JP6014660B2 - ガスエンジンの燃料調整装置及び方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係るガスエンジン3の燃料調整装置1を示すブロック図である。図1に示すように、ガスエンジンの燃料調整装置1は、燃料供給源2からの燃料ガスをガスエンジン3に送るガス管である燃料ガスラインL1を備えている。燃料供給源2からの燃料ガスは、例えば、天然ガスや都市ガス等であり、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)などの炭化水素を含んだものであるが、その成分は地理的又は時間的に変動しうる。燃料ガスラインL1の上流部分には、第1流量調整弁4及び第1遮断弁5が設けられている。燃料ガスラインL1には、第1流量調整弁4及び第1遮断弁5の下流側において不燃性ガスラインL2が接続されている。不燃性ガスラインL2は、燃料ガスラインL1の燃料ガスに不燃性ガスを混入させるガス管である。
燃料調整装置1を始動させるために、メインコントローラ30は、まず、昇圧機16を起動させて(ステップS1)、第5遮断弁28を開く(ステップS2)。これにより、燃料ガスラインL1と循環ラインL7とで形成される循環路に循環流が生成される。
次いで、メインコントローラ30は、第1遮断弁5を開き(ステップS3)、第1流量調整弁4を全開にする(ステップS4)。これにより、燃料ガスラインL1には、燃料供給源2からの燃料ガスが供給され、メタン価センサ13及びカロリメータ14が配置された部分において燃料ガスの流れが生じる。
次いで、メインコントローラ30は、第2遮断弁20を開き(ステップS5)、第2流量調整弁19の開度を制御する(ステップS6)。これにより、貯蔵タンク17からの不燃性ガスが不燃性ガスラインL2を介して燃料ガスラインL1に混入する。このとき、貯蔵タンク17には、ガスエンジン3の前回運転時に排気ラインL4を介して流入した排気ガスが貯蔵されている。これにより、燃料ガスで充満していた循環ラインの中に不燃性ガスが混入され調整される。
次いで、メインコントローラ30は、圧力センサ27で検出される貯蔵タンク17の内部圧力が下限圧力以上であるか否かを判定する(ステップS7)。ステップS7でYESの場合には、第4遮断弁25を閉じる(ステップS8)。ステップS7でNOの場合には、不活性ガスタンク24からの不活性ガスを貯蔵タンク17に供給するために第4遮断弁25を開く(ステップS9)。これにより、貯蔵タンク17の内部圧力が燃料ガスラインL1の合流箇所Pの圧力よりも低くならないように保たれる。もし、貯蔵タンク17の内部圧力が低くなって回復しないときは、図示しない監視機能により起動エラーと判断される。
次いで、メインコントローラ30は、前記した循環流が生じた状態で、性状検出器13,14で検出される値が所定の許容条件を満たしているか否かを判定する。即ち、メインコントローラ30は、メタン価センサ13又はカロリメータ14で検出される値(メタン価又は熱量)が所定の目標値に収束しているか否かを判定する。(ステップS10)。具体的には、メインコントローラ30は、メタン価センサ13又はカロリメータ14で検出される値が前記目標値を含む許容範囲に所定時間にわたって継続して収まっているか否かを判定する。ここで、「目標値」は、ガスエンジン3が過回転やノッキング等の異常動作を起こさずに正常に起動及び運転でき、かつ、ガスエンジン3が高効率で動作できるメタン価又は熱量の最適値である。
ステップS10でYESの場合には、メインコントローラ30は、圧力センサ9で検出されるバッファタンク7の内部圧力が所定の下限圧力以上であるか否かを判定する(ステップS11)。ステップS11でNOの場合には、ステップS6に戻る。これにより、バッファタンク7の内部圧力が低すぎる状態のままでガスエンジン3が起動して、ガスエンジン3への燃料供給圧が不足することが防止される。
ステップS11でYESの場合には、メインコントローラ30は、バッファタンク7の安全弁8が作動した否かを判定する(ステップS12)。ステップS12でYESの場合には、ステップS6に戻る。これにより、安全弁8が作動してバッファタンク7の内部圧力が変動した状態のままでガスエンジン3が起動することが防止される。
ステップS12でNOの場合には、メインコントローラ30は、第5遮断弁28を閉じて循環ラインL7の流れを遮断し(ステップS13)、エンジンコントローラ50に指令してガスエンジン3を起動する(ステップS14)。
図4は、図1に示すガスエンジン3の燃料調整装置1のガスエンジン起動後における動作手順を説明するフローチャートである。図4に示すように、ガスエンジン3が起動すると、メインコントローラ30は、第3遮断弁23を開き(ステップS21)、第4遮断弁25を閉じる(ステップS22)。これにより、ガスエンジン3からの排気ガスが貯蔵タンク17に供給され、その排気ガスが不燃性ガスとして不燃性ガスラインL2を介して燃料ガスラインL1に混入される。
次いで、メインコントローラ30は、冷却器18を起動する(ステップS23)。これにより、ガスエンジン3からの高熱の排気ガスは、冷却されたうえで燃料ガスラインL1に混入される。
そして、メインコントローラ30は、燃料ガスがバッファタンク7を経由せずにバイパスラインL3を流れるように切換弁10,11を切り換える(ステップS24)。即ち、メインコントローラ30は、ガスエンジン3が運転状態にあるときには、バイパスラインL3によるバッファタンク7を経由しない燃料ガスの流れを選択する。
次いで、メインコントローラ30は、第3流量調整弁22を一旦全開にしてから(ステップS25)、第3流量調整弁22の開度を制御する(ステップS26)。これにより、ガスエンジン3から貯蔵タンク17に向けて流れる排気ガスの流量が調節される。次いで、メインコントローラ30は、ステップS10と同様に、メタン価センサ13又はカロリメータ14で検出される値(メタン価又は熱量)が所定の目標値に収束しているか否かを判定する。(ステップS27)。ステップS27でNOの場合には、ステップS26に戻ることで、メタン価センサ13又はカロリメータ14で検出される値が前記目標値に近づくように第3流量調整弁22の開度をフィードバック制御する。
ステップS27でYESの場合には、メインコントローラ30は、第2流量調整弁19を制御して開度を徐々に増加させる(ステップS28)。そして、メインコントローラ30は、第2流量調整弁19が全開になったか否かを判定する(ステップS29)。ステップS29でNOの場合には、ステップS26に戻る。ステップS29でYESの場合には、メインコントローラ30は、ステップS27と同様に、メタン価センサ13又はカロリメータ14で検出される値(メタン価又は熱量)が所定の目標値に収束しているか否かを判定する。(ステップS30)。ステップS30でNOの場合には、メタン価センサ13又はカロリメータ14で検出される値が前記目標値に近づくように第3流量調整弁22の開度をフィードバック制御する(ステップS31)。ステップS30でYESの場合には、第3流量調整弁22の開度を変化させず、通常運転を行う(ステップS32)。
なお、図3及び4のフローチャートには記載していないが、ガスエンジン3の起動前も起動後も、酸素濃度計12で計測される酸素濃度が所定の上限値を超えたときには、メインコントローラ30は、第3遮断弁23を閉じるとともに第4遮断弁25を開き、不活性ガスを貯蔵タンク17に供給する。これにより、燃料ガスラインL1を流れる燃料ガスは、爆発限界未満に保たれることとなる。
図5は、本発明の第2実施形態に係るガスエンジン3の燃料調整装置101を示すブロック図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図5に示すように、第2実施形態の燃料調整装置101では、流路形成装置151が第1実施形態の流路形成装置51と相違している。燃料調整装置101では、第1実施形態の循環ラインL7、第5遮断弁28、第2逆止弁29、バッファタンク7、バイパスラインL3、切換弁10,11を廃止している。その代わりに、燃料ガスラインL1の中間流出部31には、そこから流出する燃料ガスを外部に導くための分岐ラインL8が接続されている。例えば、分岐ラインL8は、燃料タンク(図示せず)に接続されてもよいし、他の系統に接続されてもよい。そして、分岐ラインL8には、第6遮断弁61が設けられており、その第6遮断弁61は、メインコントローラ130で制御される。即ち、分岐ラインL8及び第6遮断弁61が、ガスエンジン3の起動前において燃料ガスラインL1に流れを生じさせるための流路を形成する流路形成装置151の役目を果たしている。
2 燃料供給源
3 ガスエンジン
7 バッファタンク
10,11 切換弁
13 メタン価センサ(性状検出器)
14 カロリメータ(性状検出器)
17 貯蔵タンク
19 第2流量調整弁
22 第3流量調整弁
28 第5遮断弁
30,130 メインコントローラ
31 中間流出部
39 排気ポート
46 主燃料供給弁
47 副燃料供給弁
51,151 流路形成装置
61 第6遮断弁
L1 燃料ガスライン
L2 不燃性ガスライン
L3 バイパスライン
L4 排気ライン
L5 放出ライン
L6 不活性ガスライン
L7 循環ライン
L8 分岐ライン
Claims (8)
- 燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る燃料ガスラインと、
前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる不燃性ガスラインと、
前記不燃性ガスラインから前記燃料ガスラインに流入する前記不燃性ガスの流量を調整する流量調整弁と、
前記燃料ガスラインのうち前記不燃性ガスラインが接続された合流箇所よりも下流側を流れる前記燃料ガスの性状を検出するための性状検出器と、
前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、
前記ガスエンジンの起動前において前記燃料ガスラインに流れを生じさせるための流路を形成する流路形成装置と、を備え、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記流路形成装置を制御して前記流路を形成して前記燃料ガスラインに前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御する、ガスエンジンの燃料調整装置。 - 前記不燃性ガスラインは、前記ガスエンジンの排気ポートに接続され、
前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに混入する前記不燃性ガスは、前記ガスエンジンからの排気ガスを含んでいる、請求項1に記載のガスエンジンの燃料調整装置。 - 前記流路形成装置は、前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所と前記燃料供給弁との間の部分に設けられた、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスが流出可能な中間流出部と、前記中間流出部からの前記燃料ガスの流出を遮断可能な遮断弁と、を有し、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記遮断弁を開いて前記燃料ガスラインに前記中間流出部に向けた前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項1又は2に記載のガスエンジンの燃料調整装置。 - 前記中間流出部から流出する燃料ガスを前記燃料ガスラインのうち前記中間流出部よりも上流側の部分に戻して、前記燃料ガスラインとともに循環路を形成するための循環ラインを更に備え、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記遮断弁を開いて前記循環路に循環流を生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスエンジンの燃料調整装置。 - 前記不燃性ガスラインに設けられた貯蔵タンクを更に備え、
前記不燃性ガスラインは、前記貯蔵タンクよりも上流側で前記ガスエンジンの排気ポートに接続され、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記ガスエンジンの前回運転時に前記貯蔵タンクに貯蔵された排気ガスを前記燃料ガスラインに混入させるように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項1乃至4のいずれかに記載のガスエンジンの燃料調整装置。 - 前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所の下流側に設けられたバッファタンクを更に備えている、請求項1乃至5のいずれかに記載のガスエンジンの燃料調整装置。
- 燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る燃料ガスラインと、
前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる不燃性ガスラインと、
前記不燃性ガスラインから前記燃料ガスラインに流入する前記不燃性ガスの流量を調整する流量調整弁と、
前記燃料ガスラインのうち前記不燃性ガスラインが接続された合流箇所よりも下流側を流れる前記燃料ガスの性状を検出するための性状検出器と、
前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、
前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所の下流側に設けられたバッファタンクと、
前記バッファタンクを迂回するように前記燃料ガスラインに接続されたバイパスラインと、
前記バッファタンクを通過する前記燃料ガスの流れと前記バイパスラインを通過する前記燃料ガスの流れとを選択的に切り換える切換弁と、を備えている、ガスエンジンの燃料調整装置。 - 燃料供給源からの燃料ガスを燃料ガスラインを通じてガスエンジンの燃料供給弁に送る第1工程と、
前記燃料供給弁よりも上流側で前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる第2工程と、
前記不燃性ガスが混入した前記燃料ガスの性状を検出する第3工程と、
前記検出される性状の値が所定の目標値に近づくように前記燃料ガスに混入させる前記不燃性ガスの流量を調整する第4工程と、を備え、
更に、前記ガスエンジンの起動前において、前記燃料ガスラインに流れを生じさせるための流路を形成して前記燃料ガスラインに前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記燃料ガスの性状の値が所定の目標値に近づくように、前記燃料ガスラインに混入させる不燃性ガスの流量を調整する工程を備えている、ガスエンジンの燃料調整方法。
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