(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で既存の燃焼システムに設備変更を伴うことなく適用できると共に、副燃料ガスの発熱量の変動があっても、発電システムへ供給する混合燃料ガスと空気との混合比率を目的とする比率に維持することができるガス混合装置を提供すること。【解決手段】ガス混合装置６は、ガスエンジン２を備えた発電システム１に対して装備する。ガス混合コントローラ８は、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰを圧力差関係マップＭ１に照合して、副燃料ガスＦ２の推定密度を求め、この推定密度に基づいて副燃料ガスＦ２の推定発熱量を求め、この推定発熱量と主燃料ガスＦ１の発熱量とを用いて、混合燃料ガスＦｍの発熱量を目標発熱量とするための主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混合比率を算出し、この混合比率となるよう流量制御弁７５の開度を調整するよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
該主燃料ガス配管に配設した主燃料ガス流量計と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
該副燃料ガス配管に配設した副燃料ガス流量計と、
上記副燃料ガス配管に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記主燃料ガス配管又は上記副燃料ガス配管に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記主燃料ガス流量計によって測定された主燃料ガス流量Ｑ１と、上記副燃料ガス流量計によって測定された副燃料ガス流量Ｑ２と、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記副燃料ガスの推定密度ρ２を求め、該推定密度ρ２に基づいて該副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を求め、該推定発熱量Ｈ２と上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１とに基づいて求められる上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう上記流量制御弁の開度を調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼システムに用いるガス混合装置において、上記ガス混合コントローラは、上記推定発熱量Ｈ２と上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１とを用いて、上記混合燃料ガスの発熱量を目標発熱量とするための上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの混合比率を算出し、該混合比率となるよう上記流量制御弁の開度を調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃焼システムに用いるガス混合装置において、上記混合燃料ガスの目標発熱量Ｈｒ、上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１、上記副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を用い、上記主燃料ガスの推定混合比率Ｘを、Ｘ＝（Ｈｒ−Ｈ２）／（Ｈ１−Ｈ２）から求め、上記主燃料ガス流量Ｑ１と上記副燃料ガス流量Ｑ２との和である上記混合燃料ガスの流量に対する上記主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、上記推定混合比率Ｘよりも大きい又は該推定混合比率Ｘに不感帯比率αを加算した値よりも大きいときには、上記流量制御弁の開度を所定量小さくする一方、上記比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、上記推定混合比率Ｘよりも小さい又は該推定混合比率Ｘから不感帯比率αを減算した値よりも小さいときには、上記流量制御弁の開度を所定量大きくするよう構成してあり、
かつ、上記主燃料ガス流量Ｑ１、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰの測定と、上記推定密度ρ２及び上記推定発熱量Ｈ２の算出と、上記流量制御弁の開度の調整とを繰り返し行うよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項４】
主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管との合流部に配設し、又は上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管とにそれぞれ配設した１つ又は２つのガス流量計と、
上記合流部に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記主燃料ガス配管又は上記副燃料ガス配管に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記１つ又は２つのガス流量計によって測定された混合燃料ガス流量Ｑｍと、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記混合燃料ガス流量Ｑｍ及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記混合燃料ガスの推定密度ρｍを求め、該推定密度ρｍに基づいて上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、該混合燃料ガスの発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう上記流量制御弁の開度を調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項５】
主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
該主燃料ガス配管に配設した主燃料ガス流量計と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
該副燃料ガス配管に配設した副燃料ガス流量計と、
上記副燃料ガス配管に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記合流部に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と、上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記主燃料ガス流量計によって測定された主燃料ガス流量Ｑ１と、上記副燃料ガス流量計によって測定された副燃料ガス流量Ｑ２と、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記副燃料ガスの推定密度ρ２を求め、該推定密度ρ２に基づいて該副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を求め、該推定発熱量Ｈ２、上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１、上記主燃料ガス流量Ｑ１及び上記副燃料ガス流量Ｑ２を用いて上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、上記流量制御弁の開度を、上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃焼システムに用いるガス混合装置において、上記ガス混合コントローラは、上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１、上記副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２、上記主燃料ガス流量Ｑ１及び上記副燃料ガス流量Ｑ２を用い、上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを、Ｈｍ＝（Ｈ１×Ｑ１＋Ｈ２×Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）から求め、該混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを、予め求めた上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍと上記流量制御弁の開度との開度関係マップに照合して、上記流量制御弁の開度を調整するよう構成してあり、
かつ、上記主燃料ガス流量Ｑ１、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰの測定と、上記推定密度ρ２及び上記推定発熱量Ｈ２の算出と、上記流量制御弁の開度の調整とを繰り返し行うよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項７】
主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管との合流部に配設し、又は上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管とにそれぞれ配設した１つ又は２つのガス流量計と、
上記合流部に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記合流部に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と、上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記１つ又は２つのガス流量計によって測定された混合燃料ガス流量Ｑｍと、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記混合燃料ガス流量Ｑｍ及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記混合燃料ガスの推定密度ρｍを求め、該推定密度ρｍに基づいて上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、上記流量制御弁の開度を、上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の燃焼システムに用いるガス混合装置において、該ガス混合装置は、ガスエンジンの運転を行って発電機を作動させるよう構成した発電システムに対して装備し、該発電システムへ上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを混合させた混合燃料ガスを供給するものであることを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼システムに対して、２種類の燃料ガスからなる混合燃料ガスを供給するよう構成したガス混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ガス等の主燃料ガスと、バイオガス（消化ガス）等の副燃料ガスとの２種類の燃料ガスを用いてガスエンジンを運転し、このガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システム（コージェネレーションシステム）においては、種々のシステム方式が採用されている。例えば、副燃料ガスの発熱量に応じて主燃料ガスと燃焼用空気との混合気の供給流量を調整し、２種類の燃料ガスを混合して燃焼を行う方式、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料を用い、空気比を制御しながら燃焼を行う方式等がある。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、バイオガス等の副燃料ガスと燃焼用空気との混合気、及び都市ガス等の主燃料ガスをガスエンジンに供給して、運転を行うよう構成したガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、燃焼用空気がミキサーを通過する際に生じる負圧を利用し、ミキサー内へ副燃料ガスを吸引して、これらの混合気を生成しており、ガスエンジンの出力によって発電機を作動させている。また、特許文献１においては、ガスエンジンの排気ガス中の酸素濃度又は窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を測定し、この濃度に基づいてガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を変更するバルブの開度を調節することにより、空気比を制御して、ガスエンジンの安定した運転を行っている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２においては、発熱量の異なる２種類の気体燃料を供給するために２つの供給系統を具備する気体燃料供給機構を備えたガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、発熱量が低い方の気体燃料は、ガスエンジンへ直接供給し、発熱量が高い方の気体燃料は空気と合流させて混合気とした状態でガスエンジンへ供給するよう構成してある。そして、発熱量が低い方の気体燃料の種類又は組成が変更されたときには、発熱量が高い方の気体燃料と空気との混合比を変更して、ガスエンジンにおける空燃比を調整している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０３０２号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のガスエンジンにおいては、酸素濃度又は窒素酸化物濃度を測定するセンサを取り付けるために、ガスエンジンに直接改造をする必要があり、既存のガスエンジンに直接適用ができない。また、上記特許文献２のガスエンジンにおいては、発熱量が低い方の気体燃料、及び発熱量が高い方の気体燃料と空気との混合気をガスエンジンへ供給するための設備が複雑で高価である。
また、実用化されているバイオガス専焼の小型コージェネレーションシステムにおいては、空気比の制御装置が装備されていない。そのため、バイオガスの熱量変動に伴う窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の増加、失火等が発生するおそれがあり、発熱量の変動幅が大きいバイオガス等は使用することができない。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な装置構成で既存の燃焼システムに設備変更を伴うことなく適用することができると共に、副燃料ガスの発熱量の変動があっても、燃焼システムへ供給する混合燃料ガスと燃焼システムにおいて吸気される空気との混合比率を目的とする比率に維持することができる燃焼システムに用いるガス混合装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
該主燃料ガス配管に配設した主燃料ガス流量計と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
該副燃料ガス配管に配設した副燃料ガス流量計と、
上記副燃料ガス配管に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記主燃料ガス配管又は上記副燃料ガス配管に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と、上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記主燃料ガス流量計によって測定された主燃料ガス流量Ｑ１と、上記副燃料ガス流量計によって測定された副燃料ガス流量Ｑ２と、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記副燃料ガスの推定密度ρ２を求め、該推定密度ρ２に基づいて該副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を求め、該推定発熱量Ｈ２と上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１とに基づいて求められる上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう上記流量制御弁の開度を調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置にある（請求項１）。
【０００９】
第２の発明は、主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管との合流部に配設し、又は上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管とにそれぞれ配設した１つ又は２つのガス流量計と、
上記合流部に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記主燃料ガス配管又は上記副燃料ガス配管に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記１つ又は２つのガス流量計によって測定された混合燃料ガス流量Ｑｍと、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記混合燃料ガス流量Ｑｍ及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記混合燃料ガスの推定密度ρｍを求め、該推定密度ρｍに基づいて上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、該混合燃料ガスの発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう上記流量制御弁の開度を調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置にある（請求項４）。
【００１０】
第３の発明は、主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
該主燃料ガス配管に配設した主燃料ガス流量計と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
該副燃料ガス配管に配設した副燃料ガス流量計と、
上記副燃料ガス配管に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記合流部に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と、上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記主燃料ガス流量計によって測定された主燃料ガス流量Ｑ１と、上記副燃料ガス流量計によって測定された副燃料ガス流量Ｑ２と、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記副燃料ガスの推定密度ρ２を求め、該推定密度ρ２に基づいて該副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を求め、該推定発熱量Ｈ２、上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１、上記主燃料ガス流量Ｑ１及び上記副燃料ガス流量Ｑ２を用いて上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、上記流量制御弁の開度を、上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置にある（請求項５）。
【００１１】
第４の発明は、主燃料ガスが供給される主燃料ガス配管と、
副燃料ガスが供給される副燃料ガス配管と、
上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管との合流部に配設し、又は上記主燃料ガス配管と上記副燃料ガス配管とにそれぞれ配設した１つ又は２つのガス流量計と、
上記合流部に設けた絞り部と、
該絞り部の上流側と下流側との圧力差を測定する圧力計と、
上記合流部に配設した流量制御弁と、
既知密度ρ０の基準ガスを上記絞り部を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と、上記既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップとして記憶されるとともに上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１が記憶され、かつ上記１つ又は２つのガス流量計によって測定された混合燃料ガス流量Ｑｍと、上記圧力計によって測定された圧力差ΔＰを受信して、上記流量制御弁に開度調整信号を送信するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラは、上記混合燃料ガス流量Ｑｍ及び上記圧力差ΔＰを上記圧力差関係マップに照合して、上記混合燃料ガスの推定密度ρｍを求め、該推定密度ρｍに基づいて上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、上記流量制御弁の開度を、上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整するよう構成したことを特徴とする燃焼システムに用いるガス混合装置にある（請求項７）。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明のガス混合装置は、既存の燃焼システムに対して、設備変更を伴うことなく２燃料混焼運転を安定して行うことができるようにしたものである。また、本発明のガス混合装置のガス混合コントローラは、目標とする発熱量の混合燃料ガスを燃焼システムへ供給することができるようにしたものである。
副燃料ガスには、バイオガス（消化ガス）等を用いることが考えられ、その発熱量には変動が生じることがある。そこで、絞り部における圧力差ΔＰは、この絞り部を通過するガスの密度ρと流量Ｑの二乗との積に関係し、流量Ｑを同流量としたときの圧力差ΔＰは、密度ρに関係することを利用して、副燃料ガスの発熱量Ｈ２が変動したときでも、混合燃料ガスの発熱量を目標発熱量とするよう制御する。
【００１３】
具体的には、ガス混合コントローラは、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰを、圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と既知密度ρ０との関係として記憶した圧力差関係マップに照合して、副燃料ガスの推定密度ρ２を求め、この推定密度ρ２に基づいて副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を求める。そして、推定発熱量Ｈ２と主燃料ガスの発熱量Ｈ１とに基づいて求められる混合燃料ガスの発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう流量制御弁の開度を調整する。
【００１４】
これにより、副燃料ガスの組成等の変化により、副燃料ガスの発熱量が変化したときでも、ガス混合装置において作り出す混合燃料ガスの発熱量を目標発熱量に近づけることができる。そのため、既存の燃焼システムに対してガス混合装置を接続したときには、燃焼システムへ供給する混合燃料ガスと、燃焼システムにおいて吸気される空気との混合比率を目的とする比率に維持することができる。
また、本発明のガス混合装置は、燃焼システムとは別に独立して構成することができ、既存の燃焼システムに対して設備変更を伴うことなく適用することができる。
【００１５】
それ故、第１の発明の燃焼システムに用いるガス混合装置によれば、簡単な装置構成で既存の燃焼システムに設備変更を伴うことなく適用することができると共に、副燃料ガスの発熱量の変動があっても、燃焼システムへ供給する混合燃料ガスと燃焼システムにおいて吸気される空気との混合比率を目的とする比率に維持することができる。
【００１６】
第２の発明のガス混合装置は、絞り部を主燃料ガス配管と副燃料ガス配管との合流部に設けた点が第１の発明と異なる。
本発明においては、ガス混合コントローラは、混合燃料ガス流量Ｑｍ（主燃料ガス配管と副燃料ガス配管とにそれぞれガス流量計を配設した場合には、それらのガス流量の和となる。）及び圧力差ΔＰを、圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と既知密度ρ０との関係として記憶した圧力差関係マップに照合して、混合燃料ガスの推定密度ρｍを求め、この推定密度ρｍに基づいて混合燃料ガスの推定発熱量Ｈｍを求める。そして、この混合燃料ガスの推定発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう流量制御弁の開度を調整する。
それ故、第２の発明の燃焼システムに用いるガス混合装置によっても、第１の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１７】
第３の発明のガス混合装置も、既存の燃焼システムに対して、設備変更を伴うことなく２燃料混焼運転を安定して行うことができるようにしたものである。また、本発明のガス混合装置のガス混合コントローラは、目的とする混合燃料ガスを燃焼システムへ安定して供給することができるようにしたものである。
【００１８】
本発明においても、ガス混合コントローラは、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰを、圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と既知密度ρ０との関係として記憶した圧力差関係マップに照合して、副燃料ガスの推定密度ρ２を求め、この推定密度ρ２に基づいて副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を求める。そして、推定発熱量Ｈ２、主燃料ガスの発熱量Ｈ１、主燃料ガス流量Ｑ１及び副燃料ガス流量Ｑ２を用いて混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを求め、流量制御弁の開度を、混合燃料ガスの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整する。
【００１９】
これにより、副燃料ガスの組成等の変化により、副燃料ガスの発熱量が変化したときには、燃焼システムへ供給する混合燃料ガスの圧力を変化させることができる。そのため、既存の燃焼システムに対してガス混合装置を接続したときには、燃焼システムへ供給する混合燃料ガスと燃焼システムにおいて吸気される空気との混合比率を、混合燃料ガスの発熱量Ｈｍに応じた比率に維持することができる。
また、本発明のガス混合装置は、燃焼システムとは別に独立して構成することができ、既存の燃焼システムに対して設備変更を伴うことなく適用することができる。
【００２０】
それ故、第３の発明の燃焼システムに用いるガス混合装置によっても、簡単な装置構成で既存の燃焼システムに設備変更を伴うことなく適用することができると共に、副燃料ガスの発熱量の変動があっても、燃焼システムへ供給する混合燃料ガスと燃焼システムにおいて吸気される空気との混合比率を、混合燃料ガスの発熱量に応じた比率に維持することができる。
【００２１】
第４の発明のガス混合装置は、絞り部を主燃料ガス配管と副燃料ガス配管との合流部に設けた点が第３の発明と異なる。
本発明においては、ガス混合コントローラは、混合燃料ガス流量Ｑｍ（主燃料ガス配管と副燃料ガス配管とにそれぞれガス流量計を配設した場合には、それらのガス流量の和となる。）及び圧力差ΔＰを、圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と既知密度ρ０との関係として記憶した圧力差関係マップに照合して、混合燃料ガスの推定密度ρｍを求め、この推定密度ρｍに基づいて混合燃料ガスの推定発熱量Ｈｍを求める。そして、流量制御弁の開度を、混合燃料ガスの推定発熱量Ｈｍに応じた開度に調整する。
それ故、第４の発明の燃焼システムに用いるガス混合装置によっても、第３の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１における、発電システムに対して接続したガス混合装置を示す説明図。
【図２】実施例１における、横軸に副燃料ガス流量をとり、縦軸に絞り部における圧力差をとって、密度をパラメータとしたときのこれらの関係を示すグラフ。
【図３】実施例１における、横軸に副燃料ガスの密度をとり、縦軸に副燃料ガスの発熱量をとって、両者の関係を示すグラフ。
【図４】実施例１における、ガス混合装置のガス混合コントローラによる制御動作を示すフローチャート。
【図５】実施例１における、発電システムに対して接続した他のガス混合装置を示す説明図。
【図６】実施例２における、発電システムに対して接続したガス混合装置を示す説明図。
【図７】実施例２における、ガス混合装置のガス混合コントローラによる制御動作を示すフローチャート。
【図８】実施例２における、発電システムに対して接続した他のガス混合装置を示す説明図。
【図９】確認試験における、横軸に擬似消化ガス中の二酸化炭素の割合をとり、縦軸に発熱量比をとって、両者の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
上述した第１〜第４の発明の燃焼システムに用いるガス混合装置における好ましい実施の形態につき説明する。
第１〜第４の発明において、上記主燃料ガスとしては、メタン等を含有する都市ガス（１３Ａ等）を用いることができる。また、上記副燃料ガスとしては、有機性廃棄物（家畜糞尿、生ゴミ、有機性残さ、下水汚泥等）を発酵させて生成したバイオガス（消化ガス）を用いることができる。また、これ以外にも、副燃料ガスとしては、主燃料ガスと異なる一般的なガス体燃料を用いることもできる。
【００２４】
第１の発明において、上記ガス混合コントローラは、上記推定発熱量Ｈ２と上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１とを用いて、上記混合燃料ガスの発熱量を目標発熱量とするための上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとの混合比率を算出し、該混合比率となるよう上記流量制御弁の開度を調整するよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、簡単な方法により、ガス混合装置において作り出す混合燃料ガスの発熱量を目標発熱量に近づけることができる。
【００２５】
また、上記ガス混合コントローラは、上記混合燃料ガスの目標発熱量Ｈｒ、上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１、上記副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２を用い、上記主燃料ガスの推定混合比率Ｘを、Ｘ＝（Ｈｒ−Ｈ２）／（Ｈ１−Ｈ２）から求め、上記主燃料ガス流量Ｑ１と上記副燃料ガス流量Ｑ２との和である上記混合燃料ガスの流量に対する上記主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、上記推定混合比率Ｘよりも大きい又は該推定混合比率Ｘに不感帯比率αを加算した値よりも大きいときには、上記流量制御弁の開度を所定量小さくする一方、上記比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、上記推定混合比率Ｘよりも小さい又は該推定混合比率Ｘから不感帯比率αを減算した値よりも小さいときには、上記流量制御弁の開度を所定量大きくするよう構成してあり、かつ、上記主燃料ガス流量Ｑ１、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰの測定と、上記推定密度ρ２及び上記推定発熱量Ｈ２の算出と、上記流量制御弁の開度の調整とを繰り返し行うよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）と推定混合比率Ｘとを比較し、流量制御弁の開度を所定量ずつ繰り返し変化させる簡単な方法により、副燃料ガスの発熱量に変動があったときでも、ガス混合装置において作り出す混合燃料ガスの発熱量を目標発熱量に近づけることができる。
【００２６】
第３の発明において、上記ガス混合コントローラは、上記主燃料ガスの発熱量Ｈ１、上記副燃料ガスの推定発熱量Ｈ２、上記主燃料ガス流量Ｑ１及び上記副燃料ガス流量Ｑ２を用い、上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを、Ｈｍ＝（Ｈ１×Ｑ１＋Ｈ２×Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）から求め、該混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを、予め求めた上記混合燃料ガスの発熱量Ｈｍと上記流量制御弁の開度との開度関係マップに照合して、上記流量制御弁の開度を調整するよう構成してあり、かつ、上記主燃料ガス流量Ｑ１、上記副燃料ガス流量Ｑ２及び上記圧力差ΔＰの測定と、上記推定密度ρ２及び上記推定発熱量Ｈ２の算出と、上記流量制御弁の開度の調整とを繰り返し行うよう構成することが好ましい（請求項６）。
この場合には、求めた混合燃料ガスの発熱量Ｈｍを開度関係マップに照合して流量制御弁の開度を所定量ずつ繰り返し変化させる簡単な方法により、副燃料ガスの発熱量の変動に対応することができる。
【００２７】
また、第１〜第４の発明において、上記ガス混合装置は、ガスエンジンの運転を行って発電機を作動させるよう構成した発電システムに対して装備し、該発電システムへ上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを混合させた混合燃料ガスを供給するものとすることができる（請求項８）。
この場合には、既存の発電システムに対してガス混合装置を接続して、副燃料ガスの発熱量の変動に対応することができる。
【００２８】
また、上記ガス混合装置は、発電システム以外にも、混合燃料ガスを用いるボイラー、ＧＨＰ（ガスヒートポンプエアコン）等の種々の燃焼システムに適用することができる。
【実施例】
【００２９】
以下に、本発明の燃焼システムに用いるガス混合装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例のガス混合装置６は、図１に示すごとく、ガスエンジン２の運転を行って発電機３を作動させるよう構成した発電システム１に対して装備し、燃焼システムとしての発電システム１へ主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを混合させた混合燃料ガスＦｍを供給するよう構成されている。
ガス混合装置６は、主燃料ガスＦ１が供給される主燃料ガス配管６１と、主燃料ガス配管６１に配設した主燃料ガス流量計７１と、副燃料ガスＦ２が供給される副燃料ガス配管６２と、副燃料ガス配管６２に配設した副燃料ガス流量計７２と、副燃料ガス配管６２に設けた絞り部７３と、絞り部７３の上流側と下流側との圧力差（圧損）ΔＰを測定する圧力計７４と、主燃料ガス配管６１に配設した流量制御弁７５と、ガス混合コントローラ８とを備えている。
【００３０】
同図に示すごとく、ガス混合コントローラ８は、副燃料ガスＦ２の代わりに既知密度ρ０の基準ガスを絞り部７３を通過させたときの圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と、既知密度ρ０との関係が圧力差関係マップＭ１として記憶されるとともに主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１が記憶され、かつ主燃料ガス流量計７１によって測定された主燃料ガス流量Ｑ１と、副燃料ガス流量計７２によって測定された副燃料ガス流量Ｑ２と、圧力計７４によって測定された圧力差ΔＰを受信して、流量制御弁７５に開度調整信号を送信するよう構成されている。
そして、ガス混合コントローラ８は、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰを圧力差関係マップＭ１に照合して、副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２を求め、この推定密度ρ２に基づいて副燃料ガスＦ２の推定発熱量Ｈ２を求め、この推定発熱量Ｈ２と主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１とを用いて、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを目標発熱量Ｈｒとするための主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混合比率を算出し、この混合比率となるよう流量制御弁７５の開度を調整して主燃料ガス流量Ｑ１を制御するよう構成されている。
【００３１】
以下に、本例の燃焼システムとしての発電システム１に用いるガス混合装置６につき、図１〜図６を参照して詳説する。
本例のガス混合装置６は、既存の発電システム１におけるガスエンジン２に対して、設備変更を伴うことなく２燃料混焼運転を安定して行うことができるようにしたものである。また、ガス混合装置６のガス混合コントローラ８は、ガスエンジン２へ供給する混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを目標発熱量Ｈｒとし、この目標発熱量Ｈｒの混合燃料ガスＦｍを発電システム１のガスエンジン２へ供給することができるようにしたものである。
【００３２】
本例の主燃料ガスＦ１は、発熱量が一定である都市ガス（１３Ａ）であり、本例の副燃料ガスＦ２は、発熱量に変動を生じることがあるバイオガスである。
図１に示すごとく、発電システム１は、空気を吸い込む空気配管４１と、ガス混合装置６から混合燃料ガスＦｍを受け取る混合燃料ガス配管４２と、空気配管４１から吸い込んだ燃焼用空気Ａと混合燃料ガス配管４２に供給された混合燃料ガスＦｍとを混合させて混合気Ｇを作り出すミキサー４３と、複数の気筒を有するガスエンジン２と、ガスエンジン２の出力を受けて発電する発電機３と、ガスエンジン２へ供給する混合気Ｇの流量を調整するスロットルバルブ２１と、スロットルバルブ２１の開度を調整して発電機３の発電量を所定の目標発電量に制御するメインコントローラ５とを備えている。
【００３３】
発電機３は、種々の負荷に対して電力を供給するよう構成されており、商用電源等と協調して動作することができる。発電機３には、電力計３１が設けてあり、メインコントローラ５は電力計３１によって発電機３の発電量を読み取る。ガス混合コントローラ８及びメインコントローラ５は、コンピュータを用いて構成してある。また、空気配管４１の入口部には、異物混入を防止するための吸気フィルタ４１１が設けてある。
本例の絞り部７３は、副燃料ガス配管６２に設けたオリフィスによって構成されている。流量制御弁７５は、コントロールバルブによって構成されている。
また、本例のガス混合装置６は、主燃料ガス配管６１、主燃料ガス流量計７１、副燃料ガス配管６２、副燃料ガス流量計７２、絞り部７３、圧力計７４、流量制御弁７５及びガス混合コントローラ８を一体化したユニットとして構成してある。
【００３４】
ガス混合装置６において、ガス混合コントローラ８は、混合燃料ガスＦｍの目標発熱量Ｈｒ、主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１、副燃料ガスＦ２の推定発熱量Ｈ２を用い、主燃料ガスＦ１の推定混合比率Ｘを、Ｘ＝（Ｈｒ−Ｈ２）／（Ｈ１−Ｈ２）から求め、主燃料ガス流量Ｑ１と副燃料ガス流量Ｑ２との和である混合燃料ガスＦｍの流量に対する主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、推定混合比率Ｘに不感帯比率αを加算した値よりも大きいときには、流量制御弁７５の開度を所定量小さくする一方、比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、推定混合比率Ｘから不感帯比率αを減算した値よりも小さいときには、流量制御弁７５の開度を所定量大きくするよう構成してある。
また、ガス混合コントローラ８は、主燃料ガス流量Ｑ１、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰの測定と、推定密度ρ２及び推定発熱量Ｈ２の算出と、流量制御弁７５の開度の調整とを所定の時間間隔で繰り返し行うよう構成してある。
【００３５】
図２は、横軸に副燃料ガス流量Ｑ２（Ｎｍ3／ｈｒ）をとり、縦軸に絞り部７３における圧力差ΔＰ（ｋＰａ）をとって、密度ρ２（ｋｇ／Ｎｍ3）をパラメータとしたときのこれらの関係を示すグラフである。同図において、密度が既知である基準ガスを都市ガス（１３Ａ）としたとき、基準ガスの密度ρ０がρ０＝０．８４５（ｋｇ／Ｎｍ3）であるときの副燃料ガス流量Ｑ２と圧力差ΔＰとの関係ラインＬ０に対し、副燃料ガスＦ２の密度ρ２がρ２＝０．９８〜１（ｋｇ／Ｎｍ3）であるときの副燃料ガス流量Ｑ２と圧力差ΔＰとの関係ラインＬ１は上側にシフトする。すなわち、副燃料ガスＦ２の密度が大きく（高く）なると、副燃料ガス流量Ｑ２を同流量としたときの圧力差ΔＰが大きくなることがわかる。
関係ラインＬ０は、既知密度ρ０の基準ガスを絞り部７３に流したときの基準ガスの流量Ｑ０と、絞り部７３の上流側と下流側との圧力差ΔＰ０との関係を示す圧力差関係マップＭ１として、ガス混合コントローラ８に記憶しておく。
【００３６】
絞り部７３の上流側と下流側との圧力差ΔＰは、流体である副燃料ガスＦ２の粘度の違いによる影響を受けるが、その影響度合いは小さく、圧力差ΔＰは、ほぼ副燃料ガスＦ２の密度ρ２と副燃料ガス流量Ｑ２2との積（ρ×Ｑ２2）に比例する。そのため、同流量における圧力差ΔＰは、副燃料ガスＦ２の密度ρ２に比例し、ΔＰ／ρ２＝ΔＰ０／ρ０の関係より、未知の副燃料ガスＦ２の密度ρ２をρ２＝ρ０×ΔＰ／ΔＰ０から求めることができる。
【００３７】
ガス混合装置６によって作り出す混合燃料ガスＦｍの目標発熱量Ｈｒ（ＭＪ／Ｎｍ3）は、発電システム１のガスエンジン２において予め設定された発熱量であり、通常は発電システム１の種類等によって固定される値である。ガス混合装置６のガス混合コントローラ８は、所定の目標発熱量Ｈｒの混合燃料ガスＦｍを作り出す。一方、発電システム１のメインコントローラ５は、目標発熱量Ｈｒの混合燃料ガスＦｍをガスエンジン２に受け取り、スロットルバルブ２１を制御して、発電機３の発電出力が目標発電出力になるように制御する。
【００３８】
副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２に基づいて推定発熱量Ｈ２を算出するための関係式は、次のようにして求めた。
副燃料ガスＦ２がメタンと二酸化炭素とによって構成されているとし、メタンの割合が１００％であるときを基準とし、メタンの発熱量３５．９（ＭＪ／Ｎｍ3）に対し二酸化炭素の割合を増加させたときの副燃料ガスＦ２の密度（ｋｇ／Ｎｍ3）と発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）とをプロットして、関係式を求めた。図３は、横軸に副燃料ガスＦ２の密度ρ２をとり、縦軸に副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２をとって、両者の関係を示すグラフである。この結果、Ｈ２とρ２の関係式は、Ｈ２＝−２８．４５５×ρ２＋５６．２５として求めることができた。なお、メタンの密度０．７１７（ｋｇ／Ｎｍ3）、二酸化炭素の密度１．９７７（ｋｇ／Ｎｍ3）を用いた。
【００３９】
以下に、ガス混合装置６のガス混合コントローラ８による制御動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。
混合燃料ガスＦｍを作り出すに当たっては、主燃料ガス配管６１に主燃料ガスＦ１を流すとともに副燃料ガス配管６２に副燃料ガスＦ２を流す。流量制御弁７５は、予め定めた初期開度に設定しておく。そして、ガス混合コントローラ８は、主燃料ガス流量計７１により主燃料ガス流量Ｑ１を測定し、副燃料ガス流量計７２により副燃料ガス流量Ｑ２を測定し、圧力計７４により圧力差ΔＰを測定する（ステップＳ１０１）。
【００４０】
次いで、ガス混合コントローラ８は、圧力差関係マップＭ１（関係ラインＬ０）において、基準ガス流量Ｑ０を、測定した副燃料ガス流量Ｑ２と同じにしたときの圧力差ΔＰ０を読み取る（ステップＳ１０２）。次いで、ガス混合コントローラ８は、副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２をρ２＝ρ０×ΔＰ／ΔＰ０から求める（ステップＳ１０３）。そして、ガス混合コントローラ８は、副燃料ガスＦ２の推定発熱量Ｈ２を、副燃料ガスＦ２がメタンと二酸化炭素との混合物からなるとした場合の式Ｈ２＝−２８．４５５×ρ２＋５６．２５に推定密度ρ２を代入して求める（ステップＳ１０４）。
【００４１】
次いで、ガス混合コントローラ８は、発電システム１のガスエンジン２に予め設定された混合燃料ガスＦｍの目標発熱量Ｈｒ、既知である主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１、副燃料ガスＦ２の推定発熱量Ｈ２を用い、主燃料ガスＦ１の推定混合比率Ｘを、Ｘ＝（Ｈｒ−Ｈ２）／（Ｈ１−Ｈ２）から求める（ステップＳ１０５）。なお、この推定混合比率Ｘの計算式は、Ｈｒ＝Ｈ１×Ｘ＋Ｈ２×（１−Ｘ）を変形したものである。
次いで、ガス混合コントローラ８は、主燃料ガス流量Ｑ１と副燃料ガス流量Ｑ２との和である混合燃料ガスＦｍの流量に対する主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を求める。
【００４２】
ここで、混合燃料ガスＦｍの目標発熱量Ｈｒは、Ｈｒ×（Ｑ１＋Ｑ２）＝Ｈ１×Ｑ１＋Ｈ２×Ｑ２の関係式によって表される。そして、ガス混合コントローラ８は、混合燃料ガスＦｍ全体の流量Ｑ１＋Ｑ２における主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が推定混合比率Ｘに近づくよう流量制御弁７５を調整し、主燃料ガスＦ１の流量を制御する。
具体的には、ガス混合コントローラ８は、主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、推定混合比率Ｘに不感帯比率αを加算した値よりも大きいとき（Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）＞Ｘ＋αの場合）には（ステップＳ１０６）、流量制御弁７５の開度を所定量小さくする（ステップＳ１０７）。一方、ガス混合コントローラ８は、主燃料ガス流量Ｑ１の比率Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）が、推定混合比率Ｘから不感帯比率αを減算した値よりも小さいとき（Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）＜Ｘ−αの場合）には（ステップＳ１０８）、流量制御弁７５の開度を所定量大きくする（ステップＳ１０９）。
【００４３】
その後、ガス混合コントローラ８は、所定の時間調整を行った後（所定の時間間隔を空けた後）（ステップＳ１１０）、主燃料ガス流量Ｑ１、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰの測定（Ｓ１０１、Ｓ１０２）と、推定密度ρ２及び推定発熱量Ｈ２の算出（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）と、流量制御弁７５の開度の調整（Ｓ１０６〜Ｓ１０９）とを再び行う。そして、停止命令（図示略）があるまで、各ステップを所定の時間間隔（Ｓ１１０）で繰り返し行う。
【００４４】
本例のガス混合装置６は、発熱量が変動する可能性が高いバイオガス（消化ガス）からなり副燃料ガスＦ２を主燃料ガスＦ１と混焼させる際に、副燃料ガスＦ２の発熱量が変動したときでも、目標とする発熱量の混合燃料ガスＦｍを作り出して、発電システム１のガスエンジン２へ供給することができるようにしたものである。そして、絞り部７３における圧力差ΔＰは、絞り部７３を通過するガスのガス密度ρとガス流量Ｑの二乗との積に関係し、ガス流量Ｑを同流量としたときの圧力差ΔＰは、ガス密度ρに関係することを利用して、副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２が変動したときでも、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを目標発熱量Ｈｒに近づくよう制御する。
なお、主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１は副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２よりも大きく、目標発熱量Ｈｒは、両者の間に設定される。
【００４５】
このように、本例のガス混合装置６においては、副燃料ガスＦ２の組成等の変化により、副燃料ガスＦ２の発熱量が変化したときでも、ガス混合装置６において作り出す混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを目標発熱量Ｈｒに近づけることができる。そのため、既存の発電システム１におけるガスエンジン２に対してガス混合装置６を接続したときには、ガスエンジン２に対して安定して目標発熱量Ｈｒの混合燃料ガスＦｍを供給することができ、また、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍと、発電システム１において吸気される空気Ａとの混合比率（空気比）を目的とする比率（空気比）に維持することができる。
【００４６】
ここで、副燃料ガスＦ２の組成等の変化によりその発熱量Ｈ２が変動した場合について補足する。
副燃料ガスＦ２は、バイオガス（消化ガス）からなり、その組成は、ほとんどがメタン及び二酸化炭素からなる。副燃料ガスＦ２による燃料部分は、ほとんどがメタンガスであり、副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２は、副燃料ガスＦ２の全体におけるメタンガスの割合によって定まり、メタンガスの割合が多いほど大きく（高く）なる。メタンの分子量は二酸化炭素の分子量よりも小さいため、メタンガスの割合が多くなって副燃料ガスＦ２の密度が小さくなるほど、副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２は大きくなる。
【００４７】
そして、副燃料ガスＦ２の密度が減少したときには、副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２が増加したことになり、流量制御弁７５が主燃料ガスＦ１の流量Ｑ１を減少させることによって、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを目標発熱量Ｈｒに維持することができる。一方、副燃料ガスＦ２の密度が増加したときには、副燃料ガスＦ２の発熱量Ｈ２が減少したことになり、流量制御弁７５が主燃料ガスＦ１の流量Ｑ１を増加させることによって、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを目標発熱量Ｈｒに維持することができる。
【００４８】
また、本例のガス混合装置６は、発電システム１とは別に独立して構成することができ、既存の発電システム１に対して設備変更を伴うことなく適用することができる。
そして、ガス混合装置６は、燃焼システム側から何らの状態信号を受けることなく運転させることができ、発電システム１以外の種々の燃焼システムに適用することもできる。また、１つのガス混合装置６によって、複数の燃焼システム（例えば、複数の発電システム１）に対して同時に混合燃料ガスＦｍを供給することもできる。
【００４９】
それ故、本例の発電システム１に用いるガス混合装置６によれば、簡単な装置構成で既存の発電システム１に設備変更を伴うことなく適用することができると共に、副燃料ガスＦ２の発熱量の変動があっても、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍと発電システム１において吸気される空気Ａとの混合比率（空気比）を目的とする比率（空気比）に維持することができる。そして、副燃料ガスＦ２の熱量変動に伴って、ガスエンジン２において窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の増加、失火等が発生することを抑制することができる。
【００５０】
また、図１に示すごとく、副燃料ガスＦ２の温度変化が密度の推定に与える影響を考慮して、副燃料ガス配管６２に温度計７６を配設し、副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２は、温度、圧力によって補正して求めることができる。
この場合、圧力差関係マップＭ１を求める際の基準ガスの密度ρ０、基準ガスの流量Ｑ０、圧力差ΔＰ０は、標準状態（０℃、１気圧）における値として用い、副燃料ガスＦ２の温度Ｔ及び圧力Ｐ２を測定し、次の計算式から補正後の圧力差ΔＰ’を求める。
ΔＰ’＝ΔＰ×２７３×（１０１．３＋Ｐ２）／｛（２７３＋Ｔ）×１０１．３｝
そして、圧力差ΔＰの代わりに補正後の圧力差ΔＰ’をρ２＝ρ０×ΔＰ’／ΔＰ０に代入して、副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２を算出することができる。この場合には、その他は、温度の補正を行わない場合と同様である。
【００５１】
また、流量制御弁７５は、主燃料ガス配管６１に配設する代わりに、副燃料ガス配管６２に配設することもできる。この場合にも、主燃料ガス流量Ｑ１を変更する代わりに副燃料ガス流量Ｑ２を変更することによって、目標発熱量Ｈｒの混合燃料ガスＦｍを生成するための主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混合比率を制御することができる。この場合においても、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
また、図５に示すごとく、上記実施例１においては、絞り部７３は、副燃料ガス配管６２に配設する以外にも、主燃料ガス配管６１と副燃料ガス配管６２とが合流した合流配管６３に配設することもできる。この場合には、ガス流量計７７は、主燃料ガス配管６１及び副燃料ガス配管６２にそれぞれ配設する以外にも、合流配管６３に配設することができる。そして、ガス混合コントローラ８は、混合燃料ガス流量Ｑｍ及び圧力差ΔＰを、圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と既知密度ρ０との関係として記憶した圧力差関係マップＭ１に照合して、混合燃料ガスＦｍの推定密度ρｍを求め、この推定密度ρｍに基づいて混合燃料ガスＦｍの推定発熱量Ｈｍを求め、この推定発熱量Ｈｍが目標発熱量Ｈｒとなるよう流量制御弁７５の開度を調整する。この場合においても、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
（実施例２）
本例は、図６に示すごとく、流量制御弁７５を主燃料ガス配管６１と副燃料ガス配管６２との合流部に設け、この合流部に流量制御弁７５を配設した例である。
本例においても、絞り部７３は、副燃料ガス配管６２に設けてある。また、合流部は、合流配管６３として形成されており、本例の流量制御弁７５は、合流配管６３に配設されている。また、本例のガス混合コントローラ８は、上記実施例１と同様に、副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２、副燃料ガスＦ２の推定発熱量Ｈ２を求めた後には、推定発熱量Ｈ２、主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１、主燃料ガス流量Ｑ１及び副燃料ガス流量Ｑ２を用いて混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを求め、流量制御弁７５の開度を、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整するよう構成されている。
【００５４】
本例のガス混合装置６は、主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１は一定であることを前提に、副燃料ガスＦ２の発熱量が変動したときには、その変動に応じて合流配管６３に配設した流量制御弁７５の開度を変更することにより、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍの圧力を変更するよう構成されている。
本例のガス混合コントローラ８においては、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍと発電システム１において吸気される空気Ａとの混合比率を、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じた適正な比率にする際の混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍと流量制御弁７５の開度との関係を開度関係マップＭ２として求めておく。そして、開度関係マップＭ２を用い、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じて流量制御弁７５の開度を変更することにより、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍの圧力を変更し、上記混合比率を、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じた適正な比率に維持することができる。
【００５５】
以下に、本例のガス混合装置６のガス混合コントローラ８による制御動作を、図７のフローチャートを参照して説明する。
本例においても、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、上記実施例１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同じである。
次いで、ガス混合コントローラ８は、主燃料ガスＦ１の発熱量Ｈ１、副燃料ガスＦ２の推定発熱量Ｈ２、主燃料ガス流量Ｑ１及び副燃料ガス流量Ｑ２を用い、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを、Ｈｍ＝（Ｈ１×Ｑ１＋Ｈ２×Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）から求める（ステップＳ２０５）。
【００５６】
次いで、ガス混合コントローラ８は、この混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍを、予め求めた混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍと流量制御弁７５の開度との開度関係マップＭ２に照合し、流量制御弁７５の目標開度を読み取り、流量制御弁７５の開度を目標開度に変更する（ステップＳ２０６）。
その後、ガス混合コントローラ８は、所定の時間調整を行った後（所定の時間間隔を空けた後）（ステップＳ２０７）、主燃料ガス流量Ｑ１、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰの測定（Ｓ２０１、Ｓ２０２）と、推定密度ρ２、推定発熱量Ｈ２の算出及び混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍの算出（Ｓ２０３〜Ｓ２０５）と、流量制御弁７５の開度の調整（Ｓ２０６）とを再び行う。そして、停止命令（図示略）があるまで、各ステップを所定の時間間隔（Ｓ２０７）で繰り返し行う。
【００５７】
本例においては、副燃料ガスＦ２の組成等の変化により、副燃料ガスＦ２の発熱量が変化したときには、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍの圧力を変化させることができる。そのため、既存の発電システム１に対してガス混合装置６を接続したときには、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍと発電システム１において吸気される空気Ａとの混合比率（空気比）を、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じた比率（空気比）に維持することができる。
また、本例のガス混合装置６は、発電システム１とは別に独立して構成することができ、既存の発電システム１に対して設備変更を伴うことなく適用することができる。
【００５８】
本例のガス混合装置６は、混合燃料ガスＦｍの圧力を変化させることにより、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍの供給量を変化させることができる。そのため、主燃料ガス配管６１又は副燃料ガス配管６２には電磁開閉弁を設けた場合には、主燃料ガスＦ１のみでの専用燃焼運転又は副燃料ガスＦ２のみでの専用燃焼運転を行うことができる。
【００５９】
それ故、本例のガス混合装置６によれば、簡単な装置構成で既存の発電システム１に設備変更を伴うことなく適用することができると共に、副燃料ガスＦ２の発熱量の変動があっても、発電システム１へ供給する混合燃料ガスＦｍと発電システム１において吸気される空気Ａとの混合比率を、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じた比率に維持することができる。そして、副燃料ガスＦ２の熱量変動に伴って、ガスエンジン２において窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の増加、失火等が発生することを抑制することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６０】
本例のガス混合装置６においては、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混合比率を変化させることはできない。これに対し、主燃料ガス配管６１又は副燃料ガス配管６２には、他の流量制御弁を配設することができる。これにより、上記混合比率を変化させることができる。
【００６１】
また、図８に示すごとく、上記実施例２においても、絞り部７３は、副燃料ガス配管６２に配設する以外にも、主燃料ガス配管６１と副燃料ガス配管６２とが合流した合流配管６３に配設することもできる。この場合には、ガス流量計７７は、主燃料ガス配管６１及び副燃料ガス配管６２にそれぞれ配設する以外にも、合流配管６３に配設することができる。そして、ガス混合コントローラ８は、混合燃料ガス流量Ｑｍ及び圧力差ΔＰを、圧力差ΔＰ０及び流量Ｑ０と既知密度ρ０との関係として記憶した圧力差関係マップＭ１に照合して、混合燃料ガスＦｍの推定密度ρｍを求め、この推定密度ρｍに基づいて混合燃料ガスＦｍの推定発熱量Ｈｍを求め、流量制御弁７５の開度を、混合燃料ガスＦｍの発熱量Ｈｍに応じた開度に調整する。この場合においても、上記実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
（確認試験）
本確認試験においては、圧力差関係マップＭ１に照合して副燃料ガスＦ２の推定密度ρ２及び推定発熱量Ｈ２の算出を行った結果の妥当性を確認する試験を行った。
本確認試験においては、都市ガス（１３Ａ）と二酸化炭素から構成される擬似消化ガス中の二酸化炭素の割合を変化させたときの擬似消化ガスの発熱量の変化を、圧力差関係マップＭ１を用いて推定した推定発熱量Ｈ２と、理論値から求めた理論発熱量とについて比較した。
推定発熱量Ｈ２については、上記実施例１に示したガス混合装置６において、副燃料ガスＦ２としての擬似消化ガス中の二酸化炭素の割合を変化させ、主燃料ガス流量Ｑ１、副燃料ガス流量Ｑ２及び圧力差ΔＰの測定と、推定密度ρ２の算出を行って求めた。理論発熱量は、都市ガスの発熱量４１．６５（ＭＪ／Ｎｍ3）を用い、擬似消化ガス中の都市ガスの割合によって求めた。また、圧力差関係マップＭ１においては、都市ガスを基準ガスとし、都市ガスの密度０．８４５（ｋｇ／Ｎｍ3）を用いた。
【００６３】
図９は、試験結果を示し、横軸に擬似消化ガス中の二酸化炭素の割合をとり、縦軸に発熱量比をとって、両者の関係を示すグラフである。この発熱量比は、二酸化炭素の割合が０％のとき（純粋な都市ガスのとき）を基準の１としたときの基準ガスの発熱量に対する二酸化炭素の割合変化時の擬似消化ガスの発熱量を示す。また、同図においては、推定発熱量Ｈ２及び理論発熱量の両方について、発熱量比を求めてプロットした。
【００６４】
この結果より、推定発熱量Ｈ２の発熱量比と理論発熱量の発熱量比はほぼ一致することがわかった。これにより、未知のバイオガス（消化ガス）である副燃料ガスＦ２の組成等が変化して密度が変化したときでも、上記実施例１、２に示した圧力差関係マップＭ１を用いた密度の推定を行うことにより、副燃料ガスＦ２の発熱量を推定することができることがわかった。
なお、本確認試験の場合の副燃料ガスＦ２の密度ρ２と発熱量Ｈ２との関係式は、理論発熱量の回帰分析により、Ｈ２＝−３７．２２１×ρ２＋７３．１０２と算出することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  発電システム
２  ガスエンジン
３  発電機
５  メインコントローラ
６  ガス混合装置
６１  主燃料ガス配管
６２  副燃料ガス配管
７１  主燃料ガス流量計
７２  副燃料ガス流量計
７３  絞り部
７４  圧力計
７５  流量制御弁
８  ガス混合コントローラ
Ｑ１  主燃料ガス流量
Ｑ２  副燃料ガス流量
ΔＰ  圧力差
Ｆ１  主燃料ガス
Ｆ２  副燃料ガス
Ｆｍ  混合燃料ガス
【図１】
2011169294.tif 000003
【図２】
2011169294.tif 000004
【図３】
2011169294.tif 000005
【図４】
2011169294.tif 000006
【図５】
2011169294.tif 000007
【図６】
2011169294.tif 000008
【図７】
2011169294.tif 000009
【図８】
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【図９】
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