JP5818581B2 - エンジンシステム - Google Patents
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Description
この特許文献2に記載のシステムでは、バイオガスと都市ガスとを混合させた混合燃料ガスをミキサーに供給する混合燃料ガス供給路と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を計測する流量計と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を調整自在な燃料制御弁とを備えている。そして、エンジンにて駆動される発電機の発電量を所定の目標発電量とするように、エンジンに供給する混合気の流量を調整自在なスロットルバルブの開度を制御するとともに、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するように燃料制御弁の開度を制御している。燃料制御弁の開度の制御については、エンジンにて駆動される発電機の発電量を用いて、エンジンにて消費される単位時間当たりの想定消費熱量を求め、その求めた想定消費熱量と流量計にて計測した流量とを用いて、混合燃料ガスの単位体積当たりの想定発熱量を求め、その求めた想定発熱量から求められる目標開度になるように燃料制御弁の開度を制御している。
燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、
そのミキサーにて生成された前記混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、
前記燃料ガスとして、第1発熱量を有する第1燃料ガスおよび前記第1発熱量より高い第2発熱量を有する第2燃料ガスとを混合させた混合燃料ガス、または、前記第2燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給する前記混合気を燃焼させて前記エンジンを運転させるエンジンシステムにおいて、その特徴構成は、
前記ミキサーとして、第2燃料ガス供給路にて供給する前記第2燃料ガス、または、当該第2燃料ガスと第1燃料ガス供給路にて供給する前記第1燃料ガスを混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて前記混合気を生成する単一の前記ミキサーが備えられ、
前記第1燃料ガス供給路においては、前記第1燃料ガスの供給圧力が、前記第2燃料ガスの供給圧力より高く維持されるとともに、前記第2燃料ガスの前記第1燃料ガス供給路への進入を防止する進入防止弁が備えられ、
前記第1燃料ガス供給路と前記第2燃料ガス供給路とが合流した合流流路部に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第2燃料ガスまたは前記混合燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する前記混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
前記エンジンの出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御する混合気圧力制御部とを備え、
前記第1燃料ガス供給路に備えられ、第1燃料ガス貯留部に貯留されている前記第1燃料ガスの供給を断続自在な第1燃料ガス断続弁と、前記第1燃料ガス断続弁を開閉制御する弁開閉制御部とを備え、
前記弁開閉制御部は、前記ミキサーに対する前記燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス断続弁を開状態として、前記ミキサーに前記混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス断続弁を閉状態として、前記ミキサーに前記第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態との間で切替自在に構成され、
前記弁開閉制御部は、前記混合燃料ガス供給状態から前記第2燃料ガス供給状態に切替えた場合に、前記混合気圧力制御部による前記燃料流量制御弁の開度の制御が中断した状態で、前記燃料流量制御弁の開度を予め定められた第2燃料ガス用目標開度とするように前記燃料流量制御弁の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御するように構成されている点にある。
しかも、本特徴構成によれば、特許文献2に記載のシステムの如く、第1燃料ガスと第2燃料ガスとの混合燃料ガスの流量を計測する高価な流量計を備えなくてもよく、それだけコストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。しかも、ミキサーについても、複数備えるのではなく、単一のミキサーを備えているだけであるので、この点からも、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。
また、上記特徴構成によれば、弁開閉制御部によって第1燃料ガス断続弁が開閉制御されて、第1燃料ガスのミキサーへの供給が断続自在とされているので、第1燃料ガス断続弁を開状態として、ミキサーに混合燃料ガスが供給される混合燃料ガス供給状態と、第1燃料ガス断続弁を閉状態として、ミキサーに第2燃料ガスのみが供給される第2燃料ガス供給状態との間で切り替え自在とすることができる。
さらに、上記特徴構成によれば、弁開閉制御部は、混合燃料ガス供給状態から第2燃料ガス供給状態に切替える場合に、混合気圧力制御部による制御を一旦中断させて、燃料流量制御弁の開度を、予め定められた第2燃料ガス用目標開度に調整することができる。即ち、この構成では、燃料流量制御弁の開度調整が強制的に実行される。これにより、この燃料ガス供給状態の切り替えに伴って変化する混合気供給路の混合気圧力に応じて混合気圧力制御部が燃料流量制御弁の開度を制御するのを待つことなく、燃料ガス供給状態が切り替えられた時に、第2燃料ガス供給状態に適するように予め定められた第2燃料ガス用目標開度に迅速に調整される。したがって、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態から第2燃料ガス供給状態に切り替える場合であっても、予め判明しているエンジンシステムの特性に従って、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の状態に保ちつつ、エンジンの運転状態を安定に維持した状態で迅速に行なうことができる。
また、燃料流量制御弁の開度を第2燃料ガス用目標開度に調整した後においては、混合気圧力制御部により混合気圧力が目標圧力となるように燃料流量制御弁の開度を制御するように構成されているので、切り替え前と同様に、エンジンに供給する混合気の空気比を所定の値に保ちつつ、エンジンの運転状態を安定に維持することができる。
燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、
そのミキサーにて生成された前記混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、
前記燃料ガスとして、第1発熱量を有する第1燃料ガスおよび前記第1発熱量より高い第2発熱量を有する第2燃料ガスとを混合させた混合燃料ガス、または、前記第2燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給する前記混合気を燃焼させて前記エンジンを運転させるエンジンシステムにおいて、
前記ミキサーとして、第2燃料ガス供給路にて供給する前記第2燃料ガス、または、当該第2燃料ガスと第1燃料ガス供給路にて供給する前記第1燃料ガスを混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて前記混合気を生成する単一の前記ミキサーが備えられ、
前記第1燃料ガス供給路においては、前記第1燃料ガスの供給圧力が、前記第2燃料ガスの供給圧力より高く維持されるとともに、前記第2燃料ガスの前記第1燃料ガス供給路への進入を防止する進入防止弁が備えられ、
前記第1燃料ガス供給路と前記第2燃料ガス供給路とが合流した合流流路部に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第2燃料ガスまたは前記混合燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する前記混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
前記エンジンの出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御する混合気圧力制御部とを備え、
前記第1燃料ガス供給路に備えられ、第1燃料ガス貯留部に貯留されている前記第1燃料ガスの供給を断続自在な第1燃料ガス断続弁と、前記第1燃料ガス断続弁を開閉制御する弁開閉制御部とを備え、
前記弁開閉制御部は、前記ミキサーに対する前記燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス断続弁を開状態として、前記ミキサーに前記混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス断続弁を閉状態として、前記ミキサーに前記第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態との間で切替自在に構成され、
前記弁開閉制御部は、前記第2燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態に切替えた場合に、前記混合気圧力制御部による前記燃料流量制御弁の開度の制御が中断した状態で、前記燃料流量制御弁の開度を予め定められた混合燃料ガス用目標開度とするように前記燃料流量制御弁の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御するように構成されている点にある。
さらに、例えば、第1燃料ガスの供給量が低下する等により、第1燃料ガス供給路にて第1燃料ガスを供給できなくなると、第2燃料ガスのみがミキサーに供給されることになり、その第2燃料ガスと燃焼用空気との混合気をエンジンに供給して燃焼させてエンジンを運転させることができる。これにより、第1燃料ガスの供給量が低下する等により、燃料ガスの発熱量が大幅に低下する場合でも、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を、第1燃料ガスと第2燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態から、第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態に移行することになり、エンジンを運転させることができる。
そして、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を、第1燃料ガスと第2燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する状態であっても、第2燃料ガスのみを供給する状態であっても、エンジン出力制御部が、エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁の開度を制御するので、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができるとともに、混合気圧力制御部が、混合気圧力が目標圧力となるように第1燃料ガス流量調整弁及び第2燃料ガス流量調整弁の開度を制御するので、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。
したがって、燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合でも、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態が、第1燃料ガスと第2燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態から、第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態に移行して、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができ、エンジンを安定して運転させることができる。
しかも、本特徴構成によれば、特許文献2に記載のシステムの如く、第1燃料ガスと第2燃料ガスとの混合燃料ガスの流量を計測する高価な流量計を備えなくてもよく、それだけコストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。しかも、ミキサーについても、複数備えるのではなく、単一のミキサーを備えているだけであるので、この点からも、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。
また、上記特徴構成によれば、弁開閉制御部によって第1燃料ガス断続弁が開閉制御されて、第1燃料ガスのミキサーへの供給が断続自在とされているので、第1燃料ガス断続弁を開状態として、ミキサーに混合燃料ガスが供給される混合燃料ガス供給状態と、第1燃料ガス断続弁を閉状態として、ミキサーに第2燃料ガスのみが供給される第2燃料ガス供給状態との間で切り替え自在とすることができる。
さらに、上記特徴構成によれば、弁開閉制御部は、第2燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態に切替えた場合に、混合気圧力制御部による制御を一旦中断させて、燃料流量制御弁の開度を、予め定められた混合燃料ガス用目標開度に調整することができる。即ち、この構成では、燃料流量制御弁の開度調整が強制的に実行される。これにより、この燃料ガス供給状態の切り替えに伴って変化する混合気供給路の混合気圧力に応じて混合気圧力制御部が燃料流量制御弁の開度を制御するのを待つことなく、燃料ガス供給状態が切り替えられた時に、混合燃料ガス供給状態に適するように予め定められた混合燃料ガス用目標開度に迅速に調整される。したがって、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第2燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態に切り替える場合であっても、予め判明しているエンジンシステムの特性に従って、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の状態に保ちつつ、エンジンの運転状態を安定に維持した状態で迅速に行なうことができる。
また、燃料流量制御弁の開度を混合燃料ガス用目標開度に調整した後においては、混合気圧力制御部により混合気圧力が目標圧力となるように燃料流量制御弁の開度を制御するように構成されているので、切り替え前と同様に、エンジンに供給する混合気の空気比を所定の値に保ちつつ、エンジンの運転状態を安定に維持することができる。
前記第1燃料ガス貯留部における第1燃料ガス貯留残量の変化に応じて、前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切り替えを行うように構成されている点にある。
前記第1燃料ガス供給路にて供給される前記第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する前記燃料ガスの供給状態を前記第2燃料ガス供給状態に切替えるための第1指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り替えるための混合指令の何れかの指令を行なう指令手段が備えられ、前記弁開閉制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切り替えを行なうように構成されている点にある。
本実施形態に係るエンジンシステム1では、弁開閉制御部11aが、バイオガス貯留部8におけるバイオガス貯留残量(第1燃料ガス貯留残量に相当)の変化に応じて、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を、バイオガス断続弁9を開状態とする混合燃料ガス供給状態と、バイオガス断続弁9を閉状態とする第2燃料ガス供給状態との間で切替を行うようにしている。
また、エンジンシステム1には、ミキサー2によって生成した混合気Mの流量を調整自在としてガスエンジン3に供給する混合気流量調整弁14が混合気供給路4に備えられており、この混合気流量調整弁14は、出力計測装置15によって計測された出力が目標出力となるようにエンジン出力制御部11cによって開度が制御されている。エンジン出力制御部11cは、ガスエンジン3の出力が目標出力となるように、出力計測装置15によって計測された出力をフィードバックして、混合気流量調整弁14の開度を制御している。
例えば、混合燃料ガス供給状態から都市ガス供給状態に切り替えた場合などにおいて、ガスエンジン3に供給される燃料ガスGの発熱量が増加するが、この発熱量の増加に伴って増加するエンジン出力を目標出力に低下させるため混合気流量調整弁14の開度を減少させるので、混合気供給路4の混合気圧力が低くなる。ここで、混合気圧力制御部11bによって混合気供給路4にてガスエンジン3に供給する混合気圧力が目標圧力となるように燃料流量制御弁13の開度が制御される。これにより、燃料流量制御弁13の開度が小さく制御して、発熱量が増加した燃料ガスGの燃料流量を減少させるとともに、その制御に伴うエンジン出力の変化に応じて、混合気流量調整弁14の開度が調整され、エンジン出力が目標出力に制御された状態で、混合気圧力を目標圧力に調整することができる。
弁開閉制御部11aは、混合燃料ガス供給状態から都市ガス供給状態に切替えた場合に、燃料流量制御弁13の開度を予め定められた都市ガス用目標開度V1(第2燃料ガス用目標開度に相当)とするように燃料流量制御弁13の開度を制御した後、混合気圧力制御部11bにより混合気供給路4にてガスエンジン3に供給する混合気圧力が目標圧力となるように燃料流量制御弁13の開度を制御している。
また、このように弁開閉制御部11aが燃料流量制御弁13の開度を制御した後は、上述の如く、混合気圧力制御部11bにより混合気供給路4にてガスエンジン3に供給する混合気Mの圧力が目標圧力となるように燃料流量制御弁13の開度を制御するように構成されている。
また、このように弁開閉制御部11aが燃料流量制御弁13の開度を制御した後は、上述の如く、混合気圧力制御部11bにより混合気供給路4にてガスエンジン3に供給する混合気Mの圧力が目標圧力となるように燃料流量制御弁13の開度を制御するように構成されている。
(A)上記実施形態においては、バイオガス供給路6に、バイオガス断続弁9を設けているが、これに加えて、バイオガス断続弁9の下流側に都市ガスG2のバイオガス供給路6への進入を防止する逆止弁(進入防止弁に相当)を設けてもよい。これによって、合流流路部12を経てミキサー2へと都市ガスG2を供給することができる。
2 ミキサー
3 ガスエンジン(エンジン)
4 混合気供給路
5 都市ガス供給路(第2燃料ガス供給路)
6 バイオガス供給路(第1燃料ガス供給路)
8 バイオガス貯留部(第1燃料ガス貯留部)
9 バイオガス断続弁(第1燃料ガス断続弁、進入防止弁)
11a 弁開閉制御部
11b 混合気圧力制御部
11c エンジン出力制御部
12 合流流路部
13 燃料流量制御弁
14 混合気流量調整弁
A 燃焼用空気
G 燃料ガス
G1 バイオガス(第1燃料ガス)
G2 都市ガス(第2燃料ガス)
G3 混合燃料ガス
M 混合気
V1 都市ガス用目標開度(第2燃料ガス用目標開度)
Claims (4)
- 燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、
そのミキサーにて生成された前記混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、
前記燃料ガスとして、第1発熱量を有する第1燃料ガスおよび前記第1発熱量より高い第2発熱量を有する第2燃料ガスとを混合させた混合燃料ガス、または、前記第2燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給する前記混合気を燃焼させて前記エンジンを運転させるエンジンシステムにおいて、
前記ミキサーとして、第2燃料ガス供給路にて供給する前記第2燃料ガス、または、当該第2燃料ガスと第1燃料ガス供給路にて供給する前記第1燃料ガスを混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて前記混合気を生成する単一の前記ミキサーが備えられ、
前記第1燃料ガス供給路においては、前記第1燃料ガスの供給圧力が、前記第2燃料ガスの供給圧力より高く維持されるとともに、前記第2燃料ガスの前記第1燃料ガス供給路への進入を防止する進入防止弁が備えられ、
前記第1燃料ガス供給路と前記第2燃料ガス供給路とが合流した合流流路部に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第2燃料ガスまたは前記混合燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する前記混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
前記エンジンの出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御する混合気圧力制御部とを備え、
前記第1燃料ガス供給路に備えられ、第1燃料ガス貯留部に貯留されている前記第1燃料ガスの供給を断続自在な第1燃料ガス断続弁と、前記第1燃料ガス断続弁を開閉制御する弁開閉制御部とを備え、
前記弁開閉制御部は、前記ミキサーに対する前記燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス断続弁を開状態として、前記ミキサーに前記混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス断続弁を閉状態として、前記ミキサーに前記第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態との間で切替自在に構成され、
前記弁開閉制御部は、前記混合燃料ガス供給状態から前記第2燃料ガス供給状態に切替えた場合に、前記混合気圧力制御部による前記燃料流量制御弁の開度の制御が中断した状態で、前記燃料流量制御弁の開度を予め定められた第2燃料ガス用目標開度とするように前記燃料流量制御弁の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御するように構成されているエンジンシステム。 - 燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、
そのミキサーにて生成された前記混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、
前記燃料ガスとして、第1発熱量を有する第1燃料ガスおよび前記第1発熱量より高い第2発熱量を有する第2燃料ガスとを混合させた混合燃料ガス、または、前記第2燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給する前記混合気を燃焼させて前記エンジンを運転させるエンジンシステムにおいて、
前記ミキサーとして、第2燃料ガス供給路にて供給する前記第2燃料ガス、または、当該第2燃料ガスと第1燃料ガス供給路にて供給する前記第1燃料ガスを混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて前記混合気を生成する単一の前記ミキサーが備えられ、
前記第1燃料ガス供給路においては、前記第1燃料ガスの供給圧力が、前記第2燃料ガスの供給圧力より高く維持されるとともに、前記第2燃料ガスの前記第1燃料ガス供給路への進入を防止する進入防止弁が備えられ、
前記第1燃料ガス供給路と前記第2燃料ガス供給路とが合流した合流流路部に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第2燃料ガスまたは前記混合燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する前記混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
前記エンジンの出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御する混合気圧力制御部とを備え、
前記第1燃料ガス供給路に備えられ、第1燃料ガス貯留部に貯留されている前記第1燃料ガスの供給を断続自在な第1燃料ガス断続弁と、前記第1燃料ガス断続弁を開閉制御する弁開閉制御部とを備え、
前記弁開閉制御部は、前記ミキサーに対する前記燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス断続弁を開状態として、前記ミキサーに前記混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス断続弁を閉状態として、前記ミキサーに前記第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態との間で切替自在に構成され、
前記弁開閉制御部は、前記第2燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態に切替えた場合に、前記混合気圧力制御部による前記燃料流量制御弁の開度の制御が中断した状態で、前記燃料流量制御弁の開度を予め定められた混合燃料ガス用目標開度とするように前記燃料流量制御弁の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記燃料流量制御弁の開度を制御するように構成されているエンジンシステム。 - 前記第1燃料ガス貯留部における第1燃料ガス貯留残量の変化に応じて、前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切り替えを行うように構成されている請求項1又は2に記載のエンジンシステム。
- 前記第1燃料ガス供給路にて供給される前記第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する前記燃料ガスの供給状態を前記第2燃料ガス供給状態に切替えるための第1指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り替えるための混合指令の何れかの指令を行なう指令手段が備えられ、前記弁開閉制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切り替えを行なうように構成されている請求項1又は2に記載のエンジンシステム。
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