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JP5554267B2 - Gas engine system - Google Patents

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JP5554267B2 JP2011049705A JP2011049705A JP5554267B2 JP 5554267 B2 JP5554267 B2 JP 5554267B2 JP 2011049705 A JP2011049705 A JP 2011049705A JP 2011049705 A JP2011049705 A JP 2011049705A JP 5554267 B2 JP5554267 B2 JP 5554267B2
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Description

本発明は、オンラインでガスエンジンの燃料ガス中の煤塵や炭化水素の割合を把握することができ、安定した燃焼を継続するガスエンジンシステムに関する。   The present invention relates to a gas engine system that can grasp the ratio of dust and hydrocarbons in the fuel gas of a gas engine online, and continues stable combustion.

従来から、気薄混合ガス燃料をエンジンの主室に導入し、主室に隣接して設けられた副室内に、ガス燃料及び主室内の気薄混合ガス燃料を着火しやすい濃度になるように導入して混合し、副室内で混合ガス燃料を着火し、複数の噴孔から噴出する火炎により主室に向けてトーチを形成して、主室内の気薄混合ガス燃料を燃焼させる副室式ガスエンジンが知られている(特許文献1)。   Conventionally, a gas mixture gas fuel is introduced into the main chamber of the engine so that the gas fuel and the gas mixture gas fuel in the main chamber can be easily ignited in a sub chamber provided adjacent to the main chamber. A sub-chamber system that introduces and mixes, ignites the mixed gas fuel in the sub chamber, and forms a torch toward the main chamber by a flame ejected from a plurality of nozzle holes, and burns the gas mixture fuel in the main chamber A gas engine is known (Patent Document 1).

特開2009−203952号公報JP 2009-203952 A

ところで、ガスエンジンにおいては、副室に導入されるガス燃料のカロリーが変動した場合、副室内の安定燃焼が実現されず、ガスエンジン全体の燃焼が不安定化する、という問題がある。筒内温度、回転数、内筒圧変動に伴い、ガス燃料のカロリーを制御する必要になった場合においても、カロリーが把握できないため、制御できないという問題がある。   By the way, in the gas engine, when the calorie of the gas fuel introduced into the sub chamber fluctuates, there is a problem that the stable combustion in the sub chamber is not realized and the combustion of the entire gas engine becomes unstable. Even when it is necessary to control the calorie of the gas fuel in accordance with fluctuations in the in-cylinder temperature, the rotation speed, and the inner cylinder pressure, there is a problem that the calorie cannot be grasped and cannot be controlled.

また、燃料ガスのカロリーを安定化するために、ガス濃度の均質化するバッファタンクを設けるようにしているが、オンラインで迅速に燃料ガスのカロリーをガス燃料が燃焼されてしまう前に把握し、この把握したカロリーに応じて燃料ガスを調整する技術の出現が求められている。   In addition, in order to stabilize the calorie of the fuel gas, a buffer tank that homogenizes the gas concentration is provided, but quickly grasps the calorie of the fuel gas online before the gas fuel is burned, The advent of a technique for adjusting the fuel gas according to the grasped calories is required.

異物によって、燃料ガス供給弁の閉まり状態が悪くなり、燃料ガスが大量に流入してしまうことで、ガスエンジンの安定燃焼が実現できない、おそれがある。
しかしながら、異物を迅速に連続で測定するガスエンジンシステムが存在しないことが、問題となっていた。
Due to the foreign matter, the closed state of the fuel gas supply valve is deteriorated, and a large amount of fuel gas flows in, which may prevent stable combustion of the gas engine.
However, there has been a problem that there is no gas engine system that quickly and continuously measures foreign matter.

本発明は、前記問題に鑑み、ガス組成、煤塵、炭化水素(HC)類を単一の装置にて把握し、その結果を踏まえた対策を講じることによって安定燃焼を達成することができるガスエンジンシステムを提供することを課題とする。   In view of the above problems, the present invention is a gas engine capable of achieving stable combustion by grasping gas composition, dust, and hydrocarbons (HC) by a single device and taking measures based on the results. The problem is to provide a system.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃料ガス供給管中の燃料ガスにレーザ光を照射して前記燃料ガスのガス組成と煤塵濃度とを計測するレーザ分析装置と、燃料ガス配管に分岐され、第1のフィルタを有する第1のバイパス管と、レーザ分析装置の煤塵濃度の結果より、煤塵量が閾値を超えている際に、第1のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステムにある。 A first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a fuel gas supply pipe for supplying fuel gas to a main combustion chamber and a sub chamber of a gas engine, and a laser for the fuel gas in the fuel gas supply pipe. A laser analyzer for measuring the gas composition and the dust concentration of the fuel gas by irradiating light, a first bypass pipe branched to the fuel gas pipe and having a first filter, and a dust concentration of the laser analyzer As a result, there is provided a gas engine system comprising a control means for performing control for introducing fuel gas into the first bypass pipe when the amount of dust exceeds a threshold value .

の発明は、第の発明において、第2のフィルタを有する第2のバイパス管を有し、レーザ装置により炭化水素濃度を求めると共に、レーザ装置の炭化水素濃度の結果より、炭化水素濃度が閾値を超えている際に、第2のフィルタを有する第2のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステムにある。 According to a second invention, in the first invention, the second bypass pipe having the second filter is provided, and the hydrocarbon concentration is obtained by the laser device, and the hydrocarbon concentration is obtained from the result of the hydrocarbon concentration of the laser device. And a control means for controlling the introduction of the fuel gas into the second bypass pipe having the second filter when the value exceeds the threshold value.

の発明は、第1又は2の発明において、前記レーザ分析装置が、レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ基本波を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換器と、波長変換された第1の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる測定部と、発生した第1のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第1のラマン散乱光の計測結果により、燃料ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガスエンジンシステムにある。 According to a third invention, in the first or second invention , the laser analyzer is a laser irradiation device that oscillates a laser fundamental wave, and a wavelength converter that converts the wavelength of the oscillated laser fundamental wave into a first wavelength conversion laser beam. 1 wavelength converter, a wavelength-converted first wavelength-converted laser beam, a measurement unit that irradiates the fuel gas to generate first Raman scattered light, and the generated first Raman scattered light A Raman scattered light detector for measuring, and from the measurement result of the first Raman scattered light, the gas composition of the fuel gas is obtained from the peak signal spectrum of the Raman scattered light, and the concentration of soot in the fuel gas is obtained from the peak signal. The gas engine system is obtained from a baseline excluding the spectrum.

の発明は、第2の発明において、前記レーザ分析装置が、レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ基本波を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換器と、レーザ基本波と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換器と、第2の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定領域と、発生した第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第2のラマン散乱光の計測結果により、燃料ガスのガス組成を第2のラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度を、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガスエンジンシステムにある。 According to a fourth invention, in the second invention , the laser analyzing device includes a laser irradiation device that oscillates a laser fundamental wave, and a first wavelength converter that converts the wavelength of the oscillated laser fundamental wave into a first wavelength-converted laser beam. A wavelength converter, a second wavelength converter that combines the laser fundamental wave and the first wavelength converted laser light, and converts the wavelength of the combined laser light into a second wavelength converted laser light; A measurement region for introducing wavelength-converted laser light and irradiating the fuel gas to generate second Raman scattered light; and a Raman scattered light detector for measuring the generated second Raman scattered light; Based on the measurement result of the Raman scattered light, the gas composition of the fuel gas is obtained from the peak signal spectrum of the second Raman scattered light, and the concentration of soot and hydrocarbons in the fuel exhaust gas is excluded from the peak signal spectrum. Seeking from the line In a gas engine system, wherein the door.

の発明は、第2の発明において、前記レーザ分析装置が、レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ基本波を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換器と、第1の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる測定領域と、レーザ基本波と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換器と、第2の波長変換レーザ光を導入し、排ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定領域と、発生した第1又は第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第1のラマン散乱光の計測結果により、燃料ガスのガス組成を第1のラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、第2のラマン散乱光の計測結果により、排ガスのガス組成を第2のラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガスエンジンシステムにある。 According to a fifth invention, in the second invention , the laser analyzing device includes a laser irradiation device that oscillates a laser fundamental wave, and a first wavelength converter that converts the wavelength of the oscillated laser fundamental wave into a first wavelength-converted laser beam. A wavelength converter, a measurement region for introducing the first wavelength-converted laser light, irradiating the fuel gas to generate the first Raman scattered light, and the laser fundamental wave and the first wavelength-converted laser light are combined. A second wavelength converter that converts the wavelength of the combined laser beam into a second wavelength conversion laser beam, and a second wavelength conversion laser beam, and irradiates the exhaust gas to generate the second Raman scattered light. A measurement region to be generated, and a Raman scattered light detector for measuring the generated first or second Raman scattered light, and the gas composition of the fuel gas is determined based on the measurement result of the first Raman scattered light. When calculated from the peak signal spectrum of Raman scattered light, The concentration of soot in the fuel gas is obtained from the baseline excluding the peak signal spectrum, and the gas composition of the exhaust gas is obtained from the peak signal spectrum of the second Raman scattered light based on the measurement result of the second Raman scattered light. A gas engine system is characterized in that the concentration of soot and hydrocarbons in the fuel gas is obtained from a baseline, and the soot concentration is estimated from the difference between the two.

の発明は、第乃至のいずれか一つの発明において、予め、燃料ガス中に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度(R0)を計測しておき、計測を行う都度、測定領域に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度(R1)を計測し、得られたR0/R1を校正定数(K)とし、前記ピーク信号スペクトルの各検出信号強度(X1)に、校正係数(K=R0/R1)を乗じて真の信号強度を求め、真の信号強度からガス組成と煤塵の濃度(M2)を算出することを特徴とするガスエンジンシステムにある。 According to a sixth invention, in any one of the third to fifth inventions, the signal intensity (R 0 ) of the Raman scattered light of the reference gas existing in the fuel gas is measured in advance, and each time measurement is performed, The signal intensity (R 1 ) of the Raman scattered light of the reference gas existing in the measurement region is measured, and the obtained R 0 / R 1 is set as a calibration constant (K), and each detected signal intensity (X 1 ) of the peak signal spectrum is measured. ) Multiplied by a calibration coefficient (K = R 0 / R 1 ) to obtain a true signal intensity, and a gas composition and a dust concentration (M 2 ) are calculated from the true signal intensity. It is in.

の発明は、第1乃至のいずれか一つの発明において、照射するレーザ光がシート状であることを特徴とするガスエンジンシステムにある。 According to a seventh aspect of the invention, there is provided the gas engine system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the irradiated laser beam is in a sheet form.

本発明によれば、特定の波長のレーザ光を用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインを煤塵濃度として求めることができ、単一の検知装置でガス成分と煤塵濃度と炭化水素濃度とを同時に測定が可能となる。   According to the present invention, a gas composition can be obtained from a peak signal spectrum of Raman scattered light using a laser beam having a specific wavelength, and a baseline excluding the peak signal spectrum can be obtained as a dust concentration. It is possible to simultaneously measure the gas component, the dust concentration, and the hydrocarbon concentration with the detection device.

図1は、実施例1に係るガスエンジンシステムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a gas engine system according to a first embodiment. 図2は、実施例2に係るガスエンジンシステムの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a gas engine system according to the second embodiment. 図3は、実施例3に係るガスエンジンシステムの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a gas engine system according to a third embodiment. 図4は、実施例1に係るガスエンジンシステムの排ガス計測チャートである。FIG. 4 is an exhaust gas measurement chart of the gas engine system according to the first embodiment. 図5は、実施例2に係るガスエンジンシステムの排ガス計測チャートである。FIG. 5 is an exhaust gas measurement chart of the gas engine system according to the second embodiment. 図6は、実施例2に係るガスエンジンシステムの排ガス計測チャートである。FIG. 6 is an exhaust gas measurement chart of the gas engine system according to the second embodiment. 図7−1は、波長532nmにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。FIG. 7-1 is a calibration curve showing the relationship between Mie scattered light intensity and dust concentration at a wavelength of 532 nm. 図7−2は、波長355nmにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。FIG. 7-2 is a calibration curve showing the relationship between Mie scattered light intensity and dust concentration at a wavelength of 355 nm. 図8は、低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram around the combustion chamber showing the configuration of a gas engine using low-calorie gas as fuel.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

例えばガス化炉からのガス化ガス等のメタン濃度が低い低カロリーガスを燃料とするガスエンジンは、該低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させるように構成されている。   For example, a gas engine that uses low-calorie gas with low methane concentration, such as gasification gas from a gasification furnace, injects the low-calorie gas into a sub chamber and ignites it with a spark plug. The low-calorie which is injected through the air supply port separated from the side of the sub chamber by the spouted flame is ejected to the main combustion chamber through the communication hole connecting the sub chamber and the main combustion chamber The air-fuel mixture in the main combustion chamber formed by the gas is combusted.

図8は、低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。図8において、符号100で示されるエンジン(ガスエンジン)は、点火プラグを用いた副室点火式4サイクルガスエンジンであり、シリンダライナ102a内に往復摺動自在に嵌合されたピストン102、シリンダヘッド105の下面と前記ピストン102の上面とシリンダライナ102aの内面との間に区画形成される主燃焼室(以下、「主室」ともいう)101を備えている。   FIG. 8 is a configuration diagram around the combustion chamber showing the configuration of a gas engine using low-calorie gas as fuel. In FIG. 8, an engine (gas engine) denoted by reference numeral 100 is a sub-chamber ignition type four-cycle gas engine using a spark plug, and a piston 102 and a cylinder fitted in a cylinder liner 102a so as to be slidable in a reciprocating manner. A main combustion chamber (hereinafter also referred to as “main chamber”) 101 is formed between the lower surface of the head 105, the upper surface of the piston 102, and the inner surface of the cylinder liner 102a.

また、前記エンジン100は、前記主燃焼室101に接続される給気ポート103、該給気ポート103を開閉する給気弁104、該主燃焼室101に接続される排気ポート106、該排気ポート106を開閉する排気弁107等を備えている。
前記排気ポート106は、排気管108を経て排気ターボ過給機109のタービン109aに接続される。該タービン109aを駆動した後の排ガスは排気管108を通って、触媒層等からなる排ガス浄化装置110に入り、該排ガス浄化装置110で浄化されてから、排ガス管111から大気中に排出される。
一方、該タービン109aに同軸駆動されるコンプレッサ109bは、空気112を圧縮し、圧縮空気は空気管113を通ってガスミキサー114に入る。
The engine 100 includes an air supply port 103 connected to the main combustion chamber 101, an air supply valve 104 that opens and closes the air supply port 103, an exhaust port 106 connected to the main combustion chamber 101, and the exhaust port An exhaust valve 107 for opening and closing 106 is provided.
The exhaust port 106 is connected to a turbine 109 a of an exhaust turbocharger 109 via an exhaust pipe 108. The exhaust gas after driving the turbine 109a passes through the exhaust pipe 108, enters the exhaust gas purification device 110 made of a catalyst layer, etc., is purified by the exhaust gas purification device 110, and is then discharged from the exhaust gas pipe 111 into the atmosphere. .
On the other hand, the compressor 109 b driven coaxially to the turbine 109 a compresses the air 112, and the compressed air enters the gas mixer 114 through the air pipe 113.

燃料ガス11は、例えば炭鉱メタン等のメタン濃度が低い低カロリーガスを使用し、該低カロリーガスが燃料ガス供給源115に収納されている。
また、燃料ガス11は燃料ガス供給管12から分岐された主室用燃料ガス管12Aを通して、ガス量調整弁116Aに至り、該ガス量調整弁116Aにてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー114に入る。
該ガスミキサー114では、前記空気管113からの空気112と前記主室用燃料ガス管12Aからの低カロリーの燃料ガス11とを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート103に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート103を経て給気弁104に達し、該給気弁104の開弁によって前記主燃焼室101内に供給されている。
As the fuel gas 11, for example, a low calorie gas having a low methane concentration such as coal mine methane is used, and the low calorie gas is stored in the fuel gas supply source 115.
Further, the fuel gas 11 reaches the gas amount adjusting valve 116A through the main chamber fuel gas tube 12A branched from the fuel gas supply tube 12, and the gas amount and the open / close period are adjusted by the gas amount adjusting valve 116A. The gas mixer 114 is entered.
The gas mixer 114 premixes the air 112 from the air pipe 113 and the low-calorie fuel gas 11 from the main chamber fuel gas pipe 12A to generate a premixed gas. The engine is supplied to the supply port 103 of the engine.
The premixed gas reaches the supply valve 104 via the supply port 103, and is supplied into the main combustion chamber 101 by opening the supply valve 104.

副室口金117は、口金押え118によりシリンダヘッド105に上面から固定されている。前記副室口金117内には、一定容積を有する副室119が形成されている。該副室119の上部には点火プラグ120が固定され、該点火プラグ120によって副室119内のガスに点火するようになっている。また、前記口金押え118には継手121がねじ込まれ、該継手121は、一端側が前記燃料ガス供給管12から分離した副室用燃料ガス管12Bに接続され、他端側が副室119に開孔する燃料通路122に接続している。なお、符号116Bは副室119へ供給する燃料ガスのガス量調整弁である。   The sub chamber base 117 is fixed to the cylinder head 105 from the upper surface by a base presser 118. A sub chamber 119 having a constant volume is formed in the sub chamber base 117. A spark plug 120 is fixed to the upper portion of the sub chamber 119, and the gas in the sub chamber 119 is ignited by the spark plug 120. Further, a joint 121 is screwed into the cap retainer 118, and one end of the joint 121 is connected to the sub chamber fuel gas pipe 12B separated from the fuel gas supply pipe 12, and the other end is opened to the sub chamber 119. Connected to the fuel passage 122. Reference numeral 116B denotes a gas amount adjusting valve for the fuel gas supplied to the sub chamber 119.

燃焼時においては、前記のように、低カロリーガス供給源115からの低カロリーの燃料ガス11は、前記燃料ガス供給管12を通って、副室用燃料ガス管12Bを介して燃料通路122に入り、該燃料通路122から副室119内に噴出される。この際に所定の時期に前記点火プラグ120によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、連絡孔123を通して該主燃焼室101に噴出される。
一方、前記主室用燃料ガス管12Aを通った分岐後の低カロリーガスは、ガス量調整弁116Aにてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー114に入る。
At the time of combustion, as described above, the low-calorie fuel gas 11 from the low-calorie gas supply source 115 passes through the fuel gas supply pipe 12 to the fuel passage 122 via the sub chamber fuel gas pipe 12B. Enters and is ejected from the fuel passage 122 into the sub chamber 119. At this time, a spark is discharged by the spark plug 120 at a predetermined time, and an ignition flame generated by the ignition combustion is ejected to the main combustion chamber 101 through the communication hole 123.
On the other hand, the low-calorie gas after branching through the main chamber fuel gas pipe 12A enters the gas mixer 114 after the gas amount and opening / closing period are adjusted by the gas amount adjusting valve 116A.

前記ガスミキサー114では、前記のようにして、低カロリーガスと空気との予混合ガスが生成されて、この予混合ガスをガスエンジン100の給気ポート103に投入する。この予混合ガスは給気ポート103を経て給気弁104に達し、該給気弁104の開弁によって前記主燃焼室101内に供給される。
一方、前記点火プラグ120によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔123を通して該主燃焼室101中の予混合ガスに噴出され、主燃焼室101のガスが燃焼される。
主燃焼室101にて燃焼した燃焼後の排ガス124は排気ポート106を通り、排気管108を経て排気ターボ過給機109のタービン109aに送られる。
In the gas mixer 114, a premixed gas of low-calorie gas and air is generated as described above, and this premixed gas is introduced into the supply port 103 of the gas engine 100. The premixed gas reaches the air supply valve 104 via the air supply port 103 and is supplied into the main combustion chamber 101 by opening the air supply valve 104.
On the other hand, a spark discharge is generated by the spark plug 120, and the ignition flame generated by this ignition combustion is ejected to the premixed gas in the main combustion chamber 101 through the communication hole 123, and the gas in the main combustion chamber 101 is combusted. .
The exhaust gas 124 after combustion combusted in the main combustion chamber 101 passes through the exhaust port 106 and is sent to the turbine 109a of the exhaust turbocharger 109 through the exhaust pipe 108.

本発明では、このようなガスエンジンに供給する燃料ガスの組成及び煤塵濃度を分析して適切な運転となるように制御するものである。   In the present invention, the composition and the dust concentration of the fuel gas supplied to such a gas engine are analyzed and controlled to achieve an appropriate operation.

図1は、実施例1に係るガスエンジンシステムの概略図である。
図1に示すように、本実施例に係るガスエンジンシステム10Aは、ガスエンジンの主燃焼室101と副室119とに燃料ガス11を供給する燃料ガス供給管12と、前記燃料ガス供給管12中の燃料ガス11にレーザ光14Bを照射して前記燃料ガスのガス組成と煤塵濃度とを計測するレーザ分析装置13とを具備するものである。
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas engine system according to a first embodiment.
As shown in FIG. 1, a gas engine system 10A according to this embodiment includes a fuel gas supply pipe 12 that supplies a fuel gas 11 to a main combustion chamber 101 and a sub chamber 119 of the gas engine, and the fuel gas supply pipe 12. A laser analyzer 13 is provided for measuring the gas composition and the dust concentration of the fuel gas by irradiating the fuel gas 11 therein with a laser beam 14B.

また、本実施例では、燃料ガス配管12の分岐部31から分岐され、第1のフィルタ32を有する第1のバイパス管33Aを設けており、レーザ分析装置13の煤塵濃度の結果より、煤塵量が閾値を超えている際に、第1のバイパス管33Aに燃料ガス11を導入する制御を行う制御手段21とを具備する。   Further, in this embodiment, a first bypass pipe 33A branched from the branch portion 31 of the fuel gas pipe 12 and having the first filter 32 is provided, and the amount of dust is determined from the result of the dust concentration of the laser analyzer 13. And control means 21 for performing control to introduce the fuel gas 11 into the first bypass pipe 33A when the value exceeds the threshold value.

前記レーザ分析装置13は、レーザ基本波(YAGレーザ光:1064nm)14Aを発振するレーザ照射装置15と、発振されたレーザ基本波14Aを532nmのYAG第2高調波の第1の波長変換レーザ光14Bに波長変換する第1の波長変換器16Aと、532nmの第1の波長変換レーザ光14Bを導入し、燃料ガス11に照射して第1のラマン散乱光17Aを発生させる測定領域18と、発生した第1のラマン散乱光17Aを計測するレーザ受光手段19とを具備し、波長532nmの第1の波長変換レーザ光14Bの計測結果により、燃料ガス11のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。   The laser analyzer 13 includes a laser irradiation device 15 that oscillates a laser fundamental wave (YAG laser beam: 1064 nm) 14A, and a first wavelength-converted laser beam of a 532 nm YAG second harmonic that oscillates the laser fundamental wave 14A. A first wavelength converter 16A that converts the wavelength into 14B, a measurement region 18 that introduces a first wavelength-converted laser beam 14B of 532 nm, irradiates the fuel gas 11, and generates the first Raman scattered light 17A; And a laser light receiving means 19 for measuring the generated first Raman scattered light 17A, and the gas composition of the fuel gas 11 is changed to the peak signal of the Raman scattered light based on the measurement result of the first wavelength conversion laser light 14B having a wavelength of 532 nm. In addition to obtaining from the spectrum, the soot concentration in the fuel gas is obtained from the baseline excluding the peak signal spectrum.

本発明では、測定領域18に照射するレーザ光として、特定の第1の波長変換レーザ光(YAGレーザの第2高調波:532nm)14Bを用いることで、燃料ガス11のガス組成成分と煤塵成分とを同時に把握することができる。   In the present invention, the gas composition component and the dust component of the fuel gas 11 are used by using a specific first wavelength conversion laser beam (second harmonic of YAG laser: 532 nm) 14B as the laser beam irradiated to the measurement region 18. At the same time.

一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、532nmの第1の波長変換レーザ光14Bを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光が含まれているので、煤塵濃度情報として価値がある。   In general, the baseline is only noise information such as electrostatic noise and stray light. However, when the first wavelength conversion laser beam 14B of 532 nm is used, this baseline information includes Mie scattered light caused by dust. Because it is included, it is valuable as dust concentration information.

ラマン散乱は微小な光であることから、ラマン散乱の測定系では、静電ノイズが抑制された状況にある。さらに波長域は500nm以上とすればよく、好適には500〜800nm程度とするのが良い。この波長域であると蛍光が発生せず、ベースラインに成分が検出されるのもとなる。ミー散乱成分は分光器で取り除くことができるが、ラマン散乱光との強度の相違から、完全に取り除くことは難しく、ベースとして残る。本発明では、これを利用している。   Since Raman scattering is a minute light, electrostatic noise is suppressed in the Raman scattering measurement system. Furthermore, the wavelength range may be 500 nm or more, and preferably about 500 to 800 nm. In this wavelength range, no fluorescence is generated and components are detected in the baseline. The Mie scattered component can be removed by a spectroscope, but it is difficult to remove completely due to the difference in intensity from Raman scattered light, and it remains as a base. This is utilized in the present invention.

また、波長532nmについては、YAGレーザの基本波の第二高調波である532nmを例示したが、これに限らず、上記波長域のレーザ光であればよい。
なお、本実施例では第二高調波を例示して説明したが、本発明ではこれに限定されず、様々な非線形光学現象(和周波発生等)を利用するようにしてもよい。
Further, although the wavelength of 532 nm is exemplified by 532 nm, which is the second harmonic of the fundamental wave of the YAG laser, the present invention is not limited thereto, and any laser light in the above wavelength region may be used.
In the present embodiment, the second harmonic is illustrated and described. However, the present invention is not limited to this, and various nonlinear optical phenomena (sum frequency generation and the like) may be used.

本発明では、波長としてYAGレーザ光の第2高調波である532nmを用いているが、本発明はこれに限定されず、400nm以上のレーザ光、さらに好適には500nm以上のレーザ光とするのが好ましい。なお、波長が長くなるにつれてミー散乱強度が減少するので、400〜1,100nmの範囲、より好適には400〜700nmの範囲のレーザ光を用いることが好ましい。   In the present invention, 532 nm, which is the second harmonic of the YAG laser beam, is used as the wavelength. However, the present invention is not limited to this, and the laser beam is 400 nm or more, more preferably 500 nm or more. Is preferred. Since the Mie scattering intensity decreases as the wavelength becomes longer, it is preferable to use laser light in the range of 400 to 1,100 nm, more preferably in the range of 400 to 700 nm.

ここで、本実施例では、ラマン散乱光を検出するレーザ受光手段19は、第1の波長変換レーザ光14Bの照射により発生する第1のラマン散乱光17Aを計測する分光部19aとICCD(Intensified Charge Coupled Device)カメラ19bから構成されている。
ここで、図1において、符号Mは第1の波長変換レーザ光14Bを反射する反射ミラー、Lは第1の波長変換レーザ光14Bを集光する集光レンズ、20はデータ処理手段(CPU)を各々図示する。
Here, in this embodiment, the laser light receiving means 19 for detecting the Raman scattered light includes a spectroscopic unit 19a for measuring the first Raman scattered light 17A generated by the irradiation of the first wavelength conversion laser light 14B and an ICCD (Intensified). (Charge Coupled Device) camera 19b.
Here, in FIG. 1, the symbol M is a reflection mirror that reflects the first wavelength conversion laser beam 14B, L is a condenser lens that collects the first wavelength conversion laser beam 14B, and 20 is a data processing means (CPU). Are respectively illustrated.

ここで、レーザ照射装置15からのレーザ基本波14Aは、第1の波長変換器16Aにより、レーザ基本波(YAG:1064nm)14Aを532nmのYAGレーザの第2高調波の第1の波長変換レーザ光14Bに波長変換させ、反射ミラーMを介して測定領域18側へ反射させて、集光手段である集光レンズLにより集光し、次いで測定領域18内へ送られ、測定領域18内に第1の波長変換レーザ光14Bを入射させ、測定領域18を通過する燃料ガス11へ照射している。   Here, the laser fundamental wave 14A from the laser irradiating device 15 is converted into a first wavelength conversion laser of the second harmonic of the 532 nm YAG laser by converting the laser fundamental wave (YAG: 1064 nm) 14A to the first wavelength converter 16A. The wavelength is converted into light 14B, reflected to the measurement region 18 side via the reflection mirror M, condensed by a condenser lens L as a condensing means, and then sent into the measurement region 18, and into the measurement region 18. The first wavelength conversion laser beam 14 </ b> B is incident and irradiated to the fuel gas 11 passing through the measurement region 18.

なお、燃料ガス11の導入の際に燃料ガス供給管12の全領域にレーザ光を照射するように、例えばシリンドリカルレンズを用いて光コリメトリによりシート状のレーザ光を発振させるようにしてもよい。
この場合、レーザ受光手段19はシート状に照射された全体を計測できるように位相を異なるようにするのが好ましい。
Note that, for example, a cylindrical lens may be used to oscillate the sheet-like laser light by optical collimation so that the entire region of the fuel gas supply pipe 12 is irradiated with the laser gas when the fuel gas 11 is introduced.
In this case, it is preferable that the laser light receiving means 19 has a different phase so that the whole of the sheet irradiated can be measured.

ここで、測定領域18で散乱された第1のラマン散乱光17Aは、例えば偏光子、集光レンズ及びフィルタ等の光学群(図示せず)を介して分光部19aで分光され、該分光部19aに接続されたICCDカメラ19bにより各波長の光の強度を計測する。
前記ICCDカメラ19bからの計測データは、データ処理手段(CPU)20に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
また、同時に発生する煤塵起因のミー散乱光も同様に計測され、計測データの処理がなされる。
Here, the first Raman scattered light 17A scattered in the measurement region 18 is split by the spectroscopic unit 19a via an optical group (not shown) such as a polarizer, a condensing lens, and a filter, for example, and the spectroscopic unit The intensity of light of each wavelength is measured by the ICCD camera 19b connected to 19a.
Measurement data from the ICCD camera 19b is sent to a data processing means (CPU) 20, where the measurement data is processed.
Further, the Mie scattered light caused by the dust generated at the same time is measured in the same manner, and the measurement data is processed.

図4はガスエンジンの燃料ガスのラマン散乱光計測結果のチャートである。図4に示すように、メタン(CH4)が75%、二酸化炭素(CO2)が12%、窒素(N2)が12%、水分(H2O)が5%、その他燃料ガスが3%である。なお割合はチャートからの計算による。ここで、図4中、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインが煤塵起因のミー散乱光による濃度である。 FIG. 4 is a chart of the Raman scattered light measurement result of the fuel gas of the gas engine. As shown in FIG. 4, methane (CH 4 ) is 75%, carbon dioxide (CO 2 ) is 12%, nitrogen (N 2 ) is 12%, moisture (H 2 O) is 5%, and other fuel gas is 3%. %. The ratio is calculated from the chart. Here, in FIG. 4, the baseline excluding the peak signal spectrum is the concentration due to Mie scattered light caused by dust.

図5は煤塵が含まれ、ベースラインが上昇した場合であり、このベースラインから下の領域が煤塵濃度となる。   FIG. 5 shows the case where dust is contained and the baseline is raised, and the area below this baseline is the dust concentration.

本発明では、特定の532nmのYAGレーザの第2高調波の第1の波長変換レーザ光14Bを用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインから煤塵濃度を求めることができ、一度の計測でガス成分と煤塵濃度とを同時に測定が可能となる。   In the present invention, the gas composition is obtained from the peak signal spectrum of the Raman scattered light by using the second wavelength converted first laser beam 14B of the second harmonic of the specific 532 nm YAG laser, and the baseline is obtained by removing the peak signal spectrum. Thus, the dust concentration can be obtained from the gas component, and the gas component and the dust concentration can be simultaneously measured by one measurement.

本実施例によれば、レーザ分析装置13において、データ処理手段20において、燃料ガス11のガス組成から燃料カロリーを求めることができる共に、煤塵濃度が所定の閾値を超えていると判断した場合には、制御手段21により分岐部(例えばダンパ等)31の流路切替操作して、燃料ガス11を第1のバイパス管33Aに導入し、この第1のバイパス管33に介装されたフィルタにより煤塵を除去するようにしている。
第1のフィルタ32は煤塵の除去効率が良好な例えばセラミック焼結フィルタを用いることができる。
According to this embodiment, in the laser analyzer 13, when the data processing means 20 can determine the fuel calorie from the gas composition of the fuel gas 11 and determines that the dust concentration exceeds a predetermined threshold value. The control means 21 switches the flow path of the branching portion (for example, a damper) 31 to introduce the fuel gas 11 into the first bypass pipe 33A, and the filter interposed in the first bypass pipe 33 The dust is removed.
As the first filter 32, for example, a ceramic sintered filter having good dust removal efficiency can be used.

これにより、過渡的に煤塵が燃料ガス11に含まれていたとしても、適切に対応することができる。
また、例えばフィルタ32等の異物除去手段も必要となったときのみに使用することができ、異物除去手段の耐久性も向上する。
この結果、安定して清浄な燃料ガス11が導入されることとなり、燃料ガス供給弁であるガス量調整弁に異物が詰まることもなく、副室119の清浄度が保持されると共に、安定した燃焼を確保することができる。
Thereby, even if the dust is transiently included in the fuel gas 11, it can be appropriately handled.
Further, for example, the foreign matter removing means such as the filter 32 can be used only when necessary, and the durability of the foreign matter removing means is improved.
As a result, the clean fuel gas 11 is stably introduced, and the gas amount adjusting valve as the fuel gas supply valve is not clogged with foreign matter, and the cleanliness of the sub chamber 119 is maintained and stable. Combustion can be ensured.

図2は、実施例2に係るガスエンジンシステムの概略図である。
図2に示すように、本実施例に係るガスエンジンシステム10Bは、レーザ基本波(1064nm)14Aを発振するレーザ照射装置15と、発振されたレーザ基本波14Aを532nmの第2高調波の第1の波長変換レーザ光14Bに波長変換する第1の波長変換器16Aと、レーザ基本波(1064nm)14Aを第1の波長変換器16Aの後流側に迂回させる迂回光路と、1064のnmのレーザ基本波14Aと532nmの第1高調波のレーザ光14Bとを合波した合波レーザ光14Cを第3高調波(355nm)の第2波長変換レーザ光14Dに波長変換する第2の波長変換器16Bと、355nmの第2の波長変換レーザ光14Dを導入し、燃料ガス11に照射して第2のラマン散乱光17Bを発生させる測定領域18と、発生した第2のラマン散乱光17Bを計測するレーザ受光手段19とを具備し、波長355nmの第2の波長変換レーザ光14Dの計測結果により、燃料11のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス11中の煤塵及び炭化水素(HC)濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
ここで、M1及びM2は反射ミラーであり、第1の波長変換器16Aを迂回する迂回光路を形成している。
FIG. 2 is a schematic diagram of a gas engine system according to the second embodiment.
As shown in FIG. 2, the gas engine system 10B according to the present embodiment includes a laser irradiation device 15 that oscillates a laser fundamental wave (1064 nm) 14A, and the oscillated laser fundamental wave 14A that has a second harmonic of 532 nm. A first wavelength converter 16A that converts the wavelength of the first wavelength conversion laser beam 14B to a wavelength conversion laser beam 14B; a detour optical path that bypasses the laser fundamental wave (1064 nm) 14A to the downstream side of the first wavelength converter 16A; Second wavelength conversion for converting the wavelength of the combined laser beam 14C obtained by combining the laser fundamental wave 14A and the first harmonic laser beam 14B of 532 nm into the second wavelength converted laser beam 14D of the third harmonic (355 nm). A measurement region 18 for introducing a second wavelength-converted laser beam 14D having a wavelength of 355 nm and irradiating the fuel gas 11 to generate the second Raman scattered light 17B; And a laser light receiving means 19 for measuring the second Raman scattered light 17B. Based on the measurement result of the second wavelength conversion laser light 14D having a wavelength of 355 nm, the gas composition of the fuel 11 is determined from the peak signal spectrum of the Raman scattered light. In addition to the determination, the soot and hydrocarbon (HC) concentrations in the fuel gas 11 are determined from the baseline excluding the peak signal spectrum.
Here, M 1 and M 2 are reflection mirrors, and form a bypass optical path that bypasses the first wavelength converter 16A.

実施例2では、1064nmのレーザ基本波14Aと532nmの第1の波長変換レーザ光14Bとを合波させて合波レーザ光14Cとし、この合波レーザ光14Cを第2の波長変換器16Bにより355nmの第2の波長変換レーザ光14Dとし、この第2の波長変換レーザ光14Dを用いて、355nm以下の波長をカットしてレーザ受光手段19で検出することで、ガス組成と、煤塵濃度(ミー散乱光)とHC(蛍光)濃度とを併せたものを計測できる。   In Example 2, the laser fundamental wave 14A of 1064 nm and the first wavelength conversion laser light 14B of 532 nm are combined to form a combined laser light 14C, and this combined laser light 14C is obtained by the second wavelength converter 16B. The second wavelength conversion laser beam 14D of 355 nm is used, and the second wavelength conversion laser beam 14D is used to cut the wavelength of 355 nm or less and detect it by the laser light receiving means 19, so that the gas composition and the dust concentration ( A combination of Mie scattered light) and HC (fluorescence) concentration can be measured.

図6がその結果を示すチャートである。ここで、図6中、ベースラインから下の領域が煤塵濃度(ミー散乱光)と炭化水素(HC)濃度(蛍光)とを併せたものである。   FIG. 6 is a chart showing the results. Here, in FIG. 6, the area below the baseline is a combination of the dust concentration (Mie scattered light) and the hydrocarbon (HC) concentration (fluorescence).

一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、355nmの第2の波長変換レーザ光14Dを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光と炭化水素(HC)に起因する蛍光とが含まれているので、煤塵濃度情報及び炭化水素濃度情報として価値がある。   In general, the baseline is only noise information such as electrostatic noise and stray light, but when the second wavelength conversion laser light 14D of 355 nm is used, the baseline information includes Mie scattered light caused by dust. Since it contains fluorescence caused by hydrocarbons (HC), it is valuable as dust concentration information and hydrocarbon concentration information.

ラマン散乱は微小な光であることから、ラマン散乱の測定系では、静電ノイズが抑制された状況にある。さらに波長域は500nm以下とすればよく、好適には250〜400nm程度とするのが良い。この波長域であると蛍光による炭化水素(HC)と、ミー散乱光による煤塵成分とが検出されるのもとなる。ミー散乱成分は分光器で取り除くことができるが、ラマン散乱光との強度の相違から、完全に取り除くことは難しく、ベースとして残る。本発明では、これを利用している。   Since Raman scattering is a minute light, electrostatic noise is suppressed in the Raman scattering measurement system. Furthermore, the wavelength range may be 500 nm or less, and preferably about 250 to 400 nm. In this wavelength range, the hydrocarbon (HC) due to fluorescence and the dust component due to Mie scattered light are detected. The Mie scattered component can be removed by a spectroscope, but it is difficult to remove completely due to the difference in intensity from Raman scattered light, and it remains as a base. This is utilized in the present invention.

また、本実施例では、燃料ガス配管12の分岐部31から分岐され、第1のフィルタ32を有する第1のバイパス管33と、このバイパス管33に分岐部34を設け、さらに活性炭フィルタ35を有する第2のバイパス管33Bが設けられている。   In the present embodiment, the first bypass pipe 33 branched from the branch section 31 of the fuel gas pipe 12 and having the first filter 32, the branch pipe 34 is provided in the bypass pipe 33, and the activated carbon filter 35 is further provided. A second bypass pipe 33B is provided.

本実施例によれば、レーザ分析装置13において、データ処理手段20において、燃料ガス11のガス組成から燃料カロリーを求めることができる共に、煤塵濃度が所定の閾値を超えていると判断した場合には、制御手段21により分岐部(例えばダンパ等)31、34の流路切替操作して、燃料ガス11を第2のバイパス管33Bに導入し、この第2のバイパス管33Bに介装された活性炭フィルタ35により煤塵及び炭化水素(HC)を除去するようにしている。   According to this embodiment, in the laser analyzer 13, when the data processing means 20 can determine the fuel calorie from the gas composition of the fuel gas 11 and determines that the dust concentration exceeds a predetermined threshold value. The control means 21 switches the flow path of the branch portions (for example, dampers) 31 and 34 to introduce the fuel gas 11 into the second bypass pipe 33B and is interposed in the second bypass pipe 33B. The activated carbon filter 35 removes soot and hydrocarbons (HC).

また、ガスエンジン状態を監視するエンジン状態監視装置を適用すれば、内筒温度、回転数、内筒圧等の変動に伴う、カロリの自動設定(制御)ができ、且つ煤塵、HCが過渡的に導入されたとしてもそれを迅速に除去できるロバスト性のあるガスエンジンシステムを提供することができる。   In addition, if an engine condition monitoring device that monitors the gas engine condition is applied, it is possible to automatically set (control) calories according to fluctuations in the inner cylinder temperature, rotation speed, inner cylinder pressure, etc., and soot and HC are transient. Even if it is introduced into the system, a robust gas engine system capable of quickly removing it can be provided.

これにより、副室119に清浄な燃料ガス11が導入されることとなり、副室119の清浄度が保持されると共に、安定した燃焼を確保することができる。   Thereby, the clean fuel gas 11 is introduced into the sub chamber 119, the cleanliness of the sub chamber 119 is maintained, and stable combustion can be ensured.

図3は、実施例3に係るガス成分計測装置の概略図である。
図3に示すように、ガス成分計測装置10Cは、レーザ基本波(1064nm)11Aを発振するレーザ照射装置15と、発振されたレーザ基本波14Aを532nmの第2高調波の第1の波長変換レーザ光14Bに波長変換する第1の波長変換器16Aと、レーザ基本波(1064nm)14Aを第1の波長変換器16Aの後流側に迂回させる迂回光路と、1064のnmのレーザ基本波14Aと532nmの第1の波長変換レーザ光14Bとの合波レーザ光14Cを、第3高調波(355nm)の第2の波長変換レーザ光14Dに波長変換する第2の波長変換器16Bと、532nmの第1の波長変換レーザ光14Bと、355nmの第2の波長変換レーザ光14Dとを時間遅れで導入し、燃料ガス11に照射して第1及び第2のラマン散乱光17A、17Bを発生させる測定領域18と、発生した第1及び第2のラマン散乱光17A、17Bを測定するレーザ受光手段19とを具備し、波長532nmの第1の波長変換レーザ光14Bの計測結果により、燃料ガス11のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求める。
これと同時に、波長355nmの第2の波長変換レーザ光14Dの計測結果により、燃料ガス11のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素(HC)濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定するようにしたものである。なお、図3中、符号M1、M2、M3及びM4は反射ミラー、L1、L2はレンズを図示する。
FIG. 3 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus according to the third embodiment.
As shown in FIG. 3, the gas component measuring apparatus 10C includes a laser irradiation device 15 that oscillates a laser fundamental wave (1064 nm) 11A, and a first wavelength conversion of the oscillated laser fundamental wave 14A to a second harmonic of 532 nm. A first wavelength converter 16A that converts the wavelength into laser light 14B, a bypass optical path that bypasses the laser fundamental wave (1064 nm) 14A to the downstream side of the first wavelength converter 16A, and a laser fundamental wave 14A of 1064 nm. And a second wavelength converter 16B that converts the wavelength of the combined laser beam 14C of the first wavelength conversion laser beam 14B of 532 nm into a second wavelength conversion laser beam 14D of the third harmonic (355 nm), and 532 nm The first wavelength conversion laser light 14B and the second wavelength conversion laser light 14D of 355 nm are introduced with a time delay, and the fuel gas 11 is irradiated to the first and second Raman. The first wavelength conversion laser beam 14B having a wavelength of 532 nm is provided with a measurement region 18 that generates the scattered light 17A and 17B, and a laser light receiving unit 19 that measures the generated first and second Raman scattered light 17A and 17B. From the measurement result, the gas composition of the fuel gas 11 is obtained from the peak signal spectrum of the Raman scattered light, and the soot concentration in the exhaust gas is obtained from the baseline excluding the peak signal spectrum.
At the same time, the gas composition of the fuel gas 11 is obtained from the peak signal spectrum of the Raman scattered light based on the measurement result of the second wavelength conversion laser light 14D having a wavelength of 355 nm, and the concentration of soot and hydrocarbon (HC) in the exhaust gas is determined. It is obtained from the baseline excluding the peak signal spectrum, and the dust concentration is estimated from the difference between the two. In FIG. 3, reference numerals M 1 , M 2 , M 3 and M 4 denote reflection mirrors, and L 1 and L 2 denote lenses.

ここで、両者の差分から煤塵濃度を推定する工程を説明する。
図7−1は、波長532nmにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。図7−2は、波長355nmにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
Here, the process of estimating the dust concentration from the difference between the two will be described.
FIG. 7-1 is a calibration curve showing the relationship between Mie scattered light intensity and dust concentration at a wavelength of 532 nm. FIG. 7-2 is a calibration curve showing the relationship between Mie scattered light intensity and dust concentration at a wavelength of 355 nm.

工程1) 実施例3では、実施例1と実施例2とを組合せた構成であり、波長532nmの第1の波長変換レーザ光14Bの計測結果により、計測値(例えば1.8A.U)から煤塵濃度(1.0mg/mN)を、第1の検量線(図7−1)により求める。
工程2) 次に、波長355nmの第2の波長変換レーザ光14Dの計測結果により、煤塵濃度(1.0mg/mN)から、ミー散乱光強度(例えば15A.U)を、第2の検量線(図7−2)により求める。
工程3) そして、波長355nmの第2の波長変換レーザ光41Dでの実際の計測値から、工程2)により求めたミー散乱光強度(例えば15A.U)を除して、炭化水素(HC)の濃度を求める。
Step 1) In Example 3, the configuration of Example 1 and Example 2 is combined. From the measurement value (for example, 1.8 A.U) based on the measurement result of the first wavelength conversion laser beam 14B having a wavelength of 532 nm. The soot concentration (1.0 mg / m 3 N) is obtained from the first calibration curve (FIG. 7-1).
Step 2) Next, from the measurement result of the second wavelength conversion laser light 14D having a wavelength of 355 nm, the Mie scattered light intensity (for example, 15 AU) is calculated from the dust concentration (1.0 mg / m 3 N) by the second Obtained from a calibration curve (Figure 7-2).
Step 3) Then, by dividing the Mie scattered light intensity (for example, 15 A.U) obtained in Step 2) from the actual measurement value with the second wavelength conversion laser beam 41D having a wavelength of 355 nm, hydrocarbon (HC) Determine the concentration of.

ここで、炭化水素(HC)は、アントラセンやナフタレンといった炭化水素類の集合物であり、その濃度の傾向により燃焼状況を推定することができる。
さらには、特定のHC(例えばアントラセンやナフタレン等)を予め検量線を作成しておき、その検量線にHC濃度を当てはめて、大凡のアントラセンやナフタレン等濃度を求めるようにしてもよい。
Here, hydrocarbon (HC) is an aggregate of hydrocarbons such as anthracene and naphthalene, and the combustion state can be estimated from the concentration tendency.
Furthermore, a calibration curve may be prepared in advance for specific HC (for example, anthracene or naphthalene), and an approximate concentration of anthracene or naphthalene may be obtained by applying the HC concentration to the calibration curve.

これによりガス組成、煤塵、炭化水素(HC)類を単一の装置にて把握し、その結果を踏まえた対策を講じることによって安定燃焼を達成することができる。   Thus, stable combustion can be achieved by grasping the gas composition, dust, and hydrocarbons (HC) with a single device and taking measures based on the results.

10A〜10C ガスエンジンシステム
100 ガスエンジン
101 主燃焼室
119 副室
11 燃料ガス
12 燃料ガス供給管
13 レーザ分析装置
14A レーザ基本波
14B 第1の波長変換レーザ光
14C 合波レーザ光
14D 第2の波長変換レーザ光
15 レーザ照射装置
16A 第1の波長変換器
16B 第2の波長変換器
17A 第1のラマン散乱光
17B 第2のラマン散乱光
18 測定領域
19 レーザ受光手段
21 制御手段
10A to 10C Gas engine system 100 Gas engine 101 Main combustion chamber 119 Sub chamber 11 Fuel gas 12 Fuel gas supply pipe 13 Laser analyzer 14A Laser fundamental wave 14B First wavelength conversion laser beam 14C Combined laser beam 14D Second wavelength Converted laser light 15 Laser irradiation device 16A First wavelength converter 16B Second wavelength converter 17A First Raman scattered light 17B Second Raman scattered light 18 Measurement region 19 Laser light receiving means 21 Control means

Claims (7)

ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス供給管中の燃料ガスにレーザ光を照射して前記燃料ガスのガス組成と煤塵濃度とを計測するレーザ分析装置と、
燃料ガス配管に分岐され、第1のフィルタを有する第1のバイパス管と、
レーザ分析装置の煤塵濃度の結果より、煤塵量が閾値を超えている際に、第1のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステム。
A fuel gas supply pipe for supplying fuel gas to a main combustion chamber and a sub chamber of the gas engine;
A laser analyzer that measures the gas composition and dust concentration of the fuel gas by irradiating the fuel gas in the fuel gas supply pipe with a laser beam;
A first bypass pipe branched into the fuel gas pipe and having a first filter;
A gas engine system comprising: control means for performing control for introducing fuel gas into the first bypass pipe when the amount of dust exceeds a threshold value as a result of the dust concentration of the laser analyzer .
請求項1において、
第2のフィルタを有する第2のバイパス管を有し、
レーザ装置により炭化水素濃度を求めると共に、レーザ装置の炭化水素濃度の結果より、炭化水素濃度が閾値を超えている際に、第2のフィルタを有する第2のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステム。
Oite to claim 1,
Having a second bypass pipe with a second filter;
Control for introducing the fuel gas into the second bypass pipe having the second filter when the hydrocarbon concentration is determined by the laser device and the hydrocarbon concentration exceeds the threshold value based on the result of the hydrocarbon concentration of the laser device. A gas engine system.
請求項1又は2において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ基本波を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換器と、
波長変換された第1の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる測定部と、
発生した第1のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第1のラマン散乱光の計測結果により、燃料ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガスエンジンシステム。
In claim 1 or 2 ,
The laser analyzer is
A laser irradiation device for oscillating a laser fundamental wave;
A first wavelength converter for wavelength-converting the oscillated laser fundamental wave to a first wavelength-converted laser beam;
A measurement unit that introduces a wavelength-converted first wavelength-converted laser beam and irradiates the fuel gas to generate first Raman scattered light; and
A Raman scattered light detector for measuring the generated first Raman scattered light,
According to the measurement result of the first Raman scattered light, the gas composition of the fuel gas is obtained from the peak signal spectrum of the Raman scattered light, and the soot concentration in the fuel gas is obtained from the baseline excluding the peak signal spectrum. Gas engine system.
請求項において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ基本波を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換器と、
レーザ基本波と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換器と、
第2の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定領域と、
発生した第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第2のラマン散乱光の計測結果により、燃料ガスのガス組成を第2のラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度を、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガスエンジンシステム。
In claim 2 ,
The laser analyzer is
A laser irradiation device that oscillates a laser fundamental wave; and
A first wavelength converter for wavelength-converting the oscillated laser fundamental wave to a first wavelength-converted laser beam;
A second wavelength converter that combines the laser fundamental wave and the first wavelength conversion laser light, and converts the wavelength of the combined laser light into a second wavelength conversion laser light;
A measurement region for introducing a second wavelength-converted laser beam and irradiating the fuel gas to generate a second Raman scattered light;
A Raman scattered light detector for measuring the generated second Raman scattered light,
From the measurement result of the second Raman scattered light, the gas composition of the fuel gas is obtained from the peak signal spectrum of the second Raman scattered light, and the concentrations of soot and hydrocarbons in the fuel exhaust gas are excluded from the peak signal spectrum. A gas engine system characterized by obtaining from a baseline.
請求項において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ基本波を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換器と、
第1の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる測定領域と、
レーザ基本波と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換器と、
第2の波長変換レーザ光を導入し、排ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定領域と、
発生した第1又は第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第1のラマン散乱光の計測結果により、燃料ガスのガス組成を第1のラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第2のラマン散乱光の計測結果により、排ガスのガス組成を第2のラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、燃料ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガスエンジンシステム。
In claim 2 ,
The laser analyzer is
A laser irradiation device for oscillating a laser fundamental wave;
A first wavelength converter for wavelength-converting the oscillated laser fundamental wave to a first wavelength-converted laser beam;
A measurement region for introducing a first wavelength-converted laser beam and irradiating the fuel gas to generate first Raman scattered light;
A second wavelength converter that combines the laser fundamental wave and the first wavelength conversion laser light, and converts the wavelength of the combined laser light into a second wavelength conversion laser light;
A measurement region that introduces a second wavelength-converted laser beam and irradiates the exhaust gas to generate second Raman scattered light; and
A Raman scattered light detector for measuring the generated first or second Raman scattered light,
From the measurement result of the first Raman scattered light, the gas composition of the fuel gas is determined from the peak signal spectrum of the first Raman scattered light, and the soot concentration in the fuel gas is determined from the baseline excluding the peak signal spectrum, and,
Based on the measurement result of the second Raman scattered light, the gas composition of the exhaust gas is obtained from the peak signal spectrum of the second Raman scattered light, and the concentrations of soot and hydrocarbons in the fuel gas are obtained from the baseline. Gas engine system characterized by estimating dust concentration from
請求項乃至請求項のいずれか一つにおいて、
予め、燃料ガス中に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度(R0)を計測しておき、
計測を行う都度、測定領域に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度(R1)を計測し、
得られたR0/R1を校正定数(K)とし、前記ピーク信号スペクトルの各検出信号強度(X1)に、校正係数(K=R0/R1)を乗じて真の信号強度を求め、真の信号強度からガス組成と煤塵の濃度(M2)を算出することを特徴とするガスエンジンシステム。
In any one of Claim 3 thru | or 5 ,
The signal intensity (R 0 ) of the Raman scattered light of the reference gas existing in the fuel gas is measured in advance,
Each time measurement is performed, the signal intensity (R 1 ) of the Raman scattered light of the reference gas existing in the measurement region is measured,
The obtained R 0 / R 1 is set as a calibration constant (K), and the true signal intensity is obtained by multiplying each detected signal intensity (X 1 ) of the peak signal spectrum by a calibration coefficient (K = R 0 / R 1 ). A gas engine system characterized by calculating a gas composition and a dust concentration (M 2 ) from a true signal intensity.
請求項1乃至請求項のいずれか一つにおいて、
照射するレーザ光がシート状であることを特徴とするガスエンジンシステム。
In any one of Claims 1 thru | or 6 ,
A gas engine system characterized in that a laser beam to be irradiated is in a sheet form.
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