KR101340229B1 - 급기 냉각기를 구비한 가스 엔진 - Google Patents

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Abstract

공기보다 비중이 작은 가스를 연료로 하고, 과급기전 예혼합 장치를 구비한 가스 엔진(1)에 있어서, 과급기(3)의 급기계 하류 측에 위치하고, 과급기(3)에서 가압된 예혼합 가스를 급기 냉각기(4)에서 냉각하며, 냉각에 따라 응축하는 응축수와 당해 응축수와 함께 배출되는 예혼합 가스를 기액 분리 장치(7)에서 응축수, 공기, 연료 가스로 분리하고, 연료 가스를 과급기(3)의 급기계 상류 측에 복귀시키며, 응축수는 대기로 배출하는 것을 특징으로 한다.

Description

급기 냉각기를 구비한 가스 엔진{GAS ENGINE PROVIDED WITH CHARGE AIR COOLER}
본 발명은, 천연 가스나 바이오 가스, 또는 탄광갱 내 등으로부터 배출되는 메탄 함유 가스를 흡기 가스나 연료로서 유효 활용하는 급기 냉각기를 갖춘 가스 엔진에 관한 것이다.
메탄 CH4나 이산화탄소 CO2 등의 온실 효과 가스의 배출 규제에 대한 여론의 관심은, 해마다 높아지고 있다. 특히, 메탄 CH4는 이산화탄소 CO2의 21배의 온실 효과가 있어, 메탄 CH4의 대기중에의 방출은 무시할 수 없다. 한편, 석탄의 채굴시에는, 탄광갱 내로부터 석탄 1톤당 10~40 Nm3(순메탄 환산)의 다량의 메탄 CH4가 대기에 방출되고 있다.
탄광갱 내로부터 배출되는 메탄 CH4 함유 가스는, 석회층 안에 혼재하여, 보안을 위해서 가스 빼기 보어링 구멍으로부터 진공 펌프로 회수하는 회수 메탄 함유 가스 CMM(Coal　Mine　Methane. 메탄 농도 30~50 중량%)과, 갱도 및 막장으로부터 환기를 위해서 배출되는 환기 메탄 함유 가스 VAM(Ventilation　Air　Methane. 메탄 농도 0.3~0.7 중량%)가 있다.
그 때문에, 탄광갱 내에서 발생하는 메탄 함유 가스를 대기에 방출하는 일 없이 유효 활용하는 것은, 사회적 및 경제적 공헌이 지극히 크다.
특허 문헌 1에는, 쓰레기의 매립 처분장에서 발생하는 랜드 필 가스(land fill gas)나, 상기 탄광 배출 가스 등과 같이, 메탄 농도가 가연 한계보다 낮은 가스를 연료로서 이용 가능하게 한 가스 터빈이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에는, 탄광갱 내로부터 배출되는 메탄 함유 가스를 연료로서 이용하는 발전용 가스 엔진이 개시되어 있다. 특허 문헌 2의 도 5에 대해, 갱내 상황의 개요를 상세하게 개시한 가스 엔진 발전 설비를 첨부의 도 4에 근거해서 설명한다.
도 4는, 탄광갱 내와 탄광갱 내의 근방에 설치된 가스 엔진 발전 설비(200)를 모식적으로 도시한다. 도 4에 있어서, 탄광갱 내는, 탄층 C0와 채굴 탄층 C1가 층상으로 형성되어 있다.
탄광갱 내와 외부를 연통하는 환기 구멍(206)이 마련되어 있다.
탄광갱 내의 막장(204)에서, 채굴 탄층 C1에 가스 빼기 보어링 구멍(208)이 천설되고, 가스 빼기 보어링 구멍(208)로부터 배출되는 메탄 함유 가스 CMM는, 환기 구멍(206) 내에 배설된 관로(210)로부터 진공 펌프(211)에 의해서 가스 엔진 발전 설비(200)에 보내진다.
또, 탄광갱 내로부터 환기 구멍(206)을 통해 배출되는 환기 메탄 함유 가스 VAM는, 관로(212)를 통해서 가스 엔진 발전 설비(200)에 보내진다. 가스 엔진 발전 설비(200)가 가동해서 생긴 전력 E 및 증기 S는, 탄광갱 내 유틸리티 설비(202)또는, 그 외의 수요처에 보내지고 있다.
일본 특허공개 2010-19247호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2005/0205022호 명세서
메탄 가스를 연료로 하는 가스 엔진은, 연소 후의 배출물이 물 H2O와 이산화탄소 CO2 밖에 없기 때문에, 환경오염이 지극히 적다고 하는 장점을 가져, 향후 넓게 보급하는 것이 기대되는 내연기관이다.
메탄 가스 등의 저칼로리 가스를 연료로서 사용하는 경우, 각 기통에 마련된 연료 가스 공급용 전자 밸브로부터의 연료 공급량으로는 부족하기 때문에, 급기 계통으로 부족분을 보충할 필요가 있다. 이 부족분의 연료 가스 보급을 과급기의 앞에서 실시하는 소위, 과급기전 예혼합이라고 말하여지는 것이 행해지고 있다.
그 때문에, 연료 가스가 혼합된 예혼합 가스는 과급기에서 가압된 후에, 급기 냉각기에서 냉각되고, 급기 중에 포함되어 있는 수증기가 응축하여 물방울로 된다. 이 물방울을 배출하기 위해서 예혼합 가스의 일부가 물방울과 함께 드레인으로서 배출된다.
그런데, 전술한 바와 같이, 메탄 CH4는 이산화탄소 CO2의 21배의 온실 효과가 있음과 동시에, 가압된 예혼합 가스가 배출되므로 내연기관에 있어서의 과급 효율 및 열기관 효율의 저하를 초래한다.
본 발명은, 이러한 종래 기술의 과제에 감안하여, 저칼로리 가스를 가스 엔진의 연료로서 사용하는 경우에, 드레인과 함께 배출된 예혼합 가스가 응축점 이하의 압력이 되는 용량을 가진 용기 중에서 기액 분리를 실시해서, 수분은 외부로 배출함과 동시에, 연료 가스는 재차 급기계로 되돌림으로써, 급기 드레인 중에 포함되는 연료 가스의 재이용에 의한 기관 열효율의 향상과, 유해 가스의 대기 방출의 삭감을 도모하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위한 것으로, 가스를 연료로 하는 가스 엔진에의 급기를 가압하는 과급기의 급기계 상류측에서 연료 가스를 공기에 혼합하여 예혼합 가스를 생성하는 과급기전 예혼합 장치를 구비한 급기 냉각기를 갖춘 상기 가스 엔진에 있어서, 상기 과급기의 급기계 하류 측에 위치하여, 상기 과급기에서 가압된 상기 예혼합 가스를 냉각함과 동시에, 상기 예혼합 가스의 냉각에 따라 응축하는 응축수를 배출하는 드레인 밸브를 가진 급기 냉각기와, 상기 드레인 밸브에 제1 도관을 거쳐서 접속하고, 상기 응축수와 함께 배출되는 상기 예혼합 가스를 상기 응축수로부터 분리하는 기액 분리 장치와, 상기 기액 분리 장치에서 분리된 상기 예혼합 가스가 제2 도관을 거쳐서 상기 과급기의 급기계 상류 측에 유입되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 장치에 의하면, 연료 가스가 예혼합된 예혼합 가스를 응축수와 함께 대기중에 배출시킴이 없이, 예혼합 가스와 응축수를 분리하여, 예혼합 가스를 과급기의 급기계 상류 측에 유입시키는 구조로 했으므로, 연료 가스의 기관 열효율이 향상된다.
더욱이, 미연소의 연료 가스가 대기중에 방출되지 않기 때문에, 대기오염 방지 효과를 가진다.
또, 본원 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 연료 가스는 공기보다 비중이 작은 연료이며, 상기 기액 분리 장치는 상기 응축수와 함께 배출되는 상기 예혼합 가스가 대기압 또는 그것에 가까운 압력으로 개방되는 용량을 가짐과 동시에, 상부에 상기 예혼합 가스를 포집하는 포집부를 구비하고 있으면 좋다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 예혼합 가스가 대기압 또는 그것에 가까운 압력으로 개방되므로, 예혼합 가스의 기액 분리가 촉진되어, 급기계에 연료 가스와 함께 복귀되는 예혼합 가스로부터의 응축수가 없어져서, 급기계를 구성하는 부재의 부식을 방지할 수 있는 효과를 가지고 있다.
또, 본원 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 과급기의 상류 측에 배치된 제1 급기 온도 센서에서 검지된 상기 예혼합 가스의 과급기 흡입 온도(Tsuc)와, 상기 급기 냉각기 출구 측에 배설된 제2 급기 온도 센서 및 급기 압력 센서에서 검지된 상기 예혼합 가스의 급기 온도(Ts)와, 급기 압력(Ps)에 기초하여, 상기 드레인 밸브를 개폐 제어하는 드레인 밸브 제어 수단을 구비하면 좋다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 급기 냉각기 내에서 응축수가 생기지 않을 때에는 드레인 밸브를 폐쇄하는 것에 의해, 불필요한 예혼합 가스의 배출을 방지하고, 가스 엔진에의 과급 효율의 감소를 최소한으로 억제 가능하게 된다.
또, 본원 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 드레인 밸브 제어 수단은 상기 급기 냉각기 출구 측의 급기 온도(Ts) 및 상기 급기 압력(Ps)을 상기 급기 냉각기 및 상기 과급기에 의해서 일정하게 제어함과 동시에, 당해 일정한 상기 급기 온도(Ts) 및 상기 급기 압력(Ps) 시에, 상기 급기 냉각기 출구측에서의 예혼합 가스의 상대 습도가 100%가 되는 경우의 과급기측에서의 예혼합 가스의 기준 흡입 온도(Tstd)를 맵에 근거하여 산출하고, 당해 산출된 기준 흡입 온도(Tstd)에 대해, 실제로 검출된 상기 흡입 온도(Tsuc)의 검출치가 낮은 경우에는, 상기 드레인 밸브를 폐지 상태로 유지하는 드레인 밸브 제어 수단을 구비하면 좋다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해서, 과급기측에서의 예혼합 가스의 기준 흡입 온도(Tstd)를 맵에 근거하여 산출하고, 당해 산출된 기준 흡입 온도(Tstd)에 대해, 실제로 검출된 상기 흡입 온도(Tsuc)의 검출치가 낮은 경우에는, 드레인 밸브의 개폐를 제어함으로써 가스 엔진에의 과급 효율의 저하를 최소한으로 억제하는 효과가 된다.
또, 본원 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 기액 분리 장치의 상기 포집부는 상기 과급기의 급기계 상류측의 급기로 형성 부재에 대해 중력 방향 하측에 위치시키면 좋다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 연료 가스가 공기보다 비중이 작기 때문에, 기액 분리 장치에서 예혼합 가스가 분리되고, 또한, 연료 가스가 상방으로 분리되므로, 분리된 연료 가스가 급기로 형성 부재의 급기로에 자연스럽게 유입해서 나가기 때문에, 장치의 간소화가 도모되어, 코스트 경감 효과를 가진다.
　본 발명에 의하면, 급기 냉각기에서 응축된 응축수에 동반해 배출되는 연료 가스를 포함한 급기로부터, 연료 가스와 수분을 분리시켜서, 연료 가스는 급기계로 복귀시키는 동시에, 수분은 대기로 방출하는 것에 의해, 분리한 연료 가스 만큼, 기관 열효율이 향상하는 한편, 미연료 가스가 대기로 방출되지 않기 때문에, 대기오염의 방지 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 급기 냉각기의 드레인 밸브의 개폐를 제어함으로써, 가압된 예혼합 가스의 배출 타이밍을 줄이는 것에 의해, 가스 엔진에의 과급 효율 저하를 억제할 수 있는 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 가스 엔진의 개략 구성도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 가스 엔진에 사용하는 드레인 밸브 개폐 제어 맵으로서, (A)는 급기 압력 Ps에 대한 급기 이슬점 온도 Ts와 절대 습도 Sh의 관계를 도시하며, (B)는 상대 습도에 대한 절대 습도 g/kg와 과급기측에서의 기준 흡입 온도(Tstd) 간의 관계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 드레인 밸브 개폐 제어 플로우도를 도시한다.
도 4는 종래 기술의 설명도를 도시한다.
이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시 형태를 이용해서 상세하게 설명한다.
단, 이 실시 형태에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 불과하다.
본 발명에 따른 가스 엔진의 실시 형태를 도 1~도 3에 근거해 설명한다.
본 실시 형태의 발전용 가스 엔진(1)은 탄광 근방에 배설되어, 연료 가스 및 급기 가스로서 탄광구 내로부터 배출되는 메탄 함유 가스를 이용한다. 도 1에 있어서, 발전용 가스 엔진(1)[이후 가스 엔진(1)이라 기재함]의 출력축(15)에는 발전기(10)가 연결되어 있다.
가스 엔진(1)에 접속되어 있는 흡기 경로 형성 부재인 급기관(6)의 급기계 상류 측에는 오일배스식 필터(61)가 배설되어 있다. 오일배스식 필터(61)에는 탄광구 내로부터 배출되는 갱도 및 막장으로부터 환기를 위해서 배출되는 환기 메탄 함유 가스 VAM과 외기가 도입된다. 오일배스식 필터(61)는 스틸 섬유를 면상으로 해서, 오일을 함침시킨 것으로서, 주로 먼지 등을 제거한다.
급기관(6)의 중간부에서 과급기(3)의 상류 측에는 가스 믹서(5)가 개재되어 있다. 가스 믹서(5)는 오일배스식 필터(61)로부터의 급기에 연료 가스를 과급기(3)의 상류측에서 혼합하여 예혼합 가스를 생성하는, 소위, 과급기전 예혼합 장치이다.
이것은, 저칼로리 가스를 연료로 하는 경우에, 가스 엔진(1)에 직접 가스 연료를 공급하는 것만으로는 소망 연료량에 부족이 생기기 때문에 행해진다.
또, 가스 믹서(5)에의 연료 가스 공급은 후술하는 가스 엔진(1)에의 연료 가스 공급관(92)으로부터 분기된 예혼합 배관(53)에 의해서 행해진다. 52는 연료 가스의 유량계이며, 유량계(52)의 검출 결과는 제어 장치(2)에 송신된다. 그 결과에 근거하여 가스 믹서(5)에의 가스 공급량을 제어 장치(2)에 의해서 믹서 밸브(51)에의 유량 조정을 실시하고 있다.
흡입기관(6)의 흡기계 하류 측에는 가스 엔진(1)의 집합 배기관(17)으로부터 배출되는 배기 가스에 의해서 배기 터빈(32)을 구동하고, 배기 터빈(32)과 동축적으로 연결되어, 급기관(6)의 예혼합 가스를 가압하는 콤프레서(31)를 가진 과급기(3)가 배설되어 있다.
또, 급기관(6)의 가스 믹서(5)와 과급기(3)의 사이에는 예혼합 가스의 온도를 측정하는 제1 급기 온도 센서(11)(Tsuc)가 배설되어 있다. 제1 급기 온도 센서(11)(Tsuc)에서 검출된 검출치는 제어 장치(2)에 송신하고 있다. 당해 검출치는 후술하는 드레인 밸브(81)의 제어 요소로서 사용한다. 34는 배기 집합관(17)으로부터의 배기 가스를 배기 터빈(32)에 대해서 바이패스시키는 배기 가스 바이패스관(33)에 배설되어, 제어 장치(2)에 의해 작동하는 배기 가스 유량 조정 밸브이다. 배기 가스 유량 조정 밸브(34)는 배기 터빈(32)에의 배기 가스 유량 조정을 행하여 콤프레서(31)의 가압 조정을 행한다.
과급기(3)의 급기계 하류 측에는, 과급기(3)에서 가압된 예혼합 가스를 냉각하는 급기 냉각기(4)가 배설되어 있다. 예혼합 가스에 포함되어 있던 수증기는 급기 냉각기(4)에 의한 냉각에 따라 응축해서 물방울이 되고, 급기 냉각기(4)의 드레인 밸브(81)로부터 제1 도관인 드레인 배관(42)을 거쳐서 기액 분리 장치(7)로 인도된다. 급기 냉각기(4)는 예혼합 가스를 냉각함으로써, 기체 밀도를 높게 해서 가스 엔진(1)의 출력 향상을 도모함과 동시에, 예혼합 가스중의 수증기를 응축시켜 제거함으로써, 급기계를 형성하고 있는 각 부재의 방청을 억제하고 있다.
급기 냉각기(4)의 급기계 하류 측에는, 가스 엔진(1)의 각 기통에 연결된 지관을 가지며, 예혼합 가스를 각 기통 내에 도입하는 급기 매니폴드(16)가 연결되어 있다. 급기 매니폴드(16)에는 급기 냉각기(4)로부터 도입되는 예혼합 가스의 급기 온도(Ts)를 검출하여, 당해 검출치를 제어 장치(2)에 송신하고 있는 제2 급기 온도 센서(12)와, 급기 압력(Ps)을 검출하여, 당해 검출치를 제어 장치(2)에 송신하고 있는 급기 압력 센서(13)가 배설되어 있다. 상기 각각의 검출치는 후술하는 드레인 제어 밸브(8)의 제어 요소로서 사용한다.
연료 가스 공급관(92)의 상류 측에 배치되어 있는 스트레이너(strainer)(91)는, 연료 가스인 메탄 함유 가스 CMM(Coal　Mine　Methane. 메탄 농도 30~50 중량%)에 포함되어 있는 먼지, 수증기 등을 제거하는 제１차 제거 장치이다. 스트레이너(91)를 통과한 연료 가스는 제２차 제거 장치인 연료 디미스터(9)에서 재차, 액체 미립자(미스트)를 연료 가스로부터 분리한다.
이중으로 정화 장치를 배설하는 것은, 탄광으로부터 배출되는 연료 가스에는 많은 먼지, 수증기 등이 혼입되어 있어, 연료 가스 중의 불순물을 제거해서 가스 엔진(1)에의 악영향을 제거하기 위함이다.
연료 디미스터(9)를 통과한 연료 가스의 일부는 연료 가스 공급관(92)으로부터 분기한 예혼합 배관(53)에 의해서 가스 믹서(5)에 연료 가스의 공급을 행하여, 이미 설명한 과급기전 예혼합을 실시한다.
연료 가스의 대부분은 연료 가스 공급관(92)을 거쳐서 가스 엔진(1)의 각 기통에 공급된다.
제어 장치(2)는, 연료 가스 공급관(92)에 배설된 연료 가스의 유량을 검지하는 연료 가스 유량계(93)의 검출치에 근거하여, 연료 가스의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브(14)와 가스 엔진(1)의 기통마다 배설된 가스 공급 전자 밸브(18)를 제어하여, 각 기통에 유입시키는 연료 가스 유량을 조정하고 있다.
급기 냉각기(4)의 하부에는 응축된 드레인(수분)을 급기 냉각기(4)의 외부로 배출하는 드레인 밸브(81)가 장착되어 있다.
드레인 제어 수단(8)은, 급기 냉각기(4)의 저부에 설치된 드레인 밸브(81), 드레인과 예혼합 가스를 분리할 기액 분리 장치(7), 드레인 밸브(81)와 기액 분리 장치(7)를 연통하는 제1 도관인 드레인 배관(42), 분리된 연료 가스를 급기관(6)으로 복귀시키는 제2 도관인 반환 배관(73), 제1 급기 온도 센서(11), 제2 급기 온도 센서(12), 급기 압력 센서(13) 및 드레인 밸브(81)를 개폐 제어하는 맵을 구비한 제어 장치(2)로 구성되어 있다.
급기 냉각기(4)의 드레인 밸브(81)를 통과한 드레인과 가압된 예혼합 가스는 드레인 배관(42)을 거쳐서 기액 분리 장치(7)로 도입된다.
기액 분리 장치(7)는 가압된 예혼합 가스가 대기압 또는 그것에 가까운 압력으로 복귀할 수 있는 용량의 공간(71)을 가지고 있어, 예혼합 가스의 압력이 내려가는 것에 의해, 급기 중에 포함되어 있던 수증기가 응축해서 예혼합 가스로부터 수분이 분리된다.
또한, 기액 분리 장치(7)의 상부에는 원추형의 공간을 가진 연료 가스 수집부(72)가 배설되어 있다. 예혼합 가스중에 포함되어 있던 메탄 가스를 수집하기 위함이다. 메탄 가스는 비중이 공기보다 작기 때문에, 기액 분리 장치(7) 내에서 공기로부터 분리해서 메탄 가스만이 상방[연료 가스 수집부(72)]에 모인다. 연료 가스 수집부(72)의 원추형의 정상부에는, 일단이 당해 정상부에 개구하고, 타단이 급기관(6)의 가스 믹서(5)와 오일배스식 필터(61)의 중간부에 개구한 제2 도관인 반환관(73)이 배설되어 있다.
또, 기액 분리 장치(7)의 연료 가스 수집부(72)의 위치는 반환관(73)의 타단보다 중력 방향에 있어서 하측이 되도록 배치되어 있다. 그 결과, 연료 가스 수집부(72)에 수집된 메탄 가스와 일부의 공기는 상승해서 자연스럽게 급기관(6) 내에 도입되어, 연료로서 사용되므로, 그 만큼 기관 열효율이 향상한다.
또한, 기액 분리 장치(7) 내의 다른 공기는 기액 분리 장치(7)에 모인 드레인과 함께 대기 중에 배출된다.
더우기, 연료 가스가 급기관에 자연스럽게 도입되므로, 장치로서의 코스트 상승을 억제할 수 있는 효과를 가짐과 동시에, 메탄 가스를 대기에 방출하지 않기 때문에 온실 효과가 방지된다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 드레인 밸브 개폐 제어 맵의 일례를 도시한다.
드레인 밸브 개폐 제어 맵에 있어서, 도 2의 (A)는 급기 압력 Ps에 대해, 종축에 급기 이슬점 온도 Ts(급기 온도), 횡축에 절대 습도 Sh(함유 수증기량 g/kg)를 나타내고, 급기 압력 Ps에 대한 급기 이슬점 온도 Ts와 절대 습도 Sh의 관계를 나타낸 것이다.
급기 냉각기 출구측의 급기 온도 Ts 및 급기 압력 Ps는 급기 냉각기(4) 및 과급기(3)를 제어 장치(2)에 의해서 일정(가스 엔진 출력)하게 제어된다.
또, 예혼합 가스는 급기 냉각기(4)에서 냉각되고, 여분의 수증기는 응축되어 배제되어 있으므로, 측정된 급기 온도 Ts와 급기 압력 Ps 상태에 있어서, 예혼합 가스 중의 수증기는 응축하지 않는 상태(상대 습도는 100%)가 되어 있어, 급기 온도 Ts=급기 이슬점 온도 Ts로 치환할 수 있다.
또, 도 2의 (B)는 횡축에 절대 습도 Sh(함유 수증기량) g/kg, 종축에 과급기(3)이 흡입하는 기준 흡입 온도 Tstd(건구 온도)를 나타내고, 상대 습도에 대한 절대 습도 g/kg와 과급기측에서의 기준 흡입 온도(Tstd)간의 관계를 나타낸 것이다.
본 맵은 과급기(3) 및 급기 냉각기(4)의 성능에 근거하여, 본 실시 형태에 있어서의 가스 엔진(1)의 시험 결과에 의해 구한 것이다.
예를 들면, 도 2에 있어서, 급기 온도 Ts=40℃, 급기 압력 Ps=2kg/cm2(일정하게 제어)의 경우, 상대 습도 100%시의 과급기(3)의 기준 흡입 온도 Tstd가 22도가 된다. 따라서, 과급기(4)가 흡입하는 실제의 급기 온도 Tsuc≤기준 흡입 온도의 경우에는 절대 습도 Sh가 작아지는 방향이므로, 과급기(4)가 흡입한 예혼합 가스는, 급기 냉각기(4) 출구 측에 있어서 포함되어 있는 수증기를 응축하지 않게 된다.
환언하면, 과급기(3)에 흡입되는 예혼합 가스의 온도가 22℃, 상대 습도 100%이면, 급기 냉각기(4) 통과 후의 급기 온도 Ts가 40℃, 급기 압력 Ps가 2kg/cm2으로 유지되고, 예혼합 가스는 급기 이슬점 온도 Ts와 같아서, 과급기(3)에 흡입되는 예혼합 가스의 온도(급기 온도 Tsuc)가 22℃ 이하의 경우, 절대 습도가 작아지므로, 예혼합 가스에 포함되어 있는 수증기는 급기 냉각기(4) 안에서 응축하지 않게 된다.
따라서, 드레인이 발생하지 않기 때문에, 드레인 밸브(81)는 닫힌 상태를 유지하는 것에 의해, 예혼합 가스가 드레인과 함께 급기 냉각기(4)로부터 배출되지 않으므로, 가스 엔진(1)에의 과급 효율 저하를 방지할 수 있다.
도 3에 근거해서 제어 플로우를 설명한다.
스텝 S1로부터 시작하여, 스텝 S2에서 예혼합 가스의 급기 냉각기(4) 통과 후의 급기 온도 Ts(엔진전)를 제2 급기 온도 센서(12)로 검지한다. 스텝 S3에서 예혼합 가스의 급기 냉각기 통과 후의 급기 압력 Ps(엔진전)를 급기 압력 센서(13)로 검지한다. 스텝 S4에서 과급기(3)의 예혼합 가스 흡입 전의 급기 온도(Tsuc)를 제1 급기 온도 센서(11)로 검지한다.
스텝 S5에서 급기 온도(Ts) 및 급기 압력(Ps)으로부터 절대 습도(Sh)를 맵으로부터 산출한다. 〔도 2(A)〕
스텝 S6에 있어서, 스텝 S5에서 산출된 절대 습도(Sh)에 있어서 상대 습도(Rh)가 100% 시의 기준 흡입 온도(Tstd)를 맵으로부터 산출한다. 〔도 2(B)〕
스텝 S7에 있어서, 스텝 S4에서 검지한 급기 온도(Tsuc)≤기준 흡입 온도(Tstd)를 비교한다.
"예(Yes)"인 경우는 Y로 진행하여, 스텝 S8에서 드레인 밸브 Vd는 폐지를 유지하고, 스텝 S10에서 리턴한다. 한편, 아니오(No)의 경우는 N으로 진행하여, 스텝 S9에서 드레인 밸브 Vd는 드레인(응축수)을 기액 분리 장치(7)로 정기적으로 배출하는 동작이 되며, 스텝 S10에서 리턴한다.
본 발명의 실시 형태에 있어서는, 급기 냉각기(4) 및 기액 분리 장치(7)에 의해서, 예혼합 가스에 함유되어 있는 연료 가스(메탄)와 응축수를 분리하고, 연료 가스(메탄)를 과급기의 급기계 상류 측에 유입시킴과 동시에, 응축수는 기액 분리 장치(7)로부터 대기중으로 배출시키는 구조로 했으므로, 연료 가스의 기관 열효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 미연소의 메탄 가스가 대기중으로 방출되지 않기 때문에, 대기오염 억제 효과를 얻을 수 있다.
응축수는 기액 분리 장치(7)로부터 대기중으로 배출시키기 때문에, 흡기계로를 형성하는 부재의 부식 방지 효과를 갖는다.
또한, 드레인 개시, 응축수에 동반해 가압된 예혼합 가스의 배출을 동반하므로, 과급기(3)의 흡입 온도(Tsuc)와, 급기 냉각기(4)의 출구측의 급기 온도(Ts)와, 급기 압력(Ps)에 근거해서, 일정한 조건 하에서, 흡입 온도(Tsuc)가 어느 문턱값(기준 흡입 온도 Tstd)보다 낮은 경우에는 드레인(응축수)의 생성이 없기 때문에, 드레인 장치의 드레인 밸브를 폐쇄 상태로 유지하도록 제어하는 드레인 밸브 제어 수단을 구비하여, 가압된 예혼합 가스의 배출을 억제해서 가스 엔진에의 과급 효율의 감소를 최소한으로 한다.
[산업상의 이용 가능성]
저칼로리 가스를 연료로 하여, 연료의 일부를 예혼합하는 과급기전 예혼합 장치를 가지는 가스 엔진의 드레인 장치에 의한 과급 효율 저하 억제와, 드레인에 포함되는 연료 가스의 회수에 의한 연료 효율 개선을 도모하는 가스 엔진에 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 가스를 연료로 하는 가스 엔진에의 급기를 가압하는 과급기의 급기계 상류 측에서 연료 가스를 공기에 혼합하여 예혼합 가스를 생성하는 과급기전 예혼합 장치를 구비한 상기 가스 엔진에 있어서,
    상기 과급기의 급기계 하류 측에 위치하고, 상기 과급기에서 가압된 상기 예혼합 가스를 냉각함과 동시에, 상기 예혼합 가스의 냉각에 따라 응축하는 응축수를 배출하는 드레인 밸브를 가진 급기 냉각기와, 상기 드레인 밸브에 제1 도관을 거쳐서 접속하고, 상기 응축수와 함께 배출되는 상기 예혼합 가스를 상기 응축수로부터 분리하는 기액 분리 장치와, 당해 기액 분리 장치에서 분리된 상기 예혼합 가스가 제2 도관을 거쳐서 상기 과급기의 급기계 상류 측에 유입되도록 한 것을 특징으로 하는
    급기 냉각기를 갖춘 가스 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 가스는 공기보다 비중이 작은 연료이며, 상기 기액 분리 장치는 상기 응축수와 함께 배출되는 상기 예혼합 가스가 대기압 또는 그것에 가까운 압력에 개방되는 용량을 가짐과 동시에, 상부에 상기 예혼합 가스를 포집하는 포집부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    급기 냉각기를 갖춘 가스 엔진.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 과급기의 상류 측에 배치된 제1 급기 온도 센서에서 검지된 상기 예혼합 가스의 과급기 흡입 온도(Tsuc)와, 상기 급기 냉각기 출구 측에 배설된 제2 급기 온도 센서, 및 급기 압력 센서에서 검지된 상기 예혼합 가스의 급기 온도(Ts)와 급기 압력(Ps)에 근거하여, 상기 드레인 밸브를 개폐 제어하는 드레인 밸브 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는
    급기 냉각기를 갖춘 가스 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 드레인 밸브 제어 수단은 상기 급기 냉각기 출구측의 급기 온도(Ts), 및 상기 급기 압력(Ps)을 상기 급기 냉각기, 및 상기 과급기에 의해서 일정하게 제어함과 동시에, 당해 일정한 상기 급기 온도(Ts), 및 상기 급기 압력(Ps) 시에 있어서, 상기 급기 냉각기 출구측에서의 예혼합 가스의 상대 습도가 100%가 되는 경우의 과급기가 흡입하는 예혼합 가스의 기준 흡입 온도(Tstd)를 맵에 근거해서 산출하고, 당해 산출된 기준 흡입 온도(Tstd)에 비해, 실제로 검출된 상기 흡입 온도(Tsuc)의 검출치가 낮은 경우에는, 상기 드레인 밸브를 폐지 상태로 유지하는 드레인 밸브 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는
    급기 냉각기를 갖춘 가스 엔진.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 기액 분리 장치의 상기 포집부는 상기 과급기의 급기계 상류측의 급기로 형성 부재에 대해 중력 방향 하측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는
    급기 냉각기를 갖춘 가스 엔진.
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