(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンに設けられるガスタービン用点火装置において、
直流電源に接続されて前記直流を所望の周波数の交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されて前記交流を所望の電圧に変換する変圧器と、前記変圧器に接続されて前記交流による絶縁破壊により前記所望の周波数及び電圧で火花放電を行う点火プラグとを有することを特徴とするガスタービン用点火装置。
【請求項２】
前記所望の周波数が少なくとも１０Ｈｚを越えるように設定された請求項１記載のガスタービン用点火装置。
【請求項３】
前記所望の電圧が１０ｋＶ未満に設定され、前記所望の周波数が５０Ｈｚ以上に設定された請求項２記載のガスタービン用点火装置。
【請求項４】
商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンの点火方法において、商用電源の停電時に駆動されている前記ガスタービンが商用電源復帰に伴う停止指令を受けて停止した後、商用電源の再度の停電に伴って直ちに再始動する際に、直流電源からの直流をインバータ回路によって所望の周波数の交流に変換し、前記インバータ回路からの前記交流を変圧器によって所望の電圧に変換し、前記変圧器からの前記交流によって点火プラグを絶縁破壊により前記所望の周波数及び電圧で火花放電させることにより、白煙の発生を見ることなく前記ガスタービンを始動させることを特徴とするガスタービンの点火方法。
【請求項５】
商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンの点火方法において、商用電源の停電時に前記ガスタービンを始動する際に、直流電源からの直流をインバータ回路によって所望の周波数の交流に変換し、前記インバータ回路からの前記交流を変圧器によって所望の電圧に変換し、前記変圧器からの前記交流によって点火プラグを絶縁破壊により前記所望の周波数及び電圧で火花放電させることにより、従来のガスタービンの点火方法に比べて低い着火ミスの発生率で前記ガスタービンを始動させることを特徴とするガスタービンの点火方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、停電時に非常用発電機を駆動するためのガスタービンに設けられる直流電源を用いた点火装置と、係るガスタービンの点火方法に係り、特に着火遅れが起こりにくいために着火遅れに起因する白煙の排出を極力抑えることができる点火装置及び点火方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビル、工場、その他の各種施設では、商用電源の停電時に備えて非常用発電装置が設置されていることがある。例えば下記特許文献１、２に示すように、非常用発電装置としては発電機をガスタービン装置で駆動するものが知られているが、非常用発電装置は商用電源がダウンしている状態で使用するものであるため、ガスタービン装置に付帯する電子機器等の電源はバッテリを用いた直流電源を使用しており、点火装置も直流電源を使用している。
【０００３】
図２は、非常用発電機を駆動するガスタービンに設けられる直流電源を用いた従来の点火装置１０の回路構成を示す図である。図２に示すように、従来の点火装置１０では、直流電源としては一般に２４Ｖが使用されている場合が多い。この直流電源は、互いに並列に接続されたバイブレータ１１とコンデンサ１２を介して変圧器１３に接続されている。さらに変圧器１３の出力側には、整流器１４が直列に接続されるとともに、その後段には抵抗器１５が並列に設けられ、さらに並列に接続されたコンデンサ１６と直列に接続された放電ギャップ１７からなる充放電回路が設けられている。そして該充放電回路の出力側には、直列に接続されたチョークコイル１８と並列に接続された抵抗器１９を介して点火プラグ２０が接続されている。
【０００４】
この点火装置１０によれば、直流電源から供給される直流電圧は、所定時間間隔で作動するバイブレータ１１のチョップ作用によって交流のようなパルスとなり、変圧器１３で所望の電圧に変換された後、さらに整流器１４で直流に戻されてから充放電回路に加えられて点火プラグ２０を間欠的に駆動する。
【０００５】
上に説明したような非常用発電装置のガスタービンにおける従来の点火装置１０によれば、ガスタービンにおける点火を確実に行なうためには、間欠的に行なわれる各点火動作のエネルギが所定値以上のものでなければならず、所定値以下では燃料ガスに安定的に着火しないと考えられてきた。従来の当業者の技術常識では、２４Ｖの直流電源を用いた従来の点火装置では、一般に１回の点火動作における電圧は例えば１８ｋＶ程度以上のものを使用してきた。そして、従来の点火装置において、そのようなエネルギでの点火を行なうためには、間欠的な着火動作の頻度は５〜１０Ｈｚ程度となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０９８３０号公報
【特許文献２】特開平１−２６８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者は、直流駆動である従来の点火装置について、実験に基づく研究を鋭意続けた結果、従来の技術常識に反する課題を発見するに至った。すなわち、従来の点火装置によれば、ガスタービンの運転態様によっては必ずしも確実な点火ができない場合があるという事象を発見したのである。すなわち、商用電源が停電した際には、非常用発電機を駆動するガスタービンを点火装置で点火して始動するが、その後に商用電源が復旧すればガスタービンを停止する指令を出すことになる。ところが、停止指令を出した直後、再び商用電源がダウンした場合には、ガスタービンがまだ完全に止まる前に再始動しなければならない。そのような場合には、ガスタービン内では空気は大量に流れており、これに見合った量の燃料もまだ供給されているので、再始動のための点火までに時間がかかれば、大量の燃料が燃焼せずに白煙となって排出されてしまうという問題が生じる。
【０００８】
前述した従来の点火装置によれば、通常の始動時には特に問題が生じない場合が多く、上記問題点に気付く技術者は存在しなかったが、本願発明者は、従来の点火装置を備えたガスタービンにおいて実際に上述したような運転態様で白煙が排出されてしまうことを確認した。その原因として、本願発明者は、従来の点火装置の点火エネルギは１８ｋＶ程度以上の大きなものではあるが、その放電間隔は１秒間に５〜１０回程度の間欠的なものであるために着火性が低く、点火遅れが生じていると考えた。
【０００９】
本発明は、上述したような本願発明者の発見した新たな課題と、その原因に対する研究の結果成されたものであって、非常用発電機を駆動するためのガスタービンに設けられる直流電源を用いた点火装置において、着火遅れが起こりにくいために着火遅れに起因する白煙の排出を極力抑えることができるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載されたガスタービン用点火装置は、
商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンに設けられるガスタービン用点火装置において、
直流電源に接続されて前記直流を所望の周波数の交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されて前記交流を所望の電圧に変換する変圧器と、前記変圧器に接続されて前記交流による絶縁破壊により前記所望の周波数及び電圧で火花放電を行う点火プラグとを有することを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載されたガスタービン用点火装置は、請求項１記載のガスタービン用点火装置において、前記所望の周波数が少なくとも１０Ｈｚを越えるように設定されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載されたガスタービン用点火装置は、請求項２記載のガスタービン用点火装置において、
前記所望の電圧が１０ｋＶ未満に設定され、前記所望の周波数が５０Ｈｚ以上に設定されることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載されたガスタービンの点火方法は、
商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンの点火方法において、商用電源の停電時に駆動されている前記ガスタービンが商用電源復帰に伴う停止指令を受けて停止した後、商用電源の再度の停電に伴って直ちに再始動する際に、直流電源からの直流をインバータ回路によって所望の周波数の交流に変換し、前記インバータ回路からの前記交流を変圧器によって所望の電圧に変換し、前記変圧器からの前記交流によって点火プラグを絶縁破壊により前記所望の周波数及び電圧で火花放電させることにより、白煙の発生を見ることなく前記ガスタービンを始動させることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載されたガスタービンの点火方法は、
商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンの点火方法において、商用電源の停電時に前記ガスタービンを始動する際に、直流電源からの直流をインバータ回路によって所望の周波数の交流に変換し、前記インバータ回路からの前記交流を変圧器によって所望の電圧に変換し、前記変圧器からの前記交流によって点火プラグを絶縁破壊により前記所望の周波数及び電圧で火花放電させることにより、従来のガスタービンの点火方法に比べて低い着火ミスの発生率で前記ガスタービンを始動させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１乃至２に記載されたガスタービン用点火装置によれば、インバータ回路で直流電源を所望の周波数の交流に変換し、これを変圧器で所望の電圧に変換して点火プラグに与えることにより、従来よりも放電間隔がはるかに短い殆ど連続的な火花によって火花放電を行うことができるので、従来よりも高い着火性が得られる。特に、ガスタービン停止動作中の再始動着火において着火遅れが生じないことから、従来多量に発生していた白煙の排出を格段に抑えることができる。
【００１６】
請求項３に記載されたガスタービン用点火装置によれば、請求項２記載のガスタービン用点火装置において、点火プラグに与える交流電圧の電圧は１０ｋＶ未満と低いが、周波数は５０Ｈｚ以上であり、連続的な火花を発生させることができる。
【００１７】
請求項４に記載されたガスタービンの点火方法によれば、商用電源の停電時に駆動されている前記ガスタービンが商用電源復帰に伴う停止指令を受けて停止した後、商用電源の再度の停電に伴って直ちに再始動する際に、インバータ回路で直流電源を所望の周波数の交流に変換し、これを変圧器で所望の電圧に変換して点火プラグに与えることにより、従来よりも放電間隔がはるかに短い殆ど連続的な火花によって火花放電を行うことができるので、従来よりも高い着火性が得られ、白煙の発生を見ることなくガスタービンを始動させることができる。
【００１８】
請求項５に記載されたガスタービンの点火方法によれば、商用電源の停電時に前記ガスタービンを始動する際に、インバータ回路で直流電源を所望の周波数の交流に変換し、これを変圧器で所望の電圧に変換して点火プラグに与えることにより、従来よりも放電間隔がはるかに短い殆ど連続的な火花によって火花放電を行うことができるので、従来よりも高い着火性が得られ、従来のガスタービンの点火方法に比べて低い着火ミスの発生率で前記ガスタービンを始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービン用点火装置の構成図である。
【図２】従来のガスタービン用点火装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービン用点火装置１の構成図である。このガスタービン用点火装置１は、商用電源の停電時に運転される発電装置を駆動するためのガスタービンに設けられる装置である。
【００２１】
図１に示すように、この点火装置１では、電源として従来用いられていた２４Ｖの直流電源をそのまま流用しており、従来の装置に対する代替性に優れている。すなわち、従来の装置において直流電源はそのままとして取り替えることが容易である。
【００２２】
図１に示すように、直流電源には、直流を所望の周波数の交流に変換するインバータ回路２が接続されている。インバータ回路２は、サイリスタ等の電力変換デバイスを利用した装置であって、直流を所望の周波数の交流に変換することができる。このインバータ回路２の出力側には、前記交流を所望の電圧に昇圧する変圧器３が接続され、さらに変圧器３の出力側には、中心電極と外側電極の間に印可された交流電圧による絶縁破壊により火花放電を生じる点火プラグ４が接続されている。
【００２３】
本実施形態においては、前記点火プラグとしては、６０Ｈｚ、７ｋＶを印加した場合に正常に火花放電するという仕様の製品を採用した。またインバータ回路２から出力される交流の周波数は５０Ｈｚ以上とされ、変圧器３により昇圧される交流の電圧は１０ｋＶ未満に設定される。
【００２４】
このように本実施形態において点火プラグ４を駆動する電流は、エネルギは従来よりも低いが、間隔の短い周波数の交流であるため、従来のようにエネルギは高いが１秒間に５〜１０回程度の冗長な放電間隔の直流に比べ、点火時の火花はほとんど連続的であり、前述した程度のエネルギであっても現実には優れた着火性を示し、従来例で点火遅れが生じてガスタービンから白煙が排出されていたような運転態様においても点火遅れは生じず、白煙排出等の不都合は生じなかった。
【００２５】
具体的には、商用電源の停電時に駆動されているガスタービンが商用電源復帰に伴う停止指令を受けて停止した後、商用電源の再度の停電に伴って直ちにこれを再始動する際に、本実施形態の点火装置１で点火を行なえば、従来は発生していた白煙の発生を見ることな、く前記ガスタービンを円滑に始動させることができた。
【００２６】
また、上述したような停止後の再始動でなく、通常の始動時においても、従来の点火装置ではある一定の発生率で着火ミスが生じていたが、本実施形態の点火装置によれば、通常の始動時における着火ミスの発生率も従来に比べ低いことが実験により実証された。
【００２７】
また、以上説明した一例ではインバータ回路２により変換した交流の周波数を５０Ｈｚとしたが、周波数を種々に設定して実験した結果、少なくとも従来例の１秒間に１０回という頻度を越える程度、すなわち１０Ｈｚを越える周波数に設定すれば、通常始動時の着火性の向上と、再始動時の白煙発生抑制について、相応の効果が得られることが判明した。
【符号の説明】
【００２８】
１…点火装置
２…インバータ回路
３…変圧器
４…点火プラグ
【図１】
0005550934.tif 000002
【図２】
0005550934.tif 000003