(57)【要約】 ガスタービンエンジンの始動方法は、インバータモータ（ＩＭ）を用いてエンジン回転数を部分回転数に保持して圧縮ガス（Ｇ１）により熱交換器（６）を暖機する１次暖機工程と、インバータモータ（ＩＭ）を用いて前記部分回転数に保持した状態で主燃焼器（２）を作動させて排ガス（Ｇ３）の温度を徐々に上昇させていくことで熱交換器（６）を暖機する２次暖機工程と、主燃焼器（２）の焚き量を増加させるとともに、インバータモータ（ＩＭ）を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させる増速工程とを備えている。
2013094432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、始動装置と、前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器とを有するガスタービンエンジンの始動方法であって、  前記始動装置を用いてエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスにより前記熱交換器を暖機する１次暖機工程と、  前記始動装置を用いて前記部分回転数に保持した状態で前記燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に増やしていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機工程と、  前記燃焼器の焚き量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させる増速工程と、  を備えているガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記始動装置は、前記タービンにより駆動される発電機を兼ねる回転機からなるガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記回転機にインバータおよびコンバータからなる電力変換装置が連結され、前記始動装置はインバータモータを含み、  前記電力変換装置が前記回転機を始動装置として駆動させ、  前記１次および２次暖機工程では、前記インバータモータにより前記部分回転数に保持し、  前記増速工程では、前記インバータモータによりエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させているガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記ガスタービンエンジンは、希薄燃料吸入ガスタービンエンジンであるガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記２次暖機工程では、前記燃焼器での焚き量を増やすことにより前記排ガスの温度を徐々に上昇させることが好ましい。この構成によれば、簡単な構成で、２段階の暖機を行うガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記ガスタービンエンジンは、さらに、始動時に前記排ガスを昇温させる副燃焼器を設け、  前記２次暖機工程では、前記副燃焼器の焚き量を増やすことで前記排ガスの温度を徐々に上昇させるガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項７】
請求項６に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記副燃焼器により、前記圧縮ガスから一部抽出された抽出ガスに燃料を混合して火炎燃焼させた加温用ガスを生成し、この加温用ガスを前記排ガスに混入して加温するとともに、前記２次暖機工程では、前記副燃焼器の焚き量の調整を、前記燃料の流量と前記抽気ガスの流量の制御を組み合わせることで行うガスタービンエンジンの始動方法。
【請求項８】
吸気を圧縮する圧縮機と、  前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、  前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、  始動装置と、  前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器と、  始動時に前記排ガスを昇温させる副燃焼器と、  コントローラと、  を備え、  前記コントローラは、前記始動装置によってエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスによる１次暖機を行い、前記始動装置によって前記部分回転数に保持した状態で前記副燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に増やしていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機を行い、さらに、前記燃焼器の焚き量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させるよう制御するガスタービンエンジン。
【請求項９】
請求項８に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記始動装置は、前記タービンにより駆動される発電機を兼ねる回転機からなり、  前記回転機にインバータおよびコンバータからなる電力変換装置が連結され、  前記始動装置はインバータモータを含み、  前記電力変換装置が前記回転機を始動装置として駆動させ、  前記インバータモータが、前記熱交換器の暖機中にエンジン回転数を部分回転数に保持し、２次暖機完了後にエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させるガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】  この出願は、２０１１年１２月２２日出願の特願２０１１−２８０９４７の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
【技術分野】
【０００２】  本発明は、タービンの排ガスと圧縮機で圧縮された圧縮ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を備えたガスタービンエンジンとその始動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】  近年、ガスタービンエンジンの高効率化のため、熱交換器を有した再生サイクルが採用される機会が増えている。ガスタービンエンジンの熱交換器は、高温高圧に耐えられ、高効率で且つ省スペースなものが求められ、例えば、プレートフィンタイプ、チューブタイプ等の熱交換器が用いられている（例えば、特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０３９３６６号公報
【特許文献２】特許第５０４８３８９号公報
【０００５】  一般に、ガスタービンの始動は短時間で行われ、始動時にガスタービンの排ガス温度の急激な上昇により、比較的大きな構造体である熱交換器は大きな熱衝撃を受ける。具体的には、ガスタービンエンジンの始動時に、圧縮空気を用いたスタータでガスタービンエンジンを回転させると同時に燃料を投入して着火する。燃焼器の着火直後に、熱交換器入口のガス温度がピークとなり、熱交換器の内部で熱応力が最大となる。このように始動時に熱応力のピークを迎えるため、始動回数を重ねると熱交換器の耐久性が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、始動時に発生する熱交換器の過大な熱応力を抑制できるガスタービンエンジンとその始動方法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】
【０００７】  上記目的を達成するために、本発明にかかるガスタービンエンジンの始動方法は、吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、始動装置と、前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器とを有するガスタービンエンジンの始動方法であって、前記始動装置を用いてエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスにより前記熱交換器を暖機する１次暖機工程と、前記始動装置を用いて前記部分回転数に保持した状態で前記燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に増やしていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機工程と、前記燃焼器の焚き量、つまり前記燃焼器への燃料供給量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させる増速工程とを備える。【０００８】  この構成によれば、熱交換器の暖機を、圧縮ガスによる１次暖機および排ガスによる２次暖機と２段階で行い、熱交換器の入口における圧縮ガスの温度を徐々に上昇させているので、始動時に発生する熱交換器への過大な熱応力を大幅に抑制できる。【０００９】  本発明において、前記始動装置は、前記タービンにより駆動される発電機を兼ねる回転機からなることが好ましい。この構成によれば、インバータモータを始動装置として利用することで、別途必要であった従来のスタータが不要となり、構造が簡単になる。【００１０】  本発明において、好ましくは、前記回転機にインバータおよびコンバータからなる電力変換装置が連結され、前記始動装置はインバータモータを含み、前記電力変換装置が前記回転機を始動装置として駆動させ、前記１次および２次暖機工程では、前記インバータモータにより前記部分回転数に保持し、前記増速工程では、前記インバータモータによりエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させる。この構成によれば、電力変換装置を設けているから、熱交換器の入口の圧縮ガス温度を徐々に上げながらも、回転数を一定に保つことができる。これにより、暖機完了まで回転数を一定に保持できる。また、従来は、回転数制御を燃料の流量を調整することで行っていたが、電力変換装置を用いてインバータモータで回転数制御を行い、燃料の供給は回転機の駆動のみに特化することができるから、設計の自由度が向上する。【００１１】  本発明において、前記ガスタービンエンジンは、希薄燃料吸入ガスタービンエンジンであってもよい。希薄燃料吸入ガスタービンエンジンは頻繁に起動しないので、始動時間が長くてもシステム全体に与える影響は小さい。希薄燃料は、例えば、炭鉱で発生するＶＡＭ（Ventilation Air Methane；炭鉱通気メタン）、ＣＭＭ(Coal Mine Methane；炭鉱メタン)のような可燃成分が少ない燃料であって、圧縮機での圧縮によっては着火しない燃料である。【００１２】  本発明において、前記２次暖機工程では、前記燃焼器への燃料供給量を増やすことにより前記排ガスの温度を徐々に上昇させることが好ましい。この構成によれば、簡単な構成で、２段階の暖機を行うことができる。【００１３】  本発明において、前記ガスタービンエンジンは、さらに、始動時に前記排ガスを昇温���せる副燃焼器を設け、前記２次暖機工程では、前記副燃焼器の焚き量を増やすことで前記排ガスの温度を徐々に上昇させてもよい。この構成によれば、副燃焼器の焚き量を調整しているので、主燃焼器の定格状態での燃焼特性の変化を考慮する必要がないから、副燃焼器の着火時および焚き量が少ない状態での焚き量の調整が可能となる。【００１４】  副燃焼器を設ける場合、好ましくは、この副燃焼器により、前記圧縮ガスから一部抽出された抽出ガスに燃料を混合して火炎燃焼させた加温用ガスを生成し、この加温用ガスを前記排ガスに混入して加温するとともに、前記２次暖機工程では、前記副燃焼器の焚き量の調整を、前記燃料の流量と前記抽気ガスの流量の制御を組み合わせることで行う。この構成によれば、副燃焼器での一層細かな焚き量の調整を行うことができる。【００１５】  本発明にかかるガスタービンエンジンは、吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、始動装置と、前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器と、始動時に前記排ガスを昇温させる副燃焼器と、コントローラとを備え、前記コントローラは、前記始動装置によってエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスによる１次暖機を行い、前記始動装置によって前記部分回転数に保持した状態で前記副燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に増やしていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機を行い、さらに、前記燃焼器の焚き量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させるよう制御する。【００１６】  この構成によれば、熱交換器の暖機を、圧縮ガスによる１次暖機および排ガスによる２次暖機と２段階で行い、熱交換器の入口における圧縮ガスの温度を徐々に上昇させているので、始動時に発生する熱交換器への過大な熱応力を大幅に抑制できる。また、副燃焼器の焚き量を調整しているので、主燃焼器の定格状態での燃焼特性の変化を考慮する必要がないから、副燃焼器の着火時および焚き量が少ない状態での焚き量の調整が可能となる。【００１７】  本発明において、前記始動装置は、前記タービンにより駆動される発電機を兼ねる回転機からなり、前記回転機にインバータおよびコンバータからなる電力変換装置が連結され、前記始動装置はインバータモータを含み、前記電力変換装置が前記回転機を始動装置として駆動させ、前記インバータモータが、前記熱交換器の暖機中にエンジン回転数を部分回転数に保持し、暖機完了後にエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させることが好ましい。【００１８】  この構成によれば、電力変換装置を設けているから、熱交換器の入口の圧縮ガス温度を徐々に上げながらも、回転数を一定に保つことができる。これにより、暖機完了まで回転数を一定に保持できるうえに、電力変換装置を用いてインバータモータで回転数制御を行い、燃料の供給は回転機の駆動のみに特化することができるから、設計の自由度が向上する。さらに、インバータモータを始動装置として利用することで、別途必要であった従来のスタータが不要となり、構造が簡単になる。【００１９】  請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】  この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換器を備えたガスタービンエンジンを示す概略図である。
【図２】同ガスタービンエンジンの始動時の燃料弁開度、熱交換器入口温度および回転数の変化を示す特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るガスタービンエンジンを示す概略構成図である。
【図４】同ガスタービンエンジンの始動時の燃料弁開度、熱交換器入口温度および回転数の変化を示す特性図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るガスタービンエンジンを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかるガスタービンエンジンを示す概略構成図である。このガスタービンエンジンＧＴは、圧縮機１と、白金やパラジウムなどの触媒を含む触媒燃焼器からなる主燃焼器２と、タービン３とを有している。このガスタービンエンジンＧＴの出力により、発電機と始動装置を兼ねる回転機４が駆動される。回転機４には、インバータおよびコンバータからなる電力変換装置１１が連結されており、始動装置はインバータモータＩＭを含む。
【００２２】  空気のような吸気が、圧縮機１で圧縮され、その高圧の圧縮ガスＧ１が主燃焼器２に送られる。この圧縮ガスＧ１が主燃焼器２の白金やパラジウムなどの触媒による触媒反応によって燃焼され、これにより発生する高温・高圧の燃焼ガスＧ２がタービン３に供給されて、タービン３を駆動する。タービン３は圧縮機１に回転軸５を介して連結され、このタービン３により圧縮機１が駆動される。このようにして、ガスタービンエンジンＧＴおよび回転機４を含む発電装置５０が構築されている。
【００２３】  ガスタービンエンジンＧＴは、さらに、タービン３からの排ガスＧ３によって圧縮機１から主燃焼器２に導入される圧縮ガスＧ１を加熱する熱交換器６と、始動時に排ガスＧ３を昇温させることにより主燃焼器２に流入する圧縮ガスＧ１の温度を高めて触媒を活性化させる加温用バーナからなる副燃焼器７とを備えている。この副燃焼器７は、圧縮機１によって圧縮された圧縮ガスＧ１から一部抽出された抽出ガスＧ２０に燃料を混合して火炎燃焼させた加温用ガスＧ４を、タービン３から熱交換器６に供給される排ガスＧ３に混入し、加温する。副燃焼器７には、この副燃焼器７への抽出ガスＧ２０の供給量を制御する抽気弁８が接続されている。熱交換器６から流出した排ガスＧ３は、図示しないサイレンサを通って消音されたのち、外部に放出される。前記抽気弁８による副燃焼器７への抽出ガスＧ２０の供給量の制御は、コントローラ２０からの出力信号により行なわれる。
【００２４】  副燃焼器７への燃料供給は、第２燃料制御弁１０により流量を調整しながらなされる。主燃焼器２への燃料の供給は、第１燃料制御弁９によりその流量を調整しながらなされる。これら第１および第２燃料流量制御弁９，１０による燃料の流量調整も、コントローラ２０によって行なわれる。
【００２５】  圧縮機１とタービン３とを連結する回転軸５は単一軸からなり、この回転軸５と回転機４とが連結されている。タービン３の回転により駆動される回転機４により得られる電力は、コントローラ２０に入力される。
【００２６】  上記構成のガスタービンエンジンＧＴの動作について説明する。各機器の制御はすべてコントローラ２０により行われる。始動時は、着火しないで、コントローラ２０からの指令により、電力変換装置１１が回転機４を始動装置として駆動させ（始動モード・スタート）、インバータモータＩＭにより、図２に示すように、一定の部分回転数に保持する（１次暖機）。保持される回転数は、例えば、軸振動・翼振動の共振点から外れた回転数である。なお、図２において、実線は本実施形態のガスタービンエンジンの特性を示し、破線は従来のガスタービンエンジンの特性を示している。
【００２７】  この１次暖機では、図１の圧縮機１にて圧縮／昇温された圧縮ガスＧ１によって、図２に示すように、熱交ガス入口温度を大きく変化させずに、図１の熱交換器６を暖機する。熱交ガス入口温度は、タービン３と熱交換器６とを接続する排気ダクト内を流れる排ガスＧ３の温度である。
【００２８】  つづいて、電力変換装置１１により、前記一定の部分回転数を保持しながら、抽気弁８および第２燃料制御弁１０を開いて副燃焼器７を着火する。図２に示すように、第２燃料制御弁１０の開度を徐々に上げて、焚き量をゆるやかに増やしていくことで、熱交ガス入口温度を大きく変化させずに、図１の熱交換器６を暖機する（２次暖機）。本実施形態では、１次暖機および２次暖機の時間は、タイマーのような時限装置で設定しているが、例えば、熱交換器６の出入口に温度計を設けて、これらの温度計の計測値に基づいて、１次暖機および２次暖機の時間を調整することもできる。
【００２９】  熱交換器６の暖機完了後、抽気弁８および第２燃料制御弁１０を閉じて副燃焼器７を消火しながら、第１燃料制御弁９を開いて主燃焼器２を着火し、図２に示すように、第１燃料制御弁９を徐々に開いて主燃焼器２（図１）での焚き量を増加させるとともに、エンジン回転数を増加させ、熱交ガス入口温度を大きく変化させずに、定格回転数まで昇速させる（増速工程）。２次暖機の完了時点でアイドル運転が終了し、その後、定格回転数に達した時点で始動モードから負荷モード、すなわち発電モードに移行する。つまり、始動モードでは、ガスタービンエンジンＧＴは商用電力により駆動している。
【００３０】  上述の説明では、２次暖機における副燃焼器７の焚き量、つまり副燃焼器への燃料供給量の調整を第２燃料制御弁１０によって行うようにしているが、抽気弁８による空気流量の制御を組み合わせることもできる。これにより、一層細かな調整を行うことができる。また、ガスタービンエンジンを停止後すぐに再起動する場合のように、熱交換器が暖まった状態でガスタービンエンジンを起動する場合、始動モードは１次暖機を省略して、２次暖機から始めてもよい。これにより、起動時間を短縮させることができる。
【００３１】  上記構成において、図２に破線で示すように、従来のガスタービンエンジンでは、始動時の定回転数にて燃料弁を開いて燃焼器を着火し、短時間で定格回転数に到達させていた。このため、熱交ガス入口温度が始動開始直後にピークＰに達し、熱交換器への熱衝撃が過大となる。これに対し、本実施形態では、図１の熱交換器６を圧縮ガスＧ１による１次暖機および副燃焼器７の排ガスＧ３による２次暖機と２段階で行い、図２の熱交ガス入口温度を徐々に上昇させているので、始動時に発生する熱交換器６への過大な熱応力を大幅に抑制できる。
【００３２】  また、図１に示す電力変換装置１１を設けているから、図２に示すように、熱交ガス入口温度を徐々に上げながらも、回転数を一定に保つことができる。これにより、暖機完了まで回転数を一定に保持できる。
【００３３】  ２次暖機において、第２燃料制御弁１０を制御している、つまり、図１の副燃焼器７の焚き量を調整しているので、主燃焼器２の定格状態での燃焼特性の変化を考慮する必要がないから、副燃焼器７の着火時および焚き量が少ない状態での焚き量の調整が可能となる。
【００３４】  さらに、従来は、回転数制御を燃料の流量を調整することで行っていたが、本実施形態では、電力変換装置１１を用いてインバータモータＩＭで回転数制御を行い、燃料の供給は発電のみに特化することができるから、設計の自由度が向上する。また、インバータモータＩＭを始動装置として利用することで、別途必要であった従来のスタータが不要となり、構造が簡単になる。
【００３５】  図３は、本発明の第２実施形態にかかるガスタービンエンジンを示す概略構成図である。第２実施形態は、図１の第１実施形態と比べて、副燃焼器７と、これに空気および燃料をそれぞれ供給する抽気弁８および第２燃料制御弁１０とが割愛されている点で相違し、それ以外の構成は、図１の第１実施形態と同様である。
【００３６】  図４は、第２実施形態に係るガスタービンエンジンＧＴの特性を示す。図３および４に示すように、第２実施形態では、１次暖機完了後、電力変換装置１１により回転数一定制御を行いながら、第１燃料制御弁９を開いて主燃焼器２を着火し、徐々に第１燃料制御弁９の開度を上げて主燃焼器２の焚き量をゆるやかに増加させることで、熱交ガス入口温度を大きく変化させることなく、熱交換器６の暖機を完了させる（２次暖機）。
【００３７】  ２次暖機の完了後、第１燃料制御弁９の開度をさらに上げて、主燃焼器２での焚き量およびエンジン回転数を増加させ、熱交ガス入口温度を大きく変化させずに、定格回転数まで昇速させる。定格回転数に到達後、負荷モードに移行する。
【００３８】  第２実施形態においても、図３の熱交換器６を、圧縮ガスＧ１による１次暖機および主燃焼器２の排ガスＧ３による２次暖機と２段階で行い、図４の熱交ガス入口温度を徐々に上昇させているので、始動時に発生する熱交換器６への過大な熱応力を大幅に抑制して、熱交換器内部に割れが発生するのを防ぐことができる。
【００３９】  図５は、本発明の第３実施形態にかかるガスタービンエンジンを示す概略構成図である。第３実施形態は、図１の第１実施形態と比べて、副燃焼器７として、タービン３と熱交換器６とを接続する排気ダクトに設けられたダクトバーナー５２が用いられている点で相違し、それ以外の構成および始動時の動作は、図１および２の第１実施形態と同様である。したがって、第３実施形態においても、図１の第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４０】  上記各実施形態では、主燃焼器２として触媒燃焼器を用いているが、主燃焼器２はこれに限定されない。また、本発明は、炭鉱で発生するＣＭＭ(Coal Mine Methane；炭鉱メタン)などの低カロリーガスを、空気や炭鉱から排出されるＶＡＭ（Ventilation Air Methane；炭鉱通気メタン）等と混合するなどして、圧縮機での圧縮によって着火しないように可燃限界濃度以下の作動ガスとして、エンジンに吸入し、含まれているメタンのような可燃成分を燃料として利用する、希薄燃料吸入ガスタービンエンジンにも適用することができる。本発明は、比較的始動時間が長いので、特に、希薄燃料吸入ガスタービンエンジンのような頻繁に起動しないシステムに有効である。
【００４１】  以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】１  圧縮機２  主燃焼器（燃焼器）３  タービン４  回転機（始動装置）６  熱交換器７  副燃焼器１１  電力変換装置２０  コントローラ５２  ダクトバーナー（副燃焼器）ＧＴ  ガスタービンエンジンＧ１  圧縮ガスＧ２  燃焼ガスＧ３  排ガスＧ２０  抽出ガスＩＭ  始動装置（インバータモータ）
【図１】
2013094432.tif 000003
【図２】
2013094432.tif 000004
【図３】
2013094432.tif 000005
【図４】
2013094432.tif 000006
【図５】
2013094432.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月17日(2014.6.17)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、始動装置と、前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器とを有するガスタービンエンジンの始動方法であって、
前記始動装置を用いてエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスにより前記熱交換器を暖機する１次暖機工程と、
前記始動装置を用いて前記部分回転数に保持した状態で前記燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に上昇させていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機工程と、
前記燃焼器の焚き量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させる増速工程と、
を備えているガスタービンエンジンの始動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記２次暖機工程では、前記燃焼器での焚き量を増やすことにより前記排ガスの温度を徐々に上昇させるガスタービンエンジンの始動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
請求項６に記載のガスタービンエンジンの始動方法において、前記副燃焼器により、前記圧縮ガスから一部抽出された抽出ガスに燃料を混合して火炎燃焼させた加温用ガスを生成し、この加温用ガスを前記排ガスに混入して加温するとともに、前記２次暖機工程では、前記副燃焼器の焚き量の調整を、前記燃料の流量と前記抽出ガスの流量の制御を組み合わせることで行うガスタービンエンジンの始動方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
吸気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
始動装置と、
前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器と、
始動時に前記排ガスを昇温させる副燃焼器と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記始動装置によってエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスによる１次暖機を行い、前記始動装置によって前記部分回転数に保持した状態で前記副燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に上昇させていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機を行い、さらに、前記燃焼器の焚き量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させるよう制御するガスタービンエンジン。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明にかかるガスタービンエンジンの始動方法は、吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、始動装置と、前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器とを有するガスタービンエンジンの始動方法であって、前記始動装置を用いてエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスにより前記熱交換器を暖機する１次暖機工程と、前記始動装置を用いて前記部分回転数に保持した状態で前記燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に上昇させていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機工程と、前記燃焼器の焚き量、つまり前記燃焼器への燃料供給量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させる増速工程とを備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
副燃焼器を設ける場合、好ましくは、この副燃焼器により、前記圧縮ガスから一部抽出された抽出ガスに燃料を混合して火炎燃焼させた加温用ガスを生成し、この加温用ガスを前記排ガスに混入して加温するとともに、前記２次暖機工程では、前記副燃焼器の焚き量の調整を、前記燃料の流量と前記抽出ガスの流量の制御を組み合わせることで行う。この構成によれば、副燃焼器での一層細かな焚き量の調整を行うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明にかかるガスタービンエンジンは、吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動されるタービンと、始動装置と、前記タービンからの排ガスによって前記圧縮ガスを加熱する熱交換器と、始動時に前記排ガスを昇温させる副燃焼器と、コントローラとを備え、前記コントローラは、前記始動装置によってエンジン回転数を部分回転数に保持して前記圧縮ガスによる１次暖機を行い、前記始動装置によって前記部分回転数に保持した状態で前記副燃焼器を作動させて前記排ガスの温度を徐々に上昇させていくことで前記熱交換器を暖機する２次暖機を行い、さらに、前記燃焼器の焚き量を増加させるとともに、前記始動装置を用いてエンジン回転数を増加させて定格回転数まで昇速させるよう制御する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
空気のような吸気が、圧縮機１で圧縮され、その高圧の圧縮ガスＧ１が主燃焼器２に送られ、燃料が混入される。この圧縮ガスＧ１が主燃焼器２の白金やパラジウムなどの触媒による触媒反応によって燃焼され、これにより発生する高温・高圧の燃焼ガスＧ２がタービン３に供給されて、タービン３を駆動する。タービン３は圧縮機１に回転軸５を介して連結され、このタービン３により圧縮機１が駆動される。このようにして、ガスタービンエンジンＧＴおよび回転機４を含む発電装置５０が構築されている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
上記構成において、図２に破線で示すように、従来のガスタービンエンジンでは、始動時の低回転数にて燃料弁を開いて燃焼器を着火し、短時間で定格回転数に到達させていた。このため、熱交ガス入口温度が始動開始直後にピークＰに達し、熱交換器への熱衝撃が過大となる。これに対し、本実施形態では、図１の熱交換器６を圧縮ガスＧ１による１次暖機および副燃焼器７の排ガスＧ３による２次暖機と２段階で行い、図２の熱交ガス入口温度を徐々に上昇させているので、始動時に発生する熱交換器６の過大な熱応力を大幅に抑制できる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
第２実施形態においても、図３の熱交換器６を、圧縮ガスＧ１による１次暖機および主燃焼器２の排ガスＧ３による２次暖機と２段階で行い、図４の熱交ガス入口温度を徐々に上昇させているので、始動時に発生する熱交換器６の過大な熱応力を大幅に抑制して、熱交換器内部に割れが発生するのを防ぐことができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【国際調査報告】
2013094432.tif 000008
2013094432.tif 000009