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公開番号2024173383
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023091761
出願日2023-06-02
発明の名称アンモニアエンジンシステム
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類F02D 19/08 20060101AFI20241205BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】アンモニアエンジンの始動を早期に行う。
【解決手段】アンモニアエンジンシステム10は、アンモニアエンジン11と、アンモニアエンジン11に酸素を含む空気を供給する第1供給流路12と、第1供給流路12に設けられる第1調整弁15と、改質器23と、改質器23に酸素を含む空気と共にアンモニアを供給する第2供給流路24と、第2供給流路24に供給される酸素を含む空気の量を調整する第2調整弁33と、第1供給流路12にアンモニアを供給する燃料インジェクタ14と、改質器23により生成された水素を第1供給流路12に供給する第3供給流路31と、空気よりも酸素濃度を高めた酸素富化空気を第1供給流路12に供給する第1酸素富化膜53と、アンモニアエンジン11の始動時に、燃料インジェクタ14から第1供給流路12にアンモニアを供給するとともに、第1調整弁15を開弁状態にする制御部37と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料としてアンモニアを用いるアンモニアエンジンと、
前記アンモニアエンジンに酸素を含む空気を供給する第１供給流路と、
前記第１供給流路に設けられ、前記第１供給流路から前記アンモニアエンジンに供給される酸素を含む空気の量を調整する第１調整弁と、
アンモニアを改質して水素を生成する改質部と、前記改質部を昇温させる昇温部と、を有する改質器と、
前記改質器に酸素を含む空気と共にアンモニアを供給する第２供給流路と、
前記第２供給流路に供給される酸素を含む空気の量を調整する第２調整弁と、
前記第１供給流路にアンモニアを供給する供給部と、
前記改質器により生成された水素を前記第１供給流路に供給する第３供給流路と、
前記第１供給流路における前記第１調整弁よりも上流側に設けられ、空気よりも酸素濃度を高めた酸素富化空気を前記第１供給流路に供給する酸素富化膜と、
前記アンモニアエンジンの始動時に、前記供給部から前記第１供給流路にアンモニアを供給するとともに、前記第１調整弁を開弁状態にする制御部と、を備えることを特徴とするアンモニアエンジンシステム。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記アンモニアエンジンの高負荷運転時に、前記アンモニアエンジンに供給される酸素の量が閾値以下となるように、前記第１調整弁及び前記第２調整弁を制御する、請求項１に記載のアンモニアエンジンシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記アンモニアエンジンの運転時に、前記アンモニアエンジンに供給されるアンモニア、酸素、及び水素の総量に対する前記アンモニアエンジンに供給される酸素の量の割合が２３％以上６０％以下となるように、前記第１調整弁及び前記第２調整弁を制御する、請求項１又は請求項２に記載のアンモニアエンジンシステム。
【請求項４】
前記アンモニアエンジンは、
空気が流れる第４供給流路と、
前記第１供給流路における前記酸素富化膜よりも下流側であって且つ前記第１調整弁よりも上流側に設けられる上流調整弁と、を備え、
前記第１供給流路のうち、前記上流調整弁よりも上流部分を上流流路とし、前記上流調整弁よりも下流部分を下流流路とすると、
前記制御部は、前記アンモニアエンジンの運転状態に応じて前記上流調整弁を調整することによって、前記上流流路から前記下流流路に流れる酸素富化空気の量と前記第４供給流路から前記下流流路に流れる空気の量とを調整する、請求項１又は請求項２に記載のアンモニアエンジンシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアエンジンシステムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のアンモニアエンジンシステムは、燃料としてアンモニアを用いるアンモニアエンジンと、アンモニアエンジンに空気を供給する第１供給流路と、第１供給流路に設けられる第１調整弁と、改質器と、を備える。改質器は、アンモニアを改質して水素を生成する改質部と、改質部を昇温させる昇温部と、を有する。さらに、アンモニアエンジンシステムは、改質器に空気と共にアンモニアを供給する第２供給流路と、第２供給流路に設けられる第２調整弁と、第１供給流路にアンモニアを供給する供給部と、を備える。改質器にて生成された水素は、第１供給流路を介してアンモニアエンジンに供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１７３２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
改質器による水素の生成は、昇温部によってアンモニアを水素に分解するために最適な温度にまで改質部が昇温されてから行われる。これにより、アンモニアエンジンの始動時に、改質器にて生成された水素をアンモニアエンジンに供給する場合、改質器にて生成された水素がアンモニアエンジンに供給されるまでに時間を要するため、アンモニアエンジンの始動が遅れるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するアンモニアエンジンシステムは、燃料としてアンモニアを用いるアンモニアエンジンと、前記アンモニアエンジンに酸素を含む空気を供給する第１供給流路と、前記第１供給流路に設けられ、前記第１供給流路から前記アンモニアエンジンに供給される酸素を含む空気の量を調整する第１調整弁と、アンモニアを改質して水素を生成する改質部と、前記改質部を昇温させる昇温部と、を有する改質器と、前記改質器に酸素を含む空気と共にアンモニアを供給する第２供給流路と、前記第２供給流路に供給される酸素を含む空気の量を調整する第２調整弁と、前記第１供給流路にアンモニアを供給する供給部と、前記改質器により生成された水素を前記第１供給流路に供給する第３供給流路と、前記第１供給流路における前記第１調整弁よりも上流側に設けられ、空気よりも酸素濃度を高めた酸素富化空気を前記第１供給流路に供給する酸素富化膜と、前記アンモニアエンジンの始動時に、前記供給部から前記第１供給流路にアンモニアを供給するとともに、前記第１調整弁を開弁状態にする制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、第１供給流路には、酸素富化膜によって空気よりも酸素濃度が高められた酸素富化空気が流入する。これにより、アンモニアエンジンの始動時に、改質器からアンモニアエンジンに供給される水素の量を減らしても、酸素濃度が高められた酸素富化空気を第１供給流路からアンモニアエンジンに供給できるため、アンモニアエンジンを始動させることができる。また、改質器による水素の生成は、昇温部によってアンモニアを水素に分解するために最適な温度にまでアンモニアエンジンの始動前から改質部が昇温された後に行われるため、改質器にて生成された水素がアンモニアエンジンに供給されるまでに時間を要する。制御部は、アンモニアエンジンの始動時に、供給部から第１供給流路にアンモニアを供給するとともに、第１調整弁を開弁状態にする。これにより、アンモニアエンジンの始動時に、第１供給流路からアンモニアエンジンに酸素を供給できる。したがって、アンモニアエンジンの始動時に、第１供給流路からアンモニアエンジンに酸素を供給せず、且つ改質器からアンモニアエンジンに水素を供給する場合と比較して、アンモニアエンジンの始動を早期に行える。
【０００７】
アンモニアエンジンシステムにおいて、前記制御部は、前記アンモニアエンジンの高負荷運転時に、前記アンモニアエンジンに供給される酸素の量が閾値以下となるように、前記第１調整弁及び前記第２調整弁を制御してもよい。
【０００８】
上記構成によれば、アンモニアエンジンに対する酸素の供給量が多くなるほど、アンモニアエンジンの燃焼温度は高くなる傾向にある。また、アンモニアエンジンに対する水素の供給量が多くなるほど、アンモニアエンジンの燃焼温度は高くなる傾向にはある。しかしながら、アンモニアエンジンへの水素の供給量に対する燃焼温度の上昇幅は、アンモニアエンジンへの酸素の供給量に対する燃焼温度の上昇幅よりも緩やかである。アンモニアエンジンの高負荷運転時には、アンモニアエンジンでの燃焼に伴う窒素酸化物の生成が懸念されるが、こうした場合に、アンモニアエンジンに供給される酸素の量を少なくすることで、アンモニアエンジンでの燃焼温度を下げられる。したがって、アンモニアエンジンでの燃焼に伴う窒素酸化物の生成を抑制できる。
【０００９】
アンモニアエンジンシステムにおいて、前記制御部は、前記アンモニアエンジンの運転時に、前記アンモニアエンジンに供給されるアンモニア、酸素、及び水素の総量に対する前記アンモニアエンジンに供給される酸素の量の割合が２３％以上６０％以下となるように、前記第１調整弁及び前記第２調整弁を制御してもよい。
【００１０】
アンモニアエンジンシステムにおいて、前記アンモニアエンジンは、空気が流れる第４供給流路と、前記第１供給流路における前記酸素富化膜よりも下流側であって且つ前記第１調整弁よりも上流側に設けられる上流調整弁と、を備え、前記第１供給流路のうち、前記上流調整弁よりも上流部分を上流流路とし、前記上流調整弁よりも下流部分を下流流路とすると、前記制御部は、前記アンモニアエンジンの運転状態に応じて前記上流調整弁を調整することによって、前記上流流路から前記下流流路に流れる酸素富化空気の量と前記第４供給流路から前記下流流路に流れる空気の量とを調整してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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