(57)【要約】【課題】水素の消費量を少なくした水素エンジンシステムを提供すること。【解決手段】水貯蔵手段と、水の電気分解により得られた水素と酸素の混合ガスを貯蔵する水素−酸素混合ガス貯蔵手段と、前記水素−酸素混合ガス貯蔵手段に貯蔵されている前記混合ガスを所定量及び所定のタイミングで水素エンジンの燃焼室に送り込む混合ガス供給手段と、前記水貯蔵手段から導かれた水を加熱して水蒸気にして、所定量及び前記混合ガスと同じタイミングで前記水素エンジンの燃焼室に送り込む加熱水蒸気発生／供給手段と、前記燃焼室、ピストン及び点火手段を有する水素エンジンとを備え、前記点火手段により前記混合ガスを爆発燃焼させ、発生した熱によって前記水蒸気を加熱膨張させて前記ピストンを作動させることによって達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯蔵する水貯蔵手段と、
水を電気分解して得られた水素と酸素の混合ガスを貯蔵する水素−酸素混合ガス貯蔵手段と、
前記水素−酸素混合ガス貯蔵手段に貯蔵されている前記混合ガスを所定量及び所定のタイミングで水素エンジンの燃焼室に送り込む混合ガス供給手段と、
前記水貯蔵手段から導かれた水を加熱して水蒸気にして、所定量及び前記混合ガスと同じタイミングで前記水素エンジンの燃焼室に送り込む加熱水蒸気発生／供給手段と、
前記燃焼室、ピストン及び点火手段を有する水素エンジンと、
を備えた水素エンジンシステムであって、
前記点火手段により前記混合ガスを爆発燃焼させ、発生した熱によって前記水蒸気を加熱膨張させて前記ピストンを作動させることを特徴とする水素エンジンシステム。
【請求項２】
前記加熱水蒸気発生／送出手段に空気供給手段を接続し、空気を加熱水蒸気発生／送出手段に送り込むことにより水蒸気−空気混合ガスを作り出し、これを前記燃焼室内に送り込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水素エンジンシステム。
【請求項３】
前記空気供給手段が空気清浄手段を内蔵していることを特徴とする請求項２に記載の水素エンジンシステム。
【請求項４】
前記水素−酸素混合ガス貯蔵手段は取り外し可能なカセット式ボンベで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素エンジンシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の水素エンジンシステムを搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を燃料とする水素エンジンシステムに関し、特に、水を電気分解して得られた水素−酸素の混合気体と、高温に熱した加熱水蒸気とを燃焼室（シリンダー）内に送り込み、点火して水素を燃焼させ、そのとき発生する熱によって加熱水蒸気を膨張させることによってピストンを動かすようにした水素エンジンとを含む、水素を燃料とする水素エンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解して得られた水素と酸素の混合気体を燃焼室に送り込み、それに点火して爆発させることにより、ピストンを作動させるタイプの水素エンジンが知られている（例えば、特許文献１又は２参照）。水素２容量と酸素１容量との混合ガスを爆鳴気といい、点火されて爆発すると水蒸気となり多量の熱を発生する。計算によると、１モル（約22.4リットル）の水素が燃焼して１モルの水蒸気が生成する場合、58.3kcalの熱を発生して、温度は4710℃に、圧力は１２気圧に達する（「化学大辞典」共立出版株式会社  巻７、６５頁参照）。従って、燃焼室の耐熱強度及び耐圧強度の観点から見ると、水素と酸素の混合ガスの燃焼のみによってピストンを作動させることは好ましくない。また、電気分解によって発生した水素と酸素の混合ガスのみによって水素エンジンを作動させる場合は混合ガスの消費量が増え、車載用のエンジンの場合、長時間のドライブに耐えられないおそれもある。これを解決するには大掛かりな電気分解装置を自動車に搭載する必要があるが、現実的ではない。
【０００３】
これに対して、本願の発明者は次のような着想のもとで検討をおこなった。
（１）水素と酸素の混合ガスの爆発によって発生する熱を利用して、他のガスを加熱して膨張させ、その圧力でピストンを作動させれば、混合ガスの消費量は少なく抑えられる。
（２）外部の電気分解装置（たとえば特許文献３参照）で大量に生成された水素と酸素の混合ガスをカセット式のボンベに詰めて自動車に搭載すれば、自動車に搭載する電気分解装置は不要となり、自動車全体の重量を軽くできる。
【特許文献１】特開平１０−１６８４号公報
【特許文献２】特開平１１−２５７２０６号公報
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００２／０９０６２１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述のような事情に鑑み、上記着想のもとに為されたものであり、水素という安価でクリーンな燃料を使用する水素エンジンシステムにおいて、水素の消費量を少なくした水素エンジンシステム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】
【０００５】
本発明は水素エンジンシステムに関し、本発明の上記目的は、水を貯蔵する水貯蔵手段と、水を電気分解して得られた水素と酸素の混合ガスを貯蔵する水素−酸素混合ガス貯蔵手段と、前記水素−酸素混合ガス貯蔵手段に貯蔵されている前記混合ガスを所定量及び所定のタイミングで水素エンジンの燃焼室に送り込む混合ガス供給手段と、前記水貯蔵手段から導かれた水を加熱して水蒸気にして、所定量及び前記混合ガスと同じタイミングで前記水素エンジンの燃焼室に送り込む加熱水蒸気発生／供給手段と、前記燃焼室、ピストン及び点火手段を有する水素エンジンとを備え、前記点火手段により前記混合ガスを爆発燃焼させ、発生した熱によって前記水蒸気を加熱膨張させて前記ピストンを作動させることによって達成される。
【０００６】
また、本発明の上記目的は、前記加熱水蒸気発生／送出手段に空気供給手段を接続し、空気を加熱水蒸気発生／送出手段に送り込むことにより水蒸気−空気混合ガスを作り出し、これを前記燃焼室内に送り込むようにすることにより効果的に達成される。
さらに、本発明の上記目的は、前記水素−酸素混合ガス貯蔵手段を取り外し可能なカセット式ボンベで構成することによって効果的に達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る水素エンジンシステムによれば、水素−酸素混合ガスに加えて加熱水蒸気の膨張圧力も利用するので、水素の消費量が少なくて済むという効果がある。また、水素−酸素混合ガスのみを使用する場合と比較して、燃焼室内の温度を低く抑えることができるので、エンジンの耐熱性設計上有利となる。
さらには、従来の水素エンジンシステムによる効果も有していることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、水素−酸素混合ガスを起爆剤として、その燃焼によって生じた熱で加熱水蒸気をさらに加熱して爆発的に膨張させ、その圧力でピストンを作動させるようにした水素エンジンシステムに関するものである。以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明に係る水素エンジンシステムの一実施形態を示す系統図である。水貯蔵手段１は加熱水蒸気源となる水を貯蔵するところであり、着脱式のタンクで構成してもよい。そのようにすることにより家庭の水道水によって補給することも容易となる。また、自動車の屋根等に雨水捕集用の樋を設け、そこから補給できるようにしてもよい。水素−酸素混合ガス貯蔵手段２は、電気分解によって生成した水素−酸素混合ガス（水素と酸素の体積比が２：１になっており、「爆鳴気」とも呼ばれる。以下、単に「混合ガス」という。）を貯蔵しておき、後述の水素−酸素混合ガス送出手段３に送り出す働きをするものである。なお、これは前述の特許文献３の装置を用いて工場等で大量に生産され、安価に入手できる混合ガス（これは、装置の発明者の名前を冠して「大政ガス」とも呼ばれている。）を利用できるように、カセット式のボンベで構成される。また、前記「大政ガス」は現在あるガソリンスタンド等で補給できるようにすることも可能である。
水素−酸素混合ガス送出手段３はガソリンエンジンにおけるキャブレターの働きをするものであり、所定量の混合ガスを所定のタイミングで水素エンジン５の燃焼室５１内に送り込む働きをするものである。
加熱水蒸気発生／送出手段４は水貯蔵手段１から送られた水を瞬間的に２５０〜３００℃の水蒸気にして、所定の量を所定のタイミングで水素エンジン５の燃焼室５１に送り込む働きをするものである。加熱水蒸気を燃焼室５１に送り込むタイミングは、前記混合ガスを燃焼室５１に送り込むタイミングと同じである。なお、加熱水蒸気発生／送出手段４はガソリンエンジンにおけるキャブレターに相当するものである。加熱水蒸気発生／送出手段４の内部には金属板からなるヒータが設けられており、これに水が触れると瞬間的に水蒸気が発生するようになっている。
水素エンジン５は燃焼室５１のほかに、ピストン５２、点火手段（電気プラグ）５３、及びピストン５２に連結されたクランク機構５４を備えている。なお、水素エンジン５は従来のガソリンエンジンをそのまま流用することが可能である。
【００１０】
以上の構成において、燃焼室５１内に導入された混合ガスと加熱水蒸気に対して、点火手段５３により点火を行うと、混合ガスが爆発的に燃焼し、高熱を発する。この熱によって加熱水蒸気がさらに熱せられて体積が爆発的に膨張し、ピストン５２を下に下げ、クランク機構によって回転運動を得る。ピストンが最下点まで達すると燃焼室内の排気が始まり、排気が終わると再び混合ガスと加熱水蒸気が送りこまれる。その後は上記の繰り返しになる。
【００１１】
図２は、本発明に係る水素エンジンシステムの他の実施形態を示す系統図である。図１に示した水素エンジンシステムと異なる箇所は、加熱水蒸気発生／送出手段４に空気供給手段６を接続し、空気を加熱水蒸気発生／送出手段４に送り込み、水蒸気−空気混合ガスを作り出し、これを燃焼室内に送り込むようにした点である。このようにすることにより水の消費量を抑えることができる効果がある。なお、空気供給手段６は屋外の空気を取り込んで使用するため、空気清浄手段を内蔵させるようにするのが好ましい。
【００１２】
上記水素エンジンシステムを自動車に搭載すれば、無公害の省エネルギーな自動車を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る水素エンジンシステムの一の実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明に係る水素エンジンシステムの他の実施形態を示す系統図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  水貯蔵手段
２  水素−酸素混合ガス貯蔵手段
３  水素−酸素混合ガス送出手段
４  加熱水蒸気発生／送出手段
５  水素エンジン
５１  燃焼室
５２  ピストン
５３  点火手段
５４  クランク機構
６  空気供給手段
【図１】
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【図２】
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