JP2002508435A - 超臨界水燃料組成物及び燃焼システム - Google Patents

超臨界水燃料組成物及び燃焼システム

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エス．アハーン ブライアン
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Abstract

(57)【要約】 一様相において、本発明は、５〜５０％水及び炭化水素の混合物からなる組成物であり、この場合水／炭化水素混合物は混合物が均質な単一相であるように臨界点近傍にある。適当な温度は４００℃でありそして適当な圧力は４０００ｐｓｉである。また別の様相において、本発明は、均質な単一相であるような臨界点近傍にある水／炭化水素混合物を収納する構造を含む燃料システムである。燃焼のため混合物を送給するための構成が設けられる。燃焼は、内燃エンジン、タービンエンジン或いはその他のバーナ内で行いうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は、燃焼システムに関するものであり、特には超臨界水／燃料組成物を
利用する燃焼システムに関係する。
【０００２】 最近法制化された「大気汚染防止」法は、化石燃料排気ガスを対象として制定
された。この法律は、エンジン製造業者及び燃料供給業者双方にその製品の販売
を継続しうる解決策を見出すことを促している。石油精製業者は、排気物を減じ
るためのこれまでに代替しうる燃料配合物及び／又はブレンドを追求しなければ
ならない。他方、エンジン設計者は、全体的な燃焼プロセスそして燃焼プロセス
を始めから終わりまでどのように行うかを考え直さねばならない。
【０００３】 エンジン製造業者は、エンジン油燃焼を減じるためにピストンー壁機械加工へ
の一層高い精度を追求している。追加的な、彼らは、益々高い噴射圧力の方向に
関心を進めている。圧力が高いほど、燃焼帯域への一層良好な噴霧の浸透と一層
細かい霧滴寸法をもたらす。一層高い圧力は、同じ質量流量を尚維持したまま噴
射チップにおいて一層小さなオリフィスを許容する。
【０００４】 ３０，０００ｐｓｉまでに及ぶ圧力において作動する最近開発された噴射器を
使用すると、噴霧の霧滴寸法は減少されるが、霧滴寸法は未だ１〜１０ミクロン
の範囲にある。霧滴寸法の半分への減少は、質量バランスの観点から霧滴数を８
倍増加することにより達成されることになる。これは、多数の小さな霧滴がミク
ロ的な均一性を改善しそして粒状物質の発生を減じるから重要である。残念なが
ら、これら最高限の圧力における霧滴寸法は標準的な３８００ｐｓｉシステムに
比較して高々１／２である。
【０００５】 例示として、２ミクロン直径の霧滴は３×１０-12ｃｍ3を占めそして１モルの
ディーゼル燃料は３００ｃｍ3を占める。従って、この寸法の霧滴はまだ、１０- 14 モルの燃料分子、すなわち６×１０+9分子数を含んでいる。これらより更に一
層小さな霧滴が完全気化及び燃焼に向けての挑戦の余地を表すことは明らかであ
る。圧力増加を超える追加的な機構が見出されねばならない。
【０００６】 霧滴の寸法が主として流体の表面張力に関係することは良く知られている。従
って、表面張力を減じる何らかのプロセスが、霧滴の寸法を減じうる可能性があ
る。霧滴寸法減少への化学的な方策は表面活性剤技術において見出すことができ
る。表面張力減少用の添加剤が応用されたが、それらの効力は高いコストにより
制約を受けた。明らかに、他の化学的なアプローチが求められている。
【０００７】 炭化水素燃料への熱の添加がその表面張力を減じることは斯界で良く知られて
いる。従って、燃料の予熱は、排気ガス及び燃料経済両方の観点から何らかの興
味を持たせる。しかしながら、実際問題として、燃料の加熱は、燃料のもっと高
いまた低い分子量の化合物への早期の変質につながる。燃料の粘度は、表面張力
の低下をしのぐ速度で増加しそして粘稠で、タール状の残査が発生する。従って
、炭化水素燃料の単なる予熱では、制限された用途しか見出されない。
【０００８】 しかしながら、加熱に際しての分子量増加に向けてのこの傾向を変えうる添加
剤が存在する。例えば水は、これとは反対のプロセスを促進し、これにより炭化
水素燃料は、Ｈ2及びＣＯガスへの部分的転換と鎖長さの減縮により分子量を減 少せしめられる。従って、互いに混合されそして加熱された水及び燃料は、霧滴
減寸への経済的な解決策を提供する。追加的に、改質された水は、それが一層幅
広い発火点限界を有しているので、セタン価向上を提供する。制限された量にお
けるＨ２気体は一層低い酸素濃度においてより幅広い着火限界をが点火を可能と
するから有益な品質を有する。それにより、これら水分子は、反応帯域において
良好に分布される燃焼開始剤として機能する。
【０００９】 加熱された燃料への水の添加は、利益を呈しうるが、しかし水と炭化水素とは
容易には混ざらない。水の極性と燃料の非（無）極性の特性とは、２つの未混合
純液体への相分離をもたらす。水は燃料と反結合性相互作用を示さない。水は単
に他の水分子に対して圧倒的に強い引力を有し、これが炭化水素単位との結合を
阻む。この相分離性は、表面活性剤及び補助表面活性剤の添加により改善されう
るが、既述したようにこれらは高価である。
【００１０】 （発明の概要） 一様相に従えば、本発明は、エンジン等用途向けの５〜７０％水及び炭化水素
、そして好ましくは５〜５０％水及び炭化水素、より好ましくは２０〜４０％水
及び炭化水素の混合物からなる組成物であり、この場合水／炭化水素混合物は混
合物が均質な単一相であるように臨界点近傍乃至それ以上にある。エンジン用に
は水の量は少な目が好ましくそしてバーナーや燃焼器用には水の量は多めが好ま
しい。混合物は、３５０〜５００℃、好ましくは３５０〜４００℃の範囲内の温
度にあり且つ３０００〜６０００ｐｓｉ、好ましくは３０００〜４０００ｐｓｉ
の範囲内の圧力にある。また別の様相において、本発明は、均質な単一相である
ような臨界点近傍乃至それ以上にある水／炭化水素混合物を収納する構造を含む
燃料システムである。燃焼のため混合物を送給するための構成が設けられる。燃
焼は、内燃エンジン（機関）、タービンエンジン或いはその他のバーナ内で行わ
れる。一具体例において、混合物を火花点火式エンジン若しくはディーゼルエン
ジン型いずれかの内燃エンジンに送給するための噴射器が設けられる。噴射器が
エンジンクランク角度に基づいて噴射口を開放するよう適応した磁気動作式アー
マチャを介して電気的に制御されることが好ましい。
【００１１】 水／燃料混合物がその臨界点近くにあるためには、混合物は、約４００℃にお
いてそして約４０００ｐｓｉの圧力において維持される。この高い圧力は好まし
くは複式ピストン調量ポンプにより提供され、そして噴射器はエンジンの排気マ
ニホルドからの熱を伝達するためヒートパイプを利用して約４００℃に維持され
る。補助電気式ヒータもまた設けられる。
【００１２】 水／炭化水素燃料混合物は均質な等方性の単一相として維持されるから、混合
物は燃焼室に導入されるに際して一層完全に燃焼する。液滴が排除されるから、
一層完全な燃焼が起こる。この改善された燃焼は粒状物質の形成を減じる。空気
中の燃料分子の一層均質な分散は亜酸化窒素排出物の低減をもたらしそして亜酸
化窒素は反応行路の液滴表面触媒作用の欠如により更に低減される。一層迅速な
、一層完全な燃焼サイクルはまた、一酸化炭素、未燃焼炭化水素及び揮発性有機
物並びにポリ芳香族炭化水素の排出物を低減する。
【００１３】 （好ましい具体例の記述） 先に論議したように、加熱された燃料に添加される水は、燃焼上の利益を与え
るが、水と炭化水素とは容易には混合しない。これら２種の不溶性液体の混合を
実現するための最も望ましい方式は、高い圧力及び温度を目指すことである。十
分に高い温度及び圧力において、超臨界条件は溶媒和（作用）を促進し、同時に
タール形成を阻止する。超臨界状態は気化熱がゼロとなる点として定義される。
ひとたび溶解すると、この超臨界混合物は燃焼のための最適の性質を有する。
【００１４】 超臨界相は、反応体の一部をＨ2及びＣＯ気体に部分的にシフトしている高密 度気体である。これら気体は、炭化水素自体と共に、液体相を通過することなく
超臨界噴射器を出ていく。そうしたものとして、液滴噴霧の概念は、反応行路か
ら完全に排除される。シリンダが大きくそして超臨界気体の噴射が噴射器から十
分の距離まで浸透しないとき、温度はもっと高い密度の臨界未満の液体を排斥す
る点まで数度低減される可能性がある。噴射はその後、シリンダに流入するに際
してフラッシュ蒸発する。介在する水分子と水クラスターが不均質反応のための
触媒表面を提供する。Ｈ2気体は容易に着火しそして着火遅延期間が減少される 。従って、超臨界混合物は燃料混合物のための「有効セタン価」を高める。
【００１５】 ディーゼル燃料のセタン価は当該燃料の易燃性（引火性）を測定するのに使用
されるパラメータである。ガソリンにおける用語「オクタン価」とは全く逆であ
る。火花点火燃焼において、早期の点火は所望されずそして燃料が容易には点火
し難いことが所望される。オクタン定格が高いほど、使用しうる圧縮比が高くな
り、従って動力出力が一層高くなる。
【００１６】 他方、ディーゼルエンジンは、加熱された吸入空気との相互作用を経ての燃料
の自動点火に頼っている。空気が圧縮行程中７００℃を超える温度まで断熱的に
加熱されそして燃料が上死点近くで噴射される。燃焼は燃料のセタン定格により
制御される速度で続行する。セタン価の高い燃料ほど早く着火しそして比燃料消
費量の改善を伴って一層大きな出力を提供する。
【００１７】 ディーゼル燃料と水との超臨界混合は、セタン定格を内在的に或いは潜在的に
変える。水は燃料分子を溶媒和するのみならず、一部を水シフト反応を経てＣＯ
及びＨ2に改質する。一般に、炭化水素と水との超臨界混合物は熱分解、加水分 解、スチームリホーミング、水／気体シフト反応、メタン化及びある程度までの
炭化水素化を受ける。
【００１８】 セタン価の向上は、点火遅れを減じそして燃焼期間を延長する。圧力−容積特
性の暫時的な発現は、緊密に混合された水が新たな指標に沿って反応を触媒しう
るので非常に異なりうる。点火遅れの減縮は、燃料噴射を遅らすことができそし
て一層高い効率が予想されうることを意味する。
【００１９】 超臨界燃焼事象は、液滴の表面における反応を含むことを予期していない。こ
れら条件の下での表面張力の完全な排除は、一般に８００℃を超える噴射器近傍
の大気温度において液滴の形成の可能性を否定する。液滴の形成のない状況では
、燃焼プロセスの全体性質が変更される。その結果、ＮＯ形成を促進する局所的
なホットスポットが、液滴表面において問題となる反応が存在しないので、排除
される。
【００２０】 液滴の排除はまた、粒状物質形成の核生成点を排除しそれによりスート（煤）
の形成を阻止するものと予想される。この第２の利益は、更に、スートがもはや
シリンダ壁に沿っての油皮膜中に入り込まないので、潤滑油に対する破損様式を
低減する。スート形成の低減は従って保守コストを減じそして強力ディーゼルエ
ンジンの休止時間を減ずると予想される。
【００２１】 超臨界流体における個々の分子の非常に高い密度は、望ましい反応増進性質を
呈する。これら性質は、高密度気体の拡散率が液体状態より何倍か大きいから、
反応体の移行（拡散）の改善に直接関係する。水／燃料混合物の臨界点近くでの
反応速度及び反応副産物収量における変化は、一層高い速度でそして異なった反
応指標に沿ってさえ達成されうる。
【００２２】 移行（拡散）性質は、臨界温度近くで３〜４倍変化することが観察された。臨
界温度を超えると、ある種の反応副生成物が圧力における増加により有利となり
他方液体を生成する反応が反応速度を落としている。反応速度は熱物理学的性質
が増進されるために単には増加されない。内因的に、異なった反応指標が競合し
始めそして生成物濃度分布輪郭をシフトし始める。通常、気体系の圧力の増加は
化学的性質に影響を与えない。理想的な気体は圧力増加の下でも理想状態を維持
する。ファンデルワールス気体は弱く相互作用している状態を保つ。しかし、臨
界流体は、非局在化結合相互作用によってのみ説明できる多くの細目を有してい
る。
【００２３】 （実験） 水及びディーゼル燃料の混合物を密閉された高圧室内に導入しそして２℃／分
において加熱した。水は、３７４℃の臨界温度と約３２５０ｐｓｉの臨界圧力下
で約１ｇ／ｃｍ3の密度を有する。ディーゼル燃料は広い範囲の分子量化合物を 有し、そのため確定された臨界温度を持たない。
【００２４】 第１の実験は２，０００ｐｓｉの一定圧力を確立しそして混合物を水のＴｃを
超えて４００℃まで加熱した。２，０００ｐｓｉ及び４００℃において、圧力は
低すぎそして温度は高すぎたため、水を液体状態に維持しえなかった。そして、
高密度の気体がまだ液化状態のデューゼル燃料の上面に生じ、完全な混合は観察
されなかった。
【００２５】 ディーゼル燃料が４００℃においてその液体性質を保持した事実は、その超臨
界温度に関してなんらかを意味している。水を含むことなくディーゼル燃料に一
層多くの熱エネルギーを追加することは、高密度気体と重質残査の組合せへの転
換前に多くの結合を破断することになろう。
【００２６】 第２の実験において、圧力を３，０００ｐｓｉに維持したまま、混合物を２℃
／分において加熱した。驚くべきことに、３６３℃において、２種の流体は完全
に混合しそして超臨界流体を形成した。この相変化が別々の流体としての水及び
ディューゼル燃料両方に対する超臨界条件より下側で起こったことを銘記するこ
とは重要である。
【００２７】 この第２の実験は、圧力の役割が反応化学にとって支配的であることを示唆し
た。水の溶媒和能力は特定の圧力及び温度範囲内で何倍か増加した。
【００２８】 超臨界化学の性質へのこの圧力パラメータの様相を調べるために第３の実験を
行った。圧力を４，０００ｐｓｉまで増加しそしてやはり反応容器の温度を２℃
／分の速度で増大した。この場合、両方の液体が超臨界的に混ざる温度は３７８
℃まで増加した。超臨界混合温度は、１，０００ｐｓｉの追加により３６３℃か
ら３７８℃までに増加した。この反直線的な傾向は、与えられた水／燃料混合物
に対して最適の温度及び圧力点が存在しそしてこの相安定性の関係は今後の研究
の課題であることを示唆している。
【００２９】 これら実験は、４，０００ｐｓｉ及び４００℃の範囲内で作動するディーゼル
エンジンに対する燃料噴射系統が有意義な利益を与えることを示唆する。一つの
利益は、この高めの温度が点火遅れをより短いものとしそして燃焼プロセスにエ
ンタルピーを追加することである。シリンダ内の加熱された空気中に気体様の超
臨界燃料混合物を膨脹させることは、一層良好な混合と分子レベルでの燃焼を提
供しそして液摘蒸発のために必要な時間を排除する。必要な温度を与えるために
排気熱の使用は、熱力学的な再生を作り出し、これは一層迅速で、一層完全な燃
焼の結果として排気における改善に加えて、エンジンサイクルを数％増加する。
【００３０】 超臨界混合の観察は、燃焼特性への水の有益な効果についての測定と併せて、
炭化水素燃料の燃焼を向上するための或る方策を示唆する。これら燃料としては
、制限されるわけではないが、ガソリン、デーゼル燃料、重質留出物、バンカー
Ｃ、ケロシン、天然ガス、原油、ビチューメンその他のバイオマス、化石のよう
な任意の炭素含有物質を挙げることができる。これら炭化水素集合物のすべては
超臨界条件において若しくはその近くで水との混合により好適化されうる。そう
したものとして、燃料リフォーミングのための新しい精製プロセスが、圧力、温
度及び水含量に関しての配慮されたコントロールにより許容される。
【００３１】 高速内燃エンジンにおける燃料噴射システムは、非常に短い間隔で達成されね
ばならない急速パルスにおいて高圧で流体を噴射する。噴射時間は一般にｍ秒の
オーダでありそして送出される燃料の量は様々の方式により調量される。これら
系統の実質上すべてにおいて、圧力パルスは液体相の非圧縮性に依存している。
高密度液体相における小さな容積変化を行うには非常に小さな移動が必要とされ
る。更に、圧力パルスは一般に１，０００ｍ／秒を超える液体相中での音速にお
いて液体を通して導かれる。
【００３２】 これら小さな容積変化は一般に、閉じられた空間において圧力を増加するため
にカムシャフトがポンプ内にピストンを推進するような物理的な手段により達成
される。圧力増加は、摺動に際しての流体の漏洩を防止する摺動部品における非
常に厳密な許容差を実現できるか次第である。
【００３３】 更に、実質上すべての噴射システムにおいて、外部密封部品はビトン、ブナＮ
、テフロン、プラスチック等の炭素質材料から成る。これら材料のいずれも、超
臨界水／燃料噴射に対して予定される温度に耐えることはできない。従って、摺
動シールや厳密な許容差を必要とすることなく運動をもたらすための何らかの手
段が設けられねばならない。
【００３４】 超臨界混合物は、液体と同じ圧力伝達性質を有しない。その結果、流体の送給
を行うのに別の対策が使用されねばならない。送給は、摺動シールが液体に対し
てではなく気体に対して密封作用を行わねばならないという事実により更に複雑
化される。従って、漏洩は、超臨界流体の場合はるかに一層重大な問題である。
【００３５】 図１を参照すると、噴射器１０は、シールを全く排除することにより高温での
シール問題を回避する。噴射器１０は、密閉包囲体１２を含み、その内部に磁気
動作式のニードル弁組立体１４が配置される。包囲体１２のための適当な材料は
、１７−４ＰＨステンレス鋼であり、これはその上端に螺着され銅製ガスケット
（図示無し）により密閉される磁性鉄キャップ１６により閉鎖される。
【００３６】 磁気動作式のニードル弁組立体１４は、包囲体１２の内径内に嵌合する、丸み
づけた隅角を有する方形断面形状の磁性鉄アーマチャ１８を収納している。磁気
動作式のニードル弁組立体１４の下端は、通常状態で噴射器先端開口２２を閉じ
るピントル弁２０を含んでいる。ピントル２０は、噴射器組立体１０の小さな螺
刻端から噴射器ノズル内に突出し、ここでバネ２４により保持される。バネ２４
は、噴射器１０がその閉鎖状態にあるときピントル２０を開口２２と接触状態に
維持する。約１３０巻きの番号１４磁気ワイヤ２６から成る２層ソレノイドが噴
射器１０の上方部分に巻装される。磁気ワイヤ２６は、３Ｍネクステル（Ｎｅｘ
ｔｅｌ）セラミックファイバで絶縁される。磁気ワイヤ２６で巻かれた上方部分
は、約５インチ長さである。磁性鉄キャップ１６は、構造体に螺着されて約０．
０３０インチのギャップ２８をアーマチャ１８とキャップ組立体１６との間に残
す。
【００３７】 噴射器組立体１０は、例えばエンジンのクランクシャフトに対して調時された
パルス幅変調、５０Ａ（アンペア）パルスにより動作せしめられる。パルスの調
時と幅は、噴射のスタート及び噴射時間をコントロールするように変更される。
腐食保護のために、磁性鉄部品のすべてはメッキ業界で一般的なように３００〜
６００ミクロインチの無電解ニッケルメッキで保護される。
【００３８】 図２は、図１の噴射器１０を利用する本発明の具体例を例示する。燃料供給源
３０及び水供給源３２が、燃料及び水を噴射器１０の入口３５に送り込む圧力制
限式複ピストン調量ポンプ３４に接続される。ポンプ３４は、約４，０００ｐｓ
ｉの高圧において水及び燃料を供給する。噴射器１０は加熱用ジャケット３６に
より約４００℃に加熱される。ジャケット３６は、電気作動式とされうるが、よ
り好ましくはエンジンの加熱された排気マニホルドと接触状態にあるヒートパイ
プ（図示無し）により加熱される。噴射器１０の先端は、エンジン４０の燃焼室
３８内に均質な燃料／水混合物を噴射するように配置される。電源４２がコイル
２６を付勢するために設けられそして燃料送給をコントロールするためにエンジ
ン４０のクランクシャフト４４に対して調時される。温度制御器４６が噴射器１
０内の流体が超臨界に近い条件に維持されるように噴射器１０の適正な温度を維
持する。
【００３９】 超臨界水の向上せる溶媒和能力と高密度気体の向上せる移行性質とを組み合わ
せることが、化学的な反応の観点から望ましい。リフォーミング化学は昇温によ
り促進されるが、反応速度は、不均一触媒表面への又そこからの種の拡散率によ
り制約されることが多い。高密度超臨界気体の拡散率は代表的な液体より３〜４
倍高い。対応して、これら超臨界圧力における気体の超密度は、液体状体のほぼ
６０％の密度を維持するので、精製率は高く維持されうる。
【００４０】 超臨界反応化学は、種の溶解度が温度及び圧力の強い関数であるから、分留塔
において特に価値がある。一般に、超臨界流体は、臨界未満の条件とは全く異な
る溶解度を示す。例えば、高温水に非常に可溶性である種の塩は臨界温度を超え
ると不溶性となり、そして析出する。逆に、炭化水素のような不溶性物質は、或
臨界温度及び圧力を超えると容易に溶解するようになる。
【００４１】 本技術は、移動式用途及び固定式用途両方に対して用いることができる。例え
ば、本発明の燃料噴射システムは、航空機、船舶、自動車若しくは固定動力用と
の燃焼器において使用できる。排気系統からの熱が噴射器に必要な熱を提供する
のに使用される場合には、排気系統から有用熱を抽出しそして圧縮サイクルのピ
ーク近くで燃焼サイクルに追加エンタルピーを付加する熱再生サイクルをもたら
す。本技術はまた、異なった分子量のものが超臨界反応容器内で圧力及び温度勾
配に応じて選択的に抽出されるよう重質の留出物燃料を処理するのにも使用され
うる。本技術はまた、ケロシンやディーゼル燃料より高い分子量を有する燃料を
超臨界水の超溶媒和能力により燃焼させるためにも使用されうる。また別の具体
例において、天然ガスを超臨界状態にある、リホームされた混合物に導入して混
合物を自発点火性としそして第２の燃料のパイロット噴射の必要なく圧縮エンジ
ンにおいて自己点火するようになすことができる。
【００４２】 また別の具体例において、燃料噴射システムは、高圧、高温混合物を密封する
のにベローズ状の構造体を形成する可撓性の膜を使用する。カムが可撓性膜を通
して動作する弁の運動を制御する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う噴射器の断面図である。
【図２】 超臨界水／燃料燃焼システムの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 53/06 Ｆ０２Ｍ 53/06 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 キース エイチ．ジョンソン アメリカ合衆国 20138 マサチューセッ ツ、ケンブリッジ、マウント オーバーン ストリート 239 Ｆターム(参考） 3G066 AA01 AA07 AB02 AB03 AB04 AB05 AB08 AC01 BA02 BA03 BA23 BA24 BA25 CC01 CC14 CC66 CD01 CD22 CD29 CE22 DC15 DC18 DC25 4H013 DC00 DC07 DC08

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ５〜７０％水及び炭化水素の混合物からなる組成物であり、
    該水及び炭化水素混合物は該混合物が均質な単一相であるような臨界点近傍にあ
    る組成物。
  2. 【請求項２】 混合物が３６３℃を超える温度にありそして圧力が３，００
    ０ｐｓｉを超える請求項１の組成物。
  3. 【請求項３】 混合物の温度が３６３〜４００℃の範囲にありそして圧力が
    ３０００〜４０００ｐｓｉの範囲内にある請求項１の組成物。
  4. 【請求項４】 炭化水素が炭化水素燃料である請求項１の組成物。
  5. 【請求項５】 均質な単一相であるよう臨界点近傍にある水及び炭化水素混
    合物を収納する構造と、 燃焼室内に該混合物を送給するための手段と を含む燃料システム。
  6. 【請求項６】 混合物を収納する構造が混合物を燃焼室内に送給するための
    弁を含む噴射器を備える請求項５のシステム。
  7. 【請求項７】 水及び炭化水素燃料を噴射器に送給するための高圧調量ポン
    プを更に含む請求項６のシステム。
  8. 【請求項８】 噴射器が燃料を燃焼室に送給するため電気的に制御される請
    求項６のシステム。
  9. 【請求項９】 燃焼室がクランクシャフトを具備するエンジンの燃焼室であ
    りそして噴射器の電気制御がクランクシャフトの角度に応答する請求項８のシス
    テム。
  10. 【請求項１０】 エンジンがディーゼルエンジンである請求項９のシステム
    。
  11. 【請求項１１】 エンジンが火花点火エンジンである請求項９のシステム。
  12. 【請求項１２】 エンジンがガスタービンエンジンである請求項９のシステ
    ム。
  13. 【請求項１３】 噴射器の電気制御がパルス幅変調を含む請求項８のシステ
    ム。
  14. 【請求項１４】 噴射器弁が火花点火エンジンの吸入口若しくはのど部（絞
    り部）に開口しそして燃料がガソリン、ナフサ、アルコール、軽質燃料油若しく
    はその混合物である請求項１１のシステム。
  15. 【請求項１５】 噴射器の加熱がエンジンからの排気からの熱を使用するこ
    とを含む請求項９のシステム。
  16. 【請求項１６】 エンジン排気から噴射器への熱伝達のためのヒートパイプ
    を更に含む請求項１５のシステム。
  17. 【請求項１７】 噴射器が水／炭化水素混合物を密封するベローズを形成す
    る可撓性膜を含みそして噴射器弁の運動を制御するための機械的なカムを更に含
    む請求項６のシステム。
  18. 【請求項１８】 均質な単一相であるような臨界点近傍にある水及び炭化水
    素燃料混合物を噴射するための手段を備える炉及び動力プラントバーナ装置用の
    燃料噴射システム。
  19. 【請求項１９】 噴射器を加熱するための電気的手段を更に含む請求項６の
    システム。
  20. 【請求項２０】 水源と、 炭化水素燃料源と、 前記水源及び炭化水素燃料源に接続される入口と出口とを具備する複式流体、
    圧力制限高圧調量ポンプと、 高圧の水及び炭化水素燃料を受け取るため前記ポンプ出口に接続される噴射器
    であって、水／炭化水素燃料混合物の温度及び圧力が混合物が均質な単一相であ
    るよう臨界点近傍にある水／炭化水素燃料混合物の放出を制御するための制御弁
    を更に含む噴射器と を備える燃料システム。
  21. 【請求項２１】 混合物を受け取るための内燃エンジンを更に含み、エンジ
    ンがクランクシャフトを有し、制御弁がクランクシャフト角度位置に対応して動
    作される請求項２０の燃料システム。
  22. 【請求項２２】 エンジンが火花点火エンジンである請求項２１の燃料シス
    テム。
  23. 【請求項２３】 エンジンが圧縮点火エンジンである請求項２１の燃料シス
    テム。
  24. 【請求項２４】 混合物が動力プラントガスタービンエンジンに導入される
    請求項２０の燃料システム。
  25. 【請求項２５】 水／炭化水素燃料混合物が３６３℃を超える温度と３００
    ０〜４０００ｐｓｉの圧力範囲にある請求項２０の燃料システム。
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