特許 6582316 シーリングガス供給装置

(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】6582316

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】シーリングガス供給装置

(51)【国際特許分類】

   F01D 11/04 20060101AFI20190919BHJP

   F01K 17/02 20060101ALI20190919BHJP

   F01K 17/06 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   F01D11/04

   F01K17/02

   F01K17/06

【請求項の数】30

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-52405(P2018-52405)

(22)【出願日】2018年3月20日

(65)【公開番号】特開2018-155247(P2018-155247A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2018年3月20日

(31)【優先権主張番号】10-2017-0034737

(32)【優先日】2017年3月20日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】507002918

【氏名又は名称】ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チャ、ソン フン

【審査官】 金田 直之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３３３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０３８３５４６９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−１６７００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭６１−０４９４８５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第２８１２７５１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １１／００−１１／２４

Ｆ０１Ｋ ７／４４，１７／００−１７／０６

Ｆ１６Ｊ １５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電システムのターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は少なくとも一つの低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する少なくとも一つの高温供給源とを含み、
前記作動流体は前記シーリングガス供給装置内で、シーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合うように混合されてターボマシンの前記シーリングシステムに供給され、
前記高温供給源は前記発電システムのレキュペレーター排出端である、シーリングガス供給装置。

【請求項2】

前記低温供給源は前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプ又は前記発電システムのメインポンプである、請求項１に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項3】

前記低温供給源から供給される前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記高温供給源から供給される前記作動流体を冷却する冷却ファンとを含む、請求項１又は２に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項4】

発電システムのターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は少なくとも一つの低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する少なくとも一つの高温供給源とを含み、
前記作動流体は前記シーリングガス供給装置内で、シーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合うように混合されてターボマシンの前記シーリングシステムに供給され、
前記低温供給源から供給される前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記高温供給源から供給される前記作動流体を冷却する冷却ファンとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項5】

前記低温供給源は前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプ又は前記発電システムのメインポンプであり、前記高温供給源は前記発電システムのタービン流入端である、請求項４に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項6】

前記熱交換器及び冷却ファンは前記発電システムの始動時又は非常時にのみ駆動される、請求項３〜５のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項7】

前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記第１バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器及び前記第１バルブを経た前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項8】

前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第４バルブを経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記冷却ファン及び前記第４バルブを経た前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項9】

発電システムのターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は少なくとも一つの低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する少なくとも一つの高温供給源とを含み、
前記作動流体は前記シーリングガス供給装置内で、シーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合うように混合されてターボマシンの前記シーリングシステムに供給され、
前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第４バルブを経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記冷却ファン及び前記第４バルブを経た前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項10】

各制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給される、請求項７〜９のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項11】

前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第１バルブ及び第４バルブを通じて混合された前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記熱交換器の前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含み、前記第１制御バルブ及び前記第３制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項12】

発電システムのターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は少なくとも一つの低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する少なくとも一つの高温供給源とを含み、
前記作動流体は前記シーリングガス供給装置内で、シーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合うように混合されてターボマシンの前記シーリングシステムに供給され、
前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第１バルブ及び第４バルブを通じて混合された前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記熱交換器の前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含み、前記第１制御バルブ及び前記第３制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給される、シーリングガス供給装置。

【請求項13】

前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第１バルブ及び第４バルブを通じて混合された前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記熱交換器の排出端に備えられる第２制御バルブと、前記冷却ファンの排出端に備えられる第４制御バルブと、前記熱交換器の前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記冷却ファンの前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項14】

発電システムのターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は少なくとも一つの低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する少なくとも一つの高温供給源とを含み、
前記作動流体は前記シーリングガス供給装置内で、シーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合うように混合されてターボマシンの前記シーリングシステムに供給され、
前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第１バルブ及び第４バルブを通じて混合された前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記熱交換器の排出端に備えられる第２制御バルブと、前記冷却ファンの排出端に備えられる第４制御バルブと、前記熱交換器の前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記冷却ファンの前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項15】

前記第１制御バルブを経た前記作動流体は前記第２制御バルブの排出端で合流し、前記第３制御バルブを経た前記作動流体は前記第４制御バルブの排出端で合流する、請求項１３又は１４に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項16】

ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記複数の低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、
前記複数の低温供給源及び複数の高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給され、
前記複数の高温供給源は発電サイクルのレキュペレーター排出端を含む、シーリングガス供給装置。

【請求項17】

前記複数の低温供給源は前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプ及び発電サイクルのメインポンプであり、前記複数の高温供給源は前記発電サイクルのタービン流入端を含む、請求項１６に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項18】

前記複数の低温供給源から供給される前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記複数の高温供給源から供給される前記作動流体を冷却する冷却ファンとを含む、請求項１６又は１７に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項19】

ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記複数の低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、
前記複数の低温供給源及び複数の高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給され、
前記複数の低温供給源から供給される前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記複数の高温供給源から供給される前記作動流体を冷却する冷却ファンとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項20】

前記熱交換器及び冷却ファンは発電システムの始動時又は非常時にのみ駆動される、請求項１８又は１９に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項21】

前記複数の低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記第１バルブ及び第２バルブを経た前記作動流体の一部が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体の流量と前記熱交換器を経なかった前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項22】

ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記複数の低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、
前記複数の低温供給源及び複数の高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給され、
前記複数の低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記第１バルブ及び第２バルブを経た前記作動流体の一部が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体の流量と前記熱交換器を経なかった前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項23】

前記複数の高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第３バルブ及び第４バルブを経た前記作動流体の一部が通過する冷却ファンと、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量と前記冷却ファンを経なかった前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項24】

ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記複数の低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、
前記複数の低温供給源及び複数の高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給され、
前記複数の高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第３バルブ及び第４バルブを経た前記作動流体の一部が通過する冷却ファンと、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量と前記冷却ファンを経なかった前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項25】

各制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給される、請求項２３又は２４に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項26】

前記複数の低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記複数の高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第１バルブ及び第２バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器の排出端に備えられ、前記熱交換器を経た前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記第３バルブ及び第４バルブを経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記冷却ファンの排出端に備えられ、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含む、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項27】

ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記複数の低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、
前記複数の低温供給源及び複数の高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給され、
前記複数の低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記複数の高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第１バルブ及び第２バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器の排出端に備えられ、前記熱交換器を経た前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記第３バルブ及び第４バルブを経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記冷却ファンの排出端に備えられ、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含む、シーリングガス供給装置。

【請求項28】

前記第１制御バルブ及び第３制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給される、請求項２６又は２７に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項29】

前記複数の低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記複数の高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第１バルブ〜前記第４バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器の後端に取り付けられる冷却ファンと、前記冷却ファンの後端に取り付けられ、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含む、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載のシーリングガス供給装置。

【請求項30】

ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、
前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記複数の低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、
前記複数の低温供給源及び複数の高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給され、
前記複数の低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記複数の高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第１バルブ〜前記第４バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器の後端に取り付けられる冷却ファンと、前記冷却ファンの後端に取り付けられ、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含む、シーリングガス供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はシーリングガス供給装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

国際的に効率的な電力生産に対する必要性が段々高くなっており、公害物質の発生を減らすための動きが段々活発になるにつれて公害物質の発生を減らすとともに電力生産量を高めるために多様な努力を注いでいる。その努力の一環として超臨界二酸化炭素を作動流体として使う超臨界二酸化炭素発電システム（Ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ_２）に対する研究開発が活性化している。

【0003】

超臨界状態の二酸化炭素は液体状態と類似した密度と気体と類似した粘性を同時に有するので、機器の小型化と共に、流体の圧縮及び循環に必要な電力消耗を最小化することができる。また、臨界点が３１．４℃、７２．８気圧であって、臨界点が３７３．９５℃、２１７．７気圧である水より非常に低くて取り扱いやすい利点がある。このような超臨界二酸化炭素発電システムは、５５０℃で運転する場合、約４５％程度の純発電効率を現し、既存のスチームサイクルの発電効率に比べて２０％以上の発電効率の向上とともにターボ機器を縮小することができる利点がある。

【0004】

一般に、超臨界二酸化炭素発電システムは発電に使われた二酸化炭素を外部に排出しない閉サイクル（ｃｌｏｓｅ ｃｙｃｌｅ）を成し、作動流体として超臨界状態の二酸化炭素を用いる。

【0005】

作動流体は、発電サイクル内に注入されてターボ機器を駆動させる発電用と、ターボ機器のベアリング潤滑及びシーリングのためのターボ機器用の二つの目的でサイクル内に供給される。作動流体の供給方法の一例がアメリカ特許登録８２８１５９３号に開示されている。

【0006】

一般に、ターボ機器のシーリングのための作動流体の供給はドライガスシールコンディショナー（Ｄｒｙ ｇａｓ ｓｅａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）によって行われ、高圧の作動流体を加熱してターボ機器のシーリングシステムに供給することになる。作動流体の加熱が必要であるので、ドライガスシールコンディショナーのサイズによって発電サイクルの生産電力の１〜３％の電力を使うことになる（例えば、１．５〜５ＭＷ級を基準に４０〜８０ｋＷ程度の電力が消耗される）。

【0007】

したがって、発電サイクルの総効率を基準に見ると、発電効率が低下する原因となるので、これを解決する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的はタービンシーリングガス供給源を改善して発電性能を向上させることができるシーリングガス供給装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するために、本発明は、発電システムのターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は、少なくとも一つの低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する少なくとも一つの高温供給源とを含み、前記作動流体は前記シーリングガス供給装置内で、前記シーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合うように混合されてターボマシンのシーリングシステムに供給されることを特徴とするシーリングガス供給装置を提供する。

【0010】

前記低温供給源は前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプ又は前記発電システムのメインポンプであってもよく、前記高温供給源は前記発電システムのタービン流入端又はレキュペレーター排出端であってもよい。

【0011】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源から供給される前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記高温供給源から供給される前記作動流体を冷却する冷却ファンとを含むことができる。

【0012】

前記熱交換器及び冷却ファンは前記発電システムの始動時又は非常時にのみ駆動されることができる。

【0013】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記第１バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器及び前記第１バルブを経た前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含むことができる。

【0014】

前記シーリングガス供給装置は、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第４バルブを経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記冷却ファン及び前記第４バルブを経た前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含むことができる。

【0015】

前記各制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給されることができる。

【0016】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第１バルブ及び第４バルブを通じて混合された前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記熱交換器の前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含むことができ、前記第１制御バルブ及び前記第３制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給されることができる。

【0017】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブと、前記第１バルブ及び第４バルブを通じて混合された前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記熱交換器の排出端に備えられる第２制御バルブと、前記冷却ファンの排出端に備えられる第４制御バルブと、前記熱交換器の前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記冷却ファンの前端で分岐された前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含むことができる。

【0018】

前記第１制御バルブを経た前記作動流体は前記第２制御バルブの排出端で合流し、前記第３制御バルブを経た前記作動流体は前記第４制御バルブの排出端で合流することができる。

【0019】

また、前記目的を達成するために、本発明は、ターボマシンにシーリングガスを供給するシーリングガス供給装置であって、前記シーリングガス供給装置に作動流体を供給する供給源は複数の低温供給源と、前記低温供給源より高い温度の作動流体を供給する複数の高温供給源とを含み、前記低温供給源及び高温供給源からそれぞれ供給される前記作動流体間の熱交換によって作動流体が加熱又は冷却されることで、ターボマシンのシーリングシステムで要求される温度条件であるシーリング条件に合わせられて前記シーリングシステムに供給されることを特徴とするシーリングガス供給装置を提供する。

【0020】

前記低温供給源は前記作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプ及び発電サイクルのメインポンプであってもよく、前記高温供給源は前記発電サイクルのタービン流入端及びレキュペレーター排出端であってもよい。

【0021】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源から供給される前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記高温供給源から供給される前記作動流体を冷却する冷却ファンとを含むことができる。

【0022】

前記熱交換器及び冷却ファンは前記発電システムの始動時又は非常時にのみ駆動されることができる。

【0023】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記第１バルブ及び第２バルブを経た前記作動流体の一部が通過する熱交換器と、前記熱交換器を経た前記作動流体の流量と前記熱交換器を経なかった前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含むことができる。

【0024】

前記シーリングガス供給装置は、前記高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第３バルブ及び第４バルブを経た前記作動流体の一部が通過する冷却ファンと、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量と前記冷却ファンを経なかった前記作動流体の流量をそれぞれ調節する制御バルブとを含むことができる。

【0025】

前記各制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給されることができる。

【0026】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第１バルブ及び第２バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器の排出端に備えられ、前記熱交換器を経た前記作動流体の流量を制御する第１制御バルブと、前記第３バルブ及び第４バルブを経た前記作動流体が通過する冷却ファンと、前記冷却ファンの排出端に備えられ、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含むことができる。

【0027】

前記第１制御バルブ及び第３制御バルブを経た前記作動流体が前記シーリング条件を有するように混合されて前記シーリングシステムに供給されることができる。

【0028】

前記シーリングガス供給装置は、前記低温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第１バルブ及び第２バルブと、前記高温供給源による作動流体移送管にそれぞれ取り付けられる第３バルブ及び第４バルブと、前記第１バルブ〜第４バルブを経た前記作動流体が通過する熱交換器と、前記熱交換器の後端に取り付けられる冷却ファンと、前記冷却ファンの後端に取り付けられ、前記冷却ファンを経た前記作動流体の流量を制御する第３制御バルブとを含むことができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の一実施例によるシーリングガス供給装置は、タービンシーリングガス供給源を改善して正常運転中に付加の電力消耗がなくなるので、消耗電力の節減によって発電性能が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図である。

【0031】

【図2】図１に示すシーリングガス供給装置構造の第１実施例を示す模式図である。

【0032】

【図3】図１に示すシーリングガス供給装置構造の第２実施例を示す模式図である。

【0033】

【図4】図１に示すシーリングガス供給装置構造の第３実施例を示す模式図である。

【0034】

【図5】本発明の第２実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図である。

【0035】

【図6】本発明の第３実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図である。

【0036】

【図7】本発明の第４実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図である。

【0037】

【図8】図７に示すシーリングガス供給装置構造の第１実施例を示す模式図である。

【0038】

【図9】図７に示すシーリングガス供給装置構造の第２実施例を示す模式図である。

【0039】

【図10】図７に示すシーリングガス供給装置構造の第３実施例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下では添付図面を参照して、本発明の多様な実施例によるシーリングガス供給装置について詳細に説明する。

【0041】

本発明の多様な実施例による超臨界二酸化炭素発電システムとはサイクル内で流動する作動流体の全部が超臨界状態のシステムだけではなく、作動流体の大部分が超臨界状態であり、残りは亜臨界状態のシステムも含む意味として使われる。

【0042】

また、本発明の多様な実施例において作動流体として二酸化炭素が使われる。ここで、二酸化炭素とは、化学的な意味で純粋な二酸化炭素、一般的な観点で不純物が多少含まれている状態の二酸化炭素及び二酸化炭素に１種以上の流体が添加物として混合されている状態の流体までも含む意味として使われる。以下で説明するシーリングガスも同一状態を含む。

【0043】

作動流体は超臨界二酸化炭素発電システムのターボマシン及び電力生産のための超臨界二酸化炭素発電システム内に供給される。

【0044】

ターボマシンに供給される作動流体はベアリングシステムに供給されてターボマシンの各構成品を潤滑するのに使われ、シーリングシステムに供給されてターボマシンのシーリングに使われる。

【0045】

一般に、シーリングのための作動流体の供給はドライガスシールコンディショナー（Ｄｒｙ ｇａｓ ｓｅａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）によって行われ、高圧の作動流体を加熱してターボ機器のシーリングシステムに供給することになる。

【0046】

ドライガスシールコンディショナーに流入する作動流体の経路は作動流体のメインポンプと作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプの２種である。この二つの経路は共に、例えばおよそ−２０℃〜４０℃の作動流体が供給されることができる（貯蔵タンクでの作動流体の温度範囲は−６０℃〜５０℃の範囲であってもよく、供給ポンプの後端での温度は−５０℃〜１００℃の範囲であってもよい）。また、ドライガスシールコンディショナーで９０℃±１０℃前後に加熱されてターボマシンに供給されることができる（前述した温度条件は一つの例示であるだけ、ターボマシンの設計によって１００℃、２００℃、３００℃などのターボマシンで必要とする温度に多様に変更されることができる）。また、作動流体はドライガスシールコンディショナー内で持続的に加熱され、これによって電力も持続的に消耗される。

【0047】

図１は本発明の第１実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図、図２は図１に示すシーリングガス供給装置構造の第１実施例を示す模式図である。

【0048】

図１に示したように、本発明の第１実施例によるシーリングガス供給装置１００は、総４個の経路を通じて作動流体がシーリングガス供給装置１００に供給され、これらはそれぞれ違う温度条件を持って流入する。便宜上、シーリングガス供給装置１００に流入する前のシーリングガスを'作動流体'と定義し、シーリングガス供給装置１００を通過したシーリングガスをターボマシンに供給される'シーリングガス'と区分して定義する。

【0049】

シーリングガス供給装置１００に作動流体が流入する第１経路は作動流体を貯蔵する貯蔵タンクと連結された作動流体供給ポンプ１０であり、ここから供給される作動流体は第１温度条件を有する。第１温度条件は−２０℃〜４０℃の範囲である。

【0050】

シーリングガス供給装置１００に作動流体が流入する第２経路は発電サイクルのメインポンプ２０であり、ここから供給される作動流体は第２温度条件で供給される。第２温度条件は−２０℃〜４０℃の範囲である。

【0051】

シーリングガス供給装置１００に作動流体が流入する第３経路は発電サイクルのタービン流入端（ｉｎｌｅｔ）３０であり、ここから供給される作動流体は第３温度条件で供給される。第３温度条件は２５０℃〜４００℃の範囲である。

【0052】

シーリングガス供給装置１００に作動流体が流入する第４経路は発電サイクルのレキュペレーター排出端（ｏｕｔｌｅｔ）４０であり、ここから供給される作動流体は第４温度条件で供給される。第４温度条件は１００℃〜２５０℃の範囲である。

【0053】

第１経路及び第２経路は第３経路及び第４経路に比べて相対的に温度が低い作動流体供給源（ｓｏｕｒｃｅ）であるので、相対的に温度が低い作動流体と温度が高い作動流体の混合によって所望のシーリングガスの温度を設定することができる。

【0054】

より詳細に説明すると、第１〜第４温度条件を有する作動流体がシーリングガス供給装置１００に供給され、シーリングガス供給装置１００では各作動流体の流入経路別に流量を調節して混合することにより、ターボマシンのシーリングシステム５０に供給されるシーリングガスがシーリング条件に合う温度を有するように制御する。シーリング条件はシーリングシステム５０に適した温度である９０℃±１０℃の範囲である。

【0055】

各作動流体供給経路別流量制御のために、シーリングガス供給装置１００は、第１経路による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブ１１２、第２経路による作動流体移送管に取り付けられる第２バルブ１１４、第３経路による作動流体移送管に取り付けられる第３バルブ１１６、及び第４経路による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブ１１８を備える。

【0056】

第１バルブ１１２を経た作動流体は熱交換器１２０及び第１制御バルブ１５２を経ることになり、第２バルブ１１４を経た作動流体は第２制御バルブ１５４を経ることになる。第３バルブ１１６を経た作動流体は冷却ファン１４０及び第３制御バルブ５６を経ることになり、第４バルブ１１８を経た作動流体は第４制御バルブ１５８を経ることになる。第１〜第４制御バルブ１５８を経た作動流体はシーリング条件に合うように混合されてシーリングガス供給装置１００から排出されてシーリングシステム５０に供給される。

【0057】

第１〜第４バルブ１１８はシーリングガス供給装置１００に流入する作動流体の供給又は遮断、供給される流量の制御のために備えられる。第１制御バルブ〜第４制御バルブ１５８はシーリング条件を合わせるための作動流体の流量を制御するために備えられる。熱交換器１２０は電力消耗するヒーターであり、冷却ファン１４０も電力を消耗し、熱交換器１２０と冷却ファン１４０は互いに並列に配置される。

【0058】

発電サイクルの始動（ｓｔａｒｔｕｐ）時又は非常時には熱交換器１２０及び冷却ファン１４０に電力を供給して作動流体の流入経路別に作動流体を加熱及び冷却することができる。その以外の場合には、付加の加熱なしに第１〜第４制御バルブ１５８を用いて作動流体の流量を調節することにより、シーリングガス供給装置１００から排出される最終シーリングガスの温度がシーリング条件に合うように混合することもできる。すなわち、正常運転中には作動流体が熱交換器１２０及び冷却ファン１４０を経ることにはなるが、加熱又は冷却されずにこれらを通過するだけである（これは本発明の多様な実施例に共通して適用される）。

【0059】

したがって、本発明は発電サイクルの始動時又は非常時にのみ発電システムの電力を消耗し、正常運転中には付加の電力消耗がないという利点がある。このような条件でシーリングガス供給装置１００を駆動すれば、約０．１〜０．４％程度の駆動時に必要な電気エネルギーを節減することができる。これは発電システムの生産電力の約１〜２．５％程度の性能を向上させる効果がある。

【0060】

若しくは、シーリングガス供給装置を次のように構成して電力消耗なしにシーリングガスをシーリング条件に合わせることもできる。

【0061】

図３は図１に示すシーリングガス供給装置構造の第２実施例を示す模式図である。

【0062】

図３に示したように、このシーリングガス供給装置は、前述した実施例と同様に、第１〜第４バルブ１１２'〜１１８'を備え、その上、熱交換器１２０'及び冷却ファン１４０'、第１制御バルブ１５２'及び第３制御バルブ１５６'を備えることができる。第１バルブ１１２'及び第２バルブ１１４'を経た作動流体が混合されて第１熱交換器１２０'及び第１制御バルブ１５２'を経るように流路を構成し、第３バルブ１１６'及び第４バルブ１１８'を経た作動流体が混合されて冷却ファン１４０'及び第３制御バルブ１５６'を経るように流路を構成することができる。その後、この二つの経路の作動流体を混合することで、シーリングガスがシーリング条件に合うように混合することができる。熱交換器１２０'は電力を消耗するヒーターであり、冷却ファン１４０'も電力を消耗し、熱交換器１２０'と冷却ファン１４０'は互いに並列に配置される。

【0063】

図４は図１に示すシーリングガス供給装置構造の第３実施例を示す模式図である。

【0064】

このシーリングガス供給装置は、前述した実施例と同様に、第１〜第４バルブ１１２"〜１１８"を備え、その上、熱交換器１２０"及び冷却ファン１４０"、第３制御バルブ１５６"を備えることができる。第１〜第４バルブ１１２"〜１１８"を経た作動流体が混合されて熱交換器１２０"及び冷却ファン１４０"を順次経るように流路を構成し、第３制御バルブ１５６"を経たシーリングガスがシーリング条件に合わせられて排出されることができる。このために、ヒーターである熱交換器１２０"と冷却ファン１４０"が順次配置される。

【0065】

前述した第２及び第３実施例によるシーリングガス供給装置において、熱交換器と冷却ファンは発電サイクルの始動時又は非常時にのみ発電サイクルの電力を消耗し、正常運転中には付加の電力を消耗しない。

【0066】

一方、シーリングガス供給装置に流入する作動流体の経路を前述した実施例とは違うように構成することもできる（前述した実施例と同一の構成に対しては詳細な説明を省略する）。

【0067】

図５は本発明の第２実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図、図６は本発明の第３実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図、図７は本発明の第４実施例によるシーリングガス供給装置を示す模式図である。

【0068】

図５に示したように、本発明の第２実施例によるシーリングガス供給装置１００ａは、総３個の経路を通じて作動流体がシーリングガス供給装置１００ａに供給され、これらはそれぞれ違う温度条件を持って流入する。

【0069】

３個の経路は図１に示す実施例において第１〜第３経路に対応し、同一の第１温度条件〜第３温度条件で供給されることができる。

【0070】

若しくは、図６に示したように、３個の経路が図１に示す実施例において第１経路、第２経路及び第４経路に対応し、同一の第１温度条件、第２温度条件及び第４温度条件の作動流体がシーリングガス供給装置１００ｂに供給されることができる。

【0071】

若しくは、図７に示したように、２個の経路を通じて作動流体がシーリングガス供給装置１００ｃに供給されることもできる。ここで、２個の経路は図１に示す実施例において第１経路及び第４経路に対応し、同一の第１温度条件及び第４温度条件の作動流体がシーリングガス供給装置１００ｃに供給される。

【0072】

すなわち、相対的に低い温度の作動流体供給源と相対的に高い温度の作動流体供給源を一緒に活用し、低温の作動流体と高温の作動流体を混合することにより、シーリングガスがシーリング条件に合うように温度を制御することができる。

【0073】

低温の作動流体供給源と高温の作動流体供給源をそれぞれ一つずつのみ活用する場合、下記のようにシーリングガス供給装置を構成することができる。

【0074】

図８は図７に示すシーリングガス供給装置構造の第１実施例を示す模式図、図９は図７に示すシーリングガス供給装置構造の第２実施例を示す模式図、図１０は図７に示すシーリングガス供給装置構造の第３実施例を示す模式図である。

【0075】

図８に示したように、各作動流体供給経路別流量制御のために、シーリングガス供給装置１００ｃは、第１経路による作動流体移送管に取り付けられる第１バルブ１１２ｃ、第４経路による作動流体移送管に取り付けられる第４バルブ１１８ｃを備える。

【0076】

第１バルブ１１２ｃを経た作動流体は２個の経路に分岐され、その一方は熱交換器１２０ｃ及び第１制御バルブ１５２ｃを順次経るように流路を構成し、他方は第２制御バルブ１５４ｃを経るように流路を構成することができる。第４バルブ１１８ｃを経た作動流体も２個の経路に分岐され、その一方は冷却ファン１４０ｃ及び第３制御バルブ１５６ｃを順次経るように流路を構成し、他方は第４制御バルブ１５８ｃを経るように流路を構成することができる。第１〜第４制御バルブ１１２ｃ〜１１８ｃを経た作動流体はシーリング条件に合うように混合され、シーリングガス供給装置１００ｃから排出されてシーリングシステム５０に供給される。

【0077】

若しくは、図９に示したように、シーリングガス供給装置１００ｃ'は、図８の実施例と同様に、第１バルブ１１２ｃ'及び第４バルブ１１８ｃ'を備え、これらをそれぞれ経た作動流体が混合され、熱交換器１２０ｃ'及び冷却ファン１４０ｃ'を順次経るように流路を構成することができる。第３制御バルブ１５６ｃ'は冷却ファン１４０ｃ'の排出端に備えられ、熱交換器１２０ｃ'の流入端で作動流体の一部が分岐され、付加の第１制御バルブ１５０ｃ'を経た後、第３制御バルブ１５６ｃ'の排出端で合流するように流路を構成することができる。第３制御バルブ１５６ｃ'及び第１制御バルブ１５０ｃ'を経た作動流体がシーリング条件に合うように適切に混合されて排出されることができる。

【0078】

若しくは、図１０に示したように、シーリングガス供給装置１００ｃ"は、図８の実施例と同様に、第１バルブ１１２ｃ"及び第４バルブ１１８ｃ"を備え、これらをそれぞれ経た作動流体が混合されて熱交換器１２０ｃ"及び冷却ファン１４０ｃ"に供給されることができる。

【0079】

熱交換器１２０ｃ"及び冷却ファン１４０ｃ"は順次配置され、熱交換器１２０ｃ"の排出端に第２制御バルブ１５２ｃ"が取り付けられ、作動流体がこれらを順次経ることになり、熱交換器１２０ｃ"の前端で一部の作動流体が分岐されて第１制御バルブ１５０ｃ"の排出端に合流するように流路を構成することができる。第１制御バルブ１５０ｃ"を経た作動流体と合流した作動流体の一部は冷却ファン１４０ｃ"に送られ、他の一部は第３制御バルブ１５４ｃ"に分岐される。冷却ファン１４０ｃ"と第４制御バルブ１５６ｃ"は順次配置され、第３制御バルブ１５４ｃ"を経た作動流体が第４制御バルブ１５６ｃ"の排出端で第４制御バルブ１５６ｃ"を経た作動流体と合流するように流路を構成することができる。合流して最終に混合された作動流体はシーリング条件に合うシーリングガスとなってシーリングガス供給装置１００ｃ"から排出される。

【0080】

以上で説明したように、低温及び高温のタービンシーリングガス供給源を混用することにより、非常時を除き、正常運転中に付加の電力消耗がなくなるので、消耗電力が節減されて発電性能が大きく向上する効果がある。

【0081】

以上で説明し図面に示した本発明の一実施例は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されてはいけない。本発明の権利範囲は請求範囲に記載した事項によってのみ制限され、本発明の技術分野で通常の知識を有する者は本発明の技術的思想を多様な形態に改良及び変更することができる。したがって、このような改良及び変更が通常の知識を有する者に明らかである限り、本発明の権利範囲に属するものであろう。

【符号の説明】

【0082】

１０ 作動流体供給ポンプ
２０ メインポンプ
３０ タービン流入端
４０ レキュペレーター排出端
５０ シーリングシステム
１００ シーリングガス供給装置
１１２ 第１バルブ
１１４ 第２バルブ
１１６ 第３バルブ
１１８ 第４バルブ
１２０ 熱交換器
１４０ 冷却ファン
１５２ 第１制御バルブ
１５４ 第２制御バルブ
１５６ 第３制御バルブ
１５８ 第４制御バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】