(57)【要約】【課題】所定のプローブ部をダストが多く含まれる流体の中に配置した場合において、その計測感度の低下を抑制するプローブシステムを提供する。【解決手段】プローブシステム１は、第一の流体が流通する流路２内部に配置され、当該流路２内部の情報を光学的に取り込む集光部１００、及び、当該集光部１００の周囲において第二の流体が流出するような流路を形成する流通管１０２と、を有するプローブ部１０と、流通管１０２に第二の流体を所定の流速で供給する流体供給部１２と、第一の流体の運動量に対する流通管１０２から流出する第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように、流通管１０２に供給する第二の流体の流速を制御する流速制御部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の流体が流通する流路内部に配置され、当該流路内部の情報を光学的に取り込む集光部、及び、当該集光部の周囲において第二の流体が流出するような流路を形成する流通管と、を有するプローブ部と、
前記流通管に前記第二の流体を所定の流速で供給する流体供給部と、
前記第一の流体の運動量に対する前記流通管から流出する前記第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように、前記流通管に供給する前記第二の流体の流速を制御する流速制御部と、
を備えることを特徴とするプローブシステム。
【請求項２】
前記流速制御部は、
前記運動量比が所定の閾値以上である場合に、所定の流速を下回らない範囲内で前記第二の流体の流速を低下させる制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
【請求項３】
前記流速制御部は、
前記第一の流体のダスト濃度に比例するように前記閾値を決定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブシステム。
【請求項４】
前記流速制御部は、
前記集光部におけるダストの付着量または当該付着量の時間変化の少なくとも一方に基づいて前記閾値を決定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプローブシステム。
【請求項５】
前記流速制御部は、
前記第一の流体が流れる方向に対する、前記流通管から前記第二の流体が流出する方向の角度に基づいて前記閾値を決定する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプローブシステム。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載のプローブシステムを備え、
前記第一の流体が高温燃焼ガスであって、
前記第二の流体が前記高温燃焼ガスよりも低温なガスである
ことを特徴とするエンジン。
【請求項７】
第一の流体が流通する流路内部に配置され当該流路内部の情報を光学的に取り込む集光部の周囲に設けられた流通管が、当該集光部の周囲において第二の流体が流出する流路を形成し、
流速制御部が、前記流通管に供給する前記第二の流体の流速を、前記第一の流体の運動量に対する前記流通管から流出する前記第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように制御し、
流体供給部が、前記流速制御部による制御に基づいて、前記第二の流体を前記流通管に供給する
ことを特徴とする検査方法。
【請求項８】
第一の流体が流通する流路内部に配置され、当該流路内部の情報を光学的に取り込む集光部、及び、当該集光部の周囲において第二の流体が流出するような流路を形成する流通管と、を有するプローブ部と、
前記流通管に前記第二の流体を所定の流速で供給する流体供給部と、
を備えるプローブシステムのコンピュータを、
前記第一の流体の運動量に対する前記流通管から流出する前記第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように、前記流通管に供給する前記第二の流体の流速を制御する流速制御手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に高温燃焼ガスの流路の状態を検査するためのプローブシステム、当該プローブシステムを搭載したエンジン、検査方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおける高温燃焼ガスに曝される部品の検査手法の高度化が求められている。
【０００３】
高温燃焼ガスの流路の検査手法の一つとして、赤外線カメラによる温度計測結果から高温暴露部品の健全性を評価する手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法では、赤外線カメラを高温燃焼ガスの流路内部に配置して、光学レンズ（集光部）によって流路内部の赤外線を取り込んで温度分布を取得する。オペレータは、その温度分布を参照することで流路内部に異常がないかどうかを検査することができる。
【０００４】
上述の手法によれば、赤外線カメラの本体部及び光学レンズが高温燃焼ガスに曝されることとなる。そのため特許文献１に記載の検査手法では、本体部の周囲に別途低温なガスを流通させ、赤外線カメラ全体を冷却させることで、赤外線カメラの故障等を防止することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１２１０９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的なエンジンの配管等を流通する高温燃焼ガスは、粉塵（ダスト）を多く含んでいる場合がある。このような状況において、特許文献１に記載の手法のように赤外線カメラを高温燃焼ガスの流路内に配置すると、赤外線カメラの光学レンズにダストが付着し、温度分布の測定精度が低下してしまう、という問題が生じる。
【０００７】
そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできるプローブシステム、エンジン、検査方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、第一の流体が流通する流路内部に配置され、当該流路内部の情報を光学的に取り込む集光部、及び、当該集光部の周囲において第二の流体が流出するような流路を形成する流通管と、を有するプローブ部と、前記流通管に前記第二の流体を所定の流速で供給する流体供給部と、前記第一の流体の運動量に対する前記流通管から流出する前記第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように、前記流通管に供給する前記第二の流体の流速を制御する流速制御部と、を備えることを特徴とするプローブシステムである。
【０００９】
また本発明は、前記流速制御部が、前記運動量比が所定の閾値以上である場合に、所定の流速を下回らない範囲内で前記第二の流体の流速を低下させる制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記流速制御部が、前記第一の流体のダスト濃度に比例するように前記閾値を決定することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記流速制御部が、前記集光部におけるダストの付着量または当該付着量の時間変化の少なくとも一方に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記流速制御部が、前記第一の流体が流れる方向に対する、前記流通管から前記第二の流体が流出する方向の角度に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上述に記載のプローブシステムを備え、前記第一の流体が高温燃焼ガスであって、前記第二の流体が前記高温燃焼ガスよりも低温なガスであることを特徴とするエンジンである。
【００１４】
また本発明は、第一の流体が流通する流路内部に配置され当該流路内部の情報を光学的に取り込む集光部の周囲に設けられた流通管が、当該集光部の周囲において第二の流体が流出する流路を形成し、流速制御部が、前記流通管に供給する前記第二の流体の流速を、前記第一の流体の運動量に対する前記流通管から流出する前記第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように制御し、流体供給部が、前記流速制御部による制御に基づいて、前記第二の流体を前記流通管に供給することを特徴とする検査方法である。
【００１５】
また本発明は、第一の流体が流通する流路内部に配置され、当該流路内部の情報を光学的に取り込む集光部、及び、当該集光部の周囲において第二の流体が流出するような流路を形成する流通管と、を有するプローブ部と、前記流通管に前記第二の流体を所定の流速で供給する流体供給部と、を備えるプローブシステムのコンピュータを、前記第一の流体の運動量に対する前記流通管から流出する前記第二の流体の運動量の比である運動量比が所定の閾値以上となるように、前記流通管に供給する前記第二の流体の流速を制御する流速制御手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プローブ部をダストが多く含まれる流体の中に配置した場合において、その計測感度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第二の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態による流速制御部の処理を説明するグラフである。
【図５】本発明の第二の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示すフローチャート図である。
【図６】本発明の第三の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。
【図７】本発明の第三の実施形態による流速制御部の処理を説明するグラフである。
【図８】本発明の第三の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示す第一のフローチャート図である。
【図９】本発明の第三の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示す第二のフローチャート図である。
【図１０】本発明の第四の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。
【図１１】本発明の第四の実施形態による流速制御部の処理を説明するグラフである。
【図１２】本発明の第四の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示すフローチャート図である。
【図１３】本発明の第五の実施形態によるガスタービン装置の構成を示す第一の系統図である。
【図１４】本発明の第五の実施形態によるガスタービン装置の構成を示す第二の系統図である。
【図１５】本発明の第五の実施形態によるガスタービン装置の構成を示す第三の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態によるプローブシステムを、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。この図において、符号１はプローブシステムである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態によるプローブシステム１は、プローブ部１０、流体供給部１２及び流速制御部１３を備えている。プローブ部１０はさらに、集光部１００、光路１０１、流通管１０２及び計測器１０３で構成されている。
【００２０】
本実施形態によるプローブシステム１は、例えばエンジン等のガスタービン装置に備えられている高温配管等（以下、「流路２」（図１）と記載する）の内部状況の検査に用いられる計測システムである。本実施形態によるプローブシステム１は、プローブ部１０を介して流路２内部の情報を光学的に取得する。より具体的に説明すると、プローブ部１０は例えば赤外線カメラであって、その光学レンズ（以下、「集光部１００」と記載する）から入力した赤外線に基づいて撮像領域の温度分布情報を取得する。当該ガスタービン装置のオペレータは、本実施形態によるプローブシステム１を用いることで、プローブ部１０を介して取得した温度分布情報に基づいて高温配管である流路２内部に異常がないかどうかを検査することができる。なお本実施形態においては、流路２には「第一の流体」の一態様である「高温燃焼ガス」が流通しているものとする。
【００２１】
次に、本実施形態によるプローブシステム１における各構成の機能について簡単に説明する。プローブ部１０は、撮像領域における赤外光を取り込んで、当該撮像領域の温度分布を取得する機能部である。プローブ部１０は、例えば上述した赤外線カメラであってよい。また図１に示すように、本実施形態によるプローブ部１０は、その一部が流路２内部に配置されており、当該一部は高温燃焼ガスに曝される状態となっている。以下、プローブ部１０について具体的に説明する。
【００２２】
プローブ部１０の集光部１００は、上述した通り所定の光学レンズであり、特定の領域から入射する光（本実施形態においては赤外光）を集約して光路１０１に送出する機能部である。なお光路１０１は、集光部１００を介して取り込まれた赤外光を後述する計測器１０３に伝搬するための管路である。
【００２３】
計測器１０３は、集光部１００及び光路１０１を経由して入力した赤外光の強度分布に基づいて、撮像領域における温度分布を算出するための演算を行う機能部である。計測器１０３で算出された演算データ（温度分布データ）は、図示しない計測モニタ等に出力される。ここで計測器１０３は、算出した温度分布データを、例えば、高温の領域ほど赤く、低温の領域ほど青くして上記計測モニタに表示する。このようにすることで、オペレータはその撮像領域において温度の高い部分、低い部分を直感的に見分けることができる。
【００２４】
また本実施形態によるプローブ部１０は、集光部１００及び光路１０１の周囲に流通管１０２を有することを特徴としている。図１に示すように、流通管１０２は、集光部１００の周囲において第二の流体が流出するような流路を形成する。なお本実施形態においては、「第二の流体」とは「冷却ガス」のことである。流通管１０２及び冷却ガスの機能の詳細については後述する。
【００２５】
次に、プローブシステム１を構成する流体供給部１２及び流速制御部１３について簡単に説明する。流体供給部１２は、上記冷却ガスを所定の流速でプローブ部１０の流通管１０２に供給する機能部である。図１に示すように、流体供給部１２が供給する冷却ガスは、上記流通管１０２を巡りながら、光路１０１に沿って流路２の内部に流れた後、集光部１００の周囲から流出して高温燃焼ガスに合流する仕組みとなっている。
【００２６】
流速制御部１３は、上記流体供給部１２が流通管１０２に供給する冷却ガスの流速を制御する機能部である。そして本実施形態による流速制御部１３は、「運動量比」が所定の閾値“ｒｔｈ”以上となるように、流通管１０２に供給する冷却ガスの流速を制御することを特徴としている。ここで「運動量比」とは、高温燃焼ガスの運動量Ｐｇに対する流通管１０２から流出する冷却ガスの運動量Ｐｃの比（Ｐｃ／Ｐｇ）である。すなわち流速制御部１３は、ｒｔｈ≦Ｐｃ／Ｐｇが常に成立するように流体供給部１２の制御を行う。
【００２７】
次に、上述した流通管１０２及び当該流通管１０２から流出する冷却ガスの機能について詳細に説明する。まず本実施形態によるプローブ部１０は、上述した通りその一部（集光部１００を有する先端部分）が流路２内部に配置され、高温燃焼ガスに曝される状態となっている。そのためプローブ部１０の当該高温燃焼ガスに曝される部分が高温化し、プローブ部１０が劣化・故障する事態が懸念される。本実施形態によるプローブシステム１はこのような事態を防ぐため、高温燃焼ガスよりも低温な冷却ガスを、当該高温燃焼ガスに曝される部分の周囲に流通させることで、プローブ部１０における温度の上昇を抑制している。
【００２８】
また本実施形態においては、流路２内部の温度分布情報を取得するという目的上、少なくとも集光部１００は必ず流路２内部に配置されている必要がある。ここで一般的なガスタービン装置における高温配管（流路２）を流れる高温燃焼ガスは、粒塵、粉塵等（以下、「ダスト」と記載する）を多く含みながら流通している場合が多い。そうすると、プローブシステム１の運用経過に伴い、徐々に集光部１００にダストが付着、堆積していき、計測器１０３に入力される赤外光の強度が低下するという問題が生じる。このような集光部１００におけるダストの堆積はプローブ部１０の計測精度の低下を招くこととなる。
【００２９】
そこで本実施形態によるプローブシステム１は、図１に示す通りプローブ部１０において集光部１００の周囲から冷却ガスが流出するように流通管１０２を形成している。このようにすれば、冷却ガスが集光部１００を取り囲むような形で流出するので、集光部１００付近へ流入しようとする高温燃焼ガスをその直前で押しのける作用が働いて、集光部１００へのダスト付着を抑止する効果（ブロック効果）が得られる。
【００３０】
しかしながら、本実施形態によるプローブシステム１は、流通管１０２から流出した冷却ガスが流路２を流れる高温燃焼ガスと合流するような態様となっている。ここで上述したダスト付着効果を得る目的で冷却ガスを必要以上に流出し続けるのは、ガスタービン装置としての電力生成効率の低下を招くこととなる。またプローブシステム１自身においても、冷却ガス送出のために必要以上に電力を消費してしまう。以上より、プローブシステム１は、上述したようなダストのブロック効果を得る目的で、無尽蔵に冷却ガスを送出し続けるような制御を行うのは効率の面で好ましくないといえる。
【００３１】
ここで、高温燃焼ガスの流速が高い場合において、冷却ガスの流速が極端に低いと、ダストを運ぶ高温燃焼ガスの流れを冷却ガスの流れで変えることができず、高温燃焼ガスの集光部１００付近への流入及びこれに伴うダストの付着を抑制することはできない。一方、高温燃焼ガスの流速がさほど高くない場合には、冷却ガスの流速を必要以上に高めずとも高温燃焼ガスの集光部１００付近への流入を抑制することができる。つまり、高温燃焼ガスの流れの方向を冷却ガスの流れでダストが付着しない方向に変えるためには、当該冷却ガスの運動量（流体密度×流速）が、高温燃焼ガスの運動量に対して一定以上の値を有している必要がある。したがって、効率よく高温燃焼ガスにより運ばれるダストのブロック効果を得るためには、高温燃焼ガスの運動量の増減に合わせて、集光部１００の周囲において流出する冷却ガスの運動量を調節する制御を行えばよい。以下、このような制御を実現するための具体的な処理フローについて説明する。
【００３２】
図２は、本発明の第一の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示すフローチャート図である。
以下、上述した本実施形態によるプローブシステム１における各機能部の処理フローを、図２を参照しながら順を追って説明する。まずプローブシステム１の流速制御部１３は、温度分布測定の運用にあたり、予めガスタービン装置の運転スケジュール（例えば、出力電力と時刻の関係を定義したデータ）を入力しておく（ステップＳ１１）。
【００３３】
次に流速制御部１３は、上記運転スケジュールに基づいて実際に運転が開始されたガスタービン装置において、現時刻にて流路２を流通する高温燃焼ガスの運動量Ｐｇを算出する（ステップＳ１２）。ここで流速制御部１３は、ガスタービン装置の運転スケジュールに基づく出力電力に応じて流路２における高温燃焼ガスの流速がどの程度となるかを予め求めておくことで、ステップＳ１１で入力した運転スケジュールに基づいて現時刻における流路２の高温燃焼ガスの流速を予測して逐次取得することができる。なお流速制御部１３は、上記運転スケジュールに基づく出力電力から高温燃焼ガスの流速を予測して取得する代わりに、運転スケジュールに直接定義された高温燃焼ガスの流速を、所定の経過時間ごとに直接的に参照する態様としてもよい。
【００３４】
次に流速制御部１３は、ガスタービン装置の運転開始に伴い、流体供給部１２に対し流通管１０２へ供給する冷却ガスの流速を所定量だけ上昇させる制御を行う（ステップＳ１３）。そうすると流体供給部１２は当該制御に応じた流速で冷却ガスを流通管１０２に送出する。続いて流速制御部１３は、流通管１０２から流出する冷却ガスの運動量Ｐｃを算出する（ステップＳ１４）。ここで流速制御部１３が送出する冷却ガスの流速と、その結果、流通管１０２（集光部１００の周囲）から流出する冷却ガスの流速の対応関係は予め求められているものとする。次に流速制御部１３は、ステップＳ１２で算出した高温燃焼ガスの運動量Ｐｃを参照して運動量比Ｐｃ／Ｐｇを算出する（ステップＳ１５）。そして流速制御部１３は、ステップＳ１５で運動量比Ｐｃ／Ｐｇを算出すると、当該運動量比Ｐｃ／Ｐｇが所定の閾値ｒｔｈ以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで運動量比Ｐｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上でなかった場合は、ステップＳ１３に戻って上記処理を繰り返す（ステップＳ１６→ＮＯ）。一方、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上となっていた場合は、流速制御部１３は処理を終了する（ステップＳ１６→ＹＥＳ）。本実施形態による流速制御部１３は、上述したステップＳ１３〜ステップＳ１６の処理を繰り返すことで、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上となるような制御を実現する。
【００３５】
なお本実施形態においては、閾値ｒｔｈは予め指定された所定の定数であってよい。ここで集光部１００にダストが堆積していく速さ（堆積速度）は、概ね単位時間当たりに集光部１００の付近に流入する高温燃焼ガスの量、すなわち運動量比Ｐｃ／Ｐｇに比例する（ただし、高温燃焼ガスにおけるダスト濃度は一定であるとする）。したがってオペレータは、運動量比Ｐｃ／Ｐｇと集光部１００におけるダストの堆積速度の対応関係を予め実験等で求めておき、適切に堆積速度が抑制される効果が得られる運動量比Ｐｃ／Ｐｇの下限値を閾値ｒｔｈとして設定しておけばよい。
【００３６】
またステップＳ１６の処理の結果、ＹＥＳで処理を終了した流速制御部１３は、一定時間経過後、再度ステップＳ１１から同様の処理を繰り返してもよい。このようにすれば流速制御部１３は、運転スケジュールに応じて時々刻々と変化する高温燃焼ガスの運動量Ｐｇについて、常にＰｃ／Ｐｇ≧ｒｔｈを満たすような制御を行うことができる。
【００３７】
また本実施形態による流速制御部１３は、ステップＳ１６（ＹＥＳ）の後、一端処理を終了する前に、現時点におけるＰｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上であった場合には、閾値ｒｔｈを下回らない範囲において冷却ガスの流速を低下させる制御を行ってもよい。このようにすれば、流速制御部１３は、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが常に閾値ｒｔｈ近傍で安定するように制御することとなるので、集光部１００へのダスト付着を抑止するという効果を維持しつつも、ガスタービン装置全体としての効率低下を最小限に留めることが可能となる。なお流速制御部１３は、上記冷却ガスの流速を低下させる制御において、さらに、プローブ部１０の冷却効果が十分に維持できる流速の範囲内で冷却ガスの流速を低下させるような制御を行ってもよい。
【００３８】
また本実施形態による流速制御部１３は、高温燃焼ガスの運動量Ｐｇ及び冷却ガスの運動量Ｐｃの算出を行うにあたり、高温燃焼ガス及び冷却ガスの流体密度［ｋｇ／ｍ３］を予め記憶されている記憶部（図示せず）から読みとって算出を行ってもよい。このようにすることで流速制御部１３は、所定の流速計等で高温燃焼ガス及び冷却ガスそれぞれの流速を取得することで運動量Ｐｇ、Ｐｃを算出することができる。
【００３９】
以上、本実施形態によるプローブシステム１によれば、ガスタービン装置の運転中において、流速制御部１３が常に運動量比Ｐｃ／Ｐｇを所定の閾値ｒｔｈ以上に維持する制御を行うため、集光部１００におけるダストの堆積を抑制する効果が得られる。その結果、プローブ部１０をダストが多く含まれる流体の中に配置した場合においても、その計測感度の低下を抑制できる。
【００４０】
＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態によるプローブシステムを、図面を参照して説明する。
図３は、本発明の第二の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。なお第二の実施形態によるプローブシステムにおいて、第一の実施形態によるプローブシステムと同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図３に示すように、本実施形態によるプローブシステム１は第一の実施形態によるプローブシステム１と同様、プローブ部１０、流体供給部１２及び流速制御部１３を備えている。ここでプローブ部１０及び流体供給部１２は、第一の実施形態によるプローブシステム１と同等の機能を有している。一方、本実施形態による流速制御部１３は、流路２に取り付けられたダスト濃度計１４から所定の信号を入力する態様となっている。
【００４２】
ダスト濃度計１４は、図３に示すように流路２に配置された計測器であって、流路２内部に取り付けられた所定の光学センサを介して、当該流路２を流通する高温燃焼ガスの単位体積当たりに含有されるダストの量（ダスト濃度［ｇ／ｍ３］）を計測する機能部である。なお本実施形態によるダスト濃度計１４は、取得した高温燃焼ガスのダスト濃度情報を電気信号により流速制御部１３に伝達する機能を有している。
【００４３】
また本実施形態による流速制御部１３は、ダスト濃度計１４から上記ダスト濃度情報を入力する。そして流速制御部１３は、ダスト濃度計１４から入力したダスト濃度情報に基づいて閾値ｒｔｈの値を決定する。
【００４４】
図４は、本発明の第二の実施形態による流速制御部の処理を説明するグラフである。
図４に示すように、本実施形態による流速制御部１３は、入力したダスト濃度情報で示されるダスト濃度ｄに比例するように閾値ｒｔｈを増減させることを特徴とする。
【００４５】
ここで、高温燃焼ガスに含まれるダスト量は、ガスタービン装置の運転状況に応じて時々刻々と変化し得るものである。第一の実施形態による流速制御部１３のように、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが所定の閾値ｒｔｈ以上となるように冷却ガスの流速を制御していたとしても、集光部１００におけるダストの堆積速度は高温燃焼ガスに含まれるダスト量によって変化する。なお一般的には、ダストの堆積速度はダスト濃度ｄに比例して増減する。よって本実施形態による流速制御部１３は、ダスト濃度計１４を介して取得したダスト濃度ｄに比例するように閾値ｒｔｈを決定する。このようにすれば流速制御部１３は、高温燃焼ガスのダスト濃度ｄが高い場合には、それに応じて高い流速で冷却ガスを流出させる制御を行い、一方、ダスト濃度ｄが低い場合には、低い流速で冷却ガスを流出させる制御を行う。
【００４６】
なお図４に示すダスト濃度ｄと閾値ｒｔｈの対応関係については、オペレータが、運動量比Ｐｃ／Ｐｇと集光部１００におけるダストの堆積速度、並びに、ダスト濃度ｄとダストの堆積速度の対応関係を実験等で求め、適切に堆積速度が抑制される効果が得られる閾値ｒｔｈをダスト濃度ｄごとにプロットして求めることができる。
【００４７】
図５は、本発明の第二の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示すフローチャート図である。
図５に示す第二の実施形態によるプローブシステム１の処理フローのうち、ステップＳ２１、Ｓ２２の処理については、第一の実施形態によるプローブシステム１の処理フロー（図２）のステップＳ１１、Ｓ１２の処理と同等であるため説明を省略する。また図５に示す処理フローのうち、ステップＳ２４〜Ｓ２７の処理フローは、第一の実施形態によるプローブシステム１の処理フロー（図２）におけるステップＳ１３〜Ｓ１６の処理フローに対応している。すなわち本実施形態によるプローブシステム１は、ステップＳ２４〜Ｓ２７において、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上となる条件を満たすまで冷却ガスの流速を上昇させる制御を行う。ここで本実施形態による流速制御部１３は、上記閾値ｒｔｈをステップＳ２３において以下の手順で取得する。
【００４８】
流速制御部１３は、ダスト濃度計１４からダスト濃度情報を入力することで、高温燃焼ガスのダスト濃度ｄを取得する。そして流速制御部１３は、取得したダスト濃度ｄとの比例関係（図４）に基づいて閾値ｒｔｈを決定する（ステップＳ２３）。
【００４９】
続いて流速制御部１３は、上述したステップＳ２４〜ステップＳ２７の処理を繰り返すことで、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが常にダスト濃度ｄに基づいて決定された閾値ｒｔｈ以上となるような制御を実現する。
【００５０】
以上、本実施形態によるプローブシステム１によれば、第一の実施形態と同様に、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが所定の閾値ｒｔｈ以上に保たれるので、集光部１００におけるダストの付着を抑制する効果が得られる。また本実施形態による流速制御部１３は、高温燃焼ガスに含まれるダスト濃度ｄに応じて適切な閾値ｒｔｈが定められることを特徴としている。このようにすることでプローブシステム１は、例えば高温燃焼ガスにおけるダスト濃度が低い場合にはこれに応じて流速を低下させる制御を行うので、ダストの付着をより効率的に抑制することが可能となる。
【００５１】
＜第三の実施形態＞
以下、本発明の第三の実施形態によるプローブシステムを、図面を参照して説明する。
図６は、本発明の第三の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。なお第三の実施形態によるプローブシステムにおいて、第一の実施形態及び第二の実施形態によるプローブシステムと同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図６に示すように、本実施形態によるプローブシステム１は第一の実施形態及び第二の実施形態によるプローブシステム１と同様、プローブ部１０、流体供給部１２及び流速制御部１３を備えている。ここでプローブ部１０、流体供給部１２及びダスト濃度計１４は、他の実施形態によるプローブシステム１と同等の機能を有している。一方、本実施形態による流速制御部１３は、ダスト濃度計１４及び計測器１０３から所定の信号を入力する態様となっている。
【００５３】
本実施形態による流速制御部１３は、ダスト濃度計１４から高温燃焼ガスにおけるダスト濃度情報を入力する。さらに流速制御部１３は、プローブ部１０の計測器１０３による信号強度情報を入力する。そして流速制御部１３は、入力した温度情報及び信号強度情報に基づいて集光部１００におけるダストの付着量ｐを算出し、当該算出された付着量ｐに基づいて閾値ｒｔｈを決定することを特徴とする。
【００５４】
図７は、本発明の第三の実施形態による流速制御部の処理を説明するグラフである。
本実施形態による流速制御部１３は、上述した通り、集光部１００におけるダストの付着量ｐを算出する。ここで、流速制御部１３によるダストの付着量ｐの算出手法について説明する。まず図７に示すように、流速制御部１３は、集光部１００にダストが付着していない状態としたときのダスト濃度ｄに対する計測器１０３に入力される赤外線の信号強度Ｉを予め計測して求めておく。計測器１０３に入力される赤外線の信号強度Ｉは、理想的には図６に示す撮像領域における温度に基づいて一意に定まるものである。しかしながら、実際には、撮像領域から放射する赤外光が高温燃焼ガスに含まれるダストによって赤外光が遮られるため、ダスト濃度ｄが高くなるに連れて入射強度Ｉは低下する。本実施形態によるプローブシステム１のオペレータは、この入射強度Ｉとダスト濃度ｄの対応関係を実験等で予め取得しておく（図７）。なおプローブ部１０の計測器１０３が赤外線の入射強度分布から撮像領域の温度分布を計測するものである場合、流速制御部１３は、当該撮像領域の温度分布の平均値（平均温度）を上記入射強度Ｉとして算出してもよい。
【００５５】
次に流速制御部１３は、ガスタービン装置の実際の運転中において、ダスト濃度計１４から高温燃焼ガスのダスト濃度ｄを取得する。同時に流速制御部１３は、計測器１０３から現時点における信号強度（実測信号強度Ｉｒ）を取得する。そして、予め求めていた入射強度Ｉとダスト濃度ｄの対応関係から導かれる予測信号強度Ｉｉと、現時点において実際に計測された実測信号強度Ｉｒの差分ΔＩを算出する。
【００５６】
ここで信号強度Ｉの差分ΔＩ分の低下は、集光部１００に付着したダストに起因して発生したものと推定される。すなわち差分ΔＩとダストの付着量ｐには相関関係があり、流速制御部１３はこの相関関係に基づいて付着量ｐを算出することができる。ただし上述した例として、各入射強度Ｉを計測器１０３で計測される撮像領域の平均温度として求める場合は、当該撮像領域における計測時の平均温度が、入射強度Ｉとダスト濃度ｄの対応関係を予め求めた際における平均温度と一致している必要がある。そこで流速制御部１３は、ガスタービン装置の運転スケジュール等を参照し、その運転状況から撮像領域の温度が所望の温度に到達していると推測されるタイミングで付着量ｐの算出処理を行うようにしてもよい。また流速制御部１３は、別途撮像領域付近に設置された熱電対等の温度センサから観測される温度が、定められた所定の温度となっているタイミングで付着量ｐの算出処理を行うようにしてもよい。
【００５７】
図８、図９は、本発明の第三の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示す第一、第二のフローチャート図である。
図８に示す第三の実施形態によるプローブシステム１の処理フローのうち、ステップＳ３１、Ｓ３２の処理については、第一の実施形態によるプローブシステム１の処理フロー（図２）のステップＳ１１、Ｓ１２の処理と同等であるため説明を省略する。また図８に示す処理フローのうち、ステップＳ３４〜Ｓ３７の処理フローは、第一の実施形態によるプローブシステム１の処理フロー（図２）におけるステップＳ１３〜Ｓ１６の処理フローに対応している。すなわち本実施形態によるプローブシステム１は、ステップＳ３４〜Ｓ３７において、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上となる条件を満たすまで冷却ガスの流速を上昇させる制御を行う。ここで本実施形態による流速制御部１３は、上記閾値ｒｔｈをステップＳ３３において以下の手順で取得する。
【００５８】
流速制御部１３は、ダスト濃度計１４から入力したダスト濃度情報、及び、計測器１０３から入力した信号強度情報に基づいて、集光部１００におけるダストの付着量ｐを算出する。そして流速制御部１３は、算出された付着量ｐに基づいて閾値ｒｔｈを決定する処理を行う（ステップＳ３３）。ここで、付着量ｐに基づいて閾値ｒｔｈを決定するステップＳ３３の具体的な手順を、図９を参照しながら以下に説明する。
【００５９】
まず流速制御部１３は、上述した手法により、入力したダスト濃度情報及び信号強度情報から付着量ｐを算出する（ステップＳ３３１）。次に流速制御部１３は、ガスタービン装置の運転中において前回に取得した付着量ｐとの差分、すなわちダスト付着量ｐの時間変化Δｐを算出する（ステップＳ３３２）。ここで求められた時間変化Δｐは集光部１００におけるダストの堆積速度と考えることができる（以下、時間変化Δｐを堆積速度Δｐと記載する）。そして流速制御部１３は、堆積速度Δｐが所定値Δｐｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３３３）。ここで流速制御部１３は、堆積速度Δｐが所定値Δｐｔｈ以上であった場合（ステップＳ３３３→ＹＥＳ）、閾値ｒｔｈを現在設定されている値よりも高い値に設定する処理を行う（ステップＳ３３４）。一方、流速制御部１３は、堆積速度Δｐが所定値Δｐｔｈ未満であった場合（ステップＳ３３３→ＮＯ）、閾値ｒｔｈを現在設定されている値よりも低い値に設定する処理を行う（ステップＳ３３５）。
【００６０】
上述した処理フローによれば、プローブシステム１は、集光部１００におけるダストの付着（堆積）が想定よりも速いペースで進行していると判断される場合には、ステップＳ３３４の処理により閾値ｒｔｈを引き上げ、集光部１００の周囲から流出する冷却ガスの流速を上昇させる制御を行うこととなる。一方、プローブシステム１は、集光部１００におけるダストの付着（堆積）が想定よりも遅いペースで進行していると判断できる場合には、ステップＳ３３５の処理により閾値ｒｔｈを引き下げ、冷却ガスの流速を低下させる制御を行う。
【００６１】
続いて流速制御部１３は、上述したステップＳ３４〜ステップＳ３７の処理を繰り返すことで、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが常にダストの付着量ｐに基づいて決定された閾値ｒｔｈ以上となるような制御を実現する。
【００６２】
なお本実施形態によるプローブシステム１は、上述した閾値ｒｔｈの増減の判断（ステップＳ３３３）において、集光部１００におけるダストの堆積速度Δｐをその判定条件としたが、本実施形態においてはこの態様に限定されることはない。例えば、本実施形態によるプローブシステム１は、堆積速度Δｐではなく付着量ｐそのものに基づいて閾値ｒｔｈの増減を決定しても構わない。
【００６３】
以上、本実施形態によるプローブシステム１によれば、第一の実施形態と同様に、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが所定の閾値ｒｔｈ以上に保たれるので、集光部１００におけるダストの付着を抑制する効果が得られる。また本実施形態による流速制御部１３は、集光部１００に付着するダストの堆積速度Δｐに応じて適切な閾値ｒｔｈが定められることを特徴としている。このようにすることでプローブシステム１は、集光部１００におけるダストの堆積状態に応じた直接的な制御を行うので、ダストの付着をより的確かつ効率的に抑制することが可能となる。
【００６４】
＜第四の実施形態＞
以下、本発明の第四の実施形態によるプローブシステムを、図面を参照して説明する。
図１０は、本発明の第四の実施形態によるプローブシステムの機能構成を示す図である。なお第四の実施形態によるプローブシステムにおいて、第一〜第三の実施形態によるプローブシステムと同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図１０に示すように、本実施形態によるプローブシステム１は第一〜第三の実施形態によるプローブシステム１と同様、プローブ部１０、流体供給部１２及び流速制御部１３を備えている。ここでプローブ部１０及び流体供給部１２は、他の実施形態によるプローブシステム１と同等の機能を有している。一方、本実施形態による流速制御部１３は、角度センサ１０４から所定の信号を入力する態様となっている。
【００６６】
角度センサ１０４は、流路２に対するプローブ部１０の角度θを検出し、当該検出した角度θを電気信号により流速制御部１３に伝達する機能を有している。ここで、角度θは、図１０に示すように、流路２における高温燃焼ガスの方向に対する流通管１０２から流出する冷却ガスの方向の角度を表している。
【００６７】
本実施形態による流速制御部１３は、角度センサ１０４から上記角度情報を入力する。そして流速制御部１３は、入力した角度情報より取得した角度θに基づいて閾値ｒｔｈを決定することを特徴とする。
【００６８】
なお本実施形態によるプローブシステム１は、流路２に対するプローブ部１０の角度θをオペレータの操作によって適宜変更可能とする可動部（図示せず）を備えていてもよい。このようにすることでプローブシステム１は流路２内部におけるより広い範囲を撮像領域として取得することができる。
【００６９】
図１１は、本発明の第四の実施形態による流速制御部の処理を説明するグラフである。
図１１に示すように、本実施形態による流速制御部１３は、入力した角度情報で示される角度θに応じて閾値ｒｔｈを増減させることを特徴とする。
【００７０】
ここで高温燃焼ガスが単位時間当たりに集光部１００の近傍に流入する量は、当該集光部１００が高温燃焼ガスの流れに対していずれの方向を向いているかに大きく依存する。例えば、集光部１００が高温燃焼ガスの流れの方向と同じ方向を向いていた場合（θ＝０°）、集光部１００に流入しようとする高温燃焼ガスの流量は最小となるが、集光部１００が高温燃焼ガスの流れの方向と逆の方向を向いていた場合（θ＝１８０°）、集光部１００に流入しようとする高温燃焼ガスの流量は最大となる。したがって第一の実施形態による流速制御部１３のように、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが所定の閾値ｒｔｈ以上となるように冷却ガスの流速を制御していたとしても、集光部１００におけるダストの堆積速度は高温燃焼ガスの方向に対する冷却ガスの方向の角度θによって変化する。
【００７１】
よって本実施形態による流速制御部１３は、角度センサ１０４を介して取得した角度θに伴って閾値ｒｔｈを決定する。より具体的には図４に示すように、流速制御部１３は、角度θが０°の時に閾値ｒｔｈを最小値とし、角度θが増加するにつれて閾値ｒｔｈの値も増加させ、角度θが１８０°のとき最大値となるように閾値ｒｔｈを決定する。このようにすれば流速制御部１３は、高温燃焼ガスの集光部１００への流入量が多い場合には、それに応じて高い流速で冷却ガスを流出させる制御を行い、一方、高温燃焼ガスの流入量が少ない場合には、低い流速で冷却ガスを流出させる制御を行うことができる。
【００７２】
なお図１１に示す角度θと閾値ｒｔｈの対応関係については、オペレータが、運動量比Ｐｃ／Ｐｇと集光部１００におけるダストの堆積速度、並びに、角度θとダストの堆積速度の対応関係を実験等で求め、適切に堆積速度が抑制される効果が得られる閾値ｒｔｈを角度θごとに計測して求めることができる。
【００７３】
図１２は、本発明の第四の実施形態によるプローブシステムの処理フローを示すフローチャート図である。
図１２に示す第四の実施形態によるプローブシステム１の処理フローのうち、ステップＳ４１、Ｓ４２の処理については、第一の実施形態によるプローブシステム１の処理フロー（図２）のステップＳ１１、Ｓ１２の処理と同等であるため説明を省略する。また図１２に示す処理フローのうち、ステップＳ４４〜Ｓ４７の処理フローは、第一の実施形態によるプローブシステム１の処理フロー（図２）におけるステップＳ１３〜Ｓ１６の処理フローに対応している。すなわち本実施形態によるプローブシステム１は、ステップＳ４４〜Ｓ４７において、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが閾値ｒｔｈ以上となる条件を満たすまで冷却ガスの流速を上昇させる制御を行う。ここで本実施形態による流速制御部１３は、上記閾値ｒｔｈをステップＳ４３において以下の手順で取得する。
【００７４】
流速制御部１３は、角度センサ１０４から角度情報を入力することで、流路２に対するプローブ部１０の角度θ（すなわち高温燃焼ガスの方向に対する冷却ガスの方向の角度θ）を取得する。そして流速制御部１３は、取得した角度θとの関係（図１１）に基づいて閾値ｒｔｈを決定する（ステップＳ４３）。
【００７５】
続いて流速制御部１３は上述したステップＳ４４〜ステップＳ４７の処理を繰り返すことで、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが常に角度θに基づいて決定された閾値ｒｔｈ以上となるような制御を実現する。
【００７６】
以上、本実施形態によるプローブシステム１によれば、第一の実施形態と同様に、運動量比Ｐｃ／Ｐｇが所定の閾値ｒｔｈ以上に保たれるので、集光部１００におけるダストの付着を抑制する効果が得られる。また本実施形態による流速制御部１３は、高温燃焼ガスの方向に対する冷却ガスの方向の角度θに応じて適切な閾値ｒｔｈが定められることを特徴としている。このようにすることでプローブシステム１は、例えば角度θが小さく、集光部１００に流入しようとする高温燃焼ガスの流量が少ない場合にはこれに応じて流速を低下させる制御を行うので、ダストの付着をより効率的に抑制することが可能となる。
【００７７】
なお、本発明の他の実施形態によるプローブシステム１によっては、上述した第二〜第四の実施形態による各流速制御部１３の機能のうち二つ以上を有する態様であってもよい。例えば、当該他の実施形態によるプローブシステム１の流速制御部１３は、高温燃焼ガスのダスト濃度ｄと、高温燃焼ガスの方向に対する冷却ガスの方向の角度θの両方のパラメータに基づいて閾値ｒｔｈを決定する機能を有していてもよい。この場合、流速制御部１３は、ダスト濃度ｄに基づいて決定された閾値ｒｔｈを一時的に係数ｒｔｈ＿ｄとして記憶し、一方、角度θに基づいて決定された閾値ｒｔｈを一時的に係数ｒｔｈ＿θとして記憶しておく。そして流速制御部１３は、閾値ｒｔｈを、上記係数ｒｔｈ＿ｄと係数ｒｔｈ＿θを乗算して得た値として決定してもよい。なお他の実施形態による組み合わせも同様の手段を適用することができる。
【００７８】
＜第五の実施形態＞
以下、本発明の第五の実施形態によるガスタービン装置を、図面を参照して説明する。
図１３〜図１５は、本発明の第五の実施形態によるガスタービン装置の構成を示す第一〜第三の系統図である。これらの図において符号３は、ガスタービン装置である。なお第五の実施形態によるガスタービン装置３において、第一〜第四の実施形態によるプローブシステムと同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
本実施形態によるガスタービン装置３は、熱機関を有して原動力を与えるエンジンの一態様である。
図１３〜図１５に示すように、ガスタービン装置３は、空気等のガスを圧縮する圧縮器３１、当該圧縮されたガスを燃焼させる燃焼器３２、燃焼器３２から流入する高温燃焼ガスにより動力を生みだすタービン３３等で構成される。なおガスタービン装置３を構成するこれらの機能構成は従来のガスタービン装置と同等のものであるため、詳細な説明は省略する。オリフィス３４は、ガスの流路（配管）に設けられ、当該流路を流通するガスの流速等を制御する機能部である。
【００８０】
本実施形態によるガスタービン装置３は、上述した各実施形態によるプローブシステム１を有している（図１３〜図１５にはプローブ部１０及び流速制御部１３のみを図示）。本実施形態によるガスタービン装置３は、例えば図１３に示すように、圧縮器３１から送出された圧縮ガスを燃焼器３２に流入する前段階で分岐させ、冷却ガスとしてプローブ部１０に送出する態様としている。なおこの場合において、オリフィス３４は上述した流体供給部１２の一態様である。すなわち、図１３に示すガスタービン装置３においては、流速制御部１３がオリフィス３４を制御することで冷却ガスの流速を制御する。
【００８１】
また本実施形態によるガスタービン装置３は、図１４に示すような態様であってもよい。ここで図１４に示すガスタービン装置３は、燃焼器３２等の冷却に用いられる冷却ガスであって熱交換器及びコンプレッサ（図１４）を介して生成されたものを分岐させ、オリフィス３４を介してプローブ部１０に流入させる態様となっている。
【００８２】
また本実施形態によるガスタービン装置３は、図１５に示すような態様であってもよい。ここで図１５に示すガスタービン装置３は、プローブ部１０の上流に位置し、タービン３３における動翼等（図１５）の冷却に用いられる冷却ガスを分岐させ、オリフィス３４を介してプローブ部１０に流入させる態様となっている。
【００８３】
以上、上述したような本実施形態によるガスタービン装置３によれば、ガスタービン装置３の各所を巡る冷却ガスを流用してプローブシステム１を運用する態様となっている。このようにすることで、ガスタービン装置３にプローブシステム１を適用するにあたり、プローブシステム１のために新たに冷却ガス用のコンプレッサ等を設置する必要性を排することができる。
【００８４】
なお上述した各実施形態において、プローブシステム１は、ガスタービン装置に適用される検査システムであるとして説明したが、他の実施形態によるプローブシステム１によってはこのような態様に限定されない。例えば、当該他の実施形態によるプローブシステム１は、第一の流体または第二の流体として「液体」を流通させる配管の内部を検査するものであってもよい。また上述した実施形態においては、第二の流体は「冷却ガス」であるとし、プローブ部１０の冷却を主目的としたガスを、当該プローブ部１０に対するダスト付着の抑止効果を得るために流用する態様として説明したが、他の実施形態においては、第二の流体が「冷却ガス」に限定されることはない。すなわち、他の実施形態によるプローブシステム１は、第二の流体が、単にダスト付着の抑止効果を得ることを主目的として用いられる態様であっても構わない。
【００８５】
なお、上述のプローブシステム１は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述したプローブシステム１における流速制御部１３の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・プローブシステム
１０・・・プローブ部
１００・・・集光部
１０１・・・光路
１０２・・・流通管
１０３・・・計測器
１０４・・・角度センサ
１２・・・流体供給部
１３・・・流速制御部
１４・・・ダスト濃度計
２・・・流路
３・・・ガスタービン装置
【図１】
2014202590.tif 000003
【図２】
2014202590.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014202590.tif 000008
【図７】
2014202590.tif 000009
【図８】
2014202590.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2014202590.tif 000012
【図１１】
2014202590.tif 000013
【図１２】
2014202590.tif 000014
【図１３】
2014202590.tif 000015
【図１４】
2014202590.tif 000016
【図１５】
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