JP2003021308A - Multi-fluid injection device - Google Patents

Multi-fluid injection device

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JP2003021308A
JP2003021308A JP2001204470A JP2001204470A JP2003021308A JP 2003021308 A JP2003021308 A JP 2003021308A JP 2001204470 A JP2001204470 A JP 2001204470A JP 2001204470 A JP2001204470 A JP 2001204470A JP 2003021308 A JP2003021308 A JP 2003021308A
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JP
Japan
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air
temperature
flow path
fuel
water
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Application number
JP2001204470A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Numao
康弘 沼尾
Hisashi Aoyama
尚志 青山
Noboru Yamauchi
昇 山内
Kazuhiko Ishiwatari
和比古 石渡
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-fluid injection device which stably supplies fuel, steam and air to a reformer at the time of starting. SOLUTION: The multi-fluid injection device is provided with; an injection valve having a first nozzle hole (1a) for injecting fuel, a second nozzle hole (1b) for injecting steam, and a third nozzle hole (1c) for injecting air; a fuel channel (3) for supplying fuel to the first hole (1a); a steam channel (4) for supplying steam to the second hole (1b); an air channel (5) for supplying air to the third hole (1c); a bypass (19) for allowing communication between the steam channel (4) and the air channel (5); first control valves (20, 21) for controlling communication between the bypass (19), the steam channel (4) and the air channel (5); a means (28) for heating air that flows through the air channel (5); and a controller (27) for controlling the heating means (28) and the valves (20, 21).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の燃料を噴射
する多流体噴射装置、特に燃料、例えば炭化水素系燃料
を改質する改質器に炭化水素系燃料と水と空気とを噴射
する多流体噴射装置の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-fluid injection device for injecting a plurality of fuels, and in particular, for injecting hydrocarbon fuel, water and air into a reformer for reforming fuel, for example hydrocarbon fuel. The present invention relates to improvement of a multi-fluid ejection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料改質ガスエンジンは、燃料を改質触
媒によって改質し、水素(以下、H2)リッチの改質ガ
スを生成させ、この改質ガスをエンジンに供給すること
で稼動するものである。このエンジンに供給される改質
ガスはH2とCOを主成分としたガス燃料であり、エン
ジン特性は水素エンジンに近い特性、すなわち、希薄燃
焼限界が高く、希薄域でも安定した運転が可能であると
ともに、NOxの排出量が少なく、かつ高効率とを両立
できる特性を有するエンジンである。
2. Description of the Related Art A fuel reformed gas engine operates by reforming fuel with a reforming catalyst to generate hydrogen (hereinafter, H2) rich reformed gas and supplying the reformed gas to the engine. It is a thing. The reformed gas supplied to this engine is a gas fuel containing H2 and CO as main components, and the engine characteristics are characteristics close to those of a hydrogen engine, that is, the lean combustion limit is high, and stable operation is possible even in the lean region. At the same time, the engine has a characteristic that both NOx emissions are small and high efficiency is compatible.

【0003】また燃料電池は、燃料改質エンジンと同様
に燃料を改質触媒等によって改質してH2リッチの改質
ガスを生成し、この改質ガスをアノード側電極に供給す
ることでH2ガスがイオン化して、例えば固体高分子電
解質膜を透過して、これにより燃料電池外部に電気エネ
ルギが得られるように構成される。燃料改質ガスエンジ
ン、燃料電池ともに燃料を改質する技術が極めて重要な
技術であることは同様である。
Further, the fuel cell reforms the fuel with a reforming catalyst or the like to produce a H2-rich reformed gas as in the fuel reforming engine, and supplies the reformed gas to the anode electrode to produce H2. The gas is ionized and permeates, for example, the solid polymer electrolyte membrane, whereby electric energy is obtained outside the fuel cell. Similarly, the technology for reforming the fuel is extremely important for both the fuel reformed gas engine and the fuel cell.

【0004】以下、改質ガスエンジンを例として燃料の
改質について説明すると、燃料の改質反応は大別して2
つに分けられ、1つは水蒸気改質反応、1つは部分酸化
反応である。
Hereinafter, the reforming of fuel will be described by taking a reformed gas engine as an example.
It is divided into two, one is a steam reforming reaction and the other is a partial oxidation reaction.

【0005】水蒸気改質反応は、次式によって表すこと
ができる。
The steam reforming reaction can be represented by the following equation.

【0006】[0006]

【式1】 また、同時に下記反応等も生じる。[Formula 1] At the same time, the following reactions occur.

【0007】[0007]

【式2】 [Formula 2]

【0008】[0008]

【式3】 ここで改質に反応が行われる雰囲気温度が高温に維持さ
れている時には主に(1)式に反応が促進され、改質ガ
ス中のH2、CO濃度が増加する。対して雰囲気温度が
低温の時には、式(2)、(3)の反応が促進されて改
質ガス中のH2、CO濃度が低下して、代わりにメタ
ン、水の濃度が増加する。
[Formula 3] Here, when the atmospheric temperature in which the reforming reaction is carried out is maintained at a high temperature, the reaction is mainly promoted by the equation (1), and the H2 and CO concentrations in the reformed gas increase. On the other hand, when the ambient temperature is low, the reactions of formulas (2) and (3) are promoted, the H2 and CO concentrations in the reformed gas are lowered, and the methane and water concentrations are increased instead.

【0009】また式(1)の反応は吸熱反応であり、こ
の反応を生じるためには熱を供給する熱源が必要となる
とともに、改質ガスの有する発熱量は改質前の燃料が有
する発熱量よりも増加することになる。
The reaction of the formula (1) is an endothermic reaction, and in order to cause this reaction, a heat source for supplying heat is required, and the calorific value of the reformed gas is that of the fuel before reforming. It will increase more than the amount.

【0010】一方、部分酸化反応は、炭化水素系燃料と
空気の量を調節することにより以下の式によって表され
る。
On the other hand, the partial oxidation reaction is represented by the following equation by adjusting the amounts of hydrocarbon fuel and air.

【0011】[0011]

【式4】 この反応は発熱反応であり、前述の(1)式の反応とは
逆に改質ガスの有する発熱量は、改質前の燃料の有する
発熱量より減少する。また(1)式の水蒸気改質反応で
生成されるH2量より(4)式の部分酸化反応で生成さ
れるH2の量は少なく、改質効率が低下することにな
る。
[Formula 4] This reaction is an exothermic reaction, and contrary to the reaction of the above formula (1), the calorific value of the reformed gas is smaller than the calorific value of the fuel before reforming. Further, the amount of H2 produced by the partial oxidation reaction of the formula (4) is smaller than the amount of H2 produced by the steam reforming reaction of the formula (1), and the reforming efficiency is lowered.

【0012】燃料改質ガスエンジンシステムとしての改
質形態としては、エンジンの運転状況に応じて水蒸気改
質反応を行うための水蒸気の供給と、部分酸化反応を行
うための空気の供給が必要であり、これらを噴射する噴
射装置には例えば、特開2000−002404号公報
に記載のよう燃料と水と空気を噴射可能な多流体噴射装
置がある。
The reformed form of the fuel reformed gas engine system requires the supply of steam for the steam reforming reaction and the supply of the air for the partial oxidation reaction according to the operating conditions of the engine. There is, for example, a multi-fluid injection device that can inject fuel, water, and air as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-002404.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の多流体噴射装置においては、その始動時に装置自体
や熱交換器が十分に昇温していないために水蒸気が導入
される通路の噴射口近傍が低温のままで、噴射口に供給
された水蒸気が凝縮し、水蒸気中に水滴を含んだまま噴
射されて燃料や空気の混合気に水滴が混入することにな
る。燃料、空気や水蒸気の混合気に水滴が混入するとそ
の水滴は、その寸法や分散形態が均一とはならず、燃料
の均一分散を阻害し、改質効率の悪化や水滴が昇温して
急激に蒸発し改質反応を不安定にすると言う問題が生じ
る恐れがある。
However, in this conventional multi-fluid injection device, the vicinity of the injection port of the passage through which water vapor is introduced because the device itself and the heat exchanger are not sufficiently heated at the time of starting. When the temperature is low, the water vapor supplied to the injection port is condensed, and the water vapor is injected with the water droplets included in the water vapor, and the water droplets are mixed in the mixture of fuel and air. If water droplets are mixed in the mixture of fuel, air, and water vapor, the water droplets will not be uniform in size and dispersion form, which will hinder the uniform dispersion of fuel, which will deteriorate reforming efficiency and the temperature of water droplets will rise rapidly. However, there is a possibility that a problem that the reforming reaction becomes unstable due to the evaporation of the carbon dioxide occurs.

【0014】そこで本発明の目的は、上記問題点を解決
する多流体噴射装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a multi-fluid ejecting apparatus which solves the above problems.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、炭化水素
系燃料から改質ガスを生成する改質器に前記燃料、空
気、水蒸気を供給する噴射弁を備えた多流体噴射装置に
おいて、前記噴射弁は燃料を噴射する第1噴口と、水蒸
気を噴射する第2噴口と、空気を噴射する第3噴口とを
備え、前記第1噴口に燃料を供給する燃料流路と、前記
第2噴口に水蒸気を供給する水蒸気流路と、前記第3噴
口に空気を供給する空気流路とを設け、前記水蒸気流路
と前記空気流路とを連通するバイパス流路と、このバイ
パス流路と前記水蒸気流路および前記空気流路の連通を
制御する第1制御弁と、前記空気流路を流通する空気を
加熱する手段と、この加熱手段と第1制御弁を制御する
コントローラとを設けた。
A first invention is a multi-fluid injection device having an injection valve for supplying the fuel, air and steam to a reformer for producing a reformed gas from a hydrocarbon fuel, The injection valve includes a first injection port for injecting fuel, a second injection port for injecting water vapor, and a third injection port for injecting air, and a fuel flow path for supplying fuel to the first injection port, and the second injection port. A bypass flow passage, which is provided with a steam flow passage for supplying steam to the injection port and an air flow passage for supplying air to the third injection port, and which connects the steam flow passage and the air flow passage, and the bypass flow passage. A first control valve for controlling communication between the water vapor flow path and the air flow path, means for heating air flowing through the air flow path, and a controller for controlling the heating means and the first control valve were provided. .

【0016】第2の発明は、第1の発明において、前記
コントローラは、多流体噴射装置の始動が確認された時
に前記加熱手段によって空気を加熱し、この加熱された
空気を第2噴口と第3噴口から噴射するように制御す
る。
In a second aspect based on the first aspect, the controller heats the air by the heating means when the start of the multi-fluid ejecting device is confirmed, and the heated air is supplied to the second injection port and the second ejection port. It controls so that it may be ejected from three ejection ports.

【0017】第3の発明は、第2の発明において、前記
コントローラは、第2噴口から噴射される空気量が多流
体噴射装置の温度が低いほど多くなるように、かつ第2
噴口から噴射される水蒸気量が少なくなるように第1制
御弁を制御する。
In a third aspect based on the second aspect, the controller is configured so that the amount of air injected from the second injection port increases as the temperature of the multi-fluid injection device decreases.
The first control valve is controlled so that the amount of water vapor injected from the injection port is reduced.

【0018】第4の発明は、第3の発明において、前記
多流体噴射装置の温度は、第2噴口から噴射される水蒸
気の温度である。
In a fourth aspect based on the third aspect, the temperature of the multi-fluid injection device is the temperature of water vapor injected from the second injection port.

【0019】第5の発明は、第1の発明において、前記
燃料流路に連通し、燃料流路に水を供給する水流路と、
燃料流路に供給される水の量を制御する第2制御弁とを
設ける。
In a fifth aspect based on the first aspect, a water flow path communicating with the fuel flow path and supplying water to the fuel flow path,
A second control valve for controlling the amount of water supplied to the fuel flow path.

【0020】第6の発明は、第5の発明において、前記
コントローラは、多流体噴射装置が所定温度範囲の時に
水を水流路から燃料流路に供給するように第2制御弁を
制御する。
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the controller controls the second control valve so that water is supplied from the water flow passage to the fuel flow passage when the multi-fluid injection device is in a predetermined temperature range.

【0021】第7の発明は、第6の発明において、前記
コントローラは、噴第2口から噴射される空気量が多流
体噴射装置の温度が低いほど多くなるように、かつ第2
噴口から噴射される水蒸気量が少なくなるように第1制
御弁を制御し、前記所定温度範囲の上限温度は、第2噴
口から噴射される水蒸気の熱量が改質器での改質反応に
必要な熱量となる温度である。
In a seventh aspect based on the sixth aspect, the controller is configured such that the amount of air injected from the second injection port increases as the temperature of the multi-fluid injection device decreases.
The first control valve is controlled so that the amount of water vapor injected from the nozzle is reduced, and the upper limit temperature of the predetermined temperature range is that the heat quantity of the water vapor injected from the second nozzle is necessary for the reforming reaction in the reformer. It is a temperature at which a certain amount of heat is obtained.

【0022】第8の発明は、第6の発明において、前記
所定温度範囲の下限温度は、第2または第3噴口から噴
射される空気の熱量が改質器での改質反応に必要な熱量
となる温度である。
In an eighth aspect based on the sixth aspect, the lower limit temperature of the predetermined temperature range is such that the heat quantity of the air injected from the second or third nozzle is the heat quantity necessary for the reforming reaction in the reformer. Is the temperature at which

【0023】第9の発明は、第1から8のいずれか一つ
の発明において、前記水蒸気流路に水を水蒸気に気化す
る第1熱交換器を設け、前記コントローラは、前記第1
熱交換器から排出される水蒸気の温度に応じて水蒸気流
路への水蒸気の供給を制御する。
In a ninth aspect based on any one of the first to eighth aspects, a first heat exchanger for vaporizing water into water vapor is provided in the water vapor flow passage, and the controller is the first heat exchanger.
The supply of water vapor to the water vapor flow path is controlled according to the temperature of the water vapor discharged from the heat exchanger.

【0024】第10の発明は、第1から8のいずれか一
つの発明において、第3噴口から噴射される空気の流量
を制御する第3制御弁を設け、前記コントローラは、多
流体噴射装置の温度が高いほど第3噴口から噴射される
空気量を少なくなるように第3制御弁を制御する。
A tenth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to eighth aspects, further comprising a third control valve for controlling a flow rate of air injected from the third injection port, wherein the controller is a multi-fluid injection device. The third control valve is controlled so that the higher the temperature, the smaller the amount of air injected from the third injection port.

【0025】第11の発明は、第10の発明において、
前記多流体噴射装置の温度は、前記第1熱交換器の熱媒
の温度である。
An eleventh invention is the tenth invention, wherein
The temperature of the multi-fluid injection device is the temperature of the heat medium of the first heat exchanger.

【0026】第12の発明は、第1から11のいずれか
一つの発明において、前記空気流路に空気を加熱する第
2熱交換器を設け、前記コントローラは、第2熱交換器
から排出される空気の温度に基づいて前記加熱手段を制
御する。
In a twelfth aspect of the present invention according to any one of the first to eleventh aspects, a second heat exchanger for heating air is provided in the air passage, and the controller is discharged from the second heat exchanger. The heating means is controlled based on the temperature of the air to be heated.

【0027】[0027]

【発明の効果】第1の発明では、多流体噴射装置におい
て加熱手段を用いて空気を加熱し、この加熱した空気で
多流体噴射装置を昇温したのちに水蒸気を供給するの
で、水蒸気が噴口に供給された時に水蒸気が凝縮して水
滴になることを防止することができる。
According to the first aspect of the invention, the heating means is used to heat the air in the multi-fluid ejecting apparatus, and the steam is supplied after the temperature of the multi-fluid ejecting apparatus is raised by the heated air. It is possible to prevent water vapor from condensing into water droplets when supplied to the.

【0028】第2の発明では、多流体噴射装置の始動を
確認し、加熱手段によって加熱された空気を第2噴口と
第3噴口から噴射するので、水蒸気が噴射される第2噴
口を昇温し、水蒸気が供給された時に水蒸気が凝縮する
ことを確実に防止することができる。
In the second aspect of the present invention, the start of the multi-fluid injection device is confirmed, and the air heated by the heating means is injected from the second injection port and the third injection port, so the temperature of the second injection port from which steam is injected rises. However, it is possible to reliably prevent the steam from condensing when the steam is supplied.

【0029】第3の発明では、第2噴口から噴射される
空気量が多流体噴射装置の温度が低いほど多くなるよう
に、かつ第2噴口から噴射される水蒸気量が少なくなる
ように第1制御弁を制御するので、水蒸気を噴射した時
の水蒸気の凝縮による水滴化を効果的に防止できる。
In the third invention, the first amount of air is increased so that the amount of air injected from the second nozzle increases as the temperature of the multi-fluid injector decreases, and the amount of water vapor injected from the second nozzle decreases. Since the control valve is controlled, it is possible to effectively prevent the formation of water droplets due to the condensation of the steam when the steam is injected.

【0030】第4の発明では、前記多流体噴射装置の温
度は第2噴口から噴射される水蒸気の温度としたので、
水蒸気を噴射した時の水蒸気の凝縮の可能性を的確に把
握してより効率的に制御することができる。
In the fourth aspect of the invention, the temperature of the multi-fluid injection device is the temperature of the water vapor injected from the second injection port.
It is possible to accurately grasp the possibility of condensation of water vapor when the water vapor is injected and to control it more efficiently.

【0031】第5の発明では、前記燃料流路に連通し、
燃料流路に水を供給する水流路と、燃料流路に供給され
る水の量を制御する第2制御弁とを設けたので、水蒸気
を発生できない場合でも、燃料に水を混合できる構成と
なり、エマルジョン化した状態で燃料と水を噴射でき
る。したがって、エマルジョン化したことにより、水蒸
気改質反応を可能として改質効率を向上できる。
According to a fifth aspect of the invention, the fuel passage communicates with the fuel passage,
Since the water flow path for supplying water to the fuel flow path and the second control valve for controlling the amount of water supplied to the fuel flow path are provided, it becomes possible to mix water with the fuel even when steam cannot be generated. , Fuel and water can be injected in an emulsified state. Therefore, the emulsification enables the steam reforming reaction to improve the reforming efficiency.

【0032】第6の発明では、多流体噴射装置が所定温
度範囲の時に水を水流路から燃料流路に供給するように
第2制御弁を制御するので、燃料流路に流入する水を効
率よく消費することができる。
In the sixth aspect of the invention, the multi-fluid injection device controls the second control valve so that water is supplied from the water flow passage to the fuel flow passage when the temperature is within a predetermined temperature range, so that the water flowing into the fuel flow passage is efficiently supplied. Can be consumed well.

【0033】第7の発明では、第2噴口から噴射される
空気量が多流体噴射装置の温度が低いほど多くなるよう
に、かつ第2噴口から噴射される水蒸気量が少なくなる
ように第1制御弁を制御し、前記所定温度範囲の上限温
度は、第2噴口から噴射される水蒸気の熱量が改質器で
の改質反応に必要な熱量となる温度としたので、水蒸気
の噴射による水蒸気改質反応が十分に行われない時に水
を燃料に混入することで、水蒸気改質反応を促進し、改
質効率を向上できる。
In the seventh aspect, the first amount of air is increased so that the amount of air injected from the second injection port increases as the temperature of the multi-fluid injection device decreases, and the amount of water vapor injected from the second injection port decreases. The control valve is controlled, and the upper limit temperature of the predetermined temperature range is set to a temperature at which the heat quantity of the steam injected from the second injection port becomes the heat quantity necessary for the reforming reaction in the reformer. By mixing water into the fuel when the reforming reaction is not sufficiently performed, the steam reforming reaction can be promoted and the reforming efficiency can be improved.

【0034】第8の発明では、前記所定温度範囲の下限
温度は、第2または第3噴口から噴射される空気の熱量
が改質器での改質反応に必要な熱量となる温度としたの
で、空気の噴射によって水蒸気改質反応が行われる時に
水を燃料に混入することにより水を効率的に消費し、水
蒸気改質反応を行うことができる。
In the eighth aspect of the invention, the lower limit temperature of the predetermined temperature range is set to a temperature at which the heat quantity of the air injected from the second or third injection port becomes the heat quantity necessary for the reforming reaction in the reformer. By mixing water with the fuel when the steam reforming reaction is performed by the injection of air, the water can be efficiently consumed and the steam reforming reaction can be performed.

【0035】第9の発明では、前記水蒸気流路に水を水
蒸気に気化する第1熱交換器を設け、前記第1熱交換器
から排出される水蒸気の温度に応じて水蒸気流路への水
蒸気の供給を制御するので、十分な水蒸気が発生してい
るかどうかを正確に判断し、水蒸気の噴射量を制御する
ので、水蒸気流路内での凝縮水の発生を防止できる。ま
た水蒸気改質反応と部分酸化反応の反応割合の調整が容
易となる。
In the ninth invention, a first heat exchanger for vaporizing water into water vapor is provided in the water vapor flow passage, and the water vapor to the water vapor flow passage is changed according to the temperature of the water vapor discharged from the first heat exchanger. Since the supply of water vapor is controlled, it is possible to accurately determine whether or not sufficient water vapor is generated and control the injection amount of water vapor, so that the generation of condensed water in the water vapor flow path can be prevented. Further, it becomes easy to adjust the reaction ratio between the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction.

【0036】第10の発明では、第3噴口から噴射され
る空気の流量を制御する第3制御弁を設け、多流体噴射
装置の温度が高いほど第3噴口から噴射される空気量を
少なくなるように第3制御弁を制御するので、水蒸気改
質反応に必要な熱量を確保できるような高温時には水蒸
気改質反応に対する部分酸化反応の反応割合を低下させ
て改質効率を向上できる。
In the tenth aspect of the invention, a third control valve for controlling the flow rate of the air injected from the third injection port is provided, and the higher the temperature of the multi-fluid injection device, the smaller the amount of air injected from the third injection port. Since the third control valve is controlled in this manner, the reaction ratio of the partial oxidation reaction to the steam reforming reaction can be reduced at a high temperature such that the amount of heat required for the steam reforming reaction can be secured, and the reforming efficiency can be improved.

【0037】第11の発明では、前記多流体噴射装置の
温度は、前記第1熱交換器の熱媒の温度としたので、水
蒸気改質反応に必要な熱量を十分確保できる状態にある
ことを確実に判断できる。
In the eleventh invention, since the temperature of the multi-fluid injection device is the temperature of the heat medium of the first heat exchanger, it is necessary to secure a sufficient amount of heat necessary for the steam reforming reaction. You can definitely judge.

【0038】第12の発明では、前記空気流路に空気を
加熱する第2熱交換器を設け、第2熱交換器から排出さ
れる空気の温度に基づいて前記加熱手段を制御するの
で、加熱手段に適切な通電を行うことができ、省電力化
を図ることができる。
In the twelfth invention, a second heat exchanger for heating air is provided in the air flow passage, and the heating means is controlled based on the temperature of the air discharged from the second heat exchanger. The means can be appropriately energized, and power can be saved.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の多流体噴射装置
の概略構成を示す図であり、燃料噴射弁1は図示しない
改質器へ連通するチャンバ2に取りつけられており、そ
の複数の第1噴口1a、第2噴口1b、第3噴口1cが
チャンバ2内に開口して設けられる。噴射弁1には各噴
口に連通する流路1d、1e、1fが設けられており、
流路1dは燃料を噴射弁1に供給する燃料流路3に連通
し、同じく流路1eは水蒸気を噴射弁1に供給する水蒸
気流路4に、流路1fは空気を供給する空気流路5に連
通するように構成される。さらに流路1dと燃料流路3
との接続部には水(以下、水は液相の水を指す)を供給
するための水流路6がさらに接続される。
1 is a diagram showing a schematic structure of a multi-fluid injection device of the present invention, in which a fuel injection valve 1 is attached to a chamber 2 communicating with a reformer (not shown), The first ejection port 1 a, the second ejection port 1 b, and the third ejection port 1 c are provided in the chamber 2 so as to open. The injection valve 1 is provided with flow paths 1d, 1e, 1f which communicate with each injection port,
The flow channel 1d communicates with the fuel flow channel 3 that supplies fuel to the injection valve 1, the flow channel 1e similarly to the steam flow channel 4 that supplies water vapor to the injection valve 1, and the flow channel 1f an air flow channel that supplies air. 5 is connected to. Further, the channel 1d and the fuel channel 3
A water flow path 6 for supplying water (hereinafter, water refers to liquid phase water) is further connected to the connection portion with.

【0040】前述のように燃料流路3には図示しない燃
料タンクから燃料(例えば、メタノールやガソリン等の
炭化水素系燃料等)が供給され、水蒸気流路4には水タ
ンク7の水が水ポンプ8から水供給流路10を通過して
供給された水が第1熱交換器9によって気化されて水蒸
気として供給される。ここで第1熱交換器9において水
を気化する熱は燃料電池システムの排水素燃焼器から排
出される排気ガスの熱または改質ガスエンジンの排気ガ
スの熱を熱媒として用いるものである。
As described above, fuel (for example, hydrocarbon fuel such as methanol or gasoline) is supplied to the fuel passage 3 from a fuel tank (not shown), and water in the water tank 7 is supplied to the water vapor passage 4. Water supplied from the pump 8 through the water supply passage 10 is vaporized by the first heat exchanger 9 and supplied as water vapor. Here, the heat of vaporizing water in the first heat exchanger 9 uses the heat of the exhaust gas discharged from the exhaust hydrogen combustor of the fuel cell system or the heat of the exhaust gas of the reformed gas engine as a heat medium.

【0041】また空気流路5に供給される空気は空気供
給器、例えばコンプレッサ11によって供給されるもの
であり、この空気は第2熱交換器12によって排ガスと
の熱交換によって加熱されて昇温状態で空気流路5に供
給されるものである。この空気を加熱する熱は前述の水
を加熱、気化した第1熱交換器9から排出されたガスの
熱を熱媒として加熱される。なお空気流路5には空気を
加熱する加熱手段、例えばバッテリ13を電源とする電
気式ヒータ13が設置され、空気流路5を流通する空気
を昇温するために用いられる。
The air supplied to the air passage 5 is supplied by an air supplier, for example, the compressor 11, and this air is heated by heat exchange with the exhaust gas by the second heat exchanger 12 to raise its temperature. In this state, the air is supplied to the air passage 5. The heat for heating the air is heated by using the heat of the gas discharged from the first heat exchanger 9 which has heated and vaporized the water as a heat medium. A heating means for heating the air, for example, an electric heater 13 using a battery 13 as a power source is installed in the air flow path 5 and is used to raise the temperature of the air flowing through the air flow path 5.

【0042】水流路6は水タンク7から第1熱交換器9
とを連通する水供給流路10から分岐して燃料流路3に
連通し、水を供給するように構成される。水流路6と水
供給流路10との分岐点には水流路6に流入する水の量
を制御する制御弁(第2制御弁)14が設置される。
The water flow path 6 extends from the water tank 7 to the first heat exchanger 9
It is configured to branch from a water supply flow path 10 that communicates with and communicate with the fuel flow path 3 to supply water. A control valve (second control valve) 14 that controls the amount of water flowing into the water channel 6 is installed at a branch point between the water channel 6 and the water supply channel 10.

【0043】さらに熱交換器8をバイパスするように水
蒸気流路4と水供給流路10を連通する循環流路15が
設けられており、水蒸気流路4と循環流路15の接続部
には制御弁16が、また水供給流路10と循環流路15
との接続部には制御弁17が設置されるとともに、循環
流路15の途中には水ポンプ18が設けられる。
Further, a circulation passage 15 is provided so as to connect the water vapor passage 4 and the water supply passage 10 so as to bypass the heat exchanger 8, and a connection portion between the water vapor passage 4 and the circulation passage 15 is provided. The control valve 16 also includes the water supply passage 10 and the circulation passage 15
A control valve 17 is installed at the connecting portion with and a water pump 18 is provided in the middle of the circulation flow path 15.

【0044】また水蒸気流路4と空気流路5とを接続す
るバイパス流路19が設けられ、水蒸気流路4とバイパ
ス流路19との接続部に噴射弁1の第2噴口1bから噴
射される水蒸気量を制御する制御弁(第1制御弁)20
が設置され、また空気流路5とバイパス流路19との接
続部には空気流路5からバイパス流路19を経由して水
蒸気流路4に供給される空気の量を制御する制御弁(第
1制御弁)21が備えられる。なお、制御弁21は第3
噴口1cから噴射される空気量を制御する機能(第3制
御弁の機能)も兼ねる。
Further, a bypass flow passage 19 for connecting the steam flow passage 4 and the air flow passage 5 is provided, and is injected from the second injection port 1b of the injection valve 1 to the connecting portion between the steam flow passage 4 and the bypass flow passage 19. Control valve (first control valve) 20 for controlling the amount of water vapor
And a control valve (for controlling the amount of air supplied from the air flow path 5 to the water vapor flow path 4 via the bypass flow path 19 at the connection portion between the air flow path 5 and the bypass flow path 19 ( A first control valve) 21 is provided. The control valve 21 is the third
It also has a function of controlling the amount of air injected from the injection port 1c (function of the third control valve).

【0045】さらに水流路6と噴射弁1との接続部を流
れる水の温度を検出する温度検出手段、例えば熱電対2
2が、また第1熱交換器9から排出される水蒸気の温度
を検出する熱電対23が、さらに第2熱交換器12から
排出された空気の温度を検出する熱電対24がそれぞれ
の流路に設置される。またヒータ28内の空気の温度を
検出する熱電対25が、第1熱交換器9に導入される排
気ガスの温度を検出する熱電対26が設置される。
Further, temperature detecting means for detecting the temperature of the water flowing through the connecting portion between the water flow path 6 and the injection valve 1, for example, the thermocouple 2
2, a thermocouple 23 for detecting the temperature of the steam discharged from the first heat exchanger 9, and a thermocouple 24 for detecting the temperature of the air discharged from the second heat exchanger 12, respectively. Is installed in. Further, a thermocouple 25 for detecting the temperature of the air in the heater 28 and a thermocouple 26 for detecting the temperature of the exhaust gas introduced into the first heat exchanger 9 are installed.

【0046】これら5個の熱電対の出力信号はコントロ
ーラ27に送られる。コントローラ27にはさらにシス
テムのメインスイッチのオンオフ信号が入力される。
The output signals of these five thermocouples are sent to the controller 27. An on / off signal of the main switch of the system is further input to the controller 27.

【0047】これらの信号を入力したコントローラ27
は、これらの入力信号に基づいて前記制御弁14、1
6、17、20の切換、開度を制御するとともに、ヒー
タ28のオンオフスイッチを制御する。
Controller 27 to which these signals are input
Is based on these input signals the control valves 14, 1
The switching of 6, 17, 20 and the opening are controlled, and the on / off switch of the heater 28 is controlled.

【0048】次に図2から図5を用いて各制御弁の制御
状態を説明する。
Next, the control state of each control valve will be described with reference to FIGS.

【0049】まず図2はシステムの始動直後の噴射装置
自体や熱交換器が十分に昇温していない状態を示してお
り、メインスイッチがオンに切り換わった時にはこの状
態に設定される。
First, FIG. 2 shows a state in which the temperature of the injection device itself and the heat exchanger have not been sufficiently raised immediately after the system is started, and this state is set when the main switch is turned on.

【0050】この始動直後の状態では制御弁14は水流
路6に水を供給しないように制御されるとともに、制御
弁16も水蒸気を水蒸気流路4に供給しないように制御
される。また空気流路5の空気は第2熱交換器12とヒ
ータ28によって昇温されて、制御弁20と21を制御
することによって水蒸気流路4と空気流路5に供給さ
れ、噴射弁1の第2噴口1bと第3噴口1cから空気が
噴射される。なお、このとき燃料流路3からの燃料の供
給も停止されている。
In the state immediately after the start, the control valve 14 is controlled so as not to supply water to the water flow passage 6, and the control valve 16 is also controlled so as not to supply water vapor to the water vapor flow passage 4. Further, the air in the air flow path 5 is heated by the second heat exchanger 12 and the heater 28 and is supplied to the water vapor flow path 4 and the air flow path 5 by controlling the control valves 20 and 21, and the air in the injection valve 1 is discharged. Air is ejected from the second ejection port 1b and the third ejection port 1c. At this time, the supply of fuel from the fuel flow path 3 is also stopped.

【0051】一方、水タンク7からの水は第1熱交換器
9で熱交換を行った後に制御弁16によって循環流路1
5に供給され、昇温し、水蒸気となる状態で、噴射弁1
への供給を待機する。
On the other hand, the water from the water tank 7 is heat-exchanged by the first heat exchanger 9 and then is circulated by the control valve 16 in the circulation passage 1.
5 is supplied to the injection valve 1 and is heated to steam.
Wait for supply to.

【0052】したがって、始動直後の噴射弁1とチャン
バ2内の温度が低温状態の時に、噴射弁1の水蒸気を噴
射する第2噴口1bを昇温した空気によって加熱でき、
また昇温した空気を第3噴口1cからチャンバ2内に供
給し昇温させることでチャンバ2内に供給された燃料を
気化できる状態とすることができ、第2噴口1bに供給
される水蒸気が第2噴口1b付近で凝縮し水滴となるこ
とを防止できる。またチャンバ2内の温度を燃料供給前
に燃料を気化するのに十分な温度に確保することができ
るので、燃焼効率を向上できる。
Therefore, when the temperature in the injection valve 1 and the chamber 2 immediately after starting is low, the second injection port 1b for injecting the steam of the injection valve 1 can be heated by the heated air,
Further, by supplying the heated air into the chamber 2 from the third injection port 1c and raising the temperature, the fuel supplied into the chamber 2 can be vaporized, and the water vapor supplied to the second injection port 1b is changed. It is possible to prevent condensation and formation of water droplets in the vicinity of the second injection port 1b. Further, since the temperature in the chamber 2 can be secured at a temperature sufficient to vaporize the fuel before the fuel is supplied, the combustion efficiency can be improved.

【0053】なお図2では燃料が噴射弁1に供給されて
いないが、実際には、水蒸気流路4と噴射弁1との接続
部の温度TC1がa以上となった時に燃料が噴射弁1に
供給されることになる。
Although the fuel is not supplied to the injection valve 1 in FIG. 2, the fuel is actually supplied to the injection valve 1 when the temperature TC1 at the connecting portion between the water vapor flow path 4 and the injection valve 1 becomes a or higher. Will be supplied to.

【0054】図3に示す状態は図2に示した状態に続く
もので、空気に加えて制御弁14を切換えて水流路6に
水を供給し、また燃料流路3から燃料を供給して、噴射
弁1が水と燃料からなるエマルジョン燃料を噴射するよ
うに構成されている。なおこの状態ではまだ水蒸気の供
給は行われておらず、第2噴口1b、第3噴口1cへ供
給される空気の加熱は排ガスを熱媒とした熱交換のみで
行われ、ヒータ28は停止される。この状態から燃料と
水がチャンバ2に噴射されて水蒸気改質反応が開始さ
れ、改質器での改質ガスの生成が始まる。したがって、
熱交換器の温度が低い等の理由によって水蒸気が供給で
きない場合でも燃料に水を混合し、エマルジョン燃料と
して噴射弁1より改質器に供給することができ、水蒸気
改質反応を行うことができる。
The state shown in FIG. 3 is a continuation of the state shown in FIG. 2, and in addition to air, the control valve 14 is switched to supply water to the water flow passage 6, and also to supply fuel from the fuel flow passage 3. The injection valve 1 is configured to inject an emulsion fuel composed of water and fuel. In this state, the supply of water vapor has not been performed yet, and the heating of the air supplied to the second injection port 1b and the third injection port 1c is performed only by heat exchange using the exhaust gas as the heating medium, and the heater 28 is stopped. It From this state, fuel and water are injected into the chamber 2 to start the steam reforming reaction, and the reformer starts producing reformed gas. Therefore,
Even when steam cannot be supplied due to a low temperature of the heat exchanger, the fuel can be mixed with water and supplied as an emulsion fuel to the reformer from the injection valve 1 to perform a steam reforming reaction. .

【0055】図4は図3に対して水流路6を制御弁14
によって遮蔽する一方、制御弁16を切換えて、第1熱
交換器9で気化した水蒸気を水蒸気流路4に供給するよ
うにした。また、制御弁21を切換えて、空気をバイパ
ス流路19に流通することを停止し、噴射弁1にのみ供
給するようにしたものである。他の状態は図3と同様で
ある。
FIG. 4 shows the water flow path 6 and the control valve 14 as compared with FIG.
On the other hand, the control valve 16 was switched while the water was vaporized by the first heat exchanger 9 to be supplied to the water vapor flow path 4. Further, the control valve 21 is switched to stop the circulation of air to the bypass flow passage 19 and supply the air only to the injection valve 1. The other states are the same as those in FIG.

【0056】図4の状態は図3に引き続いて行われる状
態を示し、噴射弁1の第1噴口1a、1b、1cからは
それぞれ燃料、水蒸気、空気が噴射されることになる。
この状態では図3の状態に比して燃料は水分を含有して
おらず、エマルジョン燃料を噴射した図3の状態よりも
効率よく燃料を気化でき、改質反応をより効率的に行う
ことが可能となる。
The state of FIG. 4 shows a state which is performed subsequent to the state of FIG. 3, and fuel, water vapor, and air are injected from the first injection ports 1a, 1b, 1c of the injection valve 1, respectively.
In this state, the fuel does not contain water as compared with the state of FIG. 3, so the fuel can be vaporized more efficiently than in the state of FIG. 3 in which the emulsion fuel is injected, and the reforming reaction can be performed more efficiently. It will be possible.

【0057】図5に示した状態は図4に対して制御弁2
1を遮蔽して噴射弁1に空気の供給を停止したもので、
図4に続いて行われるものである。この状態では、噴射
弁1から燃料と水蒸気のみがチャンバ2に供給されるこ
とになり、さらに水蒸気改質反応を促進することができ
る。
The state shown in FIG. 5 is different from that of FIG.
1 is blocked and air supply to the injection valve 1 is stopped,
This is performed subsequent to FIG. In this state, only the fuel and steam are supplied from the injection valve 1 to the chamber 2, and the steam reforming reaction can be further promoted.

【0058】図6に示すコントローラ27が行う制御内
容を説明するフローチャートである。なおフローチャー
ト中に記載の時間は後述する図7に対応するものであ
る。
It is a flow chart for explaining the control contents performed by the controller 27 shown in FIG. The times described in the flowchart correspond to those in FIG. 7 described later.

【0059】このフローチャートについて説明すると、
まずステップS1でメインスイッチオンの状態で図2に
示した状態、つまり、噴射弁1には加熱された空気のみ
が供給される状態にシステムが設定される。続いてヒー
タ28に通電が開始されて(ステップS2、時間t
1)、コンプレッサ11の駆動も開始される(S3、時
間t2)。この状態で噴射弁1から高温の空気が噴射さ
れて、噴射弁1の第2噴口1bおよびチャンバ2が加熱
される。
Explaining this flowchart,
First, in step S1, the system is set to the state shown in FIG. 2 with the main switch turned on, that is, the state where only heated air is supplied to the injection valve 1. Then, energization of the heater 28 is started (step S2, time t
1), driving of the compressor 11 is also started (S3, time t2). In this state, high temperature air is injected from the injection valve 1 to heat the second injection port 1b of the injection valve 1 and the chamber 2.

【0060】ステップS4で、水蒸気流路4と噴射弁1
との接続部の温度TC1を検出してこの温度が所定温度
a以上であるかどうかを判断し、所定温度a以上のとき
には燃料を気化するのに十分な温度に達したと判断で
き、ステップS5に進み、噴射弁1から燃料を噴射する
(時間t3)。所定温度aに達していない時には所定温
度aに達するまで制御を繰り返す。このときチャンバ2
内に噴射されるのは燃料と空気のみであり、改質器では
部分酸化反応により改質が行われることになる。
In step S4, the water vapor flow path 4 and the injection valve 1
By detecting the temperature TC1 of the connection portion with and determining whether this temperature is equal to or higher than the predetermined temperature a, it can be determined that the temperature has reached a temperature sufficient to vaporize the fuel when the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature a, and step S5 Then, the fuel is injected from the injection valve 1 (time t3). When the temperature does not reach the predetermined temperature a, the control is repeated until the temperature reaches the predetermined temperature a. At this time chamber 2
Only the fuel and air are injected into the interior of the reformer, and the reformer is reformed by the partial oxidation reaction.

【0061】続くステップS6では、水蒸気流路4と噴
射弁1との接続部の温度TC1を検出してこの温度が所
定温度b以上であるかどうかを判断し、所定温度b以上
であるときにはヒータ28への通電を徐々に低減し(ス
テップS7、時間t4)、所定温度bに達していないと
きには達するまで制御を繰り返す。
In the following step S6, the temperature TC1 of the connecting portion between the water vapor flow path 4 and the injection valve 1 is detected and it is determined whether or not this temperature is equal to or higher than a predetermined temperature b. The energization to 28 is gradually reduced (step S7, time t4), and when the predetermined temperature b is not reached, the control is repeated until it is reached.

【0062】ステップS8では第2熱交換器12から排
出された空気の温度TC5が所定温度cになったかどう
かを判断し、所定温度cの場合には第2熱交換器12か
ら排出される空気が十分加熱されヒータ28による加熱
を必要としない状態、つまり空気の熱量によって改質器
での改質反応が行える状態にあるとして、ステップS9
でヒータ28への通電を停止し(時間t5)、所定温度
cに達していないときにはステップS7に戻り、所定温
度cになるまで制御を繰り返す。ここまでが図2に示さ
れた構成に対応する。
In step S8, it is judged whether or not the temperature TC5 of the air discharged from the second heat exchanger 12 has reached a predetermined temperature c, and if it is the predetermined temperature c, the air discharged from the second heat exchanger 12 is determined. Is in a state in which it is sufficiently heated and does not require heating by the heater 28, that is, a state in which the reforming reaction in the reformer can be performed by the heat quantity of air, step S9
Then, the power supply to the heater 28 is stopped (time t5), and when the temperature does not reach the predetermined temperature c, the process returns to step S7 and the control is repeated until the predetermined temperature c is reached. Up to this point corresponds to the configuration shown in FIG.

【0063】続くステップS10ではステップS9まで
の判断で空気の熱量によって吸熱反応である水蒸気改質
反応を行うことが可能であると判断し、前述の図3の状
態にシステムを切換え、水ポンプ8を駆動し、水を水流
路6から燃料流路3に供給する(ステップS10、S1
1)。噴射弁1から噴射される燃料は水を含んだエマル
ジョン燃料であるが、部分酸化反応に比べて、改質効率
が向上することになる。また第1熱交換器9では水タン
ク7から供給された水が気化されて水蒸気を発生してい
るが、水蒸気流路4には供給されていない。このとき水
流路6に供給される水量は制御弁14によって制御され
るので、正確に調整することができる。
In the subsequent step S10, it is determined that it is possible to carry out the steam reforming reaction which is an endothermic reaction by the heat quantity of the air by the determination up to step S9, the system is switched to the state shown in FIG. To supply water from the water flow path 6 to the fuel flow path 3 (steps S10 and S1).
1). The fuel injected from the injection valve 1 is an emulsion fuel containing water, but the reforming efficiency is improved as compared with the partial oxidation reaction. In the first heat exchanger 9, the water supplied from the water tank 7 is vaporized to generate water vapor, but it is not supplied to the water vapor flow path 4. At this time, the amount of water supplied to the water flow path 6 is controlled by the control valve 14, so that it can be adjusted accurately.

【0064】ステップS12で第1熱交換器9から排出
された水蒸気の温度TC3が所定温度eに達したかどう
かを判断し、達した時に改質器での改質反応を行うのに
必要な熱量を有する水蒸気であると判断し、システムを
図4の状態に切換え(ステップS13)、噴射弁1の第
1噴口1aから燃料が、第2噴口1bから水蒸気が、第
3噴口1cから空気がチャンバ2内に噴射され、水の供
給が停止される(時間t6)。このように水流路6から
の水の供給が所定温度cに達してから所定温度eに達す
るまでの所定温度範囲とすることで効率的に水を消費さ
せることができる。つまり、水蒸気改質反応に必要な熱
を確保できない低温では水を供給しても反応は生じず、
一方、水蒸気の発生が十分行われる高温では、水ではな
く水蒸気を用いて水蒸気改質反応を行わせたほうが改質
効率がよいので、両方の場合とも水を混入しても有効に
活用することができない。
In step S12, it is judged whether the temperature TC3 of the steam discharged from the first heat exchanger 9 has reached a predetermined temperature e, and when it reaches the temperature e, it is necessary to carry out a reforming reaction in the reformer. It is determined that the steam has a heat quantity, and the system is switched to the state shown in FIG. 4 (step S13). It is injected into the chamber 2 and the supply of water is stopped (time t6). In this way, the water can be efficiently consumed by setting the supply of water from the water flow path 6 to the predetermined temperature range from reaching the predetermined temperature c to reaching the predetermined temperature e. In other words, no reaction occurs even if water is supplied at a low temperature where the heat required for the steam reforming reaction cannot be secured,
On the other hand, at a high temperature where steam is sufficiently generated, steam reforming reaction is performed better by using steam instead of water, so reforming efficiency is better. I can't.

【0065】図4へシステムを切換えた後に、燃料電池
システムや改質ガスエンジン等の負荷が上昇して第1熱
交換器9に導入される排気ガスの温度TC6が上昇し、
所定温度f以上かどうかを判断し(ステップS14)、
所定温度f以上のときにシステムを図5の状態に切換え
(ステップS15)、噴射弁1から空気の噴射を停止
し、噴射弁1から噴射された燃料のほとんどが水蒸気改
質反応に用いられ、改質効率をさらに向上できる。所定
温度f未満のときにはステップS13に戻る。
After switching the system to FIG. 4, the load of the fuel cell system, the reformed gas engine, etc., rises and the temperature TC6 of the exhaust gas introduced into the first heat exchanger 9 rises,
It is determined whether the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature f (step S14),
When the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature f, the system is switched to the state of FIG. 5 (step S15), the injection of air from the injection valve 1 is stopped, and most of the fuel injected from the injection valve 1 is used for the steam reforming reaction, The reforming efficiency can be further improved. When the temperature is lower than the predetermined temperature f, the process returns to step S13.

【0066】次に図7、図8に示したタイミングチャー
トは前述の制御内容を時系列的に示したものである。
Next, the timing charts shown in FIGS. 7 and 8 show the above control contents in time series.

【0067】時間t1からt5までは図2の構成で行わ
れる制御内容であり、具体的には時間t1で図6のステ
ップS1とS2が行われ、時間t2でステップS3が実
施される。時間t3でステップS5の燃料噴射が開始さ
れ、時間t4でヒータ28への通電量の低減が開始され
る(ステップS7)。
From time t1 to time t5 is the control content performed in the configuration of FIG. 2. Specifically, steps S1 and S2 of FIG. 6 are performed at time t1, and step S3 is performed at time t2. At time t3, the fuel injection of step S5 is started, and at time t4, the reduction of the amount of electricity supplied to the heater 28 is started (step S7).

【0068】時間t5で空気温度TC5が所定温度cに
達すると空気の熱量によって改質器での改質反応が行え
る状態であると判断してヒータ28への通電が停止し
(ステップS8、9)、図3に示す状態に切り換わる
(ステップS10)。この状態で水ポンプ8を駆動し
(ステップS11)、噴射弁1に水が供給され、燃料中
に水滴が含まれたエマルジョン燃料がチャンバ2内に噴
射されることで水を効率的に消費し、水蒸気改質反応が
開始され、改質効率を向上できる。改質効率が向上する
分燃料量と空気量を減少させることができる。またヒー
タ28への通電を空気温度TC5に基づいて制御するよ
うにしたので、ヒータ28に適切な通電を行なうことが
でき、省電力化を図ることができる。
When the air temperature TC5 reaches the predetermined temperature c at the time t5, it is judged that the reforming reaction can be performed in the reformer due to the heat quantity of the air, and the energization of the heater 28 is stopped (steps S8, 9). ), The state is switched to the state shown in FIG. 3 (step S10). In this state, the water pump 8 is driven (step S11), water is supplied to the injection valve 1, and the emulsion fuel having water droplets in the fuel is injected into the chamber 2 to efficiently consume the water. The steam reforming reaction is started and the reforming efficiency can be improved. The amount of fuel and the amount of air can be reduced by the amount that the reforming efficiency is improved. Further, since the energization of the heater 28 is controlled based on the air temperature TC5, it is possible to appropriately energize the heater 28 and save power.

【0069】時間t6で水蒸気温度TC3が所定温度e
に達した時システムは図4に示す状態に切り換わり(ス
テップS12、13)、水蒸気の熱量が改質器での改質
反応の必要な熱量を有するので、噴射弁1に水に代わっ
て水蒸気を供給することで改質器での水蒸気改質反応が
さらに促進でき、結果として燃料と空気の量をさらに低
減することができる。
At time t6, the water vapor temperature TC3 becomes the predetermined temperature e.
4 is reached (steps S12 and S13), the heat quantity of the steam has the quantity of heat required for the reforming reaction in the reformer, so that the injection valve 1 is replaced by water vapor. By supplying the above, the steam reforming reaction in the reformer can be further promoted, and as a result, the amounts of fuel and air can be further reduced.

【0070】このように水蒸気温度TC3が低いほど空
気量が多く、水蒸気量が少ないので、水蒸気の凝縮によ
る水滴化を防止できる。また水蒸気の温度によって水蒸
気の供給を制御するので、水蒸気の凝縮の可能性を確実
に把握することができる。
As described above, the lower the steam temperature TC3, the larger the amount of air and the smaller amount of steam, so that the formation of water droplets due to the condensation of steam can be prevented. Further, since the supply of water vapor is controlled by the temperature of the water vapor, it is possible to reliably grasp the possibility of water vapor condensation.

【0071】また、熱交換器9の下流に設置した温度セ
ンサ23の出力に基づき水蒸気の温度を検出し、この水
蒸気温度に応じて水蒸気流路4への水蒸気の供給を制御
するので、改質反応に必要な熱量を供給できる水蒸気が
生成されているか正確に判断し、水蒸気の噴射量を制御
できるので、水蒸気流路内での凝縮水の発生を防止でき
る。また水蒸気量を制御することで改質器での水蒸気改
質反応と部分酸化反応の反応割合を容易に制御できる。
つまり、水蒸気改質反応に必要な熱量を確保できる高温
時には、部分酸化反応の反応割合を低下させて改質効率
を向上するように制御できる。なお、熱交換器8下流で
の水蒸気温度の代わりに熱交換器8内の水蒸気温度、ま
たは熱交換器8の熱媒温度を用いてもよい。
Further, the temperature of the steam is detected based on the output of the temperature sensor 23 installed downstream of the heat exchanger 9, and the supply of the steam to the steam flow path 4 is controlled according to the steam temperature, so that the reforming is performed. Since it is possible to accurately determine whether or not the steam capable of supplying the amount of heat necessary for the reaction is generated and control the injection amount of the steam, it is possible to prevent the generation of condensed water in the steam passage. Further, by controlling the amount of steam, the reaction ratio of the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction in the reformer can be easily controlled.
That is, at a high temperature at which the amount of heat required for the steam reforming reaction can be secured, it is possible to control so as to reduce the reaction rate of the partial oxidation reaction and improve the reforming efficiency. Instead of the steam temperature downstream of the heat exchanger 8, the steam temperature in the heat exchanger 8 or the heat medium temperature of the heat exchanger 8 may be used.

【0072】時間t7で負荷が増加した後、排気温度T
C6が所定温度fに達した時、図5のシステムに切り換
わる(ステップS14、15)。図5では空気の噴射弁
1への供給が停止され(時間t8)、燃料と水蒸気のみ
の供給となるため燃料は改質器での水蒸気改質反応にそ
の大部分が費やされ、図4の状態よりさらに改質効率を
向上することができる。
After the load increases at time t7, the exhaust temperature T
When C6 reaches the predetermined temperature f, the system is switched to the system shown in FIG. 5 (steps S14 and S15). In FIG. 5, the supply of air to the injection valve 1 is stopped (time t8), and only the fuel and steam are supplied, so most of the fuel is spent on the steam reforming reaction in the reformer, and FIG. It is possible to further improve the reforming efficiency as compared with the above state.

【0073】なお本実施形態において、水流路6と噴射
弁1との接続部の温度をTC1としたが、第3噴口1c
近傍の温度を用いてもよい。さらに空気温度TC5の代
わりに排気ガス温度TC6を用いてもよい。また水蒸気
温度TC3の代わりに排気ガス温度TC6を用いても、
また逆に排気ガス温度TC6の代わりに水蒸気温度TC
3を用いることも可能である。
In this embodiment, the temperature of the connecting portion between the water flow path 6 and the injection valve 1 is TC1, but the third injection port 1c is used.
A temperature in the vicinity may be used. Further, the exhaust gas temperature TC6 may be used instead of the air temperature TC5. Also, if the exhaust gas temperature TC6 is used instead of the water vapor temperature TC3,
Conversely, instead of the exhaust gas temperature TC6, the water vapor temperature TC
It is also possible to use 3.

【0074】また各制御弁は制御する流量をステップ的
に切り換えるだけではなく、徐々に段階的に切り換える
ように制御してもよい。
Further, each control valve may be controlled not only to switch the flow rate to be controlled stepwise but also to switch gradually in steps.

【0075】本発明は、上記した実施形態に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざま
な変更がなしうることは明白である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の多流体噴射装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a multi-fluid ejection device of the present invention.

【図2】同じく始動時の燃料、水蒸気、空気、水の供給
状態を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a supply state of fuel, water vapor, air, and water at the time of starting.

【図3】同じく水供給時の燃料、水蒸気、空気、水の供
給状態を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a supply state of fuel, water vapor, air, and water when water is supplied.

【図4】同じく燃料、水蒸気、空気供給時の燃料、水蒸
気、空気、水の供給状態を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining supply states of fuel, water vapor, air and water when fuel, water vapor and air are supplied.

【図5】同じく燃料、水蒸気供給時の燃料、水蒸気、空
気、水の供給状態を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining supply states of fuel, water vapor, air, and water when fuel and water vapor are similarly supplied.

【図6】コントローラが実施する制御内容を説明するフ
ローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating control contents executed by a controller.

【図7】ヒータへの通電量、負荷量、各部の温度の時系
列変化を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing time-series changes in the amount of electricity supplied to the heater, the amount of load, and the temperature of each part.

【図8】同じく燃料噴射量、空気流量、水流量、水蒸気
量の時系列変化を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a time series change of the fuel injection amount, the air flow rate, the water flow rate, and the water vapor amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 噴射弁 2 チャンバ 3 燃料流路 4 水蒸気流路 5 空気流路 6 水流路 7 水タンク 8 水ポンプ 9 第1熱交換器 12 第2熱交換器 13 バッテリ 14 制御弁 19 バイパス流路 20 制御弁 21 制御弁 27 コントローラ 28 ヒータ 1 injection valve 2 chamber 3 Fuel flow path 4 Water vapor flow path 5 air flow paths 6 water channels 7 water tank 8 water pump 9 First heat exchanger 12 Second heat exchanger 13 battery 14 Control valve 19 Bypass channel 20 control valve 21 Control valve 27 Controller 28 heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/06 H01M 8/06 G 5H026 8/10 8/10 5H027 // C01B 3/32 C01B 3/32 Z (72)発明者 山内 昇 神奈川県横須賀市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 石渡 和比古 神奈川県横須賀市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 Fターム(参考) 3K023 JA01 JA02 JA03 JB03 JC01 JC06 3K052 GA02 GC01 GC03 GE01 HA01 HA03 3K065 TA06 TB08 TB13 TD04 TF04 TF05 TF06 4F033 QA07 QB02X QB03X QB12X QB14X QB15X QD02 QD19 QD25 QF08X QG32 QG38 QK23X QK27X 4G040 EA01 EA06 EA07 EB04 EB46 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 8/06 H01M 8/06 G 5H026 8/10 8/10 5H027 // C01B 3/32 C01B 3/32 Z (72) Inventor Noboru Yamauchi No. 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokosuka City, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Wahiko Ishiwata, No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokosuka City, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. F-term (reference) 3K023 JA01 JA02 JA03 JB03 JC01 JC06 3K052 GA02 GC01 GC03 GE01 HA01 HA03 3K065 TA06 TB08 TB13 TD04 TF04 TF05 TF06 4F033 QA07 QB02X QB03X QB12 AQQA07QAQQXQB15X QD02 QD27 QAQ

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭化水素系燃料から改質ガスを生成する改
質器に前記燃料、空気、水蒸気を供給する噴射弁を備え
た多流体噴射装置において、 前記噴射弁は燃料を噴射する第1噴口と、水蒸気を噴射
する第2噴口と、空気を噴射する第3噴口とを備え、 前記第1噴口に燃料を供給する燃料流路と、前記第2噴
口に水蒸気を供給する水蒸気流路と、前記第3噴口に空
気を供給する空気流路とを設け、 前記水蒸気流路と前記空気流路とを連通するバイパス流
路と、 このバイパス流路と前記水蒸気流路および前記空気流路
の連通を制御する第1制御弁と、 前記空気流路を流通する空気を加熱する手段と、 この加熱手段と第1制御弁を制御するコントローラとを
設けたことを特徴とする多流体噴射装置。
1. A multi-fluid injection device comprising an injection valve for supplying the fuel, air and steam to a reformer for producing a reformed gas from a hydrocarbon fuel, wherein the injection valve injects fuel. A fuel flow path for supplying fuel to the first injection port, a water flow path for supplying water vapor to the second injection port, and a second injection port for injecting water vapor and a third injection port for injecting air An air flow path for supplying air to the third injection port, a bypass flow path connecting the water vapor flow path and the air flow path, and a bypass flow path, the steam flow path, and the air flow path. A multi-fluid ejecting apparatus comprising: a first control valve that controls communication; a unit that heats air flowing through the air flow path; and a controller that controls the heating unit and the first control valve.
【請求項2】前記コントローラは、多流体噴射装置の始
動が確認された時に前記加熱手段によって空気を加熱
し、この加熱された空気を第2噴口と第3噴口から噴射
するように第1制御弁を制御することを特徴とする請求
項1に記載の多流体噴射装置。
2. The first controller controls the heating means to heat the air when the start of the multi-fluid injection device is confirmed, and to inject the heated air from the second injection port and the third injection port. The multi-fluid ejector according to claim 1, wherein the valve is controlled.
【請求項3】前記コントローラは、第2噴口から噴射さ
れる空気量が多流体噴射装置の温度が低いほど多くなる
ように、かつ第2噴口から噴射される水蒸気量が少なく
なるように第1制御弁を制御することを特徴とする請求
項2に記載の多流体噴射装置。
3. The controller is configured so that the amount of air injected from the second injection port increases as the temperature of the multi-fluid injection device decreases, and the amount of water vapor injected from the second injection port decreases. The multi-fluid injection device according to claim 2, wherein the control valve is controlled.
【請求項4】前記多流体噴射装置の温度は第2噴口から
噴射される水蒸気の温度であることを特徴とする請求項
3に記載の多流体噴射装置。
4. The multi-fluid ejecting apparatus according to claim 3, wherein the temperature of the multi-fluid ejecting apparatus is a temperature of water vapor ejected from the second injection port.
【請求項5】前記燃料流路に連通し、燃料流路に水を供
給する水流路と、 燃料流路に供給される水の量を制御する第2制御弁とを
設けたことを特徴とする請求項1に記載の多流体噴射装
置。
5. A water flow path communicating with the fuel flow path for supplying water to the fuel flow path, and a second control valve for controlling the amount of water supplied to the fuel flow path are provided. The multi-fluid ejection device according to claim 1.
【請求項6】前記コントローラは、多流体噴射装置が所
定温度範囲の時に水を水流路から燃料流路に供給するよ
うに第2制御弁を制御することを特徴とする請求項5に
記載の多流体噴射装置。
6. The controller according to claim 5, wherein the controller controls the second control valve to supply water from the water flow passage to the fuel flow passage when the multi-fluid injection device is in a predetermined temperature range. Multi-fluid ejector.
【請求項7】前記コントローラは、第2噴口から噴射さ
れる空気量が多流体噴射装置の温度が低いほど多くなる
ように、かつ第2噴口から噴射される水蒸気量が少なく
なるように第1制御弁を制御し、 前記所定温度範囲の上限温度は、第2噴口から噴射され
る水蒸気の熱量が改質器での改質反応に必要な熱量とな
る温度であることを特徴とする請求項6に記載の多流体
噴射装置。
7. The controller controls the first amount of air so that the amount of air injected from the second injection port increases as the temperature of the multi-fluid injection device decreases and the amount of water vapor injected from the second injection port decreases. The control valve is controlled, and the upper limit temperature of the predetermined temperature range is a temperature at which the heat quantity of the steam injected from the second injection port becomes the heat quantity necessary for the reforming reaction in the reformer. 6. The multi-fluid ejection device according to item 6.
【請求項8】前記所定温度範囲の下限温度は、第2また
は第3噴口から噴射される空気の熱量が改質器での改質
反応に必要な熱量となる温度であることを特徴とする請
求項6に記載の多流体噴射装置。
8. The lower limit temperature of the predetermined temperature range is a temperature at which the amount of heat of air injected from the second or third injection port becomes the amount of heat required for the reforming reaction in the reformer. The multi-fluid ejection device according to claim 6.
【請求項9】前記水蒸気流路に水を水蒸気に気化する第
1熱交換器を設け、 前記コントローラは、前記第1熱交換器から排出される
水蒸気の温度に応じて水蒸気流路への水蒸気の供給を制
御することを特徴とする請求項1から8のいずれか一つ
に記載の多流体噴射装置。
9. A first heat exchanger for vaporizing water into water vapor is provided in the water vapor flow path, and the controller causes the water vapor to flow into the water vapor flow path in accordance with the temperature of the water vapor discharged from the first heat exchanger. 9. The multi-fluid ejection device according to claim 1, wherein the multi-fluid ejection device is controlled.
【請求項10】第3噴口から噴射される空気の流量を制
御する第3制御弁を設け、 前記コントローラは、多流体噴射装置の温度が高いほど
第3噴口から噴射される空気量を少なくなるように第3
制御弁を制御することを特徴とする請求項1から8のい
ずれか一つに記載の多流体噴射装置。
10. A third control valve for controlling the flow rate of air injected from a third injection port, wherein the controller decreases the amount of air injected from the third injection port as the temperature of the multi-fluid injection device increases. Like the third
The multi-fluid injection device according to any one of claims 1 to 8, which controls a control valve.
【請求項11】前記多流体噴射装置の温度は、前記第1
熱交換器の熱媒の温度であることを特徴とするう請求項
10に記載の多流体噴射装置。
11. The temperature of the multi-fluid ejecting device is the first
The multi-fluid injection device according to claim 10, wherein the temperature is the temperature of the heat medium of the heat exchanger.
【請求項12】前記空気流路に空気を加熱する第2熱交
換器を設け、 前記コントローラは、第2熱交換器から排出される空気
の温度に基づいて前記加熱手段を制御することを特徴と
する請求項1から11のいずれか一つに記載の多流体噴
射装置。
12. A second heat exchanger for heating air is provided in the air flow path, and the controller controls the heating means based on a temperature of air discharged from the second heat exchanger. The multi-fluid ejection device according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016539073A (en) * 2013-11-06 2016-12-15 ワット・フューエル・セル・コーポレイションWatt Fuel Cell Corp. Liquid fuel reformer including vaporizer and method for reforming liquid reformable fuel
KR102400148B1 (en) * 2022-03-08 2022-05-19 엔티큐 주식회사 Combustion apparatus for eco-friendly steam boiler equipment based on recycling oil of waste plastic
KR102400147B1 (en) * 2022-03-10 2022-05-19 엔티큐 주식회사 Eco-friendly steam boiler equipment based on recycling oil of waste plastic

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016539073A (en) * 2013-11-06 2016-12-15 ワット・フューエル・セル・コーポレイションWatt Fuel Cell Corp. Liquid fuel reformer including vaporizer and method for reforming liquid reformable fuel
US9878908B2 (en) 2013-11-06 2018-01-30 Watt Agent, Llc Liquid fuel reformer including a vaporizer and method of reforming liquid reformable fuel
JP2018087134A (en) * 2013-11-06 2018-06-07 ワット・フューエル・セル・コーポレイションWatt Fuel Cell Corp. Method of reforming liquid-reformable fuel and method of steam-reforming liquid-reformable fuel
US10647572B2 (en) 2013-11-06 2020-05-12 Watt Fuel Cell Corp. Liquid fuel reformer including a vaporizer and method of reforming liquid reformable fuel
KR102400148B1 (en) * 2022-03-08 2022-05-19 엔티큐 주식회사 Combustion apparatus for eco-friendly steam boiler equipment based on recycling oil of waste plastic
KR102400147B1 (en) * 2022-03-10 2022-05-19 엔티큐 주식회사 Eco-friendly steam boiler equipment based on recycling oil of waste plastic

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