JP2010090860A - 低カロリーガス燃料を用いたガスエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下という低カロリーガスを燃料とするガスエンジンに、メタン濃度を向上させて低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火燃焼可能な、低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンを提供する。
【解決手段】メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料としたガスエンジンにおいて、低カロリーガスをＰＳＡ処理装置に搬入し、該ＰＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから不純物を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施し、かかるＰＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料としたガスエンジンにおいて、低カロリーガスをＰＳＡ処理装置に搬入し、該ＰＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから不純物を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施し、かかるＰＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とし、副室に点火プラグを配置し該低カロリーガスを副室内に噴射し前記点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、該噴出火炎により、副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させる低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンに関する。
炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とするガスエンジンは、該低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させるように構成されている。
図３は、かかる低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
図３において、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は、点火プラグを用いた副室点火式４サイクルガスエンジンであり、シリンダライナ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、シリンダヘッド１０５の下面と前記ピストン１０２の上面とシリンダライナ１０２ａの内面との間に区画形成される主燃焼室１０１を備えている。
また、前記エンジン１００は、前記主燃焼室１０１に接続される給気ポート１０３、該給気ポート１０３を開閉する給気弁１０４、該主燃焼室１０１に接続される排気ポート１０６、該排気ポート１０６を開閉する排気弁１０７等を備えている。
前記排気ポート１０６は、排気管１１８を経て排気ターボ過給機１３０のタービン１０８に接続される。該タービン１０８を駆動した後の排ガスは排気管１１７を通って、触媒層等からなる排ガス浄化装置１１１に入り、該排ガス浄化装置１１１で浄化されてから、排ガス管１１６から大気中に排出される。
一方、該タービン１０８に同軸駆動されるコンプレッサ１０９は、吸入空気を圧縮し、圧縮空気は空気管１２０を通ってガスミキサー１１０に入る。
図３において、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は、点火プラグを用いた副室点火式４サイクルガスエンジンであり、シリンダライナ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、シリンダヘッド１０５の下面と前記ピストン１０２の上面とシリンダライナ１０２ａの内面との間に区画形成される主燃焼室１０１を備えている。
また、前記エンジン１００は、前記主燃焼室１０１に接続される給気ポート１０３、該給気ポート１０３を開閉する給気弁１０４、該主燃焼室１０１に接続される排気ポート１０６、該排気ポート１０６を開閉する排気弁１０７等を備えている。
前記排気ポート１０６は、排気管１１８を経て排気ターボ過給機１３０のタービン１０８に接続される。該タービン１０８を駆動した後の排ガスは排気管１１７を通って、触媒層等からなる排ガス浄化装置１１１に入り、該排ガス浄化装置１１１で浄化されてから、排ガス管１１６から大気中に排出される。
一方、該タービン１０８に同軸駆動されるコンプレッサ１０９は、吸入空気を圧縮し、圧縮空気は空気管１２０を通ってガスミキサー１１０に入る。
燃料ガスは、炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを使用し、該低カロリーガスが低カロリーガス供給源１２３に収納されている。
また、前記低カロリーガスは主燃料ガス管１２１を通して、ガス量調整弁１１５に至り、
該ガス量調整弁１１５にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１０に入る。
該ガスミキサー１１０では、前記空気管１２０からの空気と前記主燃料ガス管１２１からの低カロリーガスとを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
また、前記低カロリーガスは主燃料ガス管１２１を通して、ガス量調整弁１１５に至り、
該ガス量調整弁１１５にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１０に入る。
該ガスミキサー１１０では、前記空気管１２０からの空気と前記主燃料ガス管１２１からの低カロリーガスとを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
副室口金１２ａは、口金押え１４によりシリンダヘッド１０５に上面から固定されている。前記副室口金１２ａ内には、一定容積を有する副室１２が形成されている。
該副室１２の上部には点火プラグ１３が固定され、該点火プラグ１３によって副室１２内のガスに点火するようになっている。
また、前記口金押え１４には継手１６がねじ込まれ、該継手１６は、一端側が前記主燃料ガス管１２１と分離した燃料ガス管１２２を通して前記低カロリーガス供給源１２３に接続され、他端側が副室１２に開孔する燃料通路１５に接続している。
該副室１２の上部には点火プラグ１３が固定され、該点火プラグ１３によって副室１２内のガスに点火するようになっている。
また、前記口金押え１４には継手１６がねじ込まれ、該継手１６は、一端側が前記主燃料ガス管１２１と分離した燃料ガス管１２２を通して前記低カロリーガス供給源１２３に接続され、他端側が副室１２に開孔する燃料通路１５に接続している。
燃焼時においては、前記のように、低カロリーガス供給源１２３からの低カロリーガスは、前記燃料ガス管１２２を通って、燃料通路１５に入り該燃料通路１５から副室１２内に噴出される。この際に所定の時期に前記点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１に噴出される。
一方、前記主燃料ガス管１２１を通った分離後の低カロリーガスは、ガス量調整弁１１５にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１０に入る。
一方、前記主燃料ガス管１２１を通った分離後の低カロリーガスは、ガス量調整弁１１５にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１０に入る。
前記ガスミキサー１１０では、前記のようにして、低カロリーガスと空気との予混合ガスが生成されて、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給される。
一方、前記点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１中の予混合ガスに噴出され、主燃焼室１０１のガスが燃焼される。
主燃焼室１０１にて燃焼した燃焼後の排ガスは排気ポート１０６を通り、排気管１１８を経て排気ターボ過給機１３０のタービン１０８に送られる。
一方、前記点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１中の予混合ガスに噴出され、主燃焼室１０１のガスが燃焼される。
主燃焼室１０１にて燃焼した燃焼後の排ガスは排気ポート１０６を通り、排気管１１８を経て排気ターボ過給機１３０のタービン１０８に送られる。
尚、特許文献１（特許３６４９４７９号公報）には、点火用あるいは始動用の燃料ガスと通常の燃料ガスとを使い分ける手段が設けられている。
また、特許文献２（特開２０００−８９６０号公報）は、希薄混合気を形成する第１燃料と第１燃料よりも燃焼速度が高く着火性の高い第２燃料を用い、主燃焼室を希薄混合気で副室を第２燃料で充填するようにした手段が設けられている。
また、特許文献２（特開２０００−８９６０号公報）は、希薄混合気を形成する第１燃料と第１燃料よりも燃焼速度が高く着火性の高い第２燃料を用い、主燃焼室を希薄混合気で副室を第２燃料で充填するようにした手段が設けられている。
しかしながら、前記従来技術には次のような解決すべき問題点がある。
即ち、前記のように、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とする低カロリーガスエンジンは、該低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の予混合気を燃焼させるように構成されている。
即ち、前記のように、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とする低カロリーガスエンジンは、該低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の予混合気を燃焼させるように構成されている。
しかしながら、炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とするガスエンジンは、図４のＡに示す低カロリーガスを使用のように、通常のカロリーのガスエンジンＢに比べて発熱量が３０％程度しかなく、通常の状態では点火プラグにて着火燃焼できる状態にはない。
このため、前記特許文献２のように、希薄混合気を形成する第１燃料と第１燃料よりも
燃焼速度が高く着火性の高い第２燃料を用い、主燃焼室を希薄混合気で副室を第２燃料で充填するようにした手段希薄混合気を形成する第１燃料と第１燃料より焼速度が高く着火性の高い第２燃料を用い、主燃焼室を希薄混合気で副室を第２燃料で充填するようにした手段が用いられているが、かかる手段は、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とするエンジンにはそのまま適用できない。
このため、前記特許文献２のように、希薄混合気を形成する第１燃料と第１燃料よりも
燃焼速度が高く着火性の高い第２燃料を用い、主燃焼室を希薄混合気で副室を第２燃料で充填するようにした手段希薄混合気を形成する第１燃料と第１燃料より焼速度が高く着火性の高い第２燃料を用い、主燃焼室を希薄混合気で副室を第２燃料で充填するようにした手段が用いられているが、かかる手段は、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とするエンジンにはそのまま適用できない。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下とい
う低カロリーガスを燃料とするガスエンジンに、メタン濃度を向上させて低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火燃焼可能な、低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンを提供することを目的とする。
う低カロリーガスを燃料とするガスエンジンに、メタン濃度を向上させて低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火燃焼可能な、低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンを提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とし、副室に点火プラグを配置して該低カロリーガスを副室内に噴射し前記点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させ、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させる低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンにおいて、
前記低カロリーガスをＰＳＡ処理装置に搬入し、該ＰＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施し、かかるＰＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする（請求項１）。
前記低カロリーガスをＰＳＡ処理装置に搬入し、該ＰＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施し、かかるＰＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする（請求項１）。
かかる発明において、好ましくは、前記低カロリーガスを前記ＰＳＡ処理装置へ導入前に分岐して主燃焼用低カロリーガスとし、該主燃焼用低カロリーガスを、ガス量調整弁を通してガス量を調整し、次いで前記主燃焼用低カロリーガスをガスミキサーに導入して該ガスミキサーにて前記低カロリーガスと空気との予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポートに投入する（請求項２）。
また、かかる発明において、好ましくは、前記ＰＳＡ処理装置の出口に、前記ＰＳＡ処理を施したガスを導入し該ガスのメタン濃度を均質化するバッファタンクを設置する（請求項３）。
また、本発明は、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とし、副室に点火プラグを配置して該低カロリーガスを副室内に噴射し前記点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させ、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させる低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンにおいて、
前記低カロリーガスをＴＳＡ処理装置に搬入し、ＴＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから約２００℃の昇温により不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）を施し、かかるＴＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする（請求項４）。
前記低カロリーガスをＴＳＡ処理装置に搬入し、ＴＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから約２００℃の昇温により不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）を施し、かかるＴＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする（請求項４）。
また、かかる発明において、好ましくは、前記ガスエンジンの排ガスを伝達する排ガス導入管を前記ＴＳＡ処理装置に接続し、該ＴＳＡ処理装置において前記排ガスの熱を前記低カロリーガスの昇温処理に用いる（請求項５）。
本発明によれば、低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンにおいて、低カロリーガスをＰＳＡ処理装置に搬入し、該ＰＳＡ処理装置において低カロリーガスから不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施し、かかるＰＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したので（請求項１）、
ＰＳＡ処理装置において、前記の通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、加圧してゼオライトのような吸着物質を通して、不純物を吸着分離することにより、１００％濃度のメタンガスを得ることができる。
エンジンの副室内の着火火炎生成用のガス量はメタン量２％程度であるので、前記１００％濃度のメタンガスで十分であり、かかるメタンガスが副室内において噴出される。
そしてこの噴出メタンガスに、所定の時期に点火プラグによって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔を通して該主燃焼室に噴出される。
ＰＳＡ処理装置において、前記の通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、加圧してゼオライトのような吸着物質を通して、不純物を吸着分離することにより、１００％濃度のメタンガスを得ることができる。
エンジンの副室内の着火火炎生成用のガス量はメタン量２％程度であるので、前記１００％濃度のメタンガスで十分であり、かかるメタンガスが副室内において噴出される。
そしてこの噴出メタンガスに、所定の時期に点火プラグによって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔を通して該主燃焼室に噴出される。
従って、本発明によれば、ＰＳＡ処理装置において、圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）によって、低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得ることができ、このメタンガスを副室内に噴出し、点火プラグによって火花放電することにより、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とするエンジンにも、副室内での着火性能を低下することなく、適用することができる。
また、前記発明において、低カロリーガスをＰＳＡ処理装置導入前に分岐して主燃焼用低カロリーガスとし、該主燃焼用低カロリーガスを、ガス量調整弁を通してガス量を調整し、次いで前記主燃焼用低カロリーガスをガスミキサーに導入して該ガスミキサーにて前記低カロリーガスと空気との予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポートに投入するように構成すれば（請求項２）、
ＰＳＡ処理装置において、圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）によって、低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得て、このメタンガスを副室内に噴出して点火プラグによって火花放電することにより、副室内での着火性能を得ることが容易にできるので、
主燃焼用ガスとして低カロリーガスを用いても、前記副室内での着火性能が確実に得られるので、該低カロリーガスをガスミキサーに導入して空気との予混合ガスを容易に生成でき、つまり燃焼可能な低カロリーガスと空気との希薄混合ガスを容易に生成できる。
ＰＳＡ処理装置において、圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）によって、低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得て、このメタンガスを副室内に噴出して点火プラグによって火花放電することにより、副室内での着火性能を得ることが容易にできるので、
主燃焼用ガスとして低カロリーガスを用いても、前記副室内での着火性能が確実に得られるので、該低カロリーガスをガスミキサーに導入して空気との予混合ガスを容易に生成でき、つまり燃焼可能な低カロリーガスと空気との希薄混合ガスを容易に生成できる。
また、ＰＳＡ処理装置の出口に、前記ＰＳＡ処理を施したガスを導入し該ガスのメタン濃度を均質化するバッファタンクを設置すれば（請求項３）、
ＰＳＡ処理装置において低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスの濃度の不均一な部分を、バッファタンクを通すことにより濃度を均一化して、コンスタントな濃度のガスを副室に供給できる。
ＰＳＡ処理装置において低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスの濃度の不均一な部分を、バッファタンクを通すことにより濃度を均一化して、コンスタントな濃度のガスを副室に供給できる。
また、本発明によれば、低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンにおいて、低カロリーガスをＴＳＡ処理装置に搬入し、ＴＳＡ処理装置において低カロリーガスから約２００℃の昇温により不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）を施し、かかるＴＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したので（請求項４）、
ＴＳＡ処理装置において、前記の通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、約２００℃の昇温により不純物を吸着分離して、１００％濃度のメタンガスを得ることができる。
エンジンの副室内の着火火炎生成用のガス量はメタン量２％程度であるので、前記１００％濃度のメタンガスで十分であり、かかるメタンガスが副室内において噴出される。
そしてこの噴出メタンガスに、所定の時期に点火プラグによって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔を通して該主燃焼室に噴出することにより、副室内での着火燃焼が容易にできる。
ＴＳＡ処理装置において、前記の通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、約２００℃の昇温により不純物を吸着分離して、１００％濃度のメタンガスを得ることができる。
エンジンの副室内の着火火炎生成用のガス量はメタン量２％程度であるので、前記１００％濃度のメタンガスで十分であり、かかるメタンガスが副室内において噴出される。
そしてこの噴出メタンガスに、所定の時期に点火プラグによって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔を通して該主燃焼室に噴出することにより、副室内での着火燃焼が容易にできる。
また、かかる発明において、前記ガスエンジンの排ガスを伝達する排ガス導入管を前記ＴＳＡ処理装置に接続し、該ＴＳＡ処理装置において前記排ガスの熱を前記低カロリーガスの昇温処理に用いれば（請求項５）、
排ガスのエネルギーを、ＴＳＡ処理装置における低カロリーガスの昇温処理に用いることができるので、エンジンの排熱を有効利用できる。
排ガスのエネルギーを、ＴＳＡ処理装置における低カロリーガスの昇温処理に用いることができるので、エンジンの排熱を有効利用できる。
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例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。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例を示す低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
図１は、本発明の第１実施例を示す低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
燃料ガスは、炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下と低く発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を使用し、該低カロリーガスが低カロリーガス供給源１２３に収納されている。
前記低カロリーガス供給源１２３の出口は、ＰＳＡ処理装置１に接続されている。
該ＰＳＡ処理装置１においては、通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、加圧してゼオライトのような吸着物質を通して、不純物を吸着分離することにより、１００％濃度のメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施す。尚、ＰＳＡ処理装置１での作動の詳細は公知であるので、詳細な説明は省略する。
前記低カロリーガス供給源１２３の出口は、ＰＳＡ処理装置１に接続されている。
該ＰＳＡ処理装置１においては、通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、加圧してゼオライトのような吸着物質を通して、不純物を吸着分離することにより、１００％濃度のメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施す。尚、ＰＳＡ処理装置１での作動の詳細は公知であるので、詳細な説明は省略する。
かかるＰＳＡ処理を施したガスは、ＰＳＡ処理装置１の出口にバッファタンク２が設置され、該バッファタンク２では前記ＰＳＡ処理を施したガスを導入し、該ガスのメタン濃度を均質化している。
即ち、ＰＳＡ処理装置１において低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスの濃度の不均一な部分を、バッファタンク２を通すことにより濃度を均一化して、コンスタントな濃度のガスを後述する副室１２に供給できる。
即ち、ＰＳＡ処理装置１において低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスの濃度の不均一な部分を、バッファタンク２を通すことにより濃度を均一化して、コンスタントな濃度のガスを後述する副室１２に供給できる。
前記バッファタンク２を出たガスは、燃料ガス管３を通して、口金押え１４にねじ込まれた継手１６の燃料通路１５に接続され、該燃料通路１５は前記口金押え１４に穿孔されて副室１２に開孔している。
前記副室１２の副室口金１２ａは、口金押え１４によって、シリンダヘッド１０５に上面から押し付け固定されている。
前記副室１２の上部には、点火プラグ１３が固定され、該点火プラグ１３によって副室１２内のガスに点火するようになっている。
前記副室１２の副室口金１２ａは、口金押え１４によって、シリンダヘッド１０５に上面から押し付け固定されている。
前記副室１２の上部には、点火プラグ１３が固定され、該点火プラグ１３によって副室１２内のガスに点火するようになっている。
一方、低カロリーガス供給源１２３から、前記ＰＳＡ処理装置１と分岐した低カロリーガスは、主燃料ガス管４を通して、ガス量調整弁１１５に通り、該ガス量調整弁１１５にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１０に入るようになっている。
該ガスミキサー１１０では、前記コンプレッサ１０９から空気管１２０を経た圧縮空気と、前記燃料ガス管４からの低カロリーガスとを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
該ガスミキサー１１０では、前記コンプレッサ１０９から空気管１２０を経た圧縮空気と、前記燃料ガス管４からの低カロリーガスとを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
次に前記エンジン１００の燃焼時の作動について説明する。
前記のように、低カロリーガス供給源１２３からの低カロリーガスは、前記ＰＳＡ処理装置１において、通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、加圧してゼオライトのような吸着物質を通して、不純物を吸着分離することにより、１００％濃度のメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施す。
かかるＰＳＡ処理を施したガスは、ＰＳＡ処理装置１の出口に設置されたバッファタンク２では前記ＰＳＡ処理を施したガスを導入し、該ガスのメタン濃度を均質化する。
前記のように、低カロリーガス供給源１２３からの低カロリーガスは、前記ＰＳＡ処理装置１において、通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、加圧してゼオライトのような吸着物質を通して、不純物を吸着分離することにより、１００％濃度のメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施す。
かかるＰＳＡ処理を施したガスは、ＰＳＡ処理装置１の出口に設置されたバッファタンク２では前記ＰＳＡ処理を施したガスを導入し、該ガスのメタン濃度を均質化する。
前記バッファタンク２からのメタン濃度が均質化されたガスは、前記燃料ガス管３を通る際に絞り弁５により通路面積を規制されてから、燃料通路１５に入り、該燃料通路１５から副室１２内に噴出される。
この際に所定の時期に、前記点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１に噴出される。
この際に所定の時期に、前記点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１に噴出される。
一方、前記低カロリーガス供給源１２３から、前記ＰＳＡ処理装置１と分岐した低カロリーガスは、主燃料ガス管４を通して、ガス量調整弁１１５に通り、該ガス量調整弁１１５にてガス量及び開閉期間を調整されてから、ガスミキサー１１０に入る。
該ガスミキサー１１０では、前記コンプレッサ１０９から空気管１２０を経た圧縮空気と、前記燃料ガス管４からの低カロリーガスとを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
該ガスミキサー１１０では、前記コンプレッサ１０９から空気管１２０を経た圧縮空気と、前記燃料ガス管４からの低カロリーガスとを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
そして、前記副室１２内において、点火プラグ１３の火花放電によって着火燃焼し、発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１中の予混合ガスに噴出され、かかる噴出ガスにより、主燃焼室１０１の予混合ガスが燃焼される。
燃焼後の排ガスは排気ポート１０６を通り、排気管１１８を経て排気ターボ過給機１３０のタービン１０８に送られる。
燃焼後の排ガスは排気ポート１０６を通り、排気管１１８を経て排気ターボ過給機１３０のタービン１０８に送られる。
以上のように、かかる実施例によれば、副室向け供給ガス量は全体の２％程度であり、この２％程度の供給ガスから副室１２内の着火火炎生成用のための１００％濃度のメタンガスが生成されるため、ＰＳＡ処理装置１を設置してもガス供給装置全体を大きく変更する必要がなくコストアップを最小限に抑えることができる。
また、かかる実施例によれば、ＰＳＡ処理装置１において、圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）によって、低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得ることができ、このメタンガスを副室１２内に噴出し、点火プラグ１３によって火花放電することにより、メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とするエンジンにも、副室１２内での着火性能を低下することなく、適用することができる。
また、かかる実施例によれば、ＰＳＡ処理装置１において、圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）によって、低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得て、このメタンガスを副室１２内に噴出して点火プラグ１３によって火花放電することにより、副室内での着火性能を得ることが容易にできるので、主燃焼用ガスとして低カロリーガスを用いても、前記副室１２内での着火性能が確実に得られるので、該低カロリーガスをガスミキサー１１０に導入して過給機からの空気との予混合ガスを容易に生成でき、つまり燃焼可能な低カロリーガスと空気との希薄混合ガスを容易に生成できる。
（第２実施例）
図２は、本発明の第２実施例を示す低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
この第２実施例においては、前記第１実施例における、ＰＳＡ処理装置１に変えて、熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）６を設けている。
図２は、本発明の第２実施例を示す低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
この第２実施例においては、前記第１実施例における、ＰＳＡ処理装置１に変えて、熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）６を設けている。
即ち、第２実施例においては、低カロリーガス供給源１２３からの低カロリーガスをＴＳＡ処理装置６に搬入している。
即ち、ＴＳＡ処理装置６において、前記のように、通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、約２００℃の昇温により不純物を吸着分離して、１００％濃度のメタンガスを得る熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）を施す。尚、ＴＳＡ処理装置６での作動の詳細は公知であるので、詳細な説明は省略する。
即ち、ＴＳＡ処理装置６において、前記のように、通常のカロリーのガスエンジンに比べて発熱量が３０％程度しかない低カロリーガス（図４参照）を、約２００℃の昇温により不純物を吸着分離して、１００％濃度のメタンガスを得る熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）を施す。尚、ＴＳＡ処理装置６での作動の詳細は公知であるので、詳細な説明は省略する。
そして、前記第１実施例と同様に、ＴＳＡ処理装置６の出口に設置されたバッファタンク２では、前記ＴＳＡ処理を施したガスを導入し、該ガスのメタン濃度を均質化している。該バッファタンク２を通すことにより濃度を均一化して、コンスタントな濃度のガスを後述する副室１２に供給している。
前記バッファタンク２を出たガスは、燃料ガス管３を通して、口金押え１４にねじ込まれた継手１６の燃料通路１５に接続され、該燃料通路１５は前記口金押え１４に穿孔されて、副室１２に開孔している。
前記副室１２の副室口金１２ａは、口金押え１４によって、シリンダヘッド１０５に上面から押し付け固定されている
前記副室１２の上部には、点火プラグ１３が固定され、該点火プラグ１３によって副室１２内のガスに点火するようになっている。
前記副室１２の副室口金１２ａは、口金押え１４によって、シリンダヘッド１０５に上面から押し付け固定されている
前記副室１２の上部には、点火プラグ１３が固定され、該点火プラグ１３によって副室１２内のガスに点火するようになっている。
また、かかる第２実施例においては、前記ガスエンジンの排ガスを排ガス浄化装置１１１で処理した後の排ガス管１１６から、排ガス導入管９を介して前記ＴＳＡ処理装置６に接続し、該ＴＳＡ処理装置６において、前記排ガス管１１６からの排ガスの熱を前記低カロリーガスの昇温処理に用いている。尚、前記排ガスの熱は排ガス浄化装置１１１の上流側から取り出しても良い。
このようにすれば、排ガスの熱エネルギーを、ＴＳＡ処理装置６における低カロリーガスの昇温処理に用いることができるので、エンジンの排熱を有効利用できる。
このようにすれば、排ガスの熱エネルギーを、ＴＳＡ処理装置６における低カロリーガスの昇温処理に用いることができるので、エンジンの排熱を有効利用できる。
かかる第２実施例によれば、エンジン１００の副室１２向け供給ガス量は全体の２％程度であり、この２％程度の供給ガスから副室１２内の着火火炎生成用のための１００％濃度のメタンガスが生成されるため、ＴＳＡ処理装置６を設置してもガス供給装置全体を大きく変更する必要がなくコストアップを最小限に抑えることができる。
また、ＴＳＡ処理装置６によって低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得ることができ、このメタンガスを副室１２内に噴出し、所定の時期に点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１に噴出することにより、副室１２内での着火燃焼が容易にできる。
前記以外の構成は、前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
また、ＴＳＡ処理装置６によって低カロリーガスから１００％濃度のメタンガスを得ることができ、このメタンガスを副室１２内に噴出し、所定の時期に点火プラグ１３によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１１を通して該主燃焼室１０１に噴出することにより、副室１２内での着火燃焼が容易にできる。
前記以外の構成は、前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
本発明によれば、炭鉱メタン等の、メタン濃度が５０％以下という低カロリーガスを燃料とするガスエンジンに、メタン濃度を向上させて低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火燃焼可能な、低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンを提供できる。
１ ＰＳＡ処理装置
２ バッファタンク
３ 燃料ガス管
４ 主燃料ガス管
６ ＴＳＡ処理装置
９ 排ガス導入管
１１ 連絡孔
１２ 副室
１３ 点火プラグ
１４ 口金押え
１５ 燃料通路
１６ 継手
１００ エンジン（ガスエンジン）
１０１ 主燃焼室
１０２ ピストン
１０２ａ シリンダライナ
１０３ 給気ポート
１０４ 給気弁
１０５ シリンダヘッド
１０６ 排気ポート
１０７ 排気弁
１１０ ガスミキサー
１１１ 排ガス浄化装置
１１５ ガス量調整弁
１１６ 排ガス管
１２０ 空気管
１２３ 低カロリーガス供給源
１３０ 排気ターボ過給機
２ バッファタンク
３ 燃料ガス管
４ 主燃料ガス管
６ ＴＳＡ処理装置
９ 排ガス導入管
１１ 連絡孔
１２ 副室
１３ 点火プラグ
１４ 口金押え
１５ 燃料通路
１６ 継手
１００ エンジン（ガスエンジン）
１０１ 主燃焼室
１０２ ピストン
１０２ａ シリンダライナ
１０３ 給気ポート
１０４ 給気弁
１０５ シリンダヘッド
１０６ 排気ポート
１０７ 排気弁
１１０ ガスミキサー
１１１ 排ガス浄化装置
１１５ ガス量調整弁
１１６ 排ガス管
１２０ 空気管
１２３ 低カロリーガス供給源
１３０ 排気ターボ過給機
Claims (5)
- メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とし、副室に点火プラグを配置して該低カロリーガスを副室内に噴射し前記点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させ、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させる低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンにおいて、
前記低カロリーガスをＰＳＡ処理装置に搬入し、該ＰＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る圧力スイング吸着式処理（ＰＳＡ処理）を施し、かかるＰＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする低カロリーガス燃料を用いたガスエンジン。 - 前記低カロリーガスを前記ＰＳＡ処理装置へ導入前に分岐して主燃焼用低カロリーガスとし、該主燃焼用低カロリーガスを、ガス量調整弁を通してガス量を調整し、次いで前記主燃焼用低カロリーガスをガスミキサーに導入して該ガスミキサーにて前記低カロリーガスと空気との予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポートに投入することを特徴とする請求項１記載の低カロリーガス燃料を用いたガスエンジン。
- 前記ＰＳＡ処理装置の出口に、前記ＰＳＡ処理を施したガスを導入し該ガスのメタン濃度を均質化するバッファタンクを設置したことを特徴とする請求項１記載の低カロリーガス燃料を用いたガスエンジン。
- メタン濃度が５０％以下と低い低カロリーガスを燃料とし、副室に点火プラグを配置して該低カロリーガスを副室内に噴射し前記点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させ、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させる低カロリーガス燃料を用いたガスエンジンにおいて、
前記低カロリーガスをＴＳＡ処理装置に搬入し、ＴＳＡ処理装置において前記低カロリーガスから約２００℃の昇温により不純物および不活性ガス（メタンガス以外）を吸着分離してメタン濃度の濃いメタンガスを得る熱スイング吸着式処理（ＴＳＡ処理）を施し、かかるＴＳＡ処理を施したガスを前記副室内に導入し前記点火プラグにて着火燃焼させるように構成したことを特徴とする低カロリーガス燃料を用いたガスエンジン。 - 前記ガスエンジンの排ガスを伝達する排ガス導入管を前記ＴＳＡ処理装置に接続し、該ＴＳＡ処理装置において前記排ガスの熱を前記低カロリーガスの昇温処理に用いることを特徴とする請求項４記載の低カロリーガス燃料を用いたガスエンジン。
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