JPH1113547A - 天然ガス改質装置を備えたガスエンジン - Google Patents
天然ガス改質装置を備えたガスエンジンInfo
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- JPH1113547A JPH1113547A JP9179124A JP17912497A JPH1113547A JP H1113547 A JPH1113547 A JP H1113547A JP 9179124 A JP9179124 A JP 9179124A JP 17912497 A JP17912497 A JP 17912497A JP H1113547 A JPH1113547 A JP H1113547A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は，天然ガス主成分のＣＨ4 をＣＯと
Ｈ2 の改質燃料に熱分解して発熱量をアップし，排気ガ
ス中のＣＯ2 を熱分解に使用してＣＯ2 の含有量を低減
すると共にＮＯX の発生を抑制する天然ガス改質装置を
備えたガスエンジンを提供する。 【解決手段】 ガスエンジン１は，ＣＨ4 にＣＯ2 を混
合して排気通路８に配置された触媒反応器２に送り込
み，排気ガスの熱エネルギで熱分解させて改質燃料に変
換させる。ＣＯ2 分離膜３７で排気ガスからＣＯ2 を取
り込んで触媒反応器２へ送り込む。排気ガスが有する熱
エネルギは，ターボチャージャ３で回収されると共に，
第１熱交換器４及び第２熱交換器６によって高温蒸気に
変換され，該高温蒸気で蒸気タービン５を駆動して電気
エネルギとして回収される。
Ｈ2 の改質燃料に熱分解して発熱量をアップし，排気ガ
ス中のＣＯ2 を熱分解に使用してＣＯ2 の含有量を低減
すると共にＮＯX の発生を抑制する天然ガス改質装置を
備えたガスエンジンを提供する。 【解決手段】 ガスエンジン１は，ＣＨ4 にＣＯ2 を混
合して排気通路８に配置された触媒反応器２に送り込
み，排気ガスの熱エネルギで熱分解させて改質燃料に変
換させる。ＣＯ2 分離膜３７で排気ガスからＣＯ2 を取
り込んで触媒反応器２へ送り込む。排気ガスが有する熱
エネルギは，ターボチャージャ３で回収されると共に，
第１熱交換器４及び第２熱交換器６によって高温蒸気に
変換され，該高温蒸気で蒸気タービン５を駆動して電気
エネルギとして回収される。
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天然ガス改質装置を備え
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天然ガス改質装置を備え
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，コージェネレーションシステムとして開発が進
められている。コージェネレーションシステムは，動力
を発電機で電気エネルギとして取り出し，排気ガスエネ
ルギが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水にし，該
温水を給湯用として利用している。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６−１０８８
６５号公報，特開平６−１０１４９５号公報に開示され
たものがある。
ジンは，コージェネレーションシステムとして開発が進
められている。コージェネレーションシステムは，動力
を発電機で電気エネルギとして取り出し，排気ガスエネ
ルギが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水にし，該
温水を給湯用として利用している。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６−１０８８
６５号公報，特開平６−１０１４９５号公報に開示され
たものがある。
【０００３】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Ｅ
ＧＲ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，蒸気発生装
置で水を蒸気に変換し，該蒸気で蒸気タービンを駆動し
て電気エネルギとして回収する。
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Ｅ
ＧＲ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，蒸気発生装
置で水を蒸気に変換し，該蒸気で蒸気タービンを駆動し
て電気エネルギとして回収する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】天然ガスを燃料とする
ガスエンジンでは，燃焼室をセラミックス等の材料で遮
熱構造に構成すると，空気の圧縮温度が天然ガスの自己
着火温度以上に上昇するので，点火装置が不要になり，
また，空気を導入する主室の他に，燃料を導入する副室
を設け，主室と副室との間に制御弁を設け，ディーゼル
サイクルによる作動によって高い効率のコージェネレー
ション用のエンジンを提供することができる。ガスエン
ジンの排気ガスは，燃焼室を遮熱構造に構成した場合
に，８５０℃以上の高温になる。高温の排気ガスから熱
エネルギを回収して，エンジンの熱効率を向上させるこ
とができる。
ガスエンジンでは，燃焼室をセラミックス等の材料で遮
熱構造に構成すると，空気の圧縮温度が天然ガスの自己
着火温度以上に上昇するので，点火装置が不要になり，
また，空気を導入する主室の他に，燃料を導入する副室
を設け，主室と副室との間に制御弁を設け，ディーゼル
サイクルによる作動によって高い効率のコージェネレー
ション用のエンジンを提供することができる。ガスエン
ジンの排気ガスは，燃焼室を遮熱構造に構成した場合
に，８５０℃以上の高温になる。高温の排気ガスから熱
エネルギを回収して，エンジンの熱効率を向上させるこ
とができる。
【０００５】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ＣＨ4 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。また，ＣＨ4 をＣＯ
2 の存在のもとで触媒を介して熱分解させると，ＣＨ4
はＣＯ（一酸化炭素）とＨ2 （水素）に変換されるが，
ＣＯとＨ2 の合計の発熱量は，ＣＨ4 の発熱量以上のも
の，即ち，１．３８倍になる。そこで，遮熱型ガスエン
ジンの高温の排気ガスの熱エネルギを，ＣＨ4の熱分解
に利用して天然ガスを改質燃料に改質することによっ
て，改質燃料の発熱を増加させ，エンジンの熱効率を向
上させ，省資源にすると共に，ＣＯ2 の排出を抑制する
ことができる。
ンＣＨ4 であることが知られている。燃料のＣＨ4 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。また，ＣＨ4 をＣＯ
2 の存在のもとで触媒を介して熱分解させると，ＣＨ4
はＣＯ（一酸化炭素）とＨ2 （水素）に変換されるが，
ＣＯとＨ2 の合計の発熱量は，ＣＨ4 の発熱量以上のも
の，即ち，１．３８倍になる。そこで，遮熱型ガスエン
ジンの高温の排気ガスの熱エネルギを，ＣＨ4の熱分解
に利用して天然ガスを改質燃料に改質することによっ
て，改質燃料の発熱を増加させ，エンジンの熱効率を向
上させ，省資源にすると共に，ＣＯ2 の排出を抑制する
ことができる。
【０００６】
【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，天然ガスの主成分のＣＨ
4 ガスを改質するため，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，その時のＣＯ2 をエンジンが排出する
排気ガスから分離膜を通じて確保し，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
の放出を低減すると共に，ＮＯX の発生を低減した天然
ガス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，天然ガスの主成分のＣＨ
4 ガスを改質するため，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，その時のＣＯ2 をエンジンが排出する
排気ガスから分離膜を通じて確保し，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
の放出を低減すると共に，ＮＯX の発生を低減した天然
ガス改質装置を備えたガスエンジンを提供することであ
る。
【０００７】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，前記燃料タンクから供給
されるＣＨ4 を燃焼室から排出される排気ガスによって
熱分解して改質燃料に変換させる排気通路に配置された
触媒反応器，前記改質燃料を前記燃焼室へ供給する改質
燃料供給装置，前記触媒反応器の後流の前記排気通路に
設けられたターボチャージャ，前記ターボチャージャの
後流の前記排気通路に設けられた第１段熱交換器，前記
第１段熱交換器で発生した蒸気によって駆動される蒸気
タービン，前記蒸気タービンから排出される水蒸気を水
に変換するコンデンサ，前記第１段熱交換器の後流の前
記排気通路に設けられ且つ前記コンデンサから送り出さ
れる水を蒸気に変換して該蒸気を前記第１段熱交換器に
供給する第２段熱交換器，及び前記第２段熱交換器の後
流の前記排気通路に設けられたＣＯ2 分離膜によって前
記排気ガスからＣＯ2 を分離し且つ前記ＣＯ2 を前記触
媒反応器に供給するＣＯ2 供給装置，から成る天然ガス
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，前記燃料タンクから供給
されるＣＨ4 を燃焼室から排出される排気ガスによって
熱分解して改質燃料に変換させる排気通路に配置された
触媒反応器，前記改質燃料を前記燃焼室へ供給する改質
燃料供給装置，前記触媒反応器の後流の前記排気通路に
設けられたターボチャージャ，前記ターボチャージャの
後流の前記排気通路に設けられた第１段熱交換器，前記
第１段熱交換器で発生した蒸気によって駆動される蒸気
タービン，前記蒸気タービンから排出される水蒸気を水
に変換するコンデンサ，前記第１段熱交換器の後流の前
記排気通路に設けられ且つ前記コンデンサから送り出さ
れる水を蒸気に変換して該蒸気を前記第１段熱交換器に
供給する第２段熱交換器，及び前記第２段熱交換器の後
流の前記排気通路に設けられたＣＯ2 分離膜によって前
記排気ガスからＣＯ2 を分離し且つ前記ＣＯ2 を前記触
媒反応器に供給するＣＯ2 供給装置，から成る天然ガス
改質装置を備えたガスエンジンに関する。
【０００８】前記ＣＯ2 分離膜は，アルミナ，シリカ，
ゼオライト系の多孔質セラミックスから成る無機分離膜
で構成されている。前記ＣＯ2 分離膜は，セラミックス
に細かいオープン孔を形成した多孔体の膜から構成し，
例えば，ＣＯ2 の分子径がＮ2 やＯ2 の分子径より小さ
いことを利用し，分子ふるい効果を利用して排気ガス中
からＣＯ2 を分離することができ，使用温度が３５０℃
と高いため，本発明には有効に適用できる。
ゼオライト系の多孔質セラミックスから成る無機分離膜
で構成されている。前記ＣＯ2 分離膜は，セラミックス
に細かいオープン孔を形成した多孔体の膜から構成し，
例えば，ＣＯ2 の分子径がＮ2 やＯ2 の分子径より小さ
いことを利用し，分子ふるい効果を利用して排気ガス中
からＣＯ2 を分離することができ，使用温度が３５０℃
と高いため，本発明には有効に適用できる。
【０００９】前記触媒反応器は，熱交換作用を持つ触媒
装置によって構成され，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
れたガス燃料通路とから構成されている。また，前記触
媒反応器は，触媒としてＮｉ又はＰｔを使用してＣＨ4
とＣＯ2 とを反応させてＣＯとＨ2 に熱分解する。
装置によって構成され，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
れたガス燃料通路とから構成されている。また，前記触
媒反応器は，触媒としてＮｉ又はＰｔを使用してＣＨ4
とＣＯ2 とを反応させてＣＯとＨ2 に熱分解する。
【００１０】また，ＣＨ4 の熱分解に寄与しなかったＣ
Ｏ2 は，前記燃焼室へ改質燃料と共に供給される。前記
燃焼室には，ＣＨ4 ，ＣＯ，Ｈ2 ，ＣＯ2 の混合ガスが
前記燃焼室の副室に導入されるため，制御弁が開放して
前記副室の混合ガスが，前記燃焼室の主室の圧縮空気と
混合して燃焼する時，ＣＯ2 が存在することによるＮＯ
X の発生が抑制され，ＮＯX の発生を１００ｐｐｍ以下
に抑えることができる。
Ｏ2 は，前記燃焼室へ改質燃料と共に供給される。前記
燃焼室には，ＣＨ4 ，ＣＯ，Ｈ2 ，ＣＯ2 の混合ガスが
前記燃焼室の副室に導入されるため，制御弁が開放して
前記副室の混合ガスが，前記燃焼室の主室の圧縮空気と
混合して燃焼する時，ＣＯ2 が存在することによるＮＯ
X の発生が抑制され，ＮＯX の発生を１００ｐｐｍ以下
に抑えることができる。
【００１１】前記第１段熱交換器は，第１ケーシング内
に配置された前記第２段熱交換器で加熱された前記蒸気
が流れる多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路
と，前記蒸気通路内に配置され且つ多孔質セラミック部
材が配置された前記排気ガスが流れる排気ガス通路とか
ら構成されている。
に配置された前記第２段熱交換器で加熱された前記蒸気
が流れる多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路
と，前記蒸気通路内に配置され且つ多孔質セラミック部
材が配置された前記排気ガスが流れる排気ガス通路とか
ら構成されている。
【００１２】前記第２段熱交換器は，前記第１ケーシン
グに隣接して設けられた第２ケーシング内に配置され且
つ蒸気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水を
貯留できる水・蒸気通路と，前記水・蒸気通路の周りに
配置され且つ前記第１段熱交換器からの前記排気ガスが
流れる多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通路
とから構成されている。
グに隣接して設けられた第２ケーシング内に配置され且
つ蒸気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水を
貯留できる水・蒸気通路と，前記水・蒸気通路の周りに
配置され且つ前記第１段熱交換器からの前記排気ガスが
流れる多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通路
とから構成されている。
【００１３】前記第１段熱交換器の上流側の前記排気通
路には，前記触媒反応器からの改質燃料を噴射する燃料
ノズルが設けられている。
路には，前記触媒反応器からの改質燃料を噴射する燃料
ノズルが設けられている。
【００１４】また，前記第１段熱交換器の上流側の前記
排気通路には，前記触媒反応器からの改質燃料の一部を
噴射する燃料ノズルが設けられているので，前記燃料ノ
ズルから噴射された少量の燃料が排気ガス中に含まれる
Ｏ2 で燃焼し，発熱して前記第１段熱交換器へ送りこま
れるので，排気ガスのエンタルピが増加し，前記蒸気タ
ービンの効率を向上させることができる。
排気通路には，前記触媒反応器からの改質燃料の一部を
噴射する燃料ノズルが設けられているので，前記燃料ノ
ズルから噴射された少量の燃料が排気ガス中に含まれる
Ｏ2 で燃焼し，発熱して前記第１段熱交換器へ送りこま
れるので，排気ガスのエンタルピが増加し，前記蒸気タ
ービンの効率を向上させることができる。
【００１５】更に，この天然ガス改質装置を備えたガス
エンジンは，前記燃焼室が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。
エンジンは，前記燃焼室が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。
【００１６】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ンは，上記の構成において，前記燃焼室をセラミック部
材によって遮熱構造に構成すると，前記燃焼室から排出
される排気ガスの温度は，例えば，前記触媒反応器では
９００℃〜８００℃程度であってＣＨ4 の熱分解に十分
に寄与でき，次いで，前記ターボチャージャで回収され
て１５０℃程度低下し，次いで，前記第１段熱交換器で
回収されて２００℃℃程度低下し，最後に前記第２段熱
交換器で回収されて２００℃程度低下する。従って，前
記ＣＯ2 分離装置には，排気ガス温度を３５０℃〜２５
０℃程度にまで低下させた排気ガスを供給することにな
り，前記ＣＯ2 分離装置において排気ガスからＣＯ2 を
良好に分離させることができる。即ち，前記ＣＯ2 分離
膜は，セラミック多孔体であるので耐熱性に富み，しか
も３００℃程度で最も活性化して排気ガスからＣＯ2 が
良好に分離される。
ンは，上記の構成において，前記燃焼室をセラミック部
材によって遮熱構造に構成すると，前記燃焼室から排出
される排気ガスの温度は，例えば，前記触媒反応器では
９００℃〜８００℃程度であってＣＨ4 の熱分解に十分
に寄与でき，次いで，前記ターボチャージャで回収され
て１５０℃程度低下し，次いで，前記第１段熱交換器で
回収されて２００℃℃程度低下し，最後に前記第２段熱
交換器で回収されて２００℃程度低下する。従って，前
記ＣＯ2 分離装置には，排気ガス温度を３５０℃〜２５
０℃程度にまで低下させた排気ガスを供給することにな
り，前記ＣＯ2 分離装置において排気ガスからＣＯ2 を
良好に分離させることができる。即ち，前記ＣＯ2 分離
膜は，セラミック多孔体であるので耐熱性に富み，しか
も３００℃程度で最も活性化して排気ガスからＣＯ2 が
良好に分離される。
【００１７】また，前記第１段熱交換器と前記第２段熱
交換器とによって発生した高温蒸気は，蒸気タービンを
駆動するので，従来のようにガスタービンから成るエネ
ルギ回収装置を設けたものに比較し，前記第１段熱交換
器への入口圧力をガスタービンのように上昇させる必要
がない。即ち，ガスタービンの入口圧力の上昇は，その
まま，往復運動型エンジンの排気行程における背圧を上
げることになり，大きな損失を発生させる。
交換器とによって発生した高温蒸気は，蒸気タービンを
駆動するので，従来のようにガスタービンから成るエネ
ルギ回収装置を設けたものに比較し，前記第１段熱交換
器への入口圧力をガスタービンのように上昇させる必要
がない。即ち，ガスタービンの入口圧力の上昇は，その
まま，往復運動型エンジンの排気行程における背圧を上
げることになり，大きな損失を発生させる。
【００１８】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ンは，上記のように，蒸気タービンを用いることによっ
て，背圧を上昇させずに，排気ガスエネルギで高圧蒸気
を発生させて，電気エネルギに変換するので，熱効率を
向上させることができる。更に，蒸気タービンは，ラジ
アルタービンに構成すると，軸流タービンに比較して小
型に，低コストに構成することができる。
ンは，上記のように，蒸気タービンを用いることによっ
て，背圧を上昇させずに，排気ガスエネルギで高圧蒸気
を発生させて，電気エネルギに変換するので，熱効率を
向上させることができる。更に，蒸気タービンは，ラジ
アルタービンに構成すると，軸流タービンに比較して小
型に，低コストに構成することができる。
【００１９】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ンは，上記のように構成したので，天然ガスの主成分の
ＣＨ4 にＣＯ2 を混合して触媒の助けによって排気ガス
の熱エネルギで熱分解させ，改質燃料ＣＯとＨ2 に変換
させるので，発熱量を約３．８割程度アップさせること
ができ，エンジンの熱効率を向上させることができる。
上記分解反応は，ＮｉやＰｔ等の触媒上にＣＨ4 とＣＯ
2 の混合ガスを通し，約８００℃以上に加熱すると，熱
分解が発生する反応であり，ＣＯ2 は一酸化炭素へ分解
し，ＣＨ4 はＣＯとＨ2 に分解する。また，燃焼室を遮
熱構造に構成することによって，燃焼室からの排気ガス
は高温状態となり，排気ガス温度８００℃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。
ンは，上記のように構成したので，天然ガスの主成分の
ＣＨ4 にＣＯ2 を混合して触媒の助けによって排気ガス
の熱エネルギで熱分解させ，改質燃料ＣＯとＨ2 に変換
させるので，発熱量を約３．８割程度アップさせること
ができ，エンジンの熱効率を向上させることができる。
上記分解反応は，ＮｉやＰｔ等の触媒上にＣＨ4 とＣＯ
2 の混合ガスを通し，約８００℃以上に加熱すると，熱
分解が発生する反応であり，ＣＯ2 は一酸化炭素へ分解
し，ＣＨ4 はＣＯとＨ2 に分解する。また，燃焼室を遮
熱構造に構成することによって，燃焼室からの排気ガス
は高温状態となり，排気ガス温度８００℃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。
【００２０】この天然ガス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，ディーゼルサ
イクルによるガスエンジンでの熱効率を４２％とする
と，発電機を備えたターボチャージャにより熱効率が約
８％向上し，蒸気タービンにより熱効率が約５％向上
し，更に，ＣＨ4 をＣＯとＨ2 に熱分解することにより
発熱量が１．３８倍となるので，ＣＨ4 の熱分解率を５
０％とすると，ガスエンジン全体で６５．５％の熱効率
を期待できる。
ンは，上記のように構成されているので，ディーゼルサ
イクルによるガスエンジンでの熱効率を４２％とする
と，発電機を備えたターボチャージャにより熱効率が約
８％向上し，蒸気タービンにより熱効率が約５％向上
し，更に，ＣＨ4 をＣＯとＨ2 に熱分解することにより
発熱量が１．３８倍となるので，ＣＨ4 の熱分解率を５
０％とすると，ガスエンジン全体で６５．５％の熱効率
を期待できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による天然ガス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はこの発明による天然ガス改質装置を
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発電機を備えたターボ
チャージャを示す説明図，及び図３は図１のガスエンジ
ンに組み込まれた蒸気タービンを示す説明図である。
による天然ガス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はこの発明による天然ガス改質装置を
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発電機を備えたターボ
チャージャを示す説明図，及び図３は図１のガスエンジ
ンに組み込まれた蒸気タービンを示す説明図である。
【００２２】この天然ガス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し，例えば，コージ
ェネレーションシステムに適用できる単気筒又は多気筒
エンジンであり，燃焼室がシリンダに形成された主室１
Ａと，主室１Ａに連絡口を通じて連通するシリンダヘッ
ド３０に形成した副室１Ｂとから副室式ガスエンジンに
構成されている。ガスエンジン１は，燃焼室の主室１Ａ
からの排気ガスを排出するため排気マニホルド３９と，
吸気通路１０を通じて主室１Ａへ吸気を供給するため吸
気マニホルド４０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４０を通じて各気筒の主室
１Ａへ供給され，また，各主室１Ａからの排気ガスは排
気マニホルド３９によって集合して排気通路８へ排出さ
れる。また，副室１Ｂへ供給される天然ガスを改質した
改質燃料は，燃料加圧ポンプ１３の作動によって改質燃
料供給路９を通じて燃焼室の各副室１Ｂへ供給される。
ンは，天然ガス等のガス体を燃料とし，例えば，コージ
ェネレーションシステムに適用できる単気筒又は多気筒
エンジンであり，燃焼室がシリンダに形成された主室１
Ａと，主室１Ａに連絡口を通じて連通するシリンダヘッ
ド３０に形成した副室１Ｂとから副室式ガスエンジンに
構成されている。ガスエンジン１は，燃焼室の主室１Ａ
からの排気ガスを排出するため排気マニホルド３９と，
吸気通路１０を通じて主室１Ａへ吸気を供給するため吸
気マニホルド４０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４０を通じて各気筒の主室
１Ａへ供給され，また，各主室１Ａからの排気ガスは排
気マニホルド３９によって集合して排気通路８へ排出さ
れる。また，副室１Ｂへ供給される天然ガスを改質した
改質燃料は，燃料加圧ポンプ１３の作動によって改質燃
料供給路９を通じて燃焼室の各副室１Ｂへ供給される。
【００２３】この実施例では，ガスエンジン１における
燃焼室の主室１Ａと副室１Ｂは，セラミック部材，遮熱
層等によって遮熱構造に構成されている。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３０に形成
された副室１Ｂを備えており，副室１Ｂは制御弁３１に
よる連絡口の開放によって主室１Ａに連通するように構
成されている。主室１Ａには，ターボチャージャ３のコ
ンプレッサ１６からの圧縮空気が吸気通路１０を通じて
供給され，また，副室１Ｂには，燃料弁３２が設けら
れ，燃料弁３２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。
燃焼室の主室１Ａと副室１Ｂは，セラミック部材，遮熱
層等によって遮熱構造に構成されている。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３０に形成
された副室１Ｂを備えており，副室１Ｂは制御弁３１に
よる連絡口の開放によって主室１Ａに連通するように構
成されている。主室１Ａには，ターボチャージャ３のコ
ンプレッサ１６からの圧縮空気が吸気通路１０を通じて
供給され，また，副室１Ｂには，燃料弁３２が設けら
れ，燃料弁３２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。
【００２４】ガスエンジン１は，特に，天然ガス改質装
置を備えており，主室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天然ガスのＣＨ4
をＣＯ2 の存在によって改質燃料に変換する触媒反応器
２が排気通路８に設けられている。触媒反応器２の後流
の排気通路８には，排気ガスで駆動されるターボチャー
ジャ３が設けられている。ガスエンジン１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１１，
改質燃料を燃焼室の副室１Ｂへ供給する改質燃料供給装
置を構成する燃料加圧ポンプ１３，ターボチャージャ３
の後流の排気通路８Ａに設けられた第１段熱交換器４，
第１段熱交換器４で発生した蒸気によって駆動される蒸
気タービン５，第１段熱交換器４の後流の排気通路８Ｂ
に設けられ且つ蒸気タービン５から排出される流体（低
温蒸気と水）を蒸気に変換して該蒸気を第１段熱交換器
４に供給する第２段熱交換器６，及び第２段熱交換器６
の後流の排気通路８Ｃに設けられ且つ排気ガスからＣＯ
2 を分離するＣＯ2 分離膜３７と分離されたＣＯ2 を触
媒反応器２に供給する供給ポンプ３８とから成るＣＯ2
供給装置７を有している。
置を備えており，主室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天然ガスのＣＨ4
をＣＯ2 の存在によって改質燃料に変換する触媒反応器
２が排気通路８に設けられている。触媒反応器２の後流
の排気通路８には，排気ガスで駆動されるターボチャー
ジャ３が設けられている。ガスエンジン１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１１，
改質燃料を燃焼室の副室１Ｂへ供給する改質燃料供給装
置を構成する燃料加圧ポンプ１３，ターボチャージャ３
の後流の排気通路８Ａに設けられた第１段熱交換器４，
第１段熱交換器４で発生した蒸気によって駆動される蒸
気タービン５，第１段熱交換器４の後流の排気通路８Ｂ
に設けられ且つ蒸気タービン５から排出される流体（低
温蒸気と水）を蒸気に変換して該蒸気を第１段熱交換器
４に供給する第２段熱交換器６，及び第２段熱交換器６
の後流の排気通路８Ｃに設けられ且つ排気ガスからＣＯ
2 を分離するＣＯ2 分離膜３７と分離されたＣＯ2 を触
媒反応器２に供給する供給ポンプ３８とから成るＣＯ2
供給装置７を有している。
【００２５】ガスエンジン１では，ＣＯ2 供給装置７か
ら大気に放出される排気ガスは，ＣＯ2 が少なくＮ2 ガ
ス等であるので，環境悪化となる大気汚染になることが
ない。触媒反応器２は，触媒としてＮｉ又はＰｔを使用
してＣＨ4 とＣＯ2 とを反応させてＣＯとＨ2 に熱分解
することから構成されている。触媒反応器２は，排気マ
ニホルド３９の集合部に配置されており，燃焼室の主室
１Ａから排出される排気ガスは，約９００℃〜約８００
℃程度の高温状態であるので，ＣＨ4 の熱分解による改
質には十分に高温である。触媒反応器２は，熱交換作用
を持つ触媒装置によって構成され，排気ガスが流れる排
気ガス通路と，該排気ガス通路の隔壁の内側にＮｉ又は
Ｐｔの触媒３３が被覆された多孔質部材が収容されたガ
ス燃料通路とから構成され，一種の気相−気相熱交換器
を構成するものである。触媒反応器２は，排気通路８に
配置され，例えば，排気ガスが流れる排気ガス通路と排
気ガス通路の隔壁の内側に組み込まれた触媒３３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。
ら大気に放出される排気ガスは，ＣＯ2 が少なくＮ2 ガ
ス等であるので，環境悪化となる大気汚染になることが
ない。触媒反応器２は，触媒としてＮｉ又はＰｔを使用
してＣＨ4 とＣＯ2 とを反応させてＣＯとＨ2 に熱分解
することから構成されている。触媒反応器２は，排気マ
ニホルド３９の集合部に配置されており，燃焼室の主室
１Ａから排出される排気ガスは，約９００℃〜約８００
℃程度の高温状態であるので，ＣＨ4 の熱分解による改
質には十分に高温である。触媒反応器２は，熱交換作用
を持つ触媒装置によって構成され，排気ガスが流れる排
気ガス通路と，該排気ガス通路の隔壁の内側にＮｉ又は
Ｐｔの触媒３３が被覆された多孔質部材が収容されたガ
ス燃料通路とから構成され，一種の気相−気相熱交換器
を構成するものである。触媒反応器２は，排気通路８に
配置され，例えば，排気ガスが流れる排気ガス通路と排
気ガス通路の隔壁の内側に組み込まれた触媒３３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。
【００２６】主室１Ａからの高温の排気ガスが触媒反応
器２の排気ガス通路を流れることによって，ＮｉやＰｔ
の触媒３３が充填されているガス体燃料通路が加熱され
る。そこで，約８００℃以上の高温にされたガス体燃料
通路を流れるＣＨ4 とＣＯ2との混合ガスが触媒３３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，燃料加圧ポ
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４０からそれぞれの気筒の副室１Ｂへ供給される。
器２の排気ガス通路を流れることによって，ＮｉやＰｔ
の触媒３３が充填されているガス体燃料通路が加熱され
る。そこで，約８００℃以上の高温にされたガス体燃料
通路を流れるＣＨ4 とＣＯ2との混合ガスが触媒３３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，燃料加圧ポ
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４０からそれぞれの気筒の副室１Ｂへ供給される。
【００２７】ガスエンジン１における燃焼室の主室１Ａ
と副室１Ｂは，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，主室１Ａから排気マニホル
ド３９を通じて排出される排気ガスは約９００℃〜８０
０℃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，第１段
熱交換器４及び第２段熱交換器６によって回収するよう
に構成されている。
と副室１Ｂは，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，主室１Ａから排気マニホル
ド３９を通じて排出される排気ガスは約９００℃〜８０
０℃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，第１段
熱交換器４及び第２段熱交換器６によって回収するよう
に構成されている。
【００２８】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１５，タービ
ン１５にシャフト１８によって連結され且つタービン１
５によって駆動されるコンプレッサ１６，及びシャフト
１８に対して設けた交流機即ち発電機１７から構成され
ている。コンプレッサ１６は，タービン１５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４０からそれぞれの
気筒の主室１Ａへ供給する。発電機１７は，タービン１
５の回転力を電力として取り出して排気ガスエネルギを
電気エネルギとして回収することができる。
に，排気ガスによって駆動されるタービン１５，タービ
ン１５にシャフト１８によって連結され且つタービン１
５によって駆動されるコンプレッサ１６，及びシャフト
１８に対して設けた交流機即ち発電機１７から構成され
ている。コンプレッサ１６は，タービン１５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４０からそれぞれの
気筒の主室１Ａへ供給する。発電機１７は，タービン１
５の回転力を電力として取り出して排気ガスエネルギを
電気エネルギとして回収することができる。
【００２９】第１段熱交換器４は，第１ケーシング内に
配置された第２段熱交換器６で加熱された蒸気が流れる
多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路３５と，蒸
気通路３５に配置された排気ガスが流れる多孔質セラミ
ック部材が配置された排気ガス通路２８とから構成され
ている。また，第２段熱交換器６は，第１ケーシングに
隣接して設けられた第２ケーシング内に配置され且つ蒸
気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水を貯留
できる水・蒸気通路３６と，水・蒸気通路３６の周りに
配置され且つ第１段熱交換器４からの排気ガスが流れる
多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通路２９と
から構成されている。
配置された第２段熱交換器６で加熱された蒸気が流れる
多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路３５と，蒸
気通路３５に配置された排気ガスが流れる多孔質セラミ
ック部材が配置された排気ガス通路２８とから構成され
ている。また，第２段熱交換器６は，第１ケーシングに
隣接して設けられた第２ケーシング内に配置され且つ蒸
気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水を貯留
できる水・蒸気通路３６と，水・蒸気通路３６の周りに
配置され且つ第１段熱交換器４からの排気ガスが流れる
多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通路２９と
から構成されている。
【００３０】また，ターボチャージャ３の後流で且つ第
１段熱交換器４の上流側の排気通路８Ａには，触媒反応
器２からの改質燃料を噴射する燃料ノズル２４が設けら
れている。燃料ノズル２４への改質燃料は，触媒反応器
２から補助燃料供給路２３を通じて供給される。
１段熱交換器４の上流側の排気通路８Ａには，触媒反応
器２からの改質燃料を噴射する燃料ノズル２４が設けら
れている。燃料ノズル２４への改質燃料は，触媒反応器
２から補助燃料供給路２３を通じて供給される。
【００３１】蒸気タービン５は，図３に示すように，第
１段熱交換器４で発生した蒸気によって駆動されるター
ビン１９，及びシャフト２１に対して設けられた発電機
２０から構成されている。従って，蒸気エネルギはター
ビン１９を駆動し，その回転力は発電機２０によって電
力として回収される。排気通路８Ｂに設けられた第２段
熱交換器６は，気相−液相熱交換器であり，排気ガスエ
ネルギによって蒸気を発生させ，該蒸気は蒸気通路４１
を通じて第１段熱交換器４へ送り込まれる。蒸気タービ
ン５を駆動した蒸気は，低温蒸気（水分含有蒸気）との
流体になって流体通路２７を通ってコンデンサ１４へ放
出され，コンデンサ１４で高温水となって水ポンプ１２
によって水通路２６を通じて第２段熱交換器６へ再び送
り込まれる。また，第２段熱交換器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（例えば，２００℃程度）となってＣＯ2 供給装
置７へ送り込まれる。
１段熱交換器４で発生した蒸気によって駆動されるター
ビン１９，及びシャフト２１に対して設けられた発電機
２０から構成されている。従って，蒸気エネルギはター
ビン１９を駆動し，その回転力は発電機２０によって電
力として回収される。排気通路８Ｂに設けられた第２段
熱交換器６は，気相−液相熱交換器であり，排気ガスエ
ネルギによって蒸気を発生させ，該蒸気は蒸気通路４１
を通じて第１段熱交換器４へ送り込まれる。蒸気タービ
ン５を駆動した蒸気は，低温蒸気（水分含有蒸気）との
流体になって流体通路２７を通ってコンデンサ１４へ放
出され，コンデンサ１４で高温水となって水ポンプ１２
によって水通路２６を通じて第２段熱交換器６へ再び送
り込まれる。また，第２段熱交換器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（例えば，２００℃程度）となってＣＯ2 供給装
置７へ送り込まれる。
【００３２】ＣＯ2 供給装置７は，例えば，低温排気ガ
スが流れる排気通路８Ｃに配置された複数のロッド状の
ＣＯ2 分離膜３７を収容したＣＯ2 供給装置７から構成
されている。排気通路８ＣからＣＯ2 供給装置７に送り
込まれた排気ガスは，ＣＯ2分離膜３７を通過したＣＯ
2 が排気ガス中から分離され，ＣＯ2 分離膜３７を通過
できないＮ2 ，Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏ等はＣＯ2 分離膜３７を迂
回して排気通路へ排出され，分離されたＣＯ2 はＣＯ2
供給ポンプ３８の作動によってＣＯ2 供給通路２２を通
じて触媒反応器２に供給される。ＣＯ2 供給装置７に収
容されたＣＯ2分離膜３７は，アルミナ，シリカ，ゼオ
ライト系の多孔質セラミックスから成る無機分離膜で構
成されているセラミック多孔体であり，一種の濾過膜で
あり，分子径の大きいＮ2 やＯ2 ，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ＣＯ2 吸引供給ポンプ３８の作動によ
ってＣＯ2 供給通路２２を通って触媒反応器２へ送り込
むことができる。
スが流れる排気通路８Ｃに配置された複数のロッド状の
ＣＯ2 分離膜３７を収容したＣＯ2 供給装置７から構成
されている。排気通路８ＣからＣＯ2 供給装置７に送り
込まれた排気ガスは，ＣＯ2分離膜３７を通過したＣＯ
2 が排気ガス中から分離され，ＣＯ2 分離膜３７を通過
できないＮ2 ，Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏ等はＣＯ2 分離膜３７を迂
回して排気通路へ排出され，分離されたＣＯ2 はＣＯ2
供給ポンプ３８の作動によってＣＯ2 供給通路２２を通
じて触媒反応器２に供給される。ＣＯ2 供給装置７に収
容されたＣＯ2分離膜３７は，アルミナ，シリカ，ゼオ
ライト系の多孔質セラミックスから成る無機分離膜で構
成されているセラミック多孔体であり，一種の濾過膜で
あり，分子径の大きいＮ2 やＯ2 ，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ＣＯ2 吸引供給ポンプ３８の作動によ
ってＣＯ2 供給通路２２を通って触媒反応器２へ送り込
むことができる。
【００３３】ＣＯ2 供給装置７において，ＣＯ2 分離膜
３７を通過できなかったＮ2 ，Ｈ2Ｏガス（水蒸気）
は，排気通路８Ｄから大気へ排出される。排気通路８Ｄ
には，例えば，圧力調整弁４２が設けられており，圧力
調整弁４２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 供給装置７におけるＣＯ2 分離膜３７
を通じてＣＯ2 吸引供給ポンプ３８によって取り込まれ
るＣＯ2 の取込み量が調整されている。
３７を通過できなかったＮ2 ，Ｈ2Ｏガス（水蒸気）
は，排気通路８Ｄから大気へ排出される。排気通路８Ｄ
には，例えば，圧力調整弁４２が設けられており，圧力
調整弁４２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 供給装置７におけるＣＯ2 分離膜３７
を通じてＣＯ2 吸引供給ポンプ３８によって取り込まれ
るＣＯ2 の取込み量が調整されている。
【００３４】この天然ガス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，次のように作動する。
ンは，上記のように構成され，次のように作動する。
【００３５】制御弁３１が閉鎖した状態で，吸気弁（図
示せず）の開放によってターボチャージャ３のコンプレ
ッサ１６からの空気が吸気通路１０を通じて吸気マニホ
ルド４０から主室１Ａに供給される。主室１Ａの空気は
制御弁３１の閉鎖状態で圧縮行程において圧縮される。
一方，天然ガス燃料が燃料タンク１１から天然ガス供給
通路３４を通じて触媒反応器２へ供給され，天然ガスが
改質燃料に変換されると共に，制御弁３１が閉鎖した状
態で燃料弁３２が開放し，燃料加圧ポンプ１３が作動
し，触媒反応器２から改質燃料が改質燃料供給路９を通
じて副室１Ｂに供給される。圧縮行程上死点近傍で制御
弁３１が開放し，主室１Ａの圧縮空気が副室１Ｂに流入
し，改質燃料が圧縮空気と混合して着火燃焼し，膨張行
程に移行してピストン４３に仕事をする。
示せず）の開放によってターボチャージャ３のコンプレ
ッサ１６からの空気が吸気通路１０を通じて吸気マニホ
ルド４０から主室１Ａに供給される。主室１Ａの空気は
制御弁３１の閉鎖状態で圧縮行程において圧縮される。
一方，天然ガス燃料が燃料タンク１１から天然ガス供給
通路３４を通じて触媒反応器２へ供給され，天然ガスが
改質燃料に変換されると共に，制御弁３１が閉鎖した状
態で燃料弁３２が開放し，燃料加圧ポンプ１３が作動
し，触媒反応器２から改質燃料が改質燃料供給路９を通
じて副室１Ｂに供給される。圧縮行程上死点近傍で制御
弁３１が開放し，主室１Ａの圧縮空気が副室１Ｂに流入
し，改質燃料が圧縮空気と混合して着火燃焼し，膨張行
程に移行してピストン４３に仕事をする。
【００３６】排気行程において，主室１Ａと副室１Ｂの
排気ガスが排気通路８を通じて排出される。高温の排気
ガスは触媒反応器２を通る際に，その熱エネルギによっ
て天然ガスを改質燃料に変換し，次いで，ターボチャー
ジャ３へ送り出される。ターボチャージャ３では，ター
ビン１５を駆動し，その回転力は発電機１７で電気エネ
ルギに変換されると共に，コンプレッサ１６を駆動す
る。発電機１７で得られた電力は，バッテリに蓄電され
たり，補機を駆動するのに消費される。また，コンプレ
ッサ１６は空気を吸気通路１０を通じて燃焼室へ供給す
る機能を果たす。ターボチャージャ３のタービン１５を
通過して排気ガスは排気通路８Ａと通じて第１段熱交換
器４へ送り込まれる。
排気ガスが排気通路８を通じて排出される。高温の排気
ガスは触媒反応器２を通る際に，その熱エネルギによっ
て天然ガスを改質燃料に変換し，次いで，ターボチャー
ジャ３へ送り出される。ターボチャージャ３では，ター
ビン１５を駆動し，その回転力は発電機１７で電気エネ
ルギに変換されると共に，コンプレッサ１６を駆動す
る。発電機１７で得られた電力は，バッテリに蓄電され
たり，補機を駆動するのに消費される。また，コンプレ
ッサ１６は空気を吸気通路１０を通じて燃焼室へ供給す
る機能を果たす。ターボチャージャ３のタービン１５を
通過して排気ガスは排気通路８Ａと通じて第１段熱交換
器４へ送り込まれる。
【００３７】排気通路８Ａには燃料ノズル２４が設けら
れており，燃料ノズル２４は，触媒反応器２から補助燃
料供給路２３を通じて送り込まれた改質燃料の一部を排
気通路８Ａに噴射する。排気通路８Ａを流れる排気ガス
には多量のＯ2 が含まれているので，燃料ノズル２４か
ら噴射された改質燃料は着火燃焼し，排気ガスのエンタ
ルピを増加させる。第１段熱交換器４へ送り込まれた排
気ガスは，排気ガス通路２８を通過し，次いで，排気ガ
ス８Ｂを通じて第２段熱交換器６へ送り込まれる。排気
ガスは，排気ガス通路２８を通過する際に，第２段熱交
換器６から蒸気通路４１を通って蒸気通路３５に送り込
まれた蒸気と熱交換して高温に加熱する。
れており，燃料ノズル２４は，触媒反応器２から補助燃
料供給路２３を通じて送り込まれた改質燃料の一部を排
気通路８Ａに噴射する。排気通路８Ａを流れる排気ガス
には多量のＯ2 が含まれているので，燃料ノズル２４か
ら噴射された改質燃料は着火燃焼し，排気ガスのエンタ
ルピを増加させる。第１段熱交換器４へ送り込まれた排
気ガスは，排気ガス通路２８を通過し，次いで，排気ガ
ス８Ｂを通じて第２段熱交換器６へ送り込まれる。排気
ガスは，排気ガス通路２８を通過する際に，第２段熱交
換器６から蒸気通路４１を通って蒸気通路３５に送り込
まれた蒸気と熱交換して高温に加熱する。
【００３８】第１段熱交換器４で高温に加熱された蒸気
は，高温蒸気通路２５を通って蒸気タービン５へ送り込
まれ，タービン１９を駆動する。タービン１９の駆動に
よって発電機２０が発電する。発電機２０が発電された
電力は，バッテリに蓄電されたり，補機を駆動するのに
消費される。高温蒸気は蒸気タービン５を駆動した後，
低温蒸気や水から成る流体に変換され，該流体は流体通
路２７を通じてコンデンサ１４へ送られて水になり，そ
の水は水ポンプ１２の駆動によって水通路２６を通じて
第２段熱交換器６の水・蒸気通路３６へ送り込まれる。
は，高温蒸気通路２５を通って蒸気タービン５へ送り込
まれ，タービン１９を駆動する。タービン１９の駆動に
よって発電機２０が発電する。発電機２０が発電された
電力は，バッテリに蓄電されたり，補機を駆動するのに
消費される。高温蒸気は蒸気タービン５を駆動した後，
低温蒸気や水から成る流体に変換され，該流体は流体通
路２７を通じてコンデンサ１４へ送られて水になり，そ
の水は水ポンプ１２の駆動によって水通路２６を通じて
第２段熱交換器６の水・蒸気通路３６へ送り込まれる。
【００３９】第１段熱交換器４から第２段熱交換器６へ
送り込まれた排気ガスは，第２段熱交換器６の排気ガス
通路２９を通じて排気通路８Ｃへ送り出される。排気ガ
スは，排気ガス通路２９を通過する際，水・蒸気通路３
６を通る水を熱交換によって蒸気に変換する。排気通路
８Ｃへ送り出された排気ガスは，触媒反応器２，ターボ
チャージャ３，第１段熱交換器４及び第２段熱交換器６
によって熱エネルギが回収されており，例えば，２００
℃程度にまで温度低下しているので，ＣＯ2 供給装置７
に送り出してもＣＯ2 分離膜３７を損傷することがな
い。ＣＯ2 供給装置７に送り込まれた排気ガスは，ＣＯ
2 分離膜３７を通過することによって，排気ガスからＣ
Ｏ2 が分離される。分離されたＣＯ2 は，ＣＯ2 吸引供
給ポンプ３８の作動によってＣＯ2 供給装置７からＣＯ
2 供給通路２２を通って触媒反応器２へ送り込まれる。
ＣＯ2 分離膜３７を通過することによりＣＯ2 が分離さ
れ，ＣＯ2 が分離された排気ガスは，ＣＯ2 の含有量を
低減されたＮ2 ，Ｈ2 Ｏ等から成り，排気通路８Ｄから
大気へ放出される。
送り込まれた排気ガスは，第２段熱交換器６の排気ガス
通路２９を通じて排気通路８Ｃへ送り出される。排気ガ
スは，排気ガス通路２９を通過する際，水・蒸気通路３
６を通る水を熱交換によって蒸気に変換する。排気通路
８Ｃへ送り出された排気ガスは，触媒反応器２，ターボ
チャージャ３，第１段熱交換器４及び第２段熱交換器６
によって熱エネルギが回収されており，例えば，２００
℃程度にまで温度低下しているので，ＣＯ2 供給装置７
に送り出してもＣＯ2 分離膜３７を損傷することがな
い。ＣＯ2 供給装置７に送り込まれた排気ガスは，ＣＯ
2 分離膜３７を通過することによって，排気ガスからＣ
Ｏ2 が分離される。分離されたＣＯ2 は，ＣＯ2 吸引供
給ポンプ３８の作動によってＣＯ2 供給装置７からＣＯ
2 供給通路２２を通って触媒反応器２へ送り込まれる。
ＣＯ2 分離膜３７を通過することによりＣＯ2 が分離さ
れ，ＣＯ2 が分離された排気ガスは，ＣＯ2 の含有量を
低減されたＮ2 ，Ｈ2 Ｏ等から成り，排気通路８Ｄから
大気へ放出される。
【００４０】
【発明の効果】この発明による天然ガス改質装置を備え
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，排気ガスから分離さ
れた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９００〜８００℃の高温状態で熱分
解し，ＣＨ4 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，Ｃ
Ｏ2 が排除されているので，Ｎ2 やＨ2 Ｏガスであり，
排気ガスが大気汚染の原因になることがなく，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，第１段熱交換器及び第２段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第１段熱交換器及び
第２段熱交換器で蒸気を発生させ，該蒸気で蒸気タービ
ンを駆動し，該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，排気ガスから分離さ
れた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９００〜８００℃の高温状態で熱分
解し，ＣＨ4 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，Ｃ
Ｏ2 が排除されているので，Ｎ2 やＨ2 Ｏガスであり，
排気ガスが大気汚染の原因になることがなく，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，第１段熱交換器及び第２段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第１段熱交換器及び
第２段熱交換器で蒸気を発生させ，該蒸気で蒸気タービ
ンを駆動し，該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。
【図１】この発明による天然ガス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まれた発電機を備
えたターボチャージャを示す説明図である。
えたターボチャー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まれた蒸気タービ
ンを示す説明図である。
ンを示す説明図である。
１ ガスエンジン １Ａ 主室 １Ｂ 副室 ２ 触媒反応器 ３ ターボチャージャ ４ 第１段熱交換器 ５ 蒸気タービン ６ 第２段熱交換器 ７ ＣＯ2 供給装置 ８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 排気通路 １１ 燃料タンク ２４ 燃料ノズル ２８，２９ 排気ガス通路 ３５ 蒸気通路 ３６ 水・蒸気通路 ３７ ＣＯ2 分離膜 ３８ ＣＯ2 供給ポンプ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｅ Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ｚ
Claims (8)
- 【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，前記燃料タンクから供給されるＣＨ
4 を燃焼室から排出される排気ガスによって熱分解して
改質燃料に変換させる排気通路に配置された触媒反応
器，前記改質燃料を前記燃焼室へ供給する改質燃料供給
装置，前記触媒反応器の後流の前記排気通路に設けられ
たターボチャージャ，前記ターボチャージャの後流の前
記排気通路に設けられた第１段熱交換器，前記第１段熱
交換器で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービ
ン，前記蒸気タービンから排出される水蒸気を水に変換
するコンデンサ，前記第１段熱交換器の後流の前記排気
通路に設けられ且つ前記コンデンサから送り出される水
を蒸気に変換して該蒸気を前記第１段熱交換器に供給す
る第２段熱交換器，及び前記第２段熱交換器の後流の前
記排気通路に設けられたＣＯ2 分離膜によって前記排気
ガスからＣＯ2 を分離し且つ前記ＣＯ2 を前記触媒反応
器に供給するＣＯ2 供給装置，から成る天然ガス改質装
置を備えたガスエンジン。 - 【請求項２】 前記ＣＯ2 分離膜は，アルミナ，シリ
カ，ゼオライト系の多孔質セラミックスから成る無機分
離膜で構成されていることから成る請求項１に記載の天
然ガス改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項３】 前記触媒反応器は，触媒としてＮｉ又は
Ｐｔを使用してＣＨ4 とＣＯ2 とを反応させてＣＯとＨ
2 に熱分解することから成る請求項１に記載の天然ガス
改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項４】 前記触媒反応器は，熱交換作用を持つ触
媒装置によって構成され，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とから構成されていることから成る
請求項１に記載の天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ン。 - 【請求項５】 前記第１段熱交換器は，第１ケーシング
内に配置された前記第２段熱交換器で加熱された前記蒸
気が流れる多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路
と，前記蒸気通路内に配置され且つ多孔質セラミック部
材が配置された前記排気ガスが流れる排気ガス通路とか
ら構成されている請求項１に記載の天然ガス改質装置を
備えたガスエンジン。 - 【請求項６】 前記第２段熱交換器は，前記第１ケーシ
ングに隣接して設けられた第２ケーシング内に配置され
且つ蒸気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水
を貯留できる水・蒸気通路と，前記水・蒸気通路の周り
に配置され且つ前記第１段熱交換器からの前記排気ガス
が流れる多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通
路とから構成されている請求項１に記載の天然ガス改質
装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項７】 前記第１段熱交換器の上流側の前記排気
通路には，前記触媒反応器からの改質燃料の一部を噴射
する燃料ノズルが設けられている請求項１に記載の天然
ガス改質装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項８】 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に記載の天然ガス改質
装置を備えたガスエンジン。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17912497A JP3484931B2 (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 天然ガス改質装置を備えたガスエンジン |
| US09/075,956 US6079373A (en) | 1997-05-13 | 1998-05-12 | Gas engine with a gas fuel reforming device |
| EP98303709A EP0878615A3 (en) | 1997-05-13 | 1998-05-12 | A 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 |
|---|---|---|---|
| JP17912497A JP3484931B2 (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 天然ガス改質装置を備えたガスエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1113547A true JPH1113547A (ja) | 1999-01-19 |
| JP3484931B2 JP3484931B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=16060423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17912497A Expired - Fee Related JP3484931B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-06-20 | 天然ガス改質装置を備えたガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3484931B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6883325B2 (en) * | 2000-04-10 | 2005-04-26 | Wartsila Technology Oy Ab | Method of utilizing waste heat in turbocharger unit of an internal combustion engine and internal combustion engine arrangement |
| US7059130B2 (en) | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2009533582A (ja) * | 2006-03-24 | 2009-09-17 | スクデリ グループ リミテッド ライアビリティ カンパニー | スプリットサイクルエンジンのための排熱回収のシステムと方法 |
| JP2017008946A (ja) * | 2011-10-24 | 2017-01-12 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | 燃料への搭載型二酸化炭素変換による移動汚染源からの排出低減 |
-
1997
- 1997-06-20 JP JP17912497A patent/JP3484931B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6883325B2 (en) * | 2000-04-10 | 2005-04-26 | Wartsila Technology Oy Ab | Method of utilizing waste heat in turbocharger unit of an internal combustion engine and internal combustion engine arrangement |
| US7059130B2 (en) | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2009533582A (ja) * | 2006-03-24 | 2009-09-17 | スクデリ グループ リミテッド ライアビリティ カンパニー | スプリットサイクルエンジンのための排熱回収のシステムと方法 |
| JP2017008946A (ja) * | 2011-10-24 | 2017-01-12 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | 燃料への搭載型二酸化炭素変換による移動汚染源からの排出低減 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3484931B2 (ja) | 2004-01-06 |
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