(57)【要約】【課題】燃焼器の着火性の向上を図ることができる燃料制御装置を提供する。【解決手段】燃料制御装置１は、燃料噴射器４と、燃料ポンプ５と、アクチュエータ６と、圧力センサ７と、制御器８とを備えている。制御器８は、圧力センサ７によって検出された燃料の供給圧力に基づいて、燃料噴射器４への燃料の供給量を決定し、その燃料の供給量に応じてアクチュエータ６を制御する。アクチュエータ６は、制御器８から送出される燃料流量信号に応じて、燃料ポンプ５から燃料噴射器４に供給される燃料を調量する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器への燃料の供給量を制御する燃料制御装置において、
前記燃焼器に前記燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料噴射手段に供給される前記燃料の供給圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段によって検出された前記燃料の供給圧力に基づいて、前記燃料噴射手段への前記燃料の供給量を決定する供給量決定手段と、
前記供給量決定手段によって決定された前記燃料の供給量に応じて前記燃料供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする燃料制御装置。
【請求項２】
前記供給量決定手段は、前記圧力検出手段によって検出された前記燃料の供給圧力が予め定められた所定圧よりも低い場合に、前記燃料噴射手段への前記燃料の供給量を増量させることを特徴とする請求項１に記載の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガスタービンエンジンの燃焼器への燃料の供給量を制御する燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンエンジンの燃焼器への燃料供給量を制御する装置として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の装置は、パイロット燃料を噴出するパイロット噴孔とメイン燃料を噴出するメイン噴孔とを備えた圧力噴霧式の燃料ノズルと、パイロット燃料又はメイン燃料に水を供給する水供給装置とを備えている。
【特許文献１】特開２００８−３１８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、圧力噴霧式の燃料ノズルでは、燃料ノズルの入口部に位置するマニホールドの内圧が所定圧以上ではない場合、噴出した燃料の流径が大きくなり燃料が霧化しないといった問題がある。
【０００４】
また、燃焼器の停止後は、マニホールド内に充満した燃料が燃焼ノズルを通過して燃焼器の燃焼室内に流出する。そのため、燃焼器始動の度にマニホールド内に燃料を充填する必要があり、通常の燃料制御ではマニホールド内の燃料充填に時間を要するため、燃圧の立上り遅れが発生することで燃焼器の始動が遅れるといった問題も生じる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃焼器の着火性の向上を図ることができる燃料制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃焼器への燃料の供給量を制御する燃料制御装置において、燃焼器に燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃料噴射手段に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料噴射手段に供給される燃料の供給圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段によって検出された燃料の供給圧力に基づいて、燃料噴射手段への燃料の供給量を決定する供給量決定手段と、供給量決定手段によって決定された燃料の供給量に応じて燃料供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係わる燃料制御装置においては、燃料供給手段から燃料噴射手段に供給される燃料の供給圧力が圧力検出手段によって検出される。そして、その供給圧力に基づいて燃料噴射手段への燃料の供給量を決定し、その燃料供給量に応じて燃料供給手段を制御する。例えば燃料噴射手段のマニホールド内の圧力が低い、つまりマニホールド内に燃料がほとんど充填されていない場合には、燃料噴射手段への燃料供給量を増加させることで、マニホールド内への燃料の充填の時間を短縮することができる。これにより、マニホールド内の圧力を早期に立ち上げることができる。また、マニホールド内の圧力が早期に立ち上がることにより、燃料の霧化の促進を図ることができる。以上により、燃圧の立上り遅れが解消され、燃焼器の着火性の向上を図ることができる。
【０００８】
また、好ましくは、供給量決定手段は、圧力検出手段によって検出された燃料の供給圧力が予め定められた所定圧よりも低い場合に、燃料噴射手段への燃料の供給量を増量させる。この場合、燃料供給量を通常よりも増量させることにより、例えば燃料噴射手段のマニホールド内への燃料充填時間を確実に短縮することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃焼器の着火性の向上を図ることができる。これにより、例えばガスタービンエンジンのアイドリング回転数までの到達時間を早めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明に係わる燃料制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係わる燃料制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の燃料制御装置１は、ガスタービンエンジン（以下、単にエンジン）２のアニュラー型の燃焼器３への燃料の供給量をコントロールするための装置である。また、エンジン２は、空気を燃焼器３内に過給するための圧縮器１１と、この圧縮機１１に連結されたタービン１２とを有している。
【００１２】
燃料制御装置１は、燃料噴射器４と、燃料ポンプ５と、アクチュエータ６と、圧力センサ７と、制御器８とを備えている。
【００１３】
図２に燃料噴射器４の構成について示す。同図に示すように、燃料噴射器４は、複数の燃料ノズル１４と、これらの燃料ノズル１４の入口部の配管集合部を構成するマニホールド１０とを有し、各燃料ノズル１４は、マニホールド１０に沿って所定の間隔を有して複数配置されている。燃料ノズル１４は、圧力噴霧型のノズルである。燃料ノズル１４は、当該燃料ノズル１４に流入した燃料に旋回流を与え、その遠心力で燃料を霧化する。燃料ノズル１４から噴射された燃料は、エンジン２の燃焼器３へと供給される。
【００１４】
図３に燃料ノズル１４の流量特性を示す。図３の縦軸は燃料流量Ｇｆ、横軸は燃料ノズル１４の前後圧力√Ｐ（入口部及び出口部の圧力）となっている。同図に示すように、燃料ノズル１４の流量特性としては、燃料ノズル１４の前後圧力√Ｐに比例して燃料流量Ｇｆが増加している。そのため、燃焼器３の始動時において燃料ノズル１４から規定流量の燃料を噴射するためには、燃料ノズル１４の入口部の圧力（出口部の圧力）を規定圧にコントロールする必要がある。
【００１５】
図１に戻り、燃料ポンプ５は、燃料タンク９に配管Ｌを介して接続されている。燃料ポンプ５と燃料噴射器４とは、配管Ｌ及びアクチュエータ６を介して接続されている。
【００１６】
アクチュエータ６は、燃料ポンプ５によって燃料タンク９から汲み上げられた燃料の流量を調量する。アクチュエータ６は、制御器８と電気的に接続されており、制御器８から送出される燃料流量信号によって燃料の流量を調量する。
【００１７】
圧力センサ７は、アクチュエータ６とマニホールド１０との間に設けられている。圧力センサ７は、アクチュエータ６の出口部からマニホールド１０へと至る配管Ｌ（流路）内の燃料の供給圧力（燃圧）を検出し、その検出信号（燃圧信号Ｐｆ）を制御器８に送出する。
【００１８】
制御器８は、圧力センサ７から送出された燃圧信号Ｐｆと、エンジン運転時にセンサ等から送出された各種制御信号（エンジン起動信号ＳＴ及びエンジン回転数Ｎ）とに基づいて、燃料噴射器４への燃料の供給量を決定する。そして、制御器８は、決定した燃料の供給量に応じた燃料流量信号をアクチュエータ６に送出する。
【００１９】
図４は、制御器８の処理手順の詳細を示すフローチャートである。図４において、まずエンジン起動信号ＳＴ、エンジン回転数Ｎ、及び燃圧信号Ｐｆが入力される（手順Ｓ０１）。次に、入力されたエンジン起動信号ＳＴに基づいて、エンジン２が起動状態であるか否か（起動信号ＳＴのレベルがＨｉｇｈ又はＬｏｗのどちらであるか）が判定される（手順Ｓ０２）。エンジン起動信号ＳＴのレベルがエンジン２の起動状態を示すＨｉｇｈである場合には、手順Ｓ０３に進む。一方、エンジン起動信号ＳＴのレベルがＬｏｗである、つまりエンジン２が停止している場合には、手順Ｓ０７に進む。
【００２０】
手順Ｓ０３では、入力されたエンジン回転数Ｎが予め定められた回転数Ｎｒｅｆ以上であるか否かが判定される。回転数Ｎｒｅｆは、圧縮器１１から燃焼器３へと流入する空気が、燃料の供給により燃焼可能な状態にあるか否かを判定するために設定された値である。エンジン回転数Ｎが回転数Ｎｒｅｆ以上である場合には、手順Ｓ０４に進む。一方、エンジン回転数Ｎが回転数Ｎｒｅｆよりも低い場合には、手順Ｓ０７に進む。
【００２１】
手順Ｓ０４では、エンジン２への着火が可能な状態であると判定され、エンジン２の始動時に燃料ノズル４に供給する燃料の供給量Ｇｆ_ｓｔを決定する。この供給量Ｇｆ_ｓｔは、燃焼器３での着火性とエンジン２をアイドリング回転数まで加速させるために必要な燃料の供給量とに基づいて、予め設定された制御ロジックから算出される。
【００２２】
続いて、燃圧信号Ｐｆが予め定められた燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆよりも小さいか否かが判定される（手順Ｓ０５）。燃圧信号Ｐｆが燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆよりも小さい場合には、手順Ｓ０６に進む。一方、燃圧信号Ｐｆが燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆ以上である場合には、手順Ｓ０８に進む。なお、燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆは、図３に示す流量特性から求められるものである。具体的には、図３に示すように、燃焼器３の着火に必要な燃料の流量がＧｆ１の場合には、燃料ノズル１４に必要な前後圧力が一義的に決定される。このとき、エンジン２の始動時における燃料ノズル１４の出口部の圧力は、燃焼器３内の圧力と等価となっている。しかし、エンジン２の始動時には、圧縮器１１が十分に働いていないため、圧縮器１１の空気出口部の圧力と燃焼器３の内圧とが大気圧と略等価となっている。このようにして、エンジン２の始動時の着火に必要な燃料ノズル１４の入口部の圧力が求まり燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆが設定される。
【００２３】
図４に戻って、手順Ｓ０６では、手順Ｓ０４において決定された供給量Ｇｆ_ｓｔにマニホールド１０の内圧を上昇させるために必要な燃料増量分ΔＧｆが加算され、燃料噴射器４への燃料の供給量Ｇｆ（＝Ｇｆ_ｓｔ＋ΔＧｆ）が決定される。なお、燃料増量分ΔＧｆは、マニホールド１０内の容積とその容量を燃料で充填させるための必要充填時間とから決定される。
【００２４】
また、手順Ｓ０７では、手順Ｓ０３において燃焼器３への流入空気量が十分ではないと判定されると、燃料の供給量Ｇｆが０（Ｇｆ＝０）とされる。つまり、燃焼器３への燃料の供給を行わないようにする。
【００２５】
また、手順Ｓ０８では、手順Ｓ０５において燃圧信号Ｐｆが燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆ以上である、つまりマニホールド１０の内圧が規定圧以上である判定されると、燃料の供給量Ｇｆが始動時の供給量Ｇｆ_ｓｔ（Ｇｆ＝Ｇｆ_ｓｔ）とされる。
【００２６】
手順Ｓ０６〜Ｓ０８が実施された後、得られた燃料供給量Ｇｆに応じた燃料流量信号がアクチュエータ６に送出されることで、燃料供給制御が行われる（手順Ｓ０９）。なお、制御器８は、エンジン回転数Ｎがアイドリング回転数に到達すると、通常の燃料供給制御を行う。
【００２７】
図５は、従来の燃料制御装置と本実施形態の燃料制御装置１とにおけるエンジン始動性を示すタイムチャートである。同図において、破線が従来の燃料制御装置における特性を示し、実線が本実施形態の燃料制御装置１の特性を示している。図５に示すように、従来の燃料制御装置では、エンジン始動時において燃料流量Ｇｆが一定であるのに対し、燃料制御装置１では、マニホールド１０の内圧に応じてエンジン始動時に燃料流量Ｇｆが多くなっている。これにより、着火のタイミングが早まることで、タービン１２の出口温度Ｔ６の上昇時間が従来の燃料制御装置よりも短縮される。そのため、アイドリング回転数Ｎまでの到達時間が短縮される。
【００２８】
以上において、燃料噴射器４は、燃焼器３に燃料を噴射する燃料噴射手段を構成している。燃料ポンプ５、アクチュエータ６、及び配管Ｌは、燃料噴射器４に燃料を供給する燃料供給手段を構成している。圧力センサ７は、燃料噴射器４に供給される燃料の供給圧力を検出する圧力検出手段を構成している。制御器８の上記手順Ｓ０１〜Ｓ０８は、圧力センサ７によって検出された燃料の供給圧力に基づいて、燃料噴射器４への燃料の供給量を決定する供給量決定手段を構成している。制御器８の上記手順Ｓ０９は、供給量決定手段によって決定された燃料の供給量に応じてアクチュエータ６を制御する制御手段を構成している。
【００２９】
以上のように本実施形態の燃料制御装置１にあっては、燃料ポンプ５から燃料ノズル１４に供給される燃料の供給圧力（燃圧）が圧力センサ７によって検出される。そして、燃圧信号Ｐｆが予め設定された燃圧信号Ｐｆ_ｒｅｆより小さいときは、供給量Ｇｆ_ｓｔに燃料増量分ΔＧｆが加算された燃料供給量Ｇｆを求め、その燃料供給量Ｇｆに応じてアクチュエータ６を制御する。これにより、マニホールド１０（燃料ノズル４の入口部）の圧力が低い、つまりマニホールド１０内に燃料がほとんど充填されていない場合には、マニホールド１０への燃料供給量を増加させ、マニホールド１０内への燃料の充填の時間を短縮することができる。これにより、エンジン２の始動時において、マニホールド１０内の圧力を規定圧以上まで早期に立ち上げることができる。
【００３０】
また、マニホールド１０内の圧力が早期に立ち上がることにより、燃料ノズル１４の入口部の圧力が上昇し、燃料が霧化する。そのため、水等の媒体で燃圧を増加させなくとも、簡易な構成により燃料の霧化特性を向上させることができる。従って、着火のタイミングにおいて、最適な燃料の霧化を得ることができ、良好な着火特性が得られる。以上により、燃圧の立上り遅れが解消され、燃焼器３の着火性の向上を図ることができる。その結果、エンジン２のアイドリング回転数までの到達時間を早めることができる。
【００３１】
ここで、マニホールド１０の内圧が規定圧まで上昇していない場合には、燃料ノズル４から霧化していない燃料が未燃燃料として燃焼器３に大量に流出する。そのため、燃焼器３内に残存する未燃燃料が着火時に爆燃するといった問題が生じる。しかし、本実施形態の燃料制御装置１では、マニホールド１０の内圧を早期に立ち上げることができるので、早い段階で燃料ノズル４から噴射される燃料を霧化することができる。そのため、未燃燃料の着火時に生じる爆燃現象を低減することができる。
【００３２】
また、従来の燃料制御装置には、エンジン２を停止した際にマニホールド１０内の燃料が燃料ノズル４を通過して燃焼器３へと流出するのを防止し、マニホールド１０に燃料が充填された状態を維持するために、燃料ノズル４にチェック弁を設けてエンジン始動性の向上を図っているものがある。この場合、マニホールド１０内の圧力を保つことが可能となるが、エンジン停止後のヒートソークバック（熱戻りによる焦げ付き）によって燃料が炭化し、燃料ノズル４を目詰まりさせるといった問題が生じ得る。しかし、本実施形態の燃料制御装置１では、そのようなチェック弁等を用いなくとも、マニホールド１０内の圧力を早期に立ち上げることができ、燃料の霧化の促進を図ることができるので、燃焼器３の着火性の更なる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わる燃料制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】燃料噴射器の構成を示す図である。
【図３】燃料ノズルの流量特性を示す図である。
【図４】制御器の処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】従来の燃料制御装置と本実施形態の燃料制御装置とにおけるエンジン始動性を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１…燃料制御装置、４…燃料噴射器（燃料噴射手段）、５…燃料ポンプ（燃料供給手段）、６…アクチュエータ（燃料供給手段）、７…圧力センサ（圧力検出手段）、８…制御器（供給量決定手段、制御手段）、Ｌ…配管（燃料供給手段）。
【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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