(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴検出面（３）に凹凸が形成された透明性検出体（４）と、該透明性検出体を透過させて液面検出面に光を照射する発光素子（１２）と、その反射光を受光する受光素子（１４）と、該受光素子のＤＣ出力電圧を増幅する増幅回路（１６）とを備えた液滴検出センサの警報信号処理方法であって、
前記ＤＣ出力電圧の警報用しきい値を設定して、該警報用しきい値を超える、該ＤＣ出力電圧の成分を警報用アナログ電圧とする警報信号抽出ステップ（Ａ）と、
前記警報用アナログ電圧を所定のしきい値によりパルス信号に整形する波形整形ステップ（Ｂ）と、
前記パルス信号の発生頻度により液滴発生の異常を検出する異常検出ステップ（Ｃ）とを有する、ことを特徴とする液滴検出センサの警報信号処理方法。
【請求項２】
前記ＤＣ出力電圧をＡＤ変換して表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の液滴検出センサの警報信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、水蒸気、高温ガス又は化学物質ガス等の結露によって生じる微小な液滴の発生を迅速に検出する液滴検出センサに係り、特に液滴量があるレベル以上になった場合に、警報を発するための警報信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水蒸気、高温ガス又は化学物質ガス等の結露を迅速に検出する手段として、「液滴検出方法および液滴検出センサ」（特開平１１−３２５８２７号）が既に創案され、これを組み込んだシステムとしては、熱電可変型ガスタービンシステムがある。この熱電可変型ガスタービンシステムは、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源として蒸気を発生させ、この蒸気の一部を燃焼器に噴射させることで、ガスタービンの出力を増大すると共に熱効率の向上を図るシステムである。この蒸気を噴射するガスタービンには、蒸気を加熱器によって加熱蒸気として噴射するチエン・サイクルと、飽和蒸気を高温空気に混合して加熱状態にする部分再生ガスタービンとがある。
【０００３】
この熱電可変型ガスタービンシステムに取り付けられた液滴検出センサは、燃焼器に噴射する蒸気状態、特に水滴が発生しているかどうかを検出し、その検出信号により、その熱電可変型ガスタービンシステムを緊急停止し得るようになっている。このように液滴検出センサは、蒸気中のミストによるガスタービンの不具合を解消するためのものである。
【０００４】
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は液滴検出センサによる検出原理の説明図である。
液滴検出センサ１は、次のような現象を利用して液滴の付着を検出するものである。即ち、センサ先端部２のすりガラス状のガラス表面３がガス体と接触した状態であれば、センサ先端部２のガラス体の中を透過して照射された光Ｌがガラス表面３で全反射する（ａ）。このときに検出部材となる受光素子に受光される反射光Ｒの光量は僅かで受光素子の出力電圧も小さい。
【０００５】
一方、ガラス表面３に液滴が付着し、又は液膜が形成されると、照射光Ｌは屈折と液滴表面での反射を繰り返す（ｂ）（ｃ）。このときに受光素子に受光される反射光Ｒの光量が増大して受光素子の出力電圧が増大する。このように受光素子で受光される反射光Ｒの光量の変化を、出力信号の変化として利用し液滴の付着を検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の液滴検出センサでは、受光素子で受光された反射光Ｒの光量変化をＤＣ出力信号として出力し、これをデータレコーダ等で記録していた。すなわち、熱電可変型ガスタービンプラントでは、ガスタービンの発電機出力、プロセス蒸気量、ガスタービン噴射蒸気量、ノズル蒸気噴射量、等と共に液滴検出センサの出力をデータレコーダに記録し、同時にこれをプラント管理者が監視して、プラントの運転状況の把握に用いていた。
【０００７】
しかし、液滴検出センサのＤＣ出力信号は、例えば０〜５Ｖの範囲のアナノグ信号であり、かつ発電機出力、プロセス蒸気量、ガスタービン噴射蒸気量、ノズル蒸気噴射量、等の他の出力に比較して出力変化が激しく、液滴の発生状況を瞬時に判断することは熟練者にとっても困難である問題点があった。
【０００８】
そのため、液滴検出センサの出力からリアルタイムに液滴の発生状況を判断することは困難であり、異常なキャリオーバ等を液滴検出センサが検出していても、これをリアルタイムに瞬時に判別できず、結果としてガスタービンプラントの緊急停止が遅れ、ガスタービン部品を焼損させてしまうおそれがあった。なお、状況は、液滴検出センサ以外の出力信号からも判断は困難であった。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、液滴検出センサの出力からリアルタイムに液滴の発生状況を判断することができ、かつ異常なキャリオーバ等により液滴の発生状況が異常な場合にはこれをリアルタイムに瞬時に検出して、必要な警報出力を出力することができる液滴検出センサの警報信号処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、液滴検出面（３）に凹凸が形成された透明性検出体（４）と、該透明性検出体を透過させて液面検出面に光を照射する発光素子（１２）と、その反射光を受光する受光素子（１４）と、該受光素子のＤＣ出力電圧を増幅する増幅回路（１６）とを備えた液滴検出センサの警報信号処理方法であって、
前記ＤＣ出力電圧の警報用しきい値を設定して、該警報用しきい値を超える、該ＤＣ出力電圧の成分を警報用アナログ電圧とする警報信号抽出ステップ（Ａ）と、
前記警報用アナログ電圧を所定のしきい値によりパルス信号に整形する波形整形ステップ（Ｂ）と、
前記パルス信号の発生頻度により液滴発生の異常を検出する異常検出ステップ（Ｃ）とを有する、ことを特徴とする液滴検出センサの警報信号処理方法が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ＤＣ出力電圧をＡＤ変換して表示する。
【００１２】
上記本発明の方法によれば、液滴検出センサのＤＣ出力電圧をＡＤ変換して表示するので、他の出力に比較して液滴検出センサの出力変化が激しくても、この表示から、プラント管理者は比較的容易に液滴の発生状況を把握することができる。
【００１３】
また、警報信号抽出ステップ（Ａ）で予め設定した警報用しきい値を超える、前記ＤＣ出力電圧の成分のみを抽出し、波形整形ステップ（Ｂ）でこれをパルス信号に整形し、異常検出ステップ（Ｃ）でパルス信号の発生頻度により液滴発生の異常を検出するので、検出した異常を警報アラームや警報ランプでプラント管理者に表示できる。これにより、熟練者でなくとも、液滴検出センサの出力からリアルタイムに液滴の発生状況を判断することができ、かつ異常なキャリオーバ等により液滴の発生状況が異常な場合にはこれをリアルタイムに瞬時に検出して、必要な対応処理を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の警報信号処理方法に使用する液滴検出センサの全体構成図である。この図に示すように、この液滴検出センサ１は、液滴検出面３に凹凸が形成された透明性検出体４と、透明性検出体４を透過させて液面検出面３に光を照射する発光素子１２と、その反射光を受光する受光素子１４と、受光素子１４のＤＣ出力電圧を増幅する増幅回路１６とを備える。
【００１６】
すなわちこの液滴検出センサ１は、すりガラス状の凹凸面が形成された表面をガラス表面３（液滴検出面）としたセンサ先端部２を備える。この液滴検出センサ１は、配管５に形成した円筒状のセンサ取付部６に嵌合装着することができる保護筒７の段差部８に、センサ先端部２を取り付けた状態で配管５の内壁面と同一平面となるようにしてある。この保護筒７内のセンサ先端部２には、これを固定する押さえリング９を介して蓋体１０が取り付けられている。この蓋体１０は配管５のセンサ取付部６を塞ぐカバー１１に取り付けられており、このカバー１１を取り付けることでセンサ取付部６にこのセンサ先端部２を容易に装着できるようになっている。
【００１７】
またこの液滴検出センサ１は、センサ先端部２のガラス表面３がガス体と接触した状態であれば、センサ先端部２のガラス体内を透過して照射された光がガラス表面３（検出表面）で全反射する。一方、ガラス表面３に液滴や液膜が付着すると、屈折と液滴表面での反射を繰り返し、反射光を受光することでその出力信号に変化をもたらす現象を利用して液滴の付着を検出する。
【００１８】
更に、液滴検出センサ１のセンサ先端部２のガラス表面３に向けて液滴検出用の光Ｌを照射するため、発光部材として発光素子１２が遠隔位置に装置されている。この発光素子１２からの光を導く発光用光ファイバー１３（光導入部）がカバー１１及び蓋体１０を貫通して液滴検出センサ１の背面と対向するように取り付けてある。
【００１９】
一方、センサ先端部２のガラス表面３（検出表面）から反射される反射光Ｒの受光量の変化を検出する受光素子１４も遠隔位置に装置されている。同様にカバー１１及び蓋体１０を貫通して液滴検出センサ１の背面と対向するように取り付けた受光用光ファイバー１５（光受光部）を介して反射光Ｒを受光素子１４に導くようにしてある。受光素子１４からの出力信号が増幅回路１６で増幅されるようになっている。更に、これら発光用光ファイバー１３と受光用光ファイバー１５を固定する固定枠１７がカバー１１の外側に取り付けられ、これら２本の光ファイバー１３，１５を所定の向きに取り付けてある。但し、発光素子１２や受光素子１４との間に光ファイバー１３，１５（光導入部、光受光部）を介在させない構造とすることもできる。
【００２０】
このように構成した液滴検出センサ１は、例えば燃焼器等の配管５の途中に形成されたセンサ取付部６にカバー１１ごとに取り付けることで液滴検出センサ１のセンサ先端部２が配管５の内壁面と同一面となるようにする。
【００２１】
なお、センサ先端部２のすりガラス状のガラス表面３に代えて、ガラス表面３に凹凸が形成される共に、光を透過させることができ、液滴の付着時と乾き状態で光の反射量が変化するものであれば、ガラス材に限らず合成樹脂材などの他の素材であっても良く、配管５内を流れるガス体の温度などに応じて適宜材料を選択することができる。
【００２２】
図２〜図４は、上述した液滴検出センサの出力例であり、図２はタービンプラント起動時、図３は通常運転時、図４は異常発生時を示している。各図において、横軸は時間、縦軸は、ガスタービンの発電機出力、プロセス蒸気量、ガスタービン噴射蒸気量、ノズル蒸気噴射量と液滴検出センサの出力である。
【００２３】
図２から明らかなように、起動時には、発電機出力、プロセス蒸気量、ガスタービン噴射蒸気量、ノズル蒸気噴射量及び液滴検出センサの出力の全てがゆっくりと変化している。従ってこれらをプラント管理者が監視して、プラントの運転状況を容易に把握することができる。
【００２４】
また、図３の通常運転時には、各出力の全ての変動が大きくなり、特に、液滴検出センサの出力は激しく変動しているので、これらからプラントの運転状況を把握することが難しくなってきていることがわかる。
【００２５】
更に、図４の異常発生時には、発電機出力、プロセス蒸気量、ガスタービン噴射蒸気量、ノズル蒸気噴射量及び液滴検出センサの出力の全てが激しく変動しており、特に液滴検出センサの変動は異常に激しく、これから液滴の発生状況を瞬時に判断することは熟練者にとっても非常に困難となっている。
【００２６】
図５は、本発明の警報信号処理方法を示す制御ブロック図である。また、図６は、図５の警報信号処理による処理信号を示す模式図である。図６に示すように、本発明の方法は、警報信号抽出ステップ（Ａ）、波形整形ステップ（Ｂ）及び異常検出ステップ（Ｃ）の３ステップからなる。
【００２７】
警報信号抽出ステップ（Ａ）では、上述した増幅回路１６からのＤＣ出力電圧１８（０〜５Ｖ）の警報用しきい値１９を予め設定し、この警報用しきい値１９を超える、前記ＤＣ出力電圧の成分を警報用アナログ電圧２０として出力する。図６（Ａ）は図５のＡ部におけるＤＣ出力電圧１８を示し、図６（Ｂ）は、警報用しきい値１９を例えば３．２５Ｖに設定した場合の警報用アナログ電圧２０を示している。図６（Ｂ）から明らかなように、このステップにより、警報用しきい値１９を超える、前記ＤＣ出力電圧の成分のみを取り出して利用することができる。
【００２８】
なお、図５に示すように、ＤＣ出力電圧１８（０〜５Ｖ）は、顧客ラインに出力し、或いはデータレコーダ等で記録するために、並行して外部出力を行うのがよい。また、更に並行して、このＤＣ出力電圧をＡＤ変換して表示し、プラント管理者等がリアルタイムに監視できるようにするのがよい。この表示により、他の出力に比較して液滴検出センサの出力変化が激しくても、この表示から、プラント管理者は比較的容易に液滴の発生状況を把握することができる。
【００２９】
図５において、波形整形ステップ（Ｂ）では、警報用アナログ電圧２０を所定のしきい値によりパルス信号２１に整形する。このしきい値は、警報用しきい値１９より若干高く設定する。また、整形したパルス信号の電圧レベルは、前記ＤＣ出力電圧と無関係に設定でき、例えば０〜１Ｖに設定する。図６（Ｂ）は整形したパルス信号を示している。
【００３０】
更に、異常検出ステップ（Ｃ）では、前記パルス信号の発生頻度により液滴発生の異常を検出する。この検出は、パルス信号をパルスカウンタでカウントし、その一定時間内のカウント数が予め設定して設定数を超える場合には異常と判断し、必要な警報アラームや警報ランプをオンしてプラント管理者に表示する。
例えば、異常検出レベルを５分間に５回と設定しておくことにより、図４の例における異常を確実に検出することができる。
【００３１】
上述したように本発明の方法によれば、警報信号抽出ステップ（Ａ）で予め設定した警報用しきい値を超える、前記ＤＣ出力電圧の成分のみを抽出し、波形整形ステップ（Ｂ）でこれをパルス信号に整形し、異常検出ステップ（Ｃ）でパルス信号の発生頻度により液滴発生の異常を検出するので、検出した異常を警報アラームや警報ランプでプラント管理者に表示できる。これにより、熟練者でなくとも、液滴検出センサの出力からリアルタイムに液滴の発生状況を判断することができ、かつ異常なキャリオーバ等により液滴の発生状況が異常な場合にはこれをリアルタイムに瞬時に検出して、必要な対応処理を行うことができる。
【００３２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の液滴検出センサの警報信号処理方法は、液滴検出センサの出力からリアルタイムに液滴の発生状況を判断することができ、かつ異常なキャリオーバ等により液滴の発生状況が異常な場合にはこれをリアルタイムに瞬時に検出して、必要な警報出力を出力することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の警報信号処理方法に使用する液滴検出センサの全体構成図である。
【図２】タービンプラント起動時の液滴検出センサの出力例である。
【図３】タービンプラントの通常運転時の液滴検出センサの出力例である。
【図４】タービンプラントの異常発生時の液滴検出センサの出力例である。
【図５】本発明の警報信号処理方法を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明の警報信号処理方法による処理信号を示す図である。
【図７】液滴検出センサの検出原理の説明図である。
【符号の説明】
Ｌ  照射光、Ｒ  反射光、
１  液滴検出センサ、２  センサ先端部、
３  ガラス表面（液滴検出面）、４  透明性検出体、
５  配管、６  センサ取付部、７  保護筒、
８  段差部、９  押さえリング、１０  蓋体、１１  カバー、
１２  発光素子、１３  発光用光ファイバー（光導入部）、
１４  受光素子、１５  受光用光ファイバー（光受光部）、
１６  増幅回路、１７  固定枠、１８  ＤＣ出力電圧、
１９  警報用しきい値、２０  警報用アナログ電圧、
２１  パルス信号
【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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【図６】
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【図７】
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