(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、バーナー点火前において、燃焼器の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することである。  【解決手段】  上記目的を達成するために、本発明は、水素を含む混合燃料を供給する燃料供給系統と、前記燃料供給系統から供給された混合燃料を燃焼させる燃焼室を形成するライナとを備え、前記燃料供給系統に水素吸蔵合金を備えたガスタービン燃焼器の燃料供給方法であって、点火前は、前記水素吸蔵合金によって前記混合燃料中の水素を吸着させ、水素量が減少した燃料を点火用燃料として前記ライナに供給し、点火後は、前記水素吸蔵合金によって吸着された水素を前記混合燃料中に放出させ、前記ライナに前記混合燃料を供給することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む混合燃料を供給する燃料供給系統と、
前記燃料供給系統から供給された混合燃料を燃焼させる燃焼室を形成するライナとを備え、
前記燃料供給系統に水素吸蔵合金を備えたガスタービン燃焼器の燃料供給方法であって、
点火前は、前記水素吸蔵合金によって前記混合燃料中の水素を吸着させ、水素量が減少した燃料を点火用燃料として前記ライナに供給し、
点火後は、前記水素吸蔵合金によって吸着された水素を前記混合燃料中に放出させ、前記ライナに前記混合燃料を供給することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料供給方法。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン燃焼器の燃料供給方法であって、
前記ライナから排出される燃焼排ガスと前記混合燃料とを熱交換させる熱交換器に設けられた燃料配管内に前記水素吸蔵合金を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料供給方法。
【請求項３】
請求項１記載のガスタービン燃焼器の燃料供給方法であって、
前記燃料供給系統を構成する燃料配管の途中に水素吸蔵合金を充填したバッファタンクを配置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器の燃料供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスタービンの燃料は多様化しつつあり、ガスタービンの主要燃料であるＬＮＧ（液化天然ガス）や軽油，Ａ重油以外に、コークス炉ガスや高炉ガス等の水素や一酸化炭素等を含む多成分からなる混合ガス燃料（以下、単に混合燃料と記載する）の利用が検討されている。
【０００３】
但し、コークス炉ガスや高炉ガス等の混合燃料は、水素を０〜９０Vol％程度含んでいる。そして、水素は可燃範囲が広いとともに燃焼速度が速く、燃え易い。そのため、ガスタービン燃焼器の点火時に水素を含む混合燃料を使用すると、燃焼空気の温度が設計値よりも低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火に失敗する場合がある。このように点火に失敗した場合、水素は可燃範囲が広いため燃焼器の下流において未燃の混合燃料と燃焼空気が混合し、状況によっては可燃範囲内の混合気へ引火する可能性がある。そのため、例えば特開２００７−３３０２２号公報に記載されているように、ガスタービン燃焼器で混合燃料を燃焼させるとき、点火時にはＬＮＧや軽油，Ａ重油などの燃料が使用される。また、特開２００３−１４８７３４号公報に記載されているように、耐逆火性，燃焼安定性，低ＮＯｘ燃焼を両立させるため、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流として燃焼室に噴出する燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器が有効である。
【０００４】
また、石炭ガス化ガスを燃料とするガスタービン発電設備に水素吸蔵合金を用いたものとして、例えば特許第２５４８５２１号公報がある。特許第２５４８５２１号公報では、ガスタービン低負荷時には冷却媒体によって冷却された水素吸蔵合金に水素を吸着させておき、ガスタービン高負荷時には高温の石炭ガス化ガスによって水素吸蔵合金を加熱して、吸着させておいた水素を放出させて負荷追従性を向上させている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４８７３４号公報
【特許文献２】特開２００７−３３０２２号公報
【特許文献３】特許第２５４８５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許第２５４８５２１号公報は負荷追従性を向上させるために水素吸蔵合金を使用するが、ガスタービン燃焼器の点火時における検討はされていない。
【０００７】
本発明の目的は、バーナー点火前において、燃焼器の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、点火前は、前記水素吸蔵合金によって前記混合燃料中の水素を吸着させ、水素量が減少した燃料を点火用燃料として前記ライナに供給し、点火後は、前記水素吸蔵合金によって吸着された水素を前記混合燃料中に放出させ、前記ライナに前記混合燃料を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バーナー点火前において、燃焼器の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例に係るガスタービンと蒸気タービンのコンバインドサイクル１０００のシステムフロー図である。
【００１２】
本実施例のコンバインドサイクルは、空気圧縮機１，燃焼器２，タービン３，発電機４及びガスタービン起動用モータ５，排熱回収ボイラ６，蒸気タービン７，第二の発電機８，復水器９等を備えている。
【００１３】
空気圧縮機１では、吸い込んだ空気１０１が圧縮され、空気圧縮機からの圧縮空気１０２が燃料２０１とともに燃焼器２で燃焼される。燃焼器２からの燃焼ガス１０３がタービン３に供給されると、燃焼ガス１０３の膨張仕事によりタービン３にて回転動力が得られ、タービン３の回転動力が空気圧縮機１及び発電機４に伝達される。空気圧縮機１に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機４に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。タービン３で膨張した燃焼ガス１０３は、高温排気ガス１０４となって排熱回収ボイラ６でその熱エネルギーが回収される。排熱回収ボイラ６で回収された熱エネルギーによって、高温高圧蒸気４０１が生成される。蒸気タービン７では、高温高圧蒸気４０１の膨張仕事により回転動力が得られ、蒸気タービン７の回転動力が第二の発電機８に伝達される。第二の発電機８に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。蒸気タービン７で膨張した高温高圧蒸気４０１は低圧蒸気４０２となって復水器９で凝縮して復水４０３となる。蒸気が凝縮したことで得られる復水４０３は、排熱回収ボイラ６に供給されて再び高温高圧蒸気４０１となる。
【００１４】
一方、排熱回収ボイラ６では、高温排気ガス１０４から熱エネルギーを回収し、中温排気ガス１０５を排出する。中温排気ガス１０５は、節炭器１０でさらに熱エネルギーが回収される。節炭器１０で回収された熱エネルギーは、復水４０３の一部である給水４０４を加熱する。加熱された給水４０４は、復水４０３と再び合流して排熱回収ボイラ６に供給される。節炭器１０で熱エネルギーを回収された中温排気ガス１０５は、低温排気ガス１０６となる。低温排気ガス１０６は、熱交換器１１によって熱エネルギーが回収されて排ガス１０７となる。
【００１５】
なお、図１では負荷機器として発電機４を図示したが、負荷機器としてはポンプ等が用いられる場合もある。またタービン３は１軸式のものに限られず２軸式のものが用いられることもある。
【００１６】
本実施例における燃焼器２は、水素（Ｈ2）を含む多成分混合ガス燃料（混合燃料）である気体燃料２０１を燃焼するものである。気体燃料２０１には、例えばコークス炉ガスや高炉ガス，転炉ガス等の多成分から成るガス燃料、あるいは石炭や重質油等の原料を酸素でガス化して得られ、水素を含む石炭ガス化ガス，重質油ガスなどが挙げられる。
【００１７】
燃焼器２は、圧力容器である外筒２０と、この外筒２０の内周部に設けられ内部に燃焼室を形成するライナ２１と、このライナ２１内の燃焼室にて火炎を形成するためのバーナー２２と、このバーナー２２の火炎形成により発生した燃焼ガス１０３をタービン３へ導く尾筒２３とを備えている。
【００１８】
本実施例においてバーナーは多数の燃料ノズルと空気孔の群から構成される同軸噴流構造となっている。図中、Ａ部詳細に構造を示す。燃料ノズル３１から供給される燃料噴流４１は燃焼空気４２で包みこむようにして下流側に流れ、燃料噴流４１と燃焼空気４２が空気孔プレート３２に設けられた空気孔３３を通り、空気孔３３の下流側で流れが急拡大することで燃料と空気を急速に混合し燃焼させる。この同軸噴流構造によって逆火防止，安定燃焼，低ＮＯｘ燃焼を両立させることができる。特に耐逆火性に優れており、本実施例のように、燃焼速度が速く逆火しやすい水素を含んだ混合燃料に対して適したバーナーとなっている。
【００１９】
水素を含んだ混合燃料は、通常のＬＮＧや軽油，Ａ重油等のガスタービン燃料に比べて可燃範囲が広い。そのため、燃焼器２に供給される燃料２０１をそのまま点火時の燃料として使用すると、燃焼用空気の温度が設計値より低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火を失敗する可能性がある。点火を失敗すると、燃焼器２の下流（例えば燃焼器２とタービン３の間）に未燃混合気が形成されて引火するおそれがある。
【００２０】
そこで本実施例では、燃料供給系統を構成する燃料配管に配置した水素吸蔵合金１２によって、燃料２０１に含まれる水素を吸着あるいは放出することで水素濃度を制御し、混合燃料を用いた点火を可能とする。図１において、燃料２０１は元弁３０１を通り、熱交換器１１の燃料流路（配管）に充填された水素吸蔵合金１２に至る。熱交換器１１には、低温排気ガス１０６から燃料２０１の供給系統に熱エネルギーを供給するために、燃料配管が設けられている。この熱交換器は、水素吸蔵合金１２の水素吸着面積を十分に確保しつつ、水素吸蔵合金１２を水素放出温度まで加熱するに足る熱エネルギーを低温排気ガス１０６から回収する必要がある。そのため、熱交換器は、燃料配管の内部に水素吸蔵合金１２の充填物を充填させたプレートフィン型が考えられる。ただし、上記の要求される性能を満たすその他構造であっても構わない。
【００２１】
また、低温排気ガス１０６から熱エネルギーを回収することによって、水素吸蔵合金１２の温度を水素放出温度まで上昇させる必要がある。そのため、水素吸蔵合金１２の温度は、未点火時において水素放出温度以下、点火後に水素放出温度以上になるべきであり、低温排気ガス１０６の温度と熱交換器１１の熱交換性能に応じて適当な水素吸蔵合金１２の材料を選択する。
【００２２】
従って、点火前において燃料２０１は水素吸蔵合金１２によって水素が吸着されて、燃焼器２の点火用燃料に適した燃焼器供給燃料２０２となる。燃焼器供給燃料２０２は、減圧弁３０２を通り流調弁３０３によって流量が制御されて燃焼器２に供給される。点火後、熱交換器１１において低温排気ガス１０６から回収された熱によって水素吸蔵合金１２が加熱されることによって、水素吸蔵合金１２から水素が燃料中に放出され、燃焼器供給燃料２０２として燃焼器２に供給される。従って、バーナー点火前において、燃焼器２の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することができる。
【００２３】
なお、図１では減圧弁３０２を水素吸蔵合金１２の下流に配置することで、水素吸蔵合金１２の雰囲気圧力を高めて水素を吸着しやすくするとともに流速を下げて、燃料２０１が水素吸蔵合金１２の充填された燃料配管を通過する滞留時間を確保している。ただし、燃焼器２を点火するときに燃焼器供給燃料２０２に許容される水素濃度の上限以下の濃度まで水素を吸着できる水素吸蔵合金１２を選択するときは、減圧弁３０２を水素吸蔵合金１２の上流側に配置することも可能である。この場合、水素吸蔵合金１２が曝される雰囲気圧力は低下するため、水素吸蔵合金１２が燃料２０１の腐食成分等によって腐食されにくくなり、水素吸蔵合金１２の寿命を延ばすことができる。また、熱交換器１１内の燃料配管の断面積を大きくしたり、熱交換器１１に水素吸蔵合金１２を充填したバッファタンクを内包することによって、滞留時間を増加させ、さらに水素吸蔵合金１２への水素の吸着性を促進することができる。
【００２４】
図２は、燃焼器２を点火する場合に、時間進行に対する燃焼器供給燃料２０２に含まれる水素濃度と水素吸蔵合金１２の温度変化を示す。
【００２５】
ガスタービン燃焼器２の点火時には、その運転の中で初めて燃焼器２を点火するとき（圧縮空気１０２と燃焼空気４２の温度が同等であるコールドスタート）と、燃焼器２の燃焼を停止した直後に再び点火するとき（圧縮空気１０２の温度に比べて燃焼空気４２の温度が高いホットスタート）がある。
【００２６】
以下、コールドスタートを例として説明する。点火指令前では、燃料配管は安全のため窒素などの不活性ガスでパージされており、燃料配管内の水素濃度はほぼゼロである。点火指令が出ると、燃料が供給されるとともに燃料に含まれる水素濃度が上昇する。このとき、水素吸蔵合金１２によって燃料に含まれる水素が吸着されて、燃料中に含まれる水素濃度が低下しているため、燃焼器供給燃料２０２に着火しない期間イにおいても、燃焼器２の下流で生成される未燃混合気の水素濃度を引火しない範囲にすることができる。図中には、混合気が燃焼器２のライナにおいて燃焼しないまま燃焼器２の下流側に流れたときに、燃焼器２の下流で生成される未燃混合気が引火する水素濃度下限値（黒丸印）を示している。なお、この水素濃度は点火時の燃焼空気及び燃料の温度及び圧力，燃焼器供給燃料２０２の燃料組成等から計算可能である。燃焼器供給燃料２０２の燃料組成は、燃料系統からサンプリングしてガスクロマトグラフィー等を用いた組成分析によって知ることができる。
【００２７】
点火後は、低温排気ガス１０６の温度が上昇し熱交換器１１で回収される熱エネルギーが増加する。そして、水素吸蔵合金１２が加熱されて温度が上昇し、水素吸蔵合金１２の温度が水素放出温度に達すると水素が放出されて、燃焼器供給燃料２０２の水素濃度が上昇する。そして、燃焼器供給燃料２０２の水素濃度は、初期の燃料２０１の水素濃度より一時的に高くなった後、減少する。水素吸蔵合金１２に吸着した水素が放出された後は、燃焼器供給燃料２０２の水素濃度は燃料２０１の水素濃度に一致する。
【００２８】
一方、ホットスタートでは低温排気ガス１０６の温度がコールドスタート時に比べて高いために、点火前の水素吸蔵合金１２の温度が高くなり水素吸着量は小さくなる。さらに、ホットスタートでは点火前の燃焼空気４２の温度が高くなる。そのため、ホットスタートにおいて、燃焼器供給燃料２０２に着火しない期間に燃焼器２の下流で生成される未燃混合気が引火する水素濃度下限値（黒三角印）は、コールドスタート時に比べて低くなる。以上のように、ホットスタートでは運転上の制約条件がコールドスタートに比べて厳しくなることに留意して水素吸蔵合金１２の材料を選択する必要がある。
【００２９】
この水素吸蔵合金１２は、燃料電池自動車や水素自動車にも利用されている。そして、燃料電池自動車や水素自動車では、いずれも燃料に水素を必要とする。そのため、水素を貯蔵する方法として高圧ガスタンク，水素吸蔵合金，液化水素等が検討されている。そして、水素吸蔵合金は常温常圧で自己の体積の１０００倍以上の水素ガスを貯蔵することができる。水素吸蔵合金には、代表的なものとしてＬａＮｉ5，ＴｉＦｅ，Ｍｇ2Ｎｉ等があり、有効水素吸蔵量や水素放出温度，寿命等が材料によって異なっている。
【００３０】
本実施例では、水素吸蔵合金を、節炭器下流の熱交換器に設けている。そのため、低温排気ガス１０６の温度はガスタービン起動時から点火，昇速，負荷併入〜定格負荷までの運転範囲において常温から最高でも高々２００℃程度である。そのため、上述の燃料電池自動車や水素自動車で使用することを目的に開発されている水素吸蔵合金を本発明の水素吸蔵合金１２として用いることができ、高信頼性，高耐久性，低コストを両立させることができる。
【００３１】
また、ガスタービン燃焼器の点火時において、点火用燃料としてＬＮＧや軽油，Ａ重油などを使用しないため、ガスタービン燃焼器の点火用燃料として別途の燃料供給設備が不要となりコストを低減できる。また、点火用燃料として混合燃料を使用することで、ガスタービン燃焼器の点火時に混合燃料以外の点火用燃料を使用し、点火後に混合燃料を使用するための制御装置や制御方法が不要となる。更に、点火用燃料としてＬＮＧや軽油，Ａ重油などの燃料系統を別に設ける必要もないため、装置構成を簡素にすることが出来る。
【００３２】
以上説明したように本発明の実施例によれば、バーナー点火前において、燃焼器２の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することができる。また、ガスタービン起動用燃料及びその系統等を別途に設けることなく、水素を含む混合燃料を用いて燃焼器２を点火させ、燃料を燃焼させることができる。
【実施例２】
【００３３】
図３は本発明の実施例２におけるガスタービン２０００のシステムフロー図である。ガスタービン２０００は、図１に示した実施例１と基本構成が共通しているので、共通構成はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。
【００３４】
図３において、本実施例のガスタービン２０００は、蒸気タービンを備えていないことと、熱交換器１１および水素吸蔵合金１２の配置が異なることを除いて、図１に示したコンバインドサイクル１０００と基本構成は同一である。
【００３５】
燃焼器２の点火前において、燃料供給系統上に設けられた水素吸蔵合金１２で水素を含む混合燃料の燃料２０１から水素を吸着することは図１と同じである。しかし、点火後において温度が次第に上昇していく圧縮空気１０２の一部を吐出ケーシング２４内から抽気し、その抽気空気１０８を熱交換器１１に供給して熱エネルギーを回収し、回収した熱エネルギーで水素吸蔵合金１２を加熱して、水素吸蔵合金１２から吸着した水素を燃料へ放出する。
【００３６】
実施例１と同じく、燃焼用空気の温度が設計値より低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火が失敗したときにも、燃焼器２の下流で生成される水素を含む燃料と空気の未燃混合気が引火する水素濃度下限値は、コールドスタートに比べてホットスタートでは低くなる。さらに本実施例では吐出ケーシング２４から抽気した抽気空気１０８から熱エネルギーを回収しており、ホットスタート時には熱交換器１１に多くの熱エネルギーが蓄積されている。そのため、実施例１に比べてコールドスタートとホットスタートで許容される水素濃度の差異が大きくなる。したがって、ホットスタート時に燃焼用空気の温度が設計値より低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火が失敗したときに、燃焼器供給燃料２０２が未燃状態で燃焼器下流に流下して生成された未燃混合気が引火しないように、水素吸蔵合金１２を選択する必要がある。なお、本実施例では、熱交換器１１に排ガスでなく抽気空気１０８を供給しているため、熱交換器１１内での水分の凝縮や腐食を防止することができ、信頼性を高めることができる。
【００３７】
本実施例では吐出ケーシング２４から抽気した抽気空気１０８は熱交換器１１で熱エネルギーを回収された後に燃焼空気４２として用いている。また、図４に示すように熱交換器１１で熱エネルギーを回収した後に、抽気空気１０８を燃焼ガス１０３に混合させる構造も考えられる。
【００３８】
ここで、本実施例ではガスタービンのみの構成であるが、実施例１と同じく蒸気タービンと組み合わせてコンバインドサイクルとすることも考えられる。
【００３９】
以上説明したように本発明の実施例によれば、バーナー点火前において、燃焼器２の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することができる。また、ガスタービン起動用燃料及びその系統等を別途に設けることなく、水素を含む混合燃料を用いて燃焼器２に点火させ燃焼器２において燃料を燃焼させることができる。
【実施例３】
【００４０】
図５は本発明の実施例に係るガスタービン４０００のシステムフロー図である。本実施例のガスタービンは、図１に示した実施例１とは基本構成が共通しているので、共通の構成はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。
【００４１】
図５において、本実施例のガスタービンは蒸気タービンを備えていないこと、水素吸蔵合金１２の配置が異なること、熱交換器１１を備えていないことを除いて、図１に示したコンバインドサイクルと基本構成は同一である。
【００４２】
本実施例では、実施例１から実施例２の熱交換器１１に替えて、燃料供給系統（配管）の一部を吐出ケーシング２４内に配置している。そして、吐出ケーシング２４内の燃料供給系統に水素吸蔵合金１２を充填することで、実施例１及び２における熱交換器１１の機能を代替させる。燃焼器２の点火前、圧縮空気１０２は温度が低く、点火後は温度が高くなる。そのため、点火前には燃料供給系統の一部に充填した水素吸蔵合金１２に水素を吸着させる。点火後には、ステー２５の周囲に配置した燃料供給系統において熱エネルギーを圧縮空気１０２から回収し水素吸蔵合金１２を加熱することによって、水素吸蔵合金１２に吸着した水素を放出する。
【００４３】
図６は、吐出ケーシング２４内を経由させる燃料供給系統の一部配管に水素吸蔵合金１２を充填した実施例であり、本発明に係るガスタービン５０００のシステムフロー図を示す。
【００４４】
本発明の実施例１と２に同じく、燃焼用空気の温度が設計値より低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火が失敗したときに、燃焼器２の下流で生成される水素を含む燃料と空気の未燃混合気が引火しないようにするために、燃焼器供給燃料２０２の水素濃度上限は、コールドスタートに比べてホットスタートの方が低くなる。
【００４５】
本実施例では、実施例２のように熱交換器１１を備える必要がないため、設備コストをさらに低減させることができる。また、本発明は実施例２に同じく吐出ケーシング２４内のステー２５あるいは配管において、実施例１のように排ガスから熱エネルギーを回収するのではなく、抽気空気１０８から熱エネルギーを回収するため、熱交換器１１内での水分の凝縮や腐食を防止することができる。
【００４６】
なお、本実施例ではガスタービンのみの構成であるが、実施例１と同じく蒸気タービンと組み合わせてコンバインドサイクルとすることも考えられる。
【００４７】
以上説明したように本発明の実施例によれば、バーナー点火前において、燃焼器２の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することができる。また、ガスタービン起動用燃料及びその系統等を別途に設けることなく、水素を含む混合燃料を用いて燃焼器２に点火させ燃焼器２において燃料を燃焼させることができる。
【実施例４】
【００４８】
図７は、本発明の実施例に係るガスタービン６０００のシステムフロー図である。本実施例のガスタービンは、図１に示したコンバインドサイクルのガスタービンとは基本構成が共通しているので、共通の構成はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。
【００４９】
図７において、水素吸蔵合金１２によって燃料中の水素濃度を制御することは他の実施例と同じである。但し、他の実施例が燃焼器の点火前と点火後の温度差で、水素吸蔵合金１２によって燃焼器供給燃料２０２に含まれる水素濃度を制御するのに対して、本実施例は点火前と点火後における水素吸蔵合金１２の雰囲気圧力の圧力差によって燃焼器供給燃料２０２に含まれる水素濃度を制御する。
【００５０】
本実施例の燃料系統及びその付帯設備は、燃料供給系統の元弁３０１と、水素吸蔵合金１２を充填したバッファタンク１３と、その上流側にバルブ３０４，下流側にバルブ３０５を備えた流路から構成される第一の燃料系統と、バルブ３０６を備え、水素吸蔵合金１２を充填したバッファタンク１３を流下しないバイパス系統の第二の燃料系統とを備えている。さらに、バッファタンク１３から消費設備１４への水素供給系統にはバルブ３０７を備えている。
【００５１】
まず燃料供給系統は、系統に燃料２０１を供給する前に、系統全体が窒素等の不活性ガスでパージされている。
【００５２】
点火時は、バルブ３０６とバルブ３０７を閉じておき、元弁３０１，バルブ３０４，バルブ３０５を開くと、燃料２０１が上流側から供給される。そして、減圧弁３０２より上流の燃料供給系統は燃料２０１の圧力（１次圧）まで昇圧され、水素吸蔵合金１２を充填したバッファタンク１３の雰囲気圧力が１次圧まで昇圧される。このとき、１次圧を水素放出圧以上とすることで、バッファタンク１３内に充填した水素吸蔵合金１２に水素を吸着させ、燃料２０１の水素濃度を低下させる。このようにして、バッファタンク１３に供給する前の燃料２０１に比べて水素濃度を低下させた燃料を燃焼器供給燃料２０２として燃焼器２に供給する。それによって、燃焼用空気の温度が設計値より低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火が失敗したときに、燃焼器２の下流で生成される水素を含む燃料と空気の未燃混合気が引火しないようにすることができる。
【００５３】
点火後は、バルブ３０４とバルブ３０５を閉じてバルブ３０６を開き、水素吸蔵合金１２を充填したバッファタンク１３を経ないで、燃料２０１が燃焼器供給燃料２０２として供給して燃焼させる。
【００５４】
そして、再点火時にガスタービン燃焼器２の点火用燃料を再度製造するために、バッファタンク１３に充填した水素吸蔵合金１２に吸着させた水素は、事前に放出する必要がある。そこで、バッファタンク１３の内圧を低下させて水素吸蔵合金１２から水素を放出させておき、水素吸蔵合金１２が再び水素を十分に吸着できるようにする。本実施例では、バルブ３０４とバルブ３０５を閉じて、ガスタービン燃焼器２の燃料系統からバッファタンク１３を切り離した上でバルブ３０７を開くことによって、バッファタンク１３の内圧が低下して水素吸蔵合金１２に吸着させた水素が放出される。放出された水素は、ボイラや燃料電池等の消費設備１４に供給されて消費され、水素吸蔵合金１２で吸着した水素は有効に利用される。ここで、バッファタンク１３に充填した水素吸蔵合金１２から水素を放出するためには、バッファタンク１３を大気開放にして内圧を減圧させ、水素吸蔵合金１２に吸着した水素を放出させてもよい。大気中への放出は、短時間にバッファタンク１３の内圧を下げることが出来るため、再点火までの時間が短い場合は特に有効である。
【００５５】
また、ガスタービン降速時には燃焼器２の内圧が低下していくため、燃焼器２の内圧がバッファタンク１３の内圧以下となったときには、バルブ３０４，バルブ３０６，バルブ３０７を閉じてバルブ３０５を開くことで、バッファタンク１３の内圧を低下させ、水素吸蔵合金１２から吸着した水素を燃焼器供給燃料２０２として使用することも出来る。この場合、消費設備１４を持たない設備であってもバッファタンク１３に充填された水素吸蔵合金１２は、次回の点火時までに水素吸着能力を回復し、再びガスタービン燃焼器２の点火用燃料を製造することができる。
【００５６】
図８を用いて、燃焼器２を点火するときの時間進行に対する燃焼器供給燃料２０２に含まれる水素濃度の変化を示す。本発明の実施例１と同じく、燃焼器２の点火時に供給される燃焼器供給燃料２０２の水素濃度は、燃焼用空気の温度が設計値より低い、あるいは供給される燃料の組成が大きく変化した等の何らかの不測の理由によって点火を失敗したときにも、燃焼器２の下流で生成される水素を含む燃料と空気の未燃混合気が引火しない濃度とする。ただし、本実施例では燃料供給系統に備えた水素吸蔵合金１２において熱エネルギーの授受がない。そのため、他の実施例では、コールドスタート及びホットスタートにおける燃焼器供給燃料２０２の許容水素濃度が異なっていたが、本実施例では両者の許容水素濃度が同一となる利点がある。さらに、本実施例の水素吸蔵合金１２は常温から概略１５０℃以下の温度において圧力差によって水素の吸着と放出を行うため、燃料電池自動車や水素自動車で使用することを目的に開発されている水素吸蔵合金を本実施例に適用することができ、高信頼性，高耐久性，低コストを両立させることができる。
【００５７】
なお、本実施例ではガスタービンのみの構成であるが、実施例１と同じく蒸気タービンと組み合わせてコンバインドサイクルとすることも考えられる。
【００５８】
以上説明したように本発明の実施例によれば、バーナー点火前において、燃焼器２の下流で水素を含む燃料と空気の未燃混合気における水素濃度が可燃範囲となることを抑制することができる。また、ガスタービン起動用燃料及びその系統等を別途に設けることなく、水素を含む混合燃料を用いて燃焼器２に点火させ燃焼器２において燃料を燃焼させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は多種燃料対応ガスタービンとして発電用のガスタービン及びそのガスタービンの燃料制御方法に利用できるだけでなく、熱と電力を併給可能なコジェネレーションシステム用のガスタービン及びそのガスタービンの燃料制御方法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１となるコンバインドサイクルの構成を示すシステムフロー図である。
【図２】図１に示した本発明の実施例１に係るコンバインドサイクルで水素吸蔵合金を用いて水素の吸着及び放出を行った場合の時間進行に対する燃料中に含まれる水素濃度を示す図である。
【図３】本発明の実施例２となるガスタービンの構成を示すシステムフロー図である。
【図４】本発明の実施例２となるガスタービンの構成を示すシステムフロー図である。
【図５】本発明の実施例３となるガスタービンの構成を示すシステムフロー図である。
【図６】本発明の実施例３となるガスタービンの構成を示すシステムフロー図である。
【図７】本発明の実施例４となるガスタービンの構成を示すシステムフロー図である。
【図８】図７に示した本発明の実施例４に係るコンバインドサイクルで水素吸蔵合金を用いて水素の吸着及び放出を行った場合の時間進行に対する燃料中に含まれる水素濃度を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  空気圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
４  発電機
５  ガスタービン起動用モータ
６  排熱回収ボイラ
７  蒸気タービン
８  第二の発電機
９  復水器
１０  節炭器
１１  熱交換器
１２  水素吸蔵合金
１３  バッファタンク
１４  消費設備
２０  外筒
２１  ライナ
２２  バーナー
２３  尾筒
２４  吐出ケーシング
２５  ステー
３１  燃料ノズル
３２  空気孔プレート
３３  空気孔
４１  燃料噴流
４２  燃焼空気
１０１  空気
１０２  圧縮空気
１０３  燃焼ガス
１０４  高温排気ガス
１０５  中温排気ガス
１０６  低温排気ガス
１０７  排ガス
２０１  燃料
２０２  燃焼器供給燃料
３０１  元弁
３０２  減圧弁
３０３  流調弁
３０４〜３０７  バルブ
４０１  高温高圧蒸気
４０２  低圧蒸気
４０３  復水
４０４  給水
１０００  コンバインドサイクル
２０００，３０００，４０００，５０００，６０００  ガスタービン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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