(57)【要約】【課題】  本発明はエンジンから二酸化炭素、その他の環境を破壊する一切の排ガスを出さないシステムを目指すものであり、具体的には水素エンジンから排出される高温水蒸気を直接に再生活用して元のエンジンに循環させる排ガス密閉型水素エンジンの構成を提供せんとするものある。【解決手段】  水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを、直接に水素と酸素に再生分解する手段を具備して水素と酸素を発生させ、その発生した水素と酸素を元の水素エンジンに連結して循環供給することを特徴とした自動車搭載型の排ガス密閉型循環水素エンジンである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを、直接に水素と酸素に再生分解する手段を具備して水素と酸素を再生させ、その再生した水素を元の水素エンジンの水素噴射口に連結するとともに、再生した酸素を元のエンジンの酸素供給口に連結循環供給することを特徴とした排ガス密閉型循環水素エンジン
【請求項２】
水素と酸素に再生分解する手段は水蒸気電気分解装置であって、自動車に搭載可能とした請求項１記載の排ガス密閉型循環水素エンジン
【請求項３】
水素と酸素に再生分解する手段は高温水蒸気ガスが固体電解質セル内を通過する間に電気分解する構成である請求項２記載の排ガス循環水素エンジン
【請求項４】
水素と酸素に再生分解する手段は固体酸化物電解質隔膜によって電解槽をアノード側とカソード側に仕切った電解装置であって、前記カソード側に水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを供給する請求項２記載の排ガス循環水素エンジン
【請求項５】
水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスの温度を抑制する排ガス調整装置を備え、再生した酸素の連結管には酸素供給補助タンクが設けられて適宜に補充制御され、一方再生した水素の連結管にも水素供給補助タンクが設けられて適宜に補充制御され、燃焼室へ送られる水素と酸素を感知して制御する供給制御器を介して元の水素エンジンに供給される酸素と水素が設定した割合に維持される請求項１記載の排ガス循環水素エンジン
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを、直接に水素と酸素に再生分解させてそのまま元の水素エンジンに循環供給する排ガス循環水素エンジンに関するものである。具体的には自動車搭載可能な自立型の水素エンジンの構成を提供する。
【背景技術】
【０００２】  近年、熱波、黄砂、温暖化ほか環境の悪化が進み、急務な対応が叫ばれている。特に温暖化による環境破壊が危惧されている。その温暖化の一因として地球規模で増加している自動車の化石燃料による二酸化炭素の排出が指摘されている。自動車のクリーンな動力として燃料電池が開発されており、ガソリンエンジンとの併用によりハイブリッド自動車として実用化されて省エネルギーに貢献している処である。さらに、直接に水素をエネルギーとした水素エンジンの制御システム技術が多数研究されて特許されている、例えば特許第３３３２２７４号公報等であるがいまだ普及にいたってない（特許文献３）。又、核融合炉プラントシステムに採用され、高温水蒸気から電気分解により水素と酸素を再生分解する技術として特許第２６０１８２１号公報が知られる（特許文献１）。さらに低電力な水蒸気の電解装置として提案されている特許公開２００５−２３２５２５号公報が知られれている（特許文献２）。さらに、水素エンジンを使った発電機プラントにおいて、水素エンジンのタービン駆動後の水蒸気ガスを冷却してガス中の水蒸気を液化して、その液化したものを排出し残ったガスを元のエンジンに循環するクローズドシステムも特許第３８３１８９１号公報として知られている（特許文献４）。さらに、水素エンジンの高温水蒸気の使用により燃焼室周りの平均温度を抑える技術として特開平５−２５６１６０号が知られている（特許文献５）。
【特許文献１】特許第２６０１８２１号公報
【特許文献２】特許公開２００５−２３２５２５号公報
【特許文献３】特許第３３３２２７４号公報
【特許文献４】特許第３８３１８９１号公報
【特許文献５】特開平５−２５６１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  前記した公知の文献には水素を燃料としたエンジンを利用した、主に発電機を駆動する大型プラントの効率的技術が開示されており、燃焼した廃ガス水蒸気を冷却液化して分離した後に一部のガスを循環する技術も示されている。
本発明は自動車等を駆動するエンジンから環境を破壊する一切の排ガスを出さないシステムを目指すものである。特に水素と酸素を燃料とした水素エンジンから排出される高温水蒸気を直接に再生活用して元のエンジンに循環させて排ガスを外部に出さない構成を提供せんとするものある。具体的には水素エンジンが爆発して走行のための駆動力を発揮して燃焼の後に発生する高温エネルギーを保有した水成分からなる水蒸気排ガスを、特に別途の加温エネルギーを使うことなくそのまま直接的に水素と酸素に分解させて元の水素エンジンに循環する自動車に搭載可能な水素エンジンの排ガス循環システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は前記課題を解決するために、請求項１に記載された水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを、直接に水素と酸素に再生分解する手段を具備して水素と酸素を発生させ、その再生した水素を元の水素エンジンの水素噴射口に連結するとともに再生した酸素を元のエンジンの酸素供給口に連結循環供給することを特徴とした排ガス密閉型循環水素エンジンである。
又、請求項２に記載された、水素と酸素に再生分解する手段は水蒸気電気分解装置であって、自動車に搭載可能とした請求項１記載の排ガス密閉型循環水素エンジンである。
又、請求項３に記載された、水素と酸素に再生分解する水蒸気分解手段は水蒸気が固体電解質セル内を通過する間に酸素が分離する構成である請求項２記載の排ガス密閉型循環水素エンジンである。
又、請求項４に記載された、水素と酸素に再生分解する手段は固体酸化物電解質隔膜によって電解槽をアノード側とカソード側に仕切った電解装置であって、前記カソード側に水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを供給して酸素が固体酸化物電解質隔膜を通過して分離する請求項２記載の排ガス循環水素エンジンである。
又、請求項５に記載された、水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスの温度を抑制する排ガス調整装置を備え、再生した酸素の連結管には酸素供給補助タンクが設けられて適宜に補充制御され、一方再生した水素の連結管には水素供給補助タンクが設けられて適宜に補充制御され、燃焼室へ送られる水素と酸素を感知して制御する供給制御器を介し元のエンジンに供給される酸素と水素が設定した割合に維持される請求項１記載の排ガス循環水素エンジンである。
【発明の効果】
【０００５】  以上の構成により水素エンジンから発生する高温水蒸気ガスを水素と酸素に再生させて元のエンジンに循環する排ガス密閉型の構成なので排気ガスが外部へ排出して環境を破壊することがない。又、水素エンジン燃焼時の高温エネルギーを保有したまま直接に電気分解するので、従来の電気分解をするための事前の水蒸気の加温動力が要らないので経済的である。又、排ガスの温度を抑制する調整装置、水素供給補助タンク、酸素供給補助タンクならびに供給制御器が具備されるので安定して連続した運転が可能となる。従って、本発明を地球規模で増加している自動車に搭載すると化石燃料の低減及び排気ガスによる環境破壊の低減に貢献する。
【実施例】
【０００６】  本発明を実施した構成を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施した概念図である。１は水素と酸素を燃料とした水素エンジンであり、ピストン２、走行のためのクランク軸３、酸素の吸気弁４、排気弁５、水素噴射弁８、点火装置１８等を備えている。
６は前記水素エンジン１のシリンダ内のピストン２上部に形成される燃焼室である。本実施例ではレシプロ方式を示しているが圧縮方法はロータリー方式や他の燃焼により水素と酸素が高温な水蒸気に変わる方法であれば本発明の主旨は変わらない。【０００７】  ７は水素の噴射を行う水素噴射装置を示し、連結管９、水素供給補助タンク、供給ポンプＰ１および水素噴射弁８等を連結して構成される。前記した水素噴射弁８は燃焼室６内に臨んで設けられて水素を噴射するものである。１８は点火装置を示し燃焼室６内に臨んで設けてあり噴射された水素と酸素の燃料に着火するものである。
１１は燃焼室６へ酸素を供給するための酸素供給口を示し、１２は排気口であり排気弁５の開閉によって燃焼したあとの水蒸気排ガスを排出する。１３は排ガス調整装置を示し、排気口１２から排出された水蒸気排ガスの衝撃音の消すための消音器１９を備えるとともに、排ガス調整装置１３を被覆して冷却作用と水蒸気の補充を兼用する２０の予備水タンクを備えて、水蒸気排ガスの温度調整と水蒸気の補充と水蒸気供給量の調整制御をするものである。予備水タンク２０には排ガス調整装置１３の内部と予備水タンク２０自体の内部圧力を一定にするための安全弁２１が備えられている。２４は予備水タンク２０からの水蒸気を補充するバルブを示し、あらかじめ演算設定したセンサーの指示により排ガス調整装置１３内の水蒸気（水成分）の補充作用と、排ガス温度の抑制のための水蒸気の補充機能を果たすものである。【０００８】  １４は水蒸気排ガスを水素と酸素に再生分解する手段を示し、本実施例においては水蒸気電気分解装置の形態により図示（電極は省略）している。図示した水蒸気電気分解装置１４は固体電解質セル１５を所定能力に設定させ複数本配列してあり、前工程から送られる抑制調整された水蒸気排ガスがこの固体電解質セル１５内を通過する間に酸素が通過収束され水素と分離される。分離された酸素は連結管９１を通過して酸素供給補助タンク１６へ供給され、一方分離された水素は連結管９により水素供給補助タンク１０へ送られる。又、水蒸気電気分解装置は水素と酸素に再生分解するその他の実施例として、固体酸化物電解質隔膜によって電解槽をアノード側とカソード側に仕切った電解装置の構成であって、前記カソード側に水素エンジンから排出される高温水蒸気ガスを供給して分解する方法も同様の作用を発揮する。前記した水蒸気電気分解装置は引用した特許文献１、特許文献２に開示された基本技術の展開活用である。【０００９】  １７は供給制御器を示し、センサー２２，２３によって燃焼室近傍の水素と酸素の量と濃度とを感知して、予め設定した演算値によって前記した水素供給補助タンク１０、酸素供給補助タンク１６に指示を与えて所望する酸素と水素の量を供給するものである。Ｐ１は水素噴射装置７の噴射弁８に対して水素を加圧供給するポンプである。Ｐ２は酸素供給補助タンク１６からの酸素を燃焼室へ加圧供給するものである。水素供給補助タンク１０は水素が外部から充填可能な補充装置が具備されて常に所定の水素量が確保され、また、酸素供給タンク１６も酸素が外部から充填可能な補充装置が具備されて常に所定の酸素量が確保されているので、燃焼室へ供給される水素と酸素は常に所定の濃度を保持する。【００１０】  エンジンの始動は水素供給補助タンク１０ならびに酸素供給補助タンク１６に予め貯留された水素と酸素が燃焼室６に供給されて点火燃焼される。燃焼してピストン２が往復運動して自動車用のクランク軸３を回転駆動後に水蒸気排ガスは排気弁５の開閉により排気口１２から排気されて排ガス調整装置１３へ移動する。排ガス調整装置１３は移動された高温水蒸気状態（２０００度ないし３０００度）の排ガスを消音器１９によって衝撃音を消すと同時に予備水タンク２０の冷却作用と水蒸気の補充調整によって５００度ないし１４００度に抑制制御して水蒸気電気分解装置の１４の固体電解質セル１５内に導入される。高温水蒸気の酸素成分は固体電解質セル１５を通過して収束されて連結管９１を通り酸素供給補助タンク１６へ送られて貯蔵され、一方固体電解質セル１５内に遊離された水素は連結管９を通り水素供給補助タンク１０へ貯蔵される。供給制御器１７は水素の噴射弁８側に設けたセンサー２３及び酸素供給口１１側に設けたセンサー２２により燃焼室６へ供給される水素と酸素供給の量を感知して、常に演算設定された所望の供給量を指示する。指示された供給ポンプＰ１、Ｐ２によって水素エンジン１の燃焼室に加圧して供給され爆発燃焼してピストン２運動を繰り返して自動車を駆動する。【００１１】  燃焼室６、排気口１２、排ガス調整装置１３、水蒸気の電気分解装置１４、連結管９，９１、水素供給補助タンク１０ならびに酸素供給補助タンク１６は密閉されて構成する。従って、排気口から排ガス調整装置１３に排気された高温水蒸気は前記した一連の密閉構成を経て、再生された水素と酸素は元の水素エンジン１に循環され外部への排ガスはない。
【産業上の利用可能性】
【００１２】  本発明は特に自動車産業の排ガスの出ない無公害自動車及び発電装置の動力としての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】  本発明を実施した概念図
【符号の説明】
１  水素エンジン
２  ピストン
３  クランク軸
４  吸気弁
５  排気弁
６  燃焼室
７  水素噴射装置
８  水素の噴射弁
９、９１、連結管
１０  水素供給補助タンク
１１  酸素供給口
１２  排気口
１３  排ガス調整装置
１４  水蒸気電気分解装置
１５  固体電解質セル
１６  酸素供給補助タンク
１７  供給制御器
１８  点火装置
１９  消音器
２０  予備水タンク
２１  安全弁
２２、２３  センサー
２４  バルブ
Ｐ１、Ｐ２  供給ポンプ
【図１】
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