(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサーモパイルアレイを備えた放射センサ（６６）であって、
前記サーモパイルアレイのそれぞれは、視野（９０）が排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）（３４）内の対応する二次元領域に向けて配向され、
前記サーモパイルアレイのぞれぞれは、サーモパイル素子の二次元配列を有し、
前記ＨＲＳＧ（３４）は、少なくとも１つの導管（７４）を備え、
前記放射センサ（６６）は、前記少なくとも１つの導管（７４）の三次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成された、
放射センサ（６６）と、
前記放射センサ（６６）に通信可能に結合され、前記信号に基づいて三次元温度プロファイルを判定し、該三次元温度プロファイルの少なくとも一部を閾値と比較するように構成されたコントローラ（６８）と、
を備える、システム（１０）。
【請求項２】
前記閾値が、前記少なくとも１つの導管（７４）の所望の最高動作温度を示す、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記閾値が、前記少なくとも１つの導管（７４）内の流体漏れを示す、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導管（７４）に結合された複数のフィン（７６）をさらに有し、
前記閾値が、前記少なくとも１つのフィン（７６）が前記少なくとも１つの導管（７４）から少なくとも部分的に分離していることを示す、
請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記視野（９０）が、前記ＨＲＳＧ（３４）への覗き窓（８２）に向けて配向され、
前記覗き窓（８２）が、前記赤外線センサ（６６）によって測定される波長を実質的に透過させる、
請求項１から４のいずれかに記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の主題は、発電システム内の故障を検出するための熱測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの発電システムは、燃料と圧縮空気との混合物を燃焼させて、高温燃焼ガスを生成するように構成されたガスタービンエンジンを含む。燃焼ガスは、タービンを通り、発電機等の負荷のための動力を生じる。効率を高めるために、幾つかの発電システムは、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）を用いて、タービンから排出される高温燃焼ガスからエネルギーを取り出す。一般に、ＨＲＳＧでは、複数の導管を用いて、水等の流体を排ガスの流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に導く。排ガスが導管を流れると、熱が排ガスから水に伝達されることで、蒸気が生成される。この蒸気は、その後、蒸気タービンを通って回転運動を生じ、発電機等の負荷を駆動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１４３０９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
幾つかのＨＲＳＧは、フィンを有する導管を有し、この導管を介して排ガスと水との間の伝熱を増大させるように構成されている。残念ながら、フィンが導管から分離すると、ＨＲＳＧの効率が低下する。加えて、排気流の一部分が所望の温度よりも高温の場合は、幾つかの導管が過剰な蒸気圧を受けることがあり、その結果、ＨＲＳＧの幾つかの部品が早期摩耗することがある。
【０００５】
また、幾つかの発電システムは、発電機からの電気出力及び／又はガスタービンエンジン用の電気始動モータ等の様々な電気システムの動作を調整するように構成されたスイッチギヤを含む。高い電圧と電流がスイッチギヤを通るので、スイッチギヤは通常、発電システムの起動前に熱放射線カメラでスキャンされる。例えば、技術者は、スイッチギヤの各々の電気筺体を開けた後、熱放射線カメラを各筺体の内部に向けて配向し、温度が所望の限度内にあることを確認する。過剰な温度は、スイッチギヤ内の短絡又は接触不良を意味することがあるので、過剰な温度が検出されると是正措置が講じられる。残念ながら、スイッチギヤをマニュアルでスキャンするプロセスには費用と時間がかかるので、発電システムの運転コストが増大する。
【０００６】
加えて、幾つかの発電システムは、発電機の電圧を送電用の所望レベルに高めるための、発電機用昇圧変圧器（ＧＳＵ）を含む。ＧＳＵは、相分離母線等の電気接点を介して発電機に電気的に結合される。一般に、相分離母線は、発電機によってＧＳＵに出力される三相電力の各相を個別に伝送するように構成された３つの電気導管を含む。相分離母線の各々の電気導管は通常、筺体内に配置された導電体アセンブリを含む。導電体アセンブリは、筺体内の導電体アセンブリを支持する役割も果たす一連の絶縁体によって、筺体から電気的に絶縁されている。導電体アセンブリは、例えばファスナによって互いに結合された一連の導体を含む。明らかなように、導電体が時間の経過に伴って互いに分離し、それによって導体間の接点で熱が発生することがある。その結果、相分離母線の送電効率が実質的に低下し、発電システムの効率が低下することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
もとより特許を受けようとする発明に該当する幾つかの実施形態を以下に要約する。これらの実施形態に、特許を受けようとする発明の範囲を限定する意図はなく、これらの実施形態は、本発明に想到される形態の概要を提示することのみを意図している。勿論、本発明は、下記のものに類似の、或いは下記のものとは異なる様々な形態を包含する。
【０００８】
第１の実施形態において、システムは、視野（ビューフィールド）が排熱回収ボイラ内の導管に向けて配向され、導管の温度を示す信号を出力するように構成された放射センサを含む。システムは更に、放射センサに通信可能に結合されたコントローラを含む。コントローラは、信号に基づいて温度を判定し、この温度を閾値と比較するように構成される。
【０００９】
第２の実施形態において、システムは、視野が複数の部品を格納する電気筺体の内部に向けて配向され、電気筺体の内部の温度を示す信号を出力するように構成された放射センサを含む。システムは更に、放射センサに通信可能に結合されたコントローラを含む。コントローラは、信号に基づいて部品間の電気故障を検出するように構成される。
【００１０】
第３の実施形態において、システムは、視野が複数の導電体間の少なくとも１つの接点を含む領域に向けて配向され、領域の温度を示す信号を出力するように構成された放射センサを含む。システムは更に、放射センサに通信可能に結合されたコントローラを含む。コントローラは、信号に基づいて、少なくとも１つの接点における導電体の分離を検出するように構成される。
【００１１】
全図面を通じて同様の符号で同様の部品を示す添付図面を参照しながら下記の発明を実施するための形態を読むと、本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点の理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガスタービンと、スイッチギヤと、ＨＲＳＧと、相分離母線と、ＨＲＳＧ、スイッチギヤ、及び相分離母線内の温度を検出するように構成された熱測定システムと、を有する複合サイクル発電システムの実施形態の概略図である。
【図２】ＨＲＳＧ内の流体導管に向けて配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図３】流体導管の上流のＨＲＳＧの断面に向かって配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図４】スイッチギヤの内部に向けて配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図５】相分離母線の導管内の２つの導電体間の接点に向けて配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の１つ以上の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の説明を簡単にするために、本明細書では、実際の実施形態の特徴の全てを記載しないことがある。こうしたいかなる実際の実施形態の開発においても、いかなる工学的又は設計上の計画においても、実施形態ごとに異なり得るシステム上及びビジネス上の制約に合わせるといった、開発者の特定の目的を達成するための多くの選択が必要であることを理解されたい。また、このような開発努力は、煩雑で時間がかかるものであるが、本開示による利益を享受する当業者にとっては、日常的な設計、製作、製造上の仕事であることも理解されたい。
【００１４】
本発明の様々な実施形態の要素を説明するにあたり、冠詞「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」「ｓａｉｄ」は、その要素が１つ以上存在し得ることを意図している。「備える」「含む」「有する」といった表現は、包括的な意味で、列挙した要素以外にも追加の要素が存在し得ることを意図している。
【００１５】
本開示の幾つかの実施形態は、ＨＲＳＧの効率低下及び／又はＨＲＳＧ部品の早期摩耗の結果として生じる状態を特定することによって、ＨＲＳＧのメンテナンス作業を容易にする。例えば、幾つかの発電システムは、視野がＨＲＳＧ内の導管に向けて配向された放射センサを有する、熱測定システムを含む。放射センサは、導管から発される熱放射を検出し、導管の温度を示す信号を出力するように構成される。熱測定システムは更に、放射センサに通信可能に結合され、信号に基づいて導管の温度を判定するように構成されたコントローラを含み得る。コントローラは更に、温度を閾値と比較して、導管内の故障を特定するように構成されてもよい。例えば、導管の温度が過剰に高いと導管に過剰な圧力がかかり、結果として導管及び／又はＨＲＳＧ内のその他の部品の早期摩耗が生じることがある。また、導管の温度が過剰に低いことは、導管からフィンの少なくとも一部分が分離し、導管表面上にデブリが堆積していること、及び／又は導管から流体が漏れていることを示すことがある。そこで、熱測定システムは、このような故障を検出するためにＨＲＳＧ内の各導管を継続的に監視し、オペレータにアラームを発して、且つ／又は自動的に適当な是正措置を講じるように構成される。このようにして、ＨＲＳＧの効率を低下させる状態を容易に特定できることにより、ＨＲＳＧの保守作業を容易にし、ＨＲＳＧの効率を高めることができる。
【００１６】
本開示の別の実施形態では、スイッチギヤ内の電気故障の検出に関連するコストを大幅に削減できる。例えば、幾つかの発電システムは、複数の部品を含む電気筺体の内部に向けて視野が配向された放射センサを有する、熱測定システムを含む。放射センサは、部品が発する熱放射を検出し、電気筺体内部の温度を示す信号を出力するように構成される。熱測定システムは更に、放射センサに通信可能に結合された、信号に基づいて部品間の電気故障を検出するように構成されたコントローラを含み得る。熱測定システムはスイッチギヤの温度を継続的に監視し、この温度に基づいて電気故障を自動的に特定するように構成されるので、発電システムを起動する前に携帯用の赤外線カメラを用いてスイッチギヤをマニュアルでスキャンする必要がなくなる。その結果、始動動作に関連する運転コストを大幅に削減できる。加えて、電気故障を発電システムの始動手順中だけではなく、運転中にも検出できる。
【００１７】
本開示の更に別の実施形態では、母線内の導電体間の接点の温度を監視することによって、電気母線内の導電効率の低下を検出できる。例えば、幾つかの発電システムは、複数の導電体間の少なくとも１つの接点を含む領域に向けて視野が配向された放射センサを有する、熱測定システムを含む。放射センサは、接点から発さられる熱放射を検出し、領域の温度を示す信号を出力するように構成される。熱測定システムは更に、放射センサに通信可能に結合された、信号に基づいて少なくとも１つの接点における導電体の分離を検出するように構成されたコントローラを含み得る。熱測定システムは、接点の温度を継続的に監視し、その温度に基づいて導体の分離を自動的に特定するように構成されるので、電気母線全体の導電効率の低下を迅速に特定できる。そのため、分離が検出されると送電経路を直ちに変更することで、確実に発電システムを効率的に運転できる。
【００１８】
図１は、ガスタービンと、ＨＲＳＧと、スイッチギヤと、相分離母線と、これらのガスタービン、ＨＲＳＧ、スイッチギヤ、及び相分離母線内の温度を検出するように構成された熱測定システムと、を有する複合サイクル発電システムの実施形態の概略図である。以下、様々な電気システムと流体導管内の故障を検出するように構成された熱測定システムの実施形態のコンテクストを示す目的で、システム１０について説明する。下記の熱測定システムは、その他の発電システム、タービンシステム、処理プラント、或いは、ＨＲＳＧ、スイッチギヤ、又は電気母線を含むその他のシステム内の故障検出にも利用できることを理解されたい。本実施形態において、システム１０は、燃焼器１４、タービン１６、駆動シャフト１８、及び圧縮機２０を有するガスタービンエンジン１２を含む。燃焼器１４は、燃料ノズルから圧力下で噴射される天然ガス等の燃料を受け取る。この燃料が圧縮空気と混合され、燃焼器１４内で燃焼することにより、高温の加圧排ガスが発生する。燃焼器１４は、この排ガスをタービン１６の排気口へと導く。燃焼器１４からの排ガスがタービン１６を通ると、タービン１６のブレードが駆動されて回転し、駆動シャフト１８がガスタービンエンジン１２の軸に沿って回転する。図示のように、駆動シャフト１８は、圧縮機２０を含むガスタービンエンジン１２の様々な部品に接続可能である。
【００１９】
駆動シャフト１８は、タービン１６と、ブレードを含む圧縮機２０のロータとを接続する。これにより、タービン１６内のタービンブレードが回転することで、タービン１６と圧縮機２０とを接続する駆動シャフト１８が、圧縮機２０内のブレードを回転させる。圧縮機２０のブレードが回転することにより、圧縮機２０は、吸気口から受け取った空気を圧縮する。圧縮空気は、その後、燃焼器１４に送られ、燃料と混合され、燃焼を促進する。駆動シャフト１８は、電力を生成する発電機２２にも接続される。図示のように、スイッチギヤ２４は、発電機２２に結合されており、その他の機能の中でもとりわけ、発電機２２から出力される電力及び／又はガスタービンエンジン１２の始動等、発電システム１０の幾つかの機能を調整するように構成される。以下に詳細に記載するように、スイッチギヤ２４は、発電システムの機能を調整する、スイッチ及び回路遮断器を含む様々な部品を含む。
【００２０】
本実施形態では、相分離母線２６は、発電機２２を発電機昇圧変圧器（ＧＳＵ）２８に結合する。ＧＳＵ２８は、配電網３０を通して送電するための所望レベルに発電機電圧を昇圧するように構成される。更に、図示のように、相分離母線２６は、発電機２２から出力される三相電力２２の各相をＧＳＵ２８に個別に伝送するように構成された３つの電気導管を含む。相分離母線２６の各々の電気導管は、筺体内に配置された導電体アセンブリを含む。導電体アセンブリは、筺体内の導電体アセンブリを支持する役割も果たす一連の絶縁体によって、筺体から電気的に絶縁されている。導電体アセンブリは、例えばファスナによって互いに結合された一連の導体を含む。本実施形態では、発電機２２からＧＳＵ２８に電力を伝送するにあたり相分離母線２６を使用しているが、別の実施形態ではその他の母線を使用してもよいことを理解されたい。
【００２１】
ガスタービンエンジン１２からの排ガス３２は、ＨＲＳＧ３４へと導かれる。以下に詳述するように、ＨＲＳＧ３４は、ＨＲＳＧ３４を通る排ガス３２の流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に、水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む熱交換器である。排ガス３２が導管を流れると、熱が排ガスから水に伝達され、蒸気が発生する。加えて、排ガスの温度が大幅に低下する。ＨＲＳＧ３４を通過した後、冷却された排ガスは、矢印３８で示すように、排気筒３６から大気中に放出される。図示のように、発生した蒸気４０は、蒸気タービン４２へと導かれる。
【００２２】
高圧蒸気４０が蒸気タービン４２を通過すると、タービン４２内のブレードが駆動されて回転し、第２の発電機４４を駆動させる。なお、本実施形態は、２つの発電機２２及び４４を含むが、別の実施形態では、ガスタービンエンジン１２及び蒸気タービン４２が同じ負荷に結合されていてもよい。図示のように、第２の発電機４４の出力を調整するために、第２のスイッチギヤ４６が、第２の発電機４４に結合されている。加えて、第２の相分離母線４８と第２のＧＳＵ５０が、第２の発電機４４から出力された電力を送電網３０に送る役割を果たす。
【００２３】
蒸気が蒸気タービン４２を通過すると、圧力が低下して、低圧蒸気５２がタービン４２から放出される。図示のように、低圧蒸気５２は復水器５４内に流入し、蒸気が凝縮される。ＨＲＳＧ３４と同様に、復水器５４は、蒸気の流れに対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む熱交換器である。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水５６に伝達されることで、蒸気が凝縮されて水５８になる。水５８は、ＨＲＳＧ３４に戻り、排ガス３２で加熱されて、より高圧の蒸気４０が生成される。冷却水５６は、復水器５４内で加熱され、熱水６０となって流出する。熱水６０は、この熱水６０を冷却して復水器５４用の冷水５６を生成する冷却塔６２へと導かれる。
【００２４】
図示のように、発電システム１０は、ＨＲＳＧ３４、スイッチギヤ２４及び４６、及び／又は相分離母線２６及び４８内の温度を判定するように構成された熱測定システム６４を含む。本実施形態において、熱測定システム６４は、各々が発電システム１０のそれぞれの対象部品に向けて配向された、図示の熱放射センサ６６等のセンサを含む。具体的には、１つの熱放射センサ６６が、ＨＲＳＧ３４内の導管に向けて配向され、導管の温度を測定する。加えて、第２及び第３の熱放射センサ６６が、スイッチギヤ２４及び４６に向けて配向されており、測定されたスイッチギヤ部品の温度に基づいて、電気故障を検出する。更に、第４及び第５の熱放射センサ６６が、相分離母線２６及び４８に向けて配向されており、測定された相分離母線導管の接点の温度に基づいて導電体の分離を検出する。本実施形態において、熱放射センサ６６は、対象部品の温度を示す信号を出力するように構成される。例えば、以下に詳細に説明するように、各熱放射センサ６６は、検出された熱放射に基づいて温度を出力するように構成されたサーモパイルであってよい。幾つかの実施形態において、熱放射センサ６６は、サーモパイル素子の配列から成り、対象の物体の多次元（例えば二次元又は三次元）の温度プロファイルを構築できる。発電システムの様々な部品内の温度を監視することで、熱測定システム６４は部品内の故障を検出でき、それによって保守作業を容易にできる。
【００２５】
明らかなように、熱放射センサ６６は、物体からの電磁エネルギーを測定することで、その物体の温度を判定する。例えば、センサ６６は、赤外スペクトルの範囲内の波長を有する熱放射を測定できる。以下に詳述するように、或る赤外線放射の強さが物体の温度に比例することがある。幾つかの実施形態において、熱放射センサ６６は、このような放射を検出して、温度を示す信号を出力するように構成される。また、明らかなように、様々な熱放射センサの構成を用いて、発電システム１０内の部品の温度を判定できる。前述のように、センサ６６は、サーモパイル又は一連のサーモパイル素子から成る。明らかなように、サーモパイルは、より強い信号出力を得るために直列接続された、複数の熱電対から成る。熱電対は、熱接点と冷接点との間で起電力（ｅｍｆ）を生じることによってこれらの接点間の温度差を測定する。例えば、熱接点を物体の方に向けて熱放射を測定し、冷接点の温度が周囲温度と実質的に等しくなるように冷接点をヒートシンクに結合させる。熱電対が直列に接続されているので、サーモパイルは全ての熱電対のｅｍｆを総計して、より高い電圧出力を供給する。サーモパイル素子の配列を設置することで、各サーモパイル素子がそれぞれの監視領域の温度を示すことを用いて、対象の物体の二次元又は三次元の温度プロファイルを生成できる。幾つかの実施形態において、サーモパイル又はサーモパイルアレイは、サーモパイル又はサーモパイル素子が装置の表面上に形成された、単一の固体装置であってよい。別の実施形態では、放射パイロメーター、赤外線検出器（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、焦点面アレイ素子（ＦＰＡ）等）、又は対象の物体の温度を出力するように構成されたその他の熱放射センサを用いてよい。
【００２６】
本実施形態では、各熱放射センサ６６は、コントローラ６８に通信可能に結合されている。コントローラ６８は、熱放射センサ６６によって出力された信号に基づいて対象の物体の温度を判定するように構成される。幾つかの実施形態においては、熱放射センサ６６が、対象の物体の平均温度を示す信号を出力するように構成されたサーモパイルである。このような実施形態においては、平均温度を閾値と比較して、対象の物体内の故障を特定するようにコントローラ６８を構成してもよい。例えば、ＨＲＳＧ３４内の導管の温度が第１の閾値未満であることをコントローラ６８が判定すると、コントローラ６８は、導管が損傷（例えば流体漏れ、フィンの離脱等）していると判定する。逆に、導管の温度が第２の閾値を超えているとコントローラ６８が判定すると、コントローラ６８は、導管に過剰な圧力がかかっており、導管の耐用寿命が短縮する可能性があると判定する。加えて、スイッチギヤ２４又は４６の温度が閾値を上回っているとコントローラ６８が判定すると、スイッチギヤ２４又は４６内の部品間に電気故障が存在する可能性がある。また、相分離母線２６又は４８の導管の、導体間の接点の温度が閾値を超えているとコントローラ６８が判定すると、導体どうしが分離していることによって相分離母線２６又は４８を通る電力の伝送効率が低下している可能性がある。また別の実施形態では、熱放射センサ６６が、サーモパイルアレイを形成する複数のサーモパイル素子から成る。このような実施形態において、センサ６６は、対象の物体の多次元（例えば二次元又は三次元）の温度プロファイルを示す信号を出力することにより、コントローラ６８に追加の温度情報を提供する。
【００２７】
本実施形態では、単一の熱放射センサ６６が発電システム１０の各部品（例えばＨＲＳＧ３４、スイッチギヤ２４又は４６、及び相分離母線２６又は４８）に向けて配向されているが、別の実施形態では、複数のセンサ６６を使用して、各部品の様々な領域を監視してもよいことを理解されたい。例えば、複数の熱放射センサ６６をＨＲＳＧ３４の導管に向けて配向してもよい。加えて、１つ以上の熱放射センサ６６を、スイッチギヤ２４又は４６内の各々の電気筺体内部に向けて配向してもよい。更に、１つ以上の熱放射センサ６６を相分離母線２６又は４８内の各導管に向けて配向してもよい。
【００２８】
本実施形態は更に、コントローラ６８に通信可能に結合されたユーザーインターフェース７０を含む。ユーザーインターフェース７０は、各熱放射センサ６６により検出された温度を表示するように構成された、数字表示器及び／又は温度を時間の関数として表示するように構成されたグラフィカルインターフェースを含み得る。このようにして、オペレータは、温度プロファイルを監視し、温度が閾値範囲から外れているか否かを判定できる。加えて、ユーザーインターフェース７０は、過剰な高温又は低温が検出された場合にオペレータに警告を行うように構成された視覚及び／又は可聴アラームを含み得る。例えば、ＨＲＳＧ３４内の導管の温度が第１の閾値に満たないこと、又は第２の閾値を超えていることをコントローラ６８が判定すると、音声及び／又は視覚アラームが作動する。幾つかの実施形態では、コントローラ６８が、ガスタービンシステム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度の検出に応答して、ＨＲＳＧ３４を流れる流体の流れを自動的に減少させるか又は停止するように構成される。例えば、ガスがＨＲＳＧ３４をバイパスするように、コントローラ６８で排ガス３２の流路を調整できる。加えて、相分離母線２６又は４８内で導管の分離が検出されると、コントローラ６８で、発電システム１０の動作を不能にし、且つ／又は別の相分離母線を通るように電力の経路を変更できる。同様に、スイッチギヤ２４又は４６内で電気故障が検出されると、コントローラ６８で、発電システム１０の動作を不能にし、且つ／又は別のスイッチギヤを通るように電気制御の経路を変更できる。
【００２９】
図２は、ＨＲＳＧ３４内の流体導管に向けて配向される熱測定システム６４の実施形態の概略図である。図示のように、排ガス３２は、下流方向７２にＨＲＳＧ３４内へと流入する。ＨＲＳＧ３４は、下流方向７２に対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に、水等の二次流体を導くように構成された複数の導管７４を含む。排ガス３２が導管７４を通ると、熱が排ガス３２から水に伝達され、蒸気が生成される。図示のように、導管７４は、排ガス３２と水との間の伝熱を促進するように構成されたフィン７６を含む。幾つかの実施形態では、フィン７６は締り嵌めによって導管７４に結合される。例えば、導管７４の外径よりもやや大きい内径を有するフィン７６を、導管７４に沿った所望の位置に配置する。そして、導管７４に玉軸受を押し込み、導管７６の直径が膨張してフィン７６の内径よりも大きくなるようにする。最終的には、実質的にフィン７６が導管７４に堅固に結合される。本実施形態は、円形のフィンを使用しているが、別の実施形態では、別のフィン構造（例えば多角形、楕円形等）を使用してもよい。加えて、別の実施形態では、フィン７６をその他の技術（例えば溶接、締結等）を用いて結合してもよい。更に、本実施形態では、４つのフィン７６が各導管７４に結合されているが、別の実施形態では、実質的に更に多数のフィン７６を使用してもよいことを理解されたい。例えば、幾つかのＨＲＳＧ構造は、導管７４の長さ方向に沿って１インチあたり１、２、３、４、５個、又はそれ以上のフィン７６を使用してもよい。
【００３０】
本実施形態では、水５８は、第１のマニホルド７８から導管７４に供給され、蒸気４０は第２のマニホルド８０から放出される。前述のように、蒸気４０は、発電機４４を駆動させるべく蒸気タービン４２へと導かれ、冷却された排気は、排気筒３６へと導かれる。図示のＨＲＳＧ３４内には、３つの導管７４が用いられているが、明らかなように、その他のＨＲＳＧ構成では、それよりも大幅に多数の導管を使用可能である。幾つかの実施形態では、導管７４は、下流方向７２且つ流路に対して垂直な方向に沿って分布する。更に他の実施形態において、ＨＲＳＧ３４は、別途の蒸気タービン用の蒸気を生成するように構成された複数の各段を含み得る。図示の熱放射センサ６６は、上流の導管７４に向けて配向されているが、別の実施形態では、ＨＲＳＧ３４内のその他の導管７４を監視できることを理解されたい。
【００３１】
図示の構成において、熱放射センサ６６は、ＨＲＳＧ３４の外側に配置されており、これによって、熱測定システム６４はＨＲＳＧ３４を通過する高温の排ガス３２から保護されている。図示のように、ＨＲＳＧ３４は、熱放射センサ６６がＨＲＳＧ３４内の導管７４により発せられる熱放射を受け取るように構成された覗き窓８２を含む。明らかなように、覗き窓８２は熱放射センサ６６により測定される波長を実質的に透過させる材料で構成される。例えば、センサ６６が赤外線スペクトルの範囲内の熱放射を監視するように構成される場合、覗き窓８２は、例えば赤外線放射を実質的に透過させるゲルマニウム又はケイ素等の材料により構成される。明らかなように、材料の選択は、ＨＲＳＧ３４を通る流体流の予想温度にも依存し得る。幾つかの実施形態では、覗き窓８２は、摂氏約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１１２０、又は１２００度以上の温度よりも高温の流体温度に曝されることがある。そのため、透過性材料は、こうした温度に耐えるように選択される。覗き窓８２により、センサ６６をＨＲＳＧ３４の外側に設置できるので、熱放射センサ６６は、高温の排ガスに曝されることなく、ＨＲＳＧ３４内の導管７４の温度を測定でき、したがって、センサ６６の運用寿命を実質的に延ばすことができる。
【００３２】
本実施形態では、フィルタ８４及びレンズ８６が覗き窓８２と熱放射センサ６６との間に配置される。幾つかの実施形態では、センサ６６は、導管７４により発せられる熱放射を測定するように構成されたサーモパイルから成る。こうした実施形態において、サーモパイルは、より強い出力信号を供給するために、直列に電気接続された複数の熱電対を含む。明らかなように、サーモパイルは、様々な波長の熱放射を検出できる。例えば、幾つかのサーモパイルは、約０．８〜４０ミクロンに亘る赤外線スペクトルの範囲内の電磁波長を検出できる。これもまた明らかなように、赤外線スペクトルの範囲内の特定の部分集合を構成する波長が温度測定に好適なことがある。そのため、帯域フィルタ８４を用いて、センサ６６に入射する波長範囲を制限できる。例えば、幾つかの実施形態において、帯域フィルタ８４は、約２〜２０、４〜１８、６〜１６、８〜１４、又は約７．２〜１２．４ミクロンの範囲を外れた波長を有する電磁放射を遮断するように構成される。そのため、フィルタ８４は、測定された温度に比例する強さの信号をサーモパイルが出力するに適した波長範囲を有する熱放射をセンサ６６まで通過させる。センサ６６は、ＨＲＳＧ３４の導管７４の温度を示す信号をコントローラ６８に出力する。
【００３３】
明らかなように、別の実施形態では、その他の波長範囲を有するその他の帯域フィルタを用いてもよい。また、幾つかの実施形態では、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタを用いても、フィルタを除去してもよい。また別の実施形態では、フィルタを覗き窓８２に組み込んでもよい。更に、本実施形態では、サーモパイルを利用した熱放射センサ６６を用いているが、別の実施形態では電荷結合素子（ＣＣＤ）、焦点面アレイ（ＦＰＡ）、又はパイロメーター等のその他の検出器素子を使用してもよい。
【００３４】
本発明の熱測定システム６４は更に、熱放射をセンサ６６上に集束させるように構成されたレンズ８６等の光学合焦装置を含む。明らかなように、レンズ８６は、プラスチック又はガラス等の任意の適当な材料により構成される。幾つかの実施形態では、レンズ８６をフィルタ８４と組み合わせて単一の要素にできる。また別の実施形態では、レンズ８６を除去して、熱放射を熱放射センサ６６上へと直接通過させるようにしてもよい。
【００３５】
本実施形態は更に、図示の鏡８８等の第２の光学合焦装置を含む。鏡８８は、導管７４からの熱放射を熱放射センサ６６上へと導くように構成される。幾つかの実施形態において、鏡８８は、基板（例えばガラス、プラスチック等）、及び基板上に設けられた反射コーティング（例えば銀、クロム等）を含み得る。或いは、鏡８８を、研磨されたステンレス鋼等の反射材料により形成してもよい。本実施形態では、凹面鏡８８を用いて所望の視野９０を得る。鏡８８の形状と熱放射センサ６６の位置により、角度９２を有する視野９０が得られる。例えば、幾つかの実施形態において、角度９２は、約５、１０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、又は１６０度以上であってよい。幾つかの実施形態において、熱放射センサ６６をＨＲＳＧ３４の断面９４全体に向けて配向することで、断面９４内の各導管７４の平均温度が得られる。そのため、角度９２は、視野９０が所望の測定位置においてＨＲＳＧ断面９４全体を含むように選択される。結果として、熱測定システム６４は、視野９０内の各導管７４における流体の漏れ、フィンの離脱、及び／又は過剰な圧力を検出できる。明らかなように、別の実施形態では、凸面鏡又は実質的に平面状の鏡を用いて、熱放射をセンサ６６に向けてもよい。また別の実施形態では、鏡８８を除去してもよく、熱放射センサ６６を導管７４に向けてもよい。このような実施形態において、レンズ８６を設ける場合、このレンズ８６によって、レンズ８６の形状及び光学的特性に基づいた所望の視野９０を構築できる。
【００３６】
前述のように、本発明の熱放射センサ６６は、検出された熱放射を出力信号に変換するように構成されたサーモパイルを含む。サーモパイルは、直列に接続された複数の熱電対を含むので、サーモパイルは、視野９０内の領域の温度に比例する強さを有する電気信号を出力する。センサ６６は、コントローラ６８に対して、ＨＲＳＧ３４内の導管７４の温度を示す信号を出力する。コントローラ６８はこの信号を受け取り、信号に基づいて（例えばルックアップテーブル、アルゴリズム等により）ＨＲＳＧ断面９４内の導管７４の平均温度を判定するように構成される。本実施形態において、コントローラ６８は、表示９６とアラーム９８を含むユーザーインターフェース７０に通信可能に結合される。表示９６は、熱放射センサ６６により検出された温度を時間の関数として表したグラフを提示するように構成される。
【００３７】
図示のように、表示９６は、時間を表すｘ軸１０２と温度を表すｙ軸１０４とから成るグラフ１００を含む。前述のように、センサ６６は、視野９０内の導管７４の平均温度を示す信号を出力するように構成される。本実施形態では、グラフ１００は、導管の平均温度を時間の関数として表す曲線１０６を含む。グラフ１００は、導管７４の時間平均温度を示す破線１０８も含む。明らかなように、排ガスの温度は、ＨＲＳＧ３４の断面９４の全域で異なる。結果的に、幾つかの導管７４が所望の閾値を超える温度に曝されることから、導管７４内に過剰な蒸気圧が生じることがある。前述のように、過剰な蒸気圧は、導管７４及び／又はＨＲＳＧ３４内のその他の部品の早期摩耗に繋がることがある。したがって、グラフ１００は、導管の所望の最高温度を示す上限閾値１１０を含む。曲線１０６が上限閾値１１０を超える場合は、視野９０内の少なくとも１つの導管７４内に、過剰な蒸気圧が存在する可能性がある。
【００３８】
逆に、フィン７６が少なくとも部分的に導管７４から離脱すると、排ガス３２と導管７４との間の伝熱が減少するので、視野９０内の平均温度が低下する。同様に、導管７４に粒子状物質（例えば塵、未燃炭化水素等）が堆積しても、導管７４の温度が低下することがある。加えて、導管７４内に亀裂が生じると、水が排ガス流中に漏出し、導管の温度低下に繋がることがある。したがって、グラフ１００に、管の所望の最低温度を示す下限閾値１１２を含めてもよい。曲線１０６が下限閾値１１２を割り込む場合は、導管７４内の排ガス３２と水との間の伝熱が減少しているため、ＨＲＳＧ３４の効率が低下している可能性がある。
【００３９】
図示の実施形態では、単一の熱放射センサ６６をＨＲＳＧ３４の断面９４の全体に向けて配向している。その結果、センサ６６は、視野９０内の各導管７４の平均温度を示す熱放射を受け取る。しかし、別の実施形態では、各々のセンサ６６がＨＲＳＧの断面９４の様々な領域に向けて視野９０が配向されるように構成された、複数のセンサ６６を使用してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、単一の導管７４の熱放射を測定するように各センサ６６を構成してもよい。このような実施形態では、どの導管７４が所望範囲外の温度になっているか否かを特定するようにコントローラ６８を構成することにより、保守作業が更に容易になる。また別の実施形態では、複数のセンサから成る熱測定システム６４の各センサ６６が、視野９０内の２、３、４、５、６、７、８個又はそれ以上の導管７４を監視する。
【００４０】
温度が上昇して上限閾値１１０を超えるか、又は温度が低下して下限閾値１１２を割り込むと、コントローラ６８は、ユーザーインターフェース７０内のアラーム９８を作動させる。前述のように、アラーム９８は、検出された状態をオペレータに警告するように構成された、可聴アラーム及び／又は視覚アラームであってよい。オペレータは、その後、検出された状態を解消するために適当な是正処置を講じる。加えて、コントローラ６８及び／又はユーザーインターフェース７０は、発電システム１０に通信可能に結合されており、所望の範囲を外れた導管温度が検出されると、ＨＲＳＧ３４を通る流体の流れを減少させるように且つ／又は停止させるように構成される。例えば、幾つかの実施形態において、導管温度が第１の上限閾値を超える場合は、コントローラ６８が、タービンエンジン出力を低下させることで、ＨＲＳＧ３４を通る流れを減少させる。この温度が第１の上限閾値を上回る第２の上限閾値を超える場合は、コントローラ６８が、ＨＲＳＧ３４をバイパスさせる弁を作動させることで、ＨＲＳＧ３４を通る流れを停止させる。明らかなように、ＨＲＳＧ３４をバイパスさせると、発電効率が低下する可能性があるものの、発電システム１０から消費者に電力を供給することはできる。
【００４１】
以上、熱測定システム６４をＨＲＳＧ３４に関連して記載したが、ガス化装置、合成ガス冷却器、又はガス処理装置にみられるような、その他の熱交換器内の導管の温度を検出するためにも熱測定システム６４を使用できることを理解されたい。例えば、熱測定システム６４を使用して、復水器５４内の導管の温度を検出できる。ＨＲＳＧ３４と同様に、復水器５４は、復水器５４を通る蒸気の流れと交差する方向に水等の二次流体を搬送するように構成された複数の導管を含む。蒸気が導管を流れると、蒸気からの熱が水５６に伝達され、これによって蒸気が凝縮して水５８になる。ＨＲＳＧ３４と同様に、復水器５４を流れる蒸気が過剰に高温な場合、導管に過剰な圧力がかかることがある。加えて、導管に漏れがあると復水器５４の効率が低下する。結果的に、熱測定システム６４が復水器５４内の上記のような欠陥を検出することで、復水器の保守作業を容易にできる。
【００４２】
図３は、流体導管７４の上流においてＨＲＳＧ３４の断面に向かって配向された熱測定システム６４の実施形態の概略図である。前述のように、排ガス３２は、下流方向７２にＨＲＳＧ３４に流入する。ＨＲＳＧ３４は、下流方向７２に対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管７４を含む。排ガス３２が導管７４を流れると、熱が排ガス３２から水に伝達されることで、蒸気が生成される。本実施形態では、水５８が第１のマニホルド７８から導管７４に供給され、蒸気４０が第２のマニホルド８０から放出される。その後、蒸気４０は蒸気タービン４２の方へと流れ、冷却された排ガスは排気筒３６の方へと流れる。本実施形態では４つの導管７４を用いるが、別の実施形態ではより多数又は少数の導管７４を用いてもよいことを理解されたい。例えば、幾つかのＨＲＳＧ３４は、約５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、又は２００以上よりも多数の導管７４を含み得る。
【００４３】
図示の熱放射センサ６６は、ＨＲＳＧ３４の断面全体がセンサ６６の視野９０内に入るように、導管７４に向けて配向される。このようにして、センサ６６で各導管７４の温度を監視することによって、特定の測定箇所における実質的にあらゆる温度変化を確実に検出できる。前述のように、熱放射センサ６６は、視野９０内の導管７４の平均温度を測定するように構成された単一のサーモパイルから成る。しかし、図示の実施形態では、熱放射センサ６６は、各々のサーモパイル素子が断面９４の様々な領域に向けて配向された複数のサーモパイル素子１１４から成る。この構成では、熱放射センサ６６が各領域の温度を示す信号を出力することで、コントローラ６８が断面９４の多次元の温度プロファイル（例えば二次元又は三次元のプロファイル）を構築する。
【００４４】
本実施形態において、熱放射センサ６６は、４×４のマトリックス状のサーモパイル素子１１４を含む。この構成では、熱放射センサ６６の各列をそれぞれの導管７４に向かって配向することにより、各導管の温度プロファイルを個別に監視できるようになっている。しかし、別の熱放射センサ６６は、Ｎ×Ｎ又はＭ×Ｎのマトリックスを形成する、より多数又は少数のサーモパイル素子１１４を含み得ることを理解されたい。例えば、幾つかの熱放射センサ６６は約１〜１０００以上の行及び／又は約１〜１０００以上の列を含み得る。加えて、図示の放射センサは、矩形のアレイを成す素子１１４から成るが、幾つかの熱放射センサ６６は円形、楕円形、又は多角形のアレイを成す素子１１４を含み得ることを理解されたい。また別の熱放射センサ（例えばＣＣＤ、ＦＰＡ、パイロメーター等）で、熱放射センサ６６の素子を形成してもよいことも理解されたい。また、前述のように、センサ６６に、ＨＲＳＧ３４の様々な二次元領域に向かって配向された複数のＮ×Ｎ又はＭ×Ｎの素子アレイを含めることにより、コントローラ６８でＨＲＳＧ３４内の導管７４の三次元温度プロファイルを生成するようにしてもよいことを理解されたい。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０個以上の二次元アレイを流れの方向に沿って緊密に離間させることで、Ｌ×Ｎ×Ｎ又はＬ×Ｍ×Ｎ個の三次元センサ６６を構築できる。
【００４５】
明らかなように、熱測定システム６４の全体的な感度は、その他のファクターの中でもとりわけ、サーモパイル素子１１４の感度、熱放射センサ６６の精度、システム６４内の光学ノイズ及び／電気ノイズ、コントローラ６８内の信号コンディショナの精度、熱放射センサ光学系の品質、各サーモパイル素子の視野、及び／又は温度を計算するためにコントローラ６８が用いる技術に依存することがある。例えば、幾つかの実施形態において、熱測定システム６４は、摂氏約２、１、０．７５、０．５、又は０．２５度以下の温度変動を識別可能である。そのため、熱測定システム６４で、ＨＲＳＧ効率が大幅に低下する前にＨＲＳＧ導管７４内の熱変動を検出することにより、発電システム１０の効率を維持することができる。熱測定システム６４の感度は、少なくとも部分的には各サーモパイル素子１１４の視野に依存するので、より多数のサーモパイル素子１１４を用いることによって熱測定システムの感度を高めることができることを理解されたい。このようにして、各サーモパイル素子１１４に流体流路のより小さい領域を監視させることにより、各素子１１４の感度を高めることができる。
【００４６】
図２を参照して上述した熱測定システム６４と同様に、図示の熱測定システム６４は、コントローラ６８に通信可能に結合されたユーザーインターフェース７０を含む。図示のユーザーインターフェース７０は、センサ６６の視野９０内の各領域の温度を数的に表現して表示するように構成された数字表示１１６を含む。本実施形態において、表示１１６は、各監視領域の平均温度と断面９４の平均温度との差を出力するように構成される。別の実施形態では、各領域の絶対温度を表示するように構成された表示１１６を含めてもよいことを理解されたい。本実施形態では、温度値を摂氏温度で示す。
【００４７】
本実施形態では、監視対象の各領域と視野９０の平均温度との差を閾値と比較することによって、１つの導管７４内の過剰な温度を検出するようにコントローラ６８を構成している。図示の実施形態において、導管７４間での所望の最高温度変化に対応する閾値は、摂氏５度である。前述のように、１つの導管７４内の温度が過剰なときは、過剰な圧力がかかり、それによってＨＲＳＧ３４内の導管７４及び／又はその他の部品（例えばマニホルド、コネクタ等）の耐用寿命が短縮することがある。明らかなように、別の実施形態では、閾値を更に低くしたり高くしたりしてもよい。図示の熱放射センサ６６は、４行のサーモパイル素子１１４を含むので、各行でそれぞれの導管７４の温度を測定する。図示のように、表示１１６の左列内の各温度は、平均温度から摂氏５度未満の温度差であることがわかる。同様に、右列及び左から２つ目の列内の各温度差は、５度の許容差の範囲内である。そのため、表示１１６からわかるように、対応する導管７４は所望の許容差の範囲内の流体流を受け取っている。これに対して、右から２つ目の導管７４に対応する温度測定値は、この導管７４が周囲の導管７４よりも実質的に高温の流体流を受け取っていることを示している。具体的には、右から２つ目の導管７４に対応する各領域の温度は、平均温度よりも摂氏５度超高い。したがって、コントローラ６８は、導管７４の過剰な温度変動を検出すると、アラームを作動させ、ＨＲＳＧ３４内への流体流を減少させ且つ／又はＨＲＳＧ３４への流れを停止させる。別の実施形態では、各導管７４の温度を閾値と直接比較して、どの導管７４に過剰な圧力がかかっているかを判定してもよい。
【００４８】
加えて、監視対象の各領域の温度と視野９０の平均温度との差を閾値と比較することによって、１つの導管７４内が過剰に低温であることを検出するようにコントローラ６８を構成してもよい。例えば、導管７４の温度が視野９０の平均温度よりも摂氏５度超低くなると、コントローラ６８はオペレータにアラームを発するアラームを作動させ、ＨＲＳＧ３４への流体の流れを減少させ、且つ／又はＨＲＳＧ３４への流れを終了させる。前述のように、１つの導管７４の温度が過剰に低いことは、ＨＲＳＧ３４内の故障を示していることがある。例えば、１つ以上のフィン７６が少なくとも部分的に導管７４から離脱すると、導管７４の温度は所望値よりも低くなる。加えて、導管７４内に亀裂が生じると、導管７４から水が漏出し、それによって導管７４の温度が更に低下する。更に、導管７４に粒子状物質（例えば塵、未燃炭化水素等）が堆積すると、導管７４の温度が低下することがある。このような状態を検出することによって、コントローラ６８は、発電システム１０が重大な効率損を被る前に、是正措置を講じるようにオペレータにアラームを発し、且つ／又はＨＲＳＧ３４への流体の流れを減少／終了させる。
【００４９】
更に別の実施形態において、時間の関数として各導管７４の温度を解析することによりＨＲＳＧ３４内の故障を特定するように、コントローラ６８を構成してもよい。例えば、前述のように、導管の温度が過剰になると導管７４に過剰な圧力がかかることがある。明らかなように、このような過剰な圧力によって導管７４内に亀裂が生じることがある。亀裂によって水が導管７４から漏出すると、導管７４の温度が低下する。そこで、過剰に高温の導管７４を通知し、引き続き温度が低下する場合は導管７４内の漏れを特定するようにコントローラ６８を構成してもよい。このような構成により、各導管７４の瞬間的な温度を監視する場合よりも、正確に漏れを検出できる。加えて、各導管７４の温度を時間の関数として損傷モデル内で利用して、ＨＲＳＧ３４の信頼性を予測し、且つ／又は前後の保守作業間の継続時間を試算することができる。
【００５０】
図４は、スイッチギヤ２４の内部に向けられる熱測定システム６４の実施形態の概略図である。前述のように、スイッチギヤ２４は、発電機２２及び／又はガスタービンエンジン１２用の電気始動モータからの電気出力等の、様々な電気システムの動作を調整するように構成される。図示のように、スイッチギヤ２４は、第１の導電体１２０と第２の導電体１２２とに結合された電気筺体１１８を含む。本実施形態において、各導電体１２０、１２２は、筺体１１８内のそれぞれのコネクタ１２４に電気的に結合されている。一方、コネクタ１２４は、内部導体１２８を介して筺体１１８内の部品１２６に電気的に結合されている。明らかなように、部品１２６は、各種スイッチ、回路遮断器、及び／又は第１の導体１２０と第２の導体１２２との間の電流の流れを調整するように構成されたその他の回路を含み得る。例えば、発電システム１０内に故障が検出された場合は、部品１２６によって、オペレータが発電機２２を送電網３０から遮断できる。本実施形態では、単一の筺体１１８を図示しているが、別のスイッチギヤの構成では複数の筺体を使用してもよいことを理解されたい。例えば、幾つかのスイッチギヤ２４は、１、２、３、４、５、６、７、８個又はそれ以上の電気筺体１１８を含み得る。
【００５１】
図示のように、熱放射センサ６６は、電気筺体１１８の内部に向けて配向される。本実施形態において、視野９０は、コネクタ１２４、部品１２６、及び内部導体１２８を含む筺体１１８の内部全体を包含している。その結果、熱放射センサ６６は、筺体１１８の内部の平均温度を示す信号を出力する。図示の熱放射センサ６６は、単一の温度を出力するように構成された単一のサーモパイルから成るが、別の実施形態は、図３に関連して前述したようなサーモパイル素子の配列から成るセンサ６６を含み得ることを理解されたい。このような実施形態において、センサ６６は、電気筺体１１８の様々な領域内の温度を測定することにより、筺体内部の温度プロファイルに関する追加情報を提供する。
【００５２】
明らかなように、熱放射センサ６６は、筺体１１８の内部から発される放射熱の捕捉に適した任意の位置に取り付けられる。例えば、幾つかの実施形態では、筺体１１８の内部にセンサ６６を取り付けることによって、センサ６６に部品１２６への直線的な視野を与えるようにしてもよい。例えば、筺体１１８を密封するように構成されたドアの内表面にセンサ６６を取り付けてもよい。このような構成では、センサ６６が、コントローラ６８に連続的な温度信号を供給し、電気部品１２６が筺体１１８内に封入される。更に別の実施形態では、センサ６６を筺体１１８の外側に取り付けることによって、熱測定システム６４を筺体１１８内に生じ得る高温から保護するようにしてもよい。このような実施形態において、電気筺体１１８は、筺体１１８内の部品１２６が発する熱放射を熱放射センサ６６で受け取れるように構成された覗き窓を含み得る。前述のように、覗き窓は、熱放射センサ６６によって測定される波長（例えば赤外線放射）を実質的に透過する材料から成る。
【００５３】
本実施形態において、コントローラ６８は、電気筺体１１８内の温度が閾値を超えると、スイッチギヤ２４の部品１２６間の故障を特定するように構成される。明らかなように、電気故障（例えば短絡、漏洩経路、接地故障等）では、電気抵抗が高い物質（例えば空気）を電流が流れることに起因して、熱が生じることがある。したがって、筺体内部の温度を閾値と比較することによって、このような故障を特定するようにコントローラ６８を構成してもよい。例えば、図示のユーザーインターフェース７０は、グラフ１００を含む表示９６を含む。図示の実施形態において、曲線１０６は時間の関数として筺体内部の温度を示す。温度が上限閾値１１０を超えると、コントローラ６８はユーザーインターフェース７０内のアラーム９８を作動させ、オペレータにその状態を警告する。加えて、コントローラ６８で、スイッチギヤ２４の別の筺体１１８を通るように、且つ／又は別のスイッチギヤを通るように送電経路を変更することによって、故障のある部品１２６をバイパスすることができる。
【００５４】
前述のように、幾つかのスイッチギヤ２４は、コネクタ１２４、部品１２６、及び内部導体１２８を含む複数の電気筺体１１８を含み得る。このような構成では、筺体の温度を個別に監視するように、熱放射センサ６６を各々の筺体１１８に向けて配向する。加えて、筺体１１８間の温度差を閾値と比較して１つ又は複数の筺体１１８内の故障を特定するように、コントローラ６８を構成してもよい。例えば、スイッチギヤ２４内の各筺体にわたる平均温度を算出するように、コントローラ６８を構成できる。このとき、コントローラ６８は、各筺体１１８の温度を平均温度と比較することによって、電気故障を特定できる。例えば、１つの電気筺体１１８の温度が平均温度よりも高く第１の閾値を超える場合は、筺体１１８内に電気故障が存在する可能性がある。逆に、１つの筺体１１８の温度がこの平均温度よりも低く第２の閾値を超える場合は、電気筺体１１８が所望の性能で動作していない可能性がある。例えば、筺体の温度が低い場合は、特定の電気筺体１１８への電力を制限する、スイッチギヤ２４内の電気故障を示している可能性がある。
【００５５】
熱測定システム６４は、スイッチギヤ２４の温度を継続的に監視し、その温度に基づいて電気故障を自動的に特定するように構成されているので、発電システム１０を起動する前に携帯用の赤外線カメラでスイッチギヤをマニュアルでスキャンする必要がない。その結果、始動運転に関連する運転コストを大幅に削減できる。加えて、電気故障を発電システム１０の始動動作中だけではなく、運転中にも検出できる。以上、熱測定システム６４をスイッチギヤ２４に関連して記載したが、熱測定システム６４を利用して、その他の電気筺体の中でもとりわけ、ヒューズ盤、回路遮断器ハウジング、配電センター、及び産業用制御センター等のその他の電気筺体内の故障を検出できることを理解されたい。
【００５６】
図５は、相分離母線２６の導管内で、２つの導電体間の接点に向けて配向された熱測定システム６４の実施形態の概略図である。前述のように、相分離母線２６は、発電機２２が出力した三相電力の各々の層を、ＧＳＵ２８に個別に伝送するように構成された３つの電気導管１２９を含む。相分離母線２６の各々の電気導管１２９は、筺体１３２内に設置された導電体アセンブリ１３０を含む。導電体アセンブリ１３０は、筺体１３２内の導電体アセンブリ１３０を支持する役割も果たす一連の絶縁体１３４によって筺体１３２から電気的に絶縁されている。導電体アセンブリ１３０は、図示のボルト１３６等のファスナによって互いに結合された一連の導体１３５を含む。この構成では、導体アセンブリ１３０の電気的な接地、及び／又は導管１２９どうしの誘導障害の可能性が大幅に低減するか又は排除される。
【００５７】
本実施形態では、円形の断面を有する筺体１３２を採用しているが、別の実施形態では、別の断面形状（例えば多角形、楕円形等）を有する筺体を含み得ることを理解されたい。加えて、本実施形態は、導管１２９に沿った各々の軸方向位置に４つの絶縁体を採用しているが、別の実施形態では、更に多数又は少数の絶縁体を含み得る。例えば、幾つかの実施形態において、各軸方向位置に１、２、３、４、５、６、７、８個、又はそれ以上の絶縁体１３４を使用してもよいことを理解されたい。更に、本実施形態では、矩形断面を有する導体１３５を採用しているが、別の実施形態は、その他の断面形状の他に円形断面、中空矩形断面、又は中空円形断面を有する導体を含み得ることを理解されたい。
【００５８】
図示のように、熱測定システム６６は、導体１３５間の接点１３８に向けて配向されている。本実施形態では、視野９０が２つの導電体１３５間の重複領域全体を包含している。したがって、熱放射センサ６６は、接点１３８の平均温度を示す信号を出力する。図示の熱放射センサ６６は、単一の温度を出力するように構成された単一のサーモパイルから成るが、別の実施形態では、図３に関連して前述したようなサーモパイル素子の配列から成るセンサ６６を含み得ることを理解されたい。このような実施形態において、センサ６６は、接点１３８の様々な領域内の温度を測定することによって、導体１３５間の接点の温度プロファイルに関する追加情報を提供する。
【００５９】
明らかなように、熱放射センサ６６は、導電体１３５間の接点１３８から発せられる放射の捕捉に適した任意の位置に取り付けられる。例えば、幾つかの実施形態では、筺体１３２の内部にセンサ６６を取り付けることによって、センサ６６に接点１３８への直線的な視野を与えるようにしてもよい。例えば、導体１３５間の境界と位置合わせされた面に直交する筺体１３２の内表面上にセンサ６６を取り付けてもよい。別の実施形態では、センサ６６を筺体１３２の外側に取り付けることによって、導管１２９内に生じ得る高温から熱測定システム６４を保護するようにしてもよい。このような実施形態において、筺体１３２は、接点１３８が発する熱放射を熱放射センサ６６が受け取れるように構成された覗き窓を含み得る。前述のように、覗き窓は、熱放射センサ６６によって測定される波長（例えば赤外線放射）を実質的に透過する材料から成るものでよい。
【００６０】
本実施形態において、コントローラ６８は、接点１３８の温度が閾値を超えると、接点１３８における導体１３５の分離を検出するように構成される。明らかなように、導電体１３５が時間の経過に伴って少なくとも部分的に互いに分離することによって、接点１３８で熱が生じ、発電機２２とＧＳＵ２８との間の電力の伝送効率が低下することがある。したがって、接点１３８の温度を閾値と比較することによって、このような導体の分離を特定するようにコントローラ６８を構成してもよい。例えば、図示のユーザーインターフェース７０は、グラフ１００を含む表示９６を含む。図示の実施形態において、曲線１０６は、時間の関数として接点１３８の温度を示す。温度が上限閾値１１０を超えると、コントローラ６８は、ユーザーインターフェース７０内のアラーム９８を作動させ、オペレータにその状態を警告する。加えて、コントローラ６８で、相分離母線２６の別の導管１２９を通るように、且つ／又は別の相分離母線を通るように送電経路を変更することによって、導体１３５どうしが分離した接点１３８をバイパスするようにしてもよい。
【００６１】
前述のように、相分離母線２６は、発電機２２によってＧＳＵ２８に出力された三相電力の各相を個別に伝送するように構成された３つの電気導管１２９を含む。幾つかの実施形態においては、導管の温度を個別に監視するように、熱放射センサ６６を各導管１２９の１つ以上の接点１３８に向けて配向する。このような実施形態では、導管１２９どうしの温度差を閾値と比較して、１つの導管１２９内の故障を特定するようにコントローラ６８を構成してもよい。例えば、相分離母線２６内の各導管１２９にまたがる平均温度を算出するようにコントローラ６８を構成してもよい。そこで、コントローラ６８は、各導管１２９の温度を平均温度と比較して電気故障を特定し得る。例えば、１つの電気導管１２９の温度が平均温度よりも高く第１の閾値を超える場合は、導管１２９内に電気故障が存在する可能性がある。逆に、１つの導管１２９の温度が平均温度よりも低く第２の閾値を超える場合は、電気導管１２９は所望の性能で動作していない可能性がある。例えば、導管の温度が低い場合は、電力を相分離母線２６の特定の位相に制限する、発電システム１０内の電気故障を示している可能性がある。
【００６２】
熱測定システム６４は、接点１３８の温度を継続的に監視し、その温度に基づいて導体の分離を自動的に特定するように構成されているので、相分離母線２６全体について、導電効率の低下を迅速に測定できる。その結果、分離が検出されると直ちに送電経路を変更することによって、確実に発電システム１０を効率的に運転できる。以上、熱測定システム６４を相分離母線２６に関連して記載したが、熱測定システム６４を使用して、例えばスイッチギヤ内で使用される母線バー、配電盤、又は変電施設等の、その他の導電体どうしの分離を検出できることを理解されたい。加えて、熱測定システム６４を使用して、変圧器接点、母線ダクト接点、発電機接点、及び／又はスイッチギヤ接点等を監視できる。
【００６３】
本明細書では、最適な態様も含め、例を用いて本発明を開示しており、これによって当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びに付随するあらゆる方法の実行を含め、本発明を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に明示されると共に、当業者に想到可能なその他の例も含む。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は請求項の文言と実質的な差異を有さない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００６４】
１０  発電システム
１２  ガスタービンエンジン
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  シャフト
２０  圧縮機
２２  発電機
２４  スイッチギヤ
２６  相分離母線
２８  発電機昇圧変圧器
３０  送電網
３２  排ガス
３４  排熱回収ボイラ
３６  排気筒
３８  冷却された排ガスの流れ方向
４０  高圧蒸気
４２  蒸気タービン
４４  発電機
４６  スイッチギヤ
４８  相分離母線
５０  発電機昇圧変圧器
５２  低圧蒸気
５４  復水器
５６  冷却水
５８  水
６０  温水
６２  冷却塔
６４  熱測定システム
６６  放射センサ
６８  コントローラ
７０  ユーザーインターフェース
７２  下流方向
７４  導管
７６  フィン
７８  第１のマニホルド
８０  第２のマニホルド
８２  覗き窓
８４  フィルタ
８６  レンズ
８８  鏡
９０  視野
９２  視野角
９４  ＨＲＳＧ断面
９６  表示
９８  アラーム
１００  グラフ
１０２  Ｘ軸
１０４  Ｙ軸
１０６  曲線
１０８  平均温度
１１０  上限閾値
１１２  下限閾値
１１４  サーモパイル素子
１１６  数字表示
１１８  電気筺体
１２０  第１の導電体
１２２  第２の導電体
１２４  電気コネクタ
１２６  電気部品
１２８  内部導電体
１２９  電気導管
１３０  導電体アセンブリ
１３２  電気筺体
１３４  電気絶縁体
１３５  導電体
１３６  ボルト
１３８  接点
【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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