タービンシステム内の温度を測定するシステム及び方法
【課題】ガスタービン排ガス流全体の温度変動はＨＲＳＧの効率を低下させ、且つ／又は幾つかのＨＲＳＧ部品の早期摩耗を引き起こすことがある。復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動も効率を低下させることがある。熱交換器内の各種位置において、これら過剰な温度変動の検出を可能とする。
【解決手段】システム１０は、タービン１６、３４から熱交換器２６、４０内へと至る流体流路内の複数の導管に向けて視野を配向するように構成された放射検出器アレイ５２を含む。放射検出器アレイ５２は、導管により発せられる熱放射に基づいて流体流路の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。このシステム１０は更に、放射検出器アレイ５２に通信可能に結合されたコントローラ５４を含む。コントローラ５４は信号に基づいて流体流路全体の温度変動を判定し、この温度変動と閾値とを比較するように構成される。
【解決手段】システム１０は、タービン１６、３４から熱交換器２６、４０内へと至る流体流路内の複数の導管に向けて視野を配向するように構成された放射検出器アレイ５２を含む。放射検出器アレイ５２は、導管により発せられる熱放射に基づいて流体流路の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。このシステム１０は更に、放射検出器アレイ５２に通信可能に結合されたコントローラ５４を含む。コントローラ５４は信号に基づいて流体流路全体の温度変動を判定し、この温度変動と閾値とを比較するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の主題は、タービンシステム内の温度を測定するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの発電システムは、燃料と圧縮空気との混合物を燃焼させて、高温燃焼ガスを生成するように構成されたガスタービンエンジンを含む。燃焼ガスは、タービンを通り、発電機等の負荷のための動力を生じる。効率を高めるために、幾つかの発電システムは、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）を用いて、タービンから排出される高温燃焼ガスからエネルギーを取り出す。一般に、ＨＲＳＧでは、複数の導管を用いて、水等の流体を排ガスの流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に導く。排ガスが導管を流れると、熱が排ガスから水に伝達されることで、蒸気が生成される。この蒸気は、その後、蒸気タービンを通って回転運動を生じ、発電機等の負荷を駆動させる。蒸気は復水器へと排出され、復水器では蒸気が冷却され、ＨＲＳＧ用の水が生成される。例えば、復水器では、複数の導管を用いて、水等の流体を蒸気の流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に導く。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水に伝達されることで、蒸気が凝縮されて水になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１４３０９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
明らかなように、ＨＲＳＧ内へと至る排ガス流全体の温度変動は、蒸気発生プロセスの効率を低下させることがある。例えば、排ガス流の一部分が所望の温度よりも低温の場合は、幾つかの導管を通る水流が十分に加熱されず、蒸気を生成できないことがある。逆に、排ガス流の一部分が所望の温度よりも高温の場合は、一部の導管が過剰な蒸気圧に曝されることがある。このようなＨＲＳＧ内の流れの変動は、ＨＲＳＧの効率を低下させ、且つ／又は幾つかのＨＲＳＧ部品の早期摩耗を引き起こすことがある。同様に、復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動は、蒸気タービンの効率を低下させることがある。例えば、蒸気温度分布の変動により、蒸気タービンの最終段内の密度変動が誘発されることで、タービン効率が低下することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
もとより特許を受けようとする発明に該当する幾つかの実施形態を以下に要約する。これらの実施形態に、特許を受けようとする発明の範囲を限定する意図はなく、これらの実施形態は、本発明に想到される形態の概要を提示することのみを意図している。勿論、本発明は、下記のものに類似の、或いは下記のものとは異なる様々な形態を包含する。
【０００６】
第１の実施形態において、システムは、タービンから熱交換器内へと至る流体流路内の複数の導管に視野（ビューフィールド）を配向するように構成された放射検出器アレイを含む。この放射検出器アレイは、導管により発せられる熱放射に基づいて、流体流路の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。システムは更に、放射検出器アレイに通信可能に結合されたコントローラを含む。このコントローラは、信号に基づいて流体流路全体の温度変動を判定し、この温度変動を閾値と比較するように構成される。
【０００７】
第２の実施形態において、システムは、第１の流体流を下流方向に供給するように構成されたタービンと、この第１の流体流を受け取って第１の流体から第２の流体に熱を伝達するように構成された熱交換器とを含む。熱交換器は、第１の流体流を介して第２の流体を導くように構成された複数の導管を含む。システムは更に、第１の流体の流れ方向に対して交差する方向に、熱交換器の断面に向かって配向された放射検出器アレイを含む。放射検出器アレイは、導管により発せられる熱放射に基づいて、断面の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。
【０００８】
第３の実施形態において、方法は、放射検出器アレイを用いて、タービンから熱交換器内へと至る流体流路内の複数の導管から熱放射の測定値を得るステップを含む。この方法は更に、測定値に基づいて流体流路の多次元温度プロファイルを決定するステップを含む。この方法は更に、多次元温度プロファイルに基づいて流体流路全体の温度変動を判定するステップと、この温度変動を閾値と比較するステップとを含む。
【０００９】
全図面を通じて同様の符号で同様の部品を示す添付図面を参照しながら下記の発明を実施するための形態を読むと、本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点の理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービン、蒸気タービン、ＨＲＳＧ、復水器、及びタービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成された熱測定システムを有する、複合サイクル発電システムの実施形態の概略図である。
【図２】ガスタービンからＨＲＳＧ内へと至る流体流路に向かって配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図３】流体導管の上流のＨＲＳＧの断面に向かって配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図４】熱放射検出器アレイを用いて流体導管の熱放射を測定することにより、流体流路全体の過剰な温度変動を検出する方法の実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の１つ以上の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の説明を簡単にするために、本明細書では、実際の実施形態の特徴の全てを記載しないことがある。こうしたいかなる実際の実施形態の開発においても、いかなる工学的又は設計上の計画においても、実施形態ごとに異なり得るシステム上及びビジネス上の制約に合わせるといった、開発者の特定の目的を達成するための多くの選択が必要であることを理解されたい。また、このような開発努力は、煩雑で時間がかかるものであるが、本開示による利益を享受する当業者にとっては、日常的な設計、製作、製造上の仕事であることも理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を説明するにあたり、数詞がないことや「前記」などの冠詞は、その要素が１つ以上存在し得ることを意図している。「備える」「含む」「有する」といった表現は、包括的な意味で、列挙した要素以外にも追加の要素が存在し得ることを意図している。
【００１３】
ＨＲＳＧ内へと至る排気流全体の温度変動は、蒸気発生プロセスの効率を低下させることがある。例えば、排気流の一部分が所望の温度よりも低温の場合は、幾つかの導管を通る水流が十分に加熱されず、蒸気を生成できないことがある。逆に、排気流の一部分が所望の温度よりも高温の場合は、幾つかの導管が過剰な蒸気圧に曝されることがある。このようなＨＲＳＧ内の流れの変動は、実質的に温度分布が一様な（例えば温度変動が摂氏約２５、２０、１５、１０、７、５又は３度以下の）排気流を受け入れるＨＲＳＧと比べて、ＨＲＳＧの効率を低下させ、且つ／又は幾つかのＨＲＳＧ部品の早期摩耗を引き起こすことがある。例えば、過剰な蒸気圧及び／又は熱応力は、導管、弁、継手及び／又はＨＲＳＧ内のその他の部品の耐用寿命を短縮することがある。したがって、ＨＲＳＧ内へと至る排気流の温度プロファイルを監視して、過剰な温度変動（例えば摂氏約３、５、７、１０、１５、２０又は２５度以上の温度変動）を検出することが望ましい。
【００１４】
同様に、蒸気タービンから復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動は、蒸気タービンの効率を低下させることがある。例えば、蒸気温度分布の変動は、蒸気タービンの最終段内の密度変動を誘発し、これによってタービン効率が低下することがある。加えて、こうした密度変動は、タービンブレードが密度の異なる領域を通過することで、ブレードが過剰に摩耗する要因となる。このため、蒸気温度変動は、温度分布が実質的に一様な（例えば温度変動が摂氏約２５、２０、１５、１０、７、５又は３度以下の）蒸気流を出力する蒸気タービンと比べて、蒸気タービン効率を低下させ、且つ／又は幾つかの蒸気タービン部品の早期摩耗を引き起こすことがある。したがって、復水器内へと至る蒸気流の温度プロファイルを監視して、過剰な温度変動（例えば摂氏約３、５、７、１０、１５、２０又は２５度以上の温度変動）を検出することが望ましい。
【００１５】
本開示の実施形態では、熱放射検出器アレイを用いて、流体流路を通り延在する導管の熱放射を測定することによって、タービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動をはじめとする温度変動を検出できる。例えば、幾つかの実施形態では、ガスタービンからＨＲＳＧ内へと至る排気流全体及び／又は蒸気タービンから復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動を検出できる。このような構成により、流体流路の二次元断面全体を監視し、タービン／熱交換器の部品の効率低下及び／又は早期摩耗を引き起こし得る動作状態の検出が容易になる。例えば、幾つかの実施形態は、タービンから熱交換器内へと至る流体流路内の複数の導管に向かって配向された、放射検出器アレイを含む。この放射検出器アレイは、導管により発せられる熱放射に基づいて流体流路の多次元（例えば二次元又は三次元）温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。加えて、熱放射検出器アレイに通信可能に結合されたコントローラが、この信号に基づいて（例えば、温度変動を判定し、温度変動と閾値とを比較することにより）流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成される。例えば、コントローラを、少なくとも１つの導管の温度と流体流路の平均温度との差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。或いは、コントローラを、第１の導管の温度と第２の導管の温度との差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。熱放射検出器アレイは、流体流路の二次元断面全体を監視するので、流体流内の実質的に全ての温度変動を検出できる。こうして、オペレータは、過剰な温度変動の通知を受けることができ、且つ／又は、こうした状態がタービン及び／又は熱交換器に悪影響を及ぼす前に、コントローラで、熱交換器を介した流体の流れを停止させることができる。結果として、タービン／熱交換器の耐用寿命を延長できるので、発電システムの運転コストを削減できる。
【００１６】
図１は、ガスタービン、蒸気タービン、ＨＲＳＧ、及び復水器を有する複合サイクル発電システム１０の実施形態の概略図である。以下、タービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成された熱測定システムの実施形態のコンテクストを示す目的で、システム１０について説明する。以下に説明する熱測定システムは、その他の発電システム、タービンシステム、処理プラント、又は流体流を熱交換器に供給するタービンを含む、その他あらゆるシステム内において、過剰な温度変動の検出に利用可能であることを理解されたい。本実施形態において、システム１０は、燃焼器１４、タービン１６、駆動シャフト１８、及び圧縮機２０を有するガスタービンエンジン１２を含む。燃焼器１４は、燃料ノズルから圧力下で噴射される天然ガス等の燃料を受け取る。この燃料が圧縮空気と混合され、燃焼器１４内で燃焼することにより、高温の加圧排ガスが発生する。燃焼器１４は、この排ガスをタービン１６の排気口へと導く。燃焼器１４からの排ガスがタービン１６を通ると、タービン１６のブレードが駆動されて回転し、駆動シャフト１８がガスタービンエンジン１２の軸に沿って回転する。図示のように、駆動シャフト１８は、圧縮機２０を含むガスタービンエンジン１２の様々な部品に接続可能である。
【００１７】
駆動シャフト１８は、タービン１６と、ブレードを含む圧縮機２０のロータとを接続する。これにより、タービン１６内のタービンブレードが回転することで、タービン１６と圧縮機２０とを接続する駆動シャフト１８が、圧縮機２０内のブレードを回転させる。圧縮機２０のブレードが回転することにより、圧縮機２０は、吸気口から受け取った空気を圧縮する。圧縮空気は、その後、燃焼器１４に送られ、燃料と混合され、燃焼を促進する。駆動シャフト１８は、発電所で電力を生成する発電機等の定置負荷等である、負荷２２にも接続される。実際には、負荷２２は、ガスタービンエンジン１２の回転出力により動力供給される任意の適当な装置であってよい。
【００１８】
ガスタービンエンジン１２からの排ガス２４は、ＨＲＳＧ２６へと導かれる。以下に詳述するように、ＨＲＳＧ２６は、ＨＲＳＧ２６を通る排ガス２４の流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に、水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む熱交換器である。排ガス２４が導管を流れると、熱が排ガスから水に伝達され、蒸気が発生する。加えて、排ガスの温度が大幅に低下する。ＨＲＳＧ２６を通過した後、冷却された排ガスは、矢印３０で示すように、排気筒２８から大気中に放出される。図示のように、発生した蒸気３２は、蒸気タービン３４へと導かれる。
【００１９】
高圧蒸気３２が蒸気タービン３４を通過すると、タービン３４内のブレードが駆動されて回転し、第２の負荷３６を駆動させる。なお、本実施形態は、２つの負荷２２及び３６を含むが、別の実施形態では、ガスタービンエンジン１２及び蒸気タービン３４が同じ負荷に結合されていてもよい。蒸気が蒸気タービン３４を通過すると、圧力が低下して、低圧蒸気３８がタービン３４から放出される。図示のように、低圧蒸気３８は復水器４０内に流入し、蒸気が凝縮される。以下に詳述するように、復水器４０は、蒸気の流れに対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む熱交換器である。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水４２に伝達されることで、蒸気が凝縮されて水４４になる。水４４は、ＨＲＳＧ２６に戻り、排ガス２４で加熱されて、より高圧の蒸気３２が生成される。冷却水４２は、復水器４０内で加熱され、熱水４６となって流出する。熱水４６は、この熱水４６を冷却して復水器４０用の冷水４２を生成する冷却塔４８へと導かれる。なお、本実施形態においては、高圧蒸気３２が蒸気タービン３４へと導かれるが、別の実施形態では、高圧蒸気３２を工業プロセス（例えばガス化）に利用した後で、低圧蒸気３８を復水器４０に戻してもよい。
【００２０】
図示のように、発電システム１０は、タービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動等の温度変動を検出するように構成された熱測定システム５０を含む。本実施形態において、熱測定システム５０は、図示の熱放射検出器アレイ５２等の、タービンから熱交換器内へと至る流体流路に向かって各々が配向される２つの放射検出器アレイを含む。特に、一方の熱放射検出器アレイ５２は、ガスタービン１６からＨＲＳＧ２６に流入する排ガス流２４に向かって配向される。加えて、第２の熱放射検出器アレイ５２は、蒸気タービン３４から復水器４０内へと至る蒸気流３８に向かって配向される。熱放射検出器アレイ５２は、ＨＲＳＧ２６又は復水器４０内の導管により発せられる熱放射に基づいて、流体流路の多次元（例えば二次元）温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。例えば、以下に詳述するように、各熱放射検出器アレイ５２は、流体流路の異なる領域に向けて各々が配向される複数のサーモパイル素子から成ってよい。各サーモパイル素子は、それぞれの領域の温度を出力するように構成されているので、流体流路の二次元温度プロファイルを構築できる。幾つかの実施形態において、各熱放射検出器アレイ５２は、流体流の方向に対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に、熱交換器の断面に向かって配向される。このような実施形態では、流体流路の二次元断面全体を監視することができるので、流体流路全体の実質的にあらゆる温度変動を確実に監視できる。更に、熱放射検出器アレイ５２は、流体と直接接触することなく導管温度を監視可能なので、検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６及び復水器４０の外側に設置することで、検出器アレイ５２を高温の流体流から保護し、検出器アレイ５２の耐用寿命を実質的に延ばすことができる。
【００２１】
明らかなように、熱放射検出器アレイ５２は、物体からの電磁エネルギーを測定することで、その物体の温度を判定する。例えば、検出器アレイ５２は、赤外スペクトルの範囲内の波長を有する熱放射を測定できる。以下に詳述するように、或る赤外線放射の強さが物体の温度に比例することがある。幾つかの実施形態において、熱放射検出器アレイ５２は、このような放射を検出して、温度を示す信号を出力するように構成される。また、明らかなように、様々な熱放射検出器アレイの構成を用いて、タービンから熱交換器へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを決定できる。前述のように、検出器アレイ５２は、一連のサーモパイル素子から成る。明らかなように、サーモパイルは、より強い信号出力を得るために直列接続された、複数の熱電対から成る。熱電対は、熱接点と冷接点との間で起電力（ｅｍｆ）を生じることによってこれらの接点間の温度差を測定する。例えば、熱接点を熱交換器導管の方に向けて熱放射を測定し、冷接点の温度が周囲温度と実質的に等しくなるように冷接点をヒートシンクに結合させる。熱電対が直列に接続されているので、サーモパイルは全ての熱電対のｅｍｆを総計して、より高い電圧出力を供給する。サーモパイル素子の配列を設置することで、各サーモパイル素子がそれぞれの監視領域の温度を示すことを用いて、流体流路の二次元温度プロファイルを生成できる。幾つかの実施形態において、サーモパイルアレイは、各サーモパイル素子が装置の表面上に形成された、単一の固体装置であってよい。別の実施形態では、放射パイロメーター、赤外線検出器（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、焦点面アレイ素子（ＦＰＡ）等）、又はタービンから熱交換器へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを出力するように構成されたその他の熱放射検出器アレイを用いてよい。
【００２２】
本実施形態において、各熱放射検出器アレイ５２は、コントローラ５４に通信可能に結合される。コントローラ５４は、各熱放射検出器アレイ５２により出力される二次元温度プロファイル出力を示す信号に基づいて（例えば温度変動を判定し、温度変動と閾値とを比較することにより）流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成される。前述のように、流体流全体の過剰な温度変動は、発電システム１０の効率を低下させ、且つ／又はタービン及び／又は熱交換器内の幾つかの部品を早期摩耗させることがある。そのため、コントローラ５４は、各熱放射検出器アレイ５２により測定される二次元温度プロファイルを監視して、流体流全体の温度変動がタービン／熱交換器の設計基準を超えるか否かを判定する。
【００２３】
本実施形態では、単一の二次元アレイが各熱交換器（例えばＨＲＳＧ２６及び復水器４０）に向かって配向されるが、別の実施形態では複数の二次元アレイを用いて熱交換器の様々な部分を監視できることを理解されたい。例えば、熱放射検出器アレイ５２は、流体流の方向に沿って熱交換器の様々な二次元断面に向かって配向される、複数の二次元アレイを含み得る。幾つかの実施形態では、二次元アレイが流れの方向に沿って緊密に離間しており、これによって、コントローラ５４が流体流路の三次元温度プロファイルを生成し、熱交換器内の実質的にあらゆる位置において、過剰な温度変動の検出が可能である。
【００２４】
本実施形態は更に、コントローラ５４に通信可能に結合されたユーザーインターフェース５６を含む。ユーザーインターフェース５６は、熱放射検出器アレイ５２の各素子により検出された温度を表示するように構成された、数字表示器及び／又は温度を時間の関数として表示するように構成されたグラフィカルインターフェースを含み得る。このようにして、オペレータは、温度プロファイルを監視し、過剰な温度変動を確認できる。加えて、ユーザーインターフェース５６は、オペレータに過剰な温度変動を警告するように構成された視覚及び／又は可聴アラームを含み得る。例えば、コントローラ５４は、流体流路内のある導管の温度が平均流体流路温度よりも実質的に高いと判定されると、可聴及び／又は視覚アラームを作動させる。幾つかの実施形態において、コントローラ５４は、ガスタービンシステム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出に応答して、熱交換器を介した流体の流れを自動的に減少又は停止させるように構成される。例えば、コントローラ５４は、ガスがＨＲＳＧ２６をバイパスするように、排ガス２４の流路を調節できる。同様に、過剰な温度変動が復水器４０内で検出されると、蒸気タービン３４の蒸気流３２を減少又は停止させることができる。
【００２５】
図２は、ガスタービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路に向かって配向される熱測定システム５０の実施形態の概略図である。図示のように、排ガス２４は、下流方向５８にＨＲＳＧ２６内へと流入する。ＨＲＳＧ２６は、下流方向５８に対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に、水等の二次流体を導くように構成された複数の導管６０を含む。排ガス２４が導管６０を通ると、熱が排ガス２４から水に伝達され、蒸気が生成される。本実施形態では、水４４は、第１のマニホルド６２から導管６０に供給され、蒸気３２は第２のマニホルド６４から放出される。前述のように、蒸気３２は、負荷３６を駆動させるべく蒸気タービン３４へと導かれ、冷却された排気は、排気筒２８へと導かれる。図示のＨＲＳＧ２６内には、６つの導管６０が用いられているが、明らかなように、その他のＨＲＳＧ構成では、それよりも大幅に多数の導管を使用可能である。幾つかの実施形態では、導管６０は、下流方向５８且つ流路に対して垂直な方向に沿って設置される。更に他の実施形態において、ＨＲＳＧ２６は、別途の蒸気タービン用の蒸気を生成するように構成された複数の各段を含み得る。図示の熱放射検出器アレイ５２は、ガスタービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路に向かって配向されるが、明らかなように、同様の構成を用いて蒸気タービン３４から復水器４０内へと至る流体流路の二次温度プロファイルを監視することもできる。
【００２６】
図示の構成において、熱放射検出器アレイ５２は、ＨＲＳＧ２６の外側に配置されており、これによって、熱測定システム５０はＨＲＳＧ２６を通過する高温の排ガス２４から保護されている。図示のように、ＨＲＳＧ２６は、熱放射検出器アレイ５２がＨＲＳＧ２６内の導管６０により発せられる熱放射を受け取るように構成された覗き窓６６を含む。明らかなように、覗き窓６６はアレイ５２により測定される波長を実質的に透過させる材料で構成される。例えば、検出器アレイ５２が赤外線スペクトルの範囲内の熱放射を監視するように構成される場合、覗き窓６６は、例えば赤外線放射を実質的に透過させるゲルマニウム又はケイ素等の材料により構成される。明らかなように、材料の選択は、ＨＲＳＧ２６を通る流体流の予想温度にも依存し得る。幾つかの実施形態では、覗き窓６６は、摂氏約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、又は１２００度以上の温度よりも高温の流体温度に曝されることがある。そのため、透過性材料は、こうした温度に耐えるように選択される。覗き窓６６により、検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６の外側に配置できるので、熱放射検出器アレイ５２は、高温の排ガスに曝されることなく、タービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを測定することができ、したがって、検出器アレイ５２の運用寿命を実質的に延ばすことができる。別の実施形態では、検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６内の断熱容器の内部に配置してもよい。こうした実施形態では、断熱容器に結合された覗き窓６６により、検出器アレイ５２が流体流から分離されていることによって、アレイ５２を過剰な温度から保護する。
【００２７】
本実施形態では、フィルタ６８及びレンズ７０が覗き窓６６と熱放射検出器アレイ５２との間に配置される。幾つかの実施形態では、検出器アレイ５２は複数のサーモパイル素子を含んでおり、導管６０により発せられる熱放射を測定できる。こうした実施形態において、各サーモパイル素子は、より強い出力信号を供給するために、直列に電気接続された複数の熱電対を含む。明らかなように、サーモパイル素子は、様々な波長の熱放射を検出できる。例えば、幾つかのサーモパイル素子は、約０．８〜４０ミクロンに亘る赤外線スペクトルの範囲内の電磁波長を検出できる。これもまた明らかなように、赤外線スペクトルの範囲内の特定の部分集合を構成する波長が温度測定に好適なことがある。そのため、帯域フィルタ６８を用いて、検出器アレイ５２に入射する波長範囲を制限できる。例えば、幾つかの実施形態において、帯域フィルタ６８は、約２〜２０、４〜１８、６〜１６、８〜１４、又は約７．２〜１２．４ミクロンの範囲を外れた波長を有する電磁放射を遮断するように構成される。そのため、フィルタ６８は、測定された温度に比例する強さの信号を各サーモパイル素子が出力するに適した波長範囲を有する熱放射を、検出器アレイ５２まで通過させる。検出器アレイ５２は、サーモパイル素子からの信号を収集し、タービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを示す信号をコントローラ５４に出力する。
【００２８】
明らかなように、別の実施形態では、その他の波長範囲を有するその他の帯域フィルタを用いてもよい。また、幾つかの実施形態では、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタを用いても、フィルタを除去してもよい。また別の実施形態では、フィルタを覗き窓６６に組み込んでもよい。更に、本実施形態では、サーモパイル素子を用いた熱放射検出器アレイ５２を用いているが、明らかなように、別の実施形態ではＣＣＤ、ＦＰＡ、又はパイロメーター等のその他の検出器素子を使用してもよい。
【００２９】
本発明の熱測定システム５０は更に、熱放射を検出器アレイ上に集束させるように構成されたレンズ７０等の光学合焦装置を含む。明らかなように、レンズ７０は、プラスチック又はガラス等の任意の適当な材料により構成される。幾つかの実施形態では、レンズ７０をフィルタ６８と組み合わせて単一の要素にできる。また別の実施形態では、レンズ７０を除去して、熱放射を熱放射検出器アレイ５２上へと直接通過させるようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態は更に、図示の鏡７２等の第２の光学合焦装置を含む。鏡７２は、導管６０からの熱放射を熱放射検出器アレイ５２上へと導くように構成される。幾つかの実施形態において、鏡７２は、基板（例えばガラス、プラスチック等）、及び基板上に設けられた反射コーティング（例えば銀、クロム等）を含み得る。或いは、鏡７２を、研磨されたステンレス鋼等の反射材料により形成してもよい。本実施形態では、凹面鏡７２を用いて所望の視野７４を得る。鏡７２の形状と熱放射検出器アレイ５２の位置により、角度７６を有する視野７４が得られる。例えば、幾つかの実施形態において、角度７６は、約５、１０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、又は１６０度以上であってよい。幾つかの実施形態において、熱放射検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６の断面７８全体に向けて配向することで、流体流路の二次元温度プロファイルを決定してもよい。そのため、角度７６は、視野７４が所望の測定位置においてＨＲＳＧ断面７８全体を含むように選択される。結果として、熱測定システム５０は、流体流路内のあらゆる温度変動を検出できる。明らかなように、別の実施形態では、凸面鏡又は実質的に平面状の鏡を用いて、熱放射を検出器アレイ５２に向けてもよい。また別の実施形態では、鏡７２を除去してもよく、熱放射検出器アレイ５２を流体流路に向けてもよい。このような実施形態において、レンズ７０を設ける場合、このレンズ７０は、レンズ７０の形状及び光学的特性に基づいた所望の視野７４の確立に役立つ。
【００３１】
前述のように、本発明の熱放射検出器アレイ５２は、検出された熱放射を出力信号に変換するように構成されたサーモパイル素子を含む。サーモパイル素子は、直列に接続された複数の熱電対を含むので、サーモパイル素子は、それぞれの各素子の視野内の領域の温度に比例する強さを有する電気信号を出力する。検出器アレイ５２は、サーモパイル素子からの信号を収集し、コントローラ５４に対して、タービン１６からＨＲＳＧ２６へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを示す信号を出力する。コントローラ５４はこの信号を受け取り、信号に基づいて（例えばルックアップテーブル、アルゴリズム等により）ＨＲＳＧ断面７８の二次元温度プロファイルを決定するように構成される。本実施形態において、コントローラ５４は、ディスプレイ８０とアラーム８２を含むユーザーインターフェース５６に通信可能に結合される。ディスプレイ８０は、各サーモパイル素子により検出された温度を時間の関数として表したグラフを提示するように構成される。
【００３２】
図示のように、ディスプレイ８０は、時間を表すｘ軸８６と温度を表すｙ軸８８とを有するグラフ８４を含む。前述のように、検出器アレイ５２の各サーモパイル素子は、その素子の視野内の領域の温度を示す信号を出力するように構成される。本実施形態では、グラフ８４は、各領域の温度を時間の関数として表す一連の曲線９０を含む。本実施形態のグラフ８４は、４つの曲線９０を含んでおり、熱放射検出器アレイ５２が４つのサーモパイル素子を含むことがわかる。しかし、明らかなように、検出器アレイ５２に更に多数又は少数の素子を含めてもよく、その結果としてグラフ８４上に表示される曲線９０が、更に多数又は少数になり得る。
【００３３】
グラフ８４は更に、流体流路の平均温度を示す破線９２を含む。前述のように、熱放射検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６の断面７８全体に向けて、流体流路の二次元温度プロファイルを監視できる。各領域（例えば各サーモパイル素子の視野内の部分）内の温度の平均をとることにより、流体流路の平均温度を計算できる。幾つかの実施形態では、ＨＲＳＧが、温度変動が所定の平均流体温度範囲内の流体流を受け取ることが望まれる。そのため、コントローラ５４を、各領域の温度を平均温度と比較して、過剰な温度変動があるかどうかを決定するように構成してもよい。このような実施形態では、グラフ８４は、所望の流体温度範囲に対応する下限閾値９４と上限閾値９６とを含む。例えば、幾つかのＨＲＳＧは、平均流体温度の範囲が摂氏２５、２０、１５、１０、７、５、又は３度以内の流体を受け取ることが望まれることがある。このような構成では、コントローラ５４は、或る領域内の温度が上限閾値９６よりも高温又は下限閾値９４よりも低温の場合に、ＨＲＳＧ２６内で過剰な温度変動があるとみなす。或いは、検出温度と平均温度との間におけるパーセント差に基づいて、上限閾値９６及び下限閾値９４を定義してもよい。例えば、幾つかの実施形態において、ＨＲＳＧ２６は、平均流体温度の１５％、１２％、１０％、８％、６％又は４％以下の範囲内の流体を受け取ることが望まれる場合がある。
【００３４】
また別の実施形態において、コントローラ５４は、領域間の温度差と閾値とを比較することにより、タービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路内の過剰な温度変動を検出するように構成される。こうした実施形態において、ディスプレイ８０は、領域の最高検出温度と領域の最低検出温度との差を示す単一の曲線を表示するように構成される。グラフには、所望の最大温度変動を示す閾値も含めてよい。最高検出温度と最低検出温度の間の差が閾値を超える場合、コントローラ５４は流体流路内で過剰な温度変動があるとみなす。例えば、幾つかのＨＲＳＧ構成において、過剰な温度変動を示す閾値は、摂氏約２５、２０、１５、１０、７、５、又は３度以下である。或いは、閾値を最低検出温度と最高検出温度の間のパーセント差として定義してもよい。このような構成において、閾値は３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、又は５％以下のパーセント差に対応可能である。明らかなように、別の実施形態において、過剰な温度変動をその他の統計学的方法（例えば標準偏差比較）により検出してもよい。
【００３５】
過剰な温度変動が検出されると、コントローラ５４は、ユーザーインターフェース５６内のアラーム８２を作動させる。前述のように、アラーム８２は、検出された状態をオペレータに警告するように構成された、可聴アラーム及び／又は視覚アラームであってよい。オペレータは、その後、適当な是正処置を講じて、流体温度変動を解消する。加えて、コントローラ５４及び／又はユーザーインターフェース５６は、発電システム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出と同時にＨＲＳＧ２６を通る流体の流れを減少させるように且つ／又は停止させるように構成される。例えば、幾つかの実施形態において、温度変動が第１の閾値を超える場合は、コントローラ５４が、タービンエンジン出力を低下させることで、ＨＲＳＧ２６を通る流れを減少させる。温度変動が第１の閾値を上回る第２の閾値を超える場合は、コントローラ５４が、ＨＲＳＧ２６をバイパスさせる弁を作動させることで、ＨＲＳＧ２６を通る流れを停止させる。明らかなように、ＨＲＳＧ２６をバイパスさせると、発電効率が低下する可能性があるものの、発電システム１０から消費者に電力を供給することはできる。
【００３６】
ＨＲＳＧ２６を参照して熱測定システム５０を説明するが、熱測定システム５０を用いて、その他の熱交換器内へと至る流体流路全体の温度変動の検出を行えることを理解されたい。例えば、熱測定システム５０を用いて、復水器４０内の温度変動を検出できる。ＨＲＳＧ２６と同様に、復水器４０は、復水器４０を通る蒸気の流れに対して垂直な方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水４２に伝達されることで蒸気が凝縮し、水４４になる。前述のように、蒸気温度分布の変動は、蒸気タービン３４の最終段内の密度変動を誘発するので、タービン効率を低下させ、且つ／又はタービンブレードの過剰な摩耗に繋がることがある。熱測定システム５０が過剰な温度変動を検出することにより、蒸気タービン３４及び復水器４０を効率的に運転することができ、且つ／又は蒸気タービン部品の耐用寿命を延長する一助となる。
【００３７】
例えば、過剰な温度変動が蒸気流３８において検出されると、コントローラ５４は、ユーザーインターフェース５６のアラーム８２を作動させ、検出された状況をオペレータに警告する。オペレータは、その後、適当な是正処置を講じて、流体温度変動を解消する。加えて、コントローラ５４及び／又はユーザーインターフェース５６は、発電システム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出と同時に復水器４０を通る流体流を減少させること及び／又は停止させることができる。例えば、幾つかの実施形態において、温度変動が第１の閾値を超える場合は、コントローラ５４が蒸気タービン３４への蒸気流３２を減少させる。温度変動が第１の閾値を上回る第２の閾値を超える場合は、コントローラ５４が、蒸気タービン３４をバイパスさせる弁を作動させることで、蒸気タービン３４を通る流れを停止させる。明らかなように、蒸気タービン３４をバイパスさせると、発電効率が低下する可能性があるものの、発電システム１０から消費者に電力を供給することはできる。
【００３８】
図３は、流体導管６０の上流においてＨＲＳＧ２６の断面に向かって配向された熱測定システム５０の実施形態の概略図である。前述のように、排ガス２４は、下流方向５８にＨＲＳＧ２６に流入する。ＨＲＳＧ２６は、下流方向５８に対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管６０を含む。排ガス２４が導管６０を流れると、熱が排ガス２４から水に伝達されることで、蒸気が生成される。本実施形態では、水４４が第１のマニホルド６２から導管６０に供給され、蒸気３２が第２のマニホルド６４から放出される。その後、蒸気３２は蒸気タービン３４の方へと流れ、冷却された排ガスは排気筒２８の方へと流れる。本実施形態では４つの導管６０を用いるが、別の実施形態ではより多数又は少数の導管を用いてもよいことを理解されたい。例えば、幾つかのＨＲＳＧ２６は、約５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、又は２００以上よりも多数の導管６０を含み得る。
【００３９】
図示の熱放射検出器アレイ５２は、導管６０の上流の流体流路断面全体が検出器アレイ５２の視野７４の範囲内に含まれるように、導管６０の方へと向けられている。このようにして、検出器アレイ５２で導管６０の上流の流体流路の二次元温度プロファイルを監視することにより、流体流内の実質的にあらゆる温度変動を確実に検出できる。前述のように、熱放射検出器アレイ５２は、流体流断面の様々な領域に向かって配向される複数のサーモパイル素子９８を含み得る。このような構成では、熱放射検出器アレイ５２が各領域の温度を示す信号を出力することにより、コントローラ５４で流体流路の二次元温度プロファイルを構築する。
【００４０】
本実施形態において、熱放射検出器アレイ５２は、４×４のマトリックス状のサーモパイル素子９８を含む。この構成では、熱放射検出器アレイ５２の各列をそれぞれの導管６０に向かって配向することにより、各導管の温度を個別に監視できるようになっている。しかし、別の熱放射検出器アレイ５２は、Ｎ×Ｎ又はＭ×Ｎのマトリックスを形成する、より多数又は少数のサーモパイル素子９８を含み得ることを理解されたい。例えば、幾つかの熱放射検出器アレイ５２は約１〜１０００以上の行及び／又は約１〜１０００以上の列を含み得る。加えて、図示の放射検出器アレイは、矩形のアレイを成す素子９８を含むが、幾つかの熱放射検出器アレイ５２は円形、楕円形、又は多角形のアレイを成す素子９８を含み得ることを理解されたい。また別の熱放射センサ（例えばＣＣＤ、ＦＰＡ、パイロメーター等）で、熱放射検出器アレイ５２の素子を形成してもよいことも理解されたい。また、前述のように、検出器アレイ５２に、流体流路の様々な二次元領域に向かって配向された複数のＮ×Ｎ又はＭ×Ｎの素子アレイを含めることにより、コントローラ５４で流体流路の三次元温度プロファイルを生成するようにしてもよいことを理解されたい。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０個以上の二次元アレイを流れの方向に沿って緊密に離間させることで、Ｌ×Ｎ×Ｎ又はＬ×Ｍ×Ｎ個の三次元検出器アレイ５２を構築できる。
【００４１】
明らかなように、熱測定システム５０の全体的な感度は、その他のファクターの中でもとりわけ、サーモパイル素子９８の感度、熱放射検出器アレイ５２の精度、システム５０内の光学ノイズ及び／電気ノイズ、コントローラ５４内の信号コンディショナの精度、熱放射センサ光学系の品質、各サーモパイル素子の視野、及び／又は温度を計算するためにコントローラ５４が用いる技術に依存することがある。例えば、幾つかの実施形態において、熱測定システム５０は、摂氏約２、１、０．７５、０．５、又は０．２５度以下の温度変動を識別可能である。そのため、熱測定システム５０で、ＨＲＳＧ効率が実質的に低下する前に流体流内の熱変動を検出することにより、発電システム１０の効率を維持することができる。熱測定システム５０の感度は、少なくとも部分的には各サーモパイル素子９８の視野に依存するので、より多数のサーモパイル素子９８を用いることによって熱測定システムの感度を高めることができることを理解されたい。このようにして、各サーモパイル素子９８に流体流路のより小さい領域を監視させることにより、各素子９８の感度を高めることができる。
【００４２】
図２を参照して上述した熱測定システム５０と同様に、図示の熱測定システム５０は、コントローラ５４に通信可能に結合されたユーザーインターフェース５６を含む。図示のユーザーインターフェース５６は、検出器アレイ５２の視野７４内の各領域の温度を数的に表現して表示するように構成された数字表示１００を含む。本実施形態において、表示１００は、各監視領域の平均温度と流体流路の平均温度との差を出力するように構成される。別の実施形態では、各領域の絶対温度を表示するように構成された表示１００を含めてもよいことを理解されたい。本実施形態では、温度値を摂氏温度で示す。
【００４３】
前述のように、コントローラ５４を、各導管６０の温度と平均流体流路温度との差と、閾値とを比較することにより、流体流路内の過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。図示の実施形態において、閾値は摂氏５度であり、この温度は、ＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路内の最大所望温度変動に対応する。前述のように、別の実施形態では、より高値又は低値の閾値を用いてもよい。図示の熱放射検出器アレイ５２は、４行のサーモパイル素子９８を含むので、各行はそれぞれの導管６０の温度を測定する。図示のように、表示１００の左列内の各温度は、平均温度から摂氏５度未満の温度差であることがわかる。同様に、右列及び左から２つ目の列内の各温度差は、５度の許容差の範囲内である。そのため、表示１００からわかるように、対応する導管６０は所望の許容差の範囲内の流体流を受け取っている。これに対して、右から２つ目の導管６０に対応する温度測定値は、この導管６０が周囲の導管６０よりも実質的に高温の流体流を受け取っていることを示している。具体的には、右から２つ目の導管６０に対応する各領域の温度は、平均温度よりも摂氏５度超高い。したがって、コントローラ５４は、過剰な温度変動を検出し、アラームを作動させ、ＨＲＳＧ２６内への流体流を減少させ且つ／又はＨＲＳＧ２６への流れを停止させる。
【００４４】
加えて、熱測定システム５０を用いて、復水器４０へと至る蒸気３８の流れの温度変動を検出することができる。前述のように、蒸気温度分布の変動は、蒸気タービン３４の最終段内の密度変動に繋がり、これによってタービン効率が低下することがある。加えて、このような密度変動により、タービンブレードが密度の異なる領域を通過する時に、ブレードが過剰に摩耗することがある。そのため、コントローラ５４が、或る導管に隣接する蒸気流が平均蒸気流温度よりも高温であると検出すると、コントローラ５４はアラームを作動させ、タービン３４／復水器４０へと至る蒸気流を減少させ、且つ／又は蒸気タービン３４へと至る流れを停止させる。
【００４５】
図４は、熱放射検出器アレイ５２を用いて流体流導管６０の熱放射を測定することによって、流体流路全体の過剰な温度変動を検出する方法１０２の実施形態を示す流れ図である。まず、ブロック１０４に示すように、熱放射検出器アレイ５２を用いて、流体流路内の導管６０の熱放射を測定する。前述のように、熱放射検出器アレイ５２は、流体流の様々な領域に向かって配向された複数の各サーモパイル素子を含み得る。各サーモパイル素子は、それぞれの領域の温度に比例した大きさの信号を出力するように構成される。熱放射検出器アレイ５２は、各素子からの信号を収集し、結果として得られた信号をコントローラ５４に出力するように構成される。次に、ブロック１０６に示すように、熱放射測定に基づいて流体流路の二次元温度プロファイルを決定する。例えば、コントローラ５４は、結果として得られた信号を熱放射検出器アレイ５２から受け取り、各サーモパイル素子信号の大きさに基づいて二次元温度プロファイルを決定する。その後、ブロック１０８に示すように、二次元温度プロファイルの表示画面が生成され、表示される。例えば、このディスプレイ８０は、各領域の温度を時間の関数として示す一連の曲線９０を表示する。或いは、表示１００は、各領域の温度の数的表現を表示するものであってもよい。
【００４６】
次に、ブロック１１０に示すように、二次元温度プロファイルに基づいて流体流路全体の過剰な温度変動を検出する。例えば、コントローラ５４は、少なくとも１つの導管６０の温度と流体流路の平均温度との差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成される。或いは、コントローラ５４を、第１の導管６０と第２の導管６０との間の温度差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。ブロック１１２に示すように過剰な温度変動が検出されると、ブロック１１４に示すように可聴及び／又は視覚アラームを作動させてオペレータに状況を警告する。例えば、オペレータは、状況報告を受けると、ＨＲＳＧ２６又は復水器４０を通る流れを減少及び／又は停止させる。加えて、過剰な温度変動の検出と同時に、ブロック１１６に示すように熱交換器を通る流れを自動的に停止させてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、コントローラ５４は、発電システム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出と同時にＨＲＳＧ２６及び／又は復水器４０を通る流れを減少及び／又は停止させるように構成される。
【００４７】
流体流路全体の過剰な温度変動が検出された場合に、オペレータ又はコントローラ５４で、別の処置を講じ得ることを理解されたい。例えば、ＨＲＳＧ２６内で過剰な温度変動が検出された場合は、排ガス流２４の方向を大気中へと変更することで、ＨＲＳＧ２６をバイパスさせる。このような措置は、発電システム１０の効率を低下させる可能性があるものの、発電システム１０から電力を消費者に供給することはできる。同様に、過剰な温度変動が復水器４０内で検出された場合は、蒸気流３２の送出先を変更することで、蒸気タービン３４及び復水器４０をバイパスさせる。このような措置により、不均一な蒸気温度分布に伴う密度変動に起因する過剰な摩耗から蒸気タービン３４内のブレードを保護できる。
【００４８】
本明細書では、最適な態様も含め、例を用いて本発明を開示しており、これによって当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びに付随するあらゆる方法の実行を含め、本発明を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に明示されると共に、当業者に想到可能なその他の例も含む。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は請求項の文言と実質的な差異を有さない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 発電システム
１２ ガスタービンエンジン
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 圧縮機
２２ 負荷
２４ 排ガス
２６ 排熱回収ボイラ
２８ 排気筒
３０ 冷却された排ガスの流れの方向
３２ 高圧蒸気
３４ 蒸気タービン
３６ 負荷
３８ 低圧蒸気
４０ 復水器
４２ 冷却水
４４ 水
４６ 熱水
４８ 冷却塔
５０ 熱測定システム
５２ 熱放射検出器アレイ
５４ コントローラ
５６ ユーザーインターフェース
５８ 下流方向
６０ 導管
６２ 第１のマニホルド
６４ 第２のマニホルド
６６ 覗き窓
６８ フィルタ
７０ レンズ
７２ 鏡
７４ 視野
７６ 視野角
７８ ＨＲＳＧ断面
８０ ディスプレイ
８２ アラーム
８４ グラフ
８６ Ｘ軸
８８ Ｙ軸
９０ 一連の曲線
９２ 平均温度
９４ 下限閾値
９６ 上限閾値
９８ サーモパイル素子
１００ 数字表示
１０２ 方法の流れ図
１０４ 熱放射検出器アレイにより流体流路内の導管の熱放射を測定する
１０６ 流体流路の二次元温度プロファイルを決定する
１０８ 二次元温度プロファイルの表示画面を作成して表示する
１１０ 流体流路全体の過剰な温度変動を検出する
１１２ 過剰な温度変動が検出されたか？
１１４ 可聴アラーム又は視覚アラームを作動させる
１１６ 流体流を停止させる
【技術分野】
【０００１】
開示の主題は、タービンシステム内の温度を測定するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの発電システムは、燃料と圧縮空気との混合物を燃焼させて、高温燃焼ガスを生成するように構成されたガスタービンエンジンを含む。燃焼ガスは、タービンを通り、発電機等の負荷のための動力を生じる。効率を高めるために、幾つかの発電システムは、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）を用いて、タービンから排出される高温燃焼ガスからエネルギーを取り出す。一般に、ＨＲＳＧでは、複数の導管を用いて、水等の流体を排ガスの流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に導く。排ガスが導管を流れると、熱が排ガスから水に伝達されることで、蒸気が生成される。この蒸気は、その後、蒸気タービンを通って回転運動を生じ、発電機等の負荷を駆動させる。蒸気は復水器へと排出され、復水器では蒸気が冷却され、ＨＲＳＧ用の水が生成される。例えば、復水器では、複数の導管を用いて、水等の流体を蒸気の流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に導く。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水に伝達されることで、蒸気が凝縮されて水になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１４３０９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
明らかなように、ＨＲＳＧ内へと至る排ガス流全体の温度変動は、蒸気発生プロセスの効率を低下させることがある。例えば、排ガス流の一部分が所望の温度よりも低温の場合は、幾つかの導管を通る水流が十分に加熱されず、蒸気を生成できないことがある。逆に、排ガス流の一部分が所望の温度よりも高温の場合は、一部の導管が過剰な蒸気圧に曝されることがある。このようなＨＲＳＧ内の流れの変動は、ＨＲＳＧの効率を低下させ、且つ／又は幾つかのＨＲＳＧ部品の早期摩耗を引き起こすことがある。同様に、復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動は、蒸気タービンの効率を低下させることがある。例えば、蒸気温度分布の変動により、蒸気タービンの最終段内の密度変動が誘発されることで、タービン効率が低下することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
もとより特許を受けようとする発明に該当する幾つかの実施形態を以下に要約する。これらの実施形態に、特許を受けようとする発明の範囲を限定する意図はなく、これらの実施形態は、本発明に想到される形態の概要を提示することのみを意図している。勿論、本発明は、下記のものに類似の、或いは下記のものとは異なる様々な形態を包含する。
【０００６】
第１の実施形態において、システムは、タービンから熱交換器内へと至る流体流路内の複数の導管に視野（ビューフィールド）を配向するように構成された放射検出器アレイを含む。この放射検出器アレイは、導管により発せられる熱放射に基づいて、流体流路の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。システムは更に、放射検出器アレイに通信可能に結合されたコントローラを含む。このコントローラは、信号に基づいて流体流路全体の温度変動を判定し、この温度変動を閾値と比較するように構成される。
【０００７】
第２の実施形態において、システムは、第１の流体流を下流方向に供給するように構成されたタービンと、この第１の流体流を受け取って第１の流体から第２の流体に熱を伝達するように構成された熱交換器とを含む。熱交換器は、第１の流体流を介して第２の流体を導くように構成された複数の導管を含む。システムは更に、第１の流体の流れ方向に対して交差する方向に、熱交換器の断面に向かって配向された放射検出器アレイを含む。放射検出器アレイは、導管により発せられる熱放射に基づいて、断面の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。
【０００８】
第３の実施形態において、方法は、放射検出器アレイを用いて、タービンから熱交換器内へと至る流体流路内の複数の導管から熱放射の測定値を得るステップを含む。この方法は更に、測定値に基づいて流体流路の多次元温度プロファイルを決定するステップを含む。この方法は更に、多次元温度プロファイルに基づいて流体流路全体の温度変動を判定するステップと、この温度変動を閾値と比較するステップとを含む。
【０００９】
全図面を通じて同様の符号で同様の部品を示す添付図面を参照しながら下記の発明を実施するための形態を読むと、本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点の理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービン、蒸気タービン、ＨＲＳＧ、復水器、及びタービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成された熱測定システムを有する、複合サイクル発電システムの実施形態の概略図である。
【図２】ガスタービンからＨＲＳＧ内へと至る流体流路に向かって配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図３】流体導管の上流のＨＲＳＧの断面に向かって配向された熱測定システムの実施形態の概略図である。
【図４】熱放射検出器アレイを用いて流体導管の熱放射を測定することにより、流体流路全体の過剰な温度変動を検出する方法の実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の１つ以上の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の説明を簡単にするために、本明細書では、実際の実施形態の特徴の全てを記載しないことがある。こうしたいかなる実際の実施形態の開発においても、いかなる工学的又は設計上の計画においても、実施形態ごとに異なり得るシステム上及びビジネス上の制約に合わせるといった、開発者の特定の目的を達成するための多くの選択が必要であることを理解されたい。また、このような開発努力は、煩雑で時間がかかるものであるが、本開示による利益を享受する当業者にとっては、日常的な設計、製作、製造上の仕事であることも理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を説明するにあたり、数詞がないことや「前記」などの冠詞は、その要素が１つ以上存在し得ることを意図している。「備える」「含む」「有する」といった表現は、包括的な意味で、列挙した要素以外にも追加の要素が存在し得ることを意図している。
【００１３】
ＨＲＳＧ内へと至る排気流全体の温度変動は、蒸気発生プロセスの効率を低下させることがある。例えば、排気流の一部分が所望の温度よりも低温の場合は、幾つかの導管を通る水流が十分に加熱されず、蒸気を生成できないことがある。逆に、排気流の一部分が所望の温度よりも高温の場合は、幾つかの導管が過剰な蒸気圧に曝されることがある。このようなＨＲＳＧ内の流れの変動は、実質的に温度分布が一様な（例えば温度変動が摂氏約２５、２０、１５、１０、７、５又は３度以下の）排気流を受け入れるＨＲＳＧと比べて、ＨＲＳＧの効率を低下させ、且つ／又は幾つかのＨＲＳＧ部品の早期摩耗を引き起こすことがある。例えば、過剰な蒸気圧及び／又は熱応力は、導管、弁、継手及び／又はＨＲＳＧ内のその他の部品の耐用寿命を短縮することがある。したがって、ＨＲＳＧ内へと至る排気流の温度プロファイルを監視して、過剰な温度変動（例えば摂氏約３、５、７、１０、１５、２０又は２５度以上の温度変動）を検出することが望ましい。
【００１４】
同様に、蒸気タービンから復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動は、蒸気タービンの効率を低下させることがある。例えば、蒸気温度分布の変動は、蒸気タービンの最終段内の密度変動を誘発し、これによってタービン効率が低下することがある。加えて、こうした密度変動は、タービンブレードが密度の異なる領域を通過することで、ブレードが過剰に摩耗する要因となる。このため、蒸気温度変動は、温度分布が実質的に一様な（例えば温度変動が摂氏約２５、２０、１５、１０、７、５又は３度以下の）蒸気流を出力する蒸気タービンと比べて、蒸気タービン効率を低下させ、且つ／又は幾つかの蒸気タービン部品の早期摩耗を引き起こすことがある。したがって、復水器内へと至る蒸気流の温度プロファイルを監視して、過剰な温度変動（例えば摂氏約３、５、７、１０、１５、２０又は２５度以上の温度変動）を検出することが望ましい。
【００１５】
本開示の実施形態では、熱放射検出器アレイを用いて、流体流路を通り延在する導管の熱放射を測定することによって、タービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動をはじめとする温度変動を検出できる。例えば、幾つかの実施形態では、ガスタービンからＨＲＳＧ内へと至る排気流全体及び／又は蒸気タービンから復水器内へと至る蒸気流全体の温度変動を検出できる。このような構成により、流体流路の二次元断面全体を監視し、タービン／熱交換器の部品の効率低下及び／又は早期摩耗を引き起こし得る動作状態の検出が容易になる。例えば、幾つかの実施形態は、タービンから熱交換器内へと至る流体流路内の複数の導管に向かって配向された、放射検出器アレイを含む。この放射検出器アレイは、導管により発せられる熱放射に基づいて流体流路の多次元（例えば二次元又は三次元）温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。加えて、熱放射検出器アレイに通信可能に結合されたコントローラが、この信号に基づいて（例えば、温度変動を判定し、温度変動と閾値とを比較することにより）流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成される。例えば、コントローラを、少なくとも１つの導管の温度と流体流路の平均温度との差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。或いは、コントローラを、第１の導管の温度と第２の導管の温度との差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。熱放射検出器アレイは、流体流路の二次元断面全体を監視するので、流体流内の実質的に全ての温度変動を検出できる。こうして、オペレータは、過剰な温度変動の通知を受けることができ、且つ／又は、こうした状態がタービン及び／又は熱交換器に悪影響を及ぼす前に、コントローラで、熱交換器を介した流体の流れを停止させることができる。結果として、タービン／熱交換器の耐用寿命を延長できるので、発電システムの運転コストを削減できる。
【００１６】
図１は、ガスタービン、蒸気タービン、ＨＲＳＧ、及び復水器を有する複合サイクル発電システム１０の実施形態の概略図である。以下、タービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成された熱測定システムの実施形態のコンテクストを示す目的で、システム１０について説明する。以下に説明する熱測定システムは、その他の発電システム、タービンシステム、処理プラント、又は流体流を熱交換器に供給するタービンを含む、その他あらゆるシステム内において、過剰な温度変動の検出に利用可能であることを理解されたい。本実施形態において、システム１０は、燃焼器１４、タービン１６、駆動シャフト１８、及び圧縮機２０を有するガスタービンエンジン１２を含む。燃焼器１４は、燃料ノズルから圧力下で噴射される天然ガス等の燃料を受け取る。この燃料が圧縮空気と混合され、燃焼器１４内で燃焼することにより、高温の加圧排ガスが発生する。燃焼器１４は、この排ガスをタービン１６の排気口へと導く。燃焼器１４からの排ガスがタービン１６を通ると、タービン１６のブレードが駆動されて回転し、駆動シャフト１８がガスタービンエンジン１２の軸に沿って回転する。図示のように、駆動シャフト１８は、圧縮機２０を含むガスタービンエンジン１２の様々な部品に接続可能である。
【００１７】
駆動シャフト１８は、タービン１６と、ブレードを含む圧縮機２０のロータとを接続する。これにより、タービン１６内のタービンブレードが回転することで、タービン１６と圧縮機２０とを接続する駆動シャフト１８が、圧縮機２０内のブレードを回転させる。圧縮機２０のブレードが回転することにより、圧縮機２０は、吸気口から受け取った空気を圧縮する。圧縮空気は、その後、燃焼器１４に送られ、燃料と混合され、燃焼を促進する。駆動シャフト１８は、発電所で電力を生成する発電機等の定置負荷等である、負荷２２にも接続される。実際には、負荷２２は、ガスタービンエンジン１２の回転出力により動力供給される任意の適当な装置であってよい。
【００１８】
ガスタービンエンジン１２からの排ガス２４は、ＨＲＳＧ２６へと導かれる。以下に詳述するように、ＨＲＳＧ２６は、ＨＲＳＧ２６を通る排ガス２４の流れに対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に、水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む熱交換器である。排ガス２４が導管を流れると、熱が排ガスから水に伝達され、蒸気が発生する。加えて、排ガスの温度が大幅に低下する。ＨＲＳＧ２６を通過した後、冷却された排ガスは、矢印３０で示すように、排気筒２８から大気中に放出される。図示のように、発生した蒸気３２は、蒸気タービン３４へと導かれる。
【００１９】
高圧蒸気３２が蒸気タービン３４を通過すると、タービン３４内のブレードが駆動されて回転し、第２の負荷３６を駆動させる。なお、本実施形態は、２つの負荷２２及び３６を含むが、別の実施形態では、ガスタービンエンジン１２及び蒸気タービン３４が同じ負荷に結合されていてもよい。蒸気が蒸気タービン３４を通過すると、圧力が低下して、低圧蒸気３８がタービン３４から放出される。図示のように、低圧蒸気３８は復水器４０内に流入し、蒸気が凝縮される。以下に詳述するように、復水器４０は、蒸気の流れに対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む熱交換器である。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水４２に伝達されることで、蒸気が凝縮されて水４４になる。水４４は、ＨＲＳＧ２６に戻り、排ガス２４で加熱されて、より高圧の蒸気３２が生成される。冷却水４２は、復水器４０内で加熱され、熱水４６となって流出する。熱水４６は、この熱水４６を冷却して復水器４０用の冷水４２を生成する冷却塔４８へと導かれる。なお、本実施形態においては、高圧蒸気３２が蒸気タービン３４へと導かれるが、別の実施形態では、高圧蒸気３２を工業プロセス（例えばガス化）に利用した後で、低圧蒸気３８を復水器４０に戻してもよい。
【００２０】
図示のように、発電システム１０は、タービンから熱交換器内へと至る流体流路全体の過剰な温度変動等の温度変動を検出するように構成された熱測定システム５０を含む。本実施形態において、熱測定システム５０は、図示の熱放射検出器アレイ５２等の、タービンから熱交換器内へと至る流体流路に向かって各々が配向される２つの放射検出器アレイを含む。特に、一方の熱放射検出器アレイ５２は、ガスタービン１６からＨＲＳＧ２６に流入する排ガス流２４に向かって配向される。加えて、第２の熱放射検出器アレイ５２は、蒸気タービン３４から復水器４０内へと至る蒸気流３８に向かって配向される。熱放射検出器アレイ５２は、ＨＲＳＧ２６又は復水器４０内の導管により発せられる熱放射に基づいて、流体流路の多次元（例えば二次元）温度プロファイルを示す信号を出力するように構成される。例えば、以下に詳述するように、各熱放射検出器アレイ５２は、流体流路の異なる領域に向けて各々が配向される複数のサーモパイル素子から成ってよい。各サーモパイル素子は、それぞれの領域の温度を出力するように構成されているので、流体流路の二次元温度プロファイルを構築できる。幾つかの実施形態において、各熱放射検出器アレイ５２は、流体流の方向に対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に、熱交換器の断面に向かって配向される。このような実施形態では、流体流路の二次元断面全体を監視することができるので、流体流路全体の実質的にあらゆる温度変動を確実に監視できる。更に、熱放射検出器アレイ５２は、流体と直接接触することなく導管温度を監視可能なので、検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６及び復水器４０の外側に設置することで、検出器アレイ５２を高温の流体流から保護し、検出器アレイ５２の耐用寿命を実質的に延ばすことができる。
【００２１】
明らかなように、熱放射検出器アレイ５２は、物体からの電磁エネルギーを測定することで、その物体の温度を判定する。例えば、検出器アレイ５２は、赤外スペクトルの範囲内の波長を有する熱放射を測定できる。以下に詳述するように、或る赤外線放射の強さが物体の温度に比例することがある。幾つかの実施形態において、熱放射検出器アレイ５２は、このような放射を検出して、温度を示す信号を出力するように構成される。また、明らかなように、様々な熱放射検出器アレイの構成を用いて、タービンから熱交換器へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを決定できる。前述のように、検出器アレイ５２は、一連のサーモパイル素子から成る。明らかなように、サーモパイルは、より強い信号出力を得るために直列接続された、複数の熱電対から成る。熱電対は、熱接点と冷接点との間で起電力（ｅｍｆ）を生じることによってこれらの接点間の温度差を測定する。例えば、熱接点を熱交換器導管の方に向けて熱放射を測定し、冷接点の温度が周囲温度と実質的に等しくなるように冷接点をヒートシンクに結合させる。熱電対が直列に接続されているので、サーモパイルは全ての熱電対のｅｍｆを総計して、より高い電圧出力を供給する。サーモパイル素子の配列を設置することで、各サーモパイル素子がそれぞれの監視領域の温度を示すことを用いて、流体流路の二次元温度プロファイルを生成できる。幾つかの実施形態において、サーモパイルアレイは、各サーモパイル素子が装置の表面上に形成された、単一の固体装置であってよい。別の実施形態では、放射パイロメーター、赤外線検出器（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、焦点面アレイ素子（ＦＰＡ）等）、又はタービンから熱交換器へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを出力するように構成されたその他の熱放射検出器アレイを用いてよい。
【００２２】
本実施形態において、各熱放射検出器アレイ５２は、コントローラ５４に通信可能に結合される。コントローラ５４は、各熱放射検出器アレイ５２により出力される二次元温度プロファイル出力を示す信号に基づいて（例えば温度変動を判定し、温度変動と閾値とを比較することにより）流体流路全体の過剰な温度変動を検出するように構成される。前述のように、流体流全体の過剰な温度変動は、発電システム１０の効率を低下させ、且つ／又はタービン及び／又は熱交換器内の幾つかの部品を早期摩耗させることがある。そのため、コントローラ５４は、各熱放射検出器アレイ５２により測定される二次元温度プロファイルを監視して、流体流全体の温度変動がタービン／熱交換器の設計基準を超えるか否かを判定する。
【００２３】
本実施形態では、単一の二次元アレイが各熱交換器（例えばＨＲＳＧ２６及び復水器４０）に向かって配向されるが、別の実施形態では複数の二次元アレイを用いて熱交換器の様々な部分を監視できることを理解されたい。例えば、熱放射検出器アレイ５２は、流体流の方向に沿って熱交換器の様々な二次元断面に向かって配向される、複数の二次元アレイを含み得る。幾つかの実施形態では、二次元アレイが流れの方向に沿って緊密に離間しており、これによって、コントローラ５４が流体流路の三次元温度プロファイルを生成し、熱交換器内の実質的にあらゆる位置において、過剰な温度変動の検出が可能である。
【００２４】
本実施形態は更に、コントローラ５４に通信可能に結合されたユーザーインターフェース５６を含む。ユーザーインターフェース５６は、熱放射検出器アレイ５２の各素子により検出された温度を表示するように構成された、数字表示器及び／又は温度を時間の関数として表示するように構成されたグラフィカルインターフェースを含み得る。このようにして、オペレータは、温度プロファイルを監視し、過剰な温度変動を確認できる。加えて、ユーザーインターフェース５６は、オペレータに過剰な温度変動を警告するように構成された視覚及び／又は可聴アラームを含み得る。例えば、コントローラ５４は、流体流路内のある導管の温度が平均流体流路温度よりも実質的に高いと判定されると、可聴及び／又は視覚アラームを作動させる。幾つかの実施形態において、コントローラ５４は、ガスタービンシステム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出に応答して、熱交換器を介した流体の流れを自動的に減少又は停止させるように構成される。例えば、コントローラ５４は、ガスがＨＲＳＧ２６をバイパスするように、排ガス２４の流路を調節できる。同様に、過剰な温度変動が復水器４０内で検出されると、蒸気タービン３４の蒸気流３２を減少又は停止させることができる。
【００２５】
図２は、ガスタービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路に向かって配向される熱測定システム５０の実施形態の概略図である。図示のように、排ガス２４は、下流方向５８にＨＲＳＧ２６内へと流入する。ＨＲＳＧ２６は、下流方向５８に対して交差する方向（例えば実質的に垂直）に、水等の二次流体を導くように構成された複数の導管６０を含む。排ガス２４が導管６０を通ると、熱が排ガス２４から水に伝達され、蒸気が生成される。本実施形態では、水４４は、第１のマニホルド６２から導管６０に供給され、蒸気３２は第２のマニホルド６４から放出される。前述のように、蒸気３２は、負荷３６を駆動させるべく蒸気タービン３４へと導かれ、冷却された排気は、排気筒２８へと導かれる。図示のＨＲＳＧ２６内には、６つの導管６０が用いられているが、明らかなように、その他のＨＲＳＧ構成では、それよりも大幅に多数の導管を使用可能である。幾つかの実施形態では、導管６０は、下流方向５８且つ流路に対して垂直な方向に沿って設置される。更に他の実施形態において、ＨＲＳＧ２６は、別途の蒸気タービン用の蒸気を生成するように構成された複数の各段を含み得る。図示の熱放射検出器アレイ５２は、ガスタービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路に向かって配向されるが、明らかなように、同様の構成を用いて蒸気タービン３４から復水器４０内へと至る流体流路の二次温度プロファイルを監視することもできる。
【００２６】
図示の構成において、熱放射検出器アレイ５２は、ＨＲＳＧ２６の外側に配置されており、これによって、熱測定システム５０はＨＲＳＧ２６を通過する高温の排ガス２４から保護されている。図示のように、ＨＲＳＧ２６は、熱放射検出器アレイ５２がＨＲＳＧ２６内の導管６０により発せられる熱放射を受け取るように構成された覗き窓６６を含む。明らかなように、覗き窓６６はアレイ５２により測定される波長を実質的に透過させる材料で構成される。例えば、検出器アレイ５２が赤外線スペクトルの範囲内の熱放射を監視するように構成される場合、覗き窓６６は、例えば赤外線放射を実質的に透過させるゲルマニウム又はケイ素等の材料により構成される。明らかなように、材料の選択は、ＨＲＳＧ２６を通る流体流の予想温度にも依存し得る。幾つかの実施形態では、覗き窓６６は、摂氏約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、又は１２００度以上の温度よりも高温の流体温度に曝されることがある。そのため、透過性材料は、こうした温度に耐えるように選択される。覗き窓６６により、検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６の外側に配置できるので、熱放射検出器アレイ５２は、高温の排ガスに曝されることなく、タービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを測定することができ、したがって、検出器アレイ５２の運用寿命を実質的に延ばすことができる。別の実施形態では、検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６内の断熱容器の内部に配置してもよい。こうした実施形態では、断熱容器に結合された覗き窓６６により、検出器アレイ５２が流体流から分離されていることによって、アレイ５２を過剰な温度から保護する。
【００２７】
本実施形態では、フィルタ６８及びレンズ７０が覗き窓６６と熱放射検出器アレイ５２との間に配置される。幾つかの実施形態では、検出器アレイ５２は複数のサーモパイル素子を含んでおり、導管６０により発せられる熱放射を測定できる。こうした実施形態において、各サーモパイル素子は、より強い出力信号を供給するために、直列に電気接続された複数の熱電対を含む。明らかなように、サーモパイル素子は、様々な波長の熱放射を検出できる。例えば、幾つかのサーモパイル素子は、約０．８〜４０ミクロンに亘る赤外線スペクトルの範囲内の電磁波長を検出できる。これもまた明らかなように、赤外線スペクトルの範囲内の特定の部分集合を構成する波長が温度測定に好適なことがある。そのため、帯域フィルタ６８を用いて、検出器アレイ５２に入射する波長範囲を制限できる。例えば、幾つかの実施形態において、帯域フィルタ６８は、約２〜２０、４〜１８、６〜１６、８〜１４、又は約７．２〜１２．４ミクロンの範囲を外れた波長を有する電磁放射を遮断するように構成される。そのため、フィルタ６８は、測定された温度に比例する強さの信号を各サーモパイル素子が出力するに適した波長範囲を有する熱放射を、検出器アレイ５２まで通過させる。検出器アレイ５２は、サーモパイル素子からの信号を収集し、タービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを示す信号をコントローラ５４に出力する。
【００２８】
明らかなように、別の実施形態では、その他の波長範囲を有するその他の帯域フィルタを用いてもよい。また、幾つかの実施形態では、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタを用いても、フィルタを除去してもよい。また別の実施形態では、フィルタを覗き窓６６に組み込んでもよい。更に、本実施形態では、サーモパイル素子を用いた熱放射検出器アレイ５２を用いているが、明らかなように、別の実施形態ではＣＣＤ、ＦＰＡ、又はパイロメーター等のその他の検出器素子を使用してもよい。
【００２９】
本発明の熱測定システム５０は更に、熱放射を検出器アレイ上に集束させるように構成されたレンズ７０等の光学合焦装置を含む。明らかなように、レンズ７０は、プラスチック又はガラス等の任意の適当な材料により構成される。幾つかの実施形態では、レンズ７０をフィルタ６８と組み合わせて単一の要素にできる。また別の実施形態では、レンズ７０を除去して、熱放射を熱放射検出器アレイ５２上へと直接通過させるようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態は更に、図示の鏡７２等の第２の光学合焦装置を含む。鏡７２は、導管６０からの熱放射を熱放射検出器アレイ５２上へと導くように構成される。幾つかの実施形態において、鏡７２は、基板（例えばガラス、プラスチック等）、及び基板上に設けられた反射コーティング（例えば銀、クロム等）を含み得る。或いは、鏡７２を、研磨されたステンレス鋼等の反射材料により形成してもよい。本実施形態では、凹面鏡７２を用いて所望の視野７４を得る。鏡７２の形状と熱放射検出器アレイ５２の位置により、角度７６を有する視野７４が得られる。例えば、幾つかの実施形態において、角度７６は、約５、１０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、又は１６０度以上であってよい。幾つかの実施形態において、熱放射検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６の断面７８全体に向けて配向することで、流体流路の二次元温度プロファイルを決定してもよい。そのため、角度７６は、視野７４が所望の測定位置においてＨＲＳＧ断面７８全体を含むように選択される。結果として、熱測定システム５０は、流体流路内のあらゆる温度変動を検出できる。明らかなように、別の実施形態では、凸面鏡又は実質的に平面状の鏡を用いて、熱放射を検出器アレイ５２に向けてもよい。また別の実施形態では、鏡７２を除去してもよく、熱放射検出器アレイ５２を流体流路に向けてもよい。このような実施形態において、レンズ７０を設ける場合、このレンズ７０は、レンズ７０の形状及び光学的特性に基づいた所望の視野７４の確立に役立つ。
【００３１】
前述のように、本発明の熱放射検出器アレイ５２は、検出された熱放射を出力信号に変換するように構成されたサーモパイル素子を含む。サーモパイル素子は、直列に接続された複数の熱電対を含むので、サーモパイル素子は、それぞれの各素子の視野内の領域の温度に比例する強さを有する電気信号を出力する。検出器アレイ５２は、サーモパイル素子からの信号を収集し、コントローラ５４に対して、タービン１６からＨＲＳＧ２６へと至る流体流路の二次元温度プロファイルを示す信号を出力する。コントローラ５４はこの信号を受け取り、信号に基づいて（例えばルックアップテーブル、アルゴリズム等により）ＨＲＳＧ断面７８の二次元温度プロファイルを決定するように構成される。本実施形態において、コントローラ５４は、ディスプレイ８０とアラーム８２を含むユーザーインターフェース５６に通信可能に結合される。ディスプレイ８０は、各サーモパイル素子により検出された温度を時間の関数として表したグラフを提示するように構成される。
【００３２】
図示のように、ディスプレイ８０は、時間を表すｘ軸８６と温度を表すｙ軸８８とを有するグラフ８４を含む。前述のように、検出器アレイ５２の各サーモパイル素子は、その素子の視野内の領域の温度を示す信号を出力するように構成される。本実施形態では、グラフ８４は、各領域の温度を時間の関数として表す一連の曲線９０を含む。本実施形態のグラフ８４は、４つの曲線９０を含んでおり、熱放射検出器アレイ５２が４つのサーモパイル素子を含むことがわかる。しかし、明らかなように、検出器アレイ５２に更に多数又は少数の素子を含めてもよく、その結果としてグラフ８４上に表示される曲線９０が、更に多数又は少数になり得る。
【００３３】
グラフ８４は更に、流体流路の平均温度を示す破線９２を含む。前述のように、熱放射検出器アレイ５２をＨＲＳＧ２６の断面７８全体に向けて、流体流路の二次元温度プロファイルを監視できる。各領域（例えば各サーモパイル素子の視野内の部分）内の温度の平均をとることにより、流体流路の平均温度を計算できる。幾つかの実施形態では、ＨＲＳＧが、温度変動が所定の平均流体温度範囲内の流体流を受け取ることが望まれる。そのため、コントローラ５４を、各領域の温度を平均温度と比較して、過剰な温度変動があるかどうかを決定するように構成してもよい。このような実施形態では、グラフ８４は、所望の流体温度範囲に対応する下限閾値９４と上限閾値９６とを含む。例えば、幾つかのＨＲＳＧは、平均流体温度の範囲が摂氏２５、２０、１５、１０、７、５、又は３度以内の流体を受け取ることが望まれることがある。このような構成では、コントローラ５４は、或る領域内の温度が上限閾値９６よりも高温又は下限閾値９４よりも低温の場合に、ＨＲＳＧ２６内で過剰な温度変動があるとみなす。或いは、検出温度と平均温度との間におけるパーセント差に基づいて、上限閾値９６及び下限閾値９４を定義してもよい。例えば、幾つかの実施形態において、ＨＲＳＧ２６は、平均流体温度の１５％、１２％、１０％、８％、６％又は４％以下の範囲内の流体を受け取ることが望まれる場合がある。
【００３４】
また別の実施形態において、コントローラ５４は、領域間の温度差と閾値とを比較することにより、タービン１６からＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路内の過剰な温度変動を検出するように構成される。こうした実施形態において、ディスプレイ８０は、領域の最高検出温度と領域の最低検出温度との差を示す単一の曲線を表示するように構成される。グラフには、所望の最大温度変動を示す閾値も含めてよい。最高検出温度と最低検出温度の間の差が閾値を超える場合、コントローラ５４は流体流路内で過剰な温度変動があるとみなす。例えば、幾つかのＨＲＳＧ構成において、過剰な温度変動を示す閾値は、摂氏約２５、２０、１５、１０、７、５、又は３度以下である。或いは、閾値を最低検出温度と最高検出温度の間のパーセント差として定義してもよい。このような構成において、閾値は３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、又は５％以下のパーセント差に対応可能である。明らかなように、別の実施形態において、過剰な温度変動をその他の統計学的方法（例えば標準偏差比較）により検出してもよい。
【００３５】
過剰な温度変動が検出されると、コントローラ５４は、ユーザーインターフェース５６内のアラーム８２を作動させる。前述のように、アラーム８２は、検出された状態をオペレータに警告するように構成された、可聴アラーム及び／又は視覚アラームであってよい。オペレータは、その後、適当な是正処置を講じて、流体温度変動を解消する。加えて、コントローラ５４及び／又はユーザーインターフェース５６は、発電システム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出と同時にＨＲＳＧ２６を通る流体の流れを減少させるように且つ／又は停止させるように構成される。例えば、幾つかの実施形態において、温度変動が第１の閾値を超える場合は、コントローラ５４が、タービンエンジン出力を低下させることで、ＨＲＳＧ２６を通る流れを減少させる。温度変動が第１の閾値を上回る第２の閾値を超える場合は、コントローラ５４が、ＨＲＳＧ２６をバイパスさせる弁を作動させることで、ＨＲＳＧ２６を通る流れを停止させる。明らかなように、ＨＲＳＧ２６をバイパスさせると、発電効率が低下する可能性があるものの、発電システム１０から消費者に電力を供給することはできる。
【００３６】
ＨＲＳＧ２６を参照して熱測定システム５０を説明するが、熱測定システム５０を用いて、その他の熱交換器内へと至る流体流路全体の温度変動の検出を行えることを理解されたい。例えば、熱測定システム５０を用いて、復水器４０内の温度変動を検出できる。ＨＲＳＧ２６と同様に、復水器４０は、復水器４０を通る蒸気の流れに対して垂直な方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管を含む。蒸気が導管を流れると、蒸気の熱が水４２に伝達されることで蒸気が凝縮し、水４４になる。前述のように、蒸気温度分布の変動は、蒸気タービン３４の最終段内の密度変動を誘発するので、タービン効率を低下させ、且つ／又はタービンブレードの過剰な摩耗に繋がることがある。熱測定システム５０が過剰な温度変動を検出することにより、蒸気タービン３４及び復水器４０を効率的に運転することができ、且つ／又は蒸気タービン部品の耐用寿命を延長する一助となる。
【００３７】
例えば、過剰な温度変動が蒸気流３８において検出されると、コントローラ５４は、ユーザーインターフェース５６のアラーム８２を作動させ、検出された状況をオペレータに警告する。オペレータは、その後、適当な是正処置を講じて、流体温度変動を解消する。加えて、コントローラ５４及び／又はユーザーインターフェース５６は、発電システム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出と同時に復水器４０を通る流体流を減少させること及び／又は停止させることができる。例えば、幾つかの実施形態において、温度変動が第１の閾値を超える場合は、コントローラ５４が蒸気タービン３４への蒸気流３２を減少させる。温度変動が第１の閾値を上回る第２の閾値を超える場合は、コントローラ５４が、蒸気タービン３４をバイパスさせる弁を作動させることで、蒸気タービン３４を通る流れを停止させる。明らかなように、蒸気タービン３４をバイパスさせると、発電効率が低下する可能性があるものの、発電システム１０から消費者に電力を供給することはできる。
【００３８】
図３は、流体導管６０の上流においてＨＲＳＧ２６の断面に向かって配向された熱測定システム５０の実施形態の概略図である。前述のように、排ガス２４は、下流方向５８にＨＲＳＧ２６に流入する。ＨＲＳＧ２６は、下流方向５８に対して交差する（例えば実質的に垂直な）方向に水等の二次流体を導くように構成された複数の導管６０を含む。排ガス２４が導管６０を流れると、熱が排ガス２４から水に伝達されることで、蒸気が生成される。本実施形態では、水４４が第１のマニホルド６２から導管６０に供給され、蒸気３２が第２のマニホルド６４から放出される。その後、蒸気３２は蒸気タービン３４の方へと流れ、冷却された排ガスは排気筒２８の方へと流れる。本実施形態では４つの導管６０を用いるが、別の実施形態ではより多数又は少数の導管を用いてもよいことを理解されたい。例えば、幾つかのＨＲＳＧ２６は、約５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、又は２００以上よりも多数の導管６０を含み得る。
【００３９】
図示の熱放射検出器アレイ５２は、導管６０の上流の流体流路断面全体が検出器アレイ５２の視野７４の範囲内に含まれるように、導管６０の方へと向けられている。このようにして、検出器アレイ５２で導管６０の上流の流体流路の二次元温度プロファイルを監視することにより、流体流内の実質的にあらゆる温度変動を確実に検出できる。前述のように、熱放射検出器アレイ５２は、流体流断面の様々な領域に向かって配向される複数のサーモパイル素子９８を含み得る。このような構成では、熱放射検出器アレイ５２が各領域の温度を示す信号を出力することにより、コントローラ５４で流体流路の二次元温度プロファイルを構築する。
【００４０】
本実施形態において、熱放射検出器アレイ５２は、４×４のマトリックス状のサーモパイル素子９８を含む。この構成では、熱放射検出器アレイ５２の各列をそれぞれの導管６０に向かって配向することにより、各導管の温度を個別に監視できるようになっている。しかし、別の熱放射検出器アレイ５２は、Ｎ×Ｎ又はＭ×Ｎのマトリックスを形成する、より多数又は少数のサーモパイル素子９８を含み得ることを理解されたい。例えば、幾つかの熱放射検出器アレイ５２は約１〜１０００以上の行及び／又は約１〜１０００以上の列を含み得る。加えて、図示の放射検出器アレイは、矩形のアレイを成す素子９８を含むが、幾つかの熱放射検出器アレイ５２は円形、楕円形、又は多角形のアレイを成す素子９８を含み得ることを理解されたい。また別の熱放射センサ（例えばＣＣＤ、ＦＰＡ、パイロメーター等）で、熱放射検出器アレイ５２の素子を形成してもよいことも理解されたい。また、前述のように、検出器アレイ５２に、流体流路の様々な二次元領域に向かって配向された複数のＮ×Ｎ又はＭ×Ｎの素子アレイを含めることにより、コントローラ５４で流体流路の三次元温度プロファイルを生成するようにしてもよいことを理解されたい。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０個以上の二次元アレイを流れの方向に沿って緊密に離間させることで、Ｌ×Ｎ×Ｎ又はＬ×Ｍ×Ｎ個の三次元検出器アレイ５２を構築できる。
【００４１】
明らかなように、熱測定システム５０の全体的な感度は、その他のファクターの中でもとりわけ、サーモパイル素子９８の感度、熱放射検出器アレイ５２の精度、システム５０内の光学ノイズ及び／電気ノイズ、コントローラ５４内の信号コンディショナの精度、熱放射センサ光学系の品質、各サーモパイル素子の視野、及び／又は温度を計算するためにコントローラ５４が用いる技術に依存することがある。例えば、幾つかの実施形態において、熱測定システム５０は、摂氏約２、１、０．７５、０．５、又は０．２５度以下の温度変動を識別可能である。そのため、熱測定システム５０で、ＨＲＳＧ効率が実質的に低下する前に流体流内の熱変動を検出することにより、発電システム１０の効率を維持することができる。熱測定システム５０の感度は、少なくとも部分的には各サーモパイル素子９８の視野に依存するので、より多数のサーモパイル素子９８を用いることによって熱測定システムの感度を高めることができることを理解されたい。このようにして、各サーモパイル素子９８に流体流路のより小さい領域を監視させることにより、各素子９８の感度を高めることができる。
【００４２】
図２を参照して上述した熱測定システム５０と同様に、図示の熱測定システム５０は、コントローラ５４に通信可能に結合されたユーザーインターフェース５６を含む。図示のユーザーインターフェース５６は、検出器アレイ５２の視野７４内の各領域の温度を数的に表現して表示するように構成された数字表示１００を含む。本実施形態において、表示１００は、各監視領域の平均温度と流体流路の平均温度との差を出力するように構成される。別の実施形態では、各領域の絶対温度を表示するように構成された表示１００を含めてもよいことを理解されたい。本実施形態では、温度値を摂氏温度で示す。
【００４３】
前述のように、コントローラ５４を、各導管６０の温度と平均流体流路温度との差と、閾値とを比較することにより、流体流路内の過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。図示の実施形態において、閾値は摂氏５度であり、この温度は、ＨＲＳＧ２６内へと至る流体流路内の最大所望温度変動に対応する。前述のように、別の実施形態では、より高値又は低値の閾値を用いてもよい。図示の熱放射検出器アレイ５２は、４行のサーモパイル素子９８を含むので、各行はそれぞれの導管６０の温度を測定する。図示のように、表示１００の左列内の各温度は、平均温度から摂氏５度未満の温度差であることがわかる。同様に、右列及び左から２つ目の列内の各温度差は、５度の許容差の範囲内である。そのため、表示１００からわかるように、対応する導管６０は所望の許容差の範囲内の流体流を受け取っている。これに対して、右から２つ目の導管６０に対応する温度測定値は、この導管６０が周囲の導管６０よりも実質的に高温の流体流を受け取っていることを示している。具体的には、右から２つ目の導管６０に対応する各領域の温度は、平均温度よりも摂氏５度超高い。したがって、コントローラ５４は、過剰な温度変動を検出し、アラームを作動させ、ＨＲＳＧ２６内への流体流を減少させ且つ／又はＨＲＳＧ２６への流れを停止させる。
【００４４】
加えて、熱測定システム５０を用いて、復水器４０へと至る蒸気３８の流れの温度変動を検出することができる。前述のように、蒸気温度分布の変動は、蒸気タービン３４の最終段内の密度変動に繋がり、これによってタービン効率が低下することがある。加えて、このような密度変動により、タービンブレードが密度の異なる領域を通過する時に、ブレードが過剰に摩耗することがある。そのため、コントローラ５４が、或る導管に隣接する蒸気流が平均蒸気流温度よりも高温であると検出すると、コントローラ５４はアラームを作動させ、タービン３４／復水器４０へと至る蒸気流を減少させ、且つ／又は蒸気タービン３４へと至る流れを停止させる。
【００４５】
図４は、熱放射検出器アレイ５２を用いて流体流導管６０の熱放射を測定することによって、流体流路全体の過剰な温度変動を検出する方法１０２の実施形態を示す流れ図である。まず、ブロック１０４に示すように、熱放射検出器アレイ５２を用いて、流体流路内の導管６０の熱放射を測定する。前述のように、熱放射検出器アレイ５２は、流体流の様々な領域に向かって配向された複数の各サーモパイル素子を含み得る。各サーモパイル素子は、それぞれの領域の温度に比例した大きさの信号を出力するように構成される。熱放射検出器アレイ５２は、各素子からの信号を収集し、結果として得られた信号をコントローラ５４に出力するように構成される。次に、ブロック１０６に示すように、熱放射測定に基づいて流体流路の二次元温度プロファイルを決定する。例えば、コントローラ５４は、結果として得られた信号を熱放射検出器アレイ５２から受け取り、各サーモパイル素子信号の大きさに基づいて二次元温度プロファイルを決定する。その後、ブロック１０８に示すように、二次元温度プロファイルの表示画面が生成され、表示される。例えば、このディスプレイ８０は、各領域の温度を時間の関数として示す一連の曲線９０を表示する。或いは、表示１００は、各領域の温度の数的表現を表示するものであってもよい。
【００４６】
次に、ブロック１１０に示すように、二次元温度プロファイルに基づいて流体流路全体の過剰な温度変動を検出する。例えば、コントローラ５４は、少なくとも１つの導管６０の温度と流体流路の平均温度との差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成される。或いは、コントローラ５４を、第１の導管６０と第２の導管６０との間の温度差が閾値を超える場合に、過剰な温度変動を検出するように構成してもよい。ブロック１１２に示すように過剰な温度変動が検出されると、ブロック１１４に示すように可聴及び／又は視覚アラームを作動させてオペレータに状況を警告する。例えば、オペレータは、状況報告を受けると、ＨＲＳＧ２６又は復水器４０を通る流れを減少及び／又は停止させる。加えて、過剰な温度変動の検出と同時に、ブロック１１６に示すように熱交換器を通る流れを自動的に停止させてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、コントローラ５４は、発電システム１０に通信可能に結合されており、過剰な温度変動の検出と同時にＨＲＳＧ２６及び／又は復水器４０を通る流れを減少及び／又は停止させるように構成される。
【００４７】
流体流路全体の過剰な温度変動が検出された場合に、オペレータ又はコントローラ５４で、別の処置を講じ得ることを理解されたい。例えば、ＨＲＳＧ２６内で過剰な温度変動が検出された場合は、排ガス流２４の方向を大気中へと変更することで、ＨＲＳＧ２６をバイパスさせる。このような措置は、発電システム１０の効率を低下させる可能性があるものの、発電システム１０から電力を消費者に供給することはできる。同様に、過剰な温度変動が復水器４０内で検出された場合は、蒸気流３２の送出先を変更することで、蒸気タービン３４及び復水器４０をバイパスさせる。このような措置により、不均一な蒸気温度分布に伴う密度変動に起因する過剰な摩耗から蒸気タービン３４内のブレードを保護できる。
【００４８】
本明細書では、最適な態様も含め、例を用いて本発明を開示しており、これによって当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びに付随するあらゆる方法の実行を含め、本発明を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に明示されると共に、当業者に想到可能なその他の例も含む。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は請求項の文言と実質的な差異を有さない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 発電システム
１２ ガスタービンエンジン
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 圧縮機
２２ 負荷
２４ 排ガス
２６ 排熱回収ボイラ
２８ 排気筒
３０ 冷却された排ガスの流れの方向
３２ 高圧蒸気
３４ 蒸気タービン
３６ 負荷
３８ 低圧蒸気
４０ 復水器
４２ 冷却水
４４ 水
４６ 熱水
４８ 冷却塔
５０ 熱測定システム
５２ 熱放射検出器アレイ
５４ コントローラ
５６ ユーザーインターフェース
５８ 下流方向
６０ 導管
６２ 第１のマニホルド
６４ 第２のマニホルド
６６ 覗き窓
６８ フィルタ
７０ レンズ
７２ 鏡
７４ 視野
７６ 視野角
７８ ＨＲＳＧ断面
８０ ディスプレイ
８２ アラーム
８４ グラフ
８６ Ｘ軸
８８ Ｙ軸
９０ 一連の曲線
９２ 平均温度
９４ 下限閾値
９６ 上限閾値
９８ サーモパイル素子
１００ 数字表示
１０２ 方法の流れ図
１０４ 熱放射検出器アレイにより流体流路内の導管の熱放射を測定する
１０６ 流体流路の二次元温度プロファイルを決定する
１０８ 二次元温度プロファイルの表示画面を作成して表示する
１１０ 流体流路全体の過剰な温度変動を検出する
１１２ 過剰な温度変動が検出されたか？
１１４ 可聴アラーム又は視覚アラームを作動させる
１１６ 流体流を停止させる
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１６、３４）から熱交換器（２６、４０）内へと至る流体流路内の複数の導管（６０）に向けて視野（７４）を配向するように構成された放射検出器アレイ（５２）であって、前記複数の導管（６０）により発せられる熱放射に基づいて前記流体流路の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成された放射検出器アレイ（５２）と、
前記放射検出器アレイ（５２）に通信可能に結合されており、前記信号に基づいて前記流体流路全体の温度変動を判定し、前記温度変動と閾値とを比較するように構成されたコントローラ（５４）と、を含むシステム（１０）。
【請求項２】
前記放射検出器アレイ（５２）が複数のサーモパイル素子（９８）から成る、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記複数の導管（６０）により発せられる前記熱放射を前記放射検出器アレイ（５２）上に集束させるように構成された光学合焦装置（７０、７２）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記光学合焦装置（７０、７２）が、鏡（７２）、レンズ（７０）、及びこれらを組み合わせたもののうち１つから成る、請求項３に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記放射検出器アレイ（５２）と前記複数の導管（６０）との間に設置された帯域フィルタ（６８）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記放射検出器アレイ（５２）が、赤外線スペクトルの範囲内の波長を有する熱放射を検出するように構成された、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記コントローラ（５４）が、前記複数の導管（６０）のうち少なくとも１つの温度と前記流体流路の平均温度との差に基づいて前記温度変動を判定するように構成された、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記コントローラ（５４）が、第１の導管（６０）の温度と第２の導管（６０）の温度と差に基づいて前記温度変動を判定するように構成された、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記タービン（１６、３４）と前記熱交換器（２６、４０）とを含むシステムであって、前記タービン（１６、３４）がガスタービン（１６）から成り、前記熱交換器（２６、４０）が排熱回収ボイラ（２６）から成る、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記タービン（１６、３４）と前記熱交換器（２６、４０）とを含むシステムであって、前記タービン（１６、３４）が蒸気タービン（３４）から成り、前記熱交換器（２６、４０）が復水器（４０）から成る、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１】
タービン（１６、３４）から熱交換器（２６、４０）内へと至る流体流路内の複数の導管（６０）に向けて視野（７４）を配向するように構成された放射検出器アレイ（５２）であって、前記複数の導管（６０）により発せられる熱放射に基づいて前記流体流路の多次元温度プロファイルを示す信号を出力するように構成された放射検出器アレイ（５２）と、
前記放射検出器アレイ（５２）に通信可能に結合されており、前記信号に基づいて前記流体流路全体の温度変動を判定し、前記温度変動と閾値とを比較するように構成されたコントローラ（５４）と、を含むシステム（１０）。
【請求項２】
前記放射検出器アレイ（５２）が複数のサーモパイル素子（９８）から成る、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記複数の導管（６０）により発せられる前記熱放射を前記放射検出器アレイ（５２）上に集束させるように構成された光学合焦装置（７０、７２）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記光学合焦装置（７０、７２）が、鏡（７２）、レンズ（７０）、及びこれらを組み合わせたもののうち１つから成る、請求項３に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記放射検出器アレイ（５２）と前記複数の導管（６０）との間に設置された帯域フィルタ（６８）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記放射検出器アレイ（５２）が、赤外線スペクトルの範囲内の波長を有する熱放射を検出するように構成された、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記コントローラ（５４）が、前記複数の導管（６０）のうち少なくとも１つの温度と前記流体流路の平均温度との差に基づいて前記温度変動を判定するように構成された、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記コントローラ（５４）が、第１の導管（６０）の温度と第２の導管（６０）の温度と差に基づいて前記温度変動を判定するように構成された、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記タービン（１６、３４）と前記熱交換器（２６、４０）とを含むシステムであって、前記タービン（１６、３４）がガスタービン（１６）から成り、前記熱交換器（２６、４０）が排熱回収ボイラ（２６）から成る、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記タービン（１６、３４）と前記熱交換器（２６、４０）とを含むシステムであって、前記タービン（１６、３４）が蒸気タービン（３４）から成り、前記熱交換器（２６、４０）が復水器（４０）から成る、請求項１に記載のシステム（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−３７２２７（Ｐ２０１２−３７２２７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０６０２（Ｐ２０１１−１７０６０２）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
[ Back to top ]