ガスエンジンの給気装置
【課題】外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止すること。
【解決手段】過給機を有するガスエンジンの給気装置において、室外空気と未精製ガスとの混合気を前記過給機に導く第１の吸気通路と、室内空気を前記過給機に導く第２の吸気通路と、を有し、前記第１の吸気通路上に、前記未精製ガス中の固体不純物を除去するフィルタと、該フィルタの下流側に第１の吸気通路を開閉可能な第１のダンパを設け、前記第２の吸気通路上に、前記室内空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下流側に第２の吸気通路を開閉可能な第２のダンパを設け、前記第１のダンパ及び第２のダンパの開度を制御するダンパ制御装置を設けた。
【解決手段】過給機を有するガスエンジンの給気装置において、室外空気と未精製ガスとの混合気を前記過給機に導く第１の吸気通路と、室内空気を前記過給機に導く第２の吸気通路と、を有し、前記第１の吸気通路上に、前記未精製ガス中の固体不純物を除去するフィルタと、該フィルタの下流側に第１の吸気通路を開閉可能な第１のダンパを設け、前記第２の吸気通路上に、前記室内空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下流側に第２の吸気通路を開閉可能な第２のダンパを設け、前記第１のダンパ及び第２のダンパの開度を制御するダンパ制御装置を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンに吸入される空気若しくは該空気と未精製ガスとの混合気を過給する過給機を有するガスエンジンの給気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過給機を介して給気された空気と、燃料ガスとを混合して燃焼室内に供給し、エンジンを着火燃焼させるガスエンジンシステムが広く知られている。
ガスエンジンシステムにおいては、例えば冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合、前記空気として外気を使用すると、ガスエンジン始動時に低温の外気を吸気するため、エンジンの始動性が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
そこで、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができる技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術は、エンジンに室外の空気（外気）を導く通路とエンジンに室内の空気（内気）を導く通路を有し、エンジンの負荷が所定値未満であるときは内気のみをエンジンに供給するとともに内気を加温し、エンジンの負荷が所定値以上であるときは外気のみをエンジンに供給するガスエンジンシステムに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８３１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガスエンジンシステムにおいては、過給機に吸気する空気及び燃料として、炭鉱から排出される通気メタンガス（ＶＡＭ）に代表される精製されていないガス（以下、未精製ガスと称する）を使用することがある。前記未精製ガスは、塵等の固体不純物を含む場合が多く、特に、未精製ガスを空気として使用して外気とともに過給機に供給する際には、装置の磨耗やエンジンの異常燃焼の原因となるため、前記不純物を除去する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、前述のように冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を抑制は可能であるものの、未精製ガスを外気とともに過給機に供給する場合については考慮されていない。そのため、未精製ガスを外気とともに過給機に供給する場合に特許文献１に開示された技術を適用すると、前記不純物を除去することができず、不純物がエンジンに流入してエンジンが正常に作動しなくなる可能性がある。
【０００７】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができるガスエンジンの給気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明においては、過給機を有するガスエンジンの給気装置において、室外空気と未精製ガスとの混合気を前記過給機に導く第１の吸気通路と、室内空気を前記過給機に導く第２の吸気通路と、を有し、前記第１の吸気通路上に、前記未精製ガス中の固体不純物を除去するフィルタと、該フィルタの下流側に第１の吸気通路を開閉可能な第１のダンパを設け、前記第２の吸気通路上に、前記室内空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下流側に第２の吸気通路を開閉可能な第２のダンパを設け、前記第１のダンパ及び第２のダンパの開度を制御するダンパ制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、エンジンの始動時には、室外空気温度・室内空気温度のうちエンジンの始動性を低下させない温度範囲である空気または前記混合気を、室外空気温度がエンジンの始動性を低下させる温度範囲である場合には室内空気を過給機に供給するように切り替えることができる。従って、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合であっても、エンジンの始動性の低下を抑制することが可能である。
【００１０】
また、フィルタを設けることで、未精製ガスに含まれる不純物を捕集することができ、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができる。
【００１１】
また、前記室外空気と未精製ガスとの混合気の温度を検出する室外空気温度計と、
前記室内空気の温度を検出する室内空気温度計とを設け、前記ダンパ制御装置は、室外空気温度が予め定めた所定温度より低温且つ室内空気温度が室外空気温度より高温である第１条件であるか、室外空気温度が予め定めた所定温度より高温又は室外空気温度が室内空気温度より高温である第２条件であるかを判断する温度判断部と、前記温度判断部の判断に基づいて、前記第１条件である場合に前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とするダンパ開度制御部とを有するとよい。
さらに、前記温度判断部は、室外空気温度が予め定めた前記所定温度よりも高温且つ該所定温度よりも高温に予め定めた第２の所定温度よりも低温である第３条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも低温である第４条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも高温である第５条件であるかを判断するものであって、
前記ダンパ開度制御部は、前記温度判断部の判断に基づいて、前記第３条件又は第４条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とし、前記第５条件である場合には前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とするものであるとよい。
【００１２】
これにより、エンジンの始動時においては、室外空気温度がエンジンの始動性を低下させない温度範囲である場合には室外空気と未精製ガスの混合気を、室外空気温度がエンジンの始動性を低下させる温度範囲である場合には室外空気と未精製ガスの混合気と室内空気の何れか始動性の低下させる度合いが小さい方を過給機に供給することができる。従って、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合であっても、エンジンの始動性の低下を抑制することが可能である。
また、始動時にのみ室内空気を取り入れればよいため、室外空気とともに未精製ガスを取り入れる時間を長く確保することができる。
【００１３】
また、前記ダンパ開度制御部は、前記第１条件である場合に前記第２のダンパが開となっていることを条件に前記第１のダンパを閉とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパが開となっていることを条件に前記第２のダンパを閉とするダンパ動作遅延手段を有するとよい。
これにより、第１のダンパ及び第２のダンパの開閉の切替の際に、第１のダンパ及び第２のダンパの両方が閉じて過給機に吸気が供給されなくなる状態の発生を防止することができる。従って、過給機への吸気の停止に起因する過給機のサージングの発生を防止することができる。
【００１４】
また、前記フィルタの上流と下流との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記ダンパ制御装置は、前記差圧が予め定めた所定差圧以上である条件で前記第２のダンパを開とし、前記差圧が予め定めた所定差圧未満である条件で前記第２のダンパを閉とするとよい。
【００１５】
これにより、フィルタが不純物の捕集によって経年的に目詰まりを起こし、これによりフィルタの下流側に配置される過給機に対する背圧が上昇し、背圧の上昇によって過給機がサージングを起こすことを防止することができる。
【００１６】
また、前記過給機の回転数を検出する回転数計と、前記過給機に供給する吸気量を検出する吸気量計と、前記過給機により過給された空気の圧力（給気圧）を検出する圧力計と、該圧力計の検出値と大気圧に基づいて給気圧と大気圧の比である圧力比を演算する圧力比演算手段とを設け、前記差圧検出手段は、前記フィルタの差圧上昇のない条件で予め作成した前記過給機の回転数と、前記過給機に供給する吸気量と、前記過給機により過給された吸気の圧力（給気圧）と大気圧との比である圧力比との関係を記憶した差圧マップと、前記吸気量計によって検出される吸気量と前記圧力比演算手段によって演算される圧力比条件において前記マップから決定される過給機の回転数よりも、前記回転数計によって検出される過給機の回転数が予め定めた所定量以上大きい場合に前記差圧が予め定めた所定差圧以上であると判断する差圧判断部とを有するとよい。
通常、ガスエンジンの給気系には前記回転数計、空気量計、圧力計が設けられているため、新たな計器を設けることなく発明の実施が可能となる。
【００１７】
また、前記ガスエンジンは、炭鉱メタンガスを燃料とするガスエンジンであって、前記未精製ガスは、炭鉱から排出される通気メタンガスであるＶＡＭ（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｍｅｔｈａｎｅ）であるとよい。
これにより、炭鉱メタンガスを燃料とし、未精製ガスとしてＶＡＭを利用するガスエンジンについても、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止、及び未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができるガスエンジンの給気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例に係るガスエンジンの給気装置を含むガスエンジンシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施例におけるダンパ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンの始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ及び第２のダンパの開閉の制御に係るフローチャートである。
【図４】エンジンの始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ及び第２のダンパの開閉の制御に係る別の例のフローチャートである。
【図５】実施例における吸気フィルタの差圧判断に用いるマップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００２１】
図１は、実施例に係るガスエンジンの給気装置を含むガスエンジンシステムの全体構成を示すブロック図であり、図２は、実施例におけるダンパ制御装置の構成を示すブロック図である。
まず、図１及び図２を参照して、本実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成について説明する。図１において、４はエンジン（ガスエンジン）であって、６はエンジンに直結駆動される発電機、８はフライホイールである。また、また、１４は排気タービン１４ａ及びコンプレッサ１４ｂからなる過給機である。
【００２２】
１０はエンジン４のシリンダヘッドである。
各シリンダヘッド１０の給気入口には給気枝管１２が接続されている。コンプレッサ１４ｂの給気出口と各給気枝管３とは、給気管１６で接続されており、給気管１６上には給気管１６を流れる給気を冷却する空気冷却器１８が設けられている。
【００２３】
また、各シリンダヘッド１０の排気出口には複数の排気管２０が接続され、複数の排気管２０は排気集合管２２に接続されている。排気集合管２２には、排気タービン１４ａの排気ガス出口からの排気ガスを排出するための排気出口管２４が接続されている。排気出口管２４には、排気タービン１４ａをバイパスする排気バイパス路２６が設けられている。排気バイパス路２６は、排気集合管２２の排気タービン１４ａ入口側から分岐されて排気タービン７ａをバイパスし、排気タービン７ａ出口側の排気出口管２４に接続されている。排気バイパス路２６には、排気バイパス路２６を開閉する排気バイパス弁２８が設けられている。
【００２４】
過給機１４のコンプレッサ１４ｂに外部から空気を導入するための第１の吸気通路３０と、第２の吸気通路３２が設けられている。第１の吸気通路３０と第２の吸気通路３２は合流して合流通路３４となって、過給機１４の入口側に接続されている。
【００２５】
第１の吸気通路３０の入口は、図１に示したように、屋外に設けられており、第１の吸気通路３０には室外空気が導入されるとともに、外部より未精製ガスであるＶＡＭ（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｍｅｔｈａｎｅ）を導入可能にＶＡＭ導入管３６が接続されている。ここでＶＡＭとは、低濃度炭鉱メタンガスの一種であって、炭鉱内の安全確保の為に通気システムにより大気放出されるガスであり、メタン濃度は０．３〜０．７％程度のものである。即ち、第１の吸気通路３０は、屋外空気とＶＡＭとの混合気を形成し、該混合気を合流通路３４を介して過給機１４のコンプレッサ１４ｂに供給するためのものである。
【００２６】
第１の吸気通路３０には、吸気フィルタ３８が設けられており、吸気フィルタ３８の下流側には第１の吸気通路３０を開閉するためのモータ４１によって駆動する第１のダンパ４０が設けられている。さらに、吸気フィルタ３８の上流と下流との差圧Δｐを検出する差圧計４２が設けられている。また、前記混合気の温度（以下室外吸気温度と称する）Ｔ２を検出する室外空気温度計４４が設けられている。また、合流通路３４内の温度を検出する合流通路温度計４５が設けられている。
【００２７】
また、第２の吸気通路３２の入口は、図１に示したように、屋内に設けられており、第２の吸気通路３２には室内空気が導入される。
第２の吸気通路３２には、導入された室内空気を加熱するためのヒータ４６が設けられており、ヒータ４６の下流側には第２の吸気通路３２を開閉するためのモータ４９によって駆動する第２のダンパ４８が設けられている。
さらに、第２の吸気通路３２に導入される室内空気温度Ｔ１を検出するための室内空気温度計５０が、第２の吸気通路３２外であって室内に設けられている。
【００２８】
５２は、燃料ガスが導入されるガス供給管である。ガス供給管５２は途中でシリンダ毎に分岐されガス供給枝管５４となって各給気枝管１２に接続されている。なお、５６は各ガス供給枝管５４に設置されて各ガス供給枝管５６の通路面積即ち燃料ガス流量を制御する燃料流量制御弁である。燃料ガスとしては、未精製ガスであるＣＭＭ（Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｍｅｔｈａｎｅ）が使用される。ここでＣＭＭとは、炭鉱掘削中にガス抜きにより回収されるガスであって、メタン濃度は３０〜５０％程度のものである。
【００２９】
さらに、ダンパ４１及びダンパ４９の開度を制御するためのダンパ制御装置５８が設けられている。ダンパ制御装置５８は、温度判断部６０、ダンパ開度制御部６２及び差圧判断部６４とを有する。温度判断部６０、ダンパ開度制御部６２及び差圧判断部６４については後述する。
【００３０】
以上の構成のガスエンジンの運転時においては、合流通路３４からの空気は、コンプレッサ１４ｂに導入される。コンプレッサ１４ｂで高温高圧に加圧された空気は、空気冷却器１８で冷却されて降温し、給気管１６を通って各シリンダの給気枝管１２に流入する。
一方、燃料ガス（ＣＭＭ）はガス供給管５２、各ガス供給枝管５４を通り、各給気枝管１２に入り、給気枝管１２内の前記空気に混入されて各シリンダ内に送り込まれ、エンジン４が駆動し、発電機６が駆動する。
【００３１】
そして、エンジン４の各シリンダからの排気ガスは排気管２０を通って排気集合管２２で合流され、過給機１４の排気タービン１４ａに供給されて排気タービン１４ａを駆動し、排気出口管２４を通って外部に排出される。また、コンプレッサ１４ｂの必要能力に応じて排気バイパス弁２８が開かれると、排気集合管２２内の排気ガスの一部は排気タービン７ａをバイパスして排気出口管２４に排出される。
【００３２】
次に、ダンパ４０及び４８の制御、即ち過給機１４のコンプレッサ１４ｂへ供給される空気の制御について図３を参照して説明する。
図３は、エンジン４の始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ４０及び第２のダンパ４８の開閉の制御に係るフローチャートであり、ダンパ制御装置５８の制御に係るものである。
【００３３】
エンジン４の開始指令が出されるとステップＳ１に進む。
ステップＳ１では、温度判断部６０にて室外吸気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＬよりも高いか否かを判断する。ステップＳ１でＹＥＳと判断されるとステップＳ２へ、ステップＳ１でＮＯと判断されるとステップＳ３に進む。
ここで、吸気切替域温度ＴＬとは、室外空気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＬ以下である場合には、吸気温度が低くエンジンの始動性が低下してしまう温度を表しており、エンジン４の性能によりエンジン毎に個々に決定される温度である。
【００３４】
ステップＳ２では、温度判断部６０にて室外吸気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＨ未満であるか否かを判断する。ステップＳ２でＹＥＳと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴＬ＜Ｔ２＜ＴＨの範囲である場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ２でＮＯと判断される、即ち室外給気温度Ｔ２がＴ２＞ＴＨである場合にはステップＳ４へ進む。
ここで吸気切替域温度ＴＨとは、室外空気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＨ以上である場合には、吸気温度が高くエンジンの始動性が低下してしまう温度を表しており、ＴＨ＞ＴＬであり、エンジン４の性能によりエンジン毎に個々に決定される温度である。
【００３５】
ステップＳ３では、温度判断部６０にて室外吸気温度Ｔ２が室内吸気温度Ｔ１よりも高いか否かを判断する。ステップＳ３でＹＥＳと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴ２＜ＴＬ且つＴ２＞Ｔ１の範囲である場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ３でＮＯと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴ２＜ＴＬ且つＴ２＜Ｔ１である場合にはステップＳ６へ進む。
【００３６】
また、ステップＳ４では、温度判断部６０にて室内吸気温度Ｔ１が室外吸気温度Ｔ２よりも高いか否かを判断する。ステップＳ４でＹＥＳと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴＨ＜Ｔ２且つＴ１＞Ｔ２である場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ４でＮＯと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴＨ＜Ｔ２且つＴ１＜Ｔ２である場合にはステップＳ６へ進む。
【００３７】
まとめると、ステップＳ１〜ステップＳ４においては、室外吸気温度Ｔ２がＴＬ＜Ｔ２＜ＴＨの範囲、Ｔ２＞ＴＨ且つＴ１＞Ｔ２の範囲、又はＴ２＜ＴＬ且つＴ２＞Ｔ１の範囲である場合にステップＳ５に進む。また、室外吸気温度Ｔ２がＴ２＜ＴＬ且つＴ２＜Ｔ１の範囲、又はＴＨ＜Ｔ２且つＴ１＜Ｔ２の範囲である場合にステップＳ６に進む。
【００３８】
ステップＳ５に進むと、ダンパ開度制御部６２は、内部に有するダンパ動作遅延手段６３により、ダンパ４０が開となっている場合にはモータ４９を制御してダンパ４８を閉じる。ダンパ４０が開となっていない場合には、モータ４１を制御してダンパ４０を開け、その後、モータ４９を制御してダンパ４８を閉じる。
これにより、室外空気とＶＡＭの混合気が、フィルタ３８及びダンパ４０を介し、第１の吸気通路３０及び合流通路３４を通って、過給機１４を構成するコンプレッサ１４ｂに供給される。
また、ダンパ４０を開けてからダンパ４８を閉じることで、ダンパ４０及びダンパ４８の両方が閉じて過給機に吸気が供給されなくなる状態の発生を防止することができる。
【００３９】
ステップＳ５で室外空気とＶＡＭの混合気がコンプレッサ１４ｂに供給されると、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、差圧判断部６４により、差圧計４２の検出値に基づいて、吸気フィルタ３８の前後差圧Δｐが吸気フィルタ清掃要求差圧ΔｐＨよりも高いか否か判断する。ここで、吸気フィルタは捕集した不純物の存在により前後差圧が上昇するが、捕集した不純物の堆積量が多くなり吸気フィルタの清掃が必要となるときの下限の吸気フィルタ前後差圧が吸気フィルタ清掃要求差圧ΔｐＨである。
【００４０】
ステップＳ７でＹＥＳ、即ち吸気フィルタ３８の前後差圧Δｐが吸気フィルタ清掃要求差圧ΔｐＨを越えた場合にはステップＳ８に進み、越えない場合には越えるまで運転を継続する。
【００４１】
ステップＳ８では、ダンパ開度制御部６２はモータ４１を制御してダンパ４０を閉じる。これにより、室外空気とＶＡＭの混合気のコンプレッサ１４ｂへの供給が停止し、吸気フィルタ３８を室外空気とＶＡＭの混合気が流通しなくなり吸気フィルタの清掃が可能となる。
なお、ステップＳ８において室外空気とＶＡＭの混合気のコンプレッサ１４ｂへの供給を停止した際に、ダンパ４８を開けて室内空気をコンプレッサ１４ｂへ供給することもできる。この場合には、エンジン４の運転を停止することなく吸気フィルタ３８の清掃が可能となる。
【００４２】
一方、ステップＳ６では、ダンパ開度制御部６２は、内部に有するダンパ動作遅延手段６３により、ダンパ４８が開となっている場合にはモータ４１を制御してダンパ４０を閉じる。ダンパ４８が開となっていない場合には、モータ４９を制御してダンパ４８を開けた後、モータ４１を制御してダンパ４０を閉じる。
これにより、室内空気がヒータ４６によって温められ、ダンパ４８を介し、第２の吸気通路３２及び合流通路３４を通って、過給機１４を構成するコンプレッサ１４ｂに供給される。
ステップＳ６で室内空気がコンプレッサ１４ｂに供給されると、ステップＳ１に戻る。
【００４３】
以上の構成及び動作によれば、エンジン４の始動時には、室外空気温度Ｔ２がエンジン４の始動性を低下させない温度範囲である場合には室外空気とＶＡＭの混合気を、室外空気温度Ｔ２がエンジン４の始動性を低下させる温度範囲である場合には室外空気とＶＡＭの混合気と室内空気の何れか始動性の低下させる度合いが小さい方をコンプレッサ１４ｂに供給することができる。
これにより、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合であっても、エンジンの始動性の低下を抑制することが可能である。
【００４４】
また、室外空気温度Ｔ２がエンジン４の始動性を低下させない温度範囲である場合には室外空気とＶＡＭの混合気を導入することにより、エンジン４の始動時において室外空気とＶＡＭの混合気の導入時間をエンジン４の始動性を低下させない範囲で長くすることができる。これにより、ＶＡＭを可能な限り多く処理することができる。
【００４５】
また、吸気フィルタ３８を設けることでＶＡＭに含まれる不純物の捕集が可能となり、吸気フィルタ３８の差圧上昇によりダンパ４０を閉じることで、吸気フィルタ３８が不純物の捕集によって経年的に目詰まりを起こし、これにより吸気フィルタ３８の下流側に配置される過給機１４に対する背圧が上昇し、背圧の上昇によって過給機１４がサージングを起こすことを防止することができる。
さらに、吸気フィルタ３８の清掃時においても、前述のように、ダンパ４８を開けて室内空気をコンプレッサ１４ｂへ供給することで、エンジン４の運転を停止することなく吸気フィルタ３８の清掃が可能となる。
また、吸気フィルタ３８の清掃時でなくとも、吸気フィルタ３８の経年劣化により第１の吸気通路からの空気供給量が減少した場合には、第２のダンパ４８を開けることで不足分の吸気を供給することができる。これにより、吸気フィルタの経年劣化に寄らず常に過給機が最適な効率で運転可能となる。
【００４６】
さらに、ダンパ制御装置５８の制御を図４に示したフローチャートの手順とすることもできる。
図４は、実施例におけるエンジン４の始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ４０及び第２のダンパ４８の開閉の制御に係る別の例のフローチャートである。図４においては、ステップＳ９を設けた以外は図３と同じであるので、ステップＳ９に係る部分以外については図示を省略し、その説明も省略する。
【００４７】
図４においては、ステップＳ６で室内吸気が過給機に供給されると、燃料の供給によりエンジン４が始動する。
ステップＳ９では、別途設ける着火性判断手段により、出力監視、燃焼室圧力、諸温度の監視により十分な着火性が確保されたか否かを判断する。
ステップＳ９でＹＥＳ即ち着火性が十分であると判断されると、ダンパ開度制御部６２によりダンパ４０を開であればダンパ４８を閉とし、ダンパ４０が閉であればダンパ４０を開とした後にダンパ４８を閉とする。
ステップＳ９でＮＯ即ち着火性が十分でないと判断されると、ステップＳ１に戻る。
着火性が十分か否かを判断するステップＳ９を設けることにより、室外空気とＶＡＭの混合気を過給機に供給する時間を長く確保することができ、ＶＡＭを多く処理することができる。
【００４８】
さらに、図１及び図２に示したようにカレンダー機構７４を設けることができる。図１及び図２においてはカレンダー機構７４をダンパ制御装置５８内に設けているが、ダンパ開度制御部６２に信号を送ることができれば他の場所に設けられていてもよい。
この場合、カレンダー機構７４から現時点の日時が温度判断部に送られる。
そして、図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１でＮＯ即ちＴ２＜ＴＬである場合にはステップＳ３とは別に、現在の日時が特定時であるか否か判断する。そして現在の日時が特定時であればステップＳ３の結果に関わらずステップＳ６に進むようにする。ここで、特定時とは予め定めた外気温が低いと予想される日時を意味し、例えば冬場の深夜早朝等が該当する。
カレンダー機構７４を設けることで、室内空気を使用する可能性が高い特定時に、ダンパ４０及びダンパ４８を頻繁に切替ることを防止することができる。
【００４９】
さらにまた、本実施例においては、吸気フィルタ３８の前後差圧の上昇を差圧計４２によって判断したが、差圧計４２に替えて又は差圧計４２とともにマップ７２を用いて吸気フィルタ３８の前後差圧の上昇を判断することができる。
【００５０】
この場合、過給機１４を構成するコンプレッサ１４ｂの回転数を検出する回転数計６６と、過給機１４に供給する空気量を検出する空気量計６８と、過給機１４により過給された空気の圧力（給気圧）を検出する圧力計７０を設ける。そして、差圧判断部６４では、フィルタの差圧上昇のない条件で予め作成した過給機１４の回転数と、過給機１４に供給する空気量と、過給機１４により過給された空気の圧力（給気圧）と大気圧との比である圧力比との関係のマップ７２を用いて、前記空気量計によって検出される空気量と前記圧力比演算手段によって演算される圧力比条件においてマップ７２から決定される過給機の回転数よりも、前記回転数計によって検出される過給機の回転数が予め定めた所定量以上大きい場合に前記差圧が予め定めた所定差圧以上であると判断する。
【００５１】
図５は、実施例における吸気フィルタの差圧判断に用いるマップの一例である。図５において、縦軸は圧力比（給気圧／大気圧）、横軸は過給機に供給する空気量、ａ〜ｄは過給機の回転数を表している。図５に示したマップにおいて、例えば、吸気フィルタ３８の差圧上昇がない場合の圧力比、空気量、過給機回転数の関係のＡで示した線が、吸気フィルタの差圧の上昇によりＡ’で示す線に移動する。これにより吸気フィルタ３８の差圧の上昇を判断することができる。
【００５２】
図５に示したようなマップを用いる場合、通常、エンジンの給気系には回転数計６６、空気量計６８、圧力計７０が設けられているため、新たな計器を設けることなく発明の実施が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができるガスエンジンの給気装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ ガスエンジンシステム
２ 給気装置
４ エンジン
１４ 過給機
１４ａ 排気タービン
１４ｂ コンプレッサ
３０ 第１の吸気通路
３２ 第２の吸気通路
３４ 合流通路
３６ ＶＡＭ導入管
３８ 吸気フィルタ
４０ 第１のダンパ
４２ 差圧計
４４ 室外空気温度計
４６ ヒータ
４８ 第２のダンパ
５０ 室内空気温度計
５８ ダンパ制御装置
６０ 温度判断部
６２ ダンパ開度制御部
６４ 差圧判断部
６６ 回転数計
６８ 空気量計
７０ 圧力計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンに吸入される空気若しくは該空気と未精製ガスとの混合気を過給する過給機を有するガスエンジンの給気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過給機を介して給気された空気と、燃料ガスとを混合して燃焼室内に供給し、エンジンを着火燃焼させるガスエンジンシステムが広く知られている。
ガスエンジンシステムにおいては、例えば冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合、前記空気として外気を使用すると、ガスエンジン始動時に低温の外気を吸気するため、エンジンの始動性が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
そこで、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができる技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術は、エンジンに室外の空気（外気）を導く通路とエンジンに室内の空気（内気）を導く通路を有し、エンジンの負荷が所定値未満であるときは内気のみをエンジンに供給するとともに内気を加温し、エンジンの負荷が所定値以上であるときは外気のみをエンジンに供給するガスエンジンシステムに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８３１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガスエンジンシステムにおいては、過給機に吸気する空気及び燃料として、炭鉱から排出される通気メタンガス（ＶＡＭ）に代表される精製されていないガス（以下、未精製ガスと称する）を使用することがある。前記未精製ガスは、塵等の固体不純物を含む場合が多く、特に、未精製ガスを空気として使用して外気とともに過給機に供給する際には、装置の磨耗やエンジンの異常燃焼の原因となるため、前記不純物を除去する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、前述のように冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を抑制は可能であるものの、未精製ガスを外気とともに過給機に供給する場合については考慮されていない。そのため、未精製ガスを外気とともに過給機に供給する場合に特許文献１に開示された技術を適用すると、前記不純物を除去することができず、不純物がエンジンに流入してエンジンが正常に作動しなくなる可能性がある。
【０００７】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができるガスエンジンの給気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明においては、過給機を有するガスエンジンの給気装置において、室外空気と未精製ガスとの混合気を前記過給機に導く第１の吸気通路と、室内空気を前記過給機に導く第２の吸気通路と、を有し、前記第１の吸気通路上に、前記未精製ガス中の固体不純物を除去するフィルタと、該フィルタの下流側に第１の吸気通路を開閉可能な第１のダンパを設け、前記第２の吸気通路上に、前記室内空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下流側に第２の吸気通路を開閉可能な第２のダンパを設け、前記第１のダンパ及び第２のダンパの開度を制御するダンパ制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、エンジンの始動時には、室外空気温度・室内空気温度のうちエンジンの始動性を低下させない温度範囲である空気または前記混合気を、室外空気温度がエンジンの始動性を低下させる温度範囲である場合には室内空気を過給機に供給するように切り替えることができる。従って、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合であっても、エンジンの始動性の低下を抑制することが可能である。
【００１０】
また、フィルタを設けることで、未精製ガスに含まれる不純物を捕集することができ、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができる。
【００１１】
また、前記室外空気と未精製ガスとの混合気の温度を検出する室外空気温度計と、
前記室内空気の温度を検出する室内空気温度計とを設け、前記ダンパ制御装置は、室外空気温度が予め定めた所定温度より低温且つ室内空気温度が室外空気温度より高温である第１条件であるか、室外空気温度が予め定めた所定温度より高温又は室外空気温度が室内空気温度より高温である第２条件であるかを判断する温度判断部と、前記温度判断部の判断に基づいて、前記第１条件である場合に前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とするダンパ開度制御部とを有するとよい。
さらに、前記温度判断部は、室外空気温度が予め定めた前記所定温度よりも高温且つ該所定温度よりも高温に予め定めた第２の所定温度よりも低温である第３条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも低温である第４条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも高温である第５条件であるかを判断するものであって、
前記ダンパ開度制御部は、前記温度判断部の判断に基づいて、前記第３条件又は第４条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とし、前記第５条件である場合には前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とするものであるとよい。
【００１２】
これにより、エンジンの始動時においては、室外空気温度がエンジンの始動性を低下させない温度範囲である場合には室外空気と未精製ガスの混合気を、室外空気温度がエンジンの始動性を低下させる温度範囲である場合には室外空気と未精製ガスの混合気と室内空気の何れか始動性の低下させる度合いが小さい方を過給機に供給することができる。従って、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合であっても、エンジンの始動性の低下を抑制することが可能である。
また、始動時にのみ室内空気を取り入れればよいため、室外空気とともに未精製ガスを取り入れる時間を長く確保することができる。
【００１３】
また、前記ダンパ開度制御部は、前記第１条件である場合に前記第２のダンパが開となっていることを条件に前記第１のダンパを閉とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパが開となっていることを条件に前記第２のダンパを閉とするダンパ動作遅延手段を有するとよい。
これにより、第１のダンパ及び第２のダンパの開閉の切替の際に、第１のダンパ及び第２のダンパの両方が閉じて過給機に吸気が供給されなくなる状態の発生を防止することができる。従って、過給機への吸気の停止に起因する過給機のサージングの発生を防止することができる。
【００１４】
また、前記フィルタの上流と下流との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記ダンパ制御装置は、前記差圧が予め定めた所定差圧以上である条件で前記第２のダンパを開とし、前記差圧が予め定めた所定差圧未満である条件で前記第２のダンパを閉とするとよい。
【００１５】
これにより、フィルタが不純物の捕集によって経年的に目詰まりを起こし、これによりフィルタの下流側に配置される過給機に対する背圧が上昇し、背圧の上昇によって過給機がサージングを起こすことを防止することができる。
【００１６】
また、前記過給機の回転数を検出する回転数計と、前記過給機に供給する吸気量を検出する吸気量計と、前記過給機により過給された空気の圧力（給気圧）を検出する圧力計と、該圧力計の検出値と大気圧に基づいて給気圧と大気圧の比である圧力比を演算する圧力比演算手段とを設け、前記差圧検出手段は、前記フィルタの差圧上昇のない条件で予め作成した前記過給機の回転数と、前記過給機に供給する吸気量と、前記過給機により過給された吸気の圧力（給気圧）と大気圧との比である圧力比との関係を記憶した差圧マップと、前記吸気量計によって検出される吸気量と前記圧力比演算手段によって演算される圧力比条件において前記マップから決定される過給機の回転数よりも、前記回転数計によって検出される過給機の回転数が予め定めた所定量以上大きい場合に前記差圧が予め定めた所定差圧以上であると判断する差圧判断部とを有するとよい。
通常、ガスエンジンの給気系には前記回転数計、空気量計、圧力計が設けられているため、新たな計器を設けることなく発明の実施が可能となる。
【００１７】
また、前記ガスエンジンは、炭鉱メタンガスを燃料とするガスエンジンであって、前記未精製ガスは、炭鉱から排出される通気メタンガスであるＶＡＭ（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｍｅｔｈａｎｅ）であるとよい。
これにより、炭鉱メタンガスを燃料とし、未精製ガスとしてＶＡＭを利用するガスエンジンについても、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止、及び未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができるガスエンジンの給気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例に係るガスエンジンの給気装置を含むガスエンジンシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施例におけるダンパ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンの始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ及び第２のダンパの開閉の制御に係るフローチャートである。
【図４】エンジンの始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ及び第２のダンパの開閉の制御に係る別の例のフローチャートである。
【図５】実施例における吸気フィルタの差圧判断に用いるマップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００２１】
図１は、実施例に係るガスエンジンの給気装置を含むガスエンジンシステムの全体構成を示すブロック図であり、図２は、実施例におけるダンパ制御装置の構成を示すブロック図である。
まず、図１及び図２を参照して、本実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成について説明する。図１において、４はエンジン（ガスエンジン）であって、６はエンジンに直結駆動される発電機、８はフライホイールである。また、また、１４は排気タービン１４ａ及びコンプレッサ１４ｂからなる過給機である。
【００２２】
１０はエンジン４のシリンダヘッドである。
各シリンダヘッド１０の給気入口には給気枝管１２が接続されている。コンプレッサ１４ｂの給気出口と各給気枝管３とは、給気管１６で接続されており、給気管１６上には給気管１６を流れる給気を冷却する空気冷却器１８が設けられている。
【００２３】
また、各シリンダヘッド１０の排気出口には複数の排気管２０が接続され、複数の排気管２０は排気集合管２２に接続されている。排気集合管２２には、排気タービン１４ａの排気ガス出口からの排気ガスを排出するための排気出口管２４が接続されている。排気出口管２４には、排気タービン１４ａをバイパスする排気バイパス路２６が設けられている。排気バイパス路２６は、排気集合管２２の排気タービン１４ａ入口側から分岐されて排気タービン７ａをバイパスし、排気タービン７ａ出口側の排気出口管２４に接続されている。排気バイパス路２６には、排気バイパス路２６を開閉する排気バイパス弁２８が設けられている。
【００２４】
過給機１４のコンプレッサ１４ｂに外部から空気を導入するための第１の吸気通路３０と、第２の吸気通路３２が設けられている。第１の吸気通路３０と第２の吸気通路３２は合流して合流通路３４となって、過給機１４の入口側に接続されている。
【００２５】
第１の吸気通路３０の入口は、図１に示したように、屋外に設けられており、第１の吸気通路３０には室外空気が導入されるとともに、外部より未精製ガスであるＶＡＭ（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｍｅｔｈａｎｅ）を導入可能にＶＡＭ導入管３６が接続されている。ここでＶＡＭとは、低濃度炭鉱メタンガスの一種であって、炭鉱内の安全確保の為に通気システムにより大気放出されるガスであり、メタン濃度は０．３〜０．７％程度のものである。即ち、第１の吸気通路３０は、屋外空気とＶＡＭとの混合気を形成し、該混合気を合流通路３４を介して過給機１４のコンプレッサ１４ｂに供給するためのものである。
【００２６】
第１の吸気通路３０には、吸気フィルタ３８が設けられており、吸気フィルタ３８の下流側には第１の吸気通路３０を開閉するためのモータ４１によって駆動する第１のダンパ４０が設けられている。さらに、吸気フィルタ３８の上流と下流との差圧Δｐを検出する差圧計４２が設けられている。また、前記混合気の温度（以下室外吸気温度と称する）Ｔ２を検出する室外空気温度計４４が設けられている。また、合流通路３４内の温度を検出する合流通路温度計４５が設けられている。
【００２７】
また、第２の吸気通路３２の入口は、図１に示したように、屋内に設けられており、第２の吸気通路３２には室内空気が導入される。
第２の吸気通路３２には、導入された室内空気を加熱するためのヒータ４６が設けられており、ヒータ４６の下流側には第２の吸気通路３２を開閉するためのモータ４９によって駆動する第２のダンパ４８が設けられている。
さらに、第２の吸気通路３２に導入される室内空気温度Ｔ１を検出するための室内空気温度計５０が、第２の吸気通路３２外であって室内に設けられている。
【００２８】
５２は、燃料ガスが導入されるガス供給管である。ガス供給管５２は途中でシリンダ毎に分岐されガス供給枝管５４となって各給気枝管１２に接続されている。なお、５６は各ガス供給枝管５４に設置されて各ガス供給枝管５６の通路面積即ち燃料ガス流量を制御する燃料流量制御弁である。燃料ガスとしては、未精製ガスであるＣＭＭ（Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｍｅｔｈａｎｅ）が使用される。ここでＣＭＭとは、炭鉱掘削中にガス抜きにより回収されるガスであって、メタン濃度は３０〜５０％程度のものである。
【００２９】
さらに、ダンパ４１及びダンパ４９の開度を制御するためのダンパ制御装置５８が設けられている。ダンパ制御装置５８は、温度判断部６０、ダンパ開度制御部６２及び差圧判断部６４とを有する。温度判断部６０、ダンパ開度制御部６２及び差圧判断部６４については後述する。
【００３０】
以上の構成のガスエンジンの運転時においては、合流通路３４からの空気は、コンプレッサ１４ｂに導入される。コンプレッサ１４ｂで高温高圧に加圧された空気は、空気冷却器１８で冷却されて降温し、給気管１６を通って各シリンダの給気枝管１２に流入する。
一方、燃料ガス（ＣＭＭ）はガス供給管５２、各ガス供給枝管５４を通り、各給気枝管１２に入り、給気枝管１２内の前記空気に混入されて各シリンダ内に送り込まれ、エンジン４が駆動し、発電機６が駆動する。
【００３１】
そして、エンジン４の各シリンダからの排気ガスは排気管２０を通って排気集合管２２で合流され、過給機１４の排気タービン１４ａに供給されて排気タービン１４ａを駆動し、排気出口管２４を通って外部に排出される。また、コンプレッサ１４ｂの必要能力に応じて排気バイパス弁２８が開かれると、排気集合管２２内の排気ガスの一部は排気タービン７ａをバイパスして排気出口管２４に排出される。
【００３２】
次に、ダンパ４０及び４８の制御、即ち過給機１４のコンプレッサ１４ｂへ供給される空気の制御について図３を参照して説明する。
図３は、エンジン４の始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ４０及び第２のダンパ４８の開閉の制御に係るフローチャートであり、ダンパ制御装置５８の制御に係るものである。
【００３３】
エンジン４の開始指令が出されるとステップＳ１に進む。
ステップＳ１では、温度判断部６０にて室外吸気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＬよりも高いか否かを判断する。ステップＳ１でＹＥＳと判断されるとステップＳ２へ、ステップＳ１でＮＯと判断されるとステップＳ３に進む。
ここで、吸気切替域温度ＴＬとは、室外空気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＬ以下である場合には、吸気温度が低くエンジンの始動性が低下してしまう温度を表しており、エンジン４の性能によりエンジン毎に個々に決定される温度である。
【００３４】
ステップＳ２では、温度判断部６０にて室外吸気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＨ未満であるか否かを判断する。ステップＳ２でＹＥＳと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴＬ＜Ｔ２＜ＴＨの範囲である場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ２でＮＯと判断される、即ち室外給気温度Ｔ２がＴ２＞ＴＨである場合にはステップＳ４へ進む。
ここで吸気切替域温度ＴＨとは、室外空気温度Ｔ２が吸気切替域温度ＴＨ以上である場合には、吸気温度が高くエンジンの始動性が低下してしまう温度を表しており、ＴＨ＞ＴＬであり、エンジン４の性能によりエンジン毎に個々に決定される温度である。
【００３５】
ステップＳ３では、温度判断部６０にて室外吸気温度Ｔ２が室内吸気温度Ｔ１よりも高いか否かを判断する。ステップＳ３でＹＥＳと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴ２＜ＴＬ且つＴ２＞Ｔ１の範囲である場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ３でＮＯと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴ２＜ＴＬ且つＴ２＜Ｔ１である場合にはステップＳ６へ進む。
【００３６】
また、ステップＳ４では、温度判断部６０にて室内吸気温度Ｔ１が室外吸気温度Ｔ２よりも高いか否かを判断する。ステップＳ４でＹＥＳと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴＨ＜Ｔ２且つＴ１＞Ｔ２である場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ４でＮＯと判断される、即ち室外吸気温度Ｔ２がＴＨ＜Ｔ２且つＴ１＜Ｔ２である場合にはステップＳ６へ進む。
【００３７】
まとめると、ステップＳ１〜ステップＳ４においては、室外吸気温度Ｔ２がＴＬ＜Ｔ２＜ＴＨの範囲、Ｔ２＞ＴＨ且つＴ１＞Ｔ２の範囲、又はＴ２＜ＴＬ且つＴ２＞Ｔ１の範囲である場合にステップＳ５に進む。また、室外吸気温度Ｔ２がＴ２＜ＴＬ且つＴ２＜Ｔ１の範囲、又はＴＨ＜Ｔ２且つＴ１＜Ｔ２の範囲である場合にステップＳ６に進む。
【００３８】
ステップＳ５に進むと、ダンパ開度制御部６２は、内部に有するダンパ動作遅延手段６３により、ダンパ４０が開となっている場合にはモータ４９を制御してダンパ４８を閉じる。ダンパ４０が開となっていない場合には、モータ４１を制御してダンパ４０を開け、その後、モータ４９を制御してダンパ４８を閉じる。
これにより、室外空気とＶＡＭの混合気が、フィルタ３８及びダンパ４０を介し、第１の吸気通路３０及び合流通路３４を通って、過給機１４を構成するコンプレッサ１４ｂに供給される。
また、ダンパ４０を開けてからダンパ４８を閉じることで、ダンパ４０及びダンパ４８の両方が閉じて過給機に吸気が供給されなくなる状態の発生を防止することができる。
【００３９】
ステップＳ５で室外空気とＶＡＭの混合気がコンプレッサ１４ｂに供給されると、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、差圧判断部６４により、差圧計４２の検出値に基づいて、吸気フィルタ３８の前後差圧Δｐが吸気フィルタ清掃要求差圧ΔｐＨよりも高いか否か判断する。ここで、吸気フィルタは捕集した不純物の存在により前後差圧が上昇するが、捕集した不純物の堆積量が多くなり吸気フィルタの清掃が必要となるときの下限の吸気フィルタ前後差圧が吸気フィルタ清掃要求差圧ΔｐＨである。
【００４０】
ステップＳ７でＹＥＳ、即ち吸気フィルタ３８の前後差圧Δｐが吸気フィルタ清掃要求差圧ΔｐＨを越えた場合にはステップＳ８に進み、越えない場合には越えるまで運転を継続する。
【００４１】
ステップＳ８では、ダンパ開度制御部６２はモータ４１を制御してダンパ４０を閉じる。これにより、室外空気とＶＡＭの混合気のコンプレッサ１４ｂへの供給が停止し、吸気フィルタ３８を室外空気とＶＡＭの混合気が流通しなくなり吸気フィルタの清掃が可能となる。
なお、ステップＳ８において室外空気とＶＡＭの混合気のコンプレッサ１４ｂへの供給を停止した際に、ダンパ４８を開けて室内空気をコンプレッサ１４ｂへ供給することもできる。この場合には、エンジン４の運転を停止することなく吸気フィルタ３８の清掃が可能となる。
【００４２】
一方、ステップＳ６では、ダンパ開度制御部６２は、内部に有するダンパ動作遅延手段６３により、ダンパ４８が開となっている場合にはモータ４１を制御してダンパ４０を閉じる。ダンパ４８が開となっていない場合には、モータ４９を制御してダンパ４８を開けた後、モータ４１を制御してダンパ４０を閉じる。
これにより、室内空気がヒータ４６によって温められ、ダンパ４８を介し、第２の吸気通路３２及び合流通路３４を通って、過給機１４を構成するコンプレッサ１４ｂに供給される。
ステップＳ６で室内空気がコンプレッサ１４ｂに供給されると、ステップＳ１に戻る。
【００４３】
以上の構成及び動作によれば、エンジン４の始動時には、室外空気温度Ｔ２がエンジン４の始動性を低下させない温度範囲である場合には室外空気とＶＡＭの混合気を、室外空気温度Ｔ２がエンジン４の始動性を低下させる温度範囲である場合には室外空気とＶＡＭの混合気と室内空気の何れか始動性の低下させる度合いが小さい方をコンプレッサ１４ｂに供給することができる。
これにより、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合であっても、エンジンの始動性の低下を抑制することが可能である。
【００４４】
また、室外空気温度Ｔ２がエンジン４の始動性を低下させない温度範囲である場合には室外空気とＶＡＭの混合気を導入することにより、エンジン４の始動時において室外空気とＶＡＭの混合気の導入時間をエンジン４の始動性を低下させない範囲で長くすることができる。これにより、ＶＡＭを可能な限り多く処理することができる。
【００４５】
また、吸気フィルタ３８を設けることでＶＡＭに含まれる不純物の捕集が可能となり、吸気フィルタ３８の差圧上昇によりダンパ４０を閉じることで、吸気フィルタ３８が不純物の捕集によって経年的に目詰まりを起こし、これにより吸気フィルタ３８の下流側に配置される過給機１４に対する背圧が上昇し、背圧の上昇によって過給機１４がサージングを起こすことを防止することができる。
さらに、吸気フィルタ３８の清掃時においても、前述のように、ダンパ４８を開けて室内空気をコンプレッサ１４ｂへ供給することで、エンジン４の運転を停止することなく吸気フィルタ３８の清掃が可能となる。
また、吸気フィルタ３８の清掃時でなくとも、吸気フィルタ３８の経年劣化により第１の吸気通路からの空気供給量が減少した場合には、第２のダンパ４８を開けることで不足分の吸気を供給することができる。これにより、吸気フィルタの経年劣化に寄らず常に過給機が最適な効率で運転可能となる。
【００４６】
さらに、ダンパ制御装置５８の制御を図４に示したフローチャートの手順とすることもできる。
図４は、実施例におけるエンジン４の始動時から連続運転時にかけての第１のダンパ４０及び第２のダンパ４８の開閉の制御に係る別の例のフローチャートである。図４においては、ステップＳ９を設けた以外は図３と同じであるので、ステップＳ９に係る部分以外については図示を省略し、その説明も省略する。
【００４７】
図４においては、ステップＳ６で室内吸気が過給機に供給されると、燃料の供給によりエンジン４が始動する。
ステップＳ９では、別途設ける着火性判断手段により、出力監視、燃焼室圧力、諸温度の監視により十分な着火性が確保されたか否かを判断する。
ステップＳ９でＹＥＳ即ち着火性が十分であると判断されると、ダンパ開度制御部６２によりダンパ４０を開であればダンパ４８を閉とし、ダンパ４０が閉であればダンパ４０を開とした後にダンパ４８を閉とする。
ステップＳ９でＮＯ即ち着火性が十分でないと判断されると、ステップＳ１に戻る。
着火性が十分か否かを判断するステップＳ９を設けることにより、室外空気とＶＡＭの混合気を過給機に供給する時間を長く確保することができ、ＶＡＭを多く処理することができる。
【００４８】
さらに、図１及び図２に示したようにカレンダー機構７４を設けることができる。図１及び図２においてはカレンダー機構７４をダンパ制御装置５８内に設けているが、ダンパ開度制御部６２に信号を送ることができれば他の場所に設けられていてもよい。
この場合、カレンダー機構７４から現時点の日時が温度判断部に送られる。
そして、図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１でＮＯ即ちＴ２＜ＴＬである場合にはステップＳ３とは別に、現在の日時が特定時であるか否か判断する。そして現在の日時が特定時であればステップＳ３の結果に関わらずステップＳ６に進むようにする。ここで、特定時とは予め定めた外気温が低いと予想される日時を意味し、例えば冬場の深夜早朝等が該当する。
カレンダー機構７４を設けることで、室内空気を使用する可能性が高い特定時に、ダンパ４０及びダンパ４８を頻繁に切替ることを防止することができる。
【００４９】
さらにまた、本実施例においては、吸気フィルタ３８の前後差圧の上昇を差圧計４２によって判断したが、差圧計４２に替えて又は差圧計４２とともにマップ７２を用いて吸気フィルタ３８の前後差圧の上昇を判断することができる。
【００５０】
この場合、過給機１４を構成するコンプレッサ１４ｂの回転数を検出する回転数計６６と、過給機１４に供給する空気量を検出する空気量計６８と、過給機１４により過給された空気の圧力（給気圧）を検出する圧力計７０を設ける。そして、差圧判断部６４では、フィルタの差圧上昇のない条件で予め作成した過給機１４の回転数と、過給機１４に供給する空気量と、過給機１４により過給された空気の圧力（給気圧）と大気圧との比である圧力比との関係のマップ７２を用いて、前記空気量計によって検出される空気量と前記圧力比演算手段によって演算される圧力比条件においてマップ７２から決定される過給機の回転数よりも、前記回転数計によって検出される過給機の回転数が予め定めた所定量以上大きい場合に前記差圧が予め定めた所定差圧以上であると判断する。
【００５１】
図５は、実施例における吸気フィルタの差圧判断に用いるマップの一例である。図５において、縦軸は圧力比（給気圧／大気圧）、横軸は過給機に供給する空気量、ａ〜ｄは過給機の回転数を表している。図５に示したマップにおいて、例えば、吸気フィルタ３８の差圧上昇がない場合の圧力比、空気量、過給機回転数の関係のＡで示した線が、吸気フィルタの差圧の上昇によりＡ’で示す線に移動する。これにより吸気フィルタ３８の差圧の上昇を判断することができる。
【００５２】
図５に示したようなマップを用いる場合、通常、エンジンの給気系には回転数計６６、空気量計６８、圧力計７０が設けられているため、新たな計器を設けることなく発明の実施が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
外気と未精製ガスとの混合気を過給機に供給し、該混合気を過給機で過給するガスエンジンの給気装置であって、冬場のような外気温が低くガスエンジンが冷えた状態からエンジンを始動させる場合における始動性の低下を防止することができるとともに、未精製ガスに含まれる不純物を除去し、該不純物がエンジンに流入することを防止することができるガスエンジンの給気装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ ガスエンジンシステム
２ 給気装置
４ エンジン
１４ 過給機
１４ａ 排気タービン
１４ｂ コンプレッサ
３０ 第１の吸気通路
３２ 第２の吸気通路
３４ 合流通路
３６ ＶＡＭ導入管
３８ 吸気フィルタ
４０ 第１のダンパ
４２ 差圧計
４４ 室外空気温度計
４６ ヒータ
４８ 第２のダンパ
５０ 室内空気温度計
５８ ダンパ制御装置
６０ 温度判断部
６２ ダンパ開度制御部
６４ 差圧判断部
６６ 回転数計
６８ 空気量計
７０ 圧力計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を有するガスエンジンの給気装置において、
室外空気と未精製ガスとの混合気を前記過給機に導く第１の吸気通路と、
室内空気を前記過給機に導く第２の吸気通路と、を有し、
前記第１の吸気通路上に、前記未精製ガス中の固体不純物を除去するフィルタと、該フィルタの下流側に第１の吸気通路を開閉可能な第１のダンパを設け、
前記第２の吸気通路上に、前記室内空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下流側に第２の吸気通路を開閉可能な第２のダンパを設け、
前記第１のダンパ及び第２のダンパの開度を制御するダンパ制御装置を設けたことを特徴とするガスエンジンの給気装置。
【請求項２】
前記室外空気と未精製ガスとの混合気の温度を検出する室外空気温度計と、
前記室内空気の温度を検出する室内空気温度計とを設け、
前記ダンパ制御装置は、
室外空気温度が予め定めた所定温度より低温且つ室内空気温度が室外空気温度より高温である第１条件であるか、室外空気温度が予め定めた所定温度より高温又は室外空気温度が室内空気温度より高温である第２条件であるかを判断する温度判断部と、
前記温度判断部の判断に基づいて、前記第１条件である場合に前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とするダンパ開度制御部とを有することを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項３】
前記温度判断部は、室外空気温度が予め定めた前記所定温度よりも高温且つ該所定温度よりも高温に予め定めた第２の所定温度よりも低温である第３条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも低温である第４条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも高温である第５条件であるかを判断し、
前記ダンパ開度制御部は、前記温度判断部の判断に基づいて、前記第３条件又は第４条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とし、前記第５条件である場合には前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とするものであることを特徴とする請求項２記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項４】
前記ダンパ開度制御部は、前記第１条件である場合に前記第２のダンパが開となっていることを条件に前記第１のダンパを閉とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパが開となっていることを条件に前記第２のダンパを閉とするダンパ動作遅延手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項５】
前記フィルタの上流と下流との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記ダンパ制御装置は、前記差圧が予め定めた所定差圧以上であるとき前記第２のダンパを開とし、前記差圧が予め定めた所定差圧未満であるとき前記第２のダンパを閉とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項６】
前記過給機の回転数を検出する回転数計と、
前記過給機に供給する吸気量を検出する吸気量計と、
前記過給機により過給された空気の圧力（給気圧）を検出する圧力計と、該圧力計の検出値と大気圧に基づいて給気圧と大気圧の比である圧力比を演算する圧力比演算手段とを設け、
前記差圧検出手段は、
前記フィルタの差圧上昇のない条件で予め作成した前記過給機の回転数と、前記過給機に供給する吸気量と、前記過給機により過給された給気の圧力（給気圧）と大気圧との比である圧力比との関係を記憶した差圧マップと、
前記吸気量計によって検出される吸気量と前記圧力比演算手段によって演算される圧力比条件において前記マップから決定される過給機の回転数よりも、前記回転数計によって検出される過給機の回転数が予め定めた所定量以上大きい場合に前記差圧が予め定めた所定差圧以上であると判断する差圧判断部とを有することを特徴とする請求項５記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項７】
前記ガスエンジンは、炭鉱メタンガスを燃料とするガスエンジンであって、
前記未精製ガスは、炭鉱から排出される通気メタンガスであるＶＡＭ（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｍｅｔｈａｎｅ）であることを特徴とする請求項１〜６何れかに記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項１】
過給機を有するガスエンジンの給気装置において、
室外空気と未精製ガスとの混合気を前記過給機に導く第１の吸気通路と、
室内空気を前記過給機に導く第２の吸気通路と、を有し、
前記第１の吸気通路上に、前記未精製ガス中の固体不純物を除去するフィルタと、該フィルタの下流側に第１の吸気通路を開閉可能な第１のダンパを設け、
前記第２の吸気通路上に、前記室内空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下流側に第２の吸気通路を開閉可能な第２のダンパを設け、
前記第１のダンパ及び第２のダンパの開度を制御するダンパ制御装置を設けたことを特徴とするガスエンジンの給気装置。
【請求項２】
前記室外空気と未精製ガスとの混合気の温度を検出する室外空気温度計と、
前記室内空気の温度を検出する室内空気温度計とを設け、
前記ダンパ制御装置は、
室外空気温度が予め定めた所定温度より低温且つ室内空気温度が室外空気温度より高温である第１条件であるか、室外空気温度が予め定めた所定温度より高温又は室外空気温度が室内空気温度より高温である第２条件であるかを判断する温度判断部と、
前記温度判断部の判断に基づいて、前記第１条件である場合に前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とするダンパ開度制御部とを有することを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項３】
前記温度判断部は、室外空気温度が予め定めた前記所定温度よりも高温且つ該所定温度よりも高温に予め定めた第２の所定温度よりも低温である第３条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも低温である第４条件であるか、室外空気温度が前記第２の所定温度よりも高温且つ室外空気温度が室内空気温度よりも高温である第５条件であるかを判断し、
前記ダンパ開度制御部は、前記温度判断部の判断に基づいて、前記第３条件又は第４条件である場合に前記第１のダンパを開且つ前記第２のダンパを閉とし、前記第５条件である場合には前記第１のダンパを閉且つ前記第２のダンパを開とするものであることを特徴とする請求項２記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項４】
前記ダンパ開度制御部は、前記第１条件である場合に前記第２のダンパが開となっていることを条件に前記第１のダンパを閉とし、前記第２条件である場合に前記第１のダンパが開となっていることを条件に前記第２のダンパを閉とするダンパ動作遅延手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項５】
前記フィルタの上流と下流との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記ダンパ制御装置は、前記差圧が予め定めた所定差圧以上であるとき前記第２のダンパを開とし、前記差圧が予め定めた所定差圧未満であるとき前記第２のダンパを閉とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項６】
前記過給機の回転数を検出する回転数計と、
前記過給機に供給する吸気量を検出する吸気量計と、
前記過給機により過給された空気の圧力（給気圧）を検出する圧力計と、該圧力計の検出値と大気圧に基づいて給気圧と大気圧の比である圧力比を演算する圧力比演算手段とを設け、
前記差圧検出手段は、
前記フィルタの差圧上昇のない条件で予め作成した前記過給機の回転数と、前記過給機に供給する吸気量と、前記過給機により過給された給気の圧力（給気圧）と大気圧との比である圧力比との関係を記憶した差圧マップと、
前記吸気量計によって検出される吸気量と前記圧力比演算手段によって演算される圧力比条件において前記マップから決定される過給機の回転数よりも、前記回転数計によって検出される過給機の回転数が予め定めた所定量以上大きい場合に前記差圧が予め定めた所定差圧以上であると判断する差圧判断部とを有することを特徴とする請求項５記載のガスエンジンの給気装置。
【請求項７】
前記ガスエンジンは、炭鉱メタンガスを燃料とするガスエンジンであって、
前記未精製ガスは、炭鉱から排出される通気メタンガスであるＶＡＭ（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｍｅｔｈａｎｅ）であることを特徴とする請求項１〜６何れかに記載のガスエンジンの給気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８０７６３（Ｐ２０１２−１８０７６３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３１０４（Ｐ２０１１−４３１０４）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 国際石炭利用対策事業 クリーン・コール・テクノロジー実証普及事業 中国ＣＭＭ／ＶＡＭ有効利用発電システム実証普及事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 国際石炭利用対策事業 クリーン・コール・テクノロジー実証普及事業 中国ＣＭＭ／ＶＡＭ有効利用発電システム実証普及事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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