００２９】ニ）図５は、更に出力を低減する場合の作
動状態であり、導入バルブ１を開けて作動ガスを吸着タ
ンク１１に導き作動ガス中の大分子量ガス１３を吸着剤
１５に取込み、分離した小分子量ガス１４を弁３を開い
てサイクル内に加えることによって、更に混合分子量が
低下する。バルブ２，４，５は閉じられている。
動状態であり、導入バルブ１を開けて作動ガスを吸着タ
ンク１１に導き作動ガス中の大分子量ガス１３を吸着剤
１５に取込み、分離した小分子量ガス１４を弁３を開い
てサイクル内に加えることによって、更に混合分子量が
低下する。バルブ２，４，５は閉じられている。
【００３０】ホ）図６では、吸着タンク１１の出口の排
気バルブ２を開にすることによって吸着タンク１１内の
圧力は低下して吸着剤１５に吸着されていた大分子量ガ
ス１３は吸着剤１５から脱着されてサイクル内に戻り、
サイクルの混合分子量が増し、ガスタービン出力は増大
する。バルブ２〜５は閉じられている。
気バルブ２を開にすることによって吸着タンク１１内の
圧力は低下して吸着剤１５に吸着されていた大分子量ガ
ス１３は吸着剤１５から脱着されてサイクル内に戻り、
サイクルの混合分子量が増し、ガスタービン出力は増大
する。バルブ２〜５は閉じられている。
【００３１】以上のように、図１に示したクローズドブ
レイトンサイクルガスタービンにおいてはバルブ２，
４，５閉、バルブ１，３開⇒バルブ１，３閉⇒バルブ５
開により混合ガスの体積流量を減らさず、小分子量ガス
１４の成分を増すことができる。従って圧力比を変えず
に重量流量を減少させることができるため、サイクル効
率を変えずに出力を低下させることができる。
レイトンサイクルガスタービンにおいてはバルブ２，
４，５閉、バルブ１，３開⇒バルブ１，３閉⇒バルブ５
開により混合ガスの体積流量を減らさず、小分子量ガス
１４の成分を増すことができる。従って圧力比を変えず
に重量流量を減少させることができるため、サイクル効
率を変えずに出力を低下させることができる。
【００３２】また、バルブ１，３，４，５閉、バルブ２
開⇒バルブ２閉⇒バルブ１，４開⇒バルブ１，４閉⇒バ
ルブ２開により混合ガスの体積流量を増やさず、混合ガ
ス成分をもとに戻すことができる。従って圧力比を変え
ずに重量流量を増加させることができるため、サイクル
効率を変えずに出力を上昇させることができる。
開⇒バルブ２閉⇒バルブ１，４開⇒バルブ１，４閉⇒バ
ルブ２開により混合ガスの体積流量を増やさず、混合ガ
ス成分をもとに戻すことができる。従って圧力比を変え
ずに重量流量を増加させることができるため、サイクル
効率を変えずに出力を上昇させることができる。
【００３３】（第２実施例）次に大分子量ガスをガス透
過膜を使って分離するようにした実施例について図７〜
図１３を用いて説明する。図７〜図１３に示す第２実施
例において、図１〜図６に示した第１実施例による装置
と異る点は、第１実施例においてガス分離タンク１１に
大分子量ガスの吸着剤１５を充填していたのに対し、こ
の第２実施例ではガス分離タンク１１内に大分子量ガス
を遮断するガス透過膜２５（例えば円筒状のポリエチレ
ン製で、筒内から筒外へガスを透過させるようにしたも
のを数モジュール設置）を設けた点である。その他の構
成は第１実施例と同じである。このように構成された第
２実施例による装置の作動を図８〜図１３により以下説
明する。
過膜を使って分離するようにした実施例について図７〜
図１３を用いて説明する。図７〜図１３に示す第２実施
例において、図１〜図６に示した第１実施例による装置
と異る点は、第１実施例においてガス分離タンク１１に
大分子量ガスの吸着剤１５を充填していたのに対し、こ
の第２実施例ではガス分離タンク１１内に大分子量ガス
を遮断するガス透過膜２５（例えば円筒状のポリエチレ
ン製で、筒内から筒外へガスを透過させるようにしたも
のを数モジュール設置）を設けた点である。その他の構
成は第１実施例と同じである。このように構成された第
２実施例による装置の作動を図８〜図１３により以下説
明する。
【００３４】イ）図８は、ガスタービン６の計画最大負
荷（出力）の状態であり、バルブ１〜５は閉であるから
従来の図１６における導入バルブ１、排気バルブ２を閉
じた状態と同じである。
荷（出力）の状態であり、バルブ１〜５は閉であるから
従来の図１６における導入バルブ１、排気バルブ２を閉
じた状態と同じである。
【００３５】ロ）図９は出力低下の第１段階として全体
の重量流量を減らすため、ガス圧縮機７から吐出された
高圧ガスの一部を導入バルブ１からガス分離タンク１１
内に導き、大分子量ガス１３をガス透過膜２５で遮断
し、透過分離した小分子量ガス１４を戻りバルブ３を経
てサイクル内に戻す。大分子量ガス１３はガス分離タン
ク１１に貯気するため、混合ガスの混合分子量は減る
が、体積流量もやや減ってしまう。
の重量流量を減らすため、ガス圧縮機７から吐出された
高圧ガスの一部を導入バルブ１からガス分離タンク１１
内に導き、大分子量ガス１３をガス透過膜２５で遮断
し、透過分離した小分子量ガス１４を戻りバルブ３を経
てサイクル内に戻す。大分子量ガス１３はガス分離タン
ク１１に貯気するため、混合ガスの混合分子量は減る
が、体積流量もやや減ってしまう。
【００３６】ハ）図１０は出力低下の第２段階としてリ
ザーバタンク１２にあらかじめ貯気していた小分子量ガ
ス１４をガス分離タンク１１で遮断、貯気した大分子量
ガス１３の体積分だけサイクルに戻すことによって体積
流量を変えずに混合ガスの混合分子量がさらに減り、ガ
スタービン６の出力が低下する。
ザーバタンク１２にあらかじめ貯気していた小分子量ガ
ス１４をガス分離タンク１１で遮断、貯気した大分子量
ガス１３の体積分だけサイクルに戻すことによって体積
流量を変えずに混合ガスの混合分子量がさらに減り、ガ
スタービン６の出力が低下する。
【００３７】ニ）図１１は出力回復の第１段階として全
体の重量流量を増すため、排気バルブ２を開にすること
によってガス分離タンク１１に分離、貯気されていた大
分子量ガス１３は低圧側のサイクル内に戻る。たゞし、
この場合まだ混合ガスの混合分子量は元の状態（図８）
に戻っていない（元の状態より小さい）。
体の重量流量を増すため、排気バルブ２を開にすること
によってガス分離タンク１１に分離、貯気されていた大
分子量ガス１３は低圧側のサイクル内に戻る。たゞし、
この場合まだ混合ガスの混合分子量は元の状態（図８）
に戻っていない（元の状態より小さい）。
【００３８】ホ）図１２は出力回復の第２段階として混
合ガスの混合分子量を元の状態（図８）に戻すため再度
導入バルブ１を開き混合ガスを透過、分離し余分な小分
子量ガス１４を回収バルブ４からリザーバタンク１２に
導き貯気する。ただし、大分子量ガス１３はガス分離タ
ンク１１に貯気されるため混合ガスの混合分子量は元の
状態（図８）に戻っていない。
合ガスの混合分子量を元の状態（図８）に戻すため再度
導入バルブ１を開き混合ガスを透過、分離し余分な小分
子量ガス１４を回収バルブ４からリザーバタンク１２に
導き貯気する。ただし、大分子量ガス１３はガス分離タ
ンク１１に貯気されるため混合ガスの混合分子量は元の
状態（図８）に戻っていない。
【００３９】ヘ）図１３は出力回復の第３段階として再
度排気バルブ２を開き、ガス分離タンク１１内の大分子
量ガス１３を低圧側のサイクル内に戻し、混合ガスの混
合分子量が増し、元の状態（図８）すなわち計画最大負
荷（出力）時のガスタービン出力まで回復する。
度排気バルブ２を開き、ガス分離タンク１１内の大分子
量ガス１３を低圧側のサイクル内に戻し、混合ガスの混
合分子量が増し、元の状態（図８）すなわち計画最大負
荷（出力）時のガスタービン出力まで回復する。
【００４０】（第３実施例）次に大分子量ガスを液化装
置を使って分離する実施例について図１４を用いて説明
する。この第３実施例ではガス分離タンク１１内に大分
子量ガスを液化して分離する液化装置３５を設けてい
る。その他の構成は先に説明した第１及び第２実施例と
同じである。
置を使って分離する実施例について図１４を用いて説明
する。この第３実施例ではガス分離タンク１１内に大分
子量ガスを液化して分離する液化装置３５を設けてい
る。その他の構成は先に説明した第１及び第２実施例と
同じである。
【００４１】このように構成された第３実施例による装
置の作動を以下説明する。バルブ２，４，５閉、バルブ
１，３開の場合、混合ガス１３＋１４はガス分離タンク
１１に流れ込み、混合ガスのうち大分子量のガス１３が
液化装置３５で液化されガス分離される。次にバルブ
１，３を閉じ、バルブ５開け、リザーバタンク１２から
液化した大分子量ガスの体積分の小分子量ガス１４を補
充することにより圧力比を変えずに重量流量を減少、す
なわち出力を低下させる作用がある。
置の作動を以下説明する。バルブ２，４，５閉、バルブ
１，３開の場合、混合ガス１３＋１４はガス分離タンク
１１に流れ込み、混合ガスのうち大分子量のガス１３が
液化装置３５で液化されガス分離される。次にバルブ
１，３を閉じ、バルブ５開け、リザーバタンク１２から
液化した大分子量ガスの体積分の小分子量ガス１４を補
充することにより圧力比を変えずに重量流量を減少、す
なわち出力を低下させる作用がある。
【００４２】また、液化された大分子量のガス１３を気
化しバルブ１，３，４，５閉、バルブ２開の場合、大分
子量のガス１３はサイクル内に戻る。バルブ２閉、バル
ブ１，４開で、再度液化装置３５でガス分離し、小分子
量のガス１４はサイクル内に戻された大分子量のガス１
３の体積分リザーバタンク１２に回収される。バルブ
１，４を閉じ、バルブ２を開け、再度液化された大分子
量のガス１３を気化してサイクル内に戻すことにより圧
力比を変えずに重量流量を増加、すなわち出力を上昇さ
せる作用がある。
化しバルブ１，３，４，５閉、バルブ２開の場合、大分
子量のガス１３はサイクル内に戻る。バルブ２閉、バル
ブ１，４開で、再度液化装置３５でガス分離し、小分子
量のガス１４はサイクル内に戻された大分子量のガス１
３の体積分リザーバタンク１２に回収される。バルブ
１，４を閉じ、バルブ２を開け、再度液化された大分子
量のガス１３を気化してサイクル内に戻すことにより圧
力比を変えずに重量流量を増加、すなわち出力を上昇さ
せる作用がある。
【００４３】（第４実施例）次に、大分子量ガスをガス
遠心圧縮機による遠心力を利用して分離するように構成
した第４実施例について図１５〜図２１を用いて説明す
る。図１５に見られるように、この第４実施例によるも
のではそのガス圧縮機として図２１に示す遠心圧縮機１
７を用いている。そして、その圧縮機１７の吐出側スク
ロール１８の外周から分岐したパイプ１９を導入バルブ
１を経て分離ガスタンク２１と連絡している。
遠心圧縮機による遠心力を利用して分離するように構成
した第４実施例について図１５〜図２１を用いて説明す
る。図１５に見られるように、この第４実施例によるも
のではそのガス圧縮機として図２１に示す遠心圧縮機１
７を用いている。そして、その圧縮機１７の吐出側スク
ロール１８の外周から分岐したパイプ１９を導入バルブ
１を経て分離ガスタンク２１と連絡している。
【００４４】また、吐出スクロールの内周から分岐した
パイプ２０を回収バルブ４を経てリザーバタンク１２と
連絡している。この第４実施例で用いている分離ガスタ
ンク２１は、先の実施例の場合と違いガス分離作用を行
わず、ガスを貯気するだけである。その他の構成は、先
の実施例におけるものと同じである。以上の構成をもつ
第４実施例の作用を図１６〜図２０を用いて説明する。
パイプ２０を回収バルブ４を経てリザーバタンク１２と
連絡している。この第４実施例で用いている分離ガスタ
ンク２１は、先の実施例の場合と違いガス分離作用を行
わず、ガスを貯気するだけである。その他の構成は、先
の実施例におけるものと同じである。以上の構成をもつ
第４実施例の作用を図１６〜図２０を用いて説明する。
【００４５】（イ）図１６は、ガスタービン６の計画最
大負荷（出力）時の状態であり、バルブ１〜５は閉であ
るから図２３に示した従来の装置においてバルブ１，２
を閉じた状態と同じである。
大負荷（出力）時の状態であり、バルブ１〜５は閉であ
るから図２３に示した従来の装置においてバルブ１，２
を閉じた状態と同じである。
【００４６】（ロ）図１７は出力低下の第１段階の状態
であり、混合ガス全体の重量流量を減らすため、遠心圧
縮機１７から吐出された高圧ガスの内、大分子量ガス１
３の一部を遠心力を利用し、スクロール１８の外周側の
パイプ１９から導入バルブ１を介して分離ガスタンク２
１内に導き、小分子量ガス１４はそのままスクロール１
８を介してサイクル内に戻す。大分子量ガス１３は分離
ガスタンク２１に貯気するため、混合ガスの混合分子量
は減るが、体積流量もやや減ってしまう。
であり、混合ガス全体の重量流量を減らすため、遠心圧
縮機１７から吐出された高圧ガスの内、大分子量ガス１
３の一部を遠心力を利用し、スクロール１８の外周側の
パイプ１９から導入バルブ１を介して分離ガスタンク２
１内に導き、小分子量ガス１４はそのままスクロール１
８を介してサイクル内に戻す。大分子量ガス１３は分離
ガスタンク２１に貯気するため、混合ガスの混合分子量
は減るが、体積流量もやや減ってしまう。
【００４７】（ハ）図１８は出力低下の第２段階の状態
で、リザーバタンク１２にあらかじめ貯気していた小分
子量ガス１４を、分離ガスタンクに貯気した大分子量ガ
ス１３の体積分だけサイクル内に戻すことによって体積
流量を変えずに混合ガスの混合分子量がさらに減り、ガ
スタービンの出力が低下する。
で、リザーバタンク１２にあらかじめ貯気していた小分
子量ガス１４を、分離ガスタンクに貯気した大分子量ガ
ス１３の体積分だけサイクル内に戻すことによって体積
流量を変えずに混合ガスの混合分子量がさらに減り、ガ
スタービンの出力が低下する。
【００４８】（ニ）図１９は出力回復の第１段階の状態
で、全体の重量流量を増すため、排気バルブ２を開にす
ることによって、分離ガスタンク２１に分離、貯気され
ていた大分子量ガス１３は低圧側のサイクル内に戻る。
たゞし、この場合、まだ混合ガスの混合分子量は元の状
態（図１６）に戻っていない（元の状態より小さい）。
で、全体の重量流量を増すため、排気バルブ２を開にす
ることによって、分離ガスタンク２１に分離、貯気され
ていた大分子量ガス１３は低圧側のサイクル内に戻る。
たゞし、この場合、まだ混合ガスの混合分子量は元の状
態（図１６）に戻っていない（元の状態より小さい）。
【００４９】（ホ）図２０は、出力回復の第２段階の状
態で、混合ガスの混合分子量を元の状態（図１６）に戻
すため、遠心力を利用して余分な小分子量ガス１４をス
クロール１８の内周側のパイプ２０から回収バルブ４を
介してリザーバタンク１２に導き貯気する。 以上の操作で元の状態（図１６）すなわち計画最大負荷
（出力）時のガスタービン出力まで回復する。
態で、混合ガスの混合分子量を元の状態（図１６）に戻
すため、遠心力を利用して余分な小分子量ガス１４をス
クロール１８の内周側のパイプ２０から回収バルブ４を
介してリザーバタンク１２に導き貯気する。 以上の操作で元の状態（図１６）すなわち計画最大負荷
（出力）時のガスタービン出力まで回復する。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればガ
ス圧縮機から吐出された混合ガス中の大分子量ガスの一
部分を分離すると共に、その大分子量ガスを分離後の小
分子量ガスを貯気しておいて、ガスタービンの出力に応
じて分離大分子量ガス及び貯気小分子量ガスの少くとも
いづれか一方のサイクル内への還流をおこなって混合ガ
ス比率を変え、圧力比をほぼ一定に保ちつつ重量流量を
変え、クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出
力制御を行うことができる。
ス圧縮機から吐出された混合ガス中の大分子量ガスの一
部分を分離すると共に、その大分子量ガスを分離後の小
分子量ガスを貯気しておいて、ガスタービンの出力に応
じて分離大分子量ガス及び貯気小分子量ガスの少くとも
いづれか一方のサイクル内への還流をおこなって混合ガ
ス比率を変え、圧力比をほぼ一定に保ちつつ重量流量を
変え、クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出
力制御を行うことができる。
【図１】本発明の第１実施例による出力制御装置を具え
たクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
たクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
【図２】図１に示したクローズドブレイトンサイクルガ
スタービンの計画最大負荷時の作動状態を示す系統図。
スタービンの計画最大負荷時の作動状態を示す系統図。
【図３】図１に示したクローズドブレイトンサイクルガ
スタービンにおいて出力低下時の作動状態を示す系統
図。
スタービンにおいて出力低下時の作動状態を示す系統
図。
【図４】図３に示した作動状態より更に出力低減したと
きの作動状態を示す系統図。
きの作動状態を示す系統図。
【図５】図４に示した作動状態より更に出力を低減時の
作動状態を示す系統図。
作動状態を示す系統図。
【図６】図５に示した作動状態から出力を増大させたと
きの作動状態を示す系統図。
きの作動状態を示す系統図。
【図７】本発明の第２実施例による出力制御装置を具え
たクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
たクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
【図８】図７に示したクローズドブレイトンサイクルガ
スタービンの計画最大負荷時の作動状態を示す系統図。
スタービンの計画最大負荷時の作動状態を示す系統図。
【図９】図７に示したクローズドブレイトンサイクルガ
スタービンにおいて出力低下第１段階の作動状態を示す
系統図。
スタービンにおいて出力低下第１段階の作動状態を示す
系統図。
【図１０】図９に示した作動状態より更に第２段階に出
力低減したときの作動状態を示す系統図。
力低減したときの作動状態を示す系統図。
【図１１】図１０に示した作動状態より出力を回復させ
た第１段階の作動状態を示す系統図。
た第１段階の作動状態を示す系統図。
【図１２】図１１に示した作動状態から更に第２段階に
出力を増大させたときの作動状態を示す系統図。
出力を増大させたときの作動状態を示す系統図。
【図１３】図１２に示した状態から更に第３段階に出力
を回復させたときの作動状態を示す系統図。
を回復させたときの作動状態を示す系統図。
【図１４】本発明の第３実施例による出力制御装置を具
えたクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
えたクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
【図１５】本発明の第４実施例による出力制御装置を具
えたクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
えたクローズドブレイトンサイクルガスタービンの系統
図。
【図１６】図１５に示したクローズドブレイトンサイク
ルガスタービンの計画最大負荷時の作動状態を示す系統
図。
ルガスタービンの計画最大負荷時の作動状態を示す系統
図。
【図１７】図１５に示したクローズドブレイトンサイク
ルガスタービンにおいて出力低下第１段階の作動状態を
示す系統図。
ルガスタービンにおいて出力低下第１段階の作動状態を
示す系統図。
【図１８】図１７に示した作動状態から第２段階に出力
低減したときの作動状態を示す系統図。
低減したときの作動状態を示す系統図。
【図１９】図１８に示した作動状態から出力を回復させ
た第１段階の作動状態を示す系統図。
た第１段階の作動状態を示す系統図。
【図２０】図１９に示した作動状態から更に第２段階に
出力を増大させたときの作動状態を示す系統図。
出力を増大させたときの作動状態を示す系統図。
【図２１】図１５のＡ部詳細を一部破断して示す斜視
図。
図。
【図２２】クローズドブレイトンサイクルガスタービン
におけるサイクル効率と圧力比の関係を示すグラフ。
におけるサイクル効率と圧力比の関係を示すグラフ。
【図２３】従来のクローズドブレイトンサイクルガスタ
ービンの系統図。
ービンの系統図。
１ 導入バルブ ２ 排気バルブ ３ 戻りバルブ ４ 回収バルブ ５ 供給バルブ ６ ガスタービン ７ ガス圧縮機 ８ 加熱器 ９ 再生熱交換器 １０ 冷却器 １１ ガス分離タンク １２ リザーバタンク １３ 大分子量ガス １４ 小分子量ガス １５ 吸着剤 １７ 遠心圧縮機 １８ スクロール １９ スクスール外周に設けたパイプ ２０ スクスール内周に設けたパイプ ２１ 分離ガスタンク ２５ ガス透過膜 ３５ 液化装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−101024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−206617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−210129（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−111625（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 1/10 F01K 25/06
Claims (6)
- 【請求項１】 大分子量ガスと小分子量ガスの混合ガス
を用いたクローズドブレイトンサイクルガスタービンに
おいて、ガス圧縮機から吐出された前記混合ガス中の大
分子量ガスの一部を分離すると共に、その大分子量ガス
を分離後の小分子量ガスを貯気しておいて、前記ガスタ
ービンの出力に応じて前記分離大分子量ガス及び前記貯
気小分子量ガスの少くともいづれか一方をサイクル内へ
還流させて混合ガス比率を変え、圧力比をほぼ一定に保
ちつつ重量流量を変えることを特徴とするクローズドブ
レイトンサイクルガスタービンの出力制御方法。 - 【請求項２】 前記大分子量ガスの分離を吸着剤、ガス
透過膜、及び液化装置のいづれか一つを用いて行う請求
項１記載のクローズドブレイトンサイクルガスタービン
の出力制御方法。 - 【請求項３】 前記ガス圧縮機に遠心圧縮機を用い、前
記大分子量ガスの分離を同遠心圧縮機から吐出された高
圧ガスの遠心力を利用して、同遠心圧縮機の吐出側スク
ロール外周で行う請求項１記載のクローズドブレイトン
サイクルガスタービンの出力制御方法。 - 【請求項４】 大分子量ガスと小分子量ガスの混合ガス
を用いたクローズドブレイトンサイクルガスタービンに
おいて、ガス圧縮機の吐出ラインから分岐して配設され
前記大分子量ガスを分離するガス分離タンク、同ガス分
離タンクから分離排出される小分子量ガスを貯気するリ
ザーバタンク及び前記各タンクとサイクル内を連絡する
管路を有することを特徴とするクローズドブレイトンサ
イクルガスタービンの出力制御装置。 - 【請求項５】 前記ガス分離タンク内に大分子量ガスの
吸着剤、大分子量ガスを遮断するガス透過膜及び大分子
量ガスを液化する液化装置のいづれか一つを配設した請
求項４記載のクローズドブレイトンサイクルガスタービ
ンの出力制御装置。 - 【請求項６】 大分子量ガスと小分子量ガスの混合ガス
を用いたクローズドブレイトンサイクルガスタービンに
おいて、ガス遠心圧縮機の吐出側のスクロール外周から
分岐して配設され、前記大分子量ガスを貯気するガス分
離タンク、前記スクロール内周から分岐して配設され、
前記小分子量ガスを貯気するリザーバタンク及び前記各
タンクとサイクル内を連絡する管路を有することを特徴
とするクローズドブレイトンサイクルガスタービンの出
力制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16674694A JP3160469B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-07-19 | クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出力制御方法と装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-141642 | 1994-06-23 | ||
| JP14164294 | 1994-06-23 | ||
| JP16674694A JP3160469B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-07-19 | クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出力制御方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868341A JPH0868341A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3160469B2 true JP3160469B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=26473837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16674694A Expired - Fee Related JP3160469B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-07-19 | クローズドブレイトンサイクルガスタービンの出力制御方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160469B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102230401A (zh) * | 2011-05-19 | 2011-11-02 | 西安交通大学 | 一种有机朗肯循环低温发电工质置换***及其置换方法 |
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|---|---|---|---|---|
| AUPQ785000A0 (en) | 2000-05-30 | 2000-06-22 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Heat engines and associated methods of producing mechanical energy and their application to vehicles |
| CN102187064B (zh) * | 2008-03-28 | 2015-09-16 | 三菱重工业株式会社 | 控制涡轮机设备的方法和涡轮机设备 |
| WO2009119916A2 (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of controlling turbine equipment and turbine equipment |
| US10094219B2 (en) | 2010-03-04 | 2018-10-09 | X Development Llc | Adiabatic salt energy storage |
| WO2014052927A1 (en) | 2012-09-27 | 2014-04-03 | Gigawatt Day Storage Systems, Inc. | Systems and methods for energy storage and retrieval |
| CN103775147B (zh) * | 2013-01-28 | 2016-08-24 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 速度型机构用气体工质 |
| US11053847B2 (en) | 2016-12-28 | 2021-07-06 | Malta Inc. | Baffled thermoclines in thermodynamic cycle systems |
| US10458284B2 (en) | 2016-12-28 | 2019-10-29 | Malta Inc. | Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank |
| US10233833B2 (en) | 2016-12-28 | 2019-03-19 | Malta Inc. | Pump control of closed cycle power generation system |
| US10233787B2 (en) | 2016-12-28 | 2019-03-19 | Malta Inc. | Storage of excess heat in cold side of heat engine |
| US10221775B2 (en) | 2016-12-29 | 2019-03-05 | Malta Inc. | Use of external air for closed cycle inventory control |
| US10801404B2 (en) | 2016-12-30 | 2020-10-13 | Malta Inc. | Variable pressure turbine |
| US10436109B2 (en) | 2016-12-31 | 2019-10-08 | Malta Inc. | Modular thermal storage |
| US11016456B2 (en) | 2018-01-11 | 2021-05-25 | Lancium Llc | Method and system for dynamic power delivery to a flexible datacenter using unutilized energy sources |
| EP3816413A1 (de) * | 2019-11-04 | 2021-05-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Druckregelung für geschlossene joule-kreisprozesse |
| CN115485459A (zh) | 2019-11-16 | 2022-12-16 | 马耳他股份有限公司 | 泵送热电储存*** |
| US11480067B2 (en) | 2020-08-12 | 2022-10-25 | Malta Inc. | Pumped heat energy storage system with generation cycle thermal integration |
| US11454167B1 (en) | 2020-08-12 | 2022-09-27 | Malta Inc. | Pumped heat energy storage system with hot-side thermal integration |
| CA3188991A1 (en) | 2020-08-12 | 2022-02-17 | Benjamin R. Bollinger | Pumped heat energy storage system with thermal plant integration |
| US11286804B2 (en) | 2020-08-12 | 2022-03-29 | Malta Inc. | Pumped heat energy storage system with charge cycle thermal integration |
| US11486305B2 (en) | 2020-08-12 | 2022-11-01 | Malta Inc. | Pumped heat energy storage system with load following |
| US11396826B2 (en) | 2020-08-12 | 2022-07-26 | Malta Inc. | Pumped heat energy storage system with electric heating integration |
-
1994
- 1994-07-19 JP JP16674694A patent/JP3160469B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102230401A (zh) * | 2011-05-19 | 2011-11-02 | 西安交通大学 | 一种有机朗肯循环低温发电工质置换***及其置换方法 |
| CN102230401B (zh) * | 2011-05-19 | 2014-03-12 | 西安交通大学 | 一种有机朗肯循环低温发电工质置换***及其置换方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0868341A (ja) | 1996-03-12 |
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