(57)【要約】【課題】燃料を酸化反応により改質することができ、かつ、装置構成が簡素化された燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃料改質装置において、原燃料を酸化剤と混合する予備混合器と、予備混合器にて得られた混合物が供給されるチューブ状反応凝縮器とを備え、チューブ状反応凝縮器は、この混合物を酸化剤による酸化反応に付す反応部と、これにより生じる反応混合物を凝縮させる凝縮部とを含み、反応混合物の凝縮物を改質燃料として得る。【選択図】図１
2016210924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質して改質燃料を得るための装置であって、
原燃料を酸化剤と混合する予備混合器と、
予備混合器にて得られた混合物が供給され、該混合物を酸化剤による酸化反応に付す反応部と、これにより生じる反応混合物を凝縮させる凝縮部とを含み、反応混合物の凝縮物を改質燃料として得るチューブ状反応凝縮器と
を備える装置。
【請求項２】
オゾン発生器を更に備え、酸素または酸素を含有するガスをオゾン発生器に通じて得られる酸素およびオゾンを予備混合器に供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
添加剤を収容する添加剤タンクを更に備え、予備混合器が、添加剤タンクから供給される添加剤と共に、原燃料および酸化剤を混合するように構成されている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
添加剤が触媒および／またはラジカル発生剤を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
チューブ状反応凝縮器において、反応部の内表面の少なくとも一部に触媒が固定されている、および／または反応部内の少なくとも一部の空間に触媒が充填されている、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
チューブ状反応凝縮器の内表面が、フッ素樹脂およびステンレス鋼から成る群より選択される材料で構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
チューブ状反応凝縮器が、コイル状に巻かれたチューブの形態である、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
反応混合物の凝縮物を改質燃料として収容する改質燃料タンクを更に備える、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
原燃料を収容し、予備混合器に原燃料を供給するように接続された原燃料タンクと、
原燃料タンクおよび改質燃料タンクにそれぞれ接続された燃焼室と、
原燃料タンクから燃焼室への原燃料の供給および改質燃料タンクから燃焼室への改質燃料の供給を制御する制御部と
を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
燃焼室から排出されるガスが窒素酸化物を含み、窒素酸化物を反応部における酸化反応に付すように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
燃焼室を冷却する冷却媒体が通される通路であって、燃焼室で発生する熱が冷却媒体を介して反応部に供給されるように配置されている通路を更に備える、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
燃焼室から排出されるガスが通される通路であって、ガスの有する熱が反応部に供給されるように配置されている通路を更に備える、請求項９〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
燃焼室で発生する熱を反応部に伝導する熱伝導性部材を更に備える、請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
原燃料がガソリンである、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
車載用である、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の装置を備える車両。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれかに記載の装置を用いて原燃料から改質燃料を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置、より詳細には、ガソリン等の原燃料を改質して改質燃料を得るための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリン等の燃料について、内燃機関での効率（圧縮比、アンチノッキング性等）の向上、ひいては燃費の向上やＣＯ２排出量削減等を目的として、燃料のオクタン価を高めるための改質が行われている。例えば、原燃料を脱水素反応に付して、高オクタン価燃料と水素とを生じる燃料改質装置が知られている（特許文献１参照）。また、原燃料をロジウム触媒および酸素の存在下にてパラフィン類をオレフィン類に変換し、またはオレフィン類を芳香族炭化水素に変換することにより高オクタン価化する燃料改質装置も知られている（特許文献２参照）。更に、燃料中の炭化水素等の酸化を促進することによる燃料改質に利用可能な方法として、所定の環状イミド骨格を有するイミド化合物を触媒として使用して、酸素およびオゾンの存在下で酸化反応を行う方法が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４０６２４号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１３３０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／００８７２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車等の車両の燃費を向上させるため、車載用として好適に使用できる燃料改質装置が求められている。しかしながら、特に、炭化水素を含む燃料を酸化反応により改質しようとすると（特許文献３参照）、酸化反応の際の加熱により燃料の一部が気化し、これを液体に戻すためには凝縮器を要することとなる。燃料改質装置において既知の凝縮器は、冷却水を通じるものであり（特許文献１参照）、比較的大きなスペースを占め、装置構成が複雑になる。
【０００５】
本発明は、燃料を酸化反応により改質することができ、かつ、装置構成が簡素化された燃料改質装置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】
【０００６】
本発明者は、燃料改質装置において使用するのに特に適した反応器および凝縮器について検討し、これらを一体化した構成について更に鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の１つの要旨によれば、原燃料を改質して改質燃料を得るための装置（本明細書において単に「燃料改質装置」とも言う）であって、
原燃料を酸化剤と混合する予備混合器と、
予備混合器にて得られた混合物が供給され、該混合物を酸化剤による酸化反応に付す反応部と、これにより生じる反応混合物を凝縮させる凝縮部とを含み、反応混合物の凝縮物を改質燃料として得るチューブ状反応凝縮器と
を備える装置が提供される。
【０００８】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、オゾン発生器を更に備えていてよく、酸素または酸素を含有するガスをオゾン発生器に通じて得られる酸素およびオゾンを予備混合器に供給するように構成され得る。
【０００９】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、添加剤を収容する添加剤タンクを更に備えていてよく、予備混合器は、添加剤タンクから供給される添加剤と共に、原燃料および酸化剤を混合するように構成され得る。かかる添加剤は、触媒および／またはラジカル発生剤を含んでいてよいが、これに限定されない。
【００１０】
本発明の１つの態様において、チューブ状反応凝縮器における反応部の内表面の少なくとも一部に触媒が固定されていてよく、および／または反応部内の少なくとも一部の空間に触媒が充填されていてよい。
【００１１】
本発明の１つの態様において、チューブ状反応凝縮器の内表面は、フッ素樹脂およびステンレス鋼から成る群より選択される材料で構成されていてよい。
【００１２】
本発明の１つの態様において、チューブ状反応凝縮器は、好ましくはコイル状に巻かれたチューブの形態であるが、これに限定されない。
【００１３】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、反応混合物の凝縮物を改質燃料として収容する改質燃料タンクを更に備えていてよい。
【００１４】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、
原燃料を収容し、予備混合器に原燃料を供給するように接続された原燃料タンクと、
原燃料タンクおよび改質燃料タンクにそれぞれ接続された燃焼室と、
原燃料タンクから燃焼室への原燃料の供給および改質燃料タンクから燃焼室への改質燃料の供給を制御する制御部と
を更に備えていてよい。
【００１５】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室から排出されるガスが窒素酸化物を含み、窒素酸化物を反応部における酸化反応に付すように構成されていてよい。
【００１６】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室を冷却する冷却媒体が通される通路であって、燃焼室で発生する熱が冷却媒体を介して反応部に供給されるように配置されている通路を更に備えていてよい。
【００１７】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室から排出されるガスが通される通路であって、ガスの有する熱が反応部に供給されるように配置されている通路を更に備えていてよい。
【００１８】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室で発生する熱を反応部に伝導する熱伝導性部材を更に備えていてよい。
【００１９】
本発明の１つの態様において、原燃料がガソリンであり得るが、必ずしもこれに限定されない。
【００２０】
本発明の燃料改質装置は、車載用として好適に利用可能である。よって、本発明のもう１つの要旨によれば、本発明の燃料改質装置を備える車両もまた提供される。
【００２１】
本発明の更にもう１つの要旨によれば、本発明の燃料改質装置を用いて原燃料から改質燃料を製造する方法もまた提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、チューブ状反応凝縮器に反応部と凝縮部とを一体的に設け、かかるチューブ状反応凝縮器を予備混合器と組み合わせて用いることによって、反応部にて酸化反応を実施し、これにより生じる反応混合物を凝縮部にて凝縮させることを可能とし、これにより、燃料を酸化反応により改質する（高オクタン価化する）ことができ、かつ、装置構成が簡素化された燃料改質装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明の１つの実施形態における燃料改質装置を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
本発明の燃料改質装置は、少なくとも、原燃料を酸化剤と混合する予備混合器と、予備混合器にて得られた混合物が供給されるチューブ状反応凝縮器とを備え、チューブ状反応凝縮器は、この混合物を酸化剤による酸化反応に付す反応部と、これにより生じる反応混合物を凝縮させる凝縮部とを含み、反応混合物の凝縮物を改質燃料として得ることができる。
【００２６】
より詳細には、図１に示すように、本実施形態の燃料改質装置３０は、原燃料を収容する原燃料タンク１と、原燃料を少なくとも酸化剤と予備混合する予備混合器３と、予備混合器３にて得られた混合物が供給されるチューブ状反応凝縮器９と、反応混合物の凝縮物を改質燃料として収容する改質燃料タンク１１とを備える。チューブ状反応凝縮器９は、より詳細には、予備混合器３からの混合物を酸化反応に付す反応部５と、これにより生じる反応混合物を凝縮させる凝縮部７とを含む。ここで、予備混合器３と改質燃料タンク１１との間は概略的には１つのラインで接続されており、そのライン上にチューブ状反応凝縮器９が直列接続的に配置され得る（本明細書において用語「ライン」は、特段説明のない限り、１つまたは２つ以上の通路や配管等であっても、２つの部材間が直接接続された開口部等であってもよい）。原燃料タンク１は、予備混合器３にライン４ａを通じて接続され、また、燃焼室１９にライン２０を通じて接続され得る。改質燃料タンク１１はライン４ｂを通じて燃焼室１９に接続され得る。燃焼室１９への燃料供給は、好ましくは制御部２１によって制御される。燃焼室１９には、燃焼により生じるガス（排ガス）を排出するためのライン（通路）２２が設けられる。更に、本実施形態の燃料改質装置３０は、原燃料に添加剤を添加するための添加剤タンク１３と、予備混合器３に酸化剤を供給するためのオゾン発生器１５とを備え得る。なお、燃料改質装置３０には、燃料等の各物質を移送するためのポンプ等（図示せず）が必要に応じて適宜備えられることに留意されたい。
【００２７】
かかる本実施形態の燃料改質装置３０は車載用であってよく、自動車等の車両（図示せず）に備えられ得る。この場合、原燃料タンク１は、車両の外部から燃料が供給されるタンクに対応し得、燃焼室１９は車両エンジンの燃焼室に対応し得、その近傍に配置される通路を流れる冷却媒体により冷却され得る。
【００２８】
以下、本実施形態の燃料改質装置３０を用いて原燃料から改質燃料を製造する方法について説明することにより、燃料改質装置３０について更に詳述する。
【００２９】
まず、改質対象である原燃料を原燃料タンク１に貯留する。原燃料は、少なくとも１種の炭化水素系化合物を含むものであればよい。かかる原燃料は、例えば脂肪族化合物、芳香族化合物等を含み得、脂肪族化合物は、パラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、ナフテン系炭化水素などであり得、芳香族化合物は、少なくとも１つの芳香族環を含む炭化水素であり得、これらは、置換基および／またはヘテロ原子を有していても、有していなくてもよい。オクタン価（ＲＯＮ： Research Octane Number）は、直鎖状脂肪族化合物より分岐状脂肪族化合物（イソオレフィン、イソパラフィン等）のほうが高く、分岐状脂肪族化合物より芳香族化合物のほうが更に高い。原燃料中の炭化水素系化合物の各含有量は特に限定されず、原燃料の用途、法令および規格等に応じて適宜設定され得る。加えて、原燃料は、炭化水素系化合物のほか、比較的少量の他の成分を有していてもよい。
【００３０】
本実施形態の燃料改質装置３０が自動車等の車両に備えられる場合、原燃料はガソリンであってよい。ガソリンは、一般的に、２，２，４−トリメチルペンタン（ＲＯＮ＝１００）、ｎ−ヘプタン（ＲＯＮ＝０）、トルエン（ＲＯＮ＝１２０）の三成分から主に構成されるが、これに限定されない。また、原燃料は、ガソリン添加剤として既知のものを含んでいてもよい。
【００３１】
原燃料タンク１に貯留した原燃料を、制御部２１により、例えばバルブ等を操作して（図中、一点鎖線にて模式的に示す）、ライン４ａを通じて予備混合器３に移送する。
【００３２】
予備混合器３において、原燃料は、少なくとも酸化剤および場合により他の物質と混合され得る。他の物質は、特に限定されないが、好ましくは後述する酸化反応に寄与する物質、例えばラジカル発生剤および／または触媒等であってよい。
【００３３】
酸化剤は、脂肪族化合物と反応して脂肪族化合物に酸素元素を導入することが可能な物質であればよい。具体的には、酸化剤として、例えば、酸素、オゾン、パーオキサイドなどを用いることができる。
【００３４】
ラジカル発生剤（または開始剤）には、ラジカルを発生させ得る任意の物質を用いてよい。例えばオゾンは、酸化剤かつラジカル発生剤として、本実施形態に好ましく利用され得る。
【００３５】
また、例えば、国際公開第２０１５／００８７２９号に開示されるような環状イミド骨格を有するイミド化合物は、脂肪族化合物に対して触媒的サイクルによりラジカル発生させ得るので、ラジカル発生剤かつ触媒として、本実施形態に好ましく利用され得る。かかるイミド化合物としては、脂肪族多価カルボン酸無水物又は芳香族多価カルボン酸無水物から誘導されるＮ−ヒドロキシイミド化合物（例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド、Ｎ，Ｎ’−ジヒドロキシピロメリット酸ジイミド、Ｎ−ヒドロキシグルタルイミド、Ｎ−ヒドロキシ−１，８−ナフタレンジカルボン酸イミド、Ｎ，Ｎ’−ジヒドロキシ−１，８；４，５−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド等）、およびかかるＮ−ヒドロキシイミド化合物のヒドロキシル基に保護基を導入することにより得られる化合物等が挙げられる。
【００３６】
また、例えば、硝酸、窒素酸化物、アゾ化合物およびニトロキシ化合物等からなる群より選択される少なくとも一種の窒素含有化合物もラジカル発生剤として利用可能である。窒素酸化物は、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、四酸化二窒素（Ｎ２Ｏ４）、五酸化二窒素（Ｎ２Ｏ５）等であり得る。アゾ化合物（アゾ系ラジカル発生剤）としては、例えば、ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］二塩酸塩、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）、４，４’−アゾビス（４−シアノペンタノイックアシッド）、２，２’−アゾビス（イソ酪酸メチル）、２，２’−アゾビス（イソ酪酸エチル）等を挙げることができる。ニトロキシ化合物（ニトロキシ系ラジカル発生剤）としては、例えば、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル、９−アザビシクロ［３．３．１］ノナン−Ｎ−オキシル、２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル、１−メチル−２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル、１，３−ジメチル−２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル等を挙げることができる。
【００３７】
本実施形態においては、酸素または酸素を含有するガス（例えば空気）をライン１２ａからオゾン発生器１５に通じ、これにより得られる酸素およびオゾンをライン１２ｂから予備混合器３に供給するように、燃料改質装置３０が構成されている。酸素は酸素（Ｏ２）ガスの形態で、オゾンはオゾン（Ｏ３）ガスの形態で、予備混合器３に一緒に供給され得る。本実施形態では、酸化剤として酸素およびオゾンを共存させて使用するため、非常に優れた酸化力で原燃料（炭化水素系化合物）を酸化することができる。
【００３８】
更に、本実施形態においては、必要に応じて、添加剤タンク１３から添加剤がライン８を経て原燃料に、間欠的または連続的に添加され得る。なお、図示する態様では添加剤タンク１３からのライン８がライン４ａに接続されているが、原燃料に添加剤が添加され得る限りかかる態様に限定されず、使用する添加剤の種類等に応じて、任意の適切な箇所で添加され得る。
【００３９】
添加剤タンク１３に収容される添加剤は、特に限定されないが、例えば触媒および／またはラジカル発生剤を含んでいてよい。具体的には、添加剤は、上述したような環状イミド骨格を有するイミド化合物であってよい（本実施形態を限定するものではないが、かかるイミド化合物は、例えば脂肪族化合物が液体状態にある場合、これに溶解し得、酸化反応における均一触媒かつラジカル発生剤として機能し得る）。あるいは、またはこれに加えて、添加剤は、上述したような硝酸、窒素酸化物、アゾ化合物およびニトロキシ化合物等の窒素含有化合物であってもよい。
【００４０】
また、本実施形態に必須ではないが、燃焼室１９からの排出ガスに含まれる窒素酸化物をラジカル発生剤として利用でき、かかる窒素酸化物を含む排出ガスの少なくとも一部を（そのままで、または該排出ガスから窒素酸化物を分離して）ライン２４から予備混合器３に供給し、ひいては、チューブ状反応凝縮器９の反応部５における酸化反応に付すように、燃料改質装置３０が構成されていてもよい。
【００４１】
予備混合器３には、混合すべき原燃料および酸化剤（ならびに必要に応じて添加剤）の状態に応じて任意の適切な混合器を適用でき、例えば気液混合器を用いてよい。気液混合器は、特に限定されないが、例えば、マイクロバブル発生装置を用いてよい。マイクロバブルとは、発生時の気泡直径が５０μｍ以下（一般に１０〜４０μｍ）の気泡を言う。本実施形態のように、酸素をオゾン共存下で使用する場合、酸素とオゾンとを含むマイクロバブルは液体に溶解し易くなるため、酸化反応が効率よく進行し得る。
【００４２】
マイクロバブル発生装置としては、加圧溶解方式および二相流旋回方式などの任意の方式のマイクロバブル発生装置を使用してよく、市販のマイクロバブル発生装置（マイクロバブル発生器）を使用してもよい。例えば、液体供給口、気体吸入口および気液混合物吐出口を備えるデバイスであって、気液混合部と、液体供給口側から気液混合部に向かってデバイス内の流路断面が次第に小さくなるノズル（スロート）部と、気液混合部から気液混合物吐出口側に向かってデバイス内の流路断面が次第に大きくなるディフューザ部とを更に備え、液体供給口から供給された液体がノズル部に通されて加圧され、気体吸入口から吸入された気体と気液混合部にて混合され、その後、これらの混合物がディフューザ部を通じて減圧されて、気液混合物吐出口から吐出されるように構成されたデバイスを備える装置を使用できる。
【００４３】
予備混合器３にて混合された原燃料および酸化剤（ならびに必要に応じて添加剤）の混合物は、次いで、チューブ状反応凝縮器９（より詳細にはその反応部５）に供給される。
【００４４】
チューブ状反応凝縮器９は、連続したチューブから形成され、反応部５と凝縮部７とを含み、チューブ内に供給された物質が反応部５および凝縮部７をこの順序で流れるように構成される。チューブ状反応凝縮器９において反応部５と凝縮部７とが一体的に構成され、これにより、装置構成を簡素化できる。チューブ状反応凝縮器９は、任意の断面形状を有し得、例えば内径２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下、３ｍｍ以上の略円形断面を有していてよい。チューブ状反応凝縮器９は、コイル状に巻かれたチューブの形態であってよく、これにより、比較的小さな占有空間で、チューブ内の流路を通る物質を効率的に加熱し（反応させ）、その後、放熱または冷却する（凝縮させる）ことができる。
【００４５】
チューブ状反応凝縮器９の基材は、熱伝導性の高い材料、例えば金属などで構成されていてよく、また、有機系の材料、例えば樹脂などで構成されていてよい。このチューブ状反応凝縮器９の少なくとも内表面は、耐オゾン性材料、例えばフッ素樹脂、ステンレス鋼などで構成（例えば被覆）されていることが好ましく、これにより、チューブ状反応凝縮器９のオゾンによる劣化を防止または低減することができる。このうちステンレス鋼は、後述するように、酸化反応における触媒として機能し得る点においても好ましい。
【００４６】
チューブ状反応凝縮器９の反応部５は、流通式反応器として機能する。これにより、酸化反応を連続的に実施することができる。
【００４７】
このチューブ状反応凝縮器９の反応部５において、原燃料が、酸化剤による酸化反応に付される。これにより、反応基質である炭化水素系化合物が酸化され、対応する酸化物が生成する。酸化物としては、例えば、アルコール、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、ヒドロペルオキシドなどが挙げられる。かかる酸化物は、元の炭化水素系化合物よりも高いオクタン価（ＲＯＮ）を有する。
【００４８】
この酸化反応は、触媒および／またはラジカル発生剤により促進され得る。触媒および／またはラジカル発生剤は、原燃料に上述のように予め混合されていてよいが、これに代えて、または加えて、反応部５に予め仕込まれていてよい。例えば、反応部５の内表面の少なくとも一部に触媒が固定されていてよく、および／または反応部５内の少なくとも一部の空間に触媒が充填されていてよい。反応部５に予め仕込まれる触媒は、典型的には不均一触媒であるが、これに限定されない。
【００４９】
反応部５に予め仕込まれる触媒は、例えば、遷移金属を任意の形態で有するものであってよい。遷移金属としては、周期表３〜１２族の金属元素、より詳細には、周期表３族元素（Ｓｃ、ランタノイド元素、アクチノイド元素など）、４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、５族元素（Ｖなど）、６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、７族元素（Ｍｎなど）、８族元素（Ｆｅ、Ｒｕなど）、９族元素（Ｃｏ、Ｒｈなど）、１０族元素（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなど）、１１族元素（Ｃｕなど）、１２族元素（Ｚｎなど）などが挙げられる。好ましい遷移金属には、例えばＣｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒなどが挙げられる。
【００５０】
かかる遷移金属のうち、Ｃｏ、Ｍｎ、ＺｒおよびＭｏから選択される少なくとも１種の金属は、任意の形態で、上述した環状イミド骨格を有するイミド化合物と組み合わせて使用されることが好ましいが、これに限定されない。
【００５１】
より詳細には、遷移金属は、単体で用いられ得るほか、遷移金属を含有する化合物または合金、あるいは遷移金属を単体、化合物またはイオンの形態で担体に担持した形態で用いられ得る。
【００５２】
遷移金属を含有する化合物としては、上記のような遷移金属の水酸化物、酸化物（複合酸化物を含む）、ハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物）、オキソ酸塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩など）、イソポリ酸の塩、ヘテロポリ酸の塩などの無機化合物；有機酸塩（例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩、青酸塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩；メタンスルホン酸塩、エタンスルホン酸塩、オクタンスルホン酸塩、ドデカンスルホン酸塩などのアルキルスルホン酸塩（例えば、Ｃ６−１８アルキルスルホン酸塩）；ベンゼンスルホン酸塩、ｐ−トルエンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、デシルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩などのアルキル基で置換されていてもよいアリールスルホン酸塩（例えば、Ｃ６−１８アルキル−アリールスルホン酸塩）；錯体などの有機化合物が挙げられる。錯体を構成する配位子としては、ＯＨ（ヒドロキソ）、アルコキシ（メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシなど）、アシル（アセチル、プロピオニルなど）、アルコキシカルボニル（メトキシカルボニル、エトキシカルボニルなど）、アセチルアセトナト、シクロペンタジエニル基、ハロゲン原子（塩素、臭素など）、ＣＯ、ＣＮ、酸素原子、Ｈ２Ｏ（アコ）、ホスフィン（トリフェニルホスフィンなどのトリアリールホスフィンなど）のリン化合物、ＮＨ３（アンミン）、ＮＯ、ＮＯ２（ニトロ）、ＮＯ３（ニトラト）、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ピリジン、フェナントロリンなどの窒素含有化合物などが挙げられる。
【００５３】
遷移金属を含有する合金としては、上記のような遷移金属を少なくとも１種含有する合金、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などであってよい。
【００５４】
遷移金属を単体、化合物またはイオンの形態で担持する担体は、無機担体や、ハメットの酸度関数（Ｈ０）が−９以下である担体などを用い得る。無機担体としては、例えば、ゼオライト、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ−アルミナ（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３）、活性炭などが挙げられる。ハメットの酸度関数（Ｈ０）が−９以下である担体は、少なくとも表面のＨ０が−９以下のものであればよく、例えば、濃硫酸を固体（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ゼオライト、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３、ポリマー、グラファイト、金属など）上に担持した硫酸固体担持物、固体強酸、固体超強酸（Ｈ０が−１１．９３よりも小さい酸）などが挙げられる。なかでも、かかる担体としては、工業的に入手が容易である硫酸化ジルコニア、フッ素化スルホン酸系樹脂（例えば、「ナフィオン（登録商標）」等のスルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルモノマーとテトラフルオロエチレンとの共重合体など）を好適に使用することができる。
【００５５】
酸化反応の温度は、使用する酸化剤、ラジカル発生剤および触媒等の種類等により異なり得るが、比較的低温で、例えば常圧下にて１００℃以下の温度で進行させることが可能である。
【００５６】
反応部５にて酸化反応を進行させるのに必要な熱の供給は、任意の適切な態様で実施できる。一般的に、燃焼室１９で発生する熱を除去するために、冷却媒体を通路内で循環させて、冷却媒体との熱交換により燃焼室１９が冷却され得るが、かかる冷却媒体が通される通路を反応部５に近接して配置して、燃焼室１９で発生する熱が冷却媒体を介して反応部５に供給されるようにしてよい。本実施形態によれば、酸化反応を比較的低温で（例えば１００℃以下の温度で）進行させ得るので、冷却媒体の有する熱を利用して酸化反応に必要な熱を供給することが可能である。あるいは、燃焼室１９からの排ガスを排出するための通路２２を反応部５に近接して配置して、排ガスの有する熱が反応部５に供給されるようにしてもよい。また、あるいは、燃焼室１９で発生する熱を、熱伝導性部材を介して反応部５に伝導するようにしてもよい。これら熱の供給態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００５７】
以上のようにして反応部５での酸化反応を経て得られた反応混合物は、燃料（未反応の炭化水素系化合物および／または酸化反応による生成物を含む）が部分的に気相に存在し得るため、凝縮部７にて凝縮される。
【００５８】
チューブ状反応凝縮器９の凝縮部７での凝縮は、特別な操作を必要とせず、反応混合物が凝縮部７内を流れることで実施することができる。
【００５９】
チューブ状反応凝縮器９において、反応部５と凝縮部７とは互いに熱伝導性が異なることが好ましく、また、できる限り熱的に分離されていることが好ましい。例えば、凝縮部７の熱伝導性および／または放熱性を高めることが好ましく、反応部５と凝縮部７とで材質を異ならせる（凝縮部７に熱伝導率の高い材料を用いる）ようにしてよい。
【００６０】
凝縮部７にて凝縮させるための除熱（放熱または冷却）は、任意の適切な態様で実施できる。一般的に、燃焼室１９で発生する熱を除去するために、冷却媒体を通路内で循環させて、冷却媒体との熱交換により燃焼室１９が冷却され、高温になった冷却媒体は風等で冷却されて再び使用され得るが、かかる冷却媒体が通される通路を凝縮部７に近接して配置して、低温の冷却媒体によって、凝縮部７から熱を奪うようにしてよい。あるいは、冷却媒体を冷却するための風そのものを利用して、凝縮部７から熱を奪うようにしてよい。これら除熱態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００６１】
このようにしてチューブ状反応凝縮器９の凝縮部７にて得られた反応混合物の凝縮物は、改質燃料として改質燃料タンク１１に一旦貯留され得る。本実施形態に必須ではないが、改質燃料タンク１１内のガス成分（ケトン、アルデヒド、アルコール等を含み得る）は、例えばライン１４を通じて燃焼室１９へ移送してもよい。また、本実施形態に必須ではないが、改質燃料タンク１１内の改質燃料（反応混合物の凝縮物）は、例えば酸化反応が十分でないとき等は、その一部または全部を、ライン１６を通じて予備混合器３に戻してもよい。
【００６２】
以上のようにして改質燃料が製造される。かかる改質燃料は、改質燃料タンク１１からライン４ｂを通じて燃焼室１９に供給されて、燃料として使用される。また、原燃料タンク１の原燃料も、ライン２０を通じて燃焼室１９に供給されて、燃料として使用され得る。原燃料タンク１から燃焼室１９への原燃料の供給および改質燃料タンク１１から燃焼室１９への改質燃料の供給は、制御部２１により、例えばバルブ等の操作（図中、一点鎖線にて模式的に示す）を通じて制御することができ、原燃料および改質燃料のうち一方を選択的に、または、両方を所定の割合で同時に、燃焼室１９に供給して使用することができる。
【００６３】
本実施形態の燃料改質装置３０によれば、チューブ状反応凝縮器９に反応部５と凝縮部７とを設け、反応部５にて酸化反応を実施し、これにより生じる反応混合物を凝縮部７にて凝縮させることができる。そして、本実施形態の燃料改質装置３０によれば、かかるチューブ状反応凝縮器９を予備混合器３と組み合わせて用いているので、原燃料と酸化剤との混合を予備混合器にて確保でき、この結果、簡素な構成のチューブ状反応凝縮器であっても、反応および凝縮をそれぞれ反応部および凝縮部において連続的に実施することが可能となる。これにより、燃料を酸化反応により改質する（高オクタン価化する）ことができ、かつ、装置構成が簡素化された燃料改質装置３０を実現することができる。
【００６４】
本実施形態の燃料改質装置３０は車載用であり得るが、これに限定されず、炭化水素系化合物を含む燃料を改質するために幅広く利用可能である。
【００６５】
以上、本発明の１つの実施形態における燃料改質装置について説明したが、本発明は種々の改変が可能である。例えば、チューブ状反応凝縮器９は、複数本のチューブを並列接続して用いてもよい。
【００６６】
また、上記の実施形態において、酸化反応のための酸化剤、触媒およびラジカル発生剤について説明したが、これらは例示に過ぎず、改質対象である原燃料の成分、最終的に得られる改質燃料に対して所望される特性、酸化反応条件等に応じて、任意の組み合わせで使用してよく、また、その他の任意の適切な物質を使用してもよい。例えば、上記の実施形態では、国際公開第２０１５／００８７２９号に開示されるような環状イミド骨格を有するイミド化合物は、添加剤タンク１３から原燃料に添加するものとしたが、このことは本発明に必須ではない。かかるイミド化合物を反応部に予め仕込んでおき、この反応部において、原燃料を気相ないし気液混相状態で、酸化剤の存在下にてイミド化合物と接触させるようにしてもよい。更に、触媒およびラジカル発生剤は、本発明に必須ではなく、反応部において炭化水素系化合物が酸化剤により酸化され得る限り、触媒および／ラジカル発生剤を省略してよい点に留意されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の燃料改質装置は、ガソリン等の燃料を効果的に高オクタン価するために利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１…原燃料タンク
４ａ、４ｂ、８、１２ａ、１２ｂ、１４、１６…ライン
３…予備混合器
５…反応部
７…凝縮部
９…チューブ状反応凝縮器
１１…改質燃料タンク
１３…添加剤タンク
１５…オゾン発生器
１９…燃焼室
２０、２２、２４…ライン
２１…制御部
３０…燃料改質装置
【図１】
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