JPH01216062A - 水素エンジンの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は水素エンジンの駆動装置に関するものである
。

〔従来の技術〕 水素エンジン車の駆動は水素を貯蔵する金属水素化物を
加熱して水素ガスを発生させ、この水素ガスをエンジン
に送ることにより行われる。すなわち、水素吸蔵合金を
水素ガスの雰囲気中で冷却させて水素ガスと反応させ、
金属水素化物の化合物の形で水素を貯蔵させる。また、
この金属水素化物を所定温度以上で加熱すると水素ガス
を放出する。この可逆反応に着目して、熱交換により生
ずる水素ガスをエネルギーとしてエンジンを駆動するも
のである。

上記しな、水素エンジンを駆動する装置として第３図に
示すものがある。この装置はエンジンＥと複数個の収容
容器２７とを管路２８を介して連通させている。そして
、エンジン冷却水がエンジンＥ内を通過するとき加熱さ
れて温水となり、この温水がエンジンＥ内に設けたウォ
ータポンプ（図示路）により管路２８を介して収容容器
２７に圧送される。

前記収容容器２７内には細粒状の金属水素化物が充填さ
れ、各収容容器２７の内部をを旋回して延びる管路２８
内を、温水が金属水素化物を加熱しながら流れる。この
あと、収容容器２７を貫通してエンジン已に戻る管路２
８を通過する間に温水は冷却され、再度冷却水としてエ
ンジンＥの冷却を行う。この動作が連続的に行われ、収
容容器２７内の金属水素化物は常に加熱されるようにな
っている。

一方、温水によって加熱された金属水素化物からは水素
ガスが放出され、この水素ガスがガス管路２９を介して
アクセル３０の操作角度に応じた量だけエンジンＥ内に
圧送されて、これを駆動する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上−記の水素エンジン車の駆動装置において
は、エンジンＥの始動直後等、同エンジンＥがまだ温ま
っていないときには温水の温度も上昇しておらず、収容
容器２７内の金属水素化物が所定温度以下で加熱されて
、充分に解離されないことがある。このため、水素ガス
の放出量が少なく、エンジンＥの駆動に必要な量の水素
ガスがエンジンＥに供給されず、エンジンＥの始動に遅
延が生ずる。

また、エンジンＥの高出力運転時には、このエンジンＥ
の熱の上昇に伴い温水の温度が高くなって、この温水に
て加熱された金属水素化物から放出されて、エンジン已
に送られる水素ガスの量も多くなる。この状態でエンジ
ンＥの出力を急激に低下させても、エンジンＥの熱が急
に冷めることはな（、高温の温水にて解離された金属水
素化物から放出されてエンジン已に供給される水素ガス
をエンジンＥが消費しきれなくなる。このため、ガス管
路２９内の水素ガスの圧力が上昇し、このガス管路２９
内に設けた安全弁３１の設定圧を上回ると、安全弁３１
が開放され水素ガスがガス管路２９外に流出し、水素ガ
スを無駄に消費することとなる。

この発明は上記した問題点を解消するためになされたも
のであり、その第１の目的はエンジンの始動操作に対し
正確に応答し、さらに第２の目的はエンジン出力を急激
に低下させたときにも水素ガスが管路外へ無駄に流出さ
せることな（、水素ガスを有効に利用することができる
水素エンジンの駆動装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願第１発明は金属水素化物を収容し、かつ加熱されて
、同金属水素化物を解離させる加熱収容手段と、稼動中
に、加熱収容手段に延びる加熱管路に加熱媒体を供給す
ることにより、この加熱収容手段を加熱し、金属水素化
物を解離させて得る水素ガスにより稼動を続行するエン
ジンとを備えた水素エンジンの駆動装置において、第２
の金属水素化物を収容し、前記加熱媒体が所定温度未満
のときに解離作用によって生ずる水素ガスをエンジンに
供給してこれを駆動する補助加熱収容手段と、前記加熱
媒体が所定温度未満のとき、加熱収容手段に延びる加熱
管路を遮断するとともに、補助加熱収容手段に延びる加
熱管路を開放し、さらに加熱媒体が所定温度以上のとき
には、加熱収容手段に延びる加熱管路を開放するととも
に、補助加熱収容手段に延びる加熱管路を遮断する切換
手段とを設けたことを解決手段とする。

また、本願第２発明は水素ガス雰囲気中で冷却させて水
素ガスを反応させ、金属水素化物の化合物の形で水素を
貯蔵し、またこの金属化合物を所定温度以下で加熱し水
素ガスを放出する水素貯蔵合金を収容し、加熱されたと
き水素を放出させる加熱収容手段と、前記加熱収容手段
に対して連通され、稼動時に加熱収容容器に加熱媒体を
供給することにより加熱収容手段を加熱し、金属水素化
物を解離させて水素ガスを放出させ、この水素ガスによ
り稼動を続行するエンジンとを備えた水素エンジンの駆
動装置において、前記加熱収容手段に対し常には遮断さ
れ、さらには第２の金属水素化物を収容するとともに、
前記エンジンから供給される加熱媒体が所定温度未満の
ときに解離作用によって生ずる水素ガスをエンジンに供
給してこれを駆動する補助加熱収容手段と、前記加熱媒
体が所定温度未満のとき゛、加熱管路を補助加熱収容手
段に連通させてこれを加熱するとともに、加熱収容手段
から遮断し、さらに加熱媒体が所定温度以上のときには
、加熱管路を加熱収容手段に連通させてこれを加熱し、
かつ補助加熱収容手段から遮断する切換手段と、前記切
換手段により、エンジンと加熱収容手段とが連通保持奄
れ、同加熱収容手段から供給される水素ガスがエンジン
の駆動に必要な量を所定値以上越えたとき、加熱収容手
段と補助加熱収容手段との間の遮断を解除し、加熱収容
手段から流入する余剰水素ガスを補助加熱収容手段内で
金属水素化物に吸蔵させる吸蔵許容手段とを設けたこと
を解決手段とする。

〔作用〕

上記した手段を採用したことにより、本願第１発明は加
熱管路から加熱収容手段に供給される加熱媒体が所定温
度以下のときには、切換手段により加熱管路が加熱収容
手段から遮断されるともに、補助加熱収容手段に対して
連通される。これにより加熱媒体は補助加熱収容手段に
送られ、これに収容される第２の金属水素化物を加熱し
て水素ガスを放出させる。この水素ガスがエンジンに対
し連続的に供給されると、エンジンの出力が所定値を上
回ることによりその加熱媒体の温度も所定値以上に上昇
する。すると、切換手段によりエンジンが加熱収容手段
に連通され、補助加熱収容手段から遮断されるため、加
熱媒体は専ら加熱収容手段に送られ、金属水素化物が加
熱され、エンジンの駆動に必要な水素ガスが加熱収容手
段からエンジンに供給される。

また、本願第２発明では前記第１発明の作用に加え、加
熱管路と加熱収容手段とが連通保持され、ジンの駆動に
必要な量を所定値以上越えたとき、常には遮断されてい
る加熱収容手段と補助加熱収容手段とを吸蔵許容手段が
連通させ、加熱収容手段から流入する余剰水素ガスを補
助加熱収容手段内で解離された金属水素化物に吸蔵させ
る。

〔実施例〕

以下、この発明を具体化した一実施例を第１゜２図に従
って詳述する。

エンジンＥ内には排ガス管路Ｈが連通されるとともに、
その内部には図示しないウォータポンプが設けられ、そ
の吸入口に流入する冷却水がエンジンＥ内の配管内を下
流側に流れて、稼動中の工ンジンＥを冷却することによ
りエンジンＥの熱の上昇を防止する。この冷却水はエン
ジンＥの熱により加熱媒体としての温水となり、これに
連結された温水管路３内を下流側へと流れる。

前記温水管路３には温水の温度を検出するための水温セ
ンサ４が設けられ、同水温センサ４の下流において温水
管路３は３本に分岐され、これら分岐管路３ａ、３ｂと
温水管路３により加熱管路が構成されている。温水管路
３の２本の分岐管路３ａはそれぞれ切換手段としての電
磁式開閉弁５を介して加熱収容手段としての一対の収容
容器１内に延び、さらに残りの１本の分岐管路３ｂは同
じく切換手段としての電磁式開閉弁６を介して補助加熱
収容手段としての小型収容容器２内に延びている。これ
ら分岐管路３ａ、３ｂは前記水温センサ４の検出する温
水の温度に従って、それぞれ開閉弁５．６の開閉により
、開放及び遮断されてエンジンＥから温水管路３を介し
て収容容器１及び小型収容容器２に送られる温水の通過
を許容及び阻止するようになっている。

前記収容容器１内には細粒状に加工された金属水素化物
が充填され、さらに分岐管路３ａが収容容器ｌ内の熱効
率を高めるべく、その内部では蛇行状に折曲されたのち
、外部に導出されている。

また、金属水素化物はチタン鉄系の水素吸蔵合金が水素
ガス雰囲気中において冷却されて形成されたものであり
、一定圧力下で予め設定した解離温度以上に加熱されて
水素ガスと水素吸蔵合金に解離される。よって、収容容
器ｌ内において分岐管路３ａ内を解離温度を上回る熱さ
の温水が流れ、金属水素化物が解離温度以上に加熱され
ると、これが解離されて水素ガスが放出される。

また、前記小型収容容器２は収容容器ｌと同様に細粒状
に加工された金属水素化物が充填されるとともに、分岐
管路３ｂが蛇行状に折曲されたのち、外部に導出されて
いる。この小型収容容器２は収容容器１よりも容積を少
なく設定されていることにより、その熱効率は収容容器
１に比較して大きなものとなっている。

再収容容器１には、これらの内部の圧力を検出する圧力
センサ７がそれぞれ設けられ、金属水素化物の解離によ
り発生する水素ガスの圧力を検出するようになっている
。また、小型収容容器２には内部の圧力を検出する圧力
センサ８及び内部の温度を検出する温度センサ９がそれ
ぞれ設けられている。

前記分岐管路３ａ、３ｂは収容容器１及び小型収容容器
２の下流側において１本に合流し、帰還管路１０として
エンジンＥに延び、その中を流れる温水が流通中に冷却
されて、再度冷却水としてエンジンＥ内のウォータポン
プの吸入口に流入する。そして、冷却水は再度エンジン
Ｅの冷却を行った後に温水となり、上記と同様の過程を
繰り返す。

各収容容器１及び小型収容管路２には内部で発生した水
素ガスを通過させる通過管路１１及び逆流管路１２がそ
れぞれ連通されている。前記通過管路１１には収容容器
１の下流側において電磁式開閉弁１３が、逆流管路１２
には小型収容容器２の下流側で吸蔵許容手段としての電
磁式開閉弁１４が設けられている。このあと、管路１１
，１２は１本に合流されてガス管路２２となり、このガ
ス管路２２の内部を通過する水素ガスの圧力が予め設定
した許容圧力値を越えたときに開放される機械式の安全
弁１５．ガス管路２２内の水素ガスの圧力及び流量を適
正に制御するための圧力制御装置１６及び流量制御装置
１７が設けられている。

さらに、これらの上流側に圧力計１８〜２０がそれぞれ
配置されている。そして、ガス管路２２はアクセル２１
へ延び、同アクセル２１からエンジンＥのキャブレタに
連通されて、これに供給された水素ガスが空気と混合さ
れたのち、燃焼室内で爆発されてエンジンＥを駆動する
ようになっている。なお、手動式の開閉弁２６を備えた
チャージ管路２５は前記ガス管路２２に連結され、収容
容器１及び小型収容容器２内の金属水素化物が解離され
て、合金の水素含有量が低下したとき、水素ボンベ２４
に接続され、水素吸蔵合金に水素を供給し、再度金属水
素化物を形成する。

また、第２図に示すように、前記した水温センサ４、圧
力センサ７．８、温度センサ９はそれぞれコントローラ
２３に接続され、さらにコントローラ２３には開閉弁５
．６，１３．１４が接続されている。

これら開閉弁５．６．１３．１４はそれぞれ常には閉鎖
されている。そして、エンジンＥを駆動すると、同エン
ジンＥ内に外部から送り込まれた冷却水が温水として温
水管路３内に圧送される。

この温水の温度は前記水温センサ４にて検出され、これ
が所定値以上のときにはコントローラ２３が開閉弁５を
開放させるとともに、開閉弁６を介して小型収容容器２
側の分岐管路３ｂを閉鎖状態に維持する。これと同時に
開閉弁１３が開放され、両収容容器１とエンジンＥのキ
ャブレタとの間を通過管路１１及びガス管路２２を介し
て連通させる。

前記温水管路３内を流れる温水は分岐回路３ａ内に流れ
て、収容容器１内の金属水素化物を解離し、水素ガスを
発生させる。この水素ガスは通過管路１１を介してガス
管路２２内に流入し、３個の圧力計１８〜２０にて圧力
が計られながら、アクセル２１の操作量に応じてエンジ
ンＥのキャブレークに進入して、空気と混合されたのち
燃焼室内で爆発されてエンジンＥを駆動する。なお、開
閉弁１４は閉鎖状態に維持されているため、通過管路１
１から流出する水素ガスが逆流管路１２を介して小型収
容容器２内に逆流することが阻止される。

また、エンジンＥが始動した直後において、エンジンＥ
の、加熱度が低く、前記水温センサ４が検出した温水の
温度が設定値よりも低いとき、コントローラ２３は開閉
弁５を閉鎖状態に維持したまま、開閉弁６を開放し、小
型収容容器２例の分岐管路３ｂのみに温水が流れること
を許容するとともに、開閉弁１４を開放して小型収容容
器２を逆流管路１２及びガス管路２２を介してエンジン
Ｅのキャブレークと連通させる。前記温水の温度は設定
値よりも低いものの、小型収容容器２は収容容器ｌより
も熱交換率に優れるため、内部の金属水素化物が解離さ
れて、水素ガスが放出されエンジンＥ内に流入してこれ
を駆動し、温水を温水管路３、分岐管路３ｂ、帰還管路
１０及びエンジンＥ内でＷｉ環させる。

そして、この循環する温水の温度は常に水温センサ４に
て監視され、温水の水温が設定値を越えると、コントロ
ーラ２３にて開閉弁６．１４が閉鎖されるともに開閉弁
５．１３が開放される。従って、以後は温水は収容容器
ｌ側の分岐管路３ａにのみ供給され、同収容容器１内の
金属水素化物を解離して、水素ガスを放出させる。

また、前記収容容器１内の圧力は圧力センサ７にて検出
され、内部に発生する水素ガスの圧力が予め設定したガ
ス管路２２の許容圧力値を上回ると、コントローラ２３
が開閉弁１４を開放する。

このため、収容容器１内の水素ガスが通過管路１１及び
逆流管路１２を介して小型収容容器２内に逆流する。こ
れにより、小型収容容器２内で水素ガスを放出したこと
により、水素ガスを吸蔵し得る状態にある金属水素化物
に逆流してきた水素ガスが吸蔵される。従って、小型収
容容器２内の金属水素化物から放出された水素ガスは、
このシステム内において自動的に補充されるばかりか、
ガス管路２２内を流れる水素ガスの圧力が許容量を越え
て、安全弁１５を経て外部に放出されることが防止され
る。

なお、この発明は上記した実施例に限定されるものでは
なく、例えば、 ■加熱媒体として、エンジンＥの排気ガスを使用する。

この場合には、温水の循環路はエンジン已に連結するこ
となく独立して設け、排ガス管路Ｈの流れる排気ガスに
て加熱されるボイラ内を通過させることにより、循環路
内を流れる温水が加熱される構成としたり、 ■補助加熱収容手段として、収容容器ｌと同一またはこ
れより大きな容積を有する収容容器を使用し、その内部
における分岐管路３ｂの配管状態を密なものにして、優
れた熱交換率を付与する構成を採用したり、 ■補助加熱収容手段の熱交換率をそのままに維持し、第
２の金属水素化物としてより低温で水素を解離し得る特
性の合金を使用したり、 ■補助熱収容手段の熱交換率が優れ、第２の金属水素化
物がより低温で水素を解離する特性を備えた合金を使用
する、 等、発明の趣旨から逸脱しない限りにおいて任意の変更
は無給可能である。

〔効果〕

以上、詳述したようにこの発明によれば、■エンジンの
始動操作に対し正確に応答し、■エンジン出力を急激に
低下させたときにも水素ガスが管路外に流出させること
なく、水素ガスを有効に利用することができるという優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の水素エンジンの駆動装置を示す説明
図、第２図はこの発明の電気的構成を示すブロック図、
第３図は従来例を示す同じく説明図である。 加熱収容手段としての収容容器ｌ、補助加熱収容手段と
しての小型収容容器２、加熱管路とじての温水管路３及
び分岐管路３ａ、３ｂ、切換手段としての開閉弁５．６
、吸蔵許容手段としての開閉弁１４、エンジンＥ。 特許出願人　　株式会社　豊田自動織機製作所新日本製
鐵　株式会社 代理人　　　弁理士　　　　　恩　１）博　宣第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属水素化物を収容し、かつ加熱されて、同金属水
   素化物を解離させる加熱収容手段と、稼動中に、加熱収
   容手段に延びる加熱管路に加熱媒体を供給することによ
   り、この加熱収容手段を加熱し、金属水素化物を解離さ
   せて得る水素ガスにより稼動を続行するエンジンと を備えた水素エンジンの駆動装置において、第２の金属
   水素化物を収容し、前記加熱媒体が所定温度未満のとき
   に解離作用によって生ずる水素ガスをエンジンに供給し
   てこれを駆動する補助加熱収容手段と、 前記加熱媒体が所定温度未満のとき、加熱収容手段に延
   びる加熱管路を遮断するとともに、補助加熱収容手段に
   延びる加熱管路を開放し、さらに加熱媒体が所定温度以
   上のときには、加熱収容手段に延びる加熱管路を開放す
   るとともに、補助加熱収容手段に延びる加熱管路を遮断
   する切換手段と を設けてなる水素エンジンの駆動装置。 ２、水素ガス雰囲気中で冷却させて水素ガスを反応させ
   、金属水素化物の化合物の形で水素を貯蔵し、またこの
   金属化合物を所定温度以下で加熱し水素ガスを放出する
   水素貯蔵合金を収容し、加熱されたとき水素を放出させ
   る加熱収容手段と、前記加熱収容手段に対して連通され
   、稼動時に加熱収容容器に加熱媒体を供給することによ
   り加熱収容手段を加熱し、金属水素化物を解離させて水
   素ガスを放出させ、この水素ガスにより稼動を続行する
   エンジンと を備えた水素エンジンの駆動装置において、前記加熱収
   容手段に対し常には遮断され、さらには第２の金属水素
   化物を収容するとともに、前記エンジンから供給される
   加熱媒体が所定温度未満のときに解離作用によって生ず
   る水素ガスをエンジンに供給してこれを駆動する補助加
   熱収容手段と、 前記加熱媒体が所定温度未満のとき、加熱管路を補助加
   熱収容手段に連通させてこれを加熱するとともに、加熱
   収容手段から遮断し、さらに加熱媒体が所定温度以上の
   ときには、加熱管路を加熱収容手段に連通させてこれを
   加熱し、かつ補助加熱収容手段から遮断する切換手段と
   、 前記切換手段により、エンジンと加熱収容手段とが連通
   保持され、同加熱収容手段から供給される水素ガスがエ
   ンジンの駆動に必要な量を所定値以上越えたとき、加熱
   収容手段と補助加熱収容手段との間の遮断を解除し、加
   熱収容手段から流入する余剰水素ガスを補助加熱収容手
   段内で金属水素化物に吸蔵させる吸蔵許容手段と からなる水素エンジンの駆動装置。