JP2001221013A - Closed-cycle hydrogen engine, power generation method, power generation system and machine system driven by it - Google Patents

Closed-cycle hydrogen engine, power generation method, power generation system and machine system driven by it

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JP2001221013A
JP2001221013A JP2000067695A JP2000067695A JP2001221013A JP 2001221013 A JP2001221013 A JP 2001221013A JP 2000067695 A JP2000067695 A JP 2000067695A JP 2000067695 A JP2000067695 A JP 2000067695A JP 2001221013 A JP2001221013 A JP 2001221013A
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JP
Japan
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electrolyte
turbine
pressure pump
hydrogen
expansion turbine
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JP2000067695A
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Japanese (ja)
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a completely clean, small, high-performance, long-life and low-cost closed-cycle hydrogen engine, a power generation method, a power generation system and a machine system driven by the system capable of preventing air pollution and earth warming. SOLUTION: As the power system 12 of the machine system 14, the closed- cycle hydrogen engine 10 is adopted. The engine 10 is provided with a plasma reactor 16, a combustor 18, an expansion turbine 20, a condenser 22 and a high pressure pump 24. From high pressure of the high pressure pump 24, mixed gas of hydrogen, oxygen and steam is generated in the presence of plasma arc by a plasma reactor, and burnt by the combustor 18 to generate high pressure steam. The expansion turbine 22 is driven by the high pressure steam, and expansion gas is condensed by the condenser 22 and circulated to the high pressure pump 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 この発明は水素酸素燃焼ガスタ
ービンおよびこれを利用した移動体に関し、とくに、密
閉サイクル水素エンジン、動力発生法、動力発生システ
ムおよびこれにより駆動される機械システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen-oxygen combustion gas turbine and a moving body using the same, and more particularly, to a closed cycle hydrogen engine, a power generation method, a power generation system, and a mechanical system driven by the same.

【0002】[0002]

【従来技術】 石油資源の涸渇化、自動車、工場および
発電プラント等の各種産業分野から排出される有害ガス
による大気汚染ならびに炭酸ガス排出による地球温暖化
防止の有効な対策として、近年、水素エネルギーが新エ
ネルギーとして注目され、これを利用した動力システム
が提案されている。
2. Description of the Related Art Hydrogen energy has recently been used as an effective measure to prevent depletion of petroleum resources, air pollution by harmful gases emitted from various industrial fields such as automobiles, factories and power plants, and global warming caused by carbon dioxide emissions. Attention has been paid to new energy, and a power system using this has been proposed.

【0003】 米国特許第5,177,952号には水
素酸素燃焼エンジンを利用した密閉サイクル動力システ
ムが提案されている。この動力システムにおいて、電解
装置を用いて給水を水素酸素に分解しているが、電解装
置は極めて効率が悪く、ランニングコストが高い。した
がって、このシステムではオンデマンドで必要量の水素
酸素を瞬時に低コストで生成することができない。とく
に、ガスタービン等の水素燃焼エンジンは単位時間当た
りの水素酸素を大量に必要とするが、これに対応するに
は、電解装置が著しく大型化せざるを得ない。しかも、
上記システムにおいて、水素酸素は触媒コンバスタによ
り燃焼されているが、上記特許の開示から明らかなよう
に、触媒コンバスタは極めて大型で、構造も複雑であ
り、部品点数も多かった。
[0003] US Pat. No. 5,177,952 proposes a closed cycle power system utilizing a hydrogen-oxygen combustion engine. In this power system, feed water is decomposed into hydrogen and oxygen using an electrolyzer, but the electrolyzer is extremely inefficient and has a high running cost. Therefore, this system cannot produce the required amount of hydrogen oxygen on demand instantaneously at low cost. In particular, a hydrogen combustion engine such as a gas turbine needs a large amount of hydrogen oxygen per unit time, but in order to cope with this, the size of the electrolytic device must be significantly increased. Moreover,
In the above system, hydrogen oxygen is combusted by the catalytic combustor. As is clear from the disclosure of the above patent, the catalytic combustor was extremely large, had a complicated structure, and had a large number of parts.

【0004】 米国特許第5,143,025号および
同第5,196,104号には水素酸素を燃料とする密
閉サイクル動力システムが提案されている。この動力シ
ステムにおいてエンジンの吸気側と排気側との間に多数
の電極を備えた電解装置が配置されている。この装置で
はガスタービンシステムが構造上大型化し、移動体や小
型ガスタービン発電システム等に採用することはできな
い。しかも、この装置では水電解作用時に電極表面に多
量のアワが発生し、これにより水の電解作用を著しく劣
化させる。したがって、電解装置ではオンデマンドで必
要量の水素酸素を瞬時に生成することができず、この形
式の動力システムの実用化が困難であった。
US Pat. Nos. 5,143,025 and 5,196,104 propose a closed cycle power system using hydrogen oxygen as fuel. In this power system, an electrolytic device having a number of electrodes is arranged between an intake side and an exhaust side of an engine. In this device, the gas turbine system becomes large in structure, and cannot be adopted for a mobile unit, a small gas turbine power generation system, and the like. In addition, in this device, a large amount of millet is generated on the electrode surface during the water electrolysis, thereby significantly deteriorating the water electrolysis. Therefore, the electrolysis apparatus cannot instantaneously generate the required amount of hydrogen oxygen on demand, and it has been difficult to commercialize this type of power system.

【0005】 米国特許第5,690,902号には鉄
触媒を充填したリアクタベッドにアルカリ水溶液を接触
させて水素を発生し、これにより熱機関を駆動して自動
車を推進させるようにした密閉サイクルエンジンシステ
ムが提案されている。このエンジンシステムにおいて、
鉄触媒が複数の細管に充填されてリアクタベッド内に装
着され、そこにアルカリ水溶液が供給されて水素を生成
するように構成されている。この技術において、水がア
ルカリ触媒の存在下で鉄触媒と反応すると、鉄はFe
の如く酸化してすぐ不動態化するため、連続的に水
素を発生させることができない。そのため、不動態化し
た鉄触媒の表面を研磨装置により研磨しているが、水素
生成工程が複雑となる。
[0005] US Patent No. 5,690,902 discloses a closed cycle in which an alkaline aqueous solution is brought into contact with a reactor bed filled with an iron catalyst to generate hydrogen, thereby driving a heat engine to propel an automobile. Engine systems have been proposed. In this engine system,
An iron catalyst is filled in a plurality of small tubes and mounted in a reactor bed, and an alkaline aqueous solution is supplied thereto to generate hydrogen. In this technique, when water reacts with an iron catalyst in the presence of an alkali catalyst, the iron becomes Fe 3
Since it is passivated immediately after being oxidized like O 4 , hydrogen cannot be continuously generated. Therefore, the surface of the passivated iron catalyst is polished by a polishing device, but the hydrogen generation process becomes complicated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】 従来の動力システム
およびエンジンシステムにおいて、電解装置およびリア
クタベッドはいずれも水素生成効率が極めて低く、オン
サイトで必要量の水素を瞬時に生成することができな
い。しかも、動力システムやエンジンシステムが著しく
大型化し、製造コストも高くなるため、分散型発電装置
や自動車、トラック、バス、航空機や船舶用の動力シス
テムとして実用化することは困難であった。
In conventional power systems and engine systems, both the electrolyzer and the reactor bed have extremely low hydrogen generation efficiency, and cannot instantaneously generate the required amount of hydrogen on-site. In addition, the power system and the engine system are significantly increased in size and the manufacturing cost is increased, so that it has been difficult to commercialize the system as a distributed power generator and a power system for automobiles, trucks, buses, aircraft and ships.

【0007】 本発明は小型高性能で低コスト、低ラン
ニングコストの次世代エネルギーシステムとして利用可
能な密閉サイクル水素エンジン、動力発生法、動力発生
システムおよびこれにより駆動される機械システムを提
供することを目的とする。
The present invention provides a closed-cycle hydrogen engine, a power generation method, a power generation system, and a mechanical system driven by the same that can be used as a next-generation energy system having a small size, a high performance, a low cost, and a low running cost. Aim.

【0008】 本発明の他の目的は密閉システム内で水
を燃料として循還利用することにより、外部からの燃料
の供給を不要とした、次世代動力システムおよび次世代
機械システムを提供することにある。
[0008] Another object of the present invention is to provide a next-generation power system and a next-generation mechanical system that circulate and use water as fuel in a closed system, thereby eliminating the need for external fuel supply. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 本願第1発明におい
て、密閉サイクル水素エンジンは、(a)膨張タービン
と; (b)電解液を加圧する高圧ポンプと; (c)高圧ポンプに連通していてプラズマアークの存在
下で電解液から水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
る水/燃料変換手段と; (d)混合ガスを燃焼させて高温高圧蒸気を発生させる
コンバスタと; (e)高温高圧蒸気を膨張タービンにジェット流として
供給するジェットノズルと; (f)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (g)凝縮器と高圧ポンプとの間に連結された循還系路
と; を備えることにより達成される。
Means for Solving the Problems In the first invention of the present application, the closed cycle hydrogen engine communicates with (a) an expansion turbine; (b) a high pressure pump for pressurizing an electrolyte; and (c) a high pressure pump. Water / fuel conversion means for generating a mixed gas of hydrogen oxygen and water vapor from the electrolyte in the presence of the plasma arc; (d) a combustor for burning the mixed gas to generate high-temperature high-pressure steam; A jet nozzle for supplying steam to the expansion turbine as a jet stream; (f) a condenser for condensing exhaust gas of the expansion turbine to generate an electrolyte; (g) a circulation connected between the condenser and a high-pressure pump. And return line.

【0010】 本願第2発明において、密閉サイクル水
素エンジンは、(a)エンジンハウジングと; (b)エンジンハウジング内に配置されてプラズマアー
クを発生させ、これと電解液を接触させて水素酸素と水
蒸気との混合ガスを生成するプラズマリアクタと; (c)エンジンハウジング内でプラズマリアクタに隣接
して配置され、水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体
を生成するコンバスタと; (d)エンジンハウジング内に配置されていて電解液を
加圧下でプラズマリアクタに供給する高圧ポンプと; (e)エンジンハウジング内に配置されていて作動流体
を膨張させる膨張タービンと; (f)コンバスタと膨張タービンとの間に延びるジェッ
ト通路と; (g)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (h)凝縮器と高圧ポンプを連結する循還系路と; を備えることにより達成される。
In the second invention of the present application, the closed cycle hydrogen engine includes: (a) an engine housing; and (b) a plasma arc generated in the engine housing. (C) a combustor disposed adjacent to the plasma reactor in the engine housing to burn hydrogen and oxygen to produce a high-temperature and high-pressure working fluid; and (d) in the engine housing. A high pressure pump disposed to supply electrolyte under pressure to the plasma reactor; (e) an expansion turbine disposed within the engine housing to expand the working fluid; and (f) between the combustor and the expansion turbine. (G) a condenser for condensing exhaust gas from the expansion turbine to produce an electrolyte; It is achieved by providing a; condenser and a recycle system path connecting the high-pressure pump.

【0011】 本願第3発明において、動力発生法が、
(a)密閉サイクルにおいて電解液を高圧ポンプにより
加圧する工程と; (b)加圧された電解液をプラズマアークと接触させて
水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成する工程と; (c)水素酸素を反応させて高温高圧の作動流体を発生
させる工程と; (d)作動流体を膨張タービンで膨張させて動力出力を
得る工程と; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を得る肯定
と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる工程と; からなることにより達成される。
In the third invention of the present application, the power generation method is as follows:
(A) pressurizing the electrolyte with a high-pressure pump in a closed cycle; (b) contacting the pressurized electrolyte with a plasma arc to generate a mixed gas of hydrogen oxygen and water vapor; (c) Reacting hydrogen and oxygen to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; (d) expanding the working fluid with an expansion turbine to obtain a power output; and (e) condensing exhaust gas from the expansion turbine to form an electrolyte. And (f) circulating the electrolyte through a high-pressure pump.

【0012】 本願第4発明において、動力発生システ
ムが、(a)密閉サイクル内に配置されて電解液を加圧
する高圧ポンプと; (b)高圧ポンプに連通していて電解液をプラズマアー
クと接触させて水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
るプラズマリアクタと; (c)水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体を発生さ
せるコンバスタと; (d)コンバスタに連通していて作動流体を膨張させて
動力出力を発生させる膨張タービンと; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる循還系路と; を備えることにより達成される。
In the fourth invention of the present application, the power generation system includes: (a) a high-pressure pump arranged in a closed cycle to pressurize the electrolyte; and (b) communicating with the high-pressure pump to contact the electrolyte with the plasma arc. A plasma reactor for producing a mixed gas of hydrogen oxygen and water vapor, and (c) a combustor for burning hydrogen oxygen to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; and (d) communicating with the combustor to expand the working fluid. (E) a condenser for condensing exhaust gas of the expansion turbine to generate an electrolyte; and (f) a circulation system for circulating the electrolyte to a high-pressure pump. This is achieved by:

【0013】 本願第5発明において、機械システム
が、(a)密閉サイクル内に配置されて電解液を加圧す
る高圧ポンプと; (b)高圧ポンプに連通していて電解液をプラズマアー
クと接触させて水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
るプラズマリアクタと; (c)水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体を発生さ
せるコンバスタと; (d)コンバスタに連通していて作動流体を膨張させて
動力出力を発生させる膨張タービンと; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる循還系路と; (g)膨張タービンにより駆動される被駆動手段と; を備えることにより達成される。
In the fifth aspect of the present invention, the mechanical system includes: (a) a high-pressure pump arranged in a closed cycle and pressurizing the electrolyte; and (b) communicating the electrolyte with the plasma arc in communication with the high-pressure pump. (C) a combustor for generating a high-temperature and high-pressure working fluid by burning hydrogen oxygen; and (d) expanding the working fluid in communication with the combustor. An expansion turbine for generating a power output; (e) a condenser for condensing exhaust gas from the expansion turbine to generate an electrolyte; (f) a circulation system for circulating the electrolyte to a high-pressure pump; And driven means driven by an expansion turbine.

【0014】 本願第6発明において、機械システム
が、(a)密閉サイクル内に配置されて電解液を加圧す
る高圧ポンプと; (b)高圧ポンプに連通していて電解液をプラズマアー
クと接触させて水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
るプラズマリアクタと; (c)水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体を発生さ
せるコンバスタと; (d)コンバスタに連通していて作動流体を膨張させて
動力出力を発生させる膨張タービンと; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる循還系路と; (g)膨張タービンにより駆動される発電機と; (h)発電機の電気出力により駆動されるモータ手段
と; (i)モータ手段により駆動される推進手段と; を備えることにより達成される。
In the sixth aspect of the present invention, the mechanical system includes: (a) a high-pressure pump arranged in a closed cycle and pressurizing the electrolyte; and (b) communicating the electrolyte with the plasma arc in communication with the high-pressure pump. (C) a combustor for generating a high-temperature and high-pressure working fluid by burning hydrogen oxygen; and (d) expanding the working fluid in communication with the combustor. An expansion turbine for generating a power output; (e) a condenser for condensing exhaust gas from the expansion turbine to generate an electrolyte; (f) a circulation system for circulating the electrolyte to a high-pressure pump; (H) motor means driven by the electrical output of the generator; and (i) propulsion means driven by the motor means. It is.

【0015】[0015]

【作用】 本発明の密閉サイクル水素エンジン、動力発
生法、動力発生システムおよびこれにより駆動される機
械システムにおいて、電解水を含む作動流体をプラズマ
リアクタにおいてプラズマアークと接触させることによ
り水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成し、これをコン
バスタで燃焼させて高温燃焼ガスを生成し、これに水を
噴射して高温高圧の作動流体を発生させて膨張タービン
により動力を発生させ、タービン排気を凝縮して電解水
を生成し、これを高圧ポンプにより加圧下でプラズマリ
アクタとコンバスタとに循還させることにより、小型高
性能化、高効率化、低コスト化を図るようにしたもので
ある。
In the closed cycle hydrogen engine, the power generation method, the power generation system and the mechanical system driven by the same according to the present invention, the working fluid containing the electrolyzed water is brought into contact with the plasma arc in the plasma reactor to produce hydrogen oxygen and water vapor. A high-temperature combustion gas is generated by combusting this gas with a combustor, and water is injected into the high-temperature combustion gas to generate a high-temperature and high-pressure working fluid, thereby generating power by an expansion turbine and condensing turbine exhaust. Electrolyzed water is produced by the above method and circulated under pressure by a high-pressure pump to a plasma reactor and a combustor, thereby achieving compactness, high performance, high efficiency, and low cost.

【0016】[0016]

【実施例】 図1は本発明の望ましい実施例による密閉
サイクル水素エンジン10を採用した次世代動力システ
ム12を組み込んだハイブリッド移動体からなる機械シ
ステム14を示す。水素エンジン10はプラズマリアク
タ16からなる水/燃料変換装置、コンバスタ18、蒸
気加減弁19、膨張タービン20、凝縮器22および高
圧ポンプ24からなる密閉サイクル26を備える。密閉
サイクル26内には蒸留水、墨汁、海水、低濃度過酸化
水素水からなる群から選ばれ単一または混合溶液からな
る電解液から構成され、さらに、プラズマ促進用イオン
化剤としてヘリウムHe、アルゴンAr、ネオンNeか
らなる群から選ばれた一種または混合物からなる不活性
ガスが密閉サイクル26内に充填される。なかでも、ヘ
リウムが圧縮率が高いため、イオン化剤として望まし
い。なお、電解液には小量の塩またはNaOH、KOH
等の電解剤を混入することにより水素酸素の生成効率が
向上する。
FIG. 1 illustrates a mechanical system 14 comprising a hybrid vehicle incorporating a next generation power system 12 employing a closed cycle hydrogen engine 10 according to a preferred embodiment of the present invention. The hydrogen engine 10 includes a water / fuel conversion device including a plasma reactor 16, a combustor 18, a steam control valve 19, an expansion turbine 20, a closed cycle 26 including a condenser 22 and a high-pressure pump 24. The closed cycle 26 includes an electrolytic solution selected from the group consisting of distilled water, black ink, seawater, and a low-concentration hydrogen peroxide solution and composed of a single or mixed solution. Further, helium He, argon as an ionizing agent for promoting plasma are used. The closed cycle 26 is filled with an inert gas composed of one or a mixture selected from the group consisting of Ar and neon Ne. Among them, helium is desirable as an ionizing agent because of its high compressibility. The electrolyte contains a small amount of salt or NaOH, KOH
And the like, the efficiency of generating hydrogen oxygen is improved.

【0017】 プラズマリアクタ16には後述の如く、
三相交流インバータからなるプラズマ電源28から50
〜200volts、50〜400Hzの三相交流電力
がプラズマ電力として供給される。このとき、プラズマ
リアクタ16内には1800°〜3000℃の多量の微
小プラズマアークが発生する。電解液とヘリウムHeと
の混合媒体39は循還系路40、42を介してそれぞれ
プラズマリアクタ16とコンバスタ18に供給される。
プラズマリアクタ16内で電解液は多量の微小プラズマ
アークと接触して大部分は水素酸素に変換され、微小プ
ラズマアークに接触しなかった残部は水蒸気に変換さ
れ、水素酸素は水蒸気の存在下で再結合が防止される。
このため、これらの混合ガス17がコンバスタ18に燃
料として噴射される。コンバスタ18には加圧下の電解
液42が噴射されて高温燃焼ガスと接触して瞬時に蒸発
し、高温高圧作動流体が発生する。この作動流体は蒸気
加減弁19を介して膨張タービン20に供給され、出力
軸34に動力を発生させる。出力軸34には回転センサ
35が連結されて、回転信号が制御装置37に供給され
る。制御装置37は基準回転数に対応したデータが記憶
されていて、回転センサ35からの出力信号と比較し、
エラー信号に応じて出力信号37aを発生し、蒸気加減
弁19を制御して膨張タービン20への作動流体の供給
量を制御して膨張タービン20を定速制御する。
As described later, the plasma reactor 16
Plasma power supply 28 to 50 consisting of three-phase AC inverter
Three-phase AC power of ~ 200 volts and 50 to 400 Hz is supplied as plasma power. At this time, a large amount of small plasma arc of 1800 ° to 3000 ° C. is generated in the plasma reactor 16. The mixed medium 39 of the electrolyte and helium He is supplied to the plasma reactor 16 and the combustor 18 via the circulation paths 40 and 42, respectively.
In the plasma reactor 16, the electrolytic solution comes into contact with a large amount of a small plasma arc and is mostly converted into hydrogen oxygen, and the remainder not in contact with the small plasma arc is converted into water vapor, and the hydrogen oxygen is regenerated in the presence of the water vapor. Coupling is prevented.
Therefore, these mixed gases 17 are injected into the combustor 18 as fuel. A pressurized electrolytic solution 42 is injected into the combustor 18 and instantaneously evaporates upon contact with the high-temperature combustion gas to generate a high-temperature and high-pressure working fluid. This working fluid is supplied to the expansion turbine 20 via the steam control valve 19, and generates power on the output shaft 34. A rotation sensor 35 is connected to the output shaft 34, and a rotation signal is supplied to the control device 37. The control device 37 stores data corresponding to the reference rotation speed, compares the data with an output signal from the rotation sensor 35,
An output signal 37a is generated in response to the error signal, and the steam control valve 19 is controlled to control the supply amount of the working fluid to the expansion turbine 20, thereby controlling the expansion turbine 20 at a constant speed.

【0018】 ハイブリッド移動体14は前部にラジエ
ータ43と、循還ポンプ41とを備え、冷却水22aが
凝縮器22内に循還されてタービン排気が冷却される。
出力軸34には高圧ポンプ24と膨張タービン20が連
結されていて、さらに、発電機GEが駆動連結される。
GEの交流出力は整整器44で直流変換されて一部はバ
ッテリに充電され、残部はパワーコンバータ48により
交流変換されてモータ/発電機50を駆動し、後輪等の
推進手段52を駆動する。パワーコンバータ48は公知
のインバータと整流機能の両方の機能を有するもので、
ハイブリッド車輛14のブレーキ時にモータ/発電機5
0で発生した交流の回生電力を直流変換してバッテリ4
6に貯蔵する機能を有する。なお、登坂時等の重負荷時
にはモータ/発電機50には発電機GEの出力とバッテ
リ46の出力とが同時に供給されて後輪52の駆動力を
アップする。なお、出力軸34に駆動軸54を介して前
輪56を連結して、これらを直接駆動するようにしても
良い。
The hybrid moving body 14 includes a radiator 43 and a circulation pump 41 at the front, and the cooling water 22a is circulated into the condenser 22 to cool the turbine exhaust.
The high pressure pump 24 and the expansion turbine 20 are connected to the output shaft 34, and the generator GE is drive-connected.
The AC output of the GE is DC-converted by the adjuster 44 and a part of the battery is charged, and the remainder is AC-converted by the power converter 48 to drive the motor / generator 50 and drive the propulsion means 52 such as rear wheels. . The power converter 48 has both functions of a known inverter and a rectifying function.
Motor / generator 5 when braking hybrid vehicle 14
0, and converts the regenerative power of the AC
6 has the function of storing. At the time of heavy load such as climbing a hill, the output of the generator GE and the output of the battery 46 are simultaneously supplied to the motor / generator 50 to increase the driving force of the rear wheel 52. The front wheels 56 may be connected to the output shaft 34 via the drive shaft 54, and these may be directly driven.

【0019】 図2〜図5は密閉サイクル水素エンジン
10の具体的構造を示し、図1と同一部品には同一符号
が用いられる。水素エンジン10は第1〜第3ゾーン6
0、62、64を有するエンジンハウジング66を備え
る。エンジンハウジング66は外筒68と、内筒70
と、フロントエンドプレート72と、絶縁性のリヤエン
ドプレート74とを備える。第1ゾーン60内にはプラ
ズマリアクタ16と、コンバスタ18が収納される。第
2ゾーン62内には高圧ポンプ24が配置され、第3ゾ
ーン64内に膨張タービン20が配置される。図2、図
3より明らかなように、第1ゾーン60内にアーチ状プ
ラズマ反応室76を有するアーチ状絶縁ケーシング78
と、アーチ状コンバスタ18と、これらの中間部に形成
された高圧流体供給チャンバ80を備える。第1ゾーン
60は高圧ポンプ24と連通するように外筒68と内筒
70との間に形成された高圧流体供給路82と連通す
る。一方、コンバスタ18は高圧流体供給路82と隣接
して外筒68と内筒70との間に形成されて膨張タービ
ン20に高温高圧作動流体を供給するためのジェット通
路84と連通する。
FIGS. 2 to 5 show a specific structure of the closed cycle hydrogen engine 10, and the same reference numerals are used for the same parts as those in FIG. Hydrogen engine 10 has first to third zones 6
An engine housing 66 having 0, 62, 64 is provided. The engine housing 66 includes an outer cylinder 68 and an inner cylinder 70.
, A front end plate 72 and an insulating rear end plate 74. The first zone 60 houses the plasma reactor 16 and the combustor 18. The high pressure pump 24 is arranged in the second zone 62, and the expansion turbine 20 is arranged in the third zone 64. 2 and 3, an arcuate insulating casing 78 having an arcuate plasma reaction chamber 76 in the first zone 60.
And a high pressure fluid supply chamber 80 formed in the middle of these. The first zone 60 communicates with a high-pressure fluid supply path 82 formed between the outer cylinder 68 and the inner cylinder 70 so as to communicate with the high-pressure pump 24. On the other hand, the combustor 18 is formed between the outer cylinder 68 and the inner cylinder 70 adjacent to the high-pressure fluid supply passage 82 and communicates with a jet passage 84 for supplying a high-temperature and high-pressure working fluid to the expansion turbine 20.

【0020】 図2、図3において、プラズマリアクタ
16はアーチ状プラズマ反応室76内に配置された微小
プラズマ発生手段86を備える。微小プラズマ発生手段
86はプラズマ反応室76の中央部において周方向に間
隔をおいて配置されてプラズマ電源28(図1参照)に
接続された三相交流プラズマ電極88、90、92と、
プラズマ反応室76の底部に固定されて端子93を介し
てプラズマ電源28の中性点または接地される円弧状ニ
ュートラル電極94とを備える。微小プラズマ発生手段
86は、さらに、固形状の電極体96と絶縁体98との
混合物からなり、これらの混合物はプラズマ反応室76
内に充填されてプラズマ電極88、90、92とニュー
トラル電極94との間に多数のすきま100が形成され
る。実施例において、混合物は直径3〜20mmのボー
ル状電極体と、これらと同一径のボール状絶縁体からな
るものとして示され、その混合比は1:1.5〜1.
5:1の範囲に選択される。この混合比は多数のすきま
100内に微小プラズマアークを効率的に発生する効果
がある。この結果プラズマ反応室76内で一局集中的な
プラズマアークの発生を防止して、電極の異常磨耗を防
止している。プラズマ電極88、90、92とニュート
ラル電極94はトリウム含有タングステン、炭化ハフニ
ウム、窒化ハフニウム等の高融点金属から選択される。
上述のすきま100は水とヘリウムとの高圧混合流体を
通過させるための微小通路としても機能し、混合流体を
効率良く多量のプラズマアークと接触させて電解液の分
解効率を著しく向上させる。プラズマ反応室76内には
プラズマアークと接触しない水蒸気も存在しており、こ
のため、プラズマ反応室76内において水素酸素の再結
合が防止される。プラズマリアクタ16は絶縁ケーシン
グ78に形成されてアーチ状プラズマ反応室76のアー
チ状内壁に交差するように混合流体を供給する複数の混
合流体供給口102と、燃料噴射口104とを備え、コ
ンバスタ18は絶縁体78に形成された複数の水噴射口
106を備える。図2に示すように、コンバスタ18は
エンドプレート74に支持された点火プラグ30を備え
る。コンバスタ18で燃料噴射口104から噴射された
水素酸素は点火プラグ30により点火されて高温燃焼ガ
スを発生し、これに水噴射口106から噴射された水が
噴射されて瞬時に蒸発して高温高圧の作動流体がジェッ
ト通路84から膨張タービン20に供給される。
In FIG. 2 and FIG. 3, the plasma reactor 16 includes a small plasma generating means 86 disposed in an arc-shaped plasma reaction chamber 76. The micro-plasma generating means 86 is three-phase AC plasma electrodes 88, 90, 92 connected to the plasma power supply 28 (see FIG. 1) at circumferentially spaced intervals in the center of the plasma reaction chamber 76.
An arc-shaped neutral electrode 94 fixed to the bottom of the plasma reaction chamber 76 and grounded via a terminal 93 to the neutral point of the plasma power supply 28 or grounded. The microplasma generating means 86 is further composed of a mixture of a solid electrode body 96 and an insulator 98, and the mixture is mixed with the plasma reaction chamber 76.
A number of gaps 100 are formed between the plasma electrodes 88, 90, 92 and the neutral electrode 94. In the examples, the mixture is shown as comprising a ball-shaped electrode body having a diameter of 3 to 20 mm and a ball-shaped insulator having the same diameter as these, and the mixing ratio is 1: 1.5 to 1.
A range of 5: 1 is selected. This mixing ratio has an effect of efficiently generating a small plasma arc in the many gaps 100. As a result, generation of localized plasma arcs in the plasma reaction chamber 76 is prevented, and abnormal wear of the electrodes is prevented. The plasma electrodes 88, 90, 92 and the neutral electrode 94 are selected from refractory metals such as thorium-containing tungsten, hafnium carbide, and hafnium nitride.
The above-mentioned clearance 100 also functions as a minute passage for passing a high-pressure mixed fluid of water and helium, and makes the mixed fluid efficiently come into contact with a large amount of plasma arc, thereby remarkably improving the decomposition efficiency of the electrolytic solution. Water vapor that does not come into contact with the plasma arc also exists in the plasma reaction chamber 76, and thus recombination of hydrogen and oxygen in the plasma reaction chamber 76 is prevented. The plasma reactor 16 includes a plurality of mixed fluid supply ports 102 formed in an insulating casing 78 to supply a mixed fluid so as to intersect the arcuate inner wall of the arcuate plasma reaction chamber 76, and a fuel injection port 104. Has a plurality of water injection ports 106 formed in the insulator 78. As shown in FIG. 2, the combustor 18 includes a spark plug 30 supported on an end plate 74. Hydrogen oxygen injected from the fuel injection port 104 by the combustor 18 is ignited by the ignition plug 30 to generate high-temperature combustion gas, and water injected from the water injection port 106 is injected to evaporate instantaneously, thereby causing high-temperature high-pressure. Is supplied from the jet passage 84 to the expansion turbine 20.

【0021】 図2、図4において、膨張タービン20
は内筒70内に圧入その他適宜手段で固定支持されたス
テータ110と、この中に回転可能に収納されて出力軸
34に連結されたタービンロータ112とを備える。ス
テータ110は環状ステータリング114と、その中央
部から半径方向内側に延びる円弧状ステータブレード1
16とを備える。一方、タービンロータ112は第1、
第2フライホイールロータデイスク118、120を備
える。図4より明らかなように、ステータ110はそれ
ぞれジェット通路84と連通するジェットノズル122
と、外筒68および内筒70の間に形成された排気チャ
ンバ124と連通するアウトレット126とを備える。
ジェットノズル122とアウトレット126との間には
仕切り部材128がステータリング114から半径方向
内側に延びていてそれぞれジェットノズル122とアウ
トレット126とに対面するジェットストリームガイド
面130と、排気ガイド面132を備える。
2 and 4, the expansion turbine 20
Includes a stator 110 fixedly supported by press fitting or other appropriate means in the inner cylinder 70, and a turbine rotor 112 housed rotatably therein and connected to the output shaft 34. The stator 110 includes an annular stator ring 114 and an arc-shaped stator blade 1 extending radially inward from a central portion thereof.
16. On the other hand, the turbine rotor 112 is first,
Second flywheel rotor disks 118 and 120 are provided. As is apparent from FIG. 4, the stators 110 each have a jet nozzle 122 that communicates with the jet passage 84.
And an outlet 126 communicating with an exhaust chamber 124 formed between the outer cylinder 68 and the inner cylinder 70.
A partition member 128 extends radially inward from the stator ring 114 between the jet nozzle 122 and the outlet 126, and includes a jet stream guide surface 130 facing the jet nozzle 122 and the outlet 126, respectively, and an exhaust guide surface 132. .

【0022】 図2、図4において、タービンロータ1
12は第1、第2ロータデイスク118、120との間
に形成されていてジェットノズル122とアウトレット
126とに連通する環状ジェット通路134を備え、そ
の中に円弧状ステータブレード116と仕切り部材12
8が収納される。図5より明らかなように、ステータブ
レード116はジェットノズル122に隣接してジェッ
ト流Sを第1、第2ロータデイスク118、120に偏
向させるウエッジ状のメインジェット流偏向ガイド部1
16aと、周期的にジェット流を遮断するためのブレー
ド開閉部116bと、周方向に間隔をおいて形成された
複数の補助偏向ガイド部116cとを備える。補助ガイ
ド部116cは第1、第2ロータデイスク118、12
0に対して、環状ジェット通路134を通過するジェッ
ト流を第1、第2ロータデイスク118、120に回転
方向において偏向させて何度も衝突させてタービン効率
を向上させるためのものである。メイン偏向ガイド部1
16aと、補助変更ガイド部116cとはステータブレ
ード116を複数個のピースに分割して、それぞれ独立
したピース上に形成しても良い。ブレード開閉部116
bは周期的にジェット通路を瞬時に遮断して、第1、第
2ロータデイスク118、120にジェット流を撃突停
止させて慣性力と反作用による力を生じさせ、かつ、ロ
ータデイスク118、120内の圧力を急激に高めてト
ルクを増大させ、次いで、ブレード開閉部116bがそ
の圧力を急に開放したときにジェット流が慣性力をとも
なって補助偏向ガイド部116cから再度ロータデイス
ク118、120に強力な衝動力を与えるようにしてタ
ービン20の出力アップをねらったものである。
2 and 4, the turbine rotor 1
12 has an annular jet passage 134 formed between the first and second rotor disks 118 and 120 and communicating with the jet nozzle 122 and the outlet 126, in which the arc-shaped stator blade 116 and the partition member 12 are provided.
8 are stored. As is apparent from FIG. 5, the stator blade 116 is adjacent to the jet nozzle 122 and deflects the jet stream S to the first and second rotor disks 118 and 120.
16a, a blade opening / closing section 116b for periodically interrupting the jet flow, and a plurality of auxiliary deflection guide sections 116c formed at intervals in the circumferential direction. The auxiliary guide portion 116c includes first and second rotor disks 118 and 12
With respect to 0, the jet flow passing through the annular jet passage 134 is deflected in the rotational direction to the first and second rotor disks 118 and 120 to collide many times and improve the turbine efficiency. Main deflection guide 1
The stator blade 16a and the auxiliary change guide portion 116c may be formed on the independent pieces by dividing the stator blade 116 into a plurality of pieces. Blade opening / closing section 116
b instantaneously shuts off the jet passage periodically, stops the jet flow on the first and second rotor disks 118 and 120 to generate a force due to inertial force and reaction, and causes the rotor disks 118 and 120 to rotate. Then, when the blade opening / closing portion 116b suddenly releases the pressure, the jet flow is accompanied by inertia force from the auxiliary deflection guide portion 116c to the rotor disks 118 and 120 again. The purpose is to increase the output of the turbine 20 by giving a strong impulse.

【0023】 上記目的に沿うように、第1、第2ロー
タデイスク118、120はそれぞれ軸方向に間隔をお
いて配置されたフライホイールデイスク136、138
を備える。フライホイールデイスク136、138はそ
れぞれ出力軸34に装着された円筒基部140、142
を備え、これらの中に連結ボルト144が貫通してい
る。ボルト144は出力軸34のフランジ146と、押
えフランジ148との間に延びていて高圧ポンプ24
と、膨張タービン20とを所定位置に保持する。図2、
図4、図5において、フライホイールデイスク136、
138はそれぞれ周方向に間隔をおいて配置されて軸方
向に延びる複数の断面アーチ状のタービンブレード15
0、152と、これらの間に形成されたアーチ状圧力室
151、153とを備える。タービンブレード150、
152はそれぞれジェット流が衝突するアーチ状のブレ
ード面とアーチ状の背面とを備え、環状ジェット通路1
36に沿って隣接するラジアル面またはバルブ面150
a、152aを有する。前述したように、ロータデイス
ク118、120の回転時にステータブレード116の
ブレード開閉部116bに対してタービンブレード15
0、152のバルブ面150a、152aが周期的に係
合または重なり合うとジェット流が急激に遮断されて圧
力室151、153内のジェット流の圧力が急激に上昇
してフライホイールデイスク136、138に回転エネ
ルギーを蓄積する。ブレード150、152内に滞溜し
た高圧のジェット流はブレード開閉部116bからバル
ブ面150a、152aが開口したときに、ジェット流
は一気に開放されて補助偏向ガイド116cによりガイ
ドされて次段のブレード150、152に撃突する。こ
のように、ジェット流は環状ジェット通路134を通間
する間に順次複数段のタービンブレード150、152
に強力なトルクを与え、この回転エネルギーがフライホ
イールデイスク136、138に蓄積される。このよう
に、ジェット流のエネルギー変換効率が極めて高くな
り、タービン効率が著しく上昇する。このように、ジェ
ット流は膨張してアウトレット126から排気チャンバ
124に排出され、排気ポート160から膨張ガス36
は図1の凝縮器22に送られ、そこで冷却されて電解液
とヘリウムガスとの混合流体38が生成される。混合流
体38はエンジンハウジング66に形成した導入ポート
162を介して高圧ポンプ24に導入される。
In order to meet the above-mentioned purpose, the first and second rotor disks 118 and 120 are provided with flywheel disks 136 and 138 which are arranged at intervals in the axial direction, respectively.
Is provided. The flywheel disks 136 and 138 respectively have cylindrical bases 140 and 142 mounted on the output shaft 34.
, And the connection bolt 144 penetrates these. The bolt 144 extends between the flange 146 of the output shaft 34 and the holding flange 148 and
And the expansion turbine 20 are held at predetermined positions. FIG.
4 and 5, the flywheel disk 136,
138 are a plurality of axially extending turbine blades 15 each having a circumferentially spaced interval and extending in the axial direction.
0, 152, and arch-shaped pressure chambers 151, 153 formed therebetween. Turbine blade 150,
Each of the annular jet passages 1 and 2 has an arched blade surface and an arched back surface against which the jet stream collides.
Radial or valve surface 150 adjacent along 36
a, 152a. As described above, when the rotor disks 118 and 120 rotate, the turbine blade 15
When the valve surfaces 150a and 152a of the 0 and 152 periodically engage or overlap with each other, the jet flow is suddenly cut off, and the pressure of the jet flow in the pressure chambers 151 and 153 rises sharply and the flywheel disks 136 and 138 Stores rotational energy. When the valve surfaces 150a, 152a are opened from the blade opening / closing portion 116b, the high-pressure jet flow accumulated in the blades 150, 152 is released at a stretch and is guided by the auxiliary deflection guide 116c, so that the next stage blade 150 , 152. In this way, the jet stream is sequentially passed through the annular jet passage 134 while the turbine blades 150, 152
, And this rotational energy is stored on the flywheel disks 136, 138. Thus, the energy conversion efficiency of the jet stream is extremely high, and the turbine efficiency is significantly increased. In this way, the jet stream expands and is discharged from the outlet 126 to the exhaust chamber 124, and the expansion gas 36 is discharged from the exhaust port 160.
Is sent to the condenser 22 of FIG. 1 where it is cooled to produce a mixed fluid 38 of electrolyte and helium gas. The mixed fluid 38 is introduced into the high-pressure pump 24 through an introduction port 162 formed in the engine housing 66.

【0024】 図2、図4、図6において、高圧ポンプ
24は内筒70内にステータ110と同心的に圧入され
たステータ164と、この中に回転可能に収納された一
対のロータデイスク166、168からなるロータ17
0とを備える。ステータ164は環状ステータリング1
72と、その中央部から半径方向内側に延びる円弧状ス
テータブレード174および仕切り部材176とを備え
る。ステータ164は仕切り部材176のアーチ状ガイ
ド面176aに隣接する吸入口178と、アーチ状ガイ
ド面176bに隣接する吐出口180とを備える。吐出
口180は流体供給チャンバ80を介して前述のプラズ
マリアクタに連通する。図4、図6において、ステータ
ブレード174は吸入口178と吐出口180との間に
延びていて、吸入口178に隣接していて吸入した混合
流体をロータデイスク166、168側に偏向させるメ
イン偏向ガイド部174aと、ブレード開閉部174b
と、複数のアーチ状バイパス通路174cとを備える。
ロータデイスク166、168はボルト144により出
力軸34に固定支持されていて環状溝182を備え、こ
の中にステータブレード174が収納されている。ロー
タデイスク166、168はそれぞれフライホイールデ
イスク184、186と、フライホイールデイスク18
4、186の周方向に間隔をおいて形成されていて軸方
向に延びる複数の断面アーチ状ロータブレード184
a、186aと、アーチ状チャンバ184b、186b
とを備える。ロータブレード184a、186aの凹部
は回転方向に対面している。ロータブレード184a、
186aの軸方向端部は環状溝182に沿うように半径
方向に延びていて、周期的にブレード開閉部174bと
係合または重なり合って流体の逆戻りを防止する。ロー
タ170の回転時に吸入口178の流体はロータブレー
ド184a、186aにより移動され、メインガイド部
174aから後段のロータブレード184a、186a
に指向されてその中に流入してトラップされる。すなわ
ち、吸入流体はメインガイド部174aとロータブレー
ド184a、186aとの相互作用により強制的に流体
を隣接するアーチ状チャンバ184b、186b内に移
送し、そこから、バイパス通路174cを介して後段の
アーチ状チャンバに送られる。このようにして、流体は
連続的に高圧で吐出口180に圧送される。高圧ポンプ
24はポンプ作用の他に膨張タービン20の回転エネル
ギーを蓄積するフライホイール効果も有する。
2, 4 and 6, the high-pressure pump 24 includes a stator 164 press-fitted concentrically with the stator 110 in the inner cylinder 70, and a pair of rotor disks 166 rotatably housed therein. Rotor 17 consisting of 168
0. Stator 164 is annular stator ring 1
72, and an arc-shaped stator blade 174 and a partition member 176 extending radially inward from a central portion thereof. The stator 164 includes a suction port 178 adjacent to the arch-shaped guide surface 176a of the partition member 176, and a discharge port 180 adjacent to the arch-shaped guide surface 176b. The discharge port 180 communicates with the aforementioned plasma reactor via the fluid supply chamber 80. 4 and 6, the stator blade 174 extends between the suction port 178 and the discharge port 180, and is adjacent to the suction port 178 to deflect the sucked mixed fluid toward the rotor disks 166 and 168. Guide part 174a, blade opening / closing part 174b
And a plurality of arch-shaped bypass passages 174c.
The rotor disks 166 and 168 are fixedly supported on the output shaft 34 by bolts 144 and have an annular groove 182 in which the stator blade 174 is housed. Rotor disks 166 and 168 are flywheel disks 184 and 186, respectively.
A plurality of axially extending arcuate rotor blades 184 formed circumferentially and spaced apart from each other
a, 186a and arched chambers 184b, 186b
And The concave portions of the rotor blades 184a and 186a face in the rotation direction. Rotor blade 184a,
The axial end of 186a extends radially along annular groove 182 and periodically engages or overlaps blade opening and closing portion 174b to prevent fluid from returning. When the rotor 170 rotates, the fluid at the suction port 178 is moved by the rotor blades 184a and 186a, and is moved from the main guide portion 174a to the downstream rotor blades 184a and 186a.
And is trapped by flowing into it. That is, the suction fluid is forcibly transferred to the adjacent arch-shaped chambers 184b, 186b by the interaction between the main guide portion 174a and the rotor blades 184a, 186a, and from there, the downstream arch through the bypass passage 174c. To the chamber. In this way, the fluid is continuously pumped at a high pressure to the outlet 180. The high-pressure pump 24 has a flywheel effect for storing the rotational energy of the expansion turbine 20 in addition to the pump function.

【0025】[0025]

【効果】 以上より明らかなように、本発明の密閉サイ
クル水素エンジン、動力発生法、動力発生システムおよ
びこれにより駆動される機械システムによれば、大気汚
染や地球温暖化を効果的に防止でき、しかも、石油資源
の涸渇化問題を解決できる次世代エネルギーシステムと
しての貢献度が高い。
As is clear from the above, according to the closed cycle hydrogen engine, the power generation method, the power generation system, and the mechanical system driven thereby, air pollution and global warming can be effectively prevented, In addition, it has a high contribution as a next-generation energy system that can solve the problem of petroleum resource depletion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の望ましい実施例による密閉サイクル
水素エンジン、動力システムおよび機械システムのブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a closed cycle hydrogen engine, power system and mechanical system according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】 図1の水素エンジンの部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the hydrogen engine of FIG.

【図3】 図2のIII−III線の断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2;

【図4】 図2のIV−IV線の断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2;

【図5】 図2の膨張タービンのステータとタービンロ
ータとの関係図である。
FIG. 5 is a relationship diagram between a stator and a turbine rotor of the expansion turbine of FIG. 2;

【図6】 図2の高圧ポンプのステータとロータとの関
係図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a stator and a rotor of the high-pressure pump of FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 密閉サイクル水素エンジン、 12 動力システ
ム、14 機械システム、 16 プラズマリアクタ、
18 コンバスタ、20 膨張タービン、 22 凝
縮器、 24 高圧ポンプ、26 密閉サイクル、 2
8 プラズマ電源、 30 点火プラグ、43 ラジエ
ータ、 44 整流器、 46 バッテリ、48 パワ
ーコンバータ、 50 モータ発電機、 52 後輪、
54 駆動軸、 56 前輪
10 closed cycle hydrogen engine, 12 power system, 14 mechanical system, 16 plasma reactor,
18 Combustor, 20 Expansion turbine, 22 Condenser, 24 High pressure pump, 26 Closed cycle, 2
8 plasma power supply, 30 spark plug, 43 radiator, 44 rectifier, 46 battery, 48 power converter, 50 motor generator, 52 rear wheel,
54 drive shaft, 56 front wheel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01D 9/02 F01K 15/02 B F01K 15/02 F02C 3/22 F02C 3/22 B60K 9/00 C ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01D 9/02 F01K 15/02 B F01K 15/02 F02C 3/22 F02C 3/22 B60K 9/00 C

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)膨張タービンと; (b)電解液を加圧する高圧ポンプと; (c)高圧ポンプに連通していてプラズマアークの存在
下で電解液から水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
る水/燃料変換手段と; (d)混合ガスを燃焼させて高温高圧蒸気を発生させる
コンバスタと; (e)高温高圧蒸気を膨張タービンにジェット流として
供給するジェットノズルと; (f)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (g)凝縮器と高圧ポンプとの間に連結された循還系路
と;を備える密閉サイクル水素エンジン。
(A) an expansion turbine; (b) a high pressure pump for pressurizing the electrolyte; (c) a mixture of hydrogen oxygen and water vapor from the electrolyte in the presence of a plasma arc which is in communication with the high pressure pump. Water / fuel conversion means for generating gas; (d) a combustor for generating high-temperature and high-pressure steam by burning the mixed gas; (e) a jet nozzle for supplying high-temperature and high-pressure steam to the expansion turbine as a jet stream; A closed cycle hydrogen engine comprising: a) a condenser for condensing the exhaust of the expansion turbine to produce an electrolyte; and, g) a recirculation circuit connected between the condenser and the high pressure pump.
【請求項2】 請求項1において、電解液が淡水、蒸留
水、墨汁、海水、低濃度過酸化水素水からなる群から選
ばれた単一または混合溶液を含む密閉サイクル水素エン
ジン。
2. The closed cycle hydrogen engine according to claim 1, wherein the electrolyte comprises a single or mixed solution selected from the group consisting of fresh water, distilled water, ink, seawater, and low-concentration hydrogen peroxide.
【請求項3】 請求項1または2において、水/燃料変
換手段が高圧ポンプに連通するプラズマ反応室と、プラ
ズマ反応室内に配置されて電解液から水素酸素を生成す
るプラズマ電極手段と、水素酸素をコンバスタに噴射す
る燃料噴射ノズルとを備える密閉サイクル水素エンジ
ン。
3. The plasma reaction chamber according to claim 1, wherein the water / fuel conversion means communicates with the high-pressure pump, plasma electrode means disposed in the plasma reaction chamber to generate hydrogen oxygen from the electrolyte, and hydrogen oxygen Cycle hydrogen engine comprising a fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustor.
【請求項4】 請求項1または2において、膨張タービ
ンがフライホイールタービンを備え、フライホイールタ
ービンがジェットノズルと連通するインレットおよび凝
縮器に連通するアウトレットを有するステータと、ステ
ータ内に回転可能に収納されたフライホイールタービン
ロータとを備え、ステータがジェット流を偏向させるた
めのガイド手段と、周期的にジェット流を遮断してその
圧力を高めるためのブレード開閉手段とを備え、フライ
ホイールタービンロータがステータのガイド手段とブレ
ード開閉手段に沿って移動するタービンブレードを備え
る密閉サイクル水素エンジン。
4. The stator according to claim 1, wherein the expansion turbine comprises a flywheel turbine, and the flywheel turbine has a stator having an inlet communicating with the jet nozzle and an outlet communicating with the condenser, and is rotatably housed in the stator. A flywheel turbine rotor, a guide means for deflecting the jet flow by the stator, and a blade opening / closing means for periodically interrupting the jet flow to increase the pressure thereof. A closed cycle hydrogen engine comprising a turbine blade moving along stator guide means and blade opening and closing means.
【請求項5】 請求項3または4において、プラズマ電
極手段がプラズマ電極と、プラズマ反応室内に充填され
た固形状電極体と固形状絶縁体との混合物からなり、そ
の混合比が1:1.5〜1.5:1の範囲に定められる
密閉サイクル水素エンジン。
5. The plasma electrode means according to claim 3, wherein the plasma electrode means comprises a mixture of a plasma electrode, a solid electrode body and a solid insulator filled in a plasma reaction chamber, and the mixture ratio is 1: 1. A closed cycle hydrogen engine defined in the range of 5 to 1.5: 1.
【請求項6】 請求項3または4において、コンバスタ
が高圧ポンプに連通する水噴射弁を備え、高圧ポンプが
フライホイール手段を備える密閉サイクル水素エンジ
ン。
6. The closed cycle hydrogen engine according to claim 3, wherein the combustor includes a water injection valve communicating with the high pressure pump, and the high pressure pump includes flywheel means.
【請求項7】 請求項1または2において、さらに、エ
ンジンハウジングを備え、エンジンハウジングが高圧ポ
ンプ、膨張タービン、水/燃料変換装置、コンバスタ、
ジェットノズル、および循還系路を内蔵する密閉サイク
ル水素エンジン。
7. The method according to claim 1, further comprising an engine housing, wherein the engine housing includes a high-pressure pump, an expansion turbine, a water / fuel converter, a combustor,
A closed cycle hydrogen engine with a built-in jet nozzle and recirculation system.
【請求項8】 (a)エンジンハウジングと; (b)エンジンハウジング内に配置されてプラズマアー
クを発生させ、これと電解液を接触させて水素酸素と水
蒸気との混合ガスを生成するプラズマリアクタと; (c)エンジンハウジング内でプラズマリアクタに隣接
して配置され、水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体
を生成するコンバスタと; (d)エンジンハウジング内に配置されていて電解液を
加圧下でプラズマリアクタに供給する高圧ポンプと; (e)エンジンハウジング内に配置されていて作動流体
を膨張させる膨張タービンと; (f)コンバスタと膨張タービンとの間に延びるジェッ
ト通路と; (g)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (h)凝縮器と高圧ポンプを連結する循還系路と; を備える密閉サイクル水素エンジン。
(A) an engine housing; and (b) a plasma reactor arranged in the engine housing to generate a plasma arc and contacting the plasma arc with an electrolyte to generate a mixed gas of hydrogen oxygen and water vapor. (C) a combustor disposed adjacent to the plasma reactor in the engine housing for burning hydrogen and oxygen to produce a high-temperature, high-pressure working fluid; and (d) disposed in the engine housing to pressurize the electrolyte under pressure. (E) an expansion turbine disposed within the engine housing to expand the working fluid; (f) a jet passage extending between the combustor and the expansion turbine; (g) an expansion turbine A condenser for condensing the exhaust of the exhaust gas to produce an electrolyte; and (h) a circulation path connecting the condenser and the high-pressure pump. Closed cycle hydrogen engine.
【請求項9】 請求項8において、作動流体が水蒸気と
ヘリウムとの混合物を含む密閉サイクル水素エンジン。
9. The closed cycle hydrogen engine according to claim 8, wherein the working fluid includes a mixture of steam and helium.
【請求項10】 請求項8または9において、プラズマ
リアクタが高圧ポンプに連通するプラズマ反応室と、プ
ラズマ反応室内に配置された微小プラズマ発生手段と、
混合ガスをコンバスタに噴射する燃料噴射ノズルとを備
える密閉サイクル水素エンジン。
10. The plasma reactor according to claim 8 or 9, wherein the plasma reactor communicates with the high-pressure pump, and a microplasma generator arranged in the plasma reactor.
A closed cycle hydrogen engine comprising: a fuel injection nozzle for injecting a mixed gas into a combustor.
【請求項11】 請求項8または9において、膨張ター
ビンがフライホイールタービンを備え、フライホイール
タービンがジェット通路と連通するインレットおよび凝
縮器と連通するアウトレットとを備えていてエンジンハ
ウジング内に配置されたステータと、ステータ内に回転
可能に収納されたフライホイールタービンロータとを備
え、ステータがジェット流を偏向させるためのガイド手
段と、周期的にジェット流を遮断してその圧力を高める
ためのブレード開閉手段とを備え、フライホイールター
ビンロータがステータのガイド手段とブレード開閉手段
に沿って移動するタービンブレードを備える密閉サイク
ル水素エンジン。
11. The engine of claim 8, wherein the expansion turbine comprises a flywheel turbine, the flywheel turbine comprising an inlet communicating with the jet passage and an outlet communicating with the condenser, and disposed within the engine housing. A stator, a flywheel turbine rotor rotatably housed in the stator, guide means for the stator to deflect the jet flow, and blade opening and closing for periodically interrupting the jet flow and increasing its pressure Means wherein the flywheel turbine rotor comprises turbine blades moving along stator guide means and blade opening and closing means.
【請求項12】 請求項11において、タービンロータ
がインレットおよびアウトレットに連通する環状ジェッ
ト通路を備え、ステータがガイド手段およびブレード開
閉手段を備えていて環状ジェット通路内に配置されたス
テータブレードを備え、タービンロータが環状ジェット
通路に沿って周方向に間隔をおいて配置されたタービン
ブレードを備える密閉サイクル水素エンジン。
12. The turbine rotor according to claim 11, wherein the turbine rotor includes an annular jet passage communicating with the inlet and the outlet, and the stator includes a guide means and a blade opening / closing means, and includes a stator blade disposed in the annular jet passage. A closed cycle hydrogen engine comprising a turbine rotor having turbine blades circumferentially spaced along an annular jet passage.
【請求項13】 (a)密閉サイクルにおいて電解液を
高圧ポンプにより加圧する工程と; (b)加圧された電解液をプラズマアークと接触させて
水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成する工程と; (c)水素酸素を反応させて高温高圧の作動流体を発生
させる工程と; (d)作動流体を膨張タービンで膨張させて動力出力を
得る工程と; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を得る肯定
と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる工程と; からなる動力発生法。
13. A step of: (a) pressurizing an electrolytic solution by a high-pressure pump in a closed cycle; and (b) contacting the pressurized electrolytic solution with a plasma arc to generate a mixed gas of hydrogen oxygen and water vapor. (C) reacting hydrogen and oxygen to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; (d) expanding the working fluid with an expansion turbine to obtain a power output; and (e) condensing exhaust gas of the expansion turbine. And (f) circulating the electrolyte through a high-pressure pump.
【請求項14】 請求項13において、さらに、(i)
膨張タービンがフライホイールタービンを備え、作動流
体のエネルギーをフライホイールタービンに回転エネル
ギーとして蓄積する工程を備える動力発生システム。
14. The method according to claim 13, further comprising: (i)
A power generation system, wherein the expansion turbine includes a flywheel turbine and includes a step of storing energy of a working fluid as rotational energy in the flywheel turbine.
【請求項15】 請求項14において、さらに、(j)
フライホイールタービンに発電機を接続して回転エネル
ギーを電気エネルギーに変換する工程を備える動力発生
システム。
15. The method according to claim 14, further comprising:
A power generation system comprising a step of connecting a generator to a flywheel turbine to convert rotational energy into electric energy.
【請求項16】 (a)密閉サイクル内に配置されて電
解液を加圧する高圧ポンプと; (b)高圧ポンプに連通していて電解液をプラズマアー
クと接触させて水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
るプラズマリアクタと; (c)水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体を発生さ
せるコンバスタと; (d)コンバスタに連通していて作動流体を膨張させて
動力出力を発生させる膨張タービンと; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる循還系路と; を備える動力発生システム。
16. A high pressure pump arranged in a closed cycle to pressurize the electrolyte; and (b) a mixture of hydrogen oxygen and water vapor communicated with the high pressure pump to bring the electrolyte into contact with the plasma arc. A plasma reactor for generating gas; (c) a combustor for burning hydrogen and oxygen to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; and (d) an expansion turbine communicating with the combustor for expanding the working fluid to generate a power output. A power generation system comprising: (e) a condenser for condensing exhaust gas of the expansion turbine to generate an electrolyte; and (f) a circulation system for circulating the electrolyte to a high-pressure pump.
【請求項17】 請求項16において、膨張タービンが
フライホイールタービンを備え、さらに、(g)フライ
ホイールタービンにより駆動される発電機を備える動力
発生システム。
17. The power generation system according to claim 16, wherein the expansion turbine comprises a flywheel turbine, and further comprising: (g) a generator driven by the flywheel turbine.
【請求項18】 (a)密閉サイクル内に配置されて電
解液を加圧する高圧ポンプと; (b)高圧ポンプに連通していて電解液をプラズマアー
クと接触させて水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
るプラズマリアクタと; (c)水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体を発生さ
せるコンバスタと; (d)コンバスタに連通していて作動流体を膨張させて
動力出力を発生させる膨張タービンと; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる循還系路と; (g)膨張タービンにより駆動される被駆動手段と; を備える機械システム。
18. A high pressure pump arranged in a closed cycle to pressurize the electrolyte; and (b) a mixture of hydrogen oxygen and water vapor which is in communication with the high pressure pump to bring the electrolyte into contact with the plasma arc. A plasma reactor for generating gas; (c) a combustor for burning hydrogen and oxygen to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; and (d) an expansion turbine communicating with the combustor for expanding the working fluid to generate a power output. (E) a condenser for condensing exhaust gas of the expansion turbine to produce an electrolyte; (f) a circulation system for circulating the electrolyte to a high-pressure pump; and (g) a driven driven by the expansion turbine. Means.
【請求項19】 請求項18において、機械システムが
ラジエータを有する移動体からなり、被駆動手段が推進
手段からなり、凝縮器がラジエータに連通していてラジ
エータの冷却水により冷却される機械システム。
19. The mechanical system according to claim 18, wherein the mechanical system comprises a moving body having a radiator, the driven means comprises propulsion means, and the condenser communicates with the radiator and is cooled by cooling water of the radiator.
【請求項20】 請求項18または19において、さら
に、(h)膨張タービンにより駆動される発電機と、
(i)発電機に接続されてプラズマ電力をプラズマリア
クタに供給するプラズマ電源とを備える機械システム。
20. The method according to claim 18 or 19, further comprising: (h) a generator driven by an expansion turbine;
(I) a mechanical system comprising: a plasma power supply connected to the generator to supply plasma power to the plasma reactor.
【請求項21】 (a)密閉サイクル内に配置されて電
解液を加圧する高圧ポンプと; (b)高圧ポンプに連通していて電解液をプラズマアー
クと接触させて水素酸素と水蒸気との混合ガスを生成す
るプラズマリアクタと; (c)水素酸素を燃焼させて高温高圧作動流体を発生さ
せるコンバスタと; (d)コンバスタに連通していて作動流体を膨張させて
動力出力を発生させる膨張タービンと; (e)膨張タービンの排気を凝縮して電解液を生成する
凝縮器と; (f)電解液を高圧ポンプに循還させる循還系路と; (g)膨張タービンにより駆動される発電機と; (h)発電機の電気出力により駆動されるモータ手段
と; (i)モータ手段により駆動される推進手段と; を備える機械システム。
21. (a) a high-pressure pump arranged in a closed cycle for pressurizing the electrolyte; and (b) a mixture of hydrogen oxygen and steam by contacting the electrolyte with a plasma arc and communicating with the high-pressure pump. A plasma reactor for generating gas; (c) a combustor for burning hydrogen and oxygen to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; and (d) an expansion turbine communicating with the combustor for expanding the working fluid to generate a power output. (E) a condenser for condensing exhaust gas of the expansion turbine to generate an electrolyte; (f) a circulation system for circulating the electrolyte to a high-pressure pump; and (g) a generator driven by the expansion turbine. (H) motor means driven by the electrical output of the generator; and (i) propulsion means driven by the motor means.
【請求項22】 請求項21において、機械システムが
移動体からなり、モータ手段がモータ/発電機からな
り、さらに、(j)発電機の交流出力を直流出力に変換
する整流器と、(k)整流器とモータ手段との間に接続
されたパワーコンバータと、(l)整流器とパワーコン
バータに接続されていて移動体のブレーキ回生電力を貯
蔵するバッテリを備える機械システム。
22. The mechanical system according to claim 21, wherein the mechanical system comprises a moving body, the motor means comprises a motor / generator, and (j) a rectifier for converting an AC output of the generator into a DC output; and (k). A mechanical system comprising: a power converter connected between the rectifier and the motor means; and (l) a battery connected to the rectifier and the power converter to store brake regenerative power of the moving object.
【請求項23】 請求項21または22において、機械
システムがラジエータを有する移動体からなり、凝縮器
がラジエータに連通していてラジエータの冷却水が循還
される機械システム。
23. The mechanical system according to claim 21, wherein the mechanical system comprises a moving body having a radiator, wherein the condenser communicates with the radiator, and cooling water of the radiator is circulated.
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CN112201810A (en) * 2020-09-25 2021-01-08 上海华熵能源科技有限公司 Hydrogen fuel cell device capable of supplying gas under stable pressure
WO2024050612A1 (en) * 2022-09-09 2024-03-14 Barreto Jesus De Andrade System for generating hydrogen for use in engines or for storage
CN112201810B (en) * 2020-09-25 2024-05-28 上海华熵能源科技有限公司 Hydrogen fuel cell device for stabilizing air supply

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