JP2023036178A - アンモニアエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】気化器、アンモニアエンジン及び改質器に供給されるアンモニアが大気中に放出されることを防止できるアンモニアエンジンシステムを提供する。【解決手段】アンモニアエンジンシステム１は、アンモニア貯蔵タンク２１から気化器２２に液体アンモニアが流れる液体アンモニア配管２３内の圧力が規定圧以上になると開く安全弁２６と、気化器２２からメインインジェクタ５及び改質インジェクタ１３にアンモニアガスが流れるアンモニアガス配管２４，２５内の圧力が規定圧以上になると開く安全弁２７と、安全弁２６，２７とドレイン配管２９，３０を介して接続されたアンモニア保持タンク２８とを備え、アンモニア保持タンク２８は、液体アンモニア及びアンモニアガスを導入する導入口３６を有する筐体３１と、筐体３１内に配置され、液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着する吸着材３２とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、アンモニアエンジンシステムに関する。

従来のアンモニアエンジンシステムとしては、例えば特許文献１に記載されているような技術が知られている。特許文献１に記載のアンモニアエンジンシステムは、機関本体と、機関本体の各機関吸気通路に向かってアンモニアを噴射するアンモニア噴射弁と、液体のアンモニアから水素を生成する水素発生装置と、機関本体の各機関吸気通路に向かって水素を噴射する水素噴射弁とを備えている。水素発生装置は、液体のアンモニアが貯蔵されたタンクと、液体のアンモニアを加熱して気化させる蒸発器と、この蒸発器で生成された気体のアンモニアの一部がアンモニア噴射弁に向けて流れる供給管と、蒸発器で生成された気体のアンモニアを分解する分解器と、この分解器に供給される空気が流れる流入管と、分解器により生成された水素が水素噴射弁に向けて流れる供給管とを有している。

国際公開第２０１２／０９０７３９号

上記従来技術のようなアンモニアエンジンシステムにおいては、機関本体（アンモニアエンジン）及び分解器（改質器）に気体のアンモニアが供給される。このとき、周囲温度の上昇等によって、液体及び気体のアンモニアが流れる配管内の圧力が必要以上に高くなると、配管及び蒸発器（気化器）が破損し、大量のアンモニアが周囲に散逸することがある。その対策としては、アンモニアが流れる配管に安全弁を配設することが考えられる。しかし、配管内の圧力が規定圧以上になると、安全弁が開くため、アンモニアが大気中に放出されてしまう。

本発明の目的は、気化器、アンモニアエンジン及び改質器に供給されるアンモニアが大気中に放出されることを防止できるアンモニアエンジンシステムを提供することである。

本発明の一態様に係るアンモニアエンジンシステムは、アンモニアガスが燃焼するアンモニアエンジンと、アンモニアガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、改質器より生成された改質ガスがアンモニアエンジンに向けて流れる改質ガス配管と、アンモニアエンジンに空気を供給する第１空気供給部と、改質器に空気を供給する第２空気供給部と、アンモニアエンジンに向けてアンモニアガスを供給する第１アンモニア供給弁と、改質器に向けてアンモニアガスを供給する第２アンモニア供給弁と、液体アンモニアを貯蔵するアンモニア貯蔵タンクと、アンモニア貯蔵タンクに貯蔵された液体アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する気化器と、アンモニア貯蔵タンクから気化器に液体アンモニアが流れる液体アンモニア配管と、気化器から第１アンモニア供給弁及び第２アンモニア供給弁にアンモニアガスが流れるアンモニアガス配管と、液体アンモニア配管に配設され、液体アンモニア配管内の圧力が規定圧以上になると開く第１安全弁と、アンモニアガス配管に配設され、アンモニアガス配管内の圧力が規定圧以上になると開く第２安全弁と、第１安全弁及び第２安全弁とドレイン配管を介して接続され、第１安全弁から排出された液体アンモニアと第２安全弁から排出されたアンモニアガスとを保持するアンモニア保持タンクとを備え、アンモニア保持タンクは、ドレイン配管と連結され、液体アンモニア及びアンモニアガスを導入する導入口を有する筐体と、筐体内に配置され、液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着する吸着材とを有し、筐体内には、導入口から導入された液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着材まで導くアンモニア流路が設けられている。

このようなアンモニアエンジンシステムにおいては、アンモニア貯蔵タンクに貯蔵された液体アンモニアは、液体アンモニア配管内を流れて気化器に供給される。そして、気化器において、液体アンモニアが気化されてアンモニアガスが生成される。アンモニアガスは、アンモニアガス配管内を流れて第１アンモニア供給弁及び第２アンモニア供給弁に供給される。そして、第１アンモニア供給弁及び第２アンモニア供給弁によりアンモニアエンジン及び改質器に向けてアンモニアガスがそれぞれ供給される。また、アンモニアエンジン及び改質器に空気が供給される。すると、改質器においてアンモニアガスが改質されることにより、水素を含有した改質ガスが生成され、その改質ガスがアンモニアエンジンに供給される。そして、アンモニアエンジンにおいて、アンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼する。

ここで、液体アンモニア配管内の圧力が規定圧以上になると、第１安全弁が開き、第１安全弁から液体アンモニアが排出される。液体アンモニアは、ドレイン配管内を流れてアンモニア保持タンクに供給される。アンモニアガス配管内の圧力が規定圧以上になると、第２安全弁が開き、第２安全弁からアンモニアガスが排出される。アンモニアガスは、ドレイン配管内を流れてアンモニア保持タンクに供給される。アンモニア保持タンクにおいて、液体アンモニア及びアンモニアガスは、導入口から筐体内に導入された後、アンモニア流路を流れて吸着材に吸着される。このように液体アンモニア配管内及びアンモニアガス配管内の圧力が規定圧以上になることで、第１安全弁及び第２安全弁が開いても、第１安全弁から排出された液体アンモニア及び第２安全弁から排出されたアンモニアガスはアンモニア保持タンクに保持されることになる。これにより、気化器に供給される液体アンモニアとアンモニアエンジン及び改質器に供給されるアンモニアガスとが大気中に放出されることが防止される。

アンモニア保持タンクは、筐体内に配置され、吸着材から発生した熱を吸収する吸熱部材を更に有してもよい。このような構成では、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材に吸着される際に発生した熱が吸熱部材に吸収される。従って、吸着材が熱くなることが防止されるため、吸着材の吸着性能が十分に確保される。

導入口は、筐体の上部に設けられており、吸熱部材は、吸着材の上側に配置されていてもよい。このような構成では、吸着材及び吸熱部材が筐体内にスペース効率良く配置されると共に、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材に吸着される際に発生した熱が吸熱部材に効果的に吸収される。

吸着材と吸熱部材との間には、液体アンモニア及びアンモニアガスが流れる空間を有し、吸着材と吸熱部材とを連結する連結部材が配置されており、吸熱部材と筐体の内側面との間には、隙間が設けられており、隙間及び空間は、アンモニア流路を形成していてもよい。このような構成では、導入口から筐体内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスは、隙間と空間とを順に流れて吸着材に吸着される。従って、吸熱部材に孔加工を施さなくても、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材に導かれる。また、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材に吸着される際に発生した熱は、連結部材を介して吸熱部材に吸収される。

吸熱部材には、筐体の上下方向に貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔は、アンモニア流路を形成していてもよい。このような構成では、導入口から筐体内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスは、吸熱部材の貫通孔を流れて吸着材に吸着される。従って、アンモニア保持タンクの上下方向の寸法を小さくしつつ、液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着材に導くことができる。また、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材に吸着される際に発生した熱は、吸熱部材に直接吸収される。

導入口は、筐体の上部に設けられており、吸着材は、筐体の上下方向に複数配置されていてもよい。このような構成では、各吸着材の厚さ寸法を小さくすることにより、吸着材が液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着することで膨張しても、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材の全域に達しやすくなる。従って、吸着材の下側領域が液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着しない無駄な領域になることが防止される。

複数の吸着材の上側には、吸着材から発生した熱を吸収する吸熱部材がそれぞれ配置されていてもよい。このような構成では、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材に吸着される際に発生した熱が吸熱部材に吸収される。従って、吸着材が熱くなることが防止されるため、吸着材の吸着性能が十分に確保される。

本発明によれば、気化器、アンモニアエンジン及び改質器に供給されるアンモニアが大気中に放出されることを防止できる。

本発明の一実施形態に係るアンモニアエンジンシステムを示す概略構成図である。 図１に示されたアンモニア吸着タンクの断面図である。 比較例としてのアンモニアエンジンシステムを示す概略構成図である。 図２に示されたアンモニア保持タンクの変形例を示す断面図である。 図４に示された吸熱部材の平面図である。

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。

図１は、本発明の一実施形態に係るアンモニア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、本実施形態のアンモニアエンジンシステム１は、車両のエンジンルームに搭載されている。アンモニアエンジンシステム１は、アンモニアエンジン２と、吸気管３と、排気管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。

アンモニアエンジン２は、アンモニア（ＮＨ_３）ガスが燃焼するエンジンである。アンモニアエンジン２では、難燃性のアンモニアガスの燃焼を促進させるため、アンモニアガスに水素（Ｈ_２）ガスが混合される。アンモニアエンジン２は、例えば４気筒エンジンである。アンモニアエンジン２は、アンモニアガスが水素ガスと共に燃焼して排気ガスが発生する４つの燃焼室を有している。

吸気管３は、アンモニアエンジン２の吸気ポート（図示せず）と接続されている。吸気管３は、アンモニアエンジン２に供給される空気が流れる配管である。吸気管３には、空気に含まれる塵や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。

排気管４は、アンモニアエンジン２の排気ポート（図示せず）と接続されている。排気管４は、アンモニアエンジン２で発生した排気ガスが流れる配管である。

メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２の吸気ポートまたは燃焼室にアンモニアガスを噴射する燃料噴射弁である。メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２の各気筒毎に配置されている。メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２に向けてアンモニアガスを供給する第１アンモニア供給弁を構成している。

メインスロットルバルブ６は、吸気管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流量制御弁である。

吸気管３及びメインスロットルバルブ６は、アンモニアエンジン２に空気を供給する第１空気供給部８を構成している。

また、アンモニアエンジンシステム１は、改質器１０と、空気配管１１と、改質スロットルバルブ１２と、改質インジェクタ１３と、改質ガス配管１４と、クーラ１５と、ストップバルブ１６とを備えている。

改質器１０は、アンモニアガスを燃焼させて発生した熱を利用してアンモニアガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する。改質器１０は、円筒状の筐体１７と、この筐体１７内に収容された改質部１８及び電気ヒータ１９とを有している。筐体１７は、アンモニアに対して耐腐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で形成されている。

改質部１８は、例えばハニカム構造のＡＴＲ触媒１８ａを有している。ＡＴＲ触媒１８ａは、アンモニアガスを燃焼させると共に、そのアンモニアガスの燃焼熱（自己熱）によりアンモニアガスを水素に分解することで、アンモニアガスを改質する自己熱式改質触媒である。ＡＴＲ触媒１８ａとしては、例えばコバルト系触媒、ロジウム系触媒、ルテニウム系触媒またはパラジウム系触媒等が使用される。

電気ヒータ１９は、筐体１７内における改質部１８よりも上流側に配置されている。電気ヒータ１９は、電力が与えられると発熱し、その熱により改質部１８を加熱する。このとき、電気ヒータ１９から発生する熱は、筐体１７内を流れるガスを通じて改質部１８に伝わると共に筐体１７自体を通じて改質部１８に伝わる。

空気配管１１は、吸気管３と改質器１０とを接続している。空気配管１１の一端は、吸気管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との間に接続されている。空気配管１１の他端は、改質器１０の筐体１７のガス入口部１７ａに接続されている。空気配管１１は、改質器１０に供給される空気が流れる配管である。改質スロットルバルブ１２は、空気配管１１に配設されている。改質スロットルバルブ１２は、改質器１０に供給される空気の流量を制御する流量制御弁である。

空気配管１１及び改質スロットルバルブ１２は、改質器１０に空気を供給する第２空気供給部２０を構成している。

改質インジェクタ１３は、空気配管１１における改質スロットルバルブ１２と改質器１０との間にアンモニアガスを噴射する燃料噴射弁である。改質インジェクタ１３は、改質器１０に向けてアンモニアガスを供給する第２アンモニア供給弁を構成している。

改質ガス配管１４は、改質器１０と吸気管３とを接続している。改質ガス配管１４の一端は、改質器１０の筐体１７のガス出口部１７ｂに接続されている。改質ガス配管１４の他端は、吸気管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との間に接続されている。改質ガス配管１４は、改質器１０により生成された改質ガスがアンモニアエンジン２に向けて流れる配管である。

クーラ１５は、改質ガス配管１４に配設されている。クーラ１５は、例えば改質ガスとアンモニアエンジン２を冷却するためのエンジン冷却水とを熱交換することにより、改質ガスを冷却する。

ストップバルブ１６は、改質ガス配管１４におけるクーラ１５よりも下流側に配設されている。ストップバルブ１６は、改質ガス配管１４を開閉する開閉弁である。

また、アンモニアエンジンシステム１は、アンモニア貯蔵タンク２１と、気化器２２と、液体アンモニア配管２３と、アンモニアガス配管２４，２５と、安全弁２６，２７と、アンモニア保持タンク２８と、ドレイン配管２９，３０とを備えている。

アンモニア貯蔵タンク２１は、アンモニアを液体状態で貯蔵する。つまり、アンモニア貯蔵タンク２１は、液体アンモニアを貯蔵する。気化器２２は、アンモニア貯蔵タンク２１に貯蔵された液体アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する。

液体アンモニア配管２３は、アンモニア貯蔵タンク２１と気化器２２とを接続する。液体アンモニア配管２３は、アンモニア貯蔵タンク２１から気化器２２に液体アンモニアが流れる配管である。液体アンモニア配管２３は、アンモニアに対して耐腐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で形成されている。

アンモニアガス配管２４は、気化器２２と各メインインジェクタ５とを接続する。アンモニアガス配管２４は、気化器２２から各メインインジェクタ５にアンモニアガスが流れる配管である。

アンモニアガス配管２５は、気化器２２と改質インジェクタ１３とを接続する。アンモニアガス配管２５は、気化器２２から改質インジェクタ１３にアンモニアガスが流れる配管である。アンモニアガス配管２５の一端は、アンモニアガス配管２４に接続されている。アンモニアガス配管２４，２５は、液体アンモニア配管２３と同じ金属材料で形成されている。

安全弁２６は、液体アンモニア配管２３に配設されている。安全弁２６は、液体アンモニア配管２３内の圧力が規定圧以上になると開く圧力調整弁（第１安全弁）である。安全弁２６の規定圧は、例えば液体アンモニア配管２３の破裂が起きないような圧力に設定されている。安全弁２６が開くと、安全弁２６の排出口２６ａから液体アンモニアが排出される。

安全弁２７は、アンモニアガス配管２４に配設されている。安全弁２７は、アンモニアガス配管２４におけるアンモニアガス配管２５との接続部よりも上流側（気化器２２側）に配設されている。安全弁２７は、アンモニアガス配管２４内の圧力が規定圧以上になると開く圧力調整弁（第２安全弁）である。安全弁２７の規定圧は、例えばアンモニアガス配管２４，２５の破裂が起きないような圧力に設定されている。安全弁２７が開くと、安全弁２７の排出口２７ａからアンモニアガスが排出される。

アンモニア保持タンク２８は、安全弁２６，２７とそれぞれドレイン配管２９，３０を介して接続されている。ドレイン配管２９の一端は、安全弁２６の排出口２６ａに接続されている。ドレイン配管２９の他端は、アンモニア保持タンク２８に接続されている。ドレイン配管３０の一端は、安全弁２７の排出口２７ａに接続されている。ドレイン配管３０の他端は、ドレイン配管２９に接続されている。ドレイン配管２９，３０は、液体アンモニア配管２３と同じ金属材料で形成されている。

安全弁２６の排出口２６ａから排出された液体アンモニアは、ドレイン配管２９内を流れてアンモニア保持タンク２８に供給される。安全弁２７の排出口２７ａから排出されたアンモニアガスは、ドレイン配管３０，２９内を流れてアンモニア保持タンク２８に供給される。アンモニア保持タンク２８は、安全弁２６の排出口２６ａから排出された液体アンモニアと安全弁２７の排出口２７ａから排出されたアンモニアガスとを保持する。

図２は、アンモニア保持タンク２８の断面図である。図２において、アンモニア保持タンク２８は、筐体３１と、この筐体３１内に配置された吸着材３２及び吸熱部材３３とを有している。

筐体３１は、有底円筒状の容器３４と、この容器３４の上端部に固定された円形状の蓋３５とを有している。蓋３５の中央部には、液体アンモニア及びアンモニアガスを筐体３１内に導入するための導入口３６が設けられている。蓋３５の中央部には、上記のドレイン配管２９が連結されている。具体的には、ドレイン配管２９は、蓋３５の中央部における導入口３６を画成する内壁面に連結されている。これにより、ドレイン配管２９内を流れてきた液体アンモニア及びアンモニアガスが導入口３６から筐体３１内に導入される。筐体３１は、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。

吸着材３２及び吸熱部材３３は、筐体３１内において筐体３１の上下方向に複数（ここでは２つ）ずつ交互に配置されている。つまり、筐体３１内には、筐体３１の下側から上側に向かって吸着材３２、吸熱部材３３、吸着材３２及び吸熱部材３３の順に積層されている。吸着材３２及び吸熱部材３３は、平面視円形状を呈している。

吸着材３２は、液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着する。吸着材３２は、発熱時にアンモニアを物理吸着し、吸熱時にアンモニアを脱離する。また、吸着材３２は、アンモニアを物理吸着すると膨張し、アンモニアを脱離すると収縮する。そのような吸着材３２としては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属とＦ、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン元素との化合物が用いられる。また、吸着材３２としては、ゼオライトまたは活性炭等を用いてもよい。

吸熱部材３３は、吸着材３２から発生した熱を吸収する。吸熱部材３３は、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。また、吸熱部材３３としては、パッケージングされた蓄熱材等を用いてもよい。

吸着材３２は、上述したようにアンモニアの吸着時に膨張する。このため、吸着材３２がアンモニアを吸着していない通常状態では、吸着材３２の径は、吸熱部材３３の径よりも小さくなっている。また、通常状態では、下側の吸着材３２と容器３４の底面との間には隙間が設けられ、上側の吸着材３２と下側の吸熱部材３３との間には隙間が設けられている。

吸着材３２と吸熱部材３３との間には、連結部材３７が配置されている。連結部材３７は、吸着材３２と吸熱部材３３とを連結する。連結部材３７は、液体アンモニア及びアンモニアガスが流れる空間３８を有している。空間３８は、吸着材３２と面している。そのような空間３８を有する連結部材３７としては、例えば金網等が用いられる。

下側の連結部材３７は、複数の柱部３９を介して容器３４の底面に固定されている。上側の連結部材３７は、複数の柱部３９を介して下側の吸熱部材３３に固定されている。これにより、吸着材３２、吸熱部材３３及び連結部材３７が積層状態で容器３４に支持されている。上側の吸熱部材３３は、導入口３６と面している。

吸着材３２及び吸熱部材３３と容器３４の内側面３４ａとの間には、液体アンモニア及びアンモニアガスが流れる環状の隙間４０が設けられている。隙間４０は、連結部材３７に設けられた空間３８と連通している。

隙間４０及び空間３８は、導入口３６から筐体３１内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着材３２に導くアンモニア流路を構成している。導入口３６から筐体３１内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスは、隙間４０及び空間３８を流れて吸着材３２の上面に達すると共に、隙間４０を流れて吸着材３２の側面に達する。そして、液体アンモニア及びアンモニアガスは、吸着材３２の上面及び側面から吸着材３２の内部に入り込んで吸着される。

以上のようなアンモニアエンジンシステム１において、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮ操作されると、電気ヒータ１９が通電されることで、電気ヒータ１９により改質部１８が加熱されると共に、ストップバルブ１６が開弁する。

また、ポンプ（図示せず）によってアンモニア貯蔵タンク２１から気化器２２に液体アンモニアが供給され、気化器２２において液体アンモニアが気化してアンモニアガスが生成される。アンモニアガスは、アンモニアガス配管２４，２５内を流れてメインインジェクタ５及び改質インジェクタ１３に供給される。

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。また、改質インジェクタ１３及び改質スロットルバルブ１２が開弁することで、改質部１８にアンモニアガス及び空気が供給される。

そして、改質部１８の温度が活性化温度（燃焼温度）に達すると、ＡＴＲ触媒１８ａによりアンモニアガスが燃焼する。具体的には、下記式のように、アンモニアと空気中の酸素とが化学反応する（発熱反応）。
ＮＨ_３＋３／４Ｏ_２→１／２Ｎ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ …（Ａ）

すると、アンモニアガスの燃焼熱によって改質部１８の温度が更に上昇する。そして、改質部１８の温度が反応温度（改質温度）に達すると、ＡＴＲ触媒１８ａによりアンモニアガスが改質される。具体的には、下記式のように、アンモニアの分解反応が起こり（吸熱反応）、水素を含む改質ガスが生成される。
ＮＨ_３→３／２Ｈ_２＋１／２Ｎ_２ …（Ｂ）

改質ガスは、改質ガス配管１４及び吸気管３を流れてアンモニアエンジン２に供給される。また、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にアンモニアガスが供給される。すると、アンモニアエンジン２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。

ところで、外気温の上昇等により車両のエンジンルーム内の温度が高くなり過ぎると、液体アンモニア配管２３内及びアンモニアガス配管２４，２５内の圧力が異常値に達することがある。ただし、液体アンモニア配管２３内の圧力が規定圧に達すると、安全弁２６が開く。アンモニアガス配管２４，２５内の圧力が規定圧に達すると、安全弁２７が開く。このため、液体アンモニア配管２３、アンモニアガス配管２４，２５及び気化器２２の破裂が防止される。

しかし、図３に示されるように、アンモニア保持タンク２８及びドレイン配管２９，３０が具備されていない場合には、以下の不具合が発生する。即ち、液体アンモニア配管２３内の圧力が規定圧に達することで、安全弁２６が開いても、液体アンモニアが大気中に漏洩してしまう。また、アンモニアガス配管２４，２５内の圧力が規定圧に達することで、安全弁２７が開いても、アンモニアガスが大気中に漏洩してしまう。

そのような課題に対し、本実施形態では、液体アンモニア配管２３内の圧力が規定圧以上になると、安全弁２６が開き、安全弁２６から液体アンモニアが排出される。液体アンモニアは、ドレイン配管２９内を流れてアンモニア保持タンク２８に供給される。アンモニアガス配管２４，２５内の圧力が規定圧以上になると、安全弁２７が開き、安全弁２７からアンモニアガスが排出される。アンモニアガスは、ドレイン配管３０，２９内を流れてアンモニア保持タンク２８に供給される。アンモニア保持タンク２８において、液体アンモニア及びアンモニアガスは、導入口３６から筐体３１内に導入された後、隙間４０及び空間３８を流れて吸着材３２に吸着される。このように液体アンモニア配管２３内及びアンモニアガス配管２４，２５内の圧力が規定圧以上になることで、安全弁２６及び安全弁２７が開いても、安全弁２６から排出された液体アンモニア及び安全弁２７から排出されたアンモニアガスはアンモニア保持タンク２８に保持されることになる。これにより、気化器２２に供給される液体アンモニアとアンモニアエンジン２及び改質器１０に供給されるアンモニアガスとが大気中に放出されることが防止される。

ここで、安全弁２６から排出された液体アンモニア及び安全弁２７から排出されたアンモニアガスを、吸着材３２に吸着させずに単にタンクに溜めることも考えられる。しかし、この場合には、タンクの体格がかなり大型（例えば２０倍程度）になってしまう。本実施形態では、筐体３１内に吸着材３２を配置することにより、液体アンモニア及びアンモニアガスを単にタンクに溜める場合に比べて、アンモニア保持タンク２８の体格を十分に小さくしつつ、安全弁２６から排出された液体アンモニア及び安全弁２７から排出されたアンモニアガスを回収することができる。

また、本実施形態では、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２に吸着される際に発生した熱が吸熱部材３３に吸収される。従って、吸着材３２が熱くなることが防止されるため、吸着材３２の吸着性能が十分に確保される。

また、本実施形態では、吸熱部材３３は、吸着材３２の上側に配置されている。このため、吸着材３２及び吸熱部材３３が筐体３１内にスペース効率良く配置されると共に、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２に吸着される際に発生した熱が吸熱部材３３に効果的に吸収される。

また、本実施形態では、導入口３６から筐体３１内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスは、吸熱部材３３と筐体３１の内側面３４ａとの間の隙間４０と連結部材３７に設けられた空間３８とを順に流れて吸着材３２に吸着される。従って、吸熱部材３３に孔加工を施さなくても、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２に導かれる。また、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２に吸着される際に発生した熱は、連結部材３７を介して吸熱部材３３に吸収される。

また、本実施形態では、筐体３１の上下方向に配置された複数の吸着材３２の厚さ寸法を小さくすることにより、吸着材３２が液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着することで膨張しても、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２の全域に達しやすくなる。従って、吸着材３２の下側領域が液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着しない無駄な領域になることが防止される。

図４は、図２に示されたアンモニア保持タンク２８の変形例を示す断面図である。図４において、本変形例のアンモニア保持タンク２８は、上記の筐体３１及び吸着材３２と、吸熱部材４３とを有している。

吸熱部材４３には、筐体３１の上下方向に貫通する複数（ここでは４つ）の貫通孔４４が設けられている。これらの貫通孔４４は、導入口３６から筐体３１内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着材３２に導くアンモニア流路を構成している。貫通孔４４は、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２の大部分に吸着されるように設けられている。貫通孔４４は、例えば図５に示されるように、吸熱部材４３の径方向中心Ｇに対して点対称となるように配置されている。なお、貫通孔４４の数は、１つであってもよい。

導入口３６から筐体３１内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスは、吸熱部材４３の各貫通孔４４を流れて吸着材３２の上面に達すると共に、隙間４０を流れて吸着材３２の側面に達する。そして、液体アンモニア及びアンモニアガスは、吸着材３２の上面及び側面から吸着材３２の内部に入り込んで吸着される。

このような本実施形態では、導入口３６から筐体３１内に導入された液体アンモニア及びアンモニアガスは、吸熱部材４３の貫通孔４４を流れて吸着材３２に吸着される。従って、アンモニア保持タンク２８の上下方向の寸法を小さくしつつ、液体アンモニア及びアンモニアガスを吸着材３２に導くことができる。また、液体アンモニア及びアンモニアガスが吸着材３２に吸着される際に発生した熱は、吸熱部材３３に直接吸収される。

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、吸着材３２及び吸熱部材３３は、筐体３１の上下方向に複数ずつ交互に配置されているが、特にそのような形態には限られない。吸着材３２及び吸熱部材３３または吸熱部材４３の数は、それぞれ１つであってもよい。

また、上記実施形態では、筐体３１の蓋３５に導入口３６が１つのみ設けられ、この導入口３６から筐体３１内に液体アンモニア及びアンモニアガスが導入されているが、特にそのような形態には限られない。導入口３６の数は、複数であってもよい。

また、液体アンモニア導入用の導入口とアンモニアガス導入用の導入口とを蓋３５に別々に設けてもよい。この場合には、安全弁２６と液体アンモニア導入用の導入口とがドレイン配管２９により接続されると共に、安全弁２７とアンモニアガス導入用の導入口とがドレイン配管３０により接続されてもよい。

また、上記実施形態では、筐体３１の上部に導入口３６が設けられているが、特にその形態には限られず、筐体３１の側部に導入口３６を設けてもよい。この場合には、吸着材３２及び吸熱部材３３または吸熱部材４３は、筐体３１内において筐体３１の上下方向に垂直な方向に並んで配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、吸着材３２は、液体アンモニア及びアンモニアガスを物理吸着しているが、特にその形態には限られず、例えば液体アンモニア及びアンモニアガスを化学吸着する吸着材を使用してもよい。

また、上記実施形態では、吸着材３２から発生した熱を吸収する吸熱部材３３または吸熱部材４３が筐体３１内に配置されているが、特にその形態には限られず、吸熱部材３３または吸熱部材４３は無くてもよい。例えば、筐体３１の外周面に、筐体３１の温度を検出する温度計と筐体３１を冷却するペルチェ素子とが取り付けられていてもよい。この場合には、吸着材３２から発生した熱により筐体３１の温度が所定温度まで上昇すると、ペルチェ素子を動作させることで筐体３１の外部に熱が放出される。このような構成では、吸熱部材３３または吸熱部材４３が無い分だけ、アンモニア保持タンクの軽量化を図ることができる。

また、上記実施形態では、改質部１８は、アンモニアガスを燃焼させる機能とアンモニアガスを水素に分解する機能とを併せ持ったＡＴＲ触媒１８ａを有しているが、特にそのような形態には限られない。改質部１８は、アンモニアガスを燃焼させる燃焼触媒と、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒とを別々に有していてもよい。

また、上記実施形態では、電気ヒータ１９により改質部１８が加熱されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、管状火炎等のような燃焼器を用いて改質部１８を加熱してもよい。

１…アンモニアエンジンシステム、２…アンモニアエンジン、５…メインインジェクタ（第１アンモニア供給弁）、８…第１空気供給部、１０…改質器、１３…改質インジェクタ（第２アンモニア供給弁）、１４…改質ガス配管、２０…第２空気供給部、２１…アンモニア貯蔵タンク、２２…気化器、２３…液体アンモニア配管、２４，２５…アンモニアガス配管、２６…安全弁（第１安全弁）、２７…安全弁（第２安全弁）、２８…アンモニア保持タンク、２９，３０…ドレイン配管、３１…筐体、３２…吸着材、３３…吸熱部材、３４ａ…内側面、３６…導入口、３７…連結部材、３８…空間（アンモニア流路）、４０…隙間（アンモニア流路）、４３…吸熱部材、４４…貫通孔（アンモニア流路）。

Claims (7)

1. アンモニアガスが燃焼するアンモニアエンジンと、
   前記アンモニアガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、
   前記改質器より生成された前記改質ガスが前記アンモニアエンジンに向けて流れる改質ガス配管と、
   前記アンモニアエンジンに空気を供給する第１空気供給部と、
   前記改質器に空気を供給する第２空気供給部と、
   前記アンモニアエンジンに向けて前記アンモニアガスを供給する第１アンモニア供給弁と、
   前記改質器に向けて前記アンモニアガスを供給する第２アンモニア供給弁と、
   液体アンモニアを貯蔵するアンモニア貯蔵タンクと、
   前記アンモニア貯蔵タンクに貯蔵された前記液体アンモニアを気化させて前記アンモニアガスを生成する気化器と、
   前記アンモニア貯蔵タンクから前記気化器に前記液体アンモニアが流れる液体アンモニア配管と、
   前記気化器から前記第１アンモニア供給弁及び前記第２アンモニア供給弁に前記アンモニアガスが流れるアンモニアガス配管と、
   前記液体アンモニア配管に配設され、前記液体アンモニア配管内の圧力が規定圧以上になると開く第１安全弁と、
   前記アンモニアガス配管に配設され、前記アンモニアガス配管内の圧力が規定圧以上になると開く第２安全弁と、
   前記第１安全弁及び前記第２安全弁とドレイン配管を介して接続され、前記第１安全弁から排出された前記液体アンモニアと前記第２安全弁から排出された前記アンモニアガスとを保持するアンモニア保持タンクとを備え、
   前記アンモニア保持タンクは、前記ドレイン配管と連結され、前記液体アンモニア及び前記アンモニアガスを導入する導入口を有する筐体と、前記筐体内に配置され、前記液体アンモニア及び前記アンモニアガスを吸着する吸着材とを有し、
   前記筐体内には、前記導入口から導入された前記液体アンモニア及び前記アンモニアガスを前記吸着材まで導くアンモニア流路が設けられているアンモニアエンジンシステム。
2. 前記アンモニア保持タンクは、前記筐体内に配置され、前記吸着材から発生した熱を吸収する吸熱部材を更に有する請求項１記載のアンモニアエンジンシステム。
3. 前記導入口は、前記筐体の上部に設けられており、
   前記吸熱部材は、前記吸着材の上側に配置されている請求項２記載のアンモニアエンジンシステム。
4. 前記吸着材と前記吸熱部材との間には、前記液体アンモニア及び前記アンモニアガスが流れる空間を有し、前記吸着材と前記吸熱部材とを連結する連結部材が配置されており、
   前記吸熱部材と前記筐体の内側面との間には、隙間が設けられており、
   前記隙間及び前記空間は、前記アンモニア流路を形成している請求項３記載のアンモニアエンジンシステム。
5. 前記吸熱部材には、前記筐体の上下方向に貫通する貫通孔が設けられており、
   前記貫通孔は、前記アンモニア流路を形成している請求項３記載のアンモニアエンジンシステム。
6. 前記導入口は、前記筐体の上部に設けられており、
   前記吸着材は、前記筐体の上下方向に複数配置されている請求項１記載のアンモニアエンジンシステム。
7. 前記複数の吸着材の上側には、前記吸着材から発生した熱を吸収する吸熱部材がそれぞれ配置されている請求項６記載のアンモニアエンジンシステム。

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