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(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】
(24)【登録日】2024-04-26
(45)【発行日】2024-05-09
(54)【発明の名称】発電設備
(51)【国際特許分類】
F02C 7/232 20060101AFI20240430BHJP
F02C 9/32 20060101ALI20240430BHJP
【ＦＩ】
F02C7/232 C
F02C9/32
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023187788
(22)【出願日】2023-11-01
(62)【分割の表示】P 2022088799の分割
【原出願日】2022-05-31
(65)【公開番号】P2023181446
(43)【公開日】2023-12-21
【審査請求日】2024-01-26
(31)【優先権主張番号】P 2021160263
(32)【優先日】2021-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】吉田 正平
(72)【発明者】
【氏名】林 明典
(72)【発明者】
【氏名】萩田 達哉
(72)【発明者】
【氏名】武石 裕行
(72)【発明者】
【氏名】平岡 利幸
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】特開平０５－１７１９５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１３３２２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７３６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１８６６１１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１５１９３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００５６２９０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０６２１６４３９（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｃ ７／２３２
Ｆ０２Ｃ ９／３２
Ｆ０２Ｃ ９／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料供給設備から燃料であるアンモニアガスまたは液体アンモニアを発電のために前記燃料を燃焼させる機器に供給するアンモニア供給配管と、前記アンモニア供給配管と燃料処理装置とを接続する燃料処理配管と、を備え、
前記燃料処理装置は、前記燃料処理配管を通じて導かれるアンモニアガスまたは液体アンモニアを処理するための水が蓄えられた水タンクを有し、
前記燃料処理装置の前記水タンク内のアンモニア水を燃焼除去するための機器に供給する水供給配管と、前記水供給配管から供給されたアンモニア水を前記燃焼除去するための機器内に噴霧する噴霧ノズルと、を有する水供給システムを備える発電設備。
【請求項2】
請求項１に記載の発電設備において、前記燃焼除去するための機器がガスタービンの燃焼器である、発電設備。
【請求項3】
請求項１に記載の発電設備において、前記アンモニア供給配管は、前記燃料供給設備に接続される燃料配管と、前記燃料を燃焼させる機器に接続される燃料供給配管とを含み、
前記燃料配管に接続される入口ポート、前記燃料供給配管に接続される第１出口ポート、及び、前記燃料処理配管に接続される第２出口ポートを有する三方弁、を備えた発電設備。
【請求項4】
請求項１に記載の発電設備において、アンモニアガスを燃料として供給する前記燃料供給設備である主燃料供給設備を含む主燃料供給システムと、
天然ガスを燃料として供給する副燃料供給設備を含む副燃料供給システムと、
複数の運転モードで発電のための運転をする制御装置と、を備え、
前記複数の運転モードには、
前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムのうち前記主燃料供給システムからの燃料を前記燃焼除去するための機器で燃焼させるアンモニアガス専焼モードと、
前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムのうち前記副燃料供給システムからの燃料を前記燃焼除去するための機器で燃焼させる天然ガス専焼モードと、
前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムの双方からの燃料を前記燃焼除去するための機器で燃焼させる混焼モードと、が含まれ、
前記水供給システムは、前記水供給配管に設けられ前記制御装置によって制御される水遮断弁を有し、
前記制御装置は、前記天然ガス専焼モードにおいて前記水タンク内のアンモニア水を前記水遮断弁を通じて前記噴霧ノズルに供給する
発電設備。
【請求項5】
請求項４に記載の発電設備において、前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムに窒素ガスを供給する窒素ガス供給システムを備える発電設備。
【請求項6】
請求項１に記載の発電設備において、液体アンモニアを燃料として供給する前記燃料供給設備である主燃料供給設備を含む主燃料供給システムと、
灯油を燃料として供給する副燃料供給設備を含む副燃料供給システムと、
複数の運転モードで発電のための運転をする制御装置と、を備え、
前記複数の運転モードには、
前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムのうち前記主燃料供給システムからの燃料を前記燃焼除去するための機器で燃焼させる液体アンモニア専焼モードと、
前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムのうち前記副燃料供給システムからの燃料を前記燃焼除去するための機器で燃焼させる灯油専焼モードと、
前記主燃料供給システム及び前記副燃料供給システムの双方からの燃料を前記燃焼除去するための機器で燃焼させる混焼モードと、が含まれ、
前記水供給システムは、前記水供給配管に設けられ前記制御装置によって制御される水遮断弁を有し、
前記制御装置は、前記灯油専焼モードにおいて前記水タンク内のアンモニア水を前記水遮断弁を通じて前記噴霧ノズルに供給する発電設備。
【請求項7】
請求項１に記載の発電設備において、液体アンモニアを燃料として供給する前記燃料供給設備である主燃料供給設備を含む主燃料供給システムと、
灯油を燃料として供給する副燃料供給設備を含む副燃料供給システムと、
前記水供給配管から分岐して前記主燃料供給システムへと接続する、前記主燃料供給システムにアンモニア水を供給する分岐管と、
前記分岐管に設けられた遮断弁と、を備える
発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発電設備に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービン設備においては、地球環境保全の観点から温暖化の一因となる二酸化炭素の排出量を抑制するため、ガスタービンの燃焼器にアンモニア、水素等を燃料として用いることが計画されている。
【0003】
特許文献１には、燃焼器にアンモニアガスを燃料として供給し、燃焼器で燃焼させることにより発生した燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービン設備が開示されている。特許文献１に記載のガスタービン設備は、液体アンモニアを貯留するタンクと、液体アンモニアを気化する気化器と、を備えている。
【0004】
気化器から燃焼器に燃料を供給する配管には、その上流側から下流側に向かって順に第１開閉弁、第２開閉弁及び第１制御弁が設けられている。また、第１開閉弁と第２開閉弁とを接続する配管には、第３開閉弁を介してアンモニアガスを回収する回収槽が接続されている。
【0005】
特許文献１には、第２開閉弁を閉じた状態で気化器からアンモニアガスをアンモニア供給管に供給した後、第１開閉弁を閉じることにより、リークチェック管内を密閉空間として、漏洩が発生しているか否かを検査することが記載されている。また、特許文献１には、リークチェック後やプラント停止後、第３開閉弁を開くことにより、アンモニア供給管に残留するアンモニアガスを回収槽に回収することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１９－１７８８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に記載のガスタービン設備では、ガスタービンの緊急停止時において、アンモニア供給管内に残留する未燃燃料であるアンモニアガスが大気に放出されるといった不具合が発生するおそれがある。
【0008】
ガスタービン設備では、ガスタービンの緊急停止時において、未燃燃料に起因する不具合を防止することが望まれている。未燃燃料に起因する不具合には、アンモニアガスが大気に放出されることの他、燃料が水素である場合に、残留する未燃燃料である水素ガスが意図しない場所やタイミングで発火することが含まれる。
【0009】
本発明の目的は、ガスタービンの緊急停止時に未燃燃料に起因する不具合を防止できるガスタービン設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様によるガスタービン設備は、燃料供給設備に接続される燃料配管と、ガスタービンの燃焼器に接続される燃料供給配管と、燃料を処理する燃料処理装置に接続される燃料処理配管と、前記燃料配管に接続される入口ポート、前記燃料供給配管に接続される第１出口ポート、及び、前記燃料処理配管に接続される第２出口ポートを有する三方弁と、前記燃料配管に設けられ、前記燃料供給設備から前記燃焼器へ燃料を供給する供給位置と、前記燃料供給設備から前記燃焼器への燃料の供給を遮断する遮断位置とを有する遮断弁と、前記遮断弁及び前記三方弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記遮断弁を前記供給位置から前記遮断位置へ切り替えるとともに、前記三方弁を前記燃料配管と前記燃料供給配管とを連通する第１位置から前記燃料配管と前記燃料処理配管とを連通する第２位置へと切り替える。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ガスタービンの緊急停止時に未燃燃料に起因する不具合を防止できるガスタービン設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【0014】
【0015】
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスタービン設備１００の構成の概略を示す図であり、主燃料供給システムＳ１、副燃料供給システムＳ２、燃料処理システムＳ３及び窒素ガス供給システムＳ４を示す。
【0016】
図１に示すように、ガスタービン設備１００は、ガスタービンＧＴと、ガスタービンＧＴに接続されガスタービンＧＴを起動させる起動用モータ９と、ガスタービンＧＴ及び起動用モータ９を収容するエンクロージャ１０１と、を備えている。
【0017】
ガスタービンＧＴは、タービン２と、タービン２に連結され、燃焼用の圧縮された空気（以下、圧縮空気とも記す）５を生成する圧縮機１と、複数の燃焼器３と、を有している。なお、図１では、１つの燃焼器３を代表して図示している。
【0018】
エンクロージャ１０１は、圧縮機１、タービン２及び複数の燃焼器３の外周を囲むように設けられ、ガスタービンＧＴで発生する騒音が拡散することなどを防止する。
【0019】
圧縮機１は、外部の空気を吸入して圧縮し、圧縮された空気（圧縮空気）５を燃焼器３に供給する。燃焼器３は、圧縮機１により圧縮された空気５と燃料とが混合された混合ガスを燃焼することにより、高温の燃焼ガス６を生成する。
【0020】
タービン２は、燃焼器３によって生成された燃焼ガス６によって回転駆動力を発生させる。タービン２の回転軸は、発電機４の回転軸に連結されている。発電機４は、タービン２から伝達された回転駆動力によって発電を行う。タービン２を駆動した後の燃焼ガス６は、排気ガス７として煙突８からガスタービン設備１００の外部へと放出される。
【0021】
ガスタービン設備１００は、主燃料供給システムＳ１と、副燃料供給システムＳ２と、燃料処理システムＳ３と、窒素ガス供給システムＳ４と、各システムを制御する制御装置３７と、を備えている。また、ガスタービン設備１００は、入口ポート３１ｉ、第１出口ポート３１ｏａ及び第２出口ポート３１ｏｂを有する三方弁３１を備えている。
【0022】
なお、ガスタービン設備１００は、ガスタービンＧＴの回転速度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置３７に出力する回転速度センサ２Ｎなどの複数のセンサを備えている。制御装置３７には、オペレータによって操作される入力装置３８が接続されている。制御装置３７は、入力装置３８からの操作信号及び複数のセンサからの信号に基づいて、複数の制御弁を制御する。
【0023】
複数の制御弁には、後述する遮断弁１３，１９，２５，５５，５５ｓ、後述する流量調節弁１２，１８，２４，５４，５４ｓ、及び、三方弁３１が含まれる。本明細書において、遮断弁は、その内部通路を開く供給位置（開放位置）と、内部通路を閉じる遮断位置とを有している。遮断弁が供給位置にあるとき、遮断弁の上流側の流体が遮断弁を通じて下流側に供給され、遮断弁が遮断位置にあるとき、遮断弁の上流側から下流側への流体の供給が遮断される。流量調節弁は、その内部通路の開口面積を調節することにより、通過する流体の流量を調節する。
【0024】
主燃料供給システムＳ１は、主燃料としてのアンモニアガスを燃焼器３に供給するシステムである。主燃料供給システムＳ１は、アンモニアガスを供給する主燃料供給設備１６と、主燃料供給設備１６と三方弁３１の入口ポート３１ｉに接続される主燃料配管１７と、主燃料配管１７に設けられる開閉弁２０、遮断弁１９及び流量調節弁１８と、を有している。三方弁３１は、第１出口ポート３１ｏａが主燃料供給配管１５に接続されている。主燃料供給配管１５は、ガスタービンＧＴの燃焼器３に接続されている。つまり、主燃料配管１７は、三方弁３１を介して燃焼器３に接続されている。
【0025】
三方弁３１によって主燃料配管１７と主燃料供給配管１５とが連通している状態では、主燃料供給設備１６から主燃料配管１７に供給されるアンモニアガスは、三方弁３１及び主燃料供給配管１５を通じて燃焼器３に供給される。
【0026】
主燃料供給設備１６は、液体アンモニアを貯留するタンク（不図示）と、液体アンモニアを圧送するポンプ（不図示）と、ポンプによって昇圧された液体アンモニアを気化させる気化器（不図示）と、気化した液体アンモニアが液化することを防止するための加熱装置（不図示）と、を備える。
【0027】
主燃料供給設備１６から主燃料が供給される主燃料配管１７の上流側から下流側に向かって順に、開閉弁２０、遮断弁１９及び流量調節弁１８が設けられている。開閉弁２０は、主燃料配管１７を開閉可能な手動弁である。
【0028】
遮断弁１９は、制御装置３７からの信号に応じて主燃料配管１７を開閉可能な制御弁である。遮断弁１９は、主燃料配管１７における主燃料供給設備１６と流量調節弁１８との間に設けられ、主燃料供給設備１６から燃焼器３へ燃料を供給する供給位置と、主燃料供給設備１６から燃焼器３への燃料の供給を遮断する遮断位置とを有する。
【0029】
流量調節弁１８は、制御装置３７からの信号に応じて主燃料配管１７の開口面積を調整することにより、流量調節弁１８を通過する主燃料の流量、すなわち燃焼器３へ供給される燃料（アンモニアガス）の流量を制御する制御弁である。
【0030】
主燃料配管１７には、燃料温度センサ１７Ｔと、入口圧センサ１７Ｐａと、場合によっては、出口圧センサ１７Ｐｂと、が設けられている。燃料温度センサ１７Ｔは、アンモニアガスの温度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置３７に出力する。入口圧センサ１７Ｐａは、流量調節弁１８の入口側圧力を検出し、検出結果を表す信号を制御装置３７に出力する。場合によっては、出口圧センサ１７Ｐｂは、流量調節弁１８の出口側圧力を検出し、検出結果を表す信号を制御装置３７に出力する。
【0031】
制御装置３７は、燃料温度センサ１７Ｔにより検出された温度（燃料温度とも記す）と、入口圧センサ１７Ｐａにより検出された圧力と、場合によっては、出口圧センサ１７Ｐｂにより検出された圧力と、燃焼器３に供給する燃料の要求流量と、に基づいて、主燃料供給設備１６の昇圧ポンプ（不図示）、加熱装置（不図示）及び流量調節弁１８の開度を制御する。
【0032】
燃料処理システムＳ３は、燃料（未燃燃料）を処理する燃料処理装置３２と、燃料処理装置３２と三方弁３１の第２出口ポート３１ｏｂに接続される燃料処理配管３３と、燃料処理配管３３に設けられる開閉弁３４と、を有している。開閉弁３４は、燃料処理配管３３を開閉可能な手動弁である。
【0033】
燃料処理装置３２は、燃料処理配管３３を通じて導かれるアンモニアガスを溶解処理するための水が蓄えられた水タンク３２Ｔと、水タンク３２Ｔに水を供給する給水ポンプ（不図示）と、給水ポンプから供給される水の流量を制御する弁（不図示）と、を備える。
【0034】
燃料処理装置３２には、燃料処理配管３３を通じてアンモニアガスが導かれる。アンモニアガスは良好な水溶性を有する。このため、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔ内にアンモニアガスが導かれると、アンモニアガスは水に溶け込む。水タンク３２Ｔ内のアンモニアの濃度は、燃料処理装置３２によって所定の濃度（例えば、２０～２５％程度）以下に調整される。
【0035】
副燃料供給システムＳ２は、副燃料としての天然ガスを燃焼器３に供給するシステムである。副燃料供給システムＳ２は、天然ガスを供給する副燃料供給設備１０と、副燃料供給設備１０と燃焼器３に接続される副燃料配管１１と、副燃料配管１１に設けられる開閉弁１４、遮断弁１３及び流量調節弁１２と、を有している。
【0036】
副燃料供給設備１０は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯留するタンク（不図示）と、液化天然ガスを圧送するポンプ（不図示）と、ポンプによって昇圧された液化天然ガスを気化させる気化器（不図示）と、を備える。気化器によって生成される天然ガスは、副燃料配管１１に供給される。
【0037】
副燃料供給設備１０から副燃料が供給される副燃料配管１１の上流側から下流側に向かって順に、開閉弁１４、遮断弁１３及び流量調節弁１２が設けられている。開閉弁１４は、副燃料配管１１を開閉可能な手動弁である。遮断弁１３は、制御装置３７からの信号に応じて副燃料配管１１を開閉可能な制御弁である。流量調節弁１２は、制御装置３７からの信号に応じて副燃料配管１１の開口面積を調整することにより、流量調節弁１２を通過する副燃料の流量を制御する制御弁である。
【0038】
燃焼器３は、主燃料及び副燃料を安定して燃焼することが可能である。制御装置３７は、複数の運転モードでガスタービンＧＴを運転する。複数の運転モードには、天然ガスのみを燃焼器３によって燃焼させる天然ガス専焼モードと、アンモニアガスと天然ガスを燃焼器３によって同時に燃焼させる混焼モードと、アンモニアガスのみを燃焼器３によって燃焼させるアンモニアガス専焼モードと、がある。
【0039】
窒素ガス供給システムＳ４は、主燃料供給システムＳ１の主燃料配管１７、副燃料供給システムＳ２の副燃料配管１１及び燃料処理システムＳ３の燃料処理配管３３に残留する燃料を窒素に置換するシステムである。窒素ガス供給システムＳ４は、窒素ガス供給設備２２と、窒素ガス供給設備２２に接続される窒素ガス配管２３と、窒素ガス配管２３に設けられる開閉弁２６、遮断弁２５及び流量調節弁２４と、を有している。
【0040】
流量調節弁２４の下流側において、窒素ガス配管２３は、開閉弁３０を介して主燃料配管１７に接続される。また、流量調節弁２４の下流側において、窒素ガス配管２３は、開閉弁２９を介して副燃料配管１１に接続される。さらに、流量調節弁２４の下流側において、窒素ガス配管２３は、開閉弁３６を介して燃料処理配管３３に接続される。開閉弁２９，３０，３６は、窒素ガス配管２３を開閉可能な手動弁である。
【0041】
窒素ガス供給設備２２は、液体窒素を貯留するタンク（不図示）と、液体窒素を圧送するポンプ（不図示）と、ポンプによって昇圧された液体窒素を気化させる気化器（不図示）と、を備える。気化器によって生成される窒素ガスは、窒素ガス配管２３に供給される。
【0042】
窒素ガス供給設備２２から窒素ガスが供給される窒素ガス配管２３の上流側から下流側に向かって順に、開閉弁２６、遮断弁２５及び流量調節弁２４が設けられている。開閉弁２６は、窒素ガス配管２３を開閉可能な手動弁である。遮断弁２５は、制御装置３７からの信号に応じて窒素ガス配管２３を開閉可能な制御弁である。流量調節弁２４は、制御装置３７からの信号に応じて窒素ガス配管２３の開口面積を調整することにより、流量調節弁２４を通過する窒素ガスの流量を制御する制御弁である。
【0043】
制御装置３７は、各種制御弁（遮断弁１３，１９，２５，５５，５５ｓ、流量調節弁１２，１８，２４，５４，５４ｓ、三方弁３１等）を制御する。制御装置３７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ３７ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ３７ｂ、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ３７ｃ、入出力インタフェース、及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。なお、制御装置３７は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。
【0044】
不揮発性メモリ３７ｂには、各種演算が実行可能なプログラム、閾値、数式、データテーブル等が格納されている。すなわち、不揮発性メモリ３７ｂは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。プロセッサ３７ａは、不揮発性メモリ３７ｂに記憶されたプログラムを揮発性メモリ３７ｃに展開して演算実行する演算装置であって、プログラムに従って入出力インタフェース、不揮発性メモリ３７ｂ及び揮発性メモリ３７ｃから取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。
【0045】
入出力インタフェースの入力部は、入力装置３８や各種センサから入力された信号をプロセッサ３７ａで演算可能なように変換する。また、入出力インタフェースの出力部は、プロセッサ３７ａでの演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を各種制御弁（遮断弁１３，１９，２５，５５，５５ｓ、流量調節弁１２，１８，２４，５４，５４ｓ、三方弁３１等）、ポンプ等に出力する。
【0046】
三方弁３１は、上述したように、入口ポート３１ｉが主燃料配管１７に接続され、第１出口ポート３１ｏａが主燃料供給配管１５に接続され、第２出口ポート３１ｏｂが燃料処理配管３３に接続されている。三方弁３１は、入口ポート３１ｉと第１出口ポート３１ｏａとを連通し、入口ポート３１ｉと第２出口ポート３１ｏｂとの連通を遮断する第１位置と、入口ポート３１ｉと第２出口ポート３１ｏｂとを連通し、入口ポート３１ｉと第１出口ポート３１ｏａとの連通を遮断する第２位置と、を有する。つまり、三方弁３１は、入口ポート３１ｌｉを第１出口ポート３１ｏａ及び第２出口ポート３１ｏｂのうちの一方に選択的に連通可能である。これにより、タービン２が緊急停止した際に、三方弁３１によって主燃料配管１７と燃料処理配管３３とを連通させることにより、主燃料配管１７に残留するアンモニアガスを燃料処理装置３２に導くことができる。
【0047】
アンモニアガスを主燃料とするガスタービン設備を新設する場合、遮断弁１９及び流量調節弁１８は、可能な限り燃焼器３の近くに置くことが好ましい。しかしながら、既設ガスタービン設備にアンモニアガスの燃料系統を追設する場合には、例えば天然ガスの供給設備より離れた位置に、アンモニア（主燃料）供給設備１６及びその付帯設備である遮断弁１９及び流量調節弁１８が配置される。アンモニア（主燃料）供給設備１６が、天然ガス（副燃料）供給設備１０よりもタービン２から遠く離れた位置に配置されると、主燃料供給システムＳ１の遮断弁１９から燃焼器３までの主燃料配管１７の長さは、副燃料供給システムＳ２の遮断弁１３から燃焼器３までの副燃料配管１１の長さに比べて長くなる。
【0048】
三方弁３１は、遮断弁１９から三方弁３１までの主燃料配管１７内に残留するアンモニアガスを燃料処理配管３３を通じて燃料処理装置３２に導く。一方、主燃料供給配管１５内に残留するアンモニアガスは、燃焼器３、タービン２及び煙突８を通じて、ガスタービン設備１００の外部、すなわち大気に放出される。したがって、仮に、三方弁３１が、遮断弁１９と流量調節弁１８との間、すなわち燃焼器３よりも主燃料供給設備１６に近い位置に配置されている場合、主燃料供給配管１５の長さが長くなってしまうため、大気に放出されるアンモニアガスの量も多くなってしまう。このため、三方弁３１は、可能な限り燃焼器３の近くに配置することが好ましい。
【0049】
本実施形態では、三方弁３１は、流量調節弁１８と燃焼器３との間に配置されている。つまり、三方弁３１は、主燃料配管１７における流量調節弁１８の下流側に配置されている。また、三方弁３１は、流量調節弁１８よりも燃焼器３に近い位置に配置されている。本実施形態において、三方弁３１は、エンクロージャ１０１の内側に配置されている。これにより、三方弁３１と燃焼器３とを接続する主燃料供給配管１５の長さを短くすることができる。その結果、タービン２の緊急停止時におけるアンモニアガスの大気への排出量を低く抑えることができる。
【0050】
なお、図１には図示されていないが、主燃料供給配管１５にはマニホールド１５０（図１６参照）が設けられ、マニホールド１５０に複数の燃焼器３が接続されている。マニホールド１５０は、アンモニアガスが供給される環状の空間を有している。複数の燃焼器３のそれぞれには、マニホールド１５０から燃料が供給される。つまり、マニホールド１５０は、燃料を複数の燃焼器３に分岐して供給する。
【0051】
図２は、本発明の第１実施形態に係るガスタービン設備１００の構成の概略を示す図であり、主燃料供給システムＳ１、副燃料供給システムＳ２、燃料処理システムＳ３及び水供給システムＳ５を示す。図２では、制御装置３７の図示は省略されている。
【0052】
図２に示すように、燃焼器３は、圧縮機１から供給された圧縮空気５と燃料系統（主燃料供給システムＳ１及び副燃料供給システムＳ２）から供給された燃料とを混合し燃焼することにより、燃焼ガス６を生成する。燃焼器３は、内筒（ライナ）４０、バーナ４１、点火栓４２、外筒（スリーブ）４３及びエンドカバー４４を有する。燃焼器３は、内筒４０、バーナ４１、及び点火栓４２を外筒４３とエンドカバー４４とで密閉した圧力容器であり、車室３ｓに接続されている。
【0053】
内筒４０は、内部に燃焼室を形成する円筒状の部材であり、その内側において燃焼ガス６を生成する。バーナ４１は、内筒４０の図示左端側の軸中心位置に設けられている。なお、バーナ４１の外周には、内筒キャップ４５が設けられている。
【0054】
バーナ４１は、アンモニアガス、天然ガス等の燃料を噴射する燃料ノズル４１ａと、燃料ノズル４１ａの外周に設けられ旋回流を生成する旋回器４１ｂと、を有する。
【0055】
燃料ノズル４１ａには、燃料の種類ごとに噴出孔が形成されている。本実施形態に係る燃料ノズル４１ａには、副燃料配管１１に連通し、天然ガスを噴出するための噴出孔４６と、主燃料供給配管１５に連通し、アンモニアガスを噴出するための噴出孔４７と、が形成されている。
【0056】
なお、本実施形態では、燃料の種類に応じた噴出孔４６，４７が燃料ノズル４１ａに形成されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。バーナ４１の噴出孔は、１系統であってもよい。この場合、例えば、各燃料系統から供給される燃料を切り替えて噴出孔に導いたり、各燃料系統から供給される燃料を混合して噴出孔に導いたりすることが可能な装置（燃料切替装置、燃料混合装置）がバーナ４１の上流側に設けられる。
【0057】
外筒４３は、内筒４０の外周側に設けられる。外筒４３の内周面と内筒４０の外周面とによって、外筒４３の一端側開口から導入される圧縮空気５の流路（空気流路とも記す）が形成される。外筒４３の他端側開口は、エンドカバー４４によって塞がれている。
【0058】
圧縮機１によって生成された圧縮空気５は、車室３ｓを通じて燃焼器３の外筒４３と内筒４０によって形成される環状の空気流路を流れる。環状の空気流路内を流れる圧縮空気５の一部は、希釈空気５ｃとして内筒４０に設けられた希釈孔から内筒４０の内部へと導入され、燃焼ガス６に混合される。環状の空気流路内を流れる圧縮空気５の一部は、２次燃焼空気５ｂとして、内筒４０に設けられた燃焼孔から内筒４０の内部へと導入される。２次燃焼空気５ｂは、後述する燃焼空気５ａで燃焼しきれなかった燃料と共に燃焼に使用される。
【0059】
また、環状の空気流路内を流れる圧縮空気５の一部は、ライナ冷却空気として、内筒キャップ４５に設けられた冷却孔から内筒４０の内部へと導入される。さらに、環状の空気流路内を流れる圧縮空気５の一部は、燃焼空気５ａとして、旋回器４１ｂを通じて内筒４０の内部へと導入される。
【0060】
内筒４０に供給された燃焼空気（圧縮空気）５ａは、燃料（アンモニアガス、天然ガス）に混合される。燃焼空気５ａと燃料との混合ガスは、内筒４０の内部において、点火栓４２により点火されて燃焼される。これにより生成された燃焼ガス６は、トランジションピース４８を通じてタービン２に供給され、タービン２を駆動する。
【0061】
燃焼空気（圧縮空気）５ａが旋回器４１ｂを通過することにより、旋回流が生成される。旋回流が生成されることにより、内筒４０内の火炎が安定する。
【0062】
本実施形態に係るガスタービン設備１００は、水供給システムＳ５を備えている。水供給システムＳ５は、燃焼器３の燃焼場に水を噴霧することにより、大気汚染の要因となる排気ガス７中の窒素酸化物(ＮＯｘ)の排出量を低減すると共に、タービン２に対する作動流体を増加することで出力を増加するシステムである。水供給システムＳ５は、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔと燃焼器３に接続される水供給配管５１と、水供給配管５１に設けられる水ポンプ５２、圧力調節弁５３、開閉弁５６、遮断弁５５及び流量調節弁５４と、後述する噴霧ノズル４９と、を有している。
【0063】
また、水供給システムＳ５は、水ポンプ５２の下流で水供給配管５１から分岐している水供給配管５１ｓと、水供給配管５１ｓに設けられる開閉弁５６ｓ、遮断弁５５ｓ及び流量調節弁５４ｓと、後述する噴霧ノズル４９ｓと、を有している。
【0064】
水ポンプ５２は、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を吸い上げて吐出する。水供給配管５１，５１ｓは、水ポンプ５２から吐出されたアンモニア水を燃焼器３に供給する。
【0065】
開閉弁５６は、水供給配管５１を開閉可能な手動弁である。遮断弁（水遮断弁）５５は、制御装置３７からの信号に応じて水供給配管５１を開閉可能な制御弁である。遮断弁５５は、水タンク３２Ｔから燃焼器３へアンモニア水を供給する供給位置と、水タンク３２Ｔから燃焼器３へのアンモニア水の供給を遮断する遮断位置と、を有する。また、開閉弁５６ｓは、水供給配管５１ｓを開閉可能な手動弁である。遮断弁（水遮断弁）５５ｓは、制御装置３７からの信号に応じて水供給配管５１ｓを開閉可能な制御弁である。遮断弁５５ｓは、水タンク３２Ｔから燃焼器３へアンモニア水を供給する供給位置と、水タンク３２Ｔから燃焼器３へのアンモニア水の供給を遮断する遮断位置と、を有する。
【0066】
流量調節弁５４は、制御装置３７からの信号に応じて水供給配管５１の開口面積を調整することにより、流量調節弁５４を通過するアンモニア水の流量を制御する制御弁である。また、流量調節弁５４ｓは、制御装置３７からの信号に応じて水供給配管５１ｓの開口面積を調整することにより、流量調節弁５４ｓを通過するアンモニア水の流量を制御する制御弁である。圧力調節弁５３は、制御装置３７からの信号に応じて水供給配管５１内の圧力（水ポンプ５２の吐出圧）を調節する。
【0067】
燃焼器３のエンドカバー４４には、水マニホールド５０と、水マニホールド５０に連通する複数の噴霧ノズル４９と、が形成されている。水マニホールド５０は、水供給配管５１からアンモニア水が供給される環状の空間を有している。複数の噴霧ノズル４９は、旋回器４１ｂに対向する位置に設けられている。噴霧ノズル４９は、旋回器４１ｂに導入される燃焼空気（圧縮空気）５ａに、水供給配管５１から供給されたアンモニア水を噴霧する。
【0068】
また、車室３ｓには、車室３ｓ内に連通する複数の噴霧ノズル４９ｓが形成されている。噴霧ノズル４９ｓは水供給配管５１ｓから供給されたアンモニア水を車室３ｓの内部に噴霧する。
【0069】
図３を参照して、本実施形態に係るガスタービンＧＴの通常時の運転方法の一例について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係るガスタービンＧＴの通常時の運転におけるガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇと燃料流量の時系列変化の一例について示す図である。なお、燃料流量には、燃焼器３に供給される天然ガスの流量である天然ガスの燃料流量Ｆｎｇと、燃焼器３に供給されるアンモニアガスの流量であるアンモニアガスの燃料流量Ｆａｇとがある。
【0070】
アンモニアガスは、天然ガスに比べて着火し難い。このため、本実施形態に係るガスタービン設備１００は、点火、起動に関し信頼性の高い天然ガスを用いてガスタービンＧＴを起動させ、その後、燃料を天然ガスからアンモニアガスへ切り替える。
【0071】
図３に示すように、ガスタービンＧＴは、ａ点で起動用モータ９（図１参照）によって起動される。ガスタービンＧＴが所定の回転速度となるｂ点で一定時間、残留している可能性のある燃料のパージ運転が実施される。その後ｃ点で天然ガスが燃焼器３に供給され、点火栓４２によって点火される。
【0072】
燃焼器３の点火によりガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇは、ｃ点からｄ点まで上昇し、ｄ点で定格回転速度に到達する。起動用モータ９は、回転速度がｃ点からｄ点まで上昇する過程でタービン２の回転軸（ロータ）から切り離される。したがって、定格回転速度となるｄ点では、燃焼器３で発生した燃焼ガス６のエネルギーのみでタービン２が回転している。
【0073】
制御装置３７は、ガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが定格回転速度に到達後、所定の負荷となるように、天然ガスの燃料流量Ｆｎｇをｅ点まで増加させる。その後、制御装置３７は、ｆ点まで天然ガス専焼モードでガスタービン設備１００を運転する。
【0074】
制御装置３７は、ｆ点に到達後、天然ガスの燃料流量Ｆｎｇを徐々に減少させるとともに、アンモニアガスの燃料流量Ｆａｇを徐々に増加させる。ｆ点からｇ点までは、制御装置３７は、天然ガスとアンモニアガスの双方を燃焼器３に供給して燃焼させる混焼モードでガスタービン設備１００を運転する。
【0075】
制御装置３７は、ｇ点において、天然ガスの燃料流量Ｆｎｇを０（ゼロ）にして、ｇ点からアンモニアガス専焼モードでガスタービン設備１００を運転する。アンモニアガス専焼モードではアンモニアガスのみが燃焼器３で燃焼されるため、天然ガス専焼モード時に比べて排気ガス７に含まれる二酸化炭素の量を低減できる。
【0076】
制御装置３７は、ｈ点に到達後、アンモニアガスの燃料流量Ｆａｇを徐々に減少させるとともに、天然ガスの燃料流量Ｆｎｇを徐々に増加させる。ｈ点からｉ点までは、制御装置３７は、天然ガスとアンモニアガスの双方を燃焼器３に供給して燃焼させる混焼モードでガスタービン設備１００を運転する。
【0077】
制御装置３７は、ｉ点において、アンモニアガスの燃料流量Ｆａｇを０（ゼロ）にして、ｉ点から天然ガスのみを燃焼器３に供給して燃焼させる天然ガス専焼モードでガスタービン設備１００を運転する。
【0078】
ｉ点において、アンモニアガスの燃料流量Ｆａｇは０（ゼロ）になるが、図１に示した主燃料配管１７にはアンモニアガスが残留している可能性がある。このため、作業者は、主燃料供給システムＳ１の開閉弁２０と窒素ガス供給システムＳ４の開閉弁２９，３６を閉止し、窒素ガス供給システムＳ４の開閉弁２６，３０を開放する。その後、オペレータは、入力装置３８を操作し、制御装置３７によって窒素ガス供給システムＳ４の流量調節弁２４及び遮断弁２５を制御することにより、主燃料配管１７に窒素ガスを供給する。
【0079】
これにより、主燃料配管１７内に残留するアンモニアガスは窒素ガスによって燃焼器３内に押し出される。燃焼器３にアンモニアガスが導入されることになるが、このとき、燃焼器３は天然ガスによって安定して燃焼している。このため、燃焼器３によってアンモニアガスが燃焼され、煙突８から濃度の高いアンモニアガスが大気に放出される可能性は低い。
【0080】
図３に示すように、制御装置３７は、ｊ点から天然ガスの燃料流量Ｆｎｇを減少させて、ｋ点で０（ゼロ）にする。これにより、その後のｌ点において、ガスタービンＧＴが停止する。
【0081】
ガスタービン設備１００は、ガスタービン設備１００を構成する機器の故障などの異常が発生した場合に、ガスタービン設備１００の損傷を最小限にとどめるため、様々な保護機能を有している。
【0082】
例えば、燃料に関しては、燃料の圧力や温度が低下すると、異常燃焼が引き起こされることが考えられる。このため、制御装置３７は、燃料の圧力や温度の低下を検出すると、遮断弁１３，１９によって燃焼器３への燃料の供給を遮断して、ガスタービンＧＴを緊急停止させる。
【0083】
図４を参照して、本実施形態に係るガスタービンＧＴの緊急停止方法の一例について説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係るガスタービンＧＴを緊急停止する際のガスタービンＧＴの回転速度と燃料流量の時系列変化の一例について示す図である。
【0084】
図４のｇ点までの時系列変化は図３と同じである。図４に示すように、ガスタービン設備１００は、ｇ点からアンモニアガス専焼モードで運転されている。図４では、ｍ点において、何らかの異常が検出されること（例えば、燃料の温度が閾値以下まで低下すること）により、ガスタービンＧＴが緊急停止した状況が示されている。
【0085】
制御装置３７は、後述する緊急停止条件が成立すると、緊急停止モードへ移行し、遮断弁１９によって燃焼器３へのアンモニアガスの供給の遮断を開始する（ｍ点）。アンモニアガスの供給が遮断されると、ガスタービンＧＴが停止する。
【0086】
ここで、図１に示す三方弁３１が主燃料配管１７と主燃料供給配管１５とを連通している状態のままであると、主燃料配管１７に残留しているアンモニアガスが燃焼器３、タービン２及び煙突８を通じてガスタービン設備１００の外部に放出されてしまう。
【0087】
大規模な発電設備では、高い煙突からの大気拡散により、多くの場合はアンモニアガスの放出が問題となる可能性は高くないと考えられる。しかしながら、小中規模の発電設備では、住宅街に隣接する設備もあるため、煙突からのアンモニアガスの放出は、可能な限り低減することが望まれる。
【0088】
そこで、本実施形態に係るガスタービン設備１００の制御装置３７は、アンモニアガス専焼モードまたは混焼モードでの運転中に、予め定められた緊急停止条件が成立した場合、ガスタービンＧＴの緊急停止に伴う遮断弁１９の供給位置から遮断位置への切替動作に連動して三方弁３１を第１位置から第２位置へと切替動作させる。三方弁３１が第２位置になると、三方弁３１によって主燃料配管１７と燃料処理配管３３とが連通し、主燃料配管１７と主燃料供給配管１５との連通が遮断される。
【0089】
図５のフローチャートを参照して、本実施形態に係る制御装置３７により実行される三方弁３１の切替制御の内容の一例について説明する。図５に示すフローチャートの処理は、ガスタービン設備１００の運転中、所定の制御周期で繰り返し実行される。
【0090】
制御装置３７は、不揮発性メモリ３７ｂに記憶されているプログラムを実行することにより、ガスタービンＧＴの緊急停止条件が成立したか否かを判定する停止条件判定部（異常検出部）、運転モードを判定するモード判定部、遮断弁１９の動作を判定する遮断弁動作判定部、停止条件判定部及びモード判定部の判定結果に基づいて遮断弁１３，１９に指令を出力する遮断弁指令部、並びに、遮断弁動作判定部の判定結果に基づいて三方弁３１に指令を出力する三方弁指令部として機能する。
【0091】
図５に示すように、ステップＳ１００において、制御装置３７は、ガスタービンＧＴの緊急停止条件が成立したか否かを判定する。つまり、制御装置３７は、停止条件判定部として機能する。ガスタービンＧＴの緊急停止条件は、例えば、燃料低温度異常が検出された場合に成立する。
【0092】
制御装置３７は、燃料温度センサ１７Ｔによって検出された燃料温度が、温度閾値未満であるか否かを判定する。制御装置３７は、燃料温度センサ１７Ｔによって検出された燃料温度が温度閾値未満である場合には、燃料低温度異常が検出されたと判定する。制御装置３７は、燃料温度センサ１７Ｔによって検出された燃料温度が温度閾値以上である場合には、燃料低温度異常は検出されていないと判定する。温度閾値は、予め不揮発性メモリ３７ｂに記憶されている。
【0093】
ステップＳ１００において、燃料低温度異常が検出された場合、制御装置３７は、緊急停止条件が成立したと判定してステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１００において、燃料低温度異常が検出されなかった場合、制御装置３７は、緊急停止条件が成立していないと判定してステップＳ１１５へ進む。
【0094】
ステップＳ１１０において、制御装置３７は、遮断弁１３，１９を遮断位置に切り替えるための指令を遮断弁１３，１９に出力してステップＳ１２０へ進む。なお、ステップＳ１１０の処理は、緊急停止条件が成立する直前の運転モードに応じて制御する遮断弁１３，１９が異なる。緊急停止条件が成立する直前の運転モードがアンモニアガス専焼モードである場合、制御装置３７は、主燃料供給システムＳ１の遮断弁１９を遮断位置に切り替える。緊急停止条件が成立する直前の運転モードが天然ガス専焼モードである場合、制御装置３７は、副燃料供給システムＳ２の遮断弁１３を遮断位置に切り替える。緊急停止条件が成立する直前の運転モードが混焼モードである場合、制御装置３７は、遮断弁１３，１９の双方を遮断位置に切り替える。
【0095】
ステップＳ１１５において、制御装置３７は、遮断弁１３，１９を供給位置に保持するための指令を遮断弁１３，１９に出力してステップＳ１４５へ進む。なお、ステップＳ１１５の処理は、現在設定されている運転モードに応じて制御する遮断弁１３，１９が異なる。現在設定されている運転モードがアンモニアガス専焼モードである場合、制御装置３７は、主燃料供給システムＳ１の遮断弁１９を供給位置に保持させる。現在設定されている運転モードが天然ガス専焼モードである場合、制御装置３７は、副燃料供給システムＳ２の遮断弁１３を供給位置に保持させる。現在設定されている運転モードが混焼モードである場合、制御装置３７は、遮断弁１３，１９の双方を供給位置に保持させる。
【0096】
このように、制御装置３７は、緊急停止条件が成立していない場合には遮断弁１３，１９を供給位置に保持し、緊急停止条件が成立した場合には遮断弁１３，１９を遮断位置に切り替える遮断弁指令部（遮断弁制御部）として機能する。
【0097】
ステップＳ１２０において、制御装置３７は、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作されたか否かを判定する。つまり、制御装置３７は、遮断弁１９の動作を判定する遮断弁動作判定部として機能する。
【0098】
ステップＳ１２０において、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作されたと判定されると、処理がステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１２０において、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作されていないと判定されると、処理がステップＳ１４５へ進む。
【0099】
ステップＳ１３０において、制御装置３７は、緊急停止条件が成立する直前の運転モードが、天然ガス専焼モード、混焼モード、アンモニアガス専焼モード、非燃焼モードのいずれであるかを判定する。つまり、制御装置３７は、緊急停止条件が成立する直前の運転モードを判定する運転モード判定部として機能する。なお、非燃焼モードは、天然ガス及びアンモニアガスのいずれも燃焼器３に供給しない運転モードである。非燃焼モードでは、起動用モータ９による起動運転などが行われる。
【0100】
ステップＳ１３０において、緊急停止条件が成立する直前の運転モードがアンモニアガス専焼モードまたは混焼モードであると判定されると、処理がステップＳ１４０へ進む。ステップＳ１３０において、緊急停止条件が成立する直前の運転モードが天然ガス専焼モードまたは非燃焼モードであると判定されると、処理がステップＳ１４５へ進む。
【0101】
ステップＳ１４０において、制御装置３７は、三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替えるための指令を三方弁３１に出力する。ステップＳ１４５において、制御装置３７は、三方弁３１を第１位置に保持するための指令を三方弁３１に出力する。ステップＳ１４０またはステップＳ１４５の処理が終了すると、本制御周期における図５のフローチャートに示す処理が終了する。
【0102】
このように、制御装置３７は、アンモニアガス専焼モードまたは混焼モードでの運転中に、遮断弁１９が供給位置に保持されている場合には、三方弁３１を第１位置に保持し、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作された場合には、三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替える三方弁指令部（三方弁制御部）として機能する。
【0103】
したがって、例えば、図４に示すように、アンモニアガス専焼モードでガスタービンＧＴを運転しているときに、何らかの理由でガスタービンＧＴが緊急停止になった場合、三方弁３１が、遮断弁１９の通常位置から遮断位置への切替動作とともに、第１位置から第２位置へと切替動作される。これにより、三方弁３１によって、燃焼器３に接続されている主燃料供給配管１５と主燃料配管１７との連通が遮断され、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔに接続されている燃料処理配管３３と主燃料配管１７とが連通する。
【0104】
遮断弁１９から三方弁３１までの主燃料配管１７に残留するアンモニアガスは、三方弁３１及び燃料処理配管３３を通じて燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔ内に導かれる。アンモニアガスは、水タンク３２Ｔ内の水に溶け込む。このようにして処理された水タンク３２Ｔ内のアンモニア水は、所定の濃度以上にならないように管理される。
【0105】
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
【0106】
（１）ガスタービン設備１００は、主燃料供給設備（燃料供給設備）１６に接続される主燃料配管（燃料配管）１７と、ガスタービンＧＴの燃焼器３に接続される主燃料供給配管（燃料供給配管）１５と、燃料を処理する燃料処理装置３２に接続される燃料処理配管３３と、主燃料配管１７に接続される入口ポート３１ｉ、主燃料供給配管１５に接続される第１出口ポート３１ｏａ、及び、燃料処理配管３３に接続される第２出口ポート３１ｏｂを有する三方弁３１と、を備える。
【0107】
この構成によれば、ガスタービンＧＴの緊急停止時に三方弁３１を切り替えることにより、主燃料配管１７に残留するアンモニアガスを燃料処理装置３２に導くことができるので、アンモニアガスが大気に放出されることを効果的に抑制できる。また、三方弁３１の切替動作のみで、主燃料配管１７と主燃料供給配管１５との連通を遮断するとともに主燃料配管１７と燃料処理配管３３とを連通させることができる。このため、各配管１５，１７，３３の連通と遮断を切り替えるための複数の切替弁を設置する必要がない。複数の切替弁は、ガスタービンＧＴの近くに設置するのが難しい場合がある。これに対して、本実施形態によれば、三方弁３１をガスタービンＧＴの近くに容易に設置することができる。その結果、主燃料供給配管１５の長さを短くできるので、ガスタービンＧＴの緊急停止時に、主燃料供給配管１５に残留するアンモニアガスの大気への放出量を低く抑えることができる。
【0108】
（２）ガスタービン設備１００は、主燃料配管１７に設けられ、燃焼器３へ供給される燃料の流量を調節する流量調節弁１８を備える。三方弁３１は、流量調節弁１８と燃焼器３との間に設けられる。この構成によれば、三方弁３１が流量調節弁１８の上流側に設けられる場合に比べて、主燃料供給配管１５の長さを短くでき、アンモニアガスの大気への放出量を低く抑えることができる。
【0109】
（３）三方弁３１は、ガスタービンＧＴを収容するエンクロージャ１０１の内側に配置されている。この構成によれば、三方弁３１がエンクロージャ１０１の外側に配置されている場合に比べて、主燃料供給配管１５の長さを短くでき、アンモニアガスの大気への放出量を低く抑えることができる。なお、エンクロージャ１０１の内側に三方弁３１を設置することが困難な場合には、エンクロージャ１０１に隣接して三方弁３１を設置することにより、主燃料供給配管１５の長さを短くでき、アンモニアガスの大気への放出量を低く抑えることができる。
【0110】
（４）ガスタービン設備１００は、主燃料配管１７における主燃料供給設備１６と流量調節弁１８との間に設けられ、主燃料供給設備１６から燃焼器３へ燃料を供給する供給位置と、主燃料供給設備１６から燃焼器３への燃料の供給を遮断する遮断位置とを有する遮断弁１９と、遮断弁１９及び三方弁３１を制御する制御装置３７と、を備える。制御装置３７は、遮断弁１９を供給位置から遮断位置へ切り替えるとともに、三方弁３１を主燃料配管１７と主燃料供給配管１５とを連通する第１位置から主燃料配管１７と燃料処理配管３３とを連通する第２位置へと切り替える。
【0111】
この構成により、ガスタービンＧＴへのアンモニアガス（燃料）の供給を遮断弁１９で遮断するとともに、主燃料配管１７に残留するアンモニアガス（未燃燃料）を三方弁３１を通じて燃料処理装置３２に導くことができる。その結果、遮断弁１９を遮断位置に切り替え終えてから（全閉になってから）三方弁３１を第１位置から第２位置へ切り替え始める場合に比べて、主燃料配管１７に残留するアンモニアガス（未燃燃料）の大気への放出量を低く抑えることができる。
【0112】
（５）主燃料供給設備１６から三方弁３１を通じて燃焼器３に供給される燃料は、アンモニアガスである。燃料処理装置３２は、燃料処理配管３３を通じて導かれるアンモニアガスを処理するための水が蓄えられた水タンク３２Ｔを有する。この構成によれば、アンモニアガスは、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔ内の水によって溶解処理される。燃料処理装置３２によって生成されたアンモニア水は、水タンク３２Ｔ内に適切に保管される。
【0113】
（６）ガスタービン設備１００は、アンモニアガスを燃料として供給する燃料供給設備である主燃料供給設備１６を含む主燃料供給システムＳ１と、天然ガスを燃料として供給する副燃料供給設備１０を含む副燃料供給システムＳ２と、を備えている。
【0114】
制御装置３７は、複数の運転モードでガスタービンＧＴを運転する。複数の運転モードには、主燃料供給システムＳ１及び副燃料供給システムＳ２のうち主燃料供給システムＳ１からの燃料を燃焼器３で燃焼させるアンモニアガス専焼モードと、主燃料供給システムＳ１及び副燃料供給システムＳ２のうち副燃料供給システムＳ２からの燃料を燃焼器３で燃焼させる天然ガス専焼モードと、主燃料供給システムＳ１及び副燃料供給システムＳ２の双方からの燃料を燃焼器３で燃焼させる混焼モードと、が含まれる。
【0115】
制御装置３７は、アンモニアガス専焼モードまたは混焼モードでの運転中に、予め定められた緊急停止条件が成立した場合、遮断弁１９を供給位置から遮断位置へと切り替えるとともに、三方弁３１を第１位置から第２位置へと切り替える。この構成によれば、アンモニアガスが燃料として燃焼器３に供給されているときに、ガスタービンＧＴを緊急停止する際、三方弁３１の動作によって、主燃料配管１７内のアンモニアガスを燃料処理装置３２へ適切に導くことができる。
【0116】
（７）ガスタービン設備１００は、主燃料供給システムＳ１及び副燃料供給システムＳ２に窒素ガスを供給する窒素ガス供給システムＳ４を備える。この構成によれば、運転モードを切り替えたり、ガスタービンＧＴを停止させたりするときなどに、主燃料供給システムＳ１及び副燃料供給システムＳ２の配管内に残留する燃料を窒素ガスによって置換することができる。
【0117】
（８）ガスタービン設備１００は、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を燃焼器３に供給する水供給配管５１と、水供給配管５１から供給されたアンモニア水を燃焼器３内に噴霧する噴霧ノズル４９とを有するアンモニア水供給系統、または、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を車室３ｓに供給する水供給配管５１ｓと、水供給配管５１ｓから供給されたアンモニア水を車室３ｓ内に噴霧する噴霧ノズル４９ｓとを有するアンモニア水供給系統の少なくとも一方を有する水供給システムＳ５を備える。水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を産業廃棄物処理業者に委託して、産業廃棄物処理施設において、アンモニア水を適切に処理する場合、廃棄費用が発生する。この構成によれば、水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を燃焼器３、または車室３ｓ内に噴霧することにより、エネルギーを有効利用することができる。また、廃棄するアンモニア水の量を低減できるので、廃棄費用を低減できる。
【0118】
アンモニア水を噴霧するタイミングについて説明する。噴霧ノズル４９から噴霧する場合、天然ガス専焼モードにおいてアンモニア水を噴霧することが好ましい。アンモニアガスを燃焼させる燃焼器３は燃料と空気を別々に内筒（ライナ）４０に供給し、拡散燃焼方式で燃焼させる場合が多い。拡散燃焼方式では局部的に燃料温度が高くなり窒素酸化物が多く発生する。このため、噴霧ノズル４９からアンモニア水を噴霧することで火炎温度の上昇を防ぎ、窒素酸化物の発生を抑制する効果が期待できる。なお、アンモニアは水に溶けやすい。このため、アンモニア燃焼時にアンモニア水を噴霧ノズル４９から噴霧すると、アンモニア水にアンモニアガスが溶け込み、燃焼性能に影響を及ぼすことが考えられる。したがって、アンモニア燃焼時は、車室３ｓに設置した噴霧ノズル４９ｓからアンモニア水を噴霧することが好ましい。車室３ｓ内に噴霧されたアンモニア水は、燃焼器３のバーナ４１に到達するまでに蒸発するため、アンモニア燃焼の燃焼特性に影響を及ぼすことが少ないと考えられる。
【0119】
＜第１実施形態の変形例１＞
第１実施形態では、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作されたか否かを判定し、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作された場合に、三方弁３１が第２位置に切替動作される例（図５参照）について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置３７は、ガスタービンＧＴの緊急停止条件が成立した場合に、遮断弁１９と三方弁３１とを同時に切替動作させてもよい。
第１実施形態では、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作されたか否かを判定し、遮断弁１９が供給位置から遮断位置に切替動作された場合に、三方弁３１が第２位置に切替動作される例（図５参照）について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置３７は、ガスタービンＧＴの緊急停止条件が成立した場合に、遮断弁１９と三方弁３１とを同時に切替動作させてもよい。
【0120】
図６は、制御装置３７により実行される三方弁３１の切替制御の内容の別の例について示すフローチャートである。図６のフローチャートでは、図５のフローチャートのステップＳ１１０，Ｓ１１５，Ｓ１２０，Ｓ１４０，Ｓ１４５の処理に代えて、ステップＳ２４１，Ｓ２４４，Ｓ２４７の処理が実行される。図６に示すフローチャートの処理は、ガスタービン設備１００の運転中、所定の制御周期で繰り返し実行される。
【0121】
図６のステップＳ１００，Ｓ１３０の処理は、図５のステップＳ１００，Ｓ１３０と同様の処理である。図６に示すように、ステップＳ１００において、緊急停止条件が成立したと判定されると、処理がステップＳ１３０へ進み、緊急停止条件が成立していないと判定されると、処理がステップＳ２４７へ進む。
【0122】
ステップＳ１３０において、緊急停止条件が成立する直前の運転モードがアンモニアガス専焼モードまたは混焼モードであると判定されると、処理がステップＳ２４１へ進む。ステップＳ１３０において、緊急停止条件が成立する直前の運転モードが天然ガス専焼モードまたは非燃焼モードであると判定されると、処理がステップＳ２４４へ進む。
【0123】
ステップＳ２４１において、制御装置３７は、遮断弁１９を遮断位置に切り替えるための指令を遮断弁１９に出力するとともに、三方弁３１を第２位置に切り替えるための指令を三方弁３１に出力する。また、ステップＳ１３０において緊急停止条件が成立する直前の運転モードが混焼モードであると判定されている場合には、ステップＳ２４１において、制御装置３７は、副燃料供給システムＳ２の遮断弁１３を遮断位置に切り替えるための指令を遮断弁１３に出力する。
【0124】
ステップＳ１３０において緊急停止条件が成立する直前の運転モードが天然ガス専焼モードであると判定されている場合には、ステップＳ２４４において、制御装置３７は、副燃料供給システムＳ２の遮断弁１３を遮断位置に切り替えるための指令を遮断弁１３に出力する。
【0125】
ステップＳ２４７において、制御装置３７は、遮断弁１３，１９を供給位置に保持するための指令を遮断弁１３，１９に出力するとともに、三方弁３１を第１位置に保持するための指令を三方弁３１に出力する。なお、ステップＳ２４７の処理は、現在設定されている運転モードに応じて制御する遮断弁１３，１９が異なる。現在設定されている運転モードがアンモニアガス専焼モードである場合、制御装置３７は、主燃料供給システムＳ１の遮断弁１９を供給位置に保持させる。現在設定されている運転モードが天然ガス専焼モードである場合、制御装置３７は、副燃料供給システムＳ２の遮断弁１３を供給位置に保持させる。現在設定されている運転モードが混焼モードである場合、制御装置３７は、遮断弁１３，１９の双方を供給位置に保持させる。
【0126】
このように、本変形例に係る制御装置３７は、上記実施形態と同様、緊急停止条件が成立し、かつ、緊急停止条件が成立する直前の運転モードが主燃料（アンモニアガス）を燃焼器３で燃焼させているモード（アンモニアガス専焼モードまたは混焼モード）である場合には、遮断弁１９を遮断位置に切り替えるとともに三方弁３１を第２位置に切り替える。
【0127】
本変形例によれば、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、上記実施形態及び本変形例では、緊急停止条件が成立した場合に、運転モードの判定結果を加味して遮断弁１９及び三方弁３１の動作を制御する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置３７は、緊急停止条件が成立した場合に、遮断弁１９を遮断位置に切り替えるための指令を遮断弁１９に出力するとともに、三方弁３１を第２位置に切り替えるための指令を三方弁３１に出力してもよい。
【0128】
＜第１実施形態の変形例２＞
第１実施形態では、燃料低温度異常が検出された場合に、ガスタービンＧＴの緊急停止条件が成立する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
第１実施形態では、燃料低温度異常が検出された場合に、ガスタービンＧＴの緊急停止条件が成立する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
【0129】
制御装置３７は、燃焼器３の燃焼異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。ガスタービンＧＴでは、タービン２下流の環状の流路内の周方向に複数の燃焼温度センサが設けられている。燃焼温度センサはガスタービンＧＴの排気ガス温度の周方向の温度分布を検出する。燃焼温度センサは、燃焼器３からの排気ガスの温度（燃焼温度）を検出し、検出結果を表す信号を制御装置３７に出力する熱電対等である。制御装置３７は、複数の燃焼温度センサによって排気ガス温度を取得し、複数の燃焼温度センサの排気ガス温度の平均値を演算する。制御装置３７は、演算された平均値と、複数の燃焼温度センサの排気ガス温度のそれぞれとを比較する。制御装置３７は、演算された平均値から燃焼温度センサの排気ガス温度を差し引いた値である温度偏差が偏差閾値以上である場合に、その位置に相当する燃焼器３において火炎喪失等の燃焼異常が検出されたと判定する。また、制御装置３７は、燃焼温度センサの温度変化を他の運転データと比較して、燃焼異常が検出されたと判定してもよい。
【0130】
また、ガスタービンＧＴには、複数の燃焼器３の燃焼温度を検出する燃焼温度センサが設けられている。燃焼温度センサは、燃焼器３のバーナ４１の温度を検出する熱電対などである。制御装置３７は、バーナ４１の燃焼温度センサの値が閾値以下である場合、燃焼器３において火炎喪失などの燃焼異常が検出されたと判定する。
【0131】
このように、燃焼温度センサの検出結果に基づいて、直接、燃焼器３の燃焼状態を検出する構成では、ガスタービンＧＴの緊急停止時に発生する可能性がある時間遅れを抑制することが可能になると考えられる。
【0132】
また、制御装置３７は、燃料圧力が圧力閾値よりも低くなる燃料低圧力異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。制御装置３７は、排気ガス７の温度が高温度閾値よりも高くなる排気ガス高温度異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。制御装置３７は、排気ガス７の温度が低温度閾値よりも低くなる排気ガス低温度異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。制御装置３７は、排気ガス温度偏差が偏差閾値よりも高くなる排気ガス温度偏差異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。
【0133】
制御装置３７は、流量調節弁１８の動作異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。制御装置３７は、ガスタービンＧＴの軸振動値が振動閾値よりも高くなる軸振動異常が検出された場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。さらに、制御装置３７は、燃料の流量を調節する流量調節弁の追従異常、燃料漏れ、火災等を検知した場合に、緊急停止条件が成立したと判定してもよい。
【0134】
緊急停止条件の成立要否に関わる異常が複数想定される場合、制御装置３７は、複数の異常のうちの少なくとも一つが検出された場合には、緊急停止条件が成立したと判定する。また、制御装置３７は、複数の異常のうちの全てが検出されていない場合には、緊急停止条件が成立していないと判定する。
【0135】
なお、異常検出方法は、一つのパラメータで行う場合に限定されることもない。例えば、入口圧センサ１７Ｐａ、出口圧センサ１７Ｐｂ及び燃料温度センサ１７Ｔの検出結果に基づいて、燃焼器３に供給される燃料の異常を検出してもよい。
【0136】
＜第１実施形態の変形例３＞
第１実施形態では、ガスタービンＧＴの緊急停止時に三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替える例について説明したが、三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替えるタイミングは緊急停止時のみに限定されない。
第１実施形態では、ガスタービンＧＴの緊急停止時に三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替える例について説明したが、三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替えるタイミングは緊急停止時のみに限定されない。
【0137】
例えば、図１に示す主燃料配管１７及び燃料処理配管３３のリークチェックを行う場合、作業者は、開閉弁３４を閉じ、入力装置３８を操作して制御装置３７によって三方弁３１を第２位置に切り替える。その後、主燃料供給設備１６からアンモニアガスを主燃料配管１７に供給する。これにより主燃料配管１７から三方弁３１を通じて燃料処理配管３３にアンモニアガスが供給される。リークチェックが完了した後、作業者は、開閉弁２０を閉じ、開閉弁３４を開ける。これにより、主燃料配管１７及び燃料処理配管３３内のアンモニアガスが燃料処理装置３２に導かれる。
【0138】
＜第２実施形態＞
図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂについて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂの構成の概略を示す図である。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。なお、図７において、エンクロージャ１０１の図示は省略しているが、第１実施形態と同様、三方弁３１はエンクロージャ１０１の内側に配置されている。
図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂについて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂの構成の概略を示す図である。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。なお、図７において、エンクロージャ１０１の図示は省略しているが、第１実施形態と同様、三方弁３１はエンクロージャ１０１の内側に配置されている。
【0139】
第１実施形態では、アンモニアガスを燃料としてガスタービンＧＴを運転するガスタービン設備１００において、ガスタービンＧＴの緊急停止時のアンモニアガスの大気への放出を抑制する方法について説明した。これに対して、本第２実施形態では、第１実施形態で説明したアンモニアガスに代えて、水素ガスを主燃料として燃焼器３に供給してガスタービンＧＴを運転するガスタービン設備１００Ｂについて説明する。水素ガスを主燃料として用いる場合、アンモニアガスと同様、二酸化炭素の発生を抑制できることが知られている。
【0140】
ところで、水素ガスを燃料としてガスタービンＧＴを運転するガスタービン設備では、ガスタービンＧＴの緊急停止の際に、水素ガスを適切に処理することが望まれる。ガスタービンＧＴにおける燃焼器３の下流側の流路は複雑な形状をしている場合が多い。ガスタービンＧＴが緊急停止すると、燃焼器３への空気の供給も遮断されるため、水素ガスがガスタービンＧＴ内で留まり続ける可能性がある。ガスタービンＧＴを緊急停止する際に、燃焼器３に接続されている配管内に残留する水素ガスが多いほど、ガスタービンＧＴ内の流路に水素ガスが滞留する可能性が高くなる。ガスタービンＧＴ内に可燃範囲の広い水素ガスが滞留していると、意図しない場所で水素ガスが発火し、ガスタービンＧＴの構成部品が損傷してしまうおそれがある。
【0141】
そこで、本第２実施形態では、ガスタービンＧＴの緊急停止の際に、配管内に残留する水素ガスがガスタービンＧＴ内に流入することを抑制し、ガスタービンＧＴ内に水素ガスが滞留することを防止する構成とされている。以下、詳しく説明する。
【0142】
第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂには、第１実施形態で説明した主燃料供給システムＳ１に代えて、主燃料供給システムＳ１Ｂが設けられている。主燃料供給システムＳ１Ｂは、主燃料としての水素ガスを燃焼器３に供給するシステムである。主燃料供給システムＳ１Ｂは、主燃料供給設備７１と、主燃料供給設備７１と三方弁３１の入口ポート３１ｉに接続される主燃料配管７２と、主燃料配管７２に設けられる開閉弁７５、遮断弁７４及び流量調節弁７３と、を有している。
【0143】
主燃料供給設備７１は、液体水素を貯留するタンク（不図示）と、液体水素を圧送するポンプ（不図示）と、ポンプによって昇圧された液体水素を気化させる気化器（不図示）と、を備える。気化器によって生成される水素ガスは、主燃料配管１７に供給される。主燃料配管１７に供給された水素ガスは、三方弁３１を通じて燃焼器３に供給される。
【0144】
主燃料供給設備７１から主燃料が供給される主燃料配管７２の上流側から下流側に向かって順に、開閉弁７５、遮断弁７４及び流量調節弁７３が設けられている。開閉弁７５は、主燃料配管７２を開閉可能な手動弁である。
【0145】
遮断弁７４は、制御装置３７からの信号に応じて主燃料配管７２を開閉可能な制御弁である。流量調節弁７３は、制御装置３７からの信号に応じて主燃料配管７２の開口面積を調整することにより、流量調節弁７３を通過する主燃料の流量、すなわち燃焼器３へ供給される燃料（水素ガス）の流量を制御する制御弁である。
【0146】
燃料処理システムＳ３Ｂは、燃料処理装置７７と、三方弁３１の第２出口ポート３１ｏｂに接続される燃料処理配管７６と、燃料処理配管７６に設けられる開閉弁７８と、を有している。開閉弁７８は、燃料処理配管７６を開閉可能な手動弁である。
【0147】
燃料処理装置７７は、例えば、水素ガスを燃焼処理するアフターバーナである。燃料処理装置７７は、水素ガスを大気へ放出処理する煙突であってもよい。燃料処理装置７７には、燃料処理配管７６を通じて水素ガスが導かれる。燃料処理装置７７に水素ガスが導かれると、燃料処理装置７７によって水素ガスが適切に処理される。
【0148】
ガスタービン設備１００Ｂは、第１実施形態と同様、主燃料配管７２、副燃料配管１１及び燃料処理配管７６に残留する燃料を窒素に置換する窒素ガス供給システムＳ４を備えている。
【0149】
本第２実施形態に係るガスタービンＧＴの運転方法の一例について説明する。上述したように、本第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂでは、主燃料供給設備７１から三方弁３１を通じて燃焼器３に供給される主燃料が、水素ガスである。水素ガスは、天然ガスに比べて可燃範囲が広く、ガスタービンの点火失敗時に燃焼器下流側の流路内での再点火（爆発）が懸念される。このため、本第２実施形態に係るガスタービン設備１００Ｂは、第１実施形態と同様、天然ガスを用いてガスタービンＧＴを起動させ、その後、燃料を天然ガスから水素ガスへと切り替える場合がある。なお、第２実施形態では、ガスタービンＧＴを停止させる際の運転方法も第１実施形態と同様である。
【0150】
つまり、ガスタービン設備１００Ｂは、天然ガス専焼モードでの運転によりガスタービンＧＴを起動し、天然ガス専焼モードから水素ガスと天然ガスを燃焼器３によって同時に燃焼させる混焼モードを経て水素ガスのみを燃焼器３によって燃焼させる水素ガス専焼モードに移行する。ガスタービンＧＴを停止する場合、ガスタービン設備１００Ｂは、水素ガス専焼モードから混焼モードを経て天然ガス専焼モードに移行する。
【0151】
なお、混焼モードから天然ガス専焼モードに移行後、作業者は、主燃料供給システムＳ１Ｂの開閉弁７５と窒素ガス供給システムＳ４の開閉弁２９，３６を閉止し、窒素ガス供給システムＳ４の開閉弁２６，３０を開放する。その後、オペレータは、入力装置３８を操作し、制御装置３７によって窒素ガス供給システムＳ４の流量調節弁２４及び遮断弁２５を制御することにより、主燃料配管７２に窒素ガスを供給する。これにより、主燃料配管７２内に残留水素ガスが窒素ガスに置換される。
【0152】
本第２実施形態に係る制御装置３７は、第１実施形態と同様、緊急停止条件が成立し、かつ、緊急停止条件が成立する直前の運転モードが主燃料（水素ガス）を燃焼器３で燃焼させているモード（水素ガス専焼モードまたは混焼モード）である場合には、遮断弁７４を供給位置から遮断位置に切り替えるとともに三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替える。
【0153】
これにより、ガスタービンＧＴへの燃料の供給が遮断弁７４によって遮断されるとともに、主燃料配管７２に残留する水素ガスが三方弁３１を通じて燃料処理装置７７に導かれる。ガスタービンＧＴの緊急停止時に燃焼器３に流入する水素ガスの量を低く抑えることができるので、ガスタービンＧＴ内での発火のリスクを低減することができる。
【0154】
なお、水素ガスでガスタービンＧＴを駆動する前に、燃料処理配管７６に残留する水素ガスは窒素ガスに置換される。このため、燃料処理配管７６の内部で水素ガスが発火することを防止できる。
【0155】
＜第３実施形態＞
図８～図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係るガスタービン設備１００Ｃについて説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係るガスタービン設備１００Ｃの概略を示す図である。図８では、制御装置３７の図示は省略されている。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。
図８～図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係るガスタービン設備１００Ｃについて説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係るガスタービン設備１００Ｃの概略を示す図である。図８では、制御装置３７の図示は省略されている。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。
【0156】
図８に示すように、第３実施形態に係るガスタービン設備１００Ｃの燃料処理システムＳ３Ｃは、第１実施形態で説明した燃料処理配管３３及び開閉弁３４に加え、燃焼器３と燃料処理装置３２とに接続されるドレン配管８１と、ドレン配管８１に設けられる遮断弁８２及び開閉弁８３と、を有している。
【0157】
ドレン配管８１は、燃焼器３の外筒４３に形成されるドレン孔８０に接続される。ドレン孔８０は、燃焼器３の外筒４３を貫通し、外筒４３の内側とドレン配管８１とを連通する。通常、ガス焚きの燃焼器にはドレン孔は設けられない。
【0158】
図９及び図１０を参照して、本第３実施形態に係るガスタービンＧＴの緊急停止方法の一例について説明する。図９は、図４と同様の図であり、本発明の第３実施形態に係るガスタービンＧＴを緊急停止する際のガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇと燃料流量の時系列変化の一例について示す図である。
【0159】
第１実施形態に係る制御装置３７は、図４に示すように、緊急停止条件が成立すると、緊急停止モードへ移行し、遮断弁１９によって燃焼器３へのアンモニアガスの供給を遮断する（ｍ点）。アンモニアガスの供給が遮断されることにより、ガスタービンＧＴが停止する。圧縮機１が停止するため、燃焼器３への圧縮空気５の供給も遮断される。
【0160】
これに対して、本第３実施形態に係る制御装置３７は、図９に示すように、アンモニアガス専焼モードまたは混焼モードでの運転中に緊急停止条件が成立してから一定時間、起動用モータ９によってガスタービンＧＴを所定の回転速度で回転させる。また、制御装置３７は、アンモニアガス専焼モードまたは混焼モードでの運転中に緊急停止条件が成立してから一定時間、水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を遮断弁５５を通じて噴霧ノズル４９に供給し、噴霧ノズル４９から燃焼器３内にアンモニア水を噴霧する。
【0161】
図１０を参照して、制御装置３７により実行される起動用モータ９、水供給システムＳ５及び燃料処理システムＳ３Ｃの制御の内容の一例について詳しく説明する。なお、図１０のフローチャートは、起動用モータ９、水供給システムＳ５及び燃料処理システムＳ３Ｃの制御に関する処理を抽出したものである。主燃料供給システムＳ１の遮断弁１９及び三方弁３１に対する制御は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0162】
図１０に示すフローチャートの処理は、ガスタービン設備１００の運転中、所定の制御周期で繰り返し実行される。図１０に示すように、ステップＳ３００において、制御装置３７は、図５のステップＳ１００と同様、緊急停止条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ３００において、緊急停止条件が成立したと判定されると、処理がステップＳ３３０へ進む。ステップＳ３００の処理は、肯定判定されるまで繰り返し実行される。
【0163】
ステップＳ３３０において、制御装置３７は、図５のステップＳ１３０と同様、緊急停止条件が成立する直前の運転モードがアンモニア専焼モードまたは混焼モードであるか否かを判定する。
【0164】
ステップＳ３３０において、緊急停止条件が成立する直前の運転モードがアンモニアガス専焼モードまたは混焼モードであると判定されると、処理がステップＳ３５０へ進む。ステップＳ３３０において、緊急停止条件が成立する直前の運転モードが天然ガス専焼モードまたは非燃焼モードであると判定されると、図１０のフローチャートに示す処理が終了する。
【0165】
ステップＳ３５０において、制御装置３７は、ドレン配管８１の遮断弁８２を遮断位置から供給位置へと切り替えるとともに、時間の計測を開始して、ステップＳ３５５へ進む。
【0166】
ステップＳ３５５において、制御装置３７は、回転速度センサ２Ｎにより検出されたガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが回転速度閾値Ｎａ未満であるか否かを判定する。ステップＳ３５０において、回転速度Ｎｇが回転速度閾値Ｎａ未満であると判定されると、処理がステップＳ３６０へ進む。ステップＳ３５５の処理は、肯定判定されるまで繰り返し実行される。
【0167】
ステップＳ３６０において、制御装置３７は、起動用モータ９を起動させ、起動用モータ９の動作制御を開始してステップＳ３７０へ進む。これにより、ガスタービンＧＴに回転トルクが付与される。制御装置３７は、ガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが一定に保たれるように、起動用モータ９の動作を制御する。
【0168】
ステップＳ３７０において、制御装置３７は、ステップＳ３５０において計測が開始された時間Ｔｃが時間閾値Ｔａ以上であるか否かを判定する。時間閾値Ｔａは、予め制御装置３７の不揮発性メモリ３７ｂに記憶されている。
【0169】
ステップＳ３７０において、時間Ｔｃが時間閾値Ｔａ以上であると判定されると、処理がステップＳ３８０へ進む。ステップＳ３７０の処理は、肯定判定されるまで繰り返し実行される。
【0170】
ステップＳ３８０におて、制御装置３７は、起動用モータ９の動作を停止させ、ステップＳ３９０へ進む。これにより、ガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが低下し、ガスタービンＧＴが停止する。
【0171】
ステップＳ３９０において、制御装置３７は、水供給システムＳ５の遮断弁５５を供給位置から遮断位置に切り替えて図１０のフローチャートに示す処理を終了する。これにより、水供給システムＳ５による燃焼器３内への水噴霧が停止する。
【0172】
このように、本第３実施形態に係る制御装置３７は、アンモニアガス専焼モードまたは混焼モードでの運転中に緊急停止条件が成立すると、運転モードを緊急停止モードに移行する。制御装置３７は、緊急停止モードに移行すると、上記実施形態と同様、遮断弁１９を供給位置から遮断位置に切り替えるとともに三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替える。
【0173】
図９に示すように、ｍ点において、制御装置３７から遮断弁１９に対して遮断位置への切替指令が出力されると、アンモニアガスの燃料流量Ｆａｇ及びガスタービンの回転速度Ｎｇが急激に低下する。ｎ点において、アンモニアガスの燃料流量Ｆａｇは、遮断弁１９によって遮断され０（ゼロ）になる。
【0174】
制御装置３７は、ガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇを監視し、回転速度Ｎｇが回転速度閾値Ｎａ未満まで低下した場合には、起動用モータ９を駆動し、起動用モータ９によってガスタービンＧＴに回転トルクを付与する（ｏ点）。制御装置３７は、ｏ点からｐ点までガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが一定値（例えばＮｃ）に保たれるように、起動用モータ９の動作を制御する。制御装置３７は、緊急停止条件が成立してからの時間Ｔｃが一定時間Ｔａを経過すると、起動用モータ９の動作を停止する（ｐ点）。起動用モータ９の動作が停止することにより、ガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが低下し、ｑ点で０（ゼロ）になる。
【0175】
このように、本第３実施形態に係る制御装置３７は、遮断弁１９を供給位置から遮断位置へと切り替えるとともに、三方弁３１を第１位置から第２位置へと切り替える際、起動用モータ９によって一定時間ガスタービンＧＴを回転させ、圧縮機１によって空気を燃焼器３及びタービン２に供給する。これにより、ガスタービンＧＴ内に残留するアンモニアガスの濃度を希釈することができる。その結果、煙突８から排出されるガスのアンモニア濃度を低くすることができるので、悪臭の発生を効果的に抑制することができる。
【0176】
また、本第３実施形態に係る制御装置３７は、緊急停止条件が成立し、緊急停止モードに移行してからも噴霧ノズル４９からのアンモニア水の噴霧を継続させる。これにより、燃焼器３内に残留するアンモニアガスを噴霧ノズル４９から噴霧される水に溶け込ませることができる。燃焼器３の内筒４０内に噴射され、燃焼器３内のアンモニアガスを吸収したアンモニア水は、内筒４０の開口部から外筒４３と内筒４０の間の環状流路に流れ込み、ドレン孔８０を通じてドレン配管８１に排出される。ドレン配管８１に排出されたアンモニア水は、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔに回収される。
【0177】
したがって、本第３実施形態によれば、煙突８から排出されるアンモニアガスの量を第１実施形態よりも低減することができる。
【0178】
＜第３実施形態の変形例１＞
第３実施形態においても第１実施形態の変形例２と同様、緊急停止条件の成立要否に関わる異常が複数想定される場合、制御装置３７は、複数の異常のうちの少なくとも一つが検出された場合には、緊急停止条件が成立したと判定する。また、制御装置３７は、複数の異常のうちの全てが検出されていない場合には、緊急停止条件が成立していないと判定する。
第３実施形態においても第１実施形態の変形例２と同様、緊急停止条件の成立要否に関わる異常が複数想定される場合、制御装置３７は、複数の異常のうちの少なくとも一つが検出された場合には、緊急停止条件が成立したと判定する。また、制御装置３７は、複数の異常のうちの全てが検出されていない場合には、緊急停止条件が成立していないと判定する。
【0179】
なお、ガスタービンＧＴの軸振動値が閾値よりも高くなる軸振動異常が検出された場合には、ガスタービンＧＴを緊急停止させる際に、起動用モータ９によってガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇを一定時間保持すると、ガスタービンＧＴの損傷を招くおそれがある。このため、制御装置３７は、軸振動異常が検出された場合には、緊急停止モードにおいて、起動用モータ９を起動させる制御を実行しないことが好ましい。
【0180】
＜第３実施形態の変形例２＞
緊急停止モードにおける起動用モータ９、燃料処理システムＳ３Ｃ及び水供給システムＳ５の制御の流れは、図１０のフローチャートに示す流れに限定されない。例えば、第３実施形態では、緊急停止条件が成立してからの時間Ｔｃが時間閾値Ｔａを経過した場合に、起動用モータ９を停止するとともに水供給システムＳ５による水噴霧を停止する例について説明したが、起動用モータ９の停止するタイミングと水噴霧を停止するタイミングは異なるようにしてもよい。制御装置３７は、時間Ｔｃが第１時間閾値Ｔａ１を経過した場合に起動用モータ９を停止させ、時間Ｔｃが第２時間閾値Ｔａ２を経過した場合に水噴霧を停止させてもよい。または、その運転状態により水を噴霧させないこともあり得る。
緊急停止モードにおける起動用モータ９、燃料処理システムＳ３Ｃ及び水供給システムＳ５の制御の流れは、図１０のフローチャートに示す流れに限定されない。例えば、第３実施形態では、緊急停止条件が成立してからの時間Ｔｃが時間閾値Ｔａを経過した場合に、起動用モータ９を停止するとともに水供給システムＳ５による水噴霧を停止する例について説明したが、起動用モータ９の停止するタイミングと水噴霧を停止するタイミングは異なるようにしてもよい。制御装置３７は、時間Ｔｃが第１時間閾値Ｔａ１を経過した場合に起動用モータ９を停止させ、時間Ｔｃが第２時間閾値Ｔａ２を経過した場合に水噴霧を停止させてもよい。または、その運転状態により水を噴霧させないこともあり得る。
【0181】
また、第３実施形態では、緊急停止条件が成立してからの時間が計測される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置３７は、起動用モータ９が起動してからの時間を計測し、時間閾値と比較して起動用モータ９を停止するタイミングを決定してもよい。
【0182】
＜第４実施形態＞
図１１～図１５を参照して、本発明の第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄについて説明する。図１１は、本発明の第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄの概略を示す図である。図１１では、制御装置３７の図示は省略されている。なお、第１及び第３実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。
図１１～図１５を参照して、本発明の第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄについて説明する。図１１は、本発明の第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄの概略を示す図である。図１１では、制御装置３７の図示は省略されている。なお、第１及び第３実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。
【0183】
第１及び第３実施形態では、燃焼器３に供給される主燃料がアンモニアガス、副燃料が天然ガスであり、第２実施形態では、燃焼器３に供給される主燃料が水素ガス、副燃料が天然ガスである例について説明した。これに対して、第４実施形態では、燃焼器３Ｄに供給される主燃料が液体アンモニアであり、副燃料が灯油である例について説明する。
【0184】
第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄは、主燃料供給システムＳ１Ｄと、副燃料供給システムＳ２Ｄと、燃料処理システムＳ３Ｃと、水供給システムＳ５Ｄと、主燃料供給システムＳ１Ｄの主燃料配管１１７、主燃料供給配管１５及び燃料処理システムＳ３Ｃの燃料処理配管３３に接続される三方弁３１と、を備えている。なお、三方弁３１は、上記実施形態と同様、燃焼器３Ｄに可能な限り近い位置に設けられている。
【0185】
主燃料供給システムＳ１Ｄは、主燃料として、高純度の液体アンモニアを燃焼器３Ｄに供給するシステムである。主燃料供給システムＳ１Ｄは、液体アンモニアを供給する主燃料供給設備１１２と、主燃料供給設備１１２と三方弁３１の入口ポート３１ｉに接続される主燃料配管１１７と、主燃料配管１１７に設けられる開閉弁１１５、遮断弁１１４及び流量調節弁１１３と、を有している。
【0186】
主燃料供給設備１１２は、液体アンモニアを貯留するタンク（不図示）と、液体アンモニアを圧送するポンプと、を備える。なお、本第４実施形態では、液体アンモニアを気化させることなく燃焼器３Ｄに供給する。このため、本第４実施形態では、第１実施形態で説明した主燃料用の気化器を省略することができ、主燃料供給システムＳ１Ｄを簡素化できる。主燃料配管１１７に供給された液体アンモニアは、三方弁３１を通じて燃焼器３Ｄに供給される。
【0187】
主燃料供給設備１１２から主燃料が供給される主燃料配管１１７の上流側から下流側に向かって順に、開閉弁１１５、遮断弁１１４及び流量調節弁１１３が設けられている。開閉弁１１５は、主燃料配管１１７を開閉可能な手動弁である。
【0188】
遮断弁１１４は、制御装置３７からの信号に応じて主燃料配管１１７を開閉可能な制御弁である。遮断弁１１４は、主燃料配管１１７における主燃料供給設備１１２と流量調節弁１１３との間に設けられ、主燃料供給設備１１２から燃焼器３Ｄへ燃料を供給する供給位置と、主燃料供給設備１１２から燃焼器３Ｄへの燃料の供給を遮断する遮断位置とを有する。
【0189】
流量調節弁１１３は、制御装置３７からの信号に応じて主燃料配管１１７の開口面積を調整することにより、流量調節弁１１３を通過する主燃料の流量、すなわち燃焼器３Ｄへ供給される燃料（液体アンモニア）の流量を制御する制御弁である。
【0190】
副燃料供給システムＳ２Ｄは、副燃料としての灯油を燃焼器３Ｄに供給するシステムである。副燃料供給システムＳ２Ｄは、灯油を供給する副燃料供給設備１０３と、副燃料供給設備１０３と燃焼器３Ｄに接続される副燃料配管１０２と、副燃料配管１０２に設けられる開閉弁１０６、遮断弁１０５及び流量調節弁１０４と、を有している。
【0191】
副燃料供給設備１０３は、副燃料としての灯油を貯留するタンク（不図示）と、灯油を圧送するポンプと、を備える。
【0192】
副燃料供給設備１０３から副燃料が供給される副燃料配管１０２の上流側から下流側に向かって順に、開閉弁１０６、遮断弁１０５及び流量調節弁１０４が設けられている。開閉弁１０６は、副燃料配管１０２を開閉可能な手動弁である。遮断弁１０５は、制御装置３７からの信号に応じて副燃料配管１０２を開閉可能な制御弁である。流量調節弁１０４は、制御装置３７からの信号に応じて副燃料配管１０２の開口面積を調整することにより、流量調節弁１０４を通過する副燃料の流量を制御する制御弁である。
【0193】
燃料処理装置３２は、第１実施形態と同様の構成であり、燃料処理配管３３を通じて導かれる液体アンモニアを希釈処理するための水が蓄えられた水タンク３２Ｔと、水タンク３２Ｔに水を供給する給水ポンプ（不図示）と、給水ポンプから供給される水の流量を制御する弁（不図示）と、を備える。
【0194】
図１１に示すように、燃焼器３Ｄの基本的な構成は、第３実施形態（図８参照）と同様であるが、バーナ４１Ｄの構成が異なる。本第４実施形態に係る燃焼器３Ｄのバーナ４１Ｄは、第１実施形態で説明した燃料ノズル４１ａに代えて、液体燃料を噴霧可能な液体燃料ノズル４１Ｄａを有している。
【0195】
液体燃料ノズル４１Ｄａには、燃料の種類ごとの噴霧孔が形成されている。本実施形態に係る液体燃料ノズル４１Ｄａには、副燃料配管１０２に連通し、灯油を噴霧するための噴霧孔９８と、主燃料供給配管１５に連通し、液体アンモニアを噴霧するための噴霧孔９９と、が形成されている。
【0196】
燃焼器３Ｄには、第１実施形態と同様、排気ガス７中の窒素酸化物(ＮＯｘ)の排出量を低減する目的で、燃焼場にアンモニア水を噴霧する噴霧ノズル４９が設けられている。また、車室３Ｄｓには、第１実施形態と同様、ガスタービンＧＴの出力を増加する目的で噴霧ノズル４９ｓが設けられている。噴霧ノズル４９，４９ｓには、水タンク３２Ｔからアンモニア水が供給される。
【0197】
水供給システムＳ５Ｄは、第１実施形態と同様、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔと燃焼器３Ｄに接続される水供給配管５１と、水供給配管５１に設けられる水ポンプ５２、圧力調節弁５３、開閉弁５６、遮断弁５５及び流量調節弁５４と、噴霧ノズル４９と、を有している。また、水供給システムＳ５Ｄは、水ポンプ５２の下流で水供給配管５１から分岐している水供給配管５１ｓと、水供給配管５１ｓに設けられる開閉弁５６ｓ、遮断弁５５ｓ及び流量調節弁５４ｓと、噴霧ノズル４９ｓと、を有している。
【0198】
本第４実施形態では、水供給配管５１における流量調節弁５４の下流側に遮断弁５７が設けられている。遮断弁５７は、遮断弁５５と同様、制御装置３７からの信号に応じて水供給配管５１を開閉可能な制御弁である。
【0199】
水供給配管５１における遮断弁５７の下流側には、水供給配管５１から分岐する第１分岐管１１８が設けられている。第１分岐管１１８は、主燃料供給配管１５に接続されている。第１分岐管１１８には遮断弁１１９が設けられている。遮断弁１１９は、制御装置３７からの信号に応じて第１分岐管１１８を開閉可能な制御弁である。
【0200】
水供給配管５１の流量調節弁５４と遮断弁５７との間には、水供給配管５１から分岐する第２分岐管５８が設けられている。第２分岐管５８は、主燃料配管１１７における遮断弁１１４と流量調節弁１１３との間に接続されている。第２分岐管５８には遮断弁５９が設けられている。遮断弁５９は、制御装置３７からの信号に応じて第２分岐管５８を開閉可能な制御弁である。
【0201】
燃焼器３Ｄには、第３実施形態と同様、ドレン孔８０が設けられている。ドレン孔８０は、第３実施形態と同様、燃料処理システムＳ３Ｃのドレン配管８１に接続されている。
【0202】
燃焼器３Ｄは、主燃料及び副燃料を安定して燃焼することが可能である。制御装置３７は、設定される運転モードに応じて各制御弁を制御する。運転モードには、灯油のみを燃焼器３Ｄによって燃焼させる灯油専焼モードと、液体アンモニアと灯油を燃焼器３Ｄによって同時に燃焼させる混焼モードと、液体アンモニアのみを燃焼器３Ｄによって燃焼させる液体アンモニア専焼モードと、がある。
【0203】
タービン２と煙突８とを接続する排気管には、アンモニア濃度センサ１４０が設けられている。アンモニア濃度センサ１４０は、ガスタービンＧＴの排気ガス７中のアンモニアの濃度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置３７に出力する。制御装置３７は、アンモニア濃度異常が検出された場合に、アンモニア濃度を低下する運転モードに切り替えるか、場合によっては緊急停止条件が成立したと判定する。制御装置３７は、アンモニア濃度センサ１４０により検出されたアンモニア濃度が、濃度閾値よりも高くなるとアンモニア濃度異常が検出されたと判定する。
【0204】
制御装置３７は、排気ガス７中のアンモニア濃度が濃度閾値よりも高い場合には、アンモニア濃度を低下する運転モードに切り替えるか、場合によってはガスタービンＧＴを緊急停止させる。これにより、煙突８から大気に放出されるアンモニアの量を低減することができる。
【0205】
図１２及び図１３を参照して、本実施形態に係るガスタービンＧＴの運転方法の一例について説明する。図１２は、本発明の第４実施形態に係るガスタービンＧＴの通常時の運転におけるガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇと燃料流量の時系列変化の一例について示す図である。なお、燃料流量には、燃焼器３Ｄに供給される灯油の流量である灯油の燃料流量Ｆｋと、燃焼器３Ｄに供給される液体アンモニアの流量である液体アンモニアの燃料流量Ｆｌａとがある。
【0206】
液体アンモニアは、灯油に比べて着火し難くい。このため、本第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄは、点火、起動に関し信頼性の高い灯油を用いてガスタービンＧＴを起動させ、その後、燃料を灯油から液体アンモニアへ切り替える。
【0207】
図１２に示すように、ガスタービンＧＴは、ａ点で起動用モータ９（図１１参照）によって起動される。ガスタービンＧＴが所定の回転速度となるｂ点で一定時間、残留している可能性のある燃料のパージ運転が実施される。その後ｃ点で灯油が燃焼器３Ｄに供給され、点火栓４２によって点火される。
【0208】
燃焼器３Ｄの点火によりガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇは、ｃ点からｄ点まで上昇し、ｄ点で定格回転速度に到達する。起動用モータ９は、回転速度がｃ点からｄ点まで上昇する過程でタービン２の回転軸（ロータ）から切り離される。したがって、定格回転速度となるｄ点では、燃焼器３Ｄで発生した燃焼ガス６のエネルギーのみでタービン２が回転している。
【0209】
制御装置３７は、ガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇが定格回転速度に到達後、所定の負荷となるように灯油の燃料流量Ｆｋをｅｅ点まで増加させる。その後、制御装置３７は、ｆｆ点まで灯油専焼モードでガスタービン設備１００Ｄを運転する。
【0210】
制御装置３７は、ｆｆ点に到達後、灯油の燃料流量Ｆｋを徐々に減少させるとともに、液体アンモニアの燃料流量Ｆｌａを徐々に増加させる。ｆｆ点からｇｇ点まで、制御装置３７は、灯油と液体アンモニアの双方を燃焼器３Ｄに供給して燃焼させる混焼モードでガスタービン設備１００Ｄを運転する。
【0211】
制御装置３７は、ｇｇ点において、灯油の燃料流量Ｆｋを０（ゼロ）にして、ｇｇ点から液体アンモニア専焼モードでガスタービン設備１００Ｄを運転する。液体アンモニア専焼モードでは液体アンモニアのみが燃焼器３Ｄで燃焼されるため、灯油専焼モード時に比べて排気ガス７に含まれる二酸化炭素の量を低減できる。
【0212】
制御装置３７は、ｈｈ点に到達後、液体アンモニアの燃料流量Ｆｌａを徐々に減少させるとともに、灯油の燃料流量Ｆｋを徐々に増加させる。ｈｈ点からｉｉ点までは、制御装置３７は、灯油と液体アンモニアの双方を燃焼器３Ｄに供給して燃焼させる混焼モードでガスタービン設備１００Ｄを運転する。
【0213】
制御装置３７は、ｉｉ点において、液体アンモニアの燃料流量Ｆｌａを０（ゼロ）にして、ｉｉ点から灯油のみを燃焼器３Ｄに供給して燃焼させる灯油専焼モードでガスタービン設備１００Ｄを運転する。
【0214】
制御装置３７は、ｊｊ点から灯油の燃料流量Ｆｋを減少させて、ｋｋ点で０（ゼロ）にする。これにより、その後のｌ点において、ガスタービンＧＴが停止する。
【0215】
次に、図１３を参照して、水供給システムＳ５Ｄによる燃焼器３Ｄへの水噴霧処理及び水置換処理について説明する。図１３は、本発明の第４実施形態に係るガスタービンＧＴの通常時の運転におけるガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇと供給水流量の時系列変化の一例について示す図である。なお、供給水流量には、噴霧ノズル４９及び噴霧ノズル４９ｓから噴霧されるアンモニア水の流量である噴霧水流量Ｆｗと、第１分岐管１１８から主燃料供給配管１５に供給されるアンモニア水の流量である第１分岐水流量Ｆｂ１と、第２分岐管５８から主燃料配管１１７に供給されるアンモニア水の流量である第２分岐水流量Ｆｂ２と、がある。
【0216】
第１分岐管１１８から主燃料供給配管１５に供給されるアンモニア水は、主燃料供給配管１５に残留する液体アンモニアと混合され、液体燃料ノズル４１Ｄａから噴霧される。
【0217】
図１３に示すように、制御装置３７は、例えば、燃焼器３Ｄに灯油の供給を開始してから灯油の燃料流量Ｆｋが最大値に到達するまでの間のｒ点において、噴霧ノズル４９及び噴霧ノズル４９ｓからアンモニア水の噴霧を開始する。噴霧水流量Ｆｗはｒ点から増加し、ｓ点で制御された値になる。噴霧水流量Ｆｗは、ｔ点から減少し、ｕ点で０（ゼロ）になる。噴霧水流量Ｆｗは、ＮＯｘ排出特性などに応じて制御されることが好ましい。
【0218】
なお、噴霧水流量Ｆｗの特性は、図１３に示す例に限定されず、例えば、液体アンモニアの燃料流量特性に合わせて変化させてもよい。つまり、噴霧水流量Ｆｗは、ｆｆ点から増加し、ｇｇ点で最大値となり、ｈｈ点から減少し、ｉｉ点で０（ゼロ）となるような特性としてもよい。
【0219】
ここで、噴霧ノズル４９，４９ｓからのアンモニア水の噴霧方法について説明する。噴霧水流量Ｆｗは燃焼器３のエンドカバー４４に設置した噴霧ノズル４９と、車室３ｓに設置した噴霧ノズル４９ｓから噴霧されるアンモニア水の総量を示している。噴霧ノズル４９からは、灯油専焼モードでアンモニア水を噴霧することが好ましい。灯油専焼モードでは、内筒（ライナ）４０内部で燃焼温度が局所的に上昇し、窒素酸化物の排出量が多くなる。噴霧ノズル４９から燃焼場にアンモニア水を噴霧することで、燃焼温度を低下し窒素酸化物の発生を抑制することが期待できる。一方、車室３ｓに設置した噴霧ノズル４９ｓは液体アンモニア専焼時にアンモニア水を噴霧することで、タービン２に対する作動流体を増加し、ガスタービンＧＴの出力を増加することが期待できる。
【0220】
このように、本第４実施形態では、第１実施形態と同様、水タンク３２Ｔ内のアンモニア水を燃焼器３Ｄ内に噴霧することにより、エネルギーを有効利用することができる。また、廃棄するアンモニア水の量を低減できるので、廃棄費用を低減できる。
【0221】
制御装置３７は、ｈｈ点（図１２参照）からｉｉ点の間において、主燃料配管１１７の遮断弁１１４を制御し供給位置から遮断位置に切替動作させるとともに、三方弁３１を第１位置から第２位置に切替動作させる。遮断弁１１４は、ｉｉ点において、遮断位置への切替動作が完了する。これにより、燃焼器３Ｄに噴霧される液体アンモニアの量を最小限にすることができ、煙突８から放出される排気ガス７のアンモニアの濃度を抑制することが可能となる。
【0222】
さらに、本第４実施形態では、液体アンモニアの燃料流量Ｆｌａが減少し始めるｈｈ点と同時期であるｖ点において、制御装置３７は、第１分岐管１１８に設けられた遮断弁１１９を遮断位置から供給位置に切替動作させる。これにより、主燃料供給配管１５に残留する液体アンモニアと、第１分岐管１１８を通じて供給されるアンモニア水とが、液体燃料ノズル４１Ｄａに供給される。
【0223】
主燃料配管１１７の遮断弁１１４が遮断位置に切り替えられる前に、三方弁３１と主燃料供給配管１５に、第１分岐管１１８からアンモニア水が供給される。遮断弁１１４が遮断位置に切り替えられると、主燃料供給配管１５への液体アンモニアの供給はなくなる。これにより、主燃料供給配管１５の内部が、第１分岐管１１８から供給されるアンモニア水によって洗浄される。
【0224】
なお、第１分岐水流量Ｆｂ１は、ｖ点からｗ点まで増加し、ｗ点からｘ点までの間では所定の流量となり、ｘ点からｙ点まで減少する。ｗ点からｘ点までの間、所定の流量のアンモニア水が液体燃料ノズル４１Ｄａから燃焼器３Ｄ内に噴霧されるが、燃焼器３Ｄは灯油によって安定して燃焼している。このため、液体アンモニアと第１分岐管１１８からのアンモニア水との混合水が、燃焼器３Ｄに噴出されても安定して燃焼する。その結果、煙突８から大気に放出される排気ガス７のアンモニアの濃度をさらに抑制することが可能となる。
【0225】
なお、図１３に示す例では、第１分岐水流量Ｆｂ１が減少するタイミング（ｘ点）が、噴霧水流量Ｆｗが減少し始めるタイミング（ｔ点）と同時期となっているが、第１分岐水流量Ｆｂ１が減少し始めるタイミング（ｘ点）及び第１分岐水流量Ｆｂ１が０（ゼロ）になるタイミング（ｙ点）は、任意に設定可能である。
【0226】
本実施形態では、遮断弁１１４が供給位置から遮断位置に切り替えられるとともに、三方弁３１が第１位置から第２位置に切り替えられる。したがって、遮断弁１１４よりも下流側の主燃料配管１１７内に残留する液体アンモニアは、三方弁３１及び燃料処理配管３３を通じて燃料処理装置３２に導かれる。
【0227】
なお、燃料処理装置３２に液体アンモニアが回収された後、液体アンモニアが通過した燃料処理配管３３の内部には、液体アンモニアが付着している。そこで、本第４実施形態に係るガスタービン設備１００Ｄでは、図１１に示すように、主燃料配管１１７における遮断弁１１４の下流側に、水供給配管５１から分岐する第２分岐管５８が接続されている。
【0228】
制御装置３７は、液体アンモニアが燃料処理装置３２に流れ終わると考えられる時刻、すなわち図１３のｖｖ点において遮断弁５９を遮断位置から供給位置に切り替える。第２分岐水流量Ｆｂ２は、ｖｖ点からｗｗ点まで増加し、ｗｗ点からｘｘ点までの間、所定の流量のアンモニア水が主燃料配管１１７に供給される。第２分岐水流量Ｆｂ２は、ｘｘ点から減少し、ｙｙ点で０（ゼロ）になる。主燃料配管１１７に供給されたアンモニア水は、三方弁３１を通じて燃料処理配管３３に供給され、燃料処理装置３２に回収される。これにより、主燃料配管１１７及び燃料処理配管３３内に付着している高純度の液体アンモニアがアンモニア水によって洗浄される。
【0229】
図１４及び図１５を参照して、本発明の第４実施形態に係るガスタービンＧＴの緊急停止方法の一例について説明する。図１４は、本発明の第４実施形態に係るガスタービンＧＴを緊急停止する際のガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇと燃料流量の時系列変化の一例について示す図である。図１５は、本発明の第４実施形態に係るガスタービンＧＴを緊急停止する際のガスタービンＧＴの回転速度Ｎｇと供給水流量の時系列変化の一例について示す図である。
【0230】
図１４のｇｇ点までの時系列変化は図１２と同じである。図１４に示すように、ガスタービン設備１００Ｄは、ｇｇ点から液体アンモニア専焼モードで運転されている。図１４では、ｍｍ点において、何らかの異常が検出されることにより、ガスタービンＧＴが緊急停止した状況が示されている。
【0231】
図１４に示すように、制御装置３７は、緊急停止条件が成立すると、緊急停止モードへ移行し、遮断弁１１４によって燃焼器３Ｄへの液体アンモニアの供給の遮断を開始する（ｍｍ点）。ｎｎ点において、液体アンモニアの燃料流量Ｆｌａは、遮断弁１１４によって遮断され０（ゼロ）になる。また、制御装置３７は、遮断弁１１４を供給位置から遮断位置に切り替えるとともに三方弁３１を第１位置から第２位置に切り替える。
【0232】
なお、本第４実施形態に係る制御装置３７は、第３実施形態と同様、緊急停止モードにおいて、起動用モータ９を駆動して、ガスタービンＧＴを所定の回転速度で一定時間回転させる（ｏ点～ｐ点）。
【0233】
図１５のｓ点までの時系列変化は図１３と同じである。図１５に示すように、本第４実施形態に係る制御装置３７は、遮断弁１１４の供給位置から遮断位置への切替動作に連動して遮断弁１１９を遮断位置から供給位置へ切替動作させる（ｍｍ点）。また、制御装置３７は、遮断弁１１９を一定時間だけ供給位置にした後、遮断位置に戻す。これにより、第１分岐水流量Ｆｂ１は、ｍｍ点からｗ′点まで増加し、ｗ′点からｘ′点まで一定値となり、ｘ′点からｙ′点まで減少する。これにより、図１１に示す主燃料供給配管１５に残留する高純度の液体アンモニアをアンモニア水で洗い流し、液体アンモニアが溶け込んだアンモニア水を噴霧孔９９から内筒４０内に噴霧させることができる。
【0234】
主燃料供給配管１５から噴霧孔９９を通じて内筒４０内に供給されたアンモニア水は、内筒４０の開口部から外筒４３と内筒４０の間の環状流路に流れ込み、その後、ドレン孔８０からドレン配管８１に流れ込む。ドレン配管８１に流れ込んだアンモニア水は、燃料処理装置３２の水タンク３２Ｔに導かれる。これにより、煙突８から大気に放出されるアンモニアの量を低減することができる。
【0235】
制御装置３７は、主燃料配管１１７における遮断弁１１４から三方弁３１の間の液体アンモニアが燃料処理配管３３を通じて燃料処理装置３２に流れ終わると考えられる時刻、すなわち図１５のｖｖ′点で遮断弁５９を遮断位置から供給位置に切替動作させる。また、制御装置３７は、遮断弁５９を一定時間だけ供給位置にした後、遮断位置に戻す。これにより、第２分岐水流量Ｆｂ２は、ｖｖ′点からｗｗ′点まで増加し、ｗｗ′点からｘｘ′点までの間、所定の流量のアンモニア水が主燃料配管１１７に供給される。第２分岐水流量Ｆｂ２は、ｘｘ′点から減少し、ｙｙ′点で０（ゼロ）になる。主燃料配管１１７に供給されたアンモニア水は、三方弁３１を通じて燃料処理配管３３に供給され、燃料処理装置３２に回収される。これにより、主燃料配管１１７及び燃料処理配管３３内に付着している高純度の液体アンモニアがアンモニア水によって洗浄される。
【0236】
以上のとおり、本第４実施形態では、主燃料供給設備１１２から三方弁３１を通じて燃焼器３Ｄに供給される燃料が液体アンモニアである例について説明した。このような第４実施形態においても、上記実施形態と同様、遮断弁１１４の供給位置から遮断位置への切替動作に連動して、燃焼器３Ｄの近くに配置された三方弁３１が、第１位置から第２位置へ切替動作される。これにより、ガスタービンＧＴの緊急停止時に、液体アンモニアが気化することにより生成されるアンモニアガスの大気への放出量を低く抑えることができる。
【0237】
次のような変形例も本発明の範囲内である。
【0238】
＜変形例１＞
第１～第３実施形態では、副燃料として天然ガスを用いる例について説明したが、天然ガス以外の気体燃料を副燃料として用いてもよい。また、第４実施形態では、副燃料として灯油を用いる例について説明したが、灯油以外の液体燃料を副燃料として用いてもよいし、気体燃料を副燃料として用いてもよい。さらに、第１～第４実施形態では、ガスタービン設備が主燃料供給システムと副燃料供給システムの２系統の燃料供給システムを備えている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ガスタービン設備は、３系統以上の燃料供給システムを備えていてもよい。
第１～第３実施形態では、副燃料として天然ガスを用いる例について説明したが、天然ガス以外の気体燃料を副燃料として用いてもよい。また、第４実施形態では、副燃料として灯油を用いる例について説明したが、灯油以外の液体燃料を副燃料として用いてもよいし、気体燃料を副燃料として用いてもよい。さらに、第１～第４実施形態では、ガスタービン設備が主燃料供給システムと副燃料供給システムの２系統の燃料供給システムを備えている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ガスタービン設備は、３系統以上の燃料供給システムを備えていてもよい。
【0239】
＜変形例２＞
上記実施形態では、複数の燃焼器を備える多缶式のガスタービンＧＴについて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、単一の燃焼器を備える単缶式のガスタービンＧＴに適用することもできる。
上記実施形態では、複数の燃焼器を備える多缶式のガスタービンＧＴについて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、単一の燃焼器を備える単缶式のガスタービンＧＴに適用することもできる。
【0240】
＜変形例３＞
上記実施形態では、複数の燃焼器に接続されるマニホールドの上流側に三方弁３１を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。三方弁３１は、マニホールドと燃焼器３とを接続する配管に設けられていてもよい。なお、上記実施形態で説明したように、マニホールドの上流側に三方弁３１を設けることにより、マニホールドの下流側に三方弁３１を設ける場合に比べて三方弁３１の数を低減できる。アンモニアガスの大気への放出量をより少なくするには、主燃料供給配管１５における三方弁３１の位置を相対的にマニホールドの近くにすることが望ましい。一方、マニホールドの下流側の配管に三方弁３１を設置する場合、マニホールド内に残留する燃料の大気への放出を抑制することができる。何れの例も、主燃料配管１７に残留するアンモニアガスを燃料処理装置３２に導くことができるので、アンモニアガスが大気に放出されることを効果的に抑制できる。
上記実施形態では、複数の燃焼器に接続されるマニホールドの上流側に三方弁３１を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。三方弁３１は、マニホールドと燃焼器３とを接続する配管に設けられていてもよい。なお、上記実施形態で説明したように、マニホールドの上流側に三方弁３１を設けることにより、マニホールドの下流側に三方弁３１を設ける場合に比べて三方弁３１の数を低減できる。アンモニアガスの大気への放出量をより少なくするには、主燃料供給配管１５における三方弁３１の位置を相対的にマニホールドの近くにすることが望ましい。一方、マニホールドの下流側の配管に三方弁３１を設置する場合、マニホールド内に残留する燃料の大気への放出を抑制することができる。何れの例も、主燃料配管１７に残留するアンモニアガスを燃料処理装置３２に導くことができるので、アンモニアガスが大気に放出されることを効果的に抑制できる。
【0241】
ここで、図１６に、三方弁３１をマニホールド１５０の上流側に配置した例を示し、図１７に、三方弁３１をマニホールド１５０の下流側に配置した例を示す。ガスタービン設備は複数の燃焼器３（３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｎ）を備えており、この燃焼器３ａ～３ｎにはマニホールド１５０を介して燃料が分岐して供給される。
【0242】
図１６の例では、マニホールド１５０の上流側である１ヶ所に三方弁３１が配置されている。この例では、主燃料供給配管１５が、導入配管１５ｚと、マニホールド１５０と、複数の枝管１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…，１５ｎとを含んで構成される。導入配管１５ｚは、三方弁３１の第１出口ポート３１ｏａとマニホールド１５０に接続され、三方弁３１を通じて主燃料配管１７から供給された燃料をマニホールド１５０に導く。マニホールド１５０は、導入配管１５ｚによって導入された燃料を分岐して複数の枝管１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…，１５ｎに供給する。複数の枝管１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…，１５ｎは、マニホールド１５０と複数の燃焼器３（３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｎ）に接続され、マニホールド１５０から供給された燃料を複数の燃焼器３（３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｎ）に供給する。この構成によれば、マニホールド１５０から分岐した枝管のそれぞれに三方弁を設置する場合に比べて、三方弁の数、及び燃料処理装置３２に未燃燃料を供給する配管の数を減らすことができる。
【0243】
図１７の例では、マニホールド１５０の下流側である枝管１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，…，１７ｎのそれぞれに三方弁３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，…，３１ｎ）が配置されている。この例では、主燃料配管１７が、導入配管１７ｚと、マニホールド１５０と、複数の枝管１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，…，１７ｎとを含んで構成される。また、燃料処理配管３３が、複数の小径配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，…，３３ｎと、これらの小径配管よりも内径の大きい大径配管３３ｚとを含んで構成される。
【0244】
導入配管１７ｚは、主燃料供給設備１６とマニホールド１５０に接続され、主燃料供給設備１６から供給された燃料をマニホールド１５０に導く。マニホールド１５０は、導入配管１７ｚによって導入された燃料を分岐して複数の枝管１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，…，１７ｎに供給する。複数の枝管１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，…，１７ｎは、マニホールド１５０と複数の三方弁３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，…，３１ｎ）の入口ポート３１ｉに接続される。複数の三方弁３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，…，３１ｎ）のそれぞれの第１出口ポート３１ｏａには、複数の主燃料供給配管１５（１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，…，１５Ｎ）が接続される。複数の三方弁３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，…，３１ｎ）のそれぞれの第２出口ポート３１ｏｂには、燃料処理配管３３を構成する複数の小径配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，…，３３ｎが接続される。複数の主燃料供給配管１５（１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，…，１５Ｎ）は、複数の燃焼器３（３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｎ）に接続される。複数の小径配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，…，３３ｎは、燃料処理配管３３を構成する大径配管３３ｚに接続される。大径配管３３ｚは、燃料処理装置３２に接続される。この構成によれば、複数の三方弁３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，…，３１ｎ）を第１位置から第２位置に切り替えることにより、所定の容量を有するマニホールド１５０内の残存燃料を含む主燃料配管１７内の残存燃料を燃料処理装置３２に導くことが可能となり、アンモニアガスの大気への放出量をより低減することができる。
【0245】
上述した実施形態及び変形例は本発明を理解し易く説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ある実施形態、変形例の構成の一部を他の実施形態、変形例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施形態、変形例の構成に他の実施形態、変形例の構成を加えることも可能である。
【0246】
例えば、第３実施形態では、主燃料がアンモニアガスである例について説明したが、第３実施形態において、アンモニアガスに代えて水素ガスを主燃料として用いてもよい。緊急停止条件が成立した後、起動用モータ９によってガスタービンＧＴが一定時間回転させられるので、ガスタービンＧＴ内の水素ガスの濃度を低減することができる。その結果、第２実施形態に比べて、意図しない場所での水素ガスの発火をより効果的に防止できる。
【0247】
また、第１実施形態の変形例２において、緊急停止条件が成立する種々の異常の例について説明した。第１実施形態の変形例２に記載した種々の異常に基づいて緊急停止条件が成立したか否かを判定する処理は、第２～第４実施形態においても同様に行うことができる。
【0248】
以上のとおり、上記実施形態及び変形例で説明したように、ガスタービン設備は、燃料供給設備に接続される燃料配管と、燃焼器に接続される燃料供給配管と、燃料処理装置に接続される燃料処理配管と、を接続する三方弁を備えている。この構成によれば、ガスタービンＧＴを緊急停止させる際に三方弁を燃料供給配管の遮断弁とともに動作させ、三方弁によって燃料配管と燃料処理配管とを連通することにより、燃料供給配管内に残留する未燃燃料（アンモニアガス、水素ガス、液体アンモニア等）を燃料処理装置に供給することができる。このようなガスタービン設備によれば、ガスタービンの緊急停止時に未燃燃料に起因する不具合を防止できる。
【符号の説明】
【0249】
１…圧縮機、２…タービン、２Ｎ…回転速度センサ、３，３Ｄ…燃焼器、３ｓ，３Ｄｓ…車室、４…発電機、５…圧縮空気、５ａ…燃焼空気、５ｂ…２次燃焼空気、５ｃ…希釈空気、６…燃焼ガス、８…煙突、９…起動用モータ、１１，１０２…副燃料配管、１２，１８，２４，５４，７３，１０４，１１３…流量調節弁、１３，１９，２５，５７，５９，７４，８２，１０５，１１４，１１９…遮断弁、１４，２０，２６，２９，３０，３４，３６，５６，７５，７８，８３，１０６，１１５…開閉弁、１５…主燃料供給配管（燃料供給配管）、１６，７１…主燃料供給設備（燃料供給設備）、１７，７２，１１７…主燃料配管（燃料配管）、１７Ｐａ…入口圧センサ、１７Ｐｂ…出口圧センサ、１７Ｔ…燃料温度センサ、２３…窒素ガス配管、３１…三方弁、３１ｉ…入口ポート、３１ｏａ…第１出口ポート、３１ｏｂ…第２出口ポート、３２，７７…燃料処理装置、３２Ｔ…水タンク、３３，７６…燃料処理配管、３７…制御装置、３８…入力装置、４０…内筒、４１，４１Ｄ…バーナ、４１ａ…燃料ノズル、４１ｂ…旋回器、４１Ｄａ…液体燃料ノズル、４２…点火栓、４３…外筒、４４…エンドカバー、４５…内筒キャップ、４６…噴出孔、４７…噴出孔、４８…トランジションピース、４９，４９ｓ…噴霧ノズル、５０…水マニホールド、５１，５１ｓ…水供給配管、５２…水ポンプ、５３…圧力調節弁、５５，５５ｓ…遮断弁（水遮断弁）、５８…第２分岐管、８０…ドレン孔、８１…ドレン配管、９８，９９…噴霧孔、１０１…エンクロージャ、１１８…第１分岐管、１４０…アンモニア濃度センサ、１５０…マニホールド、Ｆａｇ…アンモニアガスの燃料流量、Ｆｂ１…第１分岐水流量、Ｆｂ２…第２分岐水流量、Ｆｋ…灯油の燃料流量、Ｆｌａ…液体アンモニアの燃料流量、Ｆｎｇ…天然ガスの燃料流量、Ｆｗ…噴霧水流量、ＧＴ…ガスタービン、Ｓ１，Ｓ１Ｂ，Ｓ１Ｄ…主燃料供給システム、Ｓ２，Ｓ２Ｄ…副燃料供給システム、Ｓ３，Ｓ３Ｂ，Ｓ３Ｃ…燃料処理システム、Ｓ４…窒素ガス供給システム、Ｓ５，Ｓ５Ｄ…水供給システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
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【図16】
【図17】
