JP2006240972A - 水素燃料自給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、実用化が現実的となった水素エンジンあるいは燃料電池の主燃料である水素を、その水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上で自給し、蒸気機関や内燃機関が発明されて以来、長期にわたって依存してきた化石燃料資源による燃料を、車両・船舶・発電装置などの燃料の基材として使用しないことで、地球温暖化や環境汚染など、地球環境問題の改善を計る。
【解決手段】 本発明は、水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上に設けた、熱ピンチアークプラズマの生成による超高温発生装置１で水の直接分解をおこない、分解された気体２０から、水素抽出器３で水素２１を取り出す。これによって得た水素２１を水素燃料室５を介して、直接、前記水素エンジンあるいは燃料電池１１に供給することにより、近年、世界的に深刻な問題となっている地球温暖化や環境汚染など、地球環境問題の改善に役立つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上に、水の直接分解をおこなう超高温発生装置と、該超高温発生装置によって分解された気体から水素を取り出す水素抽出器を設け、さらに、その水素を、水素燃料室を介して前記水素エンジンあるいは燃料電池に安定的、且つ、繋ぎ燃料として供給することで、外部からのエネルギー源の供給を受けるべく燃料貯蔵用タンクの装備を不要とした、水素燃料自給装置に関するものである。

従来は、環境汚染物質の排出を伴う化石燃料資源を基材とする天然ガスやガソリンなどを分解、また、高価な電気エネルギーを大量に使用する水の電気分解などによって水素を製造し、その水素を、水素供給施設などを介して、水素エンジンあるいは燃料電池とともに装備した、水素燃料貯蔵タンクに充填する方法で対応しており、よって、水素の製造・運搬時においての環境汚染物質の排出、また、水素供給施設への運搬・充填時の事故による水素の漏洩、さらに、インフラの整備など、多くの問題を抱えているのが現状である。

水素は環境汚染物質を排出しないクリーンな燃料であるが、従来の手法で製造した水素を燃料として使用しても間接的に相当量の環境汚染物質を排出し、また、運搬・供給段階での水素の漏洩事故などによるオゾン層の破壊など、多くの問題があり、結局、現在一般的に利用しているガソリンエンジンなどの内燃機関によって排出される環境汚染物質の量と、ほぼ同等量の環境汚染物質を排出する結果となっている。従って、従来の手法で製造した水素を燃料として利用しても、環境問題の解決にそれほど多大な貢献はできないし、さらに、水素の製造コスト、インフラの整備、水素燃料貯蔵タンクの容量、体積、安全面などの点からも決して効果的な手段とは言えない。そこで、前述の超高温発生装置と水素抽出器により取り出した水素を、水素燃料室に備蓄後、水素エンジンあるいは燃料電池に直接、燃料として供給することで、前述の問題点を解消しようとするものである。

本発明は、水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上に、熱ピンチアークプラズマの生成による超高温発生装置を設け、該超高温発生装置による水の直接分解をおこない、分解された気体から、水素抽出器を介して水素を取り出し、取り出した水素を、水素燃料室に備蓄後、安定的、且つ、繋ぎ燃料として前記水素エンジンあるいは燃料電池に燃料として供給することで、車両・船舶・発電装置などが稼働時に必要とする量の水素を、燃料としてリアルタイムに製造、供給でき、前述の問題点を解決することができる。

前述のように、水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上に、水素の製造装置と水素燃料室を設けることで、水の直接分解による水素の自給が可能となるので、外部からの水素燃料や、化石燃料資源を基材とするエネルギー源の供給を受ける必要が無く、燃料の基となる燃料用水は、前記水素エンジンあるいは燃料電池から排出される水を循環利用できるので、その水素エンジンあるいは燃料電池のシステムには、極小容量の燃料用水タンクの装備で、水素を燃料として供給し続けることができる。よって、従来よりコンパクトで効率的な車両・船舶・発電装置を、長時間連続運転することができ、且つ、環境汚染物質を排出しない前記車両・船舶・発電装置を提供することが可能となる。

本発明の目的を達成するために、水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上に設けた超高温発生装置と水素抽出器で水素を取り出し、取り出した水素を一旦水素燃料室に備蓄し、ここで備蓄した水素を燃料として安定供給するとともに、停止状態にある前記水素エンジンあるいは燃料電池を、瞬時に始動させるための繋ぎ燃料として供給する。
以下、本発明の水素燃料自給装置の実施の形態を添付した図面を参照して説明する。

図１に示すように、燃料用水タンク８より、燃料用水１８を、燃料用水給水ポンプ７で超高温発生装置１へ送り込み、水の直接分解をおこなう。ここで発生した分解物質１９は水素２１と、酸素２２と、熱水２４で構成されおり、該分解物質１９から、気体抽出器２で抽出気体２０を取り出し、ここで取り出した抽出気体２０から、水素抽出器３で、水素２１取り出す。取り出した水素２１は、水素圧送ポンプ４で水素燃料室５へ注入、該水素燃料室５に注入された水素２１は圧縮蓄積され、安定的、かつ、繋ぎ燃料として、水素エンジンあるいは燃料電池１１に供給される。さらに、水素抽出器３で分離された酸素２２も、エアフィルター９を介して取り入れた外気とともに、酸素供給器１０を介して、水素エンジンあるいは燃料電池１１に供給される。該水素エンジンあるいは燃料電池１１は、供給された水素２１と、酸素２２を、動力エネルギーに変換して水蒸気２３を排出する。排出された水蒸気２３を、熱交換器１２で、熱水２４と排気２５に分離する。ここで分離した排気２５は外に排出し、熱水２４は、気体抽出器２で分離された熱水２４とともに、熱水冷却器１３で冷却し、燃料用水送水ポンプ１４を介して、燃料用水１８として燃料用水タンク８に戻して再利用する。

図１の、水を直接分解するための電力は、ジェネレーター１６で発電して、バッテリー１７に蓄え、超高温発生装置１にプラズマ塊生成電源として供給する。なお、バッテリー１６の電源は、気体抽出器２、水素抽出器３、水素圧送ポンプ４、水素残量センサー６、燃料用水給水ポンプ７、熱交換器１２、熱水冷却器１３、燃料用水送水ポンプ１４などに供給する。

図１の、水素残量センサー６は、水素燃料室５の水素の残量を検知して、燃料用水給水ポンプ７、超高温発生装置１、気体抽出器２、水素抽出器３、水素圧送ポンプ４を制御して、水素燃料室５の水素の残量を一定に保つ。

なお、本システムは高温となるため、超高温発生装置１と、気体抽出器２は、水素エンジンあるいは燃料電池１１とともに、冷却水２６により、ラジエーター１５を介して冷却する。

図２に示すように、陽極２８と陰極２９の両極間に、バッテリー１７で、直流電圧を加えてアークを発生させ、そこに燃料用水１８を、旋回水流３１となるように注入すると、その旋回水流３１によって、前記アークは冷却され、熱ピンチアークプラズマの原理による超高温状態のプラズマ塊３２が生成される。このプラズマ塊３２の超高温部分に曝された旋回水流３１は、一部が水素２１と酸素２２に分解され、プラズマ塊熱冷却器３０で冷やされながら、分解物質１９となって、気体抽出器２へ送り込まれる。

過去、約百年にもおよぶ間、二酸化炭素などの排出による環境汚染で、地球環境は、悪化の一途を辿っている状況にもかかわらず、依然、化石燃料資源への依存から脱却できていないのが現実である。そこで本発明は、水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上において水素を自給することで、いずれ枯渇するであろうと言われている化石燃料資源への依存から脱却すること、さらに、地球環境問題の改善をはかるものである。

本発明の水素燃料自給装置の全体構成の平面図。 図１に示した超高温発生装置の断面図。

符号の説明

１ 超高温発生装置
２ 気体抽出器
３ 水素抽出器
４ 水素圧送ポンプ
５ 水素燃料室
６ 水素残量センサー
７ 燃料用水給水ポンプ
８ 燃料用水タンク
９ エアフィルター
１０ 酸素供給器
１１ 水素エンジンあるいは燃料電池
１２ 熱交換器
１３ 熱水冷却器
１４ 燃料用水送水ポンプ
１５ ラジエーター
１６ ジェネレーター
１７ バッテリー
１８ 燃料用水
１９ 分解物質
２０ 抽出気体
２１ 水素
２２ 酸素
２３ 水蒸気
２４ 熱水
２５ 排気
２６ 冷却水
２７ 絶縁体ケース
２８ 陽極
２９ 陰極
３０ プラズマ塊熱冷却器
３１ 旋回水流
３２ プラズマ塊
３３ 絶縁物

Claims (3)

1. 水素エンジンあるいは燃料電池のシステム上に超高温発生装置を設け、該超高温発生装置で水の直接分解をおこない、これにより分解された気体から、水素抽出器を介して水素を取り出し、取り出した水素を、前記水素エンジンあるいは燃料電池に燃料として直接供給することを特徴とする水素燃料自給装置。
2. 前述の水の直接分解によって得た水素を、水素エンジンあるいは燃料電池に燃料として安定的に供給することと、前記水の直接分解による水素の供給が始まるまでの間の、繋ぎ燃料供給用を兼ねた水素燃料室を、前述の超高温発生装置と併設することを特徴とする請求項１の水素燃料自給装置。
3. 前述のように、水素を燃料として自給できるので、水素エンジンあるいは燃料電池のシステムに、外部からのエネルギー源の供給を受けるべく燃料貯蔵用タンクの装備を不要としたことを特徴とする請求項１の水素燃料自給装置。

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