JPH06108865A - コジェネレーション型ガスエンジン - Google Patents
コジェネレーション型ガスエンジンInfo
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- JPH06108865A JPH06108865A JP4282221A JP28222192A JPH06108865A JP H06108865 A JPH06108865 A JP H06108865A JP 4282221 A JP4282221 A JP 4282221A JP 28222192 A JP28222192 A JP 28222192A JP H06108865 A JPH06108865 A JP H06108865A
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- steam
- gas
- engine
- energy
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、排気ガスをターボチャージャ、エ
ネルギー回収装置及び蒸気発生装置を通して排気ガス温
度を低下させ、低温の排気ガスをＥＧＲに使用してＮＯ
X を低減するコジェネレーション型ガスエンジンを提供
する。 【構成】 本発明は、遮熱型ガスエンジン５０からの排
気ガスによってターボチャージャ５１を駆動し、該ター
ボチャージャ５１からの排気ガスで発電機５７を備えた
エネルギー回収装置５２を駆動する。エネルギー回収装
置５２からの排気ガスで蒸気発生装置５４で水を蒸気に
変換し、該蒸気によって蒸気タービン５８を駆動して電
気エネルギーとして回収する。蒸気発生装置５４を通過
した排気ガスをターボチャージャ５１のコンプレッサ７
１に送り込んでＥＧＲを行なう。
ネルギー回収装置及び蒸気発生装置を通して排気ガス温
度を低下させ、低温の排気ガスをＥＧＲに使用してＮＯ
X を低減するコジェネレーション型ガスエンジンを提供
する。 【構成】 本発明は、遮熱型ガスエンジン５０からの排
気ガスによってターボチャージャ５１を駆動し、該ター
ボチャージャ５１からの排気ガスで発電機５７を備えた
エネルギー回収装置５２を駆動する。エネルギー回収装
置５２からの排気ガスで蒸気発生装置５４で水を蒸気に
変換し、該蒸気によって蒸気タービン５８を駆動して電
気エネルギーとして回収する。蒸気発生装置５４を通過
した排気ガスをターボチャージャ５１のコンプレッサ７
１に送り込んでＥＧＲを行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ナチュラルガスを燃
料とするガスエンジンを備えて電気エネルギーと温水を
発生させるコジェネレーション型ガスエンジンに関す
る。
料とするガスエンジンを備えて電気エネルギーと温水を
発生させるコジェネレーション型ガスエンジンに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、天然ガス即ちナチュラルガスを主
燃料とするガスエンジンは、コジェネレーション型エン
ジンとして、官公庁研究機関或いは民間会社で開発が進
められている。このコジェネレーション型エンジンは、
動力を発電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガ
スエネルギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水
にして給湯用として利用している。そして、このエンジ
ンは、都市内電気供給システムとして利用されることが
期待されている。即ち、ガスエンジンをコジェネレーシ
ョンシステムに用いる場合に、一般の冷却エンジンで
は、冷却水によるエンジン冷却回路と、排気ガスを冷却
する二系統の冷却回路を持っている。また、排気ガスを
冷却する冷却回路とエンジン冷却回路はいずれも気水分
離タンク等を持ち、蒸気による二次熱交換器によって温
水供給を行う。
燃料とするガスエンジンは、コジェネレーション型エン
ジンとして、官公庁研究機関或いは民間会社で開発が進
められている。このコジェネレーション型エンジンは、
動力を発電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガ
スエネルギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水
にして給湯用として利用している。そして、このエンジ
ンは、都市内電気供給システムとして利用されることが
期待されている。即ち、ガスエンジンをコジェネレーシ
ョンシステムに用いる場合に、一般の冷却エンジンで
は、冷却水によるエンジン冷却回路と、排気ガスを冷却
する二系統の冷却回路を持っている。また、排気ガスを
冷却する冷却回路とエンジン冷却回路はいずれも気水分
離タンク等を持ち、蒸気による二次熱交換器によって温
水供給を行う。
【０００３】ナチュラルガスを燃料とするエンジンとし
て、例えば、特開昭５４−１５６９１１号公報、特開昭
６３−６３５８号公報、特開平１−２３２１１９号公報
に開示されたものがある。
て、例えば、特開昭５４−１５６９１１号公報、特開昭
６３−６３５８号公報、特開平１−２３２１１９号公報
に開示されたものがある。
【０００４】特開昭５４−１５６９１１号公報に開示さ
れた内燃機関は、吸入空気を圧縮して主燃焼室に供給
し、吸入空気の一部をジェットセル点火室中に供給し、
パラフィン系の炭化水素燃料を上記ジェットセル点火室
中に噴射して濃厚な混合物を生成し、吸入空気と混合物
を更に圧縮し、パラフィン系の炭化水素燃料を主燃焼室
中に噴射し、一方で吸入空気と混合物を更に圧縮して希
薄な混合物を主燃焼室内に生成させ、ジェットセル点火
室中の混合物を両混合物の完全圧縮が達成される前に点
火して熱いガスの流れを生成し、該熱いガスの流れを主
燃焼室内の上記混合物中に投入してこの主燃焼室内の混
合物を点火し、ＮＯX の生成を低減するものである。
れた内燃機関は、吸入空気を圧縮して主燃焼室に供給
し、吸入空気の一部をジェットセル点火室中に供給し、
パラフィン系の炭化水素燃料を上記ジェットセル点火室
中に噴射して濃厚な混合物を生成し、吸入空気と混合物
を更に圧縮し、パラフィン系の炭化水素燃料を主燃焼室
中に噴射し、一方で吸入空気と混合物を更に圧縮して希
薄な混合物を主燃焼室内に生成させ、ジェットセル点火
室中の混合物を両混合物の完全圧縮が達成される前に点
火して熱いガスの流れを生成し、該熱いガスの流れを主
燃焼室内の上記混合物中に投入してこの主燃焼室内の混
合物を点火し、ＮＯX の生成を低減するものである。
【０００５】また、特開昭６３−６３５８号公報に開示
されたガスエンジン駆動型ヒートポンプシステムは、可
燃ガスをバッファタンクに貯留し、このバッファタンク
より可燃ガスを複数台のヒートポンプに蓄えられた駆動
用ガスエンジンに分配供給し、ヒートポンプで気液分離
後の温泉水を所要温度に加熱し、加熱後の温泉水を熱負
荷に供給するように構成してあるものであり、バッファ
タンクに圧力センサーを設けると共に、圧力センサーに
よるバッファタンクの検出圧が高圧設定圧から低圧設定
圧に低下する毎に、ガス供給対象ヒートポンプの数順次
減少させる制御手段を有しているものである。
されたガスエンジン駆動型ヒートポンプシステムは、可
燃ガスをバッファタンクに貯留し、このバッファタンク
より可燃ガスを複数台のヒートポンプに蓄えられた駆動
用ガスエンジンに分配供給し、ヒートポンプで気液分離
後の温泉水を所要温度に加熱し、加熱後の温泉水を熱負
荷に供給するように構成してあるものであり、バッファ
タンクに圧力センサーを設けると共に、圧力センサーに
よるバッファタンクの検出圧が高圧設定圧から低圧設定
圧に低下する毎に、ガス供給対象ヒートポンプの数順次
減少させる制御手段を有しているものである。
【０００６】また、特開平１−２３２１１９号公報に開
示された水素・液化天然ガス用エンジンは、エンジンの
低負荷運転状態においては燃料たる水素と液化天然ガス
との何れか一方を供給すると共に、エンジンの高負荷運
転状態においては燃料たる液化天然ガスを供給すべき制
御手段を設けたものである。
示された水素・液化天然ガス用エンジンは、エンジンの
低負荷運転状態においては燃料たる水素と液化天然ガス
との何れか一方を供給すると共に、エンジンの高負荷運
転状態においては燃料たる液化天然ガスを供給すべき制
御手段を設けたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、遮熱型ガス
エンジンの排気ガス温度は、相当に高く、その排気ガス
エネルギー即ち熱量は多いので、該排気ガスエネルギー
で水を加熱して蒸気を生成することは容易である。しか
も、その蒸気を用いてタービンを回転させることが可能
である。
エンジンの排気ガス温度は、相当に高く、その排気ガス
エネルギー即ち熱量は多いので、該排気ガスエネルギー
で水を加熱して蒸気を生成することは容易である。しか
も、その蒸気を用いてタービンを回転させることが可能
である。
【０００８】しかしながら、ナチュラルガスを燃料とす
るガスエンジンは、燃料がガス体であるので、ガソリン
と同じように燃料ガスを吸気バルブから吸入され、圧
縮、着火されるので、圧縮比を大きくすることができ
ず、理論熱効率（η＝仕事の熱換算／燃料の熱量）は必
ずしも高くない。通常使用されているガスエンジンは、
圧縮比が１２〜１３程度であり、理論熱効率は４８％に
過ぎないものであり、ガスエンジンの動力を電気エネル
ギーにした場合には、熱効率は３４〜３５％で、場合に
よっては３０％を割るような効率である。従って、冷却
水損失及び排気ガスエネルギーとしては、燃料の６５〜
７０％のものが放出されることになり、この熱エネルギ
ーを熱交換器によって温水を作り、給湯用にしても該温
水が余り多量であり一般の利用設備では十分に利用でき
ないという現状である。従って、ガスエンジンから得ら
れる電気エネルギーとしては、コストの高いものにな
る。しかも、このようなガスエンジンは、圧縮比が１８
以上であるディーゼルエンジンの理論熱効率５７％と
は、大幅に異なるものである。
るガスエンジンは、燃料がガス体であるので、ガソリン
と同じように燃料ガスを吸気バルブから吸入され、圧
縮、着火されるので、圧縮比を大きくすることができ
ず、理論熱効率（η＝仕事の熱換算／燃料の熱量）は必
ずしも高くない。通常使用されているガスエンジンは、
圧縮比が１２〜１３程度であり、理論熱効率は４８％に
過ぎないものであり、ガスエンジンの動力を電気エネル
ギーにした場合には、熱効率は３４〜３５％で、場合に
よっては３０％を割るような効率である。従って、冷却
水損失及び排気ガスエネルギーとしては、燃料の６５〜
７０％のものが放出されることになり、この熱エネルギ
ーを熱交換器によって温水を作り、給湯用にしても該温
水が余り多量であり一般の利用設備では十分に利用でき
ないという現状である。従って、ガスエンジンから得ら
れる電気エネルギーとしては、コストの高いものにな
る。しかも、このようなガスエンジンは、圧縮比が１８
以上であるディーゼルエンジンの理論熱効率５７％と
は、大幅に異なるものである。
【０００９】そこで、ガスエンジンの動力を電気エネル
ギーとして取り出す場合に、熱効率を向上させることが
望まれているのが現状である。そこで、ガスエンジンに
遮熱型ガスエンジンを取り入れ、熱効率を向上させるこ
とが考えられるようになった。ガスエンジンは、ナチュ
ラルガスを燃料とするものであり、燃料が気体である。
そこで、吸入行程で空気及びガス燃料をシリンダ内に吸
入し、それを圧縮して高圧縮すると、温度が高くなり、
自己着火の現象が起こり、ノッキングが発生することに
なる。しかるに、ナチュラルガスのガス燃料は圧縮比が
１２以下でないと、自己着火するものである。
ギーとして取り出す場合に、熱効率を向上させることが
望まれているのが現状である。そこで、ガスエンジンに
遮熱型ガスエンジンを取り入れ、熱効率を向上させるこ
とが考えられるようになった。ガスエンジンは、ナチュ
ラルガスを燃料とするものであり、燃料が気体である。
そこで、吸入行程で空気及びガス燃料をシリンダ内に吸
入し、それを圧縮して高圧縮すると、温度が高くなり、
自己着火の現象が起こり、ノッキングが発生することに
なる。しかるに、ナチュラルガスのガス燃料は圧縮比が
１２以下でないと、自己着火するものである。
【００１０】特に、コジェネレーション型ガスエンジン
では、排気ガスのレベル低減が重要な課題である。窒素
酸化物の低減のためには、ＥＧＲ（排気ガス再循環）が
効果的と言われている。しかしながら、遮熱型ガスエン
ジンでは、排出される排気ガスは高温であるが、ＥＧＲ
として使用される排気ガスは温度が低い程、ＮＯX の発
生が低減できるという現象がある。また、遮熱型ガスエ
ンジンでは、燃焼室の壁面温度が上昇するので、該燃焼
室に供給された燃料は着火タイミング前に自己着火する
という自己着火性の問題が増加する。即ち、遮熱型ガス
エンジンでは、燃焼室壁面温度が約６００℃以上に高く
なるため、ナチュラルガス、ガソリン等を燃料とした場
合には、圧縮比を高くなるように構成すると、吸気弁か
ら燃料ガスと空気とが混合して高圧縮されると、自己着
火が発生し、上死点ＴＤＣのはるか手前で燃焼を始める
ことになり、ノッキングを起こしてエンジンとして成立
しないものになる。
では、排気ガスのレベル低減が重要な課題である。窒素
酸化物の低減のためには、ＥＧＲ（排気ガス再循環）が
効果的と言われている。しかしながら、遮熱型ガスエン
ジンでは、排出される排気ガスは高温であるが、ＥＧＲ
として使用される排気ガスは温度が低い程、ＮＯX の発
生が低減できるという現象がある。また、遮熱型ガスエ
ンジンでは、燃焼室の壁面温度が上昇するので、該燃焼
室に供給された燃料は着火タイミング前に自己着火する
という自己着火性の問題が増加する。即ち、遮熱型ガス
エンジンでは、燃焼室壁面温度が約６００℃以上に高く
なるため、ナチュラルガス、ガソリン等を燃料とした場
合には、圧縮比を高くなるように構成すると、吸気弁か
ら燃料ガスと空気とが混合して高圧縮されると、自己着
火が発生し、上死点ＴＤＣのはるか手前で燃焼を始める
ことになり、ノッキングを起こしてエンジンとして成立
しないものになる。
【００１１】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、ＮＯX の低減を図るためガスエン
ジンから排出される排気ガスを使用してＥＧＲを行い、
ＥＧＲに使用する排気ガスの温度を低下させることであ
り、特に、遮熱型ガスエンジンの排気ガスの温度を低下
させた状態でＥＧＲに使用し、排気ガスエネルギーをエ
ネルギー回収装置で電気エネルギーとして回収し、該エ
ネルギー回収装置からの排気ガスによって第１熱交換器
で水を加熱して蒸気を生成し、その蒸気を用いて蒸気タ
ービンを回転させて電気エネルギーとして回収し、特に
第１熱交換器で熱エネルギーを吸収されて温度が低下し
た排気ガスをターボチャージャのコンプレッサに送り込
んでＥＧＲを行なうコジェネレーション型ガスエンジン
を提供することである。
解決することであり、ＮＯX の低減を図るためガスエン
ジンから排出される排気ガスを使用してＥＧＲを行い、
ＥＧＲに使用する排気ガスの温度を低下させることであ
り、特に、遮熱型ガスエンジンの排気ガスの温度を低下
させた状態でＥＧＲに使用し、排気ガスエネルギーをエ
ネルギー回収装置で電気エネルギーとして回収し、該エ
ネルギー回収装置からの排気ガスによって第１熱交換器
で水を加熱して蒸気を生成し、その蒸気を用いて蒸気タ
ービンを回転させて電気エネルギーとして回収し、特に
第１熱交換器で熱エネルギーを吸収されて温度が低下し
た排気ガスをターボチャージャのコンプレッサに送り込
んでＥＧＲを行なうコジェネレーション型ガスエンジン
を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ナチュラルガスを燃料とするガスエンジン
及び該ガスエンジンの回転軸に取り付けて電気エネルギ
ーを取り出す発電機を有するコジェネレーション型ガス
エンジンにおいて、前記ガスエンジンの排気ガスエネル
ギーによって駆動されるターボチャージャ、該ターボチ
ャージャから排気される排気ガスエネルギーで駆動され
るタービンと発電機を備えたエネルギー回収装置、前記
タービンから排気される排気ガスの熱エネルギーで蒸気
を発生させる蒸気発生換器、該蒸気発生換器から放出さ
れた蒸気によって駆動される前記エネルギー回収装置に
設けた蒸気タービン、該蒸気タービンから排出される蒸
気が送り込まれる熱交換器、及び前記蒸気発生装置を通
過した排気ガスを排出する排気通路と前記ターボチャー
ジャのコンプレッサへ空気を供給する空気通路とを連通
する調整バルブを備えた排気ガス再循環通路、を有する
ことを特徴とするコジェネレーション型ガスエンジンに
関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ナチュラルガスを燃料とするガスエンジン
及び該ガスエンジンの回転軸に取り付けて電気エネルギ
ーを取り出す発電機を有するコジェネレーション型ガス
エンジンにおいて、前記ガスエンジンの排気ガスエネル
ギーによって駆動されるターボチャージャ、該ターボチ
ャージャから排気される排気ガスエネルギーで駆動され
るタービンと発電機を備えたエネルギー回収装置、前記
タービンから排気される排気ガスの熱エネルギーで蒸気
を発生させる蒸気発生換器、該蒸気発生換器から放出さ
れた蒸気によって駆動される前記エネルギー回収装置に
設けた蒸気タービン、該蒸気タービンから排出される蒸
気が送り込まれる熱交換器、及び前記蒸気発生装置を通
過した排気ガスを排出する排気通路と前記ターボチャー
ジャのコンプレッサへ空気を供給する空気通路とを連通
する調整バルブを備えた排気ガス再循環通路、を有する
ことを特徴とするコジェネレーション型ガスエンジンに
関する。
【００１３】また、このコジェネレーション型ガスエン
ジンは、エンジン負荷を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態を休筒
又は運転制御して１気筒当たりのエンジン負荷を可及的
に高くする制御を行なうコントローラを有するものであ
る。
ジンは、エンジン負荷を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態を休筒
又は運転制御して１気筒当たりのエンジン負荷を可及的
に高くする制御を行なうコントローラを有するものであ
る。
【００１４】
【作用】この発明によるコジェネレーション型ガスエン
ジンは、上記のように構成されており、次のように作用
する。即ち、このコジェネレーション型ガスエンジン
は、排気ガスエネルギーによって駆動されるターボチャ
ージャ、該ターボチャージャから排気される排気ガスエ
ネルギーで駆動されるタービンと発電機を備えたエネル
ギー回収装置、及び前記タービンから排気される排気ガ
スの熱エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生装置を有
し、及び前記蒸気発生装置を通過した排気ガスを排出す
る排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサへ空
気を供給する空気通路とを連通する調整バルブを備えた
排気ガス再循環通路を有するので、前記排気ガス再循環
通路を通って前記コンプレッサへ供給される排気ガスは
低温になっている。
ジンは、上記のように構成されており、次のように作用
する。即ち、このコジェネレーション型ガスエンジン
は、排気ガスエネルギーによって駆動されるターボチャ
ージャ、該ターボチャージャから排気される排気ガスエ
ネルギーで駆動されるタービンと発電機を備えたエネル
ギー回収装置、及び前記タービンから排気される排気ガ
スの熱エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生装置を有
し、及び前記蒸気発生装置を通過した排気ガスを排出す
る排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサへ空
気を供給する空気通路とを連通する調整バルブを備えた
排気ガス再循環通路を有するので、前記排気ガス再循環
通路を通って前記コンプレッサへ供給される排気ガスは
低温になっている。
【００１５】それ故に、このコジェネレーション型ガス
エンジンでは、低温の排気ガスをＥＧＲに使用でき、Ｅ
ＧＲの効果が大きくなる。即ち、排気ガス中のＣＯ、Ｃ
Ｏ2が空気中のガス量を大きくし、ＣＯ、ＣＯ2 が空気
中に適当に分散して温度が低いと、ＮＯX を低減すると
いう効果がある。また、低温の排気ガスが新気に混合さ
れても、吸入空気を上昇させることがなく、圧縮端温度
を余り高くすることがないので、燃焼温度を低くコント
ロールできてＮＯX の発生を低減するという効果があ
る。更に、ＥＧＲに使用する排気ガスの温度が低いと、
新気を膨張させることもなく、所定量の新気をエンジン
に供給できる。また、通常、ターボチャージャのコンプ
レッサはアルミニウム合金で作製されているので、高温
の排気ガスをコンプレッサに通すと腐食等の問題が発生
するが、このコジェネレーション型ガスエンジンは、温
度の低い排気ガスをＥＧＲに使用するので、腐食等の問
題が発生しない。
エンジンでは、低温の排気ガスをＥＧＲに使用でき、Ｅ
ＧＲの効果が大きくなる。即ち、排気ガス中のＣＯ、Ｃ
Ｏ2が空気中のガス量を大きくし、ＣＯ、ＣＯ2 が空気
中に適当に分散して温度が低いと、ＮＯX を低減すると
いう効果がある。また、低温の排気ガスが新気に混合さ
れても、吸入空気を上昇させることがなく、圧縮端温度
を余り高くすることがないので、燃焼温度を低くコント
ロールできてＮＯX の発生を低減するという効果があ
る。更に、ＥＧＲに使用する排気ガスの温度が低いと、
新気を膨張させることもなく、所定量の新気をエンジン
に供給できる。また、通常、ターボチャージャのコンプ
レッサはアルミニウム合金で作製されているので、高温
の排気ガスをコンプレッサに通すと腐食等の問題が発生
するが、このコジェネレーション型ガスエンジンは、温
度の低い排気ガスをＥＧＲに使用するので、腐食等の問
題が発生しない。
【００１６】例えば、ガスエンジンにおいて、燃焼室を
遮熱構造に構成して遮熱型ガスエンジンに構成した場合
には、排気ガスの温度は９００℃程になり、該排気ガス
がターボチャージャのタービンを駆動することによって
排気ガスの温度は７００℃程に低下する。次いで、ター
ビンから排出された排気ガスがエネルギー回収装置のタ
ービンを駆動し、その排気ガスの温度は６００℃〜５０
０℃に低下する。次いで、エネルギー回収装置のタービ
ンから排出する排気ガスを蒸気発生装置に通し、蒸気発
生装置で熱エネルギーを吸収された排気ガスの温度は３
００℃程度にまで低下する。また、蒸気発生装置で発生
した蒸気は給湯用熱交換器に送り込まれ、蒸気温度は２
００℃〜１００℃にまで低下する。従って、ＥＧＲに使
用される排気ガスは３００℃程度であり、蒸気発生装置
の構造によっては排気ガスの温度を１００℃〜２００℃
まで低下させることができ、ＮＯX の発生を低減するこ
とができる。
遮熱構造に構成して遮熱型ガスエンジンに構成した場合
には、排気ガスの温度は９００℃程になり、該排気ガス
がターボチャージャのタービンを駆動することによって
排気ガスの温度は７００℃程に低下する。次いで、ター
ビンから排出された排気ガスがエネルギー回収装置のタ
ービンを駆動し、その排気ガスの温度は６００℃〜５０
０℃に低下する。次いで、エネルギー回収装置のタービ
ンから排出する排気ガスを蒸気発生装置に通し、蒸気発
生装置で熱エネルギーを吸収された排気ガスの温度は３
００℃程度にまで低下する。また、蒸気発生装置で発生
した蒸気は給湯用熱交換器に送り込まれ、蒸気温度は２
００℃〜１００℃にまで低下する。従って、ＥＧＲに使
用される排気ガスは３００℃程度であり、蒸気発生装置
の構造によっては排気ガスの温度を１００℃〜２００℃
まで低下させることができ、ＮＯX の発生を低減するこ
とができる。
【００１７】また、このコジェネレーション型ガスエン
ジンは、遮熱型ガスエンジンの排気ガスエネルギーによ
ってターボチャージャを駆動し、該ターボチャージャの
タービンから排気される排気ガスエネルギーで発電機を
備えたエネルギー回収装置を駆動し、該エネルギー回収
装置のタービンから排気される排気ガスは蒸気発生装置
で水を熱交換して蒸気に変換し、該蒸気によって前記エ
ネルギー回収装置に設けた蒸気タービンを駆動し、更
に、該蒸気タービンから排出される高温の蒸気を熱交換
器で熱交換して給湯用の水を加熱するので、排気ガスエ
ネルギーを蒸気にして電気エネルギーと給湯用として回
収でき、高効率のシステムを提供することができる。
ジンは、遮熱型ガスエンジンの排気ガスエネルギーによ
ってターボチャージャを駆動し、該ターボチャージャの
タービンから排気される排気ガスエネルギーで発電機を
備えたエネルギー回収装置を駆動し、該エネルギー回収
装置のタービンから排気される排気ガスは蒸気発生装置
で水を熱交換して蒸気に変換し、該蒸気によって前記エ
ネルギー回収装置に設けた蒸気タービンを駆動し、更
に、該蒸気タービンから排出される高温の蒸気を熱交換
器で熱交換して給湯用の水を加熱するので、排気ガスエ
ネルギーを蒸気にして電気エネルギーと給湯用として回
収でき、高効率のシステムを提供することができる。
【００１８】即ち、前記遮熱型ガスエンジンの熱効率が
約４０％とすれば、前記ターボチャージャと前記エネル
ギー回収装置で約１５％の熱エネルギーを電気エネルギ
ーとして回収され、更に前記蒸気タービンで約５％の熱
エネルギーを電気エネルギーとして回収され、合計で熱
効率が約６０％の高効率のエンジンを提供することでき
る。
約４０％とすれば、前記ターボチャージャと前記エネル
ギー回収装置で約１５％の熱エネルギーを電気エネルギ
ーとして回収され、更に前記蒸気タービンで約５％の熱
エネルギーを電気エネルギーとして回収され、合計で熱
効率が約６０％の高効率のエンジンを提供することでき
る。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるコジ
ェネレーション型ガスエンジンの実施例を説明する。図
１はこの発明によるコジェネレーション型ガスエンジン
の一実施例を示す概略説明図、図２はこのコジェネレー
ション型ガスエンジンに組み込まれたターボチャージャ
の一実施例を示す概略断面図、図３はこのコジェネレー
ション型ガスエンジンに組み込まれたエネルギー回収装
置の一実施例を示す概略断面図、図４はこのコジェネレ
ーション型ガスエンジンに組み込まれた遮熱型ガスエン
ジンの一実施例を示す概略断面図、及び図５は図４の線
Ａ−Ａにおける断面図である。
ェネレーション型ガスエンジンの実施例を説明する。図
１はこの発明によるコジェネレーション型ガスエンジン
の一実施例を示す概略説明図、図２はこのコジェネレー
ション型ガスエンジンに組み込まれたターボチャージャ
の一実施例を示す概略断面図、図３はこのコジェネレー
ション型ガスエンジンに組み込まれたエネルギー回収装
置の一実施例を示す概略断面図、図４はこのコジェネレ
ーション型ガスエンジンに組み込まれた遮熱型ガスエン
ジンの一実施例を示す概略断面図、及び図５は図４の線
Ａ−Ａにおける断面図である。
【００２０】このコジェネレーション型ガスエンジン
は、天然ガス即ちナチュラルガスを燃料とするガスエン
ジン、及び該ガスエンジンの回転軸６１に取り付けて電
気エネルギーを取り出す発電機６０を有するものであ
り、電気エネルギーと温水を供給することができるもの
である。更に、この実施例では、ガスエンジンとして遮
熱型ガスエンジン５０を使用したものである。
は、天然ガス即ちナチュラルガスを燃料とするガスエン
ジン、及び該ガスエンジンの回転軸６１に取り付けて電
気エネルギーを取り出す発電機６０を有するものであ
り、電気エネルギーと温水を供給することができるもの
である。更に、この実施例では、ガスエンジンとして遮
熱型ガスエンジン５０を使用したものである。
【００２１】このコジェネレーション型ガスエンジン
は、遮熱型ガスエンジン５０の排気ガスエネルギーによ
って駆動されるターボチャージャ５１、ターボチャージ
ャ５１のタービン５６から排気される排気ガスエネルギ
ーで駆動されるタービン５９と発電機５７を備えたエネ
ルギー回収装置５２、エネルギー回収装置５２のタービ
ン５９から排気される排気ガスの熱エネルギーで高温の
蒸気を発生させる熱交換器である蒸気発生装置５４、蒸
気発生装置５４からの蒸気によって駆動されるエネルギ
ー回収装置５２に設けた蒸気タービン５８、及び蒸気タ
ービン５８から排出される高温の蒸気で温水を発生させ
る給湯用熱交換器５３を有している。
は、遮熱型ガスエンジン５０の排気ガスエネルギーによ
って駆動されるターボチャージャ５１、ターボチャージ
ャ５１のタービン５６から排気される排気ガスエネルギ
ーで駆動されるタービン５９と発電機５７を備えたエネ
ルギー回収装置５２、エネルギー回収装置５２のタービ
ン５９から排気される排気ガスの熱エネルギーで高温の
蒸気を発生させる熱交換器である蒸気発生装置５４、蒸
気発生装置５４からの蒸気によって駆動されるエネルギ
ー回収装置５２に設けた蒸気タービン５８、及び蒸気タ
ービン５８から排出される高温の蒸気で温水を発生させ
る給湯用熱交換器５３を有している。
【００２２】このコジェネレーション型ガスエンジンで
は、蒸気タービン５８から排出される蒸気を利用して熱
交換器５３で水を加熱して温水にし、該温水は給湯用に
利用できるものである。ターボチャージャ５１は、ター
ビンとコンプレッサから成るＴＣを使用してもよく、或
いは、図２に示すように、遮熱型ガスエンジン５０から
の排気ガスで駆動されるタービン５６、該タービン５６
にシャフト７３で連結されたコンプレッサ７１及びシャ
フト７３に設けた発電・電動機７２を有しているＴＣＧ
を使用することもできる。また、エネルギー回収装置５
２は、図３に示すように、ターボチャージャ５１からの
排気ガスエネルギーで駆動されるタービン５９と蒸気発
生装置５４からの蒸気で駆動される蒸気タービン５８と
はシャフト７４で連結され、シャフト７４にはエネルギ
ー回収装置５２に設けた発電機５７が取り付けられてい
る。
は、蒸気タービン５８から排出される蒸気を利用して熱
交換器５３で水を加熱して温水にし、該温水は給湯用に
利用できるものである。ターボチャージャ５１は、ター
ビンとコンプレッサから成るＴＣを使用してもよく、或
いは、図２に示すように、遮熱型ガスエンジン５０から
の排気ガスで駆動されるタービン５６、該タービン５６
にシャフト７３で連結されたコンプレッサ７１及びシャ
フト７３に設けた発電・電動機７２を有しているＴＣＧ
を使用することもできる。また、エネルギー回収装置５
２は、図３に示すように、ターボチャージャ５１からの
排気ガスエネルギーで駆動されるタービン５９と蒸気発
生装置５４からの蒸気で駆動される蒸気タービン５８と
はシャフト７４で連結され、シャフト７４にはエネルギ
ー回収装置５２に設けた発電機５７が取り付けられてい
る。
【００２３】このコジェネレーション型ガスエンジンに
おいて、遮熱型ガスエンジン５０で発生した排気ガス
は、排気通路７０を通ってターボチャージャ５１のター
ビン５６に送り込まれ、排気ガスが有する排気ガスエネ
ルギーは発電・電動機７２で電気エネルギーとして回収
されて電力合成手段３３に蓄えられると共に、コンプレ
ッサ７１を駆動する。コンプレッサ７１を駆動すること
で吸入空気が吸気通路６９を通じて遮熱型ガスエンジン
５０に過給される。タービン５６から排気される排気ガ
スは、排気通路６５を通じてエネルギー回収装置５２の
タービン５９に送り込まれ、排気ガスが有する排気ガス
エネルギーは発電機５７で電気エネルギーとして回収さ
れて電力合成手段３３に蓄えられる。更に、エネルギー
回収装置５２のタービン５９から排気される排気ガス
は、高速ではないが相当に高温であって熱エネルギーを
有しているので、その排気ガスを排気通路６６を通って
蒸気発生装置５４に送り込み、排気ガスで水を加熱して
蒸気を発生させる。水を加熱して蒸気を発生させた排気
ガスは、熱エネルギーを奪われて温度も低く、速度エネ
ルギーも殆ど有していないので排気通路６７を通じて排
出する。
おいて、遮熱型ガスエンジン５０で発生した排気ガス
は、排気通路７０を通ってターボチャージャ５１のター
ビン５６に送り込まれ、排気ガスが有する排気ガスエネ
ルギーは発電・電動機７２で電気エネルギーとして回収
されて電力合成手段３３に蓄えられると共に、コンプレ
ッサ７１を駆動する。コンプレッサ７１を駆動すること
で吸入空気が吸気通路６９を通じて遮熱型ガスエンジン
５０に過給される。タービン５６から排気される排気ガ
スは、排気通路６５を通じてエネルギー回収装置５２の
タービン５９に送り込まれ、排気ガスが有する排気ガス
エネルギーは発電機５７で電気エネルギーとして回収さ
れて電力合成手段３３に蓄えられる。更に、エネルギー
回収装置５２のタービン５９から排気される排気ガス
は、高速ではないが相当に高温であって熱エネルギーを
有しているので、その排気ガスを排気通路６６を通って
蒸気発生装置５４に送り込み、排気ガスで水を加熱して
蒸気を発生させる。水を加熱して蒸気を発生させた排気
ガスは、熱エネルギーを奪われて温度も低く、速度エネ
ルギーも殆ど有していないので排気通路６７を通じて排
出する。
【００２４】特に、このコジェネレーション型ガスエン
ジンは、温度の低い排気ガスをＥＧＲに用いてＮＯX の
発生を低減することであり、蒸気発生装置５４を通過し
た排気ガスを排出する排気通路６７とターボチャージャ
５１のコンプレッサ７１へ空気を供給する空気通路３７
とを連通する排気ガス再循環通路３６を有している。し
かも、排気ガス再循環通路３６と空気通路３７との連結
部には、ＥＧＲの排気ガスの流量を調整するために調整
バルブ３５が設けられている。このように、排気ガス再
循環通路３６を設けることによって、排気ガスは熱エネ
ルギーをターボチャージャ５１、エネルギー回収装置５
２及び蒸気発生装置５４で十分に吸収され、温度の低下
した排気ガスをＥＧＲに利用できるようになる。排気ガ
スの温度を低くすれば、該排気ガスをＥＧＲに用いて
も、窒素酸化物ＮＯX の発生を低減させることができ、
極めて有効である。また、図４に示すように、主室１と
副室２との連絡を遮断する連絡孔弁４を有するガスエン
ジンでは、主としてＮＯX は主室１で発生するが、その
主室１に排気ガスをＥＧＲとして送り込むことによって
主室１で発生するＮＯX の発生を抑制できる。
ジンは、温度の低い排気ガスをＥＧＲに用いてＮＯX の
発生を低減することであり、蒸気発生装置５４を通過し
た排気ガスを排出する排気通路６７とターボチャージャ
５１のコンプレッサ７１へ空気を供給する空気通路３７
とを連通する排気ガス再循環通路３６を有している。し
かも、排気ガス再循環通路３６と空気通路３７との連結
部には、ＥＧＲの排気ガスの流量を調整するために調整
バルブ３５が設けられている。このように、排気ガス再
循環通路３６を設けることによって、排気ガスは熱エネ
ルギーをターボチャージャ５１、エネルギー回収装置５
２及び蒸気発生装置５４で十分に吸収され、温度の低下
した排気ガスをＥＧＲに利用できるようになる。排気ガ
スの温度を低くすれば、該排気ガスをＥＧＲに用いて
も、窒素酸化物ＮＯX の発生を低減させることができ、
極めて有効である。また、図４に示すように、主室１と
副室２との連絡を遮断する連絡孔弁４を有するガスエン
ジンでは、主としてＮＯX は主室１で発生するが、その
主室１に排気ガスをＥＧＲとして送り込むことによって
主室１で発生するＮＯX の発生を抑制できる。
【００２５】例えば、遮熱型ガスエンジンを用いた場合
には、排気ガスの温度は９００℃程になり、該排気ガス
がターボチャージャ５１のタービン５６を駆動して排気
ガスの温度は７００℃程に低下する。次いで、タービン
５６から排出された排気ガスがエネルギー回収装置５２
のタービン５９を駆動し、その排気ガスの温度は６００
℃〜５００℃に低下する。次いで、エネルギー回収装置
５２のタービン５９から排出する排気ガスを蒸気発生装
置５４に通し、蒸気発生装置５４で熱エネルギーを吸収
された排気ガスの温度は３００℃程度にまで低下する。
従って、ＥＧＲに使用される排気ガスは３００℃程度で
あり、蒸気発生装置５４の構成によっては排気ガスの温
度を１００℃〜２００℃まで低下させることができ、ガ
スエンジンのＮＯX の発生を低減することができる。ま
た、蒸気発生装置５４で発生した蒸気は給湯用熱交換器
５３に送り込まれ、蒸気温度は２００℃〜１００℃にま
で低下し、その蒸気は放出され、熱エネルギーは大気に
放熱される。
には、排気ガスの温度は９００℃程になり、該排気ガス
がターボチャージャ５１のタービン５６を駆動して排気
ガスの温度は７００℃程に低下する。次いで、タービン
５６から排出された排気ガスがエネルギー回収装置５２
のタービン５９を駆動し、その排気ガスの温度は６００
℃〜５００℃に低下する。次いで、エネルギー回収装置
５２のタービン５９から排出する排気ガスを蒸気発生装
置５４に通し、蒸気発生装置５４で熱エネルギーを吸収
された排気ガスの温度は３００℃程度にまで低下する。
従って、ＥＧＲに使用される排気ガスは３００℃程度で
あり、蒸気発生装置５４の構成によっては排気ガスの温
度を１００℃〜２００℃まで低下させることができ、ガ
スエンジンのＮＯX の発生を低減することができる。ま
た、蒸気発生装置５４で発生した蒸気は給湯用熱交換器
５３に送り込まれ、蒸気温度は２００℃〜１００℃にま
で低下し、その蒸気は放出され、熱エネルギーは大気に
放熱される。
【００２６】また、このコジェネレーション型ガスエン
ジンにおいて、ＥＧＲを行なう場合に、ＥＧＲの排気ガ
ス中のＣＯ2 の濃度が常に問題になる。そこで、ガスエ
ンジンにエンジン負荷を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態を休筒
又は運転制御して１気筒当たりのエンジン負荷を可及的
に高くする制御を行なうコントローラを設ける。例え
ば、ガスエンジンの部分負荷時には、コントローラによ
って予め決定した気筒を休筒し、低減した気筒で運転を
行い、それによって１気筒あたりの負荷を増加させ、エ
ンジン負荷を高くすることができ、ＥＧＲの排気ガスと
して好ましいものである。
ジンにおいて、ＥＧＲを行なう場合に、ＥＧＲの排気ガ
ス中のＣＯ2 の濃度が常に問題になる。そこで、ガスエ
ンジンにエンジン負荷を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態を休筒
又は運転制御して１気筒当たりのエンジン負荷を可及的
に高くする制御を行なうコントローラを設ける。例え
ば、ガスエンジンの部分負荷時には、コントローラによ
って予め決定した気筒を休筒し、低減した気筒で運転を
行い、それによって１気筒あたりの負荷を増加させ、エ
ンジン負荷を高くすることができ、ＥＧＲの排気ガスと
して好ましいものである。
【００２７】また、蒸気発生装置５４で発生した蒸気
は、蒸気通路６２を通ってエネルギー回収装置５２の蒸
気タービン５８に送り込まれる。蒸気タービン５８のノ
ズル７５から吹き込まれた蒸気はブレード７６を回転さ
せ、シャフト７４の回転力となり、発電機５７で電気エ
ネルギーとして回収される。蒸気タービン５８から排出
される蒸気はまだ高温であるので、蒸気通路６３を通じ
て熱交換器５３に送り込まれる。熱交換器５３では、該
蒸気で水を加熱して温水にし、その温水はクリーンな温
水となるので温水通路６８を通じて給湯用に利用され
る。また、蒸気は熱交換器５３で熱エネルギーが奪われ
て水になって放出されるが、場合によっては、該水は水
ポンプ等によって再び蒸気発生装置５４に送り込んで循
環させることもできる。
は、蒸気通路６２を通ってエネルギー回収装置５２の蒸
気タービン５８に送り込まれる。蒸気タービン５８のノ
ズル７５から吹き込まれた蒸気はブレード７６を回転さ
せ、シャフト７４の回転力となり、発電機５７で電気エ
ネルギーとして回収される。蒸気タービン５８から排出
される蒸気はまだ高温であるので、蒸気通路６３を通じ
て熱交換器５３に送り込まれる。熱交換器５３では、該
蒸気で水を加熱して温水にし、その温水はクリーンな温
水となるので温水通路６８を通じて給湯用に利用され
る。また、蒸気は熱交換器５３で熱エネルギーが奪われ
て水になって放出されるが、場合によっては、該水は水
ポンプ等によって再び蒸気発生装置５４に送り込んで循
環させることもできる。
【００２８】このコジェネレーション型ガスエンジン
は、遮熱型ガスエンジン５０を使用しており、排気ガス
温度は相当に高温であり、その熱量は多いので、排気ガ
スで蒸気を発生させることは容易である。その蒸気を利
用して蒸気タービン５８を回転させることができ、更
に、蒸気タービン５８を回転させた後、残った排気ガス
の熱エネルギーを利用して熱交換器５３によって給湯を
行うことができるものである。この遮熱型ガスエンジン
５０には、冷却系が設けられていないので、遮熱型ガス
エンジン５０の熱効率が、例えば、４０％以上で燃焼す
ると、残りの６０％は排気ガスエネルギーとしてその熱
量が移動する。排気ガスエネルギーは、ターボチャージ
ャ５１及びエネルギー回収装置５２によって１５％が動
力に変換される。残りの熱エネルギーは、水供給源３８
から通路６４を通じて蒸気発生装置５４に供給された水
を蒸気発生装置５４によって蒸気に変換するために使わ
れ、大量の蒸気を発生する。その蒸気は、エネルギー回
収装置５２に設けた蒸気タービン５８を駆動し、発電機
５７によって電気エネルギーとして５％の動力を回収す
る。その後、熱交換器５３で高温の蒸気は、そのエネル
ギーを水道水等の水供給源３４からの水を加温して通路
６８を通じて給湯用として使われる温水を発生させるた
めに利用される。以上のように、このコジェネレーショ
ン型ガスエンジンでは、電気エネルギーを発生させるた
め６０％の熱効率が得られ、電気エネルギーとして極め
て高い効率のエンジンを提供できる。
は、遮熱型ガスエンジン５０を使用しており、排気ガス
温度は相当に高温であり、その熱量は多いので、排気ガ
スで蒸気を発生させることは容易である。その蒸気を利
用して蒸気タービン５８を回転させることができ、更
に、蒸気タービン５８を回転させた後、残った排気ガス
の熱エネルギーを利用して熱交換器５３によって給湯を
行うことができるものである。この遮熱型ガスエンジン
５０には、冷却系が設けられていないので、遮熱型ガス
エンジン５０の熱効率が、例えば、４０％以上で燃焼す
ると、残りの６０％は排気ガスエネルギーとしてその熱
量が移動する。排気ガスエネルギーは、ターボチャージ
ャ５１及びエネルギー回収装置５２によって１５％が動
力に変換される。残りの熱エネルギーは、水供給源３８
から通路６４を通じて蒸気発生装置５４に供給された水
を蒸気発生装置５４によって蒸気に変換するために使わ
れ、大量の蒸気を発生する。その蒸気は、エネルギー回
収装置５２に設けた蒸気タービン５８を駆動し、発電機
５７によって電気エネルギーとして５％の動力を回収す
る。その後、熱交換器５３で高温の蒸気は、そのエネル
ギーを水道水等の水供給源３４からの水を加温して通路
６８を通じて給湯用として使われる温水を発生させるた
めに利用される。以上のように、このコジェネレーショ
ン型ガスエンジンでは、電気エネルギーを発生させるた
め６０％の熱効率が得られ、電気エネルギーとして極め
て高い効率のエンジンを提供できる。
【００２９】次に、遮熱型ガスエンジン５０の一実施例
を、図４及び図５を参照して説明する。遮熱型ガスエン
ジンは、シリンダブロック１４、シリンダブロック１４
に固定されたシリンダヘッド７、シリンダヘッド７に形
成された吸気ポート２５、吸気ポート２５に配置された
吸気弁２０、シリンダヘッド７に形成された排気ポート
３１、排気ポート３１に配置された排気弁３２、シリン
ダヘッド７に形成した穴部１９に配置した遮熱構造の壁
体３で形成した副室２、シリンダブロック１４に形成し
た孔部２１に嵌合したシリンダライナ２２、該シリンダ
ライナ２２に形成したシリンダ１８内を往復運動するピ
ストン１５、シリンダ１８側に形成される遮熱構造の主
室１、及び主室１と副室２とを連通する壁体３に形成し
た連絡孔３０を有している。
を、図４及び図５を参照して説明する。遮熱型ガスエン
ジンは、シリンダブロック１４、シリンダブロック１４
に固定されたシリンダヘッド７、シリンダヘッド７に形
成された吸気ポート２５、吸気ポート２５に配置された
吸気弁２０、シリンダヘッド７に形成された排気ポート
３１、排気ポート３１に配置された排気弁３２、シリン
ダヘッド７に形成した穴部１９に配置した遮熱構造の壁
体３で形成した副室２、シリンダブロック１４に形成し
た孔部２１に嵌合したシリンダライナ２２、該シリンダ
ライナ２２に形成したシリンダ１８内を往復運動するピ
ストン１５、シリンダ１８側に形成される遮熱構造の主
室１、及び主室１と副室２とを連通する壁体３に形成し
た連絡孔３０を有している。
【００３０】遮熱型ガスエンジン５０において、主室１
はシリンダヘッド７に形成した穴部９に嵌合した壁体で
あるヘッドライナ１０で形成されている。ヘッドライナ
１０は、シリンダ１８の一部を構成するライナ上部２８
とヘッド下面部１１から構成されている。ヘッド下面部
１１の上面には、副室２を構成する壁体３が一体的に形
成されている。壁体３は、シリンダヘッド７の穴部１９
に嵌合した上部壁体１２と下部壁体１３から構成されて
いる。ヘッド下面部１１には、吸排気弁２０，３２のバ
ルブシート２６と連絡孔弁４のバルブシート２４が形成
されている。
はシリンダヘッド７に形成した穴部９に嵌合した壁体で
あるヘッドライナ１０で形成されている。ヘッドライナ
１０は、シリンダ１８の一部を構成するライナ上部２８
とヘッド下面部１１から構成されている。ヘッド下面部
１１の上面には、副室２を構成する壁体３が一体的に形
成されている。壁体３は、シリンダヘッド７の穴部１９
に嵌合した上部壁体１２と下部壁体１３から構成されて
いる。ヘッド下面部１１には、吸排気弁２０，３２のバ
ルブシート２６と連絡孔弁４のバルブシート２４が形成
されている。
【００３１】遮熱型ガスエンジン５０において、燃料と
してのナチュラルガスを収容した燃料タンク２７、燃料
タンク２７からのナチュラルガスを蓄圧する蓄圧室６、
蓄圧室６のナチュラルガスを燃料入口２３から副室２に
供給するため、副室２と蓄圧室６を連通する燃料通路
８、主室１と副室２とを連通する連絡孔３０に配置した
連絡孔弁４、燃料入口２３に配置して吸入行程に開放し
て副室２にナチュラルガスを供給する燃料弁５を有して
いる。連絡孔３０の領域では、燃焼ガスで高温になるた
め、連絡孔３０に配置した連絡孔弁４は高温強度を有す
る耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミッ
クスから製作されている。燃料弁５は、電磁力で開閉さ
れる電磁バルブ駆動装置を有し、エンジン負荷に応じて
開弁期間が決定されている。燃料弁５が燃料入口２３を
開放することによって、ナチュラルガスであるガス燃料
が蓄圧室６から必要量だけ副室２に供給される。
してのナチュラルガスを収容した燃料タンク２７、燃料
タンク２７からのナチュラルガスを蓄圧する蓄圧室６、
蓄圧室６のナチュラルガスを燃料入口２３から副室２に
供給するため、副室２と蓄圧室６を連通する燃料通路
８、主室１と副室２とを連通する連絡孔３０に配置した
連絡孔弁４、燃料入口２３に配置して吸入行程に開放し
て副室２にナチュラルガスを供給する燃料弁５を有して
いる。連絡孔３０の領域では、燃焼ガスで高温になるた
め、連絡孔３０に配置した連絡孔弁４は高温強度を有す
る耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミッ
クスから製作されている。燃料弁５は、電磁力で開閉さ
れる電磁バルブ駆動装置を有し、エンジン負荷に応じて
開弁期間が決定されている。燃料弁５が燃料入口２３を
開放することによって、ナチュラルガスであるガス燃料
が蓄圧室６から必要量だけ副室２に供給される。
【００３２】また、ピストン１５は、耐熱性に優れた窒
化ケイ素当のセラミックスから成るピストンヘッド１６
と、ピストンヘッド１６に結合リング２９でメタルフロ
ーによって固定したピストンスカート１７から構成され
ている。ヘッドライナ１０、壁体３を構成する上部壁体
１２と下部壁体１３、シリンダライナ２２及びピストン
ヘッド１６は、耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセラミッ
クスで作製されている。従って、燃焼後期のガス温度が
高くなっても十分な強度を有し、未燃炭化水素ＨＣ等の
排出が少なくなり、高効率エンジンを達成できる。
化ケイ素当のセラミックスから成るピストンヘッド１６
と、ピストンヘッド１６に結合リング２９でメタルフロ
ーによって固定したピストンスカート１７から構成され
ている。ヘッドライナ１０、壁体３を構成する上部壁体
１２と下部壁体１３、シリンダライナ２２及びピストン
ヘッド１６は、耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセラミッ
クスで作製されている。従って、燃焼後期のガス温度が
高くなっても十分な強度を有し、未燃炭化水素ＨＣ等の
排出が少なくなり、高効率エンジンを達成できる。
【００３３】遮熱型ガスエンジン５０は、吸入行程、圧
縮行程、膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り
返すことによって作動されるものであり、まず、吸入行
程では、吸気弁２０が吸気ポート２５を開放して主室１
に吸入空気が供給され、連絡孔弁４によって連絡孔３０
を閉鎖した状態で燃料弁５を開放して燃料通路８を通じ
て蓄圧室６から副室２にナチュラルガスの燃料が供給さ
れる。この時、副室２には、燃焼後の排気ガスが残留し
ているので、蓄圧室６からのガス燃料が導入されると、
ガス燃料は受熱して副室２内で活性化する。
縮行程、膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り
返すことによって作動されるものであり、まず、吸入行
程では、吸気弁２０が吸気ポート２５を開放して主室１
に吸入空気が供給され、連絡孔弁４によって連絡孔３０
を閉鎖した状態で燃料弁５を開放して燃料通路８を通じ
て蓄圧室６から副室２にナチュラルガスの燃料が供給さ
れる。この時、副室２には、燃焼後の排気ガスが残留し
ているので、蓄圧室６からのガス燃料が導入されると、
ガス燃料は受熱して副室２内で活性化する。
【００３４】次に、圧縮行程では、連絡孔弁４によって
連絡孔３０を閉鎖しておき、主室１での吸入空気の圧縮
比を大きくする。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁４が
連絡孔３０を開放し、連絡孔３０を通じて高圧縮で高温
化した空気を主室１から副室２へ流入させ、該吸入空気
は活性化したガス燃料と混合を促進して着火燃焼し、燃
焼が急速に進展して副室２の火炎が主室１へ噴出し、膨
張行程へ移行し、主室１に存在する新気と混合を促進し
て短期間に燃焼を完結する。この膨張行程では、連絡孔
３０の開放状態を維持して副室２から主室１へ火炎を噴
出させて仕事をさせ、排気行程終了で連絡孔３０を閉鎖
する。
連絡孔３０を閉鎖しておき、主室１での吸入空気の圧縮
比を大きくする。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁４が
連絡孔３０を開放し、連絡孔３０を通じて高圧縮で高温
化した空気を主室１から副室２へ流入させ、該吸入空気
は活性化したガス燃料と混合を促進して着火燃焼し、燃
焼が急速に進展して副室２の火炎が主室１へ噴出し、膨
張行程へ移行し、主室１に存在する新気と混合を促進し
て短期間に燃焼を完結する。この膨張行程では、連絡孔
３０の開放状態を維持して副室２から主室１へ火炎を噴
出させて仕事をさせ、排気行程終了で連絡孔３０を閉鎖
する。
【００３５】遮熱型ガスエンジン５０は、副室２に連絡
孔３０と燃料入口２３を設け、ナチュラルガスを溜めた
燃料タンク２７からのナチュラルガスを蓄圧室６に蓄圧
し、該蓄圧室６のナチュラルガスを連絡孔弁４で連絡孔
３０を閉鎖した状態で燃料入口２３から副室２内に供給
し、また吸気ポート２５から主室１へ吸入した吸入空気
を連絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した状態で副室２には
吸入空気が供給されない状態でピストン１５の上昇の圧
縮行程で圧縮されるので、吸入空気が主室１内で高圧縮
比になっても副室２内に供給された燃料が自己着火する
ことなく、ノッキングが発生することがない。連絡孔弁
４が連絡孔３０を開放することで、主室１から高圧縮比
の吸入空気が副室２に流入して燃料ガスと吸入空気とが
混合して着火し、当量比の大きい燃料リッチな状態で高
速燃焼してＮＯX の発生が抑制される。更に、燃焼後の
排気ガスを含んだ副室２には、蓄圧室６からのガス燃料
が導入され、該ガス燃料は受熱して活性化する。また、
吸入空気が主室１内で高圧縮比になっても副室２は連絡
孔弁４で閉鎖しており、副室２内の活性化したガス燃料
が自己着火することなく、ノッキングが発生することが
ない。
孔３０と燃料入口２３を設け、ナチュラルガスを溜めた
燃料タンク２７からのナチュラルガスを蓄圧室６に蓄圧
し、該蓄圧室６のナチュラルガスを連絡孔弁４で連絡孔
３０を閉鎖した状態で燃料入口２３から副室２内に供給
し、また吸気ポート２５から主室１へ吸入した吸入空気
を連絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した状態で副室２には
吸入空気が供給されない状態でピストン１５の上昇の圧
縮行程で圧縮されるので、吸入空気が主室１内で高圧縮
比になっても副室２内に供給された燃料が自己着火する
ことなく、ノッキングが発生することがない。連絡孔弁
４が連絡孔３０を開放することで、主室１から高圧縮比
の吸入空気が副室２に流入して燃料ガスと吸入空気とが
混合して着火し、当量比の大きい燃料リッチな状態で高
速燃焼してＮＯX の発生が抑制される。更に、燃焼後の
排気ガスを含んだ副室２には、蓄圧室６からのガス燃料
が導入され、該ガス燃料は受熱して活性化する。また、
吸入空気が主室１内で高圧縮比になっても副室２は連絡
孔弁４で閉鎖しており、副室２内の活性化したガス燃料
が自己着火することなく、ノッキングが発生することが
ない。
【００３６】更に、連絡孔３０が開放することで、主室
１から高圧縮で且つ高温化した空気が副室２に流入して
ガス燃料と吸入空気との混合が一気に促進して着火し、
当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼してＮＯX
の発生が抑制される。そして、副室２内は一気に圧力が
上昇し、燃焼が促進され、それと同時に、連絡孔３０を
通じて副室２から主室１へ火炎は一気に噴出し、該火炎
は主室１で新気と混合を促進して燃焼スピードを上昇し
て理想的な二次燃焼を完結する。従って、この遮熱エン
ジンは、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を大幅に低減できる。燃
料弁５は電磁力で駆動され、燃料弁５はエンジン負荷の
作動状態を検出する負荷センサーの検出信号に応答して
コントローラによって開弁期間を決めるように設定でき
る。
１から高圧縮で且つ高温化した空気が副室２に流入して
ガス燃料と吸入空気との混合が一気に促進して着火し、
当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼してＮＯX
の発生が抑制される。そして、副室２内は一気に圧力が
上昇し、燃焼が促進され、それと同時に、連絡孔３０を
通じて副室２から主室１へ火炎は一気に噴出し、該火炎
は主室１で新気と混合を促進して燃焼スピードを上昇し
て理想的な二次燃焼を完結する。従って、この遮熱エン
ジンは、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を大幅に低減できる。燃
料弁５は電磁力で駆動され、燃料弁５はエンジン負荷の
作動状態を検出する負荷センサーの検出信号に応答して
コントローラによって開弁期間を決めるように設定でき
る。
【００３７】
【発明の効果】この発明によるコジェネレーション型ガ
スエンジンは、上記のように構成されており、次のよう
な効果を有する。即ち、このコジェネレーション型ガス
エンジンは、排気ガスエネルギーによって駆動されるタ
ーボチャージャ、該ターボチャージャから排気される排
気ガスエネルギーで駆動されるタービンと発電機を備え
たエネルギー回収装置、及び前記タービンから排気され
る排気ガスの熱エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生
装置を有し、及び前記蒸気発生装置を通過した排気ガス
を排出する排気通路と前記ターボチャージャのコンプレ
ッサへ空気を供給する空気通路とを連通する調整バルブ
を備えた排気ガス再循環通路を有するので、ＥＧＲの排
気ガスを前記調整バルブを調節して前記排気ガス再循環
通路を通って前記コンプレッサへ供給することになる
が、前記蒸気発生装置を通過した排気ガスは熱エネルギ
ーを吸収されて低温になっている。それ故に、低温の排
気ガスをＥＧＲとしてガスエンジンに再循環させるのに
使用でき、ＮＯX の発生を低減することができる。
スエンジンは、上記のように構成されており、次のよう
な効果を有する。即ち、このコジェネレーション型ガス
エンジンは、排気ガスエネルギーによって駆動されるタ
ーボチャージャ、該ターボチャージャから排気される排
気ガスエネルギーで駆動されるタービンと発電機を備え
たエネルギー回収装置、及び前記タービンから排気され
る排気ガスの熱エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生
装置を有し、及び前記蒸気発生装置を通過した排気ガス
を排出する排気通路と前記ターボチャージャのコンプレ
ッサへ空気を供給する空気通路とを連通する調整バルブ
を備えた排気ガス再循環通路を有するので、ＥＧＲの排
気ガスを前記調整バルブを調節して前記排気ガス再循環
通路を通って前記コンプレッサへ供給することになる
が、前記蒸気発生装置を通過した排気ガスは熱エネルギ
ーを吸収されて低温になっている。それ故に、低温の排
気ガスをＥＧＲとしてガスエンジンに再循環させるのに
使用でき、ＮＯX の発生を低減することができる。
【００３８】例えば、遮熱型ガスエンジンに構成した場
合には、排気ガスの温度は９００℃程であるが、その排
気ガスエネルギーによって、ターボチャージャのタービ
ンを駆動し、エネルギー回収装置のタービンを駆動し、
更に、蒸気発生装置に通して熱エネルギーを吸収するこ
とによって、排気ガスの温度は３００℃程度、場合によ
っては排気ガスの温度を１００℃〜２００℃まで低下さ
せることができ、ＥＧＲの排気ガスとして極めて好まし
い温度になり、ＮＯX の発生を低減することができる。
合には、排気ガスの温度は９００℃程であるが、その排
気ガスエネルギーによって、ターボチャージャのタービ
ンを駆動し、エネルギー回収装置のタービンを駆動し、
更に、蒸気発生装置に通して熱エネルギーを吸収するこ
とによって、排気ガスの温度は３００℃程度、場合によ
っては排気ガスの温度を１００℃〜２００℃まで低下さ
せることができ、ＥＧＲの排気ガスとして極めて好まし
い温度になり、ＮＯX の発生を低減することができる。
【００３９】また、遮熱型ガスエンジンの排気ガスエネ
ルギーによってターボチャージャを駆動し、該ターボチ
ャージャのタービンから排気される排気ガスエネルギー
で発電機を備えたエネルギー回収装置を駆動し、該エネ
ルギー回収装置のタービンから排気される排気ガスの熱
エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生装置を有してお
り、該蒸気発生装置から放出された蒸気によって前記エ
ネルギー回収装置の蒸気タービンを駆動し、それによっ
て排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換でき
るので、熱効率の高いシステムを提供することができ
る。更に、前記蒸気タービンから排出される高温の蒸気
を給湯用熱交換器で水を加熱して温水を発生させること
で、極めて高いエネルギー回収を達成できる。
ルギーによってターボチャージャを駆動し、該ターボチ
ャージャのタービンから排気される排気ガスエネルギー
で発電機を備えたエネルギー回収装置を駆動し、該エネ
ルギー回収装置のタービンから排気される排気ガスの熱
エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生装置を有してお
り、該蒸気発生装置から放出された蒸気によって前記エ
ネルギー回収装置の蒸気タービンを駆動し、それによっ
て排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換でき
るので、熱効率の高いシステムを提供することができ
る。更に、前記蒸気タービンから排出される高温の蒸気
を給湯用熱交換器で水を加熱して温水を発生させること
で、極めて高いエネルギー回収を達成できる。
【図１】この発明によるコジェネレーション型ガスエン
ジンの一実施例を示す概略説明図である。
ジンの一実施例を示す概略説明図である。
【図２】このコジェネレーション型ガスエンジンに組み
込まれたターボチャージャの一実施例を示す概略断面図
である。
込まれたターボチャージャの一実施例を示す概略断面図
である。
【図３】このコジェネレーション型ガスエンジンに組み
込まれたエネルギー回収装置の一実施例を示す概略断面
図である。
込まれたエネルギー回収装置の一実施例を示す概略断面
図である。
【図４】このコジェネレーション型ガスエンジンに組み
込まれた遮熱型ガスエンジンの一実施例を示す概略断面
図である。
込まれた遮熱型ガスエンジンの一実施例を示す概略断面
図である。
【図５】図４の線Ａ−Ａにおける断面図である。
３５ 調整バルブ ３６ 排気ガス再循環通路 ３７ 空気通路 ５０ 遮熱型ガスエンジン（ガスエンジン） ５１ ターボチャージャ ５２ エネルギー回収装置 ５３ 熱交換器 ５４ 蒸気発生装置 ５６，５９ タービン ５７ 発電機 ５８ 蒸気タービン ６０ 発電機 ６１ 回転軸 ６７ 排気通路 ７１ コンプレッサ
Claims (2)
- 【請求項１】 ナチュラルガスを燃料とするガスエンジ
ン及び該ガスエンジンの回転軸に取り付けて電気エネル
ギーを取り出す発電機を有するコジェネレーション型ガ
スエンジンにおいて、前記ガスエンジンの排気ガスエネ
ルギーによって駆動されるターボチャージャ、該ターボ
チャージャから排気される排気ガスエネルギーで駆動さ
れるタービンと発電機を備えたエネルギー回収装置、前
記タービンから排気される排気ガスの熱エネルギーで蒸
気を発生させる蒸気発生装置、該蒸気発生装置から放出
された蒸気によって駆動される前記エネルギー回収装置
に設けた蒸気タービン、該蒸気タービンから排出される
蒸気が送り込まれる熱交換器、及び前記蒸気発生装置を
通過した排気ガスを排出する排気通路と前記ターボチャ
ージャのコンプレッサへ空気を供給する空気通路とを連
通する調整バルブを備えた排気ガス再循環通路、を有す
ることを特徴とするコジェネレーション型ガスエンジ
ン。 - 【請求項２】 エンジン負荷を検出するセンサー、及び
該センサーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態
を休筒又は運転制御して１気筒当たりのエンジン負荷を
可及的に高くする制御を行なうコントローラ、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のコジェネレーション
型ガスエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282221A JP2892235B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | コジェネレーション型ガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282221A JP2892235B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | コジェネレーション型ガスエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06108865A true JPH06108865A (ja) | 1994-04-19 |
| JP2892235B2 JP2892235B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=17649640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4282221A Expired - Lifetime JP2892235B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | コジェネレーション型ガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2892235B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0878615A2 (en) | 1997-05-13 | 1998-11-18 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | A gas engine with a gas fuel reforming device |
| US5943859A (en) * | 1997-09-18 | 1999-08-31 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Natural gas reforming apparatus, oxygen eliminating apparatus provided in the same apparatus, and natural gas reforming apparatus-carrying gas engine |
| EP0945606A2 (en) | 1998-03-27 | 1999-09-29 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Turbocharged gas-combustion engine equipped with motor generator |
| US6089020A (en) * | 1996-11-18 | 2000-07-18 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Heat recovering apparatus for cogeneration system with a turbocharged engine |
| US6883325B2 (en) * | 2000-04-10 | 2005-04-26 | Wartsila Technology Oy Ab | Method of utilizing waste heat in turbocharger unit of an internal combustion engine and internal combustion engine arrangement |
| JP2007211634A (ja) * | 2006-02-08 | 2007-08-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 排気ターボ過給機 |
| US8143732B2 (en) * | 2008-12-15 | 2012-03-27 | Caterpillar Inc. | Stationary genset power system having turbo-compounding |
| JP2013113133A (ja) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Toshiba Corp | ガスエンジンシステムおよび発電装置 |
-
1992
- 1992-09-29 JP JP4282221A patent/JP2892235B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6089020A (en) * | 1996-11-18 | 2000-07-18 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Heat recovering apparatus for cogeneration system with a turbocharged engine |
| EP0878615A2 (en) | 1997-05-13 | 1998-11-18 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | A gas engine with a gas fuel reforming device |
| US6079373A (en) * | 1997-05-13 | 2000-06-27 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Gas engine with a gas fuel reforming device |
| US5943859A (en) * | 1997-09-18 | 1999-08-31 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Natural gas reforming apparatus, oxygen eliminating apparatus provided in the same apparatus, and natural gas reforming apparatus-carrying gas engine |
| EP0945606A2 (en) | 1998-03-27 | 1999-09-29 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Turbocharged gas-combustion engine equipped with motor generator |
| EP0945606A3 (en) * | 1998-03-27 | 2001-02-14 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Turbocharged gas-combustion engine equipped with motor generator |
| US6883325B2 (en) * | 2000-04-10 | 2005-04-26 | Wartsila Technology Oy Ab | Method of utilizing waste heat in turbocharger unit of an internal combustion engine and internal combustion engine arrangement |
| JP2007211634A (ja) * | 2006-02-08 | 2007-08-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 排気ターボ過給機 |
| JP4681465B2 (ja) * | 2006-02-08 | 2011-05-11 | 三菱重工業株式会社 | 排気ターボ過給機 |
| US8143732B2 (en) * | 2008-12-15 | 2012-03-27 | Caterpillar Inc. | Stationary genset power system having turbo-compounding |
| JP2013113133A (ja) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Toshiba Corp | ガスエンジンシステムおよび発電装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2892235B2 (ja) | 1999-05-17 |
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