(57)【要約】【課題】発電出力３００ｋＷ以下のマイクロガスタービンを備えたマイクロガスタービンシステムにおいて、低コストかつ確実性の高い自己診断機能を提供すること。【解決手段】マイクロガスタービンシステム１は、少なくともマイクロガスタービン１０の出力と、回転数と、タービン排ガスの温度であるタービン出口温度を計測する計測手段１９３と、マイクロガスタービン１０の定格出力及び定格出力を発生する定格運転条件を記憶する記憶手段１９２と、マイクロガスタービン１０が正常な範囲の運転状態を持続し得る予想運転可能時間を推定する推定手段１９１とを有してなる。推定手段１９１は、所定の条件が満たされたとき、基準運転条件のもとにおける計測出力の換算値である補正出力を算出するように構成してある。さらに、推定手段１９１は、補正出力と定格出力とを比較することにより予想運転可能時間を推定するように構成してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサと回転タービンとを共通の回転軸の両端に配置してなる発電出力３００ｋＷ以下のマイクロガスタービンを含むマイクロガスタービンシステムにおいて、
少なくとも上記マイクロガスタービンの出力、回転数及び上記回転タービンから排出されるタービン排ガスの温度であるタービン出口温度を計測する計測手段と、
上記マイクロガスタービンの基準出力を記憶すると共に、該基準出力を発生する際の上記マイクロガスタービンの基準回転数及び基準タービン出口温度を含む基準運転条件を記憶する記憶手段と、
上記マイクロガスタービンが正常な範囲の運転状態を持続可能と予想される最長の累積運転時間である予想運転可能時間を推定する推定手段とを有してなり、
該推定手段は、上記マイクロガスタービンの運転中に、該マイクロガスタービンの計測出力が上記基準出力に略一致しているか、又は、上記マイクロガスタービンの計測回転数と計測タービン出口温度とがそれぞれ上記基準回転数あるいは上記基準タービン出口温度に略一致しているかの少なくともいずれかの条件が満たされたとき、上記基準運転条件のもとにおける上記計測出力の換算値である補正出力を算出するように構成してあり、
かつ、上記推定手段は、上記補正出力と上記基準出力とを直接的又は間接的に比較することにより上記予想運転可能時間を算出するように構成してあることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【請求項２】
請求項１において、上記推定手段は、時系列的に得られる上記補正出力を、上記マイクロガスタービンの累積運転時間と関連づけて記憶すると共に、上記補正出力と上記累積運転時間との相関関係を表す近似式を算出するように構成してあり、
かつ、上記近似式を用いて上記予想運転可能時間を推定するように構成してあることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記基準出力は、上記マイクロガスタービンの定格出力であり、かつ、上記基準運転条件は、上記マイクロガスタービンの定格運転条件であって、上記基準回転数及び上記基準タービン出口温度は、それぞれ上記マイクロガスタービンの定格回転数及び定格タービン出口温度であることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記計測手段は、上記コンプレッサの吸気温度を計測するように構成してあり、
上記記憶手段は、上記基準運転条件として上記コンプレッサの基準吸気温度及び上記回転タービンへの供給ガスの温度である基準タービン入口温度を記憶するように構成してあり、
上記推定手段は、上記回転タービンのタービン入口温度及び上記コンプレッサの吐出温度である出口部温度を推定するように構成してあり、かつ、上記コンプレッサの計測吸気温度、上記計測回転数、上記回転タービンの推定タービン入口温度、上記コンプレッサの推定出口部温度及び上記計測タービン出口温度を用いて上記計測出力を補正し、上記補正出力を算出するように構成してあることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【請求項５】
請求項４において、上記基準出力は、上記マイクロガスタービンの定格出力であり、かつ、上記基準運転条件は、上記マイクロガスタービンの定格運転条件であって、上記基準回転数、上記基準タービン出口温度、上記基準吸気温度及び上記基準タービン入口温度は、それぞれ上記マイクロガスタービンの定格回転数、定格タービン出口温度、定格吸気温度及び定格タービン入口温度であることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記推定手段は、上記予想運転可能時間と共に、該予想運転可能時間の信頼性の度合いを表す信頼度を算出するように構成してあることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記タービン排ガスが有する熱量を回収するように構成した排熱利用機器を組み合わせてコージェネレーション化してなることを特徴とするマイクロガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロガスタービンの自己診断機能を備えたマイクロガスタービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロガスタービンシステムとしては、例えば、マイクロガスタービンと、吸収式冷温水器やデシカント空調機等の排熱利用機器とを組み合わせてコージェネレーション化したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
上記のようなマイクロガスタービンシステムは、マイクロガスタービンを運転して発電等を行うと共に、排出されるタービン排ガスが有する排熱を積極的に回収するよう構成してある。排熱を回収するよう構成したマイクロガスタービンシステムは、システム全体におけるエネルギー利用効率が非常に高く、省エネルギー効果にも優れている。
特に、近年では、発電出力が３００ｋＷ以下のマイクロガスタービンを利用して、例えば、中小の店舗や工場等の事業所向けのマイクロガスタービンシステムが実用化されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来のマイクロガスタービンシステムにおいては、次のような問題がある。すなわち、上記マイクロガスタービンの運転状態が良好でないと、システム全体の効率が低下したり、上記マイクロガスタービンやその周辺機器等に致命的な損傷を生じるおそれがある。
したがって、上記マイクロガスタービンシステムを長期間に渡って使用するに当たっては、良好でない運転状態を早期に発見して適切なメンテナンスを施し、常に良好な運転状態を維持することが重要である。
例えば、中小規模の店舗や工場等の事業所向けのマイクロガスタービンシステムでは、製品コスト及びメンテナンスコストを低く抑えることが特に重要となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４０４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、発電出力３００ｋＷ以下のマイクロガスタービンを備えたマイクロガスタービンシステムにおいて、低コストかつ確実性の高い自己診断機能を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コンプレッサと回転タービンとを共通の回転軸の両端に配置してなる発電出力３００ｋＷ以下のマイクロガスタービンを含むマイクロガスタービンシステムにおいて、
少なくとも上記マイクロガスタービンの出力、回転数及び上記回転タービンから排出されるタービン排ガスの温度であるタービン出口温度を計測する計測手段と、
上記マイクロガスタービンの基準出力を記憶すると共に、該基準出力を発生する際の上記マイクロガスタービンの基準回転数及び基準タービン出口温度を含む基準運転条件を記憶する記憶手段と、
上記マイクロガスタービンが正常な範囲の運転状態を持続可能と予想される最長の累積運転時間である予想運転可能時間を推定する推定手段とを有してなり、
該推定手段は、上記マイクロガスタービンの運転中に、該マイクロガスタービンの計測出力が上記基準出力に略一致しているか、又は、上記マイクロガスタービンの計測回転数と計測タービン出口温度とがそれぞれ上記基準回転数あるいは上記基準タービン出口温度に略一致しているかの少なくともいずれかの条件が満たされたとき、上記基準運転条件のもとにおける上記計測出力の換算値である補正出力を算出するように構成してあり、
かつ、上記推定手段は、上記補正出力と上記基準出力とを直接的又は間接的に比較することにより上記予想運転可能時間を算出するように構成してあることを特徴とするマイクロガスタービンシステムにある（請求項１）。
【０００７】
本発明のマイクロガスタービンシステムは、上記マイクロガスタービンの運転状態を表す指標となる様々な数値を計測するための上記計測手段と、上記予想運転可能時間を推定するための上記推定手段とを有してなる。
特に、例えば、中小規模の店舗や工場等の事業所に上記マイクロガスタービンシステムを適用する場合には、上記予想運転可能時間を推定する機能を追加するのに必要なコストを低く抑えて、システム全体のコストを抑制する必要がある。
【０００８】
上記マイクロガスタービンシステムは、上記計測手段により計測した上記計測出力、上記計測回転数及び上記計測タービン出口温度を用いて、精度良く上記予想運転可能時間を推定できるように構成してある。
具体的には、上記推定手段は、上記計測出力、上記計測回転数及び上記計測タービン出口温度に基づいて、上記計測出力の補正を実施するか否かの判断を行う。そして、上記計測出力を補正し、上記基準運転条件のもとにおける上記計測出力の換算値である補正出力を算出するように構成してある。その後、上記補正出力と上記基準出力とを直接的又は間接的に比較することにより上記予想運転可能時間を推定する。
【０００９】
すなわち、本発明の上記マイクロガスタービンシステムによれば、上記マイクロガスタービンの通常の運転中に、上記予想運転可能時間を算出することができる。それ故、上記マイクロガスタービンシステムでは、自己診断モード等の特別な運転状態を実施等することなく、上記マイクロガスタービンの通常運転を通じて効率良く上記予想運転可能時間を推定することができる。
【００１０】
ここで、上記基準運転条件のもとにおける上記計測出力の換算値である補正出力について補足して説明しておく。
上記計測出力を得たときの上記マイクロガスタービンの特定の運転条件は、当然のことながら、上記基準運転条件とは一致しない場合がほとんどである。そのため、上記計測出力と上記基準出力とを直接、比較しても意味がないことになる。
【００１１】
そこで、上記特定の運転条件と上記基準運転条件との違いに着目し、その違いを加味しながら適切に上記計測出力を補正して上記補正出力に換算するのである。そうすると、上記基準運転条件下において、実際に上記マイクロガスタービンを運転したときに計測されたであろう上記補正出力が得られるのである。
つまり、この補正出力は、上記基準運転条件における上記基準出力と、上記特定の運転条件における上記計測出力との対比を実現するための値なのである。
【００１２】
なお、上記基準運転条件としては、例えば、上記マイクロガスタービンの製造者が製品仕様として公表する運転条件である定格運転条件等を設定し、かつ、上記基準出力としては、上記定格運転条件等における上記マイクロガスタービンの出力である定格出力を設定することもできる。
この場合には、上記マイクロガスタービンを購入して上記マイクロガスタービンシステムを構築するコンストラクター等は、ベンチテスト等を通じて上記マイクロガスタービンの特性データを個別に収集する必要を回避することができる。そして、上記マイクロガスタービンの製造者が製品仕様として公表する上記定格運転条件等及び上記定格出力等を参照することにより、上記マイクロガスタービンの運転状態の適否の判断を容易かつ効率的に実施することができる。
【００１３】
また、上記補正出力と上記基準出力とを直接的に比較する方法としては、例えば、両出力値の大小関係を比較したり、両出力値の差分値の変動を調べる方法などがある。
そして、上記両出力値の大小関係を比較して、上記補正出力が上記基準出力（又は、上記基準出力の所定割合の出力値。）を下回った場合には、例えば、上記予想運転可能時間として、その時点の上記マイクロガスタービンの累積運転時間を提示して、速やかにメンテナンスを実施する必要があることを示すことができる。
あるいは、例えば、上記補正出力から上記基準出力を減算して差分値を求め、時々刻々と変化する差分値の変動傾向を調べることも良い。該差分値の変動動向に基づけば、例えば、差分値がゼロ以下となると予想される運転時間を上記予想運転可能時間として算出することができる。
【００１４】
上記補正出力と上記基準出力とを間接的に比較する方法としては、例えば、時系列的に得られる上記補正出力と上記マイクロガスタービンの累積運転時間との関係を表す近似式を算出したうえ、この近似式と上記基準出力との関係を調べる方法などがある。
この場合には、上記マイクロガスタービンの適正な運転中に得られた上記補正出力を基にして、将来的に必要となるメンテナンス時期として上記予想運転可能時間を精度高く予測することができる。
【００１５】
なお、上記推定手段が行う上記計測出力と上記基準出力とが略一致しているか否かの判断は、次のように行うことができる。例えば、上記基準出力の９０％以上１１０％以下の範囲内に上記計測出力があるとき、両者が略一致していると判断することができる。あるいは、例えば、上記計測出力が、上記基準出力の９０％以上の出力値を示すときに両者が一致していると判断しても良い。
また、上記計測回転数、上記計測タービン出口温度と、上記基準回転数、上記基準タービン出口温度との一致判断についても同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明においては、上記推定手段は、時系列的に得られる上記補正出力を、上記マイクロガスタービンの累積運転時間と関連づけて記憶すると共に、上記補正出力と上記累積運転時間との相関関係を表す近似式を算出するように構成してあり、
かつ、上記近似式を用いて上記予想運転可能時間を推定するように構成してあることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
この場合には、上記補正出力と上記累積運転時間との相関関係を表す近似式を求め、この近似式と上記基準出力との関係を調べることで上記予想運転可能時間を算出することができる。
すなわち、上記近似式に対して、例えば、適正な出力範囲の下限値を代入することで上記予想運転可能時間を算出できる。なお、上記出力範囲の下限値としては、上記基準運転条件において、上記マイクロガスタービンが確保すべき出力として上記基準出力を代入することも良い。
上記のごとく予想運転可能時間を算出すれば、将来的に必要となるメンテナンス等の時期を知ることができる。そして、上記予想運転可能時間に基づいて適切なメンテナンス作業等を実施すれば、上記マイクロガスタービンに生じるおそれのあるトラブルを未然に防止することができる。
【００１８】
また、上記基準出力は、上記マイクロガスタービンの定格出力であり、かつ、上記基準運転条件は、上記マイクロガスタービンの定格運転条件であって、上記基準回転数及び上記基準タービン出口温度は、それぞれ上記マイクロガスタービンの定格回転数及び定格タービン出口温度であることが好ましい（請求項３）。
ここで、上記定格運転条件は、例えば、上記マイクロガスタービンの製造元が保証する最大性能を実現する運転条件である。すなわち、上記定格運転条件は、上記マイクロガスタービンを連続運転する際に、温度や振動や応力等の許容範囲を超過せずに最大出力を発揮し得る運転条件である。そして、一般的には、上記定格運転条件は、販売時のカタログ等に製品仕様として掲載されるものである。
【００１９】
そのため、上記基準運転条件として上記定格運転条件を設定する場合には、例えば、上記マイクロガスタービンを購入して上記マイクロガスタービンシステムを構築するコンストラクター等は、上記予想運転可能時間を算出するのに必要な上記マイクロガスタービンの特性データを、独自に実験しデータ収集する必要がなくなる。
それ故、上記定格運転条件に基づけば、上記予想運転可能時間の算出を比較的、容易かつ効率的に行うことができる。
【００２０】
さらに、上記定格出力は、上記マイクロガスタービンの最大出力に近い大きな出力値であるため、上記補正出力へ換算する際の補正誤差の影響を相対的に抑制できる。それ故、上記補正出力への換算精度を向上して、上記予想運転可能時間を推定精度を高めることができる。
そして、上記マイクロガスタービンの使用者や管理者等は、上記マイクロガスタービンが上記定格出力を発生し得るか否かを判断することで、比較的容易に、かつ、確実性高く上記マイクロガスタービンの運転状態を把握することができる。
【００２１】
また、上記計測手段は、上記コンプレッサの吸気温度を計測するように構成してあり、
上記記憶手段は、上記基準運転条件として上記コンプレッサの基準吸気温度及び上記回転タービンへの供給ガスの温度である基準タービン入口温度を記憶するように構成してあり、
上記推定手段は、上記回転タービンのタービン入口温度及び上記コンプレッサの吐出温度である出口部温度を推定するように構成してあり、かつ、上記コンプレッサの計測吸気温度、上記計測回転数、上記回転タービンの推定タービン入口温度、上記コンプレッサの推定出口部温度及び上記計測タービン出口温度を用いて上記計測出力を補正し、上記補正出力を算出するように構成してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記計測吸気温度、上記計測回転数、上記推定タービン入口温度、上記推定出口部温度及び上記計測タービン出口温度を用いることにより、上記計測出力を精度良く補正して上記基準運転条件下における上記マイクロガスタービンの出力である上記補正出力を精度高く算出することができる。
【００２２】
ここで、上記補正出力を算出するのに用いる上記計測吸気温度、上記計測回転数、上記計測タービン出口温度等は、上記予想運転可能時間の推定機能を持たない一般的なマイクロガスタービンシステムを制御するために通常、必要となるような計測値である。さらに、上記マイクロガスタービンの計測出力は、例えば、発電を目的としたマイクロガスタービンシステムにおける発電出力等として、間接的に計測可能である。
【００２３】
さらに、上記推定タービン入口温度は、例えば、上記基準タービン入口温度：上記基準タービン出口温度＝推定タービン入口温度：上記計測タービン出口温度という比例関係式から理論的に算出することができる。
また、上記推定出口部温度は、例えば、上記コンプレッサの圧力比に基づく係数を用いれば、この係数と上記計測吸気温度との積算値として理論的に算出することもできる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、新たな計測センサを追加等することなく、上記予想運転可能時間の推定機能を実現することが可能である。
それ故、本発明のマイクロガスタービンシステムは、コストアップを低く抑えたコストパフォーマンスに優れたものとなる。
【００２５】
また、上記基準出力は、上記マイクロガスタービンの定格出力であり、かつ、上記基準運転条件は、上記マイクロガスタービンの定格運転条件であって、上記基準回転数、上記基準タービン出口温度、上記基準吸気温度及び上記基準タービン入口温度は、それぞれ上記マイクロガスタービンの定格回転数、定格タービン出口温度、定格吸気温度及び定格タービン入口温度であることが好ましい（請求項５）。
上記基準運転条件として上記定格運転条件を設定する場合には、上記マイクロガスタービンを購入して上記マイクロガスタービンシステムを構築するコンストラクター等は、ベンチテスト等を通じて上記マイクロガスタービンの特性データを独自に収集する手間を回避することができる。
さらに、上記定格運転条件付近であれば、上記補正出力の算出精度を向上でき、上記予想運転可能時間の推定精度を向上することができる。
【００２６】
また、上記推定手段は、上記予想運転可能時間と共に、該予想運転可能時間の信頼性の度合いを表す信頼度を算出することが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記信頼度に基づいて上記予想運転可能時間の信頼性の高さを判断することができる。
上記信頼度としては、例えば、時系列的に得られる上記予想運転可能時間の分散値や標準偏差等の統計的な数値等を用い、これらの数値を適宜、変形（例えば、これらの数値の逆数をとって、上記分散値や上記標準偏差の小ささの度合いを、上記信頼度の大きさ度合いとして表す等。）して表すことができる。
【００２７】
また、例えば、上記予想運転可能時間の推定精度が、上記マイクロガスタービンの累積運転時間や、上記予想運転可能時間のサンプリング回数等に依存している場合には、上記累積運転時間や、上記サンプリング回数等を用いて信頼度を算出することもできる。
一例としては、メンテナンスなしで運転を持続し得る上記マイクロガスタービンの平均的な運転時間である平均運転時間を予め規定しておき、上記累積運転時間を上記平均運転時間によって除算してなる無次元数を上記信頼度として利用することができる。
【００２８】
また、上記マイクロガスタービンシステムは、上記タービン排ガスが有する熱量を回収するように構成した排熱利用機器を組み合わせてコージェネレーション化してなることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記マイクロガスタービンの上記タービン排ガスが有する熱量を回収することで、上記マイクロガスタービンシステムのエネルギー効率をさらに高めることができる。すなわち、上記マイクロガスタービンにより発電すると同時に、上記タービン排ガスの排熱により、例えば、排熱回収熱交換器や吸収式冷温水器やデシカント空調機等の排熱利用機器を動作させて給湯や冷暖房や除湿等を実施すれば、省エネルギーをさらに推進することができる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
本例は、自己診断機能を備えたマイクロガスタービンシステム１に関する例である。この内容について、図１〜図４を用いて説明する。
本例のマイクロガスタービンシステム１は、コンプレッサ１２と回転タービン１１とを共通の回転軸の両端に配置してなる発電出力３００ｋＷ以下のマイクロガスタービンを含むシステムである。
このマイクロガスタービンシステム１は、図２に示すごとく、少なくとも該マイクロガスタービン１０の出力、回転数及び回転タービン１１から排出されるタービン排ガスの温度であるタービン出口温度を計測する計測手段１９３と、上記マイクロガスタービン１０の定格出力を記憶すると共に、該定格出力を発生する際のマイクロガスタービン１０の定格回転数及び定格タービン出口温度を含む定格運転条件を記憶する記憶手段１９２と、保守点検を施すことなく上記マイクロガスタービンが正常な範囲の運転状態を持続可能と予想される最長の累積運転時間である予想運転可能時間を推定する推定手段１９１とを有してなる。
【００３０】
ここで、上記推定手段１９１は、上記マイクロガスタービン１０の計測出力が上記定格出力に略一致しているか、又は、上記マイクロガスタービン１０の計測回転数と計測タービン出口温度とがそれぞれ上記定格回転数あるいは上記定格タービン出口温度に略一致しているかの少なくともいずれかの条件が満たされたとき、上記基準運転条件のもとにおける上記計測出力の換算値である補正出力を算出するように構成してある。
さらに、上記推定手段１９１は、上記補正出力と上記定格出力とを直接的又は間接的に比較することにより上記運転可能時間を推定するように構成してある。
以下に、この内容について詳しく説明する。
【００３１】
本例のマイクロガスタービンシステム１は、図１に示すごとく、回転タービン１１を備えたマイクロガスタービン１０を中心として、回転タービン１１から排出されるタービン排ガスが有する熱量を回収するように構成した排熱利用機器（本例では、排熱回収熱交換器１８）を組み合わせてコージェネレーション化したものである。
【００３２】
すなわち、本例のマイクロガスタービンシステム１は、高温高圧の燃焼ガスの断熱膨張エネルギーによって回転タービン１１を高速回転させて発電すると共に、断熱膨張した後の上記タービン排ガスの熱量を、さらに排熱回収熱交換器１８を用いて回収するように構成したエネルギー効率の高いシステムである。
本例では、排熱回収熱交換器１８は、上記タービン排ガスが有する排熱を利用し、温水パイプ２３を循環する水等の熱媒を加熱できるように構成してある。
【００３３】
特に、本例のマイクロガスタービンシステム１は、３００ｋＷ以下の発電出力を発揮するマイクロガスタービン１０を用いて構成したシステムである。このマイクロガスタービン１０は、中小規模の店舗や工場等の事業所向けの発電システムとしても利用可能な程度にコンパクトなものである。
【００３４】
上記定格運転条件は、上記のマイクロガスタービン１０の製造元が保証する最大性能を実現する運転条件である。すなわち、この定格運転条件は、マイクロガスタービン１０を連続運転する際に、温度や振動や応力等の許容範囲を超過せずに最大出力を発揮し得る運転条件である。そして、一般的には、上記定格運転条件は、販売時のカタログ等に製品仕様として掲載されるものである。
【００３５】
上記マイクロガスタービンシステム１では、図１に示すごとく、上記のマイクロガスタービン１０を中心として、その回転力を利用する発電機１６及びインバータ１７をコンプレッサ１２側に組み合わせ、ガスを燃焼させるための燃焼器１４とその周辺機器であるガス圧縮機１５及び再生器１３を回転タービン１１側に組み合わせてある。
なお、発電機１６とマイクロガスタービン１０との間に、例えば、減速機を介設すれば上記インバータ１７を省略してシステム構成することもできる。あるいは、上記再生器１３を省略してシステム構成することもできる。
【００３６】
上記燃焼器１４は、図１に示すごとく、コンプレッサ１２が加圧し、さらに再生器１３が加熱した空気と、ガス圧縮機１５が加圧した都市ガスとを供給される。そして、燃焼器１４は、供給された空気と都市ガスとを混合して燃焼させるように構成してある。
なお、燃焼器１４で発生する燃焼ガスは、マイクロガスタービン１０の回転タービン１１に向けて供給される。そして、マイクロガスタービン１０は、高温高圧の燃焼ガスの断熱膨張エネルギーによって高速回転するように構成してある。
【００３７】
さらに、本例のマイクロガスタービンシステム１は、図２に示すごとく、上記計測手段１９３、上記推定手段１９１、上記記憶手段１９２及び図示しない制御手段を有するコントロールユニット１９と、上記推定手段１９が推定する上記運転可能時間を出力するための表示手段１９５とを有している。
【００３８】
なお、本例の上記制御手段は、回転タービン１１のタービン出口温度を定格値に維持しながら、マイクロガスタービン１０の回転数を制御することにより、マイクロガスタービン１０の出力をコントロールするように構成してある。これに代えて、マイクロガスタービン１０の回転数を定格値に維持しながら、タービン出口温度を調節することにより、マイクロガスタービン１０の出力をコントロールするように上記制御手段を構成することもできる。さらには、現代制御等のフィードフォワード型の制御方法を利用して、マイクロガスタービン１０の回転数と、タービン出口温度とを同時に制御して、マイクロガスタービン１０の出力をコントロールするように上記制御手段を構成することもできる。
【００３９】
上記表示手段１９５は、先回、保守作業を実施した後、現在までの累積運転時間と、次回、保守作業を実施すべき累積運転時間を表す予想運転可能時間とを切り替えてデジタル表示するように構成してある。本例では、上記表示手段１９５は、コントロールユニット１９のＩ／Ｏ（入出力）ユニット１９４を介して推定手段１９１と電気的に接続してある。
【００４０】
なお、上記予想運転可能時間等を上記のごとくデジタル表示する表示手段１９５に代えて、例えば、緑、黄、赤の３色のＬＥＤを組み合わせてなる表示手段を構成することもできる。そして、上記予想運転可能時間と現在の累積運転時間との差分時間が、２００時間以上であるとき緑ＬＥＤを点灯し、１００時間未満であるとき黄色ＬＥＤを点灯し、５０時間未満であるときに赤ＬＥＤを点灯させることで低コストな上記表示手段を構築可能である。
【００４１】
上記計測手段１９３は、Ｉ／Ｏユニット１９４を介して、マイクロガスタービン１０の各部に配設した温度センサや、回転数センサや、発電機１６（図１参照。）に配設した発電出力計等の測定センサと電気的に接続してあり、該各測定センサの検出信号を入力するように構成してある。
具体的には、本例では、コンプレッサ１２の入口部及び回転タービン１１の出口部に温度センサ（図示略）を配設すると共に、マイクロガスタービン１０の回転軸には、図示しない回転数センサを配設してある。さらに、本例では、マイクロガスタービン１０の出力を計測するセンサとしては、発電機１６に配置した発電出力計を利用している。
そして、上記計測手段１９３は、コンプレッサ１２の吸気温度（Ｔair）、マイクロガスタービン１０の回転数（Ｖ）、回転タービン１１のタービン出口温度（Ｔot）及びマイクロガスタービン１０の出力（以下、計測出力（Ｏ）と記載。）を計測するように構成してある。
【００４２】
上記記憶手段１９２には、本例のマイクロガスタービン１０の定格運転条件として、その定格出力（ＳＯ）、定格回転数（ＳＶ）、回転タービン１１の入口部、出口部の温度である定格タービン入口温度（ＳＴit）、定格タービン出口温度（ＳＴot）及びコンプレッサ１２の定格吸気温度（ＳＴair）を記憶してある。そして、記憶手段１９２は、計測手段１９３からの要求信号に応じて、上記の各値を上記推定手段１９１に向けて出力するように構成してある。
【００４３】
上記推定手段１９１は、大まかに３つの機能を有してなる。１つめの機能は、上記計測出力の補正を実施するかどうかの判断を行う機能である。
２つめの機能は、上記計測手段１９３が計測したマイクロガスタービン１０の計測出力を補正し、上記定格運転条件に換算した上記補正出力を算出する機能である。
そして、３つめの機能は、上記補正出力とマイクロガスタービン１０の累積運転時間との近似式を求め、該近似式に基づいて上記予想運転可能時間を推定するための機能である。以下に、上記の各機能の内容について説明する。
【００４４】
まず、上記計測出力の補正を実施するかどうかを判断する機能から説明する。この機能は、上記計測出力（Ｏ）が上記定格出力（ＳＯ）に略一致しているかという第１の条件と、上記計測回転数（Ｖ）及び上記計測タービン出口温度（Ｔot）がそれぞれ上記定格回転数（ＳＶ）あるいは上記定格タービン出口温度（ＳＴot）に略一致しているかという第２の条件について条件判断を行うものである。そして、上記第１の条件と上記第２の条件の少なくともいずれかの条件が満たされたときに、上記推定手段１９１において計測出力（Ｏ）の補正演算を開始させる。
【００４５】
なお、本例では、計測出力（Ｏ）が、上記定格出力（ＳＯ）の９５％以上１０５％以下の範囲となったときに、両者が略一致していると判断した。また、上記計測回転数（Ｖ）及び上記計測タービン出口温度（Ｔot）が、それぞれ、上記定格回転数（ＳＶ）あるいは上記定格タービン出口温度（ＳＴot）の９５％以上１０５％以下の範囲になったときに、それぞれが略一致していると判断した。
【００４６】
次に、上記計測出力（Ｏ）を補正して上記補正出力（ＭＯ）に換算するという上記２つめの機能について説明する。この機能は、計測手段１９３が計測した計測吸気温度（Ｔair）、計測回転数（Ｖ）、計測タービン出口温度（Ｔot）等に基づいて、マイクロガスタービン１０の計測出力（Ｏ）を補正する演算を実施するものである。
ここでは、上記計測出力（Ｏ）を補正して、上記定格運転条件下におけるマイクロガスタービン１０の換算出力である上記補正出力（ＭＯ）を算出する。その換算式は、次式の通りである。
【００４７】
すなわち、上記換算式は、
ＭＯ＝（Ｔair−ＳＴair）×Ｋrate
＋Ｏ×（ＳＶ／Ｖ）2
×（ＳＴit−ＳＴot−Ｔair×（Ｋcomp−１））
／（推定Ｔit−Ｔot−Ｔair×（Ｋcomp−１））
となる。
【００４８】
ここで、式中の定数Ｋrateは、吸気温度に対するマイクロガスタービン１０の出力特性の傾き（Ｗ／℃）を表している。また、式中の推定Ｔitは、回転タービン１１に供給する燃焼ガスのタービン入口温度（Ｔit）の推定値であり、ＳＴit：ＳＴot＝推定Ｔit：Ｔotなる比例関係式から算出される数値である。
【００４９】
また、式中の定数Ｋcompは、本例のコンプレッサ１２の圧力比に基づく係数であり、コンプレッサ１２の吐出温度である出口部温度を理論的に計算（推定）するための係数である。すなわち、本例の定数Ｋcompによれば、推定出口部温度はＴair×Ｋcompとして計算される。
【００５０】
上記の換算式を利用すれば、図３に示すごとく、各計測出力（Ｏ：ハッチング四角形プロット）は、補正出力（ＭＯ：黒べた塗り四角形プロット）に換算可能である。なお、同図では、計測出力及び上記補正出力は、定格出力（ＳＯ）に対する出力比として表してある。さらに、同図では、計測出力（Ｏ）と補正出力（ＭＯ）に加えて、コンプレッサ１２の吸気温度（Ｔair：×印プロット）と、回転数比（Ｖ／ＳＶ：白抜き三角形プロット）とをプロットしてある。
なお、同図中の左端縦軸には、定格出力（ＳＯ）に対するマイクロガスタービン１０の出力比を規定し、右端縦軸には、回転数比（Ｖ／ＳＶ）及び吸気温度（Ｔair）を規定してある。また、同図中の横軸には、マイクロガスタービン１０の累積運転時間を規定してある。
【００５１】
同図は、メンテナンス作業を施すことなくマイクロガスタービン１０を４０００時間近くまで運転したときの結果を示すグラフである。
そして、同図には、上記補正出力の出力比（ＭＯ／ＳＯ）と累積運転時間との関係を近似する近似直線を図示してある。この近似直線によれば、出力比（ＭＯ／ＳＯ）が１００を下回る２８００時間付近で、マイクロガスタービン１０のメンテナンス作業が必要であったことを把握できる。
【００５２】
次に、上記の補正出力（ＭＯ）と上記累積時間との関係を表す近似式を求め、この近似式に基づいて上記予想運転可能時間を算出するという上記３つめの機能について説明する。なお、本例では、図３に示すごとく、補正出力（ＭＯ）と定格出力（ＳＯ）との出力比（ＭＯ／ＳＯ）と、累積運転時間との関係を表す近似式を算出した。
【００５３】
この機能では、上記の補正出力（ＭＯ）を算出する毎に、その出力比（ＭＯ／ＳＯ）を計算し、該出力比（ＭＯ／ＳＯ）を得たときの累積運転時間と共に記憶する。そして、出力比（ＭＯ／ＳＯ）と累積運転時間との関係について、最小２乗法による１次近似により上記近似式を求めた。例えば、同図において出力比（ＭＯ／ＳＯ）のプロット群に沿って描かれた近似直線は、出力比（ＭＯ／ＳＯ）＝ａ×累積運転時間＋ｂ（ここで、ａ、ｂは定数。）なる近似式によって規定されている。
【００５４】
上記のように近似式を算出すれば、上記マイクロガスタービン１０の予想運転可能時間（メンテナンス作業なしで運転することが可能な累積運転時間。）を推定することができる。
例えば、上記の出力比（ＭＯ／ＳＯ）が１００以下となったときに上記マイクロガスタービン１０の保守作業が必要であるとすると、上記近似式中の変数である出力比（ＭＯ／ＳＯ）に１００を代入して得られた累積運転時間が、メンテナンスを実施することなく上記マイクロガスタービン１０を運転し得る累積運転時間、すなわち上記の予想運転可能時間となる。
【００５５】
なお、上記の近似式としては、本例の１次式に限定されるものではなく、２次式や３次式等の高次式を適用することもできる。さらに、保守作業が必要な上記出力比（ＭＯ／ＳＯ）の値は、本例の１００に代えて、使用するマイクロガスタービンの特性等に応じて任意に設定することができる。
【００５６】
図４は、上記の近似式に基づいて求めた上記予想運転可能時間（縦軸）を、マイクロガスタービン１０の累積運転時間（横軸）との関係において示したグラフである。
同図に示すごとく、マイクロガスタービン１０の累積運転時間が１８００時間未満の領域では、上記補正出力のサンプリング数が十分でないため、予想運転可能時間が正確に得られていない。
一方、上記累積運転時間が１８００時間を超えた領域では、予想運転可能時間がほぼ漸近している。そして、図４によれば、時系列的に得られる予想運転可能時間の変動カーブ曲線と、累積運転時間＝予想運転可能時間なる等式を表す直線との交点が、メンテナンス作業が必要な累積運転時間２８００時間を示している。
【００５７】
本例のマイクロガスタービンシステム１は、上記予想運転可能時間を上記表示手段１９５にデジタル表示するように構成してある。
そのため、本例のマイクロガスタービンシステム１の管理者や使用者等は、上記表示手段１９５に表示された累積運転時間と上記予想運転可能時間とを比較することにより、マイクロガスタービン１０に必要な次回のメンテナンス時期を事前に知ることができる。なお、上記予想運転可能時間から上記累積運転時間を減算して上記表示手段１９５にデジタル表示等させれば、次回のメンテナンスまでの運転時間を上記管理者等に知らしめることができる。
【００５８】
特に、本例のマイクロガスタービンシステム１では、上記定格運転条件における換算出力である上記補正出力を算出する。一般的に、マイクロガスタービン１０の製造元が公表する上記定格運転条件を利用する場合には、例えば、マイクロガスタービン１０を購入してマイクロガスタービンシステム１を構築するコンストラクター等は、上記予想運転可能時間を算出するのに必要なマイクロガスタービン１０の特性データを、独自に実験しデータ収集する必要がなくなる。
【００５９】
それ故、上記定格運転条件に基づけば、上記予想運転可能時間の算出を比較的、容易かつ効率的に行うことができる。
さらに、上記定格出力は、マイクロガスタービン１０の最大出力に近い大きな出力値であるため、上記補正出力へ換算する際の補正誤差の影響を相対的に抑制できる。それ故、上記補正出力への換算精度を向上して、上記予想運転可能時間の推定精度を高めることができる。
【００６０】
また、図４に示すごとく、マイクロガスタービン１０の累積運転時間が多くなって、上記補正出力のサンプリング数が多くなるほど、上記予想運転可能時間の精度が向上している。そこで、上記予想運転可能時間と共に、該予想運転可能時間の信頼性を表す指標として信頼度を数値化して表示することも有効である。
例えば、この信頼度としては、上記累積運転時間を用いて計算したり、上記補正出力のサンプリング数を用いて計算することができる。例えば、高い信頼度が実現される平均的なサンプリング数を予め調べておき、この平均的なサンプリング数によって今までのサンプリング数を除算してなる無次元数を上記信頼度とすることができる。
【００６１】
さらには、例えば、時系列的に得られる上記予想運転可能時間の分散値や標準偏差等の統計的な数値等を用い、これらの数値を適宜、変形（例えば、これらの数値の逆数をとって、上記分散値や上記標準偏差の小ささの度合いを、上記信頼度の大きさ度合いとして表す等。）してなる数値を上記信頼度として表すこともできる。
上記予想運転可能時間に上記信頼度を組み合わせて表示すれば、上記管理者等は、メンテナンス作業を実施する必要性をさらに信頼性高く知ることができる。
【００６２】
以上のように、本例のマイクロガスタービンシステム１によれば、通常、運転制御用に必要となる回転数センサや温度センサ等のセンサ出力信号を活用して、マイクロガスタービン１０の上記予想運転可能時間を効率良く推定することができる。
そのため、本例のマイクロガスタービンシステム１によれば、所定の演算を行うようにプログラムされたソフトウェアをコントロールユニット１９に組み込みだけで上記予想運転可能時間を算出することができる。
それ故、既存のマイクロガスタービンシステムに対して上記予想運転可能時間を算出する機能を追加するに当たってのコストアップを低く抑えることができる。
【００６３】
なお、本例のコージェネレーション化したマイクロガスタービンシステム１に代えて、排熱回収熱交換器１８を省略したマイクロガスタービンシステムにおいても、本例の内容は有用である。すなわち、コージェネレーション化していない発電のみを目的としたマイクロガスタービンシステムにおけるマイクロガスタービンについても本例と同様に予想運転可能時間を推定することができる。
さらに、なお、本例のマイクロガスタービンシステム１は、インバータ１８及び再生器１３を利用してシステム構成してあるが、これに代えて、インバータ１８及び再生器１３を除いてシステム構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１における、マイクロガスタービンシステムを示すブロック図。
【図２】実施例１における、マイクロガスタービンシステムのコントロールユニットを示すブロック図。
【図３】実施例１における、累積運転時間に対する出力比の経時的変動を示すグラフ。
【図４】実施例１における、累積運転時間と予想運転可能時間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１  マイクロガスタービンシステム
１０  マイクロガスタービン
１１  タービン
１２  コンプレッサ
１３  再生器
１４  燃焼器
１５  ガス圧縮機
１６  発電機
１７  インバータ
１８  排熱回収熱交換器
１９  コントロールユニット
１９１  推定手段
１９２  記憶手段
１９３  計測手段
１９４  Ｉ／Ｏユニット
１９５  表示手段
【図１】
2005171902.tif 000003
【図２】
2005171902.tif 000004
【図３】
2005171902.tif 000005
【図４】
2005171902.tif 000006