JP2008151102A - 液体燃料の改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輌の排気ガスの有害物質を除去するための、軽量で、コンパクトで、かつ廉価な液体燃料の改質装置を提供すること。
【解決手段】 車輌の排気ガスの有害物質を除去するための、軽量で、コンパクトで、かつ廉価な、本発明の液体燃料の改質装置は、異方性磁気体(7, 7’)を、それぞれ、収容する磁石保持ケース(3, 3’)を有する。磁石保持ケース(3’)と磁石保持ケース(3)は、それぞれの合せ目(3a, 3a’)において互いに磁気吸着していて、かつ液体燃料が流動する非磁性体製の接続管(24)を挟み込んでいる。異方性磁気体(7)と異方性磁気体(7’)とにより形成される磁界は、接続管に対して直交している。接続管は、非鉄金属からなる外側管体(24A)と、外側管体のそれとは異なる非鉄金属からなる内側管体(24B)とを有する。2種類の非鉄金属は、外側管体と内側管体との間に電位差が発生するように、選択される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車輌が排出する排気ガス中の一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、及び窒素酸化物(NOx)、黒煙等の原因となる、ガソリン・エンジンおよびディーゼル・エンジン等の液体燃料中に含まれる物質を処理するための、液体燃料の改質装置に関するものである。

自動車等の排気ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等の有害物質を除去するためには、エンジンからマフラーに至る排気系に触媒コンバータを設置することが広く行われている。現在では、白金、パラジウム、ロジウム、ゼオライトなどを触媒の材料に用いた三元触媒コンバータが、一般的である。この三元触媒コンバータは、これらの材料によりハニカム状に形成されている。これの使用時には、このハニカム状に形成された開口部に、約800°Cで排気ガスを通し、有害物質との酸化および還元反応を生じさせている。有害な一酸化炭素と炭化水素は酸化されて、それぞれ、無害な二酸化炭素(CO₂)と水(H₂O)に変換され、かつ有害な窒素酸化物(NOx)は還元されて、無害な窒素(N₂)と酸素(O₂)に変換される。これが、三元触媒コンバータの動作原理である。この三元触媒コンバータの形状は、扁平な楕円柱であって、長手方向の大きさが約20〜50cm、厚みが約10〜20cmある。その重量は、1個当り、付属品込みで10〜20kgである。

一方、ディーゼル・エンジンの場合、燃焼室内の圧縮により、混合ガスが自然着火して、排気ガスがエキゾースト側から排出される。このような動作原理から、混合ガスが完全燃焼することは、不可能である。そのため、ディーゼル・エンジンの場合、不完全燃焼に伴う黒煙の排出は阻止しがたい。この黒煙は、大気汚染を引き起こすのみならず、塩素等と化合して猛毒なダイオキシンをとなったり、発ガン性物質になったりする。現在、ディーゼル・エンジンからの黒煙を除去するために、エキゾースト側に、再燃焼装置と交換式フィルターからなるディーゼル微粒子除去装置（DPF: Diesel Particulate Filter）を設置することが行われている。

近年の排ガス規制の強化に伴い、ガソリン・エンジン車の排気系には、2または3個の触媒コンバータを装備しなければならなくなって来ている。図1は、自動車に3個の触媒コンバータを装備させた状況を示す。3個の三元触媒コンバータ1は、エンジン5からマフラー4に至る排気系において、エキゾースト・マニホールド2とマフラー4との間に直列に設置されている。上述したように、三元触媒コンバータは、相当な大きさを有しているので、2または3個の触媒コンバータを設置する場所を確保することが、困難であると言う問題がある。触媒コンバータは、少なくとも10cmの厚みを有するので、触媒コンバータを自動車の床に設置する場合には、自動車の床を嵩上げしなければならず、これは、車内空間を減少させてしまうと言う問題を生じる。

これに加え、触媒コンバータは、1個の重量が10〜20kgであるので、3個の触媒コンバータを設置することは、自動車に対し数10kgの重量を増加させることになる。また、ディーゼル微粒子除去装置(DPF)は、1台当り100kgもの重量を有するので、ディーゼル・エンジン車輌の場合、重量増加の問題はガソリン・エンジン車輌の場合より深刻である。このような重量増加は、車輌の燃費を悪化させると言う問題を発生させる。さらに、触媒コンバータ・ディーゼル微粒子除去装置(DPF)は高価であるので、これらを車輌に装備させるためには、相当の費用負担が発生するという問題もある。

したがって、本発明の目的は、車輌の排気ガスの有害物質を除去するための、軽量で、コンパクトで、かつ廉価な液体燃料の改質装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の液体燃料の改質装置は、
イオン化傾向が異なる管体を含む接続管と、前記接続管の長手方向に垂直に磁力を印加する磁気体とを備え、
前記接続管を通る流体の当該接続管の上流側の静電電流値に対して、下流側の静電電流値が所定比率となるように、前記管体の材料と前記磁力の強さが選択される。

一例としては、本発明は、
一方の異方性磁気体を収容する磁性体製の一方の磁石保持ケースと、
他方の異方性磁気体を収容する磁性体製の他方の磁石保持ケースとを有し、
前記他方の磁石保持ケースと前記一方の磁石保持ケースが、それぞれの合せ目において磁気誘導回路の一部を構成するように、互いに磁気吸着していて、かつ液体燃料が流動する非磁性体製の接続管を挟み込み、
前記一方の異方性磁気体と前記他方の異方性磁気体とにより形成される磁界が、前記接続管に対して直交している、液体燃料の改質装置において、
前記接続管が、非鉄金属からなる外側管体と、前記外側管体の内部に収容された、前記外側管体のそれとは異なる非鉄金属からなる内側管体とを有し、かつ前記内側管体と前記外側管体の内壁部との間に、前記接続管の入口側から出口側に抜ける流路を有し、
前記外側管体と前記内側管体との間に電位差が発生するように、前記2種類の非鉄金属を選択することを特徴とする液体燃料の改質装置により、達成される。

磁界が垂直に印加される、接続管内の液体燃料中に存在する金属元素には、静電気が発生する。これらの金属元素は、ローレンツ力の働きにより、液体燃料中から除去される。その結果、改質後の液体燃料が、黒煙、ダイオキシン等を発生させることはない。

一方、磁界が接続管を流れる液体燃料に印加されることにより、液体燃料に起電力が発生するが、これは、液体燃料中の炭化水素化合物の連鎖結合を細分化させる。炭化水素化合物の連鎖結合が細分化されると、燃料の表面積が増大し、その結果液体燃料の燃焼温度は低下する。燃焼温度が低下すると、窒素酸化物(NOx)および黒煙が生成されなくなり、燃焼速度が促進され、完全燃焼によって黒煙が削減され、燃焼効率も向上する。

外側管体と内側管体を構成する2種類の非鉄金属の間には、それぞれが有する電位（H=0Vとした場合の基準の標準電位）の電位差が存在する。つまり、外側管体と内側管体との間に電池が形成される。この電位差も、上記磁界による起電力と同様に、内、外流路を流れる液体燃料の炭水化合物の連鎖結合を細分化する働きをする。従って、これら両者の働きにより、効率的に、炭化水素化合物の連鎖結合が細分化される。これが、本発明の液体燃料の改質装置により排ガス中の一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)および黒煙を激減させることが出来る理由である。

本発明の液体燃料の改質装置は、前記外側管体が、プラスの単極電位を発生させる非鉄金属により形成されていて、前記内側管体が、マイナスの単極電位を発生させる非鉄金属により形成されていることを特徴とする。

外側管体には、酸化および腐食しにくく、イオン化傾向が小さい、単極電位がプラス電位で一価、二価および三価の物理化学的性質を有する非鉄金属、具体的には、金、銀、銅またはプラチナを用いることが好ましい。

内側管体には、イオン化傾向が大きく、単極電位がマイナス電位で一価の物理化学的性質を有する非鉄金属、具体的には、チタン、タングステンまたはアルミニウムを用いることが好ましい。

異方性磁気体が、上面が長方形である直方体であることを特徴とする液体燃料の改質装置は、上面が長方形以外の形状（例、円）である改質装置に比較して、磁場の強度が大きい。

磁石保持ケースの角部に、曲げ角度が56度以上のアールを形成したことを特徴とする液体燃料の改質装置は、磁気漏れの無い強力な磁気誘導閉回路を実現する。磁気誘導閉回路とは、磁界が保持ケースの外部に存在しない回路のことを言う。

本出願において、液体燃料とは、ガソリン、軽油、灯油、重油、エタノールなど、炭化水素(CH）を含む液体の燃料を意味する。

本出願において、「車輌」とは、ガソリン・エンジンまたはディーゼル・エンジンを使用する、自動車、トラック、バス、ディーゼルカー、ショベルカー、オートバイ、スノーモービルなど全ての陸上移動手段を意味する。

本発明の液体燃料の改質装置を搭載したガソリン・エンジンおよびディーゼル・エンジンは、モーターボートおよび船舶などの水上／水中移動手段にも使用できる。

本発明の液体燃料の改質装置の動作原理は、ジェット・エンジンにも適応される。したがって、ジェット・エンジンに対しても、本発明の液体燃料の改質装置により改質された液体燃料を供給することにより、その排気ガスから有害成分を除去することが出来る。

本発明の液体燃料の改質装置を搭載したジェット・エンジンは、航空機に使用することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明の液体燃料の改質装置は、図2に示されるように、一方の磁気保持ケース3と、他方の磁気保持ケース3’と、接続管24とから構成されている。

一方の磁気保持ケース3と他方の磁気保持ケース3’とは、構成が全く同一であるので、一方の磁気保持ケース3についてのみ説明する。この磁気保持ケース3は、軟鉄材料から成り、ボックス状の形状をしている。図2における磁気保持ケース3, 3’の長さlは、40mmである。この磁石保持ケース3は、底面部3Aと、左、右面部3B, 3Cと、前、後面部3D, 3Eとを有している。前、後面部3D, 3Eの辺縁部には、半円状の溝部6が形成されている。磁石保持ケース3の底面部3Aの内面には、上面が長方形(20mm x 25mm)である角形直方体(厚み：10mm)の永久磁石7が固着されている。この永久磁石7は、異方性磁気体である。磁石保持ケース3内には、非磁性材料である合成樹脂、例えば、エポキシ樹脂から成る充填材8が、磁石固定のために充填されている。この充填材8の中央には、永久磁石7が表出している。磁気漏れを防ぐために、磁石保持ケース3の角部には、56度以上の曲げ角度のアールが設けてある。

図3に示されるように、磁気保持ケース3と磁気保持ケース3’とは、相互の磁力により合体し、溝部6, 6’により、接続管24が挿入される開口を形成する。接続管24は、非磁性体により形成されていて、外側管体24Aと内側管体24Bとから構成されている。接続管24の外側管体24Aは、その内径が5mm〜6mmであり、外径は7mm〜8mmであり、また、内側管体24Bは、その内径が3mm程度であり、外径は4mm程度である。外側管体24Aの長さは、115mm、内側管体24Bの長さは、24mmで、両者の合計重量は、250gである。外側管体24Aは、酸化および腐食しにくいイオン化傾向の小さい非鉄金属により形成されている。イオン化傾向の小さい非鉄金属には、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)等が挙げられる。

この外側管体24Aの両側部には、8ミリホース用ジョイント部9と、9ミリホース用ジョイント部10とが、それぞれ、設けられている。8ミリホース用ジョイント部9は、膨出部11と抜止め引掛り部12とを有し、9ミリホース用ジョイント部10は、膨出部13と抜止め引掛り部14とを有している。

内側管体24Bの材料には、イオン化傾向が大きく、単極電位がマイナス電位で一価の物理化学的性質を有するチタン(Ti)、タングステン(W)、およびアルミニウム(Al)等が使用される。

図4に示されるように、押潰部30が、外側管体24A内に内側管体24Bを同心的に収容した状態で、外側管体24Aの中央部において、互いに対向する部位を押し潰すことにより、形成されている。内側管体24Bは、押潰部30により外側管体24Aと同心的に外側管体24Aに収容固定されている。内側管体24Bと外側管体24Aの間には、押潰部30を除いて、外側流路31が形成されている。

磁気保持ケース3と磁気保持ケース3’とは、図4に示されるように、それぞれの合せ目（縁部）3a, 3a’で合わされ、半円状の溝部6, 6’（図5参照）により形成される円形孔を、接続管24が貫通している。永久磁石7と永久磁石7’は、接続管24を挟んで対向している。永久磁石7の対向端部7aはS極で、永久磁石7’の対向端部7a’はN極である。

図4に示されるように、磁石保持ケース3, 3’は、合体して連続する枠体を構成する。この枠体は、磁気誘導閉回路を構成する。図示されている断面の大きさは、40mm x 40mmで、磁石保持ケース3, 3’の重量は、200ｇである。この枠体は、いわゆる磁気回路の一部を形成する。磁気保持ケース3の永久磁石7の対向端部（S極）7aから永久磁石7’の対向端部（N極）7a’に向かって磁束密度の高い（6000〜8000ガウス）磁場が形成されている。磁力線Ｆは、接続管24を貫き、枠体の中心部10を通過して永久磁石7に収束する。この磁力線Fにより、磁気回路（誘導磁気回路）が構成されている。磁石保持ケース3, 3’の角部に、曲げ角度が56度以上のアールを形成することにより、磁気漏れの無い磁気誘導閉回路が実現している。

外側流路31、 内側流路32を流れる液体燃料の流速を、毎秒1.2m〜1.6mとし、液体燃料の燃料圧力を2kg〜3kgとし、液体燃料の吐出量を毎時60リットル〜110リットルとした。

液体燃料中には、微量な金属元素（カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、アルミニウム、鉄、チタン）が、存在する。これらの金属元素自体は有害ではないが、これらの金属元素が、液体燃料の燃焼中に、塩素、臭素、硫黄等と化合して、塩化物、臭化物、硫化物になる可能性がある。これら塩化物、臭化物、硫化物は、黒煙、ダイオキシン等の有害物質の生成に関与するものと考えられているので、液体燃料中に含まれているこれらの金属元素は化合物から除去しておくことが望ましい。

6000〜8000ガウスの磁界が垂直に印加される、接続管24内の液体燃料中に存在する金属元素には、静電気（流速毎秒1.2mでは0.06mA、流速毎秒1.6mでは0.08mAの静電電流）が発生する。これらの金属元素は、ローレンツ力の働きにより、液体燃料中から除去される。これが、本発明の液体燃料の改質装置により液体燃料中の微量な金属元素の自由電子が除去され、その結果、液体燃料が燃焼しても、黒煙、ダイオキシン等が発生しなくなることの原理である。

一方、6000〜8000ガウスの磁界が接続管24内を流れる液体燃料に印加されることにより、液体燃料に起電力が発生するが、これは、液体燃料中の炭化水素化合物の連鎖結合を細分化させる。炭化水素化合物の連鎖結合が細分化されると、燃料の表面積が増大し、その結果液体燃料の燃焼温度は低下する。燃焼温度が低下すると、窒素酸化物(NOx)が生成されなくなり、燃焼効率も向上する。燃料の連鎖結合を細分化することにより、燃料の表面積が増大し、燃焼速度が促進され、完全燃焼によって黒煙が削減される。

外側管体24Aと内側管体24Bを構成する2種類の非鉄金属の間には、それぞれが有する電位（H=0Vとした場合の基準の標準電位）の電位差が存在する。つまり、外側管体と内側管体との間に電池が形成される。例えば、外側管体24Aを、単極電位がプラス電位の一価および二価の物理化学的性質を有する金（金の単極電位は1.7）により形成し、内側管体24Bを、単極電位がマイナス電位で一価の物理化学的性質を有するチタン（チタンの単極電位は-1.75）により形成した場合、外側管体24Aと内側管体24Bとの間には、3.45Vの電位差が発生する。この電位差も、上記磁界による起電力と同様に、内、外流路31, 32を流れる液体燃料の炭水化合物の連鎖結合を細分化する働きをする。従って、本発明の液体燃料の改質装置は、これら両者の働きにより、効率的に、炭化水素化合物の連鎖結合を細分化する。これが、本発明の液体燃料の改質装置により排ガス中の窒素酸化物(NOx)および黒煙を激減させることが出来る理由である。

外側管体24Aと内側管体24Bの組合せは、上述した金(Au)とチタン(Ti)に限らない。金(Au)とアルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)とチタン(Ti)、プラチナ(Pt)とアルミニウム(Al)、銀(Ag)とチタン(Ti)、銅(Cu)とチタン(Ti)を、それぞれ、外側管体24Aと内側管体24Bに採用した場合にも、両者の間に電位差が発生する。

本発明の液体燃料の改質装置を、自動車のガソリン・エンジンの燃料供給装置に装備させた例を、図6および図7を用いて、説明する。

自動車のガソリン・エンジンの燃料供給装置は、燃料を空気と混合してシリンダ内に供給するための装置である。この燃料供給装置は、図6に示されるように燃料タンク21と、この燃料タンク21内に収納された燃料供給ポンプ23と、この燃料供給ポンプ23の吐出側に燃料ホース22を介して接続された燃料フィルター23Aと、この燃料フィルター23Aに燃料ホース27を介して接続され且つ吸入マニホールド26A側に装着されたインジェクター25とを備えている。液体燃料であるガソリンは、燃料供給管路、即ち、燃料タンク21内で燃料供給ポンプ23に吸引され、この燃料供給ポンプ23から吐出されたガソリンは燃料フィルター23Aで濾過された後にインジェクター25に送られ、ここで霧状に気化され、シリンダに供給される。なお、25Aはプレッシャ・レギュレターである。

燃料供給ポンプ23の吐出側には合成樹脂製の8ミリ径の燃料ホース27が接続されている。この燃料ホース27の端部27aには、改質装置Aの接続管24の一方が、その8ミリホース用ジョイント部9を用いて接続されている。改質装置Aの接続管24の他方には、その8ミリホース用ジョイント部9を用いて別の燃料ホース28の端部28aが接続されていて、この燃料ホース28はインジェクター25に接続されている。

前述したように、本発明の液体燃料の改質装置は、磁石保持ケース3, 3’が40mmの直方体で、接続管の長さが115mmであり、その重量が、250gに過ぎないので、極めて軽量・コンパクトな装置である。したがって、本装置は、前述したように、エンジンと燃料タンクを結ぶ燃料ホースに直接設置することが出来る。しかも、エンジンの排気ガスを処理する従来の触媒コンバータとは異なり、本発明の液体燃料の改質装置は、エンジンに供給される液体燃料における有害物質を除去するので、エンジンには、極めてクリーンな液体燃料が供給される。この結果、エンジンの排気ガスに含まれる有害物質は、激減し、その効果は、従来の触媒コンバータによる有害物質の除去効果よりも優れている。これに対し、従来の触媒コンバータが、50cmｘ10cm x 10cmのような大きさで、10kgの重量があるので、その設置場所およびその設置に伴う重量増加に対する深刻な問題があることを考慮すると、本発明の液体燃料の改質装置が、重量比で、従来の触媒コンバータの1/200以下であって、かつそれよりも優れた有害物質の除去効果を示すことは、本発明の装置の技術的効果が如何に大きいかを示すことになる。

外側管体24Aに金を用い、かつ内側管体24Bにチタンを用いた本発明の液体燃料の改質装置を、排気量2400ccのダットサンに装備させた場合と装備させない場合について、空燃比を一定にした状態で、その排気ガスを堀場製作所の排ガス測定器MEXA-554Jによって測定した。その結果、本発明の装置を装備させない場合には、COの排出量が、0.10%vol、HCのそれが、31ppmvolであったのに対し、本発明の装置を装備させた場合には、COの排出量は、0.01%vol、HCのそれが、-2ppmvol（測定誤差の範囲で測定不可能）であった。COの排出量は、1/10に激減し、HCのそれも、31ppmvolから測定不可能な値にまで激減している。

次に、従来の三元触媒コンバータを装備させた自動車と、本発明の液体燃料の改質装置を装備させた自動車のいくつかについて、その効果についての実測データを示す。

比較例
三元触媒コンバータを装備させた、最高速度240km/hのFR駆動・オートマティック車について、エンジンの回転数を変えて、そのトルクの変化を測定した。その結果は、図8に示されている。この図および以下の図9〜11において、縦軸は、エンジンのトルク（単位Nm）で、横軸は、エンジンの回転数(rpm)である。図8によると、三次元触媒コンバータを装備させた自動車のエンジンの場合、回転数が、0〜3200回転の間、そのトルクは、50Nm程度にしかならない。

具体例１
外側管体24Aに金、内側管体24Bにチタンを用い、6500Gの磁場を発生させた本発明の改質装置を装備させた、最高速度200km/hのFR駆動・オートマティック車について、エンジンの回転数を変えて、そのトルクの変化を測定した。その結果を図9に示す。図9を図8と比較すると、全ての回転数においては、具体例1の場合、トルクが向上している。特に、4000回転以下において、そのトルクの向上は、著しい。

具体例2
外側管体24Aにチタン、内側管体24Bにアルミニウムを用い、6500Gの磁場を発生させた本発明の改質装置を装備させた、最高速度200km/hのFR駆動・オートマティック車について、エンジンの回転数を変えて、そのトルクの変化を測定した。その結果を図10に示す。図10を図8と比較すると、0〜4200回転においては、具体例1の場合、トルクが格段に向上している。例えば、3000回転時においては、具体例2の場合、そのトルクは、比較例の場合の4倍にもなっている。

具体例3
外側管体24Aに金、内側管体24Bにチタンを用い、6500Gの磁場を発生させた本発明の改質装置を装備させた、最高速度200km/hのFR駆動・オートマティック車について、エンジンの回転数を変えて、その回転数の変化を測定した。その結果を図11に示す。図11を図8と比較すると、全ての回転数においては、具体例3の場合、回転数が向上している。特に、4000回転以下において、その回転数の向上は、著しい。

本発明の液体燃料の改質装置Aを、自動車のディーゼル・エンジンの燃料供給装置に装備させた例を、図12および図13を用いて説明する。

自動車のディーゼル・エンジンの燃料供給装置は、燃料タンク40と、この燃料タンク40内に収納された燃料供給ポンプ42と、この燃料供給ポンプ42の吐出側に燃料フィルター48を介して燃料ホース41により接続された分配器45と、この分配器45に噴射管46を介して接続された噴射ノズル47とを備えている。

燃料フィルター48の出口側には合成樹脂製の9ミリ径燃料ホース50が接続されていて、この燃料ホース50の後端部50aには、液体燃料の改質装置Aの接続管24の一方が、その9ミリホース用ジョイント部10を用いて接続されている。また、液体燃料の改質装置Aの接続管24の他方には、その9ミリホース用ジョイント部10を用いて別の燃料ホース51の端部51aが接続されていて、この燃料ホース51は分配器45に接続されている。

なお、この液体燃料の改質装置は、燃料フィルター48の入口側に設置してもよい。この場合、液体燃料の改質装置は燃料フィルター48の出口側には設置しない。

以上、ガソリン・エンジンおよびディーゼル・エンジンに、本発明の液体燃料の改質装置を、適用させる例について述べたが、本発明の液体燃料の改質装置の動作原理は、そのままジェット・エンジンにも適応される。したがって、ジェット・エンジンに対しても、本発明の液体燃料の改質装置により改質された液体燃料を供給することにより、その排気ガスから有害成分を除去することが出来る。

次に、本実施形態の改質装置による改質メカニズムについて詳述する。以下説明するように、本実施形態の改質装置は、２つの点から液体燃料の改質を行っている。

（第１の改質メカニズム）
エンジンにおけるガソリンの燃焼効率を高めるためには、不完全燃焼となるガソリンを減らすことが必要である。これを実現するためには、ガソリンと空気との混合気を燃焼しやすい状態にすればよい。

ところで、ガソリンの燃焼とは、ガソリンと酸素とを化合させることに他ならないので、ガソリンの酸化を意味する。ガソリンを効率よく酸化させようとする場合には、酸化反応前のガソリンを還元状態にしけばよい。これは、ガソリンをイオン化することで実現できる。

ただし、後述するように、ガソリンを過度にイオン化してしまうと、ガソリンの燃焼効率が低下する点に留意されたい。

ここで、物質中を進行する荷電粒子は、当該物質の一部をイオン化させる作用を有する。また、イオン化量は、荷電粒子の速度に比例して増加する。このことから、荷電粒子の速度を制御することで、ガソリンを適度にイオン化させることができる。

本実施形態では、荷電粒子の速度が荷電粒子に印加する力（ローレンツ力）に依存することに着目し、ガソリンに対してローレンツ力を印加している。ローレンツ力の大きさ又は電界の強さは、荷電粒子の速度に比例するので、ローレンツ力の大きさ等を制御することによって、ガソリン中の荷電粒子の速度制御を行う。こうして、ガソリンを適度にイオン化させる。

本実施形態の改質装置は、永久磁石７によって、ガソリンの進行方向に対する垂直方向に磁界を印加している。すなわち、本実施形態の改質装置は、ガソリン中の荷電粒子に対して、磁界によるローレンツ力を与えている。

また、本実施形態の改質装置は、外側管体２４Ａと内側管体２４Ｂとの間で電位差が生じるようにしている。この状態で、永久磁石７によって磁力を印加すれば、接続管２４を通るガソリン中の荷電粒子に対して、電界によるローレンツ力を与えることが可能となる。

（第２の改質メカニズム）
燃料ホース27の材料は、主として、2種類存在している。一つ目は、ゴムなどの帯電しやすい素材であり、二つ目は、金属などのように接地により帯電しにくい素材である。例えば、ゴム製の燃料ホース27を用いると、ガソリンが燃料ホース27内を通るときに、燃料ホース27との摩擦により静電気が生じることになる。この結果、燃料ホース27が帯電し、ガソリンの分子の陰イオンが、燃料ホース27に引き寄せられる。ゴム製の燃料ホース27からは、漏れ電流が発生する。

この結果、ガソリン・エンジンに対して送られるガソリンは、陽イオンが過多となる。これでは、ガソリンと酸素とが酸化反応しにくい状態となるので、これらの化合が妨げられ、ガソリンの燃焼効率が低下する。もっとも、ガソリン・エンジンに対して送られるガソリンは、陰イオンが過多となっても、ガソリンと酸素との化合が妨げられ、ガソリンの燃焼効率が低下する。このため、本実施形態の改質装置によってイオン化を促進しても、燃料ホース27の帯電素材である場合には、燃焼効率の向上には限界がある。

したがって、ガソリンの燃焼効率を更に向上させるためには、イオンバランスを調整する必要がある。本実施形態では、燃料ホース27の帯電を緩和させることによって、イオンバランスを調整するようにしている。

具体的には、改質装置の接続管２４は、二重管であるため、コンデンサとして機能する。コンデンサが電荷を蓄積すると、電位差は減少する。すなわち、この改質装置は、陽イオンと陰イオンとの発生によって生じる電位差を緩和する働きがある。

実際に、本実施形態の改質装置を取り付けた自動車のガソリン・エンジンをアイドリングした状態で、接続管２４の両端でガソリンの静電電流値を測定した。その結果、接続管２４の上流側に接続される燃料ホース２７を通るガソリンの静電電流値に対して、下流側の燃料ホース２８を通るガソリンの静電電流値が典型的には１．２〜３倍程度に増加していた。これは、改質装置の下流では、ガソリンの抵抗値が削減されることを意味する。

具体的にいくつかを例示すると、２０００ｃｃクラスの排気量の乗用車（日産自動車株式会社：セレナ）の場合には、接続管２４の上流側の静電電流値が約０．０６ｍＡであったのに対して、下流側の静電電流値は約０．１２ｍＡであり、静電電流値が約２倍となった。

同様に、６００ｃｃクラスの排気量の乗用車（スズキ株式会社：ジムニー）の場合には、アイドリング時における、接続管２４の上流側の静電電流値が約０．１２ｍＡであったのに対して、下流側の静電電流値は約０．１６ｍＡであり、静電電流値が約１．３倍となった。

また、４５００ｃｃクラスの排気量の乗用車（日産自動車株式会社：インフィニティＱ４５）の場合には、アイドリング時における、接続管２４の上流側の静電電流値が約０．１ｍＡであったのに対して、下流側の静電電流値は約０．１４ｍＡであり、静電電流値が約１．４倍となった。

このように、接続管２４の上流側に対する下流側の静電電流比は、ガソリンが適度にイオン化されているか否かを見極める指針となる。たとえば、上記静電電流比が１．１倍未満しか増加していない場合には、ガソリンが十分にイオン化されていないことを示す。一方、上記静電電流比が１０倍以上に増加している場合には、ガソリンが過度にイオン化されていることを示す。ガソリンの分子を過度にイオン化してしまうと、ガソリンの分子は、元素化するため、熱量が低下するので、燃焼効率は低下する点に留意されたい。

種々実験を行った結果、本実施形態の改質装置は、接続管２４の上流側に対する下流側の静電電流比が、１．２倍〜７．５倍の範囲内であれば好適な燃焼効率が得られ、１．２倍〜５．０倍の範囲内であればより好適な燃焼効率が得られることを確認した。

上記静電電流比を好適な範囲内に収めようとするためには、永久磁石７による印加磁力の大きさを調整する、或いは、外側管体２４Ａと内側管体２４Ｂとの材料を選択することが必要である。既述の印加磁力、材料であれば、上記静電電流比は、好適な範囲内に収まる。

また、ガソリン以外の燃料、すなわち、軽油、重油、灯油、エマルジョン燃料の場合であっても、上記静電電流比は上記範囲に収まればよいことを確認した。さらには、ガソリン・エンジン以外のエンジン、すなわち、ディーゼル・エンジン、ジェット・エンジン、レシプロエンジン、ガスタービンエンジン、ロケットエンジンの場合であっても、上記静電電流比は上記範囲に収まればよいことを確認した。参考までに、４６００ｃｃの排気量のディーゼル・エンジンに対して、燃料を軽油とした場合には、接続管２４の上流側の静電電流値が約０．０７ｍＡであったのに対して、下流側の静電電流値は約０．０９ｍＡであり、静電電流値が約１．２９倍となった。

ここで、ガソリンを過度にイオン化してしまうと、ガソリンが気化しやくなる。ガソリンが気化すると、ガソリンの発熱量が低下してしまう。この結果、ガソリンの燃焼効率は低下することになる。

以上説明したように、本実施形態の改質装置は、電位差を生じさせる２種類の管体を含む接続管２４と、接続管２４の長手方向に対して垂直に磁力を印加する永久磁石７とを備えることによって、ガソリン中の物質を電離させることが可能となる。

本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されるものではない。たとえば、接続管２４の構造を二重構造にすることは必須ではない。たとえば、イオン化傾向が大きい管体とイオン化傾向が小さい管体とを、燃料の上流側から下流側に連結して設けるようにしてもよい。また、磁石保持ケース３，３’を設ける位置は、接続管２４の中央部でなく、燃料の上流側又は下流側にずらした位置に設けてもよい。さらに、磁力、接続間の長さ、燃料の純度なども、接続管２４の上流側に対する下流側の静電電流比のパラメータになるので、これらを考慮して磁力等を決定すればよい。

本発明の液体燃料の改質装置は、ガソリン・エンジンおよびディーゼル・エンジンの排気ガスの有害成分を除去する装置に適し、従来の三元触媒コンバータおよびディーゼル微粒子除去装置(DPF)に置き換わるものである。また、本発明の液体燃料の改質装置は、ジェット・エンジンの排気ガスの有害成分を除去する装置にも適する。

触媒コンバータが設置された自動車を示す。 本発明の液体燃料の改質装置の斜視図である。 本発明の液体燃料の改質装置における磁気保持ケースの正面図である。 磁気保持ケースの中央部における断面図である。 磁気保持ケースの一部を省略した斜視図である。 自動車のガソリン・エンジンの燃料供給装置の構成説明図である。 本発明の液体燃料の改質装置における接続管とガソリン・エンジンの燃料供給装置の燃料ホースとの接続の説明図である。 三元触媒コンバータを装備させた自動車のエンジンの回転数とトルクの関係についての測定結果を示す。 本発明の具体例1についての測定結果を示す。 本発明の具体例2についての測定結果を示す。 本発明の具体例3についての測定結果を示す。 自動車のディーゼル・エンジンの燃料供給装置の構成説明図である。 本発明の液体燃料の改質装置における接続管とディーゼル・エンジンの燃料供給装置の燃料ホースとの接続の説明図である。

符号の説明

1 三元触媒コンバータ
3 一方の磁気保持ケース
3’ 他方の磁気保持ケース
4 マフラー
5 エンジン
6 溝部
6’ 溝部
7 永久磁石
8 充填材
11 膨出部
21 燃料タンク
22 燃料ホース
23 燃料供給ポンプ
24A 外側管体
24B 内側管体
25 インジェクター
27 燃料ホース
30 押潰部
31 外側流路
32 内側流路
33 エキゾースト・マニホールド

Claims (5)

1. イオン化傾向が異なる管体を含む接続管と、前記接続管の長手方向に垂直に磁力を印加する磁気体とを備え、
   前記接続管を通る流体の当該接続管の上流側の静電電流値に対して、下流側の静電電流値が所定比率となるように、前記管体の材料と前記磁力の強さが選択される液体燃料の改質装置。
2. 前記接続管は、プラスの単極電位を発生させる非鉄金属により形成されている第１管体と、マイナスの単極電位を発生させる非鉄金属により形成されている第２管体とを備える、請求項１記載の液体燃料の改質装置。
3. 前記第１管体内に、前記第２管体が通されている請求項２記載の液体燃料の改質装置。
4. 請求項１記載の液体燃料の改質装置と、前記改質装置の接続管に接続される可帯電性ホースとを備える、改質ユニット。
5. 請求項１記載の液体燃料の改質装置を搭載した乗物。

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