JP2012122383A

JP2012122383A - 内燃機関システム

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Publication number: JP2012122383A
Application number: JP2010272865A
Authority: JP
Inventors: Kazusumi Tomiyoshi; 一純富吉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-06-28

Abstract

【課題】内燃機関の燃費を大幅に向上することができる内燃機関システムを提供する。
【解決手段】内燃機関Ｔと、この内燃機関に燃焼を補助する酸水素ガスを供給する燃焼補助装置１と、を有し、燃焼補助装置は、水を収容するための水収容部１０と、水収容部内に配置され、水を電気分解し、酸水素ガスを発生する正極部２１と負極部２２と、を有し、内燃機関には、燃料の供給量を検出するセンサ部３６が形成され、センサ部により検出された燃料の供給量に応じて電源から前記正極部と前記負極部に供給する直流電流の値を変える制御部を備えることを内燃機関システム２００。
【選択図】図６

Description

本発明は、化石燃料を燃焼することで動作する自動車、船舶、鉄道車両、他の産業車両、産業機械等の内燃機関等の燃焼を補助するための内燃機関システムに関する。

従来から内燃機関は、軽油等の化石燃料の燃焼を用いているため、その省燃費のための提案が様々なされてきた。
例えば、内燃機関の省燃費を図るために、特許文献１に記載されている技術が提案されている。特許文献１では、潤滑油が繰り返し反発する磁力線（Ｎ極とＮ極又はＳ極とＳ極）の間を通過することによって潤滑油の安定化分子を増やし、および微細鉄粉を吸着して、その相乗効果により潤滑油の劣化防止を強力に図り、自動車、船舶、鉄道車両、他の産業車両、産業機械等の内燃機関の良い状態を維持して、機械本体の寿命を延命し、又省燃費及び公害ガスの低減を目的としている。(特許文献１を参照)。

特開平６−９９８４号公報

特許文献１に記載の磁力線を用いる方法では、潤滑油の粘度低下および酸化防止を維持し、本来の潤滑油（新油の状態）の働きを長期間保持することにより、内燃機関、油圧ポンプ、減速機等の良コンディションを維持し、省燃費や公害ガスの減少を図ろうとしている。
しかしながら、この特許文献１に記載の方法における内燃機関における燃費の改善はわずかであり、内燃機関の燃費を大幅に向上することができないという問題があった。

そこで、本発明は、内燃機関の燃費を大幅に向上することができる内燃機関システムを提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、内燃機関と、この内燃機関に燃焼を補助する酸水素ガスを供給する燃焼補助装置と、を有する内燃機関システムであって、前記燃焼補助装置は、水を収容するための水収容部と、前記水収容部内に配置され、前記水を電気分解し、前記酸水素ガスを発生する正極部と負極部と、を有し、前記内燃機関には、燃料の供給量を検出するセンサ部が形成され、前記センサ部により検出された燃料の供給量に応じて電源から前記正極部と前記負極部に供給する直流電流の値を変える制御部を備えることを特徴とする内燃機関システムにより達成される。

上記構成によれば、燃料の供給量に応じて、正極部と負極部に供給する直流電流の値を変えることで、内燃機関に供給し、内燃機関の燃焼を促進させるこのＨＨＯガス等の酸水素ガスの供給量を変えることができる。したがって、内燃機関を完全燃焼に近い状態で燃焼させることができると共に、その燃費も大幅に向上させることができる。

好ましくは、前記制御部は、前記内燃機関の始動と停止を行うスイッチのオン操作に応じて、前記酸水素ガスを前記内燃機関に供給すると共に、前記スイッチのオフ操作に応じて、前記酸水素ガスを前記内燃機関に供給するのを停止する構成となっていることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、内燃機関を停止している時には酸水素ガスを内燃機関側に供給することを停止できるので、酸水素ガスを無駄に供給することがなくなるので、省エネルギ化が図ることができる。

好ましくは、前記センサ部が、前記内燃機関の燃料供給管に配置される磁石と、前記内燃機関の燃料が前記燃料供給管を通過する量が増加すると、前記燃料の炭化水素の量が増加することを前記磁石からの磁束密度の変化から検出して前記制御部に通知する磁気センサと、を有する燃料通過検出部であることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、制御部は、燃料供給管内の通過燃料供給量に応じて、電源に信号を与えるので、電源は、内燃機関における燃料供給量に応じて、各組の正極部と負極部に対して与える直流電流量を調整することができる。

好ましくは、前記正極部と前記負極部は、少なくとも、チタン（Ｔｉ）を有する基材と、前記基材の表面に形成された少なくとも、イリジウム（Ｉｒ）を有する触媒層を備え、前記触媒層の上にはさらに黒鉛の層が形成されていることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、正極部のイリジウム（Ｉｒ）を含む触媒層から発生する酸素ガスと負極部のイリジウム（Ｉｒ）を含む触媒層から発生する水素ガスとを含むＨＨＯガス等の酸水素ガスを効率良く発生させることができる。
そして、このＨＨＯガス等を内燃機関に供給することで、内燃機関では、完全燃焼に近い状態の燃焼を実現できるので、内燃機関の燃費を大幅に向上させることができる。
また、黒鉛を触媒の上に形成することで、さらにＨＨＯガス等の酸水素ガスの発生量を多くすることができる。

好ましくは、前記水収容部は、電気分解槽であり、この電気分解槽内は、不導体の隔壁部材により複数の電解室に区分されており、各前記電解室内には、前記正極部と前記負極部が配置されていることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、電気分解槽内に隔壁部材を設けない場合に比べて、ＨＨＯガス等の酸水素ガスの発生量を増やすことができる。

好ましくは、前記水収容部は、前記複数の電解室の上部に配置された中仕切り部材と、前記中仕切り部材の上部に配置されて、前記酸水素ガスを収集するガス収集室を前記中仕切り部材との間に形成するための蓋部材と、を有し、前記中仕切り部材には、各前記電解室から前記ガス収集室に前記酸水素ガスを導くために各前記電解室に対応する位置にガス排出口が形成されていることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、各電解室内に発生した酸水素ガスは、各ガス排出口を通じてガス収集室内に効率よく収集して、内燃機関側に供給することができる。

好ましくは、前記正極部と前記負極部に対してパルス状の直流電流が付与されることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、パルスではなく一定直流を正極部と負極部に供給する場合に比べて、水収容部内の水の温度上昇を抑えることができるので、水収容部には冷却用のファンを設ける必要がなくなり、燃焼補助装置の小型化と軽量化を図ることができる。

好ましくは、前記酸水素ガスを前記水収容部内から前記内燃機関に供給するガス供給管を有し、前記酸水素ガスが、前記ガス供給管から前記水収容部内へ戻るのを阻止する逆止弁を有することを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、正極部からの酸素ガスと負極部からの水素ガスを含む酸水素ガスを内燃機関に供給することで、内燃機関の燃費を大幅に向上できるだけでなく、逆止弁が、ガス供給管から水収容部内へ酸水素ガス戻るのを阻止することができるので、高温の酸水素ガスの逆流を未然に防ぐことができ、安全性を向上させることができる。つまり、安全性を確保しながら内燃機関の燃費を大幅に向上させることができる。

好ましくは、前記ガス供給管の端部には、前記内燃機関の吸気部に着脱可能に接続可能なアタッチメントが形成されていることを特徴とする内燃機関システムである。

上記構成によれば、ガス供給管は内燃機関の吸気部に対してアタッチメントを用いて簡単に接続できるので、酸水素ガスは吸気部内に確実に供給できる。

本発明は、内燃機関の燃費を大幅に向上することができる内燃機関システムを提供することができる。

本発明の内燃機関システムの好ましい実施形態を示す図。図１に示す水素発生装置の具体的な外観例を示す斜視図。図２に示す電気分解槽の内部構造例を示す断面図。図３に示すプラス電極板とマイナス電極板の形状例を示している斜視図。プラス電極板とマイナス電極板の厚み方向の断面構造例を示す図。水素発生装置と内燃機関との電気的な接続例を示す図。内燃機関の吸気部と、電気分解槽の蓋部材の連結部と、ガス供給管の接続例を示す図。電気分解槽の取り付け部がボイラーの吸気部に対して着脱可能に固定されている状態を示す図。本発明の実施形態の水素発生装置が適用されている内燃機関として、ディーゼルエンジンの例を示す図。本発明の実施形態の水素発生装置が適用されている内燃機関として、高温蒸気タービンを備える発電所の例を示す図。本発明の実施形態の水素発生装置が適用されている内燃機関として、別の高温蒸気タービンを備える火力発電所の例を示す図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関システム２００を示す概略図である。図１に示すように、内燃機関システム２００は、燃焼補助装置である例えば、水素発生装置１の全体と内燃機関Ｔを有している。
図２は、図１に示す水素発生装置１の具体的な外観例を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の実施形態の水素発生装置１は、導電性の良い水にわずかな電力を与えて分解することで、効率よく酸水素ガスである例えば、ＨＨＯガスを発生させる装置であり、水の電気分解装置ともいうことができる。
この水素発生装置１は、内燃機関Ｔ内の燃焼に対して、ＨＨＯガスを、内燃機関Ｔの外部から追加的に供給して、内燃機関Ｔにおいて完全燃焼に近い状態で燃焼させるための装置である。
図１に示す内燃機関Ｔは、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガスタービン、タービンエンジン等を含み、主な用途としては、例えば温水器、蒸気ボイラー、温風機、農業用暖房施設、マイクロガスタービン、建物の冷暖房システム、漁船、船舶、定期航路船、廃棄物処理施設、ホテル・旅館、銭湯、病院、発電所等であるが、特に限定されない。

内燃機関Ｔにおける軽油や重油等の化石燃料の燃焼は、成分の炭化水（ＨＣ）と空気中の酸素（Ｏ）とが反応して起こるが、その燃焼の際に水素（Ｈ）が不足して、不完全燃焼の状態になる。この不足する水素（Ｈ）は空気中には単独では存在しないので、これまでは燃焼に必要な水素（Ｈ）を追加的に補給して利用することができなかった。
しかし、図１と図２に示す本発明の実施形態の水素発生装置１は、導電性の良い水にわずかな電力を与えて分解することで、効率よくＨＨＯガスを発生させて、化石燃料の燃焼に追加的にあるいは補給的に加えることにより、内燃機関Ｔ内の化石燃料を完全燃焼に近い状態で燃焼させることができる。この結果、本発明の実施形態の水素発生装置１は、内燃機関Ｔの排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）を劇的に減少させ、他の公害ガスも極めて少量に抑えることができ、燃費の大幅な向上が図れる。このため、内燃機関Ｔは、二酸化炭素の削減や地球温暖化防止、環境対策、そして燃費の改善を図ることができる。

図２に示すように、水素発生装置１は、水収容部である例えば、電気分解槽１０と、電源２と、電気回路３と、支持枠体４と、ガス供給管５を有している。
図２に示すように、電気分解槽１０は、電解液である水を収容するための容器、例えば好ましくは直方体形状の容器であり、電気分解槽１０は、側面部１０Ａ，１０Ｂと、正面部１０Ｃと、背面部１０Ｄと、底面部１０Ｅと、蓋部材１０Ｆを有し、電気分解槽１０内には水が収容されている。
電気分解槽１０の一方の側面部１０Ａには、電源２が固定され、他方の側面部１０Ｂには、電気回路３が固定されている。この電源２は、例えば２４Ｖの直流電源である。

図１では支持枠体４は２点破線で簡単に図示しているが、図２では支持枠体４を示している。支持枠体４は、金属製の枠体である。
支持枠体４は、電気分解槽１０と電源２と電気回路３の周囲全体を覆っており、しかも電気分解槽１０と電源２と電気回路３が一体構造になっている。このため、作業者は、この支持枠体４を持つことで、電気分解槽１０を設置面Ｂに対して安定して設置できるとともに、作業者が水素発生装置１を容易に持ち運びできるようになっている。
図２に示すように、支持枠体４は、左枠体部４Ａと右枠体部４Ｂと、底面部４Ｃと、背面部４Ｄを有している。左枠体部４Ａは、電気分解槽１０の一方の側面部１０Ａと電源２を覆っており、右枠体部４Ｂは、電気分解槽１０の他方の側面部１０Ｂと電気回路３を覆っている。これにより、電源２と電気回路３は、支持枠体４により保護されており、水素発生装置１は、例えば揺れがある船舶等に搭載したとしても、破損し難く安定して設置することができる。

図１と図２に示すように、電気分解槽１０の蓋部１０Ｆの中央部分には、ガス供給管５を接続するための連結部６を備えている。
電気分解槽１０内で生成されたＨＨＯガスは、燃焼補助ガスとして、連結部６とガス供給管５を通じて、内燃機関Ｔの吸気部Ｒ内の燃焼用の空気に対して追加的に供給できるようになっている。
しかし、図２に示すように、電気分解槽１０の蓋部材１０Ｆと正面部１０Ｃは、支持枠体４では覆われておらずに開放されている。これにより、蓋部材１０Ｆ上の連結部６の交換する際に、交換作業が容易に行える。
また、電気分解槽１０の蓋部材１０Ｆを開閉する作業を容易に行うことができ、蓋部材１０Ｆを取り外すことにより、電気分解槽１０内のメンテナンスが容易に行える。電気分解槽１０内のメンテナンスとしては、例えば後で説明する正極部である例えば、プラス電極２１と負極部である例えば、マイナス電極２２の点検や交換、あるいは水の交換や水の追加等である。

図３は、図２に示す電気分解槽１０の内部構造例を示す断面図である。
図３に示す電気分解槽１０は、不導体である材質、例えばプラスチックにより作られている。電気分解槽１０は、図２を参照して説明したように、側面部１０Ａ，１０Ｂと、正面部１０Ｃと、背面部１０Ｄと、底面部１０Ｅと、蓋部材１０Ｆを有し、電気分解槽１０内には電解液としての水Ｗが収容されている。
蓋部材１０Ｆは、側面部１０Ａ〜１０Ｄの上端部に対して着脱可能に取り付けられている。
図３に示すように、電気分解槽１０内に収容されている電解水としての水Ｗは、好ましくは蒸留水を用いることができる。この蒸留水とは、水を加熱して発生した水蒸気を冷却して作られた純度が高い水である。蒸留水は、細菌・有害物質などの不純物を９９．９％まで取り除いた安全性の高い水である。
これにより、蒸留水を用いることで、水Ｗ中の不純物を少なくすることができる。
なお、水Ｗとしては、蒸留水に限らず、場合によってはろ過水を用いても良い。このろ過水は、浄水器などのフィルターに水を通して不純物を取り除いた水である。

図３に示すように、電気分解槽１０内には、中仕切り部材１１が水平方向（図３のＸ方向）に着脱可能に配置されている。
中仕切り部材１１は不導体の材料、例えばプラスチック製の板部材である。中仕切り部材１１、側面部１０Ａ，１０Ｂ、正面部１０Ｃ、背面部１０Ｄ、そして蓋部材１０Ｆが形成する直方体形状の空間領域は、電気分解槽１０内におけるＨＨＯガスのガス収集室１５を形成している。
このように、中仕切り部材１１が着脱可能に取り付けられているので、メンテナンス作業時に、例えばプラス電極２１とマイナス電極２２の点検や交換、あるいは水Ｗの交換や水Ｗの追加等が容易に行える。

図３に示すように、この中仕切り部材１１、側面部１０Ａ，１０Ｂ、正面部１０Ｃ、背面部１０Ｄ、そして底面部１０Ｅが形成する空間領域は、電気分解槽１０内の水Ｗと複数のプラス電極板２１とマイナス電極板２２を収容する収容部１２を形成している。
この収容部１２は、複数枚の隔壁部材１３により複数の電解室１４Ａ〜１４Ｅに区分されている。
複数枚の隔壁部材１３は、側面部１０Ａ，１０Ｂと並行に同じ間隔をおいて配列されており、すなわち各隔壁部材１３は、Ｘ方向と直交するＹ方向とＺ方向により形成される面内に沿って、互いに同じ間隔をおいて並行に形成されている。
中仕切り部材１１と各隔壁部材１３は、不導体である材質、例えばプラスチックにより形成されている。各電解室１４Ａ〜１４Ｅ内には水Ｗが収容されている。
ただし、図３の例では、電気分解槽１０の収容部１２内には、同じ容積を有する５室の電解室１４Ａ〜１４Ｅが形成されているが、これに限らず、電気分解槽１０内の収容部１２には、２室〜４室の電解室、あるいは６室の電解室を形成するようにしても良い。

図３に示す各電解室１４Ａ〜１４Ｅ内には、水Ｗが収容されているとともに、水Ｗ中には一対のプラス電極板２１とマイナス電極板２２が、導電性を有する吊り下げ部材１９を用いて中仕切り部材１１から吊り下げるようにして配置されている。
このため、プラス電極板２１とマイナス電極板２２は水Ｗ中に浸漬されており、これらのプラス電極板２１とマイナス電極板２２は、Ｙ方向とＺ方向により形成される面に沿って間隔をおいて並行に配置され、互いに接触しないようになっている。

このように収容部１２内は、複数枚の隔壁部材１３により複数の電解室１４Ａ〜１４Ｅに区分されていることにより、隔壁部材１３を設けずに収容部１２内を区分しない場合に比べて、水素ガスの発生量を増やすことができる。すなわち、隣接する電極板同士の干渉を防ぐことができ、水素ガスの発生量を増やすことができる。
各プラス電極板２１とマイナス電極板２２は、導電性を有する吊り下げ部材１９を用いて電源２に対して電気的に接続されている。
なお、図３では、図示の簡単化のために、電解室１４Ａ内のプラス電極板２１とマイナス電極板２２が吊り下げ部材１９を用いて電源２に対して電気的に接続されているが、各電解室１４Ｂ〜１４Ｅ内のプラス電極板２１とマイナス電極板２２も吊り下げ部材１９を用いて、電源２に対して電気的に接続されている。

図３に示す中仕切り部材１１には、各電解質１４Ａ〜１４Ｅに対応する位置に、ガス排出口１８が形成されている。このガス排出口１８は、好ましくはプラス電極板２１とマイナス電極板２２の上部に形成されている。
電源２が、各電解質１４Ａ〜１４Ｅ内のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して、後で説明するパルス状の直流電流を通電することにより、プラス電極板２１からは酸素ガスが生成されるとともにマイナス電極２２からは水素ガスが生成され、これらの酸素ガスと水素ガスからなるＨＨＯガスは、各電解質１４Ａ〜１４Ｅ内からガス排出口１８を通じて、ガス収集室１５内に収集されるようになっている。
これにより、各電解室内に発生したＨＨＯガスは、各ガス排出口１８を通じてガス収集室内に効率よく収集して、内燃機関Ｔ側に供給できることになる。

図３の蓋部材１０Ｆの中央位置には、ガス供給管５を接続するための連結部６を備えている。この連結部６は、ガス収集室１５とガス供給管５の一端部５Ａを着脱可能に接続するために設けられており、しかも連結部６内には逆止弁２５が配置されている。
この逆止弁２５は、ガス収集室１５内に収集されたＨＨＯガスを、矢印Ｖ１方向に送ることができるが、逆方向である矢印Ｖ２方向には戻らないようにする機能を有している。
これにより、一旦内燃機関Ｔの吸気部Ｒに供給されようとしたＨＨＯガスが、ガス収集室１５へ戻ってしまうことを防ぐことができ、内燃機関Ｔ側からガス収集室１５へ火炎が万が一にも入り込むことが無いようにしている。このため、水素発生装置１の使用上の安全性を十分に確保できる。

図４は、図３に示すプラス電極としてのＳタイプ（小型）のプラス電極板２１と、マイナス電極としてのＳタイプ（小型）のマイナス電極板２２の形状例を示している。
図４（Ａ）に示すように、ほぼ長方形状の板状の部材であり、吊り下げ１９により吊り下げられている。
図４（Ｂ）に示すように、電源２は、好ましくは矩形波のパルス状の直流電流２９を、プラス電極板２１とマイナス電極板２２に供給するようになっている。
電源２が図３に示す５組のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して供給される矩形波のパルス状の直流電流２９の電流値は、好ましくは２Ａ〜２０Ａである。直流電流２９が２Ａよりも小さいと、水Ｗの電気分解効率が低下するのでＨＨＯガスの発生量が低下するので好ましくなく、直流電流２９が２０Ａよりも大きいと、ＨＨＯガスの発生量は増えるが消費電力が大きくなるので好ましくない。

このパルス状の直流電流２９の周波数は、好ましくは１，０００ｋＨｚ〜４，０００ｋＨｚである。直流電流２９の周波数が１，０００ｋＨｚよりも小さいと、消費電力が大きくなってしまうので好ましくなく、直流電流２９の周波数が４，０００ｋＨｚよりも大きいと、電流量が多くなってしまうので好ましくない。

このように、電源２は、好ましくは矩形波のパルス状の直流電流２９をプラス電極板２１とマイナス電極板２２に供給することは、パルス波の直流電流ではなく一定直流電流をプラス電極板２１とマイナス電極板２２に供給する場合に比べて、電気分解槽１０内の水Ｗの温度上昇を抑えることができる。従って、電気分解槽１０には冷却用のファンを設ける必要が無くなる。
これにより、本発明の実施形態の水素発生装置１では、冷却用のファンの設定が不要であるので、水素発生装置１の小型化と軽量化を図ることができ、冷却用のファンが無くても、水Ｗの温度はほぼ一定の低い温度、例えば３６℃に抑えることができる。
ただし、プラス電極板２１とマイナス電極板２２の形状は、ほぼ長方形状の板状の部材であるが、特に限定されず任意の形状を採用できる。

図５は、プラス電極板２１とマイナス電極板２２の厚みＤＳ方向の断面構造例を示している。
図５（Ａ）は、本発明の実施形態におけるプラス電極板２１とマイナス電極板２２の厚みＤＳ方向の断面構造を示し、図５（Ｂ）は、本発明の実施形態におけるプラス電極板２１とマイナス電極板２２の厚みＤＳ方向の別の断面構造を示している。
図５（Ａ）に示すプラス電極板２１とマイナス電極板２２の厚みＤＳ方向の断面構造は、基材３０と、触媒層３１により構成されている。基材３０は好ましくはＴｉ（チタン）であり、触媒層３１は好ましくはＩｒ（イリジウム）である。

このＩｒの触媒層３１は、基材３０の一方の面３０Ａと他方の面３０Ｂにそれぞれ被覆して形成されている。基材３０の厚みＭは、好ましくは５ｍｍである。基材３０の厚みが５ｍｍよりも小さいと、電極板の強度が不足するおそれがある。
また、Ｉｒの触媒層３１の厚みＮは、好ましくは５μｍ〜１０μｍである。ここで、Ｉｒの触媒層３１の厚みＮが５μｍよりも小さいと、電流が流れた時に触媒層３１が基材３０から剥がれやすくなる。また、Ｉｒの触媒層３１の厚みＮが１０μｍよりも大きいと、コスト高になってしまう。
このようなＩｒを触媒層３１とすることで、ＨＨＯガスの発生量を多くすることができる。

また、図５（Ｂ）に示すプラス電極板２１とマイナス電極板２２の断面構造は、図５（Ａ）に示すプラス電極板２１とマイナス電極板２２の断面構造より、さらに好ましい構造である。
図５（Ｂ）に示すプラス電極板２１とマイナス電極板２２の厚みＤＳ方向の断面構造は、基材３０と、中間接着層３３と、触媒層３４により構成されている。
基材３０は好ましくは金属材料であるＴｉ（チタン）であり、中間接着層３３は好ましくは金属材料であるＩｒ（イリジウム）である。さらに、触媒層３４は好ましくは鉱物である黒鉛である。

このＩｒの中間接着層３３は、基材３０の一方の面３０Ａと他方の面３０Ｂにそれぞれ形成されている。
各Ｉｒの中間接着層３３の表面には、黒鉛の触媒層３４がそれぞれ被覆して形成されている。このように、黒鉛の触媒層３４は、Ｉｒの中間接着層３３を用いて基材３０に対して接着により固定されている。
基材３０の厚みＭ１は、例えば５ｍｍである。基材３０の厚みＭは、好ましくは５ｍｍである。基材３０の厚みが５ｍｍよりも小さいと、電極板の強度が不足するおそれがある。

Ｉｒの中間接着層３３と黒鉛の触媒層３４の合計の厚みＮ１は、好ましくは５μｍ〜１０μｍである。
ここで、Ｉｒの中間接着層３３と黒鉛の触媒層３４の合計の厚みＮ１が５μｍよりも小さいと、電流が流れた時にＩｒの中間接着層３３と黒鉛触媒層３４が基材３０から剥がれやすくなる。
また、Ｉｒの中間接着層３３と黒鉛触媒層３４の合計の厚みＮ１が１０μｍよりも大きいと、コスト高になってしまう。

図５（Ｂ）に示すプラス電極板２１とマイナス電極板２２のように、触媒層３４として黒鉛を用いることにより、図５（Ａ）に示すプラス電極板２１とマイナス電極板２２のように、黒鉛である触媒層３４を用いない場合に比べて、さらにＨＨＯガスの発生量をより多くすることができるメリットがある。

図６は、水素発生装置１と内燃機関Ｔとの電気的な接続例を示している。
図６では、水素発生装置１の電気回路３には、制御部８８を有しており、電気回路３は電源２に対して電気的に接続されている。電気回路３の制御部８８からの指令信号Ｓにより電源２のオン／オフ操作を行うことができる。
一方、内燃機関Ｔは、内燃機関Ｔの始動と停止を行うためのイグニッションスイッチ３５と、センサ部である例えば、燃料通過検出部３６を有している。イグニッションスイッチ３５を操作して内燃機関Ｔの動作の始動を行う際の始動信号ＳＳと、内燃機関Ｔの動作の停止を行う際の停止信号ＳＰは、電気回路３の制御部８８に送られる。

操作者が、イグニッションスイッチ３５を操作して内燃機関Ｔを始動すると、始動信号ＳＳがイグニッションスイッチ３５から制御部８８に送られることにより、制御部８８は電源２に指令信号Ｓを送って電源２をオン操作する。
これにより、電源２から図３に示す各電解質１４Ａ〜１４Ｅ内のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して、パルス状の直流電流を通電して、プラス電極板２１からは酸素ガスが生成されるとともに、マイナス電極２２からは水素ガスが生成され、これらの酸素ガスと水素ガスからなるＨＨＯガスは、各電解質１４Ａ〜１４Ｅ内からガス排出口１８を通じて、ガス収集室１５内に収集される。
ガス収集室１５内のＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５を通じて、内燃機関Ｔの吸気部Ｒに供給することができる。

また、操作者が、イグニッションスイッチ３５を操作して内燃機関Ｔを停止すると、停止信号ＳＰがイグニッションスイッチ３５から制御部８８に送られることにより、制御部８８は電源２に指令信号Ｓを送って電源２をオフ操作する。
これにより、電源２から図３に示す各電解質１４Ａ〜１４Ｅ内のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して、パルス状の直流電流を供給しなくなり、プラス電極板２１からの酸素ガスの生成とマイナス電極２２からの水素ガスの生成を停止させる。

このため、ガス収集室１５内のＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５を通じて、内燃機関Ｔの吸気部Ｒに供給しなくなる。
このように、内燃機関Ｔのイグニッションスイッチ３５のオン／オフ操作に対応して、電源２のオン／オフ操作を連動させることができるので、内燃機関Ｔの動作をする時だけ、内燃機関Ｔの吸気部Ｒ内の空気に対して、電気分解槽１０からＨＨＯガスを供給するようになっているので、無駄なガス発生動作を防いで、効率よくＨＨＯガスの発生を行うことができる。
すなわち、内燃機関Ｔを停止している時にはＨＨＯガスを内燃機関側に供給することを停止できるので、ＨＨＯガスを無駄に供給することが無くなり省エネルギ化が図れる。

また、図６に示すように、燃料通過検出部３６は、磁気センサ４０と磁石４１を有している。磁石４１としては、フェライト磁石を用いることができる。磁気センサ４０としては、ホール効果という磁場と電流の相互作用によって起電力が発生する素子（ホール素子）を利用したセンサや、磁石４１が発生する磁界の強さに応じて電気抵抗値が変化する各種の磁気抵抗（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子を用いてホイートストン・ブリッジを構成したセンサである。

図６に示すように、磁気センサ４０と磁石４１は、内燃機関Ｔの燃料供給管４４の外周部に対して対向して配置されている。
燃料供給管４４内を通過している燃料の量が増加すると、ＣＨ（炭化水素）の量が増加することにより磁石４１からの磁束密度が変わることを利用している。磁気センサ４０は、燃料供給管４４内に通過している通過燃料供給量に応じた燃料通過信号ＳＤを、制御部８８に供給するようになっている。

そして、制御部８８は、燃料供給管４４内の通過燃料供給量に応じて、電源２に電流供給量調整信号ＳＶを与える。従って、電源２は、内燃機関Ｔにおける燃料供給量に応じて、図３に示す各組のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して与えるパルス状の直流電流量を調整することができる。

具体的には、内燃機関Ｔにおける燃料供給量が増えれば、電源２が各組のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して与えるパルス状の直流電流量を増やし、内燃機関Ｔにおける燃料供給量が減れば、電源２が各組のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して与えるパルス状の直流電流量を減らす。
このようにすることで、電源２が各組のプラス電極板２１とマイナス電極板２２に対して与える直流電流量を、燃料使用量に応じて適切に供給でき、無駄なＨＨＯガスを発生させることが無いので、水素発生装置１の省エネルギ化を図ることができる。

図７は、内燃機関Ｔの吸気部Ｒと、電気分解槽１０の蓋部材１０Ｆの連結部６と、ガス供給管５の接続例を示している。
連結部６内には、逆止弁２５が配置されており、電気分解槽１０のガス収集室１５は、連結部６とガス供給管５を用いて、吸気部Ｒの開口部５０に接続されている。
この吸気部Ｒの開口部５０は、吸気部Ｒに予め形成された孔であり、開口部５０の周囲には、受け部５１が形成されている。

ガス供給管５の一端部５Ａは、連結部６に接続されているが、ガス供給管５の他端部５Ｂは、取り付け部５２に接続されている。
吸気部Ｒは金属製であり、例えば鉄により作られており、取り付け部５２は例えば４０００ガウスのマグネットである。
これにより、取り付け部５２は、この吸気部Ｒの受け部５１内に着脱可能に位置決めして簡単にしかも確実に固定できる。

このように取り付け部５２が吸気部Ｒの受け部５１に対して固定されると、図３に示す電気分解槽１０のガス収集室１５に収集されたＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５の一端部５Ａと他端部５Ｂを通じて、吸気部Ｒの開口部５０から吸気部Ｒ内を通る空気ＡＲに対して追加的に供給することができ、空気ＡＲとともに水素ガスが内燃機関内の燃焼に補給されることになる。
このため、ガス供給管５は、内燃機関Ｔの吸気部Ｒに対してアタッチメントである取り付け部５２を用いて簡単に接続できるので、ＨＨＯガスは吸気部Ｒ内に確実に供給できる。

図１に示す内燃機関Ｔとして、重油を使用するディーゼルエンジンを搭載した船に、本実施形態の水素発生装置１を搭載した場合、ディーゼルエンジンの吸気部に対してＨＨＯガスを供給することにより、ディーゼルエンジンから煙の排出が無くなった。しかもディーゼルエンジンの音が静かになり、振動が軽減され、しかも消費燃料の削減ができた。これは、次の理由からである。

軽油や重油の等の化石燃料の燃焼は、成分の炭化水（ＨＣ）と空気中の酸素（Ｏ）とが反応して起こるが、その燃焼の際には水素（Ｈ）が不足して不完全燃焼の状態になる。
本発明の実施例では、この不足する空気中には単独では存在しない水素（Ｈ）を、水を分解することによって発生させて、内燃機関Ｔの吸気部を通じて燃料に加えることで、燃料を完全燃焼に近い状態で燃焼させることができる。

図３に示す電気分解槽１０では、通電性の良い水Ｗにわずかに電力を供給することで分解することで、効率よくＨＨＯガスを発生させて内燃機関Ｔ内の燃料に添加することで、燃料をより完全燃焼に近い状態で燃焼させることができる。
これまでは、空気中には水素（Ｈ）が無いために、燃焼に必要な水素（Ｈ）の利用ができなかったが、ＨＨＯガスを内燃機関Ｔの火炎に供給することで、内燃機関Ｔの排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）も劇的に減少させ、その他の公害ガスも極めて少量に抑えることができ、その結果燃費を大幅に減少できる。

重油や軽油を内燃機関において完全燃焼させるためには、かなりのカロリーの水素が必要である。ところが、水素はボンベに蓄えるという固定概念があり、爆発の危険があると思われがちである。
なお、本発明の実施形態の水素発生装置１を用いることで、水から水素を含むＨＨＯガスを、内燃機関を運転するのに必要な時にだけ発生させており、水素を蓄えているのではないので爆発の危険性を伴わない。

ＨＨＯガスとは、水に含まれる水素を微量の電流で分解して発生させるが、このＨＨＯガスを燃料と一緒に混焼させることにより、内燃機関Ｔの燃焼効率を上げることができる。
本発明の実施形態の水素発生装置１は、重油や軽油だけに限らず、バイオオイル、重質油等、ほとんどの化石燃料を用いる内燃機関に対して取り付けることができる。

図８（Ａ）と図８（Ｂ）は、電気分解槽１０の取り付け部５２がボイラーの吸気部ＢＲに対して着脱可能に固定されている状態を示している。
ボイラーの吸気部ＢＲは金属製であり、取り付け部５２がボイラーの吸気部ＢＲに対して磁力により着脱できるように固定されている。
これにより、図３に示す電気分解槽１０のガス収集室１５に収集されたＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５の一端部５Ａと他端部５Ｂを通じて、図８に示すボイラーの吸気部ＢＲの開口部５３から吸気部ＢＲ内を通る空気ＡＲに対して供給することができ、空気ＡＲには水素ガスが補給されることになる。

図９は、本発明の実施形態の水素発生装置１が適用されている内燃機関Ｔとして、上述した船舶用のディーゼルエンジンＴ１の例を示している。
図９に示すディーゼルエンジンは、例えば船舶の動力源に用いられ、一例として４気筒エンジンである。しかし、ディーゼルエンジンは、船舶用に限らず他の用途、例えば陸上走行をするトラックやバスや建設機械等の動力源に使用するエンジンであっても良い。
ディーゼルエンジンは、４気筒に限らず他の気筒数であっても良い。船舶としては、タンカーや漁船あるいは客船、定期航路船等を含む。

図９に示す内燃機関としてのディーゼルエンジンＴ１は、スクリュー等を動作させる駆動部６０と、本発明の実施形態の水素発生装置１を備えている。
ディーゼルエンジンＴ１の構造例を説明すると、シリンダ６１の中にはクランク６２と連接棒６３とピストン６４を有している。
ピストン６４は、連接棒６３とクランク６２を介してクランク軸６５を中心してＫ方向に往復移動可能である。シリンダヘッド６８には、吸気部６９と排気部７０が形成されている。
吸気部６９と排気部７０には、ピストン６４に対面して吸気弁６６と排気弁６７がそれぞれ設けられている。

図９に示す燃料タンク７１には、燃料（軽油あるいは重油）が収容されており、この燃料は燃料噴射ポンプ７２により燃料噴射ノズル７３からシリンダ６１内に予め定めた噴射タイミングで噴射される。
排気部７０側には、船舶のスクリュー等を動作させる駆動部６０が配置されている。
図９に示す水素発生装置１は、ＨＨＯガスを、逆止弁２５とガス供給管５と取り付け部５２を介して吸気部６９の吸気管６９Ａ内の空気に供給されるようになっている。

ここで、図９を参照して、内燃機関ＴとしてのディーゼルエンジンＴ１の動作例を説明する。
図９（Ａ）に示す空気の吸入工程では、ピストン６４が下がり吸気弁６６が開くタイミングで、吸気部６９からシリンダ６１内に空気を吸入すると同時にＨＨＯガスをも吸入する。
図９（Ｂ）に示す圧縮・噴射工程では、ピストン６４が下死点まで下がり吸気弁６６が閉じると同時に、ピストン６４が上昇を始めて、シリンダ６１内の空気とＨＨＯガスが圧縮されて高温高圧となり、燃料噴射ノズル７３から霧状の燃料が噴射される。

図９（Ｃ）に示す燃焼工程では、圧縮されたことで発生する熱により、燃料は自己着火して爆発してピストン６４を押し下げる。
図９（Ｄ）の排気工程では、ピストン６４が再び下死点に下がると、排気弁６７が開いて、ピストン６４の上昇とともに排気ガスが排気タービン７４，７５側に押し出され、再び図９（Ａ）に示す空気の吸入工程に移り、図９（Ａ）の吸入工程から図９（Ｄ）の排気工程を繰り返すことになる。

図９に示すディーゼルエンジンＴ１では、動作をする時だけ、吸気部６９に対して、電気分解槽１０からＨＨＯガスを供給するようになっているので、無駄なガス発生動作を防いで、効率よくＨＨＯガスの発生をすることができる。
図３に示す電気分解槽１０のガス収集室１５に収集されたＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５の一端部５Ａと他端部５Ｂを通じて、吸気部６９内を通る空気に対して供給することができ、空気には水素ガスが補給されることになる。

このため、効率よくＨＨＯガスを発生させてピストン６４内の燃料に添加することで、ディーゼルエンジンＴ１内の燃料をより完全燃焼に近い状態で燃焼させることができる。ＨＨＯガスを追加的に供給することで、ディーゼルエンジンＴ１の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）も劇的に減少させ、その他の公害ガスも極めて少量に抑えることができ、その結果燃費を大幅に減少できる。

図１０は、本発明の実施形態の水素発生装置１が適用されている内燃機関として、高温蒸気タービンを備える発電所の例を示している。
図１０に示す蒸気ガスタービン９０は、ボイラー建屋９１と、蒸気タービン建屋９２を有している。ボイラー建屋９１内には、ボイラー９３が収容されており、蒸気タービン建屋９２内には、蒸気タービン装置９４と、発電機１３５と、熱交換器９６と、給水ポンプ９７が収容されている。
図１０に示すボイラー９３内には、天然ガス供給部１３０が接続されている。天然ガス供給部１３０はボイラー９３内に天然ガスを供給する。

一方、図１０に示すタービン装置９４のタービン１３１は、発電機１３５に連結されており、タービン１３１とボイラー９３は、配管１５２により接続されている。
熱交換器９６には、水供給部１４０から水を供給して、熱交換した後の加熱された水は排水部１４１に排水されるようになっている。

熱交換部９６の容器１４３内には、純水タンク１２４から純水が供給されるようになっている。この純水は、給水ポンプ９７の動作により、熱交換器９６の周囲と、配管１４５，１４７を通って、ボイラー９３内の火炎１１６により加熱された後に、高温の蒸気となって配管１５２を通じて蒸気タービン１３１に戻ることで、高温の蒸気は蒸気タービン１３１に吹き付けられて蒸気タービン１３１を回転させる。
この蒸気タービン１３１の回転により、発電機１３５は発電することができる。発電機１３５により発電された電力は、変圧器１２２により変圧された後に、需要者に送られる。

図１０に示すように、本発明の実施形態の水素発生装置１のガス供給管５は、上述した構造を有するボイラー９３側の空気の吸気部１６０に接続されている。
これにより、水素発生装置１の電気分解槽１０内で発生するＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５と吸気部１６０を通じて、ボイラー９３の火炎１１６に供給することができる。
このため、効率よくＨＨＯガスを発生させてボイラー９３内の天然ガスに添加することで、燃料をより完全燃焼に近い状態で燃焼させることができ、ＨＨＯガスを供給することで、ボイラー９３の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）も劇的に減少させ、その他の公害ガスも極めて少量に抑えることができ、その結果燃費を大幅に減少できる。

図１１は、本発明の実施形態の水素発生装置１が適用されている内燃機関として、別の高温蒸気タービンを備える火力発電所の例を示している。
図１１に示す火力発電所１００は、ボイラー建屋１０１と、蒸気タービン建屋１０２を有している。ボイラー建屋１０１内には、ボイラー１０３が収容されており、蒸気タービン建屋１０２内には、蒸気タービン装置１０４と、発電機１０５と、熱交換器１０６と、給水ポンプ１０７が収容されている。

図１１に示すボイラー１０３内には、燃料油タンク１０８と石炭供給部１０９と石炭灰回収部１１０が接続されている。その他に、図示を省略するが、ボイラー１０３には排煙脱硝装置や集塵装置が接続されている。
燃料油タンク１０８はボイラー１０３内に燃料油を供給し、石炭供給部１０９はボイラー１０３内に石炭を供給する。石炭灰回収部１１０は燃焼により発生した石炭灰をボイラー１０３内から回収する。

一方、図１１に示すタービン装置１０４のタービン１１１は、発電機１０５に連結されており、タービン１１１とボイラー１０３は、配管１１２により接続されている。熱交換器１０６には、水供給部１２０から水を供給して、熱交換した後の加熱された水は排水部１２１に排水されるようになっている。
熱交換部１０６の容器１１３内には、純水タンク１１４から純水が供給されるようになっている。
この純水は、給水ポンプ１０７の動作により、熱交換器１０６の周囲と、配管１１５，１１７を通って、ボイラー１０３内の火炎１１６により加熱された後に、高温の蒸気となって配管１１２を通じて蒸気タービン１１１に戻ることで、高温の蒸気は蒸気タービン１１１に吹き付けられて蒸気タービン１１１を回転させる。
この蒸気タービン１１１の回転により、発電機１０５は発電することができる。発電機１０５により発電された電力は、変圧器１２２により変圧された後に、需要者に送られる。

図１１に示すように、本発明の実施形態の水素発生装置１のガス供給管５は、ボイラー１０３側の空気の吸気部１６０に接続されている。
これにより、水素発生装置１の電気分解槽１０内で発生するＨＨＯガスは、連結部６の逆止弁２５とガス供給管５と配管部１０８Ａ，１０９Ａを通じて、ボイラー１０３の火炎１１６に供給することができる。

このため、効率よくＨＨＯガスを発生させてボイラー１０３内の燃料油と石炭燃料に添加することで、燃料をより完全燃焼に近い状態で燃焼させることができ、ＨＨＯガスを供給することで、ボイラー１０３の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）も劇的に減少させ、その他の公害ガスも極めて少量に抑えることができ、その結果燃費を大幅に減少できる。
本発明の実施形態の水素発生装置を用いることにより、内燃機関の燃料削減率は、４０％〜６０％であり、内燃機関の燃費を大幅に向上することができる。

ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明は様々な修正と変更が可能であり、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形が可能である。
本発明の実施形態の水素発生装置は、水素ガス発生装置ともいうことができ、内燃機関に対してＨＨＯガスを供給することで、内燃機関内をほぼ完全燃焼に近い形で燃焼させることができるが、上述したように、内燃機関としては、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、ガソリンエンジン等を含む。
用途例としては、冷暖房システム、マイクロガスタービン、農業用暖房設備、温風機、温水器、蒸気ボイラー、廃棄物処理システム、発電所、大型タンカーや漁船あるいは客船、定期航路船等の内燃機関、トラックやバス等の陸上車両の内燃機関、自家発電機、旅館・ホテル、銭湯、病院等の公共施設に用いられている内燃機関等である。

１・・・水素発生装置（電気分解装置）、２・・・電源、３・・・電気回路、４・・・支持枠体、５・・・ガス供給管、１０・・・電気分解槽、１０Ｆ・・・蓋部材、１１・・・中仕切り部材、１２・・・収容部、１４Ａ〜１４Ｅ・・・電解室、１５・・・ガス収集室、１８・・・ガス排出口、２１・・・プラス電極板（プラス電極）、２２・・・マイナス電極板（マイナス電極）、２５・・・逆止弁、２９・・・パルス状の直流電流、３０・・・基材、３１・・・触媒層、３３・・・中間接着層、３４・・・触媒層、３６・・・燃料通過検出部、４０・・・磁気センサ、４１・・・磁石、５２・・・取り付け部（アタッチメントの例）、８８・・・制御部、２００・・・内燃機関システム、Ｒ・・・吸気部、Ｗ・・・水

Claims

内燃機関と、この内燃機関に燃焼を補助する酸水素ガスを供給する燃焼補助装置と、を有する内燃機関システムであって、
前記燃焼補助装置は、水を収容するための水収容部と、
前記水収容部内に配置され、前記水を電気分解し、前記酸水素ガスを発生する正極部と負極部と、を有し、
前記内燃機関には、燃料の供給量を検出するセンサ部が形成され、
前記センサ部により検出された燃料の供給量に応じて電源から前記正極部と前記負極部に供給する直流電流の値を変える制御部を備えることを特徴とする内燃機関システム。
前記制御部は、前記内燃機関の始動と停止を行うスイッチのオン操作に応じて、前記酸水素ガスを前記内燃機関に供給すると共に、前記スイッチのオフ操作に応じて、前記酸水素ガスを前記内燃機関に供給するのを停止する構成となっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
前記センサ部が、前記内燃機関の燃料供給管に配置される磁石と、
前記内燃機関の燃料が前記燃料供給管を通過する量が増加すると、前記燃料の炭化水素の量が増加することを前記磁石からの磁束密度の変化から検出して前記制御部に通知する磁気センサと、を有する燃料通過検出部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関システム。
前記正極部と前記負極部は、少なくとも、チタン（Ｔｉ）を有する基材と、前記基材の表面に形成された少なくとも、イリジウム（Ｉｒ）を有する触媒層を備え、
前記触媒層の上にはさらに黒鉛の層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関システム。
前記水収容部は、電気分解槽であり、この電気分解槽内は、不導体の隔壁部材により複数の電解室に区分されており、
各前記電解室内には、前記正極部と前記負極部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４にいずれか１項に記載の内燃機関システム。
前記水収容部は、
前記複数の電解室の上部に配置された中仕切り部材と、
前記中仕切り部材の上部に配置されて、前記酸水素ガスを収集するガス収集室を前記中仕切り部材との間に形成するための蓋部材と、を有し、
前記中仕切り部材には、各前記電解室から前記ガス収集室に前記酸水素ガスを導くために各前記電解室に対応する位置にガス排出口が形成されていることを特徴とする請求項５記載の内燃機関システム。
前記正極部と前記負極部に対してパルス状の直流電流が付与されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関システム。
前記酸水素ガスを前記水収容部内から前記内燃機関に供給するガス供給管を有し、
前記酸水素ガスが、前記ガス供給管から前記水収容部内へ戻るのを阻止する逆止弁を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の内燃機関システム。
前記ガス供給管の端部には、前記内燃機関の吸気部に着脱可能に接続可能なアタッチメントが形成されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関システム。