JP5770340B1 - 燃料改善装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁界を利用して燃料自体を改善するに当たり高磁界強度が不要であり、連続処理してもその改善効果が大きく低下することがない燃料改善方法及び装置を提供する。【解決手段】燃料改善装置1は、燃焼機器Ｂの燃料供給経路１００を通る燃料Ｆに旋回流を付与する旋回流付与部１０と、燃料供給経路１００を中心として回転する回転磁界を発生させる磁界発生部２０とを備える。燃焼機器Ｂに送り出される燃料Ｆに対して送り出し方向とは異なる方向に流れ(旋回流)が付加的に付与され、燃料Ｆの組成分子のクラスターが小さくなるように、その旋回流に関連して移動する回転磁界が燃料Ｆに作用される。【選択図】図１

Description

本発明はボイラー、焼却炉、内燃機関等に使用される燃料の燃焼効率を高める燃料改善装置に関する。

軽油、ガソリン、重油等の炭化水素系燃料の燃焼効率を高める方法として、磁界を利用して燃料自体を改善する方法が周知である。これは、燃料の組成分子のクラスターを磁界の作用により微細化させ、燃焼時の空気との混合状態を良好にするという原理に基づいている。同方法により改善された燃料を使用して完全燃焼に近づけるとＣＯ_２の削減を図れることから、地球温暖化防止の面でも着目されている。従来、永久磁石を利用しその静磁界の作用により燃料自体の改善を行うというのが一般的であった（例えば、特許文献１,２等）。

特開平９−１８４４５６号公報 特開２０００−２２７０５５号公報

しかしながら、上記従来法により燃料自体を改善するには１万ガウス以上の高磁束密度が必要になるのが一般的であり、高磁力の永久磁石を使用したり又はこれを複数個組み合わせることが必要になることから、装置自体のコスト高又は大型化を招来するという問題がある。また、同方法により燃料の改善を連続して行うと、その効果が低下することが知られている。これらの問題が十分に解消されていないことから、同方法が広く実用化されるに至っていないというのが現状である。

本発明は上記背景の下で創作されたものであって、その目的とするところは、磁界を利用して燃料自体を改善するに当たり高磁束密度が不要であり、連続処理でも改善効果が大きく低下することがない燃料改善装置を提供することにある。

本発明に係る燃料改善装置は、ボイラー、焼却炉、内燃機関その他の燃焼機器に用いられる燃料の少なくとも燃焼効率を改善する装置であって、前記燃焼機器の燃料供給経路に送り出される燃料に対して送り出し方向に進行する旋回流を付与する旋回流付与部と、前記燃料を組成する原子又は分子のクラスターが小さくなるように前記燃料供給経路を中心として当該旋回流と同軸状且つ同一方向に回転する回転磁界を発生させる磁界発生部とを備え、前記磁界発生部は、前記磁界発生部は、前記燃料供給経路の周りに複数のコイルが基板上等ピッチ間隔で環状に配置された多相コイルと、前記多相コイルを構成するコイルを所定パターンで励磁して前記回転磁界を発生させるために当該コイルに供給する電流を各々生成する電源部とを有した構成となっている。

上記発明によると、燃焼機器に送り出される燃料に対して旋回流を付与し、当該燃料に当該旋回流と同軸状且つ同一方向に回転する回転磁界を作用させる構成になっているので、燃料の組成原子等のクラスターを効果的に微細化することが可能となる。しかも連続処理しても燃料改善の効果が大きく低下することがない。また、従来とは異なり高磁力の永久磁石を用いる必要がない上に、全体の構成がシンプルであることから、装置全体の小型化及び低コスト化も図ることが可能となる。更に、多相コイルに流す電流の大きさやその励磁シーケンスパターンの設定を変更すると、これに伴って回転磁界の大きさや回転速度が変化することから、燃料の種類やその流速等に応じて処理の最適化を容易に行うことが可能となる。言うなれば、従来法に内在する問題が一挙に解消され、その結果、上記方法が現実に広く利用され、これに伴って燃焼効率の促進化に加えて完全燃焼によるＣＯ₂の削減を図られ、ひいては地球温暖化防止にも寄与し得る。

同装置の旋回流付与部の好ましい例としては、燃料供給経路内に送り出し方向に向けて配置された螺旋状部材にすると良い。

上記発明によると、燃焼機器に送り出される燃料の速度エネルギーを利用して旋回流を付与することから、旋回流付与部の構成がシンプルとなり、この点で装置全体の一層の低コスト化を図ることが可能となる。

上記電源部の好ましい例としては、多相コイルのうち対向位置関係にある対コイルの向かい合う磁極が同極性となるように当該対コイルの各々を励磁させ、その後、他の対コイルを同様に励磁させ、このようにして多相コイルを構成する対コイルの励磁を切り替える機能を有した構成にすると良い。

上記発明によると、多相コイルを構成する対コイル同士の間隙付近の磁界の傾きが局部的に大きく、これに伴って燃料の組成原子等のクラスターを微細化するパワーが大きくなり、この点で燃料改善の効果が一層高くなる。

上記回転磁界発生部の好ましい例としては、多相コイルが送り出し方向に複数組配置されて多段構成にすると良い。

上記発明によると、多相コイルが送り出し方向に多段に配置された構成になっているので、燃料の組成原子等のクラスターを微細化するパワーが大きくなり、この点で燃料改善の効果が一層高くなる。

この形態の上記電源部の好ましい例としては、多段の多相コイルに供給する電流の位相が各段毎に順次的に遅れているようにすると良い。

上記発明によると、送り出される途中の燃料に対して最適な磁界が連続的に作用可能な構成になっているので、燃料の組成原子等のクラスターを微細化するパワーが大きくなり、この点で燃料改善の効果が一層高くなる。

上記電源部の好ましい例としては、前記多相コイルに供給する前記回転磁界を発生させるためのパルス電流を出力する機能を有した構成とし、前記パルス電流の波形の立ち上がり又は立ち下がり付近に急峻に変化するパルスを含めると良い。

上記発明によると、コイルを励磁するために電流に高周波成分が含まれていることから、燃料の組成原子等のクラスターを微細化するパワーが大きくなり、この点で燃料改善の効果が一層高くなる。

前記燃料が配管を通じて前記燃焼機器に導かれ、前記配管の途中部位にバイパス用支管が接続されている設備に備えられる場合、バイパス用支管上に前記旋回流付与部が配設されており、その後段に前記磁界発生部の一部が配設された構成にすると良い。

上記発明によると、既存の設備を大きく設計変更することなく燃料改善の処理を行うことができ、これに伴って既存設備の改良を効果的に行うことが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。ここでは、ボイラー、ディーゼルエンジン等の燃焼機器に使用される軽油、重油等の燃料の燃焼効率を改善する場合を例として掲げることにする。

図１中１００は、燃料タンクＡ内の燃料Ｆを燃焼機器Ｂに供給するための円筒状のパイプである燃料供給経路、図中１１１、１１２、１２１及び１２２は燃料コックである。燃料供給経路１００については、燃料Ｆを燃焼機器Ｂに導くための配管１１０と、配管１１０の途中部位に接続されたバイパス用支管１２０とから構成されている。なお、バイパス用支管１２０はその一部が配管１１０に比べて若干大径にされている。

本案例では、燃料改善装置1が燃焼機器Ｂの上記設備に備えられている。具体的には、バイパス用支管１２０上に燃料改善装置1の主要部（後記の旋回流付与部１０及び多相コイル２１）が配設されている。なお、燃料タンクＡから燃焼機器Ｂに向けて送り出される燃料Ｆの送り出し方向を図中αとして示している。

燃料改善装置1は、燃料供給経路１００（本案例ではバイパス用支管１２０）を通る燃料Ｆに旋回流（図７参照）を付与する旋回流付与部１０と、バイパス用支管１２０の基軸を中心として回転する回転磁界β（図７参照）を発生させる磁界発生部２０とを備える。

旋回流付与部１０については、本案例ではバイパス用支管１２０の内壁面に取り付けられた螺旋状部材である羽根であって、同支管１２０の基軸を中心として送り出し方向αに向けて配置されている。

磁界発生部２０については、バイパス用支管１２０の周りにコイルが等ピッチ間隔に環状に複数（本案例では計１２個）配置された多相コイル２１と、多相コイル２１を構成する各コイルを所定パターンで励磁して回転磁界βを発生させるために当該コイルに供給するパルス電流を生成する電源部２２とを有した構成になっている。

本案例では多相コイル２１がバイパス用支管１２０上の旋回流付与部１０の後段に配設され、送り出し方向αに複数組（図示例では３組）配置されて多段構成にされている。なお、３段の多相コイルを図中２１Ａ, ２１Ｂ及び２１Ｃとして示している。

多相コイル２１Ａについては、図２に示されているように中央部にバイパス用支管１２０を通すための穴２１２が形成された基板２１１と、基板２１１の面上の穴２１２の周りに等ピッチ間隔で実装されたコイルＸＬ０１〜０４，ＹＬ０１〜０４及びＺＬ０１〜０４とを有している。多相コイル２１Ｂ及び２１Ｃについても上記多相コイル２１Ａと同一構成であり、これらが等間隔で多段に連結されている。

電源部２２については、図３に示されているように多相コイル２１Ａに出力する直流電圧を生成する直流電源(ＰＳ)２２２ と、直流電源２２２の出力電圧をスイッチングすることにより多相コイル２１Ａを構成するコイルＸＬ０１〜０４，ＹＬ０１〜０４，ＺＬ０１〜０４に各々供給される電流を生成するスイッチング素子であるＦＥＴ１,２,３等と、ＦＥＴ１等のオンオフを切り替えるためのパルス信号を生成する制御回路（ＩＣ）２２１とを有している。

コイルＸＬ０１，０２，０３，０４は、図５に示されているように対向位置関係にある対コイルに相当し、ＦＥＴ１がオンすると、コイルＸＬ０１，０２，０３，０４の全てが同時に励磁される。ただ、回路結線の関係上、図５中に併せて示されているように、向かい合う磁極が同極性となるように上記対コイルが各々励磁される。これは、コイルＹＬ０１，０２，０３，０４（コイルＺＬ０１，０２，０３，０４）の励磁についても全く同様であり、ＦＥＴ２（ＦＥＴ３）がオンすると、コイルＹＬ０１，０２，０３，０４（コイルＺＬ０１，０２，０３，０４）の全てが同時に励磁される。そして、制御回路２２１によりＦＥＴ１,２,３が順次的にオンにされることにより、コイルＸＬ０１〜０４，ＹＬ０１〜０４、ＺＬ０１〜０４の励磁が図５中矢印の方向に順次的に切り替わり、この過程で回転磁界βが生成される。

なお、多相コイル２１Ｂ,２１Ｃを構成する各コイルに各々供給される電流を生成するＦＥＴ４〜９については図３中省略されている。上記ＦＥＴ４〜９についても制御回路２２１によりオンオフが同様に切り替えられる。

制御回路２１１は、内蔵メモリにソフトウエアが予め記録されたマイクロコンピュータを主要構成とした集積回路である。そのソフトウエアには、多相コイル２１Ａ，２１Ｂ,２１Ｃを構成する各コイルの励磁を所定のパターンで切り替えるための励磁シーケンスの情報が含められている。

多相コイル２１Ａ，２１Ｂ,２１Ｃの各コイルの励磁シーケンスパターンについては、本案例では図４に示す通りとなっている。即ち、多相コイル２１ＡのコイルＸＬ０１〜０４が同時に期間Ｔ１の間に３回励磁された後、コイルＹＬ０１〜０４が同時に次の期間Ｔ１の間に３回励磁される。その後、コイルＺＬ０１〜０４が同時に次の期間Ｔ１の間に３回励磁される。以降はこの繰り返しである。その周期を図中Ｔとして示している。この励磁シーケンスは多相コイル２１Ｂ,２１Ｃについても同様である。ただ、多相コイル２１Ａ，２１Ｂ,２１Ｃの順に期間Ｔ1（燃料Ｆの流速に応じた時間に設定）だけ位相が遅れている。

コイルＸＬ０１〜０４, ＹＬ０１〜０４又はＺＬ０１〜０４が同時に期間Ｔ１の間に３回励磁されるに当たり、各コイルに供給される電流波形は図６に示す通りである。即ち、各コイルにパルス電流を供給して同コイルを励磁しているが、パルス電流の波形の立ち上がり付近に急峻に変化するパルスＰが含められている。このパルスＰについては、本案例では、パルス電流の波形に積極的に含めたものではなく、多相コイル２１Ａを構成する各コイルのインダクタンス成分とこれを含めた周辺回路のキャパタンス成分からなる回路の過渡現象により生じたものである。

上記のような構成の燃料改善装置1のスイッチをオンにすると、バイパス用支管１２０を通る燃料Ｆに対して、図７に示されているように旋回流付与部１０により旋回流が付与され、磁界発生部２０により旋回流と同一方向に同軸状に回転する回転磁界βが作用する。このようにして燃焼機器Ｂに送り出される燃料Ｆに対して改善処理が行われる。

燃焼機器Ｂにおいて当該改善処理後の燃料Ｆを用いて実際に燃焼上の種々の実験を行ったところ、１）ボイラーの場合の重油の燃焼効率が約１０〜２０％向上する一方、ディーゼルエンジンの場合の軽油の燃焼効率が約７〜１３％向上し、２）燃料噴射時の軽油の平均粒径（ＳＭＤ）が数％低下した。３）燃料Ｆに対して旋回流を付与しないときには上記結果が得られないことや燃焼時に発生し得るＣＯ_２やＮＯ_ｘが低下したことも確認されている。更に、４）燃料Ｆの流量が大きいときには、図1に併せて示されているように磁界発生部２０の台数を増加させると上記と同様な結果が得られることが確認されている。特に、５）連続的に上記処理を行っても燃料改善の効果が大きく低下する現象が全く見られない。

このような測定結果については、燃料Ｆの旋回流と回転磁界βとの相互作用により燃料Ｆの組成分子等のクラスターが十分に微細化されたことの現れであると推測される。多相コイル２１により得られる中心部分の磁束密度が従来の１/１０の１０００ガウス程度であるにもかかわらず、このような効果が得られたのは、燃料Ｆに対してこれに関連して移動する磁界(本案例では回転磁界β)を付与させたことが最も大きいと考えられる。なお、適用可能な燃料については、軽油、ガソリン、重油等の液体燃料だけでなく、天然ガス、シェールガス等の気体燃料についても同様の結果が得られると考えられる。

上記燃料改善装置1については、燃焼機器Ｂに送り出される燃料Ｆに対して旋回流を付与し、この旋回流に回転磁界βを作用させる基本構成になっているので、高磁束密度を要することなく燃料Ｆの組成分子等のクラスターを効果的に微細化することが可能となる。しかも連続処理しても燃料改善の効果が大きく低下することがない。また、従来とは異なり高磁力の永久磁石を用いる必要がない上に全体の構成がシンプルであることから、装置全体の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。更に、燃焼効率の促進化に加えて完全燃焼によるＣＯ_２等の削減が図られ、ひいては地球温暖化防止にも寄与し得る。

なお、本発明に係る燃料改善装置は、上記実施形態に限定されず、例えば、旋回流付与部１０の外周部位に多相コイル２１を配置したり、旋回流付与部１０、多相コイル２１の全部又はその一部を燃料供給経路１００（又は燃料タンク、燃料噴射ノズル等）に組み込んだ形態に設計変更しても構わない。また、多相コイル２１を構成するコイルに供給する電流波形については半波整流波、三角波又は鋸波等であっても良い。

特に、本案例において回転磁界βを採用したのは旋回流付与部１０として螺旋状部材を用いたからである。その理由は、燃料Ｆの組成分子等に対して最も効果的に磁界のエネルギーを付与できると推測されるからである。旋回流付与部１０以外の手段により燃料Ｆに対して本案例とは異なる方向に流れを付与しても良く、この場合、その燃料の流れに関連して移動する磁界を生成して当該燃料に作用させる。そして、当該燃料との関係で上記相互作用が大きく見られる磁界の方向又は移動パターンを種々の実験により見い出して適宜選択すると良い。また、燃料Ｆに対して送り出し方向αとは異なる方向に流れを積極的に付与するのではなく、例えば、燃料供給経路や燃料タンク等内の障害物等により燃料の流れに乱れが自然と生じる箇所に上記と同様にその流れに応じて移動する磁界を作用させると、上記と同様の結果が得られると考えられる。

本発明の実施の形態を説明するための図であって、燃料改善装置の概略構成図である。 同装置の磁界発生部の部分的分解斜視図である。 同装置の電源部の構成図である。 同装置の多相コイルの励磁シーケンスパターンを示す図である。 同装置の多相コイルの模式的正面図である。 同電源の多相コイルを励磁する電流の波形を示す図である。 同装置により得られる燃料の旋回流と回転磁界との関係を示す説明図である。

１ 燃料改善装置
１０ 旋回流付与部
２０ 磁界発生部
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 多相コイル
２２ 電源部
１００ 燃料供給経路
１１０ 配管
１２０ バイパス用支管
Ｆ 燃料
α 送り出し方向
β 回転磁界

Claims (7)

1. ボイラー、焼却炉、内燃機関その他の燃焼機器に用いられる燃料の少なくとも燃焼効率を改善する燃料改善装置において、前記燃焼機器の燃料供給経路に送り出される燃料に対して送り出し方向に進行する旋回流を付与する旋回流付与部と、前記燃料を組成する原子又は分子のクラスターが小さくなるように前記燃料供給経路を中心として当該旋回流と同軸状且つ同一方向に回転する回転磁界を発生させる磁界発生部とを備え、前記磁界発生部は、前記燃料供給経路の周りに複数のコイルが基板上等ピッチ間隔で環状に配置された多相コイルと、前記多相コイルを構成するコイルを所定パターンで励磁して前記回転磁界を発生させるために当該コイルに供給する電流を各々生成する電源部とを有した構成となっていることを特徴とする燃料改善装置。
2. 請求項１記載の燃料改善装置において、前記旋回流付与部は、前記燃料供給経路内に前記送り出し方向に向けて配置された螺旋状部材であることを特徴とする燃料改善装置。
3. 請求項１記載の燃料改善装置において、前記磁界発生部は、前記多相コイルのうち対向位置関係にある対コイルの互いに向かい合う磁極が同極性となるように当該対コイルの各々を励磁させ、その後、他の対コイルを同様に励磁させ、このようにして前記多相コイルを構成する対コイルの励磁を切り替える機能を有した構成となっていることを特徴とする燃料改善装置。
4. 請求項１記載の燃料改善装置において、前記磁界発生部は、前記多相コイルが前記送り出し方向に沿って複数組配置されて多段になっていることを特徴とする燃料改善装置。
5. 請求項４記載の燃料改善装置において、前記電源部は、多段の多相コイルに供給する電流の位相が各段毎に順次的に遅れていることを特徴とする燃料改善装置。
6. 請求項１記載の燃料改善装置において、前記電源部は、前記多相コイルに供給する前記回転磁界を発生させるためのパルス電流を出力する機能を有した構成になっており、前記パルス電流の波形の立ち上がり又は立ち下がり付近に急峻に変化するパルスが含められていることを特徴とする燃料改善装置。
7. 前記燃料が配管を通じて前記燃焼機器に導かれ、前記配管の途中部位にバイパス用支管が接続された設備に備えられる請求項１記載の燃料改善装置において、前記バイパス用支管上に前記旋回流付与部が配設されており、その後段に前記磁界発生部の一部が配設されていることを特徴とする燃料改善装置。

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