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JP2892235B2 - Cogeneration type gas engine - Google Patents

Cogeneration type gas engine

Info

Publication number
JP2892235B2
JP2892235B2 JP4282221A JP28222192A JP2892235B2 JP 2892235 B2 JP2892235 B2 JP 2892235B2 JP 4282221 A JP4282221 A JP 4282221A JP 28222192 A JP28222192 A JP 28222192A JP 2892235 B2 JP2892235 B2 JP 2892235B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
steam
gas
engine
energy
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP4282221A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06108865A (en
Inventor
英男 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd filed Critical Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority to JP4282221A priority Critical patent/JP2892235B2/en
Publication of JPH06108865A publication Critical patent/JPH06108865A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2892235B2 publication Critical patent/JP2892235B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ナチュラルガスを燃
料とするガスエンジンを備えて電気エネルギーと温水を
発生させるコジェネレーション型ガスエンジンに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cogeneration type gas engine having a gas engine using natural gas as a fuel and generating electric energy and hot water.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、天然ガス即ちナチュラルガスを主
燃料とするガスエンジンは、コジェネレーション型エン
ジンとして、官公庁研究機関或いは民間会社で開発が進
められている。このコジェネレーション型エンジンは、
動力を発電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガ
スエネルギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水
にして給湯用として利用している。そして、このエンジ
ンは、都市内電気供給システムとして利用されることが
期待されている。即ち、ガスエンジンをコジェネレーシ
ョンシステムに用いる場合に、一般の冷却エンジンで
は、冷却水によるエンジン冷却回路と、排気ガスを冷却
する二系統の冷却回路を持っている。また、排気ガスを
冷却する冷却回路とエンジン冷却回路はいずれも気水分
離タンク等を持ち、蒸気による二次熱交換器によって温
水供給を行う。
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas engine using natural gas, that is, natural gas as a main fuel, has been developed as a cogeneration type engine by a government research institute or a private company. This cogeneration engine
Power is taken out as electric energy by a generator, and the heat of the exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to make hot water and used for hot water supply. This engine is expected to be used as an electricity supply system in a city. That is, when a gas engine is used for a cogeneration system, a general cooling engine has an engine cooling circuit using cooling water and a two-system cooling circuit for cooling exhaust gas. Each of the cooling circuit for cooling the exhaust gas and the engine cooling circuit has a steam / water separation tank or the like, and supplies hot water by a secondary heat exchanger using steam.

【0003】ナチュラルガスを燃料とするエンジンとし
て、例えば、特開昭54−156911号公報、特開昭
63−6358号公報、特開平1−232119号公報
に開示されたものがある。
[0003] As engines using natural gas as fuel, there are, for example, those disclosed in JP-A-54-156911, JP-A-63-6358, and JP-A-1-232119.

【0004】特開昭54−156911号公報に開示さ
れた内燃機関は、吸入空気を圧縮して主燃焼室に供給
し、吸入空気の一部をジェットセル点火室中に供給し、
パラフィン系の炭化水素燃料を上記ジェットセル点火室
中に噴射して濃厚な混合物を生成し、吸入空気と混合物
を更に圧縮し、パラフィン系の炭化水素燃料を主燃焼室
中に噴射し、一方で吸入空気と混合物を更に圧縮して希
薄な混合物を主燃焼室内に生成させ、ジェットセル点火
室中の混合物を両混合物の完全圧縮が達成される前に点
火して熱いガスの流れを生成し、該熱いガスの流れを主
燃焼室内の上記混合物中に投入してこの主燃焼室内の混
合物を点火し、NOX の生成を低減するものである。
The internal combustion engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-156911 compresses intake air and supplies it to a main combustion chamber, and supplies a part of the intake air to a jet cell ignition chamber.
The paraffinic hydrocarbon fuel is injected into the jet cell ignition chamber to form a rich mixture, the intake air and the mixture are further compressed, and the paraffinic hydrocarbon fuel is injected into the main combustion chamber, while Further compressing the intake air and the mixture to produce a lean mixture in the main combustion chamber and igniting the mixture in the jet cell ignition chamber before full compression of both mixtures is achieved to produce a hot gas stream; the flow of the heat had gas was charged to the mixture in the main combustion chamber to ignite the mixture of the main combustion chamber, thereby reducing the production of NO X.

【0005】また、特開昭63−6358号公報に開示
されたガスエンジン駆動型ヒートポンプシステムは、可
燃ガスをバッファタンクに貯留し、このバッファタンク
より可燃ガスを複数台のヒートポンプに蓄えられた駆動
用ガスエンジンに分配供給し、ヒートポンプで気液分離
後の温泉水を所要温度に加熱し、加熱後の温泉水を熱負
荷に供給するように構成してあるものであり、バッファ
タンクに圧力センサーを設けると共に、圧力センサーに
よるバッファタンクの検出圧が高圧設定圧から低圧設定
圧に低下する毎に、ガス供給対象ヒートポンプの数順次
減少させる制御手段を有しているものである。
A gas engine driven heat pump system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-6358 stores a flammable gas in a buffer tank, and the flammable gas is stored in a plurality of heat pumps from the buffer tank. The hot spring water after gas-liquid separation is heated to the required temperature by a heat pump, and the heated hot spring water is supplied to the heat load. And a control means for sequentially decreasing the number of heat pumps to be supplied with gas each time the detection pressure of the buffer tank by the pressure sensor decreases from the high pressure set pressure to the low pressure set pressure.

【0006】また、特開平1−232119号公報に開
示された水素・液化天然ガス用エンジンは、エンジンの
低負荷運転状態においては燃料たる水素と液化天然ガス
との何れか一方を供給すると共に、エンジンの高負荷運
転状態においては燃料たる液化天然ガスを供給すべき制
御手段を設けたものである。
The engine for hydrogen and liquefied natural gas disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-223219 supplies either hydrogen as fuel or liquefied natural gas when the engine is in a low-load operation state. A control means for supplying liquefied natural gas as a fuel when the engine is in a high load operation state is provided.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、遮熱型ガス
エンジンの排気ガス温度は、相当に高く、その排気ガス
エネルギー即ち熱量は多いので、該排気ガスエネルギー
で水を加熱して蒸気を生成することは容易である。しか
も、その蒸気を用いてタービンを回転させることが可能
である。
However, since the exhaust gas temperature of the heat shield type gas engine is considerably high and the exhaust gas energy, that is, the amount of heat, is large, steam is generated by heating water with the exhaust gas energy. It is easy. Moreover, it is possible to rotate the turbine using the steam.

【0008】しかしながら、ナチュラルガスを燃料とす
るガスエンジンは、燃料がガス体であるので、ガソリン
と同じように燃料ガスを吸気バルブから吸入され、圧
縮、着火されるので、圧縮比を大きくすることができ
ず、理論熱効率(η=仕事の熱換算/燃料の熱量)は必
ずしも高くない。通常使用されているガスエンジンは、
圧縮比が12〜13程度であり、理論熱効率は48%に
過ぎないものであり、ガスエンジンの動力を電気エネル
ギーにした場合には、熱効率は34〜35%で、場合に
よっては30%を割るような効率である。従って、冷却
水損失及び排気ガスエネルギーとしては、燃料の65〜
70%のものが放出されることになり、この熱エネルギ
ーを熱交換器によって温水を作り、給湯用にしても該温
水が余り多量であり一般の利用設備では十分に利用でき
ないという現状である。従って、ガスエンジンから得ら
れる電気エネルギーとしては、コストの高いものにな
る。しかも、このようなガスエンジンは、圧縮比が18
以上であるディーゼルエンジンの理論熱効率57%と
は、大幅に異なるものである。
However, in a gas engine using natural gas as a fuel, since the fuel is a gaseous substance, the fuel gas is drawn from the intake valve, compressed and ignited in the same manner as gasoline, so that the compression ratio must be increased. And the theoretical thermal efficiency (η = heat conversion of work / heat of fuel) is not always high. The commonly used gas engines are
The compression ratio is about 12 to 13, and the theoretical thermal efficiency is only 48%. When the power of the gas engine is electric energy, the thermal efficiency is 34 to 35%, and in some cases, it is less than 30%. Such efficiency. Therefore, the loss of cooling water and the energy of exhaust gas
70% of the hot water is released, and this heat energy is used to generate hot water by a heat exchanger. Even if it is used for hot water supply, the amount of hot water is so large that it cannot be sufficiently used by general facilities. Therefore, electric energy obtained from the gas engine is expensive. Moreover, such a gas engine has a compression ratio of 18
The theoretical thermal efficiency of a diesel engine described above is significantly different from 57%.

【0009】そこで、ガスエンジンの動力を電気エネル
ギーとして取り出す場合に、熱効率を向上させることが
望まれているのが現状である。そこで、ガスエンジンに
遮熱型ガスエンジンを取り入れ、熱効率を向上させるこ
とが考えられるようになった。ガスエンジンは、ナチュ
ラルガスを燃料とするものであり、燃料が気体である。
そこで、吸入行程で空気及びガス燃料をシリンダ内に吸
入し、それを圧縮して高圧縮すると、温度が高くなり、
自己着火の現象が起こり、ノッキングが発生することに
なる。しかるに、ナチュラルガスのガス燃料は圧縮比が
12以下でないと、自己着火するものである。
Therefore, at the present time, it is desired to improve the thermal efficiency when extracting the power of the gas engine as electric energy. Therefore, it has been considered to adopt a heat shield type gas engine as a gas engine to improve thermal efficiency. A gas engine uses natural gas as a fuel, and the fuel is a gas.
Therefore, when air and gaseous fuel is sucked into the cylinder during the suction stroke, and then compressed and highly compressed, the temperature increases,
The phenomenon of self-ignition occurs, and knocking occurs. However, if the compression ratio of the natural gas is not less than 12, the natural gas will self-ignite.

【0010】特に、コジェネレーション型ガスエンジン
では、排気ガスのレベル低減が重要な課題である。窒素
酸化物の低減のためには、EGR(排気ガス再循環)が
効果的と言われている。しかしながら、遮熱型ガスエン
ジンでは、排出される排気ガスは高温であるが、EGR
として使用される排気ガスは温度が低い程、NOX の発
生が低減できるという現象がある。また、遮熱型ガスエ
ンジンでは、燃焼室の壁面温度が上昇するので、該燃焼
室に供給された燃料は着火タイミング前に自己着火する
という自己着火性の問題が増加する。即ち、遮熱型ガス
エンジンでは、燃焼室壁面温度が約600℃以上に高く
なるため、ナチュラルガス、ガソリン等を燃料とした場
合には、圧縮比を高くなるように構成すると、吸気弁か
ら燃料ガスと空気とが混合して高圧縮されると、自己着
火が発生し、上死点TDCのはるか手前で燃焼を始める
ことになり、ノッキングを起こしてエンジンとして成立
しないものになる。
[0010] In particular, in a cogeneration type gas engine, reducing the level of exhaust gas is an important issue. EGR (exhaust gas recirculation) is said to be effective in reducing nitrogen oxides. However, in the heat shielding type gas engine, the exhaust gas discharged is high temperature,
Exhaust gas used as the lower the temperature, there is a phenomenon that occurs of the NO X can be reduced. Further, in the heat shield type gas engine, since the wall surface temperature of the combustion chamber rises, the self-ignition problem that the fuel supplied to the combustion chamber self-ignites before the ignition timing increases. That is, in the heat shield type gas engine, since the wall temperature of the combustion chamber rises to about 600 ° C. or more, when natural gas, gasoline, or the like is used as a fuel, if the compression ratio is configured to be high, the fuel from the intake valve will When the gas and air are mixed and highly compressed, self-ignition occurs, and combustion starts shortly before the top dead center TDC, which causes knocking and does not work as an engine.

【0011】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、NOX の低減を図るためガスエン
ジンから排出される排気ガスを使用してEGRを行い、
EGRに使用する排気ガスの温度を低下させることであ
り、特に、遮熱型ガスエンジンの排気ガスの温度を低下
させた状態でEGRに使用し、排気ガスエネルギーをエ
ネルギー回収装置で電気エネルギーとして回収し、該エ
ネルギー回収装置からの排気ガスによって第1熱交換器
で水を加熱して蒸気を生成し、その蒸気を用いて蒸気タ
ービンを回転させて電気エネルギーとして回収し、特に
第1熱交換器で熱エネルギーを吸収されて温度が低下し
た排気ガスをターボチャージャのコンプレッサに送り込
んでEGRを行なうコジェネレーション型ガスエンジン
を提供することである。
[0011] Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, performs EGR using an exhaust gas discharged from the gas engine for reducing the NO X,
This is to reduce the temperature of exhaust gas used for EGR. In particular, it is used for EGR in a state where the temperature of exhaust gas of a heat shield type gas engine is lowered, and the exhaust gas energy is recovered as electric energy by an energy recovery device. Then, water is heated in the first heat exchanger by the exhaust gas from the energy recovery device to generate steam, and the steam is used to rotate the steam turbine to recover as electric energy. It is an object of the present invention to provide a cogeneration type gas engine for performing EGR by sending exhaust gas whose temperature has been lowered by absorbing thermal energy to a compressor of a turbocharger.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ナチュラルガスを燃料とするガスエンジン
及び該ガスエンジンの回転軸に取り付けて電気エネルギ
ーを取り出す発電機を有するコジェネレーション型ガス
エンジンにおいて、前記ガスエンジンの排気ガスエネル
ギーによって駆動されるターボチャージャ、該ターボチ
ャージャから排気される排気ガスエネルギーで駆動され
るタービンと発電機を備えたエネルギー回収装置、前記
タービンから排気される排気ガスの熱エネルギーで蒸気
を発生させる蒸気発生換器、該蒸気発生換器から放出さ
れた蒸気によって駆動される前記エネルギー回収装置に
設けた蒸気タービン、該蒸気タービンから排出される蒸
気が送り込まれる熱交換器、及び前記蒸気発生装置を通
過した排気ガスを排出する排気通路と前記ターボチャー
ジャのコンプレッサへ空気を供給する空気通路とを連通
する調整バルブを備えた排気ガス再循環通路、を有する
ことを特徴とするコジェネレーション型ガスエンジンに
関する。
The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
The present invention relates to a cogeneration type gas engine having a gas engine using natural gas as a fuel and a generator mounted on a rotating shaft of the gas engine to extract electric energy, and a turbocharger driven by exhaust gas energy of the gas engine. An energy recovery device including a turbine driven by exhaust gas energy exhausted from the turbocharger and a generator, a steam generator for generating steam using thermal energy of exhaust gas exhausted from the turbine, A steam turbine provided in the energy recovery device driven by steam discharged from the heat exchanger, a heat exchanger into which steam discharged from the steam turbine is fed, and exhaust gas discharging exhaust gas passing through the steam generation device. Passage and compressor of the turbocharger The exhaust gas recirculation passage having a control valve that communicates the air passage for supplying air to a cogeneration type gas engine, characterized in that it comprises a.

【0013】また、このコジェネレーション型ガスエン
ジンは、エンジン負荷を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態を休筒
又は運転制御して1気筒当たりのエンジン負荷を可及的
に高くする制御を行なうコントローラを有するものであ
る。
This cogeneration type gas engine has a sensor for detecting an engine load, and in response to a detection signal from the sensor, operates or controls the operation state of a plurality of cylinders to control the engine load per cylinder. And a controller for performing control for increasing the pressure as high as possible.

【0014】[0014]

【作用】この発明によるコジェネレーション型ガスエン
ジンは、上記のように構成されており、次のように作用
する。即ち、このコジェネレーション型ガスエンジン
は、排気ガスエネルギーによって駆動されるターボチャ
ージャ、該ターボチャージャから排気される排気ガスエ
ネルギーで駆動されるタービンと発電機を備えたエネル
ギー回収装置、及び前記タービンから排気される排気ガ
スの熱エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生装置を有
し、及び前記蒸気発生装置を通過した排気ガスを排出す
る排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサへ空
気を供給する空気通路とを連通する調整バルブを備えた
排気ガス再循環通路を有するので、前記排気ガス再循環
通路を通って前記コンプレッサへ供給される排気ガスは
低温になっている。
The cogeneration type gas engine according to the present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, the cogeneration gas engine includes a turbocharger driven by exhaust gas energy, an energy recovery device including a turbine and a generator driven by exhaust gas energy exhausted from the turbocharger, and an exhaust gas from the turbine. A steam generator that generates steam with the thermal energy of the exhaust gas to be discharged, and communicates an exhaust passage that discharges exhaust gas that has passed through the steam generator with an air passage that supplies air to a compressor of the turbocharger. The exhaust gas supplied to the compressor through the exhaust gas recirculation passage has a low temperature because of having the exhaust gas recirculation passage provided with the adjusting valve.

【0015】それ故に、このコジェネレーション型ガス
エンジンでは、低温の排気ガスをEGRに使用でき、E
GRの効果が大きくなる。即ち、排気ガス中のCO、C
2が空気中のガス量を大きくし、CO、CO2 が空気
中に適当に分散して温度が低いと、NOX を低減すると
いう効果がある。また、低温の排気ガスが新気に混合さ
れても、吸入空気を上昇させることがなく、圧縮端温度
を余り高くすることがないので、燃焼温度を低くコント
ロールできてNOX の発生を低減するという効果があ
る。更に、EGRに使用する排気ガスの温度が低いと、
新気を膨張させることもなく、所定量の新気をエンジン
に供給できる。また、通常、ターボチャージャのコンプ
レッサはアルミニウム合金で作製されているので、高温
の排気ガスをコンプレッサに通すと腐食等の問題が発生
するが、このコジェネレーション型ガスエンジンは、温
度の低い排気ガスをEGRに使用するので、腐食等の問
題が発生しない。
Therefore, in this cogeneration type gas engine, low temperature exhaust gas can be used for EGR,
The effect of GR increases. That is, CO, C in exhaust gas
When O 2 increases the amount of gas in the air and CO and CO 2 are appropriately dispersed in the air and the temperature is low, there is an effect that NO X is reduced. Further, the low temperature of the exhaust gas be mixed fresh air, without increasing the intake air, since no high too compression end temperature, to reduce the generation of the NO X and can control the combustion temperature low This has the effect. Furthermore, if the temperature of the exhaust gas used for EGR is low,
A predetermined amount of fresh air can be supplied to the engine without expanding the fresh air. In addition, since the compressor of a turbocharger is usually made of an aluminum alloy, passing high-temperature exhaust gas through the compressor causes problems such as corrosion.However, this cogeneration gas engine uses low-temperature exhaust gas. Since it is used for EGR, problems such as corrosion do not occur.

【0016】例えば、ガスエンジンにおいて、燃焼室を
遮熱構造に構成して遮熱型ガスエンジンに構成した場合
には、排気ガスの温度は900℃程になり、該排気ガス
がターボチャージャのタービンを駆動することによって
排気ガスの温度は700℃程に低下する。次いで、ター
ビンから排出された排気ガスがエネルギー回収装置のタ
ービンを駆動し、その排気ガスの温度は600℃〜50
0℃に低下する。次いで、エネルギー回収装置のタービ
ンから排出する排気ガスを蒸気発生装置に通し、蒸気発
生装置で熱エネルギーを吸収された排気ガスの温度は3
00℃程度にまで低下する。また、蒸気発生装置で発生
した蒸気は給湯用熱交換器に送り込まれ、蒸気温度は2
00℃〜100℃にまで低下する。従って、EGRに使
用される排気ガスは300℃程度であり、蒸気発生装置
の構造によっては排気ガスの温度を100℃〜200℃
まで低下させることができ、NOX の発生を低減するこ
とができる。
For example, in the case of a gas engine, when the combustion chamber is constructed as a heat shielding structure and is configured as a heat shielding type gas engine, the temperature of the exhaust gas becomes about 900 ° C., and the exhaust gas becomes a turbine of a turbocharger. , The temperature of the exhaust gas is reduced to about 700 ° C. Next, the exhaust gas discharged from the turbine drives the turbine of the energy recovery device, and the temperature of the exhaust gas is 600 ° C to 50 ° C.
Lowers to 0 ° C. Next, the exhaust gas discharged from the turbine of the energy recovery device is passed through a steam generator, and the temperature of the exhaust gas whose thermal energy has been absorbed by the steam generator is 3.
The temperature drops to about 00 ° C. The steam generated by the steam generator is sent to a heat exchanger for hot water supply, and the steam temperature becomes 2
It falls to 00 ° C to 100 ° C. Therefore, the exhaust gas used for EGR is about 300 ° C., and the temperature of the exhaust gas is set to 100 ° C. to 200 ° C. depending on the structure of the steam generator.
And the generation of NO X can be reduced.

【0017】また、このコジェネレーション型ガスエン
ジンは、遮熱型ガスエンジンの排気ガスエネルギーによ
ってターボチャージャを駆動し、該ターボチャージャの
タービンから排気される排気ガスエネルギーで発電機を
備えたエネルギー回収装置を駆動し、該エネルギー回収
装置のタービンから排気される排気ガスは蒸気発生装置
で水を熱交換して蒸気に変換し、該蒸気によって前記エ
ネルギー回収装置に設けた蒸気タービンを駆動し、更
に、該蒸気タービンから排出される高温の蒸気を熱交換
器で熱交換して給湯用の水を加熱するので、排気ガスエ
ネルギーを蒸気にして電気エネルギーと給湯用として回
収でき、高効率のシステムを提供することができる。
This cogeneration type gas engine drives a turbocharger by exhaust gas energy of a heat shield type gas engine, and has an energy recovery device having a generator with exhaust gas energy exhausted from a turbine of the turbocharger. The exhaust gas exhausted from the turbine of the energy recovery device converts water into heat by exchanging water with a steam generation device, and the steam drives a steam turbine provided in the energy recovery device. Since high-temperature steam discharged from the steam turbine is heat-exchanged by a heat exchanger to heat water for hot water supply, exhaust gas energy can be converted into steam and recovered as electric energy and hot water supply, thereby providing a highly efficient system. can do.

【0018】即ち、前記遮熱型ガスエンジンの熱効率が
約40%とすれば、前記ターボチャージャと前記エネル
ギー回収装置で約15%の熱エネルギーを電気エネルギ
ーとして回収され、更に前記蒸気タービンで約5%の熱
エネルギーを電気エネルギーとして回収され、合計で熱
効率が約60%の高効率のエンジンを提供することでき
る。
That is, if the thermal efficiency of the heat shield type gas engine is about 40%, about 15% of heat energy is recovered as electric energy by the turbocharger and the energy recovery apparatus, and about 5% is recovered by the steam turbine. % Of thermal energy is recovered as electrical energy, providing a highly efficient engine with a total thermal efficiency of about 60%.

【0019】[0019]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるコジ
ェネレーション型ガスエンジンの実施例を説明する。図
1はこの発明によるコジェネレーション型ガスエンジン
の一実施例を示す概略説明図、図2はこのコジェネレー
ション型ガスエンジンに組み込まれたターボチャージャ
の一実施例を示す概略断面図、図3はこのコジェネレー
ション型ガスエンジンに組み込まれたエネルギー回収装
置の一実施例を示す概略断面図、図4はこのコジェネレ
ーション型ガスエンジンに組み込まれた遮熱型ガスエン
ジンの一実施例を示す概略断面図、及び図5は図4の線
A−Aにおける断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a cogeneration type gas engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of a cogeneration type gas engine according to the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view showing one embodiment of a turbocharger incorporated in the cogeneration type gas engine, and FIG. FIG. 4 is a schematic sectional view showing an embodiment of an energy recovery device incorporated in a cogeneration type gas engine. FIG. 4 is a schematic sectional view showing an embodiment of a heat shield type gas engine incorporated in the cogeneration type gas engine. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【0020】このコジェネレーション型ガスエンジン
は、天然ガス即ちナチュラルガスを燃料とするガスエン
ジン、及び該ガスエンジンの回転軸61に取り付けて電
気エネルギーを取り出す発電機60を有するものであ
り、電気エネルギーと温水を供給することができるもの
である。更に、この実施例では、ガスエンジンとして遮
熱型ガスエンジン50を使用したものである。
This cogeneration type gas engine has a gas engine using natural gas, that is, natural gas as a fuel, and a generator 60 attached to a rotating shaft 61 of the gas engine to take out electric energy. It can supply hot water. Further, in this embodiment, a heat shield type gas engine 50 is used as the gas engine.

【0021】このコジェネレーション型ガスエンジン
は、遮熱型ガスエンジン50の排気ガスエネルギーによ
って駆動されるターボチャージャ51、ターボチャージ
ャ51のタービン56から排気される排気ガスエネルギ
ーで駆動されるタービン59と発電機57を備えたエネ
ルギー回収装置52、エネルギー回収装置52のタービ
ン59から排気される排気ガスの熱エネルギーで高温の
蒸気を発生させる熱交換器である蒸気発生装置54、蒸
気発生装置54からの蒸気によって駆動されるエネルギ
ー回収装置52に設けた蒸気タービン58、及び蒸気タ
ービン58から排出される高温の蒸気で温水を発生させ
る給湯用熱交換器53を有している。
The cogeneration type gas engine includes a turbocharger 51 driven by exhaust gas energy of a heat shield type gas engine 50, a turbine 59 driven by exhaust gas energy exhausted from a turbine 56 of the turbocharger 51, and a power generator. Recovery device 52 provided with a heat generator 57, a steam generator 54 which is a heat exchanger that generates high-temperature steam by thermal energy of exhaust gas exhausted from a turbine 59 of the energy recovery device 52, and steam from the steam generator 54 A steam turbine 58 provided in an energy recovery device 52 driven by the steam turbine, and a hot water supply heat exchanger 53 for generating hot water with high-temperature steam discharged from the steam turbine 58.

【0022】このコジェネレーション型ガスエンジンで
は、蒸気タービン58から排出される蒸気を利用して熱
交換器53で水を加熱して温水にし、該温水は給湯用に
利用できるものである。ターボチャージャ51は、ター
ビンとコンプレッサから成るTCを使用してもよく、或
いは、図2に示すように、遮熱型ガスエンジン50から
の排気ガスで駆動されるタービン56、該タービン56
にシャフト73で連結されたコンプレッサ71及びシャ
フト73に設けた発電・電動機72を有しているTCG
を使用することもできる。また、エネルギー回収装置5
2は、図3に示すように、ターボチャージャ51からの
排気ガスエネルギーで駆動されるタービン59と蒸気発
生装置54からの蒸気で駆動される蒸気タービン58と
はシャフト74で連結され、シャフト74にはエネルギ
ー回収装置52に設けた発電機57が取り付けられてい
る。
In this cogeneration type gas engine, water is heated by the heat exchanger 53 using steam discharged from the steam turbine 58 to make hot water, and the hot water can be used for hot water supply. The turbocharger 51 may use a TC consisting of a turbine and a compressor, or, as shown in FIG. 2, a turbine 56 driven by exhaust gas from a heat shielding type gas engine 50,
Including a compressor 71 connected to a shaft 73 and a generator / motor 72 provided on the shaft 73
Can also be used. In addition, the energy recovery device 5
3, a turbine 59 driven by exhaust gas energy from the turbocharger 51 and a steam turbine 58 driven by steam from the steam generator 54 are connected by a shaft 74 as shown in FIG. Is provided with a generator 57 provided in the energy recovery device 52.

【0023】このコジェネレーション型ガスエンジンに
おいて、遮熱型ガスエンジン50で発生した排気ガス
は、排気通路70を通ってターボチャージャ51のター
ビン56に送り込まれ、排気ガスが有する排気ガスエネ
ルギーは発電・電動機72で電気エネルギーとして回収
されて電力合成手段33に蓄えられると共に、コンプレ
ッサ71を駆動する。コンプレッサ71を駆動すること
で吸入空気が吸気通路69を通じて遮熱型ガスエンジン
50に過給される。タービン56から排気される排気ガ
スは、排気通路65を通じてエネルギー回収装置52の
タービン59に送り込まれ、排気ガスが有する排気ガス
エネルギーは発電機57で電気エネルギーとして回収さ
れて電力合成手段33に蓄えられる。更に、エネルギー
回収装置52のタービン59から排気される排気ガス
は、高速ではないが相当に高温であって熱エネルギーを
有しているので、その排気ガスを排気通路66を通って
蒸気発生装置54に送り込み、排気ガスで水を加熱して
蒸気を発生させる。水を加熱して蒸気を発生させた排気
ガスは、熱エネルギーを奪われて温度も低く、速度エネ
ルギーも殆ど有していないので排気通路67を通じて排
出する。
In this cogeneration type gas engine, exhaust gas generated by the heat shield type gas engine 50 is sent to the turbine 56 of the turbocharger 51 through the exhaust passage 70, and the exhaust gas energy of the exhaust gas is The electric energy is collected by the electric motor 72 and stored in the electric power combining means 33, and the compressor 71 is driven. By driving the compressor 71, the intake air is supercharged to the heat shield type gas engine 50 through the intake passage 69. The exhaust gas exhausted from the turbine 56 is sent to the turbine 59 of the energy recovery device 52 through the exhaust passage 65, and the exhaust gas energy of the exhaust gas is recovered as electric energy by the power generator 57 and stored in the electric power combining means 33. . Further, since the exhaust gas exhausted from the turbine 59 of the energy recovery device 52 is not high-speed but has a considerably high temperature and thermal energy, the exhaust gas passes through the exhaust passage 66 to the steam generator 54. And heat the water with the exhaust gas to generate steam. Exhaust gas generated by heating water is deprived of thermal energy, has a low temperature, and has little velocity energy, and is discharged through the exhaust passage 67.

【0024】特に、このコジェネレーション型ガスエン
ジンは、温度の低い排気ガスをEGRに用いてNOX
発生を低減することであり、蒸気発生装置54を通過し
た排気ガスを排出する排気通路67とターボチャージャ
51のコンプレッサ71へ空気を供給する空気通路37
とを連通する排気ガス再循環通路36を有している。し
かも、排気ガス再循環通路36と空気通路37との連結
部には、EGRの排気ガスの流量を調整するために調整
バルブ35が設けられている。このように、排気ガス再
循環通路36を設けることによって、排気ガスは熱エネ
ルギーをターボチャージャ51、エネルギー回収装置5
2及び蒸気発生装置54で十分に吸収され、温度の低下
した排気ガスをEGRに利用できるようになる。排気ガ
スの温度を低くすれば、該排気ガスをEGRに用いて
も、窒素酸化物NOX の発生を低減させることができ、
極めて有効である。また、図4に示すように、主室1と
副室2との連絡を遮断する連絡孔弁4を有するガスエン
ジンでは、主としてNOX は主室1で発生するが、その
主室1に排気ガスをEGRとして送り込むことによって
主室1で発生するNOX の発生を抑制できる。
[0024] In particular, the cogeneration type gas engine is to reduce the occurrence of the NO X using a low temperature exhaust gas EGR, the exhaust passage 67 for discharging exhaust gas passing through the steam generator 54 Air passage 37 for supplying air to compressor 71 of turbocharger 51
And an exhaust gas recirculation passage 36 that communicates with the exhaust gas. In addition, an adjustment valve 35 is provided at a connection between the exhaust gas recirculation passage 36 and the air passage 37 to adjust the flow rate of the exhaust gas of the EGR. As described above, by providing the exhaust gas recirculation passage 36, the exhaust gas transfers heat energy to the turbocharger 51 and the energy
The exhaust gas which has been sufficiently absorbed by the steam generator 2 and the steam generator 54 and whose temperature has decreased can be used for EGR. If lowering the temperature of the exhaust gas, even with exhaust gas to EGR, it is possible to reduce the generation of nitrogen oxides NO X,
Extremely effective. As shown in FIG. 4, in a gas engine having a communication hole valve 4 that shuts off communication between the main chamber 1 and the sub-chamber 2, NO X is mainly generated in the main chamber 1, but exhaust gas is exhausted to the main chamber 1. By sending the gas as EGR, the generation of NO X generated in the main chamber 1 can be suppressed.

【0025】例えば、遮熱型ガスエンジンを用いた場合
には、排気ガスの温度は900℃程になり、該排気ガス
がターボチャージャ51のタービン56を駆動して排気
ガスの温度は700℃程に低下する。次いで、タービン
56から排出された排気ガスがエネルギー回収装置52
のタービン59を駆動し、その排気ガスの温度は600
℃〜500℃に低下する。次いで、エネルギー回収装置
52のタービン59から排出する排気ガスを蒸気発生装
置54に通し、蒸気発生装置54で熱エネルギーを吸収
された排気ガスの温度は300℃程度にまで低下する。
従って、EGRに使用される排気ガスは300℃程度で
あり、蒸気発生装置54の構成によっては排気ガスの温
度を100℃〜200℃まで低下させることができ、ガ
スエンジンのNOX の発生を低減することができる。ま
た、蒸気発生装置54で発生した蒸気は給湯用熱交換器
53に送り込まれ、蒸気温度は200℃〜100℃にま
で低下し、その蒸気は放出され、熱エネルギーは大気に
放熱される。
For example, when a heat shield type gas engine is used, the temperature of the exhaust gas is about 900 ° C., and the exhaust gas drives the turbine 56 of the turbocharger 51 to raise the temperature of the exhaust gas to about 700 ° C. To decline. Next, the exhaust gas discharged from the turbine 56 is supplied to the energy recovery device 52.
, And the temperature of the exhaust gas is 600
To 500 ° C. Next, the exhaust gas discharged from the turbine 59 of the energy recovery device 52 is passed through the steam generator 54, and the temperature of the exhaust gas having absorbed the thermal energy by the steam generator 54 is reduced to about 300 ° C.
Therefore, the exhaust gas used for EGR is about 300 ° C., and the temperature of the exhaust gas can be reduced to 100 ° C. to 200 ° C. depending on the configuration of the steam generator 54, thereby reducing the generation of NO X in the gas engine. can do. Further, the steam generated by the steam generator 54 is sent to the hot water supply heat exchanger 53, the steam temperature drops to 200 ° C. to 100 ° C., the steam is released, and the heat energy is radiated to the atmosphere.

【0026】また、このコジェネレーション型ガスエン
ジンにおいて、EGRを行なう場合に、EGRの排気ガ
ス中のCO2 の濃度が常に問題になる。そこで、ガスエ
ンジンにエンジン負荷を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態を休筒
又は運転制御して1気筒当たりのエンジン負荷を可及的
に高くする制御を行なうコントローラを設ける。例え
ば、ガスエンジンの部分負荷時には、コントローラによ
って予め決定した気筒を休筒し、低減した気筒で運転を
行い、それによって1気筒あたりの負荷を増加させ、エ
ンジン負荷を高くすることができ、EGRの排気ガスと
して好ましいものである。
Further, in this cogeneration type gas engine, when performing EGR, the concentration of CO 2 in the exhaust gas of the EGR always becomes a problem. Accordingly, a sensor for detecting an engine load in a gas engine, and control for stopping or operating the operation states of a plurality of cylinders in response to a detection signal from the sensor to increase the engine load per cylinder as much as possible. Is provided. For example, when the gas engine is partially loaded, the cylinders determined in advance by the controller are deactivated and the cylinders are operated with reduced cylinders, thereby increasing the load per cylinder and increasing the engine load. It is preferable as an exhaust gas.

【0027】また、蒸気発生装置54で発生した蒸気
は、蒸気通路62を通ってエネルギー回収装置52の蒸
気タービン58に送り込まれる。蒸気タービン58のノ
ズル75から吹き込まれた蒸気はブレード76を回転さ
せ、シャフト74の回転力となり、発電機57で電気エ
ネルギーとして回収される。蒸気タービン58から排出
される蒸気はまだ高温であるので、蒸気通路63を通じ
て熱交換器53に送り込まれる。熱交換器53では、該
蒸気で水を加熱して温水にし、その温水はクリーンな温
水となるので温水通路68を通じて給湯用に利用され
る。また、蒸気は熱交換器53で熱エネルギーが奪われ
て水になって放出されるが、場合によっては、該水は水
ポンプ等によって再び蒸気発生装置54に送り込んで循
環させることもできる。
Further, the steam generated by the steam generator 54 is sent to a steam turbine 58 of the energy recovery device 52 through a steam passage 62. The steam blown from the nozzle 75 of the steam turbine 58 rotates the blade 76 to generate a rotating force of the shaft 74 and is collected by the generator 57 as electric energy. Since the steam discharged from the steam turbine 58 is still hot, it is sent to the heat exchanger 53 through the steam passage 63. In the heat exchanger 53, the steam heats the water to make hot water, and the hot water becomes clean hot water, and is used for hot water supply through the hot water passage 68. The steam is deprived of heat energy by the heat exchanger 53 and is released as water. In some cases, the water can be sent again to the steam generator 54 by a water pump or the like and circulated.

【0028】このコジェネレーション型ガスエンジン
は、遮熱型ガスエンジン50を使用しており、排気ガス
温度は相当に高温であり、その熱量は多いので、排気ガ
スで蒸気を発生させることは容易である。その蒸気を利
用して蒸気タービン58を回転させることができ、更
に、蒸気タービン58を回転させた後、残った排気ガス
の熱エネルギーを利用して熱交換器53によって給湯を
行うことができるものである。この遮熱型ガスエンジン
50には、冷却系が設けられていないので、遮熱型ガス
エンジン50の熱効率が、例えば、40%以上で燃焼す
ると、残りの60%は排気ガスエネルギーとしてその熱
量が移動する。排気ガスエネルギーは、ターボチャージ
ャ51及びエネルギー回収装置52によって15%が動
力に変換される。残りの熱エネルギーは、水供給源38
から通路64を通じて蒸気発生装置54に供給された水
を蒸気発生装置54によって蒸気に変換するために使わ
れ、大量の蒸気を発生する。その蒸気は、エネルギー回
収装置52に設けた蒸気タービン58を駆動し、発電機
57によって電気エネルギーとして5%の動力を回収す
る。その後、熱交換器53で高温の蒸気は、そのエネル
ギーを水道水等の水供給源34からの水を加温して通路
68を通じて給湯用として使われる温水を発生させるた
めに利用される。以上のように、このコジェネレーショ
ン型ガスエンジンでは、電気エネルギーを発生させるた
め60%の熱効率が得られ、電気エネルギーとして極め
て高い効率のエンジンを提供できる。
This cogeneration type gas engine uses a heat shield type gas engine 50. The exhaust gas temperature is considerably high and the amount of heat is large, so that it is easy to generate steam with the exhaust gas. is there. The steam turbine 58 can be rotated by using the steam, and the hot water can be supplied by the heat exchanger 53 by using the heat energy of the remaining exhaust gas after the steam turbine 58 is rotated. It is. Since the heat shield type gas engine 50 is not provided with a cooling system, if the heat efficiency of the heat shield type gas engine 50 is burned at, for example, 40% or more, the remaining 60% of the heat amount becomes exhaust gas energy and the amount of heat is reduced. Moving. 15% of the exhaust gas energy is converted into power by the turbocharger 51 and the energy recovery device 52. The remaining thermal energy is
Is used to convert the water supplied to the steam generator 54 through the passage 64 into steam by the steam generator 54 to generate a large amount of steam. The steam drives a steam turbine 58 provided in the energy recovery device 52, and the generator 57 recovers 5% of power as electric energy. Then, the high-temperature steam in the heat exchanger 53 is used to heat the energy from the water supply source 34 such as tap water to generate hot water used for hot water supply through the passage 68. As described above, in this cogeneration type gas engine, 60% thermal efficiency is obtained because electric energy is generated, and an engine with extremely high efficiency as electric energy can be provided.

【0029】次に、遮熱型ガスエンジン50の一実施例
を、図4及び図5を参照して説明する。遮熱型ガスエン
ジンは、シリンダブロック14、シリンダブロック14
に固定されたシリンダヘッド7、シリンダヘッド7に形
成された吸気ポート25、吸気ポート25に配置された
吸気弁20、シリンダヘッド7に形成された排気ポート
31、排気ポート31に配置された排気弁32、シリン
ダヘッド7に形成した穴部19に配置した遮熱構造の壁
体3で形成した副室2、シリンダブロック14に形成し
た孔部21に嵌合したシリンダライナ22、該シリンダ
ライナ22に形成したシリンダ18内を往復運動するピ
ストン15、シリンダ18側に形成される遮熱構造の主
室1、及び主室1と副室2とを連通する壁体3に形成し
た連絡孔30を有している。
Next, an embodiment of the heat shield type gas engine 50 will be described with reference to FIGS. The heat shield type gas engine includes a cylinder block 14 and a cylinder block 14.
, An intake port 25 formed in the cylinder head 7, an intake valve 20 arranged in the intake port 25, an exhaust port 31 formed in the cylinder head 7, and an exhaust valve arranged in the exhaust port 31 32, a sub-chamber 2 formed by a wall 3 of a heat shielding structure arranged in a hole 19 formed in the cylinder head 7, a cylinder liner 22 fitted in a hole 21 formed in the cylinder block 14, and a cylinder liner 22. It has a piston 15 reciprocating in the formed cylinder 18, a main chamber 1 of a heat shielding structure formed on the cylinder 18 side, and a communication hole 30 formed in a wall 3 communicating the main chamber 1 and the sub-chamber 2. doing.

【0030】遮熱型ガスエンジン50において、主室1
はシリンダヘッド7に形成した穴部9に嵌合した壁体で
あるヘッドライナ10で形成されている。ヘッドライナ
10は、シリンダ18の一部を構成するライナ上部28
とヘッド下面部11から構成されている。ヘッド下面部
11の上面には、副室2を構成する壁体3が一体的に形
成されている。壁体3は、シリンダヘッド7の穴部19
に嵌合した上部壁体12と下部壁体13から構成されて
いる。ヘッド下面部11には、吸排気弁20,32のバ
ルブシート26と連絡孔弁4のバルブシート24が形成
されている。
In the heat shield type gas engine 50, the main room 1
Is formed by a head liner 10 which is a wall fitted into a hole 9 formed in the cylinder head 7. The headliner 10 has a liner upper part 28 which forms a part of the cylinder 18.
And a head lower surface 11. On the upper surface of the head lower surface 11, a wall 3 constituting the sub chamber 2 is integrally formed. The wall 3 has a hole 19 in the cylinder head 7.
An upper wall body 12 and a lower wall body 13 fitted to each other. A valve seat 26 for the intake / exhaust valves 20 and 32 and a valve seat 24 for the communication hole valve 4 are formed on the lower surface 11 of the head.

【0031】遮熱型ガスエンジン50において、燃料と
してのナチュラルガスを収容した燃料タンク27、燃料
タンク27からのナチュラルガスを蓄圧する蓄圧室6、
蓄圧室6のナチュラルガスを燃料入口23から副室2に
供給するため、副室2と蓄圧室6を連通する燃料通路
8、主室1と副室2とを連通する連絡孔30に配置した
連絡孔弁4、燃料入口23に配置して吸入行程に開放し
て副室2にナチュラルガスを供給する燃料弁5を有して
いる。連絡孔30の領域では、燃焼ガスで高温になるた
め、連絡孔30に配置した連絡孔弁4は高温強度を有す
る耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミッ
クスから製作されている。燃料弁5は、電磁力で開閉さ
れる電磁バルブ駆動装置を有し、エンジン負荷に応じて
開弁期間が決定されている。燃料弁5が燃料入口23を
開放することによって、ナチュラルガスであるガス燃料
が蓄圧室6から必要量だけ副室2に供給される。
In the heat shield type gas engine 50, a fuel tank 27 containing natural gas as fuel, a pressure accumulating chamber 6 for accumulating natural gas from the fuel tank 27,
In order to supply the natural gas in the accumulator 6 from the fuel inlet 23 to the sub-chamber 2, the gas is disposed in the fuel passage 8 communicating the sub-chamber 2 and the accumulator 6, and the communication hole 30 communicating the main chamber 1 and the sub-chamber 2. A communication hole valve 4 is provided at the fuel inlet 23 and has a fuel valve 5 which is opened in the suction stroke and supplies natural gas to the sub-chamber 2. Since the temperature of the communication hole 30 becomes high due to the combustion gas, the communication hole valve 4 disposed in the communication hole 30 is made of ceramics such as silicon nitride and silicon carbide having high temperature strength and excellent heat resistance. The fuel valve 5 has an electromagnetic valve driving device that is opened and closed by an electromagnetic force, and a valve opening period is determined according to an engine load. When the fuel valve 5 opens the fuel inlet 23, a necessary amount of natural gas, ie, gas fuel, is supplied from the accumulator 6 to the sub-chamber 2.

【0032】また、ピストン15は、耐熱性に優れた窒
化ケイ素当のセラミックスから成るピストンヘッド16
と、ピストンヘッド16に結合リング29でメタルフロ
ーによって固定したピストンスカート17から構成され
ている。ヘッドライナ10、壁体3を構成する上部壁体
12と下部壁体13、シリンダライナ22及びピストン
ヘッド16は、耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセラミッ
クスで作製されている。従って、燃焼後期のガス温度が
高くなっても十分な強度を有し、未燃炭化水素HC等の
排出が少なくなり、高効率エンジンを達成できる。
The piston 15 has a piston head 16 made of ceramics such as silicon nitride having excellent heat resistance.
And a piston skirt 17 fixed to the piston head 16 by a metal ring with a coupling ring 29. The headliner 10, the upper wall 12 and the lower wall 13 constituting the wall 3, the cylinder liner 22, and the piston head 16 are made of ceramics such as silicon nitride having excellent heat resistance. Therefore, even if the gas temperature in the latter stage of combustion increases, the gas has sufficient strength, the emission of unburned hydrocarbons HC and the like is reduced, and a highly efficient engine can be achieved.

【0033】遮熱型ガスエンジン50は、吸入行程、圧
縮行程、膨張行程及び排気行程の4つの行程を順次繰り
返すことによって作動されるものであり、まず、吸入行
程では、吸気弁20が吸気ポート25を開放して主室1
に吸入空気が供給され、連絡孔弁4によって連絡孔30
を閉鎖した状態で燃料弁5を開放して燃料通路8を通じ
て蓄圧室6から副室2にナチュラルガスの燃料が供給さ
れる。この時、副室2には、燃焼後の排気ガスが残留し
ているので、蓄圧室6からのガス燃料が導入されると、
ガス燃料は受熱して副室2内で活性化する。
The heat shield type gas engine 50 is operated by sequentially repeating four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. First, in the intake stroke, the intake valve 20 is connected to the intake port. Open 25 and main room 1
Air is supplied to the communication hole 30 and the communication hole 30
The fuel valve 5 is opened with the valve closed, and natural gas fuel is supplied from the accumulator 6 to the sub-chamber 2 through the fuel passage 8. At this time, since the exhaust gas after combustion remains in the sub chamber 2, when the gas fuel from the pressure accumulating chamber 6 is introduced,
The gas fuel receives heat and is activated in the sub-chamber 2.

【0034】次に、圧縮行程では、連絡孔弁4によって
連絡孔30を閉鎖しておき、主室1での吸入空気の圧縮
比を大きくする。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁4が
連絡孔30を開放し、連絡孔30を通じて高圧縮で高温
化した空気を主室1から副室2へ流入させ、該吸入空気
は活性化したガス燃料と混合を促進して着火燃焼し、燃
焼が急速に進展して副室2の火炎が主室1へ噴出し、膨
張行程へ移行し、主室1に存在する新気と混合を促進し
て短期間に燃焼を完結する。この膨張行程では、連絡孔
30の開放状態を維持して副室2から主室1へ火炎を噴
出させて仕事をさせ、排気行程終了で連絡孔30を閉鎖
する。
Next, in the compression stroke, the communication hole 30 is closed by the communication hole valve 4, and the compression ratio of the intake air in the main chamber 1 is increased. Next, at the end of the compression stroke, the communication hole valve 4 opens the communication hole 30, and high-compression and high-temperature air flows from the main chamber 1 into the sub-chamber 2 through the communication hole 30, and the intake air is activated gas fuel. To promote ignition and combustion, the combustion progresses rapidly, and the flame of the sub-chamber 2 blows out to the main chamber 1, moves to the expansion stroke, and promotes mixing with fresh air existing in the main chamber 1. Complete combustion in a short time. In this expansion stroke, the communication hole 30 is kept open and a flame is blown from the sub chamber 2 to the main chamber 1 to perform work, and the communication hole 30 is closed at the end of the exhaust stroke.

【0035】遮熱型ガスエンジン50は、副室2に連絡
孔30と燃料入口23を設け、ナチュラルガスを溜めた
燃料タンク27からのナチュラルガスを蓄圧室6に蓄圧
し、該蓄圧室6のナチュラルガスを連絡孔弁4で連絡孔
30を閉鎖した状態で燃料入口23から副室2内に供給
し、また吸気ポート25から主室1へ吸入した吸入空気
を連絡孔弁4で連絡孔30を閉鎖した状態で副室2には
吸入空気が供給されない状態でピストン15の上昇の圧
縮行程で圧縮されるので、吸入空気が主室1内で高圧縮
比になっても副室2内に供給された燃料が自己着火する
ことなく、ノッキングが発生することがない。連絡孔弁
4が連絡孔30を開放することで、主室1から高圧縮比
の吸入空気が副室2に流入して燃料ガスと吸入空気とが
混合して着火し、当量比の大きい燃料リッチな状態で高
速燃焼してNOX の発生が抑制される。更に、燃焼後の
排気ガスを含んだ副室2には、蓄圧室6からのガス燃料
が導入され、該ガス燃料は受熱して活性化する。また、
吸入空気が主室1内で高圧縮比になっても副室2は連絡
孔弁4で閉鎖しており、副室2内の活性化したガス燃料
が自己着火することなく、ノッキングが発生することが
ない。
The heat shield type gas engine 50 is provided with a communication hole 30 and a fuel inlet 23 in the sub-chamber 2, and accumulates natural gas from the fuel tank 27 storing natural gas in the accumulator 6. Natural gas is supplied from the fuel inlet 23 into the sub-chamber 2 while the communication hole 30 is closed by the communication hole valve 4, and the intake air sucked into the main chamber 1 from the intake port 25 into the main chamber 1 is communicated by the communication hole valve 4. Is closed and the intake air is not supplied to the sub-chamber 2 in the compression stroke of the ascent of the piston 15 in a state where the intake air is not supplied. The supplied fuel does not self-ignite and knocking does not occur. When the communication hole valve 4 opens the communication hole 30, the intake air with a high compression ratio flows from the main chamber 1 into the sub-chamber 2, where the fuel gas and the intake air are mixed and ignited. generation of the NO X is suppressed at high burn in a rich state. Further, gas fuel from the accumulator 6 is introduced into the sub-chamber 2 containing the exhaust gas after combustion, and the gas fuel receives heat and is activated. Also,
Even if the intake air has a high compression ratio in the main chamber 1, the sub-chamber 2 is closed by the communication hole valve 4, so that the activated gas fuel in the sub-chamber 2 does not self-ignite and knocking occurs. Nothing.

【0036】更に、連絡孔30が開放することで、主室
1から高圧縮で且つ高温化した空気が副室2に流入して
ガス燃料と吸入空気との混合が一気に促進して着火し、
当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼してNOX
の発生が抑制される。そして、副室2内は一気に圧力が
上昇し、燃焼が促進され、それと同時に、連絡孔30を
通じて副室2から主室1へ火炎は一気に噴出し、該火炎
は主室1で新気と混合を促進して燃焼スピードを上昇し
て理想的な二次燃焼を完結する。従って、この遮熱エン
ジンは、NOX 、HC等の発生を大幅に低減できる。燃
料弁5は電磁力で駆動され、燃料弁5はエンジン負荷の
作動状態を検出する負荷センサーの検出信号に応答して
コントローラによって開弁期間を決めるように設定でき
る。
Further, when the communication hole 30 is opened, high-compression and high-temperature air flows from the main chamber 1 into the sub-chamber 2, and the mixing of the gas fuel and the intake air is promoted at a stretch to ignite.
NO X and fast burn in large fuel-rich equivalence ratio
Is suppressed. Then, the pressure in the sub-chamber 2 rises at once, and the combustion is promoted. At the same time, the flame blows out from the sub-chamber 2 to the main chamber 1 through the communication hole 30 at a stretch, and the flame is mixed with fresh air in the main chamber 1 Promotes the combustion speed to complete the ideal secondary combustion. Accordingly, the thermal barrier engine, NO X, the generation of HC and the like can be greatly reduced. The fuel valve 5 is driven by an electromagnetic force, and the fuel valve 5 can be set so as to determine the valve opening period by a controller in response to a detection signal of a load sensor that detects an operation state of an engine load.

【0037】[0037]

【発明の効果】この発明によるコジェネレーション型ガ
スエンジンは、上記のように構成されており、次のよう
な効果を有する。即ち、このコジェネレーション型ガス
エンジンは、排気ガスエネルギーによって駆動されるタ
ーボチャージャ、該ターボチャージャから排気される排
気ガスエネルギーで駆動されるタービンと発電機を備え
たエネルギー回収装置、及び前記タービンから排気され
る排気ガスの熱エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生
装置を有し、及び前記蒸気発生装置を通過した排気ガス
を排出する排気通路と前記ターボチャージャのコンプレ
ッサへ空気を供給する空気通路とを連通する調整バルブ
を備えた排気ガス再循環通路を有するので、EGRの排
気ガスを前記調整バルブを調節して前記排気ガス再循環
通路を通って前記コンプレッサへ供給することになる
が、前記蒸気発生装置を通過した排気ガスは熱エネルギ
ーを吸収されて低温になっている。それ故に、低温の排
気ガスをEGRとしてガスエンジンに再循環させるのに
使用でき、NOX の発生を低減することができる。
The cogeneration gas engine according to the present invention is configured as described above and has the following effects. That is, the cogeneration gas engine includes a turbocharger driven by exhaust gas energy, an energy recovery device including a turbine and a generator driven by exhaust gas energy exhausted from the turbocharger, and an exhaust gas from the turbine. A steam generator that generates steam with the thermal energy of the exhaust gas to be discharged, and communicates an exhaust passage that discharges exhaust gas that has passed through the steam generator with an air passage that supplies air to a compressor of the turbocharger. The exhaust gas recirculation passage provided with an adjusting valve that adjusts the adjusting valve to supply the exhaust gas of EGR to the compressor through the exhaust gas recirculating passage. Exhaust gas that has passed through is absorbed by thermal energy and has a low temperature. Therefore, can be used to recirculate the gas engine low temperature exhaust gas as EGR, it is possible to reduce the generation of NO X.

【0038】例えば、遮熱型ガスエンジンに構成した場
合には、排気ガスの温度は900℃程であるが、その排
気ガスエネルギーによって、ターボチャージャのタービ
ンを駆動し、エネルギー回収装置のタービンを駆動し、
更に、蒸気発生装置に通して熱エネルギーを吸収するこ
とによって、排気ガスの温度は300℃程度、場合によ
っては排気ガスの温度を100℃〜200℃まで低下さ
せることができ、EGRの排気ガスとして極めて好まし
い温度になり、NOX の発生を低減することができる。
For example, in the case of a heat shield type gas engine, the temperature of the exhaust gas is about 900 ° C., but the exhaust gas energy drives the turbine of the turbocharger and the turbine of the energy recovery device. And
Further, by absorbing the heat energy through the steam generator, the temperature of the exhaust gas can be reduced to about 300 ° C, and in some cases, the temperature of the exhaust gas can be reduced to 100 ° C to 200 ° C. becomes highly preferred temperature, it is possible to reduce the generation of NO X.

【0039】また、遮熱型ガスエンジンの排気ガスエネ
ルギーによってターボチャージャを駆動し、該ターボチ
ャージャのタービンから排気される排気ガスエネルギー
で発電機を備えたエネルギー回収装置を駆動し、該エネ
ルギー回収装置のタービンから排気される排気ガスの熱
エネルギーで蒸気を発生させる蒸気発生装置を有してお
り、該蒸気発生装置から放出された蒸気によって前記エ
ネルギー回収装置の蒸気タービンを駆動し、それによっ
て排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換でき
るので、熱効率の高いシステムを提供することができ
る。更に、前記蒸気タービンから排出される高温の蒸気
を給湯用熱交換器で水を加熱して温水を発生させること
で、極めて高いエネルギー回収を達成できる。
Further, the turbocharger is driven by the exhaust gas energy of the heat shield type gas engine, and the energy recovery device provided with the generator is driven by the exhaust gas energy exhausted from the turbine of the turbocharger. A steam generator that generates steam by the thermal energy of exhaust gas exhausted from the turbine of the turbine, and drives the steam turbine of the energy recovery device by the steam released from the steam generator, whereby the exhaust gas Can be converted into electric energy, so that a system with high thermal efficiency can be provided. Furthermore, extremely high energy recovery can be achieved by heating the high-temperature steam discharged from the steam turbine with a hot water supply heat exchanger to generate hot water.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明によるコジェネレーション型ガスエン
ジンの一実施例を示す概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of a cogeneration type gas engine according to the present invention.

【図2】このコジェネレーション型ガスエンジンに組み
込まれたターボチャージャの一実施例を示す概略断面図
である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing one embodiment of a turbocharger incorporated in the cogeneration type gas engine.

【図3】このコジェネレーション型ガスエンジンに組み
込まれたエネルギー回収装置の一実施例を示す概略断面
図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing one embodiment of an energy recovery device incorporated in the cogeneration type gas engine.

【図4】このコジェネレーション型ガスエンジンに組み
込まれた遮熱型ガスエンジンの一実施例を示す概略断面
図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an embodiment of a heat shield type gas engine incorporated in the cogeneration type gas engine.

【図5】図4の線A−Aにおける断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

35 調整バルブ 36 排気ガス再循環通路 37 空気通路 50 遮熱型ガスエンジン(ガスエンジン) 51 ターボチャージャ 52 エネルギー回収装置 53 熱交換器 54 蒸気発生装置 56,59 タービン 57 発電機 58 蒸気タービン 60 発電機 61 回転軸 67 排気通路 71 コンプレッサ 35 adjustment valve 36 exhaust gas recirculation passage 37 air passage 50 heat-shielded gas engine (gas engine) 51 turbocharger 52 energy recovery device 53 heat exchanger 54 steam generator 56, 59 turbine 57 generator 58 steam turbine 60 generator 61 Rotary shaft 67 Exhaust passage 71 Compressor

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ナチュラルガスを燃料とするガスエンジ
ン及び該ガスエンジンの回転軸に取り付けて電気エネル
ギーを取り出す発電機を有するコジェネレーション型ガ
スエンジンにおいて、前記ガスエンジンの排気ガスエネ
ルギーによって駆動されるターボチャージャ、該ターボ
チャージャから排気される排気ガスエネルギーで駆動さ
れるタービンと発電機を備えたエネルギー回収装置、前
記タービンから排気される排気ガスの熱エネルギーで蒸
気を発生させる蒸気発生装置、該蒸気発生装置から放出
された蒸気によって駆動される前記エネルギー回収装置
に設けた蒸気タービン、該蒸気タービンから排出される
蒸気が送り込まれる熱交換器、及び前記蒸気発生装置を
通過した排気ガスを排出する排気通路と前記ターボチャ
ージャのコンプレッサへ空気を供給する空気通路とを連
通する調整バルブを備えた排気ガス再循環通路、を有す
ることを特徴とするコジェネレーション型ガスエンジ
ン。
1. A co-generation type gas engine having a gas engine using natural gas as a fuel and a generator mounted on a rotating shaft of the gas engine to extract electric energy, wherein a turbo driven by exhaust gas energy of the gas engine is provided. An energy recovery device including a charger, a turbine driven by energy of exhaust gas exhausted from the turbocharger, and a generator, a steam generator for generating steam by thermal energy of exhaust gas exhausted from the turbine, and the steam generation A steam turbine provided in the energy recovery device driven by steam discharged from the device, a heat exchanger into which steam discharged from the steam turbine is fed, and an exhaust passage discharging exhaust gas passing through the steam generation device And the compressor of the turbocharger A cogeneration type gas engine having an exhaust gas recirculation passage having an adjustment valve communicating with an air passage for supplying air to the air.
【請求項2】 エンジン負荷を検出するセンサー、及び
該センサーの検出信号に応答して複数の気筒の作動状態
を休筒又は運転制御して1気筒当たりのエンジン負荷を
可及的に高くする制御を行なうコントローラ、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のコジェネレーション
型ガスエンジン。
2. A sensor for detecting an engine load, and a control for stopping or operating the operation states of a plurality of cylinders in response to a detection signal from the sensor to increase an engine load per cylinder as much as possible. The cogeneration type gas engine according to claim 1, further comprising: a controller that performs the following.
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