JP7518938B1

JP7518938B1 - 混合燃料供給装置

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Publication number: JP7518938B1
Application number: JP2023037216A
Authority: JP
Inventors: 元頌川口; 大統紺野; 優一笹俣
Original assignee: Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2024-07-18
Anticipated expiration: 2043-03-10
Also published as: JP2024128298A

Abstract

【課題】混合燃料利用機器の安定した混焼運転を実現可能な混合燃料供給装置を提供する。【解決手段】混合燃料供給装置１は、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓを混合した混合燃料Ｇを混合燃料利用機器２に供給するためのものであって、主燃料Ｇｍの流量に対して供給する副燃料Ｇｓの流量を制御して供給可能に構成されている。混合燃料供給装置１では、混合比増加時変化レートの設定値＜目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たす。混合燃料供給装置１は、現在の混合比が目標混合比に達した後において、現在の混合比と目標混合比とを比較して、両者に乖離が生じている場合に、現在の混合比が目標混合比に復帰するように目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて副燃料の流量を制御するよう構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、混合燃料供給装置に関する。

従来、都市ガスなどの主燃料に対して水素などの副燃料を混合した混合燃料を、混合燃料供給装置を介して、ガスエンジンやバーナなどの混合燃料利用機器に供給し、混合燃料利用機器を混焼運転することが行われている。

先行する特許文献１には、以下のようにしてガスエンジンを運転する技術が開示されている。先ず、第１燃料をガスエンジンに供給し、第１燃料に対応する第１運転パラメータに基づきガスエンジンを駆動する。次いで、第１燃料のガスエンジンへの供給量を連続的に減少させながら、第１燃料のガスエンジンへの供給量の減少割合に応じて定まる量に基づき、第１燃料とは異なる第２燃料をガスエンジンに供給し、第１燃料の供給量減少開始点から第１燃料の供給終了点までの時間に応じて定まる第３運転パラメータに基づきガスエンジンを運転する。次いで、第２燃料をガスエンジンに供給し、第２燃料に対応する第２運転パラメータに基づきガスエンジンを運転する。

特開２０２０－１０１１２４号公報

主燃料と副燃料との混合燃料による混焼運転が行われる混合燃料利用機器では、安定した状態で混焼運転することができるように、主燃料と副燃料との混合比の管理が重要となる。例えば、主燃料に対して副燃料の混合を開始し、混合比が予め設定された目標混合比に達した後、混合比の制御を行わない場合には、次のような問題が生じる。

すなわち、上記目標混合比に達した後から副燃料の混合終了が指示されるまでの間の混合比静定時においては、混合比をできる限り一定にしておきたいところ、実際には、主燃料流量に微小な変動が生じる。そのため、混合比静定時に混合比の制御を行わない場合には、主燃料流量の変動によって変化した混合比は、狙いの目標混合比に復帰することなく成り行き任せとなる。そのため、目標混合比到達後に混合比の制御を行わない混合燃料供給装置では、混合燃料利用機器を安定した状態で混焼運転させることができない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、混合燃料利用機器の安定した混焼運転を実現可能な混合燃料供給装置を提供しようとするものである。

本発明に係る混合燃料供給装置は、以下の通りである。

［１］
主燃料に対して副燃料を混合した混合燃料を混合燃料利用機器に供給するための混合燃料供給装置であって、
上記主燃料の流量に対して供給する上記副燃料の流量を制御して供給可能に構成されており、
上記主燃料および上記副燃料の合計流量に対する上記副燃料の流量の体積割合を混合比、
単位時間当たりの上記混合比の変化量の絶対値を混合比変化レート、
目標の上記混合比である目標混合比となるように上記混合比を増加させるときの上記混合比変化レートを混合比増加時変化レート、
上記目標混合比に達した後から上記副燃料の混合終了が指示されるまでの間の上記混合比変化レートを目標混合比到達後変化レートとしたとき、
上記混合比増加時変化レートの設定値＜上記目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たしており、かつ、
現在の上記混合比が上記目標混合比に達した後において、現在の上記混合比と上記目標混合比とを比較して、両者に乖離が生じている場合に、現在の上記混合比が上記目標混合比に復帰するように上記目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて上記副燃料の流量を制御するよう構成されている、
混合燃料供給装置。

［２］
上記副燃料の混合を終了するために上記混合比を減少させるときの上記混合比変化レートを混合比減少時変化レートとしたとき、
上記混合比増加時変化レートの設定値＜上記混合比減少時変化レートの設定値＜上記目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たしている、
上記［１］に記載の混合燃料供給装置。

［３］
上記主燃料は、都市ガスであり、
上記副燃料は、水素であり、
上記混合燃料利用機器は、ガスエンジンである、
上記［１］または上記［２］に記載の混合燃料供給装置。

上記［１］に記載の混合燃料供給装置においては、現在の混合比が目標混合比に達した後において、現在の混合比と目標混合比とを比較して、両者に乖離が生じている場合に、副燃料を混合して混合比を増加させるときの混合比増加時変化レートよりも高く設定された目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて、現在の混合比が目標混合比に復帰するように副燃料の流量が制御される。そのため、上記［１］に記載の混合燃料供給装置によれば、主燃料の流量変動に対して副燃料の流量を迅速に追従させることができ、混合比静定時における現在の混合比をできる限り一定に近づけることが可能となり、混合燃料利用機器の安定した混焼運転を実現することが可能となる。

上記［２］に記載の混合燃料供給装置においては、混合比増加時変化レートおよび混合比減少時変化レートの設定値が、目標混合比到達後変化レートの設定値よりも低い。そのため、上記［２］に記載の混合燃料供給装置によれば、上記［１］に記載の混合燃料供給装置の効果に加えて、さらに、混合比の増減時に急激な熱量変動が発生するのを抑制することができる。なお、迅速に混焼運転に移行させるために、混合燃料利用機器が耐えられる範囲内で、十分に高い混合比増加時変化レートの設定値を採用することが望ましい。

また、上記［２］に記載の混合燃料供給装置においては、副燃料の混合終了指示から副燃料の混合終了までにかかる時間を、副燃料の混合開始から目標混合比到達までの時間よりも早くすることができる。そのため、上記［２］に記載の混合燃料供給装置によれば、上記［１］に記載の混合燃料供給装置の効果に加えて、さらに、混焼運転から主燃料による単一燃焼運転に速やかに移行することが可能となる。

上記［３］に記載の混合燃料供給装置においては、主燃料が都市ガス、副燃料が水素、混合燃料利用機器がガスエンジンとされる。水素は高い燃焼性を有するため、混合比の管理が適切でない場合には、混合燃料の異常燃焼に繋がるおそれがある。これに対し、上記［３］に記載の混合燃料供給装置によれば、上記［１］または上記［２］に記載の混合燃料供給装置の効果に加えて、さらに、混合比静定時における都市ガスの流量変動に対して水素の流量を迅速に追従させることができ、ガスエンジンにおいて安定した都市ガス・水素の混焼運転を実現することが可能となる。

図１は、実施形態１の混合燃料供給装置、および、これを用いた混合燃料供給システムの概略構成を示した説明図である。図２は、実施形態１の混合燃料供給装置における、混合比および混合比変化レートの遷移の一例を模式的に示した説明図である。図３は、実施形態１の混合燃料供給装置において、主燃料に対して副燃料の混合を開始し、主燃料と副燃料との混合比が目標混合比に到達するまでの制御フローの一例を示した説明図である。図４は、実施形態１の混合燃料供給装置において、主燃料と副燃料との混合比が目標混合比に到達した後から主燃料に対する副燃料の混合終了が指示されるまでの間の混合比静定時における制御フローの一例を示した説明図である。図５は、実施形態１の混合燃料供給装置において、主燃料に対する副燃料の混合終了を指示し、副燃料の混合を終了するまでの制御フローの一例を示した説明図である。図６は、目標混合比到達後に混合比を制御せずに成り行き任せとする比較形態１の混合燃料供給装置における、混合比および混合比変化レートの遷移の一例を模式的に示した説明図である。図７は、目標混合比到達後に混合比増加時と同じ混合比変化レート（混合比増加時変化レート）にて制御を行うように構成された比較形態２の混合燃料供給装置における、混合比および混合比変化レートの遷移の一例を模式的に示した説明図である。

（実施形態１）
実施形態１の混合燃料供給装置について、図１～図７を用いて説明する。図１～図５に例示されるように、本実施形態の混合燃料供給装置１は、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓを混合した混合燃料Ｇを混合燃料利用機器２に供給するための装置である。以下、これを詳説する。

なお、本実施形態では、主燃料（ガス）Ｇｍが都市ガスであり、副燃料（ガス）Ｇｓが水素であり、混合燃料利用機器２がガスエンジンである場合を例に用いて説明するが、これに限定されるものではない。他にも、主燃料Ｇｍとして、例えば、プロパン、副燃料Ｇｓとして、例えば、アンモニア、混合燃料利用機器２として、例えば、ガスバーナなどを例示することができる。

先ず、本実施形態の混合燃料供給装置１の概略装置構成について説明する。

図１に例示されるように、混合燃料利用機器２には、主燃料Ｇｍを供給するための配管２１が接続されている。配管２１の途中部分には、副燃料Ｇｓを供給するための配管２２が接続されている。配管２１と配管２２との接続部分は、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓを混合する混合点２３とされている。したがって、混合点２３から主燃料Ｇｍのガス流れ上流側の配管２１の部分には、主燃料Ｇｍのみが流れる。混合点２３から副燃料Ｇｓのガス流れ上流側の配管２２には、副燃料Ｇｓのみが流れる。混合点２３から混合燃料利用機器２に至る配管２１の部分には、副燃料Ｇｓが混合されないときには主燃料Ｇｍが流れ、主燃料Ｇｍに副燃料Ｇｓが混合されるときには混合燃料Ｇが流れる。図１では、混合点２３の周辺に混合燃料供給装置１が設けられている例が示されている。

混合燃料供給装置１は、主燃料Ｇｍの流量に対して供給する副燃料Ｇｓの流量を制御して供給可能に構成されている。具体的には、混合燃料供給装置１は、図１に例示されるように、流量計１１と、流量調節部１２と、制御部１３とを有している。

流量計１１は、配管２１に設けられており、配管２１内を流れている主燃料Ｇｍの現在の流量を制御部１３に出力する（矢印ａ）。流量調節部１２は、配管２２に設けられており、配管２２内を流れている副燃料Ｇｓの現在の流量を制御部１３に出力する（矢印ｃ）。流量調節部１２は、制御部１３からの指示を受けて（矢印ｂ）、混合点２３に供給する副燃料Ｇｓの流量を増減可能に構成されている。流量調節部１２には、具体的には、マスフローコントローラを用いることができる。

制御部１３は、シーケンス制御を行うことが可能なものであり、具体的には、シーケンサを用いることができる。制御部１３には、流量計１１から、配管２１内を流れている現在の主燃料Ｇｍの流量が入力される（矢印ａ）。制御部１３には、流量調節部１２から、配管２２内を流れている現在の副燃料Ｇｓの流量が入力される（矢印ｃ）。制御部１３には、混合燃料利用機器２から、副燃料Ｇｓの混合開始の指示や副燃料Ｇｓの混合終了の指示（矢印ｅ）が入力される。他にも、制御部１３には、副燃料Ｇｓの混合を緊急停止するなどのために、混合燃料利用機器２の故障情報などが入力されてもよい。

また、制御部１３は、指定した流量の副燃料Ｇｓが混合点２３に供給されるように流量調節部１２に指示を出力する（矢印ｂ）。他にも、制御部１３は、主燃料Ｇｍおよび副燃料Ｇｓの合計流量に対する副燃料Ｇｓの流量の体積割合（体積％）である混合比の現在の値や、混合燃料供給装置１の故障情報などの制御情報を混合燃料利用機器２に出力してもよい（矢印ｄ）。

次に、本実施形態の混合燃料供給装置１の制御部１３による制御について、図２～図５を用いて具体的に説明する。

主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓを供給するにあたり、以下のようにパラメータを定義する。すなわち、主燃料Ｇｍおよび副燃料Ｇｓの合計流量に対する副燃料Ｇｓの流量の体積割合（体積％）を混合比とする。単位時間当たりの混合比の変化量の絶対値を混合比変化レートとする。目標の混合比である目標混合比となるように混合比を増加させるときの混合比変化レートを混合比増加時変化レートとする。目標混合比に達した後から副燃料Ｇｓの混合終了が指示されるまでの間の混合比変化レートを目標混合比到達後変化レートとする。副燃料Ｇｓの混合を終了するために混合比を減少させるときの混合比変化レートを混合比減少時変化レートとする。

図２に例示されるように、先ず、配管２１内に主燃料Ｇｍのみが流れている状況、つまり、主燃料Ｇｍ１００体積％の状態で混合燃料利用機器２が動作している状況を考える。この前提の下、ある任意の時間が経過した時点において、制御部１３が、混合燃料利用機器２から副燃料Ｇｓの混合開始の指示を受け、配管２２および混合点２３を通じて、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓの混合を開始するとする。副燃料Ｇｓの混合開始時には混合比は０体積％であり、副燃料Ｇｓの混合開始から任意の時間経過後に任意の目標混合比に到達させるものとする。この際、副燃料Ｇｓの混合開始から目標混合比到達までの間における混合比増加時変化レートは、任意の混合比変化レートに事前に設定される。

目標混合比到達後から副燃料Ｇｓの混合終了が混合燃料利用機器２から指示されるまでの間の混合比静定時においては、混合比をできる限り一定にしておきたいところ、実際には、主燃料Ｇｍの供給量の変化等により主燃料Ｇｍの流量の変動が生じるため、図２に例示するように混合比に変動が生じる。図２中、符号Ｖ１は、主燃料Ｇｍの供給量が増加して混合比が低下した場合を例示したものであり、符号Ｖ２は、主燃料Ｇｍの供給量が減少して混合比が上昇した場合を例示したものである。この混合比静定時における混合比変化レート、つまり、目標混合比に達した後の混合比変化レートである目標混合比到達後変化レートは、目標混合比到達時に、混合比増加時変化レートの設定値＜目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たすように、任意の混合比変化レートに事前に設定される。

図２に例示されるように、混合比静定時におけるある任意の時間が経過した時点において、制御部１３が、混合燃料利用機器２から副燃料Ｇｓの混合終了の指示を受けたとする。この時点から任意の時間経過後に混合比を０体積％とし、主燃料Ｇへの副燃料Ｇｓの混合を終了する。この際、副燃料Ｇｓの混合終了指示を受けた時点から副燃料Ｇｓの混合を終了するまでの間における混合比減少時変化レートは、混合比減少時変化レートの設定値≦目標混合比到達後変化レートの設定値を満たすように、任意の混合比変化レートに事前に設定される。

ここで、混合燃料供給装置１では、現在の混合比が目標混合比に達した後において、現在の混合比と目標混合比とを比較して、両者に乖離が生じている場合に、現在の混合比が目標混合比に復帰するように目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて副燃料の流量が制御される。以下、図３～図５を用いて制御の流れをより具体的に説明する。

図３に、混合燃料供給装置１において、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓの混合を開始し、主燃料Ｇｍと副燃料Ｇｓとの混合比が目標混合比に到達するまでの制御フローの一例を示す。

図３に例示されるように、制御部１３は、混合燃料利用機器２から副燃料Ｇｓの混合開始の指示を受け、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓの混合を開始する（Ｓ１）。制御部１３は、流量計１１から入力される主燃料Ｇｍの現在の流量に応じて、事前に設定した混合比増加時変化レートとなるように混合すべき副燃料Ｇｓの流量を計算し、当該流量の副燃料Ｇｓを混合点２３に供給するように流量調節部１２に指示を出力する。流量調節部１２は、制御部１３からの指示を受け、必要な流量の副燃料Ｇｓを混合点２３に供給（投入）する（Ｓ２）。制御部１３は、現在の混合比が目標混合比に到達したか否かを判断する（Ｓ３）。現在の混合比が目標混合比に到達していない場合（Ｎｏ）には、Ｓ２に戻り、主燃料Ｇｍに対して副燃料Ｇｓの混合を続ける。現在の混合比が目標混合比に到達した場合（Ｙｅｓ）には、制御部１３は、混合比増加時変化レートの設定値を、より高い混合比変化レートである目標混合比到達後変化レートに設定変更する（Ｓ４）。その後は、次の制御に移行する。

なお、主燃料Ｇｍとして都市ガス（１３Ａ）、副燃料Ｇｓとして水素を用い、ガスエンジンの混焼運転を行う場合における混合比の計算例を次に示す。すなわち、はじめに、前提として、都市ガス（１３Ａ）１００体積％の状態でガスエンジンを起動しておく。次に、都市ガス（１３Ａ）と水素の混焼運転に移行していく。ここで、目標混合比を、仮に２０体積％、混合比増加時変化レートを５体積％／ｍｉｎに設定する。この際、混合比は、Ｈ_２流量／（Ｈ_２流量＋１３Ａ流量）にて計算される。このように計算される混合比と混合比増加時変化レートとを常に計算し、事前に設定した混合比増加時変化レート（５体積％／ｍｉｎ）になるように、制御部１３の指示により、流量調節部１２にて副燃料Ｇｓの流量を制御し、目標混合比（２０体積％）になるまで、Ｈ_２流量を増加させ続ける。

この際、例えば、混合比を０体積％から５体積％に増加させるときと、混合比を１５体積％から２０体積％に増加させるときでは、５体積％相当のＨ_２流量が異なっている。例えば、都市ガス（１３Ａ）と水素の熱量比を都市ガス（１３Ａ）：水素＝４０．６ＭＪ／Ｎｍ^３（都市ガス（１３Ａ）の低位発熱量）：１０．８ＭＪ／Ｎｍ^３（水素の低位発熱量）とし、都市ガス（１３Ａ）が１００体積％での混合燃料利用機器２の運転時に必要な都市ガス（１３Ａ）の流量を１００ｍ^３／ｍｉｎとする。このとき、ガスエンジンによる発電出力を一定にすべく、燃料の熱量は一定にする必要があるため、投入するＨ_２流量の１０．８／４０．６の１３Ａ流量が減少することになる。そのため、Ｈ_２流量をＸとすると、混合比を０体積％から５体積％に増加させるときには、Ｘ／（Ｘ＋１００－１０．８Ｘ／４０．６）＝０．０５の式からＸ＝５．１９ｍ^３／ｍｉｎの水素を投入する必要がある。同様に計算すると、混合比が１５体積％では、１６．８６ｍ^３／ｍｉｎの水素を投入する必要があり、混合比が２０体積％では、２３．４４ｍ^３／ｍｉｎの水素を投入する必要がある。したがって、混合比を１５体積％から２０体積％に増加させるときには、２３．４４ｍ^３／ｍｉｎ－１６．８６ｍ^３／ｍｉｎ＝６．５８ｍ^３／ｍｉｎの水素を投入する必要があり、この水素投入量は、混合比を０体積％から５体積％に増加させるときの水素投入量とは異なっている。このように、本実施形態の混合燃料供給装置１では、単純に直線的に水素投入量を増加させるわけではないことが理解される。

次に、図４に、混合燃料供給装置１において、主燃料Ｇｍと副燃料Ｇｓとの混合比が目標混合比に到達した後から主燃料Ｇｍに対する副燃料Ｇｓの混合終了が指示されるまでの間の混合比静定時における制御フローの一例を示す。

図４に例示されるように、制御部１３は、混合比が目標混合比に到達し、混合比増加時変化レートの設定値をこれよりも高い値の目標混合比到達後変化レートに設定変更した後（Ｓ４）、引き続き、流量計１１から入力される主燃料Ｇｍの現在の流量と、流量調節部１２から入力される副燃料Ｇｓの現在の流量とから、現在の混合比を計算する（Ｓ５）。そして、現在の混合比と目標混合比とを比較し、両者が一致しているかどうかを判断する（Ｓ６）。現在の混合比と目標混合比とが一致している場合（Ｙｅｓ）、つまり、両者に乖離が生じていない場合には、再びＳ５に戻り、引き続き現在の混合比を計算する。一方、現在の混合比と目標混合比とが一致していない場合（Ｎｏ）、つまり、両者に乖離が生じている場合には、目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて、目標混合比に復帰するのに必要な流量の副燃料Ｇｓを供給（投入）する、あるいは、目標混合比に復帰するのに過剰な流量の副燃料Ｇｓを減少させた後（Ｓ７）、再びＳ５に戻り、引き続き現在の混合比を計算する。かかる制御は、制御部１３が混合燃料利用機器２から副燃料Ｇｓの混合終了の指示を受けるまで続けられる。

次に、図５に、混合燃料供給装置１において、主燃料Ｇｍに対する副燃料Ｇｓの混合終了を指示し、副燃料Ｇｓの混合を終了するまでの制御フローの一例を示す。

図５に例示されるように、制御部１３は、混合燃料利用機器２から副燃料Ｇｓの混合終了の指示を受け、主燃料Ｇｍに対する副燃料Ｇｓの混合終了を開始する（Ｓ８）。具体的には、制御部１３は、目標混合比到達後変化レートの設定値を、混合比減少時変化レートに設定変更する（Ｓ９）。制御部１３は、流量計１１から入力される主燃料Ｇｍの現在の流量に応じて、上記設定変更された混合比減少時変化レートとなるような副燃料Ｇｓの流量を計算し、供給中の副燃料Ｇｓの流量を減少するように流量調節部１２に指示を出力する。流量調節部１２は、制御部１３からの指示を受け、副燃料Ｇｓの流量を減少させる（Ｓ１０）。制御部１３は、現在の混合比が目標混合比、つまり、混合比が０体積％に到達したかを判断する（Ｓ１１）。現在の混合比が０体積％に到達していない場合（Ｎｏ）には、Ｓ１０に戻り、副燃料Ｇｓの流量の減少を続ける。現在の混合比が０に到達した場合（Ｙｅｓ）には、制御部１３は、一連の制御を終了して混合燃料Ｇの供給を終了し（Ｓ１２）、例えば、次に混合燃料利用機器２から副燃料Ｇｓの混合指示を受けるまで待機状態に入る。

次に、本実施形態の混合燃料供給装置１の作用効果について、以下に示す比較形態１の混合燃料供給装置、および、比較形態２の混合燃料供給装置と対比しつつ説明する。

図６に、比較形態１の混合燃料供給装置について、本実施形態の混合燃料供給装置１で説明した図２に対応する混合比および混合比変化レートの遷移の一例を示す。図６に例示されるように、比較形態１の混合燃料供給装置では、現在の混合比が目標混合比に到達後、副燃料Ｇｓの混合終了が指示されるまでの間は、混合比の制御が行われない（目標混合比到達後変化レートの設定値＝０）。この場合、主燃料Ｇｍの流量の変動によって変化した混合比は、狙いの目標混合比に復帰することなく成り行き任せとなる。なお、図６では、主燃料Ｇｍの供給量が増加して混合比が低下した場合を例示しており、一旦混合比が低下した以降は、成り行き任せであるために、混合比が低下したまま目標混合比に復帰することなく副燃料Ｇｓの混合終了に至る。したがって、比較形態１の混合燃料供給装置では、混合燃料利用機器２の安定した混焼運転を実現することができない。

また、図７に、比較形態２の混合燃料供給装置について、本実施形態の混合燃料供給装置１で説明した図２に対応する混合比および混合比変化レートの遷移の一例を示す。図７に例示されるように、比較形態２の混合燃料供給装置では、現在の混合比が目標混合比に到達後、副燃料Ｇｓの混合終了が指示されるまでの間、混合比の制御が一応は行われる。しかしながら、混合比増加時変化レートの設定値＜目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たしておらず、混合比増加時変化レートの設定値＝目標混合比到達後変化レートの設定値の条件にて混合比の制御が行われる。この場合、主燃料Ｇｍの流量の変動によって変化した混合比は、狙いの目標混合比に復帰はするものの、復帰までの時間が相対的に長くかかり、その間、混合燃料利用機器２の安定した混焼運転を実現することが困難である。

これらに対し、本実施形態の混合燃料供給装置１においては、図２～図５に例示したように、現在の混合比が目標混合比に達した後において、現在の混合比と目標混合比とを比較して、両者に乖離が生じている場合に、副燃料Ｇｓを混合して混合比を増加させるときの混合比増加時変化レートよりも高く設定された目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて、現在の混合比が目標混合比に復帰するように副燃料Ｇｓの流量が制御される。そのため、本実施形態の混合燃料供給装置１によれば、主燃料Ｇｍの流量変動に対して副燃料Ｇｓの流量を迅速に追従させることができ、混合比静定時における現在の混合比をできる限り一定に近づけることが可能となり、混合燃料利用機器２の安定した混焼運転を実現することが可能となる。

また、本実施形態の混合燃料供給装置１においては、混合比増加時変化レートおよび混合比減少時変化レートの設定値が、目標混合比到達後変化レートの設定値よりも低い。そのため、本実施形態の混合燃料供給装置１によれば、混合比の増減時に急激な熱量変動が発生するのを抑制することができる。また、本実施形態の混合燃料供給装置１においては、副燃料Ｇｓの混合終了指示から副燃料Ｇｓの混合終了までにかかる時間を、副燃料Ｇｓの混合開始から目標混合比到達までの時間よりも早くすることができる。そのため、本実施形態の混合燃料供給装置１によれば、混焼運転から主燃料Ｇｍによる単一燃焼運転に速やかに移行することが可能となる。

また、本実施形態の混合燃料供給装置１においては、主燃料Ｇｍが都市ガス、副燃料Ｇｓが水素、混合燃料利用機器２がガスエンジンとされる。水素は高い燃焼性を有するため、混合比の管理が適切でない場合には、混合燃料Ｇの異常燃焼に繋がるおそれがある。これに対し、本実施形態の混合燃料供給装置１によれば、混合比静定時における都市ガスの流量変動に対して水素の流量を迅速に追従させることができ、ガスエンジンにおいて安定した都市ガス・水素の混焼運転を実現することが可能となる。なお、本実施形態では、都市ガス（１３Ａ）を用いて説明を行ったが、都市ガスの成分変更などにより発熱量が増減した場合においても、本開示の内容は成立するものである。

本発明は、上記実施形態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種々の変更が可能である。また、上記実施形態に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。また、出願当初の特許請求の範囲に記載の各請求項同士は、それぞれ任意に組み合わせることができる。

１混合燃料供給装置
２混合燃料利用機器
Ｇｍ主燃料
Ｇｓ副燃料
Ｇ混合燃料

Claims

主燃料に対して副燃料を混合した混合燃料を混合燃料利用機器に供給するための混合燃料供給装置であって、
上記主燃料の流量に対して供給する上記副燃料の流量を制御して供給可能に構成されており、
上記主燃料および上記副燃料の合計流量に対する上記副燃料の流量の体積割合を混合比、
単位時間当たりの上記混合比の変化量の絶対値を混合比変化レート、
目標の上記混合比である目標混合比となるように上記混合比を増加させるときの上記混合比変化レートを混合比増加時変化レート、
上記目標混合比に達した後から上記副燃料の混合終了が指示されるまでの間の上記混合比変化レートを目標混合比到達後変化レートとしたとき、
上記混合比増加時変化レートの設定値＜上記目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たしており、かつ、
現在の上記混合比が上記目標混合比に達した後において、現在の上記混合比と上記目標混合比とを比較して、両者に乖離が生じている場合に、現在の上記混合比が上記目標混合比に復帰するように上記目標混合比到達後変化レートの設定値を用いて上記副燃料の流量を制御するよう構成されている、
混合燃料供給装置。
上記副燃料の混合を終了するために上記混合比を減少させるときの上記混合比変化レートを混合比減少時変化レートとしたとき、
上記混合比増加時変化レートの設定値＜上記混合比減少時変化レートの設定値＜上記目標混合比到達後変化レートの設定値の関係を満たしている、
請求項１に記載の混合燃料供給装置。
上記主燃料は、都市ガスであり、
上記副燃料は、水素であり、
上記混合燃料利用機器は、ガスエンジンである、
請求項１または請求項２に記載の混合燃料供給装置。