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課題

燃料改質反応簡易な構造の反応器で行うことが可能な燃料改質エンジンステム及びその運転方法を提供する。

解決手段

燃料改質エンジンシステムSは、エンジン1と、含水燃料を改質して改質ガスを生成する反応器2と、含水燃料と改質ガスとの間で熱交換を行って含水燃料を昇温させると共に改質ガスを降温させる第1熱交換器3と、第1熱交換器3において熱交換した含水燃料と排気ガスとの間で熱交換を行う第2熱交換器4と、改質ガスから水を分離する分離装置7と、改質ガスをエンジン1の燃焼室に供給する改質ガス供給装置101とを備える。燃料改質エンジンシステムの運転方法は、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。

概要

背景

近年、石油系燃料代替する代替燃料として、バイオ燃料が普及しつつある。バイオ燃料は、カーボンニュートラル燃料として扱われ、石油系燃料に代替してCO2を削減できるので、エンジン燃料をはじめとして各種の用途で利用が進められている。バイオ燃料は、一般に、サトウキビとうもろこし、米・稲、有機系廃棄物等を原料とし、糖化工程、発酵工程、蒸留工程、脱水工程等を経て製造されている。

バイオマスエタノールは、エンジン燃料として利用する場合、濃度を99.5質量%以上程度まで濃縮して使用するのが一般的である。例えば、原料を糖化及び発酵させることによって、濃度が7質量%程度の含水エタノールを生成し、含水エタノールを蒸留及び脱水することによって、濃度が99.5質量%程度の高濃度のバイオマスエタノールが得られている。

現在、含水量が少ない高濃度のバイオ燃料を製造するにあたっては、蒸留工程や脱水工程において多大なエネルギを要しており、製造工程に要する全エネルギの25%ほどを費やしている。これに対して、蒸留工程や脱水工程を簡略化することができれば、燃料の製造コストが安くなり、代替燃料として更なる普及を見込めるものの、熱効率の点では不利になる。

そこで、蒸留工程や脱水工程を簡略化して製造可能な含水燃料の熱効率を高めるために、含水燃料を改質して水素を生成し、水素を含む改質ガスを燃料として利用する燃料改質技術が開発されている。燃料を改質して水素を生成する改質反応は、吸熱反応である。そのため、改質反応を行う反応部は、多くの場合、エンジン等からの排気熱が供給される構成とされている。

例えば、特許文献1には、エンジン42に設けられた排気通路60に排気触媒64が設けられており、改質触媒64によって改質原料から生成した改質ガスをエンジンのシリンダ内噴射する構成の改質ガスエンジンシステムについて開示されている。また、特許文献2には、エンジン1の排気ガス暖機される改質器2に、排気ガスと原料のエタノール水溶液との二流体を供給して反応させる構成のエタノールエンジンシステムについて開示されている。

概要

燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能な燃料改質エンジンステム及びその運転方法を提供する。燃料改質エンジンシステムSは、エンジン1と、含水燃料を改質して改質ガスを生成する反応器2と、含水燃料と改質ガスとの間で熱交換を行って含水燃料を昇温させると共に改質ガスを降温させる第1熱交換器3と、第1熱交換器3において熱交換した含水燃料と排気ガスとの間で熱交換を行う第2熱交換器4と、改質ガスから水を分離する分離装置7と、改質ガスをエンジン1の燃焼室に供給する改質ガス供給装置101とを備える。燃料改質エンジンシステムの運転方法は、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。

目的

本発明は、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能な燃料改質エンジンシステム及びその運転方法を提供する

効果

実績

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請求項1

改質ガス燃料として作動可能エンジンと、含水燃料を改質して前記改質ガスを生成する反応器と、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料と生成された前記改質ガスとの間で熱交換を行って前記含水燃料を昇温させると共に前記改質ガスを降温させる第1熱交換器と、前記第1熱交換器において熱交換した前記含水燃料とエンジンから排気された排気ガスとの間で熱交換を行って前記含水燃料を昇温させる第2熱交換器と、降温した前記改質ガスから水を分離する分離装置と、前記水が分離された前記改質ガスを前記エンジンの燃焼室に供給する改質ガス供給装置と、を備えた燃料改質エンジンステム

請求項2

請求項1において、前記含水燃料を前記第1熱交換器に供給する第1燃料供給装置と、前記第1燃料供給装置による前記含水燃料の供給量を制御する第1制御部と、を更に備え、前記第1制御部は、前記反応器の温度が予め設定された下限温度以下となったとき、前記含水燃料の供給量を減量し、前記反応器の温度が予め設定された上限温度以上となったとき、前記含水燃料の供給量を増量する燃料改質エンジンシステム。

請求項3

請求項1において、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料の一部と前記エンジンを冷却する冷却液との間で熱交換を行って前記含水燃料の一部を昇温させる第3熱交換器を更に備え、前記第3熱交換器が有する前記含水燃料の流路は、前記第2熱交換器を介して前記反応器に繋がっている燃料改質エンジンシステム。

請求項4

請求項3において、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料の一部を前記第3熱交換器に供給する第2燃料供給装置と、前記第2燃料供給装置による前記含水燃料の供給量を制御する第2制御部と、を更に備え、前記第2制御部は、前記エンジンにおける前記冷却液の出口温度が予め設定された下限温度以下となったとき、前記含水燃料の供給量を減量し、前記エンジンにおける前記冷却液の出口温度が予め設定された上限温度以上となったとき、前記含水燃料の供給量を増量する燃料改質エンジンシステム。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれか一項において、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料の一部と前記第2熱交換器において熱交換した前記排気ガスとの間で熱交換を行って前記含水燃料の一部を昇温させる第4熱交換器を更に備え、前記第4熱交換器が有する前記含水燃料の流路は、前記第2熱交換器を介して前記反応器に繋がっている燃料改質エンジンシステム。

請求項6

請求項5において、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料の一部を前記第4熱交換器に供給する第3燃料供給装置と、前記第3燃料供給装置による前記含水燃料の供給量を制御する第3制御部と、を更に備え、前記第3制御部は、前記第2熱交換器において熱交換した前記排気ガスの温度が予め設定された下限温度以下となったとき、前記含水燃料の供給量を減量し、前記第2熱交換器において熱交換した前記排気ガス温度が予め設定された上限温度以上となったとき、前記含水燃料の供給量を増量する燃料改質エンジンシステム。

請求項7

請求項1において、前記分離装置から前記改質ガス供給装置に向けて供給される前記改質ガスの流路に、前記流路を自在に大気開放可能な圧力開放装置を更に備えた燃料改質エンジンシステム。

請求項8

請求項1において、前記分離装置において前記改質ガスから分離された前記水を、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料に供給する第1水供給装置を更に備え、前記含水燃料は、前記改質ガスから分離された前記水と混合されて濃度が調整される燃料改質エンジンシステム。

請求項9

請求項1において、前記分離装置において前記改質ガスから分離された前記水を、前記反応器に向けて供給される無水燃料に供給する第2水供給装置を更に備え、前記含水燃料は、前記改質ガスから分離された前記水と前記無水燃料とが混合されて生成される燃料改質エンジンシステム。

請求項10

請求項1において、前記分離装置は、改質ガスから分離された水を送水可能な管路を介してバイオマス糖化する糖化槽又はバイオマスを発酵させる発酵槽と接続され、前記含水燃料は、前記水を利用して前記糖化槽又は前記発酵槽において生産される燃料改質エンジンシステム。

請求項11

請求項1において、前記反応器は、前記含水燃料を含んでなる流体のみが流入する一流体型の反応器であり、前記含水燃料を加熱する加熱機構具備しない反応器である燃料改質エンジンシステム。

請求項12

請求項1において、前記含水燃料は、濃度が10質量%以下の含水エタノールである燃料改質エンジンシステム。

請求項13

改質ガスを燃料として作動可能なエンジンと、含水燃料を改質して前記改質ガスを生成する反応器と、を備えた燃料改質エンジンシステムにおいて、前記含水燃料と前記改質ガスとの熱交換、及び、前記含水燃料と前記エンジンから排気された排気ガスとの熱交換によって前記含水燃料を昇温し、前記含水燃料を前記熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した前記改質ガスを燃料として前記エンジンを作動させる燃料改質エンジンシステムの運転方法

技術分野

0001

本発明は、含水燃料エンジン排気熱を利用して改質し、改質されて生成した改質ガスをエンジンの燃料として用いる燃料改質エンジンステム及びその運転方法に関する。

背景技術

0002

近年、石油系燃料代替する代替燃料として、バイオ燃料が普及しつつある。バイオ燃料は、カーボンニュートラルな燃料として扱われ、石油系燃料に代替してCO2を削減できるので、エンジン燃料をはじめとして各種の用途で利用が進められている。バイオ燃料は、一般に、サトウキビとうもろこし、米・稲、有機系廃棄物等を原料とし、糖化工程、発酵工程、蒸留工程、脱水工程等を経て製造されている。

0003

バイオマスエタノールは、エンジン燃料として利用する場合、濃度を99.5質量%以上程度まで濃縮して使用するのが一般的である。例えば、原料を糖化及び発酵させることによって、濃度が7質量%程度の含水エタノールを生成し、含水エタノールを蒸留及び脱水することによって、濃度が99.5質量%程度の高濃度のバイオマスエタノールが得られている。

0004

現在、含水量が少ない高濃度のバイオ燃料を製造するにあたっては、蒸留工程や脱水工程において多大なエネルギを要しており、製造工程に要する全エネルギの25%ほどを費やしている。これに対して、蒸留工程や脱水工程を簡略化することができれば、燃料の製造コストが安くなり、代替燃料として更なる普及を見込めるものの、熱効率の点では不利になる。

0005

そこで、蒸留工程や脱水工程を簡略化して製造可能な含水燃料の熱効率を高めるために、含水燃料を改質して水素を生成し、水素を含む改質ガスを燃料として利用する燃料改質技術が開発されている。燃料を改質して水素を生成する改質反応は、吸熱反応である。そのため、改質反応を行う反応部は、多くの場合、エンジン等からの排気熱が供給される構成とされている。

0006

例えば、特許文献1には、エンジン42に設けられた排気通路60に排気触媒64が設けられており、改質触媒64によって改質原料から生成した改質ガスをエンジンのシリンダ内噴射する構成の改質ガスエンジンシステムについて開示されている。また、特許文献2には、エンジン1の排気ガス暖機される改質器2に、排気ガスと原料のエタノール水溶液との二流体を供給して反応させる構成のエタノールエンジンシステムについて開示されている。

先行技術

0007

特開2009−228610号公報
特開2015−218676号公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1に記載されたエンジンシステムは、燃料の改質反応を行う反応部が、エンジンの排気通路に設置された熱交換器と一体とされている。また、特許文献2に記載されたエンジンシステムは、燃料の改質反応を行う反応部に、燃料と排気ガスとの二流体を流す構成とされている。すなわち、特許文献1や特許文献2に記載されたエンジンシステムは、燃料と排気ガスとの二流体の間で熱交換させながら、熱交換の進行と併せて改質反応を進める構成である。

0009

しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載されたエンジンシステムの構成では、燃料の改質反応を行う反応部の構造が複雑化するという課題がある。例えば、改質触媒を熱交換器によって加熱する構成の反応部や、燃料と排気ガスの二流体が流される構成の反応部は、二重管構造等を採るために溶接箇所が多くなったり、構造が容易に大型化したりするので、エンジンシステムの製造コストが高くなる虞が高い。

0010

また、特許文献1や特許文献2に記載されたエンジンシステムの構成では、燃料の改質反応を行う反応部の設計が制約され易いという課題がある。例えば、改質触媒を熱交換器によって加熱する構成の反応部や、燃料と排気ガスの二流体が流される構成の反応部は、エンジンからの排気熱を安定して供給可能な位置に設置しなければならない。また、設置のために広い空間を確保しなければならない。

0011

また、燃料の改質反応を行う反応部が、エンジンの排気通路に設置された熱交換器と一体とされている構成では、熱交換能力を向上させる要求が生じた場合に、反応部を大型化又は複雑化せざるを得ず、簡易な構造に留めることが困難である。そのため、製造コストが増大し易いし、エンジンシステムの全体としての熱効率が低くなる虞が高い。熱効率に関しては、簡易な構造の反応器で、外部から熱を供給すること無く、燃料に予め与えておいた自己熱によって含水燃料を改質することが可能な構成が有利であるといえる。

0012

そこで、本発明は、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能な燃料改質エンジンシステム及びその運転方法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

0013

前記課題を解決するために本発明に係る燃料改質エンジンシステムは、改質ガスを燃料として作動可能なエンジンと、含水燃料を改質して前記改質ガスを生成する反応器と、前記反応器に向けて供給される前記含水燃料と生成された前記改質ガスとの間で熱交換を行って前記含水燃料を昇温させると共に前記改質ガスを降温させる第1熱交換器と、前記第1熱交換器において熱交換した前記含水燃料とエンジンから排気された排気ガスとの間で熱交換を行って前記含水燃料を昇温させる第2熱交換器と、降温した前記改質ガスから水を分離する分離装置と、前記水が分離された前記改質ガスを前記エンジンの燃焼室に供給する改質ガス供給装置と、を備える。

0014

また、本発明に係る燃料改質エンジンシステムの運転方法は、前記の燃料改質エンジンシステムにおいて、前記含水燃料と前記改質ガスとの熱交換、及び、前記含水燃料と前記エンジンから排気された排気ガスとの熱交換によって前記含水燃料を昇温し、前記含水燃料を前記熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した前記改質ガスを燃料として前記エンジンを作動させる。

発明の効果

0015

本発明によれば、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能な燃料改質エンジンシステム及びその運転方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の第1実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図。
燃料改質エンジンシステムに備えられる予混合火花点火エンジンを模式的に示す断面図。
燃料改質エンジンシステムに備えられる直噴式火花点火エンジンを模式的に示す断面図。
燃料改質エンジンシステムに備えられるディーゼルエンジンを模式的に示す断面図。
含水エタノールの濃度と改質反応に必要な温度との関係を示す図。
流体型の反応器を模式的に示す断面図。
二流体型の反応器を模式的に示す断面図。
燃料改質エンジンシステムの制御部が実行する一処理例を示すフロー図。
本発明の第2実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図。
燃料改質エンジンシステムの制御部が実行する一処理例を示すフロー図。
本発明の第3実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図。
本発明の第4実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図。
本発明の第5実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図。

実施例

0017

[第1実施形態]
はじめに、本発明の第1実施形態に係る燃料改質エンジンシステム及びその運転方法について説明する。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、重複した説明を省略する。なお、以下の各図において、実線矢印は、含水燃料、改質ガス又はエンジン燃料が通流可能な管路及びその流れ方向を表している。また、破線矢印は、計測や制御の伝送のための信号線を表している。

0018

図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図である。
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る燃料改質エンジンシステムSは、エンジン1と、反応器2と、第1熱交換器3と、第2熱交換器4と、含水燃料供給装置(第1燃料供給装置)5と、含水燃料タンク6と、分離装置7と、制御部8と、エンジン燃料タンク9と、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102と、圧力開放装置201と、温度センサT1,T2,T3と、を備えている。

0019

燃料改質エンジンシステムSは、内燃機関であるエンジン1の動力を利用するための装置であり、例えば、分散型電源用、定置電源用等の発電機や、車両、鉄道船舶建設機械等の動力源等として利用される。

0020

燃料改質エンジンシステムSは、含水燃料の改質反応を行う反応器2に対して、第1熱交換器3及び第2熱交換器4のそれぞれにおいて熱交換を行った含水燃料を供給する構成とされている。含水燃料は、第1熱交換器3における熱交換及び第2熱交換器4における熱交換によって昇温し、改質反応に必要な熱を蓄える。そして、エンジン1の排気系(排気管14)から離隔して別体として設けられた反応器2において、含水燃料が改質され、水素や水蒸気等が混合した状態の改質ガスが生成される。生成した高温の改質ガスは、第1熱交換器3における熱交換によって降温した後、分離装置7において水や未反応成分分離除去されてから、エンジン1の燃焼室に供給される。

0021

<エンジン>
エンジン1は、含水燃料を改質して得られる改質ガスや、ガソリン等の石油系燃料に代表される予め精製された無水燃料(エンジン燃料)のうちの少なくとも一方を燃料として作動可能である。エンジン1は、改質ガス供給装置101によって改質ガスが供給され、エンジン燃料供給装置102によってエンジン燃料タンク9からエンジン燃料が供給されるようになっており、供給された燃料のエネルギを動力に変換する。

0022

エンジン1は、単一台のエンジンによって構成されてもよいし、複数台のエンジンによって構成されてもよい。また、一台のエンジン当たり、任意の個数気筒が備えられていてよい。図1に示すように、単一台又は複数台備えられるエンジンの排気管14(図2〜4参照)の一部又は全部の下流に、単一台又は複数台の第2熱交換器4が設置された排気管14が設けられ、エンジン1における燃焼で生じた排気ガスが排気されるように構成される。

0023

エンジン1は、燃焼の機構が制限されるものではない。エンジン1としては、例えば、火花点火エンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジン等の各種の内燃機関を適用することが可能である。エンジン1における燃料の供給の方式は、直噴式であってもよいし、予混合式であってもよい。

0024

図2は、燃料改質エンジンシステムに備えられる予混合式火花点火エンジンを模式的に示す断面図である。また、図3は、燃料改質エンジンシステムに備えられる直噴式火花点火エンジンを模式的に示す断面図である。また、図4は、燃料改質エンジンシステムに備えられるディーゼルエンジンを模式的に示す断面図である。
図2図3及び図4においては、燃料改質エンジンシステムに備えることが可能なエンジンのシリンダ近傍の構造を模式的に示している。

0025

図2図3及び図4に示すように、予混合式火花点火エンジン1A、直噴式火花点火エンジン1B、及び、ディーゼルエンジン1Cのそれぞれは、シリンダ10と、ピストン11と、吸気管13と、吸気バルブ13aと、排気管14と、排気バルブ14aと、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102と、を備えて構成される。また、予混合式火花点火エンジン1A、及び、直噴式火花点火エンジン1Bは、点火プラグ15を更に備える。

0026

予混合式火花点火エンジン1A、直噴式火花点火エンジン1B、及び、ディーゼルエンジン1Cのそれぞれにおいて、シリンダ10には、ピストン11が往復動可能な状態で収容され、シリンダ10とピストン11と不図示のシリンダヘッドとに囲まれて燃焼室12が形成されている。

0027

吸気管13は、燃焼室12に開口した吸気ポートに接続されており、空気又は混合気を燃焼室12に吸気するための管路を形成している。吸気ポートには、吸気管13を開閉自在な吸気バルブ13aが備えられ、燃焼行程にしたがって開閉するようになっている。一方、排気管14は、燃焼室12に開口した排気ポートに接続されており、燃料の燃焼により生じた排気ガスを排気するための管路を形成している。排気ポートには、排気管14を開閉自在な排気バルブ14aが備えられ、燃焼行程にしたがって開閉するようになっている。

0028

シリンダ10は、例えば、鋳鉄アルミ合金等で形成される。シリンダ10のシリンダライナとしては、鋳鉄、炭素鋼等の他に、断熱性に優れるセラミックを用いてもよい。また、ピストン11は、熱伝導率が低い材料で形成することが好ましく、Mg合金ダクタイル鋳鉄、SUS304等が好適に用いられる。ピストン10のピストンヘッドは、ジルコニア等のセラミック製のコーティングが形成されていてもよい。

0029

シリンダ10やピストン11を、熱伝導率が低く、断熱性が高い遮熱構造とすると、エンジン1の冷却損失が低減されるので、エンジン1の仕事量と排気熱とが増大する。そのため、排気ガスとの熱交換によって回収される熱量も増大し、含水燃料を熱交換による自己熱のみで改質して得られる改質ガスの最大量を高くすることができる。

0030

図2に示すように、予混合式火花点火エンジン1Aにおいては、吸気管13の吸気ポートの近傍に、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102とが取り付けられ、燃焼室12の内壁に、点火プラグ15が取り付けられている。

0031

また、図3に示すように、直噴式火花点火エンジン1Bにおいては、吸気管13の吸気ポートの近傍に、改質ガス供給装置101が取り付けられ、燃焼室12の内壁に、エンジン燃料供給装置102と、点火プラグ15とが取り付けられている。

0032

また、図4に示すように、ディーゼルエンジン1Cにおいては、吸気管13の吸気ポートの近傍に、改質ガス供給装置101が取り付けられ、燃焼室12の内壁に、エンジン燃料供給装置102が取り付けられている。

0033

改質ガス供給装置101は、後記するように含水燃料を改質して得られる改質ガスを、制御された所定量及び噴射間隔で噴射し、エンジン1の燃焼室12に供給する。噴射された改質ガスは、吸気管13に吸気された空気に混合されて混合気となり、吸気行程において燃焼室12に吸入されて燃焼する。図1に示すように、改質ガス供給装置101は、反応器2の出口に接続された分離装置7から改質ガスの供給を受けるようになっている。

0034

エンジン燃料供給装置102は、エンジン燃料を、制御された所定量及び噴射間隔で噴射し、エンジン1の燃焼室12に供給する。エンジン燃料は、予混合式火花点火エンジン1Aにおいては、吸気管13に噴射され、直噴式火花点火エンジン1B及びディーゼルエンジン1Cにおいては、燃焼室12に直接噴射されて燃焼する。図1に示すように、エンジン燃料供給装置102は、エンジン燃料タンク9からエンジン燃料の供給を受けるようになっている。

0035

改質ガス供給装置101やエンジン燃料供給装置102としては、例えば、インジェクタキャブレータ噴射ポンプ等が用いられる。改質ガスやエンジン燃料については、コンプレッサ等で加圧された状態で供給されるようにしてもよい。

0036

点火プラグ15は、シリンダヘッドから燃焼室12に貫通しており、燃焼サイクルにしたがって燃焼室12の燃料に点火する。改質ガス供給装置101やエンジン燃料供給装置102によって噴射された改質ガスやエンジン燃料は、吸気された空気と混合され、燃焼室12でピストン11によって圧縮されると、点火プラグ15により着火されて燃焼し、ピストン11を押し下げ仕事をする。その後、燃料の燃焼により生じた排気ガスが、ピストン11の動作により燃焼室12から排出され、排気管14を通じて第2熱交換器4(図1参照)に導入される。

0037

<エンジン燃料タンク>
エンジン燃料タンク9は、予め精製された無水燃料(エンジン燃料)を貯留する。エンジン燃料としては、例えば、ガソリン、エタノール混合ガソリン天然ガス軽油、バイオマスエタノール、バイオディーゼルメタン、水素等が用いられる。

0038

<含水燃料タンク>
含水燃料タンク6は、水分を含んだ状態の含水燃料を貯留する。含水燃料としては、例えば、バイオマスエタノール等の含水エタノールや、含水した状態のガソリン、エタノール混合ガソリン、天然ガス、バイオディーゼル、メタン等が用いられる。

0039

<含水燃料供給装置>
含水燃料供給装置5は、含水燃料タンク6と第1熱交換器3の受熱側流路とを接続する流路に備えられている。含水燃料供給装置5は、含水燃料タンク6に貯留されている含水燃料を、制御された所定量で反応器2に供給する。含水燃料供給装置5としては、例えば、インジェクタ、ポンプ等が用いられる。

0040

<熱交換器>
熱交換器としては、図1に示すように、排気管14とは別体として設けられた第1熱交換器3と、排気管14と一体として設けられた第2熱交換器4と、が備えられている。第1熱交換器3や第2熱交換器4は、例えば、シェルアンドチューブ型プレート型フィンチューブ型等の適宜の形式の熱交換器とされる。

0041

第1熱交換器3は、含水燃料が通流する受熱側流路を有しており、受熱側流路の一端側が含水燃料供給装置5、他端側が第2熱交換器4の受熱側流路に接続されている。また、第1熱交換器3は、改質ガスが通流する放熱側流路を有しており、放熱側流路の一端側が反応器2の出口、他端側が分離装置7の入口に接続されている。

0042

第1熱交換器3は、含水燃料供給装置5によって反応器2に向けて供給される含水燃料と反応器2で生成された改質ガスとの間で熱交換を行って含水燃料を昇温させると共に改質ガスを降温させる。第1熱交換器3によって、改質ガスが有する熱が含水燃料に与えられ、自己熱が含水燃料に蓄えられる一方、改質ガスに含まれる蒸気凝縮され易くなる。

0043

第2熱交換器4は、含水燃料が通流する受熱側流路を有しており、受熱側流路の一端側が第1熱交換器3、他端側が反応器2の入口に接続されている。また、第2熱交換器4は、エンジン1からの排気ガスが通流する排気管14に接続された放熱側流路を有しており、放熱側流路の一端側がエンジン1の燃焼室側、他端側が排気管14の終端側に接続されている。

0044

第2熱交換器4は、第1熱交換器3において熱交換した含水燃料とエンジン1から排気された排気ガスとの間で熱交換を行って含水燃料を更に昇温させる。第2熱交換器4によって、排気ガスが有する排気熱が含水燃料に与えられ、改質反応に必要な自己熱が含水燃料に蓄えられる。このような構成にすることで、排気管に搭載した第2熱交換器4のみでは困難な温度まで含水燃料を昇温できることから、エンジン1に供給する改質ガス量を増大させることができる。また、高温の改質ガスの熱を含水燃料の昇温に用いることで、排気熱を有効に燃料改質に用いることができる。これにより、エンジン排ガス排熱回収量の増大と改質ガス量の増量によりエンジン熱効率の向上が期待できる。

0045

第1熱交換器3や第2熱交換器4は、含水燃料が通流する受熱側流路の出口に、受熱側流路の内圧を加圧する圧力調整弁を設けてもよい。熱交換器に圧力調整弁を設けると、含水燃料が通流する受熱側流路の運転圧力を上昇させることが可能となるので、受熱側流路における境膜伝熱係数を高めることができる。その結果、熱交換器における交換熱量が増大し、伝熱面積が小さい小型の熱交換器であっても、改質反応に必要な自己熱を効率的に含水燃料に蓄えることが可能となる。

0046

第1熱交換器3や第2熱交換器4は、断熱体で覆われた状態とされることが好ましい。断熱体としては、例えば、発泡樹脂グラスウールロックウール等の断熱材によって形成された断熱カバー断熱ジャケット等が挙げられる。熱交換器を断熱体で覆うことにより、放熱による熱損失が低減され、改質反応に必要な自己熱を確実に含水燃料に蓄えることが可能となる。また、燃料改質エンジンシステムSの全体としての熱効率も改善することができる。

0047

第1熱交換器3や第2熱交換器4は、単一台の熱交換器によって構成されてもよいし、複数台の熱交換器によって構成されてもよい。複数台備えられる熱交換器の配列は、直列状であってもよいし、並列状であってもよい。

0048

<反応器>
反応器2は、供給される含水燃料を改質反応により改質し、水素を含んでなる改質ガスを生成する。含水燃料が含水エタノール、すなわちエタノール水溶液である場合、エタノール水溶液の蒸気による改質反応は、次の式(1)及び式(2)で表される。
C2H5OH+3H2O → 2CO2 + 6H2 − 217kJ ・・・式(1)
C2H5OH+ H2O → 2CO + 4H2 − 298kJ ・・・式(2)

0049

前記の式(1)及び式(2)で表される改質反応は、いずれも吸熱反応である。そのため、含水エタノールを改質するにあたっては、反応系に熱を与える必要がある。しかしながら、含水エタノール等の含水燃料は、熱容量が高く、改質反応に関与しない水を高い割合で含んでいるため、改質反応に必要な熱を自己熱として予め蓄えさせることができる。すなわち、改質反応に必要な自己熱を蓄えた含水燃料を反応器2に導入することにより、外部から熱を供給すること無く、含水燃料を改質することが可能となる。

0050

図5は、含水エタノールの濃度と改質反応に必要な温度との関係を示す図である。
図5において、横軸は、含水燃料の濃度、すなわち含水エタノールのエタノール濃度縦軸は、含水エタノールを自己熱のみで改質するのに必要となる必要温度である。なお、図5は、含水エタノールの改質反応が前記の式(1)のみであると仮定したときの必要温度を示したものである。

0051

図5に示すように、含水エタノールを改質する場合、エタノール濃度が低いほど熱容量が高い水の割合が高くなるため、改質反応の必要温度は低温となる。含水エタノールの改質反応が前記の式(1)のみであると仮定したとき、反応器2の出口温度を300℃と仮定すると、含水エタノールのエタノール濃度が10質量%である場合、反応器2の入口温度は481℃必要となる。通常、エンジン1から排気される排気ガスの温度は、600℃程度であり、第2熱交換器4においては、含水燃料を500℃程度まで確実に昇温させることが可能であるので、図5に示す関係から、含水エタノールのエタノール濃度は17質量%程度以下を改質することが可能であり、10質量%程度以下の濃度の含水エタノールをより確実に改質することができることになる。

0052

したがって、含水燃料の濃度は、好ましくは60質量%未満、より好ましくは46質量%以下、さらに好ましくは17質量%以下とされる。含水燃料は、濃度が低いほど、低コストで製造が可能であるし、改質触媒にカーボン析出して転化率が低下することも防止できる。また、濃度が60質量%未満であれば、含水エタノール等は消防法危険物に該当しないため、貯蔵量の制限や取り扱いの制約を避けることができる。また、濃度が46質量%以下であれば、含水エタノールの改質反応が式(1)のみであると仮定したとき、エタノールと水とが量論比で反応することにより未反応成分が残留するのを抑制することができる。また、濃度が17質量%以下であれば、エンジン1から排気される排気ガスの温度が600℃以下であると仮定したとき、改質反応に必要な自己熱を確実に蓄えることが可能である。

0053

図6Aは、一流体型の反応器を模式的に示す断面図である。また、図6Bは、二流体型の反応器を模式的に示す断面図である。
図6Aに示すように、反応器2は、含水燃料を含んでなる流体(気体)のみが流入する一流体型の反応器とされる。一流体型の反応器2は、含水燃料を加熱する加熱機構具備しない反応器であり、熱交換器3,4とは別体として設けられており、筒状の反応セル21と、反応セル21に保持された触媒層27と、を有している。一流体型の反応器2では、含水燃料は、反応セル21に流入し、触媒層27に担持された改質触媒に触媒され、自己熱を利用して改質反応する。そして、改質反応により生成した改質ガスが、反応セル21から流出する。

0054

一方、図6Bに示すように、従来、改質反応に用いられている二流体型の反応器2aは、エンジンに接続された排気管と一体として設けられた筒状のケーシング21aと、ケーシング21aに収容された多管反応セル21bと、多管反応セル21bに保持された触媒層27と、を有している。二流体型の反応器2aでは、エンジンから排気された排気ガスが、ケーシング21aに流される。含水燃料は、多管反応セル21bに流入し、ケーシング21aに流される排気ガスと熱交換して受熱しながら、触媒層27に担持された改質触媒に触媒されて改質反応する。

0055

図6Bに示す二流体型の反応器2aは、ケーシング21aや多管反応セル21b等をはじめ構成部材点数が多くなり、また、構成部材同士を接合する溶接箇所も多くなる。これに対して、図6Aに示す一流体型の反応器2は、構成部材の点数や溶接箇所が少ない簡易な構造となる。また、一流体型の反応器2は、含水燃料に予め蓄えられた自己熱を利用して改質反応を行うことが可能であるため、含水燃料を加熱する加熱機構を具備しなくて済む。すなわち、反応器2は、第1熱交換器3や第2熱交換器4とは別体に設けられ、その他の熱交換器が接続されたり、加熱源付設されたりしなくてよい。また、熱交換を行わないので、伝熱面積を確保することを要しない。そのため、一流体型の反応器2は、製造コストが安く、小型化に適し、設計が制約され難い反応器となる。

0056

反応器2は、一流体型の反応器である限り、エンジン1の出力や、エンジン1及び補機空間配置等に応じて、適宜の形状や寸法に設けることができる。反応器2は、エンジン1に接して配置してもよいし、エンジン1や、排気管14等から離隔した大気温度の空間に配置してもよい。

0057

反応器2に保持する改質触媒としては、例えば、ニッケル白金パラジウムロジウムイリジウムルテニウムモリブデンレニウムタングステンバナジウムオスミウムクロムコバルト、鉄、ニオブ、銅、亜鉛等や、これらが組み合わされた複合触媒が挙げられる。また、改質触媒を担持する担体としては、例えば、α−アルミナチタニア、ジルコニア、酸化ニオブシリカマグネシアセリア等や、これらが組み合わされた複合担体を用いることができる。担体の形状は、例えば、ペレット状、ハニカム状シート状、モノリス状、粒状等の適宜の形状とすることができる。

0058

反応器2は、断熱構造を有することが好ましい。断熱構造としては、二重管構造や、断熱体で覆われた構造等が挙げられる。断熱体としては、例えば、発泡樹脂、グラスウール、ロックウール等の断熱材によって形成された断熱カバー、断熱ジャケット等が挙げられる。反応器2が断熱構造を有していると、放熱による熱損失が低減されるので、吸熱反応である改質反応が進んだ反応器2の出口付近においても、改質反応に必要な高温を容易に保つことができる。

0059

反応器2は、図1に示すように、入口側が第2熱交換器4の受熱側流路、出口側が第1熱交換器3の放熱側流路に接続される。改質反応に必要な熱は、外部から供給されること無く、第1熱交換器3や第2熱交換器4における熱交換によって含水燃料に蓄えられる。そして、自己熱を利用した改質反応によって、水素や、副生成した有機化合物を含んでなる改質ガスが、未反応の有機化合物、水蒸気等を含んだ状態で、第1熱交換器3の放熱側流路に向けて排出される。反応器2から排出される改質ガスは、転化率や反応収率等の観点から、好ましくは250℃以上とされる。そのため、改質ガスは、第1熱交換器3における含水燃料との熱交換で降温した後、分離装置7に導入される。

0060

<分離装置>
分離装置7は、反応器2で生成した改質ガスから水や未反応成分を分離する。例えば、含水燃料が含水エタノールである場合、含水エタノールの濃度が46質量%未満であると、改質反応が前記の式(1)のみ、最大収率で進行したと仮定しても、改質反応の後に水が残留することは避けられない。分離装置7が備えられていれば、改質ガスに含まれる水等を、含水燃料の濃度にかかわらず確実に分離排除することができるため、エンジン1の燃焼効率や出力の低下を防止することができる。分離装置1からエンジン1に送る改質ガスの温度は、100℃未満とすることが望ましい。例えば、含水燃料が含水エタノールである場合、未反応のエタノールが多い場合に改質ガス温度を78℃以上とすれば、未反応のエタノールの回収を抑制できる。一方、温度を大気温度まで低温化することで改質ガス中の水蒸気量を低減でき、燃焼効率の悪化および燃焼速度の低下が少なくなるため、エンジン1の熱効率の低下を抑制できる。改質ガスの温度は、エンジン1の仕様、反応器2の仕様、本システムを用いる環境温度などにより所定範囲内での管理を行うことが望ましい。

0061

分離装置7は、例えば、液体を貯留可能であり、降温した改質ガスから水蒸気や未反応成分の蒸気を凝縮させて分離し得るドレインタンク等によって構成される。水蒸気や未反応成分の蒸気は、第1熱交換器3における熱交換で含水燃料に熱を与えて凝縮させてもよいし、分離装置7における環境温度で凝縮させてもよいし、分離装置7に搭載した凝縮器によって凝縮させてもよい。凝縮器としては、エンジンを冷却するエンジン冷却水、外部から供給される上水中水等を利用した水冷式の熱交換器や、フィンチューブ型、シェルチューブ型等の空冷式の熱交換器や、強制通風自然通風を利用した空冷式の冷却器等を利用する装置が挙げられる。

0062

分離装置7は、改質ガスから分離された水を送水可能な管路を介して、バイオマスを糖化する糖化槽又はバイオマスを発酵させる発酵槽と接続され、含水燃料は、改質ガスから分離された水を利用して糖化槽又は発酵槽において生産されるように構成してもよい。改質ガスから分離した水を糖化槽又は発酵槽に送水し、含水燃料を製造する糖化又は発酵において再利用することにより、水の使用料を削減することができる。また、濃度が低い含水燃料は、エネルギ密度が低いため、燃料改質エンジンシステムSにエタノール製造設備が付設されていれば、燃料の輸送距離が大幅に短縮されることになり、燃料改質エンジンシステムSの全体としてのエネルギ効率が大きく改善される。

0063

<圧力開放装置>
圧力開放装置201は、エンジン1に向けて供給される改質ガスの流路を大気開放可能に設けられている。エンジン1が異常停止したり、反応器2、第1熱交換器3、第2熱交換器4等が故障したりした場合、供給済みの含水燃料や改質ガスが、反応器2、第1熱交換器3、第2熱交換器4、分離装置7等に残留して改質反応が継続し、可燃性の水素が生成し続けたり、含水燃料や改質ガスが温度上昇し続けたりすることになる。圧力開放装置201が備えられていれば、改質ガスの流路を適時に大気開放することができるため、反応器2、第1熱交換器3、第2熱交換器4、分離装置7等の圧力や温度が極度に上昇するのを防止することができる。圧力開放装置201としては、例えば、大気圧系統に接続された三方弁安全弁等を用いることができる。

0064

<温度センサ>
温度センサとしては、反応器2の入口温度を計測する反応器入口温度センサT1と、エンジン1における排気管14の出口温度を計測する排気管出口温度センサT2と、第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度を計測する第2熱交換器出口温度センサT3と、が備えられている。温度センサとしては、例えば、熱電対等が用いられる。温度センサによる温度の計測値は、制御部8に入力されるようになっている。その他、図には記載していないが、第1熱交換器3の受熱側流路の出口温度を計測する第1熱交換器出口温度センサT5、反応器出口の改質ガス温度を計測する反応器出口温度センサT6、分離装置7の改質ガス入口温度を計測する分離装置入口温度センサT7、分離装置7の改質ガス出口温度を計測する分離装置出口温度センサT8を備えてもよい。これにより、反応器出口温度を計測することで、反応器内の最低温度の管理が可能となり、反応器内の反応転化率を確認することができる。また、分離装置7の入口温度および出口温度を計測することで、分離装置7での気液分離温度を監視することができる。この温度を基に分離装置7に搭載される凝縮器の制御を行うことが好ましい。

0065

<制御部>
制御部8は、例えば、CPU、ROM、RAM、各種インターフェイス電子回路等によって構成される。制御部8は、含水燃料供給装置5による含水燃料の供給量や、改質ガス供給装置101による改質ガスの供給量や、エンジン燃料供給装置102によるエンジン燃料の供給量や、圧力開放装置201の作動を制御する機能を有し、その内部に記憶されたプログラムに従って、燃料改質エンジンシステムSを総合的に制御する。

0066

<燃料改質エンジンシステムの動作>
燃料改質エンジンシステムSにおいては、含水燃料と改質ガスとの熱交換、及び、含水燃料とエンジン1から排気された排気ガスとの熱交換によって含水燃料を昇温し、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。

0067

燃料改質エンジンシステムSは、具体的には、含水燃料供給装置5による含水燃料の供給量が、反応器2の入口温度に基いて制御され、反応器2の入口温度(T1)が予め設定された下限温度(TL)以下となったとき、含水燃料の供給量を減量し、反応器2の温度が予め設定された上限温度(TU)以上となったとき、含水燃料の供給量を増量することにより、反応器2に供給される自己熱の量を調整しながら運転される。

0068

図7は、燃料改質エンジンシステムの制御部が実行する一処理例を示すフロー図である。
図7に示すように、はじめに、制御部8は、燃料改質エンジンシステムSの操作者による指令にしたがってエンジン1を始動し、暖機運転を開始する(ステップS10)。暖機運転は、エンジン燃料タンク9からエンジン燃料供給装置102によって供給されるエンジン燃料を使用して行われ、エンジン1の回転速度を抑えて行われる。

0069

そして、制御部8は、エンジン1が作動している間に、第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度(T3)を計測する(ステップS11)。すなわち、エンジン1から排気された排気ガスの温度が、第2熱交換器出口温度センサT3によって計測され、計測信号が制御部8に入力される。

0070

次いで、制御部8は、第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度(T3)が、予め設定された暖機終了温度以上か否かを判定する(ステップS12)。エンジン1の始動直後は、第2熱交換器4の内部温度が大気温度と同等であり、改質反応に必要な自己熱を含水燃料に蓄えることができない。そのため、制御部8は、予め設定された暖機終了温度を参照して含水燃料の供給の開始時期を判定する。暖機終了温度は、例えば、エンジン1の排気量、含水燃料の濃度、第1熱交換器3や第2熱交換器4の仕様等に基いて予め設定される。暖機終了温度は、例えば、500℃以上、600℃程度以下の温度である。

0071

制御部8は、ステップS12において、第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度(T3)が暖機終了温度以上となっていないと(ステップS12;NO)、エンジン1の暖機が終了していないとして、処理をステップS11に戻す。

0072

一方、制御部8は、ステップS12において、第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度(T3)が暖機終了温度以上となっていると(ステップS12;YES)、エンジン1の暖機が終了したとして、処理をステップS13に進める。

0073

その後、制御部8は、エンジン1の暖機が終了すると、含水燃料供給装置5を起動する(ステップS13)。含水燃料供給装置5が起動されることにより、含水燃料タンク6に貯留されている含水燃料は、制御された所定量で反応器2に向けて供給され、第1熱交換器3の受熱側流路及び第2熱交換器4の受熱側流路を通流して昇温した後、反応器2に流入して改質反応する。含水燃料の初期の供給量は、例えば、エンジン1のトルクや回転速度、含水燃料供給装置5が供給可能な最小供給量等を案して予め設定される。

0074

そして、制御部8は、含水燃料供給装置5が作動している間に、反応器2の入口温度(T1)を計測する(ステップS14)。すなわち、第1熱交換器3の受熱側流路及び第2熱交換器4の受熱側流路を通流して昇温した含水燃料の温度が、反応器入口温度センサT1によって計測され、計測信号が制御部8に入力される。

0075

次いで、制御部8は、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の下限値(TL)以下か否かを判定する(ステップS15)。含水燃料が自己熱のみで改質するのに必要となる必要温度は、改質反応における吸熱量の具体的数値を想定すると、含水燃料の濃度に基いて凡その値に計算することができる。そのため、改質反応の必要温度の下限値(TL)は、計算された必要温度に、実際の転化率による変動分や反応収率等を加味して予め設定される。改質反応の必要温度の下限値(TL)は、例えば、含水燃料として濃度10質量%の含水エタノールを用いる場合、480℃程度の温度に設定することができる。

0076

制御部8は、ステップS15において、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の下限値(TL)以下となっていると(ステップS15;YES)、改質反応に必要な自己熱が含水燃料に蓄えられていないため、処理をステップS16に進める。

0077

そして、制御部8は、含水燃料供給装置5を低供給量に制御する(ステップS16)。この制御では、含水燃料の供給量を、予め設定された変化量で低下させてもよいし、反応器2の入口温度(T1)の変化プロファイルに基いて補正された変化量で低下させてもよい。また、エンジン1の目標トルクや回転速度が不足する場合は、併せて、エンジン燃料供給装置102によるエンジン燃料の供給量を高供給量に制御してもよい。その後、制御部8は、処理をステップS19に進める。

0078

一方、制御部8は、ステップS15において、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の下限値(TL)以下となっていないと(ステップS15;NO)、改質反応に必要な自己熱が含水燃料に蓄えられているため、処理をステップS17に進める。

0079

そして、制御部8は、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の上限値(TU)以上か否かを判定する(ステップS17)。反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度よりも極度に高い状態では、第2熱交換器4の放熱側流路からの排熱が多くなるし、反応器2の出口温度が高くなって改質ガスから水蒸気や未反応成分を分離するのが難しくなったり、改質触媒のコーキングが進行したりして、全体としての熱効率の悪化に繋がる。そのため、改質反応の必要温度の上限値(TU)は、計算された必要温度に、実際の転化率による変動分や熱効率等を加味して予め設定される。改質反応の必要温度の上限値(TU)は、例えば、含水燃料として濃度10質量%の含水エタノールを用いる場合、500℃以上600℃以下程度の温度に設定することができる。

0080

制御部8は、ステップS17において、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の上限値(TU)以上となっていると(ステップS17;YES)、改質反応に必要な自己熱が含水燃料に過剰に蓄えられているため、処理をステップS18に進める。

0081

そして、制御部8は、含水燃料供給装置5を高供給量に制御する(ステップS18)。この制御では、含水燃料の供給量を、予め設定された変化量で増大させてもよいし、反応器2の入口温度(T1)の変化プロファイルに基いて補正された変化量で増大させてもよい。その後、制御部8は、処理をステップS19に進める。

0082

一方、制御部8は、ステップS17において、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の上限値(TU)以上となっていないと(ステップS17;NO)、改質反応に必要な自己熱が含水燃料に過不足無く適量で蓄えられているため、処理をステップS19に進める。

0083

そして、制御部8は、含水燃料供給装置5が作動している間に、燃料改質エンジンシステムSの運転停止等に伴って入力される含水燃料供給装置5の停止指令があるか否かを判定する(ステップS19)。

0084

制御部8は、含水燃料供給装置5の停止指令がないと(ステップS19;NO)、エンジン1の運転が継続されるとして、処理をステップS14に戻す。

0085

一方、制御部8は、含水燃料供給装置5の停止指令があると(ステップS19;YES)、含水燃料供給装置5を停止し(ステップS20)、改質燃料システムSの運転を終了する。なお、制御部8による処理の制御周期は、特に限定されるものでは無く、例えば、反応器2、第1熱交換器3、第2熱交換器4の容量等に基いて適宜設定することができる。

0086

以上の燃料改質エンジンシステムS及びその運転方法によると、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能であり、外部から熱を供給すること無く、エンジンからの排気熱を利用した自己熱により燃料を改質することが可能となる。そのため、熱効率が良好であり、エンジン燃料の消費量が削減された効率的なエンジンシステムが、低廉な製造コストで提供される。改質ガス中に含まれる水素は、エンジン燃料として一般的に使用されている炭化水素系燃料と比較して燃焼速度や燃焼範囲が大きいため、急速燃焼や希薄燃焼が可能である。また、水素は、炭化水素系燃料と比較して燃焼性が高いため、燃焼効率が向上すると共に、排気ガス中のやNOx等の量も低減することができる。

0087

また、以上の燃料改質エンジンシステムS及びその運転方法によると、制御部8は、暖機終了温度を参照して含水燃料供給装置5を作動させるため、改質反応が定常に達するまでの含水燃料の浪費が少なく、全体としての熱効率が高いものとなる。また、制御部8は、改質反応の必要温度の下限値(TL)や上限値(TU)を参照して含水燃料供給装置5を制御するため、自己熱による改質反応の進行が確実に維持されながらも、全体としての熱効率が高いものとなる。

0088

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る燃料改質エンジンシステム及びその運転方法について説明する。

0089

図8は、本発明の第2実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図である。
図8に示すように、本発明の第2実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS1は、前記の燃料改質エンジンシステムSと同様に、エンジン1と、反応器2と、第1熱交換器3と、第2熱交換器4と、含水燃料供給装置5と、含水燃料タンク6と、分離装置7と、制御部8と、エンジン燃料タンク9と、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102と、圧力開放装置201と、温度センサT1,T2,T3と、を備えている。

0090

第2実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS1が、前記の燃料改質エンジンシステムSと異なる点は、第3熱交換器301と、エンジン側流量調整装置(第2燃料供給装置)401と、を更に備えている点である。エンジン1には、エンジン1を冷却する冷却液(エンジン冷却水)が循環するエンジン冷却水管Cが接続されており、エンジン冷却水管Cには、エンジン1におけるエンジン冷却水の出口温度を計測するエンジン冷却水出口温度センサT4が備えられている。

0091

第3熱交換器301は、含水燃料が通流する受熱側流路を有しており、受熱側流路の一端側が含水燃料供給装置5、他端側が第2熱交換器4の受熱側流路に接続されている。また、第3熱交換器301は、エンジン冷却水が通流するエンジン冷却水管Cに接続された放熱側流路を有しており、エンジン冷却水がエンジン1に対して循環される循環路の一部を形成している。エンジン冷却水は、エンジン1と第3熱交換器301との間をエンジン冷却水ポンプ202によって循環されるようになっている。

0092

第3熱交換器301は、含水燃料供給装置5によって反応器2に向けて供給される含水燃料の一部とエンジン1を冷却する冷却液(エンジン冷却水)との間で熱交換を行って含水燃料の一部を昇温させると共にエンジン冷却水を降温させる。第3熱交換器301が有する含水燃料の流路は、第2熱交換器4を介して反応器2に繋がっており、第3熱交換器301に分配されて熱交換した含水燃料の一部は、第2熱交換器4で更に昇温した後に改質される。第3熱交換器301によって、エンジン冷却水の熱が含水燃料に与えられ、改質反応に必要な自己熱が含水燃料に蓄えられると共に、エンジン1の冷却による廃熱利用率が高められる。

0093

<エンジン側流量調整装置>
エンジン側流量調整装置401は、含水燃料供給装置5と第1熱交換器3とを接続する流路から分岐し、含水燃料供給装置5から第3熱交換器301の受熱側流路に至る流路に備えられている。エンジン側流量調整装置401は、含水燃料タンク6に貯留されており、含水燃料供給装置5によって供給される含水燃料の一部を、第3熱交換器301に制御された所定の流量で分配する。エンジン側流量調整装置401としては、例えば、インジェクタ、流量制御弁、ポンプ等が用いられる。

0094

<エンジン側流量調整装置の動作>
燃料改質エンジンシステムS1においては、含水燃料と改質ガスとの熱交換、含水燃料とエンジン1から排気された排気ガスとの熱交換、及び、燃焼したエンジン1から受熱したエンジン冷却水との熱交換によって含水燃料を昇温し、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。

0095

燃料改質エンジンシステムS1は、具体的には、含水燃料供給装置5による含水燃料の供給量が、反応器2の入口温度に基いて制御されると共に、エンジン側流量調整装置401による含水燃料の一部の供給量が、エンジン冷却水の出口温度に基いて制御され、エンジン1における冷却液の出口温度(T4)が予め設定された下限温度(tL)以下となったとき、含水燃料の供給量を減量し、エンジン1における冷却液の出口温度が予め設定された上限温度(tU)以上となったとき、含水燃料の供給量を増量することにより、エンジン冷却水温度所定温度内に保ち、かつ反応器2に供給される自己熱の量を調整しながら運転される。

0096

図9は、燃料改質エンジンシステムの制御部が実行する一処理例を示すフロー図である。
図9に示すように、はじめに、制御部8は、燃料改質エンジンシステムS1の運転モードを開始する(ステップS20)。燃料改質エンジンシステムS1の運転モードは、前記の図7に示す処理例のとおり、暖機運転の後に、含水燃料供給装置5による含水燃料の供給量を反応器2の入口温度に基いて制御することにより開始される。

0097

そして、制御部8は、燃料改質エンジンシステムS1の運転モードが作動している間に、エンジン1におけるエンジン冷却水の出口温度(T4)を計測する(ステップS21)。すなわち、エンジン1から排出されたエンジン冷却水の温度が、エンジン冷却水出口温度センサT4によって計測され、計測信号が制御部8に入力される。

0098

次いで、制御部8は、エンジン冷却水の出口温度(T4)が、予め設定された最低温度以上か否かを判定する(ステップS22)。運転モードの開始直後は、エンジン冷却水の温度が低く、改質反応に必要な自己熱を、エンジン側に分配した含水燃料の一部に蓄えて利用することができない。そのため、制御部8は、予め設定された最低温度を参照して含水燃料の一部を第3熱交換器301に分配する開始時期を判定する。エンジン冷却水についての最低温度は、例えば、エンジン1の排気量、含水燃料の濃度、第3熱交換器301の仕様等に基いて予め設定される。エンジン冷却水についての最低温度は、通常、60℃以上100℃以下の範囲に設定されるが、100℃以上でエンジン1の冷却に支障が無い場合は、100℃以上に設定することが好ましい。エンジン冷却水についての最低温度が高温に設定されるほど、供給される含水燃料との温度差が大きくなって熱交換能力が高くなるためである。

0099

制御部8は、ステップS22において、エンジン冷却水の出口温度(T4)が最低温度以上となっていないと(ステップS22;NO)、第3熱交換器301への分配が不適であるとして、処理をステップS21に戻す。

0100

一方、制御部8は、ステップS22において、エンジン冷却水の出口温度(T4)が最低温度以上となっていると(ステップS22;YES)、第3熱交換器301への分配が適切であるとして、処理をステップS23に進める。

0101

その後、制御部8は、エンジン側流量調整装置401を起動する(ステップS23)。エンジン側流量調整装置401が起動されることにより、含水燃料タンク6に貯留され、含水燃料供給装置5によって反応器2に供給されている含水燃料の一部は、制御された所定量で第3熱交換器301に分配され、第3熱交換器301の受熱側流路及び第2熱交換器4の受熱側流路を通流して昇温し、含水燃料の残部と合流した後、反応器2に流入して改質反応する。含水燃料の初期の分配量は、例えば、エンジン1のトルクや回転速度、含水燃料供給装置5が供給可能な最小供給量、第1熱交換器3及び第3熱交換器301の仕様等を勘案して予め設定される。

0102

そして、制御部8は、エンジン側流量調整装置401が作動している間に、エンジン冷却水の出口温度(T4)を計測する(ステップS24)。すなわち、エンジン1から排出されたエンジン冷却水の温度が、エンジン冷却水出口温度センサT4によって計測され、計測信号が制御部8に入力される。

0103

次いで、制御部8は、エンジン冷却水の出口温度(T4)が改質反応の必要温度の下限値(tL)以下か否かを判定する(ステップS25)。含水燃料が自己熱のみで改質するのに必要となる必要温度は、改質反応における吸熱量の具体的数値を想定すると、含水燃料の濃度に基いて凡その値に計算することができる。そのため、改質反応の必要温度の下限値(tL)は、分配された含水燃料の一部が合流して改質反応するにあたり到達しているべき必要温度に、実際の転化率による変動分や反応収率等を加味して予め設定される。

0104

制御部8は、ステップS25において、エンジン冷却水の出口温度(T4)が改質反応の必要温度の下限値(tL)以下となっていると(ステップS25;YES)、改質反応に必要な自己熱が分配された含水燃料の一部に蓄えられていないため、処理をステップS26に進める。

0105

そして、制御部8は、エンジン側流量調整装置401を低供給量に制御する(ステップS26)。この制御では、含水燃料の供給量を、予め設定された変化量で低下させてもよいし、エンジン冷却水の出口温度(T4)の変化プロファイルに基いて補正された変化量で低下させてもよい。その後、制御部8は、処理をステップS29に進める。

0106

一方、制御部8は、ステップS25において、エンジン冷却水の出口温度(T4)が改質反応の必要温度の下限値(tL)以下となっていないと(ステップS25;NO)、改質反応に必要な自己熱が分配された含水燃料の一部に蓄えられているため、処理をステップS27に進める。

0107

そして、制御部8は、エンジン冷却水の出口温度(T4)が改質反応の必要温度の上限値(tU)以上か否かを判定する(ステップS27)。エンジン冷却水の出口温度(T4)が改質反応の必要温度よりも極度に高い状態では、第3熱交換器301の放熱側流路からの排熱が多くなるし、反応器2の出口温度が高くなって改質ガスから水蒸気や未反応成分を分離するのが難しくなったり、改質触媒のコーキングが進行したりし、全体としての熱効率の悪化に繋がる。そのため、改質反応の必要温度の上限値(tU)は、分配された含水燃料の一部が合流して改質反応するにあたり到達しているべき必要温度に、実際の転化率による変動分や熱効率等を加味して予め設定される。

0108

制御部8は、ステップS27において、エンジン冷却水の出口温度(T4)が改質反応の必要温度の上限値(tU)以上となっていると(ステップS27;YES)、改質反応に必要な自己熱が、分配された含水燃料の一部に過剰に蓄えられているため、処理をステップS28に進める。

0109

そして、制御部8は、エンジン側流量調整装置401を高供給量に制御する(ステップS28)。この制御では、含水燃料の供給量を、予め設定された変化量で増大させてもよいし、エンジン冷却水の出口温度(T4)の変化プロファイルに基いて補正された変化量で増大させてもよい。その後、制御部8は、処理をステップS29に進める。

0110

一方、制御部8は、ステップS27において、反応器2の入口温度(T1)が改質反応の必要温度の上限値(tU)以上となっていないと(ステップS27;NO)、改質反応に必要な自己熱が、分配された含水燃料の一部に過不足無く適量で蓄えられているため、処理をステップS29に進める。

0111

そして、制御部8は、エンジン側流量調整装置401が作動している間に、燃料改質エンジンシステムS1の運転停止等に伴って入力される運転モードの停止指令があるか否かを判定する(ステップS29)。

0112

制御部8は、運転モードの停止指令がないと(ステップS29;NO)、エンジン1の運転が継続されるとして、処理をステップS24に戻す。

0113

一方、制御部8は、運転モードの停止指令があると(ステップS29;YES)、含水燃料供給装置5及びエンジン側流量調整装置401を停止し(ステップS30)、改質燃料システムS1の運転を終了する。なお、制御部8による処理の制御周期は、特に限定されるものでは無く、例えば、反応器2、第3熱交換器301の容量等に基いて適宜設定することができる。また、エンジン冷却水の出口温度はエンジン故障を防ぐために所定温度内に保つ必要がある。その為、改質反応の必要温度の下限値(tL)をエンジン仕様から設定した冷却水温度の下限値に、改質反応の必要温度の上限値(tU)をエンジン仕様から設定した冷却水温度の上限値に変更して制御してもよい。

0114

以上の燃料改質エンジンシステムS1及びその運転方法によると、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能であり、外部から熱を供給すること無く、自己熱により燃料を改質することが可能となる。第3熱交換器301においては、エンジン1のトルクや回転速度等が変化しても、エンジン冷却水の出口温度を所定温度内に保ちつつ、含水燃料に自己熱を蓄えることができるため、エンジン1を冷却しつつ、冷却損失を回収して燃料改質エンジンシステムの全体としての熱効率を高くすることができる。

0115

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る燃料改質エンジンシステム及びその運転方法について説明する。

0116

図10は、本発明の第3実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図である。
図10に示すように、本発明の第3実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS2は、前記の燃料改質エンジンシステムSと同様に、エンジン1と、反応器2と、第1熱交換器3と、第2熱交換器4と、含水燃料供給装置5と、含水燃料タンク6と、分離装置7と、制御部8と、エンジン燃料タンク9と、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102と、圧力開放装置201と、温度センサT1,T2,T3と、を備えている。

0117

第3実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS2が、前記の燃料改質エンジンシステムSと異なる点は、第4熱交換器302と、排気管側流量調整装置(第3燃料供給装置)402と、を更に備えている点である。

0118

第4熱交換器302は、含水燃料が通流する受熱側流路を有しており、受熱側流路の一端側が含水燃料供給装置5、他端側が第2熱交換器4の受熱側流路に接続されている。また、第4熱交換器302は、エンジン1から排気された排気ガスが通流する排気管14に接続された放熱側流路を有しており、放熱側流路の一端側が第2熱交換器4の放熱側流路、他端側が排気管14の終端側に接続されている。

0119

第4熱交換器302は、含水燃料供給装置5によって反応器2に向けて供給される含水燃料の一部とエンジン1から排気された排気ガスとの間で熱交換を行って含水燃料の一部を昇温させる。第4熱交換器302が有する含水燃料の流路は、第2熱交換器4を介して反応器2に繋がっており、第4熱交換器302に分配されて熱交換した含水燃料の一部は、第2熱交換器4で更に昇温した後に改質される。第4熱交換器302によって、排気ガスが有する排気熱が含水燃料に与えられ、改質反応に必要な自己熱が含水燃料の一部に蓄えられると共に、エンジン1から排気される廃熱の利用率が高められる。

0120

<排気管側流量調整装置>
排気管側流量調整装置402は、含水燃料供給装置5と第1熱交換器3とを接続する流路から分岐し、含水燃料供給装置5から第4熱交換器302の受熱側流路に至る流路に備えられている。排気管側流量調整装置402は、含水燃料タンク6に貯留されており、含水燃料供給装置5によって供給される含水燃料の一部を、第4熱交換器302に制御された所定の流量で分配する。排気管側流量調整装置402としては、例えば、インジェクタ、流量制御弁、ポンプ等が用いられる。

0121

<排気管側流量調整装置の動作>
燃料改質エンジンシステムS2においては、含水燃料と改質ガスとの熱交換、及び、含水燃料とエンジン1から排気された排気ガスとの熱交換によって含水燃料を昇温し、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。燃料改質エンジンシステムS2は、含水燃料供給装置5による含水燃料の供給量が、反応器2の入口温度に基いて制御されると共に、排気管側流量調整装置402による含水燃料の一部の供給量が、第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度に基いて制御され、反応器2に供給される自己熱の量が調整されながら運転される。なお、制御部8による具体的な処理の流れは、排気管側流量調整装置402や第2熱交換器出口温度センサT3を使用する点の他、図9の流れと同様に行われる。

0122

以上の燃料改質エンジンシステムS2及びその運転方法によると、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能であり、外部から熱を供給すること無く、自己熱により燃料を改質することが可能となる。第4熱交換器302においては、第2熱交換器4によって回収しきれなかったエンジン1からの排気熱を更に回収することができるため、燃料改質エンジンシステムの全体としての熱効率を高くすることができる。

0123

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る燃料改質エンジンシステム及びその運転方法について説明する。

0124

図11は、本発明の第4実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図である。
図11に示すように、本発明の第4実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS3は、前記の燃料改質エンジンシステムS2と同様に、エンジン1と、反応器2と、第1熱交換器3と、第2熱交換器4と、含水燃料供給装置5と、含水燃料タンク6と、分離装置7と、制御部8と、エンジン燃料タンク9と、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102と、圧力開放装置201と、温度センサT1,T2,T3と、第4熱交換器302と、排気管側流量調整装置(第3燃料供給装置)402と、を備えている。

0125

第4実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS3が、前記の燃料改質エンジンシステムS2と異なる点は、水供給装置(第1水供給装置)501を更に備えている点である。

0126

<水供給装置>
水供給装置501は、分離装置7と第1熱交換器3の受熱側流路とを接続する流路に備えられている。水供給装置501は、反応器2で生成した改質ガスから分離された水を、反応器2に向けて供給される含水燃料に制御された所定量で供給する。水供給装置501としては、例えば、インジェクタ、ポンプ等が用いられる。

0127

<水供給装置の動作>
燃料改質エンジンシステムS3においては、含水燃料と改質ガスとの熱交換、及び、含水燃料とエンジン1から排気された排気ガスとの熱交換によって含水燃料を昇温し、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。燃料改質エンジンシステムS3は、水供給装置501による水の供給量が、反応器2の入口温度に基いて制御され、反応器2に供給される自己熱の量が含水燃料の濃度により調整されながら運転される。なお、制御部8による具体的な処理の流れは、水供給装置501や反応器入口温度センサT1を使用する点の他、図7の流れと同様に行われる。

0128

以上の燃料改質エンジンシステムS3及びその運転方法によると、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能であり、外部から熱を供給すること無く、自己熱により燃料を改質することが可能となる。水供給装置501は、反応器2に供給される含水燃料の濃度を低下させることができるため、改質反応の必要温度を低温にすることができるし、含水燃料タンク6に貯留される含水燃料を反対に高濃度にすることができるため、エネルギ密度が向上し、含水燃料タンク6のタンク容量を小型化することが可能になる。分離装置7にて回収される水の量が水供給装置501による供給量を下回る場合は、分離装置7へ外部から水を供給する。供給する水に関しては水道水蒸留水などの制限はない。

0129

[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係る燃料改質エンジンシステム及びその運転方法について説明する。

0130

図12は、本発明の第5実施形態に係る燃料改質エンジンシステムの構成説明図である。
図12に示すように、本発明の第5実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS4は、前記の燃料改質エンジンシステムSと同様に、エンジン1と、反応器2と、第1熱交換器3と、第2熱交換器4と、含水燃料供給装置5と、分離装置7と、制御部8と、エンジン燃料タンク9と、改質ガス供給装置101と、エンジン燃料供給装置102と、圧力開放装置201と、温度センサT1,T2,T3と、を備えている。

0131

第5実施形態に係る燃料改質エンジンシステムS4が、前記の燃料改質エンジンシステムSと異なる点は、含水燃料タンク6を備えず、水供給装置(第2水供給装置)502を備えている点である。燃料改質エンジンシステムS4において、含水燃料供給装置5は、エンジン燃料タンク9と第1熱交換器3の受熱側流路とを接続する流路に備えられている。

0132

<水供給装置>
水供給装置502は、分離装置7と第1熱交換器3の受熱側流路とを接続する流路に備えられている。水供給装置502は、反応器2で生成した改質ガスから分離された水を、反応器2に向けて供給される含水燃料に制御された所定量で供給する。水供給装置502としては、例えば、インジェクタ、ポンプ等が用いられる。燃料改質エンジンシステムS4において、含水燃料供給装置5は、改質ガスから分離されて水供給装置502が供給する水とエンジン燃料タンク9に貯留されている無水燃料とが混合されて生成される含水燃料を反応器2に供給する。

0133

<水供給装置の動作>
燃料改質エンジンシステムS4においては、含水燃料と改質ガスとの熱交換、及び、含水燃料とエンジン1から排気された排気ガスとの熱交換によって含水燃料を昇温し、含水燃料を熱交換によって蓄えられた自己熱を利用して改質し、改質により生成した改質ガスを燃料としてエンジン1を作動させる。燃料改質エンジンシステムS4は、水供給装置502による水の供給量が、反応器2の入口温度に基いて制御され、反応器2に供給される自己熱の量が含水燃料の濃度により調整されながら運転される。なお、制御部8による具体的な処理の流れは、水供給装置502や反応器入口温度センサT1を使用する点の他、図7の流れと同様に行われる。また、分離装置7へは外部から水を供給するものとする。供給量はエンジン1および反応器2の仕様により適宜決定される。または、分離装置7内の水残留量を計測し、所定量以下になったときに水を追加する構成でもよい。水残留量の計測は、例えば、タンクに液面センサを取り付けて行えばよい。

0134

以上の燃料改質エンジンシステムS4及びその運転方法によると、燃料の改質反応を簡易な構造の反応器で行うことが可能であり、外部から熱を供給すること無く、自己熱により燃料を改質することが可能となる。水供給装置502は、反応器2に供給される無水燃料を含水させることができるため、含水燃料タンク6を備えなくて済み、燃料の貯蔵密度が高くなるという利点がある。

0135

以上、本発明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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態が備える全ての構成を備えるものに限定されるものではない。或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態に追加したり、或る実施形態の構成の一部を省略したりすることも可能である。

0136

例えば、前記の燃料改質エンジンシステムS,S1,S2,S3,S4は、第3熱交換器301及び第4熱交換器302の両方を備えていてもよいし、併せて水供給装置501,502を備えていてもよい。また、含水燃料供給装置(第1燃料供給装置)5による含水燃料の供給量を制御する制御部(第1制御部)、エンジン側流量調整装置(第2燃料供給装置)401による含水燃料の供給量を制御する制御部(第2制御部)、及び、排気管側流量調整装置(第3燃料供給装置)402による含水燃料の供給量を制御する制御部(第3制御部)は、それぞれ、独立的に設けてもよいし、統合的に設けてもよい。

0137

また、前記の第2熱交換器4、第4熱交換器302は、排気管14に設置されている。しかしながら、第2熱交換器4、第4熱交換器302は、排気管14に代えて、EGRクーラや、ターボチャージャの一部を構成するように設置してもよい。また、第3熱交換器301は、エンジン1に付設されるラジエタに併設してもよいし、ラジエタを備えず、第3熱交換器301のみを設置してもよい。また、第3熱交換器301とラジエタを並列で設置した場合、3方弁などを取り付けてエンジン冷却水の流路を選択できるようにしてもよい。これにより、第3熱交換器301へ含水燃料を供給しない場合でも、エンジン冷却水の温度を所定温度内に保つことが可能となる。各熱交換器は、含水燃料、改質ガス等の熱交換の他に、暖房等として利用したり、熱電変換によって電力への変換等に利用したりしてもよい。また、エンジン排気ガスは各熱交換器を通過した後にエタノール製造設備の蒸留搭へ供給してもよい。これにより、エタノール製造時に必要な蒸留エネルギーの削減を可能とする。

0138

また、前記の図7においては、エンジン1の暖機の終了を第2熱交換器4の放熱側流路の出口温度に基いて判定している。しかしながら、エンジン1の暖機の終了は、エンジン1の作動を開始してからの経過時間に基いて判定してもよい。また、前記の図7においては、含水燃料供給装置5による含水燃料の供給量を、反応器2の入口温度に基いて制御している。しかしながら、反応器2の入口及び出口の温度関係が把握可能な場合は、反応器2の入口温度の温度条件が満たされるように、反応器2の出口温度に基いて制御してもよい。

0139

また、図2図3及び図4においては、改質ガス供給装置101、エンジン燃料供給装置102が、吸気管13、燃焼室12にそれぞれ配置されている。しかしながら、改質ガス供給装置101、エンジン燃料供給装置102の設置位置は、相互に入れ替えたり、同等の設置位置にすることが可能である。

0140

S燃料改質エンジンシステム
1エンジン
2反応器
3 第1熱交換器
4 第2熱交換器
5含水燃料供給装置(第1燃料供給装置)
6 含水燃料タンク
7分離装置
8 制御部(第1制御部、第2制御部、第3制御部)
9エンジン燃料タンク
10シリンダ
11ピストン
12燃焼室
13吸気管
13a吸気バルブ
14排気管
14a排気バルブ
15点火プラグ
101改質ガス供給装置
102エンジン燃料供給装置
201圧力開放装置
202エンジン冷却水ポンプ
301 第3熱交換器
302 第4熱交換器
401 エンジン側流量調整装置(第2燃料供給装置)
402排気管側流量調整装置(第3燃料供給装置)
501水供給装置(第1水供給装置)
502 水供給装置(第2水供給装置)

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