JP6576682B2

JP6576682B2 - バイオガス専焼エンジン

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Publication number: JP6576682B2
Application number: JP2015098828A
Authority: JP
Inventors: 中園　徹; 徹中園; 勇太渡邉
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: JP2016217142A; EP3296556A1; WO2016182070A1; EP3296556A4

Description

本発明は、バイオガスを使用するバイオガス専焼エンジンに関するものである。

従来より、有機性廃棄物由来のバイオガスを燃料とするエンジンの運転方法としては、バイオガスを燃料とする一方で軽油を補助燃料とするデュアルフューエルエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照。）

このようなデュアルフューエルエンジンにおいては、軽油を補助燃料とするため、ミキサでのバイオガスの吸引負圧の大小に関係なく運転が行われていた。

特許第４０７０１１５号公報

しかし、上記従来のようなデュアルフューエルエンジンではなく、バイオガスだけを単独燃料とするバイオガス専焼エンジンであって、ストイキ燃焼を行う場合は、ベンチュリミキサで所定量のバイオガスを吸引する必要があるところ、ベンチュリミキサの吸引負圧が不足するといった不都合を生じていた。

そのため、ベンチュリミキサの上流に設けられるゼロガバナの予圧室をファンで加圧してゼロガバナ下流のガス圧力を高めてバイオガスを押し込む手段が考えられるが、この場合、エンジンの運転中にファンを駆動し続けなければならず、自己消費動力分だけバイオガス専焼エンジンの運転効率が非効率的になってしまうといった不都合を生じることとなる。

また、ゼロガバナとベンチュリミキサとの間にガスコンプレッサを設けてバイオガスを直接加圧して押し込む手段も考えられるが、バイオガスを圧縮するとバイオガスは水分を多量に含むために凝縮水が発生して吸気弁やスロットル弁の動作不良を引き起こす懸念がある。

本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、ベンチュリミキサの吸引負圧を高めることでストイキ燃焼に必要な流量のバイオガスを吸引することができるバイオガス専焼エンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係るバイオガス専焼エンジンは、燃料経路に燃料圧力調整手段を設け、前記燃料圧力調整手段下流の燃料経路に空燃比調整手段を設け、燃料経路と吸気経路の合流箇所にベンチュリミキサを設け、有機性廃棄物由来のバイオガスを単独燃料とするバイオガス専焼エンジンにおいて、前記燃料圧力調整手段を大気圧力程度に調整し、前記ベンチュリミキサの圧力と前記燃料圧力調整手段の調整圧力との圧力差によって所定エンジン出力における所定燃焼に必要な流量の前記バイオガスを吸引する空気流速となるように前記ベンチュリミキサの面積を調整し、前記ベンチュリミキサの調整された面積が小さい場合には、前記空燃比調整手段の開度を小さく、かつ、開度調整範囲の調整幅を小さくなるように変更し、前記ベンチュリミキサの調整された面積が大きい場合には、前記空燃比調整手段の開度を大きく、かつ、開度調整範囲の調整幅を大きくなるように変更するものである。

上記バイオガス専焼エンジンは、エンジン冷却水回路に加熱手段を設け、始動指令を受信すると冷却水ポンプを駆動するとともに冷却水温度を検知して所定温度未満の場合は前記所定温度以上に達するまで前記加熱手段を駆動する一方でエンジン強制駆動手段の駆動を待機する制御手段を設けたものであってもよい。

上記バイオガス専焼エンジンは、前記燃料圧力調整手段上流の燃料経路に有機性廃棄物を燃焼してバイオガスを生成するガス化炉を設け、エンジン冷却水回路に加熱手段を設け、エンジン始動時刻の第一所定時間以前にガス化炉の燃焼を開始し、冷却水温度を検知して所定温度未満の場合は前記第一所定時間よりも短い第二所定時間以前に冷却水ポンプを駆動するとともに、前記所定温度以上に達するまで前記加熱手段を駆動する制御手段を設けたものであってもよい。

上記バイオガス専焼エンジンにおいて、ベンチュリミキサの空気が通過する面積の調整は、都市ガスを使ってエンジンを所定の出力でストイキ燃焼させる際の混合気の発熱量に匹敵する発熱量となるように、バイオガスと空気とを混合させる空気流速に調整するものであってもよい。

上記バイオガス専焼エンジンにおいて、バイオガス：空気＝５４：４６〜４０：６０の割合でバイオガスと空気とを混合させる空気流速に調整するものであってもよい。

以上述べたように、請求項１記載の本発明によると、エンジンの運転に当たって別途の加圧手段を設けることなくベンチュリミキサの面積調整による圧力差で所定エンジン出力における所定燃焼に必要な流量のバイオガスをエンジンの燃焼室に供給することができる。
また、ベンチュリミキサの調整された面積が小さい場合には、前記空燃比調整手段の開度を小さく、かつ、開度調整範囲の調整幅を小さくなるように変更し、前記ベンチュリミキサの調整された面積が大きい場合には、前記空燃比調整手段の開度を大きく、かつ、開度調整範囲の調整幅を大きくなるように変更することで、ベンチュリミキサでの吸引負圧の変化に伴って空燃比調整手段の通路面積を調整する必要が生じることに対応できるとともに、通路面積の変化に伴うバイオガスの吸引流量の変動量が吸引負圧の変化と連動して変化することにも対応できることとなる。

請求項２記載の本発明によると、混合気温度が低温の場合、空燃比の可燃限界が狭まることからエンジンの低温始動が困難になることが懸念されるが、これに対して、冷却水を加熱してエンジンを暖機することで空燃比の可燃範囲を広げたのでエンジンの低温始動が可能となる。

請求項３記載の本発明によると、バイオガス専焼エンジンの始動に必要な準備を経済的に行うことができる。

請求項４および５記載の本発明によると、エンジンの運転に当たって別途の加圧手段を設けることなくベンチュリミキサの面積調整による圧力差で所定エンジン出力における所定燃焼に必要な流量のバイオガスをエンジンの燃焼室に供給することができる。

本発明に係るバイオガス専焼エンジンにおけるエンジンの構成を示す概略図である。本発明に係るバイオガス専焼エンジンの全体構成の概略図である。本発明に係るバイオガス専焼エンジンにおけるベンチュリミキサの空気流速とエンジン出力との関係を示すグラフである。本発明に係るバイオガス専焼エンジンのエンジンを所定の出力でストイキ運転する際の燃料ガスと空気との混合割合を示す円グラフであって、（ａ）は都市ガスと空気との混合割合を示し、（ｂ）はバイオガスの発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスと空気との混合割合を示し、（ｃ）はバイオガスの発熱量が１３００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスと空気との混合割合を示す。バイオガス専焼エンジンのエンジンにおいて、本発明に係るベンチュリミキサと、そうでないベンチュリミキサとを用いた場合の空気過剰率とベンチュリミキサを通過した混合気流量との関係を対比するグラフである。本発明に係るバイオガス専焼エンジンにおけるベンチュリミキサの空気が通過する通路面積と、当該ベンチュリミキサの上流側にあるＡ／Ｆバルブの開度有効面積との関係を示すグラフである。本発明に係るバイオガス専焼エンジンにおける混合気の吸気温度と、空気過剰率との関係、およびエンジン温度と始動回転数との関係を示すグラフである。本発明に係るバイオガス専焼エンジンにおける制御を説明する図面であって、ガス化炉の運転制御、エンジンの運転制御、冷却水の加熱制御の経時的変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、バイオガス専焼エンジン１におけるエンジン４の構成を示し、図２は、バイオガス専焼エンジン１の全体構成の概略を示し、図３は同バイオガス専焼エンジン１におけるベンチュリミキサ４０の空気流速とエンジン４の出力との関係を示している。

本発明に係るバイオガス専焼エンジン１は、ガス化炉２で生成されたバイオガスがゼロガバナユニット３からＡ／Ｆバルブ４１およびベンチュリミキサ４０を介してエンジン４に供給され、ゼロガバナユニット３とベンチュリミキサ４０との圧力差によって所定流量のバイオガスを吸引することができる目標空気流速Ｔａｓとなるようにベンチュリミキサ４０の通路面積を調整している。

ガス化炉２は、木材チップや籾殻などのバイオマス原料を加熱分解する炉によって構成されており、低酸素下で加熱分解することによって発生する炭化水素等の分解ガスをバイオガスとして生成できるようになされている。このガス化炉２としては、バイオマス原料を加熱分解して分解ガスをバイオガスとして生成できるものであれば、その形式としては特に限定されるものではなく、アップドラフト式固定床型、ダウンドラフト式固定床型、バブリング式流動床型、循環式流動床型、噴流型、内燃式ロータリーキルン、外燃式ロータリーキルンなどの各種形式のものを使用することができる。また、バイオガスの発熱量は、原料の不均一さやガス化炉２での加熱変動のため時間的に変動する。本発明の実施の形態は、１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときと１３００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときを例として説明する。

このガス化炉２によって生成されたバイオガスは、加熱分解することによって得られるため、そのままでは温度が高い。そのため、ガス化炉２の下流側には、空間内に水を分散するようになされたスクラバー２１が設けられており、このスクラバー２１にバイオガスを通過させることで、当該バイオガスは、冷却されるようになされている。

スクラバー２１を通過したバイオガスは、送風機２３によって下流側に送られるが、バイオガスの発生量に応じて接続するエンジン４の数が異なるので、接続するエンジン４の数に応じて一つまたは複数個所（本実施の形態では２カ所）へと分岐して送られる。この際、バイオガスは、スクラバー２１で冷却することによって水分が多く含まれた状態となっている。したがって、送風機２３の下流側には、ドレンポット２４が設けられている。このドレンポット２４は、バイオガス中に含まれる凝縮水を回収するようになされている。当該凝縮水が取り除かれたバイオガスは、ゼロガバナユニット３を介してエンジン４に供給するようになされている。ガス化炉２、スクラバー２１、送風機２３等は、制御部１０によって制御される。

ドレンポット２４を通過したバイオガスは、ゼロガバナユニット３へと供給される。

ゼロガバナユニット３は、ガス供給経路３１に設けられたゼロガバナ３０を介して、ガス化炉２からのバイオガスをエンジン４へと供給するように構成されている。

ガス供給経路３１の上流端側には、ガス遮断弁３３が設けられており、ガス供給経路３１へのバイオガスの供給を遮断することができるようになされている。また、ガス供給経路３１の下流端側には、ドレンポット３４が設けられており、エンジン４へ供給されるバイオガス中に含まれる凝縮水を再度回収するようになされている。

ゼロガバナ３０は、上記ガス遮断弁３３とドレンポット３４との間のガス供給経路３１に設けられている。このゼロガバナ３０は、ダイヤフラム３０ａ上のアクチュエータ３０ｂからの大気圧解放経路３０ｃに圧力調整弁３０ｄが設けられている。この圧力調整弁３０ｄを開けて大気圧解放経路３０ｃを大気圧に解放することで、ゼロガバナ３０は、当該ゼロガバナ３０よりも上流側のガス供給経路３１から供給されるバイオガスを、当該上流側のガス供給経路３１の供給圧力に関係なく、ゼロガバナ３０の下流側のガス供給経路３１に、大気圧状態で供給するように構成されている。ゼロガバナ３０の上流側のガス供給経路３１には、当該ゼロガバナ３０に供給されるバイオガスの一次ガス圧力を測定する圧力センサ１６が設けられている。また、ゼロガバナ３０の下流側のガス供給経路３１には、当該ゼロガバナ３０から供給されるバイオガスの二次ガス圧力を測定する圧力センサ１７が設けられている。これら圧力センサ１６，１７からの情報は、制御部１０へと送られる。

空気供給経路３２は、ガス遮断弁３３とゼロガバナ３０との間のガス供給経路３１に接続されている。この空気供給経路３２とガス供給経路３１との間は、空気供給経路３２側に設けられた空気パージ弁３５によって普段は遮断されており、空気パージが必要となった際にこの空気パージ弁３５が開かれて空気供給経路３２からガス供給経路３１を介してゼロガバナ３０へと空気パージが行われるようになされている。そのため、この空気供給経路３２の上流端側には空気パージ用ブロワ３６が設けられている。

ゼロガバナ３０とドレンポット３４との間のガス供給経路３１には、余剰のバイオガスをフレアスタック５へと排出する排出経路３７が設けられている。余剰のバイオガスは、このフレアスタック５で燃焼処理される。また、この排出経路３７には空気パージ逃がし弁３８が設けられている。この空気パージ逃がし弁３８は、ゼロガバナ３０の空気パージを行う際に開けておくことで、空気パージ後の空気を、ガス供給経路３１から排出経路３７を介して外部へと逃がすことができるようになされている。

ゼロガバナユニット３のガス供給経路３１の下流端部に相当する出口３ａは、エンジン４のＡ／Ｆバルブ４１に接続されている。これにより、ゼロガバナユニット３のドレンポット３４を通過したバイオガスは、エンジン４のＡ／Ｆバルブ４１に供給できるようになされている。ゼロガバナユニット３は、制御部１０によって制御される。

エンジン４は、シリンダヘッド４２に接続された吸気経路４３に、空気とＡ／Ｆバルブ４１からのバイオガスとを混合するベンチュリミキサ４０が設けられており、このベンチュリミキサ４０とシリンダヘッド４２との間にスロットルバルブ４４が設けられている。シリンダヘッド４２に接続された排気経路４５には、サイレンサ４６が設けられており、このサイレンサ４６とシリンダヘッド４２との間に三元触媒４７が設けられている。

エンジン４には、クランクシャフト４８の回転角を検出するピックアップセンサ１１、カムシャフト４９の回転各を検出するピックアップセンサ１２が設けられている。また、三元触媒４７の排気ガス入口側には前酸素センサ１３が設けられ、出口側にも別の後酸素センサ１４が設けられている。また、三元触媒４７の排気ガス出口側には全領域センサ１５が設けられている。

制御部１０は、バイオガス専焼エンジン１を始動させる際、図示を省略したセルへの通電を行い、それによってエンジン４が始動したか否かをクランクシャフト４８の回転角を検出するピックアップセンサ１１によって検出することができるようになされている。また、圧縮上死点をピックアップセンサ１１とピックアップセンサ１２の信号の組合せに基づいて検知して点火手段による点火制御を行う。

また、制御部１０は、ガス化炉２で生成されるバイオガスの生成量を制御するとともに、当該バイオガスを用いてエンジン４をストイキ運転でパータベーション制御する場合の、Ａ／Ｆバルブ４１の開度と、前酸素センサ１３、後酸素センサ１４、全領域センサ１５からの検出結果との関係が入力された制御マップを有しており、この制御マップの情報に従ってエンジン４のストイキ運転をパータベーション制御するようになされている。

ベンチュリミキサ４０は、エンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させる場合に必要な混合割合で、バイオガスと空気とを混合することができる目標空気流速Ｔａｓとなるように通路面積が設定されたものを使用する。例えば、図３は、本発明に係るバイオガス専焼エンジン１において、エンジン４をストイキ燃焼させて運転する際の燃料ガスと空気との混合割合を実現するために必要とされるベンチュリミキサ４０の空気流速と、エンジン４の出力との関係を示している。バイオガス専焼エンジン１のエンジン４で所定の出力Ｐを得ようとした場合、都市ガス１３Ａを使用した時に必要となるベンチュリミキサ４０の空気流速をａとすると、同じベンチュリミキサ４０で可燃成分の発熱量が１３００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスＧ２をゼロガバナユニット３側からＡ／Ｆバルブ４１を介してベンチュリミキサ４０側へと押し込みながら供給した時に必要となるベンチュリミキサ４０の空気流速はｂとなり、同じベンチュリミキサ４０で可燃成分の発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスＧ１をゼロガバナユニット３側からＡ／Ｆバルブ４１を介してベンチュリミキサ４０側へと押し込みながら供給した時に必要となるベンチュリミキサ４０の空気流速はｃとなる。なお、説明の便宜上、発熱量によってバイオガスをＧ１とＧ２に区別して表記するが、いずれもガス化炉２で発生するバイオガスであり発熱量が時間的に変動しているだけである。

ここで、可燃成分の発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスＧ１を用いて、当該バイオガスＧ１を押し込むことなく、ベンチュリミキサ４０の吸引負圧だけでエンジン４で所定の出力Ｐを得ようとした場合、ベンチュリミキサ４０は、より多くのバイオガスＧ１を吸引するための吸引負圧が必要となるため、バイオガスＧ１を押し込む場合の空気流速ｃよりも、さらに大きい目標空気流速Ｔａｓとなるように通路面積がより小さく設定されたものに変更して使用する。

なお、図３において、可燃成分の発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスＧ１を使用して、当該バイオガスＧ１を押し込むことなく、ベンチュリミキサ４０の吸引負圧だけでエンジン４で所定の出力Ｐを得ようとした場合に必要とされる目標空気流速Ｔａｓは、都市ガス１３Ａを使用した時に必要となる空気流速ａと一致し、空気流速増加分は、Ｓ１となる。

すなわち、図４（ａ）に示すように、エンジン４をストイキ燃焼させて運転する際の都市ガス１３Ａと空気との混合割合と、既に明らかな都市ガス１３Ａの可燃成分の発熱量とから、エンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させて運転する場合に必要とされる混合気中の可燃成分の発熱量が決まっている。そこで、ガス化炉２からバイオガスＧ１をサンプリングして可燃成分の発熱量がわかれば、当該発熱量と、都市ガス１３Ａの発熱量との対比から、図４（ｂ）に示すように、エンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させて運転する際に必要とされるバイオガスＧ１と空気との混合割合を割り出すことができる。そして、このバイオガスＧ１と空気との混合割合を実現する吸引負圧を得るために、当該吸引負圧を得ることができる空気流速増加分Ｓ１となるように通路面積が設定されたベンチュリミキサ４０を使用することで、バイオガスＧ１を使用してエンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させて運転することができることとなる。

したがって、可燃成分の発熱量が１３００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスＧ２を使用した場合も、この発熱量から、図４（ｃ）に示すように、エンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させて運転する際に必要とされるバイオガスＧ２と空気との混合割合を割り出すことができる。そして、このバイオガスＧ２と空気との混合割合を実現する吸引負圧を得るために、当該吸引負圧を得ることができる目標空気流速Ｔａｓも都市ガス１３Ａを使用した時に必要となる空気流速ａと一致し、空気流速増加分がＳ２となるように通路面積が設定されたベンチュリミキサ４０を使用することで、バイオガスＧ２を使用してエンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させて運転することができることとなる。

この際、当該バイオガスの発熱量が時間的に変動するため、一概には言えないが、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、可燃成分の発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³〜１３００ｋｃａｌ／Ｎｍ³のときのバイオガスＧ１〜Ｇ２は、都市ガス１３Ａ：空気＝１：１７で混合している場合に対して、バイオガス：空気＝１：１付近、より具体的には、バイオガスの可燃成分の発熱量に応じて５４：４６〜４０：６０の混合割合を実現可能な空気流速増加分Ｓ１〜Ｓ２が得られるように通路面積を設定したベンチュリミキサ４０を使い分けることで、エンジン４を所定の出力Ｐでストイキ燃焼させて運転することが可能となる。

このようにして形成したバイオガス専焼エンジン１によると、空気流速増加分Ｓ１〜Ｓ２となるように通路面積が設定されたベンチュリミキサ４０を使用しているので、可燃成分の発熱量が低いバイオガスしか得られなかったとしても、ゼロガバナユニット３側からバイオガスをベンチュリミキサ４０へと押し込むようなことをしなくてもストイキ燃焼に必要な量のバイオガスをエンジン４に供給することが可能となる。したがって、バイオガスを押し込むことによって発生する凝縮水によってＡ／Ｆバルブ４１やベンチュリミキサ４０やスロットルバルブ４４が動作不良を引き起こすような懸念もなく、バイオガス専焼エンジン１のエンジン４を所定の出力Ｐで運転することができることとなる。

また、図５に示すように、ゼロガバナユニット３側からバイオガスをベンチュリミキサ４０へと押し込むような構成のベンチュリミキサ４０の場合には、エンジン４の始動時に、急激にリーンになるため、エンジン４を始動し難くなるが、本発明のバイオガス専焼エンジン１のように、空気流速増加分Ｓ１〜Ｓ２となるように通路面積を設定したベンチュリミキサ４０を使用した場合には、エンジン４の始動時にも十分な量のバイオガスを供給することができエンジン４の始動が困難になるようなことも無くなる。

Ａ／Ｆバルブ４１は、ゼロガバナユニット３と、ベンチュリミキサ４０との間に設けているため、ベンチュリミキサ４０からエンジン４へと供給されるバイオガスの供給量は、Ａ／Ｆバルブ４１の開度の影響を受ける。しかも、ベンチュリミキサ４０は、前記したようにバイオガスを押し込む場合の空気流速ｃ（またはｂ）よりも、さらに大きい空気流速増加分Ｓ１（またはＳ２）が得られるように通路面積をより小さく設定したベンチュリミキサ４０を用いることで、大量のバイオガスをエンジン４に供給するようにしているため、Ａ／Ｆバルブ４１の開度が少し変化しただけで、バイオガスの供給量は大きく変化することとなる。したがって、図６に示すように、Ａ／Ｆバルブ４１は、ベンチュリミキサ４０の通路面積を小さく設定したのに合わせて、Ａ／Ｆバルブ４１の開度の調整範囲も、空気流速ｃ（またはｂ）で使用していたベンチュリミキサ４０の開度調整範囲Ｗ１よりも小さい、空気流速増加分Ｓ１（またはＳ２）にあった開度調整範囲Ｗ２へと変更し、当該開度調整範囲Ｗ２の調整幅も小さくする。

これにより、Ａ／Ｆバルブ４１は、空気流速増加分Ｓ１（またはＳ２）に相当する分、ベンチュリミキサ４０での吸引負圧が高まる状況となっても、これに対応してバイオガスの供給量を調整できることとなる。

また、本発明のバイオガス専焼エンジン１は、図７に示すように、エンジン４が所定温度Ｄ以上でなければ、燃焼限界の幅が狭く、始動回転数も低く、始動が困難となる。そこで、本発明のバイオガス専焼エンジン１は、エンジン４の冷却水回路５１にヒータ５２が設けられ、当該ヒータ５２で加熱した冷却水を冷却水ポンプ５３で循環するように構成されている。そして、制御部１０によって、これらヒータ５２や冷却水ポンプ５３を制御するようになされている。この際、制御部１０は、バイオガス専焼エンジン１の始動命令を受信すると、冷却水ポンプ５３を駆動するとともに、冷却水温度を検知して所定温度Ｄ未満の場合には所定温度Ｄ以上となるまでヒータ５２による加熱を継続するとともに、エンジン４のセル４９の駆動を待機するようになされている。この構成によってエンジン４を所定温度Ｄ以上に温めた上で始動することで、空燃比の可燃範囲も広がり、エンジン４の低温始動が可能となる。

このようにして構成されるバイオガス専焼エンジン１を始動する場合、図８に示すように、まず、制御部１０は、ガス化炉２の運転を開始するとともに、それに連動してエンジン４を始動する。ただし、ガス化炉２の運転を開始しても、すぐにエンジン４を運転できるだけのバイオガスが発生せず、また、エンジン４が所定温度Ｄ以上に温められなければ始動が困難となるので、制御部１０は、バイオガスが供給可能な発生量に達する時間Ｔ１およびエンジン４が所定温度Ｄ以上に温められるまでの時間Ｔ２の経過を待つようになされている。すなわち、制御部１０は、冷却水ポンプ５３を駆動するとともに、冷却水温度を検知して所定温度Ｄ未満の場合には所定温度Ｄ以上となるまでヒータ５２による加熱を継続するようになされている。そして、エンジン４が所定温度Ｄ以上に加熱されて初めてエンジン４のセル４９によるエンジン４の始動が行われる。

このように、制御部１０は、バイオガスが供給可能な発熱量に達する時間Ｔ１の経過を待つようになされており、しかも、エンジン４を所定温度Ｄ以上となるように加熱する時間Ｔ２の経過を待ってからエンジン４の始動を行うため、バイオガス専焼エンジン１の始動に必要な準備を経時的に行って、低温であってもエンジン４の始動を確実に行うことが可能となる。

その後、ガス化炉２は、一度停止してしまうと、バイオガスを供給可能な発生量にするために時間を要することとなってしまうので、制御部１０は、バイオガス専焼エンジン１を停止させない限り、当該ガス化炉２の運転を継続する。これに対してエンジン４は、制御部１０で設定した条件に応じて停止したり、また始動したりして一日の中で何度も始動および停止が繰り返される。

そして、バイオガス専焼エンジン１を停止させると、制御部１０は、その停止プログラムの中で、ガス化炉２およびエンジン４の双方を停止させる。この際、エンジン４はすぐに停止させられるが、ガス化炉２は、停止後、徐々にバイオガスの発生が収束するまでの時間Ｔ３を要するので、このエンジン４を停止した後の余剰のバイオガスは、フレアスタック５で燃焼処理される。

なお、上記バイオガス専焼エンジン１では、運転を開始すると、制御部１０は、バイオガスが供給可能な発生量に達するまで、時間Ｔ１の経過を基準に待つようになされているが、所定の圧力となるのを基準に待つようになされたものであってもよい。この場合、供給可能なバイオガスの発生量は、ゼロガバナ３０よりも上流側の圧力センサ１６が検知する一次ガス圧力が所定値以上になるのを待つことによって検出することができる。

また、制御部１０は、バイオガスが供給可能な発熱量に達する時間Ｔ１の経過と、エンジン４を所定温度Ｄ以上となるように加熱する時間Ｔ２の経過とを待ってからエンジン４の始動を行うようになされているが、ガス化炉２の運転開始と同時に、エンジン４を所定温度Ｄ以上となるように加熱開始してもよい。この場合、時間Ｔ１と時間Ｔ２の何れか長い方が経過した後、エンジン４の始動を開始できることとなる。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許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、特許請求の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。

１バイオガス専焼エンジン
１０制御部
２ガス化炉
３０ゼロガバナ（燃料圧力調整手段）
３１ガス供給経路（燃料経路）
４エンジン
４０ベンチュリミキサ
４１Ａ／Ｆバルブ（空燃比調整手段）
４３吸気経路
５１冷却水回路
５２ヒータ（加熱手段）
５３冷却水ポンプ
Ｄ所定温度
Ｇ１バイオガス
Ｇ２バイオガス
Ｓ１空気流速増加分
Ｓ２空気流速増加分
Ｔａｓ目標空気流速（空気流速）
Ｔ１時間（第一所定時間）
Ｔ２時間（第二所定時間）
Ｐ出力

Claims

燃料経路に燃料圧力調整手段を設け、前記燃料圧力調整手段下流の燃料経路に空燃比調整手段を設け、燃料経路と吸気経路の合流箇所にベンチュリミキサを設け、有機性廃棄物由来のバイオガスを単独燃料とするバイオガス専焼エンジンにおいて、
前記燃料圧力調整手段を大気圧力程度に調整し、前記ベンチュリミキサの圧力と前記燃料圧力調整手段の調整圧力との圧力差によって所定エンジン出力における所定燃焼に必要な流量の前記バイオガスを吸引する空気流速となるように前記ベンチュリミキサの面積を調整し、
前記ベンチュリミキサの調整された面積が小さい場合には、前記空燃比調整手段の開度を小さく、かつ、開度調整範囲の調整幅を小さくなるように変更し、前記ベンチュリミキサの調整された面積が大きい場合には、前記空燃比調整手段の開度を大きく、かつ、開度調整範囲の調整幅を大きくなるように変更することを特徴とするバイオガス専焼エンジン。
エンジン冷却水回路に加熱手段を設け、始動指令を受信すると冷却水ポンプを駆動するとともに冷却水温度を検知して所定温度未満の場合は前記所定温度以上に達するまで前記加熱手段を駆動する一方でエンジン強制駆動手段の駆動を待機する制御手段を設けた請求項１記載のバイオガス専焼エンジン。
前記燃料圧力調整手段上流の燃料経路に有機性廃棄物を燃焼してバイオガスを生成するガス化炉を設け、エンジン冷却水回路に加熱手段を設け、エンジン始動時刻の第一所定時間以前にガス化炉の燃焼を開始し、冷却水温度を検知して所定温度未満の場合は前記第一所定時間よりも短い第二所定時間以前に冷却水ポンプを駆動するとともに、前記所定温度以上に達するまで前記加熱手段を駆動する制御手段を設けた請求項１記載のバイオガス専焼エンジン。
ベンチュリミキサの空気が通過する面積の調整は、都市ガスを使ってエンジンを所定の出力でストイキ燃焼させる際の混合気の発熱量に匹敵する発熱量となるように、バイオガスと空気とを混合させる空気流速に調整する請求項１記載のバイオガス専焼エンジン。
バイオガス：空気＝５４：４６〜４０：６０の割合でバイオガスと空気とを混合させる空気流速に調整する請求項４記載のバイオガス専焼エンジン。