NH3分解ガスによる過濃燃焼ガス噴流トーチを用いたNH3予混合燃焼に関する研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04866
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 市川 泰久 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (20586680)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アンモニア / 分解ガス / 副室点火 / 噴流火炎 / 往復動内燃機関

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、燃焼困難なアンモニア(NH3)を内燃機関の主燃料として利用することを目標とする。NH3は点火が難しく燃焼速度が遅いために、内燃機関の燃料とする場合は燃焼不安定化や未燃NH3排出等が課題となる。本研究ではこれらの課題克服のために、新たな燃焼システムを提案している。提案する燃焼システムは、副室内でNH3分解ガス（NH3を分解し生成した水素（H2）／窒素（N2）／NH3混合気）を過濃な条件で燃焼させ主室へ噴射することにより、主室内のNH3／空気（Air）予混合気の着火性および燃焼速度を向上させ、主室内燃焼の安定化および未燃NH3の排出を抑制することを特徴とする。本研究課題では、主室内燃焼を模擬した燃焼試験装置を製作し、NH3分解ガスを燃料とした過濃燃焼ガス噴流が形成するトーチ火炎を用いてNH3／Air予混合気火炎を形成する。その燃焼特性を光学計測等により解析し、基礎燃焼特性を明らかにする。
当該年度は、燃焼試験装置の設計を完了し、組立を実施した。また、燃焼計測のための、レーザーシャドウグラフ撮影およびOH*自発光撮影が可能な、光学計測システムを構築し、試撮影を行った。また、実験においてNH3を安全に取り扱うための、安全システムを構築した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当該年度は、燃焼試験装置の設計を完了し、組立を実施した。また、燃焼計測のための、レーザーシャドウグラフ撮影およびOH*自発光撮影が可能な、光学計測システムを構築し、試撮影を行った。さらに、実験においてNH3を安全に取り扱うための安全システムも構築した。燃焼試験装置は、当初バーナを用いる予定であったが、バーナによる定在火炎を対象とすると、実際の往復動内燃機関の燃焼との相違が大きい。そこで、実際の往復動内燃機関の燃焼に近い状態で試験が可能な、定容燃焼試験装置で実施することに変更している。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、構築した燃焼試験装置を用いて実験を実施する。容器内にNH3／Air予混合気を分圧充填し、加圧・昇温する。この予混合気に対して、容器に設置された副室トーチによって点火し、予混合火炎を生じさせる。生じた火炎を観察窓からレーザーシャドウグラフ撮影およびOH*自発光撮影で観察を行う。これらの結果から、NH3分解ガスを燃料とした過濃燃焼ガス噴流が形成する副室トーチ火炎と主室のNH3／Air予混合気火炎に関する基礎燃焼特性を明らかにする。

Causes of Carryover

燃焼試験装置および計測装置、安全システムの準備状況に対応した、予算の使用状況になっている。次年度では、燃料ガスや消耗品の購入、燃焼試験装置改造を実施する予定である。