JP2022152172A - 燃料合成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関１０とともに燃料合成装置１を配置する場合に、水素供給部４０の小型化を図るとともに内燃機関１０の燃焼効率を高める。【解決手段】内燃機関１０とともに配置される燃料合成装置１であって、内燃機関１０の排気を浄化する浄化触媒２０と、浄化触媒２０を通過した二酸化炭素と水素とを化学反応させる燃料合成触媒３０を具備し燃料を生成する触媒反応器３１と、触媒反応器３１に電場を印加する電場印加部３５と、触媒反応器３１に水素を供給する水素供給部４０と、触媒反応器３１から排出される気体を酸素と酸素以外の気体とに分離するガス分離部６０と、ガス分離部６０と吸気系１１とに接続される酸素還流通路６５と、電場印加部３５により触媒反応器３１に電場を印加させ、触媒反応器３１において発生した酸素を酸素還流通路６５を介して吸気系１１に還流させる制御を行うＥＣＵ９０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、水素及び二酸化炭素より燃料を合成する燃料合成装置に関する。

従来、水素と二酸化炭素を混合し、触媒を有する反応器（触媒反応器）を通過させることで、燃料を合成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、内燃機関より排出された排気中の二酸化炭素（ＣＯ_２）をいったん吸着した後、当該二酸化炭素を脱離させる。脱離された二酸化炭素は、別途供給された水素と混合されて、圧縮機で昇圧された後、触媒を有する反応器に入れられる。反応器を通過した流体は、気液分離により、燃料が取り出される。

特開２０２０－１６４４２４号公報

ところで、このような燃料合成装置を車両に搭載し、内燃機関の排気を浄化させて得られた二酸化炭素（ＣＯ_２）からメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）を合成しようとする場合、還元剤の水素（Ｈ_２）も同時に搭載する必要がある。このため、合成するメタノールの量を増加させたい場合、水素供給部である水素タンクの大きさも大きくする必要があり、装置の大型化につながるという問題がある。また、内燃機関の動力にて走行する車両において、内燃機関の燃焼効率を上げることは課題となる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関とともに燃料合成装置を配置する場合に、水素供給部の小型化を図るとともに内燃機関の燃焼効率を高めることのできる燃料合成装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気系（１１）及び排気系（１２）に接続される内燃機関（１０）とともに配置される燃料合成装置（１）であって、前記内燃機関の前記排気系への排気を浄化する浄化触媒（２０）と、前記浄化触媒を通過した二酸化炭素と前記水素供給部から供給される前記水素とを化学反応させる燃料合成触媒（３０）を具備し、燃料を生成する触媒反応器（３１）と、前記触媒反応器に対して電場を印加する電場印加部（３５）と、前記触媒反応器に水素を供給する水素供給部（４０）と、前記触媒反応器から排出される気体を酸素とその他の気体とに分離するガス分離部（６０）と、前記ガス分離部と前記内燃機関の前記吸気系とに接続される酸素還流通路（６５）と、前記電場印加部により前記触媒反応器に電場を印加させ、前記触媒反応器において発生した前記酸素を前記酸素還流通路を介して前記吸気系に還流させる制御を行う制御部（ＥＣＵ９０）と、を有することを特徴とする。

このように、電場印加部が燃料合成触媒へ電場を印加することで、化学反応が促進し、酸素が生成される。この酸素を酸素還流通路を介して内燃機関の吸気系に還流させることで、燃焼効率を向上させることができる。また、電場印加部が燃料合成触媒に電場を印加することで、水蒸気改質反応が促進され、水素の製造が促進される。これにより、水素を貯蔵する水素供給部を大きくする必要がなくなり、水素タンクの小型化を図ることができる。よって、内燃機関とともに燃料合成装置を配置する場合に、水素タンクの小型化を図るとともに内燃機関の燃焼効率を高めることのできる燃料合成装置を提供することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料合成装置であって、前記内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出部（７０）と、前記酸素還流通路に配置され、前記吸気系に還流させる酸素の流量を調整する酸素流量調整弁（Ｖ６５）と、を有し、前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値（Ｔ１）に基づいて前記酸素流量調整弁を調整することを特徴とする。

このように、制御部が、暖機状態検出部における検出値に基づいて酸素流量調整弁を調整することとする。燃料合成触媒での酸素生成量は、暖機状態に応じて異なるため、暖機状態に応じて吸気系に還流させる酸素流量を調整すると、酸素の還流量を適切な量に調整することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の燃料合成装置であって、前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値が高いほど、前記酸素流量調整弁の弁開度が大きくなるように制御することを特徴とする。

このように、制御部が、暖機状態検出部における検出値が高いほど酸素流量調整弁の弁開度が大きくなるように制御すると、暖機状態において多く生成された酸素を、吸気系に還流させることができる。このため、燃焼効率が向上する。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料合成装置であって、前記内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出部（７０）と、を有し、前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値に基づいて前記水素供給部からの水素の供給量を調整することを特徴とする。

このように、制御部が、暖機状態検出部における検出値に基づいて水素供給部からの水素の供給量を調整する。暖機状態においては、内燃機関の排気に含まれる水が気体となることにより、電場が印加された燃料合成触媒が水素を多く生成するので、水素の量を適切な量に調整することで、水素供給部からの水素供給量を減らすことができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の燃料合成装置であって、前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値が低いほど、前記水素供給部からの水素の供給量が多くなるように制御することを特徴とする。

このように、暖機状態検出部における検出値が低いほど、水素供給部からの水素の供給量が多くなるように制御する。暖機状態検出部における検出値が低い状態においては、内燃機関の排気に含まれる水が気体となりにくく、燃料合成触媒による水素の生成が行われにくいため、水素供給部からの水素供給量を多く供給することで、燃料合成触媒による燃料合成を適切に行うことができる。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料合成装置であって、前記触媒反応器から排出された流体の気液を分離する気液分離部（５０）と、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給部（１５）と、前記気液分離部において液相に分離された燃料を、前記燃料供給部に導入する燃料導入通路（５５）と、を有することを特徴とする。

このように、触媒反応器から排出された流体を気液分離部で分離し、気液分離部で分離された液相に含まれる燃料を燃料導入通路を介して燃料供給部に供給することとすれば、触媒反応器にて合成された燃料を内燃機関の燃料として有効利用することができる。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の燃料合成装置であって、前記燃料導入通路に配置され、前記気液分離部によって分離された前記液相に含まれる前記燃料及び水から前記水を分離する水分離部（５８）を有することを特徴とする。

このように、燃料導入通路に水分離部を配置することで、気液分離部から分離された燃料と水の混合気体が、燃料導入通路を通過する過程において、燃料と水とに分離される。これにより、濃度の高い燃料を燃料供給部に供給することができる。

燃料合成装置の全体構造を示す図である。 内燃機関の熱間状態における燃料合成装置の状態を示す図である。 内燃機関の冷間状態における燃料合成装置の状態を示す図である。 本実施形態に係る制御のフローチャートである。 他の実施形態に係る燃料合成装置の全体構造を示す図である。 他の実施形態に係る燃料合成装置の全体構造を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の燃料合成装置１を詳細に説明する。なお、下記の説明において、上流側や下流側という用語は、説明対象となる装置に流れる流体の流れる方向における上流側と下流側を表す。

図１を用いて、燃料合成装置１の概略構成を説明する。図１は、燃料合成装置１の全体構造を示す図である。本実施形態の燃料合成装置１は、内燃機関１０とともに配置され、燃料合成システムの一部を構成する。内燃機関１０は、吸気系１１及び排気系１２に接続されるとともに、燃料供給部１５に接続される。これらの構成により、内燃機関１０には、空気と燃料が供給される。

吸気系１１は、上流側から導入される空気を、下流側の内燃機関１０に供給する。排気系１２は、内燃機関１０からの排気が通過する。排気系１２は、上流側から下流側の順に、配管１２ａと、配管１２ｂ、配管１２ｃ、配管１２ｄ、配管１２ｅを有する。配管１２ａは、内燃機関１０と直接接続される配管である。燃料供給部１５は、内燃機関１０に燃料を供給する燃料タンクである。

燃料合成装置１は、水素（Ｈ_２）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）より燃料を合成する。燃料合成装置１は、内燃機関１０の排気系１２において、浄化触媒２０を具備する触媒容器２１と、燃料合成触媒３０を具備する触媒反応器３１と、水素供給部４０と、気液分離部５０と、ガス分離部６０とを有する。

燃料合成装置１は、内燃機関１０各部に流体を還流させる、複数の通路を有する。具体的には、気液分離部５０において液相に分離された燃料を燃料供給部１５に導入する燃料導入通路５５と、ガス分離部６０において分離された酸素を吸気系１１に導入する酸素還流通路６５と、を有する。なお、燃料合成装置１は、これらの通路外に、ＥＣＵ９０（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を有する。ＥＣＵ９０は、各通路に配置される各種センサの値に基づいて、調整弁等の燃料合成装置１の各部の制御を行う。

次に、燃料合成装置１の各部を詳細に説明する。触媒容器２１は、浄化触媒２０を担持するコンバータ等の容器である。触媒容器２１の上流側は、配管１２ａに接続され、触媒容器２１の下流側は、配管１２ｂに接続される。

浄化触媒２０は、内燃機関１０の排気系１２への排気を浄化する三元触媒である。三元触媒は、排ガス中の主要な有害物質である炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を、酸化・還元反応により窒素、水、二酸化炭素等に変換して排気ガスを無害化する。浄化触媒２０には、例えば、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の材料により構成される三元触媒を適用することができる。浄化触媒２０は、コンバータ等の触媒容器２１内に担持される。

触媒反応器３１は、燃料合成触媒３０及び電場印加部３５を具備し、上流側から流入する二酸化炭素と水素とを化学反応させて、燃料を生成する筒である。触媒反応器３１の上流側は、配管１２ｂに接続され、触媒反応器３１の下流側は、配管１２ｃに接続される。触媒反応器３１には、浄化触媒２０を通過した二酸化炭素及び水素が上流側の配管１２ｂから供給される。または、触媒反応器３１には、配管１２ｂを通過した二酸化炭素と水素供給部４０から供給される水素とが供給される。このように、触媒反応器３１内において所定比で化学反応させることにより、二酸化炭素を還元するとともにメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）を合成する。

燃料合成触媒３０は、二酸化炭素還元触媒であり、二酸化炭素及び水素の存在下において二酸化炭素を還元するとともにメタノール（燃料）を生成する二酸化炭素の水素化反応を促進する。二酸化炭素還元触媒としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２）等の酸化物からなる担体に、銅（Ｃｕ）や亜鉛（Ｚｎ）等の遷移金属からなる触媒金属が担持された銅－亜鉛酸化物系触媒等の既知のものが用いられる。また、本実施形態では、電場印加部３５による電場の印加が可能であるので、二酸化炭素還元触媒として、ロジウムや白金、パラジウムを微量セリア担体に担持したものを用いることができる。

燃料合成触媒３０による燃料合成の過程は、周知の技術を用いて行うことができる。例えば、触媒反応器３１内における二酸化炭素と水素の比が所定比になるように計量した水素を、Ｈ_２インジェクタから触媒反応器３１内に噴射し、さらに、不図示の圧縮機や加熱器によって触媒反応器３１内のガスを昇温、圧縮する。これにより、触媒反応器３１内では燃料合成触媒３０の作用下で、二酸化炭素の水素化反応（下記式（１）参照）が進行し、メタノールが生成される。また同時に、この二酸化炭素還元触媒の作用により、逆水性ガスシフト反応（下記式（２）参照）、及び一酸化炭素の水素化反応（下記式（３）参照）も進行し、メタノールを含む合成ガスが生成される。
ＣＯ_２＋３Ｈ_２→ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ …（１）
ＣＯ_２＋Ｈ_２→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ …（２）
ＣＯ＋２Ｈ_２→ＣＨ_３ＯＨ …（３）

電場印加部３５は、燃料合成触媒３０を挟むように配置された一対の電極に対して、静的な微小電流によって発生する電場を燃料合成触媒３０に印加する。電場印加部３５が触媒反応器３１の燃料合成触媒３０に電場を印加することにより、１５０℃程度の低温でもメタノール合成反応が進行する。なお、メタノール合成反応を行う温度は、これに限るものではない。

水素供給部４０は、水素（Ｈ_２）を貯蔵するタンクである。水素供給部４０は、水素流量調整弁Ｖ４０を付帯した水素配管を有する。水素配管の下流端は、触媒反応器３１に接続される。水素流量調整弁Ｖ４０の弁開度の制御は、ＥＣＵ９０が行う。これにより、水素供給部４０からは、水素の流量が調整されながら、水素が触媒反応器３１に供給される。

気液分離部５０は、触媒反応器３１から排出された流体の気液を分離する。具体的には、気液分離部５０は、触媒反応器３１から排出される合成ガスを熱交換によって凝縮することにより、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）を主成分とする液相を回収し、これを、燃料導入通路５５に導入する。この場合、液相には、水（Ｈ_２Ｏ）も含まれる。一方、気液分離部５０にて分離された気相には、酸素（Ｏ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）、未反応の二酸化炭素及び窒素（Ｎ_２）が含まれる。気液分離部５０の上流側は、配管１２ｃに接続され、気液分離部５０の下流側は、配管１２ｄに接続される。

燃料導入通路５５は、気液分離部５０において液相に分離されたメタノールを燃料として燃料供給部１５に導入する。燃料導入通路５５には、気液分離部５０によって分離された液相に含まれる前記燃料及び水から、水を分離する水分離部５８が配置される。水分離部５８は、水を通しメタノールを通さない分離膜などを用いることができるが、これに限るものではない。水分離部５８によって分離された水は、配管５６を介して燃料合成装置１外に排出される。

ガス分離部６０は、触媒反応器３１から排出される気体を酸素と酸素以外の気体とに分離する。ガス分離部６０は、酸素を透過する分離膜などを用いることができるが、これに限るものではない。ガス分離部６０の上流側は、配管１２ｄに接続され、ガス分離部６０の下流側は、配管１２ｅに接続される。ガス分離部６０にて分離された酸素は、酸素還流通路６５に導入され、酸素以外の気体は配管１２ｅに排出される。

酸素還流通路６５は、酸素の流れる方向における上流側がガス分離部６０に接続され、酸素の流れる方向における下流側が内燃機関１０の吸気系１１に接続される。この構成により、ガス分離部６０にて分離された酸素は、吸気系１１に供給される。また、酸素還流通路６５には、吸気系１１に還流させる酸素の流量を調整する酸素流量調整弁Ｖ６５が配置される。酸素流量調整弁Ｖ６５の弁開度を調整することで、酸素還流通路６５に導入された酸素の吸気系１１への供給量を調整することができる。酸素流量調整弁Ｖ６５の弁開度の制御は、ＥＣＵ９０が行う。

暖機状態検出部７０は、触媒反応器３１の上流側の配管１２ｂに配置される温度センサである。暖機状態検出部７０は、内燃機関１０の暖機状態を検出する。暖機状態は、配管１２ｂを通過する水が気体となり得る状態である熱間状態と、配管１２ｂを通過する水が液体となる状態である冷間状態とに分けられる。内燃機関１０の暖機状態を検出するため、本実施形態においては、暖機状態検出部７０は、触媒容器２１の下流側で触媒反応器３１の上流側の配管１２ｂを通過する流体の温度を検出値Ｔ１として検出する。内燃機関１０が熱間状態であるか冷間状態であるかの判断基準は、適宜設定することができる。例えば、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が所定の閾値Ｔｔ以上（Ｔ１≧Ｔｔ）であれば熱間状態であり、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が所定の閾値Ｔｔ未満（Ｔ１＜Ｔｔ）であれば冷間状態であるとしてもよい。

ＥＣＵ９０は、上述の暖機状態検出部７０等の各種センサの検出値を信号にて受信する。これらの信号に基づいて、ＥＣＵ９０は、水素流量調整弁Ｖ４０の弁開度、酸素流量調整弁Ｖ６５の弁開度、電場印加部３５により印加する電場の強さ等を制御する。なお、ＥＣＵ９０が受信する検出信号の種類や、ＥＣＵ９０が制御する対象となる機器は、本実施形態のものに限るものではない。また、ＥＣＵ９０は、燃料合成装置１内に付帯される不図示のセンサの検出信号を受信するとともに、圧縮機、加熱器、気液分離部５０等、燃料合成装置１の各部を制御する。

次に、図２及び図３を参照して、内燃機関１０の暖機状態と燃料合成装置１の制御との関係を説明する。図２は、内燃機関１０の熱間状態における燃料合成装置１の状態を示す図である。図３は、内燃機関１０の冷間状態における燃料合成装置１の状態を示す図である。

図２に示すように、内燃機関１０の暖機状態が熱間状態である場合、内燃機関１０から排出される排ガス中に含まれる水で、触媒反応器３１の上流側に接続される配管１２ｂを流れる水は、気体の状態であることが多くなる。このため、気体の水が電場印加部３５により電場が印加された燃料合成触媒３０（電場触媒）を通過すれば、水蒸気改質反応が促進され水素が生成される。また、この過程で酸素が生成される。生成された酸素は、気液分離部５０で気相に分離され、ガス分離部６０で酸素還流通路６５に導入される。ここで、酸素流量調整弁Ｖ６５が開けられれば、酸素が吸気系１１に供給される。また、上述のように、内燃機関１０が熱間状態であり、燃料合成触媒が、電場触媒となっているときは、水素が生成される。これにより、水素供給部４０からの水素供給量を減らすことができる。なお、内燃機関が熱間状態のときは、気液分離部５０にて分離された液相中の水が少なくなるため、水分離部５８にて分離される水の量は少なくなる。

図３に示すように、内燃機関１０の暖機状態が冷間状態である場合、内燃機関１０から排出される排ガス中に含まれる水で、触媒反応器３１の上流側に接続される配管１２ｂを流れる水は、液体の状態であることが多くなる。液体の水は、電場印加部３５により電場が印加された燃料合成触媒３０（電場触媒）を通過しても、酸素が生成されない。このため、酸素還流通路６５には酸素が流れない。また、液体の水は、電場触媒を通過しても水素が生成されないことから、水素供給部４０からの水素供給量を増やすために水素流量調整弁Ｖ４０を開ける。

上述の構成の燃料合成装置１の制御について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る制御のフローチャートである。本制御は、暖機状態検出部７０の検出値に基づいて、ＥＣＵ９０が、水素流量調整弁Ｖ４０、電場印加部３５、酸素流量調整弁Ｖ６５に対して行う。より具体的には、ＥＣＵ９０は、電場印加部３５により触媒反応器３１に電場を印加させ、触媒反応器３１において発生した酸素を酸素還流通路６５を介して吸気系１１に還流させる制御を行う。

ＥＣＵ９０が、本制御を開始すると、ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の暖機状態を把握するため、暖機状態検出部７０によって、暖機状態を検出する（ステップＳ０１）。具体的には、暖機状態検出部７０が、配管１２ｂにおける流体の温度を検出値Ｔ１として検出する。次に、ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の暖機状態が熱間状態か否かを判断する（ステップＳ０２）。

ステップＳ０２において、暖機状態が熱間状態であると判断した場合、ＥＣＵ９０は、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１に基づいて水素供給部４０からの水素の供給量を調整する。具体的には、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が高いほど、水素流量調整弁Ｖ４０の弁開度を減少させる（ステップＳ０３）。ここで、水素流量調整弁Ｖ４０の弁開度を減少させることは弁開度を０にする（弁を閉じる）ことも含まれる。さらに、熱間状態においては、ＥＣＵ９０は、電場印加部３５による燃料合成触媒３０に対する電場の印加を継続し（ステップＳ０４）、酸素流量調整弁Ｖ６５を開ける（ステップＳ０５）。ここで、ＥＣＵ９０は、酸素流量調整弁Ｖ６５の弁開度を、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１に基づいて調整する。具体的には、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が高いほど、酸素流量調整弁Ｖ６５の弁開度が大きくなるように制御する。

ステップＳ０２において、暖機状態が冷間状態であると判断した場合、ＥＣＵ９０は、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１に基づいて水素供給部４０からの水素の供給量を調整する。具体的には、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が低いほど、水素流量調整弁Ｖ４０の弁開度を増加させる（ステップＳ０６）さらに、冷間状態においては、ＥＣＵ９０は、電場印加部３５による燃料合成触媒３０に対する電場の印加を継続し（ステップＳ０７）、酸素流量調整弁Ｖ６５を閉じる（ステップＳ０８）。

以上のように、ＥＣＵ９０は、水素流量調整弁Ｖ４０、酸素流量調整弁Ｖ６５及び電場印加部３５の制御を行う。なお、上述の制御は、燃料合成装置１の運転中に継続して行われる。

以上のように、本実施形態によれば、電場印加部３５が燃料合成触媒３０へ電場を印加することで、化学反応が促進し、酸素が生成される。この酸素を酸素還流通路６５を介して内燃機関１０の吸気系１１に還流させることで、燃焼効率を向上させることができる。また、電場印加部３５が燃料合成触媒３０に電場を印加することで、水蒸気改質反応が促進され、水素の製造が促進される。これにより、水素を貯蔵する水素供給部４０を大きくする必要がなくなり、水素タンクの小型化を図ることができる。よって、内燃機関１０とともに燃料合成装置１を配置する場合に、水素タンクの小型化を図るとともに内燃機関１０の燃焼効率を高めることのできる燃料合成装置１を提供することができる。

また、本実施形態によれば、ＥＣＵ９０が、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１に基づいて酸素流量調整弁Ｖ６５を調整する。燃料合成触媒３０での酸素生成量は、暖機状態に応じて異なるため、暖機状態に応じて吸気系１１に還流させる酸素流量を調整すると、酸素の還流量を適切な量に調整することができる。

また、本実施形態によれば、ＥＣＵ９０が、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が高いほど酸素流量調整弁Ｖ６５の弁開度が大きくなるように制御する。これにより、暖機状態において多く生成された酸素を、吸気系１１に還流させることができる。このため、燃焼効率が向上する。

また、本実施形態によれば、ＥＣＵ９０が、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１に基づいて水素供給部４０からの水素の供給量を調整する。暖機状態においては、内燃機関１０の排気に含まれる水が気体となることにより、電場が印加された燃料合成触媒３０が水素を多く生成するので、水素の量を適切な量に調整することで、水素供給部４０からの水素供給量を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が低いほど、水素供給部４０からの水素の供給量が多くなるように制御する。暖機状態検出部７０における検出値Ｔ１が低い状態（冷間状態）においては、内燃機関１０の排気に含まれる水が気体となりにくく、燃料合成触媒３０による水素の生成が行われにくいため、水素供給部４０からの水素供給量を多く供給することで、燃料合成触媒３０による燃料合成を適切に行うことができる。

また、本実施形態によれば、触媒反応器３１から排出された流体を気液分離部５０で分離し、気液分離部５０で分離された液相に含まれる燃料を燃料導入通路５５を介して燃料供給部１５に供給する。これにより、触媒反応器３１にて合成された燃料を内燃機関１０の燃料として有効利用することができる。

また、本実施形態によれば、燃料導入通路５５に水分離部５８を配置することで、気液分離部５０から分離された燃料と水の混合気体が、燃料導入通路５５を通過する過程において、燃料と水とに分離される。これにより、濃度の高い燃料を燃料供給部１５に供給することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。図５及び図６は、他の実施形態に係る燃料合成装置の全体構造を示す図である。

図５に示すように、気液分離部５０で分離された気相のうち、ガス分離部６０で分離された酸素以外の気体を触媒反応器３１の上流側に還流させる気相還流通路８１を配置した燃料合成装置２としてもよい。気液分離部５０で分離された気相には、水素の素となる水が含まれる。このため、暖機状態が熱間状態である場合に、電場触媒を有する触媒反応器３１の上流側に水を導くことで、触媒反応器３１にて水素が生成される。これにより、水素供給部４０からの水素の供給量を減らすことができる。

図６に示すように、燃料導入通路５５配置される水分離部５８にて分離された水を触媒反応器３１の上流側に還流させる水還流通路８２を配置した燃料合成装置３としてもよい。暖機状態が熱間状態である場合に、電場触媒を有する触媒反応器３１の上流側に水を導き気化させることで、触媒反応器３１にて水素が生成される。これにより、水素供給部４０からの水素の供給量を減らすことができる。

なお、前述の実施形態は、各実施形態に限定されることなく、組み合わせ可能な範囲において、適宜組み合わせてもよい。

１…燃料合成装置
１０…内燃機関
１１…吸気系
１２…排気系
１５…燃料供給部
２０…浄化触媒
３０…燃料合成触媒
３１…触媒反応器
３５…電場印加部
４０…水素供給部
５０…気液分離部
５５…燃料導入通路
５８…水分離部
６０…ガス分離部
６５…酸素還流通路
７０…暖機状態検出部
９０…ＥＣＵ（制御部）
Ｔ１…検出値
Ｖ６５…酸素流量調整弁

Claims (7)

1. 吸気系及び排気系に接続される内燃機関とともに配置される燃料合成装置であって、
   前記内燃機関の前記排気系への排気を浄化する浄化触媒と、
   前記浄化触媒を通過した二酸化炭素と水素とを化学反応させる燃料合成触媒を具備し、燃料を生成する触媒反応器と、
   前記触媒反応器に水素を供給する水素供給部と、
   前記触媒反応器に対して電場を印加する電場印加部と、
   前記触媒反応器から排出される気体を酸素と酸素以外の気体とに分離するガス分離部と、
   前記ガス分離部と前記内燃機関の前記吸気系とに接続される酸素還流通路と、
   前記電場印加部により前記触媒反応器に電場を印加させ、前記触媒反応器において発生した前記酸素を前記酸素還流通路を介して前記吸気系に還流させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする燃料合成装置。
2. 前記内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出部と、
   前記酸素還流通路に配置され、前記吸気系に還流させる酸素の流量を調整する酸素流量調整弁と、を有し、
   前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値に基づいて前記酸素流量調整弁を調整することを特徴とする請求項１に記載の燃料合成装置。
3. 前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値が高いほど、前記酸素流量調整弁の弁開度が大きくなるように制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料合成装置。
4. 前記内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出部と、を有し、
   前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値に基づいて前記水素供給部からの水素の供給量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料合成装置。
5. 前記制御部は、前記暖機状態検出部における検出値が低いほど、前記水素供給部からの水素の供給量が多くなるように制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料合成装置。
6. 前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給部と、
   前記触媒反応器から排出された流体の気液を分離する気液分離部と、
   前記気液分離部において液相に分離された燃料を、前記燃料供給部に導入する燃料導入通路と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料合成装置。
7. 前記燃料導入通路に配置され、前記気液分離部によって分離された前記液相に含まれる前記燃料及び水から前記水を分離する水分離部を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料合成装置。
   
   
   

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