【手続補正書】
【提出日】平成27年5月26日(2015.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、該冷却空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に供給する冷却空気圧縮機と、を備えているガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記高温部に供給する前記冷却空気の流量相当値についての目標値と該冷却空気の温度との関係を定めた目標値設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度に応じた目標値を定める目標値設定工程と、
前記冷却空気の流量を調節する冷却空気量調節器の補正駆動量として、前記目標値に対する、検出された前記冷却空気の前記流量相当値の偏差が小さくなる補正駆動量を求める補正駆動量算出工程と、
前記補正駆動量に応じた駆動指令を前記冷却空気量調節器に出力する駆動指令出力工程と、
を実行することを特徴とするガスタービン冷却系統の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記目標値設定関数は、前記目標値と前記冷却空気の温度とガスタービン出力相当値との関係を定めており、前記目標値設定工程では、該目標値設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度と外部から得られた前記ガスタービン出力相当値とに応じた目標値を定める、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記冷却空気の温度と前記冷却空気量調節器の駆動量との関係を示す駆動量設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度に応じた先行駆動量を定める先行駆動量設定工程を実行し、
前記駆動指令出力工程では、前記先行駆動量設定工程で定めた前記先行駆動量に前記補正駆動量を加えた駆動量に応じた駆動指令を出力する、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記駆動量設定関数は、前記冷却空気の温度と、ガスタービン出力相当値と、前記冷却空気量調節器の駆動量との関係を定めており、前記先行駆動量設定工程では、該駆動量設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度と外部から得られた前記ガスタービン出力相当値とに応じた前記先行駆動量を定める、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御方法。
【請求項５】
ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、該冷却空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部に供給する冷却空気圧縮機と、を備えているガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記冷却空気の流量相当値についての目標値と該冷却空気の温度との関係を定めた目標値設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度に応じた目標値を定める目標値設定部と、
前記冷却空気の流量を調節する冷却空気量調節器の補正駆動量として、前記目標値に対する、検出された前記冷却空気の前記流量相当値の偏差が小さくなる補正駆動量を求める補正駆動量算出部と、
前記補正駆動量に応じた駆動指令を前記冷却空気量調節器に出力する駆動指令出力部と、
を有することを特徴とするガスタービン冷却系統の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記目標値設定関数は、前記目標値と前記冷却空気の温度とガスタービン出力相当値との関係を定めており、前記目標値設定部は、該目標値設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度と外部から得られた前記ガスタービン出力相当値とに応じた目標値を定める、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記目標値設定関数は、前記冷却空気の温度が高くなるに連れて前記目標値が大きくなる関係を示す関数である、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記冷却空気の温度と前記冷却空気量調節器の駆動量との関係を示す駆動量設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度に応じた先行駆動量を定める先行駆動量設定部を有し、
前記駆動指令出力部は、前記先行駆動量設定部が定めた前記先行駆動量に前記補正駆動量を加えた駆動量に応じた駆動指令を出力する、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記駆動量設定関数は、前記冷却空気の温度と、ガスタービン出力相当値と、前記冷却空気量調節器の駆動量との関係を定めており、前記先行駆動量設定部は、該駆動量設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度と外部から得られた前記ガスタービン出力相当値とに応じた先行駆動量を定める、
ことを特徴とするガスタービン冷却系統の制御装置。
【請求項１０】
請求項５から９のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記高温部に供給する前記冷却空気の温度を検出する温度計、該冷却空気の前記流量相当値を検出する流量相当値計、前記冷却器、前記冷却空気圧縮機、及び前記冷却空気量調節器を備えている前記ガスタービン冷却系統と、
前記ガスタービンと、
を備えていることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスタービン設備において、
前記冷却器は、前記空気圧縮機からの圧縮空気と冷却媒体とを熱交換させる熱交換器と、前記冷却媒体の流量を調節する媒体量調節器と、を有し、
前記制御装置は、前記高温部に供給される前記冷却空気の温度が、該冷却空気の温度の目標値である温度目標値になるよう、前記媒体量調節器に対して駆動指令を出力する駆動指令出力部を有する、
ことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガスタービン設備において、
前記制御装置は、前記高温部に供給される前記冷却空気の温度の目標値である温度目標値とガスタービン出力相当値との関係を示す温度目標値設定関数を用いて、外部から得られた前記ガスタービン出力相当値に応じた前記温度目標値を定める温度目標値設定部を有する、
ことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のガスタービン設備において、
前記冷却器の前記熱交換器は、空気を前記冷却媒体として前記圧縮空気と熱交換させるラジエターであり、前記冷却器の前記媒体量調節器は、前記ラジエターに送る前記空気の流量を調節できるファンである、
ことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガスタービン設備において、
前記ファンから前記ラジエターに送られた空気と、前記ガスタービンの燃焼器に送る燃料とを熱交換させて、該燃料を加熱する燃料予熱器を備えている、
ことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１５】
請求項１３に記載のガスタービン設備において、
前記ガスタービンから排気された燃焼ガスとの熱交換で蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、
前記ファンから前記ラジエターに送られた空気と、前記ガスタービンの燃焼器に送る燃料とを熱交換させて、該燃料を加熱する第一燃料予熱器と、
前記燃料と前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気又は加熱された水とを熱交換させて該燃料を加熱する第二燃料予熱器と、
を備えていることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１６】
請求項１１又は１２に記載のガスタービン設備において、
前記ガスタービンから排気された燃焼ガスとの熱交換で蒸気を発生させる排熱回収ボイラーを備え、
前記冷却器の前記熱交換器は、前記排熱回収ボイラーに送る水を前記冷却媒体として前記圧縮空気と熱交換させるボイラー水予熱器であり、前記冷却器の前記媒体量調節器は、前記ボイラー水予熱器に送る前記水の流量を調節する水量調節器である、
ことを特徴とするガスタービン設備。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、以上のいずれかのガスタービン冷却系統の制御方法において、前記冷却空気の温度と前記冷却空気量調節器の駆動量との関係を示す駆動量設定関数を用いて、検出された前記冷却空気の温度に応じた先行駆動量を定める先行駆動量設定工程を実行し、前記駆動指令出力工程では、前記先行駆動量設定工程で定めた前記先行駆動量に前記補正駆動量を加えた駆動量に応じた駆動指令を出力してもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
冷却空気圧縮機３４には、モータ３８が接続され、このモータ３８の駆動で冷却空気圧縮機３４が駆動する。なお、ここでは、冷却空気圧縮機３４の駆動源としてモータを用いている。しかしながら、冷却空気圧縮機３４の駆動源はいかなるものでもよく、例えば、ガスタービン１０の空気圧縮機１１又はタービン１５のロータと機械的に連結して、タービン１５を駆動源としてもよい。この冷却空気圧縮機３４の吸込口には、吸い込む空気の流量を調節する冷却空気流量調節器としてのＩＧＶ（inlet guide vａne）３５が設けられている。このＩＧＶ３５は、冷却空気圧縮機３４の吸込口内に配置されているベーン３６と、このベーン３６の角度を変える駆動器３７と、を有している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
先行駆動量設定部５５は、図３に示すように、先行駆動量（ＩＧＶ開度）と、ガスタービン出力Ｐと、温度計４５で検知される加圧冷却空気の温度Ｔとの関係を示す先行駆動量設定関数を有している。この先行駆動量設定関数は、加圧冷却空気の温度Ｔ（Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃ）が高くなるに連れて、先行駆動量が大きくなる関数である。先行駆動量設定関数は、加圧冷却空気の温度が一定の場合、ガスタービン出力Ｐが０％から予め定めた低出力（ａ％）までは、先行駆動量が当該加圧空気温度における最大かつ一定の値を示す関数である。また、先行駆動量設定関数は、加圧冷却空気の温度が一定の場合、ガスタービン出力Ｐが低出力（ａ％）から前述の中出力（ｂ％）までは、このガスタービン出力Ｐが高くなるに連れて、先行駆動量が小さくなる関数である。また、先行駆動量設定関数は、加圧冷却空気の温度が一定の場合、ガスタービン出力Ｐが中出力（ｂ％）以上では、このガスタービン出力Ｐが高くなるに連れて、先行駆動量が大きくなる関数である。先行駆動量設定部５５は、この先行駆動量設定関数を用いて、上位制御装置７０から得られたガスタービン出力Ｐと温度計４５で検知された加圧冷却空気の温度Ｔとに応じた先行駆動量を定める。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ファン制御系６１は、ファン３３に対してこのファン３３の駆動量（回転数）を示す駆動指令を出力する。ファン制御系６１は、温度計４５で検出される加圧冷却空気の温度Ｔの目標値を定める温度目標値設定部６２と、温度計４５で検知された加圧冷却空気の温度Ｔと温度目標値との偏差を求める減算器６３と、この偏差に応じた比例・積分動作分の補正駆動量を求めるＰＩ制御器６４と、この補正駆動量に応じた駆動指令をファン３３に出力するファン駆動指令出力部６５と、を有している。温度目標値設定部６２は、図４に示すように、温度目標値と、ガスタービン出力Ｐとの関係を示す温度目標値設定関数を有している。この温度目標値設定関数は、ガスタービン出力Ｐが０％から前述の低出力（ａ％）までは、温度目標値が一定の第一温度目標値を示し、ガスタービン出力Ｐが前述の中出力（ｂ％）以上では、一定で且つ第一温度目標値より高い第二温度目標値を示す関数である。また、この温度目標値設定関数は、低出力（ａ％）から中出力（ｂ％）までの間では、ガスタービン出力Ｐが増加するに連れて温度目標値が高くなる関数である。温度目標値設定部６２は、この温度目標値設定関数を用いて、ガスタービン出力Ｐに応じた温度目標値を定める。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
なお、以上で説明した差圧目標値設定関数、先行駆動量設定関数、温度目標値設定関数は、各パラメータ相互の関係を式で表した式形式のものでも、複数のパラメータ毎の複数の数値相互を関係付けた表形式のものでもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
すなわち、本実施形態では、ＩＧＶ３５の先行駆動量を定めて、加圧冷却空気の流量をフィードフォワード制御すると共に、加圧冷却空気の流量と相関関係のある差圧ΔＰに基づいて、加圧冷却空気の流量をフィードバック制御している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
また、ファン制御系６１が有している温度目標値設定関数（図４参照）は、ガスタービン出力Ｐが低出力（ａ％）から中出力（ｂ％）までの間、前述したように、ガスタービン出力Ｐが高くなるに連れて、温度目標値が高くなる関数である。このため、ガスタービン出力Ｐが低出力（ａ％）になると、この低出力（ａ％）から中出力（ｂ％）までの間、ガスタービン出力Ｐが高くなるに連れて、冷却空気の温度及び加圧冷却空気の温度は高くなる（Ｓ９）。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
さらに、ガスタービン１０への燃料供給が停止してから（Ｓ１６）、所定時間経過すると、ＩＧＶ制御系５１による制御で、ＩＧＶ開度は、０％、つまり全閉になると共に（Ｓ１７）、冷却空気圧縮機３４が停止し、ファン制御系６１による制御で、ファン３３が停止する（Ｓ１８）。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
なお、起動過程や停止過程では、加圧冷却空気の温度を低くせずとも、ＩＧＶ開度を全開（１００％）、又は、そのときの温度計４５で検知された温度Ｔに応じた開度のうちで最大開度にすれば、燃焼器１２の燃焼筒１３を所定温度以下に冷却することは可能である。しかしながら、加圧冷却空気の温度を低くしなければ、加圧冷却空気の流量を多くする必要性が生じるため、冷却空気圧縮機３４の必要吸込風量を大きくしなければならなくなり、冷却空気圧縮機３４が大型化し、設備コストがかさむ。そこで、本実施形態では、起動過程や停止過程で、加圧冷却空気の温度を低くすることで、冷却空気圧縮機３４の必要吸込風量を小さくして、冷却空気圧縮機３４の大型化及び設備コストを抑えている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
上記実施形態では、冷却器３１のラジエター３２に隣接した位置に燃料Ｆを加熱する燃料予熱器４９を設置している。本変形例では、さらに、この燃料予熱器（第一燃料予熱器）４９で加熱された燃料Ｆと、排熱回収ボイラー２１で発生した蒸気又は加熱された水とを熱交換させて、燃料Ｆをさらに加熱する燃料予熱器（第二燃料予熱器）２５を設けている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
「第二変形例」
次に、ガスタービン設備の上記実施形態の第二変形例について、図７に基づいて説明する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
「その他の変形例」
上記実施形態では、差圧計４６を設け、この差圧計４６で検知された差圧ΔＰに基づいて、燃焼器１２の燃焼筒１３に供給する冷却空気の流量を制御している。しかしながら、この差圧計４６の替りに、燃焼器１２に供給する冷却空気の流量を検知する流量計を、空気圧縮機１１から抽気した圧縮空気を燃焼器１２の燃焼筒１３に送るライン中のいずれかの位置に設け、この流量計で検知された流量に基づいて、燃焼器１２の燃焼筒１３に供給する冷却空気の流量を制御するようにしてもよい。この場合、ＩＧＶ制御系５１の差圧目標値設定部５２は、流量目標値設定部となる。そして、この流量目標設定部は、流量目標値と、ガスタービン出力Ｐと、温度計４５で検知される加圧冷却空気の温度Ｔとの関係を示す流量目標値設定関数を用いて、ガスタービン出力Ｐと加圧冷却空気の温度Ｔとに応じた流量目標値を定めることになる。さらに、ＩＧＶ制御系５１の減算器５３は、この流量目標値と流量計で検知された流量との偏差を求めることになる。