JP3746796B2 - ガスエンジンにおける脱臭方法及び脱臭装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガス漏れ対策として付臭剤が添加されている都市ガスやプロパンガスのようなガスを燃料として使用するガスエンジンにおける脱臭方法及び脱臭装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガスエンジンに用いる脱臭装置としては、本出願人が先に提案した特願平５−５６４９７号に開示されたものがある。
この従来の脱臭装置は、ガスエンジンの燃料供給路中に触媒を介在させ、この触媒によってガス燃料中の臭気成分（付臭剤）を除去する構造になっていた。
しかるに、上述したように燃料供給路中に単に触媒を設けたのみでは、ガス燃料として付臭剤が複数種類混入されたものを使用すると、充分に脱臭することができない場合がある。
【０００３】
このように付臭剤の混入したガス燃料がガスエンジンに供給されると、燃焼室でＳＯX が発生してこれが水蒸気と結合し、燃焼室部の腐食などを引き起こしたり、排気経路の腐食などを引き起こす。また、クランク室に洩れるブローバイガス中に、付臭剤に起因するＳＯX が混ざると、ブローバイガス中の水蒸気と結合して酸となり、これがクランク室中の油とともに各部の潤滑部に送られ、潤滑部を腐食してしまう。さらに、排ガスの浄化のために三元触媒等を使用すると、当該ＳＯX が負触媒となるため、前記触媒を用いた排ガス浄化ができないという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガス燃料中から付臭剤をより多く除去して燃焼室、排気経路及び潤滑部が腐食され難いようにするとともに、三元触媒や酸化触媒等を用いて排ガスを浄化し得るようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、２種以上の臭気成分を含有するガス燃料を用いる場合であっても、各々の臭気成分を個別に除去することのできる触媒を組み合わせることによって、実質的に全ての種類の臭気成分を除去することができ、エンジンの燃焼室、排気経路、潤滑部等の腐食を防止するとともに、三元触媒や酸化触媒等を用いて排ガスを浄化することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、少なくとも２種類の臭気成分を含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記臭気成分のうち少なくとも１種類の臭気成分を除去可能な触媒を、前記臭気成分の種類に応じて複数用いることにより、前記臭気成分を除去することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法である。
【０００７】
また、本発明は、前記のようにして臭気成分を除去するとともに、三元触媒、酸化触媒又は還元触媒を用いて排気ガスを浄化することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法である。
さらに、本発明は、前記のようにして臭気成分を除去するとともに、酸化触媒を用いて排気ガスを浄化し、さらに水に溶けるとアルカリ性を示す固体及び／又はアルカリ水溶液を用いて、刺激臭を除去することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法である。
さらにまた、本発明は、少なくとも２種類の臭気成分を含有するガス燃料をガスエンジンに導く燃料供給路に、前記臭気成分のうち少なくとも１種類の臭気成分を除去可能な触媒を臭気成分の種類に応じて複数設けたことを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭装置である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、２種以上の臭気成分を含有するガス燃料に対して、各々の臭気成分を個別に除去することのできる触媒を組み合わせて用いることによって、実質的に全ての種類の臭気成分を除去することができる。
ガス燃料としては、一般的に都市ガス又はプロパンガスが用いられるが、これらのガス燃料には、通常以下に示す２種類の付臭剤が微量混合されている。この２種類の付臭剤は、下記の化学式（１）
【０００９】
【化５】
【００１０】
で示される構造を有するメルカプタン類（例えばターシャリーブチルメルカプタン、ｉ−プロピルメルカプタン、ｎ−プロピルメルカプタン、３−メチル−３−ペンタンチオール等）からなるもの（以下、これを単に第１の付臭剤という）と、下記の化学式（２）
【００１１】
【化６】
【００１２】
で示される構造を有する鎖状スルフィド類、環状スルフィド類、鎖状ジメチルスルフィド、鎖状メチルエチルスルフィド、環状テトラヒドロチオフェン等からなるもの（以下、これを単に第２の付臭剤という）である。
【００１３】
第１の付臭剤を除去することのできる触媒（以下、これを単に第１の触媒という）としては、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒、Ｆｅ−Ｃｕ系複合酸化物触媒等を単独で、又は適宜組み合わせて用いることができる。Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒としては、例えば新日本製鉄製のＨＣＹＺを用いることができ、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒としては、例えば堺化学工業製のＳＡＰ−１を用いることができ、ホプカライト触媒としては、例えばジーエルサイエンス製のホプカライトIIを用いることができる。
【００１４】
第２の付臭剤を除去することのできる触媒（以下、これを単に第２の触媒という）としては、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒、Ｆｅ−Ｃｕ系複合酸化物触媒等を単独で、又は適宜組み合わせて用いることができる。Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒としては、例えば堺化学工業製のＳＡＰ−１０を用いることができ、ホプカライト触媒としては、例えばジーエルサイエンス製のホプカライトＩを用いることができる。
【００１５】
第１の触媒と第２の触媒は、直列に組み合わせて用いるのが好ましく、特に第１の触媒をガス燃料の流れ方向上流側に、第２の触媒をガス燃料の流れ方向下流側に配置して用いるのが好ましい。また、上記に具体的に記載の第１の触媒及び第２の触媒は、適宜組み合わせて使用することができる。例えば、第１の触媒に比表面積の小さいＭｎ酸化物−セラミック系触媒を用い、第２の触媒に比表面積の大きいＭｎ酸化物−セラミック系触媒を用いることができる。具体的には、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が10〜150Ｍ2／ｇであるものを第１の触媒として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が50〜200Ｍ2／ｇであるものを第２の触媒として用いることができる。
【００１６】
上記第１の触媒と第２の触媒との適宜の組み合わせにより、上流側の触媒で化学構造的に除去し易い付臭剤を除去した後、下流側の触媒で化学構造的に除去し難い付臭剤を除去する。このようにするのが好ましい理由は以下の通りである。
【００１７】
１．化学式（１）で示される付臭剤は化学構造的に分解し易い。
２．化学式（２）で示される付臭剤は化学構造的に化学式（１）で示される付臭剤より安定している。
３．化学式（２）で示される付臭剤は燃料ガス、例えば下記の化学式（３）で示されるプロパン
【００１８】
【化７】
【００１９】
に近い構造になっているので、多量に存在するプロパンと化学式（２）で示される付臭剤とを触媒が区別できるようにする必要がある。
なお、第１の触媒を下流側に、第２の触媒を上流側に配置する構成を採ると、ガス燃料中の第１の付臭剤と第２の付臭剤との両方が上流側の第２の触媒に流入してこれに吸着されるが、第２の触媒では第１の付臭剤と第２の付臭剤との両方が吸着されると、第２の付臭剤を完全には除去できなくなるので、これが下流側に流出してしまう。すなわち、このときには第２の付臭剤の除去は完全には行われず、これが僅かに下流側の第１の触媒に流入することになる。第１の触媒では第２の付臭剤は除去できないので、結局、ガスエンジンに第２の付臭剤が供給されてしまう。従って前記のように、第１の触媒をガス燃料の流れ方向上流側に、第２の触媒をガス燃料の流れ方向下流側に配置して用いるのが好ましい。
【００２０】
触媒は、80℃以下の温度下で使用する。好ましくは、30℃以下で使用する。前記温度範囲から外れた状況下で使用すると、触媒活性が低下し、付臭剤を除去するのが困難となる。触媒をこのような温度下で使用するには、エンジンの冷却水によって冷却することができる。また、別途冷却装置を用いると、さらに効果があるため好ましい。
触媒の使用形態としては、付臭剤を除去できればいかなる形態で用いてもよいが、付臭剤の除去効率を考慮して、ハニカム構造とするのが好ましい。また、触媒は、ＳＶ値を102〜105Ｈ-1で使用し、好ましくは102〜103Ｈ-1で使用する。
【００２１】
以上、２種類の付臭剤を含有するガス燃料を用いた場合の脱臭方法を説明したが、次に３種類の付臭剤を含有するガス燃料を用いた場合の脱臭方法を説明する。
【００２２】
ガス燃料の中でも、例えば都市ガス製造会社が異なれば、３種類の付臭剤、即ちメルカプタン系付臭剤、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤を含有する場合がある。このようなガス燃料を用いた場合は、メルカプタン系付臭剤に対する触媒（触媒ａ）として、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等、サルファイド系付臭剤に対する触媒（触媒ｂ）として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等、チオフェン系付臭剤に対する触媒（触媒ｃ）として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等を用いるのが好ましく、また、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤の両者を除去できる触媒（触媒ｄ）として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等を使用することもできる。
【００２３】
触媒ａ，ｂ，ｃを使用する場合は、ガス燃料の流れ方向上流側から、触媒ａ，ｂ，ｃの順に直列に配置するのが好ましく、触媒ａ，ｄを使用する場合は、ガス燃料の流れ方向上流側から、触媒ａ，ｄの順に直列に配置するのが好ましい。
次に、本発明のガスエンジンにおける脱臭方法を、フローチャートを参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。図１において、Ａはゼロガバナ、Ｂは付臭剤除去装置、Ｃはミキサー、Ｄはエンジン、Ｅは触媒を表す。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれ、ミキサーＣにより空気と混合される。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒ＥによってＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等が除去され、浄化される。
付臭剤除去装置Ｂとしては、前述した触媒を複数組み合わせたものを使用すればよい。
【００２５】
触媒Ｅとしては、排気ガスを浄化できるものであればいかなる種類のものを用いてもよいが、通常は三元触媒、酸化触媒又は還元触媒を用いることができる。従来のように、付臭剤を除去していない燃料ガスを用いると、燃焼室で発生したＳＯX が負触媒となるという問題があったが、本発明のように付臭剤を除去することにより、前記触媒を用いることができる。
【００２６】
三元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ｐｔ／Ｒｈ系触媒、Ｐｄ／Ｒｈ系触媒等が挙げられる。
酸化触媒としては、例えば、ゼオライト触媒、Ａｌ2Ｏ3触媒、Ｐｔ触媒、Ｐｄ触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ａｕ系触媒等が挙げられる。
還元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3触媒、Ｃｕ−ＺＳＭ−５触媒、ペロブスカイト系触媒、Ａｕ系触媒等が挙げられる。
なお、燃料ガス中の臭気成分の濃度は、混合気中の臭気成分の濃度よりもはるかに高い（可燃混合気割合が仮に燃料１：空気14とすると、混合気中の臭気成分の濃度は、混合前の１／15となってしまう）ため、本実施例のように、空気と燃料ガスとを混合する前、即ちミキサーＣより上流に付臭剤除去装置Ｂを配置することにより、ミキサーＣより下流に配置する場合よりも、効率良く臭気成分（付臭剤）を除去することができる。
【００２７】
図２は、本発明の第２の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、ミキサーＣにより空気と混合され、次いで付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれる。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒ＥによってＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等が除去され、浄化される。
このように、空気と混合された後においても、燃料ガス中の付臭剤は除去することができる。
【００２８】
図３は、本発明の第３の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。図３において、Ｆは熱交換器、Ｇは刺激臭除去装置を表す。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれ、ミキサーＣにより空気と混合される。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒Ｅ’によって浄化される。次いで、熱交換器Ｆにより冷却され、刺激臭除去装置Ｇにより刺激臭が除去される。
本実施例のように排気ガスを冷却することにより、排気管等の熱応力緩和を図ることができる。この冷却は、エンジンの冷却水によって行うことができる。
また、排気ガスには、通常ＮＯx 、有機酸等、刺激臭の原因となる酸性物質が含まれているため、本実施例ではこれらを除去する。これら酸性物質を除去するには、水に溶けるとアルカリ性を示す固体や、アルカリ水溶液、又はそれらを組み合わせて使用すればよい。
【００２９】
水に溶けるとアルカリ性を示す固体としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等が挙げられ、前記炭酸カルシウムとしては、方解石、石灰石、サンゴ等を用いることができる。また、アルカリ水溶液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、炭酸カルシウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液等を用いることができる。
【００３０】
前記固体を使用する場合は、粉状体、球状体、ハニカム形状等、所望の形状で用いればよく、粉状体のようにガスの通過により拡散するおそれのあるものの場合には、フィルター等を適宜使用すればよい。一方、水溶液を使用する場合は、当該水溶液中に排気ガスを直接通すように用いればよい。このような処理を施すことにより、排気ガスの刺激臭を除去することができる。
【００３１】
図４は、本発明の第４の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、ミキサーＣにより空気と混合され、次いで付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれる。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒Ｅ’によって浄化される。次いで、熱交換器Ｆにより冷却され、刺激臭除去装置Ｇにより刺激臭が除去される。
【００３２】
本実施例においても、第２の実施例と同様に、空気と混合された後であっても、燃料ガス中の付臭剤は除去することができる。
次に、本発明のガスエンジンにおける脱臭装置について説明する。
図５は本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の一実施例を示す構成図、図６は付臭剤が除去される様子を示すグラフである。
【００３３】
図５において、１は水冷式４サイクル型のガスエンジン、２はこのガスエンジン１を動力源として構成された空調装置である。前記ガスエンジン１は、ガス燃料送給管３から供給される都市ガス、プロパンガス等のガス燃料をシリンダ４内で燃焼爆発させ、排気管５に排出する構造になっており、クランク軸６に空調装置２が連結されている。
【００３４】
７はこのガスエンジン１のピストン、８は吸・排気弁を駆動するための動弁装置、９は点火プラグ、１０はクランク室に潤滑油を溜めるためのオイルパンである。このオイルパン１０に溜められた潤滑油は、オイルポンプ１１により吸い出されてオイルフィルター１２によって異物が除去された後、クランク軸６の軸受部分や動弁装置９等に供給されるように構成されている。また、このガスエンジン１から排出された排気ガスは、排気管５に接続された排気熱交換器５ａを介して大気中に排出されるようになっている。
【００３５】
排気熱交換器５ａは後述するエンジン冷却水によって排気ガスを冷却する構造になっている。また、この排気熱交換器５ａにはドレイン水通路５ｂを介して中和器５ｃが接続され、排気熱交換器５ａ内に溜まった酸性のドレイン水が中和器５ｃで中和された後に排出されるように構成されている。
【００３６】
前記ガスエンジン式空調装置２は、クランク軸６によって駆動されてフレオン、アンモニア、ハイドロカーボン等の冷媒を圧縮する圧縮機１３と、凝縮器１４と、膨張弁１５と、蒸発器１６とからなる冷媒回路を備えている。この冷媒回路においては、冷媒は圧縮機１３によって圧縮されて高圧ガスとなり、凝縮器１４において凝縮液化されて凝縮熱を放熱する。放熱によって液化した冷媒は、膨張弁１５において膨張され、一部がガス化した低圧低温の冷媒となって、蒸発器１６においてファン１６ａにより強制送風される外気から熱を吸収してこれを冷却する。吸熱によってガス化した冷媒は、再び圧縮機１３に戻って上記のサイクルを繰り返す。
【００３７】
ガスエンジン１にガス燃料を供給する燃料供給装置は、ガス供給管２１に接続されたガス元栓２２と、このガス元栓２２から流出するガス燃料をガスエンジン１に供給するに当たり最適な圧力に減圧させる圧力調整器、即ちゼロガバナ２３と、この圧力調整器２３と前期ガス燃料送給管３との間に介装された脱臭装置２４とから構成されている。
【００３８】
前記ガス元栓２２は、ガス漏れ検知器２６を有する緊急ガス遮断装置２５が接続されており、機関室２７内にガス漏れが生じたときに緊急ガス遮断装置２５によって閉動作されるように構成されている。なお、ガス漏れ検知器２６はガスセンサーからなり、機関室２７内であって脱臭装置２４の近傍に配置されている。ガスセンサーは、赤外線吸収式、光干渉方式、半導体方式、熱伝導方式等の従来一般に施用されているものである。
本発明で使用することのできるガス燃料は前述したとおりであるが、本実施例では、第１の付臭剤としてターシャリーブチルメルカプタンを含有し、第２の付臭剤としてジメチルスルフィドを含有するガス燃料を用いる例について説明する。
【００３９】
脱臭装置２４は、内部がガス燃料通路となる内筒３１と、この内筒３１の外周部を覆う外筒３２とによって二重管構造になっている。そして、内筒３１内に第１の触媒３３及び第２の触媒３４が装填され、この内筒３１の上流側端部が前記圧力調整器２３に連通されるとともに下流側端部が前記ガス燃料送給管３に嵌合固着されている。
【００４０】
前記触媒３３，３４はそれぞれハニカム構造になっており、内筒３１内に第１の触媒３３を上流側に位置づけて直列に並べた状態で装填されている。これらの触媒３３，３４のうち上流側に位置する第１の触媒３３は、本実施例ではＣｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒で、前記第１の付臭剤を除去できるものである。
【００４１】
下流側に位置する第２の触媒３４は、本実施例ではＭｎ酸化物−セラミック系触媒である。この第２触媒３４は、前記第１の付臭剤と、第２の付臭剤との両方を除去することが可能なものである。
すなわち、本実施例の脱臭装置２４は、１種類の脱臭剤しか除去することができない第１の触媒３３を上流側に配置し、２種類の脱臭剤を除去することのできる第２の触媒３４を下流側に配置したものである。
内筒３１と外筒３２との間の空間は、エンジン冷却水が循環されるように構成されている。すなわち、第１及び第２の触媒３３，３４はエンジン冷却水によって外周部側からその全周にわたって冷却されることになる。ここで、ガスエンジン１の冷却系の構成について説明する。
【００４２】
ガスエンジン１が運転されているときには、ラジエータ３５によって冷却された、あるいは冷媒との熱交換器である二重管熱交換器９０によって冷却されたエンジン冷却水は先ず脱臭装置２４に流され、この脱臭装置２４を冷却した後に冷却水ポンプ３６によってシリンダ４内の冷却水通路４ａに供給される。そして、シリンダ４を冷却した後にサーモスタット３７に送られる。このとき、エンジン冷却水は、予め定めた温度より低いときには前記冷却水ポンプ３６の吸込口に戻され、予め定めた温度以上のときには前記排気熱交換器５ａ内の冷却通路に送られてからリニア三方弁９１において分岐あるいは切替えられて、ラジエータ３５の入口あるいはラジエータ３５の入口及び二重管熱交換器９０に戻るようになっている。
【００４３】
すなわち、エンジン冷却水は、エンジン冷却水温度がサーモスタット３７での設定温度に達するまではガスエンジン１内を循環し、設定温度以上になったときにはラジエータ３５→脱臭装置２４→冷却水ポンプ３６→シリンダ４内→サーモスタット３７→排気熱交換器５ａ→リニア三方弁９１→ラジエータ３５あるいは→二重管熱交換器９０という循環経路を辿るようになる。なお、リニア三方弁９１は、凝縮器１４あるいは蒸発器１６の負荷が増大する程、二重管熱交換器９０へより多くの温水を流す一方、ラジエータ３５への温水量をより減らすように調整する。
【００４４】
このように構成された脱臭装置２４を備えると、ガス元栓２２及び圧力調整器２３を介して供給されたガス燃料に含まれている２種類の付臭剤は、脱臭装置２４を通るときに触媒３３，３４によって略除去されることになる。すなわち、図６に示すように、上流側の第１の触媒３３を通るときに主として第１の付臭剤の略全てが除去され、第２の触媒３４を通るときに第１の付臭剤の残り分と、第２の付臭剤の全てが除去される。
【００４５】
このように付臭剤の全量が除去されたガス燃料は、ミキサー１０２において空気と混合される。具体的には、吸気通路１００を通り、サイレンサ機能付きエアクリーナ１０１によって清浄された空気と、燃料ガスノズル１０２ｂから噴射されたガス燃料とが、ベンチュリー部１０２ａで混合される。この混合ガスは、スロットル弁１０２ｃによって流量を調節された後、吸気通路１０３を通り、吸気ポート１０４からガスエンジン１のシリンダ４内に流入する。シリンダ４内で燃焼した混合ガスは、排気ガスとして排気管５に排出される。
【００４６】
燃焼時にシリンダ４とピストン７との間を吹き抜けたブローバイガス（図中矢印Ｌで示す）は、触媒３３，３４を設けないときにはＣＯ2，ＣＯ，Ｈ2Ｏ，ＮＯx，潤滑油のミスト等の他にＳＯxが含まれているが、本実施例のように触媒を付臭剤の種類に対応させて直列に配置するとＳＯx成分はきわめて微量に抑えられるようになる。
したがって、クランク室内で酸化物が生成され難くなるので、オイルパン１０に溜められた潤滑油中に酸化物が溶け込んで潤滑先が腐食されるのを確実に防ぐことができる。
【００４７】
また、エンジン運転中は第１及び第１の触媒３３，３４はエンジン冷却水によって外周部から冷却されることになるので、ガスエンジン１の熱や反応熱によって温度が上昇することが抑えられる。このため、付臭剤を除去する能率が低下することはない。
なお、前記実施例ではガス燃料通路に２種類の触媒を直列に介在させた例について示したが、図７に示すようにガス燃料通路を並列に設けて一方に触媒を配置する構成を採ることもできる。
図７はガス燃料通路の他の例を示す構成図で、同図において前記図５で説明したものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４８】
図７において、符号４１は副燃料通路で、この副燃料通路４１は脱臭装置２４が介装されたガス燃料通路と並列に設けられており、脱臭装置２４の上流側と下流側とに連通されている。そして、この副燃料通路４１には、ガス燃料の流量が脱臭装置２４側のガス燃料通路より少なくなるように絞り４２が介装されている。なお、流量を低く抑えるに当たっては、絞り４２の他に開閉弁を採用することもできる。
【００４９】
この実施例では完全には臭気成分を除去することはできないが、潤滑部の腐食を実用上問題のないレベルまで低下させることはできる。また、触媒を配置することにより、ガス燃料通路の流路抵抗が増大するが、副燃料通路４１により、この流路抵抗の軽減を図ることができ、例えばエンジンの過渡応答性を向上させることができる。
【００５０】
また、前記各実施例では２種類の付臭剤に対応できるように触媒を２種類設けた例を示したが、付臭剤が３種類混合されたガス燃料を使用する場合には図８及び図９に示すように構成する。
【００５１】
図８は３種類の触媒を直列に並べた他の実施例を示す構成図、図９はガスエンジン側の触媒のみを冷却可能に構成した他の実施例を示す構成図である。これらの図において前記図５及び図７で説明したものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
図８において、符号５１は第３の触媒で、この第３の触媒５１はチオフェン系付臭剤を除去するものであり、メルカプタン系付臭剤用の第１の触媒３３と、サルファイド系付臭剤用の第２の触媒３４のさらに下流側に配置されている。なお、この第３の触媒５１と第２の触媒３４とは、第１の付臭剤及び第２の付臭剤の両方を除去することができるので、これらの配置は前後に入れ換えることが可能である。
【００５２】
このように構成すると、付臭剤としてメルカプタン系のものと、サルファイド系のものと、チオフェン系のものとの３種類が混合されたガス燃料を使用しても付臭剤の略全てをガスエンジン１に供給される以前に確実に除去することができる。
【００５３】
図９において、符号５２はチオフェン系付臭剤及びサルファイド系付臭剤の両方を除去可能な触媒である。この触媒５２をメルカプタン系付臭剤用の第１の触媒３３の下流側に配置することによって、上記３種類の付臭剤を除去することができる。
【００５４】
以上のように、少なくとも３種類の臭気成分を含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記臭気成分のうち少なくとも１種類の臭気成分を除去可能な触媒を、前記臭気成分の種類に応じて複数用いることにより、前記３種類の臭気成分の全てを除去するように脱臭方法・装置を構成してもよい。
また、この図９に示す装置は、ガス燃料通路の下流側であってガスエンジン１に近い方の触媒５２のみが冷却装置５３によって冷却される構造になっている。冷却装置５３は図５に示したものと同等に構成され、ラジエータ３５で冷却されたエンジン冷却水を冷却水ポンプ３６によって触媒５２に流して循環させる構造になっている。なお、図示していないが、ガスエンジン１の冷却水通路もこの冷却装置５３によってエンジン冷却水が供給される。
【００５５】
図10は、本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の別の実施例を示す構成図である。前記実施例と異なり、この実施例においては、触媒３３、３４によって付臭剤が除去されたガス燃料は、噴射ノズル開閉制御弁１０７に制御され、噴射ノズル１０６から直接シリンダ４内に噴射される。一方、空気は、スロットル弁１０５によって流量を調節され、吸気ポート１０４からシリンダ４内に流入する。ガス燃料と空気とは、シリンダ４内で混合され、燃焼することとなる。
【００５６】
本実施例のように、空気と燃料ガスとをそれぞれ独立してシリンダに導くようにして、燃料ガスをシリンダへ供給する燃料通路に、臭気成分を除去可能な触媒を配置することにより、空気と燃料ガスとの混合気の通路に触媒を配置する場合よりも、効率良く付臭剤を除去することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を何等限定するものではない。
【００５８】
（実施例１）
比表面積が80Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっている第１のＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１）と、比表面積が150Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっている第２のＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１０）とを用い、第１のＭｎ酸化物−セラミック系触媒がガス燃料の流れ方向上流側となるように、図１における脱臭装置２４に示されるような構造の脱臭装置を作製した。
燃料ガスとして、ｔ−ブチルメルカプタンを1.0ppm、ジメチルスルフィドを0.5ppm含有するＬＰＧを用い、前記脱臭装置内を通過させた。そのときの触媒の温度は30℃であり、ＳＶ値は５×103Ｈ-1であった。
脱臭装置通過後の燃料ガス中のｔ−ブチルメルカプタン及びジメチルスルフィドの濃度をガスクロマトグラフィーにより測定した。結果を表１に示す。
【００５９】
（実施例２）
ハニカム構造となっているＣｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒（新日本製鉄製，ＨＣＹＺ）と、比表面積が150Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっているＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１０）とを用い、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒がガス燃料の流れ方向上流側となるように、図１における脱臭装置２４に示されるような構造の脱臭装置を作製した。
燃料ガスとして、ｔ−ブチルメルカプタンを1.0ppm、ジメチルスルフィドを0.5ppm含有する都市ガス１３Ａを用い、前記脱臭装置内を通過させた。そのときの触媒の温度は30℃であり、ＳＶ値は１×104Ｈ-1であった。
脱臭装置通過後の燃料ガス中のｔ−ブチルメルカプタン及びジメチルスルフィドの濃度をガスクロマトグラフィーににより測定した。結果を表１に示す。
【００６０】
（比較例１）
比表面積が150Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっているＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１０）のみを用い、実施例１と同様にしてＬＰＧを通過させた。脱臭装置通過後の燃料ガス中のｔ−ブチルメルカプタン及びジメチルスルフィドの濃度を測定した結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１から明らかなように、複数の種類の触媒を用いることにより、燃料ガス中の付臭剤を完全に除去することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス燃料中の臭気成分を除去できるため、ガスエンジン中に酸化物が生成されるのを防ぐことができ、したがって、燃焼室や排気経路及び潤滑部の腐食を抑え、エンジンの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第３の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第４の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図５】 本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の一実施例を示す構成図である。
【図６】 付臭剤が除去される様子を示すグラフである。
【図７】 ガス燃料通路の他の例を示す構成図である。
【図８】 ３種類の触媒を直列に並べた他の実施例を示す構成図である。
【図９】 ガスエンジン側の触媒のみを冷却可能に構成した他の実施例を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の別の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
３…ガス燃料送給管
２４…脱臭装置
３３…第１の触媒
３４…第２の触媒
５１…第３の触媒
５２…チオフェン系・サルファイド系付臭剤用触媒
【産業上の利用分野】
本発明は、ガス漏れ対策として付臭剤が添加されている都市ガスやプロパンガスのようなガスを燃料として使用するガスエンジンにおける脱臭方法及び脱臭装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガスエンジンに用いる脱臭装置としては、本出願人が先に提案した特願平５−５６４９７号に開示されたものがある。
この従来の脱臭装置は、ガスエンジンの燃料供給路中に触媒を介在させ、この触媒によってガス燃料中の臭気成分（付臭剤）を除去する構造になっていた。
しかるに、上述したように燃料供給路中に単に触媒を設けたのみでは、ガス燃料として付臭剤が複数種類混入されたものを使用すると、充分に脱臭することができない場合がある。
【０００３】
このように付臭剤の混入したガス燃料がガスエンジンに供給されると、燃焼室でＳＯX が発生してこれが水蒸気と結合し、燃焼室部の腐食などを引き起こしたり、排気経路の腐食などを引き起こす。また、クランク室に洩れるブローバイガス中に、付臭剤に起因するＳＯX が混ざると、ブローバイガス中の水蒸気と結合して酸となり、これがクランク室中の油とともに各部の潤滑部に送られ、潤滑部を腐食してしまう。さらに、排ガスの浄化のために三元触媒等を使用すると、当該ＳＯX が負触媒となるため、前記触媒を用いた排ガス浄化ができないという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガス燃料中から付臭剤をより多く除去して燃焼室、排気経路及び潤滑部が腐食され難いようにするとともに、三元触媒や酸化触媒等を用いて排ガスを浄化し得るようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、２種以上の臭気成分を含有するガス燃料を用いる場合であっても、各々の臭気成分を個別に除去することのできる触媒を組み合わせることによって、実質的に全ての種類の臭気成分を除去することができ、エンジンの燃焼室、排気経路、潤滑部等の腐食を防止するとともに、三元触媒や酸化触媒等を用いて排ガスを浄化することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、少なくとも２種類の臭気成分を含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記臭気成分のうち少なくとも１種類の臭気成分を除去可能な触媒を、前記臭気成分の種類に応じて複数用いることにより、前記臭気成分を除去することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法である。
【０００７】
また、本発明は、前記のようにして臭気成分を除去するとともに、三元触媒、酸化触媒又は還元触媒を用いて排気ガスを浄化することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法である。
さらに、本発明は、前記のようにして臭気成分を除去するとともに、酸化触媒を用いて排気ガスを浄化し、さらに水に溶けるとアルカリ性を示す固体及び／又はアルカリ水溶液を用いて、刺激臭を除去することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法である。
さらにまた、本発明は、少なくとも２種類の臭気成分を含有するガス燃料をガスエンジンに導く燃料供給路に、前記臭気成分のうち少なくとも１種類の臭気成分を除去可能な触媒を臭気成分の種類に応じて複数設けたことを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭装置である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、２種以上の臭気成分を含有するガス燃料に対して、各々の臭気成分を個別に除去することのできる触媒を組み合わせて用いることによって、実質的に全ての種類の臭気成分を除去することができる。
ガス燃料としては、一般的に都市ガス又はプロパンガスが用いられるが、これらのガス燃料には、通常以下に示す２種類の付臭剤が微量混合されている。この２種類の付臭剤は、下記の化学式（１）
【０００９】
【化５】
で示される構造を有するメルカプタン類（例えばターシャリーブチルメルカプタン、ｉ−プロピルメルカプタン、ｎ−プロピルメルカプタン、３−メチル−３−ペンタンチオール等）からなるもの（以下、これを単に第１の付臭剤という）と、下記の化学式（２）
【００１１】
【化６】
で示される構造を有する鎖状スルフィド類、環状スルフィド類、鎖状ジメチルスルフィド、鎖状メチルエチルスルフィド、環状テトラヒドロチオフェン等からなるもの（以下、これを単に第２の付臭剤という）である。
【００１３】
第１の付臭剤を除去することのできる触媒（以下、これを単に第１の触媒という）としては、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒、Ｆｅ−Ｃｕ系複合酸化物触媒等を単独で、又は適宜組み合わせて用いることができる。Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒としては、例えば新日本製鉄製のＨＣＹＺを用いることができ、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒としては、例えば堺化学工業製のＳＡＰ−１を用いることができ、ホプカライト触媒としては、例えばジーエルサイエンス製のホプカライトIIを用いることができる。
【００１４】
第２の付臭剤を除去することのできる触媒（以下、これを単に第２の触媒という）としては、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒、Ｆｅ−Ｃｕ系複合酸化物触媒等を単独で、又は適宜組み合わせて用いることができる。Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒としては、例えば堺化学工業製のＳＡＰ−１０を用いることができ、ホプカライト触媒としては、例えばジーエルサイエンス製のホプカライトＩを用いることができる。
【００１５】
第１の触媒と第２の触媒は、直列に組み合わせて用いるのが好ましく、特に第１の触媒をガス燃料の流れ方向上流側に、第２の触媒をガス燃料の流れ方向下流側に配置して用いるのが好ましい。また、上記に具体的に記載の第１の触媒及び第２の触媒は、適宜組み合わせて使用することができる。例えば、第１の触媒に比表面積の小さいＭｎ酸化物−セラミック系触媒を用い、第２の触媒に比表面積の大きいＭｎ酸化物−セラミック系触媒を用いることができる。具体的には、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が10〜150Ｍ2／ｇであるものを第１の触媒として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が50〜200Ｍ2／ｇであるものを第２の触媒として用いることができる。
【００１６】
上記第１の触媒と第２の触媒との適宜の組み合わせにより、上流側の触媒で化学構造的に除去し易い付臭剤を除去した後、下流側の触媒で化学構造的に除去し難い付臭剤を除去する。このようにするのが好ましい理由は以下の通りである。
【００１７】
１．化学式（１）で示される付臭剤は化学構造的に分解し易い。
２．化学式（２）で示される付臭剤は化学構造的に化学式（１）で示される付臭剤より安定している。
３．化学式（２）で示される付臭剤は燃料ガス、例えば下記の化学式（３）で示されるプロパン
【００１８】
【化７】
に近い構造になっているので、多量に存在するプロパンと化学式（２）で示される付臭剤とを触媒が区別できるようにする必要がある。
なお、第１の触媒を下流側に、第２の触媒を上流側に配置する構成を採ると、ガス燃料中の第１の付臭剤と第２の付臭剤との両方が上流側の第２の触媒に流入してこれに吸着されるが、第２の触媒では第１の付臭剤と第２の付臭剤との両方が吸着されると、第２の付臭剤を完全には除去できなくなるので、これが下流側に流出してしまう。すなわち、このときには第２の付臭剤の除去は完全には行われず、これが僅かに下流側の第１の触媒に流入することになる。第１の触媒では第２の付臭剤は除去できないので、結局、ガスエンジンに第２の付臭剤が供給されてしまう。従って前記のように、第１の触媒をガス燃料の流れ方向上流側に、第２の触媒をガス燃料の流れ方向下流側に配置して用いるのが好ましい。
【００２０】
触媒は、80℃以下の温度下で使用する。好ましくは、30℃以下で使用する。前記温度範囲から外れた状況下で使用すると、触媒活性が低下し、付臭剤を除去するのが困難となる。触媒をこのような温度下で使用するには、エンジンの冷却水によって冷却することができる。また、別途冷却装置を用いると、さらに効果があるため好ましい。
触媒の使用形態としては、付臭剤を除去できればいかなる形態で用いてもよいが、付臭剤の除去効率を考慮して、ハニカム構造とするのが好ましい。また、触媒は、ＳＶ値を102〜105Ｈ-1で使用し、好ましくは102〜103Ｈ-1で使用する。
【００２１】
以上、２種類の付臭剤を含有するガス燃料を用いた場合の脱臭方法を説明したが、次に３種類の付臭剤を含有するガス燃料を用いた場合の脱臭方法を説明する。
【００２２】
ガス燃料の中でも、例えば都市ガス製造会社が異なれば、３種類の付臭剤、即ちメルカプタン系付臭剤、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤を含有する場合がある。このようなガス燃料を用いた場合は、メルカプタン系付臭剤に対する触媒（触媒ａ）として、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等、サルファイド系付臭剤に対する触媒（触媒ｂ）として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等、チオフェン系付臭剤に対する触媒（触媒ｃ）として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等を用いるのが好ましく、また、サルファイド系付臭剤及びチオフェン系付臭剤の両者を除去できる触媒（触媒ｄ）として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、ホプカライト触媒、Ｍｎ−Ｆｅ系触媒等を使用することもできる。
【００２３】
触媒ａ，ｂ，ｃを使用する場合は、ガス燃料の流れ方向上流側から、触媒ａ，ｂ，ｃの順に直列に配置するのが好ましく、触媒ａ，ｄを使用する場合は、ガス燃料の流れ方向上流側から、触媒ａ，ｄの順に直列に配置するのが好ましい。
次に、本発明のガスエンジンにおける脱臭方法を、フローチャートを参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。図１において、Ａはゼロガバナ、Ｂは付臭剤除去装置、Ｃはミキサー、Ｄはエンジン、Ｅは触媒を表す。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれ、ミキサーＣにより空気と混合される。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒ＥによってＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等が除去され、浄化される。
付臭剤除去装置Ｂとしては、前述した触媒を複数組み合わせたものを使用すればよい。
【００２５】
触媒Ｅとしては、排気ガスを浄化できるものであればいかなる種類のものを用いてもよいが、通常は三元触媒、酸化触媒又は還元触媒を用いることができる。従来のように、付臭剤を除去していない燃料ガスを用いると、燃焼室で発生したＳＯX が負触媒となるという問題があったが、本発明のように付臭剤を除去することにより、前記触媒を用いることができる。
【００２６】
三元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ｐｔ／Ｒｈ系触媒、Ｐｄ／Ｒｈ系触媒等が挙げられる。
酸化触媒としては、例えば、ゼオライト触媒、Ａｌ2Ｏ3触媒、Ｐｔ触媒、Ｐｄ触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ａｕ系触媒等が挙げられる。
還元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3触媒、Ｃｕ−ＺＳＭ−５触媒、ペロブスカイト系触媒、Ａｕ系触媒等が挙げられる。
なお、燃料ガス中の臭気成分の濃度は、混合気中の臭気成分の濃度よりもはるかに高い（可燃混合気割合が仮に燃料１：空気14とすると、混合気中の臭気成分の濃度は、混合前の１／15となってしまう）ため、本実施例のように、空気と燃料ガスとを混合する前、即ちミキサーＣより上流に付臭剤除去装置Ｂを配置することにより、ミキサーＣより下流に配置する場合よりも、効率良く臭気成分（付臭剤）を除去することができる。
【００２７】
図２は、本発明の第２の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、ミキサーＣにより空気と混合され、次いで付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれる。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒ＥによってＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等が除去され、浄化される。
このように、空気と混合された後においても、燃料ガス中の付臭剤は除去することができる。
【００２８】
図３は、本発明の第３の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。図３において、Ｆは熱交換器、Ｇは刺激臭除去装置を表す。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれ、ミキサーＣにより空気と混合される。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒Ｅ’によって浄化される。次いで、熱交換器Ｆにより冷却され、刺激臭除去装置Ｇにより刺激臭が除去される。
本実施例のように排気ガスを冷却することにより、排気管等の熱応力緩和を図ることができる。この冷却は、エンジンの冷却水によって行うことができる。
また、排気ガスには、通常ＮＯx 、有機酸等、刺激臭の原因となる酸性物質が含まれているため、本実施例ではこれらを除去する。これら酸性物質を除去するには、水に溶けるとアルカリ性を示す固体や、アルカリ水溶液、又はそれらを組み合わせて使用すればよい。
【００２９】
水に溶けるとアルカリ性を示す固体としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等が挙げられ、前記炭酸カルシウムとしては、方解石、石灰石、サンゴ等を用いることができる。また、アルカリ水溶液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、炭酸カルシウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液等を用いることができる。
【００３０】
前記固体を使用する場合は、粉状体、球状体、ハニカム形状等、所望の形状で用いればよく、粉状体のようにガスの通過により拡散するおそれのあるものの場合には、フィルター等を適宜使用すればよい。一方、水溶液を使用する場合は、当該水溶液中に排気ガスを直接通すように用いればよい。このような処理を施すことにより、排気ガスの刺激臭を除去することができる。
【００３１】
図４は、本発明の第４の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。本実施例では、燃料ガスは、ゼロガバナＡによって圧力を調整された後、ミキサーＣにより空気と混合され、次いで付臭剤除去装置Ｂによって付臭剤が除かれる。そしてエンジンＤ内で燃焼して排気ガスとなり、その後触媒Ｅ’によって浄化される。次いで、熱交換器Ｆにより冷却され、刺激臭除去装置Ｇにより刺激臭が除去される。
【００３２】
本実施例においても、第２の実施例と同様に、空気と混合された後であっても、燃料ガス中の付臭剤は除去することができる。
次に、本発明のガスエンジンにおける脱臭装置について説明する。
図５は本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の一実施例を示す構成図、図６は付臭剤が除去される様子を示すグラフである。
【００３３】
図５において、１は水冷式４サイクル型のガスエンジン、２はこのガスエンジン１を動力源として構成された空調装置である。前記ガスエンジン１は、ガス燃料送給管３から供給される都市ガス、プロパンガス等のガス燃料をシリンダ４内で燃焼爆発させ、排気管５に排出する構造になっており、クランク軸６に空調装置２が連結されている。
【００３４】
７はこのガスエンジン１のピストン、８は吸・排気弁を駆動するための動弁装置、９は点火プラグ、１０はクランク室に潤滑油を溜めるためのオイルパンである。このオイルパン１０に溜められた潤滑油は、オイルポンプ１１により吸い出されてオイルフィルター１２によって異物が除去された後、クランク軸６の軸受部分や動弁装置９等に供給されるように構成されている。また、このガスエンジン１から排出された排気ガスは、排気管５に接続された排気熱交換器５ａを介して大気中に排出されるようになっている。
【００３５】
排気熱交換器５ａは後述するエンジン冷却水によって排気ガスを冷却する構造になっている。また、この排気熱交換器５ａにはドレイン水通路５ｂを介して中和器５ｃが接続され、排気熱交換器５ａ内に溜まった酸性のドレイン水が中和器５ｃで中和された後に排出されるように構成されている。
【００３６】
前記ガスエンジン式空調装置２は、クランク軸６によって駆動されてフレオン、アンモニア、ハイドロカーボン等の冷媒を圧縮する圧縮機１３と、凝縮器１４と、膨張弁１５と、蒸発器１６とからなる冷媒回路を備えている。この冷媒回路においては、冷媒は圧縮機１３によって圧縮されて高圧ガスとなり、凝縮器１４において凝縮液化されて凝縮熱を放熱する。放熱によって液化した冷媒は、膨張弁１５において膨張され、一部がガス化した低圧低温の冷媒となって、蒸発器１６においてファン１６ａにより強制送風される外気から熱を吸収してこれを冷却する。吸熱によってガス化した冷媒は、再び圧縮機１３に戻って上記のサイクルを繰り返す。
【００３７】
ガスエンジン１にガス燃料を供給する燃料供給装置は、ガス供給管２１に接続されたガス元栓２２と、このガス元栓２２から流出するガス燃料をガスエンジン１に供給するに当たり最適な圧力に減圧させる圧力調整器、即ちゼロガバナ２３と、この圧力調整器２３と前期ガス燃料送給管３との間に介装された脱臭装置２４とから構成されている。
【００３８】
前記ガス元栓２２は、ガス漏れ検知器２６を有する緊急ガス遮断装置２５が接続されており、機関室２７内にガス漏れが生じたときに緊急ガス遮断装置２５によって閉動作されるように構成されている。なお、ガス漏れ検知器２６はガスセンサーからなり、機関室２７内であって脱臭装置２４の近傍に配置されている。ガスセンサーは、赤外線吸収式、光干渉方式、半導体方式、熱伝導方式等の従来一般に施用されているものである。
本発明で使用することのできるガス燃料は前述したとおりであるが、本実施例では、第１の付臭剤としてターシャリーブチルメルカプタンを含有し、第２の付臭剤としてジメチルスルフィドを含有するガス燃料を用いる例について説明する。
【００３９】
脱臭装置２４は、内部がガス燃料通路となる内筒３１と、この内筒３１の外周部を覆う外筒３２とによって二重管構造になっている。そして、内筒３１内に第１の触媒３３及び第２の触媒３４が装填され、この内筒３１の上流側端部が前記圧力調整器２３に連通されるとともに下流側端部が前記ガス燃料送給管３に嵌合固着されている。
【００４０】
前記触媒３３，３４はそれぞれハニカム構造になっており、内筒３１内に第１の触媒３３を上流側に位置づけて直列に並べた状態で装填されている。これらの触媒３３，３４のうち上流側に位置する第１の触媒３３は、本実施例ではＣｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒で、前記第１の付臭剤を除去できるものである。
【００４１】
下流側に位置する第２の触媒３４は、本実施例ではＭｎ酸化物−セラミック系触媒である。この第２触媒３４は、前記第１の付臭剤と、第２の付臭剤との両方を除去することが可能なものである。
すなわち、本実施例の脱臭装置２４は、１種類の脱臭剤しか除去することができない第１の触媒３３を上流側に配置し、２種類の脱臭剤を除去することのできる第２の触媒３４を下流側に配置したものである。
内筒３１と外筒３２との間の空間は、エンジン冷却水が循環されるように構成されている。すなわち、第１及び第２の触媒３３，３４はエンジン冷却水によって外周部側からその全周にわたって冷却されることになる。ここで、ガスエンジン１の冷却系の構成について説明する。
【００４２】
ガスエンジン１が運転されているときには、ラジエータ３５によって冷却された、あるいは冷媒との熱交換器である二重管熱交換器９０によって冷却されたエンジン冷却水は先ず脱臭装置２４に流され、この脱臭装置２４を冷却した後に冷却水ポンプ３６によってシリンダ４内の冷却水通路４ａに供給される。そして、シリンダ４を冷却した後にサーモスタット３７に送られる。このとき、エンジン冷却水は、予め定めた温度より低いときには前記冷却水ポンプ３６の吸込口に戻され、予め定めた温度以上のときには前記排気熱交換器５ａ内の冷却通路に送られてからリニア三方弁９１において分岐あるいは切替えられて、ラジエータ３５の入口あるいはラジエータ３５の入口及び二重管熱交換器９０に戻るようになっている。
【００４３】
すなわち、エンジン冷却水は、エンジン冷却水温度がサーモスタット３７での設定温度に達するまではガスエンジン１内を循環し、設定温度以上になったときにはラジエータ３５→脱臭装置２４→冷却水ポンプ３６→シリンダ４内→サーモスタット３７→排気熱交換器５ａ→リニア三方弁９１→ラジエータ３５あるいは→二重管熱交換器９０という循環経路を辿るようになる。なお、リニア三方弁９１は、凝縮器１４あるいは蒸発器１６の負荷が増大する程、二重管熱交換器９０へより多くの温水を流す一方、ラジエータ３５への温水量をより減らすように調整する。
【００４４】
このように構成された脱臭装置２４を備えると、ガス元栓２２及び圧力調整器２３を介して供給されたガス燃料に含まれている２種類の付臭剤は、脱臭装置２４を通るときに触媒３３，３４によって略除去されることになる。すなわち、図６に示すように、上流側の第１の触媒３３を通るときに主として第１の付臭剤の略全てが除去され、第２の触媒３４を通るときに第１の付臭剤の残り分と、第２の付臭剤の全てが除去される。
【００４５】
このように付臭剤の全量が除去されたガス燃料は、ミキサー１０２において空気と混合される。具体的には、吸気通路１００を通り、サイレンサ機能付きエアクリーナ１０１によって清浄された空気と、燃料ガスノズル１０２ｂから噴射されたガス燃料とが、ベンチュリー部１０２ａで混合される。この混合ガスは、スロットル弁１０２ｃによって流量を調節された後、吸気通路１０３を通り、吸気ポート１０４からガスエンジン１のシリンダ４内に流入する。シリンダ４内で燃焼した混合ガスは、排気ガスとして排気管５に排出される。
【００４６】
燃焼時にシリンダ４とピストン７との間を吹き抜けたブローバイガス（図中矢印Ｌで示す）は、触媒３３，３４を設けないときにはＣＯ2，ＣＯ，Ｈ2Ｏ，ＮＯx，潤滑油のミスト等の他にＳＯxが含まれているが、本実施例のように触媒を付臭剤の種類に対応させて直列に配置するとＳＯx成分はきわめて微量に抑えられるようになる。
したがって、クランク室内で酸化物が生成され難くなるので、オイルパン１０に溜められた潤滑油中に酸化物が溶け込んで潤滑先が腐食されるのを確実に防ぐことができる。
【００４７】
また、エンジン運転中は第１及び第１の触媒３３，３４はエンジン冷却水によって外周部から冷却されることになるので、ガスエンジン１の熱や反応熱によって温度が上昇することが抑えられる。このため、付臭剤を除去する能率が低下することはない。
なお、前記実施例ではガス燃料通路に２種類の触媒を直列に介在させた例について示したが、図７に示すようにガス燃料通路を並列に設けて一方に触媒を配置する構成を採ることもできる。
図７はガス燃料通路の他の例を示す構成図で、同図において前記図５で説明したものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４８】
図７において、符号４１は副燃料通路で、この副燃料通路４１は脱臭装置２４が介装されたガス燃料通路と並列に設けられており、脱臭装置２４の上流側と下流側とに連通されている。そして、この副燃料通路４１には、ガス燃料の流量が脱臭装置２４側のガス燃料通路より少なくなるように絞り４２が介装されている。なお、流量を低く抑えるに当たっては、絞り４２の他に開閉弁を採用することもできる。
【００４９】
この実施例では完全には臭気成分を除去することはできないが、潤滑部の腐食を実用上問題のないレベルまで低下させることはできる。また、触媒を配置することにより、ガス燃料通路の流路抵抗が増大するが、副燃料通路４１により、この流路抵抗の軽減を図ることができ、例えばエンジンの過渡応答性を向上させることができる。
【００５０】
また、前記各実施例では２種類の付臭剤に対応できるように触媒を２種類設けた例を示したが、付臭剤が３種類混合されたガス燃料を使用する場合には図８及び図９に示すように構成する。
【００５１】
図８は３種類の触媒を直列に並べた他の実施例を示す構成図、図９はガスエンジン側の触媒のみを冷却可能に構成した他の実施例を示す構成図である。これらの図において前記図５及び図７で説明したものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
図８において、符号５１は第３の触媒で、この第３の触媒５１はチオフェン系付臭剤を除去するものであり、メルカプタン系付臭剤用の第１の触媒３３と、サルファイド系付臭剤用の第２の触媒３４のさらに下流側に配置されている。なお、この第３の触媒５１と第２の触媒３４とは、第１の付臭剤及び第２の付臭剤の両方を除去することができるので、これらの配置は前後に入れ換えることが可能である。
【００５２】
このように構成すると、付臭剤としてメルカプタン系のものと、サルファイド系のものと、チオフェン系のものとの３種類が混合されたガス燃料を使用しても付臭剤の略全てをガスエンジン１に供給される以前に確実に除去することができる。
【００５３】
図９において、符号５２はチオフェン系付臭剤及びサルファイド系付臭剤の両方を除去可能な触媒である。この触媒５２をメルカプタン系付臭剤用の第１の触媒３３の下流側に配置することによって、上記３種類の付臭剤を除去することができる。
【００５４】
以上のように、少なくとも３種類の臭気成分を含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記臭気成分のうち少なくとも１種類の臭気成分を除去可能な触媒を、前記臭気成分の種類に応じて複数用いることにより、前記３種類の臭気成分の全てを除去するように脱臭方法・装置を構成してもよい。
また、この図９に示す装置は、ガス燃料通路の下流側であってガスエンジン１に近い方の触媒５２のみが冷却装置５３によって冷却される構造になっている。冷却装置５３は図５に示したものと同等に構成され、ラジエータ３５で冷却されたエンジン冷却水を冷却水ポンプ３６によって触媒５２に流して循環させる構造になっている。なお、図示していないが、ガスエンジン１の冷却水通路もこの冷却装置５３によってエンジン冷却水が供給される。
【００５５】
図10は、本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の別の実施例を示す構成図である。前記実施例と異なり、この実施例においては、触媒３３、３４によって付臭剤が除去されたガス燃料は、噴射ノズル開閉制御弁１０７に制御され、噴射ノズル１０６から直接シリンダ４内に噴射される。一方、空気は、スロットル弁１０５によって流量を調節され、吸気ポート１０４からシリンダ４内に流入する。ガス燃料と空気とは、シリンダ４内で混合され、燃焼することとなる。
【００５６】
本実施例のように、空気と燃料ガスとをそれぞれ独立してシリンダに導くようにして、燃料ガスをシリンダへ供給する燃料通路に、臭気成分を除去可能な触媒を配置することにより、空気と燃料ガスとの混合気の通路に触媒を配置する場合よりも、効率良く付臭剤を除去することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を何等限定するものではない。
【００５８】
（実施例１）
比表面積が80Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっている第１のＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１）と、比表面積が150Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっている第２のＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１０）とを用い、第１のＭｎ酸化物−セラミック系触媒がガス燃料の流れ方向上流側となるように、図１における脱臭装置２４に示されるような構造の脱臭装置を作製した。
燃料ガスとして、ｔ−ブチルメルカプタンを1.0ppm、ジメチルスルフィドを0.5ppm含有するＬＰＧを用い、前記脱臭装置内を通過させた。そのときの触媒の温度は30℃であり、ＳＶ値は５×103Ｈ-1であった。
脱臭装置通過後の燃料ガス中のｔ−ブチルメルカプタン及びジメチルスルフィドの濃度をガスクロマトグラフィーにより測定した。結果を表１に示す。
【００５９】
（実施例２）
ハニカム構造となっているＣｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒（新日本製鉄製，ＨＣＹＺ）と、比表面積が150Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっているＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１０）とを用い、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒がガス燃料の流れ方向上流側となるように、図１における脱臭装置２４に示されるような構造の脱臭装置を作製した。
燃料ガスとして、ｔ−ブチルメルカプタンを1.0ppm、ジメチルスルフィドを0.5ppm含有する都市ガス１３Ａを用い、前記脱臭装置内を通過させた。そのときの触媒の温度は30℃であり、ＳＶ値は１×104Ｈ-1であった。
脱臭装置通過後の燃料ガス中のｔ−ブチルメルカプタン及びジメチルスルフィドの濃度をガスクロマトグラフィーににより測定した。結果を表１に示す。
【００６０】
（比較例１）
比表面積が150Ｍ2／ｇであり、ハニカム構造となっているＭｎ酸化物−セラミック系触媒（堺化学工業製，ＳＡＰ−１０）のみを用い、実施例１と同様にしてＬＰＧを通過させた。脱臭装置通過後の燃料ガス中のｔ−ブチルメルカプタン及びジメチルスルフィドの濃度を測定した結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
表１から明らかなように、複数の種類の触媒を用いることにより、燃料ガス中の付臭剤を完全に除去することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス燃料中の臭気成分を除去できるため、ガスエンジン中に酸化物が生成されるのを防ぐことができ、したがって、燃焼室や排気経路及び潤滑部の腐食を抑え、エンジンの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第３の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第４の実施例による脱臭方法を示すフローチャートである。
【図５】 本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の一実施例を示す構成図である。
【図６】 付臭剤が除去される様子を示すグラフである。
【図７】 ガス燃料通路の他の例を示す構成図である。
【図８】 ３種類の触媒を直列に並べた他の実施例を示す構成図である。
【図９】 ガスエンジン側の触媒のみを冷却可能に構成した他の実施例を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る脱臭装置を採用したガスエンジン式空調装置の別の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
３…ガス燃料送給管
２４…脱臭装置
３３…第１の触媒
３４…第２の触媒
５１…第３の触媒
５２…チオフェン系・サルファイド系付臭剤用触媒
Claims (15)
- 少なくとも下記の化学式（１）
で示される構造を有する化合物からなる第１の付臭剤と、下記化学式（２）
で示される構造を有する化合物からなる第２の付臭剤とを含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記第１の付臭剤に対する第１の触媒と前記第２の付臭剤に対する第２の触媒とを組み合わせて用いることにより、前記臭気成分を除去することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法。 - 少なくとも下記の化学式（１）
で示される構造を有する化合物からなる第１の付臭剤と、下記化学式（２）
で示される構造を有する化合物からなる第２の付臭剤とを含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記第１の付臭剤に対する第１の触媒と前記第２の付臭剤に対する第２の触媒とを組み合わせて用いることにより、前記臭気成分を除去するとともに、三元触媒、酸化触媒又は還元触媒を用いて排気ガスを浄化することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法。 - 少なくとも下記の化学式（１）
で示される構造を有する化合物からなる第１の付臭剤と、下記化学式（２）
で示される構造を有する化合物からなる第２の付臭剤とを含有するガス燃料をガスエンジンに導く前に、前記第１の付臭剤に対する第１の触媒と前記第２の付臭剤に対する第２の触媒とを組み合わせて用いることにより、前記臭気成分を除去するとともに、酸化触媒を用いて排気ガスを浄化し、さらに水に溶けるとアルカリ性を示す固体及び／又はアルカリ水溶液を用いて、刺激臭を除去することを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭方法。 - 請求項１乃至３いずれか記載のガスエンジンにおける脱臭方法において、前記ガス燃料が、下記の化学式（１）
で示される構造を有する化合物からなる第１の付臭剤と、下記化学式（２）
で示される構造を有する化合物からなる第２の付臭剤とを含有するものであり、前記第１の付臭剤に対する第１の触媒として、Ｃｕ−Ｈイオン交換ゼオライト系触媒、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒及びＭｎ−Ｆｅ系触媒からなる群から選ばれた少なくとも１種を用い、前記第２の付臭剤に対する第２の触媒として、Ｍｎ酸化物−セラミック系触媒、Ｃｕ−Ｍｎ触媒、ホプカライト触媒及びＭｎ−Ｆｅ系触媒からなる群から選ばれた少なくとも１種を用い、前記第１の触媒と前記第２の触媒とを直列に配置することを特徴とする方法。 - 請求項４記載のガスエンジンにおける脱臭方法において、第１の触媒としてのＭｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が10〜150Ｍ2／ｇであり、第２の触媒としてのＭｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が50〜200Ｍ2／ｇであり、且つ比表面積の小さい第１の触媒と、比表面積の大きい第２の触媒との組み合わせで使用することを特徴とする方法。
- 請求項４又は５記載のガスエンジンにおける脱臭方法において、第１の触媒をガス燃料の流れ方向上流側に配置することを特徴とする方法。
- 請求項１乃至請求項６いずれか記載のガスエンジンにおける脱臭方法において、触媒を冷却することを特徴とする方法。
- 請求項３記載のガスエンジンにおける脱臭方法において、前記水に溶けるとアルカリ性を示す固体が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム及び炭酸ナトリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物であり、前記アルカリ水溶液が、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、炭酸カルシウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選ばれた少なくとも１種のアルカリ水溶液であることを特徴とする方法。
- 少なくとも下記の化学式（１）
で示される構造を有する化合物からなる第１の付臭剤と、下記化学式（２）
で示される構造を有する化合物からなる第２の付臭剤とを含有するガス燃料をガスエンジンに導く燃料供給路に、前記第１の付臭剤に対する第１の触媒と前記第２の付臭剤に対す る第２の触媒とを組み合わせて設けたことを特徴とする、ガスエンジンにおける脱臭装置。 - 請求項９記載のガスエンジンにおける脱臭装置において、ガス燃料として臭気成分が下記の化学式（１）
で示される構造を有する化合物からなる第１の付臭剤と、臭気成分が下記の化学式（２）
で示される構造を有する化合物からなる第２の付臭剤とが含有されたものを用い、かつ触媒として燃料ガス中において主として前記化学式（１）の構造を有する化合物用の第１の触媒と、燃料ガス中において主として前記化学式（２）の構造を有する化合物用の第２の触媒とを用い、これら両触媒を直列に配置したことを特徴とする装置。 - 請求項１０記載のガスエンジンにおける脱臭装置において、第１の触媒をガス燃料の流れ方向上流側に配置したことを特徴とする装置。
- 請求項９乃至１１いずれか記載のガスエンジンにおける脱臭装置において、触媒を冷却したことを特徴とする装置。
- 第１の触媒としてのＭｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が 10 〜 150 Ｍ 2 ／ｇであり、第２の触媒としてのＭｎ酸化物−セラミック系触媒の比表面積が 50 〜 200 Ｍ 2 ／ｇであり、且つ比表面積の小さい第１の触媒と、比表面積の大きい第２の触媒との組み合わせで使用することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか記載の装置。
- 臭気成分を含有するガス燃料と空気とを混合し得るミキサーを有し、前記ミキサーにて混合した混合気を吸気ポートからシリンダ内に導くようにしたガスエンジンにおいて、前記ミキサーの上流側の燃料通路に、臭気成分を除去可能な触媒を配置することにより、前記臭気成分を除去することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載のガスエンジンにおける脱臭方法。
- 空気をシリンダに導くとともに、臭気成分を含有するガス燃料を、前記空気と独立してシリンダに導くようにガスエンジンを構成し、ガス燃料をシリンダへ供給する燃料通路に、臭気成分を除去可能な触媒を配置することにより前記臭気成分を除去することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載のガスエンジンにおける脱臭方法。
【００００】
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