JP2018025375A

JP2018025375A - 水素と酸素を燃焼するエンジンシの構成方法。

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Publication number: JP2018025375A
Application number: JP2017092049A
Authority: JP
Inventors: 寛治泉; Kanji Izumi
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Priority date: 2016-07-31
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-02-15
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Abstract

【課題】地球温暖化に対処するＣＯ２ＮＯＸの排出削減策のエンジン構成方法を提供する。
【解決手段】酸素と水素を燃焼出来る燃焼工程の燃焼室部には酸素と水素の燃焼による直射熱を受ける耐熱構造部を設けて燃焼室部内外壁間に水の通水路を設け該燃焼室部内壁に該耐熱構造部と燃焼室部内に水を噴射して該燃焼室内の冷却手段とするとともに水蒸気生成手段として該水蒸気生成手段の水蒸気と燃焼排気ガスの水蒸気との両方の水蒸気を回転力として取り出し、取り出した該回転力を駆動力及び発電動力としており、該取り出しガスを燃料に生成する燃料生成工程に導入しており該燃料生成工程に合成ガス改質器と気体分離膜による分離器と改質分離器を設けて該燃料生成工程に供給された水蒸気と二酸化炭素との熱と酸素の発熱反応の熱で炭化水素化合物と燃料の水素を生成して燃料を自給し、更に水を化学熱分解法により酸素と水素に分解する。
【選択図】図１

Description

水素と酸素を燃焼させるエンジンの技術分野である。

温室効果ガスＣＯ_２を燃料に改質する水蒸気改質技術やドライリフォーミング法やオートサーマルリフォーミング法や直接的接触部分酸化法等はすでに実用化されておる技術であり、
上記温室効果ガスＣＯ_２を燃料に改質する技術の他の技術には、東北大学金属研究所らのグループでは、海水を電気分解により水素を生成し生成した水素と二酸化炭素から、常圧３００℃でメタンの生成と、該生成に使用する触媒の発明を含む技術を発明されておられるが、該電気は中東地区等の砂漠での太陽光発電で発電しており、該二酸化炭素は二酸化炭素排出国からの輸送で調達するものである（グローバル二酸化炭素リサイクル）。
気体の膜による分離（例えば高分子膜分離器や高温ガス膜分離器や金属分離膜等）は、現技術に於いては深冷分離方や吸着分離方と並んで常識と成っておる技術であり、分離膜システムはモンサント、ダウ、セパレック、ＷＲグレース、我が国では、宇部興産（それぞれの名称は会社名）等がそれぞれ独自の分離膜システムを商品化しており、近年では反応器と分離器を一体した物もある。
酸素の用途をエンジンの水素燃焼用の吸気に使用して燃焼させておる技術は開示されていない。

特許４２３１７３５プロトン導電セラミックスによる水素の分離。特許第５６６０４２８号耐熱コーティング材特開２０１１−１４０６０５酸素透過電解質及びその製造方法並びに、スルホンイミドモノマ。特開２０１１−２６５７８混合ガスの製造方法

この発明に係るプロトン−電子混合伝導性セラミックスは、ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物であって、これを構成する金属のモル比の総和を２としたとき、クロム（Ｃｒ），マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），コバルト（ＣＯ），ニッケル（Ｎｉ），ルテニュウム（Ｒｕ）のうちの少なくとも１種を、モル比で、０．０１以上，０．０８以下の範囲で含み、プロトン伝導性及び電子伝導性を有する事を特徴とするものである。
該発明によれば、高温領域に於いてプロトンと電子とを導電種として併せもち、プロトン伝導性及び電子伝導性が発現される。これは試験により確認されている、に関する技術（例えば特許文献１）がある。
本願の合成ガスを水素と二酸化炭素に分離する技術として使用している。

Ｎｉ基超合金基材にコート材を塗布したＮｉ基超合金部材において、コート材が基材界面において相互拡散を生じない化学組成を有するコート材（ＥＱコート材と呼称）であって、質量％として、０．２％以上１５％以下のＰｔ（白金）または／およびＩｒ（イリジウム）、Ａｌを２．９％以上１６．０％以下、Ｃｒを１９．６％以下、Ｍｏを１０．０％以下、Ｗを１５．０％以下、Ｔａを１４．０％以下、Ｈｆを３．０％以下、Ｙを０．１％含有し、残部がＮｉと不可避的不純物とからなる組成を有することを特徴とする技術（例えば特許文献２）がある。
＊本願吸熱構造手段ＳＣ及び燃焼室部内壁及び回転力取り出し構造部等の耐熱材としてのコーティング技術とする事も出来る。

軟化温度が高く、かつ、酸素透過性及びプロトン伝導性に優れた高酸素透過電解質及びその製造方法、並びに、このような高酸素透過電解質の原料として使用することが可能なスルホンイミドモノマを提供する技術（例えば特許文献３）がある．本願にも採用出来る技術である。

ガス化炉にフィシャートロプッシュ合成装置が直結された装置を用いて、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法により得られる混合ガスを用いてジメチルエーテル、メタノール又はメタンを製造することを特徴とする混合ガスの製造方法（例えば特許文献４）がある．
＊本願の合成ガスの合成に酸素と炭化水素化合物（例えばメタンＣＨ_４）の酸化法での一酸化炭素と水素の合成ガスあるいは炭化水素化合物（例えばメタンＣＨ_４）の水蒸気改質器の外部（外周）に上記酸化器を設けて該酸化器の反応熱を吸熱出来る技術として本願に取り込める技術である。

最大の課題は地球温暖化に対処する「ＣＯ_２」，「ＮＯ_Ｘ」の排出削減・排出抑制であり、その為の施策の１つの方法を構成するエンジン機構を発明する事である。

第一の発明は
供給手段により供給された(富化)酸素（空気から酸素を分離した酸素）と水素を（連続）燃焼する（又は間欠燃焼にも出来る）エンジン燃焼工程２で有って、該燃焼工程２の外壁の内外壁間（２Ｇ，２Ｕ間）に通水路ＭＨを設けて該通水路ＭＨに水タンクから水導入管４にて水を導入しており、燃焼室部内壁２Ｕには通水路の水を燃焼室部内に噴射する噴射ノズルＴＪを複数設けており、燃焼室部ＮＥ内には上記水素と酸素を噴射し燃焼する燃焼ノズル２Ｎと該燃焼ノズルから噴射する水素と酸素に点火する点火栓２Ｐを設けて上記水素と酸素を燃焼ノズルから噴射し点火栓にて点火し燃焼させており、上記酸素と水素の燃焼による燃焼火炎２Ｆの直射熱を受ける吸熱構造手段（燃焼室内壁面保護手段）ＳＣを上記燃焼室部内壁の内側に間隔を開けて設けて（図１参照）上記水を噴射ノズルＴＪから吸熱構造手段の（大径面及び）エンジンの燃焼室部内に噴射しており該エンジンの燃焼室部内の吸熱構造手段に噴射した水は吸熱構造手段ＳＣの熱を吸熱して該水を水蒸気にしており、該燃焼室部ＮＥ内に噴射した水も該燃焼室部内の燃焼熱を吸熱して該水を水蒸気にして該燃焼室部内の冷却手段及び水蒸気生成手段としており、噴射した水は水蒸気Ｂと成り上記酸素と水素の燃焼で生成された排気ガスの水蒸気Ａとともに排気ガス流路５に排出されておるエンジン燃焼工程２を（耐熱構造部設置燃焼室型Ｎ１としておる事を）特徴とする、水素と酸素を燃焼するエンジンシの構成方法を提供する。

＊上記エンジンの燃焼室部内に設けておる燃料の燃焼火炎の直射熱を受ける吸熱構造手段ＳＣを耐熱吸熱構造材（例えば熱伝導率及び耐熱温度が高いアルミナＡｌ_２Ｏ_３系合金が好ましい）にして設け、該エンジン燃焼室部内の吸熱構造手段と内壁に水を噴射する噴射手段をエンジン燃焼室の冷却手段と水蒸気生成手段の両方を兼ね備えた手段としたことが酸素と水素を燃焼ささせても該燃焼室部の内壁を保護（燃焼室内壁面の保護手段）出来るエンジンを考案出来た新規技術である。

第二の発明は
上記燃焼工程２に供給する上記水素と上記(富化)酸素に加えて二酸化炭素を二酸化炭素タンクＴ３より管路２１で上記燃焼室部ＮＥ内に導入するか酸素導入管に合流する管路２５から導入するかの何れかで燃焼部室に二酸化炭素を導入するか（該燃焼部室に二酸化炭素を導入する事は燃焼室内の水素濃度を下げて燃焼温度を低くする作用がある）あるいは通水路ＭＨに水タンクＴ４から水導入管４に合流する管路２２から導入するか（上記燃焼部室及び通水路ＭＨに二酸化炭素を導入した上記水を噴射ノズルＴＪからエンジンの燃焼室部内に噴射しておるので排気ガス管路内の排気ガスには二酸化炭素が混入したガスが流れておる）あるいは燃料生成工程４に直接二酸化炭素タンクより管路２３で供給（燃料生成工程４の内壁のノズルＴＪからエンジンの燃焼室部内に噴射しておるので排気ガス管路内の排気ガスには二酸化炭素が混入したガスが流れておる）あるいは燃料生成工程４に直接二酸化炭素タンクより管路２３で供給（燃料生成工程４の反応又は改質に使用）するかのいずれかの手段にて上記エンジンの燃焼室部ＮＥから上記燃料生成工程間に二酸化炭素を供給して燃料生成工程にて二酸化炭素ＣＯ_２を合成ガスＣＯ＋Ｈ_２か炭化水素化合物（例えばメタンＣＨ_４、ジメチルエーテルＣＨ_３ＯＣＨ_３）かの何れかに改質する二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段としておる事を特徴とする、第一の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシの構成方法を提供する。

第三の発明は
上記第一の発明に記載の酸素と水素の燃焼による燃焼火炎の直射熱を受ける吸熱構造手段の耐熱構造部ＳＣに代えて水の噴射方向を変えた水噴射ノズルＭＪにして設けており該噴射ノズルから水を上記該燃焼室部内壁の燃焼側内面に直接噴射して該燃焼室部内壁の燃焼側内面の冷却手段及び上記水蒸気Ｂの水蒸気生成手段とした上記エンジンのエンジン燃焼室部を（ノズル噴射方向変更燃焼室型Ｎ２としておる事を）特徴とする水素と酸素を燃焼するエンジンシの構成方法を提供する。

第四の発明は
上記排気ガス流路５ａ，５ｂに排気ガス流力を回転力として取り出す回転力取り出し工程３を設けて（２図，３図参照）上記燃焼工程２から排出される排気ガスを上記回転力取り出し工程を貫流させ貫流させた排気ガス流力にて回転翼体３ａ１を回転させ、該回転翼体回転軸３ａ２から回転力として取り出し、取り出した該回転力を駆動力（もしくは発電動力）としておる事を特徴とする、第一の発明から第三の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシの構成方法を提供する。

第五の発明は
上記エンジンの回転力取り出し工程３の下流に燃料生成工程４を設けており、上流から流入する水蒸気と二酸化炭素と上記酸素タンクＴ２から（管路３２で供給される）酸素と炭化水素化合物タンクＴ５から（管路９２で供給される）炭化水素化合物が該燃料生成工程４に供給されており、該燃料生成工程４に供給された水蒸気（ＡとＢ）か水蒸気と二酸化炭素か上記酸素かの何れかで炭化水素化合物を合成ガスに改質する合成ガス改質器４ａ−１（触媒を担持しておる）を設けて該合成ガス改質器４ａ−１に供給して合成ガスを製造しており製造した該合成ガスは畜ガスタンクＴ６に畜ガスするかあるいは直接気体分離改質器４ｃに供給して該気体分離改質器４ｃ（例えばプロトン導電セラミック管改質器４ｃ−１）で再度排気ガス中の熱にて水素と二酸化炭素に分離改質し分離改質した該水素は水素蓄ガスタンクＴ２に二酸化炭素は二酸化炭素畜ガスタンクＴ３に蓄ガスしておることを特徴とする第一の発明乃至第四の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシ構成方法を提供する。
第六の発明は
上記燃料生成工程４に合成ガス改質器の改質材料の炭化水素化合物を合成する炭化水素化合物合成器（触媒を担持しておる）４Ｈａを設け該炭化水素化合物合成器に燃料生成工程４にて分離・改質して畜ガスタンクに畜ガスしておる水素ガスか二酸化炭素か合成ガス（ＣＯ＋Ｈ_２）か燃料生成工程４の上流から流入する水蒸気（ＡとＢ）か上記酸素かの中で所望する炭化水素化合物の合成に必要なガスの何れかを選択して炭化水素化合物合成器４Ｈａに供給しており該炭化水素化合物合成器内において該ガス｛水素ガスか二酸化炭素か合成ガス（ＣＯ＋Ｈ_２）か水蒸気か酸素ガスか｝で炭化水素化合物を合成しておることを特徴とする第一の発明乃至第五の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法提供する。

第七の発明は
上記エンジンに水を熱で水素と酸素に分解する水の化学熱分解装置を設けており、上記燃料生成工程４の上記燃焼室部排気口５と回転力取り出し工程３の５ａ間か該回転力取り出し工程３と燃料生成工程４間の何れかに設けた熱交換部を(９ａ，９ｂ)にて熱を得て上記水の化学熱分解装置の熱として該化学熱分解装置に該熱を供給して該化学熱分解装置にて、水を水素と酸素に分解し、分解した水素は水素ガス畜ガスタンクに畜ガスし該酸素は酸素畜ガスタンクに畜ガスしておる事を特徴とする第一の発明乃至第五の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法を提供する。
第八の発明は
上記エンジン搭載機器の駐機器場（船は駐船桟橋，マリーナ等、航空機は飛行場内駐機場等、自動車等の車両は駐車場等、軍関係移動体機器は軍基地等）に上記エンジンで生成した電気を受電する受電手段と該エンジンに水（と空気）を供給する供給手段を設け上記エンジン搭載機器の駐機器中に当該エンジンを稼働させ電気を製造し該電気を上記受電設備に供給し上記水（と空気）を受給（該エンジンが）する事を特徴とする上記第一の発明から第七の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法提供する。
第九の発明は
上記エンジンの分離手段の酸素分離工程１で分離した窒素と酸素と上記燃料生成工程４で生成した水素か一酸化炭素か二酸化炭素か水素と一酸化炭素の合成ガスか水素と二酸化炭素の合成ガスか上流から流入する蒸気水蒸気ＡとＢか上記酸素の中で所望する窒素化合物に必要な上記ガスかの何れかを選択して供給し改質して、窒素化合物を生成する窒素化合物製造手段の窒素化合物製造装置６Ｎａを設けて該窒素化合物を製品とする事を特徴とする第一の発明乃至第七の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法を提供する。

第一の発明乃至第三の発明の補足記載、（酸素分離手段・窒素分離手段）
＊上記空気大気から窒素を分離除去する酸素分離手段であるが、
気体の膜による分離｛例えば、プリズムセパレーター（モンサント社）、プリズムアルファガス（モンサント社）ＰＶ（透過気化）、等｝は、現技術に於いては深冷分離方や吸着分離方と並んで常識と成っておる技術であり、分離膜システムはモンサント、ダウ、セパレック、ＷＲグレース、我が国では、宇部興産（何れも会社名）等がそれぞれ独自の分離膜システムを商品化しておる。
＊ガスを分離する膜分離の原理構成は、分離する気体の相対的透過速度により分離する物で、
早いガスは膜の壁を通って簡単に透過し、サイドポートに出て行き、遅いガスは膜の壁の透過が困難なために、中空糸の内部を移動し、排出口から排出される構成であり、
早いガスには、Ｈ_２Ｏ，Ｈ_２，Ｈ_２Ｓ，ＣＯ_２，Ｏ_２があり、遅いガスにはＡｒ，ＣＯ_３，Ｎ_２，ＣＨ_４等がある。
運転圧力８〜１５０Ｋｇ／Ｃｍ^２Ｇ（８Ｋｇ／ｃｍ^２未満の圧力で可能な物もある）
酸素ガス純度は９７％〜１００％未満（ＮＯxを排出しない範囲）
被分離ガスに圧力が有ることが条件であり、該分離膜システムの駆動力は圧力差の利用である。
コンプレッサーとしては、軸流式、往復式、スクリュー式、ロータリ式、スクロール式等のいずれをも用いることが出来る、上記圧力差は例えば運輸機器の自動車の様に走り出すとその速度による空気の流入力が圧力となるので、上記圧力差を作る機器は作動しないでも圧力差は生成される。

第一の発明の補足記載、（吸気に関する理論）
＊水が蒸発する時に必要な発熱量は１ｍｏｌあたり９，７ｋｃａｌ（１００℃）
地球上には１４億Ｋｍ^３の水が存在Ｓその９７％が海水で約３％が陸水である。
＊空燃比１ＣＣのガソリンに対して８５０ＣＣの空気が必要で本願酸素を使用すれば、１６５ＣＣの酸素で良く６６０ＣＣの窒素と２５ＣＣのアルゴンの混合ガスが分離され、窒素とアルゴンの混合ガスは畜ガスタンクに畜ガスされる理論量であり、このアルゴンも分離畜ガスすれば価値あるガスとして利用される構成にもできる。１６５／８５０は１９％で窒素とアルゴンの取り扱い構造が約８０％不要となり、仮に排気量２０００ＣＣのエンジンであれば理論上４００ＣＣの排気量のエンジンで同じ出力が得られることになる。

第一の発明乃至第三の発明の補足（水蒸気生成手段）
＊本願の酸素を使用した構成では改質に使用出来る水蒸気を、水素の燃焼で生成される水蒸気生成手段の水蒸気Ａとエンジン内での水蒸気生成手段による水蒸気Ｂとの両方の水蒸気としており、該エンジン内での水蒸気生成手段はエンジン燃焼室内で燃料の直射熱を受ける直射熱受け体（吸熱構造手段ＳＣ）を上記燃焼室内壁に間隔を開けて設けて（図１参照）おり、水か温水を噴射する噴射ノズルＴＪを燃焼室内壁に複数設けて該水を噴射ノズルＴＪから吸熱構造手段（の大径方向）外面及びエンジンの燃焼室内に噴射しており該エンジンの燃焼室内の吸熱構造手段に噴射した水は吸熱構造手段ＳＣの熱を吸熱して該水を水蒸気にしており、燃焼室ＮＥ内に噴射した水も該燃焼室内の燃焼熱（排気ガスの熱）を吸熱して該水を水蒸気にして水蒸気を多く生成できる構成にしており、更に酸素の燃焼で燃焼火炎の中心温度を４７％（計算値）ＵＰしておるので水蒸気改質器及び吸熱改質器及び水の化学（熱）分解装置を多数設けることが出来、更に酸素分離装置１ａで分離した酸素をオートサーマルリフォーミング法（ＡＴＲ）４ａ−４、や直接的接触部分酸化法（Ｄ−ＣＰＯＸ）４ａ−５等の酸化（発熱反応）熱を使用出来るので水素の製造を多く出来る。
＊燃焼ガスの持つ全エネルギー量はガス流量とその温度の積に比例するので、水素と酸素の燃焼で燃焼温度をＵＰした排気ガスを生成し、さらに水を水蒸気にする水蒸気生成手段で生成した水蒸気との両方でガス流量を多くしておりその上酸素の発熱反応による熱エネルギーで該燃焼ガスの持つ全エネルギー量を多くしておる。

＊第一の発明に記載の吸熱構造手段ＳＣの耐熱吸熱構造材
エンジンの燃焼室部内の耐熱構造部は例えばタングステンＷかハフニュウムＨｆかセラミックスかアルミナＡｌ_２Ｏ_３かチタンＴｉかニッケルＮｉかあるいはタングステンかハフニュウムかセラミックスかアルミナかチタンかニッケルを主材とした化合物か耐熱金属（例えばニッケル）にタングステンかハフニュウムかチタンかセラミックスをコーティング（蒸着）した物質等が良いが、
上記耐熱（吸熱）構造材には例えば熱伝導率及び耐熱温度が高いアルミナＡｌ_２Ｏ_３が好ましいので上記耐熱構造をアルミナとする事も出来る。
例えば西村陶業（企業名）ではアルミナＡｌ_２Ｏ_３を主材として、用途により伝熱性(熱伝導率３９Ｗ／ｍ・Ｋ)や、耐熱性（１５００℃）の製品を製造しておるので同社の製品を使用する事も出来る。

第一発明補足記載、（燃焼室の冷却手段）
＊エンジンの燃焼室部内の冷却構造であってエンジン燃焼室内外壁間に通水路ＭＨを設けて、水を該通水路に導入しており、該燃焼室内壁に設けておる噴射ノズルＴＪから燃焼室内に水か温水を噴射してエンジン燃焼室部ＮＥの燃料の燃焼熱を冷却するとともにエンジン燃焼室内壁の一次熱受け部として耐熱構造部ＳＣを上記燃焼室部内壁の内側中心方向に間隔を開けて設けており（図１参照）、該耐熱構造部（吸熱構造手段ＳＣ）に水か温水かの何れかを噴射しており噴射した水は燃焼室内の熱を吸熱して水蒸気となり燃焼室部内壁及び燃焼室部内の耐熱構造部を冷却する構造にしておる。
＊この冷却構造はジェットターボエンジンの燃焼部の冷却は空気を使用して多数の穴から燃焼室内に空気を墳出しており、この空気の墳出により燃焼部の冷却をして燃焼部内壁の耐熱手段としておる。
本願は該空気に換えて水を使用しており、水が吸熱した水蒸気で冷却するとともに該水蒸気を燃料生成の水蒸気として活用しておる。(ガスターボジェットエンジンの動翼及び静翼の冷却も同じである。)
＊酸素と水素の燃焼では燃焼炎の中心温度は２８００℃程度で空気（の酸素）と水素の燃焼では燃焼炎の中心温度は１９００℃程度で酸素の使用により４７％程度燃焼炎の中心温度が上がる、酸素を使用したエンジンと、空気（の酸素）を使用したエンジンとでは上記改質器か水素分離手段かの何れかを計算上４７％多く出来る（水素の生成を多く出来る）。

第三の発明補足記載、（燃焼室の冷却手段をノズルの噴射方向をエンジン燃焼室内壁面に直接噴射する様に変えた構造）
上記段落に記載のエンジンの燃焼室部内の冷却構造であってエンジン燃焼室内外壁間に通水路ＭＨを設けて、水を該通水路に導入しており、該燃焼室内壁に設けておる噴射ノズルＭＪから燃焼室内壁面に水か温水を直接噴射してエンジン燃焼室ＮＥの燃焼熱を冷却する冷却手段とするとともに噴射した水を水蒸気にする水蒸気生成手段Ｂとしておる物で上記噴射ノズルＭＪはノズルの噴射方向をエンジン燃焼室内壁面に直接噴射する様に変えた物で該噴射角度変更ノズルの使用で上記耐熱構造部ＳＣは不要となる。

第四の発明の補足記載
排気流力を回転力として取り出す回転力取り出し工程３であるが、
流体（水、水蒸気、燃焼ガス）の略直線方向の流力を回転力にして取り出す構造にはダムからの落水力や潮流の干満潮の流力、農業用水路の水流力等の水の流れる力を回転力に替える技術及び蒸気機関（水蒸気の圧力を利用してピストンの往復運動を回転力にする原動機）やタービン（水蒸気を吹き付けて羽根車を回転運動させる原動機の翼体やガスタービンの圧縮空気に燃料をまぜて燃焼させた高温・高圧のガスを使ってタービンを回す原動機の翼体（動翼））があり、本願では常識化（公知の技術）されておる翼体（羽根車）の基本形状を１例として取り上げており上記回転力取出し工程３を貫流する排気ガス及び水蒸気は少なくとも６００℃の高温なので必要に応じて耐熱構造手段（例えばニッケル合金にセラミックコーティング等の加工をする）を設けるかあるいは上記通水路ＭＨの水を上記回転力取出し構造部３ａの入り口５ａから回転翼体３ａに噴射する構造とする事で翼体（羽根車）の冷却手段とする事が出来る。

第五の発明の補足記載
二酸化炭素ＣＯ_２を合成ガスＣＯ＋Ｈ_２か炭化水素化合物（例えばメタンＣＨ_４・ジメチルエーテルＣＨ_３ＯＣＨ_３）に改質するにはエンジン内の燃焼室ＮＥから上記燃料生成工程４に二酸化炭素を供給して該燃料生成工程４で分離改質するかあるいは燃料生成工程４の中間工程で合成した二酸化炭素を含むガスを分離改質器４ｂで分離するか畜ガスタンクに畜ガスしておる水素畜ガスタンクＴ１及び二酸化炭素畜ガスタンクＴ３から燃料生成工程内の改質器４ａ（４ａ−１〜４ａ−５）に供給して該改質器４ａで改質して合成ガスＣＯ＋Ｈ_２か炭化水素化合物に改質するかの何れかの手段としておることが二酸化炭素を大気に排出しない排出削減技術である。

第五の発明の補足記載合成ガス改質器４ａ
４ａ−１；水蒸気改質(スチームリフォーミング)法
触媒を担持した改質器で炭化水素化合とスチーム（水蒸気）を反応させ合成ガスを製造する方法で例えば被改質物質としてメタンＣＨ_４を用いた改質反応式
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ⇔３Ｈ_２＋ＣＯ（１）・改質温度６５０〜８００℃
ＣＯ+Ｈ_２Ｏ⇔Ｈ_２＋ＣＯ_２（２）・シフト反応（１）の反応時に副次的に起こる、
・改質温度３５０〜５００℃ シフト反応触媒担持。
＊上記水蒸気改質用触媒としては、例えば、ニッケル系触媒などの公知の触媒を用いることが出来る。
４ａ−２；ＣＯ_２リフォーミング（ドライリフォーミング）法
上記４ａ−１と同様に大きな吸熱反応を伴う反応であり炭化水素化合物と二酸化炭素ＣＯ_２を反応させ合成ガスを製造する方法であり下記反応式で表される。
ＣＨ_４＋ＣＯ_２⇔２Ｈ_２＋２ＣＯ（３）
式（３）の反応時に式（２）の判応が副次的に起こる
４ａ−３：スチーム／ＣＯ_２リフォーミング
上記４ａ−１と４ａ−２を組み合わせた方法であり、貴金属系触媒により合成ガスを製造する方法。
４ａ−４、オートサーマルリフォーミング法（ＡＴＲ）
炭化水素化合物と酸素Ｏ_２を反応させ水蒸気（スチーム）と二酸化炭素ＣＯ_２を製造するとともに、反応熱を用いて触媒上で炭化水素化合とスチームおよびＣＯ_２とのリフォーミング反応を行わせる方法。
ＣＨ_４＋２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ（４）
４ａ−５：直接的接触部分酸化法（Ｄ−ＣＰＯＸ・・Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃａｔａｌｙｔｉｃ
ＰａｒｔｉａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎ）
炭化水素化合物を化学量論量の半分程度の酸素と反応させ、酸化反応を中途にとどめ、Ｈ_２とＣＯを製造する方法。
ＣＨ_４＋０．５Ｏ_２→２Ｈ_２＋ＣＯ（ΔＨ_２９８＝−３６ｋｊ／ｍｏｌ）（５）
上記式（５）に限り無く近い貴金属系触媒を使用した反応器で３０００時間程度の安定製造の実績を有しておる、上記方法は上記ＡＴＲ法と比較して反応器サイズを１／１０〜１／１００程度とコンパクト化が期待できるので船上など限られたスペースへの設置が期待できる。
＊上記以外にも合成ガスを合成する技術は公開（開示）されており、該公開技術を使用することも出来る。

膜分離法４ｂ
４ｂ−１：高分子分離法：高分子膜の素料としてポリイミド、ポリアミド、ポリスルホン、等が有り
４ｂ−２：金属系膜分離法：金属パラジュウム膜にはパラジュウムＰｄ金属薄膜があり、該膜は水素分子のみ透過する物であり、パラジュウム合金の細管を３００℃〜５００℃に加熱する事で水素を分離出来ものである。
４ｂ−３：高温での水素ガス分離膜にはセラミックス膜があり、
セラミックス膜には７００℃程度の高温水素ガス分離膜システムがあり例えば６００℃〜１０００℃で改質をする水蒸気改質で改質された水素と一酸化炭素の合成ガスから水素を分離して取り出す高温ガス分離に適している。
本願改質器４ａでの改質を該分離膜４ｂに替える構成（気体の温度・圧力・透過したガスの純度等の条件が合えば）にする事も出来る。
気体分離改質器４ｃ
４ｃ−１：プロトン導電セラミック管改質器、プロトン導電セラミックスは燃焼温度に応じた耐熱性を有すると共に、燃焼ガスを通過させ得る連通気孔を備えたもので、ストロンチウムセレートベースとジルコン酸塩ベースのベログスカイト酸化セラミックス等の、プロトン導電セラミックスは水素、酸素を活性化させる作用を有する点で、特に合成ガスを水素と二酸化炭素を分離して取り出すのに有利である。
一例として本願のプロトン導電セラミックスはプロトン伝導性及び電子伝導性の双方を有し，水素を透過できるプロトン−電子混合伝導性セラミックスを使用する事でも良い。
この酸化物は高温でも安定であり、特に４００〜７００℃において良好なプロトン導電性を示す。
４ｃ−２：反応器と分離器一体型としては
特開２００８−３０２３３４の記載では、
含酸素炭化水素を主原料ガスとし、水（水蒸気）、二酸化炭素、酸素等を副原料ガスとして用いて改質反応、部分酸化反応、分解反応等の化学反応を利用して、水素を含む混合ガスを生成した後に、水素を選択的に透過させることの出来る選択透過膜（例えばパラジウム合金膜）によって混合ガスから水素を分離して取り出す物であり上記の化学反応と選択分離とを同時に行うことの可能な選択透過膜型反応器（メンブレンリアクタともいう）である
４ｄ：改質と透過と分離の一体装置
４ｄ−１：上記４ａ〜４ｄの改質等の反応と透過による分離が一体化した装置であって、
特開２００６−２９８６６４の記載では
多孔質支持体１と、この上に形成された酸素イオン・電子混合伝導性固体電解質からなる緻密層２と、前記緻密層２の上に形成された触媒層３とからなる３層構造の反応構造体を用いた膜型反応器であって、前記触媒層３表面に炭化水素を主成分とした被処理ガス４を、前記多孔質支持体１側表面に高純度酸素ガス５を、それぞれ供給することを特徴とすると言った高純度酸素ガスを供給する固体電解質膜型反応器の記載もある。
上記膜型反応器の採用により改質等の反応と透過による分離が一体化した装置となるので装置のコンパクト化に寄与するとした技術があり本願に適用出来る。

第五の発明の補足記載、（燃料を合成ガスとした技術）
＊特開２００２‐０３９０２２燃料改質ガスエンジンの改質ガス供給装置の記載では、
炭化水素系燃料を、触媒等を有する改質器で改質ガスに改質し、この改質ガスを改質ガス供給装置によりエンジンに供給し、エンジンの運転を行うものである。このエンジンに供給される燃料は、水素と一酸化炭素を主成分とする改質ガスであるために、希薄燃焼限界が高く、希薄域でも安定したエンジンの運転が可能であり、低ＮＯ_x 、高効率を同時に実現することが可能であり、
本願の水素に替えて合成ガスを燃料とする事が出来るとした技術であり、本願の構成で上記合成ガスを燃料とする事も出来る。

第五の発明の補足（改質器設置例）
＊燃料生成装置４ａ内の上流部に合成ガス改質器４ａの中の水蒸気改質器４ａ−１とＣＯ_２リフォーミング４ａ−２を設けて、酸素を供給して発熱反応させる改質器４ａ−４，４ａ−５を隣接もしくは上記発熱反応改質を外側、吸熱改質を中側に配置する事で吸熱された水蒸気の温度をあげる（温度を長く維持する）事が出来る。
上記合成ガス改質器４ａで生成したＨ_２＋ＣＯのＨ_２を気体分離器による分離器で分離して分離したＨ_２は畜ガスタンクに畜ガスし分離した他方のＣＯは畜ガスタンクを設けて畜ガスする形態をとるか改質分離器４ｃに直接導入して水素と二酸化炭素に分離して畜ガスタンクに畜ガスするかの形態をとるのが好ましい改質器設置形態である。
上記燃料生成装置４ａ（を例えば自動車等の小型移動体に搭載するには直接的接触部分酸化法４ａ−５や膜型反応器４ｄを使用する形態にコンパクト化すれば本願エンジンの使用範囲は広がる。

第五の発明の補足（燃料生成工程４設置例）
本願エンジンは窒素を除去した酸素を使用しておるので窒素取扱い構造が不要と成るため在来のガスタービンエンジンに比較して少なくとも１／３程度の体積のエンジンとする事が出来る、従って燃料生成工程４で反応時間が必要な場合、改質ガスの量を多くする場合等を同時進行で行いたい場合等に複数の燃料生成工程４を設ける構成にも出来るし、上記改質で吸熱された後の１５０℃〜３００℃の排気ガスを使用した改質器を別に設けることも出来る。

＊水の分離・回収手段
上記燃料生成工程４で生成し畜ガスするガスに水蒸気を含む場合及び大気に廃棄する排ガスに水を含んでおる場合には水膜分離器（図６参照）を設けて分離回収して水の消費量を少なくする手段としておる。

上記酸素と水素を燃焼する水素燃焼エンジン燃焼工程２の排気口部に回転力取り出し工程３を設けたエンジンであり（図２）該回転力取り出し工程３を貫流した排気ガスは次工程として設けておる燃料生成工程４（４図参照）に導入されており、該燃料生成工程には合成ガス改質器４ａ｛スチームリフォーミング法（水蒸気改質法）４ａ−１、ＣＯ_２リフォーミング法（ドライリフォーミング）４ａ−２、スチーム／ＣＯ_２リフォーミング４ａ−３、オートサーマルリフォーミング４ａ−４，直接的接触酸化法４ａ−５，｝と気体分離膜による分離器４ｂ
｛高分子膜分離器４ｂ−ｉ、金属分離膜（パラジュウム合金薄膜等）４ｂ−２，高温水素ガス分離膜（セラミックス分離膜等）４ｂ−３｝、気体改質分離器４ｃ，（プロトン導電セラミックス管改質器４ｃ−１，膜型反応器（反応器と分離器一体型）４ｄの改質、分離、透過器を設けられる構成であり、該構成の中から，
１．燃料と成る水素を多く取り出せる改質法を選択する（酸素の反応熱を使った改質法も考慮する）
２、二酸化炭素を改質して合成ガスを生成する改質法を選択する。
３、合成ガスから水素を分離する方法を選択する。
４、可能な限りコンパクトに出来る装置を選択する。
上記条件を考慮すると（水蒸気改質法）４ａ−１、ＣＯ_２リフォーミング法（ドライリフォーミング）４ａ−２、気体分離膜による分離器４ｂの内７００℃〜ＩＯＯＯ°の使用では金属分離膜（パラジュウム合金薄膜等）４ｂ−２，高温水素ガス分離膜（セラミックス分離膜等）４ｂ−３、の内何れか、気体改質分離器４ではプロトン導電セラミックス管改質器４ｃ−１を選択するのが上記燃料生成工程の好ましい組み合わせである。

図５は第一の発明から第十の発明を概略フォロー図で表した物であるが、上記１図から４図で説明しておる部分の説明と管路番号等の説明は省略して解説する。酸素分離装置で分離した酸素と窒素をそれぞれタンクに畜ガスして分離した該酸素は燃料の水素と燃焼工程の燃焼室部にて燃焼しており、該燃焼室部２ａには燃焼室内壁の耐熱保護手段として耐熱構造部ＮＥを設けた耐熱構造設置燃焼室型Ｎ１かノズル噴射方向変更燃焼室型Ｎ２の何れかを設けて該燃焼室にて燃焼させ該燃焼室の冷却手段の水噴射ノズルからの噴射で水を水蒸気とする水蒸気生成手段として生成した水蒸気Ｂをエンジンの燃焼で生成した水蒸気Ａとともに排気ガスとして次工程に供給しており該次工程の回転力取り出し工程３の流力方向変換手段により回転力として取り出し取り出した該回転力を機器の駈動力か発電動力としており、該回転力取り出し工程を貫流して該工程３から次工程の上記排気ガスの水蒸気と吸熱気体の二酸化炭素と蓄ガスしておる酸素と炭化水素化合物とともに燃料生成工程４に送られ該燃料生成工程４には合成ガス改質器４ａ、膜分離装置４ｂ、分離改質器４ｃ、膜型反応器４ｄの何れかの改質分離装置を選択使用できる改質分離器を設けており、該改質分離器で燃料の水素を製造し該水素と該燃料生成工程の改質中間工程で生成された合成ガス（Ｈ_２＋ＣＯ）一酸化炭素、二酸化炭素、と炭化水素化合物はそれぞれ畜ガスタンクを設けて畜ガスしておる構成であり、更に上記燃料生成工程４に含まれる（が別記した）炭化水素化合物合成器４Ｈａを設けており該炭化水素合成器に上記畜ガスしておるガスの何れかを目的の炭化水素化合物合成に必要な該ガスを選択して該合成器４Ｈａに供給して該合成器４Ｈａにて炭化水素化合物を生成しており、さらに、上記燃焼工程２（室部２ａ）で生成した燃焼熱を熱交換器９ａ（熱Ａ），９ｂ（熱Ｂ）で熱を取り出し取り出した該熱を水の化学熱分解装置５Ｋａに供給して該分解装置５Ｋａにて水を酸素と水素に分解し分解した該ガスはそれぞれの畜ガスタンクに畜ガスする構成にしており、更に上記酸素分離装置１aで分離して蓄ガスしておる窒素と該エンジン改質分離装置で生成し畜ガスタンクに畜ガスしておる各種ガスとを窒素化合物合成器６Ｎａに供給して窒素化合物を（例えばアンモニア）製造する構成の概略フォロー図。

図６（Ａ）は上記実施例に記載の窒素分離部の構成を簡単に図示した物で、
例えば空気Ａｉｒをコンプレッサー等で圧縮してフィルターで不純物を除去した空気をプリズムセパレーター＝中空糸複合膜に導入して該中空糸複合膜で酸素はプリズムセパレーターの外側に排出され窒素ガスはセパレーター排出口から排出される構造を図示したものである。

図６（Ｂ）は水分離に該プリズムセパレーター＝中空糸複合膜を水（水蒸気）の分離に適用した物であり分離基本原理は相対的透過係数により分離するものや、拡散係数の差により分離するもの等がある。

水素を燃料としたロータリ−エンジン車は、マツダプレマシーハイドロジェンＲＥハイブリッド車で、水素を燃料とする走行とガソリンを燃料とする走行を選択できる構造にしており、高圧水素燃料タンク（３５ＭＰａ，７４Ｌ）と、ガソリンタンクを車載しており、水素ロータリーエンジンの回転で発電してリチウムイオンバッテリーに蓄電しており、車輪の駆動はバッテリーに蓄電しておる電気であり、この車の特徴は燃費の良い条件（一定の条件）でエンジンを運転して、車の走行状態による車速変動等の制御は電気制御としており、その運転制御及び発電構成部分を、本願エンジン（運搬機器搭載形態）にも適用出来る。

本願の特許請求の範囲に記載の権利範囲事項から容易に想到出来る構造を使用したもの全て本願の権利範囲である。

本願は空気中の酸素を分離した酸素と水素を燃焼させるエンジンであり、空気と水があれば駆動力（動かす力、電力を含む）として幅広く産業に利用できるエンジンである。

酸素と水素を燃焼させるエンジンの燃焼工程２の１例図で該エンジンに耐熱構造部を設けて酸素と水素を燃焼出来る構造にしたエンジンの概略フロー１例図。図１の排気口以降に排気ガスの流力を回転力として取り出す取り出し構造部を付加した概略構造部１例図図２の回転翼体のＡ−Ａ断面図。上記１〜２図の排気口下流部に該ガスを燃料に改質する燃料生成工程を付加した酸素と水素を燃焼させるエンジンで燃料も生成出来るエンジンとした概略フロー１例図。第一の発明から第九の発明を記載した概略フォロー図（Ａ）酸素分離装置概略構造１例図（Ｂ）水蒸気（水）分離概略構造１例図

Claims

供給手段により供給された酸素と水素を燃焼するエンジン燃焼工程で有って、該燃焼工程の外壁の内外壁間に通水路を設けて該通水路に水タンクから水導入管にて水を導入しており、燃焼室部内壁には通水路の水を燃焼室部内に噴射する噴射ノズルを複数設けており、燃焼室部内には上記水素と酸素を噴射し燃焼する燃焼ノズルと該燃焼ノズルから噴射する水素と酸素に点火する点火栓を設けて上記水素と酸素を燃焼ノズルから噴射し点火栓にて点火し燃焼させており、上記酸素と水素の燃焼による燃焼火炎の直射熱を受ける吸熱構造手段を上記燃焼室部内壁の内側に間隔を開けて設けて上記水を噴射ノズルから吸熱構造手段及びエンジンの燃焼室部内に噴射しており該エンジンの燃焼室部内の吸熱構造手段に噴射した水は吸熱構造手段の熱を吸熱して該水を水蒸気にしており、該燃焼室部内に噴射した水も該燃焼室部内の燃焼熱を吸熱して該水を水蒸気にして該燃焼室部内の冷却手段及び水蒸気生成手段としており、上記噴射した水は水蒸気Ｂと成り上記酸素と水素の燃焼で生成された排気ガスの水蒸気Ａとともに排気ガス流路に排出されておるエンジン燃焼工程に吸熱構造手段を設けておる事を特徴とする、水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法。
上記燃焼工程に供給する上記水素と上記酸素に加えて二酸化炭素を二酸化炭素タンクより管路で上記燃焼室内に導入するか酸素導入管に合流する管路から導入するかの何れかで燃焼室に二酸化炭素を導入するかあるいは通水路に水タンクから水導入管から導入するかあるいは燃料生成工程に直接二酸化炭素タンクより管路で供給するかの何れかの手段にて上記エンジンの燃焼室部から上記燃料生成工程間に二酸化炭素を供給して燃料生成工程にて二酸化炭素ＣＯ_２を合成ガスＣＯ＋Ｈ_２か炭化水素化合物かの何れかに改質する二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段としておる事を特徴とする、請求項１に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンの構成方法。
上記請求項１に記載の酸素と水素の燃焼による燃焼火炎の直射熱を受ける吸熱構造手段の耐熱構造部に代えて水の噴射方向を変えた水噴射ノズルにして設けており該噴射ノズルから水を上記燃焼室部内壁の燃焼側内面に直接噴射して該燃焼室部内壁の燃焼側内面の冷却手段及び上記水蒸気Ｂの水蒸気生成手段とした上記エンジンのエンジン燃焼室部を特徴とする水素と酸素を燃焼するエンジンシの構成方法。
上記排気ガス流路に排気ガス流力を回転力として取り出す回転力取り出し構造を設けて上記燃焼工程から排出される排気ガスを上記回転力取り出し工程を貫流させ貫流させた排気ガス流力にて回転翼体を回転させ、該回転翼体回転軸から回転力として取り出し、取り出した該回転力を駆動力としておる事を特徴とする、請求項１から請求項３に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシ構成方法。
上記回転力取り出し工程下流に燃料生成工程を設けており、上流から流入する水蒸気と二酸化炭素と上記酸素タンクから酸素と炭化水素化合物タンクから炭化水素化合物が該燃料生成工程に供給されており、該燃料生成工程に供給された水蒸気か水蒸気と二酸化炭素か上記酸素かの何れかで炭化水素化合物を合成ガスに改質する合成ガス改質器を設けて該合成ガス改質器に供給して合成ガスを製造しており製造した該合成ガスは畜ガスタンクに畜ガスするかあるいは直接気体分離改質器に供給して該気体分離改質器に導入して再度上記排気ガス中の熱にて水素と二酸化炭素に分離改質し分離改質した該水素は水素蓄ガスタンクに畜ガスし該二酸化炭素は二酸化炭素畜ガスタンクに畜ガスしておることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシ構成方法。
上記燃料生成工程に合成ガス改質器の改質材料の炭化水素化合物を合成する炭化水素化合物合成器を設け該炭化水素化合物合成器に燃料生成工程にて分離・改質して畜ガスタンクに畜ガスしておる水素ガスか二酸化炭素か合成ガスか上流から流入する水蒸気か上記酸素かの中で所望する炭化水素化合物の合成に必要なガスの何れかを選択して供給しており該炭化水素化合物合成器内に於いて該ガスで炭化水素化合物を合成しておることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシ構成方法。
上記エンジンに水を熱で水素と酸素に分解する水の化学熱分解装置を設けており、上記燃料生成工程の上記燃焼室部排気口と回転力取り出し工程間か該回転力取り出し工程と燃料生成工程間の何れかに設けた熱交換部にて熱を得て上記水の化学熱分解装置の熱として該化学熱分解装置に該熱を供給して該化学熱分解装置にて、水を水素と酸素に分解し、分解した水素は水素ガス畜ガスタンクに畜ガスし該酸素は酸素畜ガスタンクに畜ガスしておる事を特徴とする請求項１から請求項５に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンシ構成方法。
上記エンジン搭載機器の駐機器場に上記エンジンで生成した電気を受電する受電手段と該エンジンに水を供給する水供給手段を設け上記エンジン搭載機器の駐機器中に当該エンジンを稼働させ電気を製造し該電気を上記受電設備に供給し上記水を受給する事を特徴とする請求項１から請求項７に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法。
上記エンジンの分離手段の酸素分離工程で分離した窒素と酸素と上記燃料生成工程で生成した水素か一酸化炭素か二酸化炭素か水素と一酸化炭素の合成ガスか水素と二酸化炭素の合成ガスか上流から流入する蒸気水蒸気ＡとＢか上記酸素の中で所望する窒素化合物に必要な上記ガスかの何れかを選択して供給し改質して、窒素化合物を生成する窒素化合物製造手段の窒素化合物製造装置を設けて該窒素化合物を製品とする事を特徴とする請求項１から請求項７に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン構成方法。