JP2007056813A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エタノール（特に、バイオエタノール）を燃料として内燃機関へと供給する燃料供給装置において、内燃機関の運転状況に応じて燃料の特性を最適化しうる手段を提供する。
【解決手段】 内燃機関へ燃料を供給するための燃料供給装置であって、エタノールと水との混合燃料を貯蔵するための混合燃料タンクと、水を貯蔵するための水タンクと、第１の混合燃料流通路および水流通路の下流に位置する、前記混合燃料を改質するための混合燃料改質手段と、前記混合燃料改質手段に接続された、前記混合燃料が改質されてなる改質燃料が流通するための改質燃料流通路と、前記改質燃料流通路の下流に設置された、前記改質燃料を内燃機関へ供給するための改質燃料供給手段と、前記第２の混合燃料流通路の下流に設置された、前記混合燃料を内燃機関へ供給するための混合燃料供給手段と、を備えることを特徴とする、燃料供給装置により、上記課題は解決される。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関へ燃料を供給するための燃料供給装置に関する。詳細には、本発明は、燃料供給装置において、内燃機関の運転状況に応じて供給される燃料の特性を最適化するための改良に関する。

近年、地球環境に対する配慮から、自動車等の内燃機関の燃費を改善し、内燃機関からの排気をより一層浄化する（特に、二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出量を低減させる）目的で種々の試みがなされている。この際、内燃機関へと供給される燃料としては、例えば、従来用いられているガソリンや軽油のほか、水素、アルコール（メタノール、エタノールなど）、エーテル（ジメチルエーテルなど）、合成燃料（ＧＴＬ）などが検討されてきた。

ここで、アルコールは酸素原子を含有するため、ガソリンとの混合によりガソリンの燃焼性を向上させることが期待される。現にブラジル、アメリカなど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、内燃機関用の燃料として使用されている。

なかでも、バイオ起源にて製造でき、再生可能な燃料であるバイオエタノールは、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おり、これらを燃料として用いる内燃機関の研究開発も盛んに行われている。

従来、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と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、これらの混合燃料を内燃機関へ供給する際の供給方法や噴射方法などの種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平６−３０７３０７号公報

一方、アルコールをそのまま燃料として用いることも可能であり、たとえば、メタノールエンジン、エタノールエンジン、メタノール改質ガスエンジンなども、従来検討されている。メタノール改質ガスエンジンでは、メタノールを水蒸気改質することにより、排気の熱を回収してエンジン効率を高めることが可能になる。同様に、カーボンニュートラル燃料であるバイオエタノールを水蒸気改質することによっても、高効率のエンジンを実現できるものと考えられる。

バイオエタノールは、例えばサトウキビを原料として発酵により製造されるが、製造時には水分を多く含み、この時点ではエタノール分は１０質量％程度であるため、蒸留による濃縮工程を経て高純度化される。しかしながら、エタノールと水とは共沸現象を起こすため、バイオエタノールから水を高度に除去することは困難であり、高濃度エタノールを得るには製造コストの高騰を招くことになる。特に、ガソリンに混合して用いる場合には、エタノール純度を９９.７％以上とする必要があり、より安価で簡単に水を分離除去するための技術が検討されている。

また、エタノールは水と結合し易く、高純度エタノールを維持するための保管管理が必要となるため、ハンドリングに難がある。

以上のことから、バイオエタノールを、エタノールと水との共沸混合物が形成されるエタノール９６％未満の純度で燃料として活用できることが好ましい。従って、このような水混合燃料で高効率なエンジンを実現するための技術の開発が望まれているのが現状である。

そこで本発明は、エタノール純度の比較的低い燃料を活用して高効率のエンジンを実現可能とする燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関へ燃料を供給するための燃料供給装置であって、エタノールと水との混合燃料を貯蔵するための混合燃料タンクと、前記混合燃料タンクに接続された、前記混合燃料が流通するための第１および第２の混合燃料流通路と、水を貯蔵するための水タンクと、前記水タンクに接続された、前記水が流通するための水流通路と、前記第１の混合燃料流通路および前記水流通路の下流に位置する、前記混合燃料を改質するための混合燃料改質手段と、前記混合燃料改質手段に接続された、前記混合燃料が改質されてなる改質燃料が流通するための改質燃料流通路と、前記改質燃料流通路の下流に設置された、前記改質燃料を内燃機関へ供給するための改質燃料供給手段と、前記第２の混合燃料流通路の下流に設置された、前記混合燃料を内燃機関へ供給するための混合燃料供給手段と、を備えることを特徴とする、燃料供給装置である。

本発明によれば、エタノール（特に、バイオエタノール）を燃料として内燃機関へと供給する燃料供給装置において、内燃機関の運転状況に応じて燃料の特性を最適化することが可能となる。

本発明は、内燃機関へ燃料を供給するための燃料供給装置であって、エタノールと水との混合燃料を貯蔵するための混合燃料タンクと、前記混合燃料タンクに接続された、前記混合燃料が流通するための第１および第２の混合燃料流通路と、水を貯蔵するための水タンクと、前記水タンクに接続された、前記水が流通するための水流通路と、前記第１の混合燃料流通路および前記水流通路の下流に位置する、前記混合燃料を改質するための混合燃料改質手段と、前記混合燃料改質手段に接続された、前記混合燃料が改質されてなる改質燃料が流通するための改質燃料流通路と、前記改質燃料流通路の下流に設置された、前記改質燃料を内燃機関へ供給するための改質燃料供給手段と、前記第２の混合燃料流通路の下流に設置された、前記混合燃料を内燃機関へ供給するための混合燃料供給手段と、を備えることを特徴とする、燃料供給装置である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい一実施形態（第１実施形態）について詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の形態のみには限定されない。なお、図面の寸法比率は、説明のために誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、各図において同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の燃料供給装置を示す構成概要図である。以下、図１に示す燃料供給装置１０の具体的な構成について、詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の燃料供給装置１０は、エタノールと水との混合燃料（以下、単に「混合燃料」とも称する）２０を燃料改質器７０にて改質し、得られた改質燃料を内燃機関（図示せず）へ供給するための装置である。

混合燃料２０は、エタノールおよび水を含む混合物であればよく、その他の具体的な形態は特に制限されない。ただし、安価なエタノール燃料が利用できるという観点から、混合燃料２０において、エタノールおよび水の全量に対するエタノールの含有量は、好ましくは９６質量％未満であり、より好ましくは９０質量％以上９６質量％未満であり、さらに好ましくは９４質量％以上９６質量％未満であるここで、いわゆるバイオエタノールにおける上記のエタノール含有量は、様々なレベルのものが採用しうるが、上述した通り、ガソリンに混合する目的の場合には一般的に９９．７％以上が規格となる。本発明の場合、濃縮分離が簡単で安価である純度９６質量％未満のエタノール燃料を用いることが好ましいが、かような形態のみには制限されず、上記のように純度の高い燃料を採用しても、勿論よい。

本実施形態の燃料供給装置１０は、混合燃料２０を貯蔵するための混合燃料タンク２１を備える。混合燃料タンク２１には、第１の混合燃料流通路２２および第２の混合燃料流通路２３が接続される。そして、第１および第２の混合燃料流通路（２２、２３）の途中には、それぞれ、ポンプ（２４、２５）が設置されている。これらのポンプは、混合燃料２０を加圧するための混合燃料加圧手段として機能する。なお、本明細書において各種の構成要素に冠せられる「第１の」や「第２の」といった接頭語は、同様の機能を有する複数の構成要素を区別する目的で用いられているに過ぎず、「第１」や「第２」などの序列自体に格別な意味はない。

また、本実施形態の燃料供給装置１０は、水３０を貯蔵するための水タンク３１を備える。水タンク３１には、水流通路３２が接続される。そして、水流通路３２の途中には、ポンプ３３が設置されている。このポンプ３３は、水を加圧するための水加圧手段として機能する。

上述した第１および第２の混合燃料流通路（２２、２３）のうち、第２の混合燃料流通路２３の下流の末端には、混合燃料を内燃機関（図示せず）へと噴射するための混合燃料噴射器２６が設置されている。すなわち、第２の混合燃料流通路２３および混合燃料噴射器２６は、混合燃料２０をそのまま内燃機関へと供給するための混合燃料供給手段として機能する。

一方、第１の混合燃料流通路２２は、熱交換器４０を通過した後、空気流通路５２と合流して、燃料気化器６０へと接続される。この際、熱交換器４０は、第１の混合燃料流通路２２を流通する混合燃料２０を加熱するための混合燃料加熱手段として機能する。

水流通路３２は、上述した第１の混合燃料流通路２２と同様に、熱交換器４０を通過した後、空気流通路５２と合流して、燃料気化器６０へと接続される。この際、熱交換器４０は、水流通路３２を流通する水３０を加熱するための水加熱手段として機能する。

ここで、上述した空気流通路５２の上流側には、空気５０を貯蔵するための空気タンク５１が設置されており、この空気タンク５１および空気流通路５２は、空気流通路５２の下流側に設置された燃料気化器６０へと空気５０を供給するための空気供給手段として機能する。供給される空気５０中の酸素は、後述する燃料改質器におけるエタノールの改質反応を促進するための改質助剤として作用する。従って、本実施形態においては空気５０が供給されるが、空気に代えて酸素含有ガス（例えば、純酸素、酸素リッチガス）が供給されても同様の作用が得られる。ただし、空気を供給する形態がより安価かつ簡便である。

なお、図１に示す形態において、空気流通路５２に第１の混合燃料流通路２２および水流通路３２が合流していることは上述した通りである。ただし、かような形態のみには制限されず、空気流通路５２、第１の混合燃料流通路２２、および水流通路３２がそれぞれ別々に燃料気化器６０に接続される形態もまた、採用されうる。

燃料気化器６０は、混合燃料２０（第１の混合燃料流通路２２を介して供給される）および水３０（水流通路３２を介して供給される）を気化させるための気化手段として機能する。燃料気化器６０において燃料を気化させるための手法は特に制限されず、加熱によって気化させてもよいし、減圧によって気化させてもよい。加熱気化させる形態としては、燃料気化器６０を包囲するようにヒータ（図示せず）や熱交換器などの加熱手段を設ける形態が例示される。一方、減圧気化させる形態としては、燃料気化器６０に減圧手段（例えば、減圧ポンプ）を接続する形態が例示される。

燃料気化器６０の下流側には、燃料改質器７０が設置されている。この燃料改質器７０には、燃料改質触媒７２が配設されている。燃料改質器７０に備えられる燃料改質触媒７２は、混合燃料を改質するための燃料改質手段として機能する。燃料改質触媒７２の具体的な構成は特に制限されず、燃料改質の所望の形態などに応じて適宜選択されうる。一例を挙げると、アルミナ、シリカ、ジルコニアなどの無機担体に、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの触媒成分が担持されてなる形態が例示されうる。

なお、図１に示す形態において、燃料気化器６０と燃料改質器７０とは別々に併設されているが、これらは一体化されて構成されてもよい。かような形態によれば、装置のより一層の小型化が図られる。

燃料改質器７０の下流側には、改質燃料が流通するための改質燃料流通路７４が接続されている。この改質燃料流通路７４は、上述した熱交換器４０を通過する。この際、熱交換器４０は、改質燃料流通路７４を流通する改質燃料を冷却するための改質燃料冷却手段として機能する。また、熱交換器４０は同時に、改質燃料を冷却することで改質燃料から水を分離するための第１の水分離手段としても機能する。

本実施形態において、改質燃料流通路７４は、熱交換器４０を通過する部位において分岐している。分岐した一方は、後述するように、改質燃料噴射器７７とともに改質燃料供給手段として機能する。そして他方は、第１の水リターン路３４として、水タンク３１へと接続される。この第１の水リターン路３４は、熱交換器４０での改質燃料の冷却により液化した水を水タンク３１へリターンさせるための水リターン手段として機能する。

改質燃料流通路７４の、熱交換器４０の下流側には、冷却されて水と分離された改質燃料（気体成分）を貯蔵するための改質燃料貯蔵手段として、改質燃料タンク７５が設置されている。そして、改質燃料タンク７５には、当該タンク７５に貯蔵された改質燃料を内燃機関（図示せず）へと供給するための改質燃料供給路７６が接続されている。そして、改質燃料供給路７６の末端には、改質燃料を内燃機関（図示せず）へと噴射するための改質燃料噴射器７７が設置されている。改質燃料供給路７６および改質燃料噴射器７７は、改質燃料を内燃機関へと供給するための改質燃料供給手段として機能する。なお、改質燃料タンク７５は、減圧ポンプなどの減圧器（図示せず）と接続されて低圧タンクとされてもよいし、別途設けた加圧器などによって高圧タンクとされてもよい。これらが併用されてもよい。低圧タンクから供給される燃料は、通常は気体状態である。一方、高圧タンクから供給される燃料は、通常は液体状態である。これらを制御することにより、内燃機関へのきめ細かな燃料供給が可能となる。

「内燃機関」とは、シリンダ内で燃料を爆発燃焼させ、そのエネルギによって仕事をする原動機をいう。本発明において内燃機関の具体的な形態は特に制限されず、改質燃料の性状に応じて選択されうる。内燃機関は、例えばガソリンエンジンのような火花点火式内燃機関であってもよく、ディーゼルエンジンのような圧縮着火式内燃機関であってもよい。

続いて、図１に示す本実施形態の燃料供給装置１０の動作について説明する。

まず、図示しない制御手段（例えば、ＥＣＵ）からの制御信号により、ポンプ２４が駆動する。ポンプ２４が駆動することにより、混合燃料タンク２１から混合燃料２０が吸い上げられ、吸い上げられた混合燃料２０は第１の混合燃料流通路２２を流通する。この際の混合燃料２０の流量は、一般に１〜１０Ｌ／ｈ程度である。

混合燃料２０はポンプ２４により混合燃料流通路２２の下流側に圧送され、熱交換器４０の通過部位において加熱された後、空気流通路５２を経て、燃料気化器６０へと供給される。この際のポンプ２４の圧力は特に制限されないが、通常は０．１〜１．０ＭＰａ程度である。

同様に、制御手段（例えば、ＥＣＵ）からの制御信号により、ポンプ３３が駆動する。ポンプ３３が駆動することにより、水タンク３１から水３０が吸い上げられ、吸い上げられた水３０は水流通路３２を流通する。水の流量は、一般に１〜２０Ｌ／ｈ程度であり、好ましくは１〜１０Ｌ／ｈである。

水３０はポンプ３３により水流通路３２の下流側に圧送され、熱交換器４０の通過部位において加熱された後、空気流通路５２を経て、燃料気化器６０へと供給される。この際の圧力は特に制限されないが、通常は０．１〜１．０ＭＰａ程度である。水の供給量については特に制限はない。ただし、混合燃料２０と混合された際の水／エタノール比（質量比）が２〜６となる程度に水が供給されることが好ましい。

さらに、制御手段（例えば、ＥＣＵ）からの制御信号により、空気タンク５１に貯蔵された空気が、同様に空気流通路５２を経て、燃料気化器６０へと供給される。すなわち、燃料気化器６０へは、混合燃料２０、水３０、および空気５０が供給される。なお、空気５０の供給量についても特に制限はないが、混合燃料２０中のエタノール１モルに対して０．０１〜０．１モル（酸素分子換算）程度の空気が供給されることが好ましい。

燃料気化器６０へと圧送された混合燃料２０および水３０は、当該気化器６０において気化する。混合燃料および水を加熱気化させる際の加熱温度は特に制限されないが、通常は１３０〜３８０℃程度であり、好ましくは１５０〜３００℃である。また、混合燃料および水を減圧気化させる際の圧力条件も特に制限されないが、通常は０．１〜１０００Ｐａ程度であり、好ましくは１〜１００Ｐａである。

燃料気化器６０において生成した気化燃料、水蒸気、および空気（酸素）の混合物は、下流側へとさらに圧送されて、燃料改質器７０中に導入される。燃料改質器７０中に導入された混合物中のエタノールは、燃料改質触媒７２との接触により、水素、一酸化炭素などを多く含む改質燃料へと改質されうる。

この際、気化した水（すなわち、水蒸気）および／または空気（具体的には、空気中の酸素）は、燃料気化器６０を通過することにより気化した混合燃料が燃料改質触媒７２との接触により改質される際の改質助剤として機能する。具体的には、水は吸熱反応である水蒸気改質反応を促進させ、空気は発熱反応である部分酸化反応を促進させうる。これらがともに促進されると、部分酸化反応での発熱により水蒸気改質反応に必要な熱が賄われうる。すなわち、燃料改質器７０においてオートサーマル改質が進行しうる。

得られた改質燃料は、改質燃料流通路７４を流通する。改質燃料流通路７４を流通する際、改質燃料は、熱交換器４０を通過する部位において冷却され、改質燃料に含まれる水の大部分は液化する。改質燃料に含まれる水は全て液化することがより好ましい。

熱交換器４０を通過することにより液化しなかった気体成分は、さらに改質燃料流通路７４を流通して改質燃料タンク７５に貯蔵される。そして、必要に応じて改質燃料供給路７６を流通し、改質燃料噴射器７７を介して、気体状態で内燃機関（図示せず）へと供給される。

改質燃料中には、上述したように水素および一酸化炭素が多く含まれる。従って、かような改質燃料を必要に応じてエンジンに供給することで、エンジンでの燃焼状態におけるリーンバーン領域（リーンバーン限界）を拡大させうる。その結果、燃費の向上に有効に寄与しうる。

一方、熱交換器４０を通過することにより液化した水は、第１の水リターン路３４を流通して、水タンク３１へとリターンされる。

本実施形態の燃料供給装置１０によれば、混合燃料２０をそのまま内燃機関へと供給することも可能である。

すなわち、制御手段（例えば、ＥＣＵ）からの制御信号により、ポンプ２５が駆動する。ポンプ２５が駆動することにより、混合燃料タンク２１から混合燃料２０が吸い上げられ、吸い上げられた混合燃料２０は第２の混合燃料供給路２３を流通する。そして、混合燃料噴射器２６を介して、液体状態で内燃機関（図示せず）へと供給される。

このように、本発明では、改質燃料から水を除去した気体状態の燃料と、混合燃料そのままの液体状態の燃料とが併用される。これらの使い分けは特に制限されず、所望の時点に所望の燃料を供給すればよい。好ましくは、安定運転時には気体状態の燃料を単独で内燃機関に供給し、より高出力が要求される時点や車両の始動時などには液体状態の燃料を単独でまたは気体状態の燃料と併せて内燃機関に供給すればよい。

本実施形態の燃料供給装置１０によれば、内燃機関の運転状況に応じて、混合燃料と改質燃料との供給量を制御することにより、供給される燃料の特性が最適化され、内燃機関における効率的な燃焼を達成することが可能である。また、本実施形態の燃料供給装置１０は、後述する他の実施形態よりも比較的コンパクトな構成を有する。従って、例えば車載された場合などには車両の軽量化や小型化に有効に寄与し、車内空間をより一層拡大させうるという利点をも有する。

（第２実施形態）
図２は、本実施形態の燃料供給装置１０ａを示す構成概要図である。図２に示すように、本実施形態の燃料供給装置１０ａは、図１に示す第１実施形態の燃料供給装置１０とほぼ同様の構成を有する。ただし、以下の点で、第１実施形態とは異なる。

まず、本実施形態において、混合燃料流通路２２に設置されたポンプ２４の下流側には、混合燃料精製器２８がさらに設置されている。この混合燃料精製器２８は、混合燃料２０中の不純物を除去するための不純物除去手段として機能する。混合燃料精製器２８の具体的な構成と、混合燃料精製器２８において除去される不純物との組み合わせは特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、混合燃料２０中の硫黄分の除去を希望する場合には、バリウム、カルシウムなどのアルカリ成分や、鉄、銀などの金属成分を担持したゼオライトのような脱硫剤を混合燃料精製器２８中に充填すればよい。

かような形態によれば、混合燃料２０中に含まれる硫黄分が除去され、燃料改質触媒７２の耐久性の向上が図られ、内燃機関からの排気のより一層の浄化も図られる。

一方、水流通路３２に設置されたポンプ３３の下流側にも、水精製器３８がさらに設置されている。この水精製器３８は、水３０中の不純物を除去するための不純物除去手段として機能する。水精製器３８の具体的な構成と、水精製器３８において除去される不純物との組み合わせは特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、水３０中の塩素の除去を希望する場合には、ナトリウムやカルシウムなどの脱塩素剤を水精製器３８中に充填すればよい。

かような形態によれば、水３０中に含まれる塩素が除去され、燃料改質触媒７２の耐久性の向上が図られる。

また、本実施形態において、燃料改質器７０に接続された改質燃料流通路７４の下流側には、燃料分離器８０が設置されている。燃料分離器８０には、燃料分離膜８２が配設されている。この燃料分離膜８２は、燃料改質器７０において改質された改質燃料から所望の成分を分離するための改質燃料分離手段として機能する。かような燃料分離膜８２の具体的な構成については特に制限はない。ただし、例えば、水素を選択的に分離して内燃機関へ供給したい場合には、燃料分離膜８２として、パラジウム膜やパラジウム−銀合金系膜、ゼオライト膜などが有効に用いられうる。また、細孔径が比較的大きいＭＦＩゼオライトなどを用いると、水素に加えて、一酸化炭素もまた選択的に分離され、内燃機関へと供給されうる。ゼオライト膜が燃料分離膜８２として用いられる場合、当該ゼオライト膜のシリカ／アルミナ比は、好ましくは４０〜１７０程度であり、より好ましくは７５程度である。かような燃料分離膜８２は、分子直径の比較的小さい水素分子および一酸化炭素分子を選択的に透過させうる。ただし、燃料分離膜８２の構成材料はかような形態のみに制限されず、その他の材料もまた、採用されうる。また、場合によっては、ゼオライトに対してシリカ蒸着処理を施して、ゼオライトの有する細孔の径を制御してもよい。

このように燃料分離器８０が設置されることで、内燃機関の燃焼性の向上に有効な水素および一酸化炭素を効率的に選択して内燃機関へと供給することが可能となる。

さらに、燃料分離器８０には、掃引ガス９０が流通するための掃引ガス流通路９２が接続されている。そして、この掃引ガス流通路９２の末端には、掃引ガスタンク９１が設置されている。この掃引ガス流通路９２および掃引ガスタンク９１は、燃料改質触媒７２との接触により生成した二酸化炭素を必要に応じて燃料分離器８０から除去するための二酸化炭素掃引手段として機能する。かような形態において、掃引ガス９０としては、空気やエンジン排気ガスなどが用いられうる。

このような二酸化炭素掃引手段を設置して二酸化炭素を除去することで、反応が生成系側に有利となり、より低温度でも高い水素収率が得られる効果が期待される。

また、本実施形態においては、第２の混合燃料流通路２３の途中に、水分離器１００が設置されている。水分離器１００には、水分離膜１０２が配設されている。この水分離膜１０２は、第２の混合燃料流通路２３を流通する混合燃料２０をエタノールおよび水に分離するための第２の水分離手段として機能する。かような水分離膜１０２の具体的な構成については特に制限はないが、例えば、Ａ型ゼオライト膜（市川、水野、池田、「ゼオライト」、ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．３、ｐ９６−９９（２００４））やポリオキソメタレート膜（水野、内田、「ゼオライト」、ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．４、ｐ１３８−１４１（２００４））などが有効に用いられうる。かような水分離膜１０２は、エタノール分子よりも分子直径の比較的小さい水分子を選択的に透過させうる。ただし、水分離膜１０２の構成材料もかような形態のみに制限されず、その他の材料もまた、採用されうる。

このように水分離器１００が設置されることで、バイオエタノールのようなある程度の水分を含有する燃料を採用した場合であっても、燃料中のエタノール純度を向上させて内燃機関へと供給することが可能となる。その結果、内燃機関における燃焼性がより一層向上しうる。

本実施形態において、第２の混合燃料流通路２３は、水分離器１００の設置箇所において分岐している。分岐した一方の下流には、水分離器１００において水と分離されたエタノールを貯蔵するためのエタノールタンク１０４が設置されている。そして、第２の混合燃料流通路２３のエタノールタンク１０４の下流側末端には、第１実施形態の第２の混合燃料流通路と同様に、混合燃料を内燃機関（図示せず）へと噴射するための混合燃料噴射器２６が設置されている。これらの第２の混合燃料流通路２３および混合燃料噴射器２６は、混合燃料２０をそのまま内燃機関へと供給するための混合燃料供給手段として機能する。

第２の混合燃料流通路２３の分岐した他方は、第２の水リターン路３５として、水タンク３１へと接続される。この第２の水リターン路３５は、水分離器１００において混合燃料２０から分離された水を水タンク３１へリターンさせるための第２の水リターン手段として機能する。本実施形態においては、図２に示すように、第２の水リターン路３５は、熱交換器４０を通過している。かような形態によれば、第２の水リターン路３５を流通する水が、熱交換器４０における冷媒として機能しうる。ただし、かような形態のみには制限されず、第２の水リターン路３５が熱交換器４０を通過することなく水タンク３１に接続される形態もまた、採用されうる。

本実施形態の燃料供給装置１０ａによれば、内燃機関の運転状況に応じて、混合燃料と改質燃料との供給量を制御することにより、内燃機関における効率的な燃焼を達成することが可能である。また、本実施形態においては、改質燃料から特に燃焼性に優れる水素ガスおよび一酸化炭素ガスが分離されて内燃機関へと供給され、かつ、混合燃料も水と分離されてほぼ純粋な液体エタノールとして内燃機関へと供給されうる。その結果、内燃機関における燃焼性のより一層の向上が図られる。

（第３実施形態）
図３は、本実施形態の燃料供給装置１０ｂを示す構成概要図である。図３に示すように、本実施形態の燃料供給装置１０ｂは、図２に示す第１実施形態の燃料供給装置１０ａとほぼ同様の構成を有する。ただし、第１の混合燃料流通路２２の、混合燃料精製器２８の下流側に混合燃料用サージタンク２９が設置されている点、水流通路３２の、水精製器３８の下流側に水用サージタンク３９が設置されている点、および、混合燃料用サージタンクに第２の混合燃料流通路２３が接続されている点で、第２実施形態とは異なる。

各サージタンク（２９、３９）の具体的な構成については特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。ただし、各サージタンク（２９、３９）は高圧タンクであることが好ましい。かような形態によって混合燃料および／または水の速やかな供給が可能となり、より応答性に優れる燃料供給装置が提供されうる。

本実施形態の燃料供給装置１０ｂによれば、不純物が除去された混合燃料２０および水３０が、それぞれサージタンク（２９、３９）に貯蔵され、必要に応じて必要な量だけ供給されうるため、より応答性に優れる燃料供給装置が提供されうる。

（第４実施形態）
図４は、上記の第３実施形態の燃料供給装置１０ｂの好ましい設置位置を示す構成概要図である。なお、第１実施形態および第２実施形態についても同様である。

図４に示すように、好ましい形態において、第３実施形態の燃料供給装置１０は、エンジン１１０のマニホルド位置に設置される。

本実施形態によれば、燃料供給装置１０が備える燃料改質器７０における混合燃料２０の改質、燃料気化器６０における燃料の気化、並びに、燃料分離器８０、混合燃料精製器２８および水精製器３８の加熱などに必要な熱エネルギが、エンジン１２０の排気の熱を回収することにより行われうる。その結果、システム全体のエネルギ効率が向上しうる。

本実施形態の具体的な構成について特に制限はないが、例えば、図４に示すように、燃料供給装置１０ｂのうち、燃料改質器７０、燃料気化器６０、燃料分離器８０、混合燃料精製器２８、および水精製器３８などの構成要素を、エンジン１１０の排気と熱交換可能な熱交換器１２０の内部に設置する形態が例示される。ただし、かような形態のみには制限されず、その他の任意の構成要素を熱交換器１２０の内部に設置する形態もまた、採用されうる。例えば、図１〜図３の破線で囲まれた領域の内部に含まれる構成要素を熱交換器１２０の内部に設置する形態が例示される。

第１実施形態の燃料供給装置を示す構成概要図である。 第２実施形態の燃料供給装置を示す構成概要図である。 第３実施形態の燃料供給装置を示す構成概要図である。 第３実施形態の燃料供給装置の好ましい設置位置を示す構成概要図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、 燃料供給装置、
２０ 燃料、
２１ 燃料タンク、
２２ 第１の混合燃料流通路、
２３ 第２の混合燃料流通路、
２４、２５、３３ ポンプ、
２６ 混合燃料噴射器、
２８ 混合燃料精製器、
２９ 混合燃料用サージタンク、
３０ 水、
３１ 水タンク、
３２ 水流通路、
３４ 第１の水リターン路、
３５ 第２の水リターン路、
３８ 水精製器、
３９ 水用サージタンク、
４０ 熱交換器、
５０ 空気、
５１ 空気タンク、
５２ 空気流通路、
６０ 燃料気化器、
７０ 燃料改質器、
７２ 燃料改質触媒、
７４ 改質燃料流通路、
７５ 改質燃料タンク、
７６ 改質燃料供給路、
７７ 改質燃料噴射器、
８０ 燃料分離器、
８２ 燃料分離膜、
９０ 掃引ガス、
９１ 掃引ガスタンク、
９２ 掃引ガス流通路、
１００ 水分離器、
１０２ 水分離膜、
１０４ エタノールタンク、
１１０ エンジン、
１２０ 熱交換器。

Claims (13)

1. 内燃機関へ燃料を供給するための燃料供給装置であって、
   エタノールと水との混合燃料を貯蔵するための混合燃料タンクと、
   前記混合燃料タンクに接続された、前記混合燃料が流通するための第１および第２の混合燃料流通路と、
   水を貯蔵するための水タンクと、
   前記水タンクに接続された、前記水が流通するための水流通路と、
   前記第１の混合燃料流通路および前記水流通路の下流に位置する、前記混合燃料を改質するための混合燃料改質手段と、
   前記混合燃料改質手段に接続された、前記混合燃料が改質されてなる改質燃料が流通するための改質燃料流通路と、
   前記改質燃料流通路の下流に設置された、前記改質燃料を内燃機関へ供給するための改質燃料供給手段と、
   前記第２の混合燃料流通路の下流に設置された、前記混合燃料を内燃機関へ供給するための混合燃料供給手段と、
   を備えることを特徴とする、燃料供給装置。
2. 前記混合燃料において、エタノールおよび水の全量に対する前記エタノールの含有量が９６質量％未満である、請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記第１の混合燃料流通路に設置された、前記混合燃料を気化させるための混合燃料気化手段をさらに備える、請求項１または２に記載の燃料供給装置。
4. 前記混合燃料改質手段へ酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
5. 前記改質燃料を貯蔵するための改質燃料貯蔵手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
6. 前記改質燃料流通路に設置された、前記改質燃料から水を分離するための第１の水分離手段をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
7. 前記第１の混合燃料流通路または前記水流通路の少なくとも一方に、前記混合燃料または前記水に含まれる不純物を除去するための不純物除去手段が設置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
8. 前記改質燃料流通路に設置された、前記改質燃料から水素および一酸化炭素を分離するための改質燃料分離手段をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
9. 前記第２の混合燃料流通路に設置された、前記混合燃料をエタノールおよび水に分離するための第２の水分離手段をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
10. 前記第２の混合燃料流通路の前記第２の水分離手段の下流側に設置された、前記第２の水分離手段によって水と分離されたエタノールを貯蔵するためのエタノール貯蔵手段をさらに備える、請求項９に記載の燃料供給装置。
11. 前記第１および／または第２の水分離手段により分離された水を前記水タンクへリターンさせるための水リターン手段をさらに備える、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
12. 前記改質燃料供給手段が前記改質燃料を気体状態にて前記内燃機関へ供給し、前記混合燃料供給手段が前記混合燃料を液体状態にて前記内燃機関へ供給する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
13. 前記混合燃料改質手段、前記混合燃料気化手段、前記改質燃料分離手段、または前記不純物除去手段の少なくとも１つの加熱が、前記内燃機関の排気を熱回収することにより行われる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料供給装置。

Images