KR20060051733A - 연소 엔진으로부터의 방출물을 감소시키기 위한 시스템 및방법 - Google Patents

연소 엔진으로부터의 방출물을 감소시키기 위한 시스템 및방법 Download PDF

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KR20060051733A
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샤일레쉬 싱 바이소라
마이클 존 바우만
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 혼합 연료(16)를 연소시켜 배출 가스(34)를 생성하기 위해 배열된 복수의 실린더(30) 및 연료의 제 1 분획(22)을 수취하여 리포밍된 수소 함유 가스(26)를 전달하기 위해 배열된 하나 이상의 리포밍 실린더(24)를 포함하는 연소 엔진 시스템(10)에 관한 것이다. 연소 엔진 시스템(10)으로부터의 방출물을 감소시키기 위해 수소 함유 가스(26)는 연료의 제 2 분획(14)으로 도입되어 혼합 연료를 형성한다.

Description

연소 엔진으로부터의 방출물을 감소시키기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING EMISSION FROM A COMBUSTION ENGINE}
예시된 도면과 관련하여, 첨부된 도면에서 동일한 성분은 동일한 번호가 부여된다.
도 1은 예시적인 연소 엔진 시스템의 개략도이다.
도 2는 다른 예시적인 연소 엔진 시스템의 개략도이다.
도 3은 또 다른 예시적인 연소 엔진 시스템의 개략도이다.
도 4는 연소 엔진 시스템 내의 실린더 배열의 예시도이다.
도 5는 예시적인 리포밍(reforming) 실린더의 횡단면이다.
도 6은 또 다른 예시적인 리포밍 실린더의 횡단면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 연소 엔진 시스템
12 : 연료원
14 : 연료의 제 2 분획
16 : 혼합 연료
18 : 냉각된 수소 함유 가스
20 : 연료원
22 : 연료의 제 1 분획
24 : 리포밍 실린더
26 : 수소 함유 가스
28 : 열 교환기
30 : 복수의 실린더
32 : 일
34 : 배출 가스
36 : 공기
38 : 공기
40 : 연소 엔진 시스템
42 : 에너지 발생 장치
44 : 연소 엔진 시스템
46 : 분리 장치
48 : 수소 농후 가스
50 : 실린더 배열
52 : 실린더
54 : 피스톤
56 : 실린더
58 : 샤프트
59 : 크랭크
62 : 유입구
64 : 유입 밸브
66 : 유출구
68 : 유출 밸브
70 : 스파크
74 : 유입 스트림
76 : 유입 스트림
80 : 촉매
82 : 부가 밸브
84 : 증기용 부가 유입구
본 발명은 일반적으로 연소 엔진으로부터의 방출물을 감소시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 수소-함유 가스로 연소 연료를 농후하게 함으로써 연소 엔진으로부터의 방출물을 감소시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
연료로서 천연 가스를 사용하는 왕복 엔진(reciprocating engine)으로부터 NOx 같은 독성 가스의 방출을 감소시키기 위한 최근의 기술은 희박(lean) 연소에 의존한다. 희박 연소는 엔진중의 실린더 내의 피크 온도를 감소시키고, 따라서 NOx의 생성을 감소시킨다. NOx와 같은 가스는 엔진에서 연소용으로 사용되는 공기중에서 질소 및 산소 사이의 반응에 의해 형성된다. NOx의 형성은 연소 온도에 매우 강하게 의존한다. 천연 가스의 낮은 화염 속도 때문에, 연소 안정성에 대한 영향 없이 연소를 희박하게 하는 방법에는 한계가 존재한다. 또 다른 NOx 감소 방법은 비용이 비싸고 천연 가스 이외의 다른 연료의 사용 시 신뢰도 문제를 가질 수 있는 후처리 기술의 사용을 포함한다. 연료의 수소 농후화는 NOx의 생성 및 방출을 감소시킬 수 있는 또 다른 방법이다.
연소 전에 외부 부분 산화 반응기, 외부 증기 리포머, 전기분해기 등을 포함하는 상이한 경로로 연료의 농후화에 사용되는 수소 가스를 생성할 수 있다. 그러나, 연소 연료의 농후화를 위해 요구되는 수소 가스의 저장 및 전달은 연소 시스템의 비용을 증가시키고, 또한 안정성 문제를 제기한다.
따라서, 연소 연료의 수소 농후화를 위해 수소를 안전하고 효율적으로 생성할 수 있는 연소 엔진 시스템이 필요하다.
발명의 요약
하나의 양태에서, 연소 엔진 시스템은 혼합 연료를 연소시켜 배출 가스를 생 성하기 위해 배열된 복수의 실린더; 및 연료의 제 1 분획을 수취하여 리포밍된 수소-함유 가스를 전달하기 위해 배열된 하나 이상의 리포밍 실린더를 포함한다. 연소 엔진 시스템으로부터의 방출물을 감소시키기 위해 연료의 제 2 분획으로 수소-함유 가스를 도입시켜 혼합 연료를 형성시킨다.
다른 양태에서, 왕복 연소 엔진 시스템은 혼합 연료를 연소시켜 배출 가스를 생성하기 위해 배열된 복수의 실린더; 및 연료의 제 1 분획을 수취하여 리포밍된 수소-함유 가스로 전달하기 위해 배열된 하나 이상의 리포밍 실린더를 포함한다. 연소 엔진 시스템으로부터의 방출물을 감소시키기 위해 연료의 제 2 분획으로 수소-함유 가스를 도입시켜 혼합 연료를 형성시킨다.
또 다른 양태에서, 연소 엔진으로부터의 방출을 감소시키기 위한 방법은 연료의 제 1 분획을 연소 엔진의 하나 이상의 리포밍 실린더로 도입시키는 단계; 및 리포밍 실린더 내의 연료의 제 1 분획을 리포밍하여 수소 함유 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 추가적으로 수소 함유 가스를 연료의 제 2 분획과 혼합하여 혼합 연료를 생성하는 단계; 및 연소 엔진의 복수의 실린더 내에서 혼합 연료를 연소시켜 배출 가스를 생성하는 단계를 포함한다.
연소 엔진 시스템은 혼합 연료를 연소시켜 배출 가스를 생성하기 위해 배열된 복수의 실린더; 및 연료의 제 1 분획을 수취하여 리포밍된 수소-함유 가스를 전달하기 위해 배열된 하나 이상의 리포밍 실린더를 포함한다. 연소 엔진 시스템으 로부터의 방출물을 감소시키기 위해 연료의 제 2 분획으로 수소-함유 가스를 도입시켜 혼합 연료를 형성시킨다.
도 1은 복수의 실린더(30)를 포함하는 예시적인 연소 엔진 시스템(10)을 도시한다. 배출 가스(34) 및 일(23)을 생성하기 위해 혼합 연료(16)를 연소시키도록 복수의 실린더(30)를 배열한다. 상기 연소 엔진 시스템(10)은 연료원(20)으로부터 연료의 제 1 분획(22)을 수취하여 리포밍된 수소 함유 가스(26)를 전달하기 위해 배열된 하나 이상의 리포밍 실린더(24)를 포함한다. 다른 연료원(12)으로부터 연료의 제 2 분획(14)으로 수소 함유 가스(26)를 도입시켜 혼합 연료(16)를 형성한다. 복수의 실린더(30) 내에서 상기 혼합 연료(16)를 연소시켜 연소 엔진 시스템(10)으로부터의 방출물을 감소시킨다.
유리하게도, 기체 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01중량% 이상으로 수소를 포함하는 수소 함유 가스(26)를 생성하기 위해 리포밍 실린더(24)를 사용한다.
개시된 연소 엔진 시스템을 위해 사용되는 연료는 탄화수소, 예컨대 지방족 및/또는 방향족 탄화수소를 함유할 수 있다. 연료로서 사용할 수 있는 탄화수소의 적합한 예는 알케인, 알켄, 알카인 등, 또는 전술한 탄화수소중의 하나 이상을 포함하는 조합이다. 한 실시양태에서, 상기 연료는 메테인, 에테인, 프로페인, 뷰테인, 펜테인, 헥세인, 헵테인, 옥테인 등, 또는 전술한 알켄중의 하나 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나의 예시적인 실시양태에서, 연소 엔진 시스템을 위해 사용되는 연료는 전형적으로 천연 가스, 또는 매립 가스, 생물 가스 등과 같은 저 에너지 함량 연료를 포함한다. 연소 공정에서, 연료를 연 소시키기 위해 산화제가 필요하다. 본원에서 개시된 실시양태에서, 연소 공정에서 사용된 산화제는 공기이다. 몇몇 실시양태에서, 사용된 연료는 메테인 또는 천연 가스이다. 공기를 사용하여 천연 가스 같은 연료를 연소 공정에서 연소시키는 경우, 엔진에서 연소용으로 사용되는 공기 중의 질소 및 산소 사이의 반응에 의해 NOx 같은 가스가 형성된다. NOx의 형성은 연소 온도에 매우 의존한다. 천연 가스는 그의 낮은 일산화탄소(CO) 및 입자 방출 특성 때문에 "친환경 연소" 연료이지만, 엔진(예를 들어, 왕복 엔진)에서 사용 시 천연 가스의 연소로부터의 NOx 방출물이 높아진다. 천연 가스의 희박 연소를 통해 NOx 형성을 조절할 수 있다. 희박 연소에서, 천연 가스를 높은 퍼센트의 공기와 혼합함으로써 천연 가스 농도를 희석시킨다. 그러나 천연 가스의 낮은 화염 속도 때문에, 연소 안정성에 대한 영향 없이 NOx의 추가적인 감소를 달성하기 위한 희석 방법에는 한계가 존재한다. 이를 완화시키기 위해 수소를 농후화시키면, 수소의 높은 화염 속도(천연 가스의 약 8배)때문에, 희박 연소의 한계를 용이하게 증가시킬 수 있다.
도 2는 복수의 실린더(30)가 발전소에서 발전기 같은 전기 에너지 발생 시스템(42)과 작동적으로 교류하는 또 다른 예시적인 연소 엔진 시스템을 예시한다. 또 다른 실시양태에서, 복수의 실린더(30) 내의 혼합 연료(16)의 연소에 의해서 생성된 일(32)은 압축기 또는 임의의 다른 기계적인 장치(도시되지 않음)를 구동하기 위해 사용된다.
도 3은 열 교환기(28)로부터 유출 스트림(18)을 분리 장치(46)에서 추가적으로 처리하는 또 다른 예시적인 연소 엔진 시스템(44)을 예시한다. 분리 장치(46) 는 수소 가스 분자(H2)를 통과시키지만, 메테인(CH4), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O) 분자를 통과시키지 않는 막, 또는 전술한 다른 분자로부터 수소 가스 분자를 분리시켜 수소 농후 가스 스트림(48)을 생성시키는 압력 스윙 흡수(PSA) 장치를 포함할 수 있다. 상기 수소 농후 스트림(48)을 연료의 제 2 분획(14)과 혼합하여 혼합 연료(16)를 생성시킨다. 몇몇 실시양태에서, 분리 장치(46)는 수소 함유 가스(26)중의 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시킨 후 수소 농후 스트림(48)을 분리시키는 물 가스 전환 반응기를 포함할 수 있다.
본원에서 개시된 연소 엔진 시스템에서, 엔진의 하나 이상의 실린더를 리포밍 실린더(24)로서 사용하여 기판(연소 엔진 시스템 내에 존재한다)에서 수소 함유 가스(26)를 생성한다. 연소 연료를 농후화시키기 위한 연소 엔진 시스템 내에서 수소 함유 가스(26)를 생성하는 것은 수소 함유 가스를 저장할 필요가 없기 때문에 비용 효과적이고 안전하다. 또한 본원에서 개시한 실시양태에서는 연소 엔진 내의 왕복 피스톤 및 실린더를 개시하고 있지만, 예를 들어 회전 엔진 같은 다른 원통형 엔진을 사용할 수 있음을 인식할 것이다.
리포밍 실린더(24)는 리포밍 실린더(24)를 회전시키기 위한 구동 시스템을 포함할 수 있다. 도 4는 3개의 실린더 연소 엔진(50)의 실린더의 예시적인 배열을 도시하고 있다. 상기 연소 엔진(50)은 두 개의 내부 연소 실린더(ICC)(52) 및 한 개의 리포밍 실린더(24)를 포함하는 복수의 실린더(30)를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 기계적인 구동력을 제공하기 위해 연료 혼합물을 수취하고 정해진 시간 에 점화되는 각각의 ICC(52)는 피스톤(54) 및 실린더(56)를 포함한다. 리포밍 실린더(24)는 또한 피스톤(57) 및 실린더(55)를 포함한다. 크랭크(59)를 구비한 구동 샤프트(58)는 실린더(55) 내의 피스톤(57)을 회전 방식으로 구동하기 위해 리포밍 실린더(24) 및 각각의 ICC(52) 사이에 기계적인 연결을 제공한다. 세 개의 실린더 시스템(50)을 도시하지만, 필요한 임의의 배열의 내부 연소 실린더 및 리포밍 실린더를 사용함으로써 스케일가능한 시스템(50)을 제공할 수 있음을 인식할 것이다.
리포밍 실린더(24)는 예를 들어 부분 산화, 촉매적 부분 산화 및 증기 메테인 리포밍을 포함하는 몇 개의 리포밍 기법을 이용하여 연료를 수소 함유 가스로 전환시킬 수 있다. 하나의 실시양태에서, 부분 산화 또는 촉매적 부분 산화를 이용하여 연료를 수소 함유 가스로 전환시킨다. 리포밍 실린더(24)로 공급되는 공급 스트림은 바람직하게 연료에 대한 산소의 몰 비가 약 0.05 내지 약 2.0인 공기 또는 산소 및 연료의 혼합물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 공급 스트림은 연료에 대한 산소의 몰 비가 약 0.1 내지 약 1.9인 공기 또는 산소 및 연료의 혼합물을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 공급 스트림은 연료에 대한 산소의 몰 비가 약 0.5 내지 약 1.75인 공기 또는 산소 및 연료의 혼합물을 포함할 수 있다.
도 5는 공급 스트림(76)을 수취하기 위한 유입 밸브(64)를 구비한 유입구(62), 및 수소 함유 가스(26)를 전달하기 위한 유출 밸브(68)를 구비한 유출구(66)를 가진 예시적인 리포밍 실린더(24)를 도시한다. 공급 스트림(74)은 연료 및 공기의 혼합물을 포함할 수 있거나, 또는 도 1 내지 2에서 도시된 바와 같이 리포밍 실린더(24)로 연료 및 공기를 분리시켜 도입할 수 있다. 리포밍 실린더(24)는 또한 공급 스트림(76)의 연소를 개시하기 위해 예를 들어 스파크 플러그 같은 점화원(70)을 장착할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 공급 스트림(74)은 예비 가열된 후 유입구(62)를 통해 리포밍 실린더(24)로 유입될 수 있다.
리포밍 실린더(24)는 약 5㎖ 이상의 부피를 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 리포밍 실린더(24)는 약 10㎖ 이상의 부피를 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 리포밍 실린더(24)는 약 100㎖ 이상의 부피를 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 리포밍 실린더(24)는 약 500㎖ 이상의 부피를 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 리포밍 실린더(24)는 약 1000㎖ 이상의 부피를 갖는다.
부분 산화 공정은 수소 및 탄소 산화물을 생성하기 위해 고온 및 고압에서 증기 및 산소와 탄화수소 연료(예컨대, 천연 가스 또는 석탄)의 비촉매된 반응을 포함한다. 부분 산화 공정에서 주 반응은 하기와 같다:
CH4 + 1/2O2 = CO + 2H2
부분 산화 반응은 발열 반응이고, 임의의 촉매의 부재하에서 진행될 수 있다. 그러나, 유입되는 메테인의 몰 당 수소 수율 및 시스템의 효율은 촉매의 사용으로 상당히 향상될 수 있다. 공기 보다는 순수한 산소와의 조작이 반응기의 크기 및 비용을 감소시키기 때문에, 큰 시스템은 일반적으로 순수한 산소 공급원을 포함한다. 공급 스트림(76)은 리포밍 실린더(24) 내에서 압축 및 연소된다. 압축 동 안 리포밍 실린더(24) 내에서 부피 압축 비는 약 3:1 이상이고, 특히 약 5:1 이상이고, 보다 특히 약 10:1 이상이다. 연소 동안, 리포밍 실린더 내의 압력은 약 1 내지 약 100㎏/㎠이다. 하나의 실시양태에서, 연소 동안 압력은 약 1 내지 약 25㎏/㎠이다. 연소 동안, 리포밍 실린더(24)내의 온도는 약 800 내지 약 1500℃이다. 하나의 실시양태에서, 연소 동안의 온도는 약 1000℃이다. 부분 산화 반응의 생성물은 수소, 이산화탄소, 일산화탄소, 연소되지 않은 연료, 증기 및 공급 스트림에서 공기의 비활성 성분(예컨대, 질소)을 포함한다. 빠르게 진행시키기 위해 리포밍 공정에 필요한 온도는 연소 및 압축을 통해, 또는 도 4에서 도시된 구동 시스템을 통해 내부적으로 발생되는데, 이 때 복수의 실린더(30)에 의해 행해진 일의 일부는 리포밍 실린더(24) 내의 리포밍 반응에 필요한 온도에 도달하기 위해 요구되는 압력을 생성하기 위해 사용된다.
도 6은 증기 메테인 리포밍 공정을 통해 연료를 리포밍하는 또 다른 예시적인 리포밍 실린더(24)를 도시한다. 연료, 공기 또는 산소, 및 증기를 포함하는 공급 스트림(76)은 별도로 또는 혼합물의 형태로 리포밍 실린더(24)로 도입된다. 공급 스트림(76)에서 연료에 대한 산소의 몰 비율은 일반적으로 약 0.1 내지 약 2이다. 상기에 언급된 바와 같이, 공급 스트림(76)을 예비 가열한 후 리포밍 실린더(24)로 도입할 수 있다. 또한, 공급 스트림(76)을 예비 압축한 후 리포밍 실린더(24)로 도입할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 공기 또는 산소는 리포밍 실린더(24)로 도입되기 전에 연료의 온도 및 압력과 상이한 온도 및 압력일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 공기 및 산소는 회전 압축 챔버로 도입되기 전에 연료의 온도 및 압력과 동일한 온도 및 압력일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 연료 및 공기 또는 산소를 별도로 리포밍 실린더(24)로 도입하는 경우, 연료의 도입 전에 상기 공기 또는 산소를 도입한다. 다르게는, 또다른 실시양태에서 공기 또는 산소를 도입하기 전에 연료를 도입한다.
하나의 실시양태에서, 리포밍 실린더(24)에 도입하기 전에 주변 온도(약 18 내지 약 28℃일 수 있다) 이상, 약 800℃ 이하에서 공급 스트림(76)을 공급할 수 있다. 연료를 공기 또는 산소와 별도로 리포밍 실린더(24)에 도입하는 경우, 상기 연료는 도입되기 전에 약 100 내지 약 400℃의 온도로 예비 가열될 수 있다. 바람직한 예비 가열 온도는 약 350℃이다. 공기 또는 산소는 도입되기 전에 100 내지 약 800℃로 예비 가열될 수 있다. 공기 또는 산소의 바람직한 예비 가열 온도는 약 500℃이다.
또 다른 실시양태에서, 리포밍 실린더(24)에 도입하기 전에 공급 스트림(76)을 약 1 내지 약 5㎏/㎠의 압력으로 예비 압축할 수 있다. 바람직한 예비 압축 압력은 약 2㎏/㎠이다.
증기 메테인 리포밍 반응에서, 천연 가스중의 메테인은 증기와 반응하여 하기의 반응식에 따라 수소를 생성한다:
CH4 + H2O → CO + 3H2
상기 반응식은 일반적으로 증기 리포밍(SMR) 반응으로 지칭된다. 증기 메테 인 리포밍 공정 동안, CO를 CO2로 변환시키는 증기 전환 반응이 또한 발생될 수 있다.
도 6에서, 리포밍 실린더(24)는 공급 스트림(76) 수취하기 위한 유입 밸브(64)를 구비한 유입구(62), 및 리포밍된 수소 함유 가스(26) 전달하기 위한 유출 밸브(68)를 구비한 유출구(66)를 갖도록 배열된다. 리포밍 실린더(24)는 증기의 존재하에서 리포밍 공급 스트림(76)에 효과적인 내부 압력 및 온도를 연소 없이 발생시키는 조작 사이클을 갖는다. 상기 리포밍 실린더(24)는 또한 실린더(55) 내에서 촉매(80)를 거쳐 내부적으로, 또는 공급 스트림(76)에 첨가될 수 있는 증기를 거쳐 외부적으로 수소 함유 가스를 비-연소 온도로 가열하기 위한 배열을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상이한 유입구(유입구 (84))를 증기를 위해 사용할 수 있다. 추가적인 또 다른 실시양태에서, 유입구(62)를 통해 리포밍 실린더(24)로 유입시키기 전에 예를 들어 증기를 사용하여 공급 스트림(76)을 예비 가열할 수 있다.
샤프트(58)의 계속적인 크랭크는 리포밍 실린더(24)의 내부 부피를 감소시키는데, 이러한 감소는 연료의 압력 및 온도를 증가시키는 역할을 한다.
리포밍반응 동안 리포밍 구역에서 사용될 수 있는 촉매는 증기-리포밍 촉매이다. 증기 리포밍 촉매의 적합한 예는 금속, 합금, 및 전이 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 또는 주요 족의 원소 산화물 같은 산화물이다. 촉매는 균질하거나 비균질한 촉매일 수 있다. 모노리식 촉매인 것이 일반적으로 바람직하다. 금속의 적합한 예는 니켈, 철, 아연, 구리, 희귀금속(팔라듐, 백금, 로듐 등), 또는 전술한 금속을 하나 이상 포함하는 조합이다. 이러한 산화물의 적합한 예는 산화 니켈, 산화 마그네슘, 산화 알루미늄, 산화 망간, 산화 아연, 산화 구리, 산화 철 등, 또는 전술한 산화물을 하나 이상 포함하는 조합이다.
하나의 실시양태에서, 금속 촉매는 넓은 표면적을 갖는 지지체 상에 배치될 수 있다. 적합한 지지체는 발연된 실리카, 발연된 알루미나, 알파 알루미나, 감마 알루미나, 델타 알루미나, 티타니아, 세리아 등, 또는 전술한 지지체를 하나 이상 포함하는 조합이다. 일반적으로 약 10㎡/g 이상, 바람직하게 20㎡/g 이상, 및 더욱 바람직하게 약 100㎡/g 이상의 표면적을 갖는 다공성 지지체가 바람직하다. 촉매를 알콜, 아세톤, 물 등과 같은 적합한 용매로부터 이온 주입, 화학 증착, 스퍼터링에 의해 다공성 지지체 상에 침착시킬 수 있다. 리포밍 구역이 유동화된 베드인 경우, 일반적으로 지지된 촉매를 사용할 수 있다.
리포밍된 수소-함유 가스(26)를 열 교환기 (28)(도 1 내지 2에 도시된 바와 같음)에서 선택적으로 냉각시킨 후, 수소 함유 가스(26)를 연료의 제 2 분획(14)과 혼합시켜 혼합 연료(16)를 형성할 수 있다. 도 1 내지 2에서 도시된 바와 같이, 혼합 연료(16)를 복수의 실린더(30)에서 공기(36)와 함께 연소시켜 배출 가스(34) 및 일(32)을 생산한다. 리포밍 실린더(24)로 연료의 제 1 분획(22) 및 공기(38)의 흐름을 변화시켜 목적하는 수소의 농후 수준을 달성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 수소 함유 가스(26)는 5부피% 이상의 수소를 포함할 수 있다.
본원에서 개시하는 연소 엔진 시스템은 에너지를 발생하기 위해 발전소, 자 동차, 항공기, 선박, 주거용 건축물 및 사무용 건축물 등에서 이롭게 사용될 수 있다.
본원에서 또한 연소 엔진으로부터 방출물을 감소시키는 방법을 개시한다. 상기 방법은 연소 엔진 시스템의 하나 이상의 리포밍 실린더로 연료의 제 1 분획을 도입하는 단계 및 리포밍 실린더에서 연료의 제 1 분획을 리포밍하여 수소 함유 가스를 발생하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 수소 함유 가스와 연료의 제 2 분획을 혼합시켜 혼합 연료를 발생시키는 단계 및 연소 엔진의 복수의 실린더에서 혼합 연료를 연소시켜 배출 가스를 발생시키는 단계를 포함한다.
본원에서 개시된 연소 엔진 시스템은 여러 개의 장점을 가진다. 연소 전에 연료를 농후화 함으로써 NOx 같은 가스의 방출을 감소시켜, 환경에 긍정적인 영향을 미친다. 연소 엔진 시스템 내에서 수소를 발생시키면, 외부 가열을 위한 요구 조건 및 리포밍 공정을 위해 필요한 압축을 생략할 수 있다. 추가적으로, 개시된 연소 엔진 시스템은 또한 수소 가스의 저장이 필요하지 않기 때문에 안전하고 비용 효율적이다.
본 발명은 예시적인 실시양태를 참고하여 개시되지만, 당분야의 숙련자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변화가 만들어질 수 있고, 본 발명의 등가물이 그를 대체할 수 있음을 이해할 것이다. 추가적으로, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않는 범위에서 본 발명의 교시에 따라 특정 상황 또는 물질을 변형시킬 수 있다. 따라서, 본 발명을 실행하기 위해 계획된 최선의 모드 또는 하나의 모드로서 개시된 특정 실시양태로 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 범위 내에 해당하는 모든 실시양태를 포함하는 것으로 의도된다. 게다가, 제 1 의, 제 2의, 등의 용어의 사용은 임의의 순서 또는 중요도를 지시하지 않고, 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다. 추가적으로, 단수의 사용은 양을 한정하는 것이 아니라, 참조된 항목이 하나 이상 존재함을 의미한다.
본 발명에 의해, 연소 연료를 수소 함유 가스로 농후화함으로써 연소 엔진으로부터의 방출물을 감소시키는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 혼합 연료(16)를 연소시켜 배출 가스(34)를 생성하기 위해 배열된 복수의 실린더(30); 및
    연료의 제 1 분획(22)을 수취하여 리포밍된 수소 함유 가스(26)을 전달하기 위해 배열된 하나 이상의 리포밍 실린더(24)을 포함하되, 연소 엔진 시스템(10)으로부터 방출물을 감소시키기 위해 수소 함유 가스(26)는 연료의 제 2 분획(14)에 도입되어 혼합 연료(16)를 형성하는 연소 엔진 시스템(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 리포밍 실린더(24)를 순환시키기 위한 구동 시스템을 추가로 포함하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 시스템이 복수의 실린더(30)와 작동가능하게 교류하는 구동 샤프트(58) 및 하나 이상의 리포밍 실린더(24)를 포함하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 엔진이 왕복 엔진인 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 실린더(30)가 전기 에너지 발생 시스템과 작동가능하게 교류하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료가 천연 가스, 생물 가스 및 그의 조합을 포함하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    혼합 연료가 5부피% 이상의 수소를 함유하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스가 상기 연료의 제 2 분획(14)에 도입되기 전에 열 교환기(28)에서 냉각되는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 리포밍 실린더가 약 1 내지 약 100㎏/㎠의 압력, 및 약 300 내지 약 1,500℃의 온도에서 조작되는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 리포밍 실린더(24)가 부분 산화 반응기, 촉매성 부분 산화 반응기, 또는 전술 한 반응기 중의 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 시스템.
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