JPH1082701A - 温度測定装置 - Google Patents

温度測定装置

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JPH1082701A
JPH1082701A JP9193894A JP19389497A JPH1082701A JP H1082701 A JPH1082701 A JP H1082701A JP 9193894 A JP9193894 A JP 9193894A JP 19389497 A JP19389497 A JP 19389497A JP H1082701 A JPH1082701 A JP H1082701A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼器脈動によって影響を与えずに正確な温
度測定を実施することができ、しかも火炎を損なうこと
なく測定センサにより迅速な測定が可能となると同時に
測定センサが廉価でかつ丈夫となるような温度測定装置
を提供する。 【解決手段】 光学的な測定センサ（７）が、バーナ
（１）の予混合域（３）中で火炎面（８）のすぐ上流側
に配置されており、各測定センサ（７）が、ガスタービ
ン燃焼器に導入される燃料流（５）に対してほぼ平行お
よび／または同軸的に向けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼技術の分野に
関する。本発明は、特にガスタービンの燃焼器における
火炎温度測定のための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼技術の分野における研究の開始以
来、火炎温度の測定は常に重要視されている。火炎温度
は、化石燃料の燃焼においては主要なパラメータであ
る。なぜならば、火炎温度は、化学反応動力特性および
たとえばＮＯｘ等の有害物質の生成に直接的な関係を有
するからである。さらに、燃焼過程時のエネルギ放出を
知ることは、燃焼器の設計、および関連した全ての構成
要素の機械的負荷および熱的負荷の測定のために不可欠
である。
【０００３】現在では、火炎温度を測定するための多数
の技術が存在している。しかしこの場合、極端な使用条
件が、温度センサに課せられた大きな要件となっている
ので、清潔な実験室条件下で性能を実証された全ての温
度センサを工業用燃焼器において直接使用することがで
きない。
【０００４】現在汎用されている温度測定技術は大雑把
に見て２つのカテゴリに分類することができる。すなわ
ち、一方のカテゴリでは非光学的な温度センサが使用さ
れており、他方のカテゴリでは光学的なセンサが使用さ
れている。
【０００５】非光学的な温度測定装置には、たとえば熱
電対を有する点センサが属する。点センサは、離散した
複数の点における簡単でかつ廉価な温度測定手段を提供
しているが、ただし火炎のすぐ近くに取り付けられてい
なければならず、これにより火炎に影響を与えてしま
う。さらに、熱電対は易破壊性に基づき、乱流高温の環
境においてはその使用性が制限されている。その上この
ような環境においては化学的な表面反応により熱電対が
損傷を受ける。
【０００６】特にレーザ技術が知られるようになって以
来、多くの光学的な温度測定装置が開発されている。こ
のような光学的な温度測定方法としては、特に吸収技術
および蛍光技術ならびに、レーザ散乱光を利用した様々
な測定技術が挙げられる。前記光学的な測定方法に共通
して云えることは、光源すなわちレーザを必要とするこ
とである。したがって、これらの測定方法はアクティブ
な性質を有しているが、しかし熱電対とは異なり火炎に
影響することはない。これらの方法は、光源から放出さ
れた光線と測定容量とを考慮して火炎の温度を推量す
る。
【０００７】公知の光学的な、アクティブでない温度測
定は高温測定法（pyrometry ）によって実施され、この
場合、火炎中に含まれたすす粒子から放出される黒体放
射線が利用される。しかしながら問題となるのは、気体
燃料から形成された火炎に高温測定法による温度測定系
を使用する場合である。この場合、すす含量が非常に低
いために光学的な信号が極めて弱い。さらにこれに加え
て問題となるのは、信号分析において、放射するすす粒
子の、温度および波長に関連した放出能が大まかにしか
知られておらず、このことは検出器への途中で生じる望
ましくない吸収効果と相俟って方法の精度を損なう。
【０００８】全ての公知の光学的な温度測定装置の取付
けは、火炎からできるだけ小さな間隔を置いて実施され
る。この目的のために、測定センサは、燃料混合物の流
れ方向に対して直角に燃焼器内火炎面に並設されている
か、またはバーナの下流側でフロントプレートに設けら
れており、この場合、測定センサは火炎面に対して斜め
に向けられている。
【０００９】このような取付けの大きな欠点は、燃焼器
内の熱音響的な揺動に基づき、火炎が所定の定点で発生
せずに、燃焼器の領域で揺動してしまうことである。そ
の結果、このような測定取付けを用いた温度測定は誤差
を含んでいる。なぜならば、個々の火炎平面を連続的に
検出することができないからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、冒頭で述べた形式の光学的な温度測定装置を改良
して、正確な温度測定を実施することができ、しかも火
炎を損なうことなく測定センサにより迅速な測定が可能
となると同時に、測定センサが廉価でかつ丈夫となるよ
うな温度測定装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、光学的な測定センサが、バーナの
予混合域内で火炎面のすぐ上流側に配置されており、各
測定センサが、ガスタービン燃焼器に導入される燃料流
に対してほぼ平行および／または同軸的に向けられてい
るようにした。
【００１２】
【発明の効果】本発明の本質を成す思想は、燃料流内で
火炎面のすぐ上流側に配置された光学的な測定センサ
が、燃料流に対してほぼ平行および／または同軸的に向
けられていて、これらの測定センサが、流れ方向で火炎
面全体を捕捉する点に認められる。この場合、光学的な
測定センサは火炎に影響を与えず、それと同時に光学的
な温度測定は、ガスタービン燃焼器内に生じる熱音響的
な圧力振動に基づく火炎の局所的な揺動によって損なわ
れない。
【００１３】本発明の利点は特に、ガスタービンの運転
時に燃焼器脈動とは無関係な正確な光学的火炎温度測定
を行うことができる点にある。なぜならば、光学的なセ
ンサの開口数が適宜な大きさに設定されていると、流れ
方向で火炎の揺動が存在するにもかかわらず火炎面全体
が常に捕捉されるからである。
【００１４】１つの光学的な測定センサが、バーナの予
混合域内で燃料流中に同軸的に配置されていて、多数の
別の光学的な測定センサが、燃料流に対して平行にバー
ナ壁に配置されていると特に有利である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
につき詳しく説明する。
【００１６】図面中、同一のまたは対応する部材は同じ
符号で示されている。図面には本発明を理解するために
重要となる構成要素しか示されていない。たとえば、検
出された光信号から火炎温度を測定するための、測定セ
ンサに接続された評価ユニットは図示されていない。
【００１７】図１には、たとえばガスタービンにおいて
使用されているような円錐形のバーナが符号１で示され
ている。バーナ１には片側で燃料ライン４を介して燃料
が供給され、空気ライン１０を介して燃焼空気が供給さ
れる。燃料と燃焼空気とは、流れ方向５でそれぞれ別個
のラインを介してバーナ１に供給され、次いで燃料と燃
焼空気とは、予混合域３においてできるだけ均一に互い
に混合される。下流側において、バーナ１はフロントプ
レート９で終わっている。フロントプレート９は、火炎
管２の構成要素であり、火炎管２はさらに燃焼器壁６に
よって仕切られている。火炎管２中では、予混合域３の
下流側で火炎８が発生する。
【００１８】光学的な温度測定のために、バーナ１とこ
のバーナ１に接続された燃料ライン４とには測定センサ
７が配置されている。これらの測定センサ７は、第１に
は燃料の流れ方向５に対してほぼ平行に予混合域３に取
り付けられているか、または第２には燃料ライン４の中
心に設けられている。測定センサ７は全て火炎面８に向
けられている。測定センサ７の開口数は、燃焼過程のた
めに重要となる火炎面領域を含んだ円錐形の観察容量が
開かれるような大きさに設定される。温度測定のために
は、火炎面８が上流側から測定センサ７によって観察さ
れる。火炎８が、熱音響的な燃焼器振動に基づき流れ方
向５に対して直角な平面で揺動しても、光学的な温度測
定はこの影響をほとんど受けない。つまり、測定センサ
７によって、前記火炎揺動にもかかわらず火炎面８全体
が常に捕捉されるか、または予混合域３に取り付けられ
た測定センサ７の配置に対応して、常に同じ火炎区分が
捕捉されるわけである。
【００１９】図２には、測定センサ７の配置が、図１に
示したＢ−Ｂ線に沿った横断面図で示されている。図２
から判るように、１つの測定センサ７が燃料ライン４の
中心に配置されているのに対して、６つの別の測定セン
サ７が半径方向で間隔を置いて配置されて燃料ライン４
を取り囲んでいる。各測定センサ７は、多数のグラスフ
ァイバ１１を有しており、それぞれのグラスファイバ１
１が測定ピックアップとして働く。ただし、１つのバー
ナに取り付けられる測定センサ７の数は重要ではない。
すなわち本発明によれば燃料ライン４の中心に単に１つ
の測定センサ７を配置することも考えられ、その場合、
この測定センサ７は、１つのグラスファイバ１１を備え
ているか、または冗長目的から複数のグラスファイバ１
１を備えている。また、燃料ライン４を取り囲む複数の
測定センサ７だけを備えた構成も考えられる。使用され
る測定センサ７の数ならびに測定センサ内に配置された
グラスファイバ１１の数は必要に応じて変えることがで
きる。
【００２０】測定センサ７の取付けを決定する判断基準
は、測定センサ７を火炎面８のすぐ上流側に配置するこ
とである。この位置においてのみ、光学的な温度測定
は、場合によって生じる火炎運動とは全く無関係に実施
可能となり、ひいてはセンサ信号のできるだけ大きな安
定性を保証する。
【００２１】ピックアップされた信号を評価するために
は、測定センサ７がたとえば適当な分光計（図示せず）
に接続されている。その場合、公知の方法を用いて分光
分析が実施され、この分光分析によって、分光分析と火
炎温度との間の対応付けが可能となる。同様に、本発明
による装置によって、火炎温度を測定するための公知の
吸収技術および蛍光技術も使用可能となる。
【００２２】当然ながら、本発明は、図示の上記実施例
に限定されるものではない。すなわち本発明によれば、
測定センサを流れ方向に対して平行に移動可能に配置
し、これによってバーナ１の負荷点の変化時に測定セン
サを、対応する火炎平面に合わせて移動させることも可
能である。また、同じ目的のために、予混合域に取り付
けられた測定センサ７のための、バーナ軸線に対する傾
斜角度の調節装置も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーナと、バーナに隣接した燃焼器の縦断面図
である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿ったバーナの横断面図であ
る。
【符号の説明】
１ バーナ、 ２ 火炎管、 ３ 予混合域、 ４ 燃
料ライン、 ５ 流れ方向、 ６ 燃焼器壁、 ７ 測
定センサ、 ８ 火炎面、 ９ フロントプレート、
１０ 空気ライン、 １１ グラスファイバ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 温度測定装置であって、該温度測定装置
    が、複数の光学的な測定センサ（７）を有している形式
    のものにおいて、 前記光学的な測定センサ（７）が、バーナ（１）の予混
    合域（３）内で火炎面（８）のすぐ上流側に配置されて
    おり、各測定センサ（７）が、ガスタービン燃焼器に導
    入される燃料流（５）に対してほぼ平行および／または
    同軸的に向けられていることを特徴とする、温度測定装
    置。
  2. 【請求項２】 各測定センサ（７）が、複数のグラスフ
    ァイバ（１１）を有しており、該グラスファイバ（１
    １）がまとめられて、１つのファイバ束を形成してい
    る、請求項１記載の温度測定装置。
  3. 【請求項３】 前記光学的な測定センサ（７）が、予混
    合域（３）を仕切っているバーナ（１）の壁に配置され
    ている、請求項１記載の温度測定装置。
  4. 【請求項４】 １つの光学的な測定センサ（７）が、予
    混合域（３）に突入した燃料ライン（４）に配置されて
    いる、請求項１記載の温度測定装置。
JP19389497A 1996-07-18 1997-07-18 温度測定装置 Expired - Lifetime JP4112043B2 (ja)

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