WO2001075293A1 - Dispositif de reformage de combustible - Google Patents

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WO2001075293A1
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Teruyasu Yamaguchi
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Hinomaru Shokai Co., Ltd.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G32/00—Refining of hydrocarbon oils by electric or magnetic means, by irradiation, or by using microorganisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G33/00—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils
    • C10G33/04—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils with chemical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts

Definitions

  • the present invention relates to a fuel reforming apparatus, and particularly to a fuel reforming apparatus suitable for reforming fuel for an internal combustion engine such as a gasoline engine-diesel engine for an automobile or a marine vessel, and fuel for an external combustion engine such as a boiler burner.
  • the present invention relates to a fuel reformer.
  • a carbon rod and a coil surrounding its outer circumference are arranged inside the spiral of a spirally wound fuel tube, and both ends of the coil are connected to both ends of the fuel tube.
  • a fuel reformer in which a metal, a mineral, and an oxide are filled between a pipe and an inner wall of a housing and solidified with a silicon resin (Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-774843). No.).
  • the amount of nitrogen oxide (NO x) emissions and the amount of exhaust smoke are related to the trade-off, and there is no combustion method or fuel reforming method that reduces both. Therefore, in the device proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-777483, it is expected that the exhaust smoke density is particularly increased.
  • an object of the present invention is to significantly reduce both exhaust smoke and nitrogen oxides, which are in a trade-off relationship with each other, and also to reduce other components such as carbon dioxide, and to improve the fuel consumption rate. It is an object of the present invention to provide a simple fuel reformer.
  • a fuel reformer according to the present invention is provided with a fuel introduction pipe, which is communicated with the fuel introduction pipe, and has a spiral shape and a spiral diameter gradually decreasing in a first direction. And a flow direction reversal for reversing a flow direction of the fuel flowing through the outward fuel pipe from the first direction to a second direction opposite to the first direction.
  • the pipe is communicated with the flow direction reversing pipe, and spirally wound in the second direction in a spiral direction opposite to the outward fuel pipe so that the spiral diameter gradually increases. It has a return fuel pipe and a fuel outlet pipe connected to the return fuel pipe, and a filler containing a silicon compound is disposed around the outward fuel pipe, the flow direction reversing pipe, and the return fuel pipe. It is characterized by the following.
  • the packing is made of a silicon compound such as silicon dioxide or a mixture thereof with another substance, and is preferably formed in a powder form so as to be filled. It is preferable that at least the outward fuel pipe and the return fuel pipe are made of copper or a copper-based material (for example, Machiyu).
  • the forward fuel pipe and the return fuel pipe are spirally wound at substantially the same position.
  • the return fuel pipe is spirally wound inside the spirally wound forward fuel pipe. ing.
  • the winding directions of the forward fuel pipe and the return fuel pipe are different from each other.
  • the forward fuel pipe is spirally wound clockwise in the first direction
  • the return fuel pipe is spirally wound counterclockwise in the second direction. Is preferred.
  • the ratio of the number of turns of the outward fuel pipe to the number of turns of the return fuel pipe is as follows: 8 ⁇ 0.5: 5 ⁇ 0.5, 13 ⁇ 0.5: 6 ⁇ 0.5, 2 7 ⁇ 0.5 times: It is preferable that the number of times is 9 times 0.5 times. Among them, it is more preferable that the ratio be exactly 8: 5, 13: 6, or 27: 9.
  • the outward fuel pipe is wound so that the spiral diameter gradually decreases in the first direction, and the return fuel pipe is wound so that the spiral diameter gradually increases in the second direction. Therefore, each is wound so as to form a substantially conical shape as a whole.
  • the position of the apex of the conical shape is eccentric with respect to the position of the center of the bottom surface of the conical shape.
  • the vertical cross-section The shape is preferably formed in a shape along a right triangle.
  • the right triangle is preferably a right triangle having a dimensional ratio of 2: 3: 1.
  • the flow direction reversing tube may be constituted by a simple direction reversing pipe, but it is preferable that a part of the flow path of the flow direction reversing tube is formed of quartz. By forming the flow path with quartz, a contact reaction between the fuel and the quartz occurs between the outward fuel pipe and the return fuel pipe, and the fuel reforming effect can be further improved.
  • a series of fuel tubes be accommodated in a cylinder, and the cylinder be filled with the filler.
  • the formation of the cylinder is not particularly limited, but a cylinder having a polygonal cross section, for example, a cylinder having a hexagonal cross section is preferable.
  • Such a fuel reformer is used particularly for reforming fuel for an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is not particularly limited, and can be applied to both gasoline engines and diesel engines.
  • the engine can be applied not only to automobiles but also to other internal combustion engines for ships.
  • the fuel reforming apparatus according to the present invention is applicable not only to internal combustion engines using gasoline, kerosene, light oil, heavy oil, etc., but also to reforming fuel for external combustion engines such as boiler parners. It is.
  • the fuel reformer is installed between the fuel tank and the combustion engine, and the fuel from the fuel tank is simply passed through the fuel reformer.
  • the fuel can be reformed to reduce emissions of smoke, nitrogen oxides and carbon dioxide, and to improve fuel consumption rates.
  • the emission of nitrogen oxides has been significantly reduced.
  • the amount of exhaust smoke can be reduced to substantially zero.
  • FIG. 1 is a perspective view of the fuel reformer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a side view of the outward fuel pipe and its surroundings of the apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a side view of the return fuel pipe of the apparatus of FIG. 1 and its surroundings.
  • FIG. 5 is a triangle showing an example of a substantially conical shape of the entire spiral fuel tube.
  • FIG. 6 is a side view of a main part of a fuel reforming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of the device of FIG. 6 as viewed from a position differing by 90 degrees.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the crystal mounting portion of the device of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a test method.
  • FIG. 10 is a graph showing the change over time in the black smoke concentration when a fuel reformer according to the second embodiment of the present invention is mounted on an actual vehicle and tested.
  • FIGS. 11A and 11B relate to aliphatic saturated hydrocarbons of the fuel before and after reforming when the fuel is reformed using the fuel reforming apparatus according to the second embodiment of the present invention. This is the mouth matogram.
  • FIG. 12 shows a double bond of a 100-fold diluted solution of octane of the fuel before and after reforming when the fuel is reformed using the fuel reforming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • 2 is a light absorption spectrum of a compound having the following formula:
  • FIG. 13 shows the aromatics of a 100-fold diluted solution of octane before and after reforming the fuel when the fuel was reformed using the fuel reforming apparatus according to the second embodiment of the present invention. This is the light absorption spectrum of a compound to be measured.
  • FIGS. 1 and 5 show a fuel reforming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes the entire fuel reformer.
  • the fuel reformer 1 has a fuel introduction pipe 2 into which fuel is introduced, and a fuel outlet pipe 3 from which the fuel reformed by the fuel reformer 1 is led.
  • An outward fuel pipe 4 is connected to and communicates with the fuel introduction pipe 2.
  • the outward fuel pipe 4 is spirally wound in the first direction A so that the spiral diameter gradually decreases.
  • a flow direction reversing pipe 5 is connected to the end of the outward fuel pipe 4 on the opposite side to the fuel introduction pipe 2 and communicates therewith.
  • the flow direction reversing pipe 5 reverses the flow direction of the fuel flowing in the outward fuel pipe 4 from the first direction A to a second direction B opposite to the first direction A.
  • An inflow fuel pipe 6 is connected to and communicates with an end of the flow direction reversing pipe 5 opposite to the outward fuel pipe 4.
  • Incoming fuel pipe 6 moves in the second direction B It is spirally wound in the winding direction opposite to that of 4, so that the spiral diameter gradually increases.
  • the return fuel pipe 6 is disposed at substantially the same position as the spirally wound outward fuel pipe 4, and is spirally wound inside the outward fuel pipe 4.
  • a fuel outlet pipe 3 is connected to and communicates with an end of the return fuel pipe 6 opposite to the flow direction reversing pipe 5.
  • the outward fuel pipe 4 and the return fuel pipe 6 are spirally wound so as to form a substantially circular cone as a whole.
  • Each of the cones is wound so that the position of the vertex is eccentric with respect to the center of the bottom surface of the cone.
  • the spiral winding into the eccentric cone shape can be achieved, for example, by winding each fuel tube along a jig formed in a predetermined shape in advance.
  • a spiral winding into an eccentric conical shape is performed so as to follow the shape of a right triangle, particularly along the shape of a right triangle having a dimensional ratio of 2: ⁇ 3: 1. Times have been done.
  • the outward fuel pipe 4 is spirally wound clockwise in the first direction A.
  • the return fuel pipe 6 is spirally wound counterclockwise in the second direction B.
  • the number of turns of the outward fuel pipe 4 is set to eight, and the number of turns of the return fuel pipe 6 is set to five.
  • the ratio of the number of turns of the forward fuel pipe to the number of turns of the return fuel pipe was 8: 5 as described above. Therefore, this ratio was determined. Therefore, from this experimental result, it is preferable that the ratio of the number of turns of the outward fuel pipe to the number of turns of the return fuel pipe is within a range of about 8 ⁇ 0.5 turns: 5 ⁇ 0.5 turns. It can be said.
  • the ratio of the number of turns of the forward fuel pipe to the number of turns of the return fuel pipe is 13 ⁇ 0.5 times: 6 ⁇ 0.5 times, 27 ⁇ 0.5 times. 5 times: preferably within the range of 9 ⁇ 0.5 times.
  • the cylindrical body 7 is formed in a polygonal cross section, particularly a hexagonal cylindrical body. Further, a cylindrical housing 9 is provided outside the hexagonal cylindrical body 7, and the overall structure is a double cylindrical structure.
  • the double cylinder structure protects the inner cylinder 7 and ensures its strength. Further, by making the cross-sectional shape of the cylindrical body 7 constituting the inner cylinder into a hexagon, the posture of the fuel pipes 4 and 6 disposed therein is stabilized.
  • the filler 8 is formed in the form of a powder and is filled in the cylindrical body 7.
  • the filler 8 may be entirely a silicon compound, or may be a mixture of the silicon compound and another substance.
  • the packing 8 is made of, for example, silicon dioxide powder, ceramic powder, or the like.
  • reference numeral 10 in FIG. 1 denotes a step for fixing the housing 9, and the fuel reformer 1 is attached to an appropriate external fixing portion via the stay 10.
  • FIG. 6 to 8 show a main part of a fuel reformer 11 according to a second embodiment of the present invention.
  • the structures of the cylinder 7, the filler 8, the housing 9, the stay 10 and the like are the same as in the first embodiment, and are not shown.
  • a part of the flow path of the flow direction reversing tube 12 is formed of quartz.
  • the flow direction reversing pipe 12 is a hexagonal cross-section made of a hexagonal columnar body 13 with a reversing flow path 14 added, and the processing hole is closed by a plug 15. I have.
  • the cylindrical lens 16 is attached and fixed to the bottom of the U-shaped inversion channel 14 in a state of being urged by the cylindrical lens 16 force spring 17.
  • the exhaust smoke concentration, carbon dioxide emission, nitrogen oxide emission, fuel consumption rate, etc. were measured.
  • the measuring equipment used for the test is as follows.
  • the exhaust smoke concentration was measured using an exhaust smoke concentration measuring device (manufactured by Shisoken Co., Ltd., Model GSM-2) at an engine speed of 5100 rpm, 59.6 rpm, 5 rpm. The average degree of contamination of three measurements at 0 98 rpm was measured. The fuel consumption rate was measured in diesel 10/15 mode. Measurement item
  • Example 1 when the fuel reformer according to the present invention was installed (Example 1), the nitrogen oxides which were considered to have a trade-off relationship were compared with those without the equipment (Comparative Example 1).
  • the exhaust smoke concentration black smoke concentration
  • C 0 - 1 0. 6 0% was significantly reduced, and greatly reduces the the C 0 2 one 1 6.4 0%.
  • the fuel consumption rate was improved by 3.5%.
  • the effect of using the crystal was confirmed by comparing the case where the crystal was used with the case without the crystal.
  • the test model is "AD van” manufactured by Nissan Motor Co., Ltd., Engine: CD17 (Diesel engine), Displacement: 170,000 cc, Total mileage: 1,500,000 km
  • the effect was evaluated by the output horsepower.
  • the test results are shown in FIG. As shown in FIG. 10, after the fuel reformer according to the present invention was mounted, the black smoke concentration gradually decreased as a whole, and a clear fuel reforming effect was confirmed. It should be noted that the temporal increase in black smoke concentration on the way over time is considered to be due to the fact that the total distance traveled by this test vehicle was large and the engine interior was considerably contaminated. It is probable that the black smoke concentration increased as a result of the cleaning of the engine and the discharge of the adhered degraded substances. Force, and about one year of measurement Looking at the overall change over time, the black smoke concentration clearly decreased, so a clear effect of the fuel reforming could be confirmed.
  • FIG. 12 shows light absorption spectra of the fuel before and after the reforming when the fuel is reformed using the fuel reforming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the absorption spectrum is shown in the case where the fuel is made into a 100-fold diluted solution with octane, and a compound having a double bond is measured with respect to the diluted solution.
  • the solid line shows the characteristics after reforming, and the dotted line shows the characteristics before reforming.
  • FIG. 13 shows light absorption spectra of the fuel before and after the reforming of the fuel using the fuel reforming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the absorption spectrum is shown in which the fuel is made into a 1000-fold diluted solution with octane, and the diluted solution, particularly, an aromatic compound is measured.
  • the solid line shows the characteristics after reforming
  • the dotted line shows the characteristics before reforming.
  • Figs. 12 and 13 it is understood that the state of the compound having a double bond and the state of the aromatic compound changed before and after the fuel reforming. Is done. It is considered that these changes in characteristics also indicate the fuel reforming effect of the device according to the present invention.
  • the fuel reforming apparatus of the present invention it is possible to significantly reduce both exhaust smoke and nitrogen oxides, and also to reduce other components such as carbon dioxide. It is possible to improve the fuel consumption rate and output of the engine that uses the selected fuel.
  • the fuel reformer of the present invention is effective for reforming fuel for various internal combustion engines and external combustion engines, and can greatly reduce both exhaust smoke and nitrogen oxides by fuel reforming. It also helps reduce other components such as carbon dioxide, which helps improve the atmospheric environment. Also, the use of reformed fuel can improve the fuel consumption rate and output of the engine.

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Description

明 糸田
燃料改質装置
技 術 分 野
本発明は、 燃料改質装置に関し、 とくに、 自動車用や船舶用のガソリ ンェンジ ンゃディーゼルエンジン等の内燃機関用の燃料、 およびボイラー用バーナー等の 外燃機関用の燃料の改質に好適な燃料改質装置に関する。
背 景 技 術
内燃機関や外燃機関においては、 たとえば自動車用等の内燃機関においては、 二酸化炭素や窒素酸化物、 排気煙 （黒煙またはパーティクルとも言う。 ） 等の低 減や、 燃料消費率 （燃費とも言う。 ） の改善が望まれる。 この要望を満たすため には、 内燃機関や外燃機関自身の燃焼効率の改善とともに、 使用される燃料の改 質が有効である。
燃料を改質する装置として、 らせん状に卷回した燃料管のらせん内部に、 炭素 棒とその外周を包囲するコィルを配設し、 コィルの両端を燃料管の両端に接続す るとともに、 燃料管とハウジング内壁との間に、 金属、 鉱物および酸化物のバウ ダ一を充塡し、 シリ コン樹脂で固めた燃料改質装置が知られている （特開平 1 0 - 7 7 4 8 3号公報） 。
この特開平 1 0— 7 7 4 8 3号公報によると、 ある乗用車で試験したところ、 燃料消費量で 4 6 %改善され、 排気中の Ν 0 Xの排出量が 4 0 %、 H Cが 5 8 % C Oが 5 0 %程度に減少したと記載されているが、 車種、 試験条件が特定されて おらず、 また、 排気煙についての記載が全くない。
一般に、 とくに窒素酸化物 （N O x ) の排出量と排気煙の量とはトレー ドオフ に関係にあり、 両方ともに低減させる燃焼方法や燃料の改質方法は、 未だ見当た らない。 したがって、 上記特開平 1 0— 7 7 4 8 3号公報に提案された装置では、 とくに排気煙濃度が増大していたと予想される。
発 明 の 開 示
そこで、 本発明の目的は、 互いにトレー ドオフの関係にある排気煙と窒素酸化 物をともに大幅に低減でき、 かつ、 二酸化炭素等の他の成分も低減でき、 しかも、 燃料消費率の改善も可能な燃料改質装置を提供することにある。 上記目的を達成するために、 本発明に係る燃料改質装置は、 燃料導入管と、 該 燃料導入管に連通され、 第 1の方向に向かってらせん状にかつらせん径が徐々に 小さくなるように卷回された往路燃料管と、 該往路燃料管内を流れてきた燃料の 流れ方向を前記第 1の方向から該第 1の方向とは逆方向の第 2の方向に反転させ る流れ方向反転管と、 該流れ方向反転管に連通され、 前記第 2の方向に向かって、 前記往路燃料管とは逆の卷回方向にらせん状にかつらせん径が徐々に大きくなる ように卷回された復路燃料管と、 該復路燃料管に連通された燃料導出管とを有し、 前記往路燃料管、 流れ方向反転管および復路燃料管の周囲に珪素化合物を含む充 塡物が配されていることを特徴とするものからなる。
上記充塡物は、 二酸化珪素等の珪素化合物、 あるいはそれと他の物質との混合 物からなり、 好ましくは、 充塡しゃすいようにパウダーの形態に形成される。 少なく とも上記往路燃料管および復路燃料管は、 銅または銅系材料 （たとえば、 真ちゆう） から構成されることが好ましい。
また、 往路燃料管と復路燃料管は、 実質的に同じ位置でらせん状に巻回される たとえば、 復路燃料管が、 らせん状に巻回された往路燃料管の内側でらせん状に 卷回されている。
また、 本発明の燃料改質装置においては、 往路燃料管と復路燃料管の卷回方向 は互いに異方向とされている。 とくに、 往路燃料管が第 1の方向に向かって時計 回り方向にらせん状に巻回されており、 復路燃料管が第 2の方向に向かって反時 計回り方向にらせん状に巻回されている態様が好ましい。
この往路燃料管の卷回回数と復路燃料管の卷回回数の比としては、 8 ± 0 . 5 回： 5 ± 0 . 5回、 1 3 ± 0 . 5回： 6 ± 0 . 5回、 2 7 ± 0 . 5回： 9土 0 . 5回のいずれかであることが好ましい。 中でも、 正確に 8 : 5、 1 3 ： 6、 ある いは 2 7 ： 9のいずれかであると、 より好ましい。
往路燃料管は第 1の方向に向かってらせん径が徐々に小さくなるように巻回さ れ、 復路燃料管は第 2の方向に向かってらせん径が徐々に大きくなるように巻回 されているので、 それぞれ、 全体として略円錘を形成するように巻回されている この円錘状の卷回においては、 円錘の頂点の位置が円錘の底面の中心の位置に対 し偏心するように卷回されていることが好ましい。 とくに、 上記円維の縦断面形 状が、 直角三角形に沿う形状に形成されていることが好ましく、 中でも、 その直 角三角形が、 2 ： ^ 3 ： 1の寸法比の直角三角形であることが好ましい。
また、 上記流れ方向反転管は、 単なる方向反転パイプによって構成することも 可能であるが、 流れ方向反転管の流路の一部が水晶により形成されていることが 好ましい。 流路を水晶により形成することにより、 燃料が往路燃料管から復路燃 料管に至るまでに、 燃料と水晶との接触反応が生じ、 燃料改質効果を一層向上す ることが可能となる。
一連の燃料管は筒体に収容され、 該筒体内に前記充塡物が充塡されることが好 ましい。 筒体の形成はとくに限定しないが、 横断面が多角形のもの、 たとえば横 断面が六角形の筒体が好ましい。
このような燃料改質装置は、 とくに内燃機関用燃料の改質に用いられる。 内燃 機関としてはとく に限定されず、 ガソリ ンエンジン、 ディーゼルエンジンの両方 に適用できる。 そのエンジンも、 自動車用のみならず、 船舶用その他の内燃機関 に適用できる。 また、 本発明に係る燃料改質装置は、 ガソリ ン、 灯油、 軽油、 重 油などを使用する内燃機関だけでなく、 ボイラー用パーナ一などの外燃機関用の 燃料の改質にも適用可能である。
上記のような本発明に係る燃料改質装置においては、 該燃料改質装置を燃料タ ンクと燃焼機関との間に設置して、 燃料タンクからの燃料を単に燃料改質装置を 通過させるだけで、 排気煙や窒素酸化物、 二酸化炭素の排出量を低減し、 燃料消 費率も改善するように燃料を改質できる。 とくに、 後述の実施例に示す如く、 驚 くべきことに、 互いにトレ一ドオフの関係にあると考えられてきた排気煙と窒素 酸化物とに関して、 窒素酸化物の排出量を大幅に低減しつつ、 排気煙の量を実質 的に 0にまで低減することが可能となる。
図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は、 本発明の第 1実施態様に係る燃料改質装置の透視斜視図である。 図 2は、 図 1の装置の平面図である。
図 3は、 図 1の装置の往路燃料管およびその周囲の側面図である。
図 4は、 図 1の装置の復路燃料管およびその周囲の側面図である。
図 5は、 らせん状燃料管全体の略円錘形状の一例を表わす三角形である。 図 6は、 本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置の要部側面図である。 図 7は、 図 6の装置の 9 0度異なる位置からみた側面図である。
図 8は、 図 6の装置の水晶装着部の拡大断面図である。
図 9は、 試験の方法を示す概略構成図である。
図 1 0は、 実車に本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置を搭載して試験し たときの黒煙濃度の経時変化特性図である。
図 1 1 Aおよび図 1 1 Bは、 本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置を用い て燃料を改質したときの改質前と改質後の燃料の脂肪族飽和炭化水素に関するク 口マトグラムである。
図 1 2は、 本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置を用いて燃料を改質した ときの改質前と改質後の燃料のオクタンによる 1 0 0倍希釈溶液の二重結合を有 する化合物を測定対象とした光の吸収スぺク トルである。
図 1 3は、 本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置を用いて燃料を改質した ときの改質前と改質後の燃料のオクタンによる 1 0 0 0倍希釈溶液の芳香族化合 物を測定対象とした光の吸収スペク トルである。
発明 を実施す る た め の最良の形態
以下に、 本発明の望ましい実施の形態を、 図面を参照しながら説明する。 図 1〜図 5は、 本発明の第 1実施態様に係る燃料改質装置を示している。 図 1 および図 2において、 1は燃料改質装置全体を示している。 燃料改質装置 1は、 燃料が導入される燃料導入管 2と、 燃料改質装置 1で改質された燃料を導出する 燃料導出管 3とを有している。 燃料導入管 2には、 往路燃料管 4が接続され連通 されている。 往路燃料管 4は、 第 1の方向 Aに向かってらせん状にかつらせん径 が徐々に小さくなるように卷回されている。
往路燃料管 4の、 燃料導入管 2とは反対側の端部には、 流れ方向反転管 5が接 続され連通されている。 流れ方向反転管 5は、 往路燃料管 4内を流れてきた燃料 の流れ方向を、 第 1の方向 Aから、 該第 1の方向 Aとは逆方向の第 2の方向 Bに 反転させる。
流れ方向反転管 5の、 往路燃料管 4とは反対側の端部には、 復路燃料管 6が接 続され連通されている。 復路燃料管 6は、 第 2の方向 Bに向かって、 往路燃料管 4とは逆の巻回方向にらせん状にかつらせん径が徐々に大きくなるように卷回さ れている。 本実施態様では、 復路燃料管 6は、 らせん状に巻回された往路燃料管 4と実質的に同じ位置に配置され、 往路燃料管 4の内側でらせん状に卷回されて いる。 この復路燃料管 6の、 流れ方向反転管 5とは反対側の端部に、 燃料導出管 3が接続され連通されている。
往路燃料管 4と復路燃料管 6は、 図 3および図 4にも示すように、 全体として 略円錘を形成するようにらせん状に卷回されている。 そして、 それぞれその円錘 の頂点の位置が円錘の底面の中心の位置に対し偏心するように卷回されている。 この偏心円錘形状へのらせん状卷回は、 たとえば予め所定形状に形成した治具 に沿わせて各燃料管を巻回していく ことによって達成できる。 本実施態様では、 図 5に示すように、 直角三角形の形状に沿うように、 とくに 2 ： ^ 3 ： 1の寸法 比の直角三角形の形状に沿うように、 偏心円錘形状へのらせん状巻回が行われて いる。
また、 本実施態様では、 往路燃料管 4は、第 1の方向 Aに向かって時計回り方 向にらせん状に巻回されている。 一方復路燃料管 6は、 第 2の方向 Bに向かって 反時計回り方向にらせん状に卷回されている。
さらに、 本実施態様では、 往路燃料管 4の卷回回数は 8回、 復路燃料管 6の卷 回回数は 5回に設定されている。 この巻回回数に関しては、 種々の実験を行った 結果、 往路燃料管の卷回回数と復路燃料管の巻回回数との比が、 上記の 8 ： 5で あるとき最も良い効果が得られたことから、 この比率に決定されたものである。 したがって、 この実験結果からは、 往路燃料管の巻回回数と復路燃料管の巻回回 数との比が、 8 ± 0 . 5回： 5 ± 0 . 5回程度の範囲内にあることが好ましいと 言える。 また同様の別の実験結果からは、 往路燃料管の巻回回数と復路燃料管の 巻回回数との比が、 1 3 ± 0 . 5回： 6 ± 0 . 5回、 2 7 ± 0 . 5回： 9 ± 0 . 5回の範囲内にあることが好ましかった。
上記燃料流通路を形成する管の材質、 とくに、 少なくとも往路燃料管 4と復路 燃料管 6の材質は、 銅または銅系材料からなるときに、 実験結果から、 大きな燃 料改質効果が得られた。 実験には、 主として銅管を用いた。 銅管を用いることに よって優れた効果が得られることの理由は、 厳密には解明できていないが、 少な く とも鉄系材料では、 銅管で得られた程の効果が得られなかったことから、 銅ま たは銅系材料 （たとえば、 真ちゆ う） を使用することが好ましいと考えられる。 上記のように構成された燃料改質装置 1の本体部が、 図 1、 図 2に示すように、 筒体 7内に収容される。 そして、 筒体 7内に、 珪素化合物を含む充塡物 8が充塡 され、 少なく とも往路燃料管 4、 流れ方向反転管 5、 復路燃料管 6の周囲に充塡 物 8が配される。
本実施態様では、 筒体 7は、 横断面が多角形、 とくに六角形の筒体に形成され ている。 また、 この六角形の筒体 7の外側に、 円筒形のハウジング 9が設けられ、 全体として二重筒構造に構成されている。 二重筒構造とされることにより、 内側 の筒体 7が保護されているとともに、 その強度が確保されている。 また、 内筒を 構成する筒体 7の横断面形状を六角形とすることにより、 その内部に配置される 燃料管 4、 6の姿勢が安定する。
充塡物 8は、 本実施態様では、 パウダーの形態に形成されて筒体 7内に充塡さ れている。 この充塡物 8は、 全体が珪素化合物であってもよく、 珪素化合物と他 の物質との混合物でもよい。 充塡物 8は、 たとえば二酸化珪素のパウダ一、 セラ ミ ックパウダー等からなる。
なお、 図 1における 1 0は、 ハウジング 9を固定するためのステ一を示してお り、 ステー 1 0を介して燃料改質装置 1が適当な外部固定部に取り付けられるよ うになっている。
図 6〜図 8は、 本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置 1 1の要部を示して いる。 筒体 7、 充塡物 8、 ハウジング 9、 ステー 1 0等の構造については、 前記 第 1実施態様に準じるので、 図示が省略されている。
この第 2実施態様に係る燃料改質装置 1 1においては、 流れ方向反転管 1 2の 流路の一部が水晶によって形成されている。 流れ方向反転管 1 2は、 横断面が六 角形の真ちゆう製の柱状体 1 3内に、 反転流路 1 4を加えたものであり、 加工用 穴部分がプラグ 1 5で閉塞されている。 本実施態様では、 U字状に形成された反 転流路 1 4の ϋ字底部に筒状の水晶体 1 6力 スプリ ング 1 7で付勢された状態 で装着、 固定されている。
このように流れ方向反転管 1 2の流路の一部が水晶により形成された燃料改質 装置 1 1では、 その水晶形成部で水晶と燃料との接触反応が生じ、 さらに燃料が 改質される。 とくに後述の試験結果に示すように、 水晶体 1 6が無い場合に比べ て有る場合には、 内燃機関の出力馬力を増加させることができた。
上記のように構成された本発明に係る燃料改質装置の性能を調べるために、 以 下のような試験を行つた。 試験は、 図 9に示すように、 燃料タンク 2 1 と自動車 用エンジン 2 2との間に、 前述した燃料改質装置のうち、 水晶を有する燃料改質 装置 1 1を設け、 これらの間をパイプ 2 3、 2 4で接続して行った。
試験 1
実車および実車搭載のエンジンを用いて、 とくに排気煙濃度、 二酸化炭素排出 量、 窒素酸化物排出量、 燃料消費率等を計測した。 試験に用いた計測装置は以下 の通りである。
シヤシダイナモメータ (株） 明電舎製 CHDY— 9 0 5 2
排出ガス分析装置 (株） 光洋精ェ製 ALK— 5 2 0 0 GD 排出ガス定容量採取装置 (株） 堀場製作所製 C V S - 9 3 0 0
燃料流量検出器 (株） 小野測器製 F P - 2 2 4 0 H
燃料流量積算計 (株） 小野測器製 D F - 2 4 2 0
日産自動車 （株） 製、 車種 「アベ二一ル」 、 型式： KH— SW1 1、 搭載ェン ジン ： CD 2 0 (ディ一ゼルターポェンジン） 4 AT、 総排気量： 1 9 7 3 c c、 総走行距離： 3 4， 0 0 0 kmについて試験した。 燃料には、 軽油を用いた。 結 果を表 1に示す。 比較例 1は燃料改質装置 1 1を未装着、 実施例 1は燃料改質装 置 1 1を装着した場合の結果を示す。
なお、 排気煙濃度の測定は、 排気煙濃度測定装置 （ （株） 司測研製、 G SM— 2型） を用い、 ェンジン回転数 5 1 0 0 r pm、. 5 0 9 6 r pm、 5 0 9 8 r p mの 3回測定の平均汚染度を測定した。 また、 燃料消費率は、 ディーゼル 1 0 · 1 5モー ドで測定した。 測 定 項 目
C O (一酸化 H C (ハイドロ NO x (窒素酸化物） c〇2 (一酸化歸） 燃料消費率 簾濃度
カーボン）
(g/km) (改善度合） (g/km) (改善度合） (g/kra) (改善度合） (g/km) (改善度合） (km/L) (改善度合） (！ ¾) (改善度合） 關 1 0. 51 0. 05 0. 63 267. 00 10. 24 25. 00
0.456 (-10. 60%) 0. 05 (±0%) 10. 60 (3. 50%)
さ
表 1に示すように、 本発明に係る燃料改質装置を装着すると （実施例 1) 、 装 着しないもの （比較例 1) に比べ、 トレー ドオフの関係にあると考えられていた 窒素酸化物の排出量を大幅に低減しつつ （一 3 3. 3 0 %) 、 排気煙濃度 （黒煙 濃度） を驚くべきことに 0 % (— 1 0 0 %) にすることができた。 また同時に、 H Cについてはほとんど改善されなかったものの、 C 0を— 1 0. 6 0 %と大幅 に低減でき、 、 C 02 を一 1 6. 4 0 %と大幅に低減できた。 しかも、 燃料消費 率についても 3. 5 0 %改善できた。
試験 2〜 4
試験 1と同様にして、 下記の車種について、 とくに燃料消費率の改善効果を、 6 0 km/時の定地走行条件にて確認した。
(試験 2)
日産自動車 （株） 製、 車種 「パネッ ト」 、 エンジン ： R 2 (ディーゼルェンジ ン） 、 総排気量 2 2 0 0 c c、 総走行距離： 5 3， 8 0 0 km
(試験 3 )
日産自動車 （株） 製、 車種 「ホ一ミ一」 、 エンジン ： TD 2 7 (ディ一ゼルェ ンジン） 、総排気量 2 7 0 0 c c、 総走行距離： 8 6， 0 0 0 km
(試験 3 )
日産自動車 （株） 製、 車種 「キャラバン」 、 エンジン ： TD 2 7 (ディ一ゼル エンジン） 、 総排気量 2 7 0 0 c c、 総走行距離： 6 7， 4 0 0 km
その結果、 燃料消費率を、 試験 2では 2. 7 0 %、 試験 3では 4. 2 0 %、 試 験 4では 5. 3 0 %、 それぞれ改善できた。
試験 5
上記各試験はディーゼルエンジンについて行ったが、 ガソリンエンジンでも効 果が得られることを試験 5で確認した。 試験車種は日産自動車 （株） 製 「ウィ ン グロー ド」 、 エンジン ； G A 1 5 D E (ガソリ ンェンジン） 、 排気量： 1 5 0 0 c c、 総走行距離： 5 9， 6 2 5 km. 燃料： レギュラーのガソリンにて試験し た。 結果、 本発明に係る燃料改質装置を装着することにより、 負荷 9. 4 P Sの 条件で 6 0 kmZh定地走行の燃料消費率が 1. 6 4 %改善でき、 負荷 1 7. 2 P Sで 8 0 km/h定地走行の燃料消費率が 5. 9 %改善できた。 試験 6
前述の水晶を用いた燃料改質装置 1 1について、 水晶を用いる場合と水晶無し の場合とを比較し、 水晶を用いたことの効果を確認した。 試験車種は、 日産自動 車 （株） 製 「A Dバン」 、 エンジン ： C D 1 7 (ディ一ゼルエンジン） 、 排気 量： 1 7 0 0 c c、 総走行距離 1 5 0.， 0 0 0 k mを用いて行い、 効果は出力馬 力で評価した。
まず、 水晶を用いない本発明に係る燃料改質装置を装着して試験したところ、 出力が 4 0 P Sから 5 2 P Sへと大幅に向上した。 そして、 水晶を用いた燃料改 質装置を装着したところ、 出力が 5 4 P Sへとさらに向上した。 したがって、 水 晶との接触反応により、 燃料が一層改質されたことが判る。
さらに、 本発明に係る燃料改質装置の性能を調べるために、 図 6に示したよう な本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置 1 1を、 実車に搭載し、 燃料改質効 果の経時変化を調べた。
試験 7
試験車種は、 日産自動車 （株） 製 「セレナ」 、 エンジン ： C D 2 0 (ディーゼ ルターボエンジン） 、 排気量： 2 0 0 0 c c、 総走行距離 2 1 0， 0 0 0 k mを 用いて行い、 効果は黒煙濃度 （排気煙濃度） で評価した。 排気煙濃度の測定は、 試験 1と同様に、 排気煙濃度測定装置 （ （株） 司測研製、 G S M - 2型） を用い、 エンジン回転数 5 1 0 0 r p m、 5 0 9 6 r p m、 5 0 9 8 r p mの 3回測定の 平均汚染度を測定した。 試験は、 1 9 9 9年 1 0月 1 3日から 2 0 0 0年 1 0月 3 0日まで行い、 1 9 9 9年 1 1月 6日に上記本発明に係る燃料改質装置を装着 し、 その状態で、 2 0 0 0年 1 0月 3 0 日まで約 1年間、 黒煙濃度の変化を測定 し ニ
試験の結果を図 1 0に示す。 図 1 0に示すように、 本発明に係る燃料改質装置 を装着した後、 全体として、 黒煙濃度が徐々に低下し、 明らかな燃料改質効果を 確認できた。 なお、 経時的にみて、 途中で一時的に黒煙濃度が増加したのは、 本 試験車種が総走行距離が大きいもので、 エンジン内が相当汚れたいたものと考え られ、 燃料改質効果によりエンジン内が洗浄されて付着していた劣化物が排出さ れた結果、 黒煙濃度が増加したものと考えられる。 し力、し、 約 1年の測定におけ る経時変化を全体的にみると、 明らかに黒煙濃度が減少しているので、 燃料改質 による明確な効果を確認することができた。
次に、 本発明に係る燃料改質装置により燃料がどのように改質されるのかを調 ベた。
試験 8
試験燃料として、 ディーゼルエンジン用の軽油 （日石三菱 （株） 製） を使用し、 本発明の前記第 2実施態様に係る燃料改質装置を用いて燃料を改質したときの改 質前と改質後の燃料の脂肪族飽和炭化水素に関する分布をクロマトグラフィ一で 測定した。 すなわち、 脂肪族飽和炭化水素量の差を確認するための測定を行い、 ピーク面積値 （P A ) を用いて燃料改質前と改質後の比較を行った。 測定におい ては、 C 9 H 2 0を 1とし、 炭素数の異なる各炭化水素の C 9 H 2 0に対する比率を 求めた。 結果を、 表 2および図 1 1に示す。 図 1 1 Aは改質前、 図 1 1 Bは改質 後を示している。
表 2 炭素数 C 9 1 0 C 1 1 1 2 1 3 1 4 J 5 1 6 1 7 1 8 改質前 1. 00 1. 70 1. 38 0. 92 1. 16 0. 96 0. 84 0. 68 0. 68 0. 61 改質後 1. 00 1. 76 1. 49 1. 10 1. 44 1. 36 1. 32 1. 08 0. 98 0. 85
炭素数 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 改質前 0. 75 0. 71 0. 46 0. 18 0. 08 0. 04 改質後 0. 86 0. 76 0. 51 0. 25 0. 13 0. 07
-般に、 上記炭素数の異なる各炭化水素のうち、 炭素数が 1 3 1 8程度の炭 化水素がディーゼルエンジンに好適で、 よく燃焼すると言われている。 表 2およ び図 1 1から明らかなように、 この炭素数が 1 3〜 1 8の範囲にある炭化水素は すべて増量されており、 効果的に燃料が改質されていることが理解される。 試験 9
さらに、 試験 8と同じ燃料を使用し、 燃料が改質されていることを、 改質前後 の光吸収スぺク トルの測定によって確認した。 測定結果を図 1 2および図 1 3に 示す。 図 1 2は、 本発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置を用いて上記燃料を 改質したときの改質前と改質後の燃料の光の吸収スぺク トルを示しており、 燃料 をオクタンにより 1 0 0倍希釈溶液とし、 その希釈溶液について、 とくに二重結 合を有する化合物を測定対象とした場合の吸収スぺク トルを示している。 実線が 改質後の特性、 点線が改質前の特性をそれぞれ表している。 また、 図 1 3は、 本 発明の第 2実施態様に係る燃料改質装置を用いて燃料を改質したときの 質前と 改質後の燃料の光の吸収スぺク トルを示しており、 燃料をオクタンにより 1 0 0 0倍希釈溶液とし、 その希釈溶液について、 とくに芳香族化合物を測定対象とし た吸収スぺク トルを示している。 実線が改質後の特性、 点線が改質前の特性をそ れぞれ表している。 図 1 2、 図 1 3からも明らかなように、 燃料の改質前と改質 後とでは、 含有されている二重結合を有する化合物や芳香族化合物の状態が変化 していることが理解される。 これら特性の変化も、 本発明に係る装置による燃料 改質効果を表していると考えられる。
なお、 上記の各試験は自動車用エンジンおよびその燃料について行ったが、 ェ ンジンの基本的構造は他の用途、 たとえば船舶用でも同じであることから、 他の 用途のエンジンやそれ用の燃料についても同様の効果が得られることは明らかで ある。
このように本発明の燃料改質装置によれば、 排気煙と窒素酸化物をともに大幅 に低減することが可能になり、 二酸化炭素等他の成分の低減も可能になり、 しか も、 改質された燃料を使用する機関の燃料消費率や出力の改善が可能となる。
産 業 上 の 利 用 可 能 性
本発明の燃料改質装置は、 各種内燃機関用および外燃機関用燃料の改質に有効 であり、 燃料改質により、 排気煙と窒素酸化物をともに大幅に低減することがで き、 二酸化炭素等他の成分の低減も可能になるので、 大気環境改善に役立つ。 ま た、 改質された燃料を使用することにより、 機関の燃料消費率や出力の改善が可 能となる。

Claims

言青 求 の 範 囲
1. 燃料導入管と、 該燃料導入管に連通され、 第 1の方向に向かってらせん状に かつらせん径が徐々に小さくなるように巻回された往路燃料管と、 該往路燃料管 内を流れてきた燃料の流れ方向を前記第 1の方向から該第 1の方向とは逆方向の 第 2の方向に反転させる流れ方向反転管と、 該流れ方向反転管に連通され、 前記 第 2の方向に向かって、 前記往路燃料管とは逆の卷回方向にらせん伏にかつらせ ん径が徐々に大きくなるように卷回された復路燃料管と、 該復路燃料管に連通さ れた燃料導出管とを有し、 前記往路燃料管、 流れ方向反転管および復路燃料管の 周囲に珪素化合物を含む充塡物が配されていることを特徴とする燃料改質装置。
2. 前記充塡物がパウダーに形成されている、 請求項 1の燃料改質装置。
3. 少なくとも前記往路燃料管および復路燃料管が銅または銅系材料からなる、 請求項 1の燃料改質装置。
4. 前記復路燃料管が、 らせん状に卷回された前記往路燃料管の内側でらせん状 に巻回されている、 請求項 1の燃料改質装置。
5. 前記往路燃料管が第 1の方向に向かって時計回り方向にらせん状に卷回され ており、 前記復路燃料管が第 2の方向に向かつて反時計回り方向にらせん状に巻 回されている、 請求項 1の燃料改質装置。
6. 前記往路燃料管の巻回回数と復路燃料管の卷回回数の比が 8 ± 0. 5回： 5 ± 0. 5回、 1 3 ± 0. 5回： 6 ± 0. 5回、 2 7 ± 0. 5回： 9 ± 0. 5回の いずれかである、 請求項 1の燃料改質装置。
7. 前記往路燃料管と復路燃料管が、 それぞれ、 全体として略円錘を形成するよ うに、 かつ、 その円錘の頂点の位置が円錘の底面の中心の位置に対し偏心するよ うに、 巻回されている、 請求項 1の燃料改質装置。
8. 前記円錐の縦断面形状が、 直角三角形に沿う形状に形成されている、 請求項 7の燃料改質装置。
9. 前記直角三角形が、 2 : τΓ3 ： 1の寸法比の直角三角形である、 請求項 8の 燃料改質装置。
1 0. 前記流れ方向反転管の流路の一部が水晶により形成されている、 請求項 1 の燃料改質装置。
1 1. 横断面が多角形の筒体に収容されている、 請求項 1の燃料改質装置。
1 . 内燃機関用燃料または外燃機関用燃料の改質に用いられる、 請求項 1の燃 料改質装置。
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