KR20130121938A - 가스 엔진의 급기 장치 - Google Patents

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Abstract

과급기를 갖는 가스 엔진의 급기 장치에 있어서, 실외 공기와 미정제 가스의 혼합기를 상기 과급기로 인도하는 제 1 흡기 통로와, 실내 공기를 상기 과급기로 인도하는 제 2 흡기 통로를 갖고, 상기 제 1 흡기 통로 상에, 상기 미정제 가스 중의 고체 불순물을 제거하는 필터와, 해당 필터의 하류측에 제 1 흡기 통로를 개폐 가능한 제 1 댐퍼를 마련하며, 상기 제 2 흡기 통로 상에, 상기 실내 공기를 가열하는 가열 수단과, 해당 가열 수단의 하류측에 제 2 흡기 통로를 개폐 가능한 제 2 댐퍼를 마련하고, 상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 개도를 제어하는 댐퍼 제어 장치를 마련하였다.

Description

가스 엔진의 급기 장치{GAS ENGINE AIR SUPPLY DEVICE}
본 발명은 가스 엔진에 흡입되는 공기 혹은 해당 공기와 미정제 가스의 혼합기를 과급하는 과급기를 갖는 가스 엔진의 급기 장치에 관한 것이다.
과급기를 거쳐서 급기된 공기와 연료 가스를 혼합하여 연소실 내에 공급해서, 엔진을 착화 연소시키는 가스 엔진 시스템이 폭 넓게 알려져 있다.
가스 엔진 시스템에서는, 예컨대 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우, 상기 공기로서 외기를 사용하면, 가스 엔진 시동 시에 저온의 외기를 흡기하기 때문에, 엔진의 시동성이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다.
그래서, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우에 있어서의 시동성의 저하를 방지할 수 있는 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 기술은, 엔진에 실외의 공기(외기)를 인도하는 통로와 엔진에 실내의 공기(내기)를 인도하는 통로를 갖고, 엔진의 부하가 소정값 미만일 때는 내기만을 엔진에 공급하는 동시에 내기를 가온(加溫)하고, 엔진의 부하가 소정값 이상일 때는 외기만을 엔진에 공급하는 가스 엔진 시스템에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제 2003-083181 호 공보
그런데, 가스 엔진 시스템에서는, 과급기에 흡기하는 공기 및 연료로서, 탄광으로부터 배출되는 통기 메탄 가스(VAM)로 대표되는 정제되어 있지 않은 가스(이하, 미정제 가스라 칭함)를 사용하는 경우가 있다. 상기 미정제 가스는, 먼지 등의 고체 불순물을 포함하는 경우가 많으며, 특히, 미정제 가스를 공기로서 사용하여 외기와 함께 과급기에 공급할 때에는 장치의 마모나 엔진의 이상 연소의 원인이 되기 때문에, 상기 불순물을 제거할 필요가 있다.
그렇지만, 특허문헌 1에 개시된 기술은, 전술한 바와 같이 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우에 있어서의 시동성 저하의 억제는 가능하지만, 미정제 가스를 외기와 함께 과급기에 공급하는 경우에 대해서는 고려되어 있지 않다. 그 때문에, 미정제 가스를 외기와 함께 과급기에 공급하는 경우에 특허문헌 1에 개시된 기술을 적용하면, 상기 불순물을 제거하지 못해서, 불순물이 엔진에 유입하여 엔진이 정상적으로 작동하지 않게 될 가능성이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 감안하여, 외기와 미정제 가스의 혼합기를 과급기에 공급하고, 해당 혼합기를 과급기에서 과급하는 가스 엔진의 급기 장치로서, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우에 있어서의 시동성의 저하를 방지할 수 있는 동시에, 미정제 가스에 포함되는 불순물을 제거하여, 해당 불순물이 엔진에 유입하는 것을 방지할 수 있는 가스 엔진의 급기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 과급기를 갖는 가스 엔진의 급기 장치에 있어서, 실외 공기와 미정제 가스의 혼합기를 상기 과급기로 인도하는 제 1 흡기 통로와, 실내 공기를 상기 과급기로 인도하는 제 2 흡기 통로를 갖고, 상기 제 1 흡기 통로 상에, 상기 미정제 가스 중의 고체 불순물을 제거하는 필터와, 해당 필터의 하류측에 제 1 흡기 통로를 개폐 가능한 제 1 댐퍼를 마련하며, 상기 제 2 흡기 통로 상에, 상기 실내 공기를 가열하는 가열 수단과, 해당 가열 수단의 하류측에 제 2 흡기 통로를 개폐 가능한 제 2 댐퍼를 마련하고, 상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 개도를 제어하는 댐퍼 제어 장치를 마련한 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 엔진의 시동 시에는, 실외 공기 온도·실내 공기 온도 중 엔진의 시동성을 저하시키지 않는 온도 범위인 공기 또는 상기 혼합기를, 실외 공기 온도가 엔진의 시동성을 저하시키는 온도 범위인 경우에는 실내 공기를 과급기에 공급하도록 전환할 수 있다. 따라서, 겨울철과 같은 외기온이 낮으며 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우라도, 엔진의 시동성의 저하를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 필터를 마련함으로써, 미정제 가스에 포함되는 불순물을 포집할 수 있어서, 미정제 가스에 포함되는 불순물을 제거하고, 해당 불순물이 엔진에 유입하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실외 공기와 미정제 가스의 혼합기의 온도를 검출하는 실외 공기 온도계와, 상기 실내 공기의 온도를 검출하는 실내 공기 온도계를 마련하고, 상기 댐퍼 제어 장치는, 실외 공기 온도가 미리 정한 소정 온도보다 저온이며 실내 공기 온도가 실외 공기 온도보다 고온인 제 1 조건인지, 실외 공기 온도가 미리 정한 소정 온도보다 고온 또는 실외 공기 온도가 실내 공기 온도보다 고온인 제 2 조건인지를 판단하는 온도 판단부와, 상기 온도 판단부의 판단에 근거하여, 상기 제 1 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄 또한 상기 제 2 댐퍼를 개방으로 하고, 상기 제 2 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼를 개방 또한 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하는 댐퍼 개도 제어부를 가지면 좋다.
또한, 상기 온도 판단부는, 실외 공기 온도가 미리 정한 상기 소정 온도보다 고온이며 해당 소정 온도보다 고온으로 미리 정한 제 2 소정 온도보다 저온인 제 3 조건인지, 실외 공기 온도가 상기 제 2 소정 온도보다 고온이며 실외 공기 온도가 실내 공기 온도보다 저온인 제 4 조건인지, 실외 공기 온도가 상기 제 2 소정 온도보다 고온이며 실외 공기 온도가 실내 공기 온도보다 고온인 제 5 조건인지를 판단하는 것이며,
상기 댐퍼 개도 제어부는, 상기 온도 판단부의 판단에 근거하여, 상기 제 3 조건 또는 제 4 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼를 개방 또한 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하고, 상기 제 5 조건인 경우에는 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄 또한 상기 제 2 댐퍼를 개방으로 하는 것이면 좋다.
이것에 의해, 엔진의 시동 시에 있어서는, 실외 공기 온도가 엔진의 시동성을 저하시키지 않는 온도 범위인 경우에는 실외 공기와 미정제 가스의 혼합기를, 실외 공기 온도가 엔진의 시동성을 저하시키는 온도 범위인 경우에는 실외 공기와 미정제 가스의 혼합기와 실내 공기 중 어느 것이든 시동성을 저하시키는 정도가 작은 쪽을 과급기에 공급할 수 있다. 따라서, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우라도, 엔진의 시동성의 저하를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 시동 시에만 실내 공기를 도입하면 되기 때문에, 실외 공기와 함께 미정제 가스를 도입하는 시간을 길게 확보할 수 있다.
또한, 상기 댐퍼 개도 제어부는, 상기 제 1 조건인 경우에 상기 제 2 댐퍼가 개방으로 되어 있는 것을 조건으로 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄로 하고, 상기 제 2 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼가 개방으로 되어 있는 것을 조건으로 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하는 댐퍼 동작 지연 수단을 가지면 좋다.
이것에 의해, 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 개폐의 전환 시에, 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 양쪽이 폐쇄되어 과급기에 흡기가 공급되지 않게 되는 상태의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 과급기로의 흡기의 정지에 기인하는 과급기의 서어징의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 필터의 상류와 하류의 차압을 검출하는 차압 검출 수단을 마련하고, 상기 댐퍼 제어 장치는, 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 이상인 조건에서 상기 제 2 댐퍼를 개방으로 하고, 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 미만인 조건에서 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하면 좋다.
이것에 의해, 필터가 불순물의 포집에 의해 경년적으로 막힘을 일으키고, 이것에 의해 필터의 하류측에 배치되는 과급기에 대한 배압이 상승하며, 배압의 상승에 따라 과급기가 서어징을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 과급기의 회전수를 검출하는 회전수계와, 상기 과급기에 공급하는 흡기량을 검출하는 흡기량계와, 상기 과급기에 의해 과급된 공기의 압력(급기압)을 검출하는 압력계와, 해당 압력계의 검출값과 대기압에 근거하여 급기압과 대기압의 비인 압력비를 연산하는 압력비 연산 수단을 마련하고, 상기 차압 검출 수단은, 상기 필터의 차압 상승이 없는 조건에서 미리 작성한 상기 과급기의 회전수와, 상기 과급기에 공급하는 흡기량과, 상기 과급기에 의해 과급된 흡기의 압력(급기압)과 대기압의 비인 압력비와의 관계를 기억한 차압 맵과, 상기 흡기량계에 의해 검출되는 흡기량과 상기 압력비 연산 수단에 의해 연산되는 압력비 조건에 있어서 상기 맵으로부터 결정되는 과급기의 회전수보다, 상기 회전수계에 의해 검출되는 과급기의 회전수가 미리 정한 소정량 이상 큰 경우에 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 이상이라고 판단하는 차압 판단부를 가지면 좋다.
통상, 가스 엔진의 급기계에는 상기 회전수계, 공기량계, 압력계가 마련되어 있기 때문에, 새로운 계기를 마련하는 일 없이 발명의 실시가 가능해진다.
또한, 상기 가스 엔진은, 탄광 메탄 가스를 연료로 하는 가스 엔진이며, 상기 미정제 가스는 탄광으로부터 배출되는 통기 메탄 가스인 VAM(Ventilation　Air　Methane)이면 좋다.
이것에 의해, 탄광 메탄 가스를 연료로 하고, 미정제 가스로서 VAM를 이용하는 가스 엔진에 대해서도, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우에 있어서의 시동성의 저하를 방지, 및 미정제 가스에 포함되는 불순물을 제거하여 해당 불순물이 엔진에 유입하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 외기와 미정제 가스의 혼합기를 과급기에 공급하고, 해당 혼합기를 과급기에서 과급하는 가스 엔진의 급기 장치에 있어서, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우에 있어서의 시동성의 저하를 방지할 수 있는 동시에, 미정제 가스에 포함되는 불순물을 제거하여 해당 불순물이 엔진에 유입하는 것을 방지할 수 있는 가스 엔진의 급기 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 가스 엔진의 급기 장치를 포함하는 가스 엔진 시스템의 전체 구성을 도시하는 블록도,
도 2는 실시예에 있어서의 댐퍼 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도,
도 3은 엔진의 시동 시부터 연속 운전 시에 걸쳐서의 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 개폐의 제어에 관한 흐름도,
도 4는 엔진의 시동 시부터 연속 운전 시에 걸쳐서의 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 개폐의 제어에 관한 다른 예의 흐름도,
도 5는 실시예에 있어서의 흡기 필터의 차압 판단에 이용하는 맵의 일 예.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은 본 발명의 범위를 그것에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명 예에 지나지 않는다.
실시예
도 1은 실시예에 따른 가스 엔진의 급기 장치를 포함하는 가스 엔진 시스템의 전체 구성을 도시하는 블록도이며, 도 2는 실시예에 있어서의 댐퍼 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 가스 엔진 시스템의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1에 있어서, 4는 엔진(가스 엔진)이며, 6은 엔진에 직결 구동되는 발전기, 8은 플라이 휠이다. 또한, 14는 배기 터빈(14a) 및 컴프레서(14b)로 이루어지는 과급기이다.
10은 엔진(4)의 실린더 헤드이다.
각 실린더 헤드(10)의 급기 입구에는 급기 지관(12)이 접속되어 있다. 컴프레서(14b)의 급기 출구와 각 급기 지관(3)은 급기관(16)으로 접속되어 있으며, 급기관(16) 상에는 급기관(16)을 흐르는 급기를 냉각하는 공기 냉각기(18)가 마련되어 있다.
또한, 각 실린더 헤드(10)의 배기 출구에는 복수의 배기관(20)이 접속되며, 복수의 배기관(20)은 배기 집합관(22)에 접속되어 있다. 배기 집합관(22)에는, 배기 터빈(14a)의 배기 가스 출구로부터의 배기 가스를 배출하기 위한 배기 출구관(24)이 접속되어 있다. 배기 출구관(24)에는, 배기 터빈(14a)을 바이패스하는 배기 바이패스로(26)가 마련되어 있다. 배기 바이패스로(26)는, 배기 집합관(22)의 배기 터빈(14a) 입구측으로부터 분기되어 배기 터빈(7a)을 바이패스하며, 배기 터빈(7a) 출구측의 배기 출구관(24)에 접속되어 있다. 배기 바이패스로(26)에는, 배기 바이패스로(26)를 개폐하는 배기 바이패스 밸브(28)가 마련되어 있다.
과급기(14)의 컴프레서(14b)에 외부로부터 공기를 도입하기 위한 제 1 흡기 통로(30)와, 제 2 흡기 통로(32)가 마련되어 있다. 제 1 흡기 통로(30)와 제 2 흡기 통로(32)는 합류하여 합류 통로(34)가 되며, 과급기(14)의 입구측에 접속되어 있다.
제 1 흡기 통로(30)의 입구는 도 1에 도시한 바와 같이 옥외에 마련되어 있으며, 제 1 흡기 통로(30)에는 실외 공기가 도입되는 동시에, 외부로부터 미정제 가스인 VAM(Ventilation　Air　Methane)을 도입 가능하게 VAM 도입관(36)이 접속되어 있다. 여기서 VAM이란, 저농도 탄광 메탄 가스의 일종으로서, 탄광 내의 안전 확보를 위해 통기 시스템에 의해 대기 방출되는 가스이며, 메탄 농도는 0.3~0.7% 정도의 것이다. 즉, 제 1 흡기 통로(30)는, 옥외 공기와 VAM의 혼합기를 형성하고, 해당 혼합기를 합류 통로(34)를 거쳐서 과급기(14)의 컴프레서(14b)에 공급하기 위한 것이다.
제 1 흡기 통로(30)에는 흡기 필터(38)가 마련되어 있으며, 흡기 필터(38)의 하류측에는 제 1 흡기 통로(30)를 개폐하기 위한 모터(41)에 의해 구동하는 제 1 댐퍼(40)가 마련되어 있다. 또한, 흡기 필터(38)의 상류와 하류의 차압(△p)을 검출하는 차압계(42)가 마련되어 있다. 또한, 상기 혼합기의 온도(이하, 실외 흡기 온도라 칭함)(T2)를 검출하는 실외 공기 온도계(44)가 마련되어 있다. 또한, 합류 통로(34) 내의 온도를 검출하는 합류 통로 온도계(45)가 마련되어 있다.
또한, 제 2 흡기 통로(32)의 입구는 도 1에 도시한 바와 같이 옥내에 마련되어 있으며, 제 2 흡기 통로(32)에는 실내 공기가 도입된다.
제 2 흡기 통로(32)에는, 도입된 실내 공기를 가열하기 위한 히터(46)가 마련되어 있으며, 히터(46)의 하류측에는 제 2 흡기 통로(32)를 개폐하기 위한 모터(49)에 의해 구동하는 제 2 댐퍼(48)가 마련되어 있다.
또한, 제 2 흡기 통로(32)에 도입되는 실내 공기 온도(T1)를 검출하기 위한 실내 공기 온도계(50)가 제 2 흡기 통로(32) 외부이며 실내에 마련되어 있다.
52는 연료 가스가 도입되는 가스 공급관이다. 가스 공급관(52)은 도중에서 실린더마다 분기되어 가스 공급 지관(54)이 되며 각 급기 지관(12)에 접속되어 있다. 또한, 56은 각 가스 공급 지관(54)에 설치되며 각 가스 공급 지관(56)의 통로 면적 즉 연료 가스 유량을 제어하는 연료 유량 제어 밸브이다. 연료 가스로서는, 미정제 가스인 CMM(Coal　Mine　Methane)이 사용된다. 여기서 CMM이란, 탄광 굴착 중에 가스 누출에 의해 회수되는 가스로서, 메탄 농도는 30%~50% 정도의 것이다.
또한, 댐퍼(41) 및 댐퍼(49)의 개도를 제어하기 위한 댐퍼 제어 장치(58)가 마련되어 있다. 댐퍼 제어 장치(58)는 온도 판단부(60), 댐퍼 개도 제어부(62) 및 차압 판단부(64)를 갖는다. 온도 판단부(60), 댐퍼 개도 제어부(62) 및 차압 판단부(64)에 대해서는 후술한다.
이상의 구성의 가스 엔진의 운전 시에 있어서는, 합류 통로(34)로부터의 공기는 컴프레서(14b)에 도입된다. 컴프레서(14b)에서 고온 고압으로 가압된 공기는 공기 냉각기(18)에서 냉각되어 강온하며, 급기관(16)을 통과하여 각 실린더의 급기 지관(12)에 유입한다.
한편, 연료 가스(CMM)는 가스 공급관(52), 각 가스 공급 지관(54)을 통과하여, 각 급기 지관(12)으로 들어가며, 급기 지관(12) 내의 상기 공기에 혼입되어 각 실린더 내에 이송되고 엔진(4)이 구동하여, 발전기(6)가 구동한다.
그리고, 엔진(4)의 각 실린더로부터의 배기 가스는 배기관(20)을 통과하여 배기 집합관(22)에서 합류되고, 과급기(14)의 배기 터빈(14a)에 공급되어 배기 터빈(14a)을 구동하며, 배기 출구관(24)을 통과하여 외부로 배출된다. 또한, 컴프레서(14b)의 필요 능력에 따라 배기 바이패스 밸브(28)가 개방되면, 배기 집합관(22) 내의 배기 가스의 일부는 배기 터빈(7a)을 바이패스하여 배기 출구관(24)으로 배출된다.
다음에, 댐퍼(40) 및 댐퍼(48)의 제어, 즉 과급기(14)의 컴프레서(14b)로 공급되는 공기의 제어에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 엔진(4)의 시동 시로부터 연속 운전 시에 걸쳐서의 제 1 댐퍼(40) 및 제 2 댐퍼(48)의 개폐의 제어에 관한 흐름도이며, 댐퍼 제어 장치(58)의 제어에 관한 것이다.
엔진(4)의 개시 지령이 나오면 단계(S1)로 진행된다.
단계(S1)에서는, 온도 판단부(60)에서 실외 흡기 온도(T2)가 흡기 전환역 온도(TL)보다 높은지의 여부를 판단한다. 단계(S1)에서 "예"로 판단되면 단계(S2)로, 단계(S1)에서 "아니오"로 판단되면 단계(S3)로 진행된다.
여기서, 흡기 전환역 온도(TL)란, 실외 공기 온도(T2)가 흡기 전환역 온도(TL) 이하인 경우에는, 흡기 온도가 낮아 엔진의 시동성이 저하되어 버리는 온도를 나타내고 있으며, 엔진(4)의 성능에 따라 엔진마다 각각 결정되는 온도이다.
단계(S2)에서는, 온도 판단부(60)에서 실외 흡기 온도(T2)가 흡기 전환역 온도(TH) 미만인지의 여부를 판단한다. 단계(S2)에서 "예"로 판단되는, 즉 실외 흡기 온도(T2)가 TL＜T2＜TH의 범위인 경우에는 단계(S5)로 진행된다. 단계(S2)에서 "아니오"로 판단되는, 즉 실외 급기 온도(T2)가 T2＞TH인 경우에는 단계(S4)로 진행된다.
여기서 흡기 전환역 온도(TH)란, 실외 공기 온도(T2)가 흡기 전환역 온도(TH) 이상인 경우에는, 흡기 온도가 높아 엔진의 시동성이 저하되어 버리는 온도를 나타내고 있으며, TH＞TL이고, 엔진(4)의 성능에 따라 엔진마다 각각 결정되는 온도이다.
단계(S3)에서는, 온도 판단부(60)에서 실외 흡기 온도(T2)가 실내 흡기 온도(T1)보다 높은지의 여부를 판단한다. 단계(S3)에서 "예"로 판단되는, 즉 실외 흡기 온도(T2)가 T2＜TL 또한 T2＞T1의 범위인 경우에는 단계(S5)로 진행된다. 단계(S3)에서 "아니오"로 판단되는, 즉 실외 흡기 온도(T2)가 T2＜TL 또한 T2＜T1인 경우에는 단계(S6)로 진행된다.
또한, 단계(S4)에서는, 온도 판단부(60)에서 실내 흡기 온도(T1)가 실외 흡기 온도(T2)보다 높은지의 여부를 판단한다. 단계(S4)에서 "예"로 판단되는, 즉 실외 흡기 온도(T2)가 TH＜T2 또한 T1＞T2인 경우에는 단계(S5)로 진행된다. 단계(S4)에서 "아니오"로 판단되는, 즉 실외 흡기 온도(T2)가 TH＜T2 또한 T1＜T2인 경우에는 단계(S6)로 진행된다.
정리하면, 단계(S1)~단계(S4)에서는, 실외 흡기 온도(T2)가 TL＜T2＜TH의 범위, T2＞TH 또한 T1＞T2의 범위, 또는 T2＜TL 또한 T2＞T1의 범위인 경우에 단계(S5)로 진행된다. 또한, 실외 흡기 온도(T2)가 T2＜TL 또한 T2＜T1의 범위, 또는 TH＜T2 또한 T1＜T2의 범위인 경우에 단계(S6)로 진행된다.
단계(S5)로 진행되면, 댐퍼 개도 제어부(62)는, 내부에 갖는 댐퍼 동작 지연 수단(63)에 의해, 댐퍼(40)가 개방으로 되어 있는 경우에는 모터(49)를 제어하여 댐퍼(48)를 폐쇄한다. 댐퍼(40)가 개방으로 되어 있지 않은 경우에는 모터(41)를 제어하여 댐퍼(40)를 개방하고, 그 후, 모터(49)를 제어하여 댐퍼(48)를 폐쇄한다.
이것에 의해, 실외 공기와 VAM의 혼합기가 필터(38) 및 댐퍼(40)를 거쳐서, 제 1 흡기 통로(30) 및 합류 통로(34)를 통과하여, 과급기(14)를 구성하는 컴프레서(14b)에 공급된다.
또한, 댐퍼(40)를 개방하고 나서 댐퍼(48)를 폐쇄함으로써, 댐퍼(40) 및 댐퍼(48)의 양쪽이 폐쇄되어 과급기에 흡기가 공급되지 않게 되는 상태의 발생을 방지할 수 있다.
단계(S5)에서 실외 공기와 VAM의 혼합기가 컴프레서(14b)에 공급되면, 단계(S7)로 진행된다.
단계(S7)에서는, 차압 판단부(64)에 의해, 차압계(42)의 검출값에 근거하여, 흡기 필터(38)의 전후 차압(△p)이 흡기 필터 청소 요구 차압(△pH)보다 높은지의 여부를 판단한다. 여기서, 흡기 필터는 포집한 불순물의 존재에 의해 전후 차압이 상승하지만, 포집한 불순물의 퇴적량이 많아져 흡기 필터의 청소가 필요하게 될 때의 하한의 흡기 필터 전후 차압이 흡기 필터 청소 요구 차압(△pH)이다.
단계(S7)에서 "예", 즉 흡기 필터(38)의 전후 차압(△p)이 흡기 필터 청소 요구 차압(△p)을 초과한 경우에는 단계(S8)로 진행되며, 초과하지 않는 경우에는 초과할 때까지 운전을 계속한다.
단계(S8)에서는, 댐퍼 개도 제어부(62)는 모터(41)를 제어하여 댐퍼(40)를 폐쇄한다. 이것에 의해, 실외 공기와 VAM의 혼합기의 컴프레서(14b)로의 공급이 정지하여, 흡기 필터(38)를 실외 공기와 VAM의 혼합기가 유통하지 않게 되어 흡기 필터의 청소가 가능해진다.
또한, 단계(S8)에 있어서 실외 공기와 VAM의 혼합기의 컴프레서(14b)로의 공급을 정지했을 때에, 댐퍼(48)를 개방하여 실내 공기를 컴프레서(14b)로 공급할 수도 있다. 이 경우에는, 엔진(4)의 운전을 정지하는 일 없이 흡기 필터(38)의 청소가 가능해진다.
한편, 단계(S6)에서는, 댐퍼 개도 제어부(62)는, 내부에 갖는 댐퍼 동작 지연 수단(63)에 의해, 댐퍼(48)가 개방되어 있는 경우에는 모터(41)를 제어하여 댐퍼(40)를 폐쇄한다. 댐퍼(48)가 개방으로 되어 있지 않은 경우에는, 모터(49)를 제어하여 댐퍼(48)를 개방한 후, 모터(41)를 제어하여 댐퍼(40)를 폐쇄한다.
이것에 의해, 실내 공기가 히터(46)에 의해 가열되고, 댐퍼(48)를 거쳐서, 제 2 흡기 통로(32) 및 합류 통로(34)를 통과하여, 과급기(14)를 구성하는 컴프레서(14b)에 공급된다.
단계(S6)에서 실내 공기가 컴프레서(14b)에 공급되면, 단계(S1)로 되돌아온다.
이상의 구성 및 동작에 의하면, 엔진(4)의 시동 시에는, 실외 공기 온도(T2)가 엔진(4)의 시동성을 저하시키지 않는 온도 범위인 경우에는 실외 공기와 VAM의 혼합기를, 실외 공기 온도(T2)가 엔진(4)의 시동성을 저하시키는 온도 범위인 경우에는 실외 공기와 VAM의 혼합기와 실내 공기 중 어느 것이든지 시동성을 저하시키는 정도가 작은 쪽을 컴프레서(14b)에 공급할 수 있다.
이것에 의해, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우라도, 엔진의 시동성의 저하를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 실외 공기 온도(T2)가 엔진(4)의 시동성을 저하시키지 않는 온도 범위인 경우에는 실외 공기와 VAM의 혼합기를 도입함으로써, 엔진(4)의 시동 시에 있어서 실외 공기와 VAM의 혼합기의 도입 시간을 엔진(4)의 시동성을 저하시키지 않는 범위에서 길게 할 수 있다. 이것에 의해, VAM를 가능한 한 많이 처리할 수 있다.
또한, 흡기 필터(38)를 마련함으로써 VAM에 포함되는 불순물의 포집이 가능해지고, 흡기 필터(38)의 차압 상승에 의해 댐퍼(40)를 폐쇄함으로써, 흡기 필터(38)가 불순물의 포집에 의해 경년적으로 막힘을 일으키고, 이것에 의해 흡기 필터(38)의 하류측에 배치되는 과급기(14)에 대한 배압이 상승하며, 배압의 상승에 따라 과급기(14)가 서징을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 흡기 필터(38)의 청소 시에 있어서도, 전술한 바와 같이, 댐퍼(48)를 개방하여 실내 공기를 컴프레서(14b)로 공급함으로써, 엔진(4)의 운전을 정지하는 일 없이 흡기 필터(38)의 청소가 가능해진다.
또한, 흡기 필터(38)의 청소 시가 아니어도, 흡기 필터(38)의 경년 열화에 의해 제 1 흡기 통로로부터의 공기 공급량이 감소한 경우에는, 제 2 댐퍼(48)를 개방함으로써 부족분의 흡기를 공급할 수 있다. 이것에 의해, 흡기 필터의 경년 열화에 상관없이 항상 과급기가 최적인 효율로 운전 가능해진다.
또한, 댐퍼 제어 장치(58)의 제어를 도 4에 나타낸 흐름도의 순서로 할 수도 있다.
도 4는 실시예에 있어서의 엔진(4)의 시동 시로부터 연속 운전 시에 걸쳐서의 제 1 댐퍼(40) 및 제 2 댐퍼(48)의 개폐의 제어에 관한 다른 예의 흐름도이다. 도 4에서는, 단계(S9)를 마련한 이외는 도 3과 동일하므로, 단계(S9)에 관한 부분 이외에 대해서는 도시를 생략하고, 그 설명도 생략한다.
도 4에서는, 단계(S6)에서 실내 흡기가 과급기에 공급되면, 연료의 공급에 의해 엔진(4)이 시동한다.
단계(S9)에서는, 별도로 마련하는 착화성 판단 수단에 의해, 출력 감시, 연소실 압력, 모든 온도의 감시에 의해 충분한 착화성이 확보되었는지의 여부를 판단한다.
단계(S9)에서 "예", 즉 착화성이 충분하다고 판단되면, 댐퍼 개도 제어부(62)에 의해 댐퍼(40)가 개방이면 댐퍼(48)를 폐쇄로 하고, 댐퍼(40)가 폐쇄이면 댐퍼(40)를 개방으로 한 후에 댐퍼(48)를 폐쇄로 한다.
단계(S9)에서 "아니오", 즉 착화성이 충분하지 않다고 판단되면, 단계(S1)로 되돌아온다.
착화성이 충분한지의 여부를 판단하는 단계(S9)를 마련하는 것에 의해, 실외 공기와 VAM의 혼합기를 과급기에 공급할 시간을 길게 확보할 수 있어서, VAM을 많이 처리할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 캘린더 기구(74)를 마련할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 캘린더 기구(74)를 댐퍼 제어 장치(58) 내에 마련하고 있지만, 댐퍼 개도 제어부(62)에 신호를 보낼 수 있으면 다른 장소에 마련되어 있어도 좋다.
이 경우, 캘린더 기구(74)로부터 현시점의 일시가 온도 판단부로 전송된다.
그리고, 도 3에 나타낸 흐름도에 있어서, 단계(S1)에서 "아니오", 즉 T2＜TL인 경우에는 단계(S3)와는 별도로, 현재의 일시가 특정시인지의 여부가 판단된다. 그리고 현재의 일시가 특정시이면 단계(S3)의 결과에 관계없이 단계(S6)로 진행되도록 한다. 여기서, 특정시란 미리 정한 외기온이 낮은 것으로 예상되는 일시를 의미하며, 예컨대 겨울철의 심야 조조 등이 해당된다.
캘린더 기구(74)를 마련함으로써, 실내 공기를 사용할 가능성이 높은 특정시에, 댐퍼(40) 및 댐퍼(48)를 빈번히 전환하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 흡기 필터(38)의 전후 차압의 상승을 차압계(42)에 의해 판단했지만, 차압계(42)에 대신에 또는 차압계(42)와 함께 맵(72)을 이용하여 흡기 필터(38)의 전후 차압의 상승을 판단할 수 있다.
이 경우, 과급기(14)를 구성하는 컴프레서(14b)의 회전수를 검출하는 회전수계(66)와, 과급기(14)에 공급하는 공기량을 검출하는 공기량계(68)와, 과급기(14)에 의해 과급된 공기의 압력(급기압)을 검출하는 압력계(70)를 마련한다. 그리고, 차압 판단부(64)에서는, 필터의 차압 상승이 없는 조건에서 미리 작성한 과급기(14)의 회전수와, 과급기(14)에 공급하는 공기량과, 과급기(14)에 의해 과급된 공기의 압력(급기압)과 대기압의 비인 압력비와의 관계의 맵(72)을 이용하여, 상기 공기량계에 의해 검출되는 공기량과 상기 압력비 연산 수단에 의해 연산되는 압력비 조건에 있어서 맵(72)으로부터 결정되는 과급기의 회전수보다, 상기 회전수계에 의해 검출되는 과급기의 회전수가 미리 정한 소정량 이상 큰 경우에 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 이상이라고 판단한다.
도 5는 실시예에 있어서의 흡기 필터의 차압 판단에 이용하는 맵의 일 예이다. 도 5에서, 종축은 압력비(급기압/대기압), 횡축은 과급기에 공급하는 공기량, a~d는 과급기의 회전수를 나타내고 있다. 도 5에 나타낸 맵에서, 예컨대, 흡기 필터(38)의 차압 상승이 없는 경우의 압력비, 공기량, 과급기 회전수의 관계의 A로 나타낸 선이 흡기 필터의 차압의 상승에 의해 A'로 나타내는 선으로 이동한다. 이것에 의해 흡기 필터(38)의 차압의 상승을 판단할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같은 맵을 이용하는 경우, 통상, 엔진의 급기계에는 회전수계(66), 공기량계(68), 압력계(70)가 마련되어 있기 때문에, 새로운 계기를 마련하는 일 없이 발명의 실시가 가능해진다.
외기와 미정제 가스의 혼합기를 과급기에 공급하고, 해당 혼합기를 과급기에서 과급하는 가스 엔진의 급기 장치로서, 겨울철과 같은 외기온이 낮고 가스 엔진이 냉각된 상태에서 엔진을 시동시킬 경우에 있어서의 시동성의 저하를 방지할 수 있는 동시에, 미정제 가스에 포함되는 불순물을 제거하여 해당 불순물이 엔진에 유입하는 것을 방지할 수 있는 가스 엔진의 급기 장치로서 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 과급기를 갖는 가스 엔진의 급기 장치에 있어서,
    실외 공기와 미정제 가스의 혼합기를 상기 과급기로 인도하는 제 1 흡기 통로와,
    실내 공기를 상기 과급기로 인도하는 제 2 흡기 통로를 갖고,
    상기 제 1 흡기 통로 상에, 상기 미정제 가스 중의 고체 불순물을 제거하는 필터와, 상기 필터의 하류측에 제 1 흡기 통로를 개폐 가능한 제 1 댐퍼를 마련하며,
    상기 제 2 흡기 통로 상에, 상기 실내 공기를 가열하는 가열 수단과, 상기 가열 수단의 하류측에 제 2 흡기 통로를 개폐 가능한 제 2 댐퍼를 마련하고,
    상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼의 개도를 제어하는 댐퍼 제어 장치를 마련한 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실외 공기와 미정제 가스의 혼합기의 온도를 검출하는 실외 공기 온도계와,
    상기 실내 공기의 온도를 검출하는 실내 공기 온도계를 마련하고,
    상기 댐퍼 제어 장치는,
    실외 공기 온도가 미리 정한 소정 온도보다 저온이며 실내 공기 온도가 실외 공기 온도보다 고온인 제 1 조건인지, 실외 공기 온도가 미리 정한 소정 온도보다 고온 또는 실외 공기 온도가 실내 공기 온도보다 고온인 제 2 조건인지를 판단하는 온도 판단부와,
    상기 온도 판단부의 판단에 근거하여, 상기 제 1 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄 또한 상기 제 2 댐퍼를 개방으로 하고, 상기 제 2 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼를 개방 또한 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하는 댐퍼 개도 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 판단부는, 실외 공기 온도가 미리 정한 상기 소정 온도보다도 고온이며 상기 소정 온도보다 고온으로 미리 정한 제 2 소정 온도보다 저온인 제 3 조건인지, 실외 공기 온도가 상기 제 2 소정 온도보다 고온이며 실외 공기 온도가 실내 공기 온도보다 저온인 제 4 조건인지, 실외 공기 온도가 상기 제 2 소정 온도보다 고온이며 실외 공기 온도가 실내 공기 온도보다 고온인 제 5 조건인지를 판단하고,
    상기 댐퍼 개도 제어부는, 상기 온도 판단부의 판단에 근거하여, 상기 제 3 조건 또는 제 4 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼를 개방 또한 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하고, 상기 제 5 조건인 경우에는 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄 또한 상기 제 2 댐퍼를 개방으로 하는 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 댐퍼 개도 제어부는, 상기 제 1 조건인 경우에 상기 제 2 댐퍼가 개방으로 되어 있는 것을 조건으로 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄로 하고, 상기 제 2 조건인 경우에 상기 제 1 댐퍼가 개방으로 되어 있는 것을 조건으로 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하는 댐퍼 동작 지연 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터의 상류와 하류의 차압을 검출하는 차압 검출 수단을 마련하고,
    상기 댐퍼 제어 장치는, 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 이상일 때 상기 제 2 댐퍼를 개방으로 하고, 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 미만일 때 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄로 하는 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 과급기의 회전수를 검출하는 회전수계와,
    상기 과급기에 공급하는 흡기량을 검출하는 흡기량계와,
    상기 과급기에 의해 과급된 공기의 압력(급기압)을 검출하는 압력계와,
    상기 압력계의 검출값과 대기압에 근거하여 급기압과 대기압의 비인 압력비를 연산하는 압력비 연산 수단을 마련하고,
    상기 차압 검출 수단은,
    상기 필터의 차압 상승이 없는 조건에서 미리 작성한 상기 과급기의 회전수와, 상기 과급기에 공급하는 흡기량과, 상기 과급기에 의해 과급된 급기의 압력(급기압)과 대기압의 비인 압력비와의 관계를 기억한 차압 맵과,
    상기 흡기량계에 의해 검출되는 흡기량과 상기 압력비 연산 수단에 의해 연산되는 압력비 조건에 있어서 상기 맵으로부터 결정되는 과급기의 회전수보다, 상기 회전수계에 의해 검출되는 과급기의 회전수가 미리 정한 소정량 이상 큰 경우에 상기 차압이 미리 정한 소정 차압 이상인 것으로 판단하는 차압 판단부를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 엔진은 탄광 메탄 가스를 연료로 하는 가스 엔진이며,
    상기 미정제 가스는 탄광으로부터 배출되는 통기 메탄 가스인 VAM(Ventilation　Air　Methane)인 것을 특징으로 하는
    가스 엔진의 급기 장치.
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