(57)【要約】【課題】  アンモニアから水素を生成する水素生成装置において、水素生成装置の始動直後に水素を生成可能な技術を提供する。【解決手段】  水素生成装置は、アンモニアを水素に改質する触媒を収容する改質器と、改質器にアンモニアと空気を供給する供給部と、供給部によって改質器に供給される空気量を制御する制御部と、を備え、制御部は、改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を改質器に供給し、その後、目標空気量となるように、改質器に供給される空気量を増加させる。【選択図】  図４
2020183337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成装置であって、
アンモニアを水素に改質する触媒を収容する改質器と、
前記改質器にアンモニアと空気を供給する供給部と、
前記供給部によって前記改質器に供給される空気量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を前記改質器に供給し、その後、前記目標空気量となるように、前記改質器に供給される空気量を増加させる、
水素生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素生成装置であって、
前記制御部は、前記改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、前記目標空気量の半分以下の空気量を前記改質器に供給する、
水素生成装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水素生成装置であって、
前記制御部は、前記改質器へのアンモニアと空気の供給が開始された後、前記改質器に供給される空気量を時間の経過にともなって増加させる、
水素生成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素生成装置は、さらに、
前記触媒の温度を検出する検出部を備え、
前記制御部は、前記検出部によって検出された前記触媒の温度に応じて、前記改質器に供給される空気量の増加率を変更させる、
水素生成装置。
【請求項５】
アンモニアの燃焼によって駆動力を得る内燃機関であって、
燃焼室を含む機関本体と、
前記燃焼室にアンモニアを供給するアンモニア供給部と、
前記燃焼室に水素を供給する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水素生成装置と、を備える、
内燃機関。
【請求項６】
水素生成装置の制御方法であって、
アンモニアを水素に改質する触媒が収容されている改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を前記改質器に供給する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記目標空気量となるように、前記改質器に供給される空気量を増加させる第２の工程と、を備える、
水素生成装置の制御方法。
【請求項７】
水素生成装置を制御させるコンピュータプログラムであって、
アンモニアを水素に改質する触媒が収容されている改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を前記改質器に供給する機能と、
前記目標空気量となるように、前記改質器に供給される空気量を増加させる機能と、を前記コンピュータに実行させる、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置、内燃機関、水素生成装置の制御方法、および、コンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アンモニアを改質することで、水素を生成する水素生成装置が知られている（例えば、特許文献１）。水素生成装置においてアンモニアから水素を生成するとき、触媒を改質反応に適した温度にする必要があるため、アンモニアの酸化反応で生成される酸化熱を利用して触媒を昇温することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３４０７９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、触媒の温度が改質反応に適した温度より低い中で水素の生成を開始する場合には、触媒に供給されるアンモニアと空気の混合ガスによって触媒が冷却される場合がある。このため、触媒の昇温に時間がかかり、水素生成装置の始動直後に水素を生成することができないおそれがある。また、触媒でのアンモニアの酸化反応は過渡的反応であるため、混合ガスの触媒での滞留時間が短いと、触媒上で酸化反応が起きることなく混合ガスがそのまま触媒をすり抜け、排出されてしまう場合もある。このため、アンモニアの酸化反応によって発生する熱量が少なくなるため、触媒の昇温に時間がかかり、水素生成装置の始動直後に水素を生成することができないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、アンモニアから水素を生成する水素生成装置において、水素生成装置の始動直後に水素を生成可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、水素生成装置が提供される。この水素生成装置は、アンモニアを水素に改質する触媒を収容する改質器と、前記改質器にアンモニアと空気を供給する供給部と、前記供給部によって前記改質器に供給される空気量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を前記改質器に供給し、その後、前記目標空気量となるように、前記改質器に供給される空気量を増加させる。
【０００８】
この構成によれば、制御部は、改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を改質器に供給し、その後、目標空気量となるように、改質器に供給される空気量を増加させる。これにより、水素生成装置の始動開始時に、触媒を通る空気の流量が少なくなるため、空気による触媒の温度の低下が抑制されるともに、触媒におけるアンモニアと空気の滞留時間が長くなりアンモニアと空気が触媒を素通りすることを抑制することができる。したがって、水素生成装置の始動直後から、アンモニアの酸化反応が行われ、酸化反応で発生する反応熱によって触媒を昇温することができるため、水素を生成することができる。
【０００９】
（２）上記形態の水素生成装置において、前記制御部は、前記改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、前記目標空気量の半分以下の空気量を前記改質器に供給してもよい。この構成によれば、制御部は、改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量の半分以下の空気量を改質器に供給する。これにより、触媒を通る空気の流量がさらに少なくなるため、空気による触媒の温度の低下がさらに抑制されるともに、アンモニアと空気が触媒を素通りすることをさらに抑制することができる。したがって、水素生成装置の始動直後から水素を生成することができる。
【００１０】
（３）上記形態の水素生成装置において、前記制御部は、前記改質器へのアンモニアと空気の供給が開始された後、前記改質器に供給される空気量を時間の経過にともなって増加させてもよい。この構成によれば、改質器に供給される空気量は、時間の経過にともなって徐々に増加するため、アンモニアと空気の急激な流量変化によって触媒の温度を低下させることを抑制することができる。これにより、水素生成装置の始動直後から水素を連続して生成することができる。
【００１１】
（４）上記形態の水素生成装置は、さらに、前記触媒の温度を検出する検出部を備え、前記制御部は、前記検出部によって検出された前記触媒の温度に応じて、前記改質器に供給される空気量の増加率を変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、検出部が検出する触媒の温度に応じて、空気量の増加率を変更させる。制御部は、例えば、触媒の温度が上がりやすい場合、空気量の増加率を大きくする。また、触媒の温度が上がりにくい場合、空気量の増加率を小さくする。このように、触媒の温度に応じて触媒に供給される空気量を調整することができるため、触媒の温度を迅速に水素の生成に適した温度とすることができるとともに、水素を連続して供給することができる。
【００１２】
（５）本発明の別の形態によれば、アンモニアの燃焼によって駆動力を得る内燃機関が提供される。この内燃機関は、燃焼室を含む機関本体と、前記燃焼室にアンモニアを供給するアンモニア供給部と、前記燃焼室に水素を供給する上記形態の水素生成装置と、を備える。この構成によれば、内燃機関の始動直後から、水素生成装置は水素を生成することができるため、始動直後の内燃機関に水素を供給することができる。これにより、始動直後の内燃機関での失火を抑制することができる。
【００１３】
（６）本発明のさらに別の形態によれば、水素生成装置の制御方法が提供される。この水素生成装置の制御方法は、アンモニアを水素に改質する触媒が収容されている改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を前記改質器に供給する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記目標空気量となるように、前記改質器に供給される空気量を増加させる第２の工程と、を備える。この構成によれば、第１の工程において、改質器へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を改質器に供給する。その後、第２の工程において、改質器に供給される空気量を、目標空気量となるように増加させる。これにより、水素生成装置の始動直後から、アンモニアの酸化反応が行われ、酸化反応によって発生する反応熱が触媒を昇温することができるため、水素を生成することができる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、水素生成装置を含むシステム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムにおいて水素生成方法を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の改質器の概略構成を示す図である。
【図３】触媒における改質反応の平衡を説明する説明図である。
【図４】第１実施形態の水素生成部での流量制御値の時間変化を示す図である。
【図５】第１実施形態のエンジンシステムのトルクの時間変化を示す図である。
【図６】比較例の水素生成部での流量制御値を説明する説明図である。
【図７】第２実施形態のエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図８】第２実施形態の水素生成部での空気量の時間変化を示す図である。
【図９】図８とは異なる条件での空気量の時間変化を示す図である。
【図１０】図８、９とは異なる条件での空気量の時間変化を示す図である。
【図１１】比較例の水素生成部での空気量の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のエンジンシステム１の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態のエンジンシステム１が備える水素生成部３０の改質器３５の概略構成を示す図である。エンジンシステム１は、アンモニアエンジン１１と、吸気管２１と、空気スロットル２３と、アンモニア噴射弁２５と、水素生成部３０と、排気管４１と、制御部５０を備え、アンモニアガス（以下、単に「アンモニア」と呼ぶ）を燃焼させて、駆動力を発生する。
【００１７】
アンモニアエンジン１１は、火花点火式であり、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３を有する。シリンダブロック１２の内部には、ピストン１４が配置されており、ピストン１４の冠面と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３によって、アンモニアエンジン１１の燃焼室１５が形成されている。本実施形態では、エンジンシステム１に１つの燃焼室１５のみを示しているが、エンジンシステム１には、複数の燃焼室１５があってもよい。
【００１８】
燃焼室１５には、シリンダブロック１２の内部を介して、燃焼室１５への吸気経路を形成する吸気管２１と、燃焼室１５からの排気経路を形成する排気管４１とが接続されている。シリンダブロック１２には、点火プラグ１６と、吸気弁１７と、排気弁１８とが設けられている。点火プラグ１６は、燃焼室１５において火花放電を発生させることで、燃焼室１５の燃料に着火し、燃料を燃焼させる。なお、点火プラグ１６は、プラズマジェット点火プラグであってもよい。吸気弁１７は、燃焼室１５への吸気経路を開閉する。排気弁１８は、燃焼室１５からの排気経路を開閉する。
【００１９】
吸気管２１は、シリンダブロック１２に接続されており、大気と燃焼室１５とを連通可能に形成されている。吸気管２１には、空気スロットル２３と、アンモニア噴射弁２５が設けられている。空気スロットル２３は、電気的に接続している制御部５０からの指令に応じて、吸気管２１を流れる空気量を制御する。アンモニア噴射弁２５は、吸気管２１において、空気スロットル２３よりシリンダヘッド１３側に設けられており、制御部５０と電気的に接続している。アンモニア噴射弁２５は、制御部５０からの指令に応じて、吸気管２１に噴射するアンモニア量を制御する。
【００２０】
水素生成部３０は、吸気バイパス管３１と、バイパス空気スロットル３２と、バイパスアンモニア噴射弁３３と、アンモニアタンク３４と、改質器３５を備える。水素生成部３０は、アンモニアから水素を生成し、吸気管２１を介して生成した水素を燃焼室１５に供給する。
【００２１】
吸気バイパス管３１は、図１に示すように、空気スロットル２３の上流側の吸気管２１と、空気スロットル２３とアンモニア噴射弁２５との間の吸気管２１とに接続している。吸気バイパス管３１には、バイパス空気スロットル３２と、バイパスアンモニア噴射弁３３と、改質器３５が設けられている。
【００２２】
バイパス空気スロットル３２は、バイパスアンモニア噴射弁３３および改質器３５の上流側の吸気バイパス管３１に設けられており、制御部５０と電気的に接続している。バイパス空気スロットル３２は、制御部５０からの指令に応じて、吸気管２１から吸気バイパス管３１に流入する空気量を制御する。バイパスアンモニア噴射弁３３は、改質器３５の上流側の吸気バイパス管３１に設けられており、制御部５０と電気的に接続している。バイパスアンモニア噴射弁３３は、制御部５０からの指令に応じて、吸気バイパス管３１に噴射するアンモニア量を制御する。
【００２３】
アンモニアタンク３４は、アンモニアを貯留する容器であり、図１に示すように、アンモニア配管３４ａを介して、アンモニア噴射弁２５およびバイパスアンモニア噴射弁３３に接続している。アンモニアタンク３４に貯留されているアンモニアは、アンモニア配管３４ａに設けられている減圧弁３４ｂによって調圧され、制御部５０からの指令に応じてアンモニア噴射弁２５およびバイパスアンモニア噴射弁３３に供給される。
【００２４】
改質器３５は、図２に示すように、触媒３５ａと、ガスヒータ３５ｂと、触媒ヒータ３５ｃと、触媒３５ａおよびガスヒータ３５ｂを収容する収容器３５ｄを備える。改質器３５では、吸気バイパス管３１を通って収容器３５ｄの内部に流入するアンモニアを触媒３５ａによって水素に改質する。改質された水素は、未反応のアンモニアや改質によって生成された水などともに、改質ガスとして収容器３５ｄから排出される。収容器３５ｄから排出された改質ガスは、改質器３５の下流側の吸気バイパス管３１を通って、吸気管２１を流れるガスに合流する。
【００２５】
触媒３５ａは、温度が２５０℃程度であるとき、アンモニアと空気の混合ガスを用いて水素を生成する。具体的には、一部のアンモニアの酸化によって発生する酸化熱を利用して、吸熱反応であるアンモニアの分解反応を進行させ、水素を生成する。このため、触媒３５ａを用いて水素を生成するためには、触媒３５ａの温度を、触媒３５ａの活性温度である２５０℃程度としておく必要がある。
【００２６】
ガスヒータ３５ｂは、収容器３５ｄの内部において、触媒３５ａの上流側に配置されている。ガスヒータ３５ｂは、制御部５０と電気的に接続し、制御部５０からの指令に応じて発熱する。ガスヒータ３５ｂは、収容器３５ｄの内部に流入するアンモニアと空気の混合ガスを加熱する。加熱されたアンモニアと空気の混合ガスが触媒３５ａに流入することで、触媒３５ａが加熱される。触媒ヒータ３５ｃは、収容器３５ｄの外部において、触媒３５ａの周囲に配置されている。触媒ヒータ３５ｃは、制御部５０と電気的に接続し、制御部５０からの指令に応じて発熱する。触媒ヒータ３５ｃは、触媒３５ａを周囲から加熱する。すなわち、ガスヒータ３５ｂと触媒ヒータ３５ｃは、触媒３５ａを加熱するために使用される。なお、触媒３５ａは、ガスヒータ３５ｂおよび触媒ヒータ３５ｃの少なくとも１つの使用によって加熱可能である。また、触媒３５ａ内での反応が十分に進み、反応熱のみで触媒３５ａの温度を活性温度以上に維持することができるようになると、ガスヒータ３５ｂと触媒ヒータ３５ｃによる加熱は不要となる。
【００２７】
排気管４１は、シリンダブロック１２に接続されており、大気と燃焼室１５とを連通可能に形成されている。排気管４１は、燃焼室１５での燃焼によって発生するガスを大気に排出する。
【００２８】
制御部５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータである。制御部５０は、空気スロットル２３を制御することによって吸気管２１を流れる空気量を調整したり、バイパス空気スロットル３２を制御することによって吸気バイパス管３１を流れる空気量を調整したりする。また、制御部５０は、アンモニア噴射弁２５を制御することによって吸気管２１へのアンモニアの噴射量を調整したり、バイパスアンモニア噴射弁３３を制御することによって吸気バイパス管３１へのアンモニアの噴射量を調整したりする。また、制御部５０は、ガスヒータ３５ｂや触媒ヒータ３５ｃによる加熱を制御する。制御部５０での制御の詳細は、後述する。
【００２９】
次に、エンジンシステム１の作用について説明する。本実施形態でのエンジンシステム１では、始動するとき、アンモニア噴射弁２５によって燃焼室１５にアンモニアを供給しつつ、改質器３５において生成した水素を、アンモニアの補助燃料として燃焼室１５に供給する。具体的には、アンモニアエンジン１１の冷却水温度が低い場合、空気スロットル２３を閉じ側にするとともにバイパス空気スロットル３２を開き側にすることで、改質器３５に供給される空気量を増加させる。また、バイパスアンモニア噴射弁３３が噴射するアンモニア量も増加させる。これにより、燃焼室１５に供給される比較的多量の水素とアンモニアとの燃焼によってエンジンシステム１が始動する。また、アンモニアエンジン１１が比較的温まっている場合、空気スロットル２３を閉じ気味にして、改質器３５に供給される空気量を減らすとともに、バイパスアンモニア噴射弁３３が噴射するアンモニア量も減らす。これにより、燃焼室１５に供給される比較的少量の水素とアンモニアとの燃焼によってエンジンシステム１が始動する。エンジンシステム１が始動したのち、制御部５０は、図示しない酸素濃度計によって検出された排気管４１の酸素濃度に応じて、アンモニア噴射弁２５から噴射されるアンモニアの噴射量を制御し、所望のトルクが出力されるように、エンジンシステム１を制御する。
【００３０】
本実施形態では、エンジンシステム１の始動時において、制御部５０は、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を改質器３５に供給する。ここで、「目標空気量」について説明する。
【００３１】
図３は、アンモニアを水素に改質する触媒における改質反応の平衡を説明する説明図である。図３では、横軸に、空気とアンモニアとの比を示し、縦軸に、改質器出口での改質ガスの組成割合を示す。図３中では、Ｈ2の組成割合を実線Ｌ３１で示し、ＮＨ3の組成割合を破線Ｌ３２で示し、Ｎ2の組成割合を一点鎖線Ｌ３３で示し、Ｈ2Ｏの組成割合を二点鎖線Ｌ３４で示す。触媒によるアンモニアの水素への改質では、図３に示すように、空気とアンモニアとの比が０．８となる条件において、改質ガスの水素の組成割合は、最大値より若干減少するものの、アンモニアの組成割合がほぼ０％になる。そこで、本実施形態では、混合ガスにおける空気とアンモニアとの比が０．８となるときの空気量を、目標空気量とする。
【００３２】
図４は、本実施形態の水素生成部３０での流量制御値の時間変化を示す図である。図４の縦軸には、制御部５０から、バイパス空気スロットル３２およびバイパスアンモニア噴射弁３３に出力される指令における流量制御値が示されている。図４では、改質器３５に供給される空気量に対応する流量制御値を破線Ｌ４１で示し、改質器３５に供給されるアンモニア量に対応する流量制御値を二点鎖線Ｌ４２で示す。図４の縦軸には、上述の目標空気量に対応する流量制御値Ａｔ０を示している。
【００３３】
本実施形態のエンジンシステム１では、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時（図４の時間０秒）に、改質器３５に供給される空気量に対応する流量制御値が、目標空気量に対応する流量制御値Ａｔ０の半分以下の値Ａｔ１となっている。本実施形態では、空気量に対応する流量制御値は、図４に示すように、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始後、時間の経過にともなって増加し、最終的には、目標空気量に対応する流量制御値Ａｔ０となる。
【００３４】
図５は、本実施形態のエンジンシステム１が出力するトルクの時間変化を示す図である。図５の横軸に示す時間は、図４の横軸に示す時間と同時刻を示している。エンジンシステム１では、図５に示すように、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時（図５の時間０秒）と同時に、トルクを出力していることがわかる。
【００３５】
一般的に、水素の生成に用いられる触媒は、アンモニアと空気を含む混合ガスを、酸化反応を行う触媒で酸化させたのち、その反応熱を利用してアンモニアの改質反応を行うため、酸化反応を促すために十分に温度を上げて活性状態にしておく必要がある。しかしながら、触媒にアンモニアと空気の混合ガスを大量に供給すると、触媒でのアンモニアの改質反応が進行しなくなるおそれがある。具体的には、触媒は、大量の混合ガスによって冷却されるため触媒の温度が低下しアンモニアの改質反応に適した温度になりにくくなる。このため、触媒は、不活性な状態が続くため、酸化反応が起きずに水素が生成されない期間が長くなるおそれがある。また、触媒の温度がアンモニアの改質反応に適した温度であっても、触媒での酸化反応は過渡的反応であるため、混合ガスの滞留時間が短いと、触媒上で反応が起きずにそのまますり抜け、触媒から排出されてしまうこともある。このため、酸化反応による熱の発生量が少なくなるため、水素が生成されない期間が長くなるおそれがある。このように、エンジンシステムの始動時に、触媒にアンモニアと空気の混合ガスを大量に供給すると水素を燃焼室に供給することができないため、エンジンシステムは、失火するおそれがある。
【００３６】
図６は、比較例の水素生成部での流量制御値を説明する説明図である。図６（ａ）は、比較例の水素生成部での流量制御値の時間変化を示す図であって、図６（ｂ）は、水素生成部での流量制御値の時間変化が図６（ａ）の場合のエンジンシステムが出力するトルクの時間変化を示す図である。ここで、比較例の水素生成部では、図６（ａ）に示すように、エンジンシステムの始動時において、改質器に、同量のアンモニア（図６（ａ）の破線Ｌ６１）と空気（図６（ａ）の二点鎖線Ｌ６２）を供給する。図６（ａ）に示すように、エンジンシステムの始動開始と同時に、同量のアンモニアと空気が改質器に供給されると、上述したように、触媒の温度が低下したり、混合ガスの滞留時間が短くなったりするため、触媒において水素を生成することができない。このため、図６（ｂ）に示すように、エンジンシステムの始動開始直後の一定時間が失火期間（図６（ｂ）の符号Ｐ０）となり、エンジンシステムは、失火期間の間、トルクを出力できないこととなる。
【００３７】
以上説明した、本実施形態の水素生成部３０によれば、制御部５０は、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を改質器３５に供給し、その後、目標空気量となるように、改質器３５に供給される空気量を増加させる。これにより、エンジンシステム１の始動開始時に、触媒３５ａを通る空気の流量が少なくなるため、空気による触媒３５ａの温度の低下が抑制されるともに、触媒３５ａにおけるアンモニアと空気の滞留時間が長くなりアンモニアと空気が触媒３５ａを素通りすることを抑制することができる。したがって、水素生成部３０の始動直後から、アンモニアの酸化反応が行われ、酸化反応で発生する反応熱によって触媒３５ａを昇温することができるため、水素を生成することができる。
【００３８】
また、本実施形態の水素生成部３０によれば、制御部５０は、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量の半分以下の空気量を改質器３５に供給する。これにより、触媒３５ａを通る空気の流量がさらに少なくなるため、空気による触媒３５ａの温度の低下がさらに抑制されるともに、アンモニアと空気が触媒３５ａを素通りすることをさらに抑制することができる。したがって、水素生成部３０の始動直後から水素を生成することができる。
【００３９】
また、本実施形態の水素生成部３０によれば、改質器３５に供給される空気量は、時間の経過にともなって徐々に増加するため、アンモニアと空気の急激な流量変化によって触媒３５ａの温度を低下させることを抑制することができる。これにより、水素生成部３０の始動直後から水素を連続して生成することができる。
【００４０】
また、本実施形態のエンジンシステム１によれば、エンジンシステム１の始動直後から、水素生成部３０は水素を生成することができるため、始動直後の燃焼室１５に水素を供給することができる。これにより、始動直後のエンジンシステム１での失火を抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態の水素生成部３０の制御方法によれば、最初に、第１の工程として、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量より少ない空気量を改質器３５に供給する。その後、第２の工程として、目標空気量となるように、改質器３５に供給される空気量を増加させる。これにより、水素生成部３０の始動直後から、アンモニアの酸化反応が行われ、酸化反応によって発生する反応熱が触媒３５ａを昇温することができるため、水素を生成することができる。
【００４２】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態のエンジンシステム２の概略構成を示す図である。第２実施形態のエンジンシステム２は、第１実施形態のエンジンシステム１（図１）と比較すると、水素生成部６０に熱電対６６が設けられている点が異なる。
【００４３】
エンジンシステム２が備える水素生成部６０は、吸気バイパス管３１と、バイパス空気スロットル３２と、バイパスアンモニア噴射弁３３と、アンモニアタンク３４と、改質器３５と、熱電対６６を備える。熱電対６６は、改質器３５に設けられ、触媒３５ａの温度を検出する。熱電対６６は、検出した触媒３５ａの温度を、制御部５０に出力する。
【００４４】
第２実施形態の制御部５０には、触媒３５ａの温度の変化率と、改質器３５に供給される空気量の増加率とを対応させたテーブルが入力されている。第２実施形態の制御部５０は、該テーブルと熱電対６６が検出した触媒３５ａの温度を用いて、改質器３５に供給される空気量の増加率を変更させる。
【００４５】
図８は、本実施形態の水素生成部６０での空気量の時間変化を示す図である。図８では、横軸に時間を示し、第１縦軸に、改質器３５に供給される空気量を示し、第２縦軸に、触媒３５ａの温度を示す。図８には、第１縦軸における目標空気量Ａｔ２と、第２縦軸における触媒３５ａの活性温度Ｔａが示されている。図８では、改質器３５に供給される空気量を破線Ｌ８１で示し、触媒３５ａの温度を二点鎖線Ｌ８２で示す。
【００４６】
図８に示すように、水素生成部６０では、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時（図４の時間ｔ０）において、目標空気量Ａｔ２の半分以下の空気量Ａｔ３と、アンモニアとが改質器３５に供給される。これにより、触媒３５ａの温度は、時間ｔ０以降において一旦低下するものの供給される空気量が目標空気量Ａｔ２より少ないため、触媒３５ａにおいてアンモニアの水素への改質反応が可能な活性温度を下回ることない。これにより、エンジンシステム２の始動開始直後に水素が燃焼室１５に供給されて以降、連続して水素が燃焼室１５に供給されるため、エンジンシステム２での失火が抑制される。
【００４７】
図９は、図８とは異なる条件での空気量の時間変化を示す図である。図９は、触媒３５ａの温度の立ち上がりが図８に比べ早い場合の空気量の時間変化を示す図であって、改質器３５に供給される空気量を破線Ｌ９１で示し、触媒３５ａの温度を二点鎖線Ｌ９２で示している。なお、図９には、比較のために、図８に示した改質器３５に供給される空気量（破線Ｌ８１）と、触媒３５ａの温度（二点鎖線Ｌ８２）を細線で示してある。
【００４８】
図９に示すように、触媒３５ａの温度の立ち上がりが比較的早い場合、制御部５０は、事前に入力されているテーブルを用いて、空気量の増加率を図８での空気量の増加率に比べ大きくする（図９に示す時間ｔ０と時間ｔ１との間の期間Ｐ２１）。これにより、空気量が比較的早く目標空気量Ａｔ２に達するため、狙いの水素量をいち早く燃焼室１５に供給することが可能となる。
【００４９】
図１０は、図８および図９とは異なる条件での空気量の時間変化を示す図である。図１０は、触媒３５ａの温度の立ち上がりが図８に比べ遅い場合の空気量の時間変化を示す図であって、改質器３５に供給される空気量を破線Ｌ０１で示し、触媒３５ａの温度を二点鎖線Ｌ０２で示している。なお、図１０には、比較のために、図８に示した改質器３５に供給される空気量（破線Ｌ８１）と、触媒３５ａの温度（二点鎖線Ｌ８２）を細線で示してある。
【００５０】
図１０に示すように、触媒３５ａの温度の立ち上がりが比較的遅い場合、制御部５０は、事前に入力されているテーブルを用いて、空気量の増加率を図８での空気量の増加率に比べ小さくする（図１０に示す時間ｔ０と時間ｔ２との間の期間Ｐ２２）。これにより、触媒３５ａの温度が活性温度を下回ることなく空気量が目標空気量Ａｔ２に達するため、改質器３５へのアンモニアと空気の供給を開始して以降、水素を連続して燃焼室１５に供給することが可能となる。
【００５１】
図１１は、比較例での水素生成部での空気量の時間変化を示す図である。比較例での水素生成部では、改質器に供給される空気量を、比較例の水素生成部を備えるエンジンシステムの始動とともに目標空気量とするため（図１１の破線Ｌａ１）、混合ガスによって冷却される触媒の温度は、活性温度を下回ることとなる（図１１の破線Ｌａ２）。このため、触媒の温度が活性温度以下となっている期間（図１１に示す時間ｔ０と時間ｔ３との間の期間Ｐ２３）では、比較例の水素生成部は、水素を燃焼室に供給できないため、比較例のエンジンシステムは、始動直後に失火するおそれがある。
【００５２】
以上説明した、本実施形態の水素生成部６０によれば、制御部５０は、熱電対６６が検出する触媒３５ａの温度に応じて、空気量の増加率を変更させる。制御部５０は、触媒３５ａの温度が上がりやすい場合、図９に示したように、空気量の増加率を大きくする。また、触媒３５ａの温度が上がりにくい場合、図１０に示したように、空気量の増加率を小さくする。このように、触媒３５ａの温度に応じて触媒３５ａに供給される空気量を調整することができるため、触媒３５ａの温度を迅速に水素の生成に適した温度とすることができるとともに、水素を連続して燃焼室１５に供給することができる。
【００５３】
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５４】
［変形例１］
上述の実施形態では、「水素生成装置」としての水素生成部３０、６０および制御部５０は、アンモニアを燃料とする「内燃機関」としてのエンジンシステム１、２に備えられるとした。しかしながら、「水素生成装置」が適用される分野はこれに限定されない。単体の水素ガスを利用する分野であれば適用可能である。
【００５５】
［変形例２］
上述の実施形態では、目標空気量は、混合ガスにおける空気とアンモニアとの比が０．８となるときの空気量であるとした。しかしながら、目標空気量は、これに限定されない。例えば、エンジンシステム１を始動時直後から駆動することが可能な水素の量を生成するための空気量であってもよい。
【００５６】
［変形例３］
上述の実施形態では、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に、目標空気量の半分以下の空気量が改質器３５に供給されるとした。しかしながら、改質器３５に供給される空気量は、これに限定されない、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に改質器３５に供給される空気量は、目標空気量より少なければよい。
【００５７】
［変形例４］
上述の実施形態では、改質器３５に供給される空気量は、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始後、時間の経過にともなって増加するとした。しかしながら、空気量の増加の仕方はこれに限定されない。例えば、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始後、特定の時刻において、改質器３５へのアンモニアと空気の供給開始時に供給されていた空気量から一気に目標空気量に増加してもよい。
【００５８】
［変形例５］
第２実施形態では、触媒３５ａの温度の変化率を用いて、改質器３５に供給される空気量の増加率を変更させるとした。しかしながら、改質器３５に供給される空気量の増加率を変更させるための項目は、温度に限定されない。例えば、排気管４１の酸素濃度を用いて酸素量の増加率を変更してもよいし、アンモニアエンジン１１のトルクを用いて酸素量の増加率を変更してもよい。
【００５９】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、２…エンジンシステム
１１…アンモニアエンジン
１２…シリンダブロック
１３…シリンダヘッド
１４…ピストン
１５…燃焼室
１６…点火プラグ
１７…吸気弁
１８…排気弁
２１…吸気管
２３…空気スロットル
２５…アンモニア噴射弁
３０、６０…水素生成部
３１…吸気バイパス管
３２…バイパス空気スロットル
３３…バイパスアンモニア噴射弁
３４…アンモニアタンク
３４ａ…アンモニア配管
３４ｂ…減圧弁
３５…改質器
３５ａ…触媒
３５ｂ…ガスヒータ
３５ｃ…触媒ヒータ
３５ｄ…収容器
４１…排気管
５０…制御部
６６…熱電対
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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