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【発明の名称】 ガスエンジンシステムおよびその運転方法
【発明者】 【氏名】後 藤 功 一

【氏名】小 林 政 徳

【氏名】松 井 宏

【氏名】野 間 毅

【氏名】岩 下 栄

【要約】 【課題】ガスエンジンを、低カロリガスで運転可能にし、高カロリガスまたは低カロリガスで切換え運転でき、燃料ガスカロリ量に対応してガスエンジンを運転できるようにする。

【解決手段】ガスエンジンシステムは、ガスエンジン1と、ガスエンジン1の上流側に設けられた複数のミキサ2、3、4とを備えている。各ミキサ2、3、4には空気管17から空気12が供給され、また燃料ガス管16から分岐管15を介して燃料ガス8が供給される。ミキサ2、3、4内において空気12と燃料ガス8が混合してガスエンジン1へ送られる。燃料ガス8として高カロリガス9を用いる場合は、開閉バルブ11aを調整して使用するミキサ2、3、4の数を減らす。燃料ガス8として低カロリガス10を用いる場合は、開閉バルブ11aを調整して使用するミキサ2、3、4の数を増やす。
【特許請求の範囲】
【請求項1】ガスエンジンと、ガスエンジンの上流側に設けられ、燃料ガスと空気とを混合してガスエンジンへ送る複数のミキサと、各ミキサへ燃料ガスを送る燃料ガス管と、を備えたことを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項2】複数のミキサは直列に配置されていることを特徴とする請求項1記載のガスエンジンシステム。
【請求項3】複数のミキサは並列に配置されていることを特徴とする請求項1記載のガスエンジンシステム。
【請求項4】燃料ガス管には圧力調整弁と空気比調整弁が上流側から順次設けられていることを特徴とする請求項1記載のガスエンジンシステム。
【請求項5】各ミキサには、対応する燃料ガス管が各々接続されていることを特徴とする請求項4記載のガスエンジンシステム。
【請求項6】各燃料ガス管のミキサ側には、開閉バルブが取付けられていることを特徴とする請求項5記載のガスエンジンシステム。
【請求項7】燃料ガス管には、複数の分岐管が接続され、各分岐管は対応するミキサに各々接続されていることを特徴とする請求項4記載のガスエンジンシステム。
【請求項8】各分岐管のミキサ側には、開閉バルブが取付けられていることを特徴とする請求項7記載のガスエンジンシステム【請求項9】ガスエンジンと、ガスエンジンの上流側に設けられ、燃料ガスと空気とを混合してガスエンジンへ送るミキサと、ミキサへ燃料ガスを送る燃料ガス管とを備え、ミキサは燃料ガスと空気との混合部と、この混合部に燃料ガスを送り込む燃料ガス送込部とを有し、混合部と燃料ガス送込部との間に複数の燃料ガス吸込孔を設けたことを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項10】各燃料ガス吸込孔は開閉自在となっていることを特徴とする請求項9記載のガスエンジンシステム。
【請求項11】ガスエンジンと、ガスエンジンの上流側に設けられ燃料ガスと空気とを混合してガスエンジンへ送るミキサと、ミキサへ燃料ガスを送る燃料ガス管と、ミキサへ空気を送る空気管とを有するガスエンジンシステムの運転方法において、燃料ガスとして高カロリガスを用いてガスエンジンを暖機運転させる工程と、暖機運転後に、燃料ガスとして低カロリガスを用いてガスエンジンを通常運転させる工程と、を備えたことを特徴とするガスエンジンシステムの運転方法。
【請求項12】空気管に空気流量調整弁が設けられ、燃料ガスとして高カロリガスを用いて暖機運転させる際、空気流量調整弁の開度を大きくし、燃料ガスとして低カロリガスを用いて通常運転させる際、空気流量調整弁の開度を暖機運転時より小さくすることを特徴とする請求項11記載のガスエンジンシステムの運転方法。
【請求項13】燃料ガス管に空気比調整弁が設けられ、燃料ガスとして高カロリガスを用いて暖機運転させる際、空気比調整弁により調整される燃料ガスと空気の混合比を燃料ガスの比率が小さくなるよう設定し、燃料ガスとして低カロリガスを用いて通常運転させる際、空気比調整弁により調整される燃料ガスと空気と空気の混合比を燃料ガスの比率が暖機運転時より大きくなるよう設定することを特徴とする請求項11記載のガスエンジンシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低カロリ燃料ガスを利用することが可能なガスエンジンを有するガスエンジンシステムおよびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のガスエンジンは、例えば都市ガスのような高カロリガスを燃料ガスとして用い運転される。ほとんどの場合、ガスエンジンに発電機が接続され、この発電機により発電を行なっている。従来のガスエンジンシステムを図9に示す。
【0003】図10に示すように、ガスエンジンシステムは、発電機14に接続されたガスエンジン1と、ガスエンジン1の上流側に設けられ燃料ガス8と空気12とを混合して混合ガス27を生成するミキサ26とを備え、ミキサ26とガスエンジン1との間にガバナ5が設けられている。
【0004】またミキサ26には、圧力調整弁6と空気比調整弁7とが取付けられた燃料ガスを送る燃料ガス管16が接続され、さらにまたミキサ26にはエアフィルタ20が取付けられた空気管17が接続されている。
【0005】また圧力調整弁6は差圧計18からの信号により制御され、さらにガスエンジン1からの排気ガス13は触媒21を経て外方へ放出される。
【0006】ところで、廃棄物処理の過程で、廃棄物の一部をガス変換する技術において、発生するガスを燃料ガスとして利用したいことがある。例えば、このようなガスは低カロリガスであるが、ガスエンジン1に燃料ガス8として吸込ませて、運転させたい場合がある。しかしながら、高カロリガス用のガスエンジン1に、低カロリガスを吸込ませても燃料ガス8と空気12とを混合させるミキサ26への燃料ガス8の吸込み量だけでは、ガスエンジン1を駆動するカロリは得られないことがある。
【0007】また、低カロリガスで運転する際、ガスエンジン1の起動時に、都市ガスのような高カロリガスで暖機運転させた方が都合が良く、また低カロリガスの供給が不足するといった非常時や、ガス変換技術における低カロリガス発生以前では、都市ガスにより運転させた方が良い場合がある。
【0008】本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、低カロリガスを充分多量にガスエンジンに吸込ませ、低カロリガスでも運転できるようにすることができ、燃料ガスのカロリ量に対応して運転できるようにすることができるガスエンジンシステムおよびその運転方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスエンジンと、ガスエンジンの上流側に設けられ、燃料ガスと空気とを混合してガスエンジンへ送る複数のミキサと、各ミキサへ燃料ガスを送る燃料ガス管と、を備えたことを特徴とするガスエンジンシステム、ガスエンジンと、ガスエンジンの上流側に設けられ、燃料ガスと空気とを混合してガスエンジンへ送るミキサと、ミキサへ燃料ガスを送る燃料ガス管とを備え、ミキサは燃料ガスと空気との混合部と、この混合部に燃料ガスを送り込む燃料ガス送込部とを有し、混合部と燃料ガス送込部との間に複数の燃料ガス吸込孔を設けたことを特徴とするガスエンジンシステム、およびガスエンジンと、ガスエンジンの上流側に設けられ燃料ガスと空気とを混合してガスエンジンへ送るミキサと、ミキサへ燃料ガスを送る燃料ガス管と、ミキサへ空気を送る空気管とを有するガスエンジンシステムの運転方法において、燃料ガスとして高カロリガスを用いてガスエンジンを暖機運転させる工程と、暖機運転後に、燃料ガスとして低カロリガスを用いてガスエンジンを通常運転させる工程と、を備えたことを特徴とするガスエンジンシステムの運転方法である。
【0010】本発明によれば、複数のミキサを設けることにより、低カロリガスを燃料ガスとして用いた場合でも、ガスエンジンの運転が可能となり、また高カロリガスを燃料ガスとして用いた場合は運転するミキサの運転数を減少することによりガスエンジンを適切に運転することができる。
【0011】またミキサに複数の燃料ガス吸込孔を設けることにより、低カロリガスを燃料ガスとして用いた場合でも、ガスエンジンの運転が可能となり、また高カロリガスを用いた場合は燃料ガス吸込孔の数を減少させてガスエンジンを適切に運転することができる。
【0012】さらに高カロリガスを燃料ガスとして用いてガスエンジンを暖機させた後、低カロリガスを燃料ガスとして用いることにより、低カロリガスを有効に利用してガスエンジンの作動を行なうことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】第1の実施の形態以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0014】図1は本発明の第1の実施の形態を示す図である。図1に示すように、ガスエンジンシステムは発電機14に接続されたガスエンジン1と、ガスエンジンの上流側に設けられ燃料ガス8と空気12とを混合して混合ガス27を生成する、第1のミキサ2、第2のミキサ3および第3のミキサ4とを備え、各ミキサ2、3、4は互いに直列に配置され、また互いに同一の容量を有している。また第3のミキサ4とガスエンジン1との間にはガバナ5が設けられている。
【0015】また各ミキサ2、3、4には、燃料ガス8を供給する燃料ガス管16が各ミキサ2、3、4に対応する分岐管15を介して接続され、各分岐管15のミキサ2、3、4側には開閉バルブ11aが取付けられている。また、燃料ガス管16には圧力調整弁6と空気比調整弁7が各々取付けられている。また第1のミキサ2には空気12を供給する空気管17が接続され、この空気管17にはエアフィルタ20が取付けられている。
【0016】エアフィルタ20近傍の空気12の圧力と、空気比調整弁7の上流側の燃料ガス管16内の燃料ガス8の圧力は差圧計18へ送られ、この差圧計18からの信号により圧力調整弁6が制御される。さらに、ガスエンジン1からの排気ガス13は触媒21を経て外方へ放出されるようになっている。
【0017】また燃料ガス管16により供給される燃料ガス8は、都市ガス等の高カロリガス9、または廃棄物の一部をガス変換して発生した低カロリガス10、あるいはこれらを含むガスからなり、これら高カロリガス9と低カロリガス10は各々導入管9a、10aから導入され、混合して燃料ガス8となって燃料ガス管16内へ送られる。また導入管9a、10aには各々開閉バルブ11b、11bが取付けられている。
【0018】ところで、上述したガバナ5は燃料ガスと空気の混合ガスの流量調節弁を有しており、エンジン回転数が設定値になるように、ガスエンジン1に送られる燃料ガス8と空気12の混合ガス27の流量を調節する。また圧力調整弁6は、空気比調整弁7の上流位置の燃料ガス8が、空気12の圧力と同じになるように差圧計18により調整されるようになっており、さらに空気比調整弁7は、設定された空気比になるように、燃料ガス管16の流量計(図示せず)と空気管17の流量計(図示せず)とからの信号に基づいて制御部7aにより燃料ガス8と空気12の混合比を自動調節するものである。
【0019】次に第1のミキサ2、第2のミキサ3および第3のミキサ4について説明する。燃料ガス8のカロリ量に対応して、燃料ガス8を吸込ませるミキサ2、3、4の個数を、分岐管15の開閉バルブ11の開閉により調節することができる。例えば、燃料ガス8のカロリ量が大きい時は、ミキサ2、3、4の個数を減らし、カロリ数が小さい時は、ミキサ2、3、4の個数を増やす。すなわち燃料ガス8が高カロリガス9からなる場合は、第1のミキサ2のみを使用し、燃料ガス8が低カロリガス10からなる場合は、第1のミキサ2、第2のミキサ3および第3のミキサ4を使用することができる。
【0020】次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【0021】ガスエンジン1の作動時、空気がガスエンジン1により第1のミキサ2内に吸引される。第1のミキサ2に空気12が吸込まれると、ミキサ2、3、4はベンチェリ管に似た絞り形状になっているため、第1のミキサ2内で空気12は減圧される。この圧力差により、燃料ガス8が分岐管15から第1のミキサ2内の空気流路に吸込まれる。第2のミキサ3には、第1のミキサ2から出た、燃料ガス8と空気12の混合ガス27が、ガスエンジン1方向に流れるが、第1のミキサ2と同様に、減圧されるため、燃料ガス8が分岐管15から第2のミキサ3に吸込まれる。同様に第3のミキサ4でも、第2のミキサ3から出た燃料ガス8と空気12の混合ガス27が減圧され、燃料ガス8が分岐管15から第3のミキサ4に吸込まれる。第3のミキサ4から出た燃料ガス8と空気12の混合ガス27は、流量調節弁を有するガバナ5を介して、ガスエンジン1に吸込まれる。このため燃料ガス8が主として低カロリガス10からなっていても、ガスエンジン1に多量の燃料ガス8を供給することができる。
【0022】一方、燃料ガス8が主として高カロリガス9からなる場合、第2のミキサ3および第3のミキサ4の開閉バルブ11aを閉として、第1のミキサ2のみを使用し適切な運転を行なうことができる。
【0023】以上のように、本実施の形態によれば、燃料ガス8が低カロリガス10からなっていても運転可能となり、また燃料ガス8が高カロリガス9または低カロリガス10からなる場合、各ミキサ2、3、4の開閉バルブ11aを開閉して使用するミキサ2、3、4の個数を調整し、適切な運転を行なうことができる。
【0024】第2の実施の形態次に図2により本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0025】図2に示す実施の形態は、直列に連結され互いに同一容量を有するミキサ2、3、4を設ける代わりに、小容量ミキサ22と大容量ミキサ23を直列に配置したものであり、他は図1に示す第1の実施の形態と略同一である。
【0026】図2において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0027】図2において、燃料ガス8が主として高カロリガス9からなる場合、小容量ミキサ22の開閉バルブ11aを開、大容量ミキサ23の開閉バルブ11aを閉とする。このようにして小容量ミキサ22のみを使用してガスエンジン1を運転することができる。一方、燃料ガス8が主として低カロリガス10からなる場合、小容量ミキサ22の開閉バルブ11aを閉、大容量ミキサ23の開閉バルブ11aを開とする。
【0028】ところで、図2において、ガスエンジン1の起動時に大容量ミキサ23の開閉バルブ11aを閉として、小容量ミキサ22のみに、燃料ガス8として都市ガスのような高カロリガス9を流し、ガスエンジン1を暖機運転することができる。すなわちガスエンジン1の起動時にガスエンジン1を暖機運転しこのガスエンジン1からの排気13が十分高温になってから、導入管9a、10aの開閉バルブ11bを開閉して注入する燃料ガス8を、高カロリガス9から低カロリガス10に切換え、通常運転を行なう。この時、小容量ミキサ22および大容量ミキサ23の開閉バルブ11aを調整して大容量ミキサ23のみに燃料ガス8を流すか、あるいは大容量ミキサ23と小容量ミキサ22の両方に燃料ガス8を流すようにする。
【0029】ガスエンジン1を起動時に暖機した場合、ガスエンジン1の温度が上昇し、燃料ガス8の未燃焼分が低減し、未燃焼ガスが低減される。また、排気13も充分高温となるので、触媒21の反応に適した温度になり、排気13中の一酸化炭素が触媒21により充分に除去される。このため起動時の排気13の特性を改善することができる。
【0030】次に図9により、暖機運転から通常運転へ切換える他の運転方法について説明する。
【0031】図9において、単一のミキサ26が設けられ、この単一のミキサ26に燃料ガス管16および空気管17が各々接続されている。また空気管17には空気流量調整弁19が設けられている。
【0032】図9に示す他の構成は、図2に示す実施の形態と略同一である。図9において、図2に示す実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。
【0033】図9に示すように、空気流量調整弁19はスロットル弁からなり、この空気流量調整弁19は空気12の圧力が測定されるエアフィルタ20近傍よりも下流側に配置されている。
【0034】図9において、燃料ガス8として都市ガスのような高カロリガス9を用いてガスエンジン1を暖機運転させる場合、空気流量調整弁19の開度を大きくし、ミキサ26へ送る空気12の流量を大きくする。次に燃料ガス8として低カロリガス10を用いて通常運転させる場合、空気流量調整弁19の開度を暖機運転時より小さくする。このように空気流量調整弁19の開度を小さくすることにより、ミキサ26への空気12の流量を小さくすることができ、燃料ガス28として低カロリガス10を用いた場合でもガスエンジン1において適切な運転を行なうことができる。
【0035】あるいはまた、燃料ガス8として高カロリガス9を用いてガスエンジン1を暖機運転させる場合、制御部7aにおいて空気比調整弁7により調整される燃料ガス8と空気12との混合比を燃料ガス8の比率が小さくなるよう設定する。
【0036】次に燃料ガス8として低カロリガス10を用いて通常運転する場合、制御部7aにおいて空気比調整弁7により調整される燃料ガス8と空気12との混合比を燃料ガス8の比率が大きくなるよう設定する。このように燃料ガス8として低カロリガスを用いた場合、燃料ガス8と空気12との混合比を燃料ガスの比率が大きくなるよう制御部7aにより設定して空気調整弁7を制御するので、低カロリガス10を用いた場合でもガスエンジン1において適切な運転を行なうことができる。
【0037】次に図3により、本発明の変形例について説明する。図3に示す変形例は、導入管9aから送られる高カロリガス9を燃料ガス管16を経て小容量ミキサ22へ供給するとともに、導入管10aから送られる低カロリガス10を燃料ガス管16を経て大容量ミキサ23へ供給するようにしたものである。すなわち高カロリガス9用および低カロリガス10用の燃料ガス管16が、分岐することなく互いに独立して設けられ、各々の燃料ガス管16に圧力調整弁6と空気比調整弁7が設けられている。また各燃料ガス管16のミキサ22、23側には、開閉バルブ11aが取り付けられている。
【0038】図3において、その他の構成は図2に示す実施の形態と略同一である。
【0039】また、図3に示すように、高カロリガス9用および低カロリガス10用の燃料ガス管16間は、開閉バルブ11cを有する連通管30により連通されている。
【0040】図3において、燃料ガス8として高カロリガス9を用いる場合は、高カロリガス9用の燃料ガス管16および小容量ミキサ22のみを使用してガスエンジン1を運転し、燃料ガス8として低カロリガス10を用いる場合は低カロリガス10用の燃料ガス管16および大容量ミキサ23のみを使用してガスエンジン1を運転する。
【0041】次に図4により、本発明の他の変形例について説明する。
【0042】図4に示す変形例は、混合ガス27を生成する小容量ミキサ22と大容量ミキサ23を並列に配置したものであり、他は図2に示す実施の形態と略同一である。
【0043】図4において、燃料ガス8として高カロリガス9を用いる場合は、小容量ミキサ22を使用し、低カロリガス10を用いる場合は大容量ミキサ23を使用してガスエンジン1を運転する。
【0044】次に図5により本発明の他の変形例について説明する。
【0045】図5に示す変形例は、混合ガス27を生成する小容量ミキサ22と大容量ミキサ23を並列に配置したものであり、他は図3に示す実施の形態と略同一である。
【0046】すなわち、図5において、導入管9aから送られる高カロリガス9は高カロリガス9用の燃料ガス管16を経て小容量ミキサ22へ供給され、導入管10aから送られる低カロリガス10は低カロリガス10用の燃料ガス管16を経て大容量ミキサ23へ供給される。
【0047】また高カロリガス9用の燃料ガス管16と低カロリガス10用の燃料ガス管16との間には、開閉バルブ11cを有する連通管30が設けられている。
【0048】なお、上記図2乃至図5に示す実施の形態において、小容量ミキサ22および大容量ミキサ23の数は、限定されることなく各々複数設けてもよい。また図2乃至図5において小容量ミキサ22と大容量ミキサ23を直列に配置したり(図2および図3)、並列に配置した例(図4および図5)を示したが、小容量ミキサ22および大容量ミキサ23を各々複数設け、これらを直列および並列に配置してもよい。
【0049】第3の実施の形態次に図6乃至図8により本発明の第3の実施の形態について説明する。図6乃至図8に示す実施の形態は、ミキサ2、3、4の構造を示したものであり、他は図1に示す第1の実施の形態と略同一である。
【0050】図6乃至図8において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0051】図6乃至図8においてミキサ2、3、4は2重円筒構造となっており、内筒31と外筒32とを有している。このうち内筒31内は燃料ガス8と空気12との混合部31aとなり、内筒31と外筒32との間は燃料ガス8を送り込む燃料ガス送込部32aとなっている。
【0052】また、混合部31aと燃料ガス送込部32aとの間の内筒31には、燃料ガス8が通過する燃料ガス吸込孔24が多数設けられている。また内筒31外周であって燃料ガス吸込孔24を塞ぐことができる位置に、円筒状の燃料ガス吸込孔塞ぎ板25が回転自在に設けられ、この燃料ガス吸込孔塞ぎ板25を回転させることにより、所望の数の燃料ガス吸込孔24を覆う(開閉する)ことができる。図6に示すように、内筒31のうち吸込孔24のない部分に重なっている状態から、吸込孔24のある部分に重なる状態に燃料ガス吸込孔塞ぎ板25を移動して吸込孔24の数を減少させる(図8)。燃料ガス吸込孔塞ぎ板25の回転は例えば小型モータで小車輪を駆動させて実施する。
【0053】空気12はガスエンジン1側から吸引され、内筒31内の混合部31aを軸方向に流れるが、内筒31内壁がベンチェリ管に似た絞り形状になっているため、空気12は減圧される。燃料ガス8は外筒32内の燃料ガス送込部32aに流入した後、燃料ガス送込部32aと混合部31との間の圧力差により、混合部31a内部に流入する。この燃料ガス8の流入量は、燃料ガス吸込孔24の塞がれた個数で調節でき、塞がれた個数が多いほど燃料ガス8の流量は小さくなる。
【0054】混合部31a内に流入した空気12と燃料ガス8は、その後混合され、混合ガス27となってガスエンジン1側へ供給される。
【0055】本実施の形態によれば、燃料ガス吸込孔24を多数設けることにより、ガスエンジン1に多量の燃料ガス8を吸込むことができ、燃料ガス8が低カロリガスであっても容易に運転できる。また燃料ガス8のカロリ量に対応して燃料ガス吸込孔塞ぎ板25を回転させ、これによってガスエンジン1への燃料ガス8の吸込み量が調節できる。このため高カロリガスまたは低カロリガス間で切換え運転が可能になる。
【0056】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、燃料ガスとして低カロリガスを有効に利用してガスエンジンを作動させることができ、また燃料ガスのカロリ量に対応させてガスエンジンの適切な運転が可能となる。
【出願人】 【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成11年8月16日(1999.8.16)
【代理人】 【識別番号】100064285
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 (外3名)
【公開番号】 特開2001−55932(P2001−55932A)
【公開日】 平成13年2月27日(2001.2.27)
【出願番号】 特願平11−229940