JP2011140947A - 機械内部の燃料流量を制御するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンに複数の異なる燃料タイプが利用される場合に、燃焼不安定性を生じさせない複数の燃料流量を制御する改良されたシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】機械に供給される複数の燃料タイプおよび機械に関連付けられた複数の燃料回路１１０を識別することができ、複数の燃料回路１１０の各々は、複数の燃料タイプの１つまたは複数を供給されるようになっている。燃料流量を計算するための燃料流量パラメータを識別することができ、複数の燃料回路１１０の各々に供給される１つまたは複数の燃料タイプの各々についてのそれぞれの燃料流量は、識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて計算されてもよい。それぞれの燃料流量の計算に少なくとも部分的に基づいて、複数の燃料回路１１０に燃料を供給する１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの動作を制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般に機械に関し、さらに具体的には、機械内部の燃料流量を制御するシステムおよび方法に関する。

ガスタービン、発電デバイスなど、ある種の機械は、燃料を利用して動作する。例えば、従来のガスタービンは、通常、タービン部分を回転させるために燃焼させる燃料として天然ガスを利用する。ガスタービンに供給される天然ガスは、ガスタービンの燃焼器部分内の１つまたは複数の燃料回路など、ガスタービン内部の様々な燃料回路に供給されるいくつかの流れに分割されることが多い。これら従来のガスタービンでは単一の燃料タイプを使用することを考えると、天然ガスの分割は、通常、質量流量に基づく燃料分割により行われる。

米国特許出願公開第２００８／０１８３３６２号公報

しかし、ある機械および他の応用例では、複数の異なる燃料タイプが利用されることがある。例えば、最近のガスタービン応用例は、天然ガスおよび合成ガスの両方を利用することができる。種々の燃料回路にわたって異なる燃料組成が存在するため、従来の質量流量に基づく燃料分割は、異なる燃料ごとに質量流量およびエネルギー含量が等しくもなければ比例もしないので不適切である。異なる燃料組成に質量流量に基づく燃料分割を使用することは、燃焼不安定性、ハードウェアの損傷につながり、かつ／またはガスタービンの性能および操作性を損なうおそれがある。

したがって、機械内部の燃料流量を制御する改良されたシステムおよび方法が必要である。

上記の必要性および／または課題の一部または全ては、本発明のいくつかの実施形態により対処することができる。本発明の実施形態は、機械内部の燃料流量を制御するシステムおよび方法を含むことができる。本発明の一実施形態によれば、機械内部の燃料流量を制御する方法が開示される。機械に供給された複数の燃料タイプを識別することができる。さらに、機械に関連付けられた複数の燃料回路を識別することができ、複数の燃料回路の各々は、複数の燃料タイプの１つまたは複数が供給されるようになっている。燃料流量を計算するための燃料流量パラメータを識別することができ、複数の燃料回路の各々に供給される１つまたは複数の燃料タイプの各々についてのそれぞれの燃料流量を、識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて計算することができる。それぞれの燃料流量の計算に少なくとも部分的に基づいて、複数の燃料回路に燃料を供給する１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの動作を制御することができる。いくつかの実施形態では、本方法は、機械コントローラに関連付けられた１つまたは複数のコンピュータにより実施されるコンピュータ実施方法であってもよい。

本発明の別の実施形態によれば、機械内部の燃料流量を制御するシステムが開示される。このシステムは、少なくとも１つのメモリと少なくとも１つのプロセッサとを含んでいてもよい。少なくとも１つのメモリは、コンピュータ実行可能命令を記憶するように動作可能であってもよい。少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも１つのメモリにアクセスし、コンピュータ実行可能命令を実行して、機械に供給された複数の燃料タイプを識別し、各々が複数の燃料タイプの１つまたは複数が供給されるようになっている、機械に関連付けられた複数の燃料回路を識別し、燃料流量を計算するための燃料流量パラメータを識別し、識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて、複数の燃料回路の各々に供給される１つまたは複数の燃料タイプの各々についてそれぞれの燃料流量を計算し、それぞれの燃料流量の計算に少なくとも部分的に基づいて、複数の燃料回路に燃料を供給する１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの動作を制御するように構成されていてもよい。

さらなるシステム、方法、装置、特徴、および態様が、本発明の種々の実施形態の技術により実現される。本発明の他の実施形態および態様が、本明細書に詳細に記載されており、それらは特許請求される発明の一部と見なされる。説明および図面を参照して、他の実施形態および態様を理解することができる。

このように本発明を一般的な言葉で説明したので、ここで添付図面を参照するが、これらは必ずしも原寸に比例して示されていない。

本発明の例示的実施形態による、機械内部の燃料流量を制御する１つの例示的システムの概略図である。 本発明の例示的実施形態による、機械内部の燃料流量を制御する１つの例示的方法のフローチャートである。

ここで、本発明の例示的実施形態が、添付図面を参照して、以下、より十分に記載される。この図面には、本発明の全てではなくいくつかの実施形態が示されている。実際には、本発明は、多くの様々な形態で具体化されてもよく、本明細書に記載されている実施形態に限定されると見なされるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用法的要件を満たすように提供されている。全体を通じて、同様の番号が同様の要素を示している。

本開示のために、用語「機械」は、任意の適切なデバイス、システム、方法、ならびに／または動作に燃料を利用するデバイスおよび／もしくはシステムおよび／もしくは方法の組合せを指す可能性がある。いくつかの実施形態では、機械が、複数の燃料源および／または燃料タイプを利用してもよい。機械の例には、ガスタービン、発電デバイス、回転機械、往復機関、蒸気ボイラ等が含まれるが、それらに限定されない。

本開示のために、用語「燃料回路」は、燃料を供給される機械の構成要素、ゾーンまたはサブシステムを指す可能性がある。いくつかの実施形態では、燃料回路が、１つまたは複数の燃料タイプを供給されるように構成されていてもよい。例えば、ガスタービンでは、ガスタービン燃焼器の一部などの燃料回路が、天然ガス、合成ガス、または天然ガスと合成ガスとの組合せを受け取るように構成されていてもよい。

機械内部の燃料流量を制御するシステムおよび方法が開示されている。機械に供給される複数の燃料タイプを識別することができる。さらに、機械内部の複数の燃料回路を識別することができる。燃料回路の各々は、複数の燃料タイプの１つもしくは複数を供給されるように構成されているか、またはそのようになっていてもよい。燃料タイプが異なることにより、質量流量に基づく燃料分割などの従来の燃料分割に基づいて燃料流量を制御することが不適切である可能性がある。したがって、それぞれの燃料流量を、識別され選択された燃料流量パラメータ、例えばエネルギーに基づく燃料流量パラメータ、に基づいて、複数の燃料回路の各々に供給される１つまたは複数の燃料タイプの各々について計算することができる。次いで、複数の燃料回路に燃料を供給する１つまたは複数の燃料流量制御デバイス（例えば、バルブ）の動作を、それぞれの燃料流量の計算に少なくとも部分的に基づいて制御することができる。

本発明の種々の実施形態が、機械内部での燃料流量の制御を容易にする１つもしくは複数の専用コンピュータ、１つもしくは複数のシステム、および／または１つもしくは複数の特定の機械を含んでいてもよい。専用コンピュータまたは特定の機械が、種々の実施形態での所望に応じて、幅広い種類の異なるソフトウェアモジュールを含んでいてもよい。以下にさらに詳細に説明されている通り、いくつかの実施形態では、これらの種々のソフトウェアコンポーネントは、機械を監視し、かつ／または機械へのかつ／もしくは機械内部の燃料流量を制御するために利用されてもよい。

本明細書に記載されている本発明のいくつかの実施形態が、機械内部の燃料流量を制御する技術的効果を有していてもよい。本発明のいくつかの実施形態が、機械内部の複数の異なる燃料タイプの流量を制御する技術的効果をさらに有していてもよい。例えば、天然ガス流量および合成ガス流量は、本発明の一実施形態によるガスタービンまたは他の機械の内部で制御されてもよい。

図１は、本発明の例示的実施形態による、機械内部の燃料流量を制御する１つの例示的システム１００のブロック図である。図１に示されているシステム１００は、１つまたは複数の燃料源１０５ａ〜ｎと、１つまたは複数の燃料回路１１０ａ〜ｎと、コントローラ１３０とを含んでいてもよい。

本発明の態様によれば、任意の数の燃料源１０５ａ〜ｎが設けられていてもよい。複数の異なる燃料タイプが、燃料源１０５ａ〜ｎから機械に供給されてもよい。例えば、燃料が、燃料源１０５ａ〜ｎからガスタービンに供給されてもよい。各燃料源は、任意の適切な燃料源または燃料供給源、例えば燃料タンク、燃料ライン等、であってもよい。さらに、各燃料源１０５ａ〜ｎは、別個の燃料タイプを機械に供給するように動作可能であってもよいが、種々の実施形態での所望に応じて、単一の燃料タイプが複数の燃料源により供給されてもよい。ガスタービンの例を利用すると、第１の燃料源１０５ａが天然ガス源であってもよく、第２の燃料源１０５ｂが合成ガス源であってもよい。合成ガス（ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ， ｏｒ ｓｙｎｇａｓ）は、様々な量の異なる種類のガス、例えば様々な量の一酸化炭素、水素および／または二酸化炭素、を含有するガス混合物であってもよい。機械の例としてガスタービンが利用されているが、本発明の種々の実施形態が、他の種類の機械、例えば他の発電デバイス、回転機械、往復機関、蒸気ボイラ等、に等しく適用可能であってもよい。

図１を引き続き参照すると、任意の数の燃料回路１１０ａ〜ｎが機械に関連付けられていてもよい。例えば、燃焼器部分および／または燃焼チャンバなどの任意の数の燃料回路１１０ａ〜ｎが、ガスタービンに関連付けられていてもよい。各燃料回路１１０ａ〜ｎは、１つまたは複数の燃料タイプを供給され受け取るように構成されていてもよい。図１に示されている通り、第１の燃料回路１１０ａが、第１の燃料源１０５ａから燃料を供給されてもよい。第２の燃料回路１１０ｂが、第１の燃料源１０５ａおよび／または第２の燃料源１０５ｂから燃料を供給されてもよい。第３の燃料回路１１０ｃが、第２の燃料源１０５ｂから燃料を供給されてもよい。簡略化したガスタービンの例を利用すると、第１の燃料回路１１０ａが、天然ガスを供給されてもよく、第２の燃料回路１１０ｂが、天然ガスおよび合成ガスの両方を供給されてもよく、第３の燃料回路１１０ｃが、合成ガスを供給されてもよい。

任意の数の燃料ラインまたは燃料供給ラインにより、燃料源１０５ａ〜ｎから燃料回路１１０ａ〜ｎへの燃料の供給を円滑にすることができる。各燃料ラインは、燃料回路への燃料の供給を円滑にする任意の適切なデバイス、装置、システム、および／または方法を含んでいてもよい。例えば、燃料ラインは、燃料源から燃料回路へ燃料を供給するように構成されている管および／または他の適切なフローチャンバ（ｆｌｏｗ ｃｈａｍｂｅｒ）を含んでいてもよい。さらに、任意の数の制御バルブまたは他の適切な流れ制御デバイスを利用して、燃料ラインを通る燃料流量を制御してもよい。図１に示されている通り、第１の燃料ライン１１５が、第１の燃料源１０５ａから第１の燃料回路１１０ａへ燃料を供給してもよく、第２の燃料ライン１１６が、第１の燃料源１０５ａから第２の燃料回路１１０ｂへ燃料を供給してもよく、第３の燃料ライン１１７が、第２の燃料源１０５ｂから第２の燃料回路１１０ｂへ燃料を供給してもよく、第４の燃料ライン１１８が、第２の燃料源１０５ｂから第３の燃料回路１１０ｃへ燃料を供給してもよい。図１を引き続き参照すると、制御バルブなどの制御デバイスが、各燃料ラインに関連付けられていてもよい。例えば、第１の制御バルブ１２０が、第１の燃料ライン１１５に関連付けられていてもよく、第２の制御バルブ１２２が、第２の燃料ライン１１６に関連付けられていてもよく、第３の制御バルブ１２４が、第３の燃料ライン１１７に関連付けられていてもよく、第４の制御バルブ１２６が、第４の燃料ライン１１８に関連付けられていてもよい。制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６は、関連付けられた燃料ライン１１５、１１６、１１７、１１８経由で供給される燃料の量または供給を制御するために、選択的に開かれかつ／または閉じられてもよい。例えば、各制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の状態が、関連付けられた燃料ラインにより燃料回路に供給される燃料量を制御するために、調節されてもよい。

本発明の種々の実施形態での所望に応じて、任意の数のセンサおよび／または他の適切な測定デバイスが、燃料源１０５ａ〜ｎ、制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６、燃料ライン１１５、１１６、１１７、１１８、燃料回路１１０ａ〜ｎ、および／またはシステム１００の他の構成要素に関連付けられていてもよい。これらのセンサが利用されて、燃料回路１１０ａ〜ｎへの燃料の供給および／または燃料回路１１０ａ〜ｎ内での燃料の燃焼に関連する様々な測定をしてもよい。行われる可能性がある測定の例には、温度測定、圧力測定、燃料流量測定等が含まれるが、それらに限定されない。さらに、所望に応じて、以下で検討される接続１５０などの１つまたは複数の接続により、センサと制御ユニット１３０との間の通信を容易にすることができる。

図１に示されている燃料供給構成は、例としてのみ提供されている。当然のことながら、任意の数の異なる燃料供給構成が、本発明の種々の実施形態での所望に応じて提供されてもよい。これらの構成は、機械に燃料を供給するのに適切な構成で配置されている任意の数の燃料源、燃料回路、燃料ライン、および／または制御バルブを含んでいてもよい。

システム１００は、少なくとも１つのコントローラ１３０または適切な制御システムをさらに含んでいてもよい。コントローラ１３０は、機械内部の燃料流量および／もしくは機械の種々の構成要素への燃料流量を監視しかつ／または制御するように動作可能であってもよい。例えば、コントローラ１３０は、ガスタービン内部の種々の燃料回路への天然ガスおよび／もしくは合成ガスの供給（ｔｈｅ ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ ｏｒ ｓｕｐｐｌｙ）を監視しかつ／または制御するように動作可能であってもよい。所望に応じて、コントローラ１３０は、ガスタービンまたは他の機械の内部の種々の燃料回路への燃料供給を制御するために、１つまたは複数の制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の動作を制御してもよい。図１に示されている通り、複数の接続１５０により、システム内に含まれているコントローラ１３０と種々の制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６との間の通信を容易にすることができる。幅広い種類の適切な接続が、通信を容易にするために利用されてもよく、その例には、直接ネットワーク接続、ローカルエリアネットワーク接続、広域ネットワーク接続、インターネット接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が使用可能な接続（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ ＳＩＧ，ＩＮＣ．社により所有されている商標）、無線周波数ネットワーク接続、セルラネットワーク接続、任意の適切な有線接続、任意の適切な無線接続、および／または任意の適切な接続の組合せなどがある。

図１を引き続き参照すると、コントローラ１３０は、機械に関連付けられた１つまたは複数の燃料回路への燃料の供給を監視しかつ／または制御することができる適切なプロセッサ駆動型デバイス（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｄｒｉｖｅｎ ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい。適切なコントローラの例には、特定用途向け回路、マイクロコントローラ、ミニコンピュータ、パーソナルコンピュータ、サーバ、他のコンピュータデバイス等が含まれるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、コントローラ１３０は、タービン、動力源および／または発電装置に関連する監視制御データ収集（ＳＣＡＤＡ：ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｍｍａｎｄ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）システムであってもよいか、またはそれに組み込まれていてもよい。コントローラ１３０は、コンピュータ可読命令の実行を円滑にしコントローラ１３０の動作を制御する任意の数のプロセッサ１３２を含んでいてもよい。燃料流量の監視および／または制御に関連するコンピュータ可読命令を実行することにより、コントローラ１３０は、１つまたは複数の燃料回路への燃料供給を制御する専用コンピュータを形成してもよい。

１つまたは複数のプロセッサ１３２に加えて、コントローラ１３０は、１つまたは複数のメモリデバイス１３４と、１つまたは複数の入出力（「Ｉ／Ｏ」）インターフェース１３６と、１つまたは複数のネットワークインターフェース１３８とを含んでいてもよい。１つまたは複数のメモリデバイス１３４またはメモリは、任意の適切なメモリデバイス、例えばキャッシュ、リードオンリメモリデバイス、ランダムアクセスメモリデバイス、磁気記憶デバイス等、であってもよい。１つまたは複数のメモリデバイス１３４は、コントローラ１３０により利用されるデータ、実行可能命令、ならびに／あるいは種々のプログラムモジュール、例えばデータファイル１４０、オペレーティングシステム１４２、および／または燃料制御モジュール１４４もしくは燃料アプリケーションを記憶してもよい。データファイル１４０は、機械の動作に関連する記憶されたデータ、燃料源１０５ａ〜ｎに関連する記憶されたデータ、燃料タイプ（例えば、ガスタービン用途のための天然ガスおよび合成ガス）に関連する記憶されたデータ、燃料回路１１０ａ〜ｎに関連する記憶されたデータ、制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の動作に関連する記憶されたデータ、および／または種々の燃料流量の計算に関連するデータを含んでいてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ１３０は、コントローラ１３０の動作を円滑にするために実行される任意の数のソフトウェアアプリケーションを含んでいてもよい。ソフトウェアアプリケーションは、１つまたは複数のプロセッサ１３２により実行可能なコンピュータ可読命令を含んでいてもよい。コンピュータ可読命令の実行により、機械内部の燃料流量の監視および／または制御を容易にする専用コンピュータが形成されてもよい。ソフトウェアアプリケーションの例として、コントローラ１３０は、コントローラ１３０の全般的な動作を制御しかつ付加的なソフトウェアアプリケーションの実行を容易にするオペレーティングシステム（「ＯＳ」）１４２を含んでいてもよい。コントローラ１３０はまた、機械内部の燃料流量を監視しかつ／または制御するように動作可能な燃料制御モジュール１４４を含んでいてもよい。例えば、燃料制御モジュール１４４は、種々の燃料タイプについて機械内部の所望の燃料流量および／または期待燃料流量（ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｆｕｅｌ ｆｌｏｗ）を決定または計算し、燃料制御モジュール１４４は、その計算に少なくとも部分的に基づいて、制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の状態を調節してもよい。

本発明の種々の実施形態では、燃料制御モジュール１４４は、機械に関連付けられた１つまたは複数の燃料回路への燃料流量を監視しかつ／または制御してもよい。燃料制御モジュール１４４は、システム１００に関連付けられた燃料ライン１１５、１１６、１１７、１１８の各々について、所望の燃料流量または期待燃料流量などのそれぞれの燃料流量を計算または決定してもよい。燃料制御モジュール１４４は、次いで、計算されかつ／または決定された燃料流量に基づいて、制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の動作を制御してもよい。本発明の態様によれば、それぞれの燃料流量の計算は、１つもしくは複数の所定の識別されたまたは選択された燃料流量パラメータを利用して行われてもよい。適切な燃料流量パラメータの例には、エネルギー流量パラメータ、体積流量パラメータ、または燃料成分流量パラメータが含まれるが、それらに限定されない。低位発熱量パラメータ、高位発熱量パラメータ、総発熱量パラメータ、エネルギー密度パラメータ、ウォッベ指数パラメータ、修正ウォッベ指数パラメータ、または別のエネルギー流量パラメータなどのエネルギー流量パラメータは、燃料流量に関連する燃料タイプにより経時的に供給されるエネルギーに基づいて燃料流量を円滑に決定することができる。体積流量パラメータは、経時的に供給される所与の燃料タイプの体積に基づいて燃料流量を円滑に決定することができる。燃料成分流量パラメータは、経時的に供給される燃料の所与の成分または要素の量に基づいて燃料流量を円滑に決定することができる。例えば、合成ガスの燃料流量に関して、燃料成分流量パラメータが利用されて、合成ガスのために経時的に供給される二酸化炭素量または水素量を決定または計算してもよい。燃料流量パラメータは、質量流量に基づくパラメータではないパラメータであってもよい。これに関して、燃料流量が、燃料成分が異なる燃料回路にわたって様々である状況において、機械内部で制御され得る。さらに、適切な燃料制御が、全ての燃料回路において燃料混合が発生しない用途で実現され得る。燃料制御モジュール１４４により実施され得るオペレーションの例が、図２に関連して以下に提供されている。さらに、燃料制御モジュール１４４は、単一のコンポーネントとして図１に示されているが、燃料制御モジュール１４４のオペレーションは、本発明の種々の実施形態での所望に応じて、任意の数のコンポーネント、アプリケーション、および／またはソフトウェアモジュールにより実施されてもよい。

１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェース１３６は、コントローラ１３０と１つもしくは複数の出入力デバイス、例えば、ユニバーサルシリアルバスポート、シリアルポート、ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、および／またはディスプレイ、キーボード、キーパッド、マウス、コントロールパネル、タッチスクリーンディスプレイ、マイクロホンなど、コントローラ１３０とのユーザ対話を円滑にする１つもしくは複数のユーザインターフェースデバイスとの間の通信を容易にすることができる。１つもしくは複数のＩ／Ｏインターフェース１３６は、幅広い種類の入力デバイスからのデータおよび／またはユーザ命令を受信または収集するために利用されてもよい。受信されたデータは、本発明の種々の実施形態での所望に応じてかつ／または１つもしくは複数のメモリデバイス１３４内に記憶されている通り、コントローラ１３０により処理されてもよい。

１つまたは複数のネットワークインターフェース１３８は、コントローラ１３０を１つもしくは複数の適切なネットワークおよび／または接続、例えば、制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６および／または制御バルブに関連する任意の数のセンサおよび／またはシステムの他のコンポーネントとの通信を容易にする接続１５０に接続するのを容易にすることができる。これに関して、コントローラ１３０は、１つもしくは複数のセンサからデータを受信してもよく、かつ／またはデータおよび／もしくは制御バルブへの命令を伝達してもよい。１つまたは複数のネットワークインターフェース１３８は、コントローラ１３０を１つまたは複数の適切なネットワーク、例えば、外部デバイスおよび／または外部システムとの通信のためのローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネット、セルラネットワーク、無線周波数ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が使用可能なネットワーク（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ ＳＩＧ，ＩＮＣ．社により所有されている商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）が使用可能なネットワーク（Ｗｉ−Ｆｉ Ａｌｌｉａｎｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社により所有されている商標）、衛星を利用したネットワーク、任意の有線ネットワーク、任意の無線ネットワーク等に接続するのを容易にすることができる。

所望に応じて、本発明の実施形態が、図１に示されている構成要素より多いまたはより少ないものを備えたシステム１００を含んでいてもよい。図１のシステム１００は、例としてのみ提供されている。

図２は、本発明の例示的実施形態による、機械内部の燃料流量を制御する１つの例示的方法２００を示すフローチャートである。本方法は、図１に示されているシステム１００などの１つまたは複数の燃料制御システムに関連して利用されてもよい。換言すれば、方法２００は、図１に示されている燃料制御モジュール１４４などの適切な燃料制御モジュールにより利用されて、機械内部のかつ／または機械に関連する燃料流量を計算または決定して、機械に関連付けられた１つまたは複数の制御バルブの動作を制御してもよい。

方法２００は、ブロック２０５で開始してもよい。ブロック２０５において、図１に示されている燃料回路１１０ａ〜ｎなどの、機械内部のかつ／または機械に関連付けられた複数の燃料回路を識別することができる。例えば、ガスタービンの燃焼器部分に関連付けられた複数の燃料回路などの、ガスタービンに関連付けられた複数の燃料回路を識別することができる。さらに、ブロック２０５において、機械に供給された複数の燃料タイプを識別することができる。ガスタービンの例を利用すると、例えば、天然ガス、合成ガス、および／または他の燃料タイプを識別することができる。複数の燃料回路の各々は、複数の識別された燃料タイプの１つまたは複数を受け取るように構成されていてもよい。複数の燃料タイプを受け取るように構成されている燃料回路では、本発明のいくつかの実施形態において、その燃料タイプの所望の混合率が予め定められていてもよい。

ブロック２１０において、機械内部の燃料流量を計算または決定するための１つもしくは複数の燃料流量パラメータが、識別されまたは選択されてもよい。例えば、機械内部の所望の燃料流量および／もしくは期待燃料流量を計算または決定するために利用される燃料流量パラメータを識別することができる。幅広い種類の異なる燃料流量パラメータが、本発明の種々の実施形態での所望に応じて利用されてもよく、それには、エネルギー流量パラメータ（例えば、低位発熱量パラメータ、高位発熱量パラメータ、総発熱量パラメータ、エネルギー密度パラメータ、ウォッベ指数パラメータ、修正ウォッベ指数パラメータ、もしくは別のエネルギー流量パラメータ）、体積流量パラメータ、または燃料成分流量パラメータなどがある。

本発明のいくつかの実施形態では選択的である可能性があるブロック２１５において、複数の燃料回路の各々の燃料流量が、識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて、計算または決定されてもよい。例えば、所望の燃料流量または期待燃料流量が、識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて、複数の燃料回路の各々について計算されてもよい。一例として、エネルギーに基づく燃料流量パラメータがブロック２１０において識別された場合、複数の燃料回路の各々の所望の燃料流量もしくは期待燃料流量またはエネルギー消費量が計算されてもよい。換言すれば、複数の燃料回路の各々に供給されるべきである経時的な所望のエネルギー量または期待エネルギー量が計算されてもよい。

ブロック２２０において、複数の燃料回路の各々への、図１に示されている燃料源１０５ａ〜ｎなどの１つまたは複数のそれぞれの燃料源により供給される、１つまたは複数の燃料タイプの各々についての燃料流量が、計算または決定されてもよい。これに関して、燃料回路へ供給される（ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｏｒ ｓｕｐｐｌｉｅｄ）燃料タイプの各々についての所望の燃料流量または期待燃料流量が決定されてもよい。いくつかの実施形態では、その計算は、ブロック２１５において行われた計算および／またはブロック２１０において識別された燃料流量パラメータに基づいていてもよい。例えば、ブロック２１０においてエネルギーに基づく燃料流量パラメータが識別された場合には、各燃料回路の経時的な所望のエネルギー流量が、ブロック２１５において決定されてもよく、各燃料回路へ供給される燃料タイプの各々についてのそれぞれの所望のエネルギー流量が、ブロック２２０において計算または決定されてもよい。天然ガスおよび合成ガスの両方を供給されるガスタービンを例として使用すると、各燃料回路へ供給される天然ガスおよび／または合成ガスの所望のエネルギー流量が決定されてもよい。別の例として、体積流量パラメータが利用された場合、経時的な所望の体積流量または期待体積流量が、複数の燃料回路の各々に供給される各燃料タイプについて計算されてもよい。さらに別の例として、燃料成分流量パラメータが利用された場合、１つまたは複数の燃料回路に経時的に供給される１つまたは複数の燃料タイプの所与の成分（例えば、水素、二酸化炭素（ＣＯ）等）の所望の量または期待量が、計算または決定されてもよい。

ブロック２２５において、図１に示されている制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６などの１つもしくは複数の燃料流量制御バルブまたは他の燃料流量制御デバイスの動作は、ブロック２２０において得られた１つまたは複数の燃料タイプの各々について計算された燃料流量に少なくとも部分的に基づいて制御されてもよい。例えば、機械内部の１つまたは複数の制御バルブの状態は、計算された燃料流量に基づいて、制御されまたは調節されてもよい。これに関して、機械内部の燃料回路に供給される各燃料タイプの量は、各燃料回路に所望の燃料量を供給するために、比較的正確で、効率的かつ／または適切な方法で制御されてもよい。方法２００は、ブロック２２５の後に終了してもよい。

図２の方法２００に記載されているオペレーションは、必ずしも図２に記載されている順番で実施されなければならない訳ではなく、代わりに、任意の適切な順番で実施されてもよい。さらに、本発明のいくつかの実施形態では、図２に記載されている要素またはオペレーションの全てより多いまたは少ないものが、実施されてもよい。さらに、図２に記載されているあるオペレーションが、反復的または周期的なやり方で実施されてもよい。例えば、ブロック２１５、２２０および２２５に記載されているオペレーションは、機械内部の燃料流量を動的に制御するために、反復的なやり方でまたは周期的に実施されてもよい。

ここで、機械内部の燃料流量を計算する簡略化した例が記載される。本例のために、複数の燃焼チャンバなどの複数の燃料回路を有するガスタービンに２つの異なる燃料タイプが供給されると想定してもよい。例えば、ガスタービンが、図１に示されている燃料源１０５ａおよび１０５ｂなどの２つの異なる燃料源から燃料を供給される、図１に示されている燃料回路１１０ａ、１１０ｂおよび１１０ｃなどの３つの燃料回路を含んでいてもよい。第１の燃料源１０５ａは、天然ガスなどの第１の燃料タイプの源であってもよく、第２の燃料源１０５ｂは、合成ガス（ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ ｏｒ ｓｙｎｇａｓ）などの第２の燃料タイプの源であってもよい。第１の燃料回路１１０ａは、天然ガスを供給されてもよく、第２の燃料回路１１０ｂは、天然ガスおよび合成ガスの両方を供給されてもよく、第３の燃料回路１１０ｃは、合成ガス供給されてもよい。図１に示されている制御バルブ１２０、１２２、１２４および１２６などの複数の流量制御デバイスが、燃料回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃへの天然ガスおよび合成ガスの供給を制御してもよい。

所望に応じて、１つまたは複数のパラメータが、ガスタービン内部の燃料流量の計算に利用されてもよい。利用される可能性があるパラメータの例には、以下の表１に含まれている１つまたは複数のパラメータが含まれる。

本発明のいくつかの実施形態において、タービン内部の燃料（Ｅ）からの総エネルギー消費量が想定または仮定されてもよい。例えば、総エネルギー消費量が、ガスタービンの様々な動作条件および／または負荷に関して仮定または決定されてもよい。あるいは、本発明の他の実施形態では、総エネルギー消費量は、そのガスタービンに関連する種々のパラメータを利用して計算されてもよく、かつ／または１つまたは複数の適切なモデルを利用して予測または決定されてもよい。

エネルギー分割Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の各々が、燃料回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各々にそれぞれ供給される燃料入力Ｅからタービン内の総エネルギー中の割合または百分率を定めてもよい。本例では、エネルギー分割Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の合計が、約１００パーセント（％）であり得る。任意の数の燃料分割が、ガスタービン内部での所望に応じて利用されてもよい。例えば、燃料分割が、個々の燃料回路および／または燃料回路群について定められてもよい。

いくつかの実施形態では、密度値または低位発熱量のうちの１つが、燃料流量の計算に利用されてもよい。低位発熱量が常時想定されてもよく、リアルタイムまたは略リアルタイムで測定されてもよく、または１つもしくは複数の適切なモデルから予測または推測されてもよい。さらに、所望に応じて、高位発熱量が、低位発熱量の代替物として利用されてもよい。ＳＧＶＦにより、合成ガスであることが予想される総燃料流量中の期待率または期待部分が決定され定められてもよい。１つまたは複数のＳＧＶＦが、天然ガスおよび合成ガスの両方を受け取るガスタービンの構成要素について定められてもよい。あるいは、単一のＳＧＶＦが、ガスタービンについて定められてもよい。

利用される可能性がある１つもしくは複数のパラメータに加えて、１つもしくは複数の中間値ならびに／または最終値が、燃料流量の計算および／もしくは制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の制御の間に計算されてもよい。計算または決定される可能性がある値の例には、以下の表２に含まれている値の１つまたは複数が含まれる。

総エネルギー消費量Ｅまたはその燃料の総エネルギー流量を利用して、燃料回路の各々について所望のエネルギー流量の計算が行われてもよい。燃料回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各々についてのそれぞれのエネルギー消費率またはエネルギー分割Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が、以下の方程式１〜３に記載されている通りに定められる。

Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の値の合計が、約１００パーセントであり得る。方程式１〜３を再整理して、燃料回路の各々についての所望のエネルギー流量または所望のエネルギー消費量が、以下の方程式４〜６に記載されているように表されてもよい。

Ｅ１＝Ｓ１・Ｅ （４）
Ｅ２＝Ｓ２・Ｅ （５）
Ｅ３＝Ｓ３・Ｅ （６）
Ｅ１、Ｅ２およびＥ３の合計が、燃料の形態でガスタービンに供給される総エネルギーＥに等しい可能性がある。各燃料回路内部のエネルギー消費量は、次いで、各燃料回路に供給される燃料タイプ（例えば、天然ガス、合成ガス）の各々について計算されてもよい。合成ガス体積分率（ＳＧＶＦ：ｓｙｎｇａｓ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、以下の方程式７に記載されている通り、ガスタービンに供給される燃料の総体積に対する合成ガスの総体積の割合と定義され得る。

各燃料回路内の種々の燃料タイプの体積流量とエネルギー流量とが、次いで、以下の方程式８〜１１に記載されているように、天然ガスの低位発熱量と合成ガスの低位発熱量とを利用して相関させられてもよい。

第２の燃料回路の合成ガスからのエネルギー（ＥＳＧ２）と第２の燃料回路の天然ガスからのエネルギー（ＥＮＧ２）との和は、第２の燃料回路の総エネルギー（Ｅ２）に等しい可能性がある。方程式８〜１１は、方程式７に代入されてもよく、ＳＧＶＦは、以下の方程式１２に記載されているように、エネルギー流量の観点から表されてもよい。

次いで、方程式１２は、所望に応じて、以下の方程式１３に記載されているＥＮＧ２の値などの任意の適切なエネルギー値に関して解かれてもよい。

第２の燃料回路内の天然ガスに関するエネルギー流量またはエネルギー消費量が得られると、第２の燃料回路内の合成ガスについてのエネルギー流量が、以下の方程式１４を利用して得られてもよい。

ＥＳＧ２＝Ｅ２−ＥＮＧ２ （１４）
Ｅ１およびＥ３の値もまた、方程式４および６を利用して得られてもよい。エネルギー流量の値が得られると、各燃料回路の合成ガスの体積流量および天然ガスの体積流量が、上記の方程式８〜１１を利用して得られてもよい。換言すれば、複数の燃料回路の各々の内部の１つまたは複数の燃料タイプの各々についてのそれぞれの体積流量が計算されてもよい。所望に応じて、各燃料回路の合成ガスについての質量流量および天然ガスについての質量流量が、次に、天然ガスおよび合成ガスの密度値または低位発熱量値のどちらかを利用して得られてもよい。例えば、質量流量が、以下の方程式１５〜１８を利用して密度から決定されてもよい。

Ｍ１＝Ｖ１・ＤＮＧ （１５）
ＭＮＧ２＝ＶＮＧ２・ＤＮＧ （１６）
ＭＳＧ２＝ＶＳＧ２・ＤＳＧ （１７）
Ｍ３＝Ｖ３・ＤＳＧ （１８）
別の例として、質量流量が、以下の方程式１９〜２２を利用して低位発熱量値から決定されてもよい。

燃料回路の各々に供給される燃料タイプの各々について質量流量が得られると、燃料回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃへの燃料の供給を制御する制御バルブ１２０、１２２、１２４、１２６の各々のバルブ状態またはバルブストロークが決定されてもよい。バルブ状態の決定は、質量流量に基づく燃料分割に関して行われる従来のバルブ状態の決定と同様である可能性があり、当業者に容易に理解されるであろう。しかし、本発明の実施形態に基づいて行われるバルブ状態の決定は、異なる燃料タイプ（例えば、天然ガスおよび合成ガス）の特徴を考慮に入れる。これに関して、燃料回路へ同じエネルギー量を供給するために異なる燃料タイプにより必要とされる質量流量の変動が考慮に入れられてもよい。

本発明は、本発明の例示的実施形態によるシステム、方法、装置および／またはコンピュータプログラムプロダクトのブロック図およびフロー図を参照して前述されている。いくつかの実施形態では、ブロック図およびフロー図の１つまたは複数のブロック、ならびにブロック図およびフロー図のブロックの組合せがそれぞれ、コンピュータ実行可能プログラム命令により実施されることが可能であることを理解されたい。同様に、本発明のいくつかの実施形態に基づいて、ブロック図およびフロー図のいくつかのブロックが、示されている順番で実施される必要は必ずしもなく、または当然、全く実施されなくてもよい。他の実施形態では、ブロック図のあるブロックが、１人または複数人により手作業で実施されてもよい。

コンピュータによって実施される実施形態では、コンピュータ実行可能プログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能データ処理装置上にロードされて、特定の機械を作り出してもよく、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能データ処理装置上で実行する命令が、単数または複数のフローチャートブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実施するための手段を作り出すようになっている。これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置に指示して特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読メモリに記憶されてもよく、コンピュータ可読メモリに記憶されている命令が、単数または複数のフロー図ブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実施する命令手段を含む製品を作製するようになっている。例として、本発明の実施形態が、具体化されるコンピュータ可読プログラムコードまたはプログラム命令を有するコンピュータ可用媒体（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｕｓａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む、コンピュータプログラムを提供してもよく、前記コンピュータ可読プログラムコードは、単数または複数のフロー図ブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実施するために実行されるようになっている。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置上にロードされ、コンピュータまたは他のプログラム可能装置上で一連のオペレーション要素またはオペレーションステップが実施されて、コンピュータまたは他のプログラム可能装置上で実行する命令が、単数または複数のフロー図ブロックに明記されている機能を実施するための要素またはステップを提供するように、コンピュータによって実施されるプロセスを作り出すようにしてもよい。

したがって、ブロック図およびフロー図のブロックが、特定の機能を実施するための手段の組合せと、特定の機能を実施するための要素またはステップの組合せと、特定の機能を実施するためのプログラム命令手段とを支持する。また、ブロック図およびフロー図の各ブロック、ならびにブロック図およびフロー図のブロックの組合せが、特定の機能、要素もしくはステップを実施する専用のハードウェアに基づくコンピュータシステム、または専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せにより実行されることが可能であることを理解されたい。

本発明は、現在最も実践的な種々の実施形態であると考えられるものに関連して記載されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる種々の修正形態および等価の装置を包括するものであることを理解されたい。

本記述は、例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示しており、かつ任意のデバイスまたはシステムを作製し使用することおよび任意の援用されている方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にしている。本発明の特許性ある範囲は、特許請求の範囲に明示されており、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と僅かにしか異ならない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。

１００ システム
１０５ａ〜ｎ 燃料源
１１０ａ〜ｎ 燃料回路
１１５ 第１の燃料ライン
１１６ 第２の燃料ライン
１１７ 第３の燃料ライン
１１８ 第４の燃料ライン
１２０ 第１の制御バルブ
１２２ 第２の制御バルブ
１２４ 第３の制御バルブ
１２６ 第４の制御バルブ
１３０ コントローラ
１３２ プロセッサ（単数または複数）
１３４ メモリデバイス（単数または複数）
１３６ 入出力（「Ｉ／Ｏ」）インターフェース（単数または複数）
１３８ ネットワークインターフェース（単数または複数）
１４０ データファイル
１４２ オペレーティングシステム（「ＯＳ」）
１４４ 燃料制御モジュール
１５０ 接続
２００ 方法
２０５、２１０、２１５、２２０、２２５ ブロック

Claims (10)

1. 機械内部の燃料流量を制御する方法（２００）であって、
   前記機械に供給される複数の燃料タイプを識別するステップ（２０５）と、
   前記機械に関連付けられた複数の燃料回路（１１０）を識別するステップ（２０５）であり、前記複数の燃料回路（１１０）の各々が、前記複数の燃料タイプの１つまたは複数が供給されるようになっている、ステップと、
   前記燃料流量を計算するための燃料流量パラメータを識別するステップ（２１０）と、
   前記識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて、前記複数の燃料回路（１１０）の各々に供給される前記１つまたは複数の燃料タイプの各々についてそれぞれの燃料流量を計算するステップ（２２０）と、
   前記それぞれの燃料流量の前記計算に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の燃料回路（１１０）に燃料を供給している１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの動作を制御するステップ（２２５）と
   を含む、方法（２００）。
2. 前記機械に関連付けられた前記複数の燃料回路（１１０）を識別する前記ステップ（２０５）が、ガスタービンに関連付けられた前記複数の燃料回路（１１０）を識別することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
3. 前記複数の燃料タイプを識別する前記ステップ（２０５）が、天然ガス燃料タイプと合成ガス燃料タイプとを識別することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
4. 前記燃料流量パラメータを識別する前記ステップ（２１０）が、エネルギー流量パラメータ、体積流量パラメータまたは燃料成分流量パラメータのうちの少なくとも１つを識別することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
5. 前記燃料流量パラメータを識別する前記ステップ（２１０）が、前記エネルギー流量パラメータを識別することを含み、前記エネルギー流量パラメータが、低位発熱量パラメータ、高位発熱量パラメータ、総発熱量パラメータ、エネルギー密度パラメータ、ウォッベ指数パラメータ、または修正ウォッベ指数パラメータのうちの少なくとも１つを含む、請求項４記載の方法（２００）。
6. 前記識別された燃料流量パラメータに少なくとも部分的に基づいて、前記複数の燃料回路（１１０）の各々の前記それぞれの燃料流量を計算するステップ（２１５）
   をさらに含み、
   前記複数の燃料回路（１１０）の各々に供給される前記１つまたは複数の燃料タイプの各々について前記それぞれの燃料流量を計算する前記ステップ（２２０）が、前記複数の燃料回路（１１０）の各々の前記計算された燃料流量に少なくとも部分的に基づいて、前記１つまたは複数の燃料タイプの各々について前記それぞれの燃料流量を計算すること含む、請求項１記載の方法（２００）。
7. 前記１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの前記動作を制御する前記ステップ（２２５）が、１つまたは複数の燃料流量制御バルブ（１２０、１２２、１２４、１２６）のそれぞれの位置を調節することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
8. 前記１つまたは複数の燃料タイプの各々について前記それぞれの燃料流量を計算する前記ステップ（２２０）が、前記複数の燃料回路（１１０）の各々の内部の前記１つまたは複数の燃料タイプの各々についてそれぞれのエネルギー流量を計算することを含み、
   前記それぞれのエネルギー流量に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の燃料回路（１１０）の各々の内部の前記１つまたは複数の燃料タイプの各々についてそれぞれの体積流量を計算すること
   をさらに含む、請求項１記載の方法（２００）。
9. 前記それぞれの体積流量に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の燃料回路（１１０）の各々の内部の前記１つまたは複数の燃料タイプの各々についてそれぞれの質量流量を計算するステップ
   をさらに含み、
   前記１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの前記動作を制御する前記ステップ（２２５）が、前記計算されたそれぞれの質量流量に少なくとも部分的に基づいて、前記１つまたは複数の燃料流量制御デバイスの前記動作を制御することを含む、
   請求項８記載の方法（２００）。
10. 前記複数の燃料回路（１１０）の各々の内部の前記１つまたは複数の燃料タイプの各々について前記それぞれの質量流量を計算する前記ステップが、それぞれの燃料密度またはそれぞれの低位発熱量の１つを利用して、前記複数の燃料回路（１１０）の各々の内部の前記１つまたは複数の燃料タイプの各々について前記それぞれの質量流量を計算することを含む、請求項９記載の方法（２００）。

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