JP6680431B2 - 水素と酸素を燃焼するエンジン。 - Google Patents
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Description
2、上記1に記載しておる技術の水素を製造する燃料生成工程4での水蒸気改質を繰り返すと二酸化炭素が増えるがこの二酸化炭素を処理するシステムを構築すること。
3、上記エンジンの稼働に於ける生成物で燃料費を賄う手段を見つける、更には上記エンジンを移動形態に搭載したケースでは当該エンジンの償却費を賄う手段を見つけ電気駆動の移動体に勝る構成にする。
4.上記生成する二酸化炭素CO2を外部設備 (定置形態設備に設置した場合は該設備内であっても良い)にて資源として活用する二酸化炭素資源化する方法を見つける。
5、エンジン燃焼室内の温度を下げる方向にコントロールする手段を見つけ、該手段をレシプロエンジンかロータリーエンジンかディゼルエンジンかのいずれかのエンジンに設け現在製造されておるレシプロエンジンかロータリーエンジンかディゼルエンジンかのいずれかのエンジンの燃料を水素とする本願エンジン製造体制整備までの「NOX」,「CO2」排出削減策とする構成を見つける。
酸素(分離装置1により分離された)と水素を燃焼させた熱で水を水蒸気にしており、該水蒸気を反応(例えば電気分解・水蒸気改質・部分酸化反応等)させて水素を生成する構成を設けたエンジン燃焼装置Zであって、(図1、2、3,10)、該燃焼装置Zの(蓄ガスタンクT1及び蓄ガスタンクT2から)燃焼ノズル2Nに酸素及び水素を供給し点火栓2Pにより点火し燃焼室NE内で燃焼しており、該燃焼室に設けておる燃焼による直射熱を受ける耐熱構造部SCと(耐熱構造部SCは直射熱を受け易い形状(例えば略円筒状)にしており)、
該耐熱構造部に設けておる(水タンクより水を供給し供給された)水を耐熱構造部SCを通過する間に上記燃焼による直射熱を受けて水を水蒸気にする通水路MHa,と、
該通水路MHa内で水蒸気Aを生成する水蒸気A生成手段と,
上記耐熱構造部の外殻体(外側)に設けておる水素生成手段ZUと、(例えばZUが電気分解装置であれはF1,F2,図1、であり、水蒸気改質であればKa、図2、であり、部分酸化反応OSであれば図10)
該水素生成手段ZUに上記水蒸気Aを供給する供給ノズルZjと
該供給ノズルZjから該水素生成手段ZUに供給しており該水素生成手段ZUにて水蒸気を反応(例えば電気分解・水蒸気改質・部分酸化反応等)させる副材料SBを供給する副材料(例えば熱・電気・酸素・炭化水素化合物等)SB供給手段と、
該水素生成手段ZUに供給された水蒸気Aと上記供給された副材料SBの何れか(熱・電気・酸素・炭化水素化合物等)一以上を使用して水素若しくは水素を含む混合ガスを生成する水素若しくは水素を含む混合ガス生成手段と、
該混合ガスから水素を分離する分離装置と、
該分離装置に水素若しくは水素を含む混合ガスを導入して水素を取り出しており、得られた水素を上記エンジン燃焼装置Zの燃料の水素としており、
上記通水路MHaで生成した水蒸気Aを燃焼室NEに供給する供給ノズルZjと該供給ノズルZjから供給された水蒸気Aは燃焼室NE内の熱を吸熱してさらに高熱に成った水蒸気Aaと
該水蒸気Aaは上記燃焼で生成される水蒸気Bと水素生成手段ZUで分解(改質)されなかった未分解水蒸気(STn及び未改質水蒸気STm)とともに下流に排気として排出される排気流5と、
を備えておる水素を燃焼し水素を生成するエンジン燃焼装置Zを特徴とする水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
*上記エンジンの燃焼室NE内に設けておる燃料の燃焼火炎2F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Al2O3系合金が好ましい)にして設け、上記吸熱構造手段SC内に水を水蒸気にする通水路MHaを設け水が該通水路を通過する間に水を水蒸気Aとし該水蒸気Aを上記水素生成手段ZUと該エンジン燃焼室NEに噴射してエンジン燃焼室の冷却手段と水蒸気生成手段ZU(装置)に水蒸気を供給する手段としたことが酸素と水素を燃焼を可能にし、更に該燃焼装置Z内で水素を生成出来るエンジンを考案出来た新規技術である。
*(富化)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(中の酸素)と水素の燃焼では燃焼炎の中心温度は1900℃程度で(富化)酸素の使用により47%程度燃焼炎の中心温度が上がる、(富化)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水蒸気改質器に使用するか水の電気分解に使用するか部分酸化反応BOに使用するかの何れかの水蒸気の製造を計算上47%多く出来る(酸素密度の差であり、本願ではこれを酸素エネルギーと呼ぶ)。
*エンジン燃焼装置Zの水素生成手段ZUが水蒸気改質及び部分酸化反応の場合水蒸気改質CH4+H2O→CO+3H2と(部分酸化反応CH4+O→CO+2H2)シフト反応部を設けておるCO+H2O→CO2+H2構成であるが、上記シフト反応部を設けない構成にして二酸化炭素に替えて一酸化炭素を生成する構成でもよい。
第二の発明は
上記エンジン燃焼装置Zの下流に設けておる回転力取り出し装置3に該燃焼装置Zからの排気流5を貫流させ該回転力取り出し装置3を貫流した排気流5aを上記耐熱構造部SC内に設けておる通水路MHaに(全部または半分以上)戻し入れる手段(例えば戻し入れ管路)を設けて上記通水路MHaに排気流5aを戻し入れており更に上記戻し入れる手段を燃焼装置2,2a(後述)に設け、上記燃焼装置下流の回転力取り出し装置3を貫流した排気流を燃焼室NEに戻し入れる手段R2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を提供する。
*エンジン燃焼装置Zの水素生成手段ZUが水蒸気改質の場合供給する水蒸気の供給量は炭素析出対応により理論値の2〜5倍供給(H2O/CH4(モル比)2〜5程度の水蒸気過剰化で供給)しており、余剰に供給した水蒸気は未改質水蒸気STmとなり排気に合流して排気流5から回転力取り出し装置3を貫流して排気流5aとなり下流に排出されており、該排気流5aを上記耐熱構造部の通水路MHaに戻し入れる手段R1(例えば戻し入れ管路、図面なし)を設け該排気流5aを水素生成手段の水蒸気Aに再生する再生手段であり、更に該再生手段を上記燃焼装置2,2aに設け、上記燃焼装置下流の回転力取り出し装置を貫流した排気を燃焼室NEに戻し入れる手段とする。
*エンジン燃焼装置Zの水素生成手段ZUが電気分解装置F1、F2の場合水蒸気の電気分解率は例えば水蒸気を固体電解質セルを通過させ分解する装置での分解率を50〜60%とした場合排出される未分解水蒸気を戻し入れ再加熱し再度電気分解装置F1、F2に投入する事で分解率を上げる構成とする(電気分解能力UP=セル設置数を増やす)ことが出来る。
第三の発明は
上記回転力取り出し装置3の回転翼体3aであって、(図8)
排気流5の略直線的な排気流力を回転力に変換する回転翼体と
該回転翼体3aの回転力を取り出す一方の回転軸3cと、
該回転軸3cの他方の回転軸3c1と、
上記回転力取り出し装置3の外殻体3dと、
上記他方の回転軸3c1端部から回転軸3c1内と回転翼体3a内を通り回転翼体3a外に通じる通水路3MHとを備えており、
上記通水路3MHに水を導入し該通水路を通過する過程で該水が回転翼体3aの熱を吸熱し水蒸気Cとなり回転力取り出し装置3貫流後の排気流5a(と合流)として下流に排出される構造で、回転翼体3aの冷却手段を有する回転力取り出し装置3とした事を特徴とする第一の発明から第ニの発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
第四の発明は
エンジン燃焼装置Zを搭載するエンジンの回転力取り出し装置3を貫流した排気流5a、を導入して電気&水素を生成する電気&水素生成手段4であって、
該手段に導入されておる排気流5aの持つ熱(例えば上記エンジンの設定次第ではあるが概略1000℃程度)と水蒸気(水蒸気A,水蒸気Aa,水蒸気B,水蒸気C,未分解水蒸気STn若しくは未改質水蒸気STmの内何れか1以上)及び回転力取り出し装置3で取り出した電気Ea及び海水(例えば船舶での水蒸気化に使用の水)の内の1以上を材料として、
(例えば、)水蒸気電気分解装置F1か水蒸気電気分解装置FS1か金属酸化物と金属水酸化物の触媒と水蒸気で水素を採取する装置SYか水蒸気改質装置Ka1か水熱化学分解F2か熱電エネルギー変換装置DEか、熱交換器Gか燃料電池発電機FD1か海水真水化(淡水化)装置Waかの技術のいずれか1種以上の装置を用いるか組み合わせて、電気か水素の一方か両方を生成(製造)し、上記生成した水素の量により上記エンジン燃焼装置2,2a,2arを有するエンジンを複数台稼働させて稼働した複数台のエンジンから電気又は動力の何れか一方か両方かを更に生成す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を提供する。
*上記電気&水素生成手段4に記載のいずれかの装置の単独稼動かあるいは組み合わせ稼働かについては複数の形態が想到でき該装置と機器との構成に矛盾がない(理論上成立する)構成は自在に出来る(例えば燃料電池発電機FD1で発電し該電気を水蒸気電気分解装置F1の電気とする構成での組み合わせ)。
第五の発明は
上記水素生成手段ZUを有すエンジンを稼働させ該水素生成手段ZUで生成した水素を当該エンジンと水素生成手段ZUを有さないエンジン燃焼装置2及び2a及び2arかの何れかの燃焼装置を複数台稼働させ水素生成手段ZUを有すエンジン1台と水素生成手段ZUを有さないエンジン複数台で電気又は動力の何れか一方か両方かを生成しておる事を特徴とする第一の発明から第四の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
*上記エンジン燃焼装置2b1台と水蒸気改質Kaを持たない(上記2bと同じ量の水素を消費する規模の燃焼装置)エンジン燃焼装置2又はエンジン燃焼装置2a又はエンジン燃焼装置2arの3種の内の何れか一種以上で構成した複数台(例えば3台)を稼働させ合計(例えば4台)分の(上記エンジン燃焼装置Zは(水蒸気改質の場合)水蒸気改質Kaに用いた水蒸気分程の排気流5の流力は少ないが上記水蒸気改質Kaを持たないエンジン燃焼装置2又はエンジン燃焼装置2a又はエンジン燃焼装置2arは該装置からの排気流5の流力は概100%であり3台+1台(水蒸気改質Kaに用いた水蒸気分程マイナスにした))の排気流5力を排出する構成にして下流の回転力取り出し手段3で上記エンジンの動力及び電気を製造し、該回転力取り出し手段3を貫流し排出される排気流5aを導入して電気及び水素を生成する電気・水素生成手段4で更に電気・水素を製造しておることを特徴とする水素と酸素を燃焼するエンジン。
*上記燃焼装置2は(図4,5,6)参照、上記エンジン燃焼装置2b,2cから電気分解装置F1、及び水蒸気改質部Kaをそれぞれ除いた構成でかつ耐熱構造部SC(通水路MHaは設けていない)を設けたものが上記燃焼装置2で上記耐熱構造部SCを設けないで該耐熱構造部SCに替えて水を直接燃焼室内壁2Uに噴射する噴射ノズルMjを設けた構成が上記燃焼装置2aであり該燃焼室NEに上記エンジンの電気・水素生成手段4(燃料生成部4)で未改質となった水蒸気を上記燃焼室NEに戻し上記未改質水蒸気を再加熱する水蒸気再加熱手段WRを設けた構成が上記エンジン燃焼装置2arである。
第六の発明は
上記エンジンで生成した電気を蓄電器40に蓄電し移動体の移動電力として使用し、余剰となった蓄電しておる電気か移動体非移動時の該エンジン稼働により生成する電気かのいずれかの電気の受け渡し形態を電気授受システムEaSTとしておる事を特徴とする第一の発明から第の五発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
*電気授受システムEaSTは、
1、 該移動体で生成し移動体内で蓄電器に蓄電した電気を、
1a,,電気授受ステーションに引き取らせる手段を設けて該電気を引き取らせる(売電する)。
1b, 電気授受ステーション及び移動体の駐機場に於ける蓄電器交換システム(複数の蓄電器を1単位としてセットされているのを1単位のセットごと交換して電気の補充時間を短縮)を導入して移動体内で生成し充電した蓄電器と充電量が下限設定値(近く)に成っておる蓄電器と交換するシステム。
2、 移動体の駐機場に於いて該移動体駐機中にエンジンを稼働させ、該移動体で生成した電気を直接ケーブル等で接続し売電する手段。(太陽光発電で発電した電気を電力会社に売電するのと同じ形態)
以上を電気授受システムEaSTの代表事例としたものである。
*上記エンジン燃焼装置2,2a,2ar,Z(2b,2c、2d)を備えたエンジンを移動体に搭載した該エンジン搭載機器(航空機・船舶・鉄道・自動車等々)の駐機場(駐車場・桟橋・マリーナ等の係船場・飛行場・軍隊の基地等々)に一酸化炭素CO又は二酸炭素CO2をガスステーション又は移動式ガスステーションを設けて該ステーションに引き取らせ水と炭化水素化合物(例えばメタンCH4)の供給を受ける形態にするか該エンジンにより生成される電気を引き取らせる設備(電気授受ステーション)を設けて電気を引き取らせるものである。
すなわち上記移動体移動時は該移動体を稼働して燃料の水素(及び酸素)を生成し移動体のエネルギーとして消費し、かつ、余剰となった一酸化炭素CO又は二酸化炭素CO2をガスステーション又は移動式ガスステーションに買い取らせ水と炭化水素化合物(例えばメタンCH4)の供給を受ける形態にするか、該エンジンにより生成される電気を移動体の動力として消費しかつ、消費量を超えて生成し余剰となった電気を電気授受システムEaSTにて引き取らせる(外部社会電力エネルギー供給インフラへの電力供給)かのいずれか一方か両方かにすることで該エンジンで余剰となつた一酸化炭素CO又は二酸化炭素CO2及び電気を有価物とする手段とした。
*上記移動体例えば公道を走行する自動車の多くは燃料を燃焼しその回転力で電気を生成する機器を備えており、該移動体を非走行時稼働させ電力を生成し生成した電気を売電することでインプットされる炭化水素費用とアウトプットされる電気料金との差し引き計算で受け取る費用―投入費用がプラスであれば上記非稼働時の稼働による収益を得ることが出来る本願のエンジンではその構成が出来る (非走行時稼動させ利益を得ることが出来る)エンジンである。
*上記エンジンで生成した水素量が該エンジンで消費(移動体の移動動力として消費)しさらに余剰の電気を生成出来る量であれば該余剰の電気を一時的に蓄電器40に蓄電するか或いは直接電気輸送手段にて売電する。
*上記移動体非稼働時を活用する手段によりエンジン内の停止・稼働の繰り返しによる該エンジンの構成材の疲労による亀裂破壊等を防止出来該エンジンの寿命延長に繋げるとともに該エンジン生成物の販売もしくは使用(例えば自工場で使用)により該エンジンの原価償却を早く出来る。
第七の発明は上記エンジン燃焼装置Zを備えるエンジンに供給する供給気体を酸素と水素に加え不活性ガスを(例えばアルゴンガス)混入させる手段を設け該燃焼装置(例えば2,2a,2ar、2b、2c、2d)での火炎中心温度をさげる方向にコントロールする手段としており、更に該エンジンの排気ガスから上記不活性ガスを採取する手段を設けて、該不活性ガスを採取しておる事を特徴とする第一の発明から第六の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
第八の発明は、上記エンジンに供給する供給気体(酸素と水素に加え不活性ガスを(例えばアルゴンガス)混入したガス)をレシプロエンジンかロータリーエンジンかディゼルエンジンかの何れかのエンジンに供給し該エンジンの排気ガスから(排気ガスを機器外に排出する排気口上流に設けた)上記不活性ガスを採取する採取手段にて採取しておる事を特徴とする第七の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
第九の発明は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第一の発明から第八の発明に記載の水素と酸素を燃焼するエンジンを提供する。
<酸素分離装置1>(図7)空気大気から窒素N2を分離除去する酸素(富化)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)(企業名)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、H2O,H2,H2S,CO2,O2があり、遅いガスにはAr,CO3,N2,CH4等がある。
運転圧力8〜150Kg/Cm2G (8Kg/cm2未満の圧力で可能な物もある)
(富化)酸素ガス純度は70%〜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。
例えば被改質物質としてメタンCH4を用いた改質反応式 CH4+H2O⇔3H2+CO (1) CO+H2O⇔H2+CO2 (2) シフト反応・・該反応は(1)の反応時に副次的に起こる。
*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できる、 ・改質温度650〜1000℃程度。
1a,水蒸気電気分解装置・
サンシャイン計画(産業技術総合研究所)で個体電解質として安定化ジルコニア(Zro−10%Y2O3(酸化イットリュウム))薄膜を用いて800℃〜1000℃で水蒸気を電解する方法が開発されておる、作動温度は900℃〜1000℃、電流密度40A/dm2
槽電圧1.3v、電力変換効率90%の性能である。
*特開2017-45601(記載)
実施例において、64本から成る固体酸化物形燃料電池スタック10では40〜64Vの高電圧が得られたとしておる。
固体酸化物形燃料電池スタック及び固体酸化物形燃料電池モジュールは、
可搬型固体電解質形燃料電池小型発電機、電気分解反応による水素発生装置の技術分野において好適に利用することができる。
*1d, 固体酸化物形水蒸気電解装置(特開2008-243744記載技術)400℃〜600℃の作動温度においても、原子の透過性を向上させることができる金属薄膜を用いた水蒸気電解装置で該金属薄膜を金属組成物と、前記金属組成物の結晶粒界に分散させた酸化物とを含有する。前記金属組成物を構成する金属ターゲットと、前記酸化物を構成する酸化物ターゲットとを同時にスパッタリングして形成した技術であり、上記高温水蒸気電解にて未分解となった水蒸気を更に分解する技術(電気分解装置F2)に出来る。
上記水素と酸素で電気を生成して自動車の動力とする構成はすでにハイブリッド車として商品化されておる技術であるが本願生成の水素と酸素と燃料スタックで電気を生成する構成も電気生成手段4の1手段としている。
・金属分離膜(パラジュウムPd金属薄膜),金属パラジュウム膜は、水素分子のみ透過する。すなわち、水素分子が膜表面で原子化してプロトン(H+)とエレクトロン(e)となり、これが膜中を拡散して膜の表面で再結合し、分子化して分離する物であり、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る、この膜は高純度の水素製造に適している。
・高温水素ガス分離膜(セラミックス)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。
・膜型反応器(反応器と分離器一体型)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膜型反応器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。
*上記水素及び一酸化炭素及び酸素及び水蒸気の高温帯で分離する分離膜での高温ガス分離が使用困難な場合熱交換装置にて吸熱後の低温(例えば100〜200℃程度)ガスから公知の分離方法(例えばPAS吸着法やメンブレン分離膜等で)で分離する構成にも出来る。
*上記資源化手段CH1は、特許文献4に記載の技術にて資源化手段とする。
*−1、水素を製造しておる設備を有する外部施設に引き渡し該外部施設で炭化水素化合物(例えばメタンCH4・メタノールCH3OH3・ジメチルエーテルCH3OH3)に加工する。
*−2、太陽光・風力・波力発電等の発電設備を有する外部施設の電力で水を電気分解して水素H2を得その水素と二酸化炭素CO2で炭化水素化合物(例えばメタンCH4・メタノールCH3OH3・ジメチルエーテルCH3OH3)に加工する。
*−3、水素H2を余剰として排出しておる石油精製所等に引き渡し該石油精製所にて炭化水素化合物(例えばメタンCH4・メタノールCH3OH3・ジメチルエーテルCH3OH3)に加工する。
*二酸化炭素CO2資源化手段CH2は、水蒸気改質を有する外部施設にて炭化水素化合物に加工する。例えば千代田化工建設(企業名)では二酸化炭素CO2とメタンCH4を貴金属系触媒を使用した改質で2CO+2H2の合成ガスを生成しており(スチーム/CO2リフォーミング)その技術を活用。
*−1、石灰(CaO)とアルミナAl2O3から構成される化合物12CaO 7Aⅼ2O3(以下C12A7)の構造の中に、電子を取り込んだC12A7エレクトライドが二酸化炭素の分子を室温で選択的に吸着し、一酸化炭素と酸素に分解する分解技術。
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、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。
*二酸化炭素CO2資源化手段CH5は,二酸化炭素のカソード還元(特開2018−24895)触媒及び電極触媒、並びに電極触媒の製造方法、 水の電気分解による水素の生成、または二酸化炭素をカソード還元して炭素含有物質に変換する触媒=銅酸化物の被膜を有する触媒。 CO2+8H2+8e+→CH4+2H2O 二酸化炭素と水素でメタンを生成する構成。
*二酸化炭素CO2資源化手段CH6は,二酸化炭素は最近工業プロセスで超臨界流体CO2を溶媒として使用する方法が見出されており、該方法での活用も出来る。
2、改質で生成した水素と一酸化炭素CO又は二酸化炭素CO2を移動式ガスステーション(又はガスステーション)に引き渡す形態としたことでメタンと水の供給費用より多くの対価を得ることが出来た。
3、エンジンで生成した電気を電気授受システムEaSTで売電する形態とした事で多くの対価を得ることが出来た。
4、上記不活性ガス混入手段を設けた事で水素生成手段ZUを有すエンジンに移行する体制の整備までの期間上記エンジンを「CO2」、「NOX」を排出しなエンジンとする事が出来る。(例えばドイツの化石燃料燃焼エンジンの使用禁止対応策とする)
上記水素生成手段ZUのの水素生成手段を電気分解装置F1としたエンジン燃焼装置2cであって(図2)、
上記水蒸気Aを上記耐熱構造部の外殻体に設けておる電気分解装置F1と燃焼室NE内に噴射する水噴射ノズルTjを設け該噴射ノズルから噴射しており、電気分解装置F1に蓄電器40から(定置形態(例えば発電所)エンジンでは外部からの電力であっても良い)電気Eaを供給しており、電気分解装置F1に噴射された水蒸気Aと上記供給された電気とで電気分解装置F1で水素と酸素に分解して取り出しており、得られた水素と酸素から顕熱を回収する熱交換器G3に導入し(直接燃焼ノズル2Nに供給することも可能)該熱交換器G3で回収した熱Eは該エンジン燃焼装置2C以降で水素及び酸素及び一酸化炭素及び電気及び動力のいずれか1以上を得るエネルギーとして使用する形態にしておる水素と酸素を燃焼させる燃焼装置。
上記水素生成手段ZUの水素生成手段を水蒸気改質部Kaとしたエンジン燃焼装置2b(図3)、であって、
上記水素生成手段ZUに水蒸気改質部Kaを設け該水蒸気改質部Kaの外殻部(外側)にメタンCH4(炭化水素化合物、以降メタンで解説する)通気路MCを設けてメタンCH4をメタンCH4噴射ノズルCjから水蒸気改質路Kaに導入しており、
上記水蒸気Aを上記耐熱構造部の外側(外殻部)に設けておる水蒸気改質部Kaと燃焼室NE内に水噴射ノズルTjから噴射しており、
噴射されたメタンCH4と水蒸気Aは水蒸気改質部Ka内で水素と二酸化炭素の合成ガスに改質され(該水蒸気改質部は例えば触媒をアルミナ担体に担持したハニカム構造)改質された水素ガスは分離手段(例えば高温水素ガス分離膜(セラミックス))で水素と二酸化炭素+未改質水蒸気STmに分離され水素を取り出し、更に二酸化炭素+未改質水蒸気STmを分離し二酸化炭素を取り出し未改質水蒸気STmは排気流5に合流して下流に排出される。上記取り出された水素は(水素タンクT2経由)燃料として燃焼ノズル2Nに導入されるサイクルを構成し、二酸化炭素は二酸化炭素タンクT7に蓄ガスし二酸化炭素資源化手段CHにて資源として活用される。
ガスの運搬時の安全性は二酸化炭素が勝が一酸化炭素であっても良い。該水蒸気改質部KaではH2O/CH4(モル比)2〜5程度の水蒸気過剰化でおこなわれる。
すなわち上記移動体移動時は上記エンジンを稼働して燃料の水素(及び酸素)を生成し移動体のエネルギーとし移動と言う仕事を終えた後は上記移動体エンジンを稼働させ生成した一酸化炭素CO又は二酸化炭素CO2をガスステーション又は移動式ガスステーションに買い取らせ水と炭化水素化合物(例えばメタンCH4)の供給を受ける形態にするか該エンジンにより生成される電気を引き取り設備(外部社会電力エネルギー供給インフラへの電力供給)にて引き取らせるかするかのいずれかにすることで該移動体非稼働時を活用する手段とする。
該手段によりエンジン内の停止・稼働の繰り返しによる該エンジンの構成材の疲労による亀裂破壊等を防止出来該エンジンの寿命延長に繋げるとともに該エンジン生成物の販売もしくは使用(例えば自工場で使用)により該エンジンの原価償却を早く出来る。
*上記耐熱構造部SCの外殻(外側)に該耐熱構造部の熱と該エンジン外から供給される炭化水素化合物と上記酸素分離器1から供給される酸素を改質する部分酸化反応装置OSで、水素を含む混合ガスを生成した後に、該混合ガスに水蒸気Aを供給し水素と二酸化炭素を生成し生成した該ガスから水素を分離して取り出し取り出した水素を該燃料エンジンの燃料の水素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である。
*上記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(更にシフト反応後に)、水素を選択的に透過させることの出来る選択透過膜(例えば高温水素ガス分離膜(セラミックス))によって混合ガスから水素を分離して取り出す技術を本願の水素生成手段ZUの一手段としておる。
Claims (9)
- 酸素と水素を燃焼させた熱で水を水蒸気にしており、該水蒸気を反応させて水素を生成する構成を設けたエンジン燃焼装置Zであって、該燃焼装置Zの燃焼ノズルに酸素及び水素を供給し点火栓により点火し燃焼室内で燃焼しており、該燃焼室に設けておる燃焼による直射熱を受ける耐熱構造部と、該耐熱構造部に設けておる水を耐熱構造部を通過する間に上記燃焼による直射熱を受けて水を水蒸気にする通水路と、該通水路内で水蒸気Aを生成する水蒸気A生成手段と,上記耐熱構造部の外殻体に設けておる水素生成手段ZUと、該水素生成手段ZUに上記水蒸気Aを供給する供給ノズルと該供給ノズルから該水素生成手段ZUに供給しており該水素生成手段ZUにて水蒸気を反応させる副材料を供給する副材料供給手段と、該水素生成手段ZUに供給された水蒸気Aと上記供給された副材料の内の何れか一以上を使用して水素若しくは水素を含む混合ガスを生成する水素若しくは水素を含む混合ガス生成手段と、該混合ガスから水素を分離する分離装置と、該分離装置に水素若しくは水素を含む混合ガスを導入して水素を取り出しており、得られた水素を上記エンジン燃焼装置Zの燃料の水素としており、上記通水路で生成した水蒸気Aを燃焼室に供給する供給ノズルと該供給ノズルから供給された水蒸気Aは燃焼室内の熱を吸熱してさらに高熱に成った水蒸気Aaと該水蒸気Aaは上記燃焼で生成される水蒸気Bと水素生成手段ZUで分解されなかった未分解水蒸気とともに下流に排気として排出される排気流と、を備えておる水素を燃焼し水素を生成するエンジン燃焼装置Zを特徴とする水素と酸素を燃焼するエンジン。
- 上記エンジン燃焼装置Zの下流に設けておる回転力取り出し装置に該燃焼装置Zからの排気流5を貫流させ該回転力取り出し装置を貫流した排気流5aを上記耐熱構造部内に設けておる通水路に戻し入れる手段を設けて上記通水路に排気流5aを戻し入れており、更に上記戻し入れ手段を燃焼装置2,2aに設け、上記燃焼装置下流の回転力取り出し装置を貫流した排気流を燃焼室に戻し入れる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。
- 上記回転力取り出し装置の回転翼体であって、排気流5の略直線的な排気流力を回転力に変換する回転翼体と該回転翼体の回転力を取り出す一方の回転軸と、該回転軸の他方の回転軸と、上記回転力取り出し装置の外殻体と上記他方の回転軸端部から回転軸内と回転翼体内を通り回転翼体外に通じる通水路とを備えており、上記通水路に水を導入し該通水路を通過する過程で該水が回転翼体の熱を吸熱し水蒸気Cとなり回転力取り出し装置貫流後の排気流5aとして下流に排出される構造で、回転翼体の冷却手段を有する回転力取り出し装置とした事を特徴とする請求項1から請求項2に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン。
- 上記エンジン燃焼装置Zを搭載するエンジンの回転力取り出し装置を貫流した排気流5a、を導入して電気&水素を生成する電気&水素生成手段であって、該手段に導入されておる排気流5aの持つ熱と水蒸気及び回転力取り出し装置で取り出した電気及び海水の内の1以上を材料として、水蒸気電気分解装置F1か水蒸気電気分解装置FS1か金属酸化物と金属水酸化物の触媒と水蒸気で水素を採取する装置か水蒸気改質装置か水熱化学分解か熱電エネルギー変換装置か、熱交換器か燃料電池発電機か海水真水化装置かの技術のいずれか1種以上の装置を用いるか組み合わせて、電気か水素の一方か両方を生成し、上記生成した水素の量により上記エンジン燃焼装置2,2aを有するエンジンを複数台稼働させて稼働した複数台のエンジンから電気又は動力の何れか一方か両方かを更に生成す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。
- 上記水素生成手段ZUを有すエンジンを稼働させ該水素生成手段ZUで生成した水素を当該エンジンと水素生成手段ZUを有さないエンジン燃焼装置2及び2a及び2arかの何れかの燃焼装置を複数台稼働させる水素とし、水素生成手段ZUを有すエンジン1台と水素生成手段ZUを有さないエンジン複数台稼働させ稼働させたエンジン全部で電気又は動力の何れか一方か両方かを生成しておる事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。
- 上記エンジンで生成した電気を蓄電器に蓄電し移動体の移動電力として使用し、余剰となった電気か移動体非移動時の該エンジン稼働により生成する電気かのいずれかの電気の受け渡し形態を電気授受システムとしておる事を特徴とする請求項1及び請求項4乃至請求項5に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン。
- 上記エンジン燃焼装置Zを備えるエンジンに供給する供給気体を酸素と水素に加え不活性ガスを混入させる手段を設け該燃焼装置での火炎中心温度を下げる方向にコントロールする手段としており更に該エンジンの排気ガスから上記不活性ガスを採集する手段を設けて、該不活性ガスを採集しておる事を特徴とする請求項1から請求項6に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン。
- 上記エンジンに供給する供給気体をレシプロエンジンかロータリーエンジンかディゼルエンジンかのいずれかのエンジンに供給し該エンジンの排気ガスから上記不活性ガスを採集する手段を設けて、該不活性ガスを採集しておる事を特徴とする請求項7に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン。
- 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8に記載の水素と酸素を燃焼するエンジン。
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