JP2012180765A - Exhaust emission control device of gas engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a thermal efficiency of an engine and an exhaust gas cleaning performance by efficiently adsorbing a methane component discharged as an unburnt component and recirculating to the engine in the gas engine using fuel gas containing methane as a principal ingredient.SOLUTION: The exhaust emission control device of the gas engine using the fuel gas containing methane as the principal ingredient is provided with a main exhaust gas passage 11, a bypass exhaust gas passage 15, a branch control valve 17, a methane adsorption catalysts 21, 23, an exhaust gas cooling means 19 for cooling to an exhaust gas temperature suitable for methane adsorption, a discharge gas heating means 29 for heating up to a temperature suitable for methane desorption, an inlet side control valve 37, a circulation passage 33, an outlet side control valve 39 and a controller 41 for controlling the exhaust gas cooling means 19, a discharge gas heating means 29, the inlet side control valve 37, the discharge side control valve 39 and the branch control valve 17 to switch the adsorption and desorption of a first system methane adsorption catalyst 21 and a second system methane adsorption catalyst 23 to and from each other.

Description

本発明は、ガスエンジンの排ガス浄化装置に関するものであり、特に、メタンを主成分に含む燃料ガスを用いるガスエンジンの排ガス浄化装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for a gas engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for a gas engine that uses a fuel gas containing methane as a main component.

近年、天然ガス(都市ガス)、炭鉱から発生する炭鉱メタンなどのメタンを主成分とするガスを、燃料としたガスエンジンにより、発電システムや冷暖房を行うヒートポンプシステムが、その優れた省エネルギー性、経済性により、急速に普及しつつある。   In recent years, gas pumps that use natural gas (city gas) and coal mine methane generated from coal mines as the main component, and a gas engine that uses fuel as a fuel, have a power generation system and a heat pump system that performs cooling and heating. Due to its nature, it is spreading rapidly.

一般に、燃焼室内に導入された燃料と空気との予混合ガスは燃焼室内で完全には燃え切らずに、燃焼室内のシリンダ天井部や、シリンダライナ壁面部や、ピストンリング付近や、給気ポートや排気ポート内に残存ガスとして未燃ガスが溜り、燃焼することなく未燃成分として排出される。   In general, the premixed gas of fuel and air introduced into the combustion chamber does not completely burn out in the combustion chamber, but the cylinder ceiling in the combustion chamber, the wall surface of the cylinder liner, the vicinity of the piston ring, and the air supply port In addition, unburned gas remains as residual gas in the exhaust port and is discharged as unburned components without burning.

一方、未燃成分の大気への排出を低減する技術として、吸着材によって吸着する技術や、酸化触媒を後処理として用いる技術が知られており、例えば、特許文献1(特開2002−227635号公報)には、排気ガス通路を、メイン排気通路およびバイパス通路の一方に切り替える排気通路切替装置と、メイン排気通路内に配置され、メイン排気通路に導かれた排気ガス中の未燃成分を吸着すると共に、吸着した未燃成分を脱着させるHC吸着材と、排気ガスの流路を、HC吸着材に排気ガス中の未燃成分を吸着させるときにはメイン排気通路に切り替え、HC吸着材から吸着した未燃成分を脱着させるときにはバイパス排気通路に切り替え、HC吸着材からの未燃成分の脱着が完了したときにはメイン排気通路に切り替えるように、排気通路切替装置を制御する制御手段と、を備える構成が示されている。   On the other hand, as a technique for reducing discharge of unburned components to the atmosphere, a technique for adsorbing with an adsorbent and a technique for using an oxidation catalyst as a post-treatment are known. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-227635) is known. In the publication, an exhaust passage switching device that switches an exhaust gas passage to one of a main exhaust passage and a bypass passage, and an unburned component in exhaust gas that is disposed in the main exhaust passage and led to the main exhaust passage are adsorbed. In addition, the HC adsorbent for desorbing the adsorbed unburned components and the exhaust gas flow path are switched to the main exhaust passage when the unburned components in the exhaust gas are adsorbed to the HC adsorbent, and adsorbed from the HC adsorbent. Switch to bypass exhaust passage when unburned components are desorbed, and switch to main exhaust passage when unburned components are removed from the HC adsorbent. Configuration comprising a control means for controlling the road switching device, a is shown.

特開2002−227635号公報JP 2002-227635 A

しかしながら、特許文献1記載の技術は、前述のようにHC吸着材に一旦吸着し、吸着したHCを吸着材が高温度のときに、脱着して、EGR管を介してエンジンに再循環されて、エンジンで燃焼されるようになっている。
このため、HC吸着材が脱着作動を行っている間は、該HC吸着材は吸着機能を有さず、排ガスはバイパス排気通路を通って排出されてしまい、また、吸着作動を行っている間は、脱着作動を行えないため、HC吸着材に吸着されたHC成分のエンジンへの再循環が行われない。
However, the technique described in Patent Document 1 is once adsorbed to the HC adsorbent as described above, and the adsorbed HC is desorbed when the adsorbent is at a high temperature and recirculated to the engine via the EGR pipe. The engine is supposed to be burned.
For this reason, while the HC adsorbent is performing the desorption operation, the HC adsorbent does not have an adsorption function, and the exhaust gas is exhausted through the bypass exhaust passage, and also during the adsorption operation. Since the desorption operation cannot be performed, the HC component adsorbed by the HC adsorbent is not recirculated to the engine.

従って、本発明は前記問題点に鑑み、メタンを主成分に含む燃料ガスを用いたガスエンジンにおいて、未燃成分として排出されるメタン成分を効率的に吸着するとともにエンジンに再循環させてエンジンの熱効率の改善と排ガス浄化性能の向上を図ることを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention is a gas engine using a fuel gas containing methane as a main component, and efficiently adsorbs the methane component discharged as an unburned component and recirculates it to the engine. The purpose is to improve thermal efficiency and exhaust gas purification performance.

そこで、本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、本発明は、メタンを主成分に含む燃料ガスを用いたガスエンジンの排ガス浄化装置において、前記ガスエンジンに接続されたメイン排ガス通路と、該メイン排ガス通路から分岐し且つ該メイン排ガス通路に再度合流するバイパス排ガス通路と、前記メイン排ガス通路から前記バイパス排ガス通路への排ガスの流れを制御する分岐制御弁と、前記バイパス排ガス通路に並列に複数配置され排ガス中のメタン成分を吸着するメタン吸着触媒と、前記メタン吸着触媒へ流入する排ガスをメタン成分の吸着に適する排ガス温度に冷却する排ガス冷却手段と、前記メタン吸着触媒を通過させて前記メタン吸着触媒に吸着したメタン成分を脱着する放出ガスを脱着に適した温度に加熱する放出ガス加熱手段と、前記複数のメタン吸着触媒は2系統からなり第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口への排ガスの流入と遮断とを切換える入口側制御弁と、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒の出口から排出されるガスを前記エンジンの給気通路に循環させる循環通路と、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの出口から排出されるガスを前記バイパス排ガス通路または前記循環通路への流出と遮断とを切換える出口側制御弁と、前記排ガス冷却手段、前記放出ガス加熱手段、前記入口側制御弁、前記出口側制御弁、および前記分岐制御弁を制御して、前記第1系統のメタン吸着触媒と第2系統のメタン吸着触媒の吸着と脱着を切換える制御装置と、を備えたことを特徴とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem. The present invention relates to a main exhaust gas connected to the gas engine in an exhaust gas purification apparatus for a gas engine using a fuel gas containing methane as a main component. A bypass exhaust gas passage that branches off from the main exhaust gas passage and rejoins the main exhaust gas passage, a branch control valve that controls the flow of exhaust gas from the main exhaust gas passage to the bypass exhaust gas passage, and the bypass exhaust gas passage A plurality of methane adsorption catalysts arranged in parallel to adsorb methane components in the exhaust gas, exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas flowing into the methane adsorption catalyst to an exhaust gas temperature suitable for adsorption of the methane components, and passing through the methane adsorption catalyst The release gas for desorbing the methane component adsorbed on the methane adsorption catalyst is heated to a temperature suitable for desorption. The discharge gas heating means and the plurality of methane adsorption catalysts are composed of two systems, and an inlet side control valve for switching between inflow and shutoff of exhaust gas to the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst A circulation passage for circulating the gas discharged from the outlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst to the supply air passage of the engine, and the first system methane adsorption catalyst and the second system An outlet-side control valve for switching the gas discharged from each outlet of the methane adsorption catalyst of the system to the bypass exhaust gas passage or the circulation passage, and the exhaust gas cooling means, the discharge gas heating means, the inlet The side control valve, the outlet side control valve, and the branch control valve to adsorb and desorb the methane adsorption catalyst of the first system and the methane adsorption catalyst of the second system. A controller changing, characterized by comprising a.

かかる発明によれば、未燃燃料のメタンを含む排ガスを、2系統からなる複数のメタン吸着触媒(例えば、ゼオライト)の一方(第1系統)に通してメタン成分を吸着させて捕集する。この吸着の際にメタン吸着能力を高めるために、排ガス温度を低く(ゼオライトの場合は、100℃以下)制御する必要があり、そのために排ガス冷却手段を用いて制御する。   According to this invention, the exhaust gas containing unburned fuel methane is passed through one (first system) of a plurality of methane adsorption catalysts (for example, zeolite) consisting of two systems to adsorb and collect the methane component. In order to increase the methane adsorption capacity during this adsorption, it is necessary to control the exhaust gas temperature to be low (in the case of zeolite, 100 ° C. or lower), and for that purpose, control is performed using exhaust gas cooling means.

また、他方(第2系統)のメタン吸着触媒においては、メタンが吸着済みの場合にはメタンを脱着させる。この脱着の際にメタン脱着性を高めるために、放出ガス温度を高く(ゼオライトの場合は、400℃以上)制御する必要があり、そのために、放出ガス加熱手段を用いて制御する。
このように、排ガス冷却手段および放出ガス加熱手段を用いて、メタン吸着触媒(例えば、ゼオライト)への吸着およびメタン吸着触媒からの脱着を効果的に行わせることができる。
In the other (second system) methane adsorption catalyst, methane is desorbed when methane has been adsorbed. In order to improve the methane desorption property during the desorption, it is necessary to control the emission gas temperature to be high (400 ° C. or more in the case of zeolite). For this purpose, the emission gas heating means is used for control.
Thus, the adsorption to the methane adsorption catalyst (for example, zeolite) and the desorption from the methane adsorption catalyst can be effectively performed using the exhaust gas cooling means and the emission gas heating means.

そして、脱着して前記循環通路に放出されたメタン成分は再度エンジンの給気通路に戻して燃料として用いられる。
従って、従来は燃焼することなく排出されていた未燃成分のメタンの活用によって、ガスエンジンの熱効率を向上できるとともに、未燃成分の排出量低減効果によって排ガス浄化機能も得られる。
The methane component desorbed and released into the circulation passage is returned to the engine air supply passage and used as fuel.
Therefore, the thermal efficiency of the gas engine can be improved by utilizing the unburned component methane that has been discharged without combustion in the past, and the exhaust gas purification function can also be obtained by the effect of reducing the unburned component emission amount.

また、本発明において好ましくは、排ガス冷却手段と排ガス加熱手段を次のように構成するとよい。
(1)前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスを冷却する排ガスクーラによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、過給機のコンプレッサによって加圧された給気と前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒に設けられたヒータ手段とによって構成されるとよい。
In the present invention, the exhaust gas cooling means and the exhaust gas heating means are preferably configured as follows.
(1) The exhaust gas cooling means is constituted by an exhaust gas cooler that cools the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. It is good to comprise by the air supply pressurized by the compressor of a feeder, and the heater means provided in the methane adsorption catalyst of the 1st system, and the methane adsorption catalyst of the 2nd system.

このように、排ガスクーラでメタン吸着触媒に流入する排ガスの温度を制御するため、吸着に適した排ガス温度への制御を確実に行うことができる。また、脱着のための放出ガスを過給機のコンプレッサで加圧された給気を用いるため、脱着後のメタンガスをエンジンの給気通路に戻してもEGR(排ガス再循環装置)のように燃焼温度の低下を生じせしめないため、EGRを装着しないエンジンにおいてもメタンガスの再循環が可能となる。また、ヒータ手段にメタン吸着触媒に流入する排ガスの温度を制御するため、脱着に適した排ガス温度への制御を確実に行うことができる。   Thus, since the temperature of the exhaust gas flowing into the methane adsorption catalyst is controlled by the exhaust gas cooler, the exhaust gas temperature suitable for adsorption can be reliably controlled. In addition, because the desorption gas used for the desorption is pressurized by the turbocharger compressor, it burns like EGR (exhaust gas recirculation device) even if the desorbed methane gas is returned to the engine air supply passage. Since the temperature does not decrease, methane gas can be recirculated even in an engine not equipped with EGR. Further, since the temperature of the exhaust gas flowing into the methane adsorption catalyst into the heater means is controlled, the exhaust gas temperature suitable for desorption can be reliably controlled.

(2)前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスに、給気通路に設けられた給気クーラによって冷却された給気を混合させることによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ、エンジン出口からの排ガスを導くことによって構成されるとよい。 (2) The exhaust gas cooling means supplies the exhaust gas flowing into the respective inlets of the methane adsorption catalyst of the first system and the methane adsorption catalyst of the second system to the supply gas cooled by the supply air cooler provided in the supply air passage. The emission gas heating means is constituted by introducing exhaust gas from the engine outlet to respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. Good.

このように、給気クーラを用いて冷却した給気を利用して排ガス温度を低下して吸着に適した温度になるようにするため、排ガスを冷却する排ガスクーラが不要となりシステムが簡単化される。
また、放出ガス加熱手段も、エンジン出口から排出される高温の排ガスを導くことによって、ヒータ手段のような装置が不要となり、システムが簡単化される。さらに、排ガスを用いてメタンをメタン吸着触媒から脱着させて給気通路に再循環させるため、排ガスも給気通路に戻るのでEGR機能が得られて燃焼温度の低下によるNOx低減効果が得られる。
In this way, exhaust gas cooler that cools the exhaust gas is not required because the exhaust gas temperature is lowered by using the supply air cooled by the supply air cooler so that the temperature becomes suitable for adsorption, and the system is simplified. The
Further, since the exhaust gas heating means also guides high-temperature exhaust gas discharged from the engine outlet, an apparatus such as a heater means becomes unnecessary, and the system is simplified. Further, since the methane is desorbed from the methane adsorption catalyst using the exhaust gas and recirculated to the supply passage, the exhaust gas also returns to the supply passage, so that an EGR function is obtained and an NOx reduction effect due to a decrease in the combustion temperature is obtained.

(3)前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスに、給気通路に設けられた給気クーラによって冷却された給気を混合させることによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、過給機のコンプレッサによって加圧された給気と前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒に設けられたヒータ手段とによって構成されるとよい。 (3) The exhaust gas cooling means supplies the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst into a supply air cooled by an air supply cooler provided in an air supply passage. The discharge gas heating means is a heater provided in the supply air pressurized by the compressor of the supercharger, the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. And means.

このような構成によると、前述のように給気クーラを用いるため、排ガスを冷却する排ガスクーラが不要となりシステムが簡単化される。また、放出ガス加熱手段は、ヒータ手段を設けるため温度調整が容易化する。   According to such a configuration, since the supply air cooler is used as described above, the exhaust gas cooler for cooling the exhaust gas is not required, and the system is simplified. Moreover, since the emission gas heating means is provided with a heater means, temperature adjustment is facilitated.

(4)前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスを冷却する排ガスクーラによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ、エンジン出口からの排ガスを導くことによって構成されるとよい。 (4) The exhaust gas cooling means is constituted by an exhaust gas cooler that cools the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. The exhaust gas from the engine outlet may be guided to the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst.

このように、排ガスクーラによるメタン吸着触媒に流入する排ガスの温度を制御するため、吸着に適した排ガス温度への制御を確実に行うことができる。
また、放出ガス加熱手段としてのヒータ手段を設ける必要がないため、システムが簡単化される。さらに、前述のようにEGR機能が得られる。
Thus, since the temperature of the exhaust gas flowing into the methane adsorption catalyst by the exhaust gas cooler is controlled, the exhaust gas temperature suitable for adsorption can be reliably controlled.
Further, since it is not necessary to provide a heater means as a discharge gas heating means, the system is simplified. Furthermore, the EGR function can be obtained as described above.

また、本発明において好ましくは、前記循環通路を給気通路に設けられた過給機のコンプレッサの上流側に戻すとよく、このように過給機のコンプレッサの上流側に戻すと、給気側は排気側より低圧状態のため給気通路への循環流が生じやすい。また、前記循環通路を給気通路に設けられた過給機のコンプレッサの下流側に設けられた給気冷却器の上流側に戻すとよく、このように給気冷却器の上流側に戻すことによって給気冷却器を利用して循環流を冷却できるため、循環通路に冷却器を設ける必要がなくシステムを簡単化できる。   In the present invention, preferably, the circulation passage is returned to the upstream side of the compressor of the supercharger provided in the air supply passage. When the circulation passage is returned to the upstream side of the compressor of the supercharger in this way, the supply side Since the pressure is lower than that on the exhaust side, a circulation flow to the supply passage is likely to occur. The circulation passage may be returned to the upstream side of the supply air cooler provided on the downstream side of the compressor of the supercharger provided in the supply air passage, and thus returned to the upstream side of the supply air cooler. Therefore, it is possible to cool the circulating flow by using the air supply cooler, so that it is not necessary to provide a cooler in the circulation passage, and the system can be simplified.

また、本発明において好ましくは、前記制御装置は、メタン成分を吸着するのに適した温度の排ガスがメタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン吸着限界を判定するメタン吸着限界判定手段を有しているとよい。
このようにメタン吸着触媒であるゼオライトの吸着限界に達したことを、対象触媒を通過した時間(動作時間)を基に判定することで、正確に対象触媒の吸着限界を判定できる。この際、エンジン負荷の影響やメタン濃度の影響を、重み付けして判定してもよい。
In the present invention, it is preferable that the control device includes a methane adsorption limit determination unit that determines a methane adsorption limit based on a time when exhaust gas having a temperature suitable for adsorbing a methane component passes through the methane adsorption catalyst. It is good to have.
Thus, by determining that the adsorption limit of the zeolite as the methane adsorption catalyst has been reached based on the time (operation time) that has passed through the target catalyst, the adsorption limit of the target catalyst can be accurately determined. At this time, the influence of the engine load and the influence of the methane concentration may be determined by weighting.

また、本発明において好ましくは、前記制御装置は、メタン成分を脱着するのに適した温度の放出ガスがメタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン放出完了を判定するメタン脱着完了判定手段を有しているとよい。
このように、メタン吸着触媒を通過した時間(動作時間)を基に判定することで、正確に対象触媒の脱着終了を判定できる。この際、通過する排ガス温度の影響を重み付けして判定してもよい。
In the present invention, it is preferable that the control device includes a methane desorption completion determination unit that determines completion of methane emission based on a time when a release gas having a temperature suitable for desorption of a methane component passes through the methane adsorption catalyst. It is good to have.
Thus, by determining based on the time (operation time) that has passed through the methane adsorption catalyst, it is possible to accurately determine the end of desorption of the target catalyst. At this time, the influence of the passing exhaust gas temperature may be weighted for determination.

また、本発明において好ましくは、前記ガスエンジンは、発電用のエンジンからなり、前記制御装置は、始動から一定回転数の定格回転数に達するまで前記バイパス排ガス通路への排ガスの流れを遮断するとよい。
このように、発電機用のガスエンジンにおいて、始動から一定回転数の定格運転に達するまでは、メイン排ガス通路からバイパス排ガス通路への排ガスの流れを分岐制御弁で遮断して、メタン吸着触媒による排圧上昇を防止して、始動性の向上および低回転運転時の安定性を確保できる。
In the present invention, it is preferable that the gas engine is an engine for power generation, and the control device cuts off the flow of exhaust gas to the bypass exhaust gas passage until a rated rotational speed of a predetermined rotational speed is reached after starting. .
In this way, in the gas engine for generators, the flow of exhaust gas from the main exhaust gas passage to the bypass exhaust gas passage is blocked by the branch control valve until the rated operation at a fixed rotation speed is reached from the start, and the methane adsorption catalyst An increase in exhaust pressure can be prevented to improve startability and ensure stability during low-speed operation.

本発明によれば、ガスエンジンから排出される未燃燃料のメタンを含む排ガスを2系統あるメタン吸着触媒(ゼオライト)の一方系統に通してメタン成分を吸着させて捕集する。また、他方系統のメタン吸着触媒においては、メタンが吸着済みの場合にはメタンを脱着させる。このように、2系統のメタン吸着触媒を用いて吸着と脱着を切り替え、さらに、放出後のメタン成分は再度エンジンの給気通路に戻されて燃料として用いられる。これによって、従来は燃焼することなく排出されていた未燃成分のメタンの活用によって、ガスエンジンの熱効率を向上できるとともに、未燃成分の排出量低減効果が得られ排ガス浄化機能も向上できる。   According to the present invention, exhaust gas containing unburned fuel methane discharged from a gas engine is passed through one system of two methane adsorption catalysts (zeolites) to adsorb and collect methane components. In the other methane adsorption catalyst, methane is desorbed when methane has been adsorbed. In this way, adsorption and desorption are switched using the two systems of methane adsorption catalyst, and the released methane component is returned again to the engine air supply passage and used as fuel. This makes it possible to improve the thermal efficiency of the gas engine by utilizing unburned component methane that has been discharged without combustion in the past, and to reduce the amount of unburned component emission, and to improve the exhaust gas purification function.

本発明の第1実施形態を示すガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus for a gas engine showing a first embodiment of the present invention. 第1実施形態のメタン吸着時の制御フローチャートを示す。The control flowchart at the time of methane adsorption | suction of 1st Embodiment is shown. 第1実施形態のメタン脱着時の制御フローチャートを示す。The control flowchart at the time of methane desorption of 1st Embodiment is shown. 第1実施形態における第1メタン吸着触媒が吸着時で、第2メタン吸着触媒が脱着時のガス弁の開閉を示す説明図表である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of the gas valve at the time of the 1st methane adsorption catalyst in 1st Embodiment adsorb | sucking, and the 2nd methane adsorption catalyst desorption. 第2実施形態を示すガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the exhaust gas purification apparatus of the gas engine which shows 2nd Embodiment. 第2実施形態のメタン吸着時の制御フローチャートを示す。The control flowchart at the time of methane adsorption | suction of 2nd Embodiment is shown. 第2実施形態のメタン脱着時の制御フローチャートを示す。The control flowchart at the time of methane desorption of 2nd Embodiment is shown. 第3実施形態を示すガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the exhaust gas purification apparatus of the gas engine which shows 3rd Embodiment. 第4実施形態を示すガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the exhaust gas purification apparatus of the gas engine which shows 4th Embodiment. 第5実施形態を示すガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the exhaust gas purification apparatus of the gas engine which shows 5th Embodiment. 第6実施形態を示すガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the exhaust gas purification apparatus of the gas engine which shows 6th Embodiment.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specifically described. Only.

(第1実施形態)
図1を参照して、本発明の第1実施形態のガスエンジンの排ガス浄化装置の全体構成につき説明する。同図において、ガスエンジン1は、発電機用のエンジンであり、該エンジン1には直結駆動される発電機3が取り付けられている。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the overall configuration of the exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to the first embodiment of the present invention will be described. In the figure, a gas engine 1 is an engine for a generator, and a generator 3 to be directly connected is attached to the engine 1.

燃料となる燃料ガスは、天然ガス(都市ガス)、炭鉱から発生する炭鉱メタンガス、またはランドフィルガスのようなバイオガス等のメタンを主成分とする燃料ガスが、給気通路5から流入されるようになっている。
給気通路5には、排気タービン7a及びコンプレッサ7bからなる過給機7が備えられ、各燃焼室の給気入口に給気ガスを供給する。過給機7のコンプレッサ7bの下流側には給気クーラ9が設けられる。
As fuel gas, fuel gas mainly composed of methane such as natural gas (city gas), coal mine methane gas generated from the coal mine, or biogas such as landfill gas is flowed from the supply passage 5. It is like that.
The air supply passage 5 is provided with a supercharger 7 including an exhaust turbine 7a and a compressor 7b, and supplies an air supply gas to an air supply inlet of each combustion chamber. An air supply cooler 9 is provided on the downstream side of the compressor 7 b of the supercharger 7.

エンジン1の排気出口にはメイン排ガス通路11が接続され、過給機7の排気タービン7aが設けられ、その下流側に排熱回収装置13が設置されている。この排熱回収装置13は排熱を利用して蒸気等を生成して利用するものである。この排熱回収装置13の下流側には、メイン排ガス通路11から分岐し且つ該メイン排ガス通路11に再度合流するバイパス排ガス通路15が設けられている。また、メイン排ガス通路11からバイパス排ガス通路15への排ガスの流れを制御する分岐制御弁17が設けられている。   A main exhaust gas passage 11 is connected to the exhaust outlet of the engine 1, an exhaust turbine 7 a of the supercharger 7 is provided, and an exhaust heat recovery device 13 is installed downstream thereof. This exhaust heat recovery device 13 uses exhaust heat to generate and use steam and the like. A bypass exhaust gas passage 15 branched from the main exhaust gas passage 11 and joined again to the main exhaust gas passage 11 is provided on the downstream side of the exhaust heat recovery device 13. Further, a branch control valve 17 that controls the flow of exhaust gas from the main exhaust gas passage 11 to the bypass exhaust gas passage 15 is provided.

バイパス排ガス通路15には、排ガスクーラ(排ガス冷却手段)19と、その下流に並列に、排ガス中のメタン成分を吸着する第1メタン吸着触媒(第1系統のメタン吸着触媒)21と、第2メタン吸着触媒(第2系統のメタン吸着触媒)23とが配設されている。第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23のそれぞれには、排ガス中の水分を除去して、メタン成分を吸着し易いようにする水分除去触媒25、27がそれぞれ、上流側に隣接して設けられている。   In the bypass exhaust gas passage 15, an exhaust gas cooler (exhaust gas cooling means) 19, a first methane adsorption catalyst (first system methane adsorption catalyst) 21 that adsorbs methane components in the exhaust gas in parallel downstream thereof, and a second A methane adsorption catalyst (second system methane adsorption catalyst) 23 is provided. In each of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, moisture removal catalysts 25 and 27 for removing moisture in the exhaust gas and facilitating adsorption of methane components are respectively adjacent to the upstream side. Is provided.

また、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23には、吸着触媒を加熱するヒータ29がそれぞれ設置されている。
第1メタン吸着触媒21と第2メタン吸着触媒23の2つの吸着触媒に限定するものではなく、複数の吸着触媒を備えそれらを2系統に区分して一方領域と他方領域として用いてもよい。
The first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 are each provided with a heater 29 for heating the adsorption catalyst.
The first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 are not limited to two adsorption catalysts, and a plurality of adsorption catalysts may be provided to be divided into two systems and used as one region and the other region.

また、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23のそれぞれの入口には、バイパス排ガス通路15と合流して混合するように、過給機7のコンプレッサ7b出口と接続する第1放出ガス通路31が設けられ、コンプレッサ7bで加圧された高温の給気がメタン吸着触媒に吸着したメタンを脱着する際に放出ガスとして導かれるようになっている。なお、前記ヒータ29と第1放出ガス通路31とで放出ガス加熱手段を構成している。   In addition, the first emission gas connected to the compressor 7b outlet of the supercharger 7 is connected to the inlet of each of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 so as to join and mix with the bypass exhaust gas passage 15. A passage 31 is provided, and the high-temperature supply air pressurized by the compressor 7b is guided as a discharge gas when desorbing methane adsorbed on the methane adsorption catalyst. The heater 29 and the first discharge gas passage 31 constitute discharge gas heating means.

第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23は、例えばゼオライトからなり、Na−A型ゼオライト(細孔径4Å)、Na−X型ゼオライト(細孔径3.8Å)のものが適している。
また、水分除去触媒25、27も、例えばゼオライトからなり、K−A型ゼオライト(細孔径3Å)、シリカゲル(細孔径2.8Å)のものが適している。
なお、メタン吸着触媒としてゼオライト以外にも分子篩カーボン、メソポーラスシリケートなどがある。
The first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 are made of, for example, zeolite, and those of Na-A type zeolite (pore diameter 4 mm) and Na-X type zeolite (pore diameter 3.8 mm) are suitable.
The water removal catalysts 25 and 27 are also made of, for example, zeolite, and KA type zeolite (pore diameter 3 mm) and silica gel (pore diameter 2.8 mm) are suitable.
In addition to zeolite, there are molecular sieve carbon, mesoporous silicate and the like as methane adsorption catalysts.

メタン成分の吸着性能は排ガス温度が100℃程度よりも低い温度領域で高められ、また脱着時には400℃程度より高い温度領域で脱着性が高められる。このため、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23に流入する排ガス温度を吸着時には100℃程度を目標に冷却制御を行う。なお、100℃よりさらに低温度にするにはそれだけ冷却器性能を向上する必要がありコスト増大、システムの大型化等の問題があるため、略100℃を目標として吸着時の排ガス温度制御を行う。   The adsorption performance of the methane component is enhanced in the temperature range where the exhaust gas temperature is lower than about 100 ° C., and the desorption property is enhanced in the temperature range higher than about 400 ° C. during desorption. For this reason, cooling control is performed with a target of about 100 ° C. when the exhaust gas temperature flowing into the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 is adsorbed. In order to lower the temperature further than 100 ° C, it is necessary to improve the performance of the cooler, and there are problems such as an increase in cost and an increase in the size of the system. .

また、メタン成分の脱着時の放出ガスの加熱温度についても、ヒータ29の大容量化に伴うコスト増大、システムの大型化等の問題化のため、略400℃を目標して脱着時の放出ガスのガス温度の制御を行う。   In addition, the heating temperature of the released gas at the time of desorption of the methane component is also set to about 400 ° C. for the purpose of increasing the cost accompanying the increase in the capacity of the heater 29 and increasing the size of the system. The gas temperature is controlled.

第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23のそれぞれの出口は、放出ガスをガスエンジン1の給気通路5に循環させる循環通路33と、バイパス排ガス通路15の戻り側に接続している。また、循環通路33には、循環流を冷却するために還流クーラ35が設置されている。
第1実施形態では、循環通路33は、過給機7のコンプレッサ7bの上流側に戻しており、このようにコンプレッサ7bの上流側に戻すことで、コンプレッサ7bの上流側は下流側より低圧状態のため給気通路5への循環流が生じやすくなる。
The respective outlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 are connected to a circulation passage 33 for circulating the released gas to the supply passage 5 of the gas engine 1 and a return side of the bypass exhaust gas passage 15. . The circulation passage 33 is provided with a reflux cooler 35 for cooling the circulation flow.
In the first embodiment, the circulation passage 33 is returned to the upstream side of the compressor 7b of the supercharger 7, and by returning to the upstream side of the compressor 7b in this way, the upstream side of the compressor 7b is in a lower pressure state than the downstream side. Therefore, a circulation flow to the supply passage 5 is likely to occur.

第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23のそれぞれの入口への排ガスの流入と遮断、またはメタン成分の脱着時の放出ガスの流入と遮断を切換える入口側制御弁37が設けられている。この入口側制御弁37は、図1に示すように、ガス弁VC11、VC12、VC21、VC22によって構成されている。   An inlet-side control valve 37 is provided for switching between inflow and shutoff of exhaust gas to the respective inlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, or switching inflow and shutoff of released gas at the time of desorption of methane components. . As shown in FIG. 1, the inlet side control valve 37 includes gas valves VC11, VC12, VC21, and VC22.

また、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23のそれぞれの出口からの排ガスのバイパス排ガス通路15への流出と遮断、またはメタン成分の脱着時の放出ガスの循環通路33への流出と遮断とを切換える出口側制御弁39が設けられている。この出口側制御弁39は、図1に示すように、ガス弁VC13、VC14、VC23、VC24によって構成されている。   Further, the exhaust gas from the respective outlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 flows out and shuts down to the bypass exhaust gas passage 15, or the effluent gas flows out to the circulation passage 33 when the methane component is desorbed. An outlet-side control valve 39 that switches between shut-off is provided. As shown in FIG. 1, the outlet side control valve 39 includes gas valves VC13, VC14, VC23, and VC24.

次に、入口側制御弁37および出口側制御弁39の開閉制御を行う制御装置41について説明する。
ガスエンジン1の給気入口部分の給気温度を検出する給気温度センサ43からの給気温度Ta1、給気圧力を検出する給気圧力センサ45からの給気圧力Pa1、第1メタン吸着触媒21へ流入するガス温度を検出する第1入口温度センサ47からの第1入口温度T11、第2メタン吸着触媒23へ流入するガス温度を検出する第2入口温度センサ49からの第2入口温度T21、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23から流出するガス温度を検出する出口温度センサ51からの出口ガス温度T、両メタン吸着触媒に流入する排ガス中のメタン濃度を検出する排ガスメタン濃度センサ53からの排ガスメタン濃度C、脱着後のガス中のメタンガス濃度を検出する放出ガスメタン濃度センサ55からの脱着メタンガス濃度Cの信号がそれぞれ入力される。
Next, the control device 41 that performs opening / closing control of the inlet side control valve 37 and the outlet side control valve 39 will be described.
The supply air temperature T a1 from the supply air temperature sensor 43 that detects the supply air temperature at the supply air inlet portion of the gas engine 1, the supply air pressure P a1 from the supply air pressure sensor 45 that detects the supply air pressure, the first methane The first inlet temperature T 11 from the first inlet temperature sensor 47 that detects the gas temperature flowing into the adsorption catalyst 21, and the second inlet from the second inlet temperature sensor 49 that detects the gas temperature flowing into the second methane adsorption catalyst 23. Inlet temperature T 21 , outlet gas temperature T 3 from outlet temperature sensor 51 that detects the gas temperature flowing out from first methane adsorption catalyst 21 and second methane adsorption catalyst 23, and methane concentration in exhaust gas flowing into both methane adsorption catalysts detecting the exhaust Gasumetan discharge Gasumetan concentration C 1 from the density sensor 53, the desorption of methane from the released Gasumetan concentration sensor 55 for detecting the methane concentration in the gas after desorption Signal of the scan concentration C 2 are input.

また、制御装置41には、主に、メタン成分を吸着するのに適した温度の排ガスに制御する排ガス冷却制御手段57と、メタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン吸着限界を判定するメタン吸着限界判定手段59と、メタン成分を脱着させるのに適した温度の放出ガスに制御する放出ガス加熱制御手段61と、メタン成分の脱着時の放出ガスがメタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン放出完了を判定するメタン脱着完了判定手段63とを有している。   Further, the control device 41 mainly includes an exhaust gas cooling control means 57 that controls exhaust gas at a temperature suitable for adsorbing methane components, and methane that determines a methane adsorption limit based on the time that has passed through the methane adsorption catalyst. Based on the adsorption limit determination means 59, the emission gas heating control means 61 for controlling the emission gas at a temperature suitable for desorbing the methane component, and the time when the emission gas at the time of desorption of the methane component passes through the methane adsorption catalyst. Methane desorption completion judging means 63 for judging completion of methane emission.

さらに、給気通路5側に循環された脱着メタンガスの脱着メタンガス濃度C基づいて、ガスエンジン1の燃料量を補正制御、すなわち、循環されるメタンガス濃度Cに応じたガス量だけ供給ガス量を低減できるので、その補正を行いガスエンジン1への燃料量を制御する燃料制御手段65を有している。 Further, based on the desorbed methane gas concentration C 2 of the desorbed methane gas circulated to the supply passage 5 side, the fuel amount of the gas engine 1 is corrected and controlled, that is, the supply gas amount by the amount of gas corresponding to the circulated methane gas concentration C 2. Therefore, the fuel control means 65 for correcting the amount of fuel to control the amount of fuel to the gas engine 1 is provided.

制御装置41は、前記各センサからの検出信号を基に、分岐制御弁17、入口側制御弁37のガス弁VC11、VC12、VC21、VC22、および出口側制御弁39のガス弁VC13、VC14、VC23、VC24の開閉を制御するとともに、ガス燃料量を制御する。
始動開始後の所定時間、または所定の低回転数域や低負荷域においては、排気圧損の増大による不安定運転の回避のため、分岐制御弁17を制御してバイパス排ガス通路15側には流さないようにし、始動後、一定回転の安定運転領域に達してからメタン吸着触媒による吸着と脱着の制御が行われる。
The control device 41 is based on the detection signals from the sensors, the branch control valve 17, the gas valves VC11, VC12, VC21, VC22 of the inlet side control valve 37, and the gas valves VC13, VC14 of the outlet side control valve 39, While controlling opening and closing of VC23 and VC24, the amount of gas fuel is controlled.
In a predetermined time after starting, or in a predetermined low engine speed range or low load range, the branch control valve 17 is controlled to flow to the bypass exhaust gas passage 15 side in order to avoid unstable operation due to an increase in exhaust pressure loss. After starting, the adsorption and desorption control by the methane adsorption catalyst is performed after reaching the stable operation region of constant rotation.

メタン吸着時の制御を図2のフローチャートを参照して説明する。
ステップS1で、吸着作動を行わせるメタン吸着触媒を、第1メタン吸着触媒21と第2メタン吸着触媒23とから選択し、その選択した触媒に応じてガス弁の開閉制御を行う。図4に示すように、第1メタン吸着触媒21を吸着触媒に選択した場合には、図4(a)に示すガス弁の開閉を行わせる。また、第2メタン吸着触媒23を吸着触媒に選択した場合には、図4(b)に示すガス弁の開閉を行わせる。図4(a)、(b)で示すように、第1メタン吸着触媒21と第2メタン吸着触媒23とは、吸着と脱着とを交互に切換えるように制御される。
Control during methane adsorption will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step S1, the methane adsorption catalyst for performing the adsorption operation is selected from the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, and the opening / closing control of the gas valve is performed according to the selected catalyst. As shown in FIG. 4, when the first methane adsorption catalyst 21 is selected as the adsorption catalyst, the gas valve shown in FIG. 4A is opened and closed. When the second methane adsorption catalyst 23 is selected as the adsorption catalyst, the gas valve shown in FIG. 4B is opened and closed. As shown in FIGS. 4A and 4B, the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 are controlled so as to alternately switch between adsorption and desorption.

ステップS2で、選択したメタン吸着触媒に流入する排ガス温度を第1入口温度センサ47、または第2入口温度センサ49で検出する。そして、ステップS3で、第1メタン吸着触媒21へ流入する排ガスの第1入口温度T11または第2メタン吸着触媒23へ流入する排ガスの第2入口温度T21が略100℃か否かを判定する。NOの場合にはステップS4で排ガスクーラ19の冷却水量を調整して略100℃になるように調整する。 In step S2, the temperature of the exhaust gas flowing into the selected methane adsorption catalyst is detected by the first inlet temperature sensor 47 or the second inlet temperature sensor 49. Then, in step S3, it determines second inlet temperature T 21 of the exhaust gas flowing into the first inlet temperature T 11 or the second methane adsorption catalyst 23 of the exhaust gas flowing into the first methane adsorption catalyst 21 whether substantially 100 ° C. To do. In the case of NO, the amount of cooling water in the exhaust gas cooler 19 is adjusted in step S4 so as to be approximately 100 ° C.

次に、ステップS5で、対象のメタン吸着触媒の吸着動作時間の積算を行う。つまり、排ガス温度が略100℃の場合の通過時間の累積を算出する。そして、ステップS6で、その積算値が予め設定された限界時間に到達したか否かを比較して判定する。到達している場合には、NOとなり、ステップS7でメタン吸着触媒を他の触媒に切換えてステップ1で他の吸着触媒を選択して、前記同様の手順を繰り返す。
また、同時に、ステップS8で、限界に到達した対象のメタン吸着触媒からのメタン放出操作を行う。この放出操作は後述する。
Next, in step S5, the adsorption operation time of the target methane adsorption catalyst is integrated. That is, the cumulative passage time when the exhaust gas temperature is approximately 100 ° C. is calculated. In step S6, it is determined by comparing whether or not the integrated value has reached a preset limit time. If it has reached, it becomes NO, the methane adsorption catalyst is switched to another catalyst in step S7, another adsorption catalyst is selected in step 1, and the same procedure as described above is repeated.
At the same time, in step S8, the operation of releasing methane from the target methane adsorption catalyst that has reached the limit is performed. This discharge operation will be described later.

一方、ステップS6で、限界時間前であれば、ステップS9で吸着動作を対象のメタン吸着触媒で継続させ、ステップ1にリターンして吸着を継続させる。   On the other hand, if it is before the limit time in step S6, the adsorption operation is continued with the target methane adsorption catalyst in step S9, and the process returns to step 1 to continue the adsorption.

ステップS5の対象触媒の動作時間の積算において、単なる動作時間ではなく、エンジン負荷の影響の重み付けをして、負荷が大きいときには燃料量が多くなりそれに応じて未燃メタン成分も多く排出されるため負荷の大きさに応じた重み付けをした動作時間(「エンジン負荷」×「エンジン動作時間」)として算出することにより、より精度良い吸着量の判定ができるようになる。   In the integration of the operation time of the target catalyst in step S5, the influence of the engine load is weighted rather than the mere operation time, and when the load is large, the amount of fuel increases, and a large amount of unburned methane components are discharged accordingly. By calculating the operation time weighted according to the load size (“engine load” × “engine operation time”), it is possible to determine the amount of adsorption with higher accuracy.

さらに、排ガスメタン濃度センサ53の測定値Cの影響の重み付けをして、濃度が濃い場合にはそれに応じて未燃メタン成分も多く排出されるため濃度の濃さに応じた重み付けをした動作時間(「濃度測定値」×「エンジン動作時間」)として算出することにより、より精度良い吸着量の判定ができるようになる。
また、前記したエンジン負荷と排ガスメタン濃度センサ53の測定値Cとを併用して、(「エンジン負荷」×「濃度測定値」×「エンジン動作時間」)としてもよく、さらに、バイパス排ガス通路15を通って第1メタン吸着触媒21または第2メタン吸着触媒23に流入する排ガス流量を流量計(不図示)で検出して、該流量と排ガスメタン濃度センサ53の測定値Cとを併用して、(「排ガス流量」×「濃度測定値」×「エンジン動作時間」)とすることもできる。
このように、エンジン負荷と濃度の併用、または排ガス流量と濃度の併用によってエンジン動作時間を補正することで、より精度良い吸着量の判定ができるようになる。
Additionally, by weighting the influence of the measured value C 1 of the exhaust Gasumetan concentration sensor 53, and weighted according to the strength of the concentrations for unburnt methane component is also often discharged accordingly if-enriched operation By calculating the time (“concentration measurement value” × “engine operation time”), it is possible to determine the adsorption amount with higher accuracy.
Also, a combination of the measured value C 1 of the engine load and the exhaust gas methane concentration sensor 53 described above, may be a ( "engine load" × "density measurement," × "engine operating time"), further, the bypass exhaust gas passage The exhaust gas flow rate flowing into the first methane adsorption catalyst 21 or the second methane adsorption catalyst 23 through 15 is detected by a flow meter (not shown), and the flow rate and the measured value C 1 of the exhaust gas methane concentration sensor 53 are used in combination. (“Exhaust gas flow rate” × “concentration measurement value” × “engine operating time”).
In this way, the amount of adsorption can be determined more accurately by correcting the engine operating time by using the engine load and concentration together, or using the exhaust gas flow rate and concentration together.

次に、制御装置41におけるメタンの放出時の制御を図3のフローチャートを参照して説明する。
ステップS11では、脱着作動を行わせるメタン吸着触媒を、第1メタン吸着触媒21と第2メタン吸着触媒23とから選択し、その選択した触媒に応じてガス弁の開閉制御を行う。ステップS12では、具体的に、対象触媒が第1メタン吸着触媒21の場合にはガス弁VC12を開とし、対象触媒が第2メタン吸着触媒23の場合にはガス弁VC22を開として放出動作を開始する。
Next, the control at the time of discharge | release of methane in the control apparatus 41 is demonstrated with reference to the flowchart of FIG.
In step S11, the methane adsorption catalyst to be desorbed is selected from the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, and the opening / closing control of the gas valve is performed according to the selected catalyst. In step S12, specifically, when the target catalyst is the first methane adsorption catalyst 21, the gas valve VC12 is opened, and when the target catalyst is the second methane adsorption catalyst 23, the gas valve VC22 is opened and the release operation is performed. Start.

ステップS13では、触媒の出口ガス温度Tを出口温度センサ51で検出する。そして、ステップS15で、出口ガス温度Tが略400℃か否かを判定する。NOの場合にはステップS16でヒータ29の加熱量を調整して略400℃になるように調整する。 In step S 13, the outlet gas temperature T 3 of the catalyst is detected by the outlet temperature sensor 51. Then, in step S15, the outlet gas temperature T 3 is determined whether substantially 400 ° C.. In the case of NO, in step S16, the heating amount of the heater 29 is adjusted so as to be approximately 400 ° C.

次に、ステップS17では、対象のメタン吸着触媒の脱着動作時間の積算を行う。すなわち、触媒の出口ガス温度Tが略400℃またはそれ以上の場合の通過時間の累積を算出する。そして、ステップS18で、その積算値が予め設定された処理完了時間に到達したか否かを比較して判定する。 Next, in step S17, the desorption operation time of the target methane adsorption catalyst is integrated. In other words, the outlet gas temperature T 3 of the catalyst is to calculate the cumulative transit time in the case of substantially 400 ° C. or higher. In step S18, it is determined by comparing whether or not the integrated value has reached a preset processing completion time.

到達している場合には、NOとなり、ステップS20でガス弁VC12(VC22)を閉として放出ガスの流入を遮断する。同時に、ステップS21で、他の触媒での吸着動作が吸着限界に達するまで待機する。そして、他の触媒が吸着限界に達するとステップS22で、脱着が完了した対象触媒をメタン吸着操作が可能なようにガス弁VC11〜VC24を設定する。   When it has reached, it becomes NO, and in step S20, the gas valve VC12 (VC22) is closed to block the inflow of the released gas. At the same time, in step S21, the process waits until the adsorption operation with another catalyst reaches the adsorption limit. When the other catalyst reaches the adsorption limit, in step S22, the gas valves VC11 to VC24 are set so that the target catalyst that has been desorbed can be adsorbed with methane.

ステップS17での対象触媒の動作時間の積算において、単なる動作時間ではなく、ステップS14で、触媒の出口ガス温度Tの出口温度センサ51での検出値に応じて補正した時間を用いてメタン脱着時の動作時間の積算値を算出してもよい。
このように出口温度の影響の重み付けは、温度が400℃より高い場合には脱着量が多くなるため、動作時間としては大きくなるように補正する。
予め設定した処理完了時間の設定の際には、400℃の放出ガスの通過による動作完了時間の理論的算出値、または、実験によって捕捉された必要時間から設定される時間であるため。400℃に対する上下によって補正することで、より精度良い脱着完了の判定ができるようになる。
In the operation of the time integration of the subject catalyst in the step S17, not just the operating time, in step S14, the methane desorption using a time corrected according to the detected value of the outlet temperature sensor 51 of the outlet gas temperature T 3 of the catalyst An integrated value of the operation time at the time may be calculated.
In this way, the weighting of the influence of the outlet temperature is corrected so that the operation time is increased because the desorption amount increases when the temperature is higher than 400 ° C.
This is because, when the processing completion time set in advance is set, it is a time calculated from a theoretically calculated value of the operation completion time due to the passage of the emitted gas at 400 ° C. or a necessary time captured by experiments. By correcting by up and down with respect to 400 ° C., the desorption completion can be determined with higher accuracy.

また、前記ステップS17における対象触媒のメタン脱着時の動作時間の積算について、第1放出ガス通路31もしくは循環流路33に流量計(不図示)を設けて、該流量計からの検出値と、触媒の下流側に設けた放出ガスメタン濃度センサ55によって検出した放出ガスメタン濃度Cの検出値とを用いて動作時間を補正して、(「検出流量」×「濃度」×「動作時間」)によって算出してもよく、より精度良い脱着完了の判定ができるようになる。 In addition, regarding the integration of the operation time at the time of methane desorption of the target catalyst in the step S17, a flow meter (not shown) is provided in the first discharge gas passage 31 or the circulation flow passage 33, and a detected value from the flow meter, by correcting the operation time by using the detection value of the discharge Gasumetan concentration C 3 detected by the release Gasumetan concentration sensor 55 provided downstream of the catalyst, the ( "detected flow" × "density" × "operating time") It may be calculated, so that the desorption completion can be determined with higher accuracy.

さらに、前記ステップS14、S17、S18によって算出した動作時間に基づく判定に代えて、触媒の下流側に設けた放出ガスメタン濃度センサ55によって放出ガスメタン濃度Cを検出して、その濃度が予め設定した閾値濃度を下回ったか否かを判定してもよい。すなわち、検出濃度が閾値濃度以下であれば、脱着は完了したと判定するものである。この場合には、直接メタン濃度を検出してその濃度だけによって判定するため、動作時間に基づく判定よりもより簡単に且つ精度よく脱着完了を判定できる。 Further, instead of the determination based on the step S14, S17, the operation time calculated by S18, by detecting the release Gasumetan concentration C 2 by the release Gasumetan concentration sensor 55 provided downstream of the catalyst, the concentration is preset It may be determined whether or not the threshold concentration is below. That is, if the detected concentration is equal to or lower than the threshold concentration, it is determined that the desorption is completed. In this case, since the methane concentration is directly detected and the determination is made only by the concentration, the completion of desorption can be determined more easily and accurately than the determination based on the operation time.

以上説明したように、第1実施形態によれば、未燃燃料のメタンを含む排ガスを第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23に通過させるとともに、排ガスクーラ19を用いて、排ガスを、メタン吸着能力が高められる略100℃へ温度制御し、およびヒータ29を用いて、放出ガスを、メタン脱着性が高められる略400℃へ温度制御することで、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23への吸着およびこれら触媒からの脱着を効果的に行うことができる。   As described above, according to the first embodiment, the exhaust gas containing unburned fuel methane is passed through the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, and the exhaust gas cooler 19 is used to reduce the exhaust gas. The first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 21 are controlled by controlling the temperature to approximately 100 ° C. at which the methane adsorption capacity is increased and by using the heater 29 to control the temperature of the emitted gas to approximately 400 ° C. at which the methane desorption property is enhanced. Adsorption on the 2-methane adsorption catalyst 23 and desorption from these catalysts can be performed effectively.

そして、脱着後のメタン成分を、循環通路33を介して再度エンジンの給気通路5に戻して、燃料として用いられることによって、従来は燃焼することなく排出されていた未燃成分のメタンが活用されて、ガスエンジン1の熱効率の改善と排ガス浄化性能の向上を図ることができる。
特に、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23を交互に吸着と脱着を繰り返し、一方では吸着作動がなされている間に、他方では脱着作動がなされ、常に排ガスがいずれかの吸着触媒を通過し、また常に吸着触媒からのメタン成分は大気に放出されずにエンジンの給気通路5に戻される。このため、未燃成分のメタンの大気への排出量が効果的に低減され、熱効率の改善とともに排ガス浄化機能が向上する。
Then, the desorbed methane component is returned to the engine air supply passage 5 again through the circulation passage 33 and used as fuel, so that the unburned component methane that has been conventionally discharged without combustion is utilized. Thus, it is possible to improve the thermal efficiency of the gas engine 1 and the exhaust gas purification performance.
In particular, the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 are alternately adsorbed and desorbed alternately. While the adsorption operation is performed on the one hand, the desorption operation is performed on the other hand, and the exhaust gas is always one of the adsorption catalysts. The methane component from the adsorption catalyst is always returned to the intake passage 5 of the engine without being released into the atmosphere. For this reason, the discharge | emission amount to the atmosphere of the unburned component methane is reduced effectively, and an exhaust gas purification function improves with improvement in thermal efficiency.

(第2実施形態)
次に、図5〜7を参照して、第2実施形態について説明する。
第1実施形態は、図1に示すように排ガス冷却手段として排ガスクーラ19が設けられ、また放出ガス加熱手段として過給機7のコンプレッサ7bによる加圧後の給気とヒータ29によって構成しているが、第2実施形態は、これら排ガスクーラ19およびヒータ29を用いずに排ガス冷却手段および放出ガス加熱手段を構成することを特徴とし、システム全体を簡単化するものである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, an exhaust gas cooler 19 is provided as exhaust gas cooling means, and an air supply after being pressurized by the compressor 7b of the supercharger 7 and a heater 29 are provided as emission gas heating means. However, the second embodiment is characterized in that the exhaust gas cooling means and the emission gas heating means are configured without using the exhaust gas cooler 19 and the heater 29, and the whole system is simplified.

図5のように、給気クーラ9の出口と、排熱回収装置13の下流側で且つバイパス排ガス通路15との分岐部より上流側とを連通するように、給気バイパス通路70が設けられる。この給気バイパス通路70によって給気クーラ9で冷却された給気を導いて排ガスと合流混合させることで排ガスを冷却する排ガス冷却手段を構成している。   As shown in FIG. 5, an air supply bypass passage 70 is provided so that the outlet of the air supply cooler 9 communicates with the downstream side of the exhaust heat recovery device 13 and the upstream side of the branch portion with the bypass exhaust gas passage 15. . Exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas is formed by guiding the supply air cooled by the supply air cooler 9 through the supply air bypass passage 70 and combining it with the exhaust gas.

また、ガスエンジン1の排ガス出口と、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23の入口とを連通するように、第2放出ガス通路72が設けられる。この第2放出ガス通路72によってガスエンジン1からの高温の排ガスを導くことによって、放出ガス加熱手段を構成している。   Further, a second emission gas passage 72 is provided so as to communicate the exhaust gas outlet of the gas engine 1 with the inlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23. The second exhaust gas passage 72 guides high-temperature exhaust gas from the gas engine 1 to constitute a discharge gas heating means.

制御装置74は、図5に示すように、主に、メタン成分を吸着するのに適した温度の排ガスに制御する排ガス冷却制御手段76と、メタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン吸着限界を判定するメタン吸着限界判定手段78と、メタン成分の脱着時の放出ガスがメタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン放出完了を判定するメタン脱着完了判定手段80と、給気通路5側に循環された脱着メタンガスの脱着メタンガス濃度C(第1実施形態参照)基づいて、ガスエンジン1の燃料量を補正制御するガスエンジンの燃料制御手段65を有している。 As shown in FIG. 5, the control device 74 mainly includes an exhaust gas cooling control means 76 that controls exhaust gas at a temperature suitable for adsorbing methane components, and a methane adsorption limit based on the time that has passed through the methane adsorption catalyst. Methane adsorption limit determination means 78 for determining the methane desorption completion determination means 80 for determining the completion of methane release based on the time when the released gas at the time of desorption of the methane component has passed through the methane adsorption catalyst, and the supply passage 5 side. Based on the desorbed methane gas concentration C 2 of the circulated desorbed methane gas (see the first embodiment), the fuel control unit 65 of the gas engine that corrects and controls the fuel amount of the gas engine 1 is provided.

そして、第2放出ガス通路72の排ガス温度を検出する放出ガス温度センサ82からの放出ガス温度Tと、バイパス排ガス通路15を流れる排ガス温度を検出する排ガス温度センサ84からの排ガス温度Tとを基に、給気バイパス通路70に設けられた給気バイパス弁VA、第2放出ガス通路72に設けられた放出ガス弁VE、および各ガス弁VC11〜VC24、さらに分岐制御弁17の開閉を制御する。
その他構成については、第1実施形態と同様のものは同一符号を付する。
Then, a discharge gas temperature T e from the discharge gas temperature sensor 82 for detecting the exhaust gas temperature of the second discharge gas passage 72, the exhaust gas temperature T 1 of the from the exhaust gas temperature sensor 84 for detecting the temperature of exhaust gas flowing through the bypass exhaust gas passage 15 On the basis of this, the supply bypass valve VA provided in the supply bypass passage 70, the release gas valve VE provided in the second release gas passage 72, the gas valves VC11 to VC24, and the branch control valve 17 are opened and closed. Control.
Regarding the other configuration, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

メタン吸着時の制御を図6のフローチャートを参照して説明する。
ステップS1のメタン吸着触媒の選択は第1実施形態と同様である。ステップS2の処理排ガス温度の検出は、第1実施形態では各メタン吸着触媒の入口部の温度を検出したが、第2実施形態では、排ガス温度センサ84の設置位置がバイパス排ガス通路15での1箇所で検出している。これによりシステムを簡単化している。
Control during methane adsorption will be described with reference to the flowchart of FIG.
The selection of the methane adsorption catalyst in step S1 is the same as in the first embodiment. In the first embodiment, the temperature of the treated exhaust gas in step S2 is detected at the inlet of each methane adsorption catalyst. However, in the second embodiment, the exhaust gas temperature sensor 84 is set at 1 in the bypass exhaust gas passage 15. Detected at a location. This simplifies the system.

ステップS3は、第1実施形態と同様であり、選択したメタン吸着触媒に流入する排ガス温度が略100℃であるかを判定する。ステップS31では、略100℃になるように調整するが、この調整を給気バイパス弁VAの開度操作によって行う。すなわち、給気バイパスガスは給気クーラ9で冷却されているため、給気バイパス通路70によって排ガスに混合する給気量を調整することで行われる。
その後の処理は、第1実施形態と同様である。
Step S3 is the same as in the first embodiment, and it is determined whether the temperature of the exhaust gas flowing into the selected methane adsorption catalyst is approximately 100 ° C. In step S31, the temperature is adjusted to approximately 100 ° C., but this adjustment is performed by opening the air supply bypass valve VA. That is, since the supply air bypass gas is cooled by the supply air cooler 9, the supply air bypass gas 70 is adjusted by adjusting the supply air amount mixed with the exhaust gas.
Subsequent processing is the same as in the first embodiment.

次に、メタンの放出時の制御を図7のフローチャートを参照して説明する。
ステップS11は、第1実施形態と同様であり、脱着作動を行わせるメタン吸着触媒を、第1メタン吸着触媒21と第2メタン吸着触媒23から選択し、その選択した触媒に応じてガス弁の開閉制御を行う。
Next, the control at the time of releasing methane will be described with reference to the flowchart of FIG.
Step S11 is the same as that in the first embodiment, and a methane adsorption catalyst to be desorbed is selected from the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, and the gas valve of the gas valve is selected according to the selected catalyst. Open / close control is performed.

ステップS41では、放出ガス弁VEを開く。ステップS42では、放出ガス温度センサ82によって放出ガス温度Tを検出する。そして、ステップS44で、対象のメタン吸着触媒の脱着動作時間の積算を開始する。第1実施形態では、略400℃またはそれ以上の場合の通過時間の累積として算出したが、第2実施形態では、排ガスを放出ガスとして利用するため400℃以上の場合が多いことから、積算時間の積算開始条件をガス温度では設けずにステップS44では放出ガス弁VEを開いてからの積算を行っている。 In step S41, the discharge gas valve VE is opened. In step S42, it detects the discharge gas temperature T e by the release gas temperature sensor 82. In step S44, integration of the desorption operation time of the target methane adsorption catalyst is started. In the first embodiment, the calculation is made as the cumulative passage time when the temperature is approximately 400 ° C. or higher. However, in the second embodiment, since the exhaust gas is used as a discharge gas, the accumulated time is often 400 ° C. or higher. In step S44, the integration is performed after the release gas valve VE is opened.

ただし、ステップS43で、放出ガス温度に応じて通過時間の補正を行って処理完了時間の判定に反映している。すなわち、放出ガス温度が400℃より高い場合には脱着量が多くなるため、動作時間としては大きくなるように積算時間を補正する。
そして、ステップS45で、その積算値が予め設定された処理完了時間に到達したか否かを比較して判定する。
However, in step S43, the passage time is corrected according to the emission gas temperature, and this is reflected in the determination of the processing completion time. That is, since the desorption amount increases when the discharge gas temperature is higher than 400 ° C., the accumulated time is corrected so as to increase the operation time.
In step S45, it is determined by comparing whether or not the integrated value has reached a preset processing completion time.

到達している場合には、NOとなり、ステップS46で放出ガス弁VEを閉として放出ガスとしての排ガスの流入を遮断する。同時に、ステップS21で、他の触媒での吸着動作が吸着限界に達するまで待機する。これ以降は第1実施形態と同様である。   If it has reached, NO is determined, and in step S46, the discharge gas valve VE is closed to block the inflow of exhaust gas as the discharge gas. At the same time, in step S21, the process waits until the adsorption operation with another catalyst reaches the adsorption limit. The subsequent steps are the same as in the first embodiment.

以上の第2実施形態によれば、第1実施形態の排ガスクーラ19およびヒータ29を用いずに、給気クーラ9の出口と、バイパス排ガス通路15との分岐部より上流側とを連通する給気バイパス通路70によって排ガス冷却手段を構成し、さらに、ガスエンジン1の排ガス出口と、メタン吸着触媒の入口とを連通する第2放出ガス通路72を設けてエンジン1からの高温の排ガスを用いて放出ガス加熱手段を構成するので、システム全体構成を簡単化できる。   According to the above second embodiment, the exhaust gas cooler 19 and the heater 29 of the first embodiment are not used, and the outlet that connects the outlet of the supply air cooler 9 and the upstream side from the branch portion of the bypass exhaust gas passage 15 is communicated. The exhaust gas cooling means is constituted by the air bypass passage 70, and further, a second emission gas passage 72 that communicates the exhaust gas outlet of the gas engine 1 and the inlet of the methane adsorption catalyst is provided, and the high-temperature exhaust gas from the engine 1 is used. Since the emission gas heating means is configured, the entire system configuration can be simplified.

また、排ガスを用いてメタンをメタン吸着触媒から脱着させて給気通路5に再循環させるため、排ガスも給気通路5に戻るのでEGR機能が得られて燃焼温度の低下によるNOx低減効果も得られる。その他については第1実施形態と同様の効果を奏する。   Further, since methane is desorbed from the methane adsorption catalyst using the exhaust gas and recirculated to the supply passage 5, the exhaust gas also returns to the supply passage 5, so that an EGR function is obtained and a NOx reduction effect due to a decrease in combustion temperature is also obtained. It is done. Other effects are the same as those of the first embodiment.

(第3実施形態)
次に、図8を参照して、第3実施形態について説明する。
第3実施形態は、図5に示す第2実施形態の変形例で、循環通路33に設けられた循環流を冷却するために還流クーラ35を省略するものであり、その他は第2実施形態と同一の構成である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
The third embodiment is a modification of the second embodiment shown in FIG. 5, in which the recirculation cooler 35 is omitted to cool the circulation flow provided in the circulation passage 33, and the others are the same as those of the second embodiment. It is the same configuration.

図8に示すように、循環通路33の給気通路5への接続位置を、給気クーラ9の入口側とする。これによって、循環通路33を通過する放出ガスの冷却を給気クーラ9で行わせることでシステムを簡単化できる。   As shown in FIG. 8, the connection position of the circulation passage 33 to the air supply passage 5 is the inlet side of the air supply cooler 9. Accordingly, the system can be simplified by causing the supply air cooler 9 to cool the discharged gas passing through the circulation passage 33.

(第4実施形態)
次に、図9を参照して、第4実施形態について説明する。
前述した第2、3実施形態では、図5に示すように、排ガスクーラ19およびヒータ29を用いずに、給気バイパス通路70によって排ガス冷却手段を構成し、ガスエンジン1の排ガス出口と、メタン吸着触媒の入口とを連通する第2放出ガス通路72を設けてエンジン1からの高温排ガスを用いて放出ガス加熱手段を構成していた。
これに対して、以下の第4、5実施形態は、ヒータ29と第1放出ガス通路31による放出ガス加熱手段は残し、排ガスクーラ19による排ガス冷却手段を、給気バイパス通路70によって構成するものである。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
In the second and third embodiments described above, as shown in FIG. 5, the exhaust gas cooling means is configured by the supply air bypass passage 70 without using the exhaust gas cooler 19 and the heater 29, and the exhaust gas outlet of the gas engine 1, the methane The second emission gas passage 72 communicating with the inlet of the adsorption catalyst is provided, and the emission gas heating means is configured using the high temperature exhaust gas from the engine 1.
On the other hand, in the following fourth and fifth embodiments, the exhaust gas heating means by the heater 29 and the first discharge gas passage 31 is left, and the exhaust gas cooling means by the exhaust gas cooler 19 is constituted by the air supply bypass passage 70. It is.

このような、第4、5実施形態における共通の作用効果は、放出ガス加熱手段として排ガスを用いずに、過給機7のコンプレッサ7bによる加圧後の高温給気とヒータ29によって構成するので、放出ガスは排ガスでないため、EGR機能が得られないため、EGRを装着しないエンジン仕様に対するシステム構成として適用できる。
また、ヒータ29による加熱制御を行うため放出ガスの温度制御を精度よく行うことができる。
Such a common effect in the fourth and fifth embodiments is constituted by the high-temperature air supply after being pressurized by the compressor 7b of the supercharger 7 and the heater 29 without using exhaust gas as the emission gas heating means. Since the exhaust gas is not exhaust gas, the EGR function cannot be obtained, and therefore, the system can be applied as a system configuration for an engine specification not equipped with EGR.
Further, since the heating control by the heater 29 is performed, the temperature control of the released gas can be performed with high accuracy.

本第4実施形態は、図9に示すように、給気クーラ9の出口と、排熱回収装置13の下流側で且つバイパス排ガス通路15との分岐部の上流側とを連通するように、給気バイパス通路70が設けられる。この給気バイパス通路70によって給気クーラ9で冷却された給気を導いて排ガスと合流混合させることで排ガスを冷却する排ガス冷却手段を構成する。そして、給気バイパス通路70に給気バイパス弁VAが設けられている。   In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, the outlet of the air supply cooler 9 is connected to the downstream side of the exhaust heat recovery device 13 and the upstream side of the branch portion with the bypass exhaust gas passage 15. An air supply bypass passage 70 is provided. An exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas is constituted by guiding the supply air cooled by the supply air cooler 9 by this supply air bypass passage 70 and combining it with the exhaust gas. An air supply bypass valve VA is provided in the air supply bypass passage 70.

本第4実施形態の制御装置は、図示しないが、図1に示す第1実施形態の制御装置41の排ガスクーラ19による排ガスの冷却を、給気バイパス弁VAで行うように置き換える。すなわち、図2のフローチャートのステップS4の排ガスクーラの冷却水量調整を、給気バイパス弁VAの調整に置き換えるものである。   Although not shown, the control device of the fourth embodiment replaces the exhaust gas cooling by the exhaust gas cooler 19 of the control device 41 of the first embodiment shown in FIG. That is, the adjustment of the cooling water amount of the exhaust gas cooler in step S4 in the flowchart of FIG. 2 is replaced with the adjustment of the supply air bypass valve VA.

また、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23のそれぞれの入口には第1放出ガス通路31が接続され、コンプレッサ7bで加圧された高温の給気ガスがメタン吸着触媒にメタン脱着時に放出ガスとして導かれるようになっている。この放出制御は、第1実施形態と同様である。   The first discharge gas passage 31 is connected to the respective inlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23, and the high-temperature air supply gas pressurized by the compressor 7b is desorbed from the methane adsorption catalyst. Sometimes it is led as a release gas. This release control is the same as in the first embodiment.

以上の第4実施形態によれば、過給機7のコンプレッサ7bの出口と接続する第1放出ガス通路31によって供給される給気をヒータ29で加熱するため、排ガスは環流せずEGR機能が得られないため、EGRを装着しないエンジン仕様に対するシステム構成として適用できる。また、ヒータ29による加熱制御を行うため放出ガスの温度制御を精度よく行うことができる。   According to the fourth embodiment described above, since the supply air supplied by the first discharge gas passage 31 connected to the outlet of the compressor 7b of the supercharger 7 is heated by the heater 29, the exhaust gas is not circulated and the EGR function is achieved. Since it cannot be obtained, it can be applied as a system configuration for engine specifications without EGR. Further, since the heating control by the heater 29 is performed, the temperature control of the released gas can be performed with high accuracy.

(第5実施形態)
次に、図10を参照して、第5実施形態について説明する。
この第5実施形態は、図9に示す第4実施形態の変形例であり、図9に示した給気バイパス通路70と第1放出ガス通路31とを共通化して、システムをより簡単化したものである。その他は第4実施形態と同一の構成である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment shown in FIG. 9, and the system is further simplified by sharing the supply air bypass passage 70 and the first discharge gas passage 31 shown in FIG. Is. The other configuration is the same as that of the fourth embodiment.

図10に示すように、給気クーラ9の出口から分岐して共用ガス通路90が設けられ、この共用ガス通路90は途中で分岐して、一方は給気バイパス弁VAを備えた給気バイパス通路90aとしてメイン排ガス通路11に接続し、他方は共有放出ガス通路90bとして第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23の入口に接続する。
このように、共用ガス通路90によって、図9に示した給気バイパス通路70と第1放出ガス通路31とを共通化した通路構成とすることができ、システムをより簡単化できる。
As shown in FIG. 10, a common gas passage 90 is provided by branching from the outlet of the air supply cooler 9, and the common gas passage 90 is branched halfway, and one of them is an air supply bypass provided with an air supply bypass valve VA. The passage 90 a is connected to the main exhaust gas passage 11, and the other is connected to the inlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 as a shared discharge gas passage 90 b.
As described above, the common gas passage 90 can be used as a passage configuration in which the supply air bypass passage 70 and the first discharge gas passage 31 shown in FIG. 9 are made common, and the system can be further simplified.

(第6実施形態)
次に、図11を参照して、第6実施形態について説明する。
前述した第4、5実施形態は、図9に示すように、ヒータ29と第1放出ガス通路31とによる放出ガス加熱手段を設けて、排ガスクーラ19に代えて給気バイパス通路70によって排ガス冷却手段を構成していた。
本第6実施形態は、逆に、放出ガス加熱手段として排ガスクーラ19を設けて、放出ガス加熱手段としてヒータ29と第1放出ガス通路31との代わりに、ガスエンジン1の出口からの排ガスを第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23の入口に導く第2放出ガス通路72を設けるものである。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
In the fourth and fifth embodiments described above, as shown in FIG. 9, emission gas heating means is provided by a heater 29 and a first emission gas passage 31, and exhaust gas cooling is performed by an air supply bypass passage 70 instead of the exhaust gas cooler 19. Constituted the means.
In the sixth embodiment, conversely, an exhaust gas cooler 19 is provided as the emission gas heating means, and the exhaust gas from the outlet of the gas engine 1 is used instead of the heater 29 and the first emission gas passage 31 as the emission gas heating means. A second discharge gas passage 72 that leads to the inlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 is provided.

すなわち、図11に示すように、エンジン1の排ガス出口と、第1メタン吸着触媒21および第2メタン吸着触媒23の入口とを連通するように、第2放出ガス通路72が設けられる。この第2放出ガス通路72によってエンジン1からの高温の排ガスを導いて用いることによって、放出ガス加熱手段を構成している。   That is, as shown in FIG. 11, the second emission gas passage 72 is provided so that the exhaust gas outlet of the engine 1 and the inlets of the first methane adsorption catalyst 21 and the second methane adsorption catalyst 23 communicate with each other. The second exhaust gas passage 72 guides and uses high-temperature exhaust gas from the engine 1 to constitute an exhaust gas heating means.

放出ガス加熱手段をエンジン1からの排ガスの熱によって構成するので、ヒータ29(図9参照)のような装置が不要となると共に、排ガスによって放出されたメタンが還流するため、EGR機能が得られる。
また、排ガスクーラ19によって吸着する排ガス温度を制御するので、精度よく排ガス温度を適切な温度(略100℃)への制御ができるため、吸着性能が向上する。
Since the emission gas heating means is constituted by the heat of the exhaust gas from the engine 1, an apparatus such as the heater 29 (see FIG. 9) is not required, and methane released by the exhaust gas recirculates, so that an EGR function is obtained. .
Moreover, since the exhaust gas temperature adsorbed by the exhaust gas cooler 19 is controlled, the exhaust gas temperature can be accurately controlled to an appropriate temperature (approximately 100 ° C.), so that the adsorption performance is improved.

本発明によれば、メタンを主成分に含む燃料ガスを用いたガスエンジンにおいて、未燃成分として排出されるメタン成分を効率的に吸着するとともにエンジンに再循環させてエンジンの熱効率の改善と排ガス浄化性能の向上を図ることができるため、ガスエンジンの排ガス浄化装置への利用に適している。   According to the present invention, in a gas engine using a fuel gas containing methane as a main component, the methane component discharged as an unburned component is efficiently adsorbed and recycled to the engine to improve the thermal efficiency of the engine and the exhaust gas. Since the purification performance can be improved, it is suitable for use in an exhaust gas purification device of a gas engine.

1 エンジン(ガスエンジン)
3 発電機
5 給気通路
7 過給機
7b コンプレッサ
7a 排気タービン
9 給気クーラ
11 メイン排ガス通路
15 バイパス排ガス通路
17 分岐制御弁
19 排ガスクーラ
21 第1メタン吸着触媒(第1系統のメタン吸着触媒)
23 第2メタン吸着触媒(第2系統のメタン吸着触媒)
29 ヒータ(ヒータ手段)
31 第1放出ガス通路
33 循環通路
37 入口側制御弁
39 出口側制御弁
41、74 制御装置
59、78 メタン吸着限界判定手段
63、80 メタン脱着完了判定手段
72 第2放出ガス通路
1 Engine (gas engine)
3 Generator 5 Supply passage 7 Supercharger 7b Compressor 7a Exhaust turbine 9 Supply cooler 11 Main exhaust passage 15 Bypass exhaust passage 17 Branch control valve 19 Exhaust cooler 21 First methane adsorption catalyst (first system methane adsorption catalyst)
23 Second methane adsorption catalyst (second system methane adsorption catalyst)
29 Heater (heater means)
31 First emission gas passage 33 Circulation passage 37 Inlet side control valve 39 Outlet side control valve 41, 74 Controller 59, 78 Methane adsorption limit judgment means 63, 80 Methane desorption completion judgment means 72 Second emission gas passage

Claims (10)

メタンを主成分に含む燃料ガスを用いたガスエンジンの排ガス浄化装置において、
前記ガスエンジンに接続されたメイン排ガス通路と、
該メイン排ガス通路から分岐し且つ該メイン排ガス通路に再度合流するバイパス排ガス通路と、
前記メイン排ガス通路から前記バイパス排ガス通路への排ガスの流れを制御する分岐制御弁と、
前記バイパス排ガス通路に並列に複数配置され排ガス中のメタン成分を吸着するメタン吸着触媒と、
前記メタン吸着触媒へ流入する排ガスをメタン成分の吸着に適する排ガス温度に冷却する排ガス冷却手段と、
前記メタン吸着触媒を通過させて前記メタン吸着触媒に吸着したメタン成分を脱着する放出ガスを脱着に適した温度に加熱する放出ガス加熱手段と、
前記複数のメタン吸着触媒は2系統からなり第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口への排ガスの流入と遮断とを切換える入口側制御弁と、
前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒の出口から排出されるガスを前記エンジンの給気通路に循環させる循環通路と、
前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの出口から排出されるガスを前記バイパス排ガス通路または前記循環通路への流出と遮断とを切換える出口側制御弁と、
前記排ガス冷却手段、前記放出ガス加熱手段、前記入口側制御弁、前記出口側制御弁、および前記分岐制御弁を制御して、前記第1系統のメタン吸着触媒と第2系統のメタン吸着触媒の吸着と脱着を切換える制御装置と、
を備えたことを特徴とするガスエンジンの排ガス浄化装置。
In a gas engine exhaust gas purification apparatus using fuel gas containing methane as a main component,
A main exhaust gas passage connected to the gas engine;
A bypass exhaust gas passage branched from the main exhaust gas passage and rejoining the main exhaust gas passage;
A branch control valve for controlling the flow of exhaust gas from the main exhaust gas passage to the bypass exhaust gas passage;
A methane adsorption catalyst that is arranged in parallel in the bypass exhaust gas passage and adsorbs a methane component in the exhaust gas;
Exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas flowing into the methane adsorption catalyst to an exhaust gas temperature suitable for adsorption of methane components;
A discharge gas heating means for heating a discharge gas that passes through the methane adsorption catalyst and desorbs a methane component adsorbed on the methane adsorption catalyst to a temperature suitable for desorption;
The plurality of methane adsorption catalysts are composed of two systems, and an inlet side control valve that switches inflow and shutoff of exhaust gas to the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst;
A circulation passage for circulating gas discharged from the outlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst to the supply passage of the engine;
An outlet-side control valve that switches the gas discharged from the respective outlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst between outflow and shut-off to the bypass exhaust gas passage or the circulation passage;
The exhaust gas cooling means, the discharge gas heating means, the inlet side control valve, the outlet side control valve, and the branch control valve are controlled so that the methane adsorption catalyst of the first system and the methane adsorption catalyst of the second system are controlled. A control device for switching between adsorption and desorption;
An exhaust gas purification apparatus for a gas engine, comprising:
前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスを冷却する排ガスクーラによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、過給機のコンプレッサによって加圧された給気と前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒に設けられたヒータ手段とによって構成されることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The exhaust gas cooling means is constituted by an exhaust gas cooler that cools the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst, and the emission gas heating means is a supercharger 2. The gas engine according to claim 1, comprising a supply air pressurized by a compressor and heater means provided in the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. Exhaust gas purification device. 前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスに、給気通路に設けられた給気クーラによって冷却された給気を混合させることによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ、エンジン出口からの排ガスを導くことによって構成されることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The exhaust gas cooling means mixes the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst with the supply air cooled by the supply air cooler provided in the supply air passage. The emission gas heating means is configured to guide exhaust gas from the engine outlet to the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. The exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to claim 1. 前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスに、給気通路に設けられた給気クーラによって冷却された給気を混合させることによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、過給機のコンプレッサによって加圧された給気と前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒に設けられたヒータ手段とによって構成されることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The exhaust gas cooling means mixes the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst with the supply air cooled by the supply air cooler provided in the supply air passage. The discharge gas heating means is constituted by supply air pressurized by a compressor of a supercharger and heater means provided in the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst. The exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to claim 1, wherein the exhaust gas purification apparatus is configured. 前記排ガス冷却手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ流入する排ガスを冷却する排ガスクーラによって構成され、前記放出ガス加熱手段は、前記第1系統のメタン吸着触媒および第2系統のメタン吸着触媒のそれぞれの入口へ、エンジン出口からの排ガスを導くことによって構成されることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The exhaust gas cooling means is constituted by an exhaust gas cooler that cools the exhaust gas flowing into the respective inlets of the first system methane adsorption catalyst and the second system methane adsorption catalyst, and the emission gas heating means is the first system 2. The exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to claim 1, wherein exhaust gas from the engine outlet is guided to respective inlets of the methane adsorption catalyst of the second system and the methane adsorption catalyst of the second system. 前記循環通路を給気通路に設けられた過給機のコンプレッサの上流側に戻すことを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to claim 1, wherein the circulation passage is returned to the upstream side of a compressor of a supercharger provided in the air supply passage. 前記循環通路を給気通路に設けられた過給機のコンプレッサの下流側に設けられた給気冷却器の上流側に戻すことを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to claim 1, wherein the circulation passage is returned to the upstream side of a supply air cooler provided on the downstream side of the compressor of the supercharger provided in the supply air passage. 前記制御装置は、メタン成分を吸着するのに適した温度の排ガスがメタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン吸着限界を判定するメタン吸着限界判定手段を有していることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The control device includes methane adsorption limit determination means for determining a methane adsorption limit based on a time when exhaust gas having a temperature suitable for adsorbing a methane component passes through a methane adsorption catalyst. Item 2. An exhaust gas purifying apparatus for a gas engine according to Item 1. 前記制御装置は、メタン成分を脱着するのに適した温度の放出ガスがメタン吸着触媒を通過した時間に基づいてメタン放出完了を判定するメタン脱着完了判定手段を有していることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The control device includes methane desorption completion determining means for determining completion of methane emission based on a time when a discharge gas having a temperature suitable for desorbing a methane component passes through the methane adsorption catalyst. The exhaust gas purification apparatus for a gas engine according to claim 1. 前記ガスエンジンは、発電用のエンジンからなり、前記制御装置は、始動から一定回転数の定格回転数に達するまで前記バイパス排ガス通路への排ガスの流れを遮断することを特徴とする請求項1に記載のガスエンジンの排ガス浄化装置。   The said gas engine consists of an engine for electric power generation, and the said control apparatus interrupts | blocks the flow of the exhaust gas to the said bypass exhaust gas path until it reaches the rated rotation speed of fixed rotation speed from starting. An exhaust gas purification device for a gas engine as described.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015054313A (en) * 2013-09-13 2015-03-23 大阪瓦斯株式会社 Processing method of incineration ash and incineration apparatus
KR102434913B1 (en) * 2021-02-23 2022-08-23 현대중공업 주식회사 Exhaust gas treatment apparatus for ship
JP7435390B2 (en) 2020-10-01 2024-02-21 スズキ株式会社 Exhaust purification device
WO2024075552A1 (en) * 2022-10-04 2024-04-11 三菱重工業株式会社 Engine system and ship

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