JPH03185223A - 圧縮空気発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は貯蔵された圧縮空気により駆動される圧縮空気
発電装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に従来の圧縮空気発電装置の一例を示す。

この装置は発電機５に直結された往復動エンジン３と膨
脹タービン４、圧縮空気を貯蔵する貯気槽１、貯気槽ｌ
から放出した圧縮空気を再加熱する再生器２、再生器２
の圧縮空気入口配管１ｏに取付けられた減圧弁６、再生
器２の圧縮空気出口配管１１に取付けられた圧力計８、
往復動エンジン入口圧力を設定する設定器１６、圧力計
８の出力信号を設定器１６の設定信号に対応するよう減
圧弁６の開度を操作する圧力調節計９、往復動エンジン
３に燃料を供給する配管Ｉ３、燃料配管１３に取付けら
れた燃＃１調整弁７を備えている。１２は往復動エンジ
ン３と膨張タービン４との間の配管を示す。

上記の装置において貯気槽ｌに貯蔵された高圧の圧縮空
気は配管】０を介して減圧弁６により減圧された後再生
器２に入り、往復動エンジン３のソリンダ内で吸入・圧
縮、内燃、加熱、膨脂の過程を経て往復動エンジン３を
同転、排気された後、配管１２を介して膨張タービン４
に供給され断熱膨脂して膨張タービン４を同転する。断
熱膨脂した後、圧縮空気は再生器２に至り、圧縮空気を
加熱した後、配管を経て大気に放出される。圧縮空気が
上記のように往復動エンジン３、膨張タービン４を断熱
膨脂によって回転することにより発電機５を駆動する。

その際、圧力調節計９は往復動エンジン３の入口圧（空
気圧）を一定に保つよう減圧弁６を制御する。

〔発明が解決しようとする課題〕 前記従来の装置には、往復動エンジン入口圧力を一定に
制御したとき次のような解決すべき問題点があった。

即ち、往復動エンジンの吸入圧縮空気流量（質量流量）
の算出式は次の（１）式で表わされる。

−Ｍ Ｇ＝　　　　Ｎ−Ｖ、　　　　　　　　（１）−Ｒ Ｇ；圧縮空気流量（質量流量） Ｐ：往復動エンジン入口圧力 Ｔ；往復動エンジン入口（圧縮空気）温度Ｎ；往復動エ
ンジン回転数 Ｍ；空気分子量 Ｒ；気体定数 ■１；往復動エンジン容積（一定） （１）式で示すように往復動エンジン入口圧力Ｐと回転
数Ｎを一定に運転したとき、往復動エンジン入口温度Ｔ
が低いと圧縮空気流ｉ１Ｇが増加することになる。

前記のような従来の装置で往復動エンジン入口圧力Ｐと
回転数Ｎを一定に運転する場合、起動直後は再生器の熱
容量のため往復動エンジン入口温度Ｔは定格（２８０°
Ｃ位）に達しておらず、常温に近い温度の空気が往復動
エンジンに流入することになり、吸入圧縮空気の質量流
量が過剰に流れることになり、貯気槽に貯蔵した圧縮空
気が余分に使用され、圧縮空気が不足することがあった
。

（課題を解決するための手段〕 本発明は上記課題の解決手段として、発電機にそれぞれ
連結され圧縮空気により駆動される往復動エンジンおよ
び膨張タービンと圧縮空気を貯蔵する貯気槽と同貯気槽
と前記往復動エンジンの間の圧縮空気通路に設けられた
再生器と同再生器の圧縮空気入口側に設けられた減圧弁
とを備えた圧縮空気発電装置において、前記往復動エン
ジンの入口空気温度を検出する温度計と、前記往復動エ
ンジンに供給する空気の流量を設定する供給空気流量設
定器と、前記温度計の検出信号と前記供給空気流量設定
器からの出力信号とを入力する乗算器と、同乗算器から
の出力信号を入力とする増巾器と、前記往復動エンジン
の入口圧力を検出する圧力計と、同圧力計の検出信号を
制御量とし、前記増巾器からの出力信号を目標値とする
圧力調節計と、前記貯気槽の圧縮空気出口側を検出する
圧力計と、同圧力計の検出圧力に基づいて前記減圧弁の
開度を決定する関数発生器と、同関数発生器からの出力
信号と、前記圧力調節計の出力信号を入力としそれらの
うちの最小値を選択してその信号により前記減圧弁の開
度を調節する信号選ＩＲ器とを具備してなることを特徴
とする圧縮空気発電装置を提供しようとするものである
。

〔作用〕

本発明は上記のように構成されるので次の作用を有する
。

即ち、貯気槽側の空気圧力に基づいて空気流量を設定す
る関数発生器と、供給する空気温度と供給空気ｉｔ設定
器からの信号とを乗算器で乗した後、増巾器で増巾した
信号を目標値とする圧力調節計との両方からの信号のう
ち小さい方の信号（２ｉｔ量設定（１１りを信号選択器
によって選択し、その信号によって減圧弁を調節するの
で、起動時等の空気温度が低いときでも圧縮空気の過剰
供給が生しない。

なお、往復動エンジン入口空気温度に応じて往復動エン
ジン入口圧力設定値を演算する際の圧力設定値は前記（
１）式より導いた次の（２）式で求まる。

（２）弐から明らかなように往復動エンジン入口温度が
定格に達していない低温時では定格温度時よりも小さい
圧力設定値が出力される。

また、貯気槽圧縮空気出口側圧力（上？ｌｉ−ｌルー）
に従って、往復動エンジン入口圧力（下流側圧力）を往
復動エンジンの耐圧になるように減圧弁開度を設定する
ことができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図により説明する。

なお、従来例の第３図と同様の構成部品には同符号を７
＝Ｊ−Ｌ、説明を省略する。

図において、１７は貯気槽圧縮空気出口側に取付けられ
た圧力計、１９は同圧力計１７の出力信号を入力とする
関数発生器、２１は往復動エンジン３の入口の配管】ｌ
に取付けられた圧縮空気温度計、１４は配管１１を流れ
る圧縮空気流量を設定する設定器、１５は前記圧縮空気
温度計２１の出力信号と設定器１４の設定信号とを入力
信号とした乗算器（ｙ＝Ｇ・Ｔ）、２０は乗算器１５の
出力信号を入力信号とした増巾器（定数＝　　２ Ｍ−Ｎ−Ｖ、をかける）、１８は前 記関数発生器１つからの出力信号である減圧弁開度設定
信号と前記増巾器２０からの出力信号を入力とし最小値
を選択する信号選択器である。

次に上記構成の作用について説明する。

貯気槽１に貯蔵された圧縮空気は配管１０を介し、減圧
弁６により減圧された後、再生器２に入り膨脂タービン
４の排気により加熱された後配管１１を介して往復動エ
ンジン３Ｌこ供給され、吸入、圧縮、内燃、加熱、膨脂
の過程を経て往復動エンジン３を回転した後排気され、
配管１２を介して膨脂タービン４に供給され、断熱膨張
し、膨脂タービン４を回転する。断熱膨張した後、圧縮
空気は再生器２に至り、圧縮空気を加熱した後、配管を
経て大気に放出される。圧縮空気が上記の様に往復動エ
ンジン３及び膨脂タービン４を回転することによって発
電機５を駆動する。

往復動エンジン３の入口の圧力は圧力計８により検出さ
れその検出値に基づいて、圧力調節計９により減圧弁６
の開度が調節され、往復動エンジン３の入口圧力が制御
される。

一方、往復動エンジン３の圧縮空気温度計２１の検出値
と往復動エンジン流入空気流量の設定値１４の空気流量
設定信号を入力信号とし両入力信号を乗した乗算８１５
の出力信号を増巾器２０で定数倍（定数−Ｒ／Ｍ　−Ｎ
　−Ｖ、）に増巾し、圧力の設定値とする。増巾器２０
からの設定信号を目標値とし、往復動エンジン入口圧力
を制御量とする圧力調節計９の出力信号と関数発生器１
９からの出力信号である減圧弁開度設定値とを信号選択
器１８で選択し、これで減圧弁６の開度を調節する。

ここで減圧弁開度設定値は貯気槽圧縮空気出口側圧力（
Ｐ、と称す）に当り、Ｐ、は使用範囲が広い（−例、１
００ｋｇｆ／ｃ１から４０ｋｇｆ／ｃｍ”まで降下する
）。従って、往復動エンジン３０入口圧力を耐圧（Ｐ　
ｇｍａＸと称す）に保つためには、減圧弁６の開度はＰ
１見合で適宜変更する必要がある。減圧弁６を流れる流
量ＧはＰ　ｌｔ　Ｐ　ｔ＠ａｘより次式が戒り立つ。

Ｇ＝ａ−Ｃｖ　　　、　−、ｍａｘ ａ一定数　　　Ｃｖ　；弁Ｃｖ値 Ｇが一定流量流れるとするとＣｖ値は貯気槽圧縮空気出
口圧力の関数として表わされる。

従ってＰ、が高い時はＣｖは小さく、Ｐ、が低くなると
Ｃｖが大きくなるようＰ、に従って減圧弁６の開度を設
定することができる。関数発生器１９の出力信号である
貯気槽圧縮空気出口側圧力と弁開度との関係を第２図に
示す。Ｐ、の使用範囲内では耐圧以下に保つような開度
が設定されるしくみとなっている。

一方、増巾器２０からの出力信号である往復動エンジン
入口圧力設定値は往復動エンジン入口温度に応して変化
させることができる。したがって往復動エンジン入口温
度が低温であっても、定格空気流量が流れるように圧力
設定値が設定されるため、空気流量が過剰に流れすぎる
ことがない。

このように信号選択器Ｉ８が関数発生２ｉｉＩ９の信号
と圧力調節計９の信号との小さい方の信号を選択するの
で、供給空気流量は設定流量を越えることなく、往復動
エンジン入口圧力も耐圧以下に制御される。

従って、起動時のように供給空気の温度が未だ定格温度
に達しておらず、圧力のみに依々して空気を供給すると
低温で高密度の空気（圧縮空気）が供給されて、圧縮空
気の過剰消費を招くような従来例の不具合が解消される
。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成されるので次の効果を有する
。

即ち、往復動エンジン入口温度に心して往復・助エンジ
ン入口圧力を設定するので、往復動入口空気温度が低温
時において空気流量が過剰に流れることがなく貯蔵され
た有限星の圧縮空気を有効に使用することができる。

また、貯気槽圧縮空気出口側圧力（上流側）に従って、
往復動エンジン入口圧力（下流側）が往復動エンジンの
耐圧以下となるよう減圧弁開度を設定することができ、
常に発電機出力に見合った空気供給制御を行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る圧縮空気発電装置の模
式的構成図、第２図は上記実施例における貯気槽圧縮空
気出口側圧力に対する減圧ｊｆ、開度設定の一例を示す
関係線図、第３図は従来の圧縮空気発電装置の模式的構
成図である。 １・・・貯気槽、　　　　２・・・再生器、３・・・往
復動エンジン、４・・・膨脂タービン、５・・・発電機
、　　　　　６・・・減圧弁、７・・・燃ネ４調整弁、
　　８・・・圧力計、９・・・圧力調節計、　　１４・
・・設定器、１５・・・乗Ｘ器、　　　　１７・・・圧
力計、１８・・・信号選択器、　　１９・・・関数発生
器、２０・・・増巾器、 ２１・・・圧縮空気温度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発電機にそれぞれ連結され圧縮空気により駆動される往
   復動エンジンおよび膨脹タービンと圧縮空気を貯蔵する
   貯気槽と同貯気槽と前記往復動エンジンの間の圧縮空気
   通路に設けられた再生器と同再生器の圧縮空気入口側に
   設けられた減圧弁とを備えた圧縮空気発電装置において
   、前記往復動エンジンの入口空気温度を検出する温度計
   と、前記往復動エンジンに供給する空気の流量を設定す
   る供給空気流量設定器と、前記温度計の検出信号と前記
   供給空気流量設定器からの出力信号とを入力とする乗算
   器と、同乗算器からの出力信号を入力とする増巾器と、
   前記往復動エンジンの入口圧力を検出する圧力計と、同
   圧力計の検出信号を制御量とし、前記増巾器からの出力
   信号を目標値とする圧力調節計と、前記貯気槽の圧縮空
   気出口側圧力を検出する圧力計と、同圧力計の検出圧力
   に基づいて前記減圧弁の開度を決定する関数発生器と、
   同関数発生器からの出力信号と前記圧力調節計の出力信
   号を入力としそれらのうちの最小値を選択してその信号
   により前記減圧弁の開度を調節する信号選択器とを具備
   してなることを特徴とする圧縮空気発電装置。