專利名稱：具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將天然氣、生物氣、或從煤礦坑內(nèi)等排出的含甲烷氣體作為吸氣氣體、燃料有效利用的具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
對(duì)于甲烷CH4、二氧化碳CO2等的溫室效應(yīng)氣體的排出限制的輿論的關(guān)注逐年升·高。尤其是甲烷CH4具有二氧化碳CO2的21倍的溫室效應(yīng)，無(wú)法忽視甲烷CH4向大氣中的排放。另一方面，在煤的開采時(shí)，從煤礦坑內(nèi)，每一噸煤向大氣排放IOlONm3 (純甲烷換算)的大量的甲烷CH4。從煤礦坑內(nèi)排出的甲烷CH4含有氣體混雜在石灰層中，有為了安全而從抽氣鉆孔利用真空泵回收的回收含甲烷氣體CMM (Coal Mine Methane :煤礦瓦斯。甲烷濃度3(Γ50重量％)、及為了從坑道及采掘場(chǎng)進(jìn)行換氣而排出的換氣含甲烷氣體VAM (Ventilation AirMethane :通風(fēng)瓦斯。甲烷濃度O. 3 O. 7重量％)。因此，不將在煤礦坑內(nèi)產(chǎn)生的含甲烷氣體向大氣排放而進(jìn)行有效利用的情況的社會(huì)性且經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)極大。在專利文獻(xiàn)I中公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)能夠利用在垃圾的填埋處置廠產(chǎn)生的填埋氣體、所述煤礦排出氣體等那樣甲烷濃度比可燃界限低的氣體作為燃料。在專利文獻(xiàn)2中公開了一種使用從煤礦坑內(nèi)排出的含甲烷氣體作為燃料的發(fā)電用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。相對(duì)于專利文獻(xiàn)2的圖5，基于附圖4說明詳細(xì)地公開了坑內(nèi)狀況的概要的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電設(shè)備。圖4示意性表示設(shè)置在煤礦坑內(nèi)和煤礦坑內(nèi)的附近的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電設(shè)備200。在圖4中，在煤礦坑內(nèi)，煤層Ctl和開采煤層C1形成為層狀。設(shè)有將煤礦坑內(nèi)與外部連通的換氣孔206。在煤礦坑內(nèi)的采掘場(chǎng)204中，在開采煤層C1穿設(shè)有抽氣鉆孔208，從抽氣鉆孔208排出的含甲烷氣體CMM從設(shè)置在換氣孔206內(nèi)的管路210借助真空泵211向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電設(shè)備200傳送。另外，從煤礦坑內(nèi)通過換氣孔206排出的換氣含甲烷氣體VAM通過管路212向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電設(shè)備200傳送。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電設(shè)備200運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的電力E及蒸氣S向煤礦坑內(nèi)實(shí)用設(shè)備202或其他的需要目的地傳送。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2010-19247號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2005/0205022號(hào)說明書

發(fā)明內(nèi)容
以甲烷氣體為燃料的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)是如下所述發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的排出物僅有水H2O和二氧化碳CO2,因此具有環(huán)境污染極少的長(zhǎng)處，期待著今后廣泛普及。在使用甲烷氣體等低卡路里氣體作為燃料時(shí)，來(lái)自設(shè)置于各氣缸的燃料氣體供給用電磁閥的燃料供給量不足，因此需要利用供氣系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)充不足量。進(jìn)行所謂增壓器前預(yù)混合，該增壓器前預(yù)混合是指在增壓器之前進(jìn)行該不足量的燃料氣體補(bǔ)給。因此，在混合了燃料氣體的預(yù)混合氣體由增壓器加壓之后，由供氣冷卻器冷卻，供氣中含有的水蒸氣發(fā)生冷凝而成為水滴。為了排出該水滴而預(yù)混合氣體的一部分隨著水滴作為排放物而被排出。然而，如已述那樣，甲烷CH4具有二氧化碳CO2的21倍的溫室效應(yīng)，并且由于將加壓后的預(yù)混合氣體排出，因此會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓效率及熱機(jī)效率的下降。
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的課題，其目的是在使用低卡路里氣體作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料時(shí)，在具有使伴隨著排放物排出的預(yù)混合氣體成為冷凝點(diǎn)以下的壓力的容量的容器中進(jìn)行氣液分離，將水分向外部排出并使燃料氣體再次返回供氣系統(tǒng)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)供氣排放物中含有的燃料氣體的再利用產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的提高和有害氣體的大氣排放的削減。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，涉及一種具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)在對(duì)于向以氣體為燃料的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的供氣進(jìn)行加壓的增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)，具備將燃料氣體與空氣混合而生成預(yù)混合氣體的增壓器前預(yù)混合裝置，其特征在于，具備供氣冷卻器，其位于所述增壓器的供氣系統(tǒng)下游側(cè)，對(duì)由所述增壓器加壓后的所述預(yù)混合氣體進(jìn)行冷卻，且具有將伴隨著所述預(yù)混合氣體的冷卻而冷凝的冷凝水排出的排放閥；及氣液分離裝置，其經(jīng)由第一導(dǎo)管與所述排放閥連接，將伴隨著所述冷凝水排出的所述預(yù)混合氣體從所述冷凝水分離，由該氣液分離裝置分離后的所述預(yù)混合氣體經(jīng)由第二導(dǎo)管而流入至所述增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)。根據(jù)本發(fā)明裝置，構(gòu)造為，預(yù)混合了燃料氣體的預(yù)混合氣體未伴隨著冷凝水排出到大氣中，而分離成預(yù)混合氣體和冷凝水，并使預(yù)混合氣體流入增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)，因此燃料氣體的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高。此外，由于未燃燒的燃料氣體未排放到大氣中，因此具有防止大氣污染效果。另外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)選的是，也可以，所述燃料氣體是比空氣的比重小的燃料，所述氣液分離裝置具有將伴隨著所述冷凝水排出的所述預(yù)混合氣體釋放成大氣壓或接近大氣壓的壓力的容量，并且所述氣液分離裝置在上部具備捕集所述預(yù)混合氣體的捕集部。通過形成為這種結(jié)構(gòu)，由于將預(yù)混合氣體釋放成大氣壓或接近于大氣壓的壓力，因此會(huì)促進(jìn)預(yù)混合氣體的氣液分離，來(lái)自伴隨著燃料氣體返回供氣系統(tǒng)的預(yù)混合氣體的冷凝水消失，具有能夠防止構(gòu)成供氣系統(tǒng)的構(gòu)件的腐蝕的效果。另外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)選的是，也可以，具備排放閥控制單元，所述排放閥控制單元基于由配置在所述增壓器的上游側(cè)的第一供氣溫度傳感器檢測(cè)到的所述預(yù)混合氣體的增壓器吸入溫度(Tsuc)、由設(shè)置在所述供氣冷卻器出口側(cè)的第二供氣溫度傳感器及供氣壓力傳感器檢測(cè)到的所述預(yù)混合氣體的供氣溫度(Ts)、以及供氣壓力(Ps)，對(duì)所述排放閥進(jìn)行開閉控制。通過形成為這種結(jié)構(gòu)，在供氣冷卻器內(nèi)未產(chǎn)生冷凝水時(shí)，將排放閥關(guān)閉，從而防止不需要的預(yù)混合氣體的排出，能夠?qū)⑾蛉細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的增壓效率的減少抑制成最小限度。另外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)選的是，也可以，具備排放閥控制單元，所述排放閥控制單元利用所述供氣冷卻器及所述增壓器將所述供氣冷卻器出口側(cè)的供氣溫度(Ts)及所述供氣壓力(Ps)控制為一定，并且在處于該一定的所述供氣溫度(Ts)及所述供氣壓力(Ps)時(shí)，基于映射算出在所述供氣冷卻器出口側(cè)的預(yù)混合氣體的相對(duì)濕度成為100%時(shí)的增壓器側(cè)的預(yù)混合氣體的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)，在實(shí)際檢測(cè)到的所述吸入溫度(Tsuc)的檢測(cè)值比該算出的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)低時(shí)，將所述排放閥維持成關(guān)閉狀態(tài)。通過形成為這種結(jié)構(gòu)，基于映射算出增壓器側(cè)的預(yù)混合氣體的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)，在實(shí)際檢測(cè)到的所述吸入溫度(Tsuc)的檢測(cè)值比該算出的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)低時(shí)，通過控制排放閥的開閉而實(shí)現(xiàn)將向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的增壓效率的下降抑制成最小限度的效果。
另外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)選的是，也可以，所述氣液分離裝置的所述捕集部相對(duì)于所述增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)的供氣路徑形成構(gòu)件位于重力方向下側(cè)。通過形成為這種結(jié)構(gòu)，由于燃料氣體比空氣的比重小，因此利用氣液分離裝置將預(yù)混合氣體分離，此外，將燃料氣體向上方分離，因此分離后的燃料氣體自然地流入供氣路徑形成構(gòu)件的供氣路徑，因此實(shí)現(xiàn)裝置的簡(jiǎn)化，具有成本降低效果。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，從包含伴隨著由供氣冷卻器冷凝的冷凝水而排出的燃料氣體的供氣，分離成燃料氣體和水分，燃料氣體返回供氣系統(tǒng)，并且水分向大氣排放，由此，對(duì)應(yīng)于分離的燃料氣體而發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高，另一方面，未燃料氣體未向大氣排放，因此能夠提高大氣污染的防止效果。此外，通過控制供氣冷卻器的排放閥的開閉，而減少加壓后的預(yù)混合氣體的排出時(shí)間，由此具有能夠抑制向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的增壓效率下降的效果。


圖I表不本發(fā)明的實(shí)施方式的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是在本發(fā)明的實(shí)施方式的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中使用的排放閥開閉控制映射，(A)表示相對(duì)于供氣壓力Ps的供氣露點(diǎn)溫度Ts與絕對(duì)濕度Sh之間的關(guān)系，(B)表示相對(duì)于相對(duì)濕度的絕對(duì)濕度g/kg與增壓器側(cè)的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)之間的關(guān)系。圖3表示本發(fā)明的實(shí)施方式的排放閥開閉控制流程圖。圖4表示現(xiàn)有技術(shù)的說明圖。
具體實(shí)施例方式以下，使用圖示的實(shí)施方式，詳細(xì)說明本發(fā)明。但是，本實(shí)施方式記載的結(jié)構(gòu)部件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對(duì)配置等只要沒有特別特定的記載，就不是將本發(fā)明的范圍僅限定于此，只不過是說明例。基于圖f圖3，說明本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式。本實(shí)施方式的發(fā)電用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I設(shè)置在煤礦附近，使用燃料氣體及作為供應(yīng)氣體的從煤礦內(nèi)排出的含甲烷氣體。在圖I中，在發(fā)電用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1(以后記載為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I)的輸出軸15上連結(jié)有發(fā)電機(jī)10。在與燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I連接的吸氣路徑形成構(gòu)件即供氣管6的供氣系統(tǒng)上游側(cè)設(shè)置有油浴式過濾器61。由煤礦內(nèi)排出的為了從坑道及采掘場(chǎng)換氣而排出的換氣含甲烷氣體VAM和外部氣體被導(dǎo)入油浴式過濾器61。油浴式過濾器61是將鋼纖維形成為棉狀并浸潰有油的構(gòu)造，主要將塵埃等除去。在供氣管6的中間部且在增壓器3的上游側(cè)安裝有氣體混合器5。氣體混合器5是使燃料氣體在增壓器3的上游側(cè)與來(lái)自油浴式過濾器61的供氣混合而生成預(yù)混合氣體的所謂增壓器前預(yù)混合裝置。這是為了如下原因而進(jìn)行在以低卡路里氣體為燃料時(shí)，僅向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I直接供給氣體燃料的話，所希望的燃料量產(chǎn)生不足。另外，向氣體混合器5的燃料氣體供給通過從后述的向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I供給燃料氣 體的燃料氣體供給管92分支的預(yù)混合配管53來(lái)進(jìn)行。52是燃料氣體的流量計(jì)，將流量計(jì)52的檢測(cè)結(jié)果向控制裝置2發(fā)送。基于該結(jié)果，對(duì)于向氣體混合器5的氣體供給量由控制裝置2進(jìn)行向混合器閥51的流量調(diào)整。在吸氣管6的吸氣系統(tǒng)下游側(cè)，利用從燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的集合排氣管17排出的廢氣來(lái)驅(qū)動(dòng)排氣渦輪32，并設(shè)置有增壓器3，該增壓器3與排氣渦輪32同軸地連結(jié)且具有對(duì)供氣管6的預(yù)混合氣體進(jìn)行加壓的壓縮器31。另外，在供氣管6的氣體混合器5與增壓器3之間設(shè)置有測(cè)定預(yù)混合氣體的溫度的第一供氣溫度傳感器11 (Tsuc)。由第一供氣溫度傳感器11 (Tsuc)檢測(cè)到的檢測(cè)值向控制裝置2發(fā)送。該檢測(cè)值作為后述的排放閥81的控制要素使用。34是廢氣流量調(diào)整閥，該廢氣流量調(diào)整閥設(shè)置在使來(lái)自排氣集合管17的廢氣繞過排氣渦輪32的廢氣旁通管33上，且通過控制裝置2進(jìn)行動(dòng)作。廢氣流量調(diào)整閥34進(jìn)行向排氣渦輪32的廢氣流量的調(diào)整并進(jìn)行壓縮器31的加壓調(diào)整。在增壓器3的供氣系統(tǒng)下游側(cè)設(shè)置有對(duì)由增壓器3加壓后的預(yù)混合氣體進(jìn)行冷卻的供氣冷卻器4。預(yù)混合氣體中含有的水蒸氣伴隨著由供氣冷卻器4進(jìn)行的冷卻發(fā)生冷凝而成為水滴，從供氣冷卻器4的排放閥81經(jīng)由作為第一導(dǎo)管的排放配管42而被導(dǎo)向氣液分離裝置7。供氣冷卻器4對(duì)預(yù)混合氣體進(jìn)行冷卻，由此提高氣體密度而實(shí)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的輸出提高，并使預(yù)混合氣體中的水蒸氣冷凝而將其除去，由此抑制形成供氣系統(tǒng)的各構(gòu)件的防銹。在供氣冷卻器4的供氣系統(tǒng)下游側(cè)具有與燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的各氣缸連結(jié)的支管，并連結(jié)有將預(yù)混合氣體導(dǎo)入到各氣缸內(nèi)的供氣岐管16。在供氣岐管16設(shè)置有第二供氣溫度傳感器12和供氣壓力傳感器13，該第二供氣溫度傳感器12檢測(cè)從供氣冷卻器4導(dǎo)入的預(yù)混合氣體的供氣溫度Ts并將該檢測(cè)值向控制裝置2發(fā)送，該供氣壓力傳感器13檢測(cè)供氣壓力Ps并將該檢測(cè)值向控制裝置2發(fā)送。該各個(gè)檢測(cè)值作為后述的排放控制閥8的控制要素而使用。配置在燃料氣體供給管92的上游側(cè)的過濾器91是將作為燃料氣體的含甲烷氣體CMM (Coal Mine Methane。甲烷濃度30 50重量％)中含有的塵埃、水蒸氣等除去的第一次除去裝置。通過了過濾器91的燃料氣體由作為第二次除去裝置的燃料除霧器9再次將液體微粒子(霧)從燃料氣體分離。
雙重地設(shè)置凈化裝置是由于從煤礦排出的燃料氣體中混入有大量的塵埃、水蒸氣等，為了將燃料氣體中的雜質(zhì)除去而除去對(duì)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的壞影響。通過了燃料除霧器9的燃料氣體的一部分由從燃料氣體供給管92分支的預(yù)混合配管53向氣體混合器5進(jìn)行燃料氣體的供給，從而進(jìn)行已述的增壓器前預(yù)混合。燃料氣體的大 部分經(jīng)由燃料氣體供給管92向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的各氣缸供給?？刂蒲b置2基于對(duì)設(shè)置于燃料氣體供給管92的燃料氣體的流量進(jìn)行檢測(cè)的燃料氣體流量計(jì)93的檢測(cè)值，對(duì)調(diào)整燃料氣體的壓力的調(diào)壓閥14和在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的各氣缸設(shè)置的氣體供給電磁閥18進(jìn)行控制，來(lái)調(diào)整向各氣缸流入的燃料氣體流量。在供氣冷卻器4的下部安裝有將冷凝后的排放物(水分)向供氣冷卻器4的外部排出的排放閥81。排放控制單元8包括在供氣冷卻器4的底部安裝的排放閥81 ;使排放物與預(yù)混合氣體分離的氣液分離裝置7 ;將排放閥81與氣液分離裝置7連通的作為第一導(dǎo)管的排放配管42 ;使分離后的燃料氣體向供氣管6返回的作為第二導(dǎo)管的返回配管73 ;第一供氣溫度傳感器11 ;第二供氣溫度傳感器12 ;供氣壓力傳感器13 ;以及具備對(duì)排放閥81進(jìn)行開閉控制的映射的控制裝置2。通過了供氣冷卻器4的排放閥81的排放物和加壓后的預(yù)混合氣體經(jīng)由排放配管42而被導(dǎo)入至氣液分離裝置7。氣液分離裝置7具有能夠使被加壓的預(yù)混合氣體返回大氣壓或接近大氣壓的壓力的容量的空間71，通過使預(yù)混合氣體的壓力下降而供氣中含有的水蒸氣發(fā)生冷凝，從而使水分從預(yù)混合氣體分離。此外，在氣液分離裝置7的上部設(shè)置具有圓錐狀的空間的燃料氣體收集部72。用于收集預(yù)混合氣體中含有的甲烷氣體。甲烷氣體由于比重比空氣小，因此在氣液分離裝置7內(nèi)從空氣分離而僅甲烷氣體集中于上方(燃料氣體收集部72)。在燃料氣體收集部72的圓錐狀的頂部設(shè)置有作為第二導(dǎo)管的返回管73，該返回管73的一端向該頂部開口而另一端向供氣管6的氣體混合器5與油浴式過濾器61的中間部開口。另外，氣液分離裝置7的燃料氣體收集部72的位置配置成在重力方向上比返回管73的另一端更靠下側(cè)。其結(jié)果是，由燃料氣體收集部72收集的甲烷氣體和一部分的空氣上升而自然地被導(dǎo)入至供氣管6內(nèi)，被作為燃料使用，因此相應(yīng)地，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高。需要說明的是，氣液分離裝置7內(nèi)的其他的空氣隨著積存于氣液分離裝置7的排放物而被排出到大氣中。此外，由于燃料氣體向供氣管自然地導(dǎo)入，因此具有能夠抑制作為裝置的成本上升的效果，并且由于未將甲烷氣體向大氣排放，因此會(huì)防止溫室效應(yīng)。圖2表示本實(shí)施方式的排放閥開閉控制映射的一例。排放閥開閉控制映射中，圖2 (A)是相對(duì)于供氣壓力Ps,縱軸表不供氣露點(diǎn)溫度Ts (供氣溫度)，橫軸表示絕對(duì)濕度Sh (含有水蒸氣量g/kg)，從而表示相對(duì)于供氣壓力Ps的供氣露點(diǎn)溫度Ts與絕對(duì)濕度Sh之間的關(guān)系。對(duì)于供氣冷卻器出口側(cè)的供氣溫度Ts及供氣壓力Ps，通過控制裝置2將供氣冷卻器4及增壓器3控制成一定(燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)輸出)。另外，預(yù)混合氣體由供氣冷卻器4冷卻，多余的水蒸氣冷凝而被排除，因此在所測(cè)定的供氣溫度Ts和供氣壓力Ps的狀態(tài)下，預(yù)混合氣體中的水蒸氣成為未冷凝的狀態(tài)(相對(duì)濕度為100%)，置換為供氣溫度Ts=供氣露點(diǎn)溫度Ts。另外，圖2 (B)的橫軸表示絕對(duì)濕度Sh (含有水蒸氣量)g/kg,縱軸表示增壓器3吸入的基準(zhǔn)吸入溫度Tstd (干球溫度)，表示了相對(duì)于相對(duì)濕度的絕對(duì)濕度g/kg與在增壓器側(cè)的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)之間的關(guān)系。本映射基于增壓器3及供氣冷卻器4的性能，利用本實(shí)施方式的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的試驗(yàn)結(jié)果而求出。例如，在圖2中，在供氣溫度Ts=40°C、供氣壓力Ps=2kg/cm2 (控制為一定)時(shí)，相對(duì)濕度100%時(shí)的增壓器3的基準(zhǔn)吸入溫度Tstd成為22度。因此，增壓器4吸入的實(shí)際的供氣溫度Tsuc <基準(zhǔn)吸入溫度時(shí)，由于為絕對(duì)濕度Sh減小的方向，因此增壓器4吸入的預(yù)混合氣體中在供氣冷卻器4出口側(cè)含有的水蒸氣成為未冷凝的情況。換言之，若由增壓器3吸入的預(yù)混合氣體的溫度為22°C，相對(duì)濕度100%，則通過供 氣冷卻器4后的供氣溫度Ts為40V，供氣壓力Ps維持為2kg/cm2，預(yù)混合氣體成為與供氣露點(diǎn)溫度Ts相同，因此在由增壓器3吸入的預(yù)混合氣體的溫度(供氣溫度Tsuc)為22°C以下時(shí)，絕對(duì)濕度減小，因此預(yù)混合氣體中含有的水蒸氣在供氣冷卻器4中未冷凝。因此，由于未產(chǎn)生排放物，所以排放閥81維持關(guān)閉狀態(tài)，由此預(yù)混合氣體未伴隨著排放物從供氣冷卻器4排出，因此能夠防止向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I的增壓效率下降?；趫D3，說明控制流程。從步驟SI開始，在步驟S2中利用第二供氣溫度傳感器12來(lái)檢測(cè)預(yù)混合氣體通過供氣冷卻器4后的供氣溫度Ts (發(fā)動(dòng)機(jī)前)。在步驟S3中利用供氣壓力傳感器13來(lái)檢測(cè)預(yù)混合氣體通過供氣冷卻器后的供氣壓力Ps (發(fā)動(dòng)機(jī)前)。在步驟S4中利用第一供氣溫度傳感器11來(lái)檢測(cè)增壓器3的預(yù)混合氣體吸入前的供氣溫度(Tsuc)。在步驟S5中根據(jù)供氣溫度(Ts)及供氣壓力(Ps)，根據(jù)映射算出絕對(duì)濕度(Sh)。〔圖 2 (A))在步驟S6中，根據(jù)映射，算出在由步驟S5算出的絕對(duì)濕度(Sh)中相對(duì)濕度(Rh)為100%時(shí)的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)?！矆D2 (B)〕在步驟S7中，比較是否在步驟S4中檢測(cè)到的供氣溫度(Tsuc) <基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)。在為是時(shí)進(jìn)入是，在步驟S8中排放閥Vd維持關(guān)閉，在步驟SlO中返回。另一方面，在為否時(shí)進(jìn)入否，在步驟S9中排放閥Vd成為將排放物(冷凝水)定期地向氣液分離裝置7排出的動(dòng)作，在步驟S 10中返回。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，構(gòu)造為，利用供氣冷卻器4及氣液分離裝置7，將預(yù)混合氣體中含有的燃料氣體(甲烷)與冷凝水分離，使燃料氣體(甲烷)向增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)流入，并將冷凝水從氣液分離裝置7排出到大氣中，因此能夠提高燃料氣體的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，并且沒有將未燃燒的甲烷氣體排放到大氣中，因此能得到大氣污染抑制效果。冷凝水由于從氣液分離裝置7排出到大氣中，因此具有形成吸氣系統(tǒng)路徑的構(gòu)件的防腐蝕效果。此外，具備排放閥控制單元，在排放開時(shí)，由于與冷凝水相伴而伴隨著被加壓的預(yù)混合氣體的排出，因此基于增壓器3的吸入溫度(Tsuc)、供氣冷卻器4的出口側(cè)的供氣溫度(Ts)、供氣壓力(Ps)，在一定的條件下，在吸入溫度(Tsuc)低于某閾值(基準(zhǔn)吸入溫度Tstd)時(shí)，沒有排放物(冷凝水)的生成，因此控制成將排放物裝置的排放閥維持成關(guān)閉狀態(tài)，抑制加壓后的預(yù)混合氣體的排出而使向燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的增壓效率的減少形成為最小限度。
工業(yè)實(shí)用性能夠適用于如下的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，即以低卡路里氣體為燃料，實(shí)現(xiàn)抑制具有對(duì)燃料的一部分進(jìn)行預(yù)混合的增壓器前預(yù)混合裝置的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的因排放物裝置產(chǎn)生的增壓效率下降，并實(shí)現(xiàn)排放物含有的燃料氣體的回收引起的燃料效率改善。
權(quán)利要求
1.一種具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)在對(duì)于向以氣體為燃料的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的供氣進(jìn)行加壓的增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)，具備將燃料氣體與空氣混合而生成預(yù)混合氣體的增壓器前預(yù)混合裝置，其特征在于， 所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)具備 供氣冷卻器，其位于所述增壓器的供氣系統(tǒng)下游側(cè)，對(duì)由所述增壓器加壓后的所述預(yù)混合氣體進(jìn)行冷卻，且具有將伴隨著所述預(yù)混合氣體的冷卻而冷凝的冷凝水排出的排放閥；及 氣液分離裝置，其經(jīng)由第一導(dǎo)管與所述排放閥連接，將伴隨著所述冷凝水排出的所述預(yù)混合氣體從所述冷凝水分離， 由該氣液分離裝置分離后的所述預(yù)混合氣體經(jīng)由第二導(dǎo)管而流入至所述增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于， 所述燃料氣體是比空氣的比重小的燃料，所述氣液分離裝置具有將伴隨著所述冷凝水排出的所述預(yù)混合氣體釋放成大氣壓或接近大氣壓的壓力的容量，并且所述氣液分離裝置在上部具備捕集所述預(yù)混合氣體的捕集部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于， 具備排放閥控制單元，所述排放閥控制單元基于由配置在所述增壓器的上游側(cè)的第一供氣溫度傳感器檢測(cè)到的所述預(yù)混合氣體的增壓器吸入溫度(Tsuc)、由設(shè)置在所述供氣冷卻器出口側(cè)的第二供氣溫度傳感器及供氣壓力傳感器檢測(cè)到的所述預(yù)混合氣體的供氣溫度(Ts)、以及供氣壓力(Ps)，對(duì)所述排放閥進(jìn)行開閉控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于， 具備排放閥控制單元，所述排放閥控制單元利用所述供氣冷卻器及所述增壓器將所述供氣冷卻器出口側(cè)的供氣溫度(Ts)及所述供氣壓力(Ps)控制為一定，并且在處于該一定的所述供氣溫度(Ts)及所述供氣壓力(Ps)時(shí)，基于映射算出在所述供氣冷卻器出口側(cè)的預(yù)混合氣體的相對(duì)濕度成為100%時(shí)的增壓器吸入的預(yù)混合氣體的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)，在實(shí)際檢測(cè)到的所述吸入溫度(Tsuc)的檢測(cè)值比該算出的基準(zhǔn)吸入溫度(Tstd)低時(shí)，將所述排放閥維持成關(guān)閉狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備供氣冷卻器的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于， 所述氣液分離裝置的所述捕集部相對(duì)于所述增壓器的供氣系統(tǒng)上游側(cè)的供氣路徑形成構(gòu)件位于重力方向下側(cè)。
全文摘要
將以比空氣的比重小的氣體作為燃料且具備增壓器前預(yù)混合裝置的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(1)中，其特征在于，利用位于增壓器(3)的供氣系統(tǒng)下游側(cè)的供氣冷卻器(4)對(duì)由增壓器(3)加壓的預(yù)混合氣體進(jìn)行冷卻，利用氣液分離裝置(7)將伴隨著冷卻而冷凝的冷凝水和伴隨著該冷凝水而排出的預(yù)混合氣體分離成冷凝水、空氣、燃料氣體，使燃料氣體返回增壓器(3)的供氣系統(tǒng)上游側(cè)，將冷凝水向大氣排出。
文檔編號(hào)F02M33/04GK102918253SQ201180027018
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者西尾秀樹, 鈴木元, 清水裕一 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社