(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料としてガスと油の両方が使用可能なデュアル燃料型であり高圧蒸気タービンと中圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンとを有する蒸気タービンとガスタービンと発電機が同軸で接続されてなる一軸コンバインドプラントにおける前記蒸気タービンの出力の推定を行う蒸気タービン出力推定装置であって、
前記中圧蒸気タービンの入口側での蒸気圧力と、前記低圧蒸気タービンによる出力に関する補正値とに基づいて、前記蒸気タービンの出力の推定を行う
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項２】
請求項１記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
前記低圧蒸気タービンによる出力に関する補正値は、前記低圧蒸気タービンに流入する蒸気流量に基づいて、求められる
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
前記燃料として前記ガスが使用された場合と前記油が使用された場合とでは、前記中圧蒸気タービンの入口側での蒸気圧力が同じでも前記低圧蒸気タービンに流入する蒸気流量が異なる
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
前記燃料として前記油が使用された場合に、前記ガスが使用された場合には必要とされない加熱のための加熱蒸気が必要とされる結果、前記中圧蒸気タービンの入口側での蒸気圧力が同じでも前記低圧蒸気タービンに流入する蒸気流量が異なる
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項５】
請求項４記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
前記加熱蒸気は、前記油が使用された場合に予熱器をバイパスした水が脱気器で加熱されるために使用される
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
前記低圧蒸気タービンに流入する蒸気流量は、前記低圧蒸気タービンに流入する蒸気の流路に設けられた低圧蒸気加減弁を流れる蒸気流量であり、前記低圧蒸気加減弁の開度と、前記低圧蒸気加減弁の入口側の圧力と、前記低圧蒸気加減弁の出口側の圧力とに基づいて、前記蒸気タービンの出力の推定が行われる
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
更に、前記高圧蒸気タービンの入口側での蒸気温度に基づく補正値、前記中圧蒸気タービンの入口側での蒸気温度に基づく補正値及び前記蒸気タービンからの蒸気が入る復水器の真空度に基づく補正値に基づいて、前記蒸気タービンの出力の推定を行う
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、
前記ガスタービンの燃焼器として、予混燃焼器が使用されている
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置により推定された前記蒸気タービンの出力を、前記発電機の出力から減算することにより前記ガスタービンの出力を算出する
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置。
【請求項１０】
請求項９記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置により算出された前記ガスタービンの出力に基づいて、導入される空気流量を制御する
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置において、
前記空気流量は、前記ガスタービンの燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮器に導入される空気流量である
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置において、
前記空気流量は、前記ガスタービンの燃焼器に導入される空気流量である
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置において、
前記空気流量は、圧縮器からの圧縮空気のうち前記燃焼器をバイパスする空気の流量を調節するバイパス弁の開度により制御される
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置。
【請求項１４】
デュアル燃料型であり高圧蒸気タービンと中圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンとを有する蒸気タービンとガスタービンと発電機が同軸で接続されてなる一軸コンバインドプラントにおける前記蒸気タービンの出力の推定を行う蒸気タービン出力推定方法であって、
前記中圧蒸気タービンの入口側での蒸気圧力に基づいて算出された出力と、前記低圧蒸気タービンによる出力に関する補正値とを加算することにより、前記蒸気タービンの出力の推定を行う
デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置及び方法、ガスタービン出力算出装置、デュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４を参照して、一軸コンバインドプラントにおいて必要とされる制御について説明する。同図に示すように、一軸コンバインドプラントとは、ガスタービン１と蒸気タービン２とを１本の軸で繋いだプラントである。
【０００３】
一軸コンバインドプラントにおいて、パイロット比（メイン燃料流量とパイロット燃料流量との比）の制御は、測定した発電機Ｇの軸出力（ＭＷベース）１１と目標発電機出力１１ａとの差に基づいて行われる。即ち、パイロット比の制御に際しては、蒸気タービン２の出力とガスタービン１の出力（ガスタービン出力１３）との合計である発電機Ｇの軸出力１１が分かればよく、蒸気タービン２の出力とガスタービン出力１３のそれぞれが分かる必要は無い。
【０００４】
これに対し、圧縮器Ｃに対する空気の導入量及び燃焼器１４に対する空気の導入量は、ガスタービン出力１３（ＭＷ換算）によって制御される。ところが、ガスタービン出力１３を直接測ることはできない。そこで、演算部１０において、蒸気タービン２から出力されると推定される蒸気タービンの推定出力１２（ＭＷ換算）を計算により求め、減算器３において、測定した発電機Ｇの軸出力（ＭＷベース）１１から蒸気タービンの推定出力１２を引いてガスタービンの出力１３を算出していた。
【０００５】
この算出したガスタービンの出力１３に基づいて、ガスタービン燃焼器１４において安定した燃焼状態が得られるように、燃焼器バイパス弁開度指令１６、ＩＧＶ開度指令１７を計算により求め、燃焼器バイパス弁２０、ＩＧＶ２１を動かして、圧縮器Ｃ、燃焼器１４への空気の導入量を制御する。即ち、第１関数発生器４は、ガスタービンの出力１３を示す信号を入力し、最適な燃焼器バイパス弁開度を示す信号１６を出力する。第２関数発生器５は、ガスタービンの出力１３を示す信号を入力し、最適なＩＧＶ開度を示す信号１７を出力する。
【０００６】
高効率でかつ有害物質（ＮＯｘ等）の排出量を少なくするため、ガスタービン燃焼器１４に予混燃焼器を採用し、燃料に天然ガスのみが使用可能である、従来から存在する一軸コンバインドプラント（天然ガス専焼型）においては、図５に示すように、蒸気タービン出力１２は、中圧タービン入口蒸気圧力３１のみに基づいて、蒸気温度３２、３３、復水器真空度（蒸気タービン排圧）３４の各補正を掛けて算出されていた。以後、図５の方法で求められた蒸気タービン出力１２を蒸気タービン出力３０という。
【０００７】
図４において、蒸気タービン出力１２を算出する演算部１０は、従来は、図５の符号Ａで示す部分が対応していた。即ち、従来は、蒸気タービン出力１２として、図５に示す蒸気タービン出力３０が減算器３に出力されていた。
【０００８】
ここで、図５に示すように、中圧タービン入口蒸気圧力３１のみに基づいて蒸気タービン出力３０を算出できる理由について図６を参照して説明する。
図６は、天然ガス専焼型のコンバインドプラントにおける水と蒸気の流れを示す図である。図６に示される水と蒸気の流れは、一軸コンバインドプラントでも多軸コンバインドプラントでも基本的に同じである。
【０００９】
蒸気タービンの出力３０は、蒸気タービン２に入る蒸気の持つ熱エネルギーに蒸気タービン２の効率を掛けた形で表される。蒸気の持つ熱エネルギーは、蒸気流量と蒸気エンタルピーを掛けた形で表される。従って、蒸気タービン２に入る蒸気の持つ全熱エネルギーは、下記に示す計算式で表される。
（高圧蒸気５１の流量）×（高圧蒸気５１のエンタルピー）＋（中圧蒸気５８の流量）×（中圧蒸気５８のエンタルピー）＋（低圧蒸気６１の流量）×（低圧蒸気６１のエンタルピー）．
【００１０】
（中圧蒸気５８の流量）は、中圧タービン入口蒸気圧力３１と復水器真空度３４の差の関数として表される。また、（中圧蒸気５８のエンタルピー）も中圧タービン入口蒸気圧力３１の関数で、中圧蒸気温度３３の補正を掛けた形で表される。
【００１１】
コンバインドプラントにおいて、図６に示すように、高圧ドラム５０から発生した高圧蒸気５１は、高圧蒸気タービン５２で仕事をした後、低温再熱蒸気管５３を通って再熱器５４の前で中圧ドラム５５から発生した蒸気５６と合流して中圧蒸気５８として中圧蒸気タービン５７に入る。
即ち、
（高圧蒸気５１の流量）＝（中圧蒸気５８の流量）−（中圧ドラム５５で発生する蒸気５６の量）．
となる。
【００１２】
また、中圧ドラム５５で発生する蒸気５６の量も、中圧ドラム５５の圧力の関数で表され、かつ、中圧ドラム５５の圧力は、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１に配管圧損を加えたものである。従って、高圧蒸気５１の流量も中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１の関数として表される。
【００１３】
また、低圧蒸気６１は、蒸気タービン２の内部で、仕事をした中圧蒸気５８と混合されるので、低圧蒸気６１の流量の関数となる低圧蒸気タービン６２の入口蒸気圧力は、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１の関数となる。
【００１４】
このように、ヒートバランスを考慮すると、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１は、全てに渡って絡んでいるので、蒸気タービンの出力３０は、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１の関数として計算していても、凡その蒸気タービンの出力３０を計算することができていた。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−３２５０８号公報（図３）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
最近、一軸コンバインドプラントにおいて、ガスタービン燃焼器に予混燃焼器を採用してかつ通常使用する天然ガスが供給されない（ガス会社のトラブル等）場合でも運転が可能なように、燃料に天然ガスと油（軽油など）の両方を使用可能なデュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントの製作が求められている。
【００１７】
デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、蒸気タービンの出力を算出できることが望まれている。
デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、ガスタービンの出力を算出できることが望まれている。
デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、算出されたガスタービンの出力に基づいて、空気流量を制御して適切な燃空比が得られることが望まれている。
【００１８】
デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、適切な燃空比が得られるように、算出されたガスタービンの出力に基づいて、圧縮機及び燃焼器に導入される空気流量を制御することが望まれている。
デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、適切な燃空比が得られるように、算出されたガスタービンの出力に基づいて、圧縮機に導入される空気流量及び燃焼器バイパス弁を通過する空気流量を制御することが望まれている。
【００１９】
これらの蒸気タービン又はガスタービンの出力の算出が簡易な方法で行えることが望まれている。
これらの蒸気タービン又はガスタービンの出力の算出が従来から大きく変更の無い方法で行えることが望まれている。
【００２０】
本発明の目的は、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、蒸気タービンの出力を推定できるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置を提供することである。
本発明の他の目的は、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、ガスタービンの出力を算出できるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、算出されたガスタービンの出力に基づいて、空気流量を制御して適切な燃空比が得られるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置を提供することである。
【００２１】
本発明の更に他の目的は、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、適切な燃空比が得られるように、算出されたガスタービンの出力に基づいて、圧縮機及び燃焼器に導入される空気流量を制御するデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、適切な燃空比が得られるように、算出されたガスタービンの出力に基づいて、圧縮機に導入される空気流量及び燃焼器バイパス弁を通過する空気流量を制御するデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置を提供することである。
【００２２】
本発明の更に他の目的は、蒸気タービンの算出が簡易に行えるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、ガスタービンの出力が簡易に行えるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、蒸気タービンの算出が従来から大きく変更の無い方法で行えるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、ガスタービンの算出が従来から大きく変更の無い方法で行えるデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２４】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置は、燃料としてガスと油の両方が使用可能なデュアル燃料型であり高圧蒸気タービン（５２）と中圧蒸気タービン（５７）と低圧蒸気タービン（６２）とを有する蒸気タービン（２）とガスタービン（１）と発電機（Ｇ）が同軸で接続されてなる一軸コンバインドプラントにおける前記蒸気タービン（２）の出力の推定を行う蒸気タービン出力推定装置であって、前記中圧蒸気タービン（５７）の入口側での蒸気圧力（３１）と、前記低圧蒸気タービン（６２）による出力に関する補正値（８８）とに基づいて、前記蒸気タービン（２）の出力の推定を行う。
【００２５】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、前記低圧蒸気タービン（６２）による出力に関する補正値（８８）は、前記低圧蒸気タービン（６２）に流入する蒸気流量（７９）に基づいて、求められる。
【００２６】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、前記燃料として前記ガスが使用された場合と前記油が使用された場合とでは、前記中圧蒸気タービン（５７）の入口側での蒸気圧力（３１）が同じでも前記低圧蒸気タービン（６２）に流入する蒸気流量（７９）が異なる。
【００２７】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、前記燃料として前記油が使用された場合に、前記ガスが使用された場合には必要とされない加熱のための加熱蒸気（７４）が必要とされる結果、前記中圧蒸気タービン（５７）の入口側での蒸気圧力（３１）が同じでも前記低圧蒸気タービン（６２）に流入する蒸気流量（７９）が異なる。
【００２８】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、前記加熱蒸気（７４）は、前記油が使用された場合に予熱器（７２）をバイパスした水が脱気器（７３）で加熱されるために使用される。
【００２９】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、前記低圧蒸気タービン（６２）に流入する蒸気流量（７９）は、前記低圧蒸気タービン（６２）に流入する蒸気の流路に設けられた低圧蒸気加減弁（８０）を流れる蒸気流量（７９）であり、前記低圧蒸気加減弁（８０）の開度（Ａ）と、前記低圧蒸気加減弁（８０）の入口側の圧力（Ｐ０）と、前記低圧蒸気加減弁（８０）の出口側の圧力（８２）とに基づいて、前記蒸気タービン（２）の出力の推定が行われる。
【００３０】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、更に、前記高圧蒸気タービン（５２）の入口側での蒸気温度（３２）に基づく補正値（３０ｂ）、前記中圧蒸気タービン（５７）の入口側での蒸気温度（３３）に基づく補正値（３０ｃ）及び前記蒸気タービン（２）からの蒸気が入る復水器（７０）の真空度に基づく補正値（３０ｄ）に基づいて、前記蒸気タービン（２）の出力の推定を行う。
【００３１】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置において、前記ガスタービン（１）の燃焼器（１４）として、予混燃焼器が使用されている。
【００３２】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置は、本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定装置により推定された前記蒸気タービン（２）の出力（１２、９０）を、前記発電機（Ｇ）の出力（１１）から減算することにより前記ガスタービン（１）の出力（１３）を算出する。
【００３３】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置は、本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおけるガスタービン出力算出装置により算出された前記ガスタービン（１）の出力（１３）に基づいて、導入される空気流量を制御する。
【００３４】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置において、前記空気流量は、前記ガスタービン（１）の燃焼器（１４）に圧縮空気を供給する圧縮器（Ｃ）に導入される空気流量である。
【００３５】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置において、前記空気流量は、前記ガスタービン（１）の燃焼器（１４）に導入される空気流量である。
【００３６】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントの制御装置において、前記空気流量は、圧縮器（Ｃ）からの圧縮空気のうち前記燃焼器（１４）をバイパスする空気の流量を調節するバイパス弁（２０）の開度により制御される。
【００３７】
本発明のデュアル燃料型一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力推定方法は、燃料としてガスと油の両方が使用可能なデュアル燃料型であり高圧蒸気タービン（５２）と中圧蒸気タービン（５７）と低圧蒸気タービン（６２）とを有する蒸気タービン（２）とガスタービン（１）と発電機（Ｇ）が同軸で接続されてなる一軸コンバインドプラントにおける前記蒸気タービン（２）の出力の推定を行う蒸気タービン出力推定方法であって、前記中圧蒸気タービン（５７）の入口側での蒸気圧力（３１）に基づいて算出された出力（３０）と、前記低圧蒸気タービン（６２）による出力に関する補正値（８８）とを加算することにより、前記蒸気タービン（２）の出力の推定を行う。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のデュアル燃料一軸コンバインドプラントの一実施形態を説明する。
【００３９】
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態について説明する。
なお、上記において説明した同じ構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態は、ガスタービン燃焼器１４に予混燃焼器を採用してかつ燃料に天然ガスと油（軽油など）の両方を使用可能なデュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントの制御方法に関する。なお、予混燃焼器の技術は公知であり、例えば特開平４−３１３６０８号公報に開示されている。
【００４１】
図２は、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントの構成を示した図である。図２では、デュアル燃料タイプにしたことに伴い、図６の構成に、バイパス弁７１ａと、低圧蒸気７８を分岐して脱気器７３に加熱蒸気７４を供給するための配管７４ａが追加されている。
【００４２】
デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいては、燃料に天然ガスを使用したガス焚きの場合と、油を使用した油焚きの場合とでは、次に示すように水と蒸気の流れが異なる。図２を参照して、▲１▼ガス焚きの場合と、▲２▼油焚きの場合に分けて説明する。
【００４３】
▲１▼ガス焚きの場合、復水器７０を出た後の給水７１は、予熱器７２を通過するときに、ガスタービン１の排気ガス１ａによって加熱される。予熱器７２を通過した後の給水は、例えば１３０℃にまで加熱されており、脱気器７３に入るが脱気器７３では加熱されず（素通り）給水ポンプ７３ａ、７３ｂに向かう。
【００４４】
▲２▼油焚きの場合、復水器７０を出た後の給水７１が、予熱器７２を通過したとすると、燃料油に含まれていた硫黄分がＳＯＸとなってガスタービン１の排気ガス１ａに含まれているので、ＳＯＸが予熱器７２に付着して予熱器７２内の水で冷やされて予熱器７２が腐食する事象が発生する。このため、油焚きの場合は、復水器７０を出た後の給水７１は、バイパス弁７１ａで予熱器７２をバイパスさせて脱気器７３に直接送る。その場合、給水７１は、予熱器７２を通過しておらず、予熱器７２で加熱されていないので、脱気器７３で加熱を行う必要がある。脱気器７３で加熱を行うには、加熱蒸気７４が必要である。この加熱蒸気７４は、低圧ドラム７７から発生した低圧蒸気７８を分岐して使用される。
【００４５】
上記に示すように、▲１▼ガス焚きの場合は、低圧ドラム７７から発生した蒸気７８は、全て蒸気タービン２へ行くが、▲２▼油焚きの場合は、低圧ドラム７７から発生した蒸気７８の大部分は、脱気器７３の加熱蒸気７４に使用され、蒸気タービン２へ行く蒸気７９は少ない。
【００４６】
このように、▲１▼ガス焚きの場合と▲２▼油焚きの場合とでは、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１が同じでも、低圧蒸気タービン６２に流入する蒸気流量７９が異なってくるので、蒸気タービン出力１２に相違が出てくる、という発明者の知見に基づいて、本実施形態がなされている。
【００４７】
以上の知見によれば、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントでは、天然ガス専焼の一軸コンバインドプラントに従来から適用してきた制御方法（図５に示すように中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１に基づいて蒸気タービン出力３０を算出し、その蒸気タービン出力３０に基づいて、燃焼器バイパス弁開度指令１６、ＩＧＶ開度指令１７を算出する）をそのまま用いて、燃焼器バイパス弁２０、ＩＧＶ２１を動かすと、安定した燃焼状態を得ることができず問題となる。
【００４８】
まず、本実施形態が適用される一軸コンバインドプラントの基本的動作について説明する。
【００４９】
図２に示すように、圧縮機Ｃによって圧縮された空気は、燃焼器１４で燃料と混合されて燃焼する。高温の燃焼空気がガスタービン１で膨張させられることによりガスタービン出力を得る。また、ガスタービン１からの排ガス１ａを、排熱回収ボイラ１１８に導き、熱交換により、予熱器７２に供給された水から蒸気を発生させ、発生した蒸気を高圧蒸気タービン５２、中圧蒸気タービン５７、低圧蒸気タービン６２に供給し、更に高圧蒸気タービン５２に送った蒸気を再熱器５４で再加熱させた後、中圧蒸気タービン５７に供給することにより出力を得る。これらにより得られた出力は発電機Ｇにより回収する。一軸コンバインドプラントでは、ガスタービン１と、３種の蒸気タービン５２、５７、６２がカップリングにより同一軸で構成されており、圧縮機Ｃの駆動力もこれらのタービンから供給される。排熱回収ボイラ１１８により熱を回収された排ガスは、大気に放出される。低圧蒸気タービン６２によりエネルギ回収された蒸気は、復水器７０で水になり、復水ポンプ７０ａにより再び排熱回収ボイラ１１８に供給される。
【００５０】
蒸気タービン２は、高圧、中圧、低圧の３つのラインを有している。
水は、復水ポンプ７０ａを通り予熱器７２に入った後（▲１▼ガス焚きの場合）、脱気器７３に入る。脱気器７３を経た後、低圧系統と、高中圧系統に分かれる。低圧系統では、低圧ポンプ７３ａを介して低圧節炭器７３ｃ、低圧ドラム７７、低圧過熱器７７ａを経て発生した低圧蒸気６１は、低圧蒸気タービン６２に入る。高中圧系統では、高中圧ポンプ７３ｂを介して、中圧節炭器７３ｄ及び中圧ドラム５５を経て発生した蒸気５６は、低温再熱蒸気管５３を通ってきた蒸気（高圧蒸気５１が高圧蒸気タービン５２で仕事をした後に低温再熱蒸気管５３に入る）と合流して再熱器５４で加熱された後に、中圧蒸気５８として中圧蒸気タービン５７に入る。また、高中圧ポンプ７３ｂを介して、高圧節炭器７３ｅ、高圧ドラム５０、高圧過熱器５０ａを経て発生した高圧蒸気５１が高圧蒸気タービン５２に入る。なお、低圧ドラム７７、中圧ドラム５５及び高圧ドラム５０には、それぞれ、低圧蒸発器７７ｂ、中圧蒸発器５５ａ、高圧蒸発器５０ｂが接続されている。
【００５１】
本実施形態では、図４に示すように、算出したガスタービンの出力１３に基づいて、ガスタービン燃焼器１４において安定した燃焼状態が得られるように、燃焼器バイパス弁開度指令１６、ＩＧＶ開度指令１７を計算により求め、燃焼器バイパス弁２０、ＩＧＶ２１を動かすように制御する点は、上記の従来技術と同様である。
【００５２】
ここで、図２及び図４に示されるガスタービン燃焼器１４、燃焼器バイパス弁２０及びＩＧＶ２１を備えたガスタービン１について、図３を参照して説明する。
【００５３】
図３は、ガスタービン１の構成を示す概略図である。ガスタービン１は、タービン本体部１００と燃焼部１１０とを備える。
【００５４】
燃焼部１１０は、複数（ｍ基）の燃焼器を有している。ここでは、複数の燃焼器１４−１〜ｍの全てに共通の説明の場合には、燃焼器１４とし、個別の燃焼器についての説明の場合には、例えば、燃焼器１４−１（１番目の燃焼器の意味）と記す。燃焼器１４に付属の構成であるバイパス空気導入管１１７、バイパス弁２０、バイパス空気混合管１１９、燃焼ガス導入管１２０、メイン燃料供給弁１１５及びパイロット燃料供給弁１１６についても、同様である。
【００５５】
図３では、燃焼器１４の内、１番目の燃焼器である燃焼器１４−１のみを代表的に示している。説明も燃焼器１４−１及びその関連の構成のみについて行なう。
【００５６】
タービン本体部１００は、ＩＧＶ２１を有する圧縮機Ｃ、回転軸１０３、タービン１０４を具備する。また、燃焼部１１０は、圧縮空気導入部１１２、バイパス空気導入管１１７−１、バイパス弁２０−１、バイパス空気混合管１１９−１、燃焼ガス導入管１２０−１、燃焼器１４−１、メイン燃料流量制御弁１１３、パイロット燃料流量制御弁１１４、メイン燃料供給弁１１５−１、パイロット燃料供給弁１１６−１とを具備する。ガスタービン１には、発電機Ｇ及び蒸気タービン２が接続している。
【００５７】
外部から導入された空気は、圧縮機Ｃで圧縮され、各燃焼器１４へ供給される。一方、燃料の一部は、パイロット燃料流量制御弁１１４経由で、各燃焼器１４のパイロット燃料供給弁１１６に達し、そこから各燃焼器１４へ導入される。また、残りの燃料は、メイン燃料流量制御弁１１３経由で、各燃焼器１４のメイン燃料供給弁１１５に達し、そこから各燃焼器１４へ導入される。導入された空気及び燃料は、各燃焼器１４において燃焼する。燃焼により発生した燃焼ガスは、タービン１０４に導入され、タービン１０４を回転させる。その回転エネルギーにより、発電機Ｇが発電する。
【００５８】
次に、図３の各部について説明する。
最初に、タービン本体部１００について説明する。
【００５９】
タービン１０４は、燃焼ガス導入管１２０と燃焼ガスを外部に排出する配管とに接続している。タービン１０４は、回転軸１０３を介して圧縮機Ｃ、発電機Ｇ及び蒸気タービン２に結合している。タービン１０４は、燃焼ガス導入管１２０経由で、燃焼器１４から燃焼ガスの供給を受ける。タービン１０４は、その燃焼ガスの有するエネルギーを回転エネルギーに変換して回転する。その回転により、発電機Ｇや圧縮機Ｃや蒸気タービン２を回転する。発電に使用した燃焼ガス（排気ガス１ａ）は、排熱回収ボイラ１１８に供給される。
【００６０】
圧縮機Ｃは、外部から空気を導入する配管と圧縮空気導入部１１２とに接続している。圧縮機Ｃは、回転軸１０３を介してタービン１０４、発電機Ｇ及び蒸気タービン２に結合している。圧縮機Ｃは、タービン１０４の回転が伝達され回転する。圧縮機Ｃは、その回転により、外部から空気を導入する。そして、圧縮機Ｃは、導入した空気を圧縮して燃焼器１４へ送出する。
【００６１】
ＩＧＶ（インレットガイドベーン、入口案内翼）２１は、圧縮機Ｃの空気導入側の回転翼である。ＩＧＶ２１の開度（角度）を制御することにより、回転数一定でも、圧縮機Ｃへ導入する空気の流量を調整することが可能である。ＩＧＶ２１の開度の制御は、ＩＧＶ開度指令１７により行なわれる。ＩＧＶ２１は、高負荷の場合には、多量に制御された燃料に対して適切な燃空比を維持するために、ＩＧＶ２１を開いて圧縮器Ｃに多量の空気を導入する。低負荷の場合には、少量に制御された燃料に対して適切な燃空比を維持するために、ＩＧＶ２１を閉じて圧縮器Ｃに少量の空気を導入する。
【００６２】
回転軸１０３は、圧縮機Ｃ、タービン１０４、発電機Ｇ、蒸気タービン２を接続している。タービン１０４の回転力を圧縮機Ｃ、発電機Ｇ及び蒸気タービン２に伝達する軸である。
【００６３】
発電機Ｇは、回転軸１０３によりタービン１０４と接続している。タービン１０４の回転エネルギーを、電力エネルギーに変換する発電装置である。
【００６４】
次に、燃焼部１１０について説明する。
【００６５】
圧縮空気導入部１１２は、圧縮機Ｃに接続された導入管や燃焼部１１０のケーシング（車室）内の空気を導く空間などである。圧縮機Ｃで圧縮された圧縮機吐出空気を燃焼器１４−１へ導く。
【００６６】
バイパス空気導入管１１７−１は、圧縮空気導入部１１２内に一端部が開放されて接続され、他端部はバイパス弁２０−１に接続している。圧縮機吐出空気の内、燃焼器１４−１に供給しない分を、タービン１０４へバイパスする管である。
【００６７】
バイパス弁（燃焼器バイパス弁）２０−１は、一方をバイパス空気導入管１１７−１に接続し、他方をバイパス空気混合管１１９−１に接続している。バイパス空気導入管１１７−１を通過する空気の流量を制御する弁である。その空気流量の制御は、燃焼器バイパス弁開度指令１６により行なわれる。高負荷の場合には、多量に制御された燃料に対して適切な燃空比を維持するために、燃焼器バイパス弁２０を閉じて燃焼器１４に多量の空気を供給する。低負荷の場合には、少量に設定された燃料に対して適切な燃空比を維持するために、燃焼器バイパス弁２０を開いて燃焼器１４に少量の空気を供給する。
【００６８】
バイパス空気混合管１１９−１は、一端部をバイパス弁２０−１に、他端部を燃焼ガス導入管１２０−１に接続している。バイパス弁２０−１を通過した空気を、燃焼器１４−１で生成した燃焼ガスと混合するために燃焼ガス導入管１２０−１に供給する。
【００６９】
メイン燃料流量制御弁１１３は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のメイン燃料供給弁１１５（−１〜ｍ）に接続した配管に接続している。メイン燃料流量制御弁１１３は、外部から供給される燃料の燃焼器１４への流量を制御する。メイン燃料流量制御弁１１３を経由する燃料は、燃焼器１４のメインバーナーで使用される。
【００７０】
メイン燃料供給弁１１５−１は、一方をメイン燃料流量制御弁１１３につながる配管に、他方を燃焼器１４−１のメインバーナーにつながる配管に接続している。メイン燃料供給弁１１５−１は、燃焼器１４−１のメインバーナーに供給する燃料を制御する弁である。
【００７１】
パイロット燃料流量制御弁１１４は、一方を外部から燃料を供給する配管に、他方を複数のパイロット燃料供給弁１１６（−１〜ｍ）に接続した配管に接続している。パイロット燃料流量制御弁１１４は、外部から供給される燃料の燃焼器１４への流量を制御する。パイロット燃料流量制御弁１１４を経由する燃料は、燃焼器１４のパイロットバーナーで使用される。
【００７２】
パイロット燃料供給弁１１６−１は、一方をパイロット燃料流量制御弁１１４につながる配管に、他方を燃焼器１４−１のパイロットバーナーにつながる配管に接続している。パイロット燃料供給弁１１６−１は、燃焼器１４−１のパイロットバーナーに供給する燃料を制御する弁である。
【００７３】
燃焼器１４−１は、空気を供給する圧縮空気導入部１１２と、燃料を供給するメイン燃料供給弁１１５−１につながる配管と、燃料を供給するパイロット燃料供給弁１１６−１とにつながる配管と、燃焼ガスを送出する燃焼ガス導入管１２０−１に接続している。そして、空気と燃料との供給を受け、それらを燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを生成する。生成された燃焼ガスは、タービン１０４に向けて送出する。
【００７４】
燃焼ガス導入管１２０−１は、一端部を燃焼器１４−１に、他端部をタービン１０４に接続している。また、途中にバイパス空気混合管１１９−１が接合している。燃焼ガス及びバイパス空気をタービン１０４に供給する配管である。
【００７５】
本実施形態では、図４において、ガスタービンの出力１３を算出するに際して減算器３に入力される、蒸気タービンの推定出力１２の算出方法が従来と異なっている。即ち、演算部１０の構成が従来と異なっている。
【００７６】
上記のように、従来は、図５に示すように、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１のみに基づいて、蒸気タービンの出力３０を計算していたが、本実施形態では、これに低圧蒸気タービン６２に流入する蒸気流量７９も加味して蒸気タービンの出力９０を計算する。ここでは、図５の方法で求めた蒸気タービンの出力１２を蒸気タービンの出力３０と示し、図１の方法で求めた蒸気タービンの出力１２を蒸気タービンの出力９０と示す。
【００７７】
低圧蒸気加減弁８０（図２参照）を流れる蒸気流量７９は、下記に示す式によって表すことができる。
Ｗ＝Ｃ・Ｐ０・Ａ・Ｋ・Φｃｒ．
Ｗ：弁通過流量（Ｋｇ／ｈ）
Ｃ：弁流量係数（固定値）
Ｐ０：弁入口圧力（Ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ）
Ａ：弁ストロークエリア（ｃｍ２）
Ｋ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆｌｏｗ係数（１／ｈｒ）（固定値）
Φｃｒ：限界流量係数
【００７８】
弁通過流量Ｗは、低圧蒸気加減弁８０を流れる蒸気流量７９である。
弁入口圧力Ｐ０は、低圧蒸気加減弁８０の入口側（符号８１参照）の圧力である。
弁ストロークエリアＡは、低圧蒸気加減弁８０の開度である。
【００７９】
ここで、限界流量係数Φｃｒは、低圧蒸気加減弁８０の前圧力８１即ち弁入口圧力Ｐ０と、低圧蒸気加減弁８０の後圧力８２即ち低圧蒸気タービン６２の入口蒸気圧力８２によって求めることができる。
【００８０】
低圧蒸気タービン６２の入口蒸気圧力８２、低圧蒸気加減弁８０の開度８５即ち弁ストロークエリアＡ、低圧蒸気加減弁８０の前蒸気圧力８１即ち弁入口圧力Ｐ０が分かっていれば、上記式を基に、低圧蒸気タービン６２に流入する蒸気流量７９（Ｗ）を計算することができる。
【００８１】
低圧蒸気タービン６２に流入する蒸気流量７９が求まれば、その蒸気が低圧蒸気タービン６２で実行する仕事量と低圧蒸気タービン６２のタービン効率から、低圧蒸気タービン６２に流入する蒸気による蒸気タービン出力相当（低圧タービン出力補正量８８）をＭＷベースで求めることができる。
【００８２】
このようにして求めた低圧蒸気タービン６２に流入する蒸気７９による蒸気タービン出力相当８８を、中圧蒸気タービン５７の入口蒸気圧力３１を基に求めた蒸気タービン出力相当３０に加算することによって、正確な蒸気タービンの出力相当９０を求めることができる。流れを図１に示す。図１では、低圧蒸気加減弁前圧力８１（Ｐ０）は、低圧蒸気加減弁８０により略一定値に圧力制御されていることを前提としている。
【００８３】
低圧蒸気加減弁開度８５（Ａ）及び低圧タービン入口蒸気圧力８２は、第７関数発生器９１に入力され、その第７関数発生器９１から出力される信号９１ａが基準値となる。この基準値９１ａは、低圧蒸気加減弁前圧力８１（Ｐ０）が上記の制御された一定値通りであるときのＷ（＝Ｃ・Ｐ０・Ａ・Ｋ・Φｃｒ）に相当する。
【００８４】
第７関数発生器９１では、本来、Ｗを算出する上で必要な低圧蒸気加減弁前圧力８１（Ｐ０）は、制御された一定値（あたかも固定値）であるとして入力されない。同様に、第７関数発生器９１では、本来、低圧蒸気加減弁前圧力８１（Ｐ０）と低圧蒸気加減弁後圧力８２により定められるΦｃｒを求めるに際しても、低圧蒸気加減弁前圧力８１（Ｐ０）は一定値であり、Φｃｒに影響しないとして入力されない。第７関数発生器９１の入出力関係は、低圧蒸気加減弁開度８５（Ａ）又は低圧タービン入口蒸気圧力８２が増加すると、信号９１ａは漸次増加傾向にある。
【００８５】
低圧蒸気加減弁前蒸気圧力８１（Ｐ０）は、第８関数発生器９２に入力され、その第８関数発生器９２から補正値の信号９２ａが出力される。第８関数発生器９２においては、低圧蒸気加減弁前蒸気圧力８１（Ｐ０）が上記制御された一定値と同じであれば、出力値９２ａが１．０となり、上記制御された一定値を超えていれば出力値９２ａが１．０を上回り、上記制御された一定値未満であれば出力値９２ａが１．０を下回る。これにより、低圧蒸気加減弁前蒸気圧力８１（Ｐ０）が上記制御された一定値であるとして第７関数発生器９１に入力されずに生成された基準値９１ａに対して、低圧蒸気加減弁前蒸気圧力８１（Ｐ０）の実際の値（上記制御された一定値との偏差）の影響をもたらすことができる。
【００８６】
乗算器９３は、信号９１ａと、補正値の信号９２ａとを乗算して、低圧タービン流入蒸気流量７９（Ｗ）の信号を出力する。
低圧タービン流入蒸気流量７９の信号は、第９関数発生器９４に入力され、その第９関数発生器９４から低圧タービン出力補正量８８が出力される。第９関数発生器９４は、低圧タービン流入蒸気流量７９が低圧タービンで実行する仕事量と低圧タービン効率から、低圧タービン流入蒸気流量７９による蒸気タービン出力相当（低圧タービン出力補正量８８）をＭＷベースで出力する。第９関数発生器９４の入出力関係は、低圧タービン流入蒸気流量７９が増加すると、低圧タービン出力補正量８８は漸次増加傾向にある。
【００８７】
加算器９５は、蒸気タービン出力相当３０と、低圧タービン出力補正量８８とを加算して、蒸気タービンの出力９０を出力する。
【００８８】
図４において、蒸気タービンの出力１２を算出する演算部１０は、本実施形態では、図１の符号Ｂで示す部分が対応する。即ち、本実施形態では、蒸気タービン出力１２として、図１に示す蒸気タービン出力９０が減算器３に出力される。
【００８９】
なお、図１において、蒸気タービン出力相当３０を求める方法は、図５に示した符号Ａで示す構成と基本的に同じである。即ち、中圧タービン５７の入口蒸気圧力３１を示す信号は、第３関数発生器６に入力され、その第３関数発生器６から出力される蒸気タービン出力（ＭＷ）の信号３０ａが基準値となる。第３関数発生器６の入出力関係は、中圧タービン入口蒸気圧力３１が増加すると、蒸気タービン出力の信号３０ａは、漸次増加傾向にある。
【００９０】
高圧タービン５２の入口蒸気温度３２を示す信号は、第４関数発生器７に入力され、その第４関数発生器７から第１補正値の信号３０ｂが出力される。第４関数発生器７においては、ある温度を基準として、高圧タービン５２の入口蒸気温度３２がその温度と同じであれば出力値３０ｂが１．０となり、その温度よりも高ければその分、熱エンタルピーを有しているとして出力値３０ｂは１．０を上回る値（例えば１．０１）となり、その温度よりも低ければ出力値３０ｂは１．０を下回る値となる。
【００９１】
中圧タービン５７の入口蒸気温度３３を示す信号は、第５関数発生器８に入力され、その第５関数発生器８から第２補正値の信号３０ｃが出力される。第５関数発生器８においては、ある温度を基準として、中圧タービン５７の入口蒸気温度３３がその温度と同じであれば出力値３０ｃが１．０となり、その温度よりも高ければその分、熱エンタルピーを有しているとして出力値３０ｃは１．０を上回る値（例えば１．０１）となり、その温度よりも低ければ出力値３０ｃは１．０を下回る値となる。
【００９２】
復水器７０の真空度（蒸気タービン２の排圧）３４を示す信号は、第６関数発生器９に入力され、その第６関数発生器９から第３補正値の信号３０ｄが出力される。第６関数発生器９においては、ある圧力を基準として、復水器７０の真空度（蒸気タービン２の排圧）３４がその圧力と同じであれば出力値３０ｄが１．０となり、その圧力よりも高ければ出力値３０ｄは１．０を上回る値（例えば１．０１）となり、その温度よりも低ければ出力値３０ｄは１．０を下回る値となる。
【００９３】
乗算器７ａは、蒸気タービン出力の信号３０ａと、第１補正値の信号３０ｂとを乗算して、蒸気タービン出力の信号３０ｅを出力する。
乗算器８ａは、蒸気タービン出力の信号３０ｅと、第２補正値の信号３０ｃとを乗算して、蒸気タービン出力の信号３０ｆを出力する。
乗算器９ａは、蒸気タービン出力の信号３０ｆと、第３補正値の信号３０ｄとを乗算して、蒸気タービン出力（相当）の信号３０を出力する。
【００９４】
▲１▼ガス焚きの場合は、低圧ドラム７７で発生する蒸気７８の殆どは、蒸気タービン２に流れる（低圧タービン流入蒸気流量７９が大きな値となる）ので、低圧タービン出力補正量８８は高くなる。
▲２▼油焚きの場合は、低圧ドラム７７で発生する蒸気７８の殆どは、脱気器７３の加熱蒸気７４に使用され、蒸気タービン２には少ししか流入しない（低圧タービン流入蒸気流量７９が小さな値となる）ので、低圧タービン出力補正量８８は低くなる。
【００９５】
図１に示すロジックによって求めた蒸気タービン出力相当９０を図４に示す制御ロジックの蒸気タービンの出力１２に適用することによって、▲１▼ガス焚きの場合も▲２▼油焚きの場合も、蒸気タービンの推定出力１２が正確に求められ、その結果、ガスタービンの出力１３が正確に求まるので、ガスタービン燃焼器１４において、常に安定した燃焼状態が得られるように、燃焼器バイパス弁開度指令１６、ＩＧＶ開度指令１７を計算により求め、燃焼器バイパス弁２０、ＩＧＶ２１を動かして圧縮器Ｃ、燃焼器１４への空気の導入量を制御することが可能となる。
【００９６】
本実施形態によれば、燃料に天然ガスと油の両方を使用可能なデュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、▲１▼ガス焚きの場合でも▲２▼油焚きの場合でも正確に蒸気タービン出力１２を計算することができ、ガスタービン燃焼器１４において、▲１▼ガス焚きと▲２▼油焚きのどちらのときも安定した燃焼が得られる。
【００９７】
本実施形態によれば、蒸気タービン１２又はガスタービン１３の出力の算出を簡易な方法で行うことができる。また、蒸気タービン１２又はガスタービン１３の出力の算出を従来から大きく変更の無い方法で行うことができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、デュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおいて、蒸気タービンの出力を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態のデュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力の計算方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態のデュアル燃料タイプの一軸コンバインドプラントにおける水と蒸気の流れを示す図である。
【図３】図３は、一軸コンバインドプラントのガスタービンの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、一軸コンバインドプラントの制御方法を説明するための図である。
【図５】図５は、従来の天然ガス専焼型の一軸コンバインドプラントにおける蒸気タービン出力の計算方法を説明するための図である。
【図６】図６は、従来の天然ガス専焼型の一軸コンバインドプラントにおける水と蒸気の流れを示す図である。
【符号の説明】
１  ガスタービン
２  蒸気タービン
１０  制御部
１１  発電機出力
１２  蒸気タービン出力
１３  ガスタービン出力
２０  燃焼器バイパス弁
２１  ＩＧＶ
３０  蒸気タービン出力
３１  中圧タービン入口蒸気圧力
５２  高圧蒸気タービン
５７  中圧蒸気タービン
６２  低圧蒸気タービン
７９  低圧タービン流入蒸気流量
８１  低圧蒸気加減弁前圧力
８２  低圧タービン入口蒸気圧力
８５  低圧蒸気加減弁開度
８８  低圧タービン出力補正値
９０  蒸気タービン出力
Ｃ  圧縮器
Ｇ  発電機
【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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