JP2008144730A - パワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】始動性や燃費を向上させ得るパワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法を提供すること。
【解決手段】パワーソースの燃料供給システムは、熱の発生を伴い作動するパワーソースと、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースの運転条件に応じてパワーソースへ供給する変換燃料供給手段と、を具備するパワーソースの燃料供給システムであって、変換燃料供給手段が、エタノール変換機能を有する熱交換手段を備え、エタノール変換機能を有する熱交換手段が、パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収すると共に、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換するエタノール変換触媒を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法に係り、更に詳細には、始動性や燃費を向上させ得るパワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法に関する。

地球環境に対する配慮から、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量の低減が求められており、内燃機関においても、その燃費向上を目的として、種々の試みがなされている。
具体的には、ガソリンエンジンにおけるリーンバーンエンジンや直噴エンジン、ディーゼルエンジンにおける高圧噴射技術、更には燃料におけるオクタン価向上剤の添加などが挙げられる。

一方、燃料からのアプローチとして、従来用いられているガソリンや軽油の他に、水素、メタノールやエタノール等のアルコール類、ジメチルエーテルやメチルターシャリーブチルエーテル等のエーテル類、バイオディーゼル、ガス・トゥー・リキッド（ＧＴＬ）等の合成燃料などの代替燃料についても検討がなされている。
その中でも、エタノールは、バイオ起源にて製造できることから再生可能であり、大気中のＣＯ_２を増加させないカーボンニュートラル燃料として、近年注目を集めている。
また、アルコール類は、分子内に酸素原子を含有するため、ガソリンに混合させると、オクタン価を向上させ、燃料の燃焼性向上にも寄与することが期待されている。
このため、既にいくつかの国においては、ガソリンに一定量のエタノールを混合した燃料であるガスホールが、内燃機関用燃料として使用されている。

しかし、アルコール類はガソリンと比較した場合、熱量が劣るので、混合した分だけ出力が低下することから、逆に燃費悪化になる可能性もあり、従来の化石燃料に添加しただけでは燃料の節約に繋がるとは言い難く、ＣＯ_２削減効果も大きくなくなる。

このような背景から、ガソリンや軽油などとアルコールとの混合燃料を内燃機関へ供給する際の各種の条件を最適化することを目的として、これら混合燃料の内燃機関への供給方法や噴射方法など種々の技術が提案されている。

具体的には、アルコール混合ガソリン燃料を、アルコールの改質温度以上に熱し、改質ガスを得るとともに、ガソリンをガス状化し、ガス状化したガソリン燃料を冷却、凝縮して、改質ガスと分離し、それらを別系統でエンジンに供給するエンジンの燃料供給装置が提案されている（特許文献１参照。）。

また、アルコール混合軽油燃料を効果的に供給し、噴射するためのコンパクトな複燃料噴射弁が提案されている（特許文献２参照。）。
特公昭６０−４７４６９号公報 特開平６−１０７８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエンジンの燃料供給装置は、アルコールが比較的改質が容易であるメタノールの場合には有効であるが、より高い改質温度が必要なエタノールの場合には改質ガスへの転化が困難である。また、エンジンの運転条件と改質ガスの供給との関係も考慮されておらず、得られた改質ガスが内燃機関の効率向上に寄与できるかは不明であった。

また、特許文献２に記載の複燃料噴射弁は、混合されたアルコール燃料からディーゼルエンジン燃焼に有利な燃料成分が得られれば、従来の噴射装置でも燃焼効率の向上効果が得られるものと考えられる。しかしながら、燃料噴射弁に主眼が置かれており、燃料の特性、即ち混合されるアルコール種などは考慮されていない。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、始動性や燃費を向上させ得るパワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねたところ、熱の発生を伴い作動するパワーソースと、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料を該パワーソースの運転条件に応じて該パワーソースへ供給する所定の変換燃料供給手段と、を備えさせることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のパワーソースの燃料供給システムは、熱の発生を伴い作動するパワーソースと、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料を該パワーソースの運転条件に応じて該パワーソースへ供給する変換燃料供給手段と、を具備するパワーソースの燃料供給システムであって、該変換燃料供給手段が、エタノール変換機能を有する熱交換手段を備え、該エタノール変換機能を有する熱交換手段が、該パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収すると共に、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換するエタノール変換触媒を備える、ことを特徴とする。

また、本発明のパワーソースへの燃料供給方法は、パワーソースないしその排気系が発生する熱により、エタノール変換触媒を活性化し、そのエタノール変換触媒にエタノールを含有するエタノール含有燃料を接触させて、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換し、得られたジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースへ供給するパワーソースへの燃料供給方法であって、該パワーソースの始動時、低負荷運転時及び中負荷運転時から成る群より選ばれた少なくとも１つの運転条件の際に、該変換燃料を供給する、ことを特徴とする。

本発明によれば、熱の発生を伴い作動するパワーソースと、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料を該パワーソースの運転条件に応じて該パワーソースへ供給する所定の変換燃料供給手段と、を備えさせることなどとしたため、始動性や燃費を向上させ得るパワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法を提供することができる。

以下、本発明のパワーソースの燃料供給システムについて説明する。
なお、本明細書において、濃度や含有量などについての「％」は特記しない限り質量百分率を表わすものとする。
また、「エタノール含有燃料」とは、エタノール１００％燃料、ガソリン‐エタノール混合燃料など、エタノールを任意の割合で含有するものを意味しているが、エタノール含有量が多い燃料で比較的燃費向上効果が大きくなる。

上述の如く、本発明のパワーソースの燃料供給システムは、熱の発生を伴い作動するパワーソースと、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースの運転条件に応じてパワーソースへ供給する変換燃料供給手段と、を具備するパワーソースの燃料供給システムであって、変換燃料供給手段が、エタノール変換機能を有する熱交換手段を備え、エタノール変換機能を有する熱交換手段が、パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収すると共に、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換するエタノール変換触媒を備えるものである。
エタノールをパワーソースに直接供給する場合、エタノールの蒸発潜熱はガソリンの約２倍と大きいことから、始動時、暖機性に関しては問題が生ずるところ、このような構成とすることによって、エチレンは気体であり、ジエチルエーテルは沸点が３４．６℃と低く、かつ蒸発潜熱もガソリン並みであるため、変換されたジエチルエーテルやエチレンをパワーソースに供給することにより、始動時、暖機性の問題は回避でき、始動性や燃費を向上させ得るパワーソースの燃料供給システムとなる。

ここで、上記の熱の発生を伴い作動するパワーソースとしては、例えば内燃機関や固体電解質燃料電池などを挙げることができる。

上記変換燃料供給手段は、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料を上述したパワーソースの運転条件に応じてパワーソースへ供給するものであって、パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収すると共に、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換するエタノール変換触媒を備えたエタノール変換機能を有する熱交換手段を備えることを要する。
上述したように、パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収して、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換し、変換されたジエチルエーテルやエチレンをパワーソースに供給することにより、始動時、暖機性の問題は回避でき、始動性や燃費を向上させ得るパワーソースの燃料供給システムとなる。

また、上記エタノール変換触媒としては、比較的低温条件からエタノールの脱水反応によりジエチルエーテル（（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｏ）及びエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）の少なくとも一方を生成させる触媒を挙げることができる。
これらは反応式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表わされ、反応式（Ｉ）は、分子内脱水反応であり、反応式（ＩＩ）は、分子間脱水反応であり、これらはそれぞれ吸熱反応である。

Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ→Ｃ_２Ｈ_４＋Ｈ_２Ｏ…（Ｉ）
２Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＣ_２Ｈ_５＋Ｈ_２Ｏ…（ＩＩ）

そして、内燃機関などのパワーソースないしその排気系が発生する熱を用いてかかる反応を起こすことにより、パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収することができる。

エタノールを出発物質とする脱水反応における熱回収効率を下記の計算式（１）に示すような低位発熱量基準で計算すると、反応式（Ｉ）の熱回収効率ηは１０８％であり、反応式（ＩＩ）の熱回収効率ηは１０３％である。したがって、熱回収効率を比較すると、熱回収の観点、即ち燃費の観点からは分子内脱水反応が有利となる。

熱回収効率η（％）＝［ＬＨＶ（改質ガス）−ＬＨＶ（エタノール）］／ＬＨＶ（エタノール）×１００…（１）

上記エタノール変換触媒としては、例えばシリカ／アルミナ比が１８以上６０以下であるアルミノケイ酸塩を含有する低温型エタノール変換触媒を好適に用いることができる。
更に具体的には、上記アルミノケイ酸塩として、シリカ／アルミナ比が２０以上４５以下であるＭＦＩ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が２０以上６０以下であるβ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が１８以上３５以下であるモルデナイト型ゼオライト、又はシリカ／アルミナ比が１８以上３５以下であるＹ型ゼオライト、及びこれらの任意の組み合せに係る混合物を好適に用いることができる。
各ゼオライトとも、上述したシリカ／アルミナ比の上限を超えても下限未満でもエタノールの脱水縮合の性能は低下する。特に、ＭＦＩ型ゼオライトの場合には、２０未満ではエタノール転化率が低下し、４５超では高転化率を得る反応温度が高くなる。
また、他のゼオライトについても、同様の理由からシリカ／アルミナ比が上記の範囲内であるものであることが好ましい。
このような低温型エタノール変換触媒は、内燃機関などのパワーソースからの排気熱を用いて加熱することで効率よくエタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換する反応をさせることが可能となる。
また、内燃機関などのパワーソースからの排気熱が比較的低温域（例えば、１５０℃以上４５０℃以下の温度範囲。）でも効率よくエタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換できるため、高効率な内燃機関にも適用できて、燃費向上効果が得られる。
従って、上記の低温型エタノール変換触媒は、１５０〜４５０℃の温度条件で作動させることが、効果的にエタノールの脱水反応を起こすことができるという観点から望ましい。

また、上記エタノール変換触媒としては、例えばシリカ／アルミナ比が６０超であるアルミノケイ酸塩を含有する高温型エタノール変換触媒を好適に用いることもできる。
更に具体的には、上記アルミノケイ酸塩として、例えばシリカ／アルミナ比が６０超であるＭＦＩ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が６０超であるβ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が６０超であるモルデナイト型ゼオライト、又はシリカ／アルミナ比が６０超であるＹ型ゼオライト、及びこれらの任意の組み合せに係る混合物を好適に用いることができる。
このような高温型エタノール変換触媒は、内燃機関などのパワーソースからの排気熱が比較的高温域（例えば、４５０℃超６５０℃以下の温度範囲。）において効率よくエタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換できる。

更に、上記エタノール変換触媒としては、例えばパラジウム（Ｐｄ）を含有するものを好適に用いることができる。
更に具体的には、例えばアルミナ基材（Ａｌ_２Ｏ_３）にパラジウムを０．１〜４％程度担持したエタノール変換触媒を好適に用いることができる。
このようなエタノール変換触媒も内燃機関などのパワーソースないしその排気系から発生する熱により効率よくエタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換できる。

更にまた、上記エタノール変換触媒としては、例えば３次元連続細孔を有するメタル製のモノリス担体に形成された触媒層に含有されているものを好適に用いることができる。
このようなエタノール変換触媒は、メタル製の３次元連続細孔を有するモノリス担体に塗布することによって得られ、触媒表面とエタノールとの接触効率が高くなることや熱の伝達が促進されることなどから、より効率よく、即ち小さな触媒でも高効率なエタノール変換が可能になる。
なお、上述したエタノール変換触媒は単独で又は組み合せて用いることができる。

上述したパワーソースの排気系は、従来公知の排ガス浄化用触媒を備えていてもよく、このような排ガス浄化用触媒として、特に限定されるものではないが、例えばフィルター構造を有するいわゆるパティキュレートフィルター型排ガス浄化用触媒を挙げることができる。
このようなパティキュレートフィルター型排ガス浄化用触媒は、パテキュレートマターを燃焼除去して再生する際に熱を発生する。そして、再生に伴い発生する熱により、高温型のエタノール変換触媒を活性化させて、上述したような脱水反応を完結することも可能となる。上述したように、この反応は吸熱反応であるためフィルターの過熱を防ぐ効果も期待できるようになる。
したがって、上述した高温型エタノール変換触媒は、パティキュレートフィルター型排ガス浄化用触媒と組み合せて用いることが望ましい。即ち、エタノール変換触媒をより高温条件下で用いることが可能になれば、触媒反応効率を高めることができ、エネルギー変換効率を向上させることもできる。
また、排ガス浄化触媒から発生する熱を活用できるような位置にエタノール燃料変換触媒を配置することによって、パワーソースの燃料供給システムをコンパクト化することができるという利点もある。
なお、上述したように、パワーソースの排気系には、例えばパワーソースが内燃機関である場合、その排気系に設けられた排ガス浄化用触媒をも含む。

また、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、変換燃料供給手段として、例えば、変換燃料貯留手段を備えているものを好適に用いることができる。
ジエチルエーテルやエチレンを貯溜するタンクなどの変換燃料貯留手段を、例えばエタノール変換触媒とパワーソースとの間に備えることにより、ジエチルエーテルやエチレンを含有する変換燃料を必要時に内燃機関などのパワーソースに供給することができ、運転条件に応じて適切な燃料を供給することが可能になる。

更に、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、変換燃料供給手段として、例えば、副生成水分離機能を有する熱交換手段を備えているものを好適に用いることができる。
エタノールがジエチルエーテルやエチレンに変換される際に副生成する水を分離する機能を有する熱交換手段を、例えばエタノール変換触媒とパワーソースとの間に備えることにより、不必要に水を内燃機関などのパワーソースに供給することを避けることができ、より燃焼性を向上させることができる。

また、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、変換燃料供給手段として、例えば、エタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段を備えているものを好適に用いることができる。
エタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段を、例えばエタノール変換触媒の上流側に備えることにより、エタノール含有燃料中のエタノールの気化を促し、エタノール変換触媒での脱水反応を促進させることができる。

更に、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、上述の副生成水分離機能を有する熱交換手段とエタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段とが１つの熱交換システムを構成しているものを好適に用いることができる。
このような構成とすることにより、触媒反応効率を高めることができ、エネルギー変換効率を向上させることも可能となり、また、パワーソースにおける燃焼性を向上させることもでき、更に、パワーソースの燃料供給システムをコンパクト化することができるという利点もある。

また、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、変換燃料供給手段として、例えば、気体用変換燃料噴射手段を備えているものを好適に用いることができる。
気体用変換燃料供給手段を、例えばエタノール変換触媒とパワーソースとの間に備えることにより、気体状態の変換燃料を内燃機関などのパワーソースへ供給することができる。

更に、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、変換燃料供給手段として、例えば、変換燃料加圧手段を備えているものを好適に用いることができる。
変換燃料加圧手段を、例えばエタノール変換触媒とパワーソースとの間に備えることにより、例えばジエチルエーテルについては、沸点が３４．６℃と、比較的低く、加圧により容易に液体状態になるので、液体状態で貯めておき、内燃機関などのパワーソースへ供給することができる。

更にまた、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、上記変換燃料供給手段として、例えば、液体用変換燃料供給手段を備えているものを好適に用いることができる。
液体用変換燃料供給手段を、例えばエタノール変換触媒とパワーソースとの間に備えることにより、液体状態の変換燃料を内燃機関などのパワーソースへ供給することができる。

一方、本発明のパワーソースの燃料供給システムにおいては、エタノール含有燃料供給手段を更に備えているものを好適に用いることができる。
エタノールは高オクタン価燃料であるため、エタノール含有燃料を内燃機関などのパワーソース直接供給して運転することも有効である。
特に、高負荷運転時の際に、直接供給して燃焼させることが好ましい。

次に、本発明のパワーソースへの燃料供給方法について説明する。
上述の如く、本発明のパワーソースへの燃料供給方法は、パワーソースないしその排気系が発生する熱により、エタノール変換触媒を活性化し、そのエタノール変換触媒にエタノールを含有するエタノール含有燃料を接触させて、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換し、得られたジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースへ供給するパワーソースへの燃料供給方法であって、変換燃料を、パワーソースの始動時、低負荷時又は中負荷時、及びこれらの任意の組み合せに係る運転状態時に、供給する方法である。
このような方法により、始動性や燃費を向上させることができる。

エタノールは、上述したようにオクタン価が高く高負荷での燃焼には有利であるが、始動性、低・中負荷での燃焼特性は、従来のガソリン燃料に比べて劣る。そこで、高負荷条件を除く運転条件では、生成したジエチルエーテルやエチレンを含有する変換燃料を内燃機関などのパワーソースに供給することで燃焼性を改善することができる。
また、例えば、よりリーンな条件においても運転が可能になるため、更に燃費を向上させるのに有利になる。

また、本発明のパワーソースへの燃料供給方法においては、エタノール変換触媒として、シリカ／アルミナ比が１８以上６０以下であるアルミノケイ酸塩を含有するエタノール変換触媒を用いる場合であって、エタノール変換触媒を活性化するに当たり、エタノール変換触媒の温度を１５０℃以上４５０℃以下にすることが好ましい。
シリカ／アルミナ比が１８以上６０以下であるアルミノケイ酸塩を含有するエタノール変換触媒は、低温型エタノール変換触媒であって、上述したように、１５０℃以上４５０℃以下の低温域において、効率よくエタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換することができる。

一方、本発明のパワーソースへの燃料供給方法においては、エタノール変換触媒として、シリカ／アルミナ比が６０超であるアルミノケイ酸塩を含有するエタノール変換触媒を用いる場合であって、エタノール変換触媒を活性化するに当たり、エタノール変換触媒の温度を４５０℃超６５０℃以下にすることが好ましい。
シリカ／アルミナ比が６０超であるアルミノケイ酸塩を含有するエタノール変換触媒は、高温型エタノール変換触媒であって、上述したように、４５０℃超６５０℃以下の高温域において、効率よくエタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換することができる。
なお、６５０℃超である場合には、ジエチルエーテルやエチレンの分解反応が起こり好ましくない。

更に、本発明のパワーソースへの燃料供給方法においては、エタノール変換触媒にエタノールを含有するエタノール含有燃料を接触させるに当たり、エタノールを含有するエタノール含有燃料を予め気化することが好ましい。
このような方法によって、エタノール含有燃料中のエタノールを気化することにより、エタノール変換触媒での脱水反応を促進させることができる。

更にまた、本発明のパワーソースへの燃料供給方法においては、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースへ供給するに当たり、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に含まれる水を予め分離することが好ましい。
このような方法によって、不必要に水を内燃機関などのパワーソースに供給することを避けることができ、より燃焼性を向上させることができる。

次に、本発明のパワーソースの燃料供給システム及びパワーソースへの燃料供給方法について図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明のパワーソースの燃料供給システムの一実施形態であって、内燃機関の燃料供給システムの一例を示す概略図である。
同図に示すように、この内燃機関の燃料供給システムは、ガスホール用エンジンなどの熱の発生を伴い作動するパワーソース１０と、エタノール含有燃料タンクなどのエタノール含有燃料貯留手段３０と、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースの運転条件に応じてパワーソースへ供給する変換燃料供給手段２０と、エタノール含有燃料供給手段４０とを備えている。
また、変換燃料供給手段２０は、エタノール変換機能を有する熱交換手段２２と、副生成水分離機能を有する熱交換手段及びエタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段とから構成される熱交換システム２４と、変換燃料タンクなどの変換燃料貯留手段２６と、気体用インジェクタなどの気体用変換燃料噴射手段２８とを備えている。
更に、エタノール変換機能を有する熱交換手段２２は、パワーソースの排気系１２に設けられた図示しない排ガス浄化用触媒が発生する熱を回収すると共に、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換する図示しないエタノール変換触媒を備える。
更にまた、エタノール含有燃料供給手段４０は、液体用エタノール含有燃料噴射手段４２を備えている。

例えば、熱の発生を伴い作動するパワーソース１０の始動時には、変換燃料貯留手段２６に貯留された変換燃料が気体用変換燃料噴射手段２８から熱の発生を伴い作動するパワーソース１０に供給される。そして、パワーソース１０が始動される。

また、エタノール含有燃料タンク３０にはエタノール含有燃料が貯留されており、このエタノール含有燃料は、熱の発生を伴い作動するパワーソース１０の作動時、特に低負荷運転時や中負荷運転時には、副生成水分離機能を有する熱交換手段及びエタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段とから構成される熱交換システム２４に供給され、熱交換システム２４によって気化され、エタノール変換機能を有する熱交換手段２２に供給され、エタノール変換機能を有する熱交換手段２２に配設された図示しないエタノール変換触媒によって、気化されたエタノール含有燃料が変換燃料に変換されると共に、図示しない排ガス浄化用触媒が発生する熱が回収され、再び熱交換システム２４に供給され、熱交換システム２４によって、副生成した水が分離され、変換燃料貯留手段２６に供給され、その変換燃料が気体用変換燃料噴射手段２８から熱の発生を伴い作動するパワーソース１０に供給される。そして、パワーソース１０が運転される。
なお、熱交換システム２４によってエタノール含有燃料が気化される際に必要な熱は、熱交換システム２４によって副生成した水が分離される際の熱により賄われるが、パワーソース１０やその排気系１２から発生する熱を利用してもよい。
また、熱交換システム２４は、分離した水を貯留する水タンク２４ａを備える。

更に、内燃機関の作動時、特に高負荷運転時には、エタノール含有燃料タンク３０に貯留されているエタノール含有燃料は、液体用エタノール含有燃料噴射手段４２から熱の発生を伴い作動するパワーソース１０に直接供給される。

このように、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースの運転条件に応じてパワーソースへ供給することによって、始動性や燃費を向上させることができる。
なお、パワーソースの運転条件は、内燃機関の場合には、これに配設される温度センサーやトルクセンサー、酸素センサー、固体電解質燃料電池の場合には、これに配設される温度センサーや電流計などの各種センサーと、各種センサーから入力されるデータを演算し得る電子制御装置によって判断される。そして、その判断に基づいて、電子制御装置が変換燃料供給手段やエタノール含有燃料供給手段を制御する。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜エタノール変換触媒の作製＞
表１に示すような組成の触媒を３０ｐｐｉの細孔を有するニッケル合金製メタルフォームモノリス担体に１７０ｇ／Ｌを塗布したものである。触媒粉末をモノリス担体へ塗布するに当たっては、触媒粉末、水及びシリカゾルバインダーを混合し、ポットミル粉砕機にかけてスラリー化したものをモノリス担体に噴霧し、余分なスラリーを吹き飛ばした後、乾燥、焼成の工程を経て、エタノール変換触媒を得た。
なお、シリカゾルバインダーの添加量は６％とした。

＜パワーソースの燃料供給システムの作製＞
上記得られたエタノール変換触媒を図１に示すようなパワーソースの燃料供給システムの所定の位置に組み込むことにより、本例のパワーソースの燃料供給システムを構築した。

（実施例２〜６）
表１に示すような組成の触媒を用いた以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、各例のパワーソースの燃料供給システムを構築した。

（比較例１）
表１に示すような組成の触媒を用いた以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、各例のパワーソースの燃料供給システムを構築した。
なお、１％白金（Ｐｔ）／アルミナは、比表面積が１８０ｍ^２／ｇのγアルミナに、Ｐｔを１％担持して、乾燥、焼成の工程を経て、触媒を得た。

［触媒の性能評価］
上記各例において組み込んだ触媒の評価には、常圧流通式反応装置を用い、エタノールを窒素キャリアーとともにモノリス触媒に供給した。
エタノール供給量はモノリス触媒の体積基準でＬＨＳＶ＝３０ｈ^−１とし、触媒入口温度１００℃〜５００℃にて反応を行った。
得られた結果を表１に示す。

表１より、本発明のパワーソースの燃料供給システムに用いた触媒においては、比較的低温条件からでもジエチルエーテルやエチレンを効果的に生成できることが分かる。これらの脱水反応は、吸熱反応であることから、エンジンの排気温度が低温条件でも廃熱回収が可能になることが分かる。

また、図２には、実施例１において用いたＭＦＩ型ゼオライト（シリカ／アルミナ比３２）、実施例２において用いたβ型ゼオライト（シリカ／アルミナ比６０）、及び実施例６において用いたＭＦＩ型ゼオライト（シリカ／アルミナ比６００）のエタノール転化特性を示す。
シリカ／アルミナ比の低いゼオライトでは、２００℃以下の低温域からも脱水反応が起こっている一方、シリカ／アルミナ比の高いゼオライトでは４００℃を超える高温域から作動している。
これらの反応生成物を同定した結果、２００℃以下の低温条件では主としてジエチルエーテルが、それ以上の温度域ではエチレンが主要生成物であった。なお、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンはほとんど検出されなかった。

本発明のパワーソースの燃料供給システムの一実施形態であって、内燃機関の燃料供給システムの一例を示す概略図である。 触媒入り口温度とエタノール転化率の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ パワーソース
１２ 排気系
２０ 変換燃料供給手段
２２ エタノール変換機能を有する熱交換手段
２４ 熱交換システム
２４ａ 水タンク
２６ 変換燃料貯留手段
２８ 気体用変換燃料噴射手段
３０ エタノール含有燃料貯留手段
４０ エタノール含有燃料供給手段
４２ 液体用エタノール含有燃料噴射手段

Claims (22)

1. 熱の発生を伴い作動するパワーソースと、
   ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料を上記パワーソースの運転条件に応じて上記パワーソースへ供給する変換燃料供給手段と、
   を具備するパワーソースの燃料供給システムであって、
   上記変換燃料供給手段が、エタノール変換機能を有する熱交換手段を備え、
   上記エタノール変換機能を有する熱交換手段が、上記パワーソースないしその排気系が発生する熱を回収すると共に、エタノールを含有するエタノール含有燃料をジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換するエタノール変換触媒を備える、ことを特徴とするパワーソースの燃料供給システム。
2. 上記変換燃料供給手段が、変換燃料貯留手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーソースの燃料供給システム。
3. 上記変換燃料供給手段が、副生成水分離機能を有する熱交換手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーソースの燃料供給システム。
4. 上記変換燃料供給手段が、エタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
5. 上記副生成水分離機能を有する熱交換手段と上記エタノール含有燃料気化機能を有する熱交換手段とが１つの熱交換システムを構成することを特徴とする請求項４に記載のパワーソースの燃料供給システム。
6. 上記変換燃料供給手段が、気体用変換燃料噴射手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
7. 上記変換燃料供給手段が、変換燃料加圧手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
8. 上記変換燃料供給手段が、液体用変換燃料噴射手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
9. エタノール含有燃料供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
10. 上記エタノール変換触媒が、シリカ／アルミナ比が１８以上６０以下であるアルミノケイ酸塩を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
11. 上記アルミノケイ酸塩は、シリカ／アルミナ比が２０以上４５以下であるＭＦＩ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が２０以上６０以下であるβ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が１８以上３５以下であるモルデナイト型ゼオライト、及びシリカ／アルミナ比が１８以上３５以下であるＹ型ゼオライトから成る群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０に記載のパワーソースの燃料供給システム。
12. 上記エタノール変換触媒が、シリカ／アルミナ比が６０超であるアルミノケイ酸塩を含有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
13. 上記アルミノケイ酸塩は、シリカ／アルミナ比が６０超であるＭＦＩ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が６０超であるβ型ゼオライト、シリカ／アルミナ比が６０超であるモルデナイト型ゼオライト、及びシリカ／アルミナ比が６０超であるＹ型ゼオライトから成る群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１２に記載のパワーソースの燃料供給システム。
14. 上記エタノール変換触媒が、パラジウムを含有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
15. 上記エタノール変換触媒が、３次元連続細孔を有するメタル製の担体に形成された触媒層に含有されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
16. 上記パワーソースの排気系が、排ガス浄化用触媒を備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
17. 上記パワーソースの排気系が、フィルター構造を有するパティキュレートフィルター型排ガス浄化用触媒を備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つの項に記載のパワーソースの燃料供給システム。
18. パワーソースないしその排気系が発生する熱により、エタノール変換触媒を活性化し、そのエタノール変換触媒にエタノールを含有するエタノール含有燃料を接触させて、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に変換し、得られたジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースへ供給するパワーソースへの燃料供給方法であって、
    上記パワーソースの始動時、低負荷運転時及び中負荷運転時から成る群より選ばれた少なくとも１つの運転条件の際に、上記変換燃料を供給することを特徴とするパワーソースへの燃料供給方法。
19. エタノール変換触媒として、シリカ／アルミナ比が１８以上６０以下であるアルミノケイ酸塩を含有するエタノール変換触媒を用いる場合であって、該エタノール変換触媒を活性化するに当たり、該エタノール変換触媒の温度を１５０℃以上４５０℃以下にすることを特徴とする請求項１８に記載のパワーソースへの燃料供給方法。
20. エタノール変換触媒として、シリカ／アルミナ比が６０超であるアルミノケイ酸塩を含有するエタノール変換触媒を用いる場合であって、該エタノール変換触媒を活性化するに当たり、該エタノール変換触媒の温度を４５０℃超６５０℃以下にすることを特徴とする請求項１８に記載のパワーソースへの燃料供給方法。
21. エタノール変換触媒にエタノールを含有するエタノール含有燃料を接触させるに当たり、エタノールを含有するエタノール含有燃料を予め気化することを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１つの項に記載のパワーソースへの燃料供給方法。
22. ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料をパワーソースへ供給するに当たり、ジエチルエーテル及びエチレンの少なくとも一方を含有する変換燃料に含まれる水を予め分離することを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか１つの項に記載のパワーソースへの燃料供給方法。

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