(57)【要約】  燃料供給源からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジンの仕様を変更する必要をなくし、ガスエンジンを効率良く稼働させる。  ガスエンジンの燃料調整装置は、燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る燃料ガスラインと、前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる不燃性ガスラインと、前記不燃性ガスラインから前記燃料ガスラインに流入する前記不燃性ガスの流量を調整する流量調整弁と、前記燃料ガスラインのうち前記不燃性ガスラインが接続された合流箇所よりも下流側を流れる前記燃料ガスの性状を検出するための性状検出器と、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、を備えている。
2013175530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る燃料ガスラインと、
前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる不燃性ガスラインと、
前記不燃性ガスラインから前記燃料ガスラインに流入する前記不燃性ガスの流量を調整する流量調整弁と、
前記燃料ガスラインのうち前記不燃性ガスラインが接続された合流箇所よりも下流側を流れる前記燃料ガスの性状を検出するための性状検出器と、
前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、を備えている、ガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項２】
前記不燃性ガスラインは、前記ガスエンジンの排気ポートに接続され、
前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに混入する前記不燃性ガスは、前記ガスエンジンからの排気ガスを含んでいる、請求項１に記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項３】
前記ガスエンジンの起動前において前記燃料ガスラインに流れを生じさせるための流路を形成する流路形成装置を更に備え、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記流路形成装置を制御して前記流路を形成して前記燃料ガスラインに前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項１又は２に記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項４】
前記流路形成装置は、前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所と前記燃料供給弁との間の部分に設けられた、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスが流出可能な中間流出部と、前記中間流出部からの前記燃料ガスの流出を遮断可能な遮断弁と、を有し、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記遮断弁を開いて前記燃料ガスラインに前記中間流出部に向けた前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項３に記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項５】
前記中間流出部から流出する燃料ガスを前記燃料ガスラインのうち前記中間流出部よりも上流側の部分に戻して、前記燃料ガスラインとともに循環路を形成するための循環ラインを更に備え、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記遮断弁を開いて前記循環路に循環流を生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項４に記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項６】
前記不燃性ガスラインに設けられた貯蔵タンクを更に備え、
前記不燃性ガスラインは、前記貯蔵タンクよりも上流側で前記ガスエンジンの排気ポートに接続され、
前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記ガスエンジンの前回運転時に前記貯蔵タンクに貯蔵された排気ガスを前記燃料ガスラインに混入させるように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項３乃至５のいずれかに記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項７】
前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所の下流側に設けられたバッファタンクを更に備えている、請求項１乃至６のいずれかに記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項８】
前記バッファタンクを迂回するように前記燃料ガスラインに接続されたバイパスラインと、
前記バッファタンクを通過する前記燃料ガスの流れと前記バイパスラインを通過する前記燃料ガスの流れとを選択的に切り換える切換弁と、を更に備えている、請求項７に記載のガスエンジンの燃料調整装置。
【請求項９】
燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る第１工程と、
前記燃料供給弁よりも上流側で前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる第２工程と、
前記不燃性ガスが混入した前記燃料ガスの性状を検出する第３工程と、
前記検出される性状の値が所定の目標値に近づくように前記燃料ガスに混入させる前記不燃性ガスの流量を調整する第４工程と、を備えている、ガスエンジンの燃料調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンに供給する燃料ガスの性状を調整する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海上を航行する船舶や陸上に定置された発電機等の駆動源として、天然ガス等を燃料とするガスエンジンが用いられている。船舶用ガスエンジンの場合、港で燃料を補給することがあるが、天然ガスは産出地によって熱量やメタン価等の性状が異なる。また、陸上用ガスエンジンの場合も、パイプラインで供給される天然ガスの性状が変動する場合がある。【０００３】
ガスエンジンに供給される燃料ガスの性状が異なると、ガスエンジンの燃焼特性が変化し、例えば、発熱量の高い燃料ガスがガスエンジンに供給されると、着火温度が低下するためにノッキングが発生し易くなる。また、ガスエンジンの起動時には、必要とされる熱量が低いため、ガスエンジンに供給される燃料ガスの流量は少なく設定されるが、熱量の高い燃料ガスが供給された場合には、ガスエンジンの起動時における燃料ガスの必要流量は更に少なくなる。そのため、想定よりも高い熱量の燃料ガスが供給された場合、ガスエンジンが正常に起動できない可能性もある。【０００４】
このような事態を回避し、ガスエンジンを正常に起動して安定的に運転させるためには、燃料種類に応じて、運転出力や圧縮比を下げたり点火時期を遅角させたりして、ガスエンジンの仕様を変更せねばならなくなる。そのような仕様変更が燃料種類ごとに必要になると、ガスエンジンの製品価値が低下し、製造コストも増加することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７８４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、高カロリーガス燃料や低カロリーガス燃料などを混合して熱量等を調整したうえで燃焼機関に供給する燃料供給装置が開示されている。これによれば、燃焼機関に大きな改造や調整を行う必要がなくなるとされている。しかしながら、特許文献１の装置は、高カロリーガス燃料や低カロリーガス燃料などの夫々の温度、圧力及び流量をセンサで検出し、予め記憶されたテーブルを参照することで、各ガス燃料の流量をそれぞれ決定している。即ち、各ガス燃料の性状が既知であることを前提として、混合ガスの熱量等を適宜調整するようにしている。よって、この装置の場合には、ガスエンジンに供給される燃料ガスの性状が変わると、その性状を事前に把握してテーブルを再作成する変更を行わないと、ガスエンジンを正常に起動して安定的に運転させることができなくなる。【０００７】
そこで本発明は、燃料供給源からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジンの仕様を変更する必要をなくし、ガスエンジンを効率良く稼働させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るガスエンジンの燃料調整装置は、燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る燃料ガスラインと、前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる不燃性ガスラインと、前記不燃性ガスラインから前記燃料ガスラインに流入する前記不燃性ガスの流量を調整する流量調整弁と、前記燃料ガスラインのうち前記不燃性ガスラインが接続された合流箇所よりも下流側を流れる前記燃料ガスの性状を検出するための性状検出器と、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、を備えている。【０００９】
前記構成によれば、燃料供給源からの燃料ガスの性状が異なる場合でも、性状検出器で検出された値に応じた流量調整弁の制御により不燃性ガスの混入量が調整されて、ガスエンジンの燃料供給弁に送られる燃料ガスの性状が目標値に近づくように自動調整される。よって、燃料供給源からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジンの仕様を変更する必要をなくすことができる。そして、ガスエンジンにとって最適な性状の燃料ガスが安定して供給されるので、燃料供給源の燃料種類にかかわらずガスエンジンを効率良く稼働することが可能となる。【００１０】
前記不燃性ガスラインは、前記ガスエンジンの排気ポートに接続され、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスに混入する前記不燃性ガスは、前記ガスエンジンからの排気ガスを含んでいてもよい。【００１１】
前記構成によれば、不燃性ガスとしてガスエンジン自身の排気ガスが利用されるので、放出される排気ガスの増加を抑制できるとともに、不燃性ガスの供給コストを低減することが可能となる。【００１２】
前記燃料調整装置は、前記ガスエンジンの起動前において前記燃料ガスラインに流れを生じさせるための流路を形成する流路形成装置を更に備え、前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記流路形成装置を制御して前記流路を形成して前記燃料ガスラインに前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御してもよい。【００１３】
前記構成によれば、燃料供給源からの燃料ガスの性状が異なる場合でも、ガスエンジンの起動前から燃料ガスの性状が目標値に近づくように自動調整される。よって、例えば、過剰に熱量の高い燃料ガスが供給された場合でも、ガスエンジンが設計通りの回転数で始動し、安定的に正常起動することが可能になる。【００１４】
前記流路形成装置は、前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所と前記燃料供給弁との間の部分に設けられた、前記燃料ガスラインの前記燃料ガスが流出可能な中間流出部と、前記中間流出部からの前記燃料ガスの流出を遮断可能な遮断弁と、を有し、前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記遮断弁を開いて前記燃料ガスラインに前記中間流出部に向けた前記燃料ガスの流れを生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御してもよい。【００１５】
前記構成によれば、ガスエンジンの起動前においてガスエンジンの給気弁又は排気弁が閉じた状態でも、燃料ガスラインに簡単に流れを生じさせることができ、ガスエンジンの起動前から燃料ガスの性状を自動調整することが可能となる。【００１６】
前記燃料調整装置は、前記中間流出部から流出する燃料ガスを前記燃料ガスラインのうち前記中間流出部よりも上流側の部分に戻して、前記燃料ガスラインとともに循環路を形成するための循環ラインを更に備え、前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記遮断弁を開いて前記循環路に循環流を生じさせた状態で、前記性状検出器で検出される値が所定の目標値に近づくように前記流量調整弁の開度を制御してもよい。【００１７】
前記構成によれば、ガスエンジンの起動前において燃料ガスラインに流れを生じさせるにあたり、その流れが循環流を形成するので、その燃料ガスをガスエンジンの起動後の運転に有効利用することが可能となる。【００１８】
前記燃料調整装置は、前記不燃性ガスラインに設けられた貯蔵タンクを更に備え、前記不燃性ガスラインは、前記貯蔵タンクよりも上流側で前記ガスエンジンの排気ポートに接続され、前記コントローラは、前記ガスエンジンの起動前において、前記ガスエンジンの前回運転時に前記貯蔵タンクに貯蔵された排気ガスを前記燃料ガスラインに混入させるように前記流量調整弁の開度を制御してもよい。【００１９】
前記構成によれば、ガスエンジンの起動前に燃料ガスに混入させる不燃性ガスとして、ガスエンジンの前回運転時の排気ガスが利用可能となるので、排気ガスの増加抑制と不燃性ガスのコスト低減とを促進することができる。【００２０】
前記燃料調整装置は、前記燃料ガスラインのうち前記合流箇所の下流側に設けられたバッファタンクを更に備えていてもよい。【００２１】
前記構成によれば、不燃性ガスが混入された燃料ガスに脈動等が生じても、その圧力変動がバッファタンクで吸収され、ガスエンジンに安定した圧力の燃料ガスを供給することが可能になる。また、例えば、ガスエンジンの起動前に前記した循環流を生じさせる場合には、循環路へのガス供給による圧力の高まりをバッファタンクで吸収することが可能となる。【００２２】
前記燃料調整装置は、前記バッファタンクを迂回するように前記燃料ガスラインに接続されたバイパスラインと、前記バッファタンクを通過する前記燃料ガスの流れと前記バイパスラインを通過する前記燃料ガスの流れとを選択的に切り換える切換弁と、を更に備えていてもよい。【００２３】
前記構成によれば、バイパスラインによるバッファタンクを経由しない燃料ガスの流れを選択することで、流量調整弁の開度変化に対する燃料ガスの性状変化の応答性を向上させることが可能となる。【００２４】
本発明に係るガスエンジンの燃料調整方法は、燃料供給源からの燃料ガスをガスエンジンの燃料供給弁に送る第１工程と、前記燃料供給弁よりも上流側で前記燃料ガスに不燃性ガスを混入させる第２工程と、前記不燃性ガスが混入した前記燃料ガスの性状を検出する第３工程と、前記検出される性状の値が所定の目標値に近づくように前記燃料ガスに混入させる前記不燃性ガスの流量を調整する第４工程と、を備えている。【００２５】
前記方法によれば、前記同様に、燃料供給源からの燃料ガスの性状が異なる場合でも、検出された性状の値に応じて不燃性ガスの混入量が調整されて、ガスエンジンの燃料供給弁に送られる燃料ガスの性状が目標値に近づくように自動調整される。よって、燃料供給源からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジンの仕様を変更する必要をなくすことができる。そして、ガスエンジンにとって最適な性状の燃料ガスが安定して供給されるので、燃料供給源の燃料種類にかかわらずガスエンジンを効率良く稼働することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、燃料供給源からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジンの仕様を変更する必要をなくすことができ、燃料供給源の燃料種類にかかわらずガスエンジンを効率良く稼働することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスエンジンの燃料調整装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示すガスエンジン及びその近傍の拡大図である。
【図３】図１に示すガスエンジンの燃料調整装置のガスエンジン起動前における動作手順を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示すガスエンジンの燃料調整装置のガスエンジン起動後における動作手順を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るガスエンジンの燃料調整装置を示すブロック図である。
【図６】図５に示すガスエンジンの燃料調整装置のガスエンジン起動前における動作手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスエンジン３の燃料調整装置１を示すブロック図である。図１に示すように、ガスエンジンの燃料調整装置１は、燃料供給源２からの燃料ガスをガスエンジン３に送るガス管である燃料ガスラインＬ１を備えている。燃料供給源２からの燃料ガスは、例えば、天然ガスや都市ガス等であり、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）などの炭化水素を含んだものであるが、その成分は地理的又は時間的に変動しうる。燃料ガスラインＬ１の上流部分には、第１流量調整弁４及び第１遮断弁５が設けられている。燃料ガスラインＬ１には、第１流量調整弁４及び第１遮断弁５の下流側において不燃性ガスラインＬ２が接続されている。不燃性ガスラインＬ２は、燃料ガスラインＬ１の燃料ガスに不燃性ガスを混入させるガス管である。
【００３０】
燃料ガスラインＬ１のうち不燃性ガスラインＬ２が接続された合流箇所Ｐ１より下流の部分には、混合器６が設けられている。混合器６は、旋回流を生成し、燃料ガスと不燃性ガスとを均一に混合させるものである。燃料ガスラインＬ１のうち混合器６より下流の部分には、バッファタンク７が設けられている。バッファタンク７は、燃料ガスラインＬ１の圧力変動を吸収する役目を果たす。バッファタンク７には、バッファタンク７の内部圧力が所定の上限値を超えると開放する安全弁８と、バッファタンク７の内部圧力を検出する圧力センサ９とが設けられている。また、燃料ガスラインＬ１には、バッファタンク７を迂回するガス管であるバイパスラインＬ３が接続されている。バイパスラインＬ３の両端部には、バッファタンク７を通過する燃料ガスの流れとバイパスラインＬ３を通過する燃料ガスの流れとを選択的に切り換える三方弁からなる切換弁１０，１１が設けられている。
【００３１】
燃料ガスラインＬ１のうちバッファタンク７より下流側でかつバイパスラインＬ３との接続箇所より下流側の部分には、酸素濃度計１２、メタン価センサ１３、カロリメータ１４、流量計１５及び昇圧機１６が設けられている。酸素濃度計１２は、燃料ガスラインＬ１を流れる燃料ガスを爆発限界未満に保つために酸素濃度を計測する。メタン価センサ１３は、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスのメタン価を検出する。カロリメータ１４は、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスの熱量を検出する。
【００３２】
メタン価センサ１３及びカロリメータ１４は、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスの化学的性質としての性状を検出する性状検出器の役目を果たしている。燃料ガスのメタン価が大きくなるとガスエンジン３でノッキングが起こり難くなり、燃料ガスの熱量が大きくなるとガスエンジン３のノッキングが起こり易くなる。即ち、本実施形態では、これらの性状検出器１３，１４は、燃料ガスのノッキング抵抗指数に関する値としてメタン価又は熱量を検出している。流量計１５は、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスの流量を計測する。昇圧機１６は、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスを昇圧して、ガスエンジン３又は後述する循環ラインＬ７に向かう流れを生成する。
【００３３】
不燃性ガスラインＬ２は、貯蔵タンク１７に接続されており、その貯蔵タンク１７に貯蔵された不燃性ガスが不燃性ガスラインＬ２を通じて燃料ガスラインＬ１に混入される。不燃性ガスラインＬ２には、貯蔵タンク１７の下流側に冷却器１８が設けられている。冷却器１８は、不燃性ガスの温度が高くなるときに起動される。不燃性ガスラインＬ２には、冷却器１８の下流側において、第２流量調整弁１９、第２遮断弁２０及び第１逆止弁２１が設けられている。なお、第１逆止弁２１は、不燃性ガスラインＬ２から燃料ガスラインＬ１の合流箇所Ｐ１に向けた流れを許容するものである。
【００３４】
貯蔵タンク１７には、ガスエンジン３の排気ポート３９（図２参照）に接続されたガス管である排気ラインＬ４が接続されている。即ち、ガスエンジン３からの排気ガスが貯蔵タンク１７に供給可能になっている。排気ラインＬ４には、第３流量調整弁２２及び第３遮断弁２３が設けられている。排気ラインＬ４のうち第３流量調整弁２２及び第３遮断弁２３より上流側には、ガスエンジン３の排気ポート３９（図２参照）からの排気ガスを大気に排気するためのガス管である放出ラインＬ５が分岐接続されている。
【００３５】
貯蔵タンク１７には、不活性ガスタンク２４に接続された不活性ガスラインＬ６が接続されている。即ち、不活性ガスタンク２４に貯蔵された不活性ガス（例えば、窒素等）が貯蔵タンク１７に供給可能になっている。不活性ガスラインＬ６には、第４遮断弁２５が設けられている。貯蔵タンク１７には、貯蔵タンク１７の内部圧力が所定の上限値を超えると開放する安全弁２６と、貯蔵タンク１７の内部圧力を検出する圧力センサ２７とが設けられている。
【００３６】
燃料ガスラインＬ１のうち昇圧機１６と燃料供給弁４６，４７（図２参照）との間の部分には、燃料ガスラインＬ１の燃料ガスが流出可能な中間流出部３１が設けられている。中間流出部３１には、そこから流出する燃料ガスを燃料ガスラインＬ１のうち混合器６よりも上流側の部分に戻して、燃料ガスラインＬ１とともに循環路を形成するための循環ラインＬ７が接続されている。本実施形態では、循環ラインＬ７の燃料ガスラインＬ１への合流箇所Ｐ２は、合流箇所Ｐ１と混合器６との間である。循環ラインＬ７には、第５遮断弁２８及び第２逆止弁２９が設けられている。即ち、循環ラインＬ７、第５遮断弁２８及び第２逆止弁２９が、ガスエンジン３の起動前において燃料ガスラインＬ１に流れを生じさせるための流路を形成する流路形成装置５１の役目を果たしている。なお、第２逆止弁２９は、循環ラインＬ７から燃料ガスラインＬ１の合流箇所Ｐ２に向けた流れを許容するものである。
【００３７】
酸素濃度計１２、メタン価センサ１３、カロリメータ１４、流量計１５及びエンジンコントローラ５０（図２参照）からの信号は、メインコントローラ３０に入力される。メインコントローラ３０は、それらの入力に基づいて、第１〜５遮断弁５，２０，２３，２５，２８、第１〜３流量調整弁４，１９，２２、切換弁１０，１１、昇圧機１６及び冷却器１８を制御する。
【００３８】
図２は、図１に示すガスエンジン３及びその近傍の拡大図である。図２に示すように、ガスエンジン３は、レシプロ型の多気筒４ストロークエンジンであり、エンジンコントローラ５０により制御される。ガスエンジン３の気筒３２にはピストン３３が往復動可能に挿入されており、ピストン３３はコンロッド３４を介してクランク軸３５と連結されている。クランク軸３５には、スタータモータＭが動力伝達可能に接続されている。ガスエンジン３には、クランク軸３５の角度（位相）を検出するためのクランク角センサ３６が設けられている。
【００３９】
気筒３２内におけるピストン３３の上方の空間は主燃焼室３７である。主燃焼室３７には、給気弁４０を介して給気ポート３８が接続されるとともに、排気弁４１を介して排気ポート３９が接続されている。給気ポート３８には燃料ガスを噴射する主燃料供給弁４６が設けられている。主燃焼室３７には副燃焼室４３が隔壁４２を介して隣接している。副燃焼室４３は、隔壁４２に形成された連通孔４２ａを介して主燃焼室３７と連通している。副燃焼室４３には、燃料ガスを噴射する副燃料供給弁４７と、混合気を燃焼させるための点火プラグ４４とが設けられている。主燃料供給弁４６及び副燃料供給弁４７には、燃料ガスラインＬ１が接続されている。エンジンコントローラ５０には、クランク角センサ３６等からの各種センサ信号が入力され、各燃料供給弁４６，４７、点火プラグ４４及びスタータモータＭなどを制御する。また、そのエンジンコントローラ５０からの信号により、メインコントローラ３０（図１参照）は、ガスエンジン３が起動しているか否かを判定するように構成されている。
【００４０】
このガスエンジン３によれば、燃料供給源２（図１参照）からの燃料ガスが燃料ガスラインＬ１によってガスエンジン３の各燃料供給弁４６，４７に送られる。そして、給気行程において、主燃焼室３７には給気ポート３８から空気と主燃料供給弁４６が噴射する燃料ガスとを含む混合気が供給され、副燃焼室４３には副燃料供給弁４７が噴射する燃料ガスを含む混合気が供給される。圧縮行程において、主燃焼室３７及び副燃焼室４３内の混合気が圧縮された後、点火プラグ４４が所定のタイミングで動作して副燃焼室４３内の混合気が着火される。副燃焼室４３内で発生した火炎は連通孔４２ａを通じて主燃焼室３７内に伝播し、主燃焼室３７の混合気が着火される。
【００４１】
図３は、図１に示すガスエンジン３の燃料調整装置１のガスエンジン起動前における動作手順を説明するフローチャートである。図３に示すように、メインコントローラ３０は、ガスエンジン３が起動していない状態で燃料調整装置１を始動させる。その燃料調整装置１の始動前の初期設定では、第１〜５遮断弁５，２０，２３，２５，２８は、閉じており、かつ、切換弁１０，１１は、燃料ガスラインＬ１の燃料ガスがバイパスラインＬ３を経由せずにバッファタンク７を流れる位置に切り換えられている。
【００４２】
〔循環流起動〕
燃料調整装置１を始動させるために、メインコントローラ３０は、まず、昇圧機１６を起動させて（ステップＳ１）、第５遮断弁２８を開く（ステップＳ２）。これにより、燃料ガスラインＬ１と循環ラインＬ７とで形成される循環路に循環流が生成される。
【００４３】
〔燃料回路起動〕
次いで、メインコントローラ３０は、第１遮断弁５を開き（ステップＳ３）、第１流量調整弁４を全開にする（ステップＳ４）。これにより、燃料ガスラインＬ１には、燃料供給源２からの燃料ガスが供給され、メタン価センサ１３及びカロリメータ１４が配置された部分において燃料ガスの流れが生じる。
【００４４】
〔不燃性ガス供給回路起動〕
次いで、メインコントローラ３０は、第２遮断弁２０を開き（ステップＳ５）、第２流量調整弁１９の開度を制御する（ステップＳ６）。これにより、貯蔵タンク１７からの不燃性ガスが不燃性ガスラインＬ２を介して燃料ガスラインＬ１に混入する。このとき、貯蔵タンク１７には、ガスエンジン３の前回運転時に排気ラインＬ４を介して流入した排気ガスが貯蔵されている。これにより、燃料ガスで充満していた循環ラインの中に不燃性ガスが混入され調整される。
【００４５】
〔貯蔵タンクの圧力制御〕
次いで、メインコントローラ３０は、圧力センサ２７で検出される貯蔵タンク１７の内部圧力が下限圧力以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７でＹＥＳの場合には、第４遮断弁２５を閉じる（ステップＳ８）。ステップＳ７でＮＯの場合には、不活性ガスタンク２４からの不活性ガスを貯蔵タンク１７に供給するために第４遮断弁２５を開く（ステップＳ９）。これにより、貯蔵タンク１７の内部圧力が燃料ガスラインＬ１の合流箇所Ｐの圧力よりも低くならないように保たれる。もし、貯蔵タンク１７の内部圧力が低くなって回復しないときは、図示しない監視機能により起動エラーと判断される。
【００４６】
〔ガス性状検出及び制御〕
次いで、メインコントローラ３０は、前記した循環流が生じた状態で、性状検出器１３，１４で検出される値が所定の許容条件を満たしているか否かを判定する。即ち、メインコントローラ３０は、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値（メタン価又は熱量）が所定の目標値に収束しているか否かを判定する。（ステップＳ１０）。具体的には、メインコントローラ３０は、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値が前記目標値を含む許容範囲に所定時間にわたって継続して収まっているか否かを判定する。ここで、「目標値」は、ガスエンジン３が過回転やノッキング等の異常動作を起こさずに正常に起動及び運転でき、かつ、ガスエンジン３が高効率で動作できるメタン価又は熱量の最適値である。
【００４７】
ステップＳ１０でＮＯの場合には、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値が前記目標値に近づくように第２流量調整弁１９の開度をフィードバック制御する（ステップＳ６）。これにより、不燃性ガスラインＬ２から燃料ガスラインＬ１に流入する不燃性ガスの流量が調整され、燃料ガスラインＬの合流箇所Ｐの下流側を流れる燃料ガスのメタン価又は熱量が調整される。
【００４８】
〔バッファタンク低圧インターロック〕
ステップＳ１０でＹＥＳの場合には、メインコントローラ３０は、圧力センサ９で検出されるバッファタンク７の内部圧力が所定の下限圧力以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＮＯの場合には、ステップＳ６に戻る。これにより、バッファタンク７の内部圧力が低すぎる状態のままでガスエンジン３が起動して、ガスエンジン３への燃料供給圧が不足することが防止される。
【００４９】
〔バッファタンク高圧インターロック〕
ステップＳ１１でＹＥＳの場合には、メインコントローラ３０は、バッファタンク７の安全弁８が作動した否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２でＹＥＳの場合には、ステップＳ６に戻る。これにより、安全弁８が作動してバッファタンク７の内部圧力が変動した状態のままでガスエンジン３が起動することが防止される。
【００５０】
〔起動〕
ステップＳ１２でＮＯの場合には、メインコントローラ３０は、第５遮断弁２８を閉じて循環ラインＬ７の流れを遮断し（ステップＳ１３）、エンジンコントローラ５０に指令してガスエンジン３を起動する（ステップＳ１４）。
【００５１】
〔排気ガス混合ライン起動〕
図４は、図１に示すガスエンジン３の燃料調整装置１のガスエンジン起動後における動作手順を説明するフローチャートである。図４に示すように、ガスエンジン３が起動すると、メインコントローラ３０は、第３遮断弁２３を開き（ステップＳ２１）、第４遮断弁２５を閉じる（ステップＳ２２）。これにより、ガスエンジン３からの排気ガスが貯蔵タンク１７に供給され、その排気ガスが不燃性ガスとして不燃性ガスラインＬ２を介して燃料ガスラインＬ１に混入される。
【００５２】
〔冷却器起動〕
次いで、メインコントローラ３０は、冷却器１８を起動する（ステップＳ２３）。これにより、ガスエンジン３からの高熱の排気ガスは、冷却されたうえで燃料ガスラインＬ１に混入される。
【００５３】
〔燃料ライン切替〕
そして、メインコントローラ３０は、燃料ガスがバッファタンク７を経由せずにバイパスラインＬ３を流れるように切換弁１０，１１を切り換える（ステップＳ２４）。即ち、メインコントローラ３０は、ガスエンジン３が運転状態にあるときには、バイパスラインＬ３によるバッファタンク７を経由しない燃料ガスの流れを選択する。
【００５４】
〔排気ガス流量調整〕
次いで、メインコントローラ３０は、第３流量調整弁２２を一旦全開にしてから（ステップＳ２５）、第３流量調整弁２２の開度を制御する（ステップＳ２６）。これにより、ガスエンジン３から貯蔵タンク１７に向けて流れる排気ガスの流量が調節される。次いで、メインコントローラ３０は、ステップＳ１０と同様に、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値（メタン価又は熱量）が所定の目標値に収束しているか否かを判定する。（ステップＳ２７）。ステップＳ２７でＮＯの場合には、ステップＳ２６に戻ることで、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値が前記目標値に近づくように第３流量調整弁２２の開度をフィードバック制御する。
【００５５】
〔定常制御〕
ステップＳ２７でＹＥＳの場合には、メインコントローラ３０は、第２流量調整弁１９を制御して開度を徐々に増加させる（ステップＳ２８）。そして、メインコントローラ３０は、第２流量調整弁１９が全開になったか否かを判定する（ステップＳ２９）。ステップＳ２９でＮＯの場合には、ステップＳ２６に戻る。ステップＳ２９でＹＥＳの場合には、メインコントローラ３０は、ステップＳ２７と同様に、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値（メタン価又は熱量）が所定の目標値に収束しているか否かを判定する。（ステップＳ３０）。ステップＳ３０でＮＯの場合には、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出される値が前記目標値に近づくように第３流量調整弁２２の開度をフィードバック制御する（ステップＳ３１）。ステップＳ３０でＹＥＳの場合には、第３流量調整弁２２の開度を変化させず、通常運転を行う（ステップＳ３２）。
【００５６】
〔酸素濃度制御〕
なお、図３及び４のフローチャートには記載していないが、ガスエンジン３の起動前も起動後も、酸素濃度計１２で計測される酸素濃度が所定の上限値を超えたときには、メインコントローラ３０は、第３遮断弁２３を閉じるとともに第４遮断弁２５を開き、不活性ガスを貯蔵タンク１７に供給する。これにより、燃料ガスラインＬ１を流れる燃料ガスは、爆発限界未満に保たれることとなる。
【００５７】
以上に説明した構成によれば、燃料供給源２からの燃料ガスの性状が異なる場合でも、メタン価センサ１３又はカロリメータ１４で検出された値に応じた第２流量調整弁１９や第３流量調整弁２２の制御により不燃性ガスの混入量が調整されて、ガスエンジン３の燃料供給弁４６，４７に送られる燃料ガスの性状が目標値に近づくように自動調整される。よって、燃料供給源２からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジン３の仕様を変更する必要をなくすことができる。そして、ガスエンジン３にとって最適な性状の燃料ガスが安定して供給されるので、燃料供給源２の燃料種類にかかわらずガスエンジン３を効率良く稼働することが可能となる。
【００５８】
また、ガスエンジン３の運転時において、不燃性ガスとしてガスエンジン３から出る排気ガスが利用される。そして、不燃性ガスラインＬ２に貯蔵タンク１７を設けることで、ガスエンジン３の起動前に燃料ガスに混入させる不燃性ガスとして、ガスエンジン３の前回運転時の排気ガスが利用可能となる。よって、放出される排気ガスの増加を抑制できるとともに、不燃性ガスの供給コストを低減することが可能となる。
【００５９】
さらに、ガスエンジン３の起動前において、燃料ガスラインＬ１に流れを生じさせるための流路を形成し、燃料ガスラインに燃料ガスの流れを生じさせた状態で第２流量調整弁１９の開度を制御するので、ガスエンジン３の起動前から燃料ガスの性状が目標値に近づくように自動調整される。よって、例えば、過剰に熱量の高い燃料ガスが供給された場合でも、ガスエンジン３が設計通りの回転数で始動し、安定的に正常起動することが可能になる。
【００６０】
また、ガスエンジン３の起動前において燃料ガスラインに流れを生じさせるにあたり、循環ラインＬ７で流路を形成したので、起動前のガスエンジン３の給気弁４０又は排気弁４１が閉じた状態でも、燃料ガスラインＬ１に簡単に流れを生じさせることができる。そして、その燃料ガスの流れが循環流を形成するので、その燃料ガスをガスエンジン３の起動後の運転に有効利用することが可能となる。
【００６１】
さらに、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１の下流側にはバッファタンク７が設けられているので、ガスエンジン３の起動前に循環流を生じさせた状態で循環路にガス供給することで圧力が高まっても、バッファタンク７で吸収することが可能となる。そして、不燃性ガスが混入された燃料ガスに脈動等が生じても、その圧力変動がバッファタンク７で吸収され、ガスエンジン３に安定した圧力の燃料ガスを供給することが可能になる。また、切換弁１０，１１によってバイパスラインＬ３によるバッファタンク７を経由しない燃料ガスの流れを選択することで、第２流量調整弁１９又は第３流量調整弁２２の開度変化に対する燃料ガスの性状変化の応答性を向上させることが可能となる。
【００６２】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るガスエンジン３の燃料調整装置１０１を示すブロック図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図５に示すように、第２実施形態の燃料調整装置１０１では、流路形成装置１５１が第１実施形態の流路形成装置５１と相違している。燃料調整装置１０１では、第１実施形態の循環ラインＬ７、第５遮断弁２８、第２逆止弁２９、バッファタンク７、バイパスラインＬ３、切換弁１０，１１を廃止している。その代わりに、燃料ガスラインＬ１の中間流出部３１には、そこから流出する燃料ガスを外部に導くための分岐ラインＬ８が接続されている。例えば、分岐ラインＬ８は、燃料タンク（図示せず）に接続されてもよいし、他の系統に接続されてもよい。そして、分岐ラインＬ８には、第６遮断弁６１が設けられており、その第６遮断弁６１は、メインコントローラ１３０で制御される。即ち、分岐ラインＬ８及び第６遮断弁６１が、ガスエンジン３の起動前において燃料ガスラインＬ１に流れを生じさせるための流路を形成する流路形成装置１５１の役目を果たしている。
【００６３】
図６は、図５に示すガスエンジン３の燃料調整装置１０１のガスエンジン起動前における動作手順を説明するフローチャートである。なお、第１実施形態と共通するステップについては同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、メインコントローラ１３０は、ガスエンジン３が起動していない状態で燃料調整装置１０１を始動させるために、ステップＳ１の後、第６遮断弁６１を開く（ステップＳ１０２）。また、メインコントローラ１３０は、ステップＳ１０でＹＥＳの場合に、第６遮断弁６１を閉じ（ステップＳ１１３）、ガスエンジン３を起動する（ステップＳ１４）。このような構成によれば、簡素な構成でガスエンジン３の起動前に燃料ガスの性状を調整することが可能になる。
【００６４】
なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。本実施形態では、昇圧機１６を用いたが、燃料ガスラインＬ１に流れを生じさせる流れ生成器であれば、これに限られない。また、性状検出器としては、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスのメタン価を検出するメタン価センサ１３、又は、当該燃料ガスの熱量を検出するカロリメータ１４を使用したが、これに限られない。例えば、性状検出器は、燃料ガスラインＬ１のうち合流箇所Ｐ１よりも下流側を流れる燃料ガスの成分を検出するガスクロマトグラフィであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係るガスエンジンの燃料調整装置及び方法は、燃料供給源からの燃料ガスの性状が変わっても、その燃料ガスの性状を予め把握してガスエンジンの仕様を変更する必要をなくすことができ、燃料供給源の燃料種類にかかわらずガスエンジンを効率良く稼働することができる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できるガスエンジンに広く適用すると有益である。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０１  燃料調整装置
２    燃料供給源
３    ガスエンジン
７    バッファタンク
１０，１１  切換弁
１３  メタン価センサ（性状検出器）
１４  カロリメータ（性状検出器）
１７  貯蔵タンク
１９  第２流量調整弁
２２  第３流量調整弁
２８  第５遮断弁
３０，１３０  メインコントローラ
３１  中間流出部
３９  排気ポート
４６  主燃料供給弁
４７  副燃料供給弁
５１，１５１  流路形成装置
６１  第６遮断弁
Ｌ１  燃料ガスライン
Ｌ２  不燃性ガスライン
Ｌ３  バイパスライン
Ｌ４  排気ライン
Ｌ５  放出ライン
Ｌ６  不活性ガスライン
Ｌ７  循環ライン
Ｌ８  分岐ライン
【図１】
2013175530.tif 000003
【図２】
2013175530.tif 000004
【図３】
2013175530.tif 000005
【図４】
2013175530.tif 000006
【図５】
2013175530.tif 000007
【図６】
2013175530.tif 000008
【国際調査報告】
2013175530.tif 000009
2013175530.tif 000010
2013175530.tif 000011
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