CN102884295B - 燃气发动机 - Google Patents

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Abstract

一种燃气发动机（10），具有：与输出轴连结的发电机（16）、供给从煤矿矿井排出的含有空调用稀薄浓度甲烷的气体（VAM气体）的吸气通路（18）、在该吸气通路（18）的中途混合含有高浓度甲烷的气体（CMM气体）的气体混合部（54a~d），把含有稀薄浓度甲烷的气体和含有高浓度甲烷的气体进行混合并向燃烧室供给而进行燃烧，其中，在设置于气体混合部上游侧吸气通路的增压器（30）的上游侧吸气通路设置有混合比例调整装置（26、28），其调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，利用吸气控制机构（90A）把向增压器（30）流入的吸气的温度或流量控制在一定范围内。

Description

燃气发动机
技术领域
本发明涉及把天然气和生物气体或从煤矿矿井内等排出的含有甲烷的气体作为吸气气体和燃料有效利用的燃气发动机。
背景技术
对于甲烷CH4、CO2等温室效应气体排放限制的舆论关心在年年高涨。特别是甲烷具有CO2的21倍温室效应，不能忽略甲烷向大气中的排放。另一方面，在挖掘煤炭时，有每一吨煤炭10~40Nm3（换算成纯甲烷气）的大量甲烷气从煤矿矿井内向大气释放。
从煤矿矿井内排出的含有甲烷的气体混合在煤炭层中，有为了安全而利用真空泵从排气钻探孔回收的含有回收甲烷的气体CMM（Coal MineMethane，甲烷气的浓度是约20~50%重量）和为了换气而从坑道和掘进面排出的含有换气甲烷的气体VAM（Ventilation Air Methane，甲烷气的浓度是不到1%重量）。
因此，使从煤矿矿井内向大气排放的含有甲烷的气体不向大气排放而是有效地利用，这对社会和经济的贡献是非常大的。
专利文献1公开有这样的燃气轮机，其能够把在垃圾填埋处理场产生的填埋气体和上述煤矿矿井排出气体等这样甲烷气浓度比可燃界限低的气体作为燃料来利用。
专利文献2公开有这样的发电用燃气发动机，其把从煤矿矿井内排出的含有甲烷的气体作为燃料来使用。以下通过图7来说明专利文献2所公开的燃气发动机发电设备。图7示意地表示煤矿矿井CM和设置在煤矿矿井CM附近的燃气发动机发电设备200。图7中，在煤矿矿井CM有被形成层状的煤炭层C0和采掘煤炭层C1。设置有把煤矿矿井内和外部连通的换气孔206。
在煤矿矿井内的掘进面204，在采掘煤炭层C1穿设有排气钻探孔208，把从钻探孔208排出的CMM气体利用真空泵211从配置在换气孔206内的管路210向燃气发动机发电设备200输送。且把从煤矿矿井内通过换气孔206排出的VAM气体b通过管路212向燃气发动机发电设备200输送。燃气发动机发电设备200运转所产生的电力E和蒸气S向煤矿矿井内应用设备202或其他需要部位输送。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：特开2010-19247号公报
专利文献2：美国专利申请公开第2005/0205022号说明书
发明内容
发明要解决的问题
把甲烷气作为燃料的燃气发动机具有对环境的污染非常少的优点，是期待今后广泛普及的内燃机。但由于从煤矿矿井内排出的含有甲烷的气体随时间的不同而其排出量的变动很大，所以对于燃气发动机如何能够维持稳定的供给量就成为问题。
由于有要减少排气中产生的NOX浓度等的理由，所以有时需要把燃料气体量与空气量的混合比例保持在规定的最佳空气过剩率，但如前所述，由于从煤矿矿井排出的含有甲烷的气体的排出量变动大，所以维持规定的空气过剩率并不容易。
燃气发动机中，若不把向燃烧室供给的混合气体的温度变成40~45℃以下一定范围的温度，则有可能产生暴燃等异常燃烧。因此，要把通过增压器后而成为高温高压的吸气利用吸气冷却器（中间冷却器）控制成一定范围的温度，但使用从煤矿矿井排出的含有甲烷的气体时，由于该含有甲烷的气体量变动大，且吸气冷却器的性能也有界限，所以控制向燃烧室供给的混合气体的温度并不容易。
本发明鉴于现有技术的课题，目的在于在把含有甲烷的气体作为发电用燃气发动机的燃料使用的情况下，维持最佳的空气过剩率而抑制NOX的产生量，且对于含有甲烷的气体量的变动也能够稳定地控制成最佳的空气过剩率。
且目的在于把向燃烧室供给的混合气体的温度控制成最佳，防止产生暴燃等异常燃烧，对于含有甲烷的气体量的变动而能够对向燃烧室供给的混合气体进行稳定的温度控制。
为了达到该目的，本发明的燃气发动机具有：
与输出轴连结的发电机、供给从煤矿矿井排出的含有空调用稀薄浓度甲烷的气体的吸气通路和在该吸气通路的中途混合含有高浓度甲烷的气体的气体混合部，把含有稀薄浓度甲烷的气体和含有高浓度甲烷的气体进行混合并向燃烧室供给而进行燃烧，其中，
具有：设置在所述气体混合部上游侧吸气通路的增压器、设置在该增压器的上游侧吸气通路而向含有稀薄浓度甲烷的气体混合大气的大气混合部、在该大气混合部调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气混合比例的混合比例调整装置和控制该混合比例调整装置而把向增压器流入的吸气的温度或流量控制在一定范围内的吸气控制机构。
根据本发明的装置，只要作为含有稀薄浓度甲烷的气体而利用从煤矿矿井内排出的空调用VAM气体，且作为含有高浓度甲烷的气体而利用从煤矿矿井内排出的CMM气体，就能够减少温室效应气体即甲烷气从煤矿矿井内向大气的释放量。且通过有效利用空调用VAM气体而能够减少燃气发动机的燃料气体消耗量。即能够减少含有高浓度甲烷的气体的消耗量。
作为向燃气发动机供给的含有高浓度甲烷的气体而例如能够利用所述CMM气体、天然气、生物气体、从工厂等排出的副产品气体、填埋气体等。
由所述吸气控制机构来控制所述混合比例调整装置，调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，把向增压器流入的吸气的温度或流量控制在一定范围内，所以能够稳定进行增压器对空气过剩率的控制和设置在增压器下游侧的吸气冷却器对温度的控制，即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，也能够迅速且高精度地控制成最佳的空气过剩率和混合气体温度，能够维持稳定的燃烧。
所述混合比例调整装置例如由设置在大气和VAM气体导入路的流量调整阀等构成，通过调整它们的开度而能够调整吸气通路中大气与VAM气体的混合比例。
本发明装置中，具有：与设置在排气通路所述增压器的涡轮排列设置而把排气的一部分从该涡轮旁通的旁通路、调整该旁通路排气流量的排气流量调整阀、控制该排气流量调整阀以控制增压器动作的增压器控制机构，为了使向所述燃烧室供给的混合气体的空气过剩率成为目标空气过剩率，利用该增压器控制机构控制通过增压器的吸气流量为好。
利用增压器控制机构控制通过增压器的吸气流量，把向燃烧室供给的混合气体控制成目标空气过剩率。这时，由于利用吸气控制机构把向增压器流入的吸气的温度或流量或者温度和流量预先控制在一定范围内，所以即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，通过增压器对空气过剩率的控制和设置在增压器下游侧的吸气冷却器对温度的控制，也能够迅速且高精度地控制成最佳的空气过剩率，能够维持稳定的燃烧。
本发明装置中，所述吸气控制机构具有吸气温度控制部，该吸气温度控制部控制所述混合比例调整装置，调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，把增压器上游侧吸气通路的吸气温度控制在使所述增压器控制机构对目标空气过剩率的控制能够稳定进行的一定温度范围内为好。
所说的使所述增压器控制机构对目标空气过剩率的控制能够稳定进行的一定温度范围例如是控制在20~25℃。由此，即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，也能够使向增压器流入的吸气温度稳定，使增压器控制机构对空气过剩率的控制和设置在增压器下游侧的吸气冷却器对温度的控制稳定化，使排气性能（NOX排出量等）恰当化，且不会产生暴燃等异常燃烧，能够最大限度地发挥发动机性能。
在上述结构的基础上，具备校正目标空气过剩率的目标空气过剩率校正机构，在即使利用所述吸气温度控制部来控制含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，也不能把向增压器流入的吸气温度控制在一定温度范围内时，利用该目标空气过剩率校正机构来改变目标空气过剩率为好。
即使利用所述吸气控制机构来调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，也有时由于VAM气体或大气的温度状态，而不能把吸气温度控制在设定范围。这时，利用所述目标空气过剩率校正机构来校正成适合在从设定范围偏离的温度区域运转的目标空气过剩率，成为校正后目标空气过剩率地使燃气发动机运转。例如把目标空气过剩率λ从λ=2.0校正成燃气发动机能够控制的目标空气过剩率即λ=1.9，由此使燃气发动机能够稳定地运转。
本发明装置中，所述吸气控制机构具有吸气流量控制部，该吸气流量控制部控制所述混合比例调整装置，把增压器上游侧的吸气流量控制在能够使所述增压器控制机构对目标空气过剩率的控制稳定进行的一定范围内为好。
由此，即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，也能够使向增压器流入的吸气量稳定，通过增压器控制机构对空气过剩率的控制来快速且高精度向目标空气过剩率收敛。
本发明装置中，控制所述混合比例控制装置，以使向所述大气混合部供给的含有稀薄浓度甲烷的气体流量一直是容许最大量。
由此，由于作为燃气发动机的燃料而能够最大限度地利用VAM气体，所以能够使甲烷气向大气的释放量成为最小限度。且通过有效利用空调用VAM气体而能够减少燃气发动机的燃料气体消耗量。即能够减少含有高浓度甲烷的气体的消耗量。
本发明装置中，把含有高浓度甲烷的气体的一部分向增压器上游侧且大气混合部下游侧的吸气通路供给为好。
由于把含有高浓度甲烷的气体向增压器下游侧的吸气通路和上游侧的吸气通路分开供给，所以能够把构成在吸气通路中途混合含有高浓度甲烷的气体的气体混合部的控制阀等机器类分开配置。通过这种分开配置而能够使各个机器类小型且重量轻。由于能够使控制阀等机器类小型且重量轻，所以能够解决设置空间的问题，且能够节减零件成本。
发明的效果
根据本发明装置，燃气发动机具有：与输出轴连结的发电机、供给从煤矿矿井排出的含有空调用稀薄浓度甲烷的气体的吸气通路和在该吸气通路的中途混合含有高浓度甲烷的气体的气体混合部，把含有稀薄浓度甲烷的气体和含有高浓度甲烷的气体进行混合并向燃烧室供给而进行燃烧，其中，具有：设置在所述气体混合部上游侧吸气通路的增压器、设置在该增压器的上游侧吸气通路而向含有稀薄浓度甲烷的气体混合大气的大气混合部、在该大气混合部调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气混合比例的混合比例调整装置、控制该混合比例调整装置而来控制向增压器流入的吸气的温度或流量的吸气控制机构，只要作为含有稀薄浓度甲烷的气体而利用从煤矿矿井内排出的空调用VAM气体，且作为含有高浓度甲烷的气体而利用从煤矿矿井内排出的CMM气体，就能够减少温室效应气体即甲烷气从煤矿矿井内向大气的释放量。且通过有效利用空调用VAM气体而能够减少燃气发动机的燃料气体消耗量。即能够减少含有高浓度甲烷的气体的消耗量。
由吸气控制机构来控制混合比例调整装置，通过调整大气与VAM气体的混合比例而能够控制向增压器流入的吸气的温度或流量。
由于把向增压器流入的吸气的温度或流量预先控制在一定范围内，所以能够稳定进行增压器对空气过剩率的控制和设置在增压器下游侧的吸气冷却器对吸气温度的控制，即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，也能够迅速且高精度地控制成最佳的空气过剩率和混合气体温度，能够维持稳定的燃烧。
附图说明
图1是本发明装置第一实施例的结构图；
图2是第一实施例燃气发动机的燃烧缸的剖视图；
图3是表示第一实施例燃气发动机控制顺序的流程图；
图4是本发明装置第二实施例发动机控制装置的方块线图；
图5是表示第二实施例燃气发动机控制顺序的流程图；
图6是本发明装置第三实施例的结构图；
图7是设置在煤矿矿井近旁的燃气发动机发电设备的示意图。
具体实施方式
以下使用图示的实施例来详细说明本发明。但该实施例所记载的结构零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别的特定记载，就不能把本发明的范围仅限定于此。
（实施例1）
按照图1~图3来说明本发明装置的第一实施例。本实施例的发电用燃气发动机被设置在煤矿矿井近旁，作为燃料气体和吸气而使用从煤矿矿井内排出的含有甲烷的气体。图1中，发电用燃气发动机10具有发动机本体12，其在内部具有形成燃烧室的多个（图1是四个）燃烧缸，发电机16与发动机本体12的输出轴14连结。
与发动机本体12连接的吸气管18在上游侧设置有大气混合室（大气混合部）20。大气导入管22和VAM气体导入管24与大气混合室20连接。在大气导入管22有大气a被导入，在VAM气体导入管24有从煤矿矿井内排出的空调用VAM气体b被导入。VAM气体是为了换气而从煤矿矿井内的坑道和掘进面排出的含有甲烷的气体，是含有甲烷浓度是不到1%重量的稀薄浓度甲烷气。在大气混合室20的内部成为大气a与VAM气体b被混合的吸气混合气体d。
在大气导入管22和VAM气体导入管24分别设置有流量调整阀26和28，它们的开度由发动机控制装置（吸气控制机构）90A控制。通过控制流量调整阀26和28的开度来调整大气混合室20内吸气混合气体d的混合比例。在吸气管18且是在大气混合室20发下游侧设置有增压器30的压缩机32。压缩机32与后述设置在排气管62的涡轮34和旋转轴36连结，对吸气混合气体d加压并向发动机本体12的燃烧缸供给。
在增压器30的下游侧设置有吸气冷却器（中间冷却器）38。在该吸气冷却器38被导入有冷却水w，通过增压器30的吸气与该冷却水w进行热交换而被冷却后，经过共通吸气管40和吸气枝管42a~d而被向各燃烧缸56a~d供给。吸气冷却器38对吸气的温度控制是由发动机控制装置90A所控制。
另一方面，把从煤矿矿井内排出的CMM气体c从燃料气体供给管44向发动机本体12供给。如图7所示，CMM气体c混合在煤炭层中，是为了安全而利用真空泵211从排气钻探孔208回收的含有回收甲烷的气体，是含有甲烷浓度约20~50%重量的含有高浓度甲烷的气体。在燃料气体供给管44从上游侧开始而设置有缓冲罐46、流量调整阀48和气体压缩机50。流量调整阀48的开度由发动机控制装置90A控制。
燃料气体供给管44被分岔为四个燃料枝管52a~d，各燃料枝管52a~d分别与吸气枝管42a~d连接。
向燃料气体供给管44输送的CMM气体c在气体压缩机50被压缩，经过燃料枝管52a~d向吸气枝管42a~d供给。在该吸气枝管内把吸气混合气体d和CMM气体c进行预混合，该混合气体成为燃料气体g（参照图2）并向各燃烧缸56a~d供给。在各燃料枝管52a~d分别设置有流量调整阀54a~d，这些流量调整阀的开度由发动机控制装置90A控制。流量调整阀54a~d构成从燃料枝管52a~d去往吸气枝管42a~d的连接部即气体混合部。
在各燃烧缸56a~d的头部分别连接有排气枝管58a~d。排气枝管58a~d与共通排气管60连接，且共通排气管60与排气管62连接。在排气管62设置有增压器30的涡轮34。从各燃烧缸56a~d排出的排气e经过排气枝管58a~d、共通排气管60和排气管62被排出。且把使涡轮34与旁通的旁通管64与排气管62连接，在旁通管64设置有流量调整阀66。流量调整阀66的开度由发动机控制装置90A控制。
接着，利用图2来说明发动机本体12的燃烧缸56a~d头部的结构。图2中，在燃烧缸56a~d的内部有活塞70在往复运动。在活塞70的上面设置有凹部70a，在该凹部70a的上方形成有主燃烧室m。在燃烧缸56a~d的上面中央安装有喷嘴壳体72。在喷嘴壳体72的内部安装有喷嘴76，在喷嘴76的下方形成有副室s。导管78贯通喷嘴壳体72地与喷嘴76连接，通过导管78把主控燃料p向喷嘴76的内部供给。
在喷嘴壳体72两侧的燃烧缸上面设置有与吸气枝管42a~d连通的吸气口和与排气枝管58a~d连通的排气口。且设置开闭该吸气口的吸气阀80和开闭该排气口的排气阀82。在各排气枝管58a~d设置有检测排气温度的排气温度传感器84，把排气温度传感器84的检测值向发动机控制装置90A传送。
对于在吸气枝管42a~d流动的吸气混合气体d，而从燃料枝管52a~d供给CMM气体c，把两者预混合而成为燃料气体g，从吸气口向燃烧缸56a~d内供给。该燃烧缸内的燃料气体g被活塞70加压而成为高压高温状态，从穿过喷嘴壳体72下部的喷孔74进入副室s。另一方面，把主控燃料p从喷嘴76向副室s喷雾，该主控燃料p被高温高压状态的燃料气体g点火，被点火的副室s内火焰从穿过喷嘴壳体72下部的孔74向主燃烧室m传播，在主燃烧室m扩展为火焰f。
在主燃烧室m燃料气体g膨胀，把活塞70向下方按压而使输出轴14旋转。燃烧后的排气e通过排气枝管58a~d、共通排气管60和排气管62被排出。
返回到图1，设置有检测输出轴14转速的转速传感器85和检测各燃烧缸56a~d的主燃烧室m压力的图示省略的缸内压力传感器等，被包括排气温度传感器84的所述传感器检测的检测值向发动机控制装置90A送出。依据这些检测值而由发动机输出控制机构92来控制燃气发动机10的输出和主燃烧室m的燃烧状态。
在位于增压器30与大气混合室20之间的吸气管18设置有：检测向增压器30的压缩机32流入的吸气混合气体d的温度的吸气温度传感器87、检测吸气压力的吸气压力传感器88。把这些检测值向发动机控制装置90A输送。
该结构中，利用发动机控制装置90A的增压器控制机构94来控制流量调整阀66的开度，且控制在旁通管64流动的排气的流量。由此，控制了在排气管62流动的排气流量，控制了增压器30的涡轮转速，控制了在吸气管18流动的吸气流量。
通过这样控制向增压器30流入的吸气流量而能够把向所述燃烧室供给的混合气体g的空气过剩率λ控制成目标空气过剩率。
空气过剩率λ的计算方法是，由吸气温度传感器87和吸气压力传感器88来检测吸气混合气体d的温度和压力，从这些检测值来计算吸气混合气体d的密度。接着，从该密度计算流量。另一方面，从流量调整阀48的开度来计算在燃料气体供给管44流动的CMM气体c的流量。从这样计算出的吸气混合气体d的流量和CMM气体c的流量来计算空气过剩率的近似值λ′。由于在吸气混合气体d中含有VAM气体b的甲烷气，所以上述计算方法算出来的不是空气过剩率λ的正确计算值，但由于VAM气体b的甲烷浓度通常是不到1%重量的非常低，所以把吸气管18内的吸气混合气体d作为与空气同等对待，看作是来计算。
图1中，把从大气导入管22导入的大气a的温度表示为TAir，把流量表示为QAir，把从VAM气体导入管24导入的VAM气体b的温度表示为TVAM，把流量表示为QVAM，把向增压器30流入的吸气混合气体d的温度表示为TV+A，把流量表示为QV+A。且QV+A=QAir+QVAM。
从煤矿矿井内排出的VAM气体b的温度通常在大气压下是20~25℃，但在吸气管18流动的吸气混合气体d被压缩机32升温。向主燃烧室m供给的燃料气体g的温度对在主燃烧室m的燃料气体g的燃烧状态有影响，由于燃料气体g的温度而有可能产生失火和暴燃等异常燃烧。由于吸气混合气体d的密度随温度的不同而不同，所以吸气混合气体d的温度对空气过剩率λ也有影响。
因此，通常需要把向主燃烧室m供给的燃料气体g的温度控制在40~45℃以下的规定范围内。利用增压器30下游侧的吸气冷却器38来对吸气混合气体d进行冷却控制，但由于吸气冷却器38的性能限制和为了进行稳定的空气过剩率控制，就需要把向增压器30流入的吸气混合气体d的温度设定在20~25℃。利用图3来说明该吸气温度控制顺序。
本实施例中，利用增压器控制机构94来控制通过增压器30的压缩机32而向燃烧室供给的吸气混合气体d的流量QV+A，控制到成为目标空气过剩率λ0的流量。例如根据减少排气e中NOX浓度的观点，把目标空气过剩率λ0设定为λ0=2.0。图3是在增压器30对该目标空气过剩率的控制状态中，表示把该吸气混合气体d的温度TV+A控制成设定温度TSUC（TSUC1＜TSUC＜TSUC2）的控制次序的流程图。该TSUC的范围例如作为一定温度的范围而是20~25℃的范围。
图3中，在步骤S10开始控制，在步骤S12当是TV+A＜TSUC1时，则向步骤S14前进。在步骤S14当是TSUC1＜TV+A时，则通过由吸气温度控制部96控制流量调整阀26和28的开度而来增加VAM气体的流量QVAM，并减少大气流量QAir。由此，使吸气混合气体d的温度TV+A上升，以成为设定温度范围。且VAM气体的流量QVAM与大气流量QAir的合计流量即吸气混合气体d的流量QV+A并不改变。
在步骤S14当不是TSUC1＜TV+A时，则向步骤S16前进。在步骤S16当是TSUC1＜TAir时，则减少VAM气体的流量QVAM，并增加大气流量QAir。由此，使吸气混合气体d的温度TV+A上升，以成为设定温度范围。
在步骤S16当不是TSUC1＜TAir时，则由于VAM气体温度TVAM和大气温度TAir都比TSUC1高，所以判断不能把吸气混合气体d的温度控制在设定范围。因此，由空气过剩率校正机构98来校正成适合于吸气混合气体d偏离的温度区域的情况运转的目标空气过剩率λ0′（例如λ0′＝2.0+0.1）。且为了成为校正后的目标空气过剩率λ0′，要改变吸气混合气体d的设定流量QSUC（QSUC→QSUC+i），利用增压器控制机构94使吸气混合气体d的流量成为QSUC+i地来控制流量调整阀66的开度。
在步骤S12当不是TV+A＜TSUC1时，则向步骤S18前进。在步骤S18当不是TSUC2＜TV+A时，则由于吸气混合气体的温度TV+A处于设定温度范围，所以向步骤S12返回。在步骤S18当是TSUC2＜TV+A时，则向步骤S20前进。在步骤S20当是TV+A＜TSUC2时，则增加VAM气体的流量QVAM，并减少大气流量QAir。由此，使吸气混合气体d的温度TV+A下降，以成为设定温度范围。
在步骤S20当不是TVMA＜TSUC2时，则向步骤S22前进。在步骤S22当是TAir＜TSUC2时，则减少VAM气体的流量QVAM，并增加大气流量QAir。由此，使吸气混合气体d的温度TV+A下降，以成为设定温度范围。
在步骤S22当不是TAir＜TSUC2时，则由于VAM气体温度TVAM和大气温度TAir都比TSUC2低，所以判断不能把吸气混合气体d的温度控制在设定范围。因此，由空气过剩率校正机构98来校正成适合于混合气体偏离的温度区域的情况运转的目标空气过剩率λ0”（例如λ0”=2.0-0.1）。且为了成为校正后的目标空气过剩率λ0”，要改变吸气混合气体d的设定流量QSUC（QSUC→QSUC－i），利用增压器控制机构94使吸气混合气体d的流量成为QSUC －i地来控制流量调整阀66的开度。
本实施例中，在利用吸气温度控制部96来控制吸气混合气体d的温度TV+A时，经常在容许范围内把VAM气体b的流量QVAM控制成最大。由此，能够最大限度地利用VAM气体量。
根据本实施例，把从煤矿矿井内排出的VAM气体b作为燃气发动机10的吸气来利用，而且把CMM气体c作为燃气发动机10的燃料气体来利用，因此，能够减少温室效应气体即甲烷气从煤矿矿井内向大气的释放量。
通过利用增压器控制机构94来控制把增压器30的涡轮34旁通的排气e的流量，则能够把向燃烧缸56a~d供给的燃料气体g的空气过剩率λ控制成目标空气过剩率。因此，能够抑制在排气e中产生NOX等，且不会产生暴燃等异常燃烧，能够最大限度地发挥发动机性能。
由于把大气a与VAM气体b的吸气混合气体d作为吸气，所以通过按照VAM气体b的供给量来调整大气的供给量就能够使对燃烧缸56a~d的吸气供给稳定化。因此，即使VAM气体b有大的变动，也能够使对燃烧缸56a~d的吸气供给量稳定化。
由于通过向吸气中导入大气a来控制吸气的温度，所以吸气温度的控制容易。且把向增压器30流入前的吸气温度控制在20~25℃的范围，能够使增压器控制机构94对空气过剩率的控制和设置在增压器30下游侧的吸气冷却器38对吸气温度的控制稳定地进行，即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，也能够把最佳空气过剩率的控制和对于燃烧室的最佳混合气体温度的控制迅速且高精度地进行，能够维持稳定的燃烧。
在即使调整吸气管18的大气a与VAM气体b的混合比例也不能把吸气混合气体d的温度调整到设定范围时，利用空气过剩率校正机构98来改变成适合于吸气混合气体d偏离的温度区域运转情况的目标空气过剩率，所以对于燃气发动机的运转不会带来障碍。即把目标空气过剩率λ例如从λ＝2.0校正成1.9的情况下，由于从理论的空气过剩率偏离而对NOX等的排气性能有不好的影响，但由于设定成燃气发动机能够控制的目标空气过剩率而能够使燃气发动机稳定地运转。
在能够把空气过剩率λ控制成目标空气过剩率的范围，且能够把吸气混合气体d的温度控制在设定范围的条件下，把大气a与VAM气体b的混合比例调整成使VAM气体的流量成为最大限度。因此，能够最大限度地减少VAM气体b向大气的排放量，且能够最大限度地利用VAM气体b中所包含的甲烷气的热量，所以能够减少含有高浓度甲烷的气体即CMM气体的消耗量。
（实施例2）
接着，利用图4和图5来说明本发明装置的第二实施例。本实施例是吸气混合气体d的温度已经进入设定范围，这时来把空气过剩率λ控制成目标空气过剩率情况的例。图4表示本实施例的发动机控制装置90B。发动机控制装置90B与第一实施例所使用发动机控制装置90A相比，是代替了发动机控制装置90A的吸气温度控制部96和λ校正机构98而设置有吸气流量控制部100。发动机控制装置90B的其他结构则与发动机控制装置90A相同。且发动机控制装置以外的整体结构也与第一实施例相同。
吸气流量控制部100根据吸气温度传感器87和吸气压力传感器88的检测值来调整流量调整阀26和28的开度，由此，来调整大气a与VAM气体b的混合比例，能够调整向增压器30流入的吸气混合气体d的流量。以下，通过图5说明本实施例吸气混合气体d的流量调整顺序。
图5是把吸气混合气体d的流量QV+A控制在一定范围内（QSUC1＜QSUC＜QSUC2）的流程图。即，表示的控制例是，把相对设定的目标空气过剩率的吸气混合气体d的流量QV+A的控制范围最小值设定为QSUC1，把最大值设定为QSUC2时，QV+A进入该控制范围且能够供给VAM气体b的流量QVAM中成为最大。图中的QVAM2是VAM气体b的最大界限量。
图5中，在步骤S30开始控制。在步骤S32当是QV+A＜QSUC1时，则向步骤S34前进。在步骤S34当是QVAM＜QVAM2时，则增加VAM气体b的流量，以增加吸气混合气体d的流量使成为设定范围。在不是QVAM＜QVAM2时，则减少VAM气体的流量，以使VAM气体的流量变成QVAM2以下，且增加大气a的流量，以增加吸气混合气体d的流量使成为设定范围。
在步骤S32当不是QV+A＜QSUC1时，则向步骤S36前进。在步骤S36当不是QSUC2＜QV+A时，由于吸气混合气体d的流量是在设定范围内，所以向步骤S32返回，反复相同的次序。
在步骤S36当是QSUC2＜QV+A时，则是QV+A越过了设定范围，向步骤S38前进。在步骤S38当是0＜QAir时，则减少大气a的流量，以使QV+A成为设定范围。在不是0＜QAir时，则减少VAM气体b的流量，以使QV+A成为设定范围。
这样就把增压器30流入侧的吸气混合气体d的流量维持在设定范围。根据本实施例，利用吸气流量控制部100来控制增压器30流入侧的吸气混合气体量，能够使增压器控制机构94对空气过剩率的控制快速且高精度地进行。即使在含有甲烷的气体量变动的情况下，也能够把空气过剩率的控制稳定地进行。
（实施例3）
接着，利用图6来说明本发明装置的第三实施例。图6中，把燃料气体分岔管110与缓冲罐46连接，且在压缩机32与大气混合室20之间的吸气管18设置气体混合器112。且把燃料气体分岔管110与气体混合器112连接，把CMM气体c的一部分从气体混合器112向吸气管18供给。在燃料气体分岔管110设置有过滤器114和流量调整阀116。流量调整阀116的开度由发动机控制装置90A控制。包括发动机控制装置90A的其他结构则与上述第一实施例相同。
第三实施例中，由流量调整阀54a~d和气体混合器112构成气体混合部。
本实施例通过与第一实施例同样的操作来进行空气过剩率的控制和吸气混合气体d的温度控制。这时，把CMM气体c的一部分通过燃料气体分岔管110向吸气管18供给。
本实施例由于把CMM气体c的一部分向吸气管18供给，所以在第一实施例作用效果的基础上，能够减少通过燃料气体供给管44向吸气枝管42a~d供给的CMM气体c流量。因此，能够使吸气枝管42a~d和流量调整阀54a~d等机器类小型化，不需要设置空间，有设备费用低成本的优点。
产业上利用的可能性
根据本发明的发电用燃气发动机，能够有效利用含有甲烷的气体而抑制温室效应气体的排放，且能够在恰当的空气过剩率下进行稳定燃烧。

Claims (8)

1.一种燃气发动机，具有：与输出轴连结的发电机、供给从煤矿矿井排出的含有空调用稀薄浓度甲烷的气体的吸气通路和在该吸气通路的中途混合含有高浓度甲烷的气体的气体混合部，把含有稀薄浓度甲烷的气体和含有高浓度甲烷的气体进行混合并向燃烧室供给而进行燃烧，其特征在于，
具有：设置在所述气体混合部上游侧吸气通路的增压器、设置在该增压器的上游侧吸气通路而向含有稀薄浓度甲烷的气体混合大气的大气混合部、在该大气混合部调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气混合比例的混合比例调整装置和控制该混合比例调整装置而把向所述增压器流入的吸气的温度或流量控制在一定范围内的吸气控制机构，
作为所述大气混合部的大气混合室与大气导入管和含有稀薄浓度甲烷的气体的导入管连接，在所述大气导入管与所述含有稀薄浓度甲烷的气体的导入管分别设置有流量调节阀，这些流量调节阀的开度由所述吸气控制机构控制。
2.如权利要求1所述的燃气发动机，其特征在于，具有：与设置在排气通路的所述增压器的涡轮排列设置而把排气的一部分从该涡轮旁通的旁通路、调整该旁通路排气流量的排气流量调整阀、控制该排气流量调整阀以控制增压器动作的增压器控制机构，为了使向所述燃烧室供给的混合气体的空气过剩率成为目标空气过剩率，利用该增压器控制机构控制通过增压器的吸气流量。
3.如权利要求2所述的燃气发动机，其特征在于，所述吸气控制机构具有吸气温度控制部，该吸气温度控制部控制所述混合比例调整装置，调整含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，把增压器上游侧的吸气通路的吸气温度控制在使所述增压器控制机构对目标空气过剩率的控制能够稳定进行的一定温度范围内。
4.如权利要求3所述的燃气发动机，其特征在于，具备校正目标空气过剩率的目标空气过剩率校正机构，在即使利用所述吸气温度控制部来控制含有稀薄浓度甲烷的气体与大气的混合比例，也不能把向增压器流入的吸气温度控制在所述一定温度范围内时，利用所述目标空气过剩率校正机构来改变目标空气过剩率。
5.如权利要求2所述的燃气发动机，其特征在于，所述吸气控制机构具有吸气流量控制部，该吸气流量控制部控制所述混合比例调整装置，把增压器上游侧的吸气流量控制在能够使所述增压器控制机构对目标空气过剩率的控制稳定进行的一定范围内。
6.如权利要求1～5任一项所述的燃气发动机，其特征在于，控制所述混合比例控制装置，以使向所述大气混合部供给的含有稀薄浓度甲烷的气体流量一直是容许最大量。
7.如权利要求1～5任一项所述的燃气发动机，其特征在于，把含有高浓度甲烷的气体的一部分向所述增压器上游侧且向所述大气混合部下游侧的吸气通路供给。
8.如权利要求6所述的燃气发动机，其特征在于，把含有高浓度甲烷的气体的一部分向所述增压器上游侧且向所述大气混合部下游侧的吸气通路供给。
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