JP6078056B2 - アンモニアエンジン - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニアガスを燃料とするアンモニアエンジンに関する。
近年、地球温暖化防止などの環境保全の観点から、再生可能な燃料を用いたエンジンとして、アンモニアエンジンが着目されている。しかし、アンモニアエンジンは、難燃性のアンモニアガスを燃料としているため、アンモニアガスを燃え易くするための工夫が必要になる。このため、従来のアンモニアエンジンは、燃焼室に複数の点火プラグを配置し、点火火災核を複数の箇所で生成することによって、アンモニアガスを容易に燃焼させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この種のアンモニアエンジンにあっては、燃焼室内に供給されたアンモニアガスの燃焼効率が依然として低いため、未だ実用化されていないのが現状である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃焼効率を向上させることができるアンモニアエンジンを提供することを目的とする。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃焼効率を向上させることができるアンモニアエンジンを提供することを目的とする。
前記目的を達成するための本発明のアンモニアエンジンは、シリンダの燃焼室内に燃料としてアンモニアガスが供給されるアンモニアエンジンであって、前記燃焼室内に配置され、当該燃焼室内に供給されたアンモニアガスを窒素ガスと水素ガスとに分解する触媒部材を備えていることを特徴とする。
本発明のアンモニアエンジンによれば、シリンダの燃焼室内に供給されたアンモニアガスは、触媒部材に接触することにより窒素ガスと水素ガスとに分解されるため、分解後の水素ガスは燃焼室内の雰囲気中の酸素と結合することで燃焼し易くなる。しかも、燃焼室内に配置された触媒部材の容積分だけ燃焼室の容積が減少してアンモニアエンジンの圧縮比が高くなるため、その圧縮熱により燃焼室内を昇温させることができるとともに、アンモニアガスが高密度になることで触媒部材に接触するアンモニアガスを増加させることができる。これにより、燃焼室内に供給されたアンモニアガスを燃焼し易い水素ガスに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率を向上させることができる。
前記触媒部材は、前記燃焼室内で発生した熱を蓄熱する蓄熱機能を有することが好ましい。
この場合、触媒部材に蓄熱された熱により、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
この場合、触媒部材に蓄熱された熱により、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
前記シリンダは、筒状に形成されたシリンダライナと、前記シリンダライナ内にその軸方向に往復移動可能に設けられたピストンと、前記シリンダライナの軸方向一端部に配置されて前記ピストンとの間に前記燃焼室を形成しているシリンダヘッドと、を有し、前記触媒部材は、前記シリンダヘッド又は前記シリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有していることが好ましい。
この場合、触媒部材は、シリンダの固定側となるシリンダヘッド又はシリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有しているため、シリンダの可動側となるピストンに取り付ける場合に比べて、ピストンの往復移動による慣性力等の外力が作用するのを抑制することができる。したがって、アンモニアエンジンの駆動中に触媒部材が破損するのを抑制することができる。
この場合、触媒部材は、シリンダの固定側となるシリンダヘッド又はシリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有しているため、シリンダの可動側となるピストンに取り付ける場合に比べて、ピストンの往復移動による慣性力等の外力が作用するのを抑制することができる。したがって、アンモニアエンジンの駆動中に触媒部材が破損するのを抑制することができる。
前記シリンダは、筒状に形成されたシリンダライナと、前記シリンダライナ内にその軸方向に往復移動可能に設けられたピストンと、前記シリンダライナの軸方向一端部に配置されて前記ピストンとの間に前記燃焼室を形成しているシリンダヘッドと、を有し、前記触媒部材は、前記シリンダヘッド又は前記シリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有し、前記アンモニアエンジンは、前記固定側触媒部を加熱する加熱装置をさらに備えていることが好ましい。
この場合、触媒部材は、シリンダの固定側となるシリンダヘッド又はシリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有しているため、シリンダの可動側となるピストンに取り付ける場合に比べて、ピストンの往復移動による慣性力等の外力が作用するのを抑制することができる。したがって、アンモニアエンジンの駆動中に触媒部材が破損するのを抑制することができる。
また、アンモニアエンジンは固定側触媒部を加熱する加熱装置を備えているため、アンモニアエンジンの始動後に固定側触媒部が燃焼室内で発生した熱を蓄熱できる状態になるまで、加熱装置により固定側触媒部を加熱することができる。これにより、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
この場合、触媒部材は、シリンダの固定側となるシリンダヘッド又はシリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有しているため、シリンダの可動側となるピストンに取り付ける場合に比べて、ピストンの往復移動による慣性力等の外力が作用するのを抑制することができる。したがって、アンモニアエンジンの駆動中に触媒部材が破損するのを抑制することができる。
また、アンモニアエンジンは固定側触媒部を加熱する加熱装置を備えているため、アンモニアエンジンの始動後に固定側触媒部が燃焼室内で発生した熱を蓄熱できる状態になるまで、加熱装置により固定側触媒部を加熱することができる。これにより、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
前記アンモニアエンジンは、前記シリンダヘッドに取り付けられ、アンモニアガスから分解された水素ガスを点火させる点火部を有する点火装置をさらに備え、前記固定側触媒部の前記点火部の近傍には、前記水素ガスを燃焼させるための予燃室が形成されていることが好ましい。
この場合、予燃室においてアンモニアガスから分解された水素ガスを点火部により効率良く燃焼させることができる。
この場合、予燃室においてアンモニアガスから分解された水素ガスを点火部により効率良く燃焼させることができる。
前記固定側触媒部には、前記燃焼室内にアンモニアガスを供給するための供給通路、及び前記燃焼室内で発生する燃焼後の排気ガスを外部へ排出するための排出通路のうちの少なくとも一方の通路が形成されていることが好ましい。
この場合、供給通路及び／又は排出通路を、固定側触媒部と別体として設ける場合に比べて、部品点数が少なくなるため、アンモニアエンジンの構成を簡素化することができる。
この場合、供給通路及び／又は排出通路を、固定側触媒部と別体として設ける場合に比べて、部品点数が少なくなるため、アンモニアエンジンの構成を簡素化することができる。
前記触媒部材は、前記ピストンの前記燃焼室側の端面に取り付けられた可動側触媒部をさらに有していることが好ましい。
この場合、可動側触媒部の容積分だけ燃焼室の容積がさらに減少して、アンモニアエンジンの圧縮比がさらに高くなるため、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができる。
この場合、可動側触媒部の容積分だけ燃焼室の容積がさらに減少して、アンモニアエンジンの圧縮比がさらに高くなるため、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができる。
前記固定側触媒部には、前記燃焼室内にアンモニアガスを供給するための供給通路、及び前記燃焼室内で発生する燃焼後の排気ガスを外部へ排出するための排出通路のうちの少なくとも一方の通路が形成され、前記可動側触媒部は、前記ピストンの移動により前記少なくとも一方の通路に挿入可能に配置されていることが好ましい。
この場合、ピストンが移動したときに可動側触媒部は固定側触媒部の供給通路及び／又は排出通路に挿入されるため、両触媒部が干渉するのを防止することができる。
この場合、ピストンが移動したときに可動側触媒部は固定側触媒部の供給通路及び／又は排出通路に挿入されるため、両触媒部が干渉するのを防止することができる。
前記触媒部材はニッケルからなることが好ましい。
この場合、触媒部材は、耐熱性、耐圧性及び耐振性に優れたニッケルからなるため、触媒部材の長寿命化を図ることができる。
この場合、触媒部材は、耐熱性、耐圧性及び耐振性に優れたニッケルからなるため、触媒部材の長寿命化を図ることができる。
前記シリンダは断熱されていることが好ましい。この場合、シリンダの燃焼室内で発生した熱がシリンダの外方へ放出されるのを抑制することができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
前記アンモニアエンジンは、前記燃焼室内にアンモニアガスと酸素ガスとを混合した混合ガスを供給する供給装置をさらに備えていることが好ましい。
この場合、燃焼室内においてアンモニアガスから分解された水素ガスを、混合ガスに含まれる酸素ガスと結合して燃焼させることができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
この場合、燃焼室内においてアンモニアガスから分解された水素ガスを、混合ガスに含まれる酸素ガスと結合して燃焼させることができるため、アンモニアエンジンの燃焼効率をさらに向上させることができる。
本発明のアンモニアエンジンによれば、燃焼効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るアンモニアエンジンの側断面図である。図１において、本実施形態のアンモニアエンジン１は、内部に燃焼室２１を有するシリンダ２と、燃焼室２１内にアンモニアガス（燃料）と空気とを混合した混合ガスを供給する供給装置３と、燃焼室２１内に供給された混合ガスを燃焼させる点火装置４と、燃焼後の排気ガスを燃焼室２１から外部へ排出する排出装置５と、燃焼室２１内に配置された触媒部材６とを備えている。
図１は本発明の第１実施形態に係るアンモニアエンジンの側断面図である。図１において、本実施形態のアンモニアエンジン１は、内部に燃焼室２１を有するシリンダ２と、燃焼室２１内にアンモニアガス（燃料）と空気とを混合した混合ガスを供給する供給装置３と、燃焼室２１内に供給された混合ガスを燃焼させる点火装置４と、燃焼後の排気ガスを燃焼室２１から外部へ排出する排出装置５と、燃焼室２１内に配置された触媒部材６とを備えている。
シリンダ２は、支持部材９により支持されている円筒状のシリンダライナ２２と、シリンダライナ２２内にその上下方向（軸方向）に往復移動可能に設けられたピストン２３と、シリンダライナ２２の上端部（軸方向一端部）に配置されたシリンダヘッド２４とを有している。シリンダヘッド２４は、例えば椀状に形成されており、その開口を下方に向けた状態でシリンダライナ２２に固定されている。シリンダライナ２２の内周面と、ピストン２３の上面と、シリンダヘッド２４の内面２４ｃとによって囲まれた空間が、燃焼室２１とされており、この燃焼室２１内に供給された混合ガスは、ピストン２３が上昇することにより圧縮される。また、シリンダヘッド２４には、混合ガスを燃焼室２１内に供給するための供給孔２４ａ、及び前記排気ガスを外部へ排出するための排出孔２４ｂが形成されている。
支持部材９は、シリンダライナ２２の外周面が嵌合される断面円状の壁面９ａを有しており、この壁面９ａには、環状の凹溝９ａ１が軸方向に所定間隔をあけて複数形成されている。各凹溝９ａ１とシリンダライナ２２の外周面とによって囲まれた環状空間は、燃焼室２１内で発生した熱がシリンダライナ２２の外方へ放出されるのを抑制するための断熱空間Ｓ１として構成されている。
点火装置４は、例えば点火プラグからなり、シリンダヘッド２４の中心部において、その厚さ方向に貫通して固定されている。点火装置４の下端部には、燃焼室２１内に供給された混合ガス中のアンモニアガスから分解された水素ガスを点火させる点火部４ａが設けられている。
供給装置３は、供給孔２４ａを開閉する供給弁３ａを備えており、図示しない駆動手段により供給弁３ａを開放駆動することにより、供給孔２４ａから燃焼室２１内に混合ガスが供給されるようになっている。
排出装置５は、排出孔２４ｂを開閉する排出弁５ａを備えており、図示しない駆動手段により排出弁５ａを開放駆動することにより、燃焼室２１内の燃焼後の排気ガスが排出孔２４ｂから排出されるようになっている。
排出装置５は、排出孔２４ｂを開閉する排出弁５ａを備えており、図示しない駆動手段により排出弁５ａを開放駆動することにより、燃焼室２１内の燃焼後の排気ガスが排出孔２４ｂから排出されるようになっている。
触媒部材６は、燃焼室２１内において混合ガスに含まれるアンモニアガスが接触することにより、当該アンモニアガス（ＮＨ３）を、下記式（１）に示すように、窒素ガス（Ｎ２）と水素ガス（Ｈ２）とに分解するものである。
２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２ ・・・（１）
分解後の水素ガスは、点火装置４の点火部４ａで発生する火花により、燃焼室２１内の雰囲気中の酸素（混合ガス中の空気に含まれる酸素）と結合して燃焼するようになっている。
２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２ ・・・（１）
分解後の水素ガスは、点火装置４の点火部４ａで発生する火花により、燃焼室２１内の雰囲気中の酸素（混合ガス中の空気に含まれる酸素）と結合して燃焼するようになっている。
ところで、水素ガスは、アンモニアガスを分解すると、前記式（１）に示すように、モル数が２倍になることで、体積が２倍になって体積膨張するため、燃焼室２１外でアンモニアガスを分解して、その分解後に体積膨張した水素ガスをすべて燃焼室２１内に供給することは困難になる。これに対して、本実施形態では、燃焼室２１内でアンモニアガスを分解しているため、燃焼室２１内で前記体積膨張した水素ガスは燃焼室２１から外部へほとんど排出されることなく、燃焼に使用することができる。このため、本実施形態では、燃焼室２１外でアンモニアガスを分解する場合に比べて、分解後の水素ガスを、燃焼室２１内に多く取り入れることができ、その分、アンモニアエンジン１の出力を向上させることができる。
また、アンモニアガスは、通常、高温で水素ガスと窒素ガスとに分解されるが、アンモニアガスを触媒部材６に接触させることにより、その分解温度を効果的に低減することができる。
また、アンモニアガスは、通常、高温で水素ガスと窒素ガスとに分解されるが、アンモニアガスを触媒部材６に接触させることにより、その分解温度を効果的に低減することができる。
触媒部材６は、燃焼室２１内で発生した熱を蓄熱する蓄熱機能を有しており、その蓄熱された熱により、燃焼室２１内に供給された混合ガスの温度を上昇させるようになっている。さらに、触媒部材６は、燃焼室２１内に配置されており、触媒部材６の容積分だけ燃焼室２１の容積を減少させ、アンモニアエンジン１の圧縮比を高くしている。このように、燃焼室２１内は、触媒部材６によって高温及び高圧の状態となるため、アンモニアガスを効率良く分解することができる。
なお、本発明における触媒部材６としては、例えば、コバルト、ニッケル、クロム、セリウム、鉄、銅、白金、チタン、マンガン、モリブデン、タングステン、パラジウム、ルテニウム、バナジウム、ジルコニウム、ビスマス、シリコンなどの金属部材、並びにこれらの合金（焼結合金を含む）又はメッキなどが挙げられる。本実施形態の触媒部材６は、高温及び高圧の状態で用いられるため、耐熱性、耐圧性及び耐振性に優れ、かつコスト面を考慮して、ニッケルメッキが用いられている。
図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図１及び図２において、触媒部材６は、シリンダヘッド２４の内面２４ｃに取り付けられている固定側触媒部７と、ピストン２３の上面に取り付けられている可動側触媒部８とによって構成されている。
固定側触媒部７は、例えば扁平半球状に形成されており、その全体がシリンダヘッド２４の内部に収納されている。
固定側触媒部７は、例えば扁平半球状に形成されており、その全体がシリンダヘッド２４の内部に収納されている。
固定側触媒部７の球状の外周面７ａは、図１に示すように、円環状の第１〜第４環状板１０〜１３を介して、シリンダヘッド２４の内面２４ｃに固定されている。第１環状板１０は、固定側触媒部７の窪み７ｅ（後述）の開口の外側を覆うように配置されている。第２，第３環状板１１，１２は、供給通路７ｃ（後述）及び排出通路７ｄ（後述）の開口の外側をそれぞれ覆うように配置されている。第４環状板１３は、固定側触媒部７の外周面７ａの下端部を全周に亘って覆うように配置されている。固定側触媒部７の外周面７ａとシリンダヘッド２４の内面２４ｃと第１環状板１０と第４環状板１３とによって囲まれた空間（第２及び第３環状板１１，１２の各内側の空間を除く）は、燃焼室２１内で発生した熱が、固定側触媒部７を介してシリンダヘッド２４の外方へ放出されるのを抑制するための断熱空間Ｓ２として構成されている。
図１及び図２に示すように、固定側触媒部７には、シリンダヘッド２４の供給孔２４ａに対向する位置に、燃焼室２１内に混合ガスを供給するための断面円状の供給通路７ｃが上下方向に貫通して形成されている。供給通路７ｃは、固定側触媒部７の外周面７ａから内面７ｈに向かうに従って、当該供給通路７ｃの孔径が漸次拡大するように形成されており、この供給通路７ｃ内において供給弁３ａが往復移動するようになっている。
また、固定側触媒部７には、シリンダヘッド２４の排出孔２４ｂに対向する位置に、燃焼室２１で発生する燃焼後の排気ガスを外部へ排出するための断面円状の排出通路７ｄが上下方向に貫通して形成されている。排出通路７ｄは、固定側触媒部７の外周面７ａから内面７ｈに向かうに従って、当該排出通路７ｄの孔径が漸次拡大するように形成されており、この排出通路７ｄ内において排出弁５ａが往復移動するようになっている。
図１において、固定側触媒部７の外周面７ａの中央部には、点火部４ａの周りに略円錐状の窪み７ｅが形成されている。この窪み７ｅとシリンダヘッド２４の内面２４ｃとによって囲まれた空間は、点火部４ａの近傍でアンモニアガスから分解された水素ガスを燃焼させるための予燃室７ｆとされている。固定側触媒部７の窪み７ｅには、供給通路７ｃ、排出通路７ｄ及び予燃室７ｆ下方の燃焼室２１にそれぞれ連通する複数の小孔７ｇが放射状に延びて形成されている（図２も参照）。
以上の構成により、ピストン２３が上昇すると（図４参照）、燃焼室２１内の混合ガスの一部が、小孔７ｇに入り込んで圧縮されながら、高温の固定側触媒部７に接触することにより、混合ガス中のアンモニアガスが分解され、その分解後の水素ガスが予燃室７ｆ内に導入される。この状態で、点火部４ａにより予燃室７ｆ内の水素ガスを点火すると、予燃室７ｆ内は、水素ガスの燃焼により高圧になることで、その燃焼による炎が、各小孔７ｇを通過して予燃室７ｆ下方の燃焼室２１内へ放射状に勢いよく伝播する。これにより、燃焼室２１に存在する未燃の水素ガスを効率良く燃焼させることができる。
図３は、可動側触媒部８を示す図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。また、図４は、ピストン２３を上昇させた状態を示すアンモニアエンジン１の側断面図である。図３及び図４において、可動側触媒部８は、ピストン２３の上方に配置された円板状の基板部８ａと、この基板部８ａの上面に突設された第１突出部８ｂ及び第２突出部８ｃとによって構成されている。
基板部８ａは、ピストン２３の上面（燃焼室２１側の端面）に円環状の第５環状板１５を介して固定されており、ピストン２３の上面と、基板部８ａの下面と、第５環状板１５とによって囲まれた隙間は、燃焼室２１内で発生した熱が、可動側触媒部８を介してピストン２３側へ放出されるのを抑制するための断熱空間Ｓ３として構成されている。この断熱空間Ｓ３と、上述の断熱空間Ｓ１，Ｓ２とによって、シリンダ２は断熱されている。
第１突出部８ｂは、例えば截頭円錐体状に形成されており、図４に示すように、ピストン２３の上昇により、固定側触媒部７における供給通路７ｃに挿入されるようになっている。第１突出部８ｂの上面は、供給通路７ｃに挿入されたときに供給弁３ａと干渉しないように、水平面に対して傾斜して形成されている。
第２突出部８ｃは、例えば截頭円錐体状に形成されており、図４に示すように、ピストン２３の上昇により、固定側触媒部７における排出通路７ｄに挿入されるようになっている。第２突出部８ｃの上面は、排出通路７ｄに挿入されたときに排出弁５ａと干渉しないように、水平面に対して傾斜して形成されている。
以上、本実施形態のアンモニアエンジン１によれば、シリンダ２の燃焼室２１内に供給された混合ガス中のアンモニアガスは、触媒部材６に接触することにより、窒素ガスと水素ガスとに分解されるため、分解後の水素ガスは燃焼室２１内の雰囲気中の酸素と結合することで燃焼し易くなる。しかも、燃焼室２１内に配置された触媒部材６の容積分だけ燃焼室２１の容積が減少して、アンモニアエンジン１の圧縮比が高くなるため、その圧縮熱により燃焼室２１内を昇温させることができるとともに、アンモニアガスが高密度になることで触媒部材６に接触するアンモニアガスを増加させることができる。これにより、燃焼室２１内に供給されたアンモニアガスを燃焼し易い水素ガスに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジン１の燃焼効率及び出力を向上させることができる。
また、触媒部材６は、燃焼室２１内で発生した熱を蓄熱する蓄熱機能を有しているため、触媒部材６に蓄熱された熱により、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができる。これにより、アンモニアエンジン１の燃焼効率をさらに向上させることができる。
また、触媒部材６は、シリンダ２の固定側となるシリンダヘッド２４に取り付けられた固定側触媒部７を有しているため、シリンダ２の可動側となるピストン２３に取り付ける場合に比べて、ピストン２３の往復移動による慣性力等の外力が作用するのを抑制することができる。したがって、アンモニアエンジン１の駆動中に触媒部材６が破損するのを抑制することができる。
また、固定側触媒部７の点火部４ａの近傍に、アンモニアガスから分解された水素ガスを燃焼させるための予燃室７ｆが形成されているため、予燃室７ｆにおいてアンモニアガスから分解された水素ガスを点火部４ａにより効率良く燃焼させることができる。
また、固定側触媒部７には、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄが形成されているため、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄを固定側触媒部７と別体として設ける場合に比べて、部品点数を少なくすることができる。これにより、アンモニアエンジン１の構成を簡素化することができる。
また、固定側触媒部７には、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄが形成されているため、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄを固定側触媒部７と別体として設ける場合に比べて、部品点数を少なくすることができる。これにより、アンモニアエンジン１の構成を簡素化することができる。
また、ピストン２３の燃焼室２１側の端面（上面）に可動側触媒部８が取り付けられているため、可動側触媒部８の容積分だけ燃焼室２１の容積をさらに減少させることができる。これにより、アンモニアエンジン１の圧縮比をさらに高くすることができるため、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができる。また、ピストン２３が上昇したときに可動側触媒部８は固定側触媒部７の供給通路７ｃ及び排出通路７ｄに挿入されるため、両触媒部７，８が干渉するのを防止することができる。
また、触媒部材６は、耐熱性、耐圧性及び耐振性に優れたニッケルメッキからなるため、触媒部材６の長寿命化を図ることができる。
シリンダ２は断熱空間Ｓ１〜Ｓ３によって断熱されているため、シリンダ２の燃焼室２１内で発生した熱がシリンダ２の外方へ放出されるのを抑制することができる。これにより、アンモニアエンジン１の燃焼効率をさらに向上させることができる。
また、アンモニアエンジン１は、燃焼室２１内にアンモニアガスと空気とを混合した混合ガスを供給する供給装置３を備えているため、燃焼室２１内においてアンモニアガスから分解された水素ガスを、混合ガス中の空気に含まれる酸素ガスと結合して燃焼させることができる。これにより、アンモニアエンジン１の燃焼効率をさらに向上させることができる。
図５は、本発明の第２実施形態に係るアンモニアエンジン１の側断面図である。また、図６は、そのアンモニアエンジン１における固定側触媒部７の平面図である。
図５及び図６に示すように、本実施形態におけるアンモニアエンジン１は、固定側触媒部７を加熱する加熱装置１６を備えている。この加熱装置１６は、例えば、渦巻状に形成された一対の電熱線１６ａを有している。各電熱線１６ａは、固定側触媒部７の外周面７ａにおいて平面視略楕円状に形成された一対の凹部７ａ１にそれぞれ収容されている。なお、凹部７ａ１の形状は、平面視略楕円状以外に、平面視矩形状など他の形状に形成されていてもよい。
図５及び図６に示すように、本実施形態におけるアンモニアエンジン１は、固定側触媒部７を加熱する加熱装置１６を備えている。この加熱装置１６は、例えば、渦巻状に形成された一対の電熱線１６ａを有している。各電熱線１６ａは、固定側触媒部７の外周面７ａにおいて平面視略楕円状に形成された一対の凹部７ａ１にそれぞれ収容されている。なお、凹部７ａ１の形状は、平面視略楕円状以外に、平面視矩形状など他の形状に形成されていてもよい。
加熱装置１６は、アンモニアエンジン１の始動直前に作動を開始することで、アンモニアエンジン１の始動直前及び始動直後の暖気運転中に固定側触媒部７を加熱するようになっている。そして、加熱装置１６は、アンモニアエンジン１が前記暖気運転から通常運転となり、且つ固定側触媒部７が燃焼室２１内で発生した熱により蓄熱できる状態になると、その作動を停止する。なお、本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
以上、本実施形態におけるアンモニアエンジン１によれば、固定側触媒部７が燃焼室２１内で発生した熱を蓄熱できる状態になるまで、加熱装置１６により固定側触媒部７を加熱することができる。これにより、アンモニアガスをさらに効率的に分解することができるため、アンモニアエンジン１の燃焼効率をさらに向上させることができる。
上述の実施の形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更は本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上記実施形態における触媒部材６は、蓄熱機能を有しているが、少なくともアンモニアガスを分解する触媒としての機能を有していればよい。
また、触媒部材６の固定側触媒部７は、シリンダヘッド２４に取り付けられているが、シリンダライナ２２の内周面に取り付けられていてもよい。この場合、シリンダライナ２２の内周面を触媒部材６によって保護することができる。
例えば、上記実施形態における触媒部材６は、蓄熱機能を有しているが、少なくともアンモニアガスを分解する触媒としての機能を有していればよい。
また、触媒部材６の固定側触媒部７は、シリンダヘッド２４に取り付けられているが、シリンダライナ２２の内周面に取り付けられていてもよい。この場合、シリンダライナ２２の内周面を触媒部材６によって保護することができる。
さらに、触媒部材６は、固定側触媒部７と可動側触媒部８とによって構成されているが、一方の触媒部のみによって構成されていてもよい。
また、触媒部材６は、シリンダ２に対して別体として設けられているが、シリンダ２と一体に形成されていてもよい。
また、固定側触媒部７には、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄが形成されているが、一方の通路のみが形成されたものであってもよい。この場合、可動側触媒部８は、その一方の通路に挿入される第１突出部８ｂ又は第２突出部８ｃを有していればよい。また、固定側触媒部７は、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄのいずれも形成されていないものであってもよい。
また、触媒部材６は、シリンダ２に対して別体として設けられているが、シリンダ２と一体に形成されていてもよい。
また、固定側触媒部７には、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄが形成されているが、一方の通路のみが形成されたものであってもよい。この場合、可動側触媒部８は、その一方の通路に挿入される第１突出部８ｂ又は第２突出部８ｃを有していればよい。また、固定側触媒部７は、供給通路７ｃ及び排出通路７ｄのいずれも形成されていないものであってもよい。
また、供給装置３は、アンモニアガスと空気とを混合した混合ガスを供給しているが、少なくともアンモニアガスと酸素ガスとを混合した混合ガスを供給すればよい。また、供給装置３は、アンモニアガスと空気（又は酸素ガス）とを個別に供給するようにしてもよい。
また、シリンダ２は、断熱空間Ｓ１〜Ｓ３によって断熱されているが、断熱材により断熱されていてもよい。
また、シリンダ２は、断熱空間Ｓ１〜Ｓ３によって断熱されているが、断熱材により断熱されていてもよい。
１ アンモニアエンジン
２ シリンダ
３ 供給装置
４ 点火装置
４ａ 点火部
６ 触媒部材
７ 固定側触媒部
７ｃ 供給通路
７ｄ 排出通路
７ｆ 予燃室
８ 可動側触媒部
１６ 加熱装置
２１ 燃焼室
２２ シリンダライナ
２３ ピストン
２４ シリンダヘッド
２ シリンダ
３ 供給装置
４ 点火装置
４ａ 点火部
６ 触媒部材
７ 固定側触媒部
７ｃ 供給通路
７ｄ 排出通路
７ｆ 予燃室
８ 可動側触媒部
１６ 加熱装置
２１ 燃焼室
２２ シリンダライナ
２３ ピストン
２４ シリンダヘッド
Claims (8)
- シリンダの燃焼室内に燃料としてアンモニアガスが供給されるアンモニアエンジンであって、
前記燃焼室内に配置され、当該燃焼室内に供給されたアンモニアガスを窒素ガスと水素ガスとに分解する触媒部材を備え、
前記シリンダは、筒状に形成されたシリンダライナと、前記シリンダライナ内にその軸方向に往復移動可能に設けられたピストンと、前記シリンダライナの軸方向一端部に配置されて前記ピストンとの間に前記燃焼室を形成しているシリンダヘッドと、を有し、
前記触媒部材は、前記シリンダヘッド又は前記シリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有しており、
前記シリンダヘッドに取り付けられ、アンモニアガスから分解された水素ガスを点火させる点火部を有する点火装置をさらに備え、
前記固定側触媒部の前記点火部の近傍には、前記水素ガスを燃焼させるための予燃室が形成されていることを特徴とするアンモニアエンジン。 - シリンダの燃焼室内に燃料としてアンモニアガスが供給されるアンモニアエンジンであって、
前記燃焼室内に配置され、当該燃焼室内に供給されたアンモニアガスを窒素ガスと水素ガスとに分解する触媒部材を備え、
前記シリンダは、筒状に形成されたシリンダライナと、前記シリンダライナ内にその軸方向に往復移動可能に設けられたピストンと、前記シリンダライナの軸方向一端部に配置されて前記ピストンとの間に前記燃焼室を形成しているシリンダヘッドと、を有し、
前記触媒部材は、前記シリンダヘッド又は前記シリンダライナに取り付けられた固定側触媒部を有しており、
前記固定側触媒部には、前記燃焼室内にアンモニアガスを供給するための供給通路、及び前記燃焼室内で発生する燃焼後の排気ガスを外部へ排出するための排出通路のうちの少なくとも一方の通路が形成されていることを特徴とするアンモニアエンジン。 - シリンダの燃焼室内に燃料としてアンモニアガスが供給されるアンモニアエンジンであって、
前記燃焼室内に配置され、当該燃焼室内に供給されたアンモニアガスを窒素ガスと水素ガスとに分解する触媒部材を備え、
前記シリンダは、筒状に形成されたシリンダライナと、前記シリンダライナ内にその軸方向に往復移動可能に設けられたピストンと、前記シリンダライナの軸方向一端部に配置されて前記ピストンとの間に前記燃焼室を形成しているシリンダヘッドと、を有し、
前記触媒部材は、前記シリンダヘッド又は前記シリンダライナに取り付けられた固定側触媒部と、前記ピストンの前記燃焼室側の端面に取り付けられた可動側触媒部と、を有し、
前記固定側触媒部には、前記燃焼室内にアンモニアガスを供給するための供給通路、及び前記燃焼室内で発生する燃焼後の排気ガスを外部へ排出するための排出通路のうちの少なくとも一方の通路が形成され、
前記可動側触媒部は、前記ピストンの移動により前記少なくとも一方の通路に挿入可能に配置されていることを特徴とするアンモニアエンジン。 - 前記触媒部材は、前記燃焼室内で発生した熱を蓄熱する蓄熱機能を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンモニアエンジン。
- 前記固定側触媒部を加熱する加熱装置をさらに備えている請求項４に記載のアンモニアエンジン。
- 前記触媒部材がニッケルからなる請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンモニアエンジン。
- 前記シリンダが断熱されている請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンモニアエンジン。
- 前記燃焼室内にアンモニアガスと酸素ガスとを混合した混合ガスを供給する供給装置をさらに備えている請求項１〜７のいずれか一項に記載のアンモニアエンジン。
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