JP2955274B1 - 水素エンジンシステム - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 排ガスをクリーンなものとするとともに、省
エネルギ化を実現できる水素エンジンシステムを提供す
る。 【解決手段】 水素を燃料とするエンジン１と、このエ
ンジン１からの排ガスＧを熱源とし、熱化学反応を利用
して水から水素を生成する第１の水素生成器２とを備え
る。第１の水素生成器２で生成された水素の少なくとも
一部を燃料としてエンジン１に供給する。
エネルギ化を実現できる水素エンジンシステムを提供す
る。 【解決手段】 水素を燃料とするエンジン１と、このエ
ンジン１からの排ガスＧを熱源とし、熱化学反応を利用
して水から水素を生成する第１の水素生成器２とを備え
る。第１の水素生成器２で生成された水素の少なくとも
一部を燃料としてエンジン１に供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、コージェ
ネレーションシステム、コンバインシステム、各種発電
プラントまたはボイラ設備などにおける発電電力や軸動
力を発生させる動力源として用いることのできる、ガス
タービン、レシプロのガスエンジンなどを用いた水素エ
ンジンシステムに関するものである。
ネレーションシステム、コンバインシステム、各種発電
プラントまたはボイラ設備などにおける発電電力や軸動
力を発生させる動力源として用いることのできる、ガス
タービン、レシプロのガスエンジンなどを用いた水素エ
ンジンシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、上述のような各種設備
の動力源として用いられるエンジンシステムには、燃料
の燃焼に伴って発生する排ガスの組成に関して厳しい環
境基準が設けられており、特に、排ガス中に含まれるＣ
Ｏ、ＨＣ、ＣＯ2 およびＮＯx などの物質は、種々の公
害を生じることから、一層の低減が切望されている。そ
こで、従来のＬＮＧや液体燃料などの燃料に代えて、水
素などのクリーンな燃料を用いることが考えられる。一
方、エンジンシステムには、総合熱効率を向上させるこ
とによって省エネルギの促進を図る課題があり、たとえ
ば、ガスタービンにより発電を行うとともに、ガスター
ビンの排ガスの熱回収により生成した蒸気により、冷暖
房や給湯の熱需要をまかなうコージェネレーションシス
テムや、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせた
コンバインサイクルなどが従来から導入されている。
の動力源として用いられるエンジンシステムには、燃料
の燃焼に伴って発生する排ガスの組成に関して厳しい環
境基準が設けられており、特に、排ガス中に含まれるＣ
Ｏ、ＨＣ、ＣＯ2 およびＮＯx などの物質は、種々の公
害を生じることから、一層の低減が切望されている。そ
こで、従来のＬＮＧや液体燃料などの燃料に代えて、水
素などのクリーンな燃料を用いることが考えられる。一
方、エンジンシステムには、総合熱効率を向上させるこ
とによって省エネルギの促進を図る課題があり、たとえ
ば、ガスタービンにより発電を行うとともに、ガスター
ビンの排ガスの熱回収により生成した蒸気により、冷暖
房や給湯の熱需要をまかなうコージェネレーションシス
テムや、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせた
コンバインサイクルなどが従来から導入されている。
【０００３】そこで、上記の水素を含有する燃料を用い
たコンバインドサイクルを採用して、環境保護と総合熱
効率の向上を図ったエンジンシステムとして、燃料電池
を用いた複合発電装置が提案されている（特開昭61−29
0665号公報）。しかしながら、この複合発電装置は、水
素を含有する燃料として、メタノールを用いているか
ら、その排ガス中にはＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 およびＮＯx
などの環境破壊の原因となる有害な物質が含まれる。そ
のため、この複合発電装置は、上記有害な物質の排出量
を抑制するための低減装置を設けるなどの環境対策を施
す必要があり、装置が複雑化するとともに、相当のコス
ト高となる。また、燃料となる水素は、メタノールから
生成しているので、将来において化石燃料が枯渇した場
合には、メタノールを得られないことから、システム自
体が成立しなくなる。
たコンバインドサイクルを採用して、環境保護と総合熱
効率の向上を図ったエンジンシステムとして、燃料電池
を用いた複合発電装置が提案されている（特開昭61−29
0665号公報）。しかしながら、この複合発電装置は、水
素を含有する燃料として、メタノールを用いているか
ら、その排ガス中にはＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 およびＮＯx
などの環境破壊の原因となる有害な物質が含まれる。そ
のため、この複合発電装置は、上記有害な物質の排出量
を抑制するための低減装置を設けるなどの環境対策を施
す必要があり、装置が複雑化するとともに、相当のコス
ト高となる。また、燃料となる水素は、メタノールから
生成しているので、将来において化石燃料が枯渇した場
合には、メタノールを得られないことから、システム自
体が成立しなくなる。
【０００４】そこで、本発明は、排ガスをクリーンなも
のとするとともに、省エネルギ化を実現できる水素エン
ジンシステムを提供することを目的とする。
のとするとともに、省エネルギ化を実現できる水素エン
ジンシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本願第１の発明の水素エンジンシステムは、ま
ず、水素を燃料とするエンジンと、このエンジンからの
排ガスを熱源とし、熱化学反応を利用して水から水素を
生成する第１の水素生成器とを備え、前記第１の水素生
成器で生成された水素の少なくとも一部を前記燃料とし
て前記エンジンに供給する構成になっている。
ために、本願第１の発明の水素エンジンシステムは、ま
ず、水素を燃料とするエンジンと、このエンジンからの
排ガスを熱源とし、熱化学反応を利用して水から水素を
生成する第１の水素生成器とを備え、前記第１の水素生
成器で生成された水素の少なくとも一部を前記燃料とし
て前記エンジンに供給する構成になっている。
【０００６】この水素エンジンシステムでは、水の熱化
学サイクルによる分解により生成した水素をエンジンの
燃料として用いるので、水素の燃焼により発生する排ガ
ス中の主成分はＨ2 Ｏであり、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 など
の環境破壊の原因となるような物質が含まれないので、
環境対策が軽微ですむ。また、ＮＯx については、水素
の場合、フューエルＮＯx の発生はないし、サーマルＮ
Ｏx についても希薄燃焼により低減させることが可能で
ある。また、エンジンの排ガスを利用して水の熱化学反
応に必要な熱量を得ているので、システム全体としての
熱効率が向上して、省エネルギ化を図ることができる。
さらに、燃料となる水素は水を分解して生成しており、
この水素を燃料としてエンジンに供給し、水素がエンジ
ンで燃焼して水に戻るから、燃料に循環性があり、環境
に影響を与えない。また、将来において化石燃料が枯渇
した場合にも、多量に存在する水から燃料としての水素
を生成でき、なんら支障が生じない。
学サイクルによる分解により生成した水素をエンジンの
燃料として用いるので、水素の燃焼により発生する排ガ
ス中の主成分はＨ2 Ｏであり、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 など
の環境破壊の原因となるような物質が含まれないので、
環境対策が軽微ですむ。また、ＮＯx については、水素
の場合、フューエルＮＯx の発生はないし、サーマルＮ
Ｏx についても希薄燃焼により低減させることが可能で
ある。また、エンジンの排ガスを利用して水の熱化学反
応に必要な熱量を得ているので、システム全体としての
熱効率が向上して、省エネルギ化を図ることができる。
さらに、燃料となる水素は水を分解して生成しており、
この水素を燃料としてエンジンに供給し、水素がエンジ
ンで燃焼して水に戻るから、燃料に循環性があり、環境
に影響を与えない。また、将来において化石燃料が枯渇
した場合にも、多量に存在する水から燃料としての水素
を生成でき、なんら支障が生じない。
【０００７】
【０００８】上記本願第１の発明においては、さらに、
前記第１の水素生成器で生成された水素の一部を燃焼さ
せて前記第１の水素生成器に導入される排ガスを昇温さ
せるバーナを備えた構成とする。これにより、エンジン
からの排ガスの温度が第１の水素発生器における熱化学
反応の反応温度よりも低い場合には、バーナによって排
ガスを反応温度まで昇温させることにより、第１の水素
生成器では、水の熱化学サイクルによる分解により水素
を生成する反応を常に安定に行える。また、バーナは、
第１の水素生成器で生成した水素を燃焼させるので、そ
の排ガス中には環境破壊の原因とる物質が含まれない。
前記第１の水素生成器で生成された水素の一部を燃焼さ
せて前記第１の水素生成器に導入される排ガスを昇温さ
せるバーナを備えた構成とする。これにより、エンジン
からの排ガスの温度が第１の水素発生器における熱化学
反応の反応温度よりも低い場合には、バーナによって排
ガスを反応温度まで昇温させることにより、第１の水素
生成器では、水の熱化学サイクルによる分解により水素
を生成する反応を常に安定に行える。また、バーナは、
第１の水素生成器で生成した水素を燃焼させるので、そ
の排ガス中には環境破壊の原因とる物質が含まれない。
【０００９】本願第２の発明の水素エンジンシステム
は、上記本願第１の発明と同様に、まず、水素を燃料と
するエンジンと、このエンジンからの排ガスを熱源と
し、熱化学反応を利用して水から水素を生成する第１の
水素生成器とを備え、前記第１の水素生成器で生成され
た水素の少なくとも一部を前記燃料として前記エンジン
に供給する構成になっている。本願第２の発明によって
も、上記本願第１の発明と同様に、まず、環境対策が軽
微ですみ、フューエルＮＯ x の発生がなくサーマルＮＯ
x の低減が可能で、省エネルギ化を図ることができ、環
境に影響を与えず、化石燃料が枯渇した場合にもなんら
支障が生じない等の作用効果がある。 本願第２の発明に
おいては、さらに、水を電気分解して水素を生成する第
２の水素生成器と、この第２の水素生成器に電力を供給
する太陽光発電装置および夜間の商用電力を供給する夜
間電力供給源の少なくとも一方とを備えた構成とする。
は、上記本願第１の発明と同様に、まず、水素を燃料と
するエンジンと、このエンジンからの排ガスを熱源と
し、熱化学反応を利用して水から水素を生成する第１の
水素生成器とを備え、前記第１の水素生成器で生成され
た水素の少なくとも一部を前記燃料として前記エンジン
に供給する構成になっている。本願第２の発明によって
も、上記本願第１の発明と同様に、まず、環境対策が軽
微ですみ、フューエルＮＯ x の発生がなくサーマルＮＯ
x の低減が可能で、省エネルギ化を図ることができ、環
境に影響を与えず、化石燃料が枯渇した場合にもなんら
支障が生じない等の作用効果がある。 本願第２の発明に
おいては、さらに、水を電気分解して水素を生成する第
２の水素生成器と、この第２の水素生成器に電力を供給
する太陽光発電装置および夜間の商用電力を供給する夜
間電力供給源の少なくとも一方とを備えた構成とする。
【００１０】これにより、第１の水素生成器に加えて、
第２の水素生成器によっても水素が生成されるので、燃
料となる多量の水素を得ることができる。また、この第
２の水素生成器は、太陽光を利用した発電電力や夜間の
余剰電力を利用しているので、水素を安価に生成でき
る。
第２の水素生成器によっても水素が生成されるので、燃
料となる多量の水素を得ることができる。また、この第
２の水素生成器は、太陽光を利用した発電電力や夜間の
余剰電力を利用しているので、水素を安価に生成でき
る。
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の
一実施形態に係る水素エンジンシステムを示す系統図で
ある。この水素エンジンシステムは、構成を大別する
と、水素を燃料とするエンジン１と、このエンジン１か
らの排ガスＧを熱源とし、熱化学反応を利用して水から
水素を生成する第１の水素生成器２と、この第１の水素
生成器２で生成された水素を貯蔵する水素タンクからな
る貯蔵器３と、この貯蔵器３に貯蔵された水素の少なく
とも一部を燃料としてエンジン１に供給するための第１
の水素供給通路４と、貯蔵器３から第２の水素供給通路
７を通じて供給される水素を燃焼させて、エンジン１か
ら第１の水素生成器２に導入される排ガスＧを昇温させ
るダクトバーナ８と、水を電気分解して水素を生成する
第２の水素生成器９と、この第２の水素生成器９に電力
を供給する太陽光発電装置１０および夜間電力供給源１
１とを備えている。
について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の
一実施形態に係る水素エンジンシステムを示す系統図で
ある。この水素エンジンシステムは、構成を大別する
と、水素を燃料とするエンジン１と、このエンジン１か
らの排ガスＧを熱源とし、熱化学反応を利用して水から
水素を生成する第１の水素生成器２と、この第１の水素
生成器２で生成された水素を貯蔵する水素タンクからな
る貯蔵器３と、この貯蔵器３に貯蔵された水素の少なく
とも一部を燃料としてエンジン１に供給するための第１
の水素供給通路４と、貯蔵器３から第２の水素供給通路
７を通じて供給される水素を燃焼させて、エンジン１か
ら第１の水素生成器２に導入される排ガスＧを昇温させ
るダクトバーナ８と、水を電気分解して水素を生成する
第２の水素生成器９と、この第２の水素生成器９に電力
を供給する太陽光発電装置１０および夜間電力供給源１
１とを備えている。
【００１３】前記エンジン１は、この実施形態ではガス
タービンであり、圧縮機１２で空気を圧縮して燃焼器１
３に導くとともに、第１の水素供給通路４中に配設され
た水素圧縮機１７により１８ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度に昇圧
して燃焼器１３内に噴射された燃料としての水素を燃焼
させ、その高温高圧の燃焼ガスのエネルギによりタービ
ン１４を駆動させる。エンジン１として、レシプロのガ
スエンジンを使用することもできる。このタービン１４
は圧縮機１２を駆動するとともに、減速機１８およびカ
ップリング１９を介して発電機２０を駆動する。
タービンであり、圧縮機１２で空気を圧縮して燃焼器１
３に導くとともに、第１の水素供給通路４中に配設され
た水素圧縮機１７により１８ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度に昇圧
して燃焼器１３内に噴射された燃料としての水素を燃焼
させ、その高温高圧の燃焼ガスのエネルギによりタービ
ン１４を駆動させる。エンジン１として、レシプロのガ
スエンジンを使用することもできる。このタービン１４
は圧縮機１２を駆動するとともに、減速機１８およびカ
ップリング１９を介して発電機２０を駆動する。
【００１４】発電機２０の出力は、第１の開閉器２１を
介して商用交流電源４４からの給電線２５に接続されて
いる。この給電線２５には、前記夜間電力供給源１１が
直列接続されており、この夜間電力供給源１１と並列
に、第２の開閉器２２が接続されている。さらに、給電
線２５には、第３の開閉器２３を介して、交流−直流変
換器２４が接続されている。発電機２０からの発電電力
は種々の電力負荷に供給できるが、この実施形態では、
第１、第２および第３の開閉器２１，２２，２３のすべ
てが閉じられたときに、その発電電力の一部が交流−直
流変換器２４で直流電力に変換されたのちに、第２の水
素生成器９に対し水の電気分解用電力として供給される
ようになっている。
介して商用交流電源４４からの給電線２５に接続されて
いる。この給電線２５には、前記夜間電力供給源１１が
直列接続されており、この夜間電力供給源１１と並列
に、第２の開閉器２２が接続されている。さらに、給電
線２５には、第３の開閉器２３を介して、交流−直流変
換器２４が接続されている。発電機２０からの発電電力
は種々の電力負荷に供給できるが、この実施形態では、
第１、第２および第３の開閉器２１，２２，２３のすべ
てが閉じられたときに、その発電電力の一部が交流−直
流変換器２４で直流電力に変換されたのちに、第２の水
素生成器９に対し水の電気分解用電力として供給される
ようになっている。
【００１５】エンジン１の出口の排ガスＧの温度は、50
0 〜600 ℃程度であり、ガスエンジンを使用した場合に
は400 ℃程度であり、一般に、第１の水素生成器２にお
ける熱反応に必要な反応温度よりも低い。そこで、ター
ビン１４からの排ガスＧは、排ガス流路２９に設けられ
たダクトバーナ８により加熱されて、第１の水素生成器
２における水を熱化学反応により分解させるのに必要な
反応温度、例えば800℃程度まで昇温される。熱化学反
応についての詳細は後述する。
0 〜600 ℃程度であり、ガスエンジンを使用した場合に
は400 ℃程度であり、一般に、第１の水素生成器２にお
ける熱反応に必要な反応温度よりも低い。そこで、ター
ビン１４からの排ガスＧは、排ガス流路２９に設けられ
たダクトバーナ８により加熱されて、第１の水素生成器
２における水を熱化学反応により分解させるのに必要な
反応温度、例えば800℃程度まで昇温される。熱化学反
応についての詳細は後述する。
【００１６】第１の水素生成器２を通過した排ガスＧ
は、排ガス流路２９に設けた排熱ボイラ２８、エコノマ
イザ３０およびサイレンサ３１を通って、大気中に放出
される。一方、給水タンク（図示せず）から給水ポンプ
（図示せず）により送られた水は、エコノマイザ３０で
排ガスＧにより予熱されたのちに、排熱ボイラ２８で排
ガスＧと熱交換される。すなわち、排熱ボイラ２８は、
排ガス流路２９に導入された排ガスＧから熱回収して蒸
気を生成し、その蒸気の一部は開閉弁３２を介して圧力
制御弁（図示せず）により一定圧力に調整されたのち
に、プロセス蒸気として、冷暖房や給湯機器などの種々
の蒸気使用機器に供給される。すなわち、この水素エン
ジンシステムはコージェネレーションシステムを構成し
ている。
は、排ガス流路２９に設けた排熱ボイラ２８、エコノマ
イザ３０およびサイレンサ３１を通って、大気中に放出
される。一方、給水タンク（図示せず）から給水ポンプ
（図示せず）により送られた水は、エコノマイザ３０で
排ガスＧにより予熱されたのちに、排熱ボイラ２８で排
ガスＧと熱交換される。すなわち、排熱ボイラ２８は、
排ガス流路２９に導入された排ガスＧから熱回収して蒸
気を生成し、その蒸気の一部は開閉弁３２を介して圧力
制御弁（図示せず）により一定圧力に調整されたのち
に、プロセス蒸気として、冷暖房や給湯機器などの種々
の蒸気使用機器に供給される。すなわち、この水素エン
ジンシステムはコージェネレーションシステムを構成し
ている。
【００１７】熱化学反応を利用して水から水素を生成す
る前記第１の水素生成器２は、この実施形態において、
熱化学反応器２６と電気化学反応器２７を組み合わせた
熱−電気ハイブリッド・サイクルに構成されている。熱
化学反応器２６は、排ガス流路２９に臨んで配置されて
おり、反応物質として例えば硫酸を用いる場合、上述の
800 ℃に昇温された排ガスＧで加熱されることにより、
つぎのとおり、二酸化硫黄と水とが生成される（熱化学
反応）。 Ｈ2 ＳＯ4 →Ｈ2 Ｏ＋ＳＯ2 ＋１／２Ｏ2
る前記第１の水素生成器２は、この実施形態において、
熱化学反応器２６と電気化学反応器２７を組み合わせた
熱−電気ハイブリッド・サイクルに構成されている。熱
化学反応器２６は、排ガス流路２９に臨んで配置されて
おり、反応物質として例えば硫酸を用いる場合、上述の
800 ℃に昇温された排ガスＧで加熱されることにより、
つぎのとおり、二酸化硫黄と水とが生成される（熱化学
反応）。 Ｈ2 ＳＯ4 →Ｈ2 Ｏ＋ＳＯ2 ＋１／２Ｏ2
【００１８】熱化学反応器２６には、Ｈ2 Ｏとして、排
熱ボイラ２８からの蒸気と給水タンクからの水とが供給
されるが、その蒸気と水との供給割合はコントローラ３
９が制御する。すなわち、コントローラ３９は、圧力計
３８が計測するプロセス蒸気供給経路３７の蒸気圧力に
基づきプロセス蒸気の使用状況を常に監視して、その時
々の余剰蒸気の全てを熱化学反応器２６の加熱反応室に
供給するよう第１制御弁４０の開度を制御するととも
に、熱化学反応器２６へのＨ2 Ｏの所要供給量に対する
不足分を水で供給するよう第２制御弁４１の開度を調整
する。このように、Ｈ2 Ｏとして高温の蒸気を可及的に
多く供給することにより、その蒸気の熱で上述の熱化学
反応の促進を図ることができる。なお、実施形態のよう
な蒸気を生成するコージェネレーションシステムとしな
い場合には、Ｈ2 Ｏとして全て水を供給することにな
る。
熱ボイラ２８からの蒸気と給水タンクからの水とが供給
されるが、その蒸気と水との供給割合はコントローラ３
９が制御する。すなわち、コントローラ３９は、圧力計
３８が計測するプロセス蒸気供給経路３７の蒸気圧力に
基づきプロセス蒸気の使用状況を常に監視して、その時
々の余剰蒸気の全てを熱化学反応器２６の加熱反応室に
供給するよう第１制御弁４０の開度を制御するととも
に、熱化学反応器２６へのＨ2 Ｏの所要供給量に対する
不足分を水で供給するよう第２制御弁４１の開度を調整
する。このように、Ｈ2 Ｏとして高温の蒸気を可及的に
多く供給することにより、その蒸気の熱で上述の熱化学
反応の促進を図ることができる。なお、実施形態のよう
な蒸気を生成するコージェネレーションシステムとしな
い場合には、Ｈ2 Ｏとして全て水を供給することにな
る。
【００１９】つぎに、電気化学反応器２７では、 ＳＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 の化学式の電気化学反応を行う。すなわち、熱化学反応
部２４から供給された水と二酸化硫黄を電解して硫酸と
水素を生成する。さらに、水素分離器３３は、電気化学
反応器２７で発生した硫酸と水素とを分離する。水素分
離器３３から送出された水素は、ポンプ３４で昇圧され
たのちに、貯蔵器３に送給して貯蔵される。また、分離
して残った硫酸は、周知の中和処理設備（図示せず）に
送られて、例えばアルカリ質と混合する簡単な中和処理
により、無害化される。
部２４から供給された水と二酸化硫黄を電解して硫酸と
水素を生成する。さらに、水素分離器３３は、電気化学
反応器２７で発生した硫酸と水素とを分離する。水素分
離器３３から送出された水素は、ポンプ３４で昇圧され
たのちに、貯蔵器３に送給して貯蔵される。また、分離
して残った硫酸は、周知の中和処理設備（図示せず）に
送られて、例えばアルカリ質と混合する簡単な中和処理
により、無害化される。
【００２０】上記の熱−電気ハイブリッド・サイクルに
よる水素の生成は、熱化学サイクルの反応で分離が困難
な箇所の反応を電気化学反応による電解に置き換え、熱
化学反応と電気化学反応との二つの異なる反応のそれぞ
れの長所を組み合わせたものであるが、第１の水素生成
器２は、電気化学反応器２７を設けずに、熱化学反応器
２６のみで構成してもよい。その場合、熱化学反応のみ
で水から水素を生成する熱化学サイクルとして数多く提
案されているうちの適当な熱化学サイクルを用いればよ
い。例えば、ヨウ素−硫黄を反応物質とする熱化学サイ
クルを利用すると、つぎの化学反応によって水素Ｈ2 が
得られる。 ２Ｈ2 Ｏ＋ＳＯ2 ＋Ｉ2 →Ｈ2 ＳＯ4 ＋２ＨＩ （９７℃で加熱） Ｈ2 ＳＯ4 →Ｈ2 Ｏ＋ＳＯ2 ＋（１／２）Ｏ2 （８００℃で加熱） ２ＨＩ→Ｈ2 ＋Ｉ2 （５００℃で加熱） 熱−電気ハイブリッド・サイクルおよび熱化学サイクル
のいずれの場合にも、熱化学反応を用いることにより、
一時に大量の水素の製造が可能である。
よる水素の生成は、熱化学サイクルの反応で分離が困難
な箇所の反応を電気化学反応による電解に置き換え、熱
化学反応と電気化学反応との二つの異なる反応のそれぞ
れの長所を組み合わせたものであるが、第１の水素生成
器２は、電気化学反応器２７を設けずに、熱化学反応器
２６のみで構成してもよい。その場合、熱化学反応のみ
で水から水素を生成する熱化学サイクルとして数多く提
案されているうちの適当な熱化学サイクルを用いればよ
い。例えば、ヨウ素−硫黄を反応物質とする熱化学サイ
クルを利用すると、つぎの化学反応によって水素Ｈ2 が
得られる。 ２Ｈ2 Ｏ＋ＳＯ2 ＋Ｉ2 →Ｈ2 ＳＯ4 ＋２ＨＩ （９７℃で加熱） Ｈ2 ＳＯ4 →Ｈ2 Ｏ＋ＳＯ2 ＋（１／２）Ｏ2 （８００℃で加熱） ２ＨＩ→Ｈ2 ＋Ｉ2 （５００℃で加熱） 熱−電気ハイブリッド・サイクルおよび熱化学サイクル
のいずれの場合にも、熱化学反応を用いることにより、
一時に大量の水素の製造が可能である。
【００２１】第２の水素生成器９および電気化学反応器
２７へは、反応に必要な駆動電力が以下のように適宜切
り換えて供給される。すなわち、晴天の日の昼間におい
ては、太陽光発電装置１０から給電され、雨天または曇
天の日の昼間においては、第１、第２および第３の開閉
器２１，２２，２３を共に閉じて、発電機２０の発電電
力を交流−直流変換器２４で変換した直流電力を給電す
る。また、夜間においては、第１および第３の開閉器２
１，２３を閉じ、夜間電力供給源１１のタイマ装置４２
が夜間の所定時刻に開閉器４３を閉じたときに、商用交
流電源４４の夜間の余剰商用電力を交流−直流変換器２
４で変換した直流電力を給電する。
２７へは、反応に必要な駆動電力が以下のように適宜切
り換えて供給される。すなわち、晴天の日の昼間におい
ては、太陽光発電装置１０から給電され、雨天または曇
天の日の昼間においては、第１、第２および第３の開閉
器２１，２２，２３を共に閉じて、発電機２０の発電電
力を交流−直流変換器２４で変換した直流電力を給電す
る。また、夜間においては、第１および第３の開閉器２
１，２３を閉じ、夜間電力供給源１１のタイマ装置４２
が夜間の所定時刻に開閉器４３を閉じたときに、商用交
流電源４４の夜間の余剰商用電力を交流−直流変換器２
４で変換した直流電力を給電する。
【００２２】第２の水素生成器９で生成された水素は、
ポンプ４７で昇圧したのちに貯蔵器３に供給して貯蔵さ
れる。さらに、貯蔵器３には外部の水素供給設備からも
水素が供給されるようになっており、圧力コントローラ
４８が、圧力計５１による貯蔵器３内の水素圧力の測定
結果に基づき、制御弁４９を制御することにより、貯蔵
器３には、所定量に対する不足分の水素が水素供給設備
から自動的に補給され、貯蔵器３内部の水素圧力が常に
一定に保持される。なお、水素の貯蔵器３としては、こ
の実施形態では水素タンクを用いた場合について説明し
たが、水素を固体状態として貯蔵できる周知の水素貯蔵
合金を用いることもでき、その場合には、容積的にコン
パクト化できる。
ポンプ４７で昇圧したのちに貯蔵器３に供給して貯蔵さ
れる。さらに、貯蔵器３には外部の水素供給設備からも
水素が供給されるようになっており、圧力コントローラ
４８が、圧力計５１による貯蔵器３内の水素圧力の測定
結果に基づき、制御弁４９を制御することにより、貯蔵
器３には、所定量に対する不足分の水素が水素供給設備
から自動的に補給され、貯蔵器３内部の水素圧力が常に
一定に保持される。なお、水素の貯蔵器３としては、こ
の実施形態では水素タンクを用いた場合について説明し
たが、水素を固体状態として貯蔵できる周知の水素貯蔵
合金を用いることもでき、その場合には、容積的にコン
パクト化できる。
【００２３】この水素エンジンシステムでは、エンジン
１およびダクトバーナ８の燃料として水素を用いてい
る。したがって、水素の燃焼により発生する排ガスＧ
は、その主成分がＨ2 Ｏのみであって、Ｃ（炭素）成分
が含まれないことから、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 およびすす
などの有害物質が含まれない。さらに、水素燃料は、化
石燃料を燃焼させた場合に発生するフューエルＮＯx が
発生せず、しかも、サーマルＮＯx については、希薄燃
焼させることにより、それを低減することが可能であ
る。したがって、有害物質の排出量を抑制するための装
置が不要になり、環境対策が軽微ですむ。また、将来に
おいて化石燃料が枯渇した場合でも、この水素エンジン
システムでは、燃料としての水素を多量に存在する水か
ら生成するので、なんら支障が生じない。
１およびダクトバーナ８の燃料として水素を用いてい
る。したがって、水素の燃焼により発生する排ガスＧ
は、その主成分がＨ2 Ｏのみであって、Ｃ（炭素）成分
が含まれないことから、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 およびすす
などの有害物質が含まれない。さらに、水素燃料は、化
石燃料を燃焼させた場合に発生するフューエルＮＯx が
発生せず、しかも、サーマルＮＯx については、希薄燃
焼させることにより、それを低減することが可能であ
る。したがって、有害物質の排出量を抑制するための装
置が不要になり、環境対策が軽微ですむ。また、将来に
おいて化石燃料が枯渇した場合でも、この水素エンジン
システムでは、燃料としての水素を多量に存在する水か
ら生成するので、なんら支障が生じない。
【００２４】また、上記水素エンジンシステムでは、エ
ンジン１からの排ガスＧを、熱化学反応の熱源として第
１の水素生成器２に供給することにより、エンジン１の
燃料となる水素を水から生成しているから、省エネルギ
化を図ることができる。さらに、水から生成した水素を
燃料としてエンジン１に供給し、水素がエンジン１で燃
焼して水に戻り、この水を再利用して水素の生成が可能
であり、燃料に循環性があることから、環境に排出物を
残して影響を与えることがない。
ンジン１からの排ガスＧを、熱化学反応の熱源として第
１の水素生成器２に供給することにより、エンジン１の
燃料となる水素を水から生成しているから、省エネルギ
化を図ることができる。さらに、水から生成した水素を
燃料としてエンジン１に供給し、水素がエンジン１で燃
焼して水に戻り、この水を再利用して水素の生成が可能
であり、燃料に循環性があることから、環境に排出物を
残して影響を与えることがない。
【００２５】さらに、上記水素エンジンシステムでは、
水素を、第１の水素生成器２において熱化学反応により
生成する他に、第２の水素生成器９において、太陽光に
よる発電電力あるいは夜間の余剰商用電力などの電力を
用いた水の電気分解によっても生成することができるの
で、水素を多量に、かつ安価に生成できる。また、これ
らで生成された水素を貯蔵器３に貯蔵しておくことがで
きるので、エンジン１に対し燃料としての水素を常に安
定に供給できる。
水素を、第１の水素生成器２において熱化学反応により
生成する他に、第２の水素生成器９において、太陽光に
よる発電電力あるいは夜間の余剰商用電力などの電力を
用いた水の電気分解によっても生成することができるの
で、水素を多量に、かつ安価に生成できる。また、これ
らで生成された水素を貯蔵器３に貯蔵しておくことがで
きるので、エンジン１に対し燃料としての水素を常に安
定に供給できる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明の水素エンジンシ
ステムによれば、水の熱化学反応による分解により生成
した水素をエンジンの燃料として用いるので、水素の燃
焼により発生する排ガスには、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 など
の環境破壊の原因となるような物質が含まれないから、
環境対策が軽微ですむ。また、水の熱化学反応に必要な
熱量としてエンジンからの排ガスを利用しているので、
システム全体として熱効率が向上して省エネルギ化を図
ることができる。また、燃料となる水素は水を分解して
生成しているので、燃料の燃焼により生成される水を用
いて再び燃料を生成するといったように燃料に循環性が
あることから、環境に排出物を残して影響を与えること
がない。しかも、将来において化石燃料が枯渇した場合
にも、多量に存在する水から燃料としての水素を生成で
き、なんら支障が生じない。
ステムによれば、水の熱化学反応による分解により生成
した水素をエンジンの燃料として用いるので、水素の燃
焼により発生する排ガスには、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2 など
の環境破壊の原因となるような物質が含まれないから、
環境対策が軽微ですむ。また、水の熱化学反応に必要な
熱量としてエンジンからの排ガスを利用しているので、
システム全体として熱効率が向上して省エネルギ化を図
ることができる。また、燃料となる水素は水を分解して
生成しているので、燃料の燃焼により生成される水を用
いて再び燃料を生成するといったように燃料に循環性が
あることから、環境に排出物を残して影響を与えること
がない。しかも、将来において化石燃料が枯渇した場合
にも、多量に存在する水から燃料としての水素を生成で
き、なんら支障が生じない。
【図１】本発明の一実施形態に係る水素エンジンシステ
ムを示す系統図である。
ムを示す系統図である。
１…エンジン、２…第１の水素生成器、３…貯蔵器、８
…ダクトバーナ（バーナ）、９…第２の水素生成器、１
０…太陽光発電装置、１１…夜間電力供給源、２０…発
電機、Ｇ…排ガス。
…ダクトバーナ（バーナ）、９…第２の水素生成器、１
０…太陽光発電装置、１１…夜間電力供給源、２０…発
電機、Ｇ…排ガス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｅ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｇ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02C 6/00 - 6/22 C01B 3/02 F01K 25/00 F02C 3/22 F02M 21/02
Claims (2)
- 【請求項１】 水素を燃料とするエンジンと、 このエンジンからの排ガスを熱源とし、熱化学反応を利
用して水から水素を生成する第１の水素生成器とを備
え、 前記第１の水素生成器で生成された水素の少なくとも一
部を前記燃料として前記エンジンに供給する水素エンジ
ンシステムであって、 前記第１の水素生成器で生成された水素の一部を燃焼さ
せて前記第１の水素生成器に導入される排ガスを昇温さ
せるバーナを備えた水素エンジンシステム 。 - 【請求項２】 水素を燃料とするエンジンと、 このエンジンからの排ガスを熱源とし、熱化学反応を利
用して水から水素を生成する第１の水素生成器とを備
え、 前記第１の水素生成器で生成された水素の少なくとも一
部を前記燃料として前記エンジンに供給する水素エンジ
ンシステムであって、 水を電気分解して水素を生成する第２の水素生成器と、
この第２の水素生成器に電力を供給する太陽光発電装置
および夜間の商用電力を供給する夜間電力供給源の少な
くとも一方とを備えた水素エンジンシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10143770A JP2955274B1 (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 水素エンジンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10143770A JP2955274B1 (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 水素エンジンシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2955274B1 true JP2955274B1 (ja) | 1999-10-04 |
| JPH11336562A JPH11336562A (ja) | 1999-12-07 |
Family
ID=15346628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10143770A Expired - Fee Related JP2955274B1 (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 水素エンジンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955274B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109612148A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-04-12 | 南京航空航天大学 | 湿空气热力循环冷电联产***及其工作方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4393002B2 (ja) * | 2001-02-01 | 2010-01-06 | ヤンマー株式会社 | ガスエンジン |
| JP4651073B2 (ja) * | 2001-09-03 | 2011-03-16 | 東京瓦斯株式会社 | タービン装置 |
| JP4894733B2 (ja) * | 2007-11-16 | 2012-03-14 | マツダ株式会社 | 水素エンジンを用いたコージェネレーションシステム |
| KR102152002B1 (ko) * | 2019-07-26 | 2020-09-07 | 동명대학교산학협력단 | 신재생에너지 및 수소를 이용한 농업용 냉난방시스템 |
-
1998
- 1998-05-26 JP JP10143770A patent/JP2955274B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109612148A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-04-12 | 南京航空航天大学 | 湿空气热力循环冷电联产***及其工作方法 |
| CN109612148B (zh) * | 2018-11-12 | 2020-10-20 | 南京航空航天大学 | 湿空气热力循环冷电联产***及其工作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11336562A (ja) | 1999-12-07 |
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|---|---|---|---|
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