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

2021 Fiscal Year Annual Research 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: 往復動内燃機関 / アンモニア / 副室 / 予混合燃焼

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、NH3分解ガスを副室燃料として燃焼させ、主室に過濃燃焼ガス噴流トーチ火炎を形成することによって、主室内のNH3／Air予混合気の点火性を向上し安定燃焼させる、往復動内燃機関のNH3基礎燃焼技術を確立することを目的としている。最終年度は製作した「副室点火式NH3予混合燃焼機関システムの主室燃焼を模擬できる装置」を用いて燃焼実験を実施した。本装置は、副室と主室から構成され、副室内H2／Air予混合気に火花点火して主室に燃焼ガスを噴出し、主室内NH3／H2／Air予混合気に着火し火炎を形成する。主室に形成される火炎を高速カメラで撮影することで、火炎形成条件、消炎機構、火炎構造の特徴等の基本燃焼特性を調査した。実験は大気圧下で行った。なお研究当初は、主室内はNH3／Air予混合気を想定していたが、実験の結果、H2を供給して燃焼速度を高めなければ火炎が形成できないことが明らかになったため、NH3／H2／Air予混合気で実験を実施することにした。まず、副室噴孔径の影響を調査するために2 mm, 3 mm, 4 mmで実験した。この結果、4 mmのみ安定して火炎を確認することができた。副室噴孔径が小さい場合は、噴流の速度が高いため、噴流が発達する過程で燃焼ガスが急速に希釈され、着火に至らなかったと考える。次に、副室内当量比の影響を調査するために、副室当量比0.5，1.0、2.0、主室供給燃料（アンモニア/水素）の水素体積混合率40 %、副室噴孔径4 mmで実験を実施した。この結果、火炎の形成時期は、副室内当量比が高いほど早く有利であることがわかった。一方で火炎の発達の速度は、副室からの燃焼ガス噴流に強い影響を受けることが明らかになった。