(57)【要約】【課題】液体燃料を改質し、内燃機関の燃費を向上させる。【解決手段】ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の何れか一つの気体を液体燃料に封入し、その際に、液体燃料の圧力、液体燃料の温度、気体を液体燃料に封入する回数を所定の数値に設定し、液体燃料の改質を最適化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の何れか一つの気体を液体燃料に封入する気体封入装置と、
前記液体燃料の温度を調整する液体燃料温度調整装置と、
前記液体燃料の圧力を調節する液体燃料圧力調整装置と、
前記液体燃料を予め定められた回数だけ循環させて前記気体封入装置に送り込む液体燃料循環システムと、
を備える液体燃料改質装置。
【請求項２】
前記気体封入装置はナノバルブからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料改質装置。
【請求項３】
前記予め定められた回数は３または４であることを特徴とする請求項２に記載の液体燃料改質装置。
【請求項４】
前記液体燃料圧力調整装置は前記液体燃料の圧力を４［ｋｇ／ｃｍ2］以上、かつ、６［ｋｇ／ｃｍ2］以下に調整することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体燃料改質装置。
【請求項５】
前記液体燃料温度調整装置は前記液体燃料の温度を摂氏４０度に調整することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の液体燃料改質装置。
【請求項６】
ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の何れか一つの気体を液体燃料に封入する第一過程と、
前記液体燃料の温度を調節する第二過程と、
前記液体燃料の圧力を調整する第三過程と、
予め定められた回数だけ前記第一過程を繰り返す第四過程と、
を備える液体燃料改質方法。
【請求項７】
前記第一過程において、ナノバルブを用いてＨＨＯガスを前記液体燃料に封入することを特徴とする請求項６に記載の液体燃料改質方法。
【請求項８】
前記第四過程における前記予め定められた回数は３または４であることを特徴とする請求項７に記載の液体燃料改質方法。
【請求項９】
前記第二過程において、前記気体の圧力を４［ｋｇ／ｃｍ2］以上、かつ、６［ｋｇ／ｃｍ2］以下に調整することを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の液体燃料改質方法。
【請求項１０】
前記第三過程において、前記液体燃料の温度を摂氏４０度に調整することを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の液体燃料改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽油その他の液体燃料を改質する液体燃料改質装置及び液体燃料改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に供給される軽油、重油、ガソリンその他の液体燃料を改質する装置として特開２０１８−４４５４９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
この液体燃料改質装置は、ＨＨＯガスを発生させるＨＨＯガス発生装置と、ＨＨＯガスを液体燃料内に微細気泡化させる微細気泡混合装置と、からなる。
微細気泡混合装置は、ポンプにより筐体内に供給される液体燃料の流速に応じて、最大粒径のＨＨＯガスを微細気泡化させる。微細気泡化したＨＨＯガスが浮遊する液体燃料は内燃機関に連続的に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−４４５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の液体燃料改質装置によって液体燃料を改質した後に内燃機関に供給することにより、内燃機関の燃焼効率または燃費を向上させることができる。
上記の従来の液体燃料改質装置においては、液体燃料の改質を行う際に、ＨＨＯガスの粒径のみがパラメータとされている。具体的には、最大粒径のＨＨＯガス粒子のみが微細気泡化の対象となる。
しかしながら、本出願人の研究によれば、液体燃料の改質を最適化するためには、ＨＨＯガスの粒径以外のパラメータに注目する必要があることが判明した。すなわち、従来の液体燃料改質装置のようにＨＨＯガスの粒径のみに着目しても液体燃料の改質を最適化することは不可能である。
本発明は、以上のような従来の液体燃料改質装置における問題点に鑑みてなされたものであり、液体燃料の改質を最適化することを可能にする液体燃料改質装置及び液体燃料改質方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するため、本発明は、ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の何れか一つの気体を液体燃料に封入する気体封入装置と、前記液体燃料の温度を調整する液体燃料温度調整装置と、前記液体燃料の圧力を調節する液体燃料圧力調整装置と、前記液体燃料を予め定められた回数だけ循環させて前記気体封入装置に送り込む液体燃料循環システムと、を備える液体燃料改質装置を提供する。
前記気体封入装置はナノバルブからなるものであることが好ましい。
前記予め定められた回数は３または４であることが好ましい。
前記液体燃料圧力調整装置は前記液体燃料の圧力を４［ｋｇ／ｃｍ2］以上、かつ、６［ｋｇ／ｃｍ2］以下に調整することが好ましい。
前記液体燃料温度調整装置は前記液体燃料の温度を摂氏４０度に調整することが好ましい。
【０００６】
さらに、本発明は、ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の何れか一つの気体を液体燃料に封入する第一過程と、前記液体燃料の温度を調節する第二過程と、前記液体燃料の圧力を調整する第三過程と、予め定められた回数だけ前記第一過程を繰り返す第四過程と、を備える液体燃料改質方法を提供する。
前記第一過程において、ナノバルブを用いてＨＨＯガスを前記液体燃料に封入することが好ましい。
前記第四過程における前記予め定められた回数は３または４であることが好ましい。
前記第二過程において、前記気体の圧力を４［ｋｇ／ｃｍ2］以上、かつ、６［ｋｇ／ｃｍ2］以下に調整することが好ましい。
前記第三過程において、前記液体燃料の温度を摂氏４０度に調整することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本出願人の研究によれば、液体燃料の改質の最適化に必要なパラメータは、液体燃料の温度、液体燃料の圧力及び液体燃料にガスを封入する回数の３個である。これら３個のパラメータを所定の数に設定することにより、液体燃料の改質を最適化することができる。具体的には、液体燃料の温度は摂氏４０度が最も好ましく、液体燃料の圧力は４［ｋｇ／ｃｍ3］以上、かつ、６［ｋｇ／ｃｍ3］以下が最も好ましく、液体燃料にガスを封入する回数は３または４が最も好ましい。
このように各パラメータを設定することにより、改質液体燃料が供給される内燃機関の燃焼効率または燃費を大きく向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の第一の実施形態に係る液体燃料改質装置の構造を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の第一の実施形態に係る液体燃料改質装置の動作を示すフローチャートである
【図３】図３は本発明の第二の実施形態に係る液体燃料改質装置の構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る液体燃料改質装置１００の構造を示すブロック図である。
本実施形態に係る液体燃料改質装置１００は、気体を液体燃料に封入する気体封入装置１１０と、ＨＨＯガス（水が電気分解されることにより生成される気体）が充填されている第一タンク１２１と、酸素（Ｏ2）ガスが充填されている第二タンク１２２と、重水素（Ｈ++）ガスが充填されている第三タンク１２３と、空気が充填されている第四タンク１２４と、液体燃料の圧力を調節する液体燃料圧力調節装置としても機能するポンプ１３０と、液体燃料の温度を調節するヒーター１４０と、液体燃料を予め定められた回数だけ循環させて気体封入装置１１０に送り込む液体燃料循環システム１５０と、を備えている。
【００１０】
液体燃料は燃料タンク１６０の内部に充填されている。ヒーター１４０は燃料タンク１６０の内部に配置され、燃料タンク１６０の内部の液体燃料を室温から所定の温度まで昇温させる。
第一乃至第四タンク１２１−１２４は気体封入装置１１０にガス管を介して接続されており、第一乃至第四タンク１２１−１２４からＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の何れか一つの気体のみが気体封入装置１１０に供給される。
液体燃料循環システム１５０は気体封入装置１１０とポンプ１３０と燃料タンク１６０とを相互に接続するパイプ１５１を備えており、液体燃料が連続的に気体封入装置１１０と燃料タンク１６０とポンプ１３０とを循環して通過することを可能にしている。
【００１１】
図１に示すように、ポンプ１３０が作動を開始すると、燃料タンク１６０内の液体燃料は、矢印Ｆに示すように、パイプ１５１に沿ってポンプ１３０と気体封入装置１１０とを通過し、再び燃料タンク１６０に戻ってくる。すなわち、液体燃料は、パイプ１５１を介して、一つの閉じた流路内を循環するようになっている。
ポンプ１３０はその吸入量または吐出量を制御することによって、パイプ１５１内を流れる液体燃料の圧力を調整する。
ポンプ１３０により調整された液体燃料の圧力を測定するための２個の圧力計１６１、１６２が液体燃料の流れる方向におけるポンプ１３０の上流側と下流側においてパイプ１５１に配置されている。
気体封入装置１１０は、封入対象の気体を微細な気泡にし、この気泡を液体燃料に封入することができる装置である。このような機能を有する装置であれば、任意の装置を使用することができるが、本実施形態に係る液体燃料改質装置１００においては、気体封入装置１１０はナノバルブ（Nano Valve）から構成されている。
【００１２】
ナノバルブとは、所定の温度域及び圧力域において、ナノバルブ内部の水分子を代替ガス分子に交換する機能を有している。このような機能または現象は「交換転移」と呼ばれることがある。例えば、代替ガスとしてメタンガスを例にとすると、所定の温度域及び圧力域において、ナノバルブの内部から水分子が排斥され、水分子に代わって、メタンがナノバルブの内部に進入する。このようにして、水の中にメタンの封入が実行される。
パイプ１５１には排出口１５２が設けられており、気体封入装置１１０により改質された液体燃料は排出口１５２から排出され、例えば、ディーゼルエンジンその他の内燃機関に供給される。
気体封入装置１１０の下流側には液体燃料を攪拌するためのミキサー１６３と、液体燃料の温度を測定する温度計１６４がそれぞれパイプ１５１に配置されている。
【００１３】
図２は本実施形態に係る液体燃料改質装置１００の動作を示すフローチャートである。以下、図２を参照して液体燃料改質装置１００の動作を説明する。
液体燃料としてはディーゼルエンジン用の軽油を用いる。なお、以下に示す比率は何れも重量比として算出したものである。
最初に、ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の４種類の気体から何れか一つを選択する（ステップＳ１１０）。
表１は、封入する気体の種類によって、内燃機関（ディーゼルエンジン）の燃費がどれだけ向上するかを示している。なお、この実験における軽油の温度は摂氏４０度とした。
（表１）
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【００１４】
燃費係数とは、予め定められた基準燃費（例えば、従来の燃費）を１００％としたときに、その気体を軽油に封入することにより得られた燃費の比率を示す。例えば、ＨＨＯガスの燃費係数が１２１％であるということは、ＨＨＯガスを封入した軽油をディーゼルエンジンに使用することにより、予め定められた基準燃費と比較して、そのディーゼルエンジンの燃費が２１％向上した、あるいは、１．２１倍になったことを示している。
表１から明らかであるように、ＨＨＯガスが最も高い燃費係数を示しているが、酸素ガス、重水素ガスまたは空気を用いても、燃費係数を向上させることは可能である。このため、状況に応じて、ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の４種の気体の中から任意の一つを選択することが可能である。
【００１５】
軽油に封入する気体を選択したら、例えば、ＨＨＯガスを選択した場合には、ＨＨＯガスが充填されている第一タンク１２１のみを気体封入装置１１０に連通させ、他の３個のタンク１２２−１２４と気体封入装置１１０との間の連通は遮断する。
このようにして、ＨＨＯガスが気体封入装置１１０を介して軽油に封入される（ステップＳ１２０）。
次いで、温度計１６４を用いて、ＨＨＯガスが封入された軽油の温度を測定する。
内燃機関（ディーゼルエンジン）の燃費は液体燃料（軽油）の温度に依存する性質があることが出願人の研究により判明している。このため、ＨＨＯガス、酸素ガス、重水素ガス及び空気の４種の気体の各々について、気体封入後の液体燃料の温度に対する軽油の温度依存性を測定する実験を行った。実験結果を表２に示す。
（表２）
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【００１６】
表２は、４種の気体のそれぞれについて、軽油の温度が摂氏４０度の場合の燃費を１００％としたときの各温度における燃費の比率を示す。例えば、ＨＨＯガスを封入した軽油の温度が摂氏４０度のときの燃費を１００％としたときに、ＨＨＯガスを封入した軽油の温度が摂氏３０度のときの燃費は９８％であり、摂氏４０度のときの燃費に対して２％の減少を示している。
表２から明らかであるように、４種の気体の何れについても、軽油温度が摂氏４０度のときの燃費が最も高い。このため、温度計１６４により軽油の温度を測定した後、燃料タンク１６０内に設置されているヒーター１４０を作動させ、軽油の温度が摂氏４０度またはその近辺の温度になるように軽油を加熱する（ステップＳ１３０）。
【００１７】
また、酸素ガス、重水素ガス及び空気については、摂氏４０度の次に高い数値を示す温度は摂氏５０度であるので、これら３種の気体を軽油に封入する場合には、軽油の温度を摂氏４０度以上かつ摂氏５０度以下の範囲内に設定することも可能である。同様に、ＨＨＯガスについては、摂氏４０度の次に高い数値を示す温度は摂氏３０度であるので、ＨＨＯガスを軽油に封入する場合には、軽油の温度を摂氏３０度以上かつ摂氏５０度以下の範囲内に設定することが可能である。
次いで、圧力計１６１、１６２により、パイプ１５１内を流れる軽油の圧力を測定する。
内燃機関の燃費は軽油の圧力に対しても依存性を有していることを出願人は見いだした。このため、４種の気体のそれぞれについて、パイプ１５１内を流れる軽油の圧力を変えて、燃費の圧力依存性を測定する実験を行った。実験結果を表３に示す。なお、この実験における軽油の温度は摂氏４０度とした。
【００１８】
（表３）
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表３は、軽油の圧力が２［ｋｇ／ｃｍ2］である場合の燃費を１００％としたときに、各圧力において燃費がどの程度増減したかの比率を示す。例えば、ＨＨＯガスを封入した軽油の圧力が２［ｋｇ／ｃｍ2］である場合の燃費を１００％とすると、軽油の圧力を４［ｋｇ／ｃｍ2］としたときの燃費は１０２％となり、２％の増加を達成したことになる。
【００１９】
表３から明らかであるように、何れの気体においても、軽油の圧力が４［ｋｇ／ｃｍ2］または６［ｋｇ／ｃｍ2］であるときに、燃費は最大値を示している。このため、ポンプ１３０への軽油の吸入量（または吐出量）は軽油の圧力が４［ｋｇ／ｃｍ2］または６［ｋｇ／ｃｍ2］、あるいは、４［ｋｇ／ｃｍ2］以上かつ６［ｋｇ／ｃｍ2］以下の範囲内になるように設定される（ステップＳ１４０）。
従来の燃料改質装置においては、液体燃料に所定の気体（例えば、ＨＨＯガス）を封入する回数は１である。所定の気体を液体燃料に１回封入した後、この液体燃料は内燃機関に供給される。
しかしながら、出願人は、液体燃料への気体の封入回数は内燃機関の燃費に影響すること、すなわち、内燃機関の燃費は気体封入回数に対して依存性を有していることを見いだした。このため、出願人は内燃機関の燃費の気体封入回数に対する依存性を見いだすための実験を行った。表４はこの実験の結果を示す。なお、この実験における軽油の温度は摂氏４０度とした。
【００２０】
（表４）
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表４において、「なし」は軽油への気体封入を行わない場合を示す。表４の数値は、軽油への気体封入を行わない場合に測定された内燃機関の燃費を１００％としたときに、軽油への気体封入をＮ回（Ｎは正の整数）行ったときの燃費の比率を示す。例えば、ＨＨＯガスを軽油に１回だけ封入したときの内燃機関の燃費は封入を行わなかったときの燃費に対して９８％であり、２％の低下を示しているが、ＨＨＯガスを軽油に２回封入したときの内燃機関の燃費は封入を行わなかったときの燃費に対して１１５％であり、１５％の上昇を示している。
【００２１】
表４から明らかであるように、何れの気体についても、気体封入を４回行ったときの燃費が最も上昇率が大きい。５回目以降は４回目と同じ数値を示しており、これは５回目以降においては、気体が軽油の内部で飽和しており、これ以上の気体封入は不可能であることを示している。
従って、気体封入装置１１０による軽油への気体封入は４回とすることが好ましい。あるいは、３回の気体封入後の各数値はいずれの気体についても４回の場合の各数値よりも１％小さいだけであるので、液体燃料改質装置１００の作動効率を考えれば、気体封入の回数は３回とすることもできる。
【００２２】
このようにして、液体燃料改質装置１００においては、気体封入装置１１０による軽油への気体封入が４回または３回行われるように、軽油はパイプ１５１の内部を循環する（ステップＳ１５０）。
以上の工程を経た後、軽油は排出口１５２を介して内燃機関（ディーゼルエンジン）に供給される（ステップＳ１６０）。
本出願人の研究によれば、液体燃料の改質の最適化に必要なパラメータは、液体燃料の温度、液体燃料の圧力及び液体燃料にガスを封入する回数の３個である。これら３個のパラメータを上述の実施形態に従って設定することにより、液体燃料の改質を最適化することができる。このように、本実施形態に係る液体燃料改質装置１００によれば、改質液体燃料が供給される内燃機関の燃焼効率または燃費を大きく向上させることが可能になる。
【００２３】
本実施形態においては、液体燃料として軽油を用いた例を説明したが、液体燃料として使用できるものは軽油には限定されない。例えば、軽油に代えて、灯油や重油を使用することも可能である。さらに、各種植物油、例えば、パーム油、ひまわり油、綿実油、ポンガミア油なども軽油と同様の傾向を示すことが出願人により確認されている。
【００２４】
（第二の実施形態）
図３は本発明の第二の実施形態に係る液体燃料改質装置２００の構造を示すブロック図である。
本実施形態に係る液体燃料改質装置２００は、第一の実施形態に係る液体燃料改質装置１００と比較して、フィルター２１０及び内燃機関（ディーゼルエンジン）２２０を追加的に備えている。
排出口１５２の下流側（気体封入した液体燃料が流れる方向）にはフィルター２１０と内燃機関２２０が配置されている。
排出口１５２を開放すると、改質された液体燃料の一部が排出口１５２から排出される。残りの液体燃料はパイプ１５１に沿って循環する。フィルター２１０により、排出口１５２を介して排出された液体燃料から内部の異物が除去され、その後、液体燃料は内燃機関２２０に供給される。
本実施形態に係る液体燃料改質装置２００は第一の実施形態に係る液体燃料改質装置１００の実用例である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は液体燃料を改質し、内燃機関やボイラー（バーナー）の燃費または燃焼効率を大きく向上させる。車両、船舶、航空機その他内燃機関を使用する産業に広く適用が可能であり、それらの産業に大きく貢献することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１００  第一の実施形態に係る液体燃料改質装置
１１０  気体封入装置
１２１−１２４  タンク
１３０  ポンプ
１４０  ヒーター
１６０  燃料タンク
２００  第二の実施形態に係る液体燃料改質装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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