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特開2024-9392アンモニア分解システム、内燃機関システム及びアンモニア分解方法
(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】P2024009392
(43)【公開日】2024-01-23
(54)【発明の名称】アンモニア分解システム、内燃機関システム及びアンモニア分解方法
(51)【国際特許分類】
C01B 3/04 20060101AFI20240116BHJP
F02M 21/02 20060101ALI20240116BHJP
F02M 25/00 20060101ALI20240116BHJP
F01N 5/02 20060101ALI20240116BHJP
B01J 35/50 20240101ALI20240116BHJP
B01J 23/63 20060101ALI20240116BHJP
B01J 23/83 20060101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
C01B3/04 B
F02M21/02 G
F02M25/00 F
F01N5/02 H
B01J35/02 G
B01J23/63 M
B01J23/83 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022110876
(22)【出願日】2022-07-11
(71)【出願人】
【識別番号】720001060
【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100167302
【弁理士】
【氏名又は名称】種村 一幸
(74)【代理人】
【識別番号】100135817
【弁理士】
【氏名又は名称】華山 浩伸
(74)【代理人】
【識別番号】100167830
【弁理士】
【氏名又は名称】仲石 晴樹
(72)【発明者】
【氏名】御手洗 健太
(72)【発明者】
【氏名】川邊 研
(72)【発明者】
【氏名】関根 泰
(72)【発明者】
【氏名】土井 咲英
【テーマコード（参考）】
4G169
【Ｆターム（参考）】
4G169AA03
4G169BA05A
4G169BA05B
4G169BB04A
4G169BB04B
4G169BB06A
4G169BB06B
4G169BC12A
4G169BC12B
4G169BC13A
4G169BC13B
4G169BC43A
4G169BC43B
4G169BC51A
4G169BC66A
4G169BC67A
4G169BC68A
4G169BC68B
4G169BC70A
4G169BC70B
4G169CB81
4G169DA06
4G169EE03
(57)【要約】
【課題】水素の発生量を調節しやすいアンモニア分解システム、内燃機関システム及びアンモニア分解方法を提供する。
【解決手段】アンモニア分解システム１０は、分解部１と、制御部２と、を備える。分解部１は、アンモニアを分解する。制御部２は、分解部１でのアンモニアの分解率を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】アンモニア分解システム１０は、分解部１と、制御部２と、を備える。分解部１は、アンモニアを分解する。制御部２は、分解部１でのアンモニアの分解率を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンモニアを分解する分解部と、
前記分解部でのアンモニアの分解率を制御する制御部と、を備える、
アンモニア分解システム。
前記分解部でのアンモニアの分解率を制御する制御部と、を備える、
アンモニア分解システム。
【請求項2】
前記分解部は、
アンモニアを分解する触媒と、
前記触媒に電場を印加する電極と、を有する、
請求項１に記載のアンモニア分解システム。
アンモニアを分解する触媒と、
前記触媒に電場を印加する電極と、を有する、
請求項１に記載のアンモニア分解システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記触媒の温度、前記触媒を流れる電流値、及び前記触媒を通過するアンモニアの流量の少なくとも１つを変化させることで、前記分解率を変化させる、
請求項２に記載のアンモニア分解システム。
請求項２に記載のアンモニア分解システム。
【請求項4】
前記制御部は、前記電流値が大きくなるほど前記分解率が高くなるように、少なくとも前記電流値によって前記分解率を変化させる、
請求項３に記載のアンモニア分解システム。
請求項３に記載のアンモニア分解システム。
【請求項5】
前記触媒を加熱する加熱部を更に備え、
前記加熱部は、前記触媒の温度を５０℃以上、６００℃以下の範囲とする、
請求項２又は３に記載のアンモニア分解システム。
前記加熱部は、前記触媒の温度を５０℃以上、６００℃以下の範囲とする、
請求項２又は３に記載のアンモニア分解システム。
【請求項6】
前記触媒は、活性金属と酸化物とを有し、
前記活性金属は、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかであって、
前記酸化物は、Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒのいずれかを含む、
請求項２又は３に記載のアンモニア分解システム。
前記活性金属は、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかであって、
前記酸化物は、Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒのいずれかを含む、
請求項２又は３に記載のアンモニア分解システム。
【請求項7】
前記酸化物は、ＣｅＯ２，ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２，ＢａＺｒＯ３，ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３のいずれかである、
請求項６に記載のアンモニア分解システム。
請求項６に記載のアンモニア分解システム。
【請求項8】
請求項１に記載のアンモニア分解システムと、
前記アンモニア分解システムから出力されるガスの供給を受けて駆動するエンジンと、を備える、
内燃機関システム。
前記アンモニア分解システムから出力されるガスの供給を受けて駆動するエンジンと、を備える、
内燃機関システム。
【請求項9】
前記エンジンの排熱を利用して前記分解部を加熱する、
請求項８に記載の内燃機関システム。
請求項８に記載の内燃機関システム。
【請求項10】
前記エンジンは、前記分解部で得られる水素を燃料の少なくとも一部として利用する、
請求項８又は９に記載の内燃機関システム。
請求項８又は９に記載の内燃機関システム。
【請求項11】
前記エンジンは、前記分解部で得られる水素と、アンモニアと、を燃料として利用する、
請求項１０に記載の内燃機関システム。
請求項１０に記載の内燃機関システム。
【請求項12】
前記エンジンの燃料としてのアンモニアは、前記分解部で分解されるアンモニアと、共通のタンクに収容されている、
請求項１１に記載の内燃機関システム。
請求項１１に記載の内燃機関システム。
【請求項13】
アンモニアを分解部で分解すること、
前記分解部でのアンモニアの分解率を制御することと、を有する、
アンモニア分解方法。
前記分解部でのアンモニアの分解率を制御することと、を有する、
アンモニア分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンモニアを分解するアンモニア分解システム、内燃機関システム及びアンモニア分解方法に関する。
【背景技術】
【0002】
関連技術として、アンモニアを分解する触媒（アンモニアクラッカー触媒）を含み、アンモニアを分解して水素を生じさせるアンモニア分解システム（アンモニアクラッカー装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。関連技術では、アンモニアを燃料とするエンジン（アンモニアエンジン）は、アンモニアの着火性が悪いという特性からエンジンの低負荷運転時および高負荷運転時にアンモニアの燃焼が不十分となる点に着目し、アンモニアを分解して得られる水素を助燃剤として使用する。
【0003】
ここで、関連技術においては、エンジンとアンモニア分解システムとの間にアンモニア酸化装置を設け、アンモニアの酸化反応による酸化熱により排ガスを昇温させることを可能とする。これにより、エンジンからの排ガスの温度が低い低負荷運転時にも触媒の温度をその作動温度以上に維持することが可能となり、安定したエンジンの運転が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０－１２１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、関連技術に係るアンモニア分解システムでは、（昇温された）排ガスの温度等により水素の生成量が勝手に決まるため、エンジンでの燃料の燃焼効率を適切に調節することが難しい場合がある。
【0006】
本発明の目的は、水素の発生量を調節しやすいアンモニア分解システム、内燃機関システム及びアンモニア分解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係るアンモニア分解システムは、分解部と、制御部と、を備える。前記分解部は、アンモニアを分解する。前記制御部は、前記分解部でのアンモニアの分解率を制御する。
【0008】
本発明の一態様に係る内燃機関システムは、前記アンモニア分解システムと、エンジンと、を備える。前記エンジンは、前記アンモニア分解システムから出力されるガスの供給を受けて駆動する。
【0009】
本発明の一態様に係るアンモニア分解方法は、アンモニアを分解部で分解すること、前記分解部でのアンモニアの分解率を制御することと、を有する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、水素の発生量を調節しやすいアンモニア分解システム、内燃機関システム及びアンモニア分解方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。また、添付図面においては、各部の詳細形状等の図示を適宜省略する。
【0013】
（実施形態１）
［１］内燃機関システムの全体構成
まず、本実施形態に係る内燃機関システム１００の全体構成について、図１を参照して説明する。図１においては、内燃機関システム１００の各部の構成を模式的に示し、かつ気体（ガス）又は液体の流れについては太線矢印で示し、熱の流れについては点線矢印にて示している。
［１］内燃機関システムの全体構成
まず、本実施形態に係る内燃機関システム１００の全体構成について、図１を参照して説明する。図１においては、内燃機関システム１００の各部の構成を模式的に示し、かつ気体（ガス）又は液体の流れについては太線矢印で示し、熱の流れについては点線矢印にて示している。
【0014】
本実施形態に係る内燃機関システム１００は、図１に示すように、内燃機関システム１００の主構成となるエンジン１０１を備える。ここでいう「エンジン」は、燃料を燃焼させて機械的エネルギー（動力）を生じさせる熱機関であって、燃料の燃焼が機関の内部で行われ、燃焼ガスを動作ガスとして熱エネルギーを機械的エネルギーに変える原動機である内燃機関を含む。つまり、エンジン１０１は、供給される燃料を用いて動力（機械的エネルギー）を発生させる。
【0015】
本実施形態では一例として、船舶に用いられる内燃機関システム１００について説明する。つまり、内燃機関システム１００は、船舶の船体に搭載される。内燃機関システム１００のエンジン１０１は、船体を推進させる推進力を発生させるための駆動源として用いられる。本実施形態ではさらに、内燃機関システム１００のエンジン１０１は、船体で使用される電気エネルギー（電力）を生成する発電機を駆動させるための駆動源としても利用可能である。つまり、内燃機関システム１００のエンジン１０１は、船体の推進力発生用、又は船体の発電機駆動用の駆動源として用いられる。発電機で生成される電気エネルギーは、蓄電装置に蓄えられてもよい。
【0016】
船舶は、海、湖又は河川等の水上を航行（航走）する移動体である。本実施形態では一例として、船舶は、例えば外航船のように、１回の燃料補給で比較的長距離を航行する船舶である。船舶の船体は、プロペラを有している。プロペラは、プロペラシャフトによって内燃機関システム１００のエンジン１０１と連結されている。船舶は、エンジン１０１で発生する動力を受けてプロペラシャフトを中心にプロペラを回転させることにより、船体を前進又は後進させるための推進力を生じさせる。
【0017】
また、本実施形態では、船舶は、人（操縦者）の操作（遠隔操作を含む）に応じて動作する構成であって、特に、操縦者である人が搭乗可能な有人タイプであることとする。そのため、船舶は、操縦者の操作を受け付ける操作盤を船体に有しており、操作盤に対する操作に応じて、内燃機関システム１００のエンジン１０１を駆動させる。これにより、船舶は、操縦者の操作に応じてエンジン１０１を駆動し、プロペラを回転させることによって船体を前進又は後進させることが可能となる。また、船体は、舵機構、表示装置、通信装置、及び照明設備等を含む種々の船内設備を更に備えている。
【0018】
ところで、本実施形態に係るエンジン１０１は、少なくとも水素を燃料又は助燃剤として用いるエンジンである。つまり、内燃機関システム１００では、水素タンク１０２に貯留されている水素を、水素燃料供給装置１０３にてエンジン１０１に供給することによって、エンジン１０１を駆動させる。特に本実施形態では、エンジン１０１は、水素（Ｈ２）とアンモニア（ＮＨ３）とを混ぜた燃料ガスを燃焼させる混焼エンジンを、エンジン１０１の例として説明する。さらに、エンジン１０１は、理論空燃比よりも希薄（空気過剰）側で燃焼される希薄燃焼（リーンバーン）のエンジンであることとする。そのため、本実施形態に係る内燃機関システム１００では、アンモニアタンク１０４に貯留されているアンモニアを、アンモニア燃料供給装置１０５にてエンジン１０１に供給する。これにより、エンジン１０１には水素及びアンモニアが供給されることになり、水素及びアンモニアを燃料として用いてエンジン１０１が駆動される。
【0019】
このエンジン１０１は、アンモニアを主燃料とするアンモニアエンジンの一種であり、化石燃料（軽油又はガソリン等）を主燃料とするエンジンに比較して、二酸化炭素の排出量を少なく抑えることができる、という利点がある。しかも、このエンジン１０１においては、水素とアンモニアとの両方が燃料（又は助燃剤）として用いられるため、火が着きにくく燃えにくいというアンモニアの弱点を水素にて補うことができる。つまり、アンモニアと水素との混合ガスを用いることで、エンジン１０１は、アンモニアを燃料としつつも、アンモニアのみを燃料とする場合に比べて燃焼性を向上させ、幅広い運転領域（負荷領域）で使用しやすくなる。また、このエンジン１０１は、水素のみを燃料とする場合に比べて、燃焼効率を適切に制御しやすいため、異常燃焼の発生を抑え、高出力化を図りやすい。
【0020】
ここで、本実施形態に係る内燃機関システム１００では、アンモニアを分解して得られる水素を、燃料（又は助燃剤）としてエンジン１０１に供給する。そのため、アンモニアを分解するアンモニア分解システム１０が用いられている。アンモニア分解システム１０は、アンモニアを分解して水素及び窒素を得る。すなわち、アンモニア分解システム１０にアンモニア（ＮＨ３）が供給されると、アンモニア分解システム１０からは、水素（Ｈ２）及び窒素（Ｎ２）、更には分解されずに残った残留アンモニア（ＮＨ３）が出力される。このように、本実施形態に係る内燃機関システム１００は、アンモニア分解システム１０と、エンジン１０１と、を備えている。エンジン１０１は、アンモニア分解システム１０から出力されるガス（水素）の供給を受けて駆動する。
【0021】
具体的に、内燃機関システム１００は、エンジン１０１、水素タンク１０２、水素燃料供給装置１０３、アンモニアタンク１０４及びアンモニア燃料供給装置１０５に加えて、アンモニア分解システム１０と、気化器１０６と、を備えている。アンモニアタンク１０４には、液体のアンモニア（液化アンモニア）が貯留されている。気化器１０６は、アンモニアタンク１０４内の液化アンモニアを気化し、気体（ガス）からなるアンモニアをアンモニア分解システム１０に供給する。アンモニア分解システム１０は、アンモニアを分解して得られるガス（水素）を水素タンク１０２に出力する。これにより、エンジン１０１に燃料として供給される水素は、アンモニア分解システム１０にてアンモニアから生成され、水素タンク１０２に（一時的に）貯留されることになる。
【0022】
上記構成の内燃機関システム１００によれば、エンジン１０１の燃料としての水素を、効率的かつ安全に供給することが可能となる。つまり、アンモニアは、水素に比較して、例えば、体積エネルギー密度が大きく、かつ温和な条件で液化する。そのため、内燃機関システム１００において、アンモニアタンク１０４に貯留されているアンモニアをアンモニア分解システム１０にて都度分解して燃料としての水素を得ることで、燃料としての水素を圧縮気体又は液体の状態で貯留する場合に比べて、貯留物の体積エネルギー密度の向上を図ることができる。したがって、タンク（アンモニアタンク１０４）の容量が同じであれば、より多くの燃料を貯留することができ、同量の燃料（水素）を貯留するのであれば、より小さなタンク（アンモニアタンク１０４）で足りる。このように、燃料としての水素を効率的（より小さなタンクで）かつ安全に供給できることは、例えば外航船のように、１回の燃料補給で比較的長距離を航行する船舶において特に有用である。
【0023】
より詳細には、内燃機関システム１００は、エンジン１０１、水素タンク１０２、水素燃料供給装置１０３、アンモニアタンク１０４、アンモニア燃料供給装置１０５、アンモニア分解システム１０及び気化器１０６に加えて、圧縮機１０７及び熱交換器１０８を備える。圧縮機１０７は、内燃機関システム１００の周囲から吸気される空気（大気）を圧縮し、圧縮空気を燃料（水素及びアンモニア）と共にエンジン１０１に供給する。熱交換器１０８は、エンジン１０１から排気される排ガスと熱媒体（冷媒）との間で熱交換を行い、排ガスの熱エネルギーを回収して排ガスを冷却する。
【0024】
さらに、熱交換器１０８で回収された熱エネルギーは、アンモニア分解システム１０に供給されるアンモニアへと送られる。つまり、気化器１０６で気化されてアンモニア分解システム１０に供給されるアンモニアは、熱交換器１０８で回収されたエンジン１０１の排熱によって加熱される。そして、加熱されたアンモニアは、アンモニア分解システム１０の分解部１に供給されるので、熱交換器１０８で回収されたエンジン１０１の排熱は間接的に分解部１を加熱する。このように、本実施形態に係る内燃機関システム１００では、エンジン１０１の排熱を利用して分解部１を加熱する。本実施形態では、分解部１は触媒１１（図２参照）を有しており、触媒１１が加熱されることによって、分解部１（触媒１１）でのアンモニアの分解率が向上する。
【0025】
このように、エンジン１０１の排熱を有効利用することで、分解部１（触媒１１）の加熱に要するエネルギーを少なく抑えることが可能である。しかも、エンジン１０１の排熱が分解部１の加熱に利用されることで、排ガスの冷却も行われることにもなる。ここで、内燃機関システム１００は、エンジン１０１の排熱を利用して分解部１を間接的に加熱する構成に限らず、例えば、エンジン１０１の排熱を直接的に分解部１に送ることによって分解部１を直接的に加熱してもよい。また、ここでいうエンジン１０１の排熱は、排ガスの熱に限らず、例えば冷却水又は潤滑油等の熱であってもよい。つまり、熱交換器１０８は、排ガスに加えて又は代えて、例えば、エンジン１０１で加熱された冷却水又は潤滑油等と熱媒体との間で熱交換を行い、冷却水又は潤滑油等から熱エネルギーを回収してもよい。
【0026】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関システム１００では、エンジン１０１は、（アンモニア分解システム１０の）分解部１で得られる水素を燃料の少なくとも一部として利用する。これにより、エンジン１０１の燃料としての水素を、効率的かつ安全に供給することが可能となる。
【0027】
さらに、エンジン１０１は、（アンモニア分解システム１０の）分解部１で得られる水素と、アンモニアと、を燃料として利用する。これにより、化石燃料（軽油又はガソリン等）を主燃料とするエンジンに比較して、二酸化炭素の排出量を少なく抑えることができる。しかも、アンモニアと水素とを燃料として用いることで、エンジン１０１は、アンモニアのみを燃料とする場合に比べて燃焼性を向上させ、幅広い運転領域（負荷領域）で使用しやすくなり、水素のみを燃料とする場合に比べて、異常燃焼の発生を抑え、高出力化を図りやすい。
【0028】
また、本実施形態では、エンジン１０１の燃料としてのアンモニアは、（アンモニア分解システム１０の）分解部１で分解されるアンモニアと、共通のタンク（アンモニアタンク１０４）に収容されている。つまり、１つのアンモニアタンク１０４に収容（貯留）されているアンモニアは、アンモニア燃料供給装置１０５により燃料としてエンジン１０１に供給される一方で、気化器１０６によりアンモニア分解システム１０の分解部１に供給されて分解される。したがって、水素とアンモニアとをエンジン１０１の燃料として用いながらも、これら２種類の燃料の大元は１つのタンク（アンモニアタンク１０４）に貯留することができ、タンクをコンパクトにでき、タンクの補充作業も簡単になる。
【0029】
［２］定義
本開示でいう「分解」は、化学反応の一種であって、一つの化合物が成分単体、又はより簡単な化合物に分かれる化学分解（Chemical decomposition）を意味し、化学合成（Chemical synthesis）とは逆の過程を意味する。分解には通常は外部からのエネルギーの供給が必要であり、そのエネルギー源によって、例えば、熱分解、光分解、電気分解又は放射線分解等の種々の分解がある。本実施形態では一例として、アンモニア分解システム１０は、触媒１１を用いて、アンモニア（ＮＨ３）を水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）とに分解する。ただし、アンモニア分解システム１０は、供給されるアンモニアの少なくとも一部を水素と窒素とに分解すればよく、その全量を分解することに限らない。アンモニア分解システム１０に供給されたものの、分解されずに残ったアンモニアを「残留アンモニア」とも呼ぶ。
本開示でいう「分解」は、化学反応の一種であって、一つの化合物が成分単体、又はより簡単な化合物に分かれる化学分解（Chemical decomposition）を意味し、化学合成（Chemical synthesis）とは逆の過程を意味する。分解には通常は外部からのエネルギーの供給が必要であり、そのエネルギー源によって、例えば、熱分解、光分解、電気分解又は放射線分解等の種々の分解がある。本実施形態では一例として、アンモニア分解システム１０は、触媒１１を用いて、アンモニア（ＮＨ３）を水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）とに分解する。ただし、アンモニア分解システム１０は、供給されるアンモニアの少なくとも一部を水素と窒素とに分解すればよく、その全量を分解することに限らない。アンモニア分解システム１０に供給されたものの、分解されずに残ったアンモニアを「残留アンモニア」とも呼ぶ。
【0030】
本開示でいう「触媒」は、分解等の化学反応において、それ（触媒）自身は変化しないが、化学反応を促進させる物質である。厳密には、「触媒」はその反応に対して何らかの相互作用を生じ、時には「触媒」自身も変化することで、反応の経路を変えて反応を促進する。そして、反応後には「触媒」が元に戻ることで、結果的に「触媒」自身は変化せずに残ることになる。本実施形態では一例として、アンモニア分解システム１０の分解部１は、アンモニアを分解する触媒１１（アンモニア分解触媒）を有し、触媒１１を用いてアンモニアの分解を行う。
【0031】
本開示でいう「分解率」は、化合物の分解に際して、当該化合物の全量に対して実際に分解される化合物の分量の割合を意味する。同量の化合物については、分解率が高いほどに分解される化合物の分量が多くなり、分解率が低いほどに分解される化合物の分量が少なくなる。本実施形態では一例として、アンモニア分解システム１０におけるアンモニアの分解に係る分解率を「０％」から「１００％」までの百分率で表すこととする。例えば、分解率が「０％」であれば、アンモニア分解システム１０に供給されるアンモニアは一切分解されず、その全量が残留アンモニアとなる。反対に、分解率が「１００％」であれば、アンモニア分解システム１０に供給されるアンモニアはその全量が分解され、残留アンモニアは生じない。分解率が「５０％」であれば、アンモニア分解システム１０に供給されるアンモニアはその半分の量が分解され、残り半分の量が残留アンモニアとなる。
【0032】
【0033】
関連技術として、エンジンとアンモニア分解システムとの間にアンモニア酸化装置を設け、アンモニアの酸化反応による酸化熱により排ガスを昇温させることを可能とする技術が提案されている。これにより、エンジンからの排ガスの温度が低い低負荷運転時にも触媒の温度をその作動温度以上に維持することが可能となり、安定したエンジンの運転が可能となる。
【0034】
しかし、関連技術に係るアンモニア分解システムでは、（昇温された）排ガスの温度等により水素の生成量が勝手に決まるため、エンジンでの燃料の燃焼効率を適切に調節することが難しい場合がある。そこで、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０は、水素の発生量を調節しやすくする目的で、以下に説明する構成を採用する。
【0035】
すなわち、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０は、分解部１と、制御部２と、を備えている。分解部１は、アンモニアを分解する装置である。制御部２は、分解部１でのアンモニアの分解率を制御する。つまり、アンモニア分解システム１０は、分解部１に対して外部（気化器１０６）から供給されるアンモニアを、分解部１にて分解する。本実施形態では一例として、分解部１はアンモニアを水素と窒素とに分解し、そのうちの水素については水素タンク１０２（図１参照）に出力する。つまり、アンモニア分解システム１０は、アンモニアを分解して得られるガス（水素）を水素タンク１０２に（一時的に）貯留する。
【0036】
本実施形態に係るアンモニア分解システム１０では、分解部１におけるアンモニアの分解率は固定的ではなく、制御部２にて制御（調節）可能である。制御部２は、例えば、アンモニアの分解率（アンモニア分解率）を「０％」以上「１００％」以下の可変範囲内で変化させる。制御部２が分解率を「０％」に制御すれば、分解部１でアンモニアは一切分解されないため、アンモニアを分解して得られる水素の発生量は最小（０）である。反対に、制御部２が分解率を「１００％」に制御すれば、アンモニアは分解部１でその全量が分解されるので、アンモニアを分解して得られる水素の発生量は最大となる。
【0037】
以上説明した構成によれば、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０は、分解部１におけるアンモニアの分解率を可変となるので、アンモニアを分解して得られる水素の生成量についても調節可能となる。したがって、水素の発生量を調節しやすいアンモニア分解システム１０を提供することが可能になる。
【0038】
また、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０では、上述したように分解部１は、アンモニアを分解する触媒１１を有している。さらに、分解部１は、触媒１１に電場を印加する電極１２，１３を有している。要するに、本実施形態では、分解部１は、例えば、触媒１１を挟むように設けられた一対の電極１２，１３を有しており、これら一対の電極１２，１３から触媒１１に電場（電界）を印加する。これにより、触媒１１に電場が印加されない場合に比較して、特に触媒１１の温度が低い環境下において、触媒１１でのアンモニアの分解を促進することができる。
【0039】
具体的に、図２に示すように、アンモニア分解システム１０は、触媒１１及び電極１２，１３を含む分解部１、並びに制御部２に加えて、電源装置３を備えている。電源装置３は、分解部１における一対の電極１２，１３と電気的に接続されており、一対の電極１２，１３間に直流電圧を印加する装置である。電源装置３から一対の電極１２，１３間に直流電圧が印加されることで、一対の電極１２，１３から触媒１１に電場が印加される。電源装置３は、例えば数百Ｖ程度の直流電圧を発生し、一対の電極１２，１３間に印加する。
【0040】
本実施形態では一例として、電源装置３は、電極１２を負極、電極１３を正極として、一対の電極１２，１３間に直流電圧を印加する。これにより、電源装置３は、一対の電極１２，１３間に、電極１２を低電位側、電極１３を高電位側とする直流電圧を印加する。ここで、電源装置３は、正極側となる電極１３を基準電位点（グランド）とし、一対の電極１２，１３間にマイナスの電圧を印加する。ただし、この構成に限らず、触媒１１に電場が印加されればよいので、電源装置３は、例えば、低電位側の電極１２をグランド、高電位側の電極１３をプラス電位とすることで、一対の電極１２，１３間にプラスの電圧を印加してもよい。
【0041】
より詳細には、分解部１は、図２に示すように、触媒１１及び一対の電極１２，１３に加えて、導入口１４、排出口１５、筒状体１６、触媒固定層１７、メッシュ１８及び温度センサ１９を有している。
【0042】
導入口１４は、分解部１において分解されるガス（アンモニア）が導入される開口部である。排出口１５は、分解部１にてアンモニアを分解して得られるガスが排出される開口部である。筒状体１６は、例えば、円筒状に形成されており、少なくとも触媒１１を収容する。導入口１４は、筒状体１６の長手方向の一端部に設けられ、排出口１５は、筒状体１６の長手方向の他端部に設けられている。これにより、導入口１４から導入されるガスは、筒状体１６を通して、排出口１５から排出可能となる。そして、当該ガス（アンモニア）は、筒状体１６に収容された触媒１１にて分解されるため、筒状体１６を通過する際に分解されることになる。
【0043】
筒状体１６には、触媒固定層１７及びメッシュ１８が収容されている。触媒１１は、触媒固定層１７上に、メッシュ１８を介して積層されている。ここで、一対の電極１２，１３は、それぞれ棒状電極であって、筒状体１６の長手方向の両端部から触媒１１に対して挿入されている。さらに、温度センサ１９は、一例として熱電対であって、筒状体１６の長手方向の他端部から触媒に挿入されており、反応場の温度（触媒温度）をリアルタイムで計測する。温度センサ１９での触媒温度の計測値は、制御部２に出力される。
【0044】
本実施形態では、分解部１に対して、アンモニアと共に不活性ガス（一例としてアルゴン）が導入される。そのため、図２に示すように、導入口１４からはアンモニア（ＮＨ３）及びアルゴン（Ａｒ）が導入され、分解部１の触媒１１にてアンモニアが分解され、排出口１５からは水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、（残留）アンモニア（ＮＨ３）及びアルゴン（Ａｒ）が排出される。ただし、不活性ガスはアンモニアの分解に必須ではない。
【0045】
以上説明したように、アンモニア分解システム１０の分解部１は、触媒１１に対して（一対の）電極１２，１３から電場（電界）が印加される構成であるため、特に触媒１１の温度が低い環境下においても、触媒１１でのアンモニアの分解を促進することができる。特に、内燃機関システム１００のエンジン１０１からの排熱が十分でない環境において、触媒１１の温度を上げるには、昇温用に追加でアンモニアを供給する必要があり、このことが内燃機関システム１００としての燃費を悪化させる場合がある。これに対して、本実施形態のように、触媒１１に電場を印加することで低温域においても触媒１１でのアンモニアの分解が促進される構成では、そもそも触媒１１の温度をそこまで上げる必要がなく、内燃機関システム１００としての燃費の悪化を抑えやすくなる。
【0046】
また、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０は、触媒１１を加熱する加熱部４を更に備えている。加熱部４は、触媒１１の温度を５０℃以上、６００℃以下の範囲とする。すなわち、触媒１１でのアンモニアの分解率を上げるべく、加熱部４は、触媒１１の温度が５０℃以上、６００℃以下の範囲となるように、触媒１１を加熱する。加熱部４は、気化器１０６で気化されてアンモニア分解システム１０に供給されるアンモニアを加熱することによって触媒１１を間接的に加熱してもよいし、ヒータ等を用いて触媒１１を直接的に加熱してもよい。しかも、本実施形態では、上述したように触媒１１に対して電場が印加されるので、加熱部４としては、例えば３００℃以上といった高温にまで触媒１１を加熱しなくとも、触媒１１でのアンモニアの分解を十分に実現することが可能である。
【0047】
ただし、加熱部４によって加熱される触媒１１の温度の下限値は５０℃に限らず、例えば、５０℃未満であってもよいし、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃又は３００℃等であってもよい。同様に、加熱部４によって加熱される触媒１１の温度の上限値は６００℃に限らず、例えば、６００℃より高温であってもよいし、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃又は５５０℃等であってもよい。一例として、加熱部４は、触媒１１の温度が１００℃以上、４００℃以下の範囲となるように、触媒１１を加熱することがより好ましい。
【0048】
また、本実施形態では、上述したようにエンジン１０１の排熱を利用して分解部１が加熱されるので、加熱部４は、少なくともエンジン１０１の排熱を利用して触媒１１を加熱してもよい。このように、エンジン１０１の排熱を有効利用することで、加熱部４において、触媒１１の加熱に要するエネルギーを少なく抑えることが可能である。特に、３００℃以下の低温域で触媒１１が使用される場合には、エンジン１０１の排熱のみで十分に触媒１１を加熱することができるため、別途、加熱装置を設ける必要が無く、アンモニア分解システム１０の小型化及び簡略化を図りやすい。
【0049】
ところで、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０は、上述したように分解部１におけるアンモニアの分解率（アンモニア分解率）を、制御部２にて制御（調節）可能である。ここで、制御部２は、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、及び触媒１１を通過するアンモニアの流量の少なくとも１つを変化させることで、分解率を変化させる。つまり、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、及び触媒１１を通過するアンモニアの流量、という３つのパラメータのうち、少なくとも１つのパラメータを変化させることにより、アンモニア分解率が変化する。本実施形態では一例として、制御部２は、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、及び触媒１１を通過するアンモニアの流量の全てを制御可能に構成されている。
【0050】
例えば、制御部２は、触媒１１を流れる電流値が大きくなるほど（アンモニアの）分解率が高くなるように、少なくとも電流値によって（アンモニアの）分解率を変化させる。具体的に、制御部２は、電源装置３を制御可能に構成されており、電源装置３から分解部１（一対の電極１２，１３間）に供給される電流の大きさ（電流値）を制御することによって、触媒１１を流れる電流の大きさ（電流値）を制御する。つまり、電源装置３は、出力電流が一定ではなく、出力電流が可変であって、その電流値が制御部２によって制御される。制御部２は、触媒１１を流れる電流値を連続的に変化させてもよいし、段階的（非連続）に変化させてもよい。
【0051】
そして、基本的には、電源装置３の出力電流が大きくなれば、触媒１１を流れる電流値が大きくなり、アンモニア分解率は高くなるため、アンモニアを分解して得られる水素の発生量が増加する。反対に、電源装置３の出力電流が小さくなれば、触媒１１を流れる電流値が小さくなり、アンモニア分解率は低くなるため、アンモニアを分解して得られる水素の発生量が減少する。これにより、比較的簡単な構成で、アンモニア分解率を制御（調節）することができ、しかも、電流値の変化に対するアンモニア分解率の応答性は比較的高いため、制御部２は、アンモニア分解率をリアルタイムで制御しやすい。
【0052】
また、制御部２は、触媒１１の温度が高く（高温に）なるほど（アンモニアの）分解率が高くなるように、少なくとも触媒１１の温度によって（アンモニアの）分解率を変化させる。具体的に、制御部２は、加熱部４を制御可能に構成されており、加熱部４から触媒１１に加えられる熱エネルギーの大きさを制御することによって、触媒１１の温度を制御する。つまり、加熱部４は、出力が一定ではなく、出力が可変であって、その出力（熱エネルギー）が制御部２によって制御される。制御部２は、触媒１１の温度を連続的に変化させてもよいし、段階的（非連続）に変化させてもよい。
【0053】
そして、基本的には、触媒１１の温度が高くなれば、アンモニア分解率は高くなるため、アンモニアを分解して得られる水素の発生量が増加する。反対に、触媒１１の温度が低くなれば、アンモニア分解率は低くなるため、アンモニアを分解して得られる水素の発生量が減少する。これにより、比較的簡単な構成で、アンモニア分解率を制御（調節）することができ、しかも、触媒１１の温度変化に対するアンモニア分解率の応答性は比較的高いため、制御部２は、アンモニア分解率をリアルタイムで制御しやすい。
【0054】
また、制御部２は、触媒１１を通過するアンモニアの流量（流速）が小さくなるほど（アンモニアの）分解率が高くなるように、少なくとも触媒１１を通過するアンモニアの流量によって（アンモニアの）分解率を変化させる。具体的に、制御部２は、分解部１に供給されるアンモニアの流量を制御可能に構成されており、分解部１に供給されるアンモニアの流量を制御することによって、触媒１１を通過するアンモニアの流量（流速）を制御する。つまり、触媒１１を通過するアンモニアの流量（流速）は一定ではなく可変であって、その値（流量）が制御部２によって制御される。制御部２は、触媒１１を通過するアンモニアの流量を連続的に変化させてもよいし、段階的（非連続）に変化させてもよい。
【0055】
そして、基本的には、触媒１１を通過するアンモニアの流量が小さくなれば、アンモニア分解率は高くなるため、アンモニアを分解して得られる水素の濃度が上昇する。反対に、触媒１１を通過するアンモニアの流量が大きくなれば、アンモニア分解率は低くなるため、アンモニアを分解して得られる水素の濃度が低下する。これにより、比較的簡単な構成で、アンモニア分解率を制御（調節）することができ、しかも、触媒１１を通過するアンモニアの流量に対するアンモニア分解率の応答性は比較的高いため、制御部２は、アンモニア分解率をリアルタイムで制御しやすい。
【0056】
ここで、触媒１１は、活性金属と酸化物とを有する。活性金属は、ルテニウム（Ｒｕ），ニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）のいずれかであって、酸化物は、セリウム（Ｃｅ），ジルコニウム（Ｚｒ），Ｂａ（バリウム），Ｓｒ（ストロンチウム）のいずれかを主成分として含む。つまり、触媒１１は、ルテニウム等の活性金属と、セリウム等の活性金属からなる触媒担体と、を有している。このような触媒１１において、制御部２は、例えば、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、及び触媒１１を通過するアンモニアの流量の少なくとも１つを変化させることで、アンモニア分解率を変化させることが可能である。
【0057】
より詳細には、本実施形態では、触媒担体としての酸化物は、ＣｅＯ２，ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２，ＢａＺｒＯ３，ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３のいずれかである。ここで、「ｘ」は「０」以上「１」以下の範囲の任意の値であって（つまり「０≦ｘ≦１」）、例えば、ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２であれば、一例としてＣｅ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２等を含む。
【0058】
上記構成のアンモニア分解システム１０によれば、アンモニアを分解部１で分解すること、分解部１でのアンモニアの分解率を制御することと、を有するアンモニア分解方法が具現化される。このようなアンモニア分解方法は、アンモニア分解システム１０を用いずに具現化されてもよい。
【0059】
［４］実績値
以下に、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０において、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、又は触媒１１を通過するアンモニアの流量等を変化させた場合の、アンモニアの分解率の実績値について、図３～図１０を参照して説明する。図３～図１０は、横軸に触媒１１の温度等の種々のパラメータをとり、縦軸にアンモニアの分解率（アンモニア分解率）をとった、実績値の一例を示すグラフである。さらに、アンモニアの分解率は、触媒１１の量、及び触媒１１の材料（成分）によっても変化するので、以下では、触媒１１の材料等を変えた場合のアンモニアの分解率の実績値についても説明する。
以下に、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０において、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、又は触媒１１を通過するアンモニアの流量等を変化させた場合の、アンモニアの分解率の実績値について、図３～図１０を参照して説明する。図３～図１０は、横軸に触媒１１の温度等の種々のパラメータをとり、縦軸にアンモニアの分解率（アンモニア分解率）をとった、実績値の一例を示すグラフである。さらに、アンモニアの分解率は、触媒１１の量、及び触媒１１の材料（成分）によっても変化するので、以下では、触媒１１の材料等を変えた場合のアンモニアの分解率の実績値についても説明する。
【0060】
図３は、触媒１１の温度（横軸）を変化させた場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図３の触媒１１の温度以外の試験条件は、（「電場あり」の場合の）触媒１１に流れる電流値が「６ｍＡ」、触媒１１の材料が「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、触媒１１の量が「１００ｍｇ」、アンモニアが流量を「５０ｍＬ／ｍｉｎ」、反応圧力が「大気圧」である。図３では、黒丸のプロットＰ１が触媒１１に電場が印加されている「電場あり」のデータを示し、黒三角のプロットＰ２が触媒１１に電場が印加されていない「電場なし」のデータを示す。
【0061】
図３から明らかなように、触媒１１の温度が高くなるにつれて、アンモニア分解率が高くなる傾向がある。さらに、触媒１１の温度が「３００℃」以下の範囲においては、「電場あり」の方が、「電場なし」の場合に比べて、アンモニアの分解が促進されてアンモニア分解率が高くなる効果が顕著である。例えば、触媒１１の温度が「１００℃」という低温域においては、「電場なし」ではアンモニア分解率が略「０％」であるのに対し、「電場あり」ではアンモニア分解率が「２０％」を超えている。
【0062】
図４は、触媒１１に流れる電流値（横軸）を変化させた場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図４の電流値以外の試験条件は、触媒１１の温度が「１５０℃」、触媒１１の材料が「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、触媒１１の量が「３００ｍｇ」、アンモニアの流量が「１０ｍＬ／ｍｉｎ」、反応圧力が「大気圧」である。
【0063】
図４から明らかなように、触媒１１に流れる電流が大きくなるにつれて、アンモニア分解率が高くなる傾向がある。例えば、電流値が「１０ｍＡ」付近になると、触媒１１の温度が「１５０℃」という低温域にあるにもかかわらず、アンモニア分解率は「１００％」付近まで上昇する。
【0064】
図５は、触媒１１の量及びアンモニアの流量といった諸条件が図４と異なる状況下において、触媒１１に流れる電流値（横軸）を変化させた場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図５の電流値以外の試験条件は、触媒１１の温度が「１２５℃」、触媒１１の材料が「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、触媒１１の量が「１００ｍｇ」、アンモニアの流量が「５０ｍＬ／ｍｉｎ」、反応圧力が「大気圧」である。つまり、触媒１１の量及びアンモニアの流量については、図４よりも図５の実績値の方が、アンモニア分解率が低くなる条件に設定されている。
【0065】
図５から明らかなように、触媒１１の量及びアンモニアの流量といった諸条件が変わっても、触媒１１に流れる電流が大きくなるにつれて、アンモニア分解率が高くなるという傾向については同様である。言い換えれば、例えば触媒１１の量を減らした場合であっても、電源装置３から触媒１１に印加される電場（電力）を増大させ、触媒１１に流れる電流値を大きくすることにより、触媒１１の量を減らす前と同等のアンモニア分解率を実現することも可能である。
【0066】
図６は、アンモニアの流量を変化させた場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図６では、触媒１１の量をアンモニアの流速で除した「触媒サイズ」を横軸とする。つまり、アンモニアの流量が小さくなるほど触媒サイズは大きくなる。図６の試験条件は、（「電場あり」の場合の）触媒１１に流れる電流値が「６ｍＡ」、触媒１１の材料が「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、触媒１１の量が「３００ｍｇ」、反応圧力が「大気圧」である。この場合において、アンモニアの流量を「５ｍＬ／ｍｉｎ」から「５０ｍＬ／ｍｉｎ」の範囲で変化させた場合の触媒サイズを横軸とする。図６では、白丸のプロットＰ１が触媒１１に電場が印加されている「電場あり」でかつ触媒１１の温度が「１３０℃」から「１４０℃」の間にある場合のデータを示し、黒丸のプロットＰ２が「電場あり」でかつ触媒１１の温度が「４５℃」である場合のデータを示し、黒四角のプロットＰ３が「電場あり」でかつ触媒１１の温度が「７０℃」である場合のデータを示し、黒三角のプロットＰ４が触媒１１に電場が印加されていない「電場なし」のデータを示す。
【0067】
図６から明らかなように、触媒１１を通過するアンモニアの流量（流速）が小さくなるにつれて、つまり触媒サイズが大きくなるにつれて、アンモニア分解率が高くなる傾向がある。しかも、触媒１１の温度が「１５０℃」以下、又は「１００℃」以下という低温域にあるにもかかわらず、「電場あり」の条件下では、十分にアンモニアの分解が促進され、特に触媒１１の温度が「１３０℃」から「１４０℃」の間にあれば、アンモニア分解率は「１００％」付近まで上昇する。さらに、触媒１１の温度が「４５℃」であってもアンモニア分解率は略「７５％」に達し、触媒１１の温度が「７０℃」であってもアンモニア分解率は略「８０％」に達している。一方、「電場なし」の場合には、アンモニアの流量が変化してもアンモニアの分解は略促進されない。
【0068】
図７は、触媒１１の材料（成分）を変更した場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図７では、触媒１１の温度を横軸とする。図７の試験条件は、（「電場あり」の場合の）触媒１１に流れる電流値が「６ｍＡ」、触媒１１の量が「１００ｍｇ」、アンモニアの流量が「５０ｍＬ／ｍｉｎ」、反応圧力が「大気圧」である。この場合において、触媒１１の材料が「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、「３ｗｔ％Ｎｉ／ＣｅＯ２」、「３ｗｔ％Ｆｅ／ＣｅＯ２」であるときのそれぞれの実績値を、図７に示している。また、図７では、触媒１１の温度が「１００℃」のときのデータを抜き出して、触媒１１の活性金属（ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又は鉄（Ｆｅ））ごとに棒グラフとして並べた結果を、吹き出し内に示す。
【0069】
図７では、黒丸のプロットＰ１が、触媒１１に電場が印加されている「電場あり」で、かつ活性金属としてルテニウム（Ｒｕ）を含む触媒１１（５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２）を採用した場合のデータを示し、白丸のプロットＰ２が、触媒１１に電場が印加されていない「電場なし」で、かつ活性金属としてルテニウムを含む触媒１１を採用した場合のデータを示す。また、黒ひし形のプロットＰ３が、「電場あり」で、かつ活性金属としてニッケル（Ｎｉ）を含む触媒１１（３ｗｔ％Ｎｉ／ＣｅＯ２）を採用した場合のデータを示し、白ひし形のプロットＰ４が、「電場なし」で、かつ活性金属としてニッケルを含む触媒１１を採用した場合のデータを示す。さらに、黒三角のプロットＰ５が、「電場あり」で、かつ活性金属として鉄（Ｆｅ）を含む触媒１１（３ｗｔ％Ｆｅ／ＣｅＯ２）を採用した場合のデータを示し、白三角のプロットＰ６が、「電場なし」で、かつ活性金属として鉄を含む触媒１１を採用した場合のデータを示す。
【0070】
図７から明らかなように、触媒１１の温度が「５００℃」付近の高温域においては、ルテニウムが最もアンモニア分解率が高く、次いでニッケルのアンモニア分解率が高く、鉄が最もアンモニア分解率が低くなる。ただし、「電場あり」の条件下では、触媒１１の温度が「１００℃」付近の低温域にあるにもかかわらず、ルテニウムのみならず、ニッケル及び鉄であっても、「２０％」前後のアンモニア分解率が実現される。このことから、触媒１１の材料によって、温度に対するアンモニア分解促進の感度が異なることが分かる。
【0071】
図８は、触媒１１の材料が「３ｗｔ％Ｎｉ／ＣｅＯ２」である場合において、アンモニアの流量を変化させた場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図８では、触媒１１の量をアンモニアの流速で除した「触媒サイズ」を横軸とする。図８の試験条件は、触媒１１の温度が「１００℃」、触媒１１に流れる電流値が「６ｍＡ」、触媒１１の量が「３００ｍｇ」、反応圧力が「大気圧」である。この場合において、アンモニアの流量を「５ｍＬ／ｍｉｎ」から「５０ｍＬ／ｍｉｎ」の範囲で変化させた場合の触媒サイズを横軸とする。
【0072】
図８から明らかなように、ルテニウムに比べて採用しやすいニッケルを活性金属に用いた場合でも、触媒１１を通過するアンモニアの流量（流速）が小さくなるにつれて、つまり触媒サイズが大きくなるにつれて、アンモニア分解率が高くなる傾向がある。しかも、触媒１１の温度が「１００℃」という低温域にあるにもかかわらず、「電場あり」の条件下では、十分にアンモニアの分解が促進され、アンモニア分解率は「８０％」付近まで上昇する。このように、ニッケルを活性金属に用いた場合でも、触媒１１を通過するアンモニアの流量（流速）を変化させることで、アンモニア分解率の制御が可能である。
【0073】
図９は、触媒１１の材料（成分）を変更した場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図９では、触媒１１の温度を横軸とする。図９の試験条件は、（「電場あり」の場合の）触媒１１に流れる電流値が「６ｍＡ」、触媒１１の量が「１００ｍｇ」、アンモニアの流量が「５０ｍＬ／ｍｉｎ」、反応圧力が「大気圧」である。この場合において、触媒１１の材料が「５ｗｔ％Ｒｕ／ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３（ｘ＝０．１２５）」、「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」であるときのそれぞれの実績値を、図９に示している。図９では、黒丸のプロットＰ１が、触媒１１に電場が印加されている「電場あり」で、かつ酸化物として「ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３（ｘ＝０．１２５）」を含む触媒１１を採用した場合のデータを示し、黒ひし形のプロットＰ２が、「電場あり」で、かつ酸化物として「ＣｅＯ２」を含む触媒１１を採用した場合のデータを示す。図９の黒三角のプロットＰ３は、触媒１１に電場が印加されていない「電場なし」のデータを示す。
【0074】
図９から明らかなように、触媒１１の活性金属を変えずに、酸化物のみ変更した場合でも、触媒１１の温度が「１００℃」という低温域において、「電場あり」の条件下では、十分にアンモニアの分解が促進される。
【0075】
図１０は、触媒１１の材料（成分）を変更した場合のアンモニアの分解率の実績値を示すグラフである。図１０では、触媒１１に占める活性金属としてのルテニウム（Ｒｕ）の比率、つまり活性金属の担持量（ｗｔ％）を横軸とする。図１０の試験条件は、触媒１１の温度が「１００℃」、触媒１１に流れる電流値が「６ｍＡ」、触媒１１の量が「１００ｍｇ」、アンモニアの流量が「５０ｍＬ／ｍｉｎ」、反応圧力が「大気圧」である。この場合において、触媒１１の材料が「１ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、「３ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、「５ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」、「７ｗｔ％Ｒｕ／ＣｅＯ２」であるときのそれぞれの実績値を、図１０に示している。
【0076】
図１０から明らかなように、触媒１１の温度が「１００℃」という低温域においても、触媒１１の活性金属の担持量が大きくなるにつれて、アンモニア分解率が高くなる傾向がある。
【0077】
［５］メカニズム
次に、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０におけるアンモニアの分解促進のメカニズムについて、図１１を参照して説明する。図１１は、触媒１１にてアンモニアが分解される様子を模式的に示しており、上段には比較例として触媒１１に電場が印加されていない「電場なし」の場合を示し、下段には触媒１１に電場が印加されている「電場あり」の場合を示す。
次に、本実施形態に係るアンモニア分解システム１０におけるアンモニアの分解促進のメカニズムについて、図１１を参照して説明する。図１１は、触媒１１にてアンモニアが分解される様子を模式的に示しており、上段には比較例として触媒１１に電場が印加されていない「電場なし」の場合を示し、下段には触媒１１に電場が印加されている「電場あり」の場合を示す。
【0078】
まず、触媒１１に電場が印加されていない比較例において、触媒金属（活性金属）に吸着されたアンモニア（ＮＨ３）から水素等のイオン（Ｈ＋）又は原子（Ｈ）が引き抜かれることがある。ただし、当該イオンは、触媒担体としての酸化物の表面にとどまることになり、積極的には移動しない。
【0079】
これに対して、本実施形態のように触媒１１に電場が印加されている場合、水素等のイオン（Ｈ＋）が、電場（電界）によって引っ張られて触媒担体としての酸化物の表面を移動する。より詳細には、イオンの移動機構として、電荷を持ったイオンそのものが移動する「Vehicle Mechanism」と、例えば触媒１１の表面に吸着した水を介してプロトンがホッピングする（Proton Hopping）ことで見かけ上イオンが移動する「Grotthuss Mechanism」と、の２通りの機構が考えられる。特に、プロトンホッピングは、水素原子が正の電荷を帯びた状態のプロトン（Ｈ＋）が水分子と結合すると、元々存在する酸素原子と水素原子との結合が切れ、隣接する水分子にプロトンが渡されることが繰り返される現象を意味する。これにより、あたかもバケツリレーかのように、見かけ上、プロトンが触媒１１の表面を素早く移動するような振る舞いを見せる。いずれの移動機構であっても、積極的に移動するイオンが、アンモニア等の分子と物理的に衝突することで、アンモニア（ＮＨ３）の水素及び窒素への分解が促進されると推察される。結果的に、触媒１１に電場が印加されていない場合に比較して、特に触媒１１の温度が低い環境下においても、触媒１１でのアンモニアの分解が促進される。
【0080】
ただし、ここに述べる分解促進のメカニズムは一説に過ぎず、アンモニア分解システム１０の構成等を限定する趣旨ではない。
【0081】
［６］変形例
以下、実施形態１の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
以下、実施形態１の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
【0082】
本開示におけるアンモニア分解システム１０は、制御部２としてのコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしての１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御部２としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、制御部２に含まれる一部又は全部の機能部は電子回路で構成されていてもよい。
【0083】
また、アンモニア分解システム１０の少なくとも一部の機能が、１つの筐体内に集約されていることはアンモニア分解システム１０に必須の構成ではなく、アンモニア分解システム１０の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。反対に、実施形態１において、複数の装置に分散されている機能が、１つの筐体内に集約されていてもよい。
【0084】
さらに、内燃機関システム１００の少なくとも一部は、船体に搭載されることに限らず、船体とは別に設けられてもよい。一例として、アンモニア分解システム１０の制御部２が、船体とは別に設けられたサーバ装置によって具現化される場合、サーバ装置と船体（の通信装置）との間の通信により、制御部２による内燃機関システム１００の制御が可能となる。制御部２の少なくとも一部の機能がクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。
【0085】
また、内燃機関システム１００が搭載される船舶は、外航船のように、１回の燃料補給で比較的長距離を航行する船舶に限らず、例えば、海においてスポーツ又はレクリエーション等に用いられる小型船舶である「プレジャーボート」等であってもよい。さらに、内燃機関システム１００が搭載される船舶は、貨物船及び貨客船等を含む商船、タグボート及びサルベージ船等を含む作業船、気象観測船及び練習船等を含む特殊船、漁船、並びに艦艇等であってもよい。また、船舶は、操縦者が搭乗する有人タイプに限らず、人（操縦者）が遠隔操作可能であるか、又は自律運航可能な無人タイプの船舶であってもよい。また、船舶は、船体にエンジン１０１に加えて、モータ（電動機）等の１以上の動力源を備えていてもよい。内燃機関システム１００は、例えば、作業機械、車両又は飛翔体等、船舶以外に用いられてもよい。
【0086】
また、アンモニア分解システム１０は、内燃機関システム１００以外に用いられてもよい。つまり、アンモニア分解システム１０で得られるガス（水素）がエンジン１０１の燃料として用いられることは、アンモニア分解システム１０に必須の構成ではなく、アンモニア分解システム１０でアンモニアを分解して得られるガス（水素又は窒素）がエンジン１０１以外に用いられてもよい。この場合に、アンモニア分解システム１０でアンモニアを分解して得られるガスを貯留するタンク（水素タンク１０２等）が設けられてもよいし、省略されてもよい。あるいは、アンモニア分解システム１０は、アンモニアの分解を目的に用いられてもよく、この場合、アンモニアを分解して得られるガス（水素又は窒素）は排気されてもよい。
【0087】
また、触媒１１に電場が印加されればよいのであって、分解部１が一対の電極１２，１３を有することは必須ではなく、例えば単一の電極１２のみを分解部１が有していてもよい。さらに、電源装置３がアンモニア分解システム１０の構成要素に含まれることも必須ではなく、アンモニア分解システム１０外の電源装置から、触媒１１（一対の電極１２，１３間）に対して電圧が印加されてもよい。
【0088】
また、分解部１でのアンモニアの分解率を制御する制御部２を備えることは、アンモニア分解システム１０に必須の構成ではなく、制御部２は省略されてもよい。また、分解部１が、触媒１１と、電極１２，１３と、を有することは、アンモニア分解システム１０に必須の構成ではない。制御部２が、触媒１１の温度、触媒１１を流れる電流値、及び触媒１１を通過するアンモニアの流量の少なくとも１つを変化させることで、分解率を変化させることも、アンモニア分解システム１０に必須の構成ではない。制御部２が、電流値が大きくなるほど分解率が高くなるように、少なくとも電流値によって分解率を変化させることも、アンモニア分解システム１０に必須の構成ではない。
【0089】
また、触媒を加熱する加熱部４はアンモニア分解システム１０に必須の構成ではなく、加熱部４は省略されてもよい。触媒１１の活性金属が、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかであること、触媒１１の酸化物が、Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒのいずれかを含むことも、アンモニア分解システム１０に必須の構成ではない。酸化物が、ＣｅＯ２，ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２，ＢａＺｒＯ３，ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３のいずれかであることも、必須の構成ではない。
【0090】
また、エンジン１０１の排熱を利用して分解部１を加熱することは、内燃機関システム１００に必須の構成ではない。エンジン１０１が、分解部１で得られる水素を燃料の少なくとも一部として利用することも、内燃機関システム１００に必須の構成ではない。エンジン１０１の燃料としてのアンモニアが、分解部１で分解されるアンモニアと、共通のタンクに収容されていることも必須ではなく、別々のタンクに収容されてもよい。
【0091】
（実施形態２）
本実施形態に係る内燃機関システム１００Ａは、図１２に示すように、アンモニアをエンジン１０１の燃料とせず、水素のみをエンジン１０１の燃料とする点で、実施形態１に係る内燃機関システム１００と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
本実施形態に係る内燃機関システム１００Ａは、図１２に示すように、アンモニアをエンジン１０１の燃料とせず、水素のみをエンジン１０１の燃料とする点で、実施形態１に係る内燃機関システム１００と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【0092】
すなわち、本実施形態では、エンジン１０１に対してアンモニアを供給するためのアンモニア燃料供給装置１０５（図１参照）が省略されており、エンジン１０１には水素のみが燃料として供給される。そのため、本実施形態では、エンジン１０１は、水素燃料供給装置１０３から供給される水素を燃料として動力を発生する水素専焼エンジン（Hydrogen fueled internal combustion engine）である。このエンジン１０１によれば、アンモニアと水素との混合ガスを燃料として用いる場合に比べ、未燃アンモニア又は温室効果ガスの発生を抑えて、よりクリーンな排ガスを実現できる。
【0093】
本実施形態に係る内燃機関システム１００Ａにおいても、燃料として用いられる水素は、アンモニア分解システム１０にてアンモニアを分解して得られる。したがって、本実施形態においても、実施形態１と同様に、アンモニアタンク１０４に貯留されている（液化）アンモニアから燃料を生成することができるので、エンジン１０１の燃料としての水素を、効率的かつ安全に供給することが可能となる。
【0094】
実施形態２の変形例として、内燃機関システム１００Ａのエンジンは、気体燃料（水素）を空気と混合させてからエンジン１０１の燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、液体燃料をエンジン１０１の燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式と、のいずれにも対応可能な、いわゆるデュアルフューエルエンジン（ＤＦエンジン）であってもよい。ここで、液体燃料は一例として化石燃料（軽油又はガソリン等）、バイオ燃料又は合成燃料等であることとする。より詳細には、液体燃料として軽油等を用いることで、内燃機関システム１００は、燃料に水素を用いるガスモードと、燃料に軽油等を用いるディーゼルモードと、のいずれにも対応可能である。ここで、ガスモードにおいては着火用燃料として少量の液体燃料（軽油等）が更に用いられてもよい。
【0095】
実施形態２に係る構成（変形例を含む）は、実施形態１で説明した種々の構成（変形例を含む）と適宜組み合わせて採用可能である。
【0096】
〔発明の付記〕
以下、上述の実施形態から抽出される発明の概要について付記する。なお、以下の付記で説明する各構成及び各処理機能は取捨選択して任意に組み合わせることが可能である。
以下、上述の実施形態から抽出される発明の概要について付記する。なお、以下の付記で説明する各構成及び各処理機能は取捨選択して任意に組み合わせることが可能である。
【0097】
＜付記１＞
アンモニアを分解する分解部と、
前記分解部でのアンモニアの分解率を制御する制御部と、を備える、
アンモニア分解システム。
アンモニアを分解する分解部と、
前記分解部でのアンモニアの分解率を制御する制御部と、を備える、
アンモニア分解システム。
【0098】
＜付記２＞
前記分解部は、
アンモニアを分解する触媒と、
前記触媒に電場を印加する電極と、を有する、
付記１に記載のアンモニア分解システム。
前記分解部は、
アンモニアを分解する触媒と、
前記触媒に電場を印加する電極と、を有する、
付記１に記載のアンモニア分解システム。
【0099】
＜付記３＞
前記制御部は、前記触媒の温度、前記触媒を流れる電流値、及び前記触媒を通過するアンモニアの流量の少なくとも１つを変化させることで、前記分解率を変化させる、
付記２に記載のアンモニア分解システム。
前記制御部は、前記触媒の温度、前記触媒を流れる電流値、及び前記触媒を通過するアンモニアの流量の少なくとも１つを変化させることで、前記分解率を変化させる、
付記２に記載のアンモニア分解システム。
【0100】
＜付記４＞
前記制御部は、前記電流値が大きくなるほど前記分解率が高くなるように、少なくとも前記電流値によって前記分解率を変化させる、
付記３に記載のアンモニア分解システム。
前記制御部は、前記電流値が大きくなるほど前記分解率が高くなるように、少なくとも前記電流値によって前記分解率を変化させる、
付記３に記載のアンモニア分解システム。
【0101】
＜付記５＞
前記触媒を加熱する加熱部を更に備え、
前記加熱部は、前記触媒の温度を５０℃以上、６００℃以下の範囲とする、
付記２～４のいずれかに記載のアンモニア分解システム。
前記触媒を加熱する加熱部を更に備え、
前記加熱部は、前記触媒の温度を５０℃以上、６００℃以下の範囲とする、
付記２～４のいずれかに記載のアンモニア分解システム。
【0102】
＜付記６＞
前記触媒は、活性金属と酸化物とを有し、
前記活性金属は、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかであって、
前記酸化物は、Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒのいずれかを含む、
付記２～５のいずれかに記載のアンモニア分解システム。
前記触媒は、活性金属と酸化物とを有し、
前記活性金属は、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかであって、
前記酸化物は、Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒのいずれかを含む、
付記２～５のいずれかに記載のアンモニア分解システム。
【0103】
＜付記７＞
前記酸化物は、ＣｅＯ２，ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２，ＢａＺｒＯ３，ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３のいずれかである、
付記６に記載のアンモニア分解システム。
前記酸化物は、ＣｅＯ２，ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２，ＢａＺｒＯ３，ＳｒｘＢａ（１－ｘ）ＺｒＯ３のいずれかである、
付記６に記載のアンモニア分解システム。
【0104】
＜付記８＞
付記１～７のいずれかに記載のアンモニア分解システムと、
前記アンモニア分解システムから出力されるガスの供給を受けて駆動するエンジンと、を備える、
内燃機関システム。
付記１～７のいずれかに記載のアンモニア分解システムと、
前記アンモニア分解システムから出力されるガスの供給を受けて駆動するエンジンと、を備える、
内燃機関システム。
【0105】
＜付記９＞
前記エンジンの排熱を利用して前記分解部を加熱する、
付記８に記載の内燃機関システム。
前記エンジンの排熱を利用して前記分解部を加熱する、
付記８に記載の内燃機関システム。
【0106】
＜付記１０＞
前記エンジンは、前記分解部で得られる水素を燃料の少なくとも一部として利用する、
付記８又は９に記載の内燃機関システム。
前記エンジンは、前記分解部で得られる水素を燃料の少なくとも一部として利用する、
付記８又は９に記載の内燃機関システム。
【0107】
＜付記１１＞
前記エンジンは、前記分解部で得られる水素と、アンモニアと、を燃料として利用する、
付記１０に記載の内燃機関システム。
前記エンジンは、前記分解部で得られる水素と、アンモニアと、を燃料として利用する、
付記１０に記載の内燃機関システム。
【0108】
＜付記１２＞
前記エンジンの燃料としてのアンモニアは、前記分解部で分解されるアンモニアと、共通のタンクに収容されている、
付記１１に記載の内燃機関システム。
前記エンジンの燃料としてのアンモニアは、前記分解部で分解されるアンモニアと、共通のタンクに収容されている、
付記１１に記載の内燃機関システム。
【符号の説明】
【0109】
１ 分解部
２ 制御部
４ 加熱部
１０ アンモニア分解システム
１１ 触媒
１２，１３ 電極
１００，１００Ａ 内燃機関システム
１０１ エンジン
１０４ アンモニアタンク（タンク）
２ 制御部
４ 加熱部
１０ アンモニア分解システム
１１ 触媒
１２，１３ 電極
１００，１００Ａ 内燃機関システム
１０１ エンジン
１０４ アンモニアタンク（タンク）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
