JP5383247B2 - ガスエンジン駆動機器 - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンによって駆動されるエンジン駆動式空気調和機、コジェネレーションシステム等のガスエンジン駆動機器に関するものである。

ガスエンジンにより駆動されるガスエンジン駆動機器としては、エンジン駆動式空気調和機（ＧＨＰ）やコジェネレーションシステム等が知られており、特に、エンジン駆動式空気調和機は、空調に使用される電力消費量を低減し、その平準化を図るために広く普及されている。また、コンピューターが設置されているコンピューター室の年間冷房に使われる高顕熱形空気調和機として、冬期の低外気温冷房時にもエンジンの排熱を有効に利用して高圧を維持できるメリットがあることから、その利用が考えられている。

しかるに、上記ガスエンジン駆動機器を駆動するガスエンジンは、都市ガスを燃料ガスとするものが一般的であるが、都市ガスは、地震等の災害発生時に自動的に供給が遮断されるようになっているため、地震等の発生によって都市ガスの供給が途絶えたとき、エンジン駆動式空気調和機の運転も停止されてしまう。従って、例えばエンジン駆動式空気調和機を用いてコンピューター室の冷房を行っている場合は、冷房の停止に伴ってコンピューターも保護停止されてしまうことになる。

そこで、特許文献１に示されているように、常時は、ガス燃料（都市ガス）を主体にしてデュアルフューエルエンジンを運転し、非常時には、燃料切換え装置によってＬＰＧ等を含む備蓄燃料に切換えることによって、デュアルフューエルエンジンの運転を継続できるようにした非常時発電装置付き冷暖房装置が提案されている。

特公昭６０−４６２５１号公報

しかしながら、上記特許文献１には、定常供給されている主燃料（都市ガス）を、非常時に備蓄燃料（ＬＰＧ等）に切換えるための燃料切換え装置をどのように切換え操作してエンジンの運転を継続するのかについては、何も記載されていない。さらに、切換えられた備蓄燃料（ＬＰＧ）をデュアルフューエルエンジンに供給する際に、如何に調整して供給するのかについても、何も示されていない。

主燃料である都市ガスの発熱量は、１１，０００Ｋｃａｌであるのに対して、切換え燃料であるＬＰガスの発熱量は、２４，０００Ｋｃａｌであって、約２．２倍の発熱量を有している。このため、非常時にガスエンジンに供給する燃料を都市ガスからＬＰガスに切換えてそのまま供給すると、ガスエンジンでの発熱量が約２．２倍になってしまう。その結果、ガスエンジンに過大な熱負荷がかかることになり、単に燃料を切換えるだけではガスエンジンを長期にわたり安定して運転することが難しくなるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、地震等の災害によって主燃料ガスの供給が途絶えた場合にも、遅滞なく運転を再開でき、運転停止による影響を最小限に止めることができるとともに、ガスエンジンを安定して運転できるガスエンジン駆動機器を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のガスエンジン駆動機器は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガスエンジン駆動機器は、ガスエンジンと、該ガスエンジンに燃料ガスを供給する主燃料ガス供給ラインおよび補助燃料ガス供給ラインと、前記主燃料ガス供給ラインまたは前記補助燃料ガス供給ラインの一方から前記ガスエンジンに燃料ガスを切換えて供給する燃料切換え装置と、燃料ガスと空気とを混合して前記ガスエンジンに供給するガスミキサとを備えたガスエンジン駆動機器において、前記主燃料ガスラインからの主燃料ガスの供給が途絶えたことを検知する検知手段と、該検知手段により前記主燃料ガスの供給が途絶えたことが検知されたとき、前記ガスエンジン駆動機器の運転を停止し、前記ガスミキサの燃料弁開度を前記補助燃料ガス用の開度に調整した後、前記燃料切換え装置を前記補助燃料ガス供給ラインに切換えて前記ガスエンジンを再起動する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料弁の開度を前記補助燃料ガス用の開度に調整した後、前記燃料切換え装置を前記補助燃料ガス供給ラインに切換える前に、前記ガスエンジンを点火プラグに電気を供給しないでクランキング動作させる構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、主燃料ガスラインからの主燃料ガスの供給が途絶えたことが検知手段により検知されたとき、制御部によりガスエンジン駆動機器の運転を停止し、ガスミキサの燃料弁開度を補助燃料ガス用の開度に調整した後、燃料切換え装置を補助燃料ガス供給ラインに切換えてガスエンジンを再起動するようにしているため、万が一、地震等の災害によって主燃料ガスの供給が途絶えた場合でも、それを検知して制御部により自動的にガスミキサの燃料弁開度を補助燃料ガス用の開度に調整した後、燃料供給ラインを補助燃料ガス供給ラインに切換えてガスエンジンを速やかに再起動することができる。また、制御部が、燃料弁の開度を補助燃料ガス用の開度に調整した後、燃料切換え装置を補助燃料ガス供給ラインに切換える前に、ガスエンジンを点火プラグに電気を供給しないでクランキング動作させるようにしているため、補助燃料ガスに切換えてガスエンジンを再起動する際に、点火プラグを点火しないでクランキング動作（点火プラグが点火しないため、エンジンは起動しない）させることにより、ガスエンジンの燃焼室を含む燃料供給系内に残留していた主燃料ガスを外部に排出することができる。従って、仮に主燃料ガスの供給が途絶えた場合でも、数分程度の停止で遅滞なくガスエンジン駆動機器の運転を再開することができ、運転停止による影響を最小限に止めることができる。また、燃料ガスが主燃料ガスから補助燃料ガスに切換えられる際に、ガスミキサの燃料弁開度が補助燃料ガス用の開度に調整されるため、燃料ガスが変わることによりガスエンジン側に無理な負荷がかかることもなく、ガスエンジンを安定して運転することができる。さらに、ガスエンジンの再起動時、速やかに燃焼室内を切換えられた補助燃料ガスに置き換えることができ、燃料ガスの切換えに伴うガスエンジンの始動性低下を防止し、円滑にガスエンジンを再起動することが可能となる。

さらに、本発明のガスエンジン駆動機器は、上記のガスエンジン駆動機器において、前記主燃料ガス供給ラインより供給される前記主燃料ガスが都市ガスとされ、前記補助燃料ガス供給ラインより供給される前記補助燃料ガスがＬＰガスとされていることを特徴とする。

本発明によれば、主燃料ガス供給ラインより供給される主燃料ガスが都市ガスとされ、補助燃料ガス供給ラインより供給される補助燃料ガスがＬＰガスとされているため、補助燃料ガスであるＬＰガスの発熱量（２４，０００Ｋｃａｌ）の方が主燃料ガスの都市ガスの発熱量（１１，０００Ｋｃａｌ）よりも２．２倍程度高いが、燃料ガスの供給ラインを補助燃料ガス供給ラインに切換えるとき、ガスミキサの燃料弁の開度をＬＰガス用に合せて絞り、その流量を適量に絞ることによってガスエンジンに過剰な熱負荷がかからないようにしている。従って、燃料ガスが都市ガスからＬＰガスに切換わっても、ガスエンジンを安定的に運転することができる。

さらに、本発明のガスエンジン駆動機器は、上述のいずれかのガスエンジン駆動機器において、前記ガスエンジン駆動機器が、前記ガスエンジンによって圧縮機が駆動されるエンジン駆動式空気調和機とされていることを特徴とする。

ガスエンジン駆動式空気調和機は、空調用の電気消費量を低減することができるが、地震等の発生によって都市ガスの供給が自動停止された場合、ガスエンジンの停止と共に空気調和機の運転も停止されてしまう。本発明によれば、仮に主燃料の都市ガスの供給が途絶えた場合でも、数分程度の停止で遅滞なく補助燃料ガスに自動切換えしてガスエンジンを再起動し、空調運転を再開することができる。従って、運転停止時間を数分程度に止めることができ、例えばコンピューター室の空調（冷房）にガスエンジン駆動式空気調和機を用いた場合でも、コンピューター自体の運転に影響が出ないうちにバックアップ運転を開始することができる。

本発明によると、地震等の災害によって主燃料ガスの供給が途絶えた場合でも、それを検知して制御部により自動的にガスミキサの燃料弁開度を補助燃料ガス用の開度に調整した後、燃料供給ラインを補助燃料ガス供給ラインに切換えてガスエンジンを速やかに再起動することができるため、仮に主燃料ガスの供給が途絶えた場合でも、数分程度の停止で遅滞なくガスエンジン駆動機器の運転を再開することができ、運転停止による影響を最小限に止めることができる。また、燃料ガスが主燃料ガスから補助燃料ガスに切換えられる際に、ガスミキサの燃料弁開度が補助燃料ガス用の開度に調整されるため、燃料ガスが変わることによりガスエンジン側に無理な負荷がかかることもなく、ガスエンジンを安定して運転することができる。さらに、補助燃料ガスに切換えてガスエンジンを再起動する際に、点火プラグを点火しないでクランキング動作させることにより、ガスエンジンの燃焼室を含む燃料供給系内に残留していた主燃料ガスを外部に排出することができるため、ガスエンジンの再起動時、速やかに燃焼室内を切換えられた補助燃料ガスに置き換えることができ、燃料ガスの切換えに伴うガスエンジンの始動性低下を防止し、円滑にガスエンジンを再起動することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るガスエンジン駆動機器の概略構成図である。 図１に示すガスエンジン駆動機器に用いられるガスミキサのミキサ部分の断面図である。 図１に示すガスエンジン駆動機器に用いられるガスミキサの燃料弁部分の断面図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、エンジン駆動式空気調和機、コジェネレーションシステム等のガスエンジン駆動機器１におけるガスエンジン周辺の構成が示されている。但し、本実施形態では、エンジン駆動式空気調和機の例が示されている。ガスエンジン駆動機器１は、機械室２と熱交換器室３とに仕切られている筐体４を備えている。筐体４の機械室２内には、水冷４サイクルエンジンからなるガスエンジン５が設置されている。ガスエンジン５は、本体側のオイルパンと接続されている別置きのサブオイルパン６を備えている。

また、ガスエンジン５には、大別して排気ガス処理系７と、冷却水回路系８と、燃料ガス供給系９とが具備されている。排気ガス処理系７は、ガスエンジン５から排出される燃焼排気ガスを処理する系統であり、排気ガスとエンジン冷却水とを熱交換する排気ガス熱交換器１０と、排気音を低減する排気マフラ１１と、排気ガス中の水分を除去する排気トラッパ１２と、これら排気ガス熱交換器１０、排気マフラ１１および排気トラッパ１２で分離された排気ドレンを集めて中和する排気ドレンフィルタ１３と、中和された排気ドレンを外部に排出するドレンホース１４と、を備えている。

排気ガス処理系７の排気トラッパ１２は、熱交換器室３の天板側に大気に開放されるように設置され、排気ガスを大気に放出できるように構成されている。また、排気ガス熱交換器１０、排気マフラ１１および排気ドレンフィルタ１３等は、機械室２内に設置されており、排気ドレンフィルタ１３で中和された排気ドレンは、ドレンホース１４を介して外部に排出されるように構成されている。

冷却水回路系８は、ガスエンジン５を冷却したエンジン冷却水の熱を放熱処理する系統であり、エンジン冷却水を循環する冷却水ポンプ１５と、排気ガス熱交換器１０およびガスエンジン５のウォータジャケットを循環して排出されたエンジン冷却水を、その温度に応じてバイパス回路１６、サブ熱交換器１７またはラジエータ１８のいずれかに循環する２つの三方弁１９，２０と、図示省略の冷媒回路側の冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させて冷媒を加熱するサブ熱交換器１７と、エンジン冷却水の熱を大気に放熱するラジエータ１８と、ラジエータキャップ２１を介して冷却水回路系８に接続されている冷却水リザーブタンク２２と、を備えている。

冷却水回路系８のラジエータ１８および冷却水リザーブタンク２２は、熱交換器室３内に設置されており、ラジエータ１８には、並設されている空気調和機の室外熱交換器（図示省略）と共に図示省略の室外ファンを介して外気が通風可能とされている。その他の冷却水ポンプ１５、サブ熱交換器１７および三方弁１９，２０等々は、機械室２内に設置されている。

燃料ガス供給系９は、ガスエンジン５に燃料ガスと空気との混合気を供給するための系統であり、燃料ガスと空気とを混合するガスミキサ２３と、ガスミキサ２３に対して空気を供給するエアエレメント２４を備えた給気ライン２５と、ガスミキサ２３に対してガス電磁弁２６および燃料ガスの圧力を調整するガスレギュレータ２７を介して主燃料ガスである都市ガスを供給する主燃料ガス供給ライン２８とを備えている。

ガスミキサ２３は、図２および図３に示されるように、主燃料ガス供給ライン２８からの主燃料ガスが供給される燃料ガス入り口２９、主燃料ガスの流量を調整するニードル弁３０および弁座３１、ニードル弁３０を回転駆動し、該ニードル弁３０の開度を調整するステッピングモータ３２、給気ライン２５からの空気が供給される空気入り口３３、およびニードル弁３０を経て供給される主燃料ガスと空気とを混合するベンチュリー部３４が設けられている燃料弁３５と、該燃料弁３５で混合された主燃料ガスと空気との混合ガス入り口３６およびガスエンジン５側の吸気通路に接続される混合ガス出口３７を有するとともに、その間にスロットル弁３８が設けられているミキサ３９とから構成されている。

上記主燃料ガス供給ライン２８におけるガス電磁弁２６の上流側には、燃料切換え装置（切換弁）４０が設けられており、該燃料切換え装置（切換弁）４０を介してガスミキサ２３に補助燃料ガスであるＬＰガスを供給する補助燃料ガス供給ライン４１が接続されている。この補助燃料ガス供給ライン４１は、図示省略のＬＰＧ貯蔵容器（ボンベ、バルク等）に接続されている。また、主燃料ガス供給ライン２８には、主燃料ガスである都市ガスの供給が途絶えたことを検知する検知手段（圧力スイッチ）４２が設けられている。

さらに、燃料ガス供給系９には、上記検知手段（圧力スイッチ）４２により主燃料ガスである都市ガスの供給が途絶えたことが検知されたとき、ガスエンジン駆動機器１の運転を停止し、上記燃料弁３５のステッピングモータ３２を駆動してニードル弁３０の開度を主燃料ガス用の開度から補助燃料ガス用の開度に絞った後、燃料切換え装置（切換弁）４０を補助燃料ガス供給ライン４１側に切換えてガスエンジン５を再起動する制御部４３が具備されている。ガスエンジン５の再起動は、図示省略のスタータモータを駆動し、ガスエンジン５をクランキングすることによって行われる。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
エンジン駆動式空気調和機、コジェネレーションシステム等のガスエンジン駆動機器１は、定常時には、主燃料ガスである都市ガスが主燃料ガス供給ライン２８、ガスミキサ２３を経てガスエンジン５に供給され、この都市ガスを燃料にガスエンジン５が運転されることにより、それを駆動源として運転される。

ガスエンジン５の排気ガスは、排気ガス熱交換器１０、排気マフラ１１および排気トラッパ１２を介して大気に放出される。また、これら排気ガス熱交換器１０、排気マフラ１１および排気トラッパ１２で分離された排気ガス中の水分は、排気ドレンとして排気ドレンフィルタ１３に回収され、そこで中和された後、ドレンホース１４を介して外部に排出される。一方、ガスエンジン５は、冷却水ポンプ１５によって循環されるエンジン冷却水で冷却される。このエンジン冷却水は、サブ熱交換器１７、ラジエータ１８等に循環されて放熱され、冷媒加熱用、冷暖房用の熱源として有効に利用される。

上記の如くガスエンジン駆動機器１が運転中において、地震等の災害が発生し、主燃料の都市ガスの供給が遮断された場合、燃料ガスの供給が停止されることから、ガスエンジン５は運転不能となる。しかるに、本実施形態では、都市ガスの供給が遮断されたことを主燃料ガス供給ライン２８に設けられている検知手段（圧力スイッチ）４２によって検知することができ、その検知信号に基づいて制御部４３が、ガスエンジン駆動機器１をいったん停止状態とした後、ガスミキサ２３の燃料弁３５の開度を都市ガス用の開度から補助燃料ガスのＬＰガス用の開度に絞るように制御する。

これは、補助燃料のＬＰガスの発熱量が、２４，０００Ｋｃａｌであるのに対して、都市ガスの発熱量が、１１，０００Ｋｃａｌであり、ＬＰガスの発熱量の方が２．２倍程度高い。このため、都市ガスに換えて同じ量のＬＰガスを供給すると、ガスエンジン５での発熱量が２．２倍となり、ガスエンジンに過剰な熱負荷がかかることになる。そこで、燃料ガスの補助燃料ガスへの切換えに際して、まず燃料弁３５の開度をＬＰガス用の開度に切換えるようにしている。燃料弁３５は、ステッピングモータ３２を回転駆動し、ニードル弁３０を弁座３１側へと前進させることによって開度を絞ることができる。

このようにして燃料弁３５の開度を絞った後、燃料切換え装置（切換弁）４０を補助燃料ガス供給ライン４１側に切換えて補助燃料のＬＰガスを供給することにより、ガスミキサ２３を介してガスエンジン５に適量のＬＰガスと空気との混合ガスを供給することができる。この状態でガスエンジン５をスタータモータによりクランキングして再起動することによって、ガスエンジン５を補助燃料ガスであるＬＰガスにより運転し、遅くとも数分後にはガスエンジン駆動機器１の運転を再開することができる。

従って、仮に主燃料ガスの供給が途絶えた場合でも、数分程度の停止で遅滞なくガスエンジン駆動機器１の運転を再開することができ、運転停止による影響を最小限に止めることができる。また、燃料ガスが主燃料ガスから補助燃料ガスに切換えられる際に、ガスミキサ２３の燃料弁３５の開度が補助燃料ガス用の開度に調整されるため、燃料ガスが変わることによりガスエンジン５側に無理な負荷がかかることがなく、ガスエンジン５を安定して運転することができる。

つまり、主燃料ガス供給ライン２８より供給される主燃料ガスが都市ガスとされ、補助燃料ガス供給ライン４１より供給される補助燃料ガスがＬＰガスとされており、補助燃料ガスであるＬＰガスの発熱量（２４，０００Ｋｃａｌ）の方が主燃料ガスの都市ガスの発熱量（１１，０００Ｋｃａｌ）よりも２．２倍程度高いが、燃料ガスの供給ラインを補助燃料ガス供給ライン４１に切換えるとき、ガスミキサ２３の燃料弁３５の開度をＬＰガス用に合せて絞り、ＬＰガスの流量を適量に絞ることによってガスエンジン５に過剰な熱負荷がかからないようにしている。このため、燃料ガスが都市ガスからＬＰガスに切換わっても、ガスエンジン５を安定的に運転することができる。

また、ガスエンジン駆動機器１としてのガスエンジン駆動式空気調和機は、空調用の電気消費量を低減し、その平準化を図ることができるが、地震等の発生によって都市ガスの供給が自動停止された場合、ガスエンジン５の停止と共に空気調和機側の運転も停止されることになる。しかるに、本実施形態によれば、仮に主燃料ガスの都市ガスの供給が途絶えた場合でも、数分程度の停止で遅滞なく補助燃料ガスに自動的に切換えてガスエンジンを再起動し、空調運転を再開することができる。このため、運転停止時間を数分程度に止めることができ、例えばコンピューター室の空調（冷房）にガスエンジン駆動式空気調和機を用いた場合でも、コンピューター自体の運転に影響が出ないうちにバックアップ運転を開始することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図１および図３を参照して説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、制御部４３における制御系が一部異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、主燃料ガスである都市ガスの供給が途絶えたことが検知され、燃料を補助燃料ガスのＬＰガスに切換えてガスエンジン５を再起動するときに、ガスミキサ２３の燃料弁３５の開度をニードル弁３０により補助燃料ガス用の開度に絞った後、ガスエンジンを点火プラグに電気を供給しないでスタータモータ（図示省略）を駆動することによって、一定時間（数秒〜十数秒、あるいは数秒ずつ間欠的に数回）だけクランキング動作させ、その後、燃料切換え装置４０を切換えて補助燃料ガス（ＬＰガス）を供給し、ガスエンジン５を再起動するように構成している。

上記のように、ガスエンジン５を再起動する際に、一定時間だけ点火プラグを点火しない状態でクランキング動作させることによって、ガスエンジン５の燃焼室を含む燃料供給系内に残留していた主燃料ガスを外部に排出することができる。このため、ガスエンジン５を再起動する時、速やかに燃焼室内を切換えられた補助燃料ガス（ＬＰガス）に置き換えることができ、燃料ガスの切換えに伴うガスエンジン５の始動性低下を防止し、円滑にガスエンジン５を再起動することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、燃料切換え装置４０として三方切換弁を用いた例が示されているが、主燃料ガス供給ライン２８および補助燃料ガス供給ライン４１のそれぞれに電磁開閉弁を設け、各電磁開閉弁の開閉によって切換えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、主燃料ガスを都市ガス、補助燃料ガスをＬＰガスとした例について説明したが、燃料ガスの組み合わせはこれに限定されるものではなく、他の組み合わせにも同様に適用することができる。また、ガスエンジンの排熱利用については、エンジン駆動式空気調和機、コジェネレーションシステム等のガスエンジン駆動機器１の種類によって様々に変形可能である。

１ ガスエンジン駆動機器
５ ガスエンジン
２３ ガスミキサ
２５ 給気ライン
２８ 主燃料ガス供給ライン
３５ 燃料弁
４０ 燃料切換え装置（切換弁）
４１ 補助燃料ガス供給ライン
４２ 検知手段（圧力スイッチ）
４３ 制御部

Claims (3)

1. ガスエンジンと、該ガスエンジンに燃料ガスを供給する主燃料ガス供給ラインおよび補助燃料ガス供給ラインと、前記主燃料ガス供給ラインまたは前記補助燃料ガス供給ラインの一方から前記ガスエンジンに燃料ガスを切換えて供給する燃料切換え装置と、燃料ガスと空気とを混合して前記ガスエンジンに供給するガスミキサとを備えたガスエンジン駆動機器において、
   前記主燃料ガスラインからの主燃料ガスの供給が途絶えたことを検知する検知手段と、
   該検知手段により前記主燃料ガスの供給が途絶えたことが検知されたとき、前記ガスエンジン駆動機器の運転を停止し、前記ガスミキサの燃料弁開度を前記補助燃料ガス用の開度に調整した後、前記燃料切換え装置を前記補助燃料ガス供給ラインに切換えて前記ガスエンジンを再起動する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記燃料弁の開度を前記補助燃料ガス用の開度に調整した後、前記燃料切換え装置を前記補助燃料ガス供給ラインに切換える前に、前記ガスエンジンを点火プラグに電気を供給しないでクランキング動作させる構成とされていることを特徴とするガスエンジン駆動機器。
2. 前記主燃料ガス供給ラインより供給される前記主燃料ガスが都市ガスとされ、前記補助燃料ガス供給ラインより供給される前記補助燃料ガスがＬＰガスとされていることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン駆動機器。
3. 前記ガスエンジン駆動機器が、前記ガスエンジンによって圧縮機が駆動されるエンジン駆動式空気調和機とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスエンジン駆動機器。

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