JP3484921B2 - ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン - Google Patents
ガス燃料改質装置を備えたガスエンジンInfo
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- exhaust gas
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- Industrial Gases (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料としての天
然ガス等のガス体燃料を排気ガスの熱エネルギによって
改質して熱効率をアップさせるガス燃料改質装置を備え
たガスエンジンに関する。
然ガス等のガス体燃料を排気ガスの熱エネルギによって
改質して熱効率をアップさせるガス燃料改質装置を備え
たガスエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、天然ガスを主燃料とするガスエン
ジンは、コジェネレーション型エンジンとして、官公庁
研究機関或いは民間会社で開発が進められている。コジ
ェネレーション型エンジンは、動力を発電機で電気エネ
ルギとして取り出し、排気ガスエネルギが有する熱を熱
交換器で水を加熱して温水にして給湯用として利用して
いる。
ジンは、コジェネレーション型エンジンとして、官公庁
研究機関或いは民間会社で開発が進められている。コジ
ェネレーション型エンジンは、動力を発電機で電気エネ
ルギとして取り出し、排気ガスエネルギが有する熱を熱
交換器で水を加熱して温水にして給湯用として利用して
いる。
【０００３】従来、天然ガスを燃料とするエンジンとし
て、例えば、特開平６−１０８８６５号公報、特開平６
−１０１４９５号公報に開示されたものがある。
て、例えば、特開平６−１０８８６５号公報、特開平６
−１０１４９５号公報に開示されたものがある。
【０００４】特開平６−１０８８６５号公報に開示され
たコージェネレーション型ガスエンジンは、排気ガスを
ターボチャージャ、エネルギー回収装置及び蒸気発生装
置を通して排気ガス温度を低下させ、低温の排気ガスを
ＥＧＲに使用してＮＯX を低減するものであり、遮熱型
ガスエンジンからの排気ガスによってターボチャージャ
を駆動し、該ターボチャージャからの排気ガスで発電機
を備えたエネルギー回収装置を駆動する。該コージェネ
レーション型ガスエンジンは、エネルギー回収装置から
の排気ガスを熱交換器の蒸気発生装置に送り込み、該蒸
気発生装置で水を蒸気に変換し、該蒸気によって蒸気タ
ービンを駆動して電気エネルギーとして回収する。蒸気
発生装置を通過した排気ガスをターボチャージャのコン
プレッサに送り込んでＥＧＲを行なうものである。
たコージェネレーション型ガスエンジンは、排気ガスを
ターボチャージャ、エネルギー回収装置及び蒸気発生装
置を通して排気ガス温度を低下させ、低温の排気ガスを
ＥＧＲに使用してＮＯX を低減するものであり、遮熱型
ガスエンジンからの排気ガスによってターボチャージャ
を駆動し、該ターボチャージャからの排気ガスで発電機
を備えたエネルギー回収装置を駆動する。該コージェネ
レーション型ガスエンジンは、エネルギー回収装置から
の排気ガスを熱交換器の蒸気発生装置に送り込み、該蒸
気発生装置で水を蒸気に変換し、該蒸気によって蒸気タ
ービンを駆動して電気エネルギーとして回収する。蒸気
発生装置を通過した排気ガスをターボチャージャのコン
プレッサに送り込んでＥＧＲを行なうものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、天然ガス
は、その主成分がメタンＣＨ4 であることが知られてい
る。燃料のメタンは、発熱量が大きく、自然界に多く存
在するので、将来の石油代替燃料として期待されてい
る。メタンを触媒を介して熱分解させて改質すると、メ
タンは一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ2 になるが、ＣＯとＨ2
の発熱量は、ＣＨ4 の発熱量以上のものになり、エンジ
ンに使用すると、熱効率を向上させることができ、省資
源となると共に、ＣＯ2 の排出を抑制することができ
る。
は、その主成分がメタンＣＨ4 であることが知られてい
る。燃料のメタンは、発熱量が大きく、自然界に多く存
在するので、将来の石油代替燃料として期待されてい
る。メタンを触媒を介して熱分解させて改質すると、メ
タンは一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ2 になるが、ＣＯとＨ2
の発熱量は、ＣＨ4 の発熱量以上のものになり、エンジ
ンに使用すると、熱効率を向上させることができ、省資
源となると共に、ＣＯ2 の排出を抑制することができ
る。
【０００６】即ち、メタンＣＨ4 ，一酸化炭素ＣＯ及び
水素Ｈ2 の各燃料の発熱量は次のとおりである。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋２１２８００ｋｃ
ａｌ／ｋｍｏｌ・Ｗ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＋６７７００ｋｃａｌ／
ｋｍｏｌ・Ｗ Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ＋６８３５０ｋｃａｌ／
ｋｍｏｌ・Ｗ ところが、触媒を用いると共に排気ガスが有する熱エネ
ルギを利用してＣＨ4を改質燃料に転化させると、その
発熱量が増加することになる。 ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 ２ＣＯ＋２Ｈ2 ＋２Ｏ2→２ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋２７２
１００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ・Ｗ
水素Ｈ2 の各燃料の発熱量は次のとおりである。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋２１２８００ｋｃ
ａｌ／ｋｍｏｌ・Ｗ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＋６７７００ｋｃａｌ／
ｋｍｏｌ・Ｗ Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ＋６８３５０ｋｃａｌ／
ｋｍｏｌ・Ｗ ところが、触媒を用いると共に排気ガスが有する熱エネ
ルギを利用してＣＨ4を改質燃料に転化させると、その
発熱量が増加することになる。 ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 ２ＣＯ＋２Ｈ2 ＋２Ｏ2→２ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋２７２
１００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ・Ｗ
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、天然ガス等のガス体燃
料、特に、ＣＨ4 燃料を改質するため、ＣＨ4 にＣＯ2
を混合して触媒の助けによって排気ガスの熱エネルギを
利用してＣＯとＨ2 とに改質し、熱効率を向上させると
共に、排気ガス中のＣＯ2 を改質に利用してＣＯ2 の放
出を低減したガス燃料改質装置を備えたガスエンジンを
提供することである。
の課題を解決することであり、天然ガス等のガス体燃
料、特に、ＣＨ4 燃料を改質するため、ＣＨ4 にＣＯ2
を混合して触媒の助けによって排気ガスの熱エネルギを
利用してＣＯとＨ2 とに改質し、熱効率を向上させると
共に、排気ガス中のＣＯ2 を改質に利用してＣＯ2 の放
出を低減したガス燃料改質装置を備えたガスエンジンを
提供することである。
【０００８】この発明は、ＣＨ4 を主成分とする天然ガ
ス燃料を収容した燃料タンク、燃焼室からの排気ガスを
排出する排気通路に配置されたＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガ
スを排気ガスの熱エネルギによって熱分解してＣＯとＨ
2 から成る改質燃料に変換させる触媒反応器、前記燃料
タンクから前記触媒反応器へ前記天然ガス燃料を供給す
るガス燃料供給装置、前記排気ガスから分離したＣＯ2
を前記触媒反応器へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び前記
燃焼室へ前記改質燃料を供給する改質燃料供給装置、か
ら成るガス燃料改質装置を備えたガスエンジンに関す
る。
ス燃料を収容した燃料タンク、燃焼室からの排気ガスを
排出する排気通路に配置されたＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガ
スを排気ガスの熱エネルギによって熱分解してＣＯとＨ
2 から成る改質燃料に変換させる触媒反応器、前記燃料
タンクから前記触媒反応器へ前記天然ガス燃料を供給す
るガス燃料供給装置、前記排気ガスから分離したＣＯ2
を前記触媒反応器へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び前記
燃焼室へ前記改質燃料を供給する改質燃料供給装置、か
ら成るガス燃料改質装置を備えたガスエンジンに関す
る。
【０００９】前記ＣＯ2 供給装置は、冷却された低温の
排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を収容したＣＯ2 溶
解装置、前記燃焼室から排出される高温の排気ガスが流
れる前記排気通路に配置され且つ前記ＣＯ2 溶解装置で
ＣＯ2 を溶解した前記溶液を高温排気ガスによって加熱
してＣＯ2 を放出させる前記溶液を収容すると共に放出
されたＣＯ2 を前記触媒反応器に送り込むＣＯ2 送出装
置、及び前記ＣＯ2 溶解装置と前記ＣＯ2 送出装置との
間を前記溶液を循環させる循環ポンプ、から構成されて
いる。
排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を収容したＣＯ2 溶
解装置、前記燃焼室から排出される高温の排気ガスが流
れる前記排気通路に配置され且つ前記ＣＯ2 溶解装置で
ＣＯ2 を溶解した前記溶液を高温排気ガスによって加熱
してＣＯ2 を放出させる前記溶液を収容すると共に放出
されたＣＯ2 を前記触媒反応器に送り込むＣＯ2 送出装
置、及び前記ＣＯ2 溶解装置と前記ＣＯ2 送出装置との
間を前記溶液を循環させる循環ポンプ、から構成されて
いる。
【００１０】また、前記ＣＯ2 溶解装置における排気ガ
ス中のＣＯ2 を吸収する溶媒はβ−アミノエチルアルコ
ールであり、また、前記ＣＯ2 送出装置におけるＣＯ2
を放出する溶液はβ−オキシエチルアンモニウムであ
る。
ス中のＣＯ2 を吸収する溶媒はβ−アミノエチルアルコ
ールであり、また、前記ＣＯ2 送出装置におけるＣＯ2
を放出する溶液はβ−オキシエチルアンモニウムであ
る。
【００１１】また、前記ＣＯ2 溶解装置におけるＣＯ2
を溶解する溶媒はジェタノールアミンである。
を溶解する溶媒はジェタノールアミンである。
【００１２】前記ＣＯ2 溶解装置は、前記排気ガス中の
ＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液とし、前記排気ガス中の
Ｎ2 とＨ2 Ｏガス（１００℃以上で水蒸気）を大気に放
出することから成る。従って、大気には排気ガス中のＮ
2 とＨ2 Ｏのみが放出されるので、極めてクリーンな排
気ガスとなり、大気汚染を低減でき、環境にやさしい排
気ガスとなる。また、燃料中には、大量のＣＯ2 が含ま
れることになり、ＮＯX の生成を抑制することができ
る。
ＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液とし、前記排気ガス中の
Ｎ2 とＨ2 Ｏガス（１００℃以上で水蒸気）を大気に放
出することから成る。従って、大気には排気ガス中のＮ
2 とＨ2 Ｏのみが放出されるので、極めてクリーンな排
気ガスとなり、大気汚染を低減でき、環境にやさしい排
気ガスとなる。また、燃料中には、大量のＣＯ2 が含ま
れることになり、ＮＯX の生成を抑制することができ
る。
【００１３】或いは、前記ＣＯ2 供給装置は、低温排気
ガスが流れる前記排気通路に配置されたＣＯ2 分離膜に
よって前記排気ガス中から分離されたＣＯ2 を前記触媒
反応器に供給するものである。また、前記ＣＯ2 供給装
置における前記ＣＯ2 分離膜は、ポリ四フッ化エチレン
膜で構成するか、又はエチレンジアミンを結合させてＣ
Ｏ2 の取込みをアップさせたポリ四フッ化エチレン膜で
構成されている。
ガスが流れる前記排気通路に配置されたＣＯ2 分離膜に
よって前記排気ガス中から分離されたＣＯ2 を前記触媒
反応器に供給するものである。また、前記ＣＯ2 供給装
置における前記ＣＯ2 分離膜は、ポリ四フッ化エチレン
膜で構成するか、又はエチレンジアミンを結合させてＣ
Ｏ2 の取込みをアップさせたポリ四フッ化エチレン膜で
構成されている。
【００１４】また、このガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンにおいて、前記触媒反応器には、触媒としてＮ
ｉ又はＰｔが使用されている。前記触媒反応器は、前記
排気通路に配置された熱交換器から成り、前記熱交換器
は前記排気ガスが流れる排気ガス通路と前記排気ガス通
路の隔壁の内側に組み込まれた前記触媒によって表面が
被覆された多孔質部材が収容されたガス体燃料通路から
構成されている。
エンジンにおいて、前記触媒反応器には、触媒としてＮ
ｉ又はＰｔが使用されている。前記触媒反応器は、前記
排気通路に配置された熱交換器から成り、前記熱交換器
は前記排気ガスが流れる排気ガス通路と前記排気ガス通
路の隔壁の内側に組み込まれた前記触媒によって表面が
被覆された多孔質部材が収容されたガス体燃料通路から
構成されている。
【００１５】また、このガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンは、前記触媒反応器の後流の前記排気通路には
ターボチャージャが設けられ、前記ターボチャージャの
後流の前記排気通路には排気ガス及び／又は水蒸気を駆
動源としたエネルギ回収タービンが設けられ、前記エネ
ルギ回収タービンの後流の前記排気通路には蒸気を発生
させる熱交換器が設けられている。上記の構成によっ
て、このガス燃料改質装置を備えたガスエンジンでは、
前記燃焼室から排出される排気ガス温度は、前記触媒反
応器では９００℃〜８００℃程度であるが、前記ターボ
チャージャで回収されて１５０℃程度低下させ、次い
で、前記エネルギ回収タービンで回収されて２００℃程
度低下させ、最後に前記熱交換器で回収されて３５０℃
程度低下させることができる。従って、前記ＣＯ2 溶解
装置へ吹き込まれる排気ガス温度は、１００℃程度にま
で低下させることができ、前記ＣＯ2 溶解装置において
β−アミノエチルアルコールがＣＯ2 を良好に溶解させ
ることができる。
エンジンは、前記触媒反応器の後流の前記排気通路には
ターボチャージャが設けられ、前記ターボチャージャの
後流の前記排気通路には排気ガス及び／又は水蒸気を駆
動源としたエネルギ回収タービンが設けられ、前記エネ
ルギ回収タービンの後流の前記排気通路には蒸気を発生
させる熱交換器が設けられている。上記の構成によっ
て、このガス燃料改質装置を備えたガスエンジンでは、
前記燃焼室から排出される排気ガス温度は、前記触媒反
応器では９００℃〜８００℃程度であるが、前記ターボ
チャージャで回収されて１５０℃程度低下させ、次い
で、前記エネルギ回収タービンで回収されて２００℃程
度低下させ、最後に前記熱交換器で回収されて３５０℃
程度低下させることができる。従って、前記ＣＯ2 溶解
装置へ吹き込まれる排気ガス温度は、１００℃程度にま
で低下させることができ、前記ＣＯ2 溶解装置において
β−アミノエチルアルコールがＣＯ2 を良好に溶解させ
ることができる。
【００１６】更に、このガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンにおいて、前記燃焼室はセラミック部材によっ
て遮熱構造に構成されている。即ち、前記燃焼室の壁面
をセラミック部材で作製し、その外側に遮熱層を形成す
ることによって前記燃焼室を遮熱構造に構成できる。従
って、このガスエンジンは、前記燃焼室から排出される
排気ガスが約９００℃程度の高温排気ガスであり、該高
温の排気ガスを前記燃焼室から前記排気通路に排出する
ことになり、ＣＨ4 とＣＯ2 との混合ガスを触媒の助け
で熱分解してＣＯとＨ2 に変換し、熱効率をアップでき
る。
エンジンにおいて、前記燃焼室はセラミック部材によっ
て遮熱構造に構成されている。即ち、前記燃焼室の壁面
をセラミック部材で作製し、その外側に遮熱層を形成す
ることによって前記燃焼室を遮熱構造に構成できる。従
って、このガスエンジンは、前記燃焼室から排出される
排気ガスが約９００℃程度の高温排気ガスであり、該高
温の排気ガスを前記燃焼室から前記排気通路に排出する
ことになり、ＣＨ4 とＣＯ2 との混合ガスを触媒の助け
で熱分解してＣＯとＨ2 に変換し、熱効率をアップでき
る。
【００１７】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンは、上記のように、天然ガスの主成分のＣＨ4 にＣＯ
2 を混合して触媒の助けによって排気ガスの熱エネルギ
で熱分解させ、改質燃料ＣＯとＨ2 に転化させるので、
２７２１００／２１２８００＝２．８となり、発熱量を
約３割程度アップさせることができ、それによって熱効
率を向上させることができる。天然ガスを改質燃料に転
化させた場合の発熱量を１ｋｇ・Ｗ当たりに換算する
と、次のとおりである。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１３３００ｋｃａ
ｌ／ｋｇ・Ｗ ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 ２ＣＯ＋２Ｈ2 ＋２Ｏ2→２ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１７０
００ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｗ 上記のように、メタンガス（ＣＨ4 ）は、ニッケル（Ｎ
ｉ）やプラチナ（Ｐｔ）等の触媒の助けで排気ガスの熱
エネルギによって二酸化炭素（ＣＯ2 ）と反応して一酸
化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2 ）に熱分解する。上記分解
反応では排気ガスの熱エネルギを利用すると熱分解がで
き、熱発生量の大きな燃料のＣＯとＨ2を得ることがで
きる。即ち、上記分解反応は、ＮｉやＰｔ等の触媒上に
メタンガスを通し、約８００℃以上に加熱すると、熱分
解が発生する反応であり、二酸化炭素は一酸化炭素へ分
解し、メタンはＣＯとＨ2 に分解する。
ンは、上記のように、天然ガスの主成分のＣＨ4 にＣＯ
2 を混合して触媒の助けによって排気ガスの熱エネルギ
で熱分解させ、改質燃料ＣＯとＨ2 に転化させるので、
２７２１００／２１２８００＝２．８となり、発熱量を
約３割程度アップさせることができ、それによって熱効
率を向上させることができる。天然ガスを改質燃料に転
化させた場合の発熱量を１ｋｇ・Ｗ当たりに換算する
と、次のとおりである。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１３３００ｋｃａ
ｌ／ｋｇ・Ｗ ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 ２ＣＯ＋２Ｈ2 ＋２Ｏ2→２ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１７０
００ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｗ 上記のように、メタンガス（ＣＨ4 ）は、ニッケル（Ｎ
ｉ）やプラチナ（Ｐｔ）等の触媒の助けで排気ガスの熱
エネルギによって二酸化炭素（ＣＯ2 ）と反応して一酸
化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2 ）に熱分解する。上記分解
反応では排気ガスの熱エネルギを利用すると熱分解がで
き、熱発生量の大きな燃料のＣＯとＨ2を得ることがで
きる。即ち、上記分解反応は、ＮｉやＰｔ等の触媒上に
メタンガスを通し、約８００℃以上に加熱すると、熱分
解が発生する反応であり、二酸化炭素は一酸化炭素へ分
解し、メタンはＣＯとＨ2 に分解する。
【００１８】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンでは、燃焼室が遮熱構造に構成されているので、燃焼
室からの排気ガスは高温状態となり、排気ガス温度８０
０℃以上となり、上記熱分解の反応をスムースに達成さ
せることができる。
ンでは、燃焼室が遮熱構造に構成されているので、燃焼
室からの排気ガスは高温状態となり、排気ガス温度８０
０℃以上となり、上記熱分解の反応をスムースに達成さ
せることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
によるガス燃料改質装置を備えたガスエンジンの実施例
を説明する。図１はこの発明によるガス燃料改質装置を
備えたガスエンジンの一実施例を示す説明図、図２は図
１のガスエンジンに組み込まれたターボチャージャを示
す説明図、及び図３は図１のガスエンジンに組み込まれ
たエネルギ回収タービンを示す説明図である。
によるガス燃料改質装置を備えたガスエンジンの実施例
を説明する。図１はこの発明によるガス燃料改質装置を
備えたガスエンジンの一実施例を示す説明図、図２は図
１のガスエンジンに組み込まれたターボチャージャを示
す説明図、及び図３は図１のガスエンジンに組み込まれ
たエネルギ回収タービンを示す説明図である。
【００２０】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンは、天然ガス等のガス体を燃料とするガスエンジン１
であり、コージェネレーションシステムに適用されて好
ましいものである。また、この実施例では、ガスエンジ
ン１として燃焼室１Ａをセラミック部材等によって遮熱
構造に構成したものである。ガスエンジン１は、改質燃
料が供給されるシリンダヘッド４３に形成された副室１
Ｂを備えており、副室１Ｂは開閉弁４４による連絡口の
開放によって燃焼室１Ａに連通するように構成されてい
る。また、副室１Ｂには燃料弁４５が設けられ、燃料弁
４５による燃料供給口の開放によって改質燃料供給路９
から副室１Ｂへ改質燃料が供給されるように構成されて
いる。
ンは、天然ガス等のガス体を燃料とするガスエンジン１
であり、コージェネレーションシステムに適用されて好
ましいものである。また、この実施例では、ガスエンジ
ン１として燃焼室１Ａをセラミック部材等によって遮熱
構造に構成したものである。ガスエンジン１は、改質燃
料が供給されるシリンダヘッド４３に形成された副室１
Ｂを備えており、副室１Ｂは開閉弁４４による連絡口の
開放によって燃焼室１Ａに連通するように構成されてい
る。また、副室１Ｂには燃料弁４５が設けられ、燃料弁
４５による燃料供給口の開放によって改質燃料供給路９
から副室１Ｂへ改質燃料が供給されるように構成されて
いる。
【００２１】ガスエンジン１は、燃焼室１Ａから排気通
路８を通じて排出される排気ガスの熱エネルギによって
駆動されるターボチャージャ３、ターボチャージャ３の
後流の排気通路８Ａに設けられたＣＯ2 供給装置を構成
するＣＯ2 送出装置４、ターボチャージャ３のタービン
２３から排気される排気ガスの熱エネルギで駆動される
タービン２８を備えた排気ガス及び／又は水蒸気を駆動
源とするエネルギ回収タービン５、エネルギ回収タービ
ン５のタービン２８から排気される排気ガスの熱エネル
ギで高温の蒸気を発生させる熱交換器６、熱交換器６か
らの蒸気によって駆動されるエネルギ回収タービン５に
設けた蒸気タービン２７、エネルギ回収タービン５から
排出される排気ガスを吹き込むことができるＣＯ2 供給
装置を構成するＣＯ2 溶解装置７を有している。
路８を通じて排出される排気ガスの熱エネルギによって
駆動されるターボチャージャ３、ターボチャージャ３の
後流の排気通路８Ａに設けられたＣＯ2 供給装置を構成
するＣＯ2 送出装置４、ターボチャージャ３のタービン
２３から排気される排気ガスの熱エネルギで駆動される
タービン２８を備えた排気ガス及び／又は水蒸気を駆動
源とするエネルギ回収タービン５、エネルギ回収タービ
ン５のタービン２８から排気される排気ガスの熱エネル
ギで高温の蒸気を発生させる熱交換器６、熱交換器６か
らの蒸気によって駆動されるエネルギ回収タービン５に
設けた蒸気タービン２７、エネルギ回収タービン５から
排出される排気ガスを吹き込むことができるＣＯ2 供給
装置を構成するＣＯ2 溶解装置７を有している。
【００２２】ガスエンジン１は、特に、ＣＨ4 を主成分
とする天然ガス燃料を収容した燃料タンク１１、燃焼室
１Ａからの排気ガスを排出する排気通路８に配置された
ＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガスを排気ガスの熱エネルギによ
って熱分解してＣＯとＨ2 から成る改質燃料に変換させ
る触媒反応器２、燃料タンク１１から触媒反応器２へ天
然ガス燃料を供給するガス燃料供給装置である天然ガス
供給ポンプ１２、排気ガスに含まれるＣＯ2 を分離して
触媒反応器２へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び燃焼室１
Ａへ改質燃料を供給する改質燃料供給装置の加圧燃料ポ
ンプ１３を有していることを特徴としている。
とする天然ガス燃料を収容した燃料タンク１１、燃焼室
１Ａからの排気ガスを排出する排気通路８に配置された
ＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガスを排気ガスの熱エネルギによ
って熱分解してＣＯとＨ2 から成る改質燃料に変換させ
る触媒反応器２、燃料タンク１１から触媒反応器２へ天
然ガス燃料を供給するガス燃料供給装置である天然ガス
供給ポンプ１２、排気ガスに含まれるＣＯ2 を分離して
触媒反応器２へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び燃焼室１
Ａへ改質燃料を供給する改質燃料供給装置の加圧燃料ポ
ンプ１３を有していることを特徴としている。
【００２３】更に、ガスエンジン１は、多気筒エンジン
であり、燃焼室１Ａからの排気ガスを排出するため排気
マニホルド３１と燃焼室１Ａへ吸気を供給するため吸気
マニホルド３２が設けられている。吸気通路１０からの
吸入空気は吸気マニホルド３２を通じて各気筒の燃焼室
１Ａへ供給され、また、各燃焼室１Ａからの排気ガスは
排気マニホルド３１によって集合して排気通路８へ放出
される。また、燃焼室１Ａへ供給される天然ガスを改質
した改質燃料は加圧燃料ポンプ１３の作動によって改質
燃料供給路９を通じて各燃焼室１Ａへ供給される。
であり、燃焼室１Ａからの排気ガスを排出するため排気
マニホルド３１と燃焼室１Ａへ吸気を供給するため吸気
マニホルド３２が設けられている。吸気通路１０からの
吸入空気は吸気マニホルド３２を通じて各気筒の燃焼室
１Ａへ供給され、また、各燃焼室１Ａからの排気ガスは
排気マニホルド３１によって集合して排気通路８へ放出
される。また、燃焼室１Ａへ供給される天然ガスを改質
した改質燃料は加圧燃料ポンプ１３の作動によって改質
燃料供給路９を通じて各燃焼室１Ａへ供給される。
【００２４】特に、ＣＯ2 供給装置は、排気通路８Ｄか
ら排出される低温排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を
収容したＣＯ2 溶解装置７、高温排気ガスが流れる排気
通路８Ａに配置され且つＣＯ2 溶解装置７でＣＯ2 を溶
解した溶液を高温排気ガスによって加熱してＣＯ2 を放
出させる溶液を収容すると共に放出されたＣＯ2 を触媒
反応器２に送り込むＣＯ2 送出装置４、及びＣＯ2 溶解
装置７とＣＯ2 送出装置４との間で溶液を循環させる循
環ポンプ１４から構成されている。また、排気ガスの低
温領域に配置されたＣＯ2 溶解装置７におけるＣＯ2 を
溶解する溶媒は、β−アミノエチルアルコール（２ＨＯ
Ｃ2 Ｈ4 ＮＨ2 ）であり、排気ガスの高温領域に配置さ
れたＣＯ2 送出装置４におけるＣＯ2 を放出する溶液
は、炭酸β−オキシエチルアンモニウム〔（ＨＯＣ2 Ｈ
4 ＮＨ3 ）2 ＣＯ3 〕である。
ら排出される低温排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を
収容したＣＯ2 溶解装置７、高温排気ガスが流れる排気
通路８Ａに配置され且つＣＯ2 溶解装置７でＣＯ2 を溶
解した溶液を高温排気ガスによって加熱してＣＯ2 を放
出させる溶液を収容すると共に放出されたＣＯ2 を触媒
反応器２に送り込むＣＯ2 送出装置４、及びＣＯ2 溶解
装置７とＣＯ2 送出装置４との間で溶液を循環させる循
環ポンプ１４から構成されている。また、排気ガスの低
温領域に配置されたＣＯ2 溶解装置７におけるＣＯ2 を
溶解する溶媒は、β−アミノエチルアルコール（２ＨＯ
Ｃ2 Ｈ4 ＮＨ2 ）であり、排気ガスの高温領域に配置さ
れたＣＯ2 送出装置４におけるＣＯ2 を放出する溶液
は、炭酸β−オキシエチルアンモニウム〔（ＨＯＣ2 Ｈ
4 ＮＨ3 ）2 ＣＯ3 〕である。
【００２５】即ち、ＣＯ2 供給装置における化学式は、
化１に示すようになる。
化１に示すようになる。
【化１】
化１において、反応は低温ではＣＯ2 を吸収して右側
（β−アミノエチルアルコール）へ進み、高温ではＣＯ
2 を放出して左側（炭酸β−オキシエチルアンモニウ
ム）へ進む。β−アミノエチルアルコール（溶媒）は低
温ではＣＯ2 を吸収して炭酸β−オキシエチルアンモニ
ウム（溶液）になり、該溶液が循環ポンプ１４の作動に
よってＣＯ2 送出装置４へ送り込まれ、高温になって溶
液からＣＯ2を放出し、ＣＯ2 を放出した溶液であるβ
−アミノエチルアルコールとＨ2 Ｏは、再びＣＯ2 溶解
装置７へ回収される。
（β−アミノエチルアルコール）へ進み、高温ではＣＯ
2 を放出して左側（炭酸β−オキシエチルアンモニウ
ム）へ進む。β−アミノエチルアルコール（溶媒）は低
温ではＣＯ2 を吸収して炭酸β−オキシエチルアンモニ
ウム（溶液）になり、該溶液が循環ポンプ１４の作動に
よってＣＯ2 送出装置４へ送り込まれ、高温になって溶
液からＣＯ2を放出し、ＣＯ2 を放出した溶液であるβ
−アミノエチルアルコールとＨ2 Ｏは、再びＣＯ2 溶解
装置７へ回収される。
【００２６】ＣＯ2 送出装置４は、一種の気相−液相熱
交換器であり、加熱されるとＣＯ2を放出する溶媒が収
容された溶液中を排気ガス通路が配置された構造を有し
ている。従って、ＣＯ2 送出装置４内の排気ガス通路に
排気ガスが流れることによって、溶液が高温に加熱さ
れ、ＣＯ2 を放出することになる。放出されたＣＯ
2 は、ＣＯ2 供給路１７を通じて触媒反応器２へ送り込
まれる。また、ＣＯ2 を放出した溶媒は、溶媒回収通路
１６を通じて冷却されつつＣＯ2 溶解装置７へ回収され
る。
交換器であり、加熱されるとＣＯ2を放出する溶媒が収
容された溶液中を排気ガス通路が配置された構造を有し
ている。従って、ＣＯ2 送出装置４内の排気ガス通路に
排気ガスが流れることによって、溶液が高温に加熱さ
れ、ＣＯ2 を放出することになる。放出されたＣＯ
2 は、ＣＯ2 供給路１７を通じて触媒反応器２へ送り込
まれる。また、ＣＯ2 を放出した溶媒は、溶媒回収通路
１６を通じて冷却されつつＣＯ2 溶解装置７へ回収され
る。
【００２７】更に、ＣＯ2 溶解装置７は、排気ガス中の
ＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液３７とし、排気ガス中の
Ｎ2 とＨ2 Ｏ（１００℃以上で水蒸気）を排気口３６を
通じて大気に放出するように構成されている。ＣＯ2 溶
解装置７内に入れられた溶液３７には、排気通路８Ｄが
開口し、排気ガスが溶液３７に吹き込まれる。排気ガス
が溶液３７に吹き込まれると、ＣＯ2 が溶媒に溶解
し、、Ｎ2 とＨ2 Ｏガスとは溶媒に溶解することなく、
排気口３６から大気に放出される。従って、大気に放出
される排気ガスは、ＣＯ2 がほとんど含んでいない状態
であるので、大気汚染となることがない。また、ＣＯ2
が溶解した溶液３７は、循環ポンプ１４によってＣＯ2
含有溶液供給路１５を通じてＣＯ2 送出装置４へ送り込
まれる。
ＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液３７とし、排気ガス中の
Ｎ2 とＨ2 Ｏ（１００℃以上で水蒸気）を排気口３６を
通じて大気に放出するように構成されている。ＣＯ2 溶
解装置７内に入れられた溶液３７には、排気通路８Ｄが
開口し、排気ガスが溶液３７に吹き込まれる。排気ガス
が溶液３７に吹き込まれると、ＣＯ2 が溶媒に溶解
し、、Ｎ2 とＨ2 Ｏガスとは溶媒に溶解することなく、
排気口３６から大気に放出される。従って、大気に放出
される排気ガスは、ＣＯ2 がほとんど含んでいない状態
であるので、大気汚染となることがない。また、ＣＯ2
が溶解した溶液３７は、循環ポンプ１４によってＣＯ2
含有溶液供給路１５を通じてＣＯ2 送出装置４へ送り込
まれる。
【００２８】ガスエンジン１において、触媒反応器２に
は、触媒としてＮｉ又はＰｔが使用されている。触媒反
応器２は排気マニホルド３１の集合部に配置されてお
り、燃焼室１Ａから排出される排気ガスは約９００℃と
いう約８００℃以上の高温状態である。触媒反応器２
は、排気ガスが流れる排気ガス通路３５中にガス体燃料
が流れるＮｉ又はＰｔの触媒３４が充填されたガス体燃
料通路３４が配置されているものであり、一種の気相−
気相熱交換器を構成するものである。即ち、触媒反応器
２は、排気通路８に配置された熱交換器から成り、熱交
換器は排気ガスが流れる通路３３と通路３３の隔壁の内
側に組み込まれた触媒３４によって表面が被覆された多
孔質部材が収容されたガス体燃料通路３４から構成され
ている。
は、触媒としてＮｉ又はＰｔが使用されている。触媒反
応器２は排気マニホルド３１の集合部に配置されてお
り、燃焼室１Ａから排出される排気ガスは約９００℃と
いう約８００℃以上の高温状態である。触媒反応器２
は、排気ガスが流れる排気ガス通路３５中にガス体燃料
が流れるＮｉ又はＰｔの触媒３４が充填されたガス体燃
料通路３４が配置されているものであり、一種の気相−
気相熱交換器を構成するものである。即ち、触媒反応器
２は、排気通路８に配置された熱交換器から成り、熱交
換器は排気ガスが流れる通路３３と通路３３の隔壁の内
側に組み込まれた触媒３４によって表面が被覆された多
孔質部材が収容されたガス体燃料通路３４から構成され
ている。
【００２９】そこで、燃焼室１Ａからの高温の排気ガス
が触媒反応器２の排気ガス通路３５を流れることによっ
て、ＮｉやＰｔの触媒３４が充填されているガス体燃料
通路３３が加熱される。そこで、約８００℃以上に高温
にされたガス体燃料通路３３を流れるＣＨ4 とＣＯ2 と
の混合ガスが触媒に接触し、ＣＨ4 はＣＯとＨ2 に熱分
解し、ＣＯ2 はＣＯに熱分解され、ＣＯとＨ2 との改質
燃料に変換される。次いで、天然ガスが変換された改質
燃料は、加圧燃料ポンプ１３によって改質燃料供給路９
を通じて吸気マニホルド３２からそれぞれの気筒の燃焼
室１Ａへ供給される。
が触媒反応器２の排気ガス通路３５を流れることによっ
て、ＮｉやＰｔの触媒３４が充填されているガス体燃料
通路３３が加熱される。そこで、約８００℃以上に高温
にされたガス体燃料通路３３を流れるＣＨ4 とＣＯ2 と
の混合ガスが触媒に接触し、ＣＨ4 はＣＯとＨ2 に熱分
解し、ＣＯ2 はＣＯに熱分解され、ＣＯとＨ2 との改質
燃料に変換される。次いで、天然ガスが変換された改質
燃料は、加圧燃料ポンプ１３によって改質燃料供給路９
を通じて吸気マニホルド３２からそれぞれの気筒の燃焼
室１Ａへ供給される。
【００３０】ガスエンジン１は、燃焼室１Ａがセラミッ
ク部材及び遮熱層によって遮熱構造に構成されているの
で、燃焼室１Ａから排気マニホルド３１を通じて排出さ
れる排気ガスは約９００℃〜８００℃の高温ガスであ
る。そこで、ガスエンジン１では、排気ガスの熱エネル
ギを触媒反応器２で熱分解に作用させた後に、該熱エネ
ルギをターボチャージャ３、エネルギ回収タービン５及
び熱交換器６によって回収するように構成されている。
ク部材及び遮熱層によって遮熱構造に構成されているの
で、燃焼室１Ａから排気マニホルド３１を通じて排出さ
れる排気ガスは約９００℃〜８００℃の高温ガスであ
る。そこで、ガスエンジン１では、排気ガスの熱エネル
ギを触媒反応器２で熱分解に作用させた後に、該熱エネ
ルギをターボチャージャ３、エネルギ回収タービン５及
び熱交換器６によって回収するように構成されている。
【００３１】ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン１
は、触媒反応器２の後流の排気通路８にターボチャージ
ャ３が設けられ、ターボチャージャ３のタービン２３の
後流の排気通路８ＡにＣＯ2 供給装置を構成するＣＯ2
送出装置４が配置され、ＣＯ2 送出装置４の後流の排気
通路８Ｂにエネルギ回収タービン５が設けられ、エネル
ギ回収タービンのタービン２８の後流の排気通路８Ｃに
は蒸気生成のための熱交換器６が設けられている。
は、触媒反応器２の後流の排気通路８にターボチャージ
ャ３が設けられ、ターボチャージャ３のタービン２３の
後流の排気通路８ＡにＣＯ2 供給装置を構成するＣＯ2
送出装置４が配置され、ＣＯ2 送出装置４の後流の排気
通路８Ｂにエネルギ回収タービン５が設けられ、エネル
ギ回収タービンのタービン２８の後流の排気通路８Ｃに
は蒸気生成のための熱交換器６が設けられている。
【００３２】ターボチャージャ３は、図２に示すよう
に、排気ガスによって駆動されるタービン２３、タービ
ン２３にシャフト２６によって連結され且つタービン２
３によって駆動されるコンプレッサ２４、及びシャフト
２６に対して設けた交流機２５から構成されている。コ
ンプレッサ２４は、タービン２３によって駆動され、空
気を加圧して圧縮空気とし、該圧縮空気を吸気通路１０
を通じて吸気マニホルド３２からそれぞれの気筒の燃焼
室１Ａへ供給する。交流機２５は、タービン２３の回転
力を電力として取り出して排気ガスエネルギを回収する
ことができる。
に、排気ガスによって駆動されるタービン２３、タービ
ン２３にシャフト２６によって連結され且つタービン２
３によって駆動されるコンプレッサ２４、及びシャフト
２６に対して設けた交流機２５から構成されている。コ
ンプレッサ２４は、タービン２３によって駆動され、空
気を加圧して圧縮空気とし、該圧縮空気を吸気通路１０
を通じて吸気マニホルド３２からそれぞれの気筒の燃焼
室１Ａへ供給する。交流機２５は、タービン２３の回転
力を電力として取り出して排気ガスエネルギを回収する
ことができる。
【００３３】エネルギ回収タービン５は、図３に示すよ
うに、排気ガスによって駆動されるタービン２８、熱交
換器６で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン
２７、及びシャフト３０に対して設けられた発電機２９
から構成されている。従って、排気ガスエネルギはター
ビン２８を駆動し、蒸気エネルギは蒸気タービン２７を
駆動し、それらの回転力は発電機２９によって電力とし
て回収される。排気通路８Ｃに設けられた熱交換器６
は、気相−液相熱交換器であり、排気ガスエネルギによ
って高温蒸気を発生させ、該高温蒸気は蒸気通路１９を
通じて蒸気タービン２７へ送り込まれ、蒸気タービン２
７を駆動する。蒸気タービン２７を駆動した蒸気は水と
低温蒸気との流体になって流体通路２１を通ってコンデ
ンサ２０へ放出され、コンデンサ２０で高温水となって
水通路２２を通じて熱交換器６へ再び送り込まれる。ま
た、熱交換器６を通過した排気ガスは、熱エネルギをほ
とんど回収された状態の低温の排気ガス（１００℃程
度）となってＣＯ2 溶解装置７の溶液３７へ吹き込まれ
る。
うに、排気ガスによって駆動されるタービン２８、熱交
換器６で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン
２７、及びシャフト３０に対して設けられた発電機２９
から構成されている。従って、排気ガスエネルギはター
ビン２８を駆動し、蒸気エネルギは蒸気タービン２７を
駆動し、それらの回転力は発電機２９によって電力とし
て回収される。排気通路８Ｃに設けられた熱交換器６
は、気相−液相熱交換器であり、排気ガスエネルギによ
って高温蒸気を発生させ、該高温蒸気は蒸気通路１９を
通じて蒸気タービン２７へ送り込まれ、蒸気タービン２
７を駆動する。蒸気タービン２７を駆動した蒸気は水と
低温蒸気との流体になって流体通路２１を通ってコンデ
ンサ２０へ放出され、コンデンサ２０で高温水となって
水通路２２を通じて熱交換器６へ再び送り込まれる。ま
た、熱交換器６を通過した排気ガスは、熱エネルギをほ
とんど回収された状態の低温の排気ガス（１００℃程
度）となってＣＯ2 溶解装置７の溶液３７へ吹き込まれ
る。
【００３４】また、ガスエンジン１では、ＣＯ2 溶解装
置におけるＣＯ2 を溶解する溶媒は、上記のようなβ−
アミノエチルアルコールの他に、ジェタノールアミンを
使用することもできる。ジェタノールアミン〔（ＨＯＣ
Ｈ2 ＣＨ2 ）ＮＨ〕は、β−アミノエチルアルコールと
同様に、低温でＣＯ2 を吸収し、高温でＣＯ2 を放出す
る特性を有している。ジェタノールアミンを用いた場合
にも、上記と同様に、ＣＯ2 送出装置４でＣＯ2 を放出
して触媒反応器２へ送り込むことができ、触媒反応器２
では、天然ガス中のＣＨ4 とＣＯ2 との混合ガスを触媒
の助けによってＣＯとＨ2 に熱分解させる。排気ガス
は、ジェタノールアミンの溶媒が入れられたＣＯ2 溶解
装置７に吹き込まれることによって、排気ガスはＣＯ2
溶解装置７においてＣＯ2 が排除されたＮ2 とＨ2 Ｏガ
ス（１００℃以上で水蒸気）とから成る極めてクリーン
な排気ガス状態で大気に排出されることになる。
置におけるＣＯ2 を溶解する溶媒は、上記のようなβ−
アミノエチルアルコールの他に、ジェタノールアミンを
使用することもできる。ジェタノールアミン〔（ＨＯＣ
Ｈ2 ＣＨ2 ）ＮＨ〕は、β−アミノエチルアルコールと
同様に、低温でＣＯ2 を吸収し、高温でＣＯ2 を放出す
る特性を有している。ジェタノールアミンを用いた場合
にも、上記と同様に、ＣＯ2 送出装置４でＣＯ2 を放出
して触媒反応器２へ送り込むことができ、触媒反応器２
では、天然ガス中のＣＨ4 とＣＯ2 との混合ガスを触媒
の助けによってＣＯとＨ2 に熱分解させる。排気ガス
は、ジェタノールアミンの溶媒が入れられたＣＯ2 溶解
装置７に吹き込まれることによって、排気ガスはＣＯ2
溶解装置７においてＣＯ2 が排除されたＮ2 とＨ2 Ｏガ
ス（１００℃以上で水蒸気）とから成る極めてクリーン
な排気ガス状態で大気に排出されることになる。
【００３５】次に、図４を参照して、この発明によるガ
ス燃料改質装置を備えたガスエンジンの別の実施例を説
明する。この実施例は、上記実施例と比較して、ＣＯ2
の取り出しシステムが相違する以外は実質的に同一の構
成を有するので、同一機能を有する部品には同一符号を
付し、重複する説明を省略する。
ス燃料改質装置を備えたガスエンジンの別の実施例を説
明する。この実施例は、上記実施例と比較して、ＣＯ2
の取り出しシステムが相違する以外は実質的に同一の構
成を有するので、同一機能を有する部品には同一符号を
付し、重複する説明を省略する。
【００３６】この実施例のガスエンジン１は、上記実施
例と比較してＣＯ2 供給装置が相違するものである。Ｃ
Ｏ2 供給装置は、低温排気ガスが流れる排気通路８Ｄに
配置されたＣＯ2 分離膜４０を収容したＣＯ2 分離装置
３８から構成されている。排気通路８ＤからＣＯ2 分離
装置３８に送り込まれた排気ガスは、ＣＯ2 分離膜４０
によって排気ガス中からＣＯ2 を分離し、分離されたＣ
Ｏ2 はＣＯ2 供給ポンプ４２の作動によってＣＯ2 供給
通路１７を通じて触媒反応器２に供給される。ＣＯ2 分
離装置３８に収容されたＣＯ2 分離膜４０は、ポリ四フ
ッ化エチレン膜から構成されている。ＣＯ2 分離膜４０
は、一種の濾過膜であり、該濾過膜で濾過器を構成し、
高分子材の鎖間隙を分子が通過する作用を利用し、分子
径の大きいＮ2 やＨ2 Ｏ（水蒸気）を通過させることが
できず、分子径の小さいＣＯ2 を通過させ、該ＣＯ2 を
ポンプ４２の作動によってＣＯ2 供給通路１７を通って
触媒反応器２へ送り込むことができる。
例と比較してＣＯ2 供給装置が相違するものである。Ｃ
Ｏ2 供給装置は、低温排気ガスが流れる排気通路８Ｄに
配置されたＣＯ2 分離膜４０を収容したＣＯ2 分離装置
３８から構成されている。排気通路８ＤからＣＯ2 分離
装置３８に送り込まれた排気ガスは、ＣＯ2 分離膜４０
によって排気ガス中からＣＯ2 を分離し、分離されたＣ
Ｏ2 はＣＯ2 供給ポンプ４２の作動によってＣＯ2 供給
通路１７を通じて触媒反応器２に供給される。ＣＯ2 分
離装置３８に収容されたＣＯ2 分離膜４０は、ポリ四フ
ッ化エチレン膜から構成されている。ＣＯ2 分離膜４０
は、一種の濾過膜であり、該濾過膜で濾過器を構成し、
高分子材の鎖間隙を分子が通過する作用を利用し、分子
径の大きいＮ2 やＨ2 Ｏ（水蒸気）を通過させることが
できず、分子径の小さいＣＯ2 を通過させ、該ＣＯ2 を
ポンプ４２の作動によってＣＯ2 供給通路１７を通って
触媒反応器２へ送り込むことができる。
【００３７】ＣＯ2 分離装置３８において、ＣＯ2 分離
膜４０を通過できなかったＮ2 とＨ2 Ｏガスは、排気通
路８Ｅから大気へ排出される。排気通路８Ｅには、圧力
調整弁３９が設けられており、圧力調整弁３９によって
大気へ放出される排気ガスの圧力が調整され、ＣＯ2 分
離装置３８におけるＣＯ2 分離膜４０によるＣＯ2 の取
込みが調整されている。
膜４０を通過できなかったＮ2 とＨ2 Ｏガスは、排気通
路８Ｅから大気へ排出される。排気通路８Ｅには、圧力
調整弁３９が設けられており、圧力調整弁３９によって
大気へ放出される排気ガスの圧力が調整され、ＣＯ2 分
離装置３８におけるＣＯ2 分離膜４０によるＣＯ2 の取
込みが調整されている。
【００３８】また、ＣＯ2 分離膜４０は、ＣＯ2 の分離
性をアップするため、透過性の優れたポリ四フッ化エチ
レン膜に、ＣＯ2 の輸送を促進する特性を有するエチレ
ンジアミンを結合させた分離膜に構成することができ
る。エチレンジアミンは、ＣＯ2 と反応して化２に示す
ようになり、ＣＯ2 分離膜４０へのＣＯ2 の取込みを大
きくする。
性をアップするため、透過性の優れたポリ四フッ化エチ
レン膜に、ＣＯ2 の輸送を促進する特性を有するエチレ
ンジアミンを結合させた分離膜に構成することができ
る。エチレンジアミンは、ＣＯ2 と反応して化２に示す
ようになり、ＣＯ2 分離膜４０へのＣＯ2 の取込みを大
きくする。
【化２】
【００３９】
【発明の効果】この発明によるガス燃料改質装置を備え
たガスエンジンは、上記のように構成されているので、
天然ガスの主成分であるＣＨ4 を、排気ガスに含まれる
ＣＯ2と混合し、該混合ガスを触媒に通して排気ガスの
熱エネルギで約８００℃の高温にして熱分解させ、ＣＨ
4 をＣＯとＨ2 に変換して発熱量をアップする。ガスエ
ンジンから大気に放出される排気ガスは、ＣＯ2 が排除
されているので、Ｎ2 とＨ2 Ｏガスであり、排気ガスが
大気汚染になることがなく、環境を悪化させることがな
い。排気ガスの熱エネルギは、ＣＨ4 の熱分解に寄与し
た後に、排気通路に設けたターボチャージャ、エネルギ
回収タービン、及び熱交換器で回収される。即ち、ガス
エンジンは、排気ガスの熱エネルギによってターボチャ
ージャを駆動し、該ターボチャージャのタービンから排
気される排気ガスで発電機を備えたエネルギ回収タービ
ンを駆動し、該エネルギ回収タービンから排気される排
気ガスの熱エネルギで熱交換器によって蒸気を発生さ
せ、該蒸気でエネルギ回収タービンの蒸気タービンを駆
動して発電機で電力として回収できる。
たガスエンジンは、上記のように構成されているので、
天然ガスの主成分であるＣＨ4 を、排気ガスに含まれる
ＣＯ2と混合し、該混合ガスを触媒に通して排気ガスの
熱エネルギで約８００℃の高温にして熱分解させ、ＣＨ
4 をＣＯとＨ2 に変換して発熱量をアップする。ガスエ
ンジンから大気に放出される排気ガスは、ＣＯ2 が排除
されているので、Ｎ2 とＨ2 Ｏガスであり、排気ガスが
大気汚染になることがなく、環境を悪化させることがな
い。排気ガスの熱エネルギは、ＣＨ4 の熱分解に寄与し
た後に、排気通路に設けたターボチャージャ、エネルギ
回収タービン、及び熱交換器で回収される。即ち、ガス
エンジンは、排気ガスの熱エネルギによってターボチャ
ージャを駆動し、該ターボチャージャのタービンから排
気される排気ガスで発電機を備えたエネルギ回収タービ
ンを駆動し、該エネルギ回収タービンから排気される排
気ガスの熱エネルギで熱交換器によって蒸気を発生さ
せ、該蒸気でエネルギ回収タービンの蒸気タービンを駆
動して発電機で電力として回収できる。
【００４０】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンは、従来の天然ガスを燃料とするガスエンジンに比較
して、熱効率を理論上約２８％向上させることができ、
天然ガスを用いたガスエンジンで４２％であった熱効率
が５４％に向上させることができる。また、このガスエ
ンジンは、排気通路に排気ガスのエネルギによって駆動
されるターボチャージャ及びエネルギ回収タービンを設
けることによって、約６２％程度の熱効率を確保するこ
とができ、従来のガスエンジンに比較して大幅に熱効率
を向上できる。
ンは、従来の天然ガスを燃料とするガスエンジンに比較
して、熱効率を理論上約２８％向上させることができ、
天然ガスを用いたガスエンジンで４２％であった熱効率
が５４％に向上させることができる。また、このガスエ
ンジンは、排気通路に排気ガスのエネルギによって駆動
されるターボチャージャ及びエネルギ回収タービンを設
けることによって、約６２％程度の熱効率を確保するこ
とができ、従来のガスエンジンに比較して大幅に熱効率
を向上できる。
【図１】この発明によるガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンの一実施例を示す説明図である。
エンジンの一実施例を示す説明図である。
【図２】図１のガスエンジンに組み込んだターボチャー
ジャを示す説明図である。
ジャを示す説明図である。
【図３】図１のガスエンジンに組み込んだエネルギ回収
タービンを示す説明図である。
タービンを示す説明図である。
【図４】この発明によるガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンの別の実施例を示す説明図である。
エンジンの別の実施例を示す説明図である。
１ ガスエンジン
１Ａ 燃焼室
１Ｂ 副室
２ 触媒反応器
３ ターボチャージャ
４ ＣＯ2 送出装置
５ エネルギ回収タービン
６ 熱交換器
７ ＣＯ2 溶解装置
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 排気通路
９ 改質燃料供給路
１０ 吸気通路
１１ 燃料タンク
１２ 供給ポンプ
１３ 加圧燃料ポンプ
１４ 循環ポンプ
１５ ＣＯ2 含有溶液供給通路
１６ 溶媒回収通路
１７ ＣＯ2 供給通路
１８ 天然ガス供給通路
３４ 触媒
３６ 排気口
３７ 溶液
３８ ＣＯ2 分離装置
４０ ＣＯ2 分離膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｂ 43/00 Ｆ０２Ｂ 43/00 Ｚ
Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｃ
Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｅ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02M 21/02
C10K 3/02
F01N 5/02
F02B 37/00 302
F02B 43/00
F02D 19/02
F02M 57/02
Claims (11)
- 【請求項１】 ＣＨ4 を主成分とする天然ガス燃料を収
容した燃料タンク、燃焼室からの排気ガスを排出する排
気通路に配置されたＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガスを排気ガ
スの熱エネルギによって熱分解してＣＯとＨ2 から成る
改質燃料に変換させる触媒反応器、前記燃料タンクから
前記触媒反応器へ前記天然ガス燃料を供給するガス燃料
供給装置、前記排気ガスから分離したＣＯ2 を前記触媒
反応器へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び前記燃焼室へ前
記改質燃料を供給する改質燃料供給装置、から成るガス
燃料改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項２】 前記ＣＯ2 供給装置は、冷却された低温
の排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を収容したＣＯ2
溶解装置、前記燃焼室から排出された高温の排気ガスが
流れる前記排気通路に配置され且つ前記ＣＯ2 溶解装置
でＣＯ2 を溶解した前記溶液を高温排気ガスによって加
熱してＣＯ2 を放出させる前記溶液を収容すると共に放
出されたＣＯ2 を前記触媒反応器に送り込むＣＯ2 送出
装置、及び前記ＣＯ2 溶解装置と前記ＣＯ2 送出装置と
の間を前記溶液を循環させる循環ポンプ、から構成され
ている請求項１に記載のガス燃料改質装置を備えたガス
エンジン。 - 【請求項３】 前記ＣＯ2 溶解装置における排気ガス中
のＣＯ2 を吸収する溶媒はβ−アミノエチルアルコール
であり、前記ＣＯ2 送出装置におけるＣＯ2を放出する
溶液はβ−オキシエチルアンモニウムである請求項２に
記載のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項４】 前記ＣＯ2 溶解装置におけるＣＯ2 を溶
解する溶媒はジェタノールアミンである請求項２に記載
のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項５】 前記ＣＯ2 溶解装置は、前記排気ガス中
のＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液とし、前記排気ガス中
のＮ2 とＨ2 Ｏを大気に放出することから成る請求項１
に記載のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項６】 前記ＣＯ2 供給装置は、低温排気ガスが
流れる前記排気通路に配置されたＣＯ2 分離膜によって
前記排気ガス中から分離されたＣＯ2 を前記触媒反応器
に供給することから成る請求項１に記載のガス燃料改質
装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項７】 前記ＣＯ2 供給装置における前記ＣＯ2
分離膜は、ポリ四フッ化エチレン膜で構成するか、又は
エチレンジアミンを結合させてＣＯ2 の取込みをアップ
させたポリ四フッ化エチレン膜で構成されていることか
ら成る請求項６に記載のガス燃料改質装置を備えたガス
エンジン。 - 【請求項８】 前記触媒反応器には、触媒としてＮｉ又
はＰｔが使用されていることから成る請求項１に記載の
ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項９】 前記触媒反応器は、前記排気通路に配置
された熱交換器から成り、前記熱交換器は前記排気ガス
が流れる排気ガス通路と前記排気ガス通路の隔壁の内側
に組み込まれた前記触媒によって表面が被覆された多孔
質部材が収容されたガス燃料通路から構成されているこ
とから成る請求項１に記載のガス燃料改質装置を備えた
ガスエンジン。 - 【請求項１０】 前記触媒反応器の後流の前記排気通路
にはターボチャージャが設けられ、前記ターボチャージ
ャの後流の前記排気通路にはエネルギ回収タービンが設
けられ、前記エネルギ回収タービンの後流の前記排気通
路には蒸気を発生させる熱交換器が設けられている請求
項１に記載のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項１１】 前記燃焼室はセラミック部材によって
遮熱構造に構成されている請求項１に記載のガス燃料改
質装置を備えたガスエンジン。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP13748497A JP3484921B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン |
| EP98303709A EP0878615A3 (en) | 1997-05-13 | 1998-05-12 | A gas engine with a gas fuel reforming device |
| US09/075,956 US6079373A (en) | 1997-05-13 | 1998-05-12 | Gas engine with a gas fuel reforming device |
| CN98102138A CN1199133A (zh) | 1997-05-13 | 1998-05-13 | 备有气体燃料改质装置的燃气发动机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13748497A JP3484921B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン |
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| JPH10311253A JPH10311253A (ja) | 1998-11-24 |
| JP3484921B2 true JP3484921B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13748497A Expired - Fee Related JP3484921B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3484921B2 (ja) |
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-
1997
- 1997-05-13 JP JP13748497A patent/JP3484921B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10311253A (ja) | 1998-11-24 |
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