JP2004293465A - Device and method for supplying fuel gas - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve stability in starting a gas engine while economizing an auxiliary fuel gas. <P>SOLUTION: The fuel gas supplying device for supplying a main fuel gas (methane) and an auxiliary fuel gas (propane) to a gas engine 100 comprises a valve 8 for stopping the supply of the auxiliary fuel gas to the gas engine 100, a concentration sensor 14 for detecting the concentration of the main fuel gas, and a controller 20 for controlling a valve 3. The controller 20 controls the valve 3 for the auxiliary fuel gas according to the concentration of the main fuel gas detected by the concentration sensor 14 when the gas engine 100 is started. When the concentration of the main fuel gas exceeds a predetermined value, it is possible to economize the auxiliary fuel gas by starting the gas engine 100 with the main fuel gas. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンに燃料ガスを供給する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家畜糞尿や生ごみ等の有機廃棄物から発生するメタンガス等のバイオガスを有効活用するため、これを燃料ガスとしてガスエンジンを駆動し、発電やその排熱利用を行うコジェネレーションシステムが提案されている。一方、このようなバイオガスはその発生量や成分が大きく変動し易く、また、着火性が必ずしもよいのものではないため、ガスエンジンの始動が安定して行えないという問題がある。このため、メタンガスを希薄燃焼ガスエンジンの主燃料として用いる場合、ガスエンジンの始動時には、より熱量の大きいプロパンガス等を補助燃料ガスとして用いることが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６５９５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プロパンガス等の熱量の大きいガスは一般的に高価である。従って、その消費量が可能な限り節約されることが望ましい。
【０００５】
従って、本発明の目的は、補助燃料ガスを節約しつつ、ガスエンジンの始動の安定性を向上し得る燃料ガス供給装置及び燃料ガス供給方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガスエンジンに主燃料ガスと補助燃料ガスとを供給する燃料ガス供給装置であって、前記ガスエンジンに対する前記補助燃料ガスの供給を遮断する補助燃料ガス用の弁と、前記主燃料ガスの濃度を検出する検出手段と、
前記補助燃料ガス用の弁を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ガスエンジンを始動する際、前記検出手段により検出された前記主燃料ガスの濃度に応じて、前記補助燃料ガス用の弁を制御することを特徴とする燃料ガス供給装置が提供される。
【０００７】
この装置によれば、ガスエンジンの始動の際、主燃料ガスの濃度に応じて補助燃料ガス用の弁を制御することで、主燃料ガスの濃度が低く主燃料ガスではガスエンジンを始動できない場合に補助燃料ガスを供給する一方、主燃料ガスの濃度が高く主燃料ガスだけでガスエンジンを始動する場合には補助燃料ガスの供給を遮断することが可能となる。このため、必要な場合にのみ補助燃料ガスがガスエンジンに供給され、補助燃料ガスを節約しつつ、ガスエンジンの始動の安定性を向上することができる。
【０００８】
本発明においては、更に、前記制御手段により制御され、前記ガスエンジンに対する前記主燃料ガスの供給を遮断する主燃料ガス用の弁を備え、前記制御手段は、前記ガスエンジンを始動する際、前記検出手段により検出された前記主燃料ガスの濃度に応じて、前記主燃料ガスと前記補助燃料ガスとのいずれか一方が前記ガスエンジンに供給されるように、前記主燃料ガス用の弁及び前記補助燃料ガス用の弁を制御することもできる。
【０００９】
このように主燃料ガス用の弁を備えることで、ガスエンジンの始動の際、主燃料ガスの濃度に応じて主燃料ガスと補助燃料ガスとをガスエンジンに択一的に供給することができる。
【００１０】
この場合、前記制御手段は、前記ガスエンジンを始動する際、前記主燃料ガスの濃度が所定値以上の場合には、前記ガスエンジンに対して、前記主燃料ガスを供給する一方、前記補助燃料ガスの供給を遮断するように前記主燃料ガス用の弁及び前記補助燃料ガス用の弁を制御することもできる。主燃料ガスの濃度が所定値以上の場合は、主燃料ガスのみでガスエンジンを始動し、補助燃料ガスを節約することができる。
【００１１】
また、この場合、前記制御手段は、前記ガスエンジンを始動する際、前記主燃料ガスの濃度が所定値未満の場合には、前記ガスエンジンに対して、前記主燃料ガスの供給を遮断する一方、前記補助燃料ガスを供給するように前記主燃料ガス用の弁及び前記補助燃料ガス用の弁を制御することもできる。主燃料ガスの濃度が所定値未満の場合は、主燃料ガスのみではガスエンジンの始動に支障をきたすおそれがあるので、補助燃料ガスを用いることでガスエンジンの始動の安定化を図ることができる。
【００１２】
また、この場合、更に、前記制御手段により制御され、前記ガスエンジンに供給される前記主燃料ガスの流量を調節する流量調節弁を備え、前記制御手段は、前記ガスエンジンを始動する際、前記ガスエンジンに前記主燃料ガスを供給する場合には、前記流量調節弁の開度を経時的に増加するようにすることもできる。主燃料ガスが正圧の場合、これがガスエンジンに急激に進入してエンジン停止等の障害を発生するおそれがあるところ、徐々に主燃料ガスの流量を増加することで係る障害の発生を回避することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記主燃料ガスがバイオガスであり、前記燃料ガス供給装置は、更に、廃棄物の発酵処理により前記バイオガスを発生させるガス発生手段を備えることもできる。本発明の装置は発生量や成分が変動するバイオガスに好適であり、これを発生するガス発生手段を設けることで廃棄物の有効利用を図ることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、ガスエンジンに主燃料ガスと補助燃料ガスとを供給する燃料ガス供給方法であって、前記ガスエンジンを始動する際、前記主燃料ガスの濃度を検出し、検出した濃度に応じて、前記補助燃料ガスを前記ガスエンジンに供給するか否かを決定することを特徴とする燃料ガス供給方法が提供される。
この方法によれば、ガスエンジンの始動の際、主燃料ガスの濃度に応じて補助燃料ガスを供給するか否かが決定されるので、主燃料ガスの濃度が低く主燃料ガスではガスエンジンを始動できない場合に補助燃料ガスを供給する一方、主燃料ガスの濃度が高く主燃料ガスだけでガスエンジンを始動する場合には補助燃料ガスを供給しないようにすることが可能となる。このため、必要な場合にのみ補助燃料ガスがガスエンジンに供給され、補助燃料ガスを節約しつつ、ガスエンジンの始動の安定性を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は本発明を適用した発電システムの例を示すブロック図である。この発電システムは、ガスエンジン１００の駆動により発電機１０１から電力を得るシステムであり、ガスエンジン１００に供給する燃料ガスのうち、主燃料ガスとしてバイオガス（メタンガス）を、補助燃料ガスとしてプロパンガスを用いたものであり、通常時にはメタンガスのみでガスエンジン１００を駆動し、出力不足の場合等、必要に応じてプロパンガスを補助的に用いてガスエンジン１００を駆動するものである。
【００１６】
主燃料ガスとしては、この他にも木炭ガス、一酸化炭素ガス等も採用可能である。補助燃料ガスとしては、補助燃料ガスとしては主燃料ガスよりも熱量の大きいガスが望ましく、都市ガス、純メタンガス等も採用可能である。
【００１７】
まず、主燃料ガス供給系の構成について説明する。発酵槽１は生ごみ等の有機廃棄物の発酵処理におりバイオガスとしてメタンガスを発生する装置である。この発酵槽１には粉砕された生ごみ等が収容されており、これにＮｉ等のメタン菌の栄養源を添加した上で微量の空気を供給すると共に加温することで生ごみ等が発酵し、メタンガスが発生する。加温の際にはガスエンジン１００の排熱を利用することができる。発酵槽１で発生したメタンガスは、その後脱硫処理等がされてガスホルダー２に蓄積される。
【００１８】
ガスホルダー２に蓄積されたガスは遮断弁３、弁４及びスロットル弁５を介してミキサー（ベンチュリ）６に導入される。遮断弁３はガスエンジン１００に対するメタンガスの供給を遮断する弁であり、ステッピングモータ等の駆動部を備えることで制御装置２０によりその開閉が制御される。弁４は流量調節弁であり、システムの稼動中一定の開度に維持される。スロットル弁５は、ガスエンジン１００に供給されるメタンガスの流量を調節する流量調節弁であり、ステッピングモータ等の駆動部を備えることで制御装置２０によりその開度が電気的に制御される。
【００１９】
次に、補助燃料ガス供給系の構成について説明する。ガスボンベ７はプロパンガスを収容するボンベである。このガスボンベ７に収容されたプロパンガスは遮断弁８、ゼロガバナ９、弁１０及びスロットル弁１１を介してミキサー６に導入される。遮断弁８はガスエンジン１００に対するプロパンガスの供給を遮断する弁であり、ステッピングモータ等の駆動部を備えることで制御装置２０によりその開閉が制御される。ゼロガバナ９はプロパンガスの気圧を大気圧に降圧するためのものである。弁１０は流量調節弁であり、システムの稼動中一定の開度に維持される。スロットル弁１１は、ガスエンジン１００に供給されるプロパンガスの流量を調節する流量調節弁であり、ステッピングモータ等の駆動部を備えることで制御装置２０によりその開度が電気的に制御される。
【００２０】
次に、スロットル弁１２はメタンガス及びプロパンガスと混合される空気の量を調節する流量調節弁でありステッピングモータ等の駆動部を備えることで制御装置２０によりその開度が電気的に制御される。このスロットル弁１２と、スロットル弁５及び１１とにより、空気とメタンガス及びプロパンガスとの空燃比が制御され、ミキサー６内でこれらが混合気体とされる。ミキサー６内の混合気体はスロットル弁１３により流量が制御されてインテークマニホールド（インマニ）からガスエンジン１００に吸引される。スロットル弁１３はステッピングモータ等の駆動部を備えることで制御装置２０によりその開度が電気的に制御される。
【００２１】
次に、各センサ類について説明する。濃度センサ１４は主燃料ガスであるメタンガスの濃度を検出するもので、遮断弁３の上流側に配設されている。この濃度センサ１４によりガスエンジン１００に供給される濃度を検出することで、該メタンガスが十分な熱量、とりわけガスエンジン１００の始動に足る熱量を有するものか否かが分かる。
【００２２】
圧力センサ１５はインマニ内の気圧を計測する負圧計であり、ガスエンジン１００の出力状態を判定し、その判定結果に従って空燃比制御を行うことができる。回転数センサ１６はガスエンジン１００の出力軸の回転数を計測するセンサであり、その計測結果はガスエンジン１００の始動時や発電機１０１の発電量の制御のため等に用いられる。Ｏ２センサ１７はガスエンジン１００のエキゾーストマニホールド（エキマニ）から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであり、その計測結果は空燃比制御に用いられる。温度センサ１８は気温を計測するセンサである。
【００２３】
制御装置２０は、上位装置（図示しない）からの指令に基づき、各センサ類からの検出結果に応じて各弁を制御することでシステム全体を制御するものであり、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサ、記憶デバイス（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）、入出力インターフェース等から構成され、また、各センサからの出力信号をデジタル形式に変換するＡ／Ｄ変換器、遮断弁３及び８やスロットル弁５及び１１乃至１３の駆動部を駆動するドライバ回路等を備えることができる。
【００２４】
次に、本実施形態の発電システムにおけるガスエンジン１００の始動時の処理について説明する。図２はガスエンジン１００の始動処理を示すフローチャートである。制御装置２０は上位装置から発電開始の指令を受けると、同図のフローチャートに示す処理を実行してガスエンジン１００を始動させることになる。
【００２５】
Ｓ１ではシステムの初期設定を行う。具体的には、遮断弁３及び８を遮断すると共にスロットル弁５、１１、１２及び１３を全閉とする。Ｓ２では濃度センサ１４の検出結果を取得してガスエンジン１００に供給せんとするメタンガスのガス濃度を検出する。Ｓ３では検出したメタンガスのガス濃度が所定値以上か否かを判定する。所定値以上の場合、Ｓ４のメタンガス始動処理へ移行し、主燃料ガスであるメタンガスのみでガスエンジン１００を始動する。一方、所定値未満の場合、Ｓ５のプロパンガス始動処理へ移行し、補助燃料ガスであるプロパンガスのみでガスエンジン１００を始動する。
【００２６】
ここで、ガスエンジン１００の通常運転時であれば、例えば、圧力センサ１５の検出信号によりインマニ内の負圧の程度を測定することで、ガスエンジン１００の出力状態を判定し、補助燃料ガスであるプロパンガスを供給するか否かを定めることもできる。しかし、ガスエンジン１００の始動時にはガスエンジン１００が駆動していないのでその出力状態に基づき補助燃料ガスの供給の有無を判別することはできない。
【００２７】
そこで、本実施形態では、メタンガスの濃度に応じて補助燃料ガスであるプロパンガスをガスエンジン１００に供給するか否かを決定している。すなわち、メタンガスの濃度は、これが発生する熱量に比例するため、当該濃度を検出することで、ガスエンジン１００の始動が可能か否かを判別するのである。従って、Ｓ３の判定に用いられる所定値とは、ガスエンジン１００の始動が可能か否かをもって設定されることになる。
【００２８】
そして、メタンガスの濃度が所定値以上の場合にはメタンガスのみを用いることで、補助燃料ガスであるプロパンガスを節約することができる一方、メタンガスの濃度が所定値未満の場合にはプロパンガスを用いることで、いずれの場合においてもガスエンジン１００の始動を安定して行うことが可能となる。本実施形態によるガスエンジンの始動方式を採用することで、主燃料ガスであるメタンガスの平均的な濃度が４５％程度の極めて希薄なガスとしてもガスエンジンを安定した始動が可能となり、希薄燃焼方式に好適である。
【００２９】
なお、本実施形態ではメタンガスの濃度に応じてメタンガスかプロパンガスかのいずれかを択一的に選択しているようにしているが、例えば、メタンガスの濃度が所定値未満の場合、メタンガスとプロパンガスとの双方を用いるようにしてもよい。
【００３０】
次に、メタンガス始動処理について説明する。図３はメタンガス始動処理を示すフローチャートである。Ｓ１０１では空気の流量を調節するスロットル弁１２の初期開度を設定し、当該開度だけスロットル弁１２を開く。この初期開度は制御装置２０内にデータとして記憶しておいてもよく、また、オペレータに入力させて設定するようにしてもよい。また、同じ開度であっても気温に応じて空気の流量が異なるため、温度センサ１８により気温を計測し、当該気温に応じて初期開度を設定するようにしてもよい。
【００３１】
Ｓ１０２ではメタンガスの流量を調節するスロットル弁５の初期開度を設定し、当該開度だけスロットル弁５を開く。この初期開度も制御装置２０内にデータとして記憶しておいてもよく、また、オペレータに入力させて設定するようにしてもよい。また、スロットル弁１３も所定分だけ開く。Ｓ１０３ではセルモータ１０３を駆動し、ガスエンジン１００の始動を開始する。
【００３２】
Ｓ１０４では、回転数センサ１６によりガスエンジン１００の出力軸の回転数を検出し、ガスエンジン１００の回転数がクランキング回転数以上か否か、例えば、２００ｒｐｍ以上か否かを判定する。ガスエンジン１００の回転数がクランキング回転数以上の場合Ｓ１０５へ進み、そうでない場合はクランキング回転数に至るまでの待ちループとなる。
【００３３】
Ｓ１０５ではメタンガスを遮断する遮断弁３を開放し、ガスエンジン１００にメタンガスと空気の混合気体が供給されるようにする。その後、セルモータ１０３をＯＦＦにする。Ｓ１０６では、回転数センサ１６によりガスエンジン１００の出力軸の回転数を検出し、ガスエンジン１００の回転数が始動回転数以上か否か、例えば、６００ｒｐｍ以上か否かを判定する。ガスエンジン１００の回転数が始動回転数以上の場合、メタンガスと空気との混合気体がガスエンジン１００内で順調に燃焼しガスエンジン１００が始動したとしてＳ１０９へ進む。そうでない場合はＳ１０７へ進み、再度、回転数センサ１６によりガスエンジン１００の出力軸の回転数を検出し、ガスエンジン１００の回転数がクランキング回転数未満に下がったか否かを判定する。
【００３４】
ガスエンジン１００の回転数がクランキング回転数未満に下がったと判定した場合、混合気体の燃焼がうまくいかなかったとしてＳ１０８へ進む。Ｓ１０８でメタンガスの遮断弁３を閉鎖した後、Ｓ１０３へ戻り、上述した処理を行う。Ｓ１０７でガスエンジン１００の回転数がクランキング回転数未満ではないと判定した場合は混合気体の燃焼は行われているがガスエンジン１００の回転数が上昇途中であるとしてＳ１０６へ戻る。
【００３５】
Ｓ１０９〜Ｓ１１４の処理は、スロットル弁５の開度を経時的に増加する処理である。本実施形態のような生成方法の場合、メタンガスの気圧は大気圧よりも若干高くなる。従って、スロットル弁５の開度を直ちに定常運転時の標準的な開度にすると、負圧が望ましいガスエンジン１００内にメタンガスが一気に侵入してガスエンジン１００が停止する等、支障を生じえる。また、メタンガスの気圧は大気圧より若干高い程度であるのでゼロガバナを用いて気圧を下げることは有効ではない。そこで、本実施形態では、スロットル弁５の開度を徐々に増加することでメタンガスの流量を調節し、ガスエンジン１００内にメタンガスが一気に侵入することを防止する。また、これにあわせてスロットル弁１２の開度も調節する。
【００３６】
Ｓ１０９ではスロットル弁５の開度を調節する時間をセットする。例えば、１０秒程度である。Ｓ１１０では、スロットル弁５の開度が所定開度に至っているかを判定する。ここでの所定開度とは例えば定常運転時の標準的な開度である。所定開度に至っていない場合、Ｓ１１１へ進みスロットル弁５の開度を所定量（例えば１％）増加する。所定開度に至っている場合はＳ１１２へ進む。
【００３７】
Ｓ１１２ではスロットル弁１２の開度が所定開度に至っているかを判定する。この所定開度も例えば定常運転時の標準的な開度である。所定開度に至っていない場合、Ｓ１１３へ進みスロットル弁１２の開度を所定量（例えば５％）増加する。所定開度に至っている場合はＳ１１４へ進む。
【００３８】
Ｓ１１４ではＳ１０９でセットした時間を経過したか否かを判定する。経過していない場合、Ｓ１１０へ戻り、上述した処理を行う。経過している場合はＳ１１５へ進む。このようにＳ１１０〜Ｓ１１４の処理を所定時間内で繰り返すことで、スロットル弁５及び１２の開度が経時的に増加することになり、メタンガスが一気にガスエンジン１００へ侵入することを防止することができる。
【００３９】
Ｓ１１５では回転数センサ１６によりガスエンジン１００の出力軸の回転数を検出し、ガスエンジン１００の回転数が定常回転数以上か否かを判定する。定常回転数以上の場合、定常運転処理へ移行し、ガスエンジン１００の始動処理を終了する。そうでない場合はガスエンジン１００の回転数が定常回転数に至るまでの待ちループとなる。定常運転処理では、原則としてメタンガスでガスエンジン１００を駆動し、負荷の変動等、メタンガスのみではガスエンジン１００の所望の出力が得られない場合に、プロパンガスが補助的に供給されることになる。
【００４０】
次に、プロパンガス始動処理について説明する。図４はプロパンガス始動処理を示すフローチャートである。プロパンガスはメタンガスと比較して着火性もよく熱量も大きいため、メタンガス始動処理よりも単純な処理でガスエンジン１００を始動する。
【００４１】
Ｓ２０１ではプロパンガスの流量を調節するスロットル弁１１及び空気の流量を調節するスロットル弁１２の初期開度を設定し、当該開度だけスロットル弁１１及び１２を開く。この初期開度も制御装置２０内にデータとして記憶しておいてもよく、また、オペレータに入力させて設定するようにしてもよい。また、スロットル弁１３も所定分だけ開く。Ｓ２０２ではセルモータ１０３を駆動し、ガスエンジン１００の始動を開始する。
【００４２】
Ｓ２０３ではプロパンガスを遮断する遮断弁８を開放し、ガスエンジン１００にプロパンガスと空気の混合気体が供給されるようにする。その後、セルモータ１０３をＯＦＦにする。Ｓ２０４では、回転数センサ１６によりガスエンジン１００の出力軸の回転数を検出し、ガスエンジン１００の回転数が始動回転数以上か否かを判定する。ガスエンジン１００の回転数が始動回転数以上の場合、メタンガスと空気との混合気体がガスエンジン１００内で順調に燃焼しガスエンジン１００が始動したとしてＳ２０５へ進む。そうでない場合はガスエンジンの回転数が始動回転数に至るまでの待ちループとなる。
【００４３】
Ｓ２０５では、回転数センサ１６によりガスエンジン１００の出力軸の回転数を検出し、ガスエンジン１００の回転数が定常回転数以上か否かを判定する。ガスエンジン１００の回転数が定常回転数以上の場合、Ｓ２０６へ進みそうでない場合はガスエンジンの回転数が定常回転数に至るまでの待ちループとなる。
【００４４】
以上によりガスエンジン１００の始動が完了するが、Ｓ２０６以下では定常運転処理へ移行する前に、供給する燃料ガスをメタンガスに切り替える処理を行う。Ｓ２０６ではメタンガスの流量を調節するスロットル弁５と、プロパンガスの流量を調節するスロットル弁１１との開度をそれぞれ設定し、当該開度にする。この場合、スロットル弁５は例えば定常運転時の標準的な開度とされ、スロットル弁１１は状況に応じて例えば定常運転時の標準的な開度か又は閉鎖される。
【００４５】
Ｓ２０７では、メタンガスを遮断する遮断弁３を開放し、ガスエンジン１００にメタンガスが供給されるようにする。Ｓ２０８ではプロパンガスを遮断する遮断弁８を閉鎖し、プロパンガスの供給を断つ。その後、定常運転処理へ移行する。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたとおり本発明によれば、補助燃料ガスを節約しつつ、ガスエンジンの始動の安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した発電システムの例を示すブロック図である。
【図２】ガスエンジン１００の始動処理を示すフローチャートである。
【図３】メタンガス始動処理を示すフローチャートである。
【図４】プロパンガス始動処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 発酵槽
３ 遮断弁（主燃料ガス用）
５、１１〜１３ スロットル弁
７ ガスボンベ
８ 遮断弁（補助燃料ガス用）
１４ 濃度センサ
２０ 制御装置
１００ ガスエンジン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for supplying a fuel gas to a gas engine.
[0002]
[Prior art]
In order to effectively use biogas such as methane gas generated from organic waste such as livestock manure and garbage, a cogeneration system has been proposed that uses this as a fuel gas to drive a gas engine to generate electricity and use its waste heat. I have. On the other hand, such a biogas has a problem that the amount and composition of the biogas are easily fluctuated greatly and the ignitability is not always good, so that the gas engine cannot be started stably. For this reason, when methane gas is used as the main fuel of the lean burn gas engine, it has been proposed to use propane gas or the like having a larger calorific value as an auxiliary fuel gas at the time of starting the gas engine (Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1] JP-A-8-165957
[Problems to be solved by the invention]
However, gas having a large calorific value such as propane gas is generally expensive. It is therefore desirable that the consumption is reduced as much as possible.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel gas supply device and a fuel gas supply method that can improve the stability of starting a gas engine while saving auxiliary fuel gas.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a fuel gas supply device for supplying a main fuel gas and an auxiliary fuel gas to a gas engine, wherein a valve for an auxiliary fuel gas for shutting off a supply of the auxiliary fuel gas to the gas engine; Detecting means for detecting the concentration of the main fuel gas;
Control means for controlling the valve for the auxiliary fuel gas, wherein the control means, when starting the gas engine, according to the concentration of the main fuel gas detected by the detection means, A fuel gas supply device for controlling a gas valve is provided.
[0007]
According to this device, when starting the gas engine, by controlling the valve for the auxiliary fuel gas in accordance with the concentration of the main fuel gas, when the concentration of the main fuel gas is low and the gas engine cannot be started with the main fuel gas When the gas engine is started using only the main fuel gas while the concentration of the main fuel gas is high, the supply of the auxiliary fuel gas can be cut off. Therefore, the auxiliary fuel gas is supplied to the gas engine only when necessary, and the stability of the gas engine can be improved while saving the auxiliary fuel gas.
[0008]
In the present invention, further comprising a valve for a main fuel gas which is controlled by the control means and shuts off supply of the main fuel gas to the gas engine, wherein the control means, when starting the gas engine, The valve for the main fuel gas and the valve for the main fuel gas are supplied so that one of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas is supplied to the gas engine in accordance with the concentration of the main fuel gas detected by the detection means. The valve for the auxiliary fuel gas can also be controlled.
[0009]
By providing the valve for the main fuel gas in this way, when starting the gas engine, the main fuel gas and the auxiliary fuel gas can be selectively supplied to the gas engine according to the concentration of the main fuel gas. .
[0010]
In this case, when starting the gas engine, if the concentration of the main fuel gas is equal to or higher than a predetermined value, the control means supplies the main fuel gas to the gas engine, while supplying the auxiliary fuel to the gas engine. The valve for the main fuel gas and the valve for the auxiliary fuel gas may be controlled so as to shut off gas supply. When the concentration of the main fuel gas is equal to or higher than the predetermined value, the gas engine can be started only with the main fuel gas, and the auxiliary fuel gas can be saved.
[0011]
Further, in this case, when starting the gas engine, if the concentration of the main fuel gas is less than a predetermined value, the control unit shuts off the supply of the main fuel gas to the gas engine. The valve for the main fuel gas and the valve for the auxiliary fuel gas may be controlled so as to supply the auxiliary fuel gas. When the concentration of the main fuel gas is less than the predetermined value, the starting of the gas engine may be hindered by using the main fuel gas alone. Therefore, the starting of the gas engine can be stabilized by using the auxiliary fuel gas. .
[0012]
Further, in this case, the apparatus further includes a flow control valve which is controlled by the control means and adjusts a flow rate of the main fuel gas supplied to the gas engine, wherein the control means, when starting the gas engine, When supplying the main fuel gas to the gas engine, the opening of the flow control valve may be increased with time. If the main fuel gas has a positive pressure, this may rapidly enter the gas engine and cause a trouble such as engine stop. However, the occurrence of such trouble is avoided by gradually increasing the flow rate of the main fuel gas. be able to.
[0013]
In the present invention, the main fuel gas may be biogas, and the fuel gas supply device may further include a gas generating unit that generates the biogas by fermenting waste. The apparatus of the present invention is suitable for biogas whose generation amount and components fluctuate, and by providing a gas generation means for generating this, waste can be effectively used.
[0014]
Further, according to the present invention, there is provided a fuel gas supply method for supplying a main fuel gas and an auxiliary fuel gas to a gas engine, wherein when starting the gas engine, the concentration of the main fuel gas is detected and detected. A fuel gas supply method is provided, which determines whether to supply the auxiliary fuel gas to the gas engine according to a concentration.
According to this method, when starting the gas engine, it is determined whether or not to supply the auxiliary fuel gas in accordance with the concentration of the main fuel gas. When the auxiliary fuel gas is supplied when the engine cannot be started, the auxiliary fuel gas can be prevented from being supplied when the gas engine is started using only the main fuel gas when the concentration of the main fuel gas is high. Therefore, the auxiliary fuel gas is supplied to the gas engine only when necessary, and the stability of the gas engine can be improved while saving the auxiliary fuel gas.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a power generation system to which the present invention is applied. This power generation system is a system that obtains electric power from the generator 101 by driving the gas engine 100. Among the fuel gas supplied to the gas engine 100, biogas (methane gas) is used as a main fuel gas, and propane gas is used as an auxiliary fuel gas. Normally, the gas engine 100 is driven only by methane gas, and the gas engine 100 is driven by supplementary use of propane gas as needed when the output is insufficient or the like.
[0016]
As the main fuel gas, charcoal gas, carbon monoxide gas, or the like can also be used. As the auxiliary fuel gas, a gas having a larger calorific value than the main fuel gas is preferable as the auxiliary fuel gas, and city gas, pure methane gas, or the like can be used.
[0017]
First, the configuration of the main fuel gas supply system will be described. The fermenter 1 is a device for fermenting organic waste such as garbage and generating methane gas as biogas. The fermenter 1 contains crushed garbage and the like. A nutrient source of methane bacteria such as Ni is added to the fermenter 1 and a small amount of air is supplied and the garbage is fermented by heating. Then, methane gas is generated. At the time of heating, the exhaust heat of the gas engine 100 can be used. The methane gas generated in the fermenter 1 is subjected to a desulfurization treatment and the like, and is stored in the gas holder 2.
[0018]
The gas stored in the gas holder 2 is introduced into a mixer (Venturi) 6 via a shutoff valve 3, a valve 4 and a throttle valve 5. The shutoff valve 3 is a valve that shuts off the supply of methane gas to the gas engine 100, and its opening and closing is controlled by the control device 20 by including a driving unit such as a stepping motor. The valve 4 is a flow control valve, and is maintained at a constant opening during operation of the system. The throttle valve 5 is a flow rate control valve that controls the flow rate of methane gas supplied to the gas engine 100, and its opening is electrically controlled by the control device 20 by including a drive unit such as a stepping motor.
[0019]
Next, the configuration of the auxiliary fuel gas supply system will be described. The gas cylinder 7 is a cylinder for storing propane gas. The propane gas stored in the gas cylinder 7 is introduced into the mixer 6 via the shutoff valve 8, the zero governor 9, the valve 10, and the throttle valve 11. The shut-off valve 8 is a valve that shuts off the supply of propane gas to the gas engine 100. The shut-off valve 8 is provided with a drive unit such as a stepping motor, and its opening and closing is controlled by the control device 20. The zero governor 9 is for reducing the pressure of the propane gas to atmospheric pressure. The valve 10 is a flow control valve, and is maintained at a constant opening during operation of the system. The throttle valve 11 is a flow control valve for controlling the flow rate of propane gas supplied to the gas engine 100, and its opening is electrically controlled by the control device 20 by providing a drive unit such as a stepping motor.
[0020]
Next, the throttle valve 12 is a flow control valve for controlling the amount of air mixed with methane gas and propane gas. The throttle valve 12 is provided with a drive unit such as a stepping motor, and its opening is electrically controlled by the control device 20. . The throttle valve 12 and the throttle valves 5 and 11 control the air-fuel ratio of air, methane gas and propane gas, and these are mixed in the mixer 6. The flow rate of the mixed gas in the mixer 6 is controlled by the throttle valve 13 and is sucked into the gas engine 100 from an intake manifold (in manifold). The opening of the throttle valve 13 is electrically controlled by the control device 20 by providing a drive unit such as a stepping motor.
[0021]
Next, each sensor will be described. The concentration sensor 14 detects the concentration of methane gas, which is the main fuel gas, and is provided upstream of the shutoff valve 3. By detecting the concentration supplied to the gas engine 100 by the concentration sensor 14, it can be determined whether or not the methane gas has a sufficient calorific value, especially a calorific value sufficient for starting the gas engine 100.
[0022]
The pressure sensor 15 is a negative pressure gauge that measures the atmospheric pressure in the intake manifold, determines the output state of the gas engine 100, and can perform air-fuel ratio control according to the determination result. The rotation speed sensor 16 is a sensor that measures the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100, and the measurement result is used at the time of starting the gas engine 100, controlling the amount of power generated by the generator 101, and the like. The O 2 sensor 17 is a sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the exhaust manifold (exhaust manifold) of the gas engine 100, and the measurement result is used for air-fuel ratio control. The temperature sensor 18 is a sensor that measures the air temperature.
[0023]
The control device 20 controls the entire system by controlling each valve according to a detection result from each sensor based on a command from a higher-level device (not shown). For example, a processor such as a CPU, A / D converter for converting an output signal from each sensor into a digital format, a shut-off valve 3 and 8, a throttle valve 5 and 11 to 13 And the like.
[0024]
Next, a process at the time of starting the gas engine 100 in the power generation system of the present embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a starting process of the gas engine 100. When the control device 20 receives a power generation start command from the host device, the control device 20 executes the processing shown in the flowchart of FIG.
[0025]
In S1, the system is initialized. Specifically, the shutoff valves 3 and 8 are shut off, and the throttle valves 5, 11, 12 and 13 are fully closed. In S2, the detection result of the concentration sensor 14 is obtained, and the gas concentration of methane gas to be supplied to the gas engine 100 is detected. In S3, it is determined whether or not the detected methane gas concentration is equal to or higher than a predetermined value. If the value is equal to or more than the predetermined value, the process proceeds to the methane gas starting process in S4, and the gas engine 100 is started only with the methane gas as the main fuel gas. On the other hand, if the value is less than the predetermined value, the process proceeds to the propane gas starting process in S5, and the gas engine 100 is started using only the propane gas as the auxiliary fuel gas.
[0026]
Here, during normal operation of the gas engine 100, for example, the output state of the gas engine 100 is determined by measuring the degree of negative pressure in the intake manifold based on a detection signal of the pressure sensor 15, and the output state of the gas engine 100 is determined. It can also be decided whether to supply a certain propane gas. However, when the gas engine 100 is started, the presence or absence of the supply of the auxiliary fuel gas cannot be determined based on the output state because the gas engine 100 is not driven.
[0027]
Thus, in the present embodiment, it is determined whether or not propane gas, which is an auxiliary fuel gas, is supplied to the gas engine 100 according to the concentration of methane gas. That is, since the concentration of methane gas is proportional to the amount of heat generated, methane gas is detected to determine whether or not the gas engine 100 can be started. Therefore, the predetermined value used for the determination in S3 is set based on whether or not the gas engine 100 can be started.
[0028]
When the concentration of methane gas is equal to or higher than a predetermined value, propane gas as an auxiliary fuel gas can be saved by using only methane gas, and when the concentration of methane gas is lower than a predetermined value, propane gas is used. Thus, in any case, the start of the gas engine 100 can be stably performed. By adopting the gas engine starting method according to the present embodiment, the gas engine can be stably started even if the average concentration of methane gas as the main fuel gas is very lean, about 45%, and the lean combustion method It is suitable for.
[0029]
In this embodiment, either methane gas or propane gas is selectively selected according to the concentration of methane gas.For example, when the concentration of methane gas is less than a predetermined value, methane gas and propane gas are used. Both gas and gas may be used.
[0030]
Next, the methane gas starting process will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the methane gas start processing. In S101, the initial opening of the throttle valve 12 for adjusting the flow rate of air is set, and the throttle valve 12 is opened by the opening. This initial opening degree may be stored as data in the control device 20, or may be set by inputting by an operator. In addition, even if the opening degree is the same, the flow rate of air differs according to the air temperature. Therefore, the air temperature may be measured by the temperature sensor 18 and the initial opening degree may be set according to the air temperature.
[0031]
In S102, the initial opening of the throttle valve 5 for adjusting the flow rate of the methane gas is set, and the throttle valve 5 is opened by the opening. This initial opening may also be stored as data in the control device 20, or may be set by being input by an operator. Further, the throttle valve 13 is also opened by a predetermined amount. In S103, the starter 103 drives the gas motor 100 to start the gas engine 100.
[0032]
In S104, the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100 is detected by the rotation speed sensor 16, and it is determined whether or not the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the cranking rotation speed, for example, is equal to or higher than 200 rpm. When the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the cranking rotation speed, the process proceeds to S105. Otherwise, the process enters a waiting loop until the rotation speed reaches the cranking rotation speed.
[0033]
In S105, the shut-off valve 3 for shutting off the methane gas is opened to supply the gas engine 100 with the mixed gas of the methane gas and the air. Thereafter, the starter 103 is turned off. In S106, the rotation speed sensor 16 detects the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100, and determines whether or not the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the starting rotation speed, for example, is equal to or higher than 600 rpm. When the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the starting rotation speed, the process proceeds to S109 on the assumption that the mixed gas of methane gas and air is smoothly burned in the gas engine 100 and the gas engine 100 is started. Otherwise, the process proceeds to S107, where the rotation speed sensor 16 detects the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100 again, and determines whether the rotation speed of the gas engine 100 has dropped below the cranking rotation speed.
[0034]
If it is determined that the number of revolutions of the gas engine 100 has dropped below the cranking number of revolutions, it is determined that the combustion of the mixed gas has failed, and the process proceeds to S108. After closing the methane gas shut-off valve 3 in S108, the process returns to S103, and the above-described processing is performed. If it is determined in S107 that the rotation speed of the gas engine 100 is not less than the cranking rotation speed, the process returns to S106 assuming that the mixture gas is being burned but the rotation speed of the gas engine 100 is in the process of rising.
[0035]
The processing of S109 to S114 is processing for increasing the opening of the throttle valve 5 with time. In the case of the production method as in the present embodiment, the pressure of the methane gas is slightly higher than the atmospheric pressure. Therefore, if the opening of the throttle valve 5 is immediately set to the standard opening during steady operation, troubles may occur, such as the methane gas entering the gas engine 100 at a desirable negative pressure at a stretch and the gas engine 100 stopping. Further, since the pressure of methane gas is slightly higher than the atmospheric pressure, it is not effective to reduce the pressure using a zero governor. Therefore, in the present embodiment, the flow rate of methane gas is adjusted by gradually increasing the opening of the throttle valve 5 to prevent the methane gas from entering the gas engine 100 at once. In addition, the opening of the throttle valve 12 is adjusted accordingly.
[0036]
In S109, the time for adjusting the opening of the throttle valve 5 is set. For example, about 10 seconds. In S110, it is determined whether the opening of the throttle valve 5 has reached a predetermined opening. Here, the predetermined opening is, for example, a standard opening during steady operation. If it has not reached the predetermined opening, the process proceeds to S111, and the opening of the throttle valve 5 is increased by a predetermined amount (for example, 1%). If the predetermined opening degree has been reached, the process proceeds to S112.
[0037]
In S112, it is determined whether the opening of the throttle valve 12 has reached a predetermined opening. This predetermined opening is also a standard opening during steady operation, for example. If the opening has not reached the predetermined opening, the process proceeds to S113, and the opening of the throttle valve 12 is increased by a predetermined amount (for example, 5%). If the predetermined opening has been reached, the process proceeds to S114.
[0038]
In S114, it is determined whether or not the time set in S109 has elapsed. If not, the process returns to S110 and performs the above-described processing. If it has elapsed, the process proceeds to S115. By repeating the processing of S110 to S114 within a predetermined time as described above, the opening degrees of the throttle valves 5 and 12 increase with time, and it is possible to prevent methane gas from entering the gas engine 100 at once. it can.
[0039]
In S115, the rotation speed sensor 16 detects the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100, and determines whether the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the steady rotation speed. If the rotation speed is equal to or higher than the steady rotation speed, the process proceeds to the steady operation process, and the start process of the gas engine 100 ends. Otherwise, a waiting loop is performed until the rotation speed of the gas engine 100 reaches the steady rotation speed. In the steady operation process, the gas engine 100 is driven by methane gas in principle, and propane gas is supplementarily supplied when a desired output of the gas engine 100 cannot be obtained only by methane gas due to a change in load or the like. .
[0040]
Next, the propane gas starting process will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the propane gas start processing. Since propane gas has higher ignitability and higher calorific value than methane gas, the gas engine 100 is started by a simpler process than the methane gas start process.
[0041]
In S201, the initial opening of the throttle valve 11 for adjusting the flow rate of propane gas and the throttle valve 12 for adjusting the flow rate of air are set, and the throttle valves 11 and 12 are opened by the opening. This initial opening may also be stored as data in the control device 20, or may be set by being input by an operator. Further, the throttle valve 13 is also opened by a predetermined amount. In step S202, the starter 103 drives the gas motor 100 to start the gas engine 100.
[0042]
In S203, the shut-off valve 8 for shutting off the propane gas is opened so that the gas mixture of the propane gas and the air is supplied to the gas engine 100. Thereafter, the starter 103 is turned off. In S204, the rotation speed sensor 16 detects the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100, and determines whether the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the starting rotation speed. If the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the starting rotation speed, the process proceeds to S205 on the assumption that the mixed gas of methane gas and air burns smoothly in the gas engine 100 and the gas engine 100 starts. Otherwise, a waiting loop occurs until the rotation speed of the gas engine reaches the starting rotation speed.
[0043]
In S205, the rotation speed sensor 16 detects the rotation speed of the output shaft of the gas engine 100, and determines whether the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the steady rotation speed. If the rotation speed of the gas engine 100 is equal to or higher than the steady rotation speed, the process proceeds to S206, and if not, the process enters a waiting loop until the rotation speed of the gas engine reaches the steady rotation speed.
[0044]
The start of the gas engine 100 is completed as described above, but in S206 and thereafter, a process of switching the supplied fuel gas to methane gas is performed before shifting to the steady operation process. In S206, the opening of the throttle valve 5 for adjusting the flow rate of methane gas and the opening of the throttle valve 11 for adjusting the flow rate of propane gas are respectively set and set to the opening. In this case, the throttle valve 5 has, for example, a standard opening during normal operation, and the throttle valve 11 has, for example, a standard opening during normal operation or is closed according to the situation.
[0045]
In S207, the shut-off valve 3 for shutting off the methane gas is opened so that the methane gas is supplied to the gas engine 100. In S208, the shutoff valve 8 for shutting off propane gas is closed, and the supply of propane gas is cut off. After that, the processing shifts to the steady operation processing.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the starting stability of a gas engine can be improved while saving auxiliary fuel gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a power generation system to which the present invention has been applied.
FIG. 2 is a flowchart showing a starting process of the gas engine 100.
FIG. 3 is a flowchart showing a methane gas start process.
FIG. 4 is a flowchart showing a propane gas start process.
[Explanation of symbols]
1 Fermenter 3 Shut-off valve (for main fuel gas)
5, 11-13 Throttle valve 7 Gas cylinder 8 Shut-off valve (for auxiliary fuel gas)
14 Concentration sensor 20 Control device 100 Gas engine

Claims (7)

ガスエンジンに主燃料ガスと補助燃料ガスとを供給する燃料ガス供給装置であって、
前記ガスエンジンに対する前記補助燃料ガスの供給を遮断する補助燃料ガス用の弁と、
前記主燃料ガスの濃度を検出する検出手段と、
前記補助燃料ガス用の弁を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記ガスエンジンを始動する際、前記検出手段により検出された前記主燃料ガスの濃度に応じて、前記補助燃料ガス用の弁を制御することを特徴とする燃料ガス供給装置。A fuel gas supply device that supplies a main fuel gas and an auxiliary fuel gas to a gas engine,
A valve for an auxiliary fuel gas that shuts off a supply of the auxiliary fuel gas to the gas engine;
Detecting means for detecting the concentration of the main fuel gas,
Control means for controlling the valve for the auxiliary fuel gas,
The control means,
When starting the gas engine, the fuel gas supply device controls the valve for the auxiliary fuel gas according to the concentration of the main fuel gas detected by the detection means. 更に、前記制御手段により制御され、前記ガスエンジンに対する前記主燃料ガスの供給を遮断する主燃料ガス用の弁を備え、
前記制御手段は、
前記ガスエンジンを始動する際、前記検出手段により検出された前記主燃料ガスの濃度に応じて、前記主燃料ガスと前記補助燃料ガスとのいずれか一方が前記ガスエンジンに供給されるように、前記主燃料ガス用の弁及び前記補助燃料ガス用の弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス供給装置。Further, a main fuel gas valve controlled by the control means to shut off supply of the main fuel gas to the gas engine is provided.
The control means,
When starting the gas engine, according to the concentration of the main fuel gas detected by the detection means, so that one of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas is supplied to the gas engine, The fuel gas supply device according to claim 1, wherein a valve for the main fuel gas and a valve for the auxiliary fuel gas are controlled. 前記制御手段は、
前記ガスエンジンを始動する際、前記主燃料ガスの濃度が所定値以上の場合には、前記ガスエンジンに対して、前記主燃料ガスを供給する一方、前記補助燃料ガスの供給を遮断するように前記主燃料ガス用の弁及び前記補助燃料ガス用の弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス供給装置。The control means,
When starting the gas engine, when the concentration of the main fuel gas is equal to or higher than a predetermined value, the main fuel gas is supplied to the gas engine while the supply of the auxiliary fuel gas is shut off. 3. The fuel gas supply device according to claim 2, wherein the valve for the main fuel gas and the valve for the auxiliary fuel gas are controlled. 前記制御手段は、
前記ガスエンジンを始動する際、前記主燃料ガスの濃度が所定値未満の場合には、前記ガスエンジンに対して、前記主燃料ガスの供給を遮断する一方、前記補助燃料ガスを供給するように前記主燃料ガス用の弁及び前記補助燃料ガス用の弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス供給装置。The control means,
When starting the gas engine, if the concentration of the main fuel gas is lower than a predetermined value, the supply of the main fuel gas to the gas engine is shut off, and the auxiliary fuel gas is supplied. 3. The fuel gas supply device according to claim 2, wherein the valve for the main fuel gas and the valve for the auxiliary fuel gas are controlled. 更に、前記制御手段により制御され、前記ガスエンジンに供給される前記主燃料ガスの流量を調節する流量調節弁を備え、
前記制御手段は、
前記ガスエンジンを始動する際、前記ガスエンジンに前記主燃料ガスを供給する場合には、前記流量調節弁の開度を経時的に増加することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス供給装置。Further, a flow control valve which is controlled by the control means and adjusts a flow rate of the main fuel gas supplied to the gas engine is provided,
The control means,
The fuel gas supply according to claim 2, wherein, when the gas engine is started, when the main fuel gas is supplied to the gas engine, the opening of the flow control valve is increased with time. apparatus. 前記主燃料ガスがバイオガスであり、
前記燃料ガス供給装置は、更に、廃棄物の発酵処理により前記バイオガスを発生させるガス発生手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス供給装置。The main fuel gas is biogas,
The fuel gas supply device according to claim 1, wherein the fuel gas supply device further includes gas generation means for generating the biogas by fermentation of waste. ガスエンジンに主燃料ガスと補助燃料ガスとを供給する燃料ガス供給方法であって、
前記ガスエンジンを始動する際、前記主燃料ガスの濃度を検出し、検出した濃度に応じて、前記補助燃料ガスを前記ガスエンジンに供給するか否かを決定することを特徴とする燃料ガス供給方法。A fuel gas supply method for supplying a main fuel gas and an auxiliary fuel gas to a gas engine,
When starting the gas engine, detecting the concentration of the main fuel gas, and determining whether to supply the auxiliary fuel gas to the gas engine according to the detected concentration. Method.
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