JP3582709B2 - 燃焼促進装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃焼促進装置、例えば内燃機関などの燃焼装置での燃焼効率を高めて、燃費を向上させ、排ガス中に含まれるＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣ（炭化水素）などの有害物質を低減する燃焼促進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関の一種であるガソリンエンジンは、一般に、霧状になったガソリンと空気とをエンジンの燃焼室に同時に吹き込み、これらをプラグのスパークにより爆発的に反応させてピストンをシリンダの元部側に押し込み、その力でクランク軸を回転させて出力を得る構造となっている。
ところで、この燃焼室に吸気ダクトから供給される空気は、窒素，酸素といった正の電荷または負の電荷を帯びた原子または分子の凝集体であるクラスターイオンを連ねた状態で流れていく。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように燃焼室に圧送される空気では、多くのクラスターイオンが連続した凝集相を成しているので、プラグによる着火によって、燃焼室内で霧状の燃料と、空気の組成分の約２１％を占める酸素とを爆発的に反応させても、燃料の燃焼効率はそれほど高まらない。
これは、その凝集相の一部分を構成している酸素が、隣接するクラスター同士でイオン結合しているせいである。そのため、燃えやすさの目安でもあるこの酸素の活性の度合いが小さくなる。よって、霧化した燃料が十分に燃焼することができない。その結果、ガソリン中に含まれるベンゼン，アルデヒド類，酸化防止剤および凍結防止剤といった添加物が不完全燃焼を起こし、比較的大量の黒煙が発生し、それが大気汚染の原因にもなっていた。
【０００４】
そこで、発明者は、セラミックスおよび酸化チタンから放射される陽イオンに着目した。すなわち、この陽イオンが、燃焼室に送り込まれる空気中の酸素のクラスターイオンを中和してこれを分散・微細化させれば、燃料の燃焼効率が高まることを突き止め、この発明を完成させるに至った。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、燃焼装置の燃焼効率を高めて、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量を低減することができるとともに、燃焼装置の長寿命化を図ることができる燃焼促進装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、燃焼装置が内燃機関の場合には、燃費の向上、出力の増大を図ることができる燃焼促進装置を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、耐熱性を有する基体に、燃焼装置内に供給されて燃焼反応を起す燃焼用流体物を構成する、電荷を帯びた原子または分子の凝集体であるクラスターイオンを分散・微細化させるためのセラミックスおよび酸化チタンを付着させた燃焼促進装置であって、上記基体は所定幅、所定長さ、所定厚さのテープ状のガラスクロスで構成され、このガラスクロスの表面には薄いアルミニウム膜が蒸着されるとともに、３つ折りにされ、この折り畳まれたガラスクロス中に銅片が巻き込まれた燃焼促進装置である。
基体の素材は耐熱性のガラス繊維からなる布帛（織布，不織布，編布）である。ただし、１００℃以上の温度に耐えられるものが好ましい。また、基体はこのような布製のものに限定されない。例えば、任意の形状の塊でもよい。さらには、所定粒径の粒体または細かな粉体でもよい。また、袋や容器に充填された液体であってもよい。
【０００７】
燃焼装置としては、例えば各種の燃焼機器（ボイラ，ストーブなど）、各種の内燃機関（ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン，プロパンガスエンジン，ジェットエンジンなど）および火力発電機といったものが挙げられる。なお、この内燃機関が搭載された走行装置としては、乗用車，トラック，バス，オートバイなどがある。その他にも、各種の特装車（リフト車，クレーン車，ショベル車など）、船舶、航空機などが挙げられる。
また、燃焼用流体物としては、例えばガソリン，軽油，灯油，重油，プロパン，ジェット燃料などが挙げられる。その他にも、燃焼時に用いられる空気および冷却水などが挙げられる。
【０００８】
クラスターイオンを分散・微細化させるセラミックスの品種は限定されない。例えば、アルミナ，長石，シリカ，花崗岩，ステアタイト，雲母，ソーダガラス，コージライト，チタン酸バリウム，ニオブ酸カリウム，チタン酸ストロンチウム，スズ酸バリウム，炭化ケイ素，ケイ化モリブデン，ランタンクロマイト，ジルコニア，ジルコン，クロミア，酸化アルミニウム，窒化ケイ素，窒化アルミニウム，ガリウム砒素，ベリリア，ガラスセラミックス，ムライト，フェライトなどの各種の半導電性物，炭化物，窒化物，ホウ化物などが挙げられる。
【０００９】
ここで、このセラミックスを機能別に分類する。
（１）まず、電気的機能を有するセラミックスとして、ａ）高絶縁性を有するＡｌ２Ｏ３など、ｂ）高容量性を有するＢａＴｉＯ３など、ｃ）圧電性を有するＰＺＴ，ＳｉＯ２，ＺｎＯなど、ｄ）半導電性を有するＬａＣｒＯ３，ＳｉＣ，鉄族酸化物，ＢａＴｉＯ３，バナジウム酸化物，ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３，ＳｎＯ２など、ｅ）イオン伝導性を有するβ−Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２など、ｆ）熱電子放射性を有するＬａＢ６など、ｇ）２次電子放射性を有するＢａＴｉＯ３などが挙げられる。
（２）また、磁気的機能を有するセラミックスとして、ａ）軟磁性を有するＺｎ−Ｍｎフェライト，γ−Ｆｅ２Ｏ３，ＹＩＧなど、ｂ）硬磁性を有するＳｒＯ，６Ｆｅ２Ｏ３などが挙げられる。
【００１０】
（３）さらに、光学的機能を有するセラミックスとして、ａ）透光性を有するＡｌ２Ｏ３焼結体など、ｂ）導光性を有するＳｉＯ２繊維，ＺｎＯ薄板など、ｃ）反射性を有するＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＴｉＮなど、ｄ）Ｘ線・紫外線により励起されるＣａＷＯ４など、ｅ）赤外線励起されるＬａＦ３（含Ｙｂ，Ｅｒ）など、ｆ）電子励起されるＹ２Ｏ２Ｓ（含Ｅｕ），ＺｎＳ（含Ａｌ，Ｃｌ））など、ｇ）レーザーとなるＡｌ２Ｏ３（含Ｃｒ），Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（含Ｎｄ）など、ｈ）発光ダイオードであるＧａＡｓ（含Ｓｉ）など、ｉ）電場発光するＺｎＳ（含Ｃｕ，Ａｌ）など、ｊ）電気光学効果を有するＢｉ４（ＧｅＯ４）３，ＰＬＺＴなど、ｋ）磁気光学効果を有するＹＩＧなど、ｌ）音響光学効果を有するＬｉＴａＯ３，ＬｉＮｂＯ３など、ｍ）非線形光学効果を有するＢａ２ＮａＮｂ５Ｏ１５などがある。
【００１１】
（４）さらにまた、熱的機能を有するセラミックスとして、ａ）耐熱性を有するＴｈＯ２，ＺｒＯ２など、ｂ）断熱性を有するＫ２Ｏ・ｎＴｉＯ２，ＣａＯ・ｎＳｉＯ２など、ｃ）伝熱性を有するＢｅＯ，ダイヤモンドなどが挙げられる。
（５）そして、機械的機能を有するセラミックスとして、ａ）硬質機能を有するＡｌ２Ｏ３，ＷＣ，ＴｉＣ，Ｂ４Ｃ，ＳｉＣ，ダイヤモンドなど、ｂ）強度機能を有するＳｉ３Ｎ４，ＳｉＣ，強化ガラス，結晶化ガラスなどが挙げられる。
（６）次に、生物・化学的機能を有するセラミックスとして、ａ）生物骨材代替性を有するＣａ５（Ｆ，Ｃｌ）Ｐ３Ｏ１２，Ａｌ２Ｏ３など、ｂ）固定化酵素担体であるＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３など、ｃ）触媒担体であるＡｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２など、ｄ）触媒性を有するＫ２Ｏ・ｎＡｌ２Ｏ３，フェライトなどが挙げられる。
（７）このほか、原子炉燃料となるセラミックスとして、ウランなどの酸化物，炭化物，窒化セラミックス（セラミック燃料）が挙げられる。
【００１２】
一方、上記酸化チタンとしては例えばＴｉＯ２などを採用することができる。 ただし、基体に対するセラミックス，酸化チタンの付着の形態はこれに限定されない。例えば、これらの素材をこまかく粉砕し、この基体の面に接着剤などのバインダーを介して付着させてもよい。また、スプレー塗布して基体の表面に付着させたり、何らかの方法で基体内部に含浸させてもよい。さらに、セラミックス，酸化チタンの塊を基体の面またはその内部に取り付けてもよい。
【００１３】
基体にアルミニウム薄膜を設けることにより、燃費および出力が高まるという効果が得られる。また、基体に銅の薄膜を設けることにより、排気ガス中のスモーク（黒煙），ＮＯｘ，ＨＣの大幅な削減という効果が得られる。
そして、この燃焼促進装置に、水分子のクラスターを細かくした活性水をスプレーすれば、この発明の効果がさらに高まる。
燃焼装置における燃焼促進装置の取り付け位置は限定されない。例えば、各種の燃焼用流体物の貯留タンク、燃焼用流体物の燃焼装置への供給系、燃焼室またはこの燃焼室より下流の排気系に設けてもよい。
【００１４】
燃焼促進装置が取り付けられる内燃機関の吸気系の位置は限定されない。例えば吸気ダクトの外周面でも、内周面でも、またはフィルタ状または小さな塊状といった所定形状にしてダクト内に設けてもよい。
燃焼促進装置をこの吸気系に取り付ける方法としては、例えば耐熱性の接着剤，貼着テープ（片面），両面テープなどが挙げられる。これらの耐熱性テープとして、例えば有機ウレタンエマルジョン製の基剤に適量のセラミックス粉体を混練してペースト状にし、これを屈曲可能に固化したセラミックテープなどが挙げられる。この他、耐熱性の紐やワイヤなどの締結部材を用いた締着、吸気系の凹凸形状に合わせた嵌着、フックなどの係止具を用いた係着などが挙げられる。
【００１５】
燃焼促進装置はこの吸気系に着脱自在にしても、容易に離脱しないように固着してもよい。
ディーゼルエンジンの場合、セラミックス，酸化チタンから放射される陽イオンは、このように空気に対して作用させるだけでなく、エンジンを冷却する冷却水にも作用させるように構成してもよい。このようにすれば、冷却水の水分子のクラスターイオンが微細化し、冷却効率が高まる。
【００１６】
【作用】
この発明によれば、基体に付着されたセラミックス，酸化チタンから放射された陽イオンが、燃焼装置内の燃焼用流体物を構成する各種の原子または分子のクラスターイオンを中和する。これにより、このクラスターイオンが分散されて微細化し、燃焼装置の燃焼効率が高まる。その結果、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量が低減され、しかも燃焼装置の長寿命化も図ることができる。
【００１７】
特に、燃焼室に下流側の端が接続された吸気系に燃焼用流体物を取り付けると、吸気系を通過している空気のクラスターイオンが、セラミックスおよび酸化チタンから放射された陽イオンにより中和される。これにより、空気を構成する原子または分子のクラスターイオン、とりわけ燃料と燃焼反応を起こす酸素のクラスターイオンが分散・微細化され、その結果、燃焼効率が高まり、燃費の向上および内燃機関の出力の増大が図られる。
詳しくは、特殊セラミックスを核とし、特殊加工グラスファイバーで被覆したため、以下の作用を奏する。すなわち、空気中の酸素や窒素などは、分子がバラバラの状態で存在するのではなく、イオン結合によって多くの分子が鎖のようにつながっている。このため、内燃機関での完全燃焼が阻害されている。よって、このイオン結合を解いて分子同士をバラバラの状態とすることにより完全燃焼が達成される。ここで、特殊セラミックスから放射された微弱電磁波が各種の金属に当たり陽イオンとなる。この陽イオンが吸気中の陰イオンである酸素と放電中和し、イオン反応機能を阻止する。また、この燃焼促進装置では、微弱な磁気をも放射しており、磁性体の酸素などは磁力線の方向に急速に整列しようとして分散する。これらの総合作用により、例えばエアクリーナ内の陰イオン（酸素）が放電中和し、その凝集流体は細かく分散した微弱磁性流体となる。その結果、排気ガス中の有害成分が減少し、黒煙も低減され、燃費が向上し、出力が高まるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置およびその使用方法を説明する。なお、ここでは燃焼装置の一例として内燃機関の一種であるガソリンエンジンを例にとる。
図１は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の分解斜視図である。図２は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の使用状態を示す概略平面図である。図３は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の斜視図である。図４は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の要部拡大断面図である。図５は、セラミックスおよび酸化チタンから放射された陽イオンにより空気のクラスターイオンが分散・微細化する過程を示す模式図である。
【００１９】
図２において、１０はこの発明の一実施例に係る燃焼促進装置である。この燃焼促進装置１０（セラモ社製：商品名「セラモパワー」）は、自動車のエンジンルーム１１に格納されたエンジン１２の吸気ダクト（吸気系）１３の蛇腹式ゴムホース１３ａの外周面に着脱可能に貼着されている。以下、図１，図３，図４を参照して、この燃焼促進装置１０を詳細に説明する。
図１，図３に示すように、この燃焼促進装置１０は、裏面側に剥離紙１４ａを有する厚さ１００μｍ，縦９０ｍｍ×横９０ｍｍのリンテック株式会社製の包装用メタルフィルム１４に包まれている。
【００２０】
図４に示すように、この燃焼促進装置１０は、ガラス繊維を綾織し、かつ、片面に厚さ１００μｍのアルミニウム膜１６を蒸着した３つ折りのガラスクロス（厚さ１ｍｍ，幅４０ｍｍ，全長１９５ｍｍ）１５（基体）を有している。
具体的には、このようなアルミニウム膜１６付きのガラスクロス１５として、日本グラスファイバー製のアルミ綾織ガラスクロス粘着テープ（耐熱温度１８０℃）を採用している。なお、このアルミニウム膜１６を蒸着していないガラスクロスを採用することもできる。例えば、日東電工株式会社製のニトフロン粘着テープ（９７３ＵＬ）である。ニトフロン（商品名）は、四ふっ化エチレン樹脂多孔質膜で、空気や水蒸気などの気体を通し、固体微粒子や接触角の大きい水、硫酸などの液体は通常状態では通さない特性を有している。そのテープの厚さは０．１３〜０．１８ｍｍで、その幅は１０〜４５０ｍｍである。また、中興化成株式会社製のチューコフロー粘着テープ（ＡＧＦ−１００、耐熱温度２００℃；ＡＧＦ−１００Ａ、耐熱温度２５０℃）である。これらはＰＴＦＥ含浸ガラスクロスである。その他にも、バルフロン（商品名；Ｖａｌｆｌｏｎ７９１０，７９２５：日本バルカー工業株式会社製）、商品名「Ｐｅｒｍａｃｅｌ」、アサヒガラス株式会社製のガラスクロス，東芝セラミックス製のガラスクロスなどを採用することができる。
【００２１】
上記アルミニウム膜１６の表面には、米国のスーペリアプロダクツ社製のスーパーサーム（日本での販売名「セラモサーム」）が塗布されている。ここでの塗布量は１ｇ／ｃｍ２くらいであるが、これに限定されない。スーパーサームとは、有機ウレタンエマルジョン，高性能アクリル樹脂エマルジョンを基剤とし、これに７００種類のセラミックスを配合した断熱コーティング剤である。なお、成分中には６重量％の酸化チタンも含まれている。このスーパーサームの塗布はスプレー塗布である。よって、取り扱いがしやすい。
一方、このガラスクロス１５の他面には、日東電工株式会社製の耐熱性を有する両面テープ１７により、厚さ２００μｍ（３００μｍでもよい）の銅箔１８が貼着されている。ただし、この銅箔１８に代えて折り畳んだガラスクロス１５の中に銅片を巻き込んでもよい。
【００２２】
次に、この燃焼促進装置１０の使用方法を説明する。
図２に示すように、この燃焼促進装置１０を使用する際は、自動車のフードを開放し、露出したエンジン１２の吸気ダクト１３の蛇腹式ゴムホース１３ａの外周面に、耐熱製の両面テープ２０（図３参照）を介して、燃焼促進装置１０を貼着する。その後、エンジン１２を駆動させると、吸気ダクト１３からエンジン１２の燃焼室内に供給される空気のクラスターイオンが、燃焼促進装置１０のセラミックスおよび酸化チタンによって中和される。なお、エアクリーナに装着してもよい。
【００２３】
すなわち、蛇腹式ゴムホース１３ａを通過する際に、空気を構成する各種のクラスターイオン、殊に酸素のクラスターイオンが、セラミックスおよび酸化チタンよって中和される。この中和反応により、このクラスターイオンが分散・微細化される（図５（ａ）〜（ｃ）参照）。
その結果、ガソリン（燃料）と燃焼反応を起こす酸素のクラスターイオンが分散されて微細化され、これによりエンジン１２の燃焼効率が高まり、燃費が向上し、出力が増大する。また、この出力増大によってエンジン１２の加速性も高まり、追い越し時の瞬発力や上り坂での速度ダウンを防ぐことができる。しかも、エンジン音も静かになり、排ガス中に含まれる黒煙も激減し、これによりＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量が減少する。よって、環境保全にも寄与することができる。さらには、エンジン１２の長寿命化も図ることができる。
【００２４】
ここで、この一実施例の燃焼促進装置１０（「セラモパワー」）を用いて、実際に自動車を走行したときの私的な試験結果を記載する。
まず、黒煙発生量の測定試験をニッサングロリアディーゼル車（２８００ｃｃ）で実施した際の結果を報告する。なお、測定装置としてはバッカラック社製のスモークテスタを用いた。燃焼促進装置１０の装着前は、排ガス中に４７％の黒煙が含まれていた。そこで、燃焼促進装置１０を装着したところ、その値は２３％にまで低下した。
次に、排ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）の測定試験を行った。試験にはホンダスーパーカブ（５０ｃｃ）を用いた。この燃焼促進装置１０の装着前には４８０ｐｐｍであった。これに対して、装着後は２９０ｐｐｍであって１９０ｐｐｍ低減した。なお、この検査には、ＩＹＡＳＡＫＡ株式会社製のＣＯ−ＨＣＣＡＮＡＬＹＺＥＲＡＬＴＡＳ−１０００という測定装置を用いた。
【００２５】
次に、財団法人日本自動車輸送技術協会に、燃焼促進装置１０（「セラモパワー」）を用いたガソリン自動車の特性改善試験を依頼した。その際の試験結果を記載する。
行った試験は、燃焼促進装置１０をエアークリーナーに装着する前および装着した後におけるアイドリング排出ガス試験と、ガソリン１０モード排出ガス試験である。
試験用の自動車としては、車名・型式：トヨタ Ｅ−ＧＸ８１、登録番号：京都 ５３ ひ ９５４０、車台番号：ＧＸ８１−３３０１７８０、種別・用途：小型・乗用、原動機型式：１Ｇ、サイクル・気筒数：４サイクル・６気筒、総排気量：１９８８ｃｃ、最高出力：１３５ＰＳ／５６００ｒｐｍ、正規無負荷回転数：（Ｎ）７００±５０、排出ガス対策の種類：三元触媒＋Ｏ２ センサ、燃料の種類：無鉛ガソリン、正規点火時期：１０度／７００ ＢＴＤＣ、変速機：自動（前進４段）、減速比：４．１００、車両重量：１３６０ｋｇ、試験自動車重量：１４７０ｋｇ、等価慣性重量：１５００ｋｇのものを使用した。
【００２６】
計測器には、シャシーダイナモメータ（株式会社堀場製作所製、ＲＤＤＹ、１２１０型）、排出ガス分析装置（株式会社堀場製作所製、ＭＥＸＡ、８４２０型）、排出ガスサンプリング装置（株式会社堀場製作所製、ＣＶＳ、９１００型）を使用した。
表１に、アイドリング状態の排出ガス試験結果を示す。また、表２には１０モード走行状態の排出ガス試験および燃料消費率の試験結果を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
表１および表２から明らかなように、燃焼促進装置１０を装着することで、排出ガス中の一酸化炭素，窒素酸化物，炭化水素の低減がみられた。特に、１０モード走行状態における低減は顕著だった。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、耐熱性の基体にセラミックスおよび酸化チタンを付着させた燃焼促進装置とし、これを燃焼装置に使用すると、燃焼用流体物のクラスターイオンを中和してこれを分散・微細化させ、その結果、燃焼装置の燃焼効率が高まる。よって、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量が低減され、燃焼装置が長寿命化する。
【００３１】
特に、燃焼促進装置を内燃機関の吸気系に取り付けたので、空気を構成する各種の原子または分子のクラスターイオン、とりわけ酸素のクラスターイオンが分散・微細化され、その結果、燃焼効率が高まり、燃費が向上し、かつ、内燃機関の出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の分解斜視図である。
【図２】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の使用状態を示す概略平面図である。
【図３】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の斜視図である。
【図４】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の要部拡大断面図である。
【図５】セラミックスおよび酸化チタンから放射された陽イオンにより空気のクラスターイオンが分散・微細化する過程を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 燃焼促進装置、
１２ エンジン（燃焼装置，内燃機関）、
１５ ガラスクロス（基体）。
【発明の属する技術分野】
この発明は燃焼促進装置、例えば内燃機関などの燃焼装置での燃焼効率を高めて、燃費を向上させ、排ガス中に含まれるＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣ（炭化水素）などの有害物質を低減する燃焼促進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関の一種であるガソリンエンジンは、一般に、霧状になったガソリンと空気とをエンジンの燃焼室に同時に吹き込み、これらをプラグのスパークにより爆発的に反応させてピストンをシリンダの元部側に押し込み、その力でクランク軸を回転させて出力を得る構造となっている。
ところで、この燃焼室に吸気ダクトから供給される空気は、窒素，酸素といった正の電荷または負の電荷を帯びた原子または分子の凝集体であるクラスターイオンを連ねた状態で流れていく。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように燃焼室に圧送される空気では、多くのクラスターイオンが連続した凝集相を成しているので、プラグによる着火によって、燃焼室内で霧状の燃料と、空気の組成分の約２１％を占める酸素とを爆発的に反応させても、燃料の燃焼効率はそれほど高まらない。
これは、その凝集相の一部分を構成している酸素が、隣接するクラスター同士でイオン結合しているせいである。そのため、燃えやすさの目安でもあるこの酸素の活性の度合いが小さくなる。よって、霧化した燃料が十分に燃焼することができない。その結果、ガソリン中に含まれるベンゼン，アルデヒド類，酸化防止剤および凍結防止剤といった添加物が不完全燃焼を起こし、比較的大量の黒煙が発生し、それが大気汚染の原因にもなっていた。
【０００４】
そこで、発明者は、セラミックスおよび酸化チタンから放射される陽イオンに着目した。すなわち、この陽イオンが、燃焼室に送り込まれる空気中の酸素のクラスターイオンを中和してこれを分散・微細化させれば、燃料の燃焼効率が高まることを突き止め、この発明を完成させるに至った。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、燃焼装置の燃焼効率を高めて、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量を低減することができるとともに、燃焼装置の長寿命化を図ることができる燃焼促進装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、燃焼装置が内燃機関の場合には、燃費の向上、出力の増大を図ることができる燃焼促進装置を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、耐熱性を有する基体に、燃焼装置内に供給されて燃焼反応を起す燃焼用流体物を構成する、電荷を帯びた原子または分子の凝集体であるクラスターイオンを分散・微細化させるためのセラミックスおよび酸化チタンを付着させた燃焼促進装置であって、上記基体は所定幅、所定長さ、所定厚さのテープ状のガラスクロスで構成され、このガラスクロスの表面には薄いアルミニウム膜が蒸着されるとともに、３つ折りにされ、この折り畳まれたガラスクロス中に銅片が巻き込まれた燃焼促進装置である。
基体の素材は耐熱性のガラス繊維からなる布帛（織布，不織布，編布）である。ただし、１００℃以上の温度に耐えられるものが好ましい。また、基体はこのような布製のものに限定されない。例えば、任意の形状の塊でもよい。さらには、所定粒径の粒体または細かな粉体でもよい。また、袋や容器に充填された液体であってもよい。
【０００７】
燃焼装置としては、例えば各種の燃焼機器（ボイラ，ストーブなど）、各種の内燃機関（ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン，プロパンガスエンジン，ジェットエンジンなど）および火力発電機といったものが挙げられる。なお、この内燃機関が搭載された走行装置としては、乗用車，トラック，バス，オートバイなどがある。その他にも、各種の特装車（リフト車，クレーン車，ショベル車など）、船舶、航空機などが挙げられる。
また、燃焼用流体物としては、例えばガソリン，軽油，灯油，重油，プロパン，ジェット燃料などが挙げられる。その他にも、燃焼時に用いられる空気および冷却水などが挙げられる。
【０００８】
クラスターイオンを分散・微細化させるセラミックスの品種は限定されない。例えば、アルミナ，長石，シリカ，花崗岩，ステアタイト，雲母，ソーダガラス，コージライト，チタン酸バリウム，ニオブ酸カリウム，チタン酸ストロンチウム，スズ酸バリウム，炭化ケイ素，ケイ化モリブデン，ランタンクロマイト，ジルコニア，ジルコン，クロミア，酸化アルミニウム，窒化ケイ素，窒化アルミニウム，ガリウム砒素，ベリリア，ガラスセラミックス，ムライト，フェライトなどの各種の半導電性物，炭化物，窒化物，ホウ化物などが挙げられる。
【０００９】
ここで、このセラミックスを機能別に分類する。
（１）まず、電気的機能を有するセラミックスとして、ａ）高絶縁性を有するＡｌ２Ｏ３など、ｂ）高容量性を有するＢａＴｉＯ３など、ｃ）圧電性を有するＰＺＴ，ＳｉＯ２，ＺｎＯなど、ｄ）半導電性を有するＬａＣｒＯ３，ＳｉＣ，鉄族酸化物，ＢａＴｉＯ３，バナジウム酸化物，ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３，ＳｎＯ２など、ｅ）イオン伝導性を有するβ−Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２など、ｆ）熱電子放射性を有するＬａＢ６など、ｇ）２次電子放射性を有するＢａＴｉＯ３などが挙げられる。
（２）また、磁気的機能を有するセラミックスとして、ａ）軟磁性を有するＺｎ−Ｍｎフェライト，γ−Ｆｅ２Ｏ３，ＹＩＧなど、ｂ）硬磁性を有するＳｒＯ，６Ｆｅ２Ｏ３などが挙げられる。
【００１０】
（３）さらに、光学的機能を有するセラミックスとして、ａ）透光性を有するＡｌ２Ｏ３焼結体など、ｂ）導光性を有するＳｉＯ２繊維，ＺｎＯ薄板など、ｃ）反射性を有するＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＴｉＮなど、ｄ）Ｘ線・紫外線により励起されるＣａＷＯ４など、ｅ）赤外線励起されるＬａＦ３（含Ｙｂ，Ｅｒ）など、ｆ）電子励起されるＹ２Ｏ２Ｓ（含Ｅｕ），ＺｎＳ（含Ａｌ，Ｃｌ））など、ｇ）レーザーとなるＡｌ２Ｏ３（含Ｃｒ），Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（含Ｎｄ）など、ｈ）発光ダイオードであるＧａＡｓ（含Ｓｉ）など、ｉ）電場発光するＺｎＳ（含Ｃｕ，Ａｌ）など、ｊ）電気光学効果を有するＢｉ４（ＧｅＯ４）３，ＰＬＺＴなど、ｋ）磁気光学効果を有するＹＩＧなど、ｌ）音響光学効果を有するＬｉＴａＯ３，ＬｉＮｂＯ３など、ｍ）非線形光学効果を有するＢａ２ＮａＮｂ５Ｏ１５などがある。
【００１１】
（４）さらにまた、熱的機能を有するセラミックスとして、ａ）耐熱性を有するＴｈＯ２，ＺｒＯ２など、ｂ）断熱性を有するＫ２Ｏ・ｎＴｉＯ２，ＣａＯ・ｎＳｉＯ２など、ｃ）伝熱性を有するＢｅＯ，ダイヤモンドなどが挙げられる。
（５）そして、機械的機能を有するセラミックスとして、ａ）硬質機能を有するＡｌ２Ｏ３，ＷＣ，ＴｉＣ，Ｂ４Ｃ，ＳｉＣ，ダイヤモンドなど、ｂ）強度機能を有するＳｉ３Ｎ４，ＳｉＣ，強化ガラス，結晶化ガラスなどが挙げられる。
（６）次に、生物・化学的機能を有するセラミックスとして、ａ）生物骨材代替性を有するＣａ５（Ｆ，Ｃｌ）Ｐ３Ｏ１２，Ａｌ２Ｏ３など、ｂ）固定化酵素担体であるＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３など、ｃ）触媒担体であるＡｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２など、ｄ）触媒性を有するＫ２Ｏ・ｎＡｌ２Ｏ３，フェライトなどが挙げられる。
（７）このほか、原子炉燃料となるセラミックスとして、ウランなどの酸化物，炭化物，窒化セラミックス（セラミック燃料）が挙げられる。
【００１２】
一方、上記酸化チタンとしては例えばＴｉＯ２などを採用することができる。 ただし、基体に対するセラミックス，酸化チタンの付着の形態はこれに限定されない。例えば、これらの素材をこまかく粉砕し、この基体の面に接着剤などのバインダーを介して付着させてもよい。また、スプレー塗布して基体の表面に付着させたり、何らかの方法で基体内部に含浸させてもよい。さらに、セラミックス，酸化チタンの塊を基体の面またはその内部に取り付けてもよい。
【００１３】
基体にアルミニウム薄膜を設けることにより、燃費および出力が高まるという効果が得られる。また、基体に銅の薄膜を設けることにより、排気ガス中のスモーク（黒煙），ＮＯｘ，ＨＣの大幅な削減という効果が得られる。
そして、この燃焼促進装置に、水分子のクラスターを細かくした活性水をスプレーすれば、この発明の効果がさらに高まる。
燃焼装置における燃焼促進装置の取り付け位置は限定されない。例えば、各種の燃焼用流体物の貯留タンク、燃焼用流体物の燃焼装置への供給系、燃焼室またはこの燃焼室より下流の排気系に設けてもよい。
【００１４】
燃焼促進装置が取り付けられる内燃機関の吸気系の位置は限定されない。例えば吸気ダクトの外周面でも、内周面でも、またはフィルタ状または小さな塊状といった所定形状にしてダクト内に設けてもよい。
燃焼促進装置をこの吸気系に取り付ける方法としては、例えば耐熱性の接着剤，貼着テープ（片面），両面テープなどが挙げられる。これらの耐熱性テープとして、例えば有機ウレタンエマルジョン製の基剤に適量のセラミックス粉体を混練してペースト状にし、これを屈曲可能に固化したセラミックテープなどが挙げられる。この他、耐熱性の紐やワイヤなどの締結部材を用いた締着、吸気系の凹凸形状に合わせた嵌着、フックなどの係止具を用いた係着などが挙げられる。
【００１５】
燃焼促進装置はこの吸気系に着脱自在にしても、容易に離脱しないように固着してもよい。
ディーゼルエンジンの場合、セラミックス，酸化チタンから放射される陽イオンは、このように空気に対して作用させるだけでなく、エンジンを冷却する冷却水にも作用させるように構成してもよい。このようにすれば、冷却水の水分子のクラスターイオンが微細化し、冷却効率が高まる。
【００１６】
【作用】
この発明によれば、基体に付着されたセラミックス，酸化チタンから放射された陽イオンが、燃焼装置内の燃焼用流体物を構成する各種の原子または分子のクラスターイオンを中和する。これにより、このクラスターイオンが分散されて微細化し、燃焼装置の燃焼効率が高まる。その結果、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量が低減され、しかも燃焼装置の長寿命化も図ることができる。
【００１７】
特に、燃焼室に下流側の端が接続された吸気系に燃焼用流体物を取り付けると、吸気系を通過している空気のクラスターイオンが、セラミックスおよび酸化チタンから放射された陽イオンにより中和される。これにより、空気を構成する原子または分子のクラスターイオン、とりわけ燃料と燃焼反応を起こす酸素のクラスターイオンが分散・微細化され、その結果、燃焼効率が高まり、燃費の向上および内燃機関の出力の増大が図られる。
詳しくは、特殊セラミックスを核とし、特殊加工グラスファイバーで被覆したため、以下の作用を奏する。すなわち、空気中の酸素や窒素などは、分子がバラバラの状態で存在するのではなく、イオン結合によって多くの分子が鎖のようにつながっている。このため、内燃機関での完全燃焼が阻害されている。よって、このイオン結合を解いて分子同士をバラバラの状態とすることにより完全燃焼が達成される。ここで、特殊セラミックスから放射された微弱電磁波が各種の金属に当たり陽イオンとなる。この陽イオンが吸気中の陰イオンである酸素と放電中和し、イオン反応機能を阻止する。また、この燃焼促進装置では、微弱な磁気をも放射しており、磁性体の酸素などは磁力線の方向に急速に整列しようとして分散する。これらの総合作用により、例えばエアクリーナ内の陰イオン（酸素）が放電中和し、その凝集流体は細かく分散した微弱磁性流体となる。その結果、排気ガス中の有害成分が減少し、黒煙も低減され、燃費が向上し、出力が高まるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置およびその使用方法を説明する。なお、ここでは燃焼装置の一例として内燃機関の一種であるガソリンエンジンを例にとる。
図１は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の分解斜視図である。図２は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の使用状態を示す概略平面図である。図３は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の斜視図である。図４は、この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の要部拡大断面図である。図５は、セラミックスおよび酸化チタンから放射された陽イオンにより空気のクラスターイオンが分散・微細化する過程を示す模式図である。
【００１９】
図２において、１０はこの発明の一実施例に係る燃焼促進装置である。この燃焼促進装置１０（セラモ社製：商品名「セラモパワー」）は、自動車のエンジンルーム１１に格納されたエンジン１２の吸気ダクト（吸気系）１３の蛇腹式ゴムホース１３ａの外周面に着脱可能に貼着されている。以下、図１，図３，図４を参照して、この燃焼促進装置１０を詳細に説明する。
図１，図３に示すように、この燃焼促進装置１０は、裏面側に剥離紙１４ａを有する厚さ１００μｍ，縦９０ｍｍ×横９０ｍｍのリンテック株式会社製の包装用メタルフィルム１４に包まれている。
【００２０】
図４に示すように、この燃焼促進装置１０は、ガラス繊維を綾織し、かつ、片面に厚さ１００μｍのアルミニウム膜１６を蒸着した３つ折りのガラスクロス（厚さ１ｍｍ，幅４０ｍｍ，全長１９５ｍｍ）１５（基体）を有している。
具体的には、このようなアルミニウム膜１６付きのガラスクロス１５として、日本グラスファイバー製のアルミ綾織ガラスクロス粘着テープ（耐熱温度１８０℃）を採用している。なお、このアルミニウム膜１６を蒸着していないガラスクロスを採用することもできる。例えば、日東電工株式会社製のニトフロン粘着テープ（９７３ＵＬ）である。ニトフロン（商品名）は、四ふっ化エチレン樹脂多孔質膜で、空気や水蒸気などの気体を通し、固体微粒子や接触角の大きい水、硫酸などの液体は通常状態では通さない特性を有している。そのテープの厚さは０．１３〜０．１８ｍｍで、その幅は１０〜４５０ｍｍである。また、中興化成株式会社製のチューコフロー粘着テープ（ＡＧＦ−１００、耐熱温度２００℃；ＡＧＦ−１００Ａ、耐熱温度２５０℃）である。これらはＰＴＦＥ含浸ガラスクロスである。その他にも、バルフロン（商品名；Ｖａｌｆｌｏｎ７９１０，７９２５：日本バルカー工業株式会社製）、商品名「Ｐｅｒｍａｃｅｌ」、アサヒガラス株式会社製のガラスクロス，東芝セラミックス製のガラスクロスなどを採用することができる。
【００２１】
上記アルミニウム膜１６の表面には、米国のスーペリアプロダクツ社製のスーパーサーム（日本での販売名「セラモサーム」）が塗布されている。ここでの塗布量は１ｇ／ｃｍ２くらいであるが、これに限定されない。スーパーサームとは、有機ウレタンエマルジョン，高性能アクリル樹脂エマルジョンを基剤とし、これに７００種類のセラミックスを配合した断熱コーティング剤である。なお、成分中には６重量％の酸化チタンも含まれている。このスーパーサームの塗布はスプレー塗布である。よって、取り扱いがしやすい。
一方、このガラスクロス１５の他面には、日東電工株式会社製の耐熱性を有する両面テープ１７により、厚さ２００μｍ（３００μｍでもよい）の銅箔１８が貼着されている。ただし、この銅箔１８に代えて折り畳んだガラスクロス１５の中に銅片を巻き込んでもよい。
【００２２】
次に、この燃焼促進装置１０の使用方法を説明する。
図２に示すように、この燃焼促進装置１０を使用する際は、自動車のフードを開放し、露出したエンジン１２の吸気ダクト１３の蛇腹式ゴムホース１３ａの外周面に、耐熱製の両面テープ２０（図３参照）を介して、燃焼促進装置１０を貼着する。その後、エンジン１２を駆動させると、吸気ダクト１３からエンジン１２の燃焼室内に供給される空気のクラスターイオンが、燃焼促進装置１０のセラミックスおよび酸化チタンによって中和される。なお、エアクリーナに装着してもよい。
【００２３】
すなわち、蛇腹式ゴムホース１３ａを通過する際に、空気を構成する各種のクラスターイオン、殊に酸素のクラスターイオンが、セラミックスおよび酸化チタンよって中和される。この中和反応により、このクラスターイオンが分散・微細化される（図５（ａ）〜（ｃ）参照）。
その結果、ガソリン（燃料）と燃焼反応を起こす酸素のクラスターイオンが分散されて微細化され、これによりエンジン１２の燃焼効率が高まり、燃費が向上し、出力が増大する。また、この出力増大によってエンジン１２の加速性も高まり、追い越し時の瞬発力や上り坂での速度ダウンを防ぐことができる。しかも、エンジン音も静かになり、排ガス中に含まれる黒煙も激減し、これによりＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量が減少する。よって、環境保全にも寄与することができる。さらには、エンジン１２の長寿命化も図ることができる。
【００２４】
ここで、この一実施例の燃焼促進装置１０（「セラモパワー」）を用いて、実際に自動車を走行したときの私的な試験結果を記載する。
まず、黒煙発生量の測定試験をニッサングロリアディーゼル車（２８００ｃｃ）で実施した際の結果を報告する。なお、測定装置としてはバッカラック社製のスモークテスタを用いた。燃焼促進装置１０の装着前は、排ガス中に４７％の黒煙が含まれていた。そこで、燃焼促進装置１０を装着したところ、その値は２３％にまで低下した。
次に、排ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）の測定試験を行った。試験にはホンダスーパーカブ（５０ｃｃ）を用いた。この燃焼促進装置１０の装着前には４８０ｐｐｍであった。これに対して、装着後は２９０ｐｐｍであって１９０ｐｐｍ低減した。なお、この検査には、ＩＹＡＳＡＫＡ株式会社製のＣＯ−ＨＣＣＡＮＡＬＹＺＥＲＡＬＴＡＳ−１０００という測定装置を用いた。
【００２５】
次に、財団法人日本自動車輸送技術協会に、燃焼促進装置１０（「セラモパワー」）を用いたガソリン自動車の特性改善試験を依頼した。その際の試験結果を記載する。
行った試験は、燃焼促進装置１０をエアークリーナーに装着する前および装着した後におけるアイドリング排出ガス試験と、ガソリン１０モード排出ガス試験である。
試験用の自動車としては、車名・型式：トヨタ Ｅ−ＧＸ８１、登録番号：京都 ５３ ひ ９５４０、車台番号：ＧＸ８１−３３０１７８０、種別・用途：小型・乗用、原動機型式：１Ｇ、サイクル・気筒数：４サイクル・６気筒、総排気量：１９８８ｃｃ、最高出力：１３５ＰＳ／５６００ｒｐｍ、正規無負荷回転数：（Ｎ）７００±５０、排出ガス対策の種類：三元触媒＋Ｏ２ センサ、燃料の種類：無鉛ガソリン、正規点火時期：１０度／７００ ＢＴＤＣ、変速機：自動（前進４段）、減速比：４．１００、車両重量：１３６０ｋｇ、試験自動車重量：１４７０ｋｇ、等価慣性重量：１５００ｋｇのものを使用した。
【００２６】
計測器には、シャシーダイナモメータ（株式会社堀場製作所製、ＲＤＤＹ、１２１０型）、排出ガス分析装置（株式会社堀場製作所製、ＭＥＸＡ、８４２０型）、排出ガスサンプリング装置（株式会社堀場製作所製、ＣＶＳ、９１００型）を使用した。
表１に、アイドリング状態の排出ガス試験結果を示す。また、表２には１０モード走行状態の排出ガス試験および燃料消費率の試験結果を示す。
【００２７】
【表１】
【表２】
表１および表２から明らかなように、燃焼促進装置１０を装着することで、排出ガス中の一酸化炭素，窒素酸化物，炭化水素の低減がみられた。特に、１０モード走行状態における低減は顕著だった。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、耐熱性の基体にセラミックスおよび酸化チタンを付着させた燃焼促進装置とし、これを燃焼装置に使用すると、燃焼用流体物のクラスターイオンを中和してこれを分散・微細化させ、その結果、燃焼装置の燃焼効率が高まる。よって、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの有害物質の含有量が低減され、燃焼装置が長寿命化する。
【００３１】
特に、燃焼促進装置を内燃機関の吸気系に取り付けたので、空気を構成する各種の原子または分子のクラスターイオン、とりわけ酸素のクラスターイオンが分散・微細化され、その結果、燃焼効率が高まり、燃費が向上し、かつ、内燃機関の出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の分解斜視図である。
【図２】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の使用状態を示す概略平面図である。
【図３】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の斜視図である。
【図４】この発明の一実施例に係る燃焼促進装置の要部拡大断面図である。
【図５】セラミックスおよび酸化チタンから放射された陽イオンにより空気のクラスターイオンが分散・微細化する過程を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 燃焼促進装置、
１２ エンジン（燃焼装置，内燃機関）、
１５ ガラスクロス（基体）。
Claims (1)
- 耐熱性を有する基体に、燃焼装置内に供給されて燃焼反応を起す燃焼用流体物を構成する、電荷を帯びた原子または分子の凝集体であるクラスターイオンを分散・微細化させるためのセラミックスおよび酸化チタンを付着させた燃焼促進装置であって、
上記基体は所定幅、所定長さ、所定厚さのテープ状のガラスクロスで構成され、このガラスクロスの表面には薄いアルミニウム膜が蒸着されるとともに、３つ折りにされ、この折り畳まれたガラスクロス中に銅片が巻き込まれた燃焼促進装置。
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