(57)【要約】【課題】燃料ガスの組成を把握し、燃料ガスの調整が可能な燃料ガス中のガス成分調整装置及びガスエンジンシステムを提供する。【解決手段】燃料ガス１１の一部１１ａを分取し、分取燃料ガス１１ａに半導体レーザ光１３を照射するレーザ分析装置とを具備してなり、レーザ分析装置が、半導体レーザ装置１２からの半導体レーザ光１３によりサンプルＣＨ4ガス濃度のサンプルレーザ吸収光を計測する測定セル１４と、所定濃度の標準ＣＨ4ガス１５を封入し、半導体レーザ光１３により所定ＣＨ4ガス濃度の標準レーザ吸収光を計測する標準セル１６とを具備する半導体レーザ計測装置１７と、測定セル１４と標準セル１６とで求めたレーザ吸収光を比較して真のサンプル濃度を求めるガス濃度測定手段１８と、求めたサンプルＣＨ4ガス濃度が、所望ガス濃度に達していない場合に、不足分に対応する高カロリーガス１９を供給し、所望ガス濃度の混合燃料ガス２０とする調整する。【選択図】図１
2012184741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス一部を分取し、燃料ガスに半導体レーザ光を照射するレーザ分析装置とを具備してなり、
前記レーザ分析装置が、
半導体レーザ装置からの半導体レーザ光によりレーザ吸収分光法によりサンプルＣＨ4ガス濃度のサンプルレーザ吸光度を計測する測定セルと、
所定濃度の標準ＣＨ4ガスを封入し、半導体レーザ光により所定濃度のＣＨ4ガスの標準レーザ吸光度を計測するための標準セルとを具備する半導体レーザ計測装置と、
測定セルと標準セルとで求めたレーザ吸光度を比較して真のサンプル濃度を求めるガス濃度測定手段と、
求めたサンプルＣＨ4ガス濃度が、所望ガス濃度に達していない場合に、不足分に対応する高カロリーガスを供給して、所望ガス濃度の混合燃料ガスとする調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ガス濃度測定手段が、
前記測定セルにて計測したサンプルレーザ吸収光と、参照レーザ吸収光とを比較して、真のサンプルＣＨ4ガス濃度を求めると共に、
標準セルにて標準レーザ吸光度を計測し、計測した標準レーザ吸光度と、参照レーザ吸光度とを比較して、真の標準ＣＨ4ガス濃度を求めると共に、
補正係数αを求め、前記求めたサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１）に補正係数αを乗じて、真のサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１・α＝Ａ2）を求めることを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
燃料ガス中のＣＨ4濃度が所望ガス濃度を超えている場合に、希釈ガスを導入し、所望カロリーとなるように、調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
燃料ガス中のＣＨ4濃度が所望ガス濃度に応じた希釈ガスを導入し、所望カロリーとなるように、調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記混合燃料ガスのカロリーをラマンレーザ計測装置で計測して、ガスエンジンに供給する燃料カロリーが適切であるか否か確認することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置。
【請求項６】
主燃焼室と副室とを備えたガスエンジンと、
前記ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス供給管中の燃料ガスにレーザ光を照射して燃料ガス組成を調整する請求項１乃至５のいずれか一つの燃料ガス中のガス成分調整装置とを備えたことを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項７】
請求項６において、
エンジン状態を監視するエンジン状態監視装置を有志、燃料ガスのカロリ制御を行うことを特徴とするガスエンジンシステムにある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オンラインで燃料ガスの組成を把握して、燃料ガスの調整が可能な燃料ガス中のガス成分調整装置及びガスエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気薄混合ガス燃料をエンジンの主室に導入し、主室に隣接して設けられた副室内に、ガス燃料及び主室内の気薄混合ガス燃料を着火しやすい濃度になるように導入して混合し、副室内で混合ガス燃料を着火し、複数の噴孔から噴出する火炎により主室に向けてトーチを形成して、主室内の気薄混合ガス燃料を燃焼させる副室式ガスエンジンが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０３９５２号公報
【特許文献２】特開２００７−１２５５２７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「鉄と鋼」第５２年（１９６６）第４号２６５〜２６８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガスエンジンにおいては、副室に導入されるガス燃料のカロリーが変動した場合、副室内の安定燃焼が実現されず、ガスエンジン全体の燃焼が不安定化する、という問題がある。
【０００６】
また、従来のガスカロリーを計測する場合は、例えば赤外線分析装置やガスクロマトグラフ等によるガス分析の提案があるが、分析周期が１０〜２０分であるので、時間遅れが発生するという問題がある（非特許文献１）。
【０００７】
また、エンジンの塔内温度、回転数、内塔圧変動に伴い、ガス燃料のカロリーを制御する必要となった場合においても、カロリーが把握できないために、そのような制御ができないという問題がある。
【０００８】
そこで、オンラインで燃料ガスのカロリーを把握し、この把握したカロリーに応じて燃料ガスを調整する技術の出現が求められている。
【０００９】
また、ガスカロリーを安定化するために、例えばバッファタンク等を設置する場合には、別途設備付帯が必要となる、という問題がある。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、オンラインで燃料ガスの組成を把握して、燃料ガスの調整が可能な燃料ガス中のガス成分調整装置及びガスエンジンシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃料ガス一部を分取し、燃料ガスに半導体レーザ光を照射するレーザ分析装置とを具備してなり、前記レーザ分析装置が、半導体レーザ装置からの半導体レーザ光によりレーザ吸収分光法によりサンプルＣＨ4ガス濃度のサンプルレーザ吸光度を計測する測定セルと、所定濃度の標準ＣＨ4ガスを封入し、半導体レーザ光により所定濃度のＣＨ4ガスの標準レーザ吸光度を計測するための標準セルとを具備する半導体レーザ計測装置と、測定セルと標準セルとで求めたレーザ吸光度を比較して真のサンプル濃度を求めるガス濃度測定手段と、求めたサンプルＣＨ4ガス濃度が、所望ガス濃度に達していない場合に、不足分に対応する高カロリーガスを供給して、所望ガス濃度の混合燃料ガスとする調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記ガス濃度測定手段が、前記測定セルにて計測したサンプルレーザ吸収光と、参照レーザ吸収光とを比較して、真のサンプルＣＨ4ガス濃度を求めると共に、標準セルにて標準レーザ吸光度を計測し、計測した標準レーザ吸光度と、参照レーザ吸光度とを比較して、真の標準ＣＨ4ガス濃度を求めると共に、補正係数αを求め、前記求めたサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１）に補正係数αを乗じて、真のサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１・α＝Ａ2）を求めることを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、燃料ガス中のＣＨ4濃度が所望ガス濃度に応じた希釈ガスを導入し、所望カロリーとなるように、調整を行う制御手段とを具備することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記混合燃料ガスのＣＨ4濃度をラマンレーザ計測装置で計測して、ガスエンジンに供給する燃料カロリーが適切であるか否かを制御手段で判断することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記混合燃料ガスのカロリーをラマンレーザ計測装置で計測して、ガスエンジンに供給する燃料カロリーを校正することを特徴とする燃料ガス中のガス成分調整装置にある。
【００１６】
第６の発明は、主燃焼室と副室とを備えたガスエンジンと、前記ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃料ガス供給管中の燃料ガスにレーザ光を照射して燃料ガス組成を調整する第１乃至５のいずれか一つの燃料ガス中のガス成分調整装置とを備えたことを特徴とするガスエンジンシステムにある。
【００１７】
第７の発明は、第６の発明において、エンジン状態を監視するエンジン状態監視装置を有志、燃料ガスのカロリ制御を行うことを特徴とするガスエンジンシステムにある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガスエンジンに導入する燃料ガスをオンラインで連続しての計測により、リアルタイムでの燃料ガスの組成を求めることができる。そして、燃料ガスのカロリーの量に応じて、高カロリーガスを導入することができ、安定したガスエンジンの燃焼を確保することができる。
【００１９】
また、エンジン状態監視を行うことで、所望のカロリを所望のタイミングで設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料ガス中のガス成分調整装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係る他の燃料ガス中のガス成分調整装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係る燃料ガス中のガス成分調整装置の概略図である。
【図４】図４は、実施例３に係るラマンレーザ計測と半導体レーザ計測の範囲及び出力タイミング、並びに校正の模式図である。
【図５】図５は、実施例３に係る他のラマンレーザ計測と半導体レーザ計測の範囲及び出力タイミング、並びに校正の模式図である。
【図６】図６は、メタン濃度（Ｖ％）と高位発熱量（ｋＪ／ｍ3Ｎ）との関係図である。
【図７】図７は、低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２２】
例えばガス化炉からのガス化ガス等のメタン濃度が低い低カロリーガスを燃料とするガスエンジンは、該低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させるように構成されている。
【００２３】
図７は、低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。図７において、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は、点火プラグを用いた副室点火式４サイクルガスエンジンであり、シリンダライナ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、シリンダヘッド１０５の下面と前記ピストン１０２の上面とシリンダライナ１０２ａの内面との間に区画形成される主燃焼室１０１を備えている。
【００２４】
また、前記エンジン１００は、前記主燃焼室１０１に接続される給気ポート１０３、該給気ポート１０３を開閉する給気弁１０４、該主燃焼室１０１に接続される排気ポート１０６、該排気ポート１０６を開閉する排気弁１０７等を備えている。
前記排気ポート１０６は、排気管１０８を経て排気ターボ過給機１０９のタービン１０９ａに接続される。該タービン１０９ａを駆動した後の排ガスは排気管１０８を通って、触媒層等からなる排ガス浄化装置１１０に入り、該排ガス浄化装置１１０で浄化されてから、排ガス管１１１から大気中に排出される。
一方、該タービン１０９ａに同軸駆動されるコンプレッサ１０９ｂは、空気１１２を圧縮し、圧縮空気は空気管１１３を通ってガスミキサー１１４に入る。
【００２５】
燃料ガス１１は、例えば炭鉱メタン等のメタン濃度が低い低カロリーガスを使用し、該低カロリーガスが燃料ガス供給源１１５に収納されている。
また、燃料ガス１１は燃料ガス供給管１２から分岐された主室用燃料ガス管１２Ａを通して、ガス量調整弁１１６に至り、該ガス量調整弁１１６にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１４に入る。
該ガスミキサー１１４では、前記空気管１１３からの空気１１２と前記主燃料ガス管１２Ａからの低カロリーの燃料ガス１１とを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
【００２６】
副室口金１１７は、口金押え１１８によりシリンダヘッド１０５に上面から固定されている。前記副室口金１１７内には、一定容積を有する副室１１９が形成されている。該副室１１９の上部には点火プラグ１２０が固定され、該点火プラグ１２０によって副室１１９内のガスに点火するようになっている。また、前記口金押え１１８には継手１２１がねじ込まれ、該継手１２１は、一端側が前記燃料ガス供給管１２から分離した副室用燃料ガス管１２Ｂに接続され、他端側が副室１１９に開孔する燃料通路１２２に接続している。
【００２７】
燃焼時においては、前記のように、低カロリーガス供給源１１５からの低カロリーの燃料ガス１１は、前記燃料ガス供給管１２を通って、副室用燃料ガス管１２Ｂを介して燃料通路１２２に入り、該燃料通路１２２から副室１１９内に噴出される。この際に所定の時期に前記点火プラグ１２０によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、連絡孔１２３を通して該主燃焼室１０１に噴出される。
一方、前記主室用燃料ガス管１２Ａを通った分岐後の低カロリーガスは、ガス量調整弁１１６にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１４に入る。
【００２８】
前記ガスミキサー１１４では、前記のようにして、低カロリーガスと空気との予混合ガスが生成されて、この予混合ガスをガスエンジン１００の給気ポート１０３に投入する。この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給される。
一方、前記点火プラグ１２０よって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１２３を通して該主燃焼室１０１中の予混合ガスに噴出され、主燃焼室１０１のガスが燃焼される。
主燃焼室１０１にて燃焼した燃焼後の排ガス１２４は排気ポート１０６を通り、排気管１０８を経て排気ターボ過給機１０９のタービン１０９ａに送られる。
【００２９】
本発明では、このようなガスエンジンの供給する燃料ガスの性状を分析して適切な運転となるように燃料ガスカロリを調整するものである。
【００３０】
図１は、本実施例に係るガスエンジン用の燃料ガスの成分調整装置の概略図である。図２は、実施例１に係る他の燃料ガス中のガス成分調整装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るガスエンジン用の燃料ガスの成分調整装置１０Ａは、ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガス１１を供給する燃料ガス供給管２３と、前記燃料ガスの一部１１ａを分取し、分取燃料ガス１１ａに半導体レーザ光１３を照射するレーザ分析装置とを具備してなり、前記レーザ分析装置が、半導体レーザ装置１２からの半導体レーザ光１３によりレーザ吸収分光法によりサンプルＣＨ4ガス濃度のサンプルレーザ吸収光を計測する測定セル１４と、所定濃度の標準ＣＨ4ガス１５を封入し、半導体レーザ光１３により所定ＣＨ4ガス濃度の標準レーザ吸収光を計測する標準セル１６とを具備する半導体レーザ計測装置１７と、測定セル１４と標準セル１６とで求めたレーザ吸収光を比較して真のサンプル濃度を求めるガス濃度測定手段１８と、求めたサンプルＣＨ4ガス濃度が、所望ガス濃度に達していない場合に、不足分に対応する高カロリーガス１９を供給して、所望ガス濃度の混合燃料ガス２０とする調整を行う制御手段とを具備するものである。
【００３１】
ガスエンジン１００に供給する燃料ガス１１としては、炭鉱メタン等の低カロリーガス、シェールガス、熱分解ガス、コークス炉ガス、プロセスガス、石炭ガス、バイオマスガス化ガス、高炉ガス、炭鉱メタン等を挙げることができる。
【００３２】
参照レーザ吸収光（Ｉ0）は、第３の検出器１７ｃで検出し、半導体レーザの波長のずれによる生じる計測誤差を校正している。
【００３３】
図１に示すように、ガスエンジン用の燃料ガスの成分調整装置１０Ａは、供給されるガスエンジン用の燃料ガス１１の一部１１ａを抜き出し、半導体レーザ装置１２からの半導体レーザ光１３によりレーザ吸収分光法によりサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１）のサンプルレーザ吸光度（Ｉ1）を計測する測定セル１４と、所定濃度の標準ＣＨ4ガス（例えば標準ガス濃度（Ａ2）＝７７．５ｖ％（以下、単に「％」と記す。）のＣＨ4ガス）１５を封入し、半導体レーザ光１３により所定濃度のＣＨ4ガスの標準レーザ吸光度（Ｉ２）を計測する標準セル１６とを具備する半導体レーザ計測装置１７と、前記測定セル１４にて計測したサンプルレーザ吸光度（Ｉ1）と、参照レーザ吸光度（Ｉ0）とを比較して、真のサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１：７７％）を求めると共に、標準セル１６にて標準レーザ吸光度（Ｉ2）を計測し、計測した標準レーザ吸光度と、参照レーザ吸光度とを比較して、真の標準ＣＨ4ガス濃度（７６％）を求めると共に、補正係数α＝（７７．５％／７６％）を求め、前記求めたサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１）に補正係数αを乗じて、真のサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１・α＝Ａ2）（＝７８．５）を求める制御を行うガス濃度測定手段１８と、求めた校正後サンプル濃度（Ａ・α＝Ａ2）（＝７８．５）が、所望濃度（Ｘ：７７．５％）ではない場合に、不足分（Ｙ＝７８．５−７７．５＝１．０％）に対応する高カロリ１９を供給して、ガスエンジン用ガス組成の混合ガス２０とする調整を行う制御装置２１とを具備するものである。
図１において、Ｍ1〜Ｍ2はミラー、Ｖ1〜Ｖ4はバルブを図示している。
【００３４】
このように、本燃料ガス中のガス成分調整装置１０Ａを用いて燃料ガス１１のカロリーを計測し、計測カロリーが不足している場合には、ガスエンジン１００へ供給する燃料ガス１１の供給カロリーが低いので、高カロリーガス１９を導入し、混合ガス２０を所定のカロリーとするようにしている。
【００３５】
高カロリーガス１９の調整は、ＯＮ−ＯＦＦバルブによる切り替えや、流量調整弁による調整により行うようにしている。また、導入量を計測しつつ流量調整手段により高カロリーガス１９の導入量を調整するようにしてもよい。
【００３６】
本実施例によれば、ガスエンジン１００に導入する燃料ガス１１をオンラインで連続しての計測により、半導体レーザ装置１２での応答性の良い計測により、燃料ガス１１中のメタンの濃度を求めることができる。
そして、燃料ガス１１のカロリーの低下の量に応じて、高カロリーガス１９を導入することができ、安定したガスエンジンの燃焼を確保することができる。
これにより、例えば高カロリーガスを供給するためのバッファタンクを設けることなく、安定したカロリーの燃料ガスを供給することができる。
【００３７】
また、計測の結果、メタン濃度が低い場合には、カロリー過剰となるので、その分希釈ガス２２で希釈処理を行うようにする。
【００３８】
この希釈処理の一例を説明する。
図６は、メタン濃度（Ｖ％）と高位発熱量（ｋＪ／ｍ3Ｎ）との予め求めた関係図である。
前記測定セル１４にて計測したサンプルレーザ吸光度（Ｉ1）と、標準レーザ吸光度（Ｉ0）とを比較して、真のサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１：７５％）を求める。
標準セル１６にて標準レーザ吸光度Ｉ2を計測し（７６％）、補正係数α＝（７７．５％／７６％＝１．０２）を求め、前記求めたサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１）に補正係数αを乗じて、真のサンプルＣＨ4ガス濃度（Ａ１・α＝Ａ2）（＝７６．５）を求める演算をガス濃度測定手段１８により行う。
求めた校正後サンプル濃度（Ａ・α＝Ａ2）（＝７６．５）が、所望濃度（Ｘ：７７．５％）ではない場合に、過剰分（Ｚ＝７６．５−７７．５＝−１．０％）に対応する希釈ガス２２を供給して、所望のガスエンジン用ガス組成の混合ガス２０とする調整を制御装置２１により行う。
【００３９】
これにより、燃料ガス１１のカロリーの変動（増減）を監視し、燃料ガス１１のカロリー変動（増加又は低下）に応じ、高カロリーガス１９又は希釈ガス２２を導入することができ、安定したガスエンジンの燃焼を確保することができる。
【００４０】
ここで、希釈ガス２２としては、例えば空気や窒素（乾燥窒素）を用いることができる。
【００４１】
また、本実施例では、ガスエンジン１００の運転状況（例えばエンジンの回転数、内筒圧の制御）を監視するエンジン状態監視手段２００を設けており、エンジン状態に応じた燃料ガス１１の制御をするようにしている。
これにより、エンジン状態監視手段２００を設けることで、所望のカロリを所望のタイミングで設定することができる。
【００４２】
具体的には、例えば回転数や内筒圧が高いような場合において、その状態と燃料ガスのカロリーとを考慮し、制御手段２５へ例えば燃料ガス１１のカロリーを低下させるような指示を行い、流量制御弁Ｖ1、Ｖ2を適宜調整して、回転数や内筒圧を低下させるようにしている。
【００４３】
また、図２に示すように、混合燃料ガス２０の一部２０ａを測定セル１４に導入して、上述したと同様に混合燃料ガス２０のカロリを求めるようにしてもよい。
【００４４】
これにより、所望のカロリであるか否かの確認を行うことができる。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明の実施例２について説明する。なお、実施例１の構成部材と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図３は、実施例２に係る燃料ガス中のガス成分調整装置の概略図である。
図３に示すように、本実施例に係る燃料ガス中のガス成分調整装置１０Ｂは、実施例１の燃料ガス中のガス成分調整装置１０Ａにおいて、さらに混合燃料ガス２０のカロリーの計測をするラマンレーザ計測装置３０を設けている。
【００４６】
図３に示すように、ラマンレーザ計測装置３０は、燃料ガス１１にパルスレーザ光３１を照射するパルスレーザ装置３２と、測定領域３３内でパルスレーザ光３１の照射により発生するラマン散乱光３４を計測する光検出器３５ｂとを具備するものである。
ここで、図３において、符号３６はパルスレーザ装置３２からのパルスレーザ光３１を反射するミラー、３７は集光レンズ、３８ａ及び３８ｂは石英窓、３５ａは分光部、４０はビームダンパを各々図示する。
【００４７】
このラマンレーザ計測装置３０を用いて、測定領域３３で発生したラマン散乱光３４を分光部３５ａで分光して光検出器３５ｂで計測することにより、混合燃料ガス２０中のガス成分を計測することができる。
【００４８】
そして、ラマン散乱光３４の計測結果により、混合燃料ガス２０中のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、混合燃料ガス２０中の組成から求めたカロリーが所望閾値に達しているかを確認し、所望カロリーに達している場合には、そのままガスエンジンの混合燃料ガス２０を供給するようにしている。
これに対して、高カロリーガス１９を供給したにもかかわらず、所定のカロリーに達していない場合には、再度高カロリーガス１９を導入し、所望カロリーの混合燃料ガス２０となる調整を制御手段２５により行うようにしている。
【００４９】
これにより、混合燃料ガス２０のカロリーが常に所望のカロリーに調整されていることを確認することができる。
【００５０】
ここで、前記光検出器３５ｂとしては、ＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等を用いることができる。また、例えばアパランシェ型フォトダイオード、ホトマルチプライヤー等の高感度光検出器も適用可能である。
【００５１】
以下、図３を参照しつつラマンレーザ計測装置３０におけるレーザ計測の手順を説明する。
先ず、図３に示すように、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ光３１は、反射ミラー３６で測定領域３３側へ反射させて、集光レンズ３７により集光させ、ガス通路２３内の測定領域３３内にパルスレーザ光３１を入射させ、ガス通路２３内の混合燃料ガス２０へ照射している。
【００５２】
このレーザ照射によって測定領域３３の中心部から散乱されたラマン散乱光３４は、例えば偏光子、集光レンズ及びフィルタ等の光学群（図示せず）を介して分光部３５ａで分光され、該分光部３５ａに接続された光検出器３５ｂにより各波長の光の強度を計測する。前記光検出器３５ｂからの計測データは、ガス濃度測定手段１８のデータ処理手段（ＣＰＵ）に送られ、ここで計測データの処理がなされ、これにより、混合燃料ガスのカロリを求める。
【００５３】
ここで、ラマンレーザ計測装置３０を用いて燃料ガス中のメタン濃度を求めるのは以下の理由による。
ラマンレーザ計測装置３０を用いた計測では、計測終了が１０〜２０秒程度を要するが、真のメタン度値となり、ラマン計測の方が精度の高い測定が可能となる。但し、データの取得にはタイムラグが生じ、１０〜２０秒毎に一回のデータの取得となる。
また、燃料ガス化反応は、２０秒程度で進行するために、１０〜２０秒程度の応答性を有するラマンレーザ計測は、半導体レーザ計測の校正手段として好適である。
【００５４】
そこで、半導体レーザ装置１２を用いて、例えば１秒毎に計測し、それを２０秒（２０回）計測し、この半導体レーザ装置１２での計測結果から計測データの平均値を求め、メタン濃度を求める。
ラマンレーザ計測装置３０で２０秒間計測した際のメタン濃度の真の値を求める（例えば６％）。
両者を対比し、校正係数（β）を求める。
β＝６％／４％＝１．５
【００５５】
図４は、実施例３に係るラマンレーザ計測と半導体レーザ計測の範囲及び出力タイミング、並びに校正の模式図を示す。図４に示すように、例えばラマンレーザ計測装置３０での計測を２０秒とする場合、この２０秒間のメタン濃度の計測結果（１回目の結果）を求め、これらの値を対比し、第１回目のメタン濃度の校正を行うための校正係数β１（１．５）を求め、２１秒目から４０秒目の１秒毎のカロリーガスの調整の制御においては、この校正係数β１（１．５）を用いて、半導体レーザ装置１２での１秒毎の計測結果に対してその校正し、燃料ガス１１のカロリーを求め、１秒毎の高カロリーガス１９の計測の指標として、混合ガス２０を適正なカロリーとなるように、制御装置２１で制御することとなる。
そして、２１秒から４０秒の間は、第１の校正係数β１で校正し、４０秒目において、第２回目の校正を行うための校正係数β２を、第１回目と同様に操作して行い、次の４１秒から６０秒の間の校正を行うようにしている。
なお、計測開始の０秒から２０秒は、校正係数β０＝１を暫定的に用いるようにしている。
【００５６】
図４は、実施例３に係る他のラマンレーザ計測と半導体レーザ計測の範囲及び出力タイミング、並びに校正の模式図である。
図４に示すように、ラマンレーザ計測装置３０による計測も、２１秒以降は過去２０秒のデータの蓄積により１秒毎に測定ができるので、１秒毎にメタン濃度を求めることができる半導体レーザ計測装置の平均値（１秒から２１秒の平均値）と対比して、校正係数β２１を求め、次の２２秒目のメタン濃度の計測値に対しては校正係数β２２を用いて、校正することができる。
すなわち、２１秒目においては、１回目としてラマンレーザ計測では１秒から２１秒のラマン計測装置３０の測定結果を基にした、データ出力であり、これに対して、半導体レーザ計測装置では１秒から２１秒のデータの蓄積の平均値を求め、両者を対比して校正係数β２１を求める。
そして、２２秒目の半導体レーザ装置１２での計測結果に対して、２１秒目において求めた校正係数β２１を用いて、メタン濃度計測を行い、カロリー計算の基礎とすることができる。
同様にして、２回目として、β２１を求め、２３秒目の半導体レーザ装置１２での計測結果に対して、２２秒目において求めた校正係数β２２を用いて、メタン濃度計測を行い、カロリー計算の基礎とすることができる。
【００５７】
これにより、２１秒目以降は、常に１秒遅れではあるが、半導体レーザ装置１２での計測結果の校正が可能となる。
なお、計測開始の０秒から２０秒は、校正係数β０＝１を暫定的に用いるようにしている。
【００５８】
以上説明したように、本発明によれば、燃料ガス１１の発熱量を１秒以内に迅速に分析し、この分析の結果、一定発熱量に達していない場合には、一定発熱量となるように高カロリーガス１９を供給し、発熱量が常に一定なガスエンジン用の燃料ガス１１を供給することが可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
１０Ａ、１０Ｂ  ガスエンジン用の燃料ガスの成分調整装置
１００  ガスエンジン
１０１  主燃焼室
１１９  副室
１１  燃料ガス
１１ａ  分取燃料ガス
１２  半導体レーザ装置
１３  半導体レーザ光
１４  測定セル
１５  標準ＣＨ4ガス
１６  標準セル
１７  半導体レーザ計測装置
１８  ガス濃度測定手段
１９  高カロリーガス
２０  混合燃料ガス
２３  燃料ガス供給管
【図１】
2012184741.tif 000003
【図２】
2012184741.tif 000004
【図３】
2012184741.tif 000005
【図４】
2012184741.tif 000006
【図５】
2012184741.tif 000007
【図６】
2012184741.tif 000008
【図７】
2012184741.tif 000009