特許 6622943 燃料供給装置およびガスエンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6622943

(24)【登録日】2019年11月29日

(45)【発行日】2019年12月18日

(54)【発明の名称】燃料供給装置およびガスエンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20191209BHJP

   F02M 27/02 20060101ALI20191209BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20191209BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20191209BHJP

【ＦＩ】

   C01B3/38

   F02M27/02 E

   F02D19/02 C

   F02D19/06 C

【請求項の数】17

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2019-165736(P2019-165736)

(22)【出願日】2019年9月11日

【審査請求日】2019年9月11日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】天羽 祐太

(72)【発明者】

【氏名】三浦 治男

(72)【発明者】

【氏名】豊田 和教

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英明

(72)【発明者】

【氏名】岩野 元気

(72)【発明者】

【氏名】伏見 友明

(72)【発明者】

【氏名】中山 道夫

【審査官】 佐藤 慶明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−１６８７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５２９１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８１６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３１２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５８４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３１３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１５２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４８５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−００８８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３／００ − ３／５８

Ｆ０２Ｄ １３／００ − ２８／００

Ｆ０２Ｍ ２１／０２ − ２１／０６

Ｆ０２Ｍ ２７／０２

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス燃料の単位供給量に対する内燃機関の燃焼効率を改質燃料の供給によって向上させる燃料供給装置であって、
前記ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを取り込み、前記改質燃料となる反応生成物を生成する改質ユニットを備え、
前記改質ユニットは、前記改質燃料を生成する改質能力が前記内燃機関の燃焼特性に応じて調整される燃料供給装置。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料供給装置であって、
前記改質ユニットは、前記混合ガスを水蒸気改質して前記反応生成物を生成する複数の改質器を備え、
前記改質能力は、前記複数の改質器の構成本数を変えることによって調整される燃料供給装置。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料供給装置であって、
前記複数の改質器のそれぞれには、前記混合ガスを取り込むための取込路と、前記反応生成物を排出するための排出路と、が接続されており、
前記改質器毎の前記取込路に、開度を連続的に変化させることが可能な調節弁を備える燃料供給装置。

【請求項4】

請求項３に記載の燃料供給装置であって、
前記取込路に、前記改質器毎に取り込まれる前記混合ガスの圧力を均等化させるヘッダ器を備え、前記複数の改質器は、前記ヘッダ器において集約され、前記排出路は、主排出管にて集約される燃料供給装置。

【請求項5】

請求項３に記載の燃料供給装置であって、
前記改質ユニットは、前記改質能力を構成する改質器に含まれない前記改質器の前記調節弁の開度を全閉に保持し、
前記改質能力を構成する前記改質器の前記調節弁の開度を全開に保持し、または、何れかの改質器の調節弁の開度を全開の保持を解除して調節する燃料供給装置。

【請求項6】

請求項１に記載の燃料供給装置であって、
前記改質ユニットの後段に、前記反応生成物を熱交換する熱交換ユニットを備え、
前記熱交換ユニットは、
前記改質ユニットから前記反応生成物が供給される第１熱交換部と、
前記第１熱交換部から前記反応生成物が供給され、前記第１熱交換部よりも小さい交換熱量で運転される第２熱交換部と、
前記第２熱交換部から前記反応生成物が供給され、前記第１熱交換部よりも大きい交換熱量で運転される第３熱交換部と、を有し、
前記熱交換ユニットは、前記反応生成物を熱交換により冷却して、前記反応生成物中に含まれる蒸気を液化分離して、含水量が低下した液化分離反応生成物を前記内燃機関で許容可能な最高相対湿度以下となるまで再加熱して前記内燃機関に供給可能な前記改質燃料を生成する燃料供給装置。

【請求項7】

請求項６に記載の燃料供給装置であって、
前記第１熱交換部は、中空構造の胴部と、前記胴部内に並列した複数の細管と、を備え、
前記胴部内には、気体冷媒が充満するように流され、前記複数の細管内には、細管入口から導入した前記反応生成物が分流して流され、
前記反応生成物を、前記気体冷媒との熱交換で放熱し、前記細管の下流で一つの細管出口に合流させて前記第２熱交換部に送出する燃料供給装置。

【請求項8】

請求項６に記載の燃料供給装置であって、
前記第２熱交換部は、筒状の内筒と、前記内筒の外周面を囲む筒状の外筒と、を備え、
前記内筒内には、内筒入口から導入した前記反応生成物が流され、前記外筒内には、前記第３熱交換部から供給される前記液化分離反応生成物が充満するように流され、
前記反応生成物は、前記液化分離反応生成物との熱交換により、前記液化分離反応生成物を、前記最高相対湿度以下となるまで再加熱して前記改質燃料を生成した後に、内筒出口から前記第３熱交換部に送出される燃料供給装置。

【請求項9】

請求項６に記載の燃料供給装置であって、
前記第３熱交換部は、シール部材によって熱交換室と貯留室とに上下に区画された中空構造の胴部と、前記熱交換室内に並列しており、前記シール部材を貫通して前記貯留室に開口した複数の細管と、を備え、
前記熱交換室内には、液体冷媒が充満するように流され、前記複数の細管内には、細管入口から導入した前記反応生成物が分流して流され、
前記反応生成物は、前記液体冷媒との熱交換で放熱してから前記反応生成物に含まれる前記蒸気が液化分離した後、前記液化分離反応生成物と水とが生成されて前記貯留室に流入し、
前記液化分離反応生成物を、前記貯留室において前記複数の細管の最下端部より下側に設けられた気体出口から前記第２熱交換部に送出し、前記水を前記貯留室の底部に設けられた液体出口から排出する燃料供給装置。

【請求項10】

ガスエンジンの起動カーブに応じて燃料が切り替えられるガスエンジンシステムであって、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料供給装置と、
ガスエンジンと、を備え、
前記ガスエンジンに供給される燃料は、ガス燃料、前記燃料供給装置が前記ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを水蒸気改質して生成した改質燃料、または、前記ガス燃料と前記改質燃料とが混合された混合燃料であり、
前記ガスエンジンシステムは、
前記ガスエンジンへの前記ガス燃料の供給を開始して前記ガスエンジンを起動する起動モードと、
前記ガスエンジンが定格回転速度に到達した後に、前記ガスエンジンへの前記改質燃料の供給を開始し、前記ガス燃料の供給量を減らすと共に前記改質燃料の供給量を増やしながら前記混合燃料で前記ガスエンジンを運転する第１燃料切替モードと、
前記改質燃料が所定の燃焼力に到達した後に、前記ガスエンジンへの前記ガス燃料の供給を停止し、前記改質燃料で前記ガスエンジンを運転する定格速度モードと、を有するガスエンジンシステム。

【請求項11】

請求項１０に記載のガスエンジンシステムであって、
前記ガスエンジンが運転している間に、前記ガスエンジンへの前記ガス燃料の供給を再開し、前記混合燃料で前記ガスエンジンを一定時間運転した後に前記改質燃料の供給を停止する第２燃料切替モードと、
前記ガスエンジン内の前記改質燃料が全焼するまで継続運転した後、前記ガス燃料の供給量を減らして前記ガスエンジンを停止し、前記ガスエンジンへの前記ガス燃料の供給を停止する停止モードと、を有するガスエンジンシステム。

【請求項12】

請求項１１に記載のガスエンジンシステムであって、
前記ガス燃料の供給元から前記ガスエンジンに供給される前記ガス燃料の流量を調整するためのガス燃料供給弁と、
前記燃料供給装置から前記ガスエンジンに供給される前記改質燃料の供給量を調整するための改質燃料供給弁と、
前記ガス燃料と前記改質燃料とを合流させて前記ガスエンジンに供給する燃料混合部、とを備えるガスエンジンシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載のガスエンジンシステムであって、
前記燃料供給装置が生成した前記改質燃料を前記ガスエンジンと前記ガスエンジンシステムの外部とに分配する燃料分配部と、
前記燃料分配部から前記ガスエンジンシステムの外部に放出される前記改質燃料の放出量を調整するための放出弁と、を備えるガスエンジンシステム。

【請求項14】

請求項１３に記載のガスエンジンシステムであって、
前記起動モードにおいて、前記ガス燃料供給弁が開方向、前記改質燃料供給弁が全閉、前記放出弁が全開に制御され、
前記第１燃料切替モードにおいて、前記ガス燃料供給弁が閉方向、前記改質燃料供給弁が開方向、前記放出弁が閉方向に制御され、
前記定格速度モードにおいて、前記ガス燃料供給弁が全閉、前記改質燃料供給弁が全開、前記放出弁が全閉に制御され、
前記第２燃料切替モードにおいて、前記ガス燃料供給弁が開方向、前記改質燃料供給弁が閉方向、前記放出弁が開方向に制御され、
前記停止モードにおいて、前記ガス燃料供給弁が閉方向から全閉、前記改質燃料供給弁が全閉、前記放出弁が全開に制御されるガスエンジンシステム。

【請求項15】

請求項１０に記載のガスエンジンシステムであって、
前記燃料供給装置に過熱蒸気を供給する過熱蒸気生成装置と、
前記過熱蒸気生成装置に水を供給する給水部と、を備え、
前記燃料供給装置は、前記改質ユニットの後段に、前記反応生成物を熱交換する熱交換ユニットを備え、
前記熱交換ユニットは、
前記改質ユニットから前記反応生成物が供給される第１熱交換部と、
前記第１熱交換部から前記反応生成物が供給され、前記第１熱交換部よりも小さい交換熱量で運転される第２熱交換部と、
前記第２熱交換部から前記反応生成物が供給され、前記第１熱交換部よりも大きい交換熱量で運転される第３熱交換部と、を有し、
前記過熱蒸気生成装置は、前記給水部から供給される前記水を前記ガスエンジンから排出される排気ガスで加熱して前記過熱蒸気を生じ、
前記改質ユニットは、前記第１熱交換部から供給されるガス燃料と前記過熱蒸気生成装置から供給される過熱蒸気とを含む混合ガスを取り込み、前記混合ガスを水蒸気改質して前記改質燃料となる反応生成物を生じ、
前記第１熱交換部は、前記改質ユニットから供給される前記反応生成物と、前記ガス燃料の供給元から供給される前記ガス燃料との間で熱交換を行い、予熱された前記ガス燃料を生じ、
前記第２熱交換部は、前記第１熱交換部から供給される前記反応生成物と、前記第３熱交換部から供給される含水量が低下した液化分離反応生成物との間で熱交換を行い、前記液化分離反応生成物を内燃機関で許容可能な最高相対湿度以下となるまで再加熱して前記改質燃料を生じ、
前記第３熱交換部は、前記第２熱交換部から供給される前記反応生成物と、冷媒保存庫から供給される液体冷媒との間で熱交換を行い、前記反応生成物に含まれる蒸気を冷却して液化分離し、前記蒸気が液化分離した水と、前記液化分離反応生成物と、を生じるガスエンジンシステム。

【請求項16】

請求項１５に記載のガスエンジンシステムであって、
前記第３熱交換部は、
熱交換した前記反応生成物に含まれる前記蒸気が液化分離した後、前記液化分離反応生成物と前記水とが流入する貯留室と、
前記貯留室の底部と給水部との間を接続する排水管と、
前記排水管上に設けられたドレン弁と、を有し、
前記貯留室は、
前記貯留室の前記底部に設けられ、前記排水管に前記水を排出するための液体出口と、
前記貯留室の上部に設けられ、前記液化分離反応生成物を排出するための気体出口と、
前記貯留室の下部に設けられた第１水位検出器と、
前記第１水位検出器よりも上方、且つ、前記気体出口よりも下方に設けられた第２水位検出器と、を備え、
前記第１水位検出器が前記水を検出しないとき、前記ドレン弁が全閉に制御され、
前記第２水位検出器が前記水を検出したとき、前記ドレン弁が全開に制御されるガスエンジンシステム。

【請求項17】

請求項１０に記載のガスエンジンシステムであって、
前記燃料供給装置と前記ガスエンジンとの間に、前記ガスエンジンに供給される燃料の供給量を調整するための調速弁を備えるガスエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスエンジン等の内燃機関に改質燃料を供給する燃料供給装置、および、これを備えたガスエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、定置式のガスエンジンを備えた発電システムが、工場、公共施設、商業施設をはじめ、電力需要が高い大型の施設、建物等に導入されている。ガスエンジンは、内燃機関の中でも燃焼温度が高く、発電効率が高いことが知られている。近年では、発電した電力と共に燃料の燃焼による廃熱を利用するコジェネレーションシステムとしての導入も拡大している。

【0003】

ガスエンジンの燃料としては、メタンを主成分とし、液化天然ガス（Liquefied Natural Gas：ＬＮＧ）から生産される都市ガス、プロパンやブタンを主成分とする液化石油ガス（Liquefied Petroleum Gas：ＬＰＧ）、圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas：ＣＮＧ）、バイオガス等が利用されている。都市ガスは、一般に、ＬＮＧを気化させた天然ガスにＬＰＧ等を混合することによって生産されている。

【0004】

ガスエンジンの燃料として代表的な都市ガスは、ＣＯ_２やＮＯ_ｘの生成量が比較的少ないクリーンな燃料として知られている。また、現在、都市ガスを燃料としたガスエンジンによる発電効率は、４０〜５０％程度まで向上しており、発電システム全体としてのエネルギ変換効率も大幅に改善されている。その一方で、近年では、水素燃料の普及も進められている。

【0005】

水素燃料は、ＣＯ_２等の有害物質を排出しないクリーンエネルギであり、化学的に変換できる炭化水素等の原料も豊富に存在している。そのため、各種の分野において、既存エネルギの水素燃料への代替や、水素燃料を利用するためのインフラの整備が進められている。従来、水素燃料の生産法としては、大規模生産をはじめとして、水蒸気改質が利用されている。

【0006】

水蒸気改質は、メタン等の炭化水素を、触媒の存在下、過熱蒸気で接触酸化させる方法である。水蒸気改質の原料としてメタンを用いる場合、改質反応は、次の反応式（Ｉ）で表される。
ＣＨ_４ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ_２・・・（Ｉ）

【0007】

また、反応式（Ｉ）によって生成した一酸化炭素は、主反応に付随する転化反応（シフト反応）によって二酸化炭素に変換される。転化反応は、次の反応式（II）で表される。
ＣＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２・・・（II）

【0008】

現在、水蒸気改質の原料としては、メタンを主成分とする都市ガスの利用も検討されている。反応式（Ｉ）で表される改質反応は吸熱反応であり、反応式（II）で表される転化反応は発熱反応である。しかし、全体としては、吸熱的に反応が進むため、水蒸気改質には加熱が必要である。一般的な水蒸気改質は、６００〜７００℃、最高で９００℃程度の温度範囲で行われている。

【0009】

水蒸気改質を行う一般的な水素生成装置は、原料中の硫黄分を除去する脱硫器、原料を接触酸化させる改質器等を備えている。脱硫器では、都市ガスに添加される付臭剤等の硫黄分が、３００〜５００℃程度で脱硫されている。水素生成装置には、改質反応で生成した一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する変成器、一酸化炭素を除去する除去器等が備えられることもある。

【0010】

例えば、特許文献１には、改質器や水添脱硫器を備えた水素生成装置と、発電装置と、を備える発電システムが記載されている（図９参照）。水蒸気改質により生成した水素を利用する発電装置としては、燃料電池の他にガスエンジンが挙げられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１４−１３９１２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

近年、各所に導入されている新型のガスエンジンは、エンジン構造の改良、燃焼技術の進展等によって、従来以上に燃焼性能やエネルギ変換効率が向上している。そのため、新型のガスエンジンによると、旧型のガスエンジンと比較して、高い燃焼効率の運転が可能になっている。ガスエンジンの定格出力によっては、都市ガスを燃料として５０％に近い発電効率を実現することも可能になっている。

【0013】

しかし、現在においても、旧型のガスエンジンが引き続き使用されるケースがある。旧型のガスエンジンは、新型のガスエンジンと比較して、燃焼性能やエネルギ変換効率が劣っているため、低い燃焼効率で運転せざるを得ない現状がある。低い燃焼効率の運転では、取り出したい仕事量、電力量等に対して多量の燃料を要するため、燃料コストがかかったり、プロセス全体がエネルギ的に非効率化したりする問題を生じている。

【0014】

一方、ガスエンジンの燃料としては、特許文献１に記載されているように、水素ガスを利用することも考えられる。水素ガスは、メタン等の炭化水素と比較して、燃焼速度が速い特徴がある。そのため、内燃機関の燃料として水素ガスを含む燃料（改質燃料）を用いると、高い燃焼効率で運転することが可能になり、旧型のガスエンジンを使用する場合であっても、省エネルギ性やエネルギ変換効率が改善するといえる。

【0015】

しかし、特許文献１に記載されている改質器における反応温度は、６００〜７００℃程度の高温であると想定される。特許文献１では、このような高温で生成した水素ガスを、リサイクルガス流路で脱硫器に戻して熱的に利用している。このような高温の水素ガスは、熱的な利用や改質反応の反応効率の向上には資するものの、ガスエンジンの燃焼室に導入する燃料としては不適切である。また、リサイクル流路の閉塞を防止する対策には、多大なコストがかかるという問題もある。

【0016】

そこで、本発明は、燃焼効率が高い改質燃料を供給して内燃機関のエネルギ効率を向上させることができる燃料供給装置、および、これを備えたガスエンジンシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

前記課題を解決するために本発明に係る燃料供給装置は、ガス燃料の単位供給量に対する内燃機関の燃焼効率を改質燃料の供給によって向上させる燃料供給装置であって、前記ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを取り込み、前記改質燃料となる反応生成物を生成する改質ユニットを備え、前記改質ユニットは、前記改質燃料を生成する改質能力が前記内燃機関の燃焼特性に応じて調整される。

【0018】

また、本発明に係るガスエンジンシステムは、ガスエンジンの起動カーブに応じて燃料が切り替えられるガスエンジンシステムであって、前記の燃料供給装置と、ガスエンジンと、を備え、前記ガスエンジンに供給される燃料は、ガス燃料、前記燃料供給装置が前記ガス燃料を水蒸気改質して生成した改質燃料、または、前記ガス燃料と前記改質燃料とが混合された混合燃料であり、前記ガスエンジンシステムは、前記ガスエンジンへの前記ガス燃料の供給を開始して前記ガスエンジンを起動する起動モードと、前記ガスエンジンが定格回転速度に到達した後に、前記ガスエンジンへの前記改質燃料の供給を開始し、前記ガス燃料の供給量を減らすと共に前記改質燃料の供給量を増やしながら前記混合燃料で前記ガスエンジンを運転する第１燃料切替モードと、前記改質燃料が所定の燃焼力に到達した後に、前記ガスエンジンへの前記ガス燃料の供給を停止し、前記改質燃料で前記ガスエンジンを運転する定格速度モードと、を有する。

【発明の効果】

【0019】

本発明によると、燃焼効率が高い改質燃料を供給して内燃機関のエネルギ効率を向上させることができる燃料供給装置、および、これを備えたガスエンジンシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る燃料供給装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係るガスエンジンシステムの構成を示す図である。

【図3】ガスエンジンの起動−停止カーブの一例を示す図である。

【図4】ガスエンジンシステムに対する燃料供給装置の接続を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜燃料供給装置＞
はじめに、本発明の一実施形態に係る燃料供給装置について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0022】

図１は、本発明の実施形態に係る燃料供給装置の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１０は、水蒸気改質を行う改質ユニット１００と、水蒸気改質により生成した改質反応生成物（反応生成物）を熱交換する熱交換ユニット（１１０，１２０，１３０）と、を備えている。

【0023】

熱交換ユニット（１１０，１２０，１３０）は、改質ユニット１００の後段に備えられており、三段の熱交換器によって構成されている。熱交換ユニット（１１０，１２０，１３０）は、前段側から順に、第１熱交換器（第１熱交換部）１１０と、第２熱交換器（第２熱交換部）１２０と、第３熱交換器（第３熱交換部）１３０と、によって構成されている。

【0024】

燃料供給装置１０は、水蒸気改質によって改質燃料を生成する機能と、生成した改質燃料を内燃機関に供給する機能と、を有している。燃料供給装置１０は、ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを水蒸気により水素改質（水蒸気改質）して、水素ガスを含む改質燃料を生成する。そして、生成した改質燃料を内燃機関に供給する。

【0025】

燃料供給装置１０は、内燃機関の前段側に備えられる燃料供給系統に設置することによって、内燃機関の燃料を従来のガス燃料から改質燃料に切り替えることができる。燃料供給装置１０は、ガス燃料の単位供給量に対する内燃機関の燃焼効率を、改質燃料の供給によって向上させることを可能とするものである。

【0026】

水蒸気改質によって生成する水素は、従来のガス燃料の主成分であるメタン等の炭化水素と比較して、燃焼速度が速く、燃焼の安定性が高い性質を有している。そのため、内燃機関の燃料を従来のガス燃料から改質燃料に切り替えると、内燃機関の燃焼特性が劣っている場合であっても、内燃機関における燃焼効率が向上し、本来供給されるはずのガス燃料の単位供給量に対して、内燃機関で生じる燃焼エネルギ（発熱量）の合計を増大させることができる。

【0027】

燃料供給装置１０によって改質燃料を供給する内燃機関としては、例えば、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等が挙げられる。以下の説明では、燃料供給装置１０の後段にガスエンジンを設置する場合を例にとり、燃料供給装置１０等の実施形態について説明を行う。

【0028】

燃料供給装置１０には、図１に示すように、改質燃料の原料として、ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスが供給される。混合ガスは、内燃機関の前段側に備えられる燃料供給系統上において、炭化水素を主成分とするガス燃料と、所定の温度に過熱された過熱蒸気とが、互いに混合されることによって生成される。

【0029】

ガス燃料としては、好ましくはメタンを主成分とする炭化水素系の燃料を用いることができる。炭化水素系の燃料としては、例えば、１３Ａ、１２Ａ等の都市ガスが挙げられる。代表的な都市ガスである「１３Ａ」は、約９０％のメタンと、約１０％未満のエタン、プロパン、ブタンを含有している。ガス燃料としては、ＬＰＧ、ＣＮＧ、バイオガス等や、これらを混合した混合ガスが用いられてもよい。

【0030】

過熱蒸気としては、例えば、２９０〜３００℃付近まで過熱された水蒸気を用いることができる。このような比較的低温の過熱蒸気は、ガスエンジンから排出される排気ガスの廃熱で容易に生成させることができる。このような比較的低温の過熱蒸気によると、改質反応の反応効率は低くなるものの、ガスエンジンの燃焼室への導入に適合した許容最大温度以下の改質燃料を生成させることができる。

【0031】

改質ユニット１００は、ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを取り込み、混合ガスに含まれる炭化水素を水蒸気により水素改質（水蒸気改質）して、改質燃料となる水素ガスを含む改質反応生成物を生成する装置である。改質ユニット１００に混合ガスが導入されると、改質反応と転化反応によって改質反応生成物が生成する。改質反応生成物は、改質燃料の主成分となる水素、副生した二酸化炭素、未反応の炭化水素、未反応の水蒸気等を含むガス状の混合物である。

【0032】

改質ユニット１００は、改質燃料を生成する改質能力、すなわち、ガス燃料の単位供給量に対する水素の生成量、換言すると、内燃機関に供給される燃料中の炭化水素と水素との混合比が、改質燃料の供給先である内燃機関の燃焼特性に応じて調整される。なお、内燃機関の燃焼特性は、燃焼室の構造、点火方式、行程方式、燃料供給量、排気量、冷却損失等に依存し、所定のガス燃料の種類毎の燃焼効率、燃料消費量、低位発熱量、燃焼期間等によって評価することができる。

【0033】

内燃機関の燃焼特性が劣る場合、改質ユニット１００における水素の生成量が増大する方向、換言すると、内燃機関に供給される燃料中の水素の混合比が増大する方向に向けて、改質能力の調整が行われる。一方、内燃機関の燃焼特性が優れる場合、改質ユニット１００における水素の生成量が減少する方向、換言すると、内燃機関に供給される燃料中の水素の混合比が減少する方向に向けて、改質能力の調整が行われる。

【0034】

図１に示すように、改質ユニット１００は、主取込管１０１と、ヘッダ器１０２と、取込側細管１０３と、調節弁１０４と、改質器１０５と、排出側細管１０６と、主排出管１０７と、を備えている。取込側細管１０３、調節弁１０４、改質器１０５および排出側細管１０６は、それぞれ、複数備えられている。これらの改質器１０５および配管機器で構成される系統は、並列状に備えられている。

【0035】

主取込管１０１は、ガス燃料と過熱蒸気とが混合された混合ガスを改質ユニット１００に取り込むための配管である。主取込管１０１には、燃料供給装置１０の外部から混合ガスが供給される。主取込管１０１は、改質ユニット１００のガス入口に接続されている。主取込管１０１の下流端には、ヘッダ器１０２が接続している。

【0036】

ヘッダ器１０２は、複数の配管同士を集約するための配管機器である。ヘッダ器１０２は、流体が通流可能な管状に設けられており、流体を流入させる入口と、流体を分配して流出させる複数の出口と、を有している。ヘッダ器１０２の入口には、主取込管１０１が接続している。ヘッダ器１０２の各出口には、取込側細管１０３が接続している。

【0037】

取込側細管１０３は、分配された混合ガスを各改質器１０５に取り込むための配管である。取込側細管１０３は、改質器１０５毎に備えられている。各取込側細管１０３の下流端には、改質器１０５が接続している。各取込側細管１０３には、調節弁１０４が備えられている。

【0038】

調節弁１０４は、開度を連続的に変化させることが可能な流量調整弁である。調節弁１０４は、改質器１０５毎に備えられている。調節弁１０４の開度は、手動または自動で制御される。調節弁１０４によると、任意の中間開度、全開および全閉のいずれかに弁開度を変えることができるため、改質器１０５毎の混合ガスの流量を精密に調整することができる。

【0039】

改質器１０５は、ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを水蒸気改質して改質燃料となる改質反応生成物を生成する反応器である。改質器１０５は、改質触媒を保持する充填相を備えたインライン型の反応器として設けられている。改質器１０５には、改質触媒を被毒する付臭剤等の硫黄分を除去するため、脱硫触媒が併用されてもよい。

【0040】

改質触媒としては、例えば、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金、パラジウム等を活性金属とした触媒を用いることができる。活性金属は、アルミナ、ジルコニア等に含浸担持させる方法、共沈させて焼成する方法、金属箔化する方法、発泡化する方法等の各種の方法で触媒を形成させることができる。

【0041】

排出側細管１０６は、改質器１０５で生成した改質反応生成物を各改質器１０５から排出するための配管である。排出側細管１０６は、改質器１０５毎に備えられている。各排出側細管１０６の上流端には、改質器１０５が接続している。各排出側細管１０６の下流端は、一つの管路に集約しており、主排出管１０７に接続されている。

【0042】

主排出管１０７は、改質器１０５で生成した改質反応生成物を改質ユニット１００から排出するための配管である。主排出管１０７は、改質ユニット１００のガス出口に接続されている。主排出管１０７の下流端には、第１熱交換器１１０が配管を介して接続している。

【0043】

このように、主取込管１０１と、複数の取込側細管１０３とは、改質器１０５に混合ガスを取り込むための取込路を形成している。取込路は、上流側から下流側に向けて分岐しており、各改質器１０５に接続している。また、複数の排出側細管１０６と、主排出管１０７とは、改質器１０５から改質反応生成物を排出するための排出路を形成している。排出路は、各改質器１０５から延びており、下流側で集約している。

【0044】

このような取込路には、管路が集約した上流側に、改質器１０５毎に取り込まれる混合ガスの圧力を均等化させるヘッダ器１０２が備えられている。複数の改質器１０５は、ヘッダ器１０２において集約されている。排出路は、主排出管１０７において集約されている。このようなヘッダ器１０２を設置すると、改質器１０５毎の改質能力を、混合ガスの圧力の均等化によって平準化させることができる。複数の改質器１０５のそれぞれが、互いに同程度の改質能力を発揮するようになるため、改質ユニット１００の全体としての改質能力を、混合ガスの通流によって反応系を構成する改質器１０５の構成本数によって調整することが可能になる。

【0045】

また、このような取込路には、管路が分岐した下流側に、開度を連続的に変化させることが可能な調節弁１０４が備えられている。このような調節弁１０４を設置すると、改質器１０５毎の改質能力を、弁開度の変更によって調整することができる。所定の構成本数に調整した一以上の改質器１０５の下で、個々の改質器１０５の改質能力が変更されるため、改質ユニット１００の全体としての改質能力を、より精密に調整することが可能になる。

【0046】

改質器１０５毎の改質能力、すなわち、改質器１０５毎のガス燃料の単位供給量に対する水素の生成量（内燃機関に供給される燃料中の炭化水素と水素との混合比）は、混合ガスの温度だけでなく、混合ガスの流量にも依存する。そのため、各調節弁１０４の開放および全閉によって改質器１０５の構成本数を変えたり、いずれかの調節弁１０４の開度を０％から１００％の範囲で変えたりすると、改質ユニット１００自体の改質能力が変更されることになる。

【0047】

改質ユニット１００の全体としての改質能力は、混合ガスの通流によって反応系を構成する改質器１０５の構成本数のみによって調整してもよいし、改質器１０５毎に備えられる調節弁１０４の開度のみによって調整してもよいし、改質器１０５の構成本数と調節弁１０４の開度との両方によって調整してもよい。但し、改質ユニット１００の全体としての改質能力は、精密に調整する観点から、改質器１０５の構成本数と調節弁１０４の開度との両方によって調整することが好ましい。

【0048】

改質ユニット１００の全体としての改質能力が、内燃機関の燃焼特性に対して過剰になると、水蒸気改質による水素の生成が無駄になる。例えば、燃料供給装置１０を新型のガスエンジンに適用する場合、燃焼室内における燃料の燃焼効率は、炭化水素を主成分とするガス燃料の場合であっても、十分に高い水準を確保することができる。そのため、このような場合、改質器１０５の構成本数が減らされる。改質能力を構成する改質器１０５に含まれない改質器１０５の調節弁１０４の開度は、改質ユニット１００の運転開始時に全閉に制御され、運転中においても、全閉に保持される。

【0049】

一方、改質ユニット１００の全体としての改質能力が、内燃機関の燃焼特性に対して不足すると、水素による燃焼効率の向上が必要になる。例えば、燃料供給装置１０を旧型のガスエンジンに適用する場合、燃焼室内における燃料の燃焼効率は、炭化水素を主成分とするガス燃料の場合であると、大きく低下する虞がある。そのため、このような場合、改質器１０５の構成本数が増やされる。改質能力を構成する改質器１０５の調節弁１０４の開度は、改質ユニット１００の運転開始時に全開または中間開度のいずれかに制御され、運転中においても、その開度が保持される。

【0050】

改質ユニット１００の全体としての改質能力は、所定の構成本数の改質器１０５の下、調節弁１０４の開度を中間開度に設定することによって微調整することができる。調節弁１０４の開度を中間開度にする場合、全開の状態から開度を絞って調節することが好ましい。改質ユニット１００は、改質能力を構成する改質器１０５の調節弁１０４の開度を全開に保持し、または、何れかの改質器１０５の調節弁１０４の開度を全開の保持を解除して、全体としての改質能力を調節するのが好ましい形態となる。

【0051】

改質能力を構成する改質器１０５に付随する調節弁１０４のうち、中間開度の状態に制御される調節弁１０４は、並列状に備えられた系統のうち、いずれか一つに付随した調節弁１０４であることが好ましい。中間開度に制御する調節弁１０４を、いずれか一つの系統に限定すると、改質ユニット１００の全体としての改質能力を、一つの系統を対象とした一般的な弁制御で精密に調整することができる。従って、予めガスエンジンの運転開始前に改質能力を構成する改質器１０５の構成本数を設定し、設定した改質器１０５のうち、必要に応じていずれか一つの改質器１０５の調節弁１０４を中間開度として調整する。

【0052】

第１熱交換器１１０は、改質ユニット１００から供給される改質反応生成物を気体冷媒との熱交換により冷却する。第１熱交換器１１０は、熱交換ユニット（１１０，１２０，１３０）のうち、中程度の交換熱量で運転される。

【0053】

図１に示すように、第１熱交換器１１０は、多管式の熱交換器として設けられている。第１熱交換器１１０は、略筒状である中空構造の胴部１１１と、胴部１１１内に並列した複数の細管１１２と、を備えている。胴部１１１内の空間と、細管１１２内の空間とは、互いに隔てられている。

【0054】

胴部１１１は、熱交換媒体を流入させる胴部入口１１３と、熱交換媒体を流出させる胴部出口１１４と、を有している。胴部入口１１３は、細管１１２の下流側の胴部１１１に設けられている。胴部出口１１４は、細管１１２の上流側の胴部１１１に設けられている。胴部１１１内には、胴部入口１１３および胴部出口１１４を通じて、所定の気体冷媒が充満するように流される。

【0055】

細管１１２は、熱交換媒体を流入させる細管入口１１５と、熱交換媒体を流出させる細管出口１１６と、を有している。細管１１２の上流側の端部および下流側の端部は、それぞれ、一つの管路に集約している。細管入口１１５は、管路が集約された上流側の端部であって、胴部１１１の改質ユニット１００側に設けられている。細管入口１１５は、改質ユニット１００のガス出口と連通している。細管出口１１６は、管路が集約された下流側の端部であって、胴部１１１の第２熱交換器１２０側に設けられている。細管出口１１６は、第２熱交換器１２０と連通している。各細管１１２内には、細管入口１１５から導入された改質反応生成物が細管１１２毎に分流して流され、細管出口１１６から排出される。

【0056】

第１熱交換器１１０は、改質ユニット１００から供給される改質反応生成物と、燃料供給装置１０の外部から供給される気体冷媒との間で、細管１１２の管壁を介して対向流で熱交換を行い、放熱した改質反応生成物と、受熱した気体冷媒とを生じる。熱交換によって放熱した改質反応生成物は、細管１１２の下流で一つの細管出口１１６に合流して第２熱交換器１２０に送出される。一方、熱交換によって受熱した気体冷媒は、燃料供給装置１０の外部に送出される。

【0057】

第１熱交換器１１０によると、改質反応生成物の温度を、混入している蒸気の非加圧時の液化温度や、内燃機関の燃料許容温度に向けて下げることができる。また、改質反応生成物の熱を気体冷媒の加熱に利用することができる。なお、改質ユニット１００で生成する改質反応生成物の温度は、例えば、２９０〜３００℃付近である。内燃機関への導入に許容される燃料許容温度は、ガスエンジンの場合、通常、常温から常温よりも数十℃高い温度までの範囲である。

【0058】

第２熱交換器１２０は、第１熱交換器１１０から供給される改質反応生成物を改質燃料との熱交換により冷却する。第２熱交換器１２０は、第１熱交換器１１０よりも小さい交換熱量で運転される。

【0059】

図１に示すように、第２熱交換器１２０は、二重筒型の熱交換器として設けられている。第２熱交換器１２０は、筒状の内筒１２１と、内筒１２１の外面を囲む筒状の外筒１２２と、を備えている。内筒１２１内の空間と、内筒１２１の外側の外筒１２２内の空間とは、互いに隔てられている。

【0060】

内筒１２１は、熱交換媒体を流入させる内筒入口１２３と、熱交換媒体を流出させる内筒出口１２４と、を有している。内筒入口１２３は、内筒１２１の第１熱交換器１１０側の頂壁に設けられている。内筒出口１２４は、内筒１２１の第３熱交換器１３０側の底壁に設けられている。内筒１２１内には、内筒入口１２３から導入された改質反応生成物が流され、内筒出口１２４から排出される。

【0061】

外筒１２２は、熱交換媒体を流入させる外筒入口１２５と、熱交換媒体を流出させる外筒出口１２６と、を有している。外筒入口１２５は、外筒１２２の第３熱交換器１３０側に設けられている。外筒入口１２５には、一端が第３熱交換器１３０に接続された排気管２２０が接続されている。外筒出口１２６は、外筒１２２の第１熱交換器１１０側に設けられている。外筒１２２内には、第３熱交換器１３０から供給され、外筒入口１２５から導入された液化分離反応生成物が充満するように流され、外筒出口１２６から排出される。

【0062】

第２熱交換器１２０は、第１熱交換器１１０から供給される改質反応生成物と、第３熱交換器１３０から供給される蒸気が液化分離された液化分離反応生成物との間で、内筒１２１と外筒１２２との間の管壁を介して対向流で熱交換を行い、放熱した改質反応生成物と、改質燃料とを生じる。改質反応生成物は、液化分離反応生成物との熱交換により、液化分離反応生成物を内燃機関で許容可能な最高相対湿度以下となるまで再加熱して改質燃料を生成した後に、内筒出口１２４から第３熱交換器１３０に送出される。改質燃料は、内燃機関で許容可能な最高相対湿度以下の状態で、燃料供給装置１０の後段に設置される内燃機関に送出される。

【0063】

第２熱交換器１２０によると、改質反応生成物の温度を、混入している蒸気の液化温度や、内燃機関の燃料許容温度に向けて下げることができる。また、第３熱交換器で熱交換して蒸気が分離された液化分離反応生成物の温度を、内燃機関への導入に許容される燃料許容温度の範囲内で高温に上げて、相対湿度が低下した改質燃料を生成させることができる。内燃機関に供給される改質燃料の相対湿度は、内燃機関で許容可能な最高相対湿度以下であり、８０％以下である。改質燃料は、このような相対湿度以下となる所定の温度の範囲に再加熱されてから、内燃機関に向けて供給される。

【0064】

第３熱交換器１３０は、第２熱交換器１２０から供給される改質反応生成物を液体冷媒との熱交換により冷却し、改質反応生成物中に含まれる蒸気を液化分離させて液化分離反応生成物を生成する。第３熱交換器１３０は、第１熱交換器１１０よりも大きい交換熱量で運転される。

【0065】

図１に示すように、第３熱交換器１３０は、内部が区画された多管式の熱交換器として設けられている。第３熱交換器１３０は、熱交換室１３１Ｈと貯留室１３１Ｃとに上下に区画された中空構造の胴部１３１と、胴部１３１内を区画するシール部材１３２と、熱交換室１３１Ｈ内に並列しており、シール部材１３２を貫通して貯留室１３１Ｃ内に開口した複数の細管１３３と、を備えている。熱交換室１３１Ｈ内の空間と、細管１３３内の空間とは、互いに隔てられている。

【0066】

また、第３熱交換器１３０は、貯留室１３１Ｃ側に、第１水位検出器２３１と、第２水位検出器２３２と、を備えている。第３熱交換器１３０の貯留室１３１Ｃ側には、排水管２１０と、排気管２２０と、が接続している。排水管２１０には、ドレン弁２３０が備えられている。排気管２２０は、一端が貯留室１３１Ｃに接続されており、他端が第２熱交換器１２０に接続されている。

【0067】

胴部１３１の熱交換室１３１Ｈは、熱交換媒体を流入させる熱交換室入口１３４と、熱交換媒体を流出させる熱交換室出口１３５と、を有している。熱交換室入口１３４は、細管１３３の下流側の胴部１３１に設けられている。熱交換室出口１３５は、細管１３３の上流側の胴部１３１に設けられている。熱交換室１３１Ｈ内には、熱交換室入口１３４から導入された所定の液体冷媒が充満するように流され、熱交換室出口１３５から排出される。

【0068】

細管１３３は、熱交換媒体を流入させる細管入口１３６と、熱交換媒体を流出させる細管出口１３７と、を有している。細管１３３の上流側の端部は、一つの管路に集約している。細管入口１３６は、管路が集約された上流側の端部であって、胴部１３１の第２熱交換器１２０側に設けられている。細管入口１３６は、第２熱交換器１２０の内筒出口１２４と連通している。細管出口１３７は、シール部材１３２を貫通して貯留室１３１Ｃ内の上部に開口している。細管１３３内には、細管入口１３６から導入された改質反応生成物が細管１３３毎に分流して流され、細管出口１３７から排出される。

【0069】

胴部１３１の貯留室１３１Ｃは、貯留室１３１Ｃ内の液体を排出させるための液体出口１３８と、貯留室１３１Ｃ内の気体を排出させるための気体出口１３９と、を有している。液体出口１３８は、貯留室１３１Ｃの底部に設けられている。液体出口１３８には、排水管２１０が接続されている。気体出口１３９は、貯留室１３１Ｃの上部側であって複数の細管１３３の最下端部より下側に設けられている。気体出口１３９には、排気管２２０が接続されている。貯留室１３１Ｃ内には、熱交換室１３１Ｈで熱交換した改質反応生成物が流入するようになっている。

【0070】

第３熱交換器１３０の熱交換室１３１Ｈは、第２熱交換器１２０から供給される改質反応生成物と、燃料供給装置１０の外部から供給される液体冷媒との間で、細管１３３の管壁を介して対向流で熱交換を行い、放熱した改質反応生成物と、受熱した液体冷媒とを生じる。熱交換によって放熱した改質反応生成物は、水蒸気の液化温度以下に冷却されて、改質反応生成物に含まれる蒸気が液化分離される。蒸気が分離された液化分離反応生成物と、蒸気が液化して生じた水とは、重力や圧力で貯留室１３１Ｃに流入する。一方、熱交換によって受熱した液体冷媒は、燃料供給装置１０の外部に送出される。

【0071】

第３熱交換器１３０の貯留室１３１Ｃは、熱交換室１３１Ｈにおける熱交換によって液化した水を受ける。貯留室１３１Ｃ内に貯留される貯留水は、液体出口１３８から排水管２１０を通じて燃料供給装置１０の外部に排出される。一方、熱交換室１３１Ｈから貯留室１３１Ｃ内に流入した液化分離反応生成物は、含水量が低下した状態で、気体出口１３９から排気管２２０を通じて第２熱交換器１２０に送出される。

【0072】

第３熱交換器１３０によると、熱交換室１３１Ｈにおける熱交換で、改質反応生成物の温度を蒸気の液化温度以下に下げることができる。また、熱交換による冷却で、蒸気を液化させて重力分離することにより、含水量が低下した液化分離反応生成物を生成することができる。液化分離反応生成物は、低温であり、且つ、含水量が低いため、第２熱交換器１２０における再加熱で、容易に相対湿度を低下させることが可能になる。また、液化分離して貯留室１３１Ｃに溜まった貯留水は、過熱蒸気の生成に再利用することができる。

【0073】

以上の燃料供給装置１０によると、改質ユニット１００の水素を生成する改質能力を、改質器１０５の構成本数や、改質器１０５毎に備えられる調節弁１０４の開度によって調整することができる。そのため、改質ユニット１００の改質能力を、内燃機関の燃焼特性に応じて、自在且つ精密に調整することができる。種々の燃焼特性を持つ任意の内燃機関に対して、炭化水素と水素との混合比が適切に調節された燃料を供給可能であるため、内燃機関に本来供給されるはずのガス燃料の単位供給量に対して、内燃機関で生じる燃焼エネルギ（発熱量）の合計を増大させることができる。よって、以上の燃料供給装置１０によると、燃焼効率が高い改質燃料を供給して内燃機関のエネルギ効率を向上させることができる。

【0074】

以上の燃料供給装置１０によると、燃焼特性が劣っている旧型の内燃機関を用いるような場合であっても、高い燃焼効率で運転することができるため、ガス燃料の節約やエネルギ変換効率の向上を図ることが可能である。例えば、燃焼性能が低い旧型のガスエンジンに対しては、水素の混合比を高くした燃焼速度が速い燃料を供給して、旧型のガスエンジンのエネルギ変換効率を、１０〜１５％程度向上させることもできる。

【0075】

＜ガスエンジンシステム＞
次に、前記の燃料供給装置をガスエンジンに適用した、本発明の一実施形態に係るガスエンジンシステムについて、図面を参照しながら説明する。

【0076】

図２は、本発明の実施形態に係るガスエンジンシステムの構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態に係るガスエンジンシステム１は、前記の燃料供給装置１０と、気体状の燃料を燃焼させる内燃機関であるガスエンジン２０と、を備えている。

【0077】

また、本実施形態に係るガスエンジンシステム１は、第１燃料供給路１１と、第２燃料供給路１２と、第３燃料供給路１３と、燃料分配路１４と、蒸気供給路１５と、混合ガス供給路１６と、第１改質燃料移送路１７と、第２改質燃料移送路１８と、改質燃料排出路１９と、を備えている。これらの流路は、不図示のポンプ、弁等の配管機器を接続した配管等で形成されている。

【0078】

また、本実施形態に係るガスエンジンシステム１は、第１分配部２１と、第２分配部（燃料分配部）２２と、第１混合部３１と、第２混合部（燃料混合部）３２と、ガス燃料供給弁４１と、改質燃料供給弁４２と、放出弁４３と、調速弁４４と、を備えている。これらの配管構造や配管機器は、各流路上に設置されている。これらの各弁の開度は、手動または自動で制御される。

【0079】

ガスエンジンシステム１は、ガスエンジン２０の前段に、ガス燃料を原料として改質燃料を生成する前記の燃料供給装置１０を備えている。ガス燃料としては、好ましくはメタンを主成分とする炭化水素系の燃料を用いることができる。炭化水素系の燃料としては、例えば、１３Ａ、１２Ａ等の都市ガスが挙げられる。

【0080】

ガスエンジン２０は、第１燃料供給路１１、第２燃料供給路１２および第３燃料供給路１３を介して、ガスエンジンシステム１の外部にあるガス燃料供給元と接続されている。第１燃料供給路１１、第２燃料供給路１２および第３燃料供給路１３は、ガスエンジン２０に向けて燃料を供給するための流路である。ガスエンジン２０は、これらの流路を通じて、ガス燃料を供給可能とされている。

【0081】

第１燃料供給路１１と第２燃料供給路１２との間には、ガス燃料供給元から供給されるガス燃料を燃料供給装置１０とガスエンジン２０とに分配する第１分配部２１が設けられている。第１分配部２１からは、燃料分配路１４が分岐している。燃料分配路１４は、ガス燃料供給元から供給されるガス燃料を燃料供給装置１０に向けて供給するための流路である。

【0082】

燃料分配路１４の下流端は、第１混合部３１に接続している。第１混合部３１は、ガス燃料と過熱蒸気とを合流させて燃料供給装置１０に供給される混合ガスを生じる合流点である。第１混合部３１には、蒸気供給路１５が接続されている。蒸気供給路１５は、燃料供給装置１０に向けて過熱蒸気を供給するための流路である。

【0083】

第１混合部３１からは、混合ガス供給路１６が分岐している。混合ガス供給路１６は、ガス燃料と過熱蒸気とが混合された混合ガスを燃料供給装置１０に供給するための流路である。燃料供給装置１０は、第１燃料供給路１１、燃料分配路１４および混合ガス供給路１６を通じて、ガス燃料を供給可能とされている。

【0084】

混合ガス供給路１６の下流端は、燃料供給装置１０の改質ユニット１００のガス入口に接続している（図１参照）。燃料供給装置１０の改質燃料の出口（第２熱交換器１２０の外筒出口１２６）には、図２に示すように、第１改質燃料移送路１７の上流端が接続している。第１改質燃料移送路１７の下流端には、第２改質燃料移送路１８が接続している。

【0085】

第１改質燃料移送路１７と第２改質燃料移送路１８との間には、燃料供給装置１０が生成した改質燃料をガスエンジン２０とガスエンジンシステム１の外部とに分配する第２分配部２２が設けられている。第２分配部２２からは、改質燃料排出路１９が分岐している。改質燃料排出路１９は、燃料供給装置１０で生成した余剰の改質燃料をガスエンジンシステム１の外部に排出するための流路である。

【0086】

第２改質燃料移送路１８の下流端は、第２混合部３２に接続している。第２混合部３２は、第２燃料供給路１２と第３燃料供給路１３との間に設けられている。第２混合部は、ガス燃料と改質燃料とを合流させてガスエンジン２０に供給される混合燃料を生じる合流点である。ガスエンジン２０は、第１改質燃料移送路１７、第２改質燃料移送路１８および第３燃料供給路１３を通じて、改質燃料を供給可能とされている。

【0087】

第２燃料供給路１２には、ガス燃料供給弁４１が設置されている。ガス燃料供給弁４１は、ガス燃料供給元からガスエンジン２０に供給されるガス燃料の供給量を調整するための流量調整弁である。ガス燃料供給弁４１によると、第１分配部２１におけるガス燃料の分配比が変更されるため、燃料供給装置１０へのガス燃料の供給量や、ガスエンジン２０へのガス燃料の供給量が調整される。

【0088】

第２改質燃料移送路１８には、改質燃料供給弁４２が設置されている。改質燃料供給弁４２は、燃料供給装置１０からガスエンジン２０に供給される改質燃料の供給量を調整するための流量調整弁である。改質燃料供給弁４２によると、第２分配部２２における改質燃料の分配比が、放出弁４３との協働によって変更されるため、ガスエンジン２０への改質燃料の供給量や、ガスエンジンシステム１の外部への改質燃料の排出量が調整される。

【0089】

改質燃料排出路１９には、放出弁４３が備えられている。放出弁４３は、第２分配部２２からガスエンジンシステム１の外部に放出される改質燃料の放出量を調整するための流量調整弁である。放出弁４３によると、第２分配部２２における改質燃料の分配比が改質燃料供給弁４２との協働によって変更されるため、ガスエンジン２０への改質燃料の供給量や、ガスエンジンシステム１の外部への改質燃料の放出量が調整される。

【0090】

第３燃料供給路１３には、調速弁４４が備えられている。調速弁４４は、ガスエンジン２０に供給されるガス燃料の供給量を調整するための流量調整弁である。調速弁４４によると、ガスエンジン２０の燃焼室に供給されるガス燃料の流量がガスエンジン２０の運転モード等に応じて調整される。

【0091】

図３は、ガスエンジンの起動−停止カーブの一例を示す図である。
図３に示すように、一般的なガスエンジンにおいて、起動から停止までの運転条件は、回転速度［ｒｐｍ］と時間［ｓ］との関係を示す起動−停止カーブによって表される。なお、図３においては、起動−停止カーブを直線によって模式的に表している。また、起動−停止カーブの横軸を短縮して表している。

【0092】

一般的なガスエンジンにおいて、定格回転速度（回転数）Ｒｓ［ｒｐｍ］、起動時の回転数上昇速度［ｒｐｍ／ｓ］、停止時の回転数下降速度［ｒｐｍ／ｓ］等は、ガスエンジン毎に固有の条件となるように、性能に応じて定められている。ガスエンジンは、定格回転速度Ｒｓの運転によって、必要な仕事、電力等が取り出されている。

【0093】

ガスエンジンシステム１（図２参照）においても、図３に示すような起動−停止カーブにしたがって、ガスエンジン２０が運転される。ガスエンジンシステム１は、ガスエンジンの起動カーブ（起動−停止カーブ）に応じてガスエンジン２０に供給される燃料が調整されるものである。

【0094】

ガスエンジン２０に供給される燃料は、炭化水素を主成分とするガス燃料、燃料供給装置１０がガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを水蒸気改質して生成した改質燃料、および、ガス燃料と改質燃料とが混合された混合燃料のうちのいずれかである。

【0095】

なお、混合燃料は、ガス燃料と改質燃料との混合比が、燃料の切り替えに際して、任意の中間値をとることができる。また、改質燃料は、ガスエンジン２０に供給される燃料中における炭化水素と水素との混合比が、任意の中間値をとることができる。改質燃料の炭化水素と水素との混合比は、ガスエンジン２０の起動前に、ガスエンジン２０の燃焼特性に応じて調整される。

【0096】

ガスエンジンシステム１は、起動から停止までの５つの段階（図３のＩ〜Ｖ参照）毎に、燃料の切り替えを伴う運転モードに、順次、切替制御される。ガスエンジンシステム１は、５種類の運転モードとして、起動モードと、起動後燃料切替モード（第１燃料切替モード）と、定格速度モードと、停止前燃料切替モード（第２燃料切替モード）と、停止モードと、を有している。

【0097】

表１は、５種類の運転モードについて、ガス燃料供給弁４１、改質燃料供給弁４２および放出弁４３の動作と、ガスエンジン２０に供給される燃料の種類と、ガスエンジン２０に供給される水素ガスの濃度レベルと、を示している。

【0098】

【表1】

【0099】

（起動モード）
起動モードは、ガスエンジン２０へのガス燃料の供給を開始してガスエンジン２０を起動するための運転モードである。起動モードは、ガスエンジン２０へのガス燃料の供給を開始してガスエンジン２０を始動させた後、ガスエンジン２０が定格回転速度Ｒｓに到達するまで実行される（図３のＩ参照）。

【0100】

起動モードにおいて、ガス燃料供給弁４１は、開度が連続的に大きくなるように開方向に制御される。改質燃料供給弁４２は、全閉に制御される。放出弁４３は、全開に制御される。

【0101】

起動モードにおいて、各弁が制御されると、ガス燃料の一部は、ガスエンジン２０に供給され、ガス燃料の残部は、燃料供給装置１０に供給される。燃料供給装置１０で生成した改質燃料は、十分な水素濃度に達していない可能性があり、ガスエンジンシステム１の外部に排出される。ガスエンジン２０には、ガス燃料のみが供給される。ガスエンジン２０へのガス燃料の流量は、スロットル弁等を所定の開度にしてクランキングを行った後、ガスエンジン２０が定格回転速度Ｒｓに到達するまで増加方向に維持される。

【0102】

（起動後燃料切替モード）
起動後燃料切替モードは、ガスエンジン２０への改質燃料の供給を開始し、ガス燃料の供給量を減らすと共に改質燃料の供給量を増やしながら、混合燃料でガスエンジン２０を運転する運転モードである。起動後燃料切替モードは、起動モードによってガスエンジン２０が定格回転速度Ｒｓに到達した後に、ガスエンジン２０に供給される改質燃料が所定の燃焼力に到達するまで実行される（図３のII参照）。

【0103】

起動後燃料切替モードにおいて、ガス燃料供給弁４１は、開度が連続的に小さくなるように閉方向に制御される。改質燃料供給弁４２は、開度が連続的に大きくなるように開方向に制御される。放出弁４３は、開度が連続的に小さくなるように閉方向に制御される。起動後燃料切替モードでは、ガスエンジン２０を定格回転速度に維持することが好ましい。

【0104】

起動後燃料切替モードにおいて、各弁が制御されると、ガス燃料の一部は、ガスエンジン２０に供給され、ガス燃料の残部は、燃料供給装置１０に供給される。燃料供給装置１０で生成した改質燃料は、所定の水素濃度に達して所定の燃焼力に到達するまで、ガスエンジンシステム１の外部に排出されながら、ガスエンジン２０への分配比が次第に高められる。ガスエンジン２０には、所定の燃焼力に到達した改質燃料の供給が可能になるまで、混合燃料が供給される。ガスエンジン２０への改質燃料の流量は、ガスエンジン２０に供給される改質燃料が所定の燃焼力に到達するまで増加方向に制御される。一方、ガスエンジン２０へのガス燃料の流量は、改質燃料の流量と同期的に反対の減少方向に制御することができる。

【0105】

（定格速度モード）
定格速度モードは、ガスエンジン２０へのガス燃料の供給を停止し、改質燃料でガスエンジン２０を運転する運転モードである。定格速度モードは、ガスエンジン２０に供給される改質燃料が所定の燃焼力に到達した後に、取り出したい仕事量、電力量等に応じて、所望の運転時間にわたって実行される（図３のIII参照）。

【0106】

定格速度モードにおいて、ガス燃料供給弁４１は、全閉に制御される。改質燃料供給弁４２は、全開に制御される。放出弁４３は、全閉に制御される。定格速度モードでは、ガスエンジン２０を定格回転速度に維持して、仕事量、電力量等に応じて一定時間運転を行う。

【0107】

定格速度モードにおいて、各弁が制御されると、ガス燃料は、燃料供給装置１０のみに供給される。燃料供給装置１０で生成した改質燃料は、ガスエンジン２０のみに供給される。ガスエンジン２０には、改質燃料のみが供給される。ガスエンジン２０に供給される改質燃料は、炭化水素と水素との混合比が、ガスエンジン２０の燃焼特性に応じた所定値になるように、燃料供給装置１０における改質器１０５の構成本数の調整や、調節弁１０４の開度の調整によって予め調整される。

【0108】

（停止前燃料切替モード）
停止前燃料切替モードは、ガスエンジン２０を停止させるまでの時間を考慮して定格速度モードから移行する。停止前燃料切替モードは、定格速度モードによってガスエンジン２０が運転している間に、ガスエンジン２０へのガス燃料の供給を再開し、改質燃料の供給量を減らすと共にガス燃料の供給量を増やしながら、混合燃料でガスエンジン２０を運転し、混合燃料でガスエンジン２０を一定時間運転した後に改質燃料の供給を停止する運転モードである。停止前燃料切替モードは、ガスエンジン２０への改質燃料の供給が停止されるまで実行される（図３のIV参照）。

【0109】

停止前燃料切替モードにおいて、ガス燃料供給弁４１は、開度が連続的に大きくなるように開方向に制御される。改質燃料供給弁４２は、開度が連続的に小さくなるように閉方向に制御される。改質燃料供給弁４２は、ガスエンジン２０内や配管内の改質燃料が全焼可能な量に減少した後に、全閉に制御される。放出弁４３は、開度が連続的に大きくなるように開方向に制御される。停止前燃料切替モードでは、ガスエンジン２０を定格回転速度に維持することが好ましい。

【0110】

停止前燃料切替モードにおいて、各弁が制御されると、ガス燃料の一部は、ガスエンジン２０に供給され、ガス燃料の残部は、燃料供給装置１０に供給される。燃料供給装置１０で生成した改質燃料は、ガスエンジン２０への分配比が次第に下げられる。ガスエンジン２０には、改質燃料の供給が停止されるまで、混合燃料が供給される。ガスエンジン２０への改質燃料の流量は、ガスエンジン２０に供給される改質燃料がガスエンジン２０内で全焼可能になるまで減少方向に制御される。一方、ガスエンジン２０へのガス燃料の流量は、改質燃料の流量と同期的に反対の増加方向に制御することができる。

【0111】

（停止モード）
停止モードは、ガス燃料の供給量を減らしてガスエンジン２０を停止し、ガスエンジン２０へのガス燃料の供給を停止する運転モードである。停止モードは、ガスエンジン２０への改質燃料の供給が停止された後に実行される（図３のＶ参照）。

【0112】

停止モードにおいて、ガス燃料供給弁４１は、開度が連続的に小さくなるように閉方向に制御される。ガス燃料供給弁４１は、ガスエンジン２０を停止した後に、全閉に制御される。改質燃料供給弁４２は、全閉に制御される。放出弁４３は、全開に制御される。

【0113】

停止モードにおいて、各弁が制御されると、ガス燃料は、ガスエンジン２０への供給量が次第に下げられる。燃料供給装置１０で生成した改質燃料は、ガスエンジンシステム１の外部に排出される。ガスエンジン２０には、ガス燃料の供給が停止されるまで、ガス燃料のみが供給される。ガスエンジン２０へのガス燃料の流量は、ガスエンジン２０内や配管内の改質燃料が消失し、ガス燃料の供給が停止されるまで減少方向に維持される。

【0114】

以上のガスエンジンシステム１によると、ガスエンジン２０の燃料が、定格運転時に、改質燃料に切り替えられるため、ガス燃料の全体としての消費量を抑制して、ガス燃料を節約することができる。改質燃料は、水素ガスを主成分としているため、ガス燃料と比較して１モル当たりの発熱量は低下するものの、燃焼速度が速いため、内燃機関の燃焼効率を向上させることができる。ガス燃料を水素改質した場合、供給される燃料の全重量に対して、ガスエンジン２０で生じる燃焼エネルギ（発熱量）の合計が増大することになり、水素改質しない場合と比較して、ガス燃料の単位供給量に対する燃焼エネルギ（発熱量）の合計が大きくなる。よって、以上のガスエンジンシステム１によると、燃焼効率が高い改質燃料を供給して内燃機関のエネルギ効率を向上させることができる。

【0115】

以上のガスエンジンシステム１によると、燃焼特性が劣っている旧型のガスエンジン２０を用いるような場合であっても、高い燃焼効率で運転することができるため、ガス燃料の節約やエネルギ変換効率の向上を図ることが可能である。例えば、燃焼性能が低い旧型のガスエンジンに対しては、水素の混合比を高くした燃焼速度が速いガス燃料を供給して、旧型のガスエンジンのエネルギ変換効率を、１０〜１５％程度向上させることもできる。

【0116】

また、以上のガスエンジンシステム１によると、起動後燃料切替モードが実行されるため、ガス燃料で確実に着火および定格回転速度への立ち上げを行った後に、改質燃料に切り替えることができる。また、定格速度モードが実行されるため、ガスエンジン２０の燃焼室に導入される水素が所定の濃度に到達したときに、ガス燃料の供給を停止することができる。ガス燃料の供給が適時に停止されるため、ガス燃料が節約される。また、停止前燃料切替モードが実行されるため、停止時のガスエンジン２０の燃焼室内で水素を確実に燃焼させて、燃焼室内に水素を残留させず運転を停止することができる。ガスエンジン２０の燃焼室内に水素が残留しないため、ガスエンジン２０の再起動を確実且つ速やかに行うことができる。

【0117】

図４は、ガスエンジンシステムに対する燃料供給装置の接続を示す図である。
図４に示すように、燃料供給装置１０は、ガス燃料を改質反応生成物と熱交換してから取り込むように接続することができる。また、燃料供給装置１０は、第３熱交換器１３０で改質反応生成物から分離した水と、ガスエンジン２０の排気ガスと、を過熱蒸気の生成に利用するように接続することができる。

【0118】

図４において、燃料供給装置１０の第１熱交換器１１０には、ガスエンジンシステム１の燃料分配路１４が接続されている。燃料分配路１４は、第１熱交換器１１０の胴部入口１１３に接続している。燃料分配路１４は、第１熱交換器１１０の胴部１１１内を通り、胴部出口１１４から第１混合部３１に接続している。

【0119】

また、燃料供給装置１０の第３熱交換器１３０には、冷媒保存庫３００が接続されている。冷媒保存庫３００は、液体冷媒を保存するための機器である。冷媒保存庫３００は、例えば、大気との熱交換を行う冷却塔、熱交換媒体との熱交換を行う熱交換器等に内蔵させて液体冷媒を冷却させることができる。

【0120】

冷媒保存庫３００の冷媒出口と、第３熱交換器１３０の熱交換室入口１３４との間には、冷媒供給路３１０が接続されている。第３熱交換器１３０の熱交換室出口１３５と、冷媒保存庫３００の冷媒入口との間には、冷媒返送路３２０が接続されている。冷媒保存庫３００に保存される液体冷媒は、冷媒保存庫３００と第３熱交換器１３０の熱交換室１３１Ｈとの間を循環的に流される。

【0121】

また、燃料供給装置１０の排水管２１０には、給水タンク（給水部）４００が接続されている。排水管２１０は、第３熱交換器１３０の貯留室１３１Ｃの底部と給水タンク４００との間を接続している。給水タンク４００は、改質反応生成物から分離された水を貯留するための容器である。

【0122】

給水タンク４００には、給水路４１０が接続されている。給水路４１０の他端には、過熱蒸気生成装置５００が接続されている。給水路４１０は、給水タンク４００に貯留されている貯留水を過熱蒸気生成装置５００に供給するための流路である。給水路４１０には、給水ポンプ４２０が設置されている。給水タンク４００に貯留される貯留水は、過熱蒸気の必要量に応じて、給水ポンプ４２０によって過熱蒸気生成装置５００に供給される。

【0123】

過熱蒸気生成装置５００は、水を加熱して過熱蒸気を生成する装置である。過熱蒸気生成装置５００には、排気ガス供給路４３０が接続されている。排気ガス供給路４３０は、ガスエンジン２０から排出された排気ガスを過熱蒸気生成装置５００に供給するための流路である。また、過熱蒸気生成装置５００には、一端が第１混合部３１に接続された蒸気供給路１５が接続されている。

【0124】

図４に示すガスエンジンシステム１において、燃料供給装置１０の第３熱交換器１３０は、貯留室１３１Ｃの底部と給水タンク４００との間を接続する排水管２１０と、排水管２１０上に設けられたドレン弁２３０と、を有している。貯留室１３１Ｃに溜まった貯留水は、ドレン弁２３０を開放することによって、給水タンク４００に流入するようになっている。

【0125】

また、図４に示すガスエンジンシステム１において、貯留室１３１Ｃは、排水管２１０に貯留水を排出するための液体出口１３８が、貯留室１３１Ｃの底部に設けられており、液化分離反応生成物を排出するための気体出口１３９が、貯留室１３１Ｃの上部に設けられている。また、第１水位検出器２３１が、貯留室１３１Ｃの底部に設けられており、第２水位検出器２３２が、第１水位検出器２３１よりも上方、且つ、気体出口１３９よりも下方に設けられている。

【0126】

図４に示すガスエンジンシステム１は、第１水位検出器２３１が貯留水の水位を検出しないとき、ドレン弁２３０を全閉に制御させることができる。一方、第１水位検出器２３２が貯留水の水位を検出したとき、ドレン弁２３０を全開に制御させることができる。ドレン弁２３０は、手動または自動で制御される。

【0127】

第１水位検出器２３１は、貯留室１３１Ｃの底部に設けられているため、改質反応生成物から分離された水分が、貯留室１３１Ｃ内に蓄積しているか否か、検出することができる。第１水位検出器２３１が貯留水の水位を検出しないときには、貯留水が貯留室１３１Ｃ内に蓄積していないため、ドレン弁２３０を全閉に制御し、閉鎖された第３熱交換器１３０内に水を確実に捕捉させることができる。

【0128】

一方、第２水位検出器２３２は、第１水位検出器２３１よりも上方、且つ、気体出口１３９よりも下方に設けられている。第２水位検出器２３２が貯留水の水位を検出したときには、ドレン弁２３０を全開に制御し、貯留室１３１Ｃ内の貯留水を給水タンク４００に移すことができる。

【0129】

図４に示すガスエンジンシステム１において、過熱蒸気生成装置５００は、給水タンク４００から供給される貯留水を、ガスエンジン２０から排出された排気ガスの廃熱で加熱して過熱蒸気を生成する。そして、過熱蒸気生成装置５００は、燃料供給装置１０に所定の温度に過熱された過熱蒸気を供給する。過熱蒸気生成装置５００としては、煙管ボイラ、直管式水管ボイラ、曲管式水管ボイラ、貫流ボイラ等の自然循環式または強制循環式の蒸気ボイラを用いることができる。過熱蒸気の温度は、例えば、２９０〜３００℃、好ましくは２９５℃である。

【0130】

改質ユニット１００は、第１熱交換器１１０から供給されるガス燃料と過熱蒸気生成装置５００から供給される過熱蒸気とを含む混合ガスを取り込み、ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを水蒸気改質して改質燃料となる改質反応生成物を生じる。第１熱交換器１１０から供給されるガス燃料は、第１熱交換器１１０における熱交換で予熱された後に、過熱蒸気生成装置５００から供給される過熱蒸気と混合される。

【0131】

第１熱交換器１１０は、改質ユニット１００から供給される改質反応生成物と、ガスエンジンシステム１の外部にあるガス燃料供給元から供給されるガス燃料との間で熱交換を行い、放熱した改質反応生成物と、予熱されたガス燃料と、を生じる。熱交換によって放熱した改質反応生成物は、第２熱交換器１２０に送られる。一方、熱交換によって受熱したガス燃料は、第１混合部３１を通じて供燃料供給装置１０に送られる。

【0132】

第１熱交換器１１０に対して改質ユニット１００から供給される改質反応生成物の温度は、例えば、２９０〜３００℃、好ましくは２９５℃である。ガス燃料供給元から供給されるガス燃料の温度は、例えば、５〜２５℃、好ましくは１５℃である。第１熱交換器１１０から排出される改質反応生成物の温度は、例えば、２２６〜２４６℃、好ましくは２３６℃である。第１熱交換器１１０から排出されるガス燃料の温度は、例えば、２６０〜２８０℃、好ましくは２７０℃である。

【0133】

第２熱交換器１２０は、第１熱交換器１１０から供給される改質反応生成物と、第３熱交換器１３０から供給される液化分離反応生成物との間で熱交換を行い、放熱した改質反応生成物と、再加熱された改質燃料と、を生じる。熱交換によって放熱した改質反応生成物は、第３熱交換器１３０に送られる。一方、改質燃料は、ガスエンジン２０に送られる。

【0134】

第２熱交換器１２０に対して第１熱交換器１１０から供給される改質反応生成物の温度は、例えば、２２６〜２４６℃、好ましくは２３６℃である。第３熱交換器１３０から供給される液化分離反応生成物の温度は、例えば、２５〜４５℃、好ましくは３５℃である。第２熱交換器１２０から排出される改質反応生成物の温度は、例えば、２２４．５〜２４４.５℃、好ましくは２３４．５℃である。第２熱交換器１２０から排出される改質燃料の温度は、例えば、３０〜４０℃、好ましくは４０℃である。改質燃料の相対湿度は、内燃機関で許容可能な最高相対湿度以下であり、８０％以下である。

【0135】

第３熱交換器１３０は、第２熱交換器１２０から供給される改質反応生成物と、液体冷媒保存庫３００から供給される液体冷媒との間で熱交換を行い、改質反応生成物に含まれる蒸気を冷却して液化分離し、受熱した液体冷媒と、蒸気が液化分離した水と、含水量が低下した液化分離反応生成物と、を生じる。熱交換によって受熱した液体冷媒は、冷媒保存庫３００に返送される。また、液化分離した水は、排水管２１０および給水路４１０を通じて過熱蒸気生成装置５００に送られる。一方、液化分離反応生成物は、排気管２２０を通じて第２熱交換器１２０に送られる。

【0136】

第３熱交換器１３０に対して第２熱交換器１２０から供給される改質反応生成物の温度は、例えば、２２４．５〜２４４.５℃、好ましくは２３４．５℃である。液体冷媒保存庫３００から供給される液体冷媒の温度は、例えば、２７〜３７℃、好ましくは３２℃である。第３熱交換器１３０から排出される液体冷媒の温度は、例えば、３７〜４７℃、好ましくは４２℃である。第３熱交換器１３０から排出される液化分離反応生成物の温度は、例えば、２５〜３５℃、好ましくは３５℃である。

【0137】

以上のガスエンジンシステム１に対する燃料供給装置１０の接続によると、改質燃料の原料であるガス燃料が、第１熱交換器１１０における改質反応生成物との熱交換で予熱されてから改質ユニット１００に取り込まれる。そのため、改質反応生成物の熱を改質反応に利用することができる。また、改質燃料の原料である過熱蒸気を、第３熱交換器１３０で液化分離させた水と、ガスエンジン２０の排気ガスとを利用して生成させることができる。水が循環的に再利用されるだけでなく、排気ガスの廃熱が利用されるため、ガスエンジンシステム１の全体としての熱効率を高くすることができる。過熱蒸気生成装置５００において生成される過熱蒸気の温度は、ガスエンジン２０の性能に依存する。

【0138】

以上、本発明に係る燃料供給装置およびガスエンジンシステムの実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0139】

１ ガスエンジンシステム
１０ 燃料供給装置
１１ 第１燃料供給路
１２ 第２燃料供給路
１３ 第３燃料供給路
１４ 燃料分配路
１５ 蒸気供給路
１６ 混合ガス供給路
１７ 第１改質燃料移送路
１８ 第２改質燃料移送路
１９ 改質燃料排出路
２０ ガスエンジン
２１ 第１分配部
２２ 第２分配部（燃料分配部）
３１ 第１混合部
３２ 第２混合部（燃料混合部）
４１ ガス燃料供給弁
４２ 改質燃料供給弁
４３ 放出弁
４４ 調速弁
１００ 改質ユニット
１０１ 主取込管（取込路）
１０２ ヘッダ器（取込路）
１０３ 取込側細管（取込路）
１０４ 調節弁
１０５ 改質器
１０６ 排出側細管（排出路）
１０７ 主排出管（排出路）
１１０ 第１熱交換器（熱交換ユニット，第１熱交換部）
１１１ 胴部
１１２ 細管
１１３ 胴部入口
１１４ 胴部出口
１１５ 細管入口
１１６ 細管出口
１２０ 第２熱交換器（熱交換ユニット，第２熱交換部）
１２１ 内筒
１２２ 外筒
１２３ 内筒入口
１２４ 内筒出口
１２５ 外筒入口
１２６ 外筒出口
１３０ 第３熱交換器（熱交換ユニット，第３熱交換部）
１３１ 胴部
１３１Ｈ 熱交換室
１３１Ｃ 貯留室
１３２ シール部材
１３３ 細管
１３４ 熱交換室入口
１３５ 熱交換室出口
１３６ 細管入口
１３７ 細管出口
１３８ 液体出口
１３９ 気体出口
２３１ 第１水位検出器
２３２ 第２水位検出器
２１０ 排水管
２２０ 排気管
２３０ ドレン弁
３００ 冷媒保存庫
３１０ 冷媒供給路
３２０ 冷媒返送路
４００ 給水タンク（給水部）
４１０ 給水路
４２０ 給水ポンプ
４３０ 排気ガス供給路
５００ 過熱蒸気生成装置

【要約】

【課題】燃焼効率が高い改質燃料を供給して内燃機関のエネルギ効率を向上させることができる燃料供給装置、および、これを備えたガスエンジンシステムを提供する。
【解決手段】燃料供給装置１０は、ガス燃料の単位供給量に対する内燃機関の燃焼効率を改質燃料の供給によって向上させるものであって、ガス燃料と過熱蒸気とを含む混合ガスを取り込み、改質燃料となる反応生成物を生成する改質ユニットを備え、改質ユニットは、改質能力が内燃機関の燃焼特性に応じて調整される。ガスエンジンシステム１は、ガスエンジンの起動カーブに応じて燃料が切り替えられるものであって、燃料供給装置１０とガスエンジン２０とを備え、ガス燃料の供給を開始してガスエンジン２０を起動する起動モードと、ガス燃料の供給量を減らすと共に改質燃料の供給量を増やしながらガスエンジン２０を運転する燃料切替モードと、改質燃料でガスエンジン２０を運転する定格速度モードとを有する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】