JP5308466B2 - ガスエンジンの燃料ガス供給方法および装置 - Google Patents
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Description
このような全量ガスを過給機前吸込み方式で供給する場合、燃料ガスのカロリー変動と共に給気室でのガス濃度も変動し、給気室内ガスの濃度によっては、給気室内で自己着火等の異常燃焼を生じるおそれがあり、給気室内の安全度が燃料ガスカロリーに依存してしまう。
この特許文献2と同様の燃料ガスの供給構成が示されたものとして特許文献3(特開2009−144626号公報)も知られている。
しかし、この自己着火等の異常燃焼の防止を行う制御および構成については具体的には開示されていない。さらに、燃料ガスがカロリー変動する場合でも、燃料ガスの濃度を直接計測する濃度計を用いずに簡単な構成によって、且つ確実に給気通路内で可燃性の燃料ガスが異常燃焼を生じることがない制御方法が望まれている。
前記第1燃料ガス調整弁によって調整される過給機側ガス供給通路の燃料ガス量Q1と、前記第2燃料ガス調整弁によって調整されるシリンダ側ガス供給通路の燃料ガス量Q2との流量比率Q1/Q2を一定値に保持し、燃料ガスのガス濃度が変化した際に、エンジン出力を一定に維持するように前記第2燃料ガス調整弁を調整して前記燃料ガス量Q2を調整し、その後、前記流量比率に基づいて前記燃料ガス量Q1を算出し、該燃料ガス量Q1により前記第1燃料ガス調整弁を調整することを特徴とする。
また、本発明においては、ガス濃度計を設置することなく、燃料ガス量Q1及びQ2を制御することによって、給気管内での自己着火や引火や爆発等の異常燃焼を防止して安全性を確保できるので、制御装置が簡単化されて、システム全体を軽量コンパクトに構成できる。
このため、メタンガス濃度の変化時にエンジン出力を一定にするためには、メタンガス濃度が高くなったときには、燃料ガス流量を低下させ、メタンガス濃度が下がったときには、燃料ガス流量を増加させるようにしている。
過給機側ガス供給通路から導入される燃料ガス量Q1を常に一定にする制御をしている場合には、燃料ガスのメタンガス濃度が高まった場合に、過給機側ガス供給通路から導入されるメタンガス成分が増大して、給気管内で自己着火や引火や爆発等の異常燃焼を生じる濃度に達し易くなる危険性を有している。
従って、メタンガス濃度が高くなったときには、一定出力なるようにシリンダ側ガス供給通路の燃料ガス量Q2を低下させるとともに、一定比率によって、過給機側ガス供給通路の燃料ガス量Q1をも低下させるので、過給機側ガス供給通路から導入されるメタン成分が増大して、給気管内で自己着火や引火や爆発等の異常燃焼を生じる危険性が回避される。
さらに、前記燃料ガスが、発熱量が低くかつ変動し易い炭鉱メタンガスである場合に適する。
前記第1燃料ガス調整弁と前記第2燃料ガス調整弁との開度を制御するガス供給コントローラを備え、該ガス供給コントローラには、前記第1燃料ガス調整弁によって調整される過給機側ガス供給通路の燃料ガス量Q1と、前記第2燃料ガス調整弁によって調整されるシリンダ側ガス供給通路の燃料ガス量Q2との流量比率Q1/Q2を一定値に保持する流量比率保持手段と、燃料ガスのガス濃度が変化した際に、エンジン出力を一定に維持するように前記第2燃料ガス調整弁を調整して前記燃料ガス量Q2を調整する第2燃料ガス調整弁制御手段と、その第2燃料ガス調整弁制御手段による燃料ガス量Q2の調整後に、前記流量比率に基づいて前記燃料ガス量Q1を算出し、該燃料ガス量Q1より前記第1燃料ガス調整弁の開度を調整する第1燃料ガス調整弁制御手段と、を備えることを特徴とする。
すなわち、過給機側ガス供給通路の燃料ガス量Q1と、シリンダ側ガス供給通路の燃料ガス量Q2とを、流量比率Q1/Qを一定に制御するとともに、エンジン出力を一定に維持するように第2燃料ガス調整弁を始めに制御して、次に流量比率に基づいて燃料ガス量Q1を制御することによって、過給機側ガス供給通路から導入される燃料ガスの濃度を給気管内で自己着火や引火や爆発等の異常燃焼を生じるような濃度に上昇させることを防止できる。その結果安全性が向上する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
各シリンダヘッド5の排気出口に接続された各排気管19は、排気集合管21に接続され、該排気集合管21は排気タービン11aに接続され、排気タービン11aの排気ガス出口からの排気ガスを排出するための排気出口管23が取りけられている。
図3の給気ポート47には、給気枝管13を通って、過給機11で加圧された燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、過給機入口空気通路29を通ってミキサ31に導かれる空気Qaiと過給機側ガス供給管33を通ってミキサ31に導かれる燃料ガス流量Q1とが混合されたもので合計流量Q3が流入する。
一方、各給気枝管13に接続された各ガス供給枝管39を流れる燃料ガス流量Q2'は、給気弁49の弁軸51とシリンダヘッド5との摺動部、または摺動部に形成された溝53等の通路を通って給気ポート47に導かれるようになっている。
そして、該コンプレッサ11bで高温、高圧に加圧された混合気燃料ガスは給気冷却器17で冷却されて降温し、給気管15を通って各シリンダの給気枝管13内に流入する。
まず、ステップS1で、炭鉱メタンガス(CMMガス)のメタン濃度が変化すると、ステップS2で、燃料ガスの発熱カロリーが変動するため、エンジン1の出力が変動する。それに伴い、発電機9からの発電出力が変動し、その変動値を回転数センサ55、または負荷検出器57によって検出する。
すなわち、燃料ガスのガス濃度が上昇したときは、エンジン出力を一定に維持するように燃料ガス量Q2を低下するように各シリンダ側ガス量調整弁45の開度を制御し、また、燃料ガスのガス濃度が低下したときは、エンジン出力を一定に維持するように燃料ガス量Q2を増加する各シリンダ側ガス量調整弁45の開度を制御する。
過給機側ガス供給管33からの燃料ガス量Q1において、メタン濃度をm%とすると、メタン量はQ1×m、空気量はQ1×(1−m)となる。同様に、シリンダ側ガス供給管37からの燃料ガス量Q2において、メタン濃度をm%とすると、メタン量はQ2×m、空気量はQ2×(1−m)となる。
コンプレッサ11bの下流側の流量Q3は、Q3=Qai+Q1となる。また、このコンプレッサ11bの下流側の給気ガス濃度Hは、H=(Q1×m)/(Q1+Qai)と表せる。
さらに、コンプレッサ11bの出口ガス量が一定である場合には、Q3=Qai+Q1=一定=K2となる。
また、本発明の特徴事項である、流量比率Q1/Q2=一定=K3となる。
これら、K1、K2、K3の条件を基に、このコンプレッサ11bの下流側の給気ガス濃度HのH=(Q1×m)/(Q1+Qai)の式を書き換えると下記(1)のようになる。
=(Q1×m)/(Q1+Q3−Q1)
=(Q1/Q3)×m
=(Q1×m)/Q3
=(K1/(1+K3))×1/K2 …(1)
となる。
図6は、燃料ガスとして供給されるCMMガスのメタン濃度を横軸に示し、(a)は縦軸に流量Q1を示し、(b)は縦軸に流量Q2を示し、(c)は縦軸にQ1/Q2の比率を示し、(d)は縦軸に給気管内でのガス濃度を示す。
このようにQ1/Q2の一定比率、出力一定制御の基では、式(1)で示したように、コンプレッサ11bの下流側の給気ガス濃度Hは一定となり(図6(d))、給気管内のメタン濃度が上昇しメタンが自己着火して爆発等の危険領域への上昇が確実に防止される。
3 シリンダブロック
5 シリンダヘッド
9 発電機
11 過給機
13 給気枝管
15 給気管(給気通路)
17 給気冷却器
19 排気管
21 排気集合管
23 排気出口管
27 排気バイパス弁
31 ミキサ
33 過給機側ガス供給管(過給機側ガス供給通路)
35 ガス供給管(燃料ガス通路)
37 シリンダ側ガス供給管(シリンダ側ガス供給通路)
41 ガスコンプレッサ
43 過給機側ガス量調整弁(第1燃料ガス調整弁)
45 シリンダ側ガス量調整弁(第2燃料ガス調整弁)
63 ガス供給コントローラ
65 流量比率保持手段
67 第2燃料ガス調整弁制御手段
69 第1燃料ガス調整弁制御手段
Claims (7)
- 低カロリーで変動がある燃料ガスを供給する燃料ガス通路が、過給機の空気入口側に設置されたミキサに接続される過給機側ガス供給通路と、シリンダへの給気通路に接続されるとともに前記燃料ガスを圧縮するガスコンプレッサが介装されたシリンダ側ガス供給通路とに分岐され、
前記過給機側ガス供給通路の流量を制御する第1燃料ガス調整弁と、前記シリンダ側ガス供給通路の流量を制御する第2燃料ガス調整弁とを備えたガスエンジンの燃料ガス供給方法において、
前記第1燃料ガス調整弁によって調整される過給機側ガス供給通路の燃料ガス量Q1と、前記第2燃料ガス調整弁によって調整されるシリンダ側ガス供給通路の燃料ガス量Q2との流量比率Q1/Q2を一定値に保持し、
燃料ガスのガス濃度が変化した際に、エンジン出力を一定に維持するように前記第2燃料ガス調整弁を調整して前記燃料ガス量Q2を調整し、
その後、前記流量比率に基づいて前記燃料ガス量Q1を算出し、該燃料ガス量Q1により前記第1燃料ガス調整弁を調整することを特徴とするガスエンジンの燃料ガス供給方法。 - 燃料ガスのガス濃度が上昇したとき、前記エンジン出力を一定に維持するように前記燃料ガス量Q2を低下させると共に、前記一定の流量比率に基づいて前記燃料ガス量Q1を低下させて、前記ミキサによって混合されて過給機に導入される混合燃料ガスのガス濃度の上昇を抑えて略一定値に保持することを特徴とする請求項1記載のガスエンジンの燃料ガス供給方法。
- 燃料ガスのガス濃度が低下したとき、前記エンジン出力を一定に維持するように前記燃料ガス量Q2を増加させると共に、前記一定の流量比率に基づいて前記燃料ガス量Q1を増加させて、前記ミキサによって混合されて過給機に導入される混合燃料ガスのガス濃度の低下を抑え略一定値に保持することを特徴とする請求項1記載のガスエンジンの燃料ガス供給方法。
- 前記略一定値に保持されるガス濃度が燃料ガスの空気に対して可燃下限界ガス濃度未満の所定の濃度であることを特徴とする請求項2または3に記載のガスエンジンの燃料ガス供給方法。
- 前記ガスエンジンは発電用エンジンであり、前記エンジン出力が一定に維持されることによって該ガスエンジンによる発電出力が一定になるように運転されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のガスエンジンの燃料ガス供給方法。
- 前記燃料ガスが、発熱量が低くかつ変動し易い炭鉱メタンガスであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のガスエンジンの燃料ガス供給方法。
- 低カロリーで変動がある燃料ガスを供給する燃料ガス通路が、過給機の空気入口側に設置されたミキサに接続される過給機側ガス供給通路と、シリンダへの給気通路に接続されるとともに前記燃料ガスを圧縮するガスコンプレッサが介装されたシリンダ側ガス供給通路とに分岐され、
前記過給機側ガス供給通路の流量を制御する第1燃料ガス調整弁と、前記シリンダ側ガス供給通路の流量を制御する第2燃料ガス調整弁とを備えたガスエンジンの燃料ガス供給装置において、
前記第1燃料ガス調整弁と前記第2燃料ガス調整弁との開度を制御するガス供給コントローラを備え、該ガス供給コントローラには、
前記第1燃料ガス調整弁によって調整される過給機側ガス供給通路の燃料ガス量Q1と、前記第2燃料ガス調整弁によって調整されるシリンダ側ガス供給通路の燃料ガス量Q2との流量比率Q1/Q2を一定値に保持する流量比率保持手段と、
燃料ガスのガス濃度が変化した際に、エンジン出力を一定に維持するように前記第2燃料ガス調整弁を調整して前記燃料ガス量Q2を調整する第2燃料ガス調整弁制御手段と、
その第2燃料ガス調整弁制御手段による燃料ガス量Q2の調整後に、前記流量比率に基づいて前記燃料ガス量Q1を算出し、該燃料ガス量Q1より前記第1燃料ガス調整弁の開度を調整する第1燃料ガス調整弁制御手段と、を備えることを特徴とするガスエンジンの燃料ガス供給装置。
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