JP4783308B2 - Power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、ガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system configured to operate a generator by the output of a gas engine.
都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとの2種類の燃料を用いてガスエンジンを運転し、このガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システムにおいては、種々のシステム方式が採用されている。例えば、副燃料ガスの発熱量に応じて、主燃料ガスと燃焼用空気との混合気の供給流量を調整して、2種類の燃料を混合して燃焼を行う方式、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料を用い、燃焼用空気の空気比を制御しながら燃焼を行う方式等がある。 In a power generation system configured to operate a gas engine using two types of fuel, a main fuel gas such as city gas and a secondary fuel gas such as biogas, and operate the generator by the output of the gas engine, The system method is adopted. For example, according to the calorific value of the auxiliary fuel gas, the supply flow rate of the mixture of the main fuel gas and combustion air is adjusted to mix and burn two types of fuel, the main fuel gas and the auxiliary fuel There is a system that uses a fuel mixed with gas and performs combustion while controlling the air ratio of combustion air.
例えば、特許文献1においては、主燃料としての軽油と、空気とバイオガスとの混合気体とを、ディーゼルエンジンに供給して運転を行うよう構成したデュアルフューエル・ディーゼルエンジンが開示されている。このディーゼルエンジンにおいては、バイオガスの供給流量を設定する流量調節弁の開度を一定に固定し、ディーゼルエンジンの回転数が一定になるように軽油の供給流量を制御している。 For example, Patent Document 1 discloses a dual fuel diesel engine configured to operate by supplying light oil as a main fuel and a mixed gas of air and biogas to a diesel engine. In this diesel engine, the opening of a flow rate control valve that sets the biogas supply flow rate is fixed, and the light oil supply flow rate is controlled so that the rotational speed of the diesel engine is constant.
また、例えば、特許文献2においては、バイオガス等の副燃料ガスと燃焼用空気との混合気と、都市ガス等の主燃料ガスとをガスエンジンに供給して、運転を行うよう構成したガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、燃焼用空気がミキサーを通過する際に生じる負圧を利用し、ミキサー内へ副燃料ガスを吸引して、これらの混合気を生成している。また、ガスエンジンの排気系統に設けた酸素センサ又はNOxセンサの出力変動に基づいて、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブの開度を調整して、空気比の制御を行っている。そして、ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの混合気と、主燃料ガスとを混合した後に、スロットル弁によって、この2燃料の混合気のガスエンジンへの供給流量を調整して、ガスエンジンの回転数又は負荷を制御している。
Further, for example, in
しかしながら、特許文献1においては、流量調節弁によるバイオガスの供給流量を一定に固定して、空気の流れの中にバイオガスを押し込んで混合させている。そのため、ディーゼルエンジンへの軽油とバイオガスとの合計供給流量に対するバイオガスの供給流量割合を、初期設定した所定の割合以下に保つことはできない。したがって、引用文献1においては、発電機の負荷が低いときでも、負荷がほぼ100%のときと同じ量である過大な量のバイオガスがディーゼルエンジンに供給され、ディーゼルエンジンの制御が不安定になるおそれがある。また、引用文献1においては、ディーゼルエンジンへのバイオガスの供給流量は、その供給源(タンク等)の元圧に大きく影響されるため、ディーゼルエンジンの制御が一層不安定になるおそれがある。 However, in patent document 1, the supply flow rate of the biogas by the flow control valve is fixed, and the biogas is pushed into the air flow and mixed. Therefore, the ratio of the biogas supply flow rate to the total supply flow rate of light oil and biogas to the diesel engine cannot be kept below the predetermined predetermined ratio. Therefore, in cited document 1, even when the load of the generator is low, an excessive amount of biogas, which is the same amount as when the load is almost 100%, is supplied to the diesel engine, and the control of the diesel engine becomes unstable. There is a risk. In Cited Document 1, since the biogas supply flow rate to the diesel engine is greatly influenced by the original pressure of the supply source (tank or the like), the control of the diesel engine may become more unstable.
また、特許文献2においては、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブと、スロットル弁とが混在し、これらの制御が影響しあって、ガスエンジンの制御が不安定になるおそれがある。また、引用文献2においては、スロットル弁以外にも、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブが必要となるため、スロットル弁及びバルブを制御する制御手段が複雑になってしまう。
Further, in
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる発電システムを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and the ratio of the amount of heat supplied to the gas engine of the auxiliary fuel gas is kept below a predetermined ratio at which stable operation can always be performed without performing special control. It is intended to provide a power generation system that can.
第1の発明は、複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
該空気配管から流入する上記燃焼用空気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該燃焼用空気に当該副燃料ガスを混合して、第1混合気を作り出す第1ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第1ミキサーから流入する上記第1混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第2混合気を作り出す第2ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第2ミキサーから流入する上記第2混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成してあり、
上記制御手段は、上記副燃料ガスの熱量が減少したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を増加させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を増加させ、一方、上記副燃料ガスの熱量が増加したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を減少させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を減少させるよう構成してあることを特徴とする発電システムにある(請求項1)。
A first invention is a gas engine having a plurality of cylinders;
A generator operated by the output of the gas engine;
An auxiliary fuel pipe to which an auxiliary fuel gas such as biogas is supplied;
A pressure regulator provided in the auxiliary fuel pipe;
An air pipe to which combustion air is supplied;
In response to the suction force generated when the combustion air flowing in from the air pipe passes through the venturi, the auxiliary fuel gas after the pressure is set by the pressure regulator flows in from the auxiliary fuel pipe. A first mixer that mixes the secondary fuel gas with air to produce a first air-fuel mixture;
A main fuel pipe to which main fuel gas is supplied;
A throttle valve provided in the main fuel pipe;
A second mixer that mixes the first fuel mixture flowing in from the first mixer with the main fuel gas after flow adjustment by the throttle valve from the main fuel pipe to create a second gas mixture;
Using the exhaust gas from the gas engine, compressing the second gas mixture flowing in from the second mixer, and creating a compressed gas mixture;
An intake manifold that supplies the compressed air-fuel mixture flowing from the supercharger in a branched manner to the plurality of cylinders;
Control means for adjusting the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output,
By adjusting the opening degree of the throttle valve in accordance with the target output of the generator by the control means, the amount of heat required to produce the target output that is insufficient with only the auxiliary fuel gas is determined by the main fuel gas. In addition, the ratio of the supply flow rate of the sub fuel gas to the total supply flow rate of the main fuel gas and the sub fuel gas to the gas engine is configured to be kept below the initially set ratio ,
The control means increases the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output when the amount of heat of the auxiliary fuel gas decreases, and the main fuel gas to the gas engine is increased. On the other hand, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas is increased, the opening of the throttle valve is decreased so that the power generation output of the generator becomes the target output, and the gas engine is supplied to the gas engine. The power generation system is configured to reduce the supply flow rate of the main fuel gas .
本発明の発電システムは、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができるものである。
具体的には、本発明の発電システムにおいては、副燃料配管に設けた圧力レギュレータによって、第1ミキサーへの副燃料ガスの流入量を調整しておき、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対する副燃料ガスの供給流量の割合を、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。
The power generation system of the present invention can keep the ratio of the amount of heat supplied from the auxiliary fuel gas to the gas engine below a predetermined ratio at which stable operation can always be performed without performing special control.
Specifically, in the power generation system of the present invention, the amount of inflow of the auxiliary fuel gas to the first mixer is adjusted by a pressure regulator provided in the auxiliary fuel pipe, and the main fuel gas and the auxiliary fuel to the gas engine are adjusted. The ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the total supply flow rate with gas is initially set within a range that does not exceed a predetermined ratio at which stable operation can be performed in the gas engine.
この初期設定を行うときには、副燃料ガスの熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスの供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータによって設定圧力に調整し、副燃料配管に設けた手動バルブ等の開度を調整して流量の微調整を行うことができる。
When this initial setting is performed, assuming that the amount of heat of the auxiliary fuel gas is maximized, the ratio of the amount of heat supplied to the auxiliary fuel gas to the total amount of heat supplied to the gas engine and the amount of auxiliary fuel gas is the gas engine. The ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas is set within a range not exceeding a predetermined ratio at which stable operation is possible.
When performing the initial setting, the flow rate can be finely adjusted by adjusting the set pressure with a pressure regulator and adjusting the opening of a manual valve or the like provided in the auxiliary fuel pipe.
本発明の発電システムの運転を行う際には、第1ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの第1混合気が作り出され、第2ミキサーにおいて、第1混合気と主燃料ガスとの第2混合気が作り出される。次いで、過給機において、第2混合気が圧縮されて圧縮混合気が作り出され、この圧縮混合気が吸気マニホールドを経由してガスエンジンにおける複数の気筒に供給される。そして、制御手段によってスロットルバルブの開度を調整して、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を調整することにより、発電機を目標出力で作動させることができる。 When the power generation system according to the present invention is operated, a first mixture of combustion air and auxiliary fuel gas is created in the first mixer, and the first mixture and main fuel gas are mixed in the second mixer. A second mixture is created. Next, in the supercharger, the second air-fuel mixture is compressed to produce a compressed air-fuel mixture, and this compressed air-fuel mixture is supplied to a plurality of cylinders in the gas engine via the intake manifold. Then, the generator can be operated at the target output by adjusting the opening of the throttle valve by the control means and adjusting the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine.
また、本発明の発電システムにおいて、ガスエンジンの出力を上昇させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が増加し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が増加することによって、過給機の回転数が増加する。これにより、過給機への第2混合気の流入量、第2ミキサーへの第1混合気の流入量及び第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ増加し、第1ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が増加することにより、第1ミキサーへの副燃料ガスの流入量が増加する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も増加させることができる。
Further, in the power generation system of the present invention, when the output of the gas engine is increased, the opening of the throttle valve is increased by a command from the control means, and the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine is increased. At this time, the rotational speed of the supercharger increases as the temperature of the exhaust gas from the gas engine increases. Thereby, the inflow amount of the second air-fuel mixture to the supercharger, the inflow amount of the first air-fuel mixture to the second mixer, and the inflow amount of the combustion air to the first mixer are increased, respectively, and the venturi of the first mixer is increased. As the suction force increases, the amount of inflow of the auxiliary fuel gas to the first mixer increases.
Thus, when the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine increases, the supply flow rates of the combustion air and the auxiliary fuel gas to the gas engine can also be increased.
一方、ガスエンジンの出力を低下させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が減少し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が減少することによって、過給機の回転数が減少する。これにより、過給機への第2混合気の流入量、第2ミキサーへの第1混合気の流入量及び第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ減少し、第1ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が減少することにより、第1ミキサーへの副燃料ガスの流入量が減少する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も減少させることができる。
On the other hand, when the output of the gas engine is reduced, the opening of the throttle valve is reduced by a command from the control means, and the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine is reduced. At this time, the rotational speed of the supercharger decreases due to a decrease in the temperature of the exhaust gas from the gas engine. As a result, the inflow amount of the second air-fuel mixture to the supercharger, the inflow amount of the first air-fuel mixture to the second mixer, and the inflow amount of combustion air to the first mixer are reduced, respectively. By reducing the suction force at, the amount of inflow of the auxiliary fuel gas to the first mixer decreases.
Thus, when the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine decreases, the supply flow rates of the combustion air and the auxiliary fuel gas to the gas engine can also be reduced.
そして、本発明の発電システムにおいては、副燃料ガスの熱量が変動したときには、この変動を主燃料ガスの供給流量によって補うことができる。具体的には、副燃料ガスの熱量が減少したときには、制御手段は、発電機の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブの開度を増加させ、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を増加させることができる。一方、副燃料ガスの熱量が増加したときには、制御手段は、発電機の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブの開度を減少させ、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を減少させることができる。これにより、本発明においては、副燃料ガスの熱量の変動を補い、発電機が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジンへ供給することができる。 And in the electric power generation system of this invention, when the calorie | heat amount of sub fuel gas fluctuates, this fluctuation | variation can be supplemented with the supply flow rate of main fuel gas. Specifically, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas decreases, the control means increases the throttle valve opening so that the power generation output of the generator becomes the target output, and supplies the main fuel gas to the gas engine. The flow rate can be increased. On the other hand, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas increases, the control means decreases the opening of the throttle valve and decreases the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine so that the power generation output of the generator becomes the target output. Can be made. As a result, in the present invention, it is possible to compensate for fluctuations in the calorific value of the auxiliary fuel gas and to constantly supply the fuel gas having the calorific value necessary for the generator to output the target output to the gas engine.
また、副燃料配管から第1ミキサーへ供給される副燃料ガスの圧力は、圧力レギュレータによって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスのタンク等における元圧が変動しても、第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量に応じて、第1ミキサーへの副燃料ガスの流入量を安定して変化させることができる。また、第1ミキサーへの副燃料ガスの流入量は、常に第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量と、圧力レギュレータによる設定圧力により決定され、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量の変化に応じて、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量を安定して変化させることができる。 Further, since the pressure of the auxiliary fuel gas supplied from the auxiliary fuel pipe to the first mixer is set to a predetermined value by the pressure regulator, even if the original pressure in the tank of the auxiliary fuel gas fluctuates, The inflow amount of the auxiliary fuel gas to the first mixer can be stably changed according to the inflow amount of the combustion air to the 1 mixer. Further, the inflow amount of the auxiliary fuel gas to the first mixer is always determined by the inflow amount of combustion air to the first mixer and the set pressure by the pressure regulator, and the change in the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine Accordingly, the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the gas engine can be changed stably.
これにより、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対するガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスの熱量が変動した場合、又は発電機に対する負荷が変動してガスエンジンの出力が変動する場合においても、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、ガスエンジンの運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
Thereby, the ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the gas engine with respect to the total supply flow rate of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas to the gas engine is the initially set rate, that is, the predetermined rate at which the gas engine can be stably operated. Can not be exceeded.
Even when the heat amount of the auxiliary fuel gas fluctuates or when the load on the generator fluctuates and the output of the gas engine fluctuates, the sub fuel gas with respect to the total supply heat amount of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas to the gas engine changes. It is possible to prevent the ratio of the supply heat amount of the fuel gas from exceeding a predetermined ratio at which stable operation can be performed in the gas engine. Therefore, it is possible to prevent the operation of the gas engine from becoming unstable.
それ故、本発明の発電システムによれば、スロットルバルブ以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。 Therefore, according to the power generation system of the present invention, the ratio of the calorific value of the auxiliary fuel gas supplied to the gas engine is always stable without using any valve other than the throttle valve for controlling the opening degree and without performing any special control. It can be kept below a predetermined ratio at which driving is possible.
第2の発明は、複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第1混合気を作り出す第1ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
上記第1ミキサーから流入する上記第1混合気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該第1混合気に当該副燃料ガスを混合して、第2混合気を作り出す第2ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第2ミキサーから流入する上記第2混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成してあり、
上記制御手段は、上記副燃料ガスの熱量が減少したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を増加させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を増加させ、一方、上記副燃料ガスの熱量が増加したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を減少させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を減少させるよう構成してあることを特徴とする発電システムにある(請求項3)。
A second invention is a gas engine having a plurality of cylinders;
A generator operated by the output of the gas engine;
An air pipe to which combustion air is supplied;
A main fuel pipe to which main fuel gas is supplied;
A throttle valve provided in the main fuel pipe;
A first mixer for mixing the combustion air flowing in from the air pipe with the main fuel gas after flow adjustment by the throttle valve from the main fuel pipe to create a first air-fuel mixture;
An auxiliary fuel pipe to which an auxiliary fuel gas such as biogas is supplied;
A pressure regulator provided in the auxiliary fuel pipe;
According to the suction force generated when the first air-fuel mixture flowing in from the first mixer passes through the venturi, the auxiliary fuel gas after pressure setting by the pressure regulator flows from the auxiliary fuel pipe, A second mixer for mixing the auxiliary fuel gas with the first mixture to create a second mixture;
Using the exhaust gas from the gas engine, compressing the second gas mixture flowing in from the second mixer, and creating a compressed gas mixture;
An intake manifold that supplies the compressed air-fuel mixture flowing from the supercharger in a branched manner to the plurality of cylinders;
Control means for adjusting the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output,
By adjusting the opening degree of the throttle valve in accordance with the target output of the generator by the control means, the amount of heat required to produce the target output that is insufficient with only the auxiliary fuel gas is determined by the main fuel gas. In addition, the ratio of the supply flow rate of the sub fuel gas to the total supply flow rate of the main fuel gas and the sub fuel gas to the gas engine is configured to be kept below the initially set ratio ,
The control means increases the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output when the amount of heat of the auxiliary fuel gas decreases, and the main fuel gas to the gas engine is increased. On the other hand, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas is increased, the opening of the throttle valve is decreased so that the power generation output of the generator becomes the target output, and the gas engine is supplied to the gas engine. The power generation system is configured to reduce the supply flow rate of the main fuel gas (claim 3).
本発明の発電システムもまた、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができるものである。
具体的には、本発明の発電システムにおいては、副燃料配管に設けた圧力レギュレータによって、第2ミキサーへの副燃料ガスの流入量を調整しておき、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対する副燃料ガスの供給流量の割合を、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。
The power generation system of the present invention can also keep the ratio of the amount of heat supplied from the auxiliary fuel gas to the gas engine at or below a predetermined ratio at which stable operation is possible without special control.
Specifically, in the power generation system of the present invention, the inflow amount of the auxiliary fuel gas to the second mixer is adjusted by a pressure regulator provided in the auxiliary fuel pipe, and the main fuel gas and the auxiliary fuel to the gas engine are adjusted. The ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the total supply flow rate with gas is initially set within a range that does not exceed a predetermined ratio at which stable operation can be performed in the gas engine.
この初期設定を行うときには、副燃料ガスの熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスの供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータによって設定圧力に調整し、副燃料配管に設けた手動バルブ等の開度を調整して流量の微調整を行うことができる。
When this initial setting is performed, assuming that the amount of heat of the auxiliary fuel gas is maximized, the ratio of the amount of heat supplied to the auxiliary fuel gas to the total amount of heat supplied to the gas engine and the amount of auxiliary fuel gas is the gas engine. The ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas is set within a range not exceeding a predetermined ratio at which stable operation is possible.
When performing the initial setting, the flow rate can be finely adjusted by adjusting the set pressure with a pressure regulator and adjusting the opening of a manual valve or the like provided in the auxiliary fuel pipe.
本発明の発電システムの運転を行う際には、第1ミキサーにおいて、燃焼用空気と主燃料ガスとの第1混合気が作り出され、第2ミキサーにおいて、第1混合気と副燃料ガスとの第2混合気が作り出される。次いで、過給機において、第2混合気が圧縮されて圧縮混合気が作り出され、この圧縮混合気が吸気マニホールドを経由してガスエンジンにおける複数の気筒に供給される。そして、制御手段によってスロットルバルブの開度を調整して、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を調整することにより、発電機を目標出力で作動させることができる。 When the power generation system of the present invention is operated, a first mixture of combustion air and main fuel gas is created in the first mixer, and the first mixture and auxiliary fuel gas are mixed in the second mixer. A second mixture is created. Next, in the supercharger, the second air-fuel mixture is compressed to produce a compressed air-fuel mixture, and this compressed air-fuel mixture is supplied to a plurality of cylinders in the gas engine via the intake manifold. Then, the generator can be operated at the target output by adjusting the opening of the throttle valve by the control means and adjusting the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine.
本発明の発電システムにおいて、ガスエンジンの出力を上昇させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が増加し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が増加することによって、過給機の回転数が増加する。これにより、過給機への第2混合気の流入量、第2ミキサーへの第1混合気の流入量及び第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ増加し、第2ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が増加することにより、第2ミキサーへの副燃料ガスの流入量が増加する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が増加したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も増加させることができる。
In the power generation system of the present invention, when the output of the gas engine is increased, the opening of the throttle valve is increased by a command from the control means, and the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine is increased. At this time, the rotational speed of the supercharger increases as the temperature of the exhaust gas from the gas engine increases. As a result, the inflow amount of the second air-fuel mixture to the supercharger, the inflow amount of the first air-fuel mixture to the second mixer, and the inflow amount of combustion air to the first mixer increase, respectively, and the venturi of the second mixer As the suction force increases, the amount of inflow of the auxiliary fuel gas to the second mixer increases.
Thus, when the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine increases, the supply flow rates of the combustion air and the auxiliary fuel gas to the gas engine can also be increased.
一方、ガスエンジンの出力を低下させるときには、制御手段からの指令によってスロットルバルブの開度が減少し、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少する。このとき、ガスエンジンからの排ガスの温度が減少することによって、過給機の回転数が減少する。これにより、過給機への第2混合気の流入量、第2ミキサーへの第1混合気の流入量及び第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量がそれぞれ減少し、第2ミキサーのベンチュリーにおける吸引力が減少することにより、第2ミキサーへの副燃料ガスの流入量が減少する。
こうして、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量が減少したときには、ガスエンジンへの燃焼用空気及び副燃料ガスの供給流量も減少させることができる。
On the other hand, when the output of the gas engine is reduced, the opening of the throttle valve is reduced by a command from the control means, and the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine is reduced. At this time, the rotational speed of the supercharger decreases due to a decrease in the temperature of the exhaust gas from the gas engine. As a result, the inflow amount of the second air-fuel mixture to the supercharger, the inflow amount of the first air-fuel mixture to the second mixer, and the inflow amount of combustion air to the first mixer are reduced, respectively, and the venturi of the second mixer is reduced. By reducing the suction force at, the inflow amount of the auxiliary fuel gas to the second mixer is reduced.
Thus, when the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine decreases, the supply flow rates of the combustion air and the auxiliary fuel gas to the gas engine can also be reduced.
そして、本発明の発電システムにおいても、上記第1の発明と同様に、主燃料ガスによって副燃料ガスの熱量の変動を補い、発電機が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジンへ供給することができる。
また、副燃料配管から第2ミキサーへ供給される副燃料ガスの圧力は、圧力レギュレータによって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスのタンク等における元圧が変動しても、第2ミキサーへの第1混合気の流入量に応じて、第2ミキサーへの副燃料ガスの流入量を安定して変化させることができる。また、第2ミキサーへの副燃料ガスの流入量は、常に第2ミキサーへの第1混合気の流入量と、圧力レギュレータによる設定圧力により決定され、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量の変化に応じて、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量を安定して変化させることができる。
Also in the power generation system of the present invention, as in the first aspect of the invention, the main fuel gas compensates for the variation in the calorific value of the auxiliary fuel gas, and the fuel gas having the calorific value necessary for the generator to produce the target output, It can always be supplied to the gas engine.
Further, since the pressure of the auxiliary fuel gas supplied from the auxiliary fuel pipe to the second mixer is set to a predetermined value by the pressure regulator, even if the original pressure in the tank of the auxiliary fuel gas fluctuates, The inflow amount of the auxiliary fuel gas to the second mixer can be stably changed according to the inflow amount of the first air-fuel mixture to the two mixers. The inflow amount of the auxiliary fuel gas to the second mixer is always determined by the inflow amount of the first air-fuel mixture to the second mixer and the set pressure by the pressure regulator, and the main fuel gas supply flow rate to the gas engine is According to the change, the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the gas engine can be changed stably.
これにより、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給流量に対するガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスの熱量が変動した場合、又は発電機に対する負荷が変動してガスエンジンの出力が変動する場合においても、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、ガスエンジンの運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
Thereby, the ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the gas engine with respect to the total supply flow rate of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas to the gas engine is the initially set rate, that is, the predetermined rate at which the gas engine can be stably operated. Can not be exceeded.
Even when the heat amount of the auxiliary fuel gas fluctuates or when the load on the generator fluctuates and the output of the gas engine fluctuates, the sub fuel gas with respect to the total supply heat amount of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas to the gas engine changes. It is possible to prevent the ratio of the supply heat amount of the fuel gas from exceeding a predetermined ratio at which stable operation can be performed in the gas engine. Therefore, it is possible to prevent the operation of the gas engine from becoming unstable.
それ故、本発明の発電システムによっても、スロットルバルブ以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。 Therefore, even with the power generation system of the present invention, the ratio of the amount of heat supplied to the sub-fuel gas to the gas engine is always stably operated without using any valve other than the throttle valve for controlling the opening degree and without performing any special control. Can be kept below a predetermined ratio.
上述した第1、第2の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第1、第2の発明において、上記主燃料ガスとしては、メタン等を含有する都市ガス(13A等)を用いることができる。また、上記副燃料ガスとしては、有機性廃棄物(家畜糞尿、生ゴミ、有機性残さ、下水汚泥等)を発酵させて生成したバイオガス、木質系廃棄物(工場端材、建築廃材等)を熱分解させて発生させたバイオガス、工場等で発生する副生ガス等の燃料ガスを用いることができる。また、これ以外にも、副燃料ガスとしては、主燃料ガスと異なる一般的なガス体燃料を用いることもできる。
A preferred embodiment in the first and second inventions described above will be described.
In the first and second inventions, city gas (such as 13A) containing methane or the like can be used as the main fuel gas. The secondary fuel gas includes biogas produced by fermenting organic waste (livestock manure, raw garbage, organic residue, sewage sludge, etc.), wood waste (factory scrap, building waste, etc.) A fuel gas such as a biogas generated by pyrolyzing and by-product gas generated in a factory or the like can be used. In addition, a general gas fuel different from the main fuel gas may be used as the auxiliary fuel gas.
また、第1の発明においては、上記圧力レギュレータは、その設定圧力を調整するパイロット部が上記空気配管に接続してあることにより、該空気配管における上記燃焼用空気の圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて上記設定圧力を低く補正するよう構成することが好ましい(請求項2)。
また、第2の発明においては、上記圧力レギュレータは、その設定圧力を調整するパイロット部が、上記第1ミキサーと上記第2ミキサーとを接続する吸気配管に接続してあることにより、該吸気配管における上記第1混合気の圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて上記設定圧力を低く補正するよう構成することが好ましい(請求項4)。
これらの場合には、空気配管における燃焼用空気の圧力が若干変動したときでも、この変動による影響により、ガスエンジンへの副燃料ガスの供給流量が変動してしまうことを防止することができる。
In the first invention, when the pressure of the combustion air in the air pipe decreases because the pilot regulator for adjusting the set pressure is connected to the air pipe, the pressure regulator It is preferable that the set pressure is corrected to be low as the pressure decreases (claim 2).
According to a second aspect of the present invention, the pilot regulator for adjusting the set pressure is connected to an intake pipe connecting the first mixer and the second mixer, so that the intake pipe When the pressure of the first air-fuel mixture is reduced, the set pressure is preferably corrected to be low according to the pressure drop.
In these cases, even when the pressure of the combustion air in the air pipe slightly varies, it is possible to prevent the supply flow rate of the auxiliary fuel gas to the gas engine from fluctuating due to the influence of the variation.
また、第1の発明において、上記圧力レギュレータによる上記副燃料ガスの設定圧力は、上記空気配管における上記燃焼用空気の圧力とほぼ同じに設定することができる。これにより、第1の発明においては、第1ミキサーへの燃焼用空気の流入量に応じて、第1ミキサーへの副燃料ガスの流入量を一層安定して変化させることができる。
また、第2の発明において、上記圧力レギュレータによる上記副燃料ガスの設定圧力は、上記第2ミキサーの入口における上記第1混合気の圧力とほぼ同じに設定することができる。これにより、第2ミキサーへの第1混合気の流入量に応じて、第2ミキサーへの副燃料ガスの流入量を一層安定して変化させることができる。
In the first invention, the set pressure of the auxiliary fuel gas by the pressure regulator can be set to be substantially the same as the pressure of the combustion air in the air pipe. Thereby, in 1st invention, according to the inflow amount of the combustion air to a 1st mixer, the inflow amount of the sub fuel gas to a 1st mixer can be changed more stably.
In the second aspect of the invention, the set pressure of the auxiliary fuel gas by the pressure regulator can be set to be substantially the same as the pressure of the first air-fuel mixture at the inlet of the second mixer. Thereby, the inflow amount of the auxiliary fuel gas to the second mixer can be changed more stably according to the inflow amount of the first air-fuel mixture to the second mixer.
また、上記副燃料配管には、該副燃料配管を開閉することができる電磁弁を設けることが好ましい(請求項5)。
この場合には、電磁弁により副燃料配管を閉じたときには、主燃料ガスのみを用いて発電システムの運転を行うことができる。
The auxiliary fuel pipe is preferably provided with an electromagnetic valve capable of opening and closing the auxiliary fuel pipe.
In this case, when the auxiliary fuel pipe is closed by the electromagnetic valve, the power generation system can be operated using only the main fuel gas.
以下に、本発明の発電システムにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
(実施例1)
本例の発電システム1は、図1に示すごとく、複数の気筒21を備えたガスエンジン2の出力によって発電機11を作動させるよう構成してある。この発電システム1は、都市ガス等の主燃料ガスF1をガスエンジン2へ供給する主燃料供給系統と、バイオガス等の副燃料ガスF2をガスエンジン2へ供給する副燃料供給系統とを有しており、主燃料ガスF1と副燃料ガスF2とを混焼させてガスエンジン2を運転するよう構成してある。
Hereinafter, embodiments of the power generation system of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
As shown in FIG. 1, the power generation system 1 of this example is configured to operate the
同図に示すごとく、本例の副燃料供給系統は、バイオガス等の副燃料ガスF2が供給される副燃料配管6と、副燃料配管6に設けた圧力レギュレータ61と、燃焼用空気Aが供給される空気配管4と、空気配管4から流入する燃焼用空気Aに、副燃料配管6から流入する副燃料ガスF2を混合して第1混合気M1を作り出す第1ミキサー7Aとを有している。第1ミキサー7Aは、空気配管4から流入する燃焼用空気Aがベンチュリー71を通過する際に生じる吸引力に応じて、副燃料配管6から圧力レギュレータ61による圧力設定後の副燃料ガスF2が吸引されるよう構成してある。
As shown in the figure, the auxiliary fuel supply system of this example includes an
図1に示すごとく、本例の主燃料供給系統は、主燃料ガスF1が供給される主燃料配管5と、主燃料配管5に設けたスロットルバルブ51と、第1ミキサー7Aから流入する第1混合気M1に、主燃料配管5からスロットルバルブ51による流量調整後の主燃料ガスF1を混合して第2混合気M2を作り出す第2ミキサー7Bとを有している。
また、第2ミキサー7Bの下流側には、ガスエンジン2からの排ガスGを利用し第2ミキサー7Bから流入する第2混合気M2を圧縮して圧縮混合気M3を作り出す過給機3と、過給機3から流入する圧縮混合気M3を複数の気筒21へ分岐させて供給する吸気マニホールド22とが接続してある。また、発電システム1は、電子制御ユニット等の制御手段8によって制御可能であり、スロットルバルブ51の開度は、制御手段8によって、発電機11の発電出力が目標出力になるよう制御される。
As shown in FIG. 1, the main fuel supply system of this example includes a main fuel pipe 5 to which a main fuel gas F1 is supplied, a
Further, on the downstream side of the
発電システム1を運転する際には、制御手段8により発電機11の目標出力に応じてスロットルバルブ51の開度を調整して、第2ミキサー7Bへの主燃料ガスF1の流入量が決定されると共に、ガスエンジン2の出力に応じて過給機3の回転数が変化し、過給機3の回転数に応じて第1ミキサー7Aへの燃焼用空気Aの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Aの流入量に応じて第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量が決定される。
When operating the power generation system 1, the opening of the
そして、発電システム1においては、制御手段8により発電機11の目標出力に応じてスロットルバルブ51の開度を調整することにより、副燃料ガスF2だけでは不足する目標出力を出すために必要な熱量を、主燃料ガスF1によって補い、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給流量に対する副燃料ガスF2の供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成してある。
In the power generation system 1, the control means 8 adjusts the opening degree of the
以下に、本例の発電システム1につき、図1、図2と共に詳説する。
本例の発電システム1は、商用電源との連系により発電機11を作動させる系統連系タイプのものであり、商用電源の周波数(50Hz又は60Hz)に合わせて、発電機11を回転させる。そして、本例の発電機11は、商用電源の周波数によって決定される一定の回転数でロータを回転させて発電を行う。
Hereinafter, the power generation system 1 of this example will be described in detail with reference to FIGS.
The power generation system 1 of this example is of a grid connection type that operates the
本例の制御手段8は、発電機11の発電出力を電力計81によって測定し、この発電出力が目標出力になるようスロットルバルブ51の開度を調整して、フィードバック制御を行うよう構成してある。なお、制御手段8は、ガスエンジン2の回転数が目標回転数になるようスロットルバルブ51の開度を調整することもできる。
The control means 8 of this example is configured to measure the power generation output of the
図1に示すごとく、本例の過給機3は、ガスエンジン2から排気される排ガスGのエネルギーを利用して作動する排ガス過給機3である。この排ガス過給機3は、ガスエンジン2の複数の気筒21における排気口を集結した排気マニホールド23内を通過する排ガスGによって回転するタービンホイール31と、このタービンホイール31の同軸上に連結し、タービンホイール31の回転を受けて回転するコンプレッサホイール32とを有して構成されている。そして、第2ミキサー7Bから過給機3へ送られた第2混合気M2は、コンプレッサホイール32によって圧縮混合気M3とされて、ガスエンジン2へ供給される。
本例のスロットルバルブ51は、制御手段8からの指令を受け、主燃料ガスF1を通過させる通過口に配設したバルブ本体511を、アクチュエータ512によって動作させて、上記通過口の開度を調整するよう構成されている。
As shown in FIG. 1, the
The
図2に示すごとく、本例の第1ミキサー7Aは、メイン通路70内にベンチュリー71を設け、このベンチュリー71におけるスロート部(絞り部)711の外周に、サブ通路72における複数の先端開口穴721を開口させて構成したものである。そして、メイン通路70内におけるベンチュリー71を燃焼用空気Aが通過すると、ベンチュリー71におけるスロート部711が負圧になり、この負圧による吸引力によってサブ通路72からメイン通路70内へ副燃料ガスF2を吸引することができる。
また、本例の第2ミキサー7Bも、第1ミキサー7Aと同様の構成を有しており、メイン通路70を通過する第1混合気M1に主燃料ガスF1を混合するよう構成されている。
As shown in FIG. 2, the first mixer 7 </ b> A of this example is provided with a
The
また、図1に示すごとく、第1ミキサー7A、第2ミキサー7B、及び過給機3のコンプレッサホイール32は、吸気配管12によって接続してある。
また、本例の副燃料配管6には、圧力レギュレータ61の下流側に、副燃料配管6を開閉することができる電磁弁62が設けてある。この電磁弁62は、他の制御手段8等によって動作可能であり、ガスエンジン2において、主燃料ガスF1と副燃料ガスF2とを用いて混焼させて運転を行う際には、常時、副燃料配管6を開けた状態にあり、ガスエンジン2において、主燃料ガスF1のみを燃焼させて運転を行う際には、副燃料配管6を閉じるよう構成してある。
Further, as shown in FIG. 1, the first mixer 7 </ b> A, the second mixer 7 </ b> B, and the
Further, the
同図に示すごとく、本例においては、空気配管4は大気に開放されており、副燃料配管6は、バイオガス等の副燃料ガスF2が生成又は貯蔵されたタンク(図示略)に接続されている。また、圧力レギュレータ61による副燃料ガスF2の設定圧力は、ほぼ大気圧となるよう設定してある。
空気配管4の入口部には、ガスエンジン2への異物混入を防止するためのエアフィルター41が配設してある。そして、発電システム1を長期間稼働させる際には、空気配管4におけるエアフィルター41の下流側においては、エアフィルター41に生じた詰まりによって大気圧よりも若干負圧になっている。
As shown in the figure, in this example, the
An
図1に示すごとく、本例の圧力レギュレータ61は、その設定圧力を調整するパイロット部611が、配管612によって空気配管4におけるエアフィルター41の配設位置よりも下流側であって、第1ミキサー7Aよりも上流側に接続してある。そして、圧力レギュレータ61は、空気配管4におけるエアフィルター41の下流側の燃焼用空気Aの圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて設定圧力を低く補正するよう構成してある。
As shown in FIG. 1, in the
具体的には、発電システム1を長期間稼働させる際に、エアフィルター41に詰まりが生じたときには、エアフィルター41における圧損の増加により、エアフィルター41の下流側における燃焼用空気Aの圧力が若干低下するものの、この圧力の若干の低下に応じて、圧力レギュレータ61の設定圧力も若干低く補正される。これにより、圧力レギュレータ61の設定圧力がエアフィルター41の下流側における燃焼用空気Aの圧力よりも相対的に高くなってしまうことが抑制され、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量が若干増加してしまうことを抑制することができる。そのため、発電システム1を長期的に稼働させる際に、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給流量が若干増加してしまうことを抑制することができる。
Specifically, when the
また、発電システム1の運転前においては、圧力レギュレータ61の設定圧力を所定の値に設定することにより、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の供給圧力が決定される。また、副燃料配管6において、圧力レギュレータ61と電磁弁62との間には、手動のバルブを配設することができる。そして、発電システム1の初期設定時等には、上記手動のバルブを操作して、副燃料ガスF2の流量の調整をしておくことができる。
また、圧力レギュレータ61による副燃料ガスF2の圧力の設定により、副燃料ガスF2中に、水素やブタン等のノッキングを起こしやすいガスが含まれる場合には、ノッキングを回避するために副燃料ガスF2の混合割合を、所定の割合以下に抑えることができる。
In addition, before the operation of the power generation system 1, the supply pressure of the auxiliary fuel gas F2 to the
In addition, when the pressure of the auxiliary fuel gas F2 is set by the
また、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給熱量は、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給熱量と副燃料ガスF2の供給熱量との合計供給熱量に対して、上記ノッキングを防止できる範囲で決定することができる。また、主燃料ガスF1の供給熱量は、上記合計供給熱量に対して、発電機11における急激な負荷変動に追従できる範囲で決定することができる。そして、副燃料ガスF2の供給熱量を主燃料ガスF1の供給熱量よりも多くしても、ガスエンジン2の運転が可能である。なお、主燃料ガスF1の供給熱量は、上記合計供給熱量に対して、最低でも10%程度は必要と考える。
Further, the amount of heat supplied to the
本例の発電システム1は、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができるものである。
具体的には、本例の発電システム1においては、副燃料配管6に設けた圧力レギュレータ61によって、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量を調整しておき、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給流量に対する副燃料ガスF2の供給流量の割合を、ガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。
The power generation system 1 of this example can keep the ratio of the amount of heat supplied from the auxiliary fuel gas F2 to the
Specifically, in the power generation system 1 of this example, the inflow amount of the auxiliary fuel gas F2 to the
この初期設定を行うときには、副燃料ガスF2の熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給熱量に対する副燃料ガスF2の供給熱量の割合が、ガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスF2の供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータ61によって設定圧力に調整し、副燃料配管6に設けた手動バルブの開度を調整して流量の微調整を行うことができる。
When performing this initial setting, it is assumed that the amount of heat of the auxiliary fuel gas F2 is maximized, and the amount of heat supplied to the auxiliary fuel gas F2 with respect to the total amount of supplied heat of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2 to the
When performing the initial setting, the flow rate can be finely adjusted by adjusting the set pressure by the
本例の発電システム1の運転を行う際には、第1ミキサー7Aにおいて、燃焼用空気Aと副燃料ガスF2との第1混合気M1が作り出され、第2ミキサー7Bにおいて、第1混合気M1と主燃料ガスF1との第2混合気M2が作り出される。次いで、過給機3において、第2混合気M2が圧縮されて圧縮混合気M3が作り出され、この圧縮混合気M3が吸気マニホールド22を経由してガスエンジン2における複数の気筒21に供給される。そして、制御手段8によってスロットルバルブ51の開度を調整して、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量を調整することにより、発電機11を目標出力で作動させることができる。
When the power generation system 1 of this example is operated, the
本例の発電システム1において、ガスエンジン2の出力を上昇させるときには、制御手段8からの指令によってスロットルバルブ51の開度が増加し、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量が増加する。このとき、ガスエンジン2からの排ガスGの温度が増加することによって、過給機3の膨張仕事が増加し、過給機3の回転数が増加する。これにより、過給機3への第2混合気M2の流入量、第2ミキサー7Bへの第1混合気M1の流入量及び第1ミキサー7Aへの燃焼用空気Aの流入量がそれぞれ増加し、第1ミキサー7Aのベンチュリー71における吸引力が増加することにより、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量が増加する。
こうして、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量が増加したときには、ガスエンジン2への燃焼用空気A及び副燃料ガスF2の供給流量も増加させることができる。
In the power generation system 1 of this example, when the output of the
Thus, when the supply flow rate of the main fuel gas F1 to the
一方、ガスエンジン2の出力を低下させるときには、制御手段8からの指令によってスロットルバルブ51の開度が減少し、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量が減少する。このとき、ガスエンジン2からの排ガスGの温度が減少することによって、過給機3の膨張仕事が減少し、過給機3の回転数が減少する。これにより、過給機3への第2混合気M2の流入量、第2ミキサー7Bへの第1混合気M1の流入量及び第1ミキサー7Aへの燃焼用空気Aの流入量がそれぞれ減少し、第1ミキサー7Aのベンチュリー71における吸引力が減少することにより、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量が減少する。
こうして、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量が減少したときには、ガスエンジン2への燃焼用空気A及び副燃料ガスF2の供給流量も減少させることができる。
On the other hand, when the output of the
Thus, when the supply flow rate of the main fuel gas F1 to the
そして、本例の発電システム1においては、副燃料ガスF2の組成等が変化し、その熱量が変動したときには、この熱量の変動を主燃料ガスF1の供給流量によって補うことができる。具体的には、副燃料ガスF2の熱量が減少したときには、制御手段8は、発電機11の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブ51の開度を増加させ、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量を増加させることができる。一方、副燃料ガスF2の熱量が増加したときには、制御手段8は、発電機11の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブ51の開度を減少させ、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量を減少させることができる。これにより、本例においては、副燃料ガスF2の熱量の変動を補い、発電機11が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジン2へ供給することができる。
In the power generation system 1 of this example, when the composition or the like of the auxiliary fuel gas F2 changes and the amount of heat changes, the change in the amount of heat can be compensated by the supply flow rate of the main fuel gas F1. Specifically, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas F2 decreases, the control means 8 increases the opening of the
また、副燃料配管6から第1ミキサー7Aへ供給される副燃料ガスF2の圧力は、圧力レギュレータ61によって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスF2のタンク等における元圧が変動しても、第1ミキサー7Aへの燃焼用空気Aの流入量に応じて、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量を安定して変化させることができる。また、第1ミキサー7Aへの副燃料ガスF2の流入量は、常に第1ミキサー7Aへの燃焼用空気Aの流入量と、圧力レギュレータ61による設定圧力により決定され、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量の変化に応じて、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給流量を安定して変化させることができる。
Further, the pressure of the auxiliary fuel gas F2 supplied from the
これにより、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給流量に対するガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスF2の熱量が変動した場合、又は発電機11に対する負荷が変動してガスエンジン2の出力が変動する場合においても、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給熱量に対する副燃料ガスF2の供給熱量の割合が、ガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、ガスエンジン2の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
Thereby, the ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas F2 to the
Further, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas F2 fluctuates or when the load on the
それ故、本例の発電システム1によれば、スロットルバルブ51以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。
Therefore, according to the power generation system 1 of this example, the ratio of the amount of heat supplied to the
また、本例の発電システム1においては、ガスエンジン2に供給される燃料ガスの熱量に応じて、燃焼用空気Aがガスエンジン2に供給されることになる。そのため、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン2における空気比(空気過剰率、すなわち実際に供給した空気量を、理論上、燃料ガスを完全燃焼させるために要する空気量で割った値)をほぼ一定に保つことができる。なお、ガスエンジン2における空気比は、過給機3の特性、燃焼用空気Aの温度等の影響を受けて若干変化することがある。
Further, in the power generation system 1 of this example, the combustion air A is supplied to the
(実施例2)
本例は、図3に示すごとく、燃焼用空気Aと主燃料ガスF1とを混合した第1混合気M1に、副燃料ガスF2を混合して第2混合気M2を作り出すよう構成した例である。
本例の発電システム1も、都市ガス等の主燃料ガスF1をガスエンジン2へ供給する主燃料供給系統と、バイオガス等の副燃料ガスF2をガスエンジン2へ供給する副燃料供給系統とを有している。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 3, the first mixture M1 obtained by mixing the combustion air A and the main fuel gas F1 is mixed with the auxiliary fuel gas F2 to create the second mixture M2. is there.
The power generation system 1 of this example also includes a main fuel supply system that supplies a main fuel gas F1 such as city gas to the
同図に示すごとく、本例の主燃料供給系統は、燃焼用空気Aが供給される空気配管4と、主燃料ガスF1が供給される主燃料配管5と、主燃料配管5に設けたスロットルバルブ51と、空気配管4から流入する燃焼用空気Aに主燃料配管5からスロットルバルブ51による流量調整後の主燃料ガスF1を混合して第1混合気M1を作り出す第1ミキサー7Aとを有している。
As shown in the figure, the main fuel supply system of this example includes an
本例の副燃料供給系統は、バイオガス等の副燃料ガスF2が供給される副燃料配管6と、副燃料配管6に設けた圧力レギュレータ61と、第1ミキサー7Aから流入する第1混合気M1に副燃料配管6から流入する副燃料ガスF2を混合して第2混合気M2を作り出す第2ミキサー7Bとを有している。第2ミキサー7Bは、第1ミキサー7Aから流入する第1混合気M1がベンチュリー71を通過する際に生じる吸引力に応じて、副燃料配管6から圧力レギュレータ61による圧力設定後の副燃料ガスF2が吸引されるよう構成してある。
The auxiliary fuel supply system of this example includes an
本例の発電システム1においては、制御手段8により発電機11の目標出力に応じてスロットルバルブ51の開度を制御して、第1ミキサー7Aへの主燃料ガスF1の流入量が決定されると共に、ガスエンジン2の出力に応じて過給機3の回転数が変化し、過給機3の回転数に応じて第1ミキサー7Aへの燃焼用空気Aの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Aの流入量に応じて第2ミキサー7Bへの副燃料ガスF2の流入量が決定される。
また、本例の圧力レギュレータ61は、その設定圧力を調整するパイロット部611が、配管612によって第1ミキサー7Aと第2ミキサー7Bとを接続する吸気配管12に接続してある。
In the power generation system 1 of this example, the opening of the
Further, in the
本例の発電システム1においては、副燃料配管6に設けた圧力レギュレータ61によって、第2ミキサー7Bへの副燃料ガスF2の流入量を調整しておき、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給流量に対する副燃料ガスF2の供給流量の割合を、ガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。
In the power generation system 1 of this example, the inflow amount of the auxiliary fuel gas F2 to the
この初期設定を行うときには、副燃料ガスF2の熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給熱量に対する副燃料ガスF2の供給熱量の割合が、ガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスF2の供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータ61によって設定圧力に調整し、副燃料配管6に設けた手動バルブ等の開度を調整して流量の微調整を行うことができる。
When performing this initial setting, it is assumed that the amount of heat of the auxiliary fuel gas F2 is maximized, and the amount of heat supplied to the auxiliary fuel gas F2 with respect to the total amount of supplied heat of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2 to the
When the initial setting is performed, the flow rate can be finely adjusted by adjusting the set pressure by the
本例の発電システム1の運転を行う際には、第1ミキサー7Aにおいて、燃焼用空気Aと主燃料ガスF1との第1混合気M1が作り出され、第2ミキサー7Bにおいて、第1混合気M1と副燃料ガスF2との第2混合気M2が作り出される。次いで、過給機3において、第2混合気M2が圧縮されて圧縮混合気M3が作り出され、この圧縮混合気M3が吸気マニホールド22を経由してガスエンジン2における複数の気筒21に供給される。そして、制御手段8によってスロットルバルブ51の開度を調整して、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量を調整することにより、発電機11を目標出力で作動させることができる。
When the power generation system 1 of this example is operated, the first mixture M1 of the combustion air A and the main fuel gas F1 is produced in the
そして、本例の発電システム1においても、上記実施例1と同様に、主燃料ガスF1によって副燃料ガスF2の熱量の変動を補い、発電機11が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジン2へ供給することができる。
また、副燃料配管6から第2ミキサー7Bへ供給される副燃料ガスF2の圧力は、圧力レギュレータ61によって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスF2のタンク等における元圧が変動しても、第2ミキサー7Bへの第1混合気M1の流入量に応じて、第2ミキサー7Bへの副燃料ガスF2の流入量を安定して変化させることができる。また、第2ミキサー7Bへの副燃料ガスF2の流入量は、常に第2ミキサー7Bへの第1混合気M1の流入量と、圧力レギュレータ61による設定圧力により決定され、ガスエンジン2への主燃料ガスF1の供給流量の変化に応じて、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給流量を安定して変化させることができる。
In the power generation system 1 of this example as well, as in the first embodiment, the main fuel gas F1 compensates for the variation in the amount of heat of the sub fuel gas F2, and the fuel of the amount of heat necessary for the
Further, the pressure of the auxiliary fuel gas F2 supplied from the
これにより、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給流量に対するガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスF2の熱量が変動した場合、又は発電機11に対する負荷が変動してガスエンジン2の出力が変動する場合においても、ガスエンジン2への主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との合計供給熱量に対する副燃料ガスF2の供給熱量の割合が、ガスエンジン2において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、ガスエンジン2の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
Thereby, the ratio of the supply flow rate of the auxiliary fuel gas F2 to the
Further, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas F2 fluctuates or when the load on the
それ故、本例の発電システム1によっても、スロットルバルブ51以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン2への副燃料ガスF2の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。本例においても、その他の構成は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
Therefore, even with the power generation system 1 of the present example, the ratio of the amount of heat supplied to the
1 発電システム
11 発電機
2 ガスエンジン
21 気筒
22 吸気マニホールド
3 過給機
4 空気配管
5 主燃料配管
51 スロットルバルブ
6 副燃料配管
61 圧力レギュレータ
62 電磁弁
7A 第1ミキサー
7B 第2ミキサー
71 ベンチュリー
8 制御手段
A 燃焼用空気
F1 主燃料ガス
F2 副燃料ガス
M1 第1混合気
M2 第2混合気
M3 圧縮混合気
G 排ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
該空気配管から流入する上記燃焼用空気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該燃焼用空気に当該副燃料ガスを混合して、第1混合気を作り出す第1ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第1ミキサーから流入する上記第1混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第2混合気を作り出す第2ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第2ミキサーから流入する上記第2混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成してあり、
上記制御手段は、上記副燃料ガスの熱量が減少したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を増加させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を増加させ、一方、上記副燃料ガスの熱量が増加したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を減少させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を減少させるよう構成してあることを特徴とする発電システム。 A gas engine with multiple cylinders;
A generator operated by the output of the gas engine;
An auxiliary fuel pipe to which an auxiliary fuel gas such as biogas is supplied;
A pressure regulator provided in the auxiliary fuel pipe;
An air pipe to which combustion air is supplied;
In response to the suction force generated when the combustion air flowing in from the air pipe passes through the venturi, the auxiliary fuel gas after the pressure is set by the pressure regulator flows in from the auxiliary fuel pipe. A first mixer that mixes the secondary fuel gas with air to produce a first air-fuel mixture;
A main fuel pipe to which main fuel gas is supplied;
A throttle valve provided in the main fuel pipe;
A second mixer that mixes the first fuel mixture flowing in from the first mixer with the main fuel gas after flow adjustment by the throttle valve from the main fuel pipe to create a second gas mixture;
Using the exhaust gas from the gas engine, compressing the second gas mixture flowing in from the second mixer, and creating a compressed gas mixture;
An intake manifold that supplies the compressed air-fuel mixture flowing from the supercharger in a branched manner to the plurality of cylinders;
Control means for adjusting the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output,
By adjusting the opening degree of the throttle valve in accordance with the target output of the generator by the control means, the amount of heat required to produce the target output that is insufficient with only the auxiliary fuel gas is determined by the main fuel gas. In addition, the ratio of the supply flow rate of the sub fuel gas to the total supply flow rate of the main fuel gas and the sub fuel gas to the gas engine is configured to be kept below the initially set ratio ,
The control means increases the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output when the amount of heat of the auxiliary fuel gas decreases, and the main fuel gas to the gas engine is increased. On the other hand, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas is increased, the opening of the throttle valve is decreased so that the power generation output of the generator becomes the target output, and the gas engine is supplied to the gas engine. A power generation system configured to reduce a supply flow rate of the main fuel gas .
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第1混合気を作り出す第1ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた圧力レギュレータと、
上記第1ミキサーから流入する上記第1混合気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該第1混合気に当該副燃料ガスを混合して、第2混合気を作り出す第2ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第2ミキサーから流入する上記第2混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御手段とを有しており、
上記制御手段により上記発電機の目標出力に応じて上記スロットルバルブの開度を調整することにより、上記副燃料ガスだけでは不足する上記目標出力を出すために必要な熱量を、上記主燃料ガスによって補い、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの合計供給流量に対する上記副燃料ガスの供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つよう構成してあり、
上記制御手段は、上記副燃料ガスの熱量が減少したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を増加させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を増加させ、一方、上記副燃料ガスの熱量が増加したときには、上記発電機の発電出力が目標出力になるように、上記スロットルバルブの開度を減少させて、上記ガスエンジンへの上記主燃料ガスの供給流量を減少させるよう構成してあることを特徴とする発電システム。 A gas engine with multiple cylinders;
A generator operated by the output of the gas engine;
An air pipe to which combustion air is supplied;
A main fuel pipe to which main fuel gas is supplied;
A throttle valve provided in the main fuel pipe;
A first mixer for mixing the combustion air flowing in from the air pipe with the main fuel gas after flow adjustment by the throttle valve from the main fuel pipe to create a first air-fuel mixture;
An auxiliary fuel pipe to which an auxiliary fuel gas such as biogas is supplied;
A pressure regulator provided in the auxiliary fuel pipe;
According to the suction force generated when the first air-fuel mixture flowing in from the first mixer passes through the venturi, the auxiliary fuel gas after pressure setting by the pressure regulator flows from the auxiliary fuel pipe, A second mixer for mixing the auxiliary fuel gas with the first mixture to create a second mixture;
Using the exhaust gas from the gas engine, compressing the second gas mixture flowing in from the second mixer, and creating a compressed gas mixture;
An intake manifold that supplies the compressed air-fuel mixture flowing from the supercharger in a branched manner to the plurality of cylinders;
Control means for adjusting the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output,
By adjusting the opening degree of the throttle valve in accordance with the target output of the generator by the control means, the amount of heat required to produce the target output that is insufficient with only the auxiliary fuel gas is determined by the main fuel gas. In addition, the ratio of the supply flow rate of the sub fuel gas to the total supply flow rate of the main fuel gas and the sub fuel gas to the gas engine is configured to be kept below the initially set ratio ,
The control means increases the opening of the throttle valve so that the power generation output of the generator becomes a target output when the amount of heat of the auxiliary fuel gas decreases, and the main fuel gas to the gas engine is increased. On the other hand, when the amount of heat of the auxiliary fuel gas is increased, the opening of the throttle valve is decreased so that the power generation output of the generator becomes the target output, and the gas engine is supplied to the gas engine. A power generation system configured to reduce a supply flow rate of the main fuel gas .
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