(57)【要約】【課題】燃料改質システム中に正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能な触媒計量投入装置、方法及び燃料改質システムの提供。【解決手段】有機系の触媒Ｘを用いて改質器内で高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システム中に、計量された触媒を投入する触媒計量投入装置であって、予め計量して成型された粒状の触媒Ｘを貯留し、下端部に触媒Ｘの排出口２１３を有する貯留部２１０と、貯留部２１０の下流側に配置され、排出口２１３から排出される粒状の触媒Ｘの個数に基づいて計量する計量部２２０と、計量部２２０の下流側に配置され、計量部２２０を経由した粒状の触媒Ｘを１粒ずつ機械的に粉砕して微粉化する微粉化部２３０と、微粉化部２３０によって微粉化された触媒Ｘに向けて燃料を噴射し、燃料と共に微粉化された触媒Ｘを燃料改質システム中に投入する燃料噴射ノズル２４０と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機系の触媒を用いて改質器内で炭化水素を主体とする燃料を酸化改質して高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システム中に、計量された前記触媒を投入する触媒計量投入装置であって、
予め計量して成型された粒状の前記触媒を貯留し、下端部に粒状の前記触媒の排出口を有する貯留部と、
前記貯留部の下流側に配置され、前記排出口から排出される粒状の前記触媒の個数に基づいて計量する計量部と、
前記計量部の下流側に配置され、前記計量部を経由した粒状の前記触媒を１粒ずつ機械的に粉砕して微粉化する微粉化部と、
前記微粉化部によって微粉化された前記触媒に向けて前記燃料を噴射し、前記燃料と共に微粉化された前記触媒を前記燃料改質システム中に投入する燃料噴射ノズルと、を備える、触媒計量投入装置。
【請求項２】
粒状の前記触媒は、転動可能な球状である、請求項１に記載の触媒計量投入装置。
【請求項３】
前記計量部は、前記貯留部の下流側に配置され、前記排出口から排出された粒状の前記触媒を１粒ずつ通過させる少なくとも１つの貫通穴を回転軸回りに有する回転盤を有する、請求項１又は２に記載の触媒計量投入装置。
【請求項４】
前記微粉化部は、互いに歯合する２つの歯車を有し、前記計量部を経由した粒状の前記触媒を、回転する前記２つの歯車の歯合部によって機械的に粉砕して微粉化する構成を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒計量投入装置。
【請求項５】
前記燃料噴射ノズルは、前記歯合部における前記２つの歯車のピッチ円の接線方向に前記燃料を噴射する構成を有する、請求項４に記載の触媒計量投入装置。
【請求項６】
前記貯留部は、粒状の前記触媒を前記排出口に向けて螺旋状に誘導する螺旋誘導路を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒計量投入装置。
【請求項７】
有機系の触媒を用いて改質器内で炭化水素を主体とする燃料を酸化改質して高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システム中に、計量された前記触媒を投入する触媒計量投入方法であって、
予め計量して成型された粒状の前記触媒を使用し、粒状の前記触媒を前記燃料改質システム中に投入する際の投入量を、粒状の前記触媒の個数に基づいて計量する計量工程と、
投入量が計量された後の粒状の前記触媒を機械的に粉砕して微粉化する微粉化工程と、
微粉化された前記触媒を、前記燃料の噴射によって、前記燃料改質システム中に投入する投入工程と、を有する、触媒計量投入方法。
【請求項８】
粒状の前記触媒は、転動可能な球状である、請求項７に記載の触媒計量投入方法。
【請求項９】
前記計量工程は、少なくとも１つの貫通穴を回転軸回りに有する回転盤を回転させ、粒状の前記触媒を前記貫通穴に１粒ずつ通過させることによって、前記回転盤の回転量によって粒状の前記触媒の個数を計数する構成を有する、請求項７又は８に記載の触媒計量投入方法。
【請求項１０】
前記微粉化工程は、投入量が計量された後の粒状の前記触媒を、互いに歯合する２つの歯車の歯合部に供給し、前記２つの歯車の回転によって機械的に粉砕して微粉化する構成を有する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の触媒計量投入方法。
【請求項１１】
前記投入工程は、前記歯合部における前記２つの歯車のピッチ円の接線方向に前記燃料を噴射することによって、微粉化された前記触媒を前記燃料改質システム中に投入する構成を有する、請求項１０に記載の触媒計量投入方法。
【請求項１２】
有機系の触媒を用いて改質器内で炭化水素を主体とする燃料を酸化改質して高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システムであって、
前記改質器の上流に設けられ、前記燃料と空気を混合して前記改質器に供給する混合器と、
前記混合器に対して計量された前記触媒を供給する触媒計量投入部と、を備え、
前記触媒計量投入部は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の触媒計量投入装置、を有する、燃料改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素を主体とする燃料を改質することで燃料のオクタン価を向上できるようにした燃料改質システムの触媒計量投入装置、燃料改質システムの触媒計量投入方法及び燃料改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
予め混合した燃料と空気の混合気を点火プラグによる火花点火で燃焼させるガソリンエンジンでは、点火プラグから離隔した未燃焼の混合気（エンドガス）が自着火することで、ノッキングが生じることが知られている。ノッキングは、エンジンの圧縮比を高めると生じ易くなるため、近年の高圧縮比エンジンでは、ノッキングの抑制が強く求められている。
【０００３】
ノッキングを抑制する方法としては、点火時期を遅角する方法が挙げられる。しかしながら、点火時期を遅角すると、エンジンの熱効率が低下する。そのため、高圧縮比エンジンにおいても、ノッキングを抑制しつつ高い熱効率が得られる技術の開発が望まれる。
【０００４】
ところで、ノッキングは燃料のオクタン価を高めることで抑制できるため、オクタン価の高い燃料として、ガソリン中にエタノール等のアルコールを予め混合したアルコール含有燃料が一部の地域で広く用いられている。また、このようなアルコール含有燃料の普及に伴い、外部から給油されたアルコール含有燃料を、車両上で高ガソリン濃度の燃料と高アルコール濃度の燃料とに分離する技術の開発が進められている。ガソリンとアルコールとでは、例えばオクタン価や発熱量等の燃料物性において種々の相違点があるため、外部から給油されたアルコール含有燃料をそのまま利用するよりも、車両上で分離し、用途に応じてガソリンとアルコールとを使い分けた方が好ましいからである。ただし、エンジンの要求に応じた分離は容易ではない。
【０００５】
一方、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド（ＮＨＰＩ）等の炭素ラジカル生成触媒を用いて、炭化水素をアルコールに変換させる合成方法が提案されている。この合成方法を車両上で利用できれば、エンジンの要求に応じて、ガソリン中に含まれる炭化水素をオクタン価の高いアルコールに変換でき、高オクタン価燃料をエンジンに供給できると考えられる。
【０００６】
そこで、従来、原燃料の使用効率とオクタン価の向上とに優れた燃料改質システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料改質システムは、ガソリンのオクタン価を高めるため、ガソリンの酸化改質を改質器内において比較的低温で反応させて行うものであり、ＮＨＰＩ等の有機系触媒を金属系の助触媒と共に酸化雰囲気中で反応させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−２１１４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＮＨＰＩ等の有機系触媒は、有機であるが故に失活が起きる。従って、失活した分を補うために、応分の量の有機触媒を過不足なく、ある程度の正確さをもって燃料改質システム中に計量投入する必要がある。
【０００９】
しかしながら、有機触媒が微粉体である場合、湿度、結露、静電気、駆動部の潤滑剤等の影響によって、有機触媒を思うように計量できず、燃料改質システム中に確度を持って投入することが非常に困難であった。
【００１０】
本発明は、このような従来事情に鑑みてなされたものであり、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能な触媒計量投入装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能な触媒計量投入方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、正確に計量された触媒をシステム中に容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能な燃料改質システム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】
【００１１】
（１）  本発明に係る触媒計量投入装置は、有機系の触媒を用いて改質器（例えば、後述の改質器１５）内で炭化水素を主体とする燃料を酸化改質して高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システム（例えば、後述の燃料改質システム１）中に、計量された前記触媒を投入する触媒計量投入装置（例えば、後述の触媒計量投入装置２００）であって、予め計量して成型された粒状の前記触媒（例えば、後述の触媒Ｘ）を貯留し、下端部に粒状の前記触媒の排出口（例えば、後述の排出口２１３）を有する貯留部（例えば、後述の貯留部２１０）と、前記貯留部の下流側に配置され、前記排出口から排出される粒状の前記触媒の個数に基づいて計量する計量部（例えば、後述の計量部２２０）と、前記計量部の下流側に配置され、前記計量部を経由した粒状の前記触媒を１粒ずつ機械的に粉砕して微粉化する微粉化部（例えば、後述の微粉化部２３０）と、前記微粉化部によって微粉化された前記触媒に向けて前記燃料を噴射し、前記燃料と共に微粉化された前記触媒を前記燃料改質システム中に投入する燃料噴射ノズル（例えば、後述の燃料噴射ノズル２４０）と、を備える。
【００１２】
（１）の発明によれば、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能である。
【００１３】
（２）  （１）に記載の触媒計量投入装置において、粒状の前記触媒は、転動可能な球状であってもよい。
【００１４】
（２）の発明によれば、球状の触媒は、自ら転動することによって移動可能であるため、触媒の滞留も起こりにくく、より円滑な計量が可能である。
【００１５】
（３）  （１）又は（２）に記載の触媒計量投入装置において、前記計量部は、前記貯留部の下流側に配置され、前記排出口から排出された粒状の前記触媒を１粒ずつ通過させる少なくとも１つの貫通穴（例えば、後述の貫通穴２２３）を回転軸（例えば、後述の回転軸２２２）回りに有する回転盤（例えば、後述の回転盤２２１）を有するものであってもよい。
【００１６】
（３）の発明によれば、計量部は、貫通穴を有する１枚の回転盤によって構成されるだけのシンプルな構造であるため、触媒計量投入装置が大型することがない。
【００１７】
（４）  前記微粉化部は、互いに歯合する２つの歯車（例えば、後述の駆動歯車２３１、従動歯車２３２）を有し、前記計量部を経由した粒状の前記触媒を、回転する前記２つの歯車の歯合部（例えば、後述の歯合部２３５）によって機械的に粉砕して微粉化する構成を有するものであってもよい。
【００１８】
（４）の発明によれば、微粉化部は、２枚の歯車によって構成されるだけのシンプルな構造であるため、触媒計量投入装置が大型することはない。
【００１９】
（５）  前記燃料噴射ノズルは、前記歯合部における前記２つの歯車のピッチ円の接線方向に前記燃料を噴射する構成を有するものであってもよい。
【００２０】
（５）の発明によれば、歯合部において機械的に粉砕され、微粉化された触媒と燃料の混合物を、両歯車の回転に沿って、その回転方向の下流側に円滑に効率よく流出させることができる。
【００２１】
（６）  前記貯留部は、粒状の前記触媒を前記排出口に向けて螺旋状に誘導する螺旋誘導路（例えば、後述の螺旋誘導路２１４）を有するものであってもよい。
【００２２】
（６）の発明によれば、触媒を自然落下により転動させて排出口まで円滑に誘導できる。また、螺旋状誘導路は、車両の振動による触媒同士のぶつかり合いも緩和でき、複数の触媒が排出口に同時に侵入して滞留してしまう現象も効果的に防止できる。
【００２３】
（７）  本発明に係る触媒計量投入方法は、有機系の触媒を用いて改質器（例えば、後述の改質器１５）内で炭化水素を主体とする燃料を酸化改質して高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システム（例えば、後述の燃料改質システム１）中に、計量された前記触媒を投入する触媒計量投入方法であって、予め計量して成型された粒状の前記触媒（例えば、後述の触媒Ｘ）を使用し、粒状の前記触媒を前記燃料改質システム中に投入する際の投入量を、粒状の前記触媒の個数に基づいて計量する計量工程と、投入量が計量された後の粒状の前記触媒を機械的に粉砕して微粉化する微粉化工程と、微粉化された前記触媒を、前記燃料の噴射によって、前記燃料改質システム中に投入する投入工程と、を有する。
【００２４】
（７）の発明によれば、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能である。
【００２５】
（８）  （７）に記載の触媒計量投入方法において、粒状の前記触媒は、転動可能な球状であってもよい。
【００２６】
（８）の発明によれば、球状の触媒は、自ら転動することによって移動可能であるため、触媒の滞留も起こりにくく、より円滑な計量が可能である。
【００２７】
（９）  （７）又は（８）に記載の触媒計量投入方法において、前記計量工程は、少なくとも１つの貫通穴（例えば、後述の貫通穴２２３）を回転軸（例えば、後述の回転軸２２２）回りに有する回転盤（例えば、後述の回転盤２２１）を回転させ、粒状の前記触媒を前記貫通穴に１粒ずつ通過させることによって、前記回転盤の回転量によって粒状の前記触媒の個数を計数する構成を有するものであってもよい。
【００２８】
（９）の発明によれば、計量工程は、回転盤の回転数及び回転角度を規定することにより、システム中に投入する触媒の量を正確且つ容易に計量することができる。このため、正確に計量された触媒をシステム中に容易に投入でき、より安定した燃料の改質が可能な燃料改質システムとすることができる。
【００２９】
（１０）  （７）〜（９）のいずれかに記載の触媒計量投入方法において、前記微粉化工程は、投入量が計量された後の粒状の前記触媒を、互いに歯合する２つの歯車（例えば、後述の駆動歯車２３１、従動歯車２３２）の歯合部（例えば、後述の歯合部２３５）に供給し、前記２つの歯車の回転によって機械的に粉砕して微粉化する構成を有するものであってもよい。
【００３０】
（１０）の発明によれば、微粉化工程は、２つの歯車を回転させ、触媒を歯合部にワンパスで通過させることにより、連続して触媒を粉砕、微粉化することができる。このため、効率的な触媒の粉砕、微粉化が可能である。
【００３１】
（１１）  （１０）に記載の触媒計量投入方法において、前記投入工程は、前記歯合部における前記２つの歯車のピッチ円の接線方向に前記燃料を噴射することによって、微粉化された前記触媒を前記燃料改質システム中に投入する構成を有するものであってもよい。
【００３２】
（１１）の発明によれば、歯合部において機械的に粉砕、微粉化された触媒と燃料の混合物を、両歯車の回転に沿って、その回転方向の下流側に円滑に効率よく流出させることができる。
【００３３】
（１２）  本発明に係る燃料改質システムは、有機系の触媒を用いて改質器（例えば、後述の改質器１５）内で炭化水素を主体とする燃料を酸化改質して高オクタン価の改質燃料を生成する燃料改質システム（例えば、後述の燃料改質システム１）であって、前記改質器の上流に設けられ、前記燃料と空気を混合して前記改質器に供給する混合器（例えば、後述の混合器１４）と、前記混合器に対して計量された前記触媒を供給する触媒計量投入部（例えば、後述の触媒計量投入部２０）と、を備え、前記触媒計量投入部は、（１）〜（６）のいずれかに記載の触媒計量投入装置（例えば、後述の触媒計量投入装置２００）、を有する。
【００３４】
（１２）の発明によれば、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る燃料改質システムの触媒計量投入装置によれば、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能である。
また、本発明に係る燃料改質システムの触媒計量投入方法によれば、燃料改質システム中に、正確に計量された触媒を容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能である。
更に、本発明に係る燃料改質システムによれば、正確に計量された触媒をシステム中に容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質システム１の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る触媒計量投入装置を示す全体斜視図である。
【図３】図２に示す触媒計量投入装置の内部を底部側から見た図である。
【図４】図２に示す触媒計量投入装置の主要構成部分の断面図である。
【図５】図２に示す触媒計量投入装置によって触媒が微粉化される様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料改質システム１の構成を示す図である。本実施形態の燃料改質システム１は、図示しない車両に搭載され、車両上で図示しないエンジンの要求に応じて、燃料中に含まれる炭化水素をケトンを含む高オクタン価燃料に改質してエンジンに供給する。本実施形態の燃料改質システム１では、燃料としてガソリンを用い、酸化剤として空気を用いる。即ち、本実施形態の燃料改質システム１は、空気中の酸素による酸化反応を利用してガソリンを改質することから、例えば分解反応等を利用した改質と比べて低温で温和な条件下で改質が可能であるため、システム構成を簡易化でき、車両上でのオンデマンド運転に適したシステムである。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料改質システム１は、空気導入部１１と、燃料タンク１２と、燃料導入部１３と、混合器１４と、改質器１５と、凝縮器１６と、燃料供給部１７と、改質燃料タンク１８と、改質燃料供給部１９と、触媒計量投入部２０と、を有して構成される。
【００３９】
空気導入部１１は、後述する混合器１４の上流に設けられ、混合器１４内に酸化剤としての空気を導入する。空気導入部１１は、空気導入管１１０の上流側から順に、空気フィルタ１１１と、空気ポンプ１１２と、空気流量計１１３と、空気バルブ１１４と、を備える。空気導入部１１は、空気ポンプ１１２を駆動することで、空気フィルタ１１１を介して外気から空気を取り込む。また、空気導入部１１は、空気バルブ１１４を開弁することで、取り込んだ空気を混合器１４内に導入する。混合器１４内への空気の導入量は、空気流量計１１３で検出された流量に基づいて、図示しない電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）により、空気バルブ１１４の開度を調整することで制御される。
【００４０】
燃料タンク１２は、燃料として、炭化水素を主体的に含むガソリンを貯留する。即ち、燃料タンク１２は、通常の車両に設けられる燃料タンクであり、改質前のガソリンを貯留する。
【００４１】
燃料導入部１３は、後述する混合器１４の上流に設けられ、混合器１４内に燃料のガソリンを導入する。燃料導入部１３は、燃料導入管１３０の上流側から順に、改質ポンプ１３１と、燃料流量計１３２と、燃料バルブ１３３と、切替バルブ１３４と、を備える。燃料導入部１３は、改質ポンプ１３１を駆動するとともに燃料バルブ１３３を開弁することで、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを、混合器１４又は後述する触媒計量投入部２０に導入する。切替バルブ１３４は、ガソリンの流路を、混合器１４に向かう流路と触媒計量投入部２０に向かう流路とに選択的に切り替える。混合器１４及び触媒計量投入部２０へのガソリンの導入量は、燃料流量計１３２で検出された流量に基づいて、ＥＣＵにより燃料バルブ１３３の開度を調整することで制御される。切替バルブ１３４による流路の切り替えは、ＥＣＵにより制御されてもよいし、作業者により手動で制御されてもよい。
【００４２】
混合器１４は、後述する改質器１５の上流に設けられ、燃料のガソリンと空気を混合して改質器１５内に供給する。混合器１４は、空気導入部１１により導入される空気と、燃料導入部１３により導入される液状のガソリンとを均一に混合可能な構成となっている。また、混合器１４は、後述する触媒計量投入部２０から計量された触媒が導入された際、その触媒をガソリン中に混合して溶解可能である。具体的には、例えば混合器１４は、空気導入管１１０と混合器１４の接続部を小孔に形成することで、小さな空気泡を生成するように構成されていてよい。また、混合器１４は、空気の強い流れで渦を発生させるように構成されていてもよい。更に、混合器１４は、スターラー等の撹拌装置を有していてもよい。なお、混合器１４は、図示しないヒータを備えており、ガソリン及び空気を所定の温度まで昇温しながら混合することで、ガソリンと空気の混合気又は触媒が溶解されたガソリンと空気の混合気を生成する。
【００４３】
改質器１５は、混合器１４から供給される混合気中のガソリンの主成分である炭化水素を、混合気中の空気を用いて改質してケトンを含む高オクタン価燃料を生成させる。具体的には、改質器１５としては、流通反応器及び完全混合反応器のいずれであってもよい。
【００４４】
ここで、流通反応器とは、混合器１４から導入されたガソリンと空気の混合気が、その前後に供給された混合気と反応器内部で混合されることなく、ピストンのように押し流されながら改質されて流出する反応器を意味する。そのため、流通反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は相違し、混合気の反応器内部における滞在時間のばらつきが小さい特性を有する。
【００４５】
これに対して、完全混合反応器とは、混合器１４から導入されたガソリンと空気の混合気が、改質器内で反応物と均一に混合されて改質される反応器を意味する。そのため、完全混合反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は同一であり、混合器の反応器内部における滞在時間のばらつきが大きい特性を有する。
【００４６】
図１に示すように、改質器１５には、図示しない温度センサと、改質器１５内を冷却するための冷却部１５３と、が設けられる。冷却部１５３は、温度センサの検出温度に基づいてＥＣＵにより制御され、図示しないエンジンの冷却水を改質器１５に供給することで改質器１５を冷却する。エンジン冷却水の温度は、７０℃〜１００℃が好ましい。エンジン冷却水の温度が７０℃未満では改質反応速度が小さく、１００℃を超えるとエンジン冷却水の使用が難しくなる。なお、冷却部１５３は、改質反応が進行して改質器１５内の温度が高温の場合には、エンジン冷却水で改質器１５を冷却するが、改質反応の初期で改質器１５内の温度が低温の場合には、逆にエンジン冷却水で改質器１５を暖める作用をもたらす。
【００４７】
また、改質器１５は、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素を、酸化剤としての空気を用いて改質し、アルコールを生成させるとともに該アルコールをアルキルラジカルと反応させてケトンを生成させる改質触媒１５２を備える。具体的には、改質器１５は、円筒状のケーシング１５１と、ケーシング１５１内に充填された固体状の改質触媒１５２と、を備える。
【００４８】
固体状の改質触媒１５２は、小球状の多孔質担体と、当該多孔質担体の表面に担持された主触媒及び助触媒と、を含んで構成される。主触媒及び助触媒は、均一に混合された状態で、小球状の多孔質担体の表面に担持される。このように本実施形態の改質触媒１５２は、多孔質担体が小球状であることにより、その表面に担持される主触媒及び助触媒の表面積が増大し、燃料のガソリンや酸化剤の空気との接触面積が増大する。
【００４９】
小球状の多孔質担体としては、例えば、シリカビーズ、アルミナビーズ、シリカアルミナビーズ等が用いられる。中でも、シリカビーズが好ましく用いられる。多孔質担体の粒径は、好ましくは３μｍ〜５００μｍである。
【００５０】
主触媒は、ガソリン中の炭化水素から水素原子を引き抜いてアルキルラジカルを生成させる能力を有する有機系触媒である。具体的には、主触媒としては、Ｎ−ヒドロキシイミド基を有するＮ−ヒドロキシイミド基含有化合物が用いられる。中でも、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド（以下、「ＮＨＰＩ」という。）又はＮＨＰＩ誘導体が好ましく用いられる。
【００５１】
助触媒は、アルキルラジカルから生成するアルキルヒドロペルオキシドを還元してアルコールを生成させるとともに該アルコールをアルキルラジカルと反応させてケトンを生成させる能力を有する。具体的には、助触媒としては、遷移金属化合物が用いられる。中でも、コバルト化合物、マンガン化合物及び銅化合物からなる群より選ばれる化合物が好ましく用いられる。コバルト化合物としては酢酸コバルト（ＩＩ）等が用いられ、マンガン化合物としては酢酸マンガン（ＩＩ）等が用いられ、銅化合物としては塩化銅（Ｉ）等が用いられる。
【００５２】
上記主触媒及び助触媒の多孔質担体への担持方法については、従来公知の含浸法等が採用される。例えば、主触媒及び助触媒を所定の混合比で含有するスラリーを調製した後、調製したスラリー中に小球状の多孔質担体を浸漬させる。次いで、スラリー中から多孔質担体を引き上げ、多孔質担体の表面に付着した余分なスラリーを除去した後、所定の条件で乾燥する。これにより、多孔質担体の表面に主触媒及び助触媒が均一に担持された改質触媒１５２が得られる。
【００５３】
ここで、改質器１５内で進行する改質反応について、以下に詳しく説明する。
先ず、本実施形態の改質反応は、下記の反応式（１）に示すように、ガソリン中の炭化水素から水素原子が引き抜かれてアルキルラジカルが生成する水素引き抜き反応により開始される。この水素引き抜き反応は、主触媒、ラジカル及び酸素分子等の作用により進行する。
［化１］
ＲＨ  →  Ｒ・      ・・・反応式（１）
［反応式（１）中、ＲＨは炭化水素を表し、Ｒ・はアルキルラジカルを表す。］
【００５４】
次いで、水素引き抜き反応により生成したアルキルラジカルは、下記の反応式（２）に示すように、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカルを生成する。
［化２］
Ｒ・  ＋  Ｏ２  →  ＲＯＯ・      ・・・反応式（２）
［反応式（２）中、Ｏ２は酸素分子を表し、ＲＯＯ・はアルキルペルオキシラジカルを表す。］
【００５５】
次いで、反応式（２）により生成したアルキルペルオキシラジカルは、下記の反応式（３）に示すように、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルキルヒドロペルオキシドを生成する。
［化３］
ＲＯＯ・  ＋  ＲＨ  →  ＲＯＯＨ  ＋  Ｒ・      ・・・反応式（３）
［反応式（３）中、ＲＯＯＨはアルキルヒドロペルオキシドを表す。］
【００５６】
次いで、反応式（３）により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式（４）に示すように、助触媒の作用によりアルコールに還元される。
［化４］
ＲＯＯＨ  →  ＲＯＨ      ・・・反応式（４）
［反応式（４）中、ＲＯＨはアルコールを表す。］
【００５７】
また、反応式（３）により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式（５）に示すように、助触媒又は熱の作用によりアルコキシラジカルとヒドロキシラジカルとに分解する。
［化５］
ＲＯＯＨ  →  ＲＯ・  ＋  ・ＯＨ      ・・・反応式（５）
［反応式（５）中、ＲＯ・はアルコキシラジカルを表し、・ＯＨはヒドロキシラジカルを表す。］
【００５８】
次いで、反応式（５）により生成したアルコキシラジカルは、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルコールを生成する。
［化６］
ＲＯ・  ＋  ＲＨ  →  ＲＯＨ  ＋  Ｒ・      ・・・反応式（６） 
【００５９】
以上のようにして、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素が酸化改質され、アルコールに変換される。より詳しくは、ガソリン中に含まれる炭化水素は炭素数が４〜１０の炭化水素であるため、これら炭化水素が、炭素数４〜１０のアルコールに変換される。なお、上述のようにして生成したアルコールＲＯＨのうち、その大部分は第２級アルコールＲ−ＣＨＯＨ−Ｒ’である。
【００６０】
次いで、上述のようにして生成した第２級アルコールＲ−ＣＨＯＨ−Ｒ’は、下記の反応式（７）に示すように、例えばアルキルペルオキシラジカルＲＯＯ・のようなアルキルラジカルと反応して、ヒドロキシアルキルラジカルＲ−Ｃ・ＯＨ−Ｒ’を生成する。
［化７］
Ｒ−ＣＨＯＨ−Ｒ’  ＋  ＲＯＯ・  →  Ｒ−Ｃ・ＯＨ−Ｒ’  ＋  ＲＯＯＨ
・・・反応式（７）
［反応式（７）中、Ｒ−ＣＨＯＨ−Ｒ’は第２級アルコールを表し、Ｒ−Ｃ・ＯＨ−Ｒ’はヒドロキシアルキルラジカルを表す。］
【００６１】
次いで、ヒドロキシアルキルラジカルＲ−Ｃ・ＯＨ−Ｒ’は、さらに下記の反応式（８）に示すように、例えばアルキルペルオキシラジカルＲＯＯ・のようなアルキルラジカルと反応して、ケトンＲ−Ｃ＝Ｏ−Ｒ’を生成する。
［化８］
Ｒ−Ｃ・ＯＨ−Ｒ’  ＋  ＲＯＯ・  →  Ｒ−Ｃ＝Ｏ−Ｒ’  ＋ＲＯＯＨ
・・・反応式（８）
［反応式（８）中、Ｒ−Ｃ＝Ｏ−Ｒ’はケトンを表す。］
【００６２】
以上のようにして、本実施形態の燃料改質システム１では、ガソリンをケトンを含む高オクタン価燃料に改質することができ、燃料のオクタン価を向上できるようになっている。
【００６３】
次に、凝縮器１６は、改質器１５の下流に設けられ、改質器１５で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相と、気相とに分離する。凝縮器１６は、その内部に図示しない熱交換器を有しており、改質器１５の出口から流出する生成ガスを冷却することで、改質燃料を主体とする凝縮相と気相とに分離する。なお、凝縮相には、ケトンを含む高オクタン価燃料の改質燃料の他に副生成物の水等が含まれ、気相には、窒素、酸素、その他の副生成物のガス成分等が含まれる。凝縮器１６で分離された気相は、エンジンの吸気ポート内に供給される。凝縮器１６は、エンジンの吸気ポートに接続された気相供給管１６１を備える。凝縮器１６で分離された気相は、気相供給管１６１を介して、エンジンの吸気ポート内に供給される。
【００６４】
燃料供給部１７は、燃料ポンプ１７１と、燃料供給管１７２と、図示しないインジェクタと、を備える。燃料供給部１７は、燃料ポンプ１７１を駆動することで、燃料供給管１７２及びインジェクタを介して、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを図示しないエンジンの気筒内又は吸気ポート内に供給する。ガソリン供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することで制御される。
【００６５】
改質燃料タンク１８は、凝縮器１６で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する。改質燃料タンク１８は、改質器１５によりガソリンを改質することで生成したケトンを含む高オクタン価燃料の改質燃料を、一時的に貯留するバッファタンクとして機能する。
【００６６】
改質燃料供給部１９は、改質燃料タンク１８に貯留されたケトンを含む高オクタン価燃料の改質燃料を、エンジンの気筒内又は吸気ポート内に供給する。改質燃料供給部１９は、改質燃料ポンプ１９１と、改質燃料供給管１９２と、図示しないインジェクタと、を備える。改質燃料供給部１９は、改質燃料ポンプ１９１を駆動することで、改質燃料供給管１９２及びインジェクタを介して、改質燃料タンク１８内に貯留されたケトンを含む高オクタン価燃料の改質燃料を、図示しないエンジンの吸気ポート内に供給する。アルコール供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することで制御される。
【００６７】
触媒計量投入部２０は、改質器１５における上記の改質反応の際に使用される触媒を保有し、改質器１５内の触媒が失活する適宜のタイミングで、計量された所定量の触媒を燃料改質システム１中に投入して改質器１５における触媒不足を補う。触媒計量投入部２０は、触媒を貯留するとともに計量してシステム中に投入する触媒計量投入装置２００と、触媒計量投入装置２００で計量された後の触媒を混合器１４に供給する触媒供給管２０１と、燃料導入部１３の切替バルブ１３４と接続される燃料流入管２０２とを有する。燃料流入管２０２は、切替バルブ１３４によりガソリンの流路が触媒計量投入部２０に向かう流路に切り替えられた際に、改質ポンプ１３１の駆動によって、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを触媒計量投入装置２００内に流入させる。触媒計量投入装置２００は、燃料流入管２０２を介して流入されたガソリンを、触媒に向けて噴射する燃料噴射ノズル（図１において図示せず）を有する。燃料噴射ノズルは、燃料の噴射圧により、触媒を触媒供給管２０１を介して混合器１４に移送し、システム中に投入する。
【００６８】
ここで、触媒計量投入装置２００に貯留され、計量される触媒について説明する。
触媒計量投入装置２００に貯留され、計量される触媒としては、予め計量して成型された粒状の触媒Ｘ１が用いられる。即ち、粒状の個々の触媒Ｘ１は、予め均等な重量となるように計量された触媒を粒状に成型することで形成される。このため、粒状の触媒Ｘ１の個数を計数するだけで正確な計量が可能であり、システム中への触媒の投入量を容易に管理することが可能となる。従って、この触媒計量投入装置２００を有する燃料改質システム１によれば、正確に計量された触媒をシステム中に容易に投入でき、安定した燃料の改質が可能となる。しかも、粒状の触媒Ｘ１は、例えば液体状や粉体状の触媒に比べて、取り扱いが容易であり、装置内に付着、残留して計量誤差を発生させたり、装置内に堆積して計量不可となる事態を発生させたりすることもなく、安定且つ確実な計量が可能である。また、粒状の触媒Ｘ１によれば、次工程に入ったかどうかの確認が容易となる。更に、粒状の触媒Ｘ１によれば、触媒計量投入装置２００内の残量の計測が容易である。触媒Ｘ１の残量の計測方法は、様々な計測方法を採用することができる。例えば、重量を計測する方法以外にも、パイプ内に一列に収容される粒の長さを測定する方法や、板間に粒を挟み、その板間の厚さを測定する方法、個数を直接測定する方法等であってもよい。
【００６９】
粒状の触媒Ｘ１は、より具体的には転動可能な球状であることが好ましい。球状の触媒Ｘ１は、自ら転動することによって移動可能であるため、滞留が起こりにくい。このため、より円滑な触媒の計量及び投入が可能である。球状の触媒Ｘ１は、小さすぎると触媒Ｘ１同士が吸着し易くなる。一方、球状の触媒Ｘ１は、大きすぎると形状維持が困難となり、また、計量値を微調整することも困難となる。このため、球状の触媒Ｘ１は、直径２ｍｍ程度の球状（サブミクロンレベル寸法公差のBearing Ball相当）に加工固化したものであることが好ましい。球状の触媒Ｘ１の成型精度は、重量で±０．００１ｇレベルに抑えることが好ましい。また、球状の触媒Ｘ１の表面性状は、０．１ｓ以上に仕上げることで、湿度による潮解等が起きにくく、傾斜面の転動性も良好となる。なお、本実施形態では、このような球状の触媒Ｘ１を用いる場合について説明する。
【００７０】
触媒計量投入装置２００は、図１には詳細には示されていないが、触媒Ｘ１を貯留するための貯留部と、貯留部の下流側に、触媒Ｘ１を１粒ずつ計数して計量する計量部と、触媒Ｘ１を粉砕して微粉化する微粉化部と、を有する。触媒Ｘ１が微粉化されることにより、燃料噴射ノズルの噴射圧によって微粉化された微粉化部内の触媒を、触媒供給管２０１を介して混合器１４に移送すると同時に洗い流すことができる。しかも、微粉化された触媒は、ガソリン中に容易に溶解可能である。
なお、触媒計量投入装置２００の具体的な構成については後述する。
【００７１】
以上の構成を備える本実施形態の燃料改質システム１は、ＥＣＵにより制御されて以下のように動作する。
先ず、エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が必要であると判断された場合には、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるか否かを判別する。エンジン始動直後でエンジン冷却水の温度が所定温度未満であるときには、前回改質時に改質燃料タンク１８内に貯留されたケトンを含む高オクタン価燃料の改質燃料を、改質燃料ポンプ１９１によりエンジンの吸気ポート内に供給する。
【００７２】
これに対して、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるときには、燃料バルブ１３３及び空気バルブ１１４を開弁する。次いで、改質ポンプ１３１により、燃料タンク１２からガソリンを圧送して混合器１４内に導入する。同時に、空気ポンプ１１２により、空気フィルタ１１１を通過した空気を混合器１４内に導入する。
【００７３】
このとき、所望の適正なガソリン流量／空気流量の割合となるように、また、所望の適正な改質反応時間が得られるように、燃料流量計１３２でモニターされたガソリン流量及び空気流量計１１３でモニターされた空気流量に基づいて、燃料バルブ１３３及び空気バルブ１１４の開度をフィードバック制御する。これにより、ガソリン流量及び空気流量が制御される。
【００７４】
次いで、混合器１４内に導入されたガソリンと空気を、所定温度に暖めながら均一に混合して混合気とした後、改質器１５内に供給する。改質器１５内に供給された混合気中のガソリンの主成分である炭化水素は、改質触媒１５２の作用により上述の反応式（１）〜（８）が進行することで、ケトンを含む高オクタン価燃料に変換される。このとき、温度センサでモニターされた温度に基づいて、エンジン冷却水の供給を制御する。これにより、改質器１５内の温度が所望の適正温度に維持される。
【００７５】
次いで、改質器１５で生成した生成ガスを、凝縮器１６内の熱交換器により冷却することで、凝縮相と気相とに分離する。分離された凝縮相にはケトンを含む高オクタン価燃料の改質燃料が主として含まれており、改質燃料は、改質燃料タンク１８内に導入されて貯留される。改質燃料タンク１８内の改質燃料は、改質燃料ポンプ１９１によりエンジンの吸気ポート内に供給する。一方、分離された気相は、エンジンの吸気ポートに導入することで、エンジンの気筒内での燃焼に供される。
【００７６】
エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が不要であると判断された場合には、先ず、空気ポンプ１１２を停止して空気バルブを閉弁し、混合器１４内への空気の供給を停止する。次いで、改質器１５内がガソリンで満たされて空気が全て流出した後に、改質ポンプ１３１を停止して燃料バルブ１３３を閉弁し、混合器１４内へのガソリンの供給を停止する。これにより、システム停止中に、改質器１５内に残存した酸素により改質反応が進行してしまう事態が回避される。
【００７７】
次に、触媒計量投入装置２００の具体的構成について更に詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る触媒計量投入装置２００を示す全体斜視図であり、図３は、図２に示す触媒計量投入出装置２００の内部を底部側から見た図であり、図４は、図２に示す触媒計量投入装置２００の主要構成部分の断面図であり、図５は、図２に示す触媒計量投入装置２００によって触媒Ｘ１が微粉化される様子を説明する図である。
触媒計量投入装置２００は、貯留部２１０と、計量部２２０と、微粉化部２３０と、燃料噴射ノズル２４０と、を有して構成される。これら計量部２２０、微粉化部２３０及び燃料噴射ノズル２４０は、図２に示すハウジング２５０内に収容されている。
【００７８】
貯留部２１０は、予め計量して成型された球状の触媒Ｘ１を多数貯留する例えば貯留容器２１１によって構成される。本実施形態に示す貯留容器２１１は、上部が開放された縦長円筒状容器からなるが、具体的な形状は問わない。図４に示すように、貯留容器２１１の下端部は、下方に行くに従って次第に縮径される円錐状の傾斜部２１２を有する。この傾斜部２１２の底部に、排出口２１３が形成されている。排出口２１３の内径は、球状の触媒Ｘ１の直径よりも僅かに大きい。このため、排出口２１３は、球状の触媒Ｘ１を自然落下により１粒ずつ排出するようになっている。なお、貯留容器２１１は、開閉可能な蓋部を有するが、図２、図４では図示を省略した。
【００７９】
貯留容器２１１は、触媒Ｘを排出口２１３に向けて螺旋状に誘導する螺旋誘導路２１４を有していてもよい。本実施形態に示す螺旋誘導路２１４は、貯留容器２１１の軸方向（図４の上下方向）に沿って延びる中心軸部２１４ａと、中心軸部２１４ａの外周に螺旋状に設けられた仕切り板２１４ｂとを有する。仕切り板２１４ｂの外径は、貯留容器２１１の内径とほぼ等しく、仕切り板２１４ｂの外周は貯留容器２１１の内面と接している。また、仕切り板２１４ｂの螺旋のピッチは、球状の触媒Ｘ１の直径よりもやや大きい程度に設定されている。このため、貯留容器２１１内に投入された球状の触媒Ｘ１は、螺旋状の仕切り板２１４ｂ上を自然落下により転動し、排出口２１３まで円滑に誘導される。また、螺旋誘導路２１４は、車両の振動による触媒Ｘ１同士のぶつかり合いも緩和できるとともに、複数の触媒Ｘ１が排出口２１３に同時に侵入して滞留してしまう現象も効果的に防止できる。
【００８０】
計量部２２０は、貯留部２１０の下流側に配置され、排出口２１３から排出された触媒Ｘ１を、個数に基づいて計量する。ここで、触媒計量投入装置２００における下流側とは、貯留容器２１１内の触媒Ｘ１が燃料改質システム１の混合器１４に投入される流れ方向の下流側のことである。本実施形態に示す計量部２２０は、排出口２１３に近接して配置される１枚の回転盤２２１を有して構成される。回転盤２２１の回転軸２２２は、排出口２１３の軸方向と平行に配置され、且つ、排出口２１３からずれた位置に配置されている。
【００８１】
回転盤２２１は、貫通穴２２３を有している。貫通穴２２３の大きさは、触媒Ｘ１の直径よりもやや大きい程度である。貫通穴２２３は、回転盤２２１の回転軸２２２の回りに配置されている。本実施形態に示す回転盤２２１は、回転軸２２２の回りに、９０°の角度で配置される４つ貫通穴２２３を有している。しかし、回転盤２２１は少なくとも１つの貫通穴２２３を有するものであればよい。各貫通穴２２３は、回転盤２２１が回転した際に、排出口２１３の直下に位置して該排出口２１３と連通するように配置されている。このため、貫通穴２２３は、排出口２１３から１粒ずつ排出される触媒Ｘ１を、１粒ずつ通過させるようになっている。
【００８２】
本実施形態に示す回転盤２２１は、９０°の角度で配置される４つ貫通穴２２３を有するため、回転盤２２１が１回転することにより、４粒の触媒Ｘ１がそれぞれ貫通穴２２３を通過する。貫通穴２２３が排出口２１３と連通していない状態では、回転盤２２１は排出口２１３を閉鎖する。このため、触媒Ｘ１は排出口２１３から排出されない。そして、回転盤２２１が所定角度回転し、貫通穴２２３が排出口２１３と連通すると、１粒の触媒Ｘ１が排出口２１３から貫通穴２２３内に落下する。従って、回転盤２２１の回転数及び回転角度を規定することにより、排出口２１３から貫通穴２２３内に落下する触媒Ｘ１の個数を計数することができる。この計量部２２０は、貫通穴２２３を有する１枚の回転盤２２１によって構成されるだけのシンプルな構造であるため、触媒計量投入装置２００が大型することがない。
【００８３】
微粉化部２３０は、計量部２２０の下流側に配置され、回転盤２２１の貫通穴２２３を通過した触媒Ｘ１を１粒ずつ機械的に粉砕して微粉化する。本実施形態に示す微粉化部２３０は、１枚の駆動歯車２３１と、この駆動歯車２３１に歯合する１枚の従動歯車２３２とを有して構成される。駆動歯車２３１は、図示しない駆動源の駆動力を受けて、回転軸２３３を中心にして、図３に示す反時計回りに回転する。回転軸２３３は、排出口２１３の軸方向と平行に配置され、且つ、排出口２１３を挟んで回転盤２２１の回転軸２２２とは反対側に配置されている。一方、従動歯車２３２は、回転盤２２１の下面に、回転盤２２１の回転軸２２２と同軸状に回転可能で、且つ、回転盤２２１に対して回転不能に配置されている。このため、駆動歯車２３１が駆動力を受けて回転すると、この駆動歯車２３１に歯合している従動歯車２３２が駆動歯車２３１と逆方向（図３に示す時計回り）に回転し、この従動歯車２３２と一体になって回転盤２２１も回転する。
【００８４】
回転盤２２１の各貫通穴２２３は、図３に示すように、従動歯車２３２の隣接する歯部２３２ａ、２３２ａの間に配置されている。このため、排出口２１３から落下して貫通穴２２３を通過した触媒Ｘ１は、従動歯車２３２の隣接する歯部２３２ａ、２３２ａの間に収容されるようになっている。従動歯車２３２の下面には、図４に示すように、従動歯車２３２の外径（歯部２３２ａを含む外径）と同径又は大きい外径を有する支持円盤２３４が配置され、回転盤２２１との間で従動歯車２３２を挟んでいる。支持円盤２３４は従動歯車２３２に対して回転不能であり、従動歯車２３２と一体になって回転する。支持円盤２３４は、回転軸２２２を挿通させる挿通穴以外に穴部を有していない。このため、従動歯車２３２の隣接する歯部２３２ａ、２３２ａの間に収容された触媒Ｘ１は、支持円盤２３４上に載置され、従動歯車２３２の回転に伴って歯合部２３５に運ばれる。
【００８５】
歯合部２３５に運ばれた１粒の触媒Ｘ１は、図５に示すように、回転によって互いに歯合する歯部２３１ａ、２３２ａによって、ワンパスで機械的に粉砕され、微粉化され、微粉化された触媒Ｘ２となる。この微粉化部２６０も、２枚の歯車２３１、２３２によって構成されるだけのシンプルな構造であるため、触媒計量投入装置２００が大型することはない。
【００８６】
燃料噴射ノズル２４０は、微粉化部２３０によって微粉化された後の触媒Ｘ２に向けて、燃料流入管２０２から流入されるガソリンを噴射するように構成される。燃料噴射ノズル２４０の先端は、微粉化部２３０の歯合部２３５の近傍に配置される。具体的には、燃料噴射ノズル２４０の先端は、歯合部２３５に対し、両歯車２３１、２３２の回転方向の上流側からガソリンの噴射を行うように配置される。また、燃料噴射ノズル２４０の後端は、燃料流入管２０２と接続されている。
【００８７】
燃料噴射ノズル２４０からガソリンが噴射されると、図５に示すように、微粉化された触媒Ｘ２が、噴射されたガソリンと共に噴射圧によって微粉化部２３０の外部に流出する。微粉化部２３０の外部に流出した触媒Ｘ２とガソリンとの混合物は、触媒供給管２０１を介して燃料改質システム１の混合器１４に投入される。また、噴射されたガソリンの噴射圧で歯合部２３５が効果的に洗浄される。洗い流された触媒Ｘ２とガソリンとの混合物が下流側に流出するため、計量された触媒Ｘ２を残留させることなく下流の混合器１４に投入することができるとともに、混合器１４の手前で、触媒Ｘ２とガソリンとの混合を促進させる機能も果たす。なお、混合器１４と触媒計量投入装置２００との間には、触媒Ｘ２とガソリンとの混合物を混合器１４に更に円滑に移送できるようにするため、触媒供給ポンプ（図示せず）を備えてもよい。
【００８８】
燃料噴射ノズル２４０は、図３に示すように、歯合部２３５における２つの歯車２３１、２３２のピッチ円の接線方向Ｄ１にガソリンを噴射する構成を有することが好ましい。これにより、歯合部２３５において微粉化された触媒Ｘ２とガソリンの混合物を、両歯車２３１、２３２の回転に沿って、その回転方向の下流側に向けて円滑に流出させることができる。
【００８９】
次に、この触媒計量投入装置２００による触媒の計量及び投入動作（触媒計量投入方法）について説明する。
先ず、予め計量して成型された球状の触媒Ｘ１が貯留容器２１１内に収容される。貯留容器２１１内に収容された触媒Ｘ１は、螺旋誘導路２１４の仕切り板２１４ｂ上を自然落下により螺旋状に転動しながら、傾斜部２１２まで誘導される。傾斜部２１２内の触媒Ｘ１は、円錐面に案内されながら、１粒ずつ排出口２１３に落下する。ここで、計量部２２０の回転盤２２１は、排出口２１３を閉鎖している状態にあるものとする。このため、排出口２１３に落下した触媒Ｘ１は、排出口２１３から排出されない。
【００９０】
＜計量工程＞
ＥＣＵ又は作業者により、触媒を燃料改質システム１中に計量、投入する指示がなされると、燃料導入部１３の切替バルブ１３４は、ガソリンの流路を触媒計量投入部２０に向かう流路に切り替えられる。そして、図示しない駆動源が駆動され、駆動歯車２３１が回転する。駆動歯車２３１の回転により従動歯車２３２が回転し、従動歯車２３２と一体の回転盤２２１が回転する。回転盤２２１が所定角度回転すると、回転盤２２１の１つの貫通穴２２３が排出口２１３と合致する。このとき、排出口２１３内にある１粒の触媒Ｘ１だけが貫通穴２２３内に落下し、図３、図４に示すように計量部２２０に至る。貫通穴２２３内に落下した触媒Ｘ１は、貫通穴２２３を通過することで次工程の微粉化部２３０に送られる。このようにして微粉化部２３０に送られる触媒の量は、予め計量されて成型された１粒の触媒Ｘ１の重量となる。即ち、計量部２２０において、１粒の触媒Ｘ１が回転盤２２１の貫通穴２２３を通過することで、１粒分の重量の触媒が計量され、微粉化部２３０に送られることになる。
【００９１】
＜微粉化工程＞
貫通穴２２３を通過した１粒の触媒Ｘ１は、従動歯車２３２の隣接する歯部２３２ａ、２３２ａ間に収容される。更に駆動歯車２３１及び従動歯車２３２が回転すると、歯部２３２ａ、２３２ａ間の触媒Ｘ１は歯合部２３５に運ばれ、この歯合部２３５において、図５に示すように、両歯車２３１、２３２の歯部２３１ａ、２３２ａによって機械的に粉砕され、微粉化された触媒Ｘ２となる。このように、微粉化工程は、駆動歯車２３１及び従動歯車２３２を回転させ、触媒Ｘ１を歯合部２３５にワンパスで通過させることにより、連続して粉砕し、微粉化された触媒Ｘ２を生成することができる。このため、効率的な触媒Ｘ１の粉砕、微粉化が可能である。
【００９２】
＜投入工程＞
燃料導入部１３の改質ポンプ１３１の駆動により、燃料タンク１２内のガソリンが燃料流入管２０２を介して、触媒計量投入装置２００の燃料噴射ノズル２４０に供給される。改質ポンプ１３１は、ＥＣＵ又は作業者による計量、投入の指示があった後、連続的に駆動されてもよいし、回転盤２２１や両歯車２３１、２３２の回転に連動して間欠的に駆動されてもよい。燃料噴射ノズル２４０は、改質ポンプ１３１の駆動により供給されるガソリンを、歯合部２３５における両歯車２３１、２３２のピッチ円の接線方向Ｄ１に噴射する。このガソリンの噴射により、歯合部２３５で粉砕、微粉化された触媒Ｘ２が洗い流されると同時に、微粉化された触媒Ｘ２とガソリンの混合物を微粉化部２３０から排出し、触媒供給管２０１を介して混合器１４に移送する。これにより、計量された新たな触媒が燃料改質システム１中に投入される。また、ガソリンの噴射により、混合器１４の手前で、微粉化された触媒Ｘ２とガソリンとの混合も促進されるので、混合器１４において更に混合されることにより、触媒の溶解状態が良好なガソリンを改質器１５に供給することができる。更に、歯合部２３５における両歯車２３１、２３２のピッチ円の接線方向にガソリンが噴射されるので、微粉化された触媒Ｘ２とガソリンの混合物を、両歯車２３１、２３２の回転に沿って、その回転方向の下流側に円滑に効率よく流出させることができる。
【００９３】
以上説明した一連の計量、投入動作は、駆動歯車２３１及び従動歯車２３２の回転によって継続される。本実施形態に示す回転盤２２１は、９０°の角度で４つの貫通穴２２３を有するため、例えば、回転盤２２１が１回転（３６０°回転）すると、４個分の触媒Ｘ１が計量され、微粉化部２３０に送られて微粉化される。同様にして、回転盤２２１が１／４回転（９０°回転）すると１個分の触媒Ｘ１が計量され、回転盤２２１が１／２回転（１８０°回転）すると２個分の触媒Ｘ１が計量され、回転盤２２１が３／４回転（２７０°回転）すると３個分の触媒Ｘ１が計量されることになる。従って、計量工程では、回転盤２２１の回転数及び回転角度を規定することにより、システム中に投入する触媒の量を正確且つ容易に計量することができる。このため、正確に計量された触媒をシステム中に容易に投入でき、より安定した燃料の改質が可能な燃料改質システム１を構成することができる。また、微粉化工程では、駆動歯車２３１及び従動歯車２３２を回転させ、球状の触媒Ｘ１を歯合部２３５にワンパスで通過させることにより、連続して触媒Ｘ１を粉砕、微粉化し、微粉化された触媒Ｘ２を生成することができる。このため、触媒Ｘ１の効率的な粉砕、微粉化が可能である。
【００９４】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、燃料としてガソリンを用いがこれに限定されない。例えば、エタノール等のアルコールを含有するアルコール含有ガソリンを用いた場合であっても、上記実施形態と同様の効果が奏される。
【００９５】
また、触媒計量投入装置２００の計量部２２０は、以上説明した回転盤２２１に限らず、例えば、排出口２１３に光学式センサを設け、排出口２１３を通過する触媒Ｘ１の個数を光学的に計数する構成等であってもよい。
更に、触媒計量投入装置２００の微粉化部２３０は、以上説明した２枚の歯車２３１、２３２によるギア式に限らず、例えば、触媒Ｘ１を回転するカムによって微粉化するカム式、触媒Ｘ１をヤスリによって微粉化するヤスリ式、触媒Ｘ１を押し潰して微粉化するピストン式等であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  燃料改質システム
１４  混合器
１５  改質器
２０  触媒計量投入部
２００  触媒計量投入装置
２１０  貯留部
２１３  排出口
２１４  螺旋誘導路
２２０  計量部
２２１回転盤
２２２  回転軸
２２３  貫通穴
２３０  微粉化部
２３１  駆動歯車
２３２  従動歯車
２３５  歯合部
２４０  燃料噴射ノズル
Ｘ１、Ｘ２  触媒
Ｄ１  ピッチ円の接線方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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