特許 7464941 アンモニアを燃料とする内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】アンモニアを燃料とする内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02M 31/20 20060101AFI20240403BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

F02M31/20 C

F02M37/00 P

F02M37/00 341Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020074535

(22)【出願日】2020-04-20

(65)【公開番号】P2021173166

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大友 光彰

(72)【発明者】

【氏名】春日 俊相

(72)【発明者】

【氏名】范 勇

【審査官】藤田 和英

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１６３９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４６９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７４６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１４８７６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－１２２３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０８２３５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／１３６１３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２３３６５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ３１／２０

Ｆ０２Ｍ ３７／００

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体のアンモニアを貯留するタンクと、前記タンクから流入したアンモニアを昇圧する昇圧装置と、前記昇圧装置によって昇圧したアンモニアを内燃機関の燃焼室又は前記燃焼室に接続する吸気通路へ噴射するノズルと、前記タンクから前記昇圧装置を経由して前記ノズルまでアンモニアを供給する燃料配管と、を備え、
前記燃料配管の外側に前記タンク又は前記燃料配管から分流したアンモニアを流すことによって、アンモニアの蒸発による気化潜熱を利用して前記燃料配管を外側から冷却し、
前記燃料配管の外側に前記タンク又は前記燃料配管から分流したアンモニアを流す冷却用外管を備え、
前記燃料配管及び前記冷却用外管が二重管構造となっており、又は、前記冷却用外管が前記燃料配管の周囲に巻き付けられており、
前記燃料配管にバルブが設けられ、前記燃料配管にはアンモニアを漏出させる連通孔が前記バルブより下流側に形成され、前記連通孔から漏出したアンモニアは多孔体を経由して前記冷却用外管に流入することを特徴とするアンモニアを燃料とする内燃機関。

【請求項2】

請求項１に記載のアンモニアを燃料とする内燃機関であって、
前記燃料配管の冷却に用いたアンモニアを前記燃焼室に流し込んで燃焼させることを特徴とするアンモニアを燃料とする内燃機関。

【請求項3】

請求項１に記載のアンモニアを燃料とする内燃機関であって、
前記燃料配管の冷却に用いたアンモニアを前記タンクに戻すことを特徴とするアンモニアを燃料とする内燃機関。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載のアンモニアを燃料とする内燃機関であって、
前記内燃機関がレシプロエンジンであることを特徴とするアンモニアを燃料とする内燃機関。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか一項に記載のアンモニアを燃料とする内燃機関であって、
前記内燃機関がガスタービンエンジンであることを特徴とするアンモニアを燃料とする内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニアを燃料とする内燃機関、特に燃料配管の冷却に関する。

【背景技術】

【0002】

アンモニアを燃料とするガスタービンエンジンが特許文献１に開示され、アンモニアを燃料とするレシプロエンジンが特許文献２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１９１５０７号公報

【文献】特開２０１９－１７８６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アンモニアは蒸気圧が高く、加圧された条件では液体として存在するが、圧力が低下すると容易に気化する特徴がある。そのため、ノズルから液体のアンモニアを噴射して燃焼室へ供給しようとしても、燃料配管の途中でアンモニアが加熱されると気化してしまうことがある。特に燃焼室の近くでは温度が高くなり、気化が促進され易い。このように燃料の一部が気化してしまうと、ノズルから噴射する燃料流量が安定しなかったり、ノズルから噴射される燃料の噴霧形態が変化して空気との混合が悪化するという問題が生じることがある。そのため、燃料のアンモニアを常に液体に保つことが重要である。

【0005】

燃料のアンモニアを液体に保つ一つの方法として、常に燃料の圧力を高くしておく方法がある。しかし、圧力を高くする方法のみによって燃料を液体に保とうとすると、燃料の温度が上昇した際にノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くしなければならない場合がある。その場合、昇圧能力の高い昇圧装置を備える必要があり、コストがかかる。また、燃料配管の内部の圧力を高くすると、単位時間あたりにノズルを流れる燃料量が増加するため、燃料の噴射量の調整が難しくなるといった問題がある。

【0006】

そこで、本発明は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる内燃機関を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関は、液体のアンモニアを貯留するタンクと、前記タンクから流入したアンモニアを昇圧する昇圧装置と、前記昇圧装置によって昇圧したアンモニアを内燃機関の燃焼室又は前記燃焼室に接続する吸気通路へ噴射するノズルと、前記タンクから前記昇圧装置を経由して前記ノズルまでアンモニアを供給する燃料配管と、を備え、前記燃料配管の外側に前記タンク又は前記燃料配管から分流したアンモニアを流すことによって、アンモニアの蒸発による気化潜熱を利用して前記燃料配管を外側から冷却することを特徴とする。

【0008】

アンモニアは気化潜熱が非常に大きいため、このように燃料配管の外側にタンク又は燃料配管から分流したアンモニアを流して、アンモニアの蒸発による気化潜熱を利用して前記燃料配管を外側から冷却することによって、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0009】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関の一態様において、前記燃料配管の外側に前記タンク又は前記燃料配管から分流したアンモニアを流す冷却用外管を備え、前記燃料配管及び前記冷却用外管が二重管構造となっていてもよい。

【0010】

この態様によれば、二重管構造の外側の冷却用外管にタンク又は燃料配管から分流したアンモニアを流すことによって、アンモニアの蒸発による気化潜熱を利用して燃料配管を外側から冷却するため、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0011】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関の一態様において、前記燃料配管の外側に前記タンク又は前記燃料配管から分流したアンモニアを流す冷却用外管を備え、前記冷却用外管は前記燃料配管の周囲に巻き付けられていてもよい。

【0012】

この態様によれば、燃料配管の周囲に巻き付けた冷却用外管にタンク又は燃料配管から分流したアンモニアを流すことによって、アンモニアの蒸発による気化潜熱を利用して燃料配管を外側から冷却するため、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0013】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関は、前記燃料配管にバルブが設けられ、前記燃料配管にはアンモニアを漏出させる連通孔が前記バルブより下流側に形成され、前記連通孔から漏出したアンモニアは多孔体を経由して前記冷却用外管に流入させることを特徴とする。

【0014】

このように燃料配管から冷却用外管へアンモニアを分流する経路にバルブを設けず、バルブの代わりに多孔体を用いて冷却用外管にアンモニアが流入する流量を絞ることによって、バルブを用いる場合よりも簡易な構造となりコストダウンすることができる。

【0015】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関の一態様において、前記燃料配管の冷却に用いたアンモニアを前記燃焼室に流し込んで燃焼させてもよい。

【0016】

この態様によれば、燃料配管の冷却に用いたアンモニアも無駄にすることなく燃料として使用することができる。

【0017】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関の一態様において、前記燃料配管の冷却に用いたアンモニアを前記タンクに戻してもよい。

【0018】

この態様によれば、燃料配管の冷却に用いたアンモニアをタンクに戻すため、燃料のアンモニアを無駄にすることなく燃料配管の冷却に用いることができる。

【0019】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関の一態様において、前記内燃機関がレシプロエンジンであってもよい。

【0020】

この態様によれば、アンモニアを燃料とするレシプロエンジンで、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0021】

本発明に係るアンモニアを燃料とする内燃機関の一態様において、前記内燃機関がガスタービンエンジンであってもよい。

【0022】

この態様によれば、アンモニアを燃料とするガスタービンエンジンで、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１の実施形態の内燃機関の構成の概略を示す図である。

【図2】第１の実施形態の内燃機関の燃料配管及び冷却用外管を示す図である。

【図3】アンモニアの蒸気圧線を示す図である。

【図4】第２の実施形態の内燃機関の燃料配管及び冷却用外管を示す図である。

【図5】第３の実施形態の内燃機関の燃料配管及び冷却用外管を示す図である。

【図6】第４の実施形態の内燃機関の燃料配管の周囲に冷却用外管が巻き付けられた構造を示す図である。

【図7】第５の実施形態の内燃機関の燃料配管から冷却用外管へ分流する部分を示す断面図である。

【図8】第６の実施形態の内燃機関の構成の概略を示す図である。

【図9】第７の実施形態の内燃機関の構成の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しながら、第１の実施形態の内燃機関１０について説明する。図１に示すように、内燃機関１０は気筒１内にピストン１１が挿入された火花点火式のレシプロエンジンである。内燃機関１０には、燃焼室１３に向かって開口する吸気ポート２１及び排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１は燃焼室１３に接続する吸気通路の一部を構成し、排気ポート２２は燃焼室１３に接続する排気通路の一部を構成する。そして、吸気ポート２１には吸気弁２３が設けられ、排気ポート２２には排気弁２４が設けられている。

【0026】

内燃機関１０は、液体のアンモニアを貯留するタンク３と、タンク３から流入したアンモニアを昇圧する昇圧装置としてのポンプ４と、ポンプ４によって昇圧されたアンモニアを吸気ポート２１内へ噴射するノズルとしてのインジェクタ２５を備える。インジェクタ２５から吸気ポート２１内に噴射された燃料は吸入空気と混合して燃焼室１３内に導入され、燃焼室１３内で点火プラグ２６により点火されて燃焼する。

【0027】

図２に示すように、内燃機関１０は、タンク３からポンプ４を経由してインジェクタ２５までアンモニアを供給する燃料配管５を備える。燃料配管５にはバルブ５１が設けられ、バルブ５１が開くと燃焼室１３へ燃料の供給が可能となり、バルブ５１が閉じると燃焼室１３へ燃料を供給できなくなり内燃機関１０は停止する。燃料配管５の外側には、燃料配管５から分岐点５２で分流したアンモニアを流す冷却用外管６が設けられ、燃料配管５及び冷却用外管６は２重管構造となっている。

【0028】

燃料のアンモニアを液体の状態にするためには、図３に示す蒸気圧線よりも左側の状態にアンモニアを保つ必要がある。そのため、例えばアンモニアの温度が２５℃である場合には、アンモニアの圧力を１ＭＰａ以上とする必要がある。そのため、圧力を１．２ＭＰａ程度にしておけば、周囲温度が２５℃でもアンモニアは液体としてインジェクタ２５から噴射される。しかしながら、内燃機関１０が動作を開始すると、燃焼室１３における燃焼により、インジェクタ２５付近の温度も上昇し、例えば４０℃程度に上昇する可能性がある。その場合、燃料配管５の途中で燃料の一部が気化してしまう。

【0029】

このように燃料の一部が気化すると、燃料を吸気ポート２１内に噴射する際にインジェクタ２５を通過する燃料の質量流量は低下し、必要な燃料量を供給できなくなる。また、気化した割合も一定でないため、燃料流量の変動も大きくなり、噴射量の制御が難しくなる。そこで、燃料を常に液体に保つためには、例えば圧力を上げる方法があるが、その場合には昇圧能力の高い昇圧装置を準備しておく必要があり、コストがかかる。また、圧力を高くすると、単位時間あたりにインジェクタ２５を通過する燃料量が増加するため、インジェクタ２５の開弁時間などを圧力に合わせて変更する必要がある。そこで、本実施形態の内燃機関１０では、既に述べたように燃料配管５及び冷却用外管６は２重管構造として、燃料配管５から分流したアンモニアを冷却用外管６に流すことによって燃料配管５を外側から冷却する。

【0030】

図２に示すように、燃料配管５は分岐点５２で分岐してバルブ６１を介して冷却用外管６に接続しているため、タンク３内の蒸気圧により燃料配管５から液体のアンモニアがバルブ６１まで到達する。そして、バルブ６１で流路を絞ることによりバルブ６１より下流側の圧力が低下し、気化したアンモニアが冷却用外管６を流れる。分岐点５２からポンプ４まで燃料配管５及び冷却用外管６は２重管構造となっており、ポンプ４より下流側も燃料配管５及び冷却用外管６は２重管構造となっている。そして、ポンプ４より上流側の冷却用外管６は、ポンプ４を迂回した迂回路６２を経由してポンプ４より下流側の冷却用外管６に接続している。また、ポンプ４より下流側の冷却用外管６はインジェクタ２５の付近まで延びてバルブ６３を経由して吸気ポート２１に接続している。そのため、ポンプ４より上流側の冷却用外管６を流れた気体のアンモニアは迂回路６２を経由してポンプ４より下流側の冷却用外管６を流れて、更にバルブ６３を経由して吸気ポート２１に流れ込み、空気と共に燃焼室１３に入り燃焼される。

【0031】

アンモニアは気化潜熱が大きく、気化により温度が低下するため、上記のように冷却用外管６を気化したアンモニアが流れることによって燃料配管５が外側から冷却される。このように燃料配管５が冷却される結果、燃料配管５の内部の燃料圧力に対してアンモニアが液体である温度以下（図２の蒸気圧線よりも左側の条件）になるように燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、燃料配管５の内部を流れるアンモニアは液体のまま、インジェクタ２５から噴射される。このように本実施形態の内燃機関１０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、インジェクタ２５から燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、インジェクタ２５から噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0032】

また、上記のように冷却用外管６を流れた気体のアンモニアはバルブ６３を経由して吸気ポート２１に流れ込み、空気と共に燃焼室１３に入り燃焼されるため、本実施形態の内燃機関１０は、燃料配管５の冷却に用いたアンモニアも無駄にすることなく燃料として使用することができる。なお、このように燃料配管５の冷却に用いたアンモニアを吸気ポート２１に入れることによって、燃焼室１３に入る燃料量が増えてしまう。そこで、本実施形態の内燃機関１０では、この増加量に対応する分だけインジェクタ２５の開弁時間を短くしてインジェクタ２５より噴射する燃料量を減らすことによって、燃焼室１３で燃焼するために適切な燃料量を燃焼室１３に入れることができる。

【0033】

＜第２の実施形態＞
次に、図４を参照しながら、第２の実施形態の内燃機関２０について説明する。内燃機関２０は、ポンプ４の上流側には冷却用外管６を設けず、ポンプ４の下流側のみ冷却用外管６を設けている点と、ポンプ４より下流側の燃料配管５に分岐点５２ａが設けられる点を除いて、第１の実施形態の内燃機関１０と同一の構成を有する。そのため、第１の実施形態の内燃機関１０と異なる点について以下に説明し、第１の実施形態の内燃機関１０と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0034】

内燃機関２０では、ポンプ４より上流側の燃料配管５では温度上昇がほとんど生じず、ポンプ４の下流側のみ燃料配管５の温度が上昇するため、図４に示すように、ポンプ４の上流側には冷却用外管６を設けず、ポンプ４の下流側のみ冷却用外管６を設けている。ポンプ４より下流側では、燃料配管５の外側に冷却用外管６が設けられ、燃料配管５及び冷却用外管６が二重管構造となっている。ポンプ４より下流側の燃料配管５は分岐点５２ａで分岐してバルブ６１ａを介して冷却用外管６に接続しているため、ポンプ４によって昇圧された液体のアンモニアが燃料配管５からバルブ６１ａまで到達する。そして、バルブ６１ａで流路を絞ることによりバルブ６１ａより下流側の圧力が低下し、気化したアンモニアが冷却用外管６を流れる。また、冷却用外管６はインジェクタ２５の付近まで延びてバルブ６３を経由して吸気ポート２１に接続している。そのため、冷却用外管６を流れた気体のアンモニアはバルブ６３を経由して吸気ポート２１に流れ込み、空気と共に燃焼室１３に入り燃焼される。

【0035】

アンモニアは気化潜熱が大きく、気化により温度が低下するため、上記のように気化したアンモニアが冷却用外管６を流れることによって燃料配管５が外側から冷却される。このように燃料配管５が冷却される結果、燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、本実施形態の内燃機関２０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、インジェクタ２５から燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、インジェクタ２５から噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0036】

また、上記のように冷却用外管６を流れた気体のアンモニアはバルブ６３を経由して吸気ポート２１に流れ込み、空気と共に燃焼室１３に入り燃焼されるため、本実施形態の内燃機関２０は、燃料配管５の冷却に用いたアンモニアも無駄にすることなく燃料として使用することができる。

【0037】

＜第３の実施形態＞
次に、図５を参照しながら、第３の実施形態の内燃機関３０について説明する。内燃機関３０は、燃料配管５から冷却用外管６へアンモニアが分流する分岐点の位置が異なる点と、冷却用外管６を流れたアンモニアが吸気ポート２１に流れ込むのではなくタンク３に流れ込む点を除いて、第１の実施形態の内燃機関１０と同一の構成を有する。そのため、第１の実施形態の内燃機関１０と異なる点について以下に説明し、第１の実施形態の内燃機関１０と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0038】

図５に示すように、内燃機関３０は、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に、タンク３からポンプ４を経由してインジェクタ２５までアンモニアを供給する燃料配管５を備え、燃料配管５及び冷却用外管６は二重管構造となっている。内燃機関３０は、第１の実施形態の内燃機関１０と異なり、燃料配管５からインジェクタ２５付近の分岐点５２ｂで分岐してバルブ６１ｂを介して冷却用外管６に接続しているため、ポンプ４で昇圧された液体のアンモニアが燃料配管５からバルブ６１ｂまで到達し、バルブ６１ｂで流路を絞ることにより圧力が下がり、気化したアンモニアが冷却用外管６を流れる。そして、気化したアンモニアはバルブ６１ｂから冷却用外管６内をポンプ４に向かって流れて、迂回路６２を経由して更に冷却用外管６内をタンク３に向かって流れて、バルブ６３ｂを経由してタンク３に流れ込む。分岐点５２ｂにおいて燃料配管５の内部のアンモニアはポンプ４によって昇圧されており、冷却用外管６を流れるアンモニアの圧力をタンク３内の圧力よりも高くしておくことで、冷却に用いたアンモニアをタンク３に戻すことができる。

【0039】

アンモニアは気化潜熱が大きく、気化により温度が低下するため、上記のように気化したアンモニアが冷却用外管６を流れることによって燃料配管５が外側から冷却される。このように燃料配管５が冷却される結果、燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、本実施形態の内燃機関３０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、インジェクタ２５から燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、インジェクタ２５から噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0040】

また、上記のように冷却用外管６を流れた気体のアンモニアはバルブ６３ｂを経由してタンク３に流れ込み、燃料配管５の冷却に用いたアンモニアをタンク３に戻すため、本実施形態の内燃機関３０は、燃料のアンモニアを無駄にすることなく燃料配管５の冷却に用いることができる。

【0041】

＜第４の実施形態＞
次に、図６を参照しながら、第４の実施形態の内燃機関４０について説明する。内燃機関４０は、燃料配管５及び冷却用外管６ａが二重管構造となっておらず、燃料配管５の周囲に冷却用外管６ａが巻き付けられている点を除いて、第１の実施形態の内燃機関１０と同一の構成を有する。そのため、第１の実施形態の内燃機関１０と異なる点について以下に説明し、第１の実施形態の内燃機関１０と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0042】

内燃機関４０では、第１の実施形態の内燃機関１０の燃料配管５及び冷却用外管６が二重管構造となっている部分が、図６に示すように、燃料配管５の周囲に冷却用外管６ａが巻き付けられた構造となっている。そのため、本実施形態の内燃機関４０は、燃料配管５の周囲に巻き付けた冷却用外管６ａに燃料配管５から分流したアンモニアを流すことによって、アンモニアの蒸発による気化潜熱を利用して燃料配管５を外側から冷却し、燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、内燃機関４０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、インジェクタ２５から燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、インジェクタ２５から噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0043】

＜第５の実施形態＞
次に、図７を参照しながら、第５の実施形態の内燃機関５０について説明する。内燃機関５０は、燃料配管５には図２に示されるバルブ５１より下流側にアンモニアを漏出させる連通孔５３が形成され、バルブ６１の代わりに多孔体６４が設けられている点を除いて、第１の実施形態の内燃機関１０と同一の構成を有する。そのため、第１の実施形態の内燃機関１０と異なる点について以下に説明し、第１の実施形態の内燃機関１０と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0044】

内燃機関５０は、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に燃料配管５及び冷却用外管６が二重管構造となっている。内燃機関５０は、第１の実施形態の内燃機関１０のように燃料配管５が分岐点５２で分岐してバルブ６１を介して冷却用外管６に接続しているのではなく、図７に示すように、燃料配管５にはアンモニアを漏出させる連通孔５３が形成され、冷却用外管６に多孔体６４が詰められている。そのため、燃料配管５の内部を図７の矢印Ａの方向へ流れる液体のアンモニアの一部が連通孔５３から漏出し、多孔体６４を経由して冷却用外管６に流入する。この時、多孔体６４を通り抜けたアンモニアは圧力が低下するため、気化する。そして、気化したアンモニアが冷却用外管６を図７の矢印Ｂの方向へ流れることにより、燃料配管５が外側から冷却される。

【0045】

このように本実施形態の内燃機関５０は、燃料配管５から冷却用外管６へアンモニアを分流する経路にバルブ６１を設けず、バルブ６１の代わりに多孔体６４を用いて冷却用外管６にアンモニアが流入する流量を絞るため、バルブ６１を用いる場合よりも簡易な構造となりコストダウンすることができる。なお、内燃機関５０では、第１の実施形態の内燃機関１０のバルブ６３を設ける代わりに多孔体を設けてもよい。その場合、バルブ６３を用いる場合よりも簡易な構造となり更にコストダウンすることができる。

【0046】

また、内燃機関５０は、上記のように気化したアンモニアが冷却用外管６を流れることによって燃料配管５が外側から冷却されるため、燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、本実施形態の内燃機関５０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、インジェクタ２５から燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、インジェクタ２５から噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0047】

＜第６の実施形態＞
次に、図８を参照しながら、第６の実施形態の内燃機関６０について説明する。内燃機関６０は、インジェクタ２５が取り付けられている位置が異なる点と、燃料を直に燃焼室１３内に噴射する点を除いて、第１の実施形態の内燃機関１０と同一の構成を有する。そのため、第１の実施形態の内燃機関１０と異なる点について以下に説明し、第１の実施形態の内燃機関１０と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0048】

図８に示すように、第６の実施形態の内燃機関６０は、インジェクタ２５から燃焼室１３内へ直に燃料のアンモニアを噴射するレシプロエンジンである。そのため、内燃機関６０では、インジェクタ２５は、第１の実施形態の内燃機関１０とは異なり、燃焼室１３内へ燃料を直に噴射できる位置に設けられている。内燃機関６０は、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に、タンク３からポンプ４を経由してインジェクタ２５までアンモニアを供給する燃料配管５を備える。内燃機関６０は、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に、冷却用外管６、バルブ６１、バルブ６３及び迂回路６２を備える。そして、内燃機関６０では、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に、燃料配管５及び冷却用外管６は二重管構造となっており、燃料配管５から分流して冷却用外管６を流れたアンモニアはバルブ６３を経由して吸気ポート２１に流れ込む。

【0049】

吸気ポート２１に燃料を噴射する第１の実施形態の内燃機関１０と比較して、燃焼室１３内に直に燃料を噴射する内燃機関６０では、インジェクタ２５の温度が高くなり易いため、燃料配管５を冷却する必要性が高い。内燃機関６０でも、燃料配管５及び冷却用外管６を二重管構造として、冷却用外管６に気化したアンモニアを流すことによって、燃料配管５を外側から冷却するため、燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、本実施形態の内燃機関６０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、インジェクタ２５から燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、インジェクタ２５から噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0050】

＜第７の実施形態＞
次に、図９を参照しながら、第７の実施形態の内燃機関７０について説明する。内燃機関７０は、レシプロエンジンではなくガスタービンエンジンである点を除いて、第１の実施形態の内燃機関１０と同一の構成を有する。そのため、第１の実施形態の内燃機関１０と異なる点について以下に説明し、第１の実施形態の内燃機関１０と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0051】

内燃機関７０はアンモニアを燃料とするガスタービンエンジンである。図９には、内燃機関７０の燃焼器の燃焼室１３ａと、液体のアンモニアを貯留するタンク３と、タンク３から流入したアンモニアを昇圧するポンプ４と、ポンプ４によって昇圧されたアンモニアを燃焼室１３ａ内に噴射するインジェクタ２５と、タンク３からポンプ４を経由してインジェクタ２５までアンモニアを供給する燃料配管５が示されている。内燃機関７０は、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に、冷却用外管６、バルブ６１、バルブ６３及び迂回路６２を備える。そして、内燃機関７０では、第１の実施形態の内燃機関１０と同様に、燃料配管５及び冷却用外管６は二重管構造となっており、燃料配管５から分流して冷却用外管６を流れたアンモニアはバルブ６３を経由して燃焼室１３ａに接続する吸気通路２１ａに流れ込む。

【0052】

内燃機関７０でも、燃料配管５及び冷却用外管６を二重管構造として、冷却用外管６に気化したアンモニアを流すことによって、燃料配管５を外側から冷却するため、燃料配管５の内部のアンモニアを常に液体に保つことができる。そのため、本実施形態の内燃機関７０は、燃料の冷却のために複雑な装置を用いることなく、また、ノズルから燃料を噴射するために求められる値よりも燃料配管５の内部の圧力を過度に高くすることなく、ノズルから噴射するアンモニアを液体に保つことができる。

【0053】

＜実施形態の補足＞
本開示のアンモニアを燃料とする内燃機関は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、冷却用外管は燃料配管の全体に設けられる必要はなく、燃料配管の特に温度が上昇する部分のみに設けられていてもよい。また、燃料配管から分流したアンモニアを冷却用外管に流すのではなく、タンクから分流したアンモニアを冷却用外管に流す形態であってもよい。また、アンモニアを燃料として燃焼させていれば、アンモニア以外の他の燃料も一緒に燃焼させる形態であってもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ 気筒、３ タンク、４ ポンプ、５ 燃料配管、６，６ａ 冷却用外管、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０ 内燃機関、１１ ピストン、１３，１３ａ 燃焼室、２１ 吸気ポート、２１ａ 吸気通路、２２ 排気ポート、２３ 吸気弁、２４ 排気弁、２５ インジェクタ、２６ 点火プラグ、５１，６１，６１ａ，６１ｂ，６３，６３ｂ バルブ、５２，５２ａ，５２ｂ 分岐点、５３ 連通孔、６２ 迂回路、６４ 多孔体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】