JPH1193777A - 天然ガス改質装置及び該装置を備えたガスエンジン - Google Patents
天然ガス改質装置及び該装置を備えたガスエンジンInfo
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- JPH1193777A JPH1193777A JP9270389A JP27038997A JPH1193777A JP H1193777 A JPH1193777 A JP H1193777A JP 9270389 A JP9270389 A JP 9270389A JP 27038997 A JP27038997 A JP 27038997A JP H1193777 A JPH1193777 A JP H1193777A
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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する天然ガス改質装置を提供す
ると共に，該天然ガス改質装置を用いて熱効率を改善す
ると共に排気ガス中のＣＯ2 を熱分解に使用して放出す
る排気ガス中のＣＯ2 含有量を低減し，ＮＯX の発生を
抑制するガスエンジンを提供する。 【解決手段】 天然ガス改質装置２は，排気ガスパイプ
５０内に排気ガス通路４４を形成する排気ガス通路体５
１を配置し，排気ガスパイプ５０の外側にガス燃料が流
れるガス燃料ケース５２を配置し，ガス燃料ケース５２
内にガス燃料通路４５を形成する多孔質セラミックスか
ら成る多孔質部材５３を配置し，多孔質部材５３の表面
にＣＨ4 とＣＯ2 をＣＯとＨ2 の改質燃料に変換させる
作用を有する触媒３３を被覆し，更にガス燃料パイプ５
０の外周に断熱材５５を配置する。
Ｈ2 の改質燃料に熱分解する天然ガス改質装置を提供す
ると共に，該天然ガス改質装置を用いて熱効率を改善す
ると共に排気ガス中のＣＯ2 を熱分解に使用して放出す
る排気ガス中のＣＯ2 含有量を低減し，ＮＯX の発生を
抑制するガスエンジンを提供する。 【解決手段】 天然ガス改質装置２は，排気ガスパイプ
５０内に排気ガス通路４４を形成する排気ガス通路体５
１を配置し，排気ガスパイプ５０の外側にガス燃料が流
れるガス燃料ケース５２を配置し，ガス燃料ケース５２
内にガス燃料通路４５を形成する多孔質セラミックスか
ら成る多孔質部材５３を配置し，多孔質部材５３の表面
にＣＨ4 とＣＯ2 をＣＯとＨ2 の改質燃料に変換させる
作用を有する触媒３３を被覆し，更にガス燃料パイプ５
０の外周に断熱材５５を配置する。
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及び該装置によってガス燃料を
改質燃料にして熱効率をアップさせるガスエンジンに関
する。
然ガス等の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及び該装置によってガス燃料を
改質燃料にして熱効率をアップさせるガスエンジンに関
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 とに改質する天然ガス改質装置を提供すると共に，
天然ガス改質装置を排気マニホルドの直近の排気通路や
排気マニホルドの集合管に設け，ガス燃料を改質燃料に
変換する場合に使用する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，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，ガス
燃料を改質燃料に変換することによって熱効率を向上さ
せると共に，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 とに改質する天然ガス改質装置を提供すると共に，
天然ガス改質装置を排気マニホルドの直近の排気通路や
排気マニホルドの集合管に設け，ガス燃料を改質燃料に
変換する場合に使用する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，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，ガス
燃料を改質燃料に変換することによって熱効率を向上さ
せると共に，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，エンジンから排出された排気
ガスが流れる排気ガスパイプ，前記排気ガスパイプ内に
配置され且つ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，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から供給
されるＣＨ4 を主成分とするガス燃料を供給する入口と
排気ガスから分離したＣＯ2 を供給する入口を持つガス
燃料ケース，前記ガス燃料ケース内に配置され且つガス
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，前記ガス燃料通路を形成する前記多孔質部材の表
面に被覆され且つ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 の改質燃料
に変換させる作用を有する触媒，及び前記ガス燃料ケー
スの外周に配置された断熱材，から成る天然ガス改質装
置に関する。
ガスが流れる排気ガスパイプ，前記排気ガスパイプ内に
配置され且つ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，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から供給
されるＣＨ4 を主成分とするガス燃料を供給する入口と
排気ガスから分離したＣＯ2 を供給する入口を持つガス
燃料ケース，前記ガス燃料ケース内に配置され且つガス
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，前記ガス燃料通路を形成する前記多孔質部材の表
面に被覆され且つ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 の改質燃料
に変換させる作用を有する触媒，及び前記ガス燃料ケー
スの外周に配置された断熱材，から成る天然ガス改質装
置に関する。
【０００８】前記触媒は，Ｎｉ又はＰｔから成る。例え
ば，触媒がＮｉの場合には，１４００〜１５００℃のＮ
ｉの蒸気を多孔質セラミックスから成る多孔質部材に流
すことによって，多孔質部材のオープンポアの表面にＮ
ｉを容易に蒸着することができる。また，前記断熱材
は，ＳｉＣ等のセラミック不織布から成る。
ば，触媒がＮｉの場合には，１４００〜１５００℃のＮ
ｉの蒸気を多孔質セラミックスから成る多孔質部材に流
すことによって，多孔質部材のオープンポアの表面にＮ
ｉを容易に蒸着することができる。また，前記断熱材
は，ＳｉＣ等のセラミック不織布から成る。
【０００９】更に，前記排気ガスパイプ，前記排気ガス
通路体，前記ガス燃料ケース及び前記多孔質部材は，耐
熱性で熱伝導率が大きいＳｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣから成る
セラミックスから構成され，場合によっては，一体構造
に形成することができる。また，前記排気ガスパイプ
は，排気ガスが流れるハニカム構造の前記排気ガス通路
体とガス燃料が流れる多孔質セラミックスの前記多孔質
部材との隔壁を形成するものであり，緻密質のセラミッ
ク構造体に形成されている。
通路体，前記ガス燃料ケース及び前記多孔質部材は，耐
熱性で熱伝導率が大きいＳｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣから成る
セラミックスから構成され，場合によっては，一体構造
に形成することができる。また，前記排気ガスパイプ
は，排気ガスが流れるハニカム構造の前記排気ガス通路
体とガス燃料が流れる多孔質セラミックスの前記多孔質
部材との隔壁を形成するものであり，緻密質のセラミッ
ク構造体に形成されている。
【００１０】この天然ガス改質装置では，排気ガスが流
れるハニカムや通路孔を持つ構造に形成することによっ
て前記排気ガス通路体の流路抵抗を小さく調整し，ま
た，ガス燃料が流れる前記多孔質部材はＣＨ4 に適正な
改質時間を与えるように調整されており，天然ガス改質
装置で熱分解以上の排気ガス熱エネルギを奪うことがな
いように調整されている。
れるハニカムや通路孔を持つ構造に形成することによっ
て前記排気ガス通路体の流路抵抗を小さく調整し，ま
た，ガス燃料が流れる前記多孔質部材はＣＨ4 に適正な
改質時間を与えるように調整されており，天然ガス改質
装置で熱分解以上の排気ガス熱エネルギを奪うことがな
いように調整されている。
【００１１】前記多孔質部材には，前記ガス燃料とＣＯ
2 が流入する側と前記改質燃料が流出する側とから多数
の通穴が形成されている。更に，前記ガス燃料ケースに
開口するＣＨ4 を主成分とするガス燃料を供給する前記
入口と排気ガスから分離したＣＯ2 を供給する前記入口
とは，前記ガス燃料と前記ＣＯ2 とが混合を促進するよ
うに互いに対向して形成されている。
2 が流入する側と前記改質燃料が流出する側とから多数
の通穴が形成されている。更に，前記ガス燃料ケースに
開口するＣＨ4 を主成分とするガス燃料を供給する前記
入口と排気ガスから分離したＣＯ2 を供給する前記入口
とは，前記ガス燃料と前記ＣＯ2 とが混合を促進するよ
うに互いに対向して形成されている。
【００１２】この天然ガス改質装置は，上記のように，
前記排気ガス通路体がハニカム又は通路孔を備えた多孔
質から構成されているので，排気ガスの流れに損失を与
えることがなく，後流へ排出させることができる。ま
た，前記多孔質部材は，壁面に触媒が被覆された多孔壁
面に接触しつつガス燃料とＣＯ2 との混合ガスが流れる
ので，ガス燃料とＣＯ2 との流速が遅くなり，熱分解に
十分な反応時間を確保できる。
前記排気ガス通路体がハニカム又は通路孔を備えた多孔
質から構成されているので，排気ガスの流れに損失を与
えることがなく，後流へ排出させることができる。ま
た，前記多孔質部材は，壁面に触媒が被覆された多孔壁
面に接触しつつガス燃料とＣＯ2 との混合ガスが流れる
ので，ガス燃料とＣＯ2 との流速が遅くなり，熱分解に
十分な反応時間を確保できる。
【００１３】又は，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の
熱エネルギ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請求項１に記載の前記天然ガス改質
装置，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，及び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 分離膜によって前記排気ガ
スからＣＯ2 を分離し且つＣＯ2 を前記天然ガス改質装
置のガス燃料ケースに供給する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。
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の
熱エネルギ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請求項１に記載の前記天然ガス改質
装置，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，及び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 分離膜によって前記排気ガ
スからＣＯ2 を分離し且つＣＯ2 を前記天然ガス改質装
置のガス燃料ケースに供給する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。
【００１４】また，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３
５０℃と高いため，本発明には有効に適用できる。
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３
５０℃と高いため，本発明には有効に適用できる。
【００１５】また，ＣＨ4 の熱分解に寄与しなかったＣ
Ｏ2 は，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。
Ｏ2 は，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】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。
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。
【００１７】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熱交換器で回
収されて２００℃程度低下し，最後に前記第２熱交換器
で回収されて２００℃程度低下する。従って，前記ＣＯ
2 分離装置には，排気ガス温度を３５０℃〜２５０℃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。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熱交換器で回
収されて２００℃程度低下し，最後に前記第２熱交換器
で回収されて２００℃程度低下する。従って，前記ＣＯ
2 分離装置には，排気ガス温度を３５０℃〜２５０℃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。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。
【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。
【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。
【００２０】
【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及び該装置を備えたガスエンジ
ンの実施例を説明する。まず，図１及び図２を参照し
て，この発明による天然ガス改質装置を説明する。図１
はこの発明による天然ガス改質装置の一実施例を示す断
面図，及び図２は図１の天然ガス改質装置の線Ａ−Ａに
おける断面図である。
による天然ガス改質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。まず，図１及び図２を参照し
て，この発明による天然ガス改質装置を説明する。図１
はこの発明による天然ガス改質装置の一実施例を示す断
面図，及び図２は図１の天然ガス改質装置の線Ａ−Ａに
おける断面図である。
【００２１】この天然ガス改質装置は，概して，エンジ
ン１（図３）から排出された排気ガスが流れる排気ガス
パイプ５０，排気ガスパイプ５０の外側に配置され且つ
ガス燃料供給源１１（図３）から供給されるＣＨ4 を主
成分とするガス燃料とＣＯ2が流れるガス燃料ケース５
２，エンジン１の排気通路８に組み込むために排気ガス
パイプ５０の両端に設けられた取付部４６，及びガス燃
料ケース５２の外周に配置されたケーシング５４内に充
填された断熱材５５から構成されている。
ン１（図３）から排出された排気ガスが流れる排気ガス
パイプ５０，排気ガスパイプ５０の外側に配置され且つ
ガス燃料供給源１１（図３）から供給されるＣＨ4 を主
成分とするガス燃料とＣＯ2が流れるガス燃料ケース５
２，エンジン１の排気通路８に組み込むために排気ガス
パイプ５０の両端に設けられた取付部４６，及びガス燃
料ケース５２の外周に配置されたケーシング５４内に充
填された断熱材５５から構成されている。
【００２２】この天然ガス改質装置は，排気ガスパイプ
５０内に配置され且つ排気ガス通路４４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
５１，ガス燃料ケース５２内に配置され且つガス燃料通
路４５を形成する多孔質セラミックスから成る多孔質部
材５３，及びガス燃料通路４５を形成する多孔質部材５
３の表面に被覆され且つ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
質燃料に変換させる作用を有する触媒３３から構成され
ている。また，ガス燃料ケース５２には，その上流側に
ＣＯ2 通路２２と天然ガス供給通路３４とが接続され，
下流側に改質燃料供給路９が接続されている。
５０内に配置され且つ排気ガス通路４４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
５１，ガス燃料ケース５２内に配置され且つガス燃料通
路４５を形成する多孔質セラミックスから成る多孔質部
材５３，及びガス燃料通路４５を形成する多孔質部材５
３の表面に被覆され且つ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
質燃料に変換させる作用を有する触媒３３から構成され
ている。また，ガス燃料ケース５２には，その上流側に
ＣＯ2 通路２２と天然ガス供給通路３４とが接続され，
下流側に改質燃料供給路９が接続されている。
【００２３】ガス燃料ケース５２には，天然ガス燃料供
給源から天然ガス供給通路３４を通じて供給されるＣＨ
4 を主成分とするガス燃料を供給する入口と，排気ガス
から分離したＣＯ2 をＣＯ2 通路２２を通じて供給する
入口が開口している。更に，図１に示すように，ガス燃
料ケース５２に開口するＣＨ4 を主成分とするガス燃料
を供給する前記入口と排気ガスから分離したＣＯ2 を供
給する前記入口とは，ガス燃料とＣＯ2 とが混合を促進
するように互いに対向して形成されている。また，ガス
燃料ケース５２内に設けられた多孔質部材５３の上流に
は，分離ガスのＣＯ2 と天然ガスのＣＨ4 とが混合でき
る混合室４７が形成されているので，多孔質部材５３に
はＣＯ2 とＣＨ4 との混合ガスが通過するようになる。
給源から天然ガス供給通路３４を通じて供給されるＣＨ
4 を主成分とするガス燃料を供給する入口と，排気ガス
から分離したＣＯ2 をＣＯ2 通路２２を通じて供給する
入口が開口している。更に，図１に示すように，ガス燃
料ケース５２に開口するＣＨ4 を主成分とするガス燃料
を供給する前記入口と排気ガスから分離したＣＯ2 を供
給する前記入口とは，ガス燃料とＣＯ2 とが混合を促進
するように互いに対向して形成されている。また，ガス
燃料ケース５２内に設けられた多孔質部材５３の上流に
は，分離ガスのＣＯ2 と天然ガスのＣＨ4 とが混合でき
る混合室４７が形成されているので，多孔質部材５３に
はＣＯ2 とＣＨ4 との混合ガスが通過するようになる。
【００２４】この天然ガス改質装置において，触媒３３
は，Ｎｉ又はＰｔから成る。断熱材５５は，耐熱性のＳ
ｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミック不織布及び断熱空気層
から構成されている。更に，排気ガスパイプ５０，排気
ガス通路体５１，ガス燃料ケース５２及び多孔質部材５
３は，耐熱性で熱伝導率が大きいＡｌＮ等を含むＳｉ3
Ｎ4 又はＳｉＣから成るセラミックスから構成されてい
る。
は，Ｎｉ又はＰｔから成る。断熱材５５は，耐熱性のＳ
ｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミック不織布及び断熱空気層
から構成されている。更に，排気ガスパイプ５０，排気
ガス通路体５１，ガス燃料ケース５２及び多孔質部材５
３は，耐熱性で熱伝導率が大きいＡｌＮ等を含むＳｉ3
Ｎ4 又はＳｉＣから成るセラミックスから構成されてい
る。
【００２５】この天然ガス改質装置において，排気ガス
パイプ５０は，排気ガス通路４４とガス燃料通路４５と
の隔壁を構成している。また，ガス燃料ケース５２は，
熱輻射板を形成している。多孔質部材５３には，ガス燃
料とＣＯ2 が流入する側から穿孔された多数の通穴５６
と，改質燃料が流出する側から穿孔された多数の通穴５
７が形成されている。
パイプ５０は，排気ガス通路４４とガス燃料通路４５と
の隔壁を構成している。また，ガス燃料ケース５２は，
熱輻射板を形成している。多孔質部材５３には，ガス燃
料とＣＯ2 が流入する側から穿孔された多数の通穴５６
と，改質燃料が流出する側から穿孔された多数の通穴５
７が形成されている。
【００２６】次に，図３，図４及び図５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を
説明する。図３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４は図３
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５は図３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。
の発明による天然ガス改質装置を備えたガスエンジンを
説明する。図３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４は図３
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５は図３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。
【００２７】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
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，燃焼室
が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１
Ｂ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を通じて副室１Ｂへ供給される。
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，燃焼室
が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１
Ｂ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を通じて副室１Ｂへ供給される。
【００２８】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。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
によって改質燃料供給路９から副室１Ｂへ改質燃料が供
給される。
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。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
によって改質燃料供給路９から副室１Ｂへ改質燃料が供
給される。
【００２９】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燃料に変換
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は，排気マニホルド３９の付近
の排気通路８に設けるか，場合によっては，排気マニホ
ルド３９の集合管に一体に設けることができる。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３７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３８とから成るＣＯ2 供給
装置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８Ｂ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。
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は，排気マニホルド３９の付近
の排気通路８に設けるか，場合によっては，排気マニホ
ルド３９の集合管に一体に設けることができる。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３７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３８とから成るＣＯ2 供給
装置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８Ｂ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。
【００３０】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。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。
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。
【００３１】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。
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。
【００３２】ガスエンジン１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。
また，ターボチャージャ３の後流で且つ第１熱交換器４
の上流側の排気通路８Ａには，天然ガス改質装置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，天然ガス改質装置
２から補助燃料供給路２３を通じて供給される。
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。
また，ターボチャージャ３の後流で且つ第１熱交換器４
の上流側の排気通路８Ａには，天然ガス改質装置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，天然ガス改質装置
２から補助燃料供給路２３を通じて供給される。
【００３３】ターボチャージャ３は，図４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。
【００３４】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。
【００３５】蒸気タービン５は，図５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
として回収される。排気通路８Ｂ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４１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ＣＯ2 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
として回収される。排気通路８Ｂ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４１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ＣＯ2 供給装置７へ
送り込まれる。
【００３６】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
じて天然ガス改質装置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，ゼオライト系多孔質セラミックスから成る分離膜で
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ＣＯ2 を通過さ
せ，ＣＯ2 をＣＯ2 吸引供給ポンプ３８の作動によって
ＣＯ2 供給通路２２を通って天然ガス改質装置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
じて天然ガス改質装置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，ゼオライト系多孔質セラミックスから成る分離膜で
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ＣＯ2 を通過さ
せ，ＣＯ2 をＣＯ2 吸引供給ポンプ３８の作動によって
ＣＯ2 供給通路２２を通って天然ガス改質装置２へ送り
込むことができる。
【００３７】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。
【００３８】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。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，天然ガス燃料が燃料タ
ンク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，天然ガス改質装置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。
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，天然ガス燃料が燃料タ
ンク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，天然ガス改質装置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。
【００３９】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熱
交換器４へ送り込まれる。
【００４０】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，天然ガス改質装置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，天然ガス改質装置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。
【００４１】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。
【００４２】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 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。Ｃ
Ｏ2 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 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ＣＯ2 供給
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。
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 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。Ｃ
Ｏ2 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 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ＣＯ2 供給
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。
【００４３】
【発明の効果】この発明による天然ガス改質装置は，上
記のように構成されているので，排気ガスの流れに損失
を与えることなく，排気ガスがスムースに流れることが
でき，また，ガス燃料が流速が遅く触媒に接触してガス
燃料の十分な熱分解反応時間を確保でき，天然ガスの主
成分のＣＨ4 がＨ2 とＣＯに良好に変換される。
記のように構成されているので，排気ガスの流れに損失
を与えることなく，排気ガスがスムースに流れることが
でき，また，ガス燃料が流速が遅く触媒に接触してガス
燃料の十分な熱分解反応時間を確保でき，天然ガスの主
成分のＣＨ4 がＨ2 とＣＯに良好に変換される。
【００４４】また，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，ＣＯ2 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。
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，ＣＯ2 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の一実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図１の天然ガス改質装置の線Ａ−Ａにおける断
面図である。
面図である。
【図３】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４】図３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５】図３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 供給装置 ８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ 排気通路 ３３ 触媒 ３７ ＣＯ2 分離膜 ４４ 排気ガス通路 ４５ ガス燃料通路 ５０ 排気ガスパイプ ５１ 排気ガス通路体 ５２ ガス燃料ケース ５３ 多孔質部材 ５５ 断熱材 ５６，５７ 通穴
Claims (9)
- 【請求項１】 エンジンから排出された排気ガスが流れ
る排気ガスパイプ，前記排気ガスパイプ内に配置され且
つ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，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から供給されるＣＨ
4 を主成分とするガス燃料を供給する入口と排気ガスか
ら分離したＣＯ2 を供給する入口を持つガス燃料ケー
ス，前記ガス燃料ケース内に配置され且つガス燃料通路
を形成する多孔質セラミックスから成る多孔質部材，前
記ガス燃料通路を形成する前記多孔質部材の表面に被覆
され且つ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 の改質燃料に変換さ
せる作用を有する触媒，及び前記ガス燃料ケースの外周
に配置された断熱材，から成る天然ガス改質装置。 - 【請求項２】 前記触媒は，Ｎｉ又はＰｔから成る請求
項１に記載の天然ガス改質装置。 - 【請求項３】 前記断熱材は，セラミック不織布から成
る請求項１に記載の天然ガス改質装置。 - 【請求項４】 前記排気ガスパイプ，前記ガス通路体，
前記ガス燃料ケース及び前記多孔質部材は，熱伝導率が
大きいＡｌＮを含む耐熱性のＳｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣから
成るセラミックス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。 - 【請求項５】 前記多孔質部材には，前記ガス燃料とＣ
Ｏ2 が流入する側と前記改質燃料が流出する側とから多
数の通穴が形成されている請求項１に記載の天然ガス改
質装置。 - 【請求項６】 前記ガス燃料ケースに開口するＣＨ4 を
主成分とするガス燃料を供給する前記入口と排気ガスか
ら分離したＣＯ2 を供給する前記入口とは，前記ガス燃
料と前記ＣＯ2 とが混合を促進するように互いに対向し
て形成されている請求項１に記載の天然ガス改質装置。 - 【請求項７】 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の熱エネルギによっ
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
た請求項１に記載の前記天然ガス改質装置，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，及
び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 分離膜によって前記排気ガスからＣＯ2 を分
離し且つＣＯ2 を前記天然ガス改質装置のガス燃料ケー
スに供給する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８】 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６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９】 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６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 |
|---|---|---|---|
| JP27038997A JP3617276B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 天然ガス改質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 |
|---|---|---|---|
| JP27038997A JP3617276B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 天然ガス改質装置及び該装置を備えたガスエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1193777A true JPH1193777A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3617276B2 JP3617276B2 (ja) | 2005-02-02 |
Family
ID=17485589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27038997A Expired - Fee Related JP3617276B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 天然ガス改質装置及び該装置を備えたガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3617276B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1359310A4 (en) * | 2001-02-01 | 2006-01-04 | Yanmar Co Ltd | PETROL ENGINE |
| US7059130B2 (en) | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2007522377A (ja) * | 2004-01-20 | 2007-08-09 | ローベルク，ヴエルネル | 触媒を持つ燃焼ガスの再生器 |
| KR100947344B1 (ko) | 2009-09-21 | 2010-03-15 | (주)이엘씨 | 연료유 개질 장치 및 방법 |
| JP2013545922A (ja) * | 2010-11-11 | 2013-12-26 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 燃料改質装置 |
| CN107023422A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-08 | 武汉理工大学 | Lng发动机废气重整装置 |
-
1997
- 1997-09-18 JP JP27038997A patent/JP3617276B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1359310A4 (en) * | 2001-02-01 | 2006-01-04 | Yanmar Co Ltd | PETROL ENGINE |
| US7059130B2 (en) | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2007522377A (ja) * | 2004-01-20 | 2007-08-09 | ローベルク，ヴエルネル | 触媒を持つ燃焼ガスの再生器 |
| KR100947344B1 (ko) | 2009-09-21 | 2010-03-15 | (주)이엘씨 | 연료유 개질 장치 및 방법 |
| JP2013545922A (ja) * | 2010-11-11 | 2013-12-26 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 燃料改質装置 |
| CN107023422A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-08 | 武汉理工大学 | Lng发动机废气重整装置 |
| CN107023422B (zh) * | 2017-06-01 | 2022-09-27 | 武汉理工大学 | Lng发动机废气重整装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3617276B2 (ja) | 2005-02-02 |
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