JP2019100984A - ラマン散乱光取得装置、これを備える組成分析装置、及びガスタービンプラント - Google Patents
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Abstract
Description
光出射部からの励起光を流体中に導く出射光学系と、前記流体の流路の一部を画定すると共に、前記励起光が照射させた前記流体からのラマン散乱光を通過させる散乱光窓と、前記散乱光窓を通過した前記ラマン散乱光を受ける受光面を有する散乱光受光器と、を備える。前記散乱光窓及び前記散乱光受光器の受光面は、前記流体中における前記励起光の光軸である流体中光軸が延びる光軸方向で前記流体中の前記励起光の光路が存在する範囲内であって、且つ前記流体中光軸に対して垂直な方向である径方向に前記流体中光軸から離れた位置に配置されている。前記受光面は、前記径方向で前記流体中光軸に近づく側である径方向内側を向いている。
以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置と、前記散乱光受光器からの出力に基づいて前記流体の組成を分析する分析器と、を備える。
以上のいずれかの前記組成分析装置と、前記流体としての燃料ガスが流れる燃料ガスラインと、前記燃料ガスラインを流れる燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁と、前記燃料ガスラインからの燃料ガスの燃焼により駆動するガスタービンと、前記燃料調節弁の開度を指示する制御装置と、を備える。前記ラマン散乱光取得装置は、前記燃料ガスラインに取り付けられている。前記分析器は、前記燃料ガスラインを流れる前記燃料ガスの組成を分析する。前記制御装置は、前記分析器での分析結果に応じて前記燃料調節弁の開度を定め、前記開度を前記燃料調節弁に対して指示する。
本発明に係る組成分析装置の第一実施形態、及びこの組成分析装置を備えるガスタービンプラントの実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
本発明に係る組成分析装置の第二実施形態について、図6を参照して説明する。
以上で説明した実施形態において、Aに対してBが垂直であるとは、Aに対するBの角度が90°である場合のみならず、Aに対するBの角度が88°〜92°程度で、Aに対してBが実質的に垂直な場合も含まれる。また、AとBとが互いに平行であるとは、Aに対する角度が0°である場合のみならず、Aに対するBの角度が−2°〜+2°程度で、Aに対してBが実質的に平行な場合も含まれる。
11:ラマン散乱光取得装置
12:散乱光取得ヘッド
13:ヘッドケーシング
14:本体部
15:第一突出部
16:第二突出部
17:取付フランジ
21,21a:出射光学系
22:レーザ出射窓
22i:内面
22o:外面
23:出射プリズム(変更器)
23i:入射面
23o:出射面
25:出射光ファイバーケーブル
26:出射面
27:スリーブ
31,31a:レーザ受光光学系(励起受光光学系)
32:レーザ受光窓
32i:内面
32o:外面
33:受光プリズム(変更器)
33i:入射面
33o:出射面
34:集光光学系
35:レーザ受光光ファイバーケーブル
36:受光面
37:スリーブ
42,42a:散乱光窓
42i:内面
42o:外面
44:散乱光受光器
45:散乱光光ファイバーケーブル
46:受光面
47:スリーブ
50:光遮蔽部材
51:空洞
55:加熱用光ファイバーケーブル
57:スリーブ
61:分析用レーザ発振器(光出射部)
62:加熱用レーザ発振器
65:出射光検知器
66:受光検知器
70:分析器
71:分光器
72:カメラ
80:コンピュータ
81:制御部
82:判定部
83:分析部
110:ガスタービン
111:空気圧縮機
112:吸気量調節器
115:燃焼器
116:タービン
120:発電機
121:ガス圧縮機
122:吸込ガス量調節器(燃料調節弁)
126:減速機
127:電気集塵器
131:BFGライン
132:COGライン
133:低圧燃料ガスライン
133p:配管
134:高圧燃料ガスライン
135:燃料ガス循環ライン
136:COG調節弁
137:循環量調節弁(燃料調節弁)
138:ガス冷却器
140:制御装置
G:流体(燃料ガス)
Rrs:散乱光発生領域
Ao:出射光ファイバーケーブル25の出射面光軸
Ai:レーザ受光光ファイバーケーブルの受光面光軸
Ars:散乱光光ファイバーケーブルの受光面光軸
Aw:流体中光軸
Da:光軸方向
Dr;径方向
Dri:径方向内側
Dro:径方向外側
Claims (13)
- 光出射部からの励起光を流体中に導く出射光学系と、
前記流体の流路の一部を画定すると共に、前記励起光が照射させた前記流体からのラマン散乱光を通過させる散乱光窓と、
前記散乱光窓を通過した前記ラマン散乱光を受ける受光面を有する散乱光受光器と、
を備え、
前記散乱光窓及び前記散乱光受光器の受光面は、前記流体中における前記励起光の光軸である流体中光軸が延びる光軸方向で前記流体中の前記励起光の光路が存在する範囲内であって、且つ前記流体中光軸に対して垂直な方向である径方向に前記流体中光軸から離れた位置に配置され、
前記受光面は、前記径方向で前記流体中光軸に近づく側である径方向内側を向いている、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記散乱光受光器の前記受光面における光軸である受光面光軸は、前記流体中光軸に対して垂直である、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1又は2に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記散乱光窓で前記流体の流路を画定する内面及び前記内面とは反対側の外面は、いずれも、前記流体中光軸に対して平行である、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記出射光学系は、前記光出射部からの前記励起光が通る出射光ファイバーケーブルと、前記出射光ファイバーケーブルから出射された前記励起光の向きを変える変更器と、を有し、
前記出射光ファイバーケーブルの前記励起光を出射する出射面における光軸である出射面光軸は、前記流体中光軸に対して交差する方向に延び、
前記出射光ファイバーケーブルの前記出射面と前記変更器は、前記散乱光受光器の前記受光面を基準にして、前記光軸方向の一方側に配置され、
前記変更器は、前記出射光ファイバーケーブルから出射された前記励起光の光軸を前記流体中光軸に一致させる、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項4に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記出射面光軸は、前記流体中光軸に対して垂直である、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記励起光及び前記ラマン散乱光を通過させない光遮蔽部材と、
前記光遮蔽部材に励起光を照射する加熱用光ファイバーケーブルと、
を備え、
前記光遮蔽部材は、前記散乱光窓における前記受光面側の外面に接している、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項6に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記光遮蔽部材の内部には、前記散乱光窓の前記外面に沿って広がる空洞が形成されており、
前記加熱用光ファイバーケーブルは、前記光遮蔽部材の前記空洞内に励起光を出射する、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記出射光学系からの前記励起光を受ける励起受光光学系と、
前記光出射部からの前記励起光の光強度と前記励起受光光学系が受けた前記励起光の光強度との差に応じて、前記励起光が通過する複数の部材で構成される励起光光学系の異常を判定する判定部と、
を備える、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項8に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記励起受光光学系は、前記散乱光受光器の前記受光面を基準にして、前記光軸方向で前記出射光学系とは反対側に配置されている、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
前記光出射部を備える、
ラマン散乱光取得装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置と、
前記散乱光受光器からの出力に基づいて前記流体の組成を分析する分析器と、
を備える組成分析装置。 - 請求項11に記載の組成分析装置において、
前記流体中光軸から前記散乱光受光器の前記受光面までの前記径方向の距離は、前記散乱光受光器が受ける前記ラマン散乱光の光量が、前記分析器で前記流体の組成を分析できる最小光量になる距離以下である、
組成分析装置。 - 請求項11又は12に記載の組成分析装置と、
前記流体としての燃料ガスが流れる燃料ガスラインと、
前記燃料ガスラインを流れる燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁と、
前記燃料ガスラインからの燃料ガスの燃焼により駆動するガスタービンと、
前記燃料調節弁の開度を指示する制御装置と、
を備え、
前記ラマン散乱光取得装置は、前記燃料ガスラインに取り付けられ、
前記分析器は、前記燃料ガスラインを流れる前記燃料ガスの組成を分析し、
前記制御装置は、前記分析器での分析結果に応じて前記燃料調節弁の開度を定め、前記開度を前記燃料調節弁に対して指示する、
ガスタービンプラント。
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