JP2004513223A

JP2004513223A - 車両に燃料を供給するための方法及び装置

Info

Publication number: JP2004513223A
Application number: JP2002536660A
Authority: JP
Inventors: シャビエル　ジェタム
Original assignee: ロバート　ケニス　ホ−トン; シャビエル　ジェタム
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2004-04-30
Also published as: AU9410101A; KR20030065496A; EP1328986A2; WO2002033769A3; WO2002033769A2; US20040025807A1

Abstract

本発明は、車両エンジン（３２）に燃料を供給する方法に関する。本方法は、電解液と間隔を空けて配置された２つの電極（２４）とを収容する、車両（３０）に搭載された電解セル（１２）において電気分解により水素を発生させる段階と、その水素をエンジン（３２）に供給する段階とを含む。本発明は、エンジン（３２）に燃料を供給するための装置（１０）に拡張され、本装置（１０）は電解セル（１２）を含み、このセル（１２）は、エンジン（３２）の燃料取入口と流体連通して接続することができる出口（１８）を有する。

Description

（技術分野）
本発明は、燃料としての水素の使用に関しており、より具体的には、車両に燃料を供給する方法及び装置に関する。本発明は、更に車両に関する。
【０００１】
（背景技術）
水素の燃料としての使用が、そのような極めて引火性が高く爆発するおそれのある物質を安全に保管、運搬、及び、分配することが困難であることにより妨げられていることを本発明者は周知している。
【０００２】
本発明の目的は、この問題を軽減すると本発明者が考える方法及び装置を提供することである。
【０００３】
（発明の開示）
本発明の第１の態様によれば、車両エンジンに燃料を供給する方法が提供され、本方法は、電解液と間隔を空けて配置された２つの電極とを収容する、車両に搭載された電解セルにおいて電気分解により水素を発生させる段階と、その水素をエンジンに供給する段階とを含む。
【０００４】
本明細書に用いる場合、「車両」とは、空路、陸路、又は、海路により人又は物を輸送する手段を含むように理解されるものとする。
【０００５】
電気分解による発生とは、電気エネルギを使用して化学的変化を生じさせる処理による発生を意味する。この化学的変化は、化合物／化学組成、又は、イオン化によって電流を流すいわゆる電解液と呼ばれるその水溶液にもたらされる。電流は、導電性材料の２つの電極により、一般にリザーバ内に包含された電解液を通して流される。電気エネルギ／電流は、外部の供給装置によりもたらされる。
【０００６】
本方法は、水を電気分解する段階を含むことができる。代替的に、本方法は、水溶液を電気分解する段階を含んでもよい。この溶液は、塩基性水溶液としてもよい。より具体的には、この溶液は、水酸化ナトリウム水溶液とすることができ、１％（ｍ／ｖ）の濃度を有することができる。
【０００７】
電気分解のための電流は、車両の電気システム、例えばバッテリから電極に供給することができ、この電流は、約４Ａと約６Ａとの間とすることができる。
【０００８】
電気分解は、ステンレス鋼の電極を用いて行ってもよい。
【０００９】
本方法は、電極の極性を周期的に反転させる段階を含むことができる。電極の極性は、毎分１サイクルの頻度で反転させることができる。
【００１０】
本方法は、車両の動力要求をモニタして動力要求信号を発生させる段階と、この動力要求信号により判断される速度で水素を発生させる段階とを含むことができる。
【００１１】
エンジンが燃焼室を有する内燃機関である場合、本方法は、発生した水素を空気と混合する段階と、この混合気をエンジンに供給する段階とを含むことができる。水素は、エンジンの吸気マニホルドを通じてエンジンの燃焼室内に供給することができる。水素は、ガソリン、ディーゼル、又は、メタノールなどのような従来の液体燃料を補うために使用してもよい。
【００１２】
本方法は、周期的に電解液を補充する段階を含むことができる。電解液は、電解液供給手段からの電解液の自動供給を通じて補充されてもよい。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、エンジンに燃料を供給するための装置が提供され、本装置は、少なくとも２つの電極を使用して電解液を通して電流を流すことにより水素を発生させるための電解セルを含み、この電解セルは、エンジンの燃料取入口と流体連通するように接続されるか又は接続可能な出口を有する。
【００１４】
本発明の更に別の態様によれば、エンジンと、少なくとも２つの電極を使用して電解液を通して電流を流すことにより水素を発生させ、エンジンの燃料取入口と流体連通するように接続された出口を有する、電解セルとを含む車両が提供される。
【００１５】
電解セルは、ハウジング内に入れることができ、このハウジングは、電解液リザーバを形成すると共に、ハウジングの高い位置を通ってエンジンの燃料取入口に接続可能な出口を有する。
【００１６】
ハウジングは、低い位置に電解液取入口を含むことができる。電解液取入口の上流には、電解液流量制御弁を設けることができ、この流量制御弁は、電解液取入口を通る電解液供給装置からの電解液の流れを可能にする開放位置と、電解液取入口を通る電解液の流れを阻止する閉鎖位置との間で変位可能である。
【００１７】
電解セルは、流量制御弁の開放位置と閉鎖位置との間のその変位を作動させるための電解液流量制御弁作動手段を含むことができる。
【００１８】
この流量制御弁作動手段は、ハウジング内に存在する電解液のレベルを使用時に感知する電解液レベルセンサを含むことができ、流量制御弁は、ハウジング内の電解液レベルをおおよそ一定に保つために、その開放位置と閉鎖位置との間で変位するように作動される。
【００１９】
電解液供給装置は、電解液取入口と流体連通した電解液タンクの形態を有してもよい。
【００２０】
一般的に、電極が貫通して延びるハウジングの少なくとも一部は、ポリテトラフルオロエテンのような電気絶縁材料で製造される。
【００２１】
車両は、エンジンの燃料要求をモニタして、エンジンから要求される水素容量を発生させるために電気分解を制御するプロセッサを含むことができる。
【００２２】
本発明は、ここで添付の概略的な図面を参照しながら、以下において例示的に説明される。
【００２３】
（発明を実施するための最良の形態）
図面中の図１及び図２において、参照番号１０は、エンジンに燃料を供給するための本発明による装置を全体的に示す。装置１０は、全体的に参照番号１２で示す電解セルを含む。電解セル１２は、入口導管１６の形態を有する電解液取入口とこの取入口から間隔を空けて配置された出口１８とを有する、全体的に参照番号１４で示されたハウジング内に収納され、出口１８は、エンジンの燃料取入口と流体連通するように接続可能である。ハウジング１４は、電解液を収容／保持するための全体的に参照番号２０で示したリザーバを形成する。
【００２４】
ハウジング１４は、電解液取入口１６が貫通して延びる下部壁４０と、出口１８が貫通して延びる上部壁４２とを含む。上部壁４２及び下部壁４０は、一般的にはポリテトラフルオロエテンで製造される。しかし、上部壁４２及び下部壁４０は、不活性で電気絶縁性の任意の材料から形成できることが認められるであろう。ハウジング１４は、更に、下部壁４０と上部壁４２との間で延びる円筒形側壁４４を含む。円筒形側壁４４は、一般的にステンレス鋼で製造される。しかし、当然のことながら他の材料を使用することができるであろう。ハウジング１４は、上部壁４２及び下部壁４０の作動的に外側に向いた表面の各々に端板４６を含む。端板４６は、一般的にステンレス鋼で製造される。しかし、当然のことながら他の材料を使用することができるであろう。
【００２５】
ハウジング１４は、上部壁４２（及び、これに付随する端板４６）、円筒形の壁４４、及び、下部壁４０（これに付随する端板４６と共に）を着脱自在に互いに接続するための接続手段５１を含む。接続手段５１は、４つのシャンク５４の形態を有し、各シャンクは、その長さの一部分に関してその各端部から内向きに延びるねじ山を有する。各シャンク５４は、上部壁４２及びこれに付随する端板４６、及び、下部壁４０と共にこれに付随する端板４６の各々に形成された穴を貫通する。上部壁４２及びこれに付随する端板４６、下部壁４０と共にこれに付随する端板４６、及び、シャンク５４は、シャンク５４のネジ切りされた端部と協働するナット５６により互いに着脱自在に結合される。当然のことながら、接続手段５１は、任意の適切な形態を取ることができる。
【００２６】
側壁４４の端部部分は、上部壁４２及び下部壁４０にある補完的な環状凹部５７にそれぞれ配置される。ハウジング１４は、各凹部５７に配置されたリングシール５８を含み、上部壁４２と円筒形側壁４４の作動的上端部との間、及び、下部壁４０と円筒形側壁４４の作動的下端部との間の各々に流体密封性をもたらす。
【００２７】
電解セル１２は、ハウジング１４内に装着された２つの間隔を空けて配置された電極２４を含む。電極２４は、一般的にステンレス鋼で製造される。しかし、当然のことながら、他の導電性材料を使用することができるであろう。
【００２８】
各電極２４は、上部壁４２に付随する端板４６及び上部壁４２を通ってそれぞれ延びている。各電極２４は、電極２４をステンレス鋼の板４６から、従って他の電極２４から電気的に絶縁するために、電極２４の作動的上端部に絶縁カラー４８を含む。ハウジング１４内の電極２４の間には、間隔を空けて平行に配置された、例えばステンレス鋼のような導電性材料の一連のシート５０が延びており、交互するシート５０は、対向する電極２４に結合されてそこから延びている。各シート５０には、貫通する電極２４を収容するような形状及び寸法にされた開口５２が形成される。従って、各電極２４は、それらから外向きに延びる一連の間隔を空けて配置されたシート５０を含む。各電極２４は、他の電極２４に接続されたシート５０に形成された開口５２を通ってクリアランスを有して延びる。シート５０は、各電極２４の有効表面積を増大させる働きをすることが認められるであろう。
【００２９】
電解液取入口の上流の入口導管１６内には、入口導管１６を通る電解液供給装置からの電解液の流れを可能にする開放位置と、入口を通る電解液の流れを阻止する閉鎖位置との間で変位する電解液流量制御弁（図示せず）が設けられる。電解セル１２は、更に、ハウジング１４に装着されて感知プローブ２６の形態を有する電解液流量制御弁作動手段を含む。プローブ２６は、制御弁に接続され、弁の開放位置と閉鎖位置との間でその変位を作動させる。使用時には、プローブ２６は、電解液リザーバ２０内に収容された電解液２２のレベルを感知し、リザーバ２０において電解液２２のレベルをおおよそ一定に保つために、弁の閉鎖位置から開放位置へそれが変位するように作動させる。
【００３０】
出口１８を形成するハウジング１４の部分には、接続構造（図示せず）が設けられており、それによって、出口１８は、エンジンの燃料取入口と流体連通するように接続可能である。
【００３１】
ここで図面の図３を参照すると、自動車が全体的に参照番号３０で示されており、ここでは、特に断らない限り、上記で使用した同じ参照番号が同じ部分を表すのに使用される。自動車３０は、エンジン３２と、エンジン３２の中に通じる吸気マニホルド３４を有する燃料取入口とを含む。図示したエンジン３２は、４気筒内燃機関である。自動車３０は、エンジン３２に燃料を供給するための本発明による装置を取り込んでいる。ハウジング１４内には、電解液（図示せず）が収容される。この電解液は、一般的には１％（ｍ／ｖ）の水酸化ナトリウム水溶液である。しかし、当然のことながら、電解液は、電気分解される時に生成物として水素を発生する水又は他の任意の水溶液としてもよい。自動車３０のバッテリ３６は、電流経路を形成する導線を通じて電極２４の各々に接続される。約４Ａから約６Ａの電流が、バッテリ３６により電極２４に供給される。使用時には、電流は、２つの電極２４を用いて電解液を通って流れる。電極２４の極性は、毎分約１サイクルの頻度で反転する。電流が電解液を通って流れる時、一方の電極２４において水素ガスが発生されて気泡となって出てくる。この水素は、出口１８を通って送られ、吸気マニホルド３４を通じてエンジン３２の燃焼室内へ供給されてエンジンの燃料供給のために使用される前に空気と混合される。必要に応じて、唯一の燃料として使用する代わりに、この水素は、ガソリンやディーゼルなどのような従来の液体燃料を補うために使用されてもよい。
【００３２】
自動車３０は、装置１０の電解液取入口１６と流体連通した出口３９を有する電解液タンク３８の形態をした電解液供給手段を含む。電解液流量制御弁（図示せず）がその開放位置まで変位された時、電解液タンク３８からリザーバ２０内への電解液の流れが可能になる。
【００３３】
本発明の一実施形態においては、自動車３０は、エンジン３２の燃料要求をモニタするセンサ７２に接続されたプロセッサ７０（図４）を含み、このプロセッサ７０は、エンジン３２から要求された水素の適正容量を発生させるために、その燃料要求に応答して電気分解を制御するように構成されている。この目的のために、プロセッサ７０は、プロセッサ７０により発生される信号に応答して電解セル１２への電力供給を変化させ、従って電気分解の速度を変化させる自動車用バッテリ３６すなわち車両３０の電力供給装置に接続される。
【００３４】
装置１０は、自動車３０が製造される時に、自動車の原装備の一部として吸気マニホルド３４と流体連通させて装着できることが認められるであろう。代替的に、現存車両に対しては、吸気マニホルド３４に変更を加えるか又は変更を加えることなく、吸気マニホルド３４と流体連通するように出口１８を接続させることができる。
【００３５】
車両３０に燃料を供給するための本発明による装置１０は、水素が必要とされる時及び場合にのみ水素を発生するので、車両の燃料供給のための水素を貯蔵する車両搭載型の安全な手段を提供することになると本発明者は考える。それに加えて、本発明者は、装置１０が車両による従来の液体燃料の消費を低減することになると考える。更に、本発明者は、装置１０が従来の液体燃料を燃料としての水素で置き換えることを可能にし、十分な生態学的恩恵をもたらすことになると考えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるエンジンに燃料を供給するための装置の縦方向断面図である。
【図２】
図１の装置の斜視図である。
【図３】
本発明によるエンジンに燃料を供給するための装置を組み込んだ自動車の３次元概略図である。
【図４】
車両の一部を形成する本発明による燃料モニタリングシステムの概略図である。

Claims

電解液と間隔を空けて配置された２つの電極とを収容する、車両に搭載された電解セルにおいて電気分解により水素を発生させる段階と、
前記水素を前記エンジンに供給する段階と、
を含むことを特徴とする、車両エンジンに燃料を供給する方法。
前記電解液は、水であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記電解液は、水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記水溶液は、塩基性水溶液であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記水溶液は、水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記水溶液は、１％（ｍ／ｖ）の濃度を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
電気分解のための電流は、前記車両のバッテリから前記電極に供給されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
前記電流は、４Ａから６Ａであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記電極の極性を周期的に反転させる段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
前記電極の極性は、毎分１サイクルの頻度で反転されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記車両の動力要求をモニタして動力要求信号を発生させる段階と、
前記動力要求信号によって判断された速度で水素を発生させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
前記水素を空気と混合してその混合物を前記エンジンに供給する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
前記電解液を周期的に補充する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
前記電解液は、電解液供給手段からの電解液の自動的供給を通じて補充されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
少なくとも２つの電極を使用して電解液を通して電流を流すことにより水素を発生させる電解セルを含み、
前記電解セルは、エンジンの燃料取入口と流体連通して接続することができる出口を有する、
ことを特徴とする、エンジンに燃料を供給するための装置。
前記電解セルは、ハウジングに収容され、
前記ハウジングは、電解液リザーバを形成し、前記ハウジングの高い位置を通じて前記エンジンの燃料取入口に接続可能な出口を有する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
前記ハウジングは、低い位置に電解液取入口を含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
前記電解液取入口を通る電解液供給装置からの電解液の流れを可能にする開放位置と、前記電解液取入口を通る電解液の流れを阻止する閉鎖位置との間で変位可能な電解液流量制御弁を前記電解液取入口の上流に含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
前記電解セルは、前記電解液流量制御弁がその開放位置と閉鎖位置との間で変位するように作動させる電解液流量制御弁作動手段を含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
前記流量制御弁作動手段は、前記ハウジングにより形成された前記リザーバに存在する電解液のレベルを使用時に感知する電解液レベルセンサを含み、
前記流量制御弁は、前記リザーバの電解液レベルをおおよそ一定に保つために、その開放位置と閉鎖位置との間で変位するように作動される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
前記電解液供給装置は、前記電解液取入口と流体連通した電解液タンクの形態を有することを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の装置。
前記ハウジングの少なくとも一部は、電気絶縁材料で製造されることを特徴とする請求項１６から請求項２１のいずれか１項に記載の装置。
エンジンと、
少なくとも２つの電極を使用して電解液を通して電流を流すことにより水素を発生させる電解セルと、
を含み、
前記電解セルが、前記エンジンの燃料取入口と流体連通するように接続された出口を有する、
ことを特徴とする車両。
前記電解セルは、電解液リザーバと前記出口とを形成するハウジングに収容されることを特徴とする請求項２３に記載の車両。
前記ハウジングは、低い位置に電解液取入口を含むことを特徴とする請求項２４に記載の車両。
前記電解液取入口を通る電解液供給装置からの電解液の流れを可能にする開放位置と、前記電解液取入口を通る電解液の流れを阻止する閉鎖位置との間で変位可能な電解液流量制御弁を前記電解液取入口の上流に含むことを特徴とする請求項２５に記載の車両。
前記電解セルは、前記電解液流量制御弁がその開放位置と閉鎖位置との間で変位するように作動させる電解液流量制御弁作動手段を含むことを特徴とする請求項２６に記載の車両。
前記流量制御弁作動手段は、前記ハウジングにより形成された前記リザーバに存在する電解液のレベルを使用時に感知する電解液レベルセンサを含み、
前記流量制御弁は、前記リザーバの電解液レベルをおおよそ一定に保つために、その開放位置と閉鎖位置との間で変位するように作動される、
ことを特徴とする請求項２７に記載の車両。
前記電解液供給装置は、前記電解液取入口と流体連通した電解液タンクの形態を有することを特徴とする請求項２６から請求項２８のいずれか１項に記載の車両。
前記ハウジングの少なくとも一部は、電気絶縁材料で製造されることを特徴とする請求項２４から請求項２９のいずれか１項に記載の車両。
前記エンジンの燃料要求をモニタし、前記エンジンにより要求された容量の水素を発生させるように電気分解を制御するプロセッサを含むことを特徴とする請求項２３から請求項３０のいずれか１項に記載の車両。
実質的に本明細書において説明及び図解されたような、請求項１に記載の車両エンジンに燃料を供給する方法。
実質的に本明細書において説明及び図解されたような、請求項１５に記載のエンジンに燃料を供給するための装置。
実質的に本明細書において説明及び図解されたような、請求項２３に記載の車両。
実質的に本明細書において説明されたような新規な方法、新規な装置、又は、新規な車両。