(57)【要約】【課題】水の電気分解で電極に付着する気泡や析出物により、電解効率が低下するのを防止するために超音波振動を付加する酸水素発生装置において、超音波振動の問題により電極を層状配置できない問題点がある。【解決手段】電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記電極間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液制御手段と、気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、超音波発振子と、前記超音波発振子を超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備え、前記電気分解手段は、前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、電極をスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子の振動面から、超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、偶数倍の距離に前記陽極を配置する酸水素発生装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記陰極と前記陽極との間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液の供給を制御する電解液制御手段と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、
超音波発振子と、前記超音波発振子を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備えた酸水素発生装置において、
前記電気分解手段は、
前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記陰極と前記陽極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、
更に、前記超音波発振子の振動面から、超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極を、配置することを特徴とする酸水素発生装置。
【請求項２】
前記酸水素発生装置の超音波発生手段において、
前記陰極から超音波振動の伝搬方向に超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子を設ける、または、前記高周波発生器が、前記超音波の周波数と、前記超音波の周波数の２倍の周波数と、に周波数切換えできることを特徴とする請求項１に記載の酸水素発生装置。
【請求項３】
前記酸水素発生装置の電気分解手段において、
電気分解にて前記陰極と陽極から発生する気体を、前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段を設けることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の酸水素発生装置。
【請求項４】
二次電池とモータ／発電機を備えた回生手段と、前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置を設け、前記酸水素発生装置で発生する酸水素または水素と酸素を、内燃機関の吸気に供給するハイブリッド車両、または燃料電池に供給する燃料電池車両において、
前記酸水素発生装置は、
電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記陰極と前記陽極との間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液の供給を制御する電解液制御手段と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、
超音波発振子と、前記超音波発振子を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備え、
前記電気分解手段は、
前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記電極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、
更に、前記超音波発振子の振動面から超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極を配置することを特徴とするハイブリッド車両、または燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、超音波発生手段を備えた酸水素発生装置と、前記酸水素発生装置を備えたハイブリッド車両、または燃料電池車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液中に超音波振動を伝搬することにより、超音波振動の音圧の変動（正圧と負圧）により発生する気泡によるキャビテーション、または超音波振動の振幅による電解液の加速度等により洗浄を行う超音波洗浄機が市販品としてある。
前記キャビテーションは高周波数では弱くなり、前記加速度は周波数の２乗に比例し、これらの洗浄に適する領域は液中の波長（λ）により決まる。
超音波エネルギを液面に集中させて、超音波エネルギで液滴を飛散させて霧化を行う超音波加湿器が市販品としてあり、超音波振動の周波数が高いほど粒子が小さくなり、電気的エネルギが大きいほど霧化量は増大する。
高周波発生器により超音波発振子の表面を超音波振動させて電解液に超音波振動を伝搬し、電極に付着した気泡状のガスを容易に電極から離して浮上させることにより、高速度で効率良く電気分解を行うことができ、陰極と陽極の間に仕切膜を設けることにより、陽極で発生するガスと陰極で発生するガスを容易に分離して回収できる電気分解装置（特許文献１）および電解水生成器（特許文献２）がある。
電解液と金属製の電極との音響インピーダンスの差が大きいため、超音波振動が前記電極で反射されるので、上記特許文献１および特許文献２の電解装置は、ガス発生量の増大のために複数の電極を層状に設けることができない。
陽イオン交換膜を挟んで一側にグリッド状の陽極を、他側に複数のグリッド状ステンレス板からなる陰極を配置し、加圧一体化した水電気分解用の電極において、陰極上に析出する供給水中のカルシウム分を真空キャビテーションの存在下で有機酸を用いて溶解し除去する電極の洗浄方法（特許文献３）がある。
前記グリッド状の陰極と陽極を加圧一体化した電極は、真空キャビテーションの存在下に配置するので、本願発明のように析出が殆んど発生しない陽極に付着した気泡状のガスを電極から効率よく離して浮上させることができないので、高い電解効率が得られない問題点がある。
これらの特許文献に利用される超音波振動は、超音波発振子表面の振動により水または電解液（以下、電解液という）に伝播され、前記洗浄作用等の様々な効果が得られる縦波である。
【０００３】
水素ガスを燃料とする燃料電池から電力を得て駆動する電気モータの出力により走行する電気モータ駆動式車両において、回生電力及び／又は太陽電池から電力の供給を受けて水を電気分解する電気分解手段と、前記電気分解手段により生成された水素ガスを貯蔵する水素タンクとを有し、該水素ガスタンク内の水素ガスを前記燃料電池に供給する車両用燃料電池システム（特許文献４）があり、回生電力にて水を電気分解して水素ガスを発生して貯蔵するので、車両に搭載するためには小型で大きな電解能力の前記電気分解手段が切望される。
【０００４】
内燃機関の排気ガスに、二酸化炭素を発生しない燃料として、水の電気分解で生成できる水素、または水素と酸素の混合気体である酸水素ガスがあるが、水を酸素と水素に電気分解するのに必要なエネルギは、それらを燃やして得られるエネルギよりも大きいので、酸水素ガスのみを内燃機関の燃料としても燃費効率の改善は困難である。
駆動流による空気流量増幅器を過給手段とする内燃機関の過給装置があり、前記空気流量増幅器の駆動流は、前記内燃機関により駆動される圧縮機による圧縮空気を利用する圧縮機方式と、前記内燃機関の排気ガスを利用するＥＧＲ方式と、加圧貯蔵した水素、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の蓄圧貯蔵燃料の内圧による流体内圧方式（特許文献５）があり、前記流体内圧方式は駆動流が燃料であるので、吸気系統にて過給と燃料の混合（予混合）を同時に行うことができる。
水素の空気中の爆発限界（容積％）は４％から７５％で、ガソリンは１．４％から７．５％であるので、爆発限界の範囲が大きい水素のリーンな予混合吸気で、爆発限界の範囲が狭いガソリン、ＬＰＧ等のエネルギ密度の大きい主燃料の燃焼性を改善して、リーンバーンエンジン等による内燃機関の動力性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１３６９３号公報
【特許文献２】特開平８−８９９６７号公報
【特許文献３】特開平８−２７５８７号公報
【特許文献４】特開平７−９９７０７号公報
【特許文献５】特許第５９３８７５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水の電気分解で電極に発生する液中のガスや陰極に析出する析出物が前記電極に付着し、電流が流れにくくなるのを防止するために超音波振動を付加する酸水素発生装置において、電極を超音波振動の伝搬方向に垂直に層状配置すると超音波振動が1層目の電極で反射してしまい、2層目以降の電極に伝搬しないので、電極の層状配置により電極密度を高めて電解効率の低下を防止できない問題点があり、酸水素発生装置を小型化できない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１は、電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記陰極と前記陽極との間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液の供給を制御する電解液制御手段と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、超音波発振子と、前記超音波発振子を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備えた酸水素発生装置において、前記電気分解手段は、前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記陰極と前記陽極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子の振動面から、超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極を、配置することを特徴とする酸水素発生装置である。
【０００８】
請求項２は、前記酸水素発生装置の超音波発生手段において、前記陰極から超音波振動の伝搬方向に超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子を設ける、または、前記高周波発生器が、前記超音波の周波数と、前記超音波の周波数の２倍の周波数と、に周波数切換えできることを特徴とする請求項１に記載の酸水素発生装置である。
【０００９】
請求項３は、前記酸水素発生装置の電気分解手段において、電気分解にて前記陰極と陽極から発生する気体を、前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段を設けることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の酸水素発生装置である。
【００１０】
請求項４は、二次電池とモータ／発電機を備えた回生手段と、前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置を設け、前記酸水素発生装置で発生する酸水素または水素と酸素を、内燃機関の吸気に供給するハイブリッド車両、または燃料電池に供給する燃料電池車両において、前記酸水素発生装置は、電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記陰極と前記陽極との間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液の供給を制御する電解液制御手段と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、超音波発振子と、前記超音波発振子を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備え、前記電気分解手段は、前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記電極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子の振動面から超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極を配置することを特徴とするハイブリッド車両、または燃料電池車両である。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明の請求項１の酸水素発生装置は、陰極と陽極を超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記電極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、前記各電極を層状配置することにより電極の配置密度を大きくできるので、前記酸水素発生装置を小型化できる効果がある。
更に、前記陰極は、前記超音波発振子の振動面から超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に配置するので、後述（図３にて説明）する超音波振動の振幅と音圧の関係により、超音波振動の音圧の変動（正圧と負圧）により、電極に発生した気泡が膨張収縮を繰り返して電極から離れて上昇する気泡脱離作用と、音響キャビテーションである前記負圧により電解液に溶存している気体が溶けきれずに現れ気泡を形成し、負圧から正圧に変動して前記気泡が消滅する時にμジェット流が発生し、その強烈な破壊作用による電極の洗浄作用で、電極に付着する析出物の剥離除去作用がある。
前記陽極は、前記超音波発振子の振動面から超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に配置するので、超音波振動により超音波振動の伝搬方向に電解液が往復運動するので、電極に発生した気泡を電極から離して上昇する気泡脱離作用がある。
これらの作用により、超音波振動にて電極に発生する気泡の脱離と電極に付着する析出物の剥離除去を促進することにより電解効率の低下を防止する効果がある。
前記各電極を層状配置することにより電極の配置密度を大きくし、前記電解効率の低下を防止する効果により前記酸水素発生装置を小型化でき、車両等の移動手段への搭載が容易となる。
【００１２】
本願発明の請求項２の酸水素発生装置は、前記酸水素発生装置の超音波発生手段において、前記陰極から超音波振動の伝搬方向に超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子を設ける、または、前記高周波発生器が、前記超音波の周波数と、前記超音波の周波数の２倍の周波数と、に周波数を切換えることにより、電極に作用する前記キャビテーションによる洗浄作用、または超音波振動の振幅による電解液の往復運動による気泡脱離作用を運転状況に対応して選択できるので、電解効率の低下防止と洗浄作用による電極の無用な損耗防止の効果がある。
【００１３】
本願発明の請求項３の酸水素発生装置は、電気分解にて前記陰極と陽極から発生する気体を、前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段を設け、電解液と発生気体の音響インピーダンスの差が大きいので、前記発生する気体との境界面（気泡表面）で振動が反射し、超音波振動の伝搬を阻害するのを防止し、前記超音波振動による電極に付着する析出物の剥離除去作用や気泡脱離作用の機能低下を防止する。
【００１４】
本願発明の請求項４の、超音波振動にて電極に発生する気泡の脱離と電極に付着する析出物を剥離除去して電解効率の低下を防止し、電極を積層配置して電極の配置密度を大きくし、酸水素発生装置を小型化することにより、下記車両への搭載が容易となる効果がある。
二次電池とモータ／発電機を備えた回生手段により、電気的に運転する前記酸水素発生装置を設けた下記車両は、電気分解によってオンデマンドで酸水素または酸素と水素を供給できるので、回生する電気エネルギを電気分解で気体燃料に変換することにより、車両の最大蓄積電気エネルを小さくできるので、前記二次電池の電気容量を小さくし、小型で安価にできる効果がある。
前記回生手段と内燃機関を備えたハイブリッド車両においては、前記酸水素発生装置で発生する前記酸水素または水素を前記内燃機関の吸気に供給することにより、主燃料の内燃機関での燃焼性の改善により燃費が向上し、低速低負荷時に主燃料をカットして水素燃料のみによる低速の低負荷運転ができるので、内燃機関の運転領域の拡大効果がある。
前記回生手段と燃料電池を備えた燃料電池車両においては、前記酸水素発生装置で発生する水素と酸素を前記燃料電池に分離供給することにより、エアクリーナからの空気の代りに酸素を供給するので燃料電池の発電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例1（請求項1対応）の、超音波発振子から超音波波長の４分の１の奇数倍の位置に陰極、偶数倍の位置に陽極を設けた酸水素発生装置の構成概念の説明図である。
【図２】前記実施例1（図１）のＭ矢視図の電極の実施形態例で、スラット状の電極（ａ）と、グリッド状の電極（ｂ）、（ｃ）の平面図である。
【図３】前記実施例1（図１）の酸水素発生装置の超音波振動の振幅と音圧の説明図（Ｃ）と、電気分解時の超音波の位相による各作用（ｄ１〜ｄ３）の説明図である。
【図４】実施例２（請求項２対応）の陰極から超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子を設けた酸水素発生装置の構成図である。
【図５】実施例３（請求項２対応）の高周波発生器が、所定の周波数と前記所定の周波数の２倍の周波数に周波数切換えできる酸水素発生装置の構成図である。
【図６】前記実施例３（図５）の酸水素発生装置６ｆの制御フローチャートである。
【図７】実施例４（請求項３対応）の、発生気体を超音波振動の伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段を設けた酸水素発生装置の構成図である。
【図８】前記実施例４（図７）の酸水素発生装置の気泡誘導手段である、気泡誘導板と、気泡誘導突起を設けた陰極と陽極の斜視図である。
【図９】前記実施例４の気泡誘導手段（図８）の、気泡誘導板、および気泡誘導突起を設けた電極の気泡誘導作用の説明図である。
【図１０】実施例５（請求項４対応）の、従来の過給式内燃機関を備えたハイブリッド車両８（上図（Ｍ））に、酸水素発生装置を設けたハイブリッド車両８ｎ（下図（Ｎ））の構成概念の説明図である。
【図１１】前記実施例５（図１０）の各ハイブリッド車両（８、８ｎ）の試算シミュレーションによる動力源とエネルギの各概要特性図（Ｍｐ、Ｎｐ）である。
【図１２】前記実施例５（図１０）の内燃機関の過給手段の空気流量増幅器である従来技術のトランスベクタの断面図である。
【図１３】前記実施例５（図１０）の空気流量増幅器がトランスベクタ（図１２）の場合の試算による流量増幅比と過給圧の概要特性図で、（Ｔ）は流量増幅比、（Ｔａ〜Ｔｂ）は燃料濃度を示す。
【図１４】実施例６（請求項４対応）は、上図（Ｐ）の従来の燃料電池車両９に、酸水素発生装置を設けた燃料電池車両９ｋ（下図（Ｋ））の構成概念の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前記図面（図１〜１４）に従って、本願発明の各実施例（実施例１〜６）を、以下に説明する。
以下の説明において、水素ガスは燃焼速度が大きいので、バックファイアの防止等のための逆火防止装置、防爆装置等の安全装置が使用状況により必要であるが、本願発明の下記実施例（実施例１〜６）の作用に直接関連しないので、これらの安全装置の記載と説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例1（請求項1対応）の、超音波発振子６５１から超音波波長の４分の１の奇数倍の位置に陰極６１１、偶数倍の位置に陽極６１２を設けた酸水素発生装置６の構成概念の説明図である。
図1は、電解槽６１４内に層状配置する陰極６１１と陽極６１２と、前記陰極６１１と前記陽極６１２との間に直流電圧を印加する直流電源６１３と、電解液６１５の供給を制御する電解液制御手段であるポンプ６１７と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段である制御弁６１８と、で構成する電気分解手段６１と、超音波発振子６５１と、前記超音波発振子６５１を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器６５２と、で構成する超音波発生手段６５と、を備えた酸水素発生装置６において、前記電気分解手段６１は、前記陰極６１１と前記陽極６１２を、前記超音波発振子６５１から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上に配置し、超音波振動が前記陰極６１１と前記陽極６１２を通過して伝搬できるように前記陰極６１１と前記陽極６１２をスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子６５１の振動面から、超音波波長（λ）の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極６１１を、超音波波長（λ）の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極６１２を、配置する酸水素発生装置６である。
図１に示すように、電解層６１４内の電解液６１５の液面高さは、超音波発振子６５１から５（λ／４）、または６（λ／４）に運転状況により切換える。
【００１８】
図1の前記酸水素発生装置６の作用は、電解槽６１４内に層状配置する陰極６１１と陽極６１２との間に直流電源６１３により直流電圧を印加し、電気分解にて発生する気体を気体捕集手段である制御弁６１８にて流出量を制御する電気分解手段６１の電気分解作用と、高周波発生器６５２の電気的手段により超音波発振子６５１を超音波振動させ、前記超音波振動は前記電解液６１５の液面に到達する。
電解液６１５と捕集気体の音響インピーダンスの差が大きいので、前記超音波振動は電解液６１５の液面で反射し、前記液面は超音波発振子６５１からの距離を５（λ／４）、または６（λ／４）とするので、図３で後述するように５（λ／４）では超音波振動の振幅の節、６（λ／４）では超音波振動の音圧の節となるので、反射された超音波振動と超音波発振子６５１から発振される超音波振動の位相が同期するので、超音波振動は電解液６１５の液面と超音波発振子６５１の振動面で反射を繰り返す定常波（定在波）となる。
電解液の液面高さは、センサ６１６により液面高さを検知し、目標の高さでない場合はポンプ６１７を作動して電解液を補給することにより液面高さの調整を行う。
前記目標高さは、次式（数１）で算出した超音波振動の波長（λ）を用いて、５（λ／４）または、６（λ／４）の距離を算出する。
（数１）
λ＝Ｃ／Ｆ
λ：波長  ［ｍ］
Ｃ：音速  ［ｍ／ｓ］
Ｆ：周波数［Hz］
周波数（Ｆ）は、大きくなると超音波振動の波長（λ）が短くなり、電極の配置間隔が小さくなり、電極の設置空間が制限されるので、周波数（Ｆ）は２０〜１００ＫＨｚ前後が適当で、周波数（Ｆ）が２０ＫＨｚで電解液が２０℃の水の場合は、音速（Ｃ）が１４８３ｍ／ｓで、超音波振動の波長（λ）は７４．１５ｍｍとなるので、電極の配置間隔は約１８．５ｍｍである。
図１において、電解層６１４内の電解液６１５の液面高さは、超音波発振子６５１からの距離を、水素の漏洩防止、水素脆性の抑制等のために加湿作用が必要な場合は、超音波発振子６５１からの距離を５（λ／４）に、前記加湿作用が不要な場合は、６（λ／４）に設定する。
図1の陽極６１２の断面の寸法ｗとｔは、スラット状またはグリッド状の超音波振動を通過させる電極部の断面寸法で、Ｗ寸法を小さくして超音波振動を通過しやすくし、ｔ寸法をｗ寸法より大きくして、電解液との接触面積を大きくし、電極の機械的強度を増大する。陰極６１１の形状も陽極６１２と同じ形状でよい。
【００１９】
図２は、前記実施例1（図１）のＭ矢視図の電極の実施形態例で、スラット状の電極（ａ）と、グリッド状の電極（ｂ）、（ｃ）の平面図である。
図２は、前記直流電源６１３との電気的接続部を図示省略した電極の平面図であり、スラット状の電極（ａ）は、電解液の接触表面積が小さく、電極の機械的強度が小さいが、電極を垂直方向に設置して使用する場合は効率よく気泡の分離上昇ができる。
グリッド状の電極（ｂ）は、電解液の接触表面積が大きく、電極の機械的強度が大きくなり、グリッド状の電極（ｃ）は、電解液の接触表面積と電極の機械的強度が更に大きくでき、酸水素発生装置の目的等により様々な形状が選択できる。
【００２０】
図３は、前記実施例1（図１）の酸水素発生装置６の超音波振動の定常波の振幅と音圧の説明図（Ｃ）と、超音波の位相による各作用（ｄ１〜ｄ３）の説明図である。
図３の上図（Ｃ）は、超音波発振子６５１の振動により発生する超音波振動の定常波の振幅６７と定常波の音圧６８の図で、前記（数１）で求めた波長（λ）に基づいて配置する各電極に作用する超音波振動の挙動を示す。
前記超音波振動の定常波の振幅６７は次式（数２）、定常波の音圧６８は次式（数３）に従って電解液６１５を伝搬する。
（数２）
Ｖ（ｔ）＝ＶＣＯＳ（ωｔ）
Ｖ（ｔ）：定常波の振幅  ［ｍ］
Ｖ：振幅    ［ｍ］
ω：角速度  ［rad／ｓ］
ｔ：時間    ［ｓ］
（数３）
Ｐ（ｔ）＝Ｐ0＋ＰＳＩＮ（ωｔ）
Ｐ（ｔ）：定常波の音圧  ［Pa］
Ｐ：音圧    ［Pa］
ω：角速度  ［rad／ｓ］
ｔ：時間    ［ｓ］
Ｐ0：静圧   ［Pa］
速度を微分すると加速度となるように、定常波の振幅（数２）を微分するとその変化率である定常波の音圧が求まり、電解液の圧力は内圧等による静圧Ｐ0があるので、式に反映すると定常波の音圧（数３）となる。
前記（数式２）の振幅Ｖと（数式３）の音圧Ｐは、高周波発生器６５２から音波発振子６５１に供給する電圧および／または電流を調整することにより制御できる。
前記振幅６７と音圧６８の発振側の超音波発振子からの発振部は、電解槽614の底板部にて音響インピーダンスが異なるので厳密には前記定常波の振幅６７と定常波の音圧６８は変形するが、説明を容易にするために前記影響を無視している。
【００２１】
図３の上図（Ｃ）に示すように、超音波振動の定常波の振幅６７は（数２）、定常波の音圧６８は（数３）に従って、超音波発振子６５１からの距離により異なる。
超音波発振子６５１の振動は、高周波発生器６５２から印加される交番電圧により超音波発振子６５１の圧電セラミックが逆圧電効果により膨張伸縮して振動子表面が振動し、電解液に超音波振動が縦波として伝播し、定常波の振幅６７に示すように、音波発振子６５１の振動面では振幅が最大となる振幅の腹６７５となり、縦波として伝搬する超音波振動は（数２）に従って挙動するので、超音波発振子６５１から１（λ／４）の距離で振幅の節６７０となり振動である往復運動は停止するが、この振幅の節６７０では縦波の運動エネルギは圧力エネルギである音圧に変換して音圧が最大となる音圧の腹６８５となる。
発振子６５１からの距離が大きくなると、前記（数２）（数３）に従って前記定常波の振幅６７と定常波の音圧６８は前記挙動を繰り返す。
前記定常波の音圧６８は、超音波振動の伝搬の微小空間について考えると、前記微小空間の超音波発振子６５１側と反対側の移動速度の差により前記微量空間に発生する圧縮応力または引張応力により音圧が変動するので、前記定常波の振幅６７（（数２））の前記微小空間の変化率である、傾きを求めたものが前記定常波の音圧６８（（数３））である。
従って、前記振幅の腹６７５では、超音波振動の運動エネルギが最大となるが、前記振幅の腹６７５では、超音波振動の運動エネルギが最大となるが、前記微小空間の両側が同じ速度で高速移動するので音圧は０となり、超音波の伝搬方向への電解液の往復運動が最大となる。
前記音圧の腹６８５では、超音波振動の運動エネルギが最少の０となるが、前記微小空間の両側の速度差が最大となり音圧は最大となり、超音波の伝搬方向への電解液の往復運動は殆んどないが、音圧の変動によりキャビテーション域６９１となり、電解液表面の場合はキャピラリ波域６９２となる。
【００２２】
酸水素発生装置６の作用は、（ｄ３）に示すように、超音波発振子６５１から超音波波長の4分の１の奇数倍の距離の音圧の腹６８５であるキャビテーション域６９１に前記陰極６１１を配置し、前記陰極６１１に付着した気泡を電極から離し、市販品の洗浄機と同様に、前記陰極６１１に付着する析出物をキャビテーションの気泡が圧壊して発生するμジェット流により剥離除去する洗浄作用がある。
電解液が大きな静圧Ｐ0を受けている場合は、キャビテーション域６９１に負圧が生じずキャビテーションが発生しない場合があるが、音圧の変化により気泡が膨張収縮を繰り返し、気泡の膨張時に気泡中心が陰極６１１から遠くなり、収縮時に気泡中心に収縮するので気泡は電極から離れるので気泡の電極からの脱離作用もある。
（ｄ２）に示すように、超音波発振子６５１から超音波波長の4分の１の偶数倍の距離の振幅の腹６７５に前記陽極６１２を配置し、前記陽極６１２に付着した気泡を超音波振動の伝搬方向への前記電解液の往復運動により、電極から離して上昇する気泡脱離作用（ｄ２）が発生する。
（ｄ１）に示すように、電解液面を超音波発振子６５１から超音波波長の4分の１の奇数倍の距離の音圧の腹６８５に設けると、市販品の超音波加湿器と同様にキャピラリ波が発生し、キャピラリ波の先端から液滴が霧散する霧化作用がある。
前記霧化作用により水素脆性の緩和や漏洩性の改善効果があり、前記霧化作用を必要としない場合は、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離の音圧の節６８０に電解液面を設定する。
前記図１に示す各電極のｔ寸法により、波長λから算出した所定の距離から前記電極は最大１／２ｔ外れるが、上図（Ｃ）に示すように定常波の振幅の腹６７５と定常波の音圧の腹６８５では、振幅と音圧の変化率は小さく、ｔ寸法を前記１／２ｔ外れても作用が確保される範囲内に設定する。
以降の説明図（図４〜）では、定常波の音圧６８のみを図示し、定常波の振幅６７は図示省略するが、定常波の音圧６８と定常波の振幅６７との位相関係と作用は本図（図３）の説明と同じである。
【実施例２】
【００２３】
図４は、実施例２（請求項２対応）の陰極６１１ｅから超音波波長λの４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子６５１ｅ２を設けた酸水素発生装置６ｅの構成図である。
図４は、電解槽６１４ｅ内に層状配置する陰極６１１ｅと陽極６１２ｅを、超音波発振子６５１ｅから発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上に配置し、前記陰極６１１ｅと陽極６１２ｅをスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子６５１ｅの振動面から、超音波波長（λ）の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極６１１ｅを、超音波波長（λ）の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極６１２ｅを、配置する酸水素発生装置６ｅである。
更に、陰極６１１ｅから超音波振動の伝搬方向に超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子６５１ｅ２を設ける。
高周波発生器６５２ｅと超音波発振子６５１ｅの間に無接点継電器６５３−１、高周波発生器６５２ｅと前記第２の超音波発振子６５１ｅ２の間に無接点継電器６５３−２を設け、超音波発生器６５２ｅにて、どちらか一方の前記超音波発振子を発振させる。
電解槽６１４ｅの左右の内幅寸法は超音波波長λの９／４倍とし、電解槽６１４ｅの左右の内壁で反射して超音波振動の定常波となり、電解槽６１４ｅの底部に設けたポンプ６１７ｅに連通する水平空間である蔵は、剥離除去した析出物の滞留空間である。
前記超音波発振子（６５８ｅ、６５８ｅ２）の外側を、均一加圧できる発信子固定具６５４を介して押圧し、電解槽６１４ｅに内圧が作用する場合は、各発信子固定具６５４の外側を押圧する図示しない固定補助具により固定し、前記内圧による前記超音波発振子の平面性を損なう変形を防止する。
【００２４】
図４の前記酸水素発生装置６ｅの作用は、超音波発振子６５１ｅの設置方向が垂直であり、前記実施例１（図３）の超音波発振子６５１とは設置方向が異なるが、陰極６１１ｅと陽極６１２ｅの超音波発振子６５１ｅからの距離は超音波の波長に対し同じであるので、超音波振動の作用も同じである。
定常波の音圧６８ｅに示すように、陰極６１１ｅではキャビテーションによる洗浄作用と音圧の変化による気泡の脱離作用があり、前記陽極６１２ｅでは付着した気泡を電極から離す脱離作用があり、前記各作用の説明は実施例１と重複するので省略する。
陰極６１１ｅから超音波振動の伝搬方向に超音波波長λの４分の１の偶数倍の距離に設けた前記第２の超音波発振子６５１ｅ2の定常波の音圧６８ｅ2に示すように、音圧の腹６８５ｅ2には、陰極６１１ｅではなく陽極６１２ｅが配置されるので、キャビテーションによる洗浄作用と音圧の変化による気泡の脱離作用により、析出物の発生が少ない陽極６１２ｅの表面をキャビテーションによるリフレッシュ清掃ができる。
更に、高周波発生器６５２ｅの供給電力を小さくしてキャビテーションの発生を抑制し、
前記各無接点継電器（６５３−１、６５３−１）で前記超音波発振子（６５８ｅ、６５８ｅ２）を交互に発信を切換し、気泡脱離作用の効率がよい音圧の節（振幅の腹）を陰極６１１ｅと陽極６１２ｅに交互に作用させることもできる。
電解液面の制御と高周波発生器６５２ｅによる前記振幅Ｖと音圧Ｐの制御は、実施例１と同じである。
本実施例では、前記実施例１のように超音波発振子を水平設置しないので、図３に示すキャピラリ波域６９２が無いが、キャビテーションや音圧の変動により作用は小さくなるが発生気体に同様の効果が発生する。
【実施例３】
【００２５】
図５は、実施例３（請求項２対応）の高周波発生器６５２ｆが、所定の周波数と前記所定の周波数の２倍の周波数に周波数切換えできる酸水素発生装置６ｆの構成図である。
図５は、陰極６１１ｆと陽極６１２ｆを前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な円筒面上に配置し、前記陰極６１１ｆと陽極６１２ｆをスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子６５１ｆの振動面から、超音波波長（λ）の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極６１１ｆを、超音波波長（λ）の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極６１２ｆを、配置する。
更に、前記酸水素発生装置６ｆの超音波発生手段６５ｆにおいて、前記高周波発生器６５２ｆが、前記超音波の周波数と、前記超音波の周波数の２倍の周波数と、に周波数を切換える酸水素発生装置６ｆである。
前記超音波発生手段６５ｆの超音波発振子６５１ｆは直径φＤの円筒形で、円筒形の電解槽６１４ｆの中心軸と前記超音波発振子６５１ｆの中心軸が同軸となる位置に配置する。
前記超音波発振子６５１ｆと前記電解槽６１４ｆの内壁との距離は５（λ／４）で、前記所定の周波数の２倍の周波数の時は１０（λｆ／４）である。
本実施例は、円筒形の超音波発振子６５１ｆで説明を行うが、超音波発振子は平面の超音波発振子であってもよい。
【００２６】
図５の前記酸水素発生装置６ｆの作用は、円筒形の超音波発振子６５１ｆの中心軸を中心にして超音波振動の定常波の音圧６８ｆが発生し、陰極６１１ｆと陽極６１２ｆの超音波発振子６５１ｆからの距離は超音波の波長に対し実施例１と同じ配置関係であるので、所定の周波数での超音波振動の作用も同じであり、陰極６１１ｆではキャビテーションによる洗浄作用と音圧の変化による気泡の脱離作用があり、陽極６１２ｆでは付着した気泡を電極から離す脱離作用がある。
更に、前記高周波発生器６５２ｆの周波数切換えにて、前記超音波の２倍の周波数の超音波振動の場合は、超音波振動の定常波の音圧６８ｆ２が発生し、陰極６１１ｆと陽極６１２ｆが超音波の音圧の節６８０ｆ２である振幅の腹に配置されることにより、全ての電極に対して往復運動による発生した気泡を電極から離す気泡脱離作用となり、キャビテーションによる過剰清掃による電極の毀損の懸念が無いので、高周波発生器６５２ｆから超音波発振子６５１ｆに大きい電力を供給できる。
また、前記高周波発生器６５２ｆから残存定常波と同じ位相になるように超音波振動の位相を合わせた発振を間欠運転することにより、少ない消費電力で高い電解効率での運転ができ、間欠運転のデューティを任意にできるので最適な気泡除去制御ができる。
前記超音波発振子６５１ｆの発振面が円筒形であるので、発振面との距離が長くなると超音波振動エネルギが拡散して小さくなるが、超音波発振子６５１ｆの直径φＤを大きくすることにより前記拡散により小さくなる比率を小さくできる。
前記超音波発振子６５１ｆと電解槽６１４ｆが円筒形であるので、超音波振動の発振面と反射面の内圧による変形が小さいので、電気分解で発生する気体の内圧を利用して気体の加圧のための圧縮機を省略できる。
電解液を供給するポンプ６１７ｆと電解槽６１４ｆとの間に逆止弁を設けてポンプの逆流を防止できる。
【００２７】
図６は、前記実施例３（図５）の酸水素発生装置６ｆの制御フローチャートである。
酸水素発生装置６ｆは、図示しないＥＣＵ（電子制御装置）により、センサ６１６ｆを含む図示しない各センサの入力情報を基に、高周波発生器６５２ｆ、ポンプ６１７ｆを含む各アクチェータ等を制御する。
まず、ＥＣＵは、電解液量が正常であるかを判断する（ステップＳ０１００）。
具体的には、前記（ステップＳ０１００）では、センサ６１６ｆの入力により、電解液の液面高さが管理値内であるかを判断する。
ここで、電解液量が正常であると判断した場合は、酸水素発生装置６ｆを運転する必要があるかを判断する（ステップＳ０３００）。
具体的には、前記（ステップＳ０３００）では、制御弁６１８ｆの開度、図示しないセンサにて酸水素の吐出量、センサ６１６ｆにて電解槽６１４ｆの内圧等の入力情報により、ＥＣＵは、酸水素発生装置６ｆを運転する必要があるかを判断する。
一方、電解液量が正常でないと判断した場合は、ＥＣＵは、電解液量調整サブルーチン（ステップＳ０２００）にて、ポンプ６１７fを運転 して電解液面高さを調整した後、前記（ステップＳ０３００）を実行する。
ここで、酸水素発生装置６ｆを運転する必要が無いと判断した場合は、ＥＣＵは、ＲＥＴＵＲＮを実行し、本制御フローチャートの処理ルーチンを一旦終了する。
一方、酸水素発生装置６ｆを運転する必要があると判断した場合は、電気分解開始サブルーチン（ステップＳ０４００）にて、直流電源６１３ｆをＯＮし、高周波発生器６５２fを周波数Ｆ２にし、所定の出力の超音波振動を発振して、電解制御が正常であるかを判断する（ステップＳ０５００）。
具体的には、前記（ステップＳ０５００）では、直流電源６１３ｆの供給する電圧と電流、電極間の抵抗値、発生気体の容積等をセンサにて検知し、入力データと管理値やマップデータとの比較によりＣＰＵは、気泡の除去作用による電解制御が正常であるかを判断する。
ここで、電解制御が正常であると判断した場合は、電極に析出物が析出付着しているかを判断する（ステップＳ０７００）。
具体的には、前記（ステップＳ０７００）では、直流電源６１３ｆの供給する電圧、電流、電極間の抵抗値、発生気体の容積等をセンサにて検知し、管理値やマップデータ等との比較、あるいは、前回の析出物除去からの運転時間、積算電力等により、ＣＰＵは、電極に析出物が析出付着しているかを判断する。
一方、電解制御が正常でないと判断した場合は、ＥＣＵは、電解制御適正化サブルーチン（ステップＳ０６００）にて高周波発生器６５２fを周波数Ｆ２に切り換え、超音波振動の出力調整し、電解効率を向上した後、前記（ステップＳ０７００）に進む。
ここで、電極に析出物が析出付着していると判断した場合は、析出物除去サブルーチン（ステップＳ０８００）を実行した後、酸水素供給サブルーチン（ステップＳ０９００）を実行する。
具体的には、前記析出物除去サブルーチン（ステップＳ０８００）では、高周波発生器６５２fを周波数Ｆに切り換えて高周波発生器６５２ｆの供給電力を増大し、前記キャビテーションにて陰極６１１ｆに付着した析出物を清掃除去する。
一方、電極に析出物が析出付着していないと判断した場合は、前記酸水素供給制御サブルーチン（ステップＳ０９００）を実行する。
具体的には、酸水素供給制御サブルーチン（ステップＳ０９００）では、センサ６１６ｆにて電解槽６１４ｆの内圧を考慮して制御弁６１８ｆの開度を調整して酸水素の供給量を制御した後、ＲＥＴＵＲＮを実行して本制御フローチャートの処理ルーチンを一旦終了する。
運転状況に対応して、以上の制御フローチャートの処理ルーチンに従って酸水素発生装置６ｆの運転制御を行う。
本制御フローチャートの処理ルーチンは、酸水素発生装置６ｆの運転中は繰り返し実行される。
【実施例４】
【００２８】
図７は、実施例４（請求項３対応）の、発生気体を超音波振動の伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段を設けた酸水素発生装置６ｇの構成図である。
図７は、酸水素発生装置６ｇの電気分解手段６１ｇにおいて、電気分解にて陰極６１１ｇと陽極６１２ｇから発生する気体を、前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段である気泡誘導板６２０を設ける酸水素発生装置６ｇである。
前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇから発生する気体を前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止するために、前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇの電極側面に前記気泡誘導板６２０側を上昇側とする気泡誘導突起ＧＲ１、ＧＲ２を設ける。
前記気泡誘導板６２０は、断面が略長円形の薄肉直管を、軸芯に並行に一方の円筒壁を開口し、前記開口部に前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇの前記気泡誘導突起ＧＲ１、ＧＲ２を遊嵌する。
前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇの間に、イオン透過性でガス不透過性の仕切幕６１９を設け、仕切幕６１９は超音波振動を透過できる布であってもよい。
各陰極６１１ｇから発生する水素が滞留する電解槽６１４ｇの上部と気体捕集手段である水素通路６２３は連通し、各陽極６１２ｇから発生する酸素が滞留する電解槽６１４ｇの上部と気体捕集手段である酸素通路６２４は連通し、前記水素通路６２３には制御弁６１８ｇ、前記酸素通路６２４には制御弁６１８ｇ２、が設けられている。
【００２９】
図７の前記酸水素発生装置６ｇの作用は、前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇで発生する気体を前記仕切幕６１９で分離し、それぞれの気体捕集手段である前記酸素通路６２３と水素通路６２４にて分離捕集し、それぞれの気体通路に設けた制御弁（６１８ｇ、６１８ｇ２）にて気体流出量を制御する。
前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇの電解水が連通する電解槽６１４ｇの構造上、発生する酸素と水素の滞留する電解槽６１４ｇ上部の圧力を二個のセンサ６１６ｇにて同等に調整して電解液面差を調整し、電解液面高さをポンプ６１７ｇにて制御する。
電解液が水の場合は酸素と水素が発生し、水素圧力が高い時は酸素の供給量を抑制し、酸素圧力が高い時は酸素を大量供給、または大気放出することで圧力調整できる。
気泡誘導手段である気泡誘導板６２０と各電極（６１１ｇ、６１２ｇ）の、形状詳細（斜視図）は図８、気泡誘導作用は図９、にて説明する。
【００３０】
図８は、前記実施例４（図７）の酸水素発生装置６ｇの気泡誘導手段である、気泡誘導板６２０と、気泡誘導突起（ＧＲ１、ＧＲ２）を設けた陰極６１１ｇと陽極６１２ｇの斜視図である。
前記気泡誘導板６２０は、イオン透過性樹脂製の断面が略長円形の薄肉直管を、軸芯に並行に一方の円筒壁を開口し、前記開口部に前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇのスラット状の電極部に前記気泡誘導突起ＧＲ１、ＧＲ２を遊嵌する。
前記気泡誘導板６２０の軸芯に並行に設けた前記開口部は、図８に示すように陰極６１１ｇと陽極６１２ｇのスラット状の電極部に設けた前記気泡誘導突起（ＧＲ１、ＧＲ２）に対応する切欠きを設け、発生する気体を効率よく気泡誘導板６２０に引き込める。
陰極６１１ｇと陽極６１２ｇは、スラット状の電極部の両面に設けた前記気泡誘導突起（ＧＲ１、ＧＲ２）を含む加工を、一枚の金属板を塑性加工（プレス）で製作できるので、加工時間が短く、材料歩留りのよい安価な電極となる。
また、前記スラット状の電極部に設けた前記気泡誘導突起（ＧＲ１、ＧＲ２）は、塑性加工による破断面の表面粗さによる電解液との接触面積の増大と、多数の稜線の形成により、大電流が流れ易くなり電解能力が向上する。
前記気泡誘導突起（ＧＲ１、ＧＲ２）で十分な気泡脱離作用が得られる場合や、超音波発生手段の超音波周波数が高いので各電極間の距離が小さい場合等は、前記気泡誘導板６２０を省略できる。
【００３１】
図９は、前記実施例４の気泡誘導手段（図８）の、気泡誘導板６２０、および気泡誘導突起（ＧＲ１、ＧＲ２）を設けた各電極の気泡誘導作用の説明図である。
酸水素発生装置６ｇ（図７）の電気分解手段６１ｇである直流電源６１３ｇに印加された電圧により、前記陰極６１１ｇと陽極６１２ｇから発生する気体は、超音波発生手段６５ｇである高周波発生器６５２ｇの電気的手段により前記超音波発振子６５１ｇを超音波振動させて手電解液６５１ｇに超音波を伝搬する。
前記超音波振動の定常波の振幅による電解液の往復運動、または定常波の音圧の変動による気泡の膨張収縮により気泡脱離する。
図９に示す陽極６１２ｇでは、スラット状の電極部の垂直端面や、スラット状の電極部に設けた前記気泡誘導突起ＧＲ２の凹凸によりできた稜線は、電気分解による気泡の発生が多く、前記気泡脱離した気泡は前記気泡誘導突起ＧＲ２に沿って気泡誘導板６２０の前記開口部に誘導され、気泡誘導板６２０の内管部を前記気泡の浮力により上昇して電解槽６１４ｇの上部に到達する。
その際、気泡誘導板６２０の内管部を浮力により上昇する前記気泡が周りの電解液を伴って上昇流となり、気泡誘導板６２０の内管部に煙突効果による上昇流が発生するので、前記気泡誘導板６２０の前記円筒壁の開口部に案内される気泡が吸引され、前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止する。
樹脂と電解液の音響インピーダンスの差が小さいので、樹脂製の気泡誘導板６２０は超音波の反射率が小さいので、電解液の超音波振動の伝搬をあまり妨げない。
前記電極部の垂直端面に発生する気泡は浮力により垂直に上昇するので、超音波振動が伝搬する電解液空間への拡散は少ない。
【実施例５】
【００３２】
図１０は、実施例５（請求項４対応）の、従来の過給式内燃機関を備えたハイブリッド車両８（上図（Ｍ））に、酸水素発生装置６ｎを設けたハイブリッド車両８ｎ（下図（Ｎ））の構成概念の説明図である。
本願発明の図１０の下図（Ｎ）に示すハイブリッド車両８ｎは、二次電池８１ｎとモータ／発電機８３を備えた回生手段と、前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置６ｎを設け、前記酸水素発生装置６ｎで発生する酸水素を内燃機関１の吸気に供給するハイブリッド車両８ｎにおいて、前記酸水素発生装置６ｎは図１に示すように、電解槽６１４内に層状配置する陰極６１１と陽極６１２と、前記陰極６１１と前記陽極６１２との間に直流電圧を印加する直流電源６１３と、電解液の供給を制御する電解液制御手段であるポンプ６１７と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段である制御弁６１８と、で構成する電気分解手段６１と、超音波発振子６５１と、前記超音波発振子６５１を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器６５２と、で構成する超音波発生手段６５と、を備えた酸水素発生装置６において、前記電気分解手段６１は、前記陰極６１１と前記陽極６１２を、前記超音波発振子６５１から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上に配置し、超音波振動が前記陰極６１１と前記陽極６１２を通過して伝搬できるように前記陰極６１１と前記陽極６１２をスラット状またはグリッド状とし、更に、前記超音波発振子６５１の振動面から、超音波波長（λ）の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極６１１を、超音波波長（λ）の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極６１２を配置する。
前記ハイブリッド車両８ｎは、上図（Ｍ）に示す従来の過給手段５と内燃機関１を備えたハイブリッド車両８の構成に、前記酸水素発生装置６ｎと酸水素発生装置の車両用補器７である酸水素タンク７１、酸水素通路７２、制御弁７３、電解液タンク７４、逆止弁（７６−１、７６−２）、防爆装置７９を設け、二次電池８１ｎは前記二次電池８１より電気容量が小さい。
従来技術である図１０の上図（Ｍ）のパラレル方式のハイブリッド車両８は、二次電池８１とモータ／発電機８３を備えた回生手段と、過給手段５を備えた内燃機関１と、を備え、車両の減速制動時等にモータ／発電機８３で発電することにより運動エネルギを電気エネルギに変換し、前記電気エネルギを二次電池８１に貯蔵する。
加速時や電気エネルギのみでの走行時等に、前記二次電池８１に貯蔵した電気エネルギにより、前記モータ／発電機８３をモータとして走行し、このサイクルにてエネルギ回生を行う。
前記内燃機関１の過給装置は、駆動流で吸気を過給する空気流量増幅器を過給手段とし、前記内燃機関１の排気ガスを駆動流とするＥＧＲ方式の過給装置である。
【００３３】
図１０の酸水素発生装置６ｎを備えたハイブリッド車両８ｎの作用は、前記従来のハイブリッド車両８の、過給手段５を備えた内燃機関１による応答性のよい過給運転と前記回生手段による回生運転ができ、更に前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置６ｎにて前記運動エネルギを電気分解で発生する酸水素に変換し、前記発生する酸水素を過給手段の駆動流に供給することにより、吸気に酸水素燃料を予混合する。
前記回生手段は、二次電池８１とモータ／発電機８３の間にインバータ８２を設け、直流と交流等の電気変換、出力調整等を行う。
エアクリーナ２１と過給手段５の間に設けた逆止弁４７は、空気流量増幅器５０による逆流流量増幅現象を防止し、大量の予混合気が大気放出するのを防止する。
酸水素通路７２を通って過給手段５である空気流量増幅器５０の駆動流として供給する酸水素は制御弁７３にて排気（ＥＧＲ）との混合比を制御し、空気流量増幅器５０にて駆動流である酸水素と吸気の均一な予混合となり、内燃機関１に過給される。
前記予混合により、内燃機関１の燃焼性が向上し、燃料タンク１５に貯蔵する燃料の消費燃量を削減して燃費効率を改善する。
前記酸水素発生装置６ｎにて前記運動エネルギを電気分解で発生する酸水素に変換することにより、電気エネルギに変換するエネルギ量が減少するので、高価な二次電池の電気容量を小さくし、小型で安価にできる。
各運転モードによる動力源とエネルギの挙動は図１１にて、空気流量増幅器５０の断面図は図１２にて、前記燃焼性の改善は図１３にて説明する。
【００３４】
図１１は、前記実施例５（図１０）の各ハイブリッド車両（８、８ｎ）の試算シミュレーションによる動力源とエネルギの各概要特性図（Ｍｐ、Ｎｐ）である。
上図（Ｍｐ）は、従来の過給式内燃機関１を備えたハイブリッド車両８の概要特性図で、動力源である電気動力関係と内燃機関関係の各要素が、横軸の時間経過に従い、下記５種類の運転モードで運転した場合の試算シミュレーションによる概要特性図である。
１、高負荷運転時には、モータ／発電機８３をモータとして二次電池８１に蓄えられた電気エネルギによる出力と、内燃機関１の過給運転による出力とにより駆動し、二次電池８１の電気エネルギと燃料タンク１５の燃料を消費する。
２、低負荷運転時は、内燃機関１の過給運転による出力だけで駆動し、燃料タンク１５の燃料を消費し、前記二次電池８１の充電量が少ない場合はモータ／発電機８３にて充電を並行して行うこともできる。
３、低騒音運転時は、二次電池８１に蓄えた電気エネルギによるモータ／発電機８３のモータ出力により駆動し、二次電池８１の電気エネルギを消費する。
４、回生運転である減速制動時は、モータ／発電機８３にて発電して制動トルクをアシストし、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換し、二次電池８に電気エネルギを蓄積する回生運転を行う。
５、車両の停車時は、走行用の出力が不要であるので、空調等を除くとエネルギを消費しない。
【００３５】
下図（Ｎｐ）は、酸水素発生装置６ｎを備えたハイブリッド車両８ｎの概要特性図で、図の構成は上図（Ｍｐ）と同じであるが、動力源である内燃機関関係の要素に、酸水素発生装置６ｎを追加し、前記５種類の運転モードと同じ運転モードで運転した場合の試算シミュレーションによる概要特性図である。
１、高負荷運転時には、モータ／発電機８３をモータとして二次電池８１ｎに蓄えられた電気エネルギによる出力と、酸水素発生装置６ｎからの酸水素を予混合することにより燃焼性を向上した内燃機関１の過給運転による出力により駆動し、二次電池８１ｎの電気エネルギと酸水素タンク７１の酸水素と燃料タンク１５の燃料を消費する。
２、低負荷運転時は、酸水素発生装置６ｎからの酸水素を予混合することにより燃焼性を向上した内燃機関１の過給運転による出力だけで駆動し、酸水素タンク７１の酸水素と燃料タンク１５の燃料を消費するリーンバーンエンジンとし、更に回転数を下げる場合は、燃料タンク１５の燃料をカットし、水素燃料のみによる低騒音の運転ができ、前記二次電池８１の充電量が少ない場合はモータ／発電機８３にて充電を並行して行うこともできる。
３、低騒音運転時は、二次電池８１ｎに蓄えた電気エネルギによるモータ／発電機８３のモータ出力により駆動し、二次電池８１の電気エネルギを消費する。
４、回生運転である減速制動時は、モータ／発電機８３にて発電して制動トルクをアシストし、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して二次電池８１ｎに電気エネルギを蓄積し、並行して前記電気エネルギにより運転する酸水素発生装置６ｎで電気分解を行い、発生する酸水素を酸水素タンク７１に貯蔵して前記２種類の回生運転を行う。
５、車両の停車時は、走行用の出力が不要であるので、空調等を除くとエネルギを消費しないが、充電量が高い場合は、二次電池８１ｎの電気エネルギで酸水素発生装置６ｎにて電気分解を行い発生する酸水素を酸水素タンク７１に貯蔵する。
上記二次電池８１ｎの電気エネルギで電気分解を行い、酸水素を酸水素タンク７１に貯蔵すること、および前記運動エネルギを電気分解で発生する酸水素に変換することにより、二次電池８１ｎの電気容量を低減して高価な二次電池の電気容量を小さくし、小型で安価にできる。
図１１に示すように、燃料タンク１５の燃料消費は、ハイブリッド車両８ｎの方が少ないので、燃費効率が向上する効果がある。
【００３６】
図１２は、前記実施例５（図１０）の内燃機関１の過給手段５の空気流量増幅器５０である従来技術のトランスベクタ５１の断面図である。
図１２は、吸気通路である吸気流入通路２２と吸気流出通路２３の間に設けた前記トランスベクタ５１の断面図で、前記トランスベクタ５１は、吸気流入通路２２に連通するハウジング５１３と吸気流出通路２３に連通するフランジ５１２から成り、ハウジング５１３にフランジ５１２を螺合してできる環状空間である環状チャンバ５１４を設け、前記環状チャンバ５１４はハウジング５１３の外壁に接続する駆動流通路４１に連通し、前記環状チャンバ５１４は吸気流入通路２２と吸気流出通路２３に連通するリング状の隙間であるノズル５１１を設け、前記ノズル５１１のノズル通路は、吸気の下流方向に狭まり、前記ノズル５１１の吸気通路への流出口の吸気流通路径は、吸気流入通路２２、吸気流出通路２３の通路径より大きい。
【００３７】
空気流量増幅器５０であるトランスベクタ５１の作用は、駆動流通路４１から供給される駆動流を前記環状チャンバ５１４に一次滞留し、リング状の隙間である前記ノズル５１１から吸気に流出し、吸気を加速して吸気流出通路２３に送り込む空気流量増幅作用により過給を行う。
駆動流が吸気に衝突することにより吸気を加速するので、駆動流が燃料の場合は過給と同時に予混合ができるので、混合性のよい予混合ができる。
前記ノズル５１１の吸気通路への流出口の吸気流通路径は、吸気流入通路２２、吸気流出通路２３の通路径より大きいことにより、吸気流入通路２２から供給される吸気は通路が拡径するデフューザ効果により流速が低下するので、駆動流による加速が効率よく行われ、前記駆動流により加速された吸気は、縮径して吸気流出通路２３に送られるので、前記吸気流の速度は更に上昇する。
【００３８】
図１３は、前記実施例５の空気流量増幅器５０がトランスベクタ５１（図１２）の場合の試算による流量増幅比と過給圧の概要特性図で、（Ｔ）は流量増幅比、（Ｔａ〜Ｔｂ）は燃料濃度を示す。
図１３は、前記過給手段５の空気流量増幅器５０がトランスベクタ５１で、駆動流が前記酸水素発生装置６ｎで発生する酸水素を混合する場合の試算による横軸の流量増幅比（倍）と左縦軸の過給圧（bar）の概要特性図で、右縦軸は前記流量増幅比（倍）から逆算した燃料濃度（体積％）である。
水素の理論空気量の２.４、爆発限界の上限の７５％（体積％、以下の％も同様）、下限の４％を流量増幅比から逆算して図示し、酸水素には酸素の２倍の体積の水素があるので水素混合率を６７％とし、影響が小さいので駆動流の排気（ＥＧＲ）と酸水素の酸素は空気に置き換えた試算にて説明する。
内燃機関１が火花点火機関の場合の過給圧１bar以下と水素の爆発限界を満たす領域を過給運転領域（矩形ハッチング領域）と想定して説明するが、内燃機関１は、圧縮着火機関であってもよい。
図１３から分かるように、６barの駆動流を供給すると、トランスベクタ５１にて火花点火機関の過給運転領域の最高圧の１barの過給圧が得られ、駆動流の酸水素混合率を１００％とすると、トランスベクタ５１の流量増幅比から逆算する駆動流濃度である燃料濃度（１７％）と前記酸水素の水素混合率（６７％）より、実質の燃料濃度である水素濃度は約Ｔａ（１１％）となる。
水素の爆発限界内で運転するには、駆動流と酸水素から成る駆動流の酸水素濃度は、図示する（Ｔａ）〜（Ｔｂ）となり、駆動流の酸水素混合率は約１００％〜５３％となる。
空気流量増幅器５０がトランスベクタ５１の場合の上記説明は、空気流量増幅器５０がフロートランスベクタ（Ｆ）やエジェクタ（Ｅ）の場合も図１３で同様に検証でき、トランスベクタ（Ｔ）より燃料濃度が高い領域で運転できるが、大量の酸水素の供給が必要となるので個々の装置のバランスにより空気流量増幅器５０の選択は制約される。
【実施例６】
【００３９】
図１４の、実施例６（請求項４対応）は、上図（Ｐ）の従来の燃料電池車両９に、酸水素発生装置６ｋを設けた燃料電池車両９ｋ（下図（Ｋ））の構成概念の説明図である。
本願発明の図１４の下図（Ｋ）に示す燃料電池車両９ｋは，二次電池８１ｋとモータ／発電機８３ｐを備えた回生手段と、前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置６ｋを設け、前記酸水素発生装置６ｋで発生する水素と酸素を分離して燃料電池９１に供給する燃料電池車両９ｋにおいて、前記酸水素発生装置６ｋは図７に示すように、電解槽６１４ｇ内に層状配置する陰極６１１ｇと陽極６１２ｇと、前記陰極６１１ｇと前記陽極６１２ｇとの間に直流電圧を印加する直流電源６１３ｇと、電解液の供給を制御する電解液制御手段であるポンプ６１７ｇと、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段である制御弁（６１８ｇ、６１８ｇ２）と、で構成する電気分解手段６１ｇと、超音波発振子６５１ｇと、前記超音波発振子６５１ｇを電気的手段により超音波振動させる高周波発生器６５２ｇと、で構成する超音波発生手段６５ｇと、を備え、前記電気分解手段６１ｇは、前記陰極６１１ｇと前記陽極６１２ｇを、前記超音波発振子６５１ｇから発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上に配置し、超音波振動が前記電極を通過して伝搬できるように前記陰極６１１ｇと前記陽極６１２ｇをスラット状とし、更に、前記超音波発振子６５１ｇの振動面から超音波波長λの4分の１の奇数倍の距離に前記陰極６１１ｇを、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極６１２ｇを配置する。
前記燃料電池車両９ｋは、上図（Ｐ）に示す従来の燃料電池車両９の構成に、前記酸水素発生装置６ｋと前記酸水素発生装置６ｋの車両用補器７である水素タンク７１１、酸素タンク７１２、水素通路７２１、酸素通路７２２、制御弁（７３ｋ、７３ｋ２）、電解液タンク７４ｋ、および冷却器７７を設け、二次電池８１ｋを前記二次電池８１ｐより電気容量を小さくしている。
従来技術である図１４の上図（Ｐ）の燃料電池車両９は、二次電池８１ｐと４個のモータ／発電機８３ｐを備えた回生手段と、燃料電池９１と、高圧水素タンク９２と水素通路９３から成る水素供給手段と、を備え、車両の減速制動時等にモータ／発電機８３ｐで発電することにより運動エネルギを電気エネルギに変換して前記電気エネルギを二次電池８１ｐに貯蔵し、加速時や貯蔵した電気エネルギのみでの走行時等に、前記二次電池８１ｐに貯蔵した電気エネルギにより、前記モータ／発電機８３ｐをモータとして走行してエネルギ回生を行う。
前記燃料電池９１は、高圧水素タンク９２に連通する減圧弁９４で減圧し、制御弁９５で流量を制御して供給される水素と、エアクリーナ２１ｐから供給される空気と、を電気分解の逆の燃料電池作用により発電し、パワーユニット９７を介して前記二次電池８１ｐとモータ／発電機８３ｐに電気エネルギを供給する。
【００４０】
図１４の酸水素発生装置６ｋを備えた燃料電池車両９ｋの作用は、前記従来の燃料電池車両９の前記二次電池８１ｐとモータ／発電機８３ｐを備えた回生手段によるエネルギ回生が行え、更に前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置６ｋにより前記運動エネルギを電気分解により発生する水素と酸素に変換し、前記水素と酸素を水素タンク７１１と酸素タンク７１２に貯蔵し、電気エネルギを水素燃料に変換して貯蔵するので、高価な燃料電池の小型化ができ、前記高圧水素タンク９２の消費量を抑制し、従来の空気の替わりに酸素を燃料電池９１に供給するので燃料電池９１の発電効率が向上し電気エネルギの出力増大効果がある。
前記燃料電池９１で排出する水は、冷却器７７にて冷却し、電解液タンク７４ｋに還流し、電解液の補充量を減少できる。
【００４１】
前記実施例１〜６は、本願発明の一例を示して説明をしたもので、直接作用に影響しない水素通路に設ける防爆装置等の安全装置は省略して説明している。
内燃機関は制約のない限り火花点火機関でも圧縮着火機関でも、往復動機関でもロータリエンジンでもよく、過給装置に設けられている機器や補助機器（センサ、フィルタ、冷却器、等）は、内燃機関の運転条件等により追加削除ができるので、前記実施例１〜６は、本願発明の一例を示すもので本願発明を制約するものではなく、当業者により変更および改良ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本願発明の酸水素発生装置は、超音波振動により電極の気泡脱離と析出物の剥離除去が効率よくでき、電極を積層配置し、容積当たりの酸水素発生量を増大できるので、酸水素発生装置を小型化でき、移動手段への組み込みが容易となる。
本願発明の酸水素発生装置から発生する水素または酸水素を内燃機関の吸気系統に供給して内燃機関の燃焼性を向上し、内燃機関運転領域の低速低負荷領域を拡大でき、酸水素発生装置の酸素と水素を燃料電池に分離して供給することにより燃料電池の発電効率を向上できる。
移動手段に前期酸水素発生装置を設けると、電気エネルギを水素に変換するので二次電池の電気容量を小さくして小型で安価にできるので、ハイブリッド車両や燃料電池車両に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  内燃機関
５  過給手段
６  酸水素発生装置
７  （車両用補器）
８  ハイブリッド車両（パラレル方式）
９  燃料電池車両
１３  高圧燃料ポンプユニット
１４  フュエルレール
１５  燃料タンク
２０  吸気
２１  エアクリーナ
２２  吸気流入通路
２３  吸気流出通路
３１  排気通路
３２  排気浄化装置
３３  消音器
３７  排気還流通路
４０  駆動流
４１  駆動流通路
４２  制御弁
４４  過給センサ
４７  逆止弁
４８  冷却器
４９  フィルタ
５０  空気流量増幅器
５１  トランスベクタ
６１  電気分解手段
６５  超音波発振手段
６７  定常波の振幅
６８  定常波の音圧  
７１  酸水素タンク
７２  酸水素通路
７３  制御弁
７４  電解液タンク
７６  逆止弁
７７  冷却器
７９  防爆装置
８１  二次電池
８２  インバータ
８３  モータ／発電機
８４  変速機
８５  差動歯車
８７  ケーブル
９１  燃料電池
９２  高圧水素タンク
９３  水素通路
９４  減圧弁
９５  制御弁
９６  排水通路
９７  パワーユニット
５１１  ノズル
５１２  フランジ
５１３  ハウジング
５１４  環状チャンバ
６１１  陰極
６１２  陽極
６１３  直流電源
６１４  電解槽
６１５  電解液
６１６  センサ（液面高さ、圧力）
６１７  ポンプ（電解液）
６１８  制御弁（酸水素、水素）
６１９  仕切膜（ガス不透過性）
６２０  気泡誘導板
６２２  酸水素通路
６２３  水素通路
６２４  酸素通路
６５１  超音波発振子
６５２  高周波発生器
６５３  無接点継電器
６５４  発振子固定具
６７０  振幅の節（定常波）
６７５  振幅の腹（定常波）
６８０  音圧の節（定常波）
６８５  音圧の腹（定常波）
６９１  キャビテーション域
６９２  キャピラリ波域
７１１  水素タンク
７１２  酸素タンク
７２１  水素通路
７２２  酸素通路
【図１】
2018062688.tif 000003
【図２】
2018062688.tif 000004
【図３】
2018062688.tif 000005
【図４】
2018062688.tif 000006
【図５】
2018062688.tif 000007
【図６】
2018062688.tif 000008
【図７】
2018062688.tif 000009
【図８】
2018062688.tif 000010
【図９】
2018062688.tif 000011
【図１０】
2018062688.tif 000012
【図１１】
2018062688.tif 000013
【図１２】
2018062688.tif 000014
【図１３】
2018062688.tif 000015
【図１４】
2018062688.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月5日(2017.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記陰極と前記陽極との間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液の供給を制御する電解液制御手段と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、
超音波発振子と、前記超音波発振子を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備えた酸水素発生装置において、
前記超音波振動子と前記電解液を伝搬する超音波振動の反射面との距離を超音波波長の４分の１の整数倍とし、
前記電気分解手段は、
前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記陰極と前記陽極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、
更に、前記超音波発振子の振動面から、超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極を、配置することを特徴とする酸水素発生装置。
【請求項２】
前記酸水素発生装置の超音波発生手段において、
前記陰極から超音波振動の伝搬方向に超音波波長の４分の１の偶数倍の距離に第２の超音波発振子を設ける、または、前記高周波発生器が、前記超音波の周波数と、前記超音波の周波数の２倍の周波数と、に周波数切換えできることを特徴とする請求項１に記載の酸水素発生装置。
【請求項３】
前記酸水素発生装置の電気分解手段において、
電気分解にて前記陰極と陽極から発生する気体を、前記超音波振動が伝搬する電解液空間に流出するのを防止する気泡誘導手段を設けることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の酸水素発生装置。
【請求項４】
二次電池とモータ／発電機を備えた回生手段と、前記回生手段の電気的手段により運転する酸水素発生装置を設け、前記酸水素発生装置で発生する酸水素または水素と酸素を、内燃機関の吸気に供給するハイブリッド車両、または燃料電池に供給する燃料電池車両において、
前記酸水素発生装置は、
電解槽内に層状配置する陰極と陽極と、前記陰極と前記陽極との間に直流電圧を印加する直流電源と、電解液の供給を制御する電解液制御手段と、電気分解にて発生する気体を捕集する気体捕集手段と、で構成する電気分解手段と、
超音波発振子と、前記超音波発振子を電気的手段により超音波振動させる高周波発生器と、で構成する超音波発生手段と、を備え、前記超音波振動子と前記電解液を伝搬する超音波振動の反射面との距離を超音波波長の４分の１の整数倍とし、
前記電気分解手段は、
前記陰極と前記陽極を、前記超音波発振子から発振する超音波振動の伝搬方向に対し垂直な平面上または円筒面上に配置し、超音波振動が前記陰極と前記陽極を通過して伝搬できるように前記陰極と前記陽極をスラット状またはグリッド状とし、
更に、前記超音波発振子の振動面から超音波波長の4分の１の奇数倍の距離に前記陰極を、超音波波長の4分の１の偶数倍の距離に前記陽極を配置することを特徴とするハイブリッド車両、または燃料電池車両。