JP2022022904A - 流体燃料改質装置及び改質流体燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い燃焼効率を有する流体燃料を生成することができる流体燃料改質装置及び高い燃焼効率を有する改質流体燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】流体燃料改質装置１００は、改質前の流体燃料９ａの流入口１１、改質後の流体燃料９ｄの流出口１２、及び流入口１１と流出口１２とをつなぐ流路１３を有するケース１を備え、流路１３は、流入口１１の下流側に第１の処理領域１３ａと、第１の処理領域１３ａの下流側に第２の処理領域１３ｂとを有し、第１の処理領域１３ａには、無機固形物２が設置されており、第２の処理領域１３ｂには、水素吸蔵合金３が設置されており、第２の処理領域１３ｂの内部には、少なくとも１つの磁石４ａ，４ｂが設置されており、水素吸蔵合金３は、磁石４ａ，４ｂの磁場４０内に配置されている。
【選択図】図３

Description

本開示は、流体の処理装置及び処理方法に関し、例えば、流体燃料改質装置及び改質流体燃料の製造方法に関する。

流体燃料を燃焼する燃焼機関では、液体燃料の不完全燃焼による燃焼効率の低下が問題となっている。

燃焼効率の低下を解決する装置として、麦飯石とガラス組成物とを含有する第１のガラスボールと、マグネタイトとガラス組成物とを含有する第２のガラスボールとを備えた燃料フィルターが報告されている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１には、「第１のガラスボール中の天然石である麦飯石の遠赤外線と、第２のガラスボール中の磁鉄鉱であるマグネタイトの磁力の放射（即ち、電磁波の照射）を、液体燃料が受けることにより液体燃料のクラスターを小さくすることができるので、クラスターの大きな液体燃料を燃焼するよりもより完全燃焼に近い燃焼をすることができる。」と記載されている。

特開２００５‐２５６８０２号公報

特許文献１に記載の燃料フィルターでは、液体燃料のクラスターを小さくすることによって燃焼効率の低下を抑制するが、液体燃料のクラスターを小さくするだけでは、燃焼効率の低下を抑制することが困難である。

本開示は、かかる事情を背景として為されたものであって、高い燃焼効率を有する流体燃料を生成することができる流体燃料改質装置及び高い燃焼効率を有する改質流体燃料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために、鋭意検討した結果、磁石の磁場内に配置された水素吸蔵合金に、遠赤外線の吸収によってクラスターが細分化された流体物質、例えば流体燃料を接触させることによって、前記課題を解決することを見出し、本発明を完成させた。

本発明に係る流体燃料改質装置は、改質前の流体燃料の流入口、改質後の流体燃料の流出口、及び前記流入口と前記流出口とをつなぐ流路を有するケースを備え、前記流路は、前記流入口の下流側に第１の処理領域と、前記第１の処理領域の下流側に第２の処理領域とを有し、前記第１の処理領域には、無機固形物、有機固形物及び有機無機複合固形物のうち少なくともいずれか１種が設置されており、前記第２の処理領域には、水素吸蔵合金が設置されており、前記第２の処理領域の内部又は外部には、少なくとも１つの磁石が設置されており、前記水素吸蔵合金は、前記磁石の磁場内に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記水素吸蔵合金は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素と、Ｐｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種の元素と、を含有する合金であることが好ましい。強磁性を有するＦｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素と、水素を活性化する特性を有するＰｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種の元素とを合金化することによって、水素と流体燃料との反応を進行させやすくすることができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記水素吸蔵合金は、金属系基材の表面に設けられた水素吸蔵合金層の形態を有し、前記金属系基材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素を含有することが好ましい。水素吸蔵合金層の形態によって、水素吸蔵合金と流体燃料との接触が可能な領域の面積を大きくして、水素吸蔵合金に吸蔵された水素と、流体燃料との接触機会を増加させることができる。また、基材によって、水素吸蔵合金層の形態を有する水素吸蔵合金を補強することができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記水素吸蔵合金がＦｅ‐Ｐｄ合金であり、前記金属系基材がＦｅ元素を含有することが好ましい。水素吸蔵合金の高透磁率化に寄与するＦｅ元素によって、水素と流体燃料との反応をより迅速に進行させやすくすることができる。また、吸蔵可能な水素量の増加に寄与するＰｄ元素によって、水素吸蔵合金の交換時期を延長することができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記金属系基材は、板材、棒材及び線材のうち少なくともいずれか１つの形状を有し、前記水素吸蔵合金は、前記金属系基材の表面の全面又は一部に配置されることが好ましい。流体燃料が基材に接触することによって攪拌が生じ、水素吸蔵合金に吸蔵された水素と、流体燃料との接触頻度を増加させることができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記第２の処理領域には、複数の磁石が設置されており、該複数の磁石の対向し合う磁極が同極であることが好ましい。水素吸蔵合金に吸蔵された水素と、流体燃料との反応効率を高めることにより、供給した流体燃料分子に対する改質された流体燃料分子の割合を向上することができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記水素吸蔵合金が、前記複数の磁石の対向し合う磁極同士の間に設置されることが好ましい。水素吸蔵合金を通る磁束を増加させて、水素と流体燃料との反応を進行させやすくしつつ、供給した流体燃料分子に対する改質された流体燃料分子の割合を向上することができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記複数の磁石はいずれも、環状形状を有し、かつ、該磁石の環状の中心孔を通って巻き回された導線を有し、前記金属系基材は、線材又は棒材の形状を有し、該線材又は該棒材の一端は前記磁石のうちいずれか一つに巻き回された導線に接続され、該線材又は該棒材の他端は前記一端が接続された導線を有する磁石とは異なる磁石に巻き回された導線に接続され、前記水素吸蔵合金は、前記金属系基材の表面の全面又は一部に配置されていることが好ましい。水素吸蔵合金に作用する磁場の生成を安定化させることができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記無機固形物は、複数の中実球状の無機固形物であり、かつ、１質量％～８０質量％の麦飯石と、２０質量％～９９質量％のガラス組成物とを含有し、前記ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率が３０質量％～１００質量％であることが好ましい。無機固形物が中実球状であり、かつガラス組成物を含有するため、無機固形物の表面が平滑化されやすく、無機固形物の表面における流体燃料のこびりつきを防止しやすい。また、無機固形物がガラス組成物を含有するため、麦飯石の溶出を防止することができる。

本発明に係る流体燃料改質装置では、前記流路は、前記第２の処理領域の下流側に第３の処理領域をさらに有し、前記第３の処理領域には、強磁性組成物が設置されており、前記強磁性組成物は、中実球状であり、かつ、１質量％～８０質量％のマグネタイトと、２０質量％～９９質量％のガラス組成物を含有し、前記ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率が３０質量％～１００質量％であることが好ましい。マグネタイトの磁力によって、流体燃料分子同士の再度のファンデルワールス結合の形成を防止することができる。また、強磁性組成物が中実球状であり、かつガラス組成物を含有するため、強磁性組成物の表面が平滑化されやすく、強磁性組成物の表面における流体燃料のこびりつきを防止しやすい。さらに、強磁性組成物がガラス組成物を含有するため、マグネタイトの溶出を防止することができる。

本発明に係る改質流体燃料の製造方法は、第１の処理領域内にて、改質前の流体燃料と、無機固形物、有機固形物及び有機無機複合固形物のうち少なくともいずれか１種とを接触させ、接触済みの流体燃料を第２の処理領域に送り出す工程Ａと、前記第２の処理領域内にて、前記接触済みの流体燃料と水素吸蔵合金とを接触させる工程Ｂとを有し、前記第２の処理領域の内部又は外部には、少なくとも１つの磁石が設置されており、前記水素吸蔵合金は、前記磁石の磁場内に配置されていることを特徴とする。

本開示によれば、高い燃焼効率を有する流体燃料を生成することができる流体燃料改質装置及び高い燃焼効率を有する改質流体燃料の製造方法を提供することができる。

燃焼システムの一例を示す概略図である。 流体燃料改質装置の一例を一部切開して示す平面図である。 Ａ‐Ａ線断面図である。 Ｂ‐Ｂ’部分拡大図である。 有孔ケースの一例を示す概略斜視図である。 基材に設けられた水素吸蔵合金層の一例を示す概略斜視図である。 基材に設けられた水素吸蔵合金層の他の一例を示す概略斜視図である。 Ｃ‐Ｃ線断面図である。 流体燃料改質装置の変形例を一部切開して示す正面図である。 磁石、基材及び水素吸蔵合金層の配置関係を示す概略斜視図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（燃焼システム）
図１を参照して、燃焼システム９００の一態様を説明する。燃料システム９００は、例えば、流体燃料タンク２１０と、流体燃料圧送装置５００と、燃焼室３００とを備え、この順序で配管により接続されている。流体燃料タンク２１０は、改質前の流体燃料９ａを貯蔵する。改質前の流体燃料９ａは、例えば、重油、ディーゼル燃料、ガソリン等の液体燃料である。流体燃料圧送装置５００は、例えば、渦流ポンプ又は歯車ポンプである。燃焼室３００は、例えば、ボイラー、エンジン又は加熱炉の燃焼室である。

流体燃料圧送装置５００と燃焼室３００とを接続する本流路４００には、上流側から第１のＴ字管４１０と、第１の開閉弁６１０と、流量計７００と、流体燃料改質装置１００と、第２の開閉弁６２０と、第２のＴ字管４２０とが設けられている。本流路４００には、さらに、第１のＴ字管４１０から分岐しかつ第２のＴ字管４２０に合流するバイパス流路４５０が設けられている。バイパス流路４５０には、第３の開閉弁６３０が設けられている。

流体燃料圧送装置５００は、流体燃料タンク２１０に貯蔵された改質前の流体燃料９ａを第１のＴ字管４１０側に圧送する。第１の開閉弁６１０及び第２の開閉弁６２０開放し、第３の開閉弁６３０を閉じた場合、改質前の流体燃料９ａは、本流路４００を経由し流体燃料改質装置１００に流入して、流体燃料改質装置１００内部で改質後の流体燃料９ｄに改質される。その後、改質後の流体燃料９ｄは、本流路４００を通過し、燃焼室３００に到達して燃焼される。一方、第１の開閉弁６１０及び第２の開閉弁６２０を閉じ、第３の開閉弁６３０を開放した場合、改質前の流体燃料９ａは、バイパス流路４５０を経由し、燃焼室３００に到達して燃焼される。

（流体燃料改質装置）
次に、図２～図４を参照して、流体燃料改質装置１００についてより詳細に説明する。本実施形態に係る流体燃料改質装置１００は、改質前の流体燃料９ａの流入口１１、改質後の流体燃料９ｄの流出口１２、及び流入口１１と流出口１２とをつなぐ流路１３を有するケース１を備え、流路１３は、流入口１１の下流側に第１の処理領域１３ａと、第１の処理領域１３ａの下流側に第２の処理領域１３ｂとを有し、第１の処理領域１３ａには、無機固形物２、有機固形物（不図示）及び有機無機複合固形物（不図示）のうち少なくともいずれか１種が設置されており、第２の処理領域１３ｂには、水素吸蔵合金３が設置されており、第２の処理領域１３ｂの内部には、少なくとも１つの磁石４ａ，４ｂが設置されており、水素吸蔵合金３は、磁石４ａ，４ｂの磁場４０内に配置されている。

ケース１を構成する材料には、磁気を遮蔽する材料又は磁気を透過する材料の少なくともいずれか一方が選択される。磁気を遮蔽する材料としては、例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト・フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、パーマロイ、純鉄、ニッケル等の強磁性体がある。磁気を透過する材料としては、オーステナイト系ステンレス、アルミニウム等の常磁性体、又は銅、プラスチック等の反磁性体がある。

流入口１１は、図１に示す流量計７００から流出した改質前の流体燃料９ａを、図２及び図３に示す方向９１に沿って、流路１３に流入させる。

改質前の流体燃料９ａ中の複数の燃料分子は、通常、集合してクラスター（不図示）を形成している。当該クラスター（不図示）は水分子を含み得る。以下、当該燃料分子及び水分子を称してクラスター形成分子（不図示）という。改質前の流体燃料９ａの温度は、例えば、２０～８０℃であり、好ましくは３０～４０℃である。ここで、流体燃料改質装置１００の上流側には、改質前の流体燃料９ａを加熱する加熱装置（不図示）が設けられてもよい。

流路１３は、筒構造であることが好ましい。改質前の流体燃料９ａが筒構造の軸方向に沿って流路１３内を移動することによって、改質前の流体燃料９ａが改質されやすくなる。

流出口１２は、流路１３内の改質後の流体燃料９ｄを、図２及び図３に示す方向９３に沿って、図１に示す第２の開閉弁６２０側に流出させる。

流路１３の天面には、図２及び図３に示すように、流路１３の内外を連通する開口部１４と、開口部１４を密閉する蓋１５が設けられることが好ましい。流体燃料改質装置１００をメンテナンスするとき、蓋１５及び締結部材１８を外し、開口部１４を開放することによって、流体燃料改質装置１００の内部のメンテナンスをしやすくすることができる。また、流路１３には、流路１３から分岐して流体燃料改質装置１００の外部に突出したガス抜き管１７が設けられることが好ましい。ガス抜き弁１７０を開放して流路１３内のガスを排出し、気圧を調整することができる。

（第１の処理領域）
第１の処理領域１３ａは、図２及び図３に示すように、流路１３において、流入口１１の下流側に存在する。クラスター（不図示）を形成している改質前の流体燃料９ａは、第１の処理領域１３ａに流入する。

〔無機固形物〕
まず、図３を参照して、第１の処理領域１３ａに無機固形物２が設置されている形態について説明する。無機固形物２は、３～１０μｍの波長域の遠赤外線を放射する。改質前の流体燃料９ａが、無機固形物２に接触したとき、当該波長域の遠赤外線がクラスター形成分子（不図示）に吸収されることによって、クラスター形成分子（不図示）が分子振動を行い、クラスター（不図示）が細分化する。クラスター（不図示）が細分化された接触済みの流体燃料９ｂは、第２の処理領域１３ｂに送り出される。

無機固形物２は、例えば、尾谷賢，“天然物の遠赤外線放射特性”，北海道立工業試験場報告，１９９４，Ｎｏ．２９３，ｐ１１５‐１２１に記載の赤外分光放射率の試験方法によって、無機固形物２の表面温度１５０℃で３～１０μｍの波長域における赤外分光放射率を試験したとき、０．７以上の赤外分光放射率の最大値を有することが好ましい。このような無機固形物２としては、例えば、麦飯石、ガラス組成物、黒鉛珪石、トルマリン、カオリナイト、ゼオライト、野幌粘土、タルク又はそれら２種以上の組合せである。それら２種以上の組合せの形態としては、例えば、それら２種以上を溶融して得られた溶融物、それら２種以上を焼成して得られた焼成物又はそれら２種以上の破砕混合物がある。

無機固形物２は、中実であることが好ましい。ここで「中実」とは、例えば、空隙率が２０％以下、好ましくは１０％以下であることをいう。空隙率が２０％を超える場合、無機固形物２の強度が低下する可能性がある。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、無機固形物２は、複数の中実球状の無機固形物であり、かつ、１質量％～８０質量％の麦飯石と、２０質量％～９９質量％のガラス組成物とを含有し、ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率が３０質量％～１００質量％であることが好ましい。無機固形物２が中実球状であり、かつガラス組成物を含有するため、無機固形物２が平滑な表面を有する溶融物とすることができる。また、無機固形物２がガラス組成物を含有するため、麦飯石の溶出を防止することができる。無機固形物２中の麦飯石の含有率は、２０質量％～５０質量％が好ましく、無機固形物２中のガラス組成物の含有率は、５０質量％～８０質量％が好ましい。ここで、ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率は、４０質量％～８５質量％であることが好ましい。ここで「球状」とは、短径と長径との比（短径／長径）が０．８～１．０である形状をいう。無機固形物２の平均短径は、６ｍｍ以上１６ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、７ｍｍ以上１３ｍｍ以下である。

中実球状の無機固形物２の表面は、平滑な表面であることが好ましい。改質前の流体燃料９ａと無機固形物２とが接触したとき、改質前の流体燃料９ａが無機固形物２の表面を滑らかに移動することができるため、無機固形物２の表面における改質前の流体燃料９ａのこびりつきを防止することができる。また、中実球状の無機固形物２の表面は、入口細孔がない表面であることが好ましい。改質前の流体燃料９ａが、無機固形物２内部に入り込むことなく、無機固形物２の表面を滑らかに移動することができる。

設置形態としては、無機固形物２が固定された状態で設けられている形態が好ましい。無機固形物２が第１の処理領域１３ａよりも下流側に流されることを防ぐことができる。より好ましくは、無機固形物２が着脱可能に固定された状態で設置されている形態である。具体例としては、図２及び図３に示すように、無機固形物２が出し入れ自在に充填された有孔ケース２０が、流路１３の内壁１１３から伸びる板状固定具１６ａ，１６ｂに着脱可能に差し込まれている形態がある。板状固定具１６ａ，１６ｂは、流路１３内を流れる改質前の流体燃料９ａが、有孔ケース２０内を通過せずに、流路１３の内壁１１３の側に回り込むことを防止することができる。

有孔ケース２０の前面２０ａ及び後面（不図示）には、図５に示すように、改質前の流体燃料９ａの通過が可能な孔２１が設けられている。孔２１の孔径は、無機固形物２の平均短径よりも小さいことが好ましい。有孔ケース２０に充填された無機固形物２が孔２１から漏れないようすることができる。有孔ケース２０が複数あるとき、無機固形物２は、例えば、図２及び図３に示すように、無機固形物２ａ，２ｂ，２ｃに分けられて、それぞれの有孔ケース２０に充填されている。有孔ケース２０同士は、改質前の流体燃料９ａの攪拌が生じやすいように、間隔を開けることが好ましい。

有孔ケース２０と、無機固形物２とが、流れ方向９２に沿って流れる改質前の流体燃料９ａに対する抵抗となるため、改質前の流体燃料９ａは、例えば図１に示す流体燃料圧送装置５００によって加圧されることが好ましい。このとき、圧力は、０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。改質前の流体燃料９ａと無機固形物２との接触時間は、２秒以上であることが好ましい。改質前の流体燃料９ａの流速は、０．５ｍｍ／ｓ以上１０ｍｍ／ｓ以下であることが好ましい。無機固形物２間に対流を発生させ、改質前の流体燃料９ａと無機固形物２との接触機会を確保することができる。改質前の流体燃料９ａの液面の高さＨ_Ｆは、接触機会を減らさないためにも、図３に示すように有孔ケース２０の高さＨ_Ｃ以下であることが好ましい。

無機固形物２が着脱可能に固定された状態で設けられている形態の他の具体例としては、改質前の流体燃料９ａの通過が可能な貫通孔を有する有孔板状の無機固形物（不図示）が、図２及び図３に示す有孔ケース２０の場合と同様に、板状固定具１６ａ，１６ｂに着脱可能に差し込まれている形態がある。或いは、円環状、多角環状等の環状の無機固形物が、例えば流路１３の内壁から伸びる棒状固定具に着脱可能に通されて、串刺し状になる形態がある（不図示）。

〔有機固形物・有機無機複合固形物〕
複数の無機固形物２の一部又は全ては、遠赤外線の放射効果を損なわない限り、有機固形物及び／又は有機無機複合固形物に置換されてもよい（不図示）。有機固形物（不図示）は、例えば、フッ素樹脂、ニトリルゴム又はウレタンゴムである。「有機無機複合固形物」とは、無機固形構成物と有機固形構成物とを組合せた固形物をいう（不図示）。有機無機複合固形物の形態としては、例えば、無機固形構成物及び有機固形構成物のうちいずれか一方の固形構成物の表面に、他方の固形構成物がコーティングされた形態、又は無機固形構成物及び有機固形構成物のうちいずれか一方の母材に、他方の固形構成物の充填材が複数点在している形態がある（不図示）。ここで、無機固形構成物（不図示）の組成は、無機固形物２の場合と同様であり、有機固形構成物（不図示）の組成は、有機固形物（不図示）の場合と同様である。有機固形物及び有機無機複合固形物の空隙率及び表面については、無機固形物２の場合と同様である。

（第２の処理領域）
第２の処理領域１３ｂは、図２及び図３に示すように、流路１３において、第１の処理領域１３ａの下流側に存在する。第２の処理領域１３ｂと第１の処理領域１３ａとは、流路１３の流れ方向９２に沿って連接して一体に形成されることが好ましい。

〔水素吸蔵合金〕
第２の処理領域１３ｂには、図４に示すように、水素吸蔵合金３が設置されている。水素吸蔵合金３は、磁石４ａ，４ｂの磁場４０内に配置されている。図４において、磁場４０は磁力線を記載することで表現したが、その記載は図の簡素化のために一部省略しており、磁場４０は技術常識にしたがってその範囲が把握される。第２の処理領域１３ｂでは、流れ方向９２ｂで移動する接触済みの流体燃料９ｂが、水素吸蔵合金３に接触する。このとき、磁石４ａ，４ｂの磁力によって、接触済みの流体燃料９ｂにおけるクラスター形成分子同士のファンデルワールス結合を切断又は分散化しつつ、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素と磁力との相互作用によって、接触済みの流体燃料９ｂの燃料分子の水素化、又は燃料分子と水素分子とのファンデルワールス結合等の改質が行われる。改質後、接触済みの流体燃料９ｂは、水素増加の流体燃料９ｃとなり、流れ方向９２ｃで第２の処理領域１３ｂよりも下流側に進む。第２の処理領域１３ｂよりも下流側に処理領域を設けない場合、水素増加の流体燃料９ｃは、改質後の流体燃料となり流出口から流出する（不図示）。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、水素吸蔵合金３は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素と、Ｐｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種の元素とを含有する合金であることが好ましい。水素を活性化する特性を有するＰｄ及びＰｔ元素は、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を活性化する特性に寄与することができる。強磁性を有するＦｅ、Ｃｏ及びＮｉ元素は、水素吸蔵合金３の強磁性に寄与することができる。水素吸蔵合金３の強磁性という性質もまた、磁化によって、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を活性化する特性に寄与することができる。したがって、接触済みの流体燃料９ｂの改質を進行しやすくすることができる。

本実施形態では、金属元素Ｍ_１と金属元素Ｍ_２とを合金化した合金をＭ_１‐Ｍ_２系合金と表記することもある。ここで、「系」とは、金属元素Ｍ_１及び金属元素Ｍ_２以外の副成分の金属元素を含んでいてもよいという意味を示す。水素吸蔵合金３の具体例としては、Ｆｅ‐Ｐｄ系合金、Ｆｅ‐Ｐｔ系合金、Ｃｏ‐Ｐｄ系合金、Ｃｏ‐Ｐｔ系合金、Ｎｉ‐Ｐｄ系合金又はＮｉ‐Ｐｔ系合金がある。副成分の金属元素の具体例としては、例えば、水素吸蔵合金３がＦｅ‐Ｐｄ系合金である場合、Ｐｔ元素、Ｃｏ元素、Ｎｉ元素又はＰｔ元素がある。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、図６～図８に示すように、水素吸蔵合金３は、金属系基材３０の表面３０ａに設けられた水素吸蔵合金層の形態を有し、金属系基材３０は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素を含有することが好ましい。水素吸蔵合金層の形態によって、水素吸蔵合金３と接触済みの流体燃料９ｂとの接触が可能な領域の面積を大きくして、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素と、接触済みの流体燃料９ｂとの接触機会を増加させることができる。水素吸蔵合金層の厚さを小さくすると、水素吸蔵合金３の強度が低くなるが、金属系基材３０が水素吸蔵合金３を補強することができる。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、水素吸蔵合金３がＦｅ‐Ｐｄ合金であり、金属系基材３０がＦｅ元素を含有することが好ましい。水素吸蔵合金３の高透磁率化に寄与するＦｅ元素によって、水素吸蔵合金３の強磁性が向上し、吸蔵された水素と、接触済みの流体燃料９ｂとの反応をより迅速に進行させやすくすることができる。また、Ｐｄ元素によって、水素吸蔵合金３の水素吸蔵量を増加させて、水素吸蔵合金３の交換時期を延長することができる。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、金属系基材３０は、板材、棒材及び線材のうち少なくともいずれか１つの形状を有し、水素吸蔵合金３は、水素吸蔵合金層として金属系基材３０の表面３０ａの全面又は一部に配置されることが好ましい。接触済みの流体燃料９ｂが上記の形状を有する金属系基材３０に接触すると、接触済みの流体燃料９ｂには、乱流の発生によって攪拌が生じることが可能となる。したがって、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素と、接触済みの流体燃料９ｂとの接触機会を増加させることができる。

表面３０ａの全面の形態としては、例えば、板材の全面、棒材の全面又は線材の全面がある。表面３０ａの一部の形態としては、例えば、図６に示すような板材のいずれか一方の表面の一部若しくは両面それぞれの一部（不図示）がある。このとき、水素吸蔵合金層の外観の形状は、例えば、円形状、つづら折り形状（不図示）、又は複数本平行に並べられた帯の形状（不図示）である。表面３０ａの一部の他の形態としては、棒材の側面の全体若しくは一部（不図示）、又は図７及び図８に示すようなメッシュを構成する線材の表面の一部がある。

水素吸蔵合金３の設置形態としては、例えば、図３及び図４に示す水素吸蔵合金３の表面が流れ方向９２に対して平行になるように設置される形態Ｓ１、又は水素吸蔵合金３の表面が流れ方向９２に対して角度が生じるように設置される形態Ｓ２（不図示）がある。形態Ｓ１を採用することによって、接触済みの流体燃料９ｂのスムーズな流れを確保することができる。一方、形態Ｓ２を採用することによって、接触済みの流体燃料９ｂの攪拌効果を向上させることができる。形態Ｓ２の具体例としては、例えば、図７及び図８に示すようなメッシュの外観を有し、水素吸蔵合金３として水素吸蔵合金層を備え、かつメッシュの目の粗さが互いに異なる２つの金属系基材３０が、流れ方向９２に対して垂直に設置されることである。

〔磁石及び磁石の磁場〕
磁石４ａ，４ｂは、図３に示すように、第２の処理領域１３ｂの内部に設置される。金属系基材３０と同様に、接触済みの流体燃料９ｂを攪拌することができる。また、磁石４ａ，４ｂが、第２の処理領域１３ｂの内部に設置されることによって、第２の処理領域１３ｂ内で磁場を発生させることができる。磁石４ａ，４ｂは、例えば、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマコバ磁石等の永久磁石、又は電磁石である。磁石４ａ，４ｂの磁場４０内には、水素吸蔵合金３が配置されている。ここで磁場４０内とは、接触済みの流体燃料９ｂの改質効果が得られる程度に磁石４の磁場４０が発生している領域をいい、例えば、磁束密度５ｍＴ以上の領域をいう。磁場４０外に水素吸蔵合金が配置されても、接触済みの流体燃料９ｂの改質効果は得られにくい。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、磁石の配置形態として、第２の処理領域１３ｂに配置される磁石が一つである形態、または、第２の処理領域１３ｂに配置される磁石が複数であり、かつ該複数の磁石の対向し合う磁極がＮ極とＳ極の関係を有する形態があるが、図４に示すように、第２の処理領域１３ｂには、複数の磁石４ａ，４ｂが設置されており、該複数の磁石４ａ，４ｂの対向し合う磁極４１ａ，４１ｂが同極である形態がより好ましい。ここで、磁石４ａの磁極４１ａと、磁石４ｂの磁極４１ｂとが対向し合っており、対向し合う磁極４１ａ，４１ｂがＳ極同士又はＮ極同士である。このような磁場４０内に水素吸蔵合金３を配置すると、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素が水素吸蔵合金３上を移動できる範囲を広くすることができる。したがって、当該水素と接触済みの流体燃料９ｂとの反応効率が高められて、接触済みの流体燃料９ｂの流体燃料分子に対する改質された流体燃料分子の割合を向上することができる。

本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、水素吸蔵合金３が、複数の磁石４ａ，４ｂの対向し合う磁極４１同士の間に設置されることが好ましい。対向し合う磁極４１の両方によって、水素吸蔵合金３を通る磁束を増加させることができる。水素吸蔵合金３が、強磁性体を含有している金属系基材３０の表面３０ａに設けられた水素吸蔵合金層の形態を有する場合、対向し合う磁極４１ａ，４１ｂ同士の間に設置される水素吸蔵合金３の位置関係としては、例えば、金属系基材３０が、複数の磁石４ａ，４ｂの磁極に付着されている形態（図４に図示。）、または、付着されずに固定具等によって間隔をあけて固定される形態（不図示）、または、対向し合う磁極４１から等距離の地点に水素吸蔵合金３が配置されるように金属系基材３０が固定具等で固定される形態（不図示）がある。ここで、複数の磁石４ａ，４ｂが同じ磁力を有し、かつ対向し合う磁極４１から等距離の地点に水素吸蔵合金３が配置される形態がより好ましい。水素吸蔵合金３に吸蔵された水素と接触済みの流体燃料９ｂとの反応がより進行しやすくなる。ここで、強磁性体は、例えば、Ｆｅ金属、Ｃｏ金属、Ｎｉ金属、Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金又はＮｉ基合金である。

（磁石の配置の変形例）
本実施形態では、磁石４ａ，４ｂは、第２の処理領域１３ｂの内部に設置される代わりに、第２の処理領域１３ｂの内部に磁力を及ぼすことを条件として、第２の処理領域１３ｂの外部に設置されてもよい。ここで、「第２の処理領域１３ｂの外部」とは、例えば、第２の処理領域１３ｂに対して流路１３の内壁を隔てた外側をいう。流路１３が、図３に示すケースの内壁１０が流路１３の内壁と一致する形態の場合、磁石４ａ，４ｂは、例えば、ケース１の外部に設置される。ここで、ケース１を構成する材料には、磁気を透過する材料が選択されることが好ましい。流路１３が、ケース１内に流路を形成する別の配管によってケースの内壁１０から流路１３の内壁が独立した形態（不図示）の場合、磁石４ａ，４ｂは、例えば、別の配管の外部に設置される。別の配管を構成する好適な材料は、ケース１を構成する好適な材料と同様である。

（第３の処理領域）
本実施形態に係る流体燃料改質装置１００では、流路１３は、第２の処理領域１３ｂの下流側に第３の処理領域１３ｃをさらに有し、第３の処理領域１３ｃには、強磁性組成物５が設置されており、強磁性組成物５は、中実球状であり、かつ、１質量％～８０質量％のマグネタイトと、２０質量％～９９質量％のガラス組成物を含有し、ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率が３０質量％～１００質量％である形態であってもよい。ここで強磁性組成物５が中実球状であり、かつガラス組成物を含有するため、強磁性組成物５が平滑な表面を有する。したがって、強磁性組成物５の表面における流体燃料のこびりつきを防止することができる。さらに、強磁性組成物５がガラス組成物を含有するため、マグネタイトの溶出を防止することができる。強磁性組成物５のマグネタイトの含有率は、１質量％～５０質量％が好ましく、強磁性組成物５中のガラス組成物の含有率は、５０質量％～９９質量％が好ましい。ここで、ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率は、４０質量％～１００質量％であることが好ましい。強磁性組成物５の個別の外径は、６ｍｍ以上１６ｍｍ未満が好ましく、より好ましくは、７ｍｍ以上１３ｍｍ未満である。外径の範囲の確認は、無機固形物２の場合と同様である。第３の処理領域１３ｃでは、水素増加の流体燃料９ｃが、強磁性組成物５に接触する。このとき、水素増加の流体燃料９ｃの流体燃料分子が、マグネタイトから放出された磁力を受けることによって、流体燃料分子同士の再度のファンデルワールス結合の形成を防止することができる。接触後、水素増加の流体燃料９ｃは、改質後の流体燃料９ｄとなって、流出口から流出される。第３の処理領域１３ｃと第２の処理領域１３ｂとは、流路１３の流れ方向９２に沿って連接して一体に形成されることが好ましい。強磁性組成物５は、図２及び図３に示すように、有孔ケース５０に充填され、有孔ケース５０が、流路１３の内壁から伸びる板状固定具１６ａ，１６ｂに着脱可能に差し込まれていることが好ましい。有孔ケース５０は、例えば、図５に示した有孔ケース２０と同様の有孔ケースである。

（流体燃料改質装置の変形例）
本実施形態に係る流体燃料改質装置１０１では、図９及び図１０に示すように、複数の磁石４ａ，４ｂはいずれも、環状形状を有し、かつ、磁石の環状の中心孔４ｃを通って巻き回された導線２５ａ，２５ｂを有し、金属系基材２６は、線材又は棒材の形状を有し、線材又は棒材の一端は磁石のうちいずれか一つに巻き回された導線２５ａに接続され、線材又は棒材の他端は一端が接続された導線２５ａを有する磁石４ａとは異なる磁石４ｂに巻き回された導線２５ｂに接続され、水素吸蔵合金２８は、金属系基材２６の表面の全面又は一部に配置されていることが好ましい。水素吸蔵合金２８に作用する磁場の生成を安定化させることができる。

流体燃料改質装置１０１では、ケース１は円筒形状の胴部を有し、円筒の両端には、フランジ５１が設けられている。そして、フランジ５１に重ね合わさるように円盤状の蓋５２がボルト（不図示）によって固定されている。蓋の一方には流入口１１が設けられ、他他端側には流出口が設けられている。ケース１を円筒形状とすることで、より耐圧性能が高まり、大型化させることが可能となる。ケース１の円筒形状の胴部にはガス抜き管１７が設けられることが好ましい。

ケース１の内部には、燃料の流れ方向の上流側から順に、有孔ケース２０が例えば３つと、複数の孔が開けられた円板状の金属製の触媒固定プレート２３とが、所定の間隔をあけて配置されており、かつ、これらは全ネジボルト２２によって間隔が変化しないように固定されている。有孔ケース２０及び触媒固定プレート２３は全ネジボルト２２によって固定されているので、ケース１の内部に収容されると固定具を設けなくても位置決めされることとなる。ケース１の円筒の内径は、有孔ケース２０の外径及び触媒固定プレート２３の外径よりもわずかに大きく設定されているので、燃料は、有孔ケース２０及び触媒固定プレート２３を効率よく通過することとなる。図１０において、有効ケース２０と触媒固定プレート２３に設けられた孔は一部のみを図示している。

触媒固定プレート２３には、図１０に示すように下流側の面に、所定間隔をあけて２つのＵ型固定具２４ａ，２４ｂが固定されている。Ｕ型固定具２４ａには磁石４ａが嵌め込まれており、Ｕ型固定具２４ｂには磁石４ｂが嵌め込まれている。磁石４ａと磁石４ｂとは同極が向かい合うように対向して配置されている。磁石４ａと磁石４ｂはいずれも環状形状を有し、かつ、磁石の環状の中心孔４ｃを有している。磁石４ａと磁石４ｂには中心孔４ｃを通って導線２５ａ，２５ｂが巻き回されている。磁石４ａと磁石４ｂにはこれらを橋渡しするように金属系基材２６が接続されている。、金属系基材２６は、棒材又は線材であることが好ましいが、巻き加工された線材２６がより好ましい。巻き加工された線材２６はニクロム線であることがより好ましい。ニクロムの合金組成としては、例えば、８０Ｎｉ－２０Ｃｒ、８５Ｎｉ－１５Ｃｒ、６０Ｎｉ－１２Ｃｒ－２６Ｆｅ、６６Ｎｉ－２２Ｃｒ－１０Ｆｅ－２Ｍｎである。ニクロム線の代わりにカンタル線（２３Ｃｒ－６９Ｆｅ－６Ａｌ）を用いてもよい。金属系基材２６の表面には、水素吸蔵合金２８として水素吸蔵合金層が設けられている。導線２５ａは、導線２７によって金属製の触媒固定プレート２３に接続されている。導線２５ｂも、導線（不図示）によって金属製の触媒固定プレート２３に接続されている。このような導線の接続関係を持たせることによって、金属製の触媒固定プレート２３、磁石４ａ、磁石４ｂは等電位状態となり、好ましくはアースされることとなり、磁石４ａと磁石４ｂとによって発生させられる磁場がより一層均一化及び安定化させられる。その磁場の中に巻き加工された線材２６とその表面に設けられた水素吸蔵合金層が配置されることとなる。

（改質流体燃料の製造方法）
本実施形態に係る改質流体燃料の製造方法は、図３及び図４に示すように、第１の処理領域１３ａ内にて、改質前の流体燃料９ａと、無機固形物２、有機固形物及び有機無機複合固形物のうち少なくともいずれか１種とを接触させ、接触済みの流体燃料９ｂを第２の処理領域１３ｂに送り出す工程Ａと、第２の処理領域１３ｂ内にて、接触済みの流体燃料９ｂと水素吸蔵合金３とを接触させる工程Ｂとを有し、第２の処理領域１３ｂの内部又は外部には、少なくとも１つの磁石４が設置されており、水素吸蔵合金３は、磁石４の磁場４０内に配置されている。本実施形態に係る改質流体燃料の製造方法では、例えば図３に示した流体燃料改質装置１００に改質前の流体燃料９ａを流すことによってその改質が容易に行われる。

（比較例１）
図１に示した燃焼システム９００において、流体燃料改質装置１００の代わりに流体燃料改質装置１０１を接続して、燃焼試験を行った。図１において、第３の開閉弁６３０を開け、第１の開閉弁６１０及び第２の開閉弁６２０を閉じた。そして、改質前の流体燃料９ａとしてＡ重油燃料を使用し、Ａ重油燃料をバイパス流路４５０に経由させ、Ａ重油燃料を改質せずに、燃焼室３００として貫流ボイラーの燃焼室に導き、燃焼させた。比較例１は、通常運転に相当し、定常通常燃焼状態として３時間燃焼を継続した。定常通常燃焼状態における燃料噴霧圧は１．１０ＭＰａ、燃焼温度は３１８．０℃、空気比１．２５、燃焼後の二酸化炭素濃度１２．４０％、酸素濃度４．２０％、燃料使用量は１０１．５９リットルであった。

（参考例１）
図１に示した燃焼システム９００において、流体燃料改質装置１００の代わりに流体燃料改質装置１０１を接続して、燃焼試験を行った。図１において、第３の開閉弁６３０を閉じ、第１の開閉弁６１０及び第２の開閉弁６２０を開放した。そして、改質前の流体燃料９ａとしてＡ重油燃料を使用し、Ａ重油燃料を本流路４００に経由させる中で流体燃料改質装置１０１によって改質し、燃焼室３００として貫流ボイラーの燃焼室に導き、燃焼させた。比較例１における条件を調整することなく、具体的には燃料噴射圧と酸素量とを調整することなく、そのままの条件で定常燃焼状態とした上で３時間燃焼を継続した。定常燃焼状態における燃料噴霧圧は１．１０ＭＰａ、燃焼温度は３６０．９℃、空気比１．２１、燃焼後の二酸化炭素濃度１２．７７％、酸素濃度３．７０％、燃料使用量は１０４．１７リットルであった。

比較例１が本流体燃料改質装置を導入する前の結果である。これを基準として参考例１では、燃焼温度が上がったものの、燃焼効率が上がっておらず、燃料使用量が２．５４％悪化した。これは、参考例１ではＡ重油燃料が改質されているものの、改質後の燃料を効率的に燃焼させる条件に設定されていないためである。

（実施例１）
参考例１において、Ａ重油燃料を効率的に燃焼させるために適正な燃料噴射圧と酸素量に調整した以外は、参考例１と同様にして燃焼試験を行った。適正な燃料噴射圧と酸素量は、通常のボイラーにおいて好適とされる条件に設定した。燃料であるＡ重油燃料は流体燃料改質装置１０１を通過することで、燃料成分の分子構造が細分化されるため、細分化された分子がより多くの酸素と結合すると考えられるため、燃焼温度が高くなり、空気比が変わる。そのため、参考例１のようにボイラー効率が落ちてしまう恐れがある。そこで、実施例１では、適正な燃料噴射圧と酸素量に調整して、定常燃焼状態とした上で３時間燃焼を継続した。定常燃焼状態における燃料噴霧圧は１．０３ＭＰａ、燃焼温度は３５３．０℃、空気比１．２６、燃焼後の二酸化炭素濃度１２．３３％、酸素濃度４．３６％、燃料使用量は８６．６２リットルであった。

参考例１に対して適正な燃料噴射圧と酸素量に調整して、定常燃焼状態とした実施例１によれは、燃焼温度を比較例１よりも高めたにもかかわらず、燃料使用量を、比較例１を基準として１４．７４％低減させることができた。

１ ケース
２，２ａ，２ｂ，２ｃ 無機固形物
３ 水素吸蔵合金
４，４ａ，４ｂ 磁石
４ｃ 磁石の環状の中心孔
５ 強磁性組成物
９ａ 改質前の流体燃料
９ｂ 接触済みの流体燃料
９ｃ 水素増加の流体燃料
９ｄ 改質後の流体燃料
１０ ケースの内壁
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 流路
１３ａ 第１の処理領域
１３ｂ 第２の処理領域
１３ｃ 第３の処理領域
１４ 流路の内外を連通する開口部
１５ 蓋
１６ａ，１６ｂ 板状固定具
１７ ガス抜き管
１８ 締結部材
２０ 有孔ケース
２０ａ 有孔ケースの前面
２１ 孔
２２ 全ネジボルト
２３ 触媒固定プレート
２４ａ，２４ｂ Ｕ型固定具
２５ａ，２５ｂ 導線
２６ 金属系基材（巻き加工された線材）
２７ 導線
２８ 水素吸蔵合金
３０ 金属系基材
３０ａ 金属系基材の表面
４０ 磁場
４１，４１ａ，４１ｂ 磁極
５０ 有孔ケース
９２，９２ｂ，９２ｃ 流れ方向
１００，１０１ 流体燃料改質装置
１１３ 流路の内壁
１７０ ガス抜き弁
２１０ 流体燃料タンク
３００ 燃焼室
４００ 本流路
４１０ 第１のＴ字管
４２０ 第２のＴ字管
４５０ バイパス流路
５００ 流体燃料圧送装置
６１０ 第１の開閉弁
６２０ 第２の開閉弁
６３０ 第３の開閉弁
７００ 流量計
９００ 燃焼システム
Ｈ_Ｆ 改質前の流体燃料の液面の高さ
Ｈ_Ｃ 有孔ケースの高さ

Claims (11)

1. 改質前の流体燃料の流入口、改質後の流体燃料の流出口、及び前記流入口と前記流出口とをつなぐ流路を有するケースを備え、
   前記流路は、前記流入口の下流側に第１の処理領域と、前記第１の処理領域の下流側に第２の処理領域とを有し、
   前記第１の処理領域には、無機固形物、有機固形物及び有機無機複合固形物のうち少なくともいずれか１種が設置されており、
   前記第２の処理領域には、水素吸蔵合金が設置されており、
   前記第２の処理領域の内部又は外部には、少なくとも１つの磁石が設置されており、
   前記水素吸蔵合金は、前記磁石の磁場内に配置されていることを特徴とする流体燃料改質装置。
2. 前記水素吸蔵合金は、
   Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素と、
   Ｐｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種の元素と、を含有する合金であることを特徴とする請求項１に記載の流体燃料改質装置。
3. 前記水素吸蔵合金は、金属系基材の表面に設けられた水素吸蔵合金層の形態を有し、前記金属系基材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくともいずれか１種の元素を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体燃料改質装置。
4. 前記水素吸蔵合金がＦｅ‐Ｐｄ合金であり、前記金属系基材がＦｅ元素を含有することを特徴とする請求項３に記載の流体燃料改質装置。
5. 前記金属系基材は、板材、棒材及び線材のうち少なくともいずれか１つの形状を有し、前記水素吸蔵合金は、前記金属系基材の表面の全面又は一部に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の流体燃料改質装置。
6. 前記第２の処理領域には、複数の磁石が設置されており、該複数の磁石の対向し合う磁極が同極であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の流体燃料改質装置。
7. 前記水素吸蔵合金が、前記複数の磁石の対向し合う磁極同士の間に設置されることを特徴とする請求項６に記載の流体燃料改質装置。
8. 前記複数の磁石はいずれも、環状形状を有し、かつ、該磁石の環状の中心孔を通って巻き回された導線を有し、
   前記金属系基材は、線材又は棒材の形状を有し、該線材又は該棒材の一端は前記磁石のうちいずれか一つに巻き回された導線に接続され、該線材又は該棒材の他端は前記一端が接続された導線を有する磁石とは異なる磁石に巻き回された導線に接続され、
   前記水素吸蔵合金は、前記金属系基材の表面の全面又は一部に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の流体燃料改質装置。
9. 前記無機固形物は、複数の中実球状の無機固形物であり、かつ、１質量％～８０質量％の麦飯石と、２０質量％～９９質量％のガラス組成物とを含有し、
   前記ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率が３０質量％～１００質量％であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１つに記載の流体燃料改質装置。
10. 前記流路は、前記第２の処理領域の下流側に第３の処理領域をさらに有し、
    前記第３の処理領域には、強磁性組成物が設置されており、
    前記強磁性組成物は、中実球状であり、かつ、１質量％～８０質量％のマグネタイトと、２０質量％～９９質量％のガラス組成物を含有し、
    前記ガラス組成物中のＳｉＯ_２の含有率が３０質量％～１００質量％であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１つに記載の流体燃料改質装置。
11. 第１の処理領域内にて、改質前の流体燃料と、無機固形物、有機固形物及び有機無機複合固形物のうち少なくともいずれか１種とを接触させ、接触済みの流体燃料を第２の処理領域に送り出す工程Ａと、
    前記第２の処理領域内にて、前記接触済みの流体燃料と水素吸蔵合金とを接触させる工程Ｂとを有し、
    前記第２の処理領域の内部又は外部には、少なくとも１つの磁石が設置されており、
    前記水素吸蔵合金は、前記磁石の磁場内に配置されていることを特徴とする改質流体燃料の製造方法。
    
    
    

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