JP2003120440A

JP2003120440A - ガスエンジン

Info

Publication number: JP2003120440A
Application number: JP2001321759A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsuoka; 俊雄松岡
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化水素系燃料を燃料改質器で改質した後、
この改質後の燃料を燃焼室に供給するガスエンジンに対
し、新たな加熱源を付加することなく改質反応を高温環
境下で行わせることを可能にする。【解決手段】排気管６における燃料改質器５１の直上
流側に、排気ガス中の未燃成分を燃焼させる酸化触媒装
置１００を備えさせる。この酸化触媒装置１００におけ
る未燃成分の燃焼によって発生する熱エネルギにより燃
料改質器５１の内部温度を排気温度よりも高くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系燃料を
燃料改質器で改質した後、この改質後の燃料を燃焼室に
向けて供給するガスエンジンに係る。特に、本発明は燃
料転化率の向上を図るための対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガスエンジンの一形態とし
て、炭化水素系燃料（Ｃ_mＨ_n）を燃料改質器で改質する
ことにより、発熱量の大きな燃料を得て、エンジンの熱
効率の向上を図るようにしたものが知られている。

【０００３】図３は、この種のガスエンジンによって発
電を行う発電システムの概略構成を示す図である。この
図に示すように、本ガスエンジンは、エンジン本体ａか
ら延びる出力軸ａ１が発電機ｂに接続されており、この
出力軸ａ１の回転駆動力によって発電機ｂによる発電を
行わせるようになっている。

【０００４】また、ガスエンジンの吸気系は、空気供給
系と燃料供給系とから成っており、空気供給系から供給
される空気と燃料供給系から供給される燃料との混合気
が燃焼室に供給されてエンジン本体ａが駆動するように
なっている。

【０００５】空気供給系は、過給機（コンプレッサ）ｃ
及びインタクーラｄを備えている。つまり、この過給機
ｃによって空気を圧縮した後、この空気をインタクーラ
ｄで冷却することにより、高密度の空気を燃焼室に向け
て供給できるようになっている。尚、上記過給機ｃは、
排気ガスが流れる排気管ｅに設けられたタービンｆの出
力軸ｆ１に直結されており、タービンｆの回転出力を受
けて空気を圧縮する。

【０００６】一方、燃料供給系は、燃料改質器ｇ、排熱
ボイラｈ、脱硫装置ｉ、タンクｊを備えている。この燃
料供給系では、炭化水素系燃料（Ｃ_mＨ_n）と水蒸気（Ｈ
₂Ｏ）とを燃料改質器ｇ内で吸熱反応させることによっ
て燃料組成を変化させ、これによって、元の炭化水素系
燃料よりも発熱量が大きな燃料が得られるようにしてい
る。また、この吸熱反応に必要な熱エネルギは排気管ｅ
を流れる排気ガスから得るようになっている。

【０００７】具体的には、先ず、炭化水素系燃料は硫黄
分を含んでいるため、脱硫装置ｉによってこの硫黄分を
除去し、この硫黄分が除去された後の炭化水素系燃料が
燃料改質器ｇに供給される。尚、燃料改質器ｇの触媒
（金属（Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，
Ｃｏ，Ｆｅ）、アルカリ炭酸塩（Ｋ₂ＣＯ₃）、塩基性酸
化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｋ₂Ｏ）、石炭等の鉱物質（Ｆ
ｅＳ₂）等）は、硫黄（消化ガスやバイオガス中の硫化
水素、都市ガスの付臭剤、石油系燃料の硫黄分など）に
よる被毒の虞があり、これを回避するために上記脱硫装
置ｉ及びこの脱硫装置ｉに水添脱硫を行わせるための水
素を供給する水素ボンベｋが必要である。一方、排熱ボ
イラｈでは、排気管ｅを流れる排気ガスの熱量を利用し
て水蒸気が発生しており、この水蒸気が燃料改質器ｇに
供給される。また、燃料改質器ｇには排気ガスの熱エネ
ルギを取得するための図示しない熱交換器が備えられて
いる。これにより、燃料改質器ｇの内部では以下の吸熱
反応が行われる。

【０００８】Ｃ_mＨ_n＋ｍＨ₂Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ₂ …（１）炭化水素系燃料がメタン（ｍ＝１、ｎ＝４）である場合
には以下の吸熱反応となる。

【０００９】ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂ …（２）このような反応が行われた場合、改質後の燃料の発熱量
は元の炭化水素系燃料よりも大幅に上昇し（例えば２５
％程度上昇する）、これによって熱効率（発電機出力／
供給燃料Ｃ_mＨ_n）の向上を図ることが可能な燃料が得ら
れることになる。

【００１０】そして、改質後の燃料は、一旦タンクｊに
貯蔵され、このタンクｊに内蔵された図示しない除湿器
で余分な残留Ｈ₂Ｏが取り除かれた後、上記空気供給系
から供給された空気と混合されて燃焼室に供給される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記排気管
ｅを流れる排気ガスの温度は、４００℃〜５００℃程度
であり、燃料改質器ｇの内部での上記吸熱反応を良好に
行うために必要な熱エネルギを取得できるほどの温度に
は至っていないのが実情である。例えば、排ガス温度が
５００℃程度である場合、従来の改質方法では、メタン
転化率は１５％程度しか得られておらず、改質後の燃料
の発熱量を大幅に増大させるには至っていなかった。

【００１２】吸熱反応を高温度の環境下で行わせるため
に、加熱源を新たに設け、この加熱源によって燃料改質
器を加熱することも考えられるが、これでは、加熱源に
別途エネルギが必要となってしまい、ガスエンジン全体
としての発電効率の向上を図ることは困難である。

【００１３】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、新たな加熱源を付加
することなく吸熱反応を高温環境下で行わせることを可
能にし、これによって高い転化率を得て、ガスエンジン
全体としての熱効率（発電効率）の向上を図ることにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】−発明の概要− 上記の目的を達成するために、本発明は、ガスエンジン
の排気ガス中に残存する未燃成分を有効に利用したり、
エンジン排熱を有効に利用することによって、燃料改質
器の内部での吸熱反応温度を高め、これによって高い転
化率を得るようにしている。

【００１５】−解決手段− 具体的には、排気ガス中の熱エネルギを利用して炭化水
素系燃料を燃料改質器で改質した後、この改質後の燃料
を燃焼室に供給するガスエンジンを前提とする。このガ
スエンジンに対し、排気ガス中の未燃成分を燃焼させ、
この燃焼によって発生する熱エネルギにより燃料改質器
の内部温度を上記排気ガスの温度よりも高くする酸化触
媒装置を備えさせている。

【００１６】また、上記酸化触媒装置に代えて、エンジ
ン排熱の熱エネルギを化学エネルギに変換して一旦貯蔵
した後、この化学エネルギを変換することにより上記排
気ガスの温度よりも高温の熱エネルギを取り出し、この
変換後の熱エネルギにより燃料改質器の内部温度を上記
排気ガスの温度よりも高くするケミカルヒートポンプ手
段を採用してもよい。

【００１７】更に、上記酸化触媒装置とケミカルヒート
ポンプ手段とを併用して燃料改質器の内部温度を排気ガ
スの温度よりも高くするようにしてもよい。

【００１８】これらの特定事項により、新たな加熱源を
付加することなしに、改質反応を高い温度環境下で行わ
せることができ、反応の促進を効果的に図ることができ
る。例えば、一般に高転化率を得るためには燃料改質器
の内部温度は７００℃以上が必要であるとされている。
本発明にあっては、反応の熱源として排気ガスを利用す
る際において、その排気ガス温度が７００℃未満である
場合であっても、吸熱反応を高い温度環境下で行わせる
ことができ、高転化率を実現することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本形態では、メタンガス（Ｃ
Ｈ₄）を燃料改質器で改質することにより発熱量の大き
な燃料を得るようにしたガスエンジンに本発明を適用し
た場合について説明する。また、本形態に係るガスエン
ジンは、その出力を発電に利用するものである。

【００２０】（第１実施形態）先ず、第１実施形態につ
いて説明する。

【００２１】−システム構成の説明− 図１は、本形態に係るガスエンジンによって発電を行う
発電システムの概略構成を示す図である。この図に示す
ように、本ガスエンジン１は、エンジン本体２から延び
る出力軸２１が発電機３に接続されており、この出力軸
２１の回転駆動力によって発電機３による発電を行わせ
る構成となっている。

【００２２】また、ガスエンジン１の吸気系は、空気供
給系４と燃料供給系５とから成っており、空気供給系４
から供給される空気と燃料供給系５から供給される燃料
との混合気がエンジン本体２の図示しない燃焼室に供給
されてエンジン本体２が駆動するようになっている。以
下、空気供給系４及び燃料供給系５について説明する。

【００２３】空気供給系４は、過給機（コンプレッサ）
４１及びインタクーラ４２を備えている。つまり、この
過給機４１によって空気を圧縮した後、この空気をイン
タクーラ４２で冷却することにより、高密度の空気を燃
焼室に向けて供給できるようになっている。尚、上記過
給機４１は、排気ガスが流れる排気管６に設けられたタ
ービン６１の出力軸６２に直結されており、タービン６
１の回転出力を受けて空気を圧縮する。

【００２４】一方、燃料供給系５は、燃料改質器５１、
排熱ボイラ５２、高次脱硫装置５３、タンク５５などを
備えている。この燃料供給系５では、炭化水素系燃料で
あるメタンガス（ＣＨ₄）と水蒸気（Ｈ₂Ｏ）とを燃料改
質器５１内で吸熱反応させることによって燃料組成を変
化させ、これによって、元のメタンガスよりも発熱量が
大きな燃料が得られるようにしている。また、この吸熱
反応に必要な熱エネルギは排気管６を流れる排気ガスか
ら得るようになっている。以下、この燃料供給系５を構
成する各要素について説明する。

【００２５】排熱ボイラ５２は、外部から水が供給さ
れ、その水が内部に貯留されており、この水と排気管６
を流れる排気ガスとの間で熱交換を行うことで、水を蒸
発させて水蒸気を発生させるものである。この排熱ボイ
ラ５２と燃料改質器５１とは水蒸気供給管７１によって
接続されており、排熱ボイラ５２内で発生した水蒸気が
燃料改質器５１内に供給可能となっている。また、この
水蒸気供給管７１には開度調整可能な電動弁７１ａが設
けられている。

【００２６】高次脱硫装置５３は、メタンガス中に含ま
れている硫黄分を除去するためのものである。つまり、
燃料改質器５１の触媒（金属（Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｉ
ｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｃｏ，Ｆｅ）、アルカリ炭酸塩
（Ｋ₂ＣＯ₃）、塩基性酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｋ
₂Ｏ）、石炭等の鉱物質（ＦｅＳ₂）等）は、硫黄による
被毒の虞があり、これを回避するために、この高次脱硫
装置５３が設置されている。また、この高次脱硫装置５
３には、メタンガスを供給するための改質前燃料供給管
７２及び脱硫後の燃料を燃料改質器５１に供給するため
の脱硫燃料供給管７３が接続されている。

【００２７】この高次脱硫装置５３は炭化水素系燃料中
に含まれる硫黄分（一般にスリップ硫黄と呼ばれる）を
１ppbレベルまで削減することができるものであって、
常温の環境下であっても高性能の脱硫動作を行うことが
できるものである。その脱硫の原理としては、金属酸化
物上の活性金属によってチオフェン等の有機硫黄をも分
解して脱硫を行うことができるようにされている。

【００２８】また、上記高次脱硫装置５３からの燃料を
燃料改質器５１に供給するための上記脱硫燃料供給管７
３には電動弁７３ａが設けられており、通常の運転時に
は、水蒸気供給管７１の電動弁７１ａ及び脱硫燃料供給
管７３の電動弁７３ａが共に開放されて、燃料改質器５
１に対してメタンガス及び水蒸気が供給されて吸熱反応
に伴うガスエンジン１の運転が行われる。一方、燃料改
質器５１の触媒が被毒された場合や発電負荷が小さい場
合には、水蒸気供給管７１の電動弁７１ａの開放が維持
され、脱硫燃料供給管７３の電動弁７３ａが閉鎖され
る。これにより、燃料改質器５１に対して水蒸気のみが
供給される状態となる。この水蒸気のみの供給により燃
料改質器５１の触媒が被毒される原因となっている硫黄
分が分解され、これによって触媒を再生することができ
る。

【００２９】尚、この高次脱硫装置５３の上流側に水添
脱硫装置を備えさせるようにしてもよい。これによれ
ば、高次脱硫装置５３に導入される硫黄量を極端に少な
くすることができ、高次脱硫装置５３での硫黄除去動作
の高効率化と高次脱硫装置５３の長寿命化とを図ること
ができる。

【００３０】燃料改質器５１は、上述した如くその内部
で水蒸気とメタンガスとを吸熱反応させて燃料改質動作
を行わせるものである。つまり、上記水蒸気供給管７１
から供給された水蒸気と脱硫燃料供給管７３から供給さ
れたメタンガスとの間で吸熱反応を行わせるようになっ
ている。また、この燃料改質器５１の内部には、排気ガ
スの熱エネルギを取得するための図示しない熱交換器が
備えられている。これにより、燃料改質器５１の内部で
は所定温度の環境下で以下の吸熱反応が行われるように
なっている。

【００３１】ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂ …（２）このような反応が行われることで、改質後の燃料の発熱
量は元のメタンガスよりも大幅に上昇し、これによって
熱効率（発電機出力／供給燃料）の向上が図れる燃料を
得ることができるようになっている。

【００３２】また、上記燃料改質器５１とタンク５５と
は、上記吸熱反応によって得られた燃料等（Ｈ₂、Ｃ
Ｏ、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｏ）をタンク５５に向かって供給するた
めの燃料供給管７６によって接続されている。この燃料
供給管７６には開度調整可能な電動弁７６ａが設けられ
ている。

【００３３】そして、この燃料供給管７６によって燃料
が供給されるタンク５５は、燃料を一旦貯蔵し、改質後
の燃料を改質後燃料供給管７８を経て空気と混合して燃
焼室に供給するようになっている。

【００３４】そして、本形態の特徴として、排気管６に
おける燃料改質器５１の直上流側には酸化触媒装置１０
０が備えられている。この酸化触媒装置１００は、排気
ガス中の未燃成分を、排気管６中に残存する酸素を利用
して燃焼させるものであって、この燃焼により燃料改質
器５１の内部温度を排気ガス温度よりも高くするように
なっている。つまり、この燃料改質器５１の内部温度を
高めて、燃料改質器５１における吸熱反応温度を高くし
て反応の促進を図るようになっている。この排気ガス中
の未燃成分の燃焼によって、燃料改質器５１の内部温度
は例えば７００℃まで上昇することになる。

【００３５】上記酸化触媒装置１００に使用される酸化
触媒としては、例えば、パラジウムを酸化ジルコニウム
に担持してなる触媒、パラジウム及び白金を酸化ジルコ
ニウムに担持してなる触媒、パラジウムを酸化錫に担持
してなる触媒、パラジウム及び白金を酸化錫に担持して
なる触媒等が掲げられる。これらの酸化触媒は、酸化ジ
ルコニウムまたは酸化錫を、パラジウムと必要に応じて
白金のイオンを含む溶液に含浸した後乾燥させ、焼成す
ることにより得ることができる。また、酸化ジルコニウ
ムとしては、市販の酸化ジルコニウムの他に、硫酸根や
タングステンを担持するなどして、予め酸性度を高める
処理を施した酸化ジルコニウムを用いても構わない。

【００３６】更に、本ガスエンジン１の燃料供給系５に
は、上記構成に加えて、熱交換器５７及び純水装置５８
が備えられている。

【００３７】上記熱交換器５７は、燃料供給管７６を流
れる改質後燃料（改質ガス）と、燃料改質器５１に供給
されるメタンガス（高次脱硫装置５３で脱硫された後の
メタンガス）との間で熱交換を行うようになっている。
これにより燃料改質器５１に供給されるメタンガスを予
熱できる構成となっている。また、この熱交換器５７
は、燃料供給管７６を流れる改質後燃料（改質ガス）
と、純水装置５８から排熱ボイラ５２に供給される純水
との間でも熱交換が行われるようになっている。これに
より排熱ボイラ５２に供給される純水を予熱できる構成
となっている。このように、本ガスエンジン１の原料で
あるメタンガス及び純水を改質後燃料によって予熱して
おく構成を採用することによって改質後燃料中の熱エネ
ルギを回収でき、排熱回収量の増大を図ることができ
る。

【００３８】また、上記純水装置５８は水供給管５８ａ
によって排熱ボイラ５２に接続されており、熱交換器５
７は水戻し管５７ａによってこの水供給管５８ａに接続
されている。つまり、熱交換器５７によって改質後燃料
中に含まれる水分が凝縮されて成る水を排熱ボイラ５２
で生成される水蒸気の原料とすることができるようにな
っている。このため、改質後燃料中に含まれる水分を廃
棄することなく有効に利用することができ、純水供給設
備のランニングコストの削減を図ることができる。

【００３９】一方、上記純水装置５８は、例えば水道水
が供給され、この水道水から純水を生成し、この純水を
上記水供給管５８ａによって排熱ボイラ５２に供給する
ものである。つまり、水道水中に含まれるハロゲンや砒
素等の不純物を除去することによって高純度の純水を生
成するようになっている。この純水装置５８の具体的な
ものとしては、蒸留式純水装置、カートリッジ式純水装
置、イオン交換式純水装置、電気再生式純水装置、電気
透析原理を応用した連続イオン交換法（ＥＤＩ）による
装置などが掲げられる。

【００４０】特に、ハロゲンを除去するための手法とし
ては、活性炭濾過法、精密濾過法（ＭＦ膜（マイクロフ
ィルタ）などによる）、限外濾過法（ＵＦ膜（ウルトラ
フィルタ）などによる）、逆浸透膜法（ＲＯ膜（リバー
ス・オスモシス）などによる）のうち少なくとも一つが
選択されている。一方、砒素を除去するための手法とし
ては、凝集沈殿法（供沈法）、イオン交換法、活性アル
ミナ法、低圧逆浸透膜法、逆浸透膜法（浸透圧とは逆方
向に圧力をかける手法）、ＡＤＩ法のうち少なくとも一
つが選択されている。

【００４１】例えば、上記供沈法では、原水（水道水）
に酸化剤と凝集剤とが注入され、これをミキサで混合し
てＵＤフィルタに通過させる。この際、フィルタの濾過
層を原水が通過する際に、砒素を取り込んだ凝集フロッ
クが補足される。この処理水は更に急速で濾過され、残
留している砒素や濁質が除去される。

【００４２】活性アルミナ法では、酸化剤と、ｐＨ調整
のための酸を注入した原水をミキサで混合し、活性アル
ミナ吸着塔に流入させる。その後、この処理水は浄化池
でｐＨ値を中性付近まで上げるための再調整が行われ
る。更に、濁質、鉄、マンガン等が濾過器によって除去
される。

【００４３】ここで純水とは一般にはppm（mg/l）オー
ダの濃度で不純物を含有している水をいう。また、高性
能の純水装置５８であれば、超純水を生成することも可
能である。この超純水とは一般にはppb（μg/l）オーダ
の濃度で不純物を含有している水をいう。

【００４４】このようにして排熱ボイラ５２に供給され
る水を純水とすることによって、燃料改質器５１に供給
される水蒸気中にハロゲンや砒素等の不純物が含まれて
しまうことを回避し、これによって上記吸熱反応を効率
良く行うことができるようにしている。これにより、燃
料改質器５１、排熱ボイラ５２の高寿命化、純水タンク
が不要になることによる低コスト化を図ることができ
る。

【００４５】−ガスエンジン１の動作説明− 次に、上述の如く構成されたガスエンジン１の動作につ
いて説明する。

【００４６】先ず、水蒸気供給管７１の電動弁７１ａが
開放された状態で、純水装置５８から排熱ボイラ５２に
供給された水が、この排熱ボイラ５２において排気管６
を流れる排気ガスによって加熱されて水蒸気となる。そ
して、この水蒸気は、水蒸気供給管７１によって燃料改
質器５１に順次供給されていく。

【００４７】これと同時に、メタンガスが改質前燃料供
給管７２によって高次脱硫装置５３に供給され、ここで
脱硫動作が行われる。この高次脱硫装置５３における脱
硫動作にあっては、上述したように、常温の環境下にお
いてスリップ硫黄を１ppbレベルまで削減することがで
きる。このため、脱硫燃料供給管７３によって高次脱硫
装置５３から燃料改質器５１に供給されるメタンガス中
には殆ど硫黄分は存在しておらず、燃料改質器５１の触
媒の被毒は殆どなくなる。

【００４８】このようにして、燃料改質器５１に水蒸気
及びメタンガスが供給された状態で上記の吸熱反応が行
われる。また、この燃料改質器５１には水蒸気及びメタ
ンガスの他に、空気、酸素（Ｏ₂）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂）なども供給されている。上記吸熱反応の際には、
排気ガスの熱エネルギが燃料改質器５１内の熱交換器に
よって取得され、これにより、燃料改質器５１の内部で
は所定温度の環境下で吸熱反応が行われて、一酸化炭素
（ＣＯ）と水素ガス（Ｈ₂）とが発生する。尚、この
際、改質されなかった水蒸気（Ｈ₂Ｏ）及びメタンガス
（ＣＨ₄）も燃料改質器５１の内部には存在している。
そして、上述したように、本ガスエンジン１の排気管６
には酸化触媒装置１００が備えられており、この酸化触
媒装置１００において、排気ガス中の未燃成分の燃焼が
行われている。この燃焼により、燃料改質器５１の内部
温度は排気ガス温度よりも高くなり（例えば７００
℃）、上記吸熱反応は大幅に促進されることになる。

【００４９】エンジン本体２に燃料を供給する際には、
上記燃料供給管７６の電動弁７６ａが開放されている。
燃料改質器５１内の水素ガス、メタンガス、一酸化炭
素、水蒸気は、燃料供給管７６によってタンク５５に供
給される。そして、改質後の燃料がタンク５５から改質
後燃料供給管７８を経て、空気供給系４から供給された
空気と混合されてエンジン本体２の燃焼室に供給され
る。これによってエンジン本体２が駆動し、出力軸２１
の回転駆動に伴って発電機３が駆動して発電が行われ
る。

【００５０】−実施形態の効果− 以上説明したように、本形態では、ガスエンジン１の排
気ガス中に残存する未燃成分を酸化触媒装置１００によ
って燃焼させて燃料改質器５１の内部温度を上昇させる
ことができる。このため、たとえ排気ガス温度が低い状
況であっても、燃料改質器５１の内部での吸熱反応を高
い温度環境下で行わせることができ、高い転化率を得る
ことができる。

【００５１】（第２実施形態）次に、第２実施形態につ
いて説明する。本形態は、燃料改質器５１の内部温度を
高くするための構成の変形例である。その他の構成は上
述した第１実施形態のものと同様である。従って、ここ
では第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

【００５２】図２に示すように、本形態に係るガスエン
ジン１では、上記第１実施形態の構成に加えてケミカル
ヒートポンプ手段としてのケミカルヒートポンプ２００
を備えている。以下、このケミカルヒートポンプ２００
について説明する。

【００５３】このケミカルヒートポンプ２００は、排気
管６において燃料改質器５１よりも下流側位置に配設さ
れた吸熱側熱交換器２０１と、排気管６において燃料改
質器５１よりも上流側位置（図２に示すものでは酸化触
媒装置１００よりも上流側位置）に配設された放熱側熱
交換器２０２とを備えている。

【００５４】また、このケミカルヒートポンプ２００
は、水素吸蔵合金などの水素吸蔵物質が収容された第１
及び第２の水素吸蔵体２０３，２０４も備えている。こ
れら第１及び第２の水素吸蔵体２０３，２０４の内部に
は水素ガスが充填されている。また、これら第１及び第
２の水素吸蔵体２０３，２０４同士は圧縮機２０５を介
して互いに接続されており、この圧縮機２０５の駆動に
伴ってこの両者２０３，２０４間で水素ガスを流動させ
ることにより、一方の内部空間を高圧にし他方の内部空
間を低圧にできるようになっている。上記圧縮機２０５
の駆動に伴って水素吸蔵体２０３，２０４の内部空間の
圧力が調整されると、その圧力に応じて、水素吸蔵体２
０３，２０４内の水素吸蔵物質が水素を吸蔵する状態と
水素を放出する状態とが切り換えられるようになってい
る。そして、各水素吸蔵体２０３，２０４の内部に収容
されている水素吸蔵物質は、水素を吸蔵して水素化物を
生成する際に生成熱を発するものである。

【００５５】また、上記各熱交換器２０１，２０２は、
各水素吸蔵体２０３，２０４に対する接続状態が切り換
え可能となるように配管が接続され、接続された水素吸
蔵体２０３，２０４との間で循環回路が構成されるよう
になっている。この循環回路内には熱媒体が循環可能に
充填されている。図中実線で示す状態では、第１水素吸
蔵体２０３と吸熱側熱交換器２０１との間、第２水素吸
蔵体２０４と放熱側熱交換器２０２との間でそれぞれ熱
媒体が循環する循環回路が構成される。一方、図中破線
で示す状態では、第２水素吸蔵体２０４と吸熱側熱交換
器２０１との間、第１水素吸蔵体２０３と放熱側熱交換
器２０２との間でそれぞれ熱媒体が循環する循環回路が
構成される。尚、配管には、各循環回路において熱媒体
を循環させるための図示しないポンプが備えられてい
る。また、この熱媒体としては、水、熱媒体油、液体金
属、無機系溶融塩等が採用可能である。

【００５６】以下、この圧力調整に伴うケミカルヒート
ポンプ動作について説明する。先ず、図２に実線で示す
ように、第１水素吸蔵体２０３と吸熱側熱交換器２０１
との間、第２水素吸蔵体２０４と放熱側熱交換器２０２
との間でそれぞれ循環回路が構成されている状態におい
て、第１水素吸蔵体２０３内の圧力を比較的低く設定す
ると、この第１水素吸蔵体２０３内において水素吸蔵物
質が水素を放出する吸熱動作が行われる。つまり、吸熱
側熱交換器２０１における排気ガスと熱媒体との熱交換
によって熱媒体に取得された熱エネルギが第１水素吸蔵
体２０３に与えられることになる。同時に、第２水素吸
蔵体２０４内の圧力を比較的高く設定すると、この第２
水素吸蔵体２０４内において水素吸蔵物質が水素を吸蔵
する発熱動作（生成熱の発生）が行われる。つまり、前
工程で第２水素吸蔵体２０４内に蓄えられた熱エネルギ
が熱媒体に与えられ、熱媒体の循環によってこの熱エネ
ルギが放熱側熱交換器２０２に放熱されることになる。

【００５７】その後、図２に破線で示すように、回路の
接続状態を切り換え、第１水素吸蔵体２０３内の圧力を
比較的高く設定し、且つ第２水素吸蔵体２０４内の圧力
を比較的低く設定する。これにより、第１水素吸蔵体２
０３では上記発熱動作が行われ、第２水素吸蔵体２０４
では上記吸熱動作が行われて上記と同様の熱エネルギの
搬送が行われる。

【００５８】このような動作が繰り返されることによ
り、一方では水素吸蔵物質の放熱動作が行われ、他方で
は水素吸蔵物質の吸熱動作が行われて、排気ガス温度が
比較的低い領域（燃料改質器５１よりも下流側）での熱
エネルギを、排気ガス温度が比較的高い領域（燃料改質
器５１よりも上流側）に放熱させる所謂ケミカルヒート
ポンプ動作が行われるようになっている。

【００５９】このように、本形態においても燃料改質器
５１の内部温度が高められ、燃料改質器５１における吸
熱反応温度を高くして反応の促進を図ることができ、高
い転化率を得ることができる。

【００６０】−その他の実施形態− 上記実施形態では、炭化水素系燃料としてメタンガスを
燃料改質器５１で改質することにより発熱量の大きな燃
料を得るようにしたガスエンジン１に本発明を適用した
場合について説明した。本発明は、これに限らず、炭化
水素系燃料としては、天然ガス、石油系液体燃料、消化
ガス、バイオガス、アルコール燃料等の燃料を適用する
ことも可能である。

【００６１】また、ガスエンジンとしては発電用のもの
に限らず、種々の用途に使用されているガスエンジンに
本発明は適用可能である。

【００６２】更に、燃料改質器５１での吸熱反応を更に
促進させるために、この燃料改質器５１の内部で、分離
水素、改質燃料（改質後の燃料であって水素以外のも
の）または炭化水素系燃料（改質前の燃料）の一部を燃
焼させて、燃料改質器５１の内部温度を上昇させる構成
を採用することも可能である。この構成を採用すれば、
極めて高い転化率を実現することができる。

【００６３】また、上記各実施形態では、水蒸気と炭化
水素系燃料とを吸熱反応させて燃料改質を行うものにつ
いて説明したが、本発明は、二酸化炭素と炭化水素系燃
料とを吸熱反応させて燃料改質を行うものに適用するこ
とも可能である。

【００６４】また、上記第２実施形態では、排気ガス中
の熱エネルギを化学エネルギに変換するようにしていた
が、エンジン冷却水や改質後燃料中の熱エネルギを変換
するようにしてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明では、ガスエンジ
ンの排気ガス中に残存する未燃成分を酸化触媒装置によ
って燃焼させたり、エンジン排熱をケミカルヒートポン
プ手段によって燃料改質器の内部温度の上昇に利用する
ようにしたことで、新たな加熱源を付加することなし
に、改質反応を高い温度環境下で行わせることができ、
反応の促進を効果的に図ることができ、転化率の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るガスエンジンによって発電
を行う発電システムの概略構成を示す図である。

【図２】第２実施形態に係るガスエンジンによって発電
を行う発電システムの概略構成を示す図である。

【図３】従来例における図１相当図である。

【符号の説明】

１ガスエンジン５１燃料改質器１００酸化触媒装置２００ケミカルヒートポンプ（ケミカルヒートポン
プ手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 ＣＦ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 ＫＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス中の熱エネルギを利用して炭化
水素系燃料を燃料改質器で改質した後、この改質後の燃
料を燃焼室に供給するガスエンジンにおいて、排気ガス中の未燃成分を燃焼させ、この燃焼によって発
生する熱エネルギにより燃料改質器の内部温度を上記排
気ガスの温度よりも高くする酸化触媒装置を備えている
ことを特徴とするガスエンジン。
【請求項２】排気ガス中の熱エネルギを利用して炭化
水素系燃料を燃料改質器で改質した後、この改質後の燃
料を燃焼室に供給するガスエンジンにおいて、エンジン排熱の熱エネルギを化学エネルギに変換して一
旦貯蔵した後、この化学エネルギを変換することにより
上記排気ガスの温度よりも高温の熱エネルギを取り出
し、この変換後の熱エネルギにより燃料改質器の内部温
度を上記排気ガスの温度よりも高くするケミカルヒート
ポンプ手段を備えていることを特徴とするガスエンジ
ン。
【請求項３】排気ガス中の熱エネルギを利用して炭化
水素系燃料を燃料改質器で改質した後、この改質後の燃
料を燃焼室に供給するガスエンジンにおいて、排気ガス中の未燃成分を燃焼させ、この燃焼によって発
生する熱エネルギにより燃料改質器の内部温度を上記排
気ガスの温度よりも高くする酸化触媒装置と、エンジン排熱の熱エネルギを化学エネルギに変換して一
旦貯蔵した後、この化学エネルギを変換することにより
上記排気ガスの温度よりも高温の熱エネルギを取り出
し、この変換後の熱エネルギにより燃料改質器の内部温
度を上記排気ガスの温度よりも高くするケミカルヒート
ポンプ手段とを備えていることを特徴とするガスエンジ
ン。