JPH04274731A - ガスを使用する装置、この装置に対する損傷を防止する方法、およびそのための組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温ガス流に含まれる粒
状物質の検出方法および装置に関する。

【０００２】

【従来技術】ガス流に含まれる予め定めた寸法以上の粒
状物質を正確に検出することのできることが重要とされ
る場合は数多くある。何故ならば、検出装置より下流側
のガス使用装置は粒状物質を含むガス流に合うと損傷を
受けるからである。１つの特定のこの図示例はガスター
ビンである。これは機械的仕事、発電或いは同様運転を
行うために高温燃焼ガスを使用するからである。

【０００３】ガスタービンは高温ガス流に含まれる粒状
物質に対して特に敏感である。１０μｍの寸法以上の粒
状物質が小数であってもタービンブレードは早期に損傷
されてしまう。これはブレード交換を必要とするだけで
なく、かなりの期間にわたってエンジン使用を停止しな
ければならなくなる。この理由によってさまざまな粒状
物質分離装置が提案されてきた。例えば、フィルター、
遠心分離器、等である。これらはタービンに入る前に粒
状物質を除去する。しかしながら粒状物質の分離装置が
壊れたり損傷したならば、或いは燃料の突然の変更によ
って粒状物質の負荷が変化したならば、損傷付与粒状物
質がその分離器を通過してタービンを損傷してしまう。

【０００４】現在知られている装置で燃焼設備から特定
の分離器の下流側のタービンへ流れるガス流量の変化を
高い信頼性で検出するものはある。通常の粒状物質検出
および測定装置は典型的に、タービンへ流れる高温燃焼
ガスの流れに配置された粒状物質分離器の下流側に存在
するような大量のガス流量中の微細粒状物質の僅かな量
を検出することは不可能である。通常の検出装置は損傷
付与の可能性の高い粒状物質（例えば約１０μｍ以上の
寸法）が粒状物質分離器の下流側のガス流にて流れると
、警報ミスや単純な不適当な決定が生じ得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、予め
定めた寸法以上の粒状物質が粒状物質分離器より下流側
をガスタービンのようなガス使用装置へ向け流れるとき
を正確に検出でき、すなわち適当な補正作動を行うこと
が可能とされる。これは本発明によって特別な粒状物質
凝集手段を粒状物質分離器とガス使用装置との間に配置
し、この粒状物質凝集手段に特定の粒状物質検出装置を
組み合わせて配置することによって、達成される。粒状
物質検出手段に応答して、活動が開始される。これはガ
ス使用装置に対する損傷を防止するものであり、例えば
アラームを発して作業員が補正動作を取れるようにした
り、代替／代用粒状物質分離器をラインに投入したり、
燃焼を停止するなどである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、粒状物
質凝集手段はブランチ部へ延在されているほぼ直線的な
第１の導管を含む。この導管はブランチ部で第２および
第３の導管に分岐される。第２の導管は実質的に第１の
導管の延長部とされる一方、第３の導管は第２の導管に
対して角度を有して配向され、この角度は、予め定めた
寸法よりも大きな寸法の第１導管中の粒状物質の大部分
が第２の導管に流入する一方、ガスおよび予め定めた寸
法よりも小さな寸法の僅かな粒状物質が第３の導管に流
入するような大きな角度とされる。典型的には、第１お
よび第３の導管のなす角度は約９０°とされる。

【０００７】第２の導管は盲導管とされるか、或いは流
れるガス流量を制限される。特に盲導管の場合、圧電装
置が第２の導管の終端に取り付けられる。この代わりに
、盲導管とされるか流量を制限された導管では、１つの
トランスミッターおよびレシーバーが第２導管の反対両
側に配置され、内部の粒状物質を検出するようになされ
る。第２の導管が流量を制限された場合、フィルターが
内部に配置され、圧力差検出手段が備えられてフィルタ
ーの両側に於ける圧力差を検出する。後の場合には、フ
ィルターを通過する制限されたガス流量がガスタービン
へ導かれ、或いはその他の装置へ導かれて、クリーンガ
スが使用される。

【０００８】本発明の他の概念によれば、予め定めた寸
法（この粒状物質の寸法は非凝集状態では検出困難であ
る）よりも大きな粒状物質によって簡単に損傷を受ける
ようなガス使用装置に対する損傷の防止方法が提供され
る。この方法は、（ａ）ガス流から予め定めた寸法より
も大きな粒状物質を効果的に除去し、（ｂ）ガス流に含
まれる予め定めた寸法よりも大きな粒状物質の全てを凝
集させ、（ｃ）予め定めた寸法よりも大きな寸法に凝集
された粒状物質のレベルを検出し、そして、（ｄ）段階
（ｃ）に応答してガス使用装置に対する損傷を防止する
活動を開始させる、という基本的な段階を包含する。段
階（ｄ）は警報を活性化させることで好ましい実施され
る。ガス使用装置が高温燃焼ガスで作動されるガスター
ビンである場合、段階（ａ）〜（ｃ）は約１０μｍ或い
はそれ以上の寸法を有する粒状物質を除去し、凝集させ
、検出することを実施される。段階（ｂ）および（ｃ）
は上述した凝集および検出装置を使用して好ましく実施
される。

【０００９】本発明はまた、高温燃焼ガスを発生し使用
する組立体に関する。特にこの組立体は、粒状物質を含
有する高温燃焼ガスを発生するために燃料を燃焼させる
手段と、高温燃焼ガスから予め定めた寸法よりも大きな
粒状物質を除去する手段と、粒状物質除去手段から延在
され、ほぼ直線的な第１の部分を有する導管と、第１の
部分の制限された流路延長部を含む第２の導管部分と、
第１の部分および第２の部分に対してほぼ９０°の角度
で配置された第３の導管部分と、第３の導管部分に作動
的に接続されたタービンと、第２の導管部分と作動的に
組み合わされた粒状物質検出手段と、を含んで構成され
る。

【００１０】本発明の主目的は、大量のガス流量の中の
凝集されない形態で流れる予め定めた寸法よりも大きな
粒状物質によって損傷され易いガス使用装置の有効な防
護を提供することである。本発明のこのおよびその他の
目的は本発明の詳細な説明および特許請求の範囲の欄の
記載から明白となろう。

【００１１】図１に示された代表的な組立体１０はガス
化装置を含む。これに於いて高温燃焼ガスが発生され使
用される。好ましい実施例では本発明は燃焼ガスおよび
ガスタービンに関して説明される。ガスタービン以外に
その他のガス使用を使用する装置は本発明に包含される
ことは理解されるべきである。また、ガスは高温ガスで
ある必要はなく、比較的きれいな比較的大量のガスであ
るが、予め定めた寸法より大きな粒状物質を含有すると
悲惨な結果が引き起こされるようなその他のガスとされ
ることもできることは理解されるべきである。

【００１２】装置１０は従来の反応室１２を含む。この
反応室は燃料入口１４および空気入口１６を有する。入
口１４に導かれる燃料は石炭、泥炭、樹皮、木材生成物
或いはさまざまなその他の燃料とされる。入口１６の空
気は圧縮機１８によって圧縮されているのが好ましい。 この圧縮機は大気を圧縮する。反応室１２で発生された
高温ガスすなわち高温燃焼ガスは導管２０に排出され、
粒状物質分離器２２へ送られる。ガス化装置すなわち高
温ガス発生器１２からのガスの温度は典型的には４００
〜１１００℃（例えば８５０〜１１００℃）である。分
離器２２は、例えばセラミックフィルター、エル−フィ
ルター、一連の遠心分離器等のような何れの通常の粒状
物質分離器でもよい。分離器２２からのクリーンガスは
第１導管２４に流れ、粒状物質凝集および検出装置２６
を通り、最終的にダクト２７および／またはガスタービ
ン２９の燃焼室２８へ流れる。図１に示す好ましい実施
例では、ガスタービン２９は圧縮機１８を駆動するだけ
でなく、発生器３０をも駆動する。ガスタービンからの
排出ガスはダクト３２を通して廃熱ボイラー３４へ導か
れる。

【００１３】通常は導管２４の比較的クリーンなガスの
流量は高く、通常の機器が予め定めた寸法容量も大きな
僅かな量の粒状物質を正確に検出する。このような粒状
物質はタービン２９のブレードを損傷させる。すなわち
、導管２４のガス流量が約１０μｍ（或いはその他の好
ましい寸法）の寸法よりも大きな粒状物質を有するなら
ば、これらの粒状物質は十分に凝集されないかぎり検出
されない。また、タービン２９へ流れてしまい、損傷を
与えてしまう。ガスがこの予め定めた寸法よりも特に大
きな粒状物質を有するような異常な場合にのみ、粒状物
質の分離器２２の機能不全によって確認される。

【００１４】本発明による凝集および検出手段２６の一
部である凝集手段の好ましい形態は、第２導管４０を含
む。この第２導管は実質的に導管２４（図２参照）のほ
ぼ直線部分の直線的な延長部である。ダクト２７は第３
導管を含む。第３導管は導管２４に対して大きな角度を
有して配置されている。図２に示すように、導管２７は
導管２４に対して約９０°の角度をなすのが好ましい。 しかしこの角度は９０°よりも十分に大きく或いは小さ
くできる。この角度は、予め定めた寸法（例えば１０μ
ｍ）よりも大きな寸法の粒状物質がその粒状物質のモー
メントによって第１の導管２４から真っ直ぐにその延長
部である第２導管４０へ流入するが、大半のガスおよび
僅かな量の粒状物質は導管２４のブランチ部に於いて鋭
角に曲がってタービン２９へ流入するような角度とされ
ることだけが好ましい。

【００１５】第２導管４０に粒状物質検出手段が組み合
わされている。図２に示すように、第２導管４０はその
端部から延在する小径ライン４１を通してガス流量を制
限され、或いは図３に示すように第２導管４０は藻マウ
ント導管とされる。図２の実施例では、特定の検出手段
は通常の１つのトランスミッター４２と、１つのレシー
バー４３とを含む。これらは制御部材に作動的に接続さ
れている。トランスミッター４２からレシーバー４３へ
向かう信号が十分に大きく凝集された粒状物質に当たる
と、装置４５−−検出手段４２−４４に応答する手段を
含む−−が活動を開始して、タービン２９の損傷を防止
する。図２に示した実施例に於いて、手段４５はアラー
ム、特にホーン、として示されている。勿論広くさまざ
まなその他或いは付加的な警報、例えば点滅ランプ等、
が備えられ得る。警報を発する代わりに、或いはアラー
ムを発することに加えて、その方法のさまざまな概念が
制御され得る。例えば、導管２０のガス流量を例えば自
動的に方向決めして代わりの或いは追加の粒状物質分離
器に流し、燃焼速度を遅くし、タービンをラインから切
り放し、そしてガスを抽出する、等が行える。

【００１６】図３は粒状物質検出手段の他の実施例を示
している。この手段は第２導管４０と組み合わされる。 この場合、第２の導管４０は盲導管であり、圧電装置４
６のような大きな粒状物質の衝突を検出する装置がその
第２導管４０の終端に取り付けられる。この圧電装置４
６は適当な制御装置４７まで接続される。第２導管の中
にフィルター５０が配置される。導管４０に流入するガ
ス部分が予め定めた寸法よりも大きな粒状物質を有する
ならば、フィルター５０の前後で圧力差が生じる。圧力
は導管４０内のフィルター５０の反対側に配置されてい
る圧力検出部材５１，５２によって検出される。制御装
置５３が圧力差を検出し、この圧力差が予め定めた値を
超えたならば警報４５などを作動させる。この実施例に
於いて、ライン４１のガスは常にクリーンであるので、
このガスは直接に燃焼室２８へ導かれるか、タービン２
９の高温ガスダクトへ導かれる。或いは廃熱ボイラー３
４へ導かれ、或いはその他の適当なガス使用装置へ導か
れる。

【００１７】図４は、本発明による粒子検出装置のもう
一つの実施例を図示している。この実施例においては、
ガスが典型的には第２の導管を通って拘束された状態で
減少された直径の導管４１内に流入する。フィルタ５０
が第２の導管内部に配置され、導管４０内に落入するガ
スのその部分がそこで所定のサイズ以上の粒子を有する
ならば、それらの粒子は、フィルタ５０で漉し去られる
であろうし、フィルタ５０ではそこを横切って圧力差を
生じさせるであろう。圧力は、第２の導管４０において
フィルタ５０の対向する両側に配置された圧力感知素子
５１，５２によって感知され、制御装置５３が圧力差を
感知し、そして圧力差が所定の量を越えるならば、警報
器４５等を作動する。この実施例では、ラインの導管４
０におけるガスが常に清浄であるので、そのガスが燃焼
室２８またはタービン２９の高熱ガス導管へ、または廃
熱ボイラー３４へ直接的に導かれてもよいし、あるいは
そのガスは適当なガス利用装置へ向けられてもよい。。

【００１８】導管２４，２７，４０の配置は、予め定め
た寸法よりも大きな粒状物質の大部分が第２の導管４０
で凝集されるようになされているが、勿論これは完全な
効率で作動することはできないので、それ故に或る量の
粒状物質は導管２７へ流れるが、粒状物質の存在が装置
４５で知らされて補修作業が取られるよりも前には、典
型的には大きな損傷がタービン２９に与えられることは
ないのである。

【００１９】これまで説明した装置１０を使用して、非
凝集状態では粒状物質の寸法が検出困難であるような予
め定めた寸法よりも大きな粒状物質によって簡単に損傷
を受けてしまうガス使用装置（例えばタービン２９）に
対する本発明による損傷を防止する方法が提供された。 この方法は、（ａ）粒状物質分離器２２を使用してガス
流および導管２０から予め定めた寸法よりも大きな粒状
物質を効果的に除去し、（ｂ）導管２４のブランチ２４
、過大寸法の粒状物質を受け入れる第２導管の延長部４
０を使用して、ガス流に残った予め定めた寸法よりも大
きな粒状物質の全てを凝集させる一方、ガスおよび小さ
な粒状物質は第３の導管２７からタービン２９へ流し、
（ｃ）第２導管４０にてトランスミッターおよびレシー
バー組立体４２−４３、圧電装置４６或いはフィルター
５０および圧力差検出装置５１−５３を使用して、予め
定めた寸法よりも大きな寸法に凝集された粒状物質のレ
ベルを検出し、そして、（ｄ）段階（ｃ）に応答して、
例えばホーン４５或いはその他の警報を作動させ、また
はガスの流れをその他の或いは追加の粒状物質分離器へ
直接に導き、燃焼器１２に対する燃料供給を遮断し、導
管２７を抽出し、或いはその他に処理状態を制御するこ
とによって、ガス使用装置２９に対する損傷を防止する
活動を開始させる、という基本的な段階を包含する。第
３導管２７によって導管２４のブランチに備えた鋭角な
曲げは、予め定めた寸法（例えば約４〜１０μｍ）より
大きな粒状物質は凝集導管４０に送られるが、タービン
２９へは流れないことを保証する。

【００２０】本発明によればガスを有効使用する一方で
予め定めた寸法容量も大きなガス中粒状物質によって容
易に損傷を受けてしまうようなガス使用装置の損傷を防
止する装置および方法が提供された。本発明は現在最も
実用的で好ましい実施例と考えられていることに於いて
ここに示し説明したが、当業者には多くの変更が本発明
の範囲内でなし得ることが明白となろう。この範囲は全
ての等価構造および方法を包含するように特許請求の範
囲を最大限に広く解釈すべきである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば簡
単な構造でガスに含まれる予め定めた寸法以上の粒状物
質を効率的に除去できるので、タービンのような粒状物
質等の異物に弱いガス使用装置の寿命を大幅に延長する
ことができ、経済的にも有利となるような多大の効果を
与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による代表的な組立体の概略側面図。

【図２】本発明の１つの実施例による特定の粒状物質凝
集および検出手段の一部断面で一部立面とした概略側面
図。

【図３】検出手段の第２の実施例の図２と同様な概略側
面図。

【図４】検出手段の第３の実施例の図３と同様な概略側
面図。

【符号の説明】

１０　　ガス化装置 １２　　反応室 １４　　燃料入口 １６　　空気入口 １８　　圧縮機 ２２　　粒状物質分離器 ２４　　第１の導管 ２６　　凝集および検出手段 ２７　　第３の導管 ２８　　燃焼室 ２９　　タービン ３０　　発生器 ３４　　ボイラー ４０　　第２の導管 ４２　　トランスミッター ４３　　レシーバー ４５　　ホーン ４６　　圧電装置 ４７　　制御装置 ５０　　フィルター

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガスを使用する装置であって、（ａ）
   　　ガス流のガスから粒状物質を除去する手段と、（ｂ
   ）　　ガスを使用するためにガス中の予め定めた寸法よ
   りも大きい粒状物質による損傷を受け易い手段と、（ｃ
   ）　　前記手段（ａ）および前記手段（ｂ）の間に配置
   された粒状物質の凝集手段と、（ｄ）　　粒状物質の凝
   集手段と組み合わされ、予め定めた寸法より大きい望ま
   しくないほどのレベルの粒状物質を検出する粒状物質検
   出手段と、（ｅ）　　前記手段（ｄ）に応答して望まし
   くない粒状物質のレベルが検出されたときに前記手段（
   ｂ）に対する損傷を防止する活動を開始させる手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする高温ガス流に含ま
   れる粒状物質の検出装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載された装置であって、
   高温燃焼ガスの供給源と組み合わされ、前記手段（ａ）
   に接続され、該手段（ａ）が高温ガス供給源と前記手段
   （ｃ）との間に配置されたことを特徴とする高温ガス流
   に含まれる粒状物質の検出装置。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載された装置であって、
   前記手段（ｂ）がタービンを含んでいることを特徴とす
   る高温ガス流に含まれる粒状物質の検出装置。
4. 【請求項４】　　請求項１に記載された装置であって、
   前記手段（ｃ）がブランチ部分へ延在しているほぼ直線
   的な第１の導管を含み、このブランチ部分にて第１の導
   管が第２および第３の導管に分岐され、第２の導管は実
   質的に第１の導管の延長であり、第３の導管は第２の導
   管に対して角度を有して配向され、この角度は、予め定
   めた寸法よりも大きな寸法の第１導管中の粒状物質の大
   部分が第２の導管に流入する一方、ガスおよび予め定め
   た寸法よりも小さな寸法の僅かな粒状物質が第３の導管
   に流入するような大きな角度とされている、ことを特徴
   とする高温ガス流に含まれる粒状物質の検出装置。
5. 【請求項５】　　請求項４に記載された装置であって、
   第２および第３の導管が互いに約９０°の角度をなして
   いることを特徴とする高温ガス流に含まれる粒状物質の
   検出装置。
6. 【請求項６】　　粒状物質の寸法が凝集されていない状
   態では検出困難であるような予め定めた寸法よりも大き
   な寸法の粒状物質によって容易に損傷を受けてしまうガ
   ス使用装置の損傷を防止する方法であって、（ａ）　　
   ガス流から予め定めた寸法よりも大きな粒状物質を効果
   的に除去し、（ｂ）　　ガス流に含まれる予め定めた寸
   法よりも大きな粒状物質の全てを凝集させ、（ｃ）　　
   予め定めた寸法よりも大きな寸法に凝集された粒状物質
   のレベルを検出し、（ｄ）　　段階（ｃ）に応答してガ
   ス使用装置に対する損傷を防止する活動を開始させる、
   諸段階を包含することを特徴とする高温ガス流に含まれ
   る粒状物質の検出方法。
7. 【請求項７】　　請求項６に記載された方法であって、
   ガス使用装置がガスタービンであり、ガスが高温燃焼ガ
   スであり、また、段階（ａ）〜（ｃ）が約１０μｍ或い
   はそれ以上の寸法を有する粒状物質を除去し、凝集させ
   、検出することを実施することを特徴とする高温ガス流
   に含まれる粒状物質の検出方法。
8. 【請求項８】　　請求項７に記載された方法であって、
   段階（ｂ）がほぼ直線的な第１の方向へガス流を導き、
   この第１の方向の流路にて鋭角な曲げを与えて、ガスお
   よび予め定めた寸法よりも小さな粒状物質の大部分を第
   ２の方向へ導く一方、僅かな量のガスおよび予め定めた
   寸法よりも大きな粒状物質を導くための第１の方向の延
   長部を形成し、段階（ｃ）はこの第１の方向の延長部に
   て実施されることを特徴とする高温ガス流に含まれる粒
   状物質の検出方法。
9. 【請求項９】　　高温燃焼ガスを発生し使用する組立体
   であって、粒状物質を含有する高温燃焼ガスを発生する
   ために燃料を燃焼させる手段と、高温燃焼ガスから予め
   定めた寸法よりも大きな粒状物質を除去する手段と、粒
   状物質除去手段から延在され、ほぼ直線的な第１の部分
   を有する導管と、第１の部分の制限された流路延長部を
   含む第２の導管部分と、第１の部分および第２の部分に
   対してほぼ９０°の角度で配置された第３の導管部分と
   、第３の導管部分に作動的に接続されたタービンと、第
   ２の導管部分と作動的に組み合わされた粒状物質検出手
   段と、を含んで構成されたことを特徴とする組立体。