JP6085642B2 - 混合燃料製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関や燃焼装置の燃焼効率を高めるために、燃料に酸水素ガスを加えた混合燃料を製造する混合燃料製造装置に関する。
ここで、酸水素ガス（ブラウンガス、あるいはＨＨＯガスともいう）は、水素ガスと酸素ガスが２対１の体積混合比で混ざり合ったもので、例えば、水の電気分解によって生成される水素ガスと酸素ガスから形成される。
ここで、酸水素ガス（ブラウンガス、あるいはＨＨＯガスともいう）は、水素ガスと酸素ガスが２対１の体積混合比で混ざり合ったもので、例えば、水の電気分解によって生成される水素ガスと酸素ガスから形成される。
内燃機関や燃焼装置の改造を伴わずに燃焼効率を高める方法として、内燃機関や燃焼装置で使用する燃料に酸水素ガスを混合することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１、２に記載された混合燃料を使用して内燃機関や燃焼装置を安定して運転するためには、混合燃料の消費に合わせて混合燃料を継続的に供給する必要がある。そのためには、混合燃料の製造に必要な量の酸水素ガスが安定して得られなければならない。ここで、特許文献１、２に記載された酸水素ガスの発生装置では、発生する酸水素ガス量が、電解槽内に設置する電極数に比例するため、多量の酸水素ガスを発生させるためには、電解槽内に設ける電極（対となる陰極と陽極）の個数を増加させる必要がある。そして、電極数を増加することは、電解槽の容積を増大させることに繋がり、内燃機関や燃焼装置の設置面積に制約が存在する場合、電解槽の容積を増大することに関しては上限値が存在するという問題がある。
そこで、電解槽の容積増大を伴わずに酸水素ガスの発生量を増大させるには、水の電気分解効率を高める必要がある。水の電気分解効率を高めるには、対となる陰極と陽極との間の距離を狭くして電流密度を高めればよい。なお、対となる陰極と陽極の距離を狭くすると、電解槽内に設置できる電極数も増加するという利点も生じる。しかしながら、対となる陰極と陽極の距離を狭くし過ぎると、陰極と陽極との間に過電流が流れる（過電流密度となる）という問題が生じる。従って、陰極と陽極との間の距離の接近も、過電流が流れない範囲内で行わねばならず、電流密度を高めて酸水素ガスを高効率で発生させることにも限界が生じる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、水の電気分解効率を高めて酸水素ガスの発生量を増大させることにより、酸水素ガスを燃料に加えて燃焼効率の高い混合燃料を効率的に製造することが可能な混合燃料製造装置を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る混合燃料製造装置は、水素ガスと酸素ガスが２対１の体積混合比で混ざり合った酸水素ガスを燃料に加えて混合燃料を製造する混合燃料製造装置であって、
水を電気分解して得られる水素ガスと酸素ガスから前記酸水素ガスを製造するガス製造手段と、前記酸水素ガスを前記燃料に均一に混合する混合手段と、前記ガス製造手段に電力を供給する直流電源とを備え、
前記ガス製造手段は、電気分解する水を貯留する密閉式の一つの電解槽と、
前記一つの電解槽内に隙間を設けて互いに平行に立設され、表面に白金又は白金合金からなる粉末皮膜が設けられた複数の陰極板、及び隣り合う該陰極板の中間位置にそれぞれ該陰極板に対して平行に立設され、表面にイリジウム又はイリジウム合金からなる粉末皮膜が設けられた複数の陽極板を備えた電解用電極部と、
前記直流電源と接続し、前記各陽極板と該陽極板の両側に配置された前記陰極板との間にそれぞれ所定電流を流して電気分解を行う電流調節器を備えた電流制御部と、
前記電解槽内の水位を一定に保つ水供給部とを有し、
前記各陰極板は共通となって、前記電流調節器の陰極側接続部に接続されている。
なお、前記直流電源は、該混合燃料製造装置の起動時に前記電流制御部に電力を供給する蓄電池と、１）該混合燃料製造装置で製造された前記混合燃料の一部、又は２）前記ガス製造手段で製造された前記酸水素ガスの一部を使用し発電を行う発電機と、得られた電力を前記蓄電池に充電する充電器とを有することもできる。また、前記発電機で得られた電力を別途利用可能とすることもできる。
水を電気分解して得られる水素ガスと酸素ガスから前記酸水素ガスを製造するガス製造手段と、前記酸水素ガスを前記燃料に均一に混合する混合手段と、前記ガス製造手段に電力を供給する直流電源とを備え、
前記ガス製造手段は、電気分解する水を貯留する密閉式の一つの電解槽と、
前記一つの電解槽内に隙間を設けて互いに平行に立設され、表面に白金又は白金合金からなる粉末皮膜が設けられた複数の陰極板、及び隣り合う該陰極板の中間位置にそれぞれ該陰極板に対して平行に立設され、表面にイリジウム又はイリジウム合金からなる粉末皮膜が設けられた複数の陽極板を備えた電解用電極部と、
前記直流電源と接続し、前記各陽極板と該陽極板の両側に配置された前記陰極板との間にそれぞれ所定電流を流して電気分解を行う電流調節器を備えた電流制御部と、
前記電解槽内の水位を一定に保つ水供給部とを有し、
前記各陰極板は共通となって、前記電流調節器の陰極側接続部に接続されている。
なお、前記直流電源は、該混合燃料製造装置の起動時に前記電流制御部に電力を供給する蓄電池と、１）該混合燃料製造装置で製造された前記混合燃料の一部、又は２）前記ガス製造手段で製造された前記酸水素ガスの一部を使用し発電を行う発電機と、得られた電力を前記蓄電池に充電する充電器とを有することもできる。また、前記発電機で得られた電力を別途利用可能とすることもできる。
本発明に係る混合燃料製造装置においては、陰極板の表面に白金又は白金合金からなる粉末皮膜を設けることにより、陰極板の表面に微細な凹凸を形成することができ、陽極板の表面にイリジウム又はイリジウム合金からなる粉末皮膜を設けることにより陽極板の表面に微細な凹凸を形成することができる。これにより、陰極板及び陽極板（電解用電極部）の表面積を増大させることができ、陰極板及び陽極板からそれぞれ発生する水素ガス量及び酸素ガス量を増加させることが可能になる。
また、各陽極板と陽極板の両側に配置された陰極板との間にそれぞれ所定電流を流す電流調節器を備えた電流制御部を設けるので、陰極板と陽極板の距離を接近させても過電流が流れる（過電流密度となる）ことを防止できる。その結果、電解槽を増大させずに陰極板と陽極板の数を増やすことにより酸水素ガスの発生量を増大させることができ、混合燃料を効率的に製造することが可能になる。
また、各陽極板と陽極板の両側に配置された陰極板との間にそれぞれ所定電流を流す電流調節器を備えた電流制御部を設けるので、陰極板と陽極板の距離を接近させても過電流が流れる（過電流密度となる）ことを防止できる。その結果、電解槽を増大させずに陰極板と陽極板の数を増やすことにより酸水素ガスの発生量を増大させることができ、混合燃料を効率的に製造することが可能になる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る混合燃料製造装置１０は、水素ガスと酸素ガスが２対１の体積混合比で混ざり合った酸水素ガスを燃料の一例である液体燃料に加えて混合燃料を製造するものであって、水を電気分解して得られる水素ガスと酸素ガスから酸水素ガスを製造するガス製造手段１１と、酸水素ガスを液体燃料に均一に混合する混合手段の一例である渦流混合ポンプ１２と、ガス製造手段１１に電力を供給する直流電源１３とを備えている。ここで、液体燃料とは、例えば、内燃機関（ＩＣＥ）に使用される燃料で、例えば、Ａ重油、Ｃ重油、軽油等の化石燃料や、バイオマスから製造されるメタノール、エタノール等をさす。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る混合燃料製造装置１０は、水素ガスと酸素ガスが２対１の体積混合比で混ざり合った酸水素ガスを燃料の一例である液体燃料に加えて混合燃料を製造するものであって、水を電気分解して得られる水素ガスと酸素ガスから酸水素ガスを製造するガス製造手段１１と、酸水素ガスを液体燃料に均一に混合する混合手段の一例である渦流混合ポンプ１２と、ガス製造手段１１に電力を供給する直流電源１３とを備えている。ここで、液体燃料とは、例えば、内燃機関（ＩＣＥ）に使用される燃料で、例えば、Ａ重油、Ｃ重油、軽油等の化石燃料や、バイオマスから製造されるメタノール、エタノール等をさす。
図１に示すように、ガス製造手段１１は、電気分解する水１４（図４参照）を貯留する密閉式の一槽の電解槽１５と、電解槽１５内に隙間を設けて交互に平行に立設され、表面に白金又は白金合金の粉末の溶射により形成された白金系皮膜１６が設けられたそれぞれ複数の陰極板１７、１７ａ(図２（Ａ）、（Ｂ）、図３参照）、隣り合う陰極板１７と陰極板１７ａの中間位置にそれぞれ陰極板１７、１７ａに対して平行に立設され、表面にイリジウム又はイリジウム合金の粉末の溶射により形成されたイリジウム系皮膜１８が設けられた複数の陽極板１９(図２（Ｃ）、図３参照）を備えた電解用電極部２０と、直流電源１３と接続し、各陽極板１９と陽極板１９の両側に配置された陰極板１７との間に（陽極板１９と対向する陰極板１７、１７ａとの間に）それぞれ所定電流を流して電気分解を行う電流調節器４２（図４、図５参照）を備えた電流制御部２２と、電解槽１５内の水１４の水位を一定に保つ水供給部２３とを有している。
ここで、一槽の電解槽１５内に複数の陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９を交互に並べて配置する場合、隣り合う陰極板１７と陰極板１７ａの中間位置に陽極板１９をそれぞれ並べて電解用電極部２０を形成し、電解用電極部２０の両側には陰極板１７が配置されるようにする。以下、詳細に説明する。
ここで、一槽の電解槽１５内に複数の陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９を交互に並べて配置する場合、隣り合う陰極板１７と陰極板１７ａの中間位置に陽極板１９をそれぞれ並べて電解用電極部２０を形成し、電解用電極部２０の両側には陰極板１７が配置されるようにする。以下、詳細に説明する。
電解用電極部２０の一端側を起点として、奇数番目に配置される陰極板１７は、図２（Ａ）に示すように、上側の左右方向の一方側に第１の凸部２４が形成され、表面に白金系皮膜１６が設けられた正方形又は矩形のチタン板２５と、下端側が第１の凸部２４に取付けられ上端側が上方に突出する、例えば、チタン製の陰極棒２６（陰極側端子部材の一例）とを有している。また、偶数番目に配置される陰極板１７ａは、図２（Ｂ）に示すように、チタン板２５を有している（陰極側端子部材は取付けられていない）。ここで、チタン板２５の厚さは、例えば、１〜２ｍｍ、白金系皮膜１６の厚さは１〜２μｍであり、第１の凸部２４の一方側には貫通孔７１が形成されている。また、陰極棒２６の外径は、例えば、３〜５ｍｍ、陰極棒２６の長手方向の中間部より上側には、外径が６〜１０ｍｍで厚さが１〜２ｍｍの平面視して環状の鍔部２７が形成され、陰極棒２６の上端側には雄ねじ部２８が形成されている。なお、陰極棒２６の下端側を第１の凸部２４に取付ける際、陰極棒２６の下端側と第１の凸部２４との連結領域の長さは、例えば、第１の凸部２４の突出高さの１／２程度とする。これによって、陰極板１７の隣に配置される陽極板１９と陰極棒２６が干渉するのを防止できる。
図２（Ｃ）に示すように、陽極板１９は、上側の左右方向の他方側に第２の凸部２９が形成され、表面にイリジウム系皮膜１８が設けられた正方形又は矩形のチタン板３０と、下端側が第２の凸部２９に取付けられ上端側が上方に突出する、例えば、チタン製の陽極棒３１（陽極側端子部材の一例）とを有している。ここで、チタン板３０はチタン板２５と同一形状であって、イリジウム系皮膜１８の厚さは１〜２μｍである。また、陽極棒３１の外径は、例えば、３〜５ｍｍ、陽極棒３１の長手方向の中間部より上側には、外径が６〜１０ｍｍで厚さが１〜２ｍｍの平面視して環状の鍔部３２が形成され、陽極棒３１の上端側には雄ねじ部３３が形成されている。なお、陽極棒３１の下端側を第２の凸部２９に取付ける際、陽極棒３１の下端側と第２の凸部２９との連結領域の長さは、例えば、第２の凸部２９の突出高さの１／２程度とする。これによって、陽極板１９の両側に配置される陰極板１７、１７ａ（チタン板２５）と陽極棒３１が干渉するのを防止できる。
チタン板２５の表面に白金系皮膜１６を溶射により形成する場合に使用する粉末（溶射原料）の粒径は、例えば、１〜２μｍであり、チタン板３０の表面にイリジウム系皮膜１８を溶射により形成する場合に使用する粉末（溶射原料）の粒径は、例えば、１〜２μｍである。ここで、白金系皮膜１６、イリジウム系皮膜１８をそれぞれ形成する場合、溶射原料を完全に溶融させず、表層部分のみを溶融状態にして溶射を行うことが好ましい。これによって、溶射原料がチタン板２５、３０に付着する際、溶射原料が大きく変形することを防止して、白金系皮膜１６、イリジウム系皮膜１８のそれぞれの表面に微細な凹凸を形成することができる。その結果、陰極板１７、１７ａ、陽極板１９の表面積を増大させることができる。
陰極棒２６の下端側を第１の凸部２４に取付ける際、陰極棒２６の下端側と第１の凸部２４との連結領域の長さは、例えば、第１の凸部２４の突出高さの１／２程度とし、陽極棒３１の下端側を第２の凸部２９に取付ける際、陽極棒３１の下端側と第２の凸部２９との連結領域の長さは、例えば、第２の凸部２９の突出高さの１／２程度とするので、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、チタン板２５から第１の凸部２４を除いた領域の上側の左右両側と下側の左右両側に、チタン板３０から第２の凸部２９を除いた領域の上側の左右両側と下側の左右両側にそれぞれ貫通孔７１ａを形成することができる。これにより、チタン板２５とチタン板３０にそれぞれ形成した貫通孔７１ａの間に絶縁部材の一例である樹脂製環状スペーサ部材７２（外径は貫通孔７１ａの内径より大きく、内径は貫通孔７１ａの内径に一致し、厚さは隣り合う隣り合うチタン板２５とチタン板３０との間の距離に一致）を中心位置が貫通孔７１ａの中心位置に一致するように配置しながら陰極板１７、１７ａと陽極板１９を交互に所定枚数だけ積み重ねることにより、両側に陰極板１７が配置され、陰極板１７、１７ａの間に（中央に）陽極板１９が配置された集合体を形成することができる。そして、集合体の一側に配置された陰極板１７の貫通孔７１ａから絶縁部材の一例である樹脂製棒７４ａを差し込み、他側に配置された陰極板１７の貫通孔７１ａから突出させ、樹脂製棒７４ａの両端部に樹脂製ストッパー（図示せず）を取付けることにより集合体を一体化することができる。なお、樹脂製環状スペーサ部材７２の厚さを調節することにより、陰極板１７、１７ａと隣り合う陽極板１９との間の距離を所望の値に設定することができる。
図３に示すように、それぞれ複数の陰極板１７、１７ａ、陽極板１９、樹脂製環状スペーサ部材７２、樹脂製棒７４ａ及び樹脂製ストッパーを用いて集合体を構成した際に、陰極板１７、１７ａのチタン板２５にそれぞれ形成した貫通孔７１の中心位置は一つの直線上に並ぶ。従って、隣り合う第１の凸部２４に形成した貫通孔７１の間にチタン製環状スペーサ部材７３（外径は貫通孔７１の内径より大きく、内径は貫通孔７１の内径に一致し、厚さは隣り合う第１の凸部２４間の距離に一致）を中心位置を貫通孔７１の中心位置に合わせて配置し、先側に雄ねじ部（図示せず）が設けられたチタン製棒７４を積層体の一側に配置した陰極板１７の貫通孔７１から差し込み、他側に配置された陰極板１７の貫通孔７１から突出するチタン製棒７４の先側に形成した雄ねじ部にチタン製ナットを螺合させることにより、複数の陰極板１７、１７ａをチタン製棒７４を介して接続することができ、電解用電極部２０が形成される。
図３に示すように、隣り合う陰極棒２６の第１の凸部２４に対する取付け位置は一致している。なお、状況に応じて、隣り合う陰極棒２６の第１の凸部２４に対する取付位置を互いに左右方向にずらしてもよい。これによって、陰極棒２６同士が干渉することを防止できる。また、隣り合う陽極棒３１（隣り合うチタン板３０の第２の凸部２９に取付ける陽極棒３１）の取付け位置は互いに左右方向にずれている。これにより、隣り合う陽極棒３１の接触（鍔部３２同士の接触）を防止できる。
また、図４に示すように、電解槽１５を、例えば、強化プラスチック（例えば、強化塩化ビニル）製で上端側に開口部が設けられた立方体又は直方体の水貯留部３４と、水貯留部３４の外側に設けられた金属製の補強枠体（図示せず）と、水貯留部３４に図示しない締結機構を介して密接状態で取付けられる強化プラスチック製の蓋部３５（図２（Ｄ）参照）とを有する構成とする。
また、図４に示すように、電解槽１５を、例えば、強化プラスチック（例えば、強化塩化ビニル）製で上端側に開口部が設けられた立方体又は直方体の水貯留部３４と、水貯留部３４の外側に設けられた金属製の補強枠体（図示せず）と、水貯留部３４に図示しない締結機構を介して密接状態で取付けられる強化プラスチック製の蓋部３５（図２（Ｄ）参照）とを有する構成とする。
ここで、蓋部３５の一方側には、水貯留部３４内に配置しようとする複数の陰極板１７の位置に基づいて、陰極板１７に設けた陰極棒２６が挿通可能な孔３６が並べて形成されており、蓋部３５の他方側には、水貯留部３４内に配置しようとする複数の陽極板１９の位置に基づいて、陽極板１９に設けた陽極棒３１が挿通可能な孔３７が並べて形成されている。従って、図２（Ｄ）に示すように、孔３６に陰極棒２６の上端側を、陰極棒２６の鍔部２７と蓋部３５の間に陰極棒２６の上端側に挿通させた円環状のシール部材３８を介して挿通し、押え金具３９を介して雄ねじ部２８に羅合するナット４０を用いて締結すると、孔３６からのガス漏れを防止して蓋部３５に陰極棒２６を固定することができ、孔３７に陽極棒３１の上端側を、陽極棒３１の鍔部３２と蓋部３５の間に陽極棒３１の上端側に挿通させた円環状のシール部材３８を介して挿通し、押え金具３９を介して雄ねじ部３３に羅合するナット４０を用いて締結すると、孔３７からのガス漏れを防止して蓋部３５に陽極棒３１を固定することができる。これにより、陰極板１７と陽極板１９の距離が、例えば、２〜３ｍｍになるようにして、陰極板１７と陽極板１９を蓋部３５に並べて固定することができる。
次いで、陰極棒２６及び陽極棒３１がそれぞれ固定された蓋部３５を水貯留部３４に密接させることにより、密閉式の電解槽１５内に、隙間を設けて互いに平行に立設され、表面に白金系皮膜１６が設けられた複数の陰極板１７、１７ａと、隣り合う陰極板１７、１７ａの中間位置にそれぞれ陰極板１７、１７ａに対して平行に立設され、表面にイリジウム系皮膜１８が設けられた複数の陽極板１９を備えた電解用電極部２０を構成することができる。
なお、チタン板２５、３０の表面積(即ち、縦寸法及び横寸法)と、陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９の枚数（電極数）は、一組の陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９の単位面積当たりの酸水素ガスの発生量に応じてそれぞれ設定する。
なお、チタン板２５、３０の表面積(即ち、縦寸法及び横寸法)と、陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９の枚数（電極数）は、一組の陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９の単位面積当たりの酸水素ガスの発生量に応じてそれぞれ設定する。
図１、図４に示すように、電流制御部２２は、各陽極板１９とその両側に配置された陰極板１７、１７ａとの間に一定電流を流す複数（陽極板１９の個数と一致）の電流調節器４２と、電解槽１５から渦流混合ポンプ１２に図示しないガス供給配管を介して供給される酸水素ガスの圧力を検出し、検出値を各電流調節器４２に入力する圧力センサ４１と、ガス供給配管の圧力センサ４１より下流側となる位置に取付けられ、通過する酸水素ガスの流量を検出し、検出値を各電流調節器４２に入力する流量計４１ａとを有している。そして、電流調節器４２には、稼働圧力範囲がそれぞれ設定されており、圧力センサ４１から入力された検出値が稼働圧力範囲の上限値を超えた場合、電流の供給を停止する。これにより、ガス供給配管内の酸水素ガスの圧力が上昇することに伴って、電流の供給を行う電流調節器４２の台数を徐々に減少させることができ、電解槽１５内の酸水素ガスの圧力変動を一定範囲内に調節することができると共に、陽極板１９と陰極板１７、１７ａ間の距離の影響を受けずに、陽極板１９とその両側の陰極板１７、１７ａとの間に一定電流を流すことができ、陰極板１７、１７ａと陽極板１９との距離を２〜３ｍｍとしても過電流が流れる（過電流密度となる）ことを防止できる。また、各電流調節器４２は、流量計４１ａから入力された検出値が０の場合に電流を停止する機能を備えている。これにより、ガス製造手段１１に損傷が生じた際に迅速に対応することができる。
ここで、符号４３は、電解槽１５（例えば、蓋部３５）に取付けられ、電解槽１５内の酸水素ガスの圧力が設定圧力を超えると酸水素ガスを大気中に放散する開放弁、符号４３ａは、ガス供給配管の圧力センサ４１より上流側となる位置に取付けられ、酸水素ガス中に含まれる水分を分離するミストセパレータである。
ここで、符号４３は、電解槽１５（例えば、蓋部３５）に取付けられ、電解槽１５内の酸水素ガスの圧力が設定圧力を超えると酸水素ガスを大気中に放散する開放弁、符号４３ａは、ガス供給配管の圧力センサ４１より上流側となる位置に取付けられ、酸水素ガス中に含まれる水分を分離するミストセパレータである。
図５に、電流制御部２２を構成する複数の電流調節器４２を示す。各電流調節器４２は、直流電源１３から供給される電力を用いて一定電流を出力する電流発生部７５と、圧力センサ４１、流量計４１ａからそれぞれ入力される検出値に基づいて作動し、直流電源１３から電流発生部７５への電力供給を入り切りするスイッチ部７６とを有している。
図３に示すように、複数の陰極板１７、１７ａはチタン製棒７４を介して接続しており、陰極板１７、１７ａの総数は陽極板１９の総数より１つ多い。このため、電解用電極部２０の一方の端側に並んで配置される２つの陽極板１９の陽極棒３１と陽極側接続部がそれぞれ接続する電流調節器４２の陰極側接続部は一方の端側に配置される陰極板１７の陰極棒２６と接続し、電解用電極部２０の他方の端側に並んで配置される２つの陽極板１９の陽極棒３１と陽極側接続部がそれぞれ接続する電流調節器４２の陰極側接続部は他方の端側に配置される陰極板１７の陰極棒２６と接続する。そして、残りの陽極板１９の陽極棒３１と陽極側接続部がそれぞれ接続する電流調節器４２の陰極側接続部は、隣に配置される陰極板１７の陰極棒２６と接続する。このような、構成とすることにより、複数の電流調節器４２の中で、任意の電流調節器４２の稼働を停止させても、稼働中の電流調節器４２と接続する陽極板１９とその両側に配置される陰極板１７、１７ａとの間で水１４の電気分解を行うことができる。
図１、図６に示すように、液体燃料に酸水素ガスを混合する渦流混合ポンプ１２は、側面視して円形のポンプ本体４４と、ポンプ本体４４の外周部に内部と連通状態で取付けられ、燃料タンク４５と図示しない搬送配管を介して接続して液体燃料をポンプ本体４４内に導入する流入口４６と、ポンプ本体４４内に設けられ、図示しないモータと連結する回転軸４７にポンプ本体４４の内周面との間に隙間４８を設けて取付けられ、外周部には周方向に沿って一定角度位置毎に半径方向外側に突出する小羽根４９が形成された羽根車５０とを有している。更に、渦流混合ポンプ１２は、ガス供給配管と接続し、流入口４６の下流側と隙間４８との合流領域５１内に酸水素ガスを排出するガス吹込み口５２と、ポンプ本体４４の外周部において、流入口４６に対して羽根車５０の回転方向の下流側となる位置に内部と連通状態で取付けられ、液体燃料に酸水素ガス混合させた混合燃料を排出する排出口５３とを有している。
このような構成とすることにより、回転軸４７を介して羽根車５０を回転させると、流入口４６から合流領域５１に進入した液体燃料とガス吹込み口５２から吹き込まれた酸水素ガスは、それぞれ隙間４８内に押し込まれる。ここで、隙間４８内に押し込まれた液体燃料は、小羽根４９間に形成される羽根溝５４内と隙間４８との間で渦流となるので、吹き込まれた酸水素ガスは液体燃料中に、例えば、２０〜５０μｍの気泡となって混合する。なお、酸水素ガスの混合率は、例えば、酸水素ガスの圧力、流量を調節することにより任意に設定可能となる。更に、内燃機関（ＩＣＥ）への混合燃料の供給圧力も、現状の内燃機関への液体燃料の供給圧力に合わせることができる。
図１に示すように、直流電源１３は、混合燃料製造装置１０の起動時に電流制御部２２に設けられた各電流調節器４２に電力を供給する蓄電池５５と、ガス製造手段１１で製造された酸水素ガスの一部を燃料に使用し発電を行う発電機５６と、得られた電力を蓄電池５５に充電する充電器５７とを有している。なお、発電機５６は、酸水素ガスを燃料にして駆動する内燃機関５８と、内燃機関５８と接続して回転するロータ（図示せず）を備えた発電部５９とを有している。また、符号５８ａ、５８ｂはそれぞれ、内燃機関５８に燃料として酸水素ガスを供給するガス配管に取付けた逆火防止器、開閉弁である。
図７に変形例に係る直流電源６０を示す。直流電源６０は、混合燃料製造装置６１の起動時に電流制御部２２に設けられた各電流調節器４２に電力を供給する蓄電池５５と、混合燃料製造装置６１で製造された混合燃料の一部を燃料に使用して発電を行う発電機６２と、得られた電力を蓄電池５５に充電する充電器５７とを有している。ここで、発電機６２は、混合燃料で駆動する内燃機関６３と、内燃機関６３と接続して回転するロータ（図示せず）を備えた発電部６４とを有している。また、符号６５は、内燃機関６３に混合燃料を供給する燃料配管に取付けた開閉弁である。
図１、図８に示すように、水供給部２３は、例えば、水を貯留する水タンク６６と、電解槽１５内の水１４の水位を検出する水位センサ６７と、水タンク６６と電解槽１５の間に設けられた水供給配管６８と、水供給配管６８に設けられ、水タンク６６から電解槽１５に水を圧送する送水ポンプ６９と、電解槽１５内の水１４の水位が設定された下限値以下の場合に送水ポンプ６９に運転信号を、電解槽１５内の水１４の水位が設定された上限値を超える場合に送水ポンプ６９に停止信号を出力する制御器７０とを有している。なお、電解槽１５内の水１４には予め電解質、例えば、炭酸水素ナトリウムを濃度が３〜５質量％となるように溶解させている。電解槽１５内の水１４を電気分解すると、水１４の質量は減少するが、炭酸水素ナトリウムの質量は不変なので、電解槽１５内の水１４の減少に伴って水タンク６６から水を補充して電解槽１５内の水位を一定範囲に調節すると、電解槽１５内の水１４中の炭酸水素ナトリウムの濃度を一定範囲に保持することができる。これにより、各陽極板１９と隣り合う陰極板１７、１７ａとの間にそれぞれ一定電流を流すことにより、水の電気分解速度（酸水素ガスの生成速度）を一定範囲に保持することができる。
例えば、内側の縦寸法が３００ｍｍ、横寸法が３００ｍｍ、高さ（深さ）が３６０ｍｍとなって耐圧が０．３５ＭＰａの電解槽１５を作製し、この電解槽１５内に、厚さが１ｍｍで第１の凸部２４を除いた縦寸法と横寸法が２００ｍｍの陰極板１７、１７ａを５ｍｍの間隔を設けて８枚平行に配置し、隣り合う陰極板１７、１７ａの中央位置にそれぞれ、厚さが１ｍｍで第２の凸部２９を除いた縦寸法と横寸法が２００ｍｍの陽極板１９を配置して（従って、それぞれ隣り合う陰極板１７、１７ａと陽極板１９の距離は２ｍｍとなる）、８枚の陰極板１７、１７ａと７枚の陽極板１９で構成された電解用電極部２０を設ける。また、電解槽１５に取付ける開放弁４３の作動圧力を０．２５〜０．３ＭＰａ、電流調節器４２に設定する上限圧力を０．２〜０．２５ＭＰａ、下限圧力を０．１〜０．１５ＭＰａにそれぞれ設定して、陽極板１９と陰極板１７、１７ａの間に１２〜１８アンペア（例えば１５アンペア）の電流を流して水１４（電解質として、炭酸水素ナトリウムを３〜５質量％（例えば４質量％）の濃度に溶解させる）の電気分解を行うと、ガス製造手段１１により平均圧力が０．１５ＭＰａの酸水素ガスを１分間当たり１．５リットル製造することができる。
続いて、本発明の一実施の形態に係る混合燃料製造装置１０の作用について説明する。
図２、図３に示すように、陰極板１７、１７ａの表面に白金又は白金合金の粉末を溶射した白金系皮膜１６を設けることにより、陰極板１７、１７ａの表面に微細な凹凸を形成することができ、陽極板１９の表面にイリジウム又はイリジウム合金の粉末を溶射しイリジウム系皮膜１８を設けることにより陽極板１９の表面に微細な凹凸を形成することができる。これにより、陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９（電解用電極部２０）の表面積を増大させることができ、陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９からそれぞれ発生する水素ガス量及び酸素ガス量を増加させることができる。
図２、図３に示すように、陰極板１７、１７ａの表面に白金又は白金合金の粉末を溶射した白金系皮膜１６を設けることにより、陰極板１７、１７ａの表面に微細な凹凸を形成することができ、陽極板１９の表面にイリジウム又はイリジウム合金の粉末を溶射しイリジウム系皮膜１８を設けることにより陽極板１９の表面に微細な凹凸を形成することができる。これにより、陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９（電解用電極部２０）の表面積を増大させることができ、陰極板１７、１７ａ及び陽極板１９からそれぞれ発生する水素ガス量及び酸素ガス量を増加させることができる。
また、図４に示すように、陽極板１９と陽極板１９の両側に配置された陰極板１７、１７ａとの間にそれぞれ一定電流を流す電流調節器４２を配置するので、陰極板１７、１７ａと陽極板１９の距離を接近させても過電流が流れる（過電流密度となる）ことを防止できる。そして、陰極板１７、１７ａと陽極板１９の距離を接近させることができるため、電解槽１５を増大させずに電解槽１５内に配置する陰極板１７、１７ａと陽極板１９の数を増やすことができる。その結果、酸水素ガスの発生量を増大させることができ、発電機５６の運転用燃料及び混合燃料（発電機６２の運転用燃料も含む）を効率的に製造することが可能になる。
なお、図１、図７に示すように、発電機５６、６２から電力を供給できない事情が発生した場合は、外部電源（例えば、商用電源、ソーラパネル）７７から電力を貰うこともできる。
なお、図１、図７に示すように、発電機５６、６２から電力を供給できない事情が発生した場合は、外部電源（例えば、商用電源、ソーラパネル）７７から電力を貰うこともできる。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、本実施の形態では、ガス供給配管内の酸水素ガスの圧力が上昇することに伴って、電流の供給を行う電流調節器の台数を徐々に減少させたが、酸水素ガスの圧力に基づいて各電流調節器から流す電流値を調節するようにしてもよい。これにより、渦流混合ポンプに供給される酸水素ガスの圧力変動幅を小さくすることができる。
また、本実施の形態では、酸水素ガス、混合燃料を内燃機関に供給する場合について説明したが、燃焼装置に供給することもできる。
更に、発電機で得られた電力を別途利用可能とすることもできる。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、本実施の形態では、ガス供給配管内の酸水素ガスの圧力が上昇することに伴って、電流の供給を行う電流調節器の台数を徐々に減少させたが、酸水素ガスの圧力に基づいて各電流調節器から流す電流値を調節するようにしてもよい。これにより、渦流混合ポンプに供給される酸水素ガスの圧力変動幅を小さくすることができる。
また、本実施の形態では、酸水素ガス、混合燃料を内燃機関に供給する場合について説明したが、燃焼装置に供給することもできる。
更に、発電機で得られた電力を別途利用可能とすることもできる。
１０：混合燃料製造装置、１１：ガス製造手段、１２：渦流混合ポンプ、１３：直流電源、１４：水、１５：電解槽、１６：白金系皮膜、１７、１７ａ：陰極板、１８：イリジウム系皮膜、１９：陽極板、２０：電解用電極部、２２：電流制御部、２３：水供給部、２４：第１の凸部、２５：チタン板、２６：陰極棒、２７：鍔部、２８：雄ねじ部、２９：第２の凸部、３０：チタン板、３１：陽極棒、３２：鍔部、３３：雄ねじ部、３４：水貯留部、３５：蓋部、３６：孔、３７：孔、３８：シール部材、３９：押え金具、４０：ナット、４１：圧力センサ、４１ａ：流量計、４２：電流調節器、４３：開放弁、４３ａ：ミストセパレータ、４４：ポンプ本体、４５：燃料タンク、４６：流入口、４７：回転軸、４８：隙間、４９：小羽根、５０：羽根車、５１：合流領域、５２：ガス吹込み口、５３：排出口、５４：羽根溝、５５：蓄電池、５６：発電機、５７：充電器、５８：内燃機関、５８ａ：逆火防止器、５８ｂ：開閉弁、５９：発電部、６０：直流電源、６１：混合燃料製造装置、６２：発電機、６３：内燃機関、６４：発電部、６５：開閉弁、６６：水タンク、６７：水位センサ、６８：水供給配管、６９：送水ポンプ、７０：制御器、７１、７１ａ：貫通孔、７２：樹脂製環状スペーサ部材、７３：チタン製環状スペーサ部材、７４：チタン製棒、７４ａ：樹脂製棒、７５：電流発生部、７６：スイッチ部、７７：外部電源
Claims (8)
- 水素ガスと酸素ガスが２対１の体積混合比で混ざり合った酸水素ガスを燃料に加えて混合燃料を製造する混合燃料製造装置であって、
水を電気分解して得られる水素ガスと酸素ガスから前記酸水素ガスを製造するガス製造手段と、前記酸水素ガスを前記燃料に均一に混合する混合手段と、前記ガス製造手段に電力を供給する直流電源とを備え、
前記ガス製造手段は、電気分解する水を貯留する密閉式の一つの電解槽と、
前記一つの電解槽内に隙間を設けて互いに平行に立設され、表面に白金又は白金合金からなる粉末皮膜が設けられた複数の陰極板、及び隣り合う該陰極板の中間位置にそれぞれ該陰極板に対して平行に立設され、表面にイリジウム又はイリジウム合金からなる粉末皮膜が設けられた複数の陽極板を備えた電解用電極部と、
前記直流電源と接続し、前記各陽極板と該陽極板の両側に配置された前記陰極板との間にそれぞれ所定電流を流して電気分解を行う電流調節器を備えた電流制御部と、
前記電解槽内の水位を一定に保つ水供給部とを有し、
前記各陰極板は共通となって、前記電流調節器の陰極側接続部に接続されていることを特徴とする混合燃料製造装置。 - 請求項１記載の混合燃料製造装置において、前記陰極板は、上側の左右方向の一方側に第１の凸部が形成され、表面に前記白金又は白金合金からなる粉末皮膜が設けられた正方形又は矩形のチタン板と、下端側が前記第１の凸部に取付けられ上端側が上方に突出する陰極側端子部材とを有し、前記陽極板は、上側の左右方向の他方側に第２の凸部が形成され、表面に前記イリジウム又はイリジウム合金からなる粉末皮膜が設けられた正方形又は矩形のチタン板と、下端側が前記第２の凸部に取付けられ上端側が上方に突出する陽極側端子部材とを有することを特徴とする混合燃料製造装置。
- 請求項２記載の混合燃料製造装置において、隣り合う前記陰極側端子部材及び隣り合う前記陽極側端子部材のそれぞれの取付け位置は互いに左右方向にずれていることを特徴とする混合燃料製造装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合燃料製造装置において、前記電流制御部は、前記電解槽から前記混合手段に供給される前記酸水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサで求めたガス圧力に基づいて台数を増減して前記電解槽内の前記酸水素ガスの圧力変動を一定範囲内に調節する前記複数の電流調節器とを有し、前記電解槽には該電解槽内の前記酸水素ガスの圧力が設定圧力を超えると該酸水素ガスを大気中に放散する開放弁が設けられていることを特徴とする混合燃料製造装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合燃料製造装置において、前記電流制御部は、前記電解槽から前記混合手段に供給される前記酸水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサで求めたガス圧力に基づいて電流を増減して前記電解槽内の前記酸水素ガスの圧力変動を一定範囲内に調節する前記複数の電流調節器とを有し、前記電解槽には該電解槽内の前記酸水素ガスの圧力が設定圧力を超えると該酸水素ガスを大気中に放散する開放弁が設けられていることを特徴とする混合燃料製造装置。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の混合燃料製造装置において、前記燃料は液体燃料であって、前記混合手段は渦流混合ポンプであることを特徴とする混合燃料製造装置。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載の混合燃料製造装置において、前記直流電源は、該混合燃料製造装置の起動時に前記電流制御部に電力を供給する蓄電池と、１）該混合燃料製造装置で製造された前記混合燃料の一部、又は２）前記ガス製造手段で製造された前記酸水素ガスの一部を使用し発電を行う発電機と、得られた電力を前記蓄電池に充電する充電器とを有することを特徴とする混合燃料製造装置。
- 請求項７記載の混合燃料製造装置において、前記発電機で得られた電力を別途利用可能とすることを特徴とする混合燃料製造装置。
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| JP2017106122A (ja) * | 2017-01-27 | 2017-06-15 | 欣四郎 近藤 | 燃料製造装置 |
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