(57)【要約】【課題】車載用に取扱いが容易で且つ比較的安く供給できる水素エネルギー生成技術を提供することを課題とする。【解決手段】キャップ２６を外して水道水を供給し、キャップ２７を外してアルミ粉を供給する。水道水は活性水素水生成部２２で活性水素水となる。この活性水素水とアルミ粉とが水素発生部２５で反応し水素が発生する。この水素を燃料として車両１０が走行する。【効果】燃料として、アルミ粉と水を、車両へ供給すればよい。水は車上で活性水素水に変換される。活性水素水はアルミニウムと反応して、水素を発生させる。アルミ粉は、通常のアルミ缶を粉砕した物で差し支えない。車両にアルミ粉と水を供給するだけで済むため、燃料材料のコストは比較的安価となる。また、アルミ粉や水は、安定しているため、取扱いは容易である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に、水を蓄える水貯留部と、前記水貯留部から供給された前記水をトルマリンの電気的作用で活性水素水（Ｈ３Ｏ２）に変換する活性水素水生成部と、この活性水素水生成部で生成された前記活性水素水を蓄える活性水素水貯留部と、アルミニウム合金の粉末を蓄えるアルミ粉貯留部と、このアルミ粉貯留部から供給されるアルミ粉と前記活性水素水貯留部から供給される前記活性水素水とを混合して水素を発生させる水素発生部と、この水素発生部から供給される前記水素を利用して走行動力を発生させる動力発生部とが搭載されていることを特徴とする水素エネルギー車両。
【請求項２】
酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）を反応促進剤として前記水素発生部内にて混合することを特徴とする請求項１記載の水素エネルギー車両。
【請求項３】
前記動力発生部は前記車体の前部に配置され、前記水素発生部は前記動力発生部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水素エネルギー車両。
【請求項４】
前記活性水素水生成部は、前記車体の後部に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の水素エネルギー車両。
【請求項５】
前記動力発生部は、前記水素発生部からの水素を燃料とする内燃機関と、バッテリで駆動するモータとを、備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の水素エネルギー車両。
【請求項６】
前記動力発生部は、前記水素発生部からの水素と空気中の酸素を取り込んで化学反応させ電気を発生させる燃料電池と、この燃料電池で発生した電気で回されるモータとを、備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の水素エネルギー車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素エネルギーで走行する水素エネルギー車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油に代わる代替エネルギーの研究が進められている。代替エネルギーの一つに水素があり、水素を燃料とする内燃機関を搭載した車両が提案されている（例えば、特許文献１（段落番号［００２８］、［００４４］参照。）。
【０００３】
特許文献１は、金属水素化物と、加熱により発熱を誘発する物質と、を含むことを特徴とする水素発生材料に関するもので、金属水素化物としてＡｌＨ３を使用している。
【０００４】
このＡｌＨ３は、水と反応させると、ＡｌとＨ２に分解され、分解で得られたＨ２を内燃機関に供給することで、走行する水素燃料車両である。
【０００５】
しかし、ＡｌＨ３等の金属水素化物を生成するための生成コストが高く、燃料費が嵩む。
また、ＡｌＨ３は大気中の水分に触れて、水素ガスを発生するため取扱いが難しい。更に、製造及び供給時、金属水素化物を厳重に密封し、車載時は気密容器などへの移し替え装置も必要があり、装置が大型化し車載重量が増加する。
【０００６】
一方、水素をエネルギーとして使用する車両として燃料電池電気自動車が知られており、燃料電池に水素と酸素を取り込んで化学反応を起こし電気を発生し、その電気でモータを回して走行するが、水素の供給や充填用の大型設備などインフレが必要となり、コストが嵩む。
このように、水素をエネルギー源とする車両への水素の供給や水素発生材料を比較的安く供給でき且つ取扱いが容易な水素発生材料が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６２２１５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、車載用に取扱いが容易で且つ比較的安く供給できる水素エネルギー生成技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、車体に、水を蓄える水貯留部と、前記水貯留部から供給された前記水をトルマリンの電気的作用で活性水素水（Ｈ３Ｏ２）に変換する活性水素水生成部と、この活性水素水生成部で生成された前記活性水素水を蓄える活性水素水貯留部と、アルミニウム合金の粉末を蓄えるアルミ粉貯留部と、このアルミ粉貯留部から供給されるアルミ粉と前記活性水素水貯留部から供給される前記活性水素水とを混合して水素を発生させる水素発生部と、この水素発生部から供給される前記水素を利用して走行動力を発生させる動力発生部とが搭載されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）を反応促進剤として水素発生部内にて混合することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明では、動力発生部は前記車体の前部に配置され、水素発生部は動力発生部の近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明では、活性水素水生成部は、車体の後部に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明では、動力発生部は、水素発生部からの水素を燃料とする内燃機関と、バッテリで駆動するモータとを、備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明では、動力発生部は、水素発生部からの水素と空気中の酸素を取り込んで化学反応させ電気を発生させる燃料電池と、この燃料電池で発生した電気で回されるモータとを、備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明では、水素エネルギーを得るには、アルミ粉と水を、車両へ供給すればよい。水は車上で活性水素水に変換される。活性水素水はアルミニウムと反応して、水素を発生させる。この水素を利用して車両を走行させる。
アルミ粉は、通常のアルミ缶を粉砕した物で差し支えない。
【００１６】
車両にアルミ粉と水を供給するだけで済むため、エネルギーの調達コストは比較的安価となる。また、アルミ粉や水は、安定しているため、取扱いは容易である。
したがって、本発明によれば、取扱いが容易で且つ比較的安く供給できる水素エネルギー生成技術が提供される。
【００１７】
請求項２に係る発明では、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）を反応促進剤として水素発生部内にて混合する。
反応促進剤を混入することで、水素の発生量を増大させることができる。
酢酸ナトリウムは、食品添加物である炭酸水素ナトリウムに酢酸を反応させること発生させることができる。食品添加物は入手容易であり、安価であるため、酢酸ナトリウムを容易に且つ安価に発生させることができる。
【００１８】
請求項３に係る発明では、動力発生部は車体の前部に配置され、水素発生部は動力発生部の近傍に配置されている。水素の発生場所と、水素の消費場所とを接近させる。水素が大気に漏れるなど対策を限定的に行えばよいから、水素発生部から動力発生部までの水素供給路の製造コストを抑えることができる。
【００１９】
請求項４に係る発明では、活性水素水生成部は、車体の後部に配置されている。
活性水素水生成部は、水を活性水素水に変換する装置であり、水及び活性水素水は非危険物である。車体後部に活性水素水生成部を配置することで、水素生成部の能力向上が可能となり、実用性が向上する。
【００２０】
請求項５に係る発明では、動力発生部は、水素発生部からの水素を燃料とする内燃機関と、バッテリで駆動するモータとを、備えている。いわゆるハイブリッド型車両に、本発明を適用することができる。
請求項５によれば、内燃機関とモータのハイブリッドにより、水素エネルギーの消費を抑え、水素の所要量を抑えることができるため、水素発生部などの小型化が図れ、車両の小型、軽量化が達成できる。
【００２１】
請求項６に係る発明では、動力発生部は、水素発生部からの水素と空気中の酸素を取り込んで化学反応させ電気を発生させる燃料電池と、この燃料電池で発生した電気で回されるモータとを、備えている。いわゆる燃料電池車両に、本発明を適用することができる。
【００２２】
従来の燃料電池車両は、地上に接地した水素供給ステーションと称する大型設備から水素の供給を受けて走行する。大型設備が整備されていない地域は走行が制限されるため、長距離走行に支障がある。
請求項６によれば、車載の水素発生部で水素を発生させるため、大型設備が整備されていない地域での走行が可能となり、長距離走行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る車両の模式的左側面図である。
【図２】ハイブリッド型車両の模式的平面図である。
【図３】水素発生部の断面図である。
【図４】水素発生部の別実施例図である。
【図５】燃料電池車両の平面図である。
【図６】燃料電池車両の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００２５】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、車両１０は、前輪１１及び後輪１２を備える車体１３に、前部座席１４、後部座席１５、荷台１６を設けた乗用車である。
車体１３の前部、すなわち前部座席１４の前方に、動力発生部１７が設けられ、この動力発生部１７で前輪１１が駆動される。
【００２６】
動力発生部１７は、内燃機関１７ａと、モータ（電動モータ）１７ｂとを備えるハイブリッド型駆動部である。車両１０はハイブリッド型車両である。このような車両１０のルーフに、太陽光電池（ソーラーパネル）１８を搭載し、この太陽光電池１８で得た電力をバッテリ（図５、符号６３）に貯えるようにすることが望ましい。太陽光電池１８はボンネットにも搭載可能である。
【００２７】
図２に示すように、車体１３に、水を蓄える水貯留部２１と、トルマリンを内蔵し水貯留部２１から供給された水をトルマリンの電気的作用で活性水素水（Ｈ３Ｏ２）に変換する活性水素水生成部２２と、この活性水素水生成部２２で生成された活性水素水を蓄える活性水素水貯留部２３と、アルミニウム合金の粉末を蓄えるアルミ粉貯留部２４と、このアルミ粉貯留部２４から供給されるアルミ粉と活性水素水貯留部２３から供給される活性水素水とを混合して水素を発生させる水素発生部２５とを備える。
【００２８】
なお、水貯留部２１、活性水素水貯留部２３及びアルミ粉貯留部２４は、鋼製又は樹脂製のタンクが好適であるが、貯留機能を備えていれば形状はタンクに限定されない。
【００２９】
レイアウトは任意であるが、この例では、車体１３の長手方向略中央に水貯留部２１を配置し、車体１３の後部に活性水素水生成部２２を配置し、前部座席（運転者席）のほぼ下方に活性水素水貯留部２３を配置し、車体１３の前部に動力発生部１７を配置する。前部座席（助手席）のほぼ下方にアルミ粉貯留部２４を配置し、水素発生部２５を動力発生部１７の近傍に配置する。
【００３０】
活性水素水生成部２２は、車体１３の後部に配置されている。
活性水素水生成部２２は、水を活性水素水に変換する装置であり、水及び活性水素水は非危険物である。車両では後部に外力が加わる可能性が排除できない。このような箇所に活性水素水生成部２２を配置することで、他の箇所に車両搭載機器を配置することができる。
【００３１】
水貯留部２１へは、キャップ２６を開けて、水道水などの水を補給すればよい。
同様に、アルミ粉貯留部２４へは、キャップ２７を開けて、アルミ粉を補給すればよい。アルミ粉は、純アルミニウムである必要はなく、アルミ缶を粉砕してなるアルミニウム合金の粉末であれば種類は問わない。
【００３２】
活性水素水生成部２２は、トルマリンを内蔵している。トルマリンは永久電極の作用を発揮する。すなわち、トルマリンの結晶は、水に触れると、軽い電気分解を促し、水の分子（Ｈ２Ｏ）を水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）に分離する。そして、水酸基イオン（ＯＨ−）は周囲の水分子（Ｈ２Ｏ）と結合し、活性水素水（Ｈ３Ｏ２）になる。
このように、トルマリンを内蔵する活性水素水生成部２２では、外部から給電することなく、弱い電気分解が行われ、活性水素水（Ｈ３Ｏ２）が生成される。
【００３３】
アルミ粉貯留部２４は、安定したアルミ粉を蓄えるため、厳密な気密構造にする必要はない。
なお、車体１３の設置スペースに余裕があれば、アルミ缶を破砕する破砕機を搭載しても良い。この場合は、アルミ缶を車載破砕機に投入すればよい。破砕機ではアルミ缶を微細なアルミ粉にして、アルミ粉貯留部２４へ供給する。
【００３４】
次に、水素発生部２５の一例を説明する。
図３に示すように、水素発生部２５は、密閉された円筒容器３１と、この円筒容器３１の上部開口を塞ぐリッド３２と、このリッド３２から下げた撹拌機３３と、円筒容器３１内へ活性水素水を供給する液体供給管３４と、円筒容器３１内へアルミ粉３５を送る粉体移送管３６と、円筒容器３１上部から水素を取出す水素管３７と、からなる。
【００３５】
撹拌機３３は、例えば、撹拌用モータ３３ａと、この撹拌用モータ３３ａで回される軸部材３３ｂと、この軸部材３３ｂから放射状に延ばされる複数の撹拌羽根（インペラー）３３ｃとからなる。
円筒容器３１に活性水素水３８を満たし、この活性水素水３８にアルミ粉３５を混ぜ、撹拌機３３の撹拌羽根３３ｃで撹拌すると、次に述べる反応により、水素が発生する。
【００３６】
【化１】
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【００３７】
なお、反応促進剤４０として、炭酸水素ナトリウム、酢酸などの、いわゆる食品添加物を添加すること望ましい。この食品添加物の量によって、水素発生量の制御を行うことができる。
【００３８】
実験によれば、酢酸と炭酸水素ナトリウムとを反応させ、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）を生成させそれが、アルミニウム、活性水素水からの水素発生に効果があることがわかった。酢酸だけでは水素が発生しない。炭酸水素ナトリウムだけでも水素は発生しなかった。クエン酸だけでも水素は発生しなかった。  酢酸と炭酸水素ナトリウムとを反応させ、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）が発生精製され、それがアルミニウム、活性水素水と反応し、水素発生に至ると共に、化学反応による酸化アルミニウムの発生も見られた。
【００３９】
実験から、活性水素水からの水素抽出はもちろん。促進効果としては、酢酸ナトリウム、酢酸（酢）、炭酸水素ナトリウムの添加が効果的なことが判明した。
【００４０】
水素発生プロセスには、活性水素水と、アルミニウムと、酢酸ナトリウムのミキシング反応が有効である。また、ミキシング、回転速度、回転数を制御、及び、温度制御することで、反応速度、水素発生量を制御することができる。
【００４１】
また、撹拌機３３は、電動モータで撹拌し、この電動モータをインバータ制御により、回転数を変化させることで、水素発生量を調節するようにしても良い。
【００４２】
発生した水素（Ｈ２）は水素管３７を通じて動力発生部へ送られる。水素管３７は、水素ガスを運ぶ管であり、水素ガスは大気中の酸素に触れると激しく燃焼する。そのため、水素管３７に漏れ対策を厳重に施し、不図示の水素検知センサも設置される。
【００４３】
図２に示すように水素発生部２５を動力発生部１７にごく近づけて動力発生部１７を収納するエンジンルーム内に配置することで水素管３７の配管長さを最短化することができ、設備費等を下げることができる。
【００４４】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、円筒容器３１の下部に付設したドレーンパイプ３９から排出する。ドレーンパイプ３９は弁を有し、メンテナンス時に排出自在に設けている。
【００４５】
このように、アルミ粉と水を供給することで、車に積載した活性水素水発生装置２２により、水が車上で活性水素水に変換される。生成された活性水素水をアルミニウムと反応させ、水素を発生させることが可能である。この水素を燃料として内燃機関１７ａやバッテリにより給電されるモータ１７ｂにより駆動力を発生させ車両は走行する。バッテリは内燃機関１７ａ及び太陽光電池（図１、符号１８）で充電される。
【００４６】
アルミ粉や水は、安定しているため、取扱いは容易であり、アルミ粉と水を補給するための補給設備も簡素化でき、燃料供給コストを下げることができる。
したがって、本発明によれば、水素燃料が安く供給でき且つ水素発生材料の取扱いが容易である技術が提供される。
【００４７】
なお、水素発生部は、図３に示す構造のものの他、アルミ粉を袋やカートリッジに詰め、これを活性水素水に浸漬させる構造のものでもよい。この場合は、昇降手段で袋を活性水素水から引き上げることで、反応を抑えるなどして、水素発生量を容易に調節することができる。
【００４８】
また、他の実施例として、円筒型の回転ドラムを複数連結して、活性水素水とアルミ粉とを投入し、回転ドラムを回転させることで水素を発生させるようにしても良い。
したがって、水素発生部の構造は適宜変更することができる。
【００４９】
図４に示すように、水素発生部２５Ｂを構成する複数（この例では３個）の回転ドラム４１、４２、４３に、活性水素水貯留部２３から活性水素３８をポンプＰ１を介して配管３４により供給し、アルミ粉貯留部２４からアルミニウム粉末をポンプＰ２を介して配管３６により供給し、不図示のポンプを介して配管５１、５２、５３により反応促進剤４０を供給する。
【００５０】
回転ドラム４１、４２、４３の中には軸５４が貫通され、この軸５４に放射状に複数のインペラ５５が取付けられ、軸５４端にモータ５６が設けられている。
モータ５６により軸５４を回し、インペラ５５を旋回させる。複数の回転ドラム４１〜４３を１個のモータ５６で賄わせることができる。
【００５１】
制御部４５により、軸５４の回転速度、この回転ドラム４１へ供給する活性水素水量、アルミニウム粉末量、反応促進剤量を制御し、本実施例では３列設けられた水素貯留部４８へ供給する発生水素量を制御する。
同様に、制御部４６で回転ドラム４２を制御し、制御部４７で回転ドラム４３を制御する。
【００５２】
また、必要により稼働気筒数を可変させることができ、アルミニウム粉末と活性水素水の供給量を制御し、反応促進剤の供給弁を制御することで、水素発生気筒数を制御することができる。
【００５３】
次に、燃料電池車両について説明する。
以下の図において、図１、図２と共通する要素には、図１、図２と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図５及び図６に示すように、動力発生部１７Ｂは、水素発生部２５からの水素と空気中の酸素を取り込んで化学反応させ電気を発生させる燃料電池６１と、この燃料電池６１で発生した電気で回されるモータ６２と、バッテリ６３とを備えている。
【００５４】
バッテリ６３で、燃料電池６１で発生した電気（余剰電気）や、太陽光電池（図１、符号１８）で発生した電気や、プラグ６４付きハーネス６５で家庭電源等から供給される電気などを貯える。バッテリ６３は、リチウムイオン電池が好適であるが、その他の車載バッテリでもよい。
【００５５】
従来の燃料電池車両は、地上に接地した水素供給ステーションと称する大型設備から水素の供給を受けて走行する。大型設備が整備されていない地域は走行が制限されるため、長距離走行に支障がある。
本発明によれば、車載の水素発生部で水素を発生させるため、大型設備が整備されていない地域での走行が可能となり、長距離走行が可能となる。
【００５６】
なお、本発明は、いわゆる電気自動車にも適用できる。すなわち、車体の平面部表面に太陽光電池を取付け、リチウムイオン電池にチャージし、水素発生部から水素を供給し燃料電池で発生した電気をリチウムイオン電池にチャージし、リチウムイオン電池でモータを回し走行する形態の電気自動車にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、水素エネルギーで走行する車両に好適である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…車両、１３…車体、１７、１７Ｂ…動力発生部、１７ａ…内燃機関、１７ｂ、６２…モータ、２１…水貯留部、２２…活性水素水生成部、２３…活性水素水貯留部、２４…アルミ粉貯留部、２５…水素発生部、３５…アルミ粉、３８…活性水素水、６１…燃料電池、６３…バッテリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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