JP2018053750A

JP2018053750A - 流体改質材

Info

Publication number: JP2018053750A
Application number: JP2016188110A
Authority: JP
Inventors: 暢伸野口; Akinobu Noguchi
Original assignee: Faithful Inventive Tech Co Ltd; Faithful Inventive Technologies Co Ltd
Current assignee: Faithful Inventive Tech Co Ltd; Faithful Inventive Technologies Co Ltd
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】発生する放射線量を出来る限り低く抑えつつ、マイナスイオンを用いて内燃機関の燃焼効率や冷却設備の熱交換効率を実質的に向上させる新たな手段を提供することを課題とする。【解決手段】トルマリン、放射線発生材、及び、磁場発生材又は遠赤外線発生材を含有する、流体改質材であって、前記放射線発生材は、レアアースより選択される少なくとも１種であり、前記磁場発生材は、アルニコ、ネオジム、フェライト又はサマリウムコバルト磁石より選択される少なくとも１種であり、及び前記遠赤外線発生材は、麦飯石及び磁鉄鉱（マグネタイト）を含有するガラス結晶化した材料から成る、前記流体改質材。【選択図】図１

Description

本発明は、流体改質材に関する。より具体的には、燃料を用いた燃焼機関の燃焼効率向上のための、及び、冷却水及び冷媒を用いた冷却設備の熱交換効率を促進するための、これら流体改質材に関する。

近年、燃焼機関の燃焼効率向上のために、又は、冷却水及び冷媒を用いた冷却設備の熱交換効率の促進のために、マイナスイオンを利用する技術がある（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１は、セリウム、ランタン、イットリウム等を含むエンジンの燃焼効率改善剤を、そこから発生するマイナスイオンをエンジン内に取り込ませることにより、エンジンの燃焼効率を改善する技術を開示している。
また、特許文献２は、ガーネットのような極性材料とランタノイド系元素のような放射性物質を含有する材料とが混在した冷媒調整装置を冷凍装置の冷媒配管に配置し、発生したマイナスイオンによって、冷媒の熱交換効率を向上させる技術を開示している。

特開２００６−２２０１２６号公報特開２０１６−４４９５９号公報

ここで、内燃機関の燃焼効率や冷却設備の熱交換効率を実質的に向上させるためには、マイナスイオンをおよそ１００００個／ｃｍ^３発生させる必要がある。そしてそのためには、放射線量を高くする、つまり励起材としての放射性物質の使用量を増加する必要があった。
しかしながら、流体がオイルなどの有機物質であった場合には、高い線量の放射線によりその分子構造に損傷を受け、劣化を生じるおそれがある。
また、廃棄する際の処理の問題、放射性物質を粉体として使用する場合の、飛散等による環境汚染、及び、人体への悪影響も懸念される。
従って、本発明は、放射線量を出来る限り低く抑えつつ、内燃機関の燃焼効率や冷却設備の熱交換効率を実質的に向上させる新たな手段を提供することを課題とした。

而して、本発明は、トルマリン、放射線発生材、及び、磁場発生材又は遠赤外線発生材を含有する、流体改質材であって、
前記放射線発生材は、レアアースより選択される少なくとも１種であり、
前記磁場発生材は、アルニコ、ネオジム、フェライト又はサマリウムコバルト磁石より選択される少なくとも１種であり、及び
前記遠赤外線発生材は、麦飯石及び磁鉄鉱（マグネタイト）を含有するガラス結晶化した材料から成る、
前記流体改質材に関する。
また本発明の好ましい態様は、前記放射線発生材を、発生するマイナスイオンが４０００個／ｃｍ^３を超えないような量で混合する、前記流体改質材に関する。
さらにまた本発明の別の態様は、前記放射線発生材が、不織布成形体、シート成形体又は複合体の形態にある、流体改質材に関する。

本発明においては、マイナスイオンを発生させる材料として、トルマリンを用いる。そして、マイナスイオン発生の励起材、即ち放射線発生材を用いるが、この放射線発生材の使用量は、それを単独でトルマリンに対して用いたときのマイナスイオンの発生量が４０００個／ｃｍ^３を超えないような量に抑えられる。このように放射線発生材の使用量を従来よりも低くすることにより、発生する放射線量をもできるだけ抑えることができる。

さらには、放射線発生材の使用量を抑えた分については、放射線発生材に代わる別の励起材、つまり、磁場発生材又は遠赤外線発生材が併用される。これによって、放射線発生材の使用量を抑えたことにより発生量が低下したマイナスイオンを、補うことができる。のみならず、発生する磁力及び遠赤外線は、マイナスイオンとの相乗効果も期待されるなど、都合がよい。
マイナスイオンの望ましい発生量は、１０００〜１００００個／ｃｍ^３であり、好ましくは、５０００〜１００００個ｃｍ^３である。

本発明の、流体改質材はマイナスイオンを発生し得るため、燃料、冷媒又は空気といった液体又は気体などの流体に直接に接触させて直接作用させるか、又は、流体と接触する金属材、合成樹脂、ゴムなどの配管部分に接触させて流体に対し間接的に作用させることによって、各流体の性質を変化させることができる。
即ち、マイナスイオンのもつ、流体の分子構造を細分化する作用、例えば分子間力を弱める（表面張力を弱める）作用によって、マイナスイオンの作用が働く内燃機関においては、燃料（有機化合物）の分子構造を細分化することによって空気との混合が良くなり、燃焼効率を上げることができる。
また、冷蔵庫、冷凍庫又はエアコンといった冷却設備においては、マイナスイオンによって冷却水等の分子構造が細分化され、これにより当該冷却水の流速が速くなり、且つ、表面張力も減少するため、冷却配管の金属等との接触が良くなる（濡れ性が向上）。従って、熱の伝達が良くなる、即ち、熱交換効率が向上し、冷却効率を上げることができる。

本発明において用いられるトルマリン（電気石）は、市場にて入手可能なものでよい。また、放射線発生材、磁場発生材及び遠赤外線発生材から発せられる放射線、磁場及び遠赤外線に対して効率よく曝露されるように、その形態としては、粒径およそ０．１μｍ乃至１０μｍの、好ましくは０．５μｍ乃至５μｍの粉末状のものが、好ましい。
また、トルマリンは、本発明による流体改質材に対して、０．１質量％乃至５０質量％の量で含まれる。
なお本発明において、粒径の測定については特に限定するものではないが、一例として、レーザー回折型粒度分布測定装置等を使用することができる。

一方、本発明で用いられる放射線発生材としては、レアアース（希土類元素）又はこれらを含む鉱物が挙げられる。そのような元素としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロビウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム又はルテチウム、又はこれらの混合物を挙げることができる。これらには微量の放射性物質（トリウム、ウラン、ラジウム等）が含まれているため、トルマリンに対してマイナスイオンを発生させるための励起材として作用する。

本発明においては、放射線発生材を、それ単独でトルマリンに対して用いたときのマイナスイオンの発生量が４０００個／ｃｍ^３を超えないような量で、そして好ましくは粉体の形態で、本流体改質材に添加される。
粉体の形態の場合、その粒径は、およそ０．１μｍ乃至１０μｍが好ましく、０．５μｍ乃至５μｍがより好ましい。

また本発明において用いられる磁場発生材は、ゼロ磁場を発生して、トルマリンにエネルギーを付加することができる材料をいう。そのような材料として、例えば、アルニコ、ネオジム、フェライト又はサマリウムコバルト磁石から選択された磁石が挙げられる。特にその中でも、Ｓ極同士が接合してなるものが好ましい。

磁場発生材は、放射線発生材の使用量との兼ね合いで、マイナスイオンの所望の発生量を補うような量で、本流体改質材に添加される。

また、本発明においては、励起材として、磁場発生材の他に、遠赤外線発生材を用いることもできる。遠赤外線発生材は、例えば、金属の酸化物、窒化物、炭化物から成る無機粉体（セラミックス粉末）を混合し、その後、焼結と粉砕を繰り返して、作ることが出来る。
より具体的には、麦飯石、磁鉄鉱（マグネタイト）等を数種類配合し、そしてガラス結晶化した材料を粉砕して作られる。こうして得られた粉体は、遠赤外線に属する波長（特殊遠赤波）を常温時でも永続的に放出するものとなり、流体に接触するとその特定波を強力に吸収し流体分子（クラスター）をより小さな構造とすることができる。

磁場発生材と同様に、遠赤外線発生材もまた、放射線発生材の使用量との兼ね合いで、マイナスイオンの所望の発生量を補うような量で、本流体改質材に添加される。

上記の磁場発生材及び遠赤外線発生材は、それぞれ単独で本流体改質材に添加されても良いし、これらを併用してももちろん良い。

本発明の流体改質材には、トルマリン、放射線発生材、及び、磁場発生材又は遠赤外線発生材の他に、形態や、目的とする効果に応じて、種々の添加剤、例えば、溶媒、バインダー、可塑剤、分散剤等を加えてももちろん良い。
また、本流体改質材に磁力を与えるために、磁鉄鉱（マグネタイト）が添加されていてもよい。

ここで、分散剤は、ポリアクリル系ポリマー、特に、ポリアクリル酸アンモニウム塩オリゴマーが好ましいが、これに替えて水酸化ナトリウム等水中で１価のイオンを生じるものであれば、使用可能である。
溶媒に水を用いた場合は、環境や作業者に対して優しい製法となるが、本発明において使用される粉体成分中に、水に溶解して多価イオンを生じる成分が存在する場合は、本手法の用は難しい。例えば、酸化マグネシウム（マグネシア）等は、水中で溶解し２価のイオンを生じる。２価のイオンの存在は、先の１価のイオンによって、粉体が同一電荷を帯びて分散（反発）状態にあるものが、２価のイオンの再吸着により１価のイオンと入れ替わり、粉体の電荷を０にして凝集させるためである。また、粉体の選択によっては、泥漿に外力を与えない状態に放置すれば、泥漿粘度が上昇していく現象、即ち、チクソトロピー流を示し、この場合は成形が難しく好ましくない。

本発明の、流体改質材は、その目的又は用途に応じて、種々の形態に成形することができる。
例えば、トルマリン、放射線発生材、磁場発生材及び遠赤外線発生材から成る混合粉体に対し、溶媒、バインダー、可塑剤、及び分散材を添加し、混合してスラリーとし、当該スラリーを、不織布等の吸収性素材に適用及び乾燥することにより、被表面積を増やした不織布成形体として提供することができる。
又は、前記スラリーを、不燃性シート上にプリント印刷してなる、シート成形体として提供することもできる。
これら不織布成形体及びシート成形体は、例えば内燃機関や冷却設備の燃料配管又は冷媒配管に巻き付ける等して使用することが可能である。
さらに又は、前記混合粉体を結晶化タイル固形物として、又は印刷基盤として成形した成形体としても提供することができる。これら成形体に対しては、ゼロ磁場を発生させる磁性材料、例えば磁鉄鉱（マグネタイト）を接触配置した、複合体として提供することもできる。

本発明による流体改質材は、マイナスイオンの励起材として、放射線発生材の他に、磁場発生材又は遠赤外線発生材を含有するものであり、そのため、所定量のマイナスイオンの発生に必要な放射線の発生量が抑えられている。従って、従来のマイナスイオン発生材と比べて、オイルなどの流体の分子構造を損傷又は劣化させるおそれが低い。また、流体改質材の廃棄の際の処理の問題、放射性物質を粉体として使用する場合の飛散等による環境汚染、及び人体への影響もより軽減されるなど、安全性もより高い。
さらにまた、本発明による流体改質材に用いられるトルマリン、放射線発生材、磁場発生材及び遠赤外線発生材は、市場において入手しやすく、且つ、流体改質材自体の構成も簡素である。

図１は、本発明の流体改質材の一態様を示す模式図である。図２は、本発明の流体改質材の別の態様を示す模式図であって、（ａ）はその裏面を示し、（ｂ）はその表面を示す。

実施例１
本実施例においては、トルマリン、放射線発生材及び遠赤外線発生材を含有する、シート成形体としての流体改質材を挙げる。

実施例１−１
トルマリンを粉砕し、平均粒子径０．５μｍ乃至５μｍの範囲で分級した粉体に、放射線発生材として、同様に平均粒子径０．５μｍ乃至５μｍの範囲で粉砕及び分級した粉体状の酸化イットリウム及び酸化ガドリニウムの混合物を、１ｃｍ^３当たりのマイナスイオン発生数が約４０００を超えないような割合で添加混合し、そしてＶ型ブレンダー又は擂潰器を用いて乾式混合した。
一方、遠赤外線効果を付与する原料を調製する為に、麦飯石及び磁鉄鉱の組成を構成するセラミック粉体にシリカ（ＳｉＯ_２）を２０質量部添加し、約９５０℃の大気雰囲気下で３０分間加熱してガラス結晶化物を製造し、これを遠赤外線発生材とした。そして、この結晶化物を冷却後、遊星型のボールミルで微粉砕し、所望とする平均粒径０．５μｍの粉体形態とした。
本粉体状の遠赤外線発生材を、前記のトルマリン及び放射線発生材の混合物に対して、３０重量部添加混合し、流体改質材粉体を製造した。

実施例１−２
上記実施例１−１において最終的に得られた粉体状の流体改質材１００質量部に対して、バインダーとしてポリビニルブチラール（粉体状）２０質量部を添加して十分に乾式混合した。
次いで、可塑剤としてフタル酸エステルを５．０質量部、溶媒としてイソプロピルアルコール８０質量部を添加し、ボールミルで約２４時間湿式混合して、均一に分散したセラミックススラリーを製造した。
当該スラリーについて、ドクターブレード法により、幅２００ｍｍ厚膜成形を行なった後、連続乾燥器で乾燥し、可撓性のあるセラミックグリーンシートを連続巻取成形によって製作した。製品長さ、形状は必要に応じて適宜所望のサイズにカットし、シート成形体の流体改質材を得た。

実施例１−３
上記実施例１−１において最終的に得られた粉体状の流体改質材１００重量部に対して、バインダーとしてポリビニルブチラール（粉体状）２０質量部を添加して十分に乾式混合した。次いで、可塑剤としてフタル酸エステルを５．０質量部、溶媒として、イソプロピルアルコール１２０質量部を添加し、ボールミルで約２４時間混合して均一に分散したセラミックススラリーを製造した。
本セラミックススラリーに、厚さ２０ｍｍの高密度ポリエステル不織布を浸漬して、当該セラミックススラリーを含浸させた。この時、不織布１平方センチ当たり、粉体０．０４ｇが付着するように溶媒であるイソプロピルアルコールを適宜添加して濃度を調整しながら実施した。
次いで、得られた含浸不織布を乾燥器内でよく乾燥して、不織布成形体の流体改質材を得た。
当該シートは、所望のサイズに適宜カットして使用に供するものとした。

実施例１−４
上記実施例１−１において最終的に得られた粉体状の流体改質材１００質量部に対して、分散材としてポリアクリル酸アンモニウム塩オリゴマーを０．３質量部、バインダーとしてアクリル酸エステル系共重合エマルジョンを２５質量部、可塑剤としてグリセリンを７質量部、溶媒として水を３８質量添加し、ボールミルで約４０時間混合し、均一に分散したセラミック泥漿を製造した。
当該泥漿を、上記実施例１−２又は１−３で行った手法、即ち、ドクターブレード法又は不織布含浸法で、シート成形体の流体改質材を得た。

試験例１
上記実施例１−２、１−３及び１−４でそれぞれ得られたシート成形体を、自動車の冷却循環系の配管又は冷却サブタンクに密着させて配置し、ガソリン車輌における燃費を半年間測定した。
その結果（ｎ＝１０）、自動車のインパネ部にある表示計において平均で５〜２０％の燃費向上が認められた。
目視によって、エキゾーストパイプ（マフラー排気口）内面のカーボン付着が減少し、金属面が現れる等の改善が認められ、即ちクリーン燃焼に移行したことが確認された。この事実は、冷却水における流速の向上と表面張力の減少により熱交換が促進された事、即ちシリンダブロックの冷却効果が向上してシリンダ筒内の圧力が下がり（ボイル・シャルルの法則）、吸気工程において、より多くの酸素を取り入れることが可能となって、結果完全燃焼に導いた事で、燃焼効率が向上（燃費低下）したためと推測される。

試験例２
実施例１−２、１−３及び１−４でそれぞれ得られたシート成形体を、空調機室外機（三菱電機製室外機型式：ＰＵＺ−ＥＲＰ２２４ＫＡ６定格２２．４ｋｗ−５台）の冷媒管に密着して設置し、空調機の電気消費量の増減を測定した。この時、空調を行う部屋の均熱が十分取れるように条件を設定し、平均外気温並びに事業所の稼働率にほとんど差がない５ヶ月を選択して、昨年同月と比較した。
電力会社からの使用量報告書及び電力ロガーの測定値を観察した結果、最大電力量において、昨年同月と比較して、両データ共に７％から３８％の範囲で削減が認められた。これは、冷媒管の中にある冷媒油の循環速度が向上し、更に表面張力が減少したことにより、冷媒温度の損失が低く抑えられ、冷媒温度をより近似した温度で銅管やアルミ製フィンに熱伝達が出来たことを示している。

実施例２
本実施例においては、トルマリン、放射線発生材及び磁場発生材を有する、複合体成形体としての流体改質材を挙げる。

実施例２−１
トルマリンのマイナスイオンの放出を促進する励起材として、放射線に替えて磁場エネルギーを利用するために、２８００ガウスのネオジム磁石φ１０×３ｍｍを２個準備し、Ｓ極側の面同志を密着させる様に保持材を用いて貼り合わせて、ゼロ磁場を発生する磁石１を用意した。
次に、トルマリンを粉砕して、平均粒子径０．５μｍ乃至５μｍの範囲で分級した粉体に、放射線発生材（酸化イットリウム及び酸化ガドリニウムの混合物）として同様に平均粒子径０．５μｍ乃至５μｍの範囲で粉砕及び分級した粉体を、１ｃｍ^３当たりのマイナスイオン発生数が４０００個を超えないような割合で添加混合し、Ｖ型ブレンダーを用いて乾式混合した。このとき、代わりに擂潰器を用いても良い。さらに、高温で液相となるシリカ（ＳｉＯ_２）を３０質量添加し、本混合粉体を大気雰囲気下約９５０度で加熱溶融してガラス結晶化物を製造した。冷却後、ハンマーミル等のクラッシャーで１ｍｍ程度に粉砕し、ザラメ状の粉末を作成した。
５０ｍｍ角の耐火トレイにザラメ状粉体を２０ｍｍ厚となるように均等に充填し、再度大気雰囲気下約９５０℃で加熱溶融し、その後３６時間かけて徐冷し、１５ｍｍ厚のガラス結晶化物（タイル）２を得た。この５０ｍｍ角結晶化タイル２の数か所に、上記で作成したゼロ磁場を発生する磁石１を配置及び接着して、流体改質材の複合体を製造した（図１）。
こうして製造した複合体のマイナスイオン発生量は、約６０００〜７０００個／ｃｍ^３を示し、所望の発生量の流体改質材を得ることが出来た。

実施例２−２
上記実施例２−１と同様にして、ゼロ磁場を発生する磁石１を用意した。
次に、トルマリンを粉砕し、平均粒子径０．５μｍ乃至５μｍの範囲で分級した粉体に、放射線発生材（酸化イットリウム及び酸化ガドリニウムの混合物）として、同様に平均粒子径０．５μｍ乃至５μｍの範囲で粉砕及び分級した粉体を、１ｃｍ^３当たりのマイナスイオン発生数が４０００個を超えないような割合で添加混合し、Ｖ型ブレンダ―を用いて乾式混合し、混合粉体を得た。このとき、代わりに擂潰器を用いても良い。
当該粉体１００質量部に対して、バインダーとしてポリビニルブチラールを２０質量部添加して十分乾式混合を行い、さらに、可塑剤としてフタル酸エステルを５．０質量部、溶媒として、イソプロピルアルコール７０質量部を添加し、ボールミルで約４０時間混合し、スラリーを製造した。
こうして得られたスラリーを、基板３上に、渦巻き回路パターン４でスクリーン印刷して乾燥定着させた。この渦パターン４の背面に、先に作成した磁石１を配置接着して、流体改質材の複合体を製造した（図２）。
こうして製造した複合体のマイナスイオン発生量は、５５００〜６７００個／ｃｍ^３を示し、所望の発生量の流体改質材を得ることが出来た。

試験例３
実施例２−１及び２−２で得られたそれぞれの複合体を、自動車の冷却循環系の配管又は冷却サブタンクに密着させて配置し、ガソリン車輌にける燃費を半年間測定した結果（ｎ＝１０）、自動車のインパネ部にある表示計において平均で８〜２２％の燃費向上が認められた。
目視によって、エキゾーストパイプ（マフラー排気口）内面のカーボン付着が減少し、金属面が現れる等の改善が認められ、即ちクリーン燃焼に移行したことが確認された。この事実は、冷却水における流速の向上と表面張力の減少により熱交換が促進された事、即ちシリンダブロックの冷却効果が向上してシリンダ筒内の圧力が下がり（ボイル・シャルルの法則）、吸気工程において、より多くの酸素を取り入れることが可能となり、その結果、完全燃焼に導いた事で燃焼効率が向上（燃費低下）したためと推測される。

試験例４
同様に空調機室外機（三菱電機製室外機型式：ＰＵＺ−ＥＲＰ２２４ＫＡ６定格２２．４ｋｗ−５台）の冷媒管に密着して設置し、空調機の電気消費量の増減を測定した。この時、空調を行う部屋の均熱が十分取れるように条件を設定し、平均外気温並びに事業所の稼働率にほとんど差がない５ヶ月を選択して、昨年同月と比較した。
電力会社からの使用量報告書及び電力ロガーの測定値を観察した結果、最大電力量において、昨年同月と比較して、両データ共に８％から３５％の範囲で削減が認められた。これは、冷媒管の中にある冷媒油の循環速度が向上し、更に表面張力が減少したことにより、冷媒温度の損失が低く抑えられ、冷媒温度をより近似した温度で銅管やアルミ製フィンに熱伝達が出来たことを示している。

１ネオジム磁石２ガラス結晶化物３基板４渦状印刷

Claims

トルマリン、放射線発生材、及び、磁場発生材又は遠赤外線発生材を含有する、流体改質材であって、
前記放射線発生材は、レアアースより選択される少なくとも１種であり、
前記磁場発生材は、アルニコ、ネオジム、フェライト又はサマリウムコバルト磁石より選択される少なくとも１種であり、及び
前記遠赤外線発生材は、麦飯石及び磁鉄鉱（マグネタイト）を含有するガラス結晶化した材料から成る、
前記流体改質材。
前記放射線発生材は、発生するマイナスイオンが４０００個／ｃｍ^３を超えないような量で混合する、請求項１に記載の流体改質材。
前記放射線発生材は、不織布成形体、シート成形体又は複合体の形態にある、請求項１又は２に記載の流体改質材。