(57)【要約】      （修正有）【課題】ＮＯｘ測定及びタービン制御のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】ＮＯｘ測定及びタービン制御のための方法は、タービン１０５のガス流路１１０内に装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０から信号を受信するステップを含むことができる。受信された信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン内の又はタービンからのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定することができる。決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービンのための制御動作を決定することができる。本方法は、タービンのための制御動作を容易にするステップをさらに含むことができる。【選択図】図１
2017180450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン部品と、
コントローラと、
メモリと
を含むシステムであって、メモリが、
タービンのガス流路内のタービン部品に隣接して装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから信号を送信し、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサは、タービン部品の幾何学的形状に適合し、
信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン部品又はタービンについてのＮＯｘ排出値を決定し、
決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービン部品又はタービンのための制御動作を決定し、
制御動作を容易にするように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、システム。
【請求項２】
コンピュータ実行可能命令が、
タービン内の又はタービンからのガス流に関連する複数のＮＯｘ排出値を決定し、
複数のＮＯｘ排出値の空間的変化を測定し、測定された変化に少なくとも部分的に基づいて、１以上の燃焼異常を特定するようにさらに動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
制御動作を決定するように動作可能なコンピュータ実行可能命令が、確率論的解析を実行するように、又は決定論的解析を実行するように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
１以上の電気化学的ＮＯｘセンサが、電位差測定型センサ、混合電位型センサ、電流測定型センサ、又はインピーダンス測定型センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
ガス流路部品が、燃焼器缶、タービンステータ、排気ストラット、又は排気ディフューザのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
タービンのガス流路内に装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから信号を受信するステップであって、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサは、タービンに関連するガス流路部品の幾何学的形状に適合するハウジングを含む、ステップと、
受信された信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン内の又はタービンからのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定するステップと、
決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービンのための制御動作を決定するステップと、
制御動作を容易にするステップと
を含む方法。
【請求項７】
タービン内の又はタービンからのガス流に関連する複数のＮＯｘ排出値を決定するステップと、
複数のＮＯｘ排出値の空間的変化を測定し、測定された変化に少なくとも部分的に基づいて、１以上の燃焼異常を特定するステップと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
タービン内の又はタービンからのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定するステップが、信号をＮＯｘ排出値に相関させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
タービンのための制御動作を決定するステップが、適切な制御動作を決定するために、確率論的解析又は決定論的解析を実行することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
１以上の電気化学的ＮＯｘセンサが、電位差測定型センサ、混合電位型センサ、電流測定型センサ、又はインピーダンス測定型センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービンに関し、より具体的には、ＮＯｘ測定及びタービン制御のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素酸化物（ＮＯｘ）の形態のタービン排出物は、タービンの動作中にモニタすることができる。タービンからのＮＯｘ排出物は、タービンの様々な部品の効率及び健全性の指標とすることができる。ＮＯｘの正確な測定は、例えば、燃焼器内の缶ごとのばらつきによって生じるタービンの非効率性を示すことができる。さらに、正確なＮＯｘ測定は、タービン及びその排出物を制御するために使用することができる。
【０００３】
従来のＮＯｘモニタリングシステムは、ガス分析器を使用することができ、主として閉ループ排出物制御に使用される。ガス分析器及び他のＮＯｘモニタリングシステムは、通常、ガスサンプリングに依存しており、タービン及びその排出物のリアルタイム制御を提供しない。加えて、従来のガス分析器及び他のＮＯｘモニタリングシステムは、燃焼器の缶ごとのばらつき、並びに他の事象、例えば、燃焼器におけるリーンブローアウト（ＬＢＯ）事象などを評価するために用いることができる燃焼器の缶のレベルでのＮＯｘ測定を、提供することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８６７３６４９号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施形態は、一般的には、ＮＯｘ測定及びタービン制御のためのシステム及び方法を対象とする。本開示の１つの例示的な実施形態によれば、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための方法は、タービンのガス流路内に装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから信号を受信するステップを含むことができる。受信された信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン内の又はタービンからのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定することができる。決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービンのための制御動作を決定することができる。本方法は、タービンのための制御動作を容易にするステップをさらに含むことができる。
【０００６】
本開示の別の例示的な実施形態によれば、ＮＯｘ測定及びタービン制御のためのシステムは、コントローラを含むことができる。システムはまた、タービンのガス流路内に装着された電気化学的センサのアレイから信号を受信し、信号に少なくとも部分的に基づいて、タービンのガス流路についてのＮＯｘ排出値を決定し、決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービンのための制御動作を決定し、タービンのための制御動作を容易にすることを含むことができる動作を行うために、コンピュータによって実行可能な命令を有するメモリを含むことができる。
【０００７】
本開示の別の例示的な実施形態によれば、ＮＯｘ測定及びタービン制御のためのシステムは、タービン部品及びコントローラを含むことができる。システムはまた、タービンのガス流路部品内のタービン部品に隣接して装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから信号を送信し、信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン部品又はタービンについてのＮＯｘ排出値を決定し、決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービン部品又はタービンのための制御動作を決定し、制御動作を容易にすることを含むことができる動作を行うために、コンピュータによって実行可能な命令を有するメモリを含むことができる。
【０００８】
本開示の他の実施形態及び態様は、添付図面と関連付けた以下の説明から明らかになるであろう。
【０００９】
一般的な用語で本開示を説明し、ここで添付図面を参照するが、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の特定の実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための例示的なシステム環境を示す図である。
【図２Ａ】本開示の特定の実施形態による例示的なシステム環境を示す図である。
【図２Ｂ】本開示の特定の実施形態による例示的なシステム環境を示す図である。
【図３】本開示の特定の実施形態による、ガス流路に対して装着された例示的な電気化学的ＮＯｘセンサを示す図である。
【図４Ａ】本開示の特定の実施形態による、電気化学的ＮＯｘセンサの例示的なアーキテクチャ及びハウジング構成を示す図である。
【図４Ｂ】本開示の特定の実施形態による、電気化学的ＮＯｘセンサの例示的なアーキテクチャ及びハウジング構成を示す図である。
【図５Ａ】本開示の特定の実施形態による、ガス流路内の例示的な電気化学的ＮＯｘセンサの例示的な送信オプションを示す図である。
【図５Ｂ】本開示の特定の実施形態による、ガス流路内の例示的な電気化学的ＮＯｘセンサの例示的な送信オプションを示す図である。
【図６】本開示の特定の実施形態による、例示的なガス流路部品、並びにガス流路内の電気化学的ＮＯｘセンサの例示的な位置及び構成を示す図である。
【図７】本開示の特定の実施形態による、タービンの排気ディフューザ内の電気化学的ＮＯｘセンサの例示的な構成を示す図である。
【図８】本開示の特定の実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のために構成された例示的なコンピュータシステムを示す図である。
【図９】本開示の特定の実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための方法の例示的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、本開示の例示的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本開示についてより完全に説明する。しかし、本開示は、多くの異なる形で実施することができ、本明細書に記載した例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの例示的な実施形態は、本明細書では「実施例」とも呼ばれるが、当業者が本主題を実施することができるように十分詳細に記載されている。例示的な実施形態は組合せることができ、他の実施形態を用いてもよく、或いは、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく構造的、論理的、及び電気的な変更を行うことができる全体を通して、類似する符号は類似する要素を指す。
【００１２】
一般的に、本明細書に記載したシステム及び方法の特定の実施形態は、ＮＯｘ測定及びタービン制御を対象とする。いくつかの例示的な実施では、特定の技術的効果及び／又は解決策を実現することができ、ＮＯｘ測定は、様々なタービン動作及び関連するタービン部品の非効率性を特定するために使用することができる。特定の非効率性が特定されると、タービン制御システムは、非効率性を低減及び／又は最小化するために様々なタービン動作パラメータを調整して、タービン性能を向上させることができる。他の例示的な実施形態では、ＮＯｘ測定は、排気ガスが大気中に放出される前に、タービン排出レベルを低減するために閉ループＤｅＮＯｘシステムで使用することができる。
【００１３】
ここで図１を参照すると、ブロック図は、例示的な実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための特定のシステム及び方法を実施するための例示的なシステム環境１００を示す。システム環境１００は、例えば、ガスタービンとすることができるタービン１０５を含むことができる。タービン１０５は、１以上のタービン部品１０６及びガス流路１１０を含むことができる。１以上のタービン部品は、これらに限定されないが、燃焼器缶、タービンステータ、排気ストラット、又は排気ディフューザを含むことができる。システム１００は、本開示の一実施形態によれば、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０、送信器１３０、通信インターフェース１４０、受信器１５０、コンピュータ１６０、及び制御システム１７０をさらに含むことができる。
【００１４】
図１に示すように、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、タービン１０５のガス流路１１０内の１以上の部品１０６に装着することができる。１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、電位差測定型センサ、混合電位型センサ、電流測定型センサ、又はインピーダンス測定型センサを含むことができる。電位差測定型センサは、ＮＯｘ濃度に応じて電圧を生成することができる。例示的な電位差測定型センサは、検出すべき種のイオンを導通することができる、例えば、ベータアルミナ、酸化ガリウム、又はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの電解質を用いることができる。混合電位型センサは、非平衡電極反応に基づくことができる。例示的な混合電位型センサは、例えば、ＷＯ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｒＯ3、Ｖ2Ｏ5、又はインジウムをドープした酸化スズ（ＩＴＯ）などの電極を用いることができる。電流測定型センサは、印加される電位によって引き起こされる電極反応に基づいて動作することができ、結果として生じる電流を測定することができる。電流測定型センサは、例えばドープしたランタンガレート、ＹＳＺ、又はＮＡＳＩＣＯＮなどの電解質を使用することができる。インピーダンス測定型センサは、１組の電極間に印加される振動電圧により生じる電流を測定することにより動作することができる。例示的なインピーダンス測定型センサは、例えば、ＺｎＣｒ2Ｏ4又はＬａＦｅＯ3などの電極を使用することができる。
【００１５】
いずれの場合も、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、送信器１３０と通信することができる。特定の実施形態では、送信器１３０は、圧電基板を有する表面弾性波（ＳＡＷ）型とすることができる。別の実施形態では、送信器１３０は、ガス流路１１０内の１以上の部品１０６の基板に実装された誘電体を有する印刷されたセンサを含む直接書き込み型とすることもできる。特定の実施形態では、送信器１３０及び電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、センサ送信器一体型の単一エンティティであってもよい。
【００１６】
送信器１３０は、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０からの信号を受信し、対応する信号を関連する受信器１５０に送信することができる。送信器１３０は、通信インターフェース１４０を介して受信器１５０に通信可能に結合することができ、通信インターフェース１４０は、例えば、イーサネット（登録商標）インターフェース、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース、又は無線インターフェースなどの１以上の通信ネットワークのうちのいずれかであってもよい。特定の実施形態では、受信器１５０は、例えばインターフェースケーブルなどのハードワイヤ又はケーブルにより送信器１３０に結合することができる。他の実施形態では、受信器１５０は、例えば無線周波数（ＲＦ）信号インターフェース、パッシブ無線技術などの無線インターフェースによって送信器１３０に結合することができる。
【００１７】
コンピュータ１６０は、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０、送信器１３０、及び／又は受信器１５０の動作を制御するためのコンピュータ実行可能命令を実行することができる１以上のプロセッサを有するコンピュータシステムとすることができる。コンピュータ１６０は、さらに、入力を提供し、伝達関数の出力を収集し、任意の数のオペレータ及び／又は担当者からの命令を送信することができる。
【００１８】
コンピュータ１６０はまた、受信器１５０で受信された信号をＮＯｘ値に相関させるためのソフトウェア及びハードウェアを含むことができる。コンピュータ１６０はさらに、ＮＯｘ値を制御システム１７０に提供することができ、それによって、制御システム１７０は、排出物を低減し、燃焼器点火レートを変更するなどの様々な制御動作を行うことができる。いくつかの実施形態では、受信器１５０は、コンピュータ１６０の一部であってもよい。他のいくつかの実施形態では、コンピュータ１６０は、ＮＯｘ値に基づいて実行される制御動作を決定することができる。他の例では、コンピュータ１６０は、受信器１５０に通信可能に結合された独立したエンティティとすることができる。他の実施形態では、コンピュータ１６０及び制御システム１７０は、単一のエンティティであってもよい。
【００１９】
本開示の一実施形態によれば、ＮＯｘ測定及びタービン制御のためのシステムは、コントローラ、例えば図１に示す制御システム１７０を含むことができる。コンピュータ１６０は、タービン１０５のガス流路１１０内の１以上の部品１０６に装着された電気化学的ＮＯｘセンサ１２０のアレイから信号を受信することができるコンピュータ実行可能命令を含むことができるメモリを含むことができる。その信号に少なくとも部分的に基づいて、ＮＯｘ排出値を決定することができる。決定されたＮＯｘ排出値は、タービン又はタービン部品１０６のＮＯｘ排出値とすることができる。ＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービン１０５のための制御動作を決定することができる。さらに、タービン１０５について決定された制御動作は、制御システム１７０によって実行されるか、或いは制御システム１７０によって実施することができる。コンピュータ１６０は、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから受信した信号をＮＯｘ排出値に相関させるために、任意の数のソフトウェア及び／又はハードウェアを利用することができる。この情報を使用して、コンピュータ１６０及び制御システム１７０は、例えば、より低いＮＯｘ値を達成するための燃焼器の燃料対空気比を調整することなどの、タービン１０５によって実行される適切で好適な制御動作を決定することができる。
【００２０】
制御動作の決定は、決定論的解析又は確率論的解析のうちの１つを実行することを含むことができる。例えば、決定論的解析では、ガス流路１１０の測定されたＮＯｘ排出値（ＮＯｘ１）及びメガワットでのタービン１０５の出力（ＭＷ１）を、タービン性能ツールにより予測されたＮＯｘ排出値（ＮＯｘ２）及びメガワットでのタービン１０５の出力（ＭＷ２）と比較することができる。制御動作は、タービン出力ＭＷ１とＭＷ２との差、及びＮＯｘ排出値ＮＯｘ１とＮＯｘ２との差に基づいて決定することができる。
【００２１】
別の実施形態では、制御動作は、確率論的解析を用いて決定することができる。確率論的解析では、例えば、タービン１０５は、タービンのタイプ及び特定の環境条件に対する特定の設計点で動作するように命令され得る。タービン１０５のこの状態に対して、ＮＯｘ排出値（ＮＯｘ１）及びタービンの出力（ＭＷ１）を決定することができる。同じ環境条件で動作する同じタイプのタービン１０５について、実際の出力（ＭＷ１）と確率論的出力（ＭＷ２）との出力差に基づいて、タービン１０５の動作条件を調整することができる。確率論的出力（ＭＷ２）は、同じ環境条件の同じタイプのタービンのうちのいくつかから収集した動作出力データ及び理論的出力データについての確率分布解析を実行することによって決定することができる。タービン１０５は、第２のＮＯｘ排出値（ＮＯｘ２）を決定するために、確率論的出力（ＭＷ２）に調整することができる。同じ環境条件で動作する同じタイプのタービンについて、第２のＮＯｘ排出値（ＮＯｘ２）と確率論的ＮＯｘ排出値（ＮＯｘ３）との差に基づいて、タービン１０５の動作条件を調整することができる。確率論的ＮＯｘ排出値（ＮＯｘ３）は、同じ環境条件の同じタイプのタービンのうちのいくつかから収集した動作ＮＯｘデータ及び理論的ＮＯｘデータについての確率分布解析を実行することによって決定することができる。ＮＯｘ３値とＮＯｘ２値との差に基づいて、新たな出力（ＭＷ３）を導出することができる。ＮＯｘ３とＮＯｘ２との差、及びさらにＭＷ２とＭＷ３との差に基づいて、調整係数のサイズを決定することができ、それを制御システム１７０に入力して、タービン１０５の制御動作を容易にすることができる。
【００２２】
ここで図２Ａを参照すると、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための特定のシステム及び方法を実施するための本開示の一実施形態によれば、例示的なシステム環境２００は、ＤｅＮＯｘモジュールスタック２１０、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０、制御システム１７０、及びＤｅＮＯｘ電源２４０を含むことができる。図示するように、排気ガス２２０は、タービンにより生成され、ＤｅＮＯｘモジュールスタック２１０を通過するが、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０により測定することができる特定の量のＮＯｘを依然として含んでいる場合がある。電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、ＮＯｘ信号２３０を制御システム１７０に提供することができ、制御システム１７０は排気ガス２２０中のＮＯｘ排出の閉ループ制御を容易にすることができる。ＤｅＮＯｘモジュールスタック２１０は、排気ガス２２０中のＮＯｘ排出量を制御することができる。例えば、ＤｅＮＯｘモジュールスタックは、排気ガス２２０中のＮＯｘ排出量を制御するために、アンモニア注入を提供することができる。ＤｅＮＯｘ電源２４０は、ＤｅＮＯｘモジュールスタック及び電気化学的ＮＯｘセンサ１２０に電力を提供することができる。ＮＯｘ排出の閉ループ制御では、制御システム１７０は、ＮＯｘ設定点２５０を電気化学的ＮＯｘセンサ１２０からのＮＯｘ信号２３０と比較することができる。ＮＯｘ設定点２５０とＮＯｘ信号２３０との差に基づいて、制御システム１７０は、排気ガス２２０中のＮＯｘ排出量を制御するために、ＤｅＮＯｘモジュールスタックを起動させるようにＤｅＮＯｘ電源２４０に指示することができる。
【００２３】
ここで図２Ｂを参照すると、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０の例示的な断面図が示されており、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、１以上のセクタ２６０に配置することができる。１以上のセクタ２６０は、１つもしくは複数の個別の及び／又はグループの電気化学的ＮＯｘセンサ１２０に対応することができる。１以上のセクタ２６０は、排気ガス２２０の流路に沿ったＮＯｘ濃度のマッピングを容易にすることができる。ＮＯｘ濃度のマッピングは、次にタービンにおける非効率性及び異常の特定を可能にすることができる。
【００２４】
ここで図３を見ると、本開示の一実施形態による、タービンのガス流路１１０に対して装着された例示的な電気化学的ＮＯｘセンサ１２０を示す。例えば、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、ガス流路１１０内の又はそれに隣接する、図１の符号１０６などのタービン部品に装着することができる。電気化学的ＮＯｘセンサ１２０のＮＯｘ検出部分は、ガス流路１１０のガス流３２０中に配置することができ、付随する送信器１３０は、ガス流３２０の外の反対側、例えばタービン部品１０６の反対側又はガス流路壁３１０の反対側などに装着することができる。いずれの場合も、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、ガス流３２０に直接接触することができ、付随する送信器１３０は、比較的高いガス流温度への露出を最小限にするために、ガス流３２０から離れて又はその外側に配置することができる。
【００２５】
ここで図４Ａを参照すると、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０のアーキテクチャについて、本発明の一実施形態にしたがって説明する。図示する電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、ガス流３２０中の検出電極４２０、比較的低温側４５０の対向電極４４０及び基準電極４６０、並びに検出電極４２０と対向電極４４０との間の電解質４３０層を含むことができる。ＶSC４７０は、検出電極４２０と対向電極４４０との間の測定された電位差を示すことができ、ＥSR４８０は、検出電極４２０と基準電極４６０との間の測定された電位差を示すことができる。ガス種濃度に対する電気信号の比例関係に基づいて、電位差ＶSC４７０及びＥSR４８０をＮＯｘ測定と相関させることができる。
【００２６】
再び図４Ａを参照すると、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、タービン部品１０６の幾何学的形状に適合するハウジング内に配置することができる。図４Ａは、相対的に曲がった幾何学的形状のタービン部品のための電気化学的ＮＯｘセンサ１２０の曲がった形状のハウジングを示しているが、図４Ｂは、比較的平坦な幾何学的形状のタービン部品１０６のための電気化学的ＮＯｘセンサ１２０を示している。
【００２７】
タービン部品１０６の形状及び／又はガス流路１１０もしくはガス流３２０の構成に応じて、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０の他の適合するハウジングの幾何学形状が本開示の他の実施形態に存在することができる。
【００２８】
ここで図５Ａ及び図５Ｂを見ると、本開示の様々な実施形態による、図１の符号１４０などの通信インターフェースの異なるオプションを示す。図５Ａは、前のセクションで説明した電位差に基づく起電力（ＥＭＦ）５１０を有する、ガス流３２０中の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０を示す。ＥＭＦ５１０は、有線インターフェースケーブルを使用してガス流路１１０の外へ送信することができ、信号は、ガス流路１１０の外側で予備増幅することができる。別の実施形態では、ＥＭＦ５１０は好適な高温電子回路を用いてガス流路１１０内で増幅され、それから有線インターフェースケーブルを用いてガス流路１１０の外へ送信することができる。
【００２９】
図５Ｂは、上述した電位差に基づいてインピーダンス（Ｚ）５２０を決定することが可能な無線構成の、ガス流３２０中の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０を示す。インピーダンス（Ｚ）５２０は、２つの異なる構成で無線により送信することができる。１つの例示的な実施形態では、インピーダンス（Ｚ）５２０は、送信器１３０を変調するために送信することができ、送信器１３０は、無線周波数（ＲＦ）集中共振器又は表面弾性波（ＳＡＷ）センサを含むことができ、或いは無線信号を受信器１５０へ送信することができる。別の実施形態では、インピーダンス（Ｚ）５２０は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ５２５を変調することができ、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ５２５は、受信器１５０と無線通信するための無線周波数（ＲＦ）アンテナ／送信器に結合することができる。
【００３０】
ここで図６を参照すると、例示的なタービンの断面を、本開示の特定の実施形態による１以上の電気化学的ＮＯｘセンサの例示的な装着位置と共に示している。図示するように、符号１２０などの電気化学的ＮＯｘセンサは、種々の位置、例えば、燃焼器缶６１０、ステージ１のステータ６２０、ステージ２もしくはステージ３のステータ６３０、排気ストラットカバー６４０、及び／又は排気ディフューザ６５０などにガス流路１１０に沿って装着することができる。本開示の他の実施形態によれば、タービン内の１以上の電気化学的ＮＯｘセンサを装着するための他の適切な位置が可能である。
【００３１】
ここで図７を参照すると、本開示の別の例示的な実施形態では、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、符号１０５などのタービンの排気ディフューザ７１０内にセンサの半径方向アレイのセットとして装着することができる。この実施形態では、電気化学的ＮＯｘセンサのそれぞれのアレイ又はセット７２０を排気ディフューザ７１０内に装着することができ、各電気化学的ＮＯｘセンサ１２０は、排気ディフューザ７１０の中心から外方に相対的に直線状に半径方向に離間して配置することができる。アレイの他のセット７３０、７４０、７５０、７６０、７７０は、排気ディフューザ７１０全体に配置され、本開示の他の実施形態によれば、排気ディフューザ７１０の形状及び／又はガス流路もしくはガス流の構成に応じて、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０の任意の数のセットを排気ディフューザ７１０内に配置することができる。図７に示すような電気化学的ＮＯｘセンサ１２０の配置は、様々な半径方向及び円周方向の位置におけるＮＯｘ濃度の空間マッピングを容易にすることができる。このような空間マッピングは、次に、比較的高温のガス渦流パターンの測定及び燃焼異常の特定を可能にすることができる。このように、特定の実施形態では、タービン内の又はタービンからのガス流に関連する１以上のＮＯｘ排出値を、電気化学的ＮＯｘセンサ１２０から決定することができる。ＮＯｘ排出値の１以上の空間的変化を測定することができ、測定された１以上の空間的変化の少なくとも一部に基づいて、１以上の燃焼異常を特定することができる。
【００３２】
ここで図８を見ると、本開示の特定の実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための特定のシステム及び方法を実施するために構成された例示的なコンピュータシステム１６０を示す。コンピュータシステムは、本開示の特定の実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための特定のシステム及び方法を実施することに関連する特定の動作態様を実行するためのプロセッサ８０５を含むことができる。プロセッサ８０５は、メモリ８２５と通信することができる。プロセッサ８０５は、適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組合せを用いて実現し、かつ動作することができる。ソフトウェア又はファームウェアの実施は、説明した様々な機能を実行するための任意の適切なプログラミング言語で書かれたコンピュータ実行可能命令又はマシン実行可能命令を含むことができる。一実施形態では、機能ブロック言語に関連する命令は、メモリ８２５に記憶することができ、プロセッサ８０５によって実行することができる。
【００３３】
メモリ８２５は、プロセッサ８０５によってロード及び実行可能なプログラム命令を記憶するために、並びにこれらのプログラムの実行中に生成されたデータを記憶するために使用することができる。コンピュータシステム１６０の構成及びタイプに応じて、メモリ８２５は、揮発性（ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）など）及び／又は不揮発性（読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなど）であってもよい。いくつかの実施形態では、メモリデバイスはまた、限定はしないが、磁気記憶装置、光ディスク、及び／又はテープ記憶装置を含む、付加的な着脱可能な記憶装置８３０及び／又は着脱不可能な記憶装置８３５を含むことができる。ディスクドライブ及びそれらの関連するコンピュータ可読媒体は、デバイスのためのコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、及び他のデータの不揮発性記憶を提供する。いくつかの実施では、メモリ８２５は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、又はＲＯＭなどの複数の異なるタイプのメモリを含むことができる。
【００３４】
メモリ８２５、着脱可能な記憶装置８３０、及び着脱不可能な記憶装置８３５は、すべてコンピュータ可読記憶媒体の例である。例えば、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法又は技術で実現される揮発性媒体及び不揮発性媒体、並びに着脱可能な媒体及び着脱不可能な媒体を含むことができる。存在することができるコンピュータ記憶媒体の付加的なタイプは、限定はしないが、プログラム可能なランダム・アクセス・メモリ（ＰＲＡＭ）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、電気的に消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又は他の光学的記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、或いは所望の情報を格納するために使用することができ、かつデバイスによりアクセスすることができる他の任意の媒体を含む。上記のうちのいずれかの組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００３５】
コンピュータシステム１６０はまた、制御デバイス（図示せず）がコンピュータシステム１６０と通信可能なデバイス又は機器と通信することを可能にすることができる１以上の通信接続８１０を含むことができる。通信接続８１０は、通信インターフェース１４０を含むことができる。制御デバイスは、制御システム１７０を含むことができる。接続はまた、制御デバイスをネットワーク上の他の様々なデバイスに接続するケーブルを受け取るための、ＵＳＢ又はＣＯＭポートなどの様々なデータ通信チャネル又はポートを介して確立することができる。一実施形態では、制御デバイスは、制御デバイスがネットワーク上の他のデバイスと通信することを可能にするイーサネット（登録商標）ドライバを含むことができる。様々な実施形態によれば、通信接続８１０は、ネットワーク上の有線及び／又は無線接続を介して確立することができる。
【００３６】
コンピュータシステム１６０はまた、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、ジェスチャー入力デバイス、及び／又はタッチ入力デバイスなどの１以上の入力デバイス８１５を含むことができる。それは、ディスプレイ、プリンタ、及び／又はスピーカなどの１以上の出力デバイス８２０をさらに含むことができる。
【００３７】
しかし、他の実施形態では、コンピュータ可読通信媒体は、コンピュータ可読命令、プログラムモジュール、又は搬送波などのデータ信号もしくは他の伝送内で伝達される他のデータを含むことができる。しかし、本明細書で使用する、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読通信媒体を含まない。
【００３８】
メモリ８２５の内容に目を向けると、メモリ８２５は、限定はしないが、オペレーティングシステム（ＯＳ）８２６並びに本明細書に開示した特徴及び態様を実施するための１つもしくは複数のアプリケーションプログラム又はサービスを含むことができる。このようなアプリケーション又はサービスは、タービン１０５及びその部品のＮＯｘ測定及び制御のためのシステム及び方法を実行するためのＮＯｘ相関アルゴリズム８２７を含むことができる。一実施形態では、ＮＯｘ相関アルゴリズム８２７は、構成可能な制御ブロック言語で提供され、かつ不揮発性メモリに記憶されたソフトウェアによって実現することができる。プロセッサ８０５によって実行されると、ＮＯｘ相関アルゴリズム８２７は、本開示で説明したコンピュータシステム１６０に関連する様々な機能及び特徴を実施することができる。図９は、本開示の１以上の実施形態による、ＮＯｘ測定及びタービン制御のための方法の例示的なフローチャート９００を示す。フローチャート９００は、図１、図２、及び／又は図８に示す様々な機能ブロックの相互作用によって実行することができる一連の動作を示す。より具体的には、フローチャート９００は、タービン１０５のガス流路１１０内に装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０から信号を受信する動作を表すブロック９０５を含む。ブロック９１０では、１以上の電気化学的ＮＯｘセンサ１２０から受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン１０５内の又はタービン１０５からのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定することができる。ブロック９１５では、決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービン１０５のための制御動作を決定することができる。ブロック９２０では、制御システム１７０により制御動作を容易にすることができる。特定の実施形態では、方法は、タービンのガス流に関連したＮＯｘ排出値を決定することを含むことができる、複数のＮＯｘ排出値の空間的変化を測定し、測定した変化の少なくとも部分的に基づいて、１つ又はそれ以上の燃焼異常を識別する。
【００３９】
本開示の例示的な実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品のブロック図を本明細書で参照する。ブロック図のブロックのうちの少なくともいくつか、及びブロック図のブロックの組合せは、それぞれ、少なくとも部分的にコンピュータプログラム命令によって実行することができることが。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、専用ハードウェアベースのコンピュータ、又はマシンを生成するための他のプログラム可能なデータ処理装置にロードすることができ、そのようにして、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置上で実行される命令が、ブロック図のブロックのうちの少なくともいくつか、又は説明したブロック図のブロックの組合せの機能を実現するための手段を生成する。
【００４０】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能するように命令することができるコンピュータ可読メモリに格納することもできて、そのようにして、コンピュータ可読メモリに格納された命令が１以上のブロックで指定される機能を実現する命令手段を含む製品を生産する。コンピュータプログラム命令は、一連の動作要素をコンピュータ又は他のプログラム可能な装置で実行させてコンピュータ実行処理を生成するために、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置にロードすることもできて、そのようにして、コンピュータ又は他のプログラム可能な装置で実行する命令が１以上のブロックで指定される機能を実現するための要素を提供する。
【００４１】
本明細書に記載した、システムの１つもしくは複数の構成要素及び方法の１つもしくは複数の要素は、コンピュータのオペレーティングシステム上で動作するアプリケーションプログラムにより実現することができる。それらはまた、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースの又はプログラム可能な家庭用電子機器、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む、他のコンピュータシステム構成で実現することができる。
【００４２】
本明細書に記載したシステム及び方法の構成要素であるアプリケーションプログラムは、特定の抽象データ型を実装し、特定のタスク又はアクションを実行するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造などを含むことができる。分散コンピューティング環境では、アプリケーションプログラム（全体として又は部分的に）をローカルメモリ又は他の記憶装置内に置くことができる。それに加えて、又はその代わりに、アプリケーションプログラム（全体として又は部分的に）をリモートメモリ又は記憶装置に置くことができ、通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される状況が可能になる。
【００４３】
これらの説明が関係する本明細書に記載された例示的な記載の多くの変形例及び他の実施形態が、前述の説明及び関連する図面で提供された教示の助けを借りて、想到されるであろう。このように、本開示は多くの形態で実施することができ、上述した例示的な実施形態に限定されるものではないことが理解されよう。したがって、本開示は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変形例及び他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されていると理解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは限定のためではなく、包括的及び説明的な意味で用いている。
［実施態様１］
タービンのガス流路内に装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから信号を受信するステップと、
受信された信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン内の又はタービンからのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定するステップと
決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービンのための制御動作を決定するステップと、
制御動作を容易にするステップと
を含む方法。
［実施態様２］
タービン内の又はタービンからのガス流に関連する複数のＮＯｘ排出値を決定するステップと、
複数のＮＯｘ排出値の空間的変化を測定し、測定された変化に少なくとも部分的に基づいて、１以上の燃焼異常を特定するステップと
をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
タービン内の又はタービンからのガス流に関連するＮＯｘ排出値を決定するステップが、信号をＮＯｘ排出値に相関させるステップを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
タービンのための制御動作を決定するステップは、適切な制御動作を決定するために、確率論的解析又は決定論的解析を実行することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
１以上の電気化学的ＮＯｘセンサは、タービンに関連するガス流路部品の幾何学的形状に適合するハウジングを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
１以上の電気化学的ＮＯｘセンサは、電位差測定型センサ、混合電位型センサ、電流測定型センサ、又はインピーダンス測定型センサのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
タービンのガス流路は、燃焼器缶、タービンステータ、排気ストラット、又は排気ディフューザのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
コントローラと、
メモリと
を含むシステムであって、メモリが、
タービンのガス流路内に装着された電気化学的センサのアレイから信号を受信し、
信号に少なくとも部分的に基づいて、タービンのガス流路についてのＮＯｘ排出値を決定し、
ＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービンのための制御動作を決定し、
タービンのための制御動作を容易にするように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、システム。
［実施態様９］
電気化学的センサのアレイは、タービン内のガス流路部品の幾何学的形状に適合するハウジングを有する１以上のＮＯｘセンサを含む、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１０］
コンピュータ実行可能命令は、
タービン内の又はタービンからのガス流に関連する複数のＮＯｘ排出値を決定し、
複数のＮＯｘ排出値の空間的変化を測定し、測定された変化に少なくとも部分的に基づいて、１以上の燃焼異常を特定するようにさらに動作可能である、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１１］
ＮＯｘ排出値を決定するように動作可能なコンピュータ実行可能命令は、
信号をＮＯｘ排出値に相関させるように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１２］
制御動作を決定するためのコンピュータ実行可能命令は、確率論的解析又は決定論的解析を実行するように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１３］
電気化学的センサのアレイは、電位差測定型センサ、混合電位型センサ、電流測定型センサ、又はインピーダンス測定型センサのうちの少なくとも１つを含む、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１４］
タービンのガス流路は、燃焼器缶、タービンステータ、排気ストラット、又は排気ディフューザのうちの少なくとも１つを含む、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１５］
システムであって、
タービン部品と、
コントローラと、
メモリとを含み、メモリは、
タービンのガス流路部品内のタービン部品に隣接して装着された１以上の電気化学的ＮＯｘセンサから信号を送信し、
信号に少なくとも部分的に基づいて、タービン部品又はタービンについてのＮＯｘ排出値を決定し、
決定されたＮＯｘ排出値に少なくとも部分的に基づいて、タービン部品又はタービンのための制御動作を決定し、
制御動作を容易にするように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、システム。
［実施態様１６］
１以上の電気化学的ＮＯｘセンサは、タービン部品の幾何学的形状に適合する、実施態様１５に記載のシステム。
［実施態様１７］
コンピュータ実行可能命令は、
タービン内の又はタービンからのガス流に関連する複数のＮＯｘ排出値を決定し、
複数のＮＯｘ排出値の空間的変化を測定し、測定された変化に少なくとも部分的に基づいて、１以上の燃焼異常を特定するようにさらに動作可能である、実施態様１５に記載のシステム。
［実施態様１８］
制御動作を決定するように動作可能なコンピュータ実行可能命令は、確率論的解析を実行するように、又は決定論的解析を実行するように動作可能なコンピュータ実行可能命令を含む、実施態様１５に記載のシステム。
［実施態様１９］
１以上の電気化学的ＮＯｘセンサは、電位差測定型センサ、混合電位型センサ、電流測定型センサ、又はインピーダンス測定型センサのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１５に記載のシステム。
［実施態様２０］
ガス流路部品は、燃焼器缶、タービンステータ、排気ストラット、又は排気ディフューザのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１５に記載のシステム。
【符号の説明】
【００４４】
１００  システム環境、システム
１０５  タービン
１０６  タービン部品
１１０  ガス流路
１２０  電気化学的ＮＯｘセンサ
１３０  送信器
１４０  通信インターフェース
１５０  受信器
１６０  コンピュータ、コンピュータシステム
１７０  制御システム
２００  例示的なシステム環境
２１０  ＤｅＮＯｘモジュールスタック
２２０  排気ガス
２３０  ＮＯｘ信号
２４０  ＤｅＮＯｘ電源
２５０  ＮＯｘ設定点
２６０  セクタ
３１０  ガス流路壁
３２０  ガス流
４２０  検出電極
４３０  電解質
４４０  対向電極
４５０  低温側
４６０  基準電極
４７０  ＶSC
４８０  ＥSR
５１０  起電力（ＥＭＦ）
５２０  インピーダンス（Ｚ）
５２５  ＲＦＩＤタグ
６１０  燃焼器缶
６２０  Ｓ１ステータ
６３０  Ｓ２／Ｓ３ステータ
６４０  排気ストラットカバー
６５０  排気ディフューザ
７１０  排気ディフューザ
７２０  センサのアレイ
７３０  センサアレイのセット
７４０  センサアレイのセット
７５０  センサアレイのセット
７６０  センサアレイのセット
７７０  センサアレイのセット
８０５  プロセッサ
８１０  通信接続
８１５  入力デバイス
８２０  出力デバイス
８２５  メモリ
８２６  オペレーティングシステム
８２７  ＮＯｘ相関アルゴリズム
８３０  着脱可能な記憶装置
８３５  着脱不可能な記憶装置
９００  処理
９０５  ブロック
９１０  ブロック
９１５  ブロック
９２０  ブロック
【図１】
2017180450.tif 000003
【図２Ａ】
2017180450.tif 000004
【図２Ｂ】
2017180450.tif 000005
【図３】
2017180450.tif 000006
【図４Ａ】
2017180450.tif 000007
【図４Ｂ】
2017180450.tif 000008
【図５Ａ】
2017180450.tif 000009
【図５Ｂ】
2017180450.tif 000010
【図６】
2017180450.tif 000011
【図７】
2017180450.tif 000012
【図８】
2017180450.tif 000013
【図９】
2017180450.tif 000014
【外国語明細書】
2017180450000001.pdf