JP2003120427A - Hybrid system equipped with gas engine - Google Patents

Hybrid system equipped with gas engine

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JP2003120427A
JP2003120427A JP2001321758A JP2001321758A JP2003120427A JP 2003120427 A JP2003120427 A JP 2003120427A JP 2001321758 A JP2001321758 A JP 2001321758A JP 2001321758 A JP2001321758 A JP 2001321758A JP 2003120427 A JP2003120427 A JP 2003120427A
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hydrogen
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gas
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JP2001321758A
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Japanese (ja)
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Toshio Matsuoka
俊雄 松岡
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Yanmar Co Ltd
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Yanmar Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide structure capable of preventing occurrence of knocking and back fire, and maintaining high heat efficiency, in separated/extracted hydrogen from a fuel reformer, when reforming hydrocarbon fuel in the fuel reformer. SOLUTION: After reforming hydrocarbon fuel in the fuel reformer 51, hydrogen is separated/extracted from reformed fuel by a hydrogen separating device 56. The hydrogen separated/extracted fuel is supplied into a gas engine body 2. Separated/extracted hydrogen is supplied through a hydrogen pump unit 9 as a fuel of fuel cell 100.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系燃料を
燃料改質器で改質した後、この改質後の燃料が燃焼室に
向けて供給されるガスエンジンを備えたハイブリッドシ
ステムに係る。特に、本発明は、改質後燃料の有効利用
によって熱効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 hybrid system equipped with a gas engine in which a hydrocarbon-based 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 thermal efficiency by effectively using the reformed fuel.

【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(Cmn)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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one form of a gas engine, a hydrocarbon-based fuel (C m H n ) is reformed by a fuel reformer to obtain a fuel having a large calorific value, thereby improving the thermal efficiency of the engine. It is known to improve the quality.

【0003】図3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. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a power generation system for generating power by this type of gas engine. As shown in this figure, in the present gas engine, an output shaft a1 extending from the engine body a is connected to a generator b, and the rotational driving force of the output shaft a1 causes the generator b to generate electric power. 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。
The intake system of the gas engine is composed of 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 enters the combustion chamber. The engine body a is supplied and 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 is a supercharger (compressor) c.
And an intercooler d. That is, after the air is compressed by the supercharger c and the air is cooled by the intercooler d, high density air can be supplied toward 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 receives a rotational output of the turbine f to compress air.

【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(Cmn)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 is equipped with a fuel reformer g, a waste heat boiler h, a desulfurizer i, and a tank j. In this fuel supply system, hydrocarbon fuel (C m H n ) and steam (H
2 O) undergoes an endothermic reaction in the fuel reformer g to change the fuel composition, whereby a fuel having a larger calorific value than the original hydrocarbon fuel can be obtained. The heat energy required for this endothermic reaction is the exhaust pipe e.
It comes from the exhaust gas that flows through.

【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。
Specifically, first, since the hydrocarbon fuel contains a sulfur content, the sulfur content is removed by the desulfurization unit i, and the hydrocarbon fuel after the removal of the sulfur content is a fuel reforming. It is supplied to the quality device g. The catalyst of the fuel reformer g (metal (Rh, Ru, Ni, Ir, Pd, Pt, Re,
Co, Fe), alkali carbonates (K 2 CO 3 ), basic oxides (MgO, CaO, K 2 O), coal and other mineral substances (F
eS 2 ), etc.) may be poisoned by sulfur (hydrogen sulfide in digestion gas or biogas, odorant of city gas, sulfur content of petroleum-based fuel, etc.). A device i and a hydrogen cylinder k for supplying hydrogen to the hydrodesulfurization device i are required. On the other hand, in the exhaust heat boiler h, steam is generated by utilizing the heat quantity of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe e, and this steam is supplied to the fuel reformer g. Further, the fuel reformer g is provided with a heat exchanger (not shown) for acquiring the heat energy of the exhaust gas. As a result, the following endothermic reaction takes place inside the fuel reformer g.

【0008】 Cmn+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)、これによって発電効率(発電機出力
/供給燃料Cmn)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 fuel after reforming is significantly higher than that of the original hydrocarbon fuel (for example, 25
%), Whereby a fuel capable of improving power generation efficiency (power generator output / supply fuel C m H n ) can be 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。
The reformed fuel is once stored in the tank j, and after removing excess residual H 2 O by a dehumidifier (not shown) built in the tank j, it is supplied from the air supply system. The mixed air is supplied to the combustion chamber.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明の発
明者は、上述したガスエンジンにおけるメタン転化率の
向上を図る手法として、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って燃料改質器内での改質反応を促
進させることを既に提案している(特願2000−35
9956号)。これにより、排気管eを流れる排気ガス
の温度が比較的低くても燃料改質器gの内部での吸熱反
応の促進を図ることが可能になる。
By the way, the inventor of the present invention, as a method for improving the methane conversion rate in the above-mentioned gas engine, generated when reforming a hydrocarbon fuel with a fuel reformer. It has already been proposed to accelerate the reforming reaction in the fuel reformer by sequentially extracting and extracting hydrogen from the fuel reformer (Japanese Patent Application No. 2000-35).
9956). This makes it possible to promote the endothermic reaction inside the fuel reformer g even if the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe e is relatively low.

【0012】ところが、このような手法によって吸熱反
応の促進を図った場合、ガスエンジンの燃料室に供給さ
れる燃料中の水素成分比率が他の成分に比べて大きくな
り過ぎることがある。このような状況では、供給燃料の
メタン価が小さくなり過ぎ、且つ燃焼室内での燃焼速度
が高くなり過ぎてしまい、その結果、ノッキングやバッ
クファイヤ(逆火)が発生したり、熱発生率が過大にな
って逆に熱効率の低下を来してしまう可能性がある。
However, when the endothermic reaction is promoted by such a method, the hydrogen component ratio in the fuel supplied to the fuel chamber of the gas engine may become too large as compared with other components. In such a situation, the methane number of the supplied fuel becomes too small, and the combustion speed in the combustion chamber becomes too high, resulting in knocking, backfire (flashback), or heat release rate. There is a possibility that it becomes excessive and conversely decreases the thermal efficiency.

【0013】このようにメタン価が小さくなり過ぎるこ
との不具合を回避する手段として、エンジンにノッキン
グセンサ等のセンサ類を取り付けておき、その検出信号
に基づいて水素の分離抽出量や燃焼室への水素供給量を
制御することが掲げられる。
As a means for avoiding such a problem that the methane number becomes too small, a sensor such as a knocking sensor is attached to the engine, and based on the detection signal, the amount of separated and extracted hydrogen and the combustion chamber Controlling the amount of hydrogen supply is mentioned.

【0014】しかし、これではガスエンジンの制御系の
構成の複雑化や製造コストの高騰を招くことになり、実
用性に欠けるものとなってしまう。
However, this leads to a complicated structure of the control system of the gas engine and an increase in manufacturing cost, which is not practical.

【0015】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、炭化水素系燃料を燃
料改質器で改質するに際して燃料改質器から水素を分離
抽出するものに対し、ノッキングやバックファイヤの発
生を回避し、且つ熱効率を高く維持することができる構
成を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to separate and extract hydrogen from a fuel reformer when reforming a hydrocarbon fuel in the fuel reformer. On the other hand, another object of the present invention is to provide a configuration capable of avoiding occurrence of knocking and backfire and maintaining high thermal efficiency.

【0016】[0016]

【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ことにより得られた改質後燃
料中の水素をガスエンジン以外の機関の燃料として使用
し、これによって、ガスエンジンへ供給される燃料のメ
タン価を適切に維持し、且つ分離抽出後の水素の有効利
用を図るようにしたハイブリッドシステムを提供するも
のである。
[Means for Solving the Problems] -Outline of the Invention-To achieve the above object, the present invention provides a post-reforming fuel obtained by reforming a hydrocarbon fuel in a fuel reformer. A hybrid system that uses hydrogen as fuel for engines other than the gas engine, thereby properly maintaining the methane value of the fuel supplied to the gas engine, and effectively utilizing the hydrogen after separation and extraction. It is provided.

【0017】−解決手段− 具体的には、炭化水素系燃料を改質して水素及びその他
の燃料を生成する燃料改質器と、この燃料改質器で生成
された水素及びその他の燃料の中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水素が分
離抽出された後の残存燃料が供給されるガスエンジン本
体と、水素分離手段によって分離抽出された水素が燃料
として供給される燃料電池とを備えさせてハイブリッド
システムを構成したものである。
-Solution Means-Specifically, a fuel reformer for reforming a hydrocarbon fuel to produce hydrogen and other fuels, and a hydrogen and other fuels produced by this fuel reformer Hydrogen separating means for separating and extracting hydrogen from inside, a gas engine main body to which the residual fuel after hydrogen is separated and extracted by this hydrogen separating means is supplied, and hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means are supplied as fuel. And a fuel cell for the hybrid system.

【0018】また、上記燃料電池に代えてガスタービン
を備えさせたハイブリッドシステムとすることもでき
る。更には、上記燃料電池とガスタービンとの両方を備
えさせたハイブリッドシステムとすることも可能であ
る。
Further, a hybrid system having a gas turbine in place of the fuel cell may be used. Furthermore, a hybrid system including both the fuel cell and the gas turbine can be used.

【0019】これらの特定事項によれば、水素分離手段
によって分離抽出された水素はガスエンジンに殆ど供給
されることはなく、これによってガスエンジンへ供給さ
れる燃料のメタン価は高く、且つ燃焼速度は低く維持さ
れて、ノッキングやバックファイヤが発生することはな
い。また、熱発生率が過大になることもなくなるため、
熱効率も高く維持されることになる。また、分離抽出後
の水素は燃料電池やガスタービンの燃料として有効利用
される。一般に燃料電池やガスタービンの熱効率はガス
エンジンと同様か若しくはそれ以上である。従って、ガ
スエンジンと燃料電池やガスタービンとを組み合わせて
ハイブリッドシステムを構築することによりシステム全
体として高い熱効率を得ることが可能になる。
According to these specific matters, the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means is hardly supplied to the gas engine, and thus the fuel supplied to the gas engine has a high methane number and a combustion speed. Is kept low and there is no knocking or backfire. Also, since the heat generation rate will not become excessive,
The thermal efficiency will also be kept high. Further, the hydrogen after separation and extraction is effectively used as fuel for fuel cells and gas turbines. Generally, the thermal efficiency of fuel cells and gas turbines is the same as or higher than that of gas engines. Therefore, by constructing a hybrid system by combining a gas engine with a fuel cell or a gas turbine, it becomes possible to obtain high thermal efficiency as the entire system.

【0020】[0020]

【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
4)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を備えたシステム
として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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, methane gas (C
A case where the present invention is applied as a system equipped with 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. Also,
The gas engine according to this embodiment uses its output for power generation.

【0021】(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, the first embodiment will be described.

【0022】−システム構成の説明− 図1は、本形態に係る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、本システムに備えられたガス
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 System Configuration- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a system according to the present embodiment. As shown in this figure, in the gas engine 1 provided in this system, an output shaft 21 extending from the engine body 2 is connected to a generator 3, and the rotational driving force of the output shaft 21 causes the generator 3 to generate electricity. It is configured to do.

【0023】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。
Further, the intake system of the gas engine 1 comprises an air supply system 4 and a fuel supply system 5, and the air supply system 4
A mixture of air supplied from the engine and fuel supplied from the fuel supply system 5 is supplied to a combustion chamber (not shown) of the engine body 2 to drive the engine body 2. Hereinafter, the air supply system 4 and the fuel supply system 5 will be described.

【0024】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 is 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 toward the combustion chamber. The supercharger 41 is directly connected to an output shaft 62 of a turbine 61 provided in the exhaust pipe 6 through which exhaust gas flows, and
It receives the rotation output of 1 and compresses air.

【0025】一方、燃料供給系5は、燃料改質器51、
排熱ボイラ52、高次脱硫装置53、タンク55などを
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,
The exhaust heat boiler 52, the high-order desulfurization device 53, the tank 55, etc. are provided. In this 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, whereby the original composition is changed. We are trying to obtain fuel with a larger calorific value than methane gas. The heat energy required for this 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.

【0026】排熱ボイラ52は、外部から水が供給さ
れ、その水が内部に貯留されており、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。
Water is supplied from the outside to the exhaust heat boiler 52, and the water is stored inside.
By exchanging heat with the exhaust gas flowing through the water, water is evaporated and steam is generated. The exhaust heat boiler 52 and the fuel reformer 51 are connected by a steam supply pipe 71, and the steam generated in the exhaust heat boiler 52 can be supplied into the fuel reformer 51. Further, the steam supply pipe 71 is provided with an electric valve 71a whose opening can be adjusted.

【0027】高次脱硫装置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,I
r,Pd,Pt,Re,Co,Fe)、アルカリ炭酸塩
(K2CO3)、塩基性酸化物(MgO,CaO,K
2O)、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、この高次脱硫
装置53が設置されている。また、この高次脱硫装置5
3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。
The high-order desulfurization device 53 is for removing the sulfur content contained in the methane gas. That is,
Catalyst of the fuel reformer 51 (metal (Rh, Ru, Ni, I
r, Pd, Pt, Re, Co, Fe), alkali carbonate (K 2 CO 3 ), basic oxide (MgO, CaO, K)
2 O), minerals such as coal (FeS 2 ) and the like may be poisoned by sulfur, and in order to avoid this, the high-order desulfurization device 53 is installed. In addition, this high-order desulfurization device 5
3, a pre-reforming fuel supply pipe 72 for supplying methane gas and a desulfurized fuel supply pipe 73 for supplying desulfurized fuel to the fuel reformer 51 are connected.

【0028】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。
The high-order desulfurization unit 53 is capable of reducing the sulfur content (generally called slip sulfur) contained in the hydrocarbon fuel to the level of 1 ppb.
High-performance desulfurization operation can be performed even in an environment at room temperature. The principle of the desulfurization is such that the active metal on the metal oxide can also decompose organic sulfur such as thiophene to perform desulfurization.

【0029】また、上記高次脱硫装置53からの燃料を
燃料改質器51に供給するための上記脱硫燃料供給管7
3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73の電動弁73aが共に開放されて、燃料改質器5
1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の開放が維持
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。
The desulfurized fuel supply pipe 7 for supplying the fuel from the high-order desulfurization device 53 to the fuel reformer 51.
3 is provided with an electric valve 73a, and during normal operation, both the electric valve 71a of the steam supply pipe 71 and the electric valve 73a of the desulfurized fuel supply pipe 73 are opened to allow the fuel reformer 5 to operate.
1, the methane gas and the steam are supplied to operate the gas engine 1 accompanying 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 kept open and the electric valve 73a of the desulfurized fuel supply pipe 73 is closed. It As a result, only steam is supplied to the fuel reformer 51. By supplying only the steam, the sulfur content that causes the poisoning of the catalyst of the fuel reformer 51 is decomposed, whereby the catalyst can be regenerated.

【0030】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。
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, the efficiency of sulfur removal operation in the high-order desulfurization device 53 can be improved, and the life of the high-order desulfurization device 53 can be extended. Can be achieved.

【0031】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 has an endothermic reaction between steam and methane gas 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 desulfurized fuel supply pipe 73. Further, inside the fuel reformer 51, a heat exchanger (not shown) for obtaining the heat energy of the exhaust gas is provided. As a result, the following endothermic reaction is performed inside the fuel reformer 51 under an environment of a predetermined temperature (exhaust gas temperature of about 600 ° C., for example).

【0032】 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
発電効率(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 carrying out such a reaction, the calorific value of the fuel after reforming is significantly higher than that of the original methane gas, which causes power generation efficiency (power generation). It is possible to obtain fuel that can improve the machine output / fuel supply).

【0033】また、上記燃料改質器51とタンク55と
は、上記吸熱反応によって得られた燃料等(H2、C
O、CH4、H2O)をタンク55に向かって供給するた
めの燃料供給管76によって接続されている。この燃料
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。
Further, the fuel reformer 51 and the tank 55 are provided with the fuel etc. (H 2 , C obtained by the endothermic reaction).
O, CH 4 , H 2 O) are connected to each other by a fuel supply pipe 76 for supplying them toward the tank 55. The fuel supply pipe 76 is provided with an electric valve 76a whose opening can be adjusted.

【0034】そして、この燃料供給管76によって燃料
が供給されるタンク55は、燃料を一旦貯蔵し、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 tank 55 to which the fuel is supplied by the fuel supply pipe 76 temporarily stores the fuel, mixes the reformed fuel with the air through the reformed fuel supply pipe 78, and supplies the mixed fuel to the combustion chamber. It is supposed to do.

【0035】上記燃料改質器51には水素分離手段とし
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、その内部空間に分離膜が配設されており、この
分離膜によって上流側の一次側空間と下流側の二次側空
間とを区画している。一次側空間は上記燃料改質器51
側の空間であって、上記吸熱反応によって発生した水素
ガスその他のガスが存在している。二次側空間は、後述
する水素回収管75が接続されており、分離膜によって
分離抽出された水素ガスを水素回収管75へ導出するよ
うになっている。
The fuel reformer 51 is provided with a hydrogen separator 56 as a hydrogen separator. The hydrogen separator 56 separates and extracts hydrogen gas generated by the endothermic reaction in the fuel reformer 51 from other gases and steam. As a specific configuration of the hydrogen separation device 56, a separation membrane is arranged in the internal space thereof, and the separation membrane separates the upstream side primary side space and the downstream side secondary side space. The primary side space is the fuel reformer 51.
In the space on the side, hydrogen gas and other gases generated by the endothermic reaction are present. A hydrogen recovery pipe 75, which will be described later, is connected to the secondary space, and the hydrogen gas separated and extracted by the separation membrane is led to the hydrogen recovery pipe 75.

【0036】上記分離膜としては、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。
Examples of the separation membrane include palladium alloy, palladium-based alloy, inorganic separation membrane, porous glass membrane, porous hollow glass fiber membrane, porous ceramic membrane, zeolite membrane, cellulose acetate membrane, polyimide, polyamide, polysulfone porous. Membrane / silicone. 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, porous glass membranes, porous hollow glass fiber membranes, and porous ceramics membranes are preferable because they have excellent heat resistance and high mechanical strength. Further, as the porous ceramic material, specifically,
Examples include zirconia, zeolite, silica and alumina.

【0037】また、上記構成に加えて水素分離装置56
の二次側空間に水素吸蔵物質を収容し、これによって水
素ガスの分離抽出を促進するようにしてもよい。この水
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。
In addition to the above structure, the hydrogen separator 56
A hydrogen storage substance may be housed in the secondary side space of the above to accelerate the separation and extraction of hydrogen gas. Examples of this hydrogen storage material include hydrogen storage alloys. In addition, carbon nanofibers, fullerenes, multi-layer fullerenes, substances composed of carbon molecules such as carbon nanotubes, metal hydrides, salt hydrides, metal bond hydrides, boundary region hydrides, covalent bond hydrides, organic carbonization It is also possible to adopt hydrogen, metal hydride, or chemical hydride as the hydrogen storage substance.

【0038】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 separation membrane and the hydrogen storage material are not limited to these, and various materials can be used 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. .

【0039】また、水素分離装置56は、二次側空間が
水素ポンプユニット9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。
The secondary space of the hydrogen separator 56 is connected to the hydrogen pump unit 9. The hydrogen pump unit 9 will be described below.

【0040】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の二次側空間に接
続されている。また、本形態の特徴として、この水素ポ
ンプユニット9の他方は、水素放出管91によって、本
ハイブリッドシステムを構成する一要素である燃料電池
100に接続されている。つまり、水素分離装置56に
よって分離抽出された水素が、水素ポンプユニット9を
介して燃料電池100に供給され、この燃料電池100
の燃料として利用される構成となっている。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 secondary space of the hydrogen separator 56 by a hydrogen recovery pipe 75. In addition, as a feature of this embodiment, the other side of the hydrogen pump unit 9 is connected to the fuel cell 100, which is one element of the present hybrid system, by the hydrogen discharge pipe 91. That is, the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separator 56 is supplied to the fuel cell 100 via the hydrogen pump unit 9, and the fuel cell 100 is supplied with the hydrogen.
The fuel is used as fuel. Further, the hydrogen release pipe 91 is provided with an electric valve 91a whose opening can be adjusted.

【0041】尚、この燃料電池100としては、アルカ
リ型(例えば特開2001−106503号参照)、リ
ン酸型(例えば特開2001−196082号参照)、
溶融炭酸塩型(例えば特開2001−229940号参
照)、固体電解質型(例えば特開2001−19608
4号参照)、固体高分子型(例えば特開2001−20
2982号参照)などが採用される。
As the fuel cell 100, an alkaline type (see, for example, JP 2001-106503 A), a phosphoric acid type (see, for example, JP 2001-196082 A),
Molten carbonate type (see, for example, JP 2001-229940 A), solid electrolyte type (for example, JP 2001-19608 A).
4), solid polymer type (for example, JP 2001-20
No. 2982) is adopted.

【0042】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) which are formed by connecting a pair of hydrogen storage bodies 92a and 92b and (93a and 93b) in series.
A hydrogen storage body 94 connected to the hydrogen pumps 92 and (93) is provided. These hydrogen storage bodies 92a to 93b
The hydrogen storage body 94 and the hydrogen storage body 94 each contain the above-mentioned hydrogen storage material. 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 this hot / cold heat source, hydrogen storage operation is performed, and when heated, hydrogen release operation is performed. Has become. It is also possible to use the exhaust heat of the engine body 2 as this heating source. In addition to the hydrogen storage alloy tank, specifically, a compressed hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, a metal hydride tank, a chemical hydride tank, or the like can be adopted as the configuration of the hydrogen storage body 94.

【0043】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の二次側空間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燃料電池100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92a,(93a)が加熱され下流側の水
素吸蔵体92b,(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5
6の二次側空間から取り出した水素を連続的に燃料電池
100に向けて放出できるようになっている。
In the hydrogen pump unit 9 thus constructed, in the individual 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 taken out from the secondary space of the hydrogen separator 56 and stored in the upstream hydrogen storage bodies 92a, (93a), and at the same time, the downstream hydrogen storage bodies 92b, (93b) are stored. In (), the hydrogen that has been stored in advance is released toward the fuel cell 100 (hereinafter, hydrogen absorption / release operation). On the contrary, when the upstream side hydrogen storage bodies 92a, (93a) are heated and the downstream side hydrogen storage bodies 92b, (93b) are cooled, the upstream side hydrogen storage bodies 92a, (93a) store the hydrogen storage bodies 92a, (93a). The stored hydrogen is supplied to the hydrogen storage bodies 92b, (93b) on the downstream side and stored in the hydrogen storage bodies 92b, (93b) on the downstream side (hereinafter, hydrogen storage preliminary operation). Then, in each of the hydrogen pumps 92 and 93, a state in which one performs a hydrogen absorption / desorption operation and the other performs a hydrogen storage preliminary operation is alternately repeated at predetermined time intervals. As a result, the hydrogen separator 5
The hydrogen taken out from the secondary side space 6 can be continuously discharged toward the fuel cell 100.

【0044】また、燃料電池100における負荷遮断時
(燃料電池100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の二次側
空間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
ていた水素が燃料電池100へ放出されるようになって
いる。これにより、燃料電池100の運転状態に応じた
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、燃料電池100の応答性を良好に得ることができ
る。
Further, when the load on the fuel cell 100 is cut off (when fuel supply to the fuel cell 100 is not necessary), the hydrogen storage body 94 is cooled and hydrogen in the secondary space of the hydrogen separation device 56 is taken out. To temporarily store. When the load is applied, the hydrogen storage body 94 is heated, and the stored hydrogen is released to the fuel cell 100. As a result, an appropriate amount of hydrogen gas according to the operating state of the fuel cell 100 can be supplied as fuel, and good responsiveness of the fuel cell 100 can be obtained.

【0045】尚、燃料電池100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〜93
b及び水素貯蔵体94の加熱冷却の制御と、上記電動弁
91aの開度制御によって行われる。また、水素ポンプ
ユニット9内での水素ガスの逆流などを阻止して上述し
た各動作が良好に行われるように、各所に逆止弁などを
配設してもよい。
The operation of adjusting the amount of hydrogen gas released to the fuel cell 100 is performed by the above-mentioned hydrogen storage bodies 92a to 93.
b, the heating and cooling of the hydrogen storage body 94 are controlled, and the opening degree of the electric valve 91a is controlled. Further, a check valve or the like may be provided at each position so that the reverse flow of hydrogen gas in the hydrogen pump unit 9 is blocked so that the above-described operations can be favorably performed.

【0046】以上の構成により、水素分離装置56の二
次側空間からの水素の取り出しと燃料電池100に向け
ての水素の放出とを水素ポンプユニット9によって同時
且つ連続的に行うことができる。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。
With the above structure, the hydrogen pump unit 9 can simultaneously and continuously take out hydrogen from the secondary space of the hydrogen separator 56 and release hydrogen toward the fuel cell 100. Further, as a driving principle of the hydrogen pump unit 9, a configuration is adopted in which storage and release of hydrogen are switched depending on temperature, so that exhaust heat of the engine or the like can be effectively used to release hydrogen. It is also possible to eliminate the special power source for.

【0047】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, the fuel supply system 5 of the present gas engine 1 has a heat exchanger 57 and a deionized water device 58 in addition to the above structure.
Is provided.

【0048】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、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 the reformed fuel (reformed gas) flowing through the fuel supply pipe 76 and the methane gas supplied to the fuel reformer 51 (the methane gas after being desulfurized by the high-order desulfurization device 53). ) Is to exchange heat with.
As a result, the methane gas supplied to the fuel reformer 51 can be preheated. In addition, this heat exchanger 57
Is the reformed fuel (reformed gas) flowing through the fuel supply pipe 76.
And heat exchange is performed between the pure water supplied from the pure water device 58 to the exhaust heat boiler 52. Thereby, the pure water supplied to the exhaust heat boiler 52 can be preheated. As described above, by adopting the 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 thermal energy in the reformed fuel can be recovered and the exhaust heat recovery amount can be increased. Can be achieved.

【0049】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
備のメンテナンスコストの削減を図ることができる。
The pure water device 58 is a water supply pipe 58a.
Is connected to the exhaust 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 used as the waste heat boiler 52.
It can be used as a raw material for the steam generated in. Therefore, the water contained in the reformed fuel can be effectively used without being discarded, and the maintenance cost of the pure water supply facility can be reduced.

【0050】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 pure water device, a cartridge pure water device, an ion exchange pure water device, an electric regeneration pure water device, and a continuous ion exchange method applying the electrodialysis principle ( Devices such as EDI) are listed.

【0051】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, as a method for removing halogen, activated carbon filtration method, microfiltration method (by MF membrane (microfilter) or the like), ultrafiltration method (by UF membrane (ultrafilter) or the like), reverse osmosis At least one of the membrane methods (by RO membrane (reverse osmosis) etc.) is selected. On the other hand, as a method for removing arsenic, coagulation sedimentation method (precipitation method), ion exchange method, activated alumina method, low pressure reverse osmosis membrane method, reverse osmosis membrane method (pressure is applied in the direction opposite to the osmotic pressure) Method) and at least one of the ADI methods is selected.

【0052】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 oxidant and a coagulant are injected into the mixture, which are mixed by a mixer and passed through a UD filter. At this time, when raw water passes through the filter layer of the filter, agglomerated flocs incorporating arsenic are supplemented. This treated water is filtered more rapidly to remove residual arsenic and suspended matter.

【0053】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, the oxidizing agent and the raw water into which the acid for adjusting the pH has been injected are mixed in a mixer, and the mixture is fed into an activated alumina adsorption tower. Then, this treated water is readjusted in the purification pond to raise the pH value to near neutral. Furthermore, suspended matter, iron, manganese, etc. are removed by a filter.

【0054】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, pure water generally means water containing impurities at a concentration of the order of ppm (mg / l). Moreover, the high-performance pure water device 58 can also generate ultrapure water. The ultrapure water generally means water containing impurities at a concentration on the order of ppb (μg / l).

【0055】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 thus converting the water supplied to the exhaust heat boiler 52 to pure water, it is possible to prevent the steam supplied to the fuel reformer 51 from containing impurities such as halogen and arsenic. In this way, the endothermic reaction can be efficiently performed. As a result, the life of the fuel reformer 51 and the exhaust heat boiler 52 can be extended, and the cost can be reduced by eliminating the need for a pure water tank.

【0056】−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.

【0057】先ず、水蒸気供給管71の電動弁71aが
開放された状態で、純水装置58から排熱ボイラ52に
供給された水が、この排熱ボイラ52において排気管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 motor-operated valve 71a of the steam supply pipe 71 being opened, the water supplied from the deionizer 58 to the exhaust heat boiler 52 is exhausted by the exhaust pipe 6 in the exhaust heat boiler 52.
It is heated by the exhaust gas flowing through and becomes steam. Then, this steam is sequentially supplied to the fuel reformer 51 through the steam supply pipe 71.

【0058】これと同時に、メタンガスが改質前燃料供
給管72によって高次脱硫装置53に供給され、ここで
脱硫動作が行われる。この高次脱硫装置53における脱
硫動作にあっては、上述したように、常温の環境下にお
いてスリップ硫黄を1ppbレベルまで削減することがで
きる。このため、脱硫燃料供給管73によって高次脱硫
装置53から燃料改質器51に供給されるメタンガス中
には殆ど硫黄分は存在しておらず、燃料改質器51の触
媒の被毒は殆どなくなる。
At the same time, methane gas is supplied to the high-order desulfurization device 53 by the pre-reforming fuel supply pipe 72, and the desulfurization operation is performed here. In the desulfurization operation in the high-order desulfurization device 53, as described above, slip sulfur can be reduced to the level of 1 ppb in a room temperature environment. Therefore, almost no sulfur is present in the methane gas supplied from the higher-order desulfurization device 53 to the fuel reformer 51 by the desulfurization fuel supply pipe 73, and the catalyst of the fuel reformer 51 is almost not poisoned. Disappear.

【0059】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。また、この燃料改質器51には水蒸気及びメタ
ンガスの他に、空気、酸素(O2)、二酸化炭素(C
2)なども供給されている。上記吸熱反応の際には、
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(H2)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。
In this way, the above endothermic reaction is carried out with the steam and methane gas supplied to the fuel reformer 51. In addition to steam and methane gas, the fuel reformer 51 also includes air, oxygen (O 2 ), carbon dioxide (C
O 2 ) is also supplied. During the endothermic reaction,
The heat energy of the exhaust gas is acquired by the heat exchanger in the fuel reformer 51, whereby an endothermic reaction is performed inside the fuel reformer 51 under an environment of a predetermined temperature, and carbon monoxide (CO) is generated. And hydrogen gas (H 2 ) are generated. At this time, unreformed steam (H 2 O) and methane gas (CH 4 ) are also present inside the fuel reformer 51.

【0060】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によって取り出され
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 water vapor by the hydrogen separator 56, and is taken out by the hydrogen recovery pipe 75. By separating and extracting the 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.

【0061】エンジン本体2に燃料を供給する際には、
上記燃料供給管76の電動弁76aが開放されている。
燃料改質器51内の残留水素ガス、メタンガス、一酸化
炭素、水蒸気は、燃料供給管76によってタンク55に
供給される。そして、改質後の燃料がタンク55から改
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。
When fuel is supplied to the engine body 2,
The electric valve 76a of the fuel supply pipe 76 is opened.
The residual hydrogen gas, methane gas, carbon monoxide, and water vapor in the fuel reformer 51 are supplied to the tank 55 by the fuel supply pipe 76. Then, the reformed fuel is mixed with the air supplied from the air supply system 4 from the tank 55 through the reformed fuel supply pipe 78 and is supplied to the combustion chamber of the engine body 2. As a result, the engine body 2 is driven and the output shaft 21
The generator 3 is driven in accordance with the rotational driving of No. 3, and electric power is generated.

【0062】一方、水素分離装置56によって燃料改質
器51から分離抽出された水素ガスは、水素回収管75
を経て水素ポンプユニット9に導入される。この水素ポ
ンプユニット9では、各水素ポンプ92,93のうち一
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の二次側空間から取り出した水素が連
続的に燃料電池100に向けて放出され、この水素及び
大気中の酸素を燃料として燃料電池100での発電動作
が行われる。
On the other hand, the hydrogen gas separated and extracted from the fuel reformer 51 by the hydrogen separator 56 is the hydrogen recovery pipe 75.
It is introduced into the hydrogen pump unit 9 via In the hydrogen pump unit 9, a state in which one of the hydrogen pumps 92 and 93 performs a hydrogen storage / release operation and the other performs a hydrogen storage preliminary operation is alternately repeated at predetermined time intervals. This allows
Hydrogen taken out from the secondary space of the hydrogen separation device 56 is continuously discharged toward the fuel cell 100, and the fuel cell 100 performs a power generation operation using the hydrogen and oxygen in the atmosphere as fuel.

【0063】−実施形態の効果− 以上説明したように、本形態では、水素分離装置56に
よって分離抽出された水素はガスエンジン1に殆ど供給
されることはなく、これによってガスエンジン1へ供給
される燃料のメタン価は高く、且つ燃焼速度は低く維持
されて、ノッキングやバックファイヤの発生を回避する
ことができる。また、熱発生率が過大になることもなく
なるため、熱効率も高く維持されることになる。
-Effects of the Embodiment-As described above, in the present embodiment, the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separator 56 is hardly supplied to the gas engine 1, but is supplied to the gas engine 1. The fuel has a high methane number and a low burning rate, so that knocking and backfire can be avoided. Further, since the heat generation rate does not become excessively high, the thermal efficiency can be maintained high.

【0064】また、分離抽出後の水素は燃料電池100
の燃料として有効利用される。一般に燃料電池100の
効率はガスエンジン1よりも高い。従って、ガスエンジ
ン1と燃料電池100とを組み合わせてハイブリッドシ
ステムを構築することによりシステム全体として高い効
率を得ることが可能になる。
The hydrogen after separation and extraction is the fuel cell 100.
It is effectively used as fuel. Generally, the efficiency of the fuel cell 100 is higher than that of the gas engine 1. Therefore, by constructing the hybrid system by combining the gas engine 1 and the fuel cell 100, it becomes possible to obtain high efficiency as the entire system.

【0065】更に、燃料電池100はNOx等の有害物
質が発生しないため、環境に与える影響が極めて少ない
好適なハイブリッドシステムを提供することが可能とな
る。
Furthermore, since the fuel cell 100 does not generate harmful substances such as NOx, it is possible to provide a suitable hybrid system having a very small effect on the environment.

【0066】(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、水素分離装置56によって分
離抽出された水素の利用形態の変形例である。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。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the usage pattern of hydrogen separated and extracted by the hydrogen separator 56. Other configurations are similar to those of the above-described first embodiment. Therefore, only the differences from the first embodiment will be described here.

【0067】図2に示すように、本形態に係るハイブリ
ッドシステムでは、上記第1実施形態における燃料電池
100に代えてガスタービン(マイクロガスタービン)
200を備えている。つまり、分離抽出された水素をガ
スタービン200の燃料として利用できるようになって
いる。
As shown in FIG. 2, in the hybrid system according to this embodiment, a gas turbine (micro gas turbine) is used instead of the fuel cell 100 in the first embodiment.
Equipped with 200. That is, the separated and extracted hydrogen can be used as fuel for the gas turbine 200.

【0068】このマイクロガスタービンの具体構成とし
ては例えば特開2001−193478号に示されてい
るものなどが掲げられる。
As a concrete configuration of this micro gas turbine, for example, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-193478 can be cited.

【0069】また、このガスタービン200の出力軸2
01には高速発電機202が接続されており、この出力
軸201の回転駆動力によって高速発電機202による
発電が行われる構成となっている。
Further, the output shaft 2 of this gas turbine 200
A high speed generator 202 is connected to 01, and the rotational driving force of the output shaft 201 causes the high speed generator 202 to generate electric power.

【0070】本形態においても、水素分離装置56によ
って分離抽出された水素はガスエンジン1に殆ど供給さ
れることはなく、これによってガスエンジン1へ供給さ
れる燃料のメタン価は高く、且つ燃焼速度は低く維持さ
れて、ノッキングやバックファイヤの発生を回避するこ
とができる。また、熱発生率が過大になることもなくな
るため、熱効率も高く維持される。
Also in this embodiment, the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separator 56 is hardly supplied to the gas engine 1, and the methane number of the fuel supplied to the gas engine 1 is high and the combustion speed is high. Can be kept low to avoid knocking and backfire. Further, since the heat generation rate does not become excessive, the heat efficiency is maintained high.

【0071】また、分離抽出後の水素はガスタービン2
00の燃料として有効利用される。ガスタービン200
の効率はタービン入口温度の高いガスタービンを採用す
ることにより、ガスエンジン1と略同等か若しくはそれ
よりも高くできる。従って、ガスエンジン1とガスター
ビン200とを組み合わせてハイブリッドシステムを構
築することによりシステム全体として高い効率を得るこ
とが可能になる。
The hydrogen after separation and extraction is the gas turbine 2
00 is effectively used as fuel. Gas turbine 200
The efficiency can be substantially equal to or higher than that of the gas engine 1 by adopting a gas turbine having a high turbine inlet temperature. Therefore, by constructing the hybrid system by combining the gas engine 1 and the gas turbine 200, it is possible to obtain high efficiency as the entire system.

【0072】−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-described embodiment, the present invention is applied to the gas engine 1 in which methane gas as a hydrocarbon fuel is reformed by the fuel reformer 51 to obtain a fuel having a large calorific value. I explained about the case. The present invention is not limited to this, and as the hydrocarbon fuel, it is also possible to apply fuels such as natural gas, petroleum liquid fuel, digestive gas, biogas, alcohol fuel and the like.

【0073】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 gas engine is not limited to the one for power generation, but the present invention can be applied to gas engines used for various purposes.

【0074】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、改質燃料(改質後の燃料であって水素以外のも
の)または炭化水素系燃料(改質前の燃料)の一部を燃
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。
Further, in order to further promote the endothermic reaction in the fuel reformer 51, separated hydrogen, reformed fuel (fuel after reforming and other than hydrogen) is formed inside the fuel reformer 51. ) Or a part of hydrocarbon fuel (fuel before reforming) is burned to raise the internal temperature of the fuel reformer 51. With this configuration,
In combination with the effect of promoting the endothermic reaction by extracting hydrogen from the fuel reformer 51, an extremely high conversion rate can be realized.

【0075】また、上記各実施形態では、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 each of the above-mentioned embodiments, the fuel reforming is carried out by causing the endothermic reaction between the steam and the hydrocarbon fuel, but the present invention causes the endothermic reaction between carbon dioxide and the hydrocarbon fuel. It is also possible to apply it to fuel reforming.

【0076】加えて、上記第1実施形態ではガスエンジ
ン1と燃料電池100とによってハイブリッドシステム
を構成し、第2実施形態ではガスエンジン1とガスター
ビン200とによってハイブリッドシステムを構成して
いたが、ガスエンジン1、燃料電池100及びガスター
ビン200によってハイブリッドシステムを構成し、水
素分離装置56によって分離抽出された水素を燃料電池
100及びガスタービン200それぞれに供給するよう
にしてもよい。
In addition, in the first embodiment, the gas engine 1 and the fuel cell 100 form a hybrid system, and in the second embodiment, the gas engine 1 and the gas turbine 200 form a hybrid system. A hybrid system may be configured by the gas engine 1, the fuel cell 100, and the gas turbine 200, and the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation device 56 may be supplied to the fuel cell 100 and the gas turbine 200, respectively.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上のように、本発明では、水素が分離
抽出された後の残存燃料が供給されるガスエンジンと、
水素分離手段によって改質後の燃料から分離抽出された
水素が供給される燃料電池やガスタービンとを備えさせ
ている。このため、ガスエンジンへ供給される燃料のメ
タン価は高く、且つ燃焼速度は低く維持されて、ノッキ
ングやバックファイヤが発生することはない。また、熱
発生率が過大になることもなくなるため、熱効率も高く
維持されることになる。また、これらノッキング、バッ
クファイヤ及び熱発生率の過大を回避するための特別な
構成や制御系が不要であり、構成の簡素化及び製造コス
トの低廉化を図りながらも安定したガスエンジンの運転
を行うことができる。
As described above, according to the present invention, a gas engine to which the residual fuel after hydrogen is separated and extracted is supplied,
The fuel cell and the gas turbine are provided with the hydrogen separated and extracted from the reformed fuel by the hydrogen separation means. Therefore, the methane value of the fuel supplied to the gas engine is high and the combustion speed is kept low, and knocking or backfire does not occur. Further, since the heat generation rate does not become excessively high, the thermal efficiency can be maintained high. In addition, no special configuration or control system is required to avoid excessive knocking, backfire, or heat generation rate, which enables stable gas engine operation while simplifying the configuration and reducing manufacturing costs. It can be carried out.

【0078】また、分離抽出後の水素は燃料電池やガス
タービンの燃料として有効利用されるため、システム全
体として高い効率を得ることが可能になる。更には、燃
料電池やガスタービンはガスエンジンに比べてNOx等
の有害物質の発生量が極めて少ないため(燃料電池にお
いては有害物質の発生量が極めて小さい)、環境に与え
る影響が極めて少ない好適なハイブリッドシステムを提
供することが可能となる。
Further, since hydrogen after separation and extraction is effectively used as fuel for fuel cells and gas turbines, it is possible to obtain high efficiency as a whole system. Furthermore, since the amount of harmful substances such as NOx generated in fuel cells and gas turbines is extremely small compared to that in gas engines (the amount of harmful substances generated in fuel cells is extremely small), there is very little impact on the environment. It becomes possible to provide a hybrid system.

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

【図1】第1実施形態に係るハイブリッドシステムの概
略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid system according to a first embodiment.

【図2】第2実施形態に係るハイブリッドシステムの概
略構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid system according to a second embodiment.

【図3】ガスエンジンによって発電を行う従来の発電シ
ステムの概略構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional power generation system that generates power by a gas engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスエンジン 51 燃料改質器 56 水素分離装置(水素分離手段) 100 燃料電池 200 ガスタービン 1 gas engine 51 Fuel reformer 56 Hydrogen separation device (hydrogen separation means) 100 fuel cell 200 gas turbine

───────────────────────────────────────────────────── 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) F02C 3/22 F02C 3/22 F02D 19/02 F02D 19/02 C F02M 27/02 F02M 27/02 A H01M 8/00 H01M 8/00 Z 8/06 8/06 G Fターム(参考) 3G081 BA11 DA22 3G092 AB06 AB15 AC02 AC08 DE17S FA01 4G040 EA03 EA06 EB01 EB03 EB33 EB42 EB43 FA02 FB01 FC01 FE01 5H027 AA02 BA01 BA16 DD00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02C 3/22 F02C 3/22 F02D 19/02 F02D 19/02 C F02M 27/02 F02M 27/02 A H01M 8/00 H01M 8/00 Z 8/06 8/06 GF Term (reference) 3G081 BA11 DA22 3G092 AB06 AB15 AC02 AC08 DE17S FA01 4G040 EA03 EA06 EB01 EB03 EB33 EB42 EB43 FA02 FB01 FC01 FE01 5H027 AA02 BA01 BA16 DD00

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系燃料を改質して水素及びその
他の燃料を生成する燃料改質器と、 上記燃料改質器で生成された水素及びその他の燃料の中
から水素を分離抽出する水素分離手段と、 上記水素分離手段によって水素が分離抽出された後の残
存燃料が供給されるガスエンジン本体と、 上記水素分離手段によって分離抽出された水素が燃料と
して供給される燃料電池とを備えていることを特徴とす
るガスエンジンを備えたハイブリッドシステム。
1. A fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel to produce hydrogen and other fuels, and hydrogen separated and extracted from the hydrogen and other fuels produced by the fuel reformer. A hydrogen separating means, a gas engine main body to which the residual fuel after hydrogen is separated and extracted by the hydrogen separating means is supplied, and a fuel cell to which the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means is supplied as a fuel. A hybrid system equipped with a gas engine.
【請求項2】 炭化水素系燃料を改質して水素及びその
他の燃料を生成する燃料改質器と、 上記燃料改質器で生成された水素及びその他の燃料の中
から水素を分離抽出する水素分離手段と、 上記水素分離手段によって水素が分離抽出された後の残
存燃料が供給されるガスエンジン本体と、 上記水素分離手段によって分離抽出された水素が燃料と
して供給されるガスタービンとを備えていることを特徴
とするガスエンジンを備えたハイブリッドシステム。
2. A fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel to produce hydrogen and other fuels, and hydrogen separated and extracted from the hydrogen and other fuels produced by the fuel reformer. A hydrogen separating means, a gas engine main body to which the residual fuel after hydrogen is separated and extracted by the hydrogen separating means is supplied, and a gas turbine to which the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separating means is supplied as a fuel A hybrid system equipped with a gas engine.
【請求項3】 炭化水素系燃料を改質して水素及びその
他の燃料を生成する燃料改質器と、 上記燃料改質器で生成された水素及びその他の燃料の中
から水素を分離抽出する水素分離手段と、 上記水素分離手段によって水素が分離抽出された後の残
存燃料が供給されるガスエンジン本体と、 上記水素分離手段によって分離抽出された水素が燃料と
して供給される燃料電池及びガスタービンを備えている
ことを特徴とするガスエンジンを備えたハイブリッドシ
ステム。
3. A fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel to produce hydrogen and other fuels, and hydrogen separated and extracted from the hydrogen and other fuels produced by the fuel reformer. Hydrogen separation means, a gas engine body to which the residual fuel after hydrogen has been separated and extracted by the hydrogen separation means is supplied, and a fuel cell and a gas turbine to which the hydrogen separated and extracted by the hydrogen separation means is supplied as fuel A hybrid system equipped with a gas engine, characterized by being equipped with.
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