(57)【要約】【課題】単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる改質システム及びエンジン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１３と、改質器１３に空気を供給する空気供給部２１と、改質器１３にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部２２と、改質器１３により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路１８と、改質器１３を昇温させる電気ヒータ１７と、改質ガス流路１８に液体アンモニアを噴射する冷却インジェクタ２０を有する液体アンモニア供給部２７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料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、
前記改質部に空気を供給する空気供給部と、
前記改質部に前記燃料を供給する第１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、
前記改質部を昇温させるヒータ部と、
前記改質ガス流路に前記燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第２燃料供給部とを備える改質システム。
【請求項２】
前記液体燃料を貯蔵する貯蔵部と、
前記貯蔵部に貯蔵された前記液体燃料を気化させて気体燃料を生成する気化部とを備え、
前記第１燃料供給部は、前記気化部により生成された前記気体燃料が流れる気体燃料流路を有し、
前記第２燃料供給部は、前記貯蔵部に貯蔵された前記液体燃料が流れる液体燃料流路を有する請求項１記載の改質システム。
【請求項３】
前記気体燃料流路には、前記改質部に供給される前記気体燃料を減圧する第１減圧弁が配設されており、
前記液体燃料流路には、前記液体燃料噴射弁に供給される前記液体燃料を減圧する第２減圧弁が配設されている請求項２記載の改質システム。
【請求項４】
前記気体燃料は気体アンモニアであり、
前記液体燃料は液体アンモニアである請求項２または３記載の改質システム。
【請求項５】
エンジンと、
前記エンジンに供給される空気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路に配設され、前記エンジンに供給される前記空気の流量を制御するスロットルバルブと、
燃料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、
前記改質部に空気を供給する空気供給部と、
前記改質部に前記燃料を供給する第１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前記エンジンに向けて流れる改質ガス流路と、
前記改質部を昇温させるヒータ部と、
前記改質ガス流路に前記燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第２燃料供給部とを備えるエンジンシステム。
【請求項６】
前記第１燃料供給部は、前記エンジン及び前記改質部に前記燃料を供給する請求項５記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質システム及びエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されているように、エンジンに適用された改質システムが従来から知られている。特許文献１に記載の改質システムは、気体のアンモニアを触媒により分解して水素を生成する分解器と、この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空気供給管と、分解器で生成された水素を含む気体が流出する流出管と、この流出管に接続され、分解器から流出した高温の気体を冷却する冷却器とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特再公表２０１２−０９０７３９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、触媒により気体のアンモニアを改質する際には、アンモニアの一部を燃焼させ（酸化反応）、その燃焼熱を利用して残りのアンモニアを乖離させて、水素を含む改質ガスを取り出している。しかし、燃焼熱は数百度の高温となるため、改質ガスも同程度の高温となる。従って、改質ガスをエンジンに供給するためには、分解器の下流側に大型の冷却器を配置する必要があり、搭載性の悪化及びコストアップにつながる。
【０００５】
本発明の目的は、単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる改質システム及びエンジン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、改質部に空気を供給する空気供給部と、改質部に燃料を供給する第１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、改質部を昇温させるヒータ部と、改質ガス流路に燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第２燃料供給部とを備える。
【０００７】
このような改質システムでは、改質部に空気及び燃料が供給されると共に、ヒータ部により改質部が昇温すると、改質部において燃料が燃焼する。すると、燃焼熱によって改質部が更に昇温するため、改質部において高温の改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路を流れる。このとき、改質ガス流路には、液体燃料噴射弁により液体燃料が直接噴射される。このため、液体燃料が高温の改質ガスから熱を奪って気化し、改質ガスが冷却される。このように液体燃料の気化潜熱を利用することで、改質ガスを効果的に冷却することができる。また、改質ガス流路に噴射される液体燃料は、改質部に供給される燃料と同じ物質である。従って、複数種類の燃料を用意しなくて済むため、単純なシステムを用いて改質ガスを冷却することができる。
【０００８】
改質システムは、液体燃料を貯蔵する貯蔵部と、貯蔵部に貯蔵された液体燃料を気化させて気体燃料を生成する気化部とを備え、第１燃料供給部は、気化部により生成された気体燃料が流れる気体燃料流路を有し、第２燃料供給部は、貯蔵部に貯蔵された液体燃料が流れる液体燃料流路を有してもよい。このような構成では、改質部に供給される気体燃料と改質ガス流路に供給される液体燃料とを簡単に取得することができる。
【０００９】
気体燃料流路には、改質部に供給される気体燃料を減圧する第１減圧弁が配設されており、液体燃料流路には、改質ガス流路に噴射される液体燃料を減圧する第２減圧弁が配設されていてもよい。このような構成では、改質部に対する気体燃料の供給圧が一定圧になると共に、改質ガス流路に対する液体燃料の供給圧（噴射圧）が一定圧になる。
【００１０】
気体燃料は気体アンモニアであり、液体燃料は液体アンモニアであってもよい。液体アンモニアは、他の液体燃料に比べて気化潜熱が大きい。このため、液体燃料として液体アンモニアを使用することで、改質ガスをより効果的に冷却することができる。従って、液体アンモニアの供給量を少なくしても、改質ガスを冷却することができる。
【００１１】
本発明の他の態様に係るエンジンシステムは、エンジンと、エンジンに供給される空気が流れる吸気通路と、吸気通路に配設され、エンジンに供給される空気の流量を制御するスロットルバルブと、燃料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、改質部に空気を供給する空気供給部と、改質部に燃料を供給する第１燃料供給部と、改質部により生成された改質ガスがエンジンに向けて流れる改質ガス流路と、改質部を昇温させるヒータ部と、改質ガス流路に燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第２燃料供給部とを備える。
【００１２】
このようなエンジンシステムでは、改質部に空気及び燃料が供給されると共に、ヒータ部により改質部が昇温すると、改質部において燃料が燃焼する。すると、燃焼熱によって改質部が更に昇温するため、改質部において高温の改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路を流れる。このとき、改質ガス流路には、液体燃料噴射弁により液体燃料が直接噴射される。このため、液体燃料が高温の改質ガスから熱を奪って気化し、改質ガスが冷却される。このように液体燃料の気化潜熱を利用することで、改質ガスを効果的に冷却することができる。また、改質ガス流路に噴射される液体燃料は、改質部に供給される燃料と同じ物質である。従って、複数種類の燃料を用意しなくて済むため、単純なシステムを用いて改質ガスを冷却することができる。
【００１３】
第１燃料供給部は、エンジン及び改質部に燃料を供給してもよい。このような構成では、液体燃料が高温の改質ガスから熱を奪って気化することで生成される気体燃料がエンジンに供給されるだけでなく、第１燃料供給部によりエンジンに燃料が供給されることになる。従って、エンジンの応答性が良くなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示されたコントローラ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３】本発明の他の実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図４】図３に示されたコントローラ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】
【００１６】
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。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
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、本実施形態のエンジンシステム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、複数（ここでは４つ）の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。
【００１８】
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気筒エンジンであり、４つの燃焼室２ａを有している。アンモニアエンジン２には、アンモニアと共に水素（Ｈ２）が供給される（後述）。
【００１９】
吸気通路３は、燃焼室２ａに接続されている。吸気通路３は、燃焼室２ａ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。
【００２０】
排気通路４は、燃焼室２ａに接続されている。排気通路４は、燃焼室２ａ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、例えば三元触媒やＳＣＲ（SelectiveCatalytic Reduction）触媒等が用いられる。
【００２１】
メインインジェクタ５は、燃焼室２ａにアンモニアガス（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、後述する気化器１２と気体アンモニア流路９を介して接続されている。メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２に取り付けられている。
【００２２】
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。
【００２３】
また、エンジンシステム１は、アンモニアガスの改質を行う改質システム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、改質器１３と、空気流路１４と、改質スロットルバルブ１５と、改質インジェクタ１６と、電気ヒータ１７と、改質ガス流路１８と、クーラ１９と、冷却インジェクタ２０とを備えている。
【００２４】
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貯蔵部である。つまり、アンモニアタンク１１は、液体アンモニア（液体燃料）を貯蔵する。気化器１２は、アンモニアタンク１１に貯蔵された液体アンモニアを気化させて、気体アンモニア（気体燃料）であるアンモニアガスを生成する気化部である。液体アンモニアは、気体アンモニアと同じ物質である。同じ物質とは、物質の化学式が同じということである。
【００２５】
改質器１３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１３は、例えばハニカム構造を呈する担体１３ａを有している。担体１３ａには、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒１３ｂが塗布されている。改質触媒１３ｂ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１３ｂは、ＡＴＲ（Autothermal Reformer）式アンモニア改質触媒である。なお、改質触媒１３ｂとして低温反応触媒を採用してもよい。
【００２６】
空気流路１４は、吸気通路３と改質器１３とを接続している。具体的には、空気流路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。空気流路１４の他端は、改質器１３に接続されている。空気流路１４は、改質器１３に供給される空気が流れる流路である。
【００２７】
改質スロットルバルブ１５は、空気流路１４に配設されている。改質スロットルバルブ１５は、改質器１３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。空気流路１４及び改質スロットルバルブ１５は、改質器１３に空気を供給する空気供給部２１を構成している。
【００２８】
改質インジェクタ１６は、気化器１２と気体アンモニア流路９を介して接続されている。気体アンモニア流路９は、気化器１２により生成されたアンモニアガスが流れる気体燃料流路である。改質インジェクタ１６は、改質器１３に向けて気体燃料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。具体的は、改質インジェクタ１６は、空気流路１４における改質スロットルバルブ１５と改質器１３との間にアンモニアガスを噴射する。従って、空気流路１４における改質スロットルバルブ１５と改質器１３との間の部分には、空気及びアンモニアガスが流れることとなる。
【００２９】
気体アンモニア流路９、メインインジェクタ５、改質インジェクタ１６及び空気流路１４は、アンモニアエンジン２及び改質器１３にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部２２（第１燃料供給部）を構成している。
【００３０】
気体アンモニア流路９には、減圧弁２３が配設されている。減圧弁２３は、アンモニアエンジン２及び改質器１３に供給されるアンモニアガスを減圧する第１減圧弁である。減圧弁２３は、アンモニアエンジン２及び改質器１３に供給されるアンモニアガスの圧力を所定圧に保持する。
【００３１】
電気ヒータ１７は、改質器１３に供給されるアンモニアガスを加熱することにより、改質器１３をアンモニアガスを通して昇温させるヒータ部である。電気ヒータ１７は、空気流路１４に配設された発熱体２４と、この発熱体２４を通電する電源２５とを有している。発熱体２４は、例えばハニカム構造を呈している。電気ヒータ１７により加熱されたアンモニアガスの熱が改質器１３に伝達されることで、改質器１３が昇温する。
【００３２】
改質ガス流路１８は、改質器１３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１８の一端は、改質器１３に接続されている。改質ガス流路１８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１８は、改質器１３により生成された改質ガスがアンモニアエンジン２に向けて流れる流路である。
【００３３】
クーラ１９は、改質ガス流路１８に配設されている。クーラ１９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１９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。
【００３４】
冷却インジェクタ２０は、アンモニアタンク１１と液体アンモニア流路２６を介して接続されている。液体アンモニア流路２６は、アンモニアタンク１１に貯蔵された液体アンモニアが流れる液体燃料流路である。冷却インジェクタ２０は、改質ガス流路１８に液体アンモニアを噴射することにより、気化潜熱を利用して改質ガスを冷却する電磁式の液体燃料噴射弁である。具体的は、冷却インジェクタ２０は、改質ガス流路１８における改質器１３とクーラ１９との間に液体アンモニアを噴射する。
【００３５】
液体アンモニア流路２６及び冷却インジェクタ２０は、改質ガス流路１８に液体アンモニアを供給する液体アンモニア供給部２７（第２燃料供給部）を構成している。
【００３６】
このように冷却インジェクタ２０を有する液体アンモニア供給部２７をクーラ１９と共に備えることにより、メインスロットルバルブ６等の吸気系部品が熱により損傷することが防止されると共に、改質ガスの体積膨張が抑制されるため、空気がアンモニアエンジン２の燃焼室２ａに十分に吸入されやすくなる。
【００３７】
液体アンモニア流路２６には、減圧弁２８が配設されている。減圧弁２８は、改質ガス流路１８に供給される液体アンモニアを減圧する第２減圧弁である。減圧弁２８は、改質ガス流路１８に供給される液体アンモニアの圧力を所定圧に保持する。
【００３８】
また、改質システム１０は、温度センサ２９と、コントローラ３０とを備えている。温度センサ２９は、改質器１３の温度を検出するセンサである。温度センサ２９は、例えば改質器１３の改質触媒１３ｂの上流側端部の温度を検出する。
【００３９】
コントローラ３０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３０には、イグニッションスイッチ３１（ＩＧスイッチ）及びスタータモータ３２が接続されている。イグニッションスイッチ３１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３２は、アンモニアエンジン２を始動させるモータである。
【００４０】
コントローラ３０は、イグニッションスイッチ３１の操作信号と温度センサ２９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、改質インジェクタ１６、電気ヒータ１７、冷却インジェクタ２０及びスタータモータ３２を制御する。
【００４１】
図２は、コントローラ３０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。本処理は、アンモニアエンジン２の始動時に実行される。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及び冷却インジェクタ２０は、閉じた状態となっている。
【００４２】
図２において、コントローラ３０は、まずイグニッションスイッチ３１の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ３１がＯＮ操作されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。コントローラ３０は、イグニッションスイッチ３１がＯＮ操作されたと判断したときは、電気ヒータ１７の発熱体２４を通電するように電源２５を制御する（手順Ｓ１０２）。これにより、発熱体が発熱するようになる。
【００４３】
そして、コントローラ３０は、改質インジェクタ１６を開くように制御する（手順Ｓ１０３）。これにより、改質インジェクタ１６からアンモニアガスが噴射し、改質器１３にアンモニアガスが供給される。このとき、発熱体２４によりアンモニアガスが加熱されるため、アンモニアガスの熱によって改質器１３が昇温する。続いて、コントローラ３０は、改質スロットルバルブ１５を開くように制御する（手順Ｓ１０４）。これにより、改質器１３に空気が供給される。
【００４４】
そして、コントローラ３０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３２を制御する（手順Ｓ１０５）。これにより、アンモニアエンジン２が始動する。
【００４５】
続いて、コントローラ３０は、メインスロットルバルブ６を開くように制御すると共に、メインインジェクタ５を開くように制御する（手順Ｓ１０６）。これにより、アンモニアエンジン２に空気が供給されると共に、メインインジェクタ５からアンモニアガスが噴射し、アンモニアエンジン２にアンモニアガスが供給される。
【００４６】
続いて、コントローラ３０は、温度センサ２９の検出値に基づいて、改質器１３の温度が第１規定温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０７）。第１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。コントローラ３０は、改質器１３の温度が第１規定温度以上であると判断したときは、発熱体２４の通電を停止させるように電源２５を制御する（手順Ｓ１０８）。改質器１３の温度が第１規定温度以上になると、改質器１３においてアンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によって改質器１３が更に昇温する。
【００４７】
続いて、コントローラ３０は、温度センサ２９の検出値に基づいて、改質器１３の温度が第２規定温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０９）。第２規定温度は、例えばアンモニアガスの改質が可能となる温度であり、例えば３００℃〜４００℃程度である。コントローラ３０は、改質器１３の温度が第２規定温度以上であると判断したときは、冷却インジェクタ２０を開くように制御する（手順Ｓ１１０）。これにより、冷却インジェクタ２０から液体アンモニアが噴射し、改質ガス流路１８に液体アンモニアが供給される。
【００４８】
なお、コントローラ３０により実行される制御処理手順としては、特に上記のフローには限られない。例えば、手順１０５は、手順Ｓ１０７の後に実行されてもよい。
【００４９】
以上のようなエンジンシステム１において、イグニッションスイッチ３１がＯＮ操作されると、電気ヒータ１７の発熱体２４が通電され、発熱体２４が発熱する。そして、改質インジェクタ１６が開弁することで、改質インジェクタ１６からアンモニアガスが噴射し、改質器１３にアンモニアガスが供給される。このとき、発熱体２４の熱によってアンモニアガスが加熱され、暖められたアンモニアガスの熱が改質器１３に伝達されるため、改質器１３が昇温する。そして、改質スロットルバルブ１５が開弁することで、改質器１３に空気が供給される。
【００５０】
続いて、スタータモータ３２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及びメインインジェクタ５が開弁することで、アンモニアエンジン２の燃焼室２ａに空気が供給されると共に、メインインジェクタ５からアンモニアガスが噴射し、アンモニアエンジン２の燃焼室２ａにアンモニアガスが供給される。これにより、燃焼室２ａにおいてアンモニアガスが燃焼し始める。
【００５１】
改質器１３の温度が第１規定温度に達すると、発熱体２４の通電が停止するが、改質器１３の改質触媒１３ｂによってアンモニアガスが着火して燃焼し、その燃焼熱によって改質器１３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
【００５２】
そして、改質器１３の温度が第２規定温度に達すると、改質器１３の改質触媒１３ｂによってアンモニアガスの改質が開始され、水素を含有した高温の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
【００５３】
このとき、冷却インジェクタ２０が開弁し、冷却インジェクタ２０から改質ガス流路１８に液体アンモニアが噴射する。すると、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪い取って気化することで、アンモニアガスが生成されると共に改質ガスが冷却される。そして、冷やされた改質ガスがアンモニアガスと共にアンモニアエンジン２の燃焼室２ａに供給される。これにより、燃焼室２ａ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。以上により、エンジンシステム１は、改質器１３の暖気が完了した後の定常動作となる。
【００５４】
以上のように本実施形態にあっては、改質器１３に空気及びアンモニアガスが供給されると共に、電気ヒータ１７により改質器１３が昇温すると、改質器１３においてアンモニアガスが燃焼する。すると、燃焼熱によって改質器１３が更に昇温するため、改質器１３において高温の改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路１８を流れる。このとき、改質ガス流路１８には、冷却インジェクタ２０により液体アンモニアが直接噴射される。このため、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪って気化し、改質ガスが冷却される。このように液体アンモニアの気化潜熱を利用することで、改質ガスを効果的に冷却することができる。これにより、後段のクーラ１９を小型化したり、或いは後段のクーラ１９を廃止することが可能となる。また、改質ガス流路１８に噴射される液体アンモニアは、改質器１３に供給されるアンモニアガスと同じアンモニアという物質である。従って、複数種類の燃料を用意しなくて済むため、単純なシステムを用いて改質ガスを冷却することができる。その結果、エンジンシステム１の搭載性を向上させることが可能になる。また、エンジンシステム１の低コスト化を図ることが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、アンモニアガス供給部２２によりアンモニアエンジン２及び改質器１３にアンモニアガスが供給される。このため、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪って気化することで生成されるアンモニアガスがアンモニアエンジン２に供給されるだけでなく、アンモニアガス供給部２２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ことになる。従って、アンモニアエンジン２の応答性が良くなる。また、液体アンモニア供給部２７により改質ガス流路１８に液体アンモニアが供給される分だけ、気化器１２を小型化することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、アンモニアタンク１１に貯蔵された液体アンモニアが気化器１２により気化されてアンモニアガスが生成され、そのアンモニアガスがアンモニアエンジン２及び改質器１３に供給されると共に、アンモニアタンク１１に貯蔵された液体アンモニアが改質ガス流路１８に供給される。従って、アンモニアエンジン２及び改質器１３に供給されるアンモニアガスと改質ガス流路１８に供給される液体アンモニアとを簡単に取得することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、気体アンモニア流路９には、アンモニアエンジン２及び改質器１３に供給されるアンモニアガスを減圧する減圧弁２３が配設されている。従って、アンモニアエンジン２及び改質器１３に対するアンモニアガスの供給圧が一定圧になる。また、液体アンモニア流路２６には、改質ガス流路１８に噴射される液体アンモニアを減圧する減圧弁２８が配設されている。従って、改質ガス流路１８に対する液体アンモニアの供給圧（噴射圧）が一定圧になる。また、メインインジェクタ５、改質インジェクタ１６及び冷却インジェクタ２０の噴射圧が低くなるため、メインインジェクタ５、改質インジェクタ１６及び冷却インジェクタ２０として、耐久性の高い高価なインジェクタを使用しなくて済む。
【００５８】
また、本実施形態では、他の液体燃料に比べて気化潜熱が大きい液体アンモニアを使用することにより、改質ガスをより効果的に冷却することができる。従って、液体アンモニアの供給量を少なくしても、改質ガスを冷却することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、アンモニアエンジン２の各燃焼室２ａにアンモニアガスを噴射する複数のメインインジェクタ５がアンモニアエンジン２に取り付けられているが、メインインジェクタ５の数としては、１つであってもよい。この場合には、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ように配置されていてもよい。
【００６０】
図３は、本発明の他の実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。図３において、本実施形態のエンジンシステム１Ａは、上記の実施形態におけるメインインジェクタ５を備えていない。エンジンシステム１Ａでは、改質ガス流路１８に供給された液体アンモニアが気化して生成されるアンモニアガスのみが、アンモニアエンジン２の燃焼室２ａに供給される。
【００６１】
また、エンジンシステム１Ａは、上記の実施形態におけるアンモニアガス供給部２２及びコントローラ３０に代えて、アンモニアガス供給部２２Ａ及びコントローラ３０Ａを備えている。アンモニアガス供給部２２Ａは、改質器１３にアンモニアガスを供給する。
【００６２】
コントローラ３０Ａは、イグニッションスイッチ３１の操作信号と温度センサ２９の検出値とに基づいて、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、電気ヒータ１７、冷却インジェクタ２０及びスタータモータ３２を制御する。
【００６３】
図４は、図３に示されたコントローラ３０Ａ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４において、コントローラ３０Ａは、上記のコントローラ３０における手順Ｓ１０１〜Ｓ１０５を順次実行する。コントローラ３０Ａは、手順Ｓ１０５を実行した後、メインスロットルバルブ６を開くように制御する（手順Ｓ１０６Ａ）。その後、コントローラ３０Ａは、上記のコントローラ３０における手順Ｓ１０７〜Ｓ１１０を順次実行する。
【００６４】
冷却インジェクタ２０が開弁すると、冷却インジェクタ２０から液体アンモニアが噴射し、改質ガス流路１８に液体アンモニアが供給される。すると、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪い取って気化することで、アンモニアガスが生成されると共に改質ガスが冷却される。そして、冷やされた改質ガスがアンモニアガスと共にアンモニアエンジン２の燃焼室２ａに供給される。そして、燃焼室２ａ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。
【００６５】
以上のような本実施形態においても、液体アンモニアの気化潜熱を利用することで、単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる。また、本実施形態では、メインインジェクタ５が不要となるため、エンジンシステム１Ａを簡素化することができる。
【００６６】
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１３の温度が第２規定温度以上となったときに、冷却インジェクタ２０から液体アンモニアを噴射させているが、特にその形態には限られない。冷却インジェクタ２０から液体アンモニアを噴射させるタイミングとしては、改質器１３の温度が第１規定温度以上となったときでもよいし、メインスロットルバルブ６を開くときでもよいし、適宜変更可能である。また、冷却インジェクタ２０から液体アンモニアを連続的に噴射させてもよいし、冷却インジェクタ２０から液体アンモニアを間欠的に噴射させてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、電気ヒータ１７は、改質器１３に供給されるアンモニアガスを加熱することにより、改質器１３をアンモニアガスを通して昇温させているが、特にその形態には限られない。電気ヒータ１７は、改質器１３を直接加熱することにより、改質器１３を直接昇温させてもよい。また、アンモニアを燃やして加熱する燃焼式のヒータを使用してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、温度センサ２９により改質器１３の温度が検出されているが、特にその形態には限られず、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１３の温度を推定してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、改質器１３に供給される空気が流れる空気流路１４が吸気通路３に分岐接続されているが、特にその形態には限られず、アンモニアエンジン２と接続された吸気通路３とは異なる経路から空気流路１４に空気が供給されてもよい。この場合には、吸気通路３の脈動の影響を受けることを防止できる。
【００７０】
また、上記実施形態では、改質器１３に供給される気体燃料としてアンモニアガス（気体アンモニア）を使用し、改質ガス流路１８に供給される液体燃料として液体アンモニアを使用しているが、使用する燃料としては、同じ物質であれば、特にアンモニアには限られず、例えばエタノール等のアルコール系物質等であってもよい。また、アンモニアエンジン２及び改質器１３には、液体燃料が供給されてもよい。この場合には、気化器１２が不要となる。
【００７１】
また、上記実施形態では、アンモニアガス供給部２２は、改質器１３に向けてアンモニアガスを噴射する改質インジェクタ１６を有しているが、特にその形態には限られず、例えば改質インジェクタ１６に代えて、流量調整弁を用いてもよい。この場合には、気体アンモニア流路９の他端を空気流路１４に接続すると共に、気体アンモニア流路９に流量調整弁を配設する。流量調整弁を用いることにより、アンモニアガスを改質器１３に連続供給することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、改質ガス流路１８の他端が空気流路１４に接続されているが、特にその形態には限られず、例えば改質ガス流路１８の他端に、アンモニアエンジン２または吸気通路３に向けて改質ガスを噴射するインジェクタを設けてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態の改質システムは、エンジンシステム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。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ…エンジンシステム、２…アンモニアエンジン（エンジン）、３…吸気通路、６…メインスロットルバルブ（スロットルバルブ）、９…気体アンモニア流路（気体燃料流路）、１０…改質システム、１１…アンモニアタンク（貯蔵部）、１２…気化器（気化部）、１３…改質器（改質部）、１７…電気ヒータ（ヒータ部）、１８…改質ガス流路、２１…空気供給部、２０…冷却インジェクタ（液体燃料噴射弁）、２２…アンモニアガス供給部（第１燃料供給部）、２３…減圧弁（第１減圧弁）、２６…液体アンモニア流路（液体燃料流路）、２７…液体アンモニア供給部（第２燃料供給部）、２８…減圧弁（第２減圧弁）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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