JP7729461B2 - Gas Turbine System - Google Patents
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Description
本開示は、ガスタービンシステムに関する。本出願は2022年3月7日に提出された日本特許出願第2022-034697号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。This application claims the benefit of priority from Japanese Patent Application No. 2022-034697, filed on March 7, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
燃焼器で燃料を燃焼させることによって動力を得るガスタービンシステムが利用されている。ガスタービンシステムとして、例えば、特許文献1に開示されているように、アンモニアを燃料として用いるものがある。アンモニアを燃料として用いることによって、二酸化炭素の排出が抑制される。2. Description of the Related Art Gas turbine systems are used that obtain power by burning fuel in a combustor. For example, as disclosed in Patent Document 1, there is a gas turbine system that uses ammonia as fuel. The use of ammonia as fuel reduces carbon dioxide emissions.
大規模なガスタービンシステムでは大量の燃料が消費される。このため、アンモニアを燃料として用いる場合、アンモニアを大量に貯蔵しておく必要がある。アンモニアは-33℃程度の低温液とすると蒸気圧がほぼ大気圧となる。ゆえに、アンモニアをタンクに貯蔵した場合にタンクにかかる内圧が低減され、タンク強度および構造上の問題が発生しにくくなる。一方で、低温のアンモニア液をガスタービンの燃料として直接燃焼器に供給した場合、アンモニア液の温度を上げて気化させるための熱量が、アンモニアの燃焼熱から賄われることになり、ガスタービンシステムの効率が下がるという課題がある。Large-scale gas turbine systems consume large amounts of fuel. For this reason, when ammonia is used as fuel, it is necessary to store large quantities of ammonia. When ammonia is made into a low-temperature liquid at around -33°C, its vapor pressure is almost atmospheric pressure. Therefore, when ammonia is stored in a tank, the internal pressure on the tank is reduced, making it less likely to cause problems with the tank's strength and structure. On the other hand, when low-temperature ammonia liquid is supplied directly to the combustor as gas turbine fuel, the heat required to raise the temperature of the ammonia liquid and vaporize it is provided by the heat of combustion of the ammonia, which poses the problem of reduced efficiency of the gas turbine system.
本開示の目的は、ガスタービンシステムの効率を向上させることが可能なガスタービンシステムを提供することである。An object of the present disclosure is to provide a gas turbine system that can improve the efficiency of the gas turbine system.
上記課題を解決するために、本開示のガスタービンシステムは、アンモニアが液体の状態で貯蔵されるアンモニアタンクと、アンモニアタンクと接続され、アンモニアが液体の状態で供給される燃焼器と、燃焼器と接続される排気流路と、排気流路に設けられるボイラと、排気流路のうちボイラより下流側に配置され、アンモニアタンクと燃焼器とを接続するアンモニア流路が通過する熱交換器と、を備え、熱交換器において、アンモニアは、気化しない程度に加熱される。 In order to solve the above problems, a gas turbine system of the present disclosure includes an ammonia tank in which ammonia is stored in a liquid state, a combustor connected to the ammonia tank and to which ammonia is supplied in a liquid state, an exhaust flow path connected to the combustor, a boiler provided in the exhaust flow path, and a heat exchanger that is arranged in the exhaust flow path downstream of the boiler and through which the ammonia flow path connecting the ammonia tank and the combustor passes , and in the heat exchanger, the ammonia is heated to a degree that does not vaporize .
熱交換器において、排気流路とアンモニア流路との間に熱媒体流路が介在してもよい。In the heat exchanger, a heat medium flow path may be interposed between the exhaust flow path and the ammonia flow path.
熱交換器は、第1熱交換器と、排気流路のうち第1熱交換器より下流側に配置される第2熱交換器とを含み、アンモニア流路には、アンモニアがいずれの熱交換器を通過するのかが切り替わるように、アンモニアの経路を切り替える切替機構が設けられてもよい。 The heat exchanger includes a first heat exchanger and a second heat exchanger arranged in the exhaust flow path downstream of the first heat exchanger, and the ammonia flow path may be provided with a switching mechanism that switches the path of the ammonia so as to switch which heat exchanger the ammonia passes through .
切替機構は、アンモニア流路におけるアンモニアの温度、流量および圧力の少なくとも1つに基づいて、アンモニアの経路を切り替えてもよい。 The switching mechanism may switch the path of the ammonia based on at least one of the temperature, flow rate, and pressure of the ammonia in the ammonia flow path.
本開示によれば、ガスタービンシステムの効率を向上させることができる。According to the present disclosure, the efficiency of a gas turbine system can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. Dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for ease of understanding and, unless otherwise specified, do not limit the present disclosure. In this specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are designated by the same reference numerals to avoid redundant explanation, and elements not directly related to the present disclosure are not shown.
図1は、本実施形態に係るガスタービンシステム1の構成を示す模式図である。図1に示すように、ガスタービンシステム1は、圧縮機11aと、タービン11bと、燃焼器12と、アンモニアタンク13と、ボイラ14と、排気塔15と、熱交換器16と、ポンプ17と、流量制御弁18とを備える。Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine system 1 according to this embodiment. As shown in Fig. 1, the gas turbine system 1 includes a compressor 11a, a turbine 11b, a combustor 12, an ammonia tank 13, a boiler 14, an exhaust tower 15, a heat exchanger 16, a pump 17, and a flow control valve 18.
圧縮機11aおよびタービン11bは、一体として回転する。圧縮機11aとタービン11bとは、シャフトによって互いに連結されている。The compressor 11a and the turbine 11b rotate as a unit and are connected to each other by a shaft.
圧縮機11aは、燃焼器12と接続される吸気流路101に設けられている。吸気流路101には、燃焼器12に供給される空気が流通する。吸気流路101の上流側の端部には、空気が外部から取り込まれる不図示の吸気口が設けられる。吸気口から取り込まれた空気は、圧縮機11aを通過して、燃焼器12に送られる。圧縮機11aは、空気を圧縮して下流側に吐出する。The compressor 11a is provided in an intake air flow path 101 connected to the combustor 12. Air to be supplied to the combustor 12 flows through the intake air flow path 101. An intake port (not shown) through which air is taken in from the outside is provided at the upstream end of the intake air flow path 101. The air taken in through the intake port passes through the compressor 11a and is sent to the combustor 12. The compressor 11a compresses the air and discharges it downstream.
タービン11bは、燃焼器12と接続される排気流路102に設けられている。排気流路102には、燃焼器12から排出された排気ガスが流通する。燃焼器12から排出された排気ガスは、タービン11bを通過して、排気流路102のうちタービン11bより下流側に送られる。タービン11bは、排気ガスによって回されることによって、回転動力を生成する。The turbine 11b is provided in an exhaust flow path 102 connected to the combustor 12. Exhaust gas discharged from the combustor 12 flows through the exhaust flow path 102. The exhaust gas discharged from the combustor 12 passes through the turbine 11b and is sent to a portion of the exhaust flow path 102 downstream of the turbine 11b. The turbine 11b is rotated by the exhaust gas to generate rotational power.
圧縮機11aには、図示しない発電機が接続されている。タービン11bから圧縮機11aに伝達された回転動力は、発電機による発電に利用される。The compressor 11a is connected to a generator (not shown), and the rotational power transmitted from the turbine 11b to the compressor 11a is used to generate electricity.
燃焼器12には、圧縮機11aにより圧縮された空気が吸気流路101から供給されるとともに、アンモニアが液体の状態でアンモニアタンク13から燃料として供給される。燃焼器12では、アンモニアを燃料として用いて燃焼が行われる。燃焼器12で生じた排気ガスは、排気流路102に排出される。The combustor 12 receives air compressed by the compressor 11a through an intake passage 101, and also receives ammonia in a liquid state as fuel from an ammonia tank 13. Combustion is performed in the combustor 12 using the ammonia as fuel. Exhaust gas generated in the combustor 12 is discharged to an exhaust passage 102.
アンモニアタンク13には、アンモニアが液体の状態で貯蔵される。アンモニアタンク13では、例えば、大気圧、かつ、-33℃で、アンモニアが液体の状態に維持されている。このように、アンモニアを低温の液体にした状態でアンモニアタンク13に貯蔵することによって、アンモニアタンク13内の蒸気圧が抑制され、タンクの強度および構造上の問題発生が抑制される。Ammonia is stored in a liquid state in the ammonia tank 13. In the ammonia tank 13, the ammonia is maintained in a liquid state, for example, at atmospheric pressure and −33° C. By storing ammonia in the ammonia tank 13 in this low-temperature liquid state, the vapor pressure inside the ammonia tank 13 is suppressed, and problems with the strength and structure of the tank are suppressed.
アンモニアタンク13は、アンモニア流路103を介して燃焼器12と接続される。アンモニア流路103には、アンモニアが流通する。アンモニアタンク13からアンモニア流路103を介して燃焼器12にアンモニアが供給される。アンモニア流路103の詳細については後述する。The ammonia tank 13 is connected to the combustor 12 via an ammonia flow path 103. Ammonia flows through the ammonia flow path 103. Ammonia is supplied from the ammonia tank 13 to the combustor 12 via the ammonia flow path 103. The ammonia flow path 103 will be described in detail later.
排気流路102のうちタービン11bより下流側には、ボイラ14が設けられる。ボイラ14には、水が流通する流路104が設けられている。流路104を流通する水は、排気流路102を流通する排気ガスによって加熱され、気化して気体(つまり、水蒸気)になる。ボイラ14の流路104は、図示しない蒸気タービンと接続されている。ボイラ14で発生した水蒸気は、蒸気タービンに送られる。そして、水蒸気によって蒸気タービンが回され、回転動力が生成される。蒸気タービンにより生成された回転動力は、発電に利用される。A boiler 14 is provided downstream of the turbine 11b in the exhaust flow path 102. The boiler 14 is provided with a flow path 104 through which water flows. The water flowing through the flow path 104 is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust flow path 102 and vaporizes into a gas (i.e., steam). The flow path 104 of the boiler 14 is connected to a steam turbine (not shown). The steam generated in the boiler 14 is sent to the steam turbine. The steam then rotates the steam turbine, generating rotational power. The rotational power generated by the steam turbine is used to generate electricity.
排気流路102は、ボイラ14より下流側において、排気塔15と接続される。燃焼器12から排出された排気ガスは、タービン11bおよびボイラ14を通過して、排気塔15に送られ、排気塔15から排出される。The exhaust flow path 102 is connected to the exhaust stack 15 downstream of the boiler 14. The exhaust gas discharged from the combustor 12 passes through the turbine 11b and the boiler 14, is sent to the exhaust stack 15, and is discharged from the exhaust stack 15.
排気流路102のうちボイラ14より下流側には、熱交換器16が配置される。アンモニア流路103は、熱交換器16を通過する。アンモニア流路103のうち熱交換器16とアンモニアタンク13との間には、ポンプ17が設けられる。ポンプ17は、アンモニアタンク13から供給されるアンモニアを加圧して下流側に送出する。ポンプ17により送出されたアンモニアは、熱交換器16に送られる。A heat exchanger 16 is disposed in the exhaust gas flow path 102 downstream of the boiler 14. The ammonia flow path 103 passes through the heat exchanger 16. A pump 17 is provided in the ammonia flow path 103 between the heat exchanger 16 and the ammonia tank 13. The pump 17 pressurizes the ammonia supplied from the ammonia tank 13 and sends it downstream. The ammonia sent by the pump 17 is sent to the heat exchanger 16.
熱交換器16では、排気流路102を流通する排気ガスと、アンモニア流路103を流通するアンモニアとの間で熱交換が行われる。排気流路102を流通する排気ガスの温度は、アンモニア流路103を流通するアンモニアの温度よりも高い。ゆえに、熱交換器16では、排気流路102を流通する排気ガスによって、アンモニア流路103を流通するアンモニアが加熱される。具体的には、熱交換器16において、アンモニアは、気化しない程度に加熱される。ゆえに、アンモニアは、液体の状態で燃焼器12に供給される。In the heat exchanger 16, heat is exchanged between the exhaust gas flowing through the exhaust passage 102 and the ammonia flowing through the ammonia passage 103. The temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 102 is higher than the temperature of the ammonia flowing through the ammonia passage 103. Therefore, in the heat exchanger 16, the ammonia flowing through the ammonia passage 103 is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 102. Specifically, in the heat exchanger 16, the ammonia is heated to a degree that does not cause it to vaporize. Therefore, the ammonia is supplied to the combustor 12 in a liquid state.
アンモニア流路103のうち熱交換器16と燃焼器12との間には、流量制御弁18が設けられる。流量制御弁18は、アンモニア流路103を通り燃焼器12に送られる液体のアンモニアの流量を調整する。具体的には、流量制御弁18の開度が調整されることによって、燃焼器12へのアンモニアの供給量が調整される。A flow control valve 18 is provided in the ammonia flow path 103 between the heat exchanger 16 and the combustor 12. The flow control valve 18 adjusts the flow rate of liquid ammonia sent to the combustor 12 through the ammonia flow path 103. Specifically, the amount of ammonia supplied to the combustor 12 is adjusted by adjusting the opening degree of the flow control valve 18.
以上説明したように、ガスタービンシステム1では、アンモニアタンク13と燃焼器12とを接続するアンモニア流路103が通過する熱交換器16が、排気流路102のうちボイラ14より下流側に配置される。それにより、熱交換器16において、燃焼器12に供給されるアンモニアを、ボイラ14を通過した排気ガスの熱を利用して加熱できる。ゆえに、アンモニアを燃焼させるために必要なエネルギーの一部を排気ガスの熱で賄うことができる。よって、ガスタービンシステム1の効率を向上させることができる。As described above, in the gas turbine system 1, the heat exchanger 16, through which the ammonia flow path 103 connecting the ammonia tank 13 and the combustor 12 passes, is disposed downstream of the boiler 14 in the exhaust flow path 102. As a result, in the heat exchanger 16, the ammonia supplied to the combustor 12 can be heated using the heat of the exhaust gas that has passed through the boiler 14. Therefore, part of the energy required to combust the ammonia can be provided by the heat of the exhaust gas. As a result, the efficiency of the gas turbine system 1 can be improved.
さらに、ガスタービンシステム1では、熱交換器16において、アンモニアが気化しない程度に加熱される。つまり、熱交換器16において、排気ガスの熱はアンモニアの顕熱として利用される。ゆえに、アンモニアタンク13に液体の状態で貯蔵されているアンモニアが、アンモニア流路103において気化することなく、液体の状態で燃焼器12に供給される。仮に、アンモニア流路103においてアンモニアを気化させた場合、気化したアンモニアの圧力変動の抑制、および、再凝縮の防止のために追加の設備および複雑な制御が必要となる。また、気体のアンモニアを流通させる配管を大型化する必要も生じる。一方、ガスタービンシステム1では、アンモニア流路103においてアンモニアが気化しないので、これらの問題も発生しない。Furthermore, in the gas turbine system 1, the ammonia is heated in the heat exchanger 16 to a degree that does not cause it to vaporize. That is, in the heat exchanger 16, the heat of the exhaust gas is utilized as sensible heat of the ammonia. Therefore, the ammonia stored in a liquid state in the ammonia tank 13 is supplied to the combustor 12 in a liquid state without being vaporized in the ammonia flow path 103. If the ammonia were vaporized in the ammonia flow path 103, additional equipment and complex control would be required to suppress pressure fluctuations of the vaporized ammonia and to prevent recondensation. This would also require enlarging the piping through which the gaseous ammonia flows. On the other hand, in the gas turbine system 1, the ammonia is not vaporized in the ammonia flow path 103, so these problems do not occur.
詳細には、ガスタービンシステム1の効率を効果的に向上させる観点では、上記の例のように、アンモニア流路103のうち熱交換器16とアンモニアタンク13との間に、アンモニアを加圧するポンプ17が設けられることが好ましい。それにより、アンモニアタンク13に貯蔵されているアンモニアが、ポンプ17によって加圧された後に、熱交換器16に送られる。ゆえに、熱交換器16を通過するアンモニアの沸点が上昇する。よって、熱交換器16を通過するアンモニアが気化しない範囲内で排気ガスから回収できる熱量(つまり、顕熱として回収できる熱量)が増大する。したがって、アンモニアを燃焼させるために必要なエネルギーのうち排気ガスの熱により賄われる割合を大きくすることができるので、ガスタービンシステム1の効率を効果的に向上させることができる。Specifically, from the viewpoint of effectively improving the efficiency of the gas turbine system 1, it is preferable to provide a pump 17 for pressurizing ammonia in the ammonia flow path 103 between the heat exchanger 16 and the ammonia tank 13, as in the above example. As a result, the ammonia stored in the ammonia tank 13 is pressurized by the pump 17 and then sent to the heat exchanger 16. Therefore, the boiling point of the ammonia passing through the heat exchanger 16 increases. This increases the amount of heat that can be recovered from the exhaust gas within a range in which the ammonia passing through the heat exchanger 16 does not vaporize (i.e., the amount of heat that can be recovered as sensible heat). Therefore, it is possible to increase the proportion of the energy required to combust ammonia that is provided by the heat of the exhaust gas, and therefore it is possible to effectively improve the efficiency of the gas turbine system 1.
以下、図2~図4を参照して、各変形例に係るガスタービンシステムについて説明する。Hereinafter, gas turbine systems according to the respective modifications will be described with reference to FIGS.
図2は、第1の変形例に係るガスタービンシステム1Aの構成を示す模式図である。図2に示すように、第1の変形例に係るガスタービンシステム1Aでは、上述したガスタービンシステム1と比較して、熱交換器16において、排気流路102とアンモニア流路103との間に熱媒体流路105が介在する点が異なる。Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine system 1A according to a first modified example. As shown in Fig. 2, the gas turbine system 1A according to the first modified example differs from the gas turbine system 1 described above in that a heat medium flow path 105 is interposed between the exhaust flow path 102 and the ammonia flow path 103 in the heat exchanger 16.
熱媒体流路105には、水等の熱媒体が流通する。熱媒体流路105を流通する熱媒体の供給源は、特に限定されない。例えば、熱媒体流路105とボイラ14の流路104とが連通しており、熱媒体流路105を流通する熱媒体が、流路104を循環している水であってもよい。また、熱媒体流路105とボイラ14の流路104とが連通しておらず、熱媒体流路105を流通する熱媒体が、流路104以外の供給源から供給される水等の熱媒体であってもよい。A heat medium such as water flows through the heat medium flow path 105. The supply source of the heat medium flowing through the heat medium flow path 105 is not particularly limited. For example, the heat medium flow path 105 may be in communication with the flow path 104 of the boiler 14, and the heat medium flowing through the heat medium flow path 105 may be water circulating through the flow path 104. Alternatively, the heat medium flow path 105 may not be in communication with the flow path 104 of the boiler 14, and the heat medium flowing through the heat medium flow path 105 may be a heat medium such as water supplied from a supply source other than the flow path 104.
ガスタービンシステム1Aでは、熱交換器16において、排気流路102とアンモニア流路103とが、熱媒体流路105を挟んで互いに対向している。ゆえに、熱交換器16では、排気流路102を流通する排気ガスと、アンモニア流路103を流通するアンモニアとの間で熱交換が、熱媒体流路105を流通する熱媒体を介して間接的に行われる。具体的には、排気流路102を流通する排気ガスと、熱媒体流路105を流通する熱媒体との間で熱交換が直接的に行われる。そして、熱媒体流路105を流通する熱媒体と、アンモニア流路103を流通するアンモニアとの間で熱交換が直接的に行われる。In the gas turbine system 1A, in the heat exchanger 16, the exhaust passage 102 and the ammonia passage 103 face each other with the heat medium passage 105 interposed therebetween. Therefore, in the heat exchanger 16, heat exchange is performed indirectly between the exhaust gas flowing through the exhaust passage 102 and the ammonia flowing through the ammonia passage 103 via the heat medium flowing through the heat medium passage 105. Specifically, heat exchange is performed directly between the exhaust gas flowing through the exhaust passage 102 and the heat medium flowing through the heat medium passage 105. Furthermore, heat exchange is performed directly between the heat medium flowing through the heat medium passage 105 and the ammonia flowing through the ammonia passage 103.
以上説明したように、ガスタービンシステム1Aでは、熱交換器16において、排気流路102とアンモニア流路103との間に熱媒体流路105が介在する。ゆえに、熱媒体流路105を流通する熱媒体の流量を調整することによって、排気流路102を流通する排気ガスと、アンモニア流路103を流通するアンモニアとの間で熱交換される熱量を調整できる。それにより、熱交換器16を通過するアンモニアが排気ガスから回収する熱量を、アンモニアの気化を抑制しつつ、できるだけ大きくすることができる。As described above, in the gas turbine system 1A, the heat exchanger 16 has the heat medium flow path 105 interposed between the exhaust flow path 102 and the ammonia flow path 103. Therefore, by adjusting the flow rate of the heat medium flowing through the heat medium flow path 105, it is possible to adjust the amount of heat exchanged between the exhaust gas flowing through the exhaust flow path 102 and the ammonia flowing through the ammonia flow path 103. This makes it possible to maximize the amount of heat recovered from the exhaust gas by the ammonia passing through the heat exchanger 16 while suppressing vaporization of the ammonia.
図3は、第2の変形例に係るガスタービンシステム1Bの構成を示す模式図である。図3に示すように、第2の変形例に係るガスタービンシステム1Bでは、上述したガスタービンシステム1と比較して、熱交換器16の数が2つである点が異なる。Fig. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine system 1B according to a second modification. As shown in Fig. 3, the gas turbine system 1B according to the second modification is different from the gas turbine system 1 described above in that the number of heat exchangers 16 is two.
ガスタービンシステム1Bでは、熱交換器16として、第1熱交換器16aと、第2熱交換器16bとが設けられる。第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bは、排気流路102において、上流側からこの順に配置される。つまり、第2熱交換器16bは、排気流路102のうち第1熱交換器16aより下流側に配置される。アンモニア流路103は、第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方の熱交換器16を通過する。In the gas turbine system 1B, a first heat exchanger 16a and a second heat exchanger 16b are provided as the heat exchangers 16. The first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b are arranged in this order from the upstream side in the exhaust flow path 102. In other words, the second heat exchanger 16b is arranged downstream of the first heat exchanger 16a in the exhaust flow path 102. The ammonia flow path 103 passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b.
アンモニア流路103には、アンモニアが通過する熱交換器16が互いに異なる複数の状態の間でアンモニアの経路を切り替える切替機構20-1が設けられる。切替機構20-1は、アンモニア流路103のうち分岐した部分(具体的には、後述する流路103a、103b)と、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を切り替える切替バルブ21と、温度センサ22と、制御装置23とを含む。A switching mechanism 20-1 that switches the ammonia path between a plurality of different states of the heat exchanger 16 through which the ammonia passes is provided in the ammonia flow path 103. The switching mechanism 20-1 includes a branched portion of the ammonia flow path 103 (specifically, flow paths 103a and 103b, which will be described later), a switching valve 21 that switches the ammonia path in the ammonia flow path 103, a temperature sensor 22, and a control device 23.
図3の例では、アンモニア流路103は、ポンプ17より下流側において、第2熱交換器16bを通過した後に、流路103aと流路103bとに分岐している。流路103aおよび流路103bは、流量制御弁18より上流側において互いに合流している。流路103aは、第1熱交換器16aを通過する。一方、流路103bは、第1熱交換器16aを通過しない。3, the ammonia flow path 103 branches into a flow path 103a and a flow path 103b after passing through the second heat exchanger 16b downstream of the pump 17. The flow paths 103a and 103b merge with each other upstream of the flow control valve 18. The flow path 103a passes through the first heat exchanger 16a. On the other hand, the flow path 103b does not pass through the first heat exchanger 16a.
切替バルブ21は、三方弁である。切替バルブ21は、流路103aの上流端と流路103bの上流端との間の接続部分に設けられる。切替バルブ21は、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を、アンモニアが流路103aを通過する状態と、アンモニアが流路103bを通過する状態との間で切り替える。アンモニアが流路103aを通過する状態では、アンモニアタンク13から送られたアンモニアは、第2熱交換器16bを通過した後に、第1熱交換器16aを通過し、燃焼器12に送られる。一方、アンモニアが流路103bを通過する状態では、アンモニアタンク13から送られたアンモニアは、第2熱交換器16bを通過した後に、第1熱交換器16aを通過せずに、燃焼器12に送られる。The switching valve 21 is a three-way valve. The switching valve 21 is provided at a connection portion between the upstream end of the flow path 103a and the upstream end of the flow path 103b. The switching valve 21 switches the path of ammonia in the ammonia flow path 103 between a state in which ammonia passes through the flow path 103a and a state in which ammonia passes through the flow path 103b. In the state in which ammonia passes through the flow path 103a, the ammonia sent from the ammonia tank 13 passes through the second heat exchanger 16b, then the first heat exchanger 16a, and is sent to the combustor 12. On the other hand, in the state in which ammonia passes through the flow path 103b, the ammonia sent from the ammonia tank 13 passes through the second heat exchanger 16b, then the first heat exchanger 16a, and is sent to the combustor 12 without passing through the first heat exchanger 16a.
上記のように、切替機構20-1は、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方を通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bのみを通過する状態との間で切り替える。As described above, the switching mechanism 20-1 switches the path of ammonia in the ammonia flow path 103 between a state in which ammonia passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b and a state in which ammonia passes only through the second heat exchanger 16b.
上記では、切替バルブ21が三方弁である例を説明した。ただし、切替バルブ21は、三方弁でなくてもよい。例えば、開閉弁である切替バルブ21が流路103aおよび流路103bにそれぞれ設けられてもよい。この場合、流路103aの切替バルブ21を開状態にし、流路103bの切替バルブ21を閉状態にすることで、アンモニアが流路103aを通過する状態となる。一方、流路103aの切替バルブ21を閉状態にし、流路103bの切替バルブ21を開状態にすることで、アンモニアが流路103bを通過する状態となる。また、切替機構20-1において、アンモニア流路103のうち分岐する部分の数および接続位置は、特に限定されない。つまり、切替機構20-1において、アンモニア流路103がどのように分岐するかは、特に限定されない。In the above, an example has been described in which the switching valve 21 is a three-way valve. However, the switching valve 21 does not have to be a three-way valve. For example, the switching valve 21, which is an on-off valve, may be provided in each of the flow paths 103a and 103b. In this case, by opening the switching valve 21 of the flow path 103a and closing the switching valve 21 of the flow path 103b, a state is achieved in which ammonia passes through the flow path 103a. On the other hand, by closing the switching valve 21 of the flow path 103a and opening the switching valve 21 of the flow path 103b, a state is achieved in which ammonia passes through the flow path 103b. Furthermore, in the switching mechanism 20-1, the number and connection positions of the branched portions of the ammonia flow path 103 are not particularly limited. In other words, in the switching mechanism 20-1, there are no particular limitations on how the ammonia flow path 103 branches.
温度センサ22は、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度を検出し、検出結果を制御装置23に出力する。温度センサ22は、例えば、アンモニア流路103のうち、第2熱交換器16bと切替バルブ21との間に設けられる。The temperature sensor 22 detects the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b and outputs the detection result to the control device 23. The temperature sensor 22 is provided, for example, in the ammonia flow path 103, between the second heat exchanger 16b and the switching valve 21.
制御装置23は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む。ガスタービンシステム1Bでは、制御装置23は、切替バルブ21の動作を制御する。それにより、制御装置23は、アンモニアの経路を、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方を通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bのみを通過する状態との間で切り替えることができる。The control device 23 includes a central processing unit (CPU), a ROM storing programs and the like, a RAM as a work area, etc. In the gas turbine system 1B, the control device 23 controls the operation of the switching valve 21. This allows the control device 23 to switch the path of the ammonia between a state in which the ammonia passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b and a state in which the ammonia passes only through the second heat exchanger 16b.
制御装置23は、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態に基づいて、アンモニアの経路を切り替える。図3の例では、制御装置23は、例えば、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度に基づいて、アンモニアの経路を切り替える。The control device 23 switches the ammonia path based on the state of ammonia in the ammonia flow path 103. In the example of Fig. 3, the control device 23 switches the ammonia path based on, for example, the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b.
例えば、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度以下である場合、制御装置23は、アンモニアが流路103aを通過するように切替バルブ21を制御し、アンモニアを第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方に通過させる。一方、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度より高い場合、制御装置23は、アンモニアが流路103bを通過するように切替バルブ21を制御し、アンモニアを第2熱交換器16bのみに通過させる。For example, when the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is equal to or lower than the reference temperature, the control device 23 controls the switching valve 21 so that the ammonia passes through the flow path 103a, thereby passing the ammonia through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b. On the other hand, when the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is higher than the reference temperature, the control device 23 controls the switching valve 21 so that the ammonia passes through the flow path 103b, thereby passing the ammonia only through the second heat exchanger 16b.
基準温度は、アンモニアを第1熱交換器16aに通過させた場合に、アンモニアが気化するか否かを判断するための指標である。第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度以下である場合、アンモニアを第1熱交換器16aに通過させてもアンモニアが気化しないと判断できる。一方、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度より高い場合、アンモニアを第1熱交換器16aに通過させるとアンモニアが気化すると判断できる。The reference temperature is an index for determining whether ammonia will vaporize when passed through the first heat exchanger 16a. If the temperature of ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is equal to or lower than the reference temperature, it can be determined that the ammonia will not vaporize even if passed through the first heat exchanger 16a. On the other hand, if the temperature of ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is higher than the reference temperature, it can be determined that the ammonia will vaporize when passed through the first heat exchanger 16a.
アンモニアの経路を上記のように切り替えることによって、熱交換器16を通過するアンモニアが排気ガスから回収する熱量を、アンモニアの気化を抑制しつつ、できるだけ大きくすることができる。By switching the path of the ammonia as described above, the amount of heat recovered from the exhaust gas by the ammonia passing through the heat exchanger 16 can be maximized while suppressing vaporization of the ammonia.
上記では、切替機構20-1が、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度に基づいて、アンモニアの経路を切り替える例を説明した。ただし、切替機構20-1は、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態を示すパラメータとして、上記の温度以外のパラメータに基づいて、アンモニアの経路を切り替えてもよい。例えば、アンモニア流路103におけるアンモニアの流量が、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態を示すパラメータとして用いられてもよい。例えば、アンモニア流路103におけるアンモニアの圧力が、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態を示すパラメータとして用いられてもよい。In the above, an example has been described in which the switching mechanism 20-1 switches the ammonia path based on the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b. However, the switching mechanism 20-1 may switch the ammonia path based on a parameter other than the above temperature as a parameter indicating the state of ammonia in the ammonia flow path 103. For example, the flow rate of ammonia in the ammonia flow path 103 may be used as the parameter indicating the state of ammonia in the ammonia flow path 103. For example, the pressure of ammonia in the ammonia flow path 103 may be used as the parameter indicating the state of ammonia in the ammonia flow path 103.
以上説明したように、ガスタービンシステム1Bでは、熱交換器16は、第1熱交換器16aと、排気流路102のうち第1熱交換器16aより下流側に配置される第2熱交換器16bとを含む。そして、アンモニア流路103には、アンモニアが通過する熱交換器16が互いに異なる複数の状態の間でアンモニアの経路を切り替える切替機構20-1が設けられる。それにより、アンモニア流路103において、アンモニアが通過する熱交換器16の数または種類を変化させることができる。図3の例では、アンモニアが通過する熱交換器16の数を変化させることができる。ゆえに、排気ガスとの熱交換によるアンモニアの温度の上昇度合いを調整できる。よって、熱交換器16を通過するアンモニアが排気ガスから回収する熱量を、アンモニアの気化を抑制しつつ、できるだけ大きくすることができる。As described above, in the gas turbine system 1B, the heat exchanger 16 includes the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b disposed downstream of the first heat exchanger 16a in the exhaust flow path 102. The ammonia flow path 103 is provided with a switching mechanism 20-1 that switches the ammonia path between a plurality of states in which the heat exchangers 16 through which the ammonia passes are different from one another. This makes it possible to change the number or type of heat exchangers 16 through which the ammonia passes in the ammonia flow path 103. In the example of FIG. 3 , the number of heat exchangers 16 through which the ammonia passes can be changed. This makes it possible to adjust the degree of increase in the temperature of the ammonia due to heat exchange with the exhaust gas. This makes it possible to maximize the amount of heat recovered from the exhaust gas by the ammonia passing through the heat exchangers 16 while suppressing vaporization of the ammonia.
特に、切替機構20-1は、上述したように、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態に基づいて、アンモニアの経路を切り替えることが好ましい。それにより、排気ガスとの熱交換によるアンモニアの温度の上昇度合いを、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態に基づいて適切に調整できる。よって、熱交換器16を通過するアンモニアが排気ガスから回収する熱量を、アンモニアの気化を抑制しつつ、できるだけ大きくすることが適切に実現される。In particular, as described above, it is preferable that the switching mechanism 20-1 switches the path of the ammonia based on the state of the ammonia in the ammonia flow path 103. This makes it possible to appropriately adjust the degree of increase in the temperature of the ammonia due to heat exchange with the exhaust gas based on the state of the ammonia in the ammonia flow path 103. This appropriately realizes the amount of heat recovered from the exhaust gas by the ammonia passing through the heat exchanger 16 being maximized while suppressing the vaporization of the ammonia.
図4は、第3の変形例に係るガスタービンシステム1Cの構成を示す模式図である。図4に示すように、第3の変形例に係るガスタービンシステム1Cでは、上述したガスタービンシステム1Bと同様に、熱交換器16として、第1熱交換器16aと、第2熱交換器16bとが設けられる。ただし、第3の変形例に係るガスタービンシステム1Cでは、上述したガスタービンシステム1Bと比較して、切替機構20-1と異なる切替機構20-2が設けられている。Fig. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine system 1C according to a third modified example. As shown in Fig. 4, the gas turbine system 1C according to the third modified example is provided with a first heat exchanger 16a and a second heat exchanger 16b as the heat exchanger 16, similar to the gas turbine system 1B described above. However, compared to the gas turbine system 1B described above, the gas turbine system 1C according to the third modified example is provided with a switching mechanism 20-2 that is different from the switching mechanism 20-1.
切替機構20-2は、上述した切替機構20-1と同様に、アンモニアが通過する熱交換器16が互いに異なる複数の状態の間でアンモニアの経路を切り替える。切替機構20-2では、上述した切替機構20-1と比較して、アンモニア流路103の分岐箇所が増えている。また、切替機構20-2は、上述した切替機構20-1に対して、切替バルブ24と、流量センサ25とが追加されている。Similar to the switching mechanism 20-1 described above, the switching mechanism 20-2 switches the path of the ammonia between a plurality of states in which the heat exchanger 16 through which the ammonia passes is different. Compared to the switching mechanism 20-1 described above, the switching mechanism 20-2 has more branching points in the ammonia flow path 103. Furthermore, the switching mechanism 20-2 additionally includes a switching valve 24 and a flow rate sensor 25 compared to the switching mechanism 20-1 described above.
図4の例では、アンモニア流路103は、ポンプ17より下流側において、流路103cと流路103dとに分岐している。流路103cおよび流路103dは、切替バルブ21より上流側において互いに合流している。流路103cは、第2熱交換器16bを通過する。一方、流路103dは、第2熱交換器16bを通過しない。アンモニア流路103は、図3の例と同様に、切替バルブ21の設置位置において、流路103aと流路103bとに分岐している。流路103aは、第1熱交換器16aを通過する。一方、流路103bは、第1熱交換器16aを通過しない。In the example of Fig. 4, the ammonia flow path 103 branches into a flow path 103c and a flow path 103d downstream of the pump 17. The flow paths 103c and 103d merge with each other upstream of the switching valve 21. The flow path 103c passes through the second heat exchanger 16b. On the other hand, the flow path 103d does not pass through the second heat exchanger 16b. As in the example of Fig. 3, the ammonia flow path 103 branches into a flow path 103a and a flow path 103b at the installation position of the switching valve 21. The flow path 103a passes through the first heat exchanger 16a. On the other hand, the flow path 103b does not pass through the first heat exchanger 16a.
切替バルブ24は、切替バルブ21と同様に、三方弁である。切替バルブ24は、流路103cの上流端と流路103dの上流端との接続部分に設けられる。切替バルブ24は、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を、アンモニアが流路103cを通過する状態と、アンモニアが流路103dを通過する状態との間で切り替える。アンモニアが流路103cを通過する状態では、アンモニアタンク13から送られたアンモニアは、第2熱交換器16bを通過した後に、切替バルブ21に送られる。一方、アンモニアが流路103dを通過する状態では、アンモニアタンク13から送られたアンモニアは、第2熱交換器16bを通過せずに、切替バルブ21に送られる。Similar to the switching valve 21, the switching valve 24 is a three-way valve. The switching valve 24 is provided at a connection between the upstream end of the flow path 103c and the upstream end of the flow path 103d. The switching valve 24 switches the path of ammonia in the ammonia flow path 103 between a state in which ammonia passes through the flow path 103c and a state in which ammonia passes through the flow path 103d. When ammonia passes through the flow path 103c, the ammonia sent from the ammonia tank 13 passes through the second heat exchanger 16b and then is sent to the switching valve 21. On the other hand, when ammonia passes through the flow path 103d, the ammonia sent from the ammonia tank 13 is sent to the switching valve 21 without passing through the second heat exchanger 16b.
切替バルブ21は、図3の例と同様に、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を、アンモニアが流路103aを通過する状態と、アンモニアが流路103bを通過する状態との間で切り替える。アンモニアが流路103aを通過する状態では、切替バルブ21を通過したアンモニアは、第1熱交換器16aを通過し、燃焼器12に送られる。一方、アンモニアが流路103bを通過する状態では、切替バルブ21を通過したアンモニアは、第1熱交換器16aを通過せずに、燃焼器12に送られる。3 , the switching valve 21 switches the path of ammonia in the ammonia flow path 103 between a state in which ammonia passes through the flow path 103a and a state in which ammonia passes through the flow path 103b. In the state in which ammonia passes through the flow path 103a, the ammonia that has passed through the switching valve 21 passes through the first heat exchanger 16a and is sent to the combustor 12. On the other hand, in the state in which ammonia passes through the flow path 103b, the ammonia that has passed through the switching valve 21 is sent to the combustor 12 without passing through the first heat exchanger 16a.
上記のように、切替機構20-2は、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を、アンモニアが第1熱交換器16aを通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aを通過しない状態との間で切り替える。また、切替機構20-2は、アンモニア流路103におけるアンモニアの経路を、アンモニアが第2熱交換器16bを通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bを通過しない状態との間で切り替える。ゆえに、切替機構20-2は、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方を通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aのみを通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bのみを通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bのいずれも通過しない状態との間でアンモニアの経路を切り替えることができる。As described above, the switching mechanism 20-2 switches the path of ammonia in the ammonia flow path 103 between a state in which ammonia passes through the first heat exchanger 16a and a state in which ammonia does not pass through the first heat exchanger 16a. The switching mechanism 20-2 also switches the path of ammonia in the ammonia flow path 103 between a state in which ammonia passes through the second heat exchanger 16b and a state in which ammonia does not pass through the second heat exchanger 16b. Therefore, the switching mechanism 20-2 can switch the path of ammonia between a state in which ammonia passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b, a state in which ammonia passes only through the first heat exchanger 16a, a state in which ammonia passes only through the second heat exchanger 16b, and a state in which ammonia does not pass through either the first heat exchanger 16a or the second heat exchanger 16b.
上記では、切替バルブ24が三方弁である例を説明した。ただし、切替バルブ24は、上述した切替バルブ21と同様に、三方弁でなくてもよい。例えば、開閉弁である切替バルブ24が流路103cおよび流路103dにそれぞれ設けられてもよい。この場合、流路103cの切替バルブ24を開状態にし、流路103dの切替バルブ24を閉状態にすることで、アンモニアが流路103cを通過する状態となる。一方、流路103cの切替バルブ24を閉状態にし、流路103dの切替バルブ24を開状態にすることで、アンモニアが流路103dを通過する状態となる。また、切替機構20-2において、アンモニア流路103のうち分岐する部分の数および接続位置は、特に限定されない。つまり、切替機構20-2において、アンモニア流路103がどのように分岐するかは、特に限定されない。In the above, an example has been described in which the switching valve 24 is a three-way valve. However, like the switching valve 21 described above, the switching valve 24 does not have to be a three-way valve. For example, a switching valve 24 that is an on-off valve may be provided in each of the flow paths 103c and 103d. In this case, by opening the switching valve 24 for the flow path 103c and closing the switching valve 24 for the flow path 103d, ammonia flows through the flow path 103c. On the other hand, by closing the switching valve 24 for the flow path 103c and opening the switching valve 24 for the flow path 103d, ammonia flows through the flow path 103d. Furthermore, in the switching mechanism 20-2, the number and connection positions of the branched portions of the ammonia flow path 103 are not particularly limited. In other words, in the switching mechanism 20-2, there are no particular limitations on how the ammonia flow path 103 branches.
流量センサ25は、アンモニア流路103におけるアンモニアの流量を検出し、検出結果を制御装置23に出力する。流量センサ25は、例えば、アンモニア流路103のうち、ポンプ17と切替バルブ24との間に設けられる。The flow rate sensor 25 detects the flow rate of ammonia in the ammonia flow path 103 and outputs the detection result to the control device 23. The flow rate sensor 25 is provided, for example, in the ammonia flow path 103, between the pump 17 and the switching valve 24.
ガスタービンシステム1Cでは、制御装置23は、切替バルブ21、24の動作をそれぞれ制御する。それにより、制御装置23は、アンモニアの経路を、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方を通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aのみを通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bのみを通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bのいずれも通過しない状態との間で切り替えることができる。In the gas turbine system 1C, the control device 23 controls the operations of the switching valves 21 and 24. As a result, the control device 23 can switch the path of the ammonia among a state in which the ammonia passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b, a state in which the ammonia passes only through the first heat exchanger 16a, a state in which the ammonia passes only through the second heat exchanger 16b, and a state in which the ammonia passes through neither the first heat exchanger 16a nor the second heat exchanger 16b.
制御装置23は、図3の例と同様に、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態に基づいて、アンモニアの経路を切り替える。図4の例では、制御装置23は、例えば、基本的には、アンモニアを第2熱交換器16bに通過させた状態に維持し、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度に基づいて、アンモニアが第1熱交換器16aを通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aを通過しない状態との間でアンモニアの経路を切り替える。Similar to the example of Fig. 3, the control device 23 switches the ammonia path based on the state of ammonia in the ammonia flow path 103. In the example of Fig. 4, for example, the control device 23 basically maintains a state in which ammonia is passed through the second heat exchanger 16b, and switches the ammonia path between a state in which ammonia passes through the first heat exchanger 16a and a state in which ammonia does not pass through the first heat exchanger 16a based on the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b.
例えば、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度以下である場合、制御装置23は、アンモニアが流路103aを通過するように切替バルブ21を制御し、アンモニアを第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方に通過させる。一方、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度より高い場合、制御装置23は、アンモニアが流路103bを通過するように切替バルブ21を制御し、アンモニアを第2熱交換器16bのみに通過させる。For example, when the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is equal to or lower than the reference temperature, the control device 23 controls the switching valve 21 so that the ammonia passes through the flow path 103a, thereby passing the ammonia through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b. On the other hand, when the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is higher than the reference temperature, the control device 23 controls the switching valve 21 so that the ammonia passes through the flow path 103b, thereby passing the ammonia only through the second heat exchanger 16b.
制御装置23は、例えば、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度より高く、かつ、アンモニア流路103におけるアンモニアの流量が基準流量を超える場合には、アンモニアが流路103dおよび流路103bを通過するように切替バルブ24および切替バルブ21をそれぞれ制御する。それにより、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bのいずれにも通過しない状態となる。For example, when the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is higher than the reference temperature and the flow rate of the ammonia in the ammonia flow path 103 exceeds the reference flow rate, the control device 23 controls the switching valve 24 and the switching valve 21 so that the ammonia passes through the flow path 103d and the flow path 103b, respectively. As a result, a state is created in which the ammonia does not pass through either the first heat exchanger 16a or the second heat exchanger 16b.
基準流量は、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度より高い場合において、アンモニアを第2熱交換器16bのみに通過させた場合に、アンモニアが気化するか否かを判断するための指標である。第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度が基準温度より高く、かつ、アンモニア流路103におけるアンモニアの流量が基準流量を超える場合、アンモニアを第2熱交換器16bのみに通過させた場合であっても、アンモニアが気化すると判断できる。The reference flow rate is an index for determining whether or not ammonia will vaporize when the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is higher than the reference temperature and the ammonia is made to pass only through the second heat exchanger 16b. When the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b is higher than the reference temperature and the flow rate of the ammonia in the ammonia flow path 103 exceeds the reference flow rate, it can be determined that the ammonia will vaporize even when the ammonia is made to pass only through the second heat exchanger 16b.
アンモニアの経路を上記のように切り替えることによって、熱交換器16を通過するアンモニアが排気ガスから回収する熱量を、アンモニアの気化を抑制しつつ、できるだけ大きくすることができる。By switching the path of the ammonia as described above, the amount of heat recovered from the exhaust gas by the ammonia passing through the heat exchanger 16 can be maximized while suppressing vaporization of the ammonia.
上記では、切替機構20-2が、第2熱交換器16bを通過したアンモニアの温度、および、アンモニア流路103におけるアンモニアの流量の2つのパラメータに基づいて、アンモニアの経路を切り替える例を説明した。ただし、切替機構20-2は、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態を示すパラメータとして、上記の2つのパラメータ以外のパラメータに基づいて、アンモニアの経路を切り替えてもよい。例えば、上記の2つのパラメータのうちの一方のみが、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態を示すパラメータとして用いられてもよい。例えば、アンモニア流路103におけるアンモニアの圧力が、単独で、または、他のパラメータと併用されて、アンモニア流路103におけるアンモニアの状態を示すパラメータとして用いられてもよい。In the above, an example has been described in which the switching mechanism 20-2 switches the ammonia path based on two parameters: the temperature of the ammonia that has passed through the second heat exchanger 16b and the flow rate of ammonia in the ammonia flow path 103. However, the switching mechanism 20-2 may switch the ammonia path based on a parameter other than the above two parameters as a parameter indicating the state of ammonia in the ammonia flow path 103. For example, only one of the above two parameters may be used as the parameter indicating the state of ammonia in the ammonia flow path 103. For example, the pressure of ammonia in the ammonia flow path 103 may be used alone or in combination with another parameter as a parameter indicating the state of ammonia in the ammonia flow path 103.
上記では、切替機構20-2が、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方を通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bのみを通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bのいずれも通過しない状態との間でアンモニアの経路を切り替える例を説明した。ただし、切替機構20-2は、アンモニアの経路を、アンモニアが第1熱交換器16aのみを通過する状態にしてもよい。例えば、第1熱交換器16aと第2熱交換器16bとの間で、アンモニアの温度の上昇度合いが異なる場合がある。この場合、切替機構20-2は、例えば、アンモニア流路103におけるアンモニアの流量に基づいて、アンモニアが第1熱交換器16aのみを通過する状態と、アンモニアが第2熱交換器16bのみを通過する状態との間でアンモニアの経路を切り替える。それにより、熱交換器16を通過するアンモニアが排気ガスから回収する熱量を、アンモニアの気化を抑制しつつ、できるだけ大きくすることができる。In the above description, an example has been described in which the switching mechanism 20-2 switches the ammonia path between a state in which ammonia passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b, a state in which ammonia passes only through the second heat exchanger 16b, and a state in which ammonia passes through neither the first heat exchanger 16a nor the second heat exchanger 16b. However, the switching mechanism 20-2 may switch the ammonia path between a state in which ammonia passes only through the first heat exchanger 16a. For example, the degree of temperature increase of ammonia may differ between the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b. In this case, the switching mechanism 20-2 switches the ammonia path between a state in which ammonia passes only through the first heat exchanger 16a and a state in which ammonia passes only through the second heat exchanger 16b, for example, based on the flow rate of ammonia in the ammonia flow path 103. This makes it possible to maximize the amount of heat recovered from exhaust gas by ammonia passing through the heat exchanger 16 while suppressing vaporization of ammonia.
以上説明したように、ガスタービンシステム1Cでは、上述したガスタービンシステム1Bと同様に、熱交換器16は、第1熱交換器16aと、排気流路102のうち第1熱交換器16aより下流側に配置される第2熱交換器16bとを含む。そして、アンモニア流路103には、アンモニアが通過する熱交換器16が互いに異なる複数の状態の間でアンモニアの経路を切り替える切替機構20-2が設けられる。ゆえに、上述したガスタービンシステム1Bと同様の効果が奏される。As described above, in the gas turbine system 1C, similarly to the above-described gas turbine system 1B, the heat exchanger 16 includes the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b that is disposed downstream of the first heat exchanger 16a in the exhaust flow path 102. The ammonia flow path 103 is provided with a switching mechanism 20-2 that switches the ammonia path between a plurality of states in which the heat exchanger 16 through which the ammonia passes is different from one another. Therefore, the same effects as those of the above-described gas turbine system 1B are achieved.
上記では、図3および図4を参照して、排気流路102に2つの熱交換器16が設けられる例について説明した。ただし、排気流路102に3つ以上の熱交換器16が設けられてもよい。排気流路102に複数の熱交換器16が設けられる場合に、上述したガスタービンシステム1Aのように、各熱交換器16において、排気流路102とアンモニア流路103との間に熱媒体流路105が介在してもよい。3 and 4 , an example in which two heat exchangers 16 are provided in the exhaust flow path 102 has been described. However, three or more heat exchangers 16 may be provided in the exhaust flow path 102. When multiple heat exchangers 16 are provided in the exhaust flow path 102, a heat medium flow path 105 may be interposed between the exhaust flow path 102 and the ammonia flow path 103 in each heat exchanger 16, as in the gas turbine system 1A described above.
上記では、アンモニアの経路を切り替える切替機構の例として、切替機構20-1および切替機構20-2について説明した。ただし、切替機構は、これらの例に限定されない。例えば、図4の例に対して、流路103bおよび切替バルブ21が省略されてもよい。この場合、アンモニアが第1熱交換器16aおよび第2熱交換器16bの両方を通過する状態と、アンモニアが第1熱交換器16aのみを通過する状態との間でアンモニアの経路を切り替えることができる。In the above, the switching mechanisms 20-1 and 20-2 have been described as examples of switching mechanisms that switch the ammonia path. However, the switching mechanisms are not limited to these examples. For example, the flow path 103b and the switching valve 21 may be omitted from the example of FIG. 4. In this case, the ammonia path can be switched between a state in which ammonia passes through both the first heat exchanger 16a and the second heat exchanger 16b and a state in which ammonia passes only through the first heat exchanger 16a.
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art can conceive of various modifications and alterations within the scope of the claims, and it is understood that such modifications and alterations also fall within the technical scope of the present disclosure.
上記では、ガスタービンシステム1、1A、1B、1Cにおいて、タービン11bから圧縮機11aに伝達された回転動力が発電機を駆動させるエネルギーとして利用される例を説明した。ただし、ガスタービンシステム1、1A、1B、1Cにおいて、タービン11bから圧縮機11aに伝達された回転動力が、例えば、船舶等の移動体を駆動させる目的等の他の用途に利用されてもよい。In the above, an example has been described in which the rotational power transmitted from the turbine 11 b to the compressor 11 a is used as energy to drive the generator in the gas turbine systems 1, 1A, 1B, and 1C. However, in the gas turbine systems 1, 1A, 1B, and 1C, the rotational power transmitted from the turbine 11 b to the compressor 11 a may be used for other purposes, such as to drive a moving body such as a ship.
本開示は、ガスタービンシステムの効率の向上に資するので、例えば、持続可能な開発目標(SDGs)の目標7「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」に貢献することができる。The present disclosure contributes to improving the efficiency of gas turbine systems, thereby contributing, for example, to Sustainable Development Goal (SDG) 7, "Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy."
1:ガスタービンシステム 1A:ガスタービンシステム 1B:ガスタービンシステム
1C:ガスタービンシステム 12:燃焼器 13:アンモニアタンク 14:ボイラ
16:熱交換器 16a:第1熱交換器 16b:第2熱交換器 20-1:切替機構
20-2:切替機構 102:排気流路 103:アンモニア流路 105:熱媒体流路1: Gas turbine system 1A: Gas turbine system 1B: Gas turbine system 1C: Gas turbine system 12: Combustor 13: Ammonia tank 14: Boiler 16: Heat exchanger 16a: First heat exchanger 16b: Second heat exchanger 20-1: Switching mechanism 20-2: Switching mechanism 102: Exhaust flow path 103: Ammonia flow path 105: Heat medium flow path
Claims (4)
前記アンモニアタンクと接続され、前記アンモニアが液体の状態で供給される燃焼器と、
前記燃焼器と接続される排気流路と、
前記排気流路に設けられるボイラと、
前記排気流路のうち前記ボイラより下流側に配置され、前記アンモニアタンクと前記燃焼器とを接続するアンモニア流路が通過する熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器において、前記アンモニアは、気化しない程度に加熱される、
ガスタービンシステム。 an ammonia tank in which ammonia is stored in a liquid state;
a combustor connected to the ammonia tank and supplied with the ammonia in a liquid state;
an exhaust flow path connected to the combustor;
a boiler provided in the exhaust flow path;
a heat exchanger that is disposed in the exhaust passage downstream of the boiler and through which an ammonia passage that connects the ammonia tank and the combustor passes;
Equipped with
In the heat exchanger, the ammonia is heated to a degree that does not vaporize.
Gas turbine systems.
請求項1に記載のガスタービンシステム。 In the heat exchanger, a heat medium flow path is interposed between the exhaust flow path and the ammonia flow path.
The gas turbine system of claim 1 .
前記アンモニア流路には、前記アンモニアがいずれの前記熱交換器を通過するのかが切り替わるように、前記アンモニアの経路を切り替える切替機構が設けられる、
請求項1または2に記載のガスタービンシステム。 the heat exchanger includes a first heat exchanger and a second heat exchanger disposed downstream of the first heat exchanger in the exhaust flow path,
The ammonia flow path is provided with a switching mechanism that switches the path of the ammonia so as to switch which of the heat exchangers the ammonia passes through .
The gas turbine system according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のガスタービンシステム。 the switching mechanism switches the path of the ammonia based on at least one of a temperature, a flow rate, and a pressure of the ammonia in the ammonia flow path.
The gas turbine system of claim 3 .
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