三菱重工業（株）

　

　舶用内燃機関における高出力化・高性能化・コンパクト化への要求が持続拡大する一方で、CO₂削減および公害物質の排出抑制は至上の命題である。先行する自動車用内燃機関の排出規制は、将来あらゆる内燃機関を含めた熱機関全てへと波及することは必至で、その規制に先んじて超高効率低公害舶用内燃機関を開発し実用化することは、社会経済並びに舶用工業に対する計り知れない貢献を果たす。

　本調査研究では、出力数MW〜十数MWクラスの内燃機プラントを対象として、革新的な性能改善を実現する「排熱回収エネルギー筒内帰還型内燃機関」のF／Sに取り組む。

　本システムは機関の排熱利用で高温高圧水を生成し、それを内燃機関の筒内に噴射して、効率・出力向上、および有害排出物の低減を図るものである。本年度はシステムの実機実現性の確認を目的に取り組んだ。

　

　

　

　排熱回収エネルギー筒内帰還型内燃機関（以下フィードバック複合システム）のモデル構築を行い、性能評価式を導出する。

　

　

　各種燃焼器のthe mal NO_x低減手法として水添加は古くから行われてきた技術である。燃焼温度よりも低温かつ熱容量の大きい水を燃焼場に供給することで、火炎温度を低下させZeldovich NO_xの生成を抑制することができる。

　ディーゼル機関にも水添加はNO_x低減の有効な手段である。方法としては、筒内への直接噴射、吸入空気への添加、エマルジョン燃料の使用などがあり、従来からさまざまな試みがなされ実用化に至っているものもあるが、いずれの方法も火炎温度低下による着火性の低下と燃焼の悪化、水の混入による潤滑油の劣化や材料の腐食などの問題が指摘されている。また機関出力や熱効率という面では従来と同等以下である。

　

　一方、本システムでは超臨界条件の高温高圧水（374.15℃、22.12MPa以上）を筒内に噴射する。高エンタルピであるため、従来の水噴射にはない出力・熱効率の向上が期待できるほか、さらに超臨界水という特有の性質によりNO_x低減にも従来とは異なる効果が期待できる。図.3.2.1に水の温度−圧力線図を示す。線図の中で超臨界水とは臨界点よりも右上の領域に入るものを指す。以下に一般的な超臨界流体の特徴および、超臨界水の特徴を示す。

　

　高温高圧水（超臨界水）噴射によるメリットは大きく熱効率向上とNO_x低減の2つが挙げられ、その要因は下表に分類される。

　

　

　図.3.2.2、表.3.2.2にとくに熱効率向上およびNO_x低減について考えうる影響および効果を示す。各項目の（1）〜（4）は上表に対応する。