特許 6181138 軸シール装置及び発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181138

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】軸シール装置及び発電システム

(51)【国際特許分類】

   F01D 11/04 20060101AFI20170807BHJP

   F01K 25/10 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   F01D11/04

   F01K25/10 E

【請求項の数】12

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-225314(P2015-225314)

(22)【出願日】2015年11月18日

(62)【分割の表示】特願2012-129550(P2012-129550)の分割

【原出願日】2012年6月7日

(65)【公開番号】特開2016-75285(P2016-75285A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2015年12月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】315017937

【氏名又は名称】８ リバーズ キャピタル，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 和孝

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 岩太郎

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５２６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９７７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５９３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２８８１７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−１８８８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１０２００５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−１７３４６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １１／００−２４

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ１６Ｊ １５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸シール装置であって、
循環路を循環する作動媒体により駆動されるタービンに接続される第１の端部、および発電機に接続される第２の端部を含む回転軸と、
ガス供給室を含み、前記第１の端部と前記第２の端部との間にある空間をシールする軸シール装置本体と、
シールガスを前記ガス供給室に供給するガス供給装置と、
前記シールガスおよび前記作動媒体を混合してリーク混合ガスを形成するシールガス・作動媒体回収室と、
前記リーク混合ガスを前記シールガス・作動媒体回収室から受け取り、前記シールガスを前記作動媒体から分離し、前記作動媒体を前記循環路に戻すように構成されるガス分離装置と、
を具備する、軸シール装置。

【請求項2】

前記ガス分離装置が、前記シールガスを液化せずに前記作動媒体を液化するように構成される、請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項3】

前記作動媒体が二酸化炭素を含み、前記シールガスが窒素を含む、請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項4】

前記ガス分離装置が、前記シールガスを大気に放出するように構成される、請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項5】

前記軸シール装置が、ラビリンスシールまたはメカニカルシールを具備する、請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項6】

前記循環路が、加熱装置、前記タービン、熱交換器、前記ガス分離装置、および圧縮機を通じて延在する、請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項7】

軸シール方法であって、
循環路を循環する作動媒体でタービンを駆動し、前記タービンに接続される第１の端部、および発電機に接続される第２の端部を含む回転軸を回転させるステップ（ａ）と、
ガス供給室を含む軸シール装置本体で、前記第１の端部と前記第２の端部との間にある空間をシールするステップ（ｂ）と、
シールガスを前記ガス供給室に供給するステップ（ｃ）と、
シールガス・作動媒体回収室内で、前記シールガスおよび前記作動媒体を混合してリーク混合ガスを形成するステップ（ｄ）と、
前記リーク混合ガスを前記シールガス・作動媒体回収室から受け取り、前記シールガスを前記作動媒体から分離し、前記作動媒体を前記循環路に戻すステップ（ｅ）と、
を含む、軸シール方法。

【請求項8】

前記ステップ（ｅ）が、前記シールガスを液化せずに前記作動媒体を液化するステップを含む、請求項７に記載の軸シール方法。

【請求項9】

前記ステップ（ｅ）が、窒素を二酸化炭素から分離するステップを含む、請求項７に記載の軸シール方法。

【請求項10】

前記ステップ（ｅ）が、前記シールガスを大気に放出するステップを含む、請求項７に記載の軸シール方法。

【請求項11】

前記ステップ（ｂ）が、ラビリンスシールまたはメカニカルシールで、前記第１の端部と前記第２の端部との間にある空間をシールするステップを含む、請求項７に記載の軸シール方法。

【請求項12】

前記ステップ（ａ）が、加熱装置、前記タービン、熱交換器、および圧縮機を通じて前記作動媒体を循環させるステップを含む、請求項７に記載の軸シール方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は，軸シール装置及び発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

図４に，従来のクローズドサイクル発電システム１０ｘを示す。クローズドサイクル発電システム１０ｘは，加熱装置１１，タービン１２，発電機１３，排熱回収熱交換器１４，熱交換器１５，圧縮機１７を有し，超臨界ＣＯ_２を作動媒体として作動する。

【0003】

クローズドサイクル発電システム１０ｘでは，作動媒体が，加熱装置１１により加熱され，タービン１２に導かれる。加熱された作動媒体が，膨張することで，タービン１２が回転され，発電機１３が駆動される。タービン１２から排出された作動媒体は排熱回収熱交換器１４へと導かれ，加熱装置１１へと導かれる作動媒体と熱交換する。その後，作動媒体は熱交換器１５へ導かれ，冷却水と熱交換し，圧縮機１７へと導かれる。圧縮機１７へ導かれた作動媒体は，加圧されて排熱回収熱交換器１４へと導かれ，タービン１２から排出される作動媒体と熱交換し，加熱装置１１へと導かれる。

【0004】

クローズドサイクル発電システム１０ｘは，以上のサイクルによりクローズループを形成し，臨界点状態下で作動媒体を圧縮することにより，圧縮動力を削減し，高効率で作動可能である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】第３９回日本ガスタービン学会定期講演会（松本）講演論文集，２０１１．７［Ｃ−３］

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のクローズドサイクル発電システム１０ｘでは，タービン１２，発電機１３，圧縮機１７を一体構造とすることで，回転機器（タービン１２，圧縮機１７）の回転軸を大気からシールすることが不要となる。

【0007】

しかしながら，タービン，発電機，圧縮機それぞれが独立した構造の機器では，回転機器の回転軸を大気からシールする軸シール装置を有する。この場合，この軸シール装置から，サイクル内のＣＯ_２が大気に漏洩しないようにする必要がある。

【0008】

本発明は，作動流体の漏洩を低減した軸シール装置および発電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の軸シール装置は，循環路を循環する作動媒体により駆動されるタービンに接続される第１の端部と，発電機に接続される第２の端部とを有する回転軸と，ガス供給室を有し，前記第１，第２の端部間を封止する軸シール装置本体と，前記ガス供給室に，窒素ガスたるシールガスを供給するガス供給装置と，を具備する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば，作動流体の漏洩を低減した軸シール装置および発電システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に係るクローズドサイクル発電システム１０の概要図である。

【図2】クローズドサイクル発電システム１０の軸シール装置２０ａ，２０ｂの概略図である。

【図3】第２の実施形態に係るクローズドサイクル発電システム１０ａの概要図である。

【図4】従来のクローズドサイクル発電システム１０ａの概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下，図面を参照して，クローズドサイクル発電システムの実施形態を詳細に説明する。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は，第１の実施形態に係るクローズドサイクル発電システム（発電プラント）１０の構成要素を示す概略図である。図２は，図１中の軸シール装置２０ａ，２０ｂの構造を示す概略図である。

【0014】

クローズドサイクル発電システム１０は，加熱装置１１，タービン１２，発電機１３，熱交換器１５，ガス分離装置１６，圧縮機１７，回転軸１８ａ，１８ｂ，軸シール装置２０ａ，２０ｂ，シールガス供給タンク３１，シールガス配管３２ａ，３２ｂ，シールガス・作動媒体混合配管３３ａ，３３ｂ，圧縮機３４，モータ３５を有する。

【0015】

クローズドサイクル発電システム１０において，加熱装置１１，タービン１２，熱交換器１５，ガス分離装置１６，圧縮機１７は，作動媒体Ｇ１(例えば，二酸化炭素（ＣＯ_２)）が循環する循環路Ｒを構成する。即ち，作動媒体Ｇ１は，加熱装置１１，タービン１２，熱交換器１５，ガス分離装置１６，圧縮機１７を繰り返し，循環する。

【0016】

この循環路Ｒは，クローズドサイクル発電システム１０のクローズドループを構成する。ここで，循環路Ｒ中の作動媒体Ｇ１の一部は，軸シール装置２０ａ，２０ｂの循環路Ｒ側（端部Ｅ１，Ｅ３側）から大気側（端部Ｅ２，Ｅ４側）へと漏れる可能性がある。後述のように，軸シール装置２０ａ，２０ｂ内にシールガスＧ２（例えば，窒素ガス（Ｎ_２））を印加する。この結果，循環路Ｒ側から大気側に向かう作動媒体Ｇ１が流路Ｌａ，Ｌｂを経由して，循環路Ｒに帰還し，軸シール装置２０ａ，２０ｂからの作動媒体Ｇ１の漏れが低減される。即ち，循環路Ｒを実質的なクローズドループとして，作動媒体Ｇ１を循環させることが可能となる。なお，この詳細は後述する。

【0017】

加熱装置１１は，作動媒体Ｇ１を加熱し，タービン１２に供給する。例えば，燃料を燃焼させて，熱を発生させ，作動媒体Ｇ１を加熱できる。

【0018】

タービン１２は，加熱された作動媒体Ｇ１により駆動される。具体的には，加熱装置１１により加熱された作動媒体Ｇ１が，膨張することで，タービン１２を回転駆動させる。タービン１２は，例えば，静翼（ステータ），動翼（ロータ）を有し，膨張する作動媒体Ｇ１によって，動翼が回転する。

【0019】

発電機１３は，タービン１２の回転力により駆動され，発電する。回転軸１８ａによって，タービン１２の回転力が発電機１３に伝達される。なお，回転軸１８ａの詳細は後述する。

【0020】

タービン１２にて膨張した作動媒体Ｇ１は，圧縮機３４にて加圧されたリーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）と混合され，熱交換器１５へ導かれる。リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）は，軸シール装置２０ａ，２０ｂから漏れる作動媒体Ｇ１と後述のシールガスＧ２が混合されたものである。なお，この詳細は後述する。

【0021】

熱交換器１５は，作動媒体Ｇ１を冷却，凝縮させる（液化）。具体的には，熱交換器１５に導かれた作動媒体Ｇ１（リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）も混合）は，冷却水と熱交換し，凝縮される。凝縮した作動媒体Ｇ１はガス分離装置１６へ導かれる。

【0022】

ガス分離装置１６は，作動媒体Ｇ１に混入するシールガスＧ２（例えば，窒素ガス：Ｎ_２）を作動媒体Ｇ１から分離する。分離されたシールガスＧ２は大気に放出される。一方，作動媒体Ｇ１は圧縮機１７に導かれる。

【0023】

ガス分離装置１６は，例えば，作動媒体Ｇ１とシールガスＧ２の液化条件の相違に基づいて，作動媒体Ｇ１とシールガスＧ２を分離できる。具体的には，作動媒体Ｇ１が液化し，シールガスＧ２が液化しない環境下に，ガス分離装置１６内を保持する。このようにすることで，作動媒体Ｇ１と，シールガスＧ２とをそれぞれ液体，気体として，分離できる。液体された作動媒体Ｇ１は，必要に応じて，ガス分離装置１６内で気体に戻される。

【0024】

圧縮機１７は，作動媒体Ｇ１を加圧して，加熱装置１１へと導く。圧縮機１７は，回転軸１８ｂから印加される回転力により駆動され，作動媒体Ｇ１を加圧する。臨界点状態下で作動媒体Ｇ１を圧縮することにより，圧縮動力を削減できる。なお，回転軸１８ｂの詳細は後述する。

【0025】

以上のように，作動媒体Ｇ１が循環路Ｒ（加熱装置１１，タービン１２，熱交換器１５，ガス分離装置１６，圧縮機１７）を繰り返し，循環する。後述のように，軸シール装置２０ａ，２０ｂから漏れる作動媒体Ｇ１は，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）として回収され，経路Ｌａ，Ｌｂを経由して，循環路Ｒに戻される。

【0026】

回転軸１８ａは，棒形状（略円柱形状）であり，タービン１２に接続される端部Ｅ１と，発電機１３に接続される端部Ｅ２とを有し，タービン１２の回転力を発電機１３に伝達する。端部Ｅ１，Ｅ２はそれぞれ，循環路Ｒ側（回転機器（タービン１２）側），大気側（発電機１３側）であり，圧力差を有する。なお，圧力の点から考えると，タービン１２内（循環路Ｒ内）の回転軸１８ａの部分を端部Ｅ１とすべきものと考えられる。

【0027】

回転軸１８ｂは，棒形状（略円柱形状）であり，圧縮機１７に接続される端部Ｅ３と，回転力が印加される端部Ｅ４とを有し，端部Ｅ４に印加された回転力を圧縮機１７に伝達する。端部Ｅ３，Ｅ４はそれぞれ，循環路Ｒ側（回転機器（圧縮機１７）側），大気側であり，圧力差を有する。なお，圧力の点から考えると，圧縮機１７内（循環路Ｒ内）の回転軸１８ｂの部分を端部Ｅ３とすべきものと考えられる。

【0028】

端部Ｅ４への回転力の印加は種々の手法を採用できる。例えば，発電機１３で発電された電力によって動作する電動モータによって，端部Ｅ４に回転力を印加できる。また，回転軸１８ａの回転力を端部Ｅ４に印加しても良い。この場合，回転軸１８ａ，１８ｂを直接または間接に接続する。なお，回転軸１８ａ，１８ｂを直結（直接接続）すると，回転軸１８ａ，１８ｂは，全体として，１つの回転軸として機能することになる。

【0029】

軸シール装置２０ａは，例えば，タービン１２のケーシングに設置され，回転軸１８ａの端部Ｅ１，Ｅ２間を封止する。回転軸１８ａにおいて，圧力差に起因して，作動媒体Ｇ１が循環路Ｒ側（端部Ｅ１側）から大気側（端部Ｅ２側）に漏れ出そうとする。軸シール装置２０ａは，回転軸１８ａからの作動媒体Ｇ１の漏れを防止する。軸シール装置２０ａの中心を回転軸１８ａが貫通している。

【0030】

軸シール装置２０ｂは，例えば，圧縮機１７のケーシングに設置され，回転軸１８ｂの端部Ｅ３，Ｅ４間を封止する。回転軸１８ｂにおいて，圧力差に起因して，作動媒体Ｇ１が循環路Ｒ側（端部Ｅ３側）から大気側（端部Ｅ４側）に漏れ出そうとする。軸シール装置２０ｂは，回転軸１８ｂからの作動媒体Ｇ１の漏れを防止する。軸シール装置２０ｂの中心を回転軸１８ｂが貫通している。

【0031】

軸シール装置２０ａは，略円筒形状であり，ラビリンスシール２１ａ〜２３ａ，シールガス供給室２４ａ，シールガス・作動媒体回収室２５ａ，圧力検出器２６ａを有する。

【0032】

軸シール装置２０ｂは，略円筒形状であり，ラビリンスシール２１ｂ〜２３ｂ，シールガス供給室２４ｂ，シールガス・作動媒体回収室２５ｂ，圧力検出器２６ｂを有する。

【0033】

また，軸シール装置２０ａ，２０ｂは，制御装置２７を共用する。

【0034】

ラビリンスシール２１ａ〜２３ａはそれぞれ，封止部材２１１，２１２，封止部材２２１，２２２，封止部材２３１，２３２を有する。

【0035】

封止部材２１１，２２１，２３１（以下，封止部材２１１等という）は，回転軸１８ａ側に固定される略円筒形状の部材であり，回転軸１８ａの回転中心Ｃａに対して回転対称な凹凸を有する。

【0036】

封止部材２１２，２２２，２３２（以下，封止部材２１２等という）は，軸シール装置２０ａ側に固定される略円筒形状の部材であり，回転軸１８ａの回転中心線Ｃａに対して回転対称な形状の凹凸を有する。封止部材２１１等は，回転軸１８ａの回転に伴い，封止部材２１２等に対して，回転する。

【0037】

ここでは，判り易さのために，封止部材２１１等を回転軸１８ａとは別部材として説明しているが，回転軸１８ａと封止部材２１１等は一体的に形成できる。例えば，複数のリング状の突起を回転軸１８ａに形成し，回転軸１８ａの一部を封止部材２１１等として機能させることができる。

【0038】

同様に，判り易さのために，封止部材２１２等を軸シール装置２０ａの本体とは別部材として説明しているが，軸シール装置２０ａの本体と封止部材２１２等は一体的に形成できる。

【0039】

封止部材２１１等と封止部材２１２等は，封止部材２１１等の凸と封止部材２１２等の凹（および封止部材２１１等の凹と封止部材２１２等の凸）が対向するように配置される。その結果，図２に示すように，封止部材２１１等と封止部材２１２等の間に，断面視で，複数段に蛇行する隙間が形成される。この隙間によって，封止部材２１１等と封止部材２１２等の間の相対的な回転が可能となる。

【0040】

既述のように，回転軸１８ａの回転機器側（端部Ｅ１側）と大気側（端部Ｅ２側）の間の圧力差に起因して，端部Ｅ１から端部Ｅ２に，作動媒体Ｇ１が流出する可能性がある。封止部材２１１等と封止部材２１２等の隙間の段を通過する毎に，作動媒体Ｇ１の圧力が低下することで，端部Ｅ１から端部Ｅ２への作動媒体Ｇ１の漏れを低減できる。

【0041】

このように，ラビリンスシール２１ａ〜２３ａによって，端部Ｅ１から端部Ｅ２への作動媒体Ｇ１の漏れを低減できるが，漏れを完全に無くせる訳では無い。図２に示すように，ラビリンスシール２１ａ（さらには，ラビリンスシール２１ｂ，２１ｃも）を通過して，端部Ｅ１から端部Ｅ２に向かう作動媒体Ｇ１の流れが存在する。次に示すように，軸シール装置２０ａにシールガスＧ２を供給することで，ラビリンスシール２１ａ〜２３ａからの作動媒体Ｇ１の漏れをさらに低減できる。

【0042】

シールガス供給タンク３１は，シールガスＧ２を蓄積し，シールガス配管３２ａを通じて，シールガス供給室２４ａに供給する。シールガス供給タンク３１は，シールガスを供給するガス供給装置として機能する。

【0043】

シールガス配管３２ａは，シールガス供給タンク３１とシールガス供給室２４ａとを接続し，シールガスＧ２を通過させる。

【0044】

シールガス供給室（ガス供給室）２４ａは，ラビリンスシール２２ａ，２３ａの間に配置され，略リング形状の内部空間を有する。

【0045】

シールガス供給室２４ａに流入したシールガスＧ２は，ラビリンスシール２２ａを端部Ｅ１側に進む。この結果，ラビリンスシール２２ａを端部Ｅ２側に進もうとする作動媒体Ｇ１の流れを制限する。このように，シールガス供給室２４ａにシールガスＧ２を供給することで，ラビリンスシール２２ａからの作動媒体Ｇ１の漏れを低減できる。

【0046】

なお，シールガスＧ２の一部は，ラビリンスシール２３ａを端部Ｅ２側に進み，大気に放出される。

【0047】

シールガス・作動媒体回収室（ガス回収室）２５ａは，ラビリンスシール２１ａ，２２ａの間に配置され，略リング形状の内部空間を有する。軸シール装置２０ａよりリークする作動媒体Ｇ１は，ラビリンスシール２１ａを通過し，シールガス・作動媒体回収室２５ａに流入する。また，シールガス供給室２４ａからラビリンスシール２２ａを通過したシールガスＧ２（正確には，ラビリンスシール２２ａに流入する作動媒体Ｇ１も含む）は，シールガス・作動媒体回収室２５ａに流入する。このように，シールガス・作動媒体回収室２５ａに，作動媒体Ｇ１およびシールガスＧ２が流入し，これらが混合してリーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）となる。

【0048】

シールガス・作動媒体回収室２５ａ内のリーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）はシールガス・作動媒体混合配管３３ａを通過し，圧縮機３４にて加圧され，タービン１２の出口配管に循環する。

【0049】

シールガス・作動媒体混合配管３３ａは，シールガス・作動媒体回収室２５ａと圧縮機３４とを接続し，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）を通過させる。

【0050】

圧縮機３４は，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）を加圧して，タービン１２の出口配管へと導く。圧縮機３４は，回転軸によって，モータ３５に接続，駆動される。後述のように，圧縮機３４の動作状態は，制御装置２７によって制御される。

【0051】

ラビリンスシール２１ａ，シールガス・作動媒体回収室２５ａ，シールガス・作動媒体混合配管３３ａ，圧縮機３４が，循環路Ｒから漏れてきた作動媒体Ｇ１を循環路Ｒに循環させる流路Ｌａを構成する。

【0052】

リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）を圧縮機３４で加圧することにより，循環路Ｒの任意の場所へ流入させることが可能である。

【0053】

但し，本実施形態では，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）は，タービン１２と熱交換器１５の間に流入させている。これは，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）も含めて，熱交換器１５で冷却し，ガス分離装置１６で，作動媒体Ｇ１とリークガスＧ２を分離することが好ましいからである。

【0054】

モータ３５は，例えば，発電機１３で発電された電力によって動作する電動モータであり，圧縮機３４を駆動させる。モータ３５の動作（ひいては圧縮機３４の動作）は，制御装置２７によって制御される。

【0055】

圧力検出器２６ａは，軸シール装置２０ａのシールガス・作動媒体回収室２５ａ内の圧力を計測し，制御装置２７に通知する。

【0056】

制御装置２７は，圧力検出器２６ａでの計測結果に基づき，モータ３５（圧縮機３４）の動作を制御する。

【0057】

この結果，シールガス・作動媒体回収室２５ａの圧力は，回転軸１８ａの端部Ｅ１側の圧力およびシールガス供給室２４ａの圧力（シールガス供給圧力）のいずれよりも低い状態が保持される。即ち，回転軸１８ａの端部Ｅ１側からの作動流体Ｇ１およびシールガス供給室２４ａからのシールガスＧ２のいずれもが，シールガス・作動媒体回収室２５ａに流入するように，圧力勾配が形成，保持される。

【0058】

ここで，シールガス・作動媒体回収室２５ａの圧力を作動媒体Ｇ１（例えば，ＣＯ_２）の三重点での圧力（例えば，０．５２ＭＰａ）以上とすることが好ましい。

【0059】

仮に，シールガス・作動媒体回収室２５ａの圧力が作動媒体Ｇ１の三重点での圧力以下であるとする。この場合，クローズドサイクル発電システム１０の緊急停止時等において，循環路Ｒ内の作動媒体Ｇ１の温度が低下し，シールガス・作動媒体回収室２５ａ内の温度が作動媒体Ｇ１の凝結点以下となることが考えられる。このとき，作動媒体Ｇ１（例えば，ＣＯ_２）が固化し（例えば，ドライアイスとなり），ラビリンスシール２１ａや圧縮機３４を損傷する可能性がある。

【0060】

このため，圧力検出器２６ａにより検出される圧力（リークした作動媒体Ｇ１圧力）が作動媒体Ｇ１の三重点での圧力（例えば，０．５２ＭＰａ）以上となるよう，制御装置２７が圧縮機３４を制御する。

【0061】

このようにすることで，温度低下時に作動媒体Ｇ１（例えば，ＣＯ_２）が凝結（気体から固体への状態変化）せずに凝縮（気体から液体への状態変化）することが可能となる。この結果，作動媒体Ｇ１が凝固するまでの熱量を凝縮熱の分大きくすることができる。このため，作動媒体Ｇ１が固化し難くなり，クローズドサイクル発電システム１０の信頼性を向上できる。

【0062】

軸シール装置２０ｂの構成要素（ラビリンスシール２１ｂ〜２３ｂ，シールガス供給室２４ｂ，シールガス・作動媒体回収室２５ｂ，圧力検出器２６ｂ）は，軸シール装置２０ａの構成要素と対応することから，詳細な説明を省略する。

【0063】

本実施形態では，軸シール装置２０ａ，２０ｂは，シールガス供給タンク３１，圧縮機３４，制御装置２７を共用している。これに対して，シールガス供給タンク３１，圧縮機３４，制御装置２７の一部または全部を複数設置し，軸シール装置２０ａ，２０ｂそれぞれで利用することも可能である。

【0064】

シールガス・作動媒体回収室２５ａ，２５ｂの圧力は，同一とは限らない。このため，シールガス・作動媒体回収室２５ａ，２５ｂの圧力を個別に制御できることが好ましい。このためには，シールガス・作動媒体回収室２５ａ，２５ｂそれぞれを別個の圧縮機３４に接続することが考えられる。また，シールガス・作動媒体混合配管３３ａ，３３ｂの一方または双方に，弁を設け，この弁の開閉を制御装置２７で制御しても良い。このようにすることで，シールガス・作動媒体混合配管３３ａ，３３ｂそれぞれから流出されるリーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）の流量を個別に制御し，シールガス・作動媒体回収室２５ａ，２５ｂ双方の圧力を適正に保つことができる。

【0065】

以上のように，本実施形態によれば，軸シール装置２０ａ，２０ｂにシールガスＧ２を供給することで，作動媒体Ｇ１の循環路Ｒからの漏洩を低減できる。

【0066】

（第２の実施形態）
図３は，第２の実施形態に係わるクローズドサイクル発電システム１０ａを示す概略図である。

【0067】

クローズドサイクル発電システム１０と同一の部分については同一符号で示し，その説明を省略する。

【0068】

クローズドサイクル発電システム１０ａは，加熱装置１１に替えて，加熱装置１１ａを有し，酸素製造装置４１，窒素供給配管４２，水分離装置４３，二酸化炭素貯蔵装置４４を有する。

【0069】

加熱装置１１ａは，炭化水素燃料を燃焼する燃焼器を有する。酸素製造装置４１によって製造された酸素と燃料配管より供給される炭化水素燃料が燃焼器に導かれ燃焼される。

【0070】

酸素製造装置４１は，酸素（Ｏ_２，炭化水素燃料の酸化剤），および窒素（Ｎ_２，シールガスＧ２）を供給する。酸素製造装置４１は，空気を液化し，酸素と窒素の液化温度の相違を用いて，酸素と，窒素を分離する。酸素製造装置４１で製造されたＮ_２は窒素供給配管４２よりシールガス供給タンク３１へ導かれる。酸素製造装置４１は，空気中の窒素と酸素を分離するガス分離装置として機能する。

【0071】

窒素供給配管４２は，酸素製造装置４１よりシールガス供給タンク３１へ窒素を供給する。

【0072】

水分離装置４３は，熱交換器１５下流に配置され，燃焼ガス中に含まれる水を分離する。燃焼によって発生した二酸化炭素（ＣＯ_２，作動媒体Ｇ１）と水（Ｈ_２Ｏ）は，水分離装置４３にて分離されて，水はサイクル（循環路Ｒ）外へ放出される。

【0073】

本実施形態では，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）は，タービン１２と熱交換器１５の間に流入させている。これは，リーク混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）も含めて，熱交換器１５で冷却し，水分離装置４３で，水を分離することが好ましいからである。

【0074】

二酸化炭素貯蔵装置４４は，圧縮機１７の下流に配置され，二酸化炭素を貯蔵する。燃焼により生成した分の二酸化炭素は二酸化炭素貯蔵装置４４へ導かれ，貯蔵される。即ち，循環路Ｒでの循環に必要な以上の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵装置４４に貯蔵し，適宜に利用可能となる。

【0075】

本実施形態によれば酸素製造装置４１により作り出される窒素をシールガスＧ２に使用する。この結果，外部からシールガスＧ２を供給することなく，クローズドサイクル発電システム１０ａの運転状態中に，シールガスＧ２を連続的に供給できる。

【0076】

本実施形態のクローズドサイクル発電システム１０ａは，ガス分離装置１６を有しない。但し，ガス分離装置１６を追加し，二酸化炭素（作動媒体Ｇ１）と窒素ガス（シールガスＧ２）を分離することも可能である。例えば，圧縮機３４と循環路Ｒの間にガス分離装置１６を追加し，窒素ガス（シールガスＧ２）が循環路Ｒに流入しないようにすることも可能である。

【0077】

以上の実施形態では，軸シール装置２０ａ，２０ｂは，回転軸１８ａ，１８ｂの封止にラビリンスシール２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂを用いている。ラビリンスシール２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂそれぞれを，メカニカルシールに替えることも可能である。

【0078】

メカニカルシールでは，回転軸１８ａ，１８ｂと一体になった回転環と、軸シール装置２０ａ，２０ｂ側（固定部）に取り付けられた固定環が、軸に垂直な平面で近接する。

【0079】

ここで，クローズドサイクル発電システム１０の小型化のために循環路Ｒの高圧化が求められる場合がある。また，タービン１２の回転数，および回転軸１８ａの径の増加に伴い，回転軸１８ａ，１８ｂの周速度が増加する場合がある。

【0080】

このような，循環路Ｒの高圧化，回転軸１８ａ，１８ｂの周速度の増加等に対応するには，メカニカルシールよりラビリンスシールが適する。ラビリンスシールに比して，メカニカルシールは，より小さな間隙で封止することから，製造および保守の労力が大きくなる。

【0081】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0082】

１０ クローズドサイクル発電システム
１０ａ クローズドサイクル発電システム
１０ｘ クローズドサイクル発電システム
１１ 加熱装置
１１ａ 加熱装置
１２ タービン
１３ 発電機
１４ 排熱回収熱交換器
１５ 熱交換器
１６ ガス分離装置
１７ 圧縮機
１８ａ，１８ｂ 回転軸
２０ａ，２０ｂ 軸シール装置
２１ａ−２３ａ，２１ｂ−２３ｂ ラビリンスシール
２４ａ，２４ｂ シールガス供給室
２５ａ，２５ｂ シールガス・作動媒体回収室
２６ａ，２６ｂ 圧力検出器
２７ 制御装置
３１ シールガス供給タンク
３２ａ，３２ｂ シールガス配管
３３ａ，３３ｂ シールガス・作動媒体混合配管
３４ 圧縮機
３５ モータ
４１ 酸素製造装置
４２ 窒素供給配管
４３ 水分離装置
４４ 二酸化炭素貯蔵装置
２１１，２２１，２３１ 封止部材
２１２，２２２，２３２ 封止部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】