JP2517989B2 - 燃料水素の着脱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料水素の着脱装置に係り、特に水素燃料
機関に供給される燃料水素の余剰燃料水素を無駄に廃棄
することなく回収し得て前記水素燃料機関に供給し得る
燃料水素の着脱装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃料としては、主にガソリンや軽油等が利
用されているが、有害排気物質による汚損や資源の枯渇
等の諸問題に鑑み、近時、代替燃料として水素が注目さ
れている。燃料としての水素は、気体燃料であることか
ら空気との混合が良好で均質な混合気を生成することが
でき、これにより良好な燃料を得て有害排気物質の低減
を果すことができる等の種々の利点を有するものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、燃料水素は、一般に極低温により液化した
状態で断熱容器に貯留している。この極低温の燃料水素
を貯留した断熱容器は、高温の雰囲気温度下に置かれ、
あるいは長期間放置されると、容器内圧力が高まる。そ
こで、安全確保のためにリリーフ弁を設け、所定圧以上
になった場合に余剰の燃料水素を大気に排出することに
より圧力を低下させていた。また、水素燃料機関は、機
関停止時に燃料供給系の管路やベーパライザ、レギュレ
ータ等に余剰の燃料水素が残留するが、この余剰の燃料
水素を大気に排出するにまかせていた。ところが、この
ように余剰の燃料水素を大気に排出することは、貴重な
エネルギー資源である燃料水素の無駄な廃棄であり、省
エネルギーの観点からも改善が望まれていた。

〔発明の目的〕

そこで、この発明の目的は、水素燃料機関に供給され
る燃料水素の余剰燃料水素を無駄に廃棄することなく回
収し得て前記水素燃料機関に供給し得て省エネルギーに
貢献し得る燃料水素の着脱装置を実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、この発明は、水素燃料機
関に供給される燃料水素を貯留する燃料水素タンクを設
け、この燃料水素タンクの燃料水素を前記水素燃料機関
に供給する燃料管を設け、前記水素燃料機関の停止時に
前記燃料水素タンクの余剰燃料水素及び前記燃料管に残
留する余剰燃料水素を吸着保持するとともに前記水素燃
料機関の稼動時にこの水素燃料機関の発生熱により前記
吸着保持した余剰燃料水素を離脱放出して前記水素燃料
機関に供給する着脱機構を設け、この着脱機構は前記燃
料水素を着脱する吸着タンクを設け、前記燃料水素タン
クの余剰燃料水素を前記吸着タンクに導くリリーフ管を
設け、このリリーフ管の途中に前記燃料水素タンク内の
圧力が所定圧以上になると開かれるリリーフ弁を設け、
前記燃料管の余剰燃料水素を前記吸着タンクに導く導入
管を設け、前記水素燃料機関の稼動時に前記燃料管と前
記導入管との連通を遮断するとともに前記水素燃料機関
の停止時に前記燃料管と前記導入管とを連通するよう切
換えられる切換弁を設け、前記吸着タンクから離脱放出
された燃料水素を前記水素燃料機関に供給する供給管を
設け、前記水素燃料機関の稼動時の発生熱を前記吸着タ
ンクに伝熱させる導熱体を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、着脱機構は、水素燃料機関
の停止時に、燃料水素タンク内の圧力が所定圧以上にな
ると、リリーフ弁が開かれて余剰燃料水素をリリーフ管
により吸着タンクに導く。また、着脱機構は、水素燃料
機関の停止時に、切換弁により燃料管と導入管とを連通
し、燃料管及びこの燃料管に配設されたベーパライザ・
レギュレータ等の燃料系機器に残留する余剰燃料水素を
導入管により吸着タンクに導く。これにより、着脱機構
は、水素燃料機関の停止時に、燃料水素タンク及び燃料
管の余剰燃料水素を吸着タンクに吸着保持することによ
り回収する。着脱機構は、水素燃料機関の稼動時に、切
換弁により燃料管と導入管とを遮断し、導熱体により稼
動時の発生熱を吸着タンクに伝熱する。これにより、着
脱機構は、吸着タンクに吸着保持した余剰燃料水素を、
水素燃料機関稼動時の発生熱により離脱放出し、供給管
により水素燃料機関に供給する。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の第１実施例を示すものである。
図において、２は水素燃料機関たる内燃機関である。こ
の内燃機関２は、酸素富化空気生成装置４から酸素富化
空気を供給されるとともに、燃料水素タンク６から燃料
水素を供給される。

前記酸素富化空気生成装置４は、本体８内に特定の気
体を選択的に透過させる気体選択性透過膜等の酸素富化
空気生成体たる例えば酸素富化膜10を備えている。前記
本体８の空気の取入口12側にはエアクリーナ14を設け、
酸素富化空気の取出口16側には例えば前記内燃機関２の
駆動力等により一定に駆動される吸引ポンプ18を設けて
いる。この吸引ポンプ18により酸素富化膜10の前記取入
口12側と取出口16側との間に圧力差を生じさせ、取出口
16側に酸素富化膜10により空気中の酸素濃度を高めて酸
素富化空気を生成する。

このように、取出口16側に空気中の酸素濃度を高めて
酸素富化空気を生成する一方で、取入口12側には酸素濃
度の低減により窒素濃度の高められた空気として窒素富
化空気が残留生成されることになる。この窒素富化空気
が前記取入口12周辺に滞留すると、取り入れた空気が窒
素富化空気で飽和して酸素富化空気の生成が困難にな
る。そこで、酸素富化空気生成装置４の本体８に排気口
20を設け、この排気口20に排気ファン22を設けるとも
に、この排気口20下流側を内燃機関２の冷却系の冷却風
吸引箇所である放熱器24の前方に開口終端させて設けて
いる。これにより、不要な窒素富化空気を外部に排出し
得るとともに冷却風として利用することができる。

前記酸素富化膜10の取出口16側に生成された酸素富化
空気は、前記吸引ポンプ18下流に始端する連通路26によ
り前記内燃機関２の吸気通路28始端側に設けた酸素富化
空気の導入室30に供給される。導入室30内には、後述の
ベーパライザ66が設けられており、燃料水素の気化潜熱
により酸素富化空気を冷却する。導入室30の酸素富化空
気は、ミキサ32により燃料水素と混合して混合気を生成
し、吸気絞り弁34により流量を調整して燃焼室36に供給
する。燃焼室36で燃焼生成された排気は、排気通路38に
より外部に排出される。

この酸素富化空気生成装置４の本体８内の酸素富化膜
10は、基準となる基準酸素富化膜10−０と、この基準酸
素富化膜10−０と、同様に構成された第１・第２酸素富
化膜10−１・10−２とから成る。これら基準酸素富化膜
10−０および第１・第２酸素富化膜10−１・10−２は、
取入口12側に夫々連通するとともに取出口16側に夫々連
通している。前記第１・第２酸素富化膜10−１・10−２
の取出口16側には、夫々第１・第２制御弁40−１・40−
２を設ける。この第１・第２制御弁40−１・40−２を開
閉することにより第１・第２酸素富化膜10−１・10−２
は取出口16側に対して連通・遮断される。これら第１・
第２制御弁40−１・40−２は、図示しない制御手段に接
続している。また、前記取入口12側と取出口16側とに夫
々取入口側圧力センサ42と取出口側圧力センサ44とを設
けるとともに、前記導入室30に導入室圧力センサ46と導
入室吸気温センサ48とを設ける。これら各センサ42〜48
は、前記制御手段に接続している。

前記取入口側圧力センサ42と取出口側圧力センサ44と
の夫々検出する圧力差が所定圧力となるように、前記制
御手段により吸引ポンプ18を駆動制御する。

また、導入室30内の圧力は、前記内燃機関２の要求す
る酸素富化空気要求量と前記酸素富化空気生成装置４の
供給する酸素富化空気供給量との圧力差になる。そこ
で、導入室吸気温センサ48の検出する導入室吸気温を加
味しつつ導入室圧力センサ46の検出する導入室30内の圧
力差に応じ、前記制御手段により前記第１・第２制御弁
40−１・40−２を開閉制御して第１・第２酸素富化膜10
−１・10−２を取入口16側に選択的に連通させることに
より、酸素富化膜10−０〜10−２の酸素富化空気生成面
積を増減制御する。これにより、酸素濃度の大幅な変動
を招くことなく、内燃機関４の酸素富化空気要求量に応
じて酸素富化空気生成装置４より供給される酸素富化空
気供給量を増減し、適正に供給することができる。な
お、符号50は吸入用逆止弁、52は排出用逆止弁である。

内燃機関２に燃料水素を供給する燃料水素タンク６
は、充填管54により充填弁56を介して極低温の液化した
燃料水素を充填される。燃料水素タンク６の燃料水素
は、取出弁58により取出され、燃料管60により前記吸気
通路28のミキサ32に供給される。燃料管60には、フィル
タ62、電磁弁64、ベーパライザ66、レギュレータ68等が
配設されている。前記ベーパライザ66は、前記導入室30
内に設けられ、酸素富化空気との熱交換により燃料水素
を加温して蒸発させるとともに酸素富化空気を冷却す
る。

前記ベーパライザ66において蒸発され、前記レギュレ
ータ68により所定圧に減圧し調量された燃料水素は、燃
料管60により前記吸気通路28の導入室30下流側に設けた
ミキサ32に供給される。このミキサ32により燃料水素と
酸素富化空気とを混合して混合気を生成し、吸気絞り弁
34により流量を調整して燃焼室36に供給する。燃焼室36
で燃焼生成された排気は、排気通38により外部に排出さ
れる。

前記燃料水素タンク６には、また、リリーフ弁70を介
してリリーフ管72の一端を接続している。リリーフ弁70
は、例えば高温の雰囲気温度下に置かれ、あるいは長期
間放置される等により燃料水素タンク６内の圧力が所定
圧以上になると開き、余剰の燃料水素を排出する。前記
リリーフ管72の他端は、燃料水素の着脱機構を構成する
吸着タンク74に接続している。また、前記レギュレータ
68とミキサ32との間の燃料管60に切換弁76を設け、この
切換弁76に開口始端する導入管78を前記吸着タンク74に
開口終端して設ける。切換弁76は、内燃機関２の稼動時
には燃料管60と導入管78とを遮断し、内燃機関２の停止
時には燃料管60と導入管78とを連通するように切換えら
れる。また、前記吸着タンク74には、この吸着タンク74
に開口始端する供給管80を設け、この供給管80を吸気通
路28に開口終端して設けている。

前記吸着タンク74は、加熱すると吸着保持した水素を
放出し、水素を吸着すると加熱する水素化金属M.H.（Hy
dride、metal）を内蔵している。この水素化金属M.H.を
内蔵した吸着タンク74は、前記リリーフ弁70により排出
された余剰燃料水素や、さらには内燃機関２の停止時に
燃料管60やベーパライザ66、レギュレータ68等に残留す
る余剰燃料水素を吸着保持するとともに、前記内燃機関
２の稼動時の発生熱により吸着保持した余剰燃料水素を
離脱放出して前記内燃機関２に供給する。この第１実施
例では、ヒートパイプ等の管状の導熱体82を設け、この
導熱体82の一端を排気通路38に連絡するとともに他端を
吸着タンク74に連絡し、内燃機関２の稼動時の発生熱を
吸着タンク74に伝熱させている。なお、符号84は、導入
室30と吸着タンク74とを連通する大気管である。

次にこの第１実施例の作用を説明する。

内燃機関２の稼動時には、前記切換弁76は燃料管60と
導入管76とを遮断している。これにより、燃料水素タン
ク６の燃料水素は、取出弁58、フィルタ62、電磁弁64を
介し、ベーパライザ66において蒸発され、レギュレータ
68により所定圧に減圧し調量されてミキサ32に供給され
る。このミキサ32により、燃料水素は、酸素富化空気生
成装置４から供給される内燃機関２の要求量に応じた酸
素富化空気と混合して混合気を生成し、吸気絞り弁34に
より流量を調整して燃焼室36に供給する。燃焼室36で燃
焼生成された排気は、排気通路38により外部に排出され
る。

このとき、燃料水素タンク６の燃料水素は内燃機関２
の稼動により消費されているため、燃料水素タンク６内
の圧力が高まることはないので、リリーフ弁70を介して
余剰燃料水素が排出されることはない。

内燃機関２が稼動を停止すると、切換弁76は燃料管60
と導入管78とを連通する。この内燃機関２が停止し燃料
水素の消費が停止した状態で、高温の雰囲気下に置か
れ、あるいは長期間放置される等により燃料水素タンク
６内の圧力が所定以上に高まると、リリーフ弁70が開い
て余剰燃料水素を排出する。この排出された余剰燃料水
素は、リリーフ管72を介し吸着タンク74の水素化金属M.
H.に吸着保持される。また、内燃機関２の停止により燃
料管60やベーパライザ66、レギュレータ68等に残留する
余剰燃料水素も、切換弁76を介し導入管78を経て吸着タ
ンク74の水素化金属M.H.に吸着される。このため、余剰
燃料水素を回収することができ、無駄な廃棄を回避する
ことができる。

前記内燃機関２が再始動して稼動すると、前記切換弁
76は燃料管60と導入管78とを遮断する。内燃機関２の稼
動時には、燃料水素タンク６からの燃料水素と酸素富化
空気生成装置４からの酸素富化空気とがミキサ32に供給
されて混合気を生成し、吸気絞り弁34により流量を調整
して燃焼室36に供給され、燃焼室36で燃焼生成された排
気は排気通路38により外部に排出される。

このとき、排気通路38は、内燃機関２の稼動により発
生し排出される排気の熱により加熱される。排気通路38
を加熱する排気の熱は、導熱体82により吸着タンク74に
伝熱する。この伝熱により、吸着タンク74内の水素化金
属M.H.は加熱されて吸着保持した余剰燃料水素を離脱放
出する。放出された余剰燃料水素は、供給管80により吸
気通路28に供給される。このため、回収された余剰燃料
水素を内燃機関２に供給し、燃焼することができる。

このように、余剰燃料水素を回収して無駄な廃棄を回
避することができ、また、回収した余剰燃料水素を内燃
機関２に供給して燃焼することができるので、省エネル
ギーに寄与し得る。また、外部エネルギーを要せず、余
剰燃料水素を回収し内燃機関２に供給することができる
ので、さらなる省エネルギーに貢献し得るものである。

第２図は、この発明の第２実施例を示すものである。
この第２実施例の特徴とするところは、吸着タンク74を
排気通路36の周囲に直接に装着して設けるとともに水素
化金属M.H.中に排気通路36の熱を伝える例えば円環状の
導熱体86を設けたことにある。

この第２実施例の構成によれば、吸着タンク74を排気
通路36に直接に装着し、水素化金属M.H.中に導熱体86を
設けたことにより、熱伝導性を向上し吸着保持した余剰
燃料水素をより効果的に離脱放出し得て、吸着タンク74
を排気通路36に直接に装着したことにより部品点数を削
減し、コンパクト化を図り得て、コスト低減に寄与し得
るものである。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、着脱機構によって、
水素燃料機関の停止時に燃料水素タンク及び燃料管やこ
の燃料管に配設された燃料系機器の余剰燃料水素を吸着
タンクに導いて吸着保持することにより回収し、水素燃
料機関の稼動時に吸着タンクに吸着保持した余剰燃料水
素を稼動時の発生熱により離脱放出して水素燃料機関に
供給する。

このため、燃料水素タンク及び燃料管の余剰燃料水素
を回収し得ることにより無駄な廃棄を回避し得るととも
に、回収された余剰燃料水素を水素燃料機関に供給し得
ることにより燃料として燃焼させ得て、しかも、外部エ
ネルギーを要することなく余剰燃料水素を回収し得て供
給し得ることと相俟って、省エネルギーに貢献し得るも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例を示す燃料水素の着脱
装置の概略図である。 第２図は、この発明の第２実施例を示す燃料水素の着脱
装置の概略図である。 図において、２は内燃機関、４は酸素富化空気生成装
置、６は燃料水素タンク、10は酸素富化膜、14はエアク
リーナ、18は吸引ポンプ、28は吸気通路、30は導入室、
32はミキサ、36は燃焼室、38は排気通路、58は取出弁、
60は燃料管、66はベーパライザ、68はレギュレータ、70
はリリーフ弁、72はリリーフ管、74は吸着タンク、76は
切換弁、78は導入管、80は供給管、82は管状の導熱体、
86は円環状の導熱体である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水素燃料機関に供給される燃料水素を貯留
   する燃料水素タンクを設け、この燃料水素タンクの燃料
   水素を前記水素燃料機関に供給する燃料管を設け、前記
   水素燃料機関の停止時に前記燃料水素タンクの余剰燃料
   水素及び前記燃料管に残留する余剰燃料水素を吸着保持
   するとともに前記水素燃料機関の稼動時にこの水素燃料
   機関の発生熱により前記吸着保持した余剰燃料水素を離
   脱放出して前記水素燃料機関に供給する着脱機構を設
   け、この着脱機構は前記燃料水素を着脱する吸着タンク
   を設け、前記燃料水素タンクの余剰燃料水素を前記吸着
   タンクに導くリリーフ管を設け、このリリーフ管の途中
   に前記燃料水素タンク内の圧力が所定圧以上になると開
   かれるリリーフ弁を設け、前記燃料管の余剰燃料水素を
   前記吸着タンクに導く導入管を設け、前記水素燃料機関
   の稼動時に前記燃料管と前記導入管との連通を遮断する
   とともに前記水素燃料機関の停止時に前記燃料管と前記
   導入管とを連通するよう切換えられる切換弁を設け、前
   記吸着タンクから離脱放出された燃料水素を前記水素燃
   料機関に供給する供給管を設け、前記水素燃料機関の稼
   動時の発生熱を前記吸着タンクに伝熱させる導熱体を設
   けたことを特徴とする燃料水素の着脱装置。