JPH06241132A - 水素添加システム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メタノール燃料を改質器に供給するのに、燃
料をタンクから気化部へ供給するまでの送液管路抵抗分
程度の低圧力で送液が行なえる内燃機関用水素添加シス
テム及びその運転方法を提供する。 【構成】 メタノールタンク１１，水タンク１２の燃料
をポンプ１３，１４により改質器へ供給する内燃機関用
水素添加システムにおいて、改質器は気化器１９と改質
部１５の別体の装置から構成されている。この改質部１
５から供給される改質ガスの管路にストップバルブ２４
が設けられ、前記ポンプ１３，１４により、気化器１９
へ供給されるメタノール燃料の管路にストップバルブ２
３が設けられている。これらのストップバルブ２４，２
３の開閉、及びポンプ１３，１４の起動は、コントロー
ラ２２によって制御されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガスを
熱源とし、メタノール燃料を水素ガスに改質する内燃機
関用水素添加システムにおいて、ポンプによりメタノー
ル燃料を供給し、気化し、改質する内燃機関用水素添加
システム及びその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素ガスはガソリンに比べ質量あたりの
反応エネルギーが約３倍であり、またその発熱量はガソ
リンに比べて約２．７倍であることから、自動車エンジ
ンの燃料として期待されている。ところで、従来、ガソ
リンを燃料とする自動車のエンジンにおいてガソリンに
数％程度の水素ガスを添加した燃料を用いると、水素ガ
スの持っている可燃範囲の広さ及び着火速度の速さの効
果によりエンジンの作動条件を希薄燃焼化、高圧縮化側
に設定でき、結果として燃料効率の向上が可能であるこ
と、及びこのようなガソリンに水素ガスを添加するため
の研究として、エンジンからの排気ガスの排熱によりメ
タノールを改質器で改質し、得られた水素ガスを主体と
する改質ガスをエンジンに供給する研究が既に報告され
ている（例えば、日本機械学会論文集５２巻４８４号，
昭和６１−１２，４０８４〜４０９６頁）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図２に、内燃機関から
排出される排気ガスの排熱を利用してメタノールを改質
し、生成した水素ガスを内燃機関へ添加することを特徴
とする現在考えられている内燃機関水素添加システムを
示す。１はメタノールタンク、２は水タンク、３はメタ
ノールタンク１からのメタノールを吸引して改質器５へ
供給するポンプ、４は水タンク２からの水を吸引し、改
質器５へ供給するためのポンプである。５はメタノール
を改質して水素ガスを主体とする改質ガスを生成するた
めの改質器であり、その改質器５の内部には改質触媒が
塗布あるいは充填により装備されている。６は改質ガス
を貯蔵するサージタンク、７は、燃料としてガソリン及
び改質ガスを利用できる２つの燃料系統、即ち、改質燃
料系統及びガソリン系統を有する内燃機関である。この
内燃機関水素添加システムにおいては、改質器５は改質
部と気化部が一体化されて構成されている。

【０００４】この内燃機関水素添加システムにおいて、
メタノールタンク１及び水タンク２から各々ポンプ３、
４により改質器５内の気化部へ供給される。気化部で気
化された燃料は改質部に入り、主として水素ガスに改質
され、サージタンク６に貯蔵され、必要量をバルブ９に
より内燃機関７に供給している。この内燃機関７で燃料
が燃焼され、生じた排気ガスは熱を有しているため、改
質器５へ導入され、改質のための熱源として利用され
る。改質器５から排出される排気ガスは、凝縮器８でさ
らに冷却され、凝縮した水は水タンク２へ回収され、排
気ガスは、系外へ排出される。

【０００５】しかしながら、一般に、改質器内における
気化燃料系統の圧力は、燃料ガスの密度（圧力）を上げ
ることにより、改質触媒と燃料ガスの接触確率が上がる
ため改質反応に有利なものとなる。したがって、内燃機
関水素添加システムにおいて、効率のよい燃料供給を行
なうためには、改質触媒と、燃料ガス間の接触確率を上
げることが必要である。また、高温希薄なる改質ガスの
密度を上げるためサージタンクにて水素を冷却貯蔵する
ことが必要である。

【０００６】このような目的のために燃料を供給するに
は、供給系において改質器内全体のガス圧力（密度）を
上げる必要がある。それゆえ、燃料を供給するポンプは
これらの圧力に耐える吐出圧を要し、それに要する動力
は相当量なものとなる。したがって、ポンプに必要な圧
力を確保するために、高コスト、大型化といったことが
避けられなかった。

【０００７】そこで、本発明はメタノール燃料を改質器
に供給するのに、送液管路抵抗分程度の低圧力で供給が
行なえる内燃機関用水素添加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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明は、燃料タンク、及び該燃料タンクか
ら燃料を改質器へ供給するためのポンプ、及びメタノー
ル燃料を水素ガスを主体とする改質ガスに改質する改質
器を有する内燃機関用水素添加システムにおいて、前記
改質器が気化部及び改質部からなり、各々別体として構
成され、前記改質部から供給される改質ガスの管路にス
トップバルブが設けられ、前記ポンプと前記気化部との
間のメタノール燃料の管路にストップバルブが設けら
れ、前記気化部内の圧力に応じて、前記各ストップバル
ブの開閉、及び前記ポンプの起動を指令するコントロー
ラを有することを特徴とする内燃機関用水素添加システ
ムとするものである。

【０００９】また本発明は、燃料を貯蔵するためのタン
ク、該タンクから燃料を改質器へ供給するためのポン
プ、並びに気化部と改質部を各々別体にした改質器を有
する内燃機関用水素添加システムを用い、前記燃料タン
クから前記気化部へのポンプによるメタノール燃料の供
給圧力は、送液管路抵抗分程度の低圧力となるようにコ
ントロールすることを特徴とする水素添加システムの運
転方法とするものである。

【００１０】

【作用】本発明は、アルコール燃料の改質器を気化部と
改質部とから各々別体に構成されるものとし、バルブ制
御を行なうことにより、ポンプの吐出圧はタンクから気
化部へ供給するまでの送液管路抵抗分程度の吐出圧でよ
く、低負荷運転をすることができる。

【００１１】

【実施例１】図１は本発明の内燃機関水素添加システム
図であり、内燃機関から排出される排気ガスの排熱を利
用してメタノールを改質し、生成した水素ガスを主体と
する改質ガスを内燃機関へ添加する際の燃料供給をバル
ブ制御により行なう内燃機関水素添加システムを示す。

【００１２】１１はメタノールタンク、１２は水タン
ク、１３はメタノールタンク１１からのメタノールを吸
引して気化部１９へ供給するポンプ、１４は水タンク１
２からの水を吸引し、気化部１９へ供給するためのポン
プである。気化部１９には、内燃機関１７からの排気ガ
スの排熱をメタノール燃料と熱交換するための熱交換器
が配置されている。１５は気化部１９からの気化したメ
タノール燃料を改質するための改質部であり、気化部１
９とは分離されて別体に構成されており、気化部１９と
改質部１５とから改質器が構成されている。その改質部
１５の内部には改質触媒が塗布あるいは充填により装備
されている。１６は改質部１５で生成された水素ガスを
貯蔵するサージタンク、１７はガソリン系統及び水素ガ
ス系統からの燃料が供給される内燃機関である。

【００１３】本発明の内燃機関用水素添加システムで
は、上記のようにメタノール燃料を改質するための改質
器は各々別体の気化部１９と改質部１５とから構成され
ている。さらに、本発明の内燃機関水素添加システムで
は、燃料の供給を制御するためのセンサー系、供給系、
コントロール系からなる制御装置が設けられている。即
ち、センサー系については、気化部１９内の圧力を検出
する圧力センサー２０、サージタンク１６内の圧力を検
出する圧力センサー２１が設けられている。

【００１４】供給系については、メタノールタンク１１
及び水タンク１２からの燃料の供給の開閉を行なうスト
ップバルブ２３、改質部１５からの改質ガスの供給の開
閉を行なうストップバルブ２４、サージタンク１６から
の改質ガスの供給の開閉を行なうストップバルブ２５が
設けられている。コントロール系については、前記の圧
力センサ２０、圧力センサ２１からの圧力の取込みによ
り、ポンプ１３、ポンプ１４のオンオフ及び前記の各ス
トップバルブ２３、２４、２５のオンオフの適切な指令
を出力するコントローラ２２である。また、コントロー
ラ２２からの指令により適切な時期に各ポンプ１３、１
４のオンオフを行わせるリレー２６、２７が設けられて
いる。

【００１５】次に、本発明の内燃機関水素添加システム
の作動について説明する。ポンプ１３及びポンプ１４を
運転し、ストップバルブ２３を開、及びストップバルブ
２４を閉にして、メタノールタンク１１及び水タンク１
２からメタノール燃料を、気化部１９へ供給する。ポン
プ１３、ポンプ１４は、コントローラ２２からの指令を
受けたリレー２６、リレー２７によって間欠運転制御さ
れ、一定時間送液が行なわれると、一定時間停止する。
気化部１９では間欠運転されるポンプ１３、ポンプ１４
から送液される一定時間流量を保有する以上の容積を持
たせておく。

【００１６】次にポンプ１３及びポンプ１４の運転を停
止し、ストップバルブ２３及びストップバルブ２４を閉
にすることにより、このポンプ１３及びポンプ１４の間
欠運転１回で、気化部１９に送液された燃料が排気ガス
との熱交換により気化する間、気化部１９内部の圧力は
上昇するが、ポンプ１３及びポンプ１４への圧力伝搬は
行なわれない。

【００１７】気化部１９で気化された燃料ガスは、改質
部１５へ導入され、ここで高温高圧の下に、水素ガスを
主体とする改質ガスに改質される。気化部１９内の圧力
が設定圧力に達したとき、且つ、改質部１５内の圧力と
サージタンク１６内の圧力の関係が、（改質部圧力）＞
（サージタンク圧力）にコントローラ２２により制御さ
れているとき、ポンプ１３及びポンプ１４を停止し、ス
トップバルブ２３を閉状態且つストップバルブ２４を開
にすることにより、改質部１５で改質された改質ガス
を、外気と熱交換されている低温・高圧状態のサージタ
ンク１６内に流し込む。

【００１８】次いで、サージタンク１６内の圧力が設定
圧力に達した時点において、ストップバルブ２５を開に
して、水素ガスを主体とする改質ガスを内燃機関１７内
へ導入する。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、改質装置が気化部及び
改質部からなる各々別体の装置から構成され、気化部の
上流及び改質部の下流に各々設けたストップバルブをコ
ントローラによりバルブ制御を行ない、ポンプを間欠的
に制御運転することにより、ポンプによる燃料の吐出圧
は、タンクから気化部へ供給するまでの送液管路抵抗分
程度の低圧力でよいため、本発明の水素添加システムは
低負荷運転をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタノール改質装置を用いた内燃機関
水素添加システムを示す。

【図２】内燃機関から排出される排気ガスの排熱を利用
してメタノールを改質し、生成した水素ガスを内燃機関
へ添加することを特徴とする現在考えられている内燃機
関水素添加システムを示す。

【符号の説明】

１１ メタノールタンク １２ 水タンク １３，１４ ポンプ １５ 改質部 １６ サージタンク １７ 内燃機関 １８ 凝縮器 １９ 気化部 ２０，２１ 圧力センサ ２２ コントローラ ２３，２４，２５ ストップバルブ ２６，２７ リレー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料タンク、及び該燃料タンクから燃
   料を改質器へ送給するためのポンプ、及びメタノール燃
   料を水素ガスを主体とする改質ガスに改質する改質器を
   有する内燃機関用水素添加システムにおいて、 （１）前記改質器が気化部及び改質部からなり、各々別
   体として構成され、 （２）前記改質部から供給される改質ガスの管路にスト
   ップバルブが設けられ、 （３）前記ポンプと前記気化部との間のメタノール燃料
   の管路にストップバルブが設けられ、 （４）前記気化部内の圧力に応じて、前記各ストップバ
   ルブの開閉、及び前記ポンプの起動を指令するコントロ
   ーラ、を有することを特徴とする内燃機関用水素添加シ
   ステム。
2. 【請求項２】 （１）燃料を貯蔵するためのタンク、該
   タンクから燃料を改質器へ供給するためのポンプ、並び
   に気化部と改質部を各々別体にした改質器を有する内燃
   機関用水素添加システムを用い、 （２）前記燃料タンクから前記気化部へのポンプによる
   メタノール燃料の供給圧力は、送液管路抵抗分程度の低
   圧力となるように間欠運転制御することを特徴とする水
   素添加システムの運転方法。