JP2000205062A - α崩壊による放射線照射を利用した燃焼改善方法および燃焼改善装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関もしくは燃焼装置における燃焼改善
による燃費の向上と排気ガスの浄化を図る。 【解決手段】 空気取入口１１からエアクリーナ１２の
フィルタ１３を介して吸気管１４から燃焼室１５に入る
吸気は、燃料パイプ１９から供給される燃料と混合され
て燃焼し、燃焼ガスは排気管１７から排出される。ま
た、ピストンリングの隙間からクランクケース１６に漏
れた燃焼ガスはブローバイ・ガスパイプ１８を介してエ
アクリーナ１２に再循環されて炭化水素の発生を抑制す
る。自然放射性元素を含む物質より成るシート状部材２
０_１〜２０_７が、空気取入口１１、エアクリーナ１２の
内側上部と下部、エンジンに近い吸気管１４、排気管１
７、ブローバイ・ガスパイプ１８、燃料パイプ１９、燃
料フィルタ２１に装着してある。従って、吸気および燃
焼ガスに含まれている酸素は活性酸素に変換されると同
時に、窒素の一部は一原子酸素と一原子水素に分裂変換
される。この結果、燃料は完全燃焼されると共に排気ガ
ス中の有害物質も減少するので、排気ガスの浄化が図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラー、焼却
炉、加温機等の燃焼装置、およびガソリンエンジン、デ
ィーゼルエンジン等の内燃機関等における、化石燃料の
使用に伴う排気ガスの浄化と燃焼効率の改善を図る燃焼
改善方法および燃焼改善装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンエンジンやディーゼルエンジン
等の内燃機関から排出される排気ガス中には、種々の有
害物質を含んでいて大気汚染の要因となっている。エン
ジンに対する燃料供給と給気を車輌の駆動状況に対応さ
せて電子制御する手段、触媒等による浄化手段の改善、
理論値よりも空気量を多くする希薄混合化による燃費改
善手段等が長年に亙って行われていた。

【０００３】また、ボイラー、焼却炉、加温機等の各種
の化石燃料を使用する燃焼装置においては、大気汚染の
防止や地球温暖化対策として火炉の自動燃焼制御による
完全燃焼手段や電気集塵機の設置、さらには、大型ボイ
ラー等に対する排煙脱硫・脱硝装置の設置により排気ガ
スの浄化を行っていた。

【０００４】液化天然ガスを使用するガスタービン駆動
装置およびガスタービンと蒸気タービンとを結合させた
コンバインド方式の発電装置は、クリーンな天然ガスを
燃焼させるものであるから排気ガスもクリーンである
が、大容量機から排出されるＮＯ_Ｘは膨大な量になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の排気ガスに
は一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物
（ＮＯ_Ｘ）や黒煙等が含まれている。これら有害成分発
生の原因は、 空気の供給が不充分であるための不完全燃焼 高温度燃焼反応時における二酸化炭素（ＣＯ_２）、
水蒸気（Ｈ_２Ｏ）の解離熱反応 不完全燃焼時における中間生成物の発生 等が考えられる。また、ボイラー、焼却炉等の燃焼装置
においては、軽油や重油等の燃料油および石炭等の化石
燃料の燃焼に起因する硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）や窒素酸化
物（ＮＯ_Ｘ）の発生や、不完全燃焼に伴うダイオキシン
や不燃分ダスト等も大量に発生させていた。

【０００６】従来の排気ガス浄化手段や燃焼改善策等は
複数の手段を組み合わせて実行しないと充分な効果が得
られず、かつ、浄化手段の設置スペースも大きく取る必
要があり、コスト面でも満足できるものではなかった。
本発明は、従来技術による欠点を解消するためになされ
たものであって、大きな設置スペースを必要とすること
なしに極めて簡単な手段によって低コストで排気ガス浄
化を図れるばかりでなく、化石燃料の完全燃焼による燃
費の向上を図ることのできる手段を提供しようとするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、化石燃料を使
用する内燃機関もしくは燃焼装置における吸入空気に、
α線を０．００１〜０．６ベクレル／cm^２放出する自然
放射性元素のα崩壊による放射線照射を行い、空気中に
含まれる酸素を活性化すると同時に窒素の一部を一原子
酸素と一原子水素に分裂変換させ、これらの空気を内燃
機関もしくは燃焼装置に吸入させるようにしたα崩壊に
よる放射線照射を利用した燃焼改善方法である。

【０００８】また、内燃機関もしくは燃焼装置における
給排気系統に、α線を０．００１〜０．６ベクレル／cm
^２放出する自然放射性元素を含む物質より成る部材を装
着すると共に、該部材を含めて構成した装置（活性酸素
発生器）を設置して、排気ガス中に含まれる有害成分を
除去させる排気ガスの浄化手段と、燃焼効率を向上させ
る手段とを備えた燃焼改善方法である。

【０００９】さらに、内燃機関もしくは燃焼装置におけ
る燃料供給系統に、α線を０．００１〜０．６ベクレル
／cm^２放出する自然放射性元素を含む物質より成る部材
をそれぞれの配管に装着すると共に、給排気系統に設け
た燃焼改善方法と組み合わせて、より効果を高めるよう
にした燃焼改善方法である。ガスタービン駆動装置およ
びコンバインド方式の発電装置における給排気系統と燃
料供給系統に対しても、α崩壊による放射線照射を利用
した燃焼改善方法を実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施例を図面を参
照しながら説明する。ボイラー、焼却炉、加熱機等の燃
焼装置における給気系統もしくは排気系統に設置する活
性酸素発生器の構造を図１に示す。活性酸素発生器を構
成する容器１内にガス通路２を形成する複数の棚３を設
け、この棚３の上にα線を０．００１〜０．６ベクレル
／cm^２放出する自然放射性元素を含む物質より成る粒状
の部材４を分散配置してある。容器１のガス取入口５か
ら空気もしくは排気ガスを送り込むと、流入した空気も
しくは排気ガス中の酸素は粒状の部材４から放出される
α線照射によって活性酸素に変換される。また、空気中
もしくは排気ガス中の窒素の一部は一原子酸素と一原子
水素に分裂変換されるので、容器１のガス取出口６から
活性酸素および一原子酸素と一原子水素を含んだ活性化
された空気または排気ガスが送出される。

【００１１】電気点火式内燃機関の給排気系統と燃料系
統に、自然放射性元素を含む物質より成るシート状部材
を装着した一例を図３に示す。吸気は空気取入口１１か
らエアクリーナ１２のエレメント（フィルタ）１３を介
して吸気管１４からエンジンのシリンダとシリンダヘッ
ドより成る燃焼室１５に入り、燃焼室１５において生成
された燃焼ガスは排気管１７から排出される。また、ピ
ストンリングの隙間等からクランクケース１６に漏れた
燃焼ガスは、ブローバイ・ガスパイプ１８を介してエア
クリーナ１２へ再循環されて炭化水素の発生を抑制して
いる。自然放射性元素を含む物質より成るシート状部材
２０_１〜２０_７が、空気取入口１１、エアクリーナ１２
の内側上部と下部、燃焼室１５に近い吸気管１４、燃料
パイプ１９、燃料系フィルタ２１、排気管１７、ブロー
バイ・ガスパイプ１８に装着してある。従って、エアク
リーナ１２に吸引された空気と、ブローバイ・ガスパイ
プ１８からの再循環燃焼ガスとに含まれている酸素は、
シート状の部材から照射されるα線によって活性酸素に
変換されると同時に、空気中および燃焼ガス中に含まれ
ている窒素の一部は一原子酸素と一原子水素に分裂変換
されて燃焼室１５に吸引される。

【００１２】本発明による自然放射性元素を含んだ物質
より成る部材は、粒状もしくは粉状の鉱石を凝固剤で固
めて加工成形したものである。この鉱石の組成は、α崩
壊性の自然放射性元素を１０〜１，０００p.p.m.含有し
たものである。なお自然放射性元素を含んだ物質の加工
成形方法としては、例えば、自然放射性元素を含む物質
の粉体もしくは粒体をフィラーとする合成樹脂成形材、
軟質の合成樹脂シート材、通気性のある紙材等により封
入したフィルター材、耐熱性に優れた粒状のセラミック
材、さらには、上記物質の粉体を混入した塗料であって
もよい。

【００１３】次に、自然放射性元素のα崩壊による放射
エネルギーの空気に対する反応機構について説明する。
自然放射性元素は、放射エネルギーであるα線、β線、
γ線を放出しながら次々と他の元素に変換されていき、
最後には鉛となって安定する元素である。空気にα崩壊
による放射線照射が行われると、空気中の二原子酸素は
−電子還元を受け、酸化力の強い活性酸素

【化１】 になる。

【化２】 空気には約２１％の酸素と約７８％の窒素が含まれてい
るが、原子量１４の窒素原子はα線照射によって反応性
に富んだ原子量１７の酸素原子と原子量１の水素原子に
分裂変換される。

【化３】

【００１４】上述したように、吸入空気中の窒素の一部
の酸素と水素への変換と、空気中の二原子酸素の活性酸
素化による相乗効果により、内燃機関や燃焼装置におけ
る着火性と燃焼効率が改善され、排気ガス中の炭化水素
および一酸化炭素が減少し、排気ガスの浄化、燃費の向
上促進をもたらすものと考えられる。即ち、窒素の原子
核変換によって生成された一原子酸素

【化４】 は一酸化炭素（ＣＯ）に対し反応し、 ＣＯ ＋ Ｏ → ＣＯ_２ となり、炭酸ガスとなる。換言すると完全燃焼する。ま
た、活性一原子水素

【化５】 は炭素と結合しやすいので、炭化水素（ＨＣ）に対して
反応し、 ＨＣ ＋ ３Ｈ → ＣＨ_４ となり、メタンを生成する。これに、さらに空気中の活
性酸素

【化６】 が反応し、完全燃焼する。即ち、不完全燃焼で生成され
た炭化水素（ＨＣ）が一原子水素の関与により炭化水素
（ＣｎＨｍ）となり、燃料として再度燃焼する。

【００１５】空気取入口以降の炭化水素の燃焼反応式
は、 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｏ_２＋３．７６（ｎ＋ｍ／
４）Ｎ_２→ｎＣＯ_２＋（ｍ／２）Ｈ_２Ｏ＋３．７６（ｎ
＋ｍ／４）Ｎ_２ となる。空気中の各元素は興奮状態にあって強力な酸化
反応を呈しており、また、強力な酸化反応を示す活性酸
素を利用するものであるから不完全燃焼を防ぐことがで
き、内燃機関の燃焼効率を向上させる。不完全燃焼反応
時における中間生成物の発生は、シリンダ内部の水蒸気
の影響を受けて蟻酸などを生成させ、中間生成物ＨＮＯ
_３、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＣＯＯＨ等によるシリンダの腐食磨
耗を引き起こす要因となるが、放射エネルギーにより完
全燃焼に近づけるため、これらの問題解決の一助になっ
ている。通常、一原子酸素および一原子水素を発生させ
るためには、莫大な装置と経費が必要となるが、自然放
射性元素の放射エネルギーを有効に利用することによ
り、ローコストで自動車排ガスの浄化を可能にし、か
つ、燃費の向上をもたらす効果がある。

【００１６】燃焼装置もしくは内燃機関における燃料パ
イプや給排気パイプにシート状部材を装着させる状況を
図２によって説明する。パイプ１９の外周面にシート状
部材２０を接着剤によって密着させ、シート状部材２０
と燃料パイプ１９との間に空気の層ができないようにす
る。シート状部材２０は、自然放射性元素を含む物質を
加工成形したものであり、その半減期は内燃機関や燃焼
装置の寿命より長いものが望ましく、放射線の強さは被
爆量が問題になるほどの強さを必要とせず、微量であっ
てもよい。燃料パイプ１９の外周面にシート状部材２０
を密着して設置すると、後述する実験例に示すように、
排気ガスの浄化に効果があることが判る。これは、燃料
中の炭化水素（ＣｎＨｍ）に対するα崩壊による放射線
（α線，β線，γ線）照射によって原子核人工変換、分
解反応、架橋反応が促進され、水素原子・酸素原子の電
離・励起作用等の相乗効果によるものと推察される。な
お、実施例においては、燃料パイプ１９の外周面にシー
ト状部材２０を装着したが、燃料パイプ１９の内側に装
着したり、燃料パイプ１９の一部を自然放射性元素を含
む装置によって構成してもよい。

【００１７】火力発電設備を構成するボイラーにおける
給気系統、排気系統および燃料供給系統に、自然放射性
元素より成る物質を含んだ部材を装着した一例を図４に
示す。通風ファン２３から風道２６を介して火炉２５に
流入した吸気と、火炉２５内に設けてあるバーナ２２か
ら噴射された燃料とは火炉内において混合され、高温度
で燃焼した燃焼ガスは煙道２８を介してＮＯ_Ｘ・ＳＯ_Ｘ
除去装置２９に流入し、煙突３０から排出される。自然
放射性元素を含む物質より成る部材２０_８〜２０_１０が
燃料パイプ２４、風道２６、煙道２８に装着してあるの
で、風道２６から火炉２５に流入する空気はα崩壊によ
る放射エネルギーによって活性化されると共に、燃料パ
イプ２４を介してバーナ２２から噴射される燃料中の炭
化水素もα崩壊による放射線照射によって燃焼反応が促
進される。また、煙道２８を通過する燃焼ガスもα崩壊
による放射エネルギーを受けて活性化されるので、ＮＯ
_Ｘ・ＳＯ_Ｘ除去装置２９における化学反応が促進され
る。

【００１８】実験例１ 平成６年式排気量１６００ｃｃのホンダインテグラ（商
標名）の燃料パイプ１９のエンジン近傍に図３に示す実
施例のシート状部材２０_５（砂状鉱石７０重量％、シリ
コン・ＰＶＣ等の凝固剤３０重量％）を装着し一週間走
行した後にＣＯとＨＣを測定した。 ＣＯ（一酸化炭素） … ０．５％（装着前）→ ０％（装着後） ＨＣ（炭化水素） … １００ppm(装着前）→ ０ppm(装着後） なお、シート状部材２０_５を燃料パイプ１９に装着する
と、エンジンのスロー回転が上がるので、スロー調整を
し、調整後にアイドリング時の排気ガスの測定を行った
（以下の実験例でも同様にした）。

【００１９】実験例２ 昭和６３年式の排気量２０００ｃｃのトヨタクラウンロ
イヤルサルーン（商標名）では、シート状部材２０_５の
装着前と後とでは排気ガスが次のように変化した。 ＣＯ … ０．５％ → ０．０５％ ＨＣ … ２４０ ppm → ０ ppm

【００２０】実験例３ 平成４年式の排気量６６０ｃｃのダイハツミラ（商標
名）では、次のような結果を得た。 ＣＯ … １．６％ → ０．０５％ ＨＣ … ３００ ppm → ３０ ppm

【００２１】実験例４ 平成３年式の排気量２４００ｃｃのトヨタエスティマ
（商標名）では、次の結果を得た。 ＣＯ … ０．０４％ → ０．０３％ ＨＣ … １０ ppm → ０ ppm

【００２２】実験例５ 平成６年式の排気量１８４０ｃｃのニッサンプリメーラ
（商標名）では、次の結果を得た。 ＣＯ … ０．０９％ → ０．０２％ ＨＣ … １３０ ppm → ０ ppm

【００２３】実験例１〜５は、いずれもガソリン車であ
ったが、ディーゼル車においても排気ガスの浄化の効果
が確認できた。ディーゼル・エンジンでは、特有のガラ
ガラ音も小さくなった。また、コンクリートミキサー車
の黒煙が２３％から１％に、ダンプ車では４３％から１
％にまで下がり、ＨＣ、ＣＯともにゼロという結果が確
認できた。

【００２４】関鉄自動車工業株式会社の土浦工場におい
て、表１に示すシート（３００mm×３００mm×２mm）の
装着実験を行った。

【００２５】

【表１】

【００２６】実験方法としては、自動車用ガソリン・エ
ンジンの空気取入口の箱の上にシートを装着した前後に
おけるアイドリング時のＣＯとＨＣを測定した。排気量
１，８００ｃｃの三菱ギャラン（商標名）は１０万km以
上走行した車であるので、シート装着直後と１０分程度
の距離を走行した後の測定結果は次の通りであった。 ＣＯ … １．７８％ → ０．０３％ ＨＣ … ３５８ ppm → ０ ppm 排気量２，０００ｃｃのトヨタ・クレスタ（商標名）は
約４万km走行した車であるが、シート装着直後と数分後
の測定結果は次の通りであった。 ＣＯ … ０．６８％ → ０．０４％ ＨＣ … ３５８ ppm → ０ ppm 排気量３，０００ｃｃのトヨタ・クラウン（商標名）は
２．６万km走行した車であり、シート装着直後と数１０
分後の測定結果は次の通りであった。 ＣＯ … ０．３％ → ０．０３％ ＨＣ … ２００ ppm → ０ ppm

【００２７】中日本自動車短期大学において、関鉄自動
車工業株式会社の土浦工場において使用したシートと同
一特性のシートを装着させてエンジン試験を行った。 メーカー名 ニッサン エンジン型式 Ｌ１８（ガソリン） シリンダ内径とストローク ８５×７８mm 圧縮比 ８．５ 最大出力 １０５／６，０００ ps/rpm 最大トルク １５．０／３，６００kgｆm/rpm 燃費 ２１０／３，２００ g/ps.h 上記シートの装着前と装着時とにおけるエンジン負荷と
排気ガス（ＣＯとＨＣ）の測定結果は表２の通りであ
る。

【００２８】

【表２】

【００２９】なお、上述したと同様のシート状部材２０
_５を燃料パイプ１９に装着するとともに、燃焼装置の吸
気経路に装着することで、排気ガスの浄化の向上及び燃
料の節減効果も確認できた。例えば、自動車のエアクリ
ーナの箱の上にシート状部材を貼り付けることにより、
１リットル当たりの走行距離が２０〜６０％向上した。
これは、燃料の完全燃焼に対しては流入空気中酸素の活
性化が、また、炭化水素（ＨＣ）の浄化は活性一原子水
素が、一酸化炭素（ＣＯ）の浄化には活性一原子酸素が
関与しているものと推察される。一般道路における走行
実験方法および実験結果の一例を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】メーカー別、車種別のシート装着前後にお
ける燃費向上データを表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、α線照射によって
空気中の窒素の一部が一原子酸素と一原子水素に分裂変
換されて空気中の酸素濃度が増加すると共に、空気中の
酸素が酸化力の強い活性酸素に変換される。また、燃料
中の炭化水素に対するα線、β線、γ線照射により分解
反応、架橋反応が促進される。上述した活性酸素は燃料
を完全燃焼させるので、排気ガス中の有害物質は減少
し、排気ガスの浄化が図れる。即ち本発明による燃焼改
善方法は極めて簡単であって燃焼改善装置の設置スペー
スも小さくてよく、低コストで燃焼改善を実現でき、燃
費の向上にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】活性酸素発生器の内部構造を示す断面図。

【図２】パイプにシート状部材を装着する状況を示す斜
視図。

【図３】内燃機関の給排気系統と燃料系統にシート状部
材を装着した状況を示す説明図。

【図４】火力発電設備の給排気系統と燃料系統にシート
状部材を装着した状況を示す説明図。

【符号の説明】

１ 容器 ２ ガス通路 ３ 棚 ４ 部材（粒状） １２ エアクリーナ １３ フィルタ １４ 吸気管 １５ 燃焼室 １６ クランクケース １７ 排気管 １８ ブローバイ・ガスパイプ １９，２４ 燃料パイプ ２０_１〜２０_１０ シート状部材 ２３ 通風ファン ２５ 火炉 ２６ 風道 ２８ 煙道 ２９ ＮＯ_Ｘ・ＳＯ_Ｘ除去装置 ３０ 煙突

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化石燃料を使用する内燃機関もしくは燃
   焼装置における吸入空気に、α線を０．００１〜０．６
   ベクレル／cm^２放出する自然放射性元素のα崩壊による
   放射線照射を行い、前記吸入空気に含まれる酸素を活性
   酸素に変換させると同時に、前記吸入空気に含まれる窒
   素の一部を反応性に富んだ一原子酸素と一原子水素に分
   裂変換させ、前記活性酸素および一原子酸素と一原子水
   素を含んだ前記吸入空気を前記内燃機関もしくは燃焼装
   置に吸入させるようにしたことを特徴とするα崩壊によ
   る放射線照射を利用した燃焼改善方法。
2. 【請求項２】 ガス通路を構成する複数の棚に、α線を
   ０．００１〜０．６ベクレル／cm^２放出する自然放射性
   元素を含む物質より成る部材を分散配設した活性酸素発
   生器を、給気系統もしくは排気系統にそれぞれ設置し、
   前記活性酸素発生器の入口から出口に向けて通過する空
   気もしくは排気ガスにα崩壊による放射線照射を行い、
   前記空気もしくは前記排気ガスを活性化させるようにし
   たことを特徴とするα崩壊による放射線照射を利用した
   燃焼改善装置。
3. 【請求項３】 化石燃料を使用する内燃機関もしくは燃
   焼装置における給気系統および排気系統に、α線を０．
   ００１〜０．６ベクレル／cm^２放出する自然放射性元素
   を含む物質より成る部材をそれぞれの配管に装着すると
   共に、前記部材を含めて構成した活性酸素発生器をそれ
   ぞれの系統内に設置したことを特徴とする請求項２に記
   載のα崩壊による放射線照射を利用した燃焼改善方法。
4. 【請求項４】 化石燃料を使用する内燃機関もしくは燃
   焼装置における燃料供給系統および給排気系統に、α線
   を０．００１〜０．６ベクレル／cm^２放出する自然放射
   性元素を含む物質より成る部材をそれぞれの配管に装着
   すると共に、前記部材を含めて構成した活性酸素発生器
   をそれぞれの系統内に設置したことを特徴とする請求項
   ３に記載のα崩壊による放射線照射を利用した燃焼改善
   方法。
5. 【請求項５】 化石燃料を使用するガスタービン駆動装
   置およびコンバインド方式の発電装置における給排気系
   統と燃料供給系統に、α線を０．００１〜０．６ベクレ
   ル／cm^２放出する自然放射性元素を含む物質より成る部
   材をそれぞれの配管に装着すると共に、前記部材を含め
   て構成した活性酸素発生器をそれぞれの系統内に設置し
   たことを特徴とする請求項４に記載のα崩壊による放射
   線照射を利用した燃焼改善方法。