JP5275863B2 - 燃料ガスクーラおよびガスエンジン - Google Patents

Description

本発明は、例えば、コージェネレーション装置等の発電装置に使用可能な燃料ガスクーラおよびガスエンジンに関する。

従来、例えば、ガスエンジンの燃料ガスは、ガスコンプレッサによって昇圧（昇温）され、この昇圧された燃料ガスをガスクーラで冷却する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このように、昇圧された燃料ガスを冷却した状態で空気と混合させることは、希薄燃焼ガスを燃料とするガスエンジンの性能を維持する上で重要である。

特開平６−３４６７９９号公報

しかしながら、前記特許文献１にガスクーラは記載されているものの、同文献１の図１によればガスクーラは空冷式のものである。かかる空冷式のガスクーラをエンジンと同一のパッケージに収納する場合は、エンジン等の熱により、パッケージ内の空気が高温となるため、換気ファンによる空冷だけでは冷却性能が不足するおそれがある。

そこで、本願発明の課題は、燃料ガスクーラとエンジンとを同じパッケージに収納する場合で換気ファンによる空冷だけでは冷却性能が不足する場合に、その冷却性能の不足を補うことのできる燃料ガスクーラおよびエンジンを提供することである。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、ガスコンプレッサによって昇圧されたガスエンジンの燃料ガスを冷却する燃料ガスクーラにおいて、前記ガスエンジンの吸気経路に水冷式インタークーラを設け、前記インタークーラ用冷却水の熱交換器をパッケージ外部に設け、前記冷却水を前記熱交換器から前記インタークーラへ戻す冷却水経路から前記冷却水の一部を分岐して燃料ガスクーラの冷媒として使用し、前記インタークーラから前記熱交換器に前記冷却水を送る冷却水経路に、前記分岐した冷却水の一部を前記燃料ガスクーラ通過後に戻すことにある。

かかる本発明は、燃料ガスクーラの冷媒にインタークーラへの戻り冷却水を使用するため、換気ファンによる空冷だけでは冷却性能が不足する場合でも、その不足を補うことができる。また、インタークーラへ戻る冷却水を冷媒として使用することにより、インタークーラ冷却水回路の中で最低水温域の冷却水を使用するので冷却性能も向上する。

前記燃料ガスクーラにおいて、昇圧された燃料ガスが流れる燃料ガス管の外周にインタークーラ冷却水の通路が形成されることにある。

かかる本発明は、燃料ガスが流れる燃料ガス管を利用し、その外周を直接インタークーラ冷却水で冷却するため、燃料ガスクーラを燃料ガス管に基づく簡易な構造とすることができる。

前記燃料ガスクーラをガスコンプレッサ下流に設ける燃料系統を有することにある。

かかる本発明は、燃料ガスクーラをガスコンプレッサ下流に設けていることから、所定圧まで昇圧された燃料ガスを安定して確実に冷却することとなり、ガスエンジン燃焼に当たって必要燃料量を確保することが可能となる。

本発明は、燃料ガスクーラの冷媒にインタークーラへの戻り冷却水を使用するため、換気ファンによる空冷だけでは冷却性能が不足する場合でも、その不足を補うことができる。また、インタークーラ冷却水回路の中で最低水温域の冷却水を使用するので冷却性能も向上する。

本発明の一実施の形態に係るコージェネレーション装置全体の背面概略を示す斜視図である。 同コージェネレーション装置全体の正面概略を示す斜視図である。 同コージェネレーション装置の冷却水系統図である。 同コージェネレーション装置のガス圧縮機ユニットとガスバルブユニットとの配管を示す斜視図である。 同コージェネレーション装置の燃料ガスクーラを示す斜視図である。 同燃料ガスクーラを示し、（イ）は断面図、（ロ）は側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図６は本発明の一実施の形態を示す。図１は本実施形態のコージェネレーション装置全体の概略を示す背面斜視図、図２は同コージェネレーション装置全体の概略を示す正面斜視図、図３は同コージェネレーション装置の冷却系統図である。

本実施形態のコージェネレーション装置のパッケージ１は、図１および図２に示すように、接地されるパッケージ本体１０と、このパッケージ本体１０の上面で且つ長手方向の中央に設けられた中央ダクト２０と、この中央ダクト２０の一端側に接続された吸気ダクト３０と、中央ダクト２０の他端側に接続された排気ダクト５０とを備えている。

パッケージ本体１０内には、発電機ユニット１２、ガス供給ユニット６、高圧盤１３、コックピット１８、配電盤１９および低圧盤１１、エアクリーナ２７、ガスバルブユニット７等の関連機器が配置されている。

発電機ユニット１２はエンジン１５及び発電機１６を備えている。コックピット１８はガスエンジン１５及び発電機１６をそれぞれ制御する電子制御装置や発電機用の計器類（電圧計、電流計及び電圧調整器等）を備えており、吸気ダクト３０の下方に配置されている。ガスエンジン１５の近傍には、ガスエンジン１５に供給される潤滑油が貯留された潤滑油タンク１７が設けられている。

配電盤１９は、外部電力を取り入れて、低圧盤１１を経由して換気ファン３１や図示省略のエンジン冷却水ポンプ等に所定電力をそれぞれ供給するもので、発電機１６の側方に配置されている。

中央ダクト２０内には、排ガス系関連機器としての消臭触媒２１が内蔵されている。消臭触媒２１は、隔壁を貫通した排気管２２を介してエンジン排気口に接続されている。

吸気ダクト３０は、外気（空気）をパッケージ本体１０内に取り入れるもので、パッケージ本体１０の長手方向の一端側（図２における左右方向の右側）の上部に設けられている。また、吸気ダクト３０内には、前記複数個の換気ファン３１が内蔵されている。

図３に示すように、ガスエンジン１５は水冷式のインタークーラ（エアクーラ）２３を吸気経路に備えている。インタークーラ２３は、吸気経路に設けられ且つ図示省略の過給機が圧縮過熱した空気を冷却するもので、パッケージ本体１０外部に設置されたインタークーラ用冷却水の熱交換器（クーラ放熱用熱交換器）２４により冷却された冷却水が、インタークーラ２３に供給される。

具体的には、インタークーラ２３とクーラ放熱用熱交換器２４との間には、クーラ放熱用熱交換器２４で冷却された冷却水をインタークーラ２３に戻す戻し経路２５と、インタークーラ２３で昇温された冷却水をクーラ放熱用熱交換器２４に送る排出経路２６とが、それぞれ接続されている。なお、戻し経路２５にクーラ冷却水ポンプＰが介在されている。

ガス供給ユニット６は、パッケージ本体１０の一端側に内蔵されている。本実施の形態のガス供給ユニット６は、２基のガスコンプレッサ６１がガスコンプレッサベース６２に据え付けられた場合を例示するが、ガスコンプレッサ６１の数は限定されるものではない。

パッケージ本体１０の一側面にガス供給用接続口部４０が設けられ、このガス供給用接続口部４０は、ガス管４１によりガスコンプレッサ６１の吸入側に接続されている。そして、ガス供給用接続口部４０から供給された都市ガス等の燃料ガスは、ガス管４１を通してガスコンプレッサ６１にそれぞれ供給される。

ガスコンプレッサ６１の吐出側は、ガス供給配管５１が接続されており、このガス供給配管５１がガスバルブユニット７の吸入側に接続されている。そして、ガスコンプレッサ６１で圧縮され昇圧された燃料ガスは、ガス供給配管５１を通してガスバルブユニット７に送られる。ガスバルブユニット７は、ガスエンジン１５に接続され且つパッケージ本体１０の他端側に配置されている。

ガス供給配管５１におけるガスバルブユニット７近傍の一部には、水冷式の燃料ガスクーラ８が設けられている。この燃料ガスクーラ８は、内外二重構造に構成され、その中心に燃料ガスが流通する燃料通路が形成され、その燃料通路の外周にインタークーラ冷却水の通路が形成されている。

すなわち、燃料ガスクーラ８は、図４〜図６に示すように、燃料通路を構成する燃料ガス管としての内側管８１と、この内側管８１外周と間隔を有するように、内側管８１と同軸心上に設けられた外側管８２と、この外側管８２の両端に設けられた環状板材８３とからなる。このように内側管８１、外側管８２および環状板材８３との間に、筒状の冷却空間Ｋが水密状に形成されている。

なお、内側管８１両端は、外側管８２両端から突出しており、その両端にはフランジ８４がそれぞれ固定されている。そして、フランジ８４は、図５に示すように、ガス供給配管５１の途中に所定間隔を有して対向するフランジ５１ａ、５１ａにボルト５１ｂによりそれぞれ連結されている。燃料ガスクーラ８は、その両方のフランジ８４、８４がガス供給配管５１のフランジ５１ａ、５１ａに連結されることにより、燃料ガスクーラ８のガス通路は、ガス供給配管５１のガス通路と連通している。

外側管８２の一方（燃料ガスの上流側）には水流入口８５が設けられている。この水流入口８５と前記戻し経路２５とは、流入路８７で連結され、戻し経路２５を流れる冷却水の一部が、戻し経路２５から分岐した流入路８７を通して冷却空間Ｋ内に流入するようになっている。

また、外側管８２の他方には水流出口８６が設けられている。この水流出口８６と前記排出経路２６とは、流出路８８で連結され、冷却空間Ｋ内の冷却水が、流出路８８を通して排出経路２６に戻されるようになっている。

なお、戻し経路２５から流入路８７に流れ込む冷却水は、小量に調節されるため、戻し経路２５を流れる水量にほとんど変化がなく、インタークーラ２３の冷却性能に影響することはない。また、流入路８７および流出路８８は、剛性を有する配管であっても補強されたホースであってもよく、冷却水の圧力に耐え得るものであれば特に限定されない。

また、水流入口８５を外側管８２の燃料ガスの上流側に設け、水流出口８６を外側管８２の燃料ガスの下流側に設けたが、反対に、水流入口８５を外側管８２の燃料ガスの下流側に設け、水流出口８６を外側管８２の燃料ガスの上流側に設けることも可能である。

次に、前記構成からなるコージェネレーション装置を運転する場合について説明する。

コージェネレーション装置は、ガス供給用接続口部４０から供給された都市ガス等の燃料ガスが、ガス管４１を通してガスコンプレッサ６１に供給され、ガスコンプレッサ６１で昇圧された後に、燃料ガスクーラ８内を流れる。この燃料ガスクーラ８を出た燃料ガスはガスバルブユニット７を介してガスエンジン１５へ送られる。

また、インタークーラ２３には、クーラ冷却水ポンプＰにより戻し経路２５を流れる冷却水が流入され、この冷却水はインタークーラ２３を冷却する。インタークーラ２３を冷却して高温となった冷却水は、インタークーラ２３から吐出し排出経路２６を流れてクーラ放熱用熱交換器２４で冷却される。冷却された冷却水は、再び戻し経路２５を流れてインタークーラ２３に戻される。

戻し経路２５を流れる冷却水の一部は、流入路８７を流れて燃料ガスクーラ８の冷却空間Ｋ内に入り、冷媒として冷却空間Ｋ内を流れる。このとき、内側管８１は、冷却空間Ｋ内の冷却水を挿通した状態となるため、内側管８１およびその内部の流通路を流れる燃料ガスを冷却して燃料ガスの温度を下げることができる。燃料ガスを冷却して高温となった冷却水は、水流出口８６から吐出して流出路８８を流れ排出経路２６に入り、この排出経路２６を流れる冷却水と合流する。

温度が下げられた燃料ガスはガスバルブユニット７を介してガスエンジン１５に吸入される。ガスエンジン１５を駆動させて発電機１６を回転駆動させることにより電力を生成し、この生成された電力は、外部電力負荷に供給される。また、外部からの電力入力線（図示省略）を介して配電盤１９に供給される。かかるエンジンの駆動時には、各換気ファン３１が作動し、その吸引力により外気を吸気ダクト３０内に取り入れる。その取り入れられた外気は、吸気ダクト３０を流れてパッケージ本体１０内に入る。パッケージ本体１０内に流入した外気は、エアクリーナ２７を通過して、ガスエンジン１５に供給されるとともに、ガスエンジン１５等の構成部品を冷却した後に、排気ダクト５０を介してパッケージ本体１０外に排出される。

以上のように、本実施の形態は、燃料ガスクーラ８の冷媒にインタークーラ２３への戻り冷却水を使用しているため、換気ファン３１による空冷だけでは冷却性能が不足する場合でも、その不足を補うことができる。しかも、燃料ガスクーラ８と戻し経路２５とは、流入路８７で連結され、燃料ガスクーラ８と排出経路２６とは、流出路８８で連結されているため、冷却水を燃料ガスクーラ８に直接的に循環供給することができ、燃料ガスクーラ８とエンジン１５とを同じパッケージ１に収納する場合であっても、パッケージ１内の熱が起因する冷却性能の低下を抑えることができる。

また、燃料ガスクーラ８は、内外二重構造に構成され、その中心に燃料ガスが流通する燃料通路が形成され、その燃料通路の外周にインタークーラ冷却水の通路が形成されており、しかも、既設のインタークーラ２３の冷却経路を利用するため、構造が簡単となる利点がある。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態は、コージェネレーション装置について例示したが、本発明は、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）に採用することも可能である。

１ パッケージ
６ ガス供給ユニット
７ ガスバルブユニット
８ 燃料ガスクーラ
１０ パッケージ本体
１５ ガスエンジン
１６ 発電機
２３ インタークーラ
２４ クーラ放熱用熱交換器
２５ 戻し経路
２６ 排出経路
５１ ガス供給配管
６１ ガスコンプレッサ
８１ 内側管
８２ 外側管
８３ 環状板材
８４ フランジ
８５ 水流入口
８６ 水流出口
８７ 流入路
８８ 流出路

Claims (3)

1. ガスコンプレッサによって昇圧されたガスエンジンの燃料ガスを冷却する燃料ガスクーラにおいて、
   前記ガスエンジンの吸気経路に水冷式インタークーラを設け、前記インタークーラ用冷却水の熱交換器をパッケージ外部に設け、前記冷却水を前記熱交換器から前記インタークーラへ戻す冷却水経路から前記冷却水の一部を分岐して燃料ガスクーラの冷媒として使用し、前記インタークーラから前記熱交換器に前記冷却水を送る冷却水経路に、前記分岐した冷却水の一部を前記燃料ガスクーラ通過後に戻すことを特徴とする燃料ガスクーラ。
2. 前記請求項１に記載の燃料ガスクーラにおいて、昇圧された燃料ガスが流れる燃料ガス管の外周にインタークーラ冷却水の通路が形成されることを特徴とする燃料ガスクーラ。
3. 前記請求項１または２に記載の燃料ガスクーラをガスコンプレッサ下流に設ける燃料系統を有することを特徴とするガスエンジン。

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