3.3 実験機の設計（噴射弁テスト装置の設計製作）

　

3.3.1 超臨界水噴射弁テスト装置の設計

　超臨界水噴射弁のテストのための高圧N2ガス供給装置を設計・製作した。

　

（1）ガス使用量の検討

　基本的なシステムフローとしては、汎用の高圧ボンベ（15MPa）のN2を往復動式ポンプで昇圧して35MPaのN2を得ることを考える。（図. 3-3-1御参照）

　まずガス使用量を検討した。表. 3-2-1のとおり、今回設計した噴射弁での噴射量の見積もりは約9.0/st。よって実機と同様に噴射した場合の消費量は、3.4kg/min（2.7Nm3/min）、142kg/min（162Nm3/min）となる。

　一般的に出回っている15MPa、7Nm3ボンベの25本カードルの使用を考えた場合、残圧10MPaまで使用可能とすると約21分使用可能の計算となる。本試験では噴射間隔を実機より長くするため、15MPa、7Nm3ボンベの25本カードル使用で装置の設計を進めた。

　

（2）システム内のボリューム要素の容積検討

　噴射時の圧力変動、供給圧確保などのため、システム各部に設置するボリューム要素の大きさを検討した。ブースター後の蓄圧用高圧ボンベ、噴射弁上流の蓄圧用高圧ボンベにつき検討し、計画の本数にて問題のないことを確認した。

　

（3）その他

　下記留意事項を装置の設計に反映させた。

・配管各部に安全弁を配置する。（高圧ガス保安法を遵守）

・シリンダ容器内圧を20〜25MPaの範囲にある所定の圧力に保つよう背圧弁を設ける。

　

　上記の設計に基づき、下記構成要素により噴射弁テスト装置を製作した。システムのフロー図を図. 3-3-1に、テスト装置の写真を図. 3-3-2に示す。

（1）汎用窒素ボンベから窒素を供給する。

（3）一旦緩衝用ボンベに蓄圧する。

（4）減圧弁にて30MPaまで減圧する。

　

　

　

　

　H16の超臨界水噴射弁試験およびH17の実証システムの試験について、試験項目を列挙する。詳細の試験計画については、試験装置準備段階で詰めていく。

　

（1）H16超臨界水噴射弁試験

　図. 3-4-1に超臨界水噴射弁試験装置のイメージ図を示す。試験項目は下記のとおり。

・超臨界水発生装置の特性確認

　超臨界水が得られることの確認試験、発生装置の運転方法確認試験、循環システムの確認、制御性確認熱交換器確認

・超臨界水噴射弁の噴射試験

　針弁の作動確認、噴射弁の冷却効果確認、噴射量確認、噴霧形態観察試験、噴射試験後の噴射弁磨耗状況確認

　

（2）H17実証システムの検証

　図. 3-4-2に実証システムのイメージ図を示す。弊社の単筒試験機（KU30Bシリーズを予定）を用いて試験実施の予定である。試験項目は下記のとおり。

・エンジンの基本性能の確認

・超臨界水噴射試験

・排ガス性状確認

・燃料追加投入試験

・超臨界水噴射時の受熱解析

・最高到達性能確認試験

・排熱回収系のバランス確認

　

　H16の超臨界水噴射弁試験装置についての必要ユーティリティは3.1.2、3.2.3で説明の仕様などを御参照。

　H17の実証システムについては、基本的に既存のエンジン設備を使用するため、ユーティリティは既に完備した状態にある。これに超臨界水発生装置に関するユーティリティが加わるが、H16年度の試験時に超臨界水発生装置に関するユーティリティの確認を行い、H17年度の実証試験に備えることとする。

　

　

　

　

　排気ガスの熱を回収して超臨界水という特殊な状態の水を生成し、これをシリンダ内に噴射することで、NOxの大幅低減とCO2の低減を同時に図ることを狙いとした、超臨界水場エンジンの研究開発に取り組んだ。本年度得られた成果は以下のとおりである。

　

　本調査研究は、平成14年度のFS研究を経て、H15年度からH17年度の3ヵ年で産官学連携のもと、実用化の目処をつけるため調査研究を推進させるものである。

　本年度は実用化へ向けた研究の初年度として、主として各コンポーネントの設計を実施した。本年度の成果をもとにH16年度は各コンポーネントの確認試験、H17年度のエンジン試験へとつなげ、最終的に実用化の目処付けに結びつけて行きたい。