JP2012193727A

JP2012193727A - 燃焼機関用補助気体発生装置

Info

Publication number: JP2012193727A
Application number: JP2011082265A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Miyashita; 文明宮下; Hirokata Wada Carlos; ヒロカタ和田カルロス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】機関での燃料の完全燃焼を促進させ、この機関の出力向上及び燃料の消費抑制を行うことができる燃焼機関用補助気体発生装置を提供する。
【解決手段】主燃料供給体２と出力体３との間の燃料ｎの導入途中に、出力体へ補助燃料を供給する補助気体発生体４を付設させた燃焼機関用補助気体発生装置Ａであって、補助気体発生体が供給する補助燃料は、水を電気分解により発生させた水素と酸素の混合ガスであり、補助気体発生体は、電解水を充填した水分解電極槽１１を有する。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、燃料と空気の混合気である流路にあって、該空気供給ラインの適所に補助気体を供給する補助気体発生体を取り付けることにより、機関の出力向上及び燃料の消費抑制を行う燃焼機関用補助気体発生装置に関するものである。炭化水素の燃焼時における空燃比つまり燃焼時炭化Ｃ水素Ｈに対する空気の比率に対する空気部分にこの装置で製造された補助気体を供給する事により、完全燃焼に近づけると共にカロリー［熱量］の増量により、通常燃焼よりもより、燃料消費の抑制を促す事の説明である。

従来、水を電気分解により水素と酸素とに分解して得た混合ガスをエンジン内へ供給してエネルギーを得る内燃機関が下記特許文献に示すように提案されている。しかしながら、それぞれの技術は、機関としての十分なエネルギー発生が望めないと共に、画期的な燃料削減には到らず、更には、実用化するための多くの課題や研究費が必要となって、商品化にあって、初期投資金額を回収するには大きな負担を強いられることになり、未だ有効な機関となり得ないもので、市場では機関の出力向上及び燃料の消費抑制を行う燃焼機関の出現が強く要望されていた。

特開２００６−１９４２３０特開２００７−２４０２６

本発明は、前記した要望にかんがみなされたもので、燃料を供給する主燃料供給体と、この主燃料供給体からの前記燃料の供給により発生するエネルギーの出力体とからなる燃焼機関にあって、前記主燃料供給体と前記出力体との間の前記燃料の導入途中に、前記出力体へ補助気体を供給する補助気体発生体を付設させたことにより、機関での燃料の完全燃焼を促進させ、この機関の出力向上及び燃料の消費抑制を行うことができる燃焼機関用補助気体発生装置を提供することを目的としている。

前記した目的を達成するための本発明の手段は、
燃料を供給する主燃料供給体と、この主燃料供給体からの前記燃料の供給により発生するエネルギーの出力体とからなる燃焼機関にあって、
前記主燃料供給体と前記出力体との間の前記燃料の導入途中に、前記出力体へ補助気体を供給する補助気体発生体を付設させた燃焼機関用補助気体発生装置であって、
前記補助燃料発生体が供給する補助気体は、水を電気分解により発生させた水素と酸素の混合ガスであり、
前記補助気体発生体は、電解水を充填した水分解電極槽を有する燃焼機関用補助気体発生装置の構成にある。
そして、燃料を供給する主燃料供給体と、この主燃料供給体からの前記燃料の供給により発生するエネルギーの出力体とからなる燃焼機関にあって、
前記主燃料供給体と前記出力体との間の前記燃料の導入途中に、前記出力体へ補助気体を供給する補助気体発生体を付設させた燃焼機関用補助気体発生装置であって、
前記補助燃料発生体が供給する補助気体は、水を電気分解により発生させた水素と酸素の混合ガスであり、
前記補助気体発生体は、電解水を充填した水分解電極槽と、この水分解電極槽の一側に接続させて前記電解水を前記水分解電極槽へ供給させる電解水槽とからなる燃焼機関用補助気体発生装置の構成にある。
また、水分解電極槽は、内部に電解水を充填した分解槽の内にマイナス極とプラス極とを配設した２枚からなる電極を取り付けてあり、
前記それぞれの電極間の間隔は、２００ｍｍ〜３００ｍｍに配設する。
更に、電極は、基材がステンレスからなる材質である。
前記電解水は、８００Ｈｚ〜３６０００Ｈｚの交流電磁波を照射して微細電子構造にさせる。

次に本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１においてＡは燃焼機関用補助気体発生装置であって、燃料タンク１と、主燃料供給体２と、出力体３と、補助気体発生体４とからなる。
ここでいう燃焼機関とは、車両や船舶、航空機等の内燃機関あるいはボイラー、発電所等の動力発生手段に対して、燃料を用いてエネルギーＥを得るものを指し、その用途・手段は限定されない。
また、ここで使用する燃料ｎは、例示すれば、炭化水素、ガソリンや軽油、各種重油、灯油、ガス、エタノール、バイオ燃料，石炭ガス等任意の既存燃料が使用できる。
そして、前記した燃料タンク１は、前記燃料ｎの所要量を充填保持することができるもので、図示してないが密閉蓋により開閉自在な栓を有する前記燃料ｎの供給口と，該燃料ｎの吐出口をそれぞれ備える。
前記した主燃料供給体２は、前記燃料タンク１と配管５により接続して前記出力体３へ適量の前記燃料ｎを供給するもので、燃焼機関が例えば内燃機関の場合、キャブレターや燃料噴射手段（フュエルインジェクター）などが採用される。
前記した出力体３は、前記主燃料供給体２へ配管６により接続して、この主燃料供給体２からの前記燃料ｎの供給により発生するエネルギーＥを出力するもので、燃焼機関が例えば内燃機関の場合、エンジン本体が採用される。この場合、該エンジン本体内には所定の燃焼室３ｈが設けられている。
前記した空気清浄器９は、前記燃料ｎへ空気を供給して燃焼に必要な混合気を得るために、前記空気中の不純物を除去するもので、内部にフィルターなどを内蔵している。
また、この空気清浄器９の吐出側は主燃料供給体２へ配管１０により接続して、該主燃料供給体２あるいは図示してない吸入空気量調整手段、吸入燃料量調整手段等により所定濃度，量、圧力の混合気となるように設定されている。
また、前記した補助気体発生体４は、図１に示すように、基本的に、主燃料供給体２の前記燃料ｎの導入部途中において、例えば、出力体３における吸入部３ａ途中へ供給部材を介して又は直接吸入部３ａの内部へ供給させるもので、出力体３へこの補助気体発生体４で生成された補助気体ｍを供給するものである。この吸入部３ａは、燃焼機関Ａが例えば内燃機関の場合、インテークマニホルドなどが採用される。
しかし、他の例として、図示してないが、主燃料供給体２の手前側すなわち燃料流入ラインにおける主燃料供給体２に対して上流側に設けて補助気体ｍを供給させたり、主燃料供給体２へ補助気体ｍを供給部材を介して又は直接その内部へ供給させることもできる。あるいは、空気清浄器９の手前側すなわち空気流入ラインにおける空気清浄器９に対して上流側に設けて補助気体ｍを供給させたり、空気清浄器９へ補助気体ｍを供給部材を介して又は直接その内部へ供給させることもできる。
そして、前記した補助気体発生体４が供給する補助気体ｍは、水を電気分解により発生させた水素６７％と酸素３３％の混合ガスである。
この水素と酸素の混合ガスを発生させる補助気体発生体４を詳述すれば、図１に示すように、水分解電極槽１１と、電解水槽１２と、クリーナー１３と、冷却手段１４と、送水ポンプ１５とからなる。
そして、このうち、水分解電極槽１１は、少なくともその内部はステンレス等の腐食や劣化の少ない材質にて成形した分解槽１６を有し、好ましくは、内層がテフロン等による加工がなされて絶縁や耐熱をはかる。更に、分解槽１６の内部に通電効果の良好な電解水（例えば、純水）を充填してある。
該分解槽１６の内部に充填された電解水内に埋没するように、プラス極（１８ａ）とマイナス極（１８ｂ）を所定間隔、例えば、０．０１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜２ｍｍの間隔にて、交互（−＋−＋−＋−＋−…−）に連続した配列により複数配設した電極１８ａ・・・，１８ｂ・・・を取り付けて、一集合体に形成してある。なお、該水分解電極槽１１にあって、この一集合体の両側端部に配される（位置する）電極１８ｂ，１８ｂは両側ともマイナス極であり、一集合体の合計は奇数に構成される。また、この一集合体の両側等にマグネシウムトルマリン等の触媒１７，１７を配することもある。
前記電極１８ａ，１８ｂの適正間隔は、良好の通電効果をもたらし、少ない電流（消費電流が少ない）により大量の電気分解が可能となって効率の良い混合ガスの生成が行える。
この電極１８ａ，１８ｂの間隔設定は、上記間隙を採用することにより、純水（電解水）の電気抵抗が可及的に抑制することができ、少量電流により大量の電気分解が可能となる。
また、この電極１８ａ，１８ｂの形状は、図２に示すように、縦横比率２．５：６の横長長方体、例えば、縦２５０ｍｍ・横６００ｍｍ程度に形成することが混合ガスの高効率抽出が行え，電極から発生する混合ガスの泡が上部へ出やすくさせて電流ロスを抑えることができる。なお、長さ方向（横）６００ｍｍを超えた電極寸法に設定すると急激な混合ガスの抽出がみられ、かつ、消費電流が急激に減少する。また、その電極厚さは、２〜３ｍｍに設計する。該電極１８ａ，１８ｂには最低１個の孔が穿設されている。
更に、この電極１８ａ，１８ｂは、図２において一部拡大して示すように、その基材ｒがチタン等の材質を用いるもので、該チタンの表層部へ銀やルテニウム・カーボン（カーボングラファイト）イリジウム鍍金・ニッケル鍍金やプラチナ鍍金、クロム鍍金等、更には、被覆させて消耗寿命の長期化を図ることが好ましい。
この電極１８ａ，１８ｂの一端部には、端子ｔを突設させてあり、図示しない接続部材を介して一連的に図示しない電源と接続させてある。
更に、純水（電解水）の電気抵抗を少なくするために、所定のミネラル成分を添加させることもあり、また、１８００ガウス〜９０００ガウスの磁場間を通過させることもあり、更に、８００Ｈｚ〜３６０００Ｈｚの交流（片面交流電磁波）パルスにて刺激を与えて、純水の分子構造を細かいナノ（十億分の一）に近づける。
また、純水（電解水）はマイクロバブルジュット水流を与えることもあり、遠心分離機１００００Ｇの刺激を与えたり、電気分解には２４Ｖ〜１８００Ｖ，１５Ａ〜０．２Ａの電流を流通させることもある。電気分解時は、直流４８Ｖのパルス波を照射させることにより水より省電力で分解できる。
なお、電解水温度は、摂氏３５度から１１０度の範囲の一定温度とし、好ましくは７０〜８５℃で、常温でない水温の方が水は電気分解されやすく、寒冷地、温暖地、気圧の低い高地においてもその状態は一定でなければならない。したがって、分解槽１６の内部には慣用の例えば、点状発熱体等のヒーターを設置することが望ましい。
また、分解槽１６の上部には、混合ガスの取り出し口１９を設けてある。更に、図６に示すように、その上部に上下方向の傾斜や膨らみ等を付けて混合ガスｍの溜まり部４０を設ける場合もある。
前記した電解水槽１２は、分解槽１６と後述するクリーナー１３、冷却手段１４、ポンプ１５を介して導通させてその水位を同一に保持させてある。その内部に、電解水槽１２内に充填された純水（電解水）と同じ純水（電解水）を充填して、この純水にプラス極とマイナス極の電極２０，２１を浸漬させてある。該電解水槽１２の適所、例えば底部に一定温度（７０℃〜９０℃が好ましく水分子クラスター化が促進されてガス化されやすい）に加熱するヒータ２２を配設してあり、前記電極２０，２１に交流電流を電荷させて、純水の水分子クラスターの微細化を図り、水の電気分解を良好に促進させた適合水を生成する。そして、前記水分解電極槽１１における分解槽１６の一側部とこの電解水槽１２の上部とを配管２３により接続してある。
また、図示してないが、電解水槽１２の適所に水補給用の供給口を設けてあって、図示しない水位センサーの信号に制御されて、内部の純水が不足した時、適宜充填される。
電解水槽１２の内部には、水微細化手段５０が設けられていて、純水（電解水）のナノ化あるいはクラスタの細分化を図るもので、その手段はＡＣ１２Ｖ１Ａ３６０００ｈｚの電磁波を照射したり、ピエゾ素子を使用した超音波を照射したり、ネオジムによる１２００ガウス〜９０００ガウスの空間に水を通すことで得られる。
更に、電解水槽１２の内部には、酸化マグネシウムや水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの触媒を介在させて、カルシウムなどの不純物を取り除きミネラル（通電）水化させることもできるもので、この場合慣用の水道水が電解水として使用できる。
なお、電解水槽１２は、ステンレス製にて成形し腐食や劣化を防することが好ましく、内部には絶縁と耐熱等を考慮してテフロンフッ素加工を施す。
前記水分解電極槽１１における分解槽１６の他側部と前記クリーナー１３とは、配管２４により接続して分解槽１６内の前記純水を流通循環させてその水質劣化を抑制する。
このクリーナー１３の下流側には、配管２５により前記冷却手段１４を接続してあって、前記水分解電極槽１１における分解槽１６の高温障害を防止する。
この冷却手段１４の下流側には、配管２６により前記送水ポンプ１５を接続してあって、前記電解水槽１２の下部に配管２７により連結することで、前記水分解電極槽１１における分解槽１６内の純水（電解水）を各手段１２，１３，１４内を循環させることで、反復使用することができ、かつ、分解槽１６内の温度を一定（７０℃〜８０℃が好ましい）にさせて効率の良い水素と酸素の混合ガスを得る。
前記した電極１８ａ，１８ｂ及び電極２０，２１には図示しない電源により，所定電圧所定電流が与えられる。
本発明実施例における燃焼機関用補助気体発生装置Ａは、水分解電極槽１１および電解水槽１２は、図３に示すように、一体化させて形成するものであるが、必ずしも両者１１，１２が一体化される必要はなく、図４，図５に示すように、両者１１，１２をそれぞれ別体に形成し、水分解電極槽１１内の電解水が不足したときあるいは電解水が劣化したとき、電解水槽１２にて生成された電解水を補給あるいは交換するようにしても良いもので、その用途により適宜その仕様が選択される。
この補助気体発生体４が発生する混合ガス（水素＋水素＋酸素＝ＨＨＯガス）は、水素（Ｈ）６７％、酸素（Ｏ）３３％の比率で生成させることが好ましく、出力体３に対してその吸入空気へ補助ガスとして進入させる。
なお、図１において２８は、補助気体（混合ガス）ｍの逆流を防止する逆止弁で、前記混合ガスの出口のラインにおいて一箇所又は複数箇所に設けて出力体３への円滑な供給を行う。

燃焼機関として、排気量２０００ｃｃの出力体３である内燃機関（ガソリンエンジン）を搭載した車両に本発明実施例である燃焼機関用補助気体発生装置Ａを設けた。補助気体発生体４は、主燃料供給体２の吸入部途中へその供給部材７を接続することで、該主燃料供給体２において外気と燃料ｎと補助気体発生体４により発生した補助気体（混合ガス）ｍが混合され、ガソリンエンジン３のインテークマニホルド３ａへ噴射された。
その投入量は、エンジン排気量に対して１０％で行った場合の走行テストを行ったとき、燃料タンク１に充填した燃料ｎのその消費率は、本発明における補助気体発生体４を取り付けない同種の比較車両の走行テストと比較して、３０％を抑制（省エネルギー）することができた。また、発生したエネルギーＥは、出力トルク、及び馬力も前記比較車両と比較して３５％も向上することができた。更に、排気ガスにおける二酸化炭素ガスや窒素ガスも６０％に抑えることができた。
本実施例において投入された空気と補助気体ｍと燃料ｎとの比率は、始動時５：１，低回転アイドリング時１２：１，中速回転時１４〜１７：１、スロットル全開転１３：１となり、実験における平均値は燃料１ｇに対し空気分１４，７ｇに補助気体ｍが追加吸入された。
本実施例以外においても、軽油や重油にあっては前記比率は１８：１と、燃料の燃焼効率や二酸化炭素・窒素酸化物の減少に極めて良好な結果が得られた。
このように、本発明実施例において、使用に供される炭化水素等燃料がエンジン及びボイラー等の燃焼工程において完全燃焼に必要な水素ガスを水素２酸素１の割合にて補助気体として追加し、空燃比率を微量に変化させることにより、炭化水素が酸素と結び付き炭酸ガスを排出することになるが、水素ガス分を追加吸入することにより大幅に炭酸ガスの排出削減し、燃焼時における燃料の削減を促すことが主なる構造となる。
そして、その産業分野における利用目的は、農業漁業分野では、温室ハウスボイラー・農業機械・車両・船舶（漁船）等に、運輸関係分野での輸送トラック・バス・船舶（輸送船）等に、エネルギー分野での発電（火力・エンジン）金属精錬観光分野ホテル・旅館・大型温泉施設（スパ）のボイラー等のすべての燃料として使用されている炭化水素（天然ガス・灯油・軽油・ガソリン・重油・石炭・バイオ燃料・薪・竹炭・木炭）の燃焼効果を高めることができ、その結果、燃料削減・二酸化炭素削減に大幅な貢献できる。
なお、補助気体発生体４の出力体（エンジン）３への接続にあっては、図示してないが、該エンジン３の吸入部であるインテークマニホルド３ａへその供給部材７を接続し、補助気体発生体４により発生した補助気体（混合ガス）ｍは前記インテークマニホルド３ａへ該補助気体（混合ガス）ｍ単独で供給されるようにし、燃料ｎに追加される状態で噴射させても同様の効果が発揮される。
本発明実施例装置にあって、炭化水素における空燃比はこのように考えられる。例えば一時間に１００ｌ消費するＡ重油を燃料とする２ｔボイラーの場合１分間当たり１００／６０＝１．７ｌ消費することになり、その際空燃比１：１４．７とすると、１．７ｌはＡ重油の比重を０．８４にて計算し１．４２８ｋｇ＝１４２８ｇとなる。空燃比１：１４．７を当てはめれば１４２８：３４９８６となる。ただし、１４２８は液体計算だから、本来は１０００分の１だがボイラー燃焼時の気体計算を液体の６００倍に計算し、空気はそのまま１０００倍計算にした場合、炭化水素は１４２８×６００＝８５６８００ｃｃ空気はその２４．５倍の２０９９１６００ｃｃ、気体計算３４８６ｌ：２０９９１．６ｌとなる。空気中の窒素は≒７９％酸素は２１％水素は０．００００５％だから、炭化水素を１分間に３４８６ｌ燃焼させるには、
２０９９１．６×０．７９＝１６５８３．３６４ｌの窒素
２０９９１．６×０．２１＝４４０８．２３６ｌの酸素
２０９９１．６×０．００００５＝１．０４９５８ｌの水素
と他微量のＮｅＨｅＫｒＸｅが燃えることになる。この燃焼時には≒３ｌのＨＨＯを補助燃焼ガスとして供給するので、
３ｌ×０．６７＝２．０１ｌの水素と、
３ｌ×０．３３＝０．９９ｌの酸素が空気中に補給される計算になる。つまり、大気中の燃焼水素とほぼ２倍の水素分が補給され、酸素は微量だが≒１ｌの補充燃料となる計算になる。すなわち、一時間に１００ｌを消費する燃焼装置の場合本発明実施例ガスを補給すると、燃料は気体にして６００００ｌ（６００倍の計算）燃焼させるためには、
窒素分が９９５００１．８４ｌ・・・・・・・・・９９５ｍ^３
酸素分が２６４４９３．８ｌプラス５９．４ｌ・・・（２６４．４９３８ｍ^３＋０．０５９４ｍ^３）
水素分が６２．９７４８ｌプラス１２０．６ｌ・・・（０．０６２９７４ｍ^３＋０．１２０６ｍ^３）
つまり水素分は通常乾燥空気から得られる２倍もの水素分が完全燃焼をもたらす効果となる。その時の水の消費量は電気分解にて１ｇ当たり２０００倍が気体になる数値とした場合、一時間の供給をしてもわずか９０ｇの水から得られる水素水素酸素ＨＨＯを補給するだけで一時間あたり１００ｌ消費されていた燃料量は３０％以上の節減になり、７０ｌの炭化水素燃料で賄えることになる。Ａ重油を１ｌ￥５５とすると３０×５５＝￥１６５０節減となり、年間フル回転した場合には１００ｌ×２４時間×３６５日×５５円＝４８１８万円の燃料代金が３０％節減になることは、１４４５．４万円の節約と、２６２．８トンの燃料、６５７トンの削減排出権１５００／ｔの計算では年間￥９８５５００の国内取引になる計算となる。

発明の効果

前述のように、本発明の燃焼機関用補助気体発生装置は、機関での燃料の完全燃焼を促進させ、この機関の出力向上及び燃料の消費抑制を行うことができる。等の格別な効果を奏するものである。

本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置の一実施例を概略的に示す説明図である。本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置に使用する電極をそれぞれ示す斜視図である。本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置の一実施例を概略的に示す斜視図である。本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置における水分解電極槽の一実施例を示す斜視図である。本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置における電解水槽の一実施例を示す斜視図である。本発明に関する燃焼機関用補助気体発生装置における水分解電極槽を概略的に示す断面図である。

Ａ燃焼機関用補助気体発生装置
２主燃料供給体
３出力体
４補助気体発生体
Ｅエネルギー
ｎ燃料
ｍ補助気体
１１水分解電極槽
１２電解水槽
１８ａ，１８ｂ電極
ｒ基材
ｓ触媒層

Claims

燃料を供給する主燃料供給体と、この主燃料供給体からの前記燃料の供給により発生するエネルギーの出力体とからなる燃焼機関にあって、
前記主燃料供給体と前記出力体との間の前記燃料の導入途中に、前記出力体へ補助気体を供給する補助気体発生体を付設させた燃焼機関用補助気体発生装置であって、
前記補助気体発生体が供給する補助気体は、水を電気分解により発生させた水素と酸素の混合ガスであり、
前記補助気体発生体は、電解水を充填した水分解電極槽を有することを特徴とする燃焼機関用補助気体発生装置。
燃料を供給する主燃料供給体と、この主燃料供給体からの前記燃料の供給により発生するエネルギーの出力体とからなる燃焼機関にあって、
前記主燃料供給体と前記出力体との間の前記燃料の導入途中に、前記出力体へ補助気体を供給する補助気体発生体を付設させた燃焼機関用補助気体発生装置であって、
前記補助気体発生体が供給する補助気体は、水を電気分解により発生させた水素と酸素の混合ガスであり、
前記補助気体発生体は、電解水を充填した水分解電極槽と、この水分解電極槽の一側に接続させて前記電解水を前記水分解電極槽へ供給させる電解水槽とからなることを特徴とする燃焼機関用補助気体発生装置。
水分解電極槽は、内部に電解水を充填した分解槽の内にマイナス極とプラス極とを所定間隔で交互に連続して配設した複数枚からなる電極を取り付けてあり、
前記それぞれの電極間の間隔は、０．０１ｍｍ〜５ｍｍに配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼機関用補助気体発生装置。
電極は、基材がチタンからなり、その表面に、銀かルテニウムかカーボンかのいずれか一つを被覆させた被覆層を有する材質であることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼機関。
前記電解水は、８００Ｈｚ〜３６０００Ｈｚの交流電磁波を照射して微細電子構造にさせたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼機関用補助気体発生装置。