JP2002221098A - Gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系燃料を
燃料改質器で改質した後、この改質後の燃料を燃焼室に
向けて供給するガスエンジンに係る。特に、本発明は燃
料転化率の向上を図るための対策に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas engine in which a hydrocarbon fuel is reformed by a fuel reformer and the reformed fuel is supplied to a combustion chamber. In particular, the present invention relates to measures for improving the fuel conversion rate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、ガスエンジンの一形態とし
て、炭化水素系燃料（ＣmＨn）を燃料改質器で改質する
ことにより、発熱量の大きな燃料を得て、エンジンの熱
効率の向上を図るようにしたものが知られている。BACKGROUND ART Conventionally, as one form of a gas engine, by modifying at hydrocarbon fuel (C m H n) fuel reformer to obtain a large fuel heating value, of the engine thermal efficiency There is a known improvement.
【０００３】図６は、この種のガスエンジンによって発
電を行う発電システムの概略構成を示すブロック図であ
る。この図に示すように、本ガスエンジンは、エンジン
本体ａから延びる出力軸ａ１が発電機ｂに接続されてお
り、この出力軸ａ１の回転駆動力によって発電機ｂによ
る発電を行わせるようになっている。FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a power generation system that generates power by using this type of gas engine. As shown in this figure, in the present gas engine, an output shaft a1 extending from an engine main body a is connected to a generator b, and the generator b generates electric power by the rotational driving force of the output shaft a1. ing.
【０００４】また、ガスエンジンの吸気系は、空気供給
系と燃料供給系とから成っており、空気供給系から供給
される空気と燃料供給系から供給される燃料との混合気
が燃焼室に供給されてエンジン本体ａが駆動するように
なっている。[0004] The intake system of a gas engine comprises an air supply system and a fuel supply system, and a mixture of air supplied from the air supply system and fuel supplied from the fuel supply system is supplied to the combustion chamber. The supplied engine body a is driven.
【０００５】空気供給系は、過給機（コンプレッサ）ｃ
及びインタクーラｄを備えている。つまり、この過給機
ｃによって空気を圧縮した後、この空気をインタクーラ
ｄで冷却することにより、高密度の空気を燃焼室に向け
て供給できるようになっている。尚、上記過給機ｃは、
排気ガスが流れる排気管ｅに設けられたタービンｆの出
力軸ｆ１に直結されており、タービンｆの回転出力を受
けて空気を圧縮する。The air supply system includes a supercharger (compressor) c.
And an intercooler d. That is, after the air is compressed by the supercharger c, the air is cooled by the intercooler d, whereby high-density air can be supplied to the combustion chamber. The supercharger c is:
It is directly connected to an output shaft f1 of a turbine f provided in an exhaust pipe e through which exhaust gas flows, and compresses air by receiving the rotation output of the turbine f.
【０００６】一方、燃料供給系は、燃料改質器ｇ、排熱
ボイラｈ、脱硫装置ｉ、タンクｊを備えている。この燃
料供給系では、炭化水素系燃料（ＣmＨn）と水蒸気（Ｈ
2Ｏ）とを燃料改質器ｇ内で吸熱反応させることによっ
て燃料組成を変化させ、これによって、元の炭化水素系
燃料よりも発熱量が大きな燃料が得られるようにしてい
る。また、この吸熱反応に必要な熱エネルギは排気管ｅ
を流れる排気ガスから得るようになっている。On the other hand, the fuel supply system includes a fuel reformer g, a waste heat boiler h, a desulfurizer i, and a tank j. In this fuel supply system, the hydrocarbon-based fuel (C m H n) and water vapor (H
The composition of the fuel is changed by causing an endothermic reaction with 2O) in the fuel reformer g, thereby obtaining a fuel having a larger calorific value than the original hydrocarbon-based fuel. The heat energy required for this endothermic reaction is exhaust pipe e.
From the exhaust gas that flows through it.
【０００７】具体的には、先ず、炭化水素系燃料は硫黄
分を含んでいるため、脱硫装置ｉによってこの硫黄分を
除去し、この硫黄分が除去された後の炭化水素系燃料が
燃料改質器ｇに供給される。尚、燃料改質器ｇの触媒
（金属（Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，
Ｃｏ，Ｆｅ）、アルカリ炭酸塩（Ｋ2ＣＯ3）、塩基性酸
化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｋ2Ｏ）、石炭等の鉱物質（Ｆ
ｅＳ2）等）は、硫黄（消化ガスやバイオガス中の硫化
水素、都市ガスの付臭剤、石油系燃料の硫黄分など）に
よる被毒の虞があり、これを回避するために上記脱硫装
置ｉ及びこの脱硫装置ｉに水添脱硫を行わせるための水
素を供給する水素ボンベｋが必要である。一方、排熱ボ
イラｈでは、排気管ｅを流れる排気ガスの熱量を利用し
て水蒸気が発生しており、この水蒸気が燃料改質器ｇに
供給される。また、燃料改質器ｇには排気ガスの熱エネ
ルギを取得するための図示しない熱交換器が備えられて
いる。これにより、燃料改質器ｇの内部では以下の吸熱
反応が行われる。More specifically, first, since the hydrocarbon fuel contains sulfur, the sulfur is removed by the desulfurization device i, and the hydrocarbon fuel after the removal of the sulfur is converted into a fuel. It is supplied to the porcelain g. The catalyst (metal (Rh, Ru, Ni, Ir, Pd, Pt, Re,
Co, Fe), alkali carbonates (K 2 CO 3 ), basic oxides (MgO, CaO, K 2 O), minerals such as coal (F
eS 2 ) etc. may be poisoned by sulfur (hydrogen sulfide in digestion gas or biogas, odorant of city gas, sulfur content of petroleum fuel, etc.). A device i and a hydrogen cylinder k for supplying hydrogen for causing the desulfurization device i to perform hydrodesulfurization are required. On the other hand, in the exhaust heat boiler h, steam is generated using the calorific value of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe e, and the steam is supplied to the fuel reformer g. Further, the fuel reformer g is provided with a heat exchanger (not shown) for obtaining thermal energy of the exhaust gas. As a result, the following endothermic reaction takes place inside the fuel reformer g.
【０００８】 ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2 …（１） 炭化水素系燃料がメタン（ｍ＝１、ｎ＝４）である場合
には以下の吸熱反応となる。C m H n + mH 2 O → mCO + (n / 2 + m) H 2 (1) When the hydrocarbon fuel is methane (m = 1, n = 4), the following endothermic reaction occurs.
【０００９】 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 …（２） このような反応が行われた場合、改質後の燃料の発熱量
は元の炭化水素系燃料よりも大幅に上昇し（例えば２５
％程度上昇する）、これによって熱効率（発電機出力／
供給燃料ＣmＨn）の向上を図ることが可能な燃料が得ら
れることになる。CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (2) When such a reaction is performed, the calorific value of the reformed fuel is significantly higher than that of the original hydrocarbon-based fuel (for example, 25%).
% Increase), which results in thermal efficiency (generator output /
So that fuel which can improve the fuel supply C m H n) is obtained.
【００１０】そして、改質後の燃料は、一旦タンクｊに
貯蔵され、このタンクｊに内蔵された図示しない除湿器
で余分な残留Ｈ2Ｏが取り除かれた後、上記空気供給系
から供給された空気と混合されて燃焼室に供給される。[0010] The reformed fuel is temporarily stored in a tank j, and after excess H 2 O is removed by a dehumidifier (not shown) built in the tank j, the fuel is supplied from the air supply system. Mixed with air and supplied to the combustion chamber.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記排気管
ｅを流れる排気ガスの温度は、４００℃〜５００℃程度
であり、燃料改質器ｇの内部での上記吸熱反応を良好に
行うために必要な熱エネルギを取得できるほどの温度に
は至っていないのが実情である。図３の曲線Ｂは、この
従来例における排ガス温度とメタン転化率との関係を示
している。この図のように、排ガス温度が５００℃程度
である場合、従来の改質方法では、メタン転化率は１５
％程度しか得られておらず、改質後の燃料の発熱量を大
幅に増大させるには至っていなかった。つまり、従来の
構成において、メタン転化率を８０％程度の高い値にす
るためには排ガス温度としては７００℃程度が必要であ
った。However, the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe e is about 400.degree. C. to 500.degree. C., so that the endothermic reaction inside the fuel reformer g can be performed well. The fact is that the temperature has not reached such a level that required heat energy can be obtained. Curve B in FIG. 3 shows the relationship between the exhaust gas temperature and the methane conversion in this conventional example. As shown in this figure, when the exhaust gas temperature is about 500 ° C., the methane conversion rate is 15% in the conventional reforming method.
%, And the calorific value of the reformed fuel has not been significantly increased. That is, in the conventional configuration, the exhaust gas temperature needs to be about 700 ° C. in order to increase the methane conversion to a high value of about 80%.
【００１２】吸熱反応を高温度の環境下で行わせるため
に、排気ガスや燃料改質器を、新たに設けた加熱源によ
って加熱することも考えられるが、これでは、加熱源に
別途エネルギが必要となってしまい、ガスエンジン全体
としての熱効率の向上を図ることは困難である。In order to cause the endothermic reaction to take place in a high-temperature environment, it is conceivable to heat the exhaust gas or the fuel reformer by using a newly provided heating source. Therefore, it is difficult to improve the thermal efficiency of the gas engine as a whole.
【００１３】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、上記吸熱反応を比較
的低い温度環境下で行った場合であっても高い転化率が
得られ、これによって、ガスエンジン全体としての熱効
率の向上を図ることにある。[0013] The present invention has been made in view of the above point, and an object thereof is to obtain a high conversion even when the above-mentioned endothermic reaction is performed in a relatively low temperature environment, This aims to improve the thermal efficiency of the gas engine as a whole.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】−発明の概要− 上記の目的を達成するために、本発明は、炭化水素系燃
料を燃料改質器で改質するに際し、生成した水素を順次
燃料改質器から分離抽出することにより、燃料改質器内
での改質反応の促進を図るようにしている。Means for Solving the Problems-Summary of the Invention-In order to achieve the above object, the present invention provides a method of reforming a hydrocarbon-based fuel with a fuel reformer, and sequentially generating hydrogen by a fuel reformer. By separating and extracting the fuel from the fuel reformer, the reforming reaction in the fuel reformer is promoted.
【００１５】−解決手段− 具体的に、第１の解決手段では、炭化水素系燃料を燃料
改質器で改質した後、この改質後の燃料を燃焼室に向け
て供給するガスエンジンを前提とする。このガスエンジ
ンに対し、改質後の燃料から水素を分離抽出する水素分
離手段と、この水素分離手段によって分離抽出された水
素を燃焼室に向けて供給する水素供給経路とを備えさせ
ている。-Solution Means [0015] Specifically, in a first solution means, a gas engine is provided in which a hydrocarbon-based fuel is reformed by a fuel reformer and the reformed fuel is supplied to a combustion chamber. It is assumed. This gas engine is provided with a hydrogen separating means for separating and extracting hydrogen from the reformed fuel, and a hydrogen supply path for supplying the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means toward the combustion chamber.
【００１６】この特定事項により、燃料改質器内部での
改質反応によって生成された水素が水素分離手段によっ
て燃料改質器から順次抽出されていく。つまり、燃料改
質器内部の水素濃度を減少させていくことで改質反応の
促進が図れ、比較的低い温度環境下であっても、高い転
化率で改質が行われて、熱効率の大幅な上昇を図ること
が可能な燃料が得られることになる。According to this specific matter, hydrogen generated by the reforming reaction inside the fuel reformer is sequentially extracted from the fuel reformer by the hydrogen separating means. In other words, by reducing the hydrogen concentration inside the fuel reformer, the reforming reaction can be promoted. Even in a relatively low temperature environment, the reforming is performed at a high conversion rate, and the thermal efficiency is greatly improved. As a result, fuel capable of achieving a high rise can be obtained.
【００１７】第２の解決手段は、燃料改質器内部での改
質反応の更なる促進を図るための手段に係るものであ
る。つまり、上記第１の解決手段において、燃料改質器
の内部で、分離水素の一部、改質燃料の一部または炭化
水素系燃料の一部を燃焼させることにより、燃料改質器
の内部温度を上昇させる構成としている。The second solution relates to a means for further promoting the reforming reaction inside the fuel reformer. That is, in the first solution, a part of the separated hydrogen, a part of the reformed fuel, or a part of the hydrocarbon-based fuel is burned inside the fuel reformer, so that the inside of the fuel reformer is burned. The temperature is raised.
【００１８】この特定事項により、改質反応を高い温度
環境下で行わせることができ、上記第１の解決手段によ
る作用と相俟って更なる改質反応の促進が図れ、極めて
高い転化率を実現することができる。According to this specific matter, the reforming reaction can be carried out in a high temperature environment, and the reforming reaction can be further promoted in combination with the operation of the first means for solving the problem, and the extremely high conversion rate can be achieved. Can be realized.
【００１９】第３の解決手段は、分離抽出した水素の供
給系の構成を具体化したものである。つまり、上記第１
または第２の解決手段において、水素分離手段によって
分離抽出された水素を貯蔵するタンクと、このタンクか
ら水素供給経路を経て燃焼室に向かって供給される水素
の供給量を調整することによって、燃焼室に供給される
総燃料中の水素混合割合を調整可能とする調整手段とを
備えさせている。The third solution means embodies a configuration of a supply system of hydrogen separated and extracted. That is, the first
Alternatively, in the second solution, combustion is controlled by adjusting a tank for storing hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation means and a supply amount of hydrogen supplied from the tank to the combustion chamber via a hydrogen supply path. Adjusting means for adjusting the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the chamber.
【００２０】この構成により、水素分離手段によって分
離抽出された水素は一旦タンクに貯蔵される。その後、
この水素は、ガスエンジン駆動用の燃料として水素供給
経路を経て燃焼室に向かって供給される。この際、調整
手段が総燃料中の水素混合割合を調整することになり、
この水素混合割合を任意の値に設定して、ガスエンジン
の運転状態を制御することが可能となる。With this configuration, the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means is temporarily stored in the tank. afterwards,
This hydrogen is supplied to the combustion chamber via a hydrogen supply path as a fuel for driving the gas engine. At this time, the adjusting means adjusts the hydrogen mixing ratio in the total fuel,
By setting this hydrogen mixing ratio to an arbitrary value, it becomes possible to control the operating state of the gas engine.
【００２１】第４の解決手段は、水素分離手段によって
分離抽出された水素の利用範囲の拡大を図るための構成
に係るものである。つまり、上記第１〜第３のうち何れ
か一つの解決手段において、炭化水素系燃料に含まれる
硫黄分を水添脱硫によって除去する脱硫装置と、水素分
離手段によって分離抽出された水素の一部を脱硫装置に
供給する脱硫用水素供給経路とを備えさせている。The fourth solution relates to a configuration for expanding the use range of hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation means. That is, in any one of the first to third means, a desulfurization apparatus for removing sulfur contained in the hydrocarbon fuel by hydrodesulfurization, and a part of hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation means. And a hydrogen supply path for desulfurization for supplying the hydrogen to the desulfurization device.
【００２２】この特定事項により、水素分離手段によっ
て分離抽出された水素は脱硫装置における水添脱硫用の
ものとしても使用される。従来のものでは、水添脱硫用
の水素を供給するための水素ボンベを備えさせ、この水
素ボンベが空になると、その交換や水素の補充が必要で
あった。本解決手段によれば、この水素ボンベが不要で
あり、その交換や水素補充作業も必要なくなる。According to this specific matter, the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means is also used for hydrodesulfurization in a desulfurization apparatus. In the prior art, a hydrogen cylinder for supplying hydrogen for hydrodesulfurization was provided, and when the hydrogen cylinder became empty, it was necessary to replace or refill hydrogen. According to this solution, the hydrogen cylinder is not required, and replacement and hydrogen replenishment work are not required.
【００２３】第５の解決手段は、水素の供給動作を具体
的に特定したものである。つまり、上記第１〜第４のう
ち何れか一つの解決手段において、ノッキングの発生を
検知するノッキングセンサと、このノッキングセンサの
出力を受けてノッキング強度を測定し、ノッキング強度
が所定値を超えたときに、水素供給経路からの水素の供
給量を減少させて、燃焼室に供給される総燃料中の水素
混合割合を低下させる水素供給量制御手段とを備えさせ
ている。The fifth means specifically specifies the operation of supplying hydrogen. That is, in any one of the first to fourth solving means, a knocking sensor that detects the occurrence of knocking, and a knocking intensity is measured by receiving an output of the knocking sensor, and the knocking intensity exceeds a predetermined value. Sometimes, a hydrogen supply amount control means is provided for reducing the supply amount of hydrogen from the hydrogen supply path to reduce the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber.
【００２４】ノッキングが発生する状況では、供給燃料
中の水素成分の影響でメタン価が小さくなりすぎている
ことが考えられる。このため、このような状況では、水
素の供給量を低下させてメタン価を大きくしてノッキン
グを防止することが有効である。つまり、水素供給量制
御手段が、ノッキングセンサの出力を受けてノッキング
強度を認識し、ノッキングの発生が検知または予知され
る状況であるときには、水素の供給量を低下させて総燃
料中の水素混合割合を低下させる。これにより、供給燃
料のメタン価が大きくなり、ノッキングの発生が回避で
きる。In the situation where knocking occurs, it is conceivable that the methane number is too small due to the effect of the hydrogen component in the supplied fuel. Therefore, in such a situation, it is effective to reduce the amount of supplied hydrogen and increase the methane number to prevent knocking. That is, the hydrogen supply amount control means receives the output of the knocking sensor, recognizes the knocking intensity, and when the occurrence of knocking is detected or predicted, the hydrogen supply amount is reduced to reduce the amount of hydrogen mixed in the total fuel. Decrease ratio. As a result, the methane number of the supplied fuel increases, and the occurrence of knocking can be avoided.
【００２５】第６の解決手段は、燃料と空気との混合割
合を調整する動作を具体的に特定したものである。つま
り、上記第１〜第５のうち何れか一つの解決手段におい
て、総燃料中の水素混合割合に応じて、燃焼室に向かっ
て供給する燃料と空気との混合割合を調整する混合比調
整手段を備えさせている。The sixth means specifically specifies the operation of adjusting the mixing ratio of fuel and air. That is, in any one of the first to fifth means, a mixing ratio adjusting means for adjusting a mixing ratio of fuel and air supplied to the combustion chamber in accordance with a hydrogen mixing ratio in the total fuel. Is provided.
【００２６】排気ガス中の有害物質であるＮＯｘ、Ｃ
Ｏ、ＨＣをできるだけ少なくするためには希薄燃焼を行
うことが好ましい。このため、混合比調整手段が、総燃
料中の水素混合割合を予め認識しておき、その水素混合
割合において必要最小限の燃料供給量で燃焼室内での燃
焼が良好に行えるように、水素混合割合に応じた希薄可
燃限界値を求め、それに基づいて燃料と空気との混合割
合を調整する。これにより、希薄燃焼によるエンジンの
運転が可能となり、排気ガス中の有害物質を削減でき
る。NOx, C, harmful substances in exhaust gas
To reduce O and HC as much as possible, it is preferable to perform lean combustion. For this reason, the mixing ratio adjusting means recognizes the hydrogen mixing ratio in the total fuel in advance, and controls the hydrogen mixing ratio so that the combustion in the combustion chamber can be performed satisfactorily with the required minimum fuel supply amount at the hydrogen mixing ratio. A lean flammable limit value corresponding to the ratio is obtained, and the mixing ratio of fuel and air is adjusted based on the limit value. As a result, the engine can be operated by lean combustion, and harmful substances in exhaust gas can be reduced.
【００２７】第７の解決手段は、排気ガス中の有害物質
を削減するための他の手段、エンジン本体の熱効率を改
善する手段、バックファイヤーの問題を解決する手段に
係るものである。つまり、上記第１〜第５のうち何れか
一つの解決手段において、燃料改質器を、炭化水素系燃
料と水蒸気とを吸熱反応させることにより、炭化水素系
燃料を改質するよう構成する。そして、上記水蒸気を発
生させる水蒸気発生手段と、この水蒸気発生手段で発生
した水蒸気の一部を燃焼室に向けて供給する水蒸気供給
経路と、この水蒸気供給経路からの水蒸気の供給量を調
整することによって、燃焼室内の燃焼温度を調整する水
蒸気調整手段とを備えさせている。The seventh solution relates to another means for reducing harmful substances in exhaust gas, a means for improving the thermal efficiency of the engine body, and a means for solving the problem of backfire. That is, in any one of the first to fifth solving means, the fuel reformer is configured to reform the hydrocarbon-based fuel by causing an endothermic reaction between the hydrocarbon-based fuel and steam. Then, a steam generating means for generating the steam, a steam supply path for supplying a part of the steam generated by the steam generating means to the combustion chamber, and a supply amount of the steam from the steam supply path are adjusted. Accordingly, a steam adjusting means for adjusting the combustion temperature in the combustion chamber is provided.
【００２８】排気ガス中の有害物質をできるだけ少なく
するためには燃焼室内の燃焼温度を適切に制御すること
が有効である。このため、燃焼温度が高すぎる場合、水
蒸気調整手段は、水蒸気発生手段で発生した水蒸気の一
部を燃焼室に向かって供給することによって供給燃料中
の水蒸気量を増加させる。これにより、燃焼温度が低下
し、排気ガス中の有害物質を最も削減できる燃焼温度と
なるような制御が可能となる。In order to minimize harmful substances in the exhaust gas, it is effective to appropriately control the combustion temperature in the combustion chamber. Therefore, when the combustion temperature is too high, the steam adjusting means increases the amount of steam in the supplied fuel by supplying a part of the steam generated by the steam generating means toward the combustion chamber. As a result, the combustion temperature is reduced, and control can be performed such that the combustion temperature can minimize the harmful substances in the exhaust gas.
【００２９】また、ガスエンジン本体の熱効率をできる
だけ大きくするためには熱発生率を適切に制御すること
が有効である。このため、熱発生率が高すぎる場合、水
蒸気発生手段で発生した水蒸気の一部を燃焼室に向かっ
て供給することによって供給燃料中の水蒸気量を増加さ
せる。これにより、熱発生率が低下し、熱損失を小さく
して熱効率を最も大きくできる熱発生率となるような制
御が可能となる。In order to maximize the thermal efficiency of the gas engine body, it is effective to appropriately control the heat generation rate. For this reason, when the heat generation rate is too high, a part of the steam generated by the steam generating means is supplied toward the combustion chamber to increase the amount of steam in the supplied fuel. As a result, the heat generation rate decreases, and control can be performed so that the heat loss can be reduced and the heat efficiency can be maximized.
【００３０】更に、エンジン燃焼室から燃料噴射口への
火炎の異常伝播（所謂バックファイヤー）を防止するた
めには燃焼速度を低くすることが有効である。このた
め、燃焼速度が高すぎる場合、水蒸気発生手段で発生し
た水蒸気の一部を燃焼室に向かって供給することによっ
て供給燃料中の水蒸気量を増加させる。これにより、燃
焼速度が低下し、バックファイヤーが防止できる。Further, in order to prevent abnormal propagation of flame (so-called backfire) from the engine combustion chamber to the fuel injection port, it is effective to lower the combustion speed. For this reason, when the combustion speed is too high, a part of the steam generated by the steam generating means is supplied toward the combustion chamber to increase the amount of steam in the supplied fuel. As a result, the combustion speed is reduced, and backfire can be prevented.
【００３１】第８の解決手段は、上述した第６及び第７
の解決手段に係る構成を併せ持たせたものである。この
構成によれば、総燃料中の水素混合割合に応じた燃料と
空気との混合割合の調整及び燃焼室に向かって供給する
水蒸気量の調整を行うことで、排気ガスのクリーン化を
図るのに最適な希薄燃焼状態と燃焼温度とを共に得るこ
とができる。The eighth solution is to solve the sixth and seventh problems described above.
Of the invention. According to this configuration, the exhaust gas can be cleaned by adjusting the mixing ratio of fuel and air in accordance with the mixing ratio of hydrogen in the total fuel and adjusting the amount of water vapor supplied to the combustion chamber. And the optimum combustion state can be obtained.
【００３２】尚、上記第６〜第８の解決手段において、
総燃料中の水素混合割合や燃焼室内の燃焼温度を検出す
る手法としては、これらを直接的に検出する場合ばかり
でなく、機関回転数・負荷、排気温度、排気の空燃比等
を検出することで推測するようにしてもよい。In the sixth to eighth solving means,
As a method of detecting the hydrogen mixing ratio in the total fuel and the combustion temperature in the combustion chamber, not only the method of directly detecting these, but also the engine speed / load, exhaust temperature, exhaust air-fuel ratio, etc. May be guessed.
【００３３】第９の解決手段は、燃料改質器の応答性が
低下した場合の保証機能に係るものである。つまり、上
記第１〜８のうち何れか一つに記載の解決手段におい
て、水素分離手段によって分離抽出された水素の燃焼室
へ向かう流量を調整することによって、燃焼室に供給さ
れる総燃料中の水素混合割合を調整可能とする調整手段
を水素供給経路に設けた構成としている。The ninth solution relates to a guarantee function when the response of the fuel reformer is reduced. That is, in the solution according to any one of the first to eighth aspects, by adjusting the flow rate of the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation means toward the combustion chamber, the total fuel supplied to the combustion chamber can be reduced. The adjusting means for adjusting the hydrogen mixing ratio is provided in the hydrogen supply path.
【００３４】本解決手段によれば、たとえ燃料改質器の
応答性が低下して改質ガスの組成が変動したとしても、
改質ガスの組成変動に合わせて調整手段を調整すること
により水素の供給量を適切に得ることでガスエンジンの
運転を安定して行うことが可能となる。According to this solution, even if the responsiveness of the fuel reformer decreases and the composition of the reformed gas fluctuates,
By adjusting the adjusting means in accordance with the variation in the composition of the reformed gas, it is possible to stably operate the gas engine by appropriately obtaining the supply amount of hydrogen.
【００３５】第１０の解決手段は、上記第９の解決手段
において、水素分離手段によって分離抽出された水素を
吸蔵する吸蔵動作と、この吸蔵した水素を燃焼室に向け
て放出することにより水素供給圧力を昇圧させる放出動
作とが可能な水素ポンプ手段を設ける。また、調整手段
を、この水素ポンプ手段の水素放出側に配設している。
これによれば、水素分離手段による水素分離抽出動作
と、この分離抽出された水素の燃焼室への供給動作とを
円滑に行うことができ、高転化率を維持しながらガスエ
ンジンの連続運転を良好に行うことが可能になる。According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, a hydrogen supply operation is performed by storing the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means and discharging the stored hydrogen toward the combustion chamber. Hydrogen pump means capable of performing a discharge operation of increasing the pressure is provided. Further, the adjusting means is provided on the hydrogen discharge side of the hydrogen pump means.
According to this, the hydrogen separation and extraction operation by the hydrogen separation means and the supply operation of the separated and extracted hydrogen to the combustion chamber can be performed smoothly, and the continuous operation of the gas engine can be performed while maintaining a high conversion rate. It can be performed well.
【００３６】第１１の解決手段は、上記第５の解決手段
と同様にエンジンのノッキング対策に係るものである。
つまり、上記第９または１０の解決手段において、ノッ
キングの発生を検知または予知するノッキングセンサ
と、このノッキングセンサの出力を受けてノッキング強
度を測定し、ノッキング強度が所定値を超えたときに、
調整手段の調整によって水素供給経路からの水素の供給
量を減少させて、燃焼室に供給される総燃料中の水素混
合割合を低下させる水素供給量制御手段とを備えさせて
いる。この特定事項によってもノッキングの発生が検知
または予知される状況であるときには、水素混合割合を
低下させて供給燃料のメタン価を大きくし、これによっ
てノッキングの発生を回避することができる。The eleventh solution relates to a countermeasure against engine knocking as in the fifth solution.
That is, in the ninth or tenth solution means, a knocking sensor that detects or predicts the occurrence of knocking, and a knocking intensity is measured by receiving an output of the knocking sensor. When the knocking intensity exceeds a predetermined value,
A hydrogen supply amount control means is provided for reducing the supply amount of hydrogen from the hydrogen supply path by adjusting the adjustment means and reducing the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber. When the occurrence of knocking is detected or predicted by this specific item, the mixture ratio of hydrogen is reduced to increase the methane number of the supplied fuel, whereby the occurrence of knocking can be avoided.
【００３７】第１２の解決手段は、逆火（上記バックフ
ァイヤー）を防止するための対策に係るものである。つ
まり、上記第９、１０または１１の解決手段において、
逆火の発生を検知または予知する逆火センサと、この逆
火センサの出力を受け、逆火の発生が検知または予知さ
れたときに、調整手段の調整によって水素供給経路から
の水素の供給量を減少させて、燃焼室に供給される総燃
料中の水素混合割合を低下させる水素供給量制御手段と
を備えさせている。この特定事項により、水素供給量の
減少に伴って燃焼速度を低くすることができ、逆火を防
止することができる。The twelfth solution relates to measures for preventing flashback (the above-mentioned backfire). That is, in the ninth, tenth, or eleventh solving means,
A flashback sensor that detects or predicts the occurrence of flashback, and the amount of hydrogen supplied from the hydrogen supply path by adjusting the adjustment means when the output of the flashback sensor is detected or predicted when flashback is detected or predicted. And a hydrogen supply amount control means for reducing the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber. According to this specific matter, the combustion rate can be reduced with a decrease in the hydrogen supply amount, and flashback can be prevented.
【００３８】第１３の解決手段は、排気ガスのクリーン
化対策に係るものである。つまり、上記第１〜１２のう
ち何れか一つの解決手段において、機関回転数・負荷、
排気温度、排気の空燃比、総燃料中の水素混合量、水素
分離後の改質燃料供給量、排気の濃度、総燃料中の水素
成分濃度のうち少なくとも一つの検出値を得て、その検
出値に応じて、燃焼室内での希薄燃焼を可能とするよう
に、燃焼室に向かって供給する水素と水素分離後の改質
燃料との混合割合を調整する混合比調整手段を備えさせ
ている。この特定事項により、水素と水素分離後の改質
燃料との混合割合を適切に調整することで、有害物質で
あるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを大幅に削減可能な希薄燃焼状
態を得ることができ、これによって排気ガスのクリーン
化を図ることが可能となる。A thirteenth solution relates to a measure for cleaning exhaust gas. That is, in any one of the first to twelfth solving means, the engine speed / load,
Obtain and detect at least one of the following values: exhaust gas temperature, air-fuel ratio of exhaust gas, amount of hydrogen mixed in total fuel, reformed fuel supply after hydrogen separation, concentration of exhaust gas, and concentration of hydrogen component in total fuel. A mixture ratio adjusting means is provided for adjusting a mixture ratio of hydrogen supplied to the combustion chamber and reformed fuel after hydrogen separation so as to enable lean combustion in the combustion chamber according to the value. . According to this specific matter, it is possible to obtain a lean burn state in which the harmful substances NOx, CO, and HC can be significantly reduced by appropriately adjusting the mixing ratio of hydrogen and the reformed fuel after hydrogen separation. This makes it possible to clean the exhaust gas.
【００３９】[0039]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本形態では、メタンガス（Ｃ
Ｈ4）を燃料改質器で改質することにより発熱量の大き
な燃料を得るようにしたガスエンジンに本発明を適用し
た場合について説明する。また、本形態に係るガスエン
ジンは、その出力を発電に利用するものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, methane gas (C
A case in which the present invention is applied to a gas engine in which H 4 ) is reformed by a fuel reformer to obtain a fuel having a large calorific value will be described. The gas engine according to the present embodiment uses its output for power generation.
【００４０】（第１実施形態）先ず、第１実施形態につ
いて説明する。(First Embodiment) First, a first embodiment will be described.
【００４１】−ガスエンジンの構成説明− 図１は、本形態に係るガスエンジンによって発電を行う
発電システムの概略構成を示す図である。この図に示す
ように、本ガスエンジン１は、エンジン本体２から延び
る出力軸２１が発電機３に接続されており、この出力軸
２１の回転駆動力によって発電機３による発電を行わせ
る構成となっている。-Description of Configuration of Gas Engine- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power generation system that generates power using the gas engine according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the gas engine 1 has a configuration in which an output shaft 21 extending from the engine main body 2 is connected to the generator 3, and the generator 3 generates electric power by the rotational driving force of the output shaft 21. Has become.
【００４２】また、ガスエンジン１の吸気系は、空気供
給系４と燃料供給系５とから成っており、空気供給系４
から供給される空気と燃料供給系５から供給される燃料
との混合気がエンジン本体２の図示しない燃焼室に供給
されてエンジン本体２が駆動するようになっている。以
下、空気供給系４及び燃料供給系５について説明する。The intake system of the gas engine 1 is composed of an air supply system 4 and a fuel supply system 5.
A mixture of air supplied from the air and fuel supplied from the fuel supply system 5 is supplied to a combustion chamber (not shown) of the engine body 2 so that the engine body 2 is driven. Hereinafter, the air supply system 4 and the fuel supply system 5 will be described.
【００４３】空気供給系４は、過給機（コンプレッサ）
４１及びインタクーラ４２を備えている。つまり、この
過給機４１によって空気を圧縮した後、この空気をイン
タクーラ４２で冷却することにより、高密度の空気を燃
焼室に向けて供給できるようになっている。尚、上記過
給機４１は、排気ガスが流れる排気管６に設けられたタ
ービン６１の出力軸６２に直結されており、タービン６
１の回転出力を受けて空気を圧縮する。The air supply system 4 includes a supercharger (compressor)
41 and an intercooler 42. That is, after the air is compressed by the supercharger 41, the air is cooled by the intercooler 42, so that high-density air can be supplied to the combustion chamber. The supercharger 41 is directly connected to an output shaft 62 of a turbine 61 provided in an exhaust pipe 6 through which exhaust gas flows.
The air is compressed by receiving the rotation output of 1.
【００４４】一方、燃料供給系５は、燃料改質器５１、
水蒸気発生手段としての排熱ボイラ５２、脱硫装置５
３、水素タンク５４及びミキサ５５を備えている。この
燃料供給系５では、炭化水素系燃料であるメタンガス
（ＣＨ4）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）とを燃料改質器５１内で吸
熱反応させることによって燃料組成を変化させ、これに
よって、元のメタンガスよりも発熱量が大きな燃料が得
られるようにしている。また、この吸熱反応に必要な熱
エネルギは排気管６を流れる排気ガスから得るようにな
っている。以下、この燃料供給系５を構成する各要素に
ついて説明する。On the other hand, the fuel supply system 5 includes a fuel reformer 51,
Waste heat boiler 52 as means for generating steam, desulfurizer 5
3, a hydrogen tank 54 and a mixer 55 are provided. In the fuel supply system 5, the fuel composition is changed by causing an endothermic reaction between methane gas (CH 4 ), which is a hydrocarbon fuel, and steam (H 2 O) in the fuel reformer 51, thereby changing the original fuel composition. A fuel with a higher calorific value than methane gas is obtained. The heat energy required for the endothermic reaction is obtained from the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 6. Hereinafter, each element constituting the fuel supply system 5 will be described.
【００４５】排熱ボイラ５２は、内部に水が貯留されて
おり、この水と排気管６を流れる排気ガスとの間で熱交
換を行うことで、水を蒸発させて水蒸気を発生させるも
のである。この排熱ボイラ５２の上部と燃料改質器５１
とは水蒸気供給管７１によって接続されており、排熱ボ
イラ５２内で発生した水蒸気が燃料改質器５１内に供給
可能となっている。また、この水蒸気供給管７１には開
度調整可能な電動弁７１ａが設けられている。The waste heat boiler 52 stores water therein, and performs heat exchange between the water and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 6 to evaporate the water to generate steam. is there. The upper part of the waste heat boiler 52 and the fuel reformer 51
Is connected by a steam supply pipe 71 so that steam generated in the exhaust heat boiler 52 can be supplied into the fuel reformer 51. The steam supply pipe 71 is provided with an electric valve 71a whose opening can be adjusted.
【００４６】脱硫装置５３は、メタンガス中に含まれて
いる硫黄分を除去するためのものである。つまり、燃料
改質器５１の触媒（金属（Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ）、アルカリ炭酸塩（Ｋ2
ＣＯ3）、塩基性酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｋ2Ｏ）、石
炭等の鉱物質（ＦｅＳ2）等）は、硫黄による被毒の虞
があり、これを回避するために、この脱硫装置５３が設
置されている。また、この脱硫装置５３では水添脱硫に
よる脱硫動作が行われるため、水素を供給するための上
記水素タンク５４が備えられている。更に、この脱硫装
置５３には、メタンガスを供給するための改質前燃料供
給管７２及び脱硫後の燃料を燃料改質器５１に供給する
ための脱硫燃料供給管７３が接続されている。また、上
記水素タンク５４と脱硫装置５３とは脱硫用水素供給経
路を構成する水素供給管７４によって接続されている。The desulfurization unit 53 is for removing sulfur contained in methane gas. That is, the catalyst (metal (Rh, Ru, Ni, Ir, P
d, Pt, Re, Co, Fe), alkali carbonate (K 2
Mineral substances (FeS 2 ) such as CO 3 ), basic oxides (MgO, CaO, K 2 O), and coal) may be poisoned by sulfur. 53 are installed. Since the desulfurization device 53 performs a desulfurization operation by hydrodesulfurization, the desulfurization device 53 includes the hydrogen tank 54 for supplying hydrogen. Further, a fuel supply pipe 72 before reforming for supplying methane gas and a desulfurization fuel supply pipe 73 for supplying fuel after desulfurization to the fuel reformer 51 are connected to the desulfurization device 53. Further, the hydrogen tank 54 and the desulfurization device 53 are connected by a hydrogen supply pipe 74 constituting a desulfurization hydrogen supply path.
【００４７】燃料改質器５１は、その内部で水蒸気とメ
タンガスとを吸熱反応させて燃料改質動作を行わせるも
のである。つまり、上記水蒸気供給管７１から供給され
た水蒸気と脱硫燃料供給管７３から供給されたメタンガ
スとの間で吸熱反応を行わせるようになっている。ま
た、この燃料改質器５１の内部には、排気ガスの熱エネ
ルギを取得するための図示しない熱交換器が備えられて
いる。これにより、燃料改質器５１の内部では所定温度
（排気ガスの温度であって例えば６００℃程度）の環境
下で以下の吸熱反応が行われるようになっている。The fuel reformer 51 performs an endothermic reaction between steam and methane gas in the fuel reformer 51 to perform a fuel reforming operation. That is, an endothermic reaction is performed between the steam supplied from the steam supply pipe 71 and the methane gas supplied from the desulfurization fuel supply pipe 73. Further, inside the fuel reformer 51, a heat exchanger (not shown) for obtaining thermal energy of the exhaust gas is provided. Accordingly, the following endothermic reaction is performed inside the fuel reformer 51 under an environment of a predetermined temperature (exhaust gas temperature, for example, about 600 ° C.).
【００４８】 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 …（２） このような反応が行われることで、改質後の燃料の発熱
量は元のメタンガスよりも大幅に上昇し、これによって
熱効率（発電機出力／供給燃料）の向上が図れる燃料を
得ることができるようになっている。CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (2) By performing such a reaction, the calorific value of the reformed fuel is significantly higher than that of the original methane gas. It is possible to obtain fuel capable of improving output / supply fuel.
【００４９】そして、本形態の特徴は、上記燃料改質器
５１に水素分離手段としての水素分離装置５６が設けら
れていることにある。この水素分離装置５６は、燃料改
質器５１内での上記吸熱反応によって発生した水素ガス
を他のガスや水蒸気から分離して抽出するものである。
この水素分離装置５６の具体構成としては、分離膜や水
素吸蔵物質を内蔵し、これによって水素のみを分離抽出
するようになっている。分離膜としては、パラジウム合
金、パラジウム基合金、無機分離膜、多孔質ガラス膜、
多孔質中空ガラス繊維膜、多孔質セラミックス膜、ゼオ
ライト膜、酢酸セルロース膜、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリスルホン多孔質膜／シリコーンなどがある。例
えば、上記無機分離膜は水素分子のみが通過可能な細孔
を有する膜として形成されている。特に、無機分離膜、
多孔質ガラス膜、多孔質中空ガラス繊維膜、多孔質セラ
ミックス膜は、耐熱性に優れ且つ機械的強度も高いため
好適である。また、多孔質セラミックス材料として具体
的には、ジルコニア、ゼオライト、シリカ、アルミナ等
が掲げられる。また、水素吸蔵物質としては、水素吸蔵
合金が挙げられる。また、カーボンナノファイバ、フラ
ーレン、多層フラーレン、カーボンナノチューブなどの
炭素分子よりなる物質、金属水素化物、塩型水素化物、
金属結合型水素化物、境界領域水素化物、共有結合型水
素化物、有機系炭化水素、メタルハイドライド、ケミカ
ルハイドライドを水素吸蔵物質として採用することも可
能である。尚、分離膜や水素吸蔵物質としては、これら
に限るものではなく、水素を分離抽出できるものであれ
ば種々の材料を採用することが可能である。この構成に
より、燃料改質器５１内での吸熱反応によって生成した
水素を水素分離装置５６によって順次分離抽出すること
で、燃料改質器５１内での吸熱反応の促進が図れるよう
になっている。The feature of this embodiment resides in that the fuel reformer 51 is provided with a hydrogen separation device 56 as hydrogen separation means. The hydrogen separator 56 separates and extracts hydrogen gas generated by the endothermic reaction in the fuel reformer 51 from other gases and water vapor.
As a specific configuration of the hydrogen separation device 56, a separation membrane and a hydrogen storage material are incorporated, and thereby only hydrogen is separated and extracted. As the separation membrane, a palladium alloy, a palladium-based alloy, an inorganic separation membrane, a porous glass membrane,
There are porous hollow glass fiber membrane, porous ceramic membrane, zeolite membrane, cellulose acetate membrane, polyimide, polyamide, polysulfone porous membrane / silicone, and the like. For example, the inorganic separation membrane is formed as a membrane having pores through which only hydrogen molecules can pass. In particular, inorganic separation membranes,
A porous glass film, a porous hollow glass fiber film, and a porous ceramic film are suitable because they have excellent heat resistance and high mechanical strength. Specific examples of the porous ceramic material include zirconia, zeolite, silica, and alumina. In addition, examples of the hydrogen storage material include a hydrogen storage alloy. In addition, carbon nanofibers, fullerenes, multi-layered fullerenes, substances consisting of carbon molecules such as carbon nanotubes, metal hydrides, salt hydrides,
Metal-bonded hydrides, boundary-region hydrides, covalent-bonded hydrides, organic hydrocarbons, metal hydrides, and chemical hydrides can also be used as the hydrogen storage material. The separation membrane and the hydrogen storage material are not limited to these, and various materials can be adopted as long as they can separate and extract hydrogen. With this configuration, the hydrogen generated by the endothermic reaction in the fuel reformer 51 is sequentially separated and extracted by the hydrogen separator 56, so that the endothermic reaction in the fuel reformer 51 can be promoted. .
【００５０】この水素分離装置５６と上記水素タンク５
４とは水素回収管７５によって接続されている。つま
り、水素分離装置５６によって抽出された水素ガスが水
素回収管７５を経て水素タンク５４に一時的に貯留され
る構成となっている。尚、上記燃料改質器５１とミキサ
５５とは、水素ガスが抽出された後の燃料等（ＣＯ、Ｃ
Ｈ4、Ｈ2Ｏ）をミキサ５５に向かって供給するための第
１燃料供給管７６によって接続されている。この第１燃
料供給管７６には開度調整可能な電動弁７６ａが設けら
れている。The hydrogen separation device 56 and the hydrogen tank 5
4 is connected by a hydrogen recovery pipe 75. That is, the hydrogen gas extracted by the hydrogen separation device 56 is temporarily stored in the hydrogen tank 54 via the hydrogen recovery pipe 75. The fuel reformer 51 and the mixer 55 are connected to a fuel (eg, CO, C) after hydrogen gas is extracted.
H 4 , H 2 O) are connected by a first fuel supply pipe 76 for supplying the mixture 55 to the mixer 55. The first fuel supply pipe 76 is provided with an electric valve 76a whose opening can be adjusted.
【００５１】また、上記水素タンク５４とミキサ５５と
は、水素タンク５４内に貯留されている水素ガスをミキ
サ５５に向かって供給するための水素供給経路を構成す
る第２燃料供給管７７によって接続されている。この第
２燃料供給管７７にも開度調整可能な調整手段としての
電動弁７７ａが設けられている。The hydrogen tank 54 and the mixer 55 are connected by a second fuel supply pipe 77 constituting a hydrogen supply path for supplying the hydrogen gas stored in the hydrogen tank 54 toward the mixer 55. Have been. The second fuel supply pipe 77 is also provided with an electric valve 77a as an adjusting means capable of adjusting the opening.
【００５２】そして、これら燃料供給管７６，７７によ
って燃料が供給されるミキサ５５は、各燃料を一旦貯蔵
して混合し、このミキサ５５に内蔵した図示しない除湿
器で余分な残留Ｈ2Ｏを取り除いた後、改質後の燃料を
改質後燃料供給管７８を経て空気と混合して燃焼室に供
給するようになっている。The mixer 55 to which fuel is supplied by the fuel supply pipes 76 and 77 temporarily stores and mixes each fuel, and removes excess H 2 O by a dehumidifier (not shown) built in the mixer 55. After the removal, the reformed fuel is mixed with air via the reformed fuel supply pipe 78 and supplied to the combustion chamber.
【００５３】また、本ガスエンジン１には、各部の制御
を行うためのコントローラ８が備えられている。このコ
ントローラ８は、複数のセンサ８１，８２，８３が接続
され、これらセンサ８１，８２，８３からの検出信号を
受信すると共に、上記各電動弁７１ａ，７６ａ，７７ａ
の開度制御を行うようになっている。上記センサとして
は、発電機３の負荷を検出する負荷センサ８１、エンジ
ン本体２のノッキング強度を測定するためのノッキング
センサ８２、ミキサ５５からエンジン本体２に供給され
る燃料中の水素成分濃度（改質後燃料供給管７８中の水
素成分濃度）を測定する水素濃度センサ８３が挙げられ
る。The gas engine 1 is provided with a controller 8 for controlling each part. The controller 8 is connected to a plurality of sensors 81, 82, and 83, receives detection signals from the sensors 81, 82, and 83, and also controls the electric valves 71a, 76a, and 77a.
Is controlled. The sensors include a load sensor 81 for detecting the load on the generator 3, a knocking sensor 82 for measuring the knocking intensity of the engine body 2, and a hydrogen component concentration (revision) in the fuel supplied from the mixer 55 to the engine body 2. A hydrogen concentration sensor 83 for measuring the hydrogen component concentration in the quality fuel supply pipe 78).
【００５４】また、このコントローラ８には、水素供給
量制御手段８５及び混合比調整手段８６が備えられてい
る。The controller 8 is provided with a hydrogen supply amount control means 85 and a mixing ratio adjustment means 86.
【００５５】水素供給量制御手段８５は、上記ノッキン
グセンサ８２の出力を受けてノッキング強度を測定し、
ノッキング強度が所定値を超えたときに、第２燃料供給
管７７の電動弁７７ａの開度を小さくするように制御す
ることで、水素の供給量を低下させて総燃料中の水素混
合割合を低下させる。つまり、ノッキングが発生する状
況（ノッキングの発生が検知または予知される状況）で
は、供給燃料中の水素成分の影響でメタン価が小さくな
りすぎていることが考えられるため、この際に、水素の
供給量を低下させてメタン価を大きくしてノッキングを
防止できるようにしている。The hydrogen supply control means 85 receives the output of the knock sensor 82 and measures the knocking intensity.
When the knocking intensity exceeds a predetermined value, by controlling the opening degree of the electric valve 77a of the second fuel supply pipe 77 to be small, the supply amount of hydrogen is reduced, and the hydrogen mixing ratio in the total fuel is reduced. Lower. In other words, in a situation where knocking occurs (a situation where knocking is detected or predicted), the methane number may be too small due to the effect of the hydrogen component in the supplied fuel. Knocking can be prevented by lowering the supply and increasing the methane number.
【００５６】また、混合比調整手段８６は、水素濃度セ
ンサ８３の出力を受けて総燃料中の水素混合割合を測定
し、この水素混合割合に応じて、燃焼室に向かって供給
する燃料と空気との混合割合を調整する。つまり、排気
ガス中の有害物質であるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをできるだ
け少なくするためには、希薄燃焼を行うことが好まし
い。このため、総燃料中の水素混合割合を予め認識して
おき、その水素混合割合において必要最小限の燃料供給
量で燃焼室内での燃焼が良好に行えるように、つまり、
水素混合割合に応じた希薄可燃限界値を求め、それに基
づいて燃料と空気との混合割合を調整するようにしてい
る。Further, the mixing ratio adjusting means 86 receives the output of the hydrogen concentration sensor 83, measures the mixing ratio of hydrogen in the total fuel, and according to the mixing ratio of hydrogen, feeds the fuel and air supplied to the combustion chamber. And adjust the mixing ratio. That is, in order to minimize the harmful substances NOx, CO, and HC in the exhaust gas, it is preferable to perform lean combustion. For this reason, the hydrogen mixing ratio in the total fuel is recognized in advance, and the combustion in the combustion chamber can be performed satisfactorily with the minimum necessary fuel supply amount at the hydrogen mixing ratio, that is,
A lean flammable limit value corresponding to the hydrogen mixture ratio is obtained, and the mixture ratio of fuel and air is adjusted based on the lean combustible limit value.
【００５７】以上が、ガスエンジン１の構成説明であ
る。The configuration of the gas engine 1 has been described above.
【００５８】−ガスエンジン１の動作説明− 次に、上述の如く構成されたガスエンジン１の動作につ
いて説明する。-Description of Operation of Gas Engine 1- Next, the operation of the gas engine 1 configured as described above will be described.
【００５９】先ず、水蒸気供給管７１の電動弁７１ａが
開放された状態で、排熱ボイラ５２内部の水が、排気管
６を流れる排気ガスによって加熱されて水蒸気となる。
そして、この水蒸気は、水蒸気供給管７１によって燃料
改質器５１に順次供給されていく。First, with the electric valve 71a of the steam supply pipe 71 opened, the water inside the exhaust heat boiler 52 is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 6 to become steam.
Then, the steam is sequentially supplied to the fuel reformer 51 by the steam supply pipe 71.
【００６０】これと同時に、メタンガスが改質前燃料供
給管７２によって脱硫装置５３に供給され、ここで水添
脱硫による脱硫動作が行われる。この際、水素タンク５
４内の水素ガスの一部が水素供給管７４によって脱硫装
置５３に供給される。このようにして脱硫が行われたメ
タンガスは、脱硫燃料供給管７３によって燃料改質器５
１に順次供給されていく。At the same time, methane gas is supplied to the desulfurization device 53 through the pre-reformation fuel supply pipe 72, where the desulfurization operation by hydrodesulfurization is performed. At this time, the hydrogen tank 5
A part of the hydrogen gas in 4 is supplied to the desulfurization device 53 by the hydrogen supply pipe 74. The methane gas thus desulfurized is supplied to the fuel reformer 5 by the desulfurization fuel supply pipe 73.
1 are sequentially supplied.
【００６１】このようにして、燃料改質器５１に水蒸気
及びメタンガスが供給された状態で上記の吸熱反応が行
われる。この反応の際には、排気ガスの熱エネルギが燃
料改質器５１内の熱交換器によって取得され、これによ
り、燃料改質器５１の内部では所定温度の環境下で吸熱
反応が行われて、一酸化炭素（ＣＯ）と水素ガス
（Ｈ 2）とが発生する。尚、この際、改質されなかった
水蒸気（Ｈ2Ｏ）及びメタンガス（ＣＨ4）も燃料改質器
５１の内部には存在している。As described above, the steam is supplied to the fuel reformer 51.
The above-mentioned endothermic reaction is carried out with methane gas supplied.
Is During this reaction, the heat energy of the exhaust gas burns.
Obtained by the heat exchanger in the feed reformer 51,
Heat inside the fuel reformer 51 under a predetermined temperature environment.
The reaction takes place, carbon monoxide (CO) and hydrogen gas
(H Two) Occurs. In this case, the material was not modified
Steam (HTwoO) and methane gas (CHFour) Also a fuel reformer
51 exists inside.
【００６２】そして、この燃料改質器５１内の水素ガス
は、水素分離装置５６によって他のガスや水蒸気から分
離して抽出され、水素回収管７５を経て水素タンク５４
に回収され、この水素タンク５４に一時的に貯留され
る。この燃料改質器５１内の水素ガスの分離抽出によ
り、この燃料改質器５１内では、吸熱反応が促進され、
高い転化率で燃料の改質が行われる。The hydrogen gas in the fuel reformer 51 is separated and extracted from other gases and steam by a hydrogen separator 56, and is extracted through a hydrogen recovery pipe 75.
And temporarily stored in the hydrogen tank 54. By separating and extracting hydrogen gas in the fuel reformer 51, an endothermic reaction is promoted in the fuel reformer 51,
The fuel is reformed at a high conversion rate.
【００６３】エンジン本体２に燃料を供給する際には、
上記第１燃料供給管７６の電動弁７６ａ及び第２燃料供
給管７７の電動弁７７ａが共に開放される。これによ
り、燃料改質器５１内のメタンガス、一酸化炭素、水蒸
気は、第１燃料供給管７６によってミキサ５５に供給さ
れる。一方、水素タンク５４内の水素ガスは、第２燃料
供給管７７よってミキサ５５に供給される。このミキサ
５５では、各燃料が一旦貯蔵されて、ここで混合される
と共に、ミキサ５５に内蔵した図示しない除湿器で余分
な残留Ｈ2Ｏが取り除かれる。そして、改質後の燃料が
改質後燃料供給管７８を経て、空気供給系４から供給さ
れた空気と混合されてエンジン本体２の燃焼室に供給さ
れる。この際、上記電動弁７７ａの開度を調整すること
により、総燃料中の水素混合割合を任意の値に設定し
て、ガスエンジンの運転状態を制御することが可能であ
る。When supplying fuel to the engine body 2,
The electric valve 76a of the first fuel supply pipe 76 and the electric valve 77a of the second fuel supply pipe 77 are both opened. Thereby, the methane gas, carbon monoxide, and steam in the fuel reformer 51 are supplied to the mixer 55 through the first fuel supply pipe 76. On the other hand, the hydrogen gas in the hydrogen tank 54 is supplied to the mixer 55 through the second fuel supply pipe 77. In the mixer 55, each fuel is temporarily stored and mixed there, and excess H 2 O is removed by a dehumidifier (not shown) built in the mixer 55. Then, the reformed fuel is mixed with the air supplied from the air supply system 4 via the reformed fuel supply pipe 78 and supplied to the combustion chamber of the engine body 2. At this time, by adjusting the opening of the electric valve 77a, it is possible to set the mixing ratio of hydrogen in the total fuel to an arbitrary value and control the operating state of the gas engine.
【００６４】これによってエンジン本体２が駆動し、出
力軸２１の回転駆動に伴って発電機３が駆動して発電が
行われる。As a result, the engine body 2 is driven, and the generator 3 is driven by the rotation of the output shaft 21 to generate electric power.
【００６５】以上が、本ガスエンジン１の基本的な運転
動作である。The basic operation of the gas engine 1 has been described above.
【００６６】（ノッキング発生時の制御）次に、ガスエ
ンジン１の運転中にノッキングが発生する状況になった
場合の制御について説明する。このノッキングが発生す
る状況とは、上述した如く、供給燃料中の水素成分の影
響でメタン価が小さくなりすぎていることが考えられ
る。このため、このような状況では、水素の供給量を低
下させてメタン価を大きくし、ノッキングを防止する制
御が行われる。具体的には、コントローラ８の水素供給
量制御手段８５が、ノッキングセンサ８２の出力を受け
てノッキング強度を測定し、ノッキングの発生が検知ま
たは予知される状況であるときには、第２燃料供給管７
７の電動弁７７ａの開度を小さくするように制御するこ
とで、水素の供給量を低下させて総燃料中の水素混合割
合を低下させる。これにより、供給燃料のメタン価が大
きくなり、ノッキングの発生が回避できる。そして、ノ
ッキング強度が所定値以下まで低下すると、再び、電動
弁７７ａの開度を大きくして通常運転に戻る。(Control when Knocking Occurs) Next, control when knocking occurs during operation of the gas engine 1 will be described. As described above, it is considered that the knocking occurs because the methane number is too small due to the influence of the hydrogen component in the supplied fuel. Therefore, in such a situation, control is performed to reduce the supply amount of hydrogen to increase the methane number and prevent knocking. Specifically, the hydrogen supply amount control means 85 of the controller 8 receives the output of the knocking sensor 82 and measures the knocking intensity. When the occurrence of knocking is detected or predicted, the second fuel supply pipe 7
By controlling the opening degree of the electric valve 77a to be small, the supply amount of hydrogen is reduced, and the mixing ratio of hydrogen in the total fuel is reduced. As a result, the methane number of the supplied fuel increases, and the occurrence of knocking can be avoided. Then, when the knocking intensity decreases to a predetermined value or less, the opening degree of the electric valve 77a is increased again, and the operation returns to the normal operation.
【００６７】（希薄燃焼制御）本ガスエンジン１の排気
ガス中の有害物質であるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをできるだ
け少なくするための運転制御を行う場合には、混合比調
整手段８６によって以下の制御が行われる。つまり、排
気ガス中の有害物質をできるだけ少なくするためには希
薄燃焼を行うことが好ましい。このため、総燃料中の水
素混合割合を予め認識しておき、その水素混合割合にお
いて必要最小限の燃料供給量で燃焼室内での燃焼が良好
に行えるように、水素混合割合に応じた希薄可燃限界値
を求め、それに基づいて燃料と空気との混合割合を調整
する。図２は、この希薄可燃限界値を求めるためのマッ
プである。このマップに基づき、現在の水素混合割合に
対して、希薄可燃限界値となる希薄可燃限界当量比（空
気量に対する燃料の割合）を安定燃焼領域中で最も燃料
供給量が少なくなるように設定する（図２の曲線上に設
定する）。これにより、運転中の吹消を回避しながら
も、ガスエンジン１の排気ガス中の有害物質を大幅に削
減することができ、排気ガスのクリーン化を図ることが
可能となる。(Lean Combustion Control) When the operation control for minimizing the harmful substances NOx, CO and HC in the exhaust gas of the gas engine 1 is performed, the following control is performed by the mixture ratio adjusting means 86. Done. That is, it is preferable to perform lean combustion in order to minimize harmful substances in the exhaust gas. For this reason, the hydrogen mixing ratio in the total fuel is recognized in advance, and the lean flammable fuel according to the hydrogen mixing ratio is determined so that the combustion in the combustion chamber can be favorably performed with the minimum necessary fuel supply amount at the hydrogen mixing ratio. The limit value is determined, and the mixing ratio of fuel and air is adjusted based on the limit value. FIG. 2 is a map for obtaining the lean flammable limit value. Based on this map, the lean flammable limit equivalent ratio (ratio of fuel to air amount), which is the lean flammable limit value, for the current hydrogen mixing ratio, is set so that the fuel supply amount is the smallest in the stable combustion region. (Set on the curve in FIG. 2). Thereby, while avoiding blow-out during operation, harmful substances in the exhaust gas of the gas engine 1 can be significantly reduced, and the exhaust gas can be made cleaner.
【００６８】−実施形態の効果− 以上説明したように、本形態では、メタンガスを燃料改
質器５１で改質するに際し、生成した水素を、水素分離
装置５６によって順次燃料改質器５１から分離抽出する
ことにより、燃料改質器５１内での水素濃度を低下させ
ることで吸熱反応の促進を図るようにしている。このた
め、比較的低い温度環境下（例えば６００℃程度）であ
っても、高い転化率で改質が行われ、熱効率の大幅な上
昇を図ることが可能な燃料が得られて、ガスエンジン全
体としての熱効率の向上を図ることができる。その結
果、本形態のガスエンジン１では、従来のものと同一発
電量を得るために必要な燃料の量を削減することがで
き、省エネルギ性の向上を図ることができる。-Effects of Embodiment- As described above, in this embodiment, when the methane gas is reformed by the fuel reformer 51, the generated hydrogen is sequentially separated from the fuel reformer 51 by the hydrogen separator 56. By extracting, the endothermic reaction is promoted by lowering the hydrogen concentration in the fuel reformer 51. Therefore, even in a relatively low temperature environment (for example, about 600 ° C.), reforming is performed at a high conversion rate, and a fuel capable of significantly increasing thermal efficiency is obtained. As a result, the thermal efficiency can be improved. As a result, in the gas engine 1 of the present embodiment, the amount of fuel required to obtain the same power generation amount as that of the conventional engine can be reduced, and energy saving can be improved.
【００６９】図３は、排ガス温度とメタン転化率との関
係を示しており、曲線Ａは本形態のガスエンジン１に係
るものであり、曲線Ｂは上述した如く従来のガスエンジ
ン（図６参照）に係るものである。この図のように、排
ガス温度が６００℃の場合、従来のものではメタン転化
率は４０％程度しか得られていないのに対し、本形態で
は９０％以上の高い転化率が得られ、熱効率の大幅な向
上を図ることができている。FIG. 3 shows the relationship between the exhaust gas temperature and the methane conversion rate. Curve A relates to the gas engine 1 of the present embodiment, and curve B represents the conventional gas engine as described above (see FIG. 6). ). As shown in this figure, when the exhaust gas temperature is 600 ° C., the conventional apparatus can obtain a methane conversion rate of only about 40%, while the present embodiment can obtain a high conversion rate of 90% or more, and has a high thermal efficiency. Significant improvement has been achieved.
【００７０】（第２実施形態）次に、第２実施形態につ
いて説明する。本形態は、エンジン本体２の燃焼室内で
の燃焼温度を制御することによって、排気ガス中の有害
物質の削減を図るようにしたものである。従って、ここ
では、燃焼温度を制御する構成及び動作についてのみ説
明する。また、本形態に係る発電システムの概略構成を
示す図４にあっては、上記図１に示したものと同一の構
成部材については同一の符号を付して説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, harmful substances in exhaust gas are reduced by controlling the combustion temperature in the combustion chamber of the engine body 2. Therefore, here, only the configuration and operation for controlling the combustion temperature will be described. In FIG. 4 showing a schematic configuration of the power generation system according to this embodiment, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００７１】この図４に示すように、本例に係るガスエ
ンジン１は、排熱ボイラ５２と燃料改質器５１とを接続
する水蒸気供給管７１の下流側が分岐されており、一方
の分岐管７１Ａが燃料改質器５１に、他方の分岐管（本
発明でいう水蒸気供給経路を構成する）７１Ｂがミキサ
５５にそれぞれ接続されている。そして、各分岐管７１
Ａ，７１Ｂには電動弁７１ｂ，７１ｃが設けられてい
る。As shown in FIG. 4, in the gas engine 1 according to the present embodiment, the downstream side of the steam supply pipe 71 connecting the exhaust heat boiler 52 and the fuel reformer 51 is branched, and one branch pipe is provided. 71A is connected to the fuel reformer 51, and the other branch pipe (which constitutes the steam supply path in the present invention) 71B is connected to the mixer 55. And each branch pipe 71
A and 71B are provided with electric valves 71b and 71c.
【００７２】また、コントローラ８には水蒸気調整手段
８７が備えられている。この水蒸気調整手段８７は、水
蒸気供給管７１の他方の分岐管７１Ｂからミキサ５５へ
の水蒸気の供給量を調整することによって、燃焼室内の
燃焼温度を調整するものである。つまり、燃焼温度が高
すぎる場合に、分岐管７１Ｂの電動弁７１ｃを開放する
ことによって供給燃料中の水蒸気量を増加させ、これに
よって燃焼温度を低下させて、排気ガス中の有害物質を
最も削減できる燃焼温度となるように制御する。The controller 8 is provided with a steam adjusting means 87. The steam adjusting means 87 adjusts the combustion temperature in the combustion chamber by adjusting the amount of steam supplied from the other branch pipe 71B of the steam supply pipe 71 to the mixer 55. In other words, when the combustion temperature is too high, the amount of water vapor in the supplied fuel is increased by opening the electric valve 71c of the branch pipe 71B, thereby lowering the combustion temperature and reducing the harmful substances in the exhaust gas most. Control so that the combustion temperature can be achieved.
【００７３】このように本形態では、排熱ボイラ５２で
発生した水蒸気の一部を燃焼室に向けて供給して燃焼温
度を調整できるようにしているため、簡単な制御動作
で、排気ガス中の有害物質を最も削減できる燃焼温度で
ガスエンジンを運転することが可能となる。As described above, in this embodiment, a part of the steam generated in the exhaust heat boiler 52 is supplied to the combustion chamber so that the combustion temperature can be adjusted. It is possible to operate the gas engine at a combustion temperature at which the most harmful substances can be reduced.
【００７４】また、このような排熱ボイラ５２で発生し
た水蒸気の燃焼室への供給は、ガスエンジン本体２の熱
効率向上や、燃焼室から燃料噴射口へのバックファイヤ
ー防止にも効果がある。Further, the supply of the steam generated by the exhaust heat boiler 52 to the combustion chamber is effective for improving the thermal efficiency of the gas engine body 2 and preventing a backfire from the combustion chamber to the fuel injection port.
【００７５】尚、分岐管７１Ｂの下流端の接続箇所とし
ては、ミキサ５５に限らず、改質後燃料供給管７８や燃
焼室であってもよい。The connection point at the downstream end of the branch pipe 71B is not limited to the mixer 55, but may be a reformed fuel supply pipe 78 or a combustion chamber.
【００７６】（第３実施形態）次に、第３実施形態につ
いて説明する。本形態は、水素分離装置５６における水
素分離抽出動作の促進を図るための構成の変形例であ
る。その他の構成は上述した第１実施形態のものと同様
である。従って、ここでは第１実施形態との相違点につ
いてのみ説明する。また、本形態に係る発電システムの
概略構成を示す図５にあっては、上記図１に示したもの
と同一の構成部材については同一の符号を付して説明を
省略する。(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described. This embodiment is a modification of the configuration for promoting the hydrogen separation and extraction operation in the hydrogen separation device 56. Other configurations are the same as those of the above-described first embodiment. Therefore, only the differences from the first embodiment will be described here. Further, in FIG. 5 showing a schematic configuration of the power generation system according to the present embodiment, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００７７】この図５に示すように、本形態に係るガス
エンジン１は、脱硫装置として高次脱硫装置５３が備え
られている。この高次脱硫装置５３は炭化水素系燃料中
に含まれる硫黄分（一般にスリップ硫黄と呼ばれる）を
１ppbレベルまで削減することができるものであって、
常温の環境下であっても高性能の脱硫動作を行うことが
できるものである。その脱硫の原理としては、金属酸化
物上の活性金属によってチオフェン等の有機硫黄をも分
解して脱硫を行うことができるようにされている。As shown in FIG. 5, the gas engine 1 according to the present embodiment is provided with a high-order desulfurizer 53 as a desulfurizer. This high-order desulfurization device 53 can reduce the sulfur content (generally called slip sulfur) contained in the hydrocarbon fuel to a level of 1 ppb,
It is capable of performing a high-performance desulfurization operation even in a normal temperature environment. As a principle of the desulfurization, desulfurization can be performed by decomposing organic sulfur such as thiophene by an active metal on a metal oxide.
【００７８】また、上記高次脱硫装置５３からの燃料を
燃料改質器５１に供給するための脱硫燃料供給管７３に
は電動弁７３ａが設けられており、通常の運転時には、
水蒸気供給管７１の電動弁７１ａ及び脱硫燃料供給管７
３の電動弁７３ａが共に開放されて、燃料改質器５１に
対してメタンガス及び水蒸気が供給されて吸熱反応に伴
うガスエンジン１の運転が行われる。一方、燃料改質器
５１の触媒が被毒された場合や発電負荷が小さい場合に
は、水蒸気供給管７１の電動弁７１ａが開放され、脱硫
燃料供給管７３の電動弁７３ａが閉鎖される。これによ
り、燃料改質器５１に対して水蒸気のみが供給される状
態となる。この水蒸気のみの供給により燃料改質器５１
の触媒が被毒される原因となっている硫黄分が分解さ
れ、これによって触媒を再生することができる。An electric valve 73a is provided in a desulfurization fuel supply pipe 73 for supplying the fuel from the high-order desulfurization unit 53 to the fuel reformer 51.
Electric valve 71a of steam supply pipe 71 and desulfurization fuel supply pipe 7
The third motor-operated valve 73a is both opened, and methane gas and water vapor are supplied to the fuel reformer 51 to operate the gas engine 1 with the endothermic reaction. On the other hand, when the catalyst of the fuel reformer 51 is poisoned or when the power generation load is small, the electric valve 71a of the steam supply pipe 71 is opened, and the electric valve 73a of the desulfurization fuel supply pipe 73 is closed. As a result, only the steam is supplied to the fuel reformer 51. By supplying only this steam, the fuel reformer 51
The sulfur component causing the poisoning of the catalyst is decomposed, whereby the catalyst can be regenerated.
【００７９】尚、この高次脱硫装置５３の上流側に水添
脱硫装置を備えさせるようにしてもよい。これによれ
ば、高次脱硫装置５３に導入される硫黄量を極端に少な
くすることができ、高次脱硫装置５３での硫黄除去動作
の高効率化と高次脱硫装置５３の長寿命化とを図ること
ができる。It is to be noted that a hydrodesulfurization device may be provided upstream of the high-order desulfurization device 53. According to this, the amount of sulfur introduced into the high-order desulfurization device 53 can be extremely reduced, and the efficiency of the sulfur removal operation in the high-order desulfurization device 53 and the life of the high-order desulfurization device 53 can be extended. Can be achieved.
【００８０】更に、本ガスエンジン１の燃料供給系５に
は、上記構成に加えて、熱交換器５７及び純水装置５８
が備えられている。Further, in addition to the above configuration, the fuel supply system 5 of the gas engine 1 has a heat exchanger 57 and a pure water device 58.
Is provided.
【００８１】上記熱交換器５７は、燃料供給管７６を流
れる改質後燃料（改質ガス）と、燃料改質器５１に供給
されるメタンガス（高次脱硫装置５３で脱硫された後の
メタンガス）との間で熱交換を行うようになっている。
これにより燃料改質器５１に供給されるメタンガスを予
熱できる構成となっている。また、この熱交換器５７
は、燃料供給管７６を流れる改質後燃料（改質ガス）
と、後述する純水装置５８から排熱ボイラ５２に供給さ
れる純水との間でも熱交換が行われるようになってい
る。これにより排熱ボイラ５２に供給される純水を予熱
できる構成となっている。このように、本ガスエンジン
１の原料であるメタンガス及び純水を改質後燃料によっ
て予熱しておく構成を採用することによって改質後燃料
中の熱エネルギを回収でき、排熱回収量の増大を図るこ
とができる。The heat exchanger 57 includes a reformed fuel (reformed gas) flowing through the fuel supply pipe 76 and a methane gas supplied to the fuel reformer 51 (methane gas after being desulfurized by the high-order desulfurization device 53). ) And heat exchange.
Thereby, the methane gas supplied to the fuel reformer 51 can be preheated. In addition, this heat exchanger 57
Represents the reformed fuel (reformed gas) flowing through the fuel supply pipe 76
Also, heat exchange is performed between pure water supplied to the exhaust heat boiler 52 from a pure water device 58 described later. Thereby, the pure water supplied to the exhaust heat boiler 52 can be preheated. As described above, by adopting a configuration in which the methane gas and the pure water, which are the raw materials of the gas engine 1, are preheated by the reformed fuel, the heat energy in the reformed fuel can be recovered, and the amount of exhaust heat recovered can be increased Can be achieved.
【００８２】また、上記純水装置５８は水供給管５８ａ
によって排熱ボイラ５２に接続されており、熱交換器５
７は水戻し管５７ａによってこの水供給管５８ａに接続
されている。つまり、熱交換器５７によって改質後燃料
中に含まれる水分が凝縮されて成る水を排熱ボイラ５２
で生成される水蒸気の原料とすることができるようにな
っている。このため、改質後燃料中に含まれる水分を廃
棄することなく有効に利用することができ、純水供給設
備のランニングコストの削減を図ることができる。The pure water device 58 includes a water supply pipe 58a.
Is connected to the waste heat boiler 52 by the heat exchanger 5
7 is connected to this water supply pipe 58a by a water return pipe 57a. That is, the water formed by condensing the water contained in the reformed fuel by the heat exchanger 57 is discharged to the waste heat boiler 52.
It can be used as a raw material of steam generated in the above. Therefore, the water contained in the reformed fuel can be effectively used without being discarded, and the running cost of the pure water supply equipment can be reduced.
【００８３】一方、上記純水装置５８は、例えば水道水
が供給され、この水道水から純水を生成し、この純水を
上記水供給管５８ａによって排熱ボイラ５２に供給する
ものである。つまり、水道水中に含まれるハロゲンや砒
素等の不純物を除去することによって高純度の純水を生
成するようになっている。この純水装置５８の具体的な
ものとしては、蒸留式純水装置、カートリッジ式純水装
置、イオン交換式純水装置、電気再生式純水装置、電気
透析原理を応用した連続イオン交換法（ＥＤＩ）による
装置などが掲げられる。On the other hand, the pure water device 58 is supplied with, for example, tap water, generates pure water from the tap water, and supplies the pure water to the exhaust heat boiler 52 through the water supply pipe 58a. That is, high-purity pure water is generated by removing impurities such as halogen and arsenic contained in tap water. Specific examples of the pure water device 58 include a distillation type pure water device, a cartridge type pure water device, an ion exchange type pure water device, an electric regeneration type pure water device, and a continuous ion exchange method applying the electrodialysis principle ( EDI) and the like.
【００８４】特に、ハロゲンを除去するための手法とし
ては、活性炭濾過法、精密濾過法（ＭＦ膜（マイクロフ
ィルタ）などによる）、限外濾過法（ＵＦ膜（ウルトラ
フィルタ）などによる）、逆浸透膜法（ＲＯ膜（リバー
ス・オスモシス）などによる）のうち少なくとも一つが
選択されている。一方、砒素を除去するための手法とし
ては、凝集沈殿法（供沈法）、イオン交換法、活性アル
ミナ法、低圧逆浸透膜法、逆浸透膜法（浸透圧とは逆方
向に圧力をかける手法）、ＡＤＩ法のうち少なくとも一
つが選択されている。In particular, techniques for removing halogen include activated carbon filtration, microfiltration (using a MF membrane (microfilter), etc.), ultrafiltration (using a UF membrane (ultrafilter), etc.), reverse osmosis. At least one of the film methods (by RO film (reverse osmosis) or the like) is selected. On the other hand, techniques for removing arsenic include coagulation sedimentation (precipitation method), ion exchange, activated alumina method, low-pressure reverse osmosis membrane method, and reverse osmosis membrane method (apply pressure in the opposite direction to osmotic pressure). Method) and at least one of the ADI methods.
【００８５】例えば、上記供沈法では、原水（水道水）
に酸化剤と凝集剤とが注入され、これをミキサで混合し
てＵＤフィルタに通過させる。この際、フィルタの濾過
層を原水が通過する際に、砒素を取り込んだ凝集フロッ
クが補足される。この処理水は更に急速で濾過され、残
留している砒素や濁質が除去される。For example, in the above sedimentation method, raw water (tap water)
An oxidizing agent and a flocculant are injected into the mixer, mixed with a mixer, and passed through a UD filter. At this time, when raw water passes through the filter layer of the filter, the flocculated flocs that have taken in arsenic are captured. The treated water is filtered more rapidly to remove residual arsenic and suspended matter.
【００８６】活性アルミナ法では、酸化剤と、ｐＨ調整
のための酸を注入した原水をミキサで混合し、活性アル
ミナ吸着塔に流入させる。その後、この処理水は浄化池
でｐＨ値を中性付近まで上げるための再調整が行われ
る。更に、濁質、鉄、マンガン等が濾過器によって除去
される。In the activated alumina method, an oxidizing agent and raw water into which an acid for adjusting pH is injected are mixed by a mixer and flown into an activated alumina adsorption tower. Thereafter, the treated water is subjected to readjustment in the purification ponds to raise the pH value to near neutrality. Further, suspended matter, iron, manganese and the like are removed by a filter.
【００８７】ここで純水とは一般にはppm（mg/l）オー
ダの濃度で不純物を含有している水をいう。また、高性
能の純水装置５８であれば、超純水を生成することも可
能である。この超純水とは一般にはppb（μg/l）オーダ
の濃度で不純物を含有している水をいう。Here, the pure water generally refers to water containing impurities at a concentration on the order of ppm (mg / l). Further, with the high-performance pure water device 58, it is also possible to generate ultrapure water. This ultrapure water generally refers to water containing impurities at a concentration of the order of ppb (μg / l).
【００８８】このようにして排熱ボイラ５２に供給され
る水を純水とすることによって、燃料改質器５１に供給
される水蒸気中にハロゲンや砒素等の不純物が含まれて
しまうことを回避し、これによって上記吸熱反応を効率
良く行うことができるようにしている。これにより、燃
料改質器５１、排熱ボイラ５２の高寿命化、純水タンク
が不要になることによる低コスト化を図ることができ
る。By making the water supplied to the waste heat boiler 52 pure water in this way, it is possible to prevent the water vapor supplied to the fuel reformer 51 from containing impurities such as halogen and arsenic. Thus, the endothermic reaction can be efficiently performed. As a result, the service life of the fuel reformer 51 and the exhaust heat boiler 52 can be prolonged, and the cost can be reduced by eliminating the need for a pure water tank.
【００８９】更に、本形態に係るガスエンジン１の水素
分離装置５６は、その水素導出側が水素ポンプ手段とし
ての水素ポンプユニット９を介してタンク５５に接続さ
れている。以下、この水素ポンプユニット９について説
明する。Further, in the hydrogen separation device 56 of the gas engine 1 according to the present embodiment, the hydrogen outlet side is connected to the tank 55 via the hydrogen pump unit 9 as hydrogen pump means. Hereinafter, the hydrogen pump unit 9 will be described.
【００９０】この水素ポンプユニット９は、一方が水素
回収管７５によって水素分離装置５６の導出側に接続さ
れており、他方が水素供給経路を構成する水素放出管９
１によってタンク５５に接続されている。また、この水
素放出管９１には開度調整可能な電動弁９１ａが設けら
れている。One of the hydrogen pump units 9 is connected to the outlet side of the hydrogen separator 56 by a hydrogen recovery pipe 75, and the other is a hydrogen discharge pipe 9 forming a hydrogen supply path.
1 is connected to the tank 55. The hydrogen discharge pipe 91 is provided with an electric valve 91a whose opening can be adjusted.
【００９１】水素ポンプユニット９は、一対の水素吸蔵
体９２ａ，９２ｂ、（９３ａ，９３ｂ）が直列に接続さ
れて成る第１及び第２の水素ポンプ９２，（９３）と、
この水素ポンプ９２，（９３）に接続された水素貯蔵体
９４とを備えている。これら水素吸蔵体９２ａ〜９３ｂ
及び水素貯蔵体９４はそれぞれ上述した水素吸蔵物質が
内蔵されている。また、これら水素吸蔵体９２ａ〜９３
ｂ及び水素貯蔵体９４には図示しない温冷熱源が備えら
れており、この温冷熱源によって冷却された際には水素
吸蔵動作を行う一方、加熱された際には水素放出動作を
行うようになっている。この加熱源としてはエンジン本
体２の排熱を利用することも可能である。尚、上記水素
貯蔵体９４の構成として、具体的には、水素吸蔵合金タ
ンクの他に、圧縮水素タンク、液体水素タンク、メタル
ハイドライドタンク、ケミカルハイドライドタンク等も
採用可能である。The hydrogen pump unit 9 includes first and second hydrogen pumps 92 and (93) each having a pair of hydrogen storage bodies 92a and 92b and (93a and 93b) connected in series.
A hydrogen storage unit 94 connected to the hydrogen pumps 92 and (93) is provided. These hydrogen storage bodies 92a to 93b
Each of the hydrogen storage bodies 94 has the above-described hydrogen storage material incorporated therein. In addition, these hydrogen storage bodies 92a to 93
b and the hydrogen storage body 94 are provided with a hot / cold heat source (not shown). When cooled by the hot / cold heat source, a hydrogen absorbing operation is performed, and when heated, a hydrogen releasing operation is performed. Has become. As the heating source, the exhaust heat of the engine body 2 can be used. In addition, as a configuration of the hydrogen storage body 94, specifically, in addition to the hydrogen storage alloy tank, a compressed hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, a metal hydride tank, a chemical hydride tank, or the like can be adopted.
【００９２】このように構成された水素ポンプユニット
９では、個々の水素ポンプ９２，９３において、上流側
の水素吸蔵体９２ａ，（９３ａ）が冷却され下流側の水
素吸蔵体９２ｂ，（９３ｂ）が加熱された場合には、こ
の上流側の水素吸蔵体９２ａ，（９３ａ）では水素分離
装置５６から水素が取り出されて吸蔵されると共に、下
流側の水素吸蔵体９２ｂ，（９３ｂ）では予め吸蔵して
いた水素がタンク５５に向けて放出されることになる
（以下、水素吸放動作）。逆に、上流側の水素吸蔵体９
２ａ，（９３ａ）が加熱され下流側の水素吸蔵体９２
ｂ，（９３ｂ）が冷却された場合には、この上流側の水
素吸蔵体９２ａ，（９３ａ）に吸蔵されていた水素が下
流側の水素吸蔵体９２ｂ，（９３ｂ）に供給されてこの
下流側の水素吸蔵体９２ｂ，（９３ｂ）に吸蔵されるこ
とになる（以下、水素吸蔵予備動作）。そして、各水素
ポンプ９２，９３では、一方が水素吸放動作を行い、他
方が水素吸蔵予備動作を行う状態が所定時間毎に交互に
繰り返される。これにより、水素分離装置５６から取り
出した水素を連続的にタンク５５に向けて放出すること
ができるようになっている。In the hydrogen pump unit 9 thus configured, in each of the hydrogen pumps 92 and 93, the upstream hydrogen storage bodies 92a and (93a) are cooled and the downstream hydrogen storage bodies 92b and (93b) are cooled. When heated, hydrogen is extracted from the hydrogen separator 56 and stored in the upstream hydrogen storage units 92a and 93a, and is stored in advance in the downstream hydrogen storage units 92b and 93b. The released hydrogen is released toward the tank 55 (hereinafter, hydrogen absorbing / releasing operation). Conversely, the upstream hydrogen storage 9
2a and (93a) are heated and the hydrogen storage body 92 on the downstream side is heated.
When b and (93b) are cooled, the hydrogen occluded in the upstream hydrogen occlusion bodies 92a and (93a) is supplied to the downstream hydrogen occlusion bodies 92b and (93b) and the downstream hydrogen occlusion bodies 92 and 93b are supplied to the downstream hydrogen occlusion bodies 92 and 93b. (Hereinafter, hydrogen storage preliminary operation). Then, in each of the hydrogen pumps 92 and 93, a state in which one performs a hydrogen absorbing and releasing operation and the other performs a hydrogen absorbing preliminary operation is alternately repeated at predetermined time intervals. Thereby, the hydrogen taken out from the hydrogen separation device 56 can be continuously discharged to the tank 55.
【００９３】また、負荷遮断時（エンジン本体２への燃
料供給が必要ない時）には、水素貯蔵体９４が冷却され
て、水素分離装置５６内の水素を取り出して一時的に貯
留する。そして、負荷投入時には、水素貯蔵体９４が加
熱され、この貯蔵していた水素がタンク５５へ放出され
るようになっている。これにより、エンジン本体２の運
転状態に応じて適切な量の水素ガスを燃料として供給す
ることが可能となり、ガスエンジン１の応答性を良好に
得ることができる。When the load is cut off (when it is not necessary to supply fuel to the engine body 2), the hydrogen storage unit 94 is cooled, and the hydrogen in the hydrogen separator 56 is taken out and temporarily stored. When the load is applied, the hydrogen storage body 94 is heated, and the stored hydrogen is released to the tank 55. This makes it possible to supply an appropriate amount of hydrogen gas as fuel in accordance with the operating state of the engine main body 2, and to achieve good responsiveness of the gas engine 1.
【００９４】尚、タンク５５への水素ガス放出量の調整
動作としては、上述した各水素吸蔵体９２ａ〜９３ｂ及
び水素貯蔵体９４の加熱冷却の制御と、上記電動弁９１
ａの開度制御によって行われる。この電動弁９１ａの具
体的な開度制御としては、コントローラ８（図示省略）
によって電動弁９１ａの開度制御を行い、これによって
燃焼室に供給される総燃料中の水素混合割合（ミキサ５
５内における水素ガスの割合）を調整している。このよ
うに総燃料中の水素混合割合が調整可能であるため、た
とえ燃料改質器５１の応答性が低下して改質ガスの組成
が変動したとしても、改質ガスの組成変動に合わせて電
動弁９１ａの開度を調整することにより水素の供給量を
適切に得ることでガスエンジンの運転を安定して行うこ
とが可能となる。具体的には、燃料改質器５１の応答性
の低下割合が大きくなるほど水素の供給量を増加させて
いくことにより、ガスエンジンの安定運転を継続して行
うことが可能となる。The operation of adjusting the amount of hydrogen gas released to the tank 55 includes the control of heating and cooling of the above-described hydrogen storage bodies 92a to 93b and the hydrogen storage body 94 and the operation of the electric valve 91.
This is performed by controlling the opening degree of a. As a specific opening control of the electric valve 91a, a controller 8 (not shown)
The opening degree of the motor-operated valve 91a is controlled by this, whereby the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber (mixer 5
5) is adjusted. As described above, since the mixing ratio of hydrogen in the total fuel is adjustable, even if the responsiveness of the fuel reformer 51 decreases and the composition of the reformed gas changes, the composition of the reformed gas changes. By adjusting the opening of the motor-operated valve 91a to obtain an appropriate amount of hydrogen supply, it becomes possible to stably operate the gas engine. Specifically, by increasing the supply amount of hydrogen as the responsiveness of the fuel reformer 51 increases, the stable operation of the gas engine can be continued.
【００９５】また、この電動弁９１ａの開度制御を利用
することにより、ガスエンジンのノッキング発生を回避
することも可能である。つまり、上記水素供給量制御手
段８５が、ノッキングセンサ８２（図５では何れも図示
省略）の出力を受けてノッキング強度を測定し、ノッキ
ングの発生が検知または予知される状況であるときに
は、電動弁９１ａの開度を小さくするように制御するこ
とで、水素の供給量を低下させて総燃料中の水素混合割
合を低下させる。これにより、供給燃料のメタン価が大
きくなり、ノッキングの発生が回避できる。そして、ノ
ッキング強度が所定値以下まで低下すると、再び、電動
弁９１ａの開度を大きくして通常運転に戻る。Further, by utilizing the opening control of the electric valve 91a, it is possible to avoid knocking of the gas engine. In other words, the hydrogen supply amount control means 85 measures the knocking intensity in response to the output of the knocking sensor 82 (both not shown in FIG. 5), and when the occurrence of knocking is detected or predicted, the electric valve is operated. By controlling the opening degree of 91a to be small, the supply amount of hydrogen is reduced, and the mixing ratio of hydrogen in the total fuel is reduced. As a result, the methane number of the supplied fuel increases, and the occurrence of knocking can be avoided. Then, when the knocking intensity decreases to a predetermined value or less, the opening of the electric valve 91a is increased again, and the operation returns to the normal operation.
【００９６】また、逆火（バックファイヤー）の発生を
検知または予知する逆火センサ（燃焼室内温度センサな
ど）を備えさせ、その出力に応じて電動弁９１ａの開度
を調整するようにすれば逆火を防止することも可能であ
る。つまり、上記水素供給量制御手段８５が、逆火セン
サの出力を受け、逆火の発生が検知または予知されたと
きに、電動弁９１ａの開度を小さくするように制御する
ことで、水素の供給量を低下させる。これにより、燃焼
室内での燃焼速度を低くすることができ、逆火を防止す
ることができる。Further, if a flashback sensor (such as a temperature sensor in the combustion chamber) for detecting or predicting the occurrence of flashback (backfire) is provided, and the opening of the motor-operated valve 91a is adjusted in accordance with the output thereof, It is also possible to prevent flashback. In other words, the hydrogen supply amount control means 85 receives the output of the flashback sensor and controls the opening of the motor-operated valve 91a to be small when the occurrence of flashback is detected or predicted. Reduce supply. Thus, the combustion speed in the combustion chamber can be reduced, and flashback can be prevented.
【００９７】本形態では、上記構成の水素ポンプユニッ
ト９を備えているため、水素分離装置５６からの水素の
取り出しと、タンク５５に向けての水素の放出とを同時
且つ連続的に行うことができ、ガスエンジン１の実用性
の向上を図ることができる。また、この水素ポンプユニ
ット９の駆動原理として温度によって水素の吸蔵と放出
とを切り換える構成を採用しているので、エンジンの排
熱などを有効に利用することが可能となって水素の放出
を行うための特別な動力源を廃することも可能である。In this embodiment, since the hydrogen pump unit 9 having the above configuration is provided, the extraction of hydrogen from the hydrogen separator 56 and the discharge of hydrogen to the tank 55 can be performed simultaneously and continuously. Thus, the practicality of the gas engine 1 can be improved. Further, since the hydrogen pump unit 9 employs a driving principle that switches between storing and releasing hydrogen depending on the temperature, the exhaust heat of the engine can be effectively used to release hydrogen. It is also possible to eliminate the special power source for this.
【００９８】尚、本形態では、排気ガス中の有害物質で
あるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをできるだけ少なくする希薄燃
焼を実現するために、エンジン回転数・負荷、排気温
度、排気の空燃比、総燃料中の水素混合量、水素分離後
の改質燃料供給量、排気の濃度、総燃料中の水素成分濃
度のうち少なくとも一つをセンサによって検出可能に構
成し、その検出値に応じて、燃焼室内での希薄燃焼を可
能とするように、燃焼室に向かって供給する水素と水素
分離後の改質燃料との混合割合を上記混合比調整手段８
６によって調整するようになっている。つまり、第１燃
料供給管７６の電動弁７６ａの開度と、水素放出管９１
の電動弁９１ａの開度とを調整することによって水素と
水素分離後の改質燃料との混合割合及びその混合した総
燃料の供給量を希薄燃焼を可能とするように調整してい
る。これにより、運転中の吹消を回避しながらも、ガス
エンジン１の排気ガス中の有害物質を大幅に削減するこ
とができ、排気ガスのクリーン化を図ることが可能とな
る。In this embodiment, in order to realize lean combustion in which NOx, CO, and HC, which are harmful substances in exhaust gas, are reduced as much as possible, the engine speed and load, exhaust temperature, air-fuel ratio of exhaust gas, total fuel At least one of the hydrogen mixture amount in the fuel, the reformed fuel supply amount after hydrogen separation, the exhaust gas concentration, and the hydrogen component concentration in the total fuel is configured to be detectable by a sensor. The mixing ratio between the hydrogen supplied to the combustion chamber and the reformed fuel after the hydrogen separation is adjusted by the mixing ratio adjusting means 8 so as to enable lean combustion in the combustion chamber.
6 to adjust. That is, the opening degree of the electric valve 76 a of the first fuel supply pipe 76 and the hydrogen release pipe 91
By adjusting the opening degree of the electric valve 91a, the mixing ratio of hydrogen and the reformed fuel after hydrogen separation and the supply amount of the mixed total fuel are adjusted to enable lean combustion. Thereby, while avoiding blow-out during operation, harmful substances in the exhaust gas of the gas engine 1 can be significantly reduced, and the exhaust gas can be made cleaner.
【００９９】−その他の実施形態− 上記実施形態では、炭化水素系燃料としてメタンガスを
燃料改質器５１で改質することにより発熱量の大きな燃
料を得るようにしたガスエンジン１に本発明を適用した
場合について説明した。本発明は、これに限らず、炭化
水素系燃料としては、天然ガス、石油系液体燃料、消化
ガス、バイオガス、アルコール燃料等の燃料を適用する
ことも可能である。-Other Embodiments- In the above embodiment, the present invention is applied to a gas engine 1 in which methane gas is reformed by a fuel reformer 51 as a hydrocarbon-based fuel to obtain a fuel having a large calorific value. The case has been described. The present invention is not limited to this, and it is also possible to apply fuels such as natural gas, petroleum-based liquid fuel, digestive gas, biogas, and alcohol fuel as the hydrocarbon-based fuel.
【０１００】また、ガスエンジンとしては発電用のもの
に限らず、種々の用途に使用されているガスエンジンに
本発明は適用可能である。The present invention is applicable not only to gas engines for power generation but also to gas engines used for various purposes.
【０１０１】更に、燃料改質器５１での吸熱反応を更に
促進させるために、この燃料改質器５１の内部で、分離
水素の一部、改質燃料（改質後の燃料であって水素以外
のもの）の一部または炭化水素系燃料（改質前の燃料）
の一部のうち少なくとも一つを燃焼させて、燃料改質器
５１の内部温度を上昇させる構成を採用することも可能
である。この構成を採用すれば、燃料改質器５１から水
素を抽出することによる吸熱反応の促進効果と相俟っ
て、極めて高い転化率を実現することができる。例え
ば、この分離水素、改質燃料または炭化水素系燃料の燃
焼により燃料改質器５１の内部温度を８００℃まで上昇
させた場合には、図３に示すように、略１００％の転化
率を得ることができる。Further, in order to further promote the endothermic reaction in the fuel reformer 51, a part of the separated hydrogen, reformed fuel (reformed fuel and hydrogen Other) or hydrocarbon fuel (fuel before reforming)
It is also possible to employ a configuration in which at least one of the components is burned to raise the internal temperature of the fuel reformer 51. With this configuration, an extremely high conversion can be realized in combination with the effect of promoting the endothermic reaction by extracting hydrogen from the fuel reformer 51. For example, when the internal temperature of the fuel reformer 51 is increased to 800 ° C. by the combustion of the separated hydrogen, reformed fuel, or hydrocarbon-based fuel, as shown in FIG. Obtainable.
【０１０２】また、上記実施形態では、水蒸気と炭化水
素系燃料とを吸熱反応させて燃料改質を行うものについ
て説明したが、本発明は、二酸化炭素と炭化水素系燃料
とを吸熱反応させて燃料改質を行うものに適用すること
も可能である。Further, in the above embodiment, the fuel reforming is performed by performing an endothermic reaction between steam and a hydrocarbon fuel. However, the present invention provides an endothermic reaction between carbon dioxide and a hydrocarbon fuel. The present invention can be applied to a fuel reforming apparatus.
【０１０３】[0103]
【発明の効果】以上のように、本発明では、炭化水素系
燃料を燃料改質器で改質するに際し、生成した水素を順
次燃料改質器から分離抽出することにより、燃料改質器
内での改質反応を促進するようにしている。このため、
比較的低い温度環境下であっても、高い転化率で改質が
行われて、熱効率の大幅な上昇を図ることが可能な燃料
が得られ、ガスエンジン全体としての熱効率の向上を図
ることができる。As described above, according to the present invention, when the hydrocarbon-based fuel is reformed by the fuel reformer, the generated hydrogen is separated and extracted from the fuel reformer sequentially, so that the inside of the fuel reformer is improved. To promote the reforming reaction. For this reason,
Even in a relatively low temperature environment, reforming is performed at a high conversion rate, and a fuel that can achieve a significant increase in thermal efficiency can be obtained, thereby improving the thermal efficiency of the gas engine as a whole. it can.
【０１０４】また、燃料改質器の内部で、分離水素、改
質燃料または炭化水素系燃料の一部を燃焼させるように
すれば、改質反応を高い温度環境下で行わせることがで
き、極めて高い転化率を実現することが可能となる。Further, if a part of the separated hydrogen, reformed fuel or hydrocarbon-based fuel is burned inside the fuel reformer, the reforming reaction can be performed in a high temperature environment. Extremely high conversion rates can be achieved.
【０１０５】また、炭化水素系燃料に含まれる硫黄分を
水添脱硫によって除去する脱硫装置に対して、上記分離
抽出された水素の一部を供給する構成とした場合には、
従来の構成において必要であった水素ボンベを廃するこ
とができ、ボンベの交換や水素の補充作業が不要になっ
て、メンテナンスコストの削減を図ることができる。In the case where a part of the separated and extracted hydrogen is supplied to a desulfurization apparatus for removing sulfur contained in a hydrocarbon fuel by hydrodesulfurization,
The hydrogen cylinder required in the conventional configuration can be abolished, and replacement of the cylinder and replenishment of hydrogen are not required, so that maintenance costs can be reduced.
【０１０６】更に、水素の供給量を調整することによっ
てエンジンのノッキングを防止するようにした場合に
は、ノッキングを確実に防止することができ、ガスエン
ジンの長寿命化を図ることが可能になる。同様に、水素
の供給量を調整することによって逆火を防止するように
した場合にも、ガスエンジンの長寿命化を図ることが可
能になる。Further, in the case where knocking of the engine is prevented by adjusting the supply amount of hydrogen, knocking can be reliably prevented, and the life of the gas engine can be extended. . Similarly, even when the flashback is prevented by adjusting the supply amount of hydrogen, the life of the gas engine can be extended.
【０１０７】加えて、総燃料中の水素混合割合に応じて
燃焼室に向かって供給する燃料と空気との混合割合を調
整したり、水蒸気発生手段で発生した水蒸気の燃焼室へ
の供給量を調整した場合には、排気ガスのクリーン化を
図るのに最適な希薄燃焼状態や燃焼温度を得ることが可
能になり、排気ガスの清浄化に伴いガスエンジンの実用
性の向上を図ることができる。また、水蒸気発生手段で
発生した水蒸気の燃焼室への供給は、ガスエンジン本体
の熱効率向上や、燃焼室から燃料噴射口へのバックファ
イヤー防止にも効果がある。In addition, the mixing ratio of fuel and air supplied to the combustion chamber is adjusted according to the mixing ratio of hydrogen in the total fuel, or the supply amount of steam generated by the steam generating means to the combustion chamber is reduced. When adjusted, it becomes possible to obtain an optimal lean combustion state and combustion temperature for purifying the exhaust gas, and it is possible to improve the practicability of the gas engine with the purification of the exhaust gas. . The supply of the steam generated by the steam generating means to the combustion chamber is also effective in improving the thermal efficiency of the gas engine body and preventing backfire from the combustion chamber to the fuel injection port.
【０１０８】また、分離抽出された水素の燃焼室へ向か
う流量を調整して燃焼室に供給される総燃料中の水素混
合割合を調整可能とすることにより、たとえ燃料改質器
の応答性が低下して改質ガスの組成が変動したとして
も、改質ガスの組成変動に合わせて水素の供給量を適切
に得ることでガスエンジンの安定運転を継続して行うこ
とが可能となり、ガスエンジンの信頼性の向上を図るこ
とができる。Further, by adjusting the flow rate of the separated and extracted hydrogen toward the combustion chamber to adjust the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber, the responsiveness of the fuel reformer can be improved. Even if the composition of the reformed gas fluctuates due to the decrease, the stable operation of the gas engine can be continuously performed by appropriately obtaining the supply amount of hydrogen in accordance with the composition fluctuation of the reformed gas. Reliability can be improved.
【０１０９】更に、水素分離手段によって分離抽出され
た水素を吸蔵する吸蔵動作と、この吸蔵した水素を燃焼
室に向けて放出することにより水素供給圧力を昇圧させ
る放出動作とが可能な水素ポンプ手段を設けた場合に
は、高転化率を維持しながらガスエンジンの連続運転を
良好に行うことが可能になる。Further, a hydrogen pump means capable of occluding the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means and releasing the hydrogen stored therein by increasing the hydrogen supply pressure by discharging the stored hydrogen toward the combustion chamber. Is provided, it is possible to satisfactorily operate the gas engine continuously while maintaining a high conversion rate.
【０１１０】また、機関回転数・負荷、排気温度、排気
の空燃比、総燃料中の水素混合量、水素分離後の改質燃
料供給量、排気の濃度、総燃料中の水素成分濃度のうち
少なくとも一つの検出値に応じて水素と水素分離後の改
質燃料との混合割合を調整してガスエンジンの希薄燃焼
を可能にした場合には、運転中の吹消を回避しながら
も、ガスエンジンの排気ガス中の有害物質を大幅に削減
することができ、例えばＮＯｘを数ppm以下に抑えるこ
とができて排気ガスのクリーン化を図ることが可能とな
る。The engine speed / load, the exhaust temperature, the air-fuel ratio of the exhaust gas, the amount of hydrogen mixed in the total fuel, the reformed fuel supply amount after hydrogen separation, the concentration of the exhaust gas, and the concentration of the hydrogen component in the total fuel If the mixture ratio of hydrogen and the reformed fuel after hydrogen separation is adjusted according to at least one detected value to enable lean combustion of the gas engine, the gas engine The harmful substances in the exhaust gas can be greatly reduced, for example, NOx can be suppressed to several ppm or less, and the exhaust gas can be cleaned.
【図１】第１実施形態に係るガスエンジンによって発電
を行う発電システムの概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a power generation system that generates power using a gas engine according to a first embodiment.
【図２】水素混合割合と希薄可燃限界当量比との関係を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a hydrogen mixing ratio and a lean flammable limit equivalent ratio.
【図３】排ガス温度とメタン転化率との関係を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between exhaust gas temperature and methane conversion.
【図４】第２実施形態に係るガスエンジンによって発電
を行う発電システムの概略構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a power generation system that generates power using a gas engine according to a second embodiment.
【図５】第３実施形態に係るガスエンジンによって発電
を行う発電システムの概略構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a power generation system that generates power using a gas engine according to a third embodiment.
【図６】従来例における図１相当図である。FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1 in a conventional example.
１ ガスエンジン ５１ 燃料改質器 ５２ 排熱ボイラ（水蒸気発生手段） ５３ 脱硫装置 ５４ 水素タンク ５６ 水素分離装置（水素分離手段） ７１Ｂ 分岐管（水蒸気供給経路） ７４ 水素供給管（脱硫用水素供給経路） ７７ 第２燃料供給管（水素供給経路） ７７ａ 電動弁（調整手段） ８２ ノッキングセンサ ８５ 水素供給量制御手段 ８６ 混合比調整手段 ８７ 水蒸気調整手段 ９ 水素ポンプユニット（水素ポンプ手段） ９１ａ 電動弁（調整手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas engine 51 Fuel reformer 52 Waste heat boiler (steam generating means) 53 Desulfurizer 54 Hydrogen tank 56 Hydrogen separator (hydrogen separating means) 71B Branch pipe (steam supply path) 74 Hydrogen supply pipe (desulfurization hydrogen supply path) 77 second fuel supply pipe (hydrogen supply path) 77a electric valve (adjustment means) 82 knocking sensor 85 hydrogen supply amount control means 86 mixing ratio adjustment means 87 steam adjustment means 9 hydrogen pump unit (hydrogen pump means) 91a electric valve ( Adjustment means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０１Ｂ 3/56 Ｃ０１Ｂ 3/56 Ｚ Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｃ Ｆ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｄ ３６８Ｚ Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｈ 25/022 27/02 Ａ 25/032 Ｆ 27/02 Ｋ 25/02 Ｃ Ｈ Ｋ Ｆターム(参考） 3G084 AA04 AA05 BA11 DA02 DA10 DA19 FA14 FA18 FA25 FA26 FA27 FA28 FA33 3G092 AA09 AA18 AB06 AB15 AC08 BB20 DE17S FA02 FA16 HA11Z HB05X HC05Z HD01Z HD04Z HE01Z 4G040 AA12 EA03 EA06 EB01 EB14 EB33 EB42 EB44 FA02 FC01 FC02 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C01B 3/56 C01B 3/56 Z F02D 19/02 F02D 19/02 C F 45/00 368 45/00 368D 368Z F02M 25/00 F02M 25/00 H 25/022 27/02 A 25/032 F 27/02 K 25/02 CH K F Term (reference) 3G084 AA04 AA05 BA11 DA02 DA10 DA19 FA14 FA18 FA25 FA26 FA27 FA28 FA33 3G092 AA09 AA18 AB06 AB15 AC08 BB20 DE17S FA02 FA16 HA11Z HB05X HC05Z HD01Z HD04Z HE01Z 4G040 AA12 EA03 EA06 EB01 EB14 EB33 EB42 EB44 FA02 FC01 FC02
Claims (13)
後、この改質後の燃料を燃焼室に向けて供給するガスエ
ンジンにおいて、 上記改質後の燃料から水素を分離抽出する水素分離手段
と、 この水素分離手段によって分離抽出された水素を燃焼室
に向けて供給する水素供給経路とを備えていることを特
徴とするガスエンジン。1. A gas engine that reforms a hydrocarbon-based fuel in a fuel reformer and supplies the reformed fuel to a combustion chamber, wherein hydrogen is separated and extracted from the reformed fuel. A gas engine comprising: a hydrogen separation unit; and a hydrogen supply path that supplies hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation unit to a combustion chamber.
または炭化水素系燃料の一部を燃焼させることにより、
燃料改質器の内部温度を上昇させる構成となっているこ
とを特徴とするガスエンジン。2. The gas engine according to claim 1, wherein a part of the separated hydrogen, a part of the reformed fuel, or a part of the hydrocarbon fuel is burned in the fuel reformer.
A gas engine characterized in that the internal temperature of a fuel reformer is increased.
おいて、 水素分離手段によって分離抽出された水素を貯蔵するタ
ンクと、 このタンクから水素供給経路を経て燃焼室に向かって供
給される水素の供給量を調整することによって、燃焼室
に供給される総燃料中の水素混合割合を調整可能とする
調整手段とを備えていることを特徴とするガスエンジ
ン。3. The gas engine according to claim 1, wherein a tank for storing the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means, and a supply of hydrogen supplied from the tank to the combustion chamber via a hydrogen supply path. Adjusting means for adjusting the amount of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber by adjusting the amount thereof.
ガスエンジンにおいて、 炭化水素系燃料に含まれる硫黄分を水添脱硫によって除
去する脱硫装置と、 水素分離手段によって分離抽出された水素の一部を脱硫
装置に供給する脱硫用水素供給経路とを備えていること
を特徴とするガスエンジン。4. The gas engine according to claim 1, wherein a sulfur component contained in the hydrocarbon fuel is removed by hydrodesulfurization, and the gas is separated and extracted by a hydrogen separation unit. A hydrogen supply path for desulfurization for supplying a part of the hydrogen to a desulfurization device.
ガスエンジンにおいて、 ノッキングの発生を検知または予知するノッキングセン
サと、 このノッキングセンサの出力を受けてノッキング強度を
測定し、ノッキング強度が所定値を超えたときに、水素
供給経路からの水素の供給量を減少させて、燃焼室に供
給される総燃料中の水素混合割合を低下させる水素供給
量制御手段とを備えていることを特徴とするガスエンジ
ン。5. The gas engine according to claim 1, wherein a knocking sensor that detects or predicts occurrence of knocking is provided, and a knocking intensity is measured by receiving an output of the knocking sensor. Hydrogen supply amount control means for reducing the supply amount of hydrogen from the hydrogen supply path when the intensity exceeds a predetermined value to reduce the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber. A gas engine characterized in that:
ガスエンジンにおいて、 総燃料中の水素混合割合に応じて、燃焼室に向かって供
給する燃料と空気との混合割合を調整する混合比調整手
段を備えていることを特徴とするガスエンジン。6. The gas engine according to claim 1, wherein a mixing ratio of fuel and air supplied to the combustion chamber is adjusted according to a mixing ratio of hydrogen in the total fuel. A gas engine characterized by comprising a mixing ratio adjusting means.
ガスエンジンにおいて、 燃料改質器は、炭化水素系燃料と水蒸気とを吸熱反応さ
せることにより、炭化水素系燃料を改質するようになっ
ており、 上記水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、 この水蒸気発生手段で発生した水蒸気の一部を燃焼室に
向けて供給する水蒸気供給経路と、 この水蒸気供給経路からの水蒸気の供給量を調整するこ
とによって、燃焼室内の燃焼温度を調整する水蒸気調整
手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。7. The gas engine according to claim 1, wherein the fuel reformer reforms the hydrocarbon fuel by causing an endothermic reaction between the hydrocarbon fuel and steam. A steam generating means for generating the steam, a steam supply path for supplying a part of the steam generated by the steam generating means to the combustion chamber, and a supply of steam from the steam supplying path. A gas engine comprising: steam adjusting means for adjusting the combustion temperature in the combustion chamber by adjusting the amount.
ガスエンジンにおいて、 燃料改質器は、炭化水素系燃料と水蒸気とを吸熱反応さ
せることにより、炭化水素系燃料を改質するようになっ
ており、 総燃料中の水素混合割合に応じて、燃焼室に向かって供
給する燃料と空気との混合割合を調整する混合比調整手
段と、 上記水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、 この水蒸気発生手段で発生した水蒸気の一部を燃焼室に
向かって供給する水蒸気供給経路と、 この水蒸気供給経路からの水蒸気の供給量を調整するこ
とによって、燃焼室内の燃焼温度を調整する水蒸気調整
手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。8. The gas engine according to claim 1, wherein the fuel reformer reforms the hydrocarbon fuel by causing an endothermic reaction between the hydrocarbon fuel and steam. Mixing ratio adjusting means for adjusting the mixing ratio of fuel and air supplied to the combustion chamber in accordance with the hydrogen mixing ratio in the total fuel; and steam generating means for generating the steam. A steam supply path for supplying a part of the steam generated by the steam generation means to the combustion chamber; and a steam for adjusting a combustion temperature in the combustion chamber by adjusting a supply amount of the steam from the steam supply path. A gas engine comprising an adjusting means.
ガスエンジンにおいて、 水素供給経路には、水素分離手段によって分離抽出され
た水素の燃焼室へ向かう流量を調整することによって、
燃焼室に供給される総燃料中の水素混合割合を調整可能
とする調整手段が設けられていることを特徴とするガス
エンジン。9. The gas engine according to claim 1, wherein a flow rate of the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means toward the combustion chamber is adjusted in the hydrogen supply path.
A gas engine comprising an adjusting means for adjusting a mixing ratio of hydrogen in a total fuel supplied to a combustion chamber.
て、 水素分離手段によって分離抽出された水素を吸蔵する吸
蔵動作と、この吸蔵した水素を燃焼室に向けて放出する
ことにより水素供給圧力を昇圧させる放出動作とが可能
な水素ポンプ手段が設けられ、 調整手段は、この水素ポンプ手段の水素放出側に配設さ
れていることを特徴とするガスエンジン。10. The gas engine according to claim 9, wherein a hydrogen storage pressure is increased by storing the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means and discharging the stored hydrogen toward a combustion chamber. A gas engine, comprising: hydrogen pump means capable of discharging operation; and adjusting means disposed on the hydrogen discharging side of the hydrogen pump means.
ンにおいて、 ノッキングの発生を検知または予知するノッキングセン
サと、 このノッキングセンサの出力を受けてノッキング強度を
測定し、ノッキング強度が所定値を超えたときに、調整
手段の調整によって水素供給経路からの水素の供給量を
減少させて、燃焼室に供給される総燃料中の水素混合割
合を低下させる水素供給量制御手段とを備えていること
を特徴とするガスエンジン。11. The gas engine according to claim 9, wherein a knocking sensor for detecting or predicting occurrence of knocking, and a knocking intensity is measured in response to an output of the knocking sensor, and the knocking intensity exceeds a predetermined value. And a hydrogen supply amount control means for reducing the supply amount of hydrogen from the hydrogen supply path by adjusting the adjustment means to reduce the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber. Characteristic gas engine.
エンジンにおいて、 逆火の発生を検知または予知する逆火センサと、 この逆火センサの出力を受け、逆火の発生が検知または
予知されたときに、調整手段の調整によって水素供給経
路からの水素の供給量を減少させて、燃焼室に供給され
る総燃料中の水素混合割合を低下させる水素供給量制御
手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。12. The gas engine according to claim 9, 10 or 11, wherein a flashback sensor for detecting or predicting the occurrence of flashback, and receiving the output of the flashback sensor, detects or predicts the occurrence of flashback. And a hydrogen supply amount control means for reducing the supply amount of hydrogen from the hydrogen supply path by adjusting the adjustment means to reduce the mixing ratio of hydrogen in the total fuel supplied to the combustion chamber. A gas engine characterized by the following.
載のガスエンジンにおいて、 機関回転数・負荷、排気温度、排気の空燃比、総燃料中
の水素混合量、水素分離後の改質燃料供給量、排気の濃
度、総燃料中の水素成分濃度のうち少なくとも一つの検
出値を得て、その検出値に応じて、燃焼室内での希薄燃
焼を可能とするように、燃焼室に向かって供給する水素
と水素分離後の改質燃料との混合割合を調整する混合比
調整手段を備えていることを特徴とするガスエンジン。13. The gas engine according to claim 1, wherein an engine speed / load, an exhaust gas temperature, an air-fuel ratio of the exhaust gas, a hydrogen mixing amount in the total fuel, and a modification after the hydrogen separation. To obtain at least one detected value among the high-quality fuel supply amount, the concentration of the exhaust gas, and the concentration of the hydrogen component in the total fuel, and in accordance with the detected value, the lean combustion in the combustion chamber is performed. A gas engine comprising: a mixing ratio adjusting unit that adjusts a mixing ratio of hydrogen supplied toward the air and reformed fuel after hydrogen separation.
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- 2001-10-19 JP JP2001321761A patent/JP3618312B2/en not_active Expired - Fee Related
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