特許 6221176 ガスタービン冷却系統、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービンの高温部冷却方法

(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】6221176

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】ガスタービン冷却系統、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービンの高温部冷却方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/18 20060101AFI20171023BHJP

   F01K 23/04 20060101ALI20171023BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20171023BHJP

   F02G 5/00 20060101ALI20171023BHJP

   F02C 6/08 20060101ALI20171023BHJP

   F02C 6/18 20060101ALI20171023BHJP

   F02C 7/224 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/18 E

   F01K23/04 Z

   F01K23/10 T

   F02G5/00 C

   F02C6/08

   F02C6/18 A

   F02C7/224

【請求項の数】14

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-254474(P2013-254474)

(22)【出願日】2013年12月9日

(65)【公開番号】特開2015-113725(P2015-113725A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2016年9月1日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 Ｍ７０１Ｆ ユーザカンファレンス２０１３ シンガポール Ｃａｒｌｔｏｎ Ｈｏｔｅｌ Ｅｍｐｒｅｓｓ ４＆５ 平成２５年６月１０日〜平成２５年６月１４日 Ｍ７０１Ｄ ユーザカンファレンス２０１３ インドネシア Ｈｏｔｅｌ Ｂｕｍｉ Ｓｕｒａｂａｙａ 平成２５年９月１５日〜平成２５年９月１８日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】富田 康意

(72)【発明者】

【氏名】秋田 栄司

(72)【発明者】

【氏名】阪上 尚規

(72)【発明者】

【氏名】長川 高彰

(72)【発明者】

【氏名】朝▲来▼野 二郎

(72)【発明者】

【氏名】高松 優

【審査官】 西中村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０４０６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２６４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１７２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１５１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２４８２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１９０４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３１５０５６７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０６−１４６９２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／１８

Ｆ０２Ｃ ６／０４、０８、１４

Ｆ０１Ｄ ２５／１２

Ｆ０１Ｋ ２３／００−１０

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ０２Ｇ ５／００−０４

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を用いて、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却するガスタービン冷却系統において、
タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルと、
前記圧縮機から前記圧縮空気を抽気する抽気ラインと、
前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置で冷却された前記圧縮空気を前記高温部に導く冷却空気ラインと、
を備え、
前記冷却装置は、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを、中間媒体を介して熱交換させる間接型熱交換装置を有し、
前記間接型熱交換装置は、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と前記中間媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却する一方で、前記中間媒体を加熱する第一熱交換器と、前記第一熱交換器で加熱された前記中間媒体と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させ、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記中間媒体を冷却して前記第一熱交換器に戻す第二熱交換器と、を有し、
前記冷却装置は、さらに、前記中間媒体を冷却する予備冷却器と、前記第一熱交換器で加熱された前記中間媒体を前記第二熱交換器に導く第一状態と、前記予備冷却器に導く第二状態との間で状態を切り替える中間媒体切替装置と、を有する、
ガスタービン冷却系統。

【請求項2】

前記中間媒体切替装置は、前記第一状態のときに前記第二熱交換器で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換器に導き、前記第二状態のときに前記予備冷却器で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換器に導く、
請求項１に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項3】

前記第一熱交換器は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気とを熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、
前記第一熱交換器で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く第一加熱燃料ラインを備えている、
請求項１又は２に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項4】

前記第二熱交換器は、前記燃焼器に供給される前記燃料と前記第一熱交換器で加熱された前記中間媒体とを熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、
前記第二熱交換器で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く第二加熱燃料ラインと、
前記燃料を第一熱交換器に導く第一状態と、前記第二熱交換器に導く第二状態との間で状態を切り替える燃料切替装置と、
を備えている、
請求項３に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項5】

ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を用いて、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却するガスタービン冷却系統において、
タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルと、
前記圧縮機から前記圧縮空気を抽気する抽気ラインと、
前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置で冷却された前記圧縮空気を前記高温部に導く冷却空気ラインと、
を備え、
前記冷却装置は、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却させる一方で、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる熱交換器と、前記圧縮空気を冷却する予備冷却器と、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気を前記熱交換器に導く第一状態と、前記予備冷却器に導く第二状態との間で状態を切り替える空気切替装置と、を有し、
前記熱交換器は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、
前記予備冷却器は、前記抽気ラインを通ってきた圧縮空気の熱を利用して前記燃料を加熱可能であり、
加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料ラインと、
前記第一状態のときに前記燃料を前記熱交換器に導き、前記第二状態のときに前記燃料を前記予備冷却器に導く燃料切替装置と、
を有するガスタービン冷却系統。

【請求項6】

前記空気切替装置は、前記第一状態のときに前記熱交換器で冷却された前記圧縮空気を前記冷却空気ラインに導き、前記第二状態のときに前記予備冷却器で冷却された前記圧縮空気を前記冷却空気ラインに導く、
請求項５に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項7】

前記燃料切替装置は、前記第一状態のときに前記熱交換器で加熱された前記燃料を前記加熱燃料ラインに導き、前記第二状態のときに前記予備冷却器で加熱された前記燃料を前記加熱燃料ラインに導く、
請求項５又は６に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項8】

前記冷却装置は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気ラインを通ってきた圧縮空気とを熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、
前記冷却装置で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料ラインを備えている、
請求項１又は２に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項9】

複数の前記ガスタービン毎の前記抽気ラインと、複数の前記ガスタービン毎の前記冷却空気ラインとを備え、
前記冷却装置は、複数の前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する、
請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統と、
前記ガスタービンと、
を備えているガスタービンプラント。

【請求項11】

前記高温部は、前記ガスタービンの燃焼器を構成する部材と、前記燃焼器による燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動するタービンにおけるロータの動翼と、前記ロータの軸部と、前記タービンの静翼と、のうち少なくとも一つである、
請求項１０に記載のガスタービンプラント。

【請求項12】

タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルを稼働させる有機ランキンサイクル実行工程と、
ガスタービンの圧縮機から圧縮空気を抽気する抽気工程と、
前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却工程と、
前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に、前記冷却工程で冷却された前記圧縮空気を導く冷却空気導入工程と、
を実行し、
前記冷却工程は、
前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気と中間媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却する一方で、前記中間媒体を加熱する第一熱交換工程と、
前記第一熱交換工程で加熱された前記中間媒体と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させ、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記中間媒体を冷却し、冷却した前記中間媒体を前記第一熱交換工程での前記圧縮空気との熱交換に利用させる第二熱交換工程と、
前記中間媒体を冷却する予備冷却工程と、を有し、
前記第一熱交換工程で加熱された前記中間媒体を、前記第二熱交換工程での前記サイクル媒体との熱交換に利用させ、前記第二熱交換工程で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換工程での前記圧縮空気との熱交換に利用させる第一状態工程と、
前記第一熱交換工程で加熱された前記中間媒体を、前記予備冷却工程で冷却させ、前記予備冷却工程で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換工程での前記圧縮空気との熱交換に利用させる第二状態工程と、
を実行するガスタービンの高温部冷却方法。

【請求項13】

前記冷却工程は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気とを熱交換させて、前記燃料を加熱する燃料加熱工程を有し、
前記燃料加熱工程で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料導入工程を実行する、
請求項１２に記載のガスタービンの高温部冷却方法。

【請求項14】

タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルを稼働させる有機ランキンサイクル実行工程と、
ガスタービンの圧縮機から圧縮空気を抽気する抽気工程と、
前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却工程と、
前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に、前記冷却工程で冷却された前記圧縮空気を導く冷却空気導入工程と、
を実行し、
前記冷却工程は、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却させる一方で、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる熱交換工程と、前記圧縮空気を冷却する予備冷却工程とを有し、
前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気を、前記熱交換工程での前記サイクル媒体との熱交換に利用させ、前記熱交換工程で冷却された前記圧縮空気を、前記冷却空気導入工程で前記高温部に導く圧縮空気とする第一状態工程と、
前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気を、前記予備冷却工程で冷却させ、前記予備冷却工程で冷却された前記圧縮空気を、前記冷却空気導入工程での前記高温部に導く圧縮空気とする第二状態工程と、
を実行し、
前記冷却工程の前記熱交換工程及び前記予備冷却工程は、いずれも、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気とを熱交換させて、前記燃料を加熱する燃料加熱工程を有し、
前記燃料加熱工程で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料導入工程を実行する、
ガスタービンの高温部冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却するガスタービン冷却系統、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービンの高温部冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンは、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。ガスタービンでは、燃焼器の燃焼筒又は尾筒や、タービンの動翼や静翼等が高温の燃焼ガスに晒されるため、これらの高温部を冷却して、これらの高温部を燃焼ガスの熱から保護する必要がある。

【0003】

ガスタービンの高温部を冷却する冷却系統を備えているガスタービンプラントとしては、例えば、以下の特許文献１に記載されているプラントがある。

【0004】

特許文献１に記載のガスタービンプラントは、圧縮機から抽気した圧縮空気を高温部に導く冷却空気ラインと、この冷却空気ラインに設けられた空冷冷却器と、を備えている。この空冷冷却器は、圧縮空気が内部を通るラジエターと、ラジエターに外気を吹き付けるファンとを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３１５０５６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１に記載のガスタービンプラントでは、圧縮機から抽気した圧縮空気と外気とを熱交換することで、圧縮空気を冷却する一方で、本来、加熱する必要がない外気を加熱しており、圧縮空気の熱を有効利用しているとは言い難い。

【0007】

そこで、本発明は、ガスタービン中の高温部の冷却を図りつつ、圧縮空気から抽気した圧縮空気の熱を有効利用することができるガスタービン冷却系統、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービンの高温部冷却方法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】

【0008】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービン冷却系統は、
ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を用いて、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却するガスタービン冷却系統において、タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルと、前記圧縮機から前記圧縮空気を抽気する抽気ラインと、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却装置と、前記冷却装置で冷却された前記圧縮空気を前記高温部に導く冷却空気ラインと、を備え、前記冷却装置は、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを、中間媒体を介して熱交換させる間接型熱交換装置を有し、前記間接型熱交換装置は、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と前記中間媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却する一方で、前記中間媒体を加熱する第一熱交換器と、前記第一熱交換器で加熱された前記中間媒体と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させ、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記中間媒体を冷却して前記第一熱交換器に戻す第二熱交換器と、を有し、前記冷却装置は、さらに、前記中間媒体を冷却する予備冷却器と、前記第一熱交換器で加熱された前記中間媒体を前記第二熱交換器に導く第一状態と、前記予備冷却器に導く第二状態との間で状態を切り替える中間媒体切替装置と、を有する。

【0009】

当該ガスタービン冷却系統では、冷却装置で冷却された圧縮空気により、ガスタービンの高温部を冷却することができる。しかも、当該ガスタービン冷却系統では、圧縮空気の熱を利用して、サイクル媒体を加熱して蒸発させ、蒸発したサイクル媒体で有機ランキンサイクルのタービンを駆動させているので、圧縮空気の熱を有効利用することができる。

【0013】

当該ガスタービン冷却系統では、有機ランキンサイクルが停止しているときでも、ガスタービンの高温部を冷却することができるので、この場合でも、ガスタービンを運転することができる。

【0014】

前記中間媒体切替装置を有する前記ガスタービン冷却系統において、前記中間媒体切替装置は、前記第一状態のときに前記第二熱交換器で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換器に導き、前記第二状態のときに前記予備冷却器で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換器に導いてもよい。

【0015】

前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器を有する前記ガスタービン冷却系統において、前記第一熱交換器は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気とを熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、前記第一熱交換器で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く第一加熱燃料ラインを備えていてもよい。

【0016】

当該ガスタービン冷却系統では、圧縮空気の熱で燃料を加熱することができるので、圧縮空気の熱をより有効利用することができる。

【0017】

前記第一加熱燃料ラインを有するガスタービン冷却系統において、前記第二熱交換器は、前記燃焼器に供給される前記燃料と前記第一熱交換器で加熱された前記中間媒体とを熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、前記第二熱交換器で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く第二加熱燃料ラインと、前記燃料を第一熱交換器に導く第一状態と、前記第二熱交換器に導く第二状態との間で状態を切り替える燃料切替装置と、を備えていてもよい。

【0018】

当該ガスタービン冷却系統では、ガスタービンや有機ラインランキンサイクルの運転状態に応じて、燃料の予熱形態を変えることができる。

【0019】

上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのガスタービン冷却系統は、
ガスタービンの圧縮機から抽気した圧縮空気を用いて、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部を冷却するガスタービン冷却系統において、タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルと、前記圧縮機から前記圧縮空気を抽気する抽気ラインと、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却装置と、前記冷却装置で冷却された前記圧縮空気を前記高温部に導く冷却空気ラインと、を備え、前記冷却装置は、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却させる一方で、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる熱交換器と、前記圧縮空気を冷却する予備冷却器と、前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気を前記熱交換器に導く第一状態と、前記予備冷却器に導く第二状態との間で状態を切り替える空気切替装置と、を有し、前記熱交換器は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気と熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、前記予備冷却器は、前記抽気ラインを通ってきた圧縮空気の熱を利用して前記燃料を加熱可能であり、加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料ラインと、前記第一状態のときに前記燃料を前記熱交換器に導き、前記第二状態のときに前記燃料を前記予備冷却器に導く燃料切替装置と、を有する。

【0021】

前記空気切替装置を有する前記ガスタービン冷却系統において、前記空気切替装置は、前記第一状態のときに前記熱交換器で冷却された前記圧縮空気を前記冷却空気ラインに導き、前記第二状態のときに前記予備冷却器で冷却された前記圧縮空気を前記冷却空気ラインに導いてもよい。

【0025】

前記燃料切替装置を有する前記ガスタービン冷却系統において、前記燃料切替装置は、前記第一状態のときに前記熱交換器で加熱された前記燃料を前記加熱燃料ラインに導き、前記第二状態のときに前記予備冷却器で加熱された前記燃料を前記加熱燃料ラインに導いてもよい。

【0026】

以上のいずれかの前記ガスタービン冷却系統において、前記冷却装置は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気ラインを通ってきた圧縮空気とを熱交換させることで、前記燃料を加熱可能であり、前記冷却装置で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料ラインを備えていてもよい。

【0027】

以上のいずれかの前記ガスタービン冷却系統において、複数の前記ガスタービン毎の前記抽気ラインと、複数の前記ガスタービン毎の前記冷却空気ラインとを備え、前記冷却装置は、複数の前記抽気ラインを通ってきた前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却してもよい。

【0028】

当該ガスタービン冷却系統では、複数のガスタービンが設けられている場合でも、一の有機ランキンサイクルで対応することができ、設備コストを抑えることができる。

【0029】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンプラントは、
以上のいずれかの前記ガスタービン冷却系統と、前記ガスタービンと、を備えている。

【0030】

当該ガスタービンプラントは、以上のいずれかのガスタービン冷却系統を備えているので、ガスタービン中の高温部の冷却を図りつつ、圧縮空気から抽気した圧縮空気の熱を有効利用することができる。

【0031】

ここで、前記ガスタービンプラントにおいて、前記高温部は、前記ガスタービンの燃焼器を構成する部材と、前記燃焼器による燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動するタービンにおけるロータの動翼と、前記ロータの軸部と、前記タービンの静翼と、のうち少なくとも一つであってもよい。

【0032】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンの高温部冷却方法は、
タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルを稼働させる有機ランキンサイクル実行工程と、ガスタービンの圧縮機から圧縮空気を抽気する抽気工程と、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却工程と、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に、前記冷却工程で冷却された前記圧縮空気を導く冷却空気導入工程と、を実行し、前記冷却工程は、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気と中間媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却する一方で、前記中間媒体を加熱する第一熱交換工程と、前記第一熱交換工程で加熱された前記中間媒体と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させ、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記中間媒体を冷却し、冷却した前記中間媒体を前記第一熱交換工程での前記圧縮空気との熱交換に利用させる第二熱交換工程と、前記中間媒体を冷却する予備冷却工程と、を有し、前記第一熱交換工程で加熱された前記中間媒体を、前記第二熱交換工程での前記サイクル媒体との熱交換に利用させ、前記第二熱交換工程で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換工程での前記圧縮空気との熱交換に利用させる第一状態工程と、前記第一熱交換工程で加熱された前記中間媒体を、前記予備冷却工程で冷却させ、前記予備冷却工程で冷却された前記中間媒体を前記第一熱交換工程での前記圧縮空気との熱交換に利用させる第二状態工程と、を実行する。

【0033】

当該高温部冷却方法では、冷却工程で冷却された圧縮空気により、ガスタービンの高温部を冷却することができる。しかも、当該高温部冷却方法では、圧縮空気の熱を利用して、サイクル媒体を加熱して蒸発させ、蒸発したサイクル媒体で有機ランキンサイクルのタービンを駆動させているので、圧縮空気の熱を有効利用することができる。

【0036】

上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのガスタービンの高温部冷却方法は、
タービンを含むサイクル内でサイクル媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環し、蒸発した前記サイクル媒体で前記タービンが駆動する有機ランキンサイクルを稼働させる有機ランキンサイクル実行工程と、ガスタービンの圧縮機から圧縮空気を抽気する抽気工程と、
前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気の熱を利用して、前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる一方で、前記圧縮空気を冷却する冷却工程と、前記ガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に、前記冷却工程で冷却された前記圧縮空気を導く冷却空気導入工程と、を実行し、前記冷却工程は、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気と前記有機ランキンサイクル中で凝縮している前記サイクル媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却させる一方で、前記サイクル媒体を加熱して蒸発させる熱交換工程と、前記圧縮空気を冷却する予備冷却工程とを有し、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気を、前記熱交換工程での前記サイクル媒体との熱交換に利用させ、前記熱交換工程で冷却された前記圧縮空気を、前記冷却空気導入工程で前記高温部に導く圧縮空気とする第一状態工程と、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気を、前記予備冷却工程で冷却させ、前記予備冷却工程で冷却された前記圧縮空気を、前記冷却空気導入工程での前記高温部に導く圧縮空気とする第二状態工程と、を実行し、前記冷却工程の前記熱交換工程及び前記予備冷却工程は、いずれも、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気とを熱交換させて、前記燃料を加熱する燃料加熱工程を有し、前記燃料加熱工程で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料導入工程を実行する。

【0037】

前記熱交換工程を有するガスタービンの高温部冷却方法において、前記冷却工程は、前記圧縮空気を冷却する予備冷却工程を有し、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気を、前記熱交換工程での前記サイクル媒体との熱交換に利用させ、前記熱交換工程で冷却された前記圧縮空気を、前記冷却空気導入工程で前記高温部に導く圧縮空気とする第一状態工程と、前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気を、前記予備冷却工程で冷却させ、前記予備冷却工程で冷却された前記圧縮空気を、前記冷却空気導入工程での前記高温部に導く圧縮空気とする第二状態工程と、を実行してもよい。

【0038】

以上のいずれかの前記ガスタービンの高温部冷却方法において、前記冷却工程は、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料と前記抽気工程で抽気された前記圧縮空気とを熱交換させて、前記燃料を加熱する燃料加熱工程を有し、前記燃料加熱工程で加熱された前記燃料を前記燃焼器に導く加熱燃料導入工程を実行してもよい。

【0039】

当該高温部冷却方法では、圧縮空気の熱で燃料を加熱することができるので、圧縮空気の熱をより有効利用することができる。

【発明の効果】

【0040】

本発明では、ガスタービン中の高温部の冷却を図りつつ、圧縮機から抽気した圧縮空気の熱を有効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの第一状態工程での状態を示す系統図である。

【図2】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンの構成を示す模式図である。

【図3】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの第二状態工程での状態を示す系統図である。

【図4】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。

【図5】本発明に係る第三実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。

【図6】本発明に係る第四実施形態におけるガスタービンプラントの第一状態工程での状態を示す系統図である。

【図7】本発明に係る第四実施形態におけるガスタービンプラントの第二状態工程での状態を示す系統図である。

【図8】本発明に係る第五実施形態におけるガスタービンプラントの第一状態工程での状態を示す系統図である。

【図9】本発明に係る第五実施形態におけるガスタービンプラントの第二状態工程での状態を示す系統図である。

【図10】本発明に係る一実施形態の変形例におけるガスタービンの構成を示す模式図である。

【図11】本発明に係る一実施形態の変形例における燃焼器の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下、本発明に係るガスタービンプラントの各種実施形態及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

【0043】

「第一実施形態」
本発明に係るガスタービンプラントの第一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。

【0044】

本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０から排気された排気ガスの熱を回収する排熱回収装置３０と、ガスタービン１０中の高温部を冷却するガスタービン冷却系統（以下、単に冷却系統とする）４０と、を備えている。

【0045】

ガスタービン１０は、図２に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１１と、燃料Ｆを圧縮空気ＣＡ中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器１２と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン２１と、を備えている。タービン２１は、タービンロータ２２と、タービンロータ２２を覆うケーシング２７とを有している。タービンロータ２２は、回転中心軸を中心として回転するロータ軸部２３と、このロータ軸部２３の外周に固定されている複数の動翼２４と、を有している。ロータ軸部２３の内部及び動翼２４の内部には、動翼２４を冷却するための冷却空気が通る冷却空気流路２５が形成されている。タービンロータ２２には、例えば、このタービンロータ２２の回転で発電する発電機２９が接続されている。ケーシング２７の内周側には、複数の静翼２８が固定されている。燃焼器１２は、ケーシング２７に固定されている。

【0046】

排熱回収装置３０は、図１に示すように、タービン２１の排気口に接続されている煙道３１と、煙道３１を通る排気ガスＥＧと水とを熱交換させて蒸気を発生させる排熱回収ボイラ３２と、排熱回収ボイラ３２で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン３３と、蒸気タービン３３を駆動させた蒸気を水に戻す復水器３４と、復水器３４中の水を排熱回収ボイラ３２に戻す給水ポンプ３５と、を備えている。蒸気タービン３３のタービンロータには、例えば、このタービンロータの回転で発電する発電機３９が接続されている。

【0047】

冷却系統４０は、圧縮機１１から圧縮空気ＣＡを抽気する抽気ライン４１と、有機ランキンサイクル５０と、抽気ライン４１を通ってきた圧縮空気ＣＡを冷却する冷却装置６０と、冷却装置６０で冷却された圧縮空気ＣＡをガスタービン１０の高温部である動翼２４に導く冷却空気ライン４２と、を備えている。

【0048】

ランキンサイクルは、蒸気でタービンを駆動するサイクルである。一方、有機ランキンサイクル５０は、水よりも沸点の低い媒体（以下、サイクル媒体とする）ＣＭを用いてタービン５２を駆動するサイクルである。この有機ランキンサイクル５０は、サイクル媒体ＣＭを加熱して蒸発させる蒸発器５１と、蒸発したサイクル媒体ＣＭで駆動するタービン５２と、タービン５２を駆動させたサイクル媒体ＣＭを冷却して凝縮させる凝縮器５３と、凝縮したサイクル媒体ＣＭを蒸発器５１に戻すサイクル媒体ポンプ５４と、を備えている。タービン５２には、例えば、このタービン５２の駆動で発電する発電機５９が接続されている。凝縮器５３は、熱交換器の一種で、サイクル媒体ＣＭと水等の冷却媒体ＣＷ１とを熱交換させる。このため、この有機ランキンサイクル５０は、さらに、サイクル媒体ＣＭと熱交換で加熱された冷却媒体ＣＷ１を冷却する水冷塔等の冷却器５５と、冷却器５５で冷却された冷却媒体ＣＷ１を凝縮器５３に戻す冷却媒体ポンプ５６と、を備えている。

【0049】

なお、ここでは、凝縮器５３を流れる冷却媒体ＣＷ１を冷却器５５との間で循環させるが、冷却器５５を省略し、河川の水や海水等の冷却媒体ＣＷ１を凝縮器５３に供給し、この凝縮器５３を通った冷却媒体ＣＷ１を河川や海等に戻してもよい。

【0050】

冷却装置６０は、抽気ライン４１を通ってきた圧縮空気ＣＡと有機ランキンサイクル５０中で凝縮しているサイクル媒体ＣＭとを、中間媒体ＩＭを介して熱交換させる間接型熱交換装置６１と、中間媒体ＩＭを冷却する予備冷却器７２と、中間媒体ＩＭの流れ先等を切り替える中間媒体切替装置８０と、を備えている。間接型熱交換装置６１は、抽気ライン４１を通ってきた圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとを熱交換させる第一熱交換器６２と、中間媒体ＩＭと有機ランキンサイクル５０中で凝縮しているサイクル媒体ＣＭとを熱交換させる第二熱交換器６６と、を有する。

【0051】

第一熱交換器６２には、圧縮空気ＣＡが流れる圧縮空気流路６３と、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路６４とが形成されている。圧縮空気流路６３と中間媒体流路６４とは、これらの流路６３,６４を流れる流体相互間で熱交換可能に互いに隣接している。冷却系統４０における第二熱交換器６６は、有機ランキンサイクル５０の構成要素である蒸発器５１を成している。よって、本実施形態では、冷却系統４０と有機ランキンサイクル５０とで第二熱交換器６６を共有している。この第二熱交換器６６には、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路６７と、サイクル媒体ＣＭが流れるサイクル媒体流路６８とが形成されている。中間媒体流路６７とサイクル媒体流路６８とは、これらの流路６７,６８を流れる流体相互間で熱交換可能に互いに隣接している。予備冷却器７２には、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路７３と、河川の水や海水等の冷却媒体ＣＷ２が流れる冷却媒体流路７４とが形成されている。中間媒体流路７３と冷却媒体流路７４とは、これらの流路７３,７４を流れる流体相互間で熱交換可能に互いに隣接している。

【0052】

第一熱交換器６２における圧縮空気流路６３の入口には、図２に示すように、抽気ライン４１が接続され、圧縮空気流路６３の出口には、冷却空気ライン４２が接続されている。この冷却空気ライン４２は、高温部である動翼２４を冷却するために、タービンロータ２２に形成されている冷却空気流路２５に接続されている。第一熱交換器６２における中間媒体流路６４の出口と、第二熱交換器６６における中間媒体流路６７の入口とは、加熱中間媒体ライン４３で接続されている。また、第二熱交換器６６における中間媒体流路６７の出口と、第一熱交換器６２における中間媒体流路６４の入口とは、冷却中間媒体ライン４４で接続されている。この冷却中間媒体ライン４４には、中間媒体ポンプ４５が設けられている。

【0053】

加熱中間媒体ライン４３には、この加熱中間媒体ライン４３を通ってきた中間媒体ＩＭを第二熱交換器６６に対してバイパスさせる加熱中間媒体バイパスライン４６が接続されている。この加熱中間媒体バイパスライン４６は、予備冷却器７２における中間媒体流路７３の入口に接続されている。予備冷却器７２における中間媒体流路７３の出口には、冷却中間媒体バイパスライン４７が接続されている。この冷却中間媒体バイパスライン４７は、冷却中間媒体ライン４４中の中間媒体ポンプ４５の上流側に接続されている。予備冷却器７２における冷却媒体流路７４の入口には、河川の水や海水等の冷却媒体ＣＷ２を供給する冷却媒体供給ライン７６が接続されている。予備冷却器７２における冷却媒体流路７４の出口には、冷却媒体流路７４を通った冷却媒体ＣＷ２を河川や海等に戻す冷却媒体戻しライン７７が接続されている。冷却媒体供給ライン７６には、冷却媒体ポンプ７８が設けられている。

【0054】

加熱中間媒体ライン４３と加熱中間媒体バイパスライン４６との接続部分には、加熱中間媒体切替機８１が設けられている。この加熱中間媒体切替機８１は、三方弁である。三方弁の三つの開口のうち、第一開口は加熱中間媒体ライン４３の第一熱交換器６２側と接続され、第二開口は加熱中間媒体ライン４３の第二熱交換器６６側と接続されている。また、三方弁の第三開口は加熱中間媒体バイパスライン４６に接続されている。冷却中間媒体ライン４４と冷却中間媒体バイパスライン４７との接続部分には、冷却中間媒体切替機８２が設けられている。この冷却中間媒体切替機８２も、三方弁である。三方弁の三つの開口のうち、第一開口は冷却中間媒体ライン４４の第二熱交換器６６側と接続され、第二開口は冷却中間媒体ライン４４の第一熱交換器６２側と接続されている。また、三方弁の第三開口は冷却中間媒体バイパスライン４７に接続されている。前述の中間媒体切替装置８０は、加熱中間媒体切替機８１及び冷却中間媒体切替機８２を有している。

【0055】

次に、以上で説明したガスタービンプラントの動作について説明する。

【0056】

まず、ガスタービン１０及び有機ランキンサイクル５０が稼働している場合の動作について、図１を用いて説明する。なお、ガスタービン１０及び有機ランキンサイクル５０が稼働している場合、加熱中間媒体切替機８１は、第一熱交換器６２から加熱中間媒体ライン４３を経てきた中間媒体ＩＭを第二熱交換器６６に送れる第一状態になっている。また、冷却中間媒体切替機８２は、第二熱交換器６６から冷却中間媒体ライン４４を経てきた中間媒体ＩＭを第一熱交換器６２に送れる第一状態になっている。

【0057】

ガスタービン１０の圧縮機１１は、大気中の空気Ａを圧縮し、圧縮空気ＣＡを燃焼器１２に供給する。また、燃焼器１２には、燃料Ｆも供給される。燃焼器１２内では、圧縮空気ＣＡ中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、タービン２１に送られ、このタービンロータ２２を回転させる。このタービンロータ２２の回転で、ガスタービン１０に接続されている発電機２９は発電する。

【0058】

タービンロータ２２を回転させた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとしてガスタービン１０から排気され、煙道３１を通って大気に放出される。排熱回収ボイラ３２は、煙道３１を通る排気ガスＥＧと水とを熱交換させて、水を蒸気にする。この蒸気は、蒸気タービン３３に供給され、蒸気タービン３３を駆動する。蒸気タービン３３を通過した蒸気は、復水器３４で水に戻される。この水は、給水ポンプ３５により排熱回収ボイラ３２に供給され、再び、蒸気になる。

【0059】

圧縮機１１で生成された圧縮空気ＣＡの一部は、圧縮機１１から抽気されて、抽気ライン４１を介して、第一熱交換器６２に送られる（抽気工程）。第一熱交換器６２では、この圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとが熱交換され、圧縮空気ＣＡが冷却される一方で中間媒体ＩＭが加熱される（第一熱交換工程）。圧縮空気ＣＡは、この第一熱交換器６２を通過することで、例えば、４００℃から２３０℃に冷却される。一方、中間媒体ＩＭは、この第一熱交換器６２を通過することで、例えば、１６０℃から２００℃に加熱される。なお、本実施形態では、中間媒体ＩＭとして、コスト面や取扱性の面から加圧水を用いている。但し、この中間媒体ＩＭは加圧水でなくてもよい。

【0060】

第一熱交換器６２で冷却された圧縮空気ＣＡは、冷却空気ライン４２を介して、タービンロータ２２の冷却空気流路２５に送られる（冷却空気導入工程）。タービンロータ２２の動翼２４は、この圧縮空気ＣＡにより冷却される。

【0061】

第一熱交換器６２で加熱された中間媒体ＩＭは、加熱中間媒体ライン４３及び加熱中間媒体切替機８１を介して、第二熱交換器６６（蒸発器５１）へ送られる。この第二熱交換器６６では、この中間媒体ＩＭとサイクル媒体ＣＭとが熱交換され、中間媒体ＩＭが冷却される一方でサイクル媒体ＣＭが加熱されて蒸発する（第二熱交換工程）。中間媒体ＩＭは、この第二熱交換器６６を通過することで、例えば、２００℃から１６０℃に冷却される。一方、サイクル媒体ＣＭは、この第二熱交換器６６を通過することで、例えば、６０℃から１５０℃に加熱されて、蒸発する。蒸発したサイクル媒体ＣＭは、有機ランキンサイクル５０の構成要素であるタービン５２を駆動させる。タービン５２を駆動させたサイクル媒体ＣＭは、凝縮器５３に送られる。この凝縮器５３では、サイクル媒体ＣＭと冷却媒体ＣＷ１とが交換され、サイクル媒体ＣＭが冷却されて凝縮する。凝縮したサイクル媒体ＣＭは、サイクル媒体ポンプ５４により第二熱交換器６６（蒸発器５１）に送られ、前述したように、この第二熱交換器６６で中間媒体ＩＭと熱交換する。以上のように、サイクル媒体ＣＭは、有機ランキンサイクル５０内で循環する（有機ランキンサイクル実行工程）。なお、本実施形態では、サイクル媒体ＣＭとして、シクロペンタン、ベンゼン、トルエン等の有機媒体を用いている。

【0062】

第二熱交換器６６で冷却された中間媒体ＩＭは、冷却中間媒体ライン４４及び冷却中間媒体切替機８２を介して、第一熱交換器６２に戻される。

【0063】

ガスタービン１０及び有機ランキンサイクル５０が稼働している場合、第一状態工程が実行される。すなわち、この第一状態工程では、第一熱交換工程で加熱された中間媒体ＩＭを、第二熱交換工程でのサイクル媒体ＣＭとの熱交換に利用させ、第二熱交換工程で冷却された中間媒体ＩＭを第一熱交換工程での圧縮空気ＣＡとの熱交換に利用させる。

【0064】

次に、有機ランキンサイクル５０が停止しており、ガスタービン１０のみが稼働している場合の動作について、図３を用いて説明する。なお、ガスタービン１０のみが稼働している場合、加熱中間媒体切替機８１は、第一熱交換器６２から加熱中間媒体ライン４３を経てきた中間媒体ＩＭを、加熱中間媒体バイパスライン４６を経て予備冷却器７２に送れる第二状態になっている。また、冷却中間媒体切替機８２は、予備冷却器７２から冷却中間媒体バイパスライン４７を経てきた中間媒体ＩＭを第一熱交換器６２に送れる第二状態になっている。

【0065】

ガスタービン１０及び排熱回収装置３０は、前述の場合と同様に稼働する。圧縮機１１で生成された圧縮空気ＣＡの一部は、前述の場合と同様に、圧縮機１１から抽気されて、抽気ライン４１を介して、第一熱交換器６２に送られる（抽気工程）。第一熱交換器６２では、この圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとが熱交換され、圧縮空気ＣＡが冷却される一方で中間媒体ＩＭが加熱される（第一熱交換工程）。第一熱交換器６２で冷却された圧縮空気ＣＡは、冷却空気ライン４２を介して、タービンロータ２２の冷却空気流路２５に送られる（冷却空気導入工程）。

【0066】

第一熱交換器６２で加熱された中間媒体ＩＭは、加熱中間媒体ライン４３、加熱中間媒体切替機８１及び加熱中間媒体バイパスライン４６を介して、予備冷却器７２へ送られる。この予備冷却器７２では、この中間媒体ＩＭと冷却媒体ＣＷ２とが熱交換され、中間媒体ＩＭが冷却される（予備冷却工程）。中間媒体ＩＭは、この予備冷却器７２を通過することで、例えば、２００℃から１６０℃に冷却される。

【0067】

予備冷却器７２で冷却された中間媒体ＩＭは、冷却中間媒体バイパスライン４７、冷却中間媒体切替機８２及び冷却中間媒体ライン４４を介して、第一熱交換器６２に戻される。

【0068】

ガスタービン１０のみが稼働している場合、第二状態工程が実行される。すなわち、この第二状態工程では、第一熱交換工程で加熱された中間媒体ＩＭを、予備冷却工程で冷却させ、予備冷却工程で冷却された中間媒体ＩＭを第一熱交換工程での圧縮空気ＣＡとの熱交換に利用させる。

【0069】

以上のように、本実施形態では、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡを冷却し、これをガスタービン１０の高温部に送っているので、この高温部を冷却することができる。しかも、本実施形態では、圧縮空気ＣＡとサイクル媒体ＣＭとを間接的に熱交換させて、圧縮空気ＣＡを冷却する一方で、サイクル媒体ＣＭを加熱してタービン５２の駆動に利用しているので、圧縮空気ＣＡの熱を有効利用することができる。

【0070】

さらに、本実施形態では、予備冷却器７２を備えているので、有機ランキンサイクル５０が停止しているときでも、圧縮機１１から抽気した圧縮空気ＣＡを冷却することができ、ガスタービン１０を運転することができる。

【0071】

「第二実施形態」
本発明に係るガスタービンプラントの第二実施形態について、図４を用いて説明する。

【0072】

本実施形態のガスタービンプラントは、第一実施形態のガスタービンプラントの変形例で、第一熱交換器６２ａの構成が第一実施形態と異なっており、その他の構成は第一実施形態と基本的に同じである。

【0073】

本実施形態における第一熱交換器６２ａは、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとを熱交換させると共に、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡと燃焼器１２の燃料Ｆとを熱交換させる。よって、本実施形態における第一熱交換器６２ａには、圧縮空気ＣＡが流れる圧縮空気流路６３と、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路６４と、燃料Ｆが流れる燃料流路６５とが形成されている。圧縮空気流路６３と中間媒体流路６４とは、互いに隣接している。また、圧縮空気流路６３と燃料流路６５とは、互いに隣接している。すなわち、圧縮空気流路６３は、中間媒体流路６４及び燃料流路６５に隣接している。

【0074】

第一熱交換器６２ａにおける燃料流路６５の入口には、燃料供給源から延びる未加熱燃料ライン８３が接続されている。また、第一熱交換器６２ａにおける燃料流路６５の出口には、加熱燃料ライン８４が接続されている。この加熱燃料ライン８４は、ガスタービン１０の燃焼器１２に接続されている。

【0075】

本実施形態の第一熱交換器６２ａでは、第一実施形態と同様に、圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとが熱交換され、圧縮空気ＣＡが冷却される一方で中間媒体ＩＭが加熱される（第一熱交換工程）。さらに、本実施形態の第一熱交換器６２ａでは、圧縮空気ＣＡと燃料Ｆとが熱交換され、圧縮空気ＣＡが冷却される一方で燃料Ｆが加熱される（燃料加熱工程）。

【0076】

圧縮空気ＣＡとの熱交換で加熱された中間媒体ＩＭは、第一実施形態と同様、第二熱交換器６６又は予備冷却器７２で冷却された後、第一熱交換器６２ａに戻る。

【0077】

また、圧縮空気ＣＡとの熱交換で加熱された燃料Ｆは、加熱燃料ライン８４を介して、ガスタービン１０の燃焼器１２に送られる（加熱燃料導入工程）。

【0078】

以上のように、本実施形態では、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡの熱を燃料Ｆの予熱にも利用しているので、圧縮空気ＣＡの熱をより有効利用することができる。

【0079】

「第三実施形態」
本発明に係るガスタービンプラントの第三実施形態について、図５を用いて説明する。

【0080】

本実施形態のガスタービンプラントも、第一実施形態のガスタービンプラントの変形例である。本実施形態では、第一実施形態の第一熱交換器６２、第二熱交換器６６、及び予備冷却器７２のそれぞれに燃料流路をさらに形成している。本実施形態において、燃料Ｆは、いずれかの燃料流路に選択的に導かれる。このため、本実施形態のガスタービンプラントは、燃料Ｆの流れ先等を切り替える燃料切替装置８５を備えている。

【0081】

本実施形態における第一熱交換器６２ａは、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとを熱交換させると共に、この圧縮空気ＣＡと燃料Ｆとを熱交換させる。よって、本実施形態における第一熱交換器６２ａは、圧縮空気ＣＡが流れる圧縮空気流路６３と、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路６４と、燃料Ｆが流れる燃料流路６５とが形成されている。すなわち、本実施形態の第一熱交換器６２ａは、第二実施形態の第一熱交換器６２ａと同一である。

【0082】

本実施形態における第二熱交換器６６ａは、第一熱交換器６２ａで加熱された中間媒体ＩＭとサイクル媒体ＣＭとを熱交換させると共に、この中間媒体ＩＭと燃料Ｆとを熱交換させる。よって、本実施形態の第二熱交換器６６ａには、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路６７と、サイクル媒体ＣＭが流れるサイクル媒体流路６８と、燃料Ｆが流れる燃料流路６９とが形成されている。第二熱交換器６６ａの中間媒体流路６７と燃料流路６９とは、互いに隣接している。また、中間媒体流路６７とサイクル媒体流路６８とは、互いに隣接している。すなわち、中間媒体流路６７は、燃料流路６９及びサイクル媒体流路６８に隣接している。

【0083】

本実施形態における予備冷却器７２ａは、第一熱交換器６２ａで加熱された中間媒体ＩＭと冷却媒体ＣＷ２とを熱交換させると共に、この中間媒体ＩＭと燃料Ｆとを熱交換させる。よって、本実施形態の予備冷却器７２ａには、中間媒体ＩＭが流れる中間媒体流路７３と、冷却媒体ＣＷ２が流れる冷却媒体流路７４と、燃料Ｆが流れる燃料流路７５とが形成されている。予備冷却器７２ａの中間媒体流路７３と燃料流路７５とは、互いに隣接している。また、中間媒体流路７３と冷却媒体流路７４とは、互いに隣接している。すなわち、中間媒体流路７３は、燃料流路７５及び冷却媒体流路７４に隣接している。

【0084】

第一熱交換器６２ａにおける燃料流路６５の入口には、第一未加熱燃料ライン８８ａが接続され、この燃料流路６５の出口には、第一加熱燃料ライン８９ａが接続されている。第二熱交換器６６ａにおける燃料流路６９の入口には、第二未加熱燃料ライン８８ｂが接続され、この燃料流路６９の出口には、第二加熱燃料ライン８９ｂが接続されている。予備冷却器７２ａにおける燃料流路７５の入口には、第三未加熱燃料ライン８８ｃが接続され、この燃料流路７５の出口には、第三加熱燃料ライン８９ｃが接続されている。

【0085】

第一未加熱燃料ライン８８ａ、第二未加熱燃料ライン８８ｂ、及び第三未加熱燃料ライン８８ｃは、いずれも、未加熱燃料切替機８６と接続されている。この未加熱燃料切替機８６には、燃料供給源から延びる統合未加熱燃料ライン８３ａが接続されている。未加熱燃料切替機８６は、燃料供給源から統合未加熱燃料ライン８３ａを介して送られてきた燃料Ｆを、第一未加熱燃料ライン８８ａ、第二未加熱燃料ライン８８ｂ、及び第三未加熱燃料ライン８８ｃのうち、いずれか一のラインに送る。

【0086】

第一加熱燃料ライン８９ａ、第二加熱燃料ライン８９ｂ、及び第三加熱燃料ライン８９ｃは、いずれも、加熱燃料切替機８７と接続されている。この未加熱燃料切替機８６には、統合加熱燃料ライン８４ａが接続されている。加熱燃料切替機８７は、第一加熱燃料ライン８９ａ、第二加熱燃料ライン８９ｂ、及び第三加熱燃料ライン８９ｃのうち、いずれか一のラインからの燃料Ｆを統合加熱燃料ライン８４ａに送る。前述の燃料切替装置８５は、未加熱燃料切替機８６及び加熱燃料切替機８７を有している。

【0087】

本実施形態では、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡの熱を直接又は間接的に燃料Ｆの予熱にも利用しているので、圧縮空気ＣＡの熱をより有効利用することができる。また、本実施形態では、ガスタービン１０や有機ランキンサイクル５０の運転状態に応じて、燃料Ｆの予熱形態を適宜変えることができる。

【0088】

「第四実施形態」
本発明に係るガスタービンプラントの第四実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。

【0089】

本実施形態のガスタービンプラントは、第二実施形態のガスタービンプラントの変形例である。本実施形態のガスタービンプラントは、図６に示すように、一つの有機ランキンサイクル５０と、複数のガスタービン１０と、を備えている。

【0090】

本実施形態では、各ガスタービン１０毎に、第一熱交換器６２ａ、予備冷却器７２、抽気ライン４１、冷却空気ライン４２、加熱中間媒体ライン４３ａ、加熱中間媒体バイパスライン４６ａ、冷却中間媒体ライン４４ａ、冷却中間媒体バイパスライン４７ａ、中間媒体ポンプ４５、加熱中間媒体切替機８１ａ、及び、冷却中間媒体切替機８２が設けられている。

【0091】

複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体ライン４３ａは、いずれも第一ヘッダ９１に接続されている。この第一ヘッダ９１には、統合加熱中間媒体ライン４３ｂが接続されている。この統合加熱中間媒体ライン４３ｂは、一つの有機ランキンサイクル５０の蒸発器を構成する第二熱交換器６６に接続されている。この第二熱交換器６６には、統合冷却中間媒体ライン４４ｂが接続されている。統合加熱中間媒体ライン４３ｂには、さらに、統合加熱中間媒体バイパスライン４６ｂが接続されている。この統合加熱中間媒体バイパスライン４６ｂは、統合冷却中間媒体ライン４４ｂに接続されている。統合冷却中間媒体ライン４４ｂは、第二ヘッダ９２に接続されている。この第二ヘッダ９２には、複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体ライン４４ａが接続されている。各冷却中間媒体ライン４４ａには、加熱中間媒体バイパスライン４６ａが接続されている。この加熱中間媒体バイパスライン４６ａは、予備冷却器７２に接続されている。この予備冷却器７２には、冷却中間媒体バイパスライン４７ａが接続されている。この冷却中間媒体バイパスライン４７ａは、冷却中間媒体ライン４４ａに接続されている。

【0092】

統合冷却中間媒体ライン４４ｂ中で、統合加熱中間媒体バイパスライン４６ｂとの接続部分よりも上流側には、仕切弁９３が設けられている。統合加熱中間媒体ライン４３ｂと統合加熱中間媒体バイパスライン４６ｂとの接続部分には、統合加熱中間媒体切替機８１ｂが設けられている。冷却中間媒体ライン４４ａと加熱中間媒体バイパスライン４６ａとの接続部分には、加熱中間媒体切替機８１ａが設けられている。冷却中間媒体ライン４４ａと冷却中間媒体バイパスライン４７ａとの接続部分には、冷却中間媒体切替機８２が設けられている。これらの切替機は、いずれも、先の実施形態で説明した切替機と同様、三方弁である。本実施形態では、統合加熱中間媒体切替機８１ｂ、複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体切替機８１ａ、及び複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体切替機８２で、中間媒体切替装置８０ｂを構成している。

【0093】

本実施形態でも、ガスタービン１０及び有機ランキンサイクル５０が稼働している場合、第一状態工程が実行される。この第一状態工程では、図６に示すように、統合加熱中間媒体切替機８１ｂは、複数のガスタービン１０毎の第一熱交換器６２ａから加熱中間媒体ライン４３ａ及び第一ヘッダ９１を経てきた中間媒体ＩＭを第二熱交換器６６に送れる第一状態になっている。また、第二熱交換器６６の出口側に設けられている仕切弁９３は、開状態になっている。複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体切替機８１ａは、第二ヘッダ９２を経てきた中間媒体ＩＭを複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体切替機８２に送れる第一状態になっている。複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体切替機８２は、加熱中間媒体切替機８１ａを経てきた中間媒体ＩＭを第一熱交換器６２ａに送れる第一状態になっている。

【0094】

このため、第一状態工程では、複数のガスタービン１０毎の第一熱交換器６２ａで加熱された中間媒体ＩＭは、複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体ライン４３ａ、第一ヘッダ９１、統合加熱中間媒体切替機８１ｂを介して、第二熱交換器６６に送られる。第二熱交換器６６では、この中間媒体ＩＭがサイクル媒体ＣＭとの熱交換で冷却される。第二熱交換器６６で冷却された中間媒体ＩＭは、統合冷却中間媒体ライン４４ｂ、仕切弁９３、第二ヘッダ９２、複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体ライン４４ａ、複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体切替機８１ａ、複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体切替機８２を介して、複数のガスタービン１０毎の第一熱交換器６２ａに戻る。

【0095】

また、本実施形態でも、有機ランキンサイクル５０が停止しており、ガスタービン１０のみが稼働している場、第二状態工程が実行される。この第二状態工程では、図７に示すように、統合加熱中間媒体切替機８１ｂは、複数のガスタービン１０毎の第一熱交換器６２ａから加熱中間媒体ライン４３ａ及び第一ヘッダ９１を経てきた中間媒体ＩＭを統合加熱中間媒体バイパスライン４６ｂに送れる第二状態になっている。また、第二熱交換器６６の出口側に設けられている仕切弁９３は、閉状態になっている。複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体切替機８１ａは、第二ヘッダ９２を経てきた中間媒体ＩＭを複数のガスタービン１０毎の予備冷却器７２に送れる第二状態になっている。複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体切替機８２は、予備冷却器７２を経てきた中間媒体ＩＭを第一熱交換器６２ａに送れる第二状態になっている。

【0096】

このため、第二状態工程では、複数のガスタービン１０毎の第一熱交換器６２ａで加熱された中間媒体ＩＭは、複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体ライン４３ａ、第一ヘッダ９１、統合加熱中間媒体切替機８１ｂ、統合加熱中間媒体バイパスライン４６ｂ、第二ヘッダ９２、複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体切替機８１ａ、複数のガスタービン１０毎の加熱中間媒体バイパスライン４６ａを介して、複数のガスタービン１０毎の予備冷却器７２に送られる。この予備冷却器７２では、この中間媒体ＩＭが冷却媒体ＣＷ２との熱交換で冷却される。予備冷却器７２で冷却された中間媒体ＩＭは、複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体バイパスライン４７ａ、複数のガスタービン１０毎の冷却中間媒体切替機８２を介して、複数のガスタービン１０毎の第一熱交換器６２ａに戻る。

【0097】

以上、本実施形態では、複数のガスタービン１０を備えている場合でも、一つの有機ランキンサイクル５０を設ければよいので、複数のガスタービン１０を備えているガスタービンプラントの設備コストを抑えることができる。

【0098】

「第五実施形態」
本発明に係るガスタービンプラントの第五実施形態について、図８及び図９を用いて説明する。

【0099】

以上の各実施形態のガスタービンプラントは、いずれも、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡを、中間媒体ＩＭを介して、サイクル媒体ＣＭで間接的に冷却するものである。本実施形態のガスタービンプラントは、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡを、中間媒体ＩＭを介さずに、サイクル媒体ＣＭで直接的に冷却するものである。

【0100】

本実施形態のガスタービンプラントにおける冷却系統４０ｃも、以上の実施形態と同様、ガスタービン１０の圧縮機１１から圧縮空気ＣＡを抽気する抽気ライン４１ｃと、有機ランキンサイクル５０と、抽気ライン４１ｃを通ってきた圧縮空気ＣＡを冷却する冷却装置６０ｃと、冷却装置６０ｃで冷却された圧縮空気ＣＡをガスタービン１０の高温部である動翼２４に導く冷却空気ライン４２ｃと、を備えている。

【0101】

本実施形態の冷却装置６０ｃは、抽気ライン４１ｃを通ってきた圧縮空気ＣＡと有機ランキンサイクル５０中で凝縮しているサイクル媒体ＣＭとを、中間媒体ＩＭを介さずに、直接的に熱交換する熱交換器６６ｃと、抽気ライン４１ｃを通ってきた圧縮空気ＣＡを冷却する予備冷却器７２ｃと、圧縮空気ＣＡの流れ先等を切り替える空気切替装置８０ｃと、燃料Ｆの流れ先等を切り替える燃料切替装置８５ｃと、を備えている。

【0102】

冷却系統４０ｃにおける熱交換器６６ｃは、有機ランキンサイクル５０の構成要素である蒸発器５１ｃを成している。よって、本実施形態では、冷却系統４０ｃと有機ランキンサイクル５０とで熱交換器６６ｃを共有している。この熱交換器６６ｃには、圧縮空気ＣＡが流れる圧縮空気流路６７ｃと、サイクル媒体ＣＭが流れるサイクル媒体流路６８と、燃焼器１２に供給される燃料Ｆが流れる燃料流路６９とが形成されている。圧縮空気流路６７ｃとサイクル媒体流路６８とは、これらの流路６７ｃ，６８を流れる流体相互間で熱交換可能に互いに隣接している。圧縮空気流路６７ｃと燃料流路６９とは、これらの流路６７ｃ，６９を流れる流体相互間で熱交換可能に互いに隣接している。すなわち、圧縮空気流路６７ｃは、サイクル媒体流路６８及び燃料流路６９と隣接している。

【0103】

予備冷却器７２ｃは、内部を圧縮空気ＣＡが通るラジエター７３ｃと、ラジエター７３ｃに外気を吹き付ける空冷ファン７４ｃと、ラジエター７３ｃで圧縮空気ＣＡとの熱交換で加熱された外気と内部を流れる燃料Ｆとを熱交換させて燃料Ｆを加熱する予熱器７５ｃと、を有している。空冷ファン７４ｃは、例えば、インバータモータで駆動する。なお、本実施形態における予備冷却器７２ｃは、圧縮空気ＣＡが流れる圧縮空気流路と、冷却媒体ＣＷ１又は河川の水や海水等の冷却媒体が流れる冷却媒体流路と、燃料Ｆが流れる燃料流路とが形成されている熱交換器で構成してもよい。

【0104】

熱交換器６６ｃ（蒸発器５１ｃ）における圧縮空気流路６７ｃの入口には、抽気ライン４１ｃが接続されている。この圧縮空気流路６７ｃの出口には、冷却空気ライン４２ｃが接続されている。この冷却空気ライン４２ｃは、以上の実施形態と同様、タービンロータ２２に形成されている冷却空気流路２５に接続されている。熱交換器６６ｃにおける燃料流路６９の入口には、未加熱燃料ライン８３が接続されている。この燃料流路６９の出口には、加熱燃料ライン８４が接続されている。この加熱燃料ライン８４は、以上の実施形態と同様、燃焼器１２に接続されている。

【0105】

抽気ライン４１ｃには、抽気バイパスライン４８ｃが接続されている。この抽気バイパスライン４８ｃは、予備冷却器７２ｃにおけるラジエター７３ｃの入口に接続されている。ラジエター７３ｃの出口には、冷却空気バイパスライン４９ｃが接続されている。この冷却空気バイパスライン４９ｃは、冷却空気ライン４２ｃに接続されている。未加熱燃料ライン８３には、未加熱燃料バイパスライン８３ｃが接続されている。未加熱燃料バイパスライン８３ｃは、予備冷却器７２ｃにおける予熱器７５ｃの入口に接続されている。この予熱器７５ｃの出口には、加熱燃料バイパスライン８４ｃが接続されている。この加熱燃料バイパスライン８４ｃは、加熱燃料ライン８４に接続されている。

【0106】

抽気ライン４１ｃと抽気バイパスライン４８ｃとの接続部分には、未冷却空気切替機８１ｃが設けられている。未冷却空気切替機８１ｃは、三方弁である。三方弁の三つの開口のうち、第一開口は抽気ライン４１ｃの圧縮機１１側と接続され、第二開口は抽気ライン４１ｃの熱交換器６６ｃ側と接続されている。また、三方弁の第三開口は抽気バイパスライン４８ｃに接続されている。冷却空気ライン４２ｃと冷却空気バイパスライン４９ｃとの接続部分には、冷却空気切替機８２ｃが設けられている。冷却空気切替機８２ｃも、三方弁である。この三方弁の第一開口は、冷却空気ライン４２ｃの熱交換器６６ｃ側と接続され、第二開口は、冷却空気ライン４２ｃのタービンロータ２２側と接続されている。また、三方弁の第三開口は冷却空気バイパスライン４９ｃに接続されている。前述の空気切替装置８０ｃは、未冷却空気切替機８１ｃ及び冷却空気切替機８２ｃを有している。

【0107】

未加熱燃料ライン８３と未加熱燃料バイパスライン８３ｃとの接続部分には、未加熱燃料切替機８６ｃが設けられている。未加熱燃料切替機８６ｃは、三方弁である。三方弁の三つの開口のうち、第一開口は未加熱燃料ライン８３の燃料供給源側と接続され、第二開口は未加熱燃料ライン８３の熱交換器６６ｃ側と接続されている。また、三方弁の第三開口は未加熱燃料バイパスライン８３ｃに接続されている。加熱燃料ライン８４と加熱燃料バイパスライン８４ｃとの接続部分には、加熱燃料切替機８７ｃが設けられている。加熱燃料切替機８７ｃも、三方弁である。この三方弁の第一開口は、加熱燃料ライン８４の熱交換器６６ｃ側と接続され、第二開口は、加熱燃料ライン８４の燃焼器１２側と接続されている。また、三方弁の第三開口は加熱燃料バイパスライン８４ｃに接続されている。前述の燃料切替装置８５ｃは、未加熱燃料切替機８６ｃ及び加熱燃料切替機８７ｃを有している。

【0108】

次に、以上で説明したガスタービンプラントの動作について説明する。

【0109】

本実施形態でも、ガスタービン１０及び有機ランキンサイクル５０が稼働している場合、第一状態工程が実行される。この第一状態工程では、図８に示すように、未冷却空気切替機８１ｃは、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡを熱交換器６６ｃに送れる第一状態になっている。冷却空気切替機８２ｃは、熱交換器６６ｃで冷却された圧縮空気ＣＡをタービンロータ２２に送れる第一状態になっている。また、未加熱燃料切替機８６ｃは、燃料供給源からの燃料Ｆを熱交換器６６ｃに送れる第一状態になっている。加熱燃料切替機８７ｃは、熱交換器６６ｃで加熱された燃料Ｆを燃焼器１２に送れる第一状態になっている。

【0110】

このため、第一状態工程では、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡは、抽気ライン４１ｃ及び未冷却空気切替機８１ｃを介して、熱交換器６６ｃに送られる。熱交換器６６ｃでは、この圧縮空気ＣＡがサイクル媒体ＣＭとの熱交換で冷却される（熱交換工程）。熱交換器６６ｃで冷却された圧縮空気ＣＡは、冷却空気ライン４２ｃ及び冷却空気切替機８２ｃを介して、タービンロータ２２に送られ、動翼２４を冷却する（冷却空気導入工程）。

【0111】

また、この第一状態工程では、燃料供給源からの燃料Ｆが、未加熱燃料切替機８６ｃ及び未加熱燃料ライン８３を介して、熱交換器６６ｃに送られる。熱交換器６６ｃでは、この燃料Ｆが圧縮空気ＣＡとの熱交換で加熱される（燃料加熱工程）。熱交換器６６ｃで加熱された燃料Ｆは、加熱燃料ライン８４及び加熱燃料切替機８７ｃを介して、燃焼器１２に送られる（加熱燃料導入工程）。

【0112】

また、本実施形態でも、有機ランキンサイクル５０が停止しており、ガスタービン１０のみが稼働している場、第二状態工程が実行される。この第二状態工程では、図９に示すように、未冷却空気切替機８１ｃは、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡを抽気バイパスライン４８ｃを介して予備冷却器７２ｃに送れる第二状態になっている。冷却空気切替機８２ｃは、冷却空気バイパスライン４９ｃを介して、予備冷却器７２ｃで冷却された圧縮空気ＣＡをタービンロータ２２に送れる第二状態になっている。また、未加熱燃料切替機８６ｃは、未加熱燃料バイパスライン８３ｃを介して、燃料供給源からの燃料Ｆを予備冷却器７２ｃに送れる第二状態になっている。加熱燃料切替機８７ｃは、加熱燃料バイパスライン８４ｃを介して、予備冷却器７２ｃで加熱された燃料Ｆを燃焼器１２に送れる第二状態になっている。

【0113】

このため、第二状態工程では、圧縮機１１から抽気された圧縮空気ＣＡは、抽気ライン４１ｃ、未冷却空気切替機８１ｃ及び抽気バイパスライン４８ｃを介して、予備冷却器７２ｃに送られる。予備冷却器７２ｃでは、この圧縮空気ＣＡが空冷ファン７４ｃから送られてくる外気との熱交換で冷却される（予備冷却工程）。予備冷却器７２ｃで冷却された圧縮空気ＣＡは、冷却空気バイパスライン４９ｃ、冷却空気切替機８２ｃ、冷却空気ライン４２ｃを介して、タービンロータ２２に送られ、動翼２４を冷却する（冷却空気導入工程）。

【0114】

また、この第二状態工程では、燃料供給源からの燃料Ｆが、未加熱燃料切替機８６ｃ及び未加熱燃料バイパスライン８３ｃを介して、予備冷却器７２ｃに送られる。予備冷却器７２ｃでは、この燃料Ｆが圧縮空気ＣＡとの熱交換で加熱された外気と熱交換して、加熱される（燃料加熱工程）。予備冷却器７２ｃで加熱された燃料Ｆは、加熱燃料バイパスライン８４ｃ、加熱燃料切替機８７ｃ及び加熱燃料ライン８４を介して、燃焼器１２に送られる（加熱燃料導入工程）。

【0115】

以上、本実施形態では、圧縮空気ＣＡとサイクル媒体ＣＭとを直接的に熱交換させて、圧縮空気ＣＡを冷却する一方で、サイクル媒体ＣＭを加熱してタービン５２の駆動に利用しているので、圧縮空気ＣＡの熱を有効利用することができる。

【0116】

さらに、本実施形態でも、予備冷却器７２ｃを備えているので、有機ランキンサイクル５０が停止しているときでも、圧縮機１１から抽気した圧縮空気ＣＡを冷却することができる。

【0117】

また、本実施形態では、圧縮空気ＣＡとサイクル媒体ＣＭとの熱交換に、中間媒体ＩＭを介在させていないため、設備構成が簡略化し、設備コストを抑えることができる。

【0118】

ここで、ガスタービン１０及び有機ランキンサイクル５０が共に稼働している際に、有機ランキンサイクル５０が突然停止した場合について説明する。

【0119】

有機ランキンサイクル５０が突然停止すると、空気切替装置８０ｃ及び燃料切替装置８５ｃは、図８に示す第一状態から図９に示す第二状態に切り替わる。この切り替わりは、有機ランキンサイクル５０の停止から多少のタイムラグがある。このため、有機ランキンサイクル５０が停止すると、一時的に圧縮空気ＣＡが冷却されなくなる。一方、第一から第四実施形態のように、中間媒体ＩＭを介在させて、圧縮空気ＣＡとサイクル媒体ＣＭとを熱交換させる場合は、有機ランキンサイクル５０の停止から切替装置が切り替わるまでのタイムラグが多少あっても、圧縮空気ＣＡを中間媒体ＩＭで冷却することができる。よって、第一状態から第二状態への切り替えがあっても、圧縮空気ＣＡを継続的に冷却するためには、中間媒体ＩＭを介在させて、圧縮空気ＣＡとサイクル媒体ＣＭとを熱交換させることが好ましい。

【0120】

このため、圧縮空気ＣＡとサイクル媒体ＣＭとの熱交換に、中間媒体ＩＭを介在させるか否かは、設備コストと、圧縮空気ＣＡの継続的冷却の必要性とを比較考量して定めることが好ましい。

【0121】

「各種変形例」
次に、以上で説明したガスタービンプラントの各種変形例について説明する。

【0122】

以上の各実施形態における切替機は、いずれも、三方弁であるが、これを二つの弁で構成してもよい。具体的に、一つのラインが二つのラインに分岐している場合、分岐先の二つのラインのそれぞれに弁を設けて、これらの弁で切替機を構成してもよい。

【0123】

第二〜第五実施形態では、三種類の媒体相互間で熱交換させるために、一つの熱交換器に、各媒体がそれぞれ流れる流路を形成している。つまり、一つの熱交換器に三つの流路を形成している。しかしながら、三種類の媒体相互間で熱交換させる場合、二つの熱交換器を用い、各熱交換器で二種類の媒体相互間で熱交換させるようにしてもよい。例えば、第二実施形態における第一熱交換器６２ａ（図４参照）を、圧縮空気ＣＡと燃料Ｆとを熱交換させて、圧縮空気ＣＡを冷却する一方で燃料Ｆを加熱する熱交換器と、圧縮空気ＣＡと中間媒体ＩＭとを熱交換させて、圧縮空気ＣＡを冷却する一方で中間媒体ＩＭを加熱する熱交換器とで構成してもよい。

【0124】

第四実施形態は、第二実施形態の変形例であるが、第一実施形態、第三実施形態、第五実施形態においても、第四実施形態と同様、複数のガスタービン１０に対して一つの有機ランキンサイクル５０を設けてもよい。

【0125】

以上の各実施形態では、ガスタービン１０におけるタービン２１の動翼２４を高温部とし、これを冷却する。しかしながら、ガスタービン１０中で燃焼ガスに接する高温部であれば、如何なる部分でもよい。例えば、ガスタービン１０におけるタービン２１のロータ軸部２３（図２参照）を高温部とし、これを冷却してもよい。また、図１０に示すように、ガスタービン１０におけるタービン２１の静翼２８を高温部とし、ここに冷却空気ライン４２を接続して、これを冷却してもよい。また、図１１に示すように、ガスタービン１０の燃焼器１２を構成する部材の一部を高温部として、これを冷却してもよい。燃焼器１２は、燃料Ｆが燃焼する燃焼筒又は尾筒１３と、この燃焼筒又は尾筒１３中に燃料Ｆ及び圧縮空気ＣＡを噴射する噴射装置１５と、を有する。そこで、燃焼筒又は尾筒１３を高温部とし、ここに冷却空気流路１４を形成して、この冷却空気流路１４に冷却された圧縮空気ＣＡを導き、燃焼筒又は尾筒１３を冷却してもよい。

【符号の説明】

【0126】

１０：ガスタービン、１１：圧縮機、１２：燃焼器、２１：タービン、２２：タービンロータ、２３：ロータ軸部、２４：動翼、２５：冷却空気流路、２７：ケーシング、２８：静翼、３０：排熱回収装置、４０，４０ｃ：ガスタービン冷却系統、４１，４１ｃ：抽気ライン、４２，４２ｃ：冷却空気ライン、４３，４３ａ：加熱中間媒体ライン、４３ｂ：統合加熱中間媒体ライン、４４，４４ａ：冷却中間媒体ライン、４４ｂ：統合冷却中間媒体ライン、４５：中間媒体ポンプ、４６，４６ａ：加熱中間媒体バイパスライン、４６ｂ：統合加熱中間媒体バイパスライン、４７，４７ａ：冷却中間媒体バイパスライン、５０：有機ランキンサイクル、５１：蒸発器、５２：タービン、５３：凝縮器、５４：サイクル媒体ポンプ、６０，６０ｃ：冷却装置、６１：間接型熱交換装置、６２，６２ａ：第一熱交換器、６６,６６ａ：第二熱交換器、６６ｃ：熱交換器、７２，７２ａ，７２ｃ：予備冷却器、８０，８０ｂ：中間媒体切替装置、８０ｃ：空気切替装置、８１，８１ａ：加熱中間媒体切替機、８１ｂ：統合加熱中間媒体切替機、８１ｃ：未冷却空気切替機、８２：冷却中間媒体切替機、８２ｃ：冷却空気切替機、８３：未加熱燃料ライン、８３ａ：統合未加熱燃料ライン、８４：加熱燃料ライン、８４ａ：統合加熱燃料ライン、８５，８５ｃ：燃料切替装置、８６，８６ｃ：未加熱燃料切替機、８７，８７ｃ：加熱燃料切替機、９１：第一ヘッダ、９２：第二ヘッダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】