(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス燃料の燃焼を促進するためのセンサ装置および方法が提供される。【解決手段】センサ装置１２０は、内部に燃焼チャンバを画定する燃焼装置を備えている。燃焼装置は、燃料空気混合気を燃焼チャンバ内で燃焼して少なくとも１種の燃焼生成物を生成するように構成されている。少なくとも１つの光学式診断装置が燃焼装置に結合されて、燃焼チャンバ内の少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を測定するようになっている。コントローラが、少なくとも１つの光学式診断装置に結合され、燃料のウォッベ指数を、少なくとも１種の燃焼生成物の測定された少なくとも１つの特性とコントローラ内に格納された所定の燃焼状態データとに基づいてリアルタイムで決定するように構成されている。【選択図】図１
2014163383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料の燃焼を促進する方法であって、
燃料空気混合気を、燃焼チャンバを画定する燃焼装置内で燃焼させて、少なくとも１種の燃焼生成物を生成することと、
該少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を、少なくとも１つの光学式診断センサ装置を用いて測定することと、
該燃料のウォッベ指数を、該少なくとも１種の燃焼生成物の該測定された少なくとも１つの特性に基づいて、リアルタイムで決定することと、を含む方法。
【請求項２】
該少なくとも１種の燃焼生成物は、該燃焼装置によって生成された火炎および該燃焼チャンバ内で発生した排気ガスの少なくとも一方であり、該少なくとも１種の燃焼生成物の該少なくとも１つの特性は、該火炎の温度、該排気ガスの温度、および該排気ガスの酸素含有量のうちの１つである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該決定されたウォッベ指数に基づいて該燃焼装置を制御することをさらに含み、該燃焼装置は、第２の燃焼装置と並列に位置する第１の燃焼装置である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該燃料を第１の流量制限デバイスを通して運ぶことと、空気を第２の流量制限デバイスを通して運ぶこととをさらに含み、該第１の流量制限デバイスは、該燃料の比重、該燃料の質量流量、および該第１の流量制限デバイスに渡って生じる該燃料圧差のうちの少なくとも１つを測定し、該第２の流量制限デバイスは、該第２の流量制限デバイスに渡って生じる該空気圧差を測定する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該燃料の該燃焼に付随する所定の燃焼状態データをコントローラ内に格納することと、
該少なくとも１種の燃焼生成物の該測定された少なくとも１つの特性と、該コントローラ内に格納された該所定の燃焼状態データと、該燃料の該測定された比重、該燃料の質量流量、ならびに該第１および第２の流量制限デバイスに渡って生じる該燃料および空気圧差のうちの少なくとも１つと、を用いて、該燃料の該ウォッベ指数を決定することと、
をさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ガス燃料の燃焼を促進するためのセンサ装置であって、
内部に燃焼チャンバを画定する燃焼装置であって、前記燃焼チャンバ内で燃料空気混合気を燃焼して少なくとも１種の燃焼生成物を生成するように構成された燃焼装置と、
前記燃焼装置に結合された少なくとも１つの光学式診断装置であって、前記燃焼チャンバ内の該少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を測定するように構成された少なくとも１つの診断装置と、
前記少なくとも１つの光学式診断装置に結合されたコントローラであって、該燃料のウォッベ指数を、該少なくとも１種の燃焼生成物の前記測定された少なくとも１つの特性と前記コントローラ内に格納された所定の燃焼状態データとに基づいて、リアルタイムで決定するように構成されたコントローラと、を備えるセンサ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光学式診断装置は、前記燃焼チャンバに渡って該少なくとも１種の燃焼生成物を通してレーザ・ビームを送信するように構成された送信部を備えるチューナブル・ダイオード・レーザ吸収分光装置であり、前記チューナブル・ダイオード・レーザ吸収分光装置は、該レーザ・ビームを受信するように構成された受信部をさらに備える請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光学式診断装置は、集束性レンズを備える発光分光装置であり、前記発光分光装置は、前記集束性レンズを用いて該少なくとも１種の燃焼生成物から紫外発光を集めるように構成されている請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光学式診断装置は、赤外線センサを備えるファイバ高温測定装置であり、前記ファイバ高温測定装置は、前記赤外線センサを用いて前記燃焼チャンバ内に位置するファイバから赤外発光を検出するように構成されている請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの診断装置は、酸素センサを備える酸素検知装置であり、前記酸素検知装置は、前記酸素センサを用いて該少なくとも１種の燃焼生成物の該酸素濃度を測定するように構成されている請求項６に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明する開示内容の分野は一般的に、ガス・タービン・エンジン・システムのモニタリングに関し、より具体的には、燃料ウォッベ指数を測定するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用のタービンは多くの場合、ガスを燃料としており、発電所内の発電機を駆動するために広く用いられている。このようなガス・タービンは、特定の範囲の燃料を燃焼させるようにデザインされている。燃料の消費レートは燃料の化学組成に依存する場合がある。しかしながら、燃焼中の燃料の正確な化学組成は、パイプラインの変動性および燃料ガス処理（たとえば、液化天然ガス（ＬＮＧ）の再ガス化）が原因で、即座には分からない。未知の組成物の燃料を燃焼させると、ガス・タービン・システム性能が低下する可能性がある。未知の燃料を燃焼させることに付随する多くの問題は、燃料特性を燃焼前に測定する場合（特にこれらの特性が速く変化している場合）には、ガス・タービンに対してロバスト制御を行なうことで軽減させることができる。燃料成分濃度に加えて、燃料発熱量および比重が、ガス・タービン動作に対する主要な燃料特性である。両方とも燃料ウォッベ数で表わされる。
【０００３】
ウォッベ数（またはウォッベ指数）は、体積基準の低位発熱量とガスの比重の平方根との商である。ウォッベ指数は、業界では、燃料ガス消費者に供給されるエネルギーの量を制御または維持するために用いられている。タービン・エンジンを設計範囲外のウォッベ指数で動作させると、望ましくないガス・タービン燃焼器動特性（たとえば、火炎逆火、低い等量比（火炎吹き消えを招く）、および高い等量比または過燃焼）に至る場合がある。これらの望ましくない動特性の結果、ハードウェア疲労、またはおそらく、燃焼システムの要素寿命の短縮および／もしくは発電停止の可能性を招く場合がある。
【０００４】
ウォッベ指数を決定するために一般的に用いられているシステムの１つは、ガス・クロマトグラフ・システムである。ＧＣシステムは、燃料成分を分離するためのガラス毛細管システムと、燃料組成を定量的に特定するための熱伝導度検出器または炎イオン化検出器（ＦＩＤ）とを備えている。ガス・クロマトグラフ・システムで行なう測定は、燃料変動性の問題に付随する時間スケールと比べると遅い。さらに、システムは比較的高価で、操作が難しい。燃料品質を決定するための別の一般的に用いられるシステムは熱量計であり、燃料燃焼のエネルギーが直接測定される。熱量計は燃料組成および周囲温度の両方に敏感であるため、大きな測定誤差がよく生じ、特に周囲温度が著しく変わるときにそうである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，１１７，８２３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
燃料ウォッベ指数を測定する既知の方法は、費用がかかり、単調で、遅い―すなわち、多くの工業用途に対して応答時間が十分でない―特にロバスト制御および燃料規制が必要な場合にそうである。燃料ウォッベ指数をリアルタイムで決定するためのシステムの改良が必要であり、前述した１または複数の問題に対処し得る。
【０００７】
１つの態様では、ガス燃料の燃焼を促進する方法が提供される。本方法は、燃料空気混合気を、燃焼チャンバを画定する燃焼装置内で燃焼させて、少なくとも１種の燃焼生成物を生成することを含んでいる。次に、少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を少なくとも１つの光学式診断装置を用いて測定する。本方法はさらに、燃料のウォッベ指数を、少なくとも１種の燃焼生成物の測定された少なくとも１つの特性に基づいてリアルタイムで決定することを含んでいる。
【０００８】
別の態様では、ガス燃料の燃焼を促進するためのセンサ装置が提供される。センサ装置は、内部に燃焼チャンバを画定する燃焼装置を備えている。燃焼装置は、燃料空気混合気を燃焼チャンバ内で燃焼して少なくとも１種の燃焼生成物を生成するように構成されている。少なくとも１つの光学式診断装置が、燃焼装置に結合されて、燃焼チャンバ内の少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を測定するように構成されている。少なくとも１つの光学式診断装置に結合されたコントローラが、燃料のウォッベ指数を、少なくとも１種の燃焼生成物の測定された少なくとも１つの特性と、コントローラ内に格納された所定の燃焼状態データとに基づいて、リアルタイムで決定するように構成されている。
【０００９】
さらに別の態様では、ガス・タービン・エンジン・システムが提供される。ガス・タービン・エンジン・システムは、燃料源が、ガス・タービン・エンジン・システムに燃料を主燃料供給ラインを通して供給するように構成されている。センサ装置が燃料源と流体連絡して結合されている。センサ装置は、内部に燃焼チャンバを画定する燃焼装置を備えている。燃焼装置は、燃料空気混合気を燃焼チャンバ内で燃焼して少なくとも１種の燃焼生成物を生成するように構成されている。少なくとも１つの光学式診断装置が、燃焼装置に結合されて、燃焼チャンバ内の少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を測定するように構成されている。ガス・タービン・エンジン・システムはさらに、センサ装置に結合されたコントローラであって、燃料のウォッベ指数を、少なくとも１種の燃焼生成物の測定された少なくとも１つの特性と、コントローラ内に格納された所定の燃焼状態データとに基づいて、リアルタイムで決定するように構成されたコントローラを備えている。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わしている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】典型的なガス・タービン・エンジン・システムの概略図である。
【図２】典型的なコンピューティング・デバイスのブロック図である。
【図３】基準火炎の温度と燃焼中の燃料のウォッベ指数との間の関係を例示するグラフである。
【図４】ガス・タービン・エンジン・システムで用いる典型的なセンサ装置の実施形態を示す図である。
【図５】ガス・タービン・エンジン・システムで用いる典型的なセンサ装置の代替的な実施形態を示す図である。
【図６】ガス・タービン・エンジン・システムで用いる典型的なセンサ装置の別の代替的な実施形態を示す図である。
【図７】ガス・タービン・エンジン・システムで用いる典型的なセンサ装置のさらに別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
特に断りのない限り、本明細書で示す図面は、本開示の実施形態の特徴を例示することが意図されている。これらの特徴は、本開示の１または複数の実施形態を含む広範囲のシステムに適用されると考えられる。したがって、図面は、本明細書で開示した実施形態を実施するために必要な当業者に既知の従来の特徴をすべて備えることは意図されていない。
【００１３】
以下の明細書および請求項において、複数の用語に言及するが、用語は、以下の意味を有すると規定されるものとする。
【００１４】
単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」には、文脈上例外が明記されている場合を除いて、複数形への言及が含まれている。
【００１５】
「任意的な」または「任意的に」は、後に記載される事象または状況が起こる場合もあるし起こらない場合もあること、ならびに記載には事象が起こる場合および事象が起こらない場合が含まれること、を意味する。
【００１６】
近似用語は、明細書および請求項の全体を通して用いる場合、用語が関係する基本機能の変化を招くことなく許容範囲で変化することができる任意の定量的な表現を修飾するために適用される場合がある。したがって、「約」および「実質的に」などの用語によって修飾される値は、指定される正確な値に限定されない。少なくとも一部の場合において、近似用語は、値を測定するための機器の精度に対応していても良い。ここで、また明細書および請求項の全体を通して、範囲限定を組み合わせても良くおよび／または入れ替えても良い。このような範囲は、文脈および用語上例外が示されている場合を除いて、特定され、そこに含まれるすべてのサブ範囲を含んでいる。
【００１７】
本方法および装置の実施形態では、未知の組成物を有するガス燃料のウォッベ指数をリアルタイムで迅速に決定することが、基準燃焼装置内で生じた少なくとも１種の燃焼生成物および／または中間体の少なくとも１つの特性を測定することによって行なわれる。本明細書で用いる場合、用語「燃焼生成物」は、燃焼が終了した後に燃料が燃焼した結果として存在する生成物のみには限定されず、燃焼プロセス中には存在するが燃焼中に完全に消費されて燃焼の終了時には存在しない中間体も含まれる。少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性、たとえば基準火炎の温度、排気ガスの温度、または他の燃焼パラメーター、および少なくとも１つの関連する反応物流特性、たとえば燃料の流量制限圧力低下または質量流量を測定することによって、燃料のウォッベ指数を決定しても良い。
【００１８】
図１は、典型的なガス・タービン・エンジン・システム１００の概略図である。典型的な実施形態では、ガス・タービン・エンジン・システム１００は、ガス・タービン・エンジン１０２、燃料源１１４、センサ装置１２０、およびコントローラ１１８を備えている。燃料源１１４およびガス・タービン・エンジン１０２は、主燃料ライン１２２を介して、流れ連絡した状態で結合されている。主燃料ライン１２２は燃料調節弁１１６を備えている。センサ装置１２０の副燃料供給ライン１２４が、燃料調節弁１１６およびガス・タービン・エンジン１０２の上流の主燃料ライン１２２に結合されていて、センサ装置１２０が、ガス・タービン・エンジン１０２とは独立に制御されるようになっており、センサ装置１２０内で生成される燃焼生成物の特性を測定するように構成されている。コントローラ１１８は、センサ装置１２０、燃料調節弁１１６、およびガス・タービン・エンジン１０２に結合されている。ガス・タービン・エンジンは、以下のものを備えており、これらは直列フロー配置で結合されている。圧縮機１０４、少なくとも１つの主燃焼領域１０６、およびタービン１０８（圧縮機１０４にシャフト１１０を介して回転可能に結合されている）。
【００１９】
動作中、センサ装置１２０は、比較的少量の燃料を主燃料ライン１２２から取り出して、燃料をセンサ装置１２０内に副燃料供給ライン１２４を通して送る。センサ装置１２０は少なくとも１つの光学式診断装置（図１に示さず）を備えている。光学式診断装置は、コントローラ１１８に結合されて、センサ装置１２０内で発生した少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を測定することが図られている。これについては後述する。コントローラ１１８は、燃料調節弁１１６を制御して、主燃料ライン１２２を通ってガス・タービン・エンジン１０２に至る燃料の流れを制御することを、測定された燃焼生成物特性に基づいて行なうように構成されている。
【００２０】
典型的な実施形態では、周囲空気をガス・タービン・エンジン１０２内の圧縮機１０４に向けて送り、燃料源１１４からの燃料をガス・タービン・エンジン１０２内の主燃焼領域１０６に向けて送る。周囲空気が圧縮機１０４によって圧縮されることが、主燃焼領域１０６に向けて送られる前に行なわれる。典型的な実施形態では、圧縮空気を燃料と混合し、結果として生じる燃料空気混合気を主燃焼領域１０６内で点火して燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスはタービン１０８に向けて送られる。また、典型的な実施形態では、タービン１０８は回転エネルギーを燃焼ガスから取り出し、シャフト１１０を回転させて圧縮機１０４を駆動する。さらに、典型的な実施形態では、タービン・アセンブリ１００は、シャフト１１０に結合された負荷１１２（たとえば、発電機）を駆動する。典型的な実施形態では、負荷１１２はタービン・アセンブリ１００の下流にある。代替的に、負荷１１２はタービン・アセンブリ１００の上流であっても良い。
【００２１】
図２は、センサ装置１２０から受け取った測定値を分析してガス・タービン・エンジン１０２への燃料供給を制御するために用いても良い典型的なコンピューティング・デバイス（またはコントローラ）１１８のブロック図である。コントローラ１１８は、メモリ・デバイス２０２とプロセッサ２００とを備えている。プロセッサ２００は、メモリ・デバイス２０２に機能的に結合されて、命令を実行するようになっている。プロセッサ２００は、１または複数のプロセシング・ユニットを、たとえば、限定することなく、マルチ・コア構成で備えていても良い。いくつかの実施形態では、実行可能命令がメモリ・デバイス２０２内に格納されている。コントローラ１１８は、本明細書で説明した１または複数の動作を実行することを、プロセッサ２００をプログラミングすることによって行なうように構成可能である。たとえば、プロセッサ２００のプログラミングは、動作を１または複数の実行可能命令としてエンコードすることと、実行可能命令をメモリ・デバイス２０２内に与えることと、によって行なっても良い。
【００２２】
典型的な実施形態では、メモリ・デバイス２０２は、情報（たとえば、実行可能命令および／または他のデータ）の格納および取り出しを可能にする１または複数のデバイスである。メモリ・デバイス２０２としては、１または複数のコンピュータ読取可能媒体を挙げても良い。たとえば、限定することなく、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＭ）、ソリッド・ステート・ディスク、ハード・ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、および／または不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリである。上記メモリ・タイプは単に典型であり、したがって、コンピュータ・プログラムの格納に対して利用可能なメモリのタイプについて限定するものではない。メモリ・デバイス２０２は、次のものを格納するように構成しても良い。すなわり、限定することなく、アプリケーション・ソース・コード、アプリケーション・オブジェクト・コード、ソース・コード該当部分、オブジェクト・コード該当部分、構成データ、実行イベントおよび／または任意の他のタイプのデータである。
【００２３】
メモリ・デバイス２０２は、動作測定値（たとえば、限定することなく、リアルタイムおよび履歴基準火炎温度、差圧測定値、ガス混合物中の酸素濃度、ならびに／または任意の他のタイプのデータ）を格納するように構成しても良い。いくつかの実施形態では、プロセッサ２００は、データをメモリ・デバイス２０２から除去または「パージ」することを、データの年齢に基づいて行なう。たとえば、プロセッサ２００は、以前に記録および格納されたデータを、以後の時間および／または事象に関連させて上書きしても良い。加えてまたはその代わりに、プロセッサ２００は、所定の時間間隔を超えたデータを除去しても良い。またメモリ・デバイス２０２は、限定することなく、十分なデータ、アルゴリズム、およびコマンドを収容して、種々の燃料特性を決定することおよびガス・タービン・エンジン１０２への燃料供給を制御することを容易にしている。これについては後でさらに述べる。
【００２４】
本明細書で用いる場合、用語「リアルタイム」は、関連事象の発生時間、所定のデータの測定および収集時間、データの処理時間、ならびに事象および環境に対するシステム応答の時間のうちの少なくとも１つに言及する。本明細書で説明する実施形態では、これらの作用および事象は実質的に瞬時に起こり、ガス燃料のウォッベ指数が１秒の応答時間内に決定されるようになっている。
【００２５】
いくつかの実施形態では、コントローラ１１８は、提示インターフェース２０６がプロセッサ２００に結合されている。提示インターフェース２０６は、情報（たとえば、ユーザー・インターフェースおよび／またはアラーム）をユーザ２１０に示す。一実施形態では、提示インターフェース２０６としては、ディスプレイ・デバイス（図示せず）に結合されたディスプレイ・アダプタ（図示せず）が挙げられる。ディスプレイ・デバイスは、たとえば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、および／または「電子インク」ディスプレイである。いくつかの実施形態では、提示インターフェース２０６は１または複数のディスプレイ・デバイスを備えている。
【００２６】
いくつかの実施形態では、コントローラ１１８はユーザ入力インターフェース２０８を備えている。典型的な実施形態では、ユーザ入力インターフェース２０８がプロセッサ２００に結合されて、入力をユーザ２１０から受け取る。ユーザ入力インターフェース２０８としては、たとえば、キーボード、ポインティング・デバイス、マウス、スタイラス、接触感知パネル、たとえば、限定することなく、タッチ・パッドもしくはタッチ・スクリーン、および／またはオーディオ入力インターフェース、たとえば、限定することなく、マイクロフォンを挙げても良い。単一の構成部品（たとえば、タッチ・スクリーン）が、提示インターフェース２０６およびユーザ入力インターフェース２０８の両方のディスプレイ・デバイスとして機能しても良い。
【００２７】
通信インターフェース２０４がプロセッサ２００に結合されている。通信インターフェース２０４は、１または複数の他のデバイス（たとえば、センサまたは別のコントローラ１１８）と連絡状態で結合するように、またこのようなデバイスに対して入力および出力動作を行なうように構成されている。たとえば、通信インターフェース２０４としては、限定することなく、有線ネットワーク・アダプタ、無線ネットワーク・アダプタ、移動体通信アダプタ、シリアル通信アダプタ、および／またはパラレル通信アダプタを挙げても良い。通信インターフェース２０４は、１または複数の遠隔デバイスからデータを受信しおよび／またはそれらにデータを送信しても良い。たとえば、あるコントローラ１１８の通信インターフェース２０４は、アラームを別のコントローラ１１８の通信インターフェース２０４に送信しても良い。
【００２８】
提示インターフェース２０６および／または通信インターフェース２０４は両方とも、本明細書で説明した方法とともに用いることに適した情報を、たとえば、ユーザ２１０または別のデバイスに与えることができる。したがって、提示インターフェース２０６および通信インターフェース２０４は出力デバイスと言う場合がある。同様に、ユーザ入力インターフェース２０８および通信インターフェース２０４は、本明細書で説明した方法とともに用いることに適した情報を受信することができ、入力デバイスと言う場合がある。
【００２９】
図３は、ウォッベ指数パラメータ対測定された燃焼生成物温度差の説明図３００である。ｘ軸３０２は、燃焼生成物と入口空気との間の温度差を華氏温度で測定したものを表し、ｙ軸３０４は、ウォッベ指数パラメータを表している。ウォッベ指数パラメータは、ウォッベ指数と、センサ装置１２０（図１に示す）を通して送られている燃料圧差対空気圧差の比の平方根との積として規定される。燃焼生成物温度を少なくとも１つの光学式診断装置（図３に示さず）によって決定し、空気および燃料の圧差をコントローラ１１８（図１に示す）によって決定する。ここで、ΔＰ燃料およびΔＰ空気は、流量制限デバイス（たとえば、ベンチュリ・セクションまたはコリオリ流量計（図３に示さず））に渡って測定された燃料および空気圧差である。コリオリ流量計を（空気および燃料）流量制限と直列に用いると、ウォッベ指数をより直接的に計算するための相対的燃料および空気流量とともに、その後に燃料発熱量を直接計算するために用いても良い相対的流れ密度についての情報の重複表示が生じる。
【００３０】
ウォッベ指数は、異なる温度における異なる燃料ガスの体積エネルギー含有量を容易に比較する値である。同様のウォッベ指数を有する燃料は、ガス・タービンによって燃焼されると同様に機能すると予想することができる。修正ウォッベ指数は一般的に、低位燃料発熱量を相対密度で割ったものと規定される。各燃料に対して規定値から±１〜３％のずれは一般的に許容でき、ガス・タービンの動作が顕著に低下することはない。しかし、規定されたウォッベ指数の±２０％のずれも、本明細書で説明する方法および装置に基づいて許容できる。当然のことながら、他の基準を用いて、関連するウォッベ指数を決定することができる。
【００３１】
修正ウォッベ指数は以下のように規定される。
【００３２】
【数１】
2014163383.tif 000003
ここで、ＬＨＶ燃料は燃焼中のガス燃料の低位発熱量を表し、ＳＧ燃料は空気に対するガス燃料の比重を表し、Ｔ燃料はガス燃料の温度を表す。ＬＨＶ燃料、ＳＧ燃料、およびＴ燃料に対して決定された値を用いて、ガス燃料の修正ウォッベ指数を決定しても良い。
【００３３】
ウォッベ指数が規定値から変化すると、許容できないレベルの燃焼力学（予想レベルよりも高い汚染物質排出、過燃焼、火炎不安定性、および他の多くの問題）に至る可能性がある。結果として、ウォッベ指数が規定値から大きく変化した状態で動作させると、ハードウェア疲労、またはおそらく、燃焼システムの要素寿命の短縮および／もしくは発電停止の可能性を招く場合がある。
【００３４】
上記で規定したように、ウォッベ指数は、ガス・タービン燃焼器内に注入される体積流量当たりのエネルギー量の目安であり、したがって、与えられたシステム設計におけるガス燃料の互換性の目安となる場合がある。燃料は、異なる成分ガスからなる異なる供給源または燃料から得ると、エネルギー含有量が変わる場合がある。ガス・タービン・エンジン１０２を非設計ウォッベ指数で動作させると、望ましくない燃焼特性（たとえば、火炎逆火または低い等量比）が生じる場合がある。等量比は空気燃料混合気の空気対燃料の比である。したがって、ガス・タービン・エンジン１０２が第１のガス燃料から第２のガス燃料（第２のガス燃料の具体的な組成は分かっていない）に切り換わるかまたは連続的に変化することができるためには、ウォッベ指数を決定する方法が、システム性能を維持するためには望ましい。
【００３５】
図３を再び参照して、曲線３０６で例示するように、ウォッベ指数パラメータは温度とともに増加する。曲線３０６は、ウォッベ指数と燃料対空気流の平方根比との積と、測定された基準火炎温度との間の、主要な較正された相関関係を表す。当業者であれば分かるように、燃焼生成物温度、流量制限圧力低下、ΔＰ燃料およびΔＰ空気、ならびに／または燃料の質量流量を、光学センサ装置１２０（図１に示す）によって測定すれば、燃焼中の燃料のウォッベ指数が曲線３０６によって決定される。解析的および経験的な研究が示すところによれば、ｙ軸３０４上のウォッベ指数パラメータを、燃焼システムの基準火炎温度に直接関連づけることが、すべての燃料混合物および成分に対して、等量比および流量とは関係なく行なわれる。このウォッベ指数相関は、次式で表わされる。
【００３６】
【数２】
2014163383.tif 000004
ここで、Ｔfは基準火炎または排気ガスの温度を表し、Ｔiは空気入口における空気温度を表し、Ａr,燃料はシステムに燃料を供給する管路流制限の面積を表し、一方で、Ａr,空気は、システムに空気を供給する管路流制限の面積を表し、ＳＧ空気は空気の比重を表し、ρ空気は空気の密度を表し、ｃp,混合物は燃料空気の比熱を表し、Ｗ指数は、燃焼させるガス燃料のウォッベ指数を表し、ΔＰ燃料は第１の流量制限デバイス（図３に示さず）に渡って測定された燃料圧差を表し、ΔＰ空気は第２の流量制限デバイス（図３に示さず）に渡って測定された空気圧差を表す。
【００３７】
前記変数およびパラメーターはそれぞれ一定である。そうでなければ、ウォッベ指数を計算し得るように、測定しても良い。ガス燃料の燃焼に付随する一定値：ｃp,混合物、ρ空気、Ａr,燃料、Ａr,空気、およびＳＧ空気は、所定の燃焼状態データであり、メモリ・デバイス２０２（図２に示す）上に格納される。残りのパラメータ値（ウォッベ指数を除く）を、ガス・タービン・エンジン・システム１００（図１に示す）内の種々のセンサによって測定する。ウォッベ指数式（式１）とウォッベ指数相関式（式２）とを、所定の燃焼データ・アルゴリズムとしてメモリ・デバイス２０２（図２に示す）上に格納して、コントローラ・プロセッサ２００（図２に示す）が、ウォッベ指数をリアルタイムで計算することを、センサ装置１２０（図１に示す）から測定値を受け取ったら行ない得るようにする。これについては後述する。
【００３８】
典型的な実施形態では、第１および第２の流量制限デバイスは、ベンチュリ・セクションまたはコリオリ流量計の少なくとも一方である。ベンチュリ・セクションは、流体管における狭い断面であり、導管を通って流れる流体の速度を増加させるようにデザインされている。流体を強制的にベンチュリに通すと、その速度は、より大きい断面積の流体管におけるそれと比べて増加するため、流体の圧力は減少する。圧力差を流体管の広い部分と狭い部分との間で測定する。その圧力差は、流体の体積流量に比例している。第１のベンチュリ・セクションを用いて燃料の圧力差を測定しても良く、また第２のベンチュリ・セクションを用いて空気の圧力差を測定しても良い。これらの測定値を次に、コントローラ１１８に送信して、燃料のウォッベ指数の計算をウォッベ指数相関式（式２）を用いて行なうことを図っても良い。代替的に、第１および第２の流量制限デバイスは、燃料および／または空気の質量流量および比重を測定するために用いるコリオリ流量計であっても良い。これらの測定値を次に、コントローラ１１８に送信して、燃料のウォッベ指数の計算をウォッベ指数式（式１）を用いて行なうことを図っても良い。第１および第２の流量制限デバイスは、ベンチュリ・セクションおよび／またはコリオリ流量計の任意の組み合わせであって、センサ装置１２０が本明細書で説明したように機能することを可能にする組み合わせであっても良い。
【００３９】
図４は、ガス・タービン・エンジン・システム１００で用いる光学センサ装置４００の典型的な実施形態を示す図である。センサ装置４００がコントローラ１１８に結合され、ガス・タービン・エンジン１０２（図１に示す）とは独立に動作する制御された燃焼環境を実現する。プロセッサ２００（図２に示す）が、コントローラ１１８に接続されて機能し、センサ装置４００内で取られた測定値をモニタおよび記録するように構成されている。典型的な実施形態では、センサ装置４００は、燃料供給ライン４１２、空気供給ライン４１４、およびパージ・ライン４１６を備えている。燃料供給ライン４１２は、ライン４１２を通して送られる燃料の圧力を制御するための燃料圧力レギュレータ４１８と、燃料供給ライン４１２における燃料圧差、質量流量、または比重の測定を容易にするように構成された第１の流量制限デバイス４２６と、センサ装置４００に送られる燃料の量を制御するための燃料調節弁または質量流量コントローラ４２２と、を備えている。燃料供給ライン４１２は、主燃料ライン１２２と流れ連絡して結合されている。空気供給ライン４１４は、第２の流量制限デバイス４２４（空気供給ライン４１４における空気圧差または質量流量測定を容易にするように構成されている）と、空気質量流量コントローラ４２２（センサ装置４００に送られる空気量を制御するため）と、を備えている。
【００４０】
典型的な実施形態では、第１および第２の流量制限デバイス４２６および４２４は、燃料供給ライン４１２を通って流れる燃料の差圧を測定するように構成されたベンチュリ・セクションであっても良い。代替的に、第１および第２の流量制限デバイス４２６および４２４は、供給ライン４１２および４１４を通って流れる燃料および空気の比重および質量流量の少なくとも一方を測定するように構成されたコリオリ流量計であっても良い。これらの測定値を次に、コントローラ１１８に送信して、燃料のウォッベ指数の計算をウォッベ指数式（式１）およびウォッベ指数相関式（式２）の少なくとも一方を用いて行なうことを図っても良い。ライン４１２、４１４、および４１６は、基準燃焼装置４２８と流れ連絡して結合されている。
【００４１】
基準燃焼装置４２８は、混合器部分４３０、基準バーナー４３２、および火炎格納容器４３６を備えている。混合器部分４３０は、ライン４１２からの燃料と空気４１４とを混合して、完全に予混合された可燃性の燃料空気混合物にするように構成しても良い。基準バーナー４３２が、燃焼領域１０６と並列して上流に位置している。基準バーナー４３２は、燃料空気混合気を燃焼させて少なくとも１種の燃焼生成物（たとえば基準火炎４３４および／または排気ガス４４０）を生成するように構成されている。典型的な実施形態では、基準バーナー４３２は、明確な制御された火炎を格納容器４３６内に実現する予混合されたマッケナ（ＭｃＫｅｎｎａ）基準バーナーである。各燃焼生成物は、少なくとも１つの特性、たとえば基準火炎４３４の温度、排気ガス４４０の温度、および排気ガス４４０の酸素濃度を備えている。格納容器４３６は、基準燃焼チャンバ４３８を、内部に基準火炎４３４が収容されるように画定している。基準火炎４３４によって基準燃焼チャンバ４３８内に生成された排気ガス４４０を、基準燃焼チャンバ４３８から格納容器４３６を通して大気または好適な排気管（図示せず）内に送る。典型的な実施形態では、格納容器４３６は、センサ装置４００が本明細書で説明したように機能できるように光アクセスを有するように設計された透明容器（たとえば、石英炎管）である。代替的に、格納容器４３６は、センサ装置４００が本明細書で説明したように機能することを可能にする任意の透明容器であっても良い。
【００４２】
典型的な実施形態では、センサ装置４００は、チューナブル・ダイオード・レーザ吸収（ＴＤＬ）装置４０２がコントローラ１１８に結合されている。ＴＤＬ装置４０２は、光ファイバ４０４がレーザ送信部４０８に結合されている。レーザ送信部４０８は、レーザ・ビーム４０７を基準燃焼チャンバ４３８に渡って送信するように、より具体的には、少なくとも１種の燃焼生成物を通して送信するように構成されている。ＴＤＬ装置４０２はさらに、光ファイバ４０４に結合されたレーザ受信部４０６を備えている。レーザ受信部４０６は、格納容器４３６を挟んでレーザ送信部４０８とは反対側に位置して、レーザ受信部４０６がレーザ・ビーム４０７を送信部４０８から受信するように構成されるようになっている。ＴＤＬ装置４０２は、少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性（たとえば、基準燃焼チャンバ４３８内で生成される基準火炎４３４の温度および／または排気ガス４４０の温度）を測定するように構成された光学式診断装置である。
【００４３】
動作時、ある量の燃料を、主燃料ライン１２２から取り出して、センサ装置燃料供給ライン４１２を通して送る。圧力レギュレータ４１８がライン４１２内の燃料圧力を調整して、ライン４１２を通って流れる燃料の圧力が、燃料が第１の流量制限デバイス４２６に入ったときに分かるようになっている。第１の流量制限デバイス４２６によって燃料圧差が生じ、これがコントローラ１１８によって測定されて、メモリ・デバイス２０２（図２に示す）内に格納される。代替的に、第１の流量制限デバイス４２６が燃料の質量流量および比重の少なくとも一方を測定して、このような測定値をコントローラ１１８に送信し、メモリ・デバイス２０２内に格納することを図る。燃料は次に、燃料調節弁４２０を通って流れて、基準燃焼装置４２８の混合器部分４３０内に入る。同様に、空気が、空気供給ライン４１４内に空気供給源（図示せず）から第２の流量制限デバイス４２４を通して送られる。第２の流量制限デバイス４２４によって空気圧差が生じ、これもやはりコントローラ１１８によって測定されて、メモリ・デバイス２０２内に格納される。空気が次に、空気質量流量コントローラ４２２を通って流れて、基準燃焼装置４２８の混合器部分４３０内に入る。典型的な実施形態では、混合器部分４３０によって燃料および空気が混合されて、予混合された可燃性の燃料空気混合物が生成され、基準バーナー４３２によって点火される。一実施形態では、燃料および空気の割合は、等量比が１を下回るように−すなわち、希薄な流れ混合物となるように−固定されている。
【００４４】
基準バーナー４３２によって燃料空気混合気が点火されて基準火炎４３４が生成され、基準火炎４３４によって基準燃焼チャンバ４３８内に排気ガス４４０が発生する。ＴＤＬ装置４０２の送信部４０８は次に、レーザ・ビーム４０７を基準燃焼チャンバ４３８に渡って送信し、レーザ・ビーム４０７が受信部４０６によって受信されるようにしている。レーザ・ビーム４０７は、基準燃焼チャンバ４３８内の燃焼生成物によって変えられて、燃焼生成物のうちの少なくとも１種が有する温度に関するデータが作成される。データは次に、コントローラ１１８に伝達される。コントローラ１１８は、測定データを解析して燃焼生成物（すなわち、基準火炎４３４および／または排気ガス４４０）の少なくとも１種が有する温度を決定するのに必要な論理回路を備えている。温度が決定されて、プロセッサ２００（図２に示す）が、ウォッベ指数を、ウォッベ指数式（式１）およびウォッベ指数相関式（式２）の少なくとも一方を用いてリアルタイムで決定する。具体的には、典型的な実施形態では、コントローラ１１８は、測定データをＴＤＬ装置４０２から受信して、少なくとも１種の燃焼生成物の温度を決定する。
【００４５】
コントローラ１１８はさらに、第１および第２の流量制限デバイス４２６および４２４に渡って生じる燃料および空気圧差を測定する。代替的に、コントローラ１１８は、第１の流量制限デバイス４２６から、燃料供給ライン４１２内の燃料の質量流量および／または比重を示す信号を受信する。プロセッサ２００（図２に示す）は次に、メモリ・デバイス（図２に示す）内に格納された所定の燃焼状態データにアクセスして、燃料のウォッベ指数の計算を、ウォッベ指数式（式１）およびウォッベ指数相関式（式２）の少なくとも一方を用いて、測定された燃焼特性と、測定された燃料および空気圧差、燃料の質量流量、および燃料の比重のうちの少なくとも１つと、に基づいて行なう。いったん燃料のウォッベ指数が計算されれば、コントローラ１１８は次に、主燃料ライン１２２を通してガス・タービン・エンジン１０２に送られる燃料の量を制御することを、決定されたウォッベ指数に基づいて燃料調節弁１１６（すべて図１に示す）を操作することによって行なっても良い。センサ装置４００はウォッベ指数をリアルタイムで測定するため、その後に、ガス・タービン・エンジン１０２のバーナー・デューティおよび燃焼温度を瞬時に制御することができる。燃焼生成物温度を測定基準として用いれば、ウォッベ指数を決定することが、ほぼ無制限範囲の燃料成分に対して容易に行なわれる。
【００４６】
図５に、ガス・タービン・エンジン・システム１００（図１に示す）で用いる光学センサ装置５００の代替的な実施形態を例示する。センサ装置５００は、センサ装置４００（図４に示す）と動作および構成において実質的に同様である。ただし、例外として、センサ装置５００は、ＴＤＬ装置４０２（図４に示す）ではなく発光分光装置５０２を備えている。したがって、図５に示す構成部品を、図４で用いたのと同じ参照番号を用いて標示する。発光分光装置５０２を、センサ装置４００内のＴＤＬ装置４０２の代わりに用いても良いし、またはＴＤＬ装置４０２と組み合わせて用いても良い。
【００４７】
典型的な実施形態では、発光分光装置５０２は、コントローラ１１８に結合された光学式診断装置であって、基準火炎４３４から放出された紫外線を収集するように構成された光ファイバ５０４および集束性レンズ５０６を備える光学式診断装置である。動作時、発光分光装置５０２は格納容器４３６に隣接して位置して、集束性レンズ５０６が基準燃焼チャンバ４３８内の基準火炎４３４の方を向くようになっている。集束性レンズ５０６は、基準火炎４３４から放出された紫外線を集めて光ファイバ５０４内に入れる。光ファイバ５０４は次に、放出された紫外線を、コントローラ１１８に結合された分光計（図示せず）に伝達して、さらなる分析を図る。結果として生じる強度スペクトル部分を積分することによって、コントローラ１１８はスペクトル・バンド比を形成することができる。スペクトル・バンド比を用いて基準火炎４３４の温度が決定される。コントローラ１１８は、この測定データを発光分光装置５０２から受信して、少なくとも１種の燃焼生成物、基準火炎４３４、および／または排気ガス４４０の温度を決定する。コントローラ１１８はさらに、第１および第２の流量制限デバイス４２６および４２４に渡って生じる燃料および空気圧差を測定する。代替的に、コントローラ１１８は第１の流量制限デバイス４２６から、燃料供給ライン４１２内の燃料の質量流量および／または比重を示す信号を受信する。
【００４８】
プロセッサ２００（図２に示す）は次に、メモリ・デバイス（図２に示す）内に格納された所定の燃焼状態データにアクセスして、燃料のウォッベ指数の計算を、ウォッベ指数式（式１）およびウォッベ指数相関式（式２）の少なくとも一方を用いて、測定された燃焼特性と、測定された燃料および空気圧差、燃料の質量流量、および燃料の比重のうちの少なくとも１つと、に基づいて行なう。いったん燃料のウォッベ指数が計算されれば、コントローラ１１８は次に、主燃料ライン１２２を通してガス・タービン・エンジン１０２に送られる燃料の量を制御することを、決定されたウォッベ指数に基づいて燃料調節弁１１６（すべて図１に示す）を操作することによって行なっても良い。センサ装置５００はウォッベ指数をリアルタイムで測定するため、その後に、ガス・タービン・エンジン１０２のバーナー・デューティおよび燃焼温度を瞬時に制御することができる。燃焼生成物温度を測定基準として用いれば、ウォッベ指数を決定することが、ほぼ無制限範囲の燃料成分に対して容易に行なわれる。
【００４９】
図６に、ガス・タービン・エンジン・システム１００（図１に示す）で用いる光学センサ装置６００の代替的な実施形態を例示する。センサ装置６００は、センサ装置４００および５００（図４および５に示す）と実質的に同様である。ただし、例外として、センサ装置６００は、ＴＤＬ装置４０２でも発光分光装置５０２（図４および５に示す）でもなく、ファイバ高温測定装置６０２を備えている。したがって、図６に示す構成部品を、図４および５で用いたのと同じ参照番号を用いて標示する。ファイバ高温測定装置６０２を、センサ装置４００内でＴＤＬ装置４０２または発光分光装置５０２の代わりに用いても良いし、またはＴＤＬ装置４０２および／または発光分光装置５０２と組み合わせて用いても良い。
【００５０】
典型的な実施形態では、ファイバ高温測定装置６０２は、コントローラ１１８に結合された光学式診断装置であって、赤外線センサ６０４およびファイバ６０６を備える光学式診断装置である。典型的な実施形態では、ファイバ６０６は炭化ケイ素ファイバである。代替的に、ファイバ６０６は、ファイバ高温測定装置６０２が本明細書で説明したように動作することを可能にする任意のファイバであっても良い。ファイバ６０６の基準燃焼チャンバ４３８内での位置は、基準火炎４３４から熱がファイバ６０６に移るように設定されている。赤外線センサ６０４は、ファイバ６０６からの赤外発光を検出するように構成されている。動作時、ファイバ高温測定装置６０２は格納容器４３６に隣接して位置して、赤外線センサ６０４が基準燃焼チャンバ４３８内の基準火炎４３４の方を向くようになっている。ファイバ６０６は、周囲ガス温度と準平衡に達して、赤外線放射スペクトルを発する。その一部は、赤外線検出器６０４によって集められてコントローラ１１８に伝達され、基準火炎４３４の温度を決定するためのさらなる分析が図られる。コントローラ１１８は、この測定データをファイバ高温測定装置６０２から受信して、少なくとも１種の燃焼生成物、基準火炎４３４の温度を決定する。コントローラ１１８はさらに、第１および第２の流量制限デバイス４２６および４２４に渡って生じる燃料および空気圧差を測定する。代替的に、コントローラ１１８は、第１の流量制限デバイス４２６から、燃料供給ライン内の燃料の質量流量および／または比重４１２を示す信号を受信する。
【００５１】
プロセッサ２００（図２に示す）は次に、メモリ・デバイス（図２に示す）内に格納された所定の燃焼状態データにアクセスして、燃料のウォッベ指数の計算を、ウォッベ指数式（式１）およびウォッベ指数相関式（式２）の少なくとも一方を用いて、測定された燃焼特性と、測定された燃料および空気圧差、燃料の質量流量、および燃料の比重のうちの少なくとも１つと、に基づいて行なう。いったん燃料のウォッベ指数が計算されれば、コントローラ１１８は次に、主燃料ライン１２２を通してガス・タービン・エンジン１０２に送られる燃料の量を制御することを、決定されたウォッベ指数に基づいて燃料調節弁１１６（すべて図１に示す）を操作することによって行なっても良い。センサ装置６００はウォッベ指数をリアルタイムで測定するため、その後に、ガス・タービン・エンジン１０２のバーナー・デューティおよび燃焼温度を瞬時に制御することができる。燃焼生成物温度を測定基準として用いれば、ウォッベ指数を決定することが、ほぼ無制限範囲の燃料成分に対して容易に行なわれる。
【００５２】
図７に、ガス・タービン・エンジン・システム１００（図１に示す）で用いるセンサ装置７００の代替的な実施形態を例示する。センサ装置７００は、センサ装置４００、５００、および６００（図４〜６に示す）と実質的に同様である。ただし、例外として、センサ装置７００は、ＴＤＬ装置４０２（図４に示す）、発光分光装置５０２（図５に示す）、またはファイバ高温測定装置６０２（図６に示す）ではなくて、酸素検知装置７０２を備えている。したがって、図７に示す構成部品を、図４〜６で用いたのと同じ参照番号を用いて標示する。酸素検知装置７０２を、センサ装置４００内のＴＤＬ装置４０２、発光分光装置５０２、またはファイバ高温測定装置６０２の代わりに用いても良いし、またはＴＤＬ装置４０２および／または発光分光装置５０２、および／またはファイバ高温測定装置６０２と組み合わせて用いても良い。
【００５３】
典型的な実施形態では、酸素検知装置７０２は、コントローラ１１８に結合された光学式診断装置であって、排気ガス４４０をサンプリングして赤外線吸収から酸素濃度を測定するように構成された酸素センサ７０４を備える光学式診断装置である。動作時、酸素検知装置７０２の位置は、酸素センサ７０４が基準燃焼チャンバ４３８内の排気ガス４４０と流れ連絡するように設定されている。酸素センサ７０４は、基準燃焼装置４２８から発生した排気ガス４４０の少なくとも一部を集める。酸素センサ７０４によって測定された酸素濃度データは、コントローラ１１８に伝達される。コントローラ１１８は、測定データを酸素検知装置７０２から受信し、排気ガス４４０の酸素含有量に基づいて、少なくとも１種の燃焼生成物、基準火炎４３４、および／または排気ガス４４０の温度を決定する。コントローラ１１８はさらに、第１および第２の流量制限デバイス４２６および４２４に渡って生じる燃料および空気圧差を測定する。代替的に、コントローラ１１８は、第１の流量制限デバイス４２６から、燃料供給ライン内の燃料の質量流量および／または比重４１２を示す信号を受信する。
【００５４】
プロセッサ２００（図２に示す）は次に、メモリ・デバイス（図２に示す）内に格納された所定の燃焼状態データにアクセスして、燃料のウォッベ指数の計算を、ウォッベ指数式（式１）およびウォッベ指数相関式（式２）の少なくとも一方を用いて、測定された酸素含有量と、測定された燃料および空気圧差、燃料の質量流量、および燃料の比重のうちの少なくとも１つと、に基づいて行なう。いったん燃料のウォッベ指数が計算されれば、コントローラ１１８は次に、主燃料ライン１２２を通ってガス・タービン・エンジン１０２に送られる燃料の量を制御することを、決定されたウォッベ指数に基づいて燃料調節弁１１６（すべて図１に示す）を操作することによって行なっても良い。センサ装置５００はウォッベ指数をリアルタイムで測定するため、その後に、ガス・タービン・エンジン１０２のバーナー・デューティおよび燃焼温度を瞬時に制御することができる。燃焼生成物温度を測定基準として用いれば、ウォッベ指数を決定することが、ほぼ無制限範囲の燃料成分に対して容易に行なわれる。
【００５５】
本明細書で説明した光学センサ装置によって、ガス・タービン燃料エネルギー含有量のリアルタイムの検出およびモニタリングが、予混合された燃料空気混合物を基準燃焼装置内で燃焼させて少なくとも１種の燃焼生成物を生成することによって可能になる。センサ装置は、基準燃焼装置（ガス・タービン・エンジンとは独立に動作する）内の少なくとも１種の燃焼生成物の少なくとも１つの特性を測定する。燃焼生成物の特性（たとえば、基準火炎温度および／または排気ガス温度）を、制御された燃焼環境内で、１または複数の光学的な診断装置を用いて測定する。燃料および空気圧差の測定を、第１および第２の流量制限デバイス（たとえば、ベンチュリ・セクション）に渡って行なえば、相対的な燃料／空気比の変動に対する補正を行なうことができるため、ウォッベ指数相関が等量比によって混同させられることがない。一般的な相関関係が、測定された燃焼生成物温度と、ウォッベ指数と燃料および空気流圧力差の平方根比との積との間で求まれば、センサ装置がウォッベ指数をリアルタイムで決定することが無制限範囲の燃料成分に対して容易に行なわれ、その後、ガス・タービン・エンジン・バーナー・デューティを瞬時に制御することができる。代替的に、燃料の質量流量および比重の少なくとも一方を第１の流量制限デバイス（たとえば、コリオリ流量計）によって測定することで、ウォッベ指数の計算を無制限範囲の燃料成分に対してリアルタイムで行なうことが単純化できても良く、その後、ガス・タービン・エンジン・バーナー・デューティを瞬時に制御することができる。
【００５６】
本明細書で説明した方法、システム、および装置の典型的な技術的効果には、次のうちの少なくとも１つが含まれる。（ａ）燃焼生成物の特性を、次のものからなる少なくとも１つの光学式診断装置を用いて測定すること。（ｉ）レーザレーザ・ビームを燃焼チャンバに渡って燃焼生成物を通して送信するように構成された送信部を備えるとともに、レーザ・ビームを受信するように構成されたレーザ受信部を備えるチューナブル・ダイオード・レーザ吸収分光装置、および／または（ｉｉ）燃焼生成物から紫外発光を集めるように構成された集束性レンズを備える発光分光装置、および／または（ｉｉｉ）燃焼チャンバ内に位置するファイバから赤外発光を検出するように構成された赤外線センサを備えるファイバ高温測定装置、および／または（ｉｖ）酸素センサを用いて燃焼生成物の酸素含有量を測定するように構成された酸素センサを備える酸素検知装置。ならびに（ｂ）燃料のウォッベ指数を、燃焼生成物の測定された特性に基づいてリアルタイムで決定すること。
【００５７】
以上、燃料のウォッベ指数を決定するための方法および装置の典型的な実施形態について詳細に説明した。燃焼を促進するセンサ装置および方法は、本明細書で説明した特定の実施形態には限定されず、むしろ、システムの構成部品および／または方法のステップを、本明細書で説明した他の構成部品および／またはステップと独立かつ別個に用いても良い。本説明は、工業環境におけるガス・タービン・エンジンに対するセンサ装置に焦点を当てているが、本システムは、ガス・タービンに限定されず、他の応用例、たとえばジェット・エンジンにおける燃料品質測定またはパイプラインにおける燃料組成測定にも適用される。たとえば、本方法は、ガス燃料燃焼器を用いる他のガス・タービン・システム応用例と組み合わせて用いても良く、本明細書で説明したようなガス・タービン・エンジン・システムおよび方法のみを用いて実施することに限定されない。さらに、本明細書で述べた原理および教示は、種々の可燃性ガス燃料（たとえば、限定することなく、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）、工業プロセス、排ガスおよび他の合成ガス）を用いるガス・タービン・エンジンに適用される。
【００５８】
本開示の種々の実施形態の特定の特徴を、一部の図面上で示して他では示していない場合があるが、これは単に便宜上である。本開示の原理に従って、図面の任意の特徴部を、他の任意の図面の任意の特徴部と組み合わせて言及および／または請求しても良い。
【００５９】
この書面の説明では、実施例を用いてベスト・モードを開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意のデバイスまたはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本開示の特許可能な範囲は、請求項によって定められるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【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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【外国語明細書】
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