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JP2006193358A - Hydrogen production apparatus for internal combustion engine - Google Patents

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JP2006193358A
JP2006193358A JP2005005253A JP2005005253A JP2006193358A JP 2006193358 A JP2006193358 A JP 2006193358A JP 2005005253 A JP2005005253 A JP 2005005253A JP 2005005253 A JP2005005253 A JP 2005005253A JP 2006193358 A JP2006193358 A JP 2006193358A
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liquid phase
internal combustion
catalyst
tapered cylindrical
hydrogen
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JP2005005253A
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Japanese (ja)
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Yurio Nomura
由利夫 野村
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe and efficient on-vehicle type hydrogen production apparatus for an internal combustion engine for producing hydrogen from water or liquid fuel by using a catalyst and generation of micro-nanobubbles in response to a background that the necessity to safely and efficiently generate hydrogen with an apparatus mounted on an automobile for its internal combustion engine becomes growing. <P>SOLUTION: This hydrogen production apparatus comprises a micro-nanobubble generator 4 which generates a cone-shaped or truncated cone-shaped tapered cylindrical swirling flow of a liquid substance and a spiral flow of a vapor phase substance at the central part of the tapered cylindrical swirling flow, and generates micro-nanobubbles in the vicinity of the outlet part of the tapered cylindrical swirling flow and the spiral flow by causing a difference of swirling velocities in the spiral flow of the vapor phase substance. The micro-nanobubble generator is disposed in a tank 2 where the liquid phase substance 3 is filled. The apparatus is so constituted that a catalyst 9 is arranged in the tank 2 to generate hydrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

ガソリンエンジンにおいて、ガソリンに一定割合の水素を混合すると燃焼速度が大幅に高まることが知られており、一方で、排気ガス、特に地球温暖化の原因と言われているCO削減対策の最も有効な解決策として効率のよい燃料電池の開発が期待されている。このような事情から、自動車の内燃機関において、自動車に搭載して安全かつ効率的に水素を生成する必要性が高まっている。本発明は、このような背景を踏まえて、マイクロ・ナノバブルの発生と触媒を用いて水或いは液体燃料から水素を生成する安全で効率のよい自動車搭載式の内燃機関用水素生成装置に関するものである。 In gasoline engines, it is known that mixing a certain percentage of hydrogen with gasoline will greatly increase the combustion speed, while exhaust gas, especially the most effective CO 2 reduction measures that are said to cause global warming. As an effective solution, the development of an efficient fuel cell is expected. Under such circumstances, in an internal combustion engine of an automobile, there is an increasing need to safely and efficiently generate hydrogen by being mounted on the automobile. In light of such a background, the present invention relates to a safe and efficient vehicle-mounted hydrogen generator for an internal combustion engine that generates micro / nano bubbles and generates hydrogen from water or liquid fuel using a catalyst. .

従来から、自動車搭載式の燃料電池用水素の確保に関しては、種々の方法が開発されているが、いずれも安全性或いは反応温度が極めて高温であるなどの問題点があった。例えば、ボンベに入れた純水素を使用する方式では、ボンベの重量から大型化には限界があり、衝突時の安全性の確保に問題が残る。また、液体燃料などの炭化水素と空気に触媒を用いた方法が提案されているが、いずれも、触媒を加熱する温度が700℃或いは1000℃に至る高温を必要とし、熱分解炭素の析出や触媒の劣化など様々な解決すべき課題が残されている。これらの課題を改善する技術として、特許文献1があり、これは、Rh修飾(Ni−CeO)−Ptを用いて、メタノールまたは常温液状の炭化水素からなる原料と、酸素(または空気)、或いは酸素(または空気)と水蒸気とを反応炉内で接触反応させることにより、前記原料から水素を生成する技術を提示している。 Conventionally, various methods have been developed for securing hydrogen for a vehicle-mounted fuel cell, but there are problems such as safety or extremely high reaction temperature. For example, in a method using pure hydrogen contained in a cylinder, there is a limit to increasing the size of the cylinder due to the weight of the cylinder, and there remains a problem in ensuring safety during a collision. Further, methods using a catalyst for hydrocarbons such as liquid fuel and air and air have been proposed, but both require a high temperature for heating the catalyst to 700 ° C. or 1000 ° C. Various problems to be solved such as catalyst deterioration remain. As a technique for improving these problems, there is Patent Document 1, which uses Rh-modified (Ni—CeO 2 ) —Pt, a raw material composed of methanol or a liquid hydrocarbon at room temperature, oxygen (or air), Alternatively, a technique for generating hydrogen from the raw material by causing catalytic reaction between oxygen (or air) and water vapor in a reaction furnace is presented.

しかしながら、上記技術は、従来の課題を改善しているとはいうものの、触媒の反応温度は600℃〜800℃に保つ必要があり、依然として、必要電力の面や安全性において課題を残しているものである。   However, although the above technique improves the conventional problems, it is necessary to keep the reaction temperature of the catalyst at 600 ° C. to 800 ° C., and there are still problems in terms of required power and safety. Is.

特開昭2002−220202号公報JP-A-2002-220202

本発明は、上記の従来技術が有する欠点を改善しようとするものであり、メタノールまたは液体燃料と空気を高温の触媒を用いて高温の反応炉内で接触反応させる方法でなく、水や液相燃料などの液相物質中で、空気や気相燃料などの気相物質のマイクロ・ナノバブルを発生させることにより、液相物質に電離を生じさせ、触媒を配置することにより、水素を発生させる技術に関するものである。   The present invention is intended to remedy the drawbacks of the prior art described above, and is not a method in which methanol or liquid fuel and air are contact-reacted in a high-temperature reactor using a high-temperature catalyst, but water or liquid phase. Technology that generates hydrogen by generating micro / nano bubbles of gas phase materials such as air and gas phase fuel in liquid phase materials such as fuel, thereby causing ionization in the liquid phase material and placing a catalyst. It is about.

請求項1の内燃機関用水素生成装置は、液相物質による円錐形状等のような先細筒状旋回流及び同先細筒状旋回流中心部における気相物質による螺旋流を発生させ、同先細筒状旋回流及び螺旋流の出口部近傍において同気相物質による螺旋流に旋回速度差を生じさせることによりマイクロ・ナノバブルを発生させるマイクロ・ナノバブル発生器を同液相物質が充填されているタンク内に設置した水素生成装置において、同タンク内に触媒を配置することにより水素を発生させるように構成したことを特徴とするものである。   A hydrogen generator for an internal combustion engine according to claim 1 generates a tapered cylindrical swirling flow such as a conical shape by a liquid phase substance and a spiral flow due to a gas phase substance in a central portion of the tapered cylindrical swirling flow. In the tank filled with the same liquid phase material, the micro / nano bubble generator generates micro / nano bubbles by generating a difference in the rotational speed of the spiral flow caused by the same gas phase material in the vicinity of the outlet of the spiral flow and spiral flow. The hydrogen generating apparatus installed in 1 is characterized in that hydrogen is generated by arranging a catalyst in the tank.

本発明は、このように構成されているので、液相物質の旋回流が出口部に向けて円錐形状或いは円錐台形状のような先細筒状に形成されることにより、その中心部に負圧部分が形成される。この負圧によって、吸い込まれた気相物質が上記先細筒状旋回流の中心部を通過することにより、気相物質の細い糸状の螺旋流が形成される。上記先細筒状旋回流は、出口部に向かってその横断面が順次縮小していくため、出口部に向かうほどその流速は速くなり、この旋回に伴い、液相物質と気相物質の比重の差から液相物質には遠心力が、気相物質には向心力が働き、その結果、液相部と気相部が分離することとなる。このため、気相物質の細い糸状の螺旋流は連綿として出口部まで継続し、出口部からタンク内の静止状態の液相物質中に噴出すると同時に、その旋回が急速に弱められる。従って、気相物質による細い糸状の螺旋流は出口部前後で急激な旋回速度差が発生し、糸状になった螺旋流により形成されている空洞部が連続的に安定して切断され、マイクロ・ナノサイズレベルの微細気泡が出口部付近で発生し、液相物質中に放出されることとなる。この微細気泡は、気相成分が液相物質中に溶解する際に、瞬間的に数千気圧、数千℃になり、その際に発生する衝撃波により液相物質が電離を起こし、Hが発生する。Hは、配置された触媒の反応により電子を受けて水素Hを発生することとなる。上記のとおりであるので、本発明によれば、きわめて簡単に効率的に、しかも安全に水素を生成できると言う効果を有するものである。 Since the present invention is configured as described above, the swirling flow of the liquid phase substance is formed in a tapered cylindrical shape such as a conical shape or a truncated cone shape toward the outlet portion, so that a negative pressure is applied to the central portion thereof. A part is formed. Due to this negative pressure, the sucked gas phase substance passes through the central portion of the tapered cylindrical swirling flow, thereby forming a thin thread-like spiral flow of the gas phase substance. Since the transverse cross section of the tapered cylindrical swirling flow is gradually reduced toward the outlet portion, the flow velocity becomes faster toward the outlet portion, and the specific gravity of the liquid phase substance and the gas phase substance increases with this turning. From the difference, centrifugal force acts on the liquid phase material and centripetal force acts on the gas phase material, and as a result, the liquid phase portion and the gas phase portion are separated. For this reason, the thin thread-like spiral flow of the gas phase material continues as a continuous cotton to the outlet portion, and is ejected from the outlet portion into the stationary liquid phase material in the tank, and at the same time, the swirl is weakened rapidly. Therefore, a thin thread-like spiral flow caused by a gas phase substance causes a sudden difference in swirling speed before and after the outlet, and the cavity formed by the thread-like spiral flow is continuously and stably cut. Nano-sized fine bubbles are generated in the vicinity of the outlet, and are released into the liquid phase substance. When the gas phase component dissolves in the liquid phase substance, the fine bubbles instantaneously become several thousand atmospheres and several thousand degrees Celsius. The shock wave generated at that time causes the liquid phase substance to ionize, and H + appear. H + receives electrons by the reaction of the arranged catalyst to generate hydrogen H 2 . As described above, according to the present invention, there is an effect that hydrogen can be generated very simply, efficiently and safely.

請求項2の発明のように、好ましくは、上記液相物質は水であり、上記気相物質は空気であることを特徴とする。   Preferably, the liquid phase material is water and the gas phase material is air.

このように構成することにより、水素発生のための新しい物質を使用することなく、従来から水素発生に使用されていて扱い慣れている水及び空気を使用することにより、効率的且つ簡便に水素を発生させることができるものである。   By configuring in this way, hydrogen can be efficiently and simply used by using water and air that have been used for hydrogen generation and are used to using hydrogen without using new substances for hydrogen generation. It can be generated.

請求項3の発明のように、好ましくは、上記液相物質は液相燃料であり、上記気相物質は空気であることを特徴とする。   Preferably, the liquid phase substance is a liquid phase fuel, and the gas phase substance is air.

このように構成することにより、水素発生のための新しい物質を使用することなく、従来から水素発生に使用されていて扱い慣れている液相燃料及び空気を使用することにより、効率的且つ簡便に水素を発生させることができるものである。   By configuring in this way, without using a new substance for generating hydrogen, it is possible to efficiently and easily use liquid phase fuel and air that have been conventionally used for hydrogen generation and are used to generating hydrogen. Hydrogen can be generated.

請求項4の発明のように、好ましくは、上記液相物質は液相燃料であり、上記気相物質は気相燃料であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, preferably, the liquid phase substance is a liquid phase fuel, and the gas phase substance is a gas phase fuel.

このように構成することにより、水素発生のための新しい物質を使用することなく、従来から水素発生に使用されていて扱い慣れている液相燃料及び気相燃料を使用することにより、効率的且つ簡便に水素を発生させることができるものである。   By configuring in this way, without using a new substance for hydrogen generation, it is possible to efficiently and efficiently use liquid phase fuel and gas phase fuel that are conventionally used for hydrogen generation and are accustomed to handling. It can easily generate hydrogen.

請求項5の内燃機関用水素生成装置は、上記マイクロ・ナノバブル発生器が、円錐形等のような先細筒状部を有する容器本体と、同先細筒状部の内周面の一部にその接線方向に開設された加圧液相物質導入口と、同先細筒状部の底部に開設された気相物質導入口と、同先細筒状部の頂部に開設された前記先細筒状旋回流及び螺旋流出口部とを備えていることを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a hydrogen generator for an internal combustion engine, wherein the micro / nano bubble generator includes a container body having a tapered cylindrical portion such as a conical shape, and a part of an inner peripheral surface of the tapered cylindrical portion. Pressurized liquid phase material inlet opened in the tangential direction, gas phase material inlet opened at the bottom of the tapered cylindrical portion, and the tapered cylindrical swirl flow established at the top of the tapered cylindrical portion And a spiral outflow port portion.

本発明は、このように構成されているので、液相物質の先細筒状旋回流が出口部に向けて円錐形状或いは円錐台形状のような先細筒状に形成されることを確実にし、その中心部に負圧部分が確実に形成される。この負圧によって、吸い込まれた気相物質が上記先細筒状旋回流の中心部を通過することにより、気相物質の細い糸状の螺旋流が確実に形成されて、マイクロ・ナノバブルの生成を確実にすることができるものである。   Since the present invention is configured as described above, it is ensured that the tapered cylindrical swirling flow of the liquid phase substance is formed in a tapered cylindrical shape such as a conical shape or a truncated cone shape toward the outlet portion. A negative pressure portion is reliably formed at the center. Due to this negative pressure, the sucked gas phase substance passes through the central part of the above-mentioned tapered cylindrical swirling flow, so that a fine thread-like spiral flow of the gas phase substance is formed reliably, and the generation of micro / nano bubbles is ensured. It can be made.

請求項6の本発明の装置は、上記触媒が、上記マイクロ・ナノバブル発生器の上記出口部近傍に担持された触媒であることを特徴とする。   The apparatus of the present invention according to claim 6 is characterized in that the catalyst is a catalyst supported in the vicinity of the outlet of the micro / nano bubble generator.

このように構成することにより、上記触媒は、マイクロ・ナノバブル発生器出口部において噴出してくる旋回流に接触することにより、タンク内の液相物質中に広く拡散・分布させられ、液相物質の電離が広い範囲のわたって行われても効率良く水素を生成することができる。   With this configuration, the catalyst is widely diffused and distributed in the liquid phase material in the tank by contacting the swirling flow ejected at the outlet of the micro / nano bubble generator. Even if the ionization of is carried out over a wide range, hydrogen can be generated efficiently.

請求項7の本発明の装置は、上記触媒が、タンク内の液相物質に混合されている触媒であることを特徴とする。   The apparatus of the present invention according to claim 7 is characterized in that the catalyst is a catalyst mixed with a liquid phase substance in a tank.

このように構成することにより、上記触媒は、タンク内の液相物質中に広く拡散・分布させられ、液相物質の電離が広い範囲のわたって行われても効率良く水素を生成することができる。   With this configuration, the catalyst can be widely diffused and distributed in the liquid phase material in the tank, and can efficiently generate hydrogen even when the ionization of the liquid phase material is performed over a wide range. it can.

請求項8の本発明は、上記触媒が、タンク内に設置されたハニカムまたはペレットに担持された触媒であることを特徴とする。   The present invention according to claim 8 is characterized in that the catalyst is a catalyst supported on a honeycomb or a pellet installed in a tank.

このように構成することにより、予め、触媒をハニカム或いはペレットに担持させておき、タンク内にハニカム或いはペレットを設置するだけでよいので触媒担持を極めて簡単に行うことができる。   With this configuration, the catalyst can be loaded on the honeycomb or pellets in advance, and the catalyst can be loaded very easily because it is only necessary to install the honeycomb or pellets in the tank.

請求項9の発明は、上記触媒が、酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒であることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is characterized in that the catalyst is a composite catalyst of titanium oxide (TiO 2 ) and platinum (Pt).

酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒は、コロイドであるので、長期間に亙り液相物質中に凝集・沈殿することなく広く分散状態を保つことができるので、長期間にわたって効率良くしかも安定的に水素を生成することができる。 Since the composite catalyst of titanium oxide (TiO 2 ) and platinum (Pt) is a colloid, it can be maintained in a widely dispersed state without agglomeration and precipitation in the liquid phase material over a long period of time. Hydrogen can be generated well and stably.

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る第一番目の実施例の概念図である。1は、内燃機関用水素生成装置であり、2は、その内部に水または液相燃料からなる液相物質3が充填されたタンクである。4はマイクロ・ナノバブル発生器であり、タンク2内の液相物質中に配設される。その詳細は図4に示されており、後に詳述する。5は加圧液相物質供給管であり、後に詳述する図4における先細筒状部11の側面に配備されている加圧液相物質導入口12に連結されると共に、液相物質リターン管7と相俟ってポンプ9によりタンク2内の液相物質3を循環し再利用している。6は、気相物質供給管であり、後に詳述する第4図における先細筒状部11の底部14に配備されている気相物質導入口13に連結されている。気相物質としては、空気或いは気相燃料が使用される。そして、液相物質及び気相物質の組み合わせとしては、水と空気の組み合わせ、液体燃料と空気の組み合わせ、液体燃料と気相燃料の三種類が極めて望ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a hydrogen generator for an internal combustion engine, and reference numeral 2 denotes a tank filled with a liquid phase substance 3 made of water or liquid phase fuel. A micro / nano bubble generator 4 is disposed in the liquid phase substance in the tank 2. The details are shown in FIG. 4 and will be described in detail later. Reference numeral 5 denotes a pressurized liquid phase substance supply pipe, which is connected to the pressurized liquid phase substance inlet 12 provided on the side surface of the tapered cylindrical portion 11 in FIG. 7, the liquid phase substance 3 in the tank 2 is circulated and reused by the pump 9. Reference numeral 6 denotes a gas phase substance supply pipe, which is connected to a gas phase substance introduction port 13 arranged at the bottom 14 of the tapered cylindrical part 11 in FIG. Air or gas phase fuel is used as the gas phase material. As a combination of the liquid phase substance and the gas phase substance, three kinds of combinations of water and air, a combination of liquid fuel and air, and a liquid fuel and gas phase fuel are extremely desirable.

図4は、図1〜3のマイクロ・ナノバブル発生器4の詳細図である。マイクロ・ナノバブル発生器4は、その内部に、円錐形状或いは円錐台形状のような先細筒状部11を形成しており、同先細筒状部11の内壁円周面の一部にその接線方向に位置付けられるように加圧液相物質導入口12が配設されている。同加圧液相物質導入口12は、第1〜3図に示されているように、ポンプ8に接続されている加圧液相物質供給管5に連結している。
また、同先細筒状部11の底部4には、気相物質導入口13がその中央部を貫通して配設されており、同気相物質導入口13は、第1〜3図に示されている気相物質供給管6に連結され、気相物質供給管6は気相物質供給部(図示されていない)に接続されている。
さらに、同先細筒状部11の頂部には、後述する液相物質による旋回流及び気相物質による螺旋流の出口部15が開設されており、その外部には対向して位置するようにバッフル板16が設置されている。第一実施例の場合は、図示されていないが、バッフル板16或いは出口部15には、酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒が担持されている。
FIG. 4 is a detailed view of the micro / nano bubble generator 4 of FIGS. The micro / nano bubble generator 4 has a tapered cylindrical portion 11 having a conical shape or a truncated cone shape formed therein, and a tangential direction on a part of the inner wall circumferential surface of the tapered cylindrical portion 11. The pressurized liquid phase substance inlet 12 is disposed so as to be positioned at the position. The pressurized liquid phase substance inlet 12 is connected to a pressurized liquid phase substance supply pipe 5 connected to a pump 8 as shown in FIGS.
In addition, a gas phase substance introduction port 13 is disposed in the bottom portion 4 of the tapered cylindrical portion 11 so as to penetrate the center thereof, and the gas phase substance introduction port 13 is shown in FIGS. The gas phase material supply pipe 6 is connected to a gas phase material supply unit (not shown).
Furthermore, an outlet 15 for a swirling flow due to a liquid phase material and a spiral flow due to a gas phase material, which will be described later, is provided at the top of the tapered cylindrical portion 11, and the baffle is positioned so as to face the outside. A plate 16 is installed. In the case of the first embodiment, although not shown, a composite catalyst of titanium oxide (TiO 2 ) and platinum (Pt) is supported on the baffle plate 16 or the outlet portion 15.

次に、本発明に係る第一実施例の駆動状況について、第4図(a)、(b)に従って説明する。
先ず、マイクロ・ナノバブル発生器4の加圧液相物質導入口12より、加圧液相物質が先細筒状部11内に圧送されることにより、先細筒状部11内に出口部15に向けた先細筒状旋回流が生成され、同旋回流の中心部において負圧部分が形成される。この負圧によって、気相物質導入部13から気相物質が吸い込まれ、圧力が最も低い中心軸上を気相物質が通って気相物質による細い螺旋流が形成される。上記旋回流は、先細筒状部11が出口部15に向かってその断面を徐々に縮小していくことにより、出口部15に向かってその速度が増加していくこととなる。この旋回に伴って、液相物質と気相物質の比重差から、液相物質には遠心力が、気相物質には向心力が働き、そのために液相物質部と気相物質部の分離が可能となり、気相物質による細い糸状の螺旋流がその出口部15まで連綿と続くこととなる。気相物質による螺旋流は、出口部15で外部(タンク2内の液相物質中)に噴出されることとなり、噴出と同時にタンク2内の静止状態の液相物質によってその旋回が急速に弱められる。このため、出口部15前後において、気相物質による細い糸状の螺旋流は連続的に且つ安定的に切断され、その結果として、大量のマイクロ・ナノサイズレベルの微細気泡が出口部15付近で発生し、タンク2内の液相物質3中に放出されることとなる。
Next, the driving situation of the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
First, the pressurized liquid phase material is pumped into the tapered cylindrical portion 11 from the pressurized liquid phase material inlet 12 of the micro / nano bubble generator 4, so that the outlet portion 15 is directed into the tapered cylindrical portion 11. A tapered cylindrical swirling flow is generated, and a negative pressure portion is formed at the center of the swirling flow. Due to this negative pressure, the gas phase material is sucked from the gas phase material introducing portion 13, and the gas phase material passes through the central axis where the pressure is the lowest to form a thin spiral flow of the gas phase material. The speed of the swirling flow increases toward the outlet portion 15 as the tapered cylindrical portion 11 gradually reduces its cross section toward the outlet portion 15. Along with this rotation, centrifugal force acts on the liquid phase substance and centripetal force acts on the gas phase substance due to the difference in specific gravity between the liquid phase substance and the gas phase substance. It becomes possible, and the thin thread-like spiral flow of the gas phase substance continues to the outlet portion 15 continuously. The spiral flow caused by the gas phase material is ejected to the outside (in the liquid phase material in the tank 2) at the outlet 15 and the swirl is weakened rapidly by the stationary liquid phase material in the tank 2 simultaneously with the ejection. It is done. For this reason, the thin thread-like spiral flow caused by the gas phase material is continuously and stably cut before and after the outlet portion 15, and as a result, a large number of micro / nano-sized fine bubbles are generated near the outlet portion 15. Then, it is released into the liquid phase substance 3 in the tank 2.

この微細気泡は、気相成分が液相物質中に溶解する際に、瞬間的に数千気圧、数千℃になり、その際に発生する衝撃波により液相物質が電離を起こし、Hが発生する。先細筒状部11の出口部15付近に担持された触媒は、コロイドであること、噴出する旋回流に接触することなどによりタンク2内の液相物質中に広く拡散・分布させられ、発生したHは、この触媒の反応により電子を受けて水素Hを発生することとなる。 When the gas phase component dissolves in the liquid phase substance, the fine bubbles instantaneously become several thousand atmospheres and several thousand degrees Celsius. The shock wave generated at that time causes the liquid phase substance to ionize, and H + appear. The catalyst carried in the vicinity of the outlet 15 of the tapered cylindrical part 11 is a colloid, and is widely diffused and distributed in the liquid phase substance in the tank 2 due to contact with the swirling swirling flow. H + receives electrons by the reaction of this catalyst and generates hydrogen H 2 .

次に、水素の生成原理について説明する。
図5は、水素の生成原理を示した概念図である。液相物質と気相物質の組み合わせについては、前述した通り、(1)水と空気、(2)液相燃料と空気、(3)液相燃料と気相燃料の三通りである。そして、微細気泡の溶解に伴って、(1)のケースでは水が電離し、(2)のケースでは液体燃料が酸素を伴って電離し、(3)のケースでは液体燃料が電離することとなる。具体的には、図5に示すとおり、(1)のケースでは、HOが、HとOHとなり、(2)のケースでは、Cnm-1とOが、Cnm-pと2H、2OHになり、(3)のケースでは、Cnm-1がCnm-p・とHとなる。それぞれのケースでは、液相物質の電離によって共通してHが発生するが、それだけでは水素の生成には至らず、Hがタンク2内の液相物質中の酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒と反応して電子を受けることにより初めて水素Hとして発生することとなる。
Next, the principle of hydrogen generation will be described.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the principle of hydrogen generation. As described above, there are three combinations of the liquid phase material and the gas phase material: (1) water and air, (2) liquid phase fuel and air, and (3) liquid phase fuel and gas phase fuel. As the fine bubbles are dissolved, water is ionized in the case (1), liquid fuel is ionized with oxygen in the case (2), and liquid fuel is ionized in the case (3). Become. Specifically, as shown in FIG. 5, in the case (1), H 2 O becomes H + and OH , and in the case (2), C n H m−1 and O 2 become C n. H mp and 2H +, 2OH - becomes, (3) in the case of, C n H m-1 is C n H mp · and H +. In each case, H + is commonly generated by the ionization of the liquid phase material, but this alone does not lead to the generation of hydrogen, and H + is the titanium oxide (TiO 2 ) in the liquid phase material in the tank 2 and Only when it reacts with the platinum (Pt) composite catalyst and receives electrons, it is generated as hydrogen H 2 .

次に、本発明の第二番目及び第三番目の実施例について説明する。図2,3は、図1と同じ構造の内燃機関用水素生成装置であるが、それぞれ、触媒の担持の方法が相違している。
図2の第二番目の実施例においては、酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒は、先細筒状部のバッフル板16或いは出口部15に担持させるのではなく、コロイドである同触媒をタンク2内の液相物質中に混入して、同液相物質中に拡散・分布させていることを特徴としている。コロイドの特性を利用したこのような構成であるので、長時間放置しても液相物質中で互いに凝集或いは沈殿することもなく分散状態を継続できるので、触媒は、タンク2内の液相物質3中に広く拡散・分布し、液相物質の電離が広い範囲のわたって行われても長期間にわたって効率良く安定的に水素を生成することができる。
Next, second and third embodiments of the present invention will be described. 2 and 3 show the hydrogen generator for an internal combustion engine having the same structure as that of FIG. 1, but the method for supporting the catalyst is different.
In the second embodiment of FIG. 2, the composite catalyst of titanium oxide (TiO 2 ) and platinum (Pt) is colloidal rather than being supported on the baffle plate 16 or the outlet 15 of the tapered cylindrical portion. The catalyst is mixed in the liquid phase substance in the tank 2 and is diffused and distributed in the liquid phase substance. Since such a configuration utilizing the characteristics of the colloid, even if it is left for a long time, it can continue to be dispersed without coagulating or precipitating in the liquid phase material. 3 is widely diffused and distributed, and even if ionization of the liquid phase material is performed over a wide range, hydrogen can be generated efficiently and stably over a long period of time.

図3の第三番目の実施例においては、酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒は、先細筒状部のバッフル板16或いは出口部15に担持させるのではなく、予め、触媒をハニカム或いはペレットに担持させておき、タンク内にハニカム或いはペレットを設置することを特徴とするものである。このように構成することによって、予め触媒を担持したハニカム或いはペレットをタンク2内に配設するだけでよいので極めて簡単且つ短時間の内に装置を組立てることができるという効果を備えている。 In the third embodiment of FIG. 3, the composite catalyst of titanium oxide (TiO 2 ) and platinum (Pt) is not supported on the baffle plate 16 or the outlet portion 15 of the tapered cylindrical portion, but in advance. Is supported on a honeycomb or a pellet, and the honeycomb or the pellet is placed in a tank. By configuring in this way, it is only necessary to dispose the honeycomb or pellet carrying the catalyst in advance in the tank 2, so that the apparatus can be assembled very easily and within a short time.

本発明の内燃機関用水素生成装置に関する第一番目の実施例の概念図。The conceptual diagram of the 1st Example regarding the hydrogen generator for internal combustion engines of this invention. 本発明の内燃機関用水素生成装置に関する第二番目の実施例の概念図。The conceptual diagram of the 2nd Example regarding the hydrogen generator for internal combustion engines of this invention. 本発明の内燃機関用水素生成装置に関する第三番目の実施例の概念図。The conceptual diagram of the 3rd Example regarding the hydrogen generator for internal combustion engines of this invention. 本発明の内燃機関用水素生成装置の主要構成部分であるマイクロ・ナノバブル発生器の詳細図。1 is a detailed view of a micro / nano bubble generator that is a main component of a hydrogen generator for an internal combustion engine according to the present invention. 本発明の内燃機関用水素生成装置の主要部分である水素生成原理の説明図。Explanatory drawing of the hydrogen production | generation principle which is the principal part of the hydrogen generator for internal combustion engines of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関用水素生成装置
2 タンク
3 液相物質
4 マイクロ・ナノバブル発生器
5 加圧液相物質供給管
6 気相物質供給管
7 液相物質リターン管
8 ポンプ
9 コロイド触媒
10 ハニカムまたはペレット
11 先細筒状内側部
12 加圧液相物質導入口
13 気相物質導入口
14 底部
15 出口部
16 バッフル板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator for internal combustion engines 2 Tank 3 Liquid phase substance 4 Micro / nano bubble generator 5 Pressurized liquid phase substance supply pipe 6 Gas phase substance supply pipe 7 Liquid phase substance return pipe 8 Pump 9 Colloidal catalyst 10 Honeycomb or pellet 11 Tapered Cylindrical inner part 12 Pressurized liquid phase substance inlet 13 Gas phase substance inlet 14 Bottom part 15 Outlet part 16 Baffle plate

Claims (9)

液相物質による円錐形状等のような先細筒状旋回流及び同先細筒状旋回流中心部における気相物質による螺旋流を発生させ、先細筒状旋回流及び螺旋流の出口部近傍において同気相物質による螺旋流に旋回速度差を生じさせることによりマイクロ・ナノバブルを発生させるマイクロ・ナノバブル発生器を同液相物質が充填されているタンク内に設置した水素生成装置において、同タンク内に触媒を配置することにより水素を発生させるように構成したことを特徴とする内燃機関用水素生成装置。   A tapered cylindrical swirling flow such as a conical shape due to a liquid phase substance and a spiral flow due to a gas phase substance at the center of the tapered cylindrical swirling flow are generated, and the same air is generated in the vicinity of the outlet of the tapered cylindrical swirling flow and the spiral flow. In a hydrogen generator installed in a tank filled with the same liquid phase material, a micro / nano bubble generator that generates micro / nano bubbles by generating a difference in swirling speed in the spiral flow due to the phase material is used. A hydrogen generator for an internal combustion engine, characterized in that hydrogen is generated by arranging 上記液相物質は水であり、上記気相物質は空気であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用水素生成装置。   2. The hydrogen generation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the liquid phase substance is water and the gas phase substance is air. 上記液相物質は液相燃料であり、上記気相物質は空気であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用水素生成装置。   2. The hydrogen generator for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the liquid phase substance is a liquid phase fuel, and the gas phase substance is air. 上記液相物質は液相燃料であり、上記気相物質は気相燃料であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用水素生成装置。   2. The hydrogen generating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the liquid phase material is a liquid phase fuel, and the gas phase material is a gas phase fuel. 上記マイクロ・ナノバブル発生器は、円錐形等のような先細筒状部を有する容器本体と、同先細筒状部の内周面の一部にその接線方向に開設された加圧液相物質導入口と、同先細筒状部の底部に開設された気相物質導入口と、同先細筒状部の頂部に開設された前記先細筒状旋回流及び螺旋流出口部とを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の内燃機関用水素生成装置。   The above-mentioned micro / nano bubble generator is a container body having a tapered cylindrical part such as a conical shape, and a pressurized liquid phase substance introduced in a tangential direction to a part of the inner peripheral surface of the tapered cylindrical part. A gas phase substance introduction port opened at the bottom of the tapered cylindrical portion, and the tapered cylindrical swirling flow and the spiral outlet portion opened at the top of the tapered cylindrical portion. The hydrogen generator for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4. 上記触媒は、上記マイクロ・ナノバブル発生器の上記出口部近傍に担持された触媒であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の内燃機関用水素生成装置。   The said catalyst is a catalyst carry | supported by the said exit part vicinity of the said micro nano bubble generator, The hydrogen generator for internal combustion engines as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 上記触媒は、タンク内の液相物質に混合されている触媒であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の内燃機関用水素生成装置。   The said catalyst is a catalyst mixed with the liquid phase substance in a tank, The hydrogen generator for internal combustion engines as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 上記触媒は、タンク内に設置されたハニカムまたはペレットに担持された触媒であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の内燃機関用水素生成装置。   6. The hydrogen generator for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the catalyst is a catalyst supported on a honeycomb or a pellet installed in a tank. 上記触媒は、酸化チタン(TiO)及び白金(Pt)の複合触媒であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の内燃機関用水素生成装置。 The catalyst, titanium oxide (TiO 2) and an internal combustion engine for a hydrogen generator according to any one of claims 1-8, characterized in that a composite catalyst of platinum (Pt).
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