JP2000120448A - ガスタービン用燃料圧縮機システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン用燃料圧縮機システムにおい
て、エネルギー効率を向上させること。 【解決手段】 燃料圧縮機１１を駆動する電動機２１を
インバータ２２により周波数制御し、かつ制御装置２３
からインバータ２２に指令信号を出力することで、イン
バータ２２から電動機２１に出力されるインバータ周波
数を可変に変換する。インバータ周波数の設定を場合に
応じて調節することにより、場合に応じて燃料圧縮機の
圧縮仕事を調節することができるので、エネルギー的に
非常に効率の向上した燃料圧縮機システムとすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば都市ガス等を燃
料とするコージェネレーションシステムに適用するガス
タービン用燃料圧縮機システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８に示すものは例えば特公平６−１０
５０５６号公報に示された従来のガスタービン用燃料圧
縮機システムを適用したコージェネレーションシステム
の全体構成図である。

【０００３】図において、コージェネレーションシステ
ム２００は、ガスタービン３０と、ガスタービン３０に
燃料を圧縮して供給するガスタービン用燃料圧縮機シス
テム１０と、ガスタービン３０の駆動力が伝達され発電
作用を営む発電システム４０とを備えて構成されてい
る。

【０００４】ガスタービン用燃料圧縮機システム１０
は、燃料圧縮機１１と、一端が図示せぬ燃料源に連通し
他端が燃料圧縮機１１の吸入口１１ａに連通した燃料吸
入流路１２と、一端が燃料圧縮機１１の吐出口１１ｂに
連通し他端がガスタービン３０に連通する燃料吐出流路
１３と、燃料圧縮機１１をバイパスして燃料吸入流路１
２と燃料吐出流路１３とをつなぐバイパス流路１４と、
バイパス流路１４の途中に介装された外部制御開閉弁１
５と、燃料吐出流路１３内の圧力を検知し、検知した圧
力に応じて外部制御開閉弁１５に開弁量設定信号を伝達
する圧力制御装置１６と、燃料吐出流路１３の途中に設
けられた貯留タンク１７と、貯留タンク１７に付設され
た安全弁１７ａとを備えて構成されている。

【０００５】また、ガスタービン３０は、タービン部３
１及び該タービン部３１の中心から延びた出力軸３２と
を備えており、燃料吐出流路１３は遮断弁１８を介して
タービン部３１の燃料ガス入口３１ａに連通している。
その他、このタービン部３１には、外部より空気を吸入
する空気取り入れ口３１ｂ、タービン部３１で燃焼した
排気ガスを排出する排ガス出口３１ｃが形成されてい
る。

【０００６】発電システム４０は、ガスタービン３０の
出力軸３２に連結された発電機４１と、発電機４１に連
結され該発電機４１で発生した電力を送電する送電系統
４２とからなるものである。

【０００７】上記構成のコージェネレーションシステム
２００において、燃料吸入流路１２から流入した燃料ガ
スは、燃料圧縮機１１内で所定の圧力（一般には８〜１
５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）に昇圧されて燃料吐出流路１３に流
出される。さらに、燃料ガスは、燃料吐出流路１３に設
けられた貯留タンク１７及び遮断弁１８を介して燃料ガ
ス入口３１ａからガスタービン３０のタービン部３１に
導入される。そして、このようにしてタービン部３１に
導入された燃料ガスは、空気取り入れ口３１ｂから導入
される空気と混合された後に燃焼する。この燃焼によっ
て混合ガスが膨張し、この膨張力によってガスタービン
３０が駆動される。この駆動力は、ガスタービン３０の
出力軸３２から発電機４１に受け渡され、これにより発
電作用が営まれるものである。

【０００８】また、ガスタービン３０が緊急停止する場
合には、ガスタービン３０への燃料の供給を遮断するた
め遮断弁１８が閉じる。遮断弁１８が閉じると燃料吐出
流路１３内の圧力が上昇する。この圧力上昇を制御装置
１６が検知し、検知した圧力に応じて制御開閉弁１５に
開度設定信号を送る。これにより制御開閉弁１５が所定
開度で開弁し、燃料吐出流路１３内の燃料ガスを燃料吸
入流路１２側に還流させて燃料吐出流路１３側の圧力の
異常上昇を防止している。同様に、発電機４１の負荷を
遮断してガスタービン３０をアイドリング運転させる場
合にも、制御装置１６により外部制御開閉弁１５の開度
が制御されて燃料吐出流路１３の異常圧力上昇を防止す
る。このようにしてどのような場合にも燃料吐出流路１
３内の圧力が一定となるように制御しているものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のガスタービン用
燃料圧縮機システムは、以上のように構成されているの
で、燃料ガスの流量制御及び圧力制御は、外部制御開閉
弁の開度制御のみに依存し、ガスタービンの運転状態に
係わらず燃料圧縮機は圧力制御装置の設定値を維持する
ように一定回転数で運転されている。即ち、ガスタービ
ンがアイドリング状態でガス流量を多量に必要としない
場合や、ガスタービンが緊急停止する場合でも、燃料圧
縮機は定常状態と同様の一定動力を必要としており、省
エネルギーの観点から好ましくない。

【００１０】故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、ガスタービン用燃料圧縮機システムにお
いて、エネルギー効率を向上させることを技術的課題と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために成された請求項１の発明は、ガスタービン
に燃料を圧縮して供給するガスタービン用燃料圧縮機シ
ステムであって、前記ガスタービン用燃料圧縮機システ
ムは、燃料圧縮機と、一端が燃料源に連通し他端が前記
燃料圧縮機の吸入口に連通する燃料吸入流路と、一端が
前記燃料圧縮機の吐出口に連通し他端が前記ガスタービ
ンに連通する燃料吐出流路と、該燃料圧縮機を駆動する
電動機と、交流電源に接続されるとともに該交流電源か
ら入力される電源周波数を所定の周波数に変換して前記
電動機に出力する電源周波数変換装置と、該電源周波数
変換装置に指令信号を出力する制御装置とを具備すると
ともに、前記電源周波数変換装置は前記指令信号を受け
て前記電源周波数を可変に変換することを特徴とするガ
スタービン用燃料圧縮機システムとしたことである。

【００１２】上記請求項１の発明によれば、ガスタービ
ン用燃料圧縮機システムは、燃料圧縮機と、一端が燃料
源に連通し他端が燃料圧縮機の吸入口に連通する燃料吸
入流路と、一端が燃料圧縮機の吐出口に連通し他端がガ
スタービンに連通する燃料吐出流路と、燃料圧縮機を駆
動する電動機と、交流電源に接続されるとともに該交流
電源から入力される電源周波数を所定の周波数に変換し
て電動機に出力する電源周波数変換装置と、電源周波数
変換装置に指令信号を出力する制御装置とを具備する。
そして、電源周波数変換装置は、制御装置からの指令信
号を受けて、入力される電源周波数を可変に変換して電
動機に出力するものである。従って、ガスタービンがア
イドリング状態で、ガス流量を多量に必要としない場合
は、制御装置は、電源周波数変換装置で変換する電源周
波数を小さくするような指令信号を電源周波数変換装置
に出力する。このため電源周波数変換装置は、制御装置
からの指令信号を受けて、入力された電源周波数をより
小さい周波数の交流電流に変換して電動機に出力する。
従って、電動機はより小さい周波数で駆動し、ひいては
電動機によって駆動される燃料圧縮機の圧縮仕事が低下
する。このため燃料吐出通路における燃料ガスの吐出流
量が減少する。このようにして、アイドリング状態に必
要最小限の燃料ガス流量を流すようにして燃料圧縮機で
の仕事量を減少させることができる。一方、発電機シス
テム側での負荷の増加等によりガスタービンへの燃料ガ
スの流量を増加させる必要がある場合は、制御装置は、
電源周波数変換装置で変換する電源周波数を大きくする
ような指令信号を電源周波数変換装置に出力する。この
ため電源周波数変換装置は、制御装置からの指令信号を
受けて、入力された電源周波数をより大きい周波数の交
流電流に変換して電動機に出力する。従って、電動機は
より大きい周波数で駆動し、ひいては電動機によって駆
動される燃料圧縮機の圧縮仕事が増加する。このため燃
料吐出通路における燃料ガスの吐出流量が増加する。こ
のようにして、ガスタービンの要求を満たす燃料ガス流
量を流すことができる。このように、本発明では、場合
に応じて燃料圧縮機の圧縮仕事を調節することができる
ので、エネルギー的に非常に効率の向上した燃料圧縮機
システムとすることができる。

【００１３】また、上記技術的課題を解決するにあた
り、請求項２の発明のように、前記制御装置は、前記ガ
スタービン用燃料圧縮機システムの自動運転中におい
て、ＰＩＤ制御に基づく駆動指令信号を前記電源周波数
変換装置に出力することにより前記燃料吐出流路内の圧
力を目標設定圧力に近づけるように前記燃料圧縮機を駆
動制御することを特徴とするガスタービン用燃料圧縮機
システムとすることが好ましい。

【００１４】上記請求項２の発明によれば、ガスタービ
ン用燃料圧縮機システムの自動運転中は、ＰＩＤ制御に
基づく駆動指令信号が制御装置から電源周波数変換装置
に出力され、これにより燃料吐出流路内の圧力が目標設
定圧力に近づけられる。従って、当該燃料圧縮機システ
ムの自動運転中において、燃料吐出流路内の圧力が目標
設定圧力と大きく離れている場合でも、電源周波数変換
装置のＰＩＤ制御によって、燃料吐出流路内の圧力が急
峻にかつオーバーシュートなく目標設定圧力まで近づ
く。このため、応答良く設定圧に近似することができ
る。さらに、定常運転中においても、発電機システムの
負荷の変動により燃料吐出流路内の圧力が増減した場
合、電源周波数変換装置のＰＩＤ制御によって速やかに
燃料吐出流路内の圧力が目標設定圧力に近づく。このた
め、負荷変動後の応答遅れも少なくすることができる。
従って、応答遅れやオーバーシュートに起因する、吐出
流路内の圧力の異常上昇による該燃料圧縮機システムの
機能障害や、圧力の異常低下による該燃料圧縮機システ
ム及びコージェネレーションシステムのシステム停止の
招来を防止することができる。

【００１５】尚、上記ＰＩＤ制御は、圧力を制御量、電
源周波数変換装置から電動機に出力する電源周波数を操
作量とする。また、制御量としての圧力は、燃料吐出流
路内の圧力の検出値を入力値とする。そして、制御装置
に入力された圧力と目標設定圧力との偏差量からＰＩＤ
制御に基づく演算を施して操作量を求め、この操作量に
関連した信号を指令信号として電源周波数変換装置に出
力とする。

【００１６】また、この場合、請求項３の発明のよう
に、前記制御装置は、前記ガスタービン用燃料圧縮機シ
ステムの自動運転の起動時において、前記燃料吐出流路
内圧力が所定圧力となるまでは、前記電源周波数変換装
置から前記電動機に出力する電源周波数に上限値を設定
することが好ましい。

【００１７】上記請求項３の発明によれば、制御装置
は、当該ガスタービン用燃料圧縮機システムの自動運転
起動時に、燃料吐出流路内の圧力が所定圧力となるまで
は、電源周波数変換装置から電動機に出力する電源周波
数に上限を設定するので、自動運転の初期段階に燃料吐
出流路１３内の急激な圧力上昇をより確実に抑えること
ができる。

【００１８】また、上記技術的課題を解決するにあた
り、請求項４の発明のように、前記制御装置は、前記ガ
スタービン用燃料圧縮機システムを停止させる際に、種
々の停止条件に応じた停止処理モードを選択し、選択し
た停止処理モードに基づく停止指令信号を前記電源周波
数変換装置に出力することによって前記燃料圧縮機を停
止制御するものであることが好ましい。

【００１９】上記請求項４の発明によれば、制御装置
は、ガスタービン用燃料圧縮機システムを停止させる際
に、種々の停止条件に応じた停止処理モードを選択し、
このようにして選択した停止処理モードに基づいて停止
指令信号を電源周波数変換装置に出力し、電源周波数変
換装置はこの停止指令信号を受けて入力された交流電流
の周波数を所望の周波数に変換して電動機に出力する。
このため、種々の停止条件に適合した最適な停止処理を
実行することができるものである。

【００２０】一般に、このような燃料圧縮機システムの
システム停止状況（停止条件）は、ガス漏れの発生や非
常停止ボタンが押された場合等のように安全性の確保を
最優先させつつ停止させる場合や、操作者が自己の都合
によりシステムを一時停止させてからまたすぐに起動さ
せる必要がある場合等のようにシステムの保守を優先さ
せる場合等、さまざまな停止状況が想定される。本発明
は、このようにさまざまな停止状況に対応する停止モー
ドを想定し、各停止モードに基づいた停止処理を実行す
ることで、それぞれの停止状態に応じて最適に当該燃料
圧縮機システムを停止させることができるものである。

【００２１】この場合、好ましくは、請求項５の発明の
ように、前記燃料圧縮機の停止制御は、前記停止指令信
号に応じて、ＰＩＤ停止制御、デジタル値停止制御、フ
リーラン停止制御のうちのいずれか１つの制御方式によ
り停止制御されることが好ましい。

【００２２】上記請求項５の発明によれば、例えば安全
性の確保を最優先させつつ停止させる場合には、燃料圧
縮機をフリーラン停止させる。このように即座に燃料圧
縮機を停止することで、安全性が確実に確保される。ま
た、システムの保守を最優先させる場合には、ＰＩＤ制
御またはデジタル値制御によって燃料圧縮機を停止制御
する。このようにして燃料圧縮機を停止制御すること
で、システムの保守が確実に確保される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面に基づいて説明するが、従来技術と同一部分につい
ては同一符号で示す。

【００２４】図１に示すものは、本例におけるガスター
ビン用燃料圧縮機を適用したコージェネレーションシス
テムの全体構成図である。図において、コージェネレー
ションシステム１００は、ガスタービン３０と、ガスタ
ービン３０に燃料を圧縮して供給するガスタービン用燃
料圧縮機ユニット１０と、ガスタービン３０の駆動力が
伝達されて発電作用を営む発電ユニット４０とを備えて
構成されている。

【００２５】圧縮機ユニット１０は、燃料圧縮機１１
と、一端が図示せぬ燃料源に連通し他端が燃料圧縮機１
１の吸入口１１ａに連通した燃料吸入流路１２と、一端
が燃料圧縮機１１の吐出口１１ｂに連通し他端がガスタ
ービン３０に連通した燃料吐出流路１３と、燃料圧縮機
１１を駆動する電動機２１と、交流電源Ａに電気的に接
続した電源周波数変換装置としてのインバータ２２と、
インバータ２２に指令信号を出力する制御装置２３とを
備え、これらはエンクロージャー２４内に収納されてい
る。また、燃料吐出流路１３には、吐出ガス圧力センサ
２５及び吐出ガス温度センサ２６が、エンクロージャー
２４の内壁部分にはガス漏れ検出センサ２７がそれぞれ
取り付けられており、これらの検知信号は制御装置２３
に入力されている。尚、２８は安全弁、１１ｃは燃料圧
縮機内蔵の安全弁、２９は逆止弁である。

【００２６】インバータ２２は、交流電源Ａから交流電
流が入力される。この入力された交流電源は、インバー
タ２２によって所定の周波数に変換され、変換後の交流
駆動電流を電動機２１に出力するものである。

【００２７】制御装置２３は、上述したように吐出ガス
圧力センサ２５、吐出ガス温度センサ２６、ガス漏れ検
出センサ２７からの検知信号が入力され、このように入
力された検知信号に基づいてインバータ２２に指令信号
を出力するものである。

【００２８】また、この制御装置２３内部には、図示せ
ぬＰＩＤ演算回路が組み込まれている。ＰＩＤ演算回路
は、制御量が圧力、操作量が交流電源の周波数であり、
制御量（圧力）として、制御装置２３に入力される吐出
ガス圧力センサ２５で検知した圧力を用いて計算を行
い、操作量としての交流駆動電流の周波数を指令信号と
して返す。従って、本例のＰＩＤ制御における偏差量
は、吐出ガス圧力センサ２５で検知した圧力と目標設定
圧力との偏差圧力であり、この偏差圧力を最適に極小化
するために、圧力（吐出ガス圧力センサ２５で検出した
圧力）を制御量としたＰＩＤ制御に基づく操作量（交流
駆動電力の周波数）に関連した信号を指令信号としてイ
ンバータ２２に出力する。

【００２９】また、ガスタービン３０は、タービン部３
１及び該タービン部３１の中心から延びた出力軸３２と
を備えており、燃料吐出流路１３は遮蔽弁１８を介して
タービン部３１の燃料ガス入口３１ａに連通している。
その他、このタービン部３１には、外部より空気を吸入
する空気取り入れ口３１ｂ、タービン部３１で燃焼した
排気ガスを排出する排ガス出口３１ｃが形成されてい
る。尚、遮蔽弁１８の開度情報は、制御装置２３に入力
される。さらに、図示はしないが、ガスタービン３０側
からは、該ガスタービン３０の運転指令、停止指令や、
負荷に見合ったガスタービン３０の回転数を維持するた
めの、燃料吐出流路１３内の吐出圧力指令が制御装置へ
入力される。本例においてこの吐出圧力指令が、目標設
定圧力に相当する。

【００３０】発電ユニット４０は、ガスタービン３０の
出力軸３２に連結された発電機４１と、発電機４１に連
結され該発電機４１で発電した電力を送電する送電系統
３２とからなるものである。

【００３１】上記構成のコージェネレーションシステム
１００において、燃料吸入流路１２から流入した燃料ガ
スは、圧縮機１１内で所定の圧力（一般には８〜１５ｋ
ｇ／ｃｍ^２Ｇ）に昇圧されて燃料吐出流路１３に流出さ
れる。さらに、燃料ガスは、遮断弁１８を介して燃料ガ
ス入口３１ａからガスタービン３０のタービン部３１に
導入される。そして、このようにしてタービン部３１に
導入された燃料ガスは、空気取り入れ口３１ｂから導入
される空気と混合された後に燃焼する。この燃焼によっ
て混合ガスが膨張し、この膨張力によってガスタービン
３０が駆動される。この駆動力は、ガスタービン３０の
出力軸３２から発電機４１に受け渡され、これにより発
電作用が営まれるものである。

【００３２】図２は、本例におけるガスタービン用燃料
圧縮機システム１０を自動運転する際の制御タイムチャ
ートである。図において、まず電源投入後、図示せぬ起
動ボタン等を押圧してシステムを起動させると、インバ
ータ電源がＯＮとなる。次に、制御装置２３に取り付け
られた図示せぬタッチパネル（ＧＰパネル）内から、自
動運転を選択すると、インバータ２２が運転される。次
いで、ガスタービン３０側から運転指令が制御装置２３
に入力される。この運転指令の入力後、制御装置２３に
入力される吐出圧力指令（目標設定圧力）は、最終的な
目標設定圧力（例えば８ｋｇｆ／ｃｍ^２）に到達するま
で運転初期段階で単調増加していくので、目標設定圧力
と吐出ガス圧力センサ２５で検知する燃料吐出流路１３
内の現実の圧力との偏差圧力が生じる。制御装置２３は
この偏差圧力を基に、ＰＩＤ制御によってインバータ周
波数を割り出し、割り出されたインバータ周波数を駆動
指令信号としてインバータ２２に出力する。インバータ
２２は、交流電源Ａから入力された電源周波数を、制御
装置２３から入力される駆動指令信号としてのインバー
タ周波数に変換して電動機２１に出力する。電動機２１
は、入力のあったインバータ周波数に従って運転され、
燃料圧縮機１１を駆動させる。このようにして、燃料圧
縮機１１の駆動は制御装置２３でＰＩＤ制御されるもの
である。ただし、図に示すように、運転の初期段階で
は、燃料吐出流路１３内の急激な圧力上昇を抑えるた
め、吐出ガス圧力検知センサ２５で検知される吐出流路
内圧力が所定圧力（例えば７．５ｋｇ／ｃｍ^２）となる
までは、インバータ周波数に上限（例えば７．５Ｈｚ）
を設けてある。吐出流路内圧力が所定圧力以上になる
と、この上限は解除され、通常のＰＩＤ制御となる。こ
のようなＰＩＤ制御によって、燃料吐出流路１３内の圧
力は、速やか（ほぼ１分以内）に目標設定圧力に到達
し、定常状態となる。

【００３３】また、定常状態において、発電機システム
４０側からの負荷変動があった場合、ガスタービン３０
では変動後の負荷に見合った流量を確保するため、遮蔽
弁１８の開度を調節する。これにより燃料吐出流路１３
内の燃料ガスの吐出流量が変化し、吐出圧力も変動す
る。この場合においても、インバータ２２の電源周波数
を制御するＰＩＤ制御を行うことにより速やかに吐出流
路内圧力が目標設定圧力に到達する。その後、ガスター
ビン３０側から停止指令が制御装置２３に入力される
と、所定の停止処理に従ってシステムが停止する。

【００３４】このように、本例におけるガスタービン用
燃料圧縮機システム１００は、上記説明のように、燃料
圧縮機１１を駆動する電動機２１をインバータ２２によ
り周波数制御し、かつ制御装置２３からインバータ２２
に指令信号を出力することで、インバータ２２から電動
機２１に出力されるインバータ周波数を可変に変換す
る。このため、燃料ガスの吐出流量が少ないときは燃料
圧縮機１１の圧縮仕事を減少させるようにインバータ周
波数を設定でき、燃料ガスの吐出流量を増加させたいと
きは燃料圧縮機１１の圧縮仕事を増加させるようにイン
バータ周波数を設定できる。このように、場合に応じて
燃料圧縮機の圧縮仕事を調節することができるので、エ
ネルギー的に非常に効率の向上した燃料圧縮機システム
とすることができる。

【００３５】また、制御装置２３は、上記説明のよう
に、当該ガスタービン用燃料圧縮機システム１０の自動
運転中において、ＰＩＤ制御に基づく駆動指令信号（イ
ンバータ周波数）をインバータ２２に出力し、これによ
り燃料吐出流路１３内の圧力を目標設定圧力に近づける
ように燃料圧縮機を駆動制御するものであるので、燃料
吐出流路１３内の圧力が急峻にかつオーバーシュートな
く目標設定圧力まで高められる。このため、圧力の応答
遅れを少なくすることができるものである。

【００３６】従来のバイパス弁制御方式だけでは、仮に
バイパス弁開度のＰＩＤ制御を行った場合でも、本例の
ような適切な制御は不可能であったが、上述のようにイ
ンバータを用いたＰＩＤ制御の圧縮機制御によれば、燃
料圧縮機として最適な制御を得ることができる。また、
上述のようにインバータを用いたＰＩＤ制御の燃料圧縮
機回転制御によれば、供給ガス流量を速やかに変化させ
ることができるので、貯留タンクがなくてもガスタービ
ンを最適に運転制御することが可能となる。

【００３７】本例において、ガスタービン用燃料圧縮機
システム１０を停止させる際に、４つの停止処理モード
が種々の条件によって選択される。この４つの停止処理
モードは、自動停止第１モード、自動停止第２モード、
異常停止第１モード、異常停止第２モードである。これ
らの停止処理モードの選択について、図３に示す、シス
テムの停止に関する制御フローチャートを基に説明す
る。

【００３８】まず、システムの内外から何らかの停止情
報が入力されると、ステップ３００で示す自動・異常停
止モード選択サブルーチンを実行する。自動・異常停止
モード選択サブルーチンでは、まずステップ３０１にお
いて、入力された停止情報が、ガス漏れ検知センサ２７
からのガス漏れ異常に基づく停止情報か否かが判定され
る。停止情報がガス漏れ異常に基づく停止情報である場
合には、異常停止第１モードを実行するサブルーチン
（ステップ４００）へジャンプする。ガス漏れ異常に基
づく停止情報ではない場合には、ステップ３０２に進
む。ステップ３０２では、入力された停止情報が、非常
停止ボタンが押されたことに基づく停止情報か否かが判
定される。非常停止ボタンが押されたことに基づく停止
情報である場合には、ガス漏れ異常の場合と同様、異常
停止第１モードを実行するサブルーチン（ステップ４０
０）へジャンプする。非常停止ボタンが押されたことに
基づく停止情報ではない場合には、ステップ３０３に進
む。ステップ３０３では、入力された停止情報が、イン
バータ２２の異常に基づく停止情報か否かが判定され
る。インバータ２２の異常に基づく停止情報である場合
には、異常停止第２モードを実行するサブルーチン（ス
テップ５００）へジャンプする。インバータ２２の異常
に基づく停止情報ではない場合には、ステップ３０４に
進む。ステップ３０４では、入力された停止情報が、吐
出ガス圧力センサ２５自身が異常であることに基づく停
止情報か否かが判定される。吐出圧力センサ２５自身が
異常であることに基づく停止情報である場合には、イン
バータ異常の場合と同様、異常停止第２モードを実行す
るサブルーチン（ステップ５００）へジャンプする。吐
出ガス圧力センサ２５自身が異常であることに基づく停
止情報ではない場合には、ステップ３０５に進む。ステ
ップ３０５では、現在自動運転中であるか否かが判定さ
れる。現在自動運転中である場合には、自動停止第１モ
ードを実行するサブルーチン（ステップ６００）へジャ
ンプする。現在自動運転中ではない、つまり手動運転中
である場合には、自動停止第２モードを実行するサブル
ーチン（ステップ７００）へジャンプする。上記４つの
サブルーチンからリターンされた後は、ステップ３０６
に進む。ステップ３０６では、停止が完了しているか否
かが判定される。停止が完了している場合はリターンさ
れる。停止が完了していない場合は、ステップ３０１に
戻る。

【００３９】ガス漏れ異常または非常停止の場合は、異
常停止第１モード（ステップ４００）によって停止処理
が実行される。この異常停止第１モード（ステップ４０
０）における、制御フローチャート図４に示す。

【００４０】図に示すように、異常停止第１モードにお
いては、まずステップ４０１において、目標設定圧力が
０ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定される。次に、ステップ４０２
において、インバータ周波数が０Ｈｚに設定される。次
に、ステップ４０３において、インバータ２２が停止さ
れる。次に、ステップ４０４において、インバータ２２
の電源がＯＦＦとされる。さらに、ステップ４０５にお
いて、図示せぬ換気ファンの停止が、ステップ４０６に
おいて図示せぬオイル冷却ファンの停止がなされた後、
ステップ４０７において自動または手動の運転が終了さ
れ、ステップ４０８にてシステムの停止完了が認識さ
れ、リターンされる。

【００４１】上記異常停止第１モードは、ガス漏れによ
る燃料ガスの外部への拡散や、非常停止時での緊急事態
の発生を防止する等、安全性の確保を最優先する必要が
ある。このため、全ての制御を即座に停止させる。この
停止処理により、電動機２１や燃料圧縮機１１への電力
の供給が即座に遮断されるので、燃料圧縮機はフリーラ
ン停止を行う。

【００４２】インバータ２２自身の異常、または吐出ガ
ス圧力センサ２５自身が異常である場合には、異常停止
第２モード（ステップ５００）によって停止処理が実行
される。この異常停止第２モード（ステップ５００）に
おける、制御フローチャートを図５に示す。

【００４３】図に示すように、異常停止第２モードにお
いては、まずステップ５０１において、目標設定圧力が
０ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定される。次に、ステップ５０２
において、インバータ周波数が０Ｈｚに設定される。次
に、ステップ５０３において、インバータ２２が停止さ
れる。次に、ステップ５０４において、インバータ２２
の電源がＯＦＦとされる。次に、ステップ５０５におい
て自動または手動の運転が終了され、ステップ５０６に
てシステムの停止完了が認識され、リターンされる。

【００４４】上記異常停止第２モードは、インバータ２
２自身の異常や、吐出ガス圧力センサ２５自身の異常で
あり、この場合、電動機２１への入力電源が即座に遮断
されるので、比較的安全性の確保要求が高い停止状況に
ある。従って、異常停止第1モードと同様インバータ２
２を即座に停止させる。このため燃料圧縮機１１はフリ
ーラン停止を行う。また、異常停止第１モードとは異な
り、換気ファンやオイル冷却ファンは停止させない。こ
の停止モードでは、ガス漏れが起こっていないので、換
気ファン及びオイル冷却ファンを動作させていても、燃
料ガスが外部に漏れることはない。

【００４５】上記説明した異常停止第1モード及び異常
停止第2モードでは、安全性の確保を最優先させる状況
にあり、このため燃料圧縮機１１はフリーラン停止制御
される。これにより、燃料圧縮機１１が即座に停止さ
れ、システムの安全性が確保される。尚、これらのモー
ドにおいて、燃料圧縮機１１はフリーラン停止するの
で、厳密にいえば、燃料圧縮機１１は停止制御されてい
ない。しかしながら、本例及び本発明の趣旨を包括的に
説明するため、あえて、フリーラン停止制御という表現
を使用した。この場合、制御装置２３からインバータ２
２への指令信号を即座に遮断するということを、燃料圧
縮機１１をフリーラン停止制御すると言い換えることも
できる。

【００４６】自動運転中であり、ガス漏れ異常、非常停
止、吐出ガス圧力センサ２５自身の異常、インバータ自
身の異常以外の通常の異常（例えば、吐出ガス温度異
常、冷却オイル温度異常、換気ファン異常、吸込みガス
圧力異常、オイル圧力異常等）が起こった場合や、操作
者による自動運転終了の情報が制御装置に入力された場
合、ガスタービン３０側の制御により停止指令が入力さ
れた場合等は、自動停止第１モード（ステップ６００）
によって停止処理が実行される。図６は、この自動停止
第１モード（ステップ６００）におけるフローチャート
である。

【００４７】図に示すように、自動停止第１モードで
は、まず、ステップ６０１で吐出ガス圧力センサ２５で
検知した燃料吐出流路１３内の圧力が設定圧力として記
憶されているか否かを判定する。記憶されていない場合
は、ステップ６０２にてその時の燃料吐出流路１３内の
圧力を設定圧力として記憶してからステップ６０３に進
む。記憶されている場合はそのままステップ６０３に進
む。ステップ６０３では、減速タイマ（本例では２秒タ
イマ）が始動する。次に、ステップ６０４にて、減速タ
イマが終了（タイムアップ）したか否かが判定される。
減速タイマが終了している場合には、ステップ６０５に
進み、記憶した設定圧力から所定圧力（本例では０．２
５ｋｇ／ｃｍ^２）を減じた値を新たな設定圧力として更
新し、ステップ６０６に進む。減速タイマが終了してい
ない場合には、ステップ６０４から直接ステップ６０６
に進む。ここで、自動停止第１モードはＣＰＵのクロッ
ク周期（本例では２０ｍｍｓｅｃ．）毎に繰り返し処理
されるので、ステップ６０３、６０４、６０５を繰り返
し実行することにより、設定圧力は２秒毎に所定圧力
（本例では０．２５ｋｇ／ｃｍ^２）ずつ階段状に減少し
ていく。

【００４８】ステップ６０６においては設定圧力を使用
してＰＩＤ制御を行う。つまり、設定された圧力と吐出
圧力センサ２５で検知する圧力との偏差量を最適に小さ
くするように、ＰＩＤ制御によりインバータ周波数を算
出し、このようにして算出したインバータ周波数を停止
指令信号として制御装置２３からインバータ２２に出力
する。インバータ２２は、交流電源から入力された電源
周波数を、制御装置２３から入力される停止指令信号と
してのインバータ周波数に変換して電動機２１に出力す
る。電動機２１は、入力のあったインバータ周波数に従
ってＰＩＤ停止制御される。

【００４９】ステップ６０６にてインバータ周波数を算
出し、所定の命令を出力した後、ステップ６０７に進
む。ステップ６０７では、ステップ６０６で算出したイ
ンバータ周波数が０Ｈｚ以下か否かが判定される。算出
されたインバータ周波数が０Ｈｚよりも大きい場合はリ
ターンされる。算出されたインバータ周波数が０Ｈｚよ
りも大きい場合はリターンされる。算出されたインバー
タ周波数が０Ｈｚ以下の場合はステップ６０８に進む。
ステップ６０８では、吐出ガス圧力センサ２５で検知し
た燃料吐出流路１３内の圧力が、システムを停止するの
に充分低下しているか（本例では、４ｋｇ／ｃｍ^２以下
か）否かが判定される。燃料吐出流路１３内の圧力が、
システムを停止するのに充分低下していない（４ｋｇ／
ｃｍ^２以上）場合はリターンされる。燃料吐出流路１３
内の圧力が、充分低下している場合は、ステップ６０９
に進む。ステップ６０９では、システムが停止を完了し
たことを認識する。その後、ステップ６１０にてガスタ
ービン側から停止指令が制御装置２３に入力されたか否
かが判定される。停止指令が入力されていない場合はリ
ターンされる（この場合、自動停止第1モードは継続さ
れ、再度運転指令が入力された場合、再始動する。）。
停止指令が入力された場合はステップ６１１に進む。ス
テップ６１１では、自動運転が終了され、その後ステッ
プ６１２でインバータが停止された後、リターンされ
る。

【００５０】上記説明した自動停止第1モードでは、安
全性の確保を優先させる事態に陥る可能性がなく、シス
テムの保守を優先させる停止状況である。この場合、上
記説明したように燃料圧縮機１１はＰＩＤ停止制御され
る。燃料圧縮機をフリーラン停止した場合、停止直前の
通電状態によっては該燃料圧縮機が故障したりする可能
性がある。これに対し、燃料圧縮機１１をＰＩＤ制御で
速やかに停止制御すれば、燃料圧縮機１１が停止の際の
制御で故障したりすることはなく、システムの保守が確
実に確保されるものである。

【００５１】手動運転中であり、ガス漏れ異常、非常停
止、吐出ガス圧力センサ２５自身の異常、インバータ自
身の異常以外の通常の異常が起こった場合や、操作者に
よる手動運転終了の情報が制御装置に入力された場合、
自動停止第２モード（ステップ７００）によって停止処
理が実行される。図７は、この自動停止第２モード（ス
テップ７００）におけるフローチャートである。

【００５２】図に示すように、自動停止第２モードで
は、まず、ステップ７０１にて、インバータ周波数の減
少処理を実行する。この減少処理では、インバータの可
変周波数帯域である０〜６０Ｈｚを、所定の複数の値
（本例では０〜４０００の値）で示されるデジタル値に
等間隔に対応させ、現在のインバータ周波数をこのデジ
タル値に変換し、さらに現在のデジタル値から１デジタ
ルを減じたデジタル値を新たなデジタル値として更新
し、この新たなデジタル値を再びインバータ周波数に変
換した周波数を新たなインバータ周波数として更新し、
設定インバータ周波数とする。従って、ＣＰＵのクロッ
ク周期毎に、６０／４０００Ｈｚだけインバータ周波数
が減少することとなる。尚、本例において、上記停止制
御をデジタル値停止制御という。次に、ステップ７０２
にて、新たな設定インバータ周波数が０Ｈｚ以下である
か否かが判定される。新たな設定インバータ周波数が０
Ｈｚ以上である場合にはリターンする。新たな設定イン
バータ周波数が０Ｈｚ以下である場合には、ステップ７
０３に進む。ステップ７０３では、システムの停止が完
了したことを認識する。次に、ステップ７０４にて手動
運転を終了させ、ステップ７０５にてインバータを停止
させ、リターンする。

【００５３】上記説明した自動停止第２モードが選択さ
れるのは、基本的には手動操作でシステムを運転してい
た時であり、このようなときにはＰＩＤ制御を実行して
燃料吐出圧力の最適化を図る必要がない。このため、こ
のモードでは燃料圧縮機１１はデジタル値停止制御され
る。デジタル値停止制御は、ＰＩＤ停止制御と異なりフ
ィードバック制御を行わない強制停止制御である。ま
た、フリーラン停止のように突然燃料圧縮機１１を停止
させるものでもないので、燃料圧縮機１１の保守もでき
る。

【００５４】このように、本例におけるガスタービン用
燃料圧縮機システム１００における制御装置２３は、当
該ガスタービン用燃料圧縮機システム１００を停止させ
る際に、種々の停止条件（安全性を最優先させる状況に
ある停止条件、システムの保守を優先させる状況にある
停止条件）に応じた停止処理モード（異常停止第1モー
ド、異常停止第2モード、自動停止第1モード、自動停止
第2モード）を選択し、選択した停止処理モードに基づ
く停止指令信号をインバータに出力することによって燃
料圧縮機１１を停止制御（フリーラン停止制御、ＰＩＤ
停止制御、デジタル値停止制御）するものであるので、
それぞれの停止状態に応じて最適に当該燃料圧縮機シス
テムを停止させることができるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧縮機の緊急停止時、ガスタービンの緊急停止時、およ
びガスタービンの負荷変動時や起動アイドリング時にお
いて、燃料圧縮機を速やかに最適な状態にすることが可
能となるため消費動力の低減が図れ、エネルギー効率の
良好な燃料圧縮機システムとすることができる。また、
貯留タンクが不要となるため、小型で軽量かつ安価なシ
ステムが提供できると共に、燃料ガスを大気放出するこ
ともないので、安全で省資源となる環境に優しいガスタ
ービン用燃料圧縮機ユニットとすることができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例における、ガスタービン用
燃料圧縮機システムを適用したコージェネレーションシ
ステムの構成概略図である。

【図２】本発明の実施形態例における、ガスタービン用
燃料圧縮機を自動運転させるときのタイムチャートであ
る。

【図３】本発明の実施形態例における、停止モード選択
サブルーチンのフローチャートである。

【図４】本発明の実施形態例における、異常停止第1モ
ードを実行するサブルーチンのフローチャートである。

【図５】本発明の実施形態例における、異常停止第2モ
ードを実行するサブルーチンのフローチャートである。

【図６】本発明の実施形態例における、自動停止第1モ
ードを実行するサブルーチンのフローチャートである。

【図７】本発明の実施形態例における、自動停止第2モ
ードを実行するサブルーチンのフローチャートである。

【図８】従来技術における、ガスタービン用燃料圧縮機
を適用したコージェネレーションシステムの構成概略図
である。

【符号の説明】

１０・・・ガスタービン用燃料圧縮機システム １１・・・燃料圧縮機、 １１ａ・・・吸入口、 １１
ｂ・・・吐出口 １２・・・燃料吸入流路 １３・・・燃料吐出流路 １８・・・遮断弁 ２１・・・電動機 ２２・・・インバータ（電源周波数変換装置） ２３・・・制御装置 ２４・・・エンクロージャー ２５・・・吐出圧力センサ ２６・・・吐出温度センサ ３０・・・ガスタービン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンに燃料を圧縮して供給する
   ガスタービン用燃料圧縮機システムであって、 前記ガスタービン用燃料圧縮機システムは、燃料圧縮機
   と、一端が燃料源に連通し他端が前記燃料圧縮機の吸入
   口に連通する燃料吸入流路と、一端が前記燃料圧縮機の
   吐出口に連通し他端が前記ガスタービンに連通する燃料
   吐出流路と、該燃料圧縮機を駆動する電動機と、交流電
   源に接続されるとともに該交流電源から入力される電源
   周波数を所定の周波数に変換して前記電動機に出力する
   電源周波数変換装置と、該電源周波数変換装置に指令信
   号を出力する制御装置とを具備するとともに、前記電源
   周波数変換装置は前記指令信号を受けて前記電源周波数
   を可変に変換することを特徴とするガスタービン用燃料
   圧縮機システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記制御装置は、前記ガスタービン用燃料圧縮機システ
   ムの自動運転中において、ＰＩＤ制御に基づく駆動指令
   信号を前記電源周波数変換装置に出力することにより前
   記燃料吐出流路内の圧力を目標設定圧力に近づけるよう
   に前記燃料圧縮機を駆動制御することを特徴とするガス
   タービン用燃料圧縮機システム。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記制御装置は、前記ガスタービン用燃料圧縮機システ
   ムの自動運転の起動時において、前記燃料吐出流路内圧
   力が所定圧力となるまでは、前記電源周波数変換装置か
   ら前記電動機に出力する電源周波数に上限値を設定する
   ことを特徴とするガスタービン用燃料圧縮機システム。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記制御装置は、前記ガスタービン用燃料圧縮機システ
   ムを停止させる際に、種々の停止条件に応じた停止処理
   モードを選択し、選択した停止処理モードに基づく停止
   指令信号を前記電源周波数変換装置に出力することによ
   って前記燃料圧縮機を停止制御することを特徴とするガ
   スタービン用燃料圧縮機システム。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記燃料圧縮機の停止制御は、前記停止指令信号に応じ
   て、ＰＩＤ停止制御、デジタル値停止制御、フリーラン
   停止制御のうちのいずれか１つの制御方式により停止制
   御されることを特徴とするガスタービン用燃料圧縮機シ
   ステム。