(57)【要約】      （修正有）【課題】大排気量の内燃機関に送られる液体燃料を十分に改質（微粒子化）することができる燃料改質装置及びそれを用いた燃料供給システムを提供する。【解決手段】所定の容積を有する燃料改質空間１３を画成し、燃料が流入する流入口１５及び燃料が流出する流出口１６が形成されるケーシング１４と、該ケーシングの一方の側面に位置し、振動子に接続されて振動子の振動が伝達される振動面１７を有し、通過する燃料に超音波を印加してナノバブルを発生させる燃料改質装置１において、前記振動面は、前記燃料改質空間に略円錐状に突出する突出部１８を具備する。【選択図】図２
2010007578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の容積を有する燃料改質空間を画成し、燃料が流入する流入口及び燃料が流出する流出口が形成されるケーシングと、該ケーシングの一方の側面に位置し、振動子に接続されて振動子の振動が伝達される振動面を有し、通過する燃料に超音波を印加してナノバブルを発生させる燃料改質装置において、
前記振動面は、前記燃料改質空間に略円錐状に突出する突出部を具備することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記突出部には、その側面の周方向に沿って環状に延出する周溝部が高さ方向に所定の間隔で複数形成されることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記突出部には、その頂点から母線に沿って延出する放射溝部が周方向に所定の角度で複数形成されることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記突出部には、その頂点からその側面に沿って底面方向に向かって螺旋状に螺旋溝が形成されることを特徴する請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記突出部の頂点には、凹部が形成されることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料改質装置が、燃料タンク及び内燃機関を循環する燃料循環路の途上に配され、前記燃料改質装置の振動子が内燃機関を制御する信号に基づいて制御されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７】
燃料タンク、燃料ポンプ、コモンレール、それぞれの内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置及びそれらを接続する配管からなり、前記燃料改質装置が前記燃料噴射装置から燃料タンクに至る戻り配管上に配されることを特徴とする請求項６記載の燃料供給システム。
【請求項８】
前記燃料改質装置の上流側には、通過する燃料を冷却する冷却装置が配されることを特徴とする請求項６又は７記載の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主に排気量の大きい内燃機関に液体燃料を供給する燃料配管上に設置され、通過する液体燃料に超音波振動を付与して液体燃料を改質する燃料改質装置及びそれを用いた燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、内燃機関に供給する燃料を予め気化して完全燃焼させることを目的として、内燃機関用燃料を収容したタンク内において超音波振動を発生させて、燃料を超微粒子に分解した後、内燃機関に供給する前に気化させる装置を提供する。具体的には、気化発生装置は、気化タンクと、これに内蔵された出力振動素子と、空炊き防止スイッチとから構成される。
【０００３】
特許文献２は、燃料ラインに、超音波振動子を取り付け、燃料を微粒化し、その下流に磁石若しくは電磁石を取り付け、微粒化された燃料をさらに活性化してイオン化させる燃料改善装置を提供する。
【０００４】
特許文献３は、液体燃料油の粒子を超微粒子化することによって完全燃焼ができ、エネルギーの有効利用と共に低公害を達成するために、燃料油フィルタブラケットの上部中央に発信器と配線で連結された超音波振動子を設け、燃料油フィルターアッセンブリ内部を流通する液体燃料油の粒子を超微粒子上に分解する燃料油改質装置を提供する。
【０００５】
特許文献４は、燃料容器の底面に、この底面から超音波を発振させる超音波発振手段を配設すると共に、その燃料容器内の燃料の液面高さに応じて超音波発振手段からの超音波の周波数を可変させる超音波周波数可変手段を有する燃料改質装置を提供する。
【特許文献１】特開平７−１５１０２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３１８０号公報
【特許文献３】特開２００２−３３２９２３号公報
【特許文献４】特開２００６−２９１１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜４に記載されているように、燃料に超音波を印加し、その燃料を改質（微粒子化）する技術はすでに公知である。しかしながら、特許文献1及び特許文献４に開示されるように、燃料タンク内の液体燃料に超音波振動を印加して液体燃料を改質する場合、改質された燃料は空気との混合行程を経て燃焼行程に至るが、タンクから燃焼行程まで距離があるため、改質が劣化する可能性があり、またタンク内に収容された燃料全体を均等に改質することが不可能であるため、燃焼性能にばらつきが生じるという不具合が生じる。
【０００７】
また、特許文献２に記載される燃料改善装置では、通常のパイプ上に超音波発振装置が配設されていることから、通過する液体燃料の微粒子化の効率が悪いという不具合が生じ、特許文献３に記載された燃料油改質装置においても、超音波振動子によって印加される液体燃料は、燃料油流出管に送出される前の燃料油フィルタブラケットを通過する燃料のみであり、燃料の通過速度が速いため十分な改質（微粒子化）ができないという不具合があった。
【０００８】
さらに、船舶やディーゼルエンジン等の大排気量の内燃機関への燃料は、大流量で供給されるために、従来の方法では十分な効果が得られないという不具合があった。また、コモンレールを有する燃料噴射式の内燃機関の場合、燃料ポンプ直後に装着した場合、圧力不足になるという不具合もあった。
【０００９】
このため、本願発明は、大排気量の内燃機関に送られる液体燃料を十分に改質（微粒子化）することができる燃料改質装置及びそれを用いた燃料供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
よって、この発明は、所定の容積を有する燃料改質空間を画成し、燃料が流入する流入口及び燃料が流出する流出口が形成されるケーシングと、該ケーシングの一方の側面に位置し、振動子に接続されて振動子の振動が伝達される振動面を有し、通過する燃料に超音波を印加してナノバブルを発生させる燃料改質装置において、前記振動面は、前記燃料改質空間に略円錐状に突出する突出部を具備することにある。
【００１１】
また、前記突出部には、その側面の周方向に沿って環状に延出する周溝部が高さ方向に所定の間隔で複数形成されることが望ましい。
【００１２】
さらに、前記突出部には、その頂点から母線に沿って延出する放射溝部が周方向に所定の角度で複数形成されることが望ましい。
【００１３】
さらにまた、前記突出部には、その頂点からその側面に沿って螺旋状に底面方向に形成された螺旋溝であることが望ましい。
【００１４】
また、前記突出部の頂点には、凹部が形成されることが望ましい。
【００１５】
さらに、上述した周溝部、放射溝部、螺旋溝及び凹部を、複合して前記突出部に設けるようにしても良いものである。
【００１６】
また、この発明は、上述した燃料改質装置が、燃料タンク及び内燃機関を循環する燃料循環路の途上に配され、前記燃料改質装置の振動子が内燃機関を制御する信号に基づいて制御される燃料供給装置であることが望ましい。
【００１７】
さらに、燃料タンク、燃料ポンプ、コモンレール、それぞれの内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置及びそれらを接続する配管からなり、前記燃料改質装置が前記燃料噴射装置から燃料タンクに至る戻り配管上に配されることが望ましく、また前記燃料改質装置の上流側に、通過する燃料を冷却する冷却装置を配することが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明の燃料改質装置によれば、内燃機関に送られる液体燃料を所定の大きさの改質空間内に導いて、改質空間に円錐状の突出する突出部によって超音波振動を印加するので、改質空間内を大量に通過する液体燃料内に効率よくキャビティを発生させることができると共に液体燃料の微粒子化が達成され、効率的に液体燃料を改質することが可能となり、内燃機関における燃焼効率を向上させることができるものである。また、これによって、燃費を向上させることができると共に完全燃焼を達成できることから、環境への悪影響を抑制できるものである。
【００１９】
さらに、本願発明の燃料供給システムによれば、燃料噴射装置から燃料タンクへの戻り配管上に燃料改質装置を配したことによって、コモンレールへの燃料の供給圧力を低減させることなく、燃料を改質させることができ、さらに燃料タンク内で気泡を均一化させることができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
【実施例１】
【００２１】
本願発明に係る燃料供給システム１００は、例えば図１に示すように、燃料タンク２と、燃料タンク２から燃料を吸い上げて所定の圧力でコモンレール３に供給する燃料ポンプ４と、それぞれの図示しないエンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置５と、燃料タンク２とコモンレール３とを接続する燃料供給配管６と、コモンレール３及び燃料噴射装置５から燃料タンク２に至る燃料戻り配管７とを少なくとも具備するものである。
【００２２】
上述した種類の燃料供給システム１００においては、コモンレール３の圧力、ひいては燃料噴射装置の噴射圧力を良好に保つために、燃料改質装置１は、燃料戻り配管７に設けられる。しかしながら、大排気量のエンジンに供給される場合においても、燃料戻り配管が存在しない燃料供給システムの場合には、エンジンへの燃料供給配管上に燃料改質装置１を設けることも可能である。
【００２３】
また、上述した燃料供給システム１００において、前記燃料改質装置１の上流側には、通過する燃料を冷却する冷却装置８を設けるものである。これによって、燃料改質装置１において生じる気泡が熱の影響によって大きくなることを抑制できるものである。
【００２４】
以上の燃料供給システム１００に使用される本願発明に係る燃料改質装置１は、例えば図２に示すように、液体燃料が流れる改質部１１と、改質部１１に超音波振動を印加する超音波振動子（具体的にはボルト締めランジュバン振動子（ＢＬＴ））を具備する振動付与部１２とによって構成される。また、前記振動付与部１２は、前記燃料噴射装置５を制御する図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）からの信号に基づいて振動子制御ユニット９によって制御される。
【００２５】
尚、この実施例においては、超音波振動子としてボルト締めランジュバン振動子（ＢＬＴ）を用いたが、同様の効果を奏するものであれば、特に限定するものではない。
【００２６】
前記改質部１１は、燃料が通過する改質空間１３を画成するケーシング１４と、前記燃料戻り配管７と前記改質空間１３とを接続する流入口１５と、前記改質空間１３と燃料戻り配管７とを接続する流出口１６と、前記ケーシング１４と共に前記改質空間１３を画成する振動プレート１７とによって構成される。
【００２７】
前記改質空間１３は、略円筒状に形成され、前記ケーシング１４と振動プレート１７とによって画成され、さらに流入口１５が前記振動プレート１７に形成されると共に、前記流出口１６は、燃料が前記改質空間１３の下方から流出するように前記ケーシング１４に配されるものである。尚、前記振動プレート１７は、前記振動付与部１２と結合される。
【００２８】
さらに、前記振動プレート１７には、該振動プレート１７から前記改質空間１３内に円錐状に突出する突出部１８が形成される。さらにまた、前記振動プレート１７は前記振動付与部１２に固着され、前記改質空間１３と振動付与部１２とを電気的に絶縁するものである。
【００２９】
以上の構成により、内燃機関３が起動されると、燃料ポンプ４が起動し、液体燃料が燃料タンク２から吸引され、燃料供給配管６を介してコモンレール３に送出される。このコモンレール３では、燃料は一定の圧力が維持され、オバーフローした燃料は燃料戻り通路７を介して燃料タンク２に戻される。また、コモンレール３内の燃料は、各エンジンのシリンダ内に燃料噴射装置５を介して順次噴射され動力を得るが、燃料噴射装置５からの余分な燃料は燃料戻り通路７を介して燃料タンク２に戻される。このとき、冷却装置８を通過して冷却され、燃料改質装置１を通過して超音波振動が印加されて燃料内にナノバブルが形成される。そして、燃料タンク２内においてナノバブルが均一化され、燃料タンク４から吸引されてそれぞれのエンジンの燃焼効率を向上させるものである。
【００３０】
前記燃料改質装置１において、改質空間１３は、燃料が最低で約１秒間、改質空間１３内に滞在するような大きさに設定されるもので、最低でも２００ｃｃの容積を有することが望ましい。
【００３１】
また、実施例１に係る突出部１８が、真円錐形状であることから、改質空間１３内を通過する燃料に対して均質な超音波振動を付与できるという効果を奏する。
【実施例２】
【００３２】
前記振動プレート１７の突出部１８は、円錐形状に形成されるが、図３で示す実施例２に係る突出部１８には、その側面の周方向に沿ってさらに環状に延出する周溝部２０が、円錐の高さ方向に所定の間隔で複数形成されたものである。
【００３３】
この実施例２に係る周溝部２０が形成された突出部１８が振動する場合、上述した実施例１の場合と異なり、燃料への振動方向が周溝部２０の両側で異なることから超音波振動に干渉作用が加わるため、燃料に付与される音圧が変化し、実施例１とは異なる燃料の改質状態を実現できるものである。
【実施例３】
【００３４】
図４で示す実施例３の係る振動プレート１７の突出部１８には、その頂点から円錐の母線に沿って延出する放射溝部２１が、側面の周方向に所定の角度で複数形成されたものである。
【００３５】
この実施例３に係る振動プレート１７の突出部１８が振動する場合、この側面に沿って流れる燃料に乱流が生じるため、微細な液圧の変化が生じるため、超音波振動の伝達速度に変化が生じ、実施例１及び２とは異なる燃料の改質状態を実現できるものである。
【実施例４】
【００３６】
図５に示す実施例４に係る振動プレート１７の突出部１８には、その頂点からその側面に沿って底面方向に向かって螺旋状に螺旋溝部２２が形成されたものである。
【００３７】
この実施例４では、流入した燃料が螺旋溝部２２に沿って移動しながら、超音波振動が付与されると同時に、前記実施例２に係る周溝部２０と同様の効果も得られることが推定される。このため、上述した実施例とは、異なる燃料の改質状態を得ることができるものである。
【実施例５】
【００３８】
図５に示す実施例４に係る振動プレート１７の突出部１８の頂部には、所定の大きさの凹部２３が形成される。
【００３９】
この実施例５では、改質空間１３の中央方向に向かって超音波振動を集中させることができるため、上述した実施例とは、異なる燃料の改質状態を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明は、実質的に内燃機関に供給される液体燃料の改質を目的としたものであるが、所定の空間に流入する流体（気体又は液体）に超音波振動を印加してその流体を改質することを目的とするものには、基本的に利用可能である。具体的には、燃料電池に供給される水素又は水素含有気体の改質、薬剤や化学的合成に使用される水の改質、化学反応を行うために供給される気体の微粒子化等に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】燃料改質装置を具備した燃料供給システムの説明図である。
【図２】実施例１に係る燃料改質装置の断面図である。
【図３】実施例２に係る振動プレートの側面図である。
【図４】実施例３に係る振動プレートの平面図である。
【図５】実施例４に係る振動プレートの平面図である。
【図６】実施例５に係る振動プレートの一部断面側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  燃料改質装置
２  燃料タンク
３  コモンレール
４  燃料ポンプ
５  燃料噴射装置
６  燃料供給通路
７  燃料戻し通路
８  冷却装置
９  振動子制御ユニット
１１  改質部
１２  振動付与部
１３  改質空間
１４  ケーシング
１５  流入口
１６  流出口
１７  振動プレート
１８  突出部
２０  周溝部
２１  放射溝部
２２  螺旋溝部
２３  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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