(57)【要約】【課題】気化部及び冷却部での熱交換を簡単なシステムにより且つ効率良く行う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、液体アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する気化器１２と、気化器１２により生成された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を昇温させる電気ヒータ１７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、改質ガス流路１８に配設され、改質ガスを冷却する改質ガスクーラ１９と、気化器１２と改質ガスクーラ１９とを接続するように設けられ、気化器１２と改質ガスクーラ１９との間で冷媒が循環する循環経路２７と、循環経路２７に配設され、循環経路２７において冷媒を循環させる循環ポンプ２８とを備える。【選択図】図１
2020172906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を気化させて燃料ガスを生成する気化部と、
前記気化部により生成された前記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、
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ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記改質部を昇温させるヒータ部と、
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、
前記改質ガス流路に配設され、前記改質ガスを冷却するクーラ部と、
前記気化部と前記クーラ部とを接続するように設けられ、前記気化部と前記クーラ部との間で冷媒が循環する循環経路と、
前記循環経路に配設され、前記循環経路において前記冷媒を循環させる循環ポンプとを備える改質システム。
【請求項２】
前記循環経路に配設され、前記循環経路を流れる前記冷媒の温度を調整する温度調整部を更に備える請求項１記載の改質システム。
【請求項３】
前記温度調整部は、前記循環経路を流れる前記冷媒を冷却することで、前記冷媒の温度を調整する請求項２記載の改質システム。
【請求項４】
前記温度調整部は、前記循環経路を流れる前記冷媒を加熱することで、前記冷媒の温度を調整する請求項２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、
液体燃料を気化させて燃料ガスを生成する気化部と、
前記気化部により生成された前記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、
前記改質部に空気を供給する空気供給部と、
前記エンジン及び前記改質部に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記改質部を昇温させるヒータ部と、
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、
前記改質ガス流路に配設され、前記改質ガスを冷却するクーラ部と、
前記気化部と前記クーラ部とを接続するように設けられ、前記気化部と前記クーラ部との間で冷媒が循環する循環経路と、
前記循環経路に配設され、前記循環経路において前記冷媒を循環させる循環ポンプとを備えるエンジンシステム。
【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、タンクに貯留された液体のアンモニアを気化する蒸発器と、この蒸発器により得られた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、例えばエンジンを冷却するエンジン冷却水が循環するエンジン冷却系に、蒸発器（気化部）に接続された配管と冷却器（冷却部）に接続された配管とを追加し、エンジン冷却水を用いて蒸発器及び冷却器での熱交換を行う場合には、エンジン冷却系のウォーターポンプの大型化及びエンジン冷却系の大改造が必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、気化部及び冷却部での熱交換を簡単なシステムにより且つ効率良く行う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、液体燃料を気化させて燃料ガスを生成する気化部と、気化部により生成された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、改質部に空気を供給する空気供給部と、改質部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、改質部を昇温させるヒータ部と、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、改質ガス流路に配設され、改質ガスを冷却するクーラ部と、気化部とクーラ部とを接続するように設けられ、気化部とクーラ部との間で冷媒が循環する循環経路と、循環経路に配設され、循環経路において冷媒を循環させる循環ポンプとを備える。
【０００７】
このような改質システムにおいては、循環ポンプによって冷媒が循環経路を循環する。このとき、気化部に高温の冷媒が供給されると、気化部において高温の冷媒と液体燃料とが熱交換されることで、液体燃料が気化されて燃料ガスが生成されると共に、冷媒の温度が低下する。そして、クーラ部に低温の冷媒が供給されると、クーラ部において低温の冷媒と改質ガスとが熱交換されることで、改質ガスが冷却されると共に、冷媒の温度が上昇する。そして、高温の冷媒が再び気化部に供給される。このように循環経路及び循環ポンプという簡単なシステムにより、気化部及び冷却部での熱交換を実現することができる。また、気化部とクーラ部とが循環経路を介して直接接続されているので、気化部及び冷却部での熱交換を効率良く行うことができる。
【０００８】
改質システムは、循環経路に配設され、循環経路を流れる冷媒の温度を調整する温度調整部を更に備えてもよい。このような構成では、気化部における冷媒の温度低下分とクーラ部における冷媒の温度上昇分とが異なっていても、温度調整部によって循環経路を流れる冷媒の温度を一定にすることができる。
【０００９】
温度調整部は、循環経路を流れる冷媒を冷却することで、冷媒の温度を調整してもよい。このような構成では、クーラ部における冷媒の温度上昇分が気化部における冷媒の温度低下分よりも大きくても、温度調整部によって循環経路を流れる冷媒の温度を一定にすることができる。
【００１０】
温度調整部は、循環経路を流れる冷媒を加熱することで、冷媒の温度を調整してもよい。このような構成では、気化部における冷媒の温度低下分がクーラ部における冷媒の温度上昇分よりも大きくても、温度調整部によって循環経路を流れる冷媒の温度を一定にすることができる。
【００１１】
本発明の一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、液体燃料を気化させて燃料ガスを生成する気化部と、気化部により生成された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、改質部に空気を供給する空気供給部と、エンジン及び改質部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、改質部を昇温させるヒータ部と、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、改質ガス流路に配設され、改質ガスを冷却するクーラ部と、気化部とクーラ部とを接続するように設けられ、気化部とクーラ部との間で冷媒が循環する循環経路と、循環経路に配設され、循環経路において冷媒を循環させる循環ポンプとを備える。
【００１２】
このようなエンジンシステムにおいては、循環ポンプによって冷媒が循環経路を循環する。このとき、気化部に高温の冷媒が供給されると、気化部において高温の冷媒と液体燃料とが熱交換されることで、液体燃料が気化されて燃料ガスが生成されると共に、冷媒の温度が低下する。そして、クーラ部に低温の冷媒が供給されると、クーラ部において低温の冷媒と改質ガスとが熱交換されることで、改質ガスが冷却されると共に、冷媒の温度が上昇する。そして、高温の冷媒が再び気化部に供給される。このように循環経路及び循環ポンプという簡単なシステムにより、気化部及び冷却部での熱交換を実現することができる。また、気化部とクーラ部とが循環経路を介して直接接続されているので、気化部及び冷却部での熱交換を効率良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、気化部及び冷却部での熱交換を簡単なシステムにより且つ効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る改質システムを備え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改質システムを備えたエンジンシステムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る改質システムを備え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、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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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とアンモニアガス流路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。
【００２１】
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。
【００２２】
また、エンジンシステム１は、アンモニアエンジン２を冷却するエンジン冷却系４０を備えている。エンジン冷却系４０は、アンモニアエンジン２と接続された冷却循環流路４１と、この冷却循環流路４１に配設されたウォーターポンプ４２及びラジエータ４３とを有している。
【００２３】
冷却循環流路４１は、エンジン冷却水が流れる流路である。エンジン冷却水としては、例えば不凍液が用いられる。ウォーターポンプ４２は、冷却循環流路４１においてエンジン冷却水を一方向に循環させる。ウォーターポンプ４２は、アンモニアエンジン２に直付けされている。例えば、アンモニアエンジン２の駆動力がベルトを介してウォーターポンプ４２に伝達されることで、ウォーターポンプ４２が駆動される。
【００２４】
ラジエータ４３は、アンモニアエンジン２内からの熱いエンジン冷却水を走行風または放熱ファン（図示せず）の風により放熱して冷却する。ラジエータ４３により冷やされたエンジン冷却水は、アンモニアエンジン２内に戻る。
【００２５】
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、改質ガスクーラ１９とを備えている。
【００２６】
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。つまり、アンモニアタンク１１は、液体燃料である液体アンモニアを貯蔵する。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アンモニアガスを生成する気化部である。気化器１２の動作については、後で詳述する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
改質インジェクタ１６は、気化器１２とアンモニアガス流路９を介して接続されている。アンモニアガス流路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流路である。改質インジェクタ１６は、改質器１３に向けて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。
【００３１】
アンモニアガス流路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（燃料ガス供給部）を構成している。
【００３２】
アンモニアガス流路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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
改質ガスクーラ１９は、改質ガス流路１８に配設されている。改質ガスクーラ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部である。改質ガスクーラ１９を備えることにより、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。
【００３６】
また、改質システム１０は、循環経路２７と、循環ポンプ２８と、温度調整用クーラ２９とを備えている。循環ポンプ２８及び温度調整用クーラ２９は、循環経路２７に配設されている。
【００３７】
循環経路２７は、気化器１２と改質ガスクーラ１９とを接続するように設けられ、気化器１２と改質ガスクーラ１９との間で冷媒が循環する経路である。冷媒としては、例えばエンジン冷却水と同様に不凍液が用いられる。循環ポンプ２８は、循環経路２７において冷媒を一方向に循環させる。冷媒の循環方向としては、何れの方向でもよい。循環ポンプ２８は、例えば常時作動している。
【００３８】
温度調整用クーラ２９は、循環経路２７を流れる冷媒の温度を調整する温度調整部である。温度調整用クーラ２９は、循環経路２７を流れる冷媒を冷却することで、冷媒の温度を調整する。温度調整用クーラ２９としては、例えばエンジン冷却系４０のラジエータ４３とは別のラジエータが用いられる。このとき、温度調整用クーラ２９は、ラジエータと共に放熱ファンを有してもよい。ラジエータは、走行風または放熱ファンの風により冷媒を放熱して冷却する。なお、温度調整用クーラ２９としては、特にそれには限られず、ペルチェ素子等を用いてもよい。
【００３９】
循環ポンプ２８の作動中は、冷媒が循環経路２７を一方向に循環する。すると、気化器１２によりアンモニアガスが生成されると共に、改質ガスクーラ１９により改質ガスが冷却される。
【００４０】
具体的には、高温の冷媒が循環経路２７を流れて気化器１２に導入され、気化器１２において高温の冷媒と液体アンモニアとが熱交換される。その結果、液体アンモニアが気化されてアンモニアガスが生成されると共に、冷媒の温度が低下する。降温された冷媒は、温度調整用クーラ２９により更に冷却される。
【００４１】
そして、温度調整用クーラ２９により冷やされた低温の冷媒が循環経路２７を流れて改質ガスクーラ１９に導入され、改質ガスクーラ１９において低温の冷媒と高温状態の改質ガスとが熱交換される。その結果、高温状態の改質ガスが冷却されると共に、冷媒の温度が上昇する。そして、昇温された高温の冷媒が循環経路２７を流れて気化器１２に導入される。
【００４２】
また、エンジンシステム１は、温度センサ３１と、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、コントローラ３４とを備えている。
【００４３】
温度センサ３１は、改質器１３の温度を検出するセンサである。温度センサ３１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。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。
【００４４】
コントローラ３４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３４は、イグニッションスイッチ３２の操作信号と温度センサ３１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、ウォーターポンプ４２、循環ポンプ２８及びスタータモータ３３を制御する。
【００４５】
図２は、コントローラ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及び改質インジェクタ１６は、閉じた状態となっている。
【００４６】
図２において、コントローラ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）。コントローラ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２４が発熱するようになる。
【００４７】
そして、コントローラ３４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３４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。
【００４８】
そして、コントローラ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Ｓ１０５）。これにより、アンモニアエンジン２が始動する。
【００４９】
続いて、コントローラ３４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。
【００５０】
続いて、コントローラ３４は、温度センサ３１の検出値に基づいて、改質器１３の温度が規定温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０７）。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３４は、改質器１３の温度が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）。
【００５１】
なお、コントローラ３４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。
【００５２】
以上のようなエンジンシステム１において、循環ポンプ２８により冷媒が循環経路２７を循環している状態で、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１７の発熱体２４が通電され、発熱体２４が発熱する。
【００５３】
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、気化器１２により生成されたアンモニアガスが改質器１３に供給される。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。
【００５４】
そして、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。すると、アンモニアエンジン２が駆動されることで、ウォーターポンプ４２が作動する。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する。
【００５５】
改質器１３の温度が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
【００５６】
そして、改質器１３の温度が改質可能な温度（例えば３００℃〜４００℃程度）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
【００５７】
このとき、改質ガスクーラ１９により改質ガスが冷却され、冷やされた改質ガスが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。
【００５８】
以上のように本実施形態にあっては、循環ポンプ２８によって冷媒が循環経路２７を循環する。このとき、気化器１２に高温の冷媒が供給されると、気化器１２において高温の冷媒と液体アンモニアとが熱交換されることで、液体アンモニアが気化されてアンモニアガスが生成されると共に、冷媒の温度が低下する。そして、改質ガスクーラ１９に低温の冷媒が供給されると、改質ガスクーラ１９において低温の冷媒と改質ガスとが熱交換されることで、改質ガスが冷却されると共に、冷媒の温度が上昇する。そして、高温の冷媒が再び気化器１２に供給される。このように循環経路２７及び循環ポンプ２８という簡単なシステムにより、気化器１２及び改質ガスクーラ１９での熱交換を実現することができる。これにより、エンジン冷却系４０の大幅な改造が不要となるため、低コスト化を図ることが可能となる。また、気化器１２と改質ガスクーラ１９とが循環経路２７を介して直接接続されているので、気化器１２及び改質ガスクーラ１９での熱交換を効率良く行うことができる。これにより、燃費の低減を図ることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態では、気化器１２における冷媒の温度低下分と改質ガスクーラ１９における冷媒の温度上昇分とが異なっていても、より具体的には改質ガスクーラ１９における冷媒の温度上昇分が気化器１２における冷媒の温度低下分よりも大きくても、温度調整用クーラ２９によって循環経路２７を流れる冷媒の温度を一定にすることができる。
【００６０】
図３は、本発明の他の実施形態に係る改質システムを備えた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、本実施形態の改質システム１０Ａは、上記の実施形態における温度調整用クーラ２９に代えて、温度調整用ヒータ３９を備えている。温度調整用ヒータ３９は、循環経路２７を流れる冷媒の温度を調整する温度調整部である。温度調整用ヒータ３９は、循環経路２７を流れる冷媒を加熱することで、冷媒の温度を調整する。
【００６１】
温度調整用ヒータ３９は、エンジン冷却系４０の冷却循環流路４１におけるアンモニアエンジン２とラジエータ４３との間の部分と接続されている。温度調整用ヒータ３９は、アンモニアエンジン２内からの熱いエンジン冷却水と循環経路２７を流れる冷媒とを熱交換することにより、冷媒を加熱する。なお、温度調整用ヒータ３９としては、特にそれには限られず、電気ヒータ等を用いてもよい。
【００６２】
高温の冷媒が循環経路２７を流れて気化器１２に導入され、気化器１２において高温の冷媒と液体アンモニアとが熱交換される。その結果、液体アンモニアが気化されてアンモニアガスが生成されると共に、冷媒の温度が低下する。降温された冷媒は、温度調整用ヒータ３９により加熱される。
【００６３】
そして、温度調整用ヒータ３９により暖められた低温の冷媒が循環経路２７を流れて改質ガスクーラ１９に導入され、改質ガスクーラ１９において低温の冷媒と高温状態の改質ガスとが熱交換される。その結果、高温状態の改質ガスが冷却されると共に、冷媒の温度が上昇する。そして、昇温された高温の冷媒が循環経路２７を流れて気化器１２に導入される。
【００６４】
このような本実施形態においては、気化器１２における冷媒の温度低下分が改質ガスクーラ１９における冷媒の温度上昇分よりも大きくても、温度調整用ヒータ３９によって循環経路２７を流れる冷媒の温度を一定にすることができる。
【００６５】
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、循環経路２７を流れる冷媒の温度を調整する温度調整用クーラ２９または温度調整用ヒータ３９が備えられているが、特にその形態には限られない。例えば、気化器１２による冷媒の降温動作と改質ガスクーラ１９による冷媒の昇温動作とがバランスすることで、気化器１２における冷媒の温度低下分と改質ガスクーラ１９における冷媒の温度上昇分とがほぼ等しいような場合には、特に温度調整部を備えなくてもよい。
【００６６】
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。
【００６７】
また、アンモニアエンジン２の始動時に、電気ヒータ等により気化器１２を加熱してもよい。この場合、イグニッションスイッチ３２がＯＮ操作されたときに、電気ヒータ等を作動させて気化器１２を加熱する。このように気化器１２を加熱することにより、液体アンモニアを気化させる熱を十分に気化器１２に供給することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、温度センサ３１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、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。
【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、アンモニアガス流路９の他端を空気流路１４に接続すると共に、アンモニアガス流路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の他端が吸気通路３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、上記実施形態では、アンモニアエンジン２及び改質器１３に供給される燃料としてアンモニアを使用しているが、使用する燃料としては、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。
【００７４】
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】
【００７５】
１…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、１０，１０Ａ…改質システム、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、１９…改質ガスクーラ（クーラ部）、２１…空気供給部、２２…アンモニアガス供給部（燃料ガス供給部）、２７…循環経路、２８…循環ポンプ、２９…温度調整用クーラ（温度調整部）、３９…温度調整用ヒータ（温度調整部）。
【図１】
2020172906.tif 000003
【図２】
2020172906.tif 000004
【図３】
2020172906.tif 000005