(57)【要約】【課題】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。【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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を備えた燃料改質エンジンシステム。
【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、
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を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含水燃料をエンジンの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システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油系燃料に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に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の排気ガスで暖機される改質器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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２８６１０号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１８６７６号公報
【発明の概要】
【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】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６Ａ】一流体型の反応器を模式的に示す断面図。
【図６Ｂ】二流体型の反応器を模式的に示す断面図。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【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を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、任意の個数の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を押し下げる仕事をする。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が凝縮され易くなる。
【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、エンジン排ガスの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が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の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を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の点数が多くなり、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、加熱源が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及び補機の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、強制通風や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勘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、排気ガス中の煤や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の冷却による廃熱の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を所定温度内に保ち、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。
【符号の説明】
【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）
【図１】
2018053870.tif 000003
【図２】
2018053870.tif 000004
【図３】
2018053870.tif 000005
【図４】
2018053870.tif 000006
【図５】
2018053870.tif 000007
【図６Ａ】
2018053870.tif 000008
【図６Ｂ】
2018053870.tif 000009
【図７】
2018053870.tif 000010
【図８】
2018053870.tif 000011
【図９】
2018053870.tif 000012
【図１０】
2018053870.tif 000013
【図１１】
2018053870.tif 000014
【図１２】
2018053870.tif 000015