(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスタービン式過給機を搭載したディーゼル機関を用いて発電装置を駆動する際に前記発電装置が通常連続定格容量になるまでの起動負荷を複数に分けて前記ディーゼル機関に投入する前記ディーゼル機関への負荷投入方法であって、
小容量負荷（Ｗ１）を投入し、燃料供給量が増え機関回転数と過給機が加速されているタイミングで小容量負荷（Ｗ１）を遮断し、次いで大容量負荷（Ｗ２）を投入することにより、
大きな負荷を投入する前に小さな負荷を投入して排気ガスタービン式過給機の回転数を高め、大容量負荷投入時の燃料増加を効率的に燃焼エネルギーの増加に利用し、ディーゼル機関の回転数低下割合を抑制して回転数の回復を早めるように構成したことを特徴とする排気ガスタービン式過給機関の負荷投入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスタービン式過給機（以下、「過給機」という。）を搭載した非常用又は常用のディーゼル機関（以下、「過給機関」と言う。）の負荷投入方法と、かかる負荷投入方法を行うことができる過給機関に関する。特に本発明は、原子力発電所非常用発電機関等、単一大負荷が投入される過給機関に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
過給機関は、負荷の急激な増加に対して、先ず、調速機が応答するが、その応答遅れと、更に過給機の応答遅れにより、燃焼エネルギーが不足し、機関回転数が低下する。即ち、調速機の応答により燃料が増加しても、直ちに１００％燃焼エネルギーの増加には至らず、その時の過剰空気に見合った燃焼エネルギーしか増加しない。しかし燃焼エネルギーの増加は、結果的には排気エネルギーの増加をもたらし、過給機の回転上昇、即ち、給気圧力の増加、吸込空気の増加を促し、更に燃焼エネルギーの増加へと因果を巡らせて、過給機関の回転数を回復させる。
【０００３】
このように、図８に示すように、過給機関の回転数は、調速機と過給機との特性に応じた或る時間遅れをもって、回復応答する特性を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、過給機関は、負荷の急激な増加量が大きければ大きいほど、不足するエネルギーが大きくなって回転数を低下させる。例えば負荷が発電装置の場合には、発電周波数の低下を引き起こし、甚だしい場合には正常な電源を維持できず、負荷の起動ができなくなったり、更には過給機関がストールに至る虞れがあった。
【０００５】
また、原子力発電所非常用発電機関の場合は、高圧炉心スプレイポンプ駆動用電動機などのように、単一負荷でも大きな容量を持った誘導負荷が起動される。このため、起動時には定格容量の数倍もの起動電流が流れるので、スプレイポンプ用電動機の起動容量に見合う大きな容量の過給機関（出力の大きな過給機関）を選定しなければならず、従来よりこの点が設備コストを増大させる要因となっていた。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、負荷投入時の過給機関の回転数低下を抑制して回転数の回復を早めることができることから、大きな起動電流を必要とする負荷に対しても小さな容量の過給機関の選定が可能になる排気ガスタービン式過給機関の負荷投入方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成を、実施形態に対応する図１乃至図３を用いて説明すると、請求項１記載の排気ガスタービン式過給機関３の負荷投入方法は、排気ガスタービン式過給機１１を搭載したディーゼル機関９を用いて発電装置５を駆動する際に前記発電装置が通常連続定格容量になるまでの起動負荷を複数に分けて前記ディーゼル機関に投入するディーゼル機関９への負荷投入方法であって、小容量負荷（Ｗ１）を投入し、燃料供給量が増え機関回転数と過給機が加速されているタイミングで小容量負荷（Ｗ１）を遮断し、次いで大容量負荷（Ｗ２）を投入することにより、大きな負荷を投入する前に小さな負荷を投入して排気ガスタービン式過給機の回転数を高め、大容量負荷投入時の燃料増加を効率的に燃焼エネルギーの増加に利用し、ディーゼル機関の回転数低下割合を抑制して回転数の回復を早めるように構成したことことを特徴とする。
【０００８】
この排気ガスタービン式過給機関の負荷投入方法では、先ず、小容量負荷が投入され、燃料供給量が増えて機関回転数や過給機が加速されているタイミングで小容量負荷が遮断され、次に大容量負荷が投入される。これにより、大容量負荷だけを投入した場合より、機関回転数の低下が少なくなり、且つ回転数の回復が早くなる。従って、小容量負荷投入から大容量負荷投入までの時間間隔を調整することにより、ディーゼル機関回転数の低下が抑制され、負荷の起動が安定したものとなる。また、逆に大容量負荷側から電源系統への要求値を検討することで、周波数低下の許容値を満足する容量まで過給機関の容量を小さくできる。これにより、より小型の過給機関の採用が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガスタービン式過給機関と、同機関における負荷投入方法の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る負荷投入方法の手順を説明するタイムチャート、図２は本発明に係る負荷投入方法の実施に用いる本発明に係る排気ガスタービン式過給機関及び発電装置、並びに発電負荷結線のブロック図、図３は本発明に係る負荷投入方法の作用を説明するタイムチャートである。
【００１０】
この実施形態による負荷投入方法は、図２に示す過給機関３及び負荷投入制御装置７を用いることにより実施される。
【００１１】
ディーゼル機関９の出力軸は、発電装置５の入力軸が接続されている。ディーゼル機関９の駆動によって発電装置５で発電が行われる。
【００１２】
負荷投入制御装置７は、小容量負荷及び大容量負荷を有する電源系統の負荷投入遮断機１１を制御する装置で、小容量負荷の投入から大容量負荷の投入までの時間間隔及びこれら負荷の遮断機１１の投入時間間隔、遮断時間間隔を任意に調整できる。なお、この実施形態では、負荷投入制御装置７が小容量負荷及び大容量負荷の二つの容量負荷を有する場合を例に説明するが、負荷投入制御装置７は、二つ以上の容量負荷を有するものであってもよい。
【００１３】
この過給機関３を用いた負荷投入方法では、過給機関３に通常連続定格容量までの負荷（大容量定常負荷）がかけられるまでの間に、負荷を数ブロック（この実施形態では２ブロック）に分け、過給機関３の回転数回復を図りながらそれぞれのブロックの負荷を順次投入していく。
【００１４】
即ち、図１に示すように、先ず、負荷投入制御装置７からの小容量負荷遮断機投入タイミング指令Ｔ１により、小容量負荷を所定時間、過給機関３にかけた後、負荷投入制御装置７によって時間差を調節し、次いで、負荷投入制御装置７からの大容量負荷遮断機投入タイミング指令Ｔ２により、大容量負荷を過給機関３にかける。
【００１５】
ここで、過給機関３に小容量負荷Ｗ１を投入した場合の機関回転数、調速機の動き（＝燃料供給量）、過給機回転数（＝給気圧力）の変化状況を、概念的に示すと図３（ａ）のようになる。即ち、図３（ａ）において、給気圧力が上昇し、機関回転数が回復して最高点に達する位置は、ほぼ一致する。
【００１６】
そこで、このような過給機関３の特性を利用して、図３（ｃ）に示すように、先ず、小容量負荷Ｗ１を投入し、燃料供給量が増え機関回転数や過給機が加速されているタイミングで小容量負荷Ｗ１を遮断し、次いで大容量負荷Ｗ２を投入する。すると、機関回転数は、図３（ｃ）のように変化し、図３（ｂ）に示した大容量負荷Ｗ２だけを投入した場合より、機関回転数の低下が少なくなり、且つ回転数の回復が早くなる。
【００１７】
従って、小容量負荷Ｗ１の投入から大容量負荷Ｗ２の投入までの時間間隔を、負荷投入制御装置７によって最良のタイミングに調整することにより、機関回転数即ち発電装置５の発電周波数の低下が抑制され、負荷の起動が安定して且つ短時間に（早く）行われることになる。
【００１８】
また、このことは、逆に大容量負荷側から電源系統への要求値を検討することにより、周波数低下の許容値を満足する容量まで、過給機関３の容量を小さくできることを意味する。即ち、より小型の過給機関３が採用可能になる。
【００１９】
このように、上述の排気ガスタービン式過給機関の負荷投入方法は、発電装置５が通常連続定格容量になるまでの起動負荷を複数に分けてディーゼル機関９に投入し、且つ最初に投入される負荷を、次に投入される負荷より小さくしたので、過給機１１の特性を利用して大きな負荷を投入する前に、小さな負荷を投入して過給機１１の回転数を高めておくことができる。この結果、大容量負荷投入時の燃料増加が、効率的に燃焼エネルギーの増加に利用でき、過給機関３の回転数低下割合を抑制して、回転数の回復を早めることができる。
【００２０】
また、本発明に係る負荷投入方法を採用することにより、現状有している原子力高圧炉心スプレイポンプ駆動用電源系としての大容量の機関において、更に余裕のある安定した負荷起動が行えるようになる。
【００２１】
更に、高圧炉心スプレイポンプ駆動用電動機などの単一大容量負荷を有する発電装置に対して、負荷の起動容量に見合う大容量の過給機関３を選定しなくてもよくなり、通常連続定格容量に見合う小容量の過給機関の選定が可能になる。
【００２２】
また、上述の排気ガスタービン式過給機関３は、過給機１１と、この過給機１１によって過給され発電装置５を駆動するディーゼル機関９と、小容量負荷及び大容量負荷を有し小容量負荷の投入から大容量負荷の投入までの時間間隔を調整可能な負荷投入制御装置７とを備えているので、発電装置５が通常連続定格容量になるまでの起動負荷を複数に分けてディーゼル機関９に投入し、且つ最初に投入される負荷を、次に投入される負荷より小さく設定することができるとともに、小容量負荷の投入から大容量負荷の投入までを最良のタイミングで設定することができる。
【００２３】
【実施例】
次に、従来の負荷投入方法と、発明に係る負荷投入方法とにより実際に発電装置に負荷を投入し、それぞれの場合の機関回転数、調速機の動き、燃料供給量、過給機回転数（＝給気圧力）、負荷電力量等を計測した結果を説明する。
【００２４】
図４、図５は、二つの異なる負荷パターンＡ、Ｂに、大容量負荷だけを投入した場合の機関回転数、調速機の動き、燃料供給量、過給機回転数（＝給気圧力）、負荷電力量等を計測したオシログラフを示す。
【００２５】
図６、図７は、図４、図５にそれぞれ対応する、二つの異なる負荷パターンＡ、Ｂに、小容量負荷を投入してから大容量負荷を投入した場合のオシログラフを示す。
【００２６】
図４と図６、図５と図７を比較すると明らかなように、小容量負荷を投入してから大容量負荷を投入した場合の方が、機関回転数の低下が少なくなり、且つ回転数の回復時間が早くなることが分かる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る排気ガスタービン式過給機関の負荷投入方法によれば、大きな負荷を投入する前に、小さな負荷を投入することにより過給機の特性を利用して過給機の回転数を高めておくことができる。この結果、大容量負荷投入時の燃料増加が、効率的に燃焼エネルギーの増加に利用でき、機関の回転数低下割合を抑制して、回転数の回復を早めることができる。
【００２８】
また、原子力高圧炉心スプレイポンプ駆動用電源系としての大容量の機関において、更に余裕のある安定した負荷起動が行えるようになる。
【００２９】
更に、単一大容量負荷を有する発電装置に対して、起動容量に見合う大容量の過給機関を選定する必要がなくなり、通常連続定格容量に見合う小容量の過給機関の選定が可能になる。
【００３０】
本発明に係る排気ガスタービン式過給機関の負荷投入装置によれば、発電装置が通常連続定格容量になるまでの起動負荷を複数に分けてディーゼル機関に投入し、且つ最初に投入される負荷を、次に投入される負荷より小さく設定することができるとともに、小容量負荷の投入から大容量負荷の投入までを最良のタイミングで設定することができる。これにより、請求項１記載の負荷投入方法を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る負荷投入方法の手順を説明するタイムチャートである。
【図２】本発明に係る負荷投入方法の実施に用いる本発明に係る負荷投入装置のブロック図である。
【図３】本発明に係る負荷投入方法の作用を説明するタイムチャートである。
【図４】大容量負荷だけを投入した場合の負荷パターンＡの機関回転数、調速機の動き、燃料供給量、過給機回転数（＝給気圧力）、負荷電力量等を計測した結果を表すオシログラフである。
【図５】大容量負荷だけを投入した場合の負荷パターンＢの機関回転数、調速機の動き、燃料供給量、過給機回転数（＝給気圧力）、負荷電力量等を計測した結果を表すオシログラフである。
【図６】小容量負荷を投入してから大容量負荷を投入した場合の負荷パターンＡの機関回転数、調速機の動き、燃料供給量、過給機回転数（＝給気圧力）、負荷電力量等を計測した結果を表すオシログラフである。
【図７】小容量負荷を投入してから大容量負荷を投入した場合の負荷パターンＢの機関回転数、調速機の動き、燃料供給量、過給機回転数（＝給気圧力）、負荷電力量等を計測した結果を表すオシログラフである。
【図８】従来の負荷投入方法により発生する時間遅れに基づく機関回転数の回復応答特性を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
３  過給機関
５  発電装置
７  負荷投入制御装置
９  ディーゼル機関
１１  過給機（排気ガスタービン式過給機）
【図１】
0003592555.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003592555.tif 000005
【図５】
0003592555.tif 000006
【図６】
0003592555.tif 000007
【図７】
0003592555.tif 000008
【図８】
0003592555.tif 000009