JPH0246786B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素エンジンを駆動する方法と装置
に関するものである。

さらに詳しくは、本発明は、水素の沸点の領域
にある駆動温度まで冷却されたポンプを用いて、
内部で混合気が形成されることによつて駆動され
る水素エンジンに水素が供給される、冷蔵された
水素を用いて水素エンジンを駆動する方法に関す
る。

さらに本発明は、入口側開口部が冷凍タンク内
の液体水素と接続され、出口側開口部に水素エン
ジンへ至る供給パイプが設けられている、入口側
及び出口側開口部を有するポンプと、液体水素用
の冷凍タンクとを用いて、前記方法を実現する装
置に関する。

水素エンジンの場合には、混合気の形成は、種
種の方法で行なうことができる。最も簡単な方法
は、外部で混合気を形成するものであり、この場
合には従来の気化器付エンジンの場合のように、
空気と燃料、すなわちこの場合には空気と水素と
からなる混合気をエンジンが吸い込み、圧縮し
て、次いで燃焼させる。このためには、水素を約
１〜２バールの圧力でエンジンへ供給しなければ
ならない。他の方法は、早期に吹き込むものであ
り、この場合には、エンジンが空気を吸い込み、
下死点の近傍の圧縮モードの開始時に水素を吹き
込む。この場合には、約５〜10バールの領域の吹
込み圧が必要である。以上述べた方法に比較し
て、内部で混合気を形成する場合には、エンジン
の出力がより大きくなる。この場合には、水素は
圧縮サイクルの終りに向かつて初めて、すなわち
上死点の冷却で、吹き込まれる。デイーゼル駆動
に似たこの混合気形成の場合には、30〜100バー
ルの領域か、それ以上の吹込み圧が必要とされ
る。

内部混合気形成の水素エンジンを駆動するため
には、次のような方法及び装置が知られている。
ここでは冷凍タンクに貯蔵された液体水素が、液
体水素の領域の温度まで冷却されたポンプ、この
場合には液体水素高圧ポンプを用いて送られるこ
とにより、高圧下にある水素が水素エンジンに供
給されて、内部で混合気が形成される。

公知の方法の欠点は、水素エンジンがオフにさ
れている場合でも、ポンプを常に駆動温度、すな
わち液体水素の沸点の領域内の温度に保たねばな
らないことである。

公知の方法を実行する装置の場合には、ポンプ
が常に駆動温度にあるように、ポンプは直接液体
水素用の冷凍タンクの内部に配置される。その結
果、ポンプを挿入するために冷凍タンク内に比較
的大きな開口部が必要とされるので、冷凍タンク
を熱絶縁することがより困難になり、かつポンプ
を駆動し、制御するのに配管が必要となるので、
液体水素に通じる熱的短絡路がさらに形成されて
しまう。それによつて冷凍タンクの蒸発率がかな
り高くならざるを得ない。さらに、ポンプを冷凍
タンク内に組み込むことによつて、駆動状態にお
ける調整作業が著しく困難になり、保守作業はポ
ンプを冷凍タンクから取り出した後でなければで
きない。

本発明の課題は、前記の技術分野に基づく種類
の方法を改良して、ポンプを常に駆動温度に保つ
必要をなくし、ポンプが温かい場合でもエンジン
を駆動できるようにし、その場合にはポンプを駆
動温度まで冷却できるようにすることである。

この課題は、冒頭で述べた種類の方法の場合に
は、本発明によれば、次のことによつて解決され
る。すなわち、ポンプがその駆動温度を超える高
温の場合に、ポンプの駆動温度に達するまでずつ
と冷たい水素ガスが貫通され、それによつてポン
プを冷却すること、及びポンプを貫流した水素ガ
スを用いて部分負荷領域で水素エンジンを駆動す
ることである。

この方法の利点は、ポンプが温かい場合でもエ
ンジンを駆動あるいはスタートさせることがで
き、この場合には同時に駆動温度までポンプが冷
却されるので、水素エンジンがオフにされている
場合でも、もうポンプを駆動温度に保つ必要がな
くなる、ということである。

本発明の実施例においては、補助ガスポンプを
用いて水素ガスをポンプを通して水素エンジンに
送ると、有利である。この補助ガスポンプによつ
て、簡単な方法で、部分負荷領域で駆動される水
素エンジンに水素を送ることができ、かつ必要な
圧力まで圧縮することができる。

さらに本方法の実施例においては、ポンプがそ
の駆動温度を超える温度にある場合には、早期に
吹込むことによつて水素エンジンを駆動し、ポン
プが駆動温度に達した場合には、水素エンジンを
内部混合気形成へ切り換えると有利である。この
方法の場合には、ポンプを冷却する間、エンジン
を働かせるために、水素ガスを内部での混合気形
成に必要な高い圧力まで圧縮する必要がない。こ
れによつて水素のポンプが基本的に単純化され
る。したがつて、たとえば補助ガスポンプを用い
る場合には、これは高圧ポンプである必要はな
く、基本的に単純で安価な仕様のもので十分であ
り、これで必要な低い圧力を出すことができる。

さらに、必要な圧力を得るために、駆動温度を
越えた温度にある液体水素高圧ポンプを用いる方
法もあり、これは密封性の問題で水素を高圧に圧
縮することはできないが、早期の吹き込みに必要
な圧力を得ることはできる。

本発明方法のさらに好ましい実施例において
は、ポンプがその駆動温度を超える温度にある場
合に、水素エンジンが外部の混合気形成によつて
駆動され、ポンプが駆動温度に達したら、水素エ
ンジンが内部の混合気形成に切り換えられると、
好都合である。ポンプを冷却する間、外部の混合
気形成で水素エンジンを駆動することによつて、
必要な小さい水素圧を得るために、駆動温度を超
えて働く液体水素高圧ポンプを使用すること、非
常に単純で安価な補助ポンプを使用すること、あ
るいは主としてポンプを使用しないこと、が可能
となり、最後の場合には、必要な圧力は冷凍タン
ク内で気化される液体水素によつて得られる。

さらに、本発明の課題は、上記の方法を実現す
る装置を提供することである。

この課題は、冒頭に述べた種類の装置の場合に
は、本発明によれば次のように、すなわちポンプ
を冷凍タンクの外側に配置すること、及び入口側
開口部から出ている吸引パイプを液体水素用の第
１の吸引パイプと、阻止手段を有する水素ガス用
の第２の吸引パイプとに分割し、これら両者を冷
凍タンク内に導くこと、によつて解決される。

この装置の利点は、ポンプを冷凍タンクの外側
に配置した場合には、タンクの絶縁が良好になる
こと及びタンク中に導かれる熱的短絡路の数が少
なくなることによつて、タンクの蒸発率が基本的
に少なくなる、ということにある。さらに、この
装置の場合には、調整及び保守作業を行なうため
に、液体水素高圧ポンプに近づき易い。

本発明装置の好ましい実施例においては、第１
の吸引パイプに阻止手段が設けられている。この
ことによつて、ポンプを冷却するために水素ガス
を吸引するときに、液体水素が吸引されることが
絶対にない、という利点が得られる。

他の実施例においては、第１の装置が設けら
れ、これがポンプがその駆動温度を超えた温度に
ある場合には、第１の吸引パイプ内の阻止手段を
閉鎖し、第２の吸引パイプ内の阻止手段を開放
し、ポンプが駆動温度にある場合には第１の吸引
パイプ内の阻止手段を開放し、第２の吸引パイプ
内の阻止手段を閉鎖すると、好都合である。この
制御装置により、気体の水素だけ、あるいは液体
の水素だけ冷凍タンクから吸引することが確実に
できる。

さらに、第２の制御装置が設けられ、これがポ
ンプがその駆動温度を超えた温度にある場合に
は、水素エンジンを早期の吹き込みないし外部の
混合気形成に切り換え、駆動温度に達した場合に
は、内部の混合気形成に切り換えると、好都合で
ある。

さらに他の実施例の場合には、供給パイプ内に
水素エンジン方向だけに通過させる逆流防止弁を
備えた一方向パイプと、これに平行な補助ガスポ
ンプとが設けられている。補助ガスポンプの利点
は、ポンプがその駆動温度を超えた温度にある場
合には、水素エンジンの駆動に必要な水素ガスの
圧力を、この補助ガスポンプを用いて簡単な方法
で得ることができる、ということにある。さら
に、一方向パイプには、ポンプが駆動温度にあつ
て作動しているときには、水素はもはや必要では
ない補助ガスポンプを流れずに、一方向パイプに
よつて補助ガスポンプを通り越して水素エンジン
へ導かれる、という利点がある。

実施例 以下、本発明の実施例を示す図面とともに、本
発明の他の特徴及び利点を説明する。

液体水素を収容する冷凍タンク１０からは、阻
止手段１４を有し、液体水素中に挿入される第１
の吸引パイプ１２が、液体水素高圧ポンプ１６の
入口側開口部へ導かれている。阻止手段２０を有
する気体水素用の第２の吸引パイプ１８は、冷凍
タンク１０内で液体水素の上方に位置する水素ガ
ス体中に挿入されており、第１の吸引パイプ１２
の阻止手段１４と液体水素高圧ポンプ１６との間
で、第１の吸引パイプ１２中に開口している。

液体水素高圧ポンプ１６の出口側開口部から出
て阻止手段２４を有する供給パイプ２２は、水素
エンジン２６へ通じている。

液体水素高圧ポンプ１６の出口側開口部と阻止
手段２４との間において、供給パイプ２２には水
素エンジン２６方向にだけ通過させる逆流防止弁
２８と、これに平行で吸引パイプ３２を有する補
助ガスポンプ３０と、圧力パイプ３４とが設けら
れており、この場合に吸引パイプ３２は、液体水
素高圧ポンプ１６と逆流防止弁２８との間で、供
給パイプ２２から分岐し、圧力パイプ３４は逆流
防止弁２８と阻止手段２４との間で、供給パイプ
２２中に開口している。

圧力変動をバランスさせるために、逆流防止弁
２８と阻止手段２４との間には、供給パイプ２２
と平行に圧力バランス容器３６が設けられてお
り、この圧力バランス容器には、供給パイプ２２
から分岐し逆流防止弁４０を有するパイプ３８
と、逆流防止弁４４を有し供給パイプ２２へ至る
戻しパイプ４２とが設けられている。

液体水素高圧ポンプ１６と補助ガスポンプ３０
の駆動手段としては、種々の方法が考えられる。
すなわち、たとえば液体水素高圧ポンプ１６につ
いては、水素エンジン２６によつて駆動される油
圧駆動装置を設けることができる。しかしまた、
液体水素高圧ポンプ１６と補助ガスポンプ３０と
を電気で駆動することも考えられる。

第１の吸引パイプ１２内の阻止手段１４と、第
２の吸引パイプ１８内の阻止手段２０と、供給パ
イプ２２内の阻止手段２４は、別々の種類及び方
法で操作することができる。たとえば、阻止手段
１４，２０，２４は電磁的に操作することが可能
であり、すなわち電磁弁が用いられる。

液体水素高圧ポンプ１６が駆動温度より上の温
度にある場合には、第１の吸引パイプ１２内の阻
止手段１４は閉鎖され、第２の吸引パイプ１８内
の阻止手段２０が開放される。補助ガスポンプ３
０がオンにされることにより、冷凍タンク１０内
で液体水素の上方に位置するガス体から水素ガス
が吸引される。この水素ガスは、第２の吸引パイ
プ１８、開放された阻止手段２０、液体水素高圧
ポンプ１６、供給パイプ２２及び吸引パイプ３２
を通つて補助ガスポンプ３０へ流れ、このときに
液体水素高圧ポンプ１６を冷却する。

補助ガスポンプ３０によつて、水素エンジン２
６がそれぞれ使用される混合気形成に必要な圧
力、すなわち内部の混合気形成の場合には30〜
100バールかそれ以上の圧力、早期の吹込みの場
合には５〜10バールの圧力、そして外部の混合気
形成の場合には１〜２バールの圧力、が得られ
る。供給パイプ２２内の阻止手段２４を開放する
と、圧縮された水素ガスが圧力パイプ３４を通
り、供給パイプ２２を介して水素エンジン２６へ
流れる。圧力変動が生じた場合には、圧力バラン
ス容器３６によつて、バランスされる。

この駆動方法の場合には、供給パイプ２２内に
補助ガスポンプ３０と平行に配置された逆流防止
弁２８によつて、補助ガスポンプ３０がシヨート
し、必要な圧力を生じさせることができなくなる
のが防止される。

冷却行程の間に、液体水素高圧ポンプ１６をオ
ン・オフさせることができる。しかし液体水素高
圧ポンプ１６がオフにされた場合には、弁とピス
トンを次のように、すなわち液体水素高圧ガスポ
ンプ１６が移送方向においてほとんどあるいはご
くわずかしか流れ抵抗を持たず、補助ガスポンプ
３０によつて吸引された冷たい水素ガスによつて
貫流され、かつ冷却されるように構成されている
ことが必要である。しかしまた、液体水素高圧ポ
ンプ１６は、その駆動温度を超える温度にあつて
も、オンにされるが、しかしピストンと弁が熱で
伸長するのでわずかな圧力しか生じさせることが
できず、補助ガスポンプ３０の予備ポンプとして
働く、ということも考えられる。

液体水素高圧ポンプ１６の駆動温度に達すると
すぐに、第２の吸引パイプ内にある気体の水素用
の阻止手段２０が閉鎖され、第１の吸引パイプの
阻止手段１４が開放され、液体水素高圧ポンプ１
６がオンにされ、補助ガスポンプ３０はオフにさ
れる。それによつて液体水素が冷凍タンク１０か
ら第１の吸引パイプ１２を介して液体水素高圧ポ
ンプ１６によつて吸引され、高圧下にある水素と
され、これが供給パイプ２２を通り、供給パイプ
内に配置された逆流防止弁２８と阻止手段２４と
を通り、内部の混合気形成で駆動される水素エン
ジン２６へ流れる。

水素エンジン２６が止められると、同時に阻止
手段２４も閉鎖されるので、まだ高圧下にある水
素は圧力バランス容器３６内に貯蔵される。この
ガスを用いて、液体水素高圧ポンプ１６が温まつ
ていない短い運転中断の後に、液体水素高圧ポン
プ１６による水素の移送と内部の混合気形成です
ぐに水素エンジン２６をスタートさせることが十
分にでき、このときに補助ガスポンプ３０をオン
にする必要はない。

図示の実施例とは異なつて、水素エンジン２６
がその駆動温度を超える温度にある場合に、早期
の吹込みあるいは外部の混合気形成によつて駆動
される場合に、補助ガスポンプ３０を省くことも
できる。この２種類の混合気形成の場合に必要な
水素の圧力は、最適には働いていない液体水素高
圧ポンプ１６によつても得ることができるので、
液体水素高圧ポンプ１６の駆動温度に達した後
は、水素エンジン２６を早期の吹込みあるいは外
部の外部の混合気形成から内部の混合気形成へ切
り換え、第２の吸引パイプ１８内の気体水素用の
阻止手段２０を閉鎖し、第１の吸引パイプ内の液
体水素用の阻止手段１４を開放するだけでよい。

水素エンジン２６は、液体水素高圧ポンプ１６
がその駆動温度を超えた温度にある場合には、外
部の混合気形成でしか駆動されないので、水素エ
ンジン２６を駆動するためには、冷凍タンク１０
内で気化する水素によつて生じる水素ガス内の圧
力で十分であり、液体水素高圧ポンプ１６をオン
にすることはない。しかし、そのためには、液体
水素高圧ポンプ１６を次のように、すなわちオフ
の状態にあつては弁とピストンに移送方向の流れ
抵抗がほとんどなく、ガス流を通過させるよう
に、構成することが必要である。液体水素高圧ポ
ンプ１６の駆動温度に達した後は、この高圧ポン
プがオンにされ、阻止手段２０は閉鎖され、阻止
手段１４は開放され、水素エンジン２６は外部か
ら内部の混合気形成へ切り換えられる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明装置の概略を示す説明図である。 １０……冷凍タンク、１２……第１の吸引パイ
プ、１４……阻止手段、１６……補助ガスポン
プ、１８……第２の吸引パイプ、２０……阻止手
段、２２……供給パイプ、２４……阻止手段、２
６……水素エンジン、２８……逆流防止弁、３０
……補助ガスポンプ、３２……吸引パイプ、３４
……圧力パイプ、３６……圧力バランス容器、３
８……パイプ、４０……逆流防止弁、４２……戻
しパイプ、４４……逆流防止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷蔵された水素で水素エンジンを駆動する方
   法であつて、水素の沸点の領域にある駆動温度に
   冷却されたポンプを介して、水素が内部の混合気
   形成で駆動される水素エンジンに供給される方法
   において、 ポンプがその駆動温度を超える高温の場合に、
   ポンプの駆動温度に達するまでずつと冷たい水素
   ガスが貫流され、それによつて冷却され、並びに
   水素エンジンがポンプを通つて流れる水素ガスに
   よつて部分負荷領域で駆動されることを特徴とす
   る水素エンジンを駆動する方法。 ２ 水素ガスが、補助ガスポンプを用いて前記ポ
   ンプを通して水素エンジンへ送られることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の水素エンジ
   ンを駆動する方法。 ３ ポンプが、その駆動温度を超える温度にある
   場合に、水素エンジンが早期の吹込みによつて駆
   動されること、並びにポンプの駆動温度に達した
   場合は、水素エンジンが内部の混合気形成に切り
   換えられることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の水素エンジンを駆動する方
   法。 ４ ポンプがその駆動温度を超える温度にある場
   合に、水素エンジンが外部の混合気形成によつて
   駆動されること、並びにポンプの駆動温度に達し
   た場合には、水素エンジンが内部の混合気形成に
   切り換えられることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の水素エンジンを駆動す
   る方法。 ５ 液体水素用の冷凍タンクと、入口側開口部と
   出口側開口部とを有し、入口側開口部が冷凍タン
   ク内の液体水素に結合され、出口側開口部が水素
   エンジンに至るパイプに接続されているポンプと
   を備えた水素エンジンを駆動する装置において、 ポンプ１６が冷凍タンク１０の外部に配置され
   るとともに、ポンプの入口側開口部から出た吸引
   パイプが、液体水素用の第１の吸引パイプ１２
   と、阻止手段２０を有する水素ガス用の第２の吸
   引パイプ１８とに分割され、該両者が冷凍タンク
   １０中に通じていることを特徴とする水素エンジ
   ンを駆動する装置。 ６ 第１の吸引パイプ１２に阻止手段１４が設け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項に記載の水素エンジンを駆動する装置。 ７ 第１の制御装置が設けられ、この制御装置に
   よつて、ポンプ１６がその駆動温度を超える温度
   にある場合に、第１の吸引パイプ１２内の阻止手
   段１４が閉鎖され、第２の吸引パイプ１８内にあ
   る阻止手段２０が開放され、ポンプ１６が駆動温
   度にあるときには、第１の吸引パイプ１２内の阻
   止手段１４が開放され、第２の吸引パイプ１８内
   の阻止手段２０が閉鎖されることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項又は第６項に記載の水素エン
   ジンを駆動する装置。 ８ 第２の制御装置が設けられ、この制御装置に
   よつて、ポンプ１６がその駆動温度を超える温度
   にある場合には、水素エンジン２６が早期に吹込
   みないし外部の混合気形成に接続され、駆動温度
   に達すると内部の混合気形成に切り換えられるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項から第７項
   のいずれか１項に記載の水素エンジンを駆動する
   装置。 ９ 供給パイプ２２内に、水素エンジン２６の方
   向だけに通過させる逆流防止弁２８を有する一方
   向パイプと、これに平行な補助ガスポンプ３０と
   が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項から第８項のいずれか１項に記載の水素
   エンジンを駆動する装置。