JP2017206974A - 燃焼改善装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼効率を従来よりも一層改善する燃焼改善装置を提供すること。【解決手段】燃焼用空気を処理する燃焼改善装置１であって、燃焼用空気の通路を構成する通路部材１０と、通路部材１０に配置される複数の板状部材２０と、を有し、板状部材２０の主面は、燃焼用空気が通路を流れる流れ方向と平行に配置され、板状部材２０は、通路を流れ方向に分割するように配置され、板状部材２０には、燃焼用空気に放射線を照射して、燃焼用空気中の分子を活性化するための放射線照射手段が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関などの燃焼装置における燃焼効率を改善する燃焼改善装置に関する。

従来、燃焼用流体物を構成する各種の原子又は分子のクラスターイオンを分散させて微細化することによって、内燃機関の燃焼効率を高め、窒素酸化物などの有害物質を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第３５８２７０９号公報

上述の技術は、原子又は分子のクラスターイオンを細分化するものであるから、クラスターが大きい場合に比べると、燃焼効率が改善する。しかし、クラスターを細分化しても、空気中の原子又は分子の活性度は元の空気と変わることはないから、燃焼効率の改善には限界がある。

本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、燃焼効率を従来よりも一層改善する燃焼改善装置の提供を目的とする。

第一の発明は、燃焼用空気を処理する燃焼改善装置であって、
前記燃焼用空気の通路を構成する通路部材と、
前記通路部材に配置される複数の板状部材と、
を有し、
前記板状部材の主面は、前記燃焼用空気が前記通路を流れる流れ方向と平行に配置され、
前記板状部材は、前記通路を前記流れ方向に分割するように配置され、
前記板状部材には、前記燃焼用空気に放射線を照射して、前記燃焼用空気中の分子を活性化するための放射線照射手段が配置されている、
燃焼改善装置である。

第一の発明の構成によれば、複数の板状部材によって、燃焼用空気中の分子が効率的に活性化する。また、板状部材が燃焼用空気の通路を流れ方向に分割するから、燃焼用空気を整流することができる。すなわち、燃焼改善装置に後段に配置される燃焼機関へ、活性化され、かつ、整流された状態の燃焼用空気を供給することができるから、燃焼効率が大幅に改善する。

第二の発明は、第一の発明の構成において、前記放射線照射手段は、α線を放射するα線放射体で構成される燃焼改善装置である。

第三の発明は、第二の発明の構成において、前記板状部材は、
板状の保持基板と、
前記保持基板上に形成される無期系耐熱接着剤からなる固定層を有し、
前記α線放射体は、酸化トリウムを主材とする粉体から構成され、
個々の前記粉体の一部が前記固定層に接しつつ、埋没することで固定されている燃焼改善装置である。

第四の発明は、第三の発明の構成において、個々の前記粒体または前記粉体の前記保持基板の主面に垂直な方向を高さ方向とするとき、前記粒体または前記粉体の５０重量％（パーセント）以上について、個々の前記粒体または前記粉体の前記固着層に埋没している部分の高さ（ｈ２）の前記粒体または前記粉体の高さ（ｈ１）に対する比率Ｈ１（ｈ２／ｈ１）は、０．０８以上０．７０以下である燃焼改善装置である。

第五の発明は、第二の発明の構成において、前記放射線照射手段は、板状の保持基板にα線照射体が焼き付けられて固定されている燃焼改善装置である。

第六の発明は、第二の発明の構成において、前記放射線照射手段は、網状の保持基板にα線照射体が固定されている燃焼改善装置である。

以上のように、本発明によれば、燃焼効率を従来よりも一層改善することができる。

第一の実施形態の燃焼改善装置の概略斜視図である。 燃焼改善装置の平面図である。 板状部材を示す図である。 板状部材を示す図である。 板状部材の一部を拡大して示す図である。 板状部材の一部を拡大して示す図である。 燃焼改善装置の使用例を示す図である。 第三の実施形態の板状部材（網状部材）の一部を拡大して示す図である。 板状部材（網状部材）の一部を拡大して示す図である。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。

＜第一の実施形態＞
燃焼改善装置１は、燃焼機関へ供給するための気体である燃焼用空気を活性化、あるいは、電離することによって、燃焼効率を改善するための装置である。

図１及び図２に示すように、燃焼改善装置１は、管状部材１０及び複数の板状部材２０から構成される。管状部材１０は通路部材の一例であり、例えば、アルミニウム合金で形成されている。矢印Ｘ１及びＸ２に示す方向が、燃焼用空気が通路を流れる方向である。板状部材２０の主面（面積の最も大きい面）は、燃焼用空気が通路を流れる流れ方向と平行に配置されている。燃焼用空気は、矢印Ｘ１に示す方向から燃焼改善装置１に流入し、燃焼改善装置１の内部で処理され、矢印Ｘ２に示す方向に流出する。

図２に示すように、燃焼改善装置１における気体の通路は、複数の板状部材２０によって、気体の流れ方向に分割されている。本実施形態では、板状部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ及び２０ｆによって、１２の空間に分割されている。各空間が、気体の通路となる。管状部材１０ａの内面１０ａは、凹凸形状に形成されており、板状部材２０ａを凹状の部分で固定するようになっている。

図３に示すように、板状部材２０ａ及び２０ｂは、略平板形状であり、切欠き部２２ａ及び基部２２ｂと、板主面部２２ｃ及び２２ｄから構成される。板状部材２０ａの切り欠き部２２ａが板状部材２０ｂの基部２２ｂと係合し、板状部材２０ｂの切り欠き部２２ａが板状部材２０ａの基部２２ｂと係合することで、板状部材２０ａ及び２０ｂは固定される（図２参照）。

図４に示すように、板状部材２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ及び２０ｆは、板主面部２４ａ及び２４ｂが曲面部２４ｃを介して連続する構成となっている。板状部材２０ｃ等は、略平板形状の板状部材２０ａ及び２０ｂが係合して形成する空間に嵌るようになっている（図２参照）。曲面部２４ｃの屈折角度を変更したり、板状部材２０ｃ等の数を増減することによって、板状部材２０ａ及び２０ｂが係合して形成する空間の分割態様を変更することができる。

図５は、板状部材２０ａの一部を拡大して示す図である。板状部材２０ａの中心部材である保持基板２０ａｃは、アルミニウム合金等で形成されており、両側に無機質耐熱性接着剤の固定層２０ａｄ及び２０ａｅが形成されている。接着剤は、例えば、スリーボンドファインケミカル株式会社の無機系耐熱接着剤ＴＢ３７３２である。なお、図５に示す構成は、他の板状部材２０ｂ等についても同様である。

板状部材２０ａの主面２２ａａ及び２２ｂｂには、α線を放射する放射体である酸化トリウムを主体とする多数の微細な粉体（粒状体、非粒状体を含む）が固定層２０ａｄ及び２０ａｅに固定されている。本実施形態の酸化トリウムの構成は、個々の粉体の直径が、９μｍ（マイクロメートル）以上１０μｍが約８０重量％（パーセント）であり、１μｍ以上９μｍ以下が約１５％であり、１０μｍ以上１２μｍ以下が約５％である。酸化トリウムの純度は、９９．９９９９％である。燃焼用空気は、板状部材２０ａを通過する間、継続的にα線の照射を受けることができる。

粉体５０及び５２は、粉体の形状を模擬的に示したものである。矢印Ｚ１として示す主面２２ａと垂直な方向における高さを、粉体５０及び５２の高さｈ１とする。

図６に示すように、粉体５０は、全体の高さｈ１の一部である高さｈ２だけ、固定層２２ａｄに接しつつ埋没し、固定されている。本実施形態において、粒体または粉体の５０重量％（パーセント）以上について、個々の粒体または粉体の固定層２０ａｄに埋没している部分の高さｈ２の粉体の高さｈ１に対する比率Ｈ１（ｈ２／ｈ１）は、０．０８以上０．７０以下である。本発明の発明者は、比率Ｈ１が上記の数値範囲にあるとき、各粉体を固定層に固定でき、しかも、固定層から露出する部分が大きいから、効果的にα線を照射できることを見出した。粉体の固定を確実にしつつ、α線を効果的に照射する観点では、比率Ｈ１は、０．１０以上０．６０以下、さらに、０．１０以上０．３０以下であることが望ましい。

比率Ｈ１を上述の数値範囲にするために、本発明の発明者は、施行錯誤を繰り返した結果、接着剤の硬化が完了する前、約３０秒乃至６０秒の間に、接着剤上に粒体や粉体を配置することで、高さｈ２を調整でき、比率Ｈ１の数値範囲を調整できることを見出した。高さｈ２の調整は、例えば、ローラーで加圧するなどで実施することができる。接着剤の硬化があまり進行していない段階で粒体や粉体を接着剤上に配置すると、粒体や粉体の全部または大部分が接着剤中に埋没してしまい、放射線を外部に照射できない。一方、接着剤の硬化が進行し過ぎた後に、粒体や粉体を接着剤上に配置すると、流体や粉体を接着剤上に十分に固定できない。

図７は、燃焼改善装置１の使用例を示している。燃焼改善装置１の一方の開口端部は配管１０２と接続し、他端部は配管１０４と接続する。本実施形態において、燃焼改善装置１は、自動車のエンジン（図示せず）へ供給するための燃焼用空気の改質処理のために使用される。このため、配管１０２の燃焼改善装置１と反対の側には、エアフィルター（図示せず）が配置される。配管１０４において、燃焼改善装置１と反対の側には、キャブレター（図示せず）及びエンジン（図示せず）が配置される。

燃焼用空気は、矢印Ｘ１方向から燃焼改善装置１に流入し、活性化されて、矢印Ｘ２に示す方向に流出し、エンジンへ向かう。

以上のように、本実施形態の構成は、α線の照射による分子の活性化及び電離を効果的に実施するために、複数の板状部材を配置している。しかも、板状部材は燃焼用空気の流れを阻害するのではなく、整流するように配置されている。また、燃焼改善装置は、燃焼用空気を通過させるだけであるから、装置の構成は簡潔である。このため、自動車などの移動体に搭載することができる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、酸化トリウムの粉末が、板状部材２０ａの中心部材である保持基板２０ａｃに焼き付けられて固定されている点である。具体的には、保持基板２０ａｃをステンレス鋼製などの金属で形成し、その表面に、酸化トリウムの粉末にシリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００ ℃以上、１０００℃以下に加熱保持して、酸化トリウムと無機溶剤の混合物を焼結させ、ステンレス網製の網の表面に固定する。

＜第三の実施形態＞
第三の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、板状部材２０は網状部材である点であり、例えば、図８に示すように、略菱形の空間を有する網で構成される。この網は、放射線照射を照射する材料が表面に付されている。網の格子の大きさは、α線の飛程距離（２５ｍｍ程度）よりも小さくなるように規定される。具体的には、当該距離は、４〜２５ｍｍ程度が望ましく、本実施形態においては、図９に示すように、各編目は、編目の幅ｗ１が１０ｍｍ（ミリメートル）、高さｈ１が７ｍｍである。これにより、外周が輪部材１０ａ等を通過する補助気体である、例えば、空気を構成する分子である窒素、酸素及び水に、α線が確実に照射されるようになっている。なお、編目を構成する線の幅ｗ２は、１ｍｍである。

この場合、板状部材は、例えば、アルミニウム合金等の金属を心材とし、その上に、炭素を主成分とするポリマー等で構成される固着剤を塗布し、その固着剤にα線を放射する放射体（酸化トリウム）を固着して加熱焼成して形成する。このような構造の一例については、例えば、特許第４９３８５０８号に記載されている。

なお、本発明の燃焼改善装置１は、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

１ 燃焼改善装置
１０ 管状部材
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ 板状部材

Claims (6)

1. 燃焼用空気を処理する燃焼改善装置であって、
   前記燃焼用空気の通路を構成する通路部材と、
   前記通路部材に配置される複数の板状部材と、
   を有し、
   前記板状部材の主面は、前記燃焼用空気が前記通路を流れる流れ方向と平行に配置され、
   前記板状部材は、前記通路を前記流れ方向に分割するように配置され、
   前記板状部材には、前記燃焼用空気に放射線を照射して、前記燃焼用空気中の分子を活性化するための放射線照射手段が配置されている、
   燃焼改善装置。
2. 前記放射線照射手段は、α線を放射するα線放射体で構成される請求項１に記載の燃焼改善装置。
3. 前記板状部材は、
   板状の保持基板と、
   前記保持基板上に形成される無期系耐熱接着剤からなる固定層を有し、
   前記α線放射体は、酸化トリウムを主材とする粉体から構成され、
   個々の前記粉体の一部が前記固定層に接しつつ、埋没することで固定されている請求項２に記載の燃焼改善装置。
4. 個々の前記粉体の前記保持基板の主面に垂直な方向を高さ方向とするとき、前記粉体の５０重量％（パーセント）以上について、個々の前記粉体の前記固定層に埋没している部分の高さ（ｈ２）の前記粉体の高さ（ｈ１）に対する比率Ｈ１（ｈ２／ｈ１）は、０．０８以上０．７０以下である請求項３に記載の燃焼改善装置。
5. 前記放射線照射手段は、板状の保持基板にα線照射体が焼き付けられて固定されている請求項２に記載の燃焼改善装置。
6. 前記放射線照射手段は、網状の保持基板にα線照射体が固定されている請求項２に記載の燃焼改善装置。