JP2013256935A - Next generation carbon-free power device and next generation carbon-free moving body using the same - Google Patents

Next generation carbon-free power device and next generation carbon-free moving body using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a next generation carbon-free power device for using hydrogen rich ammonia as fuel, and a next generation carbon-free moving body using the same.SOLUTION: A next generation carbon-free power device includes a hydrogen rich ammonia combustion part 13 for generating high temperature combustion gas by burning hydrogen-rich ammonia and combustion air, and the hydrogen-rich ammonia combustion part has a hydrogen-rich ammonia generating reactor 70 for generating ammonia on demand from urea water by being heated with a part of the heat energy of the high temperature combustion gas as a heat source and generating hydrogen-rich gas by converting a part of the ammonia into hydrogen and nitrogen, and the miniaturization and high performance of the next generation carbon-free power device are attained by recirculating the mixed gas of a residual part of the ammonia and the hydrogen-rich gas to a combustion chamber 38 as the hydrogen-rich ammonia to contribute to the prevention of global warming by achieving a next generation carbon-free moving body driven by the next generation carbon-free power device.

Description

本発明は自動車、船舶、航空機、宇宙往還機、特殊車両等の移動体に利用される動力装置及びこれを利用した移動体に関し、特に、非化石燃料を利用した動力装置及び移動体に関する。  The present invention relates to a power unit used for a moving body such as an automobile, a ship, an aircraft, a spacecraft, a special vehicle, and the like, and more particularly to a power unit and a moving body using non-fossil fuel.

近年、化石燃料利用の拡大に伴う二酸化炭素(CO2)排出による地球温暖化が原因となって異常な海面上昇、異常気象による水害や山火事等の自然災害、生態系における甚大な被害が多発して地球規模で深刻となり、一刻も早い対策が急務となっている。その中で、酸素中で燃焼して窒素と水になり、温暖化ガスを排出しないアンモニアが非化石燃料として有望視され、アンモニア燃焼内燃機関、アンモニア燃焼ガスタービン、アンモニア燃焼内燃機関を備えた動力装置が提案されている。  In recent years, due to global warming due to carbon dioxide (CO2) emissions due to the expansion of fossil fuel use, abnormal sea level rise, natural disasters such as floods and wildfires due to abnormal weather, and severe damage to ecosystems have occurred frequently. It is becoming urgent to take measures as soon as possible. Among them, ammonia that burns in oxygen into nitrogen and water and does not emit greenhouse gases is considered promising as a non-fossil fuel, and is equipped with an ammonia burning internal combustion engine, an ammonia burning gas turbine, and an ammonia burning internal combustion engine. A device has been proposed.

特許文献1には、内燃機関の燃料タンクとしてアンモニアタンクを備え、アンモニアタンクから供給されたアンモニアを内燃機関の排ガスの熱エネルギーの存在下でアンモニア分解触媒で水素と窒素(部分的にはアンモニアが残留する)に分解し、さらに空気と混合して第1燃料とし、一方、スロットル弁の下流側に供給された第2燃料と混合して内燃機関で燃焼させるようにしたアンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  In Patent Document 1, an ammonia tank is provided as a fuel tank for an internal combustion engine. Ammonia supplied from the ammonia tank is converted into hydrogen and nitrogen (partially ammonia by an ammonia decomposition catalyst in the presence of thermal energy of exhaust gas from the internal combustion engine). Proposed is an ammonia burning internal combustion engine that is mixed with air and used as the first fuel, and mixed with the second fuel supplied downstream of the throttle valve and burned in the internal combustion engine. Has been.

特許文献2には、内燃機関の補助燃料タンクとしてアンモニアタンクを備え、アンモニアタンクから供給されたアンモニアを内燃機関の排ガスの熱エネルギーの存在下でアンモニア分解触媒で水素と窒素に分解して補助燃料とし、一方、ガソリン等の炭化水素燃料と空気との混合比をリーン側に調整した主混合気と補助燃料とを混合して燃焼させることで燃費改善を図るようにした内燃機関が提案されている。  In Patent Document 2, an ammonia tank is provided as an auxiliary fuel tank for an internal combustion engine, and ammonia supplied from the ammonia tank is decomposed into hydrogen and nitrogen by an ammonia decomposition catalyst in the presence of thermal energy of exhaust gas from the internal combustion engine. On the other hand, there has been proposed an internal combustion engine in which fuel efficiency is improved by mixing and burning a main mixture and auxiliary fuel in which the mixing ratio of hydrocarbon fuel such as gasoline and air is adjusted to the lean side. Yes.

特許文献3には、エンジンの燃料タンクとしてアンモニアタンクを備え、アンモニアをエンジンの吸気管から燃焼室に供給し、一方、アンモニアの難燃性を改善することと目的として、燃焼室の排ガスの熱エネルギーの存在下でアンモニア分解反応器でアンモニアを水素と窒素とに分解し、分解して得た水素を副燃焼室に導入して難燃性のアンモニアの燃焼性を向上させるようにしたアンモニア燃焼エンジンが提案されている。  In Patent Document 3, an ammonia tank is provided as an engine fuel tank, and ammonia is supplied from the intake pipe of the engine to the combustion chamber. On the other hand, in order to improve the flame retardancy of ammonia, the heat of the exhaust gas in the combustion chamber is used. Ammonia combustion in which ammonia is decomposed into hydrogen and nitrogen in the ammonia decomposition reactor in the presence of energy, and hydrogen obtained by decomposition is introduced into the auxiliary combustion chamber to improve the combustibility of flame-retardant ammonia. An engine has been proposed.

特許文献4には、オンボードアンモニア供給装置を備えたアンモニア供給システムから供給されたアンモニアをゼロカーボン燃料として空気と混合し、エンジンシリンダーにて燃焼させるようにしたアンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  Patent Document 4 proposes an ammonia burning internal combustion engine in which ammonia supplied from an ammonia supply system equipped with an on-board ammonia supply device is mixed with air as zero carbon fuel and burned in an engine cylinder. .

特許文献5及び6には、アンモニアとこのアンモニアの燃焼を促進するための助燃剤(ガソリン)とを燃料として使用し、これら燃料を吸気管に噴射して燃焼させるようにしたアンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  Patent Documents 5 and 6 disclose an ammonia burning internal combustion engine in which ammonia and a combustion aid (gasoline) for promoting combustion of ammonia are used as fuels, and these fuels are injected into an intake pipe for combustion. Proposed.

特許文献7には、アンモニアタンクから供給されたアンモニアの一部を改質器で改質してアンモニア及び水素ガスを吸気管内に噴射してエンジンシリンダー内の混合気を点火して燃焼させるようにしたエンジンシステムが提案されている。  In Patent Document 7, a part of ammonia supplied from an ammonia tank is reformed by a reformer, ammonia and hydrogen gas are injected into an intake pipe, and an air-fuel mixture in an engine cylinder is ignited and burned. An engine system has been proposed.

特許文献8には、尿素水供給タンクから供給された尿素水を改質器でアンモニアを生成し、該アンモニアを基に水素を生成し、該アンモニアと水素との混合燃料を燃料用アンモニア供給管を介してエンジンの吸気管に供給し、エンジンシリンダー内では、インジェクタから噴射されたガソリンと共にアンモニア及び水素を燃焼させることで内燃機関の燃焼効率を向上させるようにしたエンジンシステムが提案されている。  In Patent Document 8, urea water supplied from a urea water supply tank is generated by a reformer, hydrogen is generated based on the ammonia, and a mixed fuel of the ammonia and hydrogen is used as a fuel ammonia supply pipe. An engine system is proposed in which combustion efficiency of an internal combustion engine is improved by burning ammonia and hydrogen together with gasoline injected from an injector in an engine cylinder.

特許文献9には、アンモニアタンクから供給されたアンモニアを燃料改質器で改質して水素を生成し、該アンモニアと水素とをセパレータで互いに分離してアンモニアをアンモニア蓄圧器に貯蔵し、分離された水素と窒素とを水素インジェクタを介して吸気管に噴射し、一方、アンモニアインジェクタを介してアンモニアを吸気管に噴射するようにしたエンジンシステムが提案されている。  In Patent Document 9, ammonia supplied from an ammonia tank is reformed by a fuel reformer to generate hydrogen, the ammonia and hydrogen are separated from each other by a separator, and the ammonia is stored in an ammonia pressure accumulator. There has been proposed an engine system in which hydrogen and nitrogen thus injected are injected into an intake pipe through a hydrogen injector, while ammonia is injected into an intake pipe through an ammonia injector.

特許文献10には、複数の温度範囲にて作動する複数のアンモニア転化部にアンモニアを供給して水素と窒素に分解し、アンモニアと窒素との混合ガスでエンジンを駆動するようにした水素発生装置とアンモニア燃焼エンジンが提案されている。  Patent Document 10 discloses a hydrogen generator in which ammonia is supplied to a plurality of ammonia conversion sections operating in a plurality of temperature ranges, decomposed into hydrogen and nitrogen, and the engine is driven by a mixed gas of ammonia and nitrogen. And ammonia burning engines have been proposed.

特許文献11には、液体アンモニアタンクから供給された液体アンモニアをアンモニアリサーバーに貯留してアンモニアインジェクターから吸気ポートに噴射し、一方、可燃物質を可燃物質インジェクターを介して燃焼室に噴射してこれら燃料と吸入空気との予混合気を燃焼させるようにしたアンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  In Patent Document 11, liquid ammonia supplied from a liquid ammonia tank is stored in an ammonia reservoir and injected from an ammonia injector into an intake port, while a combustible substance is injected into a combustion chamber via a combustible substance injector. An ammonia burning internal combustion engine in which a premixed mixture of fuel and intake air is burned has been proposed.

特許文献12には、液体アンモニアタンクから供給された液体アンモニアを排ガスの熱エネルギーを利用した蒸発器でアンモニアに変換して、一旦、アンモニアタンクに貯留し、この貯留したアンモニアをアンモニアインジェクターから吸気ポートに噴射し、一方、非アンモニア燃料タンクから供給された非アンモニア燃料を非アンモニア燃料インジェクターを介して燃焼室に噴射してこれら燃料と吸入空気との混合気を燃焼させるようにしたアンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  In Patent Document 12, liquid ammonia supplied from a liquid ammonia tank is converted into ammonia by an evaporator using the thermal energy of exhaust gas, and is temporarily stored in an ammonia tank, and the stored ammonia is taken from an ammonia injector to an intake port. On the other hand, the non-ammonia fuel supplied from the non-ammonia fuel tank is injected into the combustion chamber via the non-ammonia fuel injector to burn the air-fuel mixture of these fuel and intake air. Has been proposed.

特許文献13には、液体アンモニアタンクから供給された液体アンモニアを排ガスの熱エネルギーを利用した熱交換器を収納した反応容器でアンモニアに変換するとともにアンモニアの一部を水素と窒素に分解して、反応容器の第1ポートの水素と窒素との混合ガスを水素インジェクターから吸気ポートに噴射し、一方、反応容器の第2ポートのアンモニアをアンモニア燃料インジェクターを介して燃焼室に噴射してこれら燃料と吸入空気との混合気を燃焼させるようにしたアンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  In Patent Document 13, liquid ammonia supplied from a liquid ammonia tank is converted into ammonia in a reaction vessel containing a heat exchanger using heat energy of exhaust gas, and part of the ammonia is decomposed into hydrogen and nitrogen. A mixed gas of hydrogen and nitrogen in the first port of the reaction vessel is injected from the hydrogen injector into the intake port, while ammonia in the second port of the reaction vessel is injected into the combustion chamber through the ammonia fuel injector and An ammonia burning internal combustion engine in which an air-fuel mixture with intake air is combusted has been proposed.

特許文献14には、液体アンモニアタンクから供給された液体アンモニアをアンモニア予熱器及びアンモニア加熱器で加熱した後、アンモニア分解装置で分解することで水素と窒素とに分解し、該水素を内燃機関に供給する一方、窒素を窒素駆動タービン経由して選択還元型触媒に供給するようにしたアンモニアを持続可能燃料および窒素酸化物浄化剤として利用するようにした方法及び装置が提案されている。  In Patent Document 14, liquid ammonia supplied from a liquid ammonia tank is heated by an ammonia preheater and an ammonia heater, and then decomposed by an ammonia decomposition device to be decomposed into hydrogen and nitrogen, and the hydrogen is supplied to an internal combustion engine. On the other hand, a method and an apparatus have been proposed in which ammonia is used as a sustainable fuel and a nitrogen oxide purifier, while supplying nitrogen to a selective catalytic reduction catalyst via a nitrogen-driven turbine.

特許文献15には、水素供給タンクから供給された水素と、アンモニア供給タンクから供給されたアンモニアとの混合ガスを燃料として作動させるようにした水素/アンモニア燃焼内燃機関が提案されている。  Patent Document 15 proposes a hydrogen / ammonia combustion internal combustion engine in which a mixed gas of hydrogen supplied from a hydrogen supply tank and ammonia supplied from an ammonia supply tank is operated as fuel.

特許文献16には、ガスタービンにパイロットノズルと予混合ノズルを配置した燃焼器において、ガスタービンの始動時・始動直後には予混合ノズルに天然ガス等の化石燃料を供給し、ガスタービンの暖機運転時には予混合ノズルにアンモニアを供給するようにしたアンモニア燃焼ガスタービンが提案されている。  In Patent Document 16, in a combustor in which a pilot nozzle and a premixing nozzle are arranged in a gas turbine, fossil fuel such as natural gas is supplied to the premixing nozzle at the start of the gas turbine and immediately after the start, and the gas turbine is heated. An ammonia combustion gas turbine has been proposed in which ammonia is supplied to a premixing nozzle during machine operation.

米国特許第4480595号U.S. Pat. No. 4,480,595 米国特許第4750453号U.S. Pat. No. 4,750,453 特開平第05−332152号JP 05-332152 A 米国特許公開公報第2010/0019506号US Patent Publication No. 2010/0019506 特開平第2009−85168号JP 2009-85168 A 特開平第2009−85169号JP 2009-85169 A 特開平第2009−97422号JP 2009-97422 A 特開平第2009−97419号Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-97419 日本国特許第4853451号Japanese Patent No. 4854451 米国特許公開公報第2011/0008694号US Patent Publication No. 2011/0008694 米国特許公開公報第2011/0259290号US Patent Publication No. 2011/0259290 米国特許公開公報第2011/0264355号US Patent Publication No. 2011/0264355 米国特許公開公報第2010/0288249号US Patent Publication No. 2010/0288249 米国特許公開公報第2011/0011354号US Patent Publication No. 2011/0011354 米国特許第8025033号U.S. Pat. No. 8025033 特開平第2010−19195号JP 2010-19195 A

ところで、特許文献1及び2に開示されたアンモニア燃焼内燃機関では、補助燃料としてアンモニアを貯蔵したアンモニアタンクを利用している。アンモニアは有毒で、腐食性が強く、皮膚や粘膜及び眼に対する刺激性が高く、眼への接触により極めて重度の危険性がある。そのため、アンモニアタンクの容量をできるだけ小さくしてリスクをより少なくする必要がある。しかしながら、アンモニア燃焼内燃機関においてアンモニアのクリーンな排ガス清浄効果のメリットを享受するためには、アンモニアタンクの容量を根本的に小さくすることができなかった。  By the way, in the ammonia combustion internal combustion engine disclosed in Patent Documents 1 and 2, an ammonia tank storing ammonia as an auxiliary fuel is used. Ammonia is toxic, highly corrosive, highly irritating to the skin, mucous membranes and eyes, and is extremely dangerous due to contact with the eyes. Therefore, it is necessary to reduce the risk by making the capacity of the ammonia tank as small as possible. However, in order to enjoy the merit of the clean exhaust gas purification effect of ammonia in the ammonia burning internal combustion engine, the capacity of the ammonia tank cannot be reduced fundamentally.

特許文献3で開示されたアンモニア燃焼エンジンでは、エンジンの吸気管にアンモニアを主燃料として直接噴射する一方、アンモニアの難燃性を改善することを目的として、排気管の一部にアンモニア分解反応器を配置してその内部に熱交換パイプを設置し、エンジンの排気ガスの熱エネルギーを利用して熱交換パイプに充填されたアンモニア分解触媒を加熱してアンモニアガスを窒素と水素とに転化する構成を採用している。エンジンの吸気管に対して液体アンモニアは噴霧状に噴射されて吸入空気と混合される。アンモニアは気化熱が非常に大きいため、エンジンの吸気管に噴射された際に、吸入空気を冷却してしまい、十分な気化熱を受けないまま混合気となって燃焼室に流入する。したがって、アンモニアと吸入空気との均一な混合気が形成されないため、燃焼室内で不完全燃焼が生じやすい。このことはエンジンの始動時及び始動直後に顕著となり、アンモニアと吸入空気との混合気が不均一であると不完全燃焼が多く発生し、継続した燃焼が困難となって、有害な未燃焼成分が大気に放出される事態に発展するため、アンモニア燃焼エンジンの実用化が困難であった。  In the ammonia combustion engine disclosed in Patent Document 3, ammonia is directly injected into the intake pipe of the engine as a main fuel, while an ammonia decomposition reactor is provided in a part of the exhaust pipe for the purpose of improving the flame retardance of ammonia. The heat exchange pipe is installed in the inside, and the ammonia decomposition catalyst filled in the heat exchange pipe is heated using the thermal energy of the engine exhaust gas to convert the ammonia gas into nitrogen and hydrogen Is adopted. Liquid ammonia is sprayed into the intake pipe of the engine and mixed with intake air. Since ammonia has a very large heat of vaporization, when it is injected into the intake pipe of the engine, it cools the intake air and flows into the combustion chamber as a mixture without receiving sufficient heat of vaporization. Therefore, since a uniform mixture of ammonia and intake air is not formed, incomplete combustion tends to occur in the combustion chamber. This is noticeable at the start of the engine and immediately after the start. If the mixture of ammonia and intake air is not uniform, incomplete combustion often occurs, making continuous combustion difficult and harmful unburned components. It has been difficult to put an ammonia combustion engine into practical use.

特許文献4で開示された動力装置及びアンモニア燃焼内燃機関では、オンボード・アンモニア供給部が採用されていて、エネルギー密度の高いアンモニアを主燃料として燃焼させて動力出力を得るようにしている。この動力装置及びアンモニア燃焼内燃機関では、アンモニアのみが主燃料として採用されている。アンモニアは燃焼速度が遅く燃えにくい性質を有するため、エンジンが所定の負荷範囲、例えば、30〜100%の負荷範囲にあるときにのみ、アンモニアを燃料としてエンジンで燃焼させるようにしていた。そして、エンジン負荷が30%以下となった場合には、低負荷運転専用に、別途、設けたモータ及び発電機と蓄電装置からなる大容量の電気装置を作動させることで補助動力を得て車両の走行を維持させるようにしていた。しかしながら、市街地走行では、頻繁に低速走行運転が行われてエンジン負荷が30%以下となる頻度が高いため、電気装置の使用比率が高くなり、電力消費が増加し、その分、燃費が悪化していた。従って、アンモニア利用率が低下し、十分な環境対策を実行することができなかった。しかも、電気装置自体が必然的に高価で複雑な構造となり、動力装置が全体的に大型構造となって製造コストが上昇するため、広く普及させることが困難であった。  In the power unit and the ammonia combustion internal combustion engine disclosed in Patent Document 4, an on-board ammonia supply unit is employed, and ammonia having high energy density is burned as the main fuel to obtain a power output. In this power unit and ammonia combustion internal combustion engine, only ammonia is adopted as the main fuel. Since ammonia has a property that the combustion speed is low and it is difficult to burn, only when the engine is in a predetermined load range, for example, a load range of 30 to 100%, ammonia is burned in the engine as fuel. When the engine load becomes 30% or less, the vehicle is provided with auxiliary power by operating a large-capacity electric device composed of a separately provided motor, a generator and a power storage device exclusively for low load operation. I was trying to keep it running. However, when driving in urban areas, low-speed driving is frequently performed and the engine load is frequently reduced to 30% or less. Therefore, the usage ratio of the electric device is increased, the power consumption is increased, and the fuel consumption is deteriorated. It was. Therefore, the ammonia utilization rate decreased, and sufficient environmental measures could not be implemented. In addition, the electrical device itself inevitably has an expensive and complicated structure, and the power device has a large structure as a whole, resulting in an increase in manufacturing cost.

特許文献5〜7に開示されたアンモニア燃焼内燃機関では、特許文献1及び2に開示されたアンモニア燃焼内燃機関と同様な問題を抱えており、アンモニア燃焼内燃機関の耐久性の観点から実用化が困難であった。  The ammonia burning internal combustion engines disclosed in Patent Documents 5 to 7 have the same problems as the ammonia burning internal combustion engines disclosed in Patent Documents 1 and 2, and are practically used from the viewpoint of durability of the ammonia burning internal combustion engine. It was difficult.

特許文献8で開示されたエンジンシステムでは、アンモニア生成改質器において、エンジンの排ガスの熱エネルギーを利用して尿素水を分解してアンモニアを生成し、アンモニアの少なくとも一部を水素生成改質器で分解して水素を得てアンモニアと水素との混合ガスを吸気管に供給する構成を採用している。上述のように、ディーゼルトラック・バスや乗用車等の自動車が市街地で運行される際には、頻繁に低速走行が行われてエンジン出力が低い運転状態となる。そのため、市街地走行では、排気温度が連続して高温に維持されることが少なく、尿素水の分解に必要な熱エネルギーが不十分となり、尿素水からアンモニアを安定的に生成することが困難であった。そのことは特許文献3に開示された発明からも明白であり、アンモニア生成改質器の性能及び信頼性を実用化レベルにまで引き上げることは困難であった。このように、エンジンの排ガスの熱エネルギーのみを利用して尿素水からアンモニアを安定的に生成するためには解決しなければならない課題が多く、従って、エンジンシステムの実用化は極めて困難であった。  In the engine system disclosed in Patent Document 8, in an ammonia generation reformer, urea water is decomposed using thermal energy of engine exhaust gas to generate ammonia, and at least a part of the ammonia is generated as a hydrogen generation reformer. Is used to obtain hydrogen and supply a mixed gas of ammonia and hydrogen to the intake pipe. As described above, when automobiles such as diesel trucks, buses, and passenger cars are operated in urban areas, low-speed traveling is frequently performed and the engine output is low. Therefore, in urban driving, the exhaust temperature is rarely maintained at a high temperature continuously, the thermal energy required for the decomposition of urea water becomes insufficient, and it is difficult to stably generate ammonia from urea water. It was. This is obvious from the invention disclosed in Patent Document 3, and it has been difficult to raise the performance and reliability of the ammonia generation reformer to a practical level. As described above, there are many problems that must be solved in order to stably generate ammonia from urea water by using only the thermal energy of the exhaust gas of the engine, and therefore, practical application of the engine system has been extremely difficult. .

特許文献9〜14に開示されたアンモニア燃焼内燃機関では、特許文献1及び2に開示されたアンモニア燃焼内燃機関と同様な問題を抱えており、アンモニア燃焼内燃機関の耐久性という観点から実用化が困難であった。  The ammonia burning internal combustion engines disclosed in Patent Documents 9 to 14 have the same problems as the ammonia burning internal combustion engines disclosed in Patent Documents 1 and 2, and are practically used from the viewpoint of durability of the ammonia burning internal combustion engine. It was difficult.

特許文献15に開示されたアンモニア燃焼内燃機関では、アンモニアタンク及び水素タンクが採用されているが、これらは何れもタンク容量が必然的に大きくなり、取り扱いが困難であって危険性が高いものであった。このため、自動車等の車両にかような内燃機関を採用した場合には、車両の衝突時におけるタンクの安全対策が大きな課題となり、実用化が困難であった。  In the ammonia combustion internal combustion engine disclosed in Patent Document 15, an ammonia tank and a hydrogen tank are employed. However, both of these are inevitably large in tank capacity, difficult to handle, and high in danger. there were. For this reason, when such an internal combustion engine is employed in a vehicle such as an automobile, a safety measure for the tank in the event of a vehicle collision has become a major issue, making it difficult to put it to practical use.

特許文献16に開示されたガスタービンでは、燃焼器の混合ノズルからアンモニアを燃焼室内に噴射するように構成されている。この構成では、燃焼器から低温のアンモニアが噴射された際に、アンモニアの気化熱が大きいために燃焼器や供給空気が冷却されて十分な熱が混合気に与えられなくなり、アンモニアの気化が不十分となり、均一な混合気が生成されず、アンモニアを完全燃焼させることは困難であった。その対策として、ガスタービンの始動時及び始動直後にはアンモニアよりも燃焼性の高い燃料を供給していた。したがって、始動時及び始動直後にもアンモニアを完全燃焼させることが可能なガスタービンの実用化が困難であった。  The gas turbine disclosed in Patent Document 16 is configured to inject ammonia into a combustion chamber from a mixing nozzle of a combustor. In this configuration, when low-temperature ammonia is injected from the combustor, the heat of vaporization of ammonia is large, so the combustor and supply air are cooled and sufficient heat is not given to the air-fuel mixture, and ammonia vaporization is not performed. It became sufficient, a uniform air-fuel mixture was not generated, and it was difficult to completely burn ammonia. As a countermeasure, a fuel having higher combustibility than ammonia was supplied at the time of starting the gas turbine and immediately after the starting. Therefore, it has been difficult to put into practical use a gas turbine capable of completely burning ammonia at the time of starting and immediately after starting.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、次世代カーボンフリー動力装置及びこれを利用した次世代カーボンフリー移動体を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to provide a next-generation carbon-free power device and a next-generation carbon-free moving body using the same.

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、次世代カーボンフリー動力装置が、出力装置と、高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生させて前記出力装置に伝達する熱機関と、を備え、前記熱機関が、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させる水素リッチアンモニア燃焼部と、前記水素リッチアンモニアの原料として尿素水を供給する燃料供給システムとを備え、前記水素リッチアンモニア燃焼部が、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させて高温燃焼ガスで前記熱機関を作動させる燃焼室と、前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として前記尿素水から高温のアンモニアを生成すると共に前記アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクタと、前記高温のアンモニアの残部と前記高温の水素リッチガスとの高温混合ガスを前記高温水素リッチアンモニアとして前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給する水素リッチアンモニア供給ラインと、備えることを要旨とする。  In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 1, the next generation carbon-free power device generates mechanical power by burning the output device, high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air. A heat engine that transmits to the output device, the heat engine burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air, and the hydrogen-rich ammonia A fuel supply system that supplies urea water as a raw material, and the hydrogen-rich ammonia combustion section burns a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air to operate the heat engine with the high-temperature combustion gas A combustion chamber for generating high-temperature ammonia from the urea water using a part of heat energy of the high-temperature combustion gas as a heat source and the ammonia A hydrogen-rich ammonia production reactor that partially converts hydrogen and nitrogen into high-temperature hydrogen-rich gas, and a high-temperature mixed gas of the remaining high-temperature ammonia and the high-temperature hydrogen-rich gas as the high-temperature hydrogen-rich ammonia as the hydrogen The gist is to include a hydrogen-rich ammonia supply line that supplies the rich ammonia combustion section.

請求項2に記載された発明によれば、請求項1に記載された構成に加え、前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材と、前記伝熱部材に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの存在下で前記尿素水を加水分解して前記高温のアンモニアを生成する加水分解部と、前記伝熱部材に収納されていて前記熱エネルギーの存在下で前記アンモニアの一部を前記高温の水素リッチガスに転化するアンモニア分解部とことを要旨とする。  According to the invention described in claim 2, in addition to the configuration described in claim 1, the hydrogen-rich ammonia production reactor is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section, and the thermal energy of the high-temperature combustion gas is reduced. A heat transfer member that is heated using a part as a heat source, and a hydrolysis that is disposed on the heat transfer member and generates the high-temperature ammonia by hydrolyzing the urea water in the presence of thermal energy of the high-temperature combustion gas. And an ammonia decomposition part that is housed in the heat transfer member and converts part of the ammonia into the high-temperature hydrogen-rich gas in the presence of the thermal energy.

請求項3に記載された発明によれば、請求項1又は2に記載された構成に加え、前記燃料供給システムが、前記水素リッチアンモニアの一部を一時的に貯蔵する始動・加速用燃料貯蔵タンクと、前記始動・加速用燃料貯蔵タンクの水素リッチアンモニアを前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給するための開閉弁とを備えることを要旨とする。  According to the invention described in claim 3, in addition to the configuration described in claim 1 or 2, the fuel supply system temporarily stores a part of the hydrogen-rich ammonia for starting / acceleration fuel storage. The gist is provided with a tank and an on-off valve for supplying the hydrogen-rich ammonia of the start / acceleration fuel storage tank to the hydrogen-rich ammonia combustion section.

請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜3に記載された構成に加え、前記燃料供給システムが、前記尿素水を供給する尿素水供給タンクと、前記燃焼質に燃料を供給する燃料タンクと、前記燃焼室に供給される前記燃料と前記水素リッチアンモニアとの流量比を制御する制御弁とを備えることを要旨とする。  According to the invention described in claim 4, in addition to the configuration described in claims 1-3, the fuel supply system supplies a urea water supply tank for supplying the urea water, and supplies fuel to the combustion quality. And a control valve for controlling a flow rate ratio between the fuel supplied to the combustion chamber and the hydrogen-rich ammonia.

請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜4に記載された構成に加え、前記水素リッチアンモニア生成リアクタに接続されたパージガス供給手段と、前記熱機関の停止時に前記パージガス供給手段からパージガスを前記水素リッチアンモニア生成リアクタに供給して残留ガスを排出させる開閉弁とをさらに備えることを要旨とする。  According to the invention described in claim 5, in addition to the structure described in claims 1-4, the purge gas supply means connected to the hydrogen-rich ammonia production reactor, and the purge gas supply means when the heat engine is stopped And an on-off valve for supplying a purge gas to the hydrogen-rich ammonia production reactor and discharging the residual gas.

請求項6に記載された発明によれば、次世代カーボンフリー移動体が、推進装置と、高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生させて前記推進装置に伝達する熱機関と、を備え、前記熱機関が、、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させる水素リッチアンモニア燃焼部と、前記水素リッチアンモニアの原料として尿素水を供給する燃料供給システムとを備え、前記水素リッチアンモニア燃焼部が、、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させて高温燃焼ガスで前記熱機関を作動させる燃焼室と、前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として前記尿素水から高温のアンモニアを生成すると共に前記アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクタと、前記高温のアンモニアの残部と前記高温の水素リッチガスとの高温混合ガスを前記高温水素リッチアンモニアとして前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給する水素リッチアンモニア供給ラインと備えることを要旨とする。  According to the invention described in claim 6, the next generation carbon-free moving body generates mechanical power by burning the propulsion device, high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air, and transmits the mechanical power to the propulsion device. A heat engine, and the heat engine supplies a hydrogen-rich ammonia combustion section for burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air, and supplies urea water as a raw material for the hydrogen-rich ammonia. A fuel supply system, wherein the hydrogen-rich ammonia combustion section burns a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air and operates the heat engine with the high-temperature combustion gas; and Using a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, high-temperature ammonia is generated from the urea water, and part of the ammonia is converted to hydrogen and nitrogen. A hydrogen-rich ammonia production reactor that produces a high-temperature hydrogen-rich gas, and a hydrogen-rich ammonia that supplies a high-temperature mixed gas of the remainder of the high-temperature ammonia and the high-temperature hydrogen-rich gas as the high-temperature hydrogen-rich ammonia to the hydrogen-rich ammonia combustion unit The gist is to provide an ammonia supply line.

請求項1記載の発明では、次世代カーボンフリー動力装置の熱機関において、燃焼部が水素リッチアンモニア生成リアクタを備える。燃焼室で発生した高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を利用して、極めて安全で取り扱いの容易な尿素水から高温のアンモニアを安定的に生成し、さらに、アンモニアから高温の水素リッチガスを得て、高温のアンモニアと高温の水素リッチガスから高温の水素リッチアンモニアを生成している。高温の水素リッチアンモニアは吸入空気と混合されて均一な混合気となるため、水素の存在下で完全燃焼させることができる。したがって、安全性と信頼性が極めて高い次世代カーボンフリー動力装置の実用化が可能となる。さらに、温暖化ガスの排出源である化石燃料への依存度を大幅に削減して、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。  According to the first aspect of the present invention, in the heat engine of the next generation carbon-free power plant, the combustion section includes a hydrogen-rich ammonia production reactor. Using a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas generated in the combustion chamber, high-temperature ammonia is stably generated from extremely safe and easy-to-handle urea water, and high-temperature hydrogen-rich gas is obtained from ammonia. High temperature hydrogen rich ammonia is produced from high temperature ammonia and high temperature hydrogen rich gas. Since the high-temperature hydrogen-rich ammonia is mixed with the intake air to form a uniform mixture, it can be completely burned in the presence of hydrogen. Therefore, it is possible to put to practical use a next-generation carbon-free power device that is extremely safe and reliable. Furthermore, the dependence on fossil fuel, which is a source of greenhouse gas emissions, can be greatly reduced, thereby making a great contribution to the prevention of global warming.

請求項2記載の構成では、前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材を備え、前記伝熱部材に加水分解部とアンモニア分解部が設置されている。このように、伝熱部材を介して前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を利用して前記尿素水から容易に高効率でオンデマンドでアンモニアを生成すると共にアンモニア分解部でアンモニアの一部を水素リッチガスに転化することで水素リッチアンモニアを生成している。したがって、熱機関に対してその全運転領域において水素リッチアンモニアを供給することが可能となり、化石燃料への依存度を著しく抑制可能となる。  In the configuration according to claim 2, the hydrogen-rich ammonia production reactor includes a heat transfer member that is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section and is heated by using a part of heat energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, A hydrolysis section and an ammonia decomposition section are installed in the heat transfer member. As described above, a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas is utilized through the heat transfer member to easily generate ammonia from the urea water with high efficiency on demand, and at the same time, a part of the ammonia is removed from the ammonia decomposition part. Hydrogen-rich ammonia is generated by conversion to hydrogen-rich gas. Therefore, hydrogen-rich ammonia can be supplied to the heat engine in the entire operation region, and the dependence on fossil fuel can be remarkably suppressed.

請求項3記載の構成では、始動・加速用燃料貯蔵タンクに一時的に水素リッチアンモニアを貯蔵し、エンジン始動時やエンジンの高負荷運転時に前記水素リッチアンモニア燃焼部に水素リッチアンモニアを供給することができる。この構成によれば、熱機関の全運転領域において水素リッチアンモニアの利用率を向上させることが可能となり、化石燃料への依存度を大幅に抑制することができ、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。また、エンジンの高負荷運転時に追加的に水素リッチアンモニアを供給することもできるため、エンジンの小型高性能化も可能となる。  In the configuration of claim 3, hydrogen-rich ammonia is temporarily stored in the start / acceleration fuel storage tank, and the hydrogen-rich ammonia is supplied to the hydrogen-rich ammonia combustion section at the time of engine start-up or high-load operation of the engine. Can do. According to this configuration, it becomes possible to improve the utilization rate of hydrogen-rich ammonia in the entire operation region of the heat engine, greatly reduce the dependence on fossil fuels, and contribute greatly to the prevention of global warming. Is possible. In addition, since hydrogen-rich ammonia can be additionally supplied during high-load operation of the engine, the engine can be made smaller and higher performance.

請求項4記載の構成では、前記燃料供給システムにおいて、水素リッチアンモニアに加えて、前記燃料タンクから炭素質燃料を前記燃焼室に供給することができるため、水素リッチアンモニアと炭素質燃料との併用が可能となり、利便性が向上する。  In the configuration according to claim 4, in the fuel supply system, in addition to hydrogen-rich ammonia, carbonaceous fuel can be supplied from the fuel tank to the combustion chamber. Therefore, a combination of hydrogen-rich ammonia and carbonaceous fuel is used. Is possible, and convenience is improved.

請求項5記載の構成では、熱機関の停止時にパージガス供給手段からパージガスを水素リッチアンモニア生成リアクタに供給して未反応尿素、アンモニア及び水素等の残留ガスを外部に排出している。そのため、熱機関の停止後に、尿素の結晶による目詰まりを回避することができ、次回の熱機関の再始動が容易となり、信頼性が向上する。  According to the fifth aspect of the present invention, when the heat engine is stopped, the purge gas is supplied from the purge gas supply means to the hydrogen-rich ammonia generation reactor, and residual gases such as unreacted urea, ammonia and hydrogen are discharged to the outside. Therefore, clogging due to urea crystals can be avoided after the heat engine is stopped, the next restart of the heat engine is facilitated, and the reliability is improved.

請求項6記載の構成では、次世代カーボンフリー移動体を構成する熱機関において、燃焼部が水素リッチアンモニア生成リアクタを備える。燃焼室で発生した高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を利用して、極めて安全で取り扱いの容易な尿素水から高温のアンモニアを安定的に生成し、さらに、アンモニアから高温の水素リッチガスを得て、高温のアンモニアと高温の水素リッチガスから高温の水素リッチアンモニアを生成している。高温の水素リッチアンモニアは吸入空気と混合されて均一な混合気となるため、水素の存在下で完全燃焼させることができる。したがって、安全性と信頼性が極めて高い次世代カーボンフリー移動体の実用化が可能となる。さらに、温暖化ガスの排出源である化石燃料への依存度を大幅に削減して、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。  In the structure of Claim 6, in the heat engine which comprises a next-generation carbon free mobile body, a combustion part is equipped with a hydrogen rich ammonia production | generation reactor. Using a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas generated in the combustion chamber, high-temperature ammonia is stably generated from extremely safe and easy-to-handle urea water, and high-temperature hydrogen-rich gas is obtained from ammonia. High temperature hydrogen rich ammonia is produced from high temperature ammonia and high temperature hydrogen rich gas. Since the high-temperature hydrogen-rich ammonia is mixed with the intake air to form a uniform mixture, it can be completely burned in the presence of hydrogen. Therefore, the next-generation carbon-free moving body with extremely high safety and reliability can be put into practical use. Furthermore, the dependence on fossil fuel, which is a source of greenhouse gas emissions, can be greatly reduced, thereby making a great contribution to the prevention of global warming.

本発明の第1実施例による次世代カーボンフリー移動体のブロック図を示す。1 shows a block diagram of a next-generation carbon-free moving body according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図1の次世代カーボンフリー移動体に組み込んだ水素リッチアンモニア燃焼部の断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of a hydrogen-rich ammonia combustion unit incorporated in the next-generation carbon-free moving body of FIG. 1. 本発明の第2実施例による次世代カーボンフリー移動体のブロック図を示す。The block diagram of the next-generation carbon free moving body by 2nd Example of this invention is shown.

以下、本発明の第1実施例による次世代カーボンフリー移動体について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明において、次世代カーボンフリー移動体10は車両に適用したものとして説明するが、本発明は、車両に限定されず、例えば、船舶、航空機、宇宙往還機、油圧ショベル及びブルドーザ等の建設機械、トラクター、コンバイン等の農林業機械及び戦車等の特装車両等の車両にも適用可能である。次世代カーボンフリー移動体10は、高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生する次世代カーボンフリー動力装置500と、機械的動力が伝えられる出力装置502とを備える。次世代カーボンフリー動力装置500は、熱機関100を備え、熱機関100は、周囲空気を圧縮して圧縮空気を生成するコンプレッサー及び高温燃焼ガスを膨張させて動力を発生させるエキスパンダーとしての双方の機能を備えたコンプレッサー兼エキスパンダー11と、ガス案内路部材12を介してコンプレッサー兼エキスパンダー11に連結された水素リッチアンモニア燃焼部13とを備える。熱機関100は、ここでは、1例として、コンプレッサー兼エキスパンダー11からなるロータリー熱機関に適用したものとして説明するが、熱機関はその他の内燃機関又は外燃機関でも良い。  Hereinafter, a next-generation carbon-free moving body according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the next-generation carbon-free moving body 10 will be described as applied to a vehicle. However, the present invention is not limited to a vehicle, for example, construction of ships, aircraft, space shuttles, hydraulic excavators, bulldozers, and the like. It can also be applied to vehicles such as machines, tractors, combine and other agricultural and forestry machines, and special vehicles such as tanks. The next-generation carbon-free moving body 10 includes a next-generation carbon-free power device 500 that generates mechanical power by burning high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air, and an output device 502 that transmits mechanical power. The next-generation carbon-free power unit 500 includes a heat engine 100. The heat engine 100 functions as both a compressor that compresses ambient air to generate compressed air and an expander that expands high-temperature combustion gas to generate power. And a hydrogen rich ammonia combustion section 13 connected to the compressor / expander 11 via a gas guide path member 12. Here, the heat engine 100 is described as being applied to a rotary heat engine including the compressor / expander 11 as an example. However, the heat engine may be another internal combustion engine or an external combustion engine.

出力装置502は、コンプレッサー兼エキスパンダー11の出力軸11aから機械的動動力が伝達されるものであり、コンプレッサー兼エキスパンダー11の出力軸11aに連結されたトルクコンバータ504と、トルクコンバータに連結されたトランスミッション506と、トランスミッション506から後方に延びるプロペラーシャフト508と、ディファレンシャル510とを備える。出力装置502は推進装置としても機能し、プロペラーシャフト508の推進力はディファレンシャル510を介して移動体10の後輪512に伝達される。  The output device 502 transmits mechanical dynamic power from the output shaft 11a of the compressor / expander 11, and includes a torque converter 504 connected to the output shaft 11a of the compressor / expander 11, and a transmission connected to the torque converter. 506, a propeller shaft 508 extending rearward from the transmission 506, and a differential 510. The output device 502 also functions as a propulsion device, and the propulsive force of the propeller shaft 508 is transmitted to the rear wheel 512 of the moving body 10 via the differential 510.

図1において、コンプレッサー兼エキスパンダー11は、エアーフィルター514を介して吸入ポート126から吸入された周囲空気Aiをコンプレッサー機能により圧縮して圧縮空気CAを生成する。コンプレッサー兼エキスパンダー11の圧縮空気吐出ポート130は逆止弁516及び三方切替弁からなるインレットバルブ518を介してエネルギー回生アキュムレータ520の一端に接続され、エネルギー回生アキュムレータ520の他端部はアウトレットバルブ520を介して主空気供給ライン522に接続される。主空気供給ライン522は、逆止弁516及び三方切替弁518を介してコンプレッサー兼エキスパンダー11の圧縮空気吐出ポート130にも接続されている。ロータリー熱機関100の低負荷運転時及び減速時に、三方切替弁518の流路が切り替わるとともにアウトレットバルブ520が閉弁され、圧縮空気CAの一部がエネルギー回生アキュムレータ520に貯蔵される。ロータリー熱機関100の低負荷運転時には、水素リッチアンモニア燃焼部13への空気供給量を減少させて圧縮空気CAの一部をエネルギー回生アキュムレータ520に貯蔵させるようにプログラムされる。ロータリー熱機関100の始動時には、アウトレットバルブ520が開弁して、エネルギー回生アキュムレータ520から貯蔵圧縮空気CAが主空気供給ライン522に送出される。主空気供給ライン522はパージ制御用三方切替弁524を介して水素リッチアンモニア燃焼部13の空気供給部50に接続される。さらに、コンプレッサー兼エキスパンダー11は、高温ガス導入ポート124と排気ポート128を有する。高温ガス導入ポート124は、ガス案内路部材12のガス案内路44aを介して水素リッチアンモニア燃焼部13に接続されている。コンプレッサー兼エキスパンダー11は、水素リッチアンモニア燃焼部13から供給された高温燃焼ガスHPGを膨脹して動力を発生させてトルクコンバータ504を介してトランスミッション506に伝達する。コンプレッサー兼エキスパンダー11は、本願発明者と同一発明者の特許出願第2011−290720号「回転式流体機械」又は平成24年5月○○日出願で本願発明者と同一発明者による特許出願第2011−○○○○○号「ロータリー熱機関及びこれを利用した発電設備」に開示されたものと同一構造を有するため、詳細な説明を省略する。  In FIG. 1, the compressor / expander 11 compresses the ambient air Ai sucked from the suction port 126 via the air filter 514 by a compressor function to generate compressed air CA. The compressed air discharge port 130 of the compressor / expander 11 is connected to one end of an energy regeneration accumulator 520 through an inlet valve 518 composed of a check valve 516 and a three-way switching valve. To the main air supply line 522. The main air supply line 522 is also connected to the compressed air discharge port 130 of the compressor / expander 11 via a check valve 516 and a three-way switching valve 518. During low-load operation and deceleration of the rotary heat engine 100, the flow path of the three-way switching valve 518 is switched, the outlet valve 520 is closed, and a part of the compressed air CA is stored in the energy regeneration accumulator 520. When the rotary heat engine 100 is operated at a low load, the rotary heat engine 100 is programmed to reduce the amount of air supplied to the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13 and store a part of the compressed air CA in the energy regenerative accumulator 520. When the rotary heat engine 100 is started, the outlet valve 520 is opened, and the stored compressed air CA is sent from the energy regenerative accumulator 520 to the main air supply line 522. The main air supply line 522 is connected to the air supply unit 50 of the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 via a purge control three-way switching valve 524. Further, the compressor / expander 11 has a hot gas introduction port 124 and an exhaust port 128. The hot gas introduction port 124 is connected to the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 via the gas guide path 44 a of the gas guide path member 12. The compressor / expander 11 expands the high-temperature combustion gas HPG supplied from the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13 to generate power and transmits the power to the transmission 506 via the torque converter 504. The compressor / expander 11 is a patent application 2011-290720 “rotary fluid machine” of the same inventor as the present inventor or a patent application 2011 filed by the same inventor of the present inventor on May 05, 2012. -Since it has the same structure as what was disclosed in No. "Rotary heat engine and power generation equipment using the same", detailed description is omitted.

燃料供給システム532は、尿素水UWを供給するための尿素水供給タンク530を備え、尿素水加圧ポンプ534及び流量制御弁536を介して水素リッチアンモニア燃焼部13の水素リッチアンモニア生成リアクタ70に接続される。水素リッチアンモニア生成リアクタ70は、尿素水を加水分解してアンモニアを生成し、アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する。アンモニアの残部と水素リッチガスは混合されて水素リッチアンモニアとなり、この燃料は水素リッチアンモニア供給ライン540に送出される。水素リッチアンモニア供給ライン540は、三方切替弁524の第1流路を介して水素リッチアンモニア供給ライン540aに接続され、一方、第2流路に接続された水素リッチアンモニア供給ライン540bを介してコンプレッサー543により加圧されて逆止弁545を経由して始動・加速用燃料貯蔵タンク544に接続される。水素リッチアンモニア供給ライン540aは、水素リッチアンモニア供給ライン546を介して水素リッチアンモニア燃焼部13の燃料供給部60に接続されている。始動・加速用燃料貯蔵タンク544のアウトレットは水素リッチアンモニア供給ライン540c及び始動・加速用開閉弁548を介して水素リッチアンモニア燃焼部13に接続されている。三方切替弁524の流路は、ロータリー熱機関100の低負荷運転時お呼び減速運転時に切り替わって、水素リッチアンモニアHRAの一部を始動・加速用燃料貯蔵タンク544に貯蔵する。ロータリー熱機関100の始動時及び加速運転時には、三方切替弁524の流路が切り替わって、始動・加速用燃料貯蔵タンク544から始動・加速用開閉弁548を介して燃料供給部60に水素リッチアンモニアHRAを送出する。このように、始動・加速用燃料貯蔵タンク544の水素リッチアンモニアHRAはエンジンの始動用並びに高負荷運転用に利用される。  The fuel supply system 532 includes a urea water supply tank 530 for supplying urea water UW, and is supplied to the hydrogen rich ammonia generation reactor 70 of the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 via the urea water pressurizing pump 534 and the flow rate control valve 536. Connected. The hydrogen rich ammonia production reactor 70 hydrolyzes urea water to produce ammonia, and converts a part of the ammonia into hydrogen and nitrogen to produce a high temperature hydrogen rich gas. The remaining ammonia and the hydrogen rich gas are mixed to form hydrogen rich ammonia, and this fuel is sent to the hydrogen rich ammonia supply line 540. The hydrogen rich ammonia supply line 540 is connected to the hydrogen rich ammonia supply line 540a via the first flow path of the three-way switching valve 524, while the compressor is connected to the hydrogen rich ammonia supply line 540b connected to the second flow path. The fuel is pressurized by 543 and connected to the start / acceleration fuel storage tank 544 via the check valve 545. The hydrogen rich ammonia supply line 540 a is connected to the fuel supply unit 60 of the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 through the hydrogen rich ammonia supply line 546. The outlet of the start / acceleration fuel storage tank 544 is connected to the hydrogen rich ammonia combustion section 13 via a hydrogen rich ammonia supply line 540c and a start / acceleration on-off valve 548. The flow path of the three-way switching valve 524 is switched during the low load operation and the nominal deceleration operation of the rotary heat engine 100 to store a part of the hydrogen rich ammonia HRA in the start / acceleration fuel storage tank 544. During the start-up and acceleration operation of the rotary heat engine 100, the flow path of the three-way switching valve 524 is switched, and hydrogen-rich ammonia is supplied from the start-acceleration fuel storage tank 544 to the fuel supply unit 60 via the start-acceleration on-off valve 548. Send HRA. As described above, the hydrogen-rich ammonia HRA in the start / acceleration fuel storage tank 544 is used for engine start and high-load operation.

ロータリー熱機関100の停止時に於ける水素リッチアンモニア生成リアクタ70の尿素の結晶による目詰まり抑制を目的として、パージ制御用三方切替弁524はパージガス供給ライン550を介して水素リッチアンモニア生成リアクタ70の尿素水噴射ノズル15に接続されている。ロータリー熱機関100の停止時において、パージ制御用三方切替弁524の流路が切り替わって圧縮空気CAがパージガスとして尿素水噴射ノズル15から水素リッチアンモニア生成リアクタ70に供給し、未反応尿素や残留アンモニア及び残留水素等の残留成分を水素リッチアンモニア生成リアクタ70から排出して水素リッチアンモニア燃焼部13に供給して燃焼させるようにしている。  For the purpose of suppressing clogging due to urea crystals in the hydrogen-rich ammonia production reactor 70 when the rotary heat engine 100 is stopped, the purge control three-way switching valve 524 is connected to the urea in the hydrogen-rich ammonia production reactor 70 via the purge gas supply line 550. A water injection nozzle 15 is connected. When the rotary heat engine 100 is stopped, the flow path of the purge control three-way switching valve 524 is switched, and the compressed air CA is supplied as purge gas from the urea water injection nozzle 15 to the hydrogen-rich ammonia production reactor 70, and unreacted urea and residual ammonia In addition, residual components such as residual hydrogen are discharged from the hydrogen-rich ammonia production reactor 70 and supplied to the hydrogen-rich ammonia combustion section 13 for combustion.

図2より明らかなように、水素リッチアンモニア燃焼部13は、尿素水噴射ノズル15と、予混合気生成部40と、空気供給部50と、燃料供給部60と、水素リッチアンモニア生成リアクタ70とを備える。尿素水噴射ノズル15は尿素水供給ポンプ534及び流量制御弁536を介して尿素水供給タンク530に接続される。尿素水供給タンク530には、水素リッチアンモニアの原料として55乃至95%濃度、好ましくは、75乃至90%濃度の尿素を含有する尿素水UWが貯蔵される。尿素水には、NaOH、KOH、NaCO、KCO、NaSiO及びKSiOからなる群から選ばれる1種以上を主成分とするアルカリ触媒が添加される。尿素の濃度が55%以下では、水分量が多すぎて水素リッチアンモニアの熱カロリーが少ないため、十分な出力トルクが得られない。尿素の濃度が95%以上では、尿素水の粘度が高くなりすぎて送出ラインの管抵抗が大きくなり、尿素水の送出が困難となる。As is clear from FIG. 2, the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 includes a urea water injection nozzle 15, a premixed gas generation unit 40, an air supply unit 50, a fuel supply unit 60, and a hydrogen rich ammonia generation reactor 70. Is provided. The urea water injection nozzle 15 is connected to the urea water supply tank 530 via the urea water supply pump 534 and the flow rate control valve 536. The urea water supply tank 530 stores urea water UW containing 55 to 95% concentration, preferably 75 to 90% concentration of urea as a raw material for hydrogen-rich ammonia. To the urea water is added an alkali catalyst mainly composed of one or more selected from the group consisting of NaOH, KOH, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Na 2 SiO 3 and K 2 SiO 3 . If the urea concentration is 55% or less, the amount of water is too much and the thermal calories of hydrogen-rich ammonia are small, so that a sufficient output torque cannot be obtained. When the concentration of urea is 95% or more, the viscosity of the urea water becomes too high, the pipe resistance of the delivery line increases, and it becomes difficult to deliver the urea water.

図1において、ロータリー熱機関100は、エネルギー回生アキュムレータ520の圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサーS1と、水素リッチアンモニア燃焼部13の高温燃焼ガスHPGの圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサーS2と、水素リッチアンモニア燃焼部13の作動温度を検出して温度信号を出力する温度センサS3と、始動・加速用燃料貯蔵タンク544の圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサS4と、ロータリー熱機関100の回転数を検出してエンジン回転数に対応する回転数信号を出力する回転数センサS5,シフトレバーSLのシフト位置を検出したシフトポジションセンサSe1と,ロータリー熱機関100の負荷に対応した負荷信号、即ち、アクセルペダルApのアクセル位置の検出センサSe2と,ブレーキペダルBpの位置を検出するブレーキペダルセンサSe3と、ロータリー熱機関100のカレンダーデータ、設定入力データ等の入力パラメータを入力するための入力装置17と、コントローラ19とを備える。  In FIG. 1, the rotary heat engine 100 detects the pressure of the energy regeneration accumulator 520 and outputs a pressure signal, and detects the pressure of the high-temperature combustion gas HPG in the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13 and outputs the pressure signal. A pressure sensor S2 for output, a temperature sensor S3 for detecting the operating temperature of the hydrogen-rich ammonia combustion section 13 and outputting a temperature signal, and a pressure for detecting the pressure of the start / acceleration fuel storage tank 544 and outputting a pressure signal A sensor S4, a rotational speed sensor S5 that detects the rotational speed of the rotary heat engine 100 and outputs a rotational speed signal corresponding to the engine rotational speed, a shift position sensor Se1 that detects the shift position of the shift lever SL, and the rotary heat engine Detection of load signal corresponding to 100 loads, ie, accelerator position of accelerator pedal Ap Provided with capacitors Se2, a brake pedal sensor Se3 for detecting the position of the brake pedal Bp, an input device 17 for inputting calendar data Rotary heat engine 100, the input parameters such as setting the input data, and a controller 19.

図2に示すように、水素リッチアンモニア燃焼部13は、ステンレス等の耐腐食性金属から製造されていて、案内路部材12を介してロータリー熱機関100に支持された円筒状燃焼部ケーシング36を備える。燃焼部ケーシング36は、ロータリー熱機関100の出力軸132の外形よりも大きな内径の内周壁37aを有するインナースリーブ37を備える。燃焼部ケーシング36には、出力軸132の中心軸に対して垂直な平面領域において外周部から中心軸に向かってインナースリーブ37まで延びるように形成されたスパイラル燃焼室38と、スパイラル燃焼室38の上流側端部38aに配置されていて、圧縮空気CAと水素リッチアンモニアHRAとの予混合気を生成する予混合気生成部40と、予混合気生成部40に隣接して配置されていて予混合気を着火させるセラミックヒータ等から成る着火部42と、インナースリーブ37に隣接するようにスパイラル燃焼室38の後流側端部38cに形成されていて、高温燃焼ガスHPGをロータリー熱機関100に供給する高圧ガス噴出ポート44とを備える。  As shown in FIG. 2, the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13 is made of a corrosion-resistant metal such as stainless steel, and includes a cylindrical combustion unit casing 36 supported by the rotary heat engine 100 via the guide path member 12. Prepare. The combustion section casing 36 includes an inner sleeve 37 having an inner peripheral wall 37 a having an inner diameter larger than the outer shape of the output shaft 132 of the rotary heat engine 100. The combustion section casing 36 includes a spiral combustion chamber 38 formed so as to extend from the outer periphery to the inner sleeve 37 in the plane region perpendicular to the center axis of the output shaft 132, and the spiral combustion chamber 38. A premixed gas generation unit 40 that generates a premixed gas of compressed air CA and hydrogen-rich ammonia HRA is disposed at the upstream end 38a, and is disposed adjacent to the premixed gas generation unit 40. An ignition part 42 made of a ceramic heater or the like for igniting the air-fuel mixture and a downstream side end 38c of the spiral combustion chamber 38 so as to be adjacent to the inner sleeve 37 are used to supply the high-temperature combustion gas HPG to the rotary heat engine 100. And a high-pressure gas ejection port 44 to be supplied.

図2において、水素リッチアンモニア燃焼部13の予混合気生成部40は、ステンレス等の耐腐食性金属から製造されていて圧縮空気流通路として機能する円筒状アウターチューブからなる空気供給部50と、燃料供給部60とを備える。燃料噴射ノズルとして機能する円筒状インナーチューブ52がステンレス等の耐腐食性金属から製造されていて、空気供給部50の内部においてこれと同心的に延びている。空気供給部50は、圧縮空気の高速旋回流を発生させながら、燃料と混合して予混合気を生成する旋回流衝突部54とを備える。空気供給部50は、圧縮空気流通路として機能する環状圧縮空気噴流チャンバ55と、環状圧縮空気噴流チャンバ55内に圧縮空気CAを案内するための圧縮空気導入ポート56と、環状圧縮空気噴流チャンバ55の先端部に形成された円錐状の高速流発生部58とを備える。  In FIG. 2, the premixed gas generation unit 40 of the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13 is manufactured from a corrosion-resistant metal such as stainless steel, and includes an air supply unit 50 formed of a cylindrical outer tube that functions as a compressed air flow path. And a fuel supply unit 60. A cylindrical inner tube 52 that functions as a fuel injection nozzle is manufactured from a corrosion-resistant metal such as stainless steel, and extends concentrically with the inside of the air supply unit 50. The air supply unit 50 includes a swirling flow collision unit 54 that generates a premixed gas by mixing with fuel while generating a high-speed swirling flow of compressed air. The air supply unit 50 includes an annular compressed air jet chamber 55 that functions as a compressed air flow passage, a compressed air introduction port 56 for guiding the compressed air CA into the annular compressed air jet chamber 55, and an annular compressed air jet chamber 55. And a conical high-speed flow generating portion 58 formed at the tip portion.

円筒状インナーチューブ52の端部は、ステンレス等の耐腐食性金属から製造されていて、ベース燃料BFと水素リッチアンモニアHRAが供給される燃料供給部60に接続される。円筒状インナーチューブ52の先端部は、環状圧縮空気噴流チャンバ55の高速流発生部58に隣接して配置されていて圧縮空気の旋回流を発生させる旋回流発生部59を形成する複数の旋回流発生ブレード62と、複数の旋回流発生ブレード62にそれぞれ隣接して円錐状高速流発生部58に開口する第1燃料噴射口64と旋回流衝突部54に開口する第2燃料噴射口65と、円筒状インナーチューブ52の中間部に配置されていて燃料に対して旋回流Vsを発生させる旋回流発生部材66とを備える。旋回流発生ブレード62により生じた圧縮空気CAの旋回流に対して第1燃料噴射口64から燃料が噴射されると、圧縮空気CAの旋回流との衝突によって圧縮空気CAと燃料とは均一に混合されて予混合気AFMが生成される。スパイラル燃焼室38には、旋回流衝突部54から所定間隔で離れた位置に配置された乱流発生バッフル部材67が配置される。乱流発生バッフル部材67は燃焼ガス噴出開口部67aが形成された中央部を有する。高温燃焼ガスHPGの一部は乱流発生バッフル部材67の壁面に衝突して、旋回流衝突部54側に反転して反転流f1となり、旋回流衝突部54から噴出する予混合気と接触混合して燃焼促進が行われる。  The end of the cylindrical inner tube 52 is made of a corrosion-resistant metal such as stainless steel, and is connected to a fuel supply unit 60 to which the base fuel BF and the hydrogen-rich ammonia HRA are supplied. The distal end portion of the cylindrical inner tube 52 is disposed adjacent to the high-speed flow generating portion 58 of the annular compressed air jet chamber 55 and forms a swirling flow generating portion 59 that generates a swirling flow of compressed air. A generating blade 62, a first fuel injection port 64 that opens to the conical high-speed flow generation unit 58 adjacent to each of the plurality of swirling flow generation blades 62, and a second fuel injection port 65 that opens to the swirling flow collision unit 54, And a swirl flow generating member 66 that is disposed at an intermediate portion of the cylindrical inner tube 52 and generates a swirl flow Vs for the fuel. When fuel is injected from the first fuel injection port 64 with respect to the swirling flow of the compressed air CA generated by the swirling flow generating blade 62, the compressed air CA and the fuel are made uniform by collision with the swirling flow of the compressed air CA. The premixed gas AFM is generated by mixing. A turbulent flow generation baffle member 67 is disposed in the spiral combustion chamber 38 at a position spaced apart from the swirling flow collision portion 54 at a predetermined interval. The turbulent flow generation baffle member 67 has a central portion in which a combustion gas ejection opening 67a is formed. A part of the high-temperature combustion gas HPG collides with the wall surface of the turbulent flow generation baffle member 67 and reverses to the swirl flow collision portion 54 side to become a reversal flow f1, and contact mixing with the premixed gas jetted from the swirl flow collision portion Thus, combustion is promoted.

図2において、水素リッチアンモニア生成リアクタ70は、円筒状燃焼部ケーシング36の径方向内側においてスパイラル燃焼室38の燃焼ゾーン38aに沿って配置されていて、スパイラル燃焼室38を通過する高温燃焼ガスHPGの熱エネルギーを受熱する、ステンレス等の耐腐食性金属からなる伝熱部材71と、乱流発生バッフル部材67に隣接した位置において円筒状燃焼部ケーシング36と伝熱部材71との間に形成されていて尿素水噴射ノズル15から噴射された尿素水の蒸気を発生する蒸発部72と、蒸発部72の下流側に配置されていて伝熱部材71から受熱した高温燃焼ガスの熱エネルギーを蓄熱して尿素水の蒸気に乱流を発生させながら通過させる市販の直径1mm〜6mmのステンレスボール又はセラミックボール等からなる複数の固形状伝熱体SBを内蔵し、伝熱体SBに伝達された高温燃焼ガスの熱エネルギーを利用して尿素水の蒸気を加水分解してアンモニアを発生させる加水分解部73と、加水分解部73の下流側に配置されていてアンモニアの一部を分解して窒素と水素に転化して水素リッチガスを生成するためのアンモニア分解触媒ACCを内蔵したアンモニア分解部74とを備える。  In FIG. 2, the hydrogen-rich ammonia production reactor 70 is disposed along the combustion zone 38 a of the spiral combustion chamber 38 on the radial inner side of the cylindrical combustion section casing 36, and passes through the spiral combustion chamber 38. Formed between the cylindrical combustion part casing 36 and the heat transfer member 71 at a position adjacent to the turbulent flow generation baffle member 67 and the heat transfer member 71 made of a corrosion-resistant metal such as stainless steel. The heat generating unit 72 stores the heat energy of the high-temperature combustion gas received from the heat transfer member 71 and the evaporator 72 that generates urea water vapor injected from the urea water injection nozzle 15. Commercially available stainless steel balls or ceramic balls with a diameter of 1 to 6 mm that pass through urea water vapor while generating turbulent flow A hydrolyzing unit 73 that contains a plurality of solid heat transfer bodies SB and that generates ammonia by hydrolyzing the vapor of urea water using the thermal energy of the high-temperature combustion gas transferred to the heat transfer body SB; And an ammonia decomposing unit 74 having an ammonia decomposing catalyst ACC for decomposing a part of ammonia and converting it into nitrogen and hydrogen to generate a hydrogen-rich gas.

アンモニア分解触媒としては、例えば、イタリア国520ES GETTERS社製アンモニア分解触媒ST909(ZrMnFe合金)、日揮触媒化成製のニッケル触媒N134,N135及びN135Lが使用される。蒸発部72と加水分解部73との間において、伝熱部材71に径方向外側に延びていて蒸発部72から加水分解部73に流入する尿素水の蒸気の流量を制限するオリフィス75a等からなる第1流量制限部材75が形成される。同様に、加水分解部73とアンモニア分解部74との間にはオリフィス76aを有する第2流量制限部材76が形成されていて、アンモニアの一部をアンモニア分解部74に流入させる。水素リッチアンモニア供給ラインに供給されるアンモニアと水素リッチガスの流量比を制御するために、流量制御弁(図示せず)をアンモニア供給ライン21aと水素リッチガス供給ライン23aにそれぞれ設置して予めコントローラ19にプログラムされた制御ソフトに従ってこれら流量制御弁の開度を変化させるようにしてしても良い。  As the ammonia decomposing catalyst, for example, ammonia decomposing catalyst ST909 (ZrMnFe alloy) manufactured by 520ES GETTERS, Italy, nickel catalysts N134, N135 and N135L manufactured by JGC Catalysts & Chemicals are used. Between the evaporation part 72 and the hydrolysis part 73, it comprises an orifice 75a or the like that extends radially outward from the heat transfer member 71 and restricts the flow rate of the urea water vapor flowing from the evaporation part 72 into the hydrolysis part 73. A first flow restriction member 75 is formed. Similarly, a second flow restriction member 76 having an orifice 76 a is formed between the hydrolysis portion 73 and the ammonia decomposition portion 74, and part of the ammonia flows into the ammonia decomposition portion 74. In order to control the flow ratio of ammonia and hydrogen rich gas supplied to the hydrogen rich ammonia supply line, flow control valves (not shown) are installed in the ammonia supply line 21a and the hydrogen rich gas supply line 23a, respectively. You may make it change the opening degree of these flow control valves according to the programmed control software.

次に、図1及び図2を参照して次世代カーボンフリー移動体10の作動について説明する。  Next, the operation of the next-generation carbon-free moving body 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

次世代カーボンフリー移動体10のキースイッチ(図示せず)が投入されると、コントローラ19から空気供給指令信号CM1、CM2、CM3が出力される。この時、アウトレットバルブ519、パージ制御用三方切替弁524及び始動・加速用開閉弁548が開弁し、エネルギー回生アキュムレータ520の圧縮空気CAがパージ制御用三方切替弁524を介して水素リッチアンモニア燃焼部13の空気供給部50に供給される。一方、始動・加速用開閉弁548を介して始動・加速用燃料貯蔵タンク544から水素リッチアンモニアが水素リッチアンモニア燃焼部13の燃料供給部60に供給される。図2において、圧縮空気CAと水素リッチアンモニアは予混合気生成部40で予混合気AFMとなり、着火指令信号CM4に応答して着火部42により着火されて高温燃焼ガスHPGが発生する。高温燃焼ガスHPGは高圧ガス吐出ポート44から吐出してガス案内路部材12のガス案内路44aを通過してロータリー熱機関100のコンプレッサー兼エキスパンダー11に供給され、ロータリー熱機関100は高温燃焼ガスHPGを膨脹させて起動する。  When a key switch (not shown) of the next-generation carbon-free moving body 10 is turned on, air supply command signals CM1, CM2, and CM3 are output from the controller 19. At this time, the outlet valve 519, the purge control three-way switching valve 524, and the start / acceleration on-off valve 548 are opened, and the compressed air CA of the energy regeneration accumulator 520 is hydrogen-rich ammonia combustion via the purge control three-way switching valve 524. Supplied to the air supply unit 50 of the unit 13. On the other hand, hydrogen rich ammonia is supplied from the start / acceleration fuel storage tank 544 to the fuel supply unit 60 of the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 via the start / acceleration on-off valve 548. In FIG. 2, compressed air CA and hydrogen-rich ammonia become premixed gas AFM in the premixed gas generation unit 40, and are ignited by the ignition unit 42 in response to the ignition command signal CM4 to generate high-temperature combustion gas HPG. The high temperature combustion gas HPG is discharged from the high pressure gas discharge port 44, passes through the gas guide path 44a of the gas guide path member 12, and is supplied to the compressor / expander 11 of the rotary heat engine 100. The rotary heat engine 100 is supplied with the high temperature combustion gas HPG. Start by inflating.

図2より明らかなように、ロータリー熱機関100の始動時において、スパイラル燃焼ゾーン38aを通過する高温燃焼ガスHPGは水素リッチアンモニア生成リアクタ70を加熱する。燃焼部ケーシング36が水素リッチアンモニア生成リアクタ70の作動可能温度に相当する、所定温度、例えば、800℃に達したときに、即ち、温度センサS3から出力された温度信号がコントローラ19に記憶された所定温度と一致した時に、コントローラ19から尿素水供給制御信号CM5が出力される。  As is clear from FIG. 2, when the rotary heat engine 100 is started, the high-temperature combustion gas HPG passing through the spiral combustion zone 38 a heats the hydrogen-rich ammonia generation reactor 70. When the combustion section casing 36 reaches a predetermined temperature, for example, 800 ° C., corresponding to the operable temperature of the hydrogen-rich ammonia generation reactor 70, that is, the temperature signal output from the temperature sensor S 3 is stored in the controller 19. When the temperature matches the predetermined temperature, the controller 19 outputs a urea water supply control signal CM5.

尿素水供給制御信号CM5に応答して、尿素水供給ポンプ534が起動すると同時に流量制御弁536が開弁する。この時、尿素水供給タンク530から尿素水UWが尿素水噴射ノズル15に供給されて蒸発部72に噴霧状に噴射される。噴霧状の尿素水は蒸発部72の壁部に衝突して効率的に蒸発する。尿素水の蒸気は第1流量制限部材75のオリフィス75aを経て加水分解部73に流入し、加熱された複数の伝熱体HTBの表面に順次、接触してアルカリ触媒の存在下で効率的に加水分解が行われ、アンモニアが生成される。アンモニアの一部は第2流量制限部材76のオフィフィス76aを介してアンモニア分解部74に流入してアンモニア分解触媒ACCと接触して水素と窒素からなる水素リッチガスHRGに転化する。アンモニアの残部はアンモニアアウトレット21から取り出されて水素リッチアンモニア供給ライン21aを流通し、一方、水素リッチガスHRGは水素リッチガス供給ライン23aを流通し、これら2つの燃料成分は接合ポイントMxpで混合されて水素リッチアンモニアHRAとなり、水素リッチアンモニアHRAは水素リッチアンモニア供給ライン540を経て送出される。この時、三方切替弁524の開度がコントローラ19の流量制御指令信号CM6に応答して制御されることにより、水素リッチアンモニアHRAの流量が制御されて燃料供給部60に供給される。  In response to the urea water supply control signal CM5, the urea water supply pump 534 is activated, and at the same time, the flow control valve 536 is opened. At this time, the urea water UW is supplied from the urea water supply tank 530 to the urea water injection nozzle 15 and is sprayed to the evaporation unit 72 in a spray form. The sprayed urea water collides with the wall portion of the evaporation portion 72 and efficiently evaporates. The urea water vapor flows into the hydrolysis section 73 through the orifice 75a of the first flow restricting member 75, contacts the surfaces of the plurality of heated heat transfer bodies HTB sequentially, and efficiently in the presence of the alkali catalyst. Hydrolysis takes place and ammonia is produced. Part of the ammonia flows into the ammonia decomposition section 74 via the office 76a of the second flow restriction member 76, contacts the ammonia decomposition catalyst ACC, and is converted into a hydrogen rich gas HRG made of hydrogen and nitrogen. The remaining ammonia is taken out from the ammonia outlet 21 and flows through the hydrogen-rich ammonia supply line 21a, while the hydrogen-rich gas HRG flows through the hydrogen-rich gas supply line 23a, and these two fuel components are mixed at the junction point Mxp to form hydrogen. The rich ammonia HRA is supplied, and the hydrogen rich ammonia HRA is sent through the hydrogen rich ammonia supply line 540. At this time, the opening degree of the three-way switching valve 524 is controlled in response to the flow rate control command signal CM 6 of the controller 19, whereby the flow rate of the hydrogen rich ammonia HRA is controlled and supplied to the fuel supply unit 60.

ロータリー熱機関100の始動完了後において、空気供給指令信号CM1、CM2に応答して三方切替弁518,542の流路が切り替わる。この時、コンプレッサー兼エキスパンダー11から吐出した圧縮空気CAは主空気供給ライン522とパージ制御用三方切替弁524を介して水素リッチアンモニア燃焼部13の予混合気生成部40に供給される。次世代カーボンフリー移動体10の走行速度を上昇させるためにアクセルペダルApを踏み込むと、流量制御弁536の開度が大きくなるように制御されて尿素水UWの流量が増加する。したがって、水素リッチアンモニア生成リアクタ70から供給される水素リッチアンモニアの流量が増大して高温燃焼ガスHPGの圧力が増加し、ロータリー熱機関100の動力が増大する。また、アクセルペダルApをさらに深く踏み込んで、次世代カーボンフリー移動体10を加速させる場合は、加速空気供給指令信号CM1aに応答して始動・加速用開閉弁519が開弁され、エネルギー回生アキュムレータ520から貯蔵圧縮空気が送出される。一方、燃料供給増加指令信号CM3に応答して、始動・加速用開閉弁548の開度が増大して追加的な水素リッチアンモニアが始動・加速用燃料貯蔵タンク544から水素リッチアンモニア燃焼部13に供給される。  After the start of the rotary heat engine 100 is completed, the flow paths of the three-way switching valves 518 and 542 are switched in response to the air supply command signals CM1 and CM2. At this time, the compressed air CA discharged from the compressor / expander 11 is supplied to the premixed gas generation unit 40 of the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 via the main air supply line 522 and the purge control three-way switching valve 524. When the accelerator pedal Ap is depressed to increase the traveling speed of the next-generation carbon-free moving body 10, the flow rate of the urea water UW is increased by controlling the opening degree of the flow rate control valve 536 to be increased. Therefore, the flow rate of the hydrogen-rich ammonia supplied from the hydrogen-rich ammonia production reactor 70 increases, the pressure of the high-temperature combustion gas HPG increases, and the power of the rotary heat engine 100 increases. When the accelerator pedal Ap is further depressed to accelerate the next-generation carbon-free moving body 10, the start / acceleration on-off valve 519 is opened in response to the acceleration air supply command signal CM1a, and the energy regenerative accumulator 520 is opened. The stored compressed air is delivered from On the other hand, in response to the fuel supply increase command signal CM3, the opening degree of the start / acceleration on-off valve 548 increases, and additional hydrogen-rich ammonia is transferred from the start / acceleration fuel storage tank 544 to the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13. Supplied.

次に、次世代カーボンフリー移動体10が減速する場合は、アウトレットバルブ519を閉弁する一方、三方切替弁518の第1流路を絞って主空気供給ライン522に流入する圧縮空気CAの流量を制限してエネルギー回生アキュムレータ520に流入する圧縮空気CAの流量を増大する。同様に、始動・加速用開閉弁548を閉弁すると同時に三方切替弁542の流路を切り替えて水素リッチアンモニア供給ライン540aに流入する水素リッチアンモニアの流量を減少させるとともに水素リッチアンモニア供給ライン540aに流入する水素リッチアンモニアの流量を増大する。この時、コンプレッサー543が起動して水素リッチアンモニアを逆止弁545を介して始動・加速用燃料貯蔵タンク544に貯蔵される。これらの運転シーケンスはロータリー熱機関100が通常運転に戻るまで継続される。  Next, when the next-generation carbon-free moving body 10 decelerates, the outlet valve 519 is closed, while the flow rate of the compressed air CA flowing into the main air supply line 522 by narrowing the first flow path of the three-way switching valve 518. And the flow rate of the compressed air CA flowing into the energy regeneration accumulator 520 is increased. Similarly, the start / acceleration on-off valve 548 is closed and at the same time the flow path of the three-way switching valve 542 is switched to reduce the flow rate of hydrogen-rich ammonia flowing into the hydrogen-rich ammonia supply line 540a and to the hydrogen-rich ammonia supply line 540a. Increase the flow rate of inflowing hydrogen rich ammonia. At this time, the compressor 543 is activated and hydrogen-rich ammonia is stored in the start / acceleration fuel storage tank 544 via the check valve 545. These operation sequences are continued until the rotary heat engine 100 returns to normal operation.

ロータリー熱機関100の運転完了(停止)時には、コントローラ19からのエンジン停止指令信号CM7が出力される。すると、尿素水供給ポンプ534がオフとなり、流量制御弁536が閉弁し、水素リッチアンモニア燃焼部13への尿素水の供給が遮断される。この時、コントローラ19から所定のパージ期間(例えば、15秒間)、パージ指令信号CM8が出力される。この時、パージ制御用三方切替弁524の流路が切り替わって、圧縮空気CAがパージガス供給ライン550を介して尿素水噴射ノズル15を経由して水素リッチアンモニア生成リアクタ70にパージガスとして導入される。パージガスは、水素リッチアンモニア生成リアクタ70の未反応尿素や残留ガスを排出して、三方切替弁542及び水素リッチアンモニア供給ライン540aを経て水素リッチアンモニア燃焼部13に還流され、ここで燃焼した後にパージされる。  When the operation of the rotary heat engine 100 is completed (stopped), an engine stop command signal CM7 from the controller 19 is output. Then, the urea water supply pump 534 is turned off, the flow control valve 536 is closed, and the supply of urea water to the hydrogen rich ammonia combustion unit 13 is shut off. At this time, the purge command signal CM8 is output from the controller 19 for a predetermined purge period (for example, 15 seconds). At this time, the flow path of the purge control three-way switching valve 524 is switched, and the compressed air CA is introduced as purge gas into the hydrogen-rich ammonia generation reactor 70 via the urea gas injection nozzle 15 via the purge gas supply line 550. The purge gas discharges unreacted urea and residual gas from the hydrogen-rich ammonia generation reactor 70 and is returned to the hydrogen-rich ammonia combustion section 13 via the three-way switching valve 542 and the hydrogen-rich ammonia supply line 540a. Is done.

図3は本発明の第2実施例による次世代カーボンフリー移動体10Aのブロック図を示し、図1及び図2に示した実施例と同一又は類似の構成部品については同一の符号を用い、これらの詳細な説明は省略する。図1に示した次世代カーボンフリー移動体10に対して図3に示した次世代カーボンフリー移動体10Aは、図1に示した実施例における始動・加速用燃料貯蔵タンク544の代わりに、燃料供給システム532Aがデュアル燃料システムを採用している点において異なる。したがって、上記の相違点に基づいて、以下に説明する。  FIG. 3 is a block diagram of a next-generation carbon-free moving body 10A according to a second embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same or similar components as those in the embodiment shown in FIGS. The detailed description of is omitted. The next-generation carbon-free moving body 10A shown in FIG. 3 is different from the starting-acceleration / acceleration fuel storage tank 544 in the embodiment shown in FIG. The difference is that the supply system 532A employs a dual fuel system. Therefore, it demonstrates below based on said difference.

図3に示した次世代カーボンフリー移動体10Aにおいて、デュアル燃料システム532Aは尿素水供給タンク530と、ガソリン又は軽油等の液体燃料Faを貯蔵する補助燃料タンク600と、燃料ポンプ602とを備える。図1に示した第1実施例のロータリー熱機関100と同様に、尿素水供給タンク530から尿素水UWが尿素水供給ポンプ534及び流量制御弁536を介して送出され、尿素水は水素リッチアンモニア燃焼部13の尿素水噴射ノズル15から水素リッチアンモニア生成リアクタ70に導入されてアンモニアと水素リッチガスが生成され、アンモニアと水素リッチガスからなる水素リッチアンモニアが水素リッチアンモニア供給ライン540を介して取り出される。水素リッチアンモニア供給ライン540と補助燃料供給ライン603は、サーボモータ制御の三方切替弁604の第1、第2流路に接続され、三方切替弁604の第3流路が予混合気生成部40の燃料供給部60に接続される。三方切替弁604はコントローラ19からの予めプログラムされた燃料配分比制御指令信号CM8に応じて水素リッチアンモニアHRAと液体燃料Faとの配分比が定められる。  In the next-generation carbon-free moving body 10A shown in FIG. 3, the dual fuel system 532A includes a urea water supply tank 530, an auxiliary fuel tank 600 for storing liquid fuel Fa such as gasoline or light oil, and a fuel pump 602. As with the rotary heat engine 100 of the first embodiment shown in FIG. 1, urea water UW is sent from the urea water supply tank 530 via the urea water supply pump 534 and the flow rate control valve 536, and the urea water is hydrogen-rich ammonia. Ammonia and hydrogen rich gas are generated from the urea water injection nozzle 15 of the combustion unit 13 into the hydrogen rich ammonia generation reactor 70, and hydrogen rich ammonia composed of ammonia and hydrogen rich gas is taken out via the hydrogen rich ammonia supply line 540. The hydrogen rich ammonia supply line 540 and the auxiliary fuel supply line 603 are connected to the first and second flow paths of the servo motor controlled three-way switching valve 604, and the third flow path of the three-way switching valve 604 is the premixed gas generation unit 40. The fuel supply unit 60 is connected. The three-way switching valve 604 determines the distribution ratio between the hydrogen-rich ammonia HRA and the liquid fuel Fa in accordance with a pre-programmed fuel distribution ratio control command signal CM8 from the controller 19.

次世代カーボンフリー移動体10Aにおいて、ロータリー熱機関100の起動時には、三方切替弁604の第2流路が切り替わって、補助燃料供給ライン603が予混合気生成部40の燃料供給部60に接続されて、液体燃料が予混合気生成部40の内部に噴射される。一方、アウトレットバルブ519が開弁してエネルギー改正アキュムレータ520の貯蔵圧縮空気CAがパージ制御用三方切替弁524を介して水素リッチアンモニア燃焼部13の予混合気生成部40に供給されるため、燃焼用空気と液体燃料との予混合気が燃焼してロータリー熱機関100が起動する。水素リッチアンモニア燃焼部13の作動温度が所定温度に達すると、コントローラ19からの指令信号によって尿素水供給ポンプ534が起動すると共に流量制御弁536が開弁して尿素水UWが水素リッチアンモニア燃焼部13の水素リッチアンモニア生成リアクタ70に導入されて水素リッチアンモニアが生成されて予混合気生成部40に還流され、水素リッチアンモニアと燃焼用空気が燃焼して高温高圧の燃焼ガスHPGが生成される。この時、三方切替弁604はコントローラ19からの燃料配分比制御指令信号CM8に応じて水素リッチアンモニアHRAと液体燃料Faとの配分比を制御する。その他の作動は第1実施例と同様なため、詳細な説明を省略する。  In the next-generation carbon-free moving body 10A, when the rotary heat engine 100 is started, the second flow path of the three-way switching valve 604 is switched, and the auxiliary fuel supply line 603 is connected to the fuel supply unit 60 of the premixed gas generation unit 40. Thus, the liquid fuel is injected into the premixed gas generator 40. On the other hand, since the outlet valve 519 is opened and the stored compressed air CA of the energy reforming accumulator 520 is supplied to the premixed gas generation unit 40 of the hydrogen-rich ammonia combustion unit 13 via the purge control three-way switching valve 524, combustion occurs. The premixed mixture of working air and liquid fuel burns and the rotary heat engine 100 is started. When the operating temperature of the hydrogen rich ammonia combusting unit 13 reaches a predetermined temperature, the urea water supply pump 534 is activated by the command signal from the controller 19 and the flow rate control valve 536 is opened, so that the urea water UW is converted into the hydrogen rich ammonia combusting unit. 13 is introduced into the hydrogen-rich ammonia generation reactor 70, and hydrogen-rich ammonia is generated and recirculated to the premixed gas generation unit 40. The hydrogen-rich ammonia and combustion air are combusted to generate high-temperature and high-pressure combustion gas HPG. . At this time, the three-way switching valve 604 controls the distribution ratio between the hydrogen rich ammonia HRA and the liquid fuel Fa in accordance with the fuel distribution ratio control command signal CM8 from the controller 19. Since other operations are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

以上、本発明の各実施例を図面に基づいて説明したが、これ等はあくまでも一実施形態を示すものであり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが出来る。  As mentioned above, although each Example of this invention was described based on drawing, these show only one embodiment to the last, and this invention is the aspect which added the various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. Can be implemented.

例えば、水素リッチアンモニア燃焼部において、加水分解部及びアンモニア分解部を伝熱部材内に収納したものとして示したが、伝熱部材をコイル状のステンレスパイプにより形成して、その中に加水分解部とアンモニア分解部とを収納しても良い。また、水素リッチアンモニア生成リアクタは燃焼室と同一平面に配置されたものとして示したが、燃焼部ケーシングを変形して、燃焼室の背面側に水素リッチアンモニア生成リアクタを配置するように形成しても良い。また、燃焼室はスパイラル燃焼室からなるものとして説明したが、トロイダル形状に変更しても良い。  For example, in the hydrogen-rich ammonia combustion part, the hydrolysis part and the ammonia decomposition part are shown as being housed in the heat transfer member, but the heat transfer member is formed by a coiled stainless pipe, and the hydrolysis part is formed therein. And the ammonia decomposition part may be accommodated. Although the hydrogen-rich ammonia production reactor is shown as being disposed on the same plane as the combustion chamber, the combustion section casing is modified so that the hydrogen-rich ammonia production reactor is arranged on the back side of the combustion chamber. Also good. Although the combustion chamber has been described as a spiral combustion chamber, it may be changed to a toroidal shape.

前記第2実施例の次世代カーボンフリー動力装置において、燃焼室に供給される燃料と水素リッチアンモニアとの流量比を制御する制御弁が単一の制御弁からなるものとして記載されたが、燃料と水素リッチアンモニアの流量を制御するバルブをそれぞれ独立して設けても良い。  In the next-generation carbon-free power unit of the second embodiment, the control valve for controlling the flow ratio of the fuel supplied to the combustion chamber and the hydrogen-rich ammonia is described as a single control valve. And a valve for controlling the flow rate of hydrogen-rich ammonia may be provided independently.

10,10A…次世代カーボンフリー移動体;11…コンプレッサー兼エキスパンダー;12…ガス案内路部材;13…水素リッチアンモニア燃焼部;14…発電機;15…尿素水噴射ノズル;17…入力装置;19…コントローラ;36…燃焼部ケーシング;38…スパイラル燃焼室;40…予混合気生成部;42…着火部;44…高圧ガス噴出ポート;50…空気供給部;52…円筒状インナーチューブ;54…旋回流衝突部;70…水素リッチアンモニア生成リアクタ;520…エネルギー回生アキュムレータ;530…尿素水供給タンク;518〜536…三方切替弁;544…始動・加速用燃料貯蔵タンク;600…燃料タンク;604…三方切替弁DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A ... Next generation carbon free moving body; 11 ... Compressor and expander; 12 ... Gas guide path member; 13 ... Hydrogen rich ammonia combustion part; 14 ... Generator; 15 ... Urea water injection nozzle; ... Controller ... 36 ... Combustion part casing; 38 ... Spiral combustion chamber; 40 ... Premixed gas generation part; 42 ... Ignition part; 44 ... High-pressure gas injection port; 50 ... Air supply part; 52 ... Cylindrical inner tube; 70: Hydrogen-rich ammonia production reactor; 520 ... Energy regenerative accumulator; 530 ... Urea water supply tank; 518-536 ... Three-way switching valve; 544 ... Fuel storage tank for starting and acceleration; 600 ... Fuel tank; ... 3-way switching valve

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、次世代カーボンフリー動力装置が、出力装置と、高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生させて前記出力装置に伝達する熱機関と、を備え、前記熱機関が、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させる水素リッチアンモニア燃焼部と、前記水素リッチアンモニアの原料として尿素水を供給する燃料供給システムとを備え、前記水素リッチアンモニア燃焼部が、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させて高温燃焼ガスで前記熱機関を作動させる燃焼室と、前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として前記尿素水から高温のアンモニアを生成すると共に前記アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクタと、前記高温のアンモニアの残部と前記高温の水素リッチガスとの高温混合ガスを前記高温水素リッチアンモニアとして前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給する水素リッチアンモニア供給ラインと、を備え、前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材と、前記伝熱部材に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの存在下で前記尿素水を加水分解して前記高温のアンモニアを生成する加水分解部と、前記伝熱部材に収納されていて前記熱エネルギーの存在下で前記アンモニアの一部を前記高温の水素リッチガスに転化するアンモニア 分解部とを備えることを要旨とする。In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 1, the next generation carbon-free power device generates mechanical power by burning the output device, high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air. A heat engine that transmits to the output device, the heat engine burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air, and the hydrogen-rich ammonia A fuel supply system that supplies urea water as a raw material, and the hydrogen-rich ammonia combustion section burns a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air to operate the heat engine with the high-temperature combustion gas A combustion chamber for generating high-temperature ammonia from the urea water using a part of heat energy of the high-temperature combustion gas as a heat source and the ammonia A hydrogen-rich ammonia production reactor that partially converts hydrogen and nitrogen to produce a high-temperature hydrogen-rich gas; A hydrogen-rich ammonia supply line for supplying to the rich ammonia combustion section , wherein the hydrogen-rich ammonia production reactor is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section and heats part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source A heat transfer member that is disposed on the heat transfer member and that hydrolyzes the urea water in the presence of thermal energy of the high-temperature combustion gas to generate the high-temperature ammonia, and the heat transfer A portion of the ammonia in the presence of the thermal energy in the presence of the thermal energy. And summarized in that and a ammonia decomposition unit for converting the gas.

請求項に記載された発明によれば、請求項1記載された構成に加え、前記燃料供給システムが、前記水素リッチアンモニアの一部を一時的に貯蔵する始動・加速用燃料貯蔵タンクと、前記始動・加速用燃料貯蔵タンクの水素リッチアンモニアを前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給するための開閉弁とを備えることを要旨とする。According to the invention described in claim 2 , in addition to the configuration described in claim 1, the fuel supply system includes a fuel storage tank for start-up / acceleration for temporarily storing a part of the hydrogen-rich ammonia; A gist of the invention is that it includes an on-off valve for supplying hydrogen-rich ammonia in the start-up / acceleration fuel storage tank to the hydrogen-rich ammonia combustion section.

請求項に記載された発明によれば、請求項1又は2に記載された構成に加え、前記燃料供給システムが、前記尿素水を供給する尿素水供給タンクと、前記燃焼質に燃料を供給する燃料タンクと、前記燃焼室に供給される前記燃料と前記水素リッチアンモニアとの流量比を制御する制御弁とを備えることを要旨とする。According to the invention described in claim 3 , in addition to the configuration described in claim 1 or 2 , the fuel supply system supplies a urea water supply tank that supplies the urea water, and supplies fuel to the combustion quality. And a control valve for controlling a flow rate ratio between the fuel supplied to the combustion chamber and the hydrogen-rich ammonia.

請求項に記載された発明によれば、請求項1〜3のいずれかに記載された構成に加え、前記水素リッチアンモニア生成リアクタに接続されたパージガス供給手段と、前記熱機関の停止時に前記パージガス供給手段からパージガスを前記水素リッチアンモニア生成リアクタに供給して残留ガスを排出させる開閉弁とをさらに備えることを要旨とする。According to the invention described in claim 4 , in addition to the configuration described in any one of claims 1 to 3, the purge gas supply means connected to the hydrogen-rich ammonia production reactor, and when the heat engine is stopped, The gist of the present invention is to further include an on-off valve that supplies the purge gas from the purge gas supply means to the hydrogen-rich ammonia production reactor and discharges the residual gas.

請求項に記載された発明によれば、次世代カーボンフリー移動体が、推進装置と、高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生させて前記推進装置に伝達する熱機関と、を備え、前記熱機関が、、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させる水素リッチアンモニア燃焼部と、前記水素リッチアンモニアの原料として尿素水を供給する燃料供給システムとを備え、前記水素リッチアンモニア燃焼部が、、前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させて高温燃焼ガスで前記熱機関を作動させる燃焼室と、前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として前記尿素水から高温のアンモニアを生成すると共に前記アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクタと、前記高温のアンモニアの残部と前記高温の水素リッチガスとの高温混合ガスを前記高温水素リッチアンモニアとして前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給する水素リッチアンモニア供給ラインとを備え、前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材と、前記伝熱部材に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの存在下で前記尿素水を加水分解して前記高温のアンモニアを生成する加水分解部と、前記伝熱部材に収納されていて前記熱エネルギーの存在下で前記アンモニアの一部を前記高温の水素リッチガスに転化するアンモニア分解部とを備えることを要旨とする。According to the invention described in claim 5 , the next generation carbon-free moving body generates mechanical power by burning the propulsion device, high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air, and transmits the mechanical power to the propulsion device. A heat engine, and the heat engine supplies a hydrogen-rich ammonia combustion section for burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air, and supplies urea water as a raw material for the hydrogen-rich ammonia. A fuel supply system, wherein the hydrogen-rich ammonia combustion section burns a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air and operates the heat engine with the high-temperature combustion gas; and Using a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, high-temperature ammonia is generated from the urea water, and part of the ammonia is converted to hydrogen and nitrogen A hydrogen-rich ammonia production reactor that produces a high-temperature hydrogen-rich gas, and a hydrogen-rich ammonia that supplies a high-temperature mixed gas of the remainder of the high-temperature ammonia and the high-temperature hydrogen-rich gas as the high-temperature hydrogen-rich ammonia to the hydrogen-rich ammonia combustion unit An ammonia supply line , wherein the hydrogen-rich ammonia production reactor is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section and is heated using a part of thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, and the heat transfer A hydrolyzing unit that is disposed in the member and hydrolyzes the urea water in the presence of thermal energy of the high-temperature combustion gas to generate the high-temperature ammonia; Ammonia that converts part of the ammonia into the hot hydrogen-rich gas in the presence And summarized in that and a solution portion.

請求項1記載の発明では、次世代カーボンフリー動力装置の熱機関において、燃焼部が水素リッチアンモニア生成リアクタを備える。前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材を備え、前記伝熱部材に加水分解部とアンモニア分解部が設置されている。このように、伝熱部材を介して前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を利用して前記尿素水から容易に高効率でオンデマンドでアンモニアを生成すると共にアンモニア分解部でアンモニアの一部を水素リッチガスに転化することで水素リッチアンモニアを生成している。したがって、熱機関に対してその全運転領域において水素リッチアンモニアを供給することが可能となり、化石燃料への依存度を著しく抑制可能となる。高温の水素リッチアンモニアは吸入空気と混合されて均一な混合気となるため、水素の存在下で完全燃焼させることができる。したがって、安全性と信頼性が極めて高い次世代カーボンフリー動力装置の実用化が可能となる。さらに、温暖化ガスの排出源である化石燃料への依存度を大幅に削減して、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。According to the first aspect of the present invention, in the heat engine of the next generation carbon-free power plant, the combustion section includes a hydrogen-rich ammonia production reactor. The hydrogen-rich ammonia production reactor includes a heat transfer member that is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section and is heated by using a part of thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, and the hydrolysis section is provided in the heat transfer member. An ammonia decomposition unit is installed. As described above, a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas is utilized through the heat transfer member to easily generate ammonia from the urea water with high efficiency on demand, and at the same time, a part of the ammonia is removed from the ammonia decomposition part. Hydrogen-rich ammonia is generated by conversion to hydrogen-rich gas. Therefore, hydrogen-rich ammonia can be supplied to the heat engine in the entire operation region, and the dependence on fossil fuel can be remarkably suppressed. Since the high-temperature hydrogen-rich ammonia is mixed with the intake air to form a uniform mixture, it can be completely burned in the presence of hydrogen. Therefore, it is possible to put to practical use a next-generation carbon-free power device that is extremely safe and reliable. Furthermore, the dependence on fossil fuel, which is a source of greenhouse gas emissions, can be greatly reduced, thereby making a great contribution to the prevention of global warming.

請求項記載の構成では、始動・加速用燃料貯蔵タンクに一時的に水素リッチアンモニアを貯蔵し、エンジン始動時やエンジンの高負荷運転時に前記水素リッチアンモニア燃焼部に水素リッチアンモニアを供給することができる。この構成によれば、熱機関の全運転領域において水素リッチアンモニアの利用率を向上させることが可能となり、化石燃料への依存度を大幅に抑制することができ、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。また、エンジンの高負荷運転時に追加的に水素リッチアンモニアを供給することもできるため、エンジンの小型高性能化も可能となる。According to a second aspect of the present invention, hydrogen-rich ammonia is temporarily stored in the start / acceleration fuel storage tank, and the hydrogen-rich ammonia is supplied to the hydrogen-rich ammonia combustion section when the engine is started or when the engine is operating at a high load. Can do. According to this configuration, it becomes possible to improve the utilization rate of hydrogen-rich ammonia in the entire operation region of the heat engine, greatly reduce the dependence on fossil fuels, and contribute greatly to the prevention of global warming. Is possible. In addition, since hydrogen-rich ammonia can be additionally supplied during high-load operation of the engine, the engine can be made smaller and higher performance.

請求項記載の構成では、前記燃料供給システムにおいて、水素リッチアンモニアに加えて、前記燃料タンクから炭素質燃料を前記燃焼室に供給することができるため、水素リッチアンモニアと炭素質燃料との併用が可能となり、利便性が向上する。In the configuration according to claim 3 , in the fuel supply system, in addition to hydrogen-rich ammonia, carbonaceous fuel can be supplied from the fuel tank to the combustion chamber, so that the combination of hydrogen-rich ammonia and carbonaceous fuel is used. Is possible, and convenience is improved.

請求項記載の構成では、熱機関の停止時にパージガス供給手段からパージガスを水素リッチアンモニア生成リアクタに供給して未反応尿素、アンモニア及び水素等の残留ガスを外部に排出している。そのため、熱機関の停止後に、尿素の結晶による目詰まりを回避することができ、次回の熱機関の再始動が容易となり、信頼性が向上する。According to the fourth aspect of the present invention, when the heat engine is stopped, the purge gas is supplied from the purge gas supply means to the hydrogen-rich ammonia generation reactor, and residual gases such as unreacted urea, ammonia and hydrogen are discharged to the outside. Therefore, clogging due to urea crystals can be avoided after the heat engine is stopped, the next restart of the heat engine is facilitated, and the reliability is improved.

請求項記載の構成では、次世代カーボンフリー移動体を構成する熱機関において、燃焼部が水素リッチアンモニア生成リアクタを備える。前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材を備え、前記伝熱部材に加水分解部とアンモニア分解部が設置されている。このように、伝熱部材を介して前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を利用して前記尿素水から容易に高効率でオンデマンドでアンモニアを生成すると共にアンモニア分解部でアンモニアの一部を水素リッチガスに転化することで水素リッチアンモニアを生成している。したがって、熱機関に対してその全運転領域において水素リッチアンモニアを供給することが可能となり、化石燃料への依存度を著しく抑制可能となる。高温の水素リッチアンモニアは吸入空気と混合されて均一な混合気となるため、水素の存在下で完全燃焼させることができる。したがって、安全性と信頼性が極めて高い次世代カーボンフリー移動体の実用化が可能となる。さらに、温暖化ガスの排出源である化石燃料への依存度を大幅に削減して、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。In the structure of Claim 5, in the heat engine which comprises a next-generation carbon free mobile body, a combustion part is provided with a hydrogen rich ammonia production | generation reactor. The hydrogen-rich ammonia production reactor includes a heat transfer member that is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section and is heated by using a part of thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, and the hydrolysis section is provided in the heat transfer member. An ammonia decomposition unit is installed. As described above, a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas is utilized through the heat transfer member to easily generate ammonia from the urea water with high efficiency on demand, and at the same time, a part of the ammonia is removed from the ammonia decomposition part. Hydrogen-rich ammonia is generated by conversion to hydrogen-rich gas. Therefore, hydrogen-rich ammonia can be supplied to the heat engine in the entire operation region, and the dependence on fossil fuel can be remarkably suppressed. Since the high-temperature hydrogen-rich ammonia is mixed with the intake air to form a uniform mixture, it can be completely burned in the presence of hydrogen. Therefore, the next-generation carbon-free moving body with extremely high safety and reliability can be put into practical use. Furthermore, the dependence on fossil fuel, which is a source of greenhouse gas emissions, can be greatly reduced, thereby making a great contribution to the prevention of global warming.

Claims (6)

出力装置と、
高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生させて前記出力装置に伝達する熱機関と、を備え、
前記熱機関が、
前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させる水素リッチアンモニア燃焼部と、
前記水素リッチアンモニアの原料として尿素水を供給する燃料供給システムとを備え、
前記水素リッチアンモニア燃焼部が、
前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させて高温燃焼ガスで前記熱機関を作動させる燃焼室と、
前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として前記尿素水から高温のアンモニアを生成すると共に前記アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクタと、
前記高温のアンモニアの残部と前記高温の水素リッチガスとの高温混合ガスを前記高温水素リッチアンモニアとして前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給する水素リッチアンモニア供給ラインと、
備えることを特徴とする次世代カーボンフリー動力装置。
An output device;
A heat engine that burns high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air to generate mechanical power and transmit it to the output device, and
The heat engine is
A hydrogen-rich ammonia combustion section for burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air;
A fuel supply system for supplying urea water as a raw material for the hydrogen-rich ammonia,
The hydrogen-rich ammonia combustion part is
A combustion chamber for operating a heat engine with a high-temperature combustion gas by burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air;
A hydrogen-rich ammonia generation reactor that generates high-temperature ammonia from the urea water using a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source and converts a part of the ammonia into hydrogen and nitrogen to generate a high-temperature hydrogen-rich gas; ,
A hydrogen-rich ammonia supply line that supplies a high-temperature mixed gas of the remainder of the high-temperature ammonia and the high-temperature hydrogen-rich gas as the high-temperature hydrogen-rich ammonia to the hydrogen-rich ammonia combustion section;
A next-generation carbon-free power unit characterized by comprising.
前記水素リッチアンモニア生成リアクタが、前記水素リッチアンモニア燃焼部に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として加熱される伝熱部材と、前記伝熱部材に配置されていて前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの存在下で前記尿素水を加水分解して前記高温のアンモニアを生成する加水分解部と、前記伝熱部材に収納されていて前記熱エネルギーの存在下で前記アンモニアの一部を前記高温の水素リッチガスに転化するアンモニア分解部とを備えることを特徴とする請求項1記載の次世代カーボンフリー動力装置。  The hydrogen-rich ammonia production reactor is disposed in the hydrogen-rich ammonia combustion section and is heated by using a part of thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source, and is disposed in the heat-transfer member and A hydrolyzing unit that hydrolyzes the urea water in the presence of thermal energy of high-temperature combustion gas to generate the high-temperature ammonia; and a portion of the ammonia that is housed in the heat transfer member and is in the presence of the thermal energy. The next-generation carbon-free power unit according to claim 1, further comprising an ammonia decomposing unit that converts the unit into the high-temperature hydrogen-rich gas. 前記燃料供給システムが、前記水素リッチアンモニアの一部を一時的に貯蔵する始動・加速用燃料貯蔵タンクと、前記始動・加速用燃料貯蔵タンクの水素リッチアンモニアを前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給するための開閉弁とを備えることを特徴とする請求項1又は2記載の次世代カーボンフリー動力装置。  The fuel supply system temporarily stores a part of the hydrogen-rich ammonia for start-up / acceleration fuel storage tank, and supplies the hydrogen-rich ammonia in the start-up / acceleration fuel storage tank to the hydrogen-rich ammonia combustion unit. The next-generation carbon-free power unit according to claim 1, further comprising an on-off valve for the purpose. 前記燃料供給システムが、前記尿素水を供給する尿素水供給タンクと、前記燃焼質に燃料を供給する燃料タンクと、前記燃焼室に供給される前記燃料と前記水素リッチアンモニアとの流量比を制御する制御弁とを備えることを特徴とする請求項1〜3記載の次世代カーボンフリー動力装置。  The fuel supply system controls a flow rate ratio between the urea water supply tank for supplying the urea water, a fuel tank for supplying fuel to the combustion quality, and the fuel and hydrogen-rich ammonia supplied to the combustion chamber. The next-generation carbon-free power unit according to claim 1, further comprising: 前記水素リッチアンモニア生成リアクタに接続されたパージガス供給手段と、前記熱機関の停止時に前記パージガス供給手段からパージガスを前記水素リッチアンモニア生成リアクタに供給して残留ガスを排出させる開閉弁とをさらに備えることを特徴とする請求項1〜4記載の次世代カーボンフリー動力装置。  A purge gas supply means connected to the hydrogen-rich ammonia production reactor; and an on-off valve for supplying the purge gas from the purge gas supply means to the hydrogen-rich ammonia production reactor and discharging the residual gas when the heat engine is stopped. The next-generation carbon-free power unit according to claim 1. 推進装置と、
高温水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて機械的動力を発生させて前記推進装置に伝達する熱機関と、を備え、
前記熱機関が、
前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させる水素リッチアンモニア燃焼部と、
前記水素リッチアンモニアの原料として尿素水を供給する燃料供給システムとを備え、
前記水素リッチアンモニア燃焼部が、
前記高温水素リッチアンモニアと前記燃焼用空気との均一混合気を燃焼させて高温燃焼ガスで前記熱機関を作動させる燃焼室と、
前記高温燃焼ガスの熱エネルギーの一部を熱源として前記尿素水から高温のアンモニアを生成すると共に前記アンモニアの一部を水素と窒素に転化して高温の水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクタと、
前記高温のアンモニアの残部と前記高温の水素リッチガスとの高温混合ガスを前記高温水素リッチアンモニアとして前記水素リッチアンモニア燃焼部に供給する水素リッチアンモニア供給ラインと、
備えることを特徴とする次世代カーボンフリー移動体。
A propulsion device;
A heat engine that burns high-temperature hydrogen-rich ammonia and combustion air to generate mechanical power and transmit it to the propulsion device,
The heat engine is
A hydrogen-rich ammonia combustion section for burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air;
A fuel supply system for supplying urea water as a raw material for the hydrogen-rich ammonia,
The hydrogen-rich ammonia combustion part is
A combustion chamber for operating a heat engine with a high-temperature combustion gas by burning a homogeneous mixture of the high-temperature hydrogen-rich ammonia and the combustion air;
A hydrogen-rich ammonia generation reactor that generates high-temperature ammonia from the urea water using a part of the thermal energy of the high-temperature combustion gas as a heat source and converts a part of the ammonia into hydrogen and nitrogen to generate a high-temperature hydrogen-rich gas; ,
A hydrogen-rich ammonia supply line that supplies a high-temperature mixed gas of the remainder of the high-temperature ammonia and the high-temperature hydrogen-rich gas as the high-temperature hydrogen-rich ammonia to the hydrogen-rich ammonia combustion section;
Next-generation carbon-free moving body characterized by comprising.
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