JP2011064206A

JP2011064206A - 混合器

Info

Publication number: JP2011064206A
Application number: JP2011000034A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Iwai; 好朗岩井
Original assignee: IWAI SHOJI KK
Current assignee: IWAI SHOJI KK
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】気体燃料または気化液体燃料のバックファイヤを防止する。
【解決手段】レシプロエンジン４に外気を供給する吸気管６に、外気が入口から出口に流通するように通路２４を設け、通路２４の中途に水素ガス供給用の通路２６を結合し、通路２４における通路２６の結合位置より出口側によった通路２４内に、バックファイヤ防止用のネット２８を設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体と空気とを混合して、ピストンを有するエンジンに供給する混合器に関する。

従来、エンジンにおいて、気体燃料、例えば水素ガスを燃焼させて、動力を取り出す場合、気体燃料と空気とを混合させた混合器を、エンジンに供給する。この場合、空気と水素ガスとを効率よく混合させる必要があり、そのため、例えば特許文献１に開示されているような技術が提案されている。この技術は、エアーターボラムエンジンにおいて、内側通路と外側通路とを交互に周方向に形成し、ファンによって圧縮された空気が外側通路をそれぞれ通って吹き出され、水素ガスが内側通路を通って吹き出されることによって空気と水素ガスとを混合する混合器において、各内側通路に吹き出される水素ガスを強制的に外側に向けるガイドベーンを設けたものである。これによって、重さの重い空気は外側通路を通って外側に吹き出されるが、重さの軽い水素ガスも、内側通路を通るときに、ガイドベーンによって強制的に外側に向けられて吹き出されるため、空気と水素ガスとの混合が良好に促進される。

特開２００２−８１３４６号公報

しかし、上記の構成は、エアーターボラムエンジンを前提とした構成であるので、レシプロやロータリエンジンのようなピストンを有するエンジンには適用不能である。

本発明は、空気と、空気と異なる比重の気体とを効率よく混合して、ピストンを有するエンジンに供給することができる混合器を提供することを目的とする。

本発明の一態様の混合器は、ピストンを有するエンジンに少なくとも外気を供給する吸気管に、前記外気が入口側から出口側に流れるように設けられた第１の通路と、この第１の通路の中途に結合され、前記第１の通路内に気体燃料若しくは気化液体燃料を供給する第２の通路と、前記第１の通路における前記第２の通路の結合位置よりも前記出口側によった前記第１の通路内に設けられた高熱伝導性を有するバックファイヤ防止用の第１のネットとを、具備し、第１のネットは、その外周面が、前記第１の通路の内周面に接した状態で設けられている。

第１のネットを、前記出口方向に向かって間隔をおいて複数設けることができる。

前記第１の通路における前記第２の通路の結合位置よりも前記入口側によった位置に、高熱伝導性を有するバックファイヤ防止用の第２のネットを、その外周面を前記第１の通路の内周面に接した状態で設けることもできる。

さらに、第２のネットを、前記入口方向に向かって間隔をおいて複数設けることもできる。

本発明の第１実施形態の混合器の概略構成図である。図１の混合器を使用したエンジンの概略構成図である。本発明の第２実施形態の混合器の概略構成図である。本発明の第３実施形態の混合器の概略構成図である。本発明の第４実施形態の混合器の概略構成図である。

本発明の第１実施形態の混合器２は、図２に示すように例えばレシプロエンジン４に外気を供給する吸気管６の中途に設けられている。レシプロエンジン４は、気筒８内にピストン１０を有している。レシプロエンジン４では、ピストン１０が降下する際に、吸気弁１２が開き、ガソリン源１４からのガソリンと、吸気管６を流れてきた外気とが、吸気管６の中途に設けられたキャブレタ１６によって混合され、この混合気が気筒８内に吸入される。吸気弁１２が閉じられて、ピストン１０が上昇を開始し、混合気が圧縮される。混合気が充分に圧縮されると、点火プラグ１８によって急激に燃焼が生じ、高い圧力でピストン１０を強く下方に押し下げ、この力がピストンにコネクティングロッドを介して接続されているクランクシャフトを回転させ、動力が取り出される。排気弁２０が開き、ピストン１０が上昇し、シリンダ１０内を排気管２２を介して排気する。以下、これが繰り返される。

気化器１６とエンジン４の吸気弁１２との間の吸気管６に、混合器２が設けられている。混合器２は、図１に示すように第１の通路、例えば管状の通路２４を有し、その入口２４ＩＮが気化器１６側に接続され、出口２４ＯＵＴが吸気弁１２側に接続されている。この通路２４の中途に、第２の通路、例えば管状の気体通路２６が結合されている。気体通路２６は、図２に示すように気体燃料源、例えば水素ガス源２７に接続されている。水素ガス源２７は、例えば０．０１ＭＰａ以上のガス圧を持つ水素ガスを通路２４に供給している。水素ガスと吸気管６中の外気との混合比は１：９９乃至６：９４の範囲とすることができ、２：９８乃至５：９５とすることが望ましく、さらに３：９７乃至４：９６とすることが最も望ましい。通路２４と気体通路２６とは、一体に形成することが望ましく、また、その材料は比熱が小さく、耐熱性のある材料、例えばステンレスや銅製とすることが望ましい。

気体通路２６の通路２４への結合位置から通路２４の出口２４ＯＵＴまでの間の通路２４中には、複数の第１のネット２８が、通路２４の長さ方向に所定の間隔を隔てて配置されている。これらネット２８は、その網目が入口２４ＩＮ及び出口２４ＯＵＴを向くように、ネット２８の外周面が通路２４の内周面に接して設けられている。網目の大きさであるメッシュは例えば１０乃至３００である。ネット２８としては、耐熱性で熱伝導度の高い金属製またはそれに類するものを使用している。

同様に、気体通路２６の通路２４への結合位置から通路２４の入口２４ＩＮまでの間の通路２４中にも、ネット２８と同一の構成の第２のネット３０が、通路２４の長さ方向に所定の間隔を隔てて配置され、同様に取り付けられている。

このように構成された混合器２を使用する際には、気化器１６からガソリンと空気との混合気が混合器２に供給されないようにする。例えば気化器１６とガソリン源１４との間に図示しない開閉弁を設け、これを閉じる。また、水素ガス源２７と混合器２との間に設けた開閉弁（図示せず）を開いて、水素ガスを供給する。この状態において、エンジン４を動作させ、吸気弁１２を開くと、気体通路２６から通路２４内に水素ガスが導入され、かつ通路２４の入口２４ＩＮから外気が通路２４に導入される。外気は、ネット３０を通過する間にゴミ等が除去され、各ネット２８を通過して出口２４ＯＵＴ側に向かう。また、気体通路２６からの水素ガスも各ネット２８を通過して出口２４ＯＵＴ側に向かう。ネット２８が設けられていないと、水素ガスと外気との比重の差によって両者は良好に混合されない。しかし、ネット２８を設けてあるので、ネットを通過する間に、カルマン渦の原理により、水素ガス及び外気がそれぞれ渦をなし、その渦によって互いに攪拌されて、水素ガスと外気とが良好に混合し、その混合気がエンジン４に吸引される。

一般に、水素ガスを燃料としてエンジンを運転した場合、バックファイヤが生じやすいことが知られている。エンジン４においてバックファイヤが生じると、エンジン４の吸気弁１２から炎が通路２４内に噴出するが、通路２４内には炎と直交するようにネット２８、３０を設けているので、炎がネット２８、３０に触れて、その炎の温度が低下して、消失する。特に、通路２４の入口２４ＩＮ側にもネット３０を設けているので、入口２４ＩＮから炎が気化器１６側まで噴出することを防止することができる。なお、バックファイヤの炎の温度低下を図るため、通路２４の外周囲に、複数のフィンを通路２４の長さ方向に沿って設けて、放熱効果を高めることが望ましい。

なお、エンジン４をガソリンを燃料として運転する場合、水素ガス源２７と混合器２との間に設けた開閉弁を閉じて、気化器１６とガソリン源１４との間の開閉弁を開く。これによって、１台のエンジン４を水素ガスまたはガソリンいずれか一方を燃料として運転することができる。また、エンジン４をガソリンを燃料として運転する場合、混合器２は、ネット２８、３０によってストレイナとして機能する。また、水素ガス源２８と混合器２との間の開閉弁と、気化器１６とガソリン源１４との間の開閉弁とを、共に流量調整弁に変更することによって、水素ガスとガソリンと外気との混合気をエンジン４に供給することもできる。この場合、水素ガスの燃焼が、エンジン４における完全燃焼を補助する。なお、ネット２８、３０は、それぞれ複数設けたが、それぞれ１個ずつ設けることもできる。

本発明の第２の実施形態の混合器２ａでは、図３に示すように、別の気体燃料通路２６ａが、気体通路２４の出口２４ＯＵＴ側に新たに設けられている。更に、気体通路２６ａよりも出口２４ＯＵＴ側によった位置に、複数、例えば４つのネット２８ａが通路２４の長さ方向に間隔をおいて設けられている。気体通路２６には、第１の実施形態と同様に、水素ガスが供給され、気体通路２６ａには、別の気体燃料、例えば天然ガスが天然ガス供給源（図示せず）から供給されている。無論、天然ガス供給源と混合器２ａとの間には、開閉弁（図示せず）が設けられている。他の構成は、第１の実施形態の混合器２と同様である。同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

このように構成された混合器２ａでは、気化器１６からガソリンと空気との混合気が混合器２ａに供給されないように開閉弁を閉じ、水素ガス源２７と混合器２との間に設けた開閉弁と、天然ガス供給源と混合器２ａとの間の開閉弁を開く。この状態において、エンジン４を動作させ、吸気弁１２を開くと、気体通路２６、２６ａから通路２４内に水素ガス及び天然ガスが導入され、かつ通路２４の入口２４ＩＮから外気が通路２４に導入され、各ネット３０、２８、２８ａを通過して出口２４ＯＵＴ側に向かう。また、気体通路２６、２６ａから水素ガス、天然ガスも各ネット２８、２８ａを通過して出口２４ＯＵＴ側に向かい、水素ガスと天然ガスと外気とが良好に混合し、その混合気がエンジン４に吸引される。また、エンジン４においてバックファイヤが生じると、エンジン４の吸気弁１２から炎が通路２４内に噴出するが、通路２４内にはネット２８ａ、２８、３０を設けているので、炎がネット２８ａ、２８、３０に触れて消失する。通路２４の入口２４ＩＮ側にもネット３０を設けているので、入口２４ＩＮから炎が気化器１６側まで噴出することを防止することができる。この実施形態では、水素ガスと天然ガスとの混合気をエンジン４に供給することができ、大きな動力を取り出すことができる。なお、ネット２８、２８ａ、３０は最低限度１つだけ設ければよい。また、場合によってはネット２０は不要である。

本発明の第３の実施形態の混合器２ｂは、図４に示すように、気体通路２６ａに気化器３２を設けて、天然ガスに代えて、液体燃料、例えばエタノールを気化した気化液体燃料を通路２４に供給する以外、第２の実施形態と同様に構成されている。同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。第３の実施形態の混合器２ｂも、第２の実施形態の混合器２ａと同様に動作する。また、同様に変形が可能である。

なお、気化器３２に液体燃料に代えて、水やアンモニアのような液体であって燃焼補助気体の源となる液体を供給し、燃焼補助気体を通路２４に供給し、気体燃料、外気と混合することもできる。この場合、水やアンモニアが水素ガスと混合されて、燃焼されることによって窒素酸化物の発生を抑制することができる。

本発明の第４の実施形態の混合器２ｃは、図５に示すように、第２の実施形態の混合器において、新たに気体通路２６ｂを設け、気体通路２６ｂよりも出口２４ＯＵＴ側によった位置にネット２８ｂを、ネット２８、２８ａと同様に設けたものである。この気体通路２６ｂには、気化器３２ａが設けられている。気化器３２には液体燃料、例えばエタノールが供給され、気化器３２ａには、燃焼補助気体源、例えば水またはアンモニアが供給される。他の構成は、第３の実施形態の気化器２ｂと同様であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。このように構成すると、気体燃料と液化気体燃料と燃料補助気体とが、外気と混合されて、エンジン４に供給され、多くの動力を取り出すことができる上に、窒素酸化物の発生を抑制することができる。なお、この実施形態においても各ネット２８、２８ａ、２８ｂ、３０はそれぞれ最低限度１つだけ設ければよく、ネット３０を除去することもできる。

上記の各実施形態では、ガソリンを使用したが、これに代えて重油やケロシンを使用することもできる。上記の画実施の形態では、外気と混合する気体燃料として、外気よりも比重の小さい水素ガスを使用したが、これに限ったものではなく、逆に外気よりも比重の大きいプロパンガスを使用することもできる。上記の各実施形態では、エンジン４は単気筒のものを示したが、多気筒のものを使用することもできる。上記の各実施形態では、レシプロエンジン４に本発明による混合器２を使用したが、レシプロエンジン４に限ったものではなく、ロータリエンジンのようなピストンを有するエンジンに、混合器２、２ａ、２ｂ、２ｃを使用することができる。上記の第４の実施形態では、１種類の気体燃料と、気化液体燃料と、燃焼補助気体とを混合したが、別にもう１つ気体通路とネットとを設け、上記気体燃料とは別の気体燃料も混合することができる。また、第２及び第３の実施形態では、通路２４の入口２４ＩＮ側に気体通路２６を、出口２４ＯＵＴ側に気体通路２６ａを設けたが、逆に入口２４ＩＮ側に気体通路２６ａを、出口２４ＯＵＴ側に気体通路２６を設けることもできる。同様に第４の実施形態において、入口２４ＩＮ側から出口２４ＯＵＴ側に順に気体通路２６、２６ａ、２６ｂを設けたが、これらの設置位置は任意に変更することができ、例えば入口２４ＩＮ側から出口２４ＯＵＴ側に順に気体通路２６ａ、気体通路２６、気体通路２６ｂを設けることもできるし、入口２４ＩＮ側から出口２４ＯＵＴ側に順に気体通路２６、気体通路２６ｂ、気体通路２６ａを設けることもできる。

２２ａ２ｂ２ｃ混合器
４エンジン
２４通路（第１の通路）
２６２６ａ２６ｂ気体通路（第２の通路）
２８２８ａ２８ｂ３０ネット

Claims

ピストンを有するエンジンに少なくとも外気を供給する吸気管に、前記外気が入口側から出口側に流れるように設けられた第１の通路と、
この第１の通路の中途に結合され、前記第１の通路内に気体燃料若しくは気化液体燃料を供給する第２の通路と、
前記第１の通路における前記第２の通路の結合位置よりも前記出口側によった前記第１の通路内に設けられた高熱伝導性を有するバックファイヤ防止用の第１のネットとを、
具備し、第１のネットは、その外周面が、前記第１の通路の内周面に接した状態で設けられている混合器。
請求項１記載の混合器において、第１のネットは、前記出口方向に向かって間隔をおいて複数設けられている混合器。
請求項１または２記載の混合器において、前記第１の通路における前記第２の通路の結合位置よりも前記入口側によった位置に、高熱伝導性を有するバックファイヤ防止用の第２のネットが、その外周面を前記第１の通路の内周面に接した状態で設けられている混合器。
請求項３記載の混合器において、第２のネットは、前記入口方向に向かって間隔をおいて複数設けられている混合器。