JP2003106172A

JP2003106172A - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP2003106172A
Application number: JP2001301087A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yamagishi; 岸哲山; Shigeto Matsuo; 尾滋人松
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】供給圧力が相違する複数の供給系統より供給
される燃料を混合して、機器へ供給することが出来て、
しかも、圧縮機や冷却手段を省略することが可能な燃料
供給装置の提供。【解決手段】供給圧力が相違する２つの供給系統（例
えば、都市ガスの様な高カロリーガスの供給ライン（Ｆ
ＨＬ）と、バイオガスの様な低カロリーガスの供給ライ
ン（ＦＬＬ）との２系統）と、エジェクタ（５）とを有
し、該エジェクタ（５）は、駆動流（５ａ）側が比較的
圧力が高い供給系統（都市ガスの様な高カロリーガスの
供給ラインＦＨＬ）に連通しており、２次流（５ｂ）側
が比較的圧力が低い供給系統（バイオガスの様な低カロ
リーガスの供給ライン（ＦＬＬ）に連通しており、吐出
口（５ｃ）が燃料を供給するべき機器（燃焼器２）に連
通している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、供給圧力が相違す
る２つの供給系統より供給される燃料を混合して、機器
へ供給するための燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば都市ガス（高カロリーガス）と、
バイオガスの様な、大気圧程度の供給圧力しか得られな
い燃料（低カロリーガス）を併用する（混合して使用す
る）場合には、発電設備１の燃焼器２（内部圧力がゲー
ジ圧で６ｋｇｆ／ｃｍ^２程度：場合によっては数１０
ｋｇｆ／ｃｍ^２となる場合がある）内に混合ガス燃料
を投入するためには、昇圧が必要となり、図５に示す様
にミキサ３で混合された後の燃料供給ラインＦＬに圧縮
機４を介装しなければならない。

【０００３】しかし、圧縮機４を介装した場合は圧縮機
４にエネルギを取られるので、効率が下がる。また、低
カロリーガスが高温、低圧の場合には、昇圧前（圧縮機
４へ供給する以前）に水分を除去しなければならない。
さもなければ、圧縮機４が水浸しとなり、定格の圧縮比
が得られず、故障の原因ともなる。

【０００４】更に、圧縮機４の耐熱性の如何によって
は、高温の燃料ガスを供給することにより故障が生じ得
るため、係る場合には、冷却手段の介装が必須となる。
冷却手段を設けた場合には設備費（イニシャルコスト）
を高騰させるのみならず、冷却手段で冷却する分のエネ
ルギが必要なので、ランニングコストも押し上げ全体の
効率を低下させることとなる。尚、図５中、符号ＶＬは
低カロリーガス供給ラインＦＬＬに介装された流量制御
弁を、符号ＶＨは高カロリーガス供給ラインＦＨＬに介
装された流量制御弁を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、供給圧力
が相違する複数の供給系統より供給される燃料を混合し
て、大気圧よりも高圧な機器へ供給することが出来て、
しかも、圧縮機や冷却手段を省略することが可能な燃料
供給装置の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料供給装置
は、供給圧力が相違する２つの供給系統（例えば、都市
ガスの様な高カロリーガスの供給ライン（ＦＨＬ）と、
バイオガスの様な低カロリーガスの供給ライン（ＦＬ
Ｌ）との２系統）と、エジェクタ（５）とを有し、該エ
ジェクタ（５）は、駆動流（５ａ）側が比較的圧力が高
い供給系統（都市ガスの様な高カロリーガスの供給ライ
ンＦＨＬ）に連通しており、２次流（５ｂ）側が比較的
圧力が低い供給系統（バイオガスの様な低カロリーガス
の供給ラインＦＬＬ）に連通しており、吐出口（５ｃ）
が燃料を供給するべき機器（燃焼器２）に連通している
（請求項１）。

【０００７】係る構成を具備する本発明によれば、エジ
ェクタ（５）により、比較的圧力が高いガス（高カロリ
ーガス、例えば都市ガス）と、比較的圧力が低いガス
（低カロリーガス、例えばバイオガス）とが、燃焼器
（２）に供給される。ここで、エジェクタ（５）入り口
における駆動流（５ａ）と、２次流（５ｂ）の圧力を適
宜制御することにより、エジェクタ（５）入り口（５
ｄ）における駆動流（５ａ）（高カロリーガス）の圧力
と、２次流（５ｂ）（低カロリーガス）の圧力を調整し
て、燃料の好適な供給が達成できる。

【０００８】そして、比較的圧力が高い供給系統（高カ
ロリーガス、例えば都市ガスの供給ラインＦＨＬ）が所
定圧力（燃焼器内の圧力や、各種損失により、ケース・
バイ・ケースで決定される数値）より適度に高圧であれ
ば、圧縮機を設けなくても、２つの供給系統（ＦＨＬ、
ＦＬＬ）から供給された燃料ガス（高カロリーガスと低
カロリーガスとの混合燃料ガス）をエジェクタ（５）に
より、燃料を供給するべき機器（例えば、比較的高圧な
燃焼器２）内へ、当該混合燃料を供給出来る。そして、
圧縮機を設けなくても良いので、冷却手段も不要とな
る。

【０００９】さらに、２つの供給系統（ＦＨＬ、ＦＬ
Ｌ）から供給された燃料ガスは、エジェクタ（５）の吐
出口（５ｃ）から吐出した後、燃料を供給するべき機器
（例えば、比較的高圧な燃焼器２）内へ投入されるまで
の間に、ラインミキシングにより混合される。従って、
ミキサも不要となる。

【００１０】即ち、エジェクタ（５）によって供給圧力
が相違する二つのの供給系統より供給される燃料を混合
することが出来るので、圧縮機、冷却手段、ミキサを省
略することが可能となる。従って、これ等を駆動するエ
ネルギも不要となり、効率が向上する。

【００１１】本発明において、比較的圧力が低い供給系
統（低カロリーガス、例えばバイオガスの供給ラインＦ
ＬＬ）には逆止弁（７）を介装して、比較的圧力が低い
供給系統（ＦＬＬ）における逆流を防止することが好ま
しい。

【００１２】また本発明において、比較的圧力が高い供
給系統（高カロリーガス、例えば都市ガスの供給ライン
ＦＨＬ）に圧縮機（４）と、比較的圧力が高い供給系統
の圧力を計測する圧力計測手段（圧力センサ９）とを介
装し、該圧縮機（４）をバイパスするバイパスライン
（ＬＢ）を設け、比較的圧力が高い供給系統（ＦＨＬ）
とバイパスライン（ＬＢ）との分岐点に流路切換手段
（例えば三方弁Ｖ３）を設けると共に、制御手段（１
０）を設け、該制御手段（１０）は、圧力計測手段（圧
力センサ９）で計測された圧力が前記所定圧力（燃焼器
２内の圧力や、各種損失により、ケース・バイ・ケース
で決定される数値）よりも低い場合に前記流路切換手段
（Ｖ３）を圧縮機（４）側に切り換えると共に圧縮機
（４）を駆動し、圧力計測手段（９）で計測された圧力
が前記所定圧力以上である場合に前記流路切換手段（Ｖ
３）をバイパスライン（ＬＢ）側に切り換えると共に圧
縮機（４）を停止する様に構成されているのが好ましい
（請求項２）。

【００１３】この様に構成すれば、比較的圧力が高い供
給系統（高カロリーガス、例えば都市ガスの供給ライン
ＦＨＬ）の圧力が、前記所定圧力よりも低圧となること
があっても、燃料を投入するべき機器（例えば燃焼器
２）に、上述した混合燃料ガスを供給することが出来
る。

【００１４】本発明の実施に際して、前記燃料は所謂
「ガス燃料」のみではなく、例えば、霧化された液体燃
料をも含む。

【００１５】従って、本発明は、バイオガスの様に、大
気圧程度の供給圧力しか得られないものを供給する手法
として有効である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して、本
発明の実施形態を説明する。

【００１７】第１実施形態の構成を示す図１において、
発電設備１の燃焼器２は上流側にエジェクタ５を介装し
た燃料供給ラインＦＬと連通している。前記エジェクタ
５は、駆動流流入口（エジェクタ入口）５ｄを有する駆
動流流過管５ａと、２次流流入口５ｅを有する２次流流
過管５ｂと、吐出口５ｃとにより構成されている。

【００１８】前記エジェクタ５のエジェクタ入口５ｄは
流量制御弁ＶＨを介装した比較的圧力の高い高カロリー
ガス（例えば、都市ガス）供給ラインＦＨＬに連通し、
前記エジェクタ５の２次流流入口５ｅは流量制御弁ＶＬ
を介装した比較的圧力の低い低カロリーガス（例えばバ
イオガス）供給ラインＦＬＬに連通している。尚、該低
カロリーガス供給ラインＦＬＬで前記流量制御弁ＶＬの
下流には逆止弁７が介装されている。

【００１９】又、前記駆動流流過管５ａの後端及び２次
流流過管５ｂの中ほど（駆動流流過管５ａの後端）から
後部は細く絞られ、駆動流流過管５ａの後端から流速を
増した駆動流（前述の高カロリーガス流）が２次流流過
管５ｂの中ほどに噴射され、２次流流過管５ｂを流下し
てきた２次流（前述の低カロリーガス流）と交じり合い
混合ガスとなって、吐出口５ｃから前記混合ガス供給ラ
インＦＬを介して前記燃焼器２に供給される様に構成さ
れている。

【００２０】即ち、本実施形態は、図４の従来技術に対
して、ミキサ及びコンプレッサに代えて、エジェクタ５
を燃料供給系に介装したことが大きな相違点である。

【００２１】係る構成を具備する本実施形態によれば、
エジェクタ５入り口（駆動流流入口５ｄ、２次流流入口
５ｅ）における駆動流と、２次流の圧力を制御してやる
ことにより、単一のエジェクタでも、全く問題無く、運
転することができる。そして、前記流量制御弁ＶＬとＶ
Ｈを適宜制御すれば、エジェクタ５入り口における駆動
流（高カロリーガス）の圧力と、２次流（低カロリーガ
ス）の圧力を調整することができる。

【００２２】高カロリーガス（例えば都市ガス）が所定
圧力（燃焼器内の圧力や、各種損失により、ケース・バ
イ・ケースで決定される数値）より高圧であれば、コン
プレッサを設けなくても、燃料ガス（高カロリーガスと
低カロリーガスとの混合燃料ガス）をエジェクタ５によ
り、比較的高圧な燃焼器内へ供給出来る。

【００２３】即ち、エジェクタ５から吐出する高カロリ
ーガスと低カロリーガスは、前記燃料供給ラインＦＬを
流過中にラインミキシングにより混合されて混合ガスと
して燃焼器２に供給され、従って、ミキサは不要とな
る。

【００２４】低カロリーガス供給ラインＦＬＬには逆止
弁７を介装しているので、低カロリーガスの圧力が低く
ても、（エジェクタ５の２次流側へ）逆流することが防
止できる。

【００２５】また、低カロリーガスが高温、低圧であっ
ても、エジェクタ５よりも燃焼器２側にはコンプレッサ
を設ける必要が無いため、水分を除去する必要が無く、
したがって、冷却は不要である。但し、低カロリーガス
と高カロリーガスの何れかの温度が、エジェクタ５を構
成する材料の耐熱性を超える高温である場合には、エジ
ェクタ保護のため、図示しない冷却手段を設ける必要が
ある。

【００２６】図２及び図を参照して第２実施形態を説明
する。図２は第１実施形態を示す図１に対して以下の点
が異なる。即ち、高カロリーガス供給ラインＦＨＬの上
流側に圧縮機４を介装し、該圧縮機４の上流側に流路切
換手段（３方弁）Ｖ３を介装し、更に３方弁Ｖ３の上流
には圧力センサ９を介装している。

【００２７】又、前記３方弁Ｖ３からは前記圧縮機４を
バイパスするバイパスラインＬＢを分岐させ、該バイパ
スラインＬＢの端部を前記流量制御弁ＶＨと前記圧縮機
４の間の高カロリーガス供給ラインＦＨＬに合流させて
いる。

【００２８】そして、前記圧力センサ９からは信号ライ
ンＳＬ１が制御手段１０に接続されており、該制御手段
１０は圧力センサ９の情報に基づき、前記３方弁Ｖ３の
流路を切換、更に圧縮機４の作動、非作動の切換を制御
するように構成されている。

【００２９】図１の第１実施形態では、高カロリーガス
（例えば都市ガス）が所定圧力（燃焼器内の圧力や、各
種損失により、ケース・バイ・ケースで決定される数
値）より高圧であることが前提であり、所定圧力よりも
低ければ、燃焼器に燃料ガスを供給出来ない。これに対
して図２の第２実施形態では、圧力センサ９で計測され
た高カロリー燃料の圧力が、前記所定圧力より高圧であ
る場合は、圧縮機４をバイパスするバイパスラインＬＢ
を流れ、図１の第１実施形態と同様であるが、高カロリ
ー燃料の圧力が、前記所定圧力より低い場合は、（高カ
ロリーガス供給ラインＦＨＬの）ラインＬＡを流れて、
圧縮機４で昇圧される。それ以外は図１と同様である。

【００３０】次に、図３を用い、図２をも参照して燃料
供給制御について説明する。ステップＳ１において、圧
力センサ９で圧力を検出し、前記制御手段１０は検出結
果を読込み、次のステップＳ２に進む。

【００３１】ステップＳ２では制御装置１０は検出した
圧力値（高カロリーガス供給ラインＦＨＬの所定位置の
圧力値）が所定値よりも大きいか否かを判断する。所定
値よりも大きな場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）は
ステップＳ３に進み、所定値よりも小さな場合（ステッ
プＳ２においてＮＯ）はステップＳ４に進む。

【００３２】ステップＳ３では、制御装置１０は３方弁
Ｖ３にバイパスラインＬＢ側を開くように信号ラインＳ
Ｌ２を介して制御信号を送ると共に、圧縮機４に圧縮機
を駆動させない様に信号ラインＳＬ３を介して制御信号
を送り制御を終了する。

【００３３】一方、ステップＳ４では、制御装置１０は
３方弁Ｖ３に（高カロリーガス供給ラインＦＨＬの）ラ
インＬＡ側を開くように制御信号を送ると共に、圧縮機
４に圧縮機を駆動させる様に制御信号を送り制御を終了
する。

【００３４】係る構成及び制御方法を具備する第２実施
形態によれば、高カロリー燃料供給ラインＦＨＬの圧力
が、前記所定圧力よりも低圧となることがあっても、燃
焼器２に、混合燃料ガスを供給することが出来る。

【００３５】なお、図２に図示はされていないが、ライ
ンＬＡの圧縮機４上流側（燃焼器から離れる側）に、冷
却手段を介装し、水分を除去し、或いは、高カロリーガ
スが高温である場合に圧縮機４が当該高温ガスにより破
損することを防止することも可能である。

【００３６】本発明の実施形態で用いられるエジェクタ
の仕様を決定する１例について、以下において式を用い
て説明する。

【００３７】等エントロピ流れにおいて、一般的に次の
式１〜式６が成り立つ。Ｐ=ρＲＴ（式１）ここで、Ｐ：圧力、Ｔ：温度、ρ：密度、ｖ：速度、
γ：比熱比、Ｐｔ：全圧、Ｔｔ：全温、Ｍ：マッハ数、
Ｒ：気体定数である。又、以下に用いる量に対して、添
字１、２、３は、夫々、駆動流、２次流、混合ガス流
に関するものである。

【００３８】エジェクタの計算モデルを図４に示す。エ
ジェクタの設計条件としては、各種損失はゼロと仮定
し、下記の式７及び式８に示す質量保存の法則及び運動
量保存の法則が成り立つものとする。質量保存の法則運動量保存の法則

【００３９】ここで、燃焼器の条件によりＰｓ（吐出口
圧力）、ｖｓ（ノズル流速）は決定されており、設計ポ
イントとしての駆動流の物理量（Ａ_１、Ｐ_１、ρ
_１、ｖ_１、Ｇｓ）に対しての２次流の流路面積Ａ
_２を求めればよい。

【００４０】ここで、一般的に式９が成り立つ。そこで、各流れに対しての式９を式８に代入して、式１
０が得られる。又、式１０から２次流の流路面積Ａ_２を求める式１１
が得られる。さらに、式１１を式７に代入して式１２が求まる。式１２を整理すると式１３が導かれる。

【００４１】式１３はＭ２のみが未知の方程式である。
そして、Ｍ_２＞０の解が存在すれば、設計ポイントに
対する解が存在し、以下の式１４〜式１８によって２次
流での諸物理量が求まる。

【００４２】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を
付記する。

【００４３】

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列挙する。（１）高カロリーガス（例えば都市ガス）が所定値以
上の高圧であれば、コンプレッサ及び冷却手段を省略出
来る。（２）エジェクタで噴射された後に、高カロリーガス
と低カロリーガスは、ラインミキシングにより混合され
るので、ミキサは不要となる。（３）低カロリーガスの温度がエジェクタを構成する
材料の耐熱性の範囲内であれば、低カロリーガスを降温
するための冷却手段は不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック
図。

【図２】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック
図。

【図３】本発明の第２実施形態の制御の流れを示す制御
フローチャート。

【図４】エジェクタ仕様決定に際しての計算モデルを示
す図。

【図５】従来技術の構成を示すブロック図。

【符号の説明】１・・・発電設備２・・・燃焼器４・・・圧縮機５・・・エジェクタ７・・・逆止弁９・・・圧力センサ１０・・・制御装置ＦＬ・・・燃料供給ラインＶＨ、ＶＬ・・・流量制御弁ＦＨＬ・・・高カロリーガス供給ラインＦＬＬ・・・低カロリーガス供給ライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給圧力が相違する２つの供給系統と、
エジェクタとを有し、該エジェクタは、駆動流側が比較
的圧力が高い供給系統に連通しており、２次流側が比較
的圧力が低い供給系統に連通しており、吐出口が燃料を
供給するべき機器に連通していることを特徴としている
燃料供給装置。
【請求項２】比較的圧力が高い供給系統に、圧縮機
と、比較的圧力が高い供給系統の圧力を計測する圧力計
測手段とを介装し、該圧縮機をバイパスするバイパスラ
インを設け、比較的圧力が高い供給系統とバイパスライ
ンとの分岐点に流路切換手段を設けると共に、制御手段
を設け、該制御手段は、圧力計測手段で計測された圧力
が前記所定圧力よりも低い場合に前記流路切換手段を圧
縮機側に切り換えると共に圧縮機を駆動し、圧力計測手
段で計測された圧力が前記所定圧力以上である場合に前
記流路切換手段をバイパスライン側に切り換えると共に
圧縮機を停止する様に構成されている請求項１の燃料供
給装置。