(57)【要約】【課題】圧縮機に供給されるガスから有害成分を取り除くことが可能な燃料ガス供給装置を提供する。【解決手段】バイオガスを圧縮機７により圧縮してガス消費機器であるマイクロガスタービン１６に供給する燃料ガス供給装置１００において、バイオガスに含まれる成分のうち、前記圧縮機７に対して害を与える成分を除去し前記圧縮機７に供給する有害物質除去装置１００ｂを備える構成とした。【選択図】      図１
2005041894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガスを圧縮機により圧縮してガス消費機器に供給する燃料ガス供給装置において、
バイオガスに含まれる成分のうち、前記圧縮機に対して害を与える成分を除去し前記圧縮機に供給する有害物質除去手段を備えることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項２】
前記有害物質除去手段は、
水分を除去する除湿装置を具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項３】
前記有害物質除去手段は、
硫黄成分を除去する脱硫装置を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項４】
前記有害物質除去手段は、
シロキサン化合物を除去する脱シロキサン装置を更に具備することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機により圧縮されたガスをマイクロガスタービンなどのガス消費機器に供給する燃料ガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バイオガスを圧縮機により所定圧力まで圧縮し、マイクロガスタービン等のガス消費機器（負荷）に供給する燃料ガス供給装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１１０９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイオガスには、金属を腐食させる化学物質などが含まれており、これにより圧縮機の機能が低下したりするという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機に供給されるガスから有害成分を取り除くことが可能な燃料ガス供給装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バイオガスを圧縮機により圧縮してガス消費機器に供給する燃料ガス供給装置において、バイオガスに含まれる成分のうち、前記圧縮機に対して害を与える成分を除去し前記圧縮機に供給する有害物質除去手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料ガス供給装置において、前記有害物質除去手段は、水分を除去する除湿装置を具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料ガス供給装置において、前記有害物質除去手段は、硫黄成分を除去する脱硫装置を更に具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の燃料ガス供給装置において、前記有害物質除去手段は、シロキサン化合物を除去する脱シロキサン装置を更に具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態にかかるマイクロガスタービン用の燃料ガス供給装置１００を示す図である。この図に示すように、燃料ガス供給装置１００は、燃料ガス供給装置本体１００ａと、後述する有害物質除去装置１００ｂとを備えている。
【００１１】
燃料ガス供給装置本体１００ａは、バイオガス（消化ガス）が供給されるガス入口１を有し、このガス入口１に供給されたバイオガスを圧縮機７で圧縮し、一旦リザーバタンク１０に溜め、そこからガス消費装置（負荷）であるマイクロガスタービン（ＭＧＴ）１６に供給するものである。
【００１２】
さらに詳述すると、燃料ガス供給装置本体１００ａには、ガス入口１から下流側に向けて低圧側圧力スイッチ２、塵埃除去用のストレーナ３、電磁弁（吸入遮断弁）４、逆止弁５が順に設けられている。逆止弁５には、ガス圧力を平衡圧とするバッファタンク６、レシプロ型圧縮機７が下流側に向けて順に接続され、更に逆止弁８、高圧側圧力スイッチ９、吐出圧力の脈動をなくすリザーバタンク１０が接続され、このリザーバタンク１０の出口にガス出口１３が設けられる。
【００１３】
低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９は、内蔵する圧力センサ（不図示）にてガス圧力をそれぞれ検出し、各ガス圧力が予め定められた各閾値（設定値）をこえた場合にオンからオフへ、或いはオフからオンへ切り替わるスイッチである。これら圧力スイッチ２、９は、インバータ制御回路１５に接続される。
【００１４】
インバータ制御回路（回転数制御手段）１５は、圧縮機７の吐出側のガス圧力に応じて圧縮機７の回転数（回転周波数）を制御する。具体的には、インバータ制御回路１５は、取得したガス圧力に基づき、取得したガス圧力と目標値との偏差ｅからＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｐｌｕｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｌｕｓ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：比例積分微分）演算を実行して圧縮機７の回転数を制御する。これにより、圧縮機７の吐出側のガス圧力を短時間でかつ精度良く目標値に近づけることができる。
【００１５】
また、このインバータ制御回路１５は、低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９がオンの場合に圧縮機７を駆動する一方、オフになると圧縮機７の駆動を停止する。つまり、低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９によってガスの吐出圧力の異常上昇や、吸込側ガスの圧力の異常低下を検出し、異常が検出された場合には圧縮機７を停止させて圧縮機７やガス消費機器の故障や異常を回避する。
【００１６】
また高圧側圧力スイッチ９は、検出されたガス圧力に応じた値（例えば電圧値）の信号を出力する機能を具備し、インバータ制御回路１５は、この信号に基づいて圧縮機７の吐出側のガス圧力を取得する。なお、高圧側圧力スイッチ９に従来の圧力スイッチ（ガス圧力に応じてスイッチがオン／オフする機能のみの圧力スイッチ）を用いる場合は、圧縮機７の吐出側のガス圧力を検出する圧力センサを別途設け、インバータ制御回路１５が、この圧力センサを介してガス圧力を取得するようにすればよい。
【００１７】
また、この燃料ガス供給装置本体１００ａには、圧縮機７の吐出側のガスを圧縮機７の吸込側に導くバイパス管２０が設けられる。このバイパス管２０は、圧縮機７の吐出側のガスを逆止弁５とバッファタンク６との間に戻すため、このガスの脈動が逆止弁５の上流に影響を与えることが少なく、圧縮機７の吸込管内におけるガスの吸込流れに乱れを発生させることなく、圧縮機７から吐出されたガスの一部を吸込側に円滑に戻すことができる。
【００１８】
上記バイパス管２０は、その途中で複数本（例えば２本）に分岐し、一の分岐管（リリーフ回路）２２にはリリーフ弁１２が設けられ、他の分岐管（バイパス戻し回路）２１にはバイパスガス容量制御弁（バイパス弁）１１が設けられている。バイパスガス容量制御弁１１は、弁制御回路１７によりその開閉度が制御されている。具体的には、この弁制御回路１７は、インバータ制御回路１５が制御する圧縮機７の回転数の情報を取得し、この情報に基づいてバイパスガス容量制御弁１１を制御する。
【００１９】
上記インバータ制御回路１５及び弁制御回路１７による制御手順は次の通りである。すなわち、燃料ガス供給装置本体１００ａの電源が投入されると、先ず、インバータ制御回路１５が圧縮機７の回転数の上限値を予め定めた高速運転用設定値に設定し、ＰＩＤ制御によりガス圧力が所定圧力になるまで圧縮機７を高速運転する。そして、起動開始時から所定時間が経過すると、圧縮機７の回転数（回転周波数）の上限値を上記高速運転用設定値より低い値の通常運転用設定値に切り換える。これにより、起動時に圧縮機７が高速運転されることで、低いガス圧力が短時間で高いガス圧力まで高められる。
【００２０】
ところで、上記のように圧縮機７の高速運転によりガス圧力が高められても、ガス消費機器側がガスを消費しなかった場合やガス消費量が少ない場合、インバータ制御回路１５によって圧縮機７の回転数が、当該圧縮機７の定格値を下回るような低い回転数に制御される恐れがある。
【００２１】
そこで弁制御回路１７は、圧縮機７の回転数の情報を取得して、この回転数が予め定めた下限側閾値を下回ったか否かを判別し、この下限側閾値を下回った場合にバイパスガス容量制御弁１１を開放する制御を行う。ここで、下限側閾値は、圧縮機７の耐久性への影響が少ない回転範囲の下限値若しくはこの下限値近傍の値である。
【００２２】
このように、バイパスガス容量制御弁１１が開放すると、圧縮機７から吐出されたガスの一部がバイパス管２０を介して吸込側に流れ込むため、圧縮機７の吐出側のガス圧力が低下するため、インバータ制御回路１５が吐出ガス圧力を維持すべく圧縮機７の回転数を高めることとなる。これにより、圧縮機７の回転数が下限側閾値以上に維持されるのである。
【００２３】
一方、ガス消費機器側のガス消費が急激に減少する等の理由により圧縮機７の吐出側のガス圧力がＰＩＤ制御では対応し切れないほど急激に上昇した場合は、この上昇を緩和すべく、リリーフ弁１２が開放し、圧縮機７から吐出されたガスの一部がバイパス管２０を介して吸込側に戻るように構成されている。
【００２４】
さらに、リリーフ弁１２を開放しても圧力上昇が止まらない場合、高圧側圧力スイッチ９がオフとなり、インバータ制御回路１５により圧縮機７の駆動を停止する。この停止により圧縮機７の吐出側のガス圧力は降下に転じ、所定圧力に達した時点で高圧側圧力スイッチ９がオンとなり、圧縮機７の駆動が再開される。これにより、圧縮機７やガス消費機器に故障や異常が発生するのが確実に回避されるのである。
【００２５】
ところで、圧縮機７に供給されるバイオガスには、水分や硫化物、シロキサン化合物といった、圧縮機７に損傷を与える可能性のある有害物質が含まれており、このようなバイオガスが圧縮機７に供給された際に、この圧縮機７の内部に付着して、腐食したり、場合によっては漏電を生じさせることがある。そこで、本実施形態にかかる燃料ガス供給装置１００には、ガス入口１の前段に、有害物質除去装置１００ｂが設けられている。
【００２６】
図２は、有害物質除去装置１００ｂの機能的構成を示すブロック図である。この図に示すように、有害物質除去装置１００ｂは、脱硫装置１０１と、ブロア１０２と、除湿装置１０３と、制御装置１０４と、保護装置１０５とを備えている。脱硫装置１０１と、ブロア（送風機）１０２と、除湿装置１０３とは、この順で接続され、上記ガス入口１に連通されている。
【００２７】
脱硫装置１０１は、バイオガスに含まれる硫黄物（特に腐食性のある硫化水素）を除去するものである。具体的には、この脱硫装置１０１としては、バイオガスを酸化鉄や生石灰などの脱硫剤と接触させ、当該脱硫剤に硫化水素を吸着させる乾式のものや、あるいは、ＳＯ２を含むバイオガスを、アルカリ金属を含む水溶液と接触させて、ＳＯ２を液相中に溶解させ、液相内中和反応による脱硫を行う湿式のものがある（例えば、石灰−石膏法など）。
【００２８】
ブロア１０２は、脱硫装置１０１にて脱硫されたバイオガスを除湿装置１０３に送り込むものである。除湿装置１０３は、バイオガスから水分を除去し、燃料ガス供給装置本体１００ａに供給するものであり、また、バイオガスが脱硫装置１０１を通過することで減圧した圧力を補償するものとしても機能する。
【００２９】
制御装置１０４は、上記ブロア１０２及び除湿装置１０３の動作を制御するものであり、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えている。この制御装置１０４は、図示せぬ信号線により、燃料ガス供給装置本体１００ａが備える弁制御回路１７やインバータ制御回路１５などの各種制御回路と通信可能に接続されている。
【００３０】
保護装置１０５は、図示せぬ信号線によりインバータ制御回路１５に接続され、圧縮機７の回転異常、圧縮機７の過電流・欠相によるモータ温度異常、低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９の各々で検出された低圧側圧力（吸込み圧力）の異常及び高圧側圧力（吐出圧力）の異常、バイパスガス容量制御弁１１などの各弁の開閉異常といった各種異常をインバータ制御回路１５から受信可能に構成されている。さらに保護装置１０５は、脱硫装置１０１の異常（例えば脱硫能力の低下や動作異常など）やブロア１０２のモータ温度異常、除湿装置１０３の異常を検出可能に構成されている。保護装置１０５は、インバータ制御回路１５、脱硫装置１０１、ブロア１０２あるいは除湿装置１０３から異常を示す信号を受信すると、制御装置１０４に、その旨を送信するように構成されている。
【００３１】
次いで本実施形態にかかる燃料ガス供給装置１００の動作、特に、有害物質除去装置１００ｂの動作について、図３を参照して説明する。この図に示すように、燃料ガス供給装置１００の図示せぬ操作部が操作されて、運転スイッチ（不図示）がオンになると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御装置１０４は、除湿装置１０３に起動指示を与え起動させ（ステップＳ２）、この除湿装置１０３のウォーミングアップ時間として約２分を計時開始する。なお、このウォーミングアップ時間は、除湿装置１０３がバイオガスから水分を十分に除去可能になるまでの準備時間であり、その時間の長さは、装置に応じて適宜変更される。
【００３２】
そして、除湿装置１０３のウォーミングアップ時間（図示例では２分）が経過すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御装置１０４は、除湿装置１０３にバイオガスを流し込むべく、ブロア１０２に起動指示を与え起動させる（ステップＳ４）。
【００３３】
次いで、制御装置１０４は、ブロア１０２を起動してから、当該ブロア１０２が安定動作し、除湿装置１０３に安定的にバイオガスが供給されるまでに要する時間（図示例では１０秒）を計時し終えると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、燃料ガス供給装置本体１００ａを起動させるための処理を実行する（ステップＳ６）。具体的には、制御装置１０４は、燃料ガス供給装置本体１００ａのインバータ制御回路１５に対して、有害物質除去装置１００ｂ側の準備が完了し、バイオガスを供給可能である旨を示す信号を送信する。これにより、燃料ガス供給装置本体１００ａが備える電磁弁４が開放されて有害物質除去装置１００ｂからバイオガスが燃料ガス供給装置本体１００ａに供給され、そして、インバータ制御回路１５の制御の下、圧縮機７が動作することで、圧縮機７から圧縮されたバイオガスが吐き出されることとなる。
【００３４】
ここで、有害物質除去装置１００ｂから供給されるバイオガスは、脱硫装置１０１及び除湿装置１０３を経ることで、硫黄成分及び水分が十分に除去されるため、圧縮機７に送り込まれても、当該圧縮機７が腐食したり、あるいは漏電が生じるといった不具合が防止される。
【００３５】
さて、有害物質除去装置１００ｂから燃料ガス供給装置本体１００ａへのバイオガスの供給は、保護装置１０５が異常を検知して動作するか、あるいは、燃料ガス供給装置本体１００ａの運転スイッチがオフになるまで行われる。より具体的には、有害物質除去装置１００ｂの制御装置１０４は、保護装置１０５が異常を検知したかを一定時間ごとに判別する（ステップＳ７）。保護装置１０５により検知される異常とは、上記のように、脱硫装置１０１、ブロア１０２、あるいは除湿装置１０３の異常、圧縮機７の回転数異常、吸込み側圧力あるいは吐出側圧力の異常、電磁弁４や逆止弁５などの各弁体の動作異常などである。
【００３６】
ステップＳ７における判別結果がＹＥＳであれば、制御装置１０４は、ユーザに異常が生じていることを報知すべく、図示せぬ警報ランプを点燈させ（ステップＳ８）、そして、燃料ガス供給装置１００を停止すべく次の処理を実行する（ステップＳ９）。すなわち、制御装置１０４は、ブロア１０２へ停止指示を与え、ブロア１０２によるバイオガスの供給を停止させると共に、燃料ガス供給装置本体１００ａにも停止指示を送信する。これにより、燃料ガス供給装置本体１００ａ側のインバータ制御回路１５が圧縮機７を停止させ、また、電磁弁４が閉じるため、異常が生じた場合に、ガス消費装置（負荷）であるマイクロガスタービン１６へのバイオガス供給が速やかに停止することとなる。
【００３７】
一方、保護装置１０５により異常が検知されていない場合には、制御装置１０４は、燃料ガス供給装置１００の運転スイッチがオンとなっている間、バイオガスの供給を維持し（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、この運転スイッチがオフになった場合に（ステップＳ１０：ＮＯ）、上述したステップＳ９に処理手順を進め、燃料ガス供給装置１００を停止する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料ガス供給装置本体１００ａは、圧縮機７の回転数が下限側閾値を下回った場合に、圧縮機７の吐出側のガスの一部をバイパス管２０を介して逃がしてガス圧力を下げて圧縮機７の回転数を高くする構成となっているため、圧縮機７が下限側閾値以下の回転数で回転するのを防止でき、圧縮機７が低い回転数で回転することによって生じる故障や異常を回避することができる。
【００３９】
また、起動開始時の圧縮機７の回転数の上限値を、それ以降に設定する上限値よりも高い値に設定することで、起動開始から短時間でガス圧力を高めることができると共に、それ以降に圧縮機７を高回転させる場合を回避でき、圧縮機７の故障や不具合の発生を低減することができる。従って、圧縮機７の長寿命化を図ることができる。
【００４０】
さらに、本実施形態によれば、有害物質除去装置１００ｂから燃料ガス供給装置本体１００ａに供給されるバイオガスが、脱硫装置１０１及び除湿装置１０３を経ることで、硫黄成分及び水分といった有害物質が十分に除去されるため、圧縮機７に送り込まれても、当該圧縮機７が腐食したり、あるいは漏電が生じるといった不具合が防止される。
＜変形例＞
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様にすぎず、本発明の範囲内で任意に変更が可能である。そこで、以下に、各種の変形例について説明する。
（変形例１）
上述した実施形態において、有害物質除去装置１００ｂが、バイオガスからシロキサン化合物を除去する脱シロキサン装置を備える構成としても良い。このシロキサン化合物とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉからなるシロキサン結合を基本骨格とする環状あるいは鎖状の化合物のことであり、シロキサン化合物がマイクロガスタービン１６に供給されると、マイクロガスタービンの燃焼室でシリカ（ＳｉＯ２となって）、マイクロガスタービン１６内のシリンダーヘッドなどに付着・析出し、当該マイクロガスタービン１６を磨耗、劣化させることとなる。
【００４１】
そこで、有害物質除去装置１００ｂに脱シロキサン装置を設け、バイオガスからシロキサン化合物を除去することで、圧縮機７のみならず、マイクロガスタービン１６をもバイオガスの有害成分から保護することが可能となる。
（変形例２）
上述した図１中における各回路構成Ａ、Ｂを別の回路構成としてもよい。図４は、バイパスガス容量制御弁１１からバッファタンク６への戻り部（回路構成Ａ）の各種変形例を示す図である。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ストレーナ３、電磁弁４、逆止弁５に関し、種々の組み合わせが可能になる。具体的には、図４Ａでは、ストレーナ３が省略され、このストレーナ３は、電磁弁４に内蔵されている。図４Ｂでは、電磁弁（吸入遮断弁）４が省略される。この場合、圧縮機７の停止と共に、この圧縮機７でガスが遮断される。図４Ｃでは、ストレーナ３と電磁弁（吸入遮断弁）４が省略され、逆止弁５にストレーナが内蔵される。この場合、図４Ｂと同様に、ガス遮断に関し、圧縮機７の停止と共に、この圧縮機７でガスが遮断される。図４Ａ〜図４Ｃでは、上述した合流管２３が、バッファタンク６の頂部に接続されている。この構成によると、圧縮機７の吸込側に戻される燃料ガスが、直接、バッファタンク６に戻されるため、燃料ガスの吐出脈動が、圧縮機７の吸込管内に殆ど影響を与えることがなく、燃料ガスの吸込流れに乱れを発生させる恐れが解消される。
【００４２】
図５は回路構成Ｂの変形例である。図１の例では、リリーフ弁１２を経たガスを圧縮機７の吸込側に戻したが、この変形例に示すように、リリーフ弁１２を経たガスを大気開放させてもよい。また、吐出圧力の脈動を防止するリザーバタンク１０は、これを省略してもよい。
（変形例３）
上記実施形態では、マイクロガスタービン用の燃料ガス供給装置１００に本発明を適用する場合について説明したが、他のガス消費機器にガスを供給する燃料ガス供給装置にも適用が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧縮機に供給されるガスから有害成分を取り除くことが可能な燃料ガス供給装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃料ガス供給装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】同有害物質除去装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】同燃料ガス供給装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】Ａ〜Ｃは、バイパスガス容量制御弁からバッファタンクへの戻り部の各種変形例を示す回路図である。
【図５】リリーフ弁を経たガスの戻り部の変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
７  圧縮機
１５  インバータ制御回路
１６  マイクロガスタービン
１７  弁制御回路
１００  燃料ガス供給装置
１００ａ  燃料ガス供給装置本体
１００ｂ  有害物質除去装置
１０１  脱硫装置
１０２  ブロア
１０３  除湿装置
１０４  制御装置
１０５  保護装置
【図１】
2005041894.tif 000003
【図２】
2005041894.tif 000004
【図３】
2005041894.tif 000005
【図４】
2005041894.tif 000006
【図５】
2005041894.tif 000007