(57)【要約】マイクロタービン１０は、レキュペレータ２０を有している。起動中、交流電源２６は、モータとして作動して、ガスタービン４０のタービンロータ３２およびコンプレッサロータ３４を回転させる。起動中におけるレキュペレータでの熱衝撃を減少させるため、ガスタービン４０の速度および燃料制御弁４２は、ガスタービン排ガスセンサ７４及び／又はレキュペレータセンサ８０での温度の変化率が所定値を超えないように制御される。制御されたシャットダウンシーケンスも与えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置のガスタービンを動作させる方法であって、
起動中またはシャットダウン中に前記発電装置の温度特性が所定値を超えないように状態を制御する方法。
【請求項２】
前記ガスタービンは、コンプレッサと、燃焼器と、タービンとを有している請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度特性が排ガス温度特性である請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記温度特性がガスタービンのレキュペレータのレキュペレータ温度特性である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
起動中に温度の変化率が所定の値を超えないようにする請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の値は、毎秒６００℃を下回る値である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の値は、毎秒４００℃を下回る値である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記所定の値は、毎秒約３５０℃である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記温度特性は、所定の値を超えないようにされる絶対温度である請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
起動中および再起動中における状態の前記制御は、発電装置のガスタービン内への燃料の供給を制御する燃料弁の制御を含んでおり、これにより、温度特性を制御できる請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
起動中における燃料弁増大期間において、前記燃料弁の設定が徐々に増大される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
起動中におけるモードにおいて、前記燃料弁の設定が一定に維持される請求項１０または請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
起動中において、ガスタービンのシャフト速度を制御するために、モータが使用される請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ジェネレータのロータは、コンプレッサおよびタービンのコンプレッサステージロータおよびタービンステージロータと共に、共通のシャフト上に動作可能に装着され、前記ジェネレータは、起動中またはシャットダウン中にモータとして動作され、回転力を前記コンプレッサステージロータおよびタービンステージロータに加える請求項２または請求項２に従属する場合には請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
発電装置の定格動作速度を下回る少なくとも１つの保持速度を保持または略保持するように前記モータが制御される請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
起動中、前記保持速度は、ガスタービン点火後に保持される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記保持速度は、発電装置の定格動作速度の２０％〜４０％である請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
モータとして作用する前記ジェネレータは、所定の時間の間、前記保持速度を維持するように制御される請求項１５ないし請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の時間は、発電装置のレキュペレータの熱慣性に応じて予め決定される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
起動中においては、前記保持速度に保持された後、ガスタービンを定格動作速度又はそのアイドル速度まで加速することができることを含む請求項１５ないし請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
センサを用いて温度特性を測定するとともに、制御ユニットに信号を送信することを含み、前記制御ユニットは、温度特性に応じて、制御状態の更なる信号を送信するようになっている請求項１ないし請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
レキュペレータ入口温度を測定することを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
タービン速度が徐々に増大される１または複数の速度増大モードを開始することを含み、前記各速度増大モードは、レキュペレータ入口温度が１または複数の所定値に達する時に開始される請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
燃料制御弁設定増大モードを開始することを含み、前記各燃料制御弁設定増大モードは、レキュペレータ入口温度が最大変曲点から１または複数の所定量だけ降下する時に開始される請求項２２または請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
発電装置であって、ガスタービンと、起動中及び／又はシャットダウン中に発電装置の温度特性が所定値を超えないようにする起動及び／又はシャットダウン制御システムとを有する発電装置。
【請求項２６】
前記ガスタービンは、コンプレッサと、燃焼器と、タービンとを有している請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記温度特性が排ガス温度特性である請求項２５または請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記温度特性がガスタービンのレキュペレータのレキュペレータ温度特性である請求項２５または請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
起動中に温度の変化率が所定の値を超えないようにする手段を有している請求項２７または請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記所定の値は、毎秒６００℃を下回る請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記所定の値は、毎秒約３５０℃である請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記温度特性が絶対温度であり、この絶対温度が所定値を超えないようにする手段が設けられている請求項２６ないし請求項３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
燃料弁を有し、発電装置のガスタービン内への燃料の供給を制御するために起動中またはシャットダウン中に前記燃料弁を制御する手段が設けられている請求項２６ないし請求項３２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
温度センサを有し、前記燃料弁は、センサから制御ユニットに向う信号経路に沿って送信された信号に応じて制御される請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
ジェネレータのロータは、ガスタービンのコンプレッサおよびタービンのコンプレッサステージロータおよびタービンステージロータと共に、共通のシャフト上に動作可能に装着され、前記ジェネレータは、起動中またはシャットダウン中にモータとして動作されるようになっており、回転力を前記コンプレッサステージロータおよびタービンステージロータに加える請求項２５ないし請求項３４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
前記ジェネレータは、起動中またはシャットダウン中にモータとして作用する間、発電装置の定格動作速度を下回る少なくとも１つの保持速度を保持または略保持するべく制御されるようになっている請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記保持速度は、発電装置の定格動作速度の２０％〜４０％である請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
シャットダウン中に温度の変化率が所定値を超えないようにすることを含むガスタービンをシャットダウンする方法。
【請求項３９】
モータを使用して、シャットダウン中にガスタービンのシャフトの速度を制御することを含むガスタービンをシャットダウンする方法。
【請求項４０】
ガスタービンの作動モードにおいてシャフトにより動力が供給されるジェネレータをモータとして再構成するとともに、シャットダウン中にモータを使用してガスタービンシャフトの１または複数の保持速度を保持することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
シャットダウン中において、速度は、前記モータにより、第２の前記保持速度まで徐々に減少される請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記保持速度の維持の後、速度が０まで徐々に減少される請求項４０または請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
シャットダウン中における少なくとも１つの燃料弁減少モードにおいて、速度が一定に維持されている間、燃料弁制御設定が徐々に減少される請求項３９ないし請求項４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
シャットダウン中における少なくとも１つの速度減少モードにおいて、速度が徐々に減少され、燃料弁設定が一定に維持される請求項３９ないし請求項４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
発電装置のガスタービンを起動する方法であって、起動中に発電装置の温度特性が所定値を超えないように状態を制御することを含む方法。
【請求項４６】
ここでほぼ説明した発電装置のガスタービンを起動する方法。
【請求項４７】
ここでほぼ説明した発電装置のガスタービンをシャットダウンする方法。
【請求項４８】
ここでほぼ説明した発電装置。
【請求項４９】
システムが起動制御システムである請求項２５ないし請求項３７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５０】
システムがシャットダウン制御システムである請求項２５ないし請求項３７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気および熱を形成するようになっているマイクロタービンコージェネレーションシステム等の発電装置のガスタービンを動作させる方法に関する。特に、本発明は、タービン排気経路中におけるガスタービンのタービンの下流側に設けられたレキュペレータのような熱交換器等の構成部品を有するそのようなシステムに適用することができる。また、本発明は、ガスタービンの起動を制御するようになっている起動制御システムおよびシャットダウンを制御するためのシャットダウン制御システムを有する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービンの起動においては、通常、点火後に、温度が接近する場所で、１つの熱衝撃が起こり、ガスタービンのタービンステージおよびタービン排気流路におけるタービンステージの下流側に設けられたレキュペレータの連続動作温度の限界値を瞬間的に超えてしまう場合がある。レキュペレータは、比較的高価な構成部品であり、レキュペレータの熱衝撃は、寿命を制限してしまう虞がある。所定のレキュペレータは、例えば、システムの電力および効率が下がり安全性が低下する漏電劣化を起こすこと無く、１００００回の熱衝撃サイクルに耐えられるようにだけ設計されている
また、従来のシステムにおいては、ガスタービンのシャットダウンが特に注意深く制御されておらず、また、レキュペレータが設けられている場合には、レキュペレータをクールダウンするために、時として、比較的長い時間を要する場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来の問題を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、発電装置のガスタービンを動作させる方法であって、起動中またはシャットダウン中に前記発電装置の温度特性が所定値を超えないように状態を制御する方法が提供される。この方法は、特に、温度上昇が制御される起動に対して適用される。しかしながら、本発明は、シャットダウンシーケンスに対しても適用されても良い。
【０００５】
前記ガスタービンは、コンプレッサと、燃焼器と、タービンとを有していることが好ましい。コンプレッサおよびタービンはそれぞれ、１つのステージコンプレッサまたはステージタービンを備えていても良く、例えばコンプレッサロータおよびタービンロータが共通のシャフトに装着されて同じ速度で回転するようなタイプのものであっても良い。
【０００６】
前記温度特性は、排ガス温度特性であることが好ましいが、これに加え或はこれに代えて、ガスタービンのレキュペレータのレキュペレータ温度特性（例えば、タービン排ガス温度特性と同一または略同一であっても良いレキュペレータ入口温度特性）であっても良い。例えば、ガスタービンがレキュペレータを有している場合、タービン排ガス温度は、レキュペレータ入口ガス温度と等しくても良く、また、温度特性は、タービン排ガス温度（ＥＧＴ）またはレキュペレータ入口温度と見なされても良い。レキュペレータは、プレート・フィンレキュペレータや、主面（ｐｒｉｍａｒｙ  ｓｕｒｆａｃｅ）レキュペレータ、あるいは、他の適当なタイプのものであっても良い。本発明の利点は、特にプレート・フィンレキュペレータにおいてはっきりと認められ、また、本発明は、高起動サイクル、長期耐用ユニットにおいて有益である。レキュペレータの寿命は、緩やかなウォームアップサイクルまたはクールダウンサイクルによって最適化される。例えば起動から最初の温度ピークまでの温度増変化及び／又は無負荷時の排ガス温度から最大負荷時の排ガス温度までの温度増変化は、制御され及び／又は所定値、例えば絶対値及び／又は変化率を超えることが防止されても良い。装置は、長期耐用のユニットではなく、短期耐用で適用するユニット、例えば短期耐用で適用する移動可能なユニットであっても良い。
【０００７】
方法は、起動中またはシャットダウン中に温度の変化率が所定の値を超えないようにすることを含んでいることが最も好ましい。したがって、起動中またはシャットダウン中における熱衝撃を最小限に抑えることができ、ガスタービンの構成部品、例えばガスタービンのレキュペレータの寿命を延ばすことができる。
【０００８】
本発明は、装置が低温度から熱せられる長い時間にわたって高い温度変化率が生じる起動中において、特に有益である。レキュペレータが設けられる場合にはレキュペレータガス入口温度であっても良いガスタービン排ガス温度の変化率は、熱膨張差を生じる温度勾配により、そのようなレキュペレータの寿命の最適化にとって極めて重要となり得ることが分かった。一実施形態において、前記所定の値は、毎秒６００℃を下回る変化率値である。前記所定の値は、毎秒４００℃を下回る値であっても良い。一実施例において、前記所定の値は、毎秒約３５０℃である。したがって、温度がレキュペレータ入口温度（タービンＥＧＴであっても良い）である場合、レキュペレータの異なる部品同士の膨張差によって生じる望ましくない熱衝撃を最小限に抑えることができる。レキュペレータ入口温度とレキュペレータ平均バルク温度との間の差は、制御されるとともに、望ましくないレベルを超えることが防止される。
【０００９】
前記温度特性は、絶対温度であっても良い。すなわち、絶対温度が所定の値を超えないように装置が制御されても良い。絶対入口温度は、そのようなレキュペレータの酸化、クリープ、ストレス破裂により、レキュペレータにとって極めて重要であり、したがって、絶対温度が所定の値を超えないように装置を制御することが非常に有益であることが分かった。例えば、所定の値は、ガスタービンのタービンの出口の温度を示す温度値であっても良い。所定の値は、６００℃または７００℃を下回る値、例えば約５５０℃であっても良い。
【００１０】
方法は、複数の温度特性、例えば絶対温度および温度変化率の両方の制御を含んでいても良い。すなわち、一実施形態において、レキュペレータ入口温度は、５５０℃（または７００℃）を超えないように制御されても良く、この温度の変化率は、毎秒３５０℃、４００℃、または、６００℃を超えないように制御されても良い。
【００１１】
方法は、起動中および再起動中における、装置内への燃料の供給を制御する燃料弁の制御を含んでいても良い。温度（例えば、タービンＥＧＴまたはレキュペレータ入口温度）が検知され、検知された温度に応じて燃料弁が制御されて、温度特性（例えば温度の変化率）が所定値を超えないようにすることが好ましい。
【００１２】
ジェネレータのロータは、ガスタービンのコンプレッサステージロータおよびタービンステージロータと共に、共通のシャフト上に動作可能に装着され、前記ジェネレータは、起動中またはシャットダウン中にモータとして動作され、回転力を前記コンプレッサステージロータおよびタービンステージロータに加えることが好ましい。したがって、好ましい実施形態においては、例えばダイレクト・ドライブのマイクロタービンが設けられても良い。この場合、ガスタービン（またはエンジン）は、任意の所望の速度で且つ望ましくない状態を防止するように制御されるタービン排ガス温度等の温度特性で、動力が起こされても良い。
【００１３】
ジェネレータは、起動中またはシャットダウン中においてモータとして作動する間、ガスタービンの定格動作速度を下回る少なくとも１つの保持速度を保持または略保持するように制御されることが好ましい。前記保持速度は、ガスタービン点火後に保持されても良く、したがって、起動中において温度値が上昇し始めた後に保持されても良い。アイドル動作速度または通常の定格動作速度と異なっていても良い複数の前記保持速度があっても良い。起動時におけるパージ中の保持速度は、アイドル速度または定格速度の約１８％であっても良い。起動中、保持速度等の速度は、点火の場合、アイドル速度または定格速度の約１４％であっても良い。起動中、ジェネレータは、例えば６０％のアイドル速度または定格速度の約３０％〜７０％、好ましくは約４０％〜６０％の保持速度等の速度で、モータとして作用する状態からジェネレータとして作用する状態へと再構成され又は切換えられても良い。
【００１４】
前記保持速度は、定格ガスタービン速度の２０％〜４０％であっても良い。他の前記保持速度は、これよりも高く或は低くても良い。モータとして作用する前記ジェネレータは、所定の時間の間、前記保持速度を維持するように制御されても良い。前記所定の時間は、装置のレキュペレータの熱慣性に応じて予め決定されても良い。
モータ速度は、温度特性が所定のレベルを超えないように、起動中またはシャットダウン中、温度センサから送られる信号に応じて、保持され或は徐々に変化されても良い。
【００１５】
方法は、起動中において適用される場合、前記保持速度に保持された後、ガスタービンの少なくとも１つのシャフトを定格動作速度又はそのアイドル速度まで加速することができることを含んでいても良い。前記定格速度は、装置のロータまたはシャフトの定格速度であっても良く、また、その最大連続動作速度によって規定されても良い。
【００１６】
方法は、起動中において適用される場合、定格速度の約半分またはそれを下回る第１の値までロータ速度を増大させた後、ロータ速度を前記速度にほぼ維持させることを含んでいても良い。同時に、タービン排ガス温度またはレキュペレータ入口温度等の温度は、所定の温度値に対する所定の割合まで上昇しても良い。この場合、所定の温度値に対する所定の割合は、外気温度とその通常の動作温度との間の温度差の約５０％または２５％〜７５％の範囲である。前記保持速度での所定の維持がなされた後、ロータ速度は、定格速度まで加速することが許容されても良く、一方、タービン排ガス温度またはレキュペレータ入口温度等の温度は、第１の所定の割合を下回っても良い第２の所定の割合で、動作温度までの上昇が許容される。
【００１７】
方法は、ロータ速度が増大する一方で燃料弁設定が一定に保持される少なくとも１つの速度増大期間及び／又はロータ速度が一定に保持される一方で燃料弁設定が増大される少なくとも１つの燃料弁増大期間を含んでいても良い。起動シーケンスは、起動中、１回または複数回、前記速度増大期間と前記燃料弁増大期間との間で切り換わっても良い。前記速度増大期間は、所定の温度に達する時（例えば、レキュペレータ入口温度が所定の値を超える時）に開始されても良い。前記燃料弁増大期間は、最大変曲点からの所定の温度降下が生じた時に開始されても良い。
【００１８】
したがって、好ましい実施形態では、ジェネレータおよびタービンが１つのシャフトに取り付けられ且つジェネレータがモータとして使用されて起動シーケンスまたはシャットダウンシーケンス中にタービンを駆動するターボジェネレータにおいて、ガスタービンの排ガス温度のプロファイルを制御することができる。燃料供給を含む起動（またはシャットダウン）シーケンス、速度、排ガス温度の経時的な変化率は、全て、装置のシステムコントローラによってソフトウェア制御することができる。排ガス温度は、第１の起動実施形態において、約１秒の時間にわたって、外気温度とその動作温度値との間の温度差の約２５％〜７５％である第１の値まで上昇されることが許容され、その後、更に約１秒後、約１〜２秒間にわたって、動作温度まで増大されても良い。
【００１９】
本発明の更なる態様においては、請求項２５に記載された装置が提供される。この発電装置は、マイクロタービンコージェネレーションシステム等のマイクロタービンシステム、または、レキュペレータを組み込んだ任意のガスタービンシステム等のより大きなシステムを備えていても良い。本発明の更なる態様が独立請求項３８，３９，４５に記載されている。様々な好ましい特徴が従属請求項に記載されている。
【００２０】
レキュペレータが設けられる起動シーケンスの好ましい実施形態において、レキュペレータ入口温度は、最初に、幾らかの割合、例えばその全定格温度の所定の割合まで上昇し、その後、ガスタービン／エンジンがこの速度に維持される。この維持する滞留時間は、レキュペレータの熱慣性の関数であっても良い。レキュペレータのバルク温度が比較的均一になるように、レキュペレータマトリクスの温度を安定化させることができるようになっていても良い。このようなことが成されると、エンジンガスタービンをその全定格速度まで加速することができる。この移行中、得られるピーク温度は、従来の起動シーケンスよりも低い。従来の起動シーケンスでは、ピーク温度が動作温度よりも高い。また、温度の変化率が比較的低く維持され、レキュペレータの熱衝撃を引き起こす望ましくない温度差が低減される。したがって、レキュペレータが設けられる場合、特に、少なくともガスタービンのタービンのタービンステージと共に交流電源のロータが共通のシャフト上に装着されるターボジェネレータの直動交流電源を用いると、エンジン起動時において、レキュペレータの熱衝撃が著しく低減される。しかしながら、交流電源が、別個のシャフト上にあっても良い。好ましい実施形態においては、起動中、交流電源がモータとして使用され、エンジン起動サイクル中に１または複数の速度、すなわち、様々な速度が保持され、したがって、排ガス温度、ガスタービンは、レキュペレータにおける全ての熱衝撃すなわち経時的な温度の変化率を減少するために制限されても良い。交流電源は、所望の点で、動作監視モードから、発電のための実行モードへと切換えられても良い。
【００２１】
本発明は、様々な方法で実施することができる。以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る発電装置のガスタービンの起動およびシャットダウンの様々な好ましい方法および好ましい装置の一例について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図２に示されるように、搬送可能なマイクロタービン１０は、長さが約３ｍ、幅が約２ｍ、高さが約２ｍのサイズの略矩形のキャビネット１２を有している。キャビネットは、複数の脚部１４によって支持されており、組み立て後に使用または点検のために都合良く搬送することができる。
キャビネット１２の内側には、ターボジェネレータ１６と、電力調節器１８と、レキュペレータ（伝熱式熱交換器）２０と、ソフトウェアで制御されるマイクロプロセッサ制御ユニット２２とが配置されている。キャビネット１２の上部には、ボイラ２４が配置されている。
ターボジェネレータ１６は、ロータ２８を有する交流電源２６を備えている。ロータ２８は、ガスタービン４０のタービン３６およびコンプレッサ３８のタービンステージ３２およびコンプレッサステージ３４と共に共通シャフト３０上に装着されている。燃料源４４からガス燃料等の燃料が供給される燃焼器４３が設けられている。この燃焼器は、制御ユニット２２から信号経路４６に沿って受けられる信号に応じて、燃料制御弁またはアセンブリ４２によって制御される。
【００２３】
マイクロタービン１０の動作中、空気吸気口４８からコンプレッサ３８内に空気が引き込まれる。その後、圧縮空気は、レキュペレータ２０を通じて燃焼器４３内に流入し、この燃焼器内おいて、燃料制御弁４２によって制御され且つ燃料注入口４４を通じて燃焼器４３内に引き込まれた燃料と反応する。燃焼された生成物は、タービン３６を通り、その後、レキュペレータ２０およびボイラ２４を通って、排気筒５０に達する。冷水注入口５２からボイラ２４を通じて冷水が温水排出口５４へと流れる。交流電源のロータ２８は、整流器５６とインバータ５８とフィルタ６０とを有していても良い電力調節ユニットを介して、電力を電気的負荷６２に対して供給する。
マイクロタービン１０の起動中、交流電源／ジェネレータ２６は、モータとして使用され、シャフト３０の速度を制御するためのパルス幅変調方式でインバータ５８を使用して、電力調節ユニット６０からのバッテリ６４により駆動される。その後、交流電源は、モータモードから、負荷６２を供給する新しいモードに切換えられても良い。
【００２４】
図１に示されるように、起動中、２つの第２の点で、図１に破線で示され且つ速度センサ７２によって測定されたシャフト３０の速度は、最初に、約１秒の時間にわたって、シャフト３２の定格回転数（定格速度）の約３０％まで上昇する。この時間の間、熱電対８０によって測定されるレキュペレータの入口温度（図１に実線で示される）は、点火後、すなわち、温度上昇の開始後、１秒間に約３５０℃の割合で、約３００℃〜３５０℃まで上昇する。この時間中、燃料制御弁４２は、制御ユニット２２によって操作され、これにより、レキュペレータの入口ガス温度（タービン排ガス温度（ＥＧＴ）と等しく或は略等しくても良い）の変化の割合は、１秒間に３５０℃を超えず、レキュペレータ入口温度センサ８０によって測定された温度は４００℃を超えない。また、これらの制限は、タービンＥＧＴセンサ７４で測定されたタービンＥＧＴに適用されても良いが、現在においては、レキュペレータ入口温度を測定するための、すなわち、センサ８０を使用するための好ましい方法である。タービンＥＧＴは、レキュペレータ入口温度に非常に近く、あるいは、レキュペレータ入口温度と同じであり、これにより、これらの２つの温度は、この実施形態において、等しいと見なすことができる。モータ／交流電源２６は、約１秒間、シャフトの定格回転数の約３０％を維持し、一方、排ガス温度も一定を維持する。その後、モータ／交流電源２６および燃料制御弁４２が動作され、これにより、シャフトの速度およびタービン排ガス温度は、約２秒間にわたって、その通常の動作状態に達し、定格回転数の１００％および約５００℃〜５５０℃になる。したがって、熱衝撃の問題が低減される。
【００２５】
天然ガス作動装置等のガス燃料装置における起動サイクルの場合、装置／マイクロタービン１０内のガスをパージするために、点火前に、モータ／交流電源２６が数秒間使用されても良い。
【００２６】
パージを取り入れた第２の好ましい起動シーケンスが図３に示されている。このシーケンスにおいて、Ｘ軸は時間を示しており、グラフＡは燃料制御弁（４２）の設定を示しており、グラフＢはシャフト３０の速度を示しており、グラフＣはレキュペレータ２０のバルク温度を示しており、グラフＥは、センサ８０によって測定されたレキュペレータ入口温度を示している。レキュペレータ入口温度は、タービン排ガス温度と非常に近く或は同じであるため、時として、ＥＧＴと称される場合がある。時間Ｓ1において、起動シーケンスは、交流電源２６をモータとして使用して、シャフト速度を約１８，０００ｒｐｍ（定格回転数の約１８％であっても良い）まで上げ、点火前に任意の望ましくない残存レベルの天然ガスをシステムからパージすることによって開始される。パージ後、時間Ｓ2において、モータが約１４，０００ｒｐｍまたは１５，０００ｒｐｍ（定格回転数の約１４％または約１５％であっても良い）まで減速され、燃焼器４３のための点火装置（図示せず）が作動される。同時に、速度が一定に維持されている間、燃料制御弁４２の設定が時間Ｓ3まで徐々に増加される。
【００２７】
点火装置の作動から６秒以内にＥＧＴが検知されない場合、システムがシャットダウンされる。排ガス温度、したがって、レキュペレータのバルク温度が、ガスタービンの点火が起こった時間Ｓ2の後直ぐに、上昇し始めるのが分かる。ＥＧＴ（レキュペレータ入口温度）が温度Ｔ1（センサ８０によって検知される）に達すると、シャフトの速度および燃料制御弁の設定の制御が速度増大モードに切換えられる。この速度増大モードにおいては、シャフトの速度が徐々に増大し、一方、燃料制御弁の設定が一定に維持される。このように、速度が上昇し、対応する燃料設定の増大が生じないと、ＥＧＴは、最大温度Ｔ2まで上昇した後、時間Ｓ3と時間Ｓ4との間で降下する。排ガス温度がＴ2から所定量だけ、すなわち、温度Ｔ3まで降下すると、システムは、速度増大モードから、燃料設定増大モードへと切換えられる。
【００２８】
この燃料設定増大モードにおいては、シャフトの速度がモータ２６によって一定に維持され、燃料設定が時間Ｓ4と時間Ｓ5との間の期間において再び徐々に増大される。時間Ｓ5において、ＥＧＴは、この時間で更に高くなる点を除き以前の時間Ｔ1と同様、再び所定の温度に達する。したがって、時間Ｓ5と時間Ｓ6との間で更なる速度増大モードが起こり、その後、第２の所定の温度が第２のＥＧＴ最大ピークから降下した後、更なる燃料設定増大モードに入る。この場合、シャフトの速度が一定に維持され、一方、燃料制御弁の設定が徐々に増大される。
【００２９】
時間Ｓ7において、更なる所定のＥＧＴに達し、他の同様の速度増大モードが時間Ｓ7と時間Ｓ8との間で起きる。時間Ｓ7の直後に生じた第３の最大温度から更なる第３の所定の温度へと降下する時間点として規定される時間Ｓ8において、ガスタービンは自己操作状態に達するため、交流電源／モータ２６は交流電源／ジェネレータ２６として再構成され、時間Ｓ8の後、ガスタービンシャフトは、アイドル動作速度または通常の動作速度となることができる。交流電源２６の再構成の時間点Ｓ8から、燃料制御弁４２は、シャフトの速度に基づいて、閉ループで制御されても良い。再構成の前において、燃料制御弁は、例えばＥＧＴに基づいて、開ループまたは閉ループで制御されても良い。時間点Ｓ9においては、システムが安定した場合、ＥＧＴとレキュペレータのバルク温度との差は約３０℃になっても良い。
【００３０】
なお、図３に示される好ましい起動シーケンスは、レキュペレータ入口温度すなわちＥＧＴがレキュペレータのバルク温度を実質的に超えるまで増大せず、したがって、レキュペレータの構成要素が実質的な伸び差および熱衝撃に晒されないという点で有益である。
図３に示される時間Ｓ8でのアイドル速度までシャフトを監視する代わりに、好ましくは１または複数の速度増大時間及び／又は燃料制御設定増大時間を用いて、アイドル動作速度または通常の動作速度よりも低い速度までシャフトを監視しても良く、また、この低いシャフト速度で交流電源２６が形成モードへと再構成され、これにより、それ自身の電力下で、ガスタービンシャフトをそのアイドル動作速度または通常の動作速度まで加速できるようにしても良い。このＣＯＧＥＮの実施例におけるレキュペレータは、１０００スタート及び／又は３０，０００時間まで引き上げられても良い。待機システムに関して、それは、３０００スタート及び／又は８，０００時間まで引き上げられても良い。パージは、天然ガス等の幾つかのタイプの燃料のためだけに行なわれても良い。ディーゼルまたは他の適当な燃料が使用される場合、パージは行なわれなくても良い。アイドル動作速度または通常の動作速度は、約１００，０００ｒｐｍであっても良い。幾つかの実施形態において、交流電源は、約６０，０００ｒｐｍ（例えば、定格回転数の約３０％〜７０％または約４０％〜６０％）で、監視モードから通常の形成モードへと切換えられても良い。
【００３１】
図４は、システムのための好ましいシャットダウンシーケンスを示している。このシーケンスにおいて、グラフＥは燃料制御弁４２の設定を示しており、グラフＦはシャフトの速度を示しており、グラフＧはＥＧＴまたはレキュペレータ入口温度を示している。図４の時間Ｓ0において、システムはアイドリング状態にある。交流電源２６がその通常の形成モードからシャフト３０を駆動するためにモータとして再構成されると、シャットダウンが時間Ｓ1で開始される。更に、時間Ｓ1と時間Ｓ2との間の期間で、燃料制御弁設定は、この燃料弁減少モード期間において徐々に減少する。ＥＧＴが温度Ｔ1まで減少すると、システムは、速度減少モードに切換えられる。この速度減少モードにおいて、モータ２６はシャフトの速度を徐々に低下させ、燃料設定が一定に維持される。時間Ｓ3は、ＥＧＴが所定量増大して最小変曲点Ｔ2を超える時間、すなわち、ＥＧＴが温度Ｔ3まで上昇する時間によって規定される。その後、システムは、更なる燃料設定減少モードに入り、その後、ＥＧＴが周囲の温度に戻るまで、速度減少モードと燃料設定減少モードとが交互に繰り返される。
【００３２】
図４のシャットダウンシーケンスにおいても、ＥＧＴは、制御された方法で下がり、レキュペレータのバルク温度（図示せず）は、比較的ＥＧＴの付近で維持される。そのため、レキュペレータは、シャットダウン中、非常に過酷な熱応力に晒されない。制御されたシャットダウンは、制御された方法で且つ熱応力を引き起こすことなくレキュペレータのバルク温度をかなり急速に減少させる必要がある場合に、有益となり得る。
【００３３】
更なる好ましいシャットダウンシーケンスが図５に示されている。このシーケンスにおいて、グラフＨは燃料制御弁の設定を示しており、グラフＩはシャフト速度を示しており、グラフＪ1，Ｊ2はＥＧＴを示している。燃料の質量流量は、燃料弁設定およびシャフト速度の平方の関数であっても良い。時間Ｓ0において、システムは、アイドル動作速度または通常の動作速度で動作している。時間Ｓ1においては、燃料制御弁が閉じられ、交流電源がモータ２６として再構成され、これにより、シャフト速度が徐々に減少する速度減少モードに入る。ＥＧＴが温度Ｔ1に達すると、その後、モータ２６として作用する交流電源により、速度が一定に維持される。その後、ＥＧＴが温度Ｔ2に達すると、速度が徐々に０まで減少する。時間Ｓ1において、燃料設定と共に速度が急速に０まで減少すると、ＥＧＴグラフは、制御された方法で曲線Ｊ2により外気温度まで減少するのではなく、ラインＪ3に沿って続く。したがって、例えば再起動において望ましい場合には、一定値を下回るレキュペレータ温度を減少させるために比較的長い時間を要する。このように、図４に関して説明したシャットダウンシーケンスと同様に、図５に関して説明したシャットダウンシーケンスによれば、レキュペレータ入口温度およびレキュペレータバルク温度を制御された方法で減少させることができ、これにより、熱的に不利なストレスをレキュペレータに与えることなく、比較的急速なシャットダウンが可能となる。図５に関して説明したシーケンスは、再起動が必要な場合に選択されても良く、一方、図４に関して説明したシャットダウンシーケンスは、比較的長い時間にわたって装置のスイッチを切っておくことが望ましい場合に選択されても良い。
【００３４】
特許法の下で解釈される添付の請求の範囲によって規定される本発明の範囲内で、前述した実施形態に関して様々な変更を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】好ましい方法における様々な起動特性を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態にしたがって動作されるガスタービンおよびターボ交流電源を有するマイクロタービンの概略側面図である。
【図３】第２の好ましい起動シーケンスを示している。
【図４】好ましいシャットダウンシーケンスを示している。
【図５】他の好ましいシャットダウンシーケンスを示している。
【符号の説明】
【００３６】
１０    マイクロタービン
２０    レキュペレータ
２６    交流電源
３２    タービンロータ
３４    コンプレッサロータ
４０    ガスタービン
４２    燃料制御弁
７４    ガスタービン排ガスセンサ
８０    レキュペレータセンサ
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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