JPS58113572A - 燃料循環式エンジンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料循環式エンジンシステムに係り、特に自
動車に塔載して使用するシステムに関するものである。

自動車用燃料循環式二／ジ／システムの実現可能性は米
ｌニューシャーシー州リンデンにある工７ソンエ字研究
株式会社（Ｅｘｘｏｎ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈａｎｄ　Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｌｉｎｄｅｎ、
Ｎｅｗ」ｅｒｓｅｙ、）によって、環境保繰局（Ｅｎｖ
ｌｒｏｎｍｅｎ−ｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｌｏｎ　Ａｇ
＠ｎｃｙ　）契約第６８−　ｔＪ２−２１３５号（ｃｏ
ｎｔｒａｃｔφ６８−０２−２１３５　）に基づｂて研
究された。このエクソン社の研究のコピーは米国パージ
ニア州スプリングフィールド（Ｓｐｒｌ−ｎｇｆｌｅｌ
ｄ、Ｖ＾）にある米国商務省（Ｕ、Ｓ、　Ｄｅｐａｒｔ
−ｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｅｒｃｅ　）の国家技術情
報サービス（Ｎａｔｌｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　
ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｒｖｌｃｅ　）　　から技
術プレティｙ　　Ｔ　Ｅ　Ｃ−７５１０（Ｊ３（ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ　ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ＴＥＣ−７５７００
３）として利用できる。エクソン社が提案したシステム
は、内燃機関と、この機関の排気ガスから熱を供給され
る触媒反応器を含む。この触媒反応器は外殻と管状ユニ
ットで、この管状二ニットは白金の工うな適当な触媒で
コーティングされた複数管から成るベッドを有する。こ
の触媒は、加熱されると。

メチルシクロヘキサンのような飽和炭化水素キャリアを
脱水素化して、水素とトルエンのようなキャリアの不飽
和化合物の形に変える反応に対して触媒の作用をする。

発生した水素は、前記機関の出力用に使用され、不飽和
化合物となったキャリアは燃料タンクに戻されて定期的
に飽和炭化水素キャリアと交換される。

エクソン社の研究において、提案されたタイプの触媒反
応器は、有効な触媒温度に迄ウオーミングアツプするの
に約加分以上の時間を要するという重大な欠点を有する
ことが明らかにされた。このウオーミングアツプしてい
る間、機関に貯えである水素管供給しなければならず、
この水素を貯えるためには自動車に重い車載用加圧貯蔵
タンクを１！＆載しなければならない。エクソン社の研
究で確−されたもう一つの問題点は、ウオーミングアツ
プ後の触媒反応器に、自動車の燃料用水素を作るための
脱水素化反応の吸熱性反応熱を補なうために過剰の水素
を供給しなければならないということである。エフノン
社の研究では機関の排気ガスから触媒反ろ器に供給され
る熱の量は、水素を「自動的に維持」できるレベルで触
媒反応を行わせるのに必要な総熱量の約２７３であると
予想された。このＬクソン社の研究は燃料循環式エンジ
ンシステムに使用する燃料総量の約半分がウオーミング
アツプ段階か通常の触媒反応器の運転段階に、触媒反応
器に付加的に供給する熱源として消費されると結論され
た。このためにこの付加的な燃料の電量と水素貯蔵タン
クの重量はエクソン社の提案し走システムの効率に厳し
い制限ｔ−昧した。

脱水素触媒を用いる燃料循環式エンノンシステムについ
て予想された、もう一つの問題点は、触媒反応器の触媒
能力が、触媒床の上に分解生成物が堆積するために低下
することである。通常の大規模な、Ｍ媒利用の脱水素工
程では、この間ＭＦｉ触媒反応を行なわせる水素圧を、
典型的にｔｆＩＯないし加気圧まで上げることで解決さ
れる。このような圧力は、営利的な工程ならば、昇圧用
ポンダを駆動−ｊ″る水素もエネルイーも充分に供給で
きるから問題にならない。しかしながら、これらの値は
上述の＾圧装置システムを自動車に退場ないものにする
。

また、高圧装置を自動車に用いるのは実用的ではないと
する考え方もある。公知のように、はとんどの有機潤滑
剤は４００℃以上になると不安定になり、そのためにエ
ンジンブロックに許容される温度には上限がある７ここ
で提案する炭化水素キャリアの分子にとって非常に恵ま
れていることは脱水素反応が、約１ないし６気圧で°３
８０℃以下だということである。ＩＯないし加気圧では
、同程度の脱水素反応を行なわせるのに必要なｍｗＩＬ
は４３０℃程度以上であろう。このことから、高圧脱水
素装置が如何にエンジン潤滑の問題と係わりが深いもの
であるかを読みとることができる。

本発明の全般的な目的は自動車塔載用の燃料循環式エン
ノンシステムについて、上述の問題を解決又は局限化し
た燃料循環式エンジンシステムを提供することにある。

本発明の重要な具体的目的は、燃料循環式エンノンシス
テムについて、炭化水素キャリアの脱水素に対する触媒
作用を低温で行なわせるように設計した触媒装置と、こ
の装置の触媒の触媒能力を定期的に栴生させる装置を提
供することである。

本発明のもう一つの目的は、触媒装置と、燃焼室と排気
室を含む燃料循環式エンジンシステムにおいて、このシ
ステムの燃焼室と排気室の両方から触媒装置に熱を伝達
させることである。

これを具体的にいえば、このようなシステムにエンノン
の燃焼室と排気室から触媒装置に熱勿伝達させる丸めの
多数の加熱管ｔ−提供することを目的とする。

本発明の、更にもう一つの目的は、燃料儂積式エンジン
システムにおいて、多数の触媒床を有し、その中の少く
とも１つの触媒床を、他の触媒床から独立に、触媒が働
らく温度まで加熱できる触媒装置を提供することである
。

本発明は、水素を利用するエンジン（内燃機関）と水素
発生用触媒を含む燃料循環式エンジンシステムである。

このエンジンは燃焼室と排気室を含みこの両室は燃焼ガ
スと排気ガスによって夫々別個に加熱される。触媒装置
は少くとも１対の触媒床を収める函を含み、前記各触媒
床は加熱されると還元状態の炭化水素キャリアを水素と
キャリアの脱水素化物にする反応に対して触媒として作
用する。熱は、ウオーミングアツプ中の触媒を加熱する
ために、排気室から触媒装置内の１つの触媒床ＫＩＩｉ
ｌ伝達させることができる。この触媒床以外の触媒床は
燃焼室と排気室に結合する加熱管によって加熱される。

触媒装置内部での脱水素反応は水素約１気圧の下で３０
０°ないし３８０℃で行なわれる。この条件下ではキャ
リアの分解生成物を含む炭素類似の物質が堆積し、この
堆積物は触媒床の触媒能力を低下させる。この堆積物は
、触媒床の触媒能力全回復させるために鹸化され、この
酸化は触媒装置の−の中を定期的、選択的に真空にして
、この中・こ空気を導入することにより行なわれる。

以下、本発明の好ましい実施態様を図によって詳述する
。

本発明の全体を第１図及び第２図によって説明する。図
に示す燃料循環式エンジンシステムｌＯは本発明の好ま
しい実施態様に基づいて構成されたものである。システ
ム１０は水素を燃料源とするエンジン１２と、加熱下で
飽和炭化水素キャリアを水素とこのキャリアの脱水素化
物にする反応に対して触媒作用を行なう触媒装置１４ｆ
：含む。熱は後述のようにエンジンの運転中に発生する
燃焼ガスと排気ガスから触媒装置１４に伝熱により供給
される。

エンジンの排気ガスは排気マニホールド１６に集められ
、排気管１８を含む排気装置を通して排出される。

飽和炭化水素キャリアは、液体の形で、２区画の燃料夕
／り加の１つの区画に貯えられ、燃料ボンデ２１（ｗ、
２図）ｔ−含むキャリア供給装置によって触ａ１４ＩＩ
＆置１４に供給孕れる。このキャリアは触媒装置１４の
内部で触媒作用を受けて、水素とキャリアの脱水素化物
を含む熱気流に変換される。この熱気流Ｆｉ、ｍ交換器
ρ、コンプレツナ２４、コンデンサ２６（＃２図）を含
む水素供給装置によって。

凝縮されたキャリアと加圧された水素に相分峻される。

凝縮されたキャリアの脱水素化物は燃、１４４ンクの他
方の区−に戻される。

水素供給装置は、更に、１対のガス１槽２８を含み、加
圧された水素はこのＰｔ１ｆｌを通って精製される。精
製された加圧水素は、燃料噴射器部に供給され、こ＼で
空気と混合されてエンジン内に噴射される。このｎ＃さ
れ九水素ガスは、後述のノ々ルプ機構の制御の下で、１
対の水素貯蔵タンクＩの中の１槽にも供給される。

次に１本発明の細部を、特に第３図によって説明する。

エンジン１２はエンジンブロック４０′ｔ−含み、エン
ジンブロック切はシリンダ４２のような複数のピスト／
シリンダを内賦し、このヒストンクリンダの中でビス５
トンＩのようなピストンが往復運動する。エンジンブロ
ック４０は、工／ジン運転中、ピストンシリンダを取り
巻くジャケット４５ｔ−通って循環する冷却剤、例えば
水によって、従来の方法で冷却される。

第３図において、エンノンブロック菊の上部表面に装着
されたエンジンヘッド４６はエンＸ）／ブロック４０と
、各ピストンシリンダ４２と、このピストンシリンダ４
２の上端につながる燃焼室４８ｔ−、図のようにシール
する。燃焼室絽の燃料ポートと排気Ｉ−トは排気弁（資
）と吸入ｆＰ５２を含み、これらの弁は従来の方法で作
動する。エンジン・＼ラド４６に、点火栓５４を、各燃
焼室に１個ずつ装着する。各燃焼室内のガスから出る熱
は断面で図示する縦長で気密のキャビティあの中の冷却
剤に伝達される。熱はこの冷却剤から触媒装置１４に、
後述の方法で伝達される。

また、エフツノヘッド４６は多数の併気室印（第３図）
ｔ−含み、酔気室はパルプでコントロールされる排気ｐ
ｆｅ　−トロ２を介して燃焼室４８に通じ又いる。伊気
室ｒま、第１部１部分的には第３図にボすように、ペン
）、ｔ？−）ｔｒｉ介してマニホール１゛１６につらな
る。エンジンの侠気室内の侠気ガスからの熱は後述の方
法で触Ｓ装［１４に伝達される。排気室の上部−品は＠
４１及び第５図に鋸歯状の線で示すように、徘＠室上面
の下側の面、即ち触媒床のＦ面を形成する。触媒床は、
爆発しないよう制御された条件下での水素の鹸化に対し
て触媒作用を行なう。この目的は後述する。

触媒装置１４は、第３図及び第４図で断面を以って示す
−６８を有する。この函關は側壁７２　、７３　（第３
図）、南部１１１７４　、７５　（第４図）、上壁と底
壁／６゜７７１ｉｔ有する気密の金属構造であｏ、ｓこ
の函は断熱ジャケット７８に収納される。伝熱機構７９
は多数の冷却用フィン８０を有し、冷却用フィン（資）
は、後述の目的で、ジャケット７８の上面に保持される
。多数の金属板８２は、触媒装置の函の内部に、平行に
。

離して装着される。これらの金属板は、その縁で、壁７
２　、７３　、　／４　、７５に取り付けられる。

第４図及び第５図において、上壁及び底壁′１６゜７７
、の各内面と金属板８２の下面と上面は適当な触媒でコ
ーティングされ、第４図と第５図に鋸歯状の線で示す触
媒床＆３ｍ　、８３ｂ　、８３ｃ　、８３ｄのように、
触媒床を形成する。ここで注意すべきことは。

壁７７の隣にある金壁板圏の下情の表面は後述の理由に
より、触媒でコーティングされないことである。触媒装
置の中の触媒床は１粒状触媒で形成され、この触媒の粒
子は触媒床の金属板上に、従来の手法で堆積又は接着さ
れる。この触媒粒子は０゜ｌチないし１チの白金又は／
ぐラジウムでコーティングされ九アルミナであるのが好
ましい。これ以外の適当な触媒の粒子又はコーティング
を用いることもできる。特に注意すべきことは、触媒装
置１４に使用される触媒の粒子は触媒でコーティングさ
れたアルミナの粒で、触媒装置１４の内部の、金属根圏
と金属根羽の間の空間、金属板８２の上面と下面の間の
空間、金属根羽と触媒装置の函１６　。

７７の空間に、それぞれ、堆積・充填されることである
。触媒装置１４の内部にある触媒床は、以下、触媒機−
とい＼、カロ熱下で、還元された炭化水素キャリアを、
水素とこのキャリアの脱水素化物にする反応に対して触
媒として作用する。触媒装置１４の中で触媒床を形成す
る触媒の粒子は、排気室印の内部の触媒床６６ヲ形成す
るためにも適している。

前記エンジン燃焼室及び排気室から触媒床への熱の伝達
は、第３図及び第５図に示す如く、多数の加熱管８４に
よって行なわれる。第３図に示す３本の加熱管社横にな
らぶ加熱管の束を表わしておリ、この加熱管の束はエン
シンの長軸、即ち第３図の面に直角な軸に沿って縦に配
置される。＃！５図において、伝熱管８は、それぞれ、
管間で構成され、１困は、各々、上部及び下部間、８８
と、中央部９ｏを有し、中央部美は排気室間の中に位置
する。この加熱管の中央部匍は多数の熱交換用環状フィ
ン８９１−具備する。第５図では、１団は下端開放、上
端閉塞である。この管の内部は液体の流れを支持する部
材ｎでライニングされ、この液体製支持部材９２は網又
は網Ｖｃ＠似の物で構成される。

この支持部材は、液体を冷却剤を収容するキャピテイ圀
から管の中央＠９０へ毛管現象によって引き上げ、或い
は管のｇｌＡｓｓｓと前記キャビティのの関の液体の流
れを助ける作用をする。

本システムの内部にある各加熱管の装着について、第５
図によって説明する。加熱管端部８６は壁面、７７、金
属板圏、及び上４Ｉ！７６を貫いて伸び、伝熱機構で互
いに接続する。管の端部８６はジャケット７８ｔ−貫い
て伸び、環状スリーブ９１によってジャケット７８から
遮熱される。管の閉塞された上端は伝熱機構７９の適当
な穴に入り、この伝熱機構でフィンと接続する。管の端
部間は、キャビティ関と排気室ωの間を仕切る２枚の板
を貫いて、キャビティあの上面に隣接する所まで伸びる
。液体製支持部材ｎの下端は、キャピテイ団の中まで伸
び。

キャビティ団の中の液体冷却剤のｆＬ面の下まで伸びて
いる。

第３図において、伝熱管は開放されている下層がキャビ
ティ関と接続して、キャビティ内の冷却剤と、千ヤビテ
イの上部と各加熱管の内部にある非凝縮性の加圧ガスを
収容する密閉系を構成−ｒる１、キャビティあの中の冷
却剤はディキシリールエタンであるのが好ましく、この
物質は大気圧での沸点が約３１５℃である。加熱１諷の
内部圧力は、冷却剤が沸とうするので２約３５０℃が好
ましい３熱が加熱管８４′ｊｋ伝わるメカニズムについ
て説明すれば、熱はエンジンの燃焼室内の加熱された燃
焼ガスから、キャビティ浦の中の冷却剤に伝達され、こ
の伝達された熱は冷却剤を蒸発きせ、この蒸気は加熱管
の上部に向って上昇する。ここで、蒸気は凝縮して凝縮
熱を金属板８２と触媒装置の函＠ｔ６，７７に与える。

加熱管の中で凝縮した冷却剤は漱体流支持部材ｎに集ま
り、この部材の中を加熱管の下方に向って流れてキャビ
ティあに戻る１゜この気相液相丈イクルによって、熱は
、加熱管端１ｉｉＢｓ６．ｓｓの間で伝達されると同時
に、排気室ωの中の排気ガスからフィン８９に集められ
て加熱管の中央５ｍに伝えられ、この熱はり口熱管の中
央部（イ）の内部にライニングされている液体製支持部
材の中の凝縮した冷却剤の一部を蒸発でせる。加熱管の
中央Ｎ５９０で蒸発したガスＶユ上昇して、加熱管の端
部間で凝縮し、凝縮し九冷却剤は液体流支持部材９２１
経由して＃縮液の形で戻ることにより、加熱管の端部と
中央部間、９０の間で気相液相サイクル全作って、この
加熱１各ｉｆｔ＋３６．９０の間に熱を伝達させる。

加熱管の部分間、９０はエンジンの燃焼室と排気室から
の熱をそれぞれ受容する受熱部を加熱管に構成し、と＼
で受容された熱は加熱管内にある液体冷却剤を蒸発させ
るのに使用される。加熱管％は触媒装置ｉｄ：１４と熱
父換ｕＪ能に結合され１加熱管に放熱部を構成し、と＼
で、加熱されたガスが凝縮して熱を放出する。加熱管あ
は加熱機構全体′ｆｔ表わし、この機構は前記の方法で
密閉の系の流体ｔ、受熱部と放熱部で、夫々、液相と気
相の間を循環させる作用ｔする。壁６５．７７ｔ−横切
るように排気室間と触媒装置内の触媒床８３互の間で熱
の伝達が行なわれ、壁面、７７が排気室間から触媒床８
３互に熱を伝えるように、壁面、７７は排気室（２）と
触媒床８３旦の間に配置される。以下、　１ｌｔｙＥ＋
　、　７７　’２１ゾレート機構ともいう。壁−〇下ｒ
ｋＪは伝熱面と見ることもできる。加熱管８４と前記ｌ
レート機構は、まとめて、以下伝熱＠置という。触媒床
８３！は壁面。

７７を横切って伝わる熱によつ１加熱されるが、この触
媒床８３互を以下第１１ｉ１媒床ともいう、触媒装置内
の触媒床８３ａ以外の触媒床は、触媒床８互。

８３旦、８３ｄ＠＝宮み、加熱１編からの熱で加熱され
、この触媒床を以下第２触媒床という。

ｍ４図において、還元された液体キャリアは触媒装置１
４に、ＩＪ紀キャリア供給装置によって、コンジット９
４′ｆｒ、通して供給される、水素はこの触媒装置に、
コンジット９６を通じ、前記水素供給装置によって供給
される。コンジット％、９６は、第４図の右側の部分で
、触媒装置の函の下側壁７７と、その隣の金ＩＩＩ［８
２によって形成される触媒装置の下部空間に開口する。

触媒装置１４の中で発生する加熱されたガスの流れは、
コンジット娼全通して第４図左上部で放出される。コン
ジット９４，９６，９８τ通る流体の眞れはパルプ９５
　、９７　、　ｄ　（第７図）によってコントロールさ
れる 図示されてはいないが、適当な仕切りで、壁７７とこの
隣の根圏の間の空間を仕切ることができ。

この仕切はこの空間を通るガスを導くためのもので、こ
のガスは第４図の蛇行するガス経路を通り。

全体としては第４図の右から左へと流れる。同様な仕切
を隣９合って対をなす各１金属板８２の間や。

最上位の金属板８２と壁７６の関に設けてもよく、この
仕切りも前記各金属板の間を蛇行するガス通路を通るガ
スを導く九めに設けられる。

触媒装置の下部空間％の中の、触媒８３皇を横断する通
路で発生する熱い反応生成ガスは第４図の触媒装置１４
の左側に装着された三方パルプ１００によってその行先
が決められる。パルプ１００Ｆｉ、第１の状−態では、
空間９３ｔ−パルプポートｌｏ２トコンジット１０６を
介してコンジット絽につなぐ。このパルプの第１の状態
は壁７７の隣の金属板８２の温度が予め選定されている
温度、特性的には約３５０’Ｃ以下になった時に起り、
前記金属板の１１１度は温度を感知するプレートスイッ
チ（図示省略）に工って検知される１つこのパルプの第
２の状態ではパルプ１００は空間９３とその隣の金属板
間の空間１０１’ｉ。

パルプポート１０２　、１０４　’ｉ介して夫々つなぐ
。このパルプは、前記金楓根圏が前記予め選定された温
度に達した時に、第２の状態になる。このパルプの第３
の状態では、パルプ１００はコンジットｌｏ６とノ９ル
ーフ”／　−ト１０２１−、外気に通じている／−ト１
０７につないで、空気金触媒装置１４の中に引き−込む
。この空気引込みの目的は後述する。

Ｉ−ト１０４１に通して空間１０１４Ｃ供給されるガス
は、この空間を蛇行する経路内を全体としては左から右
に流れる。ガスが空間ｌｏｌの右端に達した時に、この
ガスは空間１０１に重なる金属板の中に設けられた金属
板連結用開口部１１０を通り抜けて空間１（３１のすぐ
上に＠する空間に侵入する。このガスはこの方法で第４
図に矢印で示すようＫ、触１ｓ装置の最上部の触媒空間
の左端のリターンコンソツ）９８＆Ｃ達するまで流れ続
ける。

第４図において、仮Ｒ１１Ｉ！１１２で第４図の触媒装
置１４の左１ｌｌｌＫ示した４ングは両部の内部に仮懇
線テ示−ｆ、？！　−）　１１４’ｉ通じてつながる。

ボンデ１１２は、作動すると触媒装置１４を真空にし、
この排出され九ガスは、第１図及び第７図に示すごと゛
くコアジアド１１６を通してガスＣ槽あに供給される。

代替的にＩンプ１１２は外気に通じるポート１１４の中
に配置して作動させることもできる。この代替位置は、
バルブｌｏＯ’ｉ前記第３の状態に切り換えるのと同時
に選択され、この状態ではポート１ｏ２とコンノット渕
はポートＩＬ）７’ｉ介して外気に通じる。

上述の状ｌＩＫあるボンデ１１２とパルプ１０２につい
て、ポンプｄ、／−）１０７を通して供給される空気を
、ｌ！ｋｍ装置１４の上部と下Ｓｔ−通して引き入れ。

また、このような空気を大気中に排出して触媒装置１４
を真空にするよう作用する。）画ンデ１１２は、触媒装
置を真空にするために排出されるガスをコンジット１１
６に送る状態で作動する時は、以下。

真空装置と呼ぶこともあるが、触媒装置の函のガスを排
出して、この面内を真空にするよう作用する。Ｉンデ１
１２とパルプ１００は、前記のように面内の空気を排出
する条件に切換えられた時は、以下。

酸素供給装置と呼ぶこともあるが、触媒装置の面内に選
択的に酸素を供給するよう作用する７Ｍ記真空装置と酸
素供給装置は、以下、まとめて、再生装置と呼ぶことも
あるが、触媒床の炭素類似物質を選択的、定期的に酸化
させてこの触媒床の触媒能力を回復きせる作用をする。

本発明の使用に適した膨化水嵩キャリアは単環又はＩＩ
墳戻化水素化合物で、ＷＪａａ図に示すシス−メチルデ
カリン１１８、又は＃！６１図に示すメチルシクロヘキ
サン１１９のような化合物である。この両図に示す如く
、キャリア１１８．１１９は、白金又は・９ラジウムの
ような触媒と熱の存在の下で触媒作用の作用により、水
素と対応する不飽和キャリア分子、シス−メチルナフタ
リンとトルエンにそれぞれ変化する。水素化されたキャ
リアを脱水素化する反応は、大気圧下で３００℃以上で
行なうのが好ましく、約３５０℃が最適である。

次に１本システムｌＯにおけるキャリアの貯蔵について
、第７図を用いて説明すれば、燃料タンク加はフレキシ
ブルな隔壁１２６ｔ−有する気密容ａｔ含み、この隔＠
１２６は前記気密容器の中を２つの区＋ｊ１２ｇ、１３
０に、容積可変に分割する。この２つの区画は、夫々、
水素化されたキャリアと脱水素化還元されたギヤリアが
燃料タンク加に供給され４と隔４１１１２８は区１＠１
２８が燃料タンク加の全容積を占めるように移動する。

自動車の運転中に、区画１２８の中のキャリアが使い果
たされ、使用済みキャリアが区−１３０に戻されると、
隔壁は反対方向に移動して区１ｉｉ１３０の内容積を増
加させ、これに対応して区１ｊ１２８の内容積を減少さ
せる。本システムｌＯは、区−１３０の中の使用済キャ
リアの排出と、区画１２８への還元されたキャリアの充
満によって「給油」される。

区画１２８から触媒装置１４へのキャリアの流れと区画
１２助為ら区１ｉｉ１３０への還流岐、第７図に概念的
に示される。特に触媒装置１４に、４！ン７’２１によ
って供給された燃料は、コンデンサか、コンプレッサ２
４、熱交換器２２を通る通路で加熱される。触媒装置１
４で生じた熱ガスｆＬは、エンジン１Ｂから熱交換器２
２ｔｌ−通ってコンプレツナ２４に流れ、ここでＩＯな
いし圓気圧に圧縮される。この圧縮されたガス社コンデ
ンサ屓に供給され、こ＼で炭化水素キャＩＪ　ｆは凝縮
して、気相の加圧水素と分離される。ポン７”２１、コ
ンプレッサ２４．熱交換器２２は全て従来型のもので、
コンデンサあも従来の気歌分聴器である。。

加圧された水素ガスはコンデンサ圀から、三方パルプの
コントロールの下に、２檜かう成るガスＰ槽の中の１槽
に供給される。このｆ檜はゼオライトのような炭化水素
吸収剤を内蔵して、仁の１櫂を通過して流れる水素ガス
の汚染物質であるあらゆる炭化水素を吸収する。このゼ
オライトに吸収された炭化水素汚染物質は、ゼオライト
ｔ−加熱することにより、後述の方法で、定期的、選択
的に分離放散される７分離放散した炭化水素物質は一義
的にキャリアの脱水素化物を含んでいるが。

この炭化水素物質はコンデンサ２６１に通り、コンノッ
ト１３５ｔ−経由して循環し、コンデンサから区画１３
０に戻される。ガスｆ槽囚は、コンデンサから集められ
たガスに含まれた炭化水＊ｔ−吸収する装置で、以下吸
収表置という。

ガスＰ槽薦から出るＩＰ通された加圧水素ガスは１対の
三方パルプ１３２の制御の下で、選択的に。

水嵩貯蔵タンク園の何れか一方の櫓に供給される。

水素に金属水素化物のベッド上の夕／り（資）に貯蔵さ
れ、このベッドは加圧された水素が供給されると、この
水素と結合するよう作用する。水素は、後述の方法で、
水素貯蔵タンクの内圧が下げられ、前記ベッドが加熱さ
れると、金属水素化物のベッドから解放される。水素貯
蔵タンク（資）は温度感知可能の貯槽でｔあり、以下ｒ
ｉ度感知貯Ｒ装置というとともある。コンルソサ２４．
コンデ７　？　：４６　。

ガス１槽あ、水素貯蔵タンク３０ヲまとめて、以下水素
供給装置と４いう。バルブ１３２はコンジット１３３に
灼する水素の供給をコント・１−ルし、コンジット１３
３は水素を噴射器３２に供給する。コンジノｌ−１３３
の中の水素は、触媒装置１４に、パルプＭのコントロー
ルの下で、コンジット９６ヲ経由して供給される。

本システム１０の伝熱経路は次に説明する排気装置の一
部會含み、７Ｊ７ＩＪ７図にダブルラインで示されてい
る。この図示に示すように、またこれは紀３図とも関係
があるが、エンジンの排気室からの１．ｊ［気ガスは７
ニホールド１６に受答される。第７図に示すように、こ
のガスはコンノット１３８，１４０に通って排気管１８
に出る。３前記２つのコンノットの間を通るガスの流れ
は、三方バルブ１４２に制御され三方バルブ１４２はこ
のガスをコンジット１３８から水素好酸タンクの伺れか
一方の槽に流す作用をする。水素貯賦タンク側の各槽を
通る排気ガスの通路はコイル状の伝熱ｆ　１４４で、こ
のｖ１４４Ｆｉ、この′ｉ！１ｊ１４４の中の排気ガス
の持つ熱を水素貯蔵タンク内の金属水素化物のベッドに
伝達する作用をする。この金属水素化物のベッドを加熱
すると、このベッドに貯えられている水素が解放され、
この水素ガスが本システムの水素を利用する部分に送ら
ｎる。バルブ１４２と、このバルブによって排気ガスを
供給される水素貯蔵タンク関内の熱交換用の管は、以下
リリーズ装置ともいう。

同様に、コンジツ）　１４０と排気管１８の間のガスの
流れは三方バルブ１４６に制御され、バルブ１４２はコ
ントロール１４ｕからのガスを、２槽から成るガスｃｍ
ｕの中の１１１ｔ−通るように迂回させることができる
。ガスｆ′１１１２８の各槽會通る排気ガスの通路はコ
イル状の伝熱管１４８で、この管１４８はこの管の内部
の排気ガスの熱をゼオライトＰ材に伝え。

このｒ材に吸収されている汚染物質である炭化水素上放
散させる作用をする。バルブ１４４と、とのパルｆ１４
４によって排気ガスの供給を受けるガスｆ槽中の熱交換
用伝熱管は、以下フィルタから放散され友物質を排出す
る放散機構ともいう。

本システムＩＯは、以下に述べる方法で本システムｌＯ
の中の選択されたコンＩ−ネント’？制御する電子制御
装置をも含む。この制御装置の設計と構造は従来通りの
もので、先行技術により公知にされたものである、 上述の装置の作用について説明する。冷却状態のエンジ
ン１２は、最初、水素貯蔵タンク（資）の中の１槽から
の水素を、噴射器′３２を経て供給され、噴射６諺は水
素と空気を混合して、この鴇金気をエンジン内部に噴射
する作用をする。水素を燃料とスルエンジンの一つの特
徴は、エンジンウオーミングアツプする時と、エンジン
が最終の運転温度になつ走時の両段階に、水素と酸素の
稀薄混合気でエンノンが作動できることであるっ本シス
テムでは、ウオーミングアツプ時にエンジンに噴射する
燃料と空気の混合気は以下に述べる目的のために過剰の
空気を含んでいる。

本発明の一つの重要な特徴は触媒装置の触媒能力の一５
ｔ−エンジンのウオーミングアツプの初期に行なうこと
ができる点である。この触媒能力の一部早期利用は第１
触媒床８３１の触媒表面を触媒作用温度まで加熱するこ
とを、触媒装置の第１触媒床以外の触媒床を含む第２触
媒球の触媒表面の触媒作用温ｆｔでの加熱とは独立に、
しかもこの第２触媒床の加熱に先行して行なうことによ
り実現できる。触媒床８３見は最初のエンジンウオーミ
ングアツプの時に排気室ωから壁６５，７７１−貫いて
伝達される熱で加熱される。この熱はエンジンの運転中
に排気室ωの内部で発生する燃焼ガスと。

金属板６５（第５図）の下部表面上の触媒表面６で行な
われる水素の鹸化によって供給される。この反応に利用
される水素は、排気室ωに対して、水素貯蔵タンク加か
ら、バルブ制−のコンノット１６０を通じて、第７図に
示すように、劃−装置のコントロールの下に供給される
。この反応に利用される酸素は使用された稀薄混合気の
排気ガスに含まれている。成る量の水素ｔ−酸素過剰で
燃焼させて得られる熱の量は、同量の水素を触媒装置１
４内に発生させる九めＫこの触媒装置に供給しなければ
ならない熱の量のおよそ３倍である。従って最初のＬノ
ノンウオーミング下ツーｆ中に排気室に供給される水素
は、触媒装置１４に対する熱の伝導を通じて、上述のよ
うなウオーミングアツプに使用される水素よりかなり多
量の水素を発生させる。

触媒装置１４の中の触媒床＆（ａの！度が触媒の作用温
度に達した時に、この触媒床の温度がこの触媒床＆３ａ
に組み込まれた適当な温度感知装置で計測されるので、
制＃装置は排気室ωに対する水素の供給を打ち切り、触
媒装置１４に対する水素の供給を開始して触媒装置１４
の水素ガス圧力を１〜６気圧、できるだけ約１気圧Ｋｍ
持する。これと共に、制御装置は、水素化されたキャリ
ア全コンジツ）９４に通じて触媒装置１４に供給するよ
う作用する。触媒装置１４に供給される水素化されたキ
ャリアは加熱され九触媒床の金員板８３互を貫ぬ〈通路
で、触媒作用によって、水素とキャリアの脱水素化物を
含む加熱されたガス流に変化する。この反応生成ガスは
ポート１０２ｔ−通じて触媒装置の外に出され、バルブ
１００によってコンジツ）９８に流される。その後、コ
ンノットＬｉ３を出る加熱されたガス流から集められた
水素は、相分離され、ｒ過されて、既述のようにエンジ
ン１６か水素貯蔵タンクＩかに供給される。

エンジンの燃焼室内の加熱された燃焼ガスから、キャビ
ティ団の中の冷却剤への熱の伝達は、エンジンのウオー
ミングアッグ中継続され、これによって伝達された熱は
前記のような冷却剤をその沸点まで、好ましくは３５０
℃まで加熱する。）この温度で加熱管内に生ずる液相気
相サイクルは、上述のように、熱ｔ、キャピテイ団中の
液体から金属根圏、＠ｔ６　、７７に伝達させる。この
サイクルによって凝縮した液体の一部と、各加熱管で加
熱管の部分（イ）の中の液体流支持部材９２を通る凝縮
した液体の還流は排気室内の加熱された排気ガスから伝
達された熱によって蒸発して熱を前記触媒装置の金義板
と函のＩＩＫ伝達する。。

壁Ｈの隣の金属根圏が予め選定された温度、即ち約３５
０℃に達した時に、劃−装置はパルプ１００を４−　ト
１０２，１０４とつながる状ｌｌＫ切換え、この状態で
水素と還元されたキャリアが触媒装置内の全ての触媒床
に届くように触媒装置に引き入れられる。これと共に、
制御装置は、触媒床に供給するキャリアと水素の量を、
触媒装置の中の全ての触媒表面が利用されるようになる
ことに基因する触媒能力の増加に適合するよう増加させ
ると共に触媒装置内の加熱されたガスｆｔ、ｔ−水素圧
１気圧に維持するよう作用する。

触媒装置１４に対する熱の伝達がｉｍ枕されると触媒装
置の中で吸熱性の脱水素反応が行なわれ、この反応によ
る水素の発生率はエンジンからこの触媒装置への伝熱率
と関連する。エンジンの通常の荷重条件では水素の発生
率はエンノンの水素消費率よりや−大きい。ｌｌ’１ｌ
ｅｌｌに１重荷電条件か＠何菖粂件かによってそれぞれ
触媒装置に伝わる熱は増減し、それによってそれぞれ発
生する水素も増減する２水素が過剰に発生する荷重の条
件のＦでは。

開側１装置は過剰の水素を水素貯蔵タンクに貯えるよう
に作用する。同様にエンノンが敵しい荷重条件の下で運
転されるときは貯蔵にある水素が補足的に供給される、
触媒装置に過剰な熱が供給され。

それが利用されないときは、フイｙｓｏから放熱される
。このよ２にして触媒装置の触媒床の温度は。

要求された触媒作用温度に維持される。

上述の理由のために、触媒装置１４の作動が低圧反応条
件で行なわれるときは、触媒装置の触媒能力をや＼急速
に低下させる。例えば、触媒装置の触媒床が新しく再生
された時の触媒効率は通常匍−ないし９５−であるが、
半時間ないし１時間以内の作動で、この効率が８０％に
低下する。全体として、触媒の所要量を最少にする目的
で、触媒装置の作動は上記２つの限界即ち約８０％と９
０−の間で行なうことが要求され得る。

触媒床の触媒能力は、従来の電子技術によって。

触媒装置１４の中で発生する加熱されたガスの流れの中
の水素化されたキャリアと脱水素化されたキャリアの比
率にもとづいてモニタされる。この比率が増加すれば触
媒装置内の触媒能力が低下し九ことを示すので、制御装
置は触媒装置に対する水素化され九キャリアの供給を減
少させるよう作用する。このような供給比率が予め選定
されたレベルになると、本システムの運転可能の触媒効
率の下限に達したことを示すので、本システムの制御装
置はシステムの再生装置を、以下に述べる方法で作動さ
せる。

最初、触媒装置＋４の触媒床を再生させるために制御装
置はパルプ９５．９７．９９（第７図）を閉鎖状１ｉ１
１ＣＬ、パルプ１００をｄｌＪ記第２の状態にしくポー
ト１０２．１０４に接続）にし、この状態で触媒装置１
４の中の加熱されたガスは触媒装置の函６８（第３図）
の中で充分に分離される。ポンプ１１２は触媒装置の中
のガスを排出して、この触媒装置を真空にすると共にこ
のガスをコンジット１１６（第７図）経由でガスｒ４１
Ｉ１２８の中へ送入する。炭化水＃ガスが触媒装置１４
から排出されて、触媒装置１４が真空になるとボンデ１
１２はボー）１１４ｔ−外気に通じる状態にし、パルプ
１００はポート１１２とコンジット９８ｔ−、ｊｅ　−
）　１０７　’ｉ介して外気に通じる状態にする。第４
図に示すように、また、上述のように、この作動は空気
を触媒装置の函の上部と下部に引き入れ。

触媒床のすべての部分を循環させ、その故に触媒装置全
体が真空にされるっこの引き込まれた空気中の酸素は、
加熱された触媒表面の炭化水素の脱水素化物を急速かつ
完全Ｋｌ！！！化するように反応する。典蓋的には、こ
のような酸化は約９秒以内に完了し、触媒装置の触媒床
を完全に再生させるのに有効である）ｌｌ！ング１１２
は、その後に停止′され、パルプ１００はｆ−ト１０２
　、１０４と結合する前記第２の状鯵にされる。次いで
制御装置はパルプ９７を、触媒装置の函困の中に水素を
導いて約１気圧とするように開く。その後にパルプ９５
　、９９が開かれ、キャリア燃料は触媒装置１４の中を
循環し始め、その状１で、水素が触媒装置１４の中で再
び発生する。

以上の触媒装置の中の触媒床を再生する方法は約１分で
完了する。既述のように触媒装置内の触媒床は加分ない
し鉛分ととに再生される。それ故、触媒床再生のため（
作動が妨げられるのは、長くても、作動時間の約３−で
ある。再生時間中は、勿論、水素が水素貯賊檜Ｉからエ
ンジン１６に供給される。

以上の説明により、この発明の目的がどのように達成で
きたかを評価することができる。第１に、ここに開示し
た加熱管の構造はｌ＠度で工ンジ／燃焼室からの熱と、
これより高い温度のエンジン排気室からの熱を触媒床に
伝達することができる。

この構造は運転中の二ンノ／から触媒装置に伝達される
熱の量を増加させる。これにより、触媒装置による触媒
床のウオーミングアツノ定格と水素発生定格が増大され
る。

第２に、こ＼に開示し九発明は触媒装置を有し。

この触媒装置は第１触媒床と側２１！に護床を有し、こ
の２個の触媒床は独立に、しかも順次に加熱−■能であ
り、このようＫすることにより、触媒装置の触媒能力の
一部をエンジンの最初の運転に利用し、水素燃料をエン
ジンと触媒をウオーミングアツプするためのエンジン運
転に活用することができる。これにより、触−のウオー
ミングアツプ會有効に行なわせ名ために本システムに貯
えるべき水素の敵は充分に減少される。

第３に、ここに開示した装置と方法は触媒装置内の触媒
床の再生を急速かつ完全に効果的ならしめるためのもの
で、随触床の触媒能力の比較的急速な低下を促進する条
件の下で触媒装置を作動させることができる。特に、触
媒装置を低圧で作動させ、これによって触媒装置の九め
に必要な重量とエネルイーを充分小さくすることができ
る。

最後に、第３図に示すように、本７ステムは現存する自
動車用エンノンに装着使用することができる。結１図及
び第２図に示すように、本システムは充分にコン／ダク
トであるから、４１１準サイズの自動車の工／ジンコ／
）々−トメノドに容易に収容することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図り本発明の好ましい実ｍ態様にもとづく構造の燃
料循環式エンジンシステムの斜視図、第２図は第１図の
燃料循環式二／ジンシステムの。 第１図とは異なる方向からの斜視図、第３図は、第１図
の３−３線に沿う全体で触媒装置とエンジンの一部との
拡大断面図、第４図は第１図の４−４線に沿った全体で
＃！１図に示す触媒装置の縮少断面図、第５図は第３図
の５−５＠に沿う部分の全体で、第３図に示す加熱管及
び関連構成部分の拡大断面図、第６１図及び第６に図は
本発明に使用する好ましい２種類の炭化水素キャリア分
子の脱水素反応図、第７図は本発明の装置の構成線図で
ある。 １０°°・ｍａｓｓ式エンジエンジンシステム２・・・
エン）ン、　１４・・・触媒装置、為、２６，２８．３
０・・・水素供給装置、２８・・・吸着機構、３０・・
・１度感知０Ｊ能の貯蔵装置。 ４８・・・燃焼室、（が・・排気室、６５．６７・・・
プレート機構、）６　、　′１７　＠　８４・・・伝熱
装置、８３ａ・・・第１触媒床。 ８３隻〜す・・・第２触媒床、あ・・・加熱管、８４　
、８６　、８８．９０・・・ＩＪ口熱管機構、８６・・
・放熱部。 ８１１１ｉ、　８９−・・受熱部、ｌｌｕ、１１２　＝
−外生装置、１１２・・・真空装置。 出願人代理人　　猪　　股　　　清 手続補正書（方式） 昭和５７キ　５月　怒日 特許庁長官　　島　１）春　樹殿 １、　’１Ｊｌｉ、の表示 昭和−年特許願第１１Ｂ１１４１号 ２、発明の名称 燃料−環式１ンジノシステム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 マーシャル、ウィリアム、タローエン ７、補正の対象 Ｗ１４Ｉｌ書 ＄、補正の内容 明細書の浄書（内１１Ｋ変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼室と排気ｍを有し、前記燃焼室と排気室がエン
   ジン運転中に、加熱された燃焼ガスと排気がスｔ、それ
   ぞれ別々に取り入れるようなエンジンと。 部課装置が、還元された形の炭化水素辱ヤリアを、加熱
   下で水嵩と前記キｖ　ＩＪアの脱水素化物に変え°る反
   応に対して触媒作用をする触媒装置と。 伝熱装置が前記燃焼室と排気室から前記触媒装置に熱を
   伝達する加熱管機構を有し、前記加熱管機構が前記燃焼
   室と排気室に結合されて前記燃焼室と排気室から熱を受
   容する受熱部と。 前記触媒装置に結合されて、前記触媒装置に熱を伝達す
   る放熱Ｓｔ備えた伝熱装置と、前記エンジンに、出力を
   発生させるために。 前記反応によって得られる水素を供給する水素供給装置
   と ｔ−真備することｔ％徴とする燃料循環式Ｌノゾンシス
   テム。 ２、前記触媒装置は第１触媒床と第２触媒床を有し、前
   記第１Ｍ媒床と第２触媒床は順次加熱されることｔ−特
   徴とする特許請求の範ｄ第１項記叔の燃料循環式エンジ
   ンシステム。 ３、前記伝熱装置は、前記排気室から前配纂１触媒床に
   熱を伝え得るように、前記排気室と前記第１触媒床の間
   にプレート機構を有することを特徴とする特許請求の範
   囲１ｓ２項記叡の燃料循環式エンジンシステム。 ４、前記触媒装置Ｆｉ、第１触媒床と第２触媒床を有し
   、前記伝熱装置はプレート機構を有し、前記プレート機
   構は前記排気室から前記第１触媒床に熱を伝達するよう
   に、前記排気室と前記！１触媒床の間に配置され、前記
   加熱管の放熱部は前記第２触媒床に結合されることを特
   徴とする特許請求の１ｉ囲Ｉｓ１項紀載の燃料循壊式エ
   ンジンシステム。 ５前記反応により生成した水素を加圧下で貯蔵するａ１
   １度感知可能の貯蔵装置と、前記排気室及び前記貯ｌｌ
   ！装置に作動可能に結合され、加熱された排気ガス管前
   記排気室から前記貯蔵装置に移動させて前記貯蔵装置を
   加熱し、これにより。 前記貯蔵装置から水素を有効に放出させる水素放出装置
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   燃料循環式エンジンシステム。 ６、前記水素供給装置は凝ｍ機構と吸着機構と吸着解除
   機構を有し、前記吸着機構は前記凝縮機構に作動可能に
   結合され、前記凝縮機構からガスを受は入れて、このガ
   スの汚染物質であるあらゆる炭化水素ｔａ着し、前記吸
   着解除機構は前記排気室と前記吸着装置に作動可能に結
   合され、前記排気室から前記吸着機構に加熱された排気
   ガスを移動させて前記吸着機構を加熱し、これＫより、
   前記排気ガスの汚染物質を除去することｆ：％徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の燃料循環式エンジンシステ
   ム。 ７、エンジンが燃焼室と排気室を有し、前記燃焼室と排
   気室がエンノン運転中に加熱された燃焼ガスと排気ガス
   金、それぞれ別々に取り入れるようなエンジンと。 触媒装置が、還元された形の炭化水素キャリアｔ、加熱
   下で、水素と前記キャリアの脱水素化物に変化させる反
   応に対して触媒作用を行ない、前記触媒床上に炭素類似
   の物質を堆積させるような条件の丁では触媒能力が低下
   する触媒装置と、 前記堆積物質を定期的に酸化し一乙前記ａｍ床の触媒能
   力を回復させる再生＃ｃ１と、伝熱装置が、前記燃焼室
   と排気室から前記触媒装置に熱を伝達する加熱管機構を
   有し、前記加熱管機構が前記燃焼室と前−己排気室に結
   合されて前記燃焼室と前記排気室から熱を受答する受熱
   部と、前記触媒装置に結合されて前記触媒装置に熱を伝
   達する放熱部を備えた伝熱装置と、前記エンジンに、出
   力を発生させるために、前記反応、によって得られる水
   素全供給する水素供給装置。 を具備することｔ−特徴とする燃料ＯＩＩ壌式エンジン
   システム。 ８、前記触媒床のための函を有し、この函の内部に、こ
   の面内のガスを排出する真空装置を備えた前記再生装置
   と、前記真空装置によって作り出された真空の効果によ
   り、前記函に酸素を供給する空気供給装置とを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の燃料循環式
   エンジンシステム。 ９、前記反応は温［３００’ないし３８０Ｃ，水素圧内
   約１ないし６気圧で行なわれることｔ−特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の燃料循環式エンジンシステム ＩＯ０前記触媒床は約０．１−ないし１ｇＩの白金族又
   は・ぐラジウム族の元←１でコーティングされたアルミ
   ナを含むことｔ−特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の燃料循環式エンジンシステム。 比逝元された炭化水素キャリアはメチルシクロヘキサン
   と７スーメチルデカリンを含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の燃料循環式エンジンシステム。 １２、燃焼室と排気室を有するエンノンであって、この
   燃焼室と排気室は、エンジン運転中、加熱された燃焼ガ
   スと排気ガスを、夫々別々に取り入れるようなニンジン
   と、 それぞれが加熱下で、還元された形の炭化水素キャリア
   ｔ、水素と前記キャリアの脱水素化物に変化させる反応
   に触媒として作用し、前記触媒床上に炭素類似の物質を
   堆積させるような条件の下では触媒能力が低下する第１
   触媒床と第２触媒床と、 前記堆積物質を選択的、定期的に酸化して前記触媒床の
   触媒能力を回復させる再生装置と、前記排気室と前記第
   １触媒床の間に配置されて前記排気室から前記第１触媒
   床に熱を伝達する戸レート機構と。 前記燃焼室と前記排気室に結合されて、この燃焼室と排
   気室から熱を受容する受熱部と、前記第２触媒尿に結合
   されて、この第２触媒床に熱を伝達する放熱部とを有す
   る加熱管と。 前記エンジンに、前記反応によって生成する水素を供給
   して、前記エンジンに７９ワーを出させる水素供給装置
   と。 を具備することｆ：％黴とする燃料循環式エンジンシス
   テム。 １３、前記第１触媒床と前記第２触媒床とを収容するー
   【有し、この函の内部にこの面内のガスを排出する真空
   装置を備え友前記再生装置と、前記真空装置によって作
   り出された真空の効果により前記一内に酸素を供給する
   酸素供給装置を有することを特徴とする特許績求の範囲
   第１２項記鎮の燃料＊＊式１／ジンシステム。