CN1630779A - 热机用液体燃料活性化装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于使供给到热机的液体燃料活性化、使其高效地燃烧、减少废气中生成的有害物质、提高每公升燃料行驶的公里数、获得较高的输出功率的热机用液体燃料的活性化装置。其中，热机用液体燃料活性化装置包围到热机的液体燃料的供给管1，并排排列磁极(N、N、N…和S、S、S…)对峙的成对的磁铁组(5N、5N、5N…和5S、5S、5S…)，该液体燃料活性化装置，其成对的一个磁铁组(5N、5N、5N…)具有的相同磁极(N、N、N…)的轨迹、以及另一个磁铁组(5S、5S、5S…)具有的相同磁极的轨迹(S、S、S…)为以供给管(1)的燃料供给方向(O)为对称轴的成对的螺旋线(5NP和5SP)。

Description

热机用液体燃料活性化装置
技术领域
本发明涉及一种用于使供给到热机的液体燃料活性化、使其高效地燃烧、减少废气中生成的有害物质的热机用液体燃料的活性化装置。
背景技术
象汽车或船舶的发动机那样的内燃机、或象锅炉那样的外燃机，主要使用汽油、轻油、液化石油气(LPG)、重油、煤油、酒精类等液体燃料。这些液体燃料通常缔合多个分子，形成大的稳定的分子串。在燃烧时，由于氧不能渗透到大的分子串的深部，所以，容易产生不完全燃烧现象。若存在不完全燃烧，废气中含有大量的有害的一氧化碳、残留碳氢化合物、颗颗粒物质，要污染环境。另外，存在的问题是，输出和热效率低，燃料费用高(每公升燃料行驶的公里数低)。再有，碳泥或沉积物附着在热机的燃烧室内，会引起发动机恶化和环境污染。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，其目的是提供一种用于使供给到热机的液体燃料活性化、使其高效地燃烧、减少废气中生成的有害物质、提高燃料费用利用率(提高每公升燃料行驶的公里数)、获得较高的输出的热机用液体燃料的活性化装置。
本发明的发明人在专心对热机用燃料活性化装置进行研究的过程中，发现在液体燃料流过到热机的液体燃料的供给管时，燃料能被磁铁活性化，由此完成了本发明。
即，为了达到上述目的而提出的本发明的热机用液体燃料活性化装置，若参照与实施例对应的图1进行说明，则是热机用液体燃料活性化装置安装包围到热机的液体燃料的供给管1，并排地排列磁极N、N、N…和S、S、S…对峙的成对的磁铁组5N、5N、5N…和5S、5S、5S…，其中，成对的一个磁铁组5N、5N、5N…具有的相同磁极N、N、N…的轨迹、以及另一个磁铁组5S、5S、5S…具有的相同磁极的轨迹S、S、S…形成为以供给管1的燃料供给方向O为对称轴的成对的螺旋线5NP和5SP。
一个磁铁组5N、5N、5N…或5S、5S、5S…的各磁铁，能恰当地以磁极N、N、N…和S、S、S…的方向相对供给管1的燃料供给方向O沿辐射方向排列的形式进行实施(参照图2、图3)。
另外，一个磁铁组5N、5N、5N…或5S、5S、5S…的各磁铁，也能恰当地以磁极N、N、N…和S、S、S…的方向相对供给管1的燃料供给方向O平行地排列的形式进行实施(参照图4、图5)。
该热机用液体燃料活性化装置，最好在供给管1的燃料供给方向O的燃料源一侧与磁铁组邻接地并置有远红外线放射性的陶瓷10(参照图2)。
再有，该热机用液体燃料活性化装置也可以具有多个成对的磁铁组，具有多个成对的螺旋线。即，如图6所示，成对的磁铁组具有多个5N1、5N1、5N1…及5S1、5S1、5S1…、和5N2、5N2、5N2…及5S2、5S2、5S2…，具有多个与其对应的成对的螺旋线5NP1及5SP1、和5NP2及5SP2。
本发明的另一热机用液体燃料活性化装置，若参照图7进行说明，则是在到热机的液体燃料的供给管21的途中，交替地设置安装包围供给管21、配置成辐射状、磁轴方向与供给管21平行或正交的磁铁25(a)～25(f)(参照图8)，和安装包围供给管21的远红外线放射性的陶瓷26。
多个磁铁25(a)～25(f)的各磁轴方向，即可以如图7和图8所示，朝向供给管21的中心，与液体燃料的流动方向正交，也可以如图9所示，与供给管21平行，即，与液体燃料的流动方向平行。不管是哪种形式，磁铁25(a)～25(f)所产生的磁力线，其一部分在供给管21内与燃料的流动方向正交。
相邻且相互对峙设置的磁铁25，最好是其磁轴方向相反。也可以该相邻的所有的磁铁25其磁轴方向相反。另外，也可以只有相邻的一部分磁铁25其磁轴方向相反。在相邻的磁铁的磁轴方向相反的场合，磁铁相互排斥，在相邻的磁铁的磁轴方向相同的场合，磁铁相互吸引。例如，如图7所示，在各磁铁的磁轴方向是相同的、在辐射状的磁铁排25A或25B之间存在相互排斥的磁场，在各磁铁的磁轴方向相反的、在辐射状的磁铁排25A和25B之间存在相互吸引的磁场。
陶瓷26是粉状、颗粒状、或板状的，最好由角闪石、或电石构成。
该热机用液体燃料活性化装置，其该液体燃料是重油或轻油特别理想。
附图说明
图1是表示应用本发明的热机用液体燃料活性化装置的一实施例的主要部位的结构简图。
图2是表示该液体燃料活性化装置的具体例子的剖去一部分的侧视图。
图3是该液体燃料活性化装置的A-A纵剖面的剖视图。
图4是表示应用本发明的热机用液体燃料活性化装置的另一具体例子的剖去一部分的侧视图。
图5是该液体燃料活性化装置的B-B纵剖面的剖视图。
图6是表示应用本发明的热机用液体燃料活性化装置的又一其它实施例的主要部位的结构简图。
图7是表示应用本发明的热机用液体燃料活性化装置的又一其它实施例的剖去一部分的侧视图。
图8是该液体燃料活性化装置的纵剖视图。
图9是应用本发明的热机用液体燃料活性化装置的又一其它实施例的纵剖视图。
图10所示是发动机负荷为25％时的爆发压力的测定结果的曲线。
图11所示是发动机负荷为75％时的爆发压力的测定结果的曲线。
图12所示是点火延时的测定结果的曲线。
图13所示是燃料消耗量的测定结果的曲线。
图14所示是废气温度的测定结果的曲线。
图15所示是CH4排量的测定结果的曲线。
图16所示是CO排量的测定结果的曲线。
图17所示是NOX排量的测定结果的曲线。
图18所示是N2O排量的测定结果的曲线。
图19所示是硫化物排量的测定结果的曲线。
图20所示是积炭排量的测定结果的曲线。
图21所示是颗粒物排量的测定结果的曲线。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的热机用液体燃料活性化装置的理想实施形式进行说明。
图1所示是应用本发明的热机用液体燃料活性化装置的一实施例的主要部位的结构简图。图2是表示图1的燃料活性化装置的具体的详细情况的剖去一部分的剖视图。图3是该燃料活性化装置的纵剖面(A-A)的剖视图。
该热机用液体燃料活性化装置是设置在从内燃机或外燃机的燃料箱到热机的液体燃料的供给管1的中途(燃料供给方向如箭头O所示)、覆盖该供给管1的装置。如图1和图2所示，象是围绕供给管1一样，磁铁组5N、5N、5N…和磁铁组5S、5S、5S…配置在外形是六棱柱的不锈钢罩子12、13中。
如图3所示，内侧罩子12是将六棱柱的空心筒沿纵向劈成对开的两半、连接平坦的接合部的形状。在其梯形三边的外周粘贴有磁铁组，磁铁组5N、5N、5N…的各磁铁，使磁极N朝向内侧，象是与其对峙一样，磁铁组5S、5S、5S…的各磁铁，使磁极S朝向内侧。即，所有磁铁的磁极方向关于燃料供给管1的中心O相隔60°朝向辐射方向，磁铁组5N、5N、5N…各磁铁的磁极N→S向外侧辐射，磁铁组5S、5S、5S…各磁铁的磁极S←N朝向向心内侧。在各磁铁的外侧连接有轭铁17。
再有，磁铁组5N、5N、5N…各磁铁，沿内侧罩子12的长度方向，每向右旋转60°(各磁铁每旋转一次的顺序)，各错开磁铁的半个厚度的距离，粘贴在内侧罩子12上。因此，对峙的磁铁组5S、5S、5S…各磁铁也沿内侧罩子12的长度方向，每向左旋转60°，各错开磁铁的半个厚度的距离，进行粘贴。而且，各磁铁可以使用例如磁通密度大约是1800高斯的铁氧体磁铁、耐高温的磁通密度大约是3500高斯的钐钴(サマリウムコバルト)磁铁、强度大的磁通密度大约是4000高斯的钕硼磁铁。
其结果是，磁铁组5N、5N、5N…的磁极N、N、N…的轨迹，是以燃料供给管1的中心O为轴心的右旋(或左旋)的螺旋线5NP(参照图1)。与磁铁组5N、5N、5N…对峙的磁铁组5S、5S、5S…的磁极的轨迹S、S、S…是左旋(或右旋)的螺旋线5SP。
再有，在内侧罩子12的梯形3边的外周，与磁铁组并排在靠近燃料箱一侧(燃料供给箭头O的上游一侧)，设有远红外线放射性的陶瓷10。而且，陶瓷10是粉状、颗粒状或板状的，最好由角闪石或电石构成。具体地说，板状的陶瓷是通过烧结象角闪石或电气石那样的含有铁的电石而获得的。粉状或颗粒状的陶瓷是将其粉碎获得的。
内侧罩子12的外侧被罩子13所覆盖，内侧罩子12和外侧罩子13的两端用不锈钢板密封。组装了磁铁组和陶瓷10的两个罩子12、13面对面为一组，用合叶15连接，以六棱柱空心筒的形式包围燃料供给管1，用锁扣16固定。而且，燃料供给管1的材质可以使用非磁性的金属或合金、橡胶等。
实验证明，将该燃料活性化装置安装在由汽油、轻油、液化石油气、重油、煤油、或酒精类构成的液体燃料的燃料供给管1上，当使内燃机或外燃机动作时，从燃料供给管1中通过的液体燃料被活性化了。关于燃料被活性化的因果关系，虽然原理不一定很明确，但，若在实验事实的基础上，加上物理的、化学的理论，可做以下推测。
安装有该燃料活性化装置的燃料供给管1，由于磁铁5N的磁极N→磁铁5S的磁极S所产生的磁力线N→S(的磁极S)在燃料供给管1的截面方向(与燃料行进方向O正交的方向)上穿过。另一方面，在前面已叙述过，液体燃料形成有多个分子缔合的、大的分子串。若为分子串的燃料分子从与磁力线正交的地方穿过，由于电磁感应，产生磁力矩，其电子急速旋转，分子的摇摆幅度变大了。其结果是，大的分子串分裂成更小的准稳定的分子串，为被活性化了的燃料。
在液体从管内通过时，液体一边在管内旋转一边前进。即，液体的行进轨迹为螺旋线。另一方面，由于该燃料活性化装置其包围燃料供给管1的磁铁组5N、5N、5N…的磁极N、N、N…的轨迹、以及与其对峙的磁铁组5S、5S、5S…的轨迹S、S、S…分别为螺旋线5NP和5SP，是成对的，所以，磁力线N→S的轨迹也是螺旋线。因此，从安装有该燃料活性化装置的燃料供给管1中通过的液体燃料的分子串，其自己的行进轨迹更接近磁力线的轨迹，更强烈地受到磁力线的作用。其结果是，许多分子串分裂，分裂的小的分子串变得更加不稳定，进一步促进了燃料的活性化。
再有，从安装有该燃料活性化装置的燃料供给管1中通过的液体燃料接收从外界供给的能量，暴露在从陶瓷10辐射出的4～14μm的远红外线之下，且将其吸收，分子的运动变活泼了，温度上升。虽然不清楚由这种远红外线的作用是否能影响液体燃料的分子串，但实验表明促进了液体燃料的活性化。而且，液体燃料，其接触陶瓷的能可靠地传输远红外线，效率很高。但是，为了避免陶瓷污染液体燃料，更为了便于将装置安装在燃料供给管上，陶瓷10远离液体燃料隔着罩子12配置在燃料供给管1的外侧。这样一来，能足以使液体燃料升温地传输即使隔着燃料供给管1、罩子12也能从陶瓷10辐射出的远红外线。
由于磁力线和远红外线的复合作用，除了液体燃料温度上升，粘性降低，在热机内燃料粒子细化之外，其分子串分裂、变成小的准稳定分子串，每个燃料分子的表面积变大了，容易与氧接触。其结果是，燃料完全燃烧。
虽然该燃料活性化装置对由汽油、轻油、液化石油气、重油、煤油或酒精类构成的液体燃料的活性化有效，但对重油或轻油的活性化特别有效。而且，在液体燃料中，在重油等中作为杂质含有的Fe、Ni、V、Co等金属，形成胶态分子团，通常在燃烧后，变成泥状沉积物。使用了该液体燃料活性化装置的重油，由于与可燃成分的稳定分子串分裂成准稳定的分子串一样，胶态分子团被微小化了，所以，并不会使这些金属变成泥状沉积物。
以下，对将该热机用液体燃料活性化装置安装在柴油发动机的燃料供给管上进行性能评价的实施例进行说明。
试制的进行评价的本发明的液体燃料活性化装置是图1、图2、图3所示的装置，是螺旋状排列的磁铁组和陶瓷并置的装置。为了进行比较，对象是包围燃料供给管一样仅排列有磁铁组的装置、仅磁铁组象是包围燃料供给管一样排列的装置、陶瓷和磁铁交替地沿燃料供给方向排列(不是螺旋线)、包围燃料供给管的装置也进行性能评价。再有，为了进行比较，对在燃料供给管上根本没安装陶瓷、磁铁(未使用)状态下的柴油发动机也进行性能评价。
试验的发动机是日本洋玛公司(ヤンマ一デイ一ゼル社)制的船舶用水冷单缸柴油发动机，排气量是1000cc。燃料使用轻油、A重油、C重油进行实验。
试验项目是发动机的爆发压力试验、点火延时(点火迟滞/lgnition lag)、燃料消耗量、废气温度、CH4排量、CO排量、NOX排量、N2O排量、硫化物排量、积炭(干炭黑)排量、颗粒物排量。
上述各测定使用MEXA-9200和MEXA-9500D(都是(株式会社)堀场制作所制)作为废气分析仪，使用CVS-9400T((株式会社)堀场制作所制)作为定容量试样采集装置(CVS装置：CFV)，使用小型底盘测功仪((株式会社)日立制作所制)作为测功仪。
其结果是，在使用A重油时，在发动机负荷为75％的情况下，在未使用液体燃料活性化装置时，爆发压力是8Mpa，而在安装了该液体燃料活性化装置时，提高到8.6Mpa。另外，最高压力到达点早1.5度(曲轴角度)到达。并确认点火延时在低转速时，提前了千分之0.1秒。与未安装液体燃料活性化装置时相比，燃料消耗量能改善6％。另外，CH4排量能减少约86％，NOX排量能减少约5％。
在使用C重油时，与未使用液体燃料活性化装置时相比，燃料消耗量能改善了4.5％。在未使用液体燃料活性化装置时，CH4的排量是2g/Kw·h，使用液体燃料活性化装置后完全没有排出。另外，CO排量能减少约50％。
在使用轻油时，燃料消耗量能改善10％。
用曲线表示使用A重油的各测定结果。图10是发动机负荷为25％情况下的爆发压力试验的测定结果(活塞压力/曲轴角度)，图11是同一发动机负荷为75％情况下的爆发压力试验的测定结果。图12是点火延时/发动机负荷的测定结果，图13是燃料消耗量/发动机负荷的测定结果，图14是废气温度/发动机负荷的测定结果，图15是CH4排量/发动机负荷的测定结果，图16是CO排量/发动机负荷的测定结果，图17是NOX排量/发动机负荷的测定结果，图18是N2O排量/发动机负荷的测定结果，图19是硫化物排量/发动机负荷的测定结果，图20是积炭排量/发动机负荷的测定结果，图21是颗粒物排量/发动机负荷的测定结果。
以下，参照附图详细地对应用本发明的热机用燃料活性化装置的另一实施例进行说明。
图7是热机用燃料活性化装置的切下一部分的侧视图。
在从燃料箱向热机(未图示)供给液体燃料的管21的中途，以覆盖该供给管21的形式设有热机用燃料活性化装置。
该装置交替地排列包围供给管21、辐射状排列的磁铁25和包围供给管21、非磁性的远红外线放射性的陶瓷26，设置在外形是六棱柱的不锈钢制的收纳罩中。
辐射状的磁铁排25A，如图8的装置的纵剖面C-C所示，6个磁铁25(a)～25(f)包围供给管21，配置成辐射状。各磁铁25(a)～25(f)的、为S极和N极的磁轴的方向朝向供给管21的中心。磁铁25(a)～25(c)任何一个N极一侧都朝向供给管21。分别与磁铁25(a)～25(c)对峙的磁铁25(d)～25(f)任何一个S极一侧都朝向供给管21，与磁铁25(a)～25(c)相互吸引。辐射状的磁铁排25B如该图的纵剖面D-D所示，磁铁除了与辐射状的磁铁排25A相反配置其磁轴方向之外，其余与辐射状的磁铁排25A相同。
如图7所示，辐射状的磁铁排以25A、25B、25B、25A、25A…的顺序等间隔地排列着。相邻的辐射状的磁铁排25A和25B，由于中间隔着陶瓷26对峙的磁铁之间的磁轴方向是相反的，所以相互吸引。另一方面，由于相邻的辐射状的磁铁排25A之间或25B之间，相互对峙的磁铁的磁轴方向是相同的，所以相互排斥。
将它们收纳在六棱柱状的收纳罩的制成上下各一半的成对的罩外框29之中。成对的各罩外框29具有收纳供给管21的设有凹部的罩内框22。在连接成对的罩外框29的一个边上设有合叶30，另外，在连接的另一边设有锁扣31(参照图8)。
辐射状的磁铁排25A中的上半部分的3个磁铁25(a)～25(c)和辐射状的磁铁排25B中的上半部分的3个磁铁分别固定在不锈钢制的轭铁27上。辐射状的磁铁排25A、25B、25B、25A、25A…中的各上半部分的3个磁铁配置成依次等间隔排列，夹在上半部分的罩外框29和罩内框22之间。在辐射状的磁铁排25A和25B之间夹有不锈钢制的隔板28(参照图8的纵剖面E-E)。在由该隔板28在辐射状的磁铁排25A、25B之间形成的空间、以及在辐射状的磁铁排25A、25B的各磁铁25和轭铁27之间形成的空间(参照图8的纵剖面C-C)，填充有0.5～1mm的颗粒状的远红外线放射性陶瓷26。该陶瓷26是例如烧结成的颗粒状的角闪石。收纳罩的两端配置有钢制的密封轭铁24，再用罩侧板23封住。该上半部分收纳罩，通过焊接罩外框29、罩内框22和罩侧板23，而被封闭起来。
下半部分的收纳罩也制成同样的结构。
在安装该热机用燃料活性化装置时，首先，以合叶30为中心，如图8的双点划线所示，将收纳罩上下打开，夹住供给管21，关闭收纳罩，用锁扣31将上下罩外框29固定。
若相互吸引的辐射状的磁铁排和相互排斥的辐射状的磁铁排混在一起排列，则燃料供给管21内的磁场变得错综复杂。若燃料从错综复杂的磁场中通过，则燃料中的分子不管其分子运动方向如何，都会产生电磁感应，结果，稳定的分子串更容易分裂成准稳定的分子串。
以下所示是将该热机用燃料活性化装置安装到在市场上出售的汽车上并进行驱动时的性能的评价。
试验用汽车是A公司的平头货车，是平成4年制的行驶里程是67000km，是用轻油作为燃料的、是原动机形式R2的OHC狄塞尔涡流室式的4冲程4缸、总排气量是2184cc的5档手动换挡汽车。在该车的燃料供给管的中途安装了热机用燃料活性化装置时，在安装前后实际行驶过程中，进行废气中的在害成分的测定和燃料消耗量的测定。
测定使用MEXA-9200和MEXA-9500D(都是(株式会社)堀场制作所制)作为废气分析仪，使用CVS-9400T((株式会社)堀场制作所制)作为定容量试样采集装置(CVS装置：CFV)，使用小型底盘测功仪((株式会社)日立制作所制)作为测功仪，对一氧化碳(CO)、残留碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)、二氧化碳(CO2)、颗粒状物质(PM)进行测定。燃料消耗量用电阻平衡的计算方法算出。
将其结果示于表1。
                                                                  表1
                                     废气中的有害物质 燃料消耗量(km/L)
CO(g/km) HC(g/km) NOX(g/km) CO2(g/km) PM(g/km)
安装本装置前 0.87  0.10  1.07  289  0.20  9.05
安装本装置后 0.72  0.07  1.08  288  0.17  9.09
如表1所示，若安装了热机有燃料活性化装置，与安装前相比，一氧化碳、残留碳氢化合物、颗粒关状物质减少了，氮氧化物和二氧化碳几乎没有变化，另外，每公升燃料行驶的公里数提高了。这样一来，由于安装该装置，废气中的在害物质减少了，每公升燃料行驶的公里数提高了。
接着，用同一试验车，用小型底盘测功仪进行狄塞尔(柴油机)13模式测定，测定废气中的CO、HC、NOX的排出浓度，与呈报给日本运输省的同一试验车的新车时的废气浓度进行比较。将其结果示于表2。
                                                                        表2
                                         废气中的有害物质
  CO(ppm)   HC(ppm)   NOX(ppm)
  试验车新车时的废气中的浓度(申报值)   400   190   220
  安装本装置后的废气中的浓度(实测值)   44.07   1.82   33.7
  由于安装本装置降低的值   91％   99％   83％
如表2所示，若安装热机用燃料活性化装置，与新车时的浓度相比，则废气中的一氧化碳、残留碳氢化合物、氮氧化物的各浓度显著地降低了。
如以上详细说明的那样，若用本发明的热机用液体燃料活性化装置对液体燃料进行处理，则液体燃料中的大的稳定的分子串分裂，变成小的准稳定的分子串，燃料被活性化了。由于该燃料容易完全燃烧，所以，降低了废气中的一氧化碳、残留碳氢化合物和颗粒状物质的生成量，除了不会污染环境之外，还能获得较高的输出功率。因此，每公升燃料行驶的公里数提高了。再有，由于燃烧稳定，所以，热机的振动和噪音小，产生的转矩变得平稳了，再有，即使在严寒季节，也能很容易地使其起动。另外，燃料粘度降低，容易供给到热机。热机由于不易附着碳泥和沉积物，所以，难以恶化，提高了耐用性。

Claims (9)

1.一种热机用液体燃料活性化装置，安装包围到热机的液体燃料的供给管，并排排列磁极对峙的成对的磁铁组，其特征是：成对的一个磁铁组具有的相同磁极的轨迹、以及另一个磁铁组具有的相同磁极的轨迹形成为以该供给管的燃料供给方向为对称轴的成对的螺旋线。
2.根据权利要求1的热机用液体燃料活性化装置，其特征是：上述一个磁铁组的各磁铁，磁极方向相对供给管的燃料供给方向沿辐射方向排列。
3.根据权利要求1的热机用液体燃料活性化装置，其特征是：上述一个磁铁组的各磁铁，磁极方向相对供给管的燃料供给方向平行地排列。
4.根据权利要求1至3的任意一项的热机用液体燃料活性化装置，其特征是：在该供给管的燃料供给方向的燃料源一侧，与该磁铁组邻接地并置有远红外线放射性的陶瓷。
5.根据权利要求1至4的任意一项的热机用液体燃料活性化装置，其特征是：具有多个上述成对的磁铁组，具有多个该成对的螺旋线。
6.一种热机用液体燃料活性化装置，其特征是：在到热机的液体燃料的供给管的中途，交替地设置安装包围该供给管、配置成辐射状、磁轴方向与该供给管平行或正交的磁铁，和安装包围该供给管的远红外线放射性的陶瓷。
7.根据权利要求6的热机用液体燃料活性化装置，其特征是：相邻且相互对峙设置的该磁铁，其磁轴方向是反转的。
8.根据权利要求6的热机用液体燃料活性化装置，其特征是：该陶瓷是粉状、颗粒状、或板状的，由角闪石、或电石构成。
9.  根据权利要求1至8的任意一项的热机有液体燃料活性化装置，其特征是：该液体燃料是重油或轻油。
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