JP2012031488A - ブラウンガス発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】ブラウンガス発生装置を自動車エンジン用の燃料発生装置として実用化可能とするブラウンガス発生システムを提供する。
【解決手段】水を主成分とする電解液を貯留する電解槽１０１と、電解液に浸漬されるように設けられ、耐電触性を有する正電極及び負電極と、電解槽１０１の上端開口部を密閉する密閉蓋１０２とを有し、電源装置４００を用いて正電極から負電極に電流を流すことにより電解液を電気分解してブラウンガスを発生させるブラウンガス発生装置１００と、正電極から負電極に流す電流の値を所定値に制御する電流制御部２００とを備えるブラウンガス発生装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラウンガス発生システムに関する。

水素と酸素とが２対１の混合比で混ざり合った状態の水素と酸素との混合ガスは、無公害エネルギーとして様々な分野で使用が検討されている。特に、自動車エンジンの燃料として注目されている。このような水素と酸素との混合ガスは、ブラウンガスとも称されている。以下、本明細書では、このような混合ガスをブラウンガスと言うことにする。

ブラウンガスを発生する装置としては、プラズマを利用したブラウンガス発生装置及び電気分解を利用したブラウン発生装置が知られているが、プラズマを利用したブラウンガス発生装置は、装置が大掛かりとなり、消費電力もきわめて大きいため、自動車エンジンのための燃料発生装置（以下では自動車用の燃料発生装置という。）として用いるには不向きである。このため、自動車用の燃料発生装置として用いるには電気分解を利用したブラウンガス発生装置が適している。電気分解を利用したブラウン装置は従来から種々提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。

特許文献１には、電気分解を利用したブラウンガス発生装置についての記載がなれている。また、非特許文献１には、電気分解を利用したブラウン発生ガス発生装置を自動車に組み込んで自動車用の燃料発生装置として使用する例が記載されている。

特開２００８−１３８２１号公報

ウォーターハイブリッド；水素・オン・ディマンド システム 水を燃料として使用 ［平成２２年７月８日検索］インターネット＜ＵＲＬ：http//www.unique-shohin.com/water2car.htm＞

上記したように、電気分解を利用したブラウンガス発生装置は種々提案され、また、ブラウンガス発生装置を自動車用の燃焼発生装置として自動車に搭載することも実験的には行われているが、未だ実用化には至っていない。

ブラウンガス発生装置が自動車用の燃焼発生装置としては実用化に至らない理由は、ブラウンガス発生装置を自動車用の燃料発生装置として用いるには様々な課題が残っているからである。例えば、電解槽内の電解液に浸漬される電極（正電極及び負電極）は、電触による劣化が激しく短期間で使用不可となってしまうといった課題、電解液中を流れる電流の制御が適切に行われないため、必要以上の電流が流れて、電解液の温度上昇に歯止めが効かず、電解液を貯留する電解槽の内部の圧力が高まって、やがては電解槽が破壊してしまうといった課題など、解決しなければならない課題は数多く存在する。このような理由から、ブラウンガス発生装置を自動車用の燃料発生装置として実用化することは未だなされていない。

なお、このような課題は、ブラウンガス発生装置を自動車用の燃焼発生装置として実用化する場合だけに存在する課題ではなく、ブラウンガス発生装置を自動車以外の車両に用いる燃焼発生装置として実用化する場合、ブラウンガス発生装置を船舶に用いる燃料発生装置として実用化する場合、ブラウンガス発生装置をその他の用途に用いる燃料発生装置として実用化する場合にも存在する課題である。

そこで本発明は、ブラウンガス発生装置を燃料発生装置として実用化することが可能なブラウンガス発生システムを提供することを目的とする。

［１］本発明のブラウンガス発生システムは、水を主成分とする電解液を貯留する電解槽と、前記電解液に浸漬されるように設けられ、耐電触性を有する正電極及び負電極と、前記電解槽の上端開口部を密閉する密閉蓋とを有し、電源装置を用いて前記正電極から前記負電極に電流を流すことにより前記電解液を電気分解してブラウンガスを発生させるブラウンガス発生装置と、前記正電極から前記負電極に流れる電流の値を所定値に制御する電流制御部とを備えることを特徴とする。

このように、本発明のブラウンガス発生システムにおいては、正電極及び負電極は耐電触性を有している。このため、本発明のブラウンガス発生システムによれば、従来のブラウンガス発生装置が有する課題、すなわち、「電触による劣化が激しく短期間で使用不可となってしまうといった課題」を解決することができる。

また、本発明のブラウンガス発生システムは、電流の値を所定値に制御する電流制御部を備えている。このため、本発明のブラウンガス発生システムによれば、従来のブラウンガス発生装置の有する他の課題、すなわち、「必要以上の電流が流れてしまい、電解液の温度上昇に歯止めが効かず、電解液を貯留する電解槽の内部の圧力が高まって、電解槽が破壊してしまうといった課題」を解決することができる。

このように、本発明のブラウンガス発生システムによれば、従来のブラウンガス発生装置が有する上記２つの課題を解決することができる。従って、本発明のブラウンガス発生システムを、車両、船舶、その他の用途に用いる燃料発生装置として実用化することが可能となる。

本発明のブラウンガス発生システムによれば、比較的少量のブラウンガスを燃料に混合するだけで著しい効果が得られる。例えば１５００ｃｃクラスの自動車に本発明のブラウンガス発生システムを適用する場合、本発明のブラウンガス発生システムから１秒間に数個の泡を発生させ、これらの泡をガソリンなどの燃料に混合するだけで、後述するように、著しく大きな燃費向上効果（例えば５０％以上向上）及び著しく大きな有害ガス削減効果（例えば８０％以上削減）が得られる。

なお、本発明のブラウンガス発生システムにおいては、「所定値」には、「一定値（例えば５アンペア）」の他に「所定範囲（例えば４．５アンペア〜５．５アンペア）」も含まれるものとする。

［２］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記所定値は、２アンペア〜７アンペアの範囲内にあることが好ましい。

このように、正電極から負電極に流れる電流の値を２アンペア〜７アンペアの範囲内にある所定値に制御することによって、安定した電気分解が可能となる。実験によれば、正電極から負電極に流れる電流の値が２アンペア未満の場合には電気分解が不十分となること、及び、正電極から負電極に流れる電流の値が７アンペアを超える場合には、電気分解が過剰となって電解液の温度が高くなり過ぎることが確認された。
なお、本発明のブラウンガス発生システムにおいては、所定値を４．５アンペア〜５．５アンペアとした場合に特に良好な結果が得られることが確認された。

［３］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記正電極及び前記負電極はそれぞれチタンが用いられ、さらに前記正電極はチタン材に貴金属メッキが施されていることが好ましい。

このように、正電極及び負電極にはそれぞれチタン材が用いられ、正電極にはさらに貴金属メッキが施されていることにより、耐電触性に優れた電極とすることができる。これにより、正電極及び負電極が電触によって劣化することを抑制でき、長期間の使用にも耐え得る電極とすることができる。それによって、本発明のブラウンガス発生装置の耐久性を向上させることができる。

［４］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記電解液の温度が設定温度以上にならないように前記電解液の温度を制御する温度制御部をさらに備えることが好ましい。

これは、電流制御による温度の異常上昇の抑制に加えて、電解液の温度そのものの制御をも可能とするというものである。すなわち、本発明のブラウンガス発生システムにおいては、電解液の温度が異常に上昇することを防止するために、二重の対策が施されている。これによって、本発明のブラウンガス発生システムによれば、電解液の温度が異常に上昇することを確実に防止することができる。

［５］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記温度制御部は、前記電解液の温度が第１設定温度にまで上昇すると前記正電極から前記負電極に流れる電流を遮断し、その状態で前記電解液の温度が前記第１設定温度よりも低い第２設定温度にまで低下すると前記正電極から前記負電極に再び電流を流すことにより前記電解液の温度を制御することが好ましい。

このような構成とすることにより、電解液の温度が第１設定温度より高い温度になるのを確実に防止することが可能となる。

［６］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、 前記第１設定温度は６５℃〜７５℃の範囲内にあり、前記第２設定温度は４５℃〜５５℃の範囲内にあることが好ましい。

このように第１設定温度が６５℃〜７５℃の範囲内にあるため、電解液の温度が６５度〜７５度より高い温度になるのを確実に防止することが可能となる。また、このように第２設定温度が４５℃〜５５℃の範囲内にあるため、少し温度が下がればすぐに電気分解を再開することが可能となる。

［７］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記正電極は１枚の板状金属板で構成されているとともに前記負電極は２枚の板状金属板で構成されており、前記正電極及び前記負電極は、前記正電極を中心にして前記２枚の負電極が前記正電極に対して一定間隔を置いて前記正電極と対向するように配置されていることが好ましい。

正電極及び負電極をこのような構成とすることによって、簡単な構成で効率のよい電気分解が可能となる。

［８］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記ブラウンガス発生装置は、大気圧の変化に応じて前記電解槽の内部の圧力を調整する圧力調整部を有することが好ましい。

このような圧力調整部を設けることにより、電解槽内の圧力を適正な圧力に保持することができる。これにより、本発明のブラウンガス発生システムを、例えば、標高が高く大気圧が低い場所で使用した場合においても、電解槽内の圧力を適正な圧力に保持することができる。

［９］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記電解槽は金属製であり、前記密閉蓋は合成樹脂製であることが好ましい。

このような構成とすることによって、仮に、電解槽内の圧力が何らかの原因で異常に高くなって電解槽が破裂するような場合を想定したときに、電解槽よりも強度的に低い密閉蓋のみが破壊されれば、破壊による損失を小さく抑えることができる。すなわち、密閉蓋を含む電解槽全体が金属（例えばステンレススチールなど）で構成されていると、破裂力の逃げ場がなくなり、破壊力がより大きくなるおそれがあるが、密閉蓋を合成樹脂とすれば、密閉蓋の破損だけで済み、破壊による損失を小さく抑えることができる。

［１０］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記電解液は、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウムを水に溶解したものであって、前記炭酸ナトリウム又は前記炭酸水素ナトリウムの前記水に対する重量比が２％〜４０％の範囲内にあることが好ましい。

電解液がこのような成分で構成されていることによって電気分解を促進することができる。なお、電気分解を促進させる物質は他にも存在するが、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウムは安価であるとともに安全性も高く容易に入手できるといった利点がある。

［１１］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記電解液は、炭酸分が除去された状態で前記電解槽に貯留されていることが好ましい。

これは、炭酸分が存在していると、当該炭酸分が電極（正電極及び負電極）を汚損して電極に対して悪影響を与えるからである。炭酸分が除去された状態は、電解液を加熱することにより形成することができる。

［１２］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、前記ブラウンガス発生装置は、前記電解槽に貯留されている電解液が減少したときに前記電解液を自動的に補充可能な電解液補充機構をさらに有することが好ましい。

このような電解液補充機構を設けることにより、電解槽の電解液が減少すると自動的に電解液が滴下して補充されるので、電解槽内の電解液を常時、適正レベルに保持することができる。これにより、ユーザーは電解槽内の電解液の量を殆ど気にする必要がなくなる。

［１３］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、当該ブラウンガス発生システムは、車両に搭載するためのものであって、前記ブラウンガス発生装置は、前記車両の「キャブレター」又は「電子式燃料噴射装置の空気取り入れ口」に接続可能に構成されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、本発明のブラウンガス発生システムを自動車エンジンなどの車両エンジン用の燃料発生装置として使用することができる。すなわち、本発明のブラウンガス発生システムにおけるブラウンガス発生装置に設けられているブラウンガス排出口は、車両にもともと搭載されているキャブレター又は電子式燃料噴射装置の空気取り入れ口に連結され、ブラウンガス排出口から排出されたブラウンガスは、エンジン内において、霧化されたガソリンなどの燃料とともに燃焼する。このように、霧化されたガソリンなどの燃料とともにブラウンガスを燃焼させることによって、燃費の向上が可能となるとともに、有害な排気ガスの排出量を削減することができる。

［１４］本発明のブラウンガス発生システムにおいては、 前記電源装置は、前記車両に搭載されている蓄電池であることが好ましい。

このように、自動車などの車両にもともと搭載されている蓄電池（バッテリー）を本発明のブラウンガス発生システムの電源装置として使用することができるため、ブラウンガス発生システム専用の電源装置が不要となり、ブラウンガス発生システムを自動車に搭載する際に安価に搭載することができ、また、設置スペースも小さく抑えることができる。

実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０の構成を示す図である。 ブラウンガス発生装置１００における電解槽１０１の内部を説明するために示す図である。 正電極１０９及び負電極１１０，１１１を取り出して示す斜視図である。 実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０を自動車に搭載した場合を模式的に示す図である。 実施形態２に係るブラウンガス発生システム２０におけるブラウンガス発生装置１００を説明するために示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０の構成を示す図である。実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０は、図１に示すように、ブラウンガス発生装置１００と、ブラウンガス発生装置１００に与える電流の値を所定範囲に制御する電流制御部２００と、ブラウンガス発生装置１００内の電解液１０８（図２参照。）の温度が設定温度以上とならないように制御する温度制御部３００と、直流電源としての電源装置４００とを有している。

ブラウンガス発生装置１００は、外観構成としては、水（純水）を主成分とする電解液１０８（図２参照。）を貯留する電解槽１０１と、電解槽１０１の上端開口部を密閉する密閉蓋１０２と、正電極用端子１０３及び負電極用端子１０４と、電解液１０８（図２参照。）を電解槽１０１内に供給する電解液供給口１０５と、電解液供給口１０５を開閉可能なキャップ１０５ａと、標高の違いなどによる気圧変化に対応して電解槽１０１内の圧力を調整する圧力調整部１０６と、電気分解によって生成されたブラウンガスを排出するブラウンガス排出口１０７とを備えている。なお、圧力調整部１０６、正電極用端子１０３及び負電極用端子１０４、電解液供給口１０５及びブラウンガス排出口１０７は密閉蓋１０２に設けられている。

このように構成されたブラウンガス発生装置１００は、図１においては、大型に見えるが、実際の装置としては、ｘ軸方向が７０ｍｍ程度、ｙ軸方向が１５０ｍｍ程度、ｚ軸方向が１７０ｍｍ程度である。このため、ブラウンガス発生装置１００を自動車のエンジンルームに装着する際には、小型車であっても十分に装着可能である。また、電流制御部２００も小型なものであるため設置スペース的に何ら問題となるものではない。

また、密閉蓋１０２は透明の合成樹脂が用いられている。なお、合成樹脂が透明であることは必須ではないが、電解槽１０１内部を目視可能とすることから、透明であることがより好ましい。また、密閉蓋１０２を合成樹脂としたのは、仮に、電解槽１０１の内部の圧力が何らかの原因で異常に高くなって電解槽１０１が破裂するような場合を想定したときに、電解槽１０１よりも強度的に低い密閉蓋１０２のみが破壊されれば、破壊による損失を小さく抑えることができるからである。すなわち、密閉蓋１０２を含む電解槽１０１全体が金属（例えばステンレススチールなど）で構成されていると、破裂力の逃げ場がなくなり、破壊力がより大きくなるおそれがあるが、密閉蓋１０２を合成樹脂とすれば、密閉蓋１０２の破損だけで済み、破壊による損失を小さく抑えることができる。

また、圧力調整部１０６は大気圧の変化に対応して電解槽１０１内の圧力を調整して、電解槽１０１内の圧力を適正な圧力に保持するものである。例えば、標高が高く大気圧が低い場所では電解槽１０１内の圧力を逃がすように作動する。また、標高の違いだけではなく、電解槽１０１内の圧力が何らかの原因で高くなった場合にも、電解槽１０１内の圧力を逃がすように作動する。これにより、電解槽１０１内の圧力を適正な圧力に保持することができる。

また、電流制御部２００は、正電極１０９から負電極１１０，１１１（図２参照。）に流れる電流の値を所定値（例えば５アンペア）に制御するものである。このように、正電極１０９から負電極１１０，１１１ｂに流れる電流の値を所定値（例えば５アンペア）に制御することとしたのは、安定した電気分解を可能とするためである。なお、実験によれば、所定値を２アンペア未満の値にした場合に、電気分解が不十分となり、また、所定値を７アンペアを超える値にした場合には、電気分解が過剰となって、電解液の温度が高くなり過ぎることが確認された。

自動車用の電源装置４００が例えば１５アンペアの電流供給能力がある電源装置である場合、電流制御部２００は、正電極１０９から負電極１１０，１１１に流れる電流の値を、自動車用の電源装置４００が有する電流供給能力（１５アンペア）よりも低い所定値（例えば５アンペア）に制御する。

また、温度制御部３００は、電解槽１０１内に貯留されている電解液１０８（図２参照。）の温度を制御するサーモスタットである。すなわち、電解液１０８の温度が第１設定温度にまで上昇すると正電極１０９から負電極１１０，１１１に流れる電流を遮断し、その後電解液１０８の温度が第１設定温度よりも低い第２設定温度にまで低下すると正電極１０９から負電極１１０，１１１に再び電流を流すことにより電解液の温度を制御する。なお、第１設定温度は６５℃〜７５℃の範囲が好ましく、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０においては、第１設定温度を７０℃としている。また、第２設定温度は４５℃〜５５℃の範囲が好ましく、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０においては、第２設定温度を５０℃としている。

このような温度制御部３００を有することにより、電解液１０８の温度が７０℃より高い温度になるのを確実に防止することが可能となる。

なお、電解液１０８の温度制御は、電流制御部２００による電流制御（電流の値を５アンペアに保持する制御）によっても可能となるが、電流制御による温度制御に加えて、電解液１０８の温度そのものの制御をも行うことにより、電解液１０８の温度が異常に上昇することを確実に防止することができる。すなわち、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０においては、電解液１０８の温度が異常に上昇することを防止するために、二重の対策が施されている。これによって、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０によれば、電解液１０８の温度が異常に上昇することを確実に防止することができる。

図２は、ブラウンガス発生装置１００における電解槽１０１の内部を説明するために示す図である。なお、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図２において、図１と同一構成要素には同一符号が付されている。

また、図３は、正電極１０９及び負電極１１０，１１１を取り出して示す斜視図である。図２及び図３により、正電極１０９及び負電極１１０，１１１について詳細に説明する。電解槽１０１の内部には、電解液１０８に浸漬される、１枚の正電極１０９と、２枚の負電極１１０，１１１とが設けられている（図２参照。）。

また、正電極１０９及び負電極１１０，１１１は、それぞれが板状の電極（図３参照。）であり、その材質としては耐電触性の部材が用いられている。耐電触性の部材としてチタン材が用いられ、正電極１０９はチタン材の表面にさらにプラチナメッキが施されている。このように、正電極１０９及び負電極１１０，１１１にはそれぞれチタン材が用いられ、正電極１０９にはその表面にさらに貴金属メッキが施されていることにより、耐電触性に優れた電極とすることができる。これにより、正電極１０９及び負電極１１０，１１１が電触によって劣化することを抑制でき、長期間の使用にも耐え得る電極とすることができる。なお、貴金属メッキとしては、例えば、プラチナメッキ、イリジウムメッキ、プラチナ・イリジウム合金メッキなどを例示することができる。

また、正電極１０９及び負電極１１０，１１１は、図２及び図３に示すように、正電極１０９を中心として、２枚の負電極１１０，１１１を正電極１０９に対してそれぞれ一定間隔を置いて正電極１０９と平行に対向配置する。正電極１０９及び負電極１１０，１１１をこのような配置とすることにより、簡単な構成で効率のよい電気分解が可能となる。

正電極１０９は、図３に示すように、上端側に水平突出部１０９ａを有し、水平突出部１０９ａには、ボルト通し孔１０９ｂが設けられている。このように構成された正電極１０９は、ボルト通し孔１０９ｂにボルト１２１（図２参照。）を通して、密閉蓋１０２の表面側でナット１２２（図２参照。）を締め付けることにより、密閉蓋１０２に取り付けることができる。なお、ボルト１２１とナット１２２は正電極用端子１０３としての役目も兼ねている。

一方、負電極１１０，１１１は、図３に示すように、それぞれの上端側に水平突出部１１０ａ，１１１ａを有し、これら水平突出部１１０ａ，１１１ａには、ボルト通し孔１１０ｂ，１１１ｂがそれぞれ設けられている。なお、負電極１１１における水平突出部１１１ａのボルト通し孔１１１ｂは、図３においては目視できない位置にある。

このように構成された負電極１１０，１１１は、負電極１１０における水平突出部１１０ａのボルト通し孔１１０ｂと、負電極１１１における水平突出部１１１ａのボルト通し孔１１１ｂとが一致するように、それぞれの水平突出部１１０ａ，１１１ａを重ね合わせた状態で、ボルト通し孔１１０ｂ，１１１ｂにボルト１２３（図２参照。）を通して密閉蓋１０２の表面側でナット１２４（図２参照。）を締め付けることにより、負電極１１０，１１１を密閉蓋１０２に取り付けることができる。なお、ボルト１２３とナット１２４は負電極用端子１０４としての役目も兼ねている。

また、正電極１０９の下端側及び負電極１１０，１１１の下端側は、それぞれが合成樹脂などの絶縁性部材でなる電極支持部材１１２（図２参照。）で動きが規制された状態で支持されている。電極支持部材１１２はその下端側に凸部１１２ａが形成され、この凸部１１２ａは、電解槽１０１の下端面に設けられた位置決め用の突起１０１ａ、１０１ｂ（図２参照。）によって動きが規制されている。このような構成であるため、正電極１０９及び負電極１１０，１１１は、それぞれの電極間の間隔と平行状態とが適正に保持され、かつ、電解槽１０１内において適正な位置に保持される。

また、電解液１０８としては、水（蒸留水）に所定量の炭酸ナトリウムを溶解したものを用いる。なお、炭酸ナトリウムは水に対して重量比において２％程度に設定されていることが好ましいが、２％以上であってもよく、上限としては４０％程度である。

電解液１０８がこのような成分で構成されていることによって、電気分解を促進することができる。なお、電気分解を促進させる物質は他にも存在するが、炭酸ナトリウムは安価であるとともに安全性も高く容易に入手できるといった利点がある。

また、電解液１０８は、炭酸分が除去された状態で電解槽１０１に貯留されていることが好ましい。これは、炭酸分が存在していると、当該炭酸分が電極（正電極１０９及び負電極１１０，１１１）を汚損して電極に対して悪影響を与えるからである。炭酸分が除去された状態は、電解液を加熱することにより形成することができる。

また、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０を寒冷地で使用可能とする場合には、凍結防止剤として例えばエチレングリコールなどを所定量だけ電解液１０８に混入することが好ましい。なお、凍結防止剤の量は、個々の地域における最低気温に応じて適切に設定する。

このように構成された実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０において、電源装置４００からの電流は、電流制御部２００によって５アンペアに制限された状態で正電極１０９から２つの負電極１１０，１１１に流れる。これにより、電解液１０８の電気分解が起こってブラウンガスが発生する。発生したブラウンガスはブラウンガス排出口１０７から排出される。なお、図１においては、ブラウンガス排出口１０７は、どこにも接続されていない状態が示されているが、実際には、ブラウンガス排出口１０７は、自動車のキャブレター又は電子制御式燃料噴射装置の空気取り入れ口に接続されており、ブラウンガス排出口１０７から排出されるブラウンガスはキャブレター又は電子制御式燃料噴射装置の空気取り入れ口に送り込まれるようになっている。

図４は、実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０を自動車に搭載した場合を模式的に示す図である。実施形態１に係るブラウンガス発生システム１０（以下では、「ブラウンガス発生システム１０」という。）を自動車に搭載する場合においては、電源装置４００としては、自動車にもともと搭載されている蓄電池（バッテリー）を使用することができる。ここでは、電源装置４００は１２ボルトの一般的な蓄電池であるとする。また、この場合、電源装置４００のプラス（＋）側端子と電流制御部２００との間には自動車用の１５アンペア用のヒューズ５００を介在させている。

また、ブラウンガス発生装置１００に設けられているブラウンガス排出口１０７は、ブラウンガス供給パイプ５１０によってキャブレター又は電子制御式燃料噴射装置（ここではキャブレター５２０として説明する。）の空気取り入れ口に接続されている。具体的には、自動車のエアクリーナ５３０とキャブレター５２０の空気取り入れ口とを接続している空気供給用パイプ５４０にブラウンガス供給パイプ５１０を接続する。

また、ブラウンガス発生システム１０を始動するためのスイッチ（図示せず。）は、自動車のイグニションスイッチ（図示せず。）と連動するようにしておく。これにより、自動車のイグニションスイッチがオンとなってエンジンが始動すると、ブラウンガス発生システム１０も始動する。すなわち、エンジンが動作している間は、電気分解が起こってブラウンガスが発生し、発生したブラウンガスは、ブラウンガス排出口１０７からブラウンガス供給パイプ５１０を通って、キャブレター５２０に供給されたのち、霧化されたガソリンとともにエンジン（図示せず。）に供給されるようになっている。

なお、ブラウンガス発生システム１０を図４に示すように自動車に搭載した場合、エンジンンの点火タイミングを通常よりも少し早めとなるように設定することが好ましい。これは、燃焼エネルギーの大きなブラウンガスが、霧化されたガソリンに混入された場合、通常の点火タイミングよりも少し早めに点火した方が、より効率的にエンジンが動作して、より大きなパワーを生み出すことができるからである。

ブラウンガス発生システム１０を図４に示すように自動車に搭載した場合は、ブラウンガス発生システム１０を搭載しない場合に比べて様々な利点が得られることがわかった。これについて以下に説明する。

ここでは、ある自動車メーカー（Ａ社とする）における排気量が１３００ｃｃの自動車（第１の測定用車両という。）及び１８００ｃｃの自動車（第２の測定用車両という。）と、他の自動車メーカー（Ｂ社とする。）の排気量が１０００ｃｃの自動車（第３の測定用車両という。）とを用いて、ブラウンガス発生システム１０を搭載しなかった場合と、ブラウンガス発生システム１０を搭載した場合の両方について、燃費及び排気ガスの測定結果について説明する。

なお、この実験に用いた３つの自動車（第１〜第３の測定用車両）は、ともにガソリンエンジンを搭載した自動車（ガソリン車という。）である。また、以下では、ブラウンガス発生システム１０を搭載しない状態を「ブラウンガス発生システム非搭載」と表記し、ブラウンガス発生システム１０を搭載した状態を「ブラウンガス発生システム搭載」と表記することとする。なお、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合は、当然のことながら、ブラウンガスをエンジンに供給している状態であるとする。

まず、第１の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム非搭載」で、市街地走行及び長距離走行を行った場合（累計２００ｋｍ以上）の平均燃費は、ガソリン１リットルにつき「１１．１ｋｍ」であった。これに対に対して、第１の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム搭載」で、市街地走行及び長距離走行（累計３００ｋｍ以上）を行った場合の平均燃費は、ガソリン１リットルにつき「１８．８ｋｍ」であった。このように、第１の測定用車両においては、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合は「ブラウンガス発生システム非搭載」の場合に比べて、燃費がほぼ６９％向上した。

また、第１の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム非搭載」で、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の大気中への排出濃度を測定した結果、ＣＯは「０．３５ｖｏｌ％」、ＨＣは「２８９ｐｐｍ」であった。これに対して、第１の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム搭載」で、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の大気中への排出濃度を測定した結果、ＣＯは「０．０４ｖｏｌ％」、ＨＣは「８ｐｐｍ」であった。このように、第１の測定用車両においては、ＣＯはほぼ８８％も削減され、ＨＣは９７％も削減された。

次に、第２の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム非搭載」で、市街地走行及び長距離走行を行った場合（累計２００ｋｍ以上）の平均燃費は、ガソリン１リットルにつき「１１．７ｋｍ」であった。これに対に対して、第２の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム搭載」で、市街地走行及び長距離走行（累計２００ｋｍ以上）を行った場合の平均燃費は、ガソリン１リットルにつき「１７．８ｋｍ」であった。このように、第２の測定用車両においては、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合は「ブラウンガス発生システム非搭載」の場合に比べて、燃費がほぼ５２％向上した。

また、第２の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム非搭載」で、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の大気中への排出濃度を測定した結果、ＣＯは「０．３２ｖｏｌ％」、ＨＣは「１８６ｐｐｍ」であった。これに対して、第２の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム搭載」で、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の大気中への排出濃度を測定した結果、ＣＯは「０．０５ｖｏｌ％」、ＨＣは「４５ｐｐｍ」であった。このように、第２の測定用車両においては、ＣＯはほぼ８４％も削減され、ＨＣは７６％も削減された。

また、第３の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム非搭載」で、市街地走行及び長距離走行を行った場合（累計２００ｋｍ以上）の平均燃費は、ガソリン１リットルにつき「１２．５ｋｍ」であった。これに対に対して、第３の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム搭載」で、市街地走行及び長距離走行（累計３００ｋｍ以上）を行った場合の平均燃費は、ガソリン１リットルにつき「１９．３ｋｍ」であった。このように、第３の測定用車両においては、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合は「ブラウンガス発生システム非搭載」の場合に比べて、燃費がほぼ５４％向上した。

また、第３の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム非搭載」で、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の大気中への排出濃度を測定した結果、ＣＯは「０．８５ｖｏｌ％」、ＨＣは「２００ｐｐｍ」であった。これに対して、第３の測定用車両を用いて「ブラウンガス発生システム搭載」で、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の大気中への排出濃度を測定した結果、ＣＯは「０．０７ｖｏｌ％」、ＨＣは「７０ｐｐｍ」であった。このように、第３の測定用車両においては、ＣＯはほぼ９１％も削減され、ＨＣは６５％も削減された。

以上の例では、排気ガスに含まれる有害物質としては、一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）の測定結果について示したが、排気ガスに含まれるＣＯ及びＨＣ以外の有害物質として、例えば、硫黄酸化物（ＳＯｘ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）についても測定したところ、その測定データはここでは示さないが、第１〜第３の測定車両のいずれにおいても、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合は、大幅に削減することができることが確かめられた。

このように、ブラウンガス発生システム１０を搭載することにより、排気ガスに含まれる有害物質を大幅に少なくすることができるのは、燃焼性能の高いブラウンガスを混入させることによって、ガソリンが完全燃焼に近い状態で燃焼するからであると考えられる。

また、「ブラウンガス発生システム搭載の場合」は、エンジン音も静かになることも確かめられた。これも、燃焼性能の高いブラウンガスを混入させることによって、ガソリンが完全燃焼に近い状態で燃焼するからであると考えられる。

ところで、ブラウンガス発生システム１０において、電解槽１０１に貯留されている電解液１０８は徐々に減少して行くこととなるが、初期状態において電解槽１０１の電解液１０８の量を適正レベル（上限レベル）まで満たした状態にしておけば、一般的な自動車においては、１０００ｋｍ程度の走行が可能である。なお、電解液を補充する際は、電解液供給口１０５のキャップ１０５ａを開いて電解液供給口１０５から所定量を補充すればよい。

［実施形態２］
実施形態２に係るブラウンガス発生システム２０においては、ブラウンガス発生装置１００における電解槽１０１内の電解液１０８を適正な量に保持するために、電解液の補充を自動的に行うことができる電解液補充機構を設けるようにしている。

図５は、実施形態２に係るブラウンガス発生システム２０におけるブラウンガス発生装置１００を説明するために示す図である。図５は図４においてブラウンガス発生装置１００のみを取り出して示す図であり、かつ、ブラウンガス発生装置１００の一部を切り欠いて拡大して示している。図５において、図４と同一構成要素には同一符号が付されている。なお、実施形態２に係るブラウンガス発生システム２０（以下では、「ブラウンガス発生システム２０」という。）においても、電源装置４００、ヒューズ５００及び電流制御部２００などが設けられおり、図４と同様に配線されているが、図５においてはこれら各構成要素の図示は省略されている。

ブラウンガス発生システム２０におけるブラウンガス発生装置１００は、図５に示すように、電解液の補充を自動的に行うことができる電解液補充機構１３０を有している。

電解液補充機構１３０は、電解液１０８を蓄えておくための補助タンク１３１と、補助タンク１３１の下端部に設けられた電解液排出口１３１ａと電解槽１０１側の電解液供給口１０５とを接続する電解液供給パイプ１３２とを有している。電解液供給パイプ１３２は、その先端部１３２ａが電解槽１０１の所定位置となるように設けられている。すなわち、電解槽１０１内における電解液１０８の適正レベル（上限レベル）をＬ１とすれば、電解液供給パイプ１３２の先端部１３２ａの位置は、電解液１０８の適正レベルＬ１となるように設定しておく。また、補助タンク１３１には、十分な量の電解液１０８を貯留した状態としておく。

このような補助タンク１３１を設けることにより、電解槽１０１内の電解液１０８が減少すると補助タンク１３１から電解液が電解槽１０１内に自然に滴下するので、電解槽１０１内の電解液１０８が補充される。このため、電解槽１０１内の電解液１０８は、常時、適正レベルＬ１を保持することができる。これにより、ユーザーは電解槽１０１内の電解液１０８の量を殆ど気にする必要がなくなる。

ブラウンガス発生システム２０がブラウンガス発生システム１０と異なるのは、電解液補充機構１３０を設けた点だけであり、その他は、ブラウンガス発生システム１０と同様であるので、燃費及び排気ガスの測定結果などについては説明を省略する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形実施も可能である。

（１）上記各実施形態では、ブラウンガス発生システム１０又はブラウンガス発生システム２０をガソリン車に装着した場合を例示したが、ディーゼルエンジンを搭載した自動車（ディーゼル車という。）にも装着可能である。ここでは、燃費及び排気ガスの具体李的な測定結果については省略するが、ある自動車メーカーにおける排気量が２６５０ｃｃのディーゼル車において、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合と「ブラウンガス発生システム非搭載」の場合の両方で、燃費及び黒鉛の削減率などを測定した結果、「ブラウンガス発生システム搭載」の場合は、「ブラウンガス発生システム非搭載」の場合に比べて、燃費の向上が図れるとともに黒煙の削減も図れることが確かめられた。

（２）上記各実施形態では、ブラウンガス発生システム１０又はブラウンガス発生システム２０を自動車に搭載する場合において、ブラウンガス発生装置１００は１台であったが、例えば、排気量が数千ｃｃといった大型自動車などにおいては、ブラウンガス発生装置１００を複数台（たとえば３台とする。）を並列接続し、３台のブラウンガス発生装置１００それぞれに５アンペアの電流を流すようにし、かつ、３台のブラウンガス発生装置１００の各ブラウンガス排出口１０７から排出されるブラウンガスを１つにまとめてキャブレター５２０（図４参照。）の空気取り入れ口に供給するように構成してもよい。このような構成とすることで、排気量の大きな自動車であっても、排気量の大きさに見合った量のブラウンガスを供給することができる。

（３）上記実施形態では、自動車に搭載されている１２ボルトの蓄電池を電源装置４００として使用した場合を例示したが、２４ボルトの蓄電池を搭載している自動車の場合には、当該２４ポルトの蓄電池を本発明のブラウンガス発生システムの電源装置４００として使用することが可能である。

（４）上記各実施形態では、本発明のブラウンガス発生システムを一般の自動車に搭載した場合を例示したが、本発明のブラウンガス発生システムは、ハイブリッド自動車にも適用可能となるものである。これにより、ハイブリッドシステムにおける燃費向上効果と、本発明のブラウンガス発生システムにおける燃費向上効果とが相加されることになる。

（５）上記各実施形態では、本発明のブラウンガス発生システムを自動車に搭載した場合を例示したが、本発明のブラウンガス発生システムは、自動車だけでなく、内燃機関を利用した他の車両（例えば、自動二輪車、バス、トラック、ディーゼル列車など）、内燃機関を利用した船舶などの輸送機器に広く適用可能となるものである。また、クレーン、ショベルなどの建設機器にも適用可能となるものである。さらにまた、家庭用、業務用のボイラー、火力発電所のボイラー、ゴミ焼却炉などの燃焼装置全般にわたって適用可能となるものである。

１０，２０・・・ブラウンガス発生システム、１００・・・ブラウンガス発生装置、１０１・・・電解槽、１０２・・・密閉蓋、１０３・・・正電極用端子、１０４・・・負電極用端子、１０５・・・電解液供給口、１０６・・・圧力調整部、１０７・・・ブラウンガス排出口、１０８・・・電解液、１０９・・・正電極、１１０，１１１・・・負電極、１３０・・・電解液補充機構部、１３１・・・補助タンク、１３２・・・電解液供給パイプ、２００・・・電流制御部、３００・・・温度制御部、４００・・・電源装置

Claims (14)

1. 水を主成分とする電解液を貯留する電解槽と、前記電解液に浸漬されるように設けられ、耐電触性を有する正電極及び負電極と、前記電解槽の上端開口部を密閉する密閉蓋とを有し、電源装置を用いて前記正電極から前記負電極に電流を流すことにより前記電解液を電気分解してブラウンガスを発生させるブラウンガス発生装置と、
   前記正電極から前記負電極に流れる電流の値を所定値に制御する電流制御部とを備えることを特徴とするブラウンガス発生システム。
2. 請求項１に記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記所定値は、２アンペア〜７アンペアの範囲内にあることを特徴とするブラウンガス発生システム。
3. 請求項１又は２に記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記正電極及び前記負電極はそれぞれチタンが用いられ、さらに前記正電極はチタン材に貴金属メッキが施されていることを特徴とするブラウンガス発生システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記電解液の温度が設定温度以上にならないように前記電解液の温度を制御する温度制御部をさらに備えることを特徴とするブラウンガス発生システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記温度制御部は、前記電解液の温度が第１設定温度にまで上昇すると前記正電極から前記負電極に流れる電流を遮断し、その状態で前記電解液の温度が前記第１設定温度よりも低い第２設定温度にまで低下すると前記正電極から前記負電極に再び電流を流すことにより前記電解液の温度を制御することを特徴とするブラウンガス発生システム。
6. 請求項５に記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記第１設定温度は６５℃〜７５℃の範囲内にあり、前記第２設定温度は４５℃〜５５℃の範囲内にあることを特徴とするブラウンガス発生システム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記正電極は１枚の板状金属板で構成されているとともに前記負電極は２枚の板状金属板で構成されており、前記正電極及び前記負電極は、前記正電極を中心にして前記２枚の負電極が前記正電極に対して一定間隔を置いて前記正電極と対向するように配置されていることを特徴とするブラウンガス発生システム。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記ブラウンガス発生装置は、大気圧の変化に応じて前記電解槽の内部の圧力を調整する圧力調整部を有することを特徴とするブラウンガス発生システム。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
   前記電解槽は金属製であり、前記密閉蓋は合成樹脂製であることを特徴とするブラウンガス発生システム。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
    前記電解液は、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウムを水に溶解したものであって、前記炭酸ナトリウム又は前記炭酸水素ナトリウムの前記水に対する重量比が２％〜４０％の範囲内にあることを特徴とするブラウンガス発生システム。
11. 請求項１０に記載のブラウンガス発生システムにおいて、
    前記電解液は、炭酸分が除去された状態で前記電解槽に貯留されていることを特徴とするブラウンガス発生システム。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
    前記ブラウンガス発生装置は、前記電解槽に貯留されている電解液が減少したときに前記電解液を自動的に補充可能な電解液補充機構をさらに有することを特徴とするブラウンガス発生システム。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のブラウンガス発生システムにおいて、
    当該ブラウンガス発生システムは、車両に搭載するためのものであって、
    前記ブラウンガス発生装置は、前記車両の「キャブレター」又は「電子式燃料噴射装置の空気取り入れ口」に接続可能に構成されていることを特徴とするブラウンガス発生システム。
14. 請求項１３に記載のブラウンガス発生システムにおいて、
    前記電源装置は、前記車両に搭載されている蓄電池であることを特徴とするブラウンガス発生システム。

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