WO2017098740A1 - 燃焼改善装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼効率を従来よりも一層改善する燃焼改善装置を提供すること。 【解決手段】気体を改質する燃焼改善装置１であって、気体の通路を構成する通路部材１４と、通路部材１４に配置され、通路を通過する気体に放射線を照射して、気体を活性化するための複数の放射線照射手段２０ａ等と、を有する。

Description

燃焼改善装置

　本発明は、内燃機関などの燃焼装置における燃焼効率を改善する燃焼改善装置に関する。

　従来、燃焼用流体物を構成する各種の原子又は分子のクラスターイオンを分散させて微細化することによって、内燃機関の燃焼効率を高め、窒素酸化物などの有害物質を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第３５８２７０９号公報

　上述の技術は、原子又は分子のクラスターイオンを細分化するものであるから、クラスターが大きい場合に比べると、燃焼効率が改善する。しかし、クラスターを細分化しても、空気中の活性度は元の空気と変わることはないから、燃焼効率の改善には限界がある。

　本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、燃焼効率を従来よりも一層改善する燃焼改善装置の提供を目的とする。

　第一の発明は、気体を処理する燃焼改善装置であって、前記気体の通路を構成する通路部材と、前記通路部材に配置され、前記通路を通過する前記気体に放射線を照射して、前記気体を活性化するための複数の放射線照射手段と、を有する燃焼改善装置である。

　第一の発明の構成によれば、例えば、気体である燃焼用空気中の分子が放射線の照射を受けることによって、活性化されるから、上述の従来技術に比べて燃焼効率が大幅に改善する。すなわち、気体のクラスターが細分化されるだけではなく、各分子が活性化されるから、従来技術とは根本的に異なる。そのうえ、放射線照射手段は複数であるから、仮に、第一段の放射線照射手段によって放射線が照射されなかった分子や原子も、第二段以降の放射線照射手段によって放射線が照射される確率が高いから、燃焼用空気を非常に有効に処理することができる。

　第二の発明は、第一の発明の構成において、前記放射線照射手段は、α線を放射するα線放射体で構成される燃焼改善装置である。

　第二の発明の構成によれば、α線によって、各分子を処理することができる。

　第三の発明は、第二の発明の構成において、前記放射線照射手段は、α線放射体が表面に付された網状部材であり、前記網状部材の網目の寸法は前記α線の飛翔距離によって規定される燃焼改善装置である。

　第三の発明の構成によれば、網状部材の気体の通路となる。そして、網状部材の網目はα線の飛翔距離によって規定されるから、網状部材を通過する分子や原子に対して、網状部材から照射されるα線を確実に照射することができる。

　第四の発明は、第三の発明の構成において、複数の前記網状部材は、中心線が互いに所定の角度だけずれて配置され、前記気体が通過する方向において、網目が重複することがないように構成されている燃焼改善装置である。

　第四の発明の構成によれば、気体が通過する方向において、網目が重複することがないように構成されているから、一つの網から照射されるα線を照射されなかった分子や原子であっても、他の網から照射されるα線の照射を受けることができる確率が一層高くなる。

　第五の発明は、第四の発明の構成において、前記放射線照射手段同士が所定の距離を確保するためのスペーサが配置されており、前記距離は前記α線の飛翔距離よりも小さいものとして規定されている燃焼改善装置である。

　第五の発明の構成によれば、スペーサによって、複数の網が密着することはなく、所定の距離が確保されているから、例えば、第一段の網を通過する際にはα線の照射を受けることができなかった分子であっても、第二段以降の網を通過する際にはα線の照射を受けることができる可能性が高いうえに、第一段と第二段の網の間においても、α線の照射を受ける可能性は途切れることがない。

　第六の発明は、第五の発明の構成において、複数の前記網が配置される角度は変更可能になっている燃焼改善装置である。

　第六の発明の構成によれば、気体の活性化の程度と気体の流速などとの関係を考慮して、網の角度を適宜変更することができる。

　第七の発明は、第三乃至第六の発明の構成において、前記放射線照射手段として、さらに、α線放射体で構成される複数の球状物質で構成される板状部材を有し、前記球状物質同士の間の空隙が前記気体の通路となるように構成されている燃焼改善装置である。

　第七の発明の構成によれば、網状部材に加えて、球状物資で構成される板状の放射線照射手段を有するから、より確実に、気体の分子に放射線を照射することができる。

　以上のように、本発明によれば、燃焼効率を従来よりも一層改善する燃焼改善装置を提供することができる。

燃焼改善装置１の全体図等である。 燃焼改善装置１の分解図である。 網状部材を示す図である。 板状部材を示す図である。 板状部材を示す図である。 燃焼改善装置１の一部を矢印Ｘ１方向から見た図である。

　本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。

　図１及び図２に示すように、燃焼改善装置１は、入口部１２、本体部１４及び出口部１６を有する。入口部１２、本体部１４及び出口部１６は、いずれも筒状であり、矢印Ｘ１方向から流入する燃焼用空気の通路となる。本体部１４は通路部材の一例である。入口部１２、本体部１４及び出口部１６は、例えば、アルミニウム合金で形成されている。

　入口部１２及び出口部１６は、内径がφ１、外形がφ２である。本体部１４の内径はφ２、外形はφ３である。ここで、φ１、φ２及びφ３の大小関係は、φ１＜φ２＜φ３である。入口部１２、本体部１４及び出口部１６の長さは、それぞれ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３である。ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の大小関係は、Ｌ１＝Ｌ３、Ｌ１（Ｌ３）＜Ｌ２である。図２に示すように、入口部１２には、雄ネジ１２ａが形成されており、本体部１４には雌ネジ１４ａが形成されており、入口部１２と本体部１４が雄ネジ１２ａと雌ネジ１４ａによって接続されるようになっている。一方、本体部１４と出口部１６は一体に形成される。

　図１に示すように、入口部１２はゴムホース１０２と接続し、出口部１６はゴムホース１０４と接続する。本実施形態において、燃焼改善装置１は、自動車のエンジン（図示せず）へ供給するための燃焼用空気の改質処理のために使用される。燃焼用空気は気体の一例である。このため、ゴムホース１０２において、入口部１２と反対の側には、エアフィルター（図示せず）が配置される。ゴムホース１０４において、出口部１６と反対の側には、キャブレター（図示せず）及びエンジン（図示せず）が配置される。

　図１及び図２に示すように、本体部１４には、網状部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ及び板状部材２２が配置されている。網状部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ及び板状部材２２の間には、スペーサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び２４ｄが配置され、各部材の間に所定の距離が確保されるようになっている。所定の距離は、α線の飛翔距離（２５ｍｍ程度）よりも小さい距離として規定されている。

　網状部材２０ａ等及び板状部材２２は、放射線照射手段の一例である。網状部材２０ａ等は、放射線照射を照射する材料が表面に付された網から構成される。本実施形態において、網状部材２０ａ等を構成する放射体は、酸化トリウムを主材とする。放射体は、公知の作用によって、燃焼用空気中の分子を活性化する。また、一部の分子は、電離する。本実施形態において、放射体は、４～１０ＭeＶ／個程度の解離エネルギーを有するα線を放射するようにしている。また、網状部材２０ａ等及び板状部材２２という複数段の放射線照射手段を通過する過程において、気体中の各分子が放射線の照射を受けて、活性化する可能性が高くなるように構成されている。

　網状部材２０ａ等は、例えば、アルミニウム合金等の金属を心材とし、その上に、炭素を主成分とするポリマー等で構成される固着剤を塗布し、その固着剤にα線を放射する放射体（酸化トリウム）を固着して加熱焼成して形成する。網状部材２２ａ等の構造の一例については、例えば、特許第４９３８５０８号に記載されている。

　網状部材２０ａ等の網目の形状は、例えば、正方形の格子状であり、その内形寸法、すなわち、格子を構成する対向する辺と辺との距離は、α線の飛程距離（２５ｍｍ程度）よりも小さくなるように規定される。具体的には、当該距離は、４～２５ｍｍ程度が望ましく、本実施形態においては５ｍｍである。これにより、網状部材２０ａ等を通過する燃焼用空気を構成する窒素、酸素及び水に、α線が確実に照射されるようになっている。

　図３は、網状部材２０ａ等を示す図である。図３に示すように、基準となるＹ軸と、網状部材２０ａ等における中心線Ｙ１を想定する。複数の網状部材２０ａ等ごとに、各中心線Ｙ１とＹ軸との角度は異なっている。すなわち、網状部材２０ａ等は、それらを構成する網が、矢印Ｘ１方向（図１参照）から見て、互いに完全に重複することはないように配置されている。これにより、例えば、第一段の網状部材である網状部材２０ａにおいて、他の分子の影になる等の事情によって、α線が照射されない分子がある場合であっても、その後段の網状部材２０ｂ等からのα線が照射される確率が向上する。本実施形態において、網状部材２０ａの中心線Ｙ１とＹ軸との角度は０度であり、網状部材２０ｂの中心線Ｙ１とＹ軸との角度は２２．５度であり、網状部材２０ｃの中心線Ｙ１とＹ軸との角度は４５度であり、網状部材２０ｄの中心線Ｙ１とＹ軸との角度は６７．５０度である。

　図４は、板状部材２２の一部を図１の矢印Ｘ１方向から見た図である。図５は、板状部材２２を矢印Ｘ１方向と垂直方向、すなわち、図１の紙面手前方向から見た図である。板状部材２２は、小網状部材２２ａ及び２２ｂ、スペーサ２２ｃ及び多数の球状部材２２ｄから構成される。

　小網状部材２２ａ及び２２ｂは、水素イオンなどのイオンに耐性を有する材料で形成されており、例えば、アルミニウム合金で形成されている。球状部材２２ｄは、上述の網状部材２０ａ等と同様の放射体で形成されている。本実施形態において、球状部材２２ｄは球状の酸化トリウムである。球状部材の直径は例えば、２ｍｍ～８ｍｍである。

　球状部材２２ｄの直径は、小網状部材２２ａ及び２２ｂの網目よりもわずかに大きく形成されている。これにより、球状部材２２ｄが小網状部材２２ａ及び２２ｂの間に保持されるようになっている。

　小網状部材２２ａ及び２２ｂの間には、図４に示すように、多数の球状部材２２ｄが配置されている（図４では、小網状部材２２ａを省略している。）。多数の球状部材２２ｄの間には、一定の隙間が存在し、図１の矢印Ｘ１方向から供給される燃焼用空気の通過を妨げないようになっている。

　図５に示すように、多数の球状部材２２ｄは、図１の矢印Ｘ１方向には、できるだけ重複しないように配置されている。これにより、図１の矢印Ｘ１方向から供給される燃焼用空気の通過が、球状部材２２ｄによって妨げられないようになっている。

　燃焼改善装置１が、放射線照射部材として、網状部材２０ａ等に加えて、板状部材２２を有していることにより、本体１４を通過する燃焼用空気の各成分に確実にα線を照射することができる。網状部材２０ａ等の網目が互いに重複しないように形成されていることは上述の通りであるが、板状部材２２においては、球状部材２２ｄが非常に密接に配置されており、燃焼用空気を構成する分子は球状部材２２ｄと接触して通過するか、あるいは、球状部材２２ｄの近傍を通過するから、確実にα線の照射を受けることになる。

　さらに、上述のように、網状部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ及び板状部材２２の間には、スペーサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び２４ｄが配置され、各部材の間は、α線の飛翔距離よりも小さい距離が確保されるようになっている。このため、網状部材２０ａ等を通過する際に燃焼用空気を構成する分子がα線の照射を受ける可能性があるだけではなくて、網状部材２０ａ等の間においてもα線を受ける可能性が途切れることがない。すなわち、第一段の放射線照射手段である網状部材２０ａの直前の領域（２５ｍｍ程度）から、最終段の放射線照射手段である網状部材２０ｄの直後の領域（２５ｍｍ程度）まで、燃焼用空気に対して、途切れることなくα線が照射されるから、各分子にα線が直接照射される可能性が非常に高い。

　図６は、本体部１４の一部を矢印Ｘ１方向から見た図である。図６では、本体部１４、網状部材２０ｂ、小網状部材２２ａ及び球状部材２２ｄを示している。球状部材２２ｄは、図４に示すように多数配置されているが、図６においては、少数のみを表示している。図６に示すように、小網状部材２２ａの網目は網状部材２０ｂの網目よりも小さく形成されている。すなわち、網状部材２０ｂの網目は、α線の飛翔距離を踏まえて規定されているのに対して、小網状部材２２ａの網目は、球状部材２２ｄの直径を踏まえて規定されている。

　以下、燃焼用空気が燃焼改善装置１に供給されて、活性化されるまでの工程の概略を説明する。

　図１に示すように、燃焼用空気が矢印Ｘ１方向から燃焼改善装置１に供給される。燃焼用空気の主な成分は、窒素(Ｎ₂)、酸素（Ｏ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）である。燃焼用空気が、網状部材２０ａ及び２０ｂ，板状部材２２、網状部材２０ｃ及び２０ｄを通過する過程で、燃焼用空気の上記成分は、α線、すなわち、ヘリウム原子の照射を受け、活性化する。網状部材２０ａ及び２０ｂ，板状部材２２、網状部材２０ｃ及び２０ｄという多段階を通過することにより、例えば、第一段階の網状部材２０ａで活性化されなかった窒素も、第二段階以降のいずれかの段階で活性化する可能性が高い。そして、活性化された燃焼用空気が矢印Ｘ２に示す方向に流れていく。

　上述のように、燃焼用空気の各成分に対して、網状部材２０ａ及び２０ｂ，板状部材２２、網状部材２０ｃ及び２０ｄの各段階でα線が照射される。α線は他の放射線に比べて電離作用は最も強いが、物質を透過する能力は弱いという性質がある。そこで、燃焼改善装置１は、網状部材２０ａ等、板状部材２２というように複数の放射線照射手段を有している。これにより、例えば、第一段の網状部材２０ａを通過するときには、他の分子の影になってα線が直接照射されなかった分子についても、第二段の網状部材２０ｂを通過するときには、他の分子との配置が異なっている可能性が高いから、α線が直接照射される可能性が高くなる。本実施形態において、上述のα線の性質を踏まえて、分子に直接的にα線が照射される確率が高くなるように、複数の放射線照射手段を配置している。しかも、各放射線照射手段間の距離はα線の飛翔距離よりも小さいから、各放射線照射手段の間においても、α線は途切れることなく燃焼用空気に照射される。

　以上のように、本実施形態の構成は、α線の照射による分子の活性化を効果的に実施するために、複数の放射線照射手段を配置している。しかも、燃焼用空気に効果的に放射線を照射するために、各放射線照射手段自体の形状を工夫するだけではなく、各放射線照射手段の距離にも上述の工夫をしている。また、燃焼改善装置は、燃焼用空気を通過させるだけであるから、装置の構成は簡潔である。このため、自動車などの移動体に搭載することができる。

　なお、本発明の燃焼改善装置１は、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、燃焼改善装置１において、燃焼用空気の流れを重視する場合には、板状部材２２を省略することもできる。あるいは、板状部材２２を省略して、網状部材を配置してもよい。また、燃焼改善装置１によって、処理される気体は、燃焼用空気に限定されず、例えば、自動車のエンジンから排出される排気ガスでもよい。燃焼装置は、自動車のエンジンに限定されず、例えば、燃焼炉やガス発生炉であってもよい。燃焼改善装置１を、燃焼装置の吸気側と排気側の双方に配置して、全体として燃焼改善装置を構成してもよい。これにより、燃焼用気体としての空気を活性化して燃焼効果を高めるともに、燃焼装置から排出されるガスに含まれる窒素酸化物を低減させることができる。これは、窒素酸化物は、低温では低減しにくい傾向があるが、排出ガス中の分子を活性化することで、低温においても窒素酸化物を低減する反応を進めることができることによる。

１　燃焼改善装置
１２　入口部
１４　本体部
１６　出口部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　網状部材
２２　板状部材
２２ａ，２２ｂ　小網状部材
２２ｃ　スペーサ
２２ｄ　球状部材
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ　スペーサ
１０２、１０４　ゴムホース

Claims (7)

1. 　気体を処理する燃焼改善装置であって、
   　前記気体の通路を構成する通路部材と、
   　前記通路部材に配置され、前記通路を通過する前記気体に放射線を照射して、前記気体を活性化するための複数の放射線照射手段と、
   　を有する燃焼改善装置。
2. 　前記放射線照射手段は、α線を放射するα線放射体で構成される請求項１に記載の燃焼改善装置。
3. 　前記放射線照射手段は、α線放射体が表面に付された網状部材であり、前記網状部材の網目の寸法は前記α線の飛翔距離によって規定される請求項２に記載の燃焼改善装置。
4. 　複数の前記網状部材は、中心線が互いに所定の角度だけずれて配置され、前記気体が通過する方向において、網目が重複することがないように構成されている請求項３に記載の燃焼改善装置。
5. 　前記放射線照射手段同士が所定の距離を確保するためのスペーサが配置されており、前記距離は前記α線の飛翔距離よりも小さいものとして規定されている請求項４に記載の燃焼改善装置。
6. 　複数の前記網状部材が配置される角度は変更可能になっている請求項５に規制の燃焼改善装置。
7. 　前記放射線照射手段として、さらに、α線放射体で構成される複数の球状物質で構成される板状部材を有し、前記球状物質同士の間の空隙が前記気体の通路となるように構成されている請求項３乃至６のいずれかに記載の燃焼改善装置。

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