JP7212710B2

JP7212710B2 - 燃料合成装置

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Publication number: JP7212710B2
Application number: JP2021054844A
Authority: JP
Inventors: 英昭米田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: JP2022152171A

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

ここで、実際には、反応器を通過した流体は、すべてが燃料になるわけではない。反応器を通過した流体のうち、気液分離の過程で気相中に残る水（Ｈ_２Ｏ）やメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）は、再び反応路の上流側に還流される。還流される流体が所定の量になると、反応器内でそれ以上反応が進まなくなる反応平衡という現象が起こる。このとき、反応平衡が起こった場合の燃料生成率が低く、燃料を生成する上で効率が悪いという問題があった。この場合、反応器内における燃料生成率を上げるために、反応器の温度を下げる手段を付帯したり、気液分離の性能を上げたりする必要があったが、このような構成を導入すると大型化の問題やコストがかかるという問題につながる。

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、シンプルな構成で触媒反応器内での燃料生成率を向上させた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）であって、前記水素を供給する水素供給部（水素タンク１０）と、前記二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部（二酸化炭素タンク２０）と、前記水素供給部から供給された前記水素と前記二酸化炭素供給部から供給された二酸化炭素とを化学反応させる触媒（３１）を具備し、燃料を生成する触媒反応器（リアクタ３０）と、を有し、前記触媒反応器は、前記触媒反応器に対して電場を印加する電場印加部（３５）を有することを特徴とする。

このように、触媒反応器が電場印加部を有する構成とすると、触媒反応器における触媒を用いた化学反応が促進され、燃料生成率を向上させることができる。また、触媒反応器に電場印加部を付帯させるだけの構成であるので、シンプルな構成となる。よって、シンプルな構成で触媒反応器内での燃料生成率を向上させた燃料合成装置を提供することができる。

請求項１に係る発明は、さらに、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（凝縮器４０）と、前記気液分離部にて分離された気体を前記触媒反応器の上流側に導く還流通路（５０）と、を有することを特徴とする。

このように、気液分離部にて分離された気体を還流する還流通路を有する構成であると、気液分離部で分離され、気相中に残留したＨ_２Ｏが還流通路を介して触媒反応器に再び供給される。Ｈ_２Ｏは、Ｈ^＋を供給する素となるため、水素供給部から触媒反応器に供給すべき水素の量を減らすことができる。

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、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出部（３２）と、前記電場印加部により印加する前記電場の強さを制御する制御手段（ＥＣＵ６０）と、を有し、前記制御手段は、前記触媒温度検出部により検出される温度（触媒温度Ｔｃ）に応じて前記電場の強さを制御することを特徴とする。

このように、触媒温度検出部により検出される温度に応じて電場印加部が印加する電場の強さを制御することで、触媒を活性化させるか否かを調整し、触媒の温度を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、前記制御手段は、前記触媒温度検出部により検出される温度が所定範囲内に収まるように前記電場印加部が印加する前記電場の強さを制御することを特徴とする。

このように、触媒温度検出部により検出される温度に応じて電場印加部が印加する電場の強さを制御することで、触媒の温度を燃料生成率が高くなる所定範囲内の温度に調整することができる。

請求項４に係る発明は、請求項請求項２又は３に記載の燃料合成装置であって、前記制御手段は、前記触媒温度検出部により検出される温度が所定値以上となった場合に、前記電場印加部による電場の印加を停止することを特徴とする。

このように、制御手段が、触媒温度検出部により検出される温度が所定値以上となった場合に、電場印加部による電場の印加を停止することとすると、触媒による反応を抑制させ、触媒による燃料生成率が低くなる温度である所定温度以上になることを抑制することができる。

請求項１に係る発明は、さらに、前記還流通路を通過する流体中の水の濃度を検出する水濃度検出部（５１）と、を有し、前記制御手段は、前記水素供給部から供給される前記水素の量を制御し、前記制御手段は、前記水濃度検出部により検出される濃度に応じて、前記水素供給部から供給される前記水素の量を制御することを特徴とする。

このように、制御手段が、水濃度検出部により検出される水濃度に応じて、水素供給部から供給される水素の量を制御することとすると、還流通路に含まれ且つ水素の素となる水の量に応じて、水素供給部から触媒反応器に供給すべき水素の量を調整することができる。

請求項１に係る発明は、さらに、前記制御手段は、前記水濃度検出部により検出される濃度が高くなるにつれて、前記水素供給部から供給される水素の量を少なくなるように制御することを特徴とする。

このように、制御手段が、水濃度検出部により検出される水濃度が高くなるにつれて、水素供給部から供給される水素の量を少なくなるように制御することとすると、還流通路に含まれ且つ水素の素となる水の量が多くなった場合、水素供給部から触媒反応器に供給すべき水素の量が少なくなる。これにより、水素供給部から供給される水素の量を節約することができる。

燃料合成装置の全体構造を示す図である。電場印加部を用いた触媒温度制御のフローチャートである。触媒温度に応じた水素供給部の弁開度制御のフローチャートである。還流通路の水の濃度に応じた水素供給部の弁開度制御のフローチャートである。

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は、燃料合成装置１の全体構造を示す図である。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、原料の供給源として、水素を供給する水素タンク１０と、二酸化炭素を供給する二酸化炭素タンク２０と、を有する。燃料合成装置１は、水素タンク１０から供給された水素と二酸化炭素タンク２０から供給された二酸化炭素とを化学反応させる触媒３１を具備し、燃料を生成するリアクタ３０を有する。また、リアクタ３０は、触媒３１の温度を検出する触媒温度検出部３２と、リアクタ３０に対して電場を印加する電場印加部３５とを有する。

また、燃料合成装置１は、リアクタ３０から排出された流体の気液を分離する凝縮器４０と、凝縮器４０にて分離された気体をリアクタ３０の上流側に導く還流通路５０と、を有する。また、燃料合成装置１は、リアクタ３０の上流側に、水素及び二酸化炭素を圧縮する圧縮機３７及び加熱器３８を有し、凝縮器４０の下流側に抽出された燃料を貯蔵する燃料タンク８０を有する。また、燃料合成装置１の各部に配置されるセンサの検出値の信号は、ＥＣＵ６０（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）に伝達される。ＥＣＵ６０は、少なくとも、電場印加部３５が印加する電場の強さと、水素タンク１０により供給される水素の量とを制御する。次に、各部の説明を詳細に行う。

水素タンク１０は、水素（Ｈ_２）を貯蔵するタンクである。水素タンク１０は、水素流量計１１及び水素流量調整弁Ｖ１を付帯した水素配管１５を有する。ＥＣＵ６０は、水素流量計１１により得られた流量の値に基づいて、水素流量調整弁Ｖ１を用いて調整しながら、水素タンク１０に貯蔵された水素を、水素配管１５へ送り込む。これにより、水素タンク１０に貯蔵された水素は、その流量が調整されながら、水素配管１５を介して後述の上流側配管３３に供給される。

二酸化炭素タンク２０は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を貯蔵するタンクである。二酸化炭素タンク２０は、二酸化炭素流量計２１及び二酸化炭素流量調整弁Ｖ２を付帯した二酸化炭素配管２５を有する。ＥＣＵ６０は、二酸化炭素流量計２１により得られた流量の値に基づいて、二酸化炭素流量調整弁Ｖ２を用いて調整しながら、二酸化炭素タンク２０に貯蔵された二酸化炭素を、二酸化炭素配管２５へ送り込む。これにより、二酸化炭素タンク２０に貯蔵された二酸化炭素は、その流量が調整されながら、二酸化炭素配管２５を介して後述の上流側配管３３に供給される。

なお、二酸化炭素タンク２０は、自動車等の車両における内燃機関から排出された排気中のＣＯ_２を吸着剤にて吸着したものであってもよい。この場合、必要に応じてＣＯ_２を脱離させれば、二酸化炭素タンクとして用いることができる。

リアクタ３０は、触媒３１を具備し、上流側配管３３から供給される水素と二酸化炭素とを反応筒３０ａ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。反応筒３０ａは、触媒３１が配置され、上流側配管３３からの流体が導入される筒である。反応筒３０ａの上流側には、上流側配管３３が接続され、反応筒３０ａの下流側には、下流側配管３４が接続される。上流側配管３３には、反応筒３０ａへ供給される流体を圧縮する圧縮機３７と、反応筒３０ａへ供給される流体を昇温する加熱器３８とが配置される。なお、リアクタ３０や反応筒３０ａの構成は、図１のものに限られるものではない。

リアクタ３０におけ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、反応筒３０ａ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インジェクタから反応筒３０ａ内に噴射し、さらに圧縮機３７や加熱器３８によって反応筒３０ａ内のガスを昇温、圧縮する。これにより、反応筒３０ａ内では二酸化炭素還元触媒の作用下で、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）

触媒３１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。

触媒温度検出部３２は、触媒３１の温度を検出するために、反応筒３０ａに配置された温度センサ、又は反応筒３０ａの周辺に配置された温度センサである。触媒温度検出部３２は、触媒３１の温度状態を把握することができればよく、触媒３１の温度を直接的に取得するものに限られず、反応筒３０ａの温度を取得するなどして、触媒３１の温度を間接的に取得するものも含む。触媒温度検出部３２の検出値は、ＥＣＵ６０に伝達され、水素流量調整弁Ｖ１の制御の基礎となる。

電場印加部３５は、触媒３１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触媒３１に印加するものである。電場印加部３５が触媒３１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。

凝縮器４０は、リアクタ３０から供給される合成ガスからメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）を回収し、これを、液相ポート４１を介して燃料タンク８０に供給する。より具体的には、凝縮器４０は、リアクタ３０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、メタノールを主成分とする液相と、副生成物の一酸化炭素（ＣＯ）、未反応の二酸化炭素及び窒素（Ｎ_２）を含む気相とに分離する。ここで、未反応の気相には、未回収となったメタノールや水も含まれる。そして、凝縮器４０にて気相として分離された、未反応及び未回収となった気体は、還流通路５０を介してリアクタ３０の上流側に導かれる。一方、凝縮器４０にて液相として分離されたメタノールは、上述のように、液相ポート４１を介して燃料タンク８０に導かれる。

還流通路５０は、凝縮器４０にて分離された気体をリアクタ３０の上流側に導く。還流通路５０の上流側端部は、凝縮器４０の気相側に接続される。また、還流通路５０の下流側端部は、リアクタ３０の上流側配管３３に接続され、且つ上流側配管３３においては、圧縮機３７よりも上流側に接続される。

還流通路５０は、還流通路５０を通過する流体中の水の濃度を検出する水濃度検出部５１を有する。水濃度検出部５１は、少なくとも、還流通路５０を通過する流体の流量を検出する流量検出部５２と、湿度検出部５３とを有する。流量検出部５２は、還流通路５０内を流れる流体の流量を検出する。湿度検出部５３は、還流通路５０内の湿度を検出する。なお、還流通路５０には、凝縮器４０と水濃度検出部５１との間に窒素分離部５４が配置される。窒素分離部５４は、還流通路５０内の窒素を分離して還流通路５０外へ排出する。

本実施形態における水濃度検出部５１は、流量検出部５２及び湿度検出部５３の検出値から、水の濃度を検出する。水濃度検出部５１の検出値、または、流量検出部５２の検出値及び湿度検出部５３の検出値は、ＥＣＵ６０に伝達され、水素流量調整弁Ｖ１の制御の基礎となる。なお、還流通路５０における水濃度の検出は、本実施形態の構成に限るものではない。例えば、流量検出部５２と湿度検出部５３の検出値から、ＥＣＵ６０が水の濃度を算定してもよい。

ＥＣＵ６０は、上述の触媒温度検出部３２、水濃度検出部５１、流量検出部５２、湿度検出部５３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、ＥＣＵ６０は、水素流量調整弁Ｖ１の開度、二酸化炭素流量調整弁Ｖ２の開度、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、ＥＣＵ６０が受信する検出信号の種類や、ＥＣＵ６０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、ＥＣＵ６０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３７、加熱器３８、凝縮器４０等、燃料合成装置１の各部を制御する。

次に、図２を参照して、電場印加部３５による電場の印加を制御することで、触媒温度Ｔｃを所定範囲に収める制御方法について説明する。図２は、電場印加部３５を用いた触媒温度制御のフローチャートである。

メタノール合成反応は、発熱反応であるため、電場印加部３５による電場の印加を増加させると、発熱反応を促進することとなり、触媒温度Ｔｃを増加させる。一方、電場印加部３５による電場の印加を減少させると、発熱反応を抑制することとなり、触媒温度Ｔｃを減少させる。なお、以下の説明において、目標温度Ｔｔとは、触媒温度制御において目標となる温度であり、本実施形態においては、触媒３１による燃料生成率が最も高くなる温度である。

本制御は、触媒温度検出部３２の検出値に基づいて、ＥＣＵ６０が、電場印加部３５に対して行う。ＥＣＵ６０は、電場印加部３５を用いた触媒温度制御を開始する。ステップＳ０１において、触媒温度検出部３２により、触媒温度Ｔｃを検出する。

ステップＳ０２において、触媒温度Ｔｃが、所定値Ｔｍａｘ以上であるか否かを判断する。触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｍａｘ以上である場合、触媒３１の温度が目標温度Ｔｔと比べて非常に高く、触媒３１による効率の良い反応が見込めない。また、高温にさらされることで、触媒３１を劣化させる恐れもある。このため、ステップＳ０２で、触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｍａｘ以上であると判断される場合、ステップＳ０３に遷移し、電場印加部３５による電場の印加を停止する。一方、ステップＳ０２で、触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｍａｘ未満である場合、ステップＳ０４に遷移し、通常の制御を行う。

ステップＳ０４において、通常の運転時、触媒温度Ｔｃが所定範囲内の温度に収まっているか否かを判断する。ここで、所定範囲内の温度とは、目標温度Ｔｔを基準とした所定の範囲内の温度ということである。より具体的には、目標温度Ｔｔを基準として所定温度高い温度Ｔｈと、目標温度Ｔｔを基準として所定温度低い温度Ｔｌとの間に、触媒温度Ｔｃがある場合（Ｔｈ＞Ｔｃ＞Ｔｌ）である。温度Ｔｈや温度Ｔｌの値は、適宜設定した設定値でもよいし、固定値でもよい。

ステップＳ０４で、触媒温度Ｔｃが、所定範囲内の温度に収まると判断される場合、制御を終了する。触媒温度Ｔｃが所定範囲内の温度に収まる場合、触媒温度Ｔｃが目標温度Ｔｔに近い温度（Ｔｃ≒Ｔｔ）であるため、電場印加部３５を制御して触媒温度Ｔｃの変更を促す必要がないからである。

一方、ステップＳ０４で、触媒温度Ｔｃが、所定範囲内の温度に収まらないと判断される場合、触媒温度Ｔｃが目標温度Ｔｔから遠いことを意味する。この場合、ステップＳ０５に遷移し、電場印加部３５を制御して触媒温度Ｔｃの変更を促す。

ステップＳ０５において、触媒温度Ｔｃが、目標温度Ｔｔを基準として所定温度高い温度Ｔｈ以上（Ｔｃ≧Ｔｈ）であるか否かを判断する。ステップＳ０５で、Ｔｃ≧Ｔｈと判断される場合、電場印加部３５が印加する電場を減少させる（ステップＳ０６）。これにより、触媒３１の反応が抑制され、触媒温度Ｔｃを下げることで、触媒温度Ｔｃを目標温度Ｔｔに近づける。

一方、ステップＳ０５で、Ｔｃ≧Ｔｈでないと判断される場合、ステップＳ０４においてはＴｈ＞Ｔｃ＞Ｔｌではなかったのであることも含めて考えると、Ｔｃ≦Ｔｌであることになる。この場合、電場印加部３５が印加する電場を増加させる（ステップＳ０７）。これにより、触媒３１の反応が促進され、触媒温度Ｔｃを上げることで、触媒温度Ｔｃを目標温度Ｔｔに近づける。

以上のように、ＥＣＵ６０は、電場印加部３５を用いた触媒温度制御を行う。なお、上述の触媒温度制御は、燃料合成装置１の運転中に継続して行われる。

次に、図３を参照して、触媒温度Ｔｃに応じて水素の供給量を制御する制御方法について説明する。図３は、触媒温度Ｔｃに応じた水素供給部の弁開度制御のフローチャートである。なお、図２と同様の説明については、同符号を付して説明を省略する。

本制御は、触媒温度Ｔｃの検出値に基づいて、ＥＣＵ６０が、水素流量調整弁Ｖ１に対して行う。ＥＣＵ６０は、触媒温度Ｔｃに応じた水素供給部の弁開度制御を開始する。ステップＳ１１において、触媒温度検出部３２により、触媒温度Ｔｃを検出する。

ステップＳ１２において、触媒温度Ｔｃが、所定値Ｔｍａｘ以上であるか否かを判断する。ステップＳ１２で、触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｍａｘ以上であると判断される場合、ステップＳ１３に遷移し、水素流量調整弁Ｖ１による水素の供給を停止する。これにより、触媒３１の反応を抑制し、触媒温度Ｔｃを下げることを促す。なお、この場合、同時に、二酸化炭素流量調整弁Ｖ２による二酸化炭素の供給をも停止する。一方、ステップＳ１２で、触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｍａｘ未満である場合、ステップＳ１４に遷移し、通常の制御を行う。

ステップＳ１４において、通常の運転時、触媒温度Ｔｃが所定範囲内の温度に収まっているか否かを判断する。ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが、所定範囲内の温度に収まると判断される場合、制御を終了する。一方、ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが、所定範囲内の温度に収まらないと判断される場合、ステップＳ１５に遷移し、水素流量調整弁Ｖ１を制御して触媒温度Ｔｃの変更を促す。

ステップＳ１５において、触媒温度Ｔｃが、Ｔｃ≧Ｔｈであるか否かを判断する。ステップＳ１５で、Ｔｃ≧Ｔｈと判断される場合、水素流量調整弁Ｖ１の開度を減少させる（ステップＳ１６）。これにより、触媒３１の反応が抑制され、触媒温度Ｔｃを下げることで、触媒温度Ｔｃを目標温度Ｔｔに近づける。

一方、ステップＳ１５で、Ｔｃ≧Ｔｈでないと判断される場合、ステップＳ１４においてはＴｈ＞Ｔｃ＞Ｔｌではなかったのであることも含めて考えると、Ｔｃ≦Ｔｌであることになる。この場合、水素流量調整弁Ｖ１の開度を増加させる（ステップＳ１７）。これにより、触媒３１の反応が促進され、触媒温度Ｔｃを上げることで、触媒温度Ｔｃを目標温度Ｔｔに近づける。

以上のように、ＥＣＵ６０は、水素流量調整弁Ｖ１を用いた触媒温度制御を行う。なお、上述の触媒温度制御は、燃料合成装置１の運転中に継続して行われる。

次に、図４を参照して、還流通路５０の水の濃度に応じて水素の供給量を制御する制御方法について説明する。図４は、還流通路５０の水の濃度に応じた水素供給部の弁開度制御のフローチャートである。本制御は、流量検出部５２の検出値に基づいて、ＥＣＵ６０が、水素流量調整弁Ｖ１に対して行う。

還流通路５０の流量に応じた水素タンク１０の水素流量調整弁Ｖ１の弁開度制御が開始すると、水濃度検出部５１により、還流通路５０を流れる水の濃度（水濃度）を検出する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２２において、水濃度が０であるか否かを判断する。ステップＳ２２で、水濃度が０であると判断される場合、リアクタ３０における水素は、すべて水素タンク１０から供給されることとなるため、水素流量調整弁Ｖ１の開度を最大または大きい値とする（ステップＳ２３）。一方、ステップＳ２２で、水濃度が０でないと判断される場合、ステップＳ２４に遷移する。

ステップＳ２４において、水濃度が増加しているか否かを判断する。ステップＳ２４で水濃度が増加していると判断される場合、水素流量調整弁Ｖ１の開度を減らす（ステップＳ２５）。なお、水濃度の増加の判断手法は、単位時間当たりの水濃度の増加に基づく判断であってもよいし、増加の基準となる所定濃度に基づく判断でもよいし、その他の判断手法であってもよい。一方、ステップＳ２４で、水濃度が増加していないと判断される場合、ステップＳ２６に遷移する。

ステップＳ２６において、水濃度が減少しているか否かを判断する。ステップＳ２６で水濃度が減少していると判断される場合、水素流量調整弁Ｖ１の開度を増やす（ステップＳ２７）。なお、水濃度の減少の判断手法は、単位時間当たりの水濃度の減少に基づく判断であってもよいし、減少の基準となる所定濃度に基づく判断でもよいし、その他の判断手法であってもよい。一方、ステップＳ２６で、水濃度が減少していないと判断される場合、制御を終了する。この場合、水濃度の増減がない状態で流体が流れており、水素流量調整弁Ｖ１の開度を調整する必要がないためである。

以上のように、ＥＣＵ６０は、還流通路５０の水濃度に応じた水素供給部の弁開度制御を行う。なお、上述の触媒温度制御は、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、リアクタ３０が電場印加部３５を有する構成である。これにより、リアクタ３０における触媒３１を用いた化学反応が促進され、燃料生成率を向上させることができる。また、リアクタ３０に電場印加部３５を付帯させるだけの構成であるので、シンプルな構成となる。よって、シンプルな構成でリアクタ３０内での燃料生成率を向上させた燃料合成装置１を提供することができる。

また、本実施形態によれば、凝縮器４０にて分離された気体を還流する還流通路５０を有する構成である。これにより、凝縮器４０で分離され、気相中に残留したＨ_２Ｏが還流通路５０を介してリアクタ３０に再び供給される。Ｈ_２Ｏは、Ｈ^＋を供給する素となるため、水素タンク１０からリアクタ３０に供給すべき水素の量を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、触媒温度検出部３２により検出される温度に応じて電場印加部３５が印加する電場の強さを制御することで、触媒温度Ｔｃを調整することができる。この場合、触媒温度検出部３２により検出される温度に応じて電場印加部３５が印加する電場の強さを制御して、触媒温度Ｔｃを所定範囲（Ｔｈ＞Ｔｃ＞Ｔｌ）内の温度に収まるようにすれば、燃料生成率が高くなる温度に触媒温度Ｔｃを調整することができる。

また、本実施形態によれば、触媒温度検出部３２により検出される温度が所定値（Ｔｍａｘ）以上となった場合に、電場印加部３５による電場の印加を停止することとすると、触媒３１による反応を抑制させる。この結果、触媒３１による燃料生成率が低くなる温度である所定温度以上になることを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、水濃度検出部５１により検出される濃度に応じて、水素タンク１０から供給される水素の量を制御する。これにより、還流通路５０に含まれ且つ水素の素となる水の濃度に応じて、水素タンク１０からリアクタ３０に供給すべき水素の量を調整することができる。また、この場合、水濃度検出部５１により検出される濃度が高くなるにつれて、水素タンク１０から供給される水素の量を少なくなるように制御することもできる。これにより、還流通路５０に含まれ且つ水素の素となる水の濃度が高くなった場合、水素タンク１０からリアクタ３０に供給すべき水素の量を少なくすることで、水素タンク１０から供給される水素の量を節約することができる。

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。

１０…水素タンク（水素供給部）
２０…二酸化炭素タンク（二酸化炭素供給部）
３０…リアクタ（触媒反応器）
３１…触媒
３２…触媒温度検出部
３５…電場印加部
４０…凝縮器（気液分離部）
５０…還流通路
５１…水濃度検出部
５２…流量検出部
５３…湿度検出部
６０…ＥＣＵ（制御手段）
Ｔｃ…触媒温度
Ｖ１…水素流量調整弁

Claims

水素及び二酸化炭素より燃料を合成する燃料合成装置であって、
前記水素を供給する水素供給部と、
前記二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記水素供給部から供給された前記水素と前記二酸化炭素供給部から供給された前記二酸化炭素とを化学反応させる触媒を具備し、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、
前記気液分離部にて分離された気体を前記触媒反応器の上流側に導く還流通路と、
前記還流通路を通過する流体中の水の濃度を検出する水濃度検出部と、
前記水素供給部から供給される前記水素の量を制御する制御手段と、を有し、
前記触媒反応器は、前記触媒反応器に対して電場を印加する電場印加部を有し、
前記制御手段は、前記水濃度検出部により検出される濃度が多くなるにつれて、前記水素供給部から供給される水素の量が少なくなるように制御することを特徴とする燃料合成装置。
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出部と、
前記電場印加部により印加する前記電場の強さを制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記触媒温度検出部により検出される温度に応じて前記電場の強さを制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料合成装置。
前記制御手段は、前記触媒温度検出部により検出される温度が所定範囲内に収まるように前記電場印加部が印加する前記電場の強さを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。
前記制御手段は、前記触媒温度検出部により検出される温度が所定値以上となった場合に、前記電場印加部による電場の印加を停止することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料合成装置。