JP2003293867A - 燃料改質ガスエンジン - Google Patents
燃料改質ガスエンジンInfo
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】排気ガスを熱源とする燃料改質装置において、
排気ガスの温度が低くなる運転条件であっても、エンジ
ンの効率を低下させずに水蒸気改質を達成する。 【解決手段】排気管１８を包囲するように改質装置本体
を筒状に成形するとともに、本体内部に筒状の水素分離
膜２２を本体と同心に設置して、本体内部を水素分離膜
２２により外側と内側との２室に区画する。内側の室と
して形成された燃料通路２３に改質触媒を充填し、そこ
に原燃料（ガソリン）及び水を供給する。改質ガスのう
ち水素分離膜２２を透過した水素ガスは、エンジン１
や、燃料電池に供給する。
排気ガスの温度が低くなる運転条件であっても、エンジ
ンの効率を低下させずに水蒸気改質を達成する。 【解決手段】排気管１８を包囲するように改質装置本体
を筒状に成形するとともに、本体内部に筒状の水素分離
膜２２を本体と同心に設置して、本体内部を水素分離膜
２２により外側と内側との２室に区画する。内側の室と
して形成された燃料通路２３に改質触媒を充填し、そこ
に原燃料（ガソリン）及び水を供給する。改質ガスのう
ち水素分離膜２２を透過した水素ガスは、エンジン１
や、燃料電池に供給する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、燃料改質ガスエン
ジンに関し、詳細には、同エンジンに備わる燃料改質装
置において、排気ガスを熱源とした水蒸気改質反応によ
り改質ガスを生成する技術に関する。
ジンに関し、詳細には、同エンジンに備わる燃料改質装
置において、排気ガスを熱源とした水蒸気改質反応によ
り改質ガスを生成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料改質の一手段である水蒸気改質に
は、この改質反応が吸熱反応であることから、改質触媒
を含んで構成される反応部を加熱する必要がある。ガソ
リン系燃料を改質するには、反応部を特に高温にする必
要がある。燃料改質ガスエンジンに関して、そのための
熱を排気ガスから得たり、部分酸化改質の併用により得
ることが知られている。
は、この改質反応が吸熱反応であることから、改質触媒
を含んで構成される反応部を加熱する必要がある。ガソ
リン系燃料を改質するには、反応部を特に高温にする必
要がある。燃料改質ガスエンジンに関して、そのための
熱を排気ガスから得たり、部分酸化改質の併用により得
ることが知られている。
【０００３】同エンジンでは、水素ガスに富む改質ガス
を燃料とし、空気過剰率を２から２．５とした希薄燃焼
により効率の向上と、エミッションの低減とを図ってい
る。ところが、エンジンの負荷が低かったり、低い負荷
から急激に高められたりした場合のように排気ガスから
充分な熱が得られない運転条件では、反応部が作動温度
に達しなくなってしまう。特開２００１−２３４８１８
号公報には、その場合に点火時期を遅らせて排気ガスの
温度を強制的に高めたり、あるいは反応部に供給される
空気の量を増やすことにより自己発熱を促進させて不足
する熱を得ることが記載されている。
を燃料とし、空気過剰率を２から２．５とした希薄燃焼
により効率の向上と、エミッションの低減とを図ってい
る。ところが、エンジンの負荷が低かったり、低い負荷
から急激に高められたりした場合のように排気ガスから
充分な熱が得られない運転条件では、反応部が作動温度
に達しなくなってしまう。特開２００１−２３４８１８
号公報には、その場合に点火時期を遅らせて排気ガスの
温度を強制的に高めたり、あるいは反応部に供給される
空気の量を増やすことにより自己発熱を促進させて不足
する熱を得ることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術のように反応部の加熱のために点火時期を遅ら
せたり、反応部に供給される空気の量を増やしたりする
と、エンジンの効率が低下してしまう。本発明は、反応
部において水蒸気改質反応が、排気ガスの温度が比較的
に低い場合でも行われるようにして、総合的に高い効率
で改質を達成することを目的とする。
来の技術のように反応部の加熱のために点火時期を遅ら
せたり、反応部に供給される空気の量を増やしたりする
と、エンジンの効率が低下してしまう。本発明は、反応
部において水蒸気改質反応が、排気ガスの温度が比較的
に低い場合でも行われるようにして、総合的に高い効率
で改質を達成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明では、燃料改質ガスエンジンにおいて、吸入空
気に燃料を添加する燃料添加手段と、排気ガスを熱源と
して炭化水素系若しくはアルコール系原燃料を改質する
燃料改質装置と、燃料改質装置で生成した改質ガスを燃
料添加手段に供給するための改質ガス流通管とを設け、
燃料改質装置を、排気管に付設される中空の本体と、本
体内部を区画するように設けられた水素分離膜と、本体
内部において水素分離膜の一側の室として形成された燃
料通路に充填された改質触媒とを含んで構成した。
載の発明では、燃料改質ガスエンジンにおいて、吸入空
気に燃料を添加する燃料添加手段と、排気ガスを熱源と
して炭化水素系若しくはアルコール系原燃料を改質する
燃料改質装置と、燃料改質装置で生成した改質ガスを燃
料添加手段に供給するための改質ガス流通管とを設け、
燃料改質装置を、排気管に付設される中空の本体と、本
体内部を区画するように設けられた水素分離膜と、本体
内部において水素分離膜の一側の室として形成された燃
料通路に充填された改質触媒とを含んで構成した。
【０００６】原燃料の水蒸気改質反応は、ガソリン系燃
料を例として次のような反応式で表される。 Ｃ8 Ｈ18＋８Ｈ2 Ｏ → ８ＣＯ＋１７Ｈ2 ・・・（１） 本発明によれば、改質装置本体内部が水素分離膜により
区画され、燃料通路で生成した水素ガスがこの膜を透過
して、膜の反対側の室に移動する。このため、燃料通路
での水蒸気改質反応が促進される結果となり、排気ガス
の温度が低くても改質が達成される。
料を例として次のような反応式で表される。 Ｃ8 Ｈ18＋８Ｈ2 Ｏ → ８ＣＯ＋１７Ｈ2 ・・・（１） 本発明によれば、改質装置本体内部が水素分離膜により
区画され、燃料通路で生成した水素ガスがこの膜を透過
して、膜の反対側の室に移動する。このため、燃料通路
での水蒸気改質反応が促進される結果となり、排気ガス
の温度が低くても改質が達成される。
【０００７】 請求項２に記載の発明では、燃料改質装置
において、水素分離膜により排気管を中心として本体内
部を内側と外側とに区画し、内側の室として形成された
燃料通路に改質触媒を設けることとした。請求項３に記
載の発明では、燃料改質装置において、排気管が包囲さ
れるように本体を筒状に成形するとともに、水素分離膜
を筒状とし、本体と同心に配置することとした。
において、水素分離膜により排気管を中心として本体内
部を内側と外側とに区画し、内側の室として形成された
燃料通路に改質触媒を設けることとした。請求項３に記
載の発明では、燃料改質装置において、排気管が包囲さ
れるように本体を筒状に成形するとともに、水素分離膜
を筒状とし、本体と同心に配置することとした。
【０００８】請求項４に記載の発明では、改質ガス流通
管を介して、燃料改質装置で生成した水素分離膜未透過
の改質ガスと、水素分離膜透過後の水素ガスとのうち少
なくとも一方を燃料添加手段に供給することとした。請
求項５に記載の発明では、燃料電池を設けるとともに、
燃料改質装置で生成した水素分離膜透過後の水素ガスを
燃料電池に供給するための水素ガス流通管を設けること
とした。
管を介して、燃料改質装置で生成した水素分離膜未透過
の改質ガスと、水素分離膜透過後の水素ガスとのうち少
なくとも一方を燃料添加手段に供給することとした。請
求項５に記載の発明では、燃料電池を設けるとともに、
燃料改質装置で生成した水素分離膜透過後の水素ガスを
燃料電池に供給するための水素ガス流通管を設けること
とした。
【０００９】請求項６に記載の発明では、原燃料を貯蔵
するタンクと、このタンク内の原燃料を燃料添加手段に
供給するための原燃料流通管とを更に設けることとし
た。請求項７に記載の発明では、燃料改質ガスエンジン
において、炭化水素系若しくはアルコール系原燃料を改
質して得られる改質ガスを燃料とし、原燃料から改質ガ
スを生成する反応部が、排気ガスを媒体として加熱さ
れ、この反応部に隣接させて設けた水素分離膜を反応部
で生成した水素ガスが透過することにより、反応部での
水蒸気改質反応が促進されるようにした。
するタンクと、このタンク内の原燃料を燃料添加手段に
供給するための原燃料流通管とを更に設けることとし
た。請求項７に記載の発明では、燃料改質ガスエンジン
において、炭化水素系若しくはアルコール系原燃料を改
質して得られる改質ガスを燃料とし、原燃料から改質ガ
スを生成する反応部が、排気ガスを媒体として加熱さ
れ、この反応部に隣接させて設けた水素分離膜を反応部
で生成した水素ガスが透過することにより、反応部での
水蒸気改質反応が促進されるようにした。
【００１０】
【発明の効果】請求項１，７に係る発明によれば、改質
装置において水素分離膜を設置して、燃料通路での水蒸
気改質反応が促進されるようにしたので、排気ガスの温
度が低くなる運転条件であっても、エンジンの効率を低
下させる操作を行わずに改質を達成することができる。
装置において水素分離膜を設置して、燃料通路での水蒸
気改質反応が促進されるようにしたので、排気ガスの温
度が低くなる運転条件であっても、エンジンの効率を低
下させる操作を行わずに改質を達成することができる。
【００１１】 請求項２に係る発明によれば、水素分離膜
により改質装置本体内部を排気管に対して内外に区画す
るとともに内側の室を燃料通路としたことで、排気ガス
の熱が有効に利用される。 請求項３に係る発明によれ
ば、改質装置本体で排気管を包囲したことで熱損失を低
減することができ、水素分離膜を筒状にして本体と同心
に配置したことで水素ガスの透過性が良好となる。
により改質装置本体内部を排気管に対して内外に区画す
るとともに内側の室を燃料通路としたことで、排気ガス
の熱が有効に利用される。 請求項３に係る発明によれ
ば、改質装置本体で排気管を包囲したことで熱損失を低
減することができ、水素分離膜を筒状にして本体と同心
に配置したことで水素ガスの透過性が良好となる。
【００１２】 請求項４に係る発明によれば、改質装置で
生成した水素分離膜未透過の改質ガスや、水素分離膜透
過後の水素ガスを燃料として、エンジンの効率を向上
し、エミッションを低減することができる。 請求項５に
係る発明によれば、水素分離膜透過後の水素ガスを燃料
電池に供給することで、燃料電池において電極触媒の劣
化を起こさずに発電を実現することができる。
生成した水素分離膜未透過の改質ガスや、水素分離膜透
過後の水素ガスを燃料として、エンジンの効率を向上
し、エミッションを低減することができる。 請求項５に
係る発明によれば、水素分離膜透過後の水素ガスを燃料
電池に供給することで、燃料電池において電極触媒の劣
化を起こさずに発電を実現することができる。
【００１３】 請求項６に係る発明によれば、炭化水素系
等原燃料をそのまま供給するための手段を設けたこと
で、改質反応が促進されるといえども改質ガスによって
は充分な効率が得られない極低負荷時等に、原燃料での
運転に切り換えて水蒸気改質を達成することが可能とな
る。
等原燃料をそのまま供給するための手段を設けたこと
で、改質反応が促進されるといえども改質ガスによって
は充分な効率が得られない極低負荷時等に、原燃料での
運転に切り換えて水蒸気改質を達成することが可能とな
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係る燃料改質ガスエンジン（以下「エンジン」
と略す。）１の構成を示している。エンジン本体のシリ
ンダヘッドに吸気管１１が接続され、その導入部にエア
フィルタ（図示せず）が取り付けられている。空気は、
エアフィルタを経て吸入され、スロットル弁１２を介し
てサージタンクに流入し、マニホールド部において各気
筒に分配される。マニホールド部には、各気筒毎に、原
燃料であるガソリンをそのまま噴射するためのインジェ
クタ１３ａと、ガソリンから生成した改質ガスを噴射す
るためのインジェクタ１３ｂとが併設されている。改質
ガスを燃料とする場合に、図示しないエンジンコントロ
ーラによりインジェクタ１３ｂが制御され、空気過剰率
が２〜２．５となる量の燃料が噴射される。
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係る燃料改質ガスエンジン（以下「エンジン」
と略す。）１の構成を示している。エンジン本体のシリ
ンダヘッドに吸気管１１が接続され、その導入部にエア
フィルタ（図示せず）が取り付けられている。空気は、
エアフィルタを経て吸入され、スロットル弁１２を介し
てサージタンクに流入し、マニホールド部において各気
筒に分配される。マニホールド部には、各気筒毎に、原
燃料であるガソリンをそのまま噴射するためのインジェ
クタ１３ａと、ガソリンから生成した改質ガスを噴射す
るためのインジェクタ１３ｂとが併設されている。改質
ガスを燃料とする場合に、図示しないエンジンコントロ
ーラによりインジェクタ１３ｂが制御され、空気過剰率
が２〜２．５となる量の燃料が噴射される。
【００１５】エンジン本体において、シリンダヘッドに
は、燃焼室上部略中央に臨ませて点火プラグ１４が設置
されている。ガソリン又はその改質ガスと、空気との混
合気は、点火プラグ１４により強制着火される。燃焼に
より発生した仕事は、ピストン１５からコンロッド１６
を介してクランクシャフト１７に伝えられ、駆動力とし
て取り出される。
は、燃焼室上部略中央に臨ませて点火プラグ１４が設置
されている。ガソリン又はその改質ガスと、空気との混
合気は、点火プラグ１４により強制着火される。燃焼に
より発生した仕事は、ピストン１５からコンロッド１６
を介してクランクシャフト１７に伝えられ、駆動力とし
て取り出される。
【００１６】また、シリンダヘッドに排気管１８が接続
され、マニホールド部よりも下流側に本実施形態に係る
燃料改質装置（以下「メンブレンリアクター」とい
う。）２が設置されている。各気筒から排出された排気
ガスは、マニホールド部において合流し、図示しない排
気処理装置により浄化された後、メンブレンリアクター
２を経て大気中に放出される。
され、マニホールド部よりも下流側に本実施形態に係る
燃料改質装置（以下「メンブレンリアクター」とい
う。）２が設置されている。各気筒から排出された排気
ガスは、マニホールド部において合流し、図示しない排
気処理装置により浄化された後、メンブレンリアクター
２を経て大気中に放出される。
【００１７】ここで、メンブレンリアクター２の構成を
説明する。図１の直線ａ−ａに沿う断面を示す図２にお
いて、メンブレンリアクター２は、排気管１８に対して
その外周を包囲するように付設された中空、かつ筒状の
本体２１と、本体２１においてその内部を排気管１８を
中心として内側と外側とに区画するように設置された筒
状の水素分離膜２２とを含んで構成される。本体２１
は、既設の排気管１８に取り付けるようにしても、ある
いは排気管１８に介装することができるように排気通路
形成部材を含んで構成してもよい。そして、本体内部に
おいて、水素分離膜２２により区画される２室のうち内
側の室として形成された燃料通路２３に、改質触媒が充
填されている。
説明する。図１の直線ａ−ａに沿う断面を示す図２にお
いて、メンブレンリアクター２は、排気管１８に対して
その外周を包囲するように付設された中空、かつ筒状の
本体２１と、本体２１においてその内部を排気管１８を
中心として内側と外側とに区画するように設置された筒
状の水素分離膜２２とを含んで構成される。本体２１
は、既設の排気管１８に取り付けるようにしても、ある
いは排気管１８に介装することができるように排気通路
形成部材を含んで構成してもよい。そして、本体内部に
おいて、水素分離膜２２により区画される２室のうち内
側の室として形成された燃料通路２３に、改質触媒が充
填されている。
【００１８】図１に示すように、エンジン１の燃料系に
おいて、メンブレンリアクター２は、ガソリンを貯蔵す
る燃料タンク３１と、改質ガス噴射用インジェクタ１３
ｂとの間に配置されている。メンブレンリアクター２
は、原燃料流通管によりタンク３１と接続されている。
タンク内のガソリンは、原燃料流通管を介して液体のま
ま、あるいは図示しない気化器において気化された後、
メンブレンリアクター２の燃料通路２３に供給される。
また、水タンク３２（機関冷却用との共用水源であって
よい。）と、メンブレンリアクター２とが水流通管によ
り接続されており、燃料通路２３へは、ガソリンと同時
に水又は水蒸気が供給される。
おいて、メンブレンリアクター２は、ガソリンを貯蔵す
る燃料タンク３１と、改質ガス噴射用インジェクタ１３
ｂとの間に配置されている。メンブレンリアクター２
は、原燃料流通管によりタンク３１と接続されている。
タンク内のガソリンは、原燃料流通管を介して液体のま
ま、あるいは図示しない気化器において気化された後、
メンブレンリアクター２の燃料通路２３に供給される。
また、水タンク３２（機関冷却用との共用水源であって
よい。）と、メンブレンリアクター２とが水流通管によ
り接続されており、燃料通路２３へは、ガソリンと同時
に水又は水蒸気が供給される。
【００１９】一方、メンブレンリアクター２の出口側に
おいて、メンブレンリアクター２は、改質ガス流通管３
３によりインジェクタ１３ｂと接続されている。改質ガ
ス流通管３３は、改質装置本体２１のうち燃料通路形成
部位に接続する第１の肢管３３ａと、水素分離膜２２を
挟んで燃料通路２３の反対側に形成された室２４を形成
する部位に接続する第２の肢管３３ｂとを含んで構成さ
れる。途中、第１及び第２の肢管３３ａ，３３ｂが合流
し、この合流点よりも下流側で改質ガス流通管３３がイ
ンジェクタ１３ｂに接続されている。従って、本実施形
態では、燃料通路２３で生成した改質ガスのうち、水素
分離膜未透過の成分と、水素分離膜透過後の成分とがと
もにインジェクタ１３ｂに供給される。なお、第１の肢
管３３ａに流路面積を局所的に縮小する絞り部３４を設
け、燃料通路２３内の圧力が高められるようにされてい
る。
おいて、メンブレンリアクター２は、改質ガス流通管３
３によりインジェクタ１３ｂと接続されている。改質ガ
ス流通管３３は、改質装置本体２１のうち燃料通路形成
部位に接続する第１の肢管３３ａと、水素分離膜２２を
挟んで燃料通路２３の反対側に形成された室２４を形成
する部位に接続する第２の肢管３３ｂとを含んで構成さ
れる。途中、第１及び第２の肢管３３ａ，３３ｂが合流
し、この合流点よりも下流側で改質ガス流通管３３がイ
ンジェクタ１３ｂに接続されている。従って、本実施形
態では、燃料通路２３で生成した改質ガスのうち、水素
分離膜未透過の成分と、水素分離膜透過後の成分とがと
もにインジェクタ１３ｂに供給される。なお、第１の肢
管３３ａに流路面積を局所的に縮小する絞り部３４を設
け、燃料通路２３内の圧力が高められるようにされてい
る。
【００２０】また、本燃料系において、燃料タンク３１
と、ガソリン噴射用インジェクタ１３ａとが原燃料流通
管３５により接続されている。原燃料流通管３５の途中
に流路切換用の弁３６が介装され、ガソリンの流れがイ
ンジェクタ１３ｂへ向かうものと、メンブレンリアクタ
ー２へ向かうものとで切り換えられるようにされてい
る。従って、本実施形態では、エンジン１の燃料をガソ
リンと、その改質ガスとで切り換えることができる。
と、ガソリン噴射用インジェクタ１３ａとが原燃料流通
管３５により接続されている。原燃料流通管３５の途中
に流路切換用の弁３６が介装され、ガソリンの流れがイ
ンジェクタ１３ｂへ向かうものと、メンブレンリアクタ
ー２へ向かうものとで切り換えられるようにされてい
る。従って、本実施形態では、エンジン１の燃料をガソ
リンと、その改質ガスとで切り換えることができる。
【００２１】次に、メンブレンリアクター２の作用を、
ガソリン系燃料であるＣ8 Ｈ18を例に説明する。改質装
置本体内部を拡大して示す図３において、燃料通路２３
へは、燃料タンク３１からのガソリンと、水タンク３２
からの水蒸気との混合気が供給される。燃料通路２３で
は、そこに充填されている改質触媒（図中、点線で示
す。）Ｃに排気ガスから熱が伝わり、下式で表される水
蒸気改質反応を起こすために必要な作動温度（一般的に
は、７００〜８００℃）への昇温が促進される。燃料通
路２３では、改質触媒Ｃにより水蒸気改質反応が促進さ
れ、ガソリンが改質されて水素ガスに富む改質ガスが発
生する。
ガソリン系燃料であるＣ8 Ｈ18を例に説明する。改質装
置本体内部を拡大して示す図３において、燃料通路２３
へは、燃料タンク３１からのガソリンと、水タンク３２
からの水蒸気との混合気が供給される。燃料通路２３で
は、そこに充填されている改質触媒（図中、点線で示
す。）Ｃに排気ガスから熱が伝わり、下式で表される水
蒸気改質反応を起こすために必要な作動温度（一般的に
は、７００〜８００℃）への昇温が促進される。燃料通
路２３では、改質触媒Ｃにより水蒸気改質反応が促進さ
れ、ガソリンが改質されて水素ガスに富む改質ガスが発
生する。
【００２２】
Ｃ8 Ｈ18＋８Ｈ2 Ｏ → ８ＣＯ＋１７Ｈ2 ・・・（２）
生成した改質ガスの一部は、燃料通路２３から第１の肢
管３３ａに流出し、改質ガス流通管３３を経てインジェ
クタ１３ｂに供給される。ここで、肢管３３ａに設けら
れた絞り部３４により燃料通路２３内の圧力が高められ
るため、改質ガスのうち主に水素ガスが水素分離膜２２
を透過して（矢印Ｆ）、燃料通路２３の反対側の室２４
へ移動する。室２４に移動した水素ガス（極微量の一酸
化炭素が含まれる。）は、第２の肢管３３ｂに流出し、
改質ガス流通管３３を経てインジェクタ１３ｂに供給さ
れる。
管３３ａに流出し、改質ガス流通管３３を経てインジェ
クタ１３ｂに供給される。ここで、肢管３３ａに設けら
れた絞り部３４により燃料通路２３内の圧力が高められ
るため、改質ガスのうち主に水素ガスが水素分離膜２２
を透過して（矢印Ｆ）、燃料通路２３の反対側の室２４
へ移動する。室２４に移動した水素ガス（極微量の一酸
化炭素が含まれる。）は、第２の肢管３３ｂに流出し、
改質ガス流通管３３を経てインジェクタ１３ｂに供給さ
れる。
【００２３】このように、生成した水素ガスの一部が水
素分離膜２２を透過して燃料通路２３からなくなること
で、（２）式で表される水蒸気改質反応が促進される結
果となる。従って、図４に示すように、改質効率（転化
率）がＢからＡに向上し、燃料通路２３内が同じ温度で
あっても高い転化率を得ることができ、一定の転化率が
より低い温度で得られるようになる。具体的には、燃料
通路２３内の温度が７００〜８００℃であるときに１の
転化率が得られていたものが、メンブレンリアクター２
を使用すれば、７００℃よりも低い温度で同じ転化率を
得ることが可能となる。
素分離膜２２を透過して燃料通路２３からなくなること
で、（２）式で表される水蒸気改質反応が促進される結
果となる。従って、図４に示すように、改質効率（転化
率）がＢからＡに向上し、燃料通路２３内が同じ温度で
あっても高い転化率を得ることができ、一定の転化率が
より低い温度で得られるようになる。具体的には、燃料
通路２３内の温度が７００〜８００℃であるときに１の
転化率が得られていたものが、メンブレンリアクター２
を使用すれば、７００℃よりも低い温度で同じ転化率を
得ることが可能となる。
【００２４】すなわち、本実施形態に係るメンブレンリ
アクター２よれば、エンジン１の負荷が低い場合や、低
い負荷から急激に高められたりした場合のように排気ガ
スが持つ熱量が少なくなる運転条件であっても、高い転
化率で改質を行わせることができる。従って、排気ガス
の温度を強制的に上昇させるために点火時期を遅らせた
り、部分酸化反応を促進させて自己発熱させるために空
気を供給するなどエンジンの効率を低下させるような操
作を行うことなく、水蒸気改質を達成することができ
る。
アクター２よれば、エンジン１の負荷が低い場合や、低
い負荷から急激に高められたりした場合のように排気ガ
スが持つ熱量が少なくなる運転条件であっても、高い転
化率で改質を行わせることができる。従って、排気ガス
の温度を強制的に上昇させるために点火時期を遅らせた
り、部分酸化反応を促進させて自己発熱させるために空
気を供給するなどエンジンの効率を低下させるような操
作を行うことなく、水蒸気改質を達成することができ
る。
【００２５】また、本実施形態では、エンジン１におい
て、原燃料流通管３５及びガソリン噴射用インジェクタ
１３ａを設置し、原燃料をそのまま供給するための手段
を構築した。このため、上記のように改質反応が促進さ
れるといえども充分な転化率が得られるほどの熱量を排
気ガスが持たない極低負荷時等に、燃料をガソリンに切
り換え、理論空燃比又はその近傍での運転により燃料通
路２３内を作動温度にまで加熱することができる。
て、原燃料流通管３５及びガソリン噴射用インジェクタ
１３ａを設置し、原燃料をそのまま供給するための手段
を構築した。このため、上記のように改質反応が促進さ
れるといえども充分な転化率が得られるほどの熱量を排
気ガスが持たない極低負荷時等に、燃料をガソリンに切
り換え、理論空燃比又はその近傍での運転により燃料通
路２３内を作動温度にまで加熱することができる。
【００２６】図２は、本発明の他の実施形態に係る燃料
改質ガスエンジン１０１を示している。エンジン１０１
は、高分子固体電解質型や、酸化物固体電解質型等の燃
料電池５１を補助動力源として備えている。第１の実施
形態と同様に構成されるメンブレンリアクター２におい
て、改質装置本体（２１）のうち水素分離膜２２の外側
の室２４を形成する部位と接続する水素ガス流通管５２
が、燃料電池５１のアノードに接続されている。一方、
カソードには、コンプレッサ５３により空気が送り込ま
れる。
改質ガスエンジン１０１を示している。エンジン１０１
は、高分子固体電解質型や、酸化物固体電解質型等の燃
料電池５１を補助動力源として備えている。第１の実施
形態と同様に構成されるメンブレンリアクター２におい
て、改質装置本体（２１）のうち水素分離膜２２の外側
の室２４を形成する部位と接続する水素ガス流通管５２
が、燃料電池５１のアノードに接続されている。一方、
カソードには、コンプレッサ５３により空気が送り込ま
れる。
【００２７】このように、メンブレンリアクター２で生
成した改質ガス（Ｈ2 ，ＣＯ）のうち水素分離膜透過後
の水素ガスを燃料電池５１に供給することにより、燃料
中の一酸化炭素濃度が極めて低くなるので、触媒電極の
劣化を起こさずに発電を行わせることができる。なお、
ここでは、水素分離膜透過後の水素ガスのすべてが燃料
電池５１に供給される構成としている。しかしながら、
補機等を駆動するのに必要な発電量に応じて燃料電池５
１への水素ガスの供給量を制御し、残りの水素ガスをエ
ンジン１０１に供給するようにしてもよい。
成した改質ガス（Ｈ2 ，ＣＯ）のうち水素分離膜透過後
の水素ガスを燃料電池５１に供給することにより、燃料
中の一酸化炭素濃度が極めて低くなるので、触媒電極の
劣化を起こさずに発電を行わせることができる。なお、
ここでは、水素分離膜透過後の水素ガスのすべてが燃料
電池５１に供給される構成としている。しかしながら、
補機等を駆動するのに必要な発電量に応じて燃料電池５
１への水素ガスの供給量を制御し、残りの水素ガスをエ
ンジン１０１に供給するようにしてもよい。
【００２８】以上の実施形態では、Ｃ5 〜Ｃ10成分を中
心とするガソリン系燃料を原燃料としたが、メタノール
や、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等他の炭化水素系、アルコ
ール系原燃料を使用してもよい。
心とするガソリン系燃料を原燃料としたが、メタノール
や、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等他の炭化水素系、アルコ
ール系原燃料を使用してもよい。
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質ガスエンジ
ンの構成
ンの構成
【図２】メンブレンリアクターのａ−ａ断面
【図３】メンブレンリアクター内部の詳細
【図４】反応温度と転化率との関係
【図５】本発明の他の実施形態に係る燃料改質ガスエン
ジンの構成
ジンの構成
１，１０１…燃料改質ガスエンジン
１３ａ…ガソリン噴射用インジェクタ
１３ｂ…改質ガス噴射用インジェクタ
２…メンブレンリアクター（燃料改質装置）
２１…本体
２２…水素分離膜
２３…燃料通路
３１…燃料タンク
３２…水タンク
３３…改質ガス流通管
３４…絞り部
３５…原燃料流通管
５１…燃料電池
５２…水素ガス流通管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｒ
Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ
(72)発明者 山内 昇
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
Ｆターム(参考） 4G140 EA02 EA03 EA06 EB13 EB19
EB23 EB24
5H027 AA02 BA01 BA13
Claims (7)
- 【請求項１】吸入空気に燃料を添加する燃料添加手段
と、 排気ガスを熱源として炭化水素系若しくはアルコール系
原燃料を改質する燃料改質装置と、 燃料改質装置で生成した改質ガスを燃料添加手段に供給
するための改質ガス流通管と、を備え、 燃料改質装置が、排気管に付設される中空の本体と、本
体内部を区画するように設けられた水素分離膜と、本体
内部において水素分離膜の一側の室として形成された燃
料通路に充填された改質触媒と、を含んで構成される燃
料改質ガスエンジン。 - 【請求項２】燃料改質装置において、水素分離膜が排気
管を中心として本体内部を内側と外側とに区画し、内側
の室として形成された燃料通路に改質触媒を備える請求
項１に記載の燃料改質ガスエンジン。 - 【請求項３】燃料改質装置において、本体が排気管を包
囲するように成形された筒状であるとともに、水素分離
膜が筒状であって本体と同心に配置された請求項２に記
載の燃料改質ガスエンジン。 - 【請求項４】改質ガス流通管を介して、燃料改質装置で
生成した水素分離膜未透過の改質ガスと、水素分離膜透
過後の水素ガスとのうち少なくとも一方が燃料添加手段
に供給される請求項１〜３のいずれかに記載の燃料改質
ガスエンジン。 - 【請求項５】燃料電池と、燃料改質装置で生成した水素
分離膜透過後の水素ガスを燃料電池に供給するための水
素ガス流通管と、を更に備える請求項１〜４のいずれか
に記載の燃料改質ガスエンジン。 - 【請求項６】前記原燃料を貯蔵するタンクと、 このタンク内の原燃料を燃料添加手段に供給するための
原燃料流通管と、を更に備える請求項１〜５のいずれか
に記載の燃料改質ガスエンジン。 - 【請求項７】炭化水素系若しくはアルコール系原燃料を
改質して得られる改質ガスを燃料とし、 前記原燃料から改質ガスを生成する反応部が、排気ガス
を媒体として加熱され、 前記反応部に隣接させて設けた水素分離膜を反応部で生
成した水素ガスが透過することにより、反応部での水蒸
気改質反応が促進されるようにした燃料改質ガスエンジ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002099115A JP2003293867A (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 燃料改質ガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002099115A JP2003293867A (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 燃料改質ガスエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003293867A true JP2003293867A (ja) | 2003-10-15 |
Family
ID=29240769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002099115A Pending JP2003293867A (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 燃料改質ガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003293867A (ja) |
Cited By (14)
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|---|---|---|---|---|
| KR20050047595A (ko) * | 2003-11-18 | 2005-05-23 | 현대자동차주식회사 | 차량 냉시동시의 배기가스 저감을 위한 장치 |
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| WO2009072991A2 (en) * | 2007-12-07 | 2009-06-11 | Agni Inc Pte. Ltd. | Integration of fuel cells, hydrogen reformer, fuel processor, absorption chiller, heat recovery steam generator and internal combustion engines |
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| WO2019059014A1 (ja) | 2017-09-21 | 2019-03-28 | ヤンマー株式会社 | 内燃機関 |
| CN109630245A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-16 | 武汉理工大学 | 一种轻烃/柴油燃料重整***及重整方法 |
| CN114483386A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 武汉理工大学 | 基于低温等离子体的燃料重整动力*** |
| JP2022112890A (ja) * | 2021-01-22 | 2022-08-03 | 本田技研工業株式会社 | 燃料改質装置 |
-
2002
- 2002-04-01 JP JP2002099115A patent/JP2003293867A/ja active Pending
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| CN105840277A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-08-10 | 王东亮 | 乙醇水蒸汽重整成氢气制h2-scr*** |
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| CN111094734A (zh) * | 2017-09-21 | 2020-05-01 | 洋马株式会社 | 内燃机 |
| CN111094734B (zh) * | 2017-09-21 | 2021-08-03 | 洋马动力科技有限公司 | 内燃机 |
| US11098680B2 (en) | 2017-09-21 | 2021-08-24 | Yanmar Power Technology Co., Ltd. | Internal combustion engine |
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