JPH08218883A - ガスエンジン用高過給装置 - Google Patents

ガスエンジン用高過給装置

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Publication number
JPH08218883A
JPH08218883A JP7046597A JP4659795A JPH08218883A JP H08218883 A JPH08218883 A JP H08218883A JP 7046597 A JP7046597 A JP 7046597A JP 4659795 A JP4659795 A JP 4659795A JP H08218883 A JPH08218883 A JP H08218883A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
turbine
gas engine
turbocharger
engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP7046597A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuya Miyashita
和也 宮下
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.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP7046597A priority Critical patent/JPH08218883A/ja
Publication of JPH08218883A publication Critical patent/JPH08218883A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスエンジンに高圧過給してガスエンジンの
背圧を高くしないようにしてガスエンジンの出力、効率
を向上させる。 【構成】 ターボチャージャ1のコンプレッサ4aと、
ターボチャージャ2のコンプレッサ4bとを吸気ライン
6に直列に配置して組み込む。ターボチャージャ1のタ
ービン3aをガスエンジン7への燃料ガスで駆動させる
ようにする。ターボチャージャ2のタービン3bをガス
エンジン7からの排気ガスで駆動させるようにするの
で、ガスエンジン7への高圧過給が得られてガスエンジ
ン7からの排気ガス圧力を下げられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発電用やコージェネレー
ションシステム用等として用いられるガスエンジン用高
過給装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】都市ガス等を燃料として発電用等に用い
られるガスエンジンを高圧過給する場合の過給方式の一
つに2段過給方式がある。
【0003】2段過給方式とした従来のガスエンジン用
高過給装置としては、図3に一例の概略を示す如く、導
入されるガスにより翼車を回転するタービン3aと該タ
ービン3aにより扇車を回転させて吸気を圧縮して吐出
させるコンプレッサ4aとを備える第1段過給機として
のターボチャージャ1と、同様なタービン3bとコンプ
レッサ4bを備える第2段過給機としてのターボチャー
ジャ2とを、排気ガスライン5と吸気ライン6を介して
ガスエンジン7に2台直列に接続し、ガスエンジン7か
らの排気ガスを、排気ガスライン5を通しターボチャー
ジャ2のタービン3bに導入して膨張させた後、更に、
ターボチャージャ1のタービン3aに送って膨張させた
後大気へ放出させるようにし、一方、吸気は、吸気ライ
ン6を通しターボチャージャ1のコンプレッサ4aで圧
縮した後、ターボチャージャ2のコンプレッサ4bで圧
縮してガスエンジン7に高圧過給することにより、ガス
エンジン7の出力、効率を向上させるようにしたものが
ある。
【0004】しかしながら、2台のターボチャージャ
1,2を単に直列配置した上記ガスエンジン用高過給装
置の場合、ガスエンジン7からの排気ガスで2台のター
ビン3a,3bを駆動することになるので、該ガスエン
ジン7からの排気ガス圧力は高くせざるを得ず、タービ
ン3bの入口圧力が2段分の膨張のために上昇すること
になり、ガスエンジン7の背圧が高くなってしまう。そ
のため、ガスエンジン7に高圧過給してもガスエンジン
7の出力、効率を思うように上げられないという問題が
ある。特に、シリンダ内の膨張を大きくとりたいミラー
サイクルエンジンでは極めて不利である。
【0005】そのため、図4に一例の概略を示す如く、
第1段過給機としてのターボチャージャ1に代えて、ス
ーパーチャージャ8を用い、ガスエンジン7からの排気
ガスを第2段過給機としてのターボチャージャ2のター
ビン3bのみへ送るようにし、又、吸気は、スーパーチ
ャージャ8のコンプレッサとターボチャージャ2のコン
プレッサ4bで2段に圧縮してガスエンジン7に高圧過
給するようにしたガスエンジン用高過給装置が考え出さ
れた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記スーパ
ーチャージャ8とターボチャージャ2との組み合せによ
るガスエンジン用高過給装置の場合、ガスエンジン7の
排気ガスでは1台のタービン3bしか駆動しないので、
排気ガス圧力を低くできてガスエンジン7の背圧は高く
なることはなく、又、ガスエンジン7への過給圧も高く
できるが、ガスエンジン7の出力の一部(ガスエンジン
の馬力の約10%近くの動力)がスーパーチャージャ8
の駆動のために使用されるため、その分、ガスエンジン
7の出力、効率が低下する問題が惹起される。
【0007】そこで、本発明は、ガスエンジンの背圧を
高めることなく高圧過給を達成し、更なる出力、効率の
向上を図ることができるようにしようとするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、第1段過給機のコンプレッサと第2段過
給機のコンプレッサとをガスエンジンへの吸気ライン中
に直列に組み込み、且つ上記第1段過給機のタービンを
燃料ガスライン中に、又、第2段過給機のタービンをガ
スエンジンからの排気ガスライン中にそれぞれ組み込
み、更に、上記第1段過給機のタービン入口側に、上記
排気ガスラインを流れる排気ガスで燃料ガスを予熱する
ようにした燃料ガス予熱器を設けた構成とする。
【0009】又、第1段過給機のコンプレッサと第2段
過給機のコンプレッサとをガスエンジンへの吸気ライン
中に直列に組み込み、且つ上記第1段過給機のタービン
をガスエンジンからの排気ガスライン中に、又、上記第
2段過給機のタービンを燃料ガスライン中にそれぞれ組
み込み、更に、上記第2段過給機のタービン入口側に、
上記排気ガスラインを流れる排気ガスで燃料ガスを予熱
するようにした燃料ガス予熱器を設けた構成とすること
もできる。
【0010】
【作用】ガスエンジンからの排気ガスにより1台のター
ビンが駆動されると共に、燃料ガスにより他の1台のタ
ービンが駆動され、これにより、吸気は第1段過給機の
コンプレッサと第2段過給機のコンプレッサにより順次
圧縮されるため、ガスエンジンに高圧過給される。この
際、排気ガスが導入されるのは1台のタービンのみであ
るから、ガスエンジンの背圧を下げることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0012】図1は本発明の一実施例を示すもので、図
3に示したガスエンジン用高過給装置と同様に、タービ
ン3aとコンプレッサ4aを備える第1段過給機として
のターボチャージャ1と、タービン3bとコンプレッサ
4bを備える第2段過給機としてのターボチャージャ2
とを用い、且つターボチャージャ1のコンプレッサ4a
とターボチャージャ2のコンプレッサ4bとを吸気ライ
ン6中に直列に配置しコンプレッサ4aと4bで2段に
圧縮してガスエンジン7に高圧過給させるようにしてあ
る構成において、上記第1段過給機としてのターボチャ
ージャ1のタービン3aを、都市ガスの如き燃料ガス
(未燃)を流す燃料ガスライン9aに組み込み、ターボ
チャージャ1のタービン3aを燃料ガスによって駆動さ
せるようにすると共に、該タービン3aの出口側とガス
エンジン7の吸気ライン6の入口部とを燃料ガスライン
9bで接続し、又、上記第2段過給機としてのターボチ
ャージャ2のタービン3bを、ガスエンジン7の排気ガ
スライン5に組み込み、ターボチャージャ2のタービン
3bをガスエンジン7の排気ガスによって駆動させるよ
うにし、更に、タービン3bを駆動した後の排気ガスを
上記燃料ガスの予熱に用いた後大気へ放出させるように
する。そのために、上記ターボチャージャ1のタービン
3aの入口側の燃料ガスライン9aとターボチャージャ
2のタービン3bの出口側の排気ガスライン5との間
に、排気ガスの保有する熱エネルギーで燃料ガスを予熱
するための燃料ガス予熱器10を設け、更に、ターボチ
ャージャ1のタービン3aの出口側の燃料ガスライン9
bとコンプレッサ4aの出口側の吸気ライン6との間及
び燃料ガスライン9bとコンプレッサ4bの出口側の吸
気ライン6との間に、インタークーラ11とアフターク
ーラ12をそれぞれ設けて、ターボチャージャ1のター
ビン3aで膨張させられて低温となった燃料ガスを利用
して吸気を冷却させるようにする。
【0013】ガスエンジン7を高圧過給運転する場合
は、燃料ガスライン9aを通り、排気ガスで予熱された
燃料ガスを第1段過給機としてのターボチャージャ1の
タービン3aへ送って該タービン3aを駆動することに
よりコンプレッサ4aを駆動させて吸気を圧縮させるよ
うにする。次いで、排気ガスライン5を通し第2段過給
機としてのターボチャージャ2のタービン3bへ送られ
るガスエンジン7からの排気ガスにより該タービン3b
を駆動することによりコンプレッサ4bを駆動して吸気
を更に圧縮させるようにする。これにより、吸気は、吸
気ライン6を通りガスエンジン7へ送られる過程で2台
のコンプレッサ4a,4bで順次圧縮されてガスエンジ
ン7に高圧吸気されることになる。この際、上述した如
く、ターボチャージャ1のタービン3aは排気ガスで予
熱された燃料ガスによって駆動され、ターボチャージャ
2のタービン3bだけがガスエンジン7の排気ガスによ
って駆動されるため、排気ガス圧力を下げることができ
てガスエンジン7の背圧が高くなることはなく、したが
って、ガスエンジン7の出力、効率を大幅に高めること
が可能となる。
【0014】上記において、ターボチャージャ1のター
ビン3aを駆動するために用いている燃料ガスとして、
たとえば、中圧(5〜7K程度)で5〜10℃程度のも
のを使用すると、タービン3aで膨張させられることに
より過冷却、凍結を起すおそれがあるが、本発明では、
ターボチャージャ2のタービン3bの出口側の排気ガス
ライン5と、ターボチャージャ1のタービン3aの入口
側の燃料ガスライン9aとの間に設けた燃料ガス予熱器
10により、排気ガスの保有する熱エネルギーを利用し
て燃焼ガスを予熱するようにしてあることから、タービ
ン3aで膨張後の燃料ガスの過冷却、凍結を防止するこ
とができる。すなわち、ガスエンジン7から排出される
排気ガスは、通常、500〜700℃程度の温度を保有
しており、ターボチャージャ2のタービン3bを通過し
ても300〜500℃の温度を保有しているので、5〜
10℃の燃料ガスは燃料ガス予熱器10で排気ガスによ
り熱交換されることにより200℃程度まで昇温させら
れることになり、したがって、タービン3aで膨張させ
られても0℃以上となり、凍結することはない。又、タ
ービン3aから排出された燃料ガスの温度はコンプレッ
サ4aを出た吸気よりも低いことから、タービン3a,
3bの出口側に位置する吸気ライン6と燃料ガスライン
9bとの間に設けた吸気クーラとしてのインタークーラ
11及びアフタークーラ12にて、コンプレッサ4a,
4bにて圧縮された吸気を冷却することができる。これ
によりエンジン7への吸気量が増し、出力および効率の
向上を図ることができる。
【0015】なお、上記実施例では、燃料ガスライン9
aをターボチャージャ1のタービン3aの入口側に接続
し、ガスエンジン7からの排気ガスをターボチャージャ
2のタービン3bに導入するようにした場合を示した
が、2段のターボチャージャのうち、いずれか一方のタ
ーボチャージャのタービンが燃料ガスで駆動されるもの
であればよいので、たとえば、図2に示す如く、第1段
過給機としてのターボチャージャ1のタービン3aをガ
スエンジン7からの排気ガスで駆動させ、第2段過給機
としてのターボチャージャ2のタービン3bを、排気ガ
スで予熱された燃料ガスで駆動されるようにすることも
できる。図中、図1と同一のものには同一符号が付して
ある。この実施例では、燃料ガス予熱器10を流れる排
気ガスの温度が高いので有効に燃料ガスを予熱できる。
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変
更を加え得ることは勿論である。
【0016】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のガスエンジン
用高過給装置によれば、ガスエンジンの吸気ラインに、
第1段過給機のコンプレッサと第2段過給機のコンプレ
ッサとを直列に組み込んだので、ガスエンジンへの吸気
を2段に圧縮して高圧過給することができ、又、第1段
過給機と第2段過給機の2台のタービンのうち、1台の
みをガスエンジンからの排気ガスで駆動させるように
し、他の1台を燃料ガスで駆動させるようにしたので、
ガスエンジンの背圧が高くなることを防ぐことができ、
したがって、ガスエンジンの出力、効率を大幅に向上さ
せることができ、特に、シリンダ内の膨張を大きくとり
たいミラーサイクルエンジンに適用して極めて有利であ
り、更に、上記燃料ガスは排気ガスの保有する熱エネル
ギーを利用して予熱できるようにしてあることから、タ
ービンで膨張後の過冷却、凍結の心配はなく、安定した
運転状態を作り出すことができる、等の優れた効果を発
揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスエンジン用高過給装置の一実施例
を示す概略図である。
【図2】本発明のガスエンジン用高過給装置の他の実施
例を示す概略図である。
【図3】従来のガスエンジン用高過給装置の一例を示す
概略図である。
【図4】従来のガスエンジン用高過給装置の他の例を示
す概略図である。
【符号の説明】
1 ターボチャージャ(第1段過給機) 2 ターボチャージャ(第2段過給機) 3a,3b タービン 4a,4b コンプレッサ 5 排気ガスライン 6 吸気ライン 7 ガスエンジン 9a,9b 燃料ガスライン 10 燃料ガス予熱器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1段過給機のコンプレッサと第2段過
    給機のコンプレッサとをガスエンジンへの吸気ライン中
    に直列に組み込み、且つ上記第1段過給機のタービンを
    燃料ガスライン中に、又、第2段過給機のタービンをガ
    スエンジンからの排気ガスライン中にそれぞれ組み込
    み、更に、上記第1段過給機のタービン入口側に、上記
    排気ガスラインを流れる排気ガスで燃料ガスを予熱する
    ようにした燃料ガス予熱器を設けた構成を有することを
    特徴とするガスエンジン用高過給装置。
  2. 【請求項2】 第1段過給機のコンプレッサと第2段過
    給機のコンプレッサとをガスエンジンへの吸気ライン中
    に直列に組み込み、且つ上記第1段過給機のタービンを
    ガスエンジンからの排気ガスライン中に、又、上記第2
    段過給機のタービンを燃料ガスライン中にそれぞれ組み
    込み、更に、上記第2段過給機のタービン入口側に、上
    記排気ガスラインを流れる排気ガスで燃料ガスを予熱す
    るようにした燃料ガス予熱器を設けた構成を有すること
    を特徴とするガスエンジン用高過給装置。
JP7046597A 1995-02-13 1995-02-13 ガスエンジン用高過給装置 Pending JPH08218883A (ja)

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JP7046597A JPH08218883A (ja) 1995-02-13 1995-02-13 ガスエンジン用高過給装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19748078B4 (de) * 1996-10-30 2007-06-14 Caterpillar Inc., Peoria Turboverdichtetes Brennstoffversorgungssystem für einen Gasbrennstoffmotor
JP2008223756A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Korea Inst Of Energy Research ポータブルパワーパック、ポータブルパワーパック用燃料/空気供給装置、ポータブルパワーパック用ユニフロー掃気方式のマイクロエンジン及びその作動方法
US8794000B2 (en) 2007-11-30 2014-08-05 Caterpillar Inc. Natural gas compression system

Cited By (3)

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JP2008223756A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Korea Inst Of Energy Research ポータブルパワーパック、ポータブルパワーパック用燃料/空気供給装置、ポータブルパワーパック用ユニフロー掃気方式のマイクロエンジン及びその作動方法
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