JP2009092059A - Exhaust gas sealed circulating hydrogen engine - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation hydrogen engine in which high-temperature steam gas discharged from a hydrogen engine is directly regenerated and decomposed into hydrogen and oxygen and circulated as it is to the original hydrogen engine. Specifically, it provides a configuration of a self-supporting hydrogen engine that can be mounted on a car.
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)。
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。The above-mentioned well-known document discloses an efficient technology for a large-scale plant that mainly uses an engine fueled with hydrogen and drives a generator. After the combustion waste gas water vapor is cooled and liquefied and separated, A technique for circulating some gas is also shown.
The present invention aims at a system that does not emit any exhaust gas that destroys the environment from an engine that drives an automobile or the like. In particular, there is a configuration in which high-temperature steam discharged from a hydrogen engine using hydrogen and oxygen as fuel is directly recycled and recycled to the original engine so that exhaust gas is not emitted outside. Specifically, the hydrogen engine explodes and exhibits the driving force for running to directly produce the steam exhaust gas composed of water components that retain the high-temperature energy generated after combustion, without using any additional heating energy. The present invention provides an exhaust gas circulation system for a hydrogen engine that can be mounted on an automobile that is decomposed into hydrogen and oxygen and then circulated to the original hydrogen engine.
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。In order to solve the above problems, the present invention comprises means for directly regenerating and decomposing high-temperature steam gas discharged from the hydrogen engine described in claim 1 into hydrogen and oxygen to generate hydrogen and oxygen, The regenerated hydrogen is connected to the hydrogen injection port of the original hydrogen engine, and the regenerated oxygen is connected and circulated to the oxygen supply port of the original engine.
Further, the means for regenerating and decomposing hydrogen into oxygen described in claim 2 is a steam electrolysis apparatus, which is an exhaust gas hermetic circulating hydrogen engine according to claim 1 that can be mounted on an automobile.
3. The exhaust gas-sealed circulating hydrogen engine according to claim 2, wherein the steam decomposition means for regenerating and decomposing hydrogen into oxygen is separated into oxygen while the steam passes through the solid electrolyte cell. It is.
The means for regenerating and decomposing hydrogen into oxygen described in claim 4 is an electrolyzer in which the electrolytic cell is divided into an anode side and a cathode side by a solid oxide electrolyte diaphragm, and is discharged from the hydrogen engine to the cathode side. The exhaust gas recirculation hydrogen engine according to claim 2, wherein oxygen is passed through the solid oxide electrolyte membrane and separated by supplying the high-temperature steam gas.
In addition, the exhaust gas control device for suppressing the temperature of the high-temperature steam gas discharged from the hydrogen engine according to claim 5 is provided, and an oxygen supply auxiliary tank is provided in the regenerated oxygen connection pipe so that replenishment control is appropriately performed. On the other hand, a hydrogen supply auxiliary tank is provided in the regenerated hydrogen connection pipe and is appropriately replenished and supplied to the original engine through a supply controller that senses and controls hydrogen and oxygen sent to the combustion chamber. The exhaust gas-circulating hydrogen engine according to claim 1, wherein oxygen and hydrogen are maintained at a set ratio.
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。 With the above configuration, since the high-temperature steam gas generated from the hydrogen engine is regenerated into hydrogen and oxygen and circulated to the original engine, the exhaust gas is not discharged to the outside and is not destroyed. Further, since the electrolysis is performed directly while retaining the high-temperature energy at the time of combustion of the hydrogen engine, it is economical because it does not require the prior steam heating power for electrolysis. In addition, since an adjustment device for suppressing the temperature of the exhaust gas, a hydrogen supply auxiliary tank, an oxygen supply auxiliary tank, and a supply controller are provided, stable and continuous operation is possible. Therefore, when the present invention is mounted on an automobile that is increasing on a global scale, it contributes to the reduction of fossil fuel and the environmental destruction caused by exhaust gas.
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。The structure which implemented this invention is demonstrated based on drawing. FIG. 1 is a conceptual diagram implementing the present invention. A hydrogen engine 1 uses hydrogen and oxygen as fuel, and includes a piston 2, a crankshaft 3 for traveling, an oxygen intake valve 4, an exhaust valve 5, a hydrogen injection valve 8, an ignition device 18, and the like.
6 is a combustion chamber formed in the upper part of the piston 2 in the cylinder of the hydrogen engine 1. Although the reciprocating method is shown in this embodiment, the gist of the present invention is not changed as long as the compression method is a rotary method or another method in which hydrogen and oxygen are changed to high-temperature steam by combustion.
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。
Reference numeral 11 denotes an oxygen supply port for supplying oxygen to the combustion chamber 6, and 12 denotes an exhaust port which discharges steam exhaust gas after combustion by opening and closing the exhaust valve 5. Reference numeral 13 denotes an exhaust gas adjusting device, which includes a silencer 19 for eliminating the impact sound of the steam exhaust gas discharged from the exhaust port 12, and also covers the exhaust gas adjusting device 13 and serves as both a cooling action and water vapor replenishment. A preliminary water tank is provided for adjusting the temperature of the steam exhaust gas, replenishing the steam, and adjusting the steam supply amount. The
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。
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。 Reference numeral 17 denotes a supply controller, which senses the amount and concentration of hydrogen and oxygen in the vicinity of the combustion chamber by means of sensors 22 and 23, and supplies the hydrogen supply
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。 When starting the engine, hydrogen and oxygen stored in advance in the hydrogen supply
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。 The combustion chamber 6, the exhaust port 12, the exhaust gas adjusting device 13, the water
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。 The present invention is particularly expected to be used as a power source for pollution-free automobiles and power generators that do not emit exhaust gas in the automobile industry.
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DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen engine 2 Piston 3 Crankshaft 4 Intake valve 5 Exhaust valve 6
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007287826A JP2009092059A (en) | 2007-10-09 | 2007-10-09 | Exhaust gas sealed circulating hydrogen engine |
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ID=40664272
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012514714A (en) * | 2009-01-08 | 2012-06-28 | ライダー アンデルセン,アーリング | Energy conversion device, system and method for combustion of hydrogen and oxygen |
-
2007
- 2007-10-09 JP JP2007287826A patent/JP2009092059A/en active Pending
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