JP2008196360A

JP2008196360A - 発電システム

Info

Publication number: JP2008196360A
Application number: JP2007031403A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Ito; 好晴伊藤; Yuji Ozawa; 裕治小沢
Original assignee: Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: JP4783308B2

Abstract

【課題】特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる発電システムを提供すること。
【解決手段】発電システム１は、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを混焼させてガスエンジン２を運転し、発電機１１を作動させる。第１ミキサー７Ａへ燃焼用空気Ａが流入する際の吸引力により、圧力レギュレータ６１による圧力設定後の副燃料ガスＦ２が第１ミキサー７Ａを通ってガスエンジン２へ供給される。制御手段８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を調整することにより、副燃料ガスＦ２だけでは不足する目標出力を出すために必要な熱量を、主燃料ガスＦ１によって補う。ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システムに関する。

都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとの２種類の燃料を用いてガスエンジンを運転し、このガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システムにおいては、種々のシステム方式が採用されている。例えば、副燃料ガスの発熱量に応じて、主燃料ガスと燃焼用空気との混合気の供給流量を調整して、２種類の燃料を混合して燃焼を行う方式、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料を用い、燃焼用空気の空気比を制御しながら燃焼を行う方式等がある。

例えば、特許文献１においては、主燃料としての軽油と、空気とバイオガスとの混合気体とを、ディーゼルエンジンに供給して運転を行うよう構成したデュアルフューエル・ディーゼルエンジンが開示されている。このディーゼルエンジンにおいては、バイオガスの供給流量を設定する流量調節弁の開度を一定に固定し、ディーゼルエンジンの回転数が一定になるように軽油の供給流量を制御している。

また、例えば、特許文献２においては、バイオガス等の副燃料ガスと燃焼用空気との混合気と、都市ガス等の主燃料ガスとをガスエンジンに供給して、運転を行うよう構成したガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、燃焼用空気がミキサーを通過する際に生じる負圧を利用し、ミキサー内へ副燃料ガスを吸引して、これらの混合気を生成している。また、ガスエンジンの排気系統に設けた酸素センサ又はＮＯｘセンサの出力変動に基づいて、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブの開度を調整して、空気比の制御を行っている。そして、ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの混合気と、主燃料ガスとを混合した後に、スロットル弁によって、この２燃料の混合気のガスエンジンへの供給流量を調整して、ガスエンジンの回転数又は負荷を制御している。

しかしながら、特許文献１においては、流量調節弁によるバイオガスの供給流量を一定に固定して、空気の流れの中にバイオガスを押し込んで混合させている。そのため、ディーゼルエンジンへの軽油とバイオガスとの合計供給流量に対するバイオガスの供給流量割合を、初期設定した所定の割合以下に保つことはできない。したがって、引用文献１においては、発電機の負荷が低いときでも、負荷がほぼ１００％のときと同じ量である過大な量のバイオガスがディーゼルエンジンに供給され、ディーゼルエンジンの制御が不安定になるおそれがある。また、引用文献１においては、ディーゼルエンジンへのバイオガスの供給流量は、その供給源（タンク等）の元圧に大きく影響されるため、ディーゼルエンジンの制御が一層不安定になるおそれがある。

また、特許文献２においては、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブと、スロットル弁とが混在し、これらの制御が影響しあって、ガスエンジンの制御が不安定になるおそれがある。また、引用文献２においては、スロットル弁以外にも、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブが必要となるため、スロットル弁及びバルブを制御する制御手段が複雑になってしまう。

特開２００２−３０９９７９号公報特開２００５−３０３０２号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる発電システムを提供しようとするものである。

第１の発明は、複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
該空気配管から流入する上記燃焼用空気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該燃焼用空気に当該副燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成したことを特徴とする発電システムにある（請求項１）。

本発明の発電システムは、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができるものである。
具体的には、本発明の発電システムにおいては、副燃料配管に設けた圧力レギュレータによって、第１ミキサーへの副燃料ガスの流入量を調整しておき、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対する副燃料ガスの供給流量の割合を、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。

この初期設定を行うときには、副燃料ガスの熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスの供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータによって設定圧力に調整し、副燃料配管に設けた手動バルブ等の開度を調整して流量の微調整を行うことができる。

本発明の発電システムの運転を行う際には、第１ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの第１混合気が作り出され、第２ミキサーにおいて、第１混合気と主燃料ガスとの第２混合気が作り出される。次いで、過給機において、第２混合気が圧縮されて圧縮混合気が作り出され、この圧縮混合気が吸気マニホールドを経由してガスエンジンにおける複数の気筒に供給される。そして、制御手段によってスロットルバルブの開度を調整して、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を調整することにより、発電機を目標出力で作動させることができる。

また、本発明の発電システムにおいて、ガスエンジンの出力を上昇させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が増加し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が増加することによって、過給機の回転数が増加する。これにより、過給機への第２混合気の流入量、第２ミキサーへの第１混合気の流入量及び第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ増加し、第１ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が増加することにより、第１ミキサーへの副燃料ガスの流入量が増加する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も増加させることができる。

一方、ガスエンジンの出力を低下させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が減少し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が減少することによって、過給機の回転数が減少する。これにより、過給機への第２混合気の流入量、第２ミキサーへの第１混合気の流入量及び第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ減少し、第１ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が減少することにより、第１ミキサーへの副燃料ガスの流入量が減少する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も減少させることができる。

そして、本発明の発電システムにおいては、副燃料ガスの熱量が変動したときには、この変動を主燃料ガスの供給流量によって補うことができる。具体的には、副燃料ガスの熱量が減少したときには、制御手段は、発電機の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブの開度を増加させ、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を増加させることができる。一方、副燃料ガスの熱量が増加したときには、制御手段は、発電機の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブの開度を減少させ、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を減少させることができる。これにより、本発明においては、副燃料ガスの熱量の変動を補い、発電機が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジンへ供給することができる。

また、副燃料配管から第１ミキサーへ供給される副燃料ガスの圧力は、圧力レギュレータによって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスのタンク等における元圧が変動しても、第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量に応じて、第１ミキサーへの副燃料ガスの流入量を安定して変化させることができる。また、第１ミキサーへの副燃料ガスの流入量は、常に第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量と、圧力レギュレータによる設定圧力により決定され、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量の変化に応じて、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量を安定して変化させることができる。

これにより、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対するガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスの熱量が変動した場合、又は発電機に対する負荷が変動してガスエンジンの出力が変動する場合においても、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、ガスエンジンの運転が不安定になってしまうことを防止することができる。

それ故、本発明の発電システムによれば、スロットルバルブ以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。

第２の発明は、複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該第１混合気に当該副燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成したことを特徴とする発電システムにある（請求項３）。

本発明の発電システムもまた、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができるものである。
具体的には、本発明の発電システムにおいては、副燃料配管に設けた圧力レギュレータによって、第２ミキサーへの副燃料ガスの流入量を調整しておき、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対する副燃料ガスの供給流量の割合を、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。

本発明の発電システムの運転を行う際には、第１ミキサーにおいて、燃焼用空気と主燃料ガスとの第１混合気が作り出され、第２ミキサーにおいて、第１混合気と副燃料ガスとの第２混合気が作り出される。次いで、過給機において、第２混合気が圧縮されて圧縮混合気が作り出され、この圧縮混合気が吸気マニホールドを経由してガスエンジンにおける複数の気筒に供給される。そして、制御手段によってスロットルバルブの開度を調整して、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を調整することにより、発電機を目標出力で作動させることができる。

本発明の発電システムにおいて、ガスエンジンの出力を上昇させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が増加し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が増加することによって、過給機の回転数が増加する。これにより、過給機への第２混合気の流入量、第２ミキサーへの第１混合気の流入量及び第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ増加し、第２ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が増加することにより、第２ミキサーへの副燃料ガスの流入量が増加する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も増加させることができる。

一方、ガスエンジンの出力を低下させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が減少し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が減少することによって、過給機の回転数が減少する。これにより、過給機への第２混合気の流入量、第２ミキサーへの第１混合気の流入量及び第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ減少し、第２ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が減少することにより、第２ミキサーへの副燃料ガスの流入量が減少する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も減少させることができる。

そして、本発明の発電システムにおいても、上記第１の発明と同様に、主燃料ガスによって副燃料ガスの熱量の変動を補い、発電機が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジンへ供給することができる。
また、副燃料配管から第２ミキサーへ供給される副燃料ガスの圧力は、圧力レギュレータによって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスのタンク等における元圧が変動しても、第２ミキサーへの第１混合気の流入量に応じて、第２ミキサーへの副燃料ガスの流入量を安定して変化させることができる。また、第２ミキサーへの副燃料ガスの流入量は、常に第２ミキサーへの第１混合気の流入量と、圧力レギュレータによる設定圧力により決定され、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量の変化に応じて、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量を安定して変化させることができる。

それ故、本発明の発電システムによっても、スロットルバルブ以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。

上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第２の発明において、上記主燃料ガスとしては、メタン等を含有する都市ガス（１３Ａ等）を用いることができる。また、上記副燃料ガスとしては、有機性廃棄物（家畜糞尿、生ゴミ、有機性残さ、下水汚泥等）を発酵させて生成したバイオガス、木質系廃棄物（工場端材、建築廃材等）を熱分解させて発生させたバイオガス、工場等で発生する副生ガス等の燃料ガスを用いることができる。また、これ以外にも、副燃料ガスとしては、主燃料ガスと異なる一般的なガス体燃料を用いることもできる。

また、第１の発明においては、上記圧力レギュレータは、その設定圧力を調整するパイロット部が上記空気配管に接続してあることにより、該空気配管における上記燃焼用空気の圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて上記設定圧力を低く補正するよう構成することが好ましい（請求項２）。
また、第２の発明においては、上記圧力レギュレータは、その設定圧力を調整するパイロット部が、上記第１ミキサーと上記第２ミキサーとを接続する吸気配管に接続してあることにより、該吸気配管における上記第１混合気の圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて上記設定圧力を低く補正するよう構成することが好ましい（請求項４）。
これらの場合には、空気配管における燃焼用空気の圧力が若干変動したときでも、この変動による影響により、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量が変動してしまうことを防止することができる。

また、第１の発明において、上記圧力レギュレータによる上記副燃料ガスの設定圧力は、上記空気配管における上記燃焼用空気の圧力とほぼ同じに設定することができる。これにより、第１の発明においては、第１ミキサーへの燃焼用空気の流入量に応じて、第１ミキサーへの副燃料ガスの流入量を一層安定して変化させることができる。
また、第２の発明において、上記圧力レギュレータによる上記副燃料ガスの設定圧力は、上記第２ミキサーの入口における上記第１混合気の圧力とほぼ同じに設定することができる。これにより、第２ミキサーへの第１混合気の流入量に応じて、第２ミキサーへの副燃料ガスの流入量を一層安定して変化させることができる。

また、上記副燃料配管には、該副燃料配管を開閉することができる電磁弁を設けることが好ましい（請求項５）。
この場合には、電磁弁により副燃料配管を閉じたときには、主燃料ガスのみを用いて発電システムの運転を行うことができる。

以下に、本発明の発電システムにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
（実施例１）
本例の発電システム１は、図１に示すごとく、複数の気筒２１を備えたガスエンジン２の出力によって発電機１１を作動させるよう構成してある。この発電システム１は、都市ガス等の主燃料ガスＦ１をガスエンジン２へ供給する主燃料供給系統と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２をガスエンジン２へ供給する副燃料供給系統とを有しており、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを混焼させてガスエンジン２を運転するよう構成してある。

同図に示すごとく、本例の副燃料供給系統は、バイオガス等の副燃料ガスＦ２が供給される副燃料配管６と、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１と、燃焼用空気Ａが供給される空気配管４と、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａに、副燃料配管６から流入する副燃料ガスＦ２を混合して第１混合気Ｍ１を作り出す第１ミキサー７Ａとを有している。第１ミキサー７Ａは、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａがベンチュリー７１を通過する際に生じる吸引力に応じて、副燃料配管６から圧力レギュレータ６１による圧力設定後の副燃料ガスＦ２が吸引されるよう構成してある。

図１に示すごとく、本例の主燃料供給系統は、主燃料ガスＦ１が供給される主燃料配管５と、主燃料配管５に設けたスロットルバルブ５１と、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１に、主燃料配管５からスロットルバルブ５１による流量調整後の主燃料ガスＦ１を混合して第２混合気Ｍ２を作り出す第２ミキサー７Ｂとを有している。
また、第２ミキサー７Ｂの下流側には、ガスエンジン２からの排ガスＧを利用し第２ミキサー７Ｂから流入する第２混合気Ｍ２を圧縮して圧縮混合気Ｍ３を作り出す過給機３と、過給機３から流入する圧縮混合気Ｍ３を複数の気筒２１へ分岐させて供給する吸気マニホールド２２とが接続してある。また、発電システム１は、電子制御ユニット等の制御手段８によって制御可能であり、スロットルバルブ５１の開度は、制御手段８によって、発電機１１の発電出力が目標出力になるよう制御される。

発電システム１を運転する際には、制御手段８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を調整して、第２ミキサー７Ｂへの主燃料ガスＦ１の流入量が決定されると共に、ガスエンジン２の出力に応じて過給機３の回転数が変化し、過給機３の回転数に応じて第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Ａの流入量に応じて第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が決定される。

そして、発電システム１においては、制御手段８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を調整することにより、副燃料ガスＦ２だけでは不足する目標出力を出すために必要な熱量を、主燃料ガスＦ１によって補い、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成してある。

以下に、本例の発電システム１につき、図１、図２と共に詳説する。
本例の発電システム１は、商用電源との連系により発電機１１を作動させる系統連系タイプのものであり、商用電源の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に合わせて、発電機１１を回転させる。そして、本例の発電機１１は、商用電源の周波数によって決定される一定の回転数でロータを回転させて発電を行う。

本例の制御手段８は、発電機１１の発電出力を電力計８１によって測定し、この発電出力が目標出力になるようスロットルバルブ５１の開度を調整して、フィードバック制御を行うよう構成してある。なお、制御手段８は、ガスエンジン２の回転数が目標回転数になるようスロットルバルブ５１の開度を調整することもできる。

図１に示すごとく、本例の過給機３は、ガスエンジン２から排気される排ガスＧのエネルギーを利用して作動する排ガス過給機３である。この排ガス過給機３は、ガスエンジン２の複数の気筒２１における排気口を集結した排気マニホールド２３内を通過する排ガスＧによって回転するタービンホイール３１と、このタービンホイール３１の同軸上に連結し、タービンホイール３１の回転を受けて回転するコンプレッサホイール３２とを有して構成されている。そして、第２ミキサー７Ｂから過給機３へ送られた第２混合気Ｍ２は、コンプレッサホイール３２によって圧縮混合気Ｍ３とされて、ガスエンジン２へ供給される。
本例のスロットルバルブ５１は、制御手段８からの指令を受け、主燃料ガスＦ１を通過させる通過口に配設したバルブ本体５１１を、アクチュエータ５１２によって動作させて、上記通過口の開度を調整するよう構成されている。

図２に示すごとく、本例の第１ミキサー７Ａは、メイン通路７０内にベンチュリー７１を設け、このベンチュリー７１におけるスロート部（絞り部）７１１の外周に、サブ通路７２における複数の先端開口穴７２１を開口させて構成したものである。そして、メイン通路７０内におけるベンチュリー７１を燃焼用空気Ａが通過すると、ベンチュリー７１におけるスロート部７１１が負圧になり、この負圧による吸引力によってサブ通路７２からメイン通路７０内へ副燃料ガスＦ２を吸引することができる。
また、本例の第２ミキサー７Ｂも、第１ミキサー７Ａと同様の構成を有しており、メイン通路７０を通過する第１混合気Ｍ１に主燃料ガスＦ１を混合するよう構成されている。

また、図１に示すごとく、第１ミキサー７Ａ、第２ミキサー７Ｂ、及び過給機３のコンプレッサホイール３２は、吸気配管１２によって接続してある。
また、本例の副燃料配管６には、圧力レギュレータ６１の下流側に、副燃料配管６を開閉することができる電磁弁６２が設けてある。この電磁弁６２は、他の制御手段８等によって動作可能であり、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いて混焼させて運転を行う際には、常時、副燃料配管６を開けた状態にあり、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１のみを燃焼させて運転を行う際には、副燃料配管６を閉じるよう構成してある。

同図に示すごとく、本例においては、空気配管４は大気に開放されており、副燃料配管６は、バイオガス等の副燃料ガスＦ２が生成又は貯蔵されたタンク（図示略）に接続されている。また、圧力レギュレータ６１による副燃料ガスＦ２の設定圧力は、ほぼ大気圧となるよう設定してある。
空気配管４の入口部には、ガスエンジン２への異物混入を防止するためのエアフィルター４１が配設してある。そして、発電システム１を長期間稼働させる際には、空気配管４におけるエアフィルター４１の下流側においては、エアフィルター４１に生じた詰まりによって大気圧よりも若干負圧になっている。

図１に示すごとく、本例の圧力レギュレータ６１は、その設定圧力を調整するパイロット部６１１が、配管６１２によって空気配管４におけるエアフィルター４１の配設位置よりも下流側であって、第１ミキサー７Ａよりも上流側に接続してある。そして、圧力レギュレータ６１は、空気配管４におけるエアフィルター４１の下流側の燃焼用空気Ａの圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて設定圧力を低く補正するよう構成してある。

具体的には、発電システム１を長期間稼働させる際に、エアフィルター４１に詰まりが生じたときには、エアフィルター４１における圧損の増加により、エアフィルター４１の下流側における燃焼用空気Ａの圧力が若干低下するものの、この圧力の若干の低下に応じて、圧力レギュレータ６１の設定圧力も若干低く補正される。これにより、圧力レギュレータ６１の設定圧力がエアフィルター４１の下流側における燃焼用空気Ａの圧力よりも相対的に高くなってしまうことが抑制され、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が若干増加してしまうことを抑制することができる。そのため、発電システム１を長期的に稼働させる際に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量が若干増加してしまうことを抑制することができる。

また、発電システム１の運転前においては、圧力レギュレータ６１の設定圧力を所定の値に設定することにより、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の供給圧力が決定される。また、副燃料配管６において、圧力レギュレータ６１と電磁弁６２との間には、手動のバルブを配設することができる。そして、発電システム１の初期設定時等には、上記手動のバルブを操作して、副燃料ガスＦ２の流量の調整をしておくことができる。
また、圧力レギュレータ６１による副燃料ガスＦ２の圧力の設定により、副燃料ガスＦ２中に、水素やブタン等のノッキングを起こしやすいガスが含まれる場合には、ノッキングを回避するために副燃料ガスＦ２の混合割合を、所定の割合以下に抑えることができる。

また、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量は、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給熱量と副燃料ガスＦ２の供給熱量との合計供給熱量に対して、上記ノッキングを防止できる範囲で決定することができる。また、主燃料ガスＦ１の供給熱量は、上記合計供給熱量に対して、発電機１１における急激な負荷変動に追従できる範囲で決定することができる。そして、副燃料ガスＦ２の供給熱量を主燃料ガスＦ１の供給熱量よりも多くしても、ガスエンジン２の運転が可能である。なお、主燃料ガスＦ１の供給熱量は、上記合計供給熱量に対して、最低でも１０％程度は必要と考える。

本例の発電システム１は、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができるものである。
具体的には、本例の発電システム１においては、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１によって、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量を調整しておき、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。

この初期設定を行うときには、副燃料ガスＦ２の熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給熱量に対する副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合が、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータ６１によって設定圧力に調整し、副燃料配管６に設けた手動バルブの開度を調整して流量の微調整を行うことができる。

本例の発電システム１の運転を行う際には、第１ミキサー７Ａにおいて、燃焼用空気Ａと副燃料ガスＦ２との第１混合気Ｍ１が作り出され、第２ミキサー７Ｂにおいて、第１混合気Ｍ１と主燃料ガスＦ１との第２混合気Ｍ２が作り出される。次いで、過給機３において、第２混合気Ｍ２が圧縮されて圧縮混合気Ｍ３が作り出され、この圧縮混合気Ｍ３が吸気マニホールド２２を経由してガスエンジン２における複数の気筒２１に供給される。そして、制御手段８によってスロットルバルブ５１の開度を調整して、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を調整することにより、発電機１１を目標出力で作動させることができる。

本例の発電システム１において、ガスエンジン２の出力を上昇させるときには、制御手段８からの指令によってスロットルバルブ５１の開度が増加し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が増加する。このとき、ガスエンジン２からの排ガスＧの温度が増加することによって、過給機３の膨張仕事が増加し、過給機３の回転数が増加する。これにより、過給機３への第２混合気Ｍ２の流入量、第２ミキサー７Ｂへの第１混合気Ｍ１の流入量及び第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量がそれぞれ増加し、第１ミキサー７Ａのベンチュリー７１における吸引力が増加することにより、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が増加する。
こうして、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が増加したときには、ガスエンジン２への燃焼用空気Ａ及び副燃料ガスＦ２の供給流量も増加させることができる。

一方、ガスエンジン２の出力を低下させるときには、制御手段８からの指令によってスロットルバルブ５１の開度が減少し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が減少する。このとき、ガスエンジン２からの排ガスＧの温度が減少することによって、過給機３の膨張仕事が減少し、過給機３の回転数が減少する。これにより、過給機３への第２混合気Ｍ２の流入量、第２ミキサー７Ｂへの第１混合気Ｍ１の流入量及び第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量がそれぞれ減少し、第１ミキサー７Ａのベンチュリー７１における吸引力が減少することにより、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が減少する。
こうして、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が減少したときには、ガスエンジン２への燃焼用空気Ａ及び副燃料ガスＦ２の供給流量も減少させることができる。

そして、本例の発電システム１においては、副燃料ガスＦ２の組成等が変化し、その熱量が変動したときには、この熱量の変動を主燃料ガスＦ１の供給流量によって補うことができる。具体的には、副燃料ガスＦ２の熱量が減少したときには、制御手段８は、発電機１１の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブ５１の開度を増加させ、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を増加させることができる。一方、副燃料ガスＦ２の熱量が増加したときには、制御手段８は、発電機１１の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブ５１の開度を減少させ、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を減少させることができる。これにより、本例においては、副燃料ガスＦ２の熱量の変動を補い、発電機１１が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジン２へ供給することができる。

また、副燃料配管６から第１ミキサー７Ａへ供給される副燃料ガスＦ２の圧力は、圧力レギュレータ６１によって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスＦ２のタンク等における元圧が変動しても、第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量に応じて、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量を安定して変化させることができる。また、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量は、常に第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量と、圧力レギュレータ６１による設定圧力により決定され、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量の変化に応じて、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量を安定して変化させることができる。

これにより、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対するガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスＦ２の熱量が変動した場合、又は発電機１１に対する負荷が変動してガスエンジン２の出力が変動する場合においても、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給熱量に対する副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合が、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、ガスエンジン２の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。

それ故、本例の発電システム１によれば、スロットルバルブ５１以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。

また、本例の発電システム１においては、ガスエンジン２に供給される燃料ガスの熱量に応じて、燃焼用空気Ａがガスエンジン２に供給されることになる。そのため、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２における空気比（空気過剰率、すなわち実際に供給した空気量を、理論上、燃料ガスを完全燃焼させるために要する空気量で割った値）をほぼ一定に保つことができる。なお、ガスエンジン２における空気比は、過給機３の特性、燃焼用空気Ａの温度等の影響を受けて若干変化することがある。

（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、燃焼用空気Ａと主燃料ガスＦ１とを混合した第１混合気Ｍ１に、副燃料ガスＦ２を混合して第２混合気Ｍ２を作り出すよう構成した例である。
本例の発電システム１も、都市ガス等の主燃料ガスＦ１をガスエンジン２へ供給する主燃料供給系統と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２をガスエンジン２へ供給する副燃料供給系統とを有している。

同図に示すごとく、本例の主燃料供給系統は、燃焼用空気Ａが供給される空気配管４と、主燃料ガスＦ１が供給される主燃料配管５と、主燃料配管５に設けたスロットルバルブ５１と、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａに主燃料配管５からスロットルバルブ５１による流量調整後の主燃料ガスＦ１を混合して第１混合気Ｍ１を作り出す第１ミキサー７Ａとを有している。

本例の副燃料供給系統は、バイオガス等の副燃料ガスＦ２が供給される副燃料配管６と、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１と、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１に副燃料配管６から流入する副燃料ガスＦ２を混合して第２混合気Ｍ２を作り出す第２ミキサー７Ｂとを有している。第２ミキサー７Ｂは、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１がベンチュリー７１を通過する際に生じる吸引力に応じて、副燃料配管６から圧力レギュレータ６１による圧力設定後の副燃料ガスＦ２が吸引されるよう構成してある。

本例の発電システム１においては、制御手段８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を制御して、第１ミキサー７Ａへの主燃料ガスＦ１の流入量が決定されると共に、ガスエンジン２の出力に応じて過給機３の回転数が変化し、過給機３の回転数に応じて第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Ａの流入量に応じて第２ミキサー７Ｂへの副燃料ガスＦ２の流入量が決定される。
また、本例の圧力レギュレータ６１は、その設定圧力を調整するパイロット部６１１が、配管６１２によって第１ミキサー７Ａと第２ミキサー７Ｂとを接続する吸気配管１２に接続してある。

本例の発電システム１においては、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１によって、第２ミキサー７Ｂへの副燃料ガスＦ２の流入量を調整しておき、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。

この初期設定を行うときには、副燃料ガスＦ２の熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給熱量に対する副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合が、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータ６１によって設定圧力に調整し、副燃料配管６に設けた手動バルブ等の開度を調整して流量の微調整を行うことができる。

本例の発電システム１の運転を行う際には、第１ミキサー７Ａにおいて、燃焼用空気Ａと主燃料ガスＦ１との第１混合気Ｍ１が作り出され、第２ミキサー７Ｂにおいて、第１混合気Ｍ１と副燃料ガスＦ２との第２混合気Ｍ２が作り出される。次いで、過給機３において、第２混合気Ｍ２が圧縮されて圧縮混合気Ｍ３が作り出され、この圧縮混合気Ｍ３が吸気マニホールド２２を経由してガスエンジン２における複数の気筒２１に供給される。そして、制御手段８によってスロットルバルブ５１の開度を調整して、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を調整することにより、発電機１１を目標出力で作動させることができる。

そして、本例の発電システム１においても、上記実施例１と同様に、主燃料ガスＦ１によって副燃料ガスＦ２の熱量の変動を補い、発電機１１が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジン２へ供給することができる。
また、副燃料配管６から第２ミキサー７Ｂへ供給される副燃料ガスＦ２の圧力は、圧力レギュレータ６１によって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスＦ２のタンク等における元圧が変動しても、第２ミキサー７Ｂへの第１混合気Ｍ１の流入量に応じて、第２ミキサー７Ｂへの副燃料ガスＦ２の流入量を安定して変化させることができる。また、第２ミキサー７Ｂへの副燃料ガスＦ２の流入量は、常に第２ミキサー７Ｂへの第１混合気Ｍ１の流入量と、圧力レギュレータ６１による設定圧力により決定され、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量の変化に応じて、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量を安定して変化させることができる。

それ故、本例の発電システム１によっても、スロットルバルブ５１以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１における、発電システムを示す説明図。実施例１における、第１ミキサーの構造を概略的に示す説明図。実施例２における、発電システムを示す説明図。

符号の説明

１発電システム
１１発電機
２ガスエンジン
２１気筒
２２吸気マニホールド
３過給機
４空気配管
５主燃料配管
５１スロットルバルブ
６副燃料配管
６１圧力レギュレータ
６２電磁弁
７Ａ第１ミキサー
７Ｂ第２ミキサー
７１ベンチュリー
８制御手段
Ａ燃焼用空気
Ｆ１主燃料ガス
Ｆ２副燃料ガス
Ｍ１第１混合気
Ｍ２第２混合気
Ｍ３圧縮混合気
Ｇ排ガス

Claims

複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
該空気配管から流入する上記燃焼用空気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該燃焼用空気に当該副燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成したことを特徴とする発電システム。
請求項１において、上記圧力レギュレータは、その設定圧力を調整するパイロット部が上記空気配管に接続してあることにより、該空気配管における上記燃焼用空気の圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて上記設定圧力を低く補正するよう構成してあることを特徴とする発電システム。
複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該第１混合気に当該副燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成したことを特徴とする発電システム。
請求項３において、上記圧力レギュレータは、その設定圧力を調整するパイロット部が、上記第１ミキサーと上記第２ミキサーとを接続する吸気配管に接続してあることにより、該吸気配管における上記第１混合気の圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて上記設定圧力を低く補正するよう構成してあることを特徴とする発電システム。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記副燃料配管には、該副燃料配管を開閉することができる電磁弁が設けてあることを特徴とする発電システム。