(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化水素系燃料に加えて水素供給体から供給される水素を併用した内燃機関を提供する。【解決手段】水素を発生する水素供給体および炭化水素系燃料を燃料源として備え、炭化水素の燃焼によって生成する二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段１６、水素供給体から水素を生成する水素生成手段７、二酸化炭素と水素からメタンを生成するメタン生成手段１８を有し、生成したメタンを炭化水素とともに供給する燃料供給手段を備えた複数の燃料を併用する内燃機関。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を発生する水素供給体および炭化水素系燃料を燃料源として備え、炭化水素の燃焼によって生成する二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段、水素供給体から水素を生成する水素生成手段、二酸化炭素と水素からメタンを生成するメタン生成手段を有し、生成したメタンを炭化水素とともに供給する燃料供給手段を備えたことを特徴とする複数の燃料を併用する内燃機関。
【請求項２】
水素供給体が不飽和化合物に水素添加した有機ハイドライドであることを特徴とする請求項１記載の複数の燃料を併用する内燃機関。
【請求項３】
水素生成手段が内燃機関の廃熱によって加熱されて動作することを特徴とする請求項１または２記載の複数の燃料を併用する内燃機関。
【請求項４】
メタンの蓄圧タンクおよびメタンの噴射制御手段を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の複数の燃料を併用する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の燃料を併用する内燃機関に関し、特に、炭化水素系燃料と水素を容易に放出することが可能な液状水素供給体を燃料源とした内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、芳香族化合物等の不飽和化合物等を水素化した液状の有機化合物は、水素の脱離および再結合が比較的容易に可能であって、水素を貯蔵、運搬したり、あるいは水素吸蔵合金からなる金属水素化物に代えて液状の水素供給体として使用することを提案しており、これらの有機物からなる水素供給体を有機ハイドライドとも称している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
水素は、燃焼によって水を生成するのみであるので、二酸化炭素を生成しない環境負荷が小さい物質であって、炭化水素系燃料に代えて様々な分野への利用の研究が進められている。
例えば、有機ハイドライドを自動車に搭載して発生する水素をガソリン等の炭化水素系燃料と併用することにより、二酸化炭素の排出量を削減することが数多く提案されている(例えば、特許文献２参照)。
水素は質量当りの発熱量では炭化水素と遜色がないものの単位容積当りの発熱量が低いという問題点がある。例えば、最も炭素数が少ない炭化水素であるメタンに比べて３分の１程度であるために自動車の加速時等のように内燃機関の出力を急激に上昇させる必要がある場合には、炭化水素の場合と同様の出力とするためには大量の水素を供給するか、あるいは炭化水素の配合割合を多くすることが必要であった。
大量の水素の発生に備えるために大型の水素発生装置を設けることが必要となり、結果としてエネルギー消費を高め、また炭化水素の配合割合を多くすることは二酸化炭素の発生量を増加させるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００２−１３４１４１号公報
【特許文献２】特開２００５−１４７１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素を発生する液状水素供給体と、炭化水素系燃料を燃料源として備え、水素供給体から得られる水素を炭化水素系燃料と併用して、二酸化炭素の排出量を抑制する複数の燃料を併用する内燃機関において、水素を炭化水素系燃料と併用した場合のエンジンの出力の低下を少なくし、エンジンを自動車に利用する場合には加速時等のエンジン出力の増加に対応可能な内燃機関を利用した装置を提供することを課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、水素を発生する水素供給体および炭化水素系燃料を燃料源として備え、炭化水素の燃焼によって生成する二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段、水素供給体から水素を生成する水素生成手段、二酸化炭素と水素からメタンを生成するメタン生成手段を有し、生成したメタンを炭化水素とともに供給する燃料供給手段を備えた内燃機関である。
また、水素供給体が不飽和化合物に水素添加した有機ハイドライドである前記の内燃機関である。
水素生成手段が内燃機関の廃熱によって加熱されて動作する前記の内燃機関である。
メタンの蓄圧タンクおよび蓄圧タンクのメタンの噴射制御手段を有する前記の内燃機関である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の内燃機関は、ガソリン等の炭化水素系燃料の燃焼で生じた二酸化炭素と、水素供給体から得られた水素を反応させてメタンを製造した後に、メタンをガソリン等とともに燃料として供給したので、水素を直接添加する場合に比べて単位容積当たりの発熱量が大きなメタンの作用によって高出力であってガソリン等の炭化水素のみを用いた場合に比べて二酸化炭素の排出量が少ない内燃機関を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、不飽和化合物に水素添加した、加熱によって比較的容易に水素を生成する有機ハイドライドと称される水素供給体を水素発生源として用いて、ガソリン等の炭化水素と併用した場合に、炭化水素の燃焼によって生じる二酸化炭素を、水素発生源から得られた水素と反応させてメタンを発生させて、ガソリン等併用することによって、水素発生源から生成した同一容積の水素を直接用いる場合に比べて、出力を大きくすることが可能であることを見出したものである。
【０００８】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の内燃機関を説明する図である。
本発明の内燃機関１は、エンジン２の吸気系３には、ガソリン等の炭化水素系液体燃料噴射装置４を有しており、エンジンの排気系５には、排気ガス中の炭化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物等を分解する触媒コンバータ６を有している。
触媒コンバータ６によって処理された排気ガスは、二酸化炭素と吸気した空気中の窒素を主成分とする気体となり、触媒コンバータ６の出口側に配置された水素生成手段７へと導入される。
【０００９】
３００〜５００℃程度の排気ガスの熱が水素生成手段７の内部に設けた熱交換フィンに伝熱されて、熱交換フィンに担持された触媒が加熱されると、水素ハイドライドタンク８から供給管９を通じて供給されたメチルシクロヘキサン等の有機ハイドライドが接触反応によって脱水素反応を起こし、メチルシクロヘキサンから水素とトルエンが生成する。
水素とトルエンは、熱交換器１０により冷却され気液分離され、水素は水素生成手段７の更に後方に配設されたメタン生成手段１８へ、水素供給管１２を介して供給される。また、トルエンはトルエンタンク１１へと供給される。
【００１０】
水素生成手段７の後方側には排気ガスの流量に応じてバイパス可能な流量追従式可変バルブ１３が設置され、メタン化処理能力を超える分の二酸化炭素は分岐排出管１４を経て消音器１５に接続され外部に放出される。
【００１１】
また、水素生成手段７とメタン生成手段１８との間には、排気ガス中の二酸化炭素と窒素、および窒素酸化物等の窒素成分を分離する二酸化炭素分離手段１６が設けられ、メタン生成手段１８には二酸化炭素のみが送気され、窒素成分を含む排気ガスは分離され窒素成分排出管１７により消音器１５を通じて消音されて外部に排出される。
【００１２】
メタン生成手段１８は、二酸化炭素分離手段１６により分離された二酸化炭素と水素生成手段７によって発生した水素を所定の濃度で反応させてメタンを発生する。
生成したメタンは、熱交換器１９で熱交換して水２０を分離し、圧縮機（図示しない）を備えたメタン蓄圧タンク２１を介して、メタン供給管２２通じてメタン噴射装置２３を通じてエンジン２に供給される。
【００１３】
エンジンの始動開始の際に、ガソリン等の炭化水素系燃料が炭化水素系液体燃料噴射装置４からエンジンに供給されて運転を開始する。水素生成手段７に設けた触媒の温度が温度センサーのよって検知されて、温度センサーが検出した温度が所定の温度、例えば３００℃以上になれば水素を発生させるためのメチルシクロヘキサン８を水素生成手段７に供給して素を発生させる。水素発生量はエンジンの運転条件により決められる二酸化炭素の発生量に応じ、制御手段２４によって決定される。
【００１４】
また、制御装置２４による水素発生量の決定は、水素生成手段７の排出側に設けた二酸化炭素濃度センサー２５、図示しないスロットル開度センサーや吸気系２に設けた吸気管負圧センサー等の信号により決定される。
【００１５】
また、水素生成手段の排気通路表面に酸化触媒を担持させると、排気ガスの温度が充分でなく、水素生成手段の温度が所定の反応温度に達しない場合に、メチルシクロヘキサン８から水素を取り出した残りを貯蔵したトルエンタンク１１から所定量のトルエンを、燃焼を助けるために所定量の空気とともに空気供給手段２６によって供給して、燃焼反応によって水素反応手段の温度を上昇させて、所定量の水素を得ることができる。
また、エンジン２を含めて、各生成手段、機器類は制御手段２４によって制御される。
【００１６】
図２は、本発明の内燃機関の動作を説明するフローチャートである。
ステップＳ１においてエンジンを始動し、ステップＳ２でメチルシクロヘキサンを水素生成手段に供給し、ステップＳ３で水素生成手段の水素発生部の温度を測定し、所定の温度に達していない場合には、加熱用の燃料および空気を供給し、所定の温度に達している場合には、制御装置に所定の温度に達していることを伝達する。
【００１７】
一方、二酸化炭素については、ステップＳＢ１において、二酸化炭素の流量の測定を開始し、ステップＳＢ２において排ガス流量可変バルブを動作状態とし、ステップＳＢ３において、二酸化炭素の発生量を検知し、所定の流量でない場合には排ガス流量可変バルブを調整し、所定の流量である場合には、制御装置に対して二酸化炭素の発生量が所定の量であることを伝達する。
【００１８】
次いで、ステップＳ４で制御装置が水素発生量の測定の指示を出し、水素発生量が所定の量以上である場合には、ステップＳ６において、メタン製造手段に対して水素を供給し、メタンの発生を行ってエンジンに供給する。
【００１９】
本発明の内燃機関の主要な装置について説明する。
排気ガス中の二酸化炭素と窒素成分を分離する分離手段は、二酸化炭素分離膜を使用することができる。二酸化炭素分離膜としては、二酸化炭素／窒素成分分離係数＝２０〜３０を実現するナトリウムあるいはカルシウムイオン交換ゼオライトを基材とした、ＣＶＤシリコン分離膜および窒化ケイ素、炭化ケイ素分離膜を挙げることができる。
二酸化炭素分離温度は４００〜６５０℃で運転することができる。また、形状は積層型あるいは円筒型として、排気ガスが通過する管路に設置し、二酸化炭素を分離して窒素成分を排気ガスとして系外に排出する。   
【００２０】
メタン生成手段は、排気ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素を、触媒の存在下に水素、酸素と反応させてメタンと水に転化する装置である。触媒としては、アルミナ、シリケート、チタニア、ジルコニア等の高表面積（10-250ｍ2/g)担体に、ニッケル系触媒を担持したものを用いることができる。例えば、ニッケル１００質量部に対して１〜３質量部のルテニウム、モリブデン、レニウムを添加したものを用いることができる。
反応温度としては２２０-５１０℃が好ましい。また、ニッケルカルボニルの生成を防止するためには、反応温度を２００℃以上にすることが必要であるので、起動時でメタン生成手段の反応部の温度が低温のときは、排気ガスを通過させずに、２００℃以上の所定の温度になったところで、反応部に排気ガスを送気することが必要となる。反応器の形状はチューブ型あるいは積層型反応器で固定床触媒等を使用することができる。
【００２１】
また、本発明においては、メタン蓄圧タンクを設けているので、分離された二酸化炭素を内燃機関の運転条件に応じて、メタン発生に利用することなく排出することのみではなく、過剰にメタンを生成した場合にもメタンを貯蔵して利用することも可能である。
【００２２】
また、本発明に利用可能な有機ハイドライドとしては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、テトラリン、デカリン、メチルデカリン等を挙げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の炭化水素系燃料と水素供給体を併用した内燃機関は、炭化水素系燃料の燃焼によって発生した二酸化炭素を、水素供給体から生成した水素と反応させて得られてメタンを、ガソリン等の炭化水素系燃料と併用したので、水素を炭化水系燃料と併用する場合に比べて、同一容積の量を併用した場合には、水素に比べて大きな発熱量を得ることができるので、性能が優れた二酸化炭素の排出量を抑制する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の内燃機関を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の内燃機関の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１…内燃機関、２…エンジン、３…吸気系、４…炭化水素系液体燃料噴射装置、５…排気系、６…触媒コンバータ、７…水素生成手段、８…水素ハイドライドタンク、９…供給管、１０…熱交換器、１１…トルエンタンク、１２…水素供給管、１３…流量追従式可変バルブ、１４…分岐排出管、１５…消音器、１６…二酸化炭素分離手段、１７…窒素成分排出管、１８…メタン生成手段、１９…熱交換器、２０…水、２１…メタン蓄圧タンク、２２…メタン供給管、２３…メタン噴射装置、２４…制御装置、２５…二酸化炭素濃度センサー、２６…空気供給手段
【図１】
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【図２】
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