特許 6388421 点火装置およびガスタービン燃焼器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388421

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】点火装置およびガスタービン燃焼器

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/266 20060101AFI20180903BHJP

   F23R 3/00 20060101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/266

   F23R3/00 D

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-503208(P2017-503208)

(86)(22)【出願日】2015年3月3日

(86)【国際出願番号】JP2015001106

(87)【国際公開番号】WO2016139696

(87)【国際公開日】20160909

【審査請求日】2017年7月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森澤 優一

(72)【発明者】

【氏名】岩井 保憲

(72)【発明者】

【氏名】伊東 正雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 岩太郎

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０５７４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０２８２３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２１３１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２７９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３１０８４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／２６６

Ｆ２３Ｒ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体が導入されるガスタービン燃焼器に備えられる点火装置であって、
前記ガスタービン燃焼器のケーシングの外側面に設けられ、前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部とを連通または遮断する遮断弁と、
先端に火花放電部を備えた長軸のロッドで構成され、前記遮断弁を介して、前記ケーシングの外部から、前記ケーシング内に備えられた燃焼器ライナの内部に進退可能な点火ロッドと、
前記点火ロッドを進退させる駆動部と
を具備し、
前記ガスタービン燃焼器内において点火が完了した際、前記駆動部が、前記点火ロッドを前記ケーシングに対して前記遮断弁の外側に移動させるとともに、前記遮断弁が、前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部とを遮断することを特徴とする点火装置。

【請求項2】

前記遮断弁の前記ケーシング側の端部と、前記燃焼器ライナの側部に形成された、前記点火ロッドを挿入するための挿入孔との間に設けられ、前記点火ロッドが内部を進退する管状のスリーブをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の点火装置。

【請求項3】

作動流体が導入されるガスタービン燃焼器であって、
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられた燃焼器ライナと、
前記燃焼器ライナの頭部側に設けられ、前記燃焼器ライナ内に燃料を噴出する燃料供給部と、
前記燃料供給部の周囲から前記燃焼器ライナ内に酸化剤を噴出する酸化剤供給部と、
前記ケーシングと前記燃焼器ライナとの間に前記作動流体を供給する作動流体供給部と、
前記ケーシングの外側面に設けられ、前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部とを連通または遮断する遮断弁と、
先端に火花放電部を備えた長軸のロッドで構成され、前記遮断弁を介して、前記ケーシングの外部から、前記燃焼器ライナの内部に進退可能な点火ロッドと、
前記点火ロッドを進退させる駆動部と
を具備し、
前記燃焼器ライナ内において点火が完了した際、前記駆動部が、前記点火ロッドを前記ケーシングに対して前記遮断弁の外側に移動させるとともに、前記遮断弁が、前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部とを遮断することを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項4】

前記遮断弁の前記ケーシング側の端部と、前記燃焼器ライナの側部に形成された、前記点火ロッドを挿入するための挿入孔との間に設けられ、前記点火ロッドが内部を進退する管状のスリーブをさらに具備することを特徴とする請求項３記載のガスタービン燃焼器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、点火装置およびガスタービン燃焼器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、タービンから排出された排気中のＣＯ_２の一部を燃焼器に循環させるガスタービン設備が検討されている。このガスタービン設備においては、発電と、ＣＯ_２の分離および回収とを同時に行う火力発電システムの実現が検討されている。

【0003】

この環境調和性の高いガスタービン設備において、例えば、酸化剤として酸素を使用し、超臨界圧のＣＯ_２を燃焼器に循環させる火力発電システムが検討されている。この火力発電システムでは、ＣＯ_２を有効活用し、ＮＯｘを排出しないシステムを実現することができる。

【0004】

このような火力発電システムでは、例えば、燃料（天然ガスやメタン）および酸化剤（酸素とＣＯ_２の混合気）を燃焼器に導入して燃焼させるとともに、冷却媒体などとしてもＣＯ_２を燃焼器に導入する。そして、この燃焼により発生する高温の燃焼ガスによってタービンを回転させて発電する。タービンから排出される燃焼ガス（ＣＯ_２および水蒸気）を熱交換器により冷却し、水分を分離してＣＯ_２とする。このＣＯ_２は、高圧ポンプで圧縮され、高圧ＣＯ_２となる。この高圧ＣＯ_２の大部分は、熱交換器により加熱され燃焼器へ循環させる。残りの高圧ＣＯ_２は、回収され他の用途に使用される。

【0005】

この火力発電システムにおける燃焼器では、燃焼器内で混合された燃料と酸化剤の混合ガスに点火装置を用いて着火する。着火時においては、機器に対する急激な熱負荷を押さえるために、酸化剤流量や燃料流量が減らされている。そして、着火後、酸化剤流量を増加して燃焼器内の圧力を上昇させるとともに、燃料流量を増加して燃焼器内の燃焼ガス温度を上昇させる。このように、例えば、燃焼器内の圧力は、タービンの定格負荷条件まで上昇される。

【0006】

従来、ガスタービンの燃焼器においては、燃焼器の壁面に配置された点火装置に電圧を印加し、火花放電によって着火する方法が一般的である。火花放電を生じさせる点火装置の先端は、着火後、火炎に曝される。

【0007】

そのため、点火装置の耐久性などの観点から、燃焼器の内部に点火装置を出し入れする構成が検討されている。この点火装置は、例えば、圧縮機の吐出空気を用いた空気シリンダによって、燃焼器の内部に進退される。そして、着火後、火花放電部である、点火装置の先端は、燃焼器の内部から引き出される。この際、点火装置の先端は、例えば、燃焼器ライナに形成された点火装置を進退させるための挿入孔、または燃焼器ライナとケーシングとの間まで引き出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−０５７４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

前述した超臨界圧のＣＯ_２を用いる火力発電システムの場合、タービン定格負荷時における燃焼器内の圧力は、従来のガスタービンにおける燃焼器内の圧力の１０倍以上となる。従来の点火装置の構成を用いる場合、点火装置の先端が燃焼器の内部から引き出された状態においても、この高圧条件下に曝される。

【0010】

この高圧条件は、従来のガスタービンの燃焼器における点火装置の耐圧仕様を大きく超える。そのため、超臨界圧のＣＯ_２を用いる火力発電システムに、従来の点火装置の仕様をそのまま適用することはできない。

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、超臨界圧の作動流体を用いる火力発電システムにおいて、従来のガスタービンの燃焼器における点火装置の耐圧仕様を適用することができる点火装置およびガスタービン燃焼器を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

実施形態の点火装置は、作動流体が導入されるガスタービン燃焼器に備えられる。この点火装置は、前記ガスタービン燃焼器のケーシングの外側面に設けられ、前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部とを連通または遮断する遮断弁と、先端に火花放電部を備えた長軸のロッドで構成され、前記遮断弁を介して、前記ケーシングの外部から、前記ケーシング内に備えられた燃焼器ライナの内部に進退可能な点火ロッドと、前記点火ロッドを進退させる駆動部とを備える。そして、前記ガスタービン燃焼器内において点火が完了した際、前記駆動部が、前記点火ロッドを前記ケーシングに対して前記遮断弁の外側に移動させるとともに、前記遮断弁が、前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部とを遮断する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施の形態に係る火力発電システムの系統図である。

【図2】第１の実施の形態の点火装置を備える燃焼器の縦断面を模式的に示した図である。

【図3】第１の実施の形態の点火装置を備える燃焼器の縦断面を模式的に示した図である。

【図4】第１の実施の形態の点火装置を備える燃焼器内の圧力比をタービン負荷の変化に基づいて示した図である。

【図5】第２の実施の形態の点火装置を備える燃焼器の縦断面を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0015】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る火力発電システムの系統図である。この火力発電システムでは、燃焼器１０に導入される作動流体としてＣＯ_２（二酸化炭素）を使用する一例を示す。火力発電システムは、図１に示すように、燃焼器１０と、タービン１２と、発電機１３と、熱交換器１４と、冷却器１５と、湿分分離器１６と、高圧ポンプ１７と備える。また、燃焼器１０は、点火装置１１を備えている。なお、燃焼器１０は、ガスタービン燃焼器として機能する。

【0016】

燃焼器１０は、燃料と酸化剤を燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。燃焼反応は、点火装置１１による着火によって始まる。この燃焼器１０には、燃料、酸素および高圧ＣＯ_２が導入される。

【0017】

燃料として、例えば、メタン、天然ガスなどの炭化水素が使用される。また、燃料として、例えば、一酸化炭素および水素などを含む石炭ガス化ガス燃料を使用することもできる。酸化剤として、例えば、酸素が使用される。

【0018】

この燃焼器１０に導入される高圧ＣＯ_２は、超臨界圧の超臨界流体である。この高圧ＣＯ_２は、タービン１２の排ガスの一部を循環させることで得られる。

【0019】

高圧ＣＯ_２の一部は、例えば、酸化剤である酸素に混合される。また、高圧ＣＯ_２の残部は、例えば、燃焼器ライナの冷却媒体や、燃焼器ライナ内に導入される希釈媒体などとして利用される。なお、燃焼器ライナについては後述する。

【0020】

ここで、この火力発電システムにおいては、燃焼器１０から排出される燃焼ガスに、余剰の酸化剤（酸素）や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃料および酸素の流量は、例えば、量論混合比（当量比が１）になるように調整されている。なお、ここでいう当量比は、燃料と酸素が均一に混合したと想定したときの当量比（オーバーオールでの当量比）である。

【0021】

タービン１２は、燃焼器１０から発生する高温の燃焼ガスを導入する。導入された燃焼ガスは、タービン１２内で膨張仕事をし、タービンロータを回転させる。そして、タービン１２は、膨張仕事を終えた燃焼ガス（ＣＯ_２および水蒸気）を排出する。なお、燃焼器１０から排出された燃焼ガスは、例えば、トランジションピース（図示しない）を通り、タービン１２に導入される。

【0022】

発電機１３は、例えば、タービン１２と同軸上に配置される。すなわち、発電機１３は、タービン１２と同軸で連結されている。発電機１３は、タービン１２の回転に応じて発電する。

【0023】

熱交換器１４は、熱交換により、タービン１２から排出される燃焼ガス（ＣＯ_２および水蒸気）から熱を奪う。そして、その奪った熱を、タービン１２に循環されるＣＯ_２に与える。この熱交換によって、例えば、７００℃程度の超臨界ＣＯ_２が燃焼器１０に供給される。

【0024】

冷却器１５は、熱交換器１４により熱を奪われた燃焼ガスをさらに冷却する。そして、燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させて水とする。

【0025】

湿分分離器１６は、冷却器１５によって冷却された燃焼ガスから水分を分離する。そして、湿分分離器１６は、水分が取り除かれたＣＯ_２（ドライＣＯ_２）を排出する。湿分分離器１６で分離された水分（凝縮水）は、例えば、外部に排出される。

【0026】

高圧ポンプ１７は、湿分分離器１６によって水分が取り除かれたＣＯ_２を圧縮して昇圧し、超臨界のＣＯ_２とする。この高圧ＣＯ_２の大部分は、熱交換器１４を介して燃焼器１０に循環される。一方、残りの高圧ＣＯ_２は、例えば、他の設備へ供給される。

【0027】

次に、この火力発電システムにおける作用について説明する。

【0028】

燃焼器１０に、燃料、酸素、およびタービン１２からの排気を利用して得られた高圧ＣＯ_２が導入され、燃料と酸素が燃焼すると、高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、タービン１２に導入される。そして、燃焼ガスは、タービン１２内で膨張仕事をし、動翼を通じてタービンロータを回転させる。このタービンロータの回転によって発電機１３が駆動して発電する。

【0029】

膨張仕事を終えた燃焼ガス（ＣＯ_２および水蒸気）は、タービン１２から排出される。タービン１２から排出された燃焼ガスは、熱交換器１４において熱が奪われ、冷却器１５に導入される。冷却器１５に導入された燃焼ガスは、さらに冷却され、水蒸気が凝縮して水となる。

【0030】

冷却器１５によって冷却された燃焼ガスは、湿分分離器１６に導かれる。そして、湿分分離器１６において、燃焼ガスから水分を分離し、水分が取り除かれたＣＯ_２を排出する。水分が取り除かれたＣＯ_２は、高圧ポンプ１７により昇圧され、超臨界の高圧ＣＯ_２となる。

【0031】

この高圧ＣＯ_２の大部分は、熱交換器１４を通り、高温の燃焼ガスから奪った熱によって加熱される。加熱された高圧ＣＯ_２は、燃焼器１０に循環される。一方、残りの高圧ＣＯ_２は、例えば、他の設備へ供給される。

【0032】

ここで、残りの高圧ＣＯ_２を、例えば、高純度の高圧ＣＯ_２として貯留することができる。これによって、ＣＯ_２を分離して回収する設備（ＣＣＳ）などを別途設けることなく、高純度の高圧ＣＯ_２を回収することができる。また、回収される高圧ＣＯ_２を、例えば、石油採掘現場で用いられているＥＯＲ（Enhanced Oil Recovery）に利用することもできる。

【0033】

上記した火力発電システムでは、発電と、ＣＯ_２の分離および回収とを同時に行うことができる。また、この火力発電システムでは、超臨界圧のＣＯ_２を用いた酸素燃焼の循環システムが構成される。この火力発電システムでは、ＣＯ_２を有効活用することで、ＮＯｘを排出しないゼロエミッションのシステムが実現される。

【0034】

次に、第１の実施の形態の点火装置１１を備える燃焼器１０について説明する。

【0035】

図２は、第１の実施の形態の点火装置１１を備える燃焼器１０の縦断面を模式的に示した図である。なお、図２には、点火を行う際の点火装置１１の状態が示されている。

【0036】

図２に示すように、燃焼器１０は、ケーシング２０と、燃焼器ライナ３０と、燃料酸化剤供給部４０と、点火装置１１とを備える。

【0037】

ケーシング２０は、燃焼器ライナ３０や燃料酸化剤供給部４０を内部に収容する。ケーシング２０の閉塞された一端（頭部）には、燃料酸化剤供給部４０を挿入するための開口２１が形成されている。また、ケーシング２０の一端側には、高圧ＣＯ_２をケーシング２０内に導入する配管２２が接続されている。この配管２２は、１箇所に限らず、周方向に複数設けられてもよい。なお、配管２２は、作動流体供給部として機能する。

【0038】

ケーシング２０の外側面には、点火装置１１の遮断弁５０を取り付けるためのフランジ部２３が設けられている。フランジ部２３の中央には、ケーシング２０を貫通し、ケーシング２０の内部と、ケーシング２０の外部とを連通させる貫通孔２４が形成されている。なお、図示していないが、ケーシング２０は、例えば、燃焼器１０の長手方向に分割された部品を組み合わせて構成される。

【0039】

燃焼器ライナ３０は、ケーシング２０の内壁面と所定の間隙をあけて、ケーシング２０内に設けられている。燃焼器ライナ３０は、例えば、一端（頭部）が閉塞され、他端側が開口された円筒などの筒体で構成される。燃焼器ライナ３０の一端には、燃料酸化剤供給部４０を燃焼器ライナ３０の内部に臨ませるための開口３１が形成されている。この開口３１を介して燃料酸化剤供給部４０から燃焼器ライナ３０の内部に燃料および酸化剤が導入される。

【0040】

燃焼器ライナ３０の側部には、点火装置１１の点火ロッド６０を燃焼器ライナ３０の内部に挿入するための挿入孔３２が形成されている。この挿入孔３２は、ケーシング２０の貫通孔２４に対向する位置に形成される。

【0041】

また、挿入孔３２よりも下流側の側部には、例えば、配管２２から導入された高圧ＣＯ_２を燃焼器ライナ３０内に導入するための希釈孔３３が形成されている。なお、図２には示していないが、燃焼器ライナ３０の側部に、例えば、多孔式膜冷却用の孔を備えてもよい。この場合、多孔式膜冷却用の孔を通り、高圧ＣＯ_２が燃焼器ライナ３０内に導入される。

【0042】

なお、燃焼器ライナ３０の下流端は、例えば、トランジションピース（図示しない）に連結している。そして、燃焼器ライナ３０から排出された燃焼ガスは、トランジションピース（図示しない）を通り、タービン１２に導入される。

【0043】

燃料酸化剤供給部４０は、中央の燃料供給部４１と、この燃料供給部４１の周囲に設けられた環状の酸化剤供給部４２とを備える。燃料供給部４１は、燃焼器ライナ３０内に燃料を噴出する。酸化剤供給部４２は、燃焼器ライナ３０内に酸化剤を噴出する。噴出される酸化剤の流れは、例えば、酸化剤供給部４２に備えられたスワーラ４３などを通過することで生じた旋回速度成分を有している。

【0044】

次に、点火装置１１について説明する。

【0045】

図２に示すように、点火装置１１は、遮断弁５０と、点火ロッド６０と、駆動部７０とを備える。

【0046】

遮断弁５０は、ケーシング２０の内部とケーシング２０の外部とを連通または遮断する。遮断弁５０は、筒状の筒体部５１と、遮断部５２とを備える。筒体部５１の両端は、例えば、フランジ部５４、５５を備えている。一端のフランジ部５４は、ケーシング２０のフランジ部２３に固定されている。他端のフランジ部５５は、駆動部７０に連結されている。

【0047】

遮断部５２は、筒体部５１内の通路５３を遮断する。この遮断部５２が開かれているときは、ケーシング２０の内部とケーシング２０の外部とが連通状態となる。この連通状態では、筒体部５１内を通して、点火ロッド６０を燃焼器ライナ３０側に進退させることができる。一方、遮断部５２が閉じられているときは、ケーシング２０の内部とケーシング２０の外部とが閉鎖状態となる。この閉鎖状態では、遮断部５２よりも燃焼器ライナ３０側に点火ロッド６０を導くことはできない。

【0048】

遮断弁５０としては、例えば、ニードルバルブ、ボールバルブなどを使用することができる。なお、遮断弁５０は、これらに限られるものではない。遮断弁５０としては、遮断部５２が開かれているときに、点火ロッド６０を進退させることができるものであれば使用できる。

【0049】

点火ロッド６０は、長軸のロッド部６１と、このロッド部６１の先端に設けられた火花放電部６２とを備える。火花放電部６２に電圧を印加することで、火花放電を生じる。この火花放電によって、燃焼器ライナ３０内に導入された燃料と酸素の燃焼反応を開始させる。なお、火花放電部６２は、電圧印加装置（図示しない）と電気的に接続されている。また、ロッド部６１は、ロッドとして機能する。

【0050】

ロッド部６１は、例えば、駆動部７０に支持されている。そして、点火ロッド６０は、駆動部７０を作動させることで、遮断弁５０の筒体部５１内や、燃焼器ライナ３０内を進退可能となる。

【0051】

駆動部７０は、点火ロッド６０のロッド部６１を支持するとともに、例えば、この支持するロッド部６１に平行に配置された伸縮シリンダ７１を備える。ロッド部６１は、例えば、ロッドガイド７２の貫通孔７３に摺動可能に貫通され、支持されている。また、例えば、貫通孔７３の内面には、シール部（図示しない）を備え、高圧ＣＯ_２などの漏れを抑制している。

【0052】

ロッド部６１の後端は、図２に示すように、例えば、平板状部材７４に固定されている。伸縮シリンダ７１は、ロッドガイド７２と平板状部材７４との間に配置される。そして、この伸縮シリンダ７１が点火ロッド６０の軸方向に伸縮することで、点火ロッド６０を進退させる。

【0053】

伸縮シリンダ７１としては、例えば、エアシリンダや油圧シリンダなどが使用される。ここで、伸縮シリンダ７１の駆動媒体は、例えば、図１に示した火力発電システムの系統以外の系統から導入されることが好ましい。例えば、伸縮シリンダ７１に駆動媒体を導入するための駆動媒体源を個別に備えてもよい。これによって、火力発電システムの作動状態に影響を受けずに、伸縮シリンダ７１を駆動することができる。

【0054】

なお、伸縮シリンダ７１は、例えば、配管（図示しない）を介して駆動媒体源に接続されている。そして、この配管を介して、駆動媒体が伸縮シリンダ７１へ導入され、または、この配管を介して、駆動媒体が伸縮シリンダ７１から導出される。

【0055】

次に、第１の実施の形態の点火装置１１を備える燃焼器１０の作用について、図２〜図４を参照して説明する。

【0056】

図３は、第１の実施の形態の点火装置１１を備える燃焼器１０の縦断面を模式的に示した図である。なお、図３には、遮断弁５０の遮断部５２が閉じられた状態が示されている。この状態は、例えば、着火が完了後における状態として例示される。ここで、遮断部５２が閉じられた状態における点火ロッド６０の位置を、便宜上、スタンバイ位置と呼ぶ。

【0057】

図４は、第１の実施の形態の点火装置１１を備える燃焼器１０内の圧力比をタービン負荷の変化に基づいて示した図である。なお、図４には、比較のため、従来のガスタービンの燃焼器内の圧力比も示している。また、縦軸は、定格負荷時における従来の燃焼器内の圧力を１としたときの圧力比である。

【0058】

燃焼器１０において着火を行う際、図３に示された状態から遮断弁５０の遮断部５２を開く。そして、伸縮シリンダ７１を駆動して、筒体部５１の内部、貫通孔２４および挿入孔３２を通して、図２に示すように、点火ロッド６０の火花放電部６２を燃焼器ライナ３０の内部の所定の位置まで移動する。

【0059】

ここで、所定の位置とは、例えば、着火を的確に行える位置である。具体的には、所定の位置として、例えば、着火時に酸化剤の流れによって燃焼器ライナ３０内に形成される再循環領域内の下流側などが例示できる。

【0060】

続いて、火花放電部６２に電圧を印加して火花放電を生じさせる。この火花放電の開始後、燃料供給部４１から燃料、および酸化剤供給部４２から酸化剤を燃焼器ライナ３０内に噴出する。そして、火花放電部６２の火花放電によって燃料と酸素との混合気に着火し、燃焼反応が開始する。

【0061】

なお、この着火時における燃焼器１０内の圧力は、図４に示すように、定格負荷時における従来の燃焼器内の圧力よりも低い。すなわち、点火装置１１において、従来の燃焼器に使用されている点火装置の耐圧仕様を適用することができる。

【0062】

着火完了後、伸縮シリンダ７１を駆動して、点火ロッド６０をケーシング２０の内部からスタンバイ位置まで引き出す。すなわち、点火ロッド６０は、火花放電部６２が遮断部５２よりも外側（駆動部７０側）となる位置まで引き出される。

【0063】

点火ロッド６０をスタンバイ位置まで引き出した後、遮断弁５０の遮断部５２を閉じる。そして、図３に示された状態になる。この遮断部５２が閉じられた状態では、遮断部５２よりも外側（駆動部７０側）とケーシング２０の内部とは遮断される。すなわち、点火ロッド６０は、ケーシング２０の内部、換言すれば燃焼器１０の内部の圧力雰囲気場に曝されない。そのため、図４に示すように、着火完了後に燃焼器１０の内部の圧力が上昇し、定格負荷時において圧力比が１５程度になっても、点火ロッド６０は、燃焼器１０の内部の圧力の影響を受けない。

【0064】

ケーシング２０の配管２２から導入された高圧ＣＯ_２は、ケーシング２０と燃焼器ライナ３０との間を下流側（燃焼器ライナ３０の下流端側）に向かって流れる。この際、高圧ＣＯ_２は、燃焼器ライナ３０を冷却しながら流れる。そして、高圧ＣＯ_２は、例えば、燃焼器ライナ３０の希釈孔３３を通り、燃焼器ライナ３０内に導入される。

【0065】

上記したように、第１の実施の形態の点火装置１１によれば、遮断弁５０を備えることで、ケーシング２０の内部とケーシング２０の外部とを遮断することができる。また、着火完了後、点火ロッド６０を遮断弁５０の遮断部５２よりも外側（駆動部７０側）となる位置まで引き出すことができる。そして、遮断部５２を閉じることで、点火ロッド６０は、燃焼器１０の内部の圧力雰囲気場に曝されない。

【0066】

そのため、第１の実施の形態の点火装置１１では、タービン定格負荷時における燃焼器内の圧力が従来のガスタービンにおける燃焼器内の圧力の１０倍以上になっても、従来のガスタービンの燃焼器における点火装置の耐圧仕様を適用することができる。

【0067】

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態の点火装置１１Ａを備える燃焼器１０の縦断面を模式的に示した図である。なお、図５には、遮断弁５０の遮断部５２が閉じられた状態が示されている。なお、第１の実施の形態の点火装置１１を備える燃焼器１０と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

【0068】

第２の実施の形態の点火装置１１Ａは、スリーブ８０を備えた以外は、第１の実施の形態の点火装置１１と同じ構成である。そのため、ここでは、この異なる構成について主に説明する。

【0069】

図５に示すように、点火装置１１Ａは、遮断弁５０と、点火ロッド６０と、駆動部７０と、スリーブ８０とを備える。

【0070】

スリーブ８０は、ケーシング２０側の遮断弁５０（筒体部５１）の端部前縁スナッバ５１ａと、燃焼器ライナ３０の挿入孔３２との間に亘って設けられている。スリーブ８０は、両端が開口された管状部材で構成される。この管状部材は、例えば、耐熱金属などで構成される。

【0071】

遮断弁５０側のスリーブ８０の端部８１には、例えば、管の半径方向に広がるフランジ部８２を備える。このフランジ部８２は、例えば、図５に示すように、ケーシング２０のフランジ部２３と筒体部５１のフランジ部５４との間に挟持される。これによって、スリーブ８０が固定される。なお、例えば、フランジ部８２の位置合わせを容易にするため、図５に示すように、ケーシング２０のフランジ部２３の端面２３ａに、フランジ部８２を嵌め込む溝２５を設けてもよい。

【0072】

一方、燃焼器ライナ３０側のスリーブ８０の端部８３は、例えば、燃焼器ライナ３０の挿入孔３２に嵌合される。この場合、端部８３は、燃焼器ライナ３０の内部に突出しないことが好ましい。なお、この端部８３は、挿入孔３２に嵌合されることに限られない。例えば、端部８３の外径を挿入孔３２よりも大きくし、挿入孔３２の周囲を覆うように外側から端部８３を燃焼器ライナ３０に当接させてもよい。すなわち、端部８３は、挿入孔３２を介して燃焼器ライナ３０内に流入する高圧ＣＯ_２の流れを阻止するように備えられていればよい。

【0073】

これによって、挿入孔３２を介して燃焼器ライナ３０内に流入する高圧ＣＯ_２の流量は、微量となる。なお、挿入孔３２を介して燃焼器ライナ３０内に流入する高圧ＣＯ_２が遮断されることがより好ましい。

【0074】

このようなスリーブ８０を備える点火装置１１Ａにおいて、燃焼器１０において着火を行う際、点火ロッド６０は、遮断弁５０の筒体部５１の内部、スリーブ８０の内部を通して、火花放電部６２が燃焼器ライナ３０の内部の所定の位置となるように移動される。

【0075】

着火完了後には、点火ロッド６０は、火花放電部６２が遮断部５２よりも外側（駆動部７０側）となる位置まで引き出される。そして、図５に示すように、遮断部５２が閉じられる。

【0076】

燃焼器１０において、ケーシング２０の配管２２から導入された高圧ＣＯ_２は、ケーシング２０と燃焼器ライナ３０との間の空間９０を下流側（燃焼器ライナ３０の下流端側）に向かって流れる。この際、スリーブ８０の端部８３が挿入孔３２に嵌合されているため、挿入孔３２を介して燃焼器ライナ３０内に流入する高圧ＣＯ_２の流量は、微量である。すなわち、燃焼器ライナ３０内に形成される再循環領域に、挿入孔３２を介して流入される高圧ＣＯ_２の流量は、微量である。

【0077】

そのため、再循環領域における流れ場が高圧ＣＯ_２によって乱されることを抑制できる。これによって、最適な燃焼反応や保炎性能が維持される。

【0078】

上記したように、第２の実施の形態の点火装置１１Ａによれば、スリーブ８０を備えることで、挿入孔３２を介して燃焼器ライナ３０内に流入する高圧ＣＯ_２の流量を抑制することができる。これによって、最適な燃焼反応や保炎性能が維持される。

【0079】

なお、第２の実施の形態の点火装置１１Ａにおいても、遮断弁５０を備えることで得られる作用効果は、第１の実施の形態の点火装置１１における作用効果と同じである。

【0080】

ここで、上記した火力発電システムでは、燃焼器に導入される作動流体として超臨界流体のＣＯ_２（二酸化炭素）を使用する一例を示したが、この作動流体として、空気などを使用してもよい。

【0081】

以上説明した実施形態によれば、超臨界圧の作動流体を用いる火力発電システムにおいて、従来のガスタービンの燃焼器における点火装置の耐圧仕様を適用することが可能となる。

【0082】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0083】

１０…燃焼器、１１、１１Ａ…点火装置、１２…タービン、１３…発電機、１４…熱交換器、１５…冷却器、１６…湿分分離器、１７…高圧ポンプ、２０…ケーシング、２１、３０、３１…開口、２２…配管、２３…フランジ部、２３ａ…端面、２４…貫通孔、２５…溝、３０…燃焼器ライナ、３２…挿入孔、３３…希釈孔、４０…燃料酸化剤供給部、４１…燃料供給部、４２…酸化剤供給部、４３…スワーラ、５０…遮断弁、５１…筒体部、５２…遮断部、５３…通路、５４、５５、８２…フランジ部、６０…点火ロッド、６１…ロッド部、６２…火花放電部、７０…駆動部、７１…伸縮シリンダ、７２…ロッドガイド、７３…貫通孔、７４…平板状部材、８０…スリーブ、８１、８３…端部、９０…空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】