JP2021076073A - Gas engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスエンジンを用いて発電を行うガスエンジンシステムに関する。 The present invention relates to a gas engine system that generates electricity using a gas engine.
ガスエンジンを用いて発電を行うガスエンジンシステムにおいて、ガスエンジンの効率を向上させ、ガスエンジンシステムとしての発電効率を高めるために、大気(吸気)を圧縮する過給機が設けられる。過給機の圧縮機で圧縮された空気(給気)は、圧縮により高温状態となるため、ガスエンジンシステムは、高温給気をガスエンジンに供給する前に冷却するための給気冷却装置を備えている。 In a gas engine system that generates electricity using a gas engine, a supercharger that compresses the atmosphere (intake) is provided in order to improve the efficiency of the gas engine and increase the power generation efficiency of the gas engine system. Since the air (supply air) compressed by the compressor of the supercharger becomes hot due to compression, the gas engine system provides an air supply cooling device for cooling the high temperature supply air before supplying it to the gas engine. I have.
給気冷却装置は、例えば、多くの場合、2つの冷却器から構成される。過給機から出た高温給気はまず、第1冷却器を通過し、一次冷却される。この時に用いられる冷却水はガスエンジンを冷却した後の比較的高温の冷却水が用いられる。第1冷却器にて一次冷却された給気は第2冷却器を通過し、ガスエンジンに供給される。第2冷却器の冷却水は、大気温度や湿度等に影響される冷却源またはラジエータ等の、屋外に設置される冷却水供給設備から供給される冷却水を用いて冷却するように構成される。給気冷却装置は、ガスエンジンに供給される給気空気の温度を適切な温度に制御することにより、給気空気と燃料を最適に近い空燃比となるように予混合できる。その空燃比の混合気体が、ガスエンジンにて燃焼し、その結果、ガスエンジンが最高効率点近傍で運転できる。第2冷却器出口の給気温度t2は予め定められた目標温度ts2になるように、冷却水の温度および流量を調整するように構成されている。 The air supply cooling device is often composed of, for example, two coolers. The high-temperature air supply from the supercharger first passes through the first cooler and is first cooled. As the cooling water used at this time, relatively high temperature cooling water after cooling the gas engine is used. The air supply that has been primarily cooled by the first cooler passes through the second cooler and is supplied to the gas engine. The cooling water of the second cooler is configured to be cooled by using cooling water supplied from a cooling water supply facility installed outdoors, such as a cooling source or a radiator that is affected by atmospheric temperature, humidity, or the like. .. The supply air cooling device can premix the supply air and the fuel so as to have an air-fuel ratio close to the optimum by controlling the temperature of the supply air supplied to the gas engine to an appropriate temperature. The mixture of air-fuel ratios burns in the gas engine, and as a result, the gas engine can be operated near the maximum efficiency point. As the supply air temperature t 2 of the second cooler outlet becomes a target temperature t s2 predetermined, and is configured to adjust the temperature and flow rate of the cooling water.
給気冷却装置の第2冷却器は、屋外に設置される冷却水供給装置から供給される冷却水を用いて第1冷却器の出口給気を冷却する。屋外に設置される冷却水供給装置から給気冷却装置に供給される冷却水は、大気条件(大気温度、相対温度、大気圧力、太陽熱、風速等)の影響を強く受けるため、冷却水温度は大気条件によって変化する。このため、年間を通じて高温多湿な地域や、夏季と冬季の大気条件が著しく異なる地域、または昼夜の大気条件が著しく変化する地域では、上記のようなガスエンジンシステムをそのまま導入、使用すると、第二冷却器の冷却水温度の変化により、予め定められた給気空気の目標温度ts2に制御することができない。そのため、給気が目標温度ts2より高いまま燃料と予混合され、ガスエンジンにて燃焼される。その場合、最高効率点で運転できる空燃比を達成できず、発電効率は低下する。 The second cooler of the supply air cooling device cools the outlet air supply of the first cooler by using the cooling water supplied from the cooling water supply device installed outdoors. The cooling water supplied from the cooling water supply device installed outdoors to the air supply cooling device is strongly affected by atmospheric conditions (atmospheric temperature, relative temperature, atmospheric pressure, solar heat, wind speed, etc.), so the cooling water temperature is It changes depending on the atmospheric conditions. Therefore, in areas with high temperature and humidity throughout the year, areas where the air conditions in summer and winter are significantly different, or areas where air conditions change significantly during the day and night, if the above gas engine system is introduced and used as it is, it will be second. Due to the change in the cooling water temperature of the cooler, it is not possible to control the predetermined target temperature t s2 of the supply air. Therefore, the supply air is premixed with the fuel while being higher than the target temperature t s2, and is burned in the gas engine. In that case, the air-fuel ratio that can be operated at the highest efficiency point cannot be achieved, and the power generation efficiency is lowered.
上記のようなガスエンジンシステムにおいて吸気温度(過給機の入口温度)または過給機出口の高温給気を冷却することに関して、下記特許文献1から3が提案されている。特許文献1には、上記のような大気により冷却水を冷却する給気冷却装置の代わりに、ガスエンジンの排熱を利用した吸収冷凍機を用いることが示されている。また、特許文献2には、過給機に供給される吸気を用いてガスエンジンの液化燃料を気化させることにより、液化燃料との熱交換で吸気を冷却することが示されている。また、特許文献3には、液化燃料を気化させることにより吸気を冷却する冷却水を冷却することが示されている。
特許文献1では、大気により冷却水を冷却する給気冷却装置をそのまま使用することができないため、導入する地域の気候条件に応じて大きな設計変更または仕様変更が必要となる。また、特許文献2は、液化燃料の導入経路と、空気の導入経路とを交差させる必要があるため、配管等の構造が複雑となる。同様に、特許文献3は、液化燃料の導入経路と、空気の導入経路との間に冷却水の配管を敷設する必要があるため、配管等の構造が複雑となる。さらに、特許文献2では、吸気を直接液化燃料の気化熱で冷却するため、大気の温度によって導入される吸気の温度が変化する。また、特許文献3では、冷却水の温度を一定に制御しているため、大気の温度によって導入される吸気の温度が変化する。
In
また、大気の温度によってガスエンジンに供給される給気の温度が変化する問題は、大気の温度が高い場合だけでなく、このようなガスエンジンシステムを厳冬期がある地域に導入する場合等、大気の温度が低い場合にも生じ得る。すなわち、大気の温度が低い場合には、外気より吸気する吸気温度が低くなり、過給機の圧縮機の特性および機械的な制限、例えば、低温強度や固定羽根角度による吸気流量限度等(例えばサージング)、により圧縮機が使用できなくなる。そのため、吸気源を外気から室内空気に切り替える機械的設備を設置するか、または、年間を通じて常にガスエンジンに室内空気を供給する室内吸気設備を設置しなければならない。このような大気の温度が低い場合においては、特許文献1から3には何らの示唆もない。したがって、上記のようなガスエンジンシステムにおいては、吸気条件が大気の低温空気から室内の比較的高温の空気に変わることはあっても、室内空気温度を何らかの方法で制御しない限り、空気の温度差はあっても、室内空気は夏期は高温であり、冬期は低温であることは変わりない。したがって、大気条件(室内条件)によらず給気温度t2を目標温度ts2に制御し、常に給気空気と燃料とを最適に近い空燃比となるように予混合することは室内条件如何となるため、最適に近い空燃比は成り行きとなり、制御できるものではない。
In addition, the problem that the temperature of the supply air supplied to the gas engine changes depending on the temperature of the atmosphere is not only when the temperature of the atmosphere is high, but also when introducing such a gas engine system in an area where there is a severe winter season. It can also occur when the temperature of the atmosphere is low. That is, when the temperature of the atmosphere is low, the intake air temperature to be taken in is lower than that of the outside air, and the characteristics and mechanical restrictions of the compressor of the supercharger, such as the low temperature intensity and the intake flow rate limit due to the fixed blade angle (for example). Surging), which makes the compressor unusable. Therefore, it is necessary to install mechanical equipment that switches the intake source from outside air to indoor air, or install indoor intake equipment that constantly supplies indoor air to the gas engine throughout the year. In such a case where the temperature of the atmosphere is low,
本発明は、上記課題を解決するものであり、大気条件によらず各種のガスエンジンの運転要求に適した給気温度に制御することができるガスエンジンシステムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas engine system capable of controlling a supply air temperature suitable for operating requirements of various gas engines regardless of atmospheric conditions.
本発明の一態様に係るガスエンジンシステムは、ガスエンジンと、前記ガスエンジンの回転動力により発電を行う発電機と、前記ガスエンジンに供給される給気を圧縮する圧縮機および前記ガスエンジンから排出される燃焼後ガスから動力を発生させるタービンを有する過給機と、前記圧縮機により圧縮された給気を、給気を冷却する給気冷却装置と、大気を取り込む吸気導入部から前記圧縮機に供給される吸気の温度を調整する吸気温度調整装置と、を備え、前記吸気温度調整装置は、前記ガスエンジンで生じた排熱を回収する排熱回収部と、回収した排熱を用いて前記吸気の温度を調整する温度調整器と、前記温度調整器を制御する制御器と、を含み、前記制御器は、前記ガスエンジンに供給される給気の温度、または、前記ガスエンジンから排出される排気の温度を取得し、取得した温度が所定の目標温度になるように、前記吸気の温度を制御する。 The gas engine system according to one aspect of the present invention includes a gas engine, a generator that generates heat by the rotational power of the gas engine, a compressor that compresses the supply air supplied to the gas engine, and discharge from the gas engine. A supercharger having a turbine that generates power from the gas after combustion, an air supply cooling device that cools the supply air compressed by the compressor, and the compressor from an intake introduction unit that takes in air. The intake air temperature adjusting device includes an intake air temperature adjusting device for adjusting the temperature of the intake air supplied to the gas engine, and the intake air temperature adjusting device uses an exhaust heat recovery unit for recovering exhaust heat generated by the gas engine and the recovered exhaust heat. A temperature controller for adjusting the temperature of the intake air and a controller for controlling the temperature controller are included, and the controller is the temperature of the supply air supplied to the gas engine or discharged from the gas engine. The temperature of the exhaust air to be generated is acquired, and the temperature of the intake air is controlled so that the acquired temperature becomes a predetermined target temperature.
上記構成によれば、大気により冷却された冷却水を用いて冷却する給気冷却装置で生じた排熱を回収し、その排熱を用いて過給機の圧縮機に供給される吸気の温度が調整される。この際、ガスエンジンに供給される給気の温度、または、ガスエンジンから排出される排気の温度が所定の目標温度となるように吸気の温度が調整される。したがって、大気条件によらずガスエンジンの運転要求に適した温度に制御することができる。 According to the above configuration, the exhaust heat generated by the air supply cooling device that cools using the cooling water cooled by the atmosphere is recovered, and the exhaust heat is used to supply the temperature of the intake air to the compressor of the turbocharger. Is adjusted. At this time, the temperature of the intake air is adjusted so that the temperature of the supply air supplied to the gas engine or the temperature of the exhaust gas discharged from the gas engine becomes a predetermined target temperature. Therefore, the temperature can be controlled to be suitable for the operating requirements of the gas engine regardless of the atmospheric conditions.
前記温度調整器は、前記排熱回収部で回収した排熱を用いて前記吸気を冷却するための冷却水を冷却する冷却水冷却装置を備えてもよい。 The temperature controller may include a cooling water cooling device that cools the cooling water for cooling the intake air by using the exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery unit.
上記構成によれば、大気の温度が高く、給気冷却装置単体では給気の温度を目標温度に下げられない場合であっても、ガスエンジンより発生する排熱を用いた冷却水冷却装置により製造した冷水により吸気を過給機で圧縮する前に予め冷却することにより、圧縮機出口温度が低下するため、給気温度を目標温度に制御することができる。 According to the above configuration, even if the temperature of the atmosphere is high and the temperature of the supply air cannot be lowered to the target temperature by the supply air cooling device alone, the cooling water cooling device using the exhaust heat generated from the gas engine is used. By pre-cooling the intake air with the produced cold water before compressing it with the supercharger, the compressor outlet temperature is lowered, so that the supply air temperature can be controlled to the target temperature.
前記排熱回収部は、前記排熱を温水または蒸気として回収し、前記温度調整器は、前記冷却水冷却装置からの冷却水を前記吸気導入部に供給する冷却配管と、前記排熱回収部からの前記温水を、前記吸気を加熱するために前記吸気導入部に供給する加熱配管と、前記吸気導入部に接続する配管を、前記冷却配管と前記加熱配管との間で切り替える配管切替部と、を備えてもよい。 The exhaust heat recovery unit recovers the exhaust heat as hot water or steam, and the temperature controller has a cooling pipe that supplies cooling water from the cooling water cooling device to the intake air introduction unit, and the exhaust heat recovery unit. A heating pipe that supplies the hot water from the above to the intake air introduction unit to heat the intake air, and a pipe switching unit that switches the pipe connecting to the intake air introduction unit between the cooling pipe and the heating pipe. , May be provided.
上記構成によれば、大気の温度が高く、給気冷却装置では給気の温度を目標温度に下げられない場合であっても、冷却水冷却装置により排熱を用いて冷却した冷却水により吸気を過給機の圧縮機にて圧縮する前に予め冷却することができる。さらに、大気の温度が低く、大気温度が過給機の圧縮機における吸気温度の下限値以下になった場合でも、外気吸気から室内吸気に切り替えるといった複雑な機構を使用することなく、温水として回収される排熱を吸気導入部に供給することにより、吸気を過給機の圧縮機にて圧縮する前に予め温めておくことができる。また、吸気導入部に接続される配管が、冷却水が流通する冷却配管と、温水が流通する加熱配管との間で切り替え可能に構成される。このため、季節によって大気の温度が大きく変化する地域等にガスエンジンシステムを敷設する場合であっても、時期によって大掛かりな吸気設備、および吸気方法の変更等を行う必要性をなくすことができる。大気温度が低い季節や時期であっても、大気温度は一定ではなく、常に変化するため、その変化に対応して吸気方法を逐次切り替えることは非常に困難である。 According to the above configuration, even if the temperature of the atmosphere is high and the air supply cooling device cannot lower the temperature of the supply air to the target temperature, the air is taken in by the cooling water cooled by the cooling water cooling device using the exhaust heat. Can be pre-cooled before being compressed by the compressor of the supercharger. Furthermore, even if the atmospheric temperature is low and the atmospheric temperature falls below the lower limit of the intake air temperature in the turbocharger compressor, it is recovered as hot water without using a complicated mechanism such as switching from outside air intake to indoor intake. By supplying the exhaust heat to the intake air introduction unit, the intake air can be preheated before being compressed by the compressor of the supercharger. Further, the pipe connected to the intake intake portion is configured to be switchable between a cooling pipe through which cooling water flows and a heating pipe through which hot water flows. Therefore, even when the gas engine system is installed in an area where the temperature of the atmosphere changes greatly depending on the season, it is possible to eliminate the need to make a large-scale change of the intake equipment and the intake method depending on the season. Even in the seasons and seasons when the atmospheric temperature is low, the atmospheric temperature is not constant and constantly changes, so it is very difficult to switch the intake method sequentially in response to the change.
前記排熱回収部は、前記排熱を温水または蒸気として回収し、前記冷却水冷却装置は、前記温水または蒸気を用いて前記冷却水を製造する温水または蒸気吸収式チラーであってもよい。 The exhaust heat recovery unit may recover the exhaust heat as hot water or steam, and the cooling water cooling device may be a hot water or steam absorption chiller that produces the cooling water using the hot water or steam.
上記構成によれば、排熱を利用して吸気を冷却する冷却水を容易に製造することができる。 According to the above configuration, cooling water for cooling the intake air can be easily produced by utilizing the exhaust heat.
前記排熱回収部は、前記排熱を温水として回収し、前記温度調整器は、前記排熱回収部からの前記温水を、前記吸気を加熱するために前記吸気導入部に供給する加熱配管を備えてもよい。 The exhaust heat recovery unit recovers the exhaust heat as hot water, and the temperature controller provides a heating pipe that supplies the hot water from the exhaust heat recovery unit to the intake air introduction unit in order to heat the intake air. You may prepare.
上記構成によれば、大気の温度が低く、吸気温度が低くなる場合であっても吸気方法を屋外から室内へ切り替える必要がなくなる。すなわち、温水として回収される排熱を吸気導入部に供給することにより、吸気が過給機の圧縮機に入る前に、吸気を予め温めておくことができるため、給気冷却装置で給気の温度を目標温度に制御できる。 According to the above configuration, it is not necessary to switch the intake method from outdoor to indoor even when the temperature of the atmosphere is low and the intake air temperature is low. That is, by supplying the exhaust heat recovered as hot water to the intake intake section, the intake air can be preheated before the intake air enters the compressor of the supercharger, so that the air supply is supplied by the air supply cooling device. The temperature can be controlled to the target temperature.
前記制御器は、前記給気を加熱するために設定される前記目標温度を所定の第1の目標温度とする第1の制御モードと、前記給気を加熱するために設定される前記目標温度を前記第1の目標温度より高い第2の目標温度とする第2の制御モードとを切り替えて実行可能としてもよい。 The controller has a first control mode in which the target temperature set for heating the air supply is set as a predetermined first target temperature, and the target temperature set for heating the air supply. May be feasible by switching between the second control mode in which the second target temperature is higher than the first target temperature.
上記構成によれば、給気温度が第1制御モードにおける第1の目標温度より高い第2の目標温度となるように、吸気温度が制御されるため、燃焼後ガス温度が上昇し、排気ガス温度も上昇する。したがって、排気ガス経路における排熱量が増加し、排気ガス経路における熱回収量が増加する。給気温度の目標温度が第1の目標温度より高い第2の目標温度に制御されるため、これによる空燃比が最適に近い空燃比からずれることにより、発電効率は低下する。しかし、総合熱効率という面で考えれば、発電効率低下に伴い、増加する燃料の入熱量の増加量に比べ、熱回収量の増加量の方が多くなるため、システム全体の総合熱効率を向上させることができる。 According to the above configuration, since the intake air temperature is controlled so that the supply air temperature becomes the second target temperature higher than the first target temperature in the first control mode, the gas temperature after combustion rises and the exhaust gas. The temperature also rises. Therefore, the amount of exhaust heat in the exhaust gas path increases, and the amount of heat recovery in the exhaust gas path increases. Since the target temperature of the supply air temperature is controlled to the second target temperature higher than the first target temperature, the air-fuel ratio due to this is deviated from the air-fuel ratio close to the optimum, and the power generation efficiency is lowered. However, in terms of overall thermal efficiency, the amount of increase in heat recovery is larger than the amount of increase in fuel input as the power generation efficiency decreases, so the overall thermal efficiency of the entire system should be improved. Can be done.
前記給気冷却装置は、前記ガスエンジンを冷却する第1冷却水経路において前記ガスエンジンからの戻り経路に設けられた第1給気冷却器と、前記第1冷却水経路とは別の第2冷却水経路に設けられた第2給気冷却器と、を備え、前記第1給気冷却器は、前記過給機と前記ガスエンジンとの間の給気経路において前記第2給気冷却器より上流側に設けられ、前記排熱回収部は、前記第1冷却水経路の前記戻り経路において前記第1給気冷却器より下流側に設けられてもよい。 The air supply cooling device includes a first air supply cooler provided in a return path from the gas engine in a first cooling water path for cooling the gas engine, and a second cooling water path different from the first cooling water path. A second air supply cooler provided in the cooling water path is provided, and the first air supply cooler is the second air supply cooler in the air supply path between the supercharger and the gas engine. The exhaust heat recovery unit may be provided on the upstream side, and may be provided on the downstream side of the first air supply cooler in the return path of the first cooling water path.
上記構成によれば、冷却水がより高温となる第1冷却水経路の戻り経路において、排熱を回収することにより、より幅広い温度範囲において吸気の温度を調整することができる。 According to the above configuration, the temperature of the intake air can be adjusted in a wider temperature range by recovering the exhaust heat in the return path of the first cooling water path in which the cooling water becomes hotter.
前記給気冷却装置は、前記ガスエンジンを冷却する第1冷却水経路において前記ガスエンジンからの戻り経路に設けられた第1給気冷却器と、前記第1冷却水経路とは別の第2冷却水経路に設けられた第2給気冷却器と、を備え、前記第1給気冷却器は、前記過給機と前記ガスエンジンとの間の給気経路において前記第2給気冷却器より上流側に設けられ、前記排熱回収部は、前記第2冷却水経路において前記第2給気冷却器より下流側に設けられてもよい。 The air supply cooling device includes a first air supply cooler provided in a return path from the gas engine in a first cooling water path for cooling the gas engine, and a second cooling water path different from the first cooling water path. A second air supply cooler provided in the cooling water path is provided, and the first air supply cooler is the second air supply cooler in the air supply path between the supercharger and the gas engine. The exhaust heat recovery unit may be provided on the upstream side and may be provided on the downstream side of the second air supply cooler in the second cooling water path.
上記構成によれば、給気経路において第2給気冷却器より上流側に設けられた第1給気冷却器において給気が冷却されることにより、第2給気冷却器の入口における給気温度を予め下げることができる。したがって、温度の低い第2給気冷却器から回収される排熱を利用して吸気温度を調整しつつより温度の高い第1給気冷却器から回収される排熱を別途利用することができるため、より効率よく排熱を再利用することができる。 According to the above configuration, the air supply is cooled by the first air supply cooler provided on the upstream side of the second air supply cooler in the air supply path, so that the air supply at the inlet of the second air supply cooler The temperature can be lowered in advance. Therefore, it is possible to separately use the exhaust heat recovered from the first air supply cooler having a higher temperature while adjusting the intake air temperature by utilizing the exhaust heat recovered from the second air supply cooler having a lower temperature. Therefore, the exhaust heat can be reused more efficiently.
前記給気冷却装置は、前記過給機と前記ガスエンジンとの間の給気経路に設けられる第1給気冷却器と、前記給気経路において前記第1給気冷却器より下流側に設けられる第2給気冷却器と、前記第1給気冷却器および前記第2給気冷却器のそれぞれに冷却水を供給する給気冷却用冷却水経路と、前記ガスエンジンを冷却するために前記給気冷却用冷却水経路とは別に設けられたガスエンジン冷却経路と、を備え、前記排熱回収部は、前記ガスエンジン冷却経路において、前記ガスエンジンより下流側に設けられてもよい。 The air supply cooling device is provided in a first air supply cooler provided in the air supply path between the supercharger and the gas engine, and on the downstream side of the first air supply cooler in the air supply path. A second air supply cooler, a supply air cooling cooling water path for supplying cooling water to each of the first air supply cooler and the second air supply cooler, and the gas engine for cooling the gas engine. A gas engine cooling path provided separately from the supply air cooling cooling water path may be provided, and the exhaust heat recovery unit may be provided on the downstream side of the gas engine in the gas engine cooling path.
上記構成によれば、給気を冷却するための給気冷却用冷却水経路と、ガスエンジンを冷却するガスエンジン冷却経路とが別経路に構成されているため、ガスエンジンの冷却経路の下流側に第1給気冷却器を設ける場合に比べて、過給機出口の給気温度がより低い場合でも給気温度を目標温度に制御することが可能となる。したがって、より幅広い温度範囲において第1給気冷却器および第2給気冷却器により給気温度を調整することができる。 According to the above configuration, the cooling water path for cooling the supply air for cooling the supply air and the cooling path for the gas engine for cooling the gas engine are configured as separate paths, so that the downstream side of the cooling path for the gas engine It is possible to control the supply air temperature to the target temperature even when the supply air temperature at the outlet of the supercharger is lower than that in the case where the first air supply cooler is provided. Therefore, the supply air temperature can be adjusted by the first air supply cooler and the second air supply cooler in a wider temperature range.
前記過給機の圧縮機翼は、前記給気の温度について設定された目標温度を基準とする所定範囲の温度に最適化された高効率化形状を有していてもよい。また、前記過給機のタービン翼は、前記燃焼後ガスの温度について設定された目標温度を基準とする所定範囲の温度に最適化された高効率化形状を有していてもよい。 The compressor blade of the supercharger may have a highly efficient shape optimized for a temperature in a predetermined range based on a target temperature set for the temperature of the supply air. Further, the turbine blade of the turbocharger may have a highly efficient shape optimized for a temperature in a predetermined range based on a target temperature set for the temperature of the post-combustion gas.
上記構成によれば、吸気の温度を制御することにより大気の温度によらず給気の温度を目標温度に維持することで、過給機入口の吸気の温度も所定範囲内に維持することができる。このため、従来において外気吸気時のように幅広い温度領域で運転できるように設計されていた過給機の圧縮機翼を、その所定温度内の吸気の温度に適した形状にすることで、過給機の圧縮機における断熱圧縮の高効率化を図ることができる。また、上記構成によれば、給気温度を安定化することができるため、ガスエンジンにおける燃焼状態が安定し、ガスエンジンより排出される燃焼後ガスの温度が安定化する。したがって、従来において幅広い温度領域で運転できるように設計されていた過給機のタービン翼を燃焼後ガス温度に適した形状にすることで、過給機タービンの高効率化を図ることができ、その結果、ガスエンジンの高効率化を図ることができる。 According to the above configuration, the temperature of the intake air at the supercharger inlet can be maintained within a predetermined range by maintaining the temperature of the supply air at the target temperature regardless of the temperature of the atmosphere by controlling the temperature of the intake air. it can. For this reason, the compressor blades of the turbocharger, which were conventionally designed to operate in a wide temperature range as in the case of outside air intake, are made into a shape suitable for the intake temperature within the predetermined temperature. It is possible to improve the efficiency of adiabatic compression in the compressor of the turbocharger. Further, according to the above configuration, since the air supply temperature can be stabilized, the combustion state in the gas engine is stabilized, and the temperature of the post-combustion gas discharged from the gas engine is stabilized. Therefore, by making the turbine blades of the turbocharger, which was conventionally designed to operate in a wide temperature range, into a shape suitable for the gas temperature after combustion, it is possible to improve the efficiency of the turbocharger turbine. As a result, the efficiency of the gas engine can be improved.
前記制御器は、前記ガスエンジンに供給される燃料ガスの性状を示す所定の値を取得し、前記目標温度を、前記所定の値に応じた値に設定してもよい。 The controller may acquire a predetermined value indicating the properties of the fuel gas supplied to the gas engine, and set the target temperature to a value corresponding to the predetermined value.
上記構成によれば、給気温度が燃料ガスの性状に適した目標温度になるように制御されるため、ガスエンジンの最高効率点での運転が可能となる。 According to the above configuration, the supply air temperature is controlled to be a target temperature suitable for the properties of the fuel gas, so that the gas engine can be operated at the maximum efficiency point.
本発明によれば、大気条件によらず各種のガスエンジンの運転要求に適した給気温度に制御することができる。 According to the present invention, it is possible to control the supply air temperature suitable for the operating requirements of various gas engines regardless of the atmospheric conditions.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same reference numerals will be given to elements having the same or the same function throughout all the figures, and duplicate description thereof will be omitted.
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係るガスエンジンシステム1の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態におけるガスエンジンシステム1は、ガスエンジン2と、発電機3と、過給機4と、給気冷却装置5と、吸気温度調整装置6と、を備えている。
[Embodiment 1]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
ガスエンジン2において、図示しないシリンダー内に、図示しない燃料配管を通じて燃料ガスが供給されるとともに、給気経路7を通じて給気が供給される。燃料ガスと給気との混合気体がシリンダー内で、圧縮、燃焼、膨張し、それに伴ってシリンダーが往復運動することにより動力を発生する。シリンダーは単筒ではなく、複数から構成されており、その複数シリンダーの時間差を持った往復運動が回転運動に変換されるように1つの軸で繋がれている。ガスエンジン2には、燃料ガスとして、例えば天然ガスが供給される。発電機3は、ガスエンジン2に接続され、ガスエンジン2の回転動力により発電を行うように構成されている。
In the
過給機4は、ガスエンジン2に供給される吸気を外部より取り込み、圧縮機10にてガスエンジン2に必要な圧力まで圧縮し、その高圧空気を給気としてガスエンジン2のシリンダーに供給する。ガスエンジン2から排出される燃焼後ガスをタービン11にて膨張させ、その動力にて圧縮機10を回転させる。このため、圧縮機10とタービン11とは動力を伝達するために回転軸9で接続されている。圧縮機10は、複数の圧縮機翼(ブレード)が、使用されるガスエンジン2の要求条件に見合う適切な翼角度で取り付けられている。
The
吸気導入部8は、建屋の外の大気(外気)を導入するように構成されていてもよいし、建屋内の室内空気を導入するように構成されてもよい。また、吸気導入部8は、外気温度に応じて、外気を直接吸気する場合と室内空気をそのまま給気する場合とを切り替え可能に構成されてもよい。
The intake
圧縮機10で圧縮された吸気は、給気経路7を通じてガスエンジン2に給気として供給される。本明細書において、「吸気」(intake-air)は、吸気導入部8から過給機4の圧縮機10に導入されるまでの空気を意味し、「給気」(charge-air)は、過給機4の圧縮機10の出口からガスエンジン2に供給されるまでの空気を意味するものと定義する。
The intake air compressed by the
ガスエンジン2での燃焼により動力を発生し、その後、ガスエンジン2より排出された高温の燃焼後ガスは、排気経路12を通じて過給機4のタービン11に流入される。タービン11は、複数のタービン翼(ブレード)を備え、流入する高温の燃焼後ガスを膨張させることで動力を発生する。その動力は回転軸9により圧縮機10に伝達され、圧縮機10が回転する。タービン11から排出された排気ガスは、排気ガス経路43を通じて煙突13から大気に排出される。
Power is generated by combustion in the
排気ガス経路43には、排気ガスの排熱を回収する排熱回収器45が設けられる場合がある。ガスエンジン2からタービン11を経由して排出された排気ガスは、高温であるため、その排熱を回収して蒸気や温水として回収し、建物の暖房や地域暖房、チラー等の冷水を製造する設備の熱源等、他の目的に使用することができる。排熱回収器45は、排気ガスの排熱を蒸気や温水として回収する。
The
給気冷却装置5は、過給機4の圧縮機10により圧縮された給気を、ガスエンジン2の冷却に用いる比較的温度の高い高温冷却水および大気に熱を放散することにより冷却水を作る出す設備から供給される比較的温度の低い低温冷却水を用いて冷却するように構成されている。本実施の形態において、給気冷却装置5は、第1給気冷却器14および第2給気冷却器15を備えている。第1給気冷却器14は、過給機4とガスエンジン2との間の給気経路7において第2給気冷却器15より上流側に設けられる。
The supply
したがって、第1給気冷却器14が冷却した後の給気温度は、第2給気冷却器15が冷却する給気温度より高温となる。この結果、第1給気冷却器14を通過した後の第1冷却水は、第2給気冷却器15を通過した後の第2冷却水に比べて高温となる。言い換えると、第1給気冷却器14に供給される第1冷却水は、第2給気冷却器15に供給される第2冷却水より高温でよい。
Therefore, the air supply temperature after the first
そこで、第1給気冷却器14は、ガスエンジン2を冷却する第1冷却水経路16においてガスエンジン2からの戻り経路に設けられている。すなわち、第1給気冷却器14は、ガスエンジン2を冷却した後の第1冷却水を用いて給気を冷却する。一方、第2給気冷却器15は、ガスエンジン2を冷却する第1冷却水経路16とは別の第2冷却水経路17に設けられている。このような構成により、過給機4の圧縮機10の出口の高温給気をガスエンジンに供給可能な給気温度を確保できる冷却形式としている。
Therefore, the first
給気冷却装置5は、冷却源18を備えている。冷却源18は、例えば気化熱等を利用して冷却する冷却塔またはラジエータ等により構成される。冷却源18は、第2冷却水経路17に接続され、第2冷却水経路17を流通する第2冷却水を大気により冷却する。第2冷却水経路17における冷却源18から第2給気冷却器15までの行き経路には第2冷却水を循環させるためのポンプ19が設けられる。
The air
また、第2冷却水経路17における第2給気冷却器15から冷却源18までの戻り経路には、第1冷却水を冷却するために第1冷却水経路16との間で熱交換を行い、第1冷却水の排熱が後述する排熱回収部44にて全量回収されない場合、または未回収の排熱が第1冷却水に残存した場合にその熱を第2冷却水との熱交換にて冷却源18にて大気に放散するための熱交換器20が設けられる。なお、図示しないが、第2冷却水経路17における第2給気冷却器15と熱交換器20との間には、ガスエンジン2の潤滑油を冷却するために、潤滑油が流通する潤滑経路と熱交換を行う熱交換器が設けられていてもよい。
Further, in the return path from the second
第2冷却水経路17における行き経路と戻り経路との間には戻り経路を流れる第2冷却水の一部を行き経路に再導入するための三方弁21を設けてもよい。三方弁21により再導入される第2冷却水の量が調整されることにより第2冷却水の温度(第2給気冷却器15の冷却温度)が調整される。すなわち、三方弁21は、第2給気冷却器15に供給する第2冷却水の温度を安定化させる機能を有する。大気温度が低い場合には冷却源18からの第2冷却水温度tcwが低くなるが、この三方弁21により規定温度を維持する。第2冷却水経路17の三方弁21より下流側には、三方弁52が設けられる。三方弁52は、第2給気冷却器15に流れる第2冷却水量を制御することにより、給気温度t2を制御する。ただし、大気温度や湿度が高い場合には、冷却源18からの第2冷却水温度tcwが規定温度以上になるため、この三方弁52の制御機能は失われ、規定温度より高温の第2冷却水が第2給気冷却器15に全量流れることになる。
A three-
上述のように、第1給気冷却器14を流れる第1冷却水は、最終的には熱交換器20との熱交換および三方弁23による熱交換器20への流量制御によりエンジン冷却に必要な温度に調整される。すなわち、第1給気冷却器14にて給気空気を冷却した第1冷却水が持つ余剰排熱は、その全量または熱回収後の残った余剰排熱として、第2冷却水経路17を介して間接的に冷却源18により大気に放出される。第1冷却水経路16における熱交換器20からガスエンジン2までの行き経路には第1冷却水を循環させるためのポンプ22が設けられる。第1冷却水経路16における行き経路と戻り経路との間には戻り経路を流れる第1冷却水の一部を戻り経路に再導入するための三方弁51が設けられる。三方弁51は、後述する排熱回収部44へ流れる流量を制御することにより、排熱回収部44における排熱回収量を制御する。
As described above, the first cooling water flowing through the first
給気経路7の第2給気冷却器15の下流側には、ガスエンジン2に供給される給気の温度(給気温度)t2を検出する給気温度検出センサ24が設けられている。給気冷却装置5(における図示しない制御器は、給気温度検出センサ24により検出される給気温度t2が所定の目標温度ts2となるように三方弁52における開度を制御する。
On the downstream side of the second
このように、給気冷却装置5は、給気温度t2を目標温度ts2にするための制御を実行するが、大気により冷却水を冷却するため、大気温度や相対湿度の関係上、冷却水を大気の温度より低い温度に冷却することはほぼ不可能である。また、給気温度t2を高くしたい場合、三方弁52により第2給気冷却器15に流れる冷却水の水量を制御することで、給気温度t2を高くすることは可能であるが、一般には熱交換器の設計上の制約、および三方弁52の制御調整範囲の制限により上限値が存在する。一方、給気温度t2を低くしたい場合、冷却源18からの冷却水温度tcwが高いと、三方弁52をバイパスし、第2冷却水を全量第2給気冷却器15に流しても、給気温度t2を低くすることは困難である。
Thus,
そこで、本実施の形態におけるガスエンジンシステム1は、大気を取り込む吸気導入部8から過給機4に供給される吸気の温度(吸気温度)t1を調整する吸気温度調整装置6を備えている。吸気温度調整装置6は、排熱回収部44と、温度調整器25と、制御器26と、を備えている。
Therefore, the
排熱回収部44は、ガスエンジン2および第1給気冷却器14で生じた排熱を温水として回収する。排熱回収部44は、第1冷却水経路16の戻り経路において第1給気冷却器14より下流側に設けられている。排熱回収部44は、熱交換器として構成されており、第1冷却水と熱交換を行うことにより、排熱を温水として回収する。例えば、本実施の形態のように、吸気を冷却する場合には、排熱回収部44に第1冷却水が全量流れるように三方弁51が調整される。
The exhaust
温度調整器25は、排熱回収部44で回収した排熱を用いて吸気温度t1を調整する。温度調整器25は、排熱回収部44で回収した排熱を用いて吸気を冷却するための冷却水(吸気冷却水)を冷却する冷却水冷却装置27と、冷却水冷却装置27からの冷却水を吸気導入部8に供給する冷却配管28と、を備えている。冷却水冷却装置27は、排熱回収部44で回収した温水を用いて冷却水を冷却する温水吸収式チラーとして構成される。
冷却水冷却装置27は、冷却配管28を流通する吸気冷却水を冷却水冷却装置内を循環する第1冷媒(図示せず)が蒸発する際の気化熱で冷却する。蒸発して水蒸気となった第1冷媒は、臭化リチウム等の第2冷媒(図示せず)により吸収される。第1冷媒を吸収することにより薄められた第2冷媒は、排熱回収部44で回収した排熱を用いて加熱され、元の濃度に再生される。第2冷媒を加熱することにより第2冷媒から分離して生じる水蒸気は、冷却源(図示せず)等により冷却され、液体の第1冷媒として凝縮される。このような温水吸収式チラーにより、排熱回収温水を利用して吸気を冷却する冷却水を大気の温度によらず容易に冷却することができる。なお、排熱回収部44と冷却水冷却装置27との間の温水流通配管46には、適所に温水を循環させる循環ポンプが介装されるが、図1では図示を省略している。
The cooling
なお、冷却水冷却装置27は、上記のような温水吸収式チラーに代えて、蒸気吸収式チラーとして構成されてもよい。この場合、排気ガス経路43に設けられる排熱回収器45が吸気を冷却するための排熱回収部として用いられ、冷却水冷却装置27は、排熱回収器45で回収した蒸気を用いて冷水を製造する。この場合、熱交換器44は、吸気冷却水を冷却するためには不要となる。なお、熱交換器44で回収される温水を地域暖房用の熱源等に使用してもよい。
The cooling
吸気冷却水が流通する冷却配管28は、吸気導入部8から導入された吸気が流通する吸気経路29に介装された熱交換器30に接続されている。熱交換器30では、冷却配管28を流通する吸気冷却水が吸気経路29を流通する吸気と熱交換することにより吸気が冷却される。なお、冷却配管28には、適所に吸気冷却水を循環させる循環ポンプが介装されるが、図1では図示を省略している。
The cooling
冷却配管28における冷却水冷却装置27から熱交換器30までの行き経路と、熱交換器30から冷却水冷却装置27までの戻り経路との間には、熱交換器30に流れる吸気冷却水の流量を調整する三方弁31が設けられてもよい。三方弁31により行き経路から戻り経路に吸気冷却水を逃がすことにより吸気冷却水の温度(吸気導入部8から導入された吸気の温度)が調整される。すなわち、三方弁31は、温度調整器25の温度調整部として機能する。
The intake cooling water flowing through the
なお、上記のような三方弁31を設けずに、熱交換器30に冷却水冷却装置27からの冷却水を全量供給してもよい。その場合、吸気温度t1を調整する方法として、冷却水冷却装置27から熱交換器30に供給される冷却水の温度を制御することで熱交換器30における熱交換量を間接的に制御してもよい。
The entire amount of cooling water from the cooling
制御器26は、温度調整器25を制御する。制御器26は、図示しないが例えばマイクロコントローラ等のコンピュータ、メモリ(記憶部)および/または電子回路等により構成される。吸気経路29(熱交換器30と過給機4との間)には、過給機4に供給される吸気の温度(以下、吸気温度)t1を検出する吸気温度検出センサ32が設けられている。制御器26は、吸気温度検出センサ32から吸気温度t1を取得し、給気温度検出センサ24からガスエンジン2に供給される給気の温度(以下、給気温度)t2を取得する。
The
制御器26は、給気温度t2が所定の目標温度ts2になるように、吸気温度t1を制御する。例えば、記憶部には、給気温度t2を目標温度ts2にするための吸気温度t1(給気温度t2の目標温度ts2に対応する吸気温度t1の目標温度ts1)のデータが記憶されている。このようなデータは、過給機4の性能および給気冷却装置5の性能等により定められる。
制御器26は、取得した給気温度t2から当該温度t2を目標温度ts2にするための吸気温度t1のデータを読み出し、読み出したデータに基づいて、吸気温度t1を目標値ts1とするための三方弁31の開度指令値を生成する。制御器26は、生成した開度指令値を含む制御信号S1を三方弁31に送信し、三方弁31の開度を制御する。これにより、吸気温度t1が目標値ts1となるように、吸気との熱交換を行う熱交換器30を流れる吸気冷却水の温度が制御(フィードフォワード制御およびフィードバック制御)される。
The
上記構成によれば、大気により冷却された冷却水を用いて冷却するガスエンジン2で生じた排熱により過給機4に供給される吸気温度t1が調整される。この際、ガスエンジン2に供給される給気の温度t2が所定の目標温度ts2となるように吸気温度t1が調整される。したがって、大気条件によらず給気温度t2を目標温度ts2に制御することができる。
According to the above configuration, the intake air temperature t 1 supplied to the
特に、本実施の形態においては、温度調整器25として、吸気を冷却するための冷却水冷却装置27を備えている。これにより、大気の温度が高く、給気冷却装置5単体では給気温度t2を目標温度ts2に下げられない場合であっても、冷却水冷却装置27により排熱を用いて冷却した冷却水により吸気を予め冷却することができるため、給気温度t2を目標温度ts2に下げることができる。
In particular, in the present embodiment, the
図2は、実施の形態1における制御を実施した際の大気温度に対する吸気温度および給気温度の模式的なグラフを示す図である。図2のグラフにおける大気温度は、ガスエンジンシステム1が敷設される地域の一年間における月平均気温の一例を示している。冬期(大気温度が、基準温度tc1未満、かつ、過給機4における吸気温度下限値t1min以上の時期)においては、上記のような吸気を冷却する制御は行われていない。この場合でも、給気温度t2は、給気冷却装置5により目標温度ts2に維持されている。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic graph of the intake air temperature and the supply air temperature with respect to the atmospheric temperature when the control according to the first embodiment is performed. The atmospheric temperature in the graph of FIG. 2 shows an example of the monthly average temperature in the area where the
夏期に入り、大気温度が高くなると、過給機4における吸気温度の上昇により、過給機4(圧縮機10)出口の圧縮された給気の温度が上昇する。さらに、大気条件の影響を受ける第2冷却水温度の上昇により、給気冷却装置5だけでは給気温度t2が目標温度ts2に維持できなくなる。このため、吸気を冷却する制御を行わないと、図2のグラフにおいて破線で示されるように給気温度が上昇してしまう。そこで、第2冷却水温度tcwが上昇し、給気温度t2が目標温度ts2を上回ってきた場合、吸気温度調整装置6により吸気を冷却する制御が実行される。これにより、吸気温度t1が大気温度に拘わらず基準温度tc1に維持され、給気温度t2が目標温度ts2に維持される。
When the atmospheric temperature rises in the summer, the temperature of the compressed air supply at the outlet of the supercharger 4 (compressor 10) rises due to the rise in the intake air temperature in the
なお、吸気冷却を行うことにより、第2給気冷却器15を通過する給気温度が低くなると、第2冷却水温度tcwが基準温度を上回っていても、三方弁52において、給気温度t2が目標温度ts2に調整できるようになる。この場合、冷却水冷却装置27から供給される冷却水を熱交換器30に全量流すことにより、吸気温度t1をより低温にする制御を行ってもよい。
When the air supply temperature passing through the second
さらに、上記構成によれば、排熱の回収箇所を、熱交換により回収される温水がより高温となる第1冷却水経路16の戻り経路とすることにより、冷却水冷却装置27により効率的に冷却水が製造できるため、より幅広い温度範囲において吸気温度t1を調整することができる。
Further, according to the above configuration, the exhaust heat is recovered more efficiently by the cooling
さらに、上記構成によれば、吸気温度t1を制御することにより大気の温度の影響を受けずに給気温度t2を目標温度ts2に維持することにより、吸気温度t1も所定範囲内に維持することができる。このように、大きく変化する大気温度を吸気冷却することにより、吸気温度t1の変動幅を狭くすることができるため、過給機4の圧縮機10において圧縮される必要な吸気の空気重量流量は同じでも圧縮機10において圧縮される空気容積流量が少なくなる。このため、過給機4において許容される吸気温度t1の幅を、大気をそのまま吸い込む場合に比べて著しく狭くすることができる。したがって、従来においては幅広い吸気温度で必要な吸気空気を圧縮できるように設計されていた汎用的な過給機4の圧縮機翼およびその取り付け角を、その吸気温度t1の許容変動幅に適した形状(圧縮機翼の枚数の特定を含む)に特化することができるため、過給機4の圧縮機10における断熱圧縮の高効率化を図ることができる。
Furthermore, according to the above arrangement, by maintaining the supply air temperature t 2 without being affected by the temperature of the atmosphere by controlling the intake air temperature t 1 to the target temperature t s2, the intake air temperature t 1 be within a predetermined range Can be maintained at. By intake-cooling the air temperature that changes significantly in this way, the fluctuation range of the intake air temperature t 1 can be narrowed, so that the air weight flow rate of the intake air that is required to be compressed in the
また、上記構成によれば、大気温度によらず、給気温度t2を目標温度ts2に安定化すれば、給気と燃料との混合比が安定し、その結果、ガスエンジン2における燃焼が最適の状態で行われるため、ガスエンジン2からの燃焼後ガス温度t3も安定化し、その変動範囲も、給気温度t2が大気温度の変化に応じて大きく変動する場合に比べて狭くなる。したがって、汎用性を重視して幅広い高温温度領域の燃焼後ガスを膨張させ、動力を発生できるように設計されていた従来型の汎用過給機の代わりに、過給機4のタービン翼を、燃焼後ガス温度t3の温度領域を汎用機に比べてより狭くし、最高効率運転領域をより狭い範囲に絞り込んだ形状(タービン翼の枚数の特定を含む)にすることで、過給機4のタービン11の通常運転域における高効率化を図ることができる。このような過給機4のタービン11の高効率化を図ることにより、ガスエンジン2の性能を向上させることができる。
Further, according to the above configuration, if the supply air temperature t 2 is stabilized at the target temperature t s2 regardless of the atmospheric temperature, the mixing ratio of the supply air and the fuel is stabilized, and as a result, the combustion in the
また、本実施の形態において、冷却配管28には、開閉弁33が設けられている。さらに、排熱回収部44と冷却水冷却装置27との間の配管にも、開閉弁34が設けられている。これらの開閉弁33,34は、吸気の冷却が必要ない場合には閉弁され、各配管内における流体(冷却水等)の流通が遮断される。
Further, in the present embodiment, the cooling
例えば、ガスエンジンシステム1が敷設される地域が、冬期においては給気冷却装置5における大気による給気の冷却のみで給気温度t2を目標温度tsに維持できる一方、夏期においては給気冷却装置5における冷却のみでは維持できず、吸気を冷却する必要がある地域である場合、夏期において、開閉弁33,34は開弁して流体の流通を可能とする一方、冬期において、開閉弁33,34は閉弁して流体の流通を不能とする。これにより、冬期において、余剰となる排熱を排熱回収部44によって回収し、建物の暖房等、他の目的に使用することができる。なお、図1において、排熱回収部44において回収した温水を外部に送る配管は図示を省略している。
For example, in the area where the
制御器26は、開閉弁33,34の開閉切り替えを行うための切替信号S2を各開閉弁33,34に送信可能に構成される。切替信号S2は、オペレータの操作入力に基づいて生成されてもよい。あるいは、切替信号S2は、設定された時期に基づいて制御器26が自動的に生成してもよい。あるいは、制御器26が外気温を取得し、取得した外気温に基づいて制御器26が自動的に生成してもよい。
The
なお、制御器26による開閉弁33,34の切り替えに代えて、施設の作業員が各開閉弁33,34の開閉作業を直接行ってもよい。また、例えば通年で吸気冷却を行う場合等、開閉弁33,34はなくてもよい。
Instead of switching the on-off
なお、給気温度t2の目標温度ts2は、燃料ガスの性状(例えば、メタン価FMNや熱量FCAL等)に応じて異なる値に設定されてもよい。図3は、燃料ガスのメタン価FMNに対する給気温度t2の目標温度ts2の関係の一例を示すグラフである。図3において、燃料ガスのメタン価FMNの高低関係は、FMN0<FMN1<…<FMN5である。図3に示すように、給気温度t2の目標温度ts2は、燃料ガスのメタン価FMNが高いほど給気温度t2の目標温度ts2が高くなるように設定される。図3の例では、メタン価FMNを複数段階(5段階)に分け、各段階に応じて異なる目標温度ts2−0〜ts2−4が設定される。なお、メタン価FMNの区分をより細かくしてそれに応じた数の目標温度ts2を設定してもよいし、メタン価FMNの区分をより粗くしてそれに応じた数の目標温度ts2を設定してもよい。また、図3の例では、メタン価FMNの各段階は等間隔に設定されているが、任意の間隔(互いに異なる間隔)で設定されてもよい。 The target temperature t s2 of the air supply temperature t 2, the property of the fuel gas (e.g., methane number F MN or heat F CAL, etc.) may be set to a different value depending on. Figure 3 is a graph showing an example of a relationship between the target temperature t s2 supply air temperature t 2 for methane number F MN of the fuel gas. In FIG. 3, the high-low relationship of the methane value F MN of the fuel gas is F MN0 <F MN1 << ... <F MN5 . As shown in FIG. 3, the target temperature t s2 of the air supply temperature t 2, the methane number F MN of the fuel gas is set higher as the target temperature t s2 of the air supply temperature t 2 becomes high. In the example of FIG. 3, the methane value F MN is divided into a plurality of stages (5 stages), and different target temperatures t s2-0 to t s2-4 are set according to each stage. Incidentally, methane number F MN classified more finely to the to the number of may set the target temperature t s2 accordingly, methane number F target temperature classification coarser to the number of corresponding to that of MN t s2 May be set. Further, in the example of FIG. 3, the stages of the methane value F MN are set at equal intervals, but they may be set at arbitrary intervals (intervals different from each other).
図3におけるメタン価FMN1〜FMN5の範囲は、ガスエンジン2が定格で運転可能な範囲である。図3の例では、吸気温度t1の制御において、定格で運転可能なメタン価の範囲を、4つの段階(FMN1〜FMN2:第1段階、FMN2〜FMN3:第2段階、FMN3〜FMN4:第3段階、FMN4〜FMN5:第4段階)に分け、それぞれに対応する給気温度t2の目標温度ts2−1〜ts2−4を設定している。なお、メタン価FMN0は、ガスエンジン2の燃料として使用可能な下限値である。メタン価FMN0〜FMN1の範囲(第0段階)には、ガスエンジン2の出力を低下させれば運転できる範囲である。ガスエンジン2の出力を低下させた状態での運転時にも吸気温度t1を制御してもよい。このときの給気温度t2の目標温度は、ts2−0に設定される。また、メタン価FMN5以上は、燃料ガスの熱量が低すぎてガスエンジン2が運転不可能な領域である。なお、メタン価FMNは、燃料ガスのガス組成の値から適時に計算される。
The range of the methane values F MN1 to F MN5 in FIG. 3 is the range in which the
図4は、燃料ガスの熱量FCALに対する給気温度t2の目標温度ts2’の関係の一例を示すグラフである。図4において、燃料ガスの熱量FCALの高低関係は、FCAL0<FCAL1<…<FCAL5である。燃料ガスのメタン価FMNと燃料ガスの熱量(カロリー)FCALとは、ある程度の相関関係がある。すなわち、燃料ガスの熱量FCALが高いほどメタン価FMNは低くなる。図4における各熱量FCAL0,FCAL1,…,FCAL5は、それぞれ図3におけるメタン価FMN5,FMN4,…,FMN0にほぼ相当する値である。
FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the target temperature t s 2'of the supply
したがって、図4に示すように、給気温度t2の目標温度ts2’は、燃料ガスの熱量FCALが高いほど給気温度t2の目標温度ts2’が低くなるように設定されてもよい。図4の例においても、図3に示すメタン価FMNの場合と同様に、熱量FCALを複数段階(5段階:FCAL0〜FCAL1、Fcal1〜Fcal2、Fcal2〜Fcal3、Fcal3〜Fcal4、Fcal4〜Fcal5)に分け、各段階に応じて異なる目標温度ts2−0’〜ts2−4’が設定される。なお、燃料ガスの熱量FCALの区分をより細かくしてそれに応じた数の目標温度ts2’を設定してもよいし、燃料ガスの熱量FCALの区分をより粗くしてそれに応じた数の目標温度ts2’を設定してもよい。また、図4の例では、燃料ガスの熱量FCALの各段階は等間隔に設定されているが、任意の間隔(互いに異なる間隔)で設定されてもよい。 Accordingly, as shown in FIG. 4, the target temperature t s2 ', the target temperature t s2 of the higher heat F CAL fuel gas supply temperature t 2' inlet air temperature t 2 is set to be lower May be good. In the example of FIG. 4, as in the case of methane number F MN shown in FIG. 3, a plurality of stages the amount of heat F CAL (5 out: F CAL0 ~F CAL1, F cal1 ~F cal2, F cal2 ~F cal3, F It is divided into cal3 to F cal4 and F cal4 to F cal5 ), and different target temperatures t s2-0'to t s2-4 ' are set according to each stage. The target temperature t s2'may be set by making the classification of the calorific value F CAL of the fuel gas finer and setting the target temperature t s2'correspondingly, or by making the classification of the calorific value F CAL of the fuel gas coarser and correspondingly. The target temperature t s2'may be set. Further, in the example of FIG. 4, each stage of the calorific value FCAL of the fuel gas is set at equal intervals, but it may be set at arbitrary intervals (intervals different from each other).
ガスエンジン2において、最高効率点で運転できる空燃比は、燃料ガスのメタン価FMNまたは熱量FCALにより決定される。したがって、給気温度t2を、燃料ガスのメタン価FMNまたは熱量FCALに適した目標温度ts2またはts2’になるように制御することにより、ガスエンジン2の最高効率点での運転が可能となる。なお、燃料ガスの性状が制御器26に入力されない場合には、給気温度t2の目標温度ts2またはts2’として、予め定められた目標温度ts2o(例えばts2−2またはts2−2’に等しい値)に設定されてもよい。
In the
なお、メタン価FMNに応じた目標温度ts2と、熱量FCALに応じた目標温度ts2’とは、異なる。これらの両方の目標温度ts2,ts2’を用いる場合、メタン価FMNに応じた目標温度ts2を主たる目標温度とし、メタン価FMNの情報が得られない場合に熱量FCALに応じた目標温度ts2’を用いて制御してもよい。 Incidentally, the target temperature t s2 corresponding to methane number F MN, the target temperature t s2 'corresponding to the amount of heat F CAL are different. When both of these target temperatures t s2 and t s2'are used, the target temperature t s2 corresponding to the methane value F MN is set as the main target temperature, and when the information on the methane value F MN cannot be obtained, the calorific value F CAL is used. It may be controlled by using the target temperature t s2'.
[変形例]
上記実施の形態では、制御器26が給気温度検出センサ24からガスエンジン2に供給される給気の温度t2を取得し、取得した温度t2が所定の目標温度ts2となるように吸気温度t1を制御する態様を例示した。これに代えて、制御器26は、ガスエンジン2から排出される燃焼後ガスの温度t3を取得し、取得した温度t3が所定の目標温度ts3となるように、吸気温度t1を制御してもよい。燃焼後ガス温度t3は、排気経路12に設けられた燃焼後ガス温度検出センサ39により検出される。
[Modification example]
In the embodiment, as to get the
ガスエンジン2に供給される燃料の性状と、燃焼後ガス温度t3は、給気温度t2に対して相関関係を有している。すなわち、燃料の性状が安定し、変動が少ない場合、燃焼後ガス温度t3が所定の目標温度ts3になるように制御すれば、給気温度t2もほぼ目標温度ts2に維持されると言える。したがって、給気温度t2の代わりに燃焼後ガス温度t3が目標温度ts3となるように吸気温度t1を制御することによっても、給気温度t2を取得する場合と同様の効果を奏する。
The properties of the fuel supplied to the
燃焼後ガス温度t3を取得して吸気温度t1の制御を行う場合、ガスエンジン2に供給される燃料ガスの性状に応じて目標温度ts3が設定変更可能に構成されてもよい。給気温度検出センサ24および燃焼後ガス温度検出センサ39の両方の信号を取得して制御を行う場合、一方の温度検出センサが故障した場合の期間の運転であれば、他方の温度検出センサの信号のみの状態で運転を継続してもよい。また、制御器26は、給気温度t2と燃焼後ガス温度t3とを両方取得し、それぞれの温度がそれぞれ設定された目標温度を比較することにより、ガスエンジン2の運転状態の監視を行ってもよい。
When the gas temperature t 3 after combustion is acquired and the intake air temperature t 1 is controlled, the target temperature t s 3 may be set and changeable according to the properties of the fuel gas supplied to the
また、上記実施の形態1では、給気冷却装置5が、第1給気冷却器14および第2給気冷却器15のための冷却源18を備え、1つの冷却源18から第2冷却水を第2給気冷却器15に供給し、第2給気冷却器15を出た第2冷却水が、より高温である第1冷却水から必要な熱を除去する態様を例示した。すなわち、上記実施の形態1では、第2冷却水が第2給気冷却器15にて冷却源18により直接的に冷却される一方、第1冷却水が第2冷却水経路17と第1冷却水経路16との間で熱交換を行う熱交換器20を介して間接的に冷却される。
Further, in the first embodiment, the air
給気冷却装置5の態様は、上記実施の形態1の態様に限られない。例えば、冷却源として大気空気と温水との温度差により温水から熱を大気に放散する熱交換器(例えばラジエータ)を用いてもよい。図5は、本発明の実施の形態1の変形例1に係るガスエンジンシステム1Aの概略構成を示す図である。図5において、図1と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。図5は、熱交換器として2つのラジエータ35,36を備えた例を示す。
The mode of the air
本変形例における給気冷却装置5Aは、2つの給気冷却器14,15のそれぞれを流通する第1冷却水および第2冷却水を個別に冷却するラジエータ35,36を備えている。第1ラジエータ35は、第1冷却水経路16Aに接続され、ガスエンジン2を経由して第1給気冷却器14に第1冷却水を供給することにより、過給機4の出口の給気を冷却する。第2ラジエータ36は、第2冷却水経路17Aに接続され、第2給気冷却器15に第2冷却水を供給することにより、第1給気冷却器14から出た給気を冷却する。第1冷却水経路16Aおよび第2冷却水経路17Aは、互いに独立して(熱交換不能に)構成される。ラジエータ35,36の冷却能力は、第1冷却水がガスエンジン2および第1給気冷却器14で回収した熱を大気放散し、第2冷却水が第2給気冷却器15および図示しない油冷却器等で回収した熱を大気放散し、ガスエンジンシステムが問題なく運転できる容量にそれぞれ設計される。
The air
第1冷却水経路16Aは、第1ラジエータ35からガスエンジン2を経由して第1給気冷却器14に第1冷却水を流通させる。第1冷却水経路16Aにおける行き経路と戻り経路との間には戻り経路を流れる第1冷却水の一部を行き経路に再導入して第1冷却水の温度調整を行うための三方弁23Aが設けられる。第1給気冷却器14と三方弁23Aとの間には、実施の形態1と同様に、排熱回収部44が設けられる。三方弁51は、排熱回収部44で回収される熱量を調整する。
The first
第2冷却水経路17Aは、第2ラジエータ36から第2給気冷却器15に第2冷却水を流通させる。第2冷却水経路17Aにおける行き経路と戻り経路との間には戻り経路を流れる第2冷却水の一部を行き経路に再導入して第2冷却水の温度調整を行うための三方弁21A,52が設けられる。三方弁52は、第2給気冷却器15に流れる冷却水量を制御し、給気温度t2が目標温度ts2になるように調整する。
The second
このように、給気冷却装置5Aが2つのラジエータ35,36により構成され、2つの冷却水経路16A,17Aが独立したガスエンジンシステム1Aに対しても、排熱回収部44から回収された排熱を用いて吸気を冷却する吸気温度調整装置6を実施の形態1と同様に適用することができる。
In this way, even for the
上記実施の形態1(図1)および図5に示す変形例では、第1給気冷却器14が第1冷却水経路16においてガスエンジン2を冷却した後の冷却水を用いて過給機4の出口の給気を冷却する態様を例示した。これに代えて、第1給気冷却器へも第2給気冷却器と同様に、冷却源18または熱交換器(ラジエータ36)からガスエンジン2の冷却経路を介さずに冷却水を供給するように構成されてもよい。
In the modified examples shown in the first embodiment (FIG. 1) and FIG. 5, the
図6は、本発明の実施の形態1の変形例2に係るガスエンジンシステム1Fの概略構成を示す図である。図6において、図1と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本変形例における給気冷却装置5Fは、第1給気冷却器14Fおよび第2給気冷却器15Fのそれぞれに冷却水を供給する給気冷却用冷却水経路56Fと、ガスエンジン2を冷却するために給気冷却用冷却水経路56Fとは別に設けられたガスエンジン冷却経路54Fと、を備えている。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the
本変形例において、給気冷却用冷却水経路56Fは、冷却源18からの冷却水を第1給気冷却器14Fに供給する第1冷却水経路16Fと、冷却源18からの冷却水を第2給気冷却器15Fに供給する第2冷却水経路17Fとを含む。第1冷却水経路16Fと第2冷却水経路17Fとは、並列に設けられている。冷却源18には、第3冷却水経路53Fが接続され、第1冷却水経路16Fおよび第2冷却水経路17Fが第3冷却水経路53Fから分岐している。
In this modification, the air supply cooling
第3冷却水経路53Fの戻り経路には、ガスエンジン2を冷却するガスエンジン冷却経路54Fとの間で熱交換を行う熱交換器20が設けられる。排熱回収部44は、ガスエンジン冷却経路54Fにおいて、ガスエンジン2より下流側に設けられ、ガスエンジン2で生じた排熱を温水として回収する。すなわち、本変形例において、ガスエンジン2を冷却した後の高温冷却水は、第1給気冷却器14Fを通ることなく、排熱回収部44および熱交換器20により、排熱回収および大気への放散が行われる。
A
本変形例においても、三方弁51は、排熱回収部44で回収される熱量を調整する。また、三方弁52は、第2給気冷却器15に流れる冷却水量を制御し、給気温度t2が目標温度ts2になるように調整する。このような構成でも、図1に示すガスエンジンシステム1と同様に、大気条件によらず給気温度t2を目標温度ts2に制御することができる。
Also in this modification, the three-
上記構成によれば、給気を冷却するための給気冷却用冷却水経路56Fと、ガスエンジン2を冷却するガスエンジン冷却経路54Fとが別経路に構成されているため、図1の例のように、ガスエンジン2の冷却経路の下流側に第1給気冷却器を設ける場合(図1における第1冷却水経路16)に比べて、吸気温度t1がより低くなり、その結果、過給機4の圧縮機10の出口における吸気温度がより低くなった場合でも給気温度t2を目標温度ts2に制御することが容易となる。したがって、より幅広い温度範囲において第1給気冷却器14Fおよび第2給気冷却器15Fにより給気温度t2を調整することができる。
According to the above configuration, the supply air cooling
図7は、本発明の実施の形態1の変形例3に係るガスエンジンシステム1Gの概略構成を示す図である。図7において、図5と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本変形例における給気冷却装置5Gは、図5の例と同様に、熱交換器として2つのラジエータ35,36を備えている。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a
さらに、本変形例における給気冷却装置5Gは、図6の例と同様に、第1給気冷却器14Gおよび第2給気冷却器15Gのそれぞれに冷却水を供給する給気冷却用冷却水経路56Gと、ガスエンジン2を冷却するために給気冷却用冷却水経路56Gとは別に設けられたガスエンジン冷却経路54Gと、を備えている。
Further, the air
本変形例における給気冷却用冷却水経路56Gは、第2ラジエータ36からの冷却水を第1給気冷却器14Gに供給する第1冷却水経路16Gと、第2ラジエータ36からの冷却水を第2給気冷却器15Gに供給する第2冷却水経路17Gとを含む。第1冷却水経路16Gと第2冷却水経路17Gとは、並列に設けられている。第2ラジエータ36には、第3冷却水経路53Gが接続され、第1冷却水経路16Gおよび第2冷却水経路17Gが第3冷却水経路53Gから分岐している。
The air supply cooling
第1ラジエータ35には、ガスエンジン2を冷却するガスエンジン冷却経路54Gが接続されている。排熱回収部44は、ガスエンジン冷却経路54Gにおいて、ガスエンジン2より下流側に設けられ、ガスエンジン2で生じた排熱を温水として回収する。すなわち、本変形例において、ガスエンジン2を冷却した後の高温冷却水は、第1給気冷却器14Fを通ることなく、排熱回収部44および第1ラジエータ35により、排熱回収および大気への放散が行われる。
A gas
本変形例においても、三方弁51は、排熱回収部44で回収される熱量を調整する。また、三方弁52は、第2給気冷却器15に流れる冷却水量を制御し、給気温度t2が目標温度ts2になるように調整する。このような構成でも、図5に示すガスエンジンシステム1Aと同様に、大気条件によらず給気温度t2を目標温度ts2に制御することができる。
Also in this modification, the three-
上記構成によれば、給気を冷却するための給気冷却用冷却水経路56Gと、ガスエンジン2を冷却するガスエンジン冷却経路54Gとが別経路に構成されているため、図5の例のように、ガスエンジン2の冷却経路の下流側に第1給気冷却器を設ける場合(図5における第1冷却水経路16A)に比べて、吸気温度t1がより低くなり、その結果、過給機4の圧縮機10の出口における吸気温度がより低くなった場合でも給気温度t2を目標温度ts2に制御することが容易となる。したがって、より幅広い温度範囲において第1給気冷却器14Gおよび第2給気冷却器15Gにより給気温度t2を調整することができる。
According to the above configuration, the supply air cooling
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図8は、本発明の実施の形態2に係るガスエンジンシステム1Bの概略構成を示すブロック図である。図8において、図5と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態におけるガスエンジンシステム1Bが実施の形態1と異なる点は、吸気温度調整装置6Bの温度調整器25Bにおいて吸気温度t1を冷却する機能に加えて、吸気温度t1を加熱する機能を備えていることである。また、本実施の形態におけるガスエンジンシステム1Bは、図5に示す構成と同様に、給気冷却装置5Aの熱交換器として、ラジエータ35,36を備えている。
[Embodiment 2]
Next,
より具体的には、温度調整器25Bは、冷却水冷却装置27および冷却配管28に加えて、加熱配管37と、配管切替部と、を備えている。
More specifically, the
加熱配管37は、排熱回収部44からの温水を、吸気を加熱するために吸気導入部8に設けられた熱交換器30に供給する。すなわち、加熱配管37は、冷却配管28における排熱回収部44と熱交換器30(および三方弁31)との間の冷却水冷却装置27に対するバイパス経路として構成される。
The
排熱回収部44の排熱回収量は、冷却水冷却装置27において温水回収する場合(吸気冷却を行う場合)は最大量を回収してもよい。一方、吸気加熱を行う場合、加熱に必要な温水量は、温水温度が高温であるため、吸気冷却時に比べると少なくて済む。このため、三方弁51により排熱回収部44に流れる第1冷却水の量を制御することにより、吸気加熱時に使用される温水の温度を下げて、温水を熱交換器30に供給することにより、吸気加熱を行う。
As for the exhaust heat recovery amount of the exhaust
配管切替部は、吸気導入部8(における熱交換器30)に接続する配管を、冷却配管28と加熱配管37との間で切り替える。配管切替部は、実施の形態1で説明した開閉弁33,34、および、加熱配管37に設けられた開閉弁38を含んでいる。実施の形態1と同様に、開閉弁33,34は、制御器26により開閉制御される。開閉弁38も、制御器26により開閉制御される。
The pipe switching unit switches the pipe connected to the intake air introduction unit 8 (
吸気導入部8に接続する配管を冷却配管28にする場合、開閉弁33,34は開弁され、開閉弁38は閉弁される。一方、吸気導入部8に接続する配管を加熱配管37にする場合、開閉弁33,34は閉弁され、開閉弁38は開弁される。
When the pipe connected to the intake
例えば、制御器26は、各開閉弁33,34,38に送る切替信号S2として、第1値(ハイ)と第2値(ロー)とを含む信号を出力する。開閉弁33,34は、第1値である切替信号S2を受信すると開弁し、第2値である切替信号S2を受信すると閉弁する。一方、開閉弁38は、第1値である切替信号S2を受信すると閉弁し、第2値である切替信号S2を受信すると開弁する。なお、これに代えて、開閉弁33,34に対する切替信号と開閉弁38に対する切替信号とを別の信号としてもよい。
For example, the
開閉弁33,34が開弁され、開閉弁38が閉弁されることにより、実施の形態1と同様に、吸気導入部8に吸気冷却水が供給され、吸気が冷却される。一方、開閉弁33,34が閉弁され、開閉弁38が開弁されることにより、排熱回収部44から回収された排熱により加熱配管37を流通する温水がそのまま吸気導入部8に供給され、吸気が加熱される。なお、排熱回収部44において回収される排熱量は、上述のように三方弁51により制御されるため、制御器26からの切替信号S2が三方弁51にも送信される。
When the on-off
本実施の形態においても、制御器26は、ガスエンジン2に供給される給気温度t2が所定の目標温度ts2になるように、吸気温度t1を制御する。なお、吸気冷却時と吸気加熱時とで目標温度ts2は異なる値を取り得る。この場合、吸気冷却時における給気温度t2の目標温度をtsc2とし、吸気加熱時における給気温度t2の目標温度をtsh2とすると、記憶部には、吸気を冷却する場合の給気温度t2の目標温度tsc2に対応する吸気温度t1の目標温度tsc1のデータに加えて、吸気を加熱する場合の目標温度tsh2に対応する吸気温度tsh1のデータが記憶されている。ただし、後述する発電効率優先モードにおいて、吸気加熱時の吸気温度t1の目標温度ts1を設定するために用いられる給気温度t2の見かけの目標温度tsh2は、吸気冷却時の目標温度tsc2と同じ温度またはより高い温度に設定してもよい。
Also in this embodiment, the
なお、本実施の形態においても、実施の形態1で説明したように、吸気冷却時の目標温度tsc2および吸気加熱時の目標温度tsh2は、燃料ガスの性状が制御器26に入力される場合には、入力された燃料ガスの性状に応じた値に設定される。また、燃料ガスの性状が制御器26に入力されない場合には、給気温度t2の目標温度ts2として、予め定められた値に設定されてもよい。
Also in this embodiment, as described in the first embodiment, the target temperature t sh2 at the target temperature t sc2 and intake air heating during the intake cooling, the properties of the fuel gas is inputted to the
吸気加熱時は、大気温度により吸気加熱に必要な温水熱量が異なるため、制御器26は、吸気温度t1を制御するために、三方弁51にも制御信号を送信し、大気温度から吸気温度t1の目標温度tsc1を達成するのに十分な排熱回収量を排熱回収部44で得られるように制御する。
At the time of intake air heating, the amount of hot water heat required for intake air heating differs depending on the atmosphere temperature. Therefore, the
制御器26は、吸気冷却時においては給気温度t2を目標温度tsc2にするための吸気温度t1の目標温度tsc1のデータを読み出し、フィードフォワード制御およびフィードバック制御を行う。制御器26は、フィードフォワード制御として、大気温度、湿度およびガスエンジン2の吸気量として予めデータとして記憶されている空気量から、吸気温度t1を目標温度tsc1にするために必要な冷却水量を演算し、その情報を三方弁31に送信する制御を行う。また、制御器26は、フィードバック制御として、フィードフォワード制御の結果得られる吸気温度t1および給気温度t2のデータに基づいて熱交換器30に流れる冷却水量を三方弁31で微調整する制御を行う。
The
また、制御器26は、吸気加熱時においては給気温度t2を目標温度tsh2にするための吸気温度tsh1のデータを読み出し、フィードフォワード制御およびフィードバック制御を行う。制御器26は、フィードフォワード制御として、大気温度、湿度およびガスエンジン2の吸気量として予めデータとして記憶されている空気量から、吸気温度を目標値tsh1にするために必要な加熱量を演算し、その情報を三方弁31に送信する制御を行う。また、制御器26は、フィードバック制御として、フィードフォワード制御の結果得られる吸気温度t1および給気温度t2のデータに基づいて三方弁51による排熱回収部44への温水流量を調整するともに、熱交換器30に流れる温水量を三方弁31で微調整する制御を行う。
Further, the
ただし、吸気加熱時の目標温度tsh2は、あくまで吸気温度t1を昇温するために、対応する給気温度t2の見かけの目標温度を制御器26において定めるものであって、実際の給気温度t2は給気冷却装置5Aによって吸気冷却時の目標温度tsc2と同じ温度になるように制御される(発電効率優先モード)。
However, the target temperature t sh2 at the time of intake air heating determines the apparent target temperature of the corresponding supply air temperature t 2 in the
吸気温度t1の目標温度ts1の元になる給気温度t2の見かけの目標温度tsh2が、給気冷却装置5Aにおける給気温度t2の目標温度tsc2とは異なる値となる場合、吸気温度調整装置6の制御器26における吸気温度t1の制御と給気冷却装置5の制御器(図示せず)における給気温度t2の制御とが干渉する可能性がある。このような場合には、給気冷却装置5で制御される給気温度t2の制御応答性を、吸気温度調整装置6で制御される吸気温度t1の制御応答性より緩慢にしてもよい。
If the underlying target temperature t s1 of the intake air temperature t 1 supply air temperature t 2 of the apparent target temperature t sh2 becomes a value different from the target temperature t sc2 supply air temperature t 2 in the
この場合、吸気温度調整装置6における制御(三方弁31に対する制御)により、給気温度t2が見かけの目標温度tsh2となるように吸気温度t1が制御され、その後、給気冷却装置5における制御(三方弁52に対する制御)により、給気温度t2が最終的な目標温度tsc2となるように制御される。
In this case, the control in the intake air temperature adjusting device 6 (control for three-way valve 31), the intake air temperature t 1 is controlled so that the supply air temperature t 2 becomes the target temperature t sh2 apparent, then, the
上記構成によれば、冷却水冷却装置27において給気冷却装置5Aの排熱を用いて製造した冷却水により、熱交換器30を吸気冷却器として使用することができる。これにより、夏期等、大気の温度が高く、給気冷却装置5では給気温度t2を吸気冷却時の目標温度tsc2に下げられない場合であっても、給気温度t2を吸気冷却時の目標温度tsc2に下げることができる。
According to the above configuration, the
また、吸気導入部8に接続される配管が、冷却水が流通する冷却配管28と、温水が流通する加熱配管37との間で切り替え可能に構成される。これにより、熱交換器30を吸気加熱器として使用することもできるため、吸気温度を高くすることも可能である。
Further, the pipe connected to the intake
過給機4の圧縮機10は、汎用品として設計されているため、設計上の限界として、吸気温度には下限値が設定されている。このため、冬期等、大気の温度が低いと、過給機4の圧縮機10の設計上の制限により、吸気温度が下限値以上にならなければ運転できない。従来であれば、このような場合でも運転を継続するためには、吸気として外気を導入する外気吸気設備と、吸気として室内の空気を導入する室内吸気設備との両方を用意しておき、大気の温度が低くなった場合に、外気吸気設備による外気吸気から室内吸気設備による室内吸気に切り替えるといった複雑な機械的設備を設置するか、最初から室内吸気設備のみにする必要がある。年間を通じて室内吸気を行う場合、夏期は外気温度より室内温度の方が高温であるため、常に最適に近い空燃比での運転は困難であり、年間を通じての高効率運転は望めない。
Since the
これに対し、本実施の形態によれば、大気の温度が低くなり、過給機4の圧縮機10の設計上の制限により、吸気温度を高くする必要が生じた場合でも、大気吸気から室内吸気に切り替えるという複雑な機械的設備を用いたり、年間を通じて室内吸気を行ったりすることなく、吸気温度を高くすることができる。これにより、過給機4の圧縮機10の設計上の制限を確保しながら、給気温度t2を目標温度ts2に制御することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, even when the temperature of the atmosphere becomes low and it becomes necessary to raise the intake air temperature due to the design limitation of the
また、冬期は地域暖房等のために、より多くの熱が必要とされてもよい。熱の供給源は、排熱回収部44および排気ガス経路43に設けられる排熱回収器45である。排熱回収器45における熱回収量は、過給機4のタービン11の出口における排気ガス温度t4が高いほど増加する。
Also, in winter, more heat may be required for district heating and the like. The heat supply source is an exhaust
排熱回収器45における熱回収量を増加させるために、制御器26は、給気温度t2の目標温度が、発電効率優先モード(第1の制御モード)における高発電効率のための目標温度(第1の目標温度)の代わりに、熱回収量増加のための目標温度(第2の目標温度)に設定される熱回収優先モード(第2の制御モード)を実行可能である。
In order to increase the heat recovery amount in the exhaust
以下では、発電効率優先モードにおける給気温度t2の目標温度をtsq2とし、熱回収優先モードにおける給気温度t2の目標温度をtsr2とする。発電効率優先モードにおける目標温度tsq2は、上述した吸気冷却時における目標温度tsc2および吸気加熱時における目標温度tsh2を含む概念である。すなわち、発電効率優先モードにおける目標温度tsq2は、燃料ガスの性状が制御器26に入力される場合には、入力された燃料ガスの性状に応じた値に設定される。また、燃料ガスの性状が制御器26に入力されない場合には、発電効率優先モードにおける目標温度tsq2として、予め定められた値に設定されてもよい。なお、以下では発電効率優先モードにおける目標温度tsq2は、吸気冷却時または吸気加熱時によらず年間を通じて一定値である場合を例示する。熱回収優先モードにおける目標温度tsr2は、発電効率優先モードにおける目標温度tsq2より高い温度に設定される。
In the following, the target temperature of the supply air temperature t 2 in the power generation efficiency priority mode is t sq2, and the target temperature of the supply
なお、熱回収優先モードにおける目標温度tsr2は、燃料ガスの性状によらず一定値に設定されてもよい。これに代えて、熱回収優先モードにおけるtsr2も、燃料ガスの性状に応じて異なる値に設定されてもよい。 The target temperature t sr2 in the heat recovery priority mode may be set to a constant value regardless of the properties of the fuel gas. Alternatively, t sr2 in the heat recovery priority mode may be set to a different value depending on the properties of the fuel gas.
図9は、燃料ガスのメタン価FMNに対する各優先モードに応じた給気温度t2の目標温度tsq2,tsr2の関係の一例を示すグラフである。発電効率優先モードにおける給気温度t2の目標温度tsq2の設定態様は、図3の例と同様である。すなわち、図9における各段階(第0段階〜第4段階)の目標温度tsq2−0〜tsq2−4は、図3における各段階(第0段階〜第4段階)の目標温度ts2−0〜ts2−4に対応する。 Figure 9 is a graph showing an example of a relationship between the target temperature t sq2, t sr2 air supply temperature t 2 corresponding to the priority mode for methane number F MN of the fuel gas. The setting mode of the target temperature t sq2 of the supply air temperature t 2 in the power generation efficiency priority mode is the same as the example of FIG. That is, the target temperature t sq2-0 ~t sq2-4 each stage (0th stage to fourth stage) in FIG. 9, the target temperature t of each step in FIG. 3 (zeroth stage to fourth stage) s2- Corresponds to 0 to t s2-4.
熱回収優先モードにおける目標温度tsr2は、発電効率優先モードにおける目標温度tsq2に対して高い値となる。すなわち、熱回収優先モードの各段階(第0段階〜第4段階)において設定される目標温度は、発電効率優先モードの各段階において設定される目標温度よりそれぞれ高い値となる。 Target temperature t sr2 in the heat recovery priority mode, a high value relative to the target temperature t sq2 in the power generation efficiency priority mode. That is, the target temperature set in each stage of the heat recovery priority mode (0th to 4th stages) is higher than the target temperature set in each stage of the power generation efficiency priority mode.
さらに、図9の例では、熱回収優先モードにおける目標温度tsr2は、第0段階(FMN0〜FMN1)および第1段階(FMN1〜FMN2)における目標温度を同じ値(tsr2−1)とし、第3段階(FMN2〜FMN3)および第4段階(FMN3〜FMN4)における目標温度を同じ値(tsr2−3)としている。第2段階(FMN1〜FMN2)における目標温度はtsr2−2としている。すなわち、熱回収優先モードにおいては、メタン価FMNを発電効率優先モードより粗い3段階に分け、各段階に応じて異なる目標温度tsr2−1〜tsr2−3が設定される。 Further, in the example of FIG. 9, the target temperature t sr2 in the heat recovery priority mode has the same target temperature (t sr2- ) in the 0th stage (F MN0 to F MN1 ) and the 1st stage (F MN1 to F MN2). 1 ), and the target temperatures in the third stage (F MN2 to F MN3 ) and the fourth stage (F MN3 to F MN4 ) are set to the same value ( tsr2-3 ). The target temperature in the second stage (F MN1 to F MN2 ) is t sr2-2 . That is, in the heat recovery priority mode, the methane value F MN is divided into three coarser stages than the power generation efficiency priority mode, and different target temperatures t sr2-1 to t sr2-3 are set according to each stage.
なお、図9の例では、発電効率優先モードより熱回収優先モードの分け方をより粗くする例を示しているが、発電効率優先モードと熱回収優先モードで同じ分け方(例えば5段階同士)としてもよいし、発電効率優先モードより熱回収優先モードの分け方をより細かくしてもよい。また、図9の例では、熱回収優先モードにおいて異なる目標温度tsr2に切り替えるメタン価のしきい値FMN2,FMN3を発電効率優先モードにおけるメタン価のしきい値FMN2,FMN3に合わせて設定しているが、異なる目標温度tsr2に切り替えるメタン価のしきい値FMN2,FMN3を発電効率優先モードにおけるメタン価の値FMN2,FMN3とは異なる値としてもよい。例えば熱回収優先モードにおける第2段階をFMN2より小さい値からFMN3より大きい値までの範囲とし、第2段階をより広いメタン価の範囲にしてもよい。 Although the example of FIG. 9 shows an example in which the heat recovery priority mode is divided more coarsely than the power generation efficiency priority mode, the same division method (for example, 5 stages) is used between the power generation efficiency priority mode and the heat recovery priority mode. Alternatively, the heat recovery priority mode may be divided more finely than the power generation efficiency priority mode. Further, in the example of FIG. 9, the combined methane-valent threshold F MN2, F MN3 methane number threshold F MN2, F MN3 switching the target temperature t sr2 differ in heat recovery priority mode in the power generation efficiency priority mode is set Te, but the value may be different from the different target temperatures t methane number of the threshold F MN2 switch to sr2, F MN3 methane number of the values F MN2 in the power generation efficiency priority mode, F MN3. For example, the second step in the heat recovery priority mode may be a range from a value smaller than F MN2 to a value larger than F MN3 , and the second step may be a wider range of methane value.
燃料ガスの熱量FCALに応じて異なる目標温度tsr2を設定する場合も同様である。図10は、燃料ガスの熱量FCALに対する各優先モードに応じた給気温度t2の目標温度ts2’の関係の一例を示すグラフである。発電効率優先モードにおける給気温度t2の目標温度tsq2’の設定態様は、図4の例と同様である。すなわち、図10における各段階(第0段階〜第4段階)の目標温度tsq2−0’〜tsq2−4’は、図4における各段階(第0段階〜第4段階)の目標温度ts2−0’〜ts2−4’に対応する。 Depending on the amount of heat F CAL fuel gas is also true for setting target temperature t sr2 different. FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the target temperature t s 2'of the supply air temperature t 2 according to each priority mode with respect to the calorific value F CAL of the fuel gas. Manner of setting the target temperature t sq2 'of supply air temperature t 2 in the power generation efficiency priority mode is similar to the example of FIG. That is, the target temperature t of the steps in FIG. 10 the target temperature t sq2-0 '~t sq2-4' of (0th stage to fourth stage), each stage in FIG. 4 (zeroth stage to fourth stage) corresponding to the s2-0 '~t s2-4'.
熱回収優先モードにおける目標温度tsr2’は、発電効率優先モードにおける目標温度tsq2’に対して高い値となる。すなわち、熱回収優先モードの各段階(第0段階〜第4段階)において設定される目標温度は、発電効率優先モードの各段階において設定される目標温度よりそれぞれ高い値となる。さらに、図10の例では、図9の例と同様に、熱回収優先モードにおいては、熱量FCALを発電効率優先モードより粗い3段階に分け、各段階に応じて異なる目標温度tsr2−1’〜tsr2−3’が設定される。 Target temperature t sr2 in the heat recovery priority mode ', the target temperature t sq2 in the power generation efficiency priority mode' a higher value for. That is, the target temperature set in each stage of the heat recovery priority mode (0th to 4th stages) is higher than the target temperature set in each stage of the power generation efficiency priority mode. Further, in the example of FIG. 10, as in the example of FIG. 9, in the heat recovery priority mode, the amount of heat F CAL the three stages rougher than the power generation efficiency priority mode, the target temperature t varies in accordance with each stage sr2-1 ' ~ t sr2-3 ' is set.
熱回収優先モードにおいては、給気温度t2が発電効率優先モードにおける目標温度tsq2より高い目標温度tsr2となるように、吸気温度t1が加熱されるように制御され、第2冷却水経路17Aにある三方弁52により、第2給気冷却器15に流れる冷却水量が調整される。そのため、燃焼後ガス温度t3が上昇し、排気ガス温度t4も上昇する。したがって、排気ガス経路43に設けられた排熱回収器45における熱回収量が増加する。給気温度t2の目標温度が高発電効率のための目標温度ts2より高い温度に制御されるため、発電効率は低下する。一方、発電量を一定とするために、発電効率の低下に伴って増加するガスエンジン2への燃料増加量に比べて、排熱回収部44において回収される排熱回収量の増加量が多くなるため、発電効率自体は低下するが、システム全体の総合熱効率は向上する。本明細書では総合熱効率を、以下のように定義している。
In the heat recovery priority mode, as the supply air temperature t 2 becomes the target temperature t sq2 higher target temperature t sr2 in the power generation efficiency priority mode, the intake air temperature t 1 is controlled to be heated, the second cooling water The three-
総合熱効率[%]={(発電機端出力+排熱より回収した熱量)/(ガスエンジン2への燃料入力量)}×100 Total thermal efficiency [%] = {(generator end output + amount of heat recovered from exhaust heat) / (amount of fuel input to gas engine 2)} x 100
なお、春期または秋期等、給気冷却装置5における大気による給気の冷却のみで給気温度t2を目標温度tsに維持できる場合、すべての開閉弁33,34,38を閉弁して冷却配管28および加熱配管37における流体の流通を不能としてもよい。また、このような場合でも、制御器26が大気温度から冷却水冷却装置27の冷却水を使用した場合に達成できる吸気温度t1を目標値ts1としつつ、三方弁52を調整して、給気温度t2を目標温度ts2に調整してもよい。これにより、過給機4の圧縮機10の仕事量が減少するため、発電効率を向上させることができる。このように、外気温の様々な変化に対応して最適な給気温度t2のために、吸気温度t1を幅広い範囲で制御することができる。
When the supply air temperature t 2 can be maintained at the target temperature t s only by cooling the supply air by the atmosphere in the supply
図11は、実施の形態2における制御を実施した際の大気温度に対する吸気温度および給気温度の模式的なグラフを示す図である。図11は、燃料ガスの条件に拘わらず給気温度t2の目標値ts2を一定とした場合を示している。図11のグラフにおける大気温度は、ガスエンジンシステム1が敷設される地域の一年間における月平均気温の一例を示している。図2のグラフと同様に、大気温度が、基準温度tc1未満、かつ、過給機4の吸気温度下限値t1min以上の時期においては、吸気を冷却する制御は行われていない。この場合でも、給気温度t2は、給気冷却装置5により目標温度ts2に維持されている。
FIG. 11 is a diagram showing a schematic graph of the intake air temperature and the supply air temperature with respect to the atmospheric temperature when the control according to the second embodiment is performed. 11, the target value t s2 supply air temperature t 2 regardless of conditions of the fuel gas shows the case of a constant. The atmospheric temperature in the graph of FIG. 11 shows an example of the monthly average temperature in the area where the
なお、吸気を冷却する制御が行われていない期間(吸気を冷却しなくても給気温度t2が給気冷却装置5Aにより目標温度ts2に維持される大気温度下にある状態)においても、制御器26が大気温度から冷却水冷却装置27の冷却水を使用した場合に達成できる吸気温度t1を目標値ts1としつつ、三方弁52を調整して、給気温度t2を目標温度ts2に調整してもよい。これにより、過給機4の圧縮機10の仕事量が減少するため、発電効率を向上させることができる。
Even in the period in which the control for cooling the intake air not performed (the state without cooling the intake air supply air temperature t 2 is under atmospheric temperature is maintained at a target temperature t s2 by the
また、夏期に入り、大気温度が基準温度tc1以上となると、吸気温度調整装置6Bにより吸気を冷却する制御が実行される。これにより、大気温度および第2冷却水温度に拘わらず、給気温度t2が発電効率優先モードにおける目標温度tsq2を維持するように、吸気温度t1が制御される。
Further, in the summer, when the atmospheric temperature reaches the reference temperature t c1 or higher, the intake air
一方、冬期において、大気温度が過給機4の圧縮機10における吸気温度下限値t1min以下になった場合、外気を吸気としてそのまま導入すると、上述のように過給機4の圧縮機10の設計上の制限から過給機4の圧縮機10の運転が行えない。そこで、大気温度が吸気温度下限値t1min以下になった場合、吸気温度調整装置6により吸気を加熱する制御(発電効率優先モード)が実行される。これにより、吸気温度t1が大気温度に拘わらず、吸気温度下限値t1min以上の温度t1c2に維持され、外気を導入しつつ過給機4の圧縮機10の運転が可能となる。このとき、過給機4の圧縮機10から出た給気は、給気冷却装置5Aの三方弁21Aにより常に第2給気冷却器15を冷却する第2冷却水の温度が一定温度となるように調整され、三方弁52により第2給気冷却器15に流れる流量が調整されることにより、給気温度t2が発電効率優先モードにおける目標温度tsq2に維持される。したがって、一年を通じて給気温度t2を発電効率が高くなる温度(tsq2)に維持することができる。
On the other hand, in winter, when the atmospheric temperature becomes equal to or less than the lower limit of the intake air temperature t 1 min in the
さらに、本実施の形態では、発電効率優先モードに代えて、熱回収優先モードを実行可能である。熱回収優先モードにおける給気温度t2の目標温度tsr2は、給気温度t2における上限値(給気温度上限値)t2max以下かつ給気温度上限値t2maxに近い温度に設定される。ただし、これに対応する吸気温度の目標温度t1c3は、過給機4の圧縮機10における過給機4の圧縮機10における吸気温度上限値t1max以下である必要がある。したがって、給気温度t2の目標温度tsr2が給気温度上限値t2max以下かつ吸気温度t1の目標温度t1c3が吸気温度上限値t1max以下であるように、給気温度t2の目標温度tsr2が設定される。
Further, in the present embodiment, the heat recovery priority mode can be executed instead of the power generation efficiency priority mode. Target temperature t sr2 supply air temperature t 2 in the heat recovery priority mode is set to a temperature close to the maximum value (supply air temperature upper limit) t 2max or less and supply air temperature upper limit t 2max in the supply air temperature t 2 .. However, the target temperature t 1c3 of the intake air temperature corresponding to this needs to be equal to or less than the intake air temperature upper limit value t 1max in the
熱回収優先モードにおいては、給気温度t2を、ガスエンジン2が許容する給気温度上限値t2maxに近い温度にすることで、燃焼後ガス温度t3および排気ガス温度t4を可及的に高くすることができる。このとき、吸気温度t1は大気温度に拘わらず、発電効率優先モードにおける温度t1c2より高い温度t1c3に維持される。 In the heat recovery priority mode, the post-combustion gas temperature t 3 and the exhaust gas temperature t 4 can be achieved by setting the supply air temperature t 2 to a temperature close to the supply air temperature upper limit t 2max allowed by the gas engine 2. Can be raised. At this time, intake air temperature t 1 regardless of atmospheric temperature, is maintained at a higher temperature t 1c3 than the temperature t 1c2 in the power generation efficiency priority mode.
発電効率優先モードと、熱回収優先モードとは適宜切り替え可能である。例えば、一日の中で日中は大気温度が夜間より高いため、建屋等を暖房するために必要な温水量は少なくなる。したがって、日中は、発電効率優先モードで運用し、発電効率優先モード下で排熱回収した温水または蒸気が暖房等に使用される。一方、夜間は大気温度が下がるため、日中に比べて必要な温水量が多くなる。したがって、夜間は、温水または蒸気量をより多く供給できる熱回収優先モードで運用する。また、例えば、夏期等の大気温度が高い場合においても熱回収優先モードを実行し得る。この場合、例えば、一日の中で日中は建屋を冷房するために多くの冷水が必要になるため、冷水を製造するためにより多くの熱を回収すべく熱回収優先モードで運用し、大気温度が下がる夜間は冷房における冷水の使用量が少なくなるため、排熱回収量が熱回収優先モードよりも少ない制御モード(発電効率優先モードまたは吸気温度制御を行わない制御モード)で運用する。 The power generation efficiency priority mode and the heat recovery priority mode can be switched as appropriate. For example, since the atmospheric temperature is higher during the day than at night during the day, the amount of hot water required to heat a building or the like is reduced. Therefore, during the daytime, the operation is performed in the power generation efficiency priority mode, and the hot water or steam whose exhaust heat is recovered under the power generation efficiency priority mode is used for heating or the like. On the other hand, since the atmospheric temperature drops at night, the amount of hot water required is larger than during the day. Therefore, at night, it is operated in the heat recovery priority mode that can supply a larger amount of hot water or steam. Further, for example, the heat recovery priority mode can be executed even when the atmospheric temperature is high such as in summer. In this case, for example, since a large amount of cold water is required to cool the building during the daytime in the daytime, it is operated in the heat recovery priority mode in order to recover more heat in order to produce the cold water, and the atmosphere. Since the amount of cold water used in cooling decreases at night when the temperature drops, the control mode (power generation efficiency priority mode or control mode in which intake air temperature control is not performed) is operated in which the exhaust heat recovery amount is smaller than the heat recovery priority mode.
このように、熱回収優先モードでは、給気温度t2を高発電効率のための目標温度ts2ではなく、それよりあえて高い温度とすることにより、排気ガス温度t4を高くすることができ、これにより、ガスエンジンシステム1から回収される熱量を多くし、ガスエンジンシステム1全体における総合熱効率を高めることができる。
Thus, in the heat recovery priority mode, the supply air temperature t 2 rather than the target temperature t s2 for high power generation efficiency, by dare higher temperatures than can increase the exhaust gas temperature t 4 As a result, the amount of heat recovered from the
[変形例]
上記実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、制御器26は、給気温度t2を取得するのに加えて、燃焼後ガス温度t3を取得してもよい。一方の温度検出センサが故障した場合の期間の運転であれば、他方の温度検出センサの信号のみの状態で運転を継続してもよい。また、制御器26は、給気温度t2と燃焼後ガス温度t3とを両方取得し、それぞれの温度とそれぞれ設定された目標温度とを比較することにより、ガスエンジン2の運転状態の監視を行ってもよい。
[Modification example]
In the second embodiment as well, the
また、給気温度t2を取得するのに加えて、排気ガス温度t4を取得してもよい。排気ガス温度t4は過給機4のタービン11の出口温度であり、排気ガス温度検出センサ40で検出される。制御器26は、給気温度t2と排気ガス温度t4とを両方取得し、取得した温度t2,t4と、それぞれに設定された目標温度ts2,ts4とをそれぞれ比較することにより、ガスエンジン2の運転状態の監視を行ってもよい。
Further, in addition to acquiring the supply air temperature t 2 , the exhaust gas temperature t 4 may be acquired. The exhaust gas temperature t 4 is the outlet temperature of the
また、上記実施の形態2においては、冷却配管28および加熱配管37を備え、吸気導入部8に接続する配管を切り替えることにより、吸気を冷却および加熱可能な構成を例示したが、温度調整器25Bにおいて冷却配管28、冷却水冷却装置27および開閉弁33,34をなくし、加熱配管37のみを備えた構成としてもよい。すなわち、温度調整器は、排熱回収部44からの温水を、吸気を加熱するために吸気導入部8に供給する加熱配管を備えた構成としてもよい。本構成によれば、冬期等、大気の温度が低くなり、過給機4の圧縮機10の設計上の制限により、吸気温度を吸気温度下限値t1min以上に高くする必要が生じた場合でも、大気吸気から室内吸気に切り替えるという複雑な機械的設備を用いることなく、吸気温度を吸気温度下限値t1min以上に高くすることができる。これにより、過給機4の圧縮機10の設計上の制限を確保しながら、給気温度t2を目標温度ts2に制御することができる。
Further, in the second embodiment, the configuration in which the
なお、上記実施の形態2においても、実施の形態1(図1)と同様に、給気冷却装置5Bの冷却源としてラジエータ35,36を備える代わりに、冷却源18を備えてもよい。
In the second embodiment as well, as in the first embodiment (FIG. 1), the cooling
また、上記実施の形態2においても、実施の形態1の変形例3(図7)と同様に、給気冷却装置5Bは、第2ラジエータ36からの冷却水を第1給気冷却器14および第2給気冷却器15のそれぞれに供給する給気冷却用冷却水経路56Gと、ガスエンジン2を冷却するために給気冷却用冷却水経路56Gとは別に設けられたガスエンジン冷却経路54Gと、を備えていてもよい。この場合、第1ラジエータ35には、ガスエンジン2を冷却するガスエンジン冷却経路54Gが接続され、排熱回収部44が、ガスエンジン冷却経路54Gにおいて、ガスエンジン2より下流側に設けられ、ガスエンジン2で生じた排熱を温水として回収してもよい。
Further, also in the second embodiment, similarly to the modification 3 (FIG. 7) of the first embodiment, the air supply cooling device 5B uses the cooling water from the
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について説明する。図12は、本発明の実施の形態3に係るガスエンジンシステム1Cの概略構成を示すブロック図である。図12において、図1と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
[Embodiment 3]
Next,
本実施の形態におけるガスエンジンシステム1Cが実施の形態1と異なる点は、吸気温度調整装置6Cの温度調整器25Cにおいて吸気温度t1を加熱する機能を有し、加熱のための熱源として第2冷却水経路17における排熱を直接加熱源として使用することである。このため、排熱回収部55Cは、第2冷却水経路17において第2給気冷却器15より下流側に設けられる。
Gas engine system 1C is different from the first embodiment in the present embodiment has a function of heating the intake air temperature t 1 at a temperature regulator 25C of the intake air temperature adjusting device 6C, first as a heat source for
より具体的には、排熱回収部55Cは、第2冷却水経路17の熱交換器20より下流側において、吸気導入部8への加熱配管37Cが分岐するように構成されている。第2冷却水経路17の加熱配管37Cへの行き経路接続部と戻り経路接続部との間には、開閉弁41が設けられる。開閉弁38,41は、制御器26からの切替信号S2によって開閉制御される。
More specifically, the exhaust
吸気の加熱が必要ない場合、開閉弁38は、閉弁され、開閉弁41は、開弁される。これにより、第2冷却水経路17は、加熱配管37Cをバイパスする。吸気の加熱が必要である場合、開閉弁38は、開弁され、開閉弁41は、閉弁される。これにより、第2冷却水経路17において第2給気冷却器15および熱交換器20を通過した第2冷却水は、加熱配管37Cに導入され、熱交換器30に供給される。これにより、吸気導入部8から導入される吸気が加熱される。
When the intake air does not need to be heated, the on-off
本実施の形態においても、制御器26は、ガスエンジン2に供給される給気温度t2が所定の目標温度ts2になるように、吸気温度t1を制御する。制御器26は、実施の形態2と同様に、発電効率優先モードおよび熱回収優先モードを切り替えて実行可能である。したがって、発電効率優先モードの場合、給気温度t2の目標温度ts2は、吸気温度t1が過給機4の圧縮機10における吸気温度下限値t1min以上の温度t1c2になるような温度tsq2に設定される。また、熱回収優先モードの場合、給気温度t2の目標温度ts2は、給気温度上限値t2max以下かつ給気温度上限値t2maxに近い温度(かつ吸気温度t1の目標温度t1c3が吸気温度上限値t1max以下)となるような温度tsr2に設定される。
Also in this embodiment, the
例えば、ガスエンジンシステム1が敷設される地域が、年中または時期的に低温となる地域である場合、過給機4の圧縮機10における吸気温度下限値t1min以上に吸気温度t1を上昇させる。このとき、大気温度が低温であるため、第2冷却水経路17の三方弁21の温度は設定値に調整できる。このため、第2給気冷却器15に流れる冷却水の流量制御を、三方弁52を調整することにより行うことができる。これにより、ガスエンジン2を高効率な状態で安定に運転できる。
For example, when the area where the
さらに、上記構成によれば、第2冷却水経路17において排熱が回収される。本来、第2冷却水経路17における排熱は、冷却源18で大気放散される。本実施の形態によれば、その大気放散される排熱を利用して吸気を加熱することにより、冷却源18から放散する排熱が減少する。さらに、熱回収優先モードにすることにより、排熱回収量が増加し、総合熱効率は向上する。一方、冷却水がより高温となる第1冷却水経路16の戻り経路における排熱を別途回収して全量を暖房等他の目的に使用することができる。
Further, according to the above configuration, the exhaust heat is recovered in the second
本実施の形態においては、第1冷却水経路16の第1給気冷却器14と熱交換器20との間に熱交換器42が設けられている。この熱交換器42は、実施の形態1,2における排熱回収部44として構成される熱交換器と同じものでよいが、用途が異なるため、異なる符号を付している。熱交換器42で第1冷却水経路16から回収される排熱は、ガスエンジンシステム1Cの外部に熱源として供給される。
In the present embodiment, the
[変形例]
上記実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、制御器26は、給気温度t2を取得するのに加えて、燃焼後ガス温度t3および/または排気ガス温度t4を取得し、取得した温度t3,t4とそれぞれに設定された目標温度ts3,ts4とを比較することにより、ガスエンジン2の運転状態の監視を行ってもよい。
[Modification example]
Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the
本実施の形態3においては、吸気導入部8に接続される加熱配管37Cを備え、吸気を加熱可能な構成を例示したが、温度調整器25Cにおいて加熱配管37Cの代わりに実施の形態1における冷却水冷却装置27および冷却配管28を備えた構成としてもよい。すなわち、第2冷却水経路17から回収した排熱を利用して吸気を冷却する吸気冷却水を冷却することにより、吸気を冷却するようにしてもよい。また、実施の形態2と同様に、冷却機能および加熱機能を切り替え可能に構成してもよい。
In the third embodiment, the configuration in which the heating pipe 37C connected to the intake
なお、前述の通り、第2冷却水経路17を流通する第2冷却水は、第1冷却水経路16を流通する第1冷却水より低温となるため、冷却水冷却装置27における熱変換効率は、実施の形態1のように第1冷却水経路16から回収した排熱を熱源とする場合よりも低くなる。
As described above, the second cooling water flowing through the second
本実施の形態3およびその変形例においても、実施の形態1の変形例1(図5)と同様に、給気冷却装置5の冷却源として冷却源18を備える代わりに、ラジエータ35,36を備え、第1冷却水経路16Aと第2冷却水経路17Aとを互いに独立した経路として構成してもよい。
In the third embodiment and its modifications, the
また、上記実施の形態3においても、実施の形態1の変形例2(図6)と同様に、給気冷却装置5は、第1給気冷却器14および第2給気冷却器15のそれぞれに冷却水を供給する給気冷却用冷却水経路56Fと、ガスエンジン2を冷却するために給気冷却用冷却水経路56Fとは別に設けられたガスエンジン冷却経路54Fと、を備えていてもよい。この場合、排熱回収部44は、ガスエンジン冷却経路54Fにおいて、ガスエンジン2より下流側に設けられ、ガスエンジン2で生じた排熱を温水として回収してもよい。
Further, also in the third embodiment, similarly to the modified example 2 (FIG. 6) of the first embodiment, the air
図13は、本発明の実施の形態3の変形例1に係るガスエンジンシステム1Dの概略構成を示すブロック図である。図13において、図12と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本変形例1における給気冷却装置5Dは、図5に示す給気冷却装置5Aと同様の構成を有している。ただし、図13において、図5における符号5A,16A,17A,21A,23Aを、符号5D,16D,17D,21D,23Dに振り直している。
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of the
本変形例1においても、吸気温度調整装置6Dの温度調整器25Dは、実施の形態3と同様に、排熱回収部55Dおよび加熱配管37Dを備えている。ここで、排熱回収部55Dは、第1冷却水経路16Dにおいて第1給気冷却器14より下流側に設けられる。第1冷却水経路16Dの加熱配管37Dへの行き経路接続部と戻り経路接続部との間には、開閉弁41が設けられる。
Also in the first modification, the
図14は、本発明の実施の形態3の変形例2に係るガスエンジンシステム1Eの概略構成を示すブロック図である。図14において、図13と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本変形例2における給気冷却装置5Eは、図13に示す給気冷却装置5Eと同様の構成を有している。ただし、図14において、図13における符号5D,16D,17D,21D,23Dを、符号5E,16E,17E,21E,23Eに振り直している。
FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of the
本変形例2においても、吸気温度調整装置6Eの温度調整器25Eは、実施の形態3と同様に、排熱回収部55Eおよび加熱配管37Eを備えている。ここで、排熱回収部55Eは、第2冷却水経路17Eにおいて第2給気冷却器15より下流側に設けられる。第2冷却水経路17Eの加熱配管37Eへの行き経路接続部と戻り経路接続部との間には、開閉弁41が設けられる。
Also in the second modification, the
図13および図14に示す実施の形態3の変形例1,2においても、実施の形態1の変形例3(図7)と同様に、給気冷却装置5D,5Eは、第2ラジエータ36からの冷却水を第1給気冷却器14および第2給気冷却器15のそれぞれに供給する給気冷却用冷却水経路56Gと、ガスエンジン2を冷却するために給気冷却用冷却水経路56Gとは別に設けられたガスエンジン冷却経路54Gと、を備えていてもよい。この場合、第1ラジエータ35には、ガスエンジン2を冷却するガスエンジン冷却経路54Gが接続され、排熱回収部44が、ガスエンジン冷却経路54Gにおいて、ガスエンジン2より下流側に設けられ、ガスエンジン2で生じた排熱を温水として回収してもよい。
In the modified examples 1 and 2 of the third embodiment shown in FIGS. 13 and 14, the air
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、ガスエンジンシステムにおいて大気条件によらず各種のガスエンジンの運転要求に適した給気温度に制御するために有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for controlling the supply air temperature suitable for the operating requirements of various gas engines regardless of atmospheric conditions in a gas engine system.
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G ガスエンジンシステム
2 ガスエンジン
3 発電機
4 過給機
5,5A,5D,5E,5F,5G 給気冷却装置
6,6C,6D,6E 吸気温度調整装置
8 吸気導入部
10 圧縮機
14,14F,14G 第1給気冷却器
15,15F,15G 第2給気冷却器
16,16A,16F,16G 第1冷却水経路
17,17A,17F,17G 第2冷却水経路
25,25B,25C,25D,25E 温度調整器
26 制御器
27 冷却水冷却装置
28 冷却配管
37 加熱配管
33,34,38 開閉弁(配管切替部)
44,55C,55D,55E 排熱回収部
1,1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G
44, 55C, 55D, 55E Exhaust heat recovery unit
Claims (12)
前記ガスエンジンの回転動力により発電を行う発電機と、
前記ガスエンジンに供給される給気を圧縮する圧縮機および前記ガスエンジンから排出される燃焼後ガスから動力を発生させるタービンを有する過給機と、
前記圧縮機により圧縮された給気を、大気により冷却された冷却水を用いて冷却する給気冷却装置と、
大気を取り込む吸気導入部から前記圧縮機に供給される吸気の温度を調整する吸気温度調整装置と、を備え、
前記吸気温度調整装置は、
前記ガスエンジンで生じた排熱を回収する排熱回収部と、
回収した排熱を用いて前記吸気の温度を調整する温度調整器と、
前記温度調整器を制御する制御器と、を含み、
前記制御器は、前記ガスエンジンに供給される給気の温度、または、前記ガスエンジンから排出される燃焼後ガスの温度を取得し、取得した温度が所定の目標温度になるように、前記吸気の温度を制御する、ガスエンジンシステム。 With a gas engine
A generator that generates electricity by the rotational power of the gas engine,
A supercharger having a compressor that compresses the supply air supplied to the gas engine and a turbine that generates power from the post-combustion gas discharged from the gas engine.
An air supply cooling device that cools the supply air compressed by the compressor using cooling water cooled by the atmosphere, and
It is equipped with an intake air temperature adjusting device that adjusts the temperature of the intake air supplied to the compressor from the intake air introduction unit that takes in the atmosphere.
The intake air temperature adjusting device is
An exhaust heat recovery unit that recovers the exhaust heat generated by the gas engine,
A temperature controller that adjusts the temperature of the intake air using the recovered exhaust heat,
Including a controller for controlling the temperature controller,
The controller acquires the temperature of the supply air supplied to the gas engine or the temperature of the post-combustion gas discharged from the gas engine, and takes in the intake air so that the acquired temperature becomes a predetermined target temperature. A gas engine system that controls the temperature of the engine.
前記温度調整器は、
前記冷却水冷却装置からの冷却水を前記吸気導入部に供給する冷却配管と、
前記排熱回収部からの前記温水を、前記吸気を加熱するために前記吸気導入部に供給する加熱配管と、
前記吸気導入部に接続する配管を、前記冷却配管と前記加熱配管との間で切り替える配管切替部と、を備えた、請求項2に記載のガスエンジンシステム。 The waste heat recovery unit recovers the waste heat as hot water or steam.
The temperature controller
A cooling pipe that supplies cooling water from the cooling water cooling device to the intake intake portion, and
A heating pipe that supplies the hot water from the exhaust heat recovery unit to the intake air introduction unit to heat the intake air, and a heating pipe.
The gas engine system according to claim 2, further comprising a pipe switching unit for switching the pipe connected to the intake air introduction unit between the cooling pipe and the heating pipe.
前記冷却水冷却装置は、前記温水または蒸気を用いて前記冷却水を製造する温水または蒸気吸収式吸収チラーである、請求項2または3に記載のガスエンジンシステム。 The waste heat recovery unit recovers the waste heat as hot water or steam.
The gas engine system according to claim 2 or 3, wherein the cooling water cooling device is a hot water or steam absorption chiller that produces the cooling water using the hot water or steam.
前記温度調整器は、前記排熱回収部からの前記温水を、前記吸気を加熱するために前記吸気導入部に供給する加熱配管を備えた、請求項1に記載のガスエンジンシステム。 The waste heat recovery unit recovers the waste heat as hot water.
The gas engine system according to claim 1, wherein the temperature controller includes a heating pipe that supplies the hot water from the exhaust heat recovery unit to the intake air introduction unit in order to heat the intake air.
前記ガスエンジンを冷却する第1冷却水経路において前記ガスエンジンからの戻り経路に設けられた第1給気冷却器と、
前記第1冷却水経路とは別の第2冷却水経路に設けられた第2給気冷却器と、を備え、
前記第1給気冷却器は、前記過給機と前記ガスエンジンとの間の給気経路において前記第2給気冷却器より上流側に設けられ、
前記排熱回収部は、前記戻り経路において前記第1給気冷却器より下流側に設けられる、請求項1から6の何れかに記載のガスエンジンシステム。 The air supply cooling device
In the first cooling water path for cooling the gas engine, a first air supply cooler provided in the return path from the gas engine and
A second air supply cooler provided in a second cooling water path different from the first cooling water path is provided.
The first air supply cooler is provided on the upstream side of the second air supply cooler in the air supply path between the supercharger and the gas engine.
The gas engine system according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust heat recovery unit is provided on the downstream side of the first air supply cooler in the return path.
前記ガスエンジンを冷却する第1冷却水経路において前記ガスエンジンからの戻り経路に設けられた第1給気冷却器と、
前記第1冷却水経路とは別の第2冷却水経路に設けられた第2給気冷却器と、を備え、
前記第1給気冷却器は、前記過給機と前記ガスエンジンとの間の給気経路において前記第2給気冷却器より上流側に設けられ、
前記排熱回収部は、前記第2冷却水経路において前記第2給気冷却器より下流側に設けられる、請求項1から6の何れかに記載のガスエンジンシステム。 The air supply cooling device
In the first cooling water path for cooling the gas engine, a first air supply cooler provided in the return path from the gas engine and
A second air supply cooler provided in a second cooling water path different from the first cooling water path is provided.
The first air supply cooler is provided on the upstream side of the second air supply cooler in the air supply path between the supercharger and the gas engine.
The gas engine system according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust heat recovery unit is provided on the downstream side of the second air supply cooler in the second cooling water path.
前記過給機と前記ガスエンジンとの間の給気経路に設けられる第1給気冷却器と、
前記給気経路において前記第1給気冷却器より下流側に設けられる第2給気冷却器と、
前記第1給気冷却器および前記第2給気冷却器のそれぞれに冷却水を供給する給気冷却用冷却水経路と、
前記ガスエンジンを冷却するために前記給気冷却用冷却水経路とは別に設けられたガスエンジン冷却経路と、を備え、
前記排熱回収部は、前記ガスエンジン冷却経路において、前記ガスエンジンより下流側に設けられる、請求項1から6の何れかに記載のガスエンジンシステム。 The air supply cooling device
A first air supply cooler provided in the air supply path between the supercharger and the gas engine, and
A second air supply cooler provided on the downstream side of the first air supply cooler in the air supply path, and
A cooling water path for air supply cooling that supplies cooling water to each of the first air supply cooler and the second air supply cooler, and
A gas engine cooling path provided separately from the air supply cooling cooling water path for cooling the gas engine is provided.
The gas engine system according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust heat recovery unit is provided on the downstream side of the gas engine in the gas engine cooling path.
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