JP2020147475A - Reforming system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改質システムに関する。 The present invention relates to a reforming system.
従来の改質システムとしては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載の改質システムは、液体のアンモニアを気化する蒸発器と、この蒸発器により気化されたアンモニアを分解して水素を生成する分解器と、蒸発器から分解器に気体のアンモニアを供給するアンモニア供給管と、分解器に空気を供給する流入管と、分解器で生成された水素が流れる流出管とを備えている。 As a conventional reforming system, for example, the technique described in Patent Document 1 is known. The reforming system described in Patent Document 1 includes an evaporator that vaporizes liquid ammonia, a decomposer that decomposes ammonia vaporized by this evaporator to generate hydrogen, and gaseous ammonia from the evaporator to the decomposer. It is provided with an ammonia supply pipe for supplying the gas, an inflow pipe for supplying air to the decomposer, and an outflow pipe through which hydrogen generated by the decomposer flows.
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、改質システムの起動時には、分解器(改質部)の暖気が完了するまでは、分解器においてアンモニア(燃料ガス)が安定して燃焼されない。また、分解器の暖気時には、分解器の触媒の異常酸化を防止するために、アンモニアのみを分解器に供給するか、もしくはアンモニアを空気に対してリッチの状態で分解器に供給する必要がある。従って、分解器の暖気が完了するまでは、アンモニアが分解器をすり抜けてしまう。このため、アンモニアの後処理を行うための装置が必要となる。 However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is, when the reforming system is started, ammonia (fuel gas) is not stably burned in the cracker until the warming up of the cracker (reformer) is completed. In addition, when the decomposer is warmed up, it is necessary to supply only ammonia to the decomposer or supply ammonia to the decomposer in a state rich in air in order to prevent abnormal oxidation of the catalyst of the decomposer. .. Therefore, ammonia will slip through the decomposer until the warming up of the decomposer is completed. Therefore, a device for post-treatment of ammonia is required.
本発明の目的は、起動時に改質部をすり抜ける燃料ガスの量を低減することができる改質システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a reforming system capable of reducing the amount of fuel gas that passes through the reforming section at startup.
本発明の一態様に係る改質システムは、燃料ガスを水素に分解する改質触媒を有し、燃料ガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、改質部に供給される酸化性ガスが流れるガス供給流路と、改質部にガス供給流路を通して燃料ガスを供給する燃料供給部と、改質部により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路と、改質部よりもガス供給流路の上流側に配置された発熱体を有するヒータ部と、改質部及び発熱体を収容する筐体と、ガス供給流路を開閉する第1開閉バルブと、改質ガス流路を開閉する第2開閉バルブと、燃料供給部、ヒータ部、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを制御する制御部とを備え、改質部は、筐体内における発熱体よりも上側に配置されており、制御部は、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを閉じた状態で発熱体を通電するようにヒータ部を制御する第1制御処理を実行した後、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように燃料供給部、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを制御する第2制御処理を実行する。 The reforming system according to one aspect of the present invention has a reforming catalyst that decomposes the fuel gas into hydrogen, reforms the fuel gas to generate a reformed gas containing hydrogen, and reforms. A gas supply flow path through which the oxidizing gas supplied to the section flows, a fuel supply section that supplies fuel gas to the reforming section through the gas supply flow path, and a reforming gas through which the reforming gas generated by the reforming section flows. A first that opens and closes the flow path, the heater part having a heating element arranged on the upstream side of the gas supply flow path from the reforming part, the housing accommodating the reforming part and the heating element, and the gas supply flow path. It includes an on-off valve, a second on-off valve that opens and closes the reformed gas flow path, and a control unit that controls a fuel supply unit, a heater unit, a first on-off valve, and a second on-off valve. The control unit is arranged above the heating element in the above, and after executing the first control process for controlling the heater unit so as to energize the heating element with the first on-off valve and the second on-off valve closed. , A second control process that controls the fuel supply unit, the first on-off valve, and the second on-off valve so as to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the reforming unit with the first on-off valve and the second on-off valve open. To execute.
このような改質システムにおいては、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを閉じると、第1開閉バルブと第2開閉バルブとの間の流路が閉鎖された状態となり、その流路内では燃料ガスの流れが生じない。従って、改質システムの起動時に、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを閉じた状態でヒータ部の発熱体が通電されると、発熱体の発熱により上昇気流が発生する。ここで、改質部は、筐体内における発熱体よりも上側に配置されている。このため、上昇気流の熱によって改質部が暖められることになる。このように発熱体の発熱により生じる上昇気流を利用して改質部を暖めることにより、発熱体の熱を燃料ガスを通じて改質部に伝達するために改質部に燃料ガスを供給する必要がない。これにより、改質システムの起動時に、改質部をすり抜ける燃料ガスの量が低減される。 In such a reforming system, when the first on-off valve and the second on-off valve are closed, the flow path between the first on-off valve and the second on-off valve is closed, and the fuel in the flow path is closed. No gas flow occurs. Therefore, when the heating element of the heater unit is energized with the first opening / closing valve and the second opening / closing valve closed when the reforming system is started, an updraft is generated due to the heat generated by the heating element. Here, the reforming portion is arranged above the heating element in the housing. Therefore, the reformed portion is warmed by the heat of the updraft. By warming the reforming section using the updraft generated by the heat generated by the heating element in this way, it is necessary to supply fuel gas to the reforming section in order to transfer the heat of the heating element to the reforming section through the fuel gas. Absent. This reduces the amount of fuel gas that slips through the reforming section when the reforming system is started.
改質部は、筐体内における発熱体の真上位置に配置されていてもよい。このような構成では、発熱体の発熱により生じる上昇気流を有効利用して、改質部を効率良く暖めることができる。 The reforming portion may be arranged at a position directly above the heating element in the housing. In such a configuration, the reformed portion can be efficiently warmed by effectively utilizing the updraft generated by the heat generated by the heating element.
ガス供給流路は、筐体と接続された配管を有し、配管の少なくとも一部は、筐体よりも下側に配置されていてもよい。第1開閉バルブと第2開閉バルブとの間の流路内に存在するガス中には、燃料の他に水素及び酸素等の成分が含まれる可能性がある。酸素の比重は、燃料及び水素の比重よりも高い。このため、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを閉じた際に、第1開閉バルブと第2開閉バルブとの間の流路内に存在するガス中に酸素が含まれていても、配管内における筐体よりも下側に酸素が溜まることになる。従って、筐体内に酸素が存在しにくくなるため、改質部の改質触媒の酸化劣化が防止される。 The gas supply flow path has a pipe connected to the housing, and at least a part of the pipe may be arranged below the housing. The gas existing in the flow path between the first on-off valve and the second on-off valve may contain components such as hydrogen and oxygen in addition to the fuel. The specific gravity of oxygen is higher than that of fuel and hydrogen. Therefore, even if oxygen is contained in the gas existing in the flow path between the first on-off valve and the second on-off valve when the first on-off valve and the second on-off valve are closed, the inside of the pipe Oxygen will be accumulated below the housing in. Therefore, oxygen is less likely to be present in the housing, and oxidative deterioration of the reforming catalyst in the reforming portion is prevented.
改質システムは、改質部の温度を検出する温度検出部を更に備え、制御部は、第2制御処理を実行するときは、温度検出部により検出された改質部の温度が予め定められた規定温度以上になると、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように燃料供給部、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを制御してもよい。このような構成では、改質部の温度を検出することにより、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給する適切なタイミングを容易に判断することができる。 The reforming system further includes a temperature detecting unit that detects the temperature of the reforming unit, and when the control unit executes the second control process, the temperature of the reforming unit detected by the temperature detecting unit is predetermined. When the temperature exceeds the specified temperature, the fuel supply unit, the first on-off valve and the second on-off valve are opened so as to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the reforming part with the first on-off valve and the second on-off valve open. You may control it. In such a configuration, by detecting the temperature of the reforming section, it is easy to properly time the fuel gas and the oxidizing gas to be supplied to the reforming section with the first on-off valve and the second on-off valve open. You can judge.
ガス供給流路には、改質部に供給される酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁が配設されおり、制御部は、第2制御処理を実行するときは、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを開くように制御すると共に、燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように燃料供給部及び流量制御弁を制御してもよい。このような構成では、ガス供給流路を開閉する第1開閉バルブと改質部に供給される酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁とが別々のバルブであるため、ガス供給流路の開閉制御と酸化性ガスの供給量制御とが行いやすくなる。 A flow rate control valve for controlling the flow rate of the oxidizing gas supplied to the reforming unit is provided in the gas supply flow path, and the control unit uses the first on-off valve and the first on-off valve when executing the second control process. The fuel supply unit and the flow rate control valve may be controlled so as to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the reforming unit while controlling the opening of the second on-off valve. In such a configuration, since the first on-off valve that opens and closes the gas supply flow path and the flow rate control valve that controls the flow rate of the oxidizing gas supplied to the reforming portion are separate valves, the gas supply flow path It becomes easier to control the opening and closing and the supply amount of oxidizing gas.
本発明によれば、起動時に改質部をすり抜ける燃料ガスの量を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the amount of fuel gas that passes through the reformed portion at startup.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る改質システムを具備したエンジンシステムを示す概略構成図である。図1において、エンジンシステム1は、車両に搭載されている。エンジンシステム1は、アンモニアエンジン2と、吸気通路3と、排気通路4と、メインインジェクタ5と、メインスロットルバルブ6とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine system including a reforming system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the engine system 1 is mounted on a vehicle. The engine system 1 includes an
アンモニアエンジン2は、アンモニア(NH3)を燃料として使用するエンジンである。アンモニアエンジン2は、例えば4つの燃焼室を有する4気筒エンジンである。アンモニアエンジン2には、アンモニアと共に水素が供給される(後述)。
The
吸気通路3は、アンモニアエンジン2に接続されている。吸気通路3は、アンモニアエンジン2に供給される空気が流れる通路である。吸気通路3には、空気に含まれる塵及び埃等の異物を除去するエアクリーナ7が配設されている。
The intake passage 3 is connected to the
排気通路4は、アンモニアエンジン2に接続されている。排気通路4は、アンモニアエンジン2の燃焼室から発生した排気ガスが流れる通路である。排気通路4には、排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)及びアンモニア等の有害物質を除去する排気浄化触媒8が配設されている。排気浄化触媒8としては、例えば三元触媒またはSCR(SelectiveCatalytic Reduction)触媒等が用いられる。
The exhaust passage 4 is connected to the
メインインジェクタ5は、アンモニアエンジン2に向けて燃料ガスであるアンモニアガス(NH3ガス)を噴射する電磁式の燃料噴射弁である。メインインジェクタ5は、吸気通路3におけるメインスロットルバルブ6とアンモニアエンジン2との間にアンモニアガスを噴射する。メインインジェクタ5は、後述する気化器12とアンモニア流路9を介して接続されている。
The
メインスロットルバルブ6は、吸気通路3におけるエアクリーナ7とアンモニアエンジン2との間に配設されている。メインスロットルバルブ6は、アンモニアエンジン2に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。
The
また、エンジンシステム1は、本実施形態の改質システム10を具備している。改質システム10は、アンモニアタンク11と、気化器12と、改質装置13と、ガス供給流路14と、改質スロットルバルブ15と、改質インジェクタ16と、改質ガス流路17と、クーラ18と、上流側開閉バルブ19と、下流側開閉バルブ20とを備えている。
Further, the engine system 1 includes the reforming
アンモニアタンク11は、アンモニアを液体状態で貯蔵するタンクである。気化器12は、アンモニアタンク11に貯蔵された液体状態のアンモニアを気化させて、アンモニアガスを生成する。
The
改質装置13は、電気ヒータ21と、改質器22とを有している。電気ヒータ21は、改質器22を昇温させるヒータ部である。電気ヒータ21は、例えばハニカム構造を呈する発熱体23と、この発熱体23に電極端子(図示せず)を介して接続され、発熱体23を通電する電源24とを有している。電源24により発熱体23が通電されると、発熱体23が発熱する。
The
改質器22は、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部である。改質器22は、例えばハニカム構造を呈する担体22aを有している。担体22aには、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒22bが塗布されている。改質触媒22bは、アンモニアガスを水素に分解する機能に加え、アンモニアガスを燃焼させる機能も有している。改質触媒22bとしては、例えばルテニウム、パラジウム、ロジウムまたは白金等が用いられる。
The
改質装置13は、図2に示されるように、電気ヒータ21の発熱体23及び改質器22を収容する円筒状の筐体25を有している。電気ヒータ21の電源24は、特に図示はしないが、例えば筐体25の外部に配置されている。筐体25は、アンモニアガス及び改質ガスに対して耐腐食性を有する金属(例えばステンレス鋼)で形成されている。
As shown in FIG. 2, the
発熱体23は、筐体25内における改質器22よりもガス供給流路14の上流側に配置されている。改質器22は、筐体25内における発熱体23よりも上側に配置されている。ここでいう上側は、重力方向(図2中のG方向)の反対側に相当する。具体的には、改質器22は、筐体25内における発熱体23の真上(直上)位置に配置されている。発熱体23の真上位置は、発熱体23の鉛直方向上側の位置である。
The
ガス供給流路14は、吸気通路3と改質器22とを接続している。具体的には、ガス供給流路14の一端は、吸気通路3におけるエアクリーナ7とメインスロットルバルブ6との間の部分に分岐接続されている。ガス供給流路14の他端は、改質器22に接続されている。ガス供給流路14は、改質器22に供給される酸化性ガスである空気が流れる流路である。
The
ガス供給流路14は、図2に示されるように、吸気通路3と筐体25の下端とを接続するガス供給配管26と、筐体25内における筐体25の下端と改質器22との間の空間25aとからなっている。ガス供給配管26は、筐体25よりも下側に配置されている。ここでいう下側は、重力方向(図2中のG方向)に相当する。ガス供給配管26は、筐体25の下端から真下(直下)方向に延びる管部26aと、この管部26aの下端から水平方向に延びる管部26bとを有している。水平方向は、重力方向と直交する方向である。
As shown in FIG. 2, the gas
改質スロットルバルブ15は、ガス供給流路14のガス供給配管26に配設されている。改質スロットルバルブ15は、改質器22に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。
The reforming
改質インジェクタ16は、気化器12とアンモニア流路27を介して接続されている。改質インジェクタ16は、改質器22に向けて燃料ガスであるアンモニアガスを噴射する電磁式の燃料噴射弁である。改質インジェクタ16は、ガス供給流路14における改質スロットルバルブ15と改質装置13との間にアンモニアガスを噴射する。アンモニアタンク11、気化器12、アンモニア流路27及び改質インジェクタ16は、改質器22にガス供給流路14を通してアンモニアガスを供給する燃料供給部28を構成している。
The reforming
改質ガス流路17は、改質器22と吸気通路3とを接続している。具体的には、改質ガス流路17の一端は、改質器22に接続されている。改質ガス流路17の他端は、吸気通路3におけるメインスロットルバルブ6とアンモニアエンジン2との間の部分に分岐接続されている。改質ガス流路17は、改質器22により生成された改質ガスが流れる流路である。
The reforming
改質ガス流路17は、図2に示されるように、吸気通路3と筐体25の上端とを接続する改質ガス配管29と、筐体25内における筐体25の上端と改質器22との間の空間25bとからなっている。改質ガス配管29は、筐体25の上端から真上方向に延びる管部29aと、この管部29aの上端からL字状に屈曲して下方に延びる管部29bと、この管部29bの下端から水平方向に延びる管部29cとを有している。管部29cは、例えばガス供給配管26の管部26bと同じ高さ位置に配置されている。
As shown in FIG. 2, the reformed
クーラ18は、改質ガス流路17に配設されている。具体的には、クーラ18は、図2に示されるように、改質ガス配管29の管部29bに配設されている。クーラ18は、アンモニアエンジン2に供給される改質ガスを冷却する。クーラ18は、例えばエンジン冷却水との熱交換によって改質ガスを冷却する。クーラ18により改質ガスを冷却することにより、改質ガスの体積膨張が抑制されるため、改質ガスがアンモニアエンジン2の燃焼室に入りやすくなる。
The cooler 18 is arranged in the reformed
上流側開閉バルブ19は、ガス供給流路14における改質スロットルバルブ15と改質装置13との間に配設されている。より具体的には、上流側開閉バルブ19は、ガス供給流路14における改質インジェクタ16と改質装置13との間に配設されている。上流側開閉バルブ19は、ガス供給流路14を開閉する電磁式の第1開閉バルブである。上流側開閉バルブ19は、図2に示されるように、ガス供給配管26の管部26bに配設されている。
The upstream opening / closing
下流側開閉バルブ20は、改質ガス流路17に配設されている。具体的には、下流側開閉バルブ20は、改質ガス流路17におけるクーラ18と吸気通路3との間に配設されている。下流側開閉バルブ20は、改質ガス流路17を開閉する電磁式の第2開閉バルブである。下流側開閉バルブ20は、図2に示されるように、改質ガス配管29の管部29cに配設されている。
The downstream opening / closing
また、改質システム10は、温度センサ30と、コントローラ31とを備えている。温度センサ30は、改質器22の温度を検出する温度検出部である。温度センサ30は、例えば改質器22の改質触媒22bの温度を検出する。
Further, the reforming
コントローラ31は、CPU、RAM、ROM及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ31には、イグニッションスイッチ32(IGスイッチ)と、スタータモータ33とが接続されている。イグニッションスイッチ32は、車両の運転者がアンモニアエンジン2の始動及び停止を指示するための手動操作スイッチである。スタータモータ33は、アンモニアエンジン2を始動させるモータである。
The
コントローラ31は、図3に示されるように、始動制御部34と、停止制御部35とを有している。
As shown in FIG. 3, the
始動制御部34は、アンモニアエンジン2の始動時に、イグニッションスイッチ32の操作信号と温度センサ30の検出値とに基づいて、メインインジェクタ5、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、燃料供給部28の改質インジェクタ16、電気ヒータ21の電源24、上流側開閉バルブ19、下流側開閉バルブ20及びスタータモータ33を制御する。
When the
始動制御部34は、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を閉じた状態で電気ヒータ21の発熱体23を通電するように電源24を制御する第1制御処理を実行した後、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を開いた状態でアンモニアガス及び空気を改質器22に供給するように改質インジェクタ16、改質スロットルバルブ15、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を制御する第2制御処理を実行する。
The
始動制御部34は、第2制御処理を実行するときは、温度センサ30により検出された改質器22の温度が予め定められた規定温度以上になると、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を開くように制御すると共に、アンモニアガス及び空気を改質器22に供給するように改質インジェクタ16及び改質スロットルバルブ15を制御する。
When the
停止制御部35は、アンモニアエンジン2の停止時に、イグニッションスイッチ32の操作信号に基づいて、メインインジェクタ5、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、改質インジェクタ16、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を制御する。
When the
図4は、始動制御部34により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理の実行前には、メインインジェクタ5、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、改質インジェクタ16は、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20は、閉じた状態となっている。
FIG. 4 is a flowchart showing details of a control processing procedure executed by the
図4において、始動制御部34は、まずイグニッションスイッチ32の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ32がON操作されたかどうかを判断する(手順S101)。始動制御部34は、イグニッションスイッチ32がON操作されたと判断したときは、電気ヒータ21の発熱体23を通電するように電源24を制御する(手順S102)。
In FIG. 4, the
続いて、始動制御部34は、温度センサ30の検出値に基づいて、改質器22の温度が規定温度以上であるかどうかを判断する(手順S103)。規定温度は、アンモニアガスの燃焼が可能となる温度であり、例えば200℃程度である。始動制御部34は、改質器22の温度が規定温度以上であると判断したときは、発熱体23の通電を停止するように電源24を制御する(手順S104)。
Subsequently, the
そして、始動制御部34は、上流側開閉バルブ19を開くように制御すると共に、下流側開閉バルブ20を開くように制御する(手順S105)。そして、始動制御部34は、改質スロットルバルブ15を開くように制御すると共に、改質インジェクタ16からアンモニアガスを噴射させるように改質インジェクタ16を制御する(手順S106)。これにより、改質器22にアンモニアガス及び空気が供給される。
Then, the
続いて、始動制御部34は、アンモニアエンジン2をクランキングさせるようにスタータモータ33を制御する(手順S107)。これにより、アンモニアエンジン2が始動する。そして、始動制御部34は、メインスロットルバルブ6を開くように制御する(手順S108)。これにより、アンモニアエンジン2に空気が供給される。そして、始動制御部34は、メインインジェクタ5からアンモニアガスを噴射させるようにメインインジェクタ5を制御する(手順S109)。これにより、アンモニアエンジン2にアンモニアガスが供給される。
Subsequently, the
ここで、手順S101,S102は、上記の第1制御処理として機能する。手順S103〜S106は、上記の第2制御処理として機能する。 Here, the procedures S101 and S102 function as the first control process described above. Steps S103 to S106 function as the second control process described above.
図5は、停止制御部35により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理の実行前には、メインインジェクタ5、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、改質インジェクタ16は、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20は、開いた状態となっている。
FIG. 5 is a flowchart showing details of a control processing procedure executed by the
図5において、停止制御部35は、まずイグニッションスイッチ32の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ32がOFF操作されたかどうかを判断する(手順S111)。停止制御部35は、イグニッションスイッチ32がOFF操作されたと判断したときは、メインインジェクタ5からのアンモニアガスの噴射を停止させるようにメインインジェクタ5を制御する(手順S112)。これにより、アンモニアエンジン2へのアンモニアガスの供給が停止する。そして、停止制御部35は、メインスロットルバルブ6を閉じるように制御する(手順S113)。これにより、アンモニアエンジン2への空気の供給が停止する。
In FIG. 5, the
続いて、停止制御部35は、改質スロットルバルブ15を閉じるように制御する(手順S114)。これにより、改質器22への空気の供給が停止する。そして、停止制御部35は、改質インジェクタ16からのアンモニアガスの噴射を停止させるように改質インジェクタ16を制御する(手順S115)。これにより、改質器22へのアンモニアガスの供給が停止する。
Subsequently, the
続いて、停止制御部35は、上流側開閉バルブ19を閉じるように制御すると共に、下流側開閉バルブ20を閉じるように制御する(手順S116)。
Subsequently, the
以上のようなエンジンシステム1において、アンモニアエンジン2の作動中にイグニッションスイッチ32がOFF操作されると、アンモニアエンジン2へのアンモニアガス及び空気の供給が停止する。そして、改質器22への空気及びアンモニアガスの供給が停止する。そして、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20が閉弁する。これにより、アンモニアエンジン2が停止する。
In the engine system 1 as described above, if the
このとき、上流側開閉バルブ19と下流側開閉バルブ20との間の流路は、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20により閉鎖された閉鎖流路Cとなる(図2参照)。具体的には、閉鎖流路Cは、ガス供給配管26の内部における上流側開閉バルブ19と筐体25との間の領域と、筐体25の内部と、改質ガス配管29の内部における筐体25と下流側開閉バルブ20との間の領域とで形成される。なお、閉鎖流路C内は、密閉されている。
At this time, the flow path between the upstream opening / closing
閉鎖流路Cには、アンモニアガスがリッチな状態で充填されている。具体的には、閉鎖流路Cには、アンモニアガスが100%で充填されているか、もしくはアンモニアの酸化が起きない程度にアンモニアガスが高濃度で充填されている。閉鎖流路Cでは、アンモニアガスの流れが生じない。 The closed flow path C is filled with ammonia gas in a rich state. Specifically, the closed flow path C is filled with 100% ammonia gas, or is filled with ammonia gas at a high concentration so that oxidation of ammonia does not occur. Ammonia gas does not flow in the closed flow path C.
その後、アンモニアエンジン2を再始動させるために、イグニッションスイッチ32がON操作されると、電気ヒータ21の発熱体23が通電され、発熱体23が発熱する。すると、図2に示されるように、発熱体23に上昇気流が発生する。上昇気流は、鉛直方向上側への大気の流れである。発熱体23の真上位置には、改質器22が配置されている。このため、上昇気流が改質器22に到達し、上昇気流の熱が改質器22に伝達される。従って、上昇気流の熱によって改質器22が暖められ、改質器22が昇温する。
After that, when the
そして、改質器22の温度が規定温度に達すると、発熱体23の通電が停止し、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20が開弁する。そして、改質スロットルバルブ15が開弁すると共に、改質インジェクタ16からアンモニアガスが噴射することで、改質器22に空気及びアンモニアガスが供給される。
Then, when the temperature of the
すると、改質器22の改質触媒22bによってアンモニアガスが着火して燃焼し、その燃焼熱により改質器22が更に昇温する。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応(酸化反応)することで、アンモニアの燃焼反応が起こり、燃焼熱が発生する。
NH3+3/4O2→1/2N2+3/2H2O+Q
Then, the reforming
NH 3 + 3/4O 2 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 O + Q
そして、改質器22がアンモニアガスの改質が可能となる温度(例えば300℃〜400℃程度)に達すると、改質器22の改質触媒22bによってアンモニアガスの改質が開始され、水素を含有した改質ガスが生成される。具体的には、下記式のように、アンモニアの燃焼熱によってアンモニアが水素と窒素とに分解される改質反応が起こり、水素及び窒素を含む改質ガスが生成される。
NH3→3/2H2+1/2N2−Q
Then, when the
NH 3 → 3 / 2H 2 + 1 / 2N 2 −Q
改質器22において水素がリッチな状態の改質ガスが生成されると、スタータモータ33によりアンモニアエンジン2が始動する。そして、メインスロットルバルブ6が開弁することで、アンモニアエンジン2に空気が供給される。すると、アンモニアエンジン2の燃焼室において改質ガスが燃焼する。そして、メインインジェクタ5からアンモニアガスが噴射することで、アンモニアエンジン2にアンモニアガスが供給される。これにより、アンモニアエンジン2の燃焼室においてアンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼するようになる。従って、エンジンシステム1は、改質器22の暖気が完了した後の定常動作となる。
When the
以上のように本実施形態にあっては、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を閉じると、上流側開閉バルブ19と下流側開閉バルブ20との間の流路が閉鎖された状態となり、その流路内ではアンモニアガスの流れが生じない。従って、エンジンシステム1の起動時に、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を閉じた状態で電気ヒータ21の発熱体23が通電されると、発熱体23の発熱により上昇気流が発生する。ここで、改質器22は、筐体25内において発熱体23よりも上側に配置されている。このため、上昇気流の熱によって改質器22が暖められることになる。このように発熱体23の発熱により生じる上昇気流を利用して改質器22を暖めることにより、発熱体23の熱をアンモニアガスを通じて改質器22に伝達するために改質器22にアンモニアガスを供給する必要がない。これにより、エンジンシステム1の起動時に、改質器22をすり抜けるアンモニアガスの量が低減される。
As described above, in the present embodiment, when the upstream opening / closing
その結果、エンジンシステム1の外部に排出されるアンモニアガスの後処理が不要となるため、後処理装置としての排気浄化触媒8の体格を小さくすることができる。また、他の後処理装置としてアンモニアを吸着する吸着器等を備える必要がなくなる。さらに、改質器22に熱を伝達するための特別な部品等を使用しなくても、改質器22を暖めることができる。以上により、エンジンシステム1かかるコストを低減することが可能となる。
As a result, the post-treatment of the ammonia gas discharged to the outside of the engine system 1 becomes unnecessary, so that the physique of the exhaust gas purification catalyst 8 as the post-treatment device can be reduced. Further, it is not necessary to provide an adsorber or the like for adsorbing ammonia as another post-treatment device. Further, the
また、本実施形態では、改質器22は、筐体25内における発熱体23の真上位置に配置されている。従って、発熱体23の発熱により生じる上昇気流を有効利用して、改質器22を効率良く暖めることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、ガス供給流路14は、筐体25と接続されたガス供給配管26を有し、ガス供給配管26は、筐体25よりも下側に配置されている。上流側開閉バルブ19と下流側開閉バルブ20との間の流路内に存在するガス中には、アンモニアの他に、水素、酸素、窒素及び水分が含まれる可能性がある。酸素の比重は、アンモニア、水素、窒素及び水分の比重よりも高い。このため、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を閉じた際に、上流側開閉バルブ19と下流側開閉バルブ20との間の流路内に存在するガス中に酸素が含まれていても、ガス供給配管26における筐体25よりも下側に酸素が溜まることになる。従って、筐体25内に酸素が存在しにくくなるため、改質器22の改質触媒22bの酸化劣化が防止される。
Further, in the present embodiment, the gas
また、本実施形態では、改質器22の温度を検出することにより、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を開いた状態でアンモニアガス及び空気を改質器22に供給する適切なタイミングを容易に判断することができる。
Further, in the present embodiment, by detecting the temperature of the
また、本実施形態では、ガス供給流路14を開閉する上流側開閉バルブ19と改質器22に供給される空気の流量を制御する改質スロットルバルブ15とが別々のバルブであるため、ガス供給流路14の開閉制御と空気の供給量制御とが行いやすくなる。
Further, in the present embodiment, the upstream opening / closing
また、本実施形態では、発熱体23の発熱により生じる上昇気流を利用して改質器22を暖めることにより、エンジンシステム1の起動時に、改質器22にアンモニアガスのみを供給しないため、スタータモータ33によりアンモニアエンジン2を直ちにクランキングしなくて済む。従って、エンジンシステム1の省エネルギー化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, by warming the
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、改質器22は、筐体25内における発熱体23の真上位置に配置されているが、改質器22の配置位置としては、特にその形態には限られず、発熱体23よりも上側であれば、発熱体23の斜め上の位置であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、ガス供給配管26が全体的に筐体25よりも下側に配置されているが、特にその形態には限られず、ガス供給配管26の一部のみが筐体25よりも下側に配置されていてもよい。また、上流側開閉バルブ19と下流側開閉バルブ20との間の流路内に存在するガス中に含まれる酸素が極めて少ないような場合には、ガス供給配管26が筐体25よりも下側に配置されていなくてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、温度センサ30の検出値に基づいて、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を開くタイミングが制御されているが、特にその形態には限られない。例えばアンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等から改質器22の温度を推定することが可能であるため、イグニッションスイッチ32がON操作されてからの時間に基づいて、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20を開くタイミングを制御してもよい。
Further, in the above embodiment, the timing of opening the upstream opening / closing
また、上記実施形態では、下流側開閉バルブ20は、改質ガス流路17におけるクーラ18と吸気通路3との間に配設されているが、特にその形態には限られない。例えば下流側開閉バルブ20の耐熱性が高い場合には、下流側開閉バルブ20は、改質ガス流路17における改質装置13とクーラ18との間に配設されていてもよい。
Further, in the above embodiment, the downstream opening / closing
また、上記実施形態では、アンモニアエンジン2の停止時に、改質スロットルバルブ15が閉弁するように制御された後に、改質インジェクタ16からのアンモニアガスの噴射が停止するように改質インジェクタ16が制御されているが、特にその形態には限られない。アンモニアエンジン2の停止後に、上流側開閉バルブ19及び下流側開閉バルブ20により閉鎖された閉鎖流路C内がアンモニアリッチな状態になるのであれば、改質スロットルバルブ15の閉弁制御と改質インジェクタ16からのアンモニアガスの噴射停止制御とを同時に行ってもよい。
Further, in the above embodiment, when the
また、上記実施形態では、空気の流量を制御する改質スロットルバルブ15が備えられているが、改質スロットルバルブ15は特に無くてもよい。この場合には、ガス供給流路14を開閉する上流側開閉バルブ19が空気の流れを制御する機能を果たすことになる。従って、バルブの数が少なくて済み、改質システム10の構成を簡素化することができる。
Further, in the above embodiment, the reforming
また、上記実施形態の改質システム10は、エンジンシステム1に具備されているが、本発明は、特にエンジンシステムには限られず、例えばタービンシステムまたは燃料電池システム等にも適用可能である。また、燃料ガスとしては、特にアンモニアガスには限られず、炭化水素ガス等を使用してもよい。また、酸化性ガスとしては、特に空気には限られず、酸素を使用してもよい。
Further, although the reforming
10…改質システム、14…ガス供給流路、15…改質スロットルバルブ(流量制御弁)、17…改質ガス流路、19…上流側開閉バルブ(第1開閉バルブ)、20…下流側開閉バルブ(第2開閉バルブ)、21…電気ヒータ(ヒータ部)、22…改質器(改質部)、22b…改質触媒、23…発熱体、25…筐体、26…ガス供給配管(配管)、28…燃料供給部、30…温度センサ(温度検出部)、34…始動制御部(制御部)。 10 ... reforming system, 14 ... gas supply flow path, 15 ... reforming throttle valve (flow control valve), 17 ... reforming gas flow path, 19 ... upstream side on-off valve (first on-off valve), 20 ... downstream side On-off valve (second on-off valve), 21 ... electric heater (heater part), 22 ... reformer (modifying part), 22b ... reforming catalyst, 23 ... heating element, 25 ... housing, 26 ... gas supply piping (Piping), 28 ... Fuel supply unit, 30 ... Temperature sensor (temperature detection unit), 34 ... Start control unit (control unit).
Claims (5)
前記改質部に供給される酸化性ガスが流れるガス供給流路と、
前記改質部に前記ガス供給流路を通して前記燃料ガスを供給する燃料供給部と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが流れる改質ガス流路と、
前記改質部よりも前記ガス供給流路の上流側に配置された発熱体を有するヒータ部と、
前記改質部及び前記発熱体を収容する筐体と、
前記ガス供給流路を開閉する第1開閉バルブと、
前記改質ガス流路を開閉する第2開閉バルブと、
前記燃料供給部、前記ヒータ部、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを制御する制御部とを備え、
前記改質部は、前記筐体内における前記発熱体よりも上側に配置されており、
前記制御部は、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを閉じた状態で前記発熱体を通電するように前記ヒータ部を制御する第1制御処理を実行した後、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを開いた状態で前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記燃料供給部、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを制御する第2制御処理を実行する改質システム。 A reforming unit having a reforming catalyst that decomposes the fuel gas into hydrogen and reforming the fuel gas to generate the reforming gas containing hydrogen.
A gas supply flow path through which the oxidizing gas supplied to the reformer flows, and
A fuel supply unit that supplies the fuel gas to the reforming unit through the gas supply flow path,
A reformed gas flow path through which the reformed gas generated by the reformed portion flows,
A heater part having a heating element arranged on the upstream side of the gas supply flow path from the reforming part,
A housing that houses the modified part and the heating element,
A first on-off valve that opens and closes the gas supply flow path,
A second on-off valve that opens and closes the reformed gas flow path,
A fuel supply unit, a heater unit, a first on-off valve, and a control unit for controlling the second on-off valve are provided.
The reforming portion is arranged above the heating element in the housing.
The control unit executes the first control process for controlling the heater unit so as to energize the heating element with the first on-off valve and the second on-off valve closed, and then the first on-off valve and the first on-off valve. A second control that controls the fuel supply unit, the first on-off valve, and the second on-off valve so as to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the reforming unit with the second on-off valve open. A reforming system that performs the process.
前記配管の少なくとも一部は、前記筐体よりも下側に配置されている請求項1または2記載の改質システム。 The gas supply flow path has a pipe connected to the housing and has a pipe.
The reforming system according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the pipe is arranged below the housing.
前記制御部は、前記第2制御処理を実行するときは、前記温度検出部により検出された前記改質部の温度が予め定められた規定温度以上になると、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを開いた状態で前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記燃料供給部、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを制御する請求項1〜3の何れか一項記載の改質システム。 A temperature detection unit for detecting the temperature of the reforming unit is further provided.
When the control unit executes the second control process, when the temperature of the reforming unit detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than a predetermined predetermined temperature, the first on-off valve and the second opening / closing valve and the second Claims 1 to 3 that control the fuel supply unit, the first on-off valve, and the second on-off valve so as to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the reforming unit with the on-off valve open. The reforming system according to any one item.
前記制御部は、前記第2制御処理を実行するときは、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを開くように制御すると共に、前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記燃料供給部及び前記流量制御弁を制御する請求項1〜4の何れか一項記載の改質システム。 A flow rate control valve for controlling the flow rate of the oxidizing gas supplied to the reforming unit is provided in the gas supply flow path.
When the second control process is executed, the control unit controls to open the first on-off valve and the second on-off valve, and supplies the fuel gas and the oxidizing gas to the reforming unit. The reforming system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel supply unit and the flow rate control valve are controlled so as to be used.
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