JPH11350942A - Internal combustion engine and rotation device - Google Patents

Internal combustion engine and rotation device

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Publication number
JPH11350942A
JPH11350942A JP10156263A JP15626398A JPH11350942A JP H11350942 A JPH11350942 A JP H11350942A JP 10156263 A JP10156263 A JP 10156263A JP 15626398 A JP15626398 A JP 15626398A JP H11350942 A JPH11350942 A JP H11350942A
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JP
Japan
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gas
engine
exhaust
exhaust gas
methane
Prior art date
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Pending
Application number
JP10156263A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masamichi Ipponmatsu
正道 一本松
Hiroshi Fujimoto
洋 藤本
Masataka Masuda
正孝 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent discharge into the atmosphere of unburned methane contained in the exhaust gas from the reciprocating-type gas engine equipped with the turbocharger and to effectively recover the energy from the methane. SOLUTION: The exhaust gas from an engine main unit 11 is first lead into a catalytic converter 18 and then into a turbine 17 of a turbocharger 15. The unburned methane content of the exhaust gas is oxidized to combust in the catalytic converter 18. With the temperature raised and enthalpy improved, the turbine 17 is rotationally driven and the intake air to the engine main unit 11 is compressed by a compressor 16. After the kinetic energy of the turbo charger 15 has been recovered, the thermal energy from an exhaust heat boiler 19 is recovered. Since the temperature of the exhaust gas coming into the catalytic converter 18 is high, the residual methane content can be sufficiently oxidized and burnt.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガスなどを燃
料として発電設備やコージェネレーションシステムなど
を構成するために使用されるガス内燃機関および回転機
器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas internal combustion engine and a rotary device used for constructing a power generation facility or a cogeneration system using city gas or the like as a fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、たとえば図3に示すような都
市ガスを燃料とする自家発電設備の動力源としてガスエ
ンジンが用いられている。レシプロ形式のエンジン本体
1が発電機2を回転駆動するエネルギとして、燃料供給
管3から都市ガスが供給される。エンジン本体は複数の
シリンダを備え、各シリンダ内には都市ガスと圧縮空気
とが供給される。圧縮空気は、ターボチャージャ5のコ
ンプレッサ6で大気を圧縮して生成される。ターボチャ
ージャ5を回転駆動するエネルギは、エンジン本体1か
らの排気のエネルギを利用し、エンジン本体1からの排
気をタービン7に導いて発生させる。タービン7を回転
駆動してエネルギが回収された排気は、触媒8で未燃成
分が燃焼され、大気中に排気される。このような構成
は、ターボチャージャ5を含むガスエンジン全体を1つ
の機能を持ったブロックとして、一種のブラックボック
ス的にとらえ、その外部で未燃のハイドロカーボンを処
理する考え方に基づく。
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas engine has been used as a power source of a private power generation facility using city gas as a fuel as shown in FIG. City gas is supplied from a fuel supply pipe 3 as energy for rotating the generator 2 by the reciprocating engine body 1. The engine body includes a plurality of cylinders, and city gas and compressed air are supplied into each cylinder. The compressed air is generated by compressing the atmosphere with the compressor 6 of the turbocharger 5. The energy for rotationally driving the turbocharger 5 utilizes the energy of the exhaust gas from the engine body 1 and guides the exhaust gas from the engine body 1 to the turbine 7 to generate it. The exhaust from which the energy is recovered by rotating the turbine 7 is burned by the catalyst 8 to be exhausted into the atmosphere. Such a configuration is based on the idea of treating the entire gas engine including the turbocharger 5 as a block having one function as a kind of black box and treating unburned hydrocarbons outside the black box.

【0003】エンジン本体1と希薄ガスエンジンを利用
すると、ディーゼルエンジンと同様に、通常燃料の3〜
5%程度が未燃分として排気中にそのまま排出される。
触媒8は、排気中の未燃成分をそのまま大気中に放出さ
せないで燃焼させるために設けられている。
[0003] When the engine body 1 and the lean gas engine are used, as in the case of the diesel engine, three to three fuels are usually used.
About 5% is directly discharged into the exhaust gas as unburned matter.
The catalyst 8 is provided to burn unburned components in the exhaust gas without releasing them to the atmosphere.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図3に示すようなガス
エンジンの燃料として、天然ガスなどを原料とする都市
ガスを使用すると、天然ガスの主成分であるメタン(N
4)が排気中でも主成分となり、触媒8で充分に燃焼
されずに大気中に排出されやすくなる。特に、希薄ガス
エンジンの場合は、約90%のメタンがそのまま大気中
に放出される恐れが生じる。
As shown in FIG. 3, when city gas using natural gas or the like as a fuel is used as a fuel for a gas engine as shown in FIG. 3, methane (N) which is a main component of natural gas is used.
H 4 ) becomes a main component even in the exhaust gas, and is not easily combusted by the catalyst 8 and is easily discharged into the atmosphere. In particular, in the case of a lean gas engine, about 90% of methane may be released to the atmosphere as it is.

【0005】触媒8ではターボチャージャ5のタービン
7からの排気を燃焼させるので、燃焼対象となる排気の
温度は比較的低い。このため、一酸化炭素(CO)やメ
タン以外の炭化水素など、低温で燃焼可能な成分のみ触
媒8で燃焼する。
Since the catalyst 8 burns the exhaust gas from the turbine 7 of the turbocharger 5, the temperature of the exhaust gas to be burned is relatively low. Therefore, only components that can be burned at a low temperature, such as hydrocarbons other than carbon monoxide (CO) and methane, are burned by the catalyst 8.

【0006】したがって、図3に示すような従来技術で
は、次に示すような問題点がある。 未燃メタンの持つエネルギを有効に利用することがで
きない。 強い温室効果を持つメタンガスを大気中に放出する。
Therefore, the prior art as shown in FIG. 3 has the following problems. The energy of unburned methane cannot be used effectively. Releases methane gas with a strong greenhouse effect into the atmosphere.

【0007】触媒8として、メタンを燃焼可能な物を用
いれば、上述のの問題が解消される。しかしながら、
希薄ガスエンジンやディーゼルエンジンでは、排気ガス
が 温度:300〜450℃ 圧力:大気圧 となり、実用的な反応速度でメタンを燃焼することがで
きる燃焼触媒は存在しない。
[0007] If a substance capable of combusting methane is used as the catalyst 8, the above-mentioned problem is solved. However,
In a lean gas engine or a diesel engine, the exhaust gas has a temperature of 300 to 450 ° C and a pressure of atmospheric pressure, and there is no combustion catalyst capable of burning methane at a practical reaction rate.

【0008】本発明の目的は、未燃メタンの持つエネル
ギを有効に利用し、メタンガスの排出を抑制することが
できるガス内燃機関および回転機器を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a gas internal combustion engine and a rotating device that can effectively utilize the energy of unburned methane and suppress the emission of methane gas.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、レシプロ形式
のガスエンジンと、その排気を導いて駆動する排気ター
ビン過給機とを備えるガス内燃機関であって、ガスエン
ジンからの排気を排気タービン過給機に導く経路に、排
気中の未燃分を燃焼させる触媒が設置されることを特徴
とするガス内燃機関である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a gas internal combustion engine including a reciprocating gas engine and an exhaust turbine supercharger that guides and drives the exhaust gas. A gas internal combustion engine characterized in that a catalyst for burning unburned components in exhaust gas is installed in a path leading to a supercharger.

【0010】本発明に従えば、ガス内燃機関にはレシプ
ロ形式のガスエンジンと、その排気を用いて駆動する排
気タービン過給機とが備えられる。ガスエンジンからの
排気を排気タービン過給機に導く経路には、排気中の未
燃分を燃焼させる触媒が設置される。触媒にはガスエン
ジンからの排気が導かれるので、排気の温度は高くな
り、メタンなどの未燃成分を容易に燃焼させることがで
きる。未燃成分が燃焼された排気は排気タービン過給機
に導かれるので、触媒によって燃焼されるメタンなどの
未燃成分のエネルギが排気タービン過給機によって有効
に回収され、ガスエンジンの出力増加と、メタンガスな
どの大気中への放出の抑制とを図ることができる。
According to the present invention, the gas internal combustion engine includes a reciprocating gas engine and an exhaust turbine supercharger driven by using the exhaust gas. A catalyst that burns unburned components in the exhaust gas is provided in a path that guides the exhaust gas from the gas engine to the exhaust turbocharger. Since exhaust gas from the gas engine is guided to the catalyst, the temperature of the exhaust gas becomes high, and unburned components such as methane can be easily burned. Since the exhaust gas from which the unburned components are burned is led to the exhaust turbine supercharger, the energy of the unburned components such as methane burned by the catalyst is effectively recovered by the exhaust turbine supercharger, and the output of the gas engine increases. Thus, emission of methane gas and the like to the atmosphere can be suppressed.

【0011】また本発明は、前記ガスエンジンが希薄燃
焼方式のレシプロエンジンであることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the gas engine is a lean-burn type reciprocating engine.

【0012】本発明に従えば、ガスエンジンとして希薄
燃焼方式のレシプロエンジンを使用するので、効率よく
回転駆動力を発生させることができる。希薄燃焼方式の
ガスエンジンでは、排気中に未燃のメタンが出やすいけ
れども、触媒で燃焼させ、排気タービン過給機でエネル
ギを回収することができる。
According to the present invention, since a lean-burn reciprocating engine is used as a gas engine, a rotational driving force can be efficiently generated. In a lean-burn gas engine, although unburned methane is likely to be emitted in the exhaust gas, it can be burned by a catalyst and recovered by an exhaust turbine supercharger.

【0013】また本発明は、前記排気タービン過給機の
排気側に、熱回収を行う排熱ボイラが設置されることを
特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that an exhaust heat boiler for recovering heat is installed on the exhaust side of the exhaust turbine supercharger.

【0014】本発明に従えば、高温の排ガスを燃焼させ
る触媒からの排気の運動エネルギは排気タービン過給機
で回収し、熱エネルギを排熱ボイラで回収することがで
きる。
According to the present invention, the kinetic energy of the exhaust gas from the catalyst for burning the high-temperature exhaust gas can be recovered by the exhaust turbine supercharger, and the heat energy can be recovered by the exhaust heat boiler.

【0015】さらに本発明は、前記いずれかのガス内燃
機関を原動機とすることを特徴とする回転機器である。
Further, the present invention is a rotating device characterized in that any one of the above gas internal combustion engines is used as a prime mover.

【0016】本発明に従えば、ガス内燃機関で未燃分の
メタンから有効にエネルギを回収し、大気中へのメタン
の排出を抑制した後、ガス内燃機関の回転駆動力を有効
に利用し、たとえば発電機などの回転機器を駆動するこ
とができる。
According to the present invention, after effectively recovering energy from unburned methane in the gas internal combustion engine and suppressing the emission of methane into the atmosphere, the rotational driving force of the gas internal combustion engine is effectively used. For example, a rotating device such as a generator can be driven.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態の
コージェネレーションシステム10の概略的な構成を示
す。エンジン本体11は、図3のエンジン本体1と同様
にレシプロ形式のガスエンジンである。エンジン本体1
1の出力軸は、発電機12を回転駆動して発電を行う。
エンジン本体11へは、燃料供給管13を介して都市ガ
スが燃料として供給される。エンジン本体11に空気供
給管14を介して供給される空気は、ターボチャージャ
15のコンプレッサ16によって大気が圧縮されて生成
される。ターボチャージャ15のコンプレッサ16は、
タービン17によって回転駆動される。タービン17
は、エンジン本体11からの排気を導いて駆動する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a cogeneration system 10 according to an embodiment of the present invention. The engine body 11 is a reciprocating gas engine, like the engine body 1 in FIG. Engine body 1
The output shaft 1 generates power by rotating the generator 12.
City gas is supplied to the engine body 11 through the fuel supply pipe 13 as fuel. The air supplied to the engine body 11 via the air supply pipe 14 is generated by compressing the atmosphere by a compressor 16 of a turbocharger 15. The compressor 16 of the turbocharger 15
The rotation is driven by the turbine 17. Turbine 17
Drives by driving exhaust gas from the engine body 11.

【0018】本実施形態のガスエンジンでは、エンジン
本体11からの排気を触媒18で燃焼させてからターボ
チャージャ15のタービン17に導くようにしている。
触媒18の入口での排気は、 温度:約500℃ 圧力:1kg/cm2G 程度となり、実用的な大きさの触媒18で未燃のメタン
も充分に燃焼させることができる。
In the gas engine of the present embodiment, the exhaust gas from the engine body 11 is burned by the catalyst 18 and then guided to the turbine 17 of the turbocharger 15.
The exhaust gas at the inlet of the catalyst 18 has a temperature of about 500 ° C. and a pressure of about 1 kg / cm 2 G, and the unburned methane can be sufficiently burned by the catalyst 18 having a practical size.

【0019】本実施形態のように、ターボチャージャ1
5の上流側でメタンを燃焼させることができれば、次の
ような効果を得ることができる。
As in the present embodiment, the turbocharger 1
If methane can be combusted on the upstream side of 5, the following effects can be obtained.

【0020】温室効果ガスであるメタンの大気への放
出を防止することができる。 燃焼によって、排気温度が上がり、排気の持つエネル
ギが増大する。ターボチャージャ15のタービン17の
入口の排気ガスの持つエンタルピが増大するので、図3
に示すような従来の構成に比較して入口圧力が低い条件
でもエンジン本体11が必要とするコンプレッサ16の
出口圧力を確保することができる。すなわち、エンジン
本体の出口圧力を下げても、コンプレッサ16に必要な
軸動力を確保することができる。タービン17の入口圧
力はエンジン本体11の出口圧力とほぼ同等であるの
で、タービン17の入口圧力を下げることができれば、
エンジン本体11のポンピングロスを減少させることが
でき、エンジン本体11の熱効率を向上させることがで
きる。 メタンが燃焼し、排気の温度が上がるので、タービン
17からの排気の温度も上昇する。このため、排熱ボイ
ラ19を設置し、タービン17の排気から熱回収を行う
ことができる。排気から熱回収を行っている場合には、
機械効率と熱効率との和である総合効率が、未燃メタン
の燃料分である3〜5%増加する。
The emission of methane, which is a greenhouse gas, into the atmosphere can be prevented. Due to the combustion, the exhaust gas temperature rises, and the energy of the exhaust gas increases. Since the enthalpy of the exhaust gas at the inlet of the turbine 17 of the turbocharger 15 increases, FIG.
It is possible to secure the outlet pressure of the compressor 16 required by the engine body 11 even under the condition that the inlet pressure is lower than that of the conventional configuration as shown in FIG. That is, even if the outlet pressure of the engine body is lowered, the shaft power required for the compressor 16 can be secured. Since the inlet pressure of the turbine 17 is substantially equal to the outlet pressure of the engine body 11, if the inlet pressure of the turbine 17 can be reduced,
The pumping loss of the engine body 11 can be reduced, and the thermal efficiency of the engine body 11 can be improved. Since methane burns and the temperature of the exhaust rises, the temperature of the exhaust from the turbine 17 also rises. Therefore, the exhaust heat boiler 19 can be installed to recover heat from the exhaust gas of the turbine 17. If you are recovering heat from the exhaust,
The overall efficiency, which is the sum of the mechanical efficiency and the thermal efficiency, is increased by 3 to 5%, which is the unburned methane fuel.

【0021】以上説明した実施形態では、希薄燃焼式の
ガスエンジンの動力および熱量を回収してコージェネレ
ーションシステム10を構成しているけれども、排熱ボ
イラ19を設けないで発電機12のみの原動機としてエ
ンジン本体11を使用することもできる。また、発電機
12の代わりに、コンプレッサやチラー等のエンジン駆
動の回転機器で回転駆動力を得る原動機としてエンジン
本体11を用いることもできる。
In the embodiment described above, the power and heat of the lean-burn gas engine are recovered to constitute the cogeneration system 10. However, the exhaust heat boiler 19 is not provided and only the generator 12 is used as the prime mover. The engine body 11 can also be used. Further, instead of the generator 12, the engine main body 11 can be used as a prime mover that obtains a rotational driving force by an engine-driven rotating device such as a compressor or a chiller.

【0022】[実施例]市販されている代表的な希薄ガ
スエンジンである三菱重工業株式会社製SR6型エンジ
ンを利用する場合を想定すると、次のような理論計算を
行うことができる。
[Embodiment] Assuming that an SR6 type engine manufactured by Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., which is a typical commercially available lean gas engine, is used, the following theoretical calculation can be performed.

【0023】計算の前提 (1)エンジン出力 404kW (軸端) (2)エンジン効率 ηs=37.0% (軸端) b
y LHV(機械効率 ηm=0.90) (3)蒸気回収率 20% (4)空気比 λ=2.0 (5)排気ポート 圧力P2 1kg/cm2G(ターボ
チャージャ入力) 温度T 793.15°K(520
℃) (6)排気中の未燃分 2000ppm Cub=0.0
02 (7)シリンダ ボア(D)0.17m ストローク
(L)0.18m 6気筒 (8)回転数 1800rpm (9)動力の回収方法 ターボチャージャ効率一定の条件で、未燃分の燃焼によ
り得られるエネルギを排気ポート圧力を下げることで活
用し、シリンダ内の排気を送気する際の動力を減少させ
ることによって、エンジン軸端の有効出力を増大させる
方法で、動力回収を行う。 (10)物性パラメータ 排ガス比熱 Cp=0.31
8kcal/Nm3 (11)触媒圧損 ΔPc=0.002kg/cm2 ターボチャージャ15のタービン17に入力される仕事
wは、次の第1式で表される。ここで、入口条件を2、
出口条件を1の添え字で表す。またRは気体定数であ
る。
Assumptions for Calculation (1) Engine output 404 kW (shaft end) (2) Engine efficiency η s = 37.0% (shaft end) b
y LHV (mechanical efficiency η m = 0.90) (3) Steam recovery rate 20% (4) Air ratio λ = 2.0 (5) Exhaust port pressure P 2 1 kg / cm 2 G (turbocharger input) Temperature T 793.15 ° K (520
° C) (6) Unburned matter in exhaust gas 2000 ppm C ub = 0.0
02 (7) Cylinder bore (D) 0.17 m Stroke (L) 0.18 m 6 cylinders (8) Rotation speed 1800 rpm (9) Power recovery method Turbocharger efficiency is obtained by burning unburned matter under constant conditions. The power is recovered by utilizing the energy by lowering the exhaust port pressure to reduce the power required to supply the exhaust gas in the cylinder, thereby increasing the effective output at the end of the engine shaft. (10) Physical property parameters Exhaust gas specific heat C p = 0.31
8 kcal / Nm 3 (11) Catalyst pressure loss ΔP c = 0.002 kg / cm 2 Work w input to the turbine 17 of the turbocharger 15 is expressed by the following first equation. Here, the entrance condition is 2,
Exit conditions are indicated by a subscript of 1. R is a gas constant.

【0024】[0024]

【数1】 (Equation 1)

【0025】第1式で、Kは比熱比を表し、Vは体積を
示す。前述の計算の前提の(9)項から、未燃分を酸化
して燃焼させる触媒18を設置した場合のタービン17
入力w’と設置しなかった場合の仕事wは等しいので、
次の第2式が得られる。
In the first equation, K represents a specific heat ratio, and V represents a volume. From the premise (9) of the above calculation, the turbine 17 with the catalyst 18 for oxidizing and burning unburned components is installed.
Since the input w 'and the work w when not installed are equal,
The following second equation is obtained.

【0026】 w=w’ …(2) 従って、次の第3式が得られる。W = w ′ (2) Accordingly, the following third expression is obtained.

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】ここで、T2’は次の第4式で表される。
ただしQは酸化触媒での燃焼エネルギであり、wEXは排
気ガスの流量であり、qは燃料ガスの単位体積当たりの
熱量(LHV)で、たとえば9930kcal/Nm3
とする。
Here, T 2 ′ is expressed by the following fourth equation.
Here, Q is the combustion energy in the oxidation catalyst, w EX is the flow rate of the exhaust gas, and q is the heat quantity per unit volume (LHV) of the fuel gas, for example, 9930 kcal / Nm 3.
And

【0029】[0029]

【数3】 (Equation 3)

【0030】第3式を変形すると、次の第5式が得られ
る。
By transforming the third equation, the following fifth equation is obtained.

【0031】[0031]

【数4】 (Equation 4)

【0032】第5式に、T2およびT2’の値と、P1
1.033、P2=2.033、K=1.4をそれぞれ
代入すると、次の第6式でP2’の値が算出される。
In the fifth equation, the values of T 2 and T 2 ′ and P 1 =
By substituting 1.033, P 2 = 2.033, and K = 1.4, the value of P 2 ′ is calculated by the following equation (6).

【0033】 P2’= 1.926kg/cm2A …(6) 回収し得る仕事量Wは、次の第7式で表される。P 2 ′ = 1.926 kg / cm 2 A (6) The recoverable work amount W is expressed by the following seventh equation.

【0034】[0034]

【数5】 (Equation 5)

【0035】ここで、nは気筒数で6であり、D=0.
17m、L=0.18m、P2=2.033、P2’=
1.926、ΔPc=0.002を代入すると次の第8
式のようにWの値が求められる。
Here, n is 6 in the number of cylinders, and D = 0.
17 m, L = 0.18 m, P 2 = 2.033, P 2 ′ =
Substituting 1.926, ΔP c = 0.002 gives the following eighth
The value of W is obtained as in the equation.

【0036】 W = 3.53kW …(8) したがって、効率の上昇分Δηmは、次の第9式のよう
に算出される。
W = 3.53 kW (8) Accordingly, the efficiency increase Δη m is calculated as in the following ninth equation.

【0037】[0037]

【数6】 (Equation 6)

【0038】すなわち、本発明を実施することによっ
て、エンジンの発電効率を約0.3%向上させることが
できる。
That is, by implementing the present invention, the power generation efficiency of the engine can be improved by about 0.3%.

【0039】また排熱ボイラ19で排気から回収するこ
とができる蒸気量は、単位時間当たりの触媒18による
酸化で発生する燃焼エネルギQから回収した仕事量Wを
除いた分だけ向上する。ここで、Qは次の第10式で表
される。
Further, the amount of steam that can be recovered from the exhaust gas by the exhaust heat boiler 19 is improved by an amount corresponding to the amount of work W recovered from the combustion energy Q generated by oxidation by the catalyst 18 per unit time. Here, Q is expressed by the following equation (10).

【0040】 Q = (所定空気比λでの燃料1Nm3当たり排気ガス量) ×未燃燃料濃度×燃料1Nm3当たりの発熱量 ×単位時間当たりの燃料量=50.5kW …(10) したがって、排ガスから回収することができる蒸気量は
単位時間当たりQ−W=47.0kWだけ増加する。蒸
気回収率としては、Δηm=0.0430となるので、
約4.3%増加することが判る。
Q = (exhaust gas amount per 1 Nm 3 of fuel at a predetermined air ratio λ) × unburned fuel concentration × heat generation amount per 1 Nm 3 of fuel × fuel amount per unit time = 50.5 kW (10) The amount of steam that can be recovered from the exhaust gas increases by QW = 47.0 kW per unit time. Since the steam recovery rate is Δη m = 0.0430,
It turns out that it increases about 4.3%.

【0041】図2は排気中の未燃分の主成分であるメタ
ンの燃焼性についての実験結果の例を示す。(a)はT
=550℃、(b)はT=500℃での結果を示す。ま
た、丸印は触媒としてパラジウム(Pd)を20g、白
金(Pt)を5g使用の場合、三角印はPdを20g、
Ptを2.5g使用の場合をそれぞれ示す(1リットル
当たり)。横軸のGHSVは、ガス容空間速度であり、
触媒層の有効体積当たり1時間当たりに送入されるガス
容積を示す。すなわち、数字が大きくなると触媒とガス
との接触時間が少なくなり、数字が小さければ触媒との
接触時間が大きくなるので反応が進みやすくなる。本実
施形態の設置条件では、温度500〜550℃、圧力2
atmaとなり、実用的な反応条件であるGHSV=4
0000h-1において、触媒18は充分な酸化の達成を
有しており、メタン(CH4)を80%以上燃焼させる
ことが可能であることが判る。なお、このような反応条
件は500kW級ガスエンジンで、触媒量約30リット
ルで得られる。
FIG. 2 shows an example of experimental results on the combustibility of methane, which is a main component of unburned components in exhaust gas. (A) is T
= 550 ° C, (b) shows the results at T = 500 ° C. In addition, a circle indicates a case where 20 g of palladium (Pd) and 5 g of platinum (Pt) are used as a catalyst, and a triangle indicates 20 g of Pd.
The case where 2.5 g of Pt is used is shown (per liter). GHSV on the horizontal axis is the gas space velocity,
2 shows the gas volume delivered per hour per effective volume of the catalyst layer. That is, as the number increases, the contact time between the catalyst and the gas decreases, and as the number decreases, the contact time with the catalyst increases, and the reaction proceeds easily. In the installation conditions of this embodiment, the temperature is 500 to 550 ° C., the pressure is 2
atma, and GHSV = 4 which is a practical reaction condition
At 0000 h -1 , it can be seen that catalyst 18 has achieved sufficient oxidation and is capable of burning 80% or more of methane (CH 4 ). Such reaction conditions can be obtained with a 500 kW class gas engine and a catalyst amount of about 30 liters.

【0042】図3に示すように従来の構成で、触媒8を
ターボチャージャ5の出側に設置すると、ターボチャー
ジャ出口条件は温度420℃、圧力1atmaとなり、
GHSV=40000h-1でのメタンの反応率は10%
以下となってしまう。
As shown in FIG. 3, when the catalyst 8 is installed on the outlet side of the turbocharger 5 in the conventional configuration, the turbocharger outlet conditions are a temperature of 420 ° C. and a pressure of 1 atma.
The reaction rate of methane at GHSV = 40000h -1 is 10%
It will be as follows.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、触媒がガ
スエンジンからの排気を排気タービン過給機に導く経路
に設置されるので、排気中の未燃のメタンなどの燃焼も
容易な比較的高温で触媒を作用させることができ、メタ
ンの大気中への放出を抑制するとともに、メタンの有す
るエネルギを有効に利用することができる。
As described above, according to the present invention, since the catalyst is installed in the path for guiding the exhaust gas from the gas engine to the exhaust turbine supercharger, the combustion of unburned methane and the like in the exhaust gas is easy. The catalyst can act at a relatively high temperature, thereby suppressing the emission of methane into the atmosphere and effectively utilizing the energy of methane.

【0044】また本発明によれば、レシプロ形式のガス
エンジンが希薄燃焼方式であるので、少ない燃料で効率
よく回転駆動力を発生させることができ、排気中に多く
含まれるメタンも触媒で有効に燃焼してエネルギを回収
することができる。
Further, according to the present invention, since the reciprocating gas engine is of the lean burn type, it is possible to efficiently generate a rotational driving force with a small amount of fuel, and to effectively use methane contained in the exhaust gas with a catalyst. Combustion can recover energy.

【0045】また本発明によれば、排気中に含まれる未
燃のメタンなどを触媒で燃焼させ、その運動エネルギを
排気タービン過給機で回収した後、熱エネルギを排熱ボ
イラで回収することができる。
According to the present invention, unburned methane or the like contained in exhaust gas is burned by a catalyst, and its kinetic energy is recovered by an exhaust turbine supercharger, and then thermal energy is recovered by an exhaust heat boiler. Can be.

【0046】さらに本発明によれば、排気中に含まれる
メタンガスを抑制して、そのエネルギを有効に回収する
ガスエンジンの回転駆動力を、原動機として有効に利用
することができる。
Further, according to the present invention, the rotational driving force of the gas engine that suppresses the methane gas contained in the exhaust gas and effectively recovers the energy can be effectively used as a prime mover.

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

【図1】本発明の実施の一形態のコージェネレーション
システム10の概略的な構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a cogeneration system 10 according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施形態で触媒18によって燃焼される
メタンの燃焼性の実験結果の一例を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an example of experimental results of flammability of methane burned by a catalyst 18 in the embodiment of FIG.

【図3】従来からのガスエンジンの構成を示すブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional gas engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 コージェネレーションシステム 11 エンジン本体 12 発電機 15 ターボチャージャ 16 コンプレッサ 17 タービン 18 触媒 19 排熱ボイラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cogeneration system 11 Engine main body 12 Generator 15 Turbocharger 16 Compressor 17 Turbine 18 Catalyst 19 Exhaust heat boiler

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レシプロ形式のガスエンジンと、その排
気を導いて駆動する排気タービン過給機とを備えるガス
内燃機関であって、 ガスエンジンからの排気を排気タービン過給機に導く経
路に、排気中の未燃分を燃焼させる触媒が設置されるこ
とを特徴とするガス内燃機関。
1. A gas internal combustion engine comprising a reciprocating gas engine and an exhaust turbine supercharger for guiding and driving the exhaust gas, wherein the exhaust gas from the gas engine is guided to an exhaust turbine supercharger, A gas internal combustion engine comprising a catalyst for burning unburned components in exhaust gas.
【請求項2】 前記ガスエンジンが希薄燃焼方式のレシ
プロエンジンであることを特徴とする請求項1記載のガ
ス内燃機関。
2. The gas internal combustion engine according to claim 1, wherein said gas engine is a lean-burn type reciprocating engine.
【請求項3】 前記排気タービン過給機の排気側に、熱
回収を行う排熱ボイラが設置されることを特徴とする請
求項1または2記載のガス内燃機関。
3. The gas internal combustion engine according to claim 1, wherein an exhaust heat boiler for recovering heat is installed on an exhaust side of the exhaust turbine supercharger.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一つに記載のガ
ス内燃機関を原動機とすることを特徴とする回転機器。
4. A rotating device comprising the gas internal combustion engine according to claim 1 as a prime mover.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001227330A (en) * 2000-02-21 2001-08-24 Osaka Gas Co Ltd Engine system
DE112009000423T5 (en) 2008-02-28 2010-12-30 Johnson Matthey Public Limited Company Improvements in emissions control
WO2018070125A1 (en) 2016-10-13 2018-04-19 川崎重工業株式会社 Gas engine system
WO2018070276A1 (en) 2016-10-13 2018-04-19 川崎重工業株式会社 Gas engine system
WO2018070126A1 (en) 2016-10-13 2018-04-19 川崎重工業株式会社 Gas engine system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001227330A (en) * 2000-02-21 2001-08-24 Osaka Gas Co Ltd Engine system
DE112009000423T5 (en) 2008-02-28 2010-12-30 Johnson Matthey Public Limited Company Improvements in emissions control
JP2011514950A (en) * 2008-02-28 2011-05-12 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー Improvements in emissions control
WO2018070125A1 (en) 2016-10-13 2018-04-19 川崎重工業株式会社 Gas engine system
WO2018070276A1 (en) 2016-10-13 2018-04-19 川崎重工業株式会社 Gas engine system
WO2018070126A1 (en) 2016-10-13 2018-04-19 川崎重工業株式会社 Gas engine system

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