JP5960827B2 - Hydrogen replenishment system for generating hydrogen on demand for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は、水素発生装置に関する。特に、本発明は、燃料効率を向上させ、炭素排出量を低減させるために内燃機関と共に使用できる水素補給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen generator. In particular, the invention relates to a hydrogen replenishment system that can be used with an internal combustion engine to improve fuel efficiency and reduce carbon emissions.
ガソリン及びディーゼルエンジンの補助として使用されるHHOガス(ブラウンガスとしても知られる)を発生させるいくつかの装置が市場に存在する。HHOガスは、酸素1部に対して水素2部からなる。これらの装置は一般的に、水を水素と酸素に分解する電解槽を備える。一例は、特許第4,023,405号である。これらの電解槽は一般的に、電解液、特にKOH、水酸化カリウム、又は重炭酸ナトリウムを使用する。HHOガスを発生させるために、装置に電圧が加えられる。 There are several devices on the market that generate HHO gas (also known as brown gas) that is used as an aid to gasoline and diesel engines. HHO gas consists of 2 parts hydrogen to 1 part oxygen. These devices generally comprise an electrolytic cell that decomposes water into hydrogen and oxygen. An example is Japanese Patent No. 4,023,405. These electrolyzers generally use an electrolyte, particularly KOH, potassium hydroxide, or sodium bicarbonate. A voltage is applied to the device to generate HHO gas.
これらの装置の多くの主な問題は、水素を発生させるために必要なエネルギーが車両の電気系統に大きな負荷をかけることである。車両でエアコンをかけ続けることと同様に、追加の電気負荷は、1ガロン当たりのマイル数を低下させる。水素は通常、車両の効率及びマイル/ガロンを引き上げるが、水素を発生させるための車両への追加の電気負荷は通常大きいので、車両のマイル利得(mileage gains)を最小限とするか、又は多くの場合はほとんどもしくはすべてを無効とする。 The main problem with many of these devices is that the energy required to generate hydrogen places a heavy load on the vehicle's electrical system. Similar to continuing to air-condition the vehicle, the additional electrical load reduces the number of miles per gallon. Hydrogen typically increases vehicle efficiency and miles / gallons, but the additional electrical load on the vehicle to generate hydrogen is usually large, so vehicle mileage gains are minimized or increased In case of, most or all are invalid.
また、ほとんどのHHOシステムは、結合ガス流の中で水素及び酸素を発生させる。水素及び酸素ガスは一般に、別々にされてはいない。現代のガソリン動力の車両では、この余分な酸素は、搭載コンピュータ、すなわち車両の電子制御ユニットECUにこの余分な酸素レベルを伝達する車両酸素センサによって検出される。ECUがこの余分な酸素を検出した場合、これは、エンジンに対する燃料が希薄になってきていて、ECUがより多くのガソリンをエンジンに追加するという信号である。これはまた、燃料効率の利得のほとんどを無効にする。 Most HHO systems also generate hydrogen and oxygen in the combined gas stream. Hydrogen and oxygen gases are generally not separated. In modern gasoline powered vehicles, this excess oxygen is detected by a vehicle oxygen sensor that communicates this excess oxygen level to the onboard computer, ie, the vehicle's electronic control unit ECU. If the ECU detects this extra oxygen, this is a signal that the fuel for the engine is becoming lean and the ECU is adding more gasoline to the engine. This also negates most of the fuel efficiency gain.
さらに、HHOシステムは一般的に、重炭酸ナトリウム又は水酸化カリウムKOHを使用する。KOHは一般に、その安定性のため、及び電解槽で使用されるステンレス鋼板又は他の板の劣化が少ないために、重炭酸ナトリウムより好まれる。しかし、KOHは、腐食性があるため、その結晶は適切に扱われないと危険であるので、注意深く扱わなければならない。電解液は通常、電解槽の最適な操作のために適切な割合で装置に挿入されなければならない。これを使用する時は非常に注意を払わなければならない。それは一般に、経験の浅い消費者には扱わせたくない種類の製品である。 In addition, HHO systems typically use sodium bicarbonate or potassium hydroxide KOH. KOH is generally preferred over sodium bicarbonate because of its stability and less degradation of stainless steel plates or other plates used in electrolyzers. However, KOH is corrosive and its crystals can be dangerous if not handled properly and must be handled with care. The electrolyte must usually be inserted into the device at an appropriate rate for optimal operation of the electrolytic cell. Extreme care must be taken when using this. It is generally a type of product that inexperienced consumers do not want to deal with.
複雑な設置方法が、典型的なHHOシステムのもう一つの問題である。通常、エンジン室内又は車両外のどこかにスペースを見つけなければならない。すべての車両は異なるので、多くの車両に装置を設置するためにボンネットの下に適切な場所を見つけることは、ほとんど不可能である。また、このシステムは、適切に設置されないと溶断ヒューズ及び多数の他の問題を一般的に引き起こし得る車両の電気系統に接続される。水素は、車両が実際に作動している時にのみ必要であり、イグニションがオンされた時には必要ではない。設置の間に、エンジンが作動している時にのみ電力が装置に提供されるように注意しなければならない。さもなければ、空気取入口に水素が集積し得る。これはさらに、これらのシステムの設置を複雑にする。 Complex installation methods are another problem with typical HHO systems. Usually, a space must be found somewhere inside the engine or outside the vehicle. Since every vehicle is different, it is almost impossible to find a suitable place under the hood to install the device in many vehicles. The system is also connected to the vehicle's electrical system which can generally cause blown fuses and numerous other problems if not properly installed. Hydrogen is only needed when the vehicle is actually operating, not when the ignition is turned on. Care must be taken during installation that power is provided to the device only when the engine is running. Otherwise, hydrogen can accumulate at the air intake. This further complicates the installation of these systems.
本発明は、水素ガスを発生させ、水素ガスを内燃機関の空気取入口に注入するための可搬型のコンパクトなオンデマンド水素補給システムに関し、特に車両用の可搬型のコンパクトなオンデマンド水素補給システムに関する。水素及び酸素は、供給タンク内の水から低い温度及び圧力で燃料電池によって発生される。水素ガスおよび酸素ガスが分配され、水が貯蔵されるよう、供給タンクを通って送り返される。ガスは、タンクの仕切り部材及びタンクの水位によって別々に保たれる。ガソリンエンジンの場合は、水素ガスは、エンジンの空気取入口に向けられ、一方、酸素ガスは、オプションとして大気に放出される。装置は、車両オルタネータ、単独のバッテリー、廃熱、又は太陽エネルギーによって駆動することができる。システムは、システムへの電力を制御し、よって、エンジンが作動している時にのみエンジンのための水素の発生制御する、真空スイッチ又は他のエンジンセンサを使用している。従って、水素が発生すると、エンジンによって直ちに消費される。水素は、車両上、車両内又は車両の周囲にも貯蔵されない。 The present invention relates to a portable compact on-demand hydrogen supply system for generating hydrogen gas and injecting the hydrogen gas into an air intake port of an internal combustion engine, and more particularly to a portable compact on-demand hydrogen supply system for a vehicle. About. Hydrogen and oxygen are generated by the fuel cell at low temperature and pressure from the water in the supply tank. Hydrogen gas and oxygen gas are distributed and sent back through the supply tank so that water is stored. The gas is maintained separately by the tank partition and the tank water level. In the case of a gasoline engine, hydrogen gas is directed to the engine air intake, while oxygen gas is optionally released to the atmosphere. The device can be driven by a vehicle alternator, a single battery, waste heat, or solar energy. The system uses a vacuum switch or other engine sensor that controls the power to the system and thus controls the generation of hydrogen for the engine only when the engine is running. Thus, when hydrogen is generated, it is immediately consumed by the engine. Hydrogen is not stored on, in or around the vehicle.
上記及び本発明のより良い理解は、添付の図面に関連して以下の実施形態の詳細な説明及び請求項を通読した際に、これらから明らかになるであろう。上記及び下記の書面によるかつ図示された開示は、本発明の例である実施形態の開示に焦点を合わせたものだが、これらは単に例示及び一例であるだけで、本発明はこれに限定されないことが明らかに理解されるべきである。以下の簡単な図面の説明において、
本発明は、下記でより詳細に説明するように、装置、方法、及びシステム、特に、例えば、内燃機関の燃料効率を向上させ、かつ炭素排出量を減少させるために使用される水素補給システムを提供する。本発明は、下記のように、多様な実施形態を提供する。しかし、留意すべき点として、本発明は本明細書に記載する実施形態に限定されるものではなく、当業者にとって公知であろう又は公知となるであろうその他の実施形態にも及び得るものである。 The present invention provides an apparatus, method, and system, particularly a hydrogen replenishment system that is used, for example, to improve fuel efficiency and reduce carbon emissions of an internal combustion engine, as described in more detail below. provide. The present invention provides various embodiments as described below. However, it should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described herein, but may extend to other embodiments that will be known or will be known to those skilled in the art. It is.
図1に示す通り、本発明は、取付ブラケット3及び締め付け部4によってトランク又は他の平らな車両の表面に固定することができるハウジングユニット2を含む可搬型水素補給システム1を提供する。ハウジングユニット2の中には、燃料電池5と、重力によって燃料電池に水7を供給するように配置された燃料電池5の上方に配置された水槽6とがある。水槽6は、支持手段8によって燃料電池の上のハウジングユニット2内に支持されている。ハウジングユニット2は、取付ブラケット3から容易に取り外し可能なように設計されている。
As shown in FIG. 1, the present invention provides a portable hydrogen supply system 1 that includes a
水槽6は、その下側に位置し、チューブに接続された給水継手9、又は燃料電池5の吸水継手11に接続された他の供給手段10を含む。水は、供給手段10によって燃料電池5に供給される。燃料電池5はまた、チューブ又は追加供給手段14及び15によって水槽6の下側の吸気継手16に接続される水素ガス出口継手12及び酸素ガス出口継手13を含む。水槽6は、水槽6を少なくとも2つのセクション、すなわち、水素セクション18と酸素セクション19に仕切る少なくとも1つの仕切り部材17を含む。仕切り部材17は、水槽6の内壁に沿って形成され、水槽6の底面20から約1/4インチまで延出(延在)する。水槽6は、水槽が水で満たされるようにする充填スパウト21を含む。水槽6に水が入ると、水槽は、仕切り部材17の両側が均等に満たされる。
The water tank 6 is located on the lower side thereof, and includes a water supply joint 9 connected to the tube or other supply means 10 connected to the water absorption joint 11 of the
燃料電池5は、一般に電気を発生させると知られているが、逆に水素及び酸素ガスを発生させるために操作される。水槽からの水が燃料電池を充填し、電池全体に電圧が加えられると、水素及び酸素ガスが発生される。
The
本発明に従って、燃料電池5は、例えば、プロトン交換膜又はポリマー電解質膜(PEM)電解槽であり得る。PEM電解槽は、一般にイオノマーから作られ、かつ陽子を伝導し、その一方で酸素又は水素などのガスが不透過であるように設計される半透膜を含む。これは、プロトン交換膜燃料電池又はプロトン交換膜電解槽の膜・電極一体構造(MEA)に組み込まれた場合の必須の機能、すなわち、反応物質の分離及び陽子の伝達である。
In accordance with the present invention, the
周知のように、電解槽は、電気を加えることによって水から水素及び酸素を生成し、低圧直流が加えられる間に水が流れる一連のプレートを含む装置である。電解槽は、電気の通過によって、通常は化合物を元素又はより単純な生成物に分解することによって、水を水素及び酸素ガスに分解する。 As is well known, an electrolyzer is a device that includes a series of plates through which water is generated while low pressure direct current is applied, producing hydrogen and oxygen from the water by applying electricity. Electrolyzers decompose water into hydrogen and oxygen gas by passing electricity, usually by breaking down compounds into elements or simpler products.
PEM電解槽が図3に示される。PEM電解槽は、対向して配される外部電極41であって、その一方がアノード41aであり、他方がカソード41bである外部電極41と、アノード41a及びカソード41bのそれぞれに配された電解触媒42a及び42bと、電解触媒42aと42bの間に配された膜43とを含む複数の層を含む。PEM電解槽はさらに、電力が電子の形でアノード41aから外部回路44を沿ってカソード41bに流れ、陽子が膜43を通じてアノード41aからカソード41bに流れるように、アノード41a及びカソード41bに電力を加える外部回路44を含む。
A PEM electrolyser is shown in FIG. The PEM electrolyzer is an external electrode 41 arranged oppositely, one of which is an
PEM電解槽の効率は、主にその膜及び電解触媒の性能の関数(function)である。膜43は、水素を正電荷を持つ原子又は陽子として放出し易いスルホン酸基(SO3H)を部分的に含むように化学的に変えられた(H+:SO3H→SO3 −+H+)固体フッ素重合体を含む。
The efficiency of a PEM electrolyzer is mainly a function of the performance of the membrane and the electrocatalyst. The
これらのイオン形態又は荷電形態は、水が生成ガス(すなわち分子状水素H2及び酸素O2)ではなく膜構造に浸透することを可能にする。結果として生じる水和プロトン(H3O+)は自由に動くが、一方、スルホン酸イオンSO3 −は、ポリマー側鎖に固定されたままである。よって、電界が膜43全体に加えられると、水和プロトンは、負電荷の電極(カソード41bとして知られる)に引き付けられる。動いている電荷は電流と同じなので、膜43は、電気の導体として機能する。それは、プロトン伝導体と言われる。
These ionic or charged forms allow water to penetrate the membrane structure rather than the product gas (ie, molecular hydrogen H 2 and oxygen O 2 ). The resulting hydrated proton (H 3 O + ) moves freely, while the sulfonate ion SO 3 − remains fixed to the polymer side chain. Thus, when an electric field is applied across the
使用される典型的な膜材料は、「ナフィオン(登録商標)」と呼ばれる。ナフィオン(登録商標)は、少ない割合で硫酸又はカルボン酸イオン官能基を含む全フッ素置換されたポリマーである。 A typical membrane material used is called “Nafion®”. Nafion® is a perfluorinated polymer that contains a small percentage of sulfate or carboxylate functional groups.
よって、図3で示す通り、水H2Oは電池に入り、膜43の表面で分割されて、陽子、電子、及び気体酸素を形成する。陽子が印加された電界の影響下の膜43を通り、電子が外部回路44を通る間に、気体酸素は電池を離れる。陽子及び電子は、反対側の表面、すなわち負電荷の電極(カソード41bとして知られる)で組み合わされ、純粋な気体水素を形成する。
Thus, as shown in FIG. 3, water H 2 O enters the battery and is split at the surface of the
燃料電池5の作動中に、少量の水、水素気泡22及び酸素気泡23は、燃料電池5の水素出口12及び酸素出口13それぞれから出て、水槽6の水素側18及び酸素側19に流れ込む。気泡は、水を通って、タンクの水位及び槽仕切り部材17によって形成される上方空気キャビティ24まで上昇する。水素及び酸素ガスは、仕切り部材17及びタンクの水位によって、上方キャビティ24の中で互いに別々に保たれる。水素ガス及び酸素ガスがそれぞれの上方キャビティ24を充填していくと、水素の場合はタンクの上方の継手25を通して、酸素の場合はタンクの上方の継手26を通してガスが流れ出ていく。水素ガスは、ハウジングユニット2の水素継手28に接続されたチューブ27を通して流れる。酸素は、ハウジングユニット2の継手30に接続されたチューブ29を通して流れる。
During operation of the
図2で示す通り、ガソリン又はディーゼルエンジン32によって駆動される車両31には、可搬型水素補給システム1が搭載されている。電力は、電線34に接続された車両用バッテリー33によって可搬型水素補給システム1に供給される。水素補給システムに通じる電気回路は、真空スイッチ35、又は他のエンジンセンサ、及びエンジンが作動している時に可搬型水素発生システム1に通じる電気回路を完了させるオペレータ制御スイッチ36を含む。電力が可搬型水素補給システム1に供給されると、水素ガスは、ハウジングユニット2の水素継手28に接続された水素出口チューブ37を通って、車両エンジン32の空気取入口38に流れる。酸素ガスは、酸素出口チューブ39を通って流れ、酸素センサを有するガソリンエンジンの場合は、大気に放出される。2つのガスは、オプションとして酸素センサを備えないディーゼルエンジン車両又は他の内燃機関のために組み合わせることができる。
As shown in FIG. 2, a portable hydrogen supply system 1 is mounted on a
水槽6の代替の実施形態が図4に示される。水槽6では、図4で示す通り、仕切り部材17a及び17bは、水槽6を水素セクション18と酸素セクション19に仕切るように槽の両端に提供される。各仕切り部材17a、bは、水槽6の内壁に沿って形成され、水槽6の底面20から約1/4インチまで延出する。水槽6に水が入ると、水槽は、仕切り部材17a及び17bの各々の両側が均等に満たされる。
An alternative embodiment of the aquarium 6 is shown in FIG. In the water tank 6, as shown in FIG. 4, the
本発明に従って上述されたように、水素ガス及び酸素ガスがそれぞれの上方キャビティ24を満たすと、ガスは、水素の場合はタンクの上方の継手25を通して、酸素の場合はタンクの上方の継手26を通して、上方キャビティから流れ出る。あるいは、継手25及び26は、ガス収集器45及び46に置き換えることもできる。各ガス収集器45、46は、チューブ27及び29の中に、水が入ること又は水しぶきを上げて入るのを防ぐのに役立つバッフル47a及び47bを含むように構築される。各バッフル47a、bは、ガス収集器の内面45及び46から垂直に延びるように構成されている。特に、バッフル47aは、ガス収集器45、46の内面の他の部(そこからバッフル47bが延出している)とは反対側のガス収集器45、46の内面の他の一部から延出するように構成されている。
As described above in accordance with the present invention, when hydrogen gas and oxygen gas fill their respective
取付ブラケット3の代替の実施形態が図5A及び図5Bに示されている。取付ブラケット3には、ハウジングユニット2の下側に配されるねじ/鋲を受けるための取付ブラケット3の角の近くに位置する長円孔48が形成されている。長円孔48は、ハウジングユニット2の下側に配されるねじ/鋲を受けると、ハウジングユニット2が取付ブラケット3に取り外し可能に取り付けられることを可能にする。取付ブラケット3から取り外し可能なハウジングユニット2は、ユーザーが水の追加、修理の実施、部品の交換などを含むサービスのために装置を取り外すことを可能にする。
An alternative embodiment of the mounting bracket 3 is shown in FIGS. 5A and 5B. The mounting bracket 3 is formed with an
電気回路は、例えば図6に示すように、水素補給システムを制御するための制御回路50によって提供することができる。制御回路50は、エンジンが作動している時に正の出力を提供する真空スイッチ35又は他のエンジンセンサと、オペレータ制御スイッチ36がオンの位置に動かされた時に真空スイッチ35から正の出力を提供するオペレータ制御スイッチ36と、車の速度が所定のレベルを超えた時に正の出力を提供する全地球測位システム(GPS)51と、オペレータ制御スイッチ36とGPS51の両方の出力が正である時に正の出力を提供するANDゲート52又は他のこのような回路と、ANDゲート52が正の出力を供給した時に、燃料電池5に電力を切り替えるスイッチ53とを含むことにより、エンジンが作動して車の速度が所定のレベルを超えた場合に、燃料電池5を作動させる。
The electrical circuit can be provided by a
水素補給システムがガソリン動力のエンジンで最適に作動するのは、エンジンへの負荷が所定のレベルを超えず、水素補給システムによって発生し、かつガソリン動力のエンジンに供給される水素の量が、事前設定された範囲内となる場合である。 The hydrogen refueling system works optimally with a gasoline powered engine when the load on the engine does not exceed a predetermined level, the amount of hydrogen generated by the hydrogen refilling system and supplied to the gasoline powered engine is pre- This is the case within the set range.
ガソリン動力のエンジンでは、水素補給システムが使用する電力は、エンジンオルタネータによって供給される。上述の通り、エンジンが作動していて、かつ車の速度が所定のレベルを超える時にのみ、電力が供給される。よって、水素補給システムによってエンジンに課される負荷は、アンペアで測定されるオルタネータから引き出される電力の量に関連する。最適には、水素補給システムは、エンジンへの負荷がオルタネータから引き出される4アンペアの電力を超えない場合、又は別の方法で測定されて56ワットである場合に、ガソリン動力のエンジンで最もよく作動する。アンペア又はワットの量は、エンジン及びオルタネータのサイズ(4、6、又は8シリンダなど)に依存することを留意すべきである。ディーゼルエンジンが異なる最適負荷設定を有することにも留意すべきである。 In a gasoline-powered engine, the electric power used by the hydrogen supply system is supplied by an engine alternator. As described above, power is supplied only when the engine is running and the vehicle speed exceeds a predetermined level. Thus, the load imposed on the engine by the hydrogen supply system is related to the amount of power drawn from the alternator measured in amperes. Optimally, the hydrogen supply system works best with gasoline powered engines when the load on the engine does not exceed the 4 amperes of power drawn from the alternator, or otherwise measured at 56 watts. To do. It should be noted that the amount of amperes or watts depends on the size of the engine and alternator (such as 4, 6 or 8 cylinders). It should also be noted that diesel engines have different optimal load settings.
さらに、ガソリン動力のエンジンでは、水素補給システムによって発生して、ガソリン動力のエンジンに供給される水素の最適量は、事前設定された0.10〜0.25リットル/分の範囲内となる。 Further, in a gasoline powered engine, the optimum amount of hydrogen generated by the hydrogen replenishment system and supplied to the gasoline powered engine is within a preset range of 0.10 to 0.25 liters / minute.
上記に基づいて、ガソリン動力の車は、エンジンへの負荷が4アンペアを超えない場合、又は別の方法で測定されて56ワットである場合に、ガスのマイル/ガロンで測定される高レベルの燃料効率を達成し、また、発生してガソリン動力のエンジンに供給される水素の量は、事前設定された0.10〜0.25リットル/分の範囲内となる。 Based on the above, a gasoline powered car will have a high level measured in miles / gallon of gas if the load on the engine does not exceed 4 amps or otherwise measured at 56 watts. The amount of hydrogen that achieves fuel efficiency and that is generated and supplied to a gasoline powered engine is in the pre-set range of 0.10 to 0.25 liters / minute.
本発明の好適な実施形態について本発明を説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸することなく多様な修正を加えても良いものであることが理解されるべきである。すべてのかかる修正が、添付の請求の範囲内のものとなることが意図されている。 While the invention has been described in terms of preferred embodiments thereof, it is to be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. All such modifications are intended to be within the scope of the appended claims.
Claims (22)
ハウジングユニットと、
前記ハウジングユニット内に取り付けられ、水を水素と酸素ガスに変換する燃料電池と、
前記ハウジングユニット内に取り付けられ、前記燃料電池に水を供給するように配置された水槽と、
前記燃料電池に電力を供給するための電源と、
前記内燃機関の作動を検出するためのエンジンセンサと、
オペレータ制御スイッチと
を備える可搬型水素補給システムであり、
前記水槽は、前記水槽に水が入れられた時に、両方のセクションが水で満たされる少なくとも2つのセクションに前記水槽を分ける、少なくとも1つの槽仕切り部材を含み、
前記水槽はその上部に、それぞれ水素及び酸素ガスを集めるための少なくとも第1及び第2ガス収集キャビティを含み、当該ガス収集キャビティは、前記水槽の上面、前記槽仕切り部材、及び前記水槽の水位によって形成され、
各ガス収集キャビティはその上部に、前記水槽から水素及び酸素ガスのうちの一方を分配するための継手を含み、
前記内燃機関が作動し、かつ前記オペレータ制御スイッチが始動されたことを前記エンジンセンサが検出すると、前記電源は前記燃料電池に電力を供給し、
前記燃料電池は、電力が供給されると、前記燃料電池に供給される水から水素及び酸素ガスを発生させ、当該水素ガスが前記内燃機関の中で燃焼するために前記内燃機関に供給されるように、前記水素及び酸素ガスは、前記水槽を通じてガスが適切に分配されるように、前記水槽の上部にあるそれぞれの前記ガス収集キャビティ内へと向けられ、
前記燃料電池は、プロトン交換膜(PEM)電解槽であり、かつ、
前記PEM電解槽は、
対向して配される外部電極であって、その一方がアノードであり、他方がカソードである外部電極と、前記アノード及びカソードのそれぞれに配された電解触媒と、当該電解触媒の間に配された膜とを含む、複数の層と、
外部回路であって、電力が電子の形で前記アノードから前記外部回路に沿って前記カソードに流れ、陽子が膜を通じて前記アノードから前記カソードに流れるように、前記アノード及び前記カソードに電力を加える、外部回路と、
を含み、
前記水槽が前記燃料電池の上に配置される、
可搬型水素補給システム。 A portable hydrogen supply system for supplying hydrogen gas to an internal combustion engine,
A housing unit;
A fuel cell mounted in the housing unit for converting water into hydrogen and oxygen gas;
A water tank mounted in the housing unit and arranged to supply water to the fuel cell;
A power source for supplying power to the fuel cell;
An engine sensor for detecting the operation of the internal combustion engine;
A portable hydrogen supply system with an operator control switch,
The water tank includes at least one tank partition member that divides the water tank into at least two sections where both sections are filled with water when water is added to the water tank;
The water tank includes at least first and second gas collection cavities for collecting hydrogen and oxygen gas, respectively, on the upper part thereof, and the gas collection cavities depend on the upper surface of the water tank, the tank partition member, and the water level of the water tank. Formed,
Each gas collection cavity includes at its top a fitting for distributing one of hydrogen and oxygen gas from the water tank,
When the engine sensor detects that the internal combustion engine is operating and the operator control switch is started, the power supply supplies power to the fuel cell;
When power is supplied to the fuel cell, the fuel cell generates hydrogen and oxygen gas from the water supplied to the fuel cell, and the hydrogen gas is supplied to the internal combustion engine for combustion in the internal combustion engine. As such, the hydrogen and oxygen gases are directed into the respective gas collection cavities at the top of the aquarium so that gas is properly distributed through the aquarium,
The fuel cell is a proton exchange membrane (PEM) electrolytic cell; and
The PEM electrolyzer is
External electrodes arranged opposite to each other, one of which is an anode and the other is a cathode, an electrocatalyst disposed on each of the anode and the cathode, and an electrocatalyst disposed between the electrocatalyst A plurality of layers, including
An external circuit, applying power to the anode and the cathode such that power flows in the form of electrons from the anode along the external circuit to the cathode, and protons flow from the anode to the cathode through the membrane; An external circuit;
Only including,
The water tank is disposed on the fuel cell ;
Portable hydrogen supply system.
水素及び酸素ガスを発生させる態様で、電力が前記燃料電池の対向する層に加えられる、請求項1に記載の可搬型水素補給システム。 The fuel cell comprises a plurality of layers; and
The portable hydrogen replenishment system of claim 1, wherein power is applied to opposing layers of the fuel cell in a manner that generates hydrogen and oxygen gas .
ハウジングユニット内に取り付けられた燃料電池によって、水を水素及び酸素ガスに変換することと、
前記ハウジングユニット内に取り付けられた水槽によって、前記燃料電池に水を供給することと、
エンジンセンサによって、内燃機関の作動を検出することと、
前記内燃機関が作動し、かつオペレータ制御スイッチが始動されたことを検出した場合に、電源によって前記燃料電池に電力を供給することと、
電力が供給された際に、前記燃料電池によって、前記燃料電池に供給される水から、ガスが適切に分配されるように、前記水槽を通して前記水槽の上部にあるそれぞれのガス収集キャビティ内へと向けられ、水素及び酸素ガスを発生させることと、
前記内燃機関の中で燃焼するように前記内燃機関に前記水素ガスを供給することと、
を含み、
前記水槽は、前記水槽に水が入れられた時に、両方のセクションが水で満たされる少なくとも2つのセクションに前記水槽を分ける、少なくとも1つの槽仕切り部材を含み、
各ガス収集キャビティはその上部に、前記水槽から水素及び酸素ガスのうちの一方を分配するための継手を含み、
前記燃料電池は、プロトン交換膜(PEM)電解槽であり、かつ、
前記PEM電解槽は、
対向して配される外部電極であって、その一方がアノードであり、他方がカソードである外部電極と、前記アノード及びカソードのそれぞれに配された電解触媒と、当該電解触媒の間に配された膜とを含む、複数の層と、
電力が電子の形で前記アノードから外部回路に沿って前記カソードに流れ、陽子が膜を通じて前記アノードから前記カソードに流れるように、前記アノード及び前記カソードに電力を加える外部回路と、
を含み、
前記水槽が前記燃料電池の上に配置される、
内燃機関に水素ガスを供給する方法。 A method of supplying hydrogen gas to an internal combustion engine,
Converting water into hydrogen and oxygen gas by a fuel cell mounted in the housing unit;
Supplying water to the fuel cell by a water tank mounted in the housing unit;
Detecting the operation of the internal combustion engine by means of an engine sensor;
Supplying power to the fuel cell by a power source when detecting that the internal combustion engine is operating and an operator control switch is started;
When supplied with power, the fuel cell allows water to be properly distributed from the water supplied to the fuel cell through the water tank into a respective gas collection cavity at the top of the water tank. Directed to generate hydrogen and oxygen gas;
Supplying the hydrogen gas to the internal combustion engine for combustion in the internal combustion engine;
Including
The water tank includes at least one tank partition member that divides the water tank into at least two sections where both sections are filled with water when water is added to the water tank;
Each gas collection cavity includes at its top a fitting for distributing one of hydrogen and oxygen gas from the water tank,
The fuel cell is a proton exchange membrane (PEM) electrolytic cell; and
The PEM electrolyzer is
External electrodes arranged opposite to each other, one of which is an anode and the other is a cathode, an electrocatalyst disposed on each of the anode and the cathode, and an electrocatalyst disposed between the electrocatalyst A plurality of layers, including
An external circuit that applies power to the anode and the cathode such that power flows in the form of electrons from the anode along the external circuit to the cathode, and protons flow from the anode to the cathode through the membrane;
Including
The water tank is disposed on the fuel cell ;
A method of supplying hydrogen gas to an internal combustion engine.
水素及び酸素ガスを発生させる態様で、電力が前記燃料電池の対向する層に加えられる、請求項4に記載の方法。The method of claim 4, wherein power is applied to opposing layers of the fuel cell in a manner that generates hydrogen and oxygen gas.
ハウジングユニットと、A housing unit;
前記ハウジングユニット内に取り付けられ、水を水素と酸素ガスに変換する燃料電池と、A fuel cell mounted in the housing unit for converting water into hydrogen and oxygen gas;
前記ハウジングユニット内に取り付けられ、前記燃料電池に水を供給するように配置された水槽と、A water tank mounted in the housing unit and arranged to supply water to the fuel cell;
前記燃料電池に電力を供給するための電源と、A power source for supplying power to the fuel cell;
前記内燃機関の作動を検出するためのエンジンセンサと、An engine sensor for detecting the operation of the internal combustion engine;
オペレータ制御スイッチと、An operator control switch;
を備え、With
前記水槽は、前記水槽に水が入れられた時に、両方のセクションが水で満たされる少なThe aquarium is a small tank where both sections are filled with water when the tank is filled with water.
くとも2つのセクションに前記水槽を分ける、少なくとも1つの槽仕切り部材を含み、Including at least one tank partition member dividing the water tank into at least two sections;
前記水槽はその上部に、それぞれ水素及び酸素ガスを集めるための少なくとも第1及び第2ガス収集キャビティを含み、当該ガス収集キャビティは、前記水槽の上面、前記槽仕切り部材、及び前記水槽の水位によって形成され、The water tank includes at least first and second gas collection cavities for collecting hydrogen and oxygen gas, respectively, on the upper part thereof, and the gas collection cavities depend on the upper surface of the water tank, the tank partition member, and the water level of the water tank. Formed,
各ガス収集キャビティはその上部に、前記水槽から水素及び酸素ガスのうちの一方を分配するための継手を含み、Each gas collection cavity includes at its top a fitting for distributing one of hydrogen and oxygen gas from the water tank,
前記内燃機関が作動し、かつ前記オペレータ制御スイッチが始動されたことを前記エンジンセンサが検出すると、前記電源は前記燃料電池に電力を供給し、When the engine sensor detects that the internal combustion engine is operating and the operator control switch is started, the power supply supplies power to the fuel cell;
前記燃料電池は、電力が供給されると、前記燃料電池に供給される水から水素及び酸素ガスを発生させ、当該水素ガスが前記内燃機関の中で燃焼するために前記内燃機関に供給されるように、前記水素及び酸素ガスは、前記水槽を通じて適切に分配されるように、前記水槽の上部にあるそれぞれの前記ガス収集キャビティ内へと向けられ、When power is supplied to the fuel cell, the fuel cell generates hydrogen and oxygen gas from the water supplied to the fuel cell, and the hydrogen gas is supplied to the internal combustion engine for combustion in the internal combustion engine. As such, the hydrogen and oxygen gases are directed into the respective gas collection cavities at the top of the aquarium for proper distribution through the aquarium,
前記水槽は、当該水槽を水素セクションと酸素セクションとに分けるために当該水槽の両端に設けられた第1及び第2仕切り部材を含み、かつ、The water tank includes first and second partition members provided at both ends of the water tank to divide the water tank into a hydrogen section and an oxygen section, and
各仕切り部材は、前記水槽の内壁に沿って形成され、前記水槽の底面から所定の位置まで延出して、前記水槽に水が入れられた際に、前記水槽が仕切り部材の各々の両側を均等に満たすようにする、Each partition member is formed along the inner wall of the water tank, and extends from the bottom surface of the water tank to a predetermined position. To meet,
内燃機関に水素ガスを供給するための可搬型水素補給システム。A portable hydrogen supply system for supplying hydrogen gas to an internal combustion engine.
水素及び酸素ガスを発生させる態様で、電力が前記燃料電池の対向する層に加えられる、請求項7に記載の可搬型水素補給システム。The portable hydrogen supply system of claim 7, wherein power is applied to opposing layers of the fuel cell in a manner that generates hydrogen and oxygen gas.
水は、前記チューブで前記燃料電池に供給され、かつ、
前記燃料電池はさらに、他のチューブによって前記水槽の下側の吸気継手に接続される水素ガス出口継手及び酸素ガス出口継手を含む、
請求項7に記載の可搬型水素補給システム。 The water tank includes a water supply joint located on the lower side of the water tank connected to a tube connected to a water absorption joint of the fuel cell,
Water is supplied to the fuel cell in the tube; and
The fuel cell further includes a hydrogen gas outlet joint and an oxygen gas outlet joint connected to the lower intake joint of the water tank by other tubes.
The portable hydrogen supply system according to claim 7 .
水素及び酸素ガスが前記仕切り部材によって上方キャビティの中で互いに別々に保たれるように、気泡は、前記水槽の水位と前記槽仕切り部材によって形成された上方空気キャビティへと、水の中を上昇し、かつ、
水素ガス及び酸素ガスがそれぞれの前記上方キャビティを満たすと、ガスは、水素継手及び酸素継手を通して前記上方キャビティから流出する、
請求項11に記載の可搬型水素補給システム。 During operation of the fuel cell, a small amount of water, hydrogen bubbles, and oxygen bubbles are generated from the hydrogen outlet and oxygen outlet of the fuel cell, respectively, and flow into the hydrogen side and oxygen side of the water tank,
Bubbles rise in the water to the water level of the water tank and the upper air cavity formed by the tank partition member so that hydrogen and oxygen gas are kept separate from each other in the upper cavity by the partition member And
When hydrogen gas and oxygen gas fill the respective upper cavities, the gas flows out of the upper cavities through hydrogen joints and oxygen joints,
The portable hydrogen supply system according to claim 11.
第1バッフルは、第2バッフルが延出している前記ガス収集器の内面とは反対側の内面であって、当該第2バッフルが延出している位置とは異なる位置となる当該内面の一部から延出するように構成される、請求項13に記載の可搬型水素補給システム。 Each baffle is configured to extend vertically from the inner surface of the gas collector; and
The first baffle is an inner surface opposite to the inner surface of the gas collector from which the second baffle extends, and a part of the inner surface that is different from the position from which the second baffle extends. The portable hydrogen replenishment system of claim 13 , wherein the portable hydrogen replenishment system is configured to extend from .
ハウジングユニット内に取り付けられた燃料電池によって、水を水素及び酸素ガスに変換することと、
前記ハウジングユニット内に取り付けられた水槽によって、前記燃料電池に水を供給することと、
エンジンセンサによって、内燃機関の作動を検出することと、
前記内燃機関が作動し、かつオペレータ制御スイッチが始動されたことを検出した場合に、電源によって前記燃料電池に電力を供給することと、
電力が供給された際に、前記燃料電池によって、前記燃料電池に供給される水から、ガスが適切に分配されるように、前記水槽を通して前記水槽の上部にあるそれぞれのガス収集キャビティ内へと向けられ、水素及び酸素ガスを発生させることと、
前記内燃機関の中で燃焼するように前記内燃機関に前記水素ガスを供給することと、
を含み、
前記水槽は、前記水槽に水が入れられた時に、両方のセクションが水で満たされる少なくとも2つのセクションに前記水槽を分ける、少なくとも1つの槽仕切り部材を含み、
各ガス収集キャビティはその上部に、前記水槽から水素及び酸素ガスのうちの一方を分配するための継手を含み、
前記水槽は、当該水槽を水素セクションと酸素セクションに分けるために当該水槽の両端に設けられた第1及び第2仕切り部材を含み、かつ、
各仕切り部材は、前記水槽の内壁に沿って形成され、前記水槽の底面から所定の位置まで延出して、前記水槽に水が入れられた際に、前記水槽が仕切り部材の各々の両側を均等に満たすようにする、
内燃機関に水素ガスを供給する方法。 A method of supplying hydrogen gas to an internal combustion engine,
Converting water into hydrogen and oxygen gas by a fuel cell mounted in the housing unit;
Supplying water to the fuel cell by a water tank mounted in the housing unit ;
Detecting the operation of the internal combustion engine by means of an engine sensor;
Supplying power to the fuel cell by a power source when detecting that the internal combustion engine is operating and an operator control switch is started;
When supplied with power, the fuel cell allows water to be properly distributed from the water supplied to the fuel cell through the water tank into a respective gas collection cavity at the top of the water tank. Directed to generate hydrogen and oxygen gas;
Supplying the hydrogen gas to the internal combustion engine for combustion in the internal combustion engine;
Including
The water tank includes at least one tank partition member that divides the water tank into at least two sections where both sections are filled with water when water is added to the water tank;
Each gas collection cavity includes at its top a fitting for distributing one of hydrogen and oxygen gas from the water tank,
The water tank includes first and second partition members provided at both ends of the water tank to divide the water tank into a hydrogen section and an oxygen section, and
Each partition member is formed along the inner wall of the water tank, extends from the bottom surface of the water tank to a predetermined position, and when the water is poured into the water tank, the water tank equally distributes both sides of each partition member. To meet,
A method of supplying hydrogen gas to an internal combustion engine.
水素及び酸素ガスを発生させる態様で、電力が前記燃料電池の対向する層に加えられる、請求項15に記載の方法。The method of claim 15, wherein power is applied to opposing layers of the fuel cell in a manner that generates hydrogen and oxygen gas.
水は、前記チューブで前記燃料電池に供給され、かつ、Water is supplied to the fuel cell in the tube; and
前記燃料電池はさらに、他のチューブによって前記水槽の下側の吸気継手に接続される水素ガス出口継手及び酸素ガス出口継手を含む、The fuel cell further includes a hydrogen gas outlet joint and an oxygen gas outlet joint connected to the lower intake joint of the water tank by other tubes.
請求項15に記載の方法。The method of claim 15.
水素及び酸素ガスが前記仕切り部材によって上方キャビティの中で互いに別々に保たれるように、気泡は、前記水槽の水位と前記槽仕切り部材によって形成された上方空気キャビティへと、水の中を上昇し、かつ、Bubbles rise in the water to the water level of the water tank and the upper air cavity formed by the tank partition member so that hydrogen and oxygen gas are kept separate from each other in the upper cavity by the partition member And
水素ガス及び酸素ガスがそれぞれの前記上方キャビティを満たすと、ガスは、水素継手及び酸素継手を通して前記上方キャビティから流出する、When hydrogen gas and oxygen gas fill the respective upper cavities, the gas flows out of the upper cavities through hydrogen joints and oxygen joints,
請求項19に記載の方法。The method of claim 19.
第1バッフルは、第2バッフルが延出している前記ガス収集器の内面とは反対側の内面であって、当該第2バッフルが延出している位置とは異なる位置となる当該内面の一部から延出するように構成される、請求項21に記載の方法。 Each baffle is configured to extend vertically from the inner surface of the gas collector; and
The first baffle is an inner surface opposite to the inner surface of the gas collector from which the second baffle extends, and a part of the inner surface that is different from the position from which the second baffle extends. The method of claim 21 , wherein the method is configured to extend from .
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