JP2009046980A - 液体燃料微粒子化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造でかつ安価に液体燃料の炭素間結合を物理的に微粒子化することに
より燃料の向上や有害排気ガスの低減をはかることを目的とするもの。
【解決手段】液体燃料の流入路及び流出路を有する本体と、前記本体内部に収納され未処
理液体を処理化するためのスクリュー部と、このスクリュー部を振動するための振動素子
と、前記振動素子とスクリュー部を連結するための振動連結部材を備え、前記振動連結部
材は振動素子とスクリュー部の両端に結合するように配設され、振動素子、スクリュー部
振動連結部材とを同軸的に配設したことを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動車、船舶、汎用燃料機器、土木機械等に用いられる内燃機関や燃焼装置の
液体燃料の分子集団を微粒子化することにより、完全燃焼化を促進して燃費の向上や有害
ガスの低減が可能となる液体燃料微粒子化処理装置に関する。

自動車等の内燃機関については、近年、環境に優しくまた省エネルギーであることが特
に要求されている。この理由として、排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）が大気汚染の元凶とされ、これら有害物質の排出量を抑
える必要があり、また資源の枯渇が懸念される今日において燃料の消費が少ない内燃機関
が求められている。更には、ガソリンエンジンのみならず、燃料効率が良いとされてきた
ディーゼルエンジンにおいても、排気ガス中の黒鉛や浮遊微粒子物質についても有害とさ
れ、この排出を低減することが要求されている。また、ボイラー等の燃焼装置においても
有害排気ガスの低減やその燃焼効率化が求められている。

このため、磁界中に燃料を通過させ、燃料分子の結合を切断して微粒子化することによ
り、完全燃焼を促進し、燃料効率をアップさせることが提案されている。これは、核磁気
共鳴現象を利用したもので、この原理はその名前からもわかるように原子核の磁気的性質
に基づく現象である。核は正に帯電したプロトンと中性子からできているため、この正に
帯電した核が回転すると、電流がコイルを流れるのと同じように小さい磁石を作りだす。
この磁石の大きさは、核の中でのプロトンの方向によって決定される。このような小さい
磁石と考えられる核を外部磁場の中におくと、外部磁場に対し量子力学的条件に制約され
た数の配向をとる。これにラジオ波を照射するとラジオ波を吸収し、核磁気の配向を変え
核磁気共鳴という現象を起こす。この核磁気共鳴現象により、今まで結び付きが強かった
炭素間結合がスピン現象により弱くなり、それ故に炭素間結合が切断されることになる。

しかしながら、上記した核磁気共鳴作用を利用してその核磁気共鳴装置を提供するには
強力な永久磁石あるいは電磁コイルを用いた電磁石が必要になり、設置スペース、重量、
コスト等が問題点となり、また電磁石による装置においては電気系統が故障すると共に動
作不能となる可能性が生ずる。さらには、磁気漏洩による電子装置の誤動作が考えられ、
コンピュータを多く搭載した今日の自動車においては、誤動作による交通事故の危険さえ
伴うものとなる。

また、本発明者においても上記方法を試行してみたが、その効果が十分に発揮されず、
逆に十分な効果を発揮するためにはその装置が大型なものとなり、自動車や船舶といった
軽量化が要求される内燃機関に用いることは実用的ではなかった。
特開２００３−２６９２６８ そして、使用者からは更なる小型化やその高い性能を有する液体燃料微粒子化処理装置を求められていた。しかしながら、単に小型化を行うとその効率が悪化し、所望する効果が得られないものとなっていた。

また、Ａ重油又はＢ重油などの液体燃料はその温度自体が１５０度Ｃ乃至１８０度Ｃ程
度の高温であり、そのような、高温状態において使用を続けていると、その振動発生部材
が高温にさらされて故障の原因となってしまうことがあった。

さらに、ボイラー等の液体燃料を燃焼する燃焼装置においては、液体燃料をエマルジョ
ン化（乳化）して、使用する必要があるがそのエマルジョン化させる方法が難しく簡易な
方法でエマルジョン化させる装置が望まれていた。

本願発明はこのような問題を除去せんとなされたものであり、本願の発明によれば、構
造が簡単でかつ安価で液体燃料の炭素間結合を切断して、液体燃料の分子集団を小型化さ
せることが可能となり、この結果として完全燃焼および燃費の向上を図ることが可能な液
体燃料微粒子化処理装置を提供し、合わせて磁束の漏洩等他の問題点も解決できる液体燃
料微粒子化処理装置を提供することを目的としている。上記目的を達成するために、本願
における発明においては、未処理液体燃料を流入させるための流入路および液体燃料を処
理した後の液体燃料を流出するための流出路を有する本体部と、前記本体部の内部に収容
され前記未処理液体燃料が多重の螺旋状の流通路を有し前記流通路の液体燃料を流動させ
るためのスクリュー部と、前記スクリュー部を超音波で振動させ液体燃料を微振動させる
ための振動素子と、前記振動素子の振動を伝達するための振動子と、前記振動子とスクリ
ュー部とを連結して振動を伝達する振動連結部材とから構成するとともに前記振動素子、
振動子、振動連結部材及びスクリュー部とは同軸的に配設されるよう構成し、前記振動素
子から発生した微振動を振動子、振動連結部材及びスクリュー部へと微振動が同期的に伝
搬するよう構成したことを特徴としている。

特に本願発明においては、振動素子を冷却するための冷却装置として、前記振動子内部
に冷却用空気を流入して振動素子を冷却することができる振動素子冷却装置を有すること
を特徴としている。

また、液体燃料をエマルジョン化するために、液体燃料と水とを混合させエマルジョン
化を行うための水導入ノズル装置を有することを特徴としている。

以上のように請求項１の発明に係る炭素間結合された液体燃料を超音波作用によって炭
素間結合を切断させることにより完全燃焼化を促進させることが可能な液体燃料微粒子化
処理装置によれば、未処理液体燃料を流入させるためのの流入路および液体燃料を処理し
た後の液体燃料を流出するための流出路を有する本体部と、前記本体部の内部に収容され
前記未処理液体燃料が多重の螺旋状の流通路を有し前記流通路の液体燃料を流動させるた
めのスクリュー部と、前記スクリュー部を超音波で振動させ液体燃料を微振動させるため
の振動素子と、前記振動素子の振動を伝達するための振動子と、前記振動子とスクリュー
部とを連結して振動を伝達する振動連結部材とから構成するとともに前記振動素子、振動
子、振動連結部材及びスクリュー部とは同軸的に配設されるよう構成し、前記振動素子か
ら発生した微振動を振動子、振動連結部材及びスクリュー部へと微振動が同期的に伝搬す
るよう構成したことにより、従来の性能が向上するとともに、小型化及び低価格化が達成
できる。

また、請求項２の実施例によれば、振動素子を冷却することにより、高い温度が流れる
液体燃料などにも使用が可能となる。

さらに、請求項３実施例によれば、従来容易でなかった液体燃料のエマルジョン化が容
易に且つ安価に得られるものとなる。

本願の液体燃料微粒子化処理装置においては、未処理液体燃料を流入させるための流入
路および液体燃料を処理した後の液体燃料を流出するための流出路を有する本体部と、前
記本体部の内部に収容され前記未処理液体燃料が多重の螺旋状の流通路を有し前記流通路
の液体燃料を流動させるためのスクリュー部と、前記スクリュー部を超音波で振動させ液
体燃料を微振動させるための振動素子と、前記振動素子の振動を伝達するための振動子と
、前記振動子とスクリュー部とを連結して振動を伝達する振動連結部材とから構成すると
ともに前記振動素子、振動子、振動連結部材及びスクリュー部とは同軸的に配設されるよ
う構成し、前記振動素子から発生した微振動を振動子、振動連結部材及びスクリュー部へ
と微振動が同期的に伝搬するよう構成することが好ましい。

本願の発明に係わる液体燃料微粒子化処理装置を図面に示した実施例に基づき説明する
。図１は本願発明に係わる液体燃料微粒子化処理装置の断面を示しており、本実施例にお
いては自動車用ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、小型船舶用エンジンにした場合
を示している。

図１において、１は本体であり、該本体１は未処理液体を流入させるための流入路を有
しており、本実施例においては、その先端には図示しない流入パイプとの接続のために、
流入路の内側に雌状螺子部１a 、１b 及び１c を設けている。該本体１の端部には処理化
された液体燃料流出させるための流出路を設け、流出路の内側には雌状螺子部１d 、１e
を設けている。この各螺子部は全て使用する必要はなく、適宜必要に応じて用いることが
できる。２はスクリュー部であり、前述したとおり、流入部及び雌状螺子部から流入され
た未処理液体燃料はこのスクリュー部２に沿って流入することになる。このスクリュー部
２は螺旋状の形状をしており、増幅スクリュー２a 及びスクリューホーン２b から構成さ
れており、この螺旋状の流路の中を未処理液体が通過することにより未処理液体が処理さ
れていくことになる。９はＯリングであり、１の本体部、後述する振動素子、振動子、振
動連結部材及びスクリュー部などの部材からの液体燃料の漏洩を防ぐよう構成されている
。

５は微振動を発生する振動素子であり、本実施例の場合においてはピエゾ素子などの圧
電素子を用いて微振動、本実施例においては超音波を発生させている。但し、この圧電素
子に限定される訳でもなく、要するに微振動を発生させることが可能な素子であれば、適
用可能となる。また、本実施例においては６個の圧電素子を直列に配設して、駆動力を高
めている。４は該振動素子５から発生した微振動を増大させながら伝搬させるための振動
子であり、その内部は中空になっており、冷却空気を流入させるための流入路を構成して
いる。これを詳説すると６の冷却空気流入路から流入した冷却空気がこの振動子の中に流
入することになり、振動素子５を冷却することにより、該振動素子５の熱からによる破損
を防ぐことになる。特に、未処理液体は約１５０度以上の液体（油体）であり、この液体
燃料が流通することにより装置全体が高温にされることにより、振動装置の故障が発生す
ることを防止している。そして、その熱せられた空気は振動素子保護ケース８に設けられ
た排気口１０から排出されることになる。

３は振動連結部材であり、前記振動素子５、振動子４からの振動を前記スクリュー部２
に伝達させるための部材であり、その左端は振動子４に右端はスクリュー部２に接続連結
されており、その両者の振動を同期的に連結する機能を有する。また、スクリュー部２に
流入された高温の液体燃料の熱を振動子及び振動素子に伝搬させないための熱絶縁部材と
しての機能を有している。７はフランジであり、１の本体と振動素子５及び振動子４等を
保持収納する保護ケース８を固定保持している。また、これらの連結には密閉用のＯリン
グ等により、密閉保持されることになる。そして、該振動連結部材３も微振動が可能な材
質が用いられおり、チタン、アルミ等の軽くて強度のある材質が用いられている。

ここで、本願特許出願人が発明したスクリュー部２について説明する。図において、ス
クリュー部２はそのスクリュー部が増幅スクリュー２a 及びスクリューホーン２b が同軸
的に形成されており、且つその口径が異なっている。前述したとおり、未処理液体は本体
上部または及び下部の流入口から流入し、先ず増幅スクリュー部２a へと導かれることに
なる。増幅スクリュー２ａの中心部は中空になっており、増幅スクリュー２a の外周部に
設けられた螺旋状のスクリューガイド部に沿って、流動することになる。その後、液体燃
料は今度は同軸的に形成され口径が大きいスクリューホーン２b に流入され、当該スクリ
ューホーン２ｂに外周部に設けられたスクリューガイドに沿って液体燃料が動くことにな
り、最終的には本体端部に設けられた流出口から処理された液体燃料が出ていくことにな
る。このように、スクリュー部２によって流動する液体燃料は超音波である振動付与時間
が結果的には長くなり、換言すれば、液体燃料が振動子に当たる時間が長くなることによ
り、その効果が期待される。更には、流水路を多重の螺旋状にすることにより、水流が回
転し、渦水流が発生し、その結果として流速が増大されることになる。これにより、液体
燃料の処理時間そのものは短時間化されているが、超音波の振動量は増加するといった大
きな効果が得られるものとなる。

更に本願発明の更なる特徴である、振動発生部材である振動素子５及び振動子４の振動
によって未処理液体燃料を処理化を行うスクリュー部との接続構造について説明する。前
述したとおり、超音波を発生させる振動素子から発生した振動が振動子にその振動が伝達
されることになる。この振動をスクリュー部に伝達させなければ本願の目的は達成されな
いが、そのためには、直接前記両者を接続させるのではなく、本願においては振動連結部
材を介して接続固定されている。この目的は、両者が必然的に採用すべき異なった材質を
用いているため、直接部材同志を固定させることができないものである。したがって、こ
のような問題点を解決せんとして実施したのが、３の振動連結部材である。該振動連結部
材３は、その材質としてチタン、アルミ等の軽くて強い材質が用いられている。この振動
連結部材の両端に各々振動子及びスクリュー部を螺子にて連結しており、その構造として
、同軸的に配設されている。このため、振動子からの振動がそのままスクリュー部に伝達
できることになり、また軽量な部材により、振動が他への損失もなく伝達されることにな
る。また、前述したとおり、スクリュー部２から発生した液体燃料による熱から振動素子
を熱絶縁するための絶縁部材としての機能を果たすことになる。

ところで、本願発明者は液体燃料の炭素間結合を開放して微小クラスター化して、燃焼
効率の向上を試作していたところ、磁気を用いた核磁気共鳴装置においては、なかなか良
好な結果を得ることができず、このため発明したのが、この炭素のクラスターを小さくす
る方法として超音波を振動源とする方法である。超音波であれば、基本的には磁石を用い
たものより、より能動的であり、その効果が期待される。このため、本願出願人は上述し
たような構成を採ることにより、本願の目的は達成される。

次に、本願出願人が発明したスクリュー部２の材質について説明する。本実施例で示し
たとおり、本願の発明はスクリュー部２及び圧電素子５によって液体燃料を小クラスター
化するのであるが、更にイオン化して炭素間結合を小さくするために、その材質が重要に
なってくる。本願におけるスクリュー部２にはシリカ、アルミナ、カリウム、カルシウム
等の単体若しくはそれらを混合し、更に温度上昇しない方法で長時間かけて乾燥させ、調
製された還元雰囲気の炉内で、約１４００乃至１６００度Ｃ前後で長時間焼成した緻密な
焼成体セラミックより構成される。

さらには、本願出願人は、上記したシリカ、アルミナ、マグネシウム、カリウム等の金
属材料の替わりにトルマリンで代表される微弱な放射線を放射する放射鉱石や電気石等の
花崗岩石である多元素共存特殊鉱石材料を用いる。これらの鉱石は波長１１ミクロン、０
. ６ミリアンペア程度の微弱電流が永久に流れ続ける誘導体である。そして、例えば流体
が空気の場合、大気のマイナスイオンが鉱石の持つプラス電極に吸い付けられ、マイナス
電極に整列される。マイナス電極に蓄えられた電子は、増幅スクリュー２a やスクリュー
ホーン２b の金属鉱石が流体に触れると瞬時に液体中に放電される。これにより、液体燃
料がイン化され電気分解が促進されることになる。そして、このような多元素共存特殊鉱
石材料をスクリュー２の形状に成形した成形型に流し込み、その後１０００度Ｃの前後の
熱によりセラミック化焼結する。このようにして、多元素共存特殊鉱石材料をスクリュー
ガイドとすることにより、振動素子５でスクリュー部２を振動させる構成と相まって未処
理液体燃料を処理するとともに、イオン化が促進され炭素間結合がさらに小さくなる。な
お、上記の実施例については、スクリュー部２及び振動素子５で構成した微粒子化処理装
置とスクリュー部２のイオン化による微粒子化処理装置を組み合わされているが、その何
れか単独で用いても、その効果が得られることは言うまでもない。

次に本願の第２の発明である液体燃料のエマルジョン化について説明する。このエマル
ジョン化というのは、最適な燃焼方法として、液体燃料そのまま燃焼するのではなく、種
類によってはある程度粘度をもって、換言すると乳化をもって燃焼させることが必要にな
る。例えば、自動車等の内燃機関においてはこのエマルジョン化は必要ではないが、燃焼
機器等においてはこのエマルジョン化を施して燃焼させることが必要となる。従来、この
エマルジョン化させるためには前もって、水と液体燃料を混合させておき、この混合液体
燃料を燃焼機器に送り出す方法が取られていた。本願出願人はこのような、問題点を解決
せんとして、新しいエマルジョン化を施した液体燃料微粒子化処理装置を開発した。この
発明によれば、前処理等の工程が不要になり、装置の簡略化及び低価格化が促進されるこ
とになる。以下、第２の発明に実施例について説明する。

第２の実施例においても、その基本的構造は前述した第１の実施例と変わらないもので
あり、その相違するところについて詳説する。図２において、５０はエマルジョン化機構
である水導入ノズル装置であり、この水導入ノズル装置５０の先端には水導入ノズル５１
が取付けられている。該水導入ノズル５１はスクリュー部２の入口まで伸びている。また
水導入ノズル装置５０は流入路螺子１b に螺子嵌合されており、これによって水導入ノズ
ル装置５０が取付固定されている。５２は液体燃料をエマルジョン化するための水を前記
水導入ノズル装置５０に送出するための、水送出ポンプでありこのポンプによって、強制
的に圧力が加わった水が図示しないホースによって、前記水導入ノズル５１に送出される
ことになる。このような実施例においては、流入路螺子１a から流入した液体燃料が同じ
流入路螺子1cが密栓されていることにより、スクリュー部２に導かれ、前記した水導入ノ
ズル５１からの加圧された水と混合することにより、即時にエマルジョン化（乳化）され
ることになる。このエマルジョン化した液体燃料がスクリュー部２に沿って未処理液体燃
料が通過することにより、該液体燃料が処理化されることになる。

このように、本願発明は、未処理液体燃料を流入させるための流入路および液体燃料を
処理した後の液体燃料を流出するための流出路を有する本体部と、前記本体部の内部に収
容され前記未処理液体燃料が多重の螺旋状の流通路を有し前記流通路の液体燃料を流動さ
せるためのスクリュー部と、前記スクリュー部を超音波で振動させ液体燃料を微振動させ
るための振動素子と、前記振動素子の振動を伝達するための振動子と、前記振動子とスク
リュー部とを連結して振動を伝達する振動連結部材とから構成するとともに前記振動素子
、振動子、振動連結部材及びスクリュー部とは同軸的に配設されるよう構成し、前記振動
素子から発生した微振動を振動子、振動連結部材及びスクリュー部へと微振動が同期的に
伝搬するよう構成したことにより、小型化、高効率化及び安価な液体燃料微粒子化処理装
置が得られるものとなる。

また、高温となった未処理液体がスクリュー２を通過する課程で該スクリュー２が高温
になり、これに伴い連結固定されている振動子及び振動素子が高温に曝されて破損するこ
とを防止するため、振動子の内部に冷却空気流動用の空気流動路を設けるとともに冷却さ
れた空気をポンプにて導入することにより、振動素子の破損を防ぐことが可能になる。

更には、従来液体燃料をエマルジョン化するためには、その前処理において、水と液体
燃料を混合する必要があったが、本実施例においては、そのエマルジョン化が直ちに行え
ることになる。

本願発明に係る液体燃料微粒子化処理装置の断面図である。 本願発明に係わる液体燃料のエマルジョン化装置を含む液体燃料微粒子化処理装置の断面図である。

符号の説明

１ 本体
１a 流入路螺子
１b 流入路螺子
１c 流入路螺子
１d 流出路螺子
１e 流出路螺子
２ スクリュー部
２a 増幅スクリュー
２b スクリューホーン
３ 振動連結部材
４ 振動子
５ 振動素子
６ 冷却路螺子
７ フランジ
８ 振動保護ケース
９ Ｏリング
５０ 水導入ノズル装置
５１ 水導入ノズル
５２ 圧力ポンプ
５３ 水流入口

Claims (3)

1. 炭素間結合された液体燃料を超音波作用によって物理的に炭素間結合を
   切断させることにより完全燃焼化を促進させることが可能な液体燃料微粒子化処理装置に
   おいて、未処理液体燃料を流入させるための流入路および液体燃料を処理した後の液体燃
   料を流出するための流出路を有する本体部と、前記本体部の内部に収容され前記未処理液
   体燃料が多重の螺旋状の流通路を有し前記流通路の液体燃料を流動させるためのスクリュ
   ー部と、前記スクリュー部を超音波で振動させ液体燃料を微振動させるための振動素子と
   、前記振動素子の振動を伝達するための振動子と、前記振動子とスクリュー部とを連結し
   て振動を伝達する振動連結部材とから構成するとともに前記振動素子、振動子、振動連結
   部材及びスクリュー部とは同軸的に配設されるよう構成し、前記振動素子から発生した微
   振動を振動子、振動連結部材及びスクリュー部へと振動が同期的に伝搬するよう構成した
   ことを特徴とする液体燃料微粒子化処理装置。
2. 前記振動素子を冷却するための冷却装置として、前記振動子の中に冷却
   空気流動用の空気流動路を設けたことにより前記振動素子を冷却することを特徴とする請
   求項１記載の液体燃料微粒子化処理装置。
3. 前記液体燃料を水と混合してエマルジョン化を発生させる装置であって
   、該発生装置はスクリュー部付近まで導入した水導入ノズルと水圧力ポンプより、加圧さ
   れた水と流入路から流入された液体燃料を混合させることにより液体燃料のエマルジョン
   化を発生させることを可能としたことを特徴とする請求項１記載の液体燃料微粒子化処理
   装置。
   
   

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