(57)【要約】【課題】ガス状の炭化水素と水蒸気との混合ガス内にパルス放電を発生させるための要求放電開始電圧を低下させて、パルス放電用電源の容量を低く抑える炭化水素改質システムを提供する。【解決手段】炭化水素ガスと水蒸気とを含む混合ガスが内在する混合ガス容器と、パルス状電圧を出力するパルス電源と、前記パルス電源から出力されたパルス状電圧が印加されて、前記混合ガス容器に内在する混合ガス中にパルス放電を起こす一対の電極５，６と、前記混合ガス容器内の圧力を大気圧より減じて負圧状態とする負圧発生手段と、を備える炭化水素改質システムにおいて、前記負圧発生手段によって前記混合ガス容器内の圧力を所定の圧力以下である負圧状態とした後に前記パルス電源によって前記一対の電極５，６に電圧を印加しパルス放電を行う。【選択図】図１
2004352543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガスと水蒸気とを含む混合ガスが内在する混合ガス容器と、
パルス状電圧を出力するパルス電源と、
前記パルス電源から出力されたパルス状電圧が印加されて、前記混合ガス容器に内在する混合ガス中にパルス放電を起こす一対の電極と、
前記混合ガス容器内の圧力を大気圧より減じて負圧状態とする負圧発生手段と、を備え、
前記負圧発生手段によって前記混合ガス容器内の圧力を所定の圧力以下である負圧状態とした後に前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電を行うことで、該混合ガス中の炭化水素を水素に転化することを特徴とする炭化水素改質システム。
【請求項２】
前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電が開始された後に、前記負圧発生手段によって前記混合ガス容器内の圧力を負圧状態とすることを中止することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素改質システム。
【請求項３】
前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電が開始された後に、前記負圧発生手段による前記混合ガス容器内の圧力の負圧状態を低減することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素改質システム。
【請求項４】
前記炭化水素改質システムが、内燃機関に備えられている場合において、
前記混合ガス容器は、前記内燃機関の吸気系と接続され、
前記負圧発生手段は、前記内燃機関が駆動して前記吸気系を吸引することで前記混合ガス容器内の圧力を負圧状態とすることを特徴とする請求項１に記載の前記炭化水素改質システムを備える内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関が、該内燃機関の出力軸を介して外部駆動装置と接続されている場合において、
前記負圧発生手段は、前記外部駆動装置によって前記出力軸を介して前記内燃機関を駆動し前記吸気系を吸引することで前記混合ガス容器内の圧力を負圧状態とし、
前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電を行った後に、前記内燃機関を機関始動することを特徴とする請求項４に記載の炭化水素改質システムを備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系燃料を放電プラズマによって改質して水素を発生させる炭化水素改質システム、特に発生した水素を内燃機関の燃料として適用する炭化水素改質システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素系燃料を改質して水素を生成する炭化水素改質システムにおいて、炭化水素系燃料と水蒸気の反応によって水素や一酸化炭素を生成する方法として、スチームリフォーミングと呼ばれる水蒸気改質が行われている。そこで、炭化水素系燃料をガス化させて水蒸気と混合させた混合ガス中で直流パルス放電を行って鎖式炭化水素と水蒸気を反応させることで、低温、低圧、且つ触媒を用いないという条件下で水素を生成させる技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、炭化水素改質装置によって発生した水素を利用する技術として、炭化水素系燃料をパルス放電装置によってプラズマ化することで水素を生成し、水素による電気化学反応で起電力が発生する燃料電池に、該生成された水素を供給する燃料システムが公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３５３０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６７７８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパルス放電による炭化水素改質システムにおいては、炭化水素から水素へ転化させる転化反応が行われる雰囲気、即ち、ガス状の炭化水素と水蒸気が混合した混合ガスが置かれる雰囲気の圧力は、大気圧状態であった。
【０００６】
ここで、混合ガス内にパルス放電を発生させるためには、電極間に所定の電圧（以下、「要求放電開始電圧」という）以上の高電圧を印加する必要がある。しかし、ガス状の炭化水素と水蒸気が混合した混合ガスが存在する雰囲気の圧力が高くなるに従い、前記要求放電開始電圧は上昇する。そのため、該圧力が大気圧状態であれば、要求放電開始電圧が比較的高くなるため、電極に電圧を印加するパルス電源の容量が増大する虞がある。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ガス状の炭化水素と水蒸気との混合ガス内にパルス放電を発生させるための要求放電開始電圧を低下させて、パルス放電用電源の容量を低く抑える炭化水素改質システム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】
本発明は、パルス放電によって炭化水素から水素への転化反応が行われる炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスが置かれる雰囲気の圧力に着目した。これは、該圧力によってパルス放電を発生させるための要求放電開始電圧が変動することによる。
【０００９】
そこで、炭化水素ガスと水蒸気とを含む混合ガスが内在する混合ガス容器と、パルス状電圧を出力するパルス電源と、前記パルス電源から出力されたパルス状電圧が印加されて、前記混合ガス容器に内在する混合ガス中にパルス放電を起こす一対の電極と、前記混合ガス容器内の圧力を大気圧より減じて負圧状態とする負圧発生手段と、を備え、炭化水素系燃料を水素へ転化する炭化水素改質システムにおいて、前記負圧発生手段によって前記混合ガス容器内の圧力を所定の圧力以下である負圧状態とした後に前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電を行うことで、該混合ガス中の炭化水素を水素に転化する。
【００１０】
炭化水素系燃料を改質して水素を得るには、炭化水素系燃料を気化させて炭化水素ガスにした上で（以下、該炭化水素ガスを単に「炭化水素」という）、水蒸気と混合し、その混合ガスにおいてパルス放電を起こし、プラズマを発生させる。該パルス放電は、前記一対の電極にパルス状電圧が印加されることで発生する。また、炭化水素系燃料としては、単一種類の炭化水素で構成されるプロパン、ブタン等の燃料や複数種類の炭化水素で構成されるガソリン等が挙げられる。
【００１１】
前記混合ガスにおいてプラズマを発生させるためのパルス放電方式については、混合ガス中に正極と負極からなる一対の電極を設け、該電極間において放電を行ういわゆるグロー放電又はアーク放電が挙げられる。更に、混合ガスが収容される混合ガス容器が絶縁材でできている場合には、該混合ガス容器の内部と外部にそれぞれ電極を設けて、該電極間においてパルス放電を行ってもよい。このような放電方式では電極間において流れる電流量が小さく、転化反応が効率的に行われない。そこで、転化反応を促進するために、該混合ガス容器中に光触媒や高誘電剤等を充填させたいわゆるパックドベット方式によるパルス放電が好適である。また、混合ガス容器に備えられた一対の電極に印加されるパルス状電圧は、直流パルス電圧でも、交流パルス電圧でもでもよい。
【００１２】
電極にパルス状電圧を印加することでパルス放電を発生させるが、電極間に存在する混合気や空気の絶縁層を突破して放電を行うために一定の電圧である要求放電開始電圧以上の電圧を電極に印加する必要がある。ここで、要求放電開始電圧は、放電が行われる空間、即ち混合ガスが存在する混合ガス容器内の圧力が高くなるに従って高くなる物理的特性を有している。
【００１３】
そこで、転化反応のためのパルス放電を行うに際して、前記負圧発生手段によって該混合ガス容器内の圧力を大気圧より低い前記所定の圧力以下の負圧状態にすることで、該混合ガス容器内の圧力が大気圧状態である場合と比べて、要求放電開始電圧を低下させることが可能となる。その結果、前記パルス電源の容量を低く抑えることが可能となる。負圧発生手段としては、前記混合ガス容器内を吸引するポンプ等が挙げられる。
【００１４】
また、前記所定の圧力とは、大気圧より低い圧力であり、且つ、前記パルス電源の容量と前記負圧発生手段とによって形成可能な前記混合ガス容器内の圧力である。即ち、前記パルス電源の容量から決定される電極への印加電圧の範囲内に要求放電開始電圧を下げるために、前記負圧発生手段により形成すべき前記混合ガス容器内の圧力である。
【００１５】
ここで、前記混合ガス容器内においてパルス放電が一旦開始されると、前記パルス電源から電極に印可される電圧を、前記混合ガス容器内の圧力状態にかかわらず要求放電開始電圧より比較的低い電圧としても、パルス放電は維持される。これは、一旦パルス放電が開始されると、混合ガスがプラズマ化し、そのエネルギによりパルス放電が維持されることに依る。
【００１６】
そこで、前記炭化水素改質システムにおいて、前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電が開始された後に、前記負圧発生手段によって前記混合ガス容器内の圧力を負圧状態とすることを中止、または該負圧発生手段による負圧状態をパルス放電開始時より低減させる。即ち、前記負圧発生手段によって要求放電開始電圧を低下させた後、パルス放電を維持するために電極に印加する電圧（以下、「放電持続電圧」という）を、前記混合ガス容器内の圧力にかかわらず比較的低い電圧とすることが可能となるため、前記負圧発生手段による負圧状態の形成を中止、または該負圧状態を低減させるものである。その結果、負圧状態を形成されるために消費されるエネルギ、例えば負圧発生手段がポンプである場合は該ポンプによる駆動損失を低減することが可能となる。
【００１７】
ここで、先述までの炭化水素改質システムを内燃機関に備える場合、炭化水素改質システムによって炭化水素燃料から転化された水素を内燃機関の燃料として利用することが可能である。水素は、プロパンやガソリン等の炭化水素系燃料と比べて、酸化燃焼がより良好に行われるため、排気エミッションの改善や内燃機関の燃費の改善が見込まれる。尚、炭化水素システムによって生成された水素を内燃機関の燃料として利用する場合、燃料の一部として、即ちガソリン等の燃料と併せて利用してもよい。
【００１８】
そこで、先述までの炭化水素改質システムが、内燃機関に備えられている場合において、前記混合ガス容器は、前記内燃機関の吸気系と接続され、前記負圧発生手段は、前記内燃機関が駆動して前記吸気系を吸引することで前記混合ガス容器内の圧力を負圧状態とする。
【００１９】
内燃機関が駆動することで気筒内のピストンが作動し、該内燃機関の吸気系である吸気管や吸気枝管に存在する吸気（空気等）を燃焼室内に吸引される。そこで、前記混合ガス容器が内燃機関の吸気系と接続されているため、内燃機関の駆動による吸引作用によって前記混合ガス容器内も吸引される。その結果、負圧状態を形成するためのポンプ等の特別な設備に依らずに、前記混合ガス容器内を負圧状態とすることが可能となる。
【００２０】
尚、内燃機関の駆動によって前記混合ガス容器内をより効率的に吸引するために、内燃機関の吸気系において吸気の流入が制限される時、即ちスロットルバルブ等によって該吸気系の流れが遮断、もしくは大きく制限される内燃機関の運転状態時に、上述の内燃機関の駆動による前記混合ガス容器内の吸引を行うのが好ましい。このような内燃機関の運転状態として、モータリング運転時、無負荷運転時、軽負荷運転時、減速運転時等が挙げられる。
【００２１】
次に、上述の炭化水素改質システムを備える内燃機関において、機関停止状態にある内燃機関を始動させる場合を考慮する。内燃機関は機関停止状態にあるため、内燃機関の駆動によって前記混合ガス容器内を負圧状態とすることができない。そこで、上述の炭化水素改質システムを備える前記内燃機関が、該内燃機関の出力軸を介して外部駆動装置と接続されている場合、前記負圧発生手段は、前記外部駆動装置によって前記出力軸を介して前記内燃機関を駆動し前記吸気系を吸引することで前記混合ガス容器内の圧力を負圧状態とし、前記パルス電源によって前記一対の電極に電圧を印加しパルス放電を行った後に、前記内燃機関を機関始動する。
【００２２】
即ち、機関停止状態にある内燃機関を、内燃機関の出力軸を介して接続されている前記外部駆動装置によって強制的に駆動させることで、内燃機関の駆動による前記混合ガス容器内を吸引し、負圧状態を形成することが可能となる。この時、内燃機関の燃焼室においては燃料の酸化燃焼が行われずに、ピストンが前記外部駆動装置によって駆動されている状態である。ここで、前記外部駆動装置としては、前記内燃機関の始動を行うスタータモータが挙げられる。また、前記内燃機関が電気モータ等の別の出力装置と併せて設けられているいわゆるハイブリッドシステムにおける内燃機関である場合には、該電気モータを前記外部駆動装置として利用することが可能である。
【００２３】
その後、前記混合ガス容器内の圧力が、パルス放電を発生できる程度の圧力に低下すると、パルス放電によって炭化水素から水素への転化反応が行われる。そして、その生成された水素を内燃機関へ燃料として供給し、内燃機関の機関始動を行う。
【００２４】
このように構成することで、内燃機関の機関始動時から水素を燃料として内燃機関に供給することが可能となるので、機関始動時において燃料の良好な酸化燃焼が行われる。その結果、機関始動時、特に冷間始動時における排気エミッションの改善を図ることが可能となるとともに、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒が活性化する以前においても排気エミッションを改善することが可能となる。
【００２５】
尚、炭化水素システムを内燃機関に備える場合であっても、前記混合ガス容器内を吸引して負圧状態を形成するために、内燃機関の駆動ではなく、内燃機関とは別の外部設備であるポンプ等を利用してもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
ここで、本発明に係る炭化水素改質システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される炭化水素改質システムの概略構成を示す図である。
【００２７】
本実施の形態における炭化水素改質システムは、パルス放電が行われる転化反応部１と、パルス放電を発生させるための電力を転化反応部１に供給するパルス電源部２と、を有している。まず、転化反応部１においては、燃料タンク３に貯留されている炭化水素系燃料であるプロパンがガス化されて、水蒸気添加装置４に流入する。そして、水蒸気添加装置４によってガス化されたプロパンと水蒸気が混合されて、その混合気が、導入管７を経て絶縁管１０に順次、流入する。このとき、導入管７における混合気の流れは、流量制御弁１５の開度によって調整される。
【００２８】
絶縁管１０の内部には、対をなす電極５および電極６が設けられている。一方の電極５は接地されており、他方の電極６はパルス電源部２と電気的に接続されている。パルス電源部２は、パルス信号発生器１１と電圧発生器１２から主に構成されている。パルス信号発生器１１は、直流パルス信号または交流パルス信号を出力する装置である。パルス信号発生器１１から出力されたパルス信号は伝送線１４を介して電圧発生器１２に伝えられる。電圧発生器１２は、該伝えられたパルス信号に基づいてパルス状高電圧を発生させ、伝送線１３を介してその高電圧を電極６に伝える。
【００２９】
電極６にパルス状高電圧が伝えられることで、電極５と電極６との間にパルス放電が発生する。該パルス放電によって混合気を形成するプロパンガスと水蒸気がプラズマ化され、再結合して水素や一酸化炭素に変換される。その後、発生した水素や一酸化炭素は放出管８を経て、絶縁管１０の外へ導かれる。生成された水素は内燃機関の燃料として供給されたり、また、燃料電池における発電用燃料として供給されたりすることも可能である。
【００３０】
ここで、燃料電池に一酸化炭素が供給されると、燃料電池に対して強い毒性を持つため、燃料電池の劣化が促進される。そこで、水素と一酸化炭素を分離するために、放出管８を介して絶縁管１０の外部に出た水素および一酸化炭素を、図示しない水蒸気添加装置に送ってもよい。
【００３１】
水蒸気添加装置は、生成された一酸化炭素に水蒸気を添加することで、ＣＯシフト転換反応あるいは選択酸化反応を利用して、二酸化炭素に変換させるものである。これによって、純度の高い水素を内燃機関や燃料電池等に供給することが可能となる。
【００３２】
更に、放出管８（生成された水素および一酸化炭素を水蒸気添加装置に送る場合には該水蒸気添加装置）の下流には、水素放出管１８を介してポンプ１７が備えられている。ポンプ１７を駆動させると、絶縁管１０内を吸引し絶縁管１０内の圧力を大気圧より低い圧力状態、即ち負圧状態とすることが可能である。また、絶縁管１０内のパルス放電によって生成された水素はポンプ１７の下流へと運ばれる。
【００３３】
ここで、流量制御弁１５は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔと称する）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。更に、パルス電源部２とポンプ１７はＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０の指令に従って、パルス電源部２はパルス放電のためのパルス状電圧を電極６に印加、ポンプ１７は絶縁管１０内を吸引する。また、絶縁管１０内の圧力を検出する圧力センサ１９が絶縁管１０に備えられており、圧力センサ１９はＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＥＣＵ２０が絶縁管１０内の圧力を検出することが可能である。
【００３４】
このように構成される炭化水素改質システムにおいて、パルス放電によって炭化水素から水素への転換反応を行う場合の制御について、図２に基づいて説明する。図２はパルス放電時における絶縁管１０内の圧力制御（パルス放電時負圧制御）のフローチャートである。尚、該制御は、ＥＣＵ２０によって実行される。
【００３５】
先ずＳ１００では、流量制御弁１５を閉弁する。従って、この時点においては、絶縁管１０内にプロパンと水蒸気の混合ガスは供給されていない。Ｓ１００の処理が終了すると、Ｓ１０１へ進む。
【００３６】
Ｓ１０１では、ポンプ１７を起動し、絶縁管１０内を吸引することで、絶縁管１０内の圧力状態を負圧状態としていく。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００３７】
Ｓ１０２では、絶縁管１０の管内圧力Ｐｉを、圧力センサ１９によって検出する。即ち、ポンプ１７によって形成される絶縁管１０内の負圧状態を検出する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３８】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で検出した管内圧力Ｐｉが、所定の圧力Ｐ０以下である否かが判断される。ここで、所定の圧力Ｐ０とは、大気圧より低い圧力であって、且つ、パルス電源２の容量から決定される電極６への印加電圧の範囲内に要求放電開始電圧を下げるために、ポンプ１７により形成すべき絶縁管１０内の圧力である。従って、Ｓ１０３で、Ｓ１０２で検出した管内圧力Ｐｉが所定の圧力Ｐ０以下であると判断された場合は、絶縁管１０内の圧力状態が、パルス放電のための要求放電開始電圧を下げるために、十分に負圧状態となっていることを意味し、Ｓ１０４へと進む。一方で、Ｓ１０３で、Ｓ１０２で検出した管内圧力Ｐｉが所定の圧力Ｐ０より大きいと判断された場合は、絶縁管１０内の圧力状態が、パルス放電のための要求放電開始電圧を下げるためには、十分に負圧状態となっていないことを意味し、さらにポンプ１７によって絶縁管１０内の吸引を行うべく、再びＳ１０２以降の処理が行われる。
【００３９】
Ｓ１０４では、絶縁管１０内の圧力状態が十分に負圧状態となっているので、流量制御弁１５を開弁して、混合ガスを絶縁管１０内に導入するとともに、パルス電源部２によって電極６にパルス状電圧を印加することで、パルス放電を行う。その結果、炭化水素から水素への転化反応が起こり、水素と一酸化炭素が生成される。生成された水素と一酸化炭素は、放出管８、水素放出管１８へと流れる。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００４０】
Ｓ１０５では、ポンプ１７の駆動を停止、またはポンプ回転数を低下する。ポンプ１７の駆動を停止することにより絶縁管１０内の圧力状態は負圧状態から大気圧状態となり、またポンプ１７のポンプ回転数を低下することにより絶縁管１０内の負圧状態が低減されて大気圧に近い負圧状態となる。Ｓ１０５の処理が終了することで、本制御は終了する。
【００４１】
本制御によると、炭化水素から水素への転換反応を起こすためのパルス放電を開始する際に、絶縁管１０内の圧力状態を大気圧より低い負圧状態等することで、パルス放電開始時の要求放電開始電圧を低くすることが可能となる。以て、パルス電源部の容量を低く抑えることが可能となる。また、パルス放電を維持するための放電持続電圧は絶縁管１０内の圧力状態にかかわらず比較的低いため、パルス放電が一旦開始された後は、絶縁管１０内の圧力状態を高い負圧状態に保つ必要はない。そこで、パルス放電開始後はポンプの駆動を中止、または負圧形成能力を低下することで、ポンプ駆動のために消費されるエネルギを低減することが可能となる。
【００４２】
尚、本制御においては、圧力センサ１９によって絶縁管１０内の圧力を検出しているが、それに代えて、ポンプ１７の駆動時間によって絶縁管１０内の圧力を推測し、推測した圧力に基づいてパルス放電開始時を判断してもよい。尚、ポンプ１７の駆動時間と絶縁管１０内の圧力との関係は予め実験等で求めておけばよい。
【００４３】
＜第２の実施の形態＞
次に、パルス放電開始時の要求放電開始電圧を低くするためのその他の実施の形態について、図３に基づいて説明する。図３は、本発明が適用される炭化水素改質システムおよび該炭化水素改質システムを備える内燃機関の概略構成を示す図である。尚、図３に示す炭化水素改質システム等は、図１に示す炭化水素改質システムの一部を変更したものである。そこで、同一の構成については、同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【００４４】
図３に示す炭化水素改質システムにおいては、水素放出路１８が、図１に示す炭化水素改質システムにおけるポンプ１７に代えて、内燃機関２２の吸気系２１に接続されている。吸気系２１は、内燃機関２２における吸気管や吸気枝管等であって、内燃機関１の駆動で作動するピストンによって内燃機関２２の燃焼室に吸引される吸気が存在する部位である。
【００４５】
このように構成される炭化水素改質システムおよび内燃機関では、内燃機関の駆動による吸気の燃焼室への吸引に伴って絶縁管１０内を吸引することで、絶縁管１０内の圧力状態を負圧状態とすることが可能となる。
【００４６】
ここで、吸気系２１に、該吸気系２１を流れる吸気の量を制限する吸気絞り弁が備えられている場合は、内燃機関の駆動による絶縁管１０内の負圧状態の形成時において該吸気絞り弁を閉弁もしくはその開度を小さくすることで、該負圧状態の形成をより効率的に行うことが可能となる。尚、このような場合、内燃機関２２に供給される吸気量が低減するため、内燃機関２２における燃料の酸化燃焼に影響が少ない内燃機関２２の運転状態時に行うのが好ましい。例えば、内燃機関２２の機関負荷が少ないモータリング運転時、無負荷運転時もしくは軽負荷運転時、または内燃機関の機関回転速度を低減するべく内燃機関２２に供給される燃料が制限される減速運転時等において、絶縁管１０内の圧力状態をより効率的に負圧状態とすることが可能となる。
【００４７】
従って、図３に示す炭化水素改質システムを備える内燃機関２２においても、図１に示すポンプによる吸引に代えて内燃機関の駆動による吸引を行うことで、図２に示すようなパルス放電時負圧制御を行うことが可能である。但し、炭化水素改質システムによって生成された水素は内燃機関２２の燃料として、もしくは燃料の一部として内燃機関２２に供給されるため、パルス放電の開始後において、内燃機関２２の駆動を停止しない。
【００４８】
その結果、図３に示す炭化水素改質システムを備える内燃機関２２においても、炭化水素から水素への転換反応を起こすためのパルス放電を開始する際に、絶縁管１０内の圧力状態を大気圧より低い負圧状態等することで、パルス放電開始時の要求放電開始電圧を低くすることが可能となる。以て、パルス電源部２の容量を低く抑えることが可能となる。そして、負圧状態を形成するためのポンプ等の別の設備を必要としない。更に、転換反応によって生成された水素を内燃機関２２の燃料として、もしくは燃料の一部として利用することで、排気エミッションの改善や内燃機関２２の燃費の改善が見込まれる。
【００４９】
＜第３の実施の形態＞
次に、機関停止状態にある内燃機関を始動させる際におけるパルス放電開始時の要求放電開始電圧を低くするための実施の形態について、図４に基づいて説明する。図４は、本発明が適用される炭化水素改質システムおよび該炭化水素改質システムを備える内燃機関の概略構成を示す図である。尚、図４に示す炭化水素改質システム等は、図１および図４に示す炭化水素改質システム等の一部を変更したものである。そこで、同一の構成については、同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【００５０】
図４に示す炭化水素改質システムを備える内燃機関２２は、該内燃機関２２とは別の外部駆動装置である電動モータ２４と伝達切替装置２３を介して接続されている。即ち、内燃機関２２と電動モータ２４とは、いわゆるハイブリッドシステムを構成している。ここで電動モータ２４は、図示されないバッテリから電力の供給を受けて駆動される。伝達切替装置２３はＥＣＵ２０からの指令に従って、電動モータ２４の駆動力を外部へと伝達する。一方で、内燃機関２２が機関停止状態、即ち内燃機関２２において燃料の酸化燃焼が行われずに機関停止している状態には、該駆動力を内燃機関２２の方へ伝達することで内燃機関２２を強制的に駆動することが可能である。
【００５１】
このように構成される炭化水素改質システムおよび内燃機関では、内燃機関が機関停止状態であっても、電動モータ２４によって内燃機関２２を強制駆動することで、先述の第２の実施の形態と同様に、絶縁管１０内を吸引し絶縁管１０内の圧力状態を負圧状態とすることが可能となる。また、内燃機関２２は機関停止状態にあるので、内燃機関２２では燃料の燃焼は行われていない。そこで、吸気系２１に吸気絞り弁が備えられている場合は、先述の第２の実施の形態の場合と同様に、該吸気絞り弁を閉弁もしくはその開度を小さくすることが好ましい。
【００５２】
従って、図４に示す炭化水素改質システムを備える内燃機関においても、ポンプによる吸引に代えて内燃機関の駆動による吸引を行うことで、図２に示すようなパルス放電時負圧制御を行うことが可能である。但し、炭化水素改質システムによって生成された水素は機関停止状態にある内燃機関２２を機関始動するための燃料として、もしくは燃料の一部として、内燃機関２２に供給されることで、内燃機関２２の機関始動が行われる。
【００５３】
その結果、図４に示す炭化水素改質システムを備える内燃機関２２において、炭化水素から水素への転換反応を起こすためのパルス放電を開始する際に、絶縁管１０内の圧力状態を大気圧より低い負圧状態等することで、パルス放電開始時の要求放電開始電圧を低くすることが可能となる。以て、パルス電源部２の容量を低く抑えることが可能となる。そして、負圧状態を形成するためのポンプ等の別の設備を必要としない。更に、転換反応によって生成された水素を内燃機関２２の燃料として、もしくは燃料の一部として利用して該内燃機関２２の機関始動を行うことで、機関始動時の排気エミッションの改善が見込まれる。更に、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒が活性化する以前においても排気エミッションを改善することが可能となる。
【００５４】
尚、本実施の形態にいては、ハイブリッドシステムにおいて、内燃機関２２とは別の外部出力装置である電動モータ２４によって内燃機関２２を強制駆動したが、ハイブリッドシステムを構成しない内燃機関については、内燃機関の始動時に用いられるスタータモータによって内燃機関を強制駆動することで、絶縁管内の圧力状態を負圧状態とすることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る炭化水素改質システムおよび該炭化水素改質システムを備える内燃機関は、ガス状の炭化水素と水蒸気との混合ガス内にパルス放電を開始する際に、該混合ガスが置かれる雰囲気の圧力を低下させて負圧状態とすることで、パルス放電を発生させるための要求放電開始電圧を低下させ、以て、パルス放電用電源の容量を低く抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る炭化水素改質システムの概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る炭化水素改質システムにおいて、パルス放電時における絶縁管内の圧力状態を負圧状とするための制御のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る炭化水素改質システムおよび該炭化水素改質システムを備える内燃機関の概略構成を表すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る炭化水素改質システムおよび該炭化水素改質システムを備える内燃機関の概略構成を表す第２のブロック図である。
【符号の説明】
１・・・・転化反応部
２・・・・パルス電源部
３・・・・燃料タンク
５・・・・電極
６・・・・電極
１０・・・・絶縁管
１１・・・・パルス信号発生器
１２・・・・電圧発生器
１５・・・・流量制御弁
１７・・・・ポンプ
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・内燃機関の吸気系
２２・・・・内燃機関
２４・・・・電動モータ
【図１】
2004352543.tif 000003
【図２】
2004352543.tif 000004
【図３】
2004352543.tif 000005
【図４】
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