JP2010077817A - 水素混焼エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】炭酸ガス排出量が非常に少なく且つ安価な水素混焼エンジンシステムを提供する。
【解決手段】水素混焼エンジンシステムは、エンジン１と、エンジン用燃料を貯蔵する燃料タンク２と、水素化芳香族化合物の脱水素反応により水素を製造する脱水素反応器３と、脱水素反応器３内の圧力を０．２ＭＰａ以上に保持する圧力保持手段と、水素化芳香族化合物を貯蔵する原料タンク４と、脱水素反応器３から抜き出した水素を一時的に収容する水素バッファータンク６と、芳香族化合物を収容する脱水素反応生成物タンク７と、脱水素反応器３の下部空間３ｂに溜まった芳香族化合物の液面レベルを制御する液面レベル制御装置１５と、を備えている。脱水素反応器３はシェルアンドチューブ型の反応器であり、チューブ１２内に脱水素反応の触媒８が充填され、エンジン１から排出された排気ガスがシェル１１内を流れ、触媒８を加熱するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料の一部として水素を用いる水素混焼エンジンシステムに係り、特に、水素化芳香族化合物の脱水素反応により水素を製造する脱水素反応器を備える水素混焼エンジンシステムに関する。

地球温暖化対策の一つとして燃料電池を用いた自動車などが開発されているが、燃料電池システムは非常に高価であるため、一般に普及するには未だ多くの技術的課題が残されている。一方、自動車に要求される炭酸ガス排出基準は厳しく、特に、２０２５年には１０・１５モードでの走行１ｋｍあたりの炭酸ガス排出量が７０ｇ以下に規制されると言われている。燃料電池は水しか排出しないシステムであり地球温暖化対策として有効ではあるが、非常に高価であるため、現実的なコストで炭酸ガス排出削減が達成できる、新しいエンジンシステムの開発も要求されている。

例えば、特許文献１には、所謂有機ハイドライド等の水素化燃料を脱水素して生成した水素と脱水素生成物とを燃料とする水素利用内燃機関が開示されている。脱水素生成物を内燃機関の燃料の一部とするため、水素化燃料としてはガソリンの水素化反応生成物を用いる必要がある。ガソリン中には、通常４０％程度のトルエンが含まれているため、水素化燃料には、その有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサンが約４０％含まれることになる。その結果、水素と脱水素生成物（この場合は通常のガソリンと同等の燃料）との混合比率は任意に設定することができないので、炭酸ガス排出削減の効果は限定的であるという問題を有していた。

また、特許文献２には、水素だけで駆動する水素エンジンであって、そのエンジン排熱を利用して有機ハイドライドの脱水素反応を起こさせるシステムが開示されている。このシステムによれば、燃料電池と同様に、原理的に炭酸ガスは全く発生しないが、水素だけで駆動するエンジンを開発することが必須となる。このような水素エンジンは、燃料電池車と同様にエンジンシステムが非常に高価なものになると考えられるため、特に自動車のような民生用途では実現可能な技術とは言い難い。

さらに、特許文献３には、燃料注入時の圧力が２〜２０ａｔｍ、水素発生時の圧力が５〜３００ａｔｍ、排気時の圧力が大気圧〜０．０１ａｔｍである水素供給装置及び水素供給方法が開示されている。圧力を変動させる目的は、触媒活性の低下原因となる触媒表面に吸着した脱水素化物を脱離させ、触媒活性を再生することである。しかしながら、圧力を大きく変動させて反応を行うため、昇圧・減圧操作で消費される動力が大きく、それに伴う炭酸ガス排出量が大きいという問題を有していた。

さらに、特許文献４には、触媒の存在下、有機ハイドライドの脱水素反応を高圧の反応器内で行うとともに、該反応器内の水素分圧を低下させることにより、脱水素反応の化学平衡を超える収率で水素を製造する装置及びその方法が開示されている。この装置は、特許文献３に開示されている装置のような圧力などの変動操作を必要としない点が優れている。しかしながら、この装置は水素ステーションなどの大型設備を対象とした技術であり、脱水素反応に必要な熱エネルギーを供給する方法については何ら言及されていない。
特開２００５−１４７１２４号公報 特開２００８−８８９２２号公報 特開２００６−２４８８１４号公報 特開２００７−１６９０７２号公報

そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、炭酸ガス排出量が非常に少なく且つ安価な水素混焼エンジンシステムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の水素混焼エンジンシステムは、燃料の一部として水素を用いるエンジンと、水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応を、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、前記脱水素反応器内の圧力を０．２ＭＰａ以上に保持する圧力保持手段と、前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２の水素混焼エンジンシステムは、燃料の一部として水素を用いるエンジンと、水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応の触媒を備え、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して前記脱水素反応を行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、前記脱水素反応器内の圧力を０．２ＭＰａ以上に保持する圧力保持手段と、原料である前記水素化芳香族化合物を前記脱水素反応器内の前記触媒に供給する原料供給手段と、前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、前記脱水素反応により生成して前記触媒から下方に落下し、前記脱水素反応器の下部空間に溜まった液体状の前記芳香族化合物の液面レベルを、所定のレベルに制御する液面レベル制御手段と、液体状の前記芳香族化合物を前記脱水素反応器内から抜き出す芳香族化合物抜き出し手段と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項３の水素混焼エンジンシステムは、請求項２に記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記触媒は、略重力方向に沿って延びる流路内に連続して配されていて、前記原料供給手段によって前記流路の上方側端部に供給された前記水素化芳香族化合物が、前記流路内を上方側から下方側に向かって流れながら前記脱水素反応し、該脱水素反応により生成した液体状の前記芳香族化合物が前記流路の下方側端部から下方に落下するとともに、同じく前記脱水素反応により生成した水素が前記流路の上方側端部近傍から前記水素分圧低下手段によって抜き出されるようになっていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項４の水素混焼エンジンシステムは、請求項２又はに請求項３記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記圧力保持手段が、前記水素分圧低下手段に設置され前記脱水素反応器内の圧力を調整する圧力制御装置と、前記原料供給手段に設置され前記触媒に供給される前記水素化芳香族化合物の量を制御する第一電磁弁と、前記芳香族化合物抜き出し手段に設置され前記脱水素反応器内から抜き出される前記芳香族化合物の量を制御する第二電磁弁と、前記エンジンの出力に基づいて前記両電磁弁の開閉を行う電磁弁開閉手段と、で構成されることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項５の水素混焼エンジンシステムは、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記水素化芳香族化合物が、シクロヘキサン、メチルシクロへキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリン、及びジメチルテトラリンのうちの少なくとも１つであることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項６の水素混焼エンジンシステムは、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記圧力保持手段は、前記脱水素反応器内の圧力を０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に保持することを特徴とする。

本発明の水素混焼エンジンシステムによれば、脱水素反応器内の水素分圧を低下させることによって、脱水素反応の化学平衡を超える収率で水素を製造することができるので、ガソリン等の燃料に対して任意の割合で水素を混合してエンジンに供給することができる。そのため、本発明の水素混焼エンジンシステムは、安価であることに加えて、炭酸ガス排出量が非常に少ない。

また、脱水素反応によって生成した高圧の水素をエンジンに供給すれば、エンジンへの供給に際して水素の昇圧が不要であり、また、脱水素反応に必要な熱エネルギーはエンジンの排気ガスの顕熱によって供給されるため、エンジンシステムのエネルギー効率を低下させる要因が少ない。そのため、本発明の水素混焼エンジンシステムは、エネルギー効率が優れている。

本発明に係る水素混焼エンジンシステムの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の水素混焼エンジンシステムの構成を説明する概念図であり、図２は、脱水素反応器の内部構造を説明する水平断面図である。
図１の水素混焼エンジンシステムは、エンジン１と、ガソリン，軽油等の一般的なエンジン用燃料を貯蔵する燃料タンク２と、原料である水素化芳香族化合物の脱水素反応により水素を製造する脱水素反応器３と、脱水素反応器３に供給する水素化芳香族化合物を貯蔵する原料タンク４と、脱水素反応器３から抜き出した水素を一時的に収容する水素バッファータンク６と、脱水素反応により水素化芳香族化合物から水素とともに生成された芳香族化合物を収容する脱水素反応生成物タンク７と、を備えている。

脱水素反応器３内には脱水素反応の触媒８が備えられており、触媒８に水素化芳香族化合物が供給されるようになっている。また、触媒８は、エンジン１から排出された排気ガスの顕熱により高温に加熱されるようになっている。
脱水素反応器３の構成は特に限定されるものではないが、シェルアンドチューブ型の反応器であることが好ましい。すなわち、図２に示すように、筒状のシェル１１内に、重力方向（シェル１１の軸方向）に沿って延びる多数のチューブ１２（本発明の構成要件である流路に相当する）が配されていて、これらのチューブ１２内には触媒８が充填されている。

そして、水素化芳香族化合物が触媒８に接触しながらチューブ１２内を上方側から下方側に向かって重力方向に流れるとともに、エンジン１から排出された高温の排気ガスがシェル１１内（すなわちチューブ１２の周囲）を流れ、チューブ１２内の触媒８を加熱するようになっている。なお、排気ガスとの熱交換の効率が高くなるように、チューブ１２の外面にフィン等を設けてもよい。シェル１１内における排気ガスの流れ方向は特に限定されるものではないが、脱水素反応が吸熱反応であることから、チューブ１２内の水素化芳香族化合物の流れ方向とは逆方向に流すことが好ましい。

このようなシェル１１は、図１に示すように、脱水素反応器３の内部における上下方向の略中位に設置されていて、該シェル１１によって脱水素反応器３の内部空間が上下２つに分断されている。そして、脱水素反応によって生成した水素がチューブ１２の上方側端部の開口から噴出して、シェル１１の上側に位置する上部空間３ａに溜められるとともに、同じく脱水素反応によって生成した液体状の芳香族化合物がチューブ１２の下方側端部の開口から下方に落下し、シェル１１の下側に位置する下部空間３ｂに溜められるようになっている。

なお、脱水素反応器３には、下部空間３ｂに溜まった液体状の芳香族化合物の液面レベルを所定のレベルに制御する液面レベル制御装置１５（本発明の構成要件である液面レベル制御手段に相当する）が設置されている。水素化芳香族化合物がチューブ１２内を上方側から下方側に流れることと、芳香族化合物の液面レベルが制御されることによって、発生した水素はチューブ１２内を上方に流れ、脱水素反応器３内の水素分圧が低くなるため、化学平衡を超える収率で水素が発生する。

また、下部空間３ｂに溜まった芳香族化合物は、後述する配管２７を通じて水素ガスが脱水素反応器３から漏出することを防ぐシールとしても機能しているが、芳香族化合物の液面レベルが低すぎると、シール機能が不十分となり水素ガスが脱水素反応器３から漏出するおそれがある。一方、芳香族化合物の液面レベルが高すぎて触媒８に接触すると、脱水素反応に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、液面レベル制御装置１５により、好適な液面レベルが保たれるようになっている。

液面レベル制御装置１５は、脱水素反応の条件に応じて安定して動作するように設計されたものであればよく、液面レベルの制御方法については特に限定されない。例えば、静電容量式の制御装置、フロート式の制御装置、光を用いた各種センサー類、あるいは、超音波を用いたセンサー類などがあげられる。
なお、液面レベル制御装置１５は、エンジン１の出力、及び、水素化芳香族化合物を加圧する後述の高圧ポンプ２２の出力に基づいて、液面レベルを制御するように設計されていることが好ましい。

ここで、上記のような本実施形態の水素混焼エンジンシステムの動作について詳細に説明する。
原料タンク４に貯蔵された水素化芳香族化合物が、配管２１を通じて、内部が高圧に保持された脱水素反応器３に送られる。このとき、水素化芳香族化合物の供給量は、電磁弁２３によって制御される。また、水素化芳香族化合物は、高圧の脱水素反応器３内に供給可能なように加圧された状態で送られるが、水素化芳香族化合物は液体であるため、気体の場合とは異なり、高圧ポンプ２２によって少ないエネルギーで容易に加圧することができる。水素化芳香族化合物は、脱水素反応器３の上部空間３ａに供給された後、チューブ１２の上方側端部の開口から流れ込んで触媒８に接触しながらチューブ１２内を下方に流れる。なお、原料タンク４及び配管２１が本発明の構成要件である原料供給手段に相当し、電磁弁２３が本発明の構成要件である第一電磁弁に相当する。

一方、エンジン１から排出された高温の排気ガスは、配管２５を通じて常時シェル１１内に送られるようになっているので、チューブ１２内の触媒８は排気ガスの顕熱により高温に加熱されている。そのため、水素化芳香族化合物の脱水素反応が、チューブ１２内において円滑に進行し、水素と芳香族化合物が生成する。例えば、水素化芳香族化合物がメチルシクロヘキサンである場合は、水素とトルエンが生成する。また、水素化芳香族化合物がデカリンである場合は、水素とナフタレン及び少量のテトラリンが生成する。

チューブ１２内で生成した水素ガスは、浮力によって上方へと移動しチューブ１２の上方側端部の開口から噴出して、脱水素反応器３の上部空間３ａに溜められる。脱水素反応器３内の圧力は、生成した水素によって高圧に保持される。また、同じく脱水素反応によって生成した芳香族化合物は、脱水素反応器３内の温度及び圧力においては液体状であるので、チューブ１２内を下方側へと移動して下方側端部の開口から下方に落下し、脱水素反応器３の下部空間３ｂに溜められる。

すなわち、脱水素反応の生成物である水素と芳香族化合物は、気体と液体であることから、分離膜等を用いることなく脱水素反応器３内で分離されて別々の空間に保持される。なお、脱水素反応器３の下部空間３ｂに溜められた芳香族化合物には、未反応の水素化芳香族化合物が含まれている場合がある。また、それに加えて、脱水素反応の反応副生物やその他の不純物が含まれている場合もある。

脱水素反応器３の上部空間３ａには配管２６が接続されているので、脱水素反応器３の上部空間３ａから配管２６により水素が抜き出され、配管２６の途中に設けられた水素バッファータンク６に収容される（配管２６が本発明の構成要件である水素分圧低下手段に相当する）。これにより、脱水素反応器３内の水素分圧が低下する。そうすると、脱水素反応の平衡状態が崩れるので、水素化芳香族化合物の脱水素反応がさらに進行して、化学平衡を超える高い反応率で水素を発生させることができる。なお、水素バッファータンク６は備えていなくてもよい。

水素化芳香族化合物の脱水素反応は、脱水素反応が進行するにしたがって反応速度が遅くなる傾向があるため、特に脱水素反応の後期においては、脱水素反応器３内の水素分圧を低下させることによって、より高い反応率を達成できることになる。例えばデカリンの場合は、３分子の水素が脱水素してテトラリンとなるまでは比較的容易に反応が進行するが、さらに２分子の水素が脱水素してナフタレンとなる反応は比較的進行しにくいので、テトラリンからナフタレンへと、さらに２分子の水素を脱水素させるためには、水素分圧の低下が非常に有効である。

また、水素化芳香族化合物がチューブ１２内を下方側に流れながら脱水素反応が進行する本実施形態の脱水素反応器３においては、テトラリンからナフタレンへの脱水素のような脱水素反応の後期領域の反応は、チューブ１２の下方側部分において進行する場合が多い。水素ガスは、浮力によってチューブ１２の上方側へと移動するため、後期領域の反応が起こるチューブ１２の下方側部分では水素分圧が顕著に低下しやすく、これによって高い反応率が達成される。すなわち、原料である水素化芳香族化合物は、下方に向かって流れながら反応するようにすることが好ましい。また、水素は、チューブ１２の上下方向略中位から抜き出すことがより好ましく、チューブ１２の上方側端部近傍から抜き出すことがさらに好ましく、チューブ１２の上下方向略中位及び上方側端部近傍の両方から抜き出すことが特に好ましい。

脱水素反応器３の下部空間３ｂと脱水素反応生成物タンク７とは、本発明の構成要件である芳香族化合物抜き出し手段に相当する配管２７により連通している。脱水素反応器３の下部空間３ｂに溜められた芳香族化合物は、電磁弁２８（本発明の構成要件である第二電磁弁に相当する）によって抜き出し量が制御されつつ配管２７により抜き出され、脱水素反応生成物タンク７に収容される。

一方、脱水素反応器３の上部空間３ａから抜き出された水素は、前述したように、配管２６を通じて水素バッファータンク６に送られ収容される。脱水素反応器３内が高圧であることから、脱水素反応器３内の水素も高圧であり、脱水素反応器３からそのまま送り込まれた水素バッファータンク６内の水素も高圧（脱水素反応器３内と同一の圧力）となっている。

水素バッファータンク６内の水素は、本発明の構成要件である圧力制御装置に相当する圧力調整弁２９（例えば背圧弁）によって圧力が調整され、配管２６に接続する配管３０を通じてエンジン１に供給される。このとき、燃料タンク２から供給されたガソリン，軽油等の一般的なエンジン用燃料と空気と水素とが、配管３０の途中で適宜混合されて、エンジン１に供給される。

脱水素反応器３内の圧力は高圧に保持されている必要があるので、本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、脱水素反応器３内の圧力を高圧に保持する圧力保持手段を備えている。
この圧力保持手段は、水素バッファータンク６内の水素の圧力を調整する圧力調整弁２９（すなわち、水素バッファータンク６に連通する脱水素反応器３内の圧力も圧力調整弁２９によって調整される）と、触媒８に供給される水素化芳香族化合物の量を制御する電磁弁２３と、脱水素反応器３内から抜き出される芳香族化合物の量を制御する電磁弁２８と、エンジン１の出力に基づいて両電磁弁２３，２８の開閉を行う図示しない電磁弁開閉手段と、で構成される。

脱水素反応器３内の圧力を高圧とする場合には、圧力調整弁２９及び両電磁弁２３，２８は閉状態とされ、脱水素反応器３内の圧力が高圧に保持されるが、水素バッファータンク６からエンジン１へ水素が供給されて脱水素反応器３内の圧力が低下する際には、電磁弁２３が開状態とされて脱水素反応による水素ガスの製造が行われるとともに、電磁弁２８が開状態とされて芳香族化合物の抜き出しが行われる。また、エンジン１が停止される際には、両電磁弁２３，２８が閉状態とされ、脱水素反応が停止される。このように、両電磁弁２３，２８の開閉はエンジン１の駆動状況によって決定されるため、図示しない電磁弁開閉手段がエンジン１の出力に基づいて両電磁弁２３，２８の開閉を制御するようになっている。

ただし、製造直後で且つ使用前（例えば出荷時やエンジンへの取付け時）の水素混焼エンジンシステムは、脱水素反応器３内に水素を充填して高圧とするとともに電磁弁２３，２８を閉状態として、その圧力が保持されている状態である必要がある。この操作は、出荷時又はエンジンへの取付け時の１回のみ必要となる。その後は、脱水素反応により生成する水素によって高圧が保持される。また、脱水素反応器３内の圧力は可変に制御する必要はないので、圧力調整弁２９は任意の圧力に自動制御が可能なものである必要はないが、何ら限定されるものではない。

このような本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、脱水素反応器３を備えているので、自動車，列車，船舶，航空機等に搭載して、オンボードで水素を発生させつつ運転することができる。
また、このような本実施形態の水素混焼エンジンシステムにおいては、エンジン用燃料と水素とを任意の割合で混合してエンジンに供給することができる。よって、既存の一般的なエンジン（例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン）をエンジン１として利用することができるので、エンジンシステムが安価である。さらに、水素を混焼させることにより、一般的なエンジンに比べてエンジン用燃料の使用量を削減することができる。

さらに、このような本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、エンジン用燃料と水素とを混焼とすることによって、通常のエンジンでは達成し得ない高い空燃比で運転することが可能であり、その結果、炭酸ガス排出量の大幅な低減が達成される。例えば、エンジン１として一般的なガソリンエンジンを使用した場合においては、空燃比を約２５とすることが可能であり、燃費は約３０％向上し、炭酸ガス排出量も約３０％削減される。

さらに、水素バッファータンク６内の高圧の水素をエンジン１に供給すれば、エンジン１への供給に際して水素の昇圧が不要である。よって、本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、エネルギー効率を低下させる要因が少ないので、エネルギー効率が優れている。さらに、本実施形態の水素混焼エンジンシステムにおいては、脱水素反応に必要な熱エネルギーはエンジン１の排気ガスの顕熱によって供給される。例えばガソリンエンジンのような内燃機関から排出される排気ガスの温度は５００℃以上の高温であるため、触媒８の温度を脱水素反応に必要な２５０℃以上に安定的に保持することができる。その結果、別途熱源を設ける必要がなく、水素混焼エンジンシステム全体の小型軽量化が図れるとともに、エンジンシステムのエネルギー効率を高めることができる。

なお、脱水素反応器３内の圧力は、前記圧力保持手段によって高圧に保持されている必要があるが、その圧力は０．２ＭＰａ以上である必要がある。０．２ＭＰａ未満であると、製造した水素を昇圧することなくそのままエンジン１に供給することが困難となり、水素をエンジン１に供給する前に別途昇圧する必要性が生じてしまう。また、０．２ＭＰａ未満であると、脱水素反応により生成した芳香族化合物が脱水素反応器３内で液体状とならず気体状となってしまうおそれがあるため、水素と分離されないという問題が生じてしまう。このような不都合が生じにくくするためには、脱水素反応器３内の圧力は０．５ＭＰａ以上であることが好ましい。一方、脱水素反応器３内の圧力が５ＭＰａ超過であると、脱水素反応の反応速度が小さくなり、水素の収率が低くなるおそれがある。

また、水素化芳香族化合物とは、芳香族化合物が水素化された化合物であり、飽和炭化水素化合物が好ましい。水素化芳香族化合物は、脱水素反応により水素を生成するとともに、芳香族化合物を生成する。水素化芳香族化合物の具体例としては、シクロヘキサン、メチルシクロへキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリン、ジメチルテトラリンがあげられる。

これらの水素化芳香族化合物のうち、ベンゼン、トルエン等の単環化合物の水素化物（すなわちシクロヘキサン、メチルシクロへキサン等）を使用する場合は、脱水素反応は３００〜３５０℃程度の温度で行うことが好適であるが、ナフタレン等の２環化合物の水素化物（すなわちデカリン等）を使用する場合は、脱水素反応は３５０〜４００℃程度の温度で行うことが好適である。

上記温度範囲の下限値未満では、脱水素反応の反応速度が遅く、現実的ではない。一方、上記温度範囲の上限値超過では、脱水素反応の反応速度は速いものの、触媒８に炭素質が析出し触媒寿命が短くなるため、好ましくない。水素化芳香族化合物の種類によって、脱水素反応に好適な温度範囲が異なるので、水素混焼エンジンシステムに使用する水素化芳香族化合物の選択は、熱源であるエンジンの排気ガスの性状によって決定することが好ましい。

さらに、触媒８の種類は特に限定されるものではなく、脱水素反応の触媒として公知のものであれば、問題なく使用することができる。例えば、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、モリブテン、レニウム、タングステン、バナジウム、ニッケル、クロム、コバルト、及び鉄からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む触媒を用いることができる。

これらの金属は、ニッケルスポンジのように無担持の状態で用いることもできるが、触媒の熱伝導率が高い方が脱水素反応に有利であるため、触媒担体に担持された状態で用いることがより好ましい。触媒担体としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、活性炭、珪藻土等を例示することができるが、金属質のものが好ましい。金属質の触媒担体としては、メタルハニカムやメタルスポンジなどを例示することができる。例えば、これらの担体上に、触媒種として白金を担持したものが触媒として好適である。また、白金など触媒種の担持方法も、含浸法やディップコーティング法など任意の方法が採用可能である。

本実施形態の水素混焼エンジンシステムの構成を説明する概念図である。 脱水素反応器の内部構造を説明する水平断面図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃料タンク
３ 脱水素反応器
３ａ 上部空間
３ｂ 下部空間
４ 原料タンク
６ 水素バッファータンク
７ 脱水素反応生成物タンク
８ 触媒
１１ シェル
１２ チューブ
１５ 液面レベル制御装置
２１ 配管
２２ 高圧ポンプ
２３ 電磁弁
２５ 配管
２６ 配管
２７ 配管
２８ 電磁弁
２９ 圧力調整弁

Claims (6)

1. 燃料の一部として水素を用いるエンジンと、
   水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応を、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、
   前記脱水素反応器内の圧力を０．２ＭＰａ以上に保持する圧力保持手段と、
   前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、
   を備えることを特徴とする水素混焼エンジンシステム。
2. 燃料の一部として水素を用いるエンジンと、
   水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応の触媒を備え、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して前記脱水素反応を行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、
   前記脱水素反応器内の圧力を０．２ＭＰａ以上に保持する圧力保持手段と、
   原料である前記水素化芳香族化合物を前記脱水素反応器内の前記触媒に供給する原料供給手段と、
   前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、
   前記脱水素反応により生成して前記触媒から下方に落下し、前記脱水素反応器の下部空間に溜まった液体状の前記芳香族化合物の液面レベルを、所定のレベルに制御する液面レベル制御手段と、
   液体状の前記芳香族化合物を前記脱水素反応器内から抜き出す芳香族化合物抜き出し手段と、
   を備えることを特徴とする水素混焼エンジンシステム。
3. 前記触媒は、略重力方向に沿って延びる流路内に連続して配されていて、前記原料供給手段によって前記流路の上方側端部に供給された前記水素化芳香族化合物が、前記流路内を上方側から下方側に向かって流れながら前記脱水素反応し、該脱水素反応により生成した液体状の前記芳香族化合物が前記流路の下方側端部から下方に落下するとともに、同じく前記脱水素反応により生成した水素が前記流路の上方側端部近傍から前記水素分圧低下手段によって抜き出されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の水素混焼エンジンシステム。
4. 前記圧力保持手段が、前記水素分圧低下手段に設置され前記脱水素反応器内の圧力を調整する圧力制御装置と、前記原料供給手段に設置され前記触媒に供給される前記水素化芳香族化合物の量を制御する第一電磁弁と、前記芳香族化合物抜き出し手段に設置され前記脱水素反応器内から抜き出される前記芳香族化合物の量を制御する第二電磁弁と、前記エンジンの出力に基づいて前記両電磁弁の開閉を行う電磁弁開閉手段と、で構成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の水素混焼エンジンシステム。
5. 前記水素化芳香族化合物が、シクロヘキサン、メチルシクロへキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリン、及びジメチルテトラリンのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステム。
6. 前記圧力保持手段は、前記脱水素反応器内の圧力を０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に保持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステム。

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