(57)【要約】【課題】起動時に改質部をすり抜ける燃料ガスの量を低減することができる改質システムを提供する。【解決手段】改質システム１０は、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質器２２と、改質器２２に供給される空気が流れるガス供給流路１４と、改質器２２にガス供給流路１４を通してアンモニアガスを供給する燃料供給部２８と、改質器により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路１７と、改質器２２よりもガス供給流路１４の上流側に配置された発熱体２３を有する電気ヒータ２１と、改質器２２及び発熱体２３を収容する筐体２５と、ガス供給流路１４を開閉する上流側開閉バルブ１９と、改質ガス流路１７を開閉する下流側開閉バルブ２０とを備え、改質器２２は、筐体２５内における発熱体２３よりも上側に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを水素に分解する改質触媒を有し、前記燃料ガスを改質して前記水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、
前記改質部に供給される酸化性ガスが流れるガス供給流路と、
前記改質部に前記ガス供給流路を通して前記燃料ガスを供給する燃料供給部と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが流れる改質ガス流路と、
前記改質部よりも前記ガス供給流路の上流側に配置された発熱体を有するヒータ部と、
前記改質部及び前記発熱体を収容する筐体と、
前記ガス供給流路を開閉する第１開閉バルブと、
前記改質ガス流路を開閉する第２開閉バルブと、
前記燃料供給部、前記ヒータ部、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する制御部とを備え、
前記改質部は、前記筐体内における前記発熱体よりも上側に配置されており、
前記制御部は、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを閉じた状態で前記発熱体を通電するように前記ヒータ部を制御する第１制御処理を実行した後、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを開いた状態で前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記燃料供給部、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する第２制御処理を実行する改質システム。
【請求項２】
前記改質部は、前記筐体内における前記発熱体の真上位置に配置されている請求項１記載の改質システム。
【請求項３】
前記ガス供給流路は、前記筐体と接続された配管を有し、
前記配管の少なくとも一部は、前記筐体よりも下側に配置されている請求項１または２記載の改質システム。
【請求項４】
前記改質部の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記第２制御処理を実行するときは、前記温度検出部により検出された前記改質部の温度が予め定められた規定温度以上になると、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを開いた状態で前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記燃料供給部、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する請求項１〜３の何れか一項記載の改質システム。
【請求項５】
前記ガス供給流路には、前記改質部に供給される前記酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁が配設されおり、
前記制御部は、前記第２制御処理を実行するときは、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを開くように制御すると共に、前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記燃料供給部及び前記流量制御弁を制御する請求項１〜４の何れか一項記載の改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の改質システムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の改質システムは、液体のアンモニアを気化する蒸発器と、この蒸発器により気化されたアンモニアを分解して水素を生成する分解器と、蒸発器から分解器に気体のアンモニアを供給するアンモニア供給管と、分解器に空気を供給する流入管と、分解器で生成された水素が流れる流出管とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１１１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、改質システムの起動時には、分解器（改質部）の暖気が完了するまでは、分解器においてアンモニア（燃料ガス）が安定して燃焼されない。また、分解器の暖気時には、分解器の触媒の異常酸化を防止するために、アンモニアのみを分解器に供給するか、もしくはアンモニアを空気に対してリッチの状態で分解器に供給する必要がある。従って、分解器の暖気が完了するまでは、アンモニアが分解器をすり抜けてしまう。このため、アンモニアの後処理を行うための装置が必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、起動時に改質部をすり抜ける燃料ガスの量を低減することができる改質システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る改質システムは、燃料ガスを水素に分解する改質触媒を有し、燃料ガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、改質部に供給される酸化性ガスが流れるガス供給流路と、改質部にガス供給流路を通して燃料ガスを供給する燃料供給部と、改質部により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路と、改質部よりもガス供給流路の上流側に配置された発熱体を有するヒータ部と、改質部及び発熱体を収容する筐体と、ガス供給流路を開閉する第１開閉バルブと、改質ガス流路を開閉する第２開閉バルブと、燃料供給部、ヒータ部、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御する制御部とを備え、改質部は、筐体内における発熱体よりも上側に配置されており、制御部は、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを閉じた状態で発熱体を通電するようにヒータ部を制御する第１制御処理を実行した後、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように燃料供給部、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御する第２制御処理を実行する。
【０００７】
このような改質システムにおいては、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを閉じると、第１開閉バルブと第２開閉バルブとの間の流路が閉鎖された状態となり、その流路内では燃料ガスの流れが生じない。従って、改質システムの起動時に、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを閉じた状態でヒータ部の発熱体が通電されると、発熱体の発熱により上昇気流が発生する。ここで、改質部は、筐体内における発熱体よりも上側に配置されている。このため、上昇気流の熱によって改質部が暖められることになる。このように発熱体の発熱により生じる上昇気流を利用して改質部を暖めることにより、発熱体の熱を燃料ガスを通じて改質部に伝達するために改質部に燃料ガスを供給する必要がない。これにより、改質システムの起動時に、改質部をすり抜ける燃料ガスの量が低減される。
【０００８】
改質部は、筐体内における発熱体の真上位置に配置されていてもよい。このような構成では、発熱体の発熱により生じる上昇気流を有効利用して、改質部を効率良く暖めることができる。
【０００９】
ガス供給流路は、筐体と接続された配管を有し、配管の少なくとも一部は、筐体よりも下側に配置されていてもよい。第１開閉バルブと第２開閉バルブとの間の流路内に存在するガス中には、燃料の他に水素及び酸素等の成分が含まれる可能性がある。酸素の比重は、燃料及び水素の比重よりも高い。このため、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを閉じた際に、第１開閉バルブと第２開閉バルブとの間の流路内に存在するガス中に酸素が含まれていても、配管内における筐体よりも下側に酸素が溜まることになる。従って、筐体内に酸素が存在しにくくなるため、改質部の改質触媒の酸化劣化が防止される。
【００１０】
改質システムは、改質部の温度を検出する温度検出部を更に備え、制御部は、第２制御処理を実行するときは、温度検出部により検出された改質部の温度が予め定められた規定温度以上になると、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように燃料供給部、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御してもよい。このような構成では、改質部の温度を検出することにより、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給する適切なタイミングを容易に判断することができる。
【００１１】
ガス供給流路には、改質部に供給される酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁が配設されおり、制御部は、第２制御処理を実行するときは、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開くように制御すると共に、燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように燃料供給部及び流量制御弁を制御してもよい。このような構成では、ガス供給流路を開閉する第１開閉バルブと改質部に供給される酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁とが別々のバルブであるため、ガス供給流路の開閉制御と酸化性ガスの供給量制御とが行いやすくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、起動時に改質部をすり抜ける燃料ガスの量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る改質システムを具備したエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示された改質装置、ガス供給流路及び改質ガス流路の高さ位置関係を示す図である。
【図３】図１に示されたエンジンシステムの制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示された始動制御部により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図３に示された停止制御部により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る改質システムを具備したエンジンシステムを示す概略構成図である。図１において、エンジンシステム１は、車両に搭載されている。エンジンシステム１は、アンモニアエンジン２と、吸気通路３と、排気通路４と、メインインジェクタ５と、メインスロットルバルブ６とを備えている。
【００１６】
アンモニアエンジン２は、アンモニア（ＮＨ３）を燃料として使用するエンジンである。アンモニアエンジン２は、例えば４つの燃焼室を有する４気筒エンジンである。アンモニアエンジン２には、アンモニアと共に水素が供給される（後述）。
【００１７】
吸気通路３は、アンモニアエンジン２に接続されている。吸気通路３は、アンモニアエンジン２に供給される空気が流れる通路である。吸気通路３には、空気に含まれる塵及び埃等の異物を除去するエアクリーナ７が配設されている。
【００１８】
排気通路４は、アンモニアエンジン２に接続されている。排気通路４は、アンモニアエンジン２の燃焼室から発生した排気ガスが流れる通路である。排気通路４には、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及びアンモニア等の有害物質を除去する排気浄化触媒８が配設されている。排気浄化触媒８としては、例えば三元触媒またはＳＣＲ（SelectiveCatalytic Reduction）触媒等が用いられる。
【００１９】
メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２に向けて燃料ガスであるアンモニアガス（ＮＨ３ガス）を噴射する電磁式の燃料噴射弁である。メインインジェクタ５は、吸気通路３におけるメインスロットルバルブ６とアンモニアエンジン２との間にアンモニアガスを噴射する。メインインジェクタ５は、後述する気化器１２とアンモニア流路９を介して接続されている。
【００２０】
メインスロットルバルブ６は、吸気通路３におけるエアクリーナ７とアンモニアエンジン２との間に配設されている。メインスロットルバルブ６は、アンモニアエンジン２に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。
【００２１】
また、エンジンシステム１は、本実施形態の改質システム１０を具備している。改質システム１０は、アンモニアタンク１１と、気化器１２と、改質装置１３と、ガス供給流路１４と、改質スロットルバルブ１５と、改質インジェクタ１６と、改質ガス流路１７と、クーラ１８と、上流側開閉バルブ１９と、下流側開閉バルブ２０とを備えている。
【００２２】
アンモニアタンク１１は、アンモニアを液体状態で貯蔵するタンクである。気化器１２は、アンモニアタンク１１に貯蔵された液体状態のアンモニアを気化させて、アンモニアガスを生成する。
【００２３】
改質装置１３は、電気ヒータ２１と、改質器２２とを有している。電気ヒータ２１は、改質器２２を昇温させるヒータ部である。電気ヒータ２１は、例えばハニカム構造を呈する発熱体２３と、この発熱体２３に電極端子（図示せず）を介して接続され、発熱体２３を通電する電源２４とを有している。電源２４により発熱体２３が通電されると、発熱体２３が発熱する。
【００２４】
改質器２２は、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部である。改質器２２は、例えばハニカム構造を呈する担体２２ａを有している。担体２２ａには、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒２２ｂが塗布されている。改質触媒２２ｂは、アンモニアガスを水素に分解する機能に加え、アンモニアガスを燃焼させる機能も有している。改質触媒２２ｂとしては、例えばルテニウム、パラジウム、ロジウムまたは白金等が用いられる。
【００２５】
改質装置１３は、図２に示されるように、電気ヒータ２１の発熱体２３及び改質器２２を収容する円筒状の筐体２５を有している。電気ヒータ２１の電源２４は、特に図示はしないが、例えば筐体２５の外部に配置されている。筐体２５は、アンモニアガス及び改質ガスに対して耐腐食性を有する金属（例えばステンレス鋼）で形成されている。
【００２６】
発熱体２３は、筐体２５内における改質器２２よりもガス供給流路１４の上流側に配置されている。改質器２２は、筐体２５内における発熱体２３よりも上側に配置されている。ここでいう上側は、重力方向（図２中のＧ方向）の反対側に相当する。具体的には、改質器２２は、筐体２５内における発熱体２３の真上（直上）位置に配置されている。発熱体２３の真上位置は、発熱体２３の鉛直方向上側の位置である。
【００２７】
ガス供給流路１４は、吸気通路３と改質器２２とを接続している。具体的には、ガス供給流路１４の一端は、吸気通路３におけるエアクリーナ７とメインスロットルバルブ６との間の部分に分岐接続されている。ガス供給流路１４の他端は、改質器２２に接続されている。ガス供給流路１４は、改質器２２に供給される酸化性ガスである空気が流れる流路である。
【００２８】
ガス供給流路１４は、図２に示されるように、吸気通路３と筐体２５の下端とを接続するガス供給配管２６と、筐体２５内における筐体２５の下端と改質器２２との間の空間２５ａとからなっている。ガス供給配管２６は、筐体２５よりも下側に配置されている。ここでいう下側は、重力方向（図２中のＧ方向）に相当する。ガス供給配管２６は、筐体２５の下端から真下（直下）方向に延びる管部２６ａと、この管部２６ａの下端から水平方向に延びる管部２６ｂとを有している。水平方向は、重力方向と直交する方向である。
【００２９】
改質スロットルバルブ１５は、ガス供給流路１４のガス供給配管２６に配設されている。改質スロットルバルブ１５は、改質器２２に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。
【００３０】
改質インジェクタ１６は、気化器１２とアンモニア流路２７を介して接続されている。改質インジェクタ１６は、改質器２２に向けて燃料ガスであるアンモニアガスを噴射する電磁式の燃料噴射弁である。改質インジェクタ１６は、ガス供給流路１４における改質スロットルバルブ１５と改質装置１３との間にアンモニアガスを噴射する。アンモニアタンク１１、気化器１２、アンモニア流路２７及び改質インジェクタ１６は、改質器２２にガス供給流路１４を通してアンモニアガスを供給する燃料供給部２８を構成している。
【００３１】
改質ガス流路１７は、改質器２２と吸気通路３とを接続している。具体的には、改質ガス流路１７の一端は、改質器２２に接続されている。改質ガス流路１７の他端は、吸気通路３におけるメインスロットルバルブ６とアンモニアエンジン２との間の部分に分岐接続されている。改質ガス流路１７は、改質器２２により生成された改質ガスが流れる流路である。
【００３２】
改質ガス流路１７は、図２に示されるように、吸気通路３と筐体２５の上端とを接続する改質ガス配管２９と、筐体２５内における筐体２５の上端と改質器２２との間の空間２５ｂとからなっている。改質ガス配管２９は、筐体２５の上端から真上方向に延びる管部２９ａと、この管部２９ａの上端からＬ字状に屈曲して下方に延びる管部２９ｂと、この管部２９ｂの下端から水平方向に延びる管部２９ｃとを有している。管部２９ｃは、例えばガス供給配管２６の管部２６ｂと同じ高さ位置に配置されている。
【００３３】
クーラ１８は、改質ガス流路１７に配設されている。具体的には、クーラ１８は、図２に示されるように、改質ガス配管２９の管部２９ｂに配設されている。クーラ１８は、アンモニアエンジン２に供給される改質ガスを冷却する。クーラ１８は、例えばエンジン冷却水との熱交換によって改質ガスを冷却する。クーラ１８により改質ガスを冷却することにより、改質ガスの体積膨張が抑制されるため、改質ガスがアンモニアエンジン２の燃焼室に入りやすくなる。
【００３４】
上流側開閉バルブ１９は、ガス供給流路１４における改質スロットルバルブ１５と改質装置１３との間に配設されている。より具体的には、上流側開閉バルブ１９は、ガス供給流路１４における改質インジェクタ１６と改質装置１３との間に配設されている。上流側開閉バルブ１９は、ガス供給流路１４を開閉する電磁式の第１開閉バルブである。上流側開閉バルブ１９は、図２に示されるように、ガス供給配管２６の管部２６ｂに配設されている。
【００３５】
下流側開閉バルブ２０は、改質ガス流路１７に配設されている。具体的には、下流側開閉バルブ２０は、改質ガス流路１７におけるクーラ１８と吸気通路３との間に配設されている。下流側開閉バルブ２０は、改質ガス流路１７を開閉する電磁式の第２開閉バルブである。下流側開閉バルブ２０は、図２に示されるように、改質ガス配管２９の管部２９ｃに配設されている。
【００３６】
また、改質システム１０は、温度センサ３０と、コントローラ３１とを備えている。温度センサ３０は、改質器２２の温度を検出する温度検出部である。温度センサ３０は、例えば改質器２２の改質触媒２２ｂの温度を検出する。
【００３７】
コントローラ３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ３１には、イグニッションスイッチ３２（ＩＧスイッチ）と、スタータモータ３３とが接続されている。イグニッションスイッチ３２は、車両の運転者がアンモニアエンジン２の始動及び停止を指示するための手動操作スイッチである。スタータモータ３３は、アンモニアエンジン２を始動させるモータである。
【００３８】
コントローラ３１は、図３に示されるように、始動制御部３４と、停止制御部３５とを有している。
【００３９】
始動制御部３４は、アンモニアエンジン２の始動時に、イグニッションスイッチ３２の操作信号と温度センサ３０の検出値とに基づいて、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質スロットルバルブ１５、燃料供給部２８の改質インジェクタ１６、電気ヒータ２１の電源２４、上流側開閉バルブ１９、下流側開閉バルブ２０及びスタータモータ３３を制御する。
【００４０】
始動制御部３４は、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を閉じた状態で電気ヒータ２１の発熱体２３を通電するように電源２４を制御する第１制御処理を実行した後、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を開いた状態でアンモニアガス及び空気を改質器２２に供給するように改質インジェクタ１６、改質スロットルバルブ１５、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を制御する第２制御処理を実行する。
【００４１】
始動制御部３４は、第２制御処理を実行するときは、温度センサ３０により検出された改質器２２の温度が予め定められた規定温度以上になると、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を開くように制御すると共に、アンモニアガス及び空気を改質器２２に供給するように改質インジェクタ１６及び改質スロットルバルブ１５を制御する。
【００４２】
停止制御部３５は、アンモニアエンジン２の停止時に、イグニッションスイッチ３２の操作信号に基づいて、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質スロットルバルブ１５、改質インジェクタ１６、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を制御する。
【００４３】
図４は、始動制御部３４により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理の実行前には、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質スロットルバルブ１５、改質インジェクタ１６は、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０は、閉じた状態となっている。
【００４４】
図４において、始動制御部３４は、まずイグニッションスイッチ３２の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ３２がＯＮ操作されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。始動制御部３４は、イグニッションスイッチ３２がＯＮ操作されたと判断したときは、電気ヒータ２１の発熱体２３を通電するように電源２４を制御する（手順Ｓ１０２）。
【００４５】
続いて、始動制御部３４は、温度センサ３０の検出値に基づいて、改質器２２の温度が規定温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。規定温度は、アンモニアガスの燃焼が可能となる温度であり、例えば２００℃程度である。始動制御部３４は、改質器２２の温度が規定温度以上であると判断したときは、発熱体２３の通電を停止するように電源２４を制御する（手順Ｓ１０４）。
【００４６】
そして、始動制御部３４は、上流側開閉バルブ１９を開くように制御すると共に、下流側開閉バルブ２０を開くように制御する（手順Ｓ１０５）。そして、始動制御部３４は、改質スロットルバルブ１５を開くように制御すると共に、改質インジェクタ１６からアンモニアガスを噴射させるように改質インジェクタ１６を制御する（手順Ｓ１０６）。これにより、改質器２２にアンモニアガス及び空気が供給される。
【００４７】
続いて、始動制御部３４は、アンモニアエンジン２をクランキングさせるようにスタータモータ３３を制御する（手順Ｓ１０７）。これにより、アンモニアエンジン２が始動する。そして、始動制御部３４は、メインスロットルバルブ６を開くように制御する（手順Ｓ１０８）。これにより、アンモニアエンジン２に空気が供給される。そして、始動制御部３４は、メインインジェクタ５からアンモニアガスを噴射させるようにメインインジェクタ５を制御する（手順Ｓ１０９）。これにより、アンモニアエンジン２にアンモニアガスが供給される。
【００４８】
ここで、手順Ｓ１０１，Ｓ１０２は、上記の第１制御処理として機能する。手順Ｓ１０３〜Ｓ１０６は、上記の第２制御処理として機能する。
【００４９】
図５は、停止制御部３５により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理の実行前には、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質スロットルバルブ１５、改質インジェクタ１６は、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０は、開いた状態となっている。
【００５０】
図５において、停止制御部３５は、まずイグニッションスイッチ３２の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ３２がＯＦＦ操作されたかどうかを判断する（手順Ｓ１１１）。停止制御部３５は、イグニッションスイッチ３２がＯＦＦ操作されたと判断したときは、メインインジェクタ５からのアンモニアガスの噴射を停止させるようにメインインジェクタ５を制御する（手順Ｓ１１２）。これにより、アンモニアエンジン２へのアンモニアガスの供給が停止する。そして、停止制御部３５は、メインスロットルバルブ６を閉じるように制御する（手順Ｓ１１３）。これにより、アンモニアエンジン２への空気の供給が停止する。
【００５１】
続いて、停止制御部３５は、改質スロットルバルブ１５を閉じるように制御する（手順Ｓ１１４）。これにより、改質器２２への空気の供給が停止する。そして、停止制御部３５は、改質インジェクタ１６からのアンモニアガスの噴射を停止させるように改質インジェクタ１６を制御する（手順Ｓ１１５）。これにより、改質器２２へのアンモニアガスの供給が停止する。
【００５２】
続いて、停止制御部３５は、上流側開閉バルブ１９を閉じるように制御すると共に、下流側開閉バルブ２０を閉じるように制御する（手順Ｓ１１６）。
【００５３】
以上のようなエンジンシステム１において、アンモニアエンジン２の作動中にイグニッションスイッチ３２がＯＦＦ操作されると、アンモニアエンジン２へのアンモニアガス及び空気の供給が停止する。そして、改質器２２への空気及びアンモニアガスの供給が停止する。そして、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０が閉弁する。これにより、アンモニアエンジン２が停止する。
【００５４】
このとき、上流側開閉バルブ１９と下流側開閉バルブ２０との間の流路は、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０により閉鎖された閉鎖流路Ｃとなる（図２参照）。具体的には、閉鎖流路Ｃは、ガス供給配管２６の内部における上流側開閉バルブ１９と筐体２５との間の領域と、筐体２５の内部と、改質ガス配管２９の内部における筐体２５と下流側開閉バルブ２０との間の領域とで形成される。なお、閉鎖流路Ｃ内は、密閉されている。
【００５５】
閉鎖流路Ｃには、アンモニアガスがリッチな状態で充填されている。具体的には、閉鎖流路Ｃには、アンモニアガスが１００％で充填されているか、もしくはアンモニアの酸化が起きない程度にアンモニアガスが高濃度で充填されている。閉鎖流路Ｃでは、アンモニアガスの流れが生じない。
【００５６】
その後、アンモニアエンジン２を再始動させるために、イグニッションスイッチ３２がＯＮ操作されると、電気ヒータ２１の発熱体２３が通電され、発熱体２３が発熱する。すると、図２に示されるように、発熱体２３に上昇気流が発生する。上昇気流は、鉛直方向上側への大気の流れである。発熱体２３の真上位置には、改質器２２が配置されている。このため、上昇気流が改質器２２に到達し、上昇気流の熱が改質器２２に伝達される。従って、上昇気流の熱によって改質器２２が暖められ、改質器２２が昇温する。
【００５７】
そして、改質器２２の温度が規定温度に達すると、発熱体２３の通電が停止し、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０が開弁する。そして、改質スロットルバルブ１５が開弁すると共に、改質インジェクタ１６からアンモニアガスが噴射することで、改質器２２に空気及びアンモニアガスが供給される。
【００５８】
すると、改質器２２の改質触媒２２ｂによってアンモニアガスが着火して燃焼し、その燃焼熱により改質器２２が更に昇温する。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応（酸化反応）することで、アンモニアの燃焼反応が起こり、燃焼熱が発生する。
ＮＨ３＋３／４Ｏ２→１／２Ｎ２＋３／２Ｈ２Ｏ＋Ｑ
【００５９】
そして、改質器２２がアンモニアガスの改質が可能となる温度（例えば３００℃〜４００℃程度）に達すると、改質器２２の改質触媒２２ｂによってアンモニアガスの改質が開始され、水素を含有した改質ガスが生成される。具体的には、下記式のように、アンモニアの燃焼熱によってアンモニアが水素と窒素とに分解される改質反応が起こり、水素及び窒素を含む改質ガスが生成される。
ＮＨ３→３／２Ｈ２＋１／２Ｎ２−Ｑ
【００６０】
改質器２２において水素がリッチな状態の改質ガスが生成されると、スタータモータ３３によりアンモニアエンジン２が始動する。そして、メインスロットルバルブ６が開弁することで、アンモニアエンジン２に空気が供給される。すると、アンモニアエンジン２の燃焼室において改質ガスが燃焼する。そして、メインインジェクタ５からアンモニアガスが噴射することで、アンモニアエンジン２にアンモニアガスが供給される。これにより、アンモニアエンジン２の燃焼室においてアンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼するようになる。従って、エンジンシステム１は、改質器２２の暖気が完了した後の定常動作となる。
【００６１】
以上のように本実施形態にあっては、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を閉じると、上流側開閉バルブ１９と下流側開閉バルブ２０との間の流路が閉鎖された状態となり、その流路内ではアンモニアガスの流れが生じない。従って、エンジンシステム１の起動時に、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を閉じた状態で電気ヒータ２１の発熱体２３が通電されると、発熱体２３の発熱により上昇気流が発生する。ここで、改質器２２は、筐体２５内において発熱体２３よりも上側に配置されている。このため、上昇気流の熱によって改質器２２が暖められることになる。このように発熱体２３の発熱により生じる上昇気流を利用して改質器２２を暖めることにより、発熱体２３の熱をアンモニアガスを通じて改質器２２に伝達するために改質器２２にアンモニアガスを供給する必要がない。これにより、エンジンシステム１の起動時に、改質器２２をすり抜けるアンモニアガスの量が低減される。
【００６２】
その結果、エンジンシステム１の外部に排出されるアンモニアガスの後処理が不要となるため、後処理装置としての排気浄化触媒８の体格を小さくすることができる。また、他の後処理装置としてアンモニアを吸着する吸着器等を備える必要がなくなる。さらに、改質器２２に熱を伝達するための特別な部品等を使用しなくても、改質器２２を暖めることができる。以上により、エンジンシステム１かかるコストを低減することが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態では、改質器２２は、筐体２５内における発熱体２３の真上位置に配置されている。従って、発熱体２３の発熱により生じる上昇気流を有効利用して、改質器２２を効率良く暖めることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、ガス供給流路１４は、筐体２５と接続されたガス供給配管２６を有し、ガス供給配管２６は、筐体２５よりも下側に配置されている。上流側開閉バルブ１９と下流側開閉バルブ２０との間の流路内に存在するガス中には、アンモニアの他に、水素、酸素、窒素及び水分が含まれる可能性がある。酸素の比重は、アンモニア、水素、窒素及び水分の比重よりも高い。このため、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を閉じた際に、上流側開閉バルブ１９と下流側開閉バルブ２０との間の流路内に存在するガス中に酸素が含まれていても、ガス供給配管２６における筐体２５よりも下側に酸素が溜まることになる。従って、筐体２５内に酸素が存在しにくくなるため、改質器２２の改質触媒２２ｂの酸化劣化が防止される。
【００６５】
また、本実施形態では、改質器２２の温度を検出することにより、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を開いた状態でアンモニアガス及び空気を改質器２２に供給する適切なタイミングを容易に判断することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、ガス供給流路１４を開閉する上流側開閉バルブ１９と改質器２２に供給される空気の流量を制御する改質スロットルバルブ１５とが別々のバルブであるため、ガス供給流路１４の開閉制御と空気の供給量制御とが行いやすくなる。
【００６７】
また、本実施形態では、発熱体２３の発熱により生じる上昇気流を利用して改質器２２を暖めることにより、エンジンシステム１の起動時に、改質器２２にアンモニアガスのみを供給しないため、スタータモータ３３によりアンモニアエンジン２を直ちにクランキングしなくて済む。従って、エンジンシステム１の省エネルギー化を図ることができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、改質器２２は、筐体２５内における発熱体２３の真上位置に配置されているが、改質器２２の配置位置としては、特にその形態には限られず、発熱体２３よりも上側であれば、発熱体２３の斜め上の位置であってもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、ガス供給配管２６が全体的に筐体２５よりも下側に配置されているが、特にその形態には限られず、ガス供給配管２６の一部のみが筐体２５よりも下側に配置されていてもよい。また、上流側開閉バルブ１９と下流側開閉バルブ２０との間の流路内に存在するガス中に含まれる酸素が極めて少ないような場合には、ガス供給配管２６が筐体２５よりも下側に配置されていなくてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、温度センサ３０の検出値に基づいて、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を開くタイミングが制御されているが、特にその形態には限られない。例えばアンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等から改質器２２の温度を推定することが可能であるため、イグニッションスイッチ３２がＯＮ操作されてからの時間に基づいて、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０を開くタイミングを制御してもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、下流側開閉バルブ２０は、改質ガス流路１７におけるクーラ１８と吸気通路３との間に配設されているが、特にその形態には限られない。例えば下流側開閉バルブ２０の耐熱性が高い場合には、下流側開閉バルブ２０は、改質ガス流路１７における改質装置１３とクーラ１８との間に配設されていてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、アンモニアエンジン２の停止時に、改質スロットルバルブ１５が閉弁するように制御された後に、改質インジェクタ１６からのアンモニアガスの噴射が停止するように改質インジェクタ１６が制御されているが、特にその形態には限られない。アンモニアエンジン２の停止後に、上流側開閉バルブ１９及び下流側開閉バルブ２０により閉鎖された閉鎖流路Ｃ内がアンモニアリッチな状態になるのであれば、改質スロットルバルブ１５の閉弁制御と改質インジェクタ１６からのアンモニアガスの噴射停止制御とを同時に行ってもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、空気の流量を制御する改質スロットルバルブ１５が備えられているが、改質スロットルバルブ１５は特に無くてもよい。この場合には、ガス供給流路１４を開閉する上流側開閉バルブ１９が空気の流れを制御する機能を果たすことになる。従って、バルブの数が少なくて済み、改質システム１０の構成を簡素化することができる。
【００７４】
また、上記実施形態の改質システム１０は、エンジンシステム１に具備されているが、本発明は、特にエンジンシステムには限られず、例えばタービンシステムまたは燃料電池システム等にも適用可能である。また、燃料ガスとしては、特にアンモニアガスには限られず、炭化水素ガス等を使用してもよい。また、酸化性ガスとしては、特に空気には限られず、酸素を使用してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０…改質システム、１４…ガス供給流路、１５…改質スロットルバルブ（流量制御弁）、１７…改質ガス流路、１９…上流側開閉バルブ（第１開閉バルブ）、２０…下流側開閉バルブ（第２開閉バルブ）、２１…電気ヒータ（ヒータ部）、２２…改質器（改質部）、２２ｂ…改質触媒、２３…発熱体、２５…筐体、２６…ガス供給配管（配管）、２８…燃料供給部、３０…温度センサ（温度検出部）、３４…始動制御部（制御部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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