JP6453092B2 - バイオガスエンジン - Google Patents
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Description
本発明は、バイオガスを生成するガス化炉で生成したバイオガスを燃料として駆動するバイオガスエンジンに関する。
バイオガスを生成するガス化炉で生成したバイオガスを燃料として駆動するバイオガスエンジンは、通常、バイオガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させるようになっている。
このようなバイオガスエンジンにおいては、例えば、バイオガスが冷却されて露点まで低下した後にバイオガスと混合する空気がバイオガスよりも低温の場合、バイオガスと空気との混合気の温度が露点を下回り、次のような不都合がある。
すなわち、バイオガスと空気との混合気の温度が露点を下回ると、混合気に含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水（結露）が発生し、発生した凝縮水（結露）により、燃焼室やバルブ等の混合気に触れる構成部材において錆が発生する恐れがある。また、バイオガスと空気との混合気の温度が低下してバイオガスに含まれるタール分の凝縮点以下になると、タール分が凝縮してタールが析出し、析出したタールにより、バルブ等の混合気に触れる可動部材の動作不良（例えばタールの付着により可動部材が円滑に可動しないといった動作不良）等の不具合が発生する恐れがある。これらのことは、寒冷地域において、バイオガスと外気とを混合する場合に、特に顕著となる。
従って、バイオガスと空気との混合気を、結露やタールが生じないような露点以上で燃焼室に導く必要がある。
ところで、特許文献１は、未精製ガスを燃料とするガスエンジンの吸気通路に、室内空気を加熱する加熱手段を設けた構成を開示している。
しかしながら、特許文献１に記載の構成は、外気温度が所定温度より低温の場合でのバックアップ的な構成に留まっている。すなわち、特許文献１は、バイオガスと空気との混合気を、露点以上で燃焼室に導く構成については何も示していない。
そこで、本発明は、バイオガスを生成するガス化炉で生成したバイオガスを燃料とし、バイオガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させるバイオガスエンジンであって、バイオガスと空気との混合気を、結露およびタールが生じないような露点以上で燃焼室に導くことができるバイオガスエンジンを提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために、バイオガスを生成するガス化炉で生成した前記バイオガスを燃料とし、前記バイオガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させるバイオガスエンジンであって、前記ガス化炉から前記燃焼室へのバイオガス供給経路に、前記バイオガスの温度を調整するバイオガス冷却手段を設け、前記空気を吸気する吸気経路に、前記バイオガス冷却手段にて温度が調整された前記バイオガスと前記空気とを混合する混合手段を設け、前記空気の吸気方向において前記吸気経路の前記混合手段よりも上流側に、前記吸気経路から吸入される前記空気を、前記混合気の温度が露点以上を保つように加熱する加熱手段を設け、前記バイオガス冷却手段は、前記バイオガスを洗浄液により洗浄し、さらに冷却水により冷却するガス冷却器を含み、前記ガス冷却器に供給する前記洗浄液を貯溜する循環液槽内の前記洗浄液が前記ガス冷却器に導入され、該ガス冷却器で前記バイオガスを洗浄することを特徴とするバイオガスエンジンを提供する。
本発明において、前記吸気経路から吸入される前記空気の前記加熱手段の熱源としてエンジン廃熱を使用する態様を例示できる。
本発明において、前記空気の圧力を大気圧よりも高める過給機を設け、前記吸気経路から吸入される前記空気の前記加熱手段として前記過給機を使用する態様を例示できる。
本発明において、前記バイオガス冷却手段に、前記洗浄液としてオイルを前記バイオガスに接触させて前記バイオガスを洗浄するオイル接触手段を付加する態様を例示できる。
本発明によると、バイオガスを生成するガス化炉で生成したバイオガスを燃料とし、バイオガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させるバイオガスエンジンであって、バイオガスと空気との混合気を、結露およびタールのうち少なくとも結露が生じないような露点以上で燃焼室に導くことができるバイオガスエンジンを提供することができる。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の実施の形態に係るバイオガスエンジン１００（ガスエンジンシステム）の全体構成について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るバイオガスエンジン１００の全体構成を示す概略構成図である。
図１に示すように、バイオガスエンジン１００は、原料供給装置１０１と、ガス化炉１０２と、サイクロン１０３と、ガス冷却器１０４と、スクラバー１０５と、循環液槽１０６（貯水槽）と、冷却塔１０７と、ガスフィルター１０８と、誘引ブロワ１０９と、前処理ユニット１１０と、燃焼室１０（この例ではエンジン発電装置１１１における燃焼室）と、水封槽１１２と、余剰ガス燃焼装置１１３（フレアスタック）とを備えている。
原料供給装置１０１は、バイオガスＧの原料となるバイオマスＢが貯溜される投入ホッパ１０１ａと、投入ホッパ１０１ａに貯溜されたバイオマスＢをガス化炉１０２に投入する原料投入部１０１ｂとを備えている。
ここで、バイオマスとしては、家畜排泄物、食品廃棄物、紙、黒液、下水汚泥、木質チップ等の木質系廃材、未利用材、籾殻等の農作物非食用物、資源作物等を例示できる。
原料投入部１０１ｂは、この例では、投入コンベア１０１ｂ１と、投入フィーダー１０１ｂ２とを備えている。投入コンベア１０１ｂ１は、投入ホッパ１０１ａに貯溜されたバイオマスＢを投入フィーダー１０１ｂ２に搬送する。投入フィーダー１０１ｂ２は、投入コンベア１０１ｂ１にて搬送されてきたバイオマスＢをガス化炉１０２に投入する。
ガス化炉１０２は、原料供給装置１０１にて投入されたバイオマスＢからバイオガスＧを生成する。サイクロン１０３は、ガス化炉１０２にて生成されたバイオガスＧに含まれる比較的大きい塵等の不要物を除去する。
ガス冷却器１０４は、ガス化炉１０２から燃焼室１０へのバイオガス供給経路に設けられている。ガス冷却器１０４は、サイクロン１０３にて不要物が除去されたバイオガスＧを、洗浄液ＷＬにより洗浄し、さらに冷却水ＣＷにより冷却する。スクラバー１０５は、ガス冷却器１０４にて洗浄されて冷却されたバイオガスＧを洗浄液ＷＬ中に潜らせることによりさらに洗浄する。循環液槽１０６は、ガス冷却器１０４およびスクラバー１０５に供給する洗浄液ＷＬを貯溜する。冷却塔１０７は、ガス冷却器１０４に供給する冷却水ＣＷを貯留する。
ガスフィルター１０８は、スクラバー１０５にて洗浄されたバイオガスＧに含まれる比較的小さな塵等の不要物を濾過により除去する。誘引ブロワ１０９は、ガス化炉１０２側のバイオガス供給経路におけるバイオガスＧを吸入して燃焼室１０側のバイオガス供給経路および余剰ガス燃焼装置１１３側のバイオガス供給経路に吐出する。
前処理ユニット１１０は、誘引ブロワ１０９にて燃焼室１０側のバイオガス供給経路に吐出されたバイオガスＧにおける不純物を除去する。燃焼室１０は、前処理ユニット１１０にて不純物が除去されたバイオガスＧを燃焼する。
水封槽１１２は、誘引ブロワ１０９にて燃焼室１０側のバイオガス供給経路に吐出されたバイオガスＧの圧力を制御する。余剰ガス燃焼装置１１３は、バイオガスＧの圧力が水封槽１１２の圧力を超えた場合に流れ込む、燃焼室１０に供給されなかった余剰バイオガスＳＧを燃焼させる。なお、余剰ガス燃焼装置１１３の種火用燃料として微量のバイオガスＧが水封槽１１２をバイパスする不図示の経路を経由して常に余剰ガス燃焼装置１１３に流れている。
以上説明したバイオガスエンジン１００では、原料供給装置１０１にて固体炭素質材料のバイオマスＢがガス化炉１０２に投入されてガス化炉１０２で可燃性のバイオガスＧが生成される。ガス化炉１０２で生成されたバイオガスＧは、サイクロン１０３、ガス冷却器１０４、スクラバー１０５、ガスフィルター１０８、誘引ブロワ１０９の順に流れ、誘引ブロワ１０９の下流側で燃焼室１０側と余剰ガス燃焼装置１１３側とに分岐して流れ、さらに、余剰ガス燃焼装置１１３で余剰バイオガスＳＧが燃焼され、燃焼室１０でバイオガスＧが燃焼される。
詳しくは、投入ホッパ１０１ａには、バイオマスＢが貯溜され、投入ホッパ１０１ａ内のバイオマスＢが原料投入部１０１ｂにおける投入コンベア１０１ｂ１および投入フィーダー１０１ｂ２によりガス化炉１０２内に投入される。
ガス化炉１０２では、バイオマスＢが不完全燃焼されてバイオガスＧが生成される。ガス化炉１０２で生成されたバイオガスＧは、ガス管２０１を経てサイクロン１０３に導入される。ここで、バイオガスＧは、一酸化炭素を主成分とする燃料ガスであり、バイオガスＧには、ススやタール、塵等の不要物が含まれている。
サイクロン１０３では、バイオガスＧに含まれる比較的大きな塵等の不要物が、遠心分離によって除去される。サイクロン１０３で比較的大きな塵等の不要物が除去されたバイオガスＧは、ガス管２０２を経てガス冷却器１０４に導入される。
ガス冷却器１０４内には、バイオガスＧが流れる図示しないガス管が設けられており、該ガス管内のバイオガスＧが、洗浄液ＷＬで洗浄されると共に、該ガス管の周囲を流れる冷却水ＣＷで冷却される。ガス冷却器１０４で洗浄、冷却されたバイオガスＧは、ガス管２０３を経てスクラバー１０５に導入される。
ガス冷却器１０４に供給される冷却水ＣＷは、冷却塔１０７に貯溜されており、冷却塔１０７内の冷却水ＣＷは、配水管２０４を経てガス冷却器１０４に導入される。配水管２０４内の冷却水ＣＷは、ポンプ２０５によりガス冷却器１０４側に圧送され、ガス冷却器１０４でバイオガスＧを冷却する。バイオガスＧを冷却した冷却水ＣＷは、配水管２０６を経て冷却塔１０７に導出される。
ここで、バイオガスＧは、ガス冷却器１０４内で露点まで、または、露点付近の温度まで冷却される。なお、この例では、ガス冷却器１０４、冷却塔１０７、冷却水ＣＷ、配水管２０４、ポンプ２０５および配水管２０６がバイオガス冷却手段２００を構成している。
スクラバー１０５内には、洗浄液ＷＬが貯溜されており、バイオガスＧがスクラバー１０５内の洗浄液ＷＬ中を潜ることにより洗浄される。スクラバー１０５で洗浄されたバイオガスＧは、ガス管２０７を経てガスフィルター１０８に導入される。
ガス冷却器１０４およびスクラバー１０５に供給される洗浄液ＷＬは、循環液槽１０６に貯溜されている。循環液槽１０６内の洗浄液ＷＬは、配液管２０９を経てガス冷却器１０４に導入されると共に、配液管２０９から分岐する配液管２１０を経てスクラバー１０５に導入される。配液管２０９，２１０内の洗浄液ＷＬは、ポンプ２１１によりガス冷却器１０４側およびスクラバー１０５側に圧送され、ガス冷却器１０４およびスクラバー１０５でバイオガスＧを洗浄する。ガス冷却器１０４でバイオガスＧを洗浄した洗浄液ＷＬは、配液管２１２を経て循環液槽１０６に導出される一方、スクラバー１０５でバイオガスＧを洗浄した洗浄液ＷＬは、配液管２１３を経て循環液槽１０６に導出される。この例では、洗浄液としてエンジンオイルを利用している。バイオガスＧと直に接触(混合)する洗浄液としてエンジンオイルを利用することで水を洗浄液として利用する場合と比較して水分がバイオガスＧに追加されることを抑えることができる。そして、循環液槽１０６、ポンプ２１１、配液管２０９および配液管２１２がオイル接触手段３００を構成している。ここで、循環液槽１０６に加熱手段(例えばヒータやエンジン冷却水回路等)を設けてエンジンオイルを加熱することでバイオガスＧが露点まで冷却されることを防止しても良い。
ガスフィルター１０８では、バイオガスＧに含まれる比較的小さな塵等の不要物が、濾過によって除去される。ガスフィルター１０８で比較的小さな塵等の不要物が除去されたバイオガスＧは、ガス管２１４を経て誘引ブロワ１０９に導入される。
誘引ブロワ１０９では、誘引ブロワ１０９よりも上流側のバイオガス供給経路から吸入されたバイオガスＧが誘引ブロワ１０９よりも下流側のバイオガス供給経路に吐出される。つまり、誘引ブロワ１０９の上流側のバイオガス供給経路は負圧となる一方、誘引ブロワ１０９の下流側のバイオガス供給経路は正圧となるため、誘引ブロワ１０９の上流側のバイオガス供給経路におけるバイオガスＧが誘引ブロワ１０９で下流側のバイオガス供給経路に誘引される。
ガス化炉１０２で生成されたバイオガスＧのうち燃焼室１０に供給されなかった余剰バイオガスＳＧは、誘引ブロワ１０９からのバイオガスＧを燃焼室１０側へ供給するガス供給管２１５から分岐する余剰ガス供給管２１６および余剰ガス供給管２１６に設けられた水封槽１１２を介して余剰ガス燃焼装置１１３に導入される。
余剰ガス供給管２１６は、水封槽１１２の上流側に設けられて誘引ブロワ１０９と水封槽１１２とを接続する上流側ガス供給管２１６ａと、水封槽１１２の下流側に設けられて水封槽１１２と余剰ガス燃焼装置１１３とを接続する下流側ガス供給管２１６ｂとを備えている。
水封槽１１２内には、所定の水位まで水が封入されている。水封槽１１２は、上流側ガス供給管２１６ａから吐出される余剰バイオガスＳＧに水圧を作用させることにより、水封槽１１２から余剰ガス燃焼装置１１３への下流側ガス供給管２１６ｂにおける余剰バイオガスＳＧの供給量を制御する。これにより、水封槽１１２は、ガス供給管２１５内のバイオガスＧの圧力を制御することができる。
余剰ガス燃焼装置１１３では、上流側ガス供給管２１６ａ、水封槽１１２および下流側ガス供給管２１６ｂを経て送られてきた余剰バイオガスＳＧが余剰ガス燃焼部１１３ａで燃焼される。
余剰ガス燃焼装置１１３は、余剰バイオガスＳＧを燃焼させる余剰ガス燃焼部１１３ａ（この例では余剰ガス燃焼塔）を有している。余剰ガス燃焼部１１３ａは、長手方向が所定方向（この例では上下方向）に向くように設置されている。下流側ガス供給管２１６ｂの余剰ガス燃焼装置１１３側の端部は、余剰ガス燃焼部１１３ａの一端部（この例では下側端部）の内部に挿入されている。余剰ガス燃焼部１１３ａの一端部（この例では下側端部）の内側には、バーナー部２１７（保炎板）が設けられている。余剰ガス燃焼部１１３ａ内における下流側ガス供給管２１６ｂの余剰ガス燃焼装置１１３側の端部は、余剰ガス燃焼部１１３ａ内に設けられたバーナー部２１７に連通している。
また、余剰ガス燃焼部１１３ａの側面には、余剰ガス供給管２１６（具体的には下流側ガス供給管２１６ｂ）の吐出口２１６ｃから吐出される余剰バイオガスＳＧに着火する着火手段（この例ではパイロットバーナー２１８）が設けられている。パイロットバーナー２１８は、余剰ガス燃焼部１１３ａの外側から余剰ガス燃焼部１１３ａ内に余剰バイオガスＳＧに着火するための燃料となる可燃性ガスｇ（この例ではプロパンガス）を供給すようになっている。パイロットバーナー２１８には、ガスボンベ２１８ａが接続されている。ガスボンベ２１８ａは、可燃性ガスｇをパイロットバーナー２１８に供給する。
かかる構成を備えた余剰ガス燃焼装置１１３では、上流側ガス供給管２１６ａから水封槽１１２を通過して下流側ガス供給管２１６ｂに流れてきた余剰バイオガスＳＧは、余剰ガス燃焼装置１１３に導入されて余剰ガス燃焼部１１３ａの一端部（この例では下側端部）に設けられたバーナー部２１７から吐出される。バーナー部２１７から吐出された余剰バイオガスＳＧは、余剰ガス燃焼部１１３ａの側面に設けられたパイロットバーナー２１８においてガスボンベ２１８ａから供給された可燃性ガスｇによる種火により着火されて燃焼される。
一方、誘引ブロワ１０９で誘引されたバイオガスＧは、ガス供給管２１５およびガス供給管２１５に設けられた前処理ユニット１１０を介してエンジン発電装置１１１における燃焼室１０に導入される。燃焼室１０には、前処理ユニット１１０で不純物が除去されたバイオガスＧが供給される。本実施の形態では、エンジン発電装置１１１は、バイオガスＧを燃料とし、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡを燃焼させる燃焼室１０を有するガスエンジン部１１１ａを備えている。この例では、エンジン発電装置１１１は、ガスエンジン部１１１ａにより駆動される発電装置１１１ｂを備え、発電装置１１１ｂで発電し、かつ、ガスエンジン部１１１ａの排熱を給湯や空調等に利用するコージェネレーションシステムとされている。
また、バイオガスエンジン１００は、バイオガス冷却手段２００にて温度が調整されたバイオガスＧと空気Ａとを混合する混合手段として作用するガスミキサー２０（ガス混合器）をさらに備えている。ガスミキサー２０は、空気Ａを吸気する吸気経路２１９に設けられている。
（加熱手段について）
ところで、バイオガス冷却手段２００により、バイオガスＧが露点まで、または、露点付近の温度まで冷却されているため、バイオガスＧと混合する空気ＡがバイオガスＧよりも低温の場合、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡの温度が露点を下回り、次のような不都合がある。
ところで、バイオガス冷却手段２００により、バイオガスＧが露点まで、または、露点付近の温度まで冷却されているため、バイオガスＧと混合する空気ＡがバイオガスＧよりも低温の場合、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡの温度が露点を下回り、次のような不都合がある。
すなわち、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡの温度が露点を下回ると、混合気ＧＡに含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水（結露）が発生し、発生した凝縮水（結露）により、燃焼室１０やバルブ等の混合気ＧＡに触れる構成部材において錆が発生する恐れがある。また、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡの温度が低下してバイオガスＧに含まれるタール分の凝縮点以下になると、タール分が凝縮してタールが析出し、析出したタールにより、バルブ等の混合気ＧＡに触れる可動部材の動作不良（例えばタールの付着により可動部材が円滑に可動しないといった動作不良）等の不具合が発生する恐れがある。これらのことは、寒冷地域において、バイオガスＧと外気（野外の空気Ａ）とを混合する場合に、特に顕著となる。
この点、本実施の形態では、バイオガスエンジン１００は、吸気経路２１９から吸入される空気Ａを、混合気ＧＡの温度が露点以上を保つように加熱する加熱手段１１４を備えている。加熱手段１１４は、空気Ａの吸気方向Ｗにおいて吸気経路２１９のガスミキサー２０よりも上流側に設けられている。
本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００によれば、空気Ａの吸気方向Ｗにおいて吸気経路２１９のガスミキサー２０よりも上流側に、吸気経路２１９から吸入される空気Ａを、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡの温度が露点以上を保つように加熱する加熱手段１１４を設けるので、加熱手段１１４により、吸気経路２１９から吸入される空気Ａを、混合気ＧＡの温度が露点以上を保つように加熱することができ、これにより、混合気ＧＡを、露点以上で燃焼室１０に導くことができる。従って、混合気ＧＡに含まれる水蒸気が凝縮することがなく、凝縮水（結露）の発生を回避することができ、ひいては、燃焼室１０やバルブ等の混合気ＧＡに触れる構成部材において錆が発生することを効果的に防止することができる。また、バイオガスＧに含まれるタール分の凝縮点が露点以下であり、従って、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡの温度がバイオガスＧに含まれるタール分の凝縮点以上であるため、タール分が凝縮することがなく、タールの析出を回避することができ、ひいては、バルブ等の混合気ＧＡに触れる可動部材の動作不良（例えばタールの付着により可動部材が円滑に可動しないといった動作不良）等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。これらのことは、寒冷地域において、バイオガスＧと外気（野外の空気Ａ）とを混合する場合に、特に有効となる。
ところで、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡにおけるＨ2（水素）の含有率と露点との間には、バイオガスＧ原料の水分が一定の場合、一定の相関関係を有する。
図２は、バイオガスＧと空気Ａとの混合気ＧＡにおけるＨ2の含有率と露点との相関関係を示すグラフである。
図２に示すように、混合気ＧＡにおけるＨ2の含有率と露点との間に一定の相関関係があることがわかる。例えば、混合気ＧＡにおけるＨ2の含有率が１６．５％の場合には、露点は５１℃となる。
本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００において、吸気経路２１９から吸入される空気Ａを加熱手段１１４により加熱するにあたり、例えば、混合気ＧＡにおけるＨ2の含有率と露点との相関関係（図２参照）を実験等により予め求めておく。また、混合気ＧＡにおけるＨ2の含有率（例えば１６．５％）を予め測定することで、測定したＨ2の含有率（例えば１６．５％）から実験等により予め求めておいた相関関係（図２参照）を用いて露点（例えば５１℃）を予め求めておく。そして、本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００において、混合気ＧＡの温度が、予め求めておいた露点（例えば５１℃）以上を保つように、加熱手段１１４の加熱度合を予め設定しておく。こうすることで、加熱度合が予め設定された加熱手段１１４により、吸気経路２１９から吸入される空気Ａを、混合気ＧＡの温度が露点以上を保つように加熱するができる。
なお、本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００において、記憶装置および制御装置を備え、露点を記憶装置に予め記憶しておき、制御装置は、記憶装置に記憶した露点を用いて、加熱手段１１４を作動制御して加熱手段１１４の加熱度合を調整するようになっていてもよい。すなわち、制御装置は、加熱手段１１４を作動制御して、吸気経路２１９から吸入される空気Ａを、混合気ＧＡの温度が露点以上を保つように加熱する構成とされていてもよい。また、混合気ＧＡの温度の検知する温度検知部を備え、制御装置は温度検知部の検知結果に基づいて、具体的には、混合気ＧＡの温度が露点以上を保つように、加熱手段１１４を作動制御して加熱手段１１４の加熱度合を調整するようにしてもよい。また、制御装置は、次のようにして露点を求めるように構成されていてもよい。すなわち、混合気ＧＡにおけるＨ2の含有率と露点との相関関係（図２参照）に基づく換算要素（例えば換算テーブルや換算式）を記憶装置に予め記憶しておき、制御装置は、Ｈ2の含有率をパラメータとして記憶装置における換算要素から露点を求めるように構成されていてもよい。
（加熱手段の具体的態様）
図３および図４は、吸気経路２１９から吸気される空気Ａを加熱する加熱手段１１４の具体的態様を説明する説明図である。
図３および図４は、吸気経路２１９から吸気される空気Ａを加熱する加熱手段１１４の具体的態様を説明する説明図である。
（エンジン部の構成）
まず、本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００における図３および図４に示すガスエンジン部１１１ａの構成について説明する。
まず、本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００における図３および図４に示すガスエンジン部１１１ａの構成について説明する。
図３および図４に示すガスエンジン部１１１ａは、クランクケース１１と、シリンダ１２と、ピストン１３と、シリンダヘッド１４と、クランクシャフト１５と、コンロッド１６と、吸気バルブ１７と、排気バルブ１８と、点火プラグ１９とを備えている。
クランクシャフト１５は、クランクケース１１内に回転軸線１５ａ回りに回転可能な状態で収容されている。コンロッド１６は、一端がクランクシャフト１５の回転軸線１５ａから偏心した位置に設けられたクランクピン１５ｂに回転自在に連結されている。また、コンロッド１６は、他端がピストン１３に設けられたピストンピン１３ａに回動自在に連結されている。
ピストン１３は、シリンダ１２内で往復運動する構成とされている。ピストン１３の往復運動がコンロッド１６によってクランクシャフト１５に伝達され、これにより、クランクシャフト１５が回転する。燃焼室１０は、シリンダ１２と、ピストン１３と、シリンダヘッド１４とによって区画されている。シリンダヘッド１４には、吸気バルブ１７、排気バルブ１８および点火プラグ１９が取り付けられている。
吸気バルブ１７は、燃焼室１０に開口した吸気口１０ａを所定の吸気タイミングで開放し、所定の排気タイミングで閉塞するようになっている。排気バルブ１８は、燃焼室１０に開口した排気口１０ｂを所定の排気タイミングで開放し、所定の吸気タイミングで閉塞するようになっている。点火プラグ１９は、燃焼室１０内で所定の燃焼タイミングで放電する放電部１９ａを有し、放電部１９ａでの放電によって、ガスミキサー２０にてバイオガスＧと空気Ａとが混合されて吸気経路２１９を経て燃焼室１０内に吸気された混合気ＧＡに点火する構成とされている。
（加熱手段の一例）
本実施の形態において、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの加熱手段１１４として、ヒーター等の熱源を別途使用してもよいが、この場合、構成部材を別途必要とすると共に、エネルギーを別途消費する。
本実施の形態において、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの加熱手段１１４として、ヒーター等の熱源を別途使用してもよいが、この場合、構成部材を別途必要とすると共に、エネルギーを別途消費する。
かかる観点から、本実施の形態に係るバイオガスエンジン１００において、図３に示すような加熱手段１１４の具体的態様を例示できる。
図３（ａ）は、加熱手段１１４の一例の第１態様を示す概略構成図であり、図３（ｂ）は、加熱手段１１４の一例の第２態様を示す概略構成図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示す加熱手段１１４の一例では、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの加熱手段１１４の熱源としてエンジン廃熱を使用する。
この例では、エンジン廃熱は、ガスエンジン部１１１ａを冷却するエンジン冷却水ＥＷの熱（図３（ａ）参照）、および、ガスエンジン部１１１ａから排出される排気ガスＥＧの熱（図３（ｂ）参照）とされている。
詳しくは、図３（ａ）に示す第１態様では、エンジン廃熱を使用する構成は、吸気経路２１９とエンジン廃熱の配管２２０（この例ではエンジン冷却水ＥＷの配管２２１）との間に熱交換器２３０を設ける構成とされている。
また、図３（ｂ）に示す第２態様では、エンジン廃熱を使用する構成は、吸気経路２１９とエンジン廃熱の配管２２０（この例では排気ガスＥＧの配管２２２）との間に熱交換器２３０を設ける構成とされている。
ここで、図３（ａ）に示す第１態様において、シリンダ１２に設けられたシリンダブロック１２ａにはエンジン冷却水ＥＷを通過させるウォータジャケット１２ｂが設けられており、ウォータジャケット１２ｂに環状の配管２２１が接続されている。配管２２１には図示を省略したエンジン冷却水ポンプが設けられており、エンジン冷却水ポンプは、配管２２１内のエンジン冷却水ＥＷを循環させるようになっている。
図３（ａ）に示す第１態様の加熱手段１１４の加熱度合は、例えば、図示を省略したエンジン冷却水ポンプの回転数や図示を省略したエンジン冷却水流量バルブの開度を調整することで設定することができる。また、図３（ｂ）に示す第２態様の加熱手段１１４の加熱度合は、例えば、図示を省略した排気ガス流量バルブの開度を調整することで設定することができる。
なお、何れにしても熱交換器２３０は、従来公知のものを用いることができ、ここでは詳しい説明を省略する。また、第１態様および第２態様を組み合わせて加熱手段１１４を構成するようにしてもよい。
このように、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの加熱手段１１４の熱源としてエンジン廃熱を使用することで、エンジン廃熱を利用することができ、これにより、熱源を別途確保することを省略することができると共に、エネルギーを別途消費することを回避することが可能となる。
（加熱手段の他の例）
図４は、加熱手段１１４の他の例を示す概略構成図である。
図４は、加熱手段１１４の他の例を示す概略構成図である。
本実施の形態において、バイオガスエンジン１００には、空気Ａの圧力を大気圧よりも高める過給機１１５が備えられることがある。
図４に示す加熱手段１１４の他の例では、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの加熱手段１１４として、過給機１１５を使用する。
過給機１１５は、コンプレッサ１１５ａを備え、空気の吸気方向Ｗにおいて吸気経路２１９のガスミキサー２０よりも上流側には、コンプレッサ１１５ａが配置されている。
本実施の形態では、過給機１１５は、排気ガスＥＧの圧力（排気圧）を利用するターボチャージャとされている。
詳しくは、過給機１１５は、吸気経路２１９とエンジン廃熱の配管２２０（この例では排気ガスＥＧの配管２２２）との間を設けられている。
過給機１１５は、吸気経路２１９に配設されたコンプレッサ１１５ａと、排気ガスＥＧの配管２２２に配設されたタービン１１５ｂと、これらを結合する結合軸１１５ｃとを有している。
過給機１１５では、排気ガスＥＧの配管２２２を通る排気ガスＥＧの圧力によってタービン１１５ｂが回されると、その回転が結合軸１１５ｃによってコンプレッサ１１５ａに伝達される。そうすると、コンプレッサ１１５ａが回転し、吸気経路２１９内の空気Ａを圧縮して、ガスミキサー２０に送り込む。これにより、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの温度を高めることができる。
図４に示す加熱手段１１４の他の例の加熱度合は、例えば、図示を省略した排気ガス流量バルブの開度を調整することで設定することができる。
このように、吸気経路２１９から吸入される空気Ａの加熱手段１１４として過給機１１５（この例ではターボチャージャ）を使用することで、過給機１１５による空気Ａの圧縮効果によって吸気経路２１９から吸入される空気Ａの温度を容易に上昇させることが可能となる。また、過給機１１５が備えられるバイオガスエンジン１００の構成の場合において、加熱手段１１４として過給機１１５を使用することで、空気Ａの温度を上昇させるためにエンジン駆動に関与する圧力（この例では排気ガスＥＧの圧力）を利用することができ、これにより、熱源を別途確保することを省略することができると共に、エネルギーを別途消費することを回避することが可能となる。
なお、図３に示すような加熱手段１１４の一例と、図４に示すような加熱手段１１４の他の例とを組み合わせても良い。
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
１０ 燃焼室
１０ａ 吸気口
１０ｂ 排気口
１１ クランクケース
１２ シリンダ
１２ａ シリンダブロック
１２ｂ ウォータジャケット
１３ ピストン
１３ａ ピストンピン
１４ シリンダヘッド
１５ クランクシャフト
１５ａ 回転軸線
１５ｂ クランクピン
１６ コンロッド
１７ 吸気バルブ
１８ 排気バルブ
１９ 点火プラグ
１９ａ 放電部
２０ ガスミキサー（混合手段の一例）
１００ バイオガスエンジン
１０１ 原料供給装置
１０１ａ 投入ホッパ
１０１ｂ 原料投入部
１０１ｂ１ 投入コンベア
１０１ｂ２ 投入フィーダー
１０２ ガス化炉
１０３ サイクロン
１０４ ガス冷却器
１０５ スクラバー
１０６ 循環液槽
１０７ 冷却塔
１０８ ガスフィルター
１０９ 誘引ブロワ
１１０ 前処理ユニット
１１１ エンジン発電装置
１１１ａ ガスエンジン部
１１１ｂ 発電装置
１１２ 水封槽
１１３ 余剰ガス燃焼装置
１１３ａ 余剰ガス燃焼部
１１４ 加熱手段
１１５ 過給機
１１５ａ コンプレッサ
１１５ｂ タービン
１１５ｃ 結合軸
２００ バイオガス冷却手段
２１７ バーナー部
２１８ パイロットバーナー
２１８ａ ガスボンベ
２１９ 吸気経路
２２０ エンジン排熱の配管
２２１ エンジン冷却水の配管
２２２ 排気ガスの配管
２３０ 熱交換器
３００ オイル接触手段
Ａ 空気
Ｂ バイオマス
ＣＷ 冷却水
ＥＧ 排気ガス
ＥＷ エンジン冷却水
Ｇ バイオガス
ＧＡ 混合気
ＳＧ 余剰バイオガス
Ｗ 吸気方向
ＷＬ 洗浄液
１０ａ 吸気口
１０ｂ 排気口
１１ クランクケース
１２ シリンダ
１２ａ シリンダブロック
１２ｂ ウォータジャケット
１３ ピストン
１３ａ ピストンピン
１４ シリンダヘッド
１５ クランクシャフト
１５ａ 回転軸線
１５ｂ クランクピン
１６ コンロッド
１７ 吸気バルブ
１８ 排気バルブ
１９ 点火プラグ
１９ａ 放電部
２０ ガスミキサー（混合手段の一例）
１００ バイオガスエンジン
１０１ 原料供給装置
１０１ａ 投入ホッパ
１０１ｂ 原料投入部
１０１ｂ１ 投入コンベア
１０１ｂ２ 投入フィーダー
１０２ ガス化炉
１０３ サイクロン
１０４ ガス冷却器
１０５ スクラバー
１０６ 循環液槽
１０７ 冷却塔
１０８ ガスフィルター
１０９ 誘引ブロワ
１１０ 前処理ユニット
１１１ エンジン発電装置
１１１ａ ガスエンジン部
１１１ｂ 発電装置
１１２ 水封槽
１１３ 余剰ガス燃焼装置
１１３ａ 余剰ガス燃焼部
１１４ 加熱手段
１１５ 過給機
１１５ａ コンプレッサ
１１５ｂ タービン
１１５ｃ 結合軸
２００ バイオガス冷却手段
２１７ バーナー部
２１８ パイロットバーナー
２１８ａ ガスボンベ
２１９ 吸気経路
２２０ エンジン排熱の配管
２２１ エンジン冷却水の配管
２２２ 排気ガスの配管
２３０ 熱交換器
３００ オイル接触手段
Ａ 空気
Ｂ バイオマス
ＣＷ 冷却水
ＥＧ 排気ガス
ＥＷ エンジン冷却水
Ｇ バイオガス
ＧＡ 混合気
ＳＧ 余剰バイオガス
Ｗ 吸気方向
ＷＬ 洗浄液
Claims (4)
- バイオガスを生成するガス化炉で生成した前記バイオガスを燃料とし、前記バイオガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させるバイオガスエンジンであって、
前記ガス化炉から前記燃焼室へのバイオガス供給経路に、前記バイオガスの温度を調整するバイオガス冷却手段を設け、
前記空気を吸気する吸気経路に、前記バイオガス冷却手段にて温度が調整された前記バイオガスと前記空気とを混合する混合手段を設け、
前記空気の吸気方向において前記吸気経路の前記混合手段よりも上流側に、前記吸気経路から吸入される前記空気を、前記混合気の温度が露点以上を保つように加熱する加熱手段を設け、
前記バイオガス冷却手段は、前記バイオガスを洗浄液により洗浄し、さらに冷却水により冷却するガス冷却器を含み、
前記ガス冷却器に供給する前記洗浄液を貯溜する循環液槽内の前記洗浄液が前記ガス冷却器に導入され、該ガス冷却器で前記バイオガスを洗浄することを特徴とするバイオガスエンジン。 - 請求項１に記載のバイオガスエンジンであって、
前記吸気経路から吸入される前記空気の前記加熱手段の熱源としてエンジン廃熱を使用することを特徴とするバイオガスエンジン。 - 請求項１または請求項２に記載のバイオガスエンジンであって、
前記空気の圧力を大気圧よりも高める過給機を設け、
前記吸気経路から吸入される前記空気の前記加熱手段として前記過給機を使用することを特徴とするバイオガスエンジン。 - 請求項１から請求項３までの何れか１つに記載のバイオガスエンジンであって、
前記バイオガス冷却手段に、前記洗浄液としてオイルを前記バイオガスに接触させて前記バイオガスを洗浄するオイル接触手段を付加したことを特徴とするバイオガスエンジン。
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