(57)【要約】  燃料が供給される複数の燃料供給路（３ａ）と、燃料または燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路（３ｂ）と、各燃料供給路（３ａ）または各燃料兼掃気流体供給路（３ｂ）の下流端に設けられて、各燃料供給路（３ａ）または各燃料兼掃気流体供給路（３ｂ）から導かれた燃料または掃気流体を噴射する複数の噴射孔（７ａ、７ｂ）と、を有するガスタービン用燃料ノズル（１）と、燃料兼掃気流体供給路（３ｂ）に接続されて掃気流体を導く掃気流体供給路（２１）と、掃気流体を燃料の自己着火温度未満に冷却する掃気流体冷却手段（２３）と、を備える。
2012057282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が供給される複数の燃料供給路と、燃料または前記燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路と、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路の下流端に設けられて、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路から導かれた前記燃料を噴射する複数の噴射孔と、を有するガスタービン用燃料ノズルと、
前記燃料兼掃気流体供給路に接続されて前記掃気流体を導く掃気流体供給路と、
前記掃気流体を燃料の自己着火温度未満に冷却する掃気流体冷却手段と、を備えるガスタービン。
【請求項２】
前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室内から抽気された流体を前記掃気流体として導き、
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路の外周に設けられる複数の突起物である請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
複数の前記突起物は、ガスタービンを包囲するガスタービン外衣に設けられる換気ファンの吸込み口の近傍に設けられる請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室から抽気された流体を前記掃気流体として導き、
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路上に設けられて、冷却媒体と前記掃気流体とが熱交換する熱交換手段である請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項５】
前記熱交換手段は、ガスタービン冷却空気冷却器であり、
前記掃気流体は、前記ガスタービン冷却空気冷却器により冷却された前記流体の一部である請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記熱交換手段は、前記冷却媒体に水を用いる水冷式である請求項４に記載のガスタービン。
【請求項７】
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路に圧縮した空気を前記掃気流体として供給する圧縮機である請求項１に記載のガスタービン。
【請求項８】
前記燃料兼掃気流体供給路の上流側には、前記燃料の流量を制御する燃料流量制御弁と、前記燃料の圧力を制御する燃料圧力制御弁と、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に設けられて、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に導かれた前記掃気流体を大気に放出する大気開放手段と、を有する請求項１から請求項７のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項９】
前記掃気流体供給路は、前記掃気流体冷却手段の下流側に掃気流体供給用開閉弁と、前記掃気流体冷却手段と前記掃気流体供給用開閉弁との間から分岐する掃気流体放出路と、を備え、
該掃気流体放出路は、掃気流体放出用開閉弁を有し、
ガスタービン起動の際には、前記掃気流体供給用開閉弁が全閉とされて、前記掃気流体放出用開閉弁が全開とされる請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１０】
前記掃気流体供給用開閉弁は、前記掃気流体放出路より下流側に２箇所設けて、
該掃気流体供給用開閉弁の間の前記掃気流体供給路には、掃気流体圧抜き路が分岐しており、
該掃気流体圧抜き路は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方の動きに連動して作動する掃気流体圧抜き用開閉弁を備え、
該掃気流体圧抜き用開閉弁は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方が全閉の際に全開とされる請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記掃気流体供給用開閉弁に設けられて、弁開度を検知する開度検知手段と、
ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能と、ガスタービンの運転を停止する緊急停止機能と、を有する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記開度検知手段が検知する弁開度に基づいて前記掃気流体供給用開閉弁が異常であると判定した場合には、前記緊急停止機能および／または前記負荷降下機能を作動する請求項９または請求項１０に記載のガスタービン
【請求項１２】
前記掃気流体冷却手段の下流側に設けられて、該掃気流体冷却手段から導出される前記掃気流体の温度を検知する温度検知手段と、
ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能を有する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記温度検知手段が検知する前記掃気流体の温度が前記燃料の自己着火温度以上であると判定した場合には、前記負荷降下機能を作動する請求項１から請求項１１のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記掃気流体放出用開閉弁の下流側または前記掃気流体圧抜き用開閉弁の下流側には、オリフィスを設ける請求項９から請求項１２のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料が導かれるパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が供給され、前記燃料供給路には、予混合方式によって燃焼する前記気体燃料が供給される請求項１から請求項１３のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１５】
前記制御装置は、負荷遮断時に、前記掃気流体の供給を停止し、予混合方式の前記燃料供給路に供給される燃料の流量を増加させる請求項１２に記載のガスタービン。
【請求項１６】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料または液体燃料が導かれるデュアル燃料焚きパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が、また、前記燃料供給路には、拡散方式によって燃焼する前記液体燃料が供給される請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１７】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として予混合方式によって燃焼する気体燃料または前記掃気流体が前記燃料兼掃気流体供給路に供給されるメインノズルであって、
該メインノズルは、複数設けられて、ガスタービンの運転に応じて、一部の前記メインノズルに前記掃気流体が供給される請求項１から請求項１５のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載のガスタービンを備えたガスタービンプラント。
【請求項１９】
前記ガスタービンを包囲するガスタービン外衣を備える請求項１８に記載のガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンおよびこれを備えたガスタービンプラントに関し、燃焼時のスイープに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンに設けられている燃焼器には、パイロットノズルと、メインノズルとが設けられている。パイロットノズルから噴射された燃料を燃焼させて得られる火炎は、メインノズルによる燃焼の種火として用いられる。燃料として燃料ガスと燃料油とを選択的に用いて燃焼を行うデュアル燃料焚き燃焼器の場合には、油焚き運転の際に燃料として燃料ガスを噴射しないパイロットノズルに高温の燃焼ガスが逆流してパイロットノズルが焼損する恐れがある。そのために、ガスタービンの車室から導いた空気を用いてパイロットノズルをスイープしている（例えば、引用文献１）。【０００３】
また、特許文献２には、燃焼器に複数設けられているメインノズルを所定数のブロックに分けて各ブロックを順次作動・停止させるステージング処理を行うことによって、パイロットノズルによる燃焼からメインノズルによる燃焼への切替え時におけるメインノズルでの急激な着火を防止して、ガスタービンの損傷を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９５２８４号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料ガスの主成分であるメタンの自己着火温度が約４４５℃であるため、特許文献１に記載の発明では、最高温度が約５００℃になる車室から導かれた空気によってスイープした場合には、燃料ガスが自己着火して発火する恐れがあるという問題があった。【０００６】
また、特許文献２に記載の発明は、ステージング処理を円滑に行ってガスタービンの損傷を防止することについてであり、ステージング処理によって燃料ガスの噴射を停止させたメインノズル内に残存する燃料ガスが自己着火して発火することについての対策は開示されていない。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃料の自己着火を防止しつつスイープを実施することが可能なガスタービンおよびこれを備えたガスタービンプラント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】
上記課題を解決するために、本発明のガスタービンおよびこれを備えたガスタービンプラントは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係るガスタービンによれば、燃料が供給される複数の燃料供給路と、燃料または前記燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路と、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路の下流端に設けられて、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路から導かれた燃料を噴射する複数の噴射孔と、を有するガスタービン用燃料ノズルと、前記燃料兼掃気流体供給路に接続されて前記掃気流体を導く掃気流体供給路と、前記掃気流体を燃料の自己着火温度未満に冷却する掃気流体冷却手段と、を備える。【０００９】
燃料として燃料ガスを用いるガスタービン用燃料ノズルには、燃料ガスを噴射しない場合に高温の燃焼ガスが噴射孔に逆流することによってガスタービン用燃料ノズルが焼損することを防止するために、燃料兼掃気流体供給路にガスタービンの車室から抽気した空気を導いてスイープが実施されている。しかし、燃料兼掃気流体供給路に燃料ガスの自己着火温度に近い高温の空気が導かれた場合には、燃料兼掃気流体供給路内に残存した燃料ガスが着火してガスタービン用燃料ノズルが焼損したり、燃料ガスが自己着火して爆発する危険性があった。【００１０】
そこで、ガスタービン用燃料ノズルの燃料兼掃気流体供給路へ掃気流体冷却手段によって燃料の自己着火温度未満に冷却された掃気流体を掃気流体供給路から導くこととした。そのため、燃料兼掃気流体供給路内に残存する燃料による自己着火を防止するとともに、ガスタービン用燃料ノズルが焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【００１１】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室内から抽気された流体を前記掃気流体として導き、前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路の外周に設けられる複数の突起物である構成としてもよい。【００１２】
燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室との間を接続する掃気流体供給路の外周には、掃気流体冷却手段として複数の突起物を設けることとした。そのため、ガスタービン運転中に最高温度が約５００℃になる車室から掃気流体供給路に導かれた掃気流体を掃気流体供給路の外周に複数設けられた突起物による放熱によって冷却することができる。この突起物による放熱により、掃気流体の温度を燃料の自己着火温度未満に下げられるようになっている。したがって、掃気流体供給路から燃料兼掃気流体供給路へと導く掃気流体の温度を燃料の自己着火温度未満に冷却することができる。【００１３】
さらに、上記構成においては、複数の前記突起物は、ガスタービンを包囲するガスタービン外衣に設けられる換気ファンの吸込み口の近傍に設けられるようにしてもよい。【００１４】
ガスタービンを包囲するガスタービン外衣に設けられる換気ファンの吸込み口の近傍に複数の突起物を設けることとした。そのため、換気ファンに吸引される空気と掃気流体供給路の外周に設けられる突起物とを積極的に接触させることができる。したがって、掃気流体供給路内に導かれる掃気流体の放熱を促進させることができる。【００１５】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室から抽気された流体を前記掃気流体として導き、前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路上に設けられて、冷却媒体と前記掃気流体とが熱交換する熱交換手段である構成としてもよい。【００１６】
掃気流体冷却手段として掃気流体供給路上に設けられる熱交換手段を用いて、ガスタービンの車室内から抽気した高温（例えば約５００℃）の流体を掃気流体として冷却媒体と熱交換させることとした。そのため、燃料兼掃気流体供給路へと冷却した掃気流体を導くことができる。したがって、燃料兼掃気流体供給路へと導く掃気流体の温度を燃料の自己着火温度未満に冷却することができる。【００１７】
さらに、上記構成においては、前記熱交換手段は、ガスタービン冷却空気冷却器であり、前記掃気流体は、前記ガスタービン冷却空気冷却器により冷却された前記流体の一部であるようにしてもよい。【００１８】
一般的に、高温の燃焼ガスによって駆動されるガスタービンは、そのタービン軸やタービン翼を冷却する冷却するために、車室の高圧空気を抽気してその空気をガスタービン冷却空気冷却器（ＴＣＡクーラ）に通して冷却した後に、タービン軸やタービン翼に供給して冷却している。【００１９】
そこで、本発明では、ガスタービン冷却空気冷却器によって冷却された流体の一部を掃気流体として用いることとした。そのため、掃気流体を冷却するための熱交換手段を別途設置する必要がなくなる。したがって、設備費を低下することができる。【００２０】
さらに、上記構成においては、前記熱交換手段は、前記冷却媒体に水を用いる水冷式であるようにしてもよい。【００２１】
掃気流体を冷却する熱交換手段の冷却媒体に水を用いることとした。そのため、空冷式の熱交換手段に比べて、効率的に掃気流体を冷却することができる。【００２２】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路に圧縮した空気を前記掃気流体として供給する圧縮機である構成としてもよい。【００２３】
圧縮機を掃気流体冷却手段として用いることとした。これにより、圧縮機によって昇圧されて温度が低下した空気を掃気流体として掃気流体供給路へと導くことができる。したがって、燃料兼掃気流体供給路へと燃料の自己着火温度未満に冷却された掃気流体を導くことができる。【００２４】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記燃料兼掃気流体供給路の上流側には、前記燃料の流量を制御する燃料流量制御弁と、前記燃料の圧力を制御する燃料圧力制御弁と、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に設けられて、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に導かれた前記掃気流体を大気に放出する大気開放手段と、を有する構成としてもよい。【００２５】
燃料兼掃気流体供給路の上流側に設けられる燃料の圧力を制御する燃料圧力制御弁と燃料の流量を制御する燃料流量制御弁との間には、燃料流量制御弁と燃料圧力制御弁との間に導かれた掃気流体を大気に放出する大気開放手段を設けることとした。そのため、燃料流量制御弁と燃料圧力制御弁との間に燃料兼掃気流体供給路から導かれた掃気流体が流入した場合であっても、大気開放手段によって掃気流体を大気に放出することができる。したがって、燃料流量制御弁と燃料圧力制御弁との間の燃料に掃気流体が混入して爆発することを防止することができる。【００２６】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記掃気流体供給路は、前記掃気流体冷却手段の下流側に掃気流体供給用開閉弁と、前記掃気流体冷却手段と前記掃気流体供給用開閉弁との間から分岐する掃気流体放出路と、を備え、該掃気流体放出路は、掃気流体放出用開閉弁を有し、ガスタービン起動の際には、前記掃気流体供給用開閉弁が全閉とされて、前記掃気流体放出用開閉弁が全開とされる構成としてもよい。【００２７】
ガスタービンを起動した際等、掃気流体の温度が十分に上昇していない場合や掃気流体供給路が暖気されていない場合には、温度が上昇していない掃気流体を掃気流体冷却手段によって冷却することによって、掃気流体が凝縮してドレンを生じる恐れがある。このドレンを含んだ掃気流体を燃料兼掃気流体供給路に供給した後に、燃料兼掃気流体供給路に燃料を供給してガスタービンを運転した場合には、燃料にドレンが混入してしまう。【００２８】
そこで、掃気流体供給用開閉弁を掃気流体冷却手段の下流側に設けて、掃気流体放出路を掃気流体供給用開閉弁と掃気流体冷却手段との間から分岐することとした。さらに、掃気流体放出路には、掃気流体放出用開閉弁を設け、ガスタービン起動の際に掃気流体供給用開閉弁を全閉として掃気流体放出用開閉弁を全開とすることとした。そのため、ガスタービンを起動した際等に生じるドレンを掃気流体放出路から排出することができる。したがって、燃料兼掃気流体供給路を経て噴射孔から噴射される燃料にドレンが混入することを防止することができる。【００２９】
さらに、上記構成においては、前記掃気流体供給用開閉弁は、前記掃気流体放出路より下流側に２箇所設けて、該掃気流体供給用開閉弁の間の前記掃気流体供給路には、掃気流体圧抜き路が分岐しており、該掃気流体圧抜き路は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方の動きに連動して作動する掃気流体圧抜き用開閉弁を備え、該掃気流体圧抜き用開閉弁は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方が全閉の際に全開とされるようにしてもよい。【００３０】
燃料兼掃気流体供給路への掃気流体の遮断は、掃気流体供給用開閉弁を全閉にすることによって行うことができる。【００３１】
そこで、掃気流体供給路上であって掃気流体放出路よりも下流側に、掃気流体供給用開閉弁を２個所に設けることとした。このように、掃気流体供給用開閉弁に冗長性をもたせることによって、掃気流体供給用開閉弁のどちらか一方に不具合が生じた場合であっても、他方の掃気流体供給用開閉弁によって燃料兼掃気流体供給路から燃料が逆流することを防止することができる。【００３２】
さらに、２箇所に設けた掃気流体供給用開閉弁の間から掃気流体圧抜き路を分岐させて、掃気流体圧抜き路には、掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方に連動して作動する掃気流体圧抜き用開閉弁を設けることとした。これにより、燃料兼掃気流体供給路から掃気流体供給路へと燃料が逆流した場合であっても、燃料を掃気流体圧抜き路から排出することができる。したがって、ガスタービンを安全に運転することができる。【００３３】
さらに、上記構成においては、前記掃気流体供給用開閉弁に設けられて、弁開度を検知する開度検知手段と、ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能と、ガスタービンの運転を停止する緊急停止機能と、を有する制御装置と、を備え、該制御装置は、前記開度検知手段が検知する弁開度に基づいて前記掃気流体供給用開閉弁が異常であると判定した場合には、前記緊急停止機能および／または前記負荷降下機能を作動するようにしてもよい。【００３４】
掃気流体供給用開閉弁にはその弁開度を検知する開度検知手段を設けて、制御装置が掃気流体供給用開閉弁の弁開度が異常であると判定した場合には、ガスタービンの運転を停止する緊急停止機能および／またはガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能を作動させることとした。これによって、掃気流体供給用開閉弁への指令が全開の際に掃気流体供給用開閉弁の弁開度が全開になっていない場合に、燃料兼掃気流体供給路に導かれる掃気流体が不足することによって、ガスタービンのノズル等が損傷する等してガスタービンの運転に支障が生じることを防止することができる。【００３５】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記掃気流体冷却手段の下流側に設けられて、該掃気流体冷却手段から導出される前記掃気流体の温度を検知する温度検知手段と、ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能を有する制御装置と、を備え、該制御装置は、前記温度検知手段が検知する前記掃気流体の温度が前記燃料の自己着火温度以上であると判定した場合には、前記負荷降下機能を作動する構成としてもよい。【００３６】
掃気流体冷却手段により冷却された掃気流体の温度を検知する温度検知手段を掃気流体冷却手段の下流側に設けて、制御装置が温度検知手段が燃料の自己着火温度以上の掃気流体温度を検知した際に、ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能を作動することとした。これにより、掃気流体冷却手段の不具合等により燃料兼掃気流体供給路に導かれる掃気流体の温度が燃料の自己着火温度以上になった場合に、ガスタービンの運転負荷を降下してガスタービンの車室から抽気される掃気流体の温度を下げることができる。そのため、温度の低下した掃気流体を燃料兼掃気流体供給路に供給することができる。したがって、ガスタービンの健全性を図ることができる。【００３７】
さらに、上記構成においては、前記掃気流体放出用開閉弁の下流側または前記掃気流体圧抜き用開閉弁の下流側には、オリフィスを設けるようにしてもよい。【００３８】
掃気流体放出用開閉弁または掃気流体圧抜き用開閉弁の下流側にオリフィスを設けることとした。そのため、燃料兼掃気流体供給路に掃気流体を供給する際に掃気流体排出用開閉弁または掃気流体圧抜き用開閉弁に異常が生じて弁開度が全閉にならない場合であっても、オリフィスによって掃気流体放出路または掃気流体圧抜き路から大気に排出される掃気流体の流量を制限することができる。これにより、燃料兼掃気流体供給路に導かれる掃気流体が不足することによって、ガスタービンのノズル等が損傷する等してガスタービンの運転に支障が生じることを防止することができる。したがって、健全性を維持してガスタービンの運転を行うことができる。【００３９】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料が導かれるパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が供給され、前記燃料供給路には、予混合方式によって燃焼する前記気体燃料が供給される構成としてもよい。【００４０】
拡散方式によって燃焼する気体燃料が導かれる燃料兼掃気流体供給路には、掃気流体冷却手段によって気体燃料の自己着火温度未満に冷却された掃気流体を掃気流体供給路から導くこととした。そのため、燃料兼掃気流体供給路内に残存する気体燃料による自己着火を防止するとともに、パイロットノズルが焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【００４１】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記制御装置は、負荷遮断時に、前記掃気流体の供給を停止し、予混合方式の燃料供給路に供給される燃料の流量を増加させる構成としてもよい。【００４２】
スイープ動作オンのときに負荷遮断が発生した際は、火炎保持のための拡散パイロット燃料を即座に投入することができない。よってこの負荷遮断時は、一定時間、予混合用燃料供給管３ａに供給される予混合パイロット燃料ガスの流量が増加される。これによって、スイープ空気が供給されていた拡散用燃料供給管３ｂの圧抜きを行うと共に、火炎を安定させることができる。【００４３】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料または液体燃料が導かれるデュアル燃料焚きパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が、また、前記燃料供給路には、拡散方式によって燃焼する前記液体燃料が供給される構成としてもよい。【００４４】
拡散方式によって燃焼する気体燃料が供給される燃料兼掃気流体供給路には、掃気流体冷却手段によって気体燃料の自己着火温度未満に冷却された掃気流体を掃気流体供給路から導くこととした。そのため、ガスタービンの液体燃料焚き運転の場合に、自己着火温度未満に冷却された掃気流体を燃料兼掃気流体供給路に導くことにより燃料兼掃気流体供給路内に残存する気体燃料による自己着火を防止するとともに、パイロットノズルが焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【００４５】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンにおいては、前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として予混合方式によって燃焼する気体燃料または前記掃気流体が前記燃料兼掃気流体供給路に供給されるメインノズルであって、該メインノズルは、複数設けられて、ガスタービンの運転に応じて、一部の前記メインノズルに前記掃気流体が供給される構成としてもよい。【００４６】
ガスタービンが低負荷運転の場合には、ガスタービンに設けられる複数のメインノズルの一部を停止して、残りのメインノズルとパイロットノズルとを用いて燃焼を行うステージング方式が用いられることによって、ガスタービンから排出される窒素酸化物の降下が図られている。【００４７】
そこで、本発明では、ステージング方式によるガスタービンの運転が行われる場合に、一部のメインノズルの燃料兼掃気流体供給路に冷却された掃気流体を供給することとした。そのため、一部のメインノズルを停止した場合であっても、停止したメインノズルの燃料兼掃気流体供給路内に残存する気体燃料による自己着火を防止してメインノズルが焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【００４８】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンプラントは、上記のいずれかに記載のガスタービンを備える。【００４９】
損傷の発生を抑制することが可能なガスタービンを用いることとした。したがって、ガスタービンプラントの健全な運転を維持することができる。【００５０】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンプラントにおいては、前記ガスタービンを包囲するガスタービン外衣を備える構成としてもよい。【００５１】
ガスタービンプラントは、ガスタービンを包囲するガスタービン外衣に設けられる換気ファンの吸込み口の近傍に掃気流体冷却手段を設けることとした。そのため、掃気流体冷却手段と換気ファンに吸引される空気とを積極的に接触させることができる。これにより、掃気流体供給路内に導かれた掃気流体の放熱を促進させて燃料兼掃気流体供給路内に残存する燃料による自己着火を防止するとともに、ガスタービン用燃料ノズルが焼損することを防止することができる。
【発明の効果】
【００５２】
ガスタービン用燃料ノズルの燃料兼掃気流体供給路へ掃気流体冷却手段によって燃料の自己着火温度未満に冷却された掃気流体を掃気流体供給路から導くこととした。そのため、燃料兼掃気流体供給路内に残存する燃料による自己着火を防止するとともに、ガスタービン用燃料ノズルが焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る掃気流体冷却手段を有するガスタービンの概略構成図である。
【図２】図１に示すガスタービンを内含するガスタービンエンクロージャーに設けられている換気ファンの吸込み口に設けられている掃気流体冷却手段の配置を示す部分拡大配置図である。
【図３】図１に示すガスタービンのバルブのタイミングチャートである。
【図４】図１に示すガスタービンのスイープ動作のフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るガスタービンに導かれるスイープ空気の掃気流体冷却手段の概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るガスタービンに導かれるスイープ空気の掃気流体冷却手段の概略構成図である
【図７】本発明の第４実施形態に係る掃気流体冷却手段を備えているガスタービンの概略構成図である。
【図８】図７に示すガスタービンのバルブのタイミングチャートである。
【図９】図７に示すガスタービンのスイープ動作のフローチャートである。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る掃気流体冷却手段を備えているガスタービンの概略構成図である。
【図１１】図１０に示すガスタービンの燃焼器の縦断面概略構成図である。
【図１２】図１０に示すガスタービンのバルブのタイミングチャートである。
【図１３】図１０に示すガスタービンのスイープ動作のフローチャートである。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る掃気流体冷却手段を備えているガスタービンの概略構成図である。
【図１５】図１４に示すガスタービンのバルブのタイミングチャートである。
【図１６】図１４に示すガスタービンのスイープ動作のフローチャートである。
【図１７】本発明の第７実施形態に係る掃気流体冷却手段を備えているガスタービンの概略構成図である。
【図１８】図１７に示すガスタービンのバルブのタイミングチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図４を用いて説明する。
図１には、本実施形態に係る掃気流体冷却手段を有するガスタービンの概略構成図が示されている。
ガスタービンコンバインドプラント（ガスタービンプラント）に設けられているガスタービン（図示せず）は、燃料として燃料ガス（気体燃料）を用いる。ガスタービンは、図示しない圧縮機、燃焼器およびタービンを有している。このガスタービンコンバインドプラントとしては、トッピングサイクルとしてガスタービンが用いられ、ボトミングサイクルとして図示しない排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）および排熱回収ボイラによって発生した蒸気により駆動される蒸気タービン（図示せず）が用いられている。【００５５】
ガスタービンに設けられている燃焼器には、パイロットノズル（ガスタービン用燃料ノズル）１と、パイロットノズル１の外周に複数配置されているメインノズル１１と、が設けられている。【００５６】
パイロットノズル１は、燃焼器内の空気流中に燃料ガス（燃料）を供給するものである。パイロットノズル１は、複数のパイロットノズル用燃料供給管３と、複数のパイロットノズル用燃料供給管３を内含しているパイロットノズル本体４と、パイロットノズル本体４の下流側の先端部に形成されているパイロットノズル用噴射孔（噴射孔）７と、を有している。【００５７】
パイロットノズル本体４は、燃焼器内の空気の流れ方向に沿って配置されている。パイロットノズル本体４に内含されている複数のパイロットノズル用燃料供給管３は、予混合方式において用いられる予混合用燃料供給管（燃料供給路）３ａと、拡散方式において用いられる拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂと、から構成されている。【００５８】
予混合用燃料供給管３ａには、ガスタービンの低負荷運転および高負荷運転の際に燃料ガス（以下、「予混合パイロット燃料ガス」という。）が供給される。拡散用燃料供給管３ｂには、燃料ガス（以下、「拡散パイロット燃料ガス」という。）または拡散パイロット燃料ガスを掃気する空気（掃気流体）が供給される。拡散用燃料供給管３ｂには、ガスタービンの低負荷運転の際には拡散パイロット燃料ガスが供給されるが、ガスタービンの高負荷運転の際には後述するスイープ空気（掃気流体）が供給される。【００５９】
各予混合用燃料供給管３ａまたは各拡散用燃料供給管３ｂの下流端には、各予混合用燃料供給管３ａまたは各拡散用燃料供給管３ｂから導かれた予混合パイロット燃料ガスまたは拡散パイロット燃料ガスを噴射する複数のパイロットノズル用噴射孔（噴射孔）７が設けられている。予混合用燃料供給管３ａに連通しているパイロットノズル用噴射孔７ａは、拡散用燃料供給管３ｂに連通しているパイロットノズル用噴射孔７ｂよりも燃焼器内の空気流の上流側に設けられている。【００６０】
パイロットノズル１は、ガスタービンの低負荷運転の際には、拡散用燃料供給管３ｂから拡散パイロット燃料ガスおよび予混合用燃料供給管３ａから予混合パイロット燃料ガスを燃焼器内に噴射して燃焼する。ガスタービンが高負荷運転の際には、予混合用燃料供給管３ａから予混合パイロット燃料ガスのみが燃焼器内に噴射されて燃焼する。このようなパイロットノズル１から噴射された燃料を燃焼させて得られる火炎は、メインノズル１１による燃焼の種火として用いられる。【００６１】
メインノズル１１は、燃焼器内の空気流中に燃料ガスであるメイン燃料ガスを供給するものである。メインノズル１１は、メインノズル用燃料供給管１３と、メインノズル用燃料供給管１３を内含しているメインノズル本体１４と、メインノズル本体１４の下流側に形成されているメインノズル用噴射孔１７と、を有している。【００６２】
メインノズル本体１４は、燃焼器内の空気の流れ方向に沿って配置されている。メインノズル本体１４に内含されているメインノズル用燃料供給管１３は、予混合方式において用いられるメイン燃料ガスを供給する。【００６３】
メインノズル用燃料供給管１３の下流端は、複数に分岐しており、メインノズル用燃料供給管１３から導かれたメイン燃料ガスを噴射する複数のメインノズル用噴射孔１７が設けられている。分岐しているメインノズル用燃料供給管１３に連通しているメインノズル用噴射孔１７は、パイロットノズル１に設けられているパイロットノズル用噴射孔７ａ、７ｂよりも燃焼器内の空気流中の上流側に設けられている。メインノズル用燃料供給管１３から空気流中に噴射されたメイン燃料ガスは、パイロットノズル１によって生成された火炎を種火として燃焼する。【００６４】
拡散用燃料供給管３ｂには、ガスタービンの車室（図示せず）から抽気された高温の空気（例えば、約５００℃）をスイープ空気として導くスイープ空気供給管（掃気流体供給路）２１が接続されている。スイープ空気供給管２１には、２つの開閉弁２２が設けられている。２つの開閉弁２２ａ、２２ｂの間のスイープ空気供給管２１は、その外周に複数の突起物（掃気流体冷却手段）２３を有している。【００６５】
突起物２３としては、具体例には、図２に示すように冷却フィンが好ましい。このスイープ空気供給管２１に設けられている複数の冷却フィン（突起物）２３は、スイープ空気供給管２１に導かれた高温のスイープ空気の熱を放熱するものである。これら冷却フィン２３によって、スイープ空気供給管２１内を通過する高温のスイープ空気が冷却されることとなる。【００６６】
より詳しくは、ガスタービンの車室から抽気された高温（約５００℃）のスイープ空気がスイープ空気供給管２１を通過するときに、スイープ空気供給管２１の外周に複数設けられている冷却フィン２３からの放熱により、スイープ空気は約４４０℃に冷却されるようになっている。この約４４０℃という温度は、拡散用燃料供給管３ｂ（図１参照）に残存している拡散パイロット燃料ガスの主成分であるメタンの自己着火温度（約４４５℃）未満の値の一例である。【００６７】
拡散用燃料供給管３ｂの上流側には、拡散用燃料供給管３ｂに供給される拡散パイロット燃料ガスの流量を制御する燃料流量調整弁２４と、拡散パイロット燃料ガスの圧力を制御する燃料圧力調整弁２５と、燃料流量調整弁２４と燃料圧力調整弁２５との間に設けられて燃料流量調整弁２４と燃料圧力調整弁２５との間に導かれた拡散用燃料供給管３ｂからのスイープ空気を大気に開放する大気開放手段２６と、が設けられている。【００６８】
燃料圧力調整弁２５は、燃料流量調整弁２４よりも上流側に設けられている。燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４は、ガスタービンの負荷状態に応じてその開度が制御されるものである。
大気開放手段２６は、燃料圧力調整弁２５と燃料流量調整弁２４との間から分岐して接続されている大気開放管２６ａと、大気開放管２６ａ上に設けられているベントバルブ２６ｂと、を備えている。ベントバブル２６ｂを開閉することによって、燃料圧力調整弁２５と燃料流量調整弁２４との間を大気開放管２６ａを介して大気に連通させることができる。【００６９】
図２には、ガスタービンを包囲しているガスタービンエンクロージャー２８の吸込み口に設けられている掃気流体冷却手段の配置を示す部分拡大配置図が示されている。
ガスタービンは、その外周をガスタービンエンクロージャー（ガスタービン外衣）２８によって包囲されている。ガスタービンエンクロージャー２８は、タービンの車室、圧縮機および燃焼器の外周を包囲している。これによって、ガスタービンで発生する騒音の周囲への拡散を防止している。【００７０】
ガスタービンエンクロージャー２８には、ガスタービンエンクロージャー２８内の温度上昇を抑制するために換気管２９を介して換気ファン３０が設けられている。ガスタービンエンクロージャー２８と換気ファン３０との間には、ガスタービンエンクロージャー２８内の空気を換気ファン３０に導く複数の換気管２９が設けられている。各換気管２９は、ガスタービンエンクロージャー２８の例えば上部に接続されている。ガスタービンエンクロージャー２８の上部には、ガスタービンエンクロージャー２８内の空気を各換気管２９へと導く換気ファン３０の吸込み口２９ａが形成されている。【００７１】
スイープ空気供給管２１は、ガスタービンエンクロージャー２８内をガスタービンエンクロージャー２８の上部に沿うように配置されており、スイープ空気供給管２１に設けられている複数の冷却フィン２３は、吸込み口２９ａの近傍に設けられている。【００７２】
具体的には、冷却フィン２３は、吸込み口２９ａとの最短距離が１０ｃｍ以下となるものが少なくとも一つ含まれる範囲にある配置とされる。これによって、換気ファン３０に吸引される空気とスイープ空気供給管２１の外周に設けられている冷却フィン２３とを積極的に接触させることができる。【００７３】
次に、本実施形態のガスタービンのスイープ動作について、図３に示すバルブタイミングチャートと、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
図３には、図１に示すガスタービンのバルブタイミングチャートが示されている。【００７４】
図３のバルブタイミングチャートに示されているＡ１は、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａの開閉状態を示し、Ａ２は、開閉弁２２ｂの開閉状態を示し、ＦＣＶは、拡散用燃料供給管３ｂの上流側に設けられている燃料流量調整弁２４の開閉状態を示し、ＰＣＶは、燃料圧力調整弁２５の開閉状態を示し、ＶＶは、大気開放管２６ａに設けられているベントバルブ２６ｂの開閉状態を示し、ＳＡは、スイープ動作のオン・オフ状態を示し、ＰＧＫは、ガスタービンの負荷状態に応じて拡散用燃料供給管３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガスの噴射状況を示し、ＰＧＹは、ガスタービンの負荷状態に応じて予混合用燃料供給管３ａから噴射される予混合パイロット燃料ガスの噴射状況を示し、ＭＧＹは、メインノズル１１から噴射されるメイン燃料ガスの噴射状態を示している。【００７５】
ガスタービンの運転が停止している場合には、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａ、２２ｂ、拡散用燃料供給管３ｂの上流側に設けられている燃料圧力調整弁２５、燃料流量調整弁２４およびベントバルブ２６ｂは、全閉状態であり、拡散用燃料供給管３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガス、予混合用燃料供給管３ａから噴射される予混合パイロット燃料ガスおよびメインノズル１１から噴射されるメイン燃料ガスの噴射は、停止されている。【００７６】
ガスタービンが低負荷運転の場合には、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開状態とされ、開閉弁２２ａ、２２ｂおよびベントバルブ２６ｂは、全閉状態のままである。燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開状態とされるため、拡散用燃料供給管３ｂには、拡散パイロット燃料ガスが供給される。【００７７】
拡散用燃料供給管３ｂに供給された拡散パイロット燃料ガスは、拡散用燃料供給管３ｂに連通しているパイロットノズル用噴射孔７ｂから燃焼器内の空気流中に噴射されて燃焼する。また、予混合用燃料供給管３ａにも予混合パイロット燃料ガスが供給されて、予混合用燃料供給管３ａに連通しているパイロットノズル用噴射孔７ａから燃焼器内の空気流中に予混合パイロット燃料ガスが噴射されて燃焼する。これら拡散用燃料供給管３ｂおよび予混合用燃料供給管３ａから供給された拡散パイロット燃料ガスおよび予混合パイロット燃料ガスによる火炎を種火として、メインノズル１１からメイン燃料ガスが噴射されて燃焼する。【００７８】
なお、予混合パイロット燃料ガスの噴射は、拡散パイロット燃料ガスの噴射と略同時期でなくても良く、例えば、拡散パイロット燃料ガスの噴射後に予混合パイロット燃料ガスの噴射が行われても良い。【００７９】
ガスタービンが高負荷運転の場合には、開閉弁２２ａ、２２ｂおよびベントバルブ２６ｂが開状態とされる。開閉弁２２ａ、２２ｂが全開状態とされるため、ガスタービンの車室から抽気されてスイープ空気供給管２１に導かれたスイープ空気を拡散用燃料供給管３ｂへと導いて、拡散用燃料供給管３ｂのスイープを開始（オン）することとなる。また、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４は、全閉状態とされる。そのため、拡散用燃料供給管３ｂからの拡散パイロット燃料ガスの噴射が停止される。【００８０】
この際、ガスタービンの車室から抽気された高温（約５００℃）のスイープ空気がスイープ空気供給管２１を通過するときに、スイープ空気供給管２１の外周に複数設けられている冷却フィン２３からの放熱により、スイープ空気は約４４０℃に冷却されるようになっている。この約４４０℃という温度は、拡散用燃料供給管３ｂに残存している拡散パイロット燃料ガスの主成分であるメタンの自己着火温度（約４４５℃）未満の値の一例である。【００８１】
スイープ空気供給管２１から拡散用燃料供給管３ｂへと導かれた冷却されたスイープ空気は、拡散用燃料供給管３ｂからパイロットノズル用噴射孔７ｂへと導かれる。拡散用燃料供給管３ｂには、冷却されたスイープ空気が導かれるため、残存している拡散パイロット燃料ガスが自己着火するのを防止するとともに、燃焼器内の火炎や高温の燃焼ガスがパイロットノズル用噴射孔７ｂから拡散用燃料供給管３ｂへと逆流することを防止することができる。【００８２】
また、スイープ空気供給管２１から拡散用燃料供給管３ｂへと導かれた冷却されたスイープ空気の一部が燃料圧力調整弁２５と燃料流量調整弁２４との間に流入した場合であっても、大気開放管２６ａに設けられているベントバルブ２６ｂが開状態にされるため、拡散用燃料供給管３ｂに流入したスイープ空気を大気に開放することができる。そのため、燃料圧力調整弁２５と燃料流量調整弁２４との間に溜まっている燃料ガスに拡散用燃料供給管３ｂから導かれたスイープ空気の一部が混入した場合であっても、燃料ガスの爆発を抑制することができる。【００８３】
ガスタービンが高負荷運転から低負荷運転になった場合には、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開状態とされ、開閉弁２２ａ、２２ｂおよびベントバルブ２６ｂが全閉状態とされる。これにより、スイープ動作が停止（オフ）となり、拡散用燃料供給管３ｂには、拡散パイロット燃料ガスが供給されて燃焼器内に噴射される。
なお、ガスタービンの低負荷運転、高負荷運転時共に、予混合パイロット燃料ガスおよびメイン燃料ガスの噴射は継続されている。【００８４】
図３に示したバルブタイミングチャート中のスイープ動作に関するフローチャートについて図４を用いて説明する。
拡散用燃料供給管３ｂのスイープ運転動作を開始する（ステップＳ１）。スイープ運転動作が開始されると、ガスタービンが高負荷運転か低負荷運転かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、ガスタービンが高負荷運転であると判定された場合には、拡散用燃料供給管３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガスを停止状態（オフ）にし、予混合用燃料供給管３ａから噴射される予混合パイロット燃料ガスを噴射状態（オン）にし、メインノズル１１から噴射されるメイン燃料ガスを噴射状態（オン）にする（ステップＳ３）。【００８５】
ステップＳ３において、拡散パイロット燃料ガス、予混合パイロット燃料ガスおよびメイン燃料ガスの噴射状態が設定された後、大気開放管２６ａに設けられているベントバルブ２６ｂが開状態とされる（ステップＳ４）。その後、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａ、２２ｂが開状態とされて、拡散用燃料供給管３ｂに冷却されたスイープ空気が導かれることとなる。これにより、拡散用燃料供給管３ｂのスイープ動作が開始（オン）される（ステップＳ５）。【００８６】
ステップＳ２において、ガスタービンが低負荷運転であると判定された場合には、拡散用燃料供給管３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガスを噴射状態（オン）にし、予混合用燃料供給管３ａから噴射される予混合パイロット燃料ガスを噴射状態（オン）にし、メインノズル１１から噴射されるメイン燃料ガスを噴射状態（オン）にし（ステップＳ６）、拡散用燃料供給管３ｂをスイープすることなくスイープ運転動作は終了する（ステップＳ７）。【００８７】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えたガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
パイロットノズル（ガスタービン用燃料ノズル）１の拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂへは、スイープ空気（掃気流体）をスイープ空気供給管（掃気流体供給路）２１から導くこととした。このスイープ空気は、掃気流体冷却手段２３によって拡散パイロット燃料ガス（燃料）の主成分であるメタンの自己着火温度未満に冷却されて導かれる。そのため、拡散用燃料供給管３ｂ内に残存している拡散パイロット燃料ガスによる自己着火を防止するとともに、パイロットノズル１が焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【００８８】
掃気流体冷却手段として複数の冷却フィン（突起物）２３を設けることとした。そのため、ガスタービン運転中に最高温度が約５００℃になる車室からスイープ空気供給管２１に導かれたスイープ空気をスイープ空気供給管２１の外周に複数設けられた冷却フィン２３による放熱によって冷却することができる。したがって、スイープ空気供給管２１から拡散用燃料供給管３ｂへと導くスイープ空気の温度を拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度（約４４５℃）未満の約４４０℃に冷却することができる。【００８９】
ガスタービンを包囲しているガスタービンエンクロージャー（ガスタービン外衣）２８に設けられている換気ファン３０の吸込み口２９ａの近傍に、スイープ空気供給管２１の外周に複数設けられている冷却フィン２３を配置することとした。そのため、換気ファン３０に吸引される空気とスイープ空気供給管２１の外周に複数設けられている冷却フィン２３とを積極的に接触させることができる。したがって、スイープ空気供給管２１内に導かれるスイープ空気の放熱を促進させることができる。【００９０】
拡散用燃料供給管３ｂの上流側に設けられて、拡散用燃料供給管３ｂに導かれる拡散パイロット燃料ガスの圧力を制御する燃料圧力制御弁２５と拡散パイロット燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御弁２４との間には、燃料流量制御弁２４と燃料圧力制御弁２５との間に導かれたスイープ空気を大気に放出する大気開放手段２６を設けることとした。そのため、燃料流量制御弁２４と燃料圧力制御弁２５との間に拡散用燃料供給管３ｂから導かれたスイープ空気が流入した場合であっても、大気開放手段２６によってスイープ空気を大気に放出することができる。したがって、燃料流量制御弁２４と燃料圧力制御弁２５との間の拡散パイロット燃料ガスにスイープ空気が混入して爆発することを防止することができる。【００９１】
パイロットノズル１の焼損の発生を抑制することが可能なガスタービンを用いることとした。したがって、ガスタービンコンバインドプラント（ガスタービンプラント）の健全な運転を維持することができる。【００９２】
［第２実施形態］
本実施形態は、掃気流体冷却手段として空気圧縮機を用いる点で、第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５には、本実施形態に係るガスタービンに導かれるスイープ空気の掃気流体冷却手段の概略構成図が示されている。【００９３】
掃気流体冷却手段は、拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂに接続されているスイープ空気供給管（掃気流体供給路）３１に圧縮した空気（掃気流体）をスイープ空気として供給する外部別置きの空気圧縮機（圧縮機）３２である。スイープ空気供給管３１は、拡散用燃料供給管３ｂと空気圧縮機３２との間を接続している。スイープ空気供給管３１には、空気圧縮機３２から供給されたスイープ空気の拡散用燃料供給管３ｂへの供給・遮断を行う開閉弁３３が設けられている。【００９４】
空気圧縮機３２は、吸引した大気を圧縮してスイープ空気としてスイープ空気供給管３１へと吐出するものであり、例えば、２台設けられている。空気圧縮機３２から吐出されたスイープ空気は、拡散用燃料供給管３ｂへ導かれる。このスイープ空気の温度は、高くても６０°Ｃ程度であり、拡散パイロット燃料ガスの主成分であるメタンの自己着火温度よりも十分に低い値である。【００９５】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えたガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
空気圧縮機３２を掃気流体冷却手段として用いることとした。これにより、空気圧縮機３２から供給された空気（６０°Ｃ程度）をスイープ空気（掃気流体）として拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂへと導くことができる。したがって、拡散用燃料供給管３ｂへと拡散パイロット燃料ガス（燃料）の主成分であるメタンの自己着火温度（約４４５℃）未満のスイープ空気を導くことができる。【００９６】
［第３実施形態］
本実施形態は、掃気流体冷却手段として空気圧縮機およびＴＣＡクーラを用いる点で、第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図６には、本実施形態に係るガスタービンに導かれるスイープ空気の掃気流体冷却手段の概略構成図を示している。【００９７】
掃気流体冷却手段は、スイープ空気供給管（掃気流体供給路）４１上に設けられて、空気（冷却媒体）と、ガスタービンの車室４５から抽気されたスイープ空気（掃気流体）とが熱交換するＴＣＡクーラ（ガスタービン冷却空気冷却器）４２と、ＴＣＡクーラ４２によって冷却されたスイープ空気を圧縮する空気圧縮機４３と、を備えている。スイープ空気供給管４１に設けられている空気圧縮機４３の下流には、スイープ空気の拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂへの供給・遮断を行う開閉弁４４が設けられている。【００９８】
ＴＣＡクーラ４２（熱交換手段）は、車室４５から抽気された高温（約５００℃）の空気を、冷却媒体である空気と熱交換するものである。これによって、車室４５から抽気された約５００℃の空気は、例えば約２００℃に冷却されてＴＣＡクーラ４２から導出される。ＴＣＡクーラ４２において空気と熱交換して約２００℃に冷却された抽気された空気の一部は、スイープ空気としてスイープ空気供給管４１から空気圧縮機４３へと導かれる。また、残りの抽気された空気は、ガスタービンのタービン軸（図示せず）やタービン翼（図示せず）の冷却に用いられる。【００９９】
空気圧縮機４３は、ＴＣＡクーラ４２によって約２００℃に冷却されたスイープ空気を空気圧縮機４３の下流側のスイープ空気供給管４１へと供給する。空気圧縮機４３は、例えば１台設けられている。空気圧縮機４３によって供給されたスイープ空気は、図示しないドレンセパレータを通過することによってスイープ空気中に含まれているドレンが除去される。スイープ空気中から除去されたドレンは、スイープ空気供給管４１上に設けられているドレンバルブ４６からスイープ空気供給管４１外へと排出される。【０１００】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えたガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
掃気流体冷却手段としてＴＣＡクーラ（熱交換手段、ガスタービン冷却空気冷却器）４２を用いて、ガスタービンの車室４５から抽気した高温（例えば約５００℃）の空気を空気（冷却媒体）と熱交換させることとした。そのため、ＴＣＡクーラ４２によって冷却された（約２００℃）空気をスイープ空気（掃気流体）としてスイープ空気供給管（掃気流体供給路）４１から拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂへと導くことができる。したがって、拡散用燃料供給管３ｂへと導くスイープ空気の温度を拡散パイロット燃料ガス（燃料）の主成分であるメタンの自己着火温度（約４４５℃）未満の約４００℃に冷却することができる。【０１０１】
ＴＣＡクーラ４２によって冷却された空気（流体）の一部をスイープ空気として用いることとした。そのため、スイープ空気を冷却するための熱交換手段を別途設置する必要がなくなる。したがって、設備費を低下することができる。【０１０２】
なお、本実施形態では、ＴＣＡクーラ４２から導出されたスイープ空気を空気圧縮機４３を介して空気圧縮機４３の下流側のスイープ空気供給管４１へと供給するとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気圧縮機４３を設けないものとしても良い。【０１０３】
また、ＴＣＡクーラ４２の冷却媒体として空気を用いるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガスタービンコンバインドプラントに設けられている排熱回収ボイラから導かれる蒸気などであっても良い。【０１０４】
［第４実施形態］
本実施形態は、メインノズルおよびパイロットノズルが燃料油または燃料ガスを噴射するデュアル式である点で、第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７には、本実施形態に係る掃気流体冷却手段を備えているガスタービンの概略構成図が示されている。【０１０５】
パイロットノズル（ガスタービン用燃料ノズル）５１は、燃焼器内の空気流中に燃料油（液体燃料）と燃料ガス（気体燃料）とを選択的に供給するデュアル燃料焚きパイロットノズルである。パイロットノズル５１は、パイロットノズル用燃料供給管５３と、複数のパイロットノズル用燃料供給管５３を内含しているパイロットノズル本体５４と、パイロットノズル本体５４の下流側の先端部に形成されているパイロットノズル用噴射孔（噴射孔）５７と、を有している。【０１０６】
パイロットノズル本体５４は、燃焼器内の空気の流れ方向に沿って配置されている。パイロットノズル本体５４に内含されているパイロットノズル用燃料供給管５３は、拡散方式において用いられる燃料を供給するものである。パイロットノズル用燃料供給管５３は、ガスタービンの油焚き運転の際に燃料油（以下、「拡散パイロット燃料油」という。）が供給される拡散用燃料油供給管（燃料供給路）５３ａと、ガスタービンのガス焚き運転の際に燃料ガス（以下、「拡散パイロット燃料ガス」という。）が供給されて、ガスタービンの油焚き運転の際にはスイープ空気（掃気流体）が供給される拡散用燃料ガス供給管（燃料兼掃気流体供給路）５３ｂと、を有している。【０１０７】
各拡散用燃料油供給管５３ａまたは各拡散用燃料ガス供給管５３ｂの下流端は、各拡散用燃料油供給管５３ａまたは各拡散用燃料ガス供給管５３ｂから導かれた拡散パイロット燃料油または拡散パイロット燃料ガスを噴射する複数のパイロットノズル用噴射孔５７が設けられている。拡散用燃料ガス供給管５３ｂに連通しているパイロットノズル用噴射孔５７ｂは、拡散用燃料油供給管５３ａに連通しているパイロットノズル用噴射孔５７ａよりも燃焼器内の空気流の下流側に設けられている。【０１０８】
パイロットノズル５１は、ガスタービンのガス焚き運転の際には、拡散用燃料ガス供給管５３ｂから拡散パイロット燃料ガスを燃焼器内に噴射して燃焼する。ガスタービンが油焚き運転の際には、拡散用燃料油供給管５３ａから拡散パイロット燃料油を燃焼器内に噴射して燃焼する。【０１０９】
メインノズル６１は、燃焼器内の空気流中に液体燃料であるメイン燃料油または気体燃料であるメイン燃料ガスを供給するものである。メインノズル６１は、メインノズル用燃料ガス供給管６６と、メインノズル用燃料油供給管６３およびメインノズル用燃料ガス供給管６６を内含しているメインノズル本体６４と、メインノズル用燃料油供給管６３と、メインノズル本体６４の下流側の先端部に形成されているメインノズル用噴射孔６７と、を有している。【０１１０】
メインノズル本体６４は、燃焼器内の空気の流れ方向に沿って配置されている。メインノズル本体６４に内含されているメインノズル用燃料油供給管６３は、油焚き運転の際に予混合方式によりメイン燃料油を供給するものである。また、メインノズル本体６４に内含されているメインノズル用燃料ガス供給管６６は、ガス焚き運転の際に予混合方式によりメイン燃料ガスを供給するものである。【０１１１】
メインノズル用燃料油供給管６３の下流端は、２つに分岐してメインノズル用噴射孔６７ａに連通しており、空気流中にメイン燃料油を供給する。メインノズル用燃料ガス供給管６６の下流端は、複数に分岐して各々メインノズル用噴射孔６７ｂに連通しており、メイン燃料ガスを供給する。【０１１２】
次に、本実施形態のガスタービンのスイープ動作について、図８に示すバルブタイミングチャートと、図９に示すフローチャートを用いて説明する。
図８には、図７に示したガスタービンのバルブタイミングチャートが示されている。【０１１３】
図８のバルブタイミングチャートに示されているＡ１は、スイープ空気供給管（掃気流体供給路）２１に設けられている開閉弁２２ａの開閉状態を示し、Ａ２は、開閉弁２２ｂの開閉状態を示し、ＦＣＶは、拡散用燃料ガス供給管５３ｂの上流側に設けられている燃料流量調整弁２４の開閉状態を示し、ＰＣＶは、燃料圧力調整弁２５の開閉状態を示し、ＶＶは、大気開放管２６ａに設けられているベントバルブ２６ｂの開閉状態を示し、ＳＡは、スイープ動作のオン・オフ状態を示し、ＰＧＫは、ガスタービンの負荷状態に応じて拡散用燃料ガス供給管５３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガスの噴射状況を示し、ＰＯＫは、ガスタービンの負荷状態に応じて拡散用燃料油供給管５３ａから噴射される拡散パイロット燃料油の噴射状況を示し、ＭＧＹは、メインノズル用燃料ガス供給管６６から噴射されるメイン燃料ガスの噴射状態を示し、ＭＯＹは、メインノズル用燃料油供給管６３から噴射されるメイン燃料油の噴射状態を示している。【０１１４】
ガスタービンの運転が停止している場合には、開閉弁２２ａ、２２ｂ、燃料圧力調整弁２５、燃料流量調整弁２４、ベントバルブ２６ｂは、閉状態であり、拡散パイロット燃料ガス、拡散パイロット燃料油、メイン燃料ガスおよびメイン燃料油の噴射は、停止されている。【０１１５】
ガスタービンがガス焚き運転の場合には、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開状態とされ、開閉弁２２ａ、２２ｂおよびベントバルブ２６ｂは、閉状態とされる。燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開状態とされるため、拡散用燃料ガス供給管５３ｂには、拡散パイロット燃料ガスが供給される。【０１１６】
拡散用燃料ガス供給管５３ｂに供給された拡散パイロット燃料ガスは、拡散用燃料ガス供給管５３ｂに連通しているパイロットノズル用噴射孔５７ｂから燃焼器内の空気流中に噴射されて燃焼する。また、メインノズル用燃料ガス供給管６６にもメイン燃料ガスが供給されて、拡散パイロット燃料ガスが燃焼した火炎を種火として燃焼する。なお、拡散パイロット燃料油およびメイン燃料油の噴射は、停止されている。【０１１７】
ガスタービンが油焚き運転の場合には、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａ、２２ｂおよびベントバルブ２６ｂが開状態とされる。開閉弁２２ａ、２２ｂが開状態とされるため、ガスタービンの車室から抽気されてスイープ空気供給管２１に導かれたスイープ空気を拡散用燃料ガス供給管５３ｂへと導いて、拡散用燃料ガス供給管５３ｂのスイープを開始（オン）することとなる。また、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４は、閉状態とされる。そのため、拡散用燃料ガス供給管５３ｂからの拡散パイロット燃料ガスの噴射が停止される。【０１１８】
スイープ空気供給管２１から拡散用燃料ガス供給管５３ｂへと導かれた冷却された（例えば約４００℃）スイープ空気は、拡散用燃料ガス供給管５３ｂからパイロットノズル用噴射孔５７ｂへと導かれる。拡散用燃料ガス供給管５３ｂには、冷却されたスイープ空気が導かれるため、残存している拡散パイロット燃料ガスの主成分であるメタンが自己着火するのを防止するとともに、燃焼器内の火炎や高温の燃焼ガスがパイロットノズル用噴射孔５７ｂから拡散用燃料ガス供給管５３ｂへと逆流することを防止することができる。なお、拡散パイロット燃料ガスおよびメイン燃料ガスの噴射は、停止とされている。【０１１９】
ガスタービンがガス焚き運転になった場合には、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開状態とされ、開閉弁２２ａ、２２ｂおよびベントバルブ２６ｂが閉状態とされる。これにより、拡散用燃料ガス供給管５３ｂには、拡散パイロット燃料ガスが供給されてパイロットノズル用噴射孔５７ｂから燃焼器内に噴射される。また、メインノズル用燃料ガス供給管６６には、メイン燃料ガスが供給されてメインノズル用噴射孔６７ｂから燃焼器内に噴射される。なお、拡散パイロット燃料油およびメイン燃料油の噴射は、停止とされている。【０１２０】
図８に示したバルブタイミングチャート中のスイープ動作に関するフローチャートについて図９を用いて説明する。
拡散用燃料ガス供給管５３ｂのスイープ運転動作を開始する（ステップＳ１１）。スイープ運転動作が開始されると、ガスタービンが油焚き運転かガス焚き運転かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、ガスタービンが油焚き運転であると判定された場合には、拡散パイロット燃料ガスおよびメイン燃料ガスの噴射を停止状態（オフ）にし、拡散パイロット燃料油およびメイン燃料油を噴射状態（オン）にする（ステップＳ１３）。【０１２１】
ステップＳ１３において、拡散パイロット燃料ガス、メイン燃料ガス、拡散パイロット燃料油およびメイン燃料油の噴射状態が設定された後、大気開放管２６ａに設けられているベントバルブ２６ｂが開状態とされる（ステップＳ１４）。その後、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａ、２２ｂが開状態とされて、拡散用燃料ガス供給管５３ｂに冷却したスイープ空気が導かれることとなる。これにより、拡散用燃料ガス供給管５３ｂのスイープ動作が開始（オン）される（ステップＳ１５）。【０１２２】
ステップＳ１２において、ガスタービンがガス焚き運転であると判定された場合には、噴射される拡散パイロット燃料油およびメイン燃料油を停止状態（オフ）にし、噴射される拡散パイロット燃料ガスおよびメイン燃料ガスを噴射状態（オン）にし（ステップＳ１６）、拡散用燃料ガス供給管５３ｂをスイープすることなくスイープ運転動作は終了する（ステップＳ１７）【０１２３】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えたガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
拡散方式によって燃焼する拡散用燃料ガス供給管（燃料兼掃気流体供給路）５３ｂには、冷却フィン（掃気流体冷却手段）２３によって拡散パイロット燃料ガス（気体燃料）の主成分であるメタンの自己着火温度（約４５０℃）未満の約４４０℃に冷却されたスイープ空気（掃気流体）をスイープ空気供給管（掃気流体供給路）２１から導くこととした。このように、ガスタービンの油焚き運転（液体燃料焚き運転）の場合に、上記自己着火温度未満に冷却されたスイープ空気をスイープ空気供給管２１に導くことにより、拡散用燃料ガス供給管５３ｂ内に残存している拡散パイロット燃料ガスの主成分であるメタンによる自己着火を防止するとともに、パイロットノズル（ガスタービン用燃料ノズル）５１が焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【０１２４】
［第５実施形態］
本実施形態は、メインノズルがスイープされる点で、第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０には、本実施形態に係る掃気流体冷却手段を備えているガスタービンの概略構成図が示されている。図１１には、図１０に示すガスタービンの燃焼器の縦断面概略構成図が示されている。【０１２５】
図１１に示すように、ガスタービンに設けられている燃焼器９０には、パイロットノズル７１と、パイロットノズル７１の外周に複数（例えば、８本）配置されているメインノズル（ガスタービン用燃料ノズル）８１と、が設けられている。８本からなるメインノズル８１は、選択的にメイン燃料ガス（燃料）の噴射の停止・開始が行われるステージング方式である。【０１２６】
図１０に示すように、パイロットノズル７１に設けられているパイロットノズル用燃料供給管７３は、拡散方式において用いられて燃料ガス（以下、「パイロット燃料ガス」という。）が供給される。パイロットノズル用燃料供給管７３に供給されたパイロット燃料ガスは、パイロットノズル用燃料供給管７３の下流側に設けられているパイロットノズル用噴射孔７７から噴射される。【０１２７】
メインノズル８１は、燃焼器９０（図１１参照）内の空気流中に燃料であるメイン燃料ガス（気体燃料）を予混合方式において供給するものである。メインノズル８１は、メインノズル用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）８３と、メインノズル用燃料供給管８３を内含して、燃焼器９０内の空気の流れ方向に沿って配置されているメインノズル本体８４と、メインノズル本体８４の下流側に形成されているメインノズル用噴射孔８７（噴射孔）と、を有している。【０１２８】
メインノズル用燃料供給管８３の下流端は、複数に分岐しており、メインノズル用燃料供給管８３から導かれたメイン燃料ガスを噴射する複数のメインノズル用噴射孔８７が設けられている。分岐したメインノズル用燃料供給管８３に連通しているメインノズル用噴射孔８７は、パイロットノズル７１に設けられているパイロットノズル用噴射孔７７よりも燃焼器９０内の空気流の上流側に設けられている。メインノズル用燃料供給管８３から空気流中に噴射されたメイン燃料ガスは、パイロットノズル７１によって生成された火炎を種火として燃焼する。【０１２９】
メインノズル用燃料供給管８３には、ガスタービンの車室（図示せず）から抽気された高温の空気（例えば、約５００℃）をスイープ空気（掃気流体）として導くスイープ空気供給管２１が接続されている。スイープ空気供給管２１には、２つの開閉弁２２が設けられている。２つの開閉弁２２ａ、２２ｂの間のスイープ空気供給管２１は、その外周に複数の冷却フィン（掃気流体冷却手段）２３を有している。このスイープ空気供給管２１に設けられている複数の冷却フィン２３は、スイープ空気供給管２１に導かれた高温のスイープ空気の熱を放熱する。これら冷却フィン２３によって、スイープ空気供給管２１内を通過する高温のスイープ空気が冷却されることとなる。【０１３０】
メインノズル用燃料供給管８３の上流側には、メインノズル用燃料供給管８３に供給されるメイン燃料ガスの流量を制御する燃料流量調整弁２４と、メイン燃料ガスの圧力を制御する燃料圧力調整弁２５と、燃料流量調整弁２４と燃料圧力調整弁２５との間に設けられて燃料流量調整弁２４と燃料圧力調整弁２５との間に導かれたメインノズル用燃料供給管８３からのスイープ空気を大気に開放する大気開放手段２６と、が設けられている。【０１３１】
次に、本実施形態のガスタービンのスイープ動作について、図１２に示すバルブタイミングチャートと、図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
図１２には、図１０および図１１に示したガスタービンのバルブタイミングチャートが示されている。【０１３２】
図１２のバルブタイミングチャートに示されているＡ１は、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａの開閉状態を示し、Ａ２は、開閉弁２２ｂの開閉状態を示し、ＦＣＶは、メインノズル用燃料供給管８３の上流側に設けられている燃料流量調整弁２４の開閉状態を示し、ＰＣＶは、燃料圧力調整弁２５の開閉状態を示し、ＶＶは、大気開放管２６ａに設けられているベントバルブ２６ｂの開閉状態を示し、ＳＡは、スイープ動作のオン・オフ状態を示し、ＰＧＫは、パイロットノズル７１から噴射されるパイロット燃料ガスの噴射状況を示し、ＭＧＹは、ガスタービンの負荷状態に応じてメインノズル８１から噴射されるメイン燃料ガスの噴射状態を示している。【０１３３】
ここで、図１２に示すＡ１、Ａ２、ＦＣＶ、ＰＣＶ、ＶＶ、ＳＡ、ＭＧＹに付されているｊは、選択的にメインノズル８１からメイン燃料ガスを噴射するステージング方式において、ステージングが行われた場合にメイン燃料ガスの噴射の停止・開始が行われるメインノズル８１ｊを示しており、同様に付されているｉは、ステージングが行われた場合であってもメイン燃料ガスの噴射を停止しないメインノズル８１ｉであることを示している。【０１３４】
ステージングが行われた場合にメイン燃料ガスの噴射を停止するメインノズル８１としては、図１０においては、図面上方のメインノズル８１ｊを示し、図１１においては、図面右側の、例えば３本のメインノズル（白抜きにバツ印）８１ｊを示す。また、ステージングが行われた場合であってもメイン燃料ガスの噴射を停止しないメインノズル８１としては、図１０においては、図面下方のメインノズル８１ｉを示し、図１１においては、図面左側の、例えば５本のメインノズル８１ｉ（白抜き）を示す。【０１３５】
ガスタービンの運転が停止している場合には、全スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａｉ、２２ａｊ、２２ｂｉ、２２ｂｊ、燃料圧力調整弁２５ｉ、２５ｊ、燃料流量調整弁２４ｉ、２４ｊおよびベントバルブ２６ｂｉ、２６ｂｊは、閉状態であり、パイロットノズル７１から噴射されるパイロット燃料ガスおよび各メインノズル８１ｉ、８１ｊから噴射されるメイン燃料ガスの噴射は、停止されている。【０１３６】
ガスタービンが着火して運転して全燃状態の場合には、燃料圧力調整弁２５ｉ、２５ｊおよび燃料流量調整弁２４ｉ、２４ｊが開状態とされ、開閉弁２２ａｉ、２２ａｊ、２２ｂｉ、２２ｂｊおよびベントバルブ２６ｂｉ、２６ｂｊは、閉状態とされる。燃料圧力調整弁２５ｉ、２５ｊおよび燃料流量調整弁２４ｉ、２４ｊが開状態とされるため、全メインノズル８１ｉ、８１ｊからメイン燃料ガスが噴射されて燃焼する。この場合には、パイロットノズル７１からパイロット燃料ガスが噴射されて各メインノズル８１ｉ、８１ｊの種火となる。【０１３７】
ガスタービンがステージング運転される場合には、メインノズル８１ｊからのメイン燃料ガスの噴射が停止され、メインノズル８１ｉからのメイン燃料ガスの噴射とパイロットノズル７１からのパイロット燃料との噴射による燃焼となる。【０１３８】
この場合には、メインノズル８１ｊの燃料圧力調整弁２５ｊおよび燃料流量調整弁２４ｊが閉状態とされて、メイン燃料ガスの供給が停止する。また、メインノズル８１ｊの開閉弁２２ａｊ、２２ｂｊおよびベントバルブ２６ｂｊが開状態とされる。開閉弁２２ａｊ、２２ｂｊが開状態とされるため、ガスタービンの車室から抽気されてメインノズル８１ｊに接続されているスイープ空気供給管２１に導かれたスイープ空気をメインノズル８１ｊのメインノズル用燃料供給管８３へと導いて、メインノズル用燃料供給管８３のスイープを開始（オン）することとなる。【０１３９】
一方、メインノズル８１ｉの燃料圧力調整弁２５ｉおよび燃料流量調整弁２４ｉは、開状態とされて、メインノズル８１ｉから噴射されるメイン燃料ガスは噴射状態とされる。また、メインノズル８１ｉの開閉弁２２ａｉ、２２ｂｉおよびベントバルブ２６ｂｉが閉状態とされるため、メインノズル８１ｉのメインノズル用燃料供給管８３には、スイープ空気が導かれない。【０１４０】
これらのように、メインノズル８１ｊからのメイン燃料ガスの噴射を停止してメインノズル８１ｊにスイープ空気を導き、メインノズル８１ｉからのメイン燃料ガスの噴射を行うことによって、ガスタービンの低負荷運転時におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量の降下を図るとともに、メインノズル８１ｊが焼損することを防止することができる。【０１４１】
ガスタービンがステージング運転ではなくなった場合には、燃料圧力調整弁２５ｉ、２５ｊおよび燃料流量調整弁２４ｉ、２４ｊが開状態とされ、開閉弁２２ａｉ、２２ａｊ、２２ｂｉ、２２ｂｊおよびベントバルブ２６ｂｉ、２６ｂｊが、閉状態とされる。パイロットノズル７１のパイロットノズル用燃料供給管７３からは、パイロット燃料ガスが燃焼器９０内に噴射される。また、燃料圧力調整弁２５ｉ、２５ｊおよび燃料流量調整弁２４ｉ、２４ｊが開状態とされるため、各メインノズル８１ｉ、８１ｊのメインノズル用燃料供給管８３からメイン燃料ガスが噴射される。【０１４２】
図１２に示したバルブタイミングチャート中のスイープ動作に関するフローチャートについて図１３を用いて説明する。
メインノズル８１ｊのスイープ運転動作を開始する（ステップＳ３１）。スイープ運転動作が開始されると、ガスタービンがステージング運転であるかを判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２において、ガスタービンがステージング運転であると判定された場合には、パイロットノズル７１から噴射するパイロット燃料ガスを噴射状態（オン）にし、メインノズル８１ｊから噴射されるメイン燃料ガスを停止状態（オフ）にし、メインノズル８１ｉから噴射されるメイン燃料ガスを噴射状態（オン）にする（ステップＳ３３）。【０１４３】
ステップＳ３３において、パイロットノズル７１、メインノズル８１ｊおよびメインノズル８１ｉの噴射状態が設定された後、メインノズル８１ｊのベントバルブ２６ｂｊが開状態とされる（ステップＳ３４）。その後、メインノズル８１ｊの開閉弁２２ａｊ、２２ｂｊが開状態とされて、メインノズル８１ｊのメインノズル用燃料供給管８３に冷却されたスイープ空気が導かれることとなる。これにより、メインノズル８１ｊのメインノズル用燃料供給管８３のスイープ動作が開始（オン）される（ステップＳ３５）。【０１４４】
ステップＳ３２において、ガスタービンがステージング運転ではないと判定された場合には、パイロットノズル７１から噴射されるパイロット燃料ガスおよび全メインノズル８１ｉ、８１ｊから噴射されるメイン燃料ガスを噴射状態（オン）にして（ステップＳ３６）、メインノズル８１ｊをスイープすることなくスイープ運転動作は終了する（ステップＳ３７）。【０１４５】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えたガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
ステージング方式によるガスタービンの運転が行われる場合に、メイン燃料ガス（燃料）の噴射を停止したメインノズル（ガスタービン用燃料ノズル）８１ｊのメインノズル用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）８３に冷却されたスイープ空気（掃気流体）を供給することとした。そのため、メイン燃料ガスの噴射を停止したメインノズル８１ｊのメインノズル用燃料供給管８３内に残存しているメイン燃料ガスの主成分であるメタンによる自己着火を防止してメインノズル８１ｊが焼損することを防止することができる。したがって、ガスタービンの健全性を維持することができる。【０１４６】
［第６実施形態］
本実施形態は、スイープ空気供給管からウォーミング配管と中抜き管（大気開放用）とが分岐している点、および冷却フィンのすぐ下流にドレン配管を有する点で、第１実施形態と相違しその他はほぼ同様である。したがって、同一の構成および負荷運転の際のスイープ動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１４には、本実施形態に係るガスタービンに導かれるスイープ空気の掃気流体冷却手段の概略構成図が示されている。【０１４７】
ガスタービン（図示せず）の車室４５から抽気された高温の空気（例えば、約５００℃）をスイープ空気（掃気流体）として拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂへと導くスイープ空気供給管（掃気流体供給路）２１には、冷却フィン（掃気流体冷却手段）２３より下流側に開閉弁（掃気流体供給用開閉弁）２２が２箇所設けられている。これら開閉弁２２は、車室４５側がスイープ空気遮断弁２２ｂであり、拡散用燃料供給管３ｂ側がスイープ空気供給弁２２ａとなっている。【０１４８】
スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂは、拡散用燃料供給管３ｂにスイープ空気を供給する際、すなわち、スイープ動作がオン状態の際に、全開状態とされ、スイープ動作がオフ状態の際には、全閉状態とされる。【０１４９】
これらスイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂには、それらの弁開度を検知する図示しないリミットスイッチ（開度検知手段）が各々２つ設けられている。これらリミットスイッチは、各々の弁２２ａ、２２ｂの弁開度、すなわち全開状態であるか全閉状態であるかを検知して、後述する制御装置９４へと弁開度の信号を送信するものである。【０１５０】
スイープ空気遮断弁２２ｂと車室４５との間を接続しているスイープ空気供給管２１には、その外周に複数の冷却フィン２３が設けられている。また、冷却フィン２３とスイープ空気遮断弁２２ｂとの間からは、ウォーミング配管９７およびドレン配管（掃気流体放出路）９１が分岐している。さらに、スイープ空気遮断弁２２ｂとスイープ空気供給弁２２ａとを接続しているスイープ空気供給管２１には、中抜き管（掃気流体圧抜き路）９２が分岐して接続されている。【０１５１】
ウォーミング配管９７は、その一端が大気開放となっているか或いはガスタービンの排気側に接続されている。ウォーミング配管９７には、スイープ空気供給弁２２ａおよび／またはスイープ空気遮断弁２２ｂの動きに連動して作動するスイープウォーミング弁（掃気流体排出用開閉弁）９７ａと、オリフィス９７ｂとが設けられている。【０１５２】
スイープウォーミング弁９７ａは、スイープ空気をウォーミング配管９７から排出する開閉弁であり、スイープ動作がオフ状態（すなわちスイープ空気供給弁２２ａおよび／またはスイープ空気遮断弁２２ｂが全閉状態）の際に全開状態とされ、スイープ動作がオン状態（すなわち、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂが全開状態）の際に全閉状態とされる。これによって、スイープ動作がオフ状態におけるスイープ空気供給管２１内を暖めることができ、結露の発生を抑制することができるようになっている。【０１５３】
オリフィス９７ｂは、スイープウォーミング弁９７ａの下流側に設けられている。オリフィス９７ｂは、ウォーミング配管９７から大気に排出されるスイープ空気の流量を制限するものである。【０１５４】
ドレン配管９１は、その一端が鉛直下方に向けて開放されている。ドレン配管９１には、スイープ空気供給弁２２ａおよび／またはスイープ空気遮断弁２２ｂの動きに連動して作動するスイープドレン弁（掃気流体排出用開閉弁）９１ａと、オリフィス９１ｂとが設けられている。【０１５５】
スイープドレン弁９１ａは、スイープ空気供給管２１内で生じたドレンをドレン配管９１から排出する開閉弁であり、ガスタービン起動直後（定格回転数の１０％回転数まで）の際に全開状態とされ、起動安定後に全閉状態とされる。これによって、スイープ空気供給管２１内で生じたドレンをウォーミング配管９１から外部に排出することができる。【０１５６】
オリフィス９１ｂは、スイープドレン弁９１ａの下流側に設けられている。オリフィス９１ｂは、ドレン配管９１からドレンとともに外部に排出されるドレンの流量を制限するものである。【０１５７】
中抜き管９２は、その一端が大気開放となっており、スイープ空気遮断弁２２ｂとスイープ空気供給弁２２ａとの間から後述する弁異常時にスイープ空気または逆流した拡散パイロット燃料ガス（燃料）を大気に排出するものである。【０１５８】
中抜き管９２には、スイープ空気供給弁２２ａまたはスイープ空気遮断弁２２ｂ（少なくともどちらか一方）の動きに連動して作動するスイープ空気放散弁（掃気流体圧抜き用開閉弁）９２ａと、オリフィス９２ｂとが設けられている。すなわち、スイープ空気放散弁９２ａは、後述する弁異常時にスイープ空気または逆流した拡散パイロット燃料ガスを中抜き管９２から排出する開閉弁であり、スイープ動作がオフ状態の際に全開状態とされ、スイープ動作がオン状態の際に全閉状態とされる。【０１５９】
オリフィス９２ｂは、スイープ空気放散弁９２ａの下流側に設けられている。オリフィス９２ｂは、スイープ空気供給弁２２ａまたはスイープ空気遮断弁２２ｂの異常時（完全に閉状態にならない場合など）に中抜き管９２の開放端から大気に放出される流体の流量を制限するものである。【０１６０】
冷却フィン２３よりも下流側であって、スイープ空気遮断弁２２ｂとウォーミング配管９１との間を接続しているスイープ空気供給管２１内には、温度センサ（温度検知手段）９３が設けられている。温度センサ９３は、複数の冷却フィン２３の下流のスイープ空気の温度を検知して、制御装置９４へと信号を送信するものである。【０１６１】
制御装置９４は、ガスタービンの運転負荷を降下する自動負荷降下機能（負荷降下機能）と、ガスタービンの運転を停止する自動停止機能（緊急停止機能）とを有している。また、制御装置９４は、スイープ空気供給弁２２ａ、スイープ空気遮断弁２２ｂ、燃料流量調整弁２４、燃料圧力調整弁２５、スイープウォーミング弁９７ａ、スイープドレン弁９１ａおよびスイープ空気放散弁９２ａの弁開度制御を行う。【０１６２】
〔動作説明〕
このようなガスタービンの運転起動の際には、起動前にスイープ空気供給管２１に設けられているスイープ空気供給弁２２ａ、スイープ空気遮断弁２２ｂ、拡散用燃料供給管３ｂの上流側に設けられている燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が全閉状態であり、拡散用燃料供給管３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガス、予混合用燃料供給管３ａから噴射される予混合パイロット燃料ガスおよびメインノズル１１から噴射されるメイン燃料ガスの噴射が停止であること、並びにスイープウォーミング弁９７ａ、スイープドレン弁９１ａおよびスイープ空気放散弁９２ａが全開状態であることが確認される。【０１６３】
〔起動〕
このような状態下で、ガスタービンを起動する。ここで、ガスタービンの運転起動の際には、車室４５からスイープ空気供給管２１に流動するスイープ空気の温度が十分に上昇していない。このような状態で車室４５から抽気されたスイープ空気を複数の冷却フィン２３によって冷却した場合には、スイープ空気が凝縮してドレンを生じることがある。そこで、ドレン配管９１に設けられているスイープドレン弁９１ａを全開状態にすることにより、スイープ空気中のドレンをドレン配管９１の開放端から排出することができる。また、スイープウォーミング弁９７ａが開いていることにより、スイープ空気供給管２１にスイープ空気が流動するため、スイープ空気供給管２１の温度を十分に上昇させることができ、結露の発生を抑制することができる。【０１６４】
起動したガスタービンの回転数が例えば定格回転数の１０パーセント回転数までになってから所定時間経過後に、スイープドレン弁９１ａを全閉状態とする。その後、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４を開状態として、拡散用燃料供給管３ｂには、拡散パイロット燃料ガスが供給される。これによって、ガスタービンの回転数が上昇（昇速）する。【０１６５】
〔スイープ動作〕
次に、ガスタービンの負荷運転の際のスイープ動作について図１５および図１６を用いて説明する。
図１５には、図１４に示したガスタービンの負荷運転の際のバルブタイミングチャートが示されている。
図１５のバルブタイミングチャートに示されているＡ１は、スイープ空気供給管２１に設けられているスイープ空気供給弁２２ａの開閉状態を示し、Ａ２は、スイープ空気遮断弁２２ｂの開閉状態を示し、Ａ３は、スイープ空気放散弁９２ａの開閉状態を示し、ＦＣＶは、拡散用燃料ガス供給管３ｂの上流側に設けられている燃料流量調整弁２４の開閉状態を示し、ＰＣＶは、燃料圧力調整弁２５の開閉状態を示し、ＳＡは、スイープ動作のオン・オフ状態を示し、ＰＧＫは、ガスタービンの負荷状態に応じて拡散用燃料ガス供給管３ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガスの噴射状況を示し、ＰＧＹは、ガスタービンの負荷状態に応じて予混合用燃料供給管３ａから噴射される予混合パイロット燃料ガスの噴射状況を示し、ＭＧＹは、メインノズル１１から噴射されるメイン燃料ガスの噴射状態を示し、Ｂ１は、スイープドレン弁９１ａの開閉状態を示し、Ｗは、スイープウォーミング弁９７ａを示している。【０１６６】
ガスタービンが低負荷運転の場合には、スイープ空気放散弁９２ａおよびスイープウォーミング弁９７ａが全開状態とされ、ガスタービンが高負荷運転の場合には、スイープ空気放散弁９２ａおよびスイープウォーミング弁９７ａが全閉状態とされ、ガスタービンが低負荷運転および高負荷運転において、スイープドレン弁９１ａが全閉状態とされる点を除いて、第１実施形態と同様である。【０１６７】
図１６には、図１５に示したバルブタイミングチャート中のスイープ動作に関するフローチャートが示されている。
本フローチャートは、第１実施形態の図４中のステップＳ４が無い点を除いて、図４と同様である。【０１６８】
〔スイープ空気冷却が不十分のときの動作〕
次に、ガスタービンの負荷運転中であってスイープ動作がオン状態となっている際に、冷却フィン２３よりも下流側に設けられている温度センサ９３が、スイープ空気供給管２１内を流動するスイープ空気の温度が拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度以上の温度を検知した場合について説明する。【０１６９】
スイープ空気の温度を検知した温度センサ９３は、その信号を制御装置９４に送信する。この信号に基づいて、制御装置９４が、検知されたスイープ空気の温度が拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度以上であるか否かを判定する。ここで、スイープ空気の温度が拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度以上であると制御装置９４が判定した場合には、制御装置９４は、自動負荷降下機能（図示せず）を作動する。【０１７０】
自動負荷降下機能が作動することによって、ガスタービンの運転負荷が降下する。ガスタービンの運転負荷が降下することによって、車室４５から抽気されるスイープ空気の温度が下がる。この温度の低下したスイープ空気は、スイープ空気供給管２１を経て拡散用燃料供給管３ｂへと導かれる。【０１７１】
その後、運転負荷が降下したガスタービンの車室４５から抽気されるスイープ空気の温度が、拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度未満になっていないと制御装置９４が判定した場合には、制御装置９４が自動停止機能（図示せず）を作動する。【０１７２】
〔スイープ空気投入時におけるスイープ空気供給弁、スイープ空気遮断弁の異常時の動作〕
次に、拡散用燃料ガス供給管３ｂへの供給が拡散パイロット燃料ガスからスイープ空気に切り替わる際に、スイープ空気供給弁２２ａまたはスイープ空気遮断弁２２ｂが全開状態になっていない場合について説明する。
通常、拡散パイロット燃料ガスからスイープ空気へ切り替えた際には、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂは共に全開状態とされる。【０１７３】
しかし、スイープ空気供給弁２２ａに設けられている２つのリミットスイッチの両方から制御装置９４に送信された弁開度信号により、スイープ空気供給弁２２ａまたはスイープ空気遮断弁２２ｂの弁開度が全開状態ではない（異常）と制御装置９４が判定した場合に、このままのスイープ空気量が不足した状態で長時間ガスタービンを運転すると、パイロットノズル１に損傷を生じる恐れがある。【０１７４】
そこで、本実施形態では、スイープ空気投入時に制御装置９４がスイープ空気供給弁２２ａまたはスイープ空気遮断弁２２ｂの異常を判定した際には、自動負荷降下機能を作動すると共に、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂを全閉状態にして、スイープ空気放散弁９２ａを全開状態にする。これによって、ガスタービンの運転負荷を降下させて、その後にガスタービンの運転が停止されてパイロットノズル１の損傷を防止することができる。【０１７５】
〔スイープ空気切り時におけるスイープ空気供給弁およびスイープ空気遮断弁の異常時の動作〕
次に、拡散用燃料供給管３ｂへの供給が、スイープ空気から拡散パイロット燃料ガスに切り替わる際に、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂが全閉状態になっていない場合について説明する。
通常、スイープ空気から拡散パイロット燃料ガスに拡散用燃料供給管３ｂへの供給が切り替わる際には、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂが全閉状態とされると共に燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４が開いて、拡散用燃料供給管３ｂへの拡散パイロット燃料ガスの供給が開始される。【０１７６】
しかし、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂに各々設けられている各２個所のリミットスイッチの信号により、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂの弁開度が全閉状態ではない（異常）と制御装置９４が判定した場合には、スイープ空気供給管２１に設けられている開閉弁２２ａ、２２ｂによる二重遮断機能が喪失する。すなわち、拡散用燃料供給管３ｂに供給された拡散パイロット燃料ガスがスイープ空気供給管２１から車室４５に逆流する恐れがある。【０１７７】
そこで、本実施形態では、スイープ空気切り時に制御装置９４がスイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂの異常を判定した際には、自動停止機能を作動すると共に、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂを全閉状態にして、スイープ空気放散弁９２ａを全開状態にする。これによって、ガスタービンの運転が停止されて、ガスタービンの健全性を確保することができる。【０１７８】
なお、スイープ空気放散弁９２ａが全開状態となるので、拡散用燃料供給管３ｂからスイープ空気供給管２１に逆流した拡散パイロット燃料ガスを中抜き管９２から排出することができる。【０１７９】
〔負荷遮断時の動作〕
スイープ動作オンのときに負荷遮断が発生した際は、火炎保持のための拡散パイロット燃料を即座に投入することができない。よってこの負荷遮断時は、一定時間、予混合用燃料供給管３ａに供給される予混合パイロット燃料ガスの流量が増加される。これによって、スイープ空気が供給されていた拡散用燃料供給管３ｂの圧抜きを行うと共に、火炎を安定させることができる。【０１８０】
すなわち、予混合パイロット燃料ガスの流量を増加してから所定時間経過してから、制御装置９４が予混合パイロット燃料ガスの流量を減少させると共に、拡散用燃料供給管３ｂの上流側に設けられている燃料流量調整弁２４および燃料圧力調整弁２５の弁開度を増加する。これによって、火炎を安定させた状態で拡散パイロット燃料ガスによる燃焼に切り替えることができる。
なお、ここで、予混合パイロット燃料ガスの流量を増加させる一定時間とは、ガスタービンの回転数が静定する時間であり、例えば、６０秒とされている。【０１８１】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えているガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
開閉弁（掃気流体供給用開閉弁）２２を冷却フィン（掃気流体冷却手段）２３の下流側のスイープ空気供給管（掃気流体供給路）２１上に設けて、開閉弁２２と冷却フィン２３とを接続しているスイープ空気供給管２１からドレン配管（掃気流体放出路）９１を分岐することとした。さらに、ドレン配管９１には、スイープドレン弁（掃気流体排出用開閉弁）９１ａを設け、ガスタービン（図示せず）を起動する際に、スイープドレン弁９１ａを全開状態として、開閉弁２２を全閉状態とすることとした。そのため、ガスタービンを起動した際に生じるドレンをドレン配管９１から排出することができる。したがって、拡散用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）３ｂを経てパイロットノズル用噴射孔（噴射孔）７ｂから噴射される拡散パイロット燃料ガス（燃料）にドレンが混入することを防止することができる。【０１８２】
スイープ空気供給管２１上であってドレン配管９１よりも下流側に、開閉弁２２であるスイープ空気供給弁（掃気流体供給用開閉弁）２２ａおよびスイープ空気遮断弁（掃気流体供給用開閉弁）２２ｂを２個所に設けることとした。このように、開閉弁２２ａ、２２ｂに冗長性をもたせることによって、開閉弁２２ａ、２２ｂのどちらか一方に不具合が生じた場合であっても、他方の開閉弁２２ａ、２２ｂにより拡散用燃料供給管３ｂからスイープ空気供給管２１を経て車室４５へと拡散パイロット燃料ガスが逆流することを防止することができる。
また、スイープウォーミング弁９７ａを設けることとした。このスイープウォーミング弁９７ａは、スイープ動作がオフ状態の際に全開状態とされ、スイープ動作がオン状態の際に全閉状態とされる。これによって、スイープ動作がオフ状態にスイープ空気供給管２１内を暖めることができ、結露の発生を抑制することができる。【０１８３】
スイープ空気供給弁２２ａとスイープ空気遮断弁２２ｂとの間を接続しているスイープ空気供給管２１から中抜き管（掃気流体圧抜き路）９２を分岐させて、中抜き管９２には、スイープ空気供給弁２２ａ（少なくともどちらか一方）に連動して作動するスイープ空気放散弁（掃気流体圧抜き用開閉弁）９２ａを設けることとした。これにより、スイープ空気供給弁２２ａの異常時に、拡散用燃料供給管３ｂからスイープ空気供給管２１へと拡散パイロット燃料ガスが逆流した場合であっても、逆流した拡散パイロット燃料ガスを中抜き管９２から排出することができる。したがって、ガスタービンを安全に運転することができる。【０１８４】
スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂには、その弁開度を検知することが可能なリミットスイッチ（開度検知手段）を設ける。さらに、拡散用燃料供給管３ｂにスイープ空気を供給する際に、制御装置９４がスイープ空気供給弁２２ａまたはスイープ空気遮断弁２２ｂの弁開度が全開状態ではない（異常である）と判定した場合には、ガスタービンの運転負荷を降下する自動負荷降下機能（負荷降下機能）を作動することとした。これによって、拡散用燃料供給管３ｂに導かれるスイープ空気が不足することによって、ガスタービンのパイロットノズル（ノズル）１が損傷してガスタービンの運転に支障が生じることを防止することができる。【０１８５】
冷却フィン２３により冷却されたスイープ空気（掃気流体）の温度を検知する温度センサ（温度検知手段）９３を冷却フィン２３の下流側のスイープ空気供給管２１内に設けて、制御装置９４が、温度センサ９３が拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度以上のスイープ空気の温度を検知した際に自動負荷降下機能（図示せず）を作動することとした。これにより、冷却フィン２３の不具合等により拡散用燃料供給管３ｂに導かれるスイープ空気の温度が拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度以上になった場合に、ガスタービンの運転負荷を降下してガスタービンの車室４５から抽気されるスイープ空気の温度を下げることができる。これにより、温度の低下したスイープ空気を拡散用燃料供給管３ｂに供給することができる。したがって、ガスタービンの健全性を図ることができる。【０１８６】
自動負荷降下機能が作動してガスタービンの運転負荷を降下した後であっても、温度センサ９３が検知する拡散パイロット燃料ガスの温度が拡散パイロット燃料ガスの自己着火温度以上であると制御装置９４が判定した場合には、制御装置９４に設けられているガスタービンの運転を停止する自動停止機能（緊急停止機能）を作動することとした。
さらに、スイープ動作オンのときに負荷遮断が発生した際は、火炎保持のための拡散パイロット燃料を即座に投入することができない。よってこのような負荷遮断時に制御装置９４は、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂを全閉状態とし、予混合用燃料供給管（燃料供給路）３ａに供給される予混合パイロット燃料ガス（燃料）の流量を増加してから、燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４の各弁開度を増加させることとした。これにより、予混合用燃料供給管３ａから導かれる予混合パイロット燃料ガスによってガスタービンの火炎を安定させてから、拡散用燃料供給管３ｂに供給される拡散パイロット燃料ガスによる燃焼を行うことができる。したがって、ガスタービンの保炎性を維持することができる。【０１８７】
スイープドレン弁９１ａおよびスイープ空気放散弁９２ａの下流側には、各々オリフィス９１ｂ、９２ｂを設けることとした。そのため、拡散用燃料供給管３ｂにスイープ空気を供給する際にスイープドレン弁９１ａまたはスイープ空気放散弁９２ａに異常が生じて弁開度が全閉状態にならない場合であっても、各々オリフィス９１ｂ、９２ｂによってドレン配管９１または中抜き管９２から大気に排出されるスイープ空気の流量を制限することができる。これにより、拡散用燃料供給管３ｂに導かれるスイープ空気が不足することによって、ガスタービンのパイロットノズル（ノズル）１が損傷してガスタービンの運転に支障が生じることを防止することができる。したがって、健全性を維持してガスタービンの運転を行うことができる。【０１８８】
［第７実施形態］
本実施形態は、掃気流体冷却手段として水冷式の熱交換器を用いる点で、第６実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成およびスイープ動作の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１７には、本実施形態に係るガスタービンに導かれるスイープ空気の掃気流体冷却手段の概略構成図が示されている。【０１８９】
拡散用燃料供給管（燃料兼気体供給路）３ｂとガスタービン（図示せず）の車室４５との間を接続しているスイープ空気供給管２１（掃気流体供給路）には、水冷式の冷却器（熱交換手段）９５が設けられている。【０１９０】
水冷式の冷却器９５は、車室４５から抽気された高温（約５００℃）の空気（流体）を冷却媒体である水と熱交換させるものであり、二重管方式が用いられている。この熱交換によって、車室４５から抽気された約５００℃の空気は、例えば約４００℃に冷却されて冷却器９５から導出される。冷却器９５において水と熱交換して約４００℃に冷却された抽気された空気は、スイープ空気（掃気流体）として冷却器９５の下流側に接続されているスイープ空気供給管２１へと導かれる。
ここで、二重管方式の冷却器９５を用いることによって、冷却器９５を構成しているチューブ（図示せず）からの漏れが防止可能とされている。【０１９１】
冷却器９５の冷却媒体である水は、冷却水供給配管９６から冷却器９５へと供給される。冷却水供給配管９６上には、電動弁である冷却水入口弁９６ａが設けられている。この冷却水入口弁９６ａは、ガスタービンが停止中には全閉状態とされて冷却器９５への冷却水の供給を遮断している。これによって、ガスタービンが停止中に冷却器９５内のドレンの発生を抑制している。【０１９２】
また、冷却水供給配管９６には、冷却水入口弁９６ａを迂回するようにバイパス回路９６ｃが設けられている。このバイパス回路９６ｃ上には、バイパス弁９６ｄが設けられている。このバイパス弁９６ｄは、スイープ動作がオン状態中に冷却水入口弁９６ａに不具合が生じるなどして冷却水入口弁９６ａが全閉状態になった際に、冷却媒体である水を冷却器９５へと導くことができるものとなっており、これによって冷却器９５の沸騰を防止することが可能となっている。【０１９３】
なお、冷却器９５、スイープ空気供給管２１の材質には、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられる。これにより、冷却器９５を通過して冷却されたスイープ空気による錆の発生を抑制することができる。【０１９４】
また、スイープ空気遮断弁（掃気流体供給用開閉弁）２２ｂと温度センサ（温度検知手段）９３との間のスイープ空気供給管２１上には、ウォーミング配管（掃気流体放出路）９７が分岐して接続されており、スイープ空気遮断弁２２ｂとスイープ空気供給弁２２ａとの間を接続しているスイープ空気供給管２１上には、中抜き管（掃気流体圧抜き路）９２が分岐して接続されている。【０１９５】
ウォーミング配管９７は、その一端が大気開放となっており、スイープ空気供給弁２２ａおよび／またはスイープ空気遮断弁２２ｂの動きに連動して作動するスイープウォーミング弁（掃気流体排出用開閉弁）９７ａと、オリフィス９７ｂとが設けられている。【０１９６】
スイープウォーミング弁９７ａは、ドレン配管９１に設けられているスイープドレン弁９１ａと同様であり、スイープ動作がオフ状態（すなわちスイープ空気供給弁２２ａおよび／またはスイープ空気遮断弁２２ｂが全閉状態）の際に全開状態とされ、スイープ動作がオン状態（すなわち、スイープ空気供給弁２２ａおよびスイープ空気遮断弁２２ｂが全開状態）の際に全閉状態とされる。
また、オリフィス９７ｂは、ウォーミング配管９７から大気に排出されるスイープ空気の流量を制限するものである。【０１９７】
次に、ガスタービンの負荷運転の際におけるスイープ動作について図１８を用いて説明する。
図１８には、図１７に示したガスタービンのバルブタイミングチャートが示されている。
図１８のバルブタイミングチャートに示されているＡ１、Ａ２、Ａ３、ＦＣＶ、ＰＣＶ、ＳＡ、ＰＧＫ、ＰＧＹ、ＭＧＹ、Ｂ１、Ｄ１は、第６実施形態の図１５と同様である。なお、図１８中のＣ１は、冷却水入口弁９６ａの開閉状態を示している。【０１９８】
ガスタービンの運転起動前には、スイープ空気供給弁２２ａ、スイープ空気遮断弁２２ｂ、燃料圧力調整弁２５、燃料流量調整弁２４および冷却水入口弁９６ａが全閉状態であり、拡散パイロット燃料ガス、予混合パイロット燃料ガスおよびメイン燃料ガスの噴射が停止されている。また、スイープドレン弁９１ａ、スイープ空気放散弁９２ａおよびスイープウォーミング弁９７ａは、全開状態とされている。【０１９９】
このような状態からガスタービンを起動させた際には、冷却水入口弁９６ａの弁開度を増加させる。その後、第６実施形態と同様に燃料圧力調整弁２５および燃料流量調整弁２４の開閉を行う。【０２００】
ガスタービンの負荷運転中は冷却水入口弁９６ａが全開であり、停止中は冷却水入口弁９６ａが全閉であること以外は、第６実施形態と同様である。【０２０１】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンおよびこれを備えているガスタービンコンバインドプラントによれば、以下の効果を奏する。
スイープ空気（掃気流体）を冷却する冷却器（熱交換手段）９５の冷却媒体に水を用いることとした。そのため、空冷式の熱交換手段に比べて、効率的にスイープ空気を冷却することができる。
【符号の説明】
【０２０２】
１  パイロットノズル（ガスタービン用燃料ノズル）
３ａ  予混合用燃料供給管（燃料供給路）
３ｂ  拡散用燃料供給管（燃料兼気体供給路）
７ａ、７ｂ  パイロットノズル用噴射孔（噴射孔）
２１  スイープ空気供給管（掃気流体供給路）
２３  冷却フィン（掃気流体冷却手段、突起物）
２４  燃料流量制御弁
２５  燃料圧力制御弁
２６  大気開放手段
２８  ガスタービンエンクロージャー（ガスタービン外衣）
２９ａ  吸込み口
３０  換気ファン
３１、４１  スイープ空気供給管（掃気流体供給路）
３２、４３  空気圧縮機（圧縮機）
４２  ＴＣＡクーラ（熱交換手段）
４５  車室
５１  パイロットノズル（ガスタービン用燃料ノズル）
５３ａ  拡散用燃料油供給管（燃料供給路）
５３ｂ  拡散用燃料ガス供給管（燃料兼掃気流体供給路）
５７  パイロットノズル用噴射孔（噴射孔）
８１  メインノズル（ガスタービン用燃料ノズル）
８３  メインノズル用燃料供給管（燃料兼掃気流体供給路）
８７  メインノズル用噴射孔（噴射孔）
【図１】
2012057282.tif 000003
【図２】
2012057282.tif 000004
【図３】
2012057282.tif 000005
【図４】
2012057282.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2012057282.tif 000009
【図８】
2012057282.tif 000010
【図９】
2012057282.tif 000011
【図１０】
2012057282.tif 000012
【図１１】
2012057282.tif 000013
【図１２】
2012057282.tif 000014
【図１３】
2012057282.tif 000015
【図１４】
2012057282.tif 000016
【図１５】
2012057282.tif 000017
【図１６】
2012057282.tif 000018
【図１７】
2012057282.tif 000019
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月13日(2012.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が供給される複数の燃料供給路と、燃料または前記燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路と、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路の下流端に設けられて、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路から導かれた前記燃料または前記掃気流体を噴射する複数の噴射孔と、を有するガスタービン用燃料ノズルと、
前記燃料兼掃気流体供給路に接続されて前記掃気流体を導く掃気流体供給路と、
前記掃気流体を燃料の自己着火温度未満に冷却する掃気流体冷却手段と、を備えるガスタービン。
【請求項２】
前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室内から抽気された流体を前記掃気流体として導き、
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路の外周に設けられる複数の突起物である請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
複数の前記突起物は、ガスタービンを包囲するガスタービン外衣に設けられる換気ファンの吸込み口の近傍に設けられる請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室から抽気された流体を前記掃気流体として導き、
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路上に設けられて、冷却媒体と前記掃気流体とが熱交換する熱交換手段である請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項５】
前記熱交換手段は、ガスタービン冷却空気冷却器であり、
前記掃気流体は、前記ガスタービン冷却空気冷却器により冷却された前記流体の一部である請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記熱交換手段は、前記冷却媒体に水を用いる水冷式である請求項４に記載のガスタービン。
【請求項７】
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路に圧縮した空気を前記掃気流体として供給する圧縮機である請求項１に記載のガスタービン。
【請求項８】
前記燃料兼掃気流体供給路の上流側には、前記燃料の流量を制御する燃料流量制御弁と、前記燃料の圧力を制御する燃料圧力制御弁と、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に設けられて、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に導かれた前記掃気流体を大気に放出する大気開放手段と、を有する請求項１から請求項７のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項９】
前記掃気流体供給路は、前記掃気流体冷却手段の下流側に掃気流体供給用開閉弁と、前記掃気流体冷却手段と前記掃気流体供給用開閉弁との間から分岐する掃気流体放出路と、を備え、
該掃気流体放出路は、掃気流体放出用開閉弁を有し、
ガスタービン起動の際には、前記掃気流体供給用開閉弁が全閉とされて、前記掃気流体放出用開閉弁が全開とされる請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１０】
前記掃気流体供給用開閉弁は、前記掃気流体放出路より下流側に２箇所設けて、
該掃気流体供給用開閉弁の間の前記掃気流体供給路には、掃気流体圧抜き路が分岐しており、
該掃気流体圧抜き路は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方の動きに連動して作動する掃気流体圧抜き用開閉弁を備え、
該掃気流体圧抜き用開閉弁は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方が全閉の際に全開とされる請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記掃気流体供給用開閉弁に設けられて、弁開度を検知する開度検知手段と、
ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能と、ガスタービンの運転を停止する緊急停止機能と、を有する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記開度検知手段が検知する弁開度に基づいて前記掃気流体供給用開閉弁が異常であると判定した場合には、前記緊急停止機能および／または前記負荷降下機能を作動する請求項９または請求項１０に記載のガスタービン
【請求項１２】
前記掃気流体冷却手段の下流側に設けられて、該掃気流体冷却手段から導出される前記掃気流体の温度を検知する温度検知手段と、
ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能を有する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記温度検知手段が検知する前記掃気流体の温度が前記燃料の自己着火温度以上であると判定した場合には、前記負荷降下機能を作動する請求項１から請求項１１のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記掃気流体放出用開閉弁の下流側または前記掃気流体圧抜き用開閉弁の下流側には、オリフィスを設ける請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料が導かれるパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が供給され、前記燃料供給路には、予混合方式によって燃焼する前記気体燃料が供給される請求項１から請求項１３のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１５】
前記制御装置は、負荷遮断時に、前記掃気流体の供給を停止し、予混合方式の前記燃料供給路に供給される燃料の流量を増加させる請求項１２に記載のガスタービン。
【請求項１６】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料または液体燃料が導かれるデュアル燃料焚きパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が、また、前記燃料供給路には、拡散方式によって燃焼する前記液体燃料が供給される請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１７】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として予混合方式によって燃焼する気体燃料または前記掃気流体が前記燃料兼掃気流体供給路に供給されるメインノズルであって、
該メインノズルは、複数設けられて、ガスタービンの運転に応じて、一部の前記メインノズルに前記掃気流体が供給される請求項１から請求項１５のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載のガスタービンを備えたガスタービンプラント。
【請求項１９】
前記ガスタービンを包囲するガスタービン外衣を備える請求項１８に記載のガスタービンプラント。
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月9日(2013.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が供給される複数の燃料供給路と、燃料または前記燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路と、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路の下流端に設けられて、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路から導かれた前記燃料または前記掃気流体を噴射する複数の噴射孔と、を有するガスタービン用燃料ノズルと、
前記燃料兼掃気流体供給路に接続されて前記掃気流体を導く掃気流体供給路と、
前記掃気流体を燃料の自己着火温度未満に冷却する掃気流体冷却手段と、を備えるガスタービン。
【請求項２】
前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室内から抽気された流体を前記掃気流体として導き、
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路の外周に設けられる複数の突起物である請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
複数の前記突起物は、ガスタービンを包囲するガスタービン外衣に設けられる換気ファンの吸込み口の近傍に設けられる請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記掃気流体供給路は、前記燃料兼掃気流体供給路とガスタービンの車室とに接続されて、該車室から抽気された流体を前記掃気流体として導き、
前記掃気流体冷却手段は、前記掃気流体供給路上に設けられて、冷却媒体と前記掃気流体とが熱交換する熱交換手段である請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項５】
前記熱交換手段は、ガスタービン冷却空気冷却器であり、
前記掃気流体は、前記ガスタービン冷却空気冷却器により冷却された前記流体の一部である請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記熱交換手段は、前記冷却媒体に水を用いる水冷式である請求項４に記載のガスタービン。
【請求項７】
燃料が供給される複数の燃料供給路と、燃料または前記燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路と、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路の下流端に設けられて、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路から導かれた前記燃料または前記掃気流体を噴射する複数の噴射孔と、を有するガスタービン用燃料ノズルと、
前記燃料兼掃気流体供給路に接続されて前記掃気流体を導く掃気流体供給路と、
前記掃気流体供給路に、圧縮した空気であって前記燃料の自己着火温度未満の空気を前記掃気流体として供給する圧縮機とを備えるガスタービン。
【請求項８】
前記燃料兼掃気流体供給路の上流側には、前記燃料の流量を制御する燃料流量制御弁と、前記燃料の圧力を制御する燃料圧力制御弁と、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に設けられて、前記燃料流量制御弁と前記燃料圧力制御弁との間に導かれた前記掃気流体を大気に放出する大気開放手段と、を有する請求項１から請求項７のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項９】
前記掃気流体供給路は、前記掃気流体冷却手段の下流側に掃気流体供給用開閉弁と、前記掃気流体冷却手段と前記掃気流体供給用開閉弁との間から分岐する掃気流体放出路と、を備え、
該掃気流体放出路は、掃気流体放出用開閉弁を有し、
ガスタービン起動の際には、前記掃気流体供給用開閉弁が全閉とされて、前記掃気流体放出用開閉弁が全開とされる請求項１から請求項６のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１０】
前記掃気流体供給用開閉弁は、前記掃気流体放出路より下流側に２箇所設けて、
該掃気流体供給用開閉弁の間の前記掃気流体供給路には、掃気流体圧抜き路が分岐しており、
該掃気流体圧抜き路は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方の動きに連動して作動する掃気流体圧抜き用開閉弁を備え、
該掃気流体圧抜き用開閉弁は、前記掃気流体供給用開閉弁の少なくともどちらか一方が全閉の際に全開とされる請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記掃気流体供給用開閉弁に設けられて、弁開度を検知する開度検知手段と、
ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能と、ガスタービンの運転を停止する緊急停止機能と、を有する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記開度検知手段が検知する弁開度に基づいて前記掃気流体供給用開閉弁が異常であると判定した場合には、前記緊急停止機能および／または前記負荷降下機能を作動する請求項９または請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記掃気流体冷却手段の下流側に設けられて、該掃気流体冷却手段から導出される前記掃気流体の温度を検知する温度検知手段と、
ガスタービンの運転負荷を降下する負荷降下機能を有する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記温度検知手段が検知する前記掃気流体の温度が前記燃料の自己着火温度以上であると判定した場合には、前記負荷降下機能を作動する請求項１から請求項６および請求項９から請求項１１のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記掃気流体放出用開閉弁の下流側または前記掃気流体圧抜き用開閉弁の下流側には、オリフィスを設ける請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料が導かれるパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が供給され、前記燃料供給路には、予混合方式によって燃焼する前記気体燃料が供給される請求項１から請求項１３のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１５】
前記制御装置は、負荷遮断時に、前記掃気流体の供給を停止し、予混合方式の前記燃料供給路に供給される燃料の流量を増加させる請求項１２に記載のガスタービン。
【請求項１６】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として気体燃料または液体燃料が導かれるデュアル燃料焚きパイロットノズルであって、前記燃料兼掃気流体供給路には、拡散方式によって燃焼する前記気体燃料が、また、前記燃料供給路には、拡散方式によって燃焼する前記液体燃料が供給される請求項１から請求項８のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１７】
前記ガスタービン用燃料ノズルは、前記燃料として予混合方式によって燃焼する気体燃料または前記掃気流体が前記燃料兼掃気流体供給路に供給されるメインノズルであって、
該メインノズルは、複数設けられて、ガスタービンの運転に応じて、一部の前記メインノズルに前記掃気流体が供給される請求項１から請求項１５のいずれかに記載のガスタービン。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載のガスタービンを備えたガスタービンプラント。
【請求項１９】
前記ガスタービンを包囲するガスタービン外衣を備える請求項１８に記載のガスタービンプラント。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
さらに、本発明の一態様に係るガスタービンは、燃料が供給される複数の燃料供給路と、燃料または前記燃料を掃気する掃気流体が供給される複数の燃料兼掃気流体供給路と、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路の下流端に設けられて、各前記燃料供給路または各前記燃料兼掃気流体供給路から導かれた前記燃料または前記掃気流体を噴射する複数の噴射孔と、を有するガスタービン用燃料ノズルと、前記燃料兼掃気流体供給路に接続されて前記掃気流体を導く掃気流体供給路と、前記掃気流体供給路に、圧縮した空気であって前記燃料の自己着火温度未満の空気を前記掃気流体として供給する圧縮機とを備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本態様によれば、圧縮機によって昇圧された空気であって燃料の自己着火温度未満の空気を掃気流体として掃気流体供給路へと導くことができる。したがって、燃料兼掃気流体供給路へと燃料の自己着火温度未満に冷却された掃気流体を導くことができる。
【国際調査報告】
2012057282.tif 000021
2012057282.tif 000022
2012057282.tif 000023
2012057282.tif 000024