(57)【要約】【課題】炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換でき、この変換プロセスに適用される凝縮器は構造が簡単で製造が容易であり、小型化に適し、且つ、メンテナンスも容易である燃料改質装置を提供すること。【解決手段】凝縮器１６は、底部側から上部側に延長して本体の外殻をなす第１ケーシング１６１と、その内側の第２ケーシング１６２とにより二重容器を成し、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２との隙間が混合流体流通部１６３を構成し、第１ケーシング１６１の外周面は放熱部１６１０を成す。二重容器の上部側に、気液混合流体流通部１６３からの気液混合流体を気液分離して生じた液相物質を集めて第２ケーシング１６２の底部側の改質燃料タンク部１６２１に向け重力によって流下させる気液分離部１６６を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を主体とする燃料を空気を用いて改質してアルコールを生成させる燃料改質装置であって、
炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質してアルコールを生成させる改質触媒を備える改質器と、
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、
前記改質器の下流に設けられ、前記改質器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と、を備え、
前記凝縮器は、
底部側から上部側に延長して本体の外殻をなす第１ケーシングと、
前記第１ケーシング内にその内面に自己の外面が所定の間隙を保持して底部側から上部側に延長して沿うように配された第２ケーシングと、
前記第１ケーシング及び第２ケーシング間の間隙に形成され気液混合流体を通す混合流体流通部と、
前記第２ケーシング上部側に配された気液分離部と、
を有することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記凝縮器は、前記気液分離部に対しその上部側開放部を覆うように配され当該気液分離により生じた気相物質の排出部を有する蓋体を備えていることを特徴とする請求項１の燃料改質装置。
【請求項３】
前記凝縮器は、前記気液分離部が、前記混合流体流通部からの気液混合流体が流入する混合流体流入部と、該混合流体流入部から流入した気液混合流体が気液分離して生じた液相物質を集めて前記第２ケーシングの底部側に向け重力によって流下させる集液器とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記凝縮器は、前記第１ケーシングが、その外面に放熱部を有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記凝縮器は、前記第１ケーシングが、その底部に前記混合流体流通部に連通する混合流体導入部を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記凝縮器は、前記第２ケーシングが、その上部に前記気液分離部の前記混合流体流入部に対応する混合流体流出部を有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記凝縮器は、前記第２ケーシングが、その底部側の部分が改質燃料を貯留する改質燃料タンク部を構成し、前記改質燃料タンク部の底部に前記第１ケーシングの底部を貫通して改質燃料を外部に導出する改質燃料導出部が設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記第１ケーシングは、前記放熱部が部分的に前記第２ケーシングに接触するように形成されていることを特徴とする請求項４から７の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項９】
前記凝縮器は、前記第１ケーシング、前記第２ケーシング、前記気液分離部、及び、前記蓋体が相互に分離可能であることを特徴とする請求項２から８の何れかに記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置及びこの装置に用いる凝縮器に関する。詳しくは、炭化水素を主体とする燃料のオクタン価を向上させることがきる燃料改質装置及びこの装置に用いる凝縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、アンチノック性はガソリンエンジンの燃料に求められる一つの重要な特性である。一般に、この値はオクタン価で表される。近年の高圧縮比エンジン向けには、特に高オクタン価の燃料が求められている。
【０００３】
燃料のオクタン価が一定である条件下でエンジンのノッキングを抑制するためには、着火のタイミングを遅らせる方法がある。しかしながら、着火のタイミングを遅らせ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、ガソリンのオクタン価を高めるために有害な鉛などを添加せず、また、エンジンの排気に含まれる有害物質を低減するために、適量のアルコール（メタノール）を添加すること自体は夙に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、後述する本発明に係る技術では、処理プロセスで生じた生成ガスを凝縮相と気相とに分離する処理を行うが、一般に生成ガスを気液分離処理するための装置は従来より提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，２４４，３２８号明細書
【特許文献２】特許第３，３３５，５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、ガソリンに対し触媒リアクタを含む排気再循環経路を通してメタノールを混合させてエンジンに供給することにより、排気中の有害物質を低減させることが開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、ガソリンタンクとは別のタンクに予めメタノールを保有しておく必要がある。
【０００８】
このような現状にあって、本出願人は、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換できる燃料改質装置を最近提案するに至った（特願２０１３−２４０４００）。
本出願人による上記燃料改質装置は、上流側から順に、炭化水素を主体とする燃料と空気とを混合して改質器に供給する混合器と、空気を用いて燃料を改質してアルコールを生成させる改質器と、改質器で生成した生成ガスを凝縮相と気相とに分離する凝縮器とを備えたものである。
【０００９】
この燃料改質装置における改質器では、燃料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主触媒と、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助触媒とが作用する。
【００１０】
上述のような燃料改質装置に用いられる凝縮器としては、構造が簡単で製造が容易であり、小型化に適し、且つ、メンテナンスも容易であることが望ましい。
一方、既述の通り、一般的に気液を分離するための装置は、例えば、特許文献２にも開示されている。しかしながら、特許文献２所載の装置は、水素酸素発生装置の後段の処理プロセスに適用される冷却式気液分離装置であるため、構造を簡素化して製造を容易にする点や小型化の点等については、仕様として特に要求があるものでもなく、従ってこれらの点については別段の配慮がなされていない。
【００１１】
例えば、特許文献２の装置における気液分離タンクの内部には、水の収容部を二分するための隔壁（仕切板）が設けられている。しかし、このような隔壁を設けるにはタンクの内側での溶接を要するものであり、製造時の工作の精度や品質を一定の水準に維持することが難しい。
また、凝縮時に固体成分が生じた場合には、これらの成分を除去するためのメンテナンス作業が困難である。
更にまた、冷媒を用いて冷却を行うことにより凝縮を行うものであるため、構造が複雑であり、且つ、装置の稼働には低温の冷媒が必要とされる。このため装置を全体として小型化することが難しい。
【００１２】
今般、出願人は、上述の改質器の下流側に配置された凝縮器についても種々考究し、構造が簡単で製造が容易であり、小型化に適し、且つ、メンテナンスも容易である一層優れた技術を開発した。
【００１３】
本発明は、上述のような過程を経て完成されるに至ったものであり、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換でき、この変換プロセスに適用される凝縮器は構造が簡単で製造が容易であり、小型化に適し、且つ、メンテナンスも容易な燃料改質装置及びこの装置に用いる凝縮器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】
【００１４】
（１）炭化水素を主体とする燃料を空気を用いて改質してアルコールを生成させる燃料改質装置（例えば、後述の燃料改質装置１）であって、
炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質してアルコールを生成させる改質触媒を備える改質器（例えば、後述の改質器１５）と、
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、
前記改質器の下流に設けられ、前記改質器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（例えば、後述の凝縮器１６）と、を備え、
前記凝縮器は、
底部側から上部側に延長して本体の外殻をなす第１ケーシング（例えば、後述の第１ケーシング１６１）と、
前記第１ケーシング内にその内面に自己の外面が所定の間隙を保持して底部側から上部側に延長して沿うように配された第２ケーシング（例えば、後述の第２ケーシング１６２）と、
前記第１ケーシング及び第２ケーシング間の間隙に形成され気液混合流体を通す混合流体流通部（例えば、後述の混合流体流通部１６３）と、
前記第２ケーシング上部側に配された気液分離部（例えば、後述の気液分離部１６６）と、
を有することを特徴とする燃料改質装置。
【００１５】
上記（１）の燃料改質装置では、上流側から順に、炭化水素を主体とする燃料と空気を混合して改質器に供給する混合器と、空気を用いて燃料を改質してアルコールを生成させる改質器と、改質器で生成した生成ガスを凝縮相と気相とに分離する凝縮器とが設けられている。
特に、凝縮器は、底部側から上部側に延長して本体の外殻をなす第１ケーシングと、その内側の第２ケーシングとにより二重容器が構成され、この二重容器の外容器である第１ケーシングと内容器である第２ケーシングとの隙間が混合流体流通部を構成している。二重容器の上部側には気液分離部が設けられている。
上記（１）の燃料改質装置では、その凝縮器が、構成が簡素で製造が容易であり、気液混合流体は混合流体流通部を流通する間に、外容器である第１ケーシングから周囲の空気による冷却を受けるために別途の冷却器や冷媒を要さず、小型化を図ることができる。
【００１６】
（２）前記凝縮器は、前記気液分離部に対しその上部側開放部を覆うように配され当該気液分離により生じた気相物質の排出部（例えば、後述の排出部１６８）を有する蓋体（例えば、後述の蓋体１６７）を備えていることを特徴とする上記（１）の燃料改質装置。
【００１７】
上記（２）の燃料改質装置では、上記（１）の燃料改質装置において特に、その凝縮器が、二重容器の上部側開放部を覆う蓋体を有し、この蓋体が当該気液分離により生じた気相物質の排出部を有するため、全体として構成が簡素である。
【００１８】
（３）前記凝縮器は、前記気液分離部が、前記混合流体流通部からの気液混合流体が流入する混合流体流入部（例えば、後述の混合流体流入部１６４）と、該混合流体流入部から流入した気液混合流体が気液分離して生じた液相物質を集めて前記第２ケーシングの底部側に向け重力によって流下させる集液器（例えば、後述の集液器１６５）とを有することを特徴とする上記（１）又は（２）の燃料改質装置。
【００１９】
上記（３）の燃料改質装置では、上記（１）又は（２）の燃料改質装置において特に、前記気液分離部の構成も簡単であり、全体として構成が簡素である。
【００２０】
（４）前記凝縮器は、前記第１ケーシングが、その外面に放熱部（例えば、後述の放熱部１６１０）を有することを特徴とする上記（１）から（３）の何れかの燃料改質装置。
【００２１】
上記（４）の燃料改質装置では、上記（１）から（３）の何れかの燃料改質装置において特に、その凝縮器の二重容器の外容器をなす第１ケーシングが、その外面の放熱部によって、周囲の空気による冷却が促進され、第１ケーシングの内側に沿う混合流体流通部を流通する気液混合流体に対する冷却効果が良好である。
【００２２】
（５）前記凝縮器は、前記第１ケーシングが、その底部に前記混合流体流通部に連通する混合流体導入部（例えば、後述の混合流体導入部１６１１）を有することを特徴とする上記（１）から（４）の何れかの燃料改質装置。
【００２３】
上記（５）の燃料改質装置では、上記（１）から（４）の何れかの燃料改質装置において特に、その凝縮器の第１ケーシングが、その底部に前記混合流体流通部に連通する混合流体導入部を有するため、全体として構成が簡素である。
【００２４】
（６）前記凝縮器は、前記第２ケーシングが、その上部に前記気液分離部の前記混合流体流入部に対応する混合流体流出部（例えば、後述の混合流体流出部１６２０）を有することを特徴とする上記（１）から（５）の何れかの燃料改質装置。
【００２５】
上記（６）の燃料改質装置では、上記（１）から（５）の何れかの燃料改質装置において特に、その凝縮器の第２ケーシングが、その上部に前記気液分離部の前記混合流体流入部に対応する混合流体流出部を有するため、混合流体が、この混合流体流出部から直ちに前記混合流体流入部を通して前記気液分離部に流入するようになり、全体として構成が簡素である。
【００２６】
（７）前記凝縮器は、前記第２ケーシングが、その底部側の部分が改質燃料を貯留する改質燃料タンク部（例えば、後述の改質燃料タンク部１６２１）を構成し、前記改質燃料タンク部の底部に前記第１ケーシングの底部を貫通して改質燃料を外部に導出する改質燃料導出部（例えば、後述の改質燃料導出部１６２２）が設けられていることを特徴とする上記（１）から（６）の何れかの燃料改質装置。
【００２７】
上記（７）の燃料改質装置では、上記（１）から（６）の何れかの燃料改質装置において特に、その凝縮器の第２ケーシングの底部側の部分が改質燃料を貯留する改質燃料タンク部を構成しているため、別途に改質燃料タンクを設ける必要がなく、且つ、改質燃料タンク部の底部に前記１ケーシングの底部を貫通して改質燃料を外部に導出する改質燃料導出部が設けられているため、全体として構成が簡素である。
【００２８】
（８）前記第１ケーシングは、前記放熱部が部分的に前記第２ケーシングに接触するように形成されている（例えば、後述の図４の放熱部１６１０ａ，１６１０ｂの態様）ことを特徴とする上記（４）から（７）の何れかの燃料改質装置。
【００２９】
上記（８）の燃料改質装置では、上記（４）から（７）の何れかの燃料改質装置において特に、その凝縮器の第１ケーシングの放熱部が部分的に第２ケーシングに接触しているため、放熱部による放熱効果が第２ケーシングにも及び、第１ケーシングと第２ケーシングとの間に形成されている混合流体流通部での冷却効果が良好である。
【００３０】
（９）前記凝縮器は、前記第１ケーシング、前記第２ケーシング、前記気液分離部、及び、前記蓋体が相互に分離可能であることを特徴とする上記（２）から（８）の何れかの燃料改質装置。
【００３１】
上記（９）の燃料改質装置では、上記（２）から（８）の何れかの燃料改質装置において特に、その凝縮器の前記第１ケーシング、前記第２ケーシング、前記気液分離部、及び、前記蓋体が相互に分離可能（例えば、後述の図３の第１ケーシング１６１、第２ケーシング１６２、気液分離部１６６、及び、蓋体１６７の態様）であるため、メンテナンスが容易である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換でき、この変換プロセスに適用される凝縮器は構造が簡単で製造が容易であり、小型化に適した燃料改質装置を具現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質装置の構成を示す図である。
【図２】図１の燃料改質装置の凝縮器の側断面図である。
【図３】図１の燃料改質装置の凝縮器の分解斜視図である。
【図４】図１の燃料改質装置の凝縮器の横断面図であり、図４の（Ａ）は一の態様の凝縮器の横断面図、図４の（Ｂ）は他の態様の凝縮器の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について詳述することにより本発明を明らかにする。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料改質装置１の構成を示す図である。本実施形態の燃料改質装置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アルコールに改質してエンジンに供給する。
【００３５】
本実施形態の燃料改質装置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装置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する。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料改質装置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、改質燃料供給部１９と、気相供給部２０とを含んで構成される。この燃料改質装置１では、後述するように、凝縮器１６はその所定部が改質燃料を貯留する燃料タンク部を構成している。凝縮器１６（その燃料タンク部）から改質燃料ポンプ１９１により改質燃料管１９２を通してエンジン燃料供給系に改質燃料が供給される。
【００３７】
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。
【００３８】
空気流量計１１３で検出された空気流量に基づいて、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の開度が調整され、この開度調整によって混合器１４内への空気の導入量が調節される。
【００３９】
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。
エンジンへのガソリン供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することによって制御される。
【００４０】
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、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内に導入する。
【００４１】
燃料流量計１３２で検出された燃料流量に基づいて、ＥＣＵにより燃料バルブ１３３の開度が調整され、この開度調整によって混合器１４内へのガソリンの導入量が調節される。
【００４２】
この燃料改質装置１では、上述の空気導入部１１及び燃料導入部１３を含んで混合器１４に空気及び燃料を供給する供給装置１０が構成されている。
供給装置１０ではＥＣＵの管理下で空気導入部１１及び燃料導入部１３が連係して動作し、混合器１４に供給される空気及び燃料について、当該燃料の割合が２２重量パーセント以上になるように調節が行われる。
【００４３】
この調節が行われるため、混合器１４に供給される空気及び燃料は、当該燃料の割合が２２重量パーセント以上となる。この割合は爆発限界よりも燃料過濃な領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こる惧れが極小となり、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。
【００４４】
混合器１４は、例えば、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もよい。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。或いはまた、混合器１４は、その内部に粒子状の物質又は多孔質物質が配されて、この粒子状の物質又は多孔質物質によって、供給装置１０から供給された空気と燃料とが、流れの分散、変転、転換（回転）を生じて、均一に混合されるように構成されていてもよい。更にまた、混合器１４は、スタティックミキサを備え、これにより空気と燃料とが均一に混合されるように構成されていてもよい。
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を生成する。
【００４５】
上述のような混合器１４の後段に設けられた改質器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アルコールを生成させる。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。
【００４６】
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である。この流通反応器では、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、混合気が反応器内部に滞留している時間のばらつきが小さい特性を有する。
【００４７】
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である。この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、混合気が反応器内部に滞留している時間のばらつきが大きい特性を有する。
【００４８】
図１の燃料改質装置１では、改質器１５には、温度センサ（不図示）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、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。
【００４９】
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内の温度が高温に達しているときには、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を暖めるように作用する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、シリカビース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。
【００５３】
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ように作用する。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誘導体がその作用が顕著である。
【００５４】
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。
【００５５】
上述した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、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。
【００５６】
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。］
【００５７】
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。］
【００５８】
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。］
【００５９】
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。］
【００６０】
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。］
【００６１】
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）
【００６２】
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。このようにして、本実施形態の燃料改質装置１では、ガソリンのオクタン価を向上できるようになっている。
【００６３】
上述のような改質器１５の下流に、凝縮器１６が設けられている。凝縮器１６は、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、改質器１５から生成ガス供給管１５５を通して供給され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、凝縮相の物質には、アルコールを主成分とする改質燃料の他に副生成物の水等が含まれ、気相の物質には、窒素、酸素、その他の副生成物のガス成分等が含まれる。
【００６４】
図２は、図１の燃料改質装置１における凝縮器１６の側断面図であり、図３は、凝縮器１６の分解斜視図である。図２及び図３において、同一の部位には同一の符号が付されている。
図２及び図３において、凝縮器１６は、底部側から上部側に延長して本体の外殻をなす筒状の第１ケーシング１６１と、第１ケーシング１６１内にその内面に自己の外面が所定の間隙を保持して底部側から上部側に延長して沿うように配された筒状の第２ケーシング１６２とを有する。
【００６５】
図１より容易に理解されるとおり、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２とにより二重容器が構成され、この二重容器の外容器である第１ケーシング１６１と内容器である第２ケーシング１６２との隙間が混合流体流通部１６３を構成している。混合流体流通部１６３を構成するこの隙間の幅は、例えば、１ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００６６】
二重容器の上部側、即ち、第２ケーシング１６２の上部側には、混合流体流通部１６３からの気液混合流体が流入する開口を持つ混合流体流入部１６４と、混合流体流入部１６４から流入した気液混合流体が気液分離して生じた液相物質を集めて第２ケーシング１６２の底部側に向け重力によって流下させるロート状の集液器１６５とを持つ気液分離部１６６が設けられている。
【００６７】
また、二重容器の上部側開放部、即ち、気液分離部１６６の上部側開放部を覆うように蓋体１６７が設けられている。図示の例では、蓋体１６７はその裾部が第１ケーシング１６１の上縁部に外側から嵌め合わせられている。蓋体１６７は、気液分離部１６６によって気液分離して生じた気相物質を排出するための排出部１６８を有する。
【００６８】
第１ケーシング１６１は、その外面に放熱部１６１０を有する。この放熱部１６１０は、例えば、図３の如く、第１ケーシング１６１の周面に縦方向に平行に延長するようにして形成された複数の凸条部が冷却フィンとして機能するように構成されている。このような冷却フィンによって、周囲の空気による冷却効果が促進される。
【００６９】
第１ケーシング１６１は、更に、その底部に混合流体流通部１６３に連通する混合流体導入部１６１１を有する。この例では、混合流体導入部１６１１は管状である。この混合流体導入部１６１１に、既述の改質装置１５の生成ガス供給管１５５が接続される。
【００７０】
第２ケーシング１６２は、その上部に気液分離部１６６の混合流体流入部１６４に対応する混合流体流出部１６２０を有する。図２及び図３の例では、気液分離部１６６の混合流体流入部１６４の複数の円形の開口と、第２ケーシング１６２上部の混合流体流出部１６２０の複数の円形の開口とは、それらの径が等しい。そして、それらの開口の位置が合致して重なるように第２ケーシング１６２と気液分離部１６６とが位置合わせして組み付けられている。
【００７１】
また、第２ケーシング１６２は、その底部側の部分によって、改質燃料を貯留する改質燃料タンク部１６２１を構成している。この改質燃料タンク部１６２１の底部に第１ケーシング１６１の底部を貫通して改質燃料を外部に導出する改質燃料導出部１６２２が設けられている。この例では、改質燃料導出部１６２２は管状である。
【００７２】
なお、第２ケーシング１６２は、底部側に向かって径が細くなるような全体としてテーパーのかかった形状に構成してもよい。このように構成した場合には、製造時に第１ケーシング１６１に対して第２ケーシング１６２を嵌め合わせる操作が容易になり、量産によく適合する。
【００７３】
上述のように、本実施形態では、第２ケーシング１６２の部分によって改質燃料タンク部１６２１が構成されているため、別途に改質燃料タンクを設ける必要がなく、且つ、改質燃料タンク部の底部に１ケーシング１６１の底部を貫通して改質燃料を外部に導出する改質燃料導出部１６２２が設けられているため、全体として小型で構成が簡素である。
【００７４】
一方、気液分離部１６６には、固相物質の透過を阻止するフィルター１６６０が下部側に設けられている。
このフィルター１６６０としては、例えば、不織布やステンレスメッシュ等の金属網を適用することができる。このようなフィルター１６６０により、無用な固相物質が液相物質（改質燃料）に混入することを予防できる。
【００７５】
上述した凝縮器１６では、第１ケーシング１６１、第２ケーシング１６２、気液分離部１６６、及び、１６７蓋体は、それらが相互に組み付けられて以降の時点で、一定の手順で分離可能である。このため、凝縮器１６は、そのメンテナンスが容易である。
【００７６】
図４は、図１の凝縮器１６の、図２におけるａ−ａ線横断面図である。
図４の（Ａ）は一の態様の凝縮器１６の横断面図、図４の（Ｂ）は他の態様の横断面図である。
図３を参照して既述のように、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２とによる二重容器の内外両ケーシング１６１, １６２の間隙が混合流体流通部１６３を成し、外容器である第１ケーシング１６１は、その外面に放熱部１６１０を有する。この放熱部１６１０は、例えば、図３の如く、第１ケーシング１６１の周面に縦方向に平行に延長するようにして形成された複数の凸条部により空冷式の冷却フィンとして機能するように構成されている。
【００７７】
図４の（Ａ）の態様の凝縮器１６では、第１ケーシング１６１の放熱部１６１０aは、第１ケーシング１６１自体が、横断面で見て、周方向に繰り返す周期的な波型をなし、二重容器の内容器である第２ケーシング１６２とは周期的に接触している。即ち、放熱部１６１０aは、断面視で凹状の部分毎に第２ケーシングと接触している。
このため、放熱部１６１０aによる放熱効果が第２ケーシング１６２にも及び、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２との間に形成されている混合流体流通部１６３での冷却効果が良好である。
【００７８】
図４の（Ｂ）の態様の凝縮器１６では、第１ケーシング１６１の放熱部１６１０ｂは、第１ケーシング１６１自体が、横断面で見て、周方向に繰り返す周期的な波型をなし、二重容器の内容器である第２ケーシング１６２とは略１周期毎に部分的に接触している点については図４の（Ａ）の態様と同様である。
そして、図４の（Ｂ）の態様における第１ケーシング１６１の放熱部１６１０ｂでは、更に、放熱部１６１０ｂが周期的に第２ケーシング１６２と接触している部位毎に、横断面で見て、放射方向に一定の高さの板状のフィンｆ，ｆが夫々設けられている。
図４の（Ｂ）の態様では、フィンｆ，ｆによる放熱作用が加わって、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２との間に形成されている混合流体流通部１６３での冷却効果が一層良好である。
【００７９】
なお、以上のような凝縮器１６は、放熱部１６１０（１６１０a，１６１０ｂ）に車両の走行風等の外気が当たり易いように、例えば、ラジエター近傍位置に設置することも一法である。或いはまた、凝縮器１６を車両のトランクルームに設置し、放熱部１６１０（１６１０a，１６１０ｂ）にエアコンの風が導かれるように構成してもよい。
【００８０】
以上の構成を備える本実施形態の燃料改質装置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、前回改質時に凝縮器１６の改質燃料タンク部１６２１内に貯留された改質燃料を、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。
【００８１】
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。
【００８２】
本実施形態の燃料改質装置１では、供給装置１０において、ＥＣＵの管理下で、空気導入部１１及び燃料導入部１３が連係して動作し、混合器１４に供給される空気及び燃料について、当該燃料（ガソリン）の割合が２２重量パーセント以上になるように調節が行われる。
【００８３】
また、ＥＣＵの管理下で、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の各開度についてフィードバック制御が行われる。
【００８４】
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）〜（６）が進行することで、アルコールに変換される。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。
【００８５】
次いで、改質器１５で生成した生成ガスを、凝縮器１６で凝縮相と気相とに分離する。分離された凝縮相には改質燃料のアルコールが主として含まれており、この改質燃料は凝縮器１６の改質燃料タンク部１６２１に貯留される。改質燃料タンク部１６２１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、分離された気相物質は、気相供給部２０を通して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。
【００８６】
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１１４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。
【００８７】
ここで、図２、図３、及び、図４を参照して説明した凝縮器１６の作用について更に詳述する。
凝縮器１６の底部の混合ガス導入部１６１１に、図１の改質器１５からの生成ガスが生成ガス供給管１５５を通して供給される。即ち、改質器１５からの生成ガスは、凝縮器１６に気液混合の混合ガスとして、凝縮器１６の底部から供給される。供給された混合ガスは、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２とにより構成される二重容器の底部の隙間に広がり、更に、側面全周の幅の狭い隙間である混合流体流通部１６３を上昇する。
【００８８】
混合流体流通部１６３を上昇中の混合流体は、第１ケーシング１６１の放熱部１６１０によって混合流体流通部１６３の側壁をなす第１ケーシング１６１に接して冷却される。放熱部１６１０が既述のように第２ケーシング１６２にも接触している態様の場合には、第２ケーシング１６２側からもこの冷却作用が及ぶ。
【００８９】
混合流体流通部１６３内を冷却されながら上昇した混合流体は、混合流体流通部１６３の上端近傍に至ると、第２ケーシング１６２上部の混合流体流出部１６２０の開口から出て、この開口と位置合わせされた気液分離部１６６の混合流体流入部１６４の複数の開口から気液分離部１６６内へと流入する。
【００９０】
気液分離部１６６内に流入した混合流体のうち液相（凝縮相）となった改質燃料（アルコールを主成分とする燃料）は気液分離部１６６の集液器１６５に集められ、フィルター１６６０で濾過されて、重力により第２ケーシング１６２内を流下し、第２ケーシング１６２の底部側に設定された改質燃料タンク部１６２１に貯留される。
貯留された改質燃料は、ＥＣＵの制御下で、所要に応じて、改質燃料タンク部１６２１の底部の改質燃料導出部１６２２から図１の改質燃料供給部１９を通してエンジン（不図示）の燃料供給系に送られる。
【００９１】
一方、気液分離部１６６内に流入した混合流体のうち気相となった物質は、気液分離部１６６の上方の蓋体１６７に設けられた排出部１６８から外部に排出される。排出された気相物質は図１の気相供給部２０の経路から吸気ポートに供給され、既述のようにエンジンの気筒内での燃焼に供される。
【００９２】
本実施形態の燃料改質装置１によれば、以下の効果が奏される。
（１）本実施形態の燃料改質装置１では、特に、その凝縮器１６は、底部側から上部側に延長して本体の外殻をなす第１ケーシング１６１と、その内側の第２ケーシング１６２とにより二重容器が構成され、この二重容器の外容器である第１ケーシング１６１と内容器である第２ケーシング１６２との隙間が混合流体流通部を構成している。二重容器の上部側には気液分離部１６６が設けられている。
【００９３】
このような燃料改質装置１では、その凝縮器１６が、構成が簡素で製造が容易であり、気液混合流体は混合流体流通部１６３を流通する間に、外容器である第１ケーシング１６１から周囲の空気による冷却を受けるために別途の冷却器や冷媒を要さず、小型化を図ることができる。
【００９４】
（２）また、本実施形態の燃料改質装置１では、凝縮器１６が気液分離部１６６に対しその上部側開放部を覆うように配され当該気液分離により生じた気相物質の排出部１６８を有する蓋体１６７を備えている。即ち、蓋体１６７が当該気液分離により生じた気相物質の排出部１６８を有するため、全体として構成が簡素である。
【００９５】
（３）また、本実施形態の燃料改質装置１では、凝縮器１６は、その気液分離部１６６が、気液混合流体流通部１６３からの気液混合流体が流入する混合流体流入部１６４と、混合流体流入部１６４から流入した気液混合流体が気液分離して生じた液相物質を集めて第２ケーシング１６２の底部側に向け重力によって流下させる集液器１６５とを有する。
このため、気液分離部１６６の構成も簡単であり、全体として構成が簡素である。
【００９６】
（４）また、本実施形態の燃料改質装置１では、凝縮器１６は、その第１ケーシング１６１が、その外面に放熱部１６１０を有する。
このため、放熱部１６１０によって、周囲の空気による第１ケーシング１６１の冷却が促進され、従って、第１ケーシング１６１の内側に沿う混合流体流通部１６３を流通する気液混合流体に対する冷却効果が良好である。
【００９７】
（５）また、本実施形態の燃料改質装置１では、凝縮器１６は、その第１ケーシング１６１が、その底部に混合流体流通部１６３に連通する混合流体導入部１６１１を有する。
このため、冷却器としても機能する混合流体流通部１６３への混合流体導入経路がきわめて簡単になり、全体として構成が簡素である。
【００９８】
（６）また、本実施形態の燃料改質装置１では、凝縮器１６は、第２ケーシング１６２が、その上部に気液分離部１６６の混合流体流入部１６４に対応する混合流体流出部１６２０を有する。
このため、混合流体が、この混合流体流出部１６２０から直ちに混合流体流入部１６４を通して気液分離部１６６に流入するようになり、全体として構成が簡素である。
【００９９】
（７）また、本実施形態の燃料改質装置１では、その凝縮器１６の第２ケーシング１６２が、その底部側の部分が改質燃料を貯留する改質燃料タンク部１６２１を構成し、改質燃料タンク部１６２１の底部に第１ケーシング１６１の底部を貫通して改質燃料を外部に導出する改質燃料導出部１６２２が設けられている。
このため、別途に改質燃料タンクを設ける必要がなく、且つ、全体として構成が簡素である。
【０１００】
（８）また、本実施形態の燃料改質装置１では、その凝縮器１６の第１ケーシング１６１の放熱部１６１０が部分的に第２ケーシング１６２に接触している。
このため、放熱部１６１０による放熱効果が第２ケーシング１６２にも及び、第１ケーシング１６１と第２ケーシング１６２との間に形成されている混合流体流通部１６３での冷却効果が良好である。
【０１０１】
（９）また、本実施形態の燃料改質装置１では、その凝縮器１６の第１ケーシング１６１、第２ケーシング１６２、気液分離部１６６、及び、蓋体１６７が相互に分離可能である。
このため、凝縮器１６の内部に付着した副生成物などを除去するようなメンテナンスが容易である。
【０１０２】
なお、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。
【符号の説明】
【０１０３】
１…燃料改質装置
１０…供給装置
１２…燃料タンク
１４…混合器
１５…改質器
１６…凝縮器
１６１…第１ケーシング
１６２…第２ケーシング
１６３…混合流体流通部
１６４…混合流体流入部
１６５…集液器
１６６…気液分離部
１６７…蓋体
１６８…排出部
１６１０…放熱部
１６１１…混合流体導入部
１６２０…混合流体流出部
１６２１…改質燃料タンク部
１６２２…改質燃料導出部
１６６０…フィルター
【図１】
2016210935.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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