JP2020172904A - Reforming system and engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改質システム及びエンジンシステムに関する。 The present invention relates to a reforming system and an engine system.
例えば特許文献1に記載されているように、エンジンに適用された改質システムが従来から知られている。特許文献1に記載の改質システムは、気体のアンモニアを触媒により分解して水素を生成する分解器と、この分解器に気体のアンモニアを供給するアンモニア供給管と、分解器に空気を供給する空気供給管と、分解器で生成された水素を含む気体が流出する流出管と、この流出管に接続され、分解器から流出した高温の気体を冷却する冷却器とを備えている。 For example, as described in Patent Document 1, a reforming system applied to an engine has been conventionally known. The reforming system described in Patent Document 1 is a cracker that decomposes gaseous ammonia with a catalyst to generate hydrogen, an ammonia supply pipe that supplies gaseous ammonia to the cracker, and air to the cracker. It is provided with an air supply pipe, an outflow pipe from which a gas containing hydrogen generated by the decomposer flows out, and a cooler connected to the outflow pipe to cool the high-temperature gas flowing out from the decomposer.
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、触媒により気体のアンモニアを改質する際には、アンモニアの一部を燃焼させ(酸化反応)、その燃焼熱を利用して残りのアンモニアを乖離させて、水素を含む改質ガスを取り出している。しかし、燃焼熱は数百度の高温となるため、改質ガスも同程度の高温となる。従って、改質ガスをエンジンに供給するためには、分解器の下流側に大型の冷却器を配置する必要があり、搭載性の悪化及びコストアップにつながる。 However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is, when reforming gaseous ammonia with a catalyst, a part of the ammonia is burned (oxidation reaction), and the remaining ammonia is separated by using the combustion heat to take out the reformed gas containing hydrogen. ing. However, since the heat of combustion becomes a high temperature of several hundred degrees, the reformed gas also becomes a high temperature of the same degree. Therefore, in order to supply the reformed gas to the engine, it is necessary to dispose a large cooler on the downstream side of the decomposer, which leads to deterioration of mountability and cost increase.
本発明の目的は、単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる改質システム及びエンジンシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a reforming system and an engine system capable of effectively cooling a reforming gas using a simple system.
本発明の一態様に係る改質システムは、燃料を改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、改質部に空気を供給する空気供給部と、改質部に燃料を供給する第1燃料供給部と、改質部により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路と、改質部を昇温させるヒータ部と、改質ガス流路に燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第2燃料供給部とを備える。 The reforming system according to one aspect of the present invention includes a reforming unit that reforms fuel to generate a reforming gas containing hydrogen, an air supply unit that supplies air to the reforming unit, and a reforming unit. The first fuel supply section that supplies fuel, the reforming gas flow path through which the reforming gas generated by the reforming section flows, the heater section that raises the temperature of the reforming section, and the reforming gas flow path are the same as fuel. It is provided with a second fuel supply unit having a liquid fuel injection valve for injecting a material liquid fuel.
このような改質システムでは、改質部に空気及び燃料が供給されると共に、ヒータ部により改質部が昇温すると、改質部において燃料が燃焼する。すると、燃焼熱によって改質部が更に昇温するため、改質部において高温の改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路を流れる。このとき、改質ガス流路には、液体燃料噴射弁により液体燃料が直接噴射される。このため、液体燃料が高温の改質ガスから熱を奪って気化し、改質ガスが冷却される。このように液体燃料の気化潜熱を利用することで、改質ガスを効果的に冷却することができる。また、改質ガス流路に噴射される液体燃料は、改質部に供給される燃料と同じ物質である。従って、複数種類の燃料を用意しなくて済むため、単純なシステムを用いて改質ガスを冷却することができる。 In such a reforming system, air and fuel are supplied to the reforming section, and when the temperature of the reforming section is raised by the heater section, the fuel burns in the reforming section. Then, since the reformed portion is further heated by the heat of combustion, a high-temperature reformed gas is generated in the reformed portion, and the reformed gas flows through the reformed gas flow path. At this time, the liquid fuel is directly injected into the reformed gas flow path by the liquid fuel injection valve. Therefore, the liquid fuel takes heat from the high-temperature reformed gas and vaporizes it, and the reformed gas is cooled. By utilizing the latent heat of vaporization of the liquid fuel in this way, the reformed gas can be effectively cooled. The liquid fuel injected into the reformed gas flow path is the same substance as the fuel supplied to the reformed section. Therefore, since it is not necessary to prepare a plurality of types of fuel, the reformed gas can be cooled by using a simple system.
改質システムは、液体燃料を貯蔵する貯蔵部と、貯蔵部に貯蔵された液体燃料を気化させて気体燃料を生成する気化部とを備え、第1燃料供給部は、気化部により生成された気体燃料が流れる気体燃料流路を有し、第2燃料供給部は、貯蔵部に貯蔵された液体燃料が流れる液体燃料流路を有してもよい。このような構成では、改質部に供給される気体燃料と改質ガス流路に供給される液体燃料とを簡単に取得することができる。 The reforming system includes a storage unit for storing liquid fuel and a vaporization unit for vaporizing the liquid fuel stored in the storage unit to generate gaseous fuel, and the first fuel supply unit is generated by the vaporization unit. The second fuel supply unit may have a liquid fuel flow path through which the liquid fuel stored in the storage unit flows, and has a gas fuel flow path through which the gas fuel flows. With such a configuration, the gaseous fuel supplied to the reforming section and the liquid fuel supplied to the reforming gas flow path can be easily obtained.
気体燃料流路には、改質部に供給される気体燃料を減圧する第1減圧弁が配設されており、液体燃料流路には、改質ガス流路に噴射される液体燃料を減圧する第2減圧弁が配設されていてもよい。このような構成では、改質部に対する気体燃料の供給圧が一定圧になると共に、改質ガス流路に対する液体燃料の供給圧(噴射圧)が一定圧になる。 The gas fuel flow path is provided with a first pressure reducing valve for reducing the pressure of the gaseous fuel supplied to the reforming section, and the liquid fuel flow path reduces the pressure of the liquid fuel injected into the reforming gas flow path. A second pressure reducing valve may be provided. In such a configuration, the supply pressure of the gaseous fuel to the reformed portion becomes a constant pressure, and the supply pressure (injection pressure) of the liquid fuel to the reformed gas flow path becomes a constant pressure.
気体燃料は気体アンモニアであり、液体燃料は液体アンモニアであってもよい。液体アンモニアは、他の液体燃料に比べて気化潜熱が大きい。このため、液体燃料として液体アンモニアを使用することで、改質ガスをより効果的に冷却することができる。従って、液体アンモニアの供給量を少なくしても、改質ガスを冷却することができる。 The gaseous fuel may be gaseous ammonia and the liquid fuel may be liquid ammonia. Liquid ammonia has a larger latent heat of vaporization than other liquid fuels. Therefore, by using liquid ammonia as the liquid fuel, the reformed gas can be cooled more effectively. Therefore, the reformed gas can be cooled even if the supply amount of liquid ammonia is reduced.
本発明の他の態様に係るエンジンシステムは、エンジンと、エンジンに供給される空気が流れる吸気通路と、吸気通路に配設され、エンジンに供給される空気の流量を制御するスロットルバルブと、燃料を改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、改質部に空気を供給する空気供給部と、改質部に燃料を供給する第1燃料供給部と、改質部により生成された改質ガスがエンジンに向けて流れる改質ガス流路と、改質部を昇温させるヒータ部と、改質ガス流路に燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第2燃料供給部とを備える。 The engine system according to another aspect of the present invention includes an engine, an intake passage through which air supplied to the engine flows, a throttle valve arranged in the intake passage and controlling the flow rate of air supplied to the engine, and fuel. A reforming section that reforms to generate a reforming gas containing hydrogen, an air supply section that supplies air to the reforming section, a first fuel supply section that supplies fuel to the reforming section, and a reforming section. A reformed gas flow path through which the reformed gas generated by the unit flows toward the engine, a heater unit that raises the temperature of the reformed unit, and a liquid fuel that injects liquid fuel of the same substance as the fuel into the reformed gas flow path. It includes a second fuel supply unit having an injection valve.
このようなエンジンシステムでは、改質部に空気及び燃料が供給されると共に、ヒータ部により改質部が昇温すると、改質部において燃料が燃焼する。すると、燃焼熱によって改質部が更に昇温するため、改質部において高温の改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路を流れる。このとき、改質ガス流路には、液体燃料噴射弁により液体燃料が直接噴射される。このため、液体燃料が高温の改質ガスから熱を奪って気化し、改質ガスが冷却される。このように液体燃料の気化潜熱を利用することで、改質ガスを効果的に冷却することができる。また、改質ガス流路に噴射される液体燃料は、改質部に供給される燃料と同じ物質である。従って、複数種類の燃料を用意しなくて済むため、単純なシステムを用いて改質ガスを冷却することができる。 In such an engine system, air and fuel are supplied to the reforming section, and when the temperature of the reforming section is raised by the heater section, the fuel burns in the reforming section. Then, since the reformed portion is further heated by the heat of combustion, a high-temperature reformed gas is generated in the reformed portion, and the reformed gas flows through the reformed gas flow path. At this time, the liquid fuel is directly injected into the reformed gas flow path by the liquid fuel injection valve. Therefore, the liquid fuel takes heat from the high-temperature reformed gas and vaporizes it, and the reformed gas is cooled. By utilizing the latent heat of vaporization of the liquid fuel in this way, the reformed gas can be effectively cooled. The liquid fuel injected into the reformed gas flow path is the same substance as the fuel supplied to the reformed section. Therefore, since it is not necessary to prepare a plurality of types of fuel, the reformed gas can be cooled by using a simple system.
第1燃料供給部は、エンジン及び改質部に燃料を供給してもよい。このような構成では、液体燃料が高温の改質ガスから熱を奪って気化することで生成される気体燃料がエンジンに供給されるだけでなく、第1燃料供給部によりエンジンに燃料が供給されることになる。従って、エンジンの応答性が良くなる。 The first fuel supply unit may supply fuel to the engine and the reforming unit. In such a configuration, not only the gaseous fuel produced by the liquid fuel taking heat from the high-temperature reformed gas and vaporizing it is supplied to the engine, but also the fuel is supplied to the engine by the first fuel supply unit. Will be. Therefore, the responsiveness of the engine is improved.
本発明によれば、単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる。 According to the present invention, the reformed gas can be effectively cooled using a simple system.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る改質システムを具備したエンジンシステムを示す概略構成図である。図1において、本実施形態のエンジンシステム1は、車両に搭載されている。エンジンシステム1は、アンモニアエンジン2と、吸気通路3と、排気通路4と、複数(ここでは4つ)のメインインジェクタ5と、メインスロットルバルブ6とを備えている。
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 of the present embodiment 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気筒エンジンであり、4つの燃焼室2aを有している。アンモニアエンジン2には、アンモニアと共に水素(H2)が供給される(後述)。
The
吸気通路3は、燃焼室2aに接続されている。吸気通路3は、燃焼室2aに供給される空気が流れる通路である。吸気通路3には、空気に含まれる塵及び埃等の異物を除去するエアクリーナ7が配設されている。
The
排気通路4は、燃焼室2aに接続されている。排気通路4は、燃焼室2aから発生した排気ガスが流れる通路である。排気通路4には、排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)及びアンモニア等の有害物質を除去する排気浄化触媒8が配設されている。排気浄化触媒8としては、例えば三元触媒やSCR(SelectiveCatalytic Reduction)触媒等が用いられる。
The
メインインジェクタ5は、燃焼室2aにアンモニアガス(NH3ガス)を噴射する電磁式の燃料噴射弁である。メインインジェクタ5は、後述する気化器12と気体アンモニア流路9を介して接続されている。メインインジェクタ5は、アンモニアエンジン2に取り付けられている。
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、アンモニアガスの改質を行う改質システム10を具備している。改質システム10は、アンモニアタンク11と、気化器12と、改質器13と、空気流路14と、改質スロットルバルブ15と、改質インジェクタ16と、電気ヒータ17と、改質ガス流路18と、クーラ19と、冷却インジェクタ20とを備えている。
Further, the engine system 1 includes a 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貯蔵部である。つまり、アンモニアタンク11は、液体アンモニア(液体燃料)を貯蔵する。気化器12は、アンモニアタンク11に貯蔵された液体アンモニアを気化させて、気体アンモニア(気体燃料)であるアンモニアガスを生成する気化部である。液体アンモニアは、気体アンモニアと同じ物質である。同じ物質とは、物質の化学式が同じということである。
The
改質器13は、アンモニアガスを改質して、水素を含有した改質ガスを生成する改質部である。改質器13は、例えばハニカム構造を呈する担体13aを有している。担体13aには、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒13bが塗布されている。改質触媒13bは、アンモニアガスを水素に分解する機能に加え、アンモニアガスを燃焼させる機能も有している。改質触媒13bは、ATR(Autothermal Reformer)式アンモニア改質触媒である。なお、改質触媒13bとして低温反応触媒を採用してもよい。
The
空気流路14は、吸気通路3と改質器13とを接続している。具体的には、空気流路14の一端は、吸気通路3におけるエアクリーナ7とメインスロットルバルブ6との間の部分に分岐接続されている。空気流路14の他端は、改質器13に接続されている。空気流路14は、改質器13に供給される空気が流れる流路である。
The
改質スロットルバルブ15は、空気流路14に配設されている。改質スロットルバルブ15は、改質器13に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。空気流路14及び改質スロットルバルブ15は、改質器13に空気を供給する空気供給部21を構成している。
The reforming
改質インジェクタ16は、気化器12と気体アンモニア流路9を介して接続されている。気体アンモニア流路9は、気化器12により生成されたアンモニアガスが流れる気体燃料流路である。改質インジェクタ16は、改質器13に向けて気体燃料であるアンモニアガスを噴射する電磁式の燃料噴射弁である。具体的は、改質インジェクタ16は、空気流路14における改質スロットルバルブ15と改質器13との間にアンモニアガスを噴射する。従って、空気流路14における改質スロットルバルブ15と改質器13との間の部分には、空気及びアンモニアガスが流れることとなる。
The reforming
気体アンモニア流路9、メインインジェクタ5、改質インジェクタ16及び空気流路14は、アンモニアエンジン2及び改質器13にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部22(第1燃料供給部)を構成している。
The gaseous
気体アンモニア流路9には、減圧弁23が配設されている。減圧弁23は、アンモニアエンジン2及び改質器13に供給されるアンモニアガスを減圧する第1減圧弁である。減圧弁23は、アンモニアエンジン2及び改質器13に供給されるアンモニアガスの圧力を所定圧に保持する。
A
電気ヒータ17は、改質器13に供給されるアンモニアガスを加熱することにより、改質器13をアンモニアガスを通して昇温させるヒータ部である。電気ヒータ17は、空気流路14に配設された発熱体24と、この発熱体24を通電する電源25とを有している。発熱体24は、例えばハニカム構造を呈している。電気ヒータ17により加熱されたアンモニアガスの熱が改質器13に伝達されることで、改質器13が昇温する。
The
改質ガス流路18は、改質器13と吸気通路3とを接続している。具体的には、改質ガス流路18の一端は、改質器13に接続されている。改質ガス流路18の他端は、吸気通路3におけるメインスロットルバルブ6とアンモニアエンジン2との間の部分に分岐接続されている。改質ガス流路18は、改質器13により生成された改質ガスがアンモニアエンジン2に向けて流れる流路である。
The reforming
クーラ19は、改質ガス流路18に配設されている。クーラ19は、アンモニアエンジン2に供給される改質ガスを冷却する。クーラ19は、例えばエンジン冷却水との熱交換によって改質ガスを冷却する。
The cooler 19 is arranged in the reformed
冷却インジェクタ20は、アンモニアタンク11と液体アンモニア流路26を介して接続されている。液体アンモニア流路26は、アンモニアタンク11に貯蔵された液体アンモニアが流れる液体燃料流路である。冷却インジェクタ20は、改質ガス流路18に液体アンモニアを噴射することにより、気化潜熱を利用して改質ガスを冷却する電磁式の液体燃料噴射弁である。具体的は、冷却インジェクタ20は、改質ガス流路18における改質器13とクーラ19との間に液体アンモニアを噴射する。
The cooling
液体アンモニア流路26及び冷却インジェクタ20は、改質ガス流路18に液体アンモニアを供給する液体アンモニア供給部27(第2燃料供給部)を構成している。
The liquid
このように冷却インジェクタ20を有する液体アンモニア供給部27をクーラ19と共に備えることにより、メインスロットルバルブ6等の吸気系部品が熱により損傷することが防止されると共に、改質ガスの体積膨張が抑制されるため、空気がアンモニアエンジン2の燃焼室2aに十分に吸入されやすくなる。
By providing the liquid
液体アンモニア流路26には、減圧弁28が配設されている。減圧弁28は、改質ガス流路18に供給される液体アンモニアを減圧する第2減圧弁である。減圧弁28は、改質ガス流路18に供給される液体アンモニアの圧力を所定圧に保持する。
A
また、改質システム10は、温度センサ29と、コントローラ30とを備えている。温度センサ29は、改質器13の温度を検出するセンサである。温度センサ29は、例えば改質器13の改質触媒13bの上流側端部の温度を検出する。
Further, the reforming
コントローラ30は、CPU、RAM、ROM及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ30には、イグニッションスイッチ31(IGスイッチ)及びスタータモータ32が接続されている。イグニッションスイッチ31は、車両の運転者がアンモニアエンジン2の始動及び停止を指示するための手動操作スイッチである。スタータモータ32は、アンモニアエンジン2を始動させるモータである。
The
コントローラ30は、イグニッションスイッチ31の操作信号と温度センサ29の検出値とに基づいて、メインインジェクタ5、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、改質インジェクタ16、電気ヒータ17、冷却インジェクタ20及びスタータモータ32を制御する。
The
図2は、コントローラ30により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、アンモニアエンジン2の始動時に実行される。本処理の実行前には、メインインジェクタ5、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、改質インジェクタ16及び冷却インジェクタ20は、閉じた状態となっている。
FIG. 2 is a flowchart showing details of the control processing procedure executed by the
図2において、コントローラ30は、まずイグニッションスイッチ31の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ31がON操作されたかどうかを判断する(手順S101)。コントローラ30は、イグニッションスイッチ31がON操作されたと判断したときは、電気ヒータ17の発熱体24を通電するように電源25を制御する(手順S102)。これにより、発熱体が発熱するようになる。
In FIG. 2, the
そして、コントローラ30は、改質インジェクタ16を開くように制御する(手順S103)。これにより、改質インジェクタ16からアンモニアガスが噴射し、改質器13にアンモニアガスが供給される。このとき、発熱体24によりアンモニアガスが加熱されるため、アンモニアガスの熱によって改質器13が昇温する。続いて、コントローラ30は、改質スロットルバルブ15を開くように制御する(手順S104)。これにより、改質器13に空気が供給される。
Then, the
そして、コントローラ30は、アンモニアエンジン2をクランキングさせるようにスタータモータ32を制御する(手順S105)。これにより、アンモニアエンジン2が始動する。
Then, the
続いて、コントローラ30は、メインスロットルバルブ6を開くように制御すると共に、メインインジェクタ5を開くように制御する(手順S106)。これにより、アンモニアエンジン2に空気が供給されると共に、メインインジェクタ5からアンモニアガスが噴射し、アンモニアエンジン2にアンモニアガスが供給される。
Subsequently, the
続いて、コントローラ30は、温度センサ29の検出値に基づいて、改質器13の温度が第1規定温度以上であるかどうかを判断する(手順S107)。第1規定温度は、アンモニアガスの燃焼が可能となる温度であり、例えば200℃程度である。コントローラ30は、改質器13の温度が第1規定温度以上であると判断したときは、発熱体24の通電を停止させるように電源25を制御する(手順S108)。改質器13の温度が第1規定温度以上になると、改質器13においてアンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によって改質器13が更に昇温する。
Subsequently, the
続いて、コントローラ30は、温度センサ29の検出値に基づいて、改質器13の温度が第2規定温度以上であるかどうかを判断する(手順S109)。第2規定温度は、例えばアンモニアガスの改質が可能となる温度であり、例えば300℃〜400℃程度である。コントローラ30は、改質器13の温度が第2規定温度以上であると判断したときは、冷却インジェクタ20を開くように制御する(手順S110)。これにより、冷却インジェクタ20から液体アンモニアが噴射し、改質ガス流路18に液体アンモニアが供給される。
Subsequently, the
なお、コントローラ30により実行される制御処理手順としては、特に上記のフローには限られない。例えば、手順105は、手順S107の後に実行されてもよい。
The control processing procedure executed by the
以上のようなエンジンシステム1において、イグニッションスイッチ31がON操作されると、電気ヒータ17の発熱体24が通電され、発熱体24が発熱する。そして、改質インジェクタ16が開弁することで、改質インジェクタ16からアンモニアガスが噴射し、改質器13にアンモニアガスが供給される。このとき、発熱体24の熱によってアンモニアガスが加熱され、暖められたアンモニアガスの熱が改質器13に伝達されるため、改質器13が昇温する。そして、改質スロットルバルブ15が開弁することで、改質器13に空気が供給される。
In the engine system 1 as described above, when the
続いて、スタータモータ32によりアンモニアエンジン2が始動する。そして、メインスロットルバルブ6及びメインインジェクタ5が開弁することで、アンモニアエンジン2の燃焼室2aに空気が供給されると共に、メインインジェクタ5からアンモニアガスが噴射し、アンモニアエンジン2の燃焼室2aにアンモニアガスが供給される。これにより、燃焼室2aにおいてアンモニアガスが燃焼し始める。
Subsequently, the
改質器13の温度が第1規定温度に達すると、発熱体24の通電が停止するが、改質器13の改質触媒13bによってアンモニアガスが着火して燃焼し、その燃焼熱によって改質器13が更に昇温する。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応(酸化反応)することで、アンモニアの燃焼反応が起こり、燃焼熱が発生する。
NH3+3/4O2→1/2N2+3/2H2O+Q
When the temperature of the
NH 3 + 3/4O 2 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 O + Q
そして、改質器13の温度が第2規定温度に達すると、改質器13の改質触媒13bによってアンモニアガスの改質が開始され、水素を含有した高温の改質ガスが生成される。具体的には、下記式のように、アンモニアの燃焼熱によってアンモニアが水素と窒素とに分解される改質反応が起こり、水素及び窒素を含む改質ガスが生成される。
NH3→3/2H2+1/2N2−Q
Then, when the temperature of the
NH 3 → 3 / 2H 2 + 1 / 2N 2 −Q
このとき、冷却インジェクタ20が開弁し、冷却インジェクタ20から改質ガス流路18に液体アンモニアが噴射する。すると、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪い取って気化することで、アンモニアガスが生成されると共に改質ガスが冷却される。そして、冷やされた改質ガスがアンモニアガスと共にアンモニアエンジン2の燃焼室2aに供給される。これにより、燃焼室2aにおいてアンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼するようになる。以上により、エンジンシステム1は、改質器13の暖気が完了した後の定常動作となる。
At this time, the cooling
以上のように本実施形態にあっては、改質器13に空気及びアンモニアガスが供給されると共に、電気ヒータ17により改質器13が昇温すると、改質器13においてアンモニアガスが燃焼する。すると、燃焼熱によって改質器13が更に昇温するため、改質器13において高温の改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路18を流れる。このとき、改質ガス流路18には、冷却インジェクタ20により液体アンモニアが直接噴射される。このため、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪って気化し、改質ガスが冷却される。このように液体アンモニアの気化潜熱を利用することで、改質ガスを効果的に冷却することができる。これにより、後段のクーラ19を小型化したり、或いは後段のクーラ19を廃止することが可能となる。また、改質ガス流路18に噴射される液体アンモニアは、改質器13に供給されるアンモニアガスと同じアンモニアという物質である。従って、複数種類の燃料を用意しなくて済むため、単純なシステムを用いて改質ガスを冷却することができる。その結果、エンジンシステム1の搭載性を向上させることが可能になる。また、エンジンシステム1の低コスト化を図ることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, when air and ammonia gas are supplied to the
また、本実施形態では、アンモニアガス供給部22によりアンモニアエンジン2及び改質器13にアンモニアガスが供給される。このため、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪って気化することで生成されるアンモニアガスがアンモニアエンジン2に供給されるだけでなく、アンモニアガス供給部22によりアンモニアエンジン2にアンモニアガスが供給されることになる。従って、アンモニアエンジン2の応答性が良くなる。また、液体アンモニア供給部27により改質ガス流路18に液体アンモニアが供給される分だけ、気化器12を小型化することができる。
Further, in the present embodiment, the ammonia
また、本実施形態では、アンモニアタンク11に貯蔵された液体アンモニアが気化器12により気化されてアンモニアガスが生成され、そのアンモニアガスがアンモニアエンジン2及び改質器13に供給されると共に、アンモニアタンク11に貯蔵された液体アンモニアが改質ガス流路18に供給される。従って、アンモニアエンジン2及び改質器13に供給されるアンモニアガスと改質ガス流路18に供給される液体アンモニアとを簡単に取得することができる。
Further, in the present embodiment, the liquid ammonia stored in the
また、本実施形態では、気体アンモニア流路9には、アンモニアエンジン2及び改質器13に供給されるアンモニアガスを減圧する減圧弁23が配設されている。従って、アンモニアエンジン2及び改質器13に対するアンモニアガスの供給圧が一定圧になる。また、液体アンモニア流路26には、改質ガス流路18に噴射される液体アンモニアを減圧する減圧弁28が配設されている。従って、改質ガス流路18に対する液体アンモニアの供給圧(噴射圧)が一定圧になる。また、メインインジェクタ5、改質インジェクタ16及び冷却インジェクタ20の噴射圧が低くなるため、メインインジェクタ5、改質インジェクタ16及び冷却インジェクタ20として、耐久性の高い高価なインジェクタを使用しなくて済む。
Further, in the present embodiment, the gaseous
また、本実施形態では、他の液体燃料に比べて気化潜熱が大きい液体アンモニアを使用することにより、改質ガスをより効果的に冷却することができる。従って、液体アンモニアの供給量を少なくしても、改質ガスを冷却することができる。 Further, in the present embodiment, the reformed gas can be cooled more effectively by using liquid ammonia having a larger latent heat of vaporization than other liquid fuels. Therefore, the reformed gas can be cooled even if the supply amount of liquid ammonia is reduced.
なお、本実施形態では、アンモニアエンジン2の各燃焼室2aにアンモニアガスを噴射する複数のメインインジェクタ5がアンモニアエンジン2に取り付けられているが、メインインジェクタ5の数としては、1つであってもよい。この場合には、メインインジェクタ5は、吸気通路3におけるメインスロットルバルブ6とアンモニアエンジン2との間にアンモニアガスを噴射するように配置されていてもよい。
In the present embodiment, a plurality of
図3は、本発明の他の実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。図3において、本実施形態のエンジンシステム1Aは、上記の実施形態におけるメインインジェクタ5を備えていない。エンジンシステム1Aでは、改質ガス流路18に供給された液体アンモニアが気化して生成されるアンモニアガスのみが、アンモニアエンジン2の燃焼室2aに供給される。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an engine system according to another embodiment of the present invention. In FIG. 3, the
また、エンジンシステム1Aは、上記の実施形態におけるアンモニアガス供給部22及びコントローラ30に代えて、アンモニアガス供給部22A及びコントローラ30Aを備えている。アンモニアガス供給部22Aは、改質器13にアンモニアガスを供給する。
Further, the
コントローラ30Aは、イグニッションスイッチ31の操作信号と温度センサ29の検出値とに基づいて、メインスロットルバルブ6、改質スロットルバルブ15、改質インジェクタ16、電気ヒータ17、冷却インジェクタ20及びスタータモータ32を制御する。
The
図4は、図3に示されたコントローラ30Aにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。図4において、コントローラ30Aは、上記のコントローラ30における手順S101〜S105を順次実行する。コントローラ30Aは、手順S105を実行した後、メインスロットルバルブ6を開くように制御する(手順S106A)。その後、コントローラ30Aは、上記のコントローラ30における手順S107〜S110を順次実行する。
FIG. 4 is a flowchart showing details of the control processing procedure executed by the
冷却インジェクタ20が開弁すると、冷却インジェクタ20から液体アンモニアが噴射し、改質ガス流路18に液体アンモニアが供給される。すると、液体アンモニアが高温の改質ガスから熱を奪い取って気化することで、アンモニアガスが生成されると共に改質ガスが冷却される。そして、冷やされた改質ガスがアンモニアガスと共にアンモニアエンジン2の燃焼室2aに供給される。そして、燃焼室2aにおいてアンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼する。
When the cooling
以上のような本実施形態においても、液体アンモニアの気化潜熱を利用することで、単純なシステムを用いて改質ガスを効果的に冷却することができる。また、本実施形態では、メインインジェクタ5が不要となるため、エンジンシステム1Aを簡素化することができる。
Also in the present embodiment as described above, by utilizing the latent heat of vaporization of liquid ammonia, the reformed gas can be effectively cooled by using a simple system. Further, in the present embodiment, since 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13の温度が第2規定温度以上となったときに、冷却インジェクタ20から液体アンモニアを噴射させているが、特にその形態には限られない。冷却インジェクタ20から液体アンモニアを噴射させるタイミングとしては、改質器13の温度が第1規定温度以上となったときでもよいし、メインスロットルバルブ6を開くときでもよいし、適宜変更可能である。また、冷却インジェクタ20から液体アンモニアを連続的に噴射させてもよいし、冷却インジェクタ20から液体アンモニアを間欠的に噴射させてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, when the temperature of the
また、上記実施形態では、電気ヒータ17は、改質器13に供給されるアンモニアガスを加熱することにより、改質器13をアンモニアガスを通して昇温させているが、特にその形態には限られない。電気ヒータ17は、改質器13を直接加熱することにより、改質器13を直接昇温させてもよい。また、アンモニアを燃やして加熱する燃焼式のヒータを使用してもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、温度センサ29により改質器13の温度が検出されているが、特にその形態には限られず、アンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等から改質器13の温度を推定してもよい。
Further, in the above embodiment, the temperature of the
また、上記実施形態では、改質器13に供給される空気が流れる空気流路14が吸気通路3に分岐接続されているが、特にその形態には限られず、アンモニアエンジン2と接続された吸気通路3とは異なる経路から空気流路14に空気が供給されてもよい。この場合には、吸気通路3の脈動の影響を受けることを防止できる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、改質器13に供給される気体燃料としてアンモニアガス(気体アンモニア)を使用し、改質ガス流路18に供給される液体燃料として液体アンモニアを使用しているが、使用する燃料としては、同じ物質であれば、特にアンモニアには限られず、例えばエタノール等のアルコール系物質等であってもよい。また、アンモニアエンジン2及び改質器13には、液体燃料が供給されてもよい。この場合には、気化器12が不要となる。
Further, in the above embodiment, ammonia gas (gaseous ammonia) is used as the gaseous fuel supplied to the
また、上記実施形態では、アンモニアガス供給部22は、改質器13に向けてアンモニアガスを噴射する改質インジェクタ16を有しているが、特にその形態には限られず、例えば改質インジェクタ16に代えて、流量調整弁を用いてもよい。この場合には、気体アンモニア流路9の他端を空気流路14に接続すると共に、気体アンモニア流路9に流量調整弁を配設する。流量調整弁を用いることにより、アンモニアガスを改質器13に連続供給することができる。
Further, in the above embodiment, the ammonia
また、上記実施形態では、改質ガス流路18の他端が空気流路14に接続されているが、特にその形態には限られず、例えば改質ガス流路18の他端に、アンモニアエンジン2または吸気通路3に向けて改質ガスを噴射するインジェクタを設けてもよい。
Further, in the above embodiment, the other end of the reformed
また、上記実施形態の改質システムは、エンジンシステムに具備されているが、本発明は、特にエンジンシステムには限られず、例えばタービンシステムまたは燃料電池システム等にも適用可能である。 Further, although the reforming system of the above embodiment is provided in the engine system, the present invention is not particularly limited to the engine system, and can be applied to, for example, a turbine system or a fuel cell system.
1,1A…エンジンシステム、2…アンモニアエンジン(エンジン)、3…吸気通路、6…メインスロットルバルブ(スロットルバルブ)、9…気体アンモニア流路(気体燃料流路)、10…改質システム、11…アンモニアタンク(貯蔵部)、12…気化器(気化部)、13…改質器(改質部)、17…電気ヒータ(ヒータ部)、18…改質ガス流路、21…空気供給部、20…冷却インジェクタ(液体燃料噴射弁)、22…アンモニアガス供給部(第1燃料供給部)、23…減圧弁(第1減圧弁)、26…液体アンモニア流路(液体燃料流路)、27…液体アンモニア供給部(第2燃料供給部)、28…減圧弁(第2減圧弁)。 1,1A ... engine system, 2 ... ammonia engine (engine), 3 ... intake passage, 6 ... main throttle valve (throttle valve), 9 ... gaseous ammonia flow path (gas fuel flow path), 10 ... reforming system, 11 ... Ammonia tank (storage unit), 12 ... Vaporizer (vaporizer), 13 ... Reformer (reformer), 17 ... Electric heater (heater), 18 ... Reformable gas flow path, 21 ... Air supply unit , 20 ... Cooling injector (liquid fuel injection valve), 22 ... Ammonia gas supply unit (first fuel supply unit), 23 ... Pressure reducing valve (first pressure reducing valve), 26 ... Liquid ammonia flow path (liquid fuel flow path), 27 ... Liquid ammonia supply unit (second fuel supply unit), 28 ... Pressure reducing valve (second pressure reducing valve).
Claims (6)
前記改質部に空気を供給する空気供給部と、
前記改質部に前記燃料を供給する第1燃料供給部と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが流れる改質ガス流路と、
前記改質部を昇温させるヒータ部と、
前記改質ガス流路に前記燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第2燃料供給部とを備える改質システム。 A reformer that reforms fuel to generate hydrogen-containing reformed gas,
An air supply unit that supplies air to the reforming unit and
A first fuel supply unit that supplies the fuel to the reforming unit,
A reformed gas flow path through which the reformed gas generated by the reformed portion flows, and
A heater unit that raises the temperature of the reforming unit and
A reforming system including a second fuel supply unit having a liquid fuel injection valve for injecting a liquid fuel of the same substance as the fuel into the reforming gas flow path.
前記貯蔵部に貯蔵された前記液体燃料を気化させて気体燃料を生成する気化部とを備え、
前記第1燃料供給部は、前記気化部により生成された前記気体燃料が流れる気体燃料流路を有し、
前記第2燃料供給部は、前記貯蔵部に貯蔵された前記液体燃料が流れる液体燃料流路を有する請求項1記載の改質システム。 A storage unit for storing the liquid fuel and
It is provided with a vaporizing unit that vaporizes the liquid fuel stored in the storage unit to generate gaseous fuel.
The first fuel supply unit has a gas fuel flow path through which the gas fuel generated by the vaporization unit flows.
The reforming system according to claim 1, wherein the second fuel supply unit has a liquid fuel flow path through which the liquid fuel stored in the storage unit flows.
前記液体燃料流路には、前記液体燃料噴射弁に供給される前記液体燃料を減圧する第2減圧弁が配設されている請求項2記載の改質システム。 The gas fuel flow path is provided with a first pressure reducing valve for reducing the pressure of the gas fuel supplied to the reforming unit.
The reforming system according to claim 2, wherein a second pressure reducing valve for reducing the pressure of the liquid fuel supplied to the liquid fuel injection valve is provided in the liquid fuel flow path.
前記液体燃料は液体アンモニアである請求項2または3記載の改質システム。 The gaseous fuel is gaseous ammonia
The reforming system according to claim 2 or 3, wherein the liquid fuel is liquid ammonia.
前記エンジンに供給される空気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路に配設され、前記エンジンに供給される前記空気の流量を制御するスロットルバルブと、
燃料を改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、
前記改質部に空気を供給する空気供給部と、
前記改質部に前記燃料を供給する第1燃料供給部と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが前記エンジンに向けて流れる改質ガス流路と、
前記改質部を昇温させるヒータ部と、
前記改質ガス流路に前記燃料と同じ物質の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁を有する第2燃料供給部とを備えるエンジンシステム。 With the engine
The intake passage through which the air supplied to the engine flows and
A throttle valve arranged in the intake passage and controlling the flow rate of the air supplied to the engine.
A reformer that reforms fuel to generate hydrogen-containing reformed gas,
An air supply unit that supplies air to the reforming unit and
A first fuel supply unit that supplies the fuel to the reforming unit,
A reformed gas flow path through which the reformed gas generated by the reformed portion flows toward the engine, and
A heater unit that raises the temperature of the reforming unit and
An engine system including a second fuel supply unit having a liquid fuel injection valve for injecting a liquid fuel of the same substance as the fuel into the reformed gas flow path.
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