JP4887488B2 - Hydrogen generator and power unit - Google Patents

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Description

本発明は、水素生成および生成した水素の燃焼を動力として用いる動力装置に関する。   The present invention relates to a power unit that uses hydrogen generation and combustion of the generated hydrogen as power.

従来の軽金属による水の還元を利用する動力の発生法では、まず、水素を発生した後、水素を燃焼させ、タービンあるいは内燃機関を駆動して動力を得るか、あるいは水素を燃料電池として用い、発電して電動機を駆動して動力化していた。   In the conventional power generation method using water reduction by light metal, hydrogen is first generated and then burned to drive the turbine or internal combustion engine to obtain power, or hydrogen is used as a fuel cell, The power was generated and the motor was driven.

図７は、軽金属としてマグネシウムを用いた、例えば、特開平０７−１０９１０２号公報（特許文献１）などにおいて知られていた従来の水還元装置を示す。図７に示す水還元装置１００は、反応容器１０２と、反応容器１０２の上部に配置された水タンク１０４とを備えている。反応容器１０２の内部には、プレート状、フレーク状、粒状または粉体状のマグネシウム１１０が収容されている。また、反応容器１０２の側壁には、生成した水素を外部に排出する排気管１１２と、還元反応を発生させる熱を与える放電電極１０８とを備えており、放電電極１０８は、碍子１１４を介して絶縁されて配置されている。   FIG. 7 shows a conventional water reduction apparatus that uses magnesium as a light metal and is known, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-109102 (Patent Document 1). A water reducing apparatus 100 shown in FIG. 7 includes a reaction vessel 102 and a water tank 104 disposed on the upper portion of the reaction vessel 102. Inside the reaction vessel 102, a plate-like, flake-like, granular or powdery magnesium 110 is accommodated. In addition, the side wall of the reaction vessel 102 is provided with an exhaust pipe 112 that discharges the generated hydrogen to the outside, and a discharge electrode 108 that applies heat to generate a reduction reaction. The discharge electrode 108 is interposed via an insulator 114. Insulated and arranged.

水タンク１０４の底部には、注水用の開口１１６が形成されている。開口１１６は、ロッド１０６の上下動に応答して、ロッド１０６の先端に形成されたバルブ１１８により開閉される。図８では、開口１１６は、バルブ１１８が開位置とされていて、水タンク１０４からの水を反応容器１０２内に注入することができる位置とされている。   An opening 116 for water injection is formed at the bottom of the water tank 104. The opening 116 is opened and closed by a valve 118 formed at the tip of the rod 106 in response to the vertical movement of the rod 106. In FIG. 8, the opening 116 is a position where the valve 118 is in an open position, and water from the water tank 104 can be injected into the reaction vessel 102.

還元反応始動時には、電源（図示せず）から高圧電流が放電電極１０８へと印加され、放電電極１０８とマグネシウム１１０との間にアーク電流１２０が流れる。アーク放電により加熱されたマグネシウム１１０は、アーク電流１２０の根元から、反応容器１０２内の酸素によって燃焼を開始する。この時点でロッド１０６を押し下げバルブ１１８を解放すると、開口１１６から水が供給される。供給された水は、マグネシウム１１０で還元されながら、反応熱により自らも高温を保つようになる。この時点で、アーク電流１２０を停止する。排気管１１２からは、未反応のマグネシウムがある限り定常的に水素が排出される。
特開平０７-１０９１０２号公報 At the start of the reduction reaction, a high voltage current is applied to the discharge electrode 108 from a power source (not shown), and an arc current 120 flows between the discharge electrode 108 and the magnesium 110. Magnesium 110 heated by the arc discharge starts to burn with oxygen in the reaction vessel 102 from the root of the arc current 120. At this time, when the rod 106 is pushed down and the valve 118 is released, water is supplied from the opening 116. The supplied water is maintained at a high temperature by the reaction heat while being reduced with magnesium 110. At this time, the arc current 120 is stopped. As long as there is unreacted magnesium, hydrogen is constantly discharged from the exhaust pipe 112.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-109102

上述したように、従来の方法では比較的大きな塊の軽金属を、ゆっくり反応させて水素を取り出していたため、水素発生時の還元反応熱エネルギーの有効利用に難があると同時に、反応容器が固形の反応生成物で埋め尽くされると、その取り出しのために運転を停止しなければならないなどの欠点があった。また、これとは対照的に、軽金属および水素を急激に燃焼させることで生成する反応生成物は膨大なエネルギーを有しているため、単に金属酸化物を系外に排出させるだけではなく、直接動力を発生させる作動流体としても使用することができ、反応生成物の有するエネルギーを効率的に利用することが好ましい。   As described above, in the conventional method, since a relatively large lump of light metal is slowly reacted to take out hydrogen, it is difficult to effectively use the reduction reaction heat energy at the time of hydrogen generation, and the reaction vessel is solid. When it was filled with the reaction product, there was a drawback that the operation had to be stopped for taking out the reaction product. In contrast, the reaction product produced by abruptly burning light metals and hydrogen has enormous energy, so it is not just exhausting metal oxides out of the system, but directly. It can also be used as a working fluid for generating power, and it is preferable to efficiently use the energy of the reaction product.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、マグネシウムなどを含む軽金属による水の還元反応の反応熱を利用して動力を発生させ、固形の反応生成物と共に反応容器の外部へと排出する。このとき、反応容器を回動自在に保持し、軽金属と水との反応により生じる非平衡状態での反応生成物の高速並進運動を回転運動に変換する。反応により生成した水素のうち、余剰の水素は、反応容器から排出された後に、燃焼または熱交換器を通過させた後、回収される。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and generates power using the reaction heat of the reduction reaction of water with a light metal containing magnesium and the like, together with the solid reaction product, outside the reaction vessel. To discharge. At this time, the reaction vessel is rotatably held, and the high-speed translational motion of the reaction product in a non-equilibrium state caused by the reaction between the light metal and water is converted into a rotational motion. Of the hydrogen produced by the reaction, surplus hydrogen is exhausted from the reaction vessel and then recovered after passing through a combustion or heat exchanger.

本発明によれば、軽金属との反応により生成された酸化物の反応容器内での蓄積を防止すると共に、発生した水素を使用して駆動力を生成する、環境負荷の少ない水素生成装置および動力装置を提供することができる。   According to the present invention, a hydrogen generating apparatus and power with a low environmental load that prevent accumulation of oxides generated by reaction with light metals in a reaction vessel and generate driving force using generated hydrogen. An apparatus can be provided.

本発明によれば、
シールド容器と、
前記シールド容器に回動自在に保持された反応容器と、
前記反応容器の内部に水を供給する水ノズルと、
前記反応容器の内部で軽金属または軽金属合金から水素ガスを発生させるための電極構造体と、
前記反応容器に取り付けられ、前記反応容器の内部と外部とを連通し、前記水素ガスを利用して前記反応容器に回転力を付与する噴射ノズルと
を備える、水素生成装置が提供できる。 According to the present invention,
A shield container;
A reaction vessel rotatably held in the shield vessel;
A water nozzle for supplying water into the reaction vessel;
An electrode structure for generating hydrogen gas from a light metal or light metal alloy inside the reaction vessel;
There can be provided a hydrogen generation apparatus, comprising: an injection nozzle attached to the reaction vessel, communicating between the inside and the outside of the reaction vessel, and applying a rotational force to the reaction vessel using the hydrogen gas.

本発明では、前記水素生成装置は、前記反応容器の内部での水素ガスの発生を間歇的に制御する制御手段を備えることができる。本発明では、前記シールド容器の外部で、生成した前記水素ガスと、前記水素ガス以外の反応生成物とを分離する、質量分離装置を備えることができる。本発明では、前記電極構造体は、前記反応容器内で生成した水素ガスを含む混合気に点火することができる。   In the present invention, the hydrogen generation apparatus may include a control unit that intermittently controls generation of hydrogen gas inside the reaction vessel. In this invention, the mass separator which isolate | separates the produced | generated hydrogen gas and reaction products other than the said hydrogen gas outside the said shield container can be provided. In the present invention, the electrode structure can ignite an air-fuel mixture containing hydrogen gas generated in the reaction vessel.

本発明によれば、
シールド容器と、
前記シールド容器に回動自在に保持された反応容器と、
前記反応容器の内部に水を供給する水ノズルと、
前記反応容器の内部で軽金属または軽金属合金から水素ガスを発生させるための電極構造体と、
前記反応容器に取り付けられ、前記反応容器の内部と外部とを連通し、前記水素ガスを利用して前記反応容器に回転力を付与する噴射ノズルと
を備え、前記反応容器内で生成した反応生成物の運動エネルギーと水素ガスの燃焼による噴射の反動および圧力差を活用する動力装置が提供できる。 According to the present invention,
A shield container;
A reaction vessel rotatably held in the shield vessel;
A water nozzle for supplying water into the reaction vessel;
An electrode structure for generating hydrogen gas from a light metal or light metal alloy inside the reaction vessel;
A reaction nozzle that is attached to the reaction vessel, communicates the inside and outside of the reaction vessel, and uses the hydrogen gas to apply a rotational force to the reaction vessel, It is possible to provide a power unit that utilizes the reaction force and pressure difference due to the kinetic energy of an object and the combustion of hydrogen gas.

本発明では、前記動力装置は、前記反応容器の内部での水素ガスの発生を間歇的に制御する制御手段を備えることができる。本発明では、前記シールド容器の外部で、生成した前記水素ガスと、前記水素ガス以外の反応生成物とを分離する、質量分離装置を備えることができる。 In the present invention, the power unit can include control means for intermittently controlling the generation of hydrogen gas inside the reaction vessel. In this invention, the mass separator which isolate | separates the produced | generated hydrogen gas and reaction products other than the said hydrogen gas outside the said shield container can be provided.

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した特定の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の水素生成装置１０の概略的な断面図を示す。図１に示した水素生成装置１０は、シールド容器１２と、シールド容器１２内に回動自在に保持された反応容器１４とを備えている。反応容器１４は、スラスト軸受け、スラスト玉軸受け、ラジアル軸受けなどの適切な軸受けにより保持されており、図１に示した実施の形態では、軸受け１６は、ラジアル軸受けとされ、軸受け１８はスラスト軸受けとすることができる。   The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the specific embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a hydrogen generator 10 of the present invention. The hydrogen generator 10 shown in FIG. 1 includes a shield container 12 and a reaction container 14 rotatably held in the shield container 12. The reaction vessel 14 is held by an appropriate bearing such as a thrust bearing, a thrust ball bearing, or a radial bearing. In the embodiment shown in FIG. 1, the bearing 16 is a radial bearing, and the bearing 18 is a thrust bearing. can do.

反応容器１４は、さらに、水タンク３２と、シャフト２０とを備えており、水タンク３２およびシャフト２０は、反応容器１４と一体とされて、軸受け１６、１８に保持されてシールド容器１２内で反応容器１４と共に回動自在に保持されている。反応容器１４は、反応容器１４の上部から絶縁部材３４を通して反応容器１４の内部にまで延びた電極部材２２を備えている。電極部材２２の先端部には、スパーク・ギャップ２４が取り付けられていて、反応容器１４内に蓄積されたマグネシウムなどの軽金属を加熱し、また、酸化反応をトリガさせている。また、本発明の反応容器１４には、図１に示したスパーク・ギャップ２４に代えて、またはスパーク・ギャップ２４と共に、電熱線またはアーク放電を発生させる電極構造（図示せず）を備えることもできる。   The reaction vessel 14 further includes a water tank 32 and a shaft 20. The water tank 32 and the shaft 20 are integrated with the reaction vessel 14 and are held by bearings 16 and 18 in the shield vessel 12. Along with the reaction vessel 14, it is held rotatably. The reaction vessel 14 includes an electrode member 22 that extends from the upper portion of the reaction vessel 14 to the inside of the reaction vessel 14 through an insulating member 34. A spark gap 24 is attached to the tip of the electrode member 22 to heat a light metal such as magnesium accumulated in the reaction vessel 14 and to trigger an oxidation reaction. In addition, the reaction vessel 14 of the present invention may be provided with an electrode structure (not shown) for generating a heating wire or an arc discharge in place of the spark gap 24 shown in FIG. 1 or together with the spark gap 24. it can.

本発明では、上述したスパーク・ギャップ、電熱線、またはアーク放電電極を、共に電極構造体として参照し、これらはそれぞれ単独でまたは適宜組み合わせて使用することができる。   In the present invention, the above-described spark gap, heating wire, or arc discharge electrode are all referred to as an electrode structure, and these can be used alone or in appropriate combination.

反応容器１４の内部には、軽金属と反応させるための水を供給するための水ノズル２６が設けられている。水ノズル２６は、水タンク３２と反応容器１４とを連通する連通路３８と、連通路３８に連続する逆止弁２８とを備えている。水ノズル２６は、反応により加熱された水タンク３２内の水を反応容器１４の内部へと間歇的に供給する。反応容器１４内に供給された水は、軽金属と水との反応により水素ガスを発生させる。なお、本発明では逆止弁２８の代わりに電気的に駆動される電磁バルブを使用して、反応容器１４の外部から強制的に水を供給し、安定動作を行うこともできる。発生した水素は、生成した酸化物と共に反応容器１４に連結された噴射ノズル３０からシールド容器１２内に噴射され、反応容器１４を回動させる。噴射ノズル３０は、反応容器１４を中心として対称に配置されており、噴射した反応ガスの噴射の反作用で反応容器１４を回動させる方向に向けられた開口を備えている。なお、噴射ノズル３０の構造については、詳細に後述する。   A water nozzle 26 for supplying water for reacting with a light metal is provided inside the reaction vessel 14. The water nozzle 26 includes a communication path 38 that allows the water tank 32 and the reaction vessel 14 to communicate with each other, and a check valve 28 that continues to the communication path 38. The water nozzle 26 intermittently supplies the water in the water tank 32 heated by the reaction into the reaction vessel 14. The water supplied into the reaction vessel 14 generates hydrogen gas by the reaction between light metal and water. In the present invention, an electromagnetic valve that is electrically driven instead of the check valve 28 can be used to forcibly supply water from the outside of the reaction vessel 14 to perform a stable operation. The generated hydrogen is injected into the shield container 12 from the injection nozzle 30 connected to the reaction container 14 together with the generated oxide, and the reaction container 14 is rotated. The injection nozzle 30 is arranged symmetrically with the reaction vessel 14 as a center, and includes an opening directed in a direction in which the reaction vessel 14 is rotated by a reaction reaction of the injected reaction gas. The structure of the injection nozzle 30 will be described later in detail.

本発明の特定の実施の形態では、軽金属としては、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ、Ａｌ、Ｓｔなどを挙げることができ、これらは、それぞれ単独でまたは適宜、ＭｇｘＡｌｙ（ｘおよびｙは、正の自然数）などの合金として使用することができ、また、反応熱の制御のためにＺｎなどの金属を合金または混合して使用することができ、その反応性に応じて、軽金属またはその合金の形状を、粉末状、粒状、フィルム状、フレーク状、プレート状として使用することができる。なお、水素を必要としないときは、軽金属と水との反応以外に、軽金属と酸素との反応を用いることができる。 In particular embodiments of the present invention, the light metal can include Na, Mg, Ca, K, Al, St, etc., each of which can be used alone or as appropriate, Mg x Al y (where x and y are , A positive natural number) or a metal such as Zn can be used as an alloy or a mixture for controlling the heat of reaction. The shape of the alloy can be used as powder, granule, film, flake, or plate. In addition, when hydrogen is not required, the reaction of a light metal and oxygen other than the reaction of a light metal and water can be used.

シールド容器１２には、複数の開口３６が形成されている。開口３６は、噴射された反応ガスを、シールド容器１２の外部へと排出すると共に、シールド容器１２内に外部から空気を導入するために形成される。排出用の開口３６は、空気取り入れ用の開口３６よりも高い位置に形成されていて、排出用の開口３６から、生成した水素ガスが排出される。   A plurality of openings 36 are formed in the shield container 12. The opening 36 is formed to discharge the injected reaction gas to the outside of the shield container 12 and to introduce air into the shield container 12 from the outside. The discharge opening 36 is formed at a position higher than the air intake opening 36, and the generated hydrogen gas is discharged from the discharge opening 36.

本発明では、図１に示した水素発生装置１０から排出された水素ガスをそのままシールド容器１２の外部へと導出して、専ら水素ガスを回収するための装置として機能させることができる。この場合でも生成した金属酸化物は、反応容器１４の回動による遠心力および放出される水素ガスのストリームにより、反応容器１４の外部へと放出されるので、反応容器１４内における金属酸化物の蓄積が防止できる。   In the present invention, the hydrogen gas discharged from the hydrogen generator 10 shown in FIG. 1 can be led out to the outside of the shield container 12 as it is, and can be made to function exclusively as a device for recovering the hydrogen gas. Even in this case, the generated metal oxide is released to the outside of the reaction vessel 14 by the centrifugal force generated by the rotation of the reaction vessel 14 and the released hydrogen gas stream. Accumulation can be prevented.

また、本発明では、反応容器１４内で解放された反応エネルギーと、発生した水素ガスを噴射ノズル３０の直下流側で燃焼させることにより、発生した水素ガスと酸素との酸化反応により解放されたエネルギーを反応容器１４の回転エネルギーに変換する。   Further, in the present invention, the reaction energy released in the reaction vessel 14 and the generated hydrogen gas are combusted immediately downstream of the injection nozzle 30 to be released by the oxidation reaction between the generated hydrogen gas and oxygen. The energy is converted into rotational energy of the reaction vessel 14.

本発明で噴射ノズル３０の直下流側で爆轟状態を生成させるためにシールド容器１２の適切な位置に点火プラグまたはパイロット・バーナ（図示せず）を配置して、噴射ノズル３０の下流側の混合気に着火することもできる。発生した回転エネルギーは、シャフト２０に連結されたエネルギー変換手段、例えば、発電装置、動翼、ファンなどに伝達され、発電用途および推進用途に使用することができる。   In the present invention, an ignition plug or a pilot burner (not shown) is disposed at an appropriate position of the shield container 12 in order to generate a detonation state immediately downstream of the injection nozzle 30, and downstream of the injection nozzle 30. The mixture can be ignited. The generated rotational energy is transmitted to energy conversion means connected to the shaft 20, such as a power generation device, a moving blade, a fan, etc., and can be used for power generation and propulsion applications.

なお、本発明における用語「爆轟：detonation」とは、可燃性混合気を超高速で爆発的に燃焼させるモードであり、容易に高圧・高温の高エネルギーを発生させる現象をいう。爆轟における燃焼モードは爆薬の爆発と同じであるが、固体爆薬のように残さが発生することなく、かつ高速で繰り返し発生させることが容易という特徴を有している。特に、本発明により生成した水素ガスを燃焼として使用し、酸素などの適切な酸化剤を含む酸化性気体を使用して爆轟を生成することにより、クリーンな燃焼を生じさせることができる。   The term “detonation” in the present invention is a mode in which a combustible air-fuel mixture is explosively burned at an ultra-high speed, and refers to a phenomenon that easily generates high-pressure and high-temperature high energy. The combustion mode in detonation is the same as the explosion of explosives, but it has the feature that it is easy to repeatedly generate at high speed without generating residue like solid explosives. In particular, clean combustion can be produced by using the hydrogen gas produced by the present invention as combustion and generating detonation using an oxidizing gas containing an appropriate oxidizing agent such as oxygen.

なお、爆轟のさらなる別の説明としては、燃焼により生じた衝撃波面と、燃焼状態のフロント面とがほぼ一致する燃焼状態であると、定義することもできる。図１に示した本発明の水素発生装置１０では、マグネシウムなどの軽金属は、粉末状、プレート状、またはフレーク状の形状として反応容器１４の内部に蓄積されており、スパーク・ギャップ２４、電熱線、アーク放電などの電極構造体により加熱・着火され、水ノズル２６から供給される水との反応を生じさせる。なお、反応容器１４内で燃焼を生成させるために、反応容器１４内に空気などの適切な酸化性気体を導入するための酸化剤供給ノズル、または酸化剤供給口を設けることができる。   In addition, as another explanation of detonation, it can be defined that the shock wave surface generated by the combustion is a combustion state in which the front surface of the combustion state substantially coincides. In the hydrogen generator 10 of the present invention shown in FIG. 1, light metal such as magnesium is accumulated in the reaction vessel 14 in the form of powder, plate, or flake, and the spark gap 24, heating wire Then, it is heated and ignited by an electrode structure such as arc discharge to cause a reaction with water supplied from the water nozzle 26. In order to generate combustion in the reaction vessel 14, an oxidant supply nozzle or an oxidant supply port for introducing an appropriate oxidizing gas such as air into the reaction vessel 14 can be provided.

図２は、本発明の水素発生装置１０の他の実施の形態を示した図である。図２に示した水素発生装置１０は、図１に説明したと同様の構成を備えている。また、上側に形成された開口３６には、質量分離装置４０が連結されている。質量分離装置４０は、生成した水素ガスを回収している。図２に示した質量分離装置４０は、概ね、水を貯留する貯留槽４２を備えており、質量分離装置４０の一方に形成された取り込み口は、開口３６に連結されて、排出された水素ガスを貯留槽４２内に導入している。貯留槽４２には、生成した酸化物粉末も導入されるが、導入された酸化物粉末は、貯留槽４０内の水により冷却されて、質量分離装置４０の下部にスラッジ４４として蓄積される。生成した水素ガス４６は、貯留槽４０内の水により、冷却された後、貯留槽４０の内部に形成されたじゃま板構造を通して、質量分離装置４０の外部に排出され、回収される。   FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the hydrogen generator 10 of the present invention. The hydrogen generator 10 shown in FIG. 2 has the same configuration as described in FIG. A mass separator 40 is connected to the opening 36 formed on the upper side. The mass separator 40 collects the generated hydrogen gas. The mass separation device 40 shown in FIG. 2 generally includes a storage tank 42 for storing water, and an intake port formed on one side of the mass separation device 40 is connected to the opening 36 and discharged hydrogen. Gas is introduced into the storage tank 42. The generated oxide powder is also introduced into the storage tank 42, but the introduced oxide powder is cooled by water in the storage tank 40 and accumulated as sludge 44 in the lower part of the mass separator 40. The generated hydrogen gas 46 is cooled by water in the storage tank 40, and then discharged to the outside of the mass separator 40 through a baffle plate structure formed in the storage tank 40 and collected.

図３は、本発明の水素発生装置１０のさらに他の実施の形態を示した図である。図３に示した水素発生装置１０は、反応容器１４にマグネシウムなどの軽金属を間歇的に導入するための供給機構を備える実施の形態である。図３に示すように、反応容器１４には、反応容器１４の内部と外部とを連通する連通口５２が設けられており、連通口５２には、逆止弁５４が配置されている。一方、シールド容器１２の対応する位置には、軽金属、本発明の特定の実施の形態では、マグネシウム（Ｍｇ）などの軽金属または軽金属合金を供給するための供給管５０が配置される。供給管５０は、反応容器１４の上側面に隣接するまでシールド容器１２内へと延ばされていて、連通口５２へとＭｇを矢線Ａに示されるように間歇的に供給する、制御手段を形成する。なお、反応容器１４の上側面には、供給管５０を保持し、適切にマグネシウムなどの軽金属および軽金属合金を供給することができるように、供給管５０を収容し、ガイドする軸受け構造を設けることができる。   FIG. 3 is a view showing still another embodiment of the hydrogen generator 10 of the present invention. The hydrogen generator 10 shown in FIG. 3 is an embodiment provided with a supply mechanism for intermittently introducing a light metal such as magnesium into the reaction vessel 14. As shown in FIG. 3, the reaction vessel 14 is provided with a communication port 52 that communicates the inside and the outside of the reaction vessel 14, and a check valve 54 is disposed in the communication port 52. On the other hand, a supply pipe 50 for supplying light metal, light metal such as magnesium (Mg) or light metal alloy in a specific embodiment of the present invention, is disposed at a corresponding position of the shield container 12. The supply pipe 50 is extended into the shield container 12 until it is adjacent to the upper side surface of the reaction container 14 and intermittently supplies Mg to the communication port 52 as indicated by the arrow A. Form. A bearing structure for holding and guiding the supply pipe 50 is provided on the upper side surface of the reaction vessel 14 so that the supply pipe 50 is held and light metals such as magnesium and light metal alloys can be supplied appropriately. Can do.

供給管５０内部には、軽金属または軽金属合金の粉末、粒子、フレーク、フィルムなどが蓄積されている、反応容器１４の回動に伴い連通口５２が供給管５０の位置に重合すると、加圧された気体により逆止弁５２が解放され、反応容器１４の内部に軽金属および軽金属合金を供給する。なお、本発明では、逆止弁５４の代わりに、電磁的に開閉する電磁バルブを使用し、反応容器の回転速度に応答して供給管５０に重合する位置となる時に電磁バルブを解放して、動作の安定化を行うこともできる。   Light metal or light metal alloy powder, particles, flakes, films, and the like are accumulated inside the supply pipe 50. When the communication port 52 is polymerized at the position of the supply pipe 50 as the reaction vessel 14 rotates, the pressure is increased. The check valve 52 is released by the gas, and light metal and a light metal alloy are supplied into the reaction vessel 14. In the present invention, instead of the check valve 54, an electromagnetic valve that opens and closes electromagnetically is used, and the electromagnetic valve is released when the position overlaps with the supply pipe 50 in response to the rotation speed of the reaction vessel. The operation can be stabilized.

供給されたＭｇは、スパーク・ギャップ２４からの火花放電により着火され、同時に反応容器１４内の水蒸気と反応して水素を発生させる。   The supplied Mg is ignited by a spark discharge from the spark gap 24 and simultaneously reacts with water vapor in the reaction vessel 14 to generate hydrogen.

生成した爆轟は、反応装置１４の中心部から、連鎖反応により速度を高めながら、噴射ノズル３０の方に伝搬してゆく。生成した爆轟は、噴射ノズル３０から、高速・高圧力で噴射され、反応容器１４を回転させる。このとき、同時に生成するＭｇＯなどの金属酸化物についても噴射ノズル３０を通して放出され、一部が噴射ノズル３０の内壁に溶射され、内壁の保護コーティングを生成する。また、保護コーティングとして使用されなかった金属酸化物は、シールド容器１２内部に蓄積されるか、または開口３６に接続された質量分離装置により回収される。生成した反応容器１４の回転力は、シャフト２０を介して発電装置、または推進装置へと伝達され、他の仕事を生成するために使用される。   The generated detonation propagates from the central part of the reaction device 14 toward the injection nozzle 30 while increasing the speed by a chain reaction. The generated detonation is injected from the injection nozzle 30 at high speed and high pressure to rotate the reaction vessel 14. At this time, metal oxide such as MgO that is generated at the same time is also discharged through the injection nozzle 30 and a part thereof is sprayed on the inner wall of the injection nozzle 30 to generate a protective coating on the inner wall. Further, the metal oxide that has not been used as a protective coating is accumulated inside the shield container 12 or is collected by a mass separator connected to the opening 36. The generated rotational force of the reaction vessel 14 is transmitted to the power generation device or the propulsion device via the shaft 20 and is used to generate other work.

図４は、図３に示した本発明の水素生成装置１０が反応容器１４内で爆轟を生成させるときの配置を示した図である、供給管５０は、反応容器１４の上側面に隣接した位置で閉鎖され、また、連通口５２は、逆止弁５４または電磁弁により閉塞され、反応容器１４の内部で発生する爆轟を効率的に噴射ノズル３０へと向かわせて、噴射ノズル３０から高速の反応混合物を噴射ている。なお、噴射ノズル３０の先端は、図４に示した形状ではなく、後述するように、ノズル構造として構成することもできる。   FIG. 4 is a view showing an arrangement when the hydrogen generator 10 of the present invention shown in FIG. 3 generates detonation in the reaction vessel 14. The supply pipe 50 is adjacent to the upper surface of the reaction vessel 14. The communication port 52 is closed by the check valve 54 or the electromagnetic valve, and the detonation generated inside the reaction vessel 14 is efficiently directed to the injection nozzle 30, so that the injection nozzle 30. High-speed reaction mixture is sprayed from. Note that the tip of the injection nozzle 30 is not the shape shown in FIG. 4 but can be configured as a nozzle structure as will be described later.

図５は、本発明の水素生成装置のさらに他の実施の形態を示した図である。図５に示した水素生成装置６０は、反応容器６４と、反応容器６４を外部からシールドするシールド容器６２とを備えている。反応容器６４は、水タンク８０と一体として形成されており、さらにシャフト６８を介して外部へと回転エネルギーを伝達することができる構成とされている。シールド容器６２には、ラジアル軸受けおよびスラスト軸受けなどの軸受け部材６６が配置されていて、反応容器６４を回動自在に保持している。   FIG. 5 is a view showing still another embodiment of the hydrogen generator of the present invention. The hydrogen generator 60 shown in FIG. 5 includes a reaction vessel 64 and a shield vessel 62 that shields the reaction vessel 64 from the outside. The reaction vessel 64 is formed integrally with the water tank 80 and is configured to be able to transmit rotational energy to the outside via a shaft 68. The shield container 62 is provided with a bearing member 66 such as a radial bearing and a thrust bearing, and holds the reaction container 64 in a freely rotatable manner.

また、反応容器６４は、図５に示した実施の形態では、供給口８４から連続的にマグネシウムなどの軽金属が供給される。反応容器６４の内部には、逆止弁構造７６を備えた水ノズル７４およびスパーク・ギャップ７２などの電極構造体が、図１で説明した実施の形態と同様に配置されており、反応容器１４の内部での燃焼−水素発生プロセスを維持させている。この場合、供給口８６は、供給口８４と周方向に連続しており、供給口８６の位置では、逆止弁、電磁弁（図示せず）を動作させて、閉鎖状態とされ、供給口８６からの軽金属の供給が行われないように構成されている。生成した水素または爆轟は、噴射ノズル７８から噴射され、反応容器１４を回動させる駆動力を生成させている。なお、図５に示した実施の形態では、反応容器１４の回転中心軸を中心としたバランスを確保するため、バランサ構造８６が提供されていて、反応容器１４の回転中心に対するバランスを確保することができる構成とされている。なお、反応容器の供給口８４と反応容器６４との間に逆止弁または電磁ノズルを構成させておき、爆轟の発生と同期して、軽金属または軽金属合金の供給を間歇的に制御する制御手段を与えることができる。   In the embodiment shown in FIG. 5, the reaction vessel 64 is continuously supplied with light metal such as magnesium from the supply port 84. Inside the reaction vessel 64, electrode structures such as a water nozzle 74 having a check valve structure 76 and a spark gap 72 are arranged in the same manner as in the embodiment described with reference to FIG. The internal combustion-hydrogen generation process is maintained. In this case, the supply port 86 is continuous with the supply port 84 in the circumferential direction, and at the position of the supply port 86, a check valve and a solenoid valve (not shown) are operated to be in a closed state. The light metal is not supplied from 86. The generated hydrogen or detonation is injected from the injection nozzle 78 to generate a driving force that rotates the reaction vessel 14. In the embodiment shown in FIG. 5, a balancer structure 86 is provided to ensure a balance around the rotation center axis of the reaction vessel 14, and a balance with respect to the rotation center of the reaction vessel 14 is ensured. It can be configured. In addition, a check valve or an electromagnetic nozzle is configured between the reaction vessel supply port 84 and the reaction vessel 64 so that the supply of light metal or light metal alloy is intermittently controlled in synchronization with the occurrence of detonation. Means can be given.

図６は、本発明の水素生成装置に使用される図１〜４に示した噴射ノズル３０、および図５に示した噴射ノズル７８の開放端形状を示した上面図である。図６に示す噴射ノズルは、反応容器の回転中心軸に対して中心対称に複数配置されており、反応容器の回動方向に対して反対向きに水素または爆轟を噴射させる。噴射ノズル３０、７８は、反応容器（図示せず）の回転中心から延びた通路部８８と、通路部８８に連続した開放端９０とを備えている。図６（ａ）に示した実施の形態では、開放端９０は、半球状に構成されていて、噴射されるガスを矢線Ｂの方向へと向かわせている。   FIG. 6 is a top view showing the open end shapes of the injection nozzle 30 shown in FIGS. 1 to 4 and the injection nozzle 78 shown in FIG. 5 used in the hydrogen generator of the present invention. A plurality of injection nozzles shown in FIG. 6 are arranged symmetrically with respect to the rotation center axis of the reaction vessel, and inject hydrogen or detonation in the opposite direction to the rotation direction of the reaction vessel. The injection nozzles 30 and 78 include a passage portion 88 that extends from the rotation center of a reaction vessel (not shown), and an open end 90 that is continuous with the passage portion 88. In the embodiment shown in FIG. 6 (a), the open end 90 is formed in a hemispherical shape, and directs the injected gas in the direction of the arrow B.

また、図６（ｂ）に示した実施の形態では、通路部８８に連続する開放端９０は、概ね放物面形状として形成されていて、同様に、噴射されるガスを、矢線Ｂの方向へと向かわせている。さらに、図６（ｃ）に示した実施の形態では、通路部８８は、反応容器の中心から直線的に延びた領域と、開放端９０を噴射方向に偏向させる屈曲部とを備えている。屈曲部の先端には、開放端９０が形成されていて、図６（ｃ）に示した実施の形態では、特に構成したノズル形状ではなく、通路部を垂直に断ち切った形状とされており、矢線Ｂの方向へと、ガスを噴射させる。なお、図６（ｃ）に示した実施の形態においても、図６（ａ）、（ｂ）の開放端の形状を併用することができることは当業者によれば、明らかであろう。   In the embodiment shown in FIG. 6 (b), the open end 90 continuous with the passage portion 88 is generally formed as a paraboloid, and similarly, the gas to be injected is indicated by the arrow B. It is heading in the direction. Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 6C, the passage portion 88 includes a region extending linearly from the center of the reaction vessel and a bent portion that deflects the open end 90 in the injection direction. An open end 90 is formed at the tip of the bent portion, and in the embodiment shown in FIG. 6C, the shape of the passage portion is cut off vertically, not the nozzle shape that is specifically configured. Gas is jetted in the direction of arrow B. It will be apparent to those skilled in the art that the shape of the open end of FIGS. 6A and 6B can also be used in the embodiment shown in FIG.

これまで本発明を図面に示した具体的な実施の形態をもって説明してきたが、本発明は、図面に示した具体的な実施の形態に限定されるものではなく、当業者により容易に想到され、格別な作用効果を奏しない範囲の種々の除外、付加、別実施例などを含む均等範囲についても、本発明の趣旨に含まれるものである。   The present invention has been described with the specific embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the specific embodiments shown in the drawings, and can be easily conceived by those skilled in the art. The scope of the present invention also includes equivalent ranges including various exclusions, additions, and other embodiments that do not exhibit special effects.

本発明の水素生成装置は、軽金属から効率的に水素を発生することができ、同時に発生した水素を直接、動力発生のために使用することができるので、水素供給源、発電装置、推進装置などに適用でき、さらに、気体反応生成物は、水のみであるため、環境負荷の極めて少ない駆動力を提供する水素生成装置および動力装置を提供することができる。   The hydrogen generator of the present invention can efficiently generate hydrogen from light metal, and can simultaneously use the generated hydrogen directly for power generation, so a hydrogen supply source, a power generation device, a propulsion device, etc. Furthermore, since the gas reaction product is only water, it is possible to provide a hydrogen generator and a power unit that provide a driving force with an extremely low environmental load.

本発明の水素生成装置の実施の形態を示した図。The figure which showed embodiment of the hydrogen generator of this invention. 本発明の水素生成装置における質量分離を示した図。The figure which showed the mass separation in the hydrogen generator of this invention. 本発明の水素生成装置の他の実施の形態を示した図。The figure which showed other embodiment of the hydrogen generator of this invention. 本発明の水素生成装置の爆轟発生状態での配置を示した図。The figure which showed arrangement | positioning in the detonation generation | occurrence | production state of the hydrogen generator of this invention. 本発明の水素発生装置のさらに他の実施の形態を示した図。The figure which showed further another embodiment of the hydrogen generator of this invention. 本発明において使用する噴射ノズルの形状を示した図。The figure which showed the shape of the injection nozzle used in this invention. 従来の水素生成装置の概略的構成を示した図。The figure which showed schematic structure of the conventional hydrogen generator.

符号の説明Explanation of symbols

１０…水素生成装置、１２…シールド容器、１４…反応容器、１６…ラジアル軸受け、１８…スラスト軸受け、２０…シャフト、２２…電極部材、２４…スパーク・ギャップ、２６…水ノズル、２８…逆止弁、３０…噴射ノズル、３２…水タンク、３４…絶縁部材、３６…開口、３８…連通路、４０…質量分離装置、４２…貯水槽、４４…スラッジ、４６…水素ガス、５０…供給管、５２…連通口、５４…逆止弁、６０…水素生成装置、６２…シールド容器、６４…反応容器、６６…軸受け、６８…シャフト、７０…電極部材、８０…水タンク、８２…開口、８４…供給口、８６…バランサ構造、８８…通路部、９０…開放端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen generator, 12 ... Shield container, 14 ... Reaction container, 16 ... Radial bearing, 18 ... Thrust bearing, 20 ... Shaft, 22 ... Electrode member, 24 ... Spark gap, 26 ... Water nozzle, 28 ... Check Valve, 30 ... Injection nozzle, 32 ... Water tank, 34 ... Insulating member, 36 ... Opening, 38 ... Communication path, 40 ... Mass separator, 42 ... Water tank, 44 ... Sludge, 46 ... Hydrogen gas, 50 ... Supply pipe 52 ... Communication port, 54 ... Check valve, 60 ... Hydrogen generator, 62 ... Shield container, 64 ... Reaction vessel, 66 ... Bearing, 68 ... Shaft, 70 ... Electrode member, 80 ... Water tank, 82 ... Opening, 84 ... Supply port, 86 ... Balancer structure, 88 ... Passage section, 90 ... Open end

Claims (7)

シールド容器と、
前記シールド容器に回動自在に保持された反応容器と、
前記反応容器の内部に水を供給する水ノズルと、
前記反応容器の内部で軽金属または軽金属合金から水素ガスを発生させるための電極構造体と、
前記反応容器に取り付けられ、前記反応容器の内部と外部とを連通し、前記水素ガスを利用して前記反応容器に回転力を付与する噴射ノズルと
を備える、水素生成装置。 A shield container;
A reaction vessel rotatably held in the shield vessel;
A water nozzle for supplying water into the reaction vessel;
An electrode structure for generating hydrogen gas from a light metal or light metal alloy inside the reaction vessel;
A hydrogen generating apparatus, comprising: an injection nozzle attached to the reaction vessel, communicating between the inside and the outside of the reaction vessel, and applying a rotational force to the reaction vessel using the hydrogen gas. 前記水素生成装置は、前記反応容器の内部での水素ガスの発生を間歇的に制御する制御手段を備える、請求項１に記載の水素生成装置。   The hydrogen generation apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that intermittently controls generation of hydrogen gas inside the reaction vessel. 前記シールド容器の外部で、生成した前記水素ガスと、前記水素ガス以外の反応生成物とを分離する、質量分離装置を備える、請求項１または２に記載の水素生成装置。 The outside of the shielding container, a generated the hydrogen gas, to separate the reaction products other than the hydrogen gas, comprising a mass separation device, the hydrogen generating apparatus according to claim 1 or 2. 前記電極構造体は、前記反応容器内で生成した水素ガスを含む混合気を間歇的に点火する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成装置。   The hydrogen generating apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode structure intermittently ignites an air-fuel mixture containing hydrogen gas generated in the reaction vessel. シールド容器と、
前記シールド容器に回動自在に保持された反応容器と、
前記反応容器の内部に水を供給する水ノズルと、
前記反応容器の内部で軽金属または軽金属合金から水素ガスを発生させるための電極構造体と、
前記反応容器に取り付けられ、前記反応容器の内部と外部とを連通し、前記水素ガスを利用して前記反応容器に回転力を付与する噴射ノズルと
を備え、前記反応容器内で生成した水素ガスを使用して間歇的に爆轟を生成する、
動力装置。 A shield container;
A reaction vessel rotatably held in the shield vessel;
A water nozzle for supplying water into the reaction vessel;
An electrode structure for generating hydrogen gas from a light metal or light metal alloy inside the reaction vessel;
A hydrogen gas produced in the reaction vessel, the jetting nozzle being attached to the reaction vessel, communicating between the inside and the outside of the reaction vessel, and applying a rotational force to the reaction vessel using the hydrogen gas. To generate detonation intermittently,
Power unit. 前記動力装置は、前記反応容器の内部での水素ガスの発生を間歇的に制御する制御手段を備える、請求項５に記載の動力装置。 The power unit according to claim 5, further comprising a control unit that intermittently controls generation of hydrogen gas inside the reaction vessel. 前記シールド容器の外部で、生成した前記水素ガスと、前記水素ガス以外の反応生成物とを分離する、質量分離装置を備える、請求項５または６に記載の動力装置。 The power plant according to claim 5 or 6, comprising a mass separator that separates the generated hydrogen gas and a reaction product other than the hydrogen gas outside the shield container.
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