特開 2024-163545 エンジン装置、及びエンジン装置のアンモニア漏洩検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163545

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】エンジン装置、及びエンジン装置のアンモニア漏洩検知方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20241115BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20241115BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20241115BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20241115BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20241115BHJP

   F02M 25/00 20060101ALI20241115BHJP

   F01P 11/00 20060101ALI20241115BHJP

   F01P 11/14 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 345

F02D19/02 A ZAB

F02M37/00 J

F02M21/02 F

F02D19/06 B

F02M21/02 N

F02M21/02 V

F02M25/00 F

F01P11/00 C

F01P11/14 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079264

(22)【出願日】2023-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】503116899

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ原動機

(71)【出願人】

【識別番号】000232818

【氏名又は名称】日本郵船株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】592007519

【氏名又は名称】京浜ドック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】増田 裕

(72)【発明者】

【氏名】眞島 豊

(72)【発明者】

【氏名】戸田 勝幸

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】亀高 秀也

【テーマコード（参考）】

3G092

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G092AB19

3G092AC08

3G092AC10

3G092FB06

3G092HE09Y

3G384AA14

3G384AA16

3G384AA22

3G384AA26

3G384BA11

3G384BA41

3G384BA47

3G384DA44

3G384FA00B

(57)【要約】

【課題】アンモニアを燃料として使用するレシプロエンジンの安全性を高めることを目的とする。
【解決手段】エンジン装置１は、アンモニアを燃料として使用するエンジン本体２と、エンジン本体２を冷却水で冷却する冷却水系統２５と、冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサ１２０と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアを燃料として使用するエンジン本体と、
前記エンジン本体を冷却水で冷却する冷却水系統と、
前記冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサと、を備える、
エンジン装置。

【請求項2】

前記冷却水系統は、前記冷却水が滞留する滞留部を備え、
前記センサとして、前記滞留部の気相中に発生したアンモニアガスを検出するガスセンサを備える、
請求項１に記載のエンジン装置。

【請求項3】

前記滞留部は、前記冷却水を貯留するバッファタンクである、
請求項２に記載のエンジン装置。

【請求項4】

前記滞留部は、前記エンジン本体よりも高い位置に設けられている、
請求項２または３に記載のエンジン装置。

【請求項5】

前記冷却水は、アルカリ性のインヒビターを含む、
請求項１～３のいずれか一項に記載のエンジン装置。

【請求項6】

前記センサとして、前記冷却水のｐＨを測定するｐＨセンサを備える、
請求項１～３のいずれか一項に記載のエンジン装置。

【請求項7】

前記ｐＨセンサは、前記エンジン本体を冷却した直後の冷却流路に設けられている、
請求項６に記載のエンジン装置。

【請求項8】

前記センサとして、前記冷却水に含まれるアンモニウムイオンを検出するイオンセンサを備える、
請求項１～３のいずれか一項に記載のエンジン装置。

【請求項9】

前記イオンセンサは、前記エンジン本体を冷却した直後の冷却流路に設けられている、
請求項８に記載のエンジン装置。

【請求項10】

前記エンジン本体は、アンモニアを燃料として使用する第１運転モードと、アンモニア以外の燃料を使用する第２運転モードと、に運転モードを切り替え可能であり、
前記エンジン本体が前記第１運転モードで運転しているときに、前記センサが前記冷却水へのアンモニアの混入を検出した場合、前記運転モードを前記第１運転モードから前記第２運転モードに切り替える、
請求項１～３のいずれか一項に記載のエンジン装置。

【請求項11】

アンモニアを燃料として使用するエンジン本体と、前記エンジン本体を冷却水で冷却する冷却水系統と、を備えるエンジン装置に、前記冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサを設置し、前記センサの検出結果に基づいてアンモニアの漏洩を検知する、
エンジン装置のアンモニア漏洩検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジン装置、及びエンジン装置のアンモニア漏洩検知方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、アンモニアを燃料とするアンモニア燃焼内燃機関において、機関にアンモニアを供給するためのアンモニア噴射弁又はアンモニア噴射弁にアンモニアを供給するためのアンモニア供給管からアンモニアが漏洩したときに漏洩したアンモニアが流通すると推測される空間領域内にアンモニア濃度センサを配置し、該アンモニア濃度センサにより検出されたアンモニア濃度に基づいてアンモニアが漏洩したか否かが判断されるアンモニア燃焼内燃機関が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１６３９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、地球温暖化対策として、温室効果ガスである二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出を削減することが求められている。アンモニア（ＮＨ_３）は、燃焼時に二酸化炭素を発生しない新たな燃料として注目されている。
しかしながら、アンモニアには毒性があり、水に溶けやすい性質を持っているため、上記従来の技術による、アンモニアが漏洩すると推測される空間領域以外に、水を媒介してアンモニアが漏洩したりすると、安全性について課題が生じる場合がある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアを燃料として使用するエンジン装置の安全性を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るエンジン装置は、アンモニアを燃料として使用するエンジン本体と、前記エンジン本体を冷却水で冷却する冷却水系統と、前記冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサと、を備える。

【0007】

上記エンジン装置において、前記冷却水系統は、前記冷却水が滞留する滞留部を備え、前記センサとして、前記滞留部の気相中に発生したアンモニアガスを検出するガスセンサを備えてもよい。

【0008】

上記エンジン装置において、前記滞留部は、前記冷却水を貯留するバッファタンクであってもよい。

【0009】

上記エンジン装置において、前記滞留部は、前記エンジン本体よりも高い位置に設けられていてもよい。

【0010】

上記エンジン装置において、前記冷却水は、アルカリ性のインヒビターを含んでもよい。

【0011】

上記エンジン装置において、前記センサとして、前記冷却水のｐＨを測定するｐＨセンサを備えてもよい。

【0012】

上記エンジン装置において、前記ｐＨセンサは、前記エンジン本体を冷却した直後の冷却流路に設けられていてもよい。

【0013】

上記エンジン装置において、前記センサとして、前記冷却水に含まれるアンモニウムイオンを検出するイオンセンサを備えてもよい。

【0014】

上記エンジン装置において、前記イオンセンサは、前記エンジン本体を冷却した直後の冷却流路に設けられていてもよい。

【0015】

上記エンジン装置において、前記エンジン本体は、アンモニアを燃料として使用する第１運転モードと、アンモニア以外の燃料を使用する第２運転モードと、に運転モードを切り替え可能であり、前記エンジン本体が前記第１運転モードで運転しているときに、前記センサが前記冷却水へのアンモニアの混入を検出した場合、前記運転モードを前記第１運転モードから前記第２運転モードに切り替えてもよい。

【0016】

本発明の一態様に係るエンジン装置のアンモニア漏洩検知方法は、アンモニアを燃料として使用するエンジン本体と、前記エンジン本体を冷却水で冷却する冷却水系統と、を備えるエンジン装置に、前記冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサを設置し、前記センサの検出結果に基づいてアンモニアの漏洩を検知する。

【発明の効果】

【0017】

上記本発明の一態様によれば、アンモニアを燃料として使用するエンジン装置の安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係るエンジン装置の構成図である。

【図2】一実施形態に係るエンジン装置のディーゼル運転モードの動作を説明する説明図である。

【図3】一実施形態に係るエンジン装置のアンモニア運転モードの動作を説明する説明図である。

【図4】一実施形態に係るエンジン本体の断面構成図である。

【図5】一実施形態に係る冷却水系統の系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0020】

図１は、一実施形態に係るエンジン装置１の構成図である。
図１に示すように、エンジン装置１は、エンジン本体２と、制御装置３と、を備えている。このエンジン装置１は、直接的または間接的にプロペラを駆動する舶用エンジン（レシプロエンジン）である。なお、エンジン装置１は、発電機を駆動する発電エンジンであってもよい。

【0021】

エンジン装置１は、燃焼室１０を形成するシリンダ１１と、シリンダ１１内を往復移動するピストン１２と、ピストン１２に連結されたクランク１３と、クランク１３の回転を検出する回転検出センサ１４と、クランク１３のトルクを検出するトルク検出センサ１５と、を概略備えている。クランク１３のシャフトは、例えば、船舶のプロペラに連結されている。

【0022】

シリンダ１１のシリンダヘッド１６には、吸気路２０と排気路３０とが接続されている。また、シリンダヘッド１６には、吸気路２０を開閉する吸気弁２１と、排気路３０を開閉する排気弁３１とが設置されている。また、シリンダヘッド１６には、燃焼室１０に液体補助燃料を噴射する液体燃料噴射弁５３及び着火装置５５が設置されている。着火装置５５は、例えば、マイクロパイロット油噴射弁であり、後述するアンモニア運転モード（第１運転モード）で使用される。

【0023】

吸気路２０は、燃焼用の空気を圧縮するコンプレッサ２２と、コンプレッサ２２の下流側に設置されたエアクーラ２３と、コンプレッサ２２とエアクーラ２３との間に設置された空気加熱装置２４と、エアクーラ２３よりも下流側に設置された燃料ガス噴射弁４３と、を備えている。燃料ガス噴射弁４３は、吸気路２０の内部に燃料となる気体アンモニアを噴射する。気体アンモニアは、吸気路２０において、圧縮空気と予混合されて混合気となり、シリンダ１１内に供給される。

【0024】

エアクーラ２３は、冷水で空気を冷やす機能を有する。空気加熱装置２４は、エンジン本体２と熱交換した冷却水を熱源として用いる冷却水系統２５を有している。

【0025】

排気路３０は、燃焼室１０から排出された排ガスによって回転するタービン３３と、タービン３３の下流側に設置され、排ガスに含まれる物質を処理する触媒処理装置６０と、を備えている。タービン３３の回転軸は、コンプレッサ２２に接続されており、排ガスを回転源としてコンプレッサ２２を回転させる。つまり、タービン３３及びコンプレッサ２２は、過給機４を構成している。

【0026】

触媒処理装置６０は、アンモニアと液体補助燃料の燃焼によって発生する、窒素酸化物（ＮＯｘ）、亜酸化窒素、未燃アンモニア等の特定物質を、触媒を用いて処理する。触媒処理装置６０には、当該特定物質を検出する検出センサ６０ａが取り付けられている。

【0027】

エンジン本体２は、シリンダ１１内に、アンモニアを供給するアンモニア燃料供給装置４０と、シリンダ１１内に、アンモニアを着火させる液体補助燃料を供給する液体補助燃料供給装置５０と、を備えている。アンモニア燃料供給装置４０は、アンモニアタンク４１と、気化装置４２と、燃料ガス噴射弁４３と、を概略備えている。

【0028】

アンモニアタンク４１は、液体アンモニアを収容している。気化装置４２は、アンモニアタンク４１から排出された液体アンモニアを気化し、気体アンモニアを生成する。気化装置４２は、気体アンモニアを加圧する加圧ポンプを含んでもよい。気化装置４２は、アンモニア供給路４４を介して燃料ガス噴射弁４３に接続されている。アンモニア供給路４４は、レギュレータ４４ａと、レギュレータ４４ａの下流側に設置された圧力センサ４４ｂと、を備えている。

【0029】

また、アンモニア供給路４４は、レギュレータ４４ａの上流側で分岐したアンモニア第２供給路４５を備えている。アンモニア第２供給路４５は、上述した触媒処理装置６０と接続されている。アンモニア第２供給路４５は、レギュレータ４５ａと、レギュレータ４５ａの下流側に設置された圧力センサ４５ｂと、を備えている。

【0030】

排ガスは、未燃アンモニアや、窒素酸化物を含む。触媒処理装置６０において、未燃アンモニアは、窒素酸化物から酸素を奪う還元剤として働く。未燃アンモニアの発生割合が、窒素酸化物の発生割合に対し不足する場合、不足分の気体アンモニアがアンモニア第２供給路４５から触媒処理装置６０内に噴射される。これにより、窒素酸化物が未燃アンモニアによって還元処理され、未燃アンモニアが排ガス中の酸素によって酸化処理され、無害化される。

【0031】

液体補助燃料供給装置５０は、液体補助燃料タンク５１と、第１液体燃料供給ポンプ５２と、液体燃料噴射弁５３と、第２液体燃料供給ポンプ５４と、着火装置５５と、を備えている。液体補助燃料タンク５１は、重油、軽油、ガソリンなどの液体補助燃料を収容している。第１液体燃料供給ポンプ５２は、液体補助燃料タンク５１に収容された液体補助燃料を液体燃料噴射弁５３に供給する。

【0032】

液体燃料噴射弁５３は、例えば、後述するディーゼル運転モード（第２運転モード）で使用する機械式燃料噴射装置である。第２液体燃料供給ポンプ５４は、液体補助燃料タンク５１に収容された液体補助燃料を着火装置５５に供給する。着火装置５５は、例えば、アンモニア運転モードで使用するコモンレール式燃料噴射装置である。

【0033】

制御装置３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御装置３は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアにより実現されてもよい。

【0034】

記憶部は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現される。記憶部には、ファームウェアやプロセッサが実行するプログラムなどが記憶される。

【0035】

制御装置３においては、例えば、回転検出センサ１４により検出された回転速度と、トルク検出センサ１５により検出されたトルクとに基づいて、現時点での負荷に対する出力（仕事量［ｋＷ］）を導出し、この現時点での出力と、予め記憶部に記憶させておいた定格出力とに基づいて、負荷率を導出する。負荷率は、例えば、現時点での出力を定格出力で除算することで導出される。

【0036】

制御装置３は、導出したエンジン本体２の負荷率に基づく給気圧目標値と、図示しない圧力計により測定された給気圧力とに基づいて、給気圧力をフィードバック制御する。給気圧目標値導出情報とは、予め定められた負荷率および給気圧目標値の関係を示した情報である。この情報は、例えば、マップや関数として予め記憶部に記憶されている。これにより、制御装置３は、稼動中の内燃機関の負荷率に基づいて、燃料を供給する。

【0037】

上記構成のエンジン装置１は、アンモニアを燃料として使用するアンモニア運転モード（第１運転モード）と、アンモニア以外の燃料（重油など）を使用するディーゼル運転モード（第２運転モード）と、に切り替え可能である。なお、アンモニアは液体補助燃料（重油など）と比べて燃焼し難いため、アンモニア運転モードでは、アンモニアと液体補助燃料による混焼運転を行う。このため、アンモニア運転モードは、混焼運転モードとも言う。

【0038】

なお、アンモニア運転モード（混焼運転モード）において、最大出力付近のアンモニアの最大の混焼率は熱量比で８０％以上である。

【0039】

図２は、一実施形態に係るエンジン装置１のディーゼル運転モードの動作を説明する説明図である。
図２に示すように、ディーゼル運転モードのときは、液体燃料噴射弁５３から液体補助燃料を燃焼室１０に噴射させ、ピストン１２で圧縮された圧縮空気中で着火・燃焼させる。このとき、燃料ガス噴射弁４３は、停止している。

【0040】

図３は、一実施形態に係るエンジン装置１のアンモニア運転モードの動作を説明する説明図である。
図３に示すように、アンモニア運転モードのときは、燃料ガス噴射弁４３から気体アンモニアを吸気路２０内に噴射させ、燃焼室１０の手前で空気と予混合させる。次に、着火装置５５から着火用の液体補助燃料を燃焼室１０に噴射させ、ピストン１２で圧縮された混合気を着火・燃焼させる。このとき、液体燃料噴射弁５３は、停止している。

【0041】

図４は、一実施形態に係るエンジン本体２の断面構成図である。
図４に示すように、エンジン本体２は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１６を冷却する冷却水系統２５を備えている。

【0042】

シリンダ１１は、冷却水系統２５の流路を形成する流路形成部材１１ａ，１１ｂを備えている。流路形成部材１１ａ，１１ｂは、シリンダ１１の上端部の外側に取り付けられている。流路形成部材１１ａ，１１ｂは、燃焼室１０の周囲を囲う冷却水流路を形成している。シリンダヘッド１６の内部には、当該冷却水流路に連通する内部流路が形成されている。シリンダヘッド１６の内部流路は、燃焼室１０の上面側を覆っている。

【0043】

シリンダヘッド１６には、上述した液体燃料噴射弁５３及び着火装置５５が貫通して設置されている。液体燃料噴射弁５３及び着火装置５５の貫通部分は、気密シール部材１７によってシールされている。また、シリンダ１１とシリンダヘッド１６との合わせ面の隙間は、気密シール部材１８及び液密シール部材１９によって二重にシールされている。

【0044】

また、流路形成部材１１ａ，１１ｂと、シリンダ１１またはシリンダヘッド１６との隙間は、液密シール部材１９によってシールされている。なお、気密シール部材１７，１８としては、ガスケットを例示できる。また、液密シール部材１９としては、Ｏリングを例示できる。

【0045】

上記構成のエンジン装置１において、仮に、シリンダ１１とシリンダヘッド１６との合わせ面の隙間の二重シールが破られると、燃焼室１０内のアンモニアが、冷却水系統２５の冷却水に混入する可能性がある。このため、冷却水系統２５は、以下の構成を備える。

【0046】

図５は、一実施形態に係る冷却水系統２５の系統図である。
冷却水系統２５は、図５に示すように、第１循環流路８０と、第２循環流路９０と、冷却水返送流路１００と、バッファタンク１０１と、冷却水供給流路１０２と、を備えている。

【0047】

第１循環流路８０は、上述した空気加熱装置２４と、第１熱交換器８１と、第１ポンプ８２と、を備えている。第１循環流路８０において、冷却水は、空気加熱装置２４、第１熱交換器８１、第１ポンプ８２の順に循環する。第１熱交換器８１は、第１循環流路８０を流れる冷却水と、外部冷却水流路１１０を流れる外部冷却水と、を熱交換させる。外部冷却水流路１１０を流れる外部冷却水は、例えば、海水である。

【0048】

第１循環流路８０における第１熱交換器８１より上流側且つ空気加熱装置２４より下流側には、三方弁８３が設けられている。三方弁８３は、第１循環流路８０を流れる冷却水を第１熱交換器８１に供給するかしないかを切り替える。第１ポンプ８２は、第１熱交換器８１より下流側に設けられ、冷却水を循環させる。

【0049】

第１循環流路８０は、第１ポンプ８２の下流側において複数の枝管８０ａに分岐し、エンジン本体２の各気筒（本実施形態では４本のシリンダ１１）を冷却する。複数の枝管８０ａは、各気筒を冷却した後、一本の冷却流路８０ｂに合流する。冷却流路８０ｂは、空気加熱装置２４を通り、各気筒から得た熱で、図１に示す吸気路２０を流れる燃焼用の空気を加熱する。

【0050】

第２循環流路９０は、上述したエアクーラ２３と、第２熱交換器９１と、第２ポンプ９２を備えている。第２循環流路９０において、冷却水は、エアクーラ２３、第２熱交換器９１、第２ポンプ９２の順に循環する。第２熱交換器９１は、第２循環流路９０を流れる冷却水と、外部冷却水流路１１０を流れる外部冷却水と、を熱交換させる。第２熱交換器９１は、外部冷却水流路１１０において第１熱交換器８１よりも上流側に設けられ、第１熱交換器８１よりも温度が低い外部冷却水が流入する。

【0051】

第２循環流路９０における第２熱交換器９１より上流側且つエアクーラ２３より下流側には、三方弁９３が設けられている。三方弁９３は、第２循環流路９０を流れる冷却水を第２熱交換器９１に供給するかしないかを切り替える。第２ポンプ９２は、第２熱交換器９１より下流側に設けられ、冷却水を循環させる。冷却水は、エアクーラ２３を通る過程で、図１に示す吸気路２０にてコンプレッサ２２で圧縮された空気を冷却する。

【0052】

図５に示すように、第２循環流路９０におけるエアクーラ２３より下流側且つ第２熱交換器９１（三方弁９３）より上流側には、冷却水を系外に排出する冷却水排出流路９４が設けられている。冷却水排出流路９４は、バルブによって開度を調整可能とされている。なお、冷却水排出流路９４は、後述する冷却水返送流路１００と同様にバッファタンク１０１と接続されてもよい。

【0053】

冷却水返送流路１００は、第１循環流路８０を流れる冷却水の一部をバッファタンク１０１に返送する。本実施形態の冷却水返送流路１００は、第１循環流路８０において第１ポンプ８２より下流側且つ複数の枝管８０ａに分岐する位置より上流側に接続されている。冷却水返送流路１００は、バルブによって開度を調整可能とされている。

【0054】

バッファタンク１０１は、冷却水を貯留する。バッファタンク１０１は、冷却水が滞留する滞留部ともいう。このバッファタンク１０１は、エンジン本体２よりも高い位置に設けられている。バッファタンク１０１の天井部には、冷却水の温度によって、内部の気相中のガスが膨張した場合に、その一部を系外に放出し、また、バッファタンク１０１の内部の気相中のガスが収縮した場合に、系外から空気を取り込む吸排気管１０１ａが設けられている。

【0055】

バッファタンク１０１の底部には、冷却水供給流路１０２が接続されている。冷却水供給流路１０２は、第１循環流路８０及び第２循環流路９０と接続されている。冷却水供給流路１０２は、バッファタンク１０１の水頭差によって、第１循環流路８０及び第２循環流路９０に冷却水を供給する。

【0056】

なお、本実施形態では、冷却水供給流路１０２が第１循環流路８０及び第２循環流路９０と接続されているが、冷却水供給流路１０２が第１循環流路８０のみと接続されていてもよい。つまり、第２循環流路９０は、第１循環流路８０の冷却水系統２５とは別の冷却水系統であってもよい。

【0057】

冷却水系統２５には、冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサ１２０が設けられている。本実施形態のセンサ１２０は、アンモニアガスを検出するガスセンサ１２１と、冷却水のｐＨを測定するｐＨセンサ１２２と、冷却水に含まれるアンモニウムイオンを検出するイオンセンサ１２３と、を備えている。

【0058】

ガスセンサ１２１は、冷却水が滞留するバッファタンク１０１（滞留部）の気相中に設けられている。これにより、バッファタンク１０１の気相中に発生したアンモニアガスを検出することができる。なお、ガスセンサ１２１は、冷却水系統２５においてバッファタンク１０１以外に冷却水が滞留する場所があれば、その場所の気相中に設置してもよい。

【0059】

ｐＨセンサ１２２は、第１循環流路８０及びバッファタンク１０１の液相中に設けられている。純水のｐＨは、約７．０である。ここにアンモニアが混入するとｐＨは、アルカリ性に移動し、アンモニア濃度がわずか１０ｐｐｍでｐＨは、７．０から８．６へと変化する。そのため、冷却水系統２５にｐＨセンサ１２２を設置することで、アンモニアの冷却水への漏洩を検知することが可能となる。

【0060】

イオンセンサ１２３は、第１循環流路８０及びバッファタンク１０１の液相中に設けられている。冷却水がインヒビター（防錆剤などの抑制剤）を含んでいると、インヒビターの種類にもよるが、防錆剤であれば、ｐＨはアルカリ性に移動する。そのため、純水の冷却水のようにｐＨセンサ１２２でアンモニアの冷却水への漏洩を検知するのは困難な場合がある。アンモニアは、冷却水（インヒビター有無に関わらず）に混入することで、一部がアンモニア（ＮＨ_３）からアンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）となる。そこで、冷却水中のＮＨ_４ ^＋の濃度を計測することで、冷却水へのアンモニア漏洩を検知することが可能となる。

【0061】

また、冷却水がインヒビターを含んでいると、ｐＨがアルカリ性に移動すると共に、アンモニアがＮＨ_４ ^＋として溶解しづらくなり，冷却水中にＮＨ_３として存在する。そのため、冷却水系統２５に設けたバッファタンク１０１などで冷却水中のＮＨ_３が放出されて、バッファタンク１０１内でガス状態として存在し易くなる。このため、冷却水がインヒビターを含んでいる場合、バッファタンク１０１にガスセンサ１２１を設置することで、アンモニアの冷却水への漏洩を効果的に検知し易くなる。

【0062】

なお、センサ１２０の少なくとも一つが、冷却水へのアンモニアの混入を検出した場合、エンジン装置１を停止させ、エンジン装置１の点検・メンテナンスを行うとよい。また、仮に、エンジン本体２がアンモニア運転モードで運転しているとき（航行中）に、センサ１２０の少なくとも一つが冷却水へのアンモニアの混入を検出した場合、運転モードをアンモニア運転モードからディーゼル運転モードに切り替えるとよい。これにより、海上の船舶を、エンジン装置１の点検・メンテナンスが可能な港まで安全に寄港させることができる。

【0063】

以上のように、本実施形態に係るエンジン装置１は、アンモニアを燃料として使用するエンジン本体２と、エンジン本体２を冷却水で冷却する冷却水系統２５と、冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサ１２０と、を備える。この構成によれば、冷却水を媒介したアンモニアの漏洩を検知することができ、アンモニアを燃料として使用するエンジン装置１の安全性を高めることができる。

【0064】

また、本実施形態において、冷却水系統２５は、冷却水が滞留する滞留部を備え、センサ１２０として、滞留部の気相中に発生したアンモニアガスを検出するガスセンサ１２１を備える。冷却水へ漏洩したアンモニアは、その一部が気体状態として存在し、冷却水とともに流動するが、冷却水が滞留する場所では、その滞留部の上部に集積する。そこにガスセンサ１２１を備えれば、冷却水に混入したアンモニアの検知が可能となる。

【0065】

また、本実施形態において、滞留部は、冷却水を貯留するバッファタンク１０１である。ガスセンサ１２１を設置する場所として、シリンダ１１やシリンダヘッド１６を冷却する冷却水系統２５に接続されたバッファタンク１０１が好適である。これにより、シリンダヘッド１６付近から漏出したアンモニアを早期に検知できる。

【0066】

また、本実施形態において、滞留部は、エンジン本体２よりも高い位置に設けられている。気体状態として存在するアンモニアは、冷却水系統２５においてより高い位置に集積する。エンジン本体２より高い位置にバッファタンク１０１を設置し、そこにガスセンサ１２１を設ければ、アンモニア漏洩の初期の段階での検出が可能となる。

【0067】

また、本実施形態において、冷却水は、アルカリ性のインヒビターを含む。エンジン装置１の冷却水には、防錆等のためにアルカリ性のインヒビターを用いる場合がある。冷却水をアルカリ性とした場合には、冷却水中に漏出したアンモニアがアンモニウムイオンとして溶解せずに、アンモニア分子として存在する割合が高くなる。このようなアンモニアは気体状態で集積しやすいため、ガスセンサ１２１による検知がより有効となる。

【0068】

また、本実施形態において、センサ１２０として、冷却水のｐＨを測定するｐＨセンサ１２２を備える。このように、ガスセンサ１２１と別のセンサ１２０として、冷却水のｐＨを測定するｐＨセンサ１２２を用いることもできる。特に、冷却水のｐＨが中性に近い場合には、わずかなアンモニア混入によってもｐＨが大きくアルカリ側に変化するので、アンモニアの漏出を早期に検知できる。

【0069】

また、本実施形態において、ｐＨセンサ１２２は、エンジン本体２を冷却した直後の冷却流路８０ｂに設けられている。この構成によれば、エンジン本体２のシリンダヘッド１６付近から漏出したアンモニアを早期に検知できる。

【0070】

また、本実施形態において、センサ１２０として、冷却水に含まれるアンモニウムイオンを検出するイオンセンサ１２３を備える。このように、また別のセンサ１２０として、冷却水中のアンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）を測定するイオンセンサ１２３を用いることもできる。冷却水のｐＨが中性から酸性寄りの場合には、冷却水中のアンモニアの多くはアンモニアイオンとして存在するので、イオンセンサ１２３によってアンモニアの漏出を早期に検知できる。

【0071】

また、本実施形態において、イオンセンサ１２３は、エンジン本体２を冷却した直後の冷却流路８０ｂに設けられている。この構成によれば、エンジン本体２のシリンダヘッド１６付近から漏出したアンモニアを早期に検知できる。

【0072】

また、本実施形態において、エンジン本体２は、アンモニアを燃料として使用するアンモニア運転モード（第１運転モード）と、アンモニア以外の燃料を使用するディーゼル運転モード（第２運転モード）と、に運転モードを切り替え可能であり、エンジン本体２がアンモニア運転モードで運転しているときに、センサ１２０が冷却水へのアンモニアの混入を検出した場合、運転モードをアンモニア運転モードからディーゼル運転モードに切り替える。この構成によれば、航行中にアンモニア漏洩を検知した場合に、海上の船舶を、エンジン装置１の点検・メンテナンスが可能な港まで安全に寄港させることができる。

【0073】

また、本実施形態に係るエンジン装置１のアンモニア漏洩検知方法は、アンモニアを燃料として使用するエンジン本体２と、エンジン本体２を冷却水で冷却する冷却水系統２５と、を備えるエンジン装置１に、冷却水へのアンモニアの混入を検出するセンサ１２０を設置し、センサ１２０の検出結果に基づいてアンモニアの漏洩を検知する。この構成によれば、冷却水を媒介したアンモニアの漏洩を検知することができ、アンモニアを燃料として使用するエンジン装置１の安全性を高めることができる。

【0074】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。好ましい実施形態として４ストロークのエンジンを例に上げて説明したが、２ストロークのエンジンについても同じ原理が適用される。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【符号の説明】

【0075】

１…エンジン装置、２…エンジン本体、３…制御装置、４…過給機、１０…燃焼室、１１…シリンダ、１１ａ…流路形成部材、１１ｂ…流路形成部材、１２…ピストン、１３…クランク、１４…回転検出センサ、１５…トルク検出センサ、１６…シリンダヘッド、１７…気密シール部材、１８…気密シール部材、１９…液密シール部材、２０…吸気路、２１…吸気弁、２２…コンプレッサ、２３…エアクーラ、２４…空気加熱装置、２５…冷却水系統、３０…排気路、３１…排気弁、３３…タービン、４０…アンモニア燃料供給装置、４１…アンモニアタンク、４２…気化装置、４３…燃料ガス噴射弁、４４…アンモニア供給路、４４ａ…レギュレータ、４４ｂ…圧力センサ、４５…アンモニア第２供給路、４５ａ…レギュレータ、４５ｂ…圧力センサ、５０…液体補助燃料供給装置、５１…液体補助燃料タンク、５２…第１液体燃料供給ポンプ、５３…液体燃料噴射弁、５４…第２液体燃料供給ポンプ、５５…着火装置、６０…触媒処理装置、６０ａ…検出センサ、８０…第１循環流路、８０ａ…枝管、８０ｂ…冷却流路、８１…第１熱交換器、８２…第１ポンプ、８３…三方弁、９０…第２循環流路、９１…第２熱交換器、９２…第２ポンプ、９３…三方弁、９４…冷却水排出流路、１００…冷却水返送流路、１０１…バッファタンク、１０１ａ…吸排気管、１０２…冷却水供給流路、１１０…外部冷却水流路、１２０…センサ、１２１…ガスセンサ、１２２…ｐＨセンサ、１２３…イオンセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】