温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラム
【課題】簡易な光学系と測定系とによって不輝炎の燃焼ガスの自発光をとらえて二次元断面の温度分布を測定できるようにする。
【解決手段】測定対象断面を碁盤目状に分割し、当該碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度を計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度を計測し、これら発光強度に基づいて前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度を求め、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算し、当該平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出するようにした。
【解決手段】測定対象断面を碁盤目状に分割し、当該碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度を計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度を計測し、これら発光強度に基づいて前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度を求め、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算し、当該平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象断面におけるガス流の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、例えばガスタービン内の高温・高圧・高速流且つ不輝炎の燃焼ガスについて燃焼器出口から膨張タービン入口までの間の任意の断面におけるガス流の温度分布を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電プラントでは、ガスタービン入口におけるガスの温度及び圧力を上昇させることによって高効率化が図られてきた。それに伴い、ガスタービンの燃焼器及び膨張タービンに代表される高温部位の部品への高機能性材料の適用や各種コーティング技術の施工などによってガスタービン機器設備全体に占める高温部品の費用の割合が上昇すると共にプラント運用費用全体に占める高温部品の点検及び補修費用の割合が上昇する傾向にある。
【０００３】
一方で、環境保全性に優れるガスタービンは、高効率化を図るための高温化によって燃焼排出ガス中のＮＯｘ生成濃度が上昇することに配慮し、これを抑制するために希薄予混合燃焼化による均一燃焼を採用している。希薄予混合燃焼に代表される均一燃焼では、量論比での燃焼を伴う従来の拡散燃焼と異なり、量論比条件での燃焼範囲を空間的・時間的に少なくして燃焼器上流部における燃焼温度を低下させることにより、1500〜1600℃以上の高温ガス中で空気中の窒素が酸化されて生成されるサーマルＮＯｘ濃度を低減させるようにしている。
【０００４】
ここで、均一燃焼では、燃焼速度が低下し、且つ、可燃範囲の狭いメタンを主成分とするＬＮＧを燃料とする場合には火炎の安定性が低下する。このため、ガスタービン機器の個体差やガスタービン負荷の増減などを要因として燃焼振動が発生して膨張タービン入口のガス温度が周期的に変動することが懸念される。
【０００５】
そこで、火炎の安定性を高くしてＮＯｘ排出量を少なくするためにパイロットバーナを併用する手法（特許文献１）や、燃焼振動を防止すると共に火炎を安定化させるために風箱を用いる手法（特許文献２）や、燃焼振動を低減させるために音響工学的に燃焼振動圧力を吸収する手法（特許文献３）などが採用されている。
【０００６】
しかしながら、実際には、燃焼器出口及び膨張タービン入口部位におけるガス温度の周期的な変動及びその変動幅は未知であり、このために燃焼器及びタービン高温部位の冷却手法や冷却量などの対策については熱電対を用いた燃焼器単体試験によって求めた静的な実験値を使用して決定しているのが実状であり、実機試運転時において機器設計時に予期しない燃焼振動現象が生じている。
【０００７】
このため、実機における燃焼器出口及び膨張タービン入口のガス温度を監視することができれば、特許文献１，２及び３に記載される燃焼振動抑制手法を的確に実施することができると共に、タービン高温部品の冷却手法の適正化に貢献することができる。
【０００８】
ここで、非接触でのガス温度測定については、赤外線を感知して放射率とプランクの法則とから温度を同定する放射温度計が実用化されている（特許文献４）。
【０００９】
非接触温度測定法としては、他に、単色光を照射してラマン散乱光を発生させて該散乱光強度から温度情報を得る方法（特許文献５）や、波長の異なる２つのレーザ光を用いてラマン散乱光を発生させて高強度の共鳴光を発生させるＣＡＲＳ法や、燃焼ガス中の特定の物質をレーザにより励起させて基底状態に遷移する過程で発生する発光を測定して場の情報を得るレーザ誘起蛍光法がある。
【００１０】
非接触温度測定法としては、さらに、波長の異なる二つの超音波を用いて位置を測定すると同時に、温度変動に起因する音圧変動に伴う音速の変化を利用して温度を測定する方法がある（特許文献６）。
【００１１】
また、ガスタービンの燃焼器出口断面若しくは膨張タービン入口断面におけるガス温度の分布は、一般的に、数式１で表されるＰattern Ｆactor（以下、Ｐ.Ｆ.と表記する；単位は％）で評価される。
（数１） Ｐ.Ｆ.＝(Ｔmax−Ｔex)／(Ｔex−Ｔair)×100
ここに、Ｔmax：断面内のガスの最高温度〔Ｋ〕
Ｔex：断面の平均ガス温度〔Ｋ〕
Ｔair：燃焼用空気の温度〔Ｋ〕 をそれぞれ表す。
【００１２】
ここで、燃焼器の設計においては、Ｐ.Ｆ.の値を15〜17％以内にすることが一般的に求められる。仮に、Ｔex＝1773〔Ｋ〕(＝1500〔℃〕)，Ｔair＝673〔Ｋ〕(＝400〔℃〕)を定格条件としてＰ.Ｆ.を17％以下にするにはＴmaxを1960〔Ｋ〕以下にしなければならない。この場合の（Ｔmax−Ｔex）は187〔Ｋ〕である。しかしながら、これは高い温度しか規定していないので、Ｔexよりも低い温度からの温度差ΔＴminを加えて実際のガス温度の高い点と低い点との間の温度差ΔＴは(ΔＴmin＋187)〔Ｋ〕になる。すなわち、膨張タービンの翼列の設計においては、最高温度に対応する耐熱条件の検討に加え、断面内の温度分布に基づく温度差の検討も重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２−３３４１９号
【特許文献２】特開平５−１８７６３５号
【特許文献３】特許第３９６２５５４号
【特許文献４】特開２００６−９０９７８号
【特許文献５】特開昭５３−６７４８１号
【特許文献６】特開２００３−１４５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、希薄予混合化による均一燃焼を実現しつつある低ＮＯｘ燃焼器出口及び膨張タービン入口における燃焼ガスは拡散燃焼のような輝炎ではないので赤外光が少ないために半透明になり、水素の燃焼にいたっては目視が困難なほどであり、さらに、燃焼器の側壁には耐火材や耐熱コーティングが施されていて燃焼ガス及びその熱により耐火材又は耐熱コーティングからの赤外線の輻射が大きいので、特許文献４の赤外光を感知する放射温度計ではガス温度を測定することは困難である。
【００１５】
また、例えば特許文献５のようにレーザを用いる測定手法では、光学系が複雑であるという問題や、ガスタービン実機における高温場に適用するには測定手法としての技術的課題が残されているという問題がある。具体的には、小型のバーナ火炎にレーザを照射し火炎及び温度に起因するであろう散乱光や発光強度を計測してその光の強度特性と火炎の温度特性との間の一定の関係を用いて温度分布を測定することは、実験室においては可能であるが、実機のガスタービンに実際に適用することは事実上困難である。また、熱電対や放射温度計は校正が規定されているが、レーザを用いる方法は温度計測法としては規定できる段階ではないという問題もある。自発光を使う場合も、校正出来なければ測れたことにはならない。
【００１６】
レーザを用いる測定手法では、また、レーザを用いることによって燃焼ガスに影響を与えて燃焼振動等の発生要因になる可能性があるという問題がある。さらに、測定系が複雑であり、検証も難しいという問題がある。
【００１７】
さらに、特許文献６の音波を用いる測定手法は、室温を対象にしたものであり、高温・高流速条件下における測定に適用するには測定手法としての技術的課題が残されているという問題がある。具体的には、音波を利用する室内温度計測又はボイラ内温度計測手法が提案されているが、音波を用いる場合は実際にはボイラ内部の雑音の影響を受けて正確な測定が困難であり、また、ボイラ内部の雑音の影響を除去するためにはボイラ内部の雑音の特性を同定する必要がある。さらに、燃焼ガス流は100〔m/s〕レベルの流速があり、音波を用いて音の速度変化の割合によって温度を同定する場合には誤差が生じるという問題がある。例えば、音速は、0〔℃〕では331〔m/s〕、1500〔℃〕では843〔m/s〕であるので、100〔m/s〕の燃焼ガス流は約８分の１の速度になり、これが誤差になる。
【００１８】
音波を用いる測定手法では、また、音波を用いることによって燃焼ガスに影響を与えて燃焼振動等の発生要因になる可能性があるという問題がある。さらに、測定系が複雑であり、検証も難しいという問題がある。
【００１９】
また、膨張タービンの翼列の設計においては最高温度に対応する耐熱条件の検討に加えて断面内の温度分布に基づく温度差の検討も重要であるにも拘わらず実機運転条件での温度分布の測定は実現されておらず、設計の検証を行うためのデータを十分に把握できていないという問題がある。
【００２０】
そこで、本発明は、例えばガスタービンの燃焼器出口や膨張タービン入口などの高温・高圧・高流速場において、簡易な光学系と測定系とによって不輝炎の燃焼ガスの自発光をとらえて二次元断面の温度分布を測定することができる温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の温度分布測定方法は、測定対象断面を碁盤目状に分割し、当該碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度を計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度を計測し、これら発光強度に基づいて前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度を求め、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算し、当該平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出するようにしている。
【００２２】
また、請求項５記載の温度分布測定装置は、測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける手段と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する手段と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する手段とを有するようにしている。
【００２３】
また、請求項９記載の温度分布測定プログラムは、測定対象断面におけるガス温度を算出する処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、前記測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける処理と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する処理と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する処理とをコンピュータに行わせるようにしている。
【００２４】
これら本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによると、下記に説明する原理により、不輝炎の燃焼ガスの自発光を計測することによって当該燃焼ガスの燃焼温度を求めることができる。
【００２５】
ガスタービンでは、航空機エンジンの高負荷条件の場合を除き、燃焼器出口又は膨張タービン入口において燃料のほぼ100％が燃焼している。すなわち、一般的な化学反応はミリ秒オーダで進行する多数の素反応の結果であり、反応温度及び圧力に依存した化学種とその濃度とが決まる。そして、発電プラントの場合は、煙突出口では約100℃，ほぼ大気圧まで温度及び圧力が低下し、その際には燃料のほぼ100％がＣＯ２及びＨ２Ｏとして排出される。
【００２６】
燃焼ガス中の反応における中間生成物のうち不対電子を持つものはラジカルと呼ばれ、このラジカルの存在から燃焼反応の進行度を推測することができる。そして、ラジカルは燃焼熱等によって励起され、この励起ラジカルがエネルギー準位の低い基底状態に遷移する過程でエネルギー差に相当する光を生じるので、燃焼ガスの自発光の発光強度とラジカル濃度との間には一定の関係がある。すなわち、燃焼ガスの発光強度と燃焼温度との間には一定の関係がある。このため、燃焼ガスの発光強度を計測することによって燃焼温度を同定することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定方法において、前記ガスの発光強度を、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測すると共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測するようにしている。また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の温度分布測定装置において、前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであるようにしている。また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の温度分布測定プログラムにおいて、前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであるようにしている。この場合には、測定対象断面におけるガス温度の分布にむらがある場合でも当該むらが反映された測定が行われる。
【００２８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定方法において、前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであるようにしている。また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の温度分布測定装置において、前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであるようにしている。また、請求項１１記載の発明は、請求項９記載の温度分布測定プログラムにおいて、前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであるようにしている。この場合には、バンドスペクトル強度に基づいて的確にガス温度の測定が行われる。
【００２９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定方法において、前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であるようにしている。また、請求項８記載の発明は、請求項５記載の温度分布測定装置において、前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であるようにしている。また、請求項１２記載の発明は、請求項９記載の温度分布測定プログラムにおいて、前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であるようにしている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、これまで実機における測定が難しいとされてきた不輝炎の燃焼ガスの非接触での温度測定が可能になり、且つ、燃焼ガス流に影響を与えることなく燃焼ガスの温度を測定することが可能になるので、燃焼ガスの温度分布測定としての汎用性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、例えば熱電対のような破損した場合に下流側の機器に影響を与えるものを用いることなく燃焼ガスの温度測定が可能になり、しかも、簡易且つ安価な方法で燃焼ガスの温度を測定することが可能になるので、燃焼ガスの温度分布測定としての汎用性の向上を図ることができる。
【００３２】
また、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、燃焼機器試験ではなく実機における燃焼ガスの温度を測定することができるので、当該温度を監視・評価することによって例えばガスタービンの燃焼器及び下流の機器の設計・評価を適切に実施することが可能になり、燃焼機器及びその下流側の機器の信頼性向上に大きく貢献することが可能になる。
【００３３】
さらに、燃焼機器及びその下流の機器は燃焼機器の燃焼ガス温度上昇に伴って耐火材及び耐熱コーティングを施工することが多いので赤外線輻射が燃焼ガス温度の測定を更に難しくしているのに対し、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、赤外線輻射とは関係がない波長の短い可視光又は紫外光を計測するようにしているので燃焼ガスの温度をより一層正確に測定することが可能になり、燃焼ガスの温度分布測定としての信頼性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、複数の受光部から得られる計測値を組み合わせて用いることによって燃焼ガスの断面における二次元的な温度分布を測定することが可能になり、燃焼機器及びその下流側の機器の被曝条件をより一層詳細に把握することができるので、燃焼機器及びその下流側の機器の最適設計により一層貢献することが可能になる。そしてこれにより、燃焼機器及びその下流側の機器をより安価な設計で、且つ寿命を延ばすことを可能とし、設備費及び補修費用の削減に貢献することが可能になる。
【００３５】
また、請求項２記載の温度分布測定方法によれば、測定対象断面におけるガス温度の分布のむらを的確に反映した温度分布の測定を行うことができるので、ガス温度分布測定の精度を向上させることが可能であり、燃焼ガスの温度分布測定の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の温度分布測定方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】本実施形態の温度分布測定方法をプログラムを用いて実施する場合の温度分布測定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の温度分布測定装置を含む、本実施形態における温度分布測定の全体の仕組みを説明する機能ブロック図である。
【図４】実施形態の測定対象断面を有するガスタービンの断面図である。
【図５】実施形態の測定対象断面の分割並びに受光部の配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１から図５に、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムの実施形態の一例を示す。本発明の温度分布測定方法は、測定対象断面２１ａを碁盤目状に分割し、当該碁盤目の少なくとも各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌを計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌを計測し、これら発光強度Ｌに基づいて各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bを求め、ガスの燃焼属性に基づいて測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算し、当該平均ガス温度Ｔexと各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bとを用いて碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度Ｔを算出するようにしている。
【００３９】
なお、本実施形態では、図４に圧縮機翼列ＣＣとガスタービン燃焼器車室２４と膨張タービン翼列ＣＴとの断面を示すガスタービンを例に挙げて説明する。
【００４０】
ガスタービン燃焼器車室２４内には、燃焼器内筒２２と膨張タービン翼列ＣＴとの間に燃焼ガス流れ案内用トラジッションピース２１（燃焼器尾筒ともいう）（以下、単にトラジッションピース２１と表記する）が設けられている。そして、本実施形態では、燃焼器内筒２２の出口の断面でもあるトラジッションピース２１の入口の断面２１ａ（以下、ＴＰ入口断面２１ａと呼ぶ）における燃焼器排出ガス２３の温度を測定する場合について説明する。以下において、ＴＰ入口断面２１ａのことを測定対象断面とも呼ぶ。なお、本実施形態におけるＴＰ入口断面２１ａは円形である。また、図４における符号２５は圧縮機の吐出空気を、符号２６は起動用燃料を、符号２７は主燃料を、符号２８は燃焼器バーナ（具体的には燃料噴射ノズル及び空気旋回器）を、符号２９は燃焼器外筒（フロースリーブともいう）を、符号ＦＧは膨張タービン通過後の排気ガスをそれぞれ表す。
【００４１】
受光部９は、ＴＰ入口断面２１ａにおける火炎(燃焼ガス)の自発光を受光するものであり、具体的には光ファイバケーブルの受光部である。
【００４２】
受光部９は、トラジッションピース２１の入口の周縁部に、ＴＰ入口断面２１ａにおける火炎の自発光を受光する向き（即ち、トラジッションピース２１の入口の内側向き）に配置される。
【００４３】
また、受光部９による受光は被写体深度を有し、そして、受光部９が受光して計測する火炎(燃焼ガス)の発光強度は前記被写体深度分の発光の積分値である。本発明では、受光部９が受光する発光であって受光部９の正面の被写体深度分の領域（線状の領域である）における発光の積分値を用いる。なお、受光部９の正面前方に真っ直ぐ延びる線を測定線と呼ぶ。
【００４４】
ここで、本発明では、測定対象断面を仮想的に碁盤の目状に分割する（図５において点線で表示）。なお、本実施形態のように測定対象断面が矩形でない場合には、測定対象断面に収まる矩形内を碁盤の目状に分割するようにする。そして、分割された各マス目のほぼ中心において各受光部９の測定線同士が交差するように、また、必要に応じて対角線方向に、受光部９が配置される。そして、本発明では、測定線同士が交差する点の温度が求められる。以下では、測定線同士が交差する点であって本発明における温度測定の対象になる点を温度測定点と呼ぶ。
【００４５】
本実施形態では、測定対象断面である円形のＴＰ入口断面２１ａに収まる矩形を３段×３列の合計９マスの碁盤目状に分割し（図５において点線で表示；各マス目は正方形）、各マス目の中心（即ち全９点）の燃焼ガスの温度を測定する。
【００４６】
本実施形態では、また、上記３段の各段毎の３マスの並び方向中心位置をそれぞれの測定線として対向配置された６個と、上記３列の各列毎の３マスの並び方向中心位置をそれぞれの測定線として対向配置された６個と、上記矩形の対角線方向をそれぞれの測定線として対向配置された４個との、合計１６個の受光部９がトラジッションピース２１の入口の周縁部に配置される。
【００４７】
そして、各受光部９の測定線同士が碁盤目状の各マス目の中心で交差し、当該各マス目の中心が温度測定点になる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、図５に示すように、ＴＰ入口断面２１ａに収まる矩形を分割した３段×３列の碁盤目状のマス目のうち上段の３マスの自発光の計測を行う（即ち、測定線が上段の３マスの中心を貫く）向かい合う二個の受光部９の識別子をＡ(図に向かって左側)及びＡ'(右側)とし、中段の３マスの計測を行うものをＢ及びＢ'とし、下段の３マスの計測を行うものをＣ及びＣ'とする。また、図に向かって左列の３マスの自発光の計測を行う（即ち、測定線が左列の３マスの中心を貫く）向かい合う二個の受光部９の識別子をＤ(図に向かって上側)及びＤ'(下側)とし、中央列の３マスの計測を行うものをＥ及びＥ'とし、右列の３マスの計測を行うものをＦ及びＦ'とする。また、図に向かって左上から右下への対角線方向の３マスの自発光の計測を行う向かい合う二個の受光部９の識別子をＧ(左上側)及びＧ'(右下側)とし、右上から左下への対角線方向の３マスの計測を行うものをＨ(右上側)及びＨ'(左下側)とする。また、上段３マスの温度測定点を左側のマス目の中心から順にａ1，ａ2，ａ3とし、中段３マスの温度測定点を左側のマス目の中心から順にｂ1，ｂ2，ｂ3とし、下段３マスの温度測定点を左側のマス目の中心から順にｃ1，ｃ2，ｃ3とする。
【００４９】
各受光部９は受光したＴＰ入口断面２１ａにおける火炎(燃焼ガス)の自発光を光ファイバケーブル４を介して信号増幅器５に送る。
【００５０】
信号増幅器５は、光ファイバケーブル４を介して伝送された受光部９毎の信号光を増幅処理する。そして、信号増幅器５は増幅した受光部９毎の信号光を分光スペクトル分析計６に送る。
【００５１】
分光スペクトル分析計６は、信号増幅器５から送られた信号光を波長毎に分光してスペクトル分析を行うものである。分光スペクトル分析計６は、分光器６ａ，カメラ６ｂ，Ａ／Ｄ変換器等コントローラ６ｃ，及びスペクトル分析器６ｄを有する。
【００５２】
信号増幅器５から分光スペクトル分析計６に入力された信号光は、まず、分光器６ａに入力される。分光器６ａは入力された信号光を波長毎に分光する。
【００５３】
次に、カメラ６ｂは、フィルタによって特定の波長を選択したりする。カメラ６ｂは、光のエネルギーに応じた出力信号を発生する装置であれば良く、例えばＣＣＤ(Ｃharge Ｃoupled Ｄevice)素子やＣＭＯＳ(Ｃomplementary Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor)素子やサーモパイル(熱電堆)や光電子倍増管などを備えるもの、具体的には例えばＣＣＤカメラやサーモパイルを備えるカメラなどが用いられる。なお、測定対象とする（言い換えると、受光する）火炎(燃焼ガス)の特性（具体的には、燃焼ガス(ラジカル)の発光の波長）に合わせて例えばＣＣＤカメラ等のカメラ６ｂの感度特性が選択される（具体的には一例として、浜松ホトニクス株式会社製・型式C7972-03G，C7972-11，C7164-03の適用が可能である）。
【００５４】
次に、Ａ／Ｄ変換器等コントローラ６ｃは信号光の強度をデジタル化する。
【００５５】
次に、スペクトル分析器６ｄは発光すなわち光の波動を波長毎の強度に分解する。
【００５６】
そして、分光スペクトル分析計６の処理の結果として出力される受光部９毎の波長別のスペクトル強度が温度分布測定装置１０に入力される。
【００５７】
ここで、火炎の自発光の特定波長のバンドスペクトル強度と火炎温度との間には相関があり、特定波長のバンドスペクトル強度から火炎温度を推定することができることが知られている（木戸口・高橋：火炎発光計測による火炎温度，当量比同時計測手法の開発−第１報 大気開放ブンゼンバーナ火炎での検討−，電力中央研究所報告，研究報告：Ｗ９９０４０，平成１２年５月）。
【００５８】
本発明では、具体的には例えば、ＯＨラジカル（波長：309.0〔nm〕等）やＣＨラジカル（波長：431.4〔nm〕等）やＣ２ラジカル（波長：516.5〔nm〕等）などのバンドスペクトル強度と火炎温度との間の関係を用いる。
【００５９】
スペクトル分析器６ｄは、本実施形態では、ＯＨラジカル又はＣＨラジカル又はＣ２ラジカルのバンドスペクトル強度を温度分布測定装置１０に対して出力する。
【００６０】
そして、本発明の温度分布測定装置は、測定対象断面２１ａを碁盤目状に分割して受光部９によって計測された碁盤目の少なくとも各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_b及び各列毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_bの入力を受ける手段と、ガスの燃焼属性に基づいて測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算する手段と、平均ガス温度Ｔexと各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bとを用いて碁盤目の各マス目の中心位置（即ち、温度測定点）のガス温度Ｔを算出する手段とを有する。
【００６１】
上述の温度分布測定装置は、本発明の温度分布測定プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現される。本実施形態では、温度分布測定プログラム１７をコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。
【００６２】
温度分布測定プログラム１７を実行するための本実施形態の温度分布測定装置１０の全体構成を図２に示す。この温度分布測定装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４及びメモリ１５を備え相互にバス等の信号回線により接続されている。
【００６３】
制御部１１は記憶部１２に記憶されている温度分布測定プログラム１７によって温度分布測定装置１０全体の制御並びにバンドスペクトル強度を用いたガス温度分布の測定に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部１２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な記憶手段であり、例えばハードディスクである。メモリ１５は制御部１１が各種制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）である。
【００６４】
入力部１３は少なくとも作業者の命令を制御部１１に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。
【００６５】
表示部１４は制御部１１の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００６６】
そして、温度分布測定プログラム１７を実行することによって温度分布測定装置１０の制御部１１には、測定対象断面２１ａを碁盤目状に分割して受光部９によって計測された碁盤目の少なくとも各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_b及び各列毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_bの入力を受ける手段としてのバンドスペクトル強度入力受部１１ａと、ガスの燃焼属性に基づいて測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算する手段としての平均ガス温度計算部１１ｃと、平均ガス温度Ｔexと各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bとを用いて碁盤目の各マス目の中心位置（即ち、温度測定点）のガス温度Ｔを算出する手段としてのバンドスペクトル強度和算出部１１ｂ及び温度測定点ガス温度算出部１１ｄとが構成される。
【００６７】
また、本実施形態では、本発明の温度分布測定方法を温度分布測定装置１０において実現するための温度分布測定プログラム１７は、図１に示すように、受光部９毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bの入力を受けるステップ（Ｓ１）と、測定対象断面２１ａにおけるバンドスペクトル強度Ｌ_bの経路和を算出するステップ（Ｓ２）と、測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算するステップ（Ｓ３）と、測定対象断面２１ａの温度測定点毎のガス温度Ｔを算出するステップ（Ｓ４）とを実行する。
【００６８】
そして、本実施形態における温度分布測定方法の実行にあたっては、まず、測定対象断面における受光部９毎のバンドスペクトル強度が制御部１１のバンドスペクトル強度入力受部１１ａに入力される（Ｓ１）。
【００６９】
具体的には、各受光部９が受光したＴＰ入口断面２１ａにおける火炎の自発光に基づいて分光スペクトル分析計６がスペクトル分析した結果としての受光部９毎の特定波長のバンドスペクトル強度が分光スペクトル分析計６からバンドスペクトル強度入力受部１１ａに入力される。
【００７０】
なお、Ｓ１の処理においては、特定波長（以下、指定バンドと呼ぶ）のバンドスペクトル強度が用いられる。具体的には、分光スペクトル分析計６からバンドスペクトル強度入力受部１１ａに指定バンドのバンドスペクトル強度のみが入力されるようにしても良いし、分光スペクトル分析計６からバンドスペクトル強度入力受部１１ａに入力された波長別スペクトル強度の中からバンドスペクトル強度入力受部１１ａが指定バンドのバンドスペクトルのみを選択して用いるようにしても良い。以下、指定バンドのバンドスペクトル強度を指定バンド強度と呼ぶ。
【００７１】
ここで、図５における受光部９Ａが受光した発光強度をＬAA'と表記し、受光部９Ａ'が受光した発光強度をＬA'Aと表記し、同様に、受光部９Ｂ，９Ｂ'，９Ｃ，９Ｃ'，…，９Ｈ，９Ｈ'が受光した発光強度をそれぞれＬBB'，ＬB'B，ＬCC'，ＬC'C，…，ＬHH'，ＬH'Hと表記する。なお、発光強度ＬAA'は、具体的には、受光部９Ａと９Ａ'とを結ぶ測定線における発光強度の積分値であり、被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの全体にして測定して受光部９Ａが受光した発光強度である。
【００７２】
バンドスペクトル強度入力受部１１ａには、信号増幅器５及び分光スペクトル分析計６による処理が施された受光部９Ａ，９Ａ'，９Ｂ，９Ｂ'，…，９Ｈ，９Ｈ'毎の発光強度ＬAA'，ＬA'A，ＬBB'，ＬB'B，…，ＬHH'，ＬH'Hについてのバンドスペクトル強度（少なくとも指定バンド強度）の値が入力される。
【００７３】
そして、バンドスペクトル強度入力受部１１ａは、入力された受光部９Ａ，９Ａ'，９Ｂ，９Ｂ'，…，９Ｈ，９Ｈ'毎の発光強度ＬAA'，ＬA'A，ＬBB'，ＬB'B，…，ＬHH'，ＬH'Hについての指定バンド強度（以下、ＬAA'_b，ＬA'A_b，ＬBB'_b，ＬB'B_b，…，ＬHH'_b，ＬH'H_bとそれぞれ表記する）をメモリ１５に記憶させる。
【００７４】
また、本実施形態では、バンドスペクトル強度入力受部１１ａには、さらに、各受光部９位置からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２（即ち、各段・各列の３マスのうち各受光部９側から２マス目まで）に絞って測定したバンドスペクトル強度（少なくとも指定バンド強度）の値が入力される。なお、被写体深度３分の２に対応する発光強度の受光(計測)は、例えばカセグレン光学系（例えば、P.Kauranen, A.Andersson-Engels, and S.Svanberg, “Spatial mapping of flame radical emission using a spectroscopic multi-colour imaging system”, Applied Physics B 53, pp.260-264, 1991年 を参照）を用いることによって行われる。また、以下においては、例えば受光部９Ａ側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度の値をＬA2/3_bと表し、受光部９Ａ'側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度の値をＬA'2/3_bと表す。
【００７５】
そして、バンドスペクトル強度入力受部１１ａは、入力された受光部９Ａ，９Ａ'，９Ｂ，９Ｂ'，…，９Ｈ，９Ｈ'毎の発光強度ＬAA'，ＬA'A，ＬBB'，ＬB'B，…，ＬHH'，ＬH'Hについての被写体深度３分の２の指定バンド強度ＬA2/3_b，ＬA'2/3_b，ＬB2/3_b，ＬB'2/3_b，…，ＬH2/3_b，ＬH'2/3_bをメモリ１５に記憶させる。
【００７６】
次に、制御部１１のバンドスペクトル強度和算出部１１ｂが、測定対象断面におけるバンドスペクトル強度の経路和の算出を行う（Ｓ２）。
【００７７】
バンドスペクトル強度和算出部１１ｂは、Ｓ１の処理においてメモリ１５に記憶された発光強度についての指定バンド強度ＬAA'_b，ＬA'A_b，ＬBB'_b，ＬB'B_b，…，ＬHH'_b，ＬH'H_bをメモリ１５から読み込み、数式２及び数式３によって指定バンド強度の経路和Ｌ01及びＬ02を算出する。
（数２） Ｌ01＝ＬB_b＋ＬE_b＋ＬG_b＋ＬH_b
（数３） Ｌ02＝ＬA_b＋ＬB_b＋ＬC_b＋ＬD_b＋ＬE_b＋ＬF_b
【００７８】
なお、数式２及び数式３におけるＬA_b，ＬB_b，…，ＬH_bの値としては、具体的に例えばＬA_bについては指定バンド強度ＬAA'_bとＬA'A_bとの平均値である(ＬAA'_b＋ＬA'A_b)／２を用いる。
【００７９】
そして、バンドスペクトル強度和算出部１１ｂは、指定バンド強度の各段・各列平均値ＬA_b，ＬB_b，…，ＬH_b、及び、指定バンド強度の経路和Ｌ01，Ｌ02をメモリ１５に記憶させる。
【００８０】
次に、制御部１１の平均ガス温度計算部１１ｃが、測定対象断面の平均ガス温度の計算を行う（Ｓ３）。
【００８１】
測定対象断面であるＴＰ入口断面２１ａの平均ガス温度Ｔexは、例えば燃料流量，空気流量，燃料温度，空気温度，圧力などに基づいて計算される。なお、断面の平均ガス温度の計算方法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する（例えば、Harker,J.H.，‘The Calculation of Equilibrium Flame Gas Compositions,’，Journal of The Institute of Fuel，Vol.40，No.316，pp.206-213，1967年 を参照）。
【００８２】
平均ガス温度計算部１１ｃは、断面の平均ガス温度を計算するために必要な属性（各種変数の値；以下、ガスの燃焼属性と呼ぶ）の指定を要求する内容のメッセージを表示部１４に表示し、入力部１３を介して作業者によって入力されたガスの燃焼属性を読み込む。
【００８３】
そして、平均ガス温度計算部１１ｃは、ＴＰ入口断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算し、計算した値をメモリ１５に記憶させる。
【００８４】
次に、制御部１１の温度測定点ガス温度算出部１１ｄが、測定対象断面の温度測定点毎のガス温度の算出を行う（Ｓ４）。
【００８５】
図５に示す本実施形態のＴＰ入口断面２１ａの碁盤目状に分割されたマス目毎の温度測定点ａ1，ａ2，ａ3，ｂ1，ｂ2，ｂ3，ｃ1，ｃ2，ｃ3におけるガス温度を順にＴa1，Ｔa2，Ｔa3，Ｔb1，Ｔb2，Ｔb3，Ｔc1，Ｔc2，Ｔc3とする。
【００８６】
ＴＰ入口断面２１ａにおける温度測定点毎のガス温度を用いると平均ガス温度Ｔexは数式４のように表される。
（数４） Ｔex＝(Ｔa1＋Ｔa2＋Ｔa3＋Ｔb1＋Ｔb2＋Ｔb3＋Ｔc1＋Ｔc2＋Ｔc3)／９
【００８７】
また、バンドスペクトル強度とガス温度との間には一定の関係があるので、数式４を数式２に代入すると指定バンド強度の経路和Ｌ01は数式５のように表される。
（数５） Ｌ01∝Ｔex＋Ｔb2×３
【００８８】
そして、バンドスペクトル強度をガス温度に換算するための比例定数αを用いると数式５は数式６のように表される。
（数６） −Ｔb2＝(Ｔex−α×Ｌ01)／３
【００８９】
数式６においてＬB_bを用いると数式７が導かれる。
（数７） Ｔb1＋Ｔb3＝α×ＬB_b＋(Ｔex−α×Ｌ01)／ ３
【００９０】
ここで、受光部９Ｂ側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度ＬB2/3_bと、受光部９Ｂ'側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度ＬB'2/3_bとの差は、ガス温度Ｔb1とＴb3との差に相当するので数式８が成り立つ。
（数８） Ｔb1−Ｔb3＝α×(ＬB2/3_b−ＬB'2/3_b)
【００９１】
温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、Ｓ２の処理においてメモリ１５に記憶された指定バンド強度の各段・各列平均値ＬA_b，ＬB_b，…，ＬH_b、及び、指定バンド強度の経路和Ｌ01、並びに、Ｓ３の処理においてメモリ１５に記憶された平均ガス温度Ｔexをメモリ１５から読み込む。そして、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、温度測定点ｂ2のガス温度Ｔb2を数式６によって算出すると共に、温度測定点ｂ1及びｂ3のガス温度の和であるＴb1＋Ｔb3の値Ｔb1+3を数式７によって算出する。
【００９２】
ここで、バンドスペクトル強度をガス温度に換算するための比例定数αは数式９の関係から算出される。なお、この比例定数αは、測定対象断面内では測定時点毎に一定であると仮定する。
（数９） Ｔex＝α×Ｌ02／２
【００９３】
また、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、Ｓ１の処理においてメモリ１５に記憶された被写体深度３分２の指定バンド強度ＬB2/3_b及びＬB'2/3_bをメモリ１５から読み込み、温度測定点ｂ1及びｂ3のガス温度の差であるＴb1−Ｔb3の値Ｔb1-3を数式８によって算出する。
【００９４】
そして、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、温度測定点ｂ1のガス温度Ｔb1を数式１０によって求めると共に温度測定点ｂ3のガス温度Ｔb3を数式１１によって求める。
（数１０） Ｔb1＝(Ｔb1+3＋Ｔb1-3)／２
（数１１） Ｔb3＝(Ｔb1+3−Ｔb1-3)／２
【００９５】
温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、同様の手順によって温度測定点毎のガス温度Ｔa1，Ｔa2，Ｔa3，Ｔc1，Ｔc2，Ｔc3を求める。そして、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、求めた温度測定点毎のガス温度の値をメモリ１５に記憶させる。
【００９６】
ここで、温度測定点毎のガス温度Ｔa1，Ｔa2，Ｔa3，Ｔb1，Ｔb2，Ｔb3，Ｔc1，Ｔc2，Ｔc3である未知変数は９つであるので、これら未知変数の間の関係を表す式であって既知変数を含む式が同じく９つあれば、ガス温度Ｔa1，…，Ｔc3を算出することができる。本実施形態では、数式４が関係式の一つであり平均ガス温度Ｔexは計算可能であって既知変数であるので、既知変数を含む関係式はあと８つあれば良く、具体的には、８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ，９Ｇ，９Ｈ（すなわち、他の８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，９Ｄ'，９Ｅ'，９Ｆ'，９Ｇ'，９Ｈ'を除く）が受光した発光強度についての指定バンド強度ＬAA'_b，ＬBB'_b，ＬCC'_b，ＬDD'_b，ＬEE'_b，ＬFF'_b，ＬGG'_b，ＬHH'_bのみを用いることによって９点のガス温度Ｔa1，…，Ｔc3を算出することができる。
【００９７】
一方で、本実施形態では、測定対象断面における温度分布にむらがあることも考えられるので、８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，…，９Ｈが受光した発光強度についての指定バンド強度に加えて８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，…，９Ｈ'が受光した発光強度についての指定バンド強度も更に用いるようにしたり、被写体深度３分の２の指定バンド強度もまた更に用いるようにしたりしている。これにより、ガス温度分布の測定精度を向上させることができる。
【００９８】
また、本実施形態では手順として組み込んでいないが、バンドスペクトル強度とガス温度との間には一定の関係があるので、数式４を数式３に代入すると発光強度の経路和Ｌ02は数式１２のように表される。
（数１２） Ｌ02∝Ｔex×１８
【００９９】
比例定数α'を用いると数式１２は数式１３のように表される。
（数１３） Ｌ02＝１／α'×Ｔex×１８
【０１００】
さらに、数式６及び数式１３から経路長による誤差を求めることによってガス温度分布の測定精度を向上させることができる。
【０１０１】
また、Ｌ03及びＬ04を数式１４及び数式１５のように定義し、これを比較することによって発光受光の方向の相違に依存する発光強度差及びガス温度情報におけるガス温度との比例乗数を求めて温度差を求めることにより、ガス温度分布の測定精度を向上させることができる。
（数１４） Ｌ03＝Ｌ_A＋Ｌ_B＋Ｌ_C
（数１５） Ｌ04＝Ｌ_D＋Ｌ_E＋Ｌ_F
【０１０２】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態ではガスタービンのトラジッションピース２１の入口の断面２１ａにおける燃焼器排出ガス２３の温度を測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明の温度分布測定方法による測定対象はこれに限られるものではなく、例えば膨張タービン翼列ＣＴの入口の断面でもあるトラジッションピース２１の出口の断面における燃焼器排出ガス２３の温度を測定するようにしても良いし、トラジッションピース２１の入口から出口までの任意の断面における燃焼器排出ガス２３の温度を測定するようにしても良い。さらに言えば、本発明における測定対象は、ガスタービン内の燃焼ガスに限られるものではなく、例えばボイラー内の燃焼ガスの温度を測定するようにしても良い。
【０１０３】
また、上述の実施形態では８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，…，９Ｈに加えて更に８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，…，９Ｈ'を設置し、これら８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，…，９Ｈが受光した発光強度についての指定バンド強度に加えて更に８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，…，９Ｈ'が受光した発光強度についての指定バンド強度も用いると共に被写体深度３分の２の指定バンド強度も用いるようにしているが、温度測定点毎のガス温度Ｔa1，…，Ｔc3である未知変数は９つであるのでこれら未知変数の間の関係を表す式であって既知変数を含む式が少なくとも同じく９つあればガス温度Ｔa1，…，Ｔc3を算出することはできる。また、温度測定点毎のガス温度と測定対象断面の平均ガス温度Ｔexとの間には数式４のような関係が成り立つと共に平均ガス温度Ｔexは周知の方法によって算出され得る。したがって、測定対象断面を[ｍ段×ｎ列]個の碁盤目状に分割し温度測定点の数が[ｍ×ｎ]個である場合には（ただし、ｍ，ｎはどちらも３以上の整数）、各段のｎ個のマスの中心を測定線が貫いて自発光の計測を行うものと各列のｍ個のマスの中心を測定線が貫いて自発光の計測を行うものとの合わせて[ｍ×ｎ]個の受光部を設置し（そして、測定対象断面の奥行きの全体を被写体深度とする計測を行う）、別途算出した測定対象断面の平均ガス温度Ｔexを用いるようにすれば、ガス温度を算出することができる。そして、本実施形態のように測定対象断面の温度分布にむらがある場合でも温度測定精度を向上させるため、必要に応じ、上記[ｍ×ｎ]個の受光部と向かい合う受光部を更に設置して発光強度を計測したり、測定対象断面の奥行きの例えば２／ｍや２／ｎを被写体深度とする計測を更に行うようにすれば良い。
【０１０４】
また、上述の実施形態では数式２から数式１１までを用いて発光強度についての指定バンド強度からガス温度を算出するようにしているが、本発明において指定バンド強度からガス温度を算出する方法・手順はこれに限られるものではない。上述の実施形態では数式４として表される測定対象断面の温度測定点毎のガス温度の合計と平均ガス温度との間の関係式を少なくとも用いれば、残りの数式とは異なる他の関係式を用いるようにしても良い。なお、比例定数αについては、下に述べるように実験によって求めないのであれば、上述の実施形態における数式９を用いて算出する。
【０１０５】
また、上述の実施形態では単一の指定バンドのバンドスペクトル強度を用いるようにしているが、これに限られず、燃料組成に応じて複数種類の指定バンドのバンドスペクトル強度を用いて当該複数種類の指定バンド毎に温度測定点におけるガス温度を求め、例えばこれらの平均値を測定温度にするようにしても良い。これにより、ガス温度をより正確に評価することができる。
【０１０６】
また、上述の実施形態ではバンドスペクトル強度と火炎温度との間の関係において用いるバンドスペクトル強度の特定波長の例としてＯＨラジカル，ＣＨラジカル，Ｃ２ラジカルを具体的に挙げているが、本発明において用いられるバンドスペクトル強度の特定波長はこれらに限られるものではなく、他の波長のバンドスペクトル強度を用いるようにしても良い。
【０１０７】
また、上述の実施形態ではバンドスペクトル強度を温度に換算するための比例定数αを数式９の関係から算出するようにしているが、比例定数αは実験によって求めるようにしても良い。
【０１０８】
また、上述の実施形態では、光ファイバケーブル４の受光部９をトラジッションピース２１の入口の周縁部に配置し、この受光部９が受光した光を光ファイバケーブル４によって分光スペクトル分析計６のカメラ６ｂに導くようにしている。これは、トラジッションピース２１の入口付近は高温場であってカメラ類を直接配置することは好ましくないことを考慮したためである。したがって、耐熱仕様が施されるなどして高温場でも差し障りがないのであれば、光ファイバケーブル４を用いることなく、トラジッションピース２１の入口の周縁部にカメラなど光のエネルギーに応じた出力信号を発生する装置を直接配置するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 温度分布測定装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入力部
１４ 表示部
１５ メモリ
１７ 温度分布測定プログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象断面におけるガス流の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、例えばガスタービン内の高温・高圧・高速流且つ不輝炎の燃焼ガスについて燃焼器出口から膨張タービン入口までの間の任意の断面におけるガス流の温度分布を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電プラントでは、ガスタービン入口におけるガスの温度及び圧力を上昇させることによって高効率化が図られてきた。それに伴い、ガスタービンの燃焼器及び膨張タービンに代表される高温部位の部品への高機能性材料の適用や各種コーティング技術の施工などによってガスタービン機器設備全体に占める高温部品の費用の割合が上昇すると共にプラント運用費用全体に占める高温部品の点検及び補修費用の割合が上昇する傾向にある。
【０００３】
一方で、環境保全性に優れるガスタービンは、高効率化を図るための高温化によって燃焼排出ガス中のＮＯｘ生成濃度が上昇することに配慮し、これを抑制するために希薄予混合燃焼化による均一燃焼を採用している。希薄予混合燃焼に代表される均一燃焼では、量論比での燃焼を伴う従来の拡散燃焼と異なり、量論比条件での燃焼範囲を空間的・時間的に少なくして燃焼器上流部における燃焼温度を低下させることにより、1500〜1600℃以上の高温ガス中で空気中の窒素が酸化されて生成されるサーマルＮＯｘ濃度を低減させるようにしている。
【０００４】
ここで、均一燃焼では、燃焼速度が低下し、且つ、可燃範囲の狭いメタンを主成分とするＬＮＧを燃料とする場合には火炎の安定性が低下する。このため、ガスタービン機器の個体差やガスタービン負荷の増減などを要因として燃焼振動が発生して膨張タービン入口のガス温度が周期的に変動することが懸念される。
【０００５】
そこで、火炎の安定性を高くしてＮＯｘ排出量を少なくするためにパイロットバーナを併用する手法（特許文献１）や、燃焼振動を防止すると共に火炎を安定化させるために風箱を用いる手法（特許文献２）や、燃焼振動を低減させるために音響工学的に燃焼振動圧力を吸収する手法（特許文献３）などが採用されている。
【０００６】
しかしながら、実際には、燃焼器出口及び膨張タービン入口部位におけるガス温度の周期的な変動及びその変動幅は未知であり、このために燃焼器及びタービン高温部位の冷却手法や冷却量などの対策については熱電対を用いた燃焼器単体試験によって求めた静的な実験値を使用して決定しているのが実状であり、実機試運転時において機器設計時に予期しない燃焼振動現象が生じている。
【０００７】
このため、実機における燃焼器出口及び膨張タービン入口のガス温度を監視することができれば、特許文献１，２及び３に記載される燃焼振動抑制手法を的確に実施することができると共に、タービン高温部品の冷却手法の適正化に貢献することができる。
【０００８】
ここで、非接触でのガス温度測定については、赤外線を感知して放射率とプランクの法則とから温度を同定する放射温度計が実用化されている（特許文献４）。
【０００９】
非接触温度測定法としては、他に、単色光を照射してラマン散乱光を発生させて該散乱光強度から温度情報を得る方法（特許文献５）や、波長の異なる２つのレーザ光を用いてラマン散乱光を発生させて高強度の共鳴光を発生させるＣＡＲＳ法や、燃焼ガス中の特定の物質をレーザにより励起させて基底状態に遷移する過程で発生する発光を測定して場の情報を得るレーザ誘起蛍光法がある。
【００１０】
非接触温度測定法としては、さらに、波長の異なる二つの超音波を用いて位置を測定すると同時に、温度変動に起因する音圧変動に伴う音速の変化を利用して温度を測定する方法がある（特許文献６）。
【００１１】
また、ガスタービンの燃焼器出口断面若しくは膨張タービン入口断面におけるガス温度の分布は、一般的に、数式１で表されるＰattern Ｆactor（以下、Ｐ.Ｆ.と表記する；単位は％）で評価される。
（数１） Ｐ.Ｆ.＝(Ｔmax−Ｔex)／(Ｔex−Ｔair)×100
ここに、Ｔmax：断面内のガスの最高温度〔Ｋ〕
Ｔex：断面の平均ガス温度〔Ｋ〕
Ｔair：燃焼用空気の温度〔Ｋ〕 をそれぞれ表す。
【００１２】
ここで、燃焼器の設計においては、Ｐ.Ｆ.の値を15〜17％以内にすることが一般的に求められる。仮に、Ｔex＝1773〔Ｋ〕(＝1500〔℃〕)，Ｔair＝673〔Ｋ〕(＝400〔℃〕)を定格条件としてＰ.Ｆ.を17％以下にするにはＴmaxを1960〔Ｋ〕以下にしなければならない。この場合の（Ｔmax−Ｔex）は187〔Ｋ〕である。しかしながら、これは高い温度しか規定していないので、Ｔexよりも低い温度からの温度差ΔＴminを加えて実際のガス温度の高い点と低い点との間の温度差ΔＴは(ΔＴmin＋187)〔Ｋ〕になる。すなわち、膨張タービンの翼列の設計においては、最高温度に対応する耐熱条件の検討に加え、断面内の温度分布に基づく温度差の検討も重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２−３３４１９号
【特許文献２】特開平５−１８７６３５号
【特許文献３】特許第３９６２５５４号
【特許文献４】特開２００６−９０９７８号
【特許文献５】特開昭５３−６７４８１号
【特許文献６】特開２００３−１４５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、希薄予混合化による均一燃焼を実現しつつある低ＮＯｘ燃焼器出口及び膨張タービン入口における燃焼ガスは拡散燃焼のような輝炎ではないので赤外光が少ないために半透明になり、水素の燃焼にいたっては目視が困難なほどであり、さらに、燃焼器の側壁には耐火材や耐熱コーティングが施されていて燃焼ガス及びその熱により耐火材又は耐熱コーティングからの赤外線の輻射が大きいので、特許文献４の赤外光を感知する放射温度計ではガス温度を測定することは困難である。
【００１５】
また、例えば特許文献５のようにレーザを用いる測定手法では、光学系が複雑であるという問題や、ガスタービン実機における高温場に適用するには測定手法としての技術的課題が残されているという問題がある。具体的には、小型のバーナ火炎にレーザを照射し火炎及び温度に起因するであろう散乱光や発光強度を計測してその光の強度特性と火炎の温度特性との間の一定の関係を用いて温度分布を測定することは、実験室においては可能であるが、実機のガスタービンに実際に適用することは事実上困難である。また、熱電対や放射温度計は校正が規定されているが、レーザを用いる方法は温度計測法としては規定できる段階ではないという問題もある。自発光を使う場合も、校正出来なければ測れたことにはならない。
【００１６】
レーザを用いる測定手法では、また、レーザを用いることによって燃焼ガスに影響を与えて燃焼振動等の発生要因になる可能性があるという問題がある。さらに、測定系が複雑であり、検証も難しいという問題がある。
【００１７】
さらに、特許文献６の音波を用いる測定手法は、室温を対象にしたものであり、高温・高流速条件下における測定に適用するには測定手法としての技術的課題が残されているという問題がある。具体的には、音波を利用する室内温度計測又はボイラ内温度計測手法が提案されているが、音波を用いる場合は実際にはボイラ内部の雑音の影響を受けて正確な測定が困難であり、また、ボイラ内部の雑音の影響を除去するためにはボイラ内部の雑音の特性を同定する必要がある。さらに、燃焼ガス流は100〔m/s〕レベルの流速があり、音波を用いて音の速度変化の割合によって温度を同定する場合には誤差が生じるという問題がある。例えば、音速は、0〔℃〕では331〔m/s〕、1500〔℃〕では843〔m/s〕であるので、100〔m/s〕の燃焼ガス流は約８分の１の速度になり、これが誤差になる。
【００１８】
音波を用いる測定手法では、また、音波を用いることによって燃焼ガスに影響を与えて燃焼振動等の発生要因になる可能性があるという問題がある。さらに、測定系が複雑であり、検証も難しいという問題がある。
【００１９】
また、膨張タービンの翼列の設計においては最高温度に対応する耐熱条件の検討に加えて断面内の温度分布に基づく温度差の検討も重要であるにも拘わらず実機運転条件での温度分布の測定は実現されておらず、設計の検証を行うためのデータを十分に把握できていないという問題がある。
【００２０】
そこで、本発明は、例えばガスタービンの燃焼器出口や膨張タービン入口などの高温・高圧・高流速場において、簡易な光学系と測定系とによって不輝炎の燃焼ガスの自発光をとらえて二次元断面の温度分布を測定することができる温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の温度分布測定方法は、測定対象断面を碁盤目状に分割し、当該碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度を計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度を計測し、これら発光強度に基づいて前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度を求め、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算し、当該平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出するようにしている。
【００２２】
また、請求項５記載の温度分布測定装置は、測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける手段と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する手段と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する手段とを有するようにしている。
【００２３】
また、請求項９記載の温度分布測定プログラムは、測定対象断面におけるガス温度を算出する処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、前記測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける処理と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する処理と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する処理とをコンピュータに行わせるようにしている。
【００２４】
これら本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによると、下記に説明する原理により、不輝炎の燃焼ガスの自発光を計測することによって当該燃焼ガスの燃焼温度を求めることができる。
【００２５】
ガスタービンでは、航空機エンジンの高負荷条件の場合を除き、燃焼器出口又は膨張タービン入口において燃料のほぼ100％が燃焼している。すなわち、一般的な化学反応はミリ秒オーダで進行する多数の素反応の結果であり、反応温度及び圧力に依存した化学種とその濃度とが決まる。そして、発電プラントの場合は、煙突出口では約100℃，ほぼ大気圧まで温度及び圧力が低下し、その際には燃料のほぼ100％がＣＯ２及びＨ２Ｏとして排出される。
【００２６】
燃焼ガス中の反応における中間生成物のうち不対電子を持つものはラジカルと呼ばれ、このラジカルの存在から燃焼反応の進行度を推測することができる。そして、ラジカルは燃焼熱等によって励起され、この励起ラジカルがエネルギー準位の低い基底状態に遷移する過程でエネルギー差に相当する光を生じるので、燃焼ガスの自発光の発光強度とラジカル濃度との間には一定の関係がある。すなわち、燃焼ガスの発光強度と燃焼温度との間には一定の関係がある。このため、燃焼ガスの発光強度を計測することによって燃焼温度を同定することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定方法において、前記ガスの発光強度を、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測すると共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測するようにしている。また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の温度分布測定装置において、前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであるようにしている。また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の温度分布測定プログラムにおいて、前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであるようにしている。この場合には、測定対象断面におけるガス温度の分布にむらがある場合でも当該むらが反映された測定が行われる。
【００２８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定方法において、前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであるようにしている。また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の温度分布測定装置において、前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであるようにしている。また、請求項１１記載の発明は、請求項９記載の温度分布測定プログラムにおいて、前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであるようにしている。この場合には、バンドスペクトル強度に基づいて的確にガス温度の測定が行われる。
【００２９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定方法において、前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であるようにしている。また、請求項８記載の発明は、請求項５記載の温度分布測定装置において、前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であるようにしている。また、請求項１２記載の発明は、請求項９記載の温度分布測定プログラムにおいて、前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であるようにしている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、これまで実機における測定が難しいとされてきた不輝炎の燃焼ガスの非接触での温度測定が可能になり、且つ、燃焼ガス流に影響を与えることなく燃焼ガスの温度を測定することが可能になるので、燃焼ガスの温度分布測定としての汎用性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、例えば熱電対のような破損した場合に下流側の機器に影響を与えるものを用いることなく燃焼ガスの温度測定が可能になり、しかも、簡易且つ安価な方法で燃焼ガスの温度を測定することが可能になるので、燃焼ガスの温度分布測定としての汎用性の向上を図ることができる。
【００３２】
また、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、燃焼機器試験ではなく実機における燃焼ガスの温度を測定することができるので、当該温度を監視・評価することによって例えばガスタービンの燃焼器及び下流の機器の設計・評価を適切に実施することが可能になり、燃焼機器及びその下流側の機器の信頼性向上に大きく貢献することが可能になる。
【００３３】
さらに、燃焼機器及びその下流の機器は燃焼機器の燃焼ガス温度上昇に伴って耐火材及び耐熱コーティングを施工することが多いので赤外線輻射が燃焼ガス温度の測定を更に難しくしているのに対し、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、赤外線輻射とは関係がない波長の短い可視光又は紫外光を計測するようにしているので燃焼ガスの温度をより一層正確に測定することが可能になり、燃焼ガスの温度分布測定としての信頼性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムによれば、複数の受光部から得られる計測値を組み合わせて用いることによって燃焼ガスの断面における二次元的な温度分布を測定することが可能になり、燃焼機器及びその下流側の機器の被曝条件をより一層詳細に把握することができるので、燃焼機器及びその下流側の機器の最適設計により一層貢献することが可能になる。そしてこれにより、燃焼機器及びその下流側の機器をより安価な設計で、且つ寿命を延ばすことを可能とし、設備費及び補修費用の削減に貢献することが可能になる。
【００３５】
また、請求項２記載の温度分布測定方法によれば、測定対象断面におけるガス温度の分布のむらを的確に反映した温度分布の測定を行うことができるので、ガス温度分布測定の精度を向上させることが可能であり、燃焼ガスの温度分布測定の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の温度分布測定方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】本実施形態の温度分布測定方法をプログラムを用いて実施する場合の温度分布測定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の温度分布測定装置を含む、本実施形態における温度分布測定の全体の仕組みを説明する機能ブロック図である。
【図４】実施形態の測定対象断面を有するガスタービンの断面図である。
【図５】実施形態の測定対象断面の分割並びに受光部の配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１から図５に、本発明の温度分布測定方法、測定装置及び測定プログラムの実施形態の一例を示す。本発明の温度分布測定方法は、測定対象断面２１ａを碁盤目状に分割し、当該碁盤目の少なくとも各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌを計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌを計測し、これら発光強度Ｌに基づいて各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bを求め、ガスの燃焼属性に基づいて測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算し、当該平均ガス温度Ｔexと各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bとを用いて碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度Ｔを算出するようにしている。
【００３９】
なお、本実施形態では、図４に圧縮機翼列ＣＣとガスタービン燃焼器車室２４と膨張タービン翼列ＣＴとの断面を示すガスタービンを例に挙げて説明する。
【００４０】
ガスタービン燃焼器車室２４内には、燃焼器内筒２２と膨張タービン翼列ＣＴとの間に燃焼ガス流れ案内用トラジッションピース２１（燃焼器尾筒ともいう）（以下、単にトラジッションピース２１と表記する）が設けられている。そして、本実施形態では、燃焼器内筒２２の出口の断面でもあるトラジッションピース２１の入口の断面２１ａ（以下、ＴＰ入口断面２１ａと呼ぶ）における燃焼器排出ガス２３の温度を測定する場合について説明する。以下において、ＴＰ入口断面２１ａのことを測定対象断面とも呼ぶ。なお、本実施形態におけるＴＰ入口断面２１ａは円形である。また、図４における符号２５は圧縮機の吐出空気を、符号２６は起動用燃料を、符号２７は主燃料を、符号２８は燃焼器バーナ（具体的には燃料噴射ノズル及び空気旋回器）を、符号２９は燃焼器外筒（フロースリーブともいう）を、符号ＦＧは膨張タービン通過後の排気ガスをそれぞれ表す。
【００４１】
受光部９は、ＴＰ入口断面２１ａにおける火炎(燃焼ガス)の自発光を受光するものであり、具体的には光ファイバケーブルの受光部である。
【００４２】
受光部９は、トラジッションピース２１の入口の周縁部に、ＴＰ入口断面２１ａにおける火炎の自発光を受光する向き（即ち、トラジッションピース２１の入口の内側向き）に配置される。
【００４３】
また、受光部９による受光は被写体深度を有し、そして、受光部９が受光して計測する火炎(燃焼ガス)の発光強度は前記被写体深度分の発光の積分値である。本発明では、受光部９が受光する発光であって受光部９の正面の被写体深度分の領域（線状の領域である）における発光の積分値を用いる。なお、受光部９の正面前方に真っ直ぐ延びる線を測定線と呼ぶ。
【００４４】
ここで、本発明では、測定対象断面を仮想的に碁盤の目状に分割する（図５において点線で表示）。なお、本実施形態のように測定対象断面が矩形でない場合には、測定対象断面に収まる矩形内を碁盤の目状に分割するようにする。そして、分割された各マス目のほぼ中心において各受光部９の測定線同士が交差するように、また、必要に応じて対角線方向に、受光部９が配置される。そして、本発明では、測定線同士が交差する点の温度が求められる。以下では、測定線同士が交差する点であって本発明における温度測定の対象になる点を温度測定点と呼ぶ。
【００４５】
本実施形態では、測定対象断面である円形のＴＰ入口断面２１ａに収まる矩形を３段×３列の合計９マスの碁盤目状に分割し（図５において点線で表示；各マス目は正方形）、各マス目の中心（即ち全９点）の燃焼ガスの温度を測定する。
【００４６】
本実施形態では、また、上記３段の各段毎の３マスの並び方向中心位置をそれぞれの測定線として対向配置された６個と、上記３列の各列毎の３マスの並び方向中心位置をそれぞれの測定線として対向配置された６個と、上記矩形の対角線方向をそれぞれの測定線として対向配置された４個との、合計１６個の受光部９がトラジッションピース２１の入口の周縁部に配置される。
【００４７】
そして、各受光部９の測定線同士が碁盤目状の各マス目の中心で交差し、当該各マス目の中心が温度測定点になる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、図５に示すように、ＴＰ入口断面２１ａに収まる矩形を分割した３段×３列の碁盤目状のマス目のうち上段の３マスの自発光の計測を行う（即ち、測定線が上段の３マスの中心を貫く）向かい合う二個の受光部９の識別子をＡ(図に向かって左側)及びＡ'(右側)とし、中段の３マスの計測を行うものをＢ及びＢ'とし、下段の３マスの計測を行うものをＣ及びＣ'とする。また、図に向かって左列の３マスの自発光の計測を行う（即ち、測定線が左列の３マスの中心を貫く）向かい合う二個の受光部９の識別子をＤ(図に向かって上側)及びＤ'(下側)とし、中央列の３マスの計測を行うものをＥ及びＥ'とし、右列の３マスの計測を行うものをＦ及びＦ'とする。また、図に向かって左上から右下への対角線方向の３マスの自発光の計測を行う向かい合う二個の受光部９の識別子をＧ(左上側)及びＧ'(右下側)とし、右上から左下への対角線方向の３マスの計測を行うものをＨ(右上側)及びＨ'(左下側)とする。また、上段３マスの温度測定点を左側のマス目の中心から順にａ1，ａ2，ａ3とし、中段３マスの温度測定点を左側のマス目の中心から順にｂ1，ｂ2，ｂ3とし、下段３マスの温度測定点を左側のマス目の中心から順にｃ1，ｃ2，ｃ3とする。
【００４９】
各受光部９は受光したＴＰ入口断面２１ａにおける火炎(燃焼ガス)の自発光を光ファイバケーブル４を介して信号増幅器５に送る。
【００５０】
信号増幅器５は、光ファイバケーブル４を介して伝送された受光部９毎の信号光を増幅処理する。そして、信号増幅器５は増幅した受光部９毎の信号光を分光スペクトル分析計６に送る。
【００５１】
分光スペクトル分析計６は、信号増幅器５から送られた信号光を波長毎に分光してスペクトル分析を行うものである。分光スペクトル分析計６は、分光器６ａ，カメラ６ｂ，Ａ／Ｄ変換器等コントローラ６ｃ，及びスペクトル分析器６ｄを有する。
【００５２】
信号増幅器５から分光スペクトル分析計６に入力された信号光は、まず、分光器６ａに入力される。分光器６ａは入力された信号光を波長毎に分光する。
【００５３】
次に、カメラ６ｂは、フィルタによって特定の波長を選択したりする。カメラ６ｂは、光のエネルギーに応じた出力信号を発生する装置であれば良く、例えばＣＣＤ(Ｃharge Ｃoupled Ｄevice)素子やＣＭＯＳ(Ｃomplementary Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor)素子やサーモパイル(熱電堆)や光電子倍増管などを備えるもの、具体的には例えばＣＣＤカメラやサーモパイルを備えるカメラなどが用いられる。なお、測定対象とする（言い換えると、受光する）火炎(燃焼ガス)の特性（具体的には、燃焼ガス(ラジカル)の発光の波長）に合わせて例えばＣＣＤカメラ等のカメラ６ｂの感度特性が選択される（具体的には一例として、浜松ホトニクス株式会社製・型式C7972-03G，C7972-11，C7164-03の適用が可能である）。
【００５４】
次に、Ａ／Ｄ変換器等コントローラ６ｃは信号光の強度をデジタル化する。
【００５５】
次に、スペクトル分析器６ｄは発光すなわち光の波動を波長毎の強度に分解する。
【００５６】
そして、分光スペクトル分析計６の処理の結果として出力される受光部９毎の波長別のスペクトル強度が温度分布測定装置１０に入力される。
【００５７】
ここで、火炎の自発光の特定波長のバンドスペクトル強度と火炎温度との間には相関があり、特定波長のバンドスペクトル強度から火炎温度を推定することができることが知られている（木戸口・高橋：火炎発光計測による火炎温度，当量比同時計測手法の開発−第１報 大気開放ブンゼンバーナ火炎での検討−，電力中央研究所報告，研究報告：Ｗ９９０４０，平成１２年５月）。
【００５８】
本発明では、具体的には例えば、ＯＨラジカル（波長：309.0〔nm〕等）やＣＨラジカル（波長：431.4〔nm〕等）やＣ２ラジカル（波長：516.5〔nm〕等）などのバンドスペクトル強度と火炎温度との間の関係を用いる。
【００５９】
スペクトル分析器６ｄは、本実施形態では、ＯＨラジカル又はＣＨラジカル又はＣ２ラジカルのバンドスペクトル強度を温度分布測定装置１０に対して出力する。
【００６０】
そして、本発明の温度分布測定装置は、測定対象断面２１ａを碁盤目状に分割して受光部９によって計測された碁盤目の少なくとも各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_b及び各列毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_bの入力を受ける手段と、ガスの燃焼属性に基づいて測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算する手段と、平均ガス温度Ｔexと各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bとを用いて碁盤目の各マス目の中心位置（即ち、温度測定点）のガス温度Ｔを算出する手段とを有する。
【００６１】
上述の温度分布測定装置は、本発明の温度分布測定プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現される。本実施形態では、温度分布測定プログラム１７をコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。
【００６２】
温度分布測定プログラム１７を実行するための本実施形態の温度分布測定装置１０の全体構成を図２に示す。この温度分布測定装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４及びメモリ１５を備え相互にバス等の信号回線により接続されている。
【００６３】
制御部１１は記憶部１２に記憶されている温度分布測定プログラム１７によって温度分布測定装置１０全体の制御並びにバンドスペクトル強度を用いたガス温度分布の測定に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部１２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な記憶手段であり、例えばハードディスクである。メモリ１５は制御部１１が各種制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）である。
【００６４】
入力部１３は少なくとも作業者の命令を制御部１１に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。
【００６５】
表示部１４は制御部１１の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００６６】
そして、温度分布測定プログラム１７を実行することによって温度分布測定装置１０の制御部１１には、測定対象断面２１ａを碁盤目状に分割して受光部９によって計測された碁盤目の少なくとも各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_b及び各列毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度Ｌに基づくバンドスペクトル強度Ｌ_bの入力を受ける手段としてのバンドスペクトル強度入力受部１１ａと、ガスの燃焼属性に基づいて測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算する手段としての平均ガス温度計算部１１ｃと、平均ガス温度Ｔexと各段・各列毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bとを用いて碁盤目の各マス目の中心位置（即ち、温度測定点）のガス温度Ｔを算出する手段としてのバンドスペクトル強度和算出部１１ｂ及び温度測定点ガス温度算出部１１ｄとが構成される。
【００６７】
また、本実施形態では、本発明の温度分布測定方法を温度分布測定装置１０において実現するための温度分布測定プログラム１７は、図１に示すように、受光部９毎のバンドスペクトル強度Ｌ_bの入力を受けるステップ（Ｓ１）と、測定対象断面２１ａにおけるバンドスペクトル強度Ｌ_bの経路和を算出するステップ（Ｓ２）と、測定対象断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算するステップ（Ｓ３）と、測定対象断面２１ａの温度測定点毎のガス温度Ｔを算出するステップ（Ｓ４）とを実行する。
【００６８】
そして、本実施形態における温度分布測定方法の実行にあたっては、まず、測定対象断面における受光部９毎のバンドスペクトル強度が制御部１１のバンドスペクトル強度入力受部１１ａに入力される（Ｓ１）。
【００６９】
具体的には、各受光部９が受光したＴＰ入口断面２１ａにおける火炎の自発光に基づいて分光スペクトル分析計６がスペクトル分析した結果としての受光部９毎の特定波長のバンドスペクトル強度が分光スペクトル分析計６からバンドスペクトル強度入力受部１１ａに入力される。
【００７０】
なお、Ｓ１の処理においては、特定波長（以下、指定バンドと呼ぶ）のバンドスペクトル強度が用いられる。具体的には、分光スペクトル分析計６からバンドスペクトル強度入力受部１１ａに指定バンドのバンドスペクトル強度のみが入力されるようにしても良いし、分光スペクトル分析計６からバンドスペクトル強度入力受部１１ａに入力された波長別スペクトル強度の中からバンドスペクトル強度入力受部１１ａが指定バンドのバンドスペクトルのみを選択して用いるようにしても良い。以下、指定バンドのバンドスペクトル強度を指定バンド強度と呼ぶ。
【００７１】
ここで、図５における受光部９Ａが受光した発光強度をＬAA'と表記し、受光部９Ａ'が受光した発光強度をＬA'Aと表記し、同様に、受光部９Ｂ，９Ｂ'，９Ｃ，９Ｃ'，…，９Ｈ，９Ｈ'が受光した発光強度をそれぞれＬBB'，ＬB'B，ＬCC'，ＬC'C，…，ＬHH'，ＬH'Hと表記する。なお、発光強度ＬAA'は、具体的には、受光部９Ａと９Ａ'とを結ぶ測定線における発光強度の積分値であり、被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの全体にして測定して受光部９Ａが受光した発光強度である。
【００７２】
バンドスペクトル強度入力受部１１ａには、信号増幅器５及び分光スペクトル分析計６による処理が施された受光部９Ａ，９Ａ'，９Ｂ，９Ｂ'，…，９Ｈ，９Ｈ'毎の発光強度ＬAA'，ＬA'A，ＬBB'，ＬB'B，…，ＬHH'，ＬH'Hについてのバンドスペクトル強度（少なくとも指定バンド強度）の値が入力される。
【００７３】
そして、バンドスペクトル強度入力受部１１ａは、入力された受光部９Ａ，９Ａ'，９Ｂ，９Ｂ'，…，９Ｈ，９Ｈ'毎の発光強度ＬAA'，ＬA'A，ＬBB'，ＬB'B，…，ＬHH'，ＬH'Hについての指定バンド強度（以下、ＬAA'_b，ＬA'A_b，ＬBB'_b，ＬB'B_b，…，ＬHH'_b，ＬH'H_bとそれぞれ表記する）をメモリ１５に記憶させる。
【００７４】
また、本実施形態では、バンドスペクトル強度入力受部１１ａには、さらに、各受光部９位置からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２（即ち、各段・各列の３マスのうち各受光部９側から２マス目まで）に絞って測定したバンドスペクトル強度（少なくとも指定バンド強度）の値が入力される。なお、被写体深度３分の２に対応する発光強度の受光(計測)は、例えばカセグレン光学系（例えば、P.Kauranen, A.Andersson-Engels, and S.Svanberg, “Spatial mapping of flame radical emission using a spectroscopic multi-colour imaging system”, Applied Physics B 53, pp.260-264, 1991年 を参照）を用いることによって行われる。また、以下においては、例えば受光部９Ａ側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度の値をＬA2/3_bと表し、受光部９Ａ'側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度の値をＬA'2/3_bと表す。
【００７５】
そして、バンドスペクトル強度入力受部１１ａは、入力された受光部９Ａ，９Ａ'，９Ｂ，９Ｂ'，…，９Ｈ，９Ｈ'毎の発光強度ＬAA'，ＬA'A，ＬBB'，ＬB'B，…，ＬHH'，ＬH'Hについての被写体深度３分の２の指定バンド強度ＬA2/3_b，ＬA'2/3_b，ＬB2/3_b，ＬB'2/3_b，…，ＬH2/3_b，ＬH'2/3_bをメモリ１５に記憶させる。
【００７６】
次に、制御部１１のバンドスペクトル強度和算出部１１ｂが、測定対象断面におけるバンドスペクトル強度の経路和の算出を行う（Ｓ２）。
【００７７】
バンドスペクトル強度和算出部１１ｂは、Ｓ１の処理においてメモリ１５に記憶された発光強度についての指定バンド強度ＬAA'_b，ＬA'A_b，ＬBB'_b，ＬB'B_b，…，ＬHH'_b，ＬH'H_bをメモリ１５から読み込み、数式２及び数式３によって指定バンド強度の経路和Ｌ01及びＬ02を算出する。
（数２） Ｌ01＝ＬB_b＋ＬE_b＋ＬG_b＋ＬH_b
（数３） Ｌ02＝ＬA_b＋ＬB_b＋ＬC_b＋ＬD_b＋ＬE_b＋ＬF_b
【００７８】
なお、数式２及び数式３におけるＬA_b，ＬB_b，…，ＬH_bの値としては、具体的に例えばＬA_bについては指定バンド強度ＬAA'_bとＬA'A_bとの平均値である(ＬAA'_b＋ＬA'A_b)／２を用いる。
【００７９】
そして、バンドスペクトル強度和算出部１１ｂは、指定バンド強度の各段・各列平均値ＬA_b，ＬB_b，…，ＬH_b、及び、指定バンド強度の経路和Ｌ01，Ｌ02をメモリ１５に記憶させる。
【００８０】
次に、制御部１１の平均ガス温度計算部１１ｃが、測定対象断面の平均ガス温度の計算を行う（Ｓ３）。
【００８１】
測定対象断面であるＴＰ入口断面２１ａの平均ガス温度Ｔexは、例えば燃料流量，空気流量，燃料温度，空気温度，圧力などに基づいて計算される。なお、断面の平均ガス温度の計算方法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する（例えば、Harker,J.H.，‘The Calculation of Equilibrium Flame Gas Compositions,’，Journal of The Institute of Fuel，Vol.40，No.316，pp.206-213，1967年 を参照）。
【００８２】
平均ガス温度計算部１１ｃは、断面の平均ガス温度を計算するために必要な属性（各種変数の値；以下、ガスの燃焼属性と呼ぶ）の指定を要求する内容のメッセージを表示部１４に表示し、入力部１３を介して作業者によって入力されたガスの燃焼属性を読み込む。
【００８３】
そして、平均ガス温度計算部１１ｃは、ＴＰ入口断面２１ａの平均ガス温度Ｔexを計算し、計算した値をメモリ１５に記憶させる。
【００８４】
次に、制御部１１の温度測定点ガス温度算出部１１ｄが、測定対象断面の温度測定点毎のガス温度の算出を行う（Ｓ４）。
【００８５】
図５に示す本実施形態のＴＰ入口断面２１ａの碁盤目状に分割されたマス目毎の温度測定点ａ1，ａ2，ａ3，ｂ1，ｂ2，ｂ3，ｃ1，ｃ2，ｃ3におけるガス温度を順にＴa1，Ｔa2，Ｔa3，Ｔb1，Ｔb2，Ｔb3，Ｔc1，Ｔc2，Ｔc3とする。
【００８６】
ＴＰ入口断面２１ａにおける温度測定点毎のガス温度を用いると平均ガス温度Ｔexは数式４のように表される。
（数４） Ｔex＝(Ｔa1＋Ｔa2＋Ｔa3＋Ｔb1＋Ｔb2＋Ｔb3＋Ｔc1＋Ｔc2＋Ｔc3)／９
【００８７】
また、バンドスペクトル強度とガス温度との間には一定の関係があるので、数式４を数式２に代入すると指定バンド強度の経路和Ｌ01は数式５のように表される。
（数５） Ｌ01∝Ｔex＋Ｔb2×３
【００８８】
そして、バンドスペクトル強度をガス温度に換算するための比例定数αを用いると数式５は数式６のように表される。
（数６） −Ｔb2＝(Ｔex−α×Ｌ01)／３
【００８９】
数式６においてＬB_bを用いると数式７が導かれる。
（数７） Ｔb1＋Ｔb3＝α×ＬB_b＋(Ｔex−α×Ｌ01)／ ３
【００９０】
ここで、受光部９Ｂ側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度ＬB2/3_bと、受光部９Ｂ'側からの被写体深度をＴＰ入口断面２１ａの奥行きの３分の２に絞って測定した指定バンド強度ＬB'2/3_bとの差は、ガス温度Ｔb1とＴb3との差に相当するので数式８が成り立つ。
（数８） Ｔb1−Ｔb3＝α×(ＬB2/3_b−ＬB'2/3_b)
【００９１】
温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、Ｓ２の処理においてメモリ１５に記憶された指定バンド強度の各段・各列平均値ＬA_b，ＬB_b，…，ＬH_b、及び、指定バンド強度の経路和Ｌ01、並びに、Ｓ３の処理においてメモリ１５に記憶された平均ガス温度Ｔexをメモリ１５から読み込む。そして、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、温度測定点ｂ2のガス温度Ｔb2を数式６によって算出すると共に、温度測定点ｂ1及びｂ3のガス温度の和であるＴb1＋Ｔb3の値Ｔb1+3を数式７によって算出する。
【００９２】
ここで、バンドスペクトル強度をガス温度に換算するための比例定数αは数式９の関係から算出される。なお、この比例定数αは、測定対象断面内では測定時点毎に一定であると仮定する。
（数９） Ｔex＝α×Ｌ02／２
【００９３】
また、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、Ｓ１の処理においてメモリ１５に記憶された被写体深度３分２の指定バンド強度ＬB2/3_b及びＬB'2/3_bをメモリ１５から読み込み、温度測定点ｂ1及びｂ3のガス温度の差であるＴb1−Ｔb3の値Ｔb1-3を数式８によって算出する。
【００９４】
そして、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、温度測定点ｂ1のガス温度Ｔb1を数式１０によって求めると共に温度測定点ｂ3のガス温度Ｔb3を数式１１によって求める。
（数１０） Ｔb1＝(Ｔb1+3＋Ｔb1-3)／２
（数１１） Ｔb3＝(Ｔb1+3−Ｔb1-3)／２
【００９５】
温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、同様の手順によって温度測定点毎のガス温度Ｔa1，Ｔa2，Ｔa3，Ｔc1，Ｔc2，Ｔc3を求める。そして、温度測定点ガス温度算出部１１ｄは、求めた温度測定点毎のガス温度の値をメモリ１５に記憶させる。
【００９６】
ここで、温度測定点毎のガス温度Ｔa1，Ｔa2，Ｔa3，Ｔb1，Ｔb2，Ｔb3，Ｔc1，Ｔc2，Ｔc3である未知変数は９つであるので、これら未知変数の間の関係を表す式であって既知変数を含む式が同じく９つあれば、ガス温度Ｔa1，…，Ｔc3を算出することができる。本実施形態では、数式４が関係式の一つであり平均ガス温度Ｔexは計算可能であって既知変数であるので、既知変数を含む関係式はあと８つあれば良く、具体的には、８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ，９Ｇ，９Ｈ（すなわち、他の８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，９Ｄ'，９Ｅ'，９Ｆ'，９Ｇ'，９Ｈ'を除く）が受光した発光強度についての指定バンド強度ＬAA'_b，ＬBB'_b，ＬCC'_b，ＬDD'_b，ＬEE'_b，ＬFF'_b，ＬGG'_b，ＬHH'_bのみを用いることによって９点のガス温度Ｔa1，…，Ｔc3を算出することができる。
【００９７】
一方で、本実施形態では、測定対象断面における温度分布にむらがあることも考えられるので、８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，…，９Ｈが受光した発光強度についての指定バンド強度に加えて８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，…，９Ｈ'が受光した発光強度についての指定バンド強度も更に用いるようにしたり、被写体深度３分の２の指定バンド強度もまた更に用いるようにしたりしている。これにより、ガス温度分布の測定精度を向上させることができる。
【００９８】
また、本実施形態では手順として組み込んでいないが、バンドスペクトル強度とガス温度との間には一定の関係があるので、数式４を数式３に代入すると発光強度の経路和Ｌ02は数式１２のように表される。
（数１２） Ｌ02∝Ｔex×１８
【００９９】
比例定数α'を用いると数式１２は数式１３のように表される。
（数１３） Ｌ02＝１／α'×Ｔex×１８
【０１００】
さらに、数式６及び数式１３から経路長による誤差を求めることによってガス温度分布の測定精度を向上させることができる。
【０１０１】
また、Ｌ03及びＬ04を数式１４及び数式１５のように定義し、これを比較することによって発光受光の方向の相違に依存する発光強度差及びガス温度情報におけるガス温度との比例乗数を求めて温度差を求めることにより、ガス温度分布の測定精度を向上させることができる。
（数１４） Ｌ03＝Ｌ_A＋Ｌ_B＋Ｌ_C
（数１５） Ｌ04＝Ｌ_D＋Ｌ_E＋Ｌ_F
【０１０２】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態ではガスタービンのトラジッションピース２１の入口の断面２１ａにおける燃焼器排出ガス２３の温度を測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明の温度分布測定方法による測定対象はこれに限られるものではなく、例えば膨張タービン翼列ＣＴの入口の断面でもあるトラジッションピース２１の出口の断面における燃焼器排出ガス２３の温度を測定するようにしても良いし、トラジッションピース２１の入口から出口までの任意の断面における燃焼器排出ガス２３の温度を測定するようにしても良い。さらに言えば、本発明における測定対象は、ガスタービン内の燃焼ガスに限られるものではなく、例えばボイラー内の燃焼ガスの温度を測定するようにしても良い。
【０１０３】
また、上述の実施形態では８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，…，９Ｈに加えて更に８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，…，９Ｈ'を設置し、これら８つの受光部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，…，９Ｈが受光した発光強度についての指定バンド強度に加えて更に８つの受光部９Ａ'，９Ｂ'，９Ｃ'，…，９Ｈ'が受光した発光強度についての指定バンド強度も用いると共に被写体深度３分の２の指定バンド強度も用いるようにしているが、温度測定点毎のガス温度Ｔa1，…，Ｔc3である未知変数は９つであるのでこれら未知変数の間の関係を表す式であって既知変数を含む式が少なくとも同じく９つあればガス温度Ｔa1，…，Ｔc3を算出することはできる。また、温度測定点毎のガス温度と測定対象断面の平均ガス温度Ｔexとの間には数式４のような関係が成り立つと共に平均ガス温度Ｔexは周知の方法によって算出され得る。したがって、測定対象断面を[ｍ段×ｎ列]個の碁盤目状に分割し温度測定点の数が[ｍ×ｎ]個である場合には（ただし、ｍ，ｎはどちらも３以上の整数）、各段のｎ個のマスの中心を測定線が貫いて自発光の計測を行うものと各列のｍ個のマスの中心を測定線が貫いて自発光の計測を行うものとの合わせて[ｍ×ｎ]個の受光部を設置し（そして、測定対象断面の奥行きの全体を被写体深度とする計測を行う）、別途算出した測定対象断面の平均ガス温度Ｔexを用いるようにすれば、ガス温度を算出することができる。そして、本実施形態のように測定対象断面の温度分布にむらがある場合でも温度測定精度を向上させるため、必要に応じ、上記[ｍ×ｎ]個の受光部と向かい合う受光部を更に設置して発光強度を計測したり、測定対象断面の奥行きの例えば２／ｍや２／ｎを被写体深度とする計測を更に行うようにすれば良い。
【０１０４】
また、上述の実施形態では数式２から数式１１までを用いて発光強度についての指定バンド強度からガス温度を算出するようにしているが、本発明において指定バンド強度からガス温度を算出する方法・手順はこれに限られるものではない。上述の実施形態では数式４として表される測定対象断面の温度測定点毎のガス温度の合計と平均ガス温度との間の関係式を少なくとも用いれば、残りの数式とは異なる他の関係式を用いるようにしても良い。なお、比例定数αについては、下に述べるように実験によって求めないのであれば、上述の実施形態における数式９を用いて算出する。
【０１０５】
また、上述の実施形態では単一の指定バンドのバンドスペクトル強度を用いるようにしているが、これに限られず、燃料組成に応じて複数種類の指定バンドのバンドスペクトル強度を用いて当該複数種類の指定バンド毎に温度測定点におけるガス温度を求め、例えばこれらの平均値を測定温度にするようにしても良い。これにより、ガス温度をより正確に評価することができる。
【０１０６】
また、上述の実施形態ではバンドスペクトル強度と火炎温度との間の関係において用いるバンドスペクトル強度の特定波長の例としてＯＨラジカル，ＣＨラジカル，Ｃ２ラジカルを具体的に挙げているが、本発明において用いられるバンドスペクトル強度の特定波長はこれらに限られるものではなく、他の波長のバンドスペクトル強度を用いるようにしても良い。
【０１０７】
また、上述の実施形態ではバンドスペクトル強度を温度に換算するための比例定数αを数式９の関係から算出するようにしているが、比例定数αは実験によって求めるようにしても良い。
【０１０８】
また、上述の実施形態では、光ファイバケーブル４の受光部９をトラジッションピース２１の入口の周縁部に配置し、この受光部９が受光した光を光ファイバケーブル４によって分光スペクトル分析計６のカメラ６ｂに導くようにしている。これは、トラジッションピース２１の入口付近は高温場であってカメラ類を直接配置することは好ましくないことを考慮したためである。したがって、耐熱仕様が施されるなどして高温場でも差し障りがないのであれば、光ファイバケーブル４を用いることなく、トラジッションピース２１の入口の周縁部にカメラなど光のエネルギーに応じた出力信号を発生する装置を直接配置するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 温度分布測定装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入力部
１４ 表示部
１５ メモリ
１７ 温度分布測定プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象断面を碁盤目状に分割し、当該碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度を計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度を計測し、これら発光強度に基づいて前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度を求め、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算し、当該平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出することを特徴とする温度分布測定方法。
【請求項２】
前記ガスの発光強度を、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測すると共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測することを特徴とする請求項１記載の温度分布測定方法。
【請求項３】
前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の温度分布測定方法。
【請求項４】
前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であることを特徴とする請求項１記載の温度分布測定方法。
【請求項５】
測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける手段と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する手段と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する手段とを有することを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項６】
前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであることを特徴とする請求項５記載の温度分布測定装置。
【請求項７】
前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであることを特徴とする請求項５記載の温度分布測定装置。
【請求項８】
前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であることを特徴とする請求項５記載の温度分布測定装置。
【請求項９】
測定対象断面におけるガス温度を算出する処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、前記測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける処理と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する処理と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する処理とをコンピュータに行わせることを特徴とする温度分布測定プログラム。
【請求項１０】
前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであることを特徴とする請求項９記載の温度分布測定プログラム。
【請求項１１】
前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであることを特徴とする請求項９記載の温度分布測定プログラム。
【請求項１２】
前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であることを特徴とする請求項９記載の温度分布測定プログラム。
【請求項１】
測定対象断面を碁盤目状に分割し、当該碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度を計測すると共に各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度を計測し、これら発光強度に基づいて前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度を求め、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算し、当該平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出することを特徴とする温度分布測定方法。
【請求項２】
前記ガスの発光強度を、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測すると共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測することを特徴とする請求項１記載の温度分布測定方法。
【請求項３】
前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の温度分布測定方法。
【請求項４】
前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であることを特徴とする請求項１記載の温度分布測定方法。
【請求項５】
測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける手段と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する手段と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する手段とを有することを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項６】
前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであることを特徴とする請求項５記載の温度分布測定装置。
【請求項７】
前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであることを特徴とする請求項５記載の温度分布測定装置。
【請求項８】
前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であることを特徴とする請求項５記載の温度分布測定装置。
【請求項９】
測定対象断面におけるガス温度を算出する処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、前記測定対象断面を碁盤目状に分割して計測された前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向中心位置におけるガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度及び各列毎のマス目の並び方向中心位置における前記ガスの発光強度に基づくバンドスペクトル強度の入力を受ける処理と、前記ガスの燃焼属性に基づいて前記測定対象断面の平均ガス温度を計算する処理と、前記平均ガス温度と前記各段・各列毎のバンドスペクトル強度とを用いて前記碁盤目の各マス目の中心位置のガス温度を算出する処理とをコンピュータに行わせることを特徴とする温度分布測定プログラム。
【請求項１０】
前記ガスの発光強度は、前記碁盤目の各段毎のマス目の並び方向の両側から計測されたと共に各列毎のマス目の並び方向の両側から計測されたものであることを特徴とする請求項９記載の温度分布測定プログラム。
【請求項１１】
前記バンドスペクトル強度がＯＨラジカル若しくはＣＨラジカル若しくはＣ2ラジカルのうちのいずれかであることを特徴とする請求項９記載の温度分布測定プログラム。
【請求項１２】
前記測定対象断面がガスタービンのトラジッションピースの任意の断面であることを特徴とする請求項９記載の温度分布測定プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９３９７８（Ｐ２０１２−１９３９７８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６４０８（Ｐ２０１１−５６４０８）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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