JPH1193778A - 天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装置を備えたガスエンジン - Google Patents
天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装置を備えたガスエンジンInfo
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- JPH1193778A JPH1193778A JP9270390A JP27039097A JPH1193778A JP H1193778 A JPH1193778 A JP H1193778A JP 9270390 A JP9270390 A JP 9270390A JP 27039097 A JP27039097 A JP 27039097A JP H1193778 A JPH1193778 A JP H1193778A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は，天然ガスの主成分のＣＨ4 をＣＯ
とＨ2 の改質ガスに熱分解する天然ガス改質装置に送り
込むＣＯ2 を含む分離ガスからＯ2 を除去する酸素除去
装置を提供すると共に，天然ガスを改質ガスに変換して
熱効率をアップし，ＮＯX の発生を抑制してＣＯ2 の含
有量を低減するガスエンジンを提供する。 【解決手段】 酸素除去装置２３は，排気通路に設けら
れたＣＯ2 分離膜を通過したＣＯ2 を含む分離ガスが流
れるＣＯ2 通路２２に配置されたケーシング４４，ケー
シング４４内に非導電性ガスケット４７を介して支持さ
れ且つ分離ガスが通過する多孔質カーボン部材４８，及
び分離ガス中のＯ2 を多孔質カーボン部材４８のカーボ
ンと反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため多孔質カ
ーボン部材４８を通電加熱する電源装置４９から構成さ
れている。
とＨ2 の改質ガスに熱分解する天然ガス改質装置に送り
込むＣＯ2 を含む分離ガスからＯ2 を除去する酸素除去
装置を提供すると共に，天然ガスを改質ガスに変換して
熱効率をアップし，ＮＯX の発生を抑制してＣＯ2 の含
有量を低減するガスエンジンを提供する。 【解決手段】 酸素除去装置２３は，排気通路に設けら
れたＣＯ2 分離膜を通過したＣＯ2 を含む分離ガスが流
れるＣＯ2 通路２２に配置されたケーシング４４，ケー
シング４４内に非導電性ガスケット４７を介して支持さ
れ且つ分離ガスが通過する多孔質カーボン部材４８，及
び分離ガス中のＯ2 を多孔質カーボン部材４８のカーボ
ンと反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため多孔質カ
ーボン部材４８を通電加熱する電源装置４９から構成さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，ガス中からＯ2
を除去する天然ガス改質装置における酸素除去装置，及
び該酸素除去装置によって排気ガスから分離された分離
ガスからＯ2 を除去したＣＯ2 を用いて天然ガス燃料を
排気ガスの熱エネルギによって改質する天然ガス改質装
置を備えたガスエンジンに関する。
を除去する天然ガス改質装置における酸素除去装置，及
び該酸素除去装置によって排気ガスから分離された分離
ガスからＯ2 を除去したＣＯ2 を用いて天然ガス燃料を
排気ガスの熱エネルギによって改質する天然ガス改質装
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ガスに改質することによっ
て，改質ガスの発熱を増加させ，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ガスに改質することによっ
て，改質ガスの発熱を増加させ，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】しかしながら，天然ガス中のＣＨ4 をＣＯ
2 の存在によって排気ガスの熱エネルギによってＨ2 と
ＣＯに改質する天然ガス改質装置において，排気ガスか
ら分離されたＣＯ2 を使用する場合に，ＣＯ2 を含む分
離ガス中にＯ2 が含まれていると，天然ガス改質装置に
おける触媒装置内でＯ2 とＨ2 やＣＯが反応を起こし，
場合によっては反応爆発するという危険性がある。従っ
て，天然ガス改質装置に送り込む排気ガスから分離され
たＣＯ2 を含む分離ガス中に含まれるＯ2 を可及的に低
減する必要がある。
2 の存在によって排気ガスの熱エネルギによってＨ2 と
ＣＯに改質する天然ガス改質装置において，排気ガスか
ら分離されたＣＯ2 を使用する場合に，ＣＯ2 を含む分
離ガス中にＯ2 が含まれていると，天然ガス改質装置に
おける触媒装置内でＯ2 とＨ2 やＣＯが反応を起こし，
場合によっては反応爆発するという危険性がある。従っ
て，天然ガス改質装置に送り込む排気ガスから分離され
たＣＯ2 を含む分離ガス中に含まれるＯ2 を可及的に低
減する必要がある。
【０００７】一般に，ディーゼルエンジンから排出され
る排気ガスは，空気過剰率のため，Ｎ2 が７５％，ＣＯ
2 が１５％及びＯ2 が１０％程度であるが，必ずしもこ
のような割合ではなく，Ｏ2 が多く含まれることがあ
る。また，排気ガスをＣＯ2 分離器のぶＣＯ2 分離膜を
通すことによって，排気ガスから分離されたＣＯ2 を含
む分離ガスは，ＣＯ2 が９０％，Ｎ2 が８％及びＯ2 が
２％程度になり，通常であれば，このような成分の分離
ガスを天然ガス改質装置に送り込んでも，それほど問題
にならないが，場合によっては，排気ガス中の成分割
合，ＣＯ2 分離膜の異常等によって，Ｏ2 が５％以上も
含まれる現象が発生することがある。そのため，５％以
上のＯ2 を含む分離ガスを天然ガス改質装置に送り込む
と，天然ガス改質装置で生成したＨ2 とＣＯとが分離ガ
ス中のＯ2 と反応爆発し，非常に危険な状態が発生す
る。
る排気ガスは，空気過剰率のため，Ｎ2 が７５％，ＣＯ
2 が１５％及びＯ2 が１０％程度であるが，必ずしもこ
のような割合ではなく，Ｏ2 が多く含まれることがあ
る。また，排気ガスをＣＯ2 分離器のぶＣＯ2 分離膜を
通すことによって，排気ガスから分離されたＣＯ2 を含
む分離ガスは，ＣＯ2 が９０％，Ｎ2 が８％及びＯ2 が
２％程度になり，通常であれば，このような成分の分離
ガスを天然ガス改質装置に送り込んでも，それほど問題
にならないが，場合によっては，排気ガス中の成分割
合，ＣＯ2 分離膜の異常等によって，Ｏ2 が５％以上も
含まれる現象が発生することがある。そのため，５％以
上のＯ2 を含む分離ガスを天然ガス改質装置に送り込む
と，天然ガス改質装置で生成したＨ2 とＣＯとが分離ガ
ス中のＯ2 と反応爆発し，非常に危険な状態が発生す
る。
【０００８】
【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，Ｃを６００℃程度に加熱
しておけば，Ｏ2 がＣを流れればＣとＯ2 が反応してＣ
Ｏ，ＣＯ2 になるという現象を利用して，エンジンから
排出される排気ガスから分離された分離ガス中のＯ2 を
カーボンと反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換してＯ2 を除
去する天然ガス改質装置における酸素除去装置を提供す
ると共に，この酸素除去装置を用いてＯ2 を除去したＣ
Ｏ2 を含む分離ガスを天然ガス改質装置に送り込んで，
天然ガスの主成分のＣＨ4 を排気ガス熱エネルギを利用
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
を低減すると共に，ＮＯX の発生を低減したガスエンジ
ンを提供することである。
の課題を解決することであり，Ｃを６００℃程度に加熱
しておけば，Ｏ2 がＣを流れればＣとＯ2 が反応してＣ
Ｏ，ＣＯ2 になるという現象を利用して，エンジンから
排出される排気ガスから分離された分離ガス中のＯ2 を
カーボンと反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換してＯ2 を除
去する天然ガス改質装置における酸素除去装置を提供す
ると共に，この酸素除去装置を用いてＯ2 を除去したＣ
Ｏ2 を含む分離ガスを天然ガス改質装置に送り込んで，
天然ガスの主成分のＣＨ4 を排気ガス熱エネルギを利用
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
を低減すると共に，ＮＯX の発生を低減したガスエンジ
ンを提供することである。
【０００９】この発明は，エンジンから排出される排気
ガスが流れる排気通路に設けられたＣＯ2 分離器によっ
て前記排気ガスから分離されたＣＯ2 を用いて天然ガス
中のＣＨ4 を改質ガスに変換する天然ガス改質装置にお
いて，前記ＣＯ2 分離器を通過したＣＯ2 を含む分離ガ
スが流れるＣＯ2 通路に配置され且つ前記分離ガスが流
入する入口と流出する出口を有するケーシング，前記ケ
ーシング内に非導電性ガスケットを介して支持され且つ
前記分離ガスが通過する多孔質カーボン部材，及び前記
分離ガス中のＯ2 を前記多孔質カーボン部材のカーボン
と反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため前記多孔質
カーボン部材を通電加熱する電源装置，から成る酸素除
去装置に関する。
ガスが流れる排気通路に設けられたＣＯ2 分離器によっ
て前記排気ガスから分離されたＣＯ2 を用いて天然ガス
中のＣＨ4 を改質ガスに変換する天然ガス改質装置にお
いて，前記ＣＯ2 分離器を通過したＣＯ2 を含む分離ガ
スが流れるＣＯ2 通路に配置され且つ前記分離ガスが流
入する入口と流出する出口を有するケーシング，前記ケ
ーシング内に非導電性ガスケットを介して支持され且つ
前記分離ガスが通過する多孔質カーボン部材，及び前記
分離ガス中のＯ2 を前記多孔質カーボン部材のカーボン
と反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため前記多孔質
カーボン部材を通電加熱する電源装置，から成る酸素除
去装置に関する。
【００１０】この酸素除去装置は，前記多孔質カーボン
部材の電気抵抗値の検出によって前記多孔質カーボン部
材中のカーボン量を検出し，前記多孔質カーボン部材の
前記カーボン量が所定量以下に低減することに応じて警
報を発するものである。
部材の電気抵抗値の検出によって前記多孔質カーボン部
材中のカーボン量を検出し，前記多孔質カーボン部材の
前記カーボン量が所定量以下に低減することに応じて警
報を発するものである。
【００１１】この酸素除去装置は，上記のように構成さ
れているので，電源装置によって多孔質カーボン部材を
６００℃位に加熱することにより，分離ガス中のＯ2 が
多孔質カーボン部材を通過する際にカーボンと反応して
ＣＯ，ＣＯ2 に変換され，分離ガス中からＯ2 が除去で
きる。また，分離ガス中にＯ2 が含めれていない場合に
は，分離ガスは多孔質カーボン部材を単に通過するだけ
であり，なんら支障はない。また，カーボンは電気の良
導体であるので，多孔質カーボン部材を断熱されたケー
シング内で通電加熱すると，カーボンがＯ2 と反応する
温度に容易に上昇できる。しかも，カーボンは，多孔構
造に容易に形成できるので，カーボンの多孔体に分離ガ
スを通過させると，分離ガスに含まれるＯ2 は加熱され
たカーボンと極めて効果的に反応し，ＣＯ，ＣＯ2 のガ
スに変化する。また，多孔質カーボン部材のカーボン
は，Ｏ2 との反応によって消費されて低減するが，カー
ボンが所定量以下になれば，多孔質カーボン部材或いは
酸素除去装置を交換すればよい。
れているので，電源装置によって多孔質カーボン部材を
６００℃位に加熱することにより，分離ガス中のＯ2 が
多孔質カーボン部材を通過する際にカーボンと反応して
ＣＯ，ＣＯ2 に変換され，分離ガス中からＯ2 が除去で
きる。また，分離ガス中にＯ2 が含めれていない場合に
は，分離ガスは多孔質カーボン部材を単に通過するだけ
であり，なんら支障はない。また，カーボンは電気の良
導体であるので，多孔質カーボン部材を断熱されたケー
シング内で通電加熱すると，カーボンがＯ2 と反応する
温度に容易に上昇できる。しかも，カーボンは，多孔構
造に容易に形成できるので，カーボンの多孔体に分離ガ
スを通過させると，分離ガスに含まれるＯ2 は加熱され
たカーボンと極めて効果的に反応し，ＣＯ，ＣＯ2 のガ
スに変化する。また，多孔質カーボン部材のカーボン
は，Ｏ2 との反応によって消費されて低減するが，カー
ボンが所定量以下になれば，多孔質カーボン部材或いは
酸素除去装置を交換すればよい。
【００１２】又は，この発明は，ＣＨ4 を主成分とする
天然ガスを収容したガス燃料供給源，前記ガス燃料供給
源から供給されるＣＨ4 をエンジンから排出される排気
ガスによって熱分解して改質ガスに変換させる排気通路
に配置された天然ガス改質装置，前記改質ガスを前記エ
ンジンへ供給する改質ガス供給装置，前記天然ガス改質
装置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
られた熱交換器を備えたランキンサイクル，前記ランキ
ンサイクルの後流の前記排気通路に設けられたＣＯ2 分
離器，及び前記排気ガスから分離されたＣＯ2 を含む分
離ガスを前記天然ガス改質装置に供給するＣＯ2 通路に
配置された請求項１に記載の酸素除去装置，から成るガ
スエンジンに関する。
天然ガスを収容したガス燃料供給源，前記ガス燃料供給
源から供給されるＣＨ4 をエンジンから排出される排気
ガスによって熱分解して改質ガスに変換させる排気通路
に配置された天然ガス改質装置，前記改質ガスを前記エ
ンジンへ供給する改質ガス供給装置，前記天然ガス改質
装置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
られた熱交換器を備えたランキンサイクル，前記ランキ
ンサイクルの後流の前記排気通路に設けられたＣＯ2 分
離器，及び前記排気ガスから分離されたＣＯ2 を含む分
離ガスを前記天然ガス改質装置に供給するＣＯ2 通路に
配置された請求項１に記載の酸素除去装置，から成るガ
スエンジンに関する。
【００１３】また，前記ランキンサイクルは，前記排気
通路に配置された前記第１熱交換器，前記第１熱交換器
で発生した水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た水蒸気を水に変換するコ
ンデンサ，前記第１熱交換器の後流の前記排気通路に配
置され且つ前記コンデンサからの水を水蒸気に変換する
第２熱交換器から構成されている。
通路に配置された前記第１熱交換器，前記第１熱交換器
で発生した水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た水蒸気を水に変換するコ
ンデンサ，前記第１熱交換器の後流の前記排気通路に配
置され且つ前記コンデンサからの水を水蒸気に変換する
第２熱交換器から構成されている。
【００１４】前記ＣＯ2 分離器は，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分離膜で構
成されている。
ゼオライト系の多孔質セラミックスから成る分離膜で構
成されている。
【００１５】前記天然ガス改質装置は，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成る。また，ＣＨ4 の熱分
解に寄与しなかったＣＯ2 は，エンジンへ改質ガスと共
に供給される。エンジンには，ＣＨ4 ，ＣＯ，Ｈ2 ，Ｃ
Ｏ2 の混合ガスが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，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ＮＯX 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。
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成る。また，ＣＨ4 の熱分
解に寄与しなかったＣＯ2 は，エンジンへ改質ガスと共
に供給される。エンジンには，ＣＨ4 ，ＣＯ，Ｈ2 ，Ｃ
Ｏ2 の混合ガスが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，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ＮＯX 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。
【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，改質ガス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。
ＣＨ4 の熱分解反応は，ＮｉやＰｔ等の触媒上にＣＨ4
とＣＯ2 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。
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，改質ガス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。
ＣＨ4 の熱分解反応は，ＮｉやＰｔ等の触媒上にＣＨ4
とＣＯ2 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。
【００１７】通常のエンジンを駆動すると．エンジンが
空気中のＯ2 を少なくとも半分消費するので，エンジン
から排出される排気ガスに含まれるＯ2 は１０％程度で
ある。エンジンの排気通路に配置されたＣＯ2 分離器に
よって排気ガス中からＣＯ2を分離した場合に，ＣＯ2
を含む分離ガスには，１％程度のＯ2 が含まれている可
能性がある。１％程度の濃度のＯ2 が含まれた分離ガス
を，天然ガス改質装置に送り込んだ場合には，触媒での
爆発は発生しないが，５％程度の濃度のＯ2 が含まれた
ＣＯ2 の分離ガスを，天然ガス改質装置に送り込んだ場
合には，Ｏ2 とＨ2 やＣＯとが反応して爆発が発生する
非常に危険な状態になる。
空気中のＯ2 を少なくとも半分消費するので，エンジン
から排出される排気ガスに含まれるＯ2 は１０％程度で
ある。エンジンの排気通路に配置されたＣＯ2 分離器に
よって排気ガス中からＣＯ2を分離した場合に，ＣＯ2
を含む分離ガスには，１％程度のＯ2 が含まれている可
能性がある。１％程度の濃度のＯ2 が含まれた分離ガス
を，天然ガス改質装置に送り込んだ場合には，触媒での
爆発は発生しないが，５％程度の濃度のＯ2 が含まれた
ＣＯ2 の分離ガスを，天然ガス改質装置に送り込んだ場
合には，Ｏ2 とＨ2 やＣＯとが反応して爆発が発生する
非常に危険な状態になる。
【００１８】この発明によるガスエンジンは，ＣＯ2 通
路に酸素除去装置を設けているので，多孔質カーボン部
材のカーボンと分離ガスに含まれるＯ2 とが酸化反応を
して分離ガス中のＯ2 濃度が低減されて約１％以下の濃
度になるので，天然ガス改質装置での爆発が発生するこ
とがない。しかも，酸素除去装置は，分離ガス中にＯ2
が含まれている場合には，多孔質カーボン部材のカーボ
ン量が減少するので，多孔質カーボン部材の電気抵抗値
が増大し，Ｈ2 ，ＣＯとＯ2 とが反応して危険状態にな
ることを警報することができる。
路に酸素除去装置を設けているので，多孔質カーボン部
材のカーボンと分離ガスに含まれるＯ2 とが酸化反応を
して分離ガス中のＯ2 濃度が低減されて約１％以下の濃
度になるので，天然ガス改質装置での爆発が発生するこ
とがない。しかも，酸素除去装置は，分離ガス中にＯ2
が含まれている場合には，多孔質カーボン部材のカーボ
ン量が減少するので，多孔質カーボン部材の電気抵抗値
が増大し，Ｈ2 ，ＣＯとＯ2 とが反応して危険状態にな
ることを警報することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装
置を備えたガスエンジンの実施例を説明する。図１はこ
の発明による酸素除去装置の一実施例を示す断面図，図
２は図１の酸素除去装置を組み込んだ天然ガス改質装置
を備えたガスエンジンの一実施例を示す説明図，図３は
図２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４は図２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における酸素除去装置及び該装
置を備えたガスエンジンの実施例を説明する。図１はこ
の発明による酸素除去装置の一実施例を示す断面図，図
２は図１の酸素除去装置を組み込んだ天然ガス改質装置
を備えたガスエンジンの一実施例を示す説明図，図３は
図２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４は図２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。
【００２０】この発明による酸素除去装置２３は，図２
に示すように，エンジン１から排出される排気ガスが流
れる排気通路８に設けられたＣＯ2 分離器７によって排
気ガスから分離されたＣＯ2 を用いて天然ガス中のＣＨ
4 を改質ガスに変換する天然ガス改質装置２に適用する
ため，ＣＯ2 分離器７と天然ガス改質装置２とを連通す
るＣＯ2 通路２２に組み込まれている。
に示すように，エンジン１から排出される排気ガスが流
れる排気通路８に設けられたＣＯ2 分離器７によって排
気ガスから分離されたＣＯ2 を用いて天然ガス中のＣＨ
4 を改質ガスに変換する天然ガス改質装置２に適用する
ため，ＣＯ2 分離器７と天然ガス改質装置２とを連通す
るＣＯ2 通路２２に組み込まれている。
【００２１】酸素除去装置２３は，主として，ＣＯ2 分
離器７を通過したＣＯ2 を含む分離ガスが流れるＣＯ2
通路２２に配置され且つ分離ガスが流入する入口４５と
分離ガスが流出する出口４６を有するケーシング４４，
ケーシング４４内に非導電性ガスケット４７を介して支
持され且つ分離ガスが通過する多孔質カーボン部材４
８，及び分離ガス中のＯ2 を多孔質カーボン部材４８の
カーボンと反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため多
孔質カーボン部材４８を加熱する電源装置４９から構成
されている。電源装置４９は，端子５１を通じて多孔質
カーボン部材４８を通電加熱するように構成されてい
る。また，多孔質カーボン部材４８をケーシング４４内
に密封状態に配置するため，シール部材５２が設けられ
ている。
離器７を通過したＣＯ2 を含む分離ガスが流れるＣＯ2
通路２２に配置され且つ分離ガスが流入する入口４５と
分離ガスが流出する出口４６を有するケーシング４４，
ケーシング４４内に非導電性ガスケット４７を介して支
持され且つ分離ガスが通過する多孔質カーボン部材４
８，及び分離ガス中のＯ2 を多孔質カーボン部材４８の
カーボンと反応させてＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため多
孔質カーボン部材４８を加熱する電源装置４９から構成
されている。電源装置４９は，端子５１を通じて多孔質
カーボン部材４８を通電加熱するように構成されてい
る。また，多孔質カーボン部材４８をケーシング４４内
に密封状態に配置するため，シール部材５２が設けられ
ている。
【００２２】酸素除去装置２３は，電源装置４９によっ
て通電加熱された多孔質カーボン部材４８に，排気ガス
から分離されたＣＯ2 を含む分離ガスが流されることに
よって，多孔質カーボン部材４８のカーボンと分離ガス
に含まれるＯ2 とが反応し，ＣＯ，ＣＯ2 に変化し，そ
れに応じて多孔質カーボン部材４８のカーボン量が低減
する。酸素除去装置２３では，多孔質カーボン部材４８
に電源装置４９によって通電加熱されるが，カーボン量
に応じて電気抵抗値が変化する。そこで，コントローラ
５０は，多孔質カーボン部材４８の電気抵抗値をセンサ
によって検出し，その電気抵抗値から多孔質カーボン部
材４８中のカーボン量を判定し，多孔質カーボン部材４
８のカーボン量が所定量以下に低減したことに応じて警
報手段２４で警報を発するように構成されている。
て通電加熱された多孔質カーボン部材４８に，排気ガス
から分離されたＣＯ2 を含む分離ガスが流されることに
よって，多孔質カーボン部材４８のカーボンと分離ガス
に含まれるＯ2 とが反応し，ＣＯ，ＣＯ2 に変化し，そ
れに応じて多孔質カーボン部材４８のカーボン量が低減
する。酸素除去装置２３では，多孔質カーボン部材４８
に電源装置４９によって通電加熱されるが，カーボン量
に応じて電気抵抗値が変化する。そこで，コントローラ
５０は，多孔質カーボン部材４８の電気抵抗値をセンサ
によって検出し，その電気抵抗値から多孔質カーボン部
材４８中のカーボン量を判定し，多孔質カーボン部材４
８のカーボン量が所定量以下に低減したことに応じて警
報手段２４で警報を発するように構成されている。
【００２３】次に，図２，図３及び図４を参照して，こ
の発明による酸素除去装置を組み込んだ天然ガス改質装
置を備えたガスエンジンを説明する。
の発明による酸素除去装置を組み込んだ天然ガス改質装
置を備えたガスエンジンを説明する。
【００２４】このガスエンジンは，ＣＨ4 を主成分とす
る天然ガスを燃料とし，例えば，コージェネレーション
システムに適用でき，シリンダに形成された主室１Ａ
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，出力軸にエンジン回
転力を電力に変換する発電機５３が設けられており，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を備えている。吸気通
路１０からの吸入空気は吸気マニホルド４０を通じて主
室１Ａへ供給され，主室１Ａからの排気ガスは排気マニ
ホルド３９から排気通路８へ排出される。副室１Ｂへ供
給される天然ガスを改質した改質ガスは，燃料加圧ポン
プ１３の作動によって改質ガス供給路９を通じて副室１
Ｂへ供給される。
る天然ガスを燃料とし，例えば，コージェネレーション
システムに適用でき，シリンダに形成された主室１Ａ
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，出力軸にエンジン回
転力を電力に変換する発電機５３が設けられており，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を備えている。吸気通
路１０からの吸入空気は吸気マニホルド４０を通じて主
室１Ａへ供給され，主室１Ａからの排気ガスは排気マニ
ホルド３９から排気通路８へ排出される。副室１Ｂへ供
給される天然ガスを改質した改質ガスは，燃料加圧ポン
プ１３の作動によって改質ガス供給路９を通じて副室１
Ｂへ供給される。
【００２５】ガスエンジン１における主室１Ａと副室１
Ｂ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。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，副室
１Ｂには，燃料弁３２による燃料供給口の開放によって
改質ガス供給路９から副室１Ｂへ改質ガスが供給され
る。
Ｂ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。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，副室
１Ｂには，燃料弁３２による燃料供給口の開放によって
改質ガス供給路９から副室１Ｂへ改質ガスが供給され
る。
【００２６】ガスエンジン１は，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ガスに変換
する天然ガス改質装置２が排気通路８に設けられてい
る。天然ガス改質装置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，天然ガス燃料を収容したガス燃
料供給源１１，改質ガスを燃焼室の副室１Ｂへ供給する
改質ガス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の後流に設けられたランキンサイクル，
及びランキンサイクルの後流に設けられ且つ排気ガスか
らＣＯ2 を分離するＣＯ2 分離膜と分離されたＣＯ2 を
天然ガス改質装置２に供給する供給ポンプとから成るＣ
Ｏ2 分離器７を有している。ランキンサイクルは，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
熱交換器４，第１熱交換器４で発生した水蒸気によって
駆動される蒸気タービン５，蒸気タービン５から排出さ
れた水蒸気を水に変換するコンデンサ１４，及び第１熱
交換器４の後流の排気通路８に配置され且つコンデンサ
１４からの水を水蒸気に変換する第２熱交換器６から構
成されている。第２熱交換器６で発生した水蒸気は，第
１熱交換器４に送り込まれ，排気ガスの熱エネルギによ
って更に高温の水蒸気に熱交換される。ガスエンジン１
では，排気ガスの熱エネルギを天然ガス改質装置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熱交換器４及び第２熱交換器６によって回収
するように構成されている。
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ガスに変換
する天然ガス改質装置２が排気通路８に設けられてい
る。天然ガス改質装置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，天然ガス燃料を収容したガス燃
料供給源１１，改質ガスを燃焼室の副室１Ｂへ供給する
改質ガス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の後流に設けられたランキンサイクル，
及びランキンサイクルの後流に設けられ且つ排気ガスか
らＣＯ2 を分離するＣＯ2 分離膜と分離されたＣＯ2 を
天然ガス改質装置２に供給する供給ポンプとから成るＣ
Ｏ2 分離器７を有している。ランキンサイクルは，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
熱交換器４，第１熱交換器４で発生した水蒸気によって
駆動される蒸気タービン５，蒸気タービン５から排出さ
れた水蒸気を水に変換するコンデンサ１４，及び第１熱
交換器４の後流の排気通路８に配置され且つコンデンサ
１４からの水を水蒸気に変換する第２熱交換器６から構
成されている。第２熱交換器６で発生した水蒸気は，第
１熱交換器４に送り込まれ，排気ガスの熱エネルギによ
って更に高温の水蒸気に熱交換される。ガスエンジン１
では，排気ガスの熱エネルギを天然ガス改質装置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熱交換器４及び第２熱交換器６によって回収
するように構成されている。
【００２７】ガスエンジン１では，ＣＯ2 分離器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。天然ガス改質装置２は，排気マニホルド３９の集合
部に連通する排気通路８に配置されている。ガスエンジ
ン１における主室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℃〜８００℃の高温ガスであり，ＣＨ4 を
熱分解して改質するのに十分に高温である。
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。天然ガス改質装置２は，排気マニホルド３９の集合
部に連通する排気通路８に配置されている。ガスエンジ
ン１における主室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℃〜８００℃の高温ガスであり，ＣＨ4 を
熱分解して改質するのに十分に高温である。
【００２８】天然ガス改質装置２は，例えば，エンジン
１から排出された排気ガスが流れる排気ガスパイプ，及
び前記排気ガスパイプの外側に配置され且つガス燃料供
給源１１からガス燃料通路３４を通じて供給されるＣＨ
4 を主成分とする天然ガス燃料が流れるガス燃料パイプ
から構成されている。前記排気ガスパイプ内には，排気
ガス通路を形成するハニカム又は通路孔を備えた多孔質
から成る排気ガス通路体が配置されている。また，前記
ガス燃料パイプ内には，ガス燃料通路を形成する多孔質
セラミックスから成る多孔質部材が配置されている。前
記多孔質部材の表面には，ＣＨ4 とＣＯ2 とを排気ガス
が有する熱エネルギによって熱分解させてＣＯとＨ2 の
改質ガスに変換させる作用を有する触媒が被覆されてい
る。触媒は，Ｎｉ又はＰｔから構成されている。更に，
天然ガス改質装置２を遮熱構造に構成するため，前記ガ
ス燃料パイプの外側には，セラミック不織布から成る断
熱材が配置されている。
１から排出された排気ガスが流れる排気ガスパイプ，及
び前記排気ガスパイプの外側に配置され且つガス燃料供
給源１１からガス燃料通路３４を通じて供給されるＣＨ
4 を主成分とする天然ガス燃料が流れるガス燃料パイプ
から構成されている。前記排気ガスパイプ内には，排気
ガス通路を形成するハニカム又は通路孔を備えた多孔質
から成る排気ガス通路体が配置されている。また，前記
ガス燃料パイプ内には，ガス燃料通路を形成する多孔質
セラミックスから成る多孔質部材が配置されている。前
記多孔質部材の表面には，ＣＨ4 とＣＯ2 とを排気ガス
が有する熱エネルギによって熱分解させてＣＯとＨ2 の
改質ガスに変換させる作用を有する触媒が被覆されてい
る。触媒は，Ｎｉ又はＰｔから構成されている。更に，
天然ガス改質装置２を遮熱構造に構成するため，前記ガ
ス燃料パイプの外側には，セラミック不織布から成る断
熱材が配置されている。
【００２９】主室１Ａからの高温の排気ガスが天然ガス
改質装置２の排気ガス通路を流れることによって，Ｎｉ
やＰｔの触媒が充填されているガス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燃料通
路を流れる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 との改質ガスに変換される。次い
で，天然ガスが変換された改質ガスは，燃料加圧ポンプ
１３によって改質ガス供給路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。
改質装置２の排気ガス通路を流れることによって，Ｎｉ
やＰｔの触媒が充填されているガス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燃料通
路を流れる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 との改質ガスに変換される。次い
で，天然ガスが変換された改質ガスは，燃料加圧ポンプ
１３によって改質ガス供給路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。
【００３０】ターボチャージャ３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バッテリ等の電源装
置４９に蓄電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バッテリ等の電源装
置４９に蓄電して回収することができる。
【００３１】第１熱交換器４は，第２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熱交換器６は，
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。
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熱交換器６は，
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。
【００３２】蒸気タービン５は，図４に示すように，第
１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２
０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
としてバッテリ等の電源装置４９に回収される。排気通
路８に設けられた第２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，
該蒸気は蒸気通路を通じて第１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熱交換
器６へ再び送り込まれる。また，第２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Ｃ
Ｏ2 供給装置７へ送り込まれる。
１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２
０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
としてバッテリ等の電源装置４９に回収される。排気通
路８に設けられた第２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，
該蒸気は蒸気通路を通じて第１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熱交換
器６へ再び送り込まれる。また，第２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Ｃ
Ｏ2 供給装置７へ送り込まれる。
【００３３】ＣＯ2 分離器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Ｃ
Ｏ2 分離膜を収容したものから構成されている。排気通
路８ＣからＣＯ2 分離器７に送り込まれた排気ガスは，
ＣＯ2 分離器７を通過したＣＯ2 が排気ガス中から分離
され，ＣＯ2 分離膜を通過できないＮ2 ，Ｏ2 ，Ｈ2Ｏ
等はＣＯ2 分離器７を迂回して排気通路へ排出され，分
離されたＣＯ2 を含む分離ガスは，ＣＯ2 供給ポンプの
作動によってＣＯ2 通路２２を通じて天然ガス改質装置
２に供給される。ＣＯ2 分離器７に収容されたＣＯ2 分
離膜は，アルミナ，シリカ，ゼオライト系多孔質セラミ
ックスから構成された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ＣＯ
2 を通過させ，ＣＯ2 をＣＯ2 吸引供給ポンプの作動に
よってＣＯ2 通路２２を通って天然ガス改質装置２へ送
り込むことができる。
が流れる排気通路８Ｃに配置された複数のロッド状のＣ
Ｏ2 分離膜を収容したものから構成されている。排気通
路８ＣからＣＯ2 分離器７に送り込まれた排気ガスは，
ＣＯ2 分離器７を通過したＣＯ2 が排気ガス中から分離
され，ＣＯ2 分離膜を通過できないＮ2 ，Ｏ2 ，Ｈ2Ｏ
等はＣＯ2 分離器７を迂回して排気通路へ排出され，分
離されたＣＯ2 を含む分離ガスは，ＣＯ2 供給ポンプの
作動によってＣＯ2 通路２２を通じて天然ガス改質装置
２に供給される。ＣＯ2 分離器７に収容されたＣＯ2 分
離膜は，アルミナ，シリカ，ゼオライト系多孔質セラミ
ックスから構成された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ＣＯ
2 を通過させ，ＣＯ2 をＣＯ2 吸引供給ポンプの作動に
よってＣＯ2 通路２２を通って天然ガス改質装置２へ送
り込むことができる。
【００３４】ＣＯ2 分離器７において，ＣＯ2 分離膜を
通過できなかったＮ2 ，Ｈ2 Ｏ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，圧力調整弁が設けられており，圧力調整弁によっ
て大気へ放出される排気ガスの圧力が調整され，ＣＯ2
分離器７を通じてＣＯ2 吸引供給ポンプによって取り込
まれるＣＯ2 の取込み量が調整されている。
通過できなかったＮ2 ，Ｈ2 Ｏ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，圧力調整弁が設けられており，圧力調整弁によっ
て大気へ放出される排気ガスの圧力が調整され，ＣＯ2
分離器７を通じてＣＯ2 吸引供給ポンプによって取り込
まれるＣＯ2 の取込み量が調整されている。
【００３５】このガスエンジンは，上記のように構成さ
れ，次のように作動する。制御弁３１が閉鎖した状態
で，吸気弁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，天然ガス燃料がガス燃料供給源１１から天然
ガス供給通路３４を通じて天然ガス改質装置２へ供給さ
れ，天然ガスが改質ガスに変換されると共に，制御弁３
１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，天然ガス改質装置２から改質ガスが改
質ガス供給路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，改質ガス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。
れ，次のように作動する。制御弁３１が閉鎖した状態
で，吸気弁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，天然ガス燃料がガス燃料供給源１１から天然
ガス供給通路３４を通じて天然ガス改質装置２へ供給さ
れ，天然ガスが改質ガスに変換されると共に，制御弁３
１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，天然ガス改質装置２から改質ガスが改
質ガス供給路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，改質ガス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
ガスは天然ガス改質装置２を通る際に，その熱エネルギ
によって天然ガスを改質ガスに変換し，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
ガスは天然ガス改質装置２を通る際に，その熱エネルギ
によって天然ガスを改質ガスに変換し，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熱
交換器４へ送り込まれる。
【００３７】第１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。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。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熱交換器６の水・蒸気通路３６
へ送り込まれる。
【００３８】第１熱交換器４から第２熱交換器６へ送り
込まれた排気ガスは，第２熱交換器６の排気ガス通路２
９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３６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，天然ガス改質装置２，ターボ
チャージャ３，第１熱交換器４及び第２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 分離器７に送り
出してもＣＯ2 分離膜を損傷することがない。ＣＯ2 分
離器７に送り込まれた排気ガスは，ＣＯ2 分離膜を通過
することによって，排気ガスからＣＯ2が分離される。
分離されたＣＯ2 を含む分離ガスは，例えば，ＣＯ2 吸
引供給ポンプの作動によってＣＯ2 分離器７からＣＯ2
通路２２を通って天然ガス改質装置２へ送り込まれる。
ＣＯ2 分離器７のＣＯ2 分離膜を通過することによりＣ
Ｏ2 が分離され，ＣＯ2 が分離された排気ガスは，ＣＯ
2 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。
込まれた排気ガスは，第２熱交換器６の排気ガス通路２
９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３６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，天然ガス改質装置２，ターボ
チャージャ３，第１熱交換器４及び第２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 分離器７に送り
出してもＣＯ2 分離膜を損傷することがない。ＣＯ2 分
離器７に送り込まれた排気ガスは，ＣＯ2 分離膜を通過
することによって，排気ガスからＣＯ2が分離される。
分離されたＣＯ2 を含む分離ガスは，例えば，ＣＯ2 吸
引供給ポンプの作動によってＣＯ2 分離器７からＣＯ2
通路２２を通って天然ガス改質装置２へ送り込まれる。
ＣＯ2 分離器７のＣＯ2 分離膜を通過することによりＣ
Ｏ2 が分離され，ＣＯ2 が分離された排気ガスは，ＣＯ
2 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。
【００３９】
【発明の効果】この発明による天然ガス改質装置におけ
る酸素除去装置は，上記のように構成されているので，
排気ガスから分離されたＣＯ2 を含む分離ガス中に，Ｏ
2 が含まれていても，そのＯ2 が多孔質カーボン部材の
カーボンと反応してＣＯ，ＣＯ2 に変化するので，分離
ガスにはＯ2 が含まれておらず，天然ガス改質装置にＯ
2 が送り込まれることがない。従って，天然ガス改質装
置において，天然ガスの主成分であるＣＨ4 がＨ2 とＣ
Ｏとに改質されるが，天然ガス改質装置において，改質
されたＨ2 ，ＣＯがＯ2 と反応して爆発が発生すること
がなく，安全性を確保できる。
る酸素除去装置は，上記のように構成されているので，
排気ガスから分離されたＣＯ2 を含む分離ガス中に，Ｏ
2 が含まれていても，そのＯ2 が多孔質カーボン部材の
カーボンと反応してＣＯ，ＣＯ2 に変化するので，分離
ガスにはＯ2 が含まれておらず，天然ガス改質装置にＯ
2 が送り込まれることがない。従って，天然ガス改質装
置において，天然ガスの主成分であるＣＨ4 がＨ2 とＣ
Ｏとに改質されるが，天然ガス改質装置において，改質
されたＨ2 ，ＣＯがＯ2 と反応して爆発が発生すること
がなく，安全性を確保できる。
【００４０】また，この発明による酸素除去装置を組み
込んだ天然ガス改質装置を備えたガスエンジンは，天然
ガスの主成分であるＣＨ4 を，排気ガスから分離された
ＣＯ 2 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熱交換器及び第２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熱交換器及び第２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。
込んだ天然ガス改質装置を備えたガスエンジンは，天然
ガスの主成分であるＣＨ4 を，排気ガスから分離された
ＣＯ 2 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熱交換器及び第２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熱交換器及び第２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における酸素
除去装置の一実施例を示す断面図である。
除去装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の酸素除去装置を組み込んだ天然ガス改質
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。
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。
【図３】図２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である。
ージャを示す説明図である。
【図４】図２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 ２ 天然ガス改質装置 ３ ターボチャージャ ４ 第１熱交換器 ５ 蒸気タービン ６ 第２熱交換器 ７ ＣＯ2 分離器 ８，８Ａ，８Ｃ，８Ｄ 排気通路 １１ ガス燃料供給源 ２２ ＣＯ2 通路 ２３ 酸素除去装置 ２４ 警報手段 ４４ ケーシング ４５ 入口 ４６ 出口 ４７ 非導電性ガスケット ４８ 多孔質カーボン部材 ４９ 電源装置 ５０ コントローラ
Claims (6)
- 【請求項１】 エンジンから排出される排気ガスが流れ
る排気通路に設けられたＣＯ2 分離器によって前記排気
ガスから分離されたＣＯ2 を用いて天然ガス中のＣＨ4
を改質ガスに変換する天然ガス改質装置において，前記
ＣＯ2 分離器を通過したＣＯ2 を含む分離ガスが流れる
ＣＯ2 通路に配置され且つ前記分離ガスが流入する入口
と流出する出口を有するケーシング，前記ケーシング内
に非導電性ガスケットを介して支持され且つ前記分離ガ
スが通過する多孔質カーボン部材，及び前記分離ガス中
のＯ2 を前記多孔質カーボン部材のカーボンと反応させ
てＣＯ，ＣＯ2 に変換させるため前記多孔質カーボン部
材を通電加熱する電源装置，から成る酸素除去装置。 - 【請求項２】 前記多孔質カーボン部材の電気抵抗値の
検出によって前記多孔質カーボン部材中のカーボン量を
検出し，前記多孔質カーボン部材の前記カーボン量が所
定量以下に低減したことに応じて警報を発することから
成る請求項１に記載の酸素除去装置。 - 【請求項３】 ＣＨ4 を主成分とする天然ガスを収容し
たガス燃料供給源，前記ガス燃料供給源から供給される
ＣＨ4 をエンジンから排出される排気ガスによって熱分
解して改質ガスに変換させる排気通路に配置された天然
ガス改質装置，前記改質ガスを前記エンジンへ供給する
改質ガス供給装置，前記天然ガス改質装置の後流の前記
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熱交換器を
備えたランキンサイクル，前記ランキンサイクルの後流
の前記排気通路に設けられたＣＯ2 分離器，及び前記排
気ガスから分離されたＣＯ2 を含む分離ガスを前記天然
ガス改質装置に供給するＣＯ2 通路に配置された請求項
１に記載の酸素除去装置，から成るガスエンジン。 - 【請求項４】 前記ランキンサイクルは，前記排気通路
に配置された前記第１熱交換器，前記第１熱交換器で発
生した水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た水蒸気を水に変換するコンデ
ンサ，前記コンデンサからの水を水蒸気に変換し且つ該
水蒸気を前記第１熱交換器に供給するため前記第１熱交
換器の後流の前記排気通路に配置された第２熱交換器，
から構成されている請求項３に記載のガスエンジン。 - 【請求項５】 前記ＣＯ2 分離器は，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分離膜
で構成されている請求項３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】 前記天然ガス改質装置は，触媒としてＮ
ｉ又はＰｔを使用してＣＨ4 とＣＯ2 とを反応させてＣ
ＯとＨ2 に熱分解することから成る請求項３に記載のガ
スエンジン。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27039097A JP3620239B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装置を備えたガスエンジン |
| US09/115,747 US5943859A (en) | 1997-09-18 | 1998-07-15 | Natural gas reforming apparatus, oxygen eliminating apparatus provided in the same apparatus, and natural gas reforming apparatus-carrying gas engine |
| DE19836760A DE19836760A1 (de) | 1997-09-18 | 1998-08-13 | Erdgasspaltvorrichtung, Erdgasspaltvorrichtung mit Sauerstoffbeseitigungsvorrichtung sowie Gasmotor mit Erdgasspaltvorrichtung |
| CN98117360A CN1211678A (zh) | 1997-09-18 | 1998-08-21 | 天然气改质装置,设在该装置上的除氧装置、以及备有天然气改质装置的燃气发动机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27039097A JP3620239B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装置を備えたガスエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1193778A true JPH1193778A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3620239B2 JP3620239B2 (ja) | 2005-02-16 |
Family
ID=17485602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27039097A Expired - Fee Related JP3620239B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装置を備えたガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3620239B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002227730A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-14 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | ガスエンジン |
| WO2009072991A3 (en) * | 2007-12-07 | 2010-04-29 | Agni Inc Pte. Ltd. | Integration of fuel cells, hydrogen reformer, fuel processor, absorption chiller, heat recovery steam generator and internal combustion engines |
| JP2013538772A (ja) * | 2010-07-09 | 2013-10-17 | エコ テクノル プロプライエタリー リミテッド | 膜技術の使用によるシンガスの生成 |
-
1997
- 1997-09-18 JP JP27039097A patent/JP3620239B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002227730A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-14 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | ガスエンジン |
| WO2009072991A3 (en) * | 2007-12-07 | 2010-04-29 | Agni Inc Pte. Ltd. | Integration of fuel cells, hydrogen reformer, fuel processor, absorption chiller, heat recovery steam generator and internal combustion engines |
| JP2013538772A (ja) * | 2010-07-09 | 2013-10-17 | エコ テクノル プロプライエタリー リミテッド | 膜技術の使用によるシンガスの生成 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3620239B2 (ja) | 2005-02-16 |
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