JP3119976U

JP3119976U - 燃焼効率改善装置

Info

Publication number: JP3119976U
Application number: JP2005009741U
Authority: JP
Inventors: 清一千石; 京矢住
Original assignee: 清一千石
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2015-10-20

Abstract

【課題】自動車をはじめとする内燃機関に対して、燃料とともに供給される空気を活性化し、燃焼効率を改善することで、排気ガス中の一酸化炭素やハイドロカーボン、ディーゼルエンジンにおける黒煙等の有害物質の軽減効果を得る、より使用方法が簡便な燃焼効率改善装置を提供する。
【解決手段】希土類金属を含む天然鉱石と、酸化ジルコニウムを主成分とする天然鉱石を主原料とする粉末をウレタン塗料と混合した塗料をシルク印刷した金属板や樹脂板に、面積を減らさずに空気を通過させうる形状に開口部と立体構造部を設け、これをこれを自動車のエアフィルターにピンを用いて固定するか、エンジンのインジェクション部分に同原料を用いた装置を装着するか又は、エアフィルターにこれら原料を固定する等の装置で、接触した空気にフリーラジカルを発生させて、これを燃料と混合させることで燃焼効率の改善効果を得る装置を得る。
【選択図】図４

Description

本考案は、自動車をはじめとする内燃機関や燃焼装置における、燃料と混合される空気の流通経路のうち外気を取り入れる部分のエアクリーナー或いはエアフィルターに直接用いるか又はエアクリーナー通過後の燃焼室の直前のインジェクション部分に用いて、これと接触した空気中の酸素や水蒸気を活性化し、その空気と燃料の混合気体の燃焼効率を改善する燃焼効率改善装置とその使用箇所に応じた形状及び構造に関するものである。原料として、トリウムを含む希土類金属と、ジルコンサンドまたは酸化ジルコニウムを含む天然鉱石を用い、トリウムが持つ電磁波や、遠赤外線による励起作用で、空気中の酸素や水蒸気からスーパーオキサイドアニオンラジカルやＯＨラジカル等のフリーラジカルを発生させ、これが燃料と混合されることで混合気自体の反応性が活性化され、燃焼効率の改善効果がもたらされるものである。ただし、この励起されたフリーラジカルはその寿命が極端に短く、瞬時に元の状態に戻ってしまうため、内燃機関の空気の流通路のうち、燃焼室により近い部分に装着することを目的に、その形状及び装着部分を考案したもので、その混合気の燃焼効率を改善し、不完全燃焼により発生する排出ガス中の一酸化炭素、ハイドロカーボン、ディーゼルエンジンの黒煙等の有害物等の軽減効果を得る燃焼効率改善装置である。

従来の技術として、一度燃焼させた排出ガスを再燃焼させるシステム、混合気への着火点を改良し燃焼ムラを少なくするシステムが開発されている。又既存の内燃機関に使用するものとしては、排気管に排気を加速する装置を設置することで、内燃機関側の吸気を促進し、混合気の燃焼効率を改善する装置や、特殊な成分を含むセラミックを液体燃料と接触させて燃料の改質を図り燃焼効率を上げる装置、また、金属板や樹脂板に放射性希土鉱石を接着固定し、空気取り入れ口やそのパイプ内に装着して用いる装置や同様の装置を燃料パイプやエアクリーナーに近接したパイプの外側に巻き付けて使用する装置等が開発されている。

前記の様な従来の装置の場合、システムそのものの構造を改善したものの場合は既存の内燃機関は対象外であり、燃料の改質を図る装置等においてはその接触が均等になされにくい等の問題があった。空気取り入れ口に装着して用いる装置においては、その材質や構造上の問題で装置そのものの強度が十分ではなかったり、又その形状や装着方法による問題で十分な効果が得られなかったり、燃料パイプや空気取り入れ口のパイプに巻き付ける物の場合は、パイプの外側から樹脂や鉄を介して作用しないといけないので、効果が得にくい等の問題があった。

本考案の目的は、上記の問題に鑑み、液体燃料、気体燃料を空気と混合して燃焼させるあらゆる内燃機関に対して、その混合気の元となる空気中の酸素や水蒸気に電離や励起を起こさせ、発生したフリーラジカルを燃料との混合気に供給することで燃焼効率を改善し、排出ガス中の一酸化炭素やハイドロカーボン、不完全燃焼による排出ガス中の有害物等の軽減をより簡便な使用方法で図ることができる燃焼効率改善装置を提供するものである。

本考案における燃焼効率改善装置は、トリウムを含む希土類金属を主成分とする天然鉱石と、ジルコンサンドまたは酸化ジルコニウムを含む天然鉱石を粉砕し、粉末又は粒子状にしたものを、５０％以上の割合でウレタン塗料あるいは有機無機複合塗料に混合した混合塗料を、金属板や樹脂板にシルク印刷したシート状或いは板状の装置とした。

そして、上記装置に、例えば×型やＨ型等の切り込みを縦横に整列させて多数施し、この切り込み部分それぞれをその根元からベース面に対して垂直に折り曲げて正方形或いは長方形の開口部を設け、その開口部それぞれの各辺の部分に折り曲げた部分が垂直に立っ形状として立体構造部分を設けることで、装置全体の面積を確保するとともに装置自体を空気が通過しうる形状とした。

また、上記装置の各開口部の大きさは、１辺を５ｍｍ以上とし、各開口部間の距離は強度を確保する意味からも、１ｍｍ以上とし、かつ各開口部の面積の合計が、装置のもとのベースの面積の５５％以上を占めるように調整し、空気の流通を妨げることがないようにした。

更に、本装置のベースとして用いるシート状或いは板状の基材は、アルミニウムのような金属板の場合は０．１ｍｍから０．６ｍｍの厚さのものとすることで、また樹脂板の場合は多少の弾力性を持ち、かつ耐熱耐薬品性を有する、例えばＡＢＳ樹脂やポリオレフィンの様な高分子樹脂で、前記の開口部とその周囲に垂直に並ぶツメ状の立体構造部分を一体の成型品とすることで、強い空気抵抗や空気の流れや衝撃に耐えうる強度を持たせたものとした。

上記装置は、樹脂製或いは金属製のΩ型のピンやクリップ等を用いて、自動車エンジン等の内燃機関のエアクリーナー或いはエアフィルターに直接固定して使用可能な形状とした。

次に、前記装置とは異なる形状、使用方法のものとして、本考案における燃焼効率改善装置は、前記装置を筒状とするか、同原料を混ぜ込んだ樹脂やセラミックを筒状に加工し、自動車や自動二輪車のエンジンの、より燃焼室に近いインジェクション部分に装着して使用することを可能とした燃焼効率改善装置とした。

また、前記原料を用いた混合塗料で内側を塗装したパイプでインジェクション部分のパイプを作成するか、前記原料を混ぜ込んだ金属や樹脂製の素材でインジェクション部分のパイプを作成することで、インジェクション部分のパイプそのものが燃焼効率の改善効果をもつものとした。

更に、前記の筒状の装置の内側に複数の溝または仕切板を設け、この溝または仕切板に０度以上３０度以下の角度の傾斜を持たせることで、装置内を通過した空気にサイクロン状の流れを発生させる形状のものも考案した。

そして、これら筒状の装置は何れもその長さを基本的には１０ｍｍ以上とし、使用対象となる内燃機関の排気量や規模に応じて、その全長は長く設定するものとした。

更に、前記のシート状或いは板状の装置とパイプ或いは筒状の装置の何れとも異なる形状のものとして、自動車エンジン等の内燃機関のエアフィルターやエアクリーナーのフィルター本体の素材である繊維質そのものに、前記原料を混ぜ込むか、或いはフィルターを二重構造としてその間隙に同原料をフィルター全体の面積に対して４０％を越えない範囲で挟み込むか、フィルターの片側の面に同原料をフィルター全体の面積に対して４０％を超えない範囲で吹き付け固定することでエアフィルターそのものに燃焼効率改善効果を持たせたものも考案した。

上記のように、本考案は、トリウムを含む天然鉱石と酸化ジルコニウムを含むジルコンサンドを主原料とし、ランタンやセリウム等のランタノイド系元素を含む、電子工学的に特殊な挙動を持つ元素と、他に鉄、アルミニウム、シリカ、チタン等を含む原料を用いている。このうちアクチノイド系元素のトリウムは放射性元素であり、これを含む鉱石からは、微弱なα線、β線等の放射線が放射されており、更にジルコニウムによる遠赤外線が放出されている。これと接触した空気中には電離、励起により１立方センチメートル当たり数千個のマイナスイオンやフリーラジカルが作り出される。これらフリーラジカルは、それ自体が活性化された形で燃焼反応を促進したり、周囲に存在する他の物質、燃料等に対して二次的なラジカル反応を起こすことで燃焼効率を高める結果となる。

以上のような原理により、本考案の燃焼効率改善装置は、自動車や自動二輪車をはじめとする内燃機関における燃焼効率を改善し、不完全燃焼が起きにくくなるため、自動車に使用した場合、既に使用されている、既存のエンジンや燃焼装置においても効果が得られる装置である。

また、装置の使用場所を、よりエンジン或いは燃焼装置に近づけ得る形状としたことで、従来の技術よりも効果に差が出難い装置となっている。

本考案における燃焼効率改善装置は、トリウムを含む希土類金属を主成分とする天然鉱石と、ジルコンサンドまたは酸化ジルコニウムを含む天然鉱石を粉砕し、粉末又は粒子状にしたものを、５０％以上の割合でウレタン塗料あるいは有機無機複合塗料に混合した混合塗料を、金属板や樹脂板にシルク印刷したシート状或いは板状の装置とした。このベースの素材は、金属の場合、アルミニウムやステンレスのようなある程度の弾性を有する物が用いられ、樹脂の場合は、ＡＢＳ樹脂やポリオレフィン等のように耐熱性、耐衝撃性を有する物が用いられる。つまり、最初に成形した形状を維持しうる素材で、かつ空気抵抗や高速流速の空気に曝されても容易に変形したり欠損することがない素材でなければならない。

そして、上記装置に、例えば×型やＨ型等の切り込みを縦横に整列させて多数施し、この切り込み部分それぞれをその根元からベース面に対して垂直に折り曲げて正方形或いは長方形の開口部を設け、その開口部それぞれの各辺の部分に折り曲げた部分が垂直に立つ形状として立体構造部分を設けることで、装置全体の面積を確保するとともに装置自体を空気が通過しうる形状とした。また、上記装置の各開口部の大きさは、１辺を５ｍｍ以上とし、各開口部間の距離は強度を確保する意味からも、１ｍｍ以上とし、かつ各開口部の面積の合計が、装置のもとのベースの面積の５５％以上を占めるように調整し、空気の流通を妨げることがないようにした。

また、同様にインジェクション部分での燃焼効率改善効果を得るために、前記原料を用いた混合塗料で内側を塗装したパイプでインジェクション部分のパイプを作成するか、前記原料を混ぜ込んだ金属や樹脂製の素材でインジェクション部分のパイプを作成することで、インジェクション部分のパイプそのものが燃焼効率の改善効果をもつものとした。

更に、前記の筒状の装置の内側に複数の溝または仕切板を設け、この溝または仕切板に０度以上３０度以下の角度の傾斜を持たせることで、装置内を通過した空気にサイクロン状の流れを発生させる形状のものとした。

更に、前記のシート状或いは板状の装置とパイプ或いは筒状の装置の何れとも異なる形状のものとして、自動車エンジン等の内燃機関のエアフィルターやエアクリーナーのフィルター本体の素材である繊維質そのものに、前記原料を混ぜ込むか、或いはフィルターを二重構造としてその間隙に同原料をフィルター全体の面積に対して４０％を越えない範囲で挟み込むか、フィルターの片側の面に同原料をフィルター全体の面積に対して４０％を超えない範囲で吹き付け固定することでエアフィルターそのものに燃焼効率改善効果を持たせたものとした。

以下、添付図面に従って一実施例を説明する。１は本考案のうちの請求項１記載の装置のベース材となる金属板または樹脂板である。このベースの素材は、金属の場合、アルミニウムやステンレスのようなある程度の弾性を有する物が用いられ、樹脂の場合は、ＡＢＳ樹脂やポリオレフィン等のように耐熱性、耐衝撃性を有する物が用いられる。つまり、最初に成形した形状を維持しうる素材で、かつ空気抵抗や高速流速の空気に曝されても容易に変形したり欠損することがない素材でなければならない。

２は原料を混合した塗料の層である。原料は放射性物質の一つであるトリウムを含む天然鉱石と、酸化ジルコニウムを含む天然鉱石を用いるが、ランタン、セリウム等のランタノイド系元素等の希土類金属を含む天然鉱石や、酸化チタンを含む鉱石等を含む鉱石に微量のトリウムを含む構成の物である。

また、混合する塗料は、シリケート類を主体とした無機質塗料や有機無機複合塗料等用いることができるが、ウレタン塗料による混合塗料とすることで、熱や振動等によるベース面からの剥離がおきにくくなり、より耐久性の高い装置となる。

上記の原料を粉砕し、３００メッシュ程度かそれよりも微少な粒子状または粉末状にしたものを５０％以上の割合になる用量で、前記塗料に混合、十分に撹拌し、この塗料をシルク印刷した金属板や樹脂板を装置とすることで、より強度が高い装置とすることができる。

３は、垂直に立てた立体構造部分である。請求項２記載及び請求項３記載の装置の縦横に整列させて設けた開口部の一例の×型の切り込み部分をベース面に対して垂直に曲げ、ベース面から突き出した状態に立てて立体構造部分を設けたことを示している。４はその結果形成される正方形の、ベース面の開口部である。

５は、開口部の一辺の長さ、６は、開口部間の幅を表す。それぞれの開口部を正方形とした場合、その一辺の長さ５を５ｍｍ以上とし、幅を１ｍｍ以上とすることで、本来の面積に対する開口部の面積を５５％以上にし、空気の流通を妨げず、かつ装置の強度を得ることができる。

自動車や自動二輪車のエンジンの場合、エアクリーナーはその面積の４０％以上を閉塞してしまうとエンジンに供給される空気の吸入に抵抗がかかり、その供給量が著しく低下するため、空気の供給量不足、酸素不足から燃焼効率が低下したり、必要以上の燃料を供給しようとするために燃料の無駄が生じたりする等の弊害が起こることが知られている。本装置の場合、上記のような形状とすることで、エアクリーナー部分に装着してもその面積を閉塞する割合は４０％以下に抑えることができる。

そして、本装置のベースにアルミニウム板やステンレス板を用いる場合、その厚さを０．１ｍｍから０．６ｍｍとすることで、十分な強度を持たせ、高速流速の空気の抵抗や衝撃による変形を避けることができる。この厚みは、０．６ｍｍを越えるものでも良いが、切り込み及び曲げる行程での作業の難易度や装着使用する際の安定性等の条件から、０．１ｍｍから０．６ｍｍ程度の厚さのものが最も適している。

７は、固定用ピンで、実際に本装置を自動車のエアクリーナーに装着する場合の固定法の一例を示す。この固定には金属製のクリップを用いても良い。８はエアクリーナー、９は請求項５記載の本装置で、装置の任意の開口部の間隔部分をピンのΩ部分に通したうえでエアクリーナーのフィルターの山折り部分をピンで挟み込む形で固定する。また本装置においては、エアクリーナーの外気が入ってくる側に装着するのがもっとも良いが、エアクリーナーの裏側、つまり通過した空気が抜けてエンジンに向かって流れていく方の面に装着しても効果は得られる。

１０は、請求項６記載の本装置の一例である。図では円筒状としているが、エアクリーナーよりもエンジンに近いインジェクション部分のパイプの断面形状が円形でない場合はその形状に応じた形に加工することも可能である。また、本装置はインジェクション部分のパイプ内に装着するため、１１は装置の直径を示し、パイプ内径を下回る寸法とする。１２は装置の全長を示し、本装置の性格上、特に長くする必要はないが、効果を発揮しうる接触条件を考え、１０ｍｍ以上を標準とし、装着する対象の排気量や規模に応じて更にその全長を長くすることも可能である。

１３はエンジン、１４はインジェクション部分のパイプで、エアクリーナーを通過した後の空気が通過する部分、１５はエアクリーナーケースである。請求項７記載の装置は図７に記した斜線部分に、内部に塗布するかまたは同部分のパイプ自体を作成して装着使用する。また、請求項６及び請求項８記載の装置についても、使用する部分は同様である。

１６は内部に仕切板を設けた円筒状の装置である。この場合、内部の仕切板はあくまで通過する空気にサイクロン状の流れを発生させるためのものであり、耐熱性、耐衝撃性の素材の仕切板であれば良く、必ずしも請求項１に記載した原料や塗料または装置を用いる必要はない。その仕切板は、０度を超える角度でひねりを持たせるか角度を持たせることでサイクロン状の空気の流れを発生させる。この角度もあまり大きい角度を持たせる必要はなく、また仕切板の数も円筒内部を二分割か三分割する程度のもので十分であり、あまり多く設けて空気の流れを妨げることがないようにする。

１７は、請求項９記載の装置の一例で、フィルター部分を二重構造としたものの縦断面図を示した中で、フィルター本体の外気接触側、１８はエアアクリーナーの枠の部分、１９はした空気が抜けていくフィルター本体のエンジン側である。図に示した斜線部分は、請求項１に記載した原料を示しているが、必ずしも図に示したとおりでなくフィルター全体に均等に挟み込んでももたらされる効果に変わりはない。但し、挟み込む原料の分布が、エアクリーナーの面積の４０％以上を占めない程度の量にすることが必要である。

ガソリンを使用する乗用車に、本装置を装着した時と、非装着時での排気ガス中の一酸化炭素とハイドロカーボンの濃度の測定を実施した。対象車は排気量２０００ｃｃ以下の国産車で、走行距離は約４００００ｋｍの乗用車である。次の表はその測定結果である。

ここで一酸化炭素、ハイドロカーボンともに、装置の測定限界以下と言うことであって、全く発生しなくなるということではない。しかしながら、いずれの測定値も低い値を得られた。

次に、ディーゼルエンジン搭載の業務用車両を用いて、本装置非装着時と装着時の排気ガス中の黒煙濃度の測定を実施した。対象車は排気量３０００ｃｃの国産車両で、エンジン始動時の黒鉛濃度を、装着前と、装着４００時間後に測定を実施した。次の表はその測定結果である。

黒煙濃度の測定については、アイドリング時、負荷時、エンジン全開時についても測定を実施したが、いずれも装置装着時に大きく改善された。

以上のように、本装置は、その形状をよりエンジンの燃焼部分に近づけて装着できるものとすることで、燃焼効率が上がり不完全燃焼がほとんど起こらない結果を得る装置である。

本考案の請求項１記載の燃焼効率改善装置の斜視図である。本考案の請求項２記載の燃焼効率改善装置の、開口部分の斜視図である。本考案の請求項２記載の燃焼効率改善装置の平面図である。本考案の請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５による燃焼効率改善装置を自動車のエアクリーナーに装着した例の概略図である。本考案の請求項６記載の、筒状の焼効率改善装置の斜視図である。本考案の請求項６及び請求項７及び請求項８記載の燃焼効率改善装置を装着する部分を示した概略図である。本考案の請求項８記載の燃焼効率改善装置のうち、円筒状の装置の内部に仕切板を設けたものの斜視図である。本考案の請求項９記載の燃焼効率改善装置のうち、フィルター部分を二重構造としたものの縦断面図である。

符号の説明

１ベース材
２原料を混合した塗料の層
３垂直に立てた立体構造部分
４ベース面の開口部
５開口部の一辺の長さ
６開口部間の幅
７固定用ピン
８エアクリーナー
９請求項５記載の本装置
１０請求項６記載の本装置
１１装置の直径
１２装置の全長
１３エンジン
１４インジェクション部分のパイプ
１５エアクリーナーケース
１６内部に仕切り板を設けた円筒状の装置
１７フィルターの外気接触部分
１８エアクリーナーの枠
１９フィルター本体のエンジン側

Claims

トリウムを含む希土類金属やジルコンサンドを主成分とする天然鉱石を粉砕し、粉末又は粒子状にしたものを、５０％以上の割合でウレタン塗料あるいは有機塗料等に混合した混合塗料を金属板や樹脂板にシルク印刷した、シート状或いは板状であることを特徴とする燃焼効率改善装置。
請求項１記載の燃焼効率改善装置のシート或いは板に、例えば×型やＨ型等の、それ自体が閉じた形を成していない切り込みを縦横に整列させて多数入れ、この切り込み部分それぞれをベース面に対して垂直に折り曲げて立体構造部分を設けるとともに、正方形或いは長方形の開口部を設けることで、装置全体の面積を十分に確保し、同時に装置自体を空気が通過しうる形状であることを特徴とする請求項１記載の燃焼効率改善装置。
請求項２記載の縦横に整列した正方形或いは長方形の各開口部の一辺の長さを、５ｍｍ以上とし、各開口部間の間隔を１ｍｍ以上に調整することで、ベースのもとの面積に対する開口部面積の合計が５５％以上になる形状であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の燃焼効率改善装置。
前記シート状或いは板状のベースの素材を０．１ｍｍから０．６ｍｍの厚さのアルミニウム板等の金属板や耐熱性のある樹脂板等で成形した、高速流速の空気に曝されても変形や破損の可能性が低い形態であることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の燃焼効率改善装置。
前記燃焼効率改善装置を自動車や自動二輪車のエンジンをはじめとする内燃機関の、空気の流通路のエアクリーナー或いはエアフィルターに直接装着固定できるように、金属や樹脂製のΩ型のピンやクリップ等を用いて、装置開口部間の部分また装置の縁の部分とフィルター本体の折り返し部分を挟んで固定しうる形状であることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の燃焼効率改善装置。
請求項１記載の燃焼効率改善装置を１０ｍｍ以上の長さの筒状に加工するか、或いは請求項１記載の原料を混ぜ込んだ樹脂やセラミックを１０ｍｍ以上の長さの筒状に加工し、自動車や自動二輪車等のエンジンの燃焼室に最も近いインジェクション部分に装着して使用可能な形状であることを特徴とする燃焼効率改善装置。
請求項１記載の混合塗料でパイプ内側を塗装した、インジェクション部分のパイプ、または、請求項１記載の燃焼効率改善装置で構成したインジェクション部分のパイプ、或いは請求項１記載の原料を混ぜ込んだ金属や樹脂製の素材で作成したインジェクション部分のパイプであることを特徴とする燃焼効率改善装置。
請求項６及び請求項７記載の筒状の装置の内側に、複数の溝又は仕切板を設け、この溝又は仕切板に０度以上３０度以下の角度の傾斜を持たせることで、接触通過した空気にサイクロン状の気流を発生させうる形状であることを特徴とする請求項６及び請求項７記載の燃焼効率改善装置。
自動車エンジン等の内燃機関のエアクリーナー或いはエアフィルターのフィルター本体を構成する繊維質に、請求項１に記載した原料を混ぜ込むか或いはフィルター本体を二重構造としその間隙に同原料をフィルター全体の面積に対して４０％を超えない範囲で挟み込むか、又はフィルター本体の片側の面に同原料をフィルター全体の面積に対して４０％を超えない範囲で吹き付け固定した、エアフィルターそのものの形状であることを特徴とする燃焼効率改善装置。