JP5315493B1

JP5315493B1 - 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

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Publication number: JP5315493B1
Application number: JP2012147777A
Authority: JP
Inventors: 武史畑中
Original assignee: 武史畑中
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: JP2013256935A

Abstract

【課題】水素リッチアンモニアを燃料とする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ものである。
【解決手段】次世代カーボンフリー動力装置が水素リッチアンモニアと燃焼用空気とを燃焼させて高温燃焼ガスを生成する水素リッチアンモニア燃焼部１３を備え、水素リッチアンモニア燃焼部が、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て尿素水からアンモニアをオンデマンドにて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７０を備え、前記アンモニアの残部と前記水素リッチガスとの混合ガスを前記水素リッチアンモニアとして燃焼室３８に還流することにより次世代カーボンフリー動力装置の小型高性能化を図り、この次世代カーボンフリー動力装置により駆動される次世代カーボンフリー移動体の実現化により地球温暖化防止に貢献する。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

米国特許第４４８０５９５号米国特許第４７５０４５３号特開平第０５−３３２１５２号米国特許公開公報第２０１０／００１９５０６号特開平第２００９−８５１６８号特開平第２００９−８５１６９号特開平第２００９−９７４２２号特開平第２００９−９７４１９号日本国特許第４８５３４５１号米国特許公開公報第２０１１／０００８６９４号米国特許公開公報第２０１１／０２５９２９０号米国特許公開公報第２０１１／０２６４３５５号米国特許公開公報第２０１０／０２８８２４９号米国特許公開公報第２０１１／００１１３５４号米国特許第８０２５０３３号特開平第２０１０−１９１９５号

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

請求項２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。

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。

請求項４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。

請求項５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。

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。

請求項２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。

請求項３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。

請求項４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。

請求項５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。

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。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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＳｉＯ_３及びＫ_２ＳｉＯ_３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。

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。

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。

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。

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。

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。

アンモニア分解触媒としては、例えば、イタリア国５２０ＥＳＧＥＴＴＥＲＳ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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特徴とする次世代カーボンフリー動力装置。
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記載の次世代カーボンフリー動力装置。
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又は２記載の次世代カーボンフリー動力装置。
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１〜３のいずれかに記載の次世代カーボンフリー動力装置。
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特徴とする次世代カーボンフリー移動体。