ガスエンジン

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発電用ガスエンジン
SタイプHartopガスエンジンのモデル

ガスエンジン(英語:gas engine)は、石炭ガス、プロデューサーガス、バイオガス都市ガス天然ガスなどのガス燃料で作動する内燃機関です。英国ではガスエンジンが示すものは明確です。

現在のガソリンエンジンはオットーサイクルのガスエンジンが液体燃料であるガソリンで動くように進化したもので現代のガソリンエンジンの祖先にあたります。

米国ではガソリンの略語としてガスが広く使用されているため、このようなエンジンは、ガス状燃料エンジンまたは天然ガスエンジンまたはスパーク・イグニッテド・エンジンと呼ばれ区別されることがあります。

一般に、現代の使用法では、ガスエンジンという用語は、軽量で高回転で、通常、その寿命全体で4,000時間以内で実行されます。典型的なパワーは10キロワット (13 hp)からから4メガワット (5,364 hp) [1]

歴史[編集]

レノワールガスエンジン1860。
オットーランゲンガスエンジン1867年。
アンソンエンジン博物館で稼働中の3bhpガス燃焼クロスリー大気エンジン。

レノワール[編集]

19世紀にはガスエンジンで多くの実験が行われましたが、最初の実用的なガス燃料内燃エンジンは、1860年にベルギーのエンジニアであるエティエンヌレノワールによって製造されました。 [2]しかし、レノワールエンジンは低出力と高燃費に悩まされていました。

オットーとランゲン[編集]

レノワールの研究は、ドイツのエンジニア、ニコラウス・アウグスト・オットーによってさらに研究され実用的な物に改良されました。ニコラウス・オットーは、後にピストンチャンバーで直接燃料を効率的に燃焼する最初の4ストロークエンジンを発明しました。 1864年8月、オットーは技術的な訓練を受けたオイゲン・ランゲンと出会い、オットーの発展の可能性を垣間見ました。会議の1か月後、ケルンに世界初のエンジン工場NA Otto&Cieを設立しました。 1867年、オットーは改良されたデザインの特許を取得し、1867年のパリ万国博覧会で最優秀賞を受賞しました。この大気圧エンジンは、ガスと空気の混合物を垂直シリンダーに引き込むことによって機能しました。ピストンが約8インチ上昇すると、ガスと空気の混合物は、外側で燃える小さなパイロット炎によって点火され、ピストン(歯付きラックに接続されている)を上向きに押し上げ、その下に部分的な真空を作り出します。上向きのストロークでは作業は行われません。作業は、ピストンと歯付きラックが大気圧と自重の影響で下降し、メインシャフトとフライホイールが落下するときに回転するときに行われます。既存の蒸気機関に対する利点は、要求に応じて始動と停止が自由に出来ることであり、はしけの積み下ろしなどの断続的な作業に理想的でした。 [3]

現代でも使われるオットーサイクルエンジンの始まりです。

4ストロークエンジン[編集]

大気ガスエンジンはオットーの4ストロークエンジンに置き換えられました。 4ストロークエンジンへの切り替えは迅速に進み、最後の大気エンジンは1877年に製造されました。液体燃料エンジンはすぐにディーゼル(1898年頃)とガソリン(1900年頃)が登場しました。

クロスリー[編集]

英国で最も有名なガスエンジンの製造業者はマンチェスターのクロスリーでした。彼は1869年に、新しいガス燃料大気エンジンに関するオットーとラングデンの特許に対する英国と世界(ドイツを除く)の権利を取得しました。 1876年に彼らはより効率的なオットー4ストロークサイクルエンジンの権利を取得しました。

タンギエ[編集]

マンチェスター地域に拠点を置く他のいくつかの会社もありました。バーミンガム近郊のスメスウィックにあるリチャード・タンジャは、1881年に最初のガスエンジンである1馬力の2サイクルエンジンを販売し、1890年に同社は4サイクルガスエンジンの製造を開始しました。 [4]

保存[編集]

イギリスのストックポート近くのポイントンにあるアンソンエンジン博物館には、これまでに製造された中で最大のクロスリー大気エンジンを含む、いくつかの作動ガスエンジンを含むエンジンのコレクションが展示されています。

現在のメーカー[編集]

ガスエンジンのメーカーには、 Hyundai Heavy Industries 、Rolls-Royce with the Bergen-Engines AS 、 Kawasaki Heavy IndustriesLiebherrMTU Friedrichshafen 、 GE Jenbacher 、 Caterpillar Inc. 、 Perkins Engines 、 MWM 、 CumminsWärtsilä 、 GE Energy Waukesha 、ドレッサーランド 、 Deutz 、MTU、MAN、 Fairbanks-Morse 、Doosan、ヤンマー など出力範囲は約10キロワット (13 hp)マイクロコージェネレーション熱電併給(CHP)から18メガワット (24,000 hp) 。 [5]一般的に言って、現代の高速ガスエンジンは約50メガワット (67,000 hp)までのガスタービンと非常に競争力があります状況にもよりますが、最良のものはガスタービンよりもはるかに燃料効率が良いです。ベルゲンエンジンを搭載したロールスロイス、キャタピラー、その他多くのメーカーは、ディーゼルエンジンブロックとクランクシャフトをベースに製品を製造しています。 GE JenbacherとWaukeshaはガスエンジンの設計を行うガスのみに特化してい会社です。

代表的な使用例[編集]

設置式[編集]

典型的な用途は、ベースロード発電所又は短時間に高出力を発電する発電所を含むコジェネレーション(代表的な性能数値は参照のために[6]埋立地ガス、鉱山ガス、ウェル-headガスとバイオガス廃熱機関からは、であってもよいです蒸気ボイラーを温めるために使用されます。典型的なバイオガスエンジンの設置パラメータについては、を参照してください。 [7]工場に取り付けられている大型ガスエンジンCHPシステムのパラメータについては、を参照してください。 [8]ガスエンジンがスタンバイアプリケーションに使用されることはめったになく、主にディーゼルエンジンの領域のままです。これに対する1つの例外は、小さい(<150 kW)農場、美術館、中小企業、住宅に設置されることが多い非常用発電機。これらの発電機は、公益事業からの天然ガスまたはオンサイト貯蔵タンクからのプロパンのいずれかに接続されており、停電時に自動的に始動するように配置できます。

日本でも明治時代にガス灯などに使うガス供給が始まると大きなボイラーなどを設置できない中小工場で動力源として使用されていた。

輸送[編集]

液化天然ガス(LNG)エンジンは、リーンバーンガスエンジンが追加の燃料処理や排気洗浄システムなしで新しい排出要件を満たすことができるため、海洋市場に拡大しています。バス部門では、圧縮天然ガス(CNG)で稼働するエンジンの使用も増えています。英国のユーザーには、ReadingBusesが含まれます。ガスバスの使用はガスバスアライアンス[9]によってサポートされており、メーカーにはScaniaABが含まれています[10]

メタンまたはプロパンの使用[編集]

天然ガス、主にメタンは長い間クリーンで経済的ですぐに利用できる燃料であったため、ガソリンとは異なり、多くの産業用エンジンはガスを使用するように設計または変更されています。それらの操作は、より複雑でない炭化水素汚染を生成し、エンジンはより少ない内部問題を抱えています。一例として、液化石油ガス、主にプロパンがあります。膨大な数のフォークリフトに使用されているエンジン。 「ガソリン」を意味する「ガス」の一般的な米国の使用法は、天然ガスエンジンの明示的な識別を必要とします。 「天然ガソリン」 [11]ようなものもありますが、天然ガス液のサブセットを指すこの用語は、精製業界以外ではめったに見られません。

技術的な特徴[編集]

燃料と空気の混合[編集]

ガスエンジンは、燃料と空気の混合方法がガソリンエンジンとは異なります。ガソリンエンジンは、キャブレターまたは燃料噴射を使用します。しかし、ガスエンジンは、多くの場合、単純なベンチュリシステムを使用してガスを空気の流れに導入します。初期のガスエンジンは、空気とガス用に別々の入口バルブを備えた3バルブシステムを使用していました。

排気バルブ[編集]

ディーゼルエンジンと比較したガスエンジンの弱点は、排気バルブです。これは、ガスエンジンの排気ガスが特定の出力に対してはるかに高温であり、これにより出力が制限されるためです。したがって、特定のメーカーのディーゼルエンジンは、通常、ガスエンジンバージョンの同じエンジンブロックサイズよりも最大出力が高くなります。ディーゼルエンジンは一般的に3つの異なる評価があります —英国では、スタンバイ、プライム、および連続、別名1時間定格、12時間定格、および連続定格ですが、ガスエンジンは通常、ディーゼル連続定格よりも低い連続定格しかありません。

点火[編集]

ホットチューブ点火装置火花点火など、さまざまな点火システムが使用されてきました。最新のガスエンジンのほとんどは、本質的にデュアル燃料エンジンです。主なエネルギー源はガスと空気の混合気ですが、少量のディーゼル燃料の噴射によって点火されます。

エネルギーバランス[編集]

熱効率[編集]

天然ガスで稼働するガスエンジンの熱効率は通常35〜45%( LHVベース)です。 [12] 2018年の時点で、最高のエンジンは最大50%(LHVベース)の熱効率を達成できます。 [13]これらのガスエンジンは通常中速エンジンです。BergenEngines燃料エネルギーは出力シャフトで発生し、残りは廃熱として表示されます。 [8]大型エンジンは小型エンジンよりも効率的です。バイオガスで稼働するガスエンジンは、通常、効率がわずかに低く(〜1〜2%)、合成ガスはさらに効率を低下させます。 GEイエンバッハの最近のJ624エンジンは、世界初の高効率メタン燃料24気筒ガスエンジンです。 [14]

エンジン効率を検討するときは、これがガスの低位発熱量(LHV)に基づくのか、高位発熱量(HHV)に基づくのかを検討する必要があります。エンジンメーカーは通常、ガスの低位発熱量に基づいて効率を見積もります。つまり、エネルギーがガス自体の内部の水分を蒸発させるために取られた後の効率です。ガス分配ネットワークは通常、ガスのより高い発熱量に基づいて充電されます。すなわち、総エネルギー量。 LHVに基づいて見積もられたエンジン効率は44%と言われるかもしれませんが、同じエンジンは天然ガスのHHVに基づいて39.6%の効率を持っているかもしれません。効率の比較が同じように行われるようにすることも重要です。たとえば、一部のメーカーは機械的に駆動されるポンプを使用していますが、他のメーカーは電気駆動のポンプを使用してエンジンの冷却水を駆動しています。電気の使用は無視できる場合があり、直接駆動エンジンと比較して見かけの効率が誤って高くなります。

熱電併給[編集]

エンジンリジェクト熱は、建物の暖房またはプロセスの暖房に使用できます。エンジンでは、廃熱の約半分が(エンジンジャケット、オイルクーラー、およびアフタークーラー回路から)温水として発生します。これは最大110に達する可能性があります。 °C。残りは、排気ガス熱交換器を使用して加圧された温水または蒸気を生成できる高温熱として発生します。

エンジン冷却[編集]

最も一般的な2つのエンジンタイプは、空冷エンジンまたは水冷エンジンです。最近の水冷は、内燃機関に不凍液を使用しています

一部のエンジン(空気または水)には、オイルクーラーが追加されています。

過熱は、通常、摩耗、ひび割れ、または反りによってエンジンの故障を引き起こす可能性があるため、過度の熱を取り除くために冷却が必要です。

ガス消費量の計算[編集]

この式は、全負荷時の標準状態でのガスエンジンのガス流量要件を示しています。

  • 通常の状態でのガスの流れです
  • エンジン出力は
  • は機械効率です
  • LHVはガスの低位発熱量です

歴史的なガスエンジン[編集]

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  1. ^ GE Jenbacher | Gas engines”. Clarke-energy.com. 2013年9月28日閲覧。
  2. ^ start your engines! — gas-engines”. Library.thinkquest.org. 2013年9月28日閲覧。
  3. ^ Crossley Atmospheric Gas Engine”. Museum of Science and Industry. 2013年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年9月23日閲覧。
  4. ^ The Basic Industries of Great Britain by Aberconway — Chapter XXI”. Gracesguide.co.uk. 2010年6月5日閲覧。
  5. ^ Gas engines at Wärtsilä”. Wartsila.com. 2013年9月28日閲覧。
  6. ^ Andrews (2014年4月23日). “Finning Caterpillar Gas Engine CHP Ratings | Claverton Group”. Claverton-energy.com. 2014年8月9日閲覧。
  7. ^ Andrews (2008年10月14日). “38% HHV Caterpillar Bio-gas Engine Fitted to Sewage Works | Claverton Group”. Claverton-energy.com. 2013年9月28日閲覧。
  8. ^ a b Andrews (2010年6月24日). “Complete 7 MWe Deutz (2 x 3.5MWe) gas engine CHP system for sale and re-installation in the country of your choice. Similar available on biogas / digester gas | Claverton Group”. Claverton-energy.com. 2013年9月28日閲覧。
  9. ^ Global CNG Solutions Ltd — Gas Alliance Group”. Globalcngsolutions.com. 2017年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年8月9日閲覧。
  10. ^ The UK's first Scania-ADL gas-powered buses delivered to Reading Buses”. scania.co.uk (2013年4月23日). 2014年8月9日閲覧。
  11. ^ Glossary — U.S. Energy Information Administration (EIA)”. 2018年12月22日閲覧。
  12. ^ CHP | Cogeneration | GE Jenbacher | Gas Engines”. Clarke Energy. 2012年4月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年9月28日閲覧。
  13. ^ Rolls-Royce introducing new B36:45 gas engines to US market; up to 50% efficiency”. Green Car Congress. 2019年1月25日閲覧。
  14. ^ Products & Services”. Ge-energy.com. 2013年9月28日閲覧。
  • クロスリーガスエンジン
  • アンティーク定置エンジン
  • 古いエンジン
  • ガスエンジンの記事
  • ガスエンジンマガジン —内燃機関の歴史雑誌
  • PD-icon.svg Clerk, Dugald (1911). "要記事名". In Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica (英語) (11th ed.). Cambridge University Press.