(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素成分を有する燃料を使用するガスエンジンであって、
機関廃熱を熱源とする変成器を備え、この変成器において水素と二酸化炭素とを変成反応（Ｈ2＋ＣＯ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）させて燃料組成を変化させ、この組成変化された燃料を燃焼室に向けて供給するよう構成されていると共に、
水素と変成後の燃料とをミキシングするミキサと、
このミキサにおける水素と変成後の燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２】
水素成分を有する燃料を使用するガスエンジンであって、
機関廃熱を熱源として水蒸気を発生させる水蒸気発生手段を備え、この水蒸気発生手段で発生した水蒸気を燃料供給系に供給するよう構成されている一方、
上記燃料は炭化水素系燃料であって、
上記水蒸気と上記燃料とを機関廃熱を利用して吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）させることにより改質する燃料改質器を備え、
この燃料改質器によって改質された燃料を燃焼室に向けて供給するよう構成されていると共に、
水素と水素分離後の改質燃料とをミキシングするミキサと、
このミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項３】
水素成分を有する燃料を使用するガスエンジンであって、
上記燃料から水素を分離抽出する水素分離手段を備え、この水素分離手段によって水素が分離抽出された後の燃料を燃焼室に向けて供給するよう構成されている一方、
上記燃料は炭化水素系燃料であって、
水蒸気と上記燃料とを機関廃熱を利用して吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）させることにより改質する燃料改質器を備え、
この燃料改質器によって改質された燃料を燃焼室に向けて供給するよう構成されていると共に、
水素と水素分離後の改質燃料とをミキシングするミキサと、
このミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項４】
上記請求項１記載のガスエンジンにおける変成器を使用した変成反応により組成変化された燃料の燃焼室への供給動作及び上記ミキサにおける水素と変成後の燃料とのミキシング割合の調整手段による調整動作、
請求項２記載のガスエンジンにおける水蒸気発生手段により発生した水蒸気の燃料供給系への供給動作及び上記ミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合の調整手段による調整動作、
または、請求項３記載のガスエンジンにおける水素分離手段によって水素が分離抽出された後の燃料の燃焼室への供給動作及び上記ミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合の調整手段による調整動作、
のうち少なくとも一つを行うように構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項５】
請求項１記載のガスエンジンにおいて、
機関排気系にＣＯ2分離手段が設けられ、このＣＯ2分離手段によって排気ガス中から分離された二酸化炭素を変成器に供給するよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項６】
請求項１記載のガスエンジンにおいて、
燃料から水素を分離抽出する水素分離手段が設けられ、この水素分離手段によって分離された水素を変成器に供給するよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項７】
上記請求項５記載のガスエンジンにおけるＣＯ2分離手段によって分離された二酸化炭素の変成器への供給動作及び請求項６記載のガスエンジンにおける水素分離手段によって分離された水素の変成器への供給動作を共に行うよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項８】
請求項１、４〜７のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
燃料は炭化水素系燃料であって、
水蒸気と上記燃料とを機関廃熱を利用して吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）させることにより改質する燃料改質器を備え、
この燃料改質器によって改質された燃料を燃焼室に向けて供給するよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項９】
請求項３記載のガスエンジンにおいて、
水素分離手段と燃料改質器とが一体的に構成され、水素分離手段によって水素を分離抽出しながら燃料改質器における燃料改質動作が行われるよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１０】
請求項８記載のガスエンジンにおいて、
燃料から水素を分離抽出する水素分離手段と燃料改質器とが一体的に構成され、水素分離手段によって水素を分離抽出しながら燃料改質器における燃料改質動作が行われるよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１１】
請求項１、５〜８、１０のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることにより変成器の内部温度を上昇させるよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１２】
請求項８または１０記載のガスエンジンにおいて、
改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることにより変成器の内部温度を上昇させるよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１３】
請求項２、３、８、９、１０のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることにより燃料改質器の内部温度を上昇させるよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１４】
請求項８または１０記載のガスエンジンにおいて、
変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることにより燃料改質器の内部温度を上昇させるよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１５】
請求項１、５〜８、１０、１１、１２、１４のうち何れか一つに記載の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る酸化触媒装置を備え、この酸化触媒装置における未燃成分の燃焼により変成器の内部温度を排気温度以上に高くするよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１６】
請求項２、３、８、９、１０、１２、１３、１４のうち何れか一つに記載の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る酸化触媒装置を備え、この酸化触媒装置における未燃成分の燃焼により燃料改質器の内部温度を排気温度以上に高くするよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１７】
請求項１、５〜８、１０、１１、１２、１４のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
水素吸蔵物質を内蔵して水素を吸蔵可能な水素吸蔵装置を備え、水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱により変成器の内部温度を排気温度以上に高くするよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１８】
請求項２、３、８、９、１０、１２、１３、１４のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
水素吸蔵物質を内蔵して水素を吸蔵可能な水素吸蔵装置を備え、水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱により燃料改質器の内部温度を排気温度以上に高くするよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１９】
請求項２、３、８、９、１０、１２、１３、１４、１６、１８のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
燃料改質器は、炭化水素系燃料の改質時に内部圧力を減圧可能に構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２０】
上記請求項１１記載のガスエンジンにおける変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることによる変成器の内部温度の上昇動作、上記請求項１２記載のガスエンジンにおける改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることによる変成器の内部温度の上昇動作、上記請求項１３記載のガスエンジンにおける改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることによる燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記請求項１４記載のガスエンジンにおける変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることによる燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記請求項１５記載のガスエンジンにおける酸化触媒装置での未燃成分の燃焼による変成器の内部温度の上昇動作、上記請求項１６記載のガスエンジンにおける酸化触媒装置での未燃成分の燃焼による燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記請求項１７記載のガスエンジンにおける水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱による変成器の内部温度の上昇動作、上記請求項１８記載のガスエンジンにおける水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱による燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記請求項１９記載のガスエンジンにおける燃料改質器の内部圧力の減圧動作のうち少なくとも一つを行うように構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２１】
請求項１７または１８記載のガスエンジンにおいて、
水素を貯蔵するタンクを備え、このタンク内の水素を水素吸蔵装置内の水素吸蔵物質に吸蔵させる一方、機関廃熱を利用して水素吸蔵装置から取り出した水素を燃焼室に向けて供給するよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２２】
請求項１７または１８記載のガスエンジンにおいて、
水素を貯蔵するタンクを備え、このタンク内の水素を水素吸蔵装置内の水素吸蔵物質に吸蔵させる一方、
排気温度を検出する排気温センサと、
水素吸蔵装置内の圧力を調整する圧力調整手段とを備え、
上記排気温センサによって検出した排気温度に基づいて圧力調整手段により水素吸蔵装置内の圧力を調整し、これによって水素と水素吸蔵物質との水素化物生成及び水素吸蔵物質からの水素の分離を制御するよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２３】
上記請求項２１記載のガスエンジンにおける水素吸蔵装置から取り出した水素の燃焼室への供給動作及び、上記請求項２２記載のガスエンジンにおける水素吸蔵装置内の圧力調整による水素と水素吸蔵物質との水素化物生成及び水素吸蔵物質からの水素の分離の制御動作を共に行うよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２４】
請求項３、９、１０のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
燃料に含まれる硫黄分を水添脱硫によって除去する脱硫装置を備えさせ、
水素分離手段によって分離抽出された水素の一部を脱硫装置に供給する構成となっていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２５】
請求項１〜２４のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
ノッキングの発生を検知するノッキングセンサと、
このノッキングセンサの出力を受けてノッキング強度を測定し、ノッキング強度が所定値を超えたときに、燃焼室に供給される総燃料中の水素混合割合を低下させる水素供給量制御手段とを備えていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項２６】
請求項３、９、１０、２４、２５のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
水素と、水素分離後の改質燃料との混合割合を調整する混合比調整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２７】
請求項１、２、４、５、１１、１５、１７、２０〜２３、２５，２６のうち何れか一つに記載のガスエンジンにおいて、
燃料は純水素であることを特徴とするガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、６Ｃや６Ｂといったガス等のように水素成分の占める割合が比較的大きな燃料を使用するガスエンジンや純水素を燃料として使用するガスエンジンに係る。特に、本発明はこの種のガスエンジンの実用性を向上す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、６Ｃや６Ｂといった水素成分の占める割合が比較的大きなガスや純水素を燃料として使用するガスエンジンが知られている。
【０００３】
図１３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ブロック図である。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で冷却することで、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】
この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（炭化水素系燃料や純水素など）との混合気が燃焼室に供給され、エンジン本体ａが駆動することにより、発電機ｂでの発電が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種のガスエンジンにあっては、以下に述べる課題があり、未だ実用性が十分に確保されているとは言えなかった。
（１）燃焼室内での燃焼速度が高いために、逆火が発生しやすい。
（２）燃料のメタン価が低いために、ノッキングが発生しやすい。
（３）熱発生率が大きいために、機関の熱効率の低下を招いてしまう。
【０００８】
本発明の発明者は、これら不具合の原因について研究を行った。そして、燃料中の水素成分の存在が、これら不具合の原因となっていることを見出した。
【０００９】
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、逆火及びノッキングの防止が図れ、且つ機関の熱効率の向上を図ることができるガスエンジンを提供することにある。
【００１０】
【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、水素と二酸化炭素との変成反応による燃料組成の変化または燃料中からの水素の分離によって、供給燃料中の水素成分量を低減させたり、燃料供給系への水蒸気の供給によって燃料の熱容量を大きくさせたりすることにより、燃焼速度を低下させ、燃料のメタン価を高くし、更には熱発生率を低く抑えている。
【００１１】
−解決手段−
具体的に、第１の解決手段では、水素成分を有する燃料を使用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、機関廃熱を熱源とする変成器を備えさせ、この変成器において水素と二酸化炭素とを変成反応（Ｈ2＋ＣＯ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）させて燃料組成を変化させ、この組成変化された燃料を燃焼室に向けて供給する構成としている。また、水素と変成後の燃料とをミキシングするミキサと、このミキサにおける水素と変成後の燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段とを備えさせている。
【００１２】
第２の解決手段は、水素成分を有する燃料を使用するガスエンジンに対し、機関廃熱を熱源として水蒸気を発生させる水蒸気発生手段を備えさせ、この水蒸気発生手段で発生した水蒸気を燃料供給系に供給する構成としている。また、燃料を炭化水素系燃料とし、水蒸気と燃料とを機関廃熱を利用して吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）させることにより改質する燃料改質器を備えさせる。そして、この燃料改質器によって改質された燃料を燃焼室に向けて供給する構成としている。更に、水素と水素分離後の改質燃料とをミキシングするミキサと、このミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段とを備えさせている。
【００１３】
第３の解決手段は、水素成分を有する燃料を使用するガスエンジンに対し、燃料から水素を分離抽出する水素分離手段を備えさせ、この水素分離手段によって水素が分離抽出された後の燃料を燃焼室に向けて供給する構成としている。また、燃料を炭化水素系燃料とし、水蒸気と燃料とを機関廃熱を利用して吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）させることにより改質する燃料改質器を備えさせる。そして、この燃料改質器によって改質された燃料を燃焼室に向けて供給する構成としている。更に、水素と水素分離後の改質燃料とをミキシングするミキサと、このミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段とを備えさせている。
【００１４】
第４の解決手段は、上記第１〜第３の解決手段のうち少なくとも一つ備えたガスエンジンに係るものである。つまり、第１の解決手段に係るガスエンジンにおける変成器を使用した変成反応により組成変化された燃料の燃焼室への供給動作及び上記ミキサにおける水素と変成後の燃料とのミキシング割合の調整手段による調整動作、第２の解決手段に係るガスエンジンにおける水蒸気発生手段により発生した水蒸気の燃料供給系への供給動作及び上記ミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合の調整手段による調整動作、または第３の解決手段に係るガスエンジンにおける水素分離手段によって水素が分離抽出された後の燃料の燃焼室への供給動作及び上記ミキサにおける水素と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合の調整手段による調整動作のうち少なくとも一つを行うように構成している。
【００１５】
これらの特定事項により、燃焼室内での燃焼速度が低下して逆火の発生が抑制できると共に、燃料のメタン価が高くなってノッキングの発生が抑えられ（Ｈ2のメタン価は０、ＣＯのメタン価は７３である）、更には、熱発生率が小さくなって機関の熱効率が向上することになる。つまり、第１の解決手段では変成器内部での変成反応によって燃料中の水素成分量が低減され、第２の解決手段では水蒸気の混入に伴って燃料の熱容量が大きくなり、また、第３の解決手段では供給燃料中の水素濃度が低減される。これらにより上記各作用が得られる。また、第４の解決手段において、上記第１〜第３の解決手段を組み合わせるようにした場合には、上記作用がより顕著に得られることになる。また、上記ミキシング割合の調整により、変成器及び燃料改質器が作動するまでの立ち上がり時間の短縮化、負荷投入時及び負荷遮断時のおける応答性が良好になる。
【００１６】
第５の解決手段は、変成器に二酸化炭素を供給するための構成を具体化したものである。つまり、上記第１の解決手段において、機関排気系にＣＯ2分離手段を設け、このＣＯ2分離手段によって排気ガス中から分離された二酸化炭素を変成器に供給する構成としている。
【００１７】
第６の解決手段は、変成器に水素を供給するための構成を具体化したものである。つまり、上記第１の解決手段において、燃料から水素を分離抽出する水素分離手段を設け、この水素分離手段によって分離された水素を変成器に供給する構成としている。
【００１８】
第７の解決手段は、上記第５及び第６の解決手段を併用したガスエンジンに係るものである。つまり、第５の解決手段におけるＣＯ2分離手段によって分離された二酸化炭素の変成器への供給動作及び第６の解決手段における水素分離手段によって分離された水素の変成器への供給動作を共に行う構成としている。
【００１９】
上記第５及び第７の解決手段によれば、排気ガスを有効に利用して変成器における変成反応を行わせることができ、特別な二酸化炭素供給源を備えさせる必要がない。また、第６及び第７の解決手段によれば、燃料から分離抽出した水素を有効に利用して変成器における変成反応を行わせることができ、特別な水素供給源を備えさせる必要がない。
【００２０】
第８の解決手段は、燃料としての炭化水素系燃料を改質する手段を付加したものである。つまり、上記第１、第４〜第７のうち何れか一つの解決手段において、燃料を炭化水素系燃料とし、水蒸気と燃料とを機関廃熱を利用して吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）させることにより改質する燃料改質器を備えさせる。そして、この燃料改質器によって改質された燃料を燃焼室に向けて供給する構成としている。
【００２３】
この解決手段によれば、炭化水素系燃料の改質により、エンジンの熱効率の向上を図ることが可能になる。また、水素系燃料以外の燃料の使用が可能であるので、多元燃料化を容易に実現することが可能である。つまり、同一構成のガスエンジンにおいて、水素系燃料やそれ以外の燃料を任意に選択することが可能である。
【００２４】
第９及び第１０の解決手段は、上記燃料改質器を備えさせた場合の構成の改良に関するものである。つまり、第９の解決手段は、上記第３の解決手段において、水素分離手段と燃料改質器とを一体的に構成し、水素分離手段によって水素を分離抽出しながら燃料改質器における燃料改質動作を行うようにしている。また、第１０の解決手段は、上記第８の解決手段において、燃料から水素を分離抽出する水素分離手段と燃料改質器とを一体的に構成し、水素分離手段によって水素を分離抽出しながら燃料改質器における燃料改質動作を行うようにしている。これらの構成により、燃料改質器と水素分離手段とを配管により接続する必要が無くなり、エンジン全体としてのコンパクト化が図れる。
【００２５】
第１１〜第１８の解決手段は、変成反応または吸熱反応（改質反応）の促進を図るための構成に関する。つまり、第１１の解決手段は、第１、第５〜第８、第１０のうち何れか一つの解決手段において、変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることにより変成器の内部温度を上昇させる構成としている。
【００２６】
第１２の解決手段は、第８または第１０の解決手段において、改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることにより変成器の内部温度を上昇させる構成としている。
【００２７】
第１３の解決手段は、第２、第３、第８、第９、第１０のうち何れか一つの解決手段において、改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることにより燃料改質器の内部温度を上昇させる構成としている。
【００２８】
第１４の解決手段は、第８または第１０の解決手段において、変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることにより燃料改質器の内部温度を上昇させる構成としている。
【００２９】
第１５の解決手段は、第１、第５〜第８、第１０、第１１、第１２、第１４のうち何れか一つの解決手段において、排気ガス中の未燃成分を燃焼させる酸化触媒装置を備えさせ、この酸化触媒装置における未燃成分の燃焼により変成器の内部温度を排気温度以上に高くする構成としている。
【００３０】
第１６の解決手段は、第２、第３、第８、第９、第１０、第１２、第１３、第１４のうち何れか一つの解決手段において、排気ガス中の未燃成分を燃焼させる酸化触媒装置を備えさせ、この酸化触媒装置における未燃成分の燃焼により燃料改質器の内部温度を排気温度以上に高くする構成としている。
【００３１】
第１７の解決手段は、第１、第５〜第８、第１０、第１１、第１２、第１４のうち何れか一つの解決手段において、水素吸蔵物質を内蔵して水素を吸蔵可能な水素吸蔵装置を備えさせ、水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱により変成器の内部温度を排気温度以上に高くする構成としている。
【００３２】
第１８の解決手段は、第２、第３、第８、第９、第１０、第１２、第１３、第１４のうち何れか一つの解決手段において、水素吸蔵物質を内蔵して水素を吸蔵可能な水素吸蔵装置を備えさせ、水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱により燃料改質器の内部温度を排気温度以上に高くする構成としている。
【００３３】
これらの特定事項により、変成反応または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、一般に変成反応及び改質反応は７００℃以上の温度が必要であるとされている。反応の熱源として排気ガスを利用する際において、その排気温度が７００℃以下である場合であっても、各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。
【００３４】
第１９の解決手段は、第２、第３、第８、第９、第１０、第１２、第１３、第１４、第１６、第１８のうち何れか一つの解決手段において、炭化水素系燃料の改質時に内部圧力を減圧可能とするように燃料改質器を構成している。燃料改質器の内部圧力を低く設定した場合、燃料改質器を加熱する熱源の温度（排気温度）が比較的低くても十分な改質反応が行え、高い転化率を得ることができる。
【００３５】
第２０の解決手段は、上述した第１１〜第１９の解決手段を併用するものである。つまり、上記第１１の解決手段における変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることによる変成器の内部温度の上昇動作、上記第１２の解決手段における改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることによる変成器の内部温度の上昇動作、上記第１３の解決手段における改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させることによる燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記第１４の解決手段における変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させることによる燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記第１５の解決手段における酸化触媒装置での未燃成分の燃焼による変成器の内部温度の上昇動作、上記第１６の解決手段における酸化触媒装置での未燃成分の燃焼による燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記第１７の解決手段における水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱による変成器の内部温度の上昇動作、上記第１８の解決手段における水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱による燃料改質器の内部温度の上昇動作、上記第１９の解決手段における燃料改質器の内部圧力の減圧動作のうち少なくとも一つを行う構成としている。これにより、上記第１１〜第１８の解決手段の何れかを採用した場合には、変成反応または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。また、これらを併用すれば、例えば、排気温度が６００℃以下である場合であっても高い転化率で反応を行わせることが可能になる。また、第１９の解決手段を採用した場合にも高い転化率を得ることができる。
【００３６】
第２１の解決手段は、上記第１７または第１８の解決手段において、水素を貯蔵するタンクを備え、このタンク内の水素を水素吸蔵装置内の水素吸蔵物質に吸蔵させる一方、機関廃熱を利用して水素吸蔵装置から取り出した水素を燃焼室に向けて供給する構成としている。この構成により、水素吸蔵装置における安定した水素の貯蔵、この水素吸蔵装置から燃焼室へ向けての水素の安定供給を行うことができる。
【００３７】
第２２の解決手段は、上記第１７または第１８の解決手段において、水素を貯蔵するタンクを備え、このタンク内の水素を水素吸蔵装置内の水素吸蔵物質に吸蔵させる一方、排気温度を検出する排気温センサと、水素吸蔵装置内の圧力を調整する圧力調整手段とを備えさせる。そして、排気温センサによって検出した排気温度に基づいて圧力調整手段により水素吸蔵装置内の圧力を調整し、これによって水素と水素吸蔵物質との水素化物生成及び水素吸蔵物質からの水素の分離を制御する構成としている。この構成により、排気の熱を有効に利用しながらも、水素吸蔵物質の水素の吸蔵及び放出を容易に制御することが可能になる。
【００３８】
第２３の解決手段は、上記第２１の解決手段と第２２の解決手段とを併用したものである。つまり、上記第２１の解決手段における水素吸蔵装置から取り出した水素の燃焼室への供給動作及び上記第２２の解決手段における水素吸蔵装置内の圧力調整による水素と水素吸蔵物質との水素化物生成及び水素吸蔵物質からの水素の分離の制御動作を共に行う構成としている。
【００４２】
第２４の解決手段は、水素分離手段によって分離抽出された水素の利用範囲の拡大を図るための構成に係るものである。つまり、第３、第９、第１０のうち何れか一つの解決手段において、燃料に含まれる硫黄分を水添脱硫によって除去する脱硫装置を備えさせ、水素分離手段によって分離抽出された水素の一部を脱硫装置に供給する構成としている。
【００４３】
この特定事項により、水素分離手段によって分離抽出された水素は脱硫装置における水添脱硫用のものとしても使用される。従来では、水添脱硫用の水素を供給するための水素ボンベを備えさせ、この水素ボンベが空になると、その交換や水素の補充が必要であった。本解決手段によれば、この水素ボンベが不要であり、その交換や水素補充作業も必要なくなる。
【００４４】
第２５の解決手段は、水素の供給動作を具体的に特定したものである。つまり、第１〜第２４のうち何れか一つの解決手段において、ノッキングの発生を検知するノッキングセンサと、このノッキングセンサの出力を受けてノッキング強度を測定し、ノッキング強度が所定値を超えたときに、燃焼室に供給される総燃料中の水素混合割合を低下させる水素供給量制御手段とを備えさせている。
【００４５】
ノッキングが発生する状況では、供給燃料中の水素成分の影響でメタン価が小さくなりすぎていることが考えられる。このため、このような状況では、水素の供給量を低下させてメタン価を大きくしてノッキングを防止することが有効である。つまり、水素供給量制御手段が、ノッキングセンサの出力を受けてノッキング強度を測定し、ノッキングの発生が検知または予知される状況であるときには、水素の供給量を低下させて総燃料中の水素混合割合を低下させる。これにより、供給燃料のメタン価が大きくなり、ノッキングの発生が回避できる。
【００４６】
第２６の解決手段は、水素と、水素分離後の改質燃料との混合割合を調整する動作を具体的に特定したものである。つまり、第３、第９、第１０、第２４、第２５のうち何れか一つの解決手段において、水素と、水素分離後の改質燃料との混合割合を調整する混合比調整手段を備えさせている。排気ガス中の有害物質であるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをできるだけ少なくするためには希薄燃焼を行うことが好ましい。このため、混合比調整手段が、総燃料中の水素混合割合を予め認識しておき、その水素混合割合において必要最小限の燃料供給量で燃焼室内での燃焼が良好に行えるように、水素混合割合に応じた希薄可燃限界値を求め、それに基づいて上記混合割合を調整する。これにより、希薄燃焼によるエンジンの運転が可能となり、排気ガス中の有害物質を削減できる。
【００４７】
第２７の解決手段は、上記ガスエンジンに適用する燃料として純水素を用いたものである。
【００４８】
【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。ここでは、燃料として６Ｃガス（水素成分の占める割合が比較的大きな燃料）を使用した場合の複数の実施形態及び燃料として純水素ガスを使用した場合の複数の実施形態についてそれぞれ説明する。また、各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。
【００４９】
−燃料として６Ｃガスを使用した場合の実施形態−
（第１実施形態）
図１は、本形態に係るガスエンジン１によって発電を行う発電システムの概略構成を示すブロック図である。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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６１の回転出力を受けて空気を圧縮する。
【００５２】
一方、燃料供給系５は、水蒸気発生手段としての排熱ボイラ５２、変成器５７、水素ボンベ５４、ミキサ５５及び水素分離手段としての水素分離器５６を備えている。この燃料供給系５では、水素（Ｈ2）と二酸化炭素（ＣＯ2）とを変成反応（Ｈ2＋ＣＯ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）させて燃料組成を変化させ、この組成変化された燃料をエンジン本体２の燃焼室に向けて供給するようになっている。また、この変成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。
【００５３】
排熱ボイラ５２は、内部に水が貯留されており、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とミキサ５５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（Ｈ2Ｏ）がミキサ５５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。
【００５４】
変成器５７は、その内部で水素と二酸化炭素とを変成反応（Ｈ2＋ＣＯ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）させて燃料組成を変化させるものである。この変成器５７は水素ボンベ５４に水素供給管７２を介して接続されており、この水素ボンベ５４内に貯留されている水素が変成器５７内に供給可能となっている。また、この水素供給管７２には開度調整可能な電動弁７２ａが設けられている。更に、この変成器５７は、変成後燃料供給管７３によってミキサ５５に接続されており、変成器５７において変成された燃料（ＣＯ、Ｈ2Ｏ、残留Ｈ2）がミキサ５５内に供給可能となっている。また、この変成後燃料供給管７３には開度調整可能な電動弁７３ａが設けられている。更に、この変成器５７には二酸化炭素供給管７４が接続されており、例えば図示しない二酸化炭素ボンベからの二酸化炭素（ＣＯ2）の供給が可能となっている。
【００５５】
水素分離器５６は、燃料（ＣmＨn、Ｈ2、ＣＯ等）から水素（Ｈ2）を分離して抽出するものである。この水素分離器５６の具体構成としては、分離膜や水素吸蔵物質を内蔵し、これによって水素のみを分離抽出するようになっている。分離膜としては、パラジウム合金、酢酸セルロース膜、ポリイミド、ポリアミド、ポリスルホン多孔質膜／シリコーンなどがある。また、水素吸蔵物質としては、水素吸蔵合金が挙げられる。また、カーボンナノファイバ、フラーレン、多層フラーレンなどの炭素分子よりなる物質を水素吸蔵物質として採用することも可能である。尚、分離膜や水素吸蔵物質としては、これらに限るものではなく、水素を分離抽出できるものであれば種々の材料を採用することが可能である。また、この水素分離器５６は、分離後水素供給管７５を介して水素ボンベ５４に、水素分離後燃料供給管７６を介してミキサ５５にそれぞれ接続されている。つまり、水素分離器５６によって分離抽出された水素（Ｈ2）を水素ボンベ５４に回収すると共に、この水素分離後の燃料（ＣmＨn）をミキサ５５に供給可能となっている。上記水素分離後燃料供給管７６には開度調整可能な電動弁７６ａが設けられている。
【００５６】
そして、上記水蒸気供給管７１によって水蒸気が供給されると共に各燃料供給管７３，７６によって燃料が供給されるミキサ５５は、水蒸気及び各燃料を一旦貯蔵して混合し、このミキサ５５に内蔵した図示しない除湿器で余分なＨ2Ｏを取り除いた後、水蒸気が混入された燃料を混合燃料供給管７７を経て空気と混合してエンジン本体２の燃焼室に供給するようになっている。
【００５７】
また、本ガスエンジン１には、各部の制御を行うためのコントローラ８が備えられている。このコントローラ８は、複数のセンサ８１，８２，８３が接続され、これらセンサ８１，８２，８３からの検出信号を受信すると共に、上記各電動弁７１ａ，７２ａ，７３ａ，７６ａの開度制御を行うようになっている。上記センサとしては、発電機３の負荷を検出する負荷センサ８１、エンジン本体２のノッキング強度を測定するためのノッキングセンサ８２、ミキサ５５からエンジン本体２に供給される燃料中の水素成分濃度（混合燃料供給管７７中の水素成分濃度）を測定する水素濃度センサ８３が挙げられる。以上が、ガスエンジン１の構成説明である。
【００５８】
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。この動作は、各電動弁７１ａ，７２ａ，７３ａ，７６ａが共に開放された状態で行われる。
【００５９】
先ず、排熱ボイラ５２内部の水が、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によってミキサ５５に順次供給されていく。
【００６０】
これと同時に、変成器５７の内部には、水素供給管７２から水素ガスが、二酸化炭素供給管７４から二酸化炭素がそれぞれ供給される。また、この変成器５７の内部は、排気管６を流れる排気ガスによって加熱されている。これにより、変成器５７の内部では、水素と二酸化炭素との変成反応（Ｈ2＋ＣＯ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）が行われ燃料組成が変化する。この変成された燃料は変成後燃料供給管７３によりミキサ５５内に供給される。つまり、この変成反応によって水素成分量が低減された燃料が生成され、この燃料がミキサ５５内に供給されることになる。
【００６１】
また、水素分離器５６では、炭化水素系燃料から水素が分離され、この分離後の水素が分離後水素供給管７５によって水素ボンベ５４に回収されると共に、この水素分離後の燃料が水素分離後燃料供給管７６によってミキサ５５に供給される。つまり、この水素分離後燃料供給管７６によってミキサ５５に供給される燃料は水素濃度が低減されたものとなっている。
【００６２】
このようにしてミキサ５５に供給された水蒸気及び各燃料は、このミキサ５５の内部で混合された後、混合燃料供給管７７を経てエンジン本体２の燃焼室に順次供給される。この際、燃料に水蒸気が混入されていることにより、燃料全体の熱容量は比較的大きくなっている。この燃料の供給に伴って、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。
【００６３】
このように、本形態では、変成器５７内部での変成反応による燃料中の水素成分量の低減、また、燃料中への水蒸気の混入に伴う燃料全体の熱容量の増大、更には、水素分離による供給燃料中の水素濃度の低減を行っている。これにより、燃焼室内での燃焼速度が低下して逆火の発生が抑制できると共に、燃料のメタン価が高くなってノッキングの発生が抑えられ、更には、熱発生率が小さくなって機関の熱効率の向上を図ることができる。
【００６４】
（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、変成器５７に二酸化炭素を供給するための供給源を具体化したものである。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。
【００６５】
図２（コントローラ及びセンサを省略している）は、本形態に係るガスエンジン１によって発電を行う発電システムの概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本ガスエンジン１はＣＯ2分離手段としてのＣＯ2分離器５８を備えている。このＣＯ2分離器５８は、排気管６を流れる排気ガス中の二酸化炭素を分離抽出するものである。この二酸化炭素を分離抽出するための構成は、上記水素分離器５６と同様に、分離膜が利用されている。また、このＣＯ2分離器５８と変成器５７とは二酸化炭素供給管７４によって接続されており、ＣＯ2分離器５８内で分離抽出された二酸化炭素が変成器５７に順次供給可能となっている。
【００６６】
また、変成器５７に水素を供給するための供給源は、上述した第１実施形態のものと同様に水素ボンベ５４であって、上記水素分離器５６において分離抽出された水素が分離後水素供給管７５によって水素ボンベ５４に順次供給されるようになっている。尚、この分離後水素供給管７５には開度調整可能な電動弁７５ａが設けられている。
【００６７】
本形態によれば、排気ガスから分離抽出した二酸化炭素を有効に利用して変成器５７における変成反応を行わせることができ、特別な二酸化炭素供給源を備えさせる必要がない。また、燃料から分離抽出した水素を有効に利用して変成器５７における変成反応を行わせることができ、特別な水素供給源を備えさせる必要もない。このため、二酸化炭素や水素の供給源を交換したりこれらガスを補充するといった作業が必要なくなり、メンテナンス性の向上を図ることができる。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本形態は、脱硫装置及び燃料改質器を備えさせたものである。その他の構成は上述した第２実施形態のものと同様である。従って、ここでは第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００６９】
図３は、本形態に係るガスエンジン１によって発電を行う発電システムの概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本ガスエンジン１は、脱硫装置５３及び燃料改質器５１を備えている。
【００７０】
脱硫装置５３は、炭化水素系燃料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（Ｎｉ）、アルカリ炭酸塩（Ｋ2ＣＯ3）、塩基性酸化物（ＣａＯ）、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、この脱硫装置５３が設置されている。また、この脱硫装置５３では水添脱硫による脱硫動作が行われるため、上記水素供給管７２から分岐された脱硫用水素供給管７８が脱硫装置５３に接続されている。この脱硫用水素供給管７８には開度調整可能な電動弁７８ａが設けられている。つまり、水素ボンベ５４内の水素の一部が水添脱硫用として脱硫装置５３に供給されるようになっている。更に、この脱硫装置５３には、炭化水素系燃料を供給するための改質前燃料供給管５３ａ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５３ｂが接続されている。
【００７１】
燃料改質器５１は、その内部で水蒸気と炭化水素系燃料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、この燃料改質器５１には、上記水蒸気供給管７１から分岐した分岐管５１ａが接続している。この分岐管５１ａには開度調整可能な電動弁５１ｂが設けられている。そして、この燃料改質器５１は、供給された水蒸気と脱硫燃料供給管５３ｂから供給された炭化水素系燃料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（排気ガスの温度であって例えば６００℃程度）の環境下で吸熱反応（ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｎ／２＋ｍ）Ｈ2）が行われるようになっている。
【００７２】
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炭化水素系燃料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。
【００７３】
更に、上記燃料改質器５１と水素分離器５６とは、改質後燃料供給管５６ａによって接続されており、燃料改質器５１において改質された燃料が水素分離器５６に供給されるようになっている。
【００７４】
また、上記燃料改質器５１は内部圧力を減圧可能とする図示しない減圧機構が備えられている。この燃料改質器５１の内部圧力の減圧により、燃料改質器５１を加熱する熱源の温度（排気ガス温度）が比較的低くても十分な改質反応が行え、高い転化率を得ることができる。図６（ａ）は燃料をメタンガスとした場合における燃料改質器５１の内部圧力と改質反応後の生成ガス組成との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は燃料をメタンガスとした場合における燃料改質器５１の内部圧力と未改質メタン割合との関係を示すグラフである。これら図に示すように、燃料改質器５１の内部圧力が低いほど、メタンガスの改質が進んでいることが判る。
【００７５】
本形態の構成によれば、この炭化水素系燃料の改質により、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ことが可能になる。また、水素系燃料以外の燃料の使用が可能であるので、多元燃料化を容易に実現することが可能である。つまり、同一構成のガスエンジンにおいて、水素系燃料やそれ以外の燃料を任意に選択することが可能であり、ガスエンジンの汎用性の拡大を図ることができる。
【００７６】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本形態は、燃料改質器５１と水素分離器５６とを一体的に構成したものである。その他の構成は上述した第３実施形態のものと同様である。従って、ここでは第３実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００７７】
図４は、本形態に係るガスエンジン１によって発電を行う発電システムの概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本ガスエンジン１は、燃料改質器５１と水素分離器５６とが一体構造とされている。つまり、燃料改質器５１の内部空間と水素分離器５６の内部空間とが連通しており、燃料改質器５１において改質された燃料が、この燃料改質器５１から水素分離器５６に供給され、水素分離器５６において水素が分離抽出されるようになっている。
【００７８】
本形態の構成によれば、燃料改質器５１と水素分離器５６とを配管により接続する必要が無くなり、ガスエンジン１の製造工程の簡略化及びエンジン１全体としてのコンパクト化を図ることができる。
【００７９】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本形態は、酸化触媒装置及び水素吸蔵装置を備えさせたものである。その他の構成は上述した第４実施形態のものと同様である。従って、ここでは第４実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００８０】
図５は、本形態に係るガスエンジン１によって発電を行う発電システムの概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本ガスエンジン１は、酸化触媒装置９１及び水素吸蔵装置９２を備えている。
【００８１】
酸化触媒装置９１は、排気ガス中の未燃成分を燃焼させるものであって、この燃焼により燃料改質器５１及び変成器５７の内部温度を排気温度以上に高くするようになっている。つまり、この燃料改質器５１及び変成器５７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及び変成器５７における変成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。
【００８２】
水素吸蔵装置９２は、内部に水素吸蔵合金などの水素吸蔵物質が収容されている。また、この水素吸蔵装置９２は、水素取出し管９３によって水素ボンベ５４に接続されていると共に、第１水素供給管９４によってミキサ５５に接続されている。これら各管９３，９４にはポンプ９３ａ，９４ａ及び開度調整可能な電動弁９３ｂ，９４ｂが設けられている。また、この水素吸蔵装置９２は、内部に収容されている水素吸蔵物質が水素を吸蔵して水素化物を生成する際、生成熱を発する。この生成熱によっても燃料改質器５１及び変成器５７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及び変成器５７における変成反応温度を高くして反応の促進を図ることができるようになっている。
【００８３】
図７は、変成器５７の内部温度と、この変成器５７における変成反応により発生するＣＯ量との関係を示すグラフである。このグラフからも判るように、変成器５７の内部温度が高いほどＣＯの発生量は多く、つまり、変成反応が促進されることが判る。
【００８４】
また、図８は、水素吸蔵物質に水素を吸蔵させる際における水素吸蔵装置９２内の雰囲気温度（熱源温度）と上昇温度（水素化物生成熱の発生に伴う上昇温度）との関係を示している。このように、水素吸蔵装置９２内の雰囲気温度が高いほど上昇温度も高くなり、燃料改質器５１における吸熱反応及び変成器５７における変成反応を促進できることになる。尚、この図８における丸印は各種水素吸蔵物質の実測点を示し、直線は、各種水素吸蔵物質の特性に係る近似式直線である。これら水素吸蔵物質の具体的なものとしては、チタン・バナジウム系列の金属にマンガンを添加したもの、マグネシウム・ニッケル系列の金属、ゼオライト、炭化水素、ベンゼン等の他に上述した各種材料が挙げられる。
【００８５】
更に、本形態におけるガスエンジン１では、水素ボンベ５４とミキサ５５とが第２水素供給管９５によって接続されており、水素ボンベ５４内の水素がミキサ５５に供給可能となっている。この第２水素供給管９５には開度調整可能な電動弁９５ｂが設けられている。
【００８６】
この構成により、ミキサ５５への水素供給経路としては、水素吸蔵装置９２から第１水素供給管９４を経た経路と、水素ボンベ５４から第２水素供給管９５を経た経路との２経路が確保されている。このように本形態では、ミキサ５５に対して水素を供給できるようになっている。
【００８７】
そして、本形態における水素供給量の調整動作の特徴の一つとして、水素吸蔵装置９２内の温度及び圧力に応じて水素ガスの吸蔵及び放出が切り換えられることにある。以下、具体的に説明する。本形態に係るガスエンジンは、排気温度を検出する排気温センサ８４と、水素吸蔵装置９２内の圧力を調整する図示しない圧力調整手段とを備えている。水素吸蔵装置９２内の温度は排気ガス温度によって支配される。つまり、この排気ガス温度を排気温センサ８４によって検出することによって水素吸蔵装置９２内の温度を求めることができる。この水素吸蔵装置９２内の温度は、図９に示すようにエンジン負荷に応じて変化する排気ガス温度に伴って変化する。ここでは、この変動する水素吸蔵装置９２内の温度に応じてその内部圧力を変化させ、これによって水素吸蔵装置９２の水素吸蔵動作及び水素放出動作を制御可能にしている。具体的には、排気ガス温度が比較的高い領域（図中の領域Ａ）では圧力調整手段によって水素吸蔵装置９２内の圧力を比較的高く設定して水素の吸蔵動作を行わせる。この際、水素化物生成熱の発生により燃料改質器５１の内部温度も上昇することになる。一方、排気ガス温度が比較的低い領域（図中の領域Ｂ）では圧力調整手段によって水素吸蔵装置９２内の圧力を比較的低く設定して水素の放出動作を行わせる。つまり、排気ガス温度が比較的低い領域で水素の放出に伴った水素吸蔵物質の吸熱動作を行わせ、排気ガス温度が比較的高い領域で水素の吸蔵に伴った水素吸蔵物質の発熱動作を行わせる所謂ケミカルヒートポンプとして作用させるようになっている。このようにして、排気ガス温度に応じて水素吸蔵装置９２内の圧力を変化させることにより、水素吸蔵動作及び水素放出動作を任意に制御することが可能となっている。
【００８８】
更に、コントローラ８には、ミキサ５５における水素と変成後の燃料と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合を任意に調整可能な調整手段８７が備えられている。この調整手段８７は、変成後燃料供給管７３に備えられた電動弁７３ａの開度調整による変成後の燃料のミキサ５５への供給量、第１及び第２水素供給管９４，９５に備えられた電動弁９４ｂ，９５ｂの開度調整とポンプ９４ａの制御によるミキサ５５への水素供給量、更には水素分離後燃料供給管７６に備えられた電動弁７６ａの開度調整による水素分離後の改質燃料のミキサ５５への供給量を調整するようになっている。これにより、水素と変成後の燃料と水素分離後の改質燃料とのミキシング割合が任意に調整可能である。
【００８９】
更に、コントローラ８には、水素供給量制御手段８５及び混合比調整手段８６が備えられている。
【００９０】
水素供給量制御手段８５は、上記ノッキングセンサ８２の出力を受けてノッキング強度を測定し、ノッキング強度が所定値を超えたときに、第１及び第２水素供給管９４，９５の電動弁９４ｂ，９５ｂの開度を小さくするように制御することで、水素の供給量を低下させて総燃料中の水素混合割合を低下させる。つまり、ノッキングが発生する状況では、供給燃料中の水素成分の影響でメタン価が小さくなりすぎていることが考えられるため、この際に、水素の供給量を低下させてメタン価を大きくしてノッキングを防止できるようにしている。
【００９１】
また、混合比調整手段８６は、上記水素濃度センサ８３の出力を受けて総燃料中の水素混合割合を測定し、この水素混合割合に応じて、燃焼室に向かって供給する燃料と空気との混合割合を調整する。つまり、排気ガス中の有害物質であるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをできるだけ少なくするためには、希薄燃焼を行うことが好ましい。このため、総燃料中の水素混合割合を予め認識しておき、その水素混合割合において必要最小限の燃料供給量で燃焼室内での燃焼が良好に行えるように、つまり、水素混合割合に応じた希薄可燃限界値を求め、それに基づいて燃料と空気との混合割合を調整するようにしている。これにより、ガスエンジン１の排気ガス中の有害物質を大幅に削減することができ、排気ガスのクリーン化を図ることが可能となる。
【００９２】
−燃料として純水素を使用した場合の実施形態−
以下の第６〜第８実施形態は燃料として純水素を使用した場合である。第６実施形態に係るガスエンジンは上記第１実施形態に係るガスエンジンを純水素用のエンジンとして適用したものである。第７実施形態に係るガスエンジンは上記第２実施形態に係るガスエンジンを純水素用のエンジンとして適用したものである。第８実施形態に係るガスエンジンは上記第５実施形態に係るガスエンジンを純水素用のエンジンとして適用したものである。以下、各実施形態について上述した実施形態との相違点について説明する。
【００９３】
（第６実施形態）
図１０に示すように、本形態に係るガスエンジン１は、上述した第１実施形態に係るガスエンジンから水素分離器５６を削除したものである。つまり、本ガスエンジン１では、排熱ボイラ５２によって発生した水蒸気と、変成器５７で生成された燃料とがミキサ５５に供給されるようになっている。
【００９４】
（第７実施形態）
図１１に示すように、本形態に係るガスエンジンは、上述した第２実施形態に係るガスエンジンから水素分離器５６を削除したものである。つまり、本ガスエンジン１では、上記第６実施形態に係るガスエンジンに加えて、ＣＯ2分離器５８によって排気管６を流れる排気ガス中の二酸化炭素を分離抽出し、この二酸化炭素が変成器５７に順次供給される構成となっている。
【００９５】
（第８実施形態）
図１２に示すように、本形態に係るガスエンジンは、上述した第５実施形態に係るガスエンジンから水素分離器５６、燃料改質器５１、脱硫装置５３を削除したものである。つまり、本ガスエンジン１では、上記第７実施形態に係るガスエンジンに加えて、酸化触媒装置９１及び水素吸蔵装置９２により反応温度を上昇させて反応の促進を図るようになっている。
【００９６】
−その他の実施形態−
上記実施形態では、燃料として６Ｃガス及び純水素を使用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、６Ｂガスや、その他、水素成分を有するガスを燃料として適用可能である。また、炭化水素系燃料として、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。
【００９７】
また、ガスエンジン１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。
【００９８】
更に、変成器５７での変成反応を促進させるために、この変成器５７の内部で、変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させたり、改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させたりして、変成器５７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。
【００９９】
また、燃料改質器５１での改質反応を促進させるために、この燃料改質器５１の内部で、改質前の燃料または改質後の燃料の一部を燃焼させたり、変成前の燃料または変成後の燃料の一部を燃焼させたりして、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。
【０１００】
また、上記第１〜第５の各実施形態では、変成器５７を使用した変成反応により組成変化された燃料の燃焼室への供給動作と、排熱ボイラ５２により発生した水蒸気の燃料供給系への供給動作と、水素分離器５６によって水素が分離抽出された後の燃料の燃焼室への供給動作とを併用した場合について説明したが、これらのうち少なくとも一つを採用するようにしてもよい。同様に、上記第６〜第８の各実施形態では、変成器５７を使用した変成反応により組成変化された燃料の燃焼室への供給動作と、排熱ボイラ５２により発生した水蒸気の燃料供給系への供給動作とを併用した場合について説明したが、これらの何れか一方を採用するようにしてもよい。
【０１０１】
更に、燃料改質器５１、排熱ボイラ５２、変成器５７、水素吸蔵装置９２において利用する機関排熱としては、排気ガスの熱に限らず、エンジン冷却水の熱を利用してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、水素成分を有する燃料を使用するガスエンジンに対し、水素と二酸化炭素との変成反応による燃料組成の変化または燃料中からの水素の分離によって、供給燃料中の水素成分量を低減させたり、燃料供給系への水蒸気の供給によって燃料の熱容量を大きくさせたりすることにより、燃焼速度を低下させ、燃料のメタン価を高くし、更には熱発生率を低く抑えるようにしている。これにより、従来のガスエンジンの課題であった、逆火の発生、ノッキングの発生、機関の熱効率の低下を解消することができ、その実用性の向上を図ることができる。
【０１０３】
また、このガスエンジンに、燃料としての炭化水素系燃料を改質する手段を付加した場合には、ガスエンジン全体としての熱効率の向上を図ることができる。また、水素系燃料以外の燃料の使用が可能となるので、多元燃料化を容易に実現することが可能である。
【０１０４】
また、変成前の燃料や変成後の燃料の一部の燃焼、改質前の燃料や改質後の燃料の一部の燃焼、排気ガス中の未燃成分の燃焼、水素吸蔵物質の水素吸蔵時に発生する水素化物生成熱の利用により変成器や燃料改質器の内部温度を高くするようにした場合には、変成反応または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、反応の熱源として排気ガスを利用する際において、その排気温度が比較的低い場合であっても各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可能となる。
【０１０５】
更に、炭化水素系燃料の改質時に内部圧力を減圧可能とするように燃料改質器を構成した場合にも、熱源の温度が比較的低くても十分な改質反応が行え、高い転化率を得ることができる。
【０１０６】
加えて、排気温度に基づいて水素吸蔵装置内の圧力を調整し、これによって水素と水素吸蔵物質との水素化物生成及び水素吸蔵物質からの水素の分離を制御するようにした場合には、排気の熱を有効に利用しながらも、水素吸蔵物質の水素の吸蔵及び放出を容易に制御することが可能になる。
【０１０７】
また、水素の供給量を調整することによってエンジンのノッキングを防止するようにした場合には、ノッキングを確実に防止することができ、ガスエンジンの長寿命化を図ることが可能になる。
【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ブロック図である。
【図２】第２実施形態における図１相当図である。
【図３】第３実施形態における図１相当図である。
【図４】第４実施形態における図１相当図である。
【図５】第５実施形態における図１相当図である。
【図６】（ａ）は燃料をメタンガスとした場合における燃料改質器の内部圧力と改質反応後の生成ガス組成との関係を示す図であり、（ｂ）は燃料をメタンガスとした場合における燃料改質器の内部圧力と未改質メタン割合との関係を示す図である。
【図７】変成器の内部温度と、この変成器における変成反応により発生するＣＯ量との関係を示す図である。
【図８】水素吸蔵物質に水素を吸蔵させた際における水素吸蔵装置内の雰囲気温度（熱源温度）と上昇温度（水素化物生成熱の発生に伴う上昇温度）との関係を示す図である。
【図９】変動する水素吸蔵装置内の温度に応じた内部圧力の変化による水素吸蔵及び水素放出を行わせる制御動作を説明するための図である。
【図１０】第６実施形態における図１相当図である。
【図１１】第７実施形態における図１相当図である。
【図１２】第８実施形態における図１相当図である。
【図１３】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
５２      排熱ボイラ（水蒸気発生手段）
５３      脱硫装置
５４      水素ボンベ（タンク）
５５      ミキサ
５６      水素分離装置（水素分離手段）
５７      変成器
５８      ＣＯ2分離器（ＣＯ2分離手段）
８２      ノッキングセンサ
８４      排気温センサ
８５      水素供給量制御手段
８６      混合比調整手段
８７      調整手段
９１      酸化触媒装置
９２      水素吸蔵装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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