JP2011214491A - ガスエンジン混焼システム - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量が高く安定している主燃料ガスと発熱量が低く安定していない副燃料ガスとで燃料ガスを混焼可能で、製造コストや既設のガスエンジンの改造の手間及びコストがかさまないガスエンジン混焼システムを提供する。
【解決手段】ガスエンジン１と、主燃料ガス流量制御手段２１を有しガスエンジン１に主燃料ガスを主成分とする燃料ガスを供給する燃料ガス流路２と、副燃料ガス流量制御手段３１を有し主燃料ガスよりも発熱量の低い副燃料ガスを供給する副燃料ガス流路３と、制御部４と、を備える。ガスエンジン１を起動するにあたり所定の出力以上となるまでは副燃料ガスの供給を行わず主燃料ガスのみを供給する起動運転を行い、前記所定の出力以上となった後は副燃料ガス及び主燃料ガスを供給する混焼運転を行い、ガスエンジン１を停止するにあたり所定の出力以下となった後は副燃料ガスの供給を停止し主燃料ガスのみを供給する停止運転を行う。
【選択図】図１

Description

異なる燃料ガスをガスエンジンにて混焼させるガスエンジン混焼システムに関するものである。

近年、生ごみや汚泥等を微生物に分解させてバイオガスを生成し、エネルギーを回収する技術が発展してきている。バイオガスは、化石燃料を除く生物由来の有機性資源で、汚泥や生ごみが主原料となり、石油や石炭や天然ガスといった採掘にコストのかかるエネルギー資源と比較して安価であるため、燃料ガスに用いることでランニングコストの削減を図ることができる。

バイオガスは、主にメタンガスを主成分とするガスであるが、原料に含まれる物質の種類や割合によりバイオガスの組成が変わってくる。原料は主に生ごみであるが、生ごみに含まれる物質の種類や割合は多種多様であり、組成にバラつきのないバイオガスを生成することは困難であった。

このため、バイオガスのみで燃料ガスを構成すると、主成分となるメタンガスはもともと発熱量が低い上に、バイオガスの組成のバラつきが大きいため、発熱量を高く安定させることができない。そこで、燃料ガスの大部分を占める主燃料ガスとして、発熱量が高くて安定している都市ガスやプロパンガス等を用い、残りの副燃料ガスとしてバイオガスを用い、二種類の異なる燃料ガスをガスエンジンにて混焼させることが考えられる。

この場合、ガスエンジンが主燃料ガス及び副燃料ガスのそれぞれに対応するミキサーを備える必要があるが（例えば特許文献１参照）、製造コストがかさんでしまうものである。また、単一の燃料ガスを燃焼させる既設のガスエンジンに適用しようとしても、容易に後付けで取り付けることができず、改造の手間及びコストがかさんでしまうものである。

特開２００９−３０４９２号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、発熱量が高く安定している主燃料ガスと発熱量が低く安定していない副燃料ガスとで燃料ガスを混焼可能で、製造コストや既設のガスエンジンの改造の手間及びコストがかさまないガスエンジン混焼システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係るガスエンジン混焼システムは、ガスエンジン１と、主燃料ガス流量制御手段２１を有しガスエンジン１に主燃料ガスを主成分とする燃料ガスを供給する燃料ガス流路２と、副燃料ガス流量制御手段３１を有し燃料ガス流路２の主燃料ガス流量制御手段２１を有する部分の下流側に接続され、主燃料ガスよりも発熱量の低い副燃料ガスを供給する副燃料ガス流路３と、主燃料ガス流量制御手段２１及び副燃料ガス流量制御手段３１を制御する制御部４と、を備え、制御部４は、ガスエンジン１を起動するにあたりガスエンジン１の出力が所定の出力以上となるまでは副燃料ガス流量制御手段３１を介して副燃料ガスの供給を行わず主燃料ガス流量制御手段２１を介して主燃料ガスの供給のみ行う起動運転を行い、前記所定の出力以上となった後は副燃料ガス流量制御手段３１を介して副燃料ガスの供給を行うと共に主燃料ガス流量制御手段２１を介して主燃料ガスの供給を行う混焼運転を行い、ガスエンジン１を停止するにあたり所定の出力以下となった後は副燃料ガス流量制御手段３１を介して副燃料ガスの供給を停止すると共に主燃料ガス流量制御手段２１を介して主燃料ガスの供給のみ行う停止運転を行うことを特徴とする。

起動運転及び停止運転において主燃料ガスのみを供給するため、起動運転中に停止して起動できなかったり、停止運転中に急停止してガスエンジン１が損傷したりする惧れがない。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、混焼運転における副燃料ガスの割合を、ガスエンジン１の出力の変動が許容範囲内に収まるように設定することを特徴とする。

これにより、ガスエンジン１の出力を安定に維持し、失火等により不具合を被るのを防止することができる。

本発明においては、副燃料ガスがより安価に入手できる場合に、主燃料ガスと副燃料ガスの混焼を可能にしてランニングコストの削減を図ることができる上、汎用エンジンが利用でき、また、既設のガスエンジンに適用する場合には、改造の手間及びコストもかさまないものである。

本発明のガスエンジン混焼システムの一実施形態の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図１に基づいて説明する。本発明のガスエンジン混焼システムは、ガスエンジン１と、燃料ガス流路２と、副燃料ガス流路３と、制御部４と、で主体が構成される。

ガスエンジン１は特に限定されないものであり、ここでは詳述しないが、例えば内部が燃焼室となるシリンダー、ピストン、吸気ポート及び吸気バルブ、排気ポート及び排気バルブ、点火プラグ等を備え、主燃料を供給すればそれのみで運転が可能な一般的なものが好適に挙げられる。

燃料ガス流路２は、ガスエンジン１に主燃料ガスを供給する流路で、途中に主燃料ガス流量制御手段２１を有しており、上流端は主燃料ガスの供給源２０に接続される。主燃料ガス流量制御手段２１は、本実施形態では開閉弁２１ａからなる。開閉弁２１ａは、ソレノイド等（図示せず）により開閉するものである。

副燃料ガス流路３は、主燃料ガスよりも発熱量の低い副燃料ガスを供給する流路で、途中に副燃料ガス流量制御手段３１を有している。副燃料ガス流路３の上流端は副燃料ガスの供給源３０に接続され、下流端は、燃料ガス流路２の主燃料ガス流量制御手段２１を有する部分の下流側に接続される。副燃料ガス流量制御手段３１は、本実施形態では開閉弁３１ａと流量調整弁３１ｂとからなる。開閉弁３１ａは、ソレノイド等（図示せず）により開閉するものであり、流量調整弁３１ｂは、所定の流量に自在に設定可能とするものである。図中の符号２２及び３２は逆止弁である。

燃料ガスは、主燃料ガスと副燃料ガスとで構成される。主燃料ガスとしては、例えば天然ガスや都市ガスやプロパンガス等のバラつきが小さく発熱量が高くて安定しているガスが好適に用いられる。また副燃料ガスとしては、例えばバイオガスやランドフィルガス等の組成のバラつきが大きく発熱量が低くて不安定なガスが好適に用いられる。なお、主燃料ガス及び副燃料ガスは前記ガスに限定されない。

制御部４は、主燃料ガス流量制御手段２１及び副燃料ガス流量制御手段３１を制御するコンピュータからなり、制御プログラムにより制御を行うもので、以下に制御について説明する。

ガスエンジン混焼システムの運転は、起動運転、混焼運転、停止運転に大別される。起動運転は、ガスエンジン１を停止状態から起動するにあたり、燃料ガスの供給を開始すると共に燃焼を開始し、燃料ガスの供給量を増加させて混焼運転へ移行するまでの運転である。混焼運転は、ガスエンジン１が主燃料ガスと副燃料ガスの両方のガスを燃料とする運転で、所定の出力が得られるような運転条件（燃料ガスの供給量、ガスエンジン１の回転数）での運転であり、前記出力及び運転条件は可変であってもよく、また前記出力及び運転条件はその変動が所定範囲内で許容される。この変動の許容範囲は、主にガスエンジン１の出力を安定に維持し、失火等が発生しない範囲で定まる。停止運転は、ガスエンジン１を停止する際、燃料ガスの供給量を減少させて混焼運転からガスエンジン１を停止状態へ移行させるまでの運転である。

上記ガスエンジン混焼システムの運転方法について説明する。

起動運転においては、制御部４は、副燃料ガス流量制御手段３１を介して副燃料ガスの供給を行わず主燃料ガス流量制御手段２１を介して主燃料ガスの供給のみを行うもので、本実施形態では、副燃料ガス流量制御手段３１の開閉弁３１ａを閉じ、主燃料ガス流量制御手段２１の開閉弁２１ａを開にした状態で主燃料ガスの供給を開始し、ガスエンジン１での燃焼を開始する。そして、燃料ガスの供給量を増加させて、回転数及び出力を上昇させていく。起動運転においては燃料流量が少ないため、燃料ガスに副燃料ガスが混入されていると、副燃料ガスの発熱量や混合量のバラつきに起因して全体の発熱量も不安定となってしまい、実際の発熱量が設計上想定されている発熱量を下回ると途中で停止したりする惧れがある。このため、起動運転には発熱量が高くて安定している主燃料ガスのみを用いるものである。所定の出力に到達すると、起動運転を終了して混焼運転に移行する。

混焼運転においては、制御部４は、副燃料ガス流量制御手段３１により副燃料ガスを一定流量供給すると共に、主燃料ガス流量制御手段２１により主燃料ガスを供給し、所定の割合で副燃料ガスを主燃料ガスに混合した燃料ガスをエンジンに供給する。副燃料ガスの混合割合は、例えば主燃料ガスが都市ガスで副燃料ガスが生ごみ由来のバイオガスの場合には、副燃料ガスの燃料ガス全体に対する割合は１０〜２０％程度が好ましいが、特に限定されない。混焼運転においては、燃料ガスに副燃料ガスが混入されているため、副燃料ガスの発熱量が不安定で全体での発熱量も若干不安定となるが、変動が許容範囲内に収まれば特に問題はない。

なお、混焼運転において副燃料ガスの供給量が不足する場合や出力の安定性が求められる場合には、起動運転と同様に、副燃料ガス流量制御手段３１により副燃料ガスの供給を停止し、主燃料ガス流量制御手段２１により主燃料ガスの供給のみ行うにすればよい。

停止運転においては、所定の出力以下となった後は副燃料ガス流量制御手段３１を介して副燃料ガスの供給を停止すると共に主燃料ガス流量制御手段２１を介して主燃料ガスの供給のみ行うもので、本実施形態では、副燃料ガス流量制御手段３１の開閉弁３１ａを閉じ、主燃料ガス流量制御手段２１の開閉弁２１ａを介して主燃料ガスのみを供給し、最後に主燃料ガスの供給を停止してガスエンジン１を停止する。停止運転において副燃料ガスを混入した燃料ガスを用いると、副燃料ガスは一定流量であるため主燃料ガスを減少させるに従って副燃料ガスの燃料ガス全体に対する割合が高くなって、全体の発熱量が不安定となってしまう。そして、実際の発熱量が設計上想定されている発熱量を逸脱するとエンジンがノッキングや失火等により重故障停止する惧れがある。このため、停止運転には発熱量が高くて安定している主燃料ガスのみを用いるものである。

また、主燃料ガスのみを燃料ガス流路２に流して停止運転を行い、最後に開閉弁２１ａを閉じてガスエンジン１を停止するため、燃料ガス流路２に主燃料ガスのみが残留し副燃料ガスが残留しないようにし、次回の起動運転時に副燃料ガスが供給されないようにすることができる。

上述したガスエンジン混焼システムにおいては、起動運転及び停止運転においてガスエンジン１に主燃料ガスのみを供給するものであるため、副燃料ガスの発熱量のバラつきに起因して全体の発熱量が不安定となることで、起動運転中に停止したり、停止運転中にガスエンジン１が失火等により停止したりする惧れがなく、起動運転及び停止運転が安定する。また混焼運転においては、燃料ガスに副燃料ガスを混合させるため、主燃料ガスよりも安価な副燃料ガスを用いることでランニングコスト（すなわち燃料費）を抑えることができるものである。

そして、このガスエンジン混焼システムは、ガスエンジン１に主燃料ガス及び副燃料ガスに対応するミキサーを備える必要もなく、副燃料ガス流量制御手段３１を有する副燃料ガス流路３を燃料ガス流路２に接続するだけでよいため、製造コストがかさまない。また既設の単一燃料ガス用のガスエンジン１に適用する場合でも、容易に後付けで取り付けることができて、改造の手間及びコストがかさまないものである。

１ ガスエンジン
２ 燃料ガス流路
２０ 主燃料ガスの供給源
２１ 主燃料ガス流量制御手段
２１ａ 開閉弁
２２ 逆止弁
３ 副燃料ガス流路
３０ 副燃料ガスの供給源
３１ 副燃料ガス流量制御手段
３１ａ 開閉弁
３１ｂ 流量調整弁
３２ 逆止弁
４ 制御部

Claims (2)

1. ガスエンジンと、主燃料ガス流量制御手段を有しガスエンジンに主燃料ガスを主成分とする燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、副燃料ガス流量制御手段を有し燃料ガス流路の主燃料ガス流量制御手段を有する部分の下流側に接続され、主燃料ガスよりも発熱量の低い副燃料ガスを供給する副燃料ガス流路と、主燃料ガス流量制御手段及び副燃料ガス流量制御手段を制御する制御部と、を備え、制御部は、ガスエンジンを起動するにあたりガスエンジンの出力が所定の出力以上となるまでは副燃料ガス流量制御手段を介して副燃料ガスの供給を行わず主燃料ガス流量制御手段を介して主燃料ガスの供給のみ行う起動運転を行い、前記所定の出力以上となった後は副燃料ガス流量制御手段を介して副燃料ガスの供給を行うと共に主燃料ガス流量制御手段を介して主燃料ガスの供給を行う混焼運転を行い、ガスエンジンを停止するにあたり所定の出力以下となった後は副燃料ガス流量制御手段を介して副燃料ガスの供給を停止すると共に主燃料ガス流量制御手段を介して主燃料ガスの供給のみ行う停止運転を行うことを特徴とするガスエンジン混焼システム。
2. 混焼運転における副燃料ガスの割合を、ガスエンジンの出力の変動が許容範囲内に収まるように設定することを特徴とする請求項１記載のガスエンジン混焼システム。

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