JP2001152846A - Engine equipped with fuel-reforming device - Google Patents

Engine equipped with fuel-reforming device

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JP2001152846A
JP2001152846A JP33458599A JP33458599A JP2001152846A JP 2001152846 A JP2001152846 A JP 2001152846A JP 33458599 A JP33458599 A JP 33458599A JP 33458599 A JP33458599 A JP 33458599A JP 2001152846 A JP2001152846 A JP 2001152846A
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heat exchanger
exhaust gas
engine
water
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Hideo Kawamura
英男 河村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reform gas fuel by utilizing heat energy of exhaust gas, recover energy by driving a turbine with high temperature steam, generated with a heat exchanger, supply part of exhaust gas to a combustion chamber as EGR gas, in an engine equipped with a fuel-reforming device. SOLUTION: This engine 1 has a fuel reforming device 35 for reforming gas fuel, a heat exchanger 4 for generating high-temperature steam, a CO2 separating device 36 for separating CO2 from the exhaust gas, and an EGR control valve 7 for taking in part of the exhaust gas as EGR gas. The fuel reforming device 35 reforms CH4 in the gas fuel into CO and H2 under the presence of hot water heated with the heat exchanger 5, and enhances heat efficiency.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は,排気ガス熱エネ
ルギを利用してCH4 を主成分とするガス燃料を熱分解
してCOとH2 との改質燃料に変換する燃料改質装置を
備えたエンジンに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention is a fuel reformer for converting fuel gas to the CH 4 as a main component by utilizing the exhaust gas heat energy to the reforming fuel of CO and H 2 by thermal decomposition For the equipped engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】天然ガスは,地球上に極めて埋蔵量が多
いことが知られており,21世紀の燃料として最も有望
なものは,天然ガスと言われている。近年,天然ガスを
燃料として用いるエンジンが開発されているが,該エン
ジンの性能を如何に実現するかの研究が始まったばかり
であり,十分な成果を上げていないのが現状である。
2. Description of the Related Art Natural gas is known to have extremely large reserves on the earth, and the most promising fuel for the 21st century is said to be natural gas. In recent years, engines using natural gas as fuel have been developed. However, research has just begun on how to achieve the performance of the engine, and at present, sufficient results have not been achieved.

【0003】ところで,内燃機関では,熱効率を支配す
るものは,大きな圧縮比,燃焼率及び当量比であり,こ
れらの3条件に熱効率が左右されるということが十分に
知られている。また,上記3条件が満たされたとしても
理論熱効率はせいぜい60%程度である。従って,天然
ガスを燃料とする内燃機関では,これ以上の熱効率を確
保しようとすれば,排気ガスが持つ熱エネルギを再利用
し,また回収することが必要である。
[0003] In an internal combustion engine, what governs thermal efficiency is a large compression ratio, a combustion rate, and an equivalence ratio, and it is well known that thermal efficiency depends on these three conditions. Even if the above three conditions are satisfied, the theoretical thermal efficiency is at most about 60%. Therefore, in an internal combustion engine using natural gas as a fuel, it is necessary to reuse and recover the heat energy of the exhaust gas in order to ensure a higher thermal efficiency.

【0004】従来,ターボチャージャを備えた遮熱型エ
ンジンは,排気系の一段目にタービンとコンプレッサを
備えたターボチャージャを設置し,該ターボチャージャ
の後流に発電機を持つタービンから成るエネルギー回収
装置を設置している。該遮熱型エンジンでは,燃焼室が
遮熱構造に構成され,燃焼室から排出される排気ガスの
熱エネルギがターボチャージャやエネルギ回収装置によ
って電力として回収されたり,ターボチャージャのコン
プレッサの駆動によって過給することによって回収され
ている。上記のような遮熱型エンジンに対して排気ガス
エネルギの回収効率を低減させないようなエネルギ回収
システムとして,例えば,特開平5−179972号に
開示されたものがある。
Conventionally, a heat shield type engine equipped with a turbocharger has a turbocharger equipped with a turbine and a compressor installed in the first stage of an exhaust system, and energy recovery comprising a turbine having a generator downstream of the turbocharger. Equipment is installed. In the heat shield type engine, the combustion chamber has a heat shield structure, and the thermal energy of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is recovered as electric power by a turbocharger or an energy recovery device, or overheated by driving a compressor of the turbocharger. Collected by feeding. An energy recovery system that does not reduce the efficiency of exhaust gas energy recovery with respect to the above-mentioned heat shield type engine is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-17972.

【0005】また,コージェネレーションシステムは,
動力を発電機で電気エネルギとして取り出し,排気ガス
が有する熱エネルギを電力や排気通路に設けた熱交換器
で水を加熱して温水にして給湯用として利用している。
上記コージェネレーションシステムとして,例えば,特
開平6−33707号公報に開示されたものがある。コ
ージェネレーションシステムは,定格運転されて負荷変
動が小さく,都市部や山間地等で電力供給システムとし
て利用されることが期待され,排気ガスエネルギで蒸気
を発生させ,該蒸気エネルギを電気エネルギとして回収
して熱効率を向上させるものであり,排気ガスエネルギ
によってターボチャージャを駆動し,該ターボチャージ
ャに設けた発電機から成るエネルギ回収装置を備えてい
る。
[0005] The cogeneration system is
The motive power is extracted as electric energy by a generator, and the heat energy of the exhaust gas is heated by a heat exchanger provided in an electric power or exhaust passage to make hot water and used for hot water supply.
An example of the cogeneration system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-33707. The cogeneration system is rated for operation and has small load fluctuations, and is expected to be used as a power supply system in urban areas and mountainous areas. It generates steam using exhaust gas energy and recovers the steam energy as electric energy. The turbocharger is driven by exhaust gas energy, and an energy recovery device including a generator provided in the turbocharger is provided.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで,排気ガスの
熱エネルギを利用するには,(1)内燃機関の燃焼室を
遮熱構造に構成し,排気ガスが有する熱エネルギを外部
に放熱させないこと,(2)排気ガスの熱エネルギをタ
ーボチャージャ等を用いて機械的方法によって動力に変
換させて熱効率を上げること,(3)機械的方法で回収
された熱エネルギの残りの熱エネルギを化学的方法によ
って回収すること,(4)更に残部の熱エネルギを熱交
換器によって水を蒸発させて蒸気エネルギに変換するこ
と等が考えられる。
By the way, in order to utilize the heat energy of the exhaust gas, (1) the combustion chamber of the internal combustion engine must be constructed in a heat shielding structure so that the heat energy of the exhaust gas is not radiated to the outside. (2) increasing the thermal efficiency by converting the thermal energy of the exhaust gas into motive power by a mechanical method using a turbocharger or the like, and (3) chemically converting the remaining thermal energy of the thermal energy recovered by the mechanical method (4) Further, the remaining heat energy may be converted into steam energy by evaporating water with a heat exchanger.

【0007】また,ディーゼルサイクルで作動するディ
ーゼルエンジンは,ガソリンエンジンよりも熱効率を大
きく構成することができる。ガソリンエンジンでは,圧
縮比が8〜10程度であり,当量比(燃料に相当する理
論空気量/実在空気量)が0.8〜1.1程度であるの
で,高効率のエンジンでも理論熱効率は48%程度であ
り,摩擦熱損失を差し引いても実熱効率が35%程度で
ある。これに対して,ディーゼルエンジンでは,圧縮比
が16〜20程度であり,燃料に必要な理論値/シリン
ダ吸入空気である当量比が0.6〜0.8程度であるの
で,理論熱効率は58%程度であり,摩擦熱損失を差し
引いても実熱効率が45%程度である。一般に,使用さ
れているディーゼルエンジンは,熱効率が通常エンジン
では42%程度であり,排気損失が30%,冷却損失が
20%及び機械損失が8%程度である。
[0007] A diesel engine operating in a diesel cycle can be configured to have higher thermal efficiency than a gasoline engine. In a gasoline engine, the compression ratio is about 8 to 10, and the equivalent ratio (theoretical air amount corresponding to fuel / the actual air amount) is about 0.8 to 1.1. The actual thermal efficiency is about 35% even if frictional heat loss is subtracted. On the other hand, in the case of a diesel engine, the compression ratio is about 16 to 20, and the equivalent ratio of theoretical value required for fuel / cylinder intake air is about 0.6 to 0.8. %, And the actual heat efficiency is about 45% even if frictional heat loss is subtracted. Generally, the diesel engine used has a thermal efficiency of about 42% for a normal engine, an exhaust loss of about 30%, a cooling loss of about 20%, and a mechanical loss of about 8%.

【0008】そこで,ディーゼルエンジンにおいて,冷
却損失の熱エネルギを排気ガスに持たせるため,燃焼室
及び排気管を遮熱構造に構成し,熱の外部への放熱を防
止し,排気ガスの温度を高くし,排気ガスの熱エネルギ
をタービン等を駆動して回収し,熱効率を向上させるこ
とができる。一般に,断熱エンジンから排出される排気
ガスの温度は800〜900℃程度であり,排気タービ
ンを駆動することによって回収するが,排気タービンを
通過した後の排気ガスは,650〜700℃程度に低下
するが,このまま排気ガスを外部に排出すれば,大きな
熱エネルギを無駄にすることになる。
Therefore, in the diesel engine, the combustion chamber and the exhaust pipe are formed in a heat shielding structure in order to provide the exhaust gas with heat energy of cooling loss, thereby preventing heat from being radiated to the outside and reducing the temperature of the exhaust gas. By increasing the temperature, the thermal energy of the exhaust gas can be recovered by driving a turbine or the like, and the thermal efficiency can be improved. Generally, the temperature of exhaust gas discharged from an adiabatic engine is about 800 to 900 ° C and is recovered by driving an exhaust turbine. However, the exhaust gas after passing through the exhaust turbine drops to about 650 to 700 ° C. However, if the exhaust gas is discharged to the outside as it is, large heat energy will be wasted.

【0009】そこで,ターボチャージャを通過した排気
ガスから熱エネルギを回収する方法としてランキンサイ
クルが知られている(例えば,特開平11−6601号
公報)。該ランキンサイクルは,媒体として水を使用
し,該水を排気ガスの熱エネルギで蒸気に変換し,蒸気
エネルギを動力変換し,再び蒸気を復水させるものであ
るが,該ランキンサイクルでは,復水器等を必要とし,
装置自体が複雑になるという問題がある。
Therefore, a Rankine cycle is known as a method for recovering thermal energy from exhaust gas passing through a turbocharger (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-6601). The Rankine cycle uses water as a medium, converts the water into steam with the thermal energy of exhaust gas, converts the steam energy into power, and condenses the steam again. You need a water bowl,
There is a problem that the device itself becomes complicated.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明の目的は,上記
の問題を解決することであり,燃焼室から排出される排
気ガスでターボチャージャを駆動し,ターボチャージャ
から排出された排気ガスが有する熱エネルギを利用して
ガス燃料を熱分解させて改質燃料に変換し,次いで,燃
料改質装置から排出された排気ガスの熱エネルギを熱交
換器によって回収し,更に,熱交換器から排出される排
気ガスの一部を水分離器を通って燃焼室へ再循環させ,
燃焼室へ再循環させる排気ガスとターボチャージャから
排出する排気ガスとが有する熱エネルギで水を蒸気に変
換し,発生した蒸気をターボチャージャのタービンに送
り込んでタービンの回転力をアップし,更に,排気ガス
からCO2 を分離すると共に熱交換器で発生した熱水を
ガス燃料のCH4 を熱分解するのに利用し,改質燃料に
して熱効率を向上させる燃料改質装置を備えたエンジン
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and a turbocharger is driven by exhaust gas discharged from a combustion chamber, and the exhaust gas discharged from the turbocharger has Gas fuel is thermally decomposed using heat energy to convert it to reformed fuel, and then the heat energy of the exhaust gas discharged from the fuel reformer is recovered by a heat exchanger and then discharged from the heat exchanger. Part of the exhaust gas is recycled to the combustion chamber through a water separator,
The heat energy of the exhaust gas recirculated to the combustion chamber and the exhaust gas exhausted from the turbocharger converts water into steam, and the generated steam is sent to the turbocharger turbine to increase the torque of the turbine. An engine equipped with a fuel reformer that separates CO 2 from exhaust gas and uses the hot water generated in the heat exchanger to thermally decompose the gaseous fuel, CH 4 , to improve the thermal efficiency as a reformed fuel To provide.

【0011】この発明は,燃焼室から排出される排気ガ
スを流す排気管に設けられたターボチャージャ,前記タ
ーボチャージャのタービンの後流に設けられ且つ排気ガ
ス熱エネルギを利用してガス燃料を熱分解して改質する
燃料改質装置,前記燃料改質装置の後流に設けられた第
1熱交換器を通過した前記排気ガスからCO2 を分離す
るCO2 分離装置,及び前記第1熱交換器へ供給する熱
湯を前記ターボチャージャのコンプレッサから送り出さ
れるEGRガスと吸入空気との熱エネルギを利用して水
を加熱する第2熱交換器,及び前記燃料改質装置から送
り出される改質燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給装
置を具備し,前記CO2 分離装置で分離されたCO2
前記第2熱交換器で加熱された前記水とを前記燃料改質
装置に供給し,ガス燃料のCH4 をCO2 と水との存在
のもとでCOとH2 に熱分解することから成る燃料改質
装置を備えたエンジンに関する。
According to the present invention, there is provided a turbocharger provided in an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from a combustion chamber flows, and provided in a downstream side of a turbine of the turbocharger. A fuel reformer for decomposing and reforming, a CO 2 separator for separating CO 2 from the exhaust gas passing through a first heat exchanger provided downstream of the fuel reformer, and the first heat A second heat exchanger for heating the hot water supplied to the exchanger by using thermal energy of EGR gas and intake air sent from a compressor of the turbocharger, and reformed fuel sent from the fuel reformer wherein comprises a fuel supply device for supplying to the combustion chamber, supplying said water heated by the CO 2 separation and the second heat exchanger the separated CO 2 and in the apparatus to the fuel reforming apparatus, gas Fee CH 4 to an engine provided with a fuel reforming apparatus comprising a thermally decomposed into CO 2 and under CO and H 2 in the presence of the water.

【0012】前記燃料改質装置には,CH4 をCO2
2 Oとの存在のもとでCOとH2に熱分解するため,
Ru,Pt,Ni等の金属触媒が収容されている。
In the fuel reformer, CH 4 is thermally decomposed into CO and H 2 in the presence of CO 2 and H 2 O.
A metal catalyst such as Ru, Pt, and Ni is contained.

【0013】このエンジンは,前記CO2 分離装置を通
過した前記排気ガスの一部を前記ターボチャージャのコ
ンプレッサによって前記燃焼室に送り込むEGR装置を
備えている。
This engine is provided with an EGR device for sending a part of the exhaust gas passing through the CO 2 separation device to the combustion chamber by a compressor of the turbocharger.

【0014】このエンジンは,前記第1熱交換器で発生
した蒸気を前記タービンに送り込んで前記タービンの駆
動力をアップするものである。
This engine sends steam generated by the first heat exchanger to the turbine to increase the driving force of the turbine.

【0015】このエンジンは,前記CO2 分離装置を通
過した前記排気ガスとエアクリーナからの吸入空気とを
衝突させて発生した水滴を排除する水分離装置を備え,
前記水分離装置を通過したドライなEGRガスと吸入空
気とを前記ターボチャージャのコンプレッサによって前
記燃焼室に供給する。
This engine is provided with a water separator for eliminating water droplets generated by colliding the exhaust gas passing through the CO 2 separator with the intake air from the air cleaner.
The dry EGR gas and the intake air that have passed through the water separator are supplied to the combustion chamber by the compressor of the turbocharger.

【0016】このエンジンは,前記第2熱交換器に前記
水を供給すると共に前記第2熱交換器で加熱された熱水
を前記第1熱交換器と前記燃料改質装置に供給する水ポ
ンプを備えている。
The engine supplies the water to the second heat exchanger and supplies the hot water heated by the second heat exchanger to the first heat exchanger and the fuel reformer. It has.

【0017】このエンジンは,前記第2熱交換器から前
記燃焼室に供給される吸気から水分を分離する別の水分
離器が前記第2熱交換器の後流の吸気管に設けられてい
る。
In this engine, another water separator for separating moisture from intake air supplied from the second heat exchanger to the combustion chamber is provided in an intake pipe downstream of the second heat exchanger. .

【0018】このエンジンは,前記第2熱交換器から前
記燃料改質装置への水通路には第3熱交換器を有し,前
記第3熱交換器によって前記燃料改質装置からの改質燃
料が適正な温度に冷却されて前記燃焼室へ供給され,前
記第3熱交換器によって前記第2熱交換器からの水が加
熱されて前記燃料改質装置へ送り込まれる。
This engine has a third heat exchanger in a water passage from the second heat exchanger to the fuel reformer, and the reformer from the fuel reformer is operated by the third heat exchanger. Fuel is cooled to an appropriate temperature and supplied to the combustion chamber, and the water from the second heat exchanger is heated by the third heat exchanger and sent to the fuel reformer.

【0019】前記ターボチャージャは,前記タービンと
前記コンプレッサとを連結するシャフトに設けられた発
電・電動機を有する。
[0019] The turbocharger has a generator / motor provided on a shaft connecting the turbine and the compressor.

【0020】又は,この発明は,断熱構造の燃焼室から
排出される排気ガスを流す排気管に設けられた排気ガス
熱エネルギを利用してガス燃料を熱分解して改質する燃
料改質装置,前記燃料改質装置の後流に設けられた発電
機を備えたターボチャージャ,前記ターボチャージャの
後流に設けられた第1熱交換器を通過した前記排気ガス
からCO2 を分離するCO2 分離装置,及び前記第1熱
交換器へ供給する熱湯を前記ターボチャージャのコンプ
レッサから送り出されるEGRガスと吸入空気との圧縮
による熱エネルギを利用して水を加熱する第2熱交換
器,及び前記燃料改質装置から送り出される改質燃料を
前記燃焼室に供給する燃料供給装置を具備し,前記CO
2 分離装置で分離されたCO2 と前記第2熱交換器で加
熱された水とを前記燃料改質装置に供給し,ガス燃料の
CH4 をCO2 とH2 Oとの存在のもとでCOとH2
熱分解することから成る燃料改質装置を備えたエンジン
に関する。
Alternatively, the present invention provides a fuel reforming apparatus for thermally decomposing and reforming gaseous fuel using exhaust gas heat energy provided in an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from a combustion chamber having a heat insulating structure flows. , CO 2 separating the fuel reforming turbocharger with a generator provided on the downstream of the apparatus, CO 2 from the exhaust gas passing through the first heat exchanger provided on the downstream of the turbocharger A separator, and a second heat exchanger that heats the hot water supplied to the first heat exchanger by using heat energy generated by compression of EGR gas and intake air sent from the compressor of the turbocharger; and A fuel supply device for supplying reformed fuel sent from a fuel reformer to the combustion chamber;
(2 ) CO 2 separated by the separation device and water heated by the second heat exchanger are supplied to the fuel reformer, and CH 4 of the gaseous fuel is converted under the presence of CO 2 and H 2 O. The present invention relates to an engine provided with a fuel reforming apparatus which is configured to thermally decompose CO and H 2 in CO.

【0021】この燃料改質装置を備えたエンジンは,上
記のように構成されているので,燃料改質装置では,天
然ガスの主成分のCH4 がCO2 とH2 Oとの存在のも
とでCOとH2 に効率的に熱分解する。即ち,CH4
CO2 →2CO+2H2 及びCH4 +H2 O→CO+3
2 である。これらの改質燃料をポンプで吸引し,圧縮
して燃焼室へ送り込む。改質燃料のCO,H2 と天然ガ
スのCH4 との熱効率を対比すると次のとおりである。 CH4 +2O2 →CO2 +2H2 O+191,290 k
cal/kmol 2CO+2H2 +2O2 →2CO2 +2H2 O+25
0,580 kcal/kmol CO+3H2 +2O2 →CO2 +3H2 O+240,4
70 kcal/kmol ここで,CH4 にH2 Oを混合して改質するよりも,C
4 にCO2 を混合して改質する方が熱効率が有利であ
るが,燃焼室から排出される排気ガスから分離されるC
2 の流量を考慮すると,CH4 の改質では,CO2
2 O=2:1程度が現実的である。
The engine equipped with the fuel reformer, which is configured as described above, in the fuel reforming apparatus, also CH 4 of natural gas mainly composed of the presence of the CO 2 and H 2 O And thermally decompose to CO and H 2 efficiently. That is, CH 4 +
CO 2 → 2CO + 2H 2 and CH 4 + H 2 O → CO + 3
H 2 . These reformed fuels are sucked by a pump, compressed and sent to the combustion chamber. The thermal efficiency of the reformed fuel, CO, H 2, and the natural gas, CH 4 , is as follows. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 191,290 k
cal / kmol 2CO + 2H 2 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O + 25
0,580 kcal / kmol CO + 3H 2 + 2O 2 → CO 2 + 3H 2 O + 240,4
70 kcal / kmol Here, rather than mixing and reforming CH 4 with H 2 O,
Although reforming by mixing CO 2 with H 4 is advantageous in terms of thermal efficiency, C separated from exhaust gas discharged from the combustion chamber
Considering the flow rate of O 2 , in the reforming of CH 4 , CO 2 :
H 2 O = 2: 1 is practical.

【0022】また,このエンジンは,燃焼室へ再循環さ
せる排気ガスとターボチャージャから排出する排気ガス
とが有する熱エネルギで水を蒸気に変換し,発生した蒸
気をターボチャージャのタービンに送り込んでタービン
の回転力をアップするので,排気ガスの熱エネルギを蒸
気エネルギに変換して動力として回収してエネルギ回収
量を増大させることができ,エンジン効率がアップし,
熱効率を向上させることができる。
This engine converts water into steam by the thermal energy of the exhaust gas recirculated to the combustion chamber and the exhaust gas exhausted from the turbocharger, and sends the generated steam to the turbine of the turbocharger. Since the rotational force of the exhaust gas is increased, the heat energy of the exhaust gas is converted into steam energy and recovered as power, and the amount of energy recovery can be increased.
Thermal efficiency can be improved.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下,図面を参照して,この発明
による燃料改質装置を備えたエンジンの実施例を説明す
る。まず,図1を参照して,この発明による燃料改質装
置を備えたエンジンの一実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an engine having a fuel reformer according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, an embodiment of an engine provided with a fuel reformer according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0024】図1に示すように,エンジン1は,天然ガ
ス等のガス体を燃料とし,例えば,コージェネレーショ
ンシステムや自動車用エンジンに適用できるものであ
る。このエンジン1は,例えば,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
によってディーゼルサイクルで作動されるものであり,
定置式のコージェネレーションシステムにおける負荷変
動が小さいエンジンに適用することが好ましいものであ
る。エンジン1は,多気筒エンジンに構成され,各燃焼
室2からの排気ガスを排出するため排気マニホルド31
と,吸気管25を通じて燃焼室2へ吸気を供給するため
吸気マニホルド27とを備えている。吸気管25からの
吸入空気とEGRガスとは吸気マニホルド27を通じて
各気筒の燃焼室2へ供給され,各燃焼室2からの排気ガ
スは排気マニホルド31によって集合して排気管12へ
排出される。燃焼室2及び排気管12は,セラミック部
材,遮熱層等によって遮熱構造に構成されている。
As shown in FIG. 1, the engine 1 uses a gas such as natural gas as a fuel and can be applied to, for example, a cogeneration system or an automobile engine. The engine 1 has, for example, a suction stroke, a compression stroke,
It is operated in a diesel cycle by sequentially repeating four strokes of an expansion stroke and an exhaust stroke.
It is preferable to apply the present invention to an engine having a small load fluctuation in a stationary cogeneration system. The engine 1 is configured as a multi-cylinder engine, and has an exhaust manifold 31 for discharging exhaust gas from each combustion chamber 2.
And an intake manifold 27 for supplying intake air to the combustion chamber 2 through the intake pipe 25. The intake air from the intake pipe 25 and the EGR gas are supplied to the combustion chamber 2 of each cylinder through the intake manifold 27, and the exhaust gas from each combustion chamber 2 is collected by the exhaust manifold 31 and discharged to the exhaust pipe 12. The combustion chamber 2 and the exhaust pipe 12 are formed in a heat shielding structure by a ceramic member, a heat shielding layer, and the like.

【0025】エンジン1は,特に,燃焼室2から排出さ
れる排気ガスでターボチャージャ3のタービン20を駆
動して排気ガスエネルギを機械的に回収し,次いで,燃
料改質装置35によって排気ガスの熱エネルギを利用し
てCH4 をCO2 とH2 Oとの存在のもとでCOとH2
に熱分解して改質燃料にして化学的に回収し,更に熱交
換器4によって排気ガスの熱エネルギを回収することに
特徴を有している。また,エンジン1は,燃焼室2から
排出された排気ガスを流す排気系に設けられた一種のラ
ンキンサイクル(復水器を備えていない)で発生した蒸
気をターボチャージャ3のタービン20へ供給してター
ビン20の駆動力をアップすると共に,発電・電動機2
2とコンプレッサ21を駆動する排気ガスエネルギを回
収するエネルギ回収装置を有する(排気ガスエネルギの
機械的な回収)。エンジン1は,特に,排気ガス中から
分離したCO2 と排気ガスの熱エネルギで加熱して熱水
(H2 O)とを利用して排気ガスの熱エネルギによって
天然ガス等のガス燃料のCH4 を熱分解して熱効率をア
ップさせることを特徴とする(排気ガスエネルギの化学
的な回収)。ガス燃料は,燃料ポンプ47を備えた燃料
タンク40から混合室39を通じて燃料改質装置35に
供給される。更に,エンジン1は,排気ガスの一部をE
GRガスとして燃焼室2に再循環させるEGR装置を設
けている。
The engine 1 drives the turbine 20 of the turbocharger 3 with the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 to mechanically recover the exhaust gas energy. under CO and H 2 in the presence of a CH 4 CO 2 and H 2 O by utilizing thermal energy
It is characterized in that it is thermally decomposed into reformed fuel and chemically recovered, and further, the heat energy of the exhaust gas is recovered by the heat exchanger 4. The engine 1 supplies steam generated by a kind of Rankine cycle (not provided with a condenser) provided in an exhaust system through which exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 flows to the turbine 20 of the turbocharger 3. To increase the driving force of the turbine 20 and
2 and an energy recovery device for recovering exhaust gas energy for driving the compressor 21 (mechanical recovery of exhaust gas energy). In particular, the engine 1 is heated by CO 2 separated from the exhaust gas and the thermal energy of the exhaust gas and uses hot water (H 2 O) to generate CH 2 of a gas fuel such as natural gas by the thermal energy of the exhaust gas. It is characterized by improving thermal efficiency by thermally decomposing 4 (chemical recovery of exhaust gas energy). The gas fuel is supplied from the fuel tank 40 having the fuel pump 47 to the fuel reformer 35 through the mixing chamber 39. Further, the engine 1 uses a part of the exhaust gas as E
An EGR device that recirculates the GR gas to the combustion chamber 2 is provided.

【0026】この燃料改質装置を備えたエンジン1は,
主として,燃焼室2から排出される排気ガスを流す排気
管12に設けられたターボチャージャ3,ターボチャー
ジャ3のタービン20の後流に設けられ且つ排気ガス熱
エネルギを利用してガス燃料を熱分解して改質する燃料
改質装置35,燃料改質装置35の後流に設けられた熱
交換器4(第1熱交換器),熱交換器4を通過した排気
ガスからCO2 を分離するCO2 分離装置36,及び熱
交換器4へ供給する熱水を発生させる熱交換器5(第2
熱交換器),及び燃料改質装置35から送り出される改
質燃料を燃焼室2に供給する燃料供給装置(燃料ポンプ
38と燃料噴射ノズル46)を具備している。エンジン
1は,上記構成において,CO2 分離装置36で分離さ
れたCO 2 と熱交換器5で加熱された熱水とを燃料改質
装置35に供給し,ガス燃料のCH4 をCO2 とH2
との存在のもとでCOとH2 に熱分解するものである。
The engine 1 equipped with this fuel reformer is
Exhaust mainly for flowing exhaust gas discharged from the combustion chamber 2
Turbocharger 3, turbocharger provided in pipe 12
The exhaust gas heat provided downstream of the turbine 20 of the jaw 3
Fuel that reforms gas fuel by thermal decomposition using energy
The heat provided downstream of the reformer 35 and the fuel reformer 35
Exchanger 4 (first heat exchanger), exhaust gas passing through heat exchanger 4
From gas to COTwoTo separate COTwoSeparator 36 and heat
Heat exchanger 5 for generating hot water to be supplied to the heat exchanger 4 (second heat exchanger 5).
Heat exchanger), and the reformer delivered from the fuel reformer 35.
Supply device (fuel pump) for supplying high quality fuel to the combustion chamber 2
38 and a fuel injection nozzle 46). engine
1 is the CO 2 in the above configuration.TwoSeparated by the separation device 36
CO TwoAnd hot water heated by heat exchanger 5 for fuel reforming
Supplied to the device 35 and the gas fuel CHFourTo COTwoAnd HTwoO
CO and H in the presence ofTwoIs thermally decomposed into

【0027】燃料タンク40のCH4 を主成分とするガ
ス燃料は,燃料タンク40に設けた燃料ポンプ48によ
って燃料供給管42を通って混合室39に送り込まれ,
混合室39でCO2 とH2 Oと混合し,燃料改質装置3
5に送り込まれる。燃料改質装置35は,触媒熱交換器
から構成され,CH4 がCOとH2 とに改質され,改質
されたガス燃料は,燃料ポンプ38の作動によって燃料
供給管44を通って熱交換器37(第3熱交換器)に吸
い込まれ,熱交換器37で冷却されて燃料供給管45を
通ってそれぞれの燃焼室2へ供給される。また,ターボ
チャージャ3は,排気ガスで駆動されるタービン20,
タービン20を連結したシャフト23に取り付けられた
コンプレッサ21及びタービン20とコンプレッサ21
との間でシャフト23に設けられた発電・電動機22か
ら構成されている。発電・電動機22は,タービン20
の回転力を電力として取り出して排気ガスエネルギを電
気エネルギとして回収することができる。
The gas fuel mainly composed of CH 4 in the fuel tank 40 is fed into the mixing chamber 39 through the fuel supply pipe 42 by the fuel pump 48 provided in the fuel tank 40.
The CO 2 and H 2 O are mixed in the mixing chamber 39 and the fuel reformer 3
It is sent to 5. The fuel reformer 35 is formed of a catalytic heat exchanger, in which CH 4 is reformed into CO and H 2, and the reformed gaseous fuel passes through the fuel supply pipe 44 by the operation of the fuel pump 38. It is sucked into the exchanger 37 (third heat exchanger), cooled by the heat exchanger 37 and supplied to each combustion chamber 2 through the fuel supply pipe 45. Further, the turbocharger 3 includes a turbine 20 driven by exhaust gas,
Compressor 21 attached to shaft 23 connecting turbine 20 and turbine 20 and compressor 21
And a generator / motor 22 provided on the shaft 23. The generator / motor 22 is a turbine 20
And the exhaust gas energy can be recovered as electric energy.

【0028】水ポンプ9は,熱交換器5に水を供給する
と共に熱交換器5で加熱された熱水を熱交換器4と燃料
改質装置35に供給する機能を果たす。熱交換器5へ供
給される水は,水タンク,水道等の水源から水ポンプ9
によって水通路26を通じて熱交換器5に供給される。
熱交換器5では,水ポンプ9で送り込まれた水をターボ
チャージャ3のコンプレッサ21から送り出されるEG
Rガスと吸入空気との熱エネルギを利用して加熱する。
熱交換器5で発生した熱湯即ち熱水は,一部が水通路4
3を通って熱交換器37に送り込まれ,熱交換器37で
燃料改質装置35からの改質燃料を適正な温度に冷却す
る。熱交換器37で適正な温度に調節された改質燃料
は,燃料ポンプ38によって燃料噴射ノズル46から燃
焼室2へ送り込まれる。また,熱交換器5で発生した熱
湯即ち熱水はその残部が水通路24を通って水噴射ノズ
ル50によって噴霧して熱交換器4に送り込まれ,熱交
換器4で発生した蒸気は,蒸気通路19を通ってターボ
チャージャ3のタービン20に送り込んでタービン20
の駆動力をアップする機能を果たす。
The water pump 9 has a function of supplying water to the heat exchanger 5 and a function of supplying hot water heated by the heat exchanger 5 to the heat exchanger 4 and the fuel reformer 35. The water supplied to the heat exchanger 5 is supplied from a water source such as a water tank or a tap to a water pump 9.
Is supplied to the heat exchanger 5 through the water passage 26.
In the heat exchanger 5, the water fed by the water pump 9 is supplied to the EG sent from the compressor 21 of the turbocharger 3.
Heating is performed using the thermal energy of the R gas and the intake air.
Hot water generated by the heat exchanger 5, that is, hot water, is partially
Then, the fuel is sent to the heat exchanger 37 through the heat exchanger 3, and the reformed fuel from the fuel reformer 35 is cooled to an appropriate temperature by the heat exchanger 37. The reformed fuel adjusted to an appropriate temperature by the heat exchanger 37 is sent from the fuel injection nozzle 46 to the combustion chamber 2 by the fuel pump 38. The remaining hot water generated by the heat exchanger 5, ie, hot water, is sprayed by the water injection nozzle 50 through the water passage 24 and sent to the heat exchanger 4. The steam generated by the heat exchanger 4 is The gas is sent to the turbine 20 of the turbocharger 3 through the passage 19 and
Performs the function of increasing the driving force of the motor.

【0029】CO2 分離装置36は,例えば,分離膜等
によって構成され,熱交換器4を通過して温度が低下
(例えば,150℃)した排気ガスが送り込まれる。分
離膜は,排気ガス温度が150℃程度であれば,排気ガ
ス中に含まれるCO2 を分離することができ,分離して
得られたCO2 はCO2 供給管41を通じてガス燃料と
熱水が供給される混合室39へ送り込まれる。CO2
離装置36の後流の排気管14には,排気ガスの一部を
EGRガスとして燃焼室2へ供給するため,EGR制御
弁7が設けられている。EGR制御弁7は,排気ガスの
一部をEGRガスとしてEGRガス通路16を通じて水
分離装置8へ送り込み,排気ガスの残部を排気管15を
通じて外部へ放出する。
The CO 2 separation device 36 is constituted by, for example, a separation membrane or the like, and the exhaust gas whose temperature has decreased (for example, 150 ° C.) is sent through the heat exchanger 4. If the temperature of the exhaust gas is about 150 ° C., the separation membrane can separate CO 2 contained in the exhaust gas, and the separated CO 2 is supplied to the gas fuel and the hot water through a CO 2 supply pipe 41. Is supplied to the mixing chamber 39 to which is supplied. The exhaust pipe 14 downstream of the CO 2 separation device 36 is provided with an EGR control valve 7 for supplying a part of the exhaust gas to the combustion chamber 2 as EGR gas. The EGR control valve 7 sends a part of the exhaust gas as the EGR gas to the water separator 8 through the EGR gas passage 16 and discharges the rest of the exhaust gas to the outside through the exhaust pipe 15.

【0030】燃料改質装置35は,触媒熱交換器に構成
され,CH4 をCO2 とH2 Oとの存在のもとでCOと
2 に熱分解するため,Ru,Pt,Ni等の金属触媒
が収容されている。燃料改質装置35では,天然ガスの
主成分のCH4 がCO2 とH 2 Oとの存在のもとでCO
とH2 に効率的に熱分解する。即ち,CH4 +CO2
2CO+2H2 及びCH4 +H2 O→CO+3H2これ
らの改質燃料を燃料ポンプ38で吸引し,圧縮して燃焼
室2へ送り込む。天然ガスのCH4 をCO2 とH2 Oを
利用して排気ガスの熱エネルギを利用してCOとH2
の改質燃料に熱分解させる場合に,CH4 にH2 Oを混
合して改質するよりも,CH4 にCO2 を混合して改質
する方が熱効率が有利であるが,燃焼室2から排出され
る排気ガスから分離されるCO2 の絶対流量が不足する
ので,水源からの水を水ポンプ9によって熱交換器5及
び熱交換器37を通じて加熱して熱水として混合室39
に送り込み,H2 Oを利用する。従って,CH4 の熱分
解による改質では,CO2 とH2 Oとの比率は2対1程
度が現実的である。
The fuel reforming unit 35 is configured as a catalytic heat exchanger.
And CHFourTo COTwoAnd HTwoIn the presence of O and CO
HTwoMetal catalyst such as Ru, Pt, Ni etc.
Is housed. In the fuel reformer 35, natural gas
Main component CHFourIs COTwoAnd H TwoCO in the presence of O
And HTwoThermal decomposition efficiently. That is, CHFour+ COTwo
2CO + 2HTwoAnd CHFour+ HTwoO → CO + 3HTwothis
These reformed fuels are sucked by the fuel pump 38, compressed and burned.
Send to room 2. Natural gas CHFourTo COTwoAnd HTwoO
CO and H using heat energy of exhaust gasTwoWhen
When pyrolyzed to reformed fuelFourTo HTwoMix O
CH rather than reformingFourTo COTwoMixing and reforming
Is more advantageous in terms of thermal efficiency, but is discharged from the combustion chamber 2.
CO separated from exhaust gasTwoInsufficient absolute flow rate
Therefore, water from the water source is supplied to the heat exchanger 5 by the water pump 9.
Heating through a heat exchanger 37 to produce hot water as mixing water 39.
And send to HTwoUse O. Therefore, CHFourHeat
In solution reforming, COTwoAnd HTwoThe ratio with O is about 2 to 1.
The degree is realistic.

【0031】エンジン1に設けたEGR装置は,CO2
分離装置36を通過した排気ガスの一部をEGRガスと
してターボチャージャ3のコンプレッサ21によって燃
焼室2に送り込むものであり,CO2 分離装置36を通
過した排気ガスとエアクリーナ28から吸気管17を通
じて吸入空気とを衝突させて発生した水滴を排除する水
分離装置8を備えている。水分離装置8を通過したドラ
イなEGRガスと吸入空気とは,ターボチャージャ3の
コンプレッサ21によって熱交換器5へ供給され,熱交
換器5で冷却されて燃焼室2へ供給される。
The EGR device provided in the engine 1 is a CO 2 device.
A part of the exhaust gas passing through the separator 36 is sent as EGR gas into the combustion chamber 2 by the compressor 21 of the turbocharger 3, and is sucked from the exhaust gas passing through the CO 2 separator 36 and the air cleaner 28 through the intake pipe 17. A water separation device 8 is provided to eliminate water droplets generated by colliding with air. The dry EGR gas and the intake air that have passed through the water separator 8 are supplied to the heat exchanger 5 by the compressor 21 of the turbocharger 3, cooled by the heat exchanger 5, and supplied to the combustion chamber 2.

【0032】エンジン1では,EGR制御弁7からの排
気ガスの一部をEGRガスとしてターボチャージャ3の
コンプレッサ21に送り込むため,EGR制御弁7から
延びるEGRガス通路16がコンプレッサ21へ吸入空
気を供給する吸気管17に連結され,EGRガス通路1
6と吸気管17との合流部に水分離装置8が設けられて
いる。吸入空気は,エアクリーナ28を通じて水分離装
置8へ供給され,水分離装置8でEGRガスと混合さ
れ,水分が除去されたガスを吸気として燃焼室2へ供給
され,水分はドレン管33から外部へ排水されるように
なる。更に,コンプレッサ21から送り出されるEGR
ガスと吸入空気との吸気は,熱交換器5で冷却され,そ
れによって飽和水蒸気圧が低下し,若干の水分が発生す
るので,その水分が水分離装置11で分離され,冷却さ
れ且つ水分が分離されたドライな吸気が吸気マニホルド
27からそれぞれの燃焼室2へ供給され,水分はドレン
管34から外部へ排水される。場合によっては,ドレン
管33,34から排水される水は,水分離装置8,11
の外側に散水して水分離装置8,11を冷却するのに利
用することもできる。
In the engine 1, since a part of the exhaust gas from the EGR control valve 7 is sent as EGR gas to the compressor 21 of the turbocharger 3, the EGR gas passage 16 extending from the EGR control valve 7 supplies intake air to the compressor 21. And the EGR gas passage 1
A water separation device 8 is provided at the junction of the intake pipe 6 and the intake pipe 17. The intake air is supplied to the water separation device 8 through the air cleaner 28, mixed with the EGR gas in the water separation device 8, and supplied to the combustion chamber 2 using the gas from which moisture has been removed as intake air. It will be drained. Furthermore, the EGR sent out from the compressor 21
The intake air of the gas and the intake air is cooled by the heat exchanger 5, thereby lowering the saturated steam pressure and generating a small amount of water. The water is separated by the water separator 11, cooled, and cooled. The separated dry intake air is supplied from the intake manifold 27 to each of the combustion chambers 2, and the water is drained from the drain pipe 34 to the outside. In some cases, the water discharged from the drain pipes 33 and 34 is supplied to the water separation devices 8 and 11.
Can be used to cool the water separators 8 and 11 by spraying water to the outside.

【0033】また,エンジン1に設けられたEGR装置
は,熱交換器4の後流の排気管14に設けられたEGR
制御弁7によってエンジン1の作動状態に応じて排気ガ
ス流量が制御されるように構成されている。エンジン1
には,エンジン負荷を検出する負荷センサ29,エンジ
ン回転数を検出する回転センサ30及び排気ガス温度を
検出する温度センサ32が設けられている。コントロー
ラ10は,負荷センサ29,回転センサ30及び温度セ
ンサ32からの検出信号に応じて排気ガス流量が制御さ
れると共に,熱交換器4,5へ供給する水流量を水ポン
プ9を制御することで制御され,最適なエネルギ回収シ
ステムを構成することができる。EGR制御弁7からE
GRガス通路16に送り込まれた排気ガスは,水分離装
置8によって水分が分離されると共に,エアクリーナ2
8から取り入れられた吸入空気と混合されて吸気を生成
する。
The EGR device provided in the engine 1 is provided with an EGR device provided in an exhaust pipe 14 downstream of the heat exchanger 4.
The exhaust gas flow rate is controlled by the control valve 7 in accordance with the operating state of the engine 1. Engine 1
Are provided with a load sensor 29 for detecting an engine load, a rotation sensor 30 for detecting an engine speed, and a temperature sensor 32 for detecting an exhaust gas temperature. The controller 10 controls the flow rate of water supplied to the heat exchangers 4 and 5 by controlling the water pump 9 while controlling the flow rate of exhaust gas in accordance with detection signals from the load sensor 29, the rotation sensor 30 and the temperature sensor 32. And an optimal energy recovery system can be configured. EGR control valve 7 to E
The exhaust gas sent into the GR gas passage 16 is separated from the water by the water separator 8 and the air cleaner 2.
The air is mixed with the intake air taken in from 8 to generate intake air.

【0034】熱交換器5から水通路24を通って水噴射
ノズル50によって噴霧して熱交換器4へ送り込まれた
熱水は,熱交換器4において排気ガスの熱エネルギで加
熱されて高温蒸気に変換される。熱交換器4で生成され
た高温蒸気は,蒸気通路19を通って制御弁6によって
蒸気流量が制御されて排気管12へ送り込まれる。排気
管12へ送り込まれた高温蒸気は,燃焼室2からの排気
ガスと混合され,ターボチャージャ3のタービン20に
働き,タービン20の駆動力をアップする。言い換えれ
ば,熱交換器5で加熱された水は,更に熱交換器4で加
熱されて高温蒸気となり,その蒸気エネルギは,タービ
ン20に与えられ,エネルギ回収装置の一部を構成して
いる。また,コントローラ10は,発電・電動機22の
発電機運転によって発電した電力を補機で消費したり,
或いはバッテリに蓄電する制御を行う。コントローラ1
0は,場合によっては,発電・電動機22を電動機運転
し,バッテリに蓄電した電力を使用してコンプレッサ2
1による過給等を行う制御をする。
Hot water sprayed from the heat exchanger 5 through the water passage 24 by the water injection nozzle 50 and sent to the heat exchanger 4 is heated by the heat energy of the exhaust gas in the heat exchanger 4 to generate high-temperature steam. Is converted to The high-temperature steam generated in the heat exchanger 4 passes through the steam passage 19 and is sent to the exhaust pipe 12 with the steam flow controlled by the control valve 6. The high-temperature steam sent to the exhaust pipe 12 is mixed with the exhaust gas from the combustion chamber 2 and acts on the turbine 20 of the turbocharger 3 to increase the driving force of the turbine 20. In other words, the water heated by the heat exchanger 5 is further heated by the heat exchanger 4 to become high-temperature steam, and the steam energy is given to the turbine 20 to constitute a part of an energy recovery device. In addition, the controller 10 consumes the power generated by the generator operation of the generator / motor 22 with the auxiliary machine,
Alternatively, control for storing power in the battery is performed. Controller 1
0 indicates that the generator / motor 22 is operated as a motor, and the compressor 2 is operated using the electric power stored in the battery.
The control for supercharging or the like by the control unit 1 is performed.

【0035】熱交換器4,5及び37は,それらの構造
を詳細に示していないが,例えば,内部に多孔質セラミ
ック部材等の熱接触面積を増大させる構造を有してい
る。また,発電・電動機22で発電された電力は,バッ
テリに蓄電されたり,補機を駆動するのに消費される。
エンジン1では,熱交換器4,5で加熱された水は,高
温蒸気に変換され,タービン20を駆動し,排気ガス中
に含まれた状態で排気管15から排出されると共に,水
分離装置8,11で蒸気や吸気から分離されてドレン管
33,34から外部に排出されるので,このランキンサ
イクルは復水器を備えておらず,構造が簡素化されてい
る。
Although the heat exchangers 4, 5, and 37 do not show their structures in detail, they have, for example, a structure in which the heat contact area of a porous ceramic member or the like is increased. Further, the electric power generated by the electric generator / motor 22 is stored in a battery or consumed for driving an auxiliary machine.
In the engine 1, the water heated by the heat exchangers 4 and 5 is converted into high-temperature steam, which drives the turbine 20 and is discharged from the exhaust pipe 15 while being included in the exhaust gas. Since it is separated from the steam and the intake air at 8 and 11 and discharged to the outside from the drain pipes 33 and 34, this Rankine cycle does not have a condenser and the structure is simplified.

【0036】次に,図2を参照して,この発明による燃
料改質装置を備えたエンジンの別の実施例を説明する。
図2に示す実施例は,図1に示す実施例と比較して燃料
改質装置35がターボチャージャ3の上流側に配列され
ている点が相違する以外は,同様な構成及び同様な機能
を有するので,同様な部品には同一符号を付し,ここで
は重複する説明を省略する。この実施例では,エンジン
1から排出される排気ガスが通過する排気管12に最初
に燃料改質装置35が配設され,後流の排気管13にタ
ーボチャージャ3が配設されているので,排気ガスがタ
ーボチャージャ3を駆動する前に,排気ガス熱エネルギ
がガス燃料の熱分解に最も有効に作用することができ
る。
Next, another embodiment of the engine provided with the fuel reformer according to the present invention will be described with reference to FIG.
The embodiment shown in FIG. 2 has the same configuration and the same function except that the fuel reformer 35 is arranged upstream of the turbocharger 3 as compared with the embodiment shown in FIG. Therefore, the same reference numerals are given to the same components, and the duplicate description will be omitted here. In this embodiment, the fuel reformer 35 is first disposed in the exhaust pipe 12 through which the exhaust gas discharged from the engine 1 passes, and the turbocharger 3 is disposed in the exhaust pipe 13 downstream. Before the exhaust gas drives the turbocharger 3, the exhaust gas thermal energy can most effectively affect the pyrolysis of the gaseous fuel.

【0037】[0037]

【発明の効果】この発明による燃料改質装置を備えたエ
ンジンは,上記のように構成されているので,ターボチ
ャージャでタービンを駆動した排気ガスの熱エネルギを
利用して燃料改質装置でガス燃料を改質して熱効率をア
ップし,更に,熱交換器で回収した排気ガスの熱エネル
ギをタービンを駆動して回収して熱効率を向上し,排気
ガスの一部をEGRガスとして燃焼室に供給し,NOX
の発生を低減する。即ち,このエンジンは,第1熱交換
器で熱エネルギが回収された排気ガスの一部はEGRガ
スとしてコンプレッサで過給され,更にEGRガスと吸
入空気とから成る吸気が第2熱交換器で更に冷却され,
燃焼室に多量のEGRガスを供給でき,NOX の発生を
低減できる。このエンジンは,特に,燃焼室にEGRガ
スを多量に供給するので,燃料が高圧縮比であってもデ
ィーゼル着火が可能になり,エンジン性能をアップで
き,NOX の生成が抑制される。しかも,このエンジン
は,排気ガス中のCO2 はCO2 分離装置で分離されて
ガス燃料の改質に利用されるので,外部へ排出されるC
2 は,一般のエンジンに比較して1/3程度に低減さ
れる。
Since the engine provided with the fuel reformer according to the present invention is constructed as described above, the fuel reformer utilizes the heat energy of the exhaust gas driven by the turbine by the turbocharger. The thermal efficiency is improved by reforming the fuel, and the thermal energy of the exhaust gas recovered by the heat exchanger is recovered by driving the turbine to improve the thermal efficiency. Part of the exhaust gas is converted into EGR gas to the combustion chamber. Supply and NO X
The occurrence of is reduced. That is, in this engine, a part of the exhaust gas from which the heat energy is recovered in the first heat exchanger is supercharged by the compressor as EGR gas, and the intake air composed of the EGR gas and the intake air is further supplied to the second heat exchanger. Further cooled,
Can supply a large amount of EGR gas into the combustion chamber, it is possible to reduce the occurrence of NO X. In this engine, particularly, a large amount of EGR gas is supplied to the combustion chamber, so that even if the fuel has a high compression ratio, diesel ignition can be performed, engine performance can be improved, and generation of NO X can be suppressed. Moreover, in this engine, since CO 2 in the exhaust gas is separated by the CO 2 separation device and used for reforming the gaseous fuel, the C
O 2 is reduced to about 1/3 as compared with a general engine.

【0038】また,第1と第2の熱交換器で加熱された
水は高温蒸気になってターボチャージャのタービンを駆
動するエネルギとして回収され,タービンの駆動力は発
電・電動機による発電として電力エネルギに変換される
と共に,コンプレッサを作動するのに消費され,排気ガ
スエネルギは有効に回収され,熱効率を向上できる。更
に,このエンジンでは,コントローラによってEGRガ
ス流量がエンジンの作動状態で制御され,排気ガス温度
に応じて第2熱交換器へ送り込まれる水流量が制御さ
れ,極めて適正なエネルギ回収装置を提供することがで
きる。また,このエンジンは,燃料改質装置及び熱交換
器によって排気ガスの熱エネルギが回収されるので,従
来のような回収タービンによって発生する背圧による損
失がなく,また,有効に排気ガスの熱エネルギが回収さ
れるので,燃費を低減することができる。
The water heated by the first and second heat exchangers is converted into high-temperature steam and recovered as energy for driving the turbocharger turbine, and the driving force of the turbine is generated by the electric power generated by the generator / motor. And is consumed to operate the compressor, the exhaust gas energy is effectively recovered and the thermal efficiency can be improved. Further, in this engine, an EGR gas flow rate is controlled by a controller in an operation state of the engine, and a water flow rate sent to the second heat exchanger is controlled in accordance with the exhaust gas temperature, thereby providing an extremely appropriate energy recovery device. Can be. Further, in this engine, since the heat energy of the exhaust gas is recovered by the fuel reformer and the heat exchanger, there is no loss due to the back pressure generated by the conventional recovery turbine, and the heat of the exhaust gas is effectively reduced. Since energy is recovered, fuel efficiency can be reduced.

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

【図1】この発明による燃料改質装置を備えたエンジン
の一実施例を示す概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of an engine provided with a fuel reformer according to the present invention.

【図2】この発明による燃料改質装置を備えたエンジン
の別の実施例を示す概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the engine provided with the fuel reforming apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン 2 燃焼室 3 ターボチャージャ 4 熱交換器(第1熱交換器) 5 熱交換器(第2熱交換器) 6 制御弁 7 EGR制御弁 8,11 水分離装置 9 水ポンプ 10 コントローラ 12,13,14,15 排気管 16 EGRガス通路 17,18,25 吸気管 19 蒸気通路 20 タービン 21 コンプレッサ 22 発電・電動機 24,26,43 水通路 35 燃料改質装置 36 CO2 分離装置 37 熱交換器(第3熱交換器) 39 混合室 40 燃料タンク 41 CO2 供給管 42,44,45 燃料供給管 46 燃料噴射ノズルDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Combustion chamber 3 Turbocharger 4 Heat exchanger (1st heat exchanger) 5 Heat exchanger (2nd heat exchanger) 6 Control valve 7 EGR control valve 8, 11 Water separation device 9 Water pump 10 Controller 12, 13, 14, 15 exhaust pipe 16 EGR gas passage 17,18,25 intake pipe 19 steam passage 20 turbine 21 compressor 22 motor-generator 24,26,43 water passage 35 fuel reformer 36 CO 2 separation device 37 heat exchanger (Third heat exchanger) 39 mixing chamber 40 fuel tank 41 CO 2 supply pipe 42, 44, 45 fuel supply pipe 46 fuel injection nozzle

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室から排出される排気ガスを流す排
気管に設けられたターボチャージャ,前記ターボチャー
ジャのタービンの後流に設けられ且つ排気ガス熱エネル
ギを利用してガス燃料を熱分解して改質する燃料改質装
置,前記燃料改質装置の後流に設けられた第1熱交換器
を通過した前記排気ガスからCO2 を分離するCO2
離装置,及び前記第1熱交換器へ供給する熱湯を前記タ
ーボチャージャのコンプレッサから送り出されるEGR
ガスと吸入空気との圧縮による熱エネルギを利用して水
を加熱する第2熱交換器,及び前記燃料改質装置から送
り出される改質燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給装
置を具備し,前記CO2分離装置で分離されたCO2
前記第2熱交換器で加熱された水とを前記燃料改質装置
に供給し,ガス燃料のCH4 をCO2 とH2 Oとの存在
のもとでCOとH 2 に熱分解することから成る燃料改質
装置を備えたエンジン。
An exhaust gas through which exhaust gas discharged from a combustion chamber flows.
A turbocharger installed in the trachea, said turbocharger
Exhaust gas thermal energy installed downstream of the turbine
Fuel reformer that reforms gas fuel by pyrolysis using gas
, A first heat exchanger provided downstream of the fuel reformer
From the exhaust gas passing throughTwoTo separate COTwoMinute
Hot water supplied to the separation device and the first heat exchanger.
-EGR sent out from the compressor of the booster
Utilizes thermal energy from the compression of gas and intake air to produce water
Heat from the second heat exchanger and the fuel reformer.
Fuel supply device for supplying the reformed fuel discharged to the combustion chamber
And the COTwoCO separated by the separation deviceTwoWhen
The water heated by the second heat exchanger and the fuel reformer
To the gas fuel CHFourTo COTwoAnd HTwoExistence with O
CO and H under the TwoReforming consisting of pyrolysis into coal
Engine with equipment.
【請求項2】 前記燃料改質装置には,CH4 をCO2
とH2 Oとの存在のもとでCOとH2 に熱分解するた
め,Ru,Pt,Ni等の金属触媒が収容されているこ
とから成る請求項1に記載の燃料改質装置を備えたエン
ジン。
2. The fuel reformer has a structure in which CH 4 is CO 2.
Provided with for thermally decomposed under CO and H 2 in the presence of H 2 O, Ru, Pt, a fuel reforming apparatus according to claim 1 which consists of a metal catalyst such as Ni are accommodated Engine.
【請求項3】 前記CO2 分離装置を通過した前記排気
ガスの一部を前記ターボチャージャのコンプレッサによ
って前記燃焼室に送り込むEGR装置を備えていること
から成る請求項1に記載の燃料改質装置を備えたエンジ
ン。
3. The fuel reformer according to claim 1, further comprising an EGR device for feeding a part of the exhaust gas passing through the CO 2 separation device to the combustion chamber by a compressor of the turbocharger. With an engine.
【請求項4】 前記第1熱交換器で発生した蒸気を前記
タービンに送り込んで前記タービンの駆動力をアップす
ることから成る請求項1に記載の燃料改質装置を備えた
エンジン。
4. The engine provided with the fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein the steam generated in the first heat exchanger is sent to the turbine to increase the driving force of the turbine.
【請求項5】 前記CO2 分離装置を通過した前記排気
ガスとエアクリーナからの吸入空気とを衝突させて発生
した水滴を排除する水分離装置を備え,前記水分離装置
を通過したドライなEGRガスと吸入空気とを前記ター
ボチャージャのコンプレッサによって前記燃焼室に供給
することから成る請求項1に記載の燃料改質装置を備え
たエンジン。
5. A dry EGR gas passing through the water separation device, further comprising a water separation device for eliminating water droplets generated by colliding the exhaust gas passing through the CO 2 separation device with intake air from an air cleaner. An engine provided with a fuel reforming apparatus according to claim 1, comprising supplying air and intake air to the combustion chamber by a compressor of the turbocharger.
【請求項6】 前記第2熱交換器に前記水を供給すると
共に前記第2熱交換器で加熱された熱水を前記第1熱交
換器と前記燃料改質装置に供給する水ポンプを備えてい
ることから成る請求項1に記載の燃料改質装置を備えた
エンジン。
6. A water pump that supplies the water to the second heat exchanger and supplies hot water heated by the second heat exchanger to the first heat exchanger and the fuel reformer. An engine provided with the fuel reformer according to claim 1, comprising:
【請求項7】 前記第2熱交換器から前記燃焼室に供給
される吸気から水分を分離する別の水分離器が前記第2
熱交換器の後流の吸気管に設けられていることから成る
請求項1に記載のエネルギ回収装置を備えたエンジン。
7. A separate water separator for separating moisture from intake air supplied from the second heat exchanger to the combustion chamber.
The engine provided with the energy recovery device according to claim 1, wherein the engine is provided in an intake pipe downstream of the heat exchanger.
【請求項8】 前記第2熱交換器から前記燃料改質装置
への水通路には第3熱交換器が設けられ,前記第3熱交
換器によって前記燃料改質装置からの改質燃料が適正な
温度に冷却されて前記燃焼室へ供給され,前記第3熱交
換器によって前記第2熱交換器からの水が加熱されて前
記燃料改質装置へ送り込まれることから成る請求項1に
記載のエネルギ回収装置を備えたエンジン。
8. A third heat exchanger is provided in a water passage from the second heat exchanger to the fuel reformer, and reformed fuel from the fuel reformer is supplied by the third heat exchanger. 2. The fuel reformer according to claim 1, wherein the fuel is cooled to an appropriate temperature and supplied to the combustion chamber, and the water from the second heat exchanger is heated by the third heat exchanger and sent to the fuel reformer. With an energy recovery device.
【請求項9】 前記ターボチャージャは,前記タービン
と前記コンプレッサとを連結するシャフトに設けられた
発電・電動機を有することから成る請求項1に記載のエ
ネルギ回収装置を備えたエンジン。
9. The engine according to claim 1, wherein the turbocharger includes a generator / motor provided on a shaft connecting the turbine and the compressor.
【請求項10】 断熱構造の燃焼室から排出される排気
ガスを流す排気管に設けられた排気ガス熱エネルギを利
用してガス燃料を熱分解して改質する燃料改質装置,前
記燃料改質装置の後流に設けられた発電機を備えたター
ボチャージャ,前記ターボチャージャの後流に設けられ
た第1熱交換器を通過した前記排気ガスからCO2 を分
離するCO2 分離装置,及び前記第1熱交換器へ供給す
る熱湯を前記ターボチャージャのコンプレッサから送り
出されるEGRガスと吸入空気との圧縮による熱エネル
ギを利用して水を加熱する第2熱交換器,及び前記燃料
改質装置から送り出される改質燃料を前記燃焼室に供給
する燃料供給装置を具備し,前記CO2 分離装置で分離
されたCO2 と前記第2熱交換器で加熱された水とを前
記燃料改質装置に供給し,ガス燃料のCH4 をCO2
2 Oとの存在のもとでCOとH2 に熱分解することか
ら成る燃料改質装置を備えたエンジン。
10. A fuel reformer for thermally decomposing and reforming gaseous fuel using exhaust gas thermal energy provided in an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from a combustion chamber having an adiabatic structure is provided. turbocharger with a generator provided on the downstream of the quality system, CO 2 separating device for separating CO 2 from the exhaust gas passing through the first heat exchanger provided on the downstream of the turbocharger, and A second heat exchanger for heating the hot water to be supplied to the first heat exchanger by using heat energy generated by compression of EGR gas and intake air sent from a compressor of the turbocharger, and the fuel reformer reformed fuel comprises a fuel supply device for supplying to the combustion chamber, the CO 2 separation the fuel reformer has been the water heating are separated in the apparatus was CO 2 and in the second heat exchanger fed from Supply to , Engine with a fuel reforming apparatus comprising a thermal decomposition in under CO and H 2 in the presence of a CH 4 gas fuel and CO 2 and H 2 O.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6571747B1 (en) * 1999-03-26 2003-06-03 Michael Prestel Method and device for producing energy or methanol
CN1313297C (en) * 2005-07-20 2007-05-02 江苏大学 Gasifying device for recycling biomass for engine exhaust
KR101281647B1 (en) * 2010-07-06 2013-07-03 삼성중공업 주식회사 Vessel provided with eco-friendly engine system
AT513052A4 (en) * 2012-10-24 2014-01-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Combustion engine reformer plant
CN106321203A (en) * 2016-09-20 2017-01-11 哈尔滨工业大学 Steam reforming chemically recuperated internal combustion engine
JP7473057B1 (en) 2023-05-30 2024-04-23 いすゞ自動車株式会社 Internal combustion engine

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6571747B1 (en) * 1999-03-26 2003-06-03 Michael Prestel Method and device for producing energy or methanol
CN1313297C (en) * 2005-07-20 2007-05-02 江苏大学 Gasifying device for recycling biomass for engine exhaust
KR101281647B1 (en) * 2010-07-06 2013-07-03 삼성중공업 주식회사 Vessel provided with eco-friendly engine system
AT513052A4 (en) * 2012-10-24 2014-01-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Combustion engine reformer plant
AT513052B1 (en) * 2012-10-24 2014-01-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Combustion engine reformer plant
DE102013016443A1 (en) 2012-10-24 2014-04-24 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Combustion engine reformer plant
US9140180B2 (en) 2012-10-24 2015-09-22 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Internal combustion engine reformer installation
DE102013016443B4 (en) * 2012-10-24 2016-01-07 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Combustion engine reformer plant
CN106321203A (en) * 2016-09-20 2017-01-11 哈尔滨工业大学 Steam reforming chemically recuperated internal combustion engine
JP7473057B1 (en) 2023-05-30 2024-04-23 いすゞ自動車株式会社 Internal combustion engine

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