JP2012149559A - Method for driving engine using hydrogen gas as fuel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for smoothly driving an engine and preventing back fire from arriving at a fuel tank, in the engine using hydrogen gas as a fuel.SOLUTION: A pressure adjusting pump 4 and a carburetor 6 are disposed in the path from a hydrogen gas supply tank 2 to an engine cylinder room 8, a back fire prevention device 5 is connected to an air intake port of the carburetor 6 and a mixture gas of hydrogen gas and air, in which the pressure is adjusted, is supplied to the engine cylinder room 8. The back fire prevention device 5 is provided with a groove for air intake, the groove continuing to the inside of the carburetor, on a part of the surface thereof.

Description

本発明は、水素ガスを燃料とするエンジンの駆動方法に関する。   The present invention relates to an engine driving method using hydrogen gas as fuel.

近年、地球温暖化防止の観点から、ＣＯ2の排出量削減が叫ばれている。現在、エネルギー源として一般に使用されているのは、石炭、石油、天然ガス等である。これらのエネルギー資源は燃焼させてエネルギーを取り出すので、必然的にＣＯ2を発生させる。 In recent years, reduction of CO 2 emissions has been screamed from the viewpoint of preventing global warming. Currently, coal, oil, natural gas, and the like are commonly used as energy sources. Since these energy resources are burned to extract energy, they inevitably generate CO 2 .

ＣＯ2の排出量を削減するため、ＣＯ2を排出しないクリーンなエネルギーの使用が始まっている。その代表的な例が水素ガスである。特に水素ガスを燃料とする自動車が数多く公表されている。水素ガスを燃料として利用する自動車には水素ガスと酸素を反応させる燃料電池を搭載したものと、水素ガスを空気と混合して燃焼させるエンジンを搭載したものに大別される。 To reduce the emissions of CO 2, the use of clean energy which does not emit CO 2 has begun. A typical example is hydrogen gas. In particular, many automobiles using hydrogen gas as fuel have been published. Automobiles that use hydrogen gas as fuel are broadly classified into those equipped with a fuel cell that reacts hydrogen gas and oxygen and those equipped with an engine that mixes hydrogen gas with air for combustion.

また、バックファイアー防止方法やその手段、水素ガスの発生装置、水素ガスエンジンに関する先行技術も多く見られる。バックファイアー防止については、水素ガスを点火させるタイミングに注目し、タイミングを電子的に制御する方法が提案されている。   There are also many prior arts related to backfire prevention methods and means, hydrogen gas generators, and hydrogen gas engines. As for backfire prevention, a method of electronically controlling the timing has been proposed by paying attention to the timing of igniting hydrogen gas.

特開平１−２０００５２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-200052 特開２００４−２７１０１６号明細書Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-271016 特開２００２−２３４７０１号明細書Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-234701 特開２００５−３３５９８９号公報JP 2005-335989 A 特開２００６−２５８０８５号公報JP 2006-258085 A 特開２００９−９１９３８号明細書JP 2009-91938 A

現在、開発されている、もしくは実用化されている燃料電池搭載自動車においては、水素ガスと酸素を使用するだけであるので、排出されるのは水（水蒸気）のみであるためクリーンなエネルギーで動く自動車であるが、非常に高価な点が広汎な実用化を妨げている。   Currently, fuel cell-equipped vehicles that are being developed or put into practical use only use hydrogen gas and oxygen, so only water (steam) is discharged, so it moves with clean energy. Although it is an automobile, its very expensive point prevents widespread practical application.

一方、水素ガスと空気の混合気体を燃料とする自動車は、空気を使用するため水素ガスの燃焼熱で空気中の窒素が酸化されてＮＯxが生成し、排気ガス中に排出されるが、この量はガソリンなどを燃料とした場合に比べ極端に少ないため、クリーンな燃料で動く自動車といえ、燃料電池自動車に比べると、非常に安価であるという利点がある。しかし、この水素ガスを空気と混合して燃焼させる自動車のエンジンは、円滑にエンジンを起動させること、連続して水素ガスを燃焼させることが難しいという難点があった。   On the other hand, automobiles that use a mixed gas of hydrogen gas and air as fuel use air to oxidize nitrogen in the air with the combustion heat of hydrogen gas to produce NOx, which is discharged into the exhaust gas. Since the amount is extremely small compared to the case where gasoline or the like is used as fuel, it can be said that the vehicle is driven by clean fuel, but has an advantage that it is very inexpensive compared to a fuel cell vehicle. However, an automobile engine in which this hydrogen gas is mixed with air and combusted has a problem that it is difficult to start the engine smoothly and to continuously burn the hydrogen gas.

さらに、水素ガスを燃料とするエンジンで留意すべきバックファイアー防止においても、複雑な電子制御装置などを組み込まねばならない、また点火タイミングを調整しなければならない等という難点もあった。   Furthermore, even in the prevention of backfire that should be noted in an engine using hydrogen gas as a fuel, there is a problem that a complicated electronic control device or the like must be incorporated, and the ignition timing must be adjusted.

本発明者らはこれらの課題を解決するため鋭意研究した結果、水素ガスの圧力を調整してエンジンのシリンダールームに供給するに際し、シリンダールームの入口より前に表面に空気取り入れ溝を設けた逆火防止装置を取り付けることにより、円滑にエンジンを起動できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of diligent research to solve these problems, the present inventors have found that when supplying hydrogen gas pressure to the engine cylinder room, an air intake groove is provided on the surface before the cylinder room entrance. The inventors have found that the engine can be started smoothly by attaching the fire prevention device, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の要旨とするところは、「水素ガス供給タンクからエンジンシリンダールームへの経路の間に圧力調整ポンプおよびキャブレターを設け、該キャブレターの空気取り込み口に逆火防止装置を接続し、水素ガスの圧力を調整してエンジンシリンダールームに供給することを特徴とする水素ガスを燃料とするエンジンの駆動方法であり、逆火防止装置がキャブレターの空気取り込み口にキャブレター本体と密着するよう差し込まれ、該逆火防止装置の表面の一部にキャブレター内部まで続いている空気取り入れ溝を設けた逆火防止装置であることを特徴とする水素ガスを燃料とするエンジンの駆動方法。」である。   That is, the gist of the present invention is that “a pressure adjusting pump and a carburetor are provided between the path from the hydrogen gas supply tank to the engine cylinder room, a backfire prevention device is connected to the air intake port of the carburetor, This is a method of driving an engine using hydrogen gas as a fuel, characterized by adjusting the gas pressure and supplying it to the engine cylinder room. A backfire prevention device is inserted into the carburetor air intake port so as to be in close contact with the carburetor body. A method for driving an engine using hydrogen gas as a fuel, which is a backfire prevention device in which an air intake groove extending to the inside of the carburetor is provided on a part of the surface of the backfire prevention device.

本発明によれば、水素ガスを燃料とするエンジンにおいて、水素ガスの圧力調整ポンプおよびキャブレターの逆火防止装置を設けるだけで、従来のガソリンエンジンの仕様をほとんど変更することなくそのまま使用できると云う利点があり、産業界に多大な貢献をすることができる。自動車エンジンだけでなく、その他すべての内燃機関に用いられるエンジンにも利用できる。   According to the present invention, an engine using hydrogen gas as a fuel can be used as it is without changing the specifications of a conventional gasoline engine by simply providing a hydrogen gas pressure adjusting pump and a carburetor backfire prevention device. It has advantages and can make a great contribution to the industry. It can be used not only for automobile engines but also for engines used for all other internal combustion engines.

本発明の実施態様を示す概略図。Schematic which shows the embodiment of this invention. キャブレター空気取り込み口に逆火防止装置を差し込んだ状態を示す概略図。Schematic which shows the state which inserted the backfire prevention apparatus in the carburetor air intake port. 逆火防止装置のＸ−Ｘ’面を示す断面図。Sectional drawing which shows the X-X 'surface of a backfire prevention apparatus.

以下に本発明を図面を交えながら説明する。 [図１]は、本発明の実施態様の一例を示す概略図である。水素ガス貯蔵タンク１から供給された水素ガスは一旦水素ガス供給タンク２に貯えられる。水素ガス供給タンク２から出た水素ガスは水素ガス供給管３を通り、水素ガス圧力調整ポンプ４で圧力を調整されて、キャブレター６の空気取り込み口に接続した逆火防止装置５を通り、エンジン７のシリンダールーム８に送られる。   The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment of the present invention. The hydrogen gas supplied from the hydrogen gas storage tank 1 is temporarily stored in the hydrogen gas supply tank 2. The hydrogen gas discharged from the hydrogen gas supply tank 2 passes through the hydrogen gas supply pipe 3, the pressure of which is adjusted by the hydrogen gas pressure adjusting pump 4, passes through the backfire prevention device 5 connected to the air intake port of the carburetor 6, and the engine 7 is sent to the cylinder room 8.

本発明で使用される水素ガスは、本発明者らが特願２００９−８３０１５ですでに提案しているように、金属ナトリウムと水との反応によって得られる水素ガスを用いることができる。この場合水素ガス供給タンク内の水素ガスの圧力は１気圧より少し高いだけなので、エンジンのシリンダールームに送るには圧力が低すぎてうまく送れない可能性がある。そのため圧力調整ポンプで水素ガスの圧力を上げて送るのである。従って、本発明においては圧力調整ポンプは加圧ポンプを使用する。この操作により、水素ガスは円滑にエンジンシリンダールームに送られ、連続したエンジン駆動ができるのである。   As the hydrogen gas used in the present invention, as already proposed in Japanese Patent Application No. 2009-83015 by the present inventors, hydrogen gas obtained by a reaction between metallic sodium and water can be used. In this case, since the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas supply tank is only slightly higher than 1 atm, there is a possibility that the pressure is too low to be sent to the cylinder room of the engine and cannot be sent well. For this reason, the pressure of the hydrogen gas is increased by a pressure adjusting pump. Therefore, in the present invention, the pressure adjusting pump uses a pressurizing pump. By this operation, hydrogen gas is smoothly sent to the engine cylinder room, and continuous engine driving can be performed.

また、燃料となる水素ガスは市販の水素ガスボンベに入った水素ガスを用いることもできる。この場合は水素ガスの圧力を下げる装置または操作が必要となり、圧力調整ポンプで水素ガスの圧力を下げてエンジン部に供給する。この時、高圧の水素ガスは安全性に留意する必要がある。本発明で使用する水素ガス供給タンク２内の水素ガスの圧力は１気圧近辺なのでタンクの材質は弾力性を有するゴム状の物質で構成されたものを用いることができる。弾力性を有することで、水素ガスが供給される際にはタンクは膨らみ、タンクが縮もうとする力でタンク内の水素ガスを押し出すことになる。供給タンクの材質は弾力性を有するもので水素ガスを通さないものであれば良く、合成ゴムやシリコンゴムが好ましい。   Moreover, the hydrogen gas used as a fuel can also use the hydrogen gas contained in the commercially available hydrogen gas cylinder. In this case, a device or operation for lowering the pressure of hydrogen gas is required, and the pressure of the hydrogen gas is lowered by a pressure adjusting pump and supplied to the engine unit. At this time, it is necessary to pay attention to the safety of high-pressure hydrogen gas. Since the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas supply tank 2 used in the present invention is around 1 atm, the tank can be made of a rubber-like material having elasticity. By having elasticity, the tank expands when hydrogen gas is supplied, and the hydrogen gas in the tank is pushed out by the force with which the tank is contracted. The material of the supply tank is not particularly limited as long as it has elasticity and does not allow hydrogen gas to pass therethrough, and synthetic rubber or silicon rubber is preferable.

この他にも、例えば水素ガスに冒されない合成樹脂や金属製の箱などを用いることができる。この場合は箱内に圧力センサを設置し、水素ガスが消費されて圧力が下がった際、水素ガス貯蔵タンクから水素ガスを補給する。   In addition, for example, a synthetic resin that is not affected by hydrogen gas, a metal box, or the like can be used. In this case, a pressure sensor is installed in the box, and hydrogen gas is replenished from the hydrogen gas storage tank when hydrogen gas is consumed and the pressure drops.

水素ガス圧力調整ポンプ４は１〜２気圧程度加圧することができれば市販品でも十分に使用できる。水素ガスを１〜２気圧に加圧すると、逆火防止装置５に送ることができる。エンジン始動時または稼働中にエンジンシリンダールーム入口付近で水素ガスと空気の混合気体が異常な燃焼（バックファイアー）を起こすことがある。エンジン部で点火された炎が逆走し、水素ガス供給タンクに届くことに注意を払うことが重要である。この現象を防止する装置が逆火防止装置で、逆走してきた炎の圧力で内部に組み込まれている前後に移動可能な弁が水素ガス入口に移動し、入口を封鎖してしまう装置のことである。この作用で水素ガスへの引火を防止できるので安全性が確保できるのである。この装置は、通常、可燃性の高圧ガスボンベ、例えば、アセチレンガスボンベのガス送り出し部近辺に取付けられている。この逆火防止装置は市販されており、本発明でも使用できる。   As long as the hydrogen gas pressure adjusting pump 4 can pressurize about 1 to 2 atmospheres, a commercially available product can be used sufficiently. When hydrogen gas is pressurized to 1 to 2 atmospheres, it can be sent to the backfire prevention device 5. When the engine is started or running, the mixed gas of hydrogen gas and air may cause abnormal combustion (backfire) near the entrance of the engine cylinder room. It is important to pay attention that the flame ignited in the engine part runs backward and reaches the hydrogen gas supply tank. A device that prevents this phenomenon is a backfire prevention device, which is a device that moves to the hydrogen gas inlet and moves the valve that can be moved back and forth inside by the pressure of the flame that has run backward, blocking the inlet. It is. This action can prevent the hydrogen gas from being ignited, thus ensuring safety. This apparatus is usually attached in the vicinity of a gas delivery part of a combustible high-pressure gas cylinder, for example, an acetylene gas cylinder. This flashback prevention device is commercially available and can be used in the present invention.

［図２］に示すように本発明の一態様として、この逆火防止装置５をキャブレター６の空気取り込み口に接続した。逆火防止装置とキャブレターの本体は密着しているが、逆火防止装置の表面の一部に空気取り入れ溝１３を設けた。この溝の断面の大きさは４ｍｍ角〜８ｍｍ角である。この溝はキャブレター側まで続いており、キャブレターに面した側の反対側は、空気の吸入口としての働きと水素ガスと空気の混合比率を調整する働きも持っている。［図２］の逆火防止装置のＸ−Ｘ’面での断面図を［図３］に示した。   As shown in FIG. 2, as one aspect of the present invention, the flashback prevention device 5 is connected to the air intake port of the carburetor 6. The backfire prevention device and the main body of the carburetor are in close contact with each other, but an air intake groove 13 is provided on a part of the surface of the backfire prevention device. The size of the cross section of the groove is 4 mm square to 8 mm square. This groove continues to the carburetor side, and the side opposite to the side facing the carburetor also functions as an air inlet and adjusts the mixing ratio of hydrogen gas and air. A cross-sectional view of the backfire prevention device of FIG. 2 taken along the X-X ′ plane is shown in FIG. 3.

このように、水素ガスの燃焼に必要な空気はキャブレターの空気取り込み口に密着するように差し込んだ逆火防止装置の表面に設けた空気取り入れ溝１３から吸引される空気で賄われる。ここで、キャブレター本体と逆火防止装置とは必ずしも密着していなくとも良く、キャブレターの空気取り込み口と逆火防止装置とがパイプで接続された態様でも良い。水素ガスは最初から気体であるため、通常のエンジンのようにガソリンを霧化のために設けられているキャブレターで霧化する必要がない。そのため、本発明ではキャブレターは既存の部品を利用するために使っているのであるが、水素ガスと空気の混合気体をエンジンに供給する量を調整する役目を持っていることに注目しなければならない。従って、別に専用の設計をする場合にはキャブレターは不要とすることができる。   Thus, the air necessary for the combustion of hydrogen gas is covered by the air sucked from the air intake groove 13 provided on the surface of the backfire prevention device inserted so as to be in close contact with the air intake port of the carburetor. Here, the carburetor body and the backfire prevention device do not necessarily have to be in close contact, and the air intake port of the carburetor and the backfire prevention device may be connected by a pipe. Since hydrogen gas is a gas from the beginning, it is not necessary to atomize gasoline with a carburetor provided for atomization as in an ordinary engine. Therefore, in the present invention, the carburetor is used to use the existing parts, but it should be noted that it has a role of adjusting the amount of hydrogen gas and air mixture supplied to the engine. . Therefore, a carburetor can be dispensed with when a dedicated design is used.

燃料噴霧装置で燃料を直接エンジンシリンダールームに供給する場合にもこの装置を使用することができる。この場合はこの装置は供給する空気量を調整する働きをする。   This device can also be used when supplying fuel directly to the engine cylinder room with a fuel spraying device. In this case, the device serves to adjust the amount of air supplied.

水素ガスと空気の混合比率は、水素ガスの濃度が５〜７５容量％とするのが好ましい。   The mixing ratio of hydrogen gas and air is preferably 5 to 75% by volume of hydrogen gas.

水素ガスと空気の混合気体はエンジンのシリンダールーム８に送られ、ピストン１０の下降に伴って吸気バルブ９を通って吸気され、ピストンの上昇で圧縮、点火プラグ１１で点火されて爆発する。ピストンの上昇により、燃焼後のガスは排気バルブ１２を通って排気される。   The mixed gas of hydrogen gas and air is sent to the cylinder room 8 of the engine, is sucked in through the intake valve 9 as the piston 10 is lowered, compressed by the rising of the piston, and ignited by the spark plug 11 to explode. As the piston moves up, the burned gas is exhausted through the exhaust valve 12.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.

（実施例１）
図１に示すような装置を、排気量５０ｃｃのオートバイに用いた。本発明者が開発した金属ナトリウムと水との反応装置（図示していない）によって得られた水素ガスを水素貯蔵タンクに溜めた。水素ガス供給タンクとしてゴムチューブを用いた。水素貯蔵タンクから水素供給タンクに水素ガスを送って水素ガスで満タンにしたところ１０Ｌの水素ガスを充填できた。この時、供給タンク内の圧力は約１気圧であった。 Example 1
The apparatus shown in FIG. 1 was used for a motorcycle with a displacement of 50 cc. Hydrogen gas obtained by a reaction apparatus (not shown) of metallic sodium and water developed by the present inventors was stored in a hydrogen storage tank. A rubber tube was used as a hydrogen gas supply tank. When hydrogen gas was sent from the hydrogen storage tank to the hydrogen supply tank and filled with hydrogen gas, 10 L of hydrogen gas could be filled. At this time, the pressure in the supply tank was about 1 atm.

圧力調整ポンプとして、榎本マイクロポンプ製作所製の電磁式エアポンプＭＶ−６００Ｇを用いた。このポンプで水素ガスを１．４気圧に加圧し、逆火防止装置に送り出した。逆火防止装置として小池酸素工業株式会社製のアポロゴールドアレスターＧＡ−２を用いた。逆火防止装置をキャブレターの空気取り入れ口に密着するように差し込んだ。逆火防止装置の表面の一部に５ｍｍ角の溝を設けた。この溝はキャブレター側まで続いており、キャブレターに面した側の反対側は空気の吸入口になっている。得られた水素ガスと空気の混合気体を排気量５０ｃｃのオートバイのエンジンシリンダールームに送り込み、エンジンを始動させたところ、約６０秒間オートバイを走行させることができた。   As a pressure adjusting pump, an electromagnetic air pump MV-600G manufactured by Enomoto Micro Pump Manufacturing Co., Ltd. was used. With this pump, hydrogen gas was pressurized to 1.4 atm and sent out to the flashback prevention device. Apollo gold arrester GA-2 manufactured by Koike Oxygen Industry Co., Ltd. was used as a backfire prevention device. The backfire prevention device was inserted in close contact with the air intake of the carburetor. A 5 mm square groove was provided on a part of the surface of the backfire prevention device. This groove continues to the carburetor side, and the opposite side of the side facing the carburetor is an air inlet. The obtained mixed gas of hydrogen gas and air was sent to an engine cylinder room of a motorcycle with a displacement of 50 cc, and the engine was started. As a result, the motorcycle was able to run for about 60 seconds.

以上説明したように、本発明によれば水素ガス圧力調整ポンプおよび表面に溝を設けた逆火防止装置を設けるだけで、円滑に水素ガスを供給することができ、エンジンを起動させることができるようになった。水素ガス圧力調整ポンプおよび表面に溝を設けた逆火防止装置を設けるだけで従来の自動車のエンジンをそのまま使用することができるだけでなく、すべての内燃機関に応用することができるので、産業上の利用価値は大きい。   As described above, according to the present invention, hydrogen gas can be supplied smoothly and the engine can be started simply by providing a hydrogen gas pressure adjusting pump and a backfire prevention device having a groove on the surface. It became so. By providing a hydrogen gas pressure adjusting pump and a backfire prevention device with a groove on the surface, it is possible not only to use a conventional automobile engine as it is, but also to apply to all internal combustion engines. The utility value is great.

１ …… 水素ガス貯蔵タンク
２ …… 水素ガス供給タンク
３ …… 水素ガス供給管
４ …… 水素ガス圧力調整ポンプ
５ …… 逆火防止装置
６ …… キャブレター
７ …… エンジン
８ …… シリンダールーム
９ …… 吸気バルブ
１０ …… ピストン
１１ …… 点火プラグ
１２ …… 排気バルブ
１３ …… 空気取り入れ溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen gas storage tank 2 ... Hydrogen gas supply tank 3 ... Hydrogen gas supply pipe 4 ... Hydrogen gas pressure adjustment pump 5 ... Backfire prevention device 6 ... Carburetor 7 ... Engine 8 ... Cylinder room 9 …… Intake valve 10 …… Piston 11 …… Spark plug 12 …… Exhaust valve 13 …… Air intake groove

Claims (2)

水素ガス供給タンクからエンジンシリンダールームへの経路の間に圧力調整ポンプおよびキャブレターを設け、該キャブレターの空気取り込み口に逆火防止装置を接続し、水素ガスの圧力を調整してエンジンシリンダールームに供給することを特徴とする水素ガスを燃料とするエンジンの駆動方法。   A pressure adjustment pump and carburetor are installed between the path from the hydrogen gas supply tank to the engine cylinder room, a backfire prevention device is connected to the air intake port of the carburetor, and the hydrogen gas pressure is adjusted and supplied to the engine cylinder room. An engine driving method using hydrogen gas as a fuel. 逆火防止装置がキャブレターの空気取り込み口にキャブレター本体と密着するよう差し込まれ、該逆火防止装置の表面の一部にキャブレター内部まで続いている空気取り入れ溝を設けた逆火防止装置であることを特徴とする請求項１記載の水素ガスを燃料とするエンジンの駆動方法。   The backfire prevention device is inserted into the carburetor's air intake port so as to be in close contact with the carburetor body, and the backfire prevention device is provided with an air intake groove that continues to the inside of the carburetor at a part of the surface of the backfire prevention device. The method for driving an engine using hydrogen gas as a fuel according to claim 1.
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