(57)【要約】【課題】簡易な構成により低コストで効率のよい処理が可能な燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃料改質装置は、前処理筒（２）の出口側に後処理筒（３）の入口側を接続して液体の通過経路を形成し、前処理筒（２）の外部にレーザ光源（Ｌ）を設け、このレーザ光を前処理筒（２）の筒壁の窓（１１）より内部の液体に照射するようになし、また前処理筒（２）の内部に石英結晶粒を充填して石英フィルタ（Ｑ）を形成し、さらに前処理筒（２）の入口（１２）と出口（１３）に、互いに逆方向に捻った螺旋リボン（１２ａ，１３ａ）を設置して、液体を一方向に旋回して前処理筒（２）に導入後、逆方向に旋回して前処理筒（２）より排出するようになし、そして後処理筒（３）の内部には等ピッチの二重螺旋リボン（２１，２２）を設置して、通過する液体を定常旋回ガイドして排出するように構成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前処理筒（２）の出口側に後処理筒（３）の入口側を接続して液体の通過経路を形成し、
前処理筒（２）の外部にレーザ光源（Ｌ）を設け、このレーザ光を前処理筒（２）の筒壁の窓（１１）より内部の液体に照射するようになし、
また前処理筒（２）の内部に石英結晶粒を充填して石英フィルタ（Ｑ）を形成し、さらに前処理筒（２）の入口と出口に、互いに逆方向に捻った螺旋リボン（１２ａ，１３ａ）を設置して、液体を一方向に旋回して前処理筒（２）に導入後、逆方向に旋回して前処理筒（２）より排出するようになし、
そして後処理筒（３）の内部には等ピッチの二重螺旋リボン（２１，２２）を設置して、通過する液体を定常旋回ガイドして排出することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記レーザー光は、緑色波長域に特定してな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】
前記後処理筒（３）から排出された通過液体を所定比率で未処理液に混合する混合部を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン排ガス浄化等のための燃料改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンを中心とする排ガス浄化手段として有効な燃料改質装置は、例えば、特許文献１に示すように、レーザー光等を照射して通過液体である炭化水素系燃油を水素リッチ化する技術が知られている。
【特許文献１】特開２００７−７６９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、自動車エンジンの排ガス基準や走行燃費の改善等の実用レベルの性能を確保するためには高度の部材精度が必要となることから、製造コストの面で問題があった。
【０００４】
解決しようとする問題点は、簡易な構成によって低コストで効率のよい処理が可能な燃料改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、前処理筒の出口側に後処理筒の入口側を接続して液体の通過経路を形成し、前処理筒の外部にレーザ光源を設け、このレーザ光を前処理筒の筒壁の窓より内部の液体に照射するようになし、また前処理筒の内部に石英結晶粒を充填して石英フィルタを形成し、さらに前処理筒の入口と出口に、互いに逆方向に捻った螺旋リボンを設置して、液体を一方向に旋回して前処理筒に導入後、逆方向に旋回して前処理筒より排出するようになし、そして後処理筒の内部には等ピッチの二重螺旋リボンを設置して、通過する液体を定常旋回ガイドして排出することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、前記レーザー光は、緑色波長域に特定してなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１の構成において、前記後処理筒から排出された通過液体を所定比率で未処理液に混合する混合部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明の燃料改質装置は、前処理筒において、処理流路内の石英結晶粒との接触によりレーザー光のエネルギーを効率よく転換し、このとき、前後の旋回流路の間に形成される旋回流によって長い接触行程が確保されて通過液体の分子構造が微細化され、続く後処理筒の定常旋回によって微細構造が安定化される。したがって、炭化水素系の燃料やオイルの改質によるエンジンの燃焼効率の向上のみならず、食品、薬品を含む幅広い分野における適用が可能である。また、レーザー光を入射する前処理筒に後処理筒を備えた簡易な構成により、低コストで確実な改質処理が可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明の燃料改質装置は、簡易なレーザー光源によって安定した取扱いが可能となる。
【００１０】
請求項３に係る発明の燃料改質装置は、混合添加により大量の液体について効率よく改質効果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の構成例を示す燃料改質装置の全体構成図である。
燃料改質装置１は、不図示のレーザー装置と接続してそのレーザー光Ｌを受けつつ通過液体を案内する処理流路２ａを形成した筒状部材による前処理筒２と、その下流側に連通して通過液体を後処理する直管状の後処理筒３とから構成され、終端部には必要に応じてバタフライバルブ４等の開閉弁を介設する。
【００１２】
前処理筒２は、部分断面を含む拡大側面図を図２に示すように、処理流路を構成するステンレス材等による筒状部材２ａに側方入射のレーザー光Ｌを受ける入射窓１１を形成するとともに、処理流路２ａの前端部に接続して通過液体を一方向に旋回する複数の螺旋リボン１２ａ…を内設した円錐状の旋回導入流路１２と、処理流路２ａの後端部に接続して通過液体を逆方向に旋回する複数の螺旋リボン１３ａ…を内設した円錐状の旋回排出流路１３とを接続する。これら旋回導入流路１２と旋回排出流路１３の螺旋リボン１２ａ，１３ａは、例えば４分周位置に内設して構成する。また、これら旋回導入流路１２および旋回排出流路１３と筒状部材２ａとの間にメッシュ材１４，１４を設けて液体通過を可能に仕切った上で、筒状部材２ａの流路内にレーザー光を受けつつ通過する通過液体と接触する石英結晶粒を充填保持して石英フィルターＱを構成する。
【００１３】
後処理筒３は、部分縦断による拡大正面図を図３に示すように、ステンレス材等による直管３ａの内部に液体の流れを定常旋回ガイドする等ピッチのステンレス材等による２つの螺旋リボン２１，２２を支柱２３…で互いに隔てつつ溶接等により固定するとともに、同直管３ａの前端と後端に流路径を傾斜変化する円錐状のコーン部材２４，２５を介して連通接続する。
【００１４】
上述の通りに構成された燃料改質装置１は、前処理筒２において、石英フィルタとしての石英結晶粒Ｑと接触しつつ通過する通過液体にレーザー光を照射することにより通過液体を高エネルギ状態に効率よく転換し、この高エネルギ状態は、次の後処理筒３の二重構成の螺旋リボン２１，２２に沿って定常旋回ガイドすることによって安定定着される。
【００１５】
上記燃料改質装置１における石英結晶粒は、結晶状態の存在として要求される多数の浮動性の電子を有し、ある方向に沿って加圧されるとそれらが電子的電圧を発生する圧電性を呈し、この結晶が移動するような力を受けたり他の物に接触すると、その電子配置が乱されて電気エネルギーが発生することから、結晶体に接触しているものは何でもエネルギーを受ける。したがって、石英結晶粒は、安定したパターンでエネルギーを蓄え、受けとり、伝達する能力を持つことから、エネルギーを伝える増幅体および伝導体として作用し、レーザーエネルギーを転換して液体にエネルギーを放出する安定エネルギー源となる。
【００１６】
このように、上記燃料改質装置１の構成により、前処理筒２の石英結晶粒による石英フィルタＱ内を通過した液体は、高エネルギー振動放射によって液体の分子構造を変化させて均一なクラスタ化が促される。
【００１７】
このような改質処理効果は、炭化水素系燃料油の一例である軽油について、後述の電子顕微鏡写真の如くの液体分子構造の微細化、および、電気伝導率の増加として外観面と電気的特性面で物性変化を確認することができる。これをディーゼルエンジン燃料として使用する場合については、混合部としての混合槽に貯留した未処理液体に一定比率で上記処理液体を混合する添加剤方式、または、その逆に混合槽に貯留した上記処理液体を希釈する希釈方式の利用により、排ガスの黒煙低減化を始め、走行燃費や加速性の改善について大きな効果が確認されている。
【００１８】
また、改質処理する対象液体は、車両用内燃機関に使用する炭化水素系燃料油および潤滑油について排ガス成分や走行燃費の面で効果が認められるのみならず、その他の幅広い種類の液体についてそれぞれの物性変化に基づき、食品や薬品分野を含め、目的に応じた適用により多様な利用効果を有するものである。
【００１９】
次に、実施例とその効果について具体的に説明する。
軽油の改質処理についての実証ベルの適用例としては、前処理筒２において、レーザー光は、低出力、例えば、出力２００ｍＷの緑色波の標準的なレーザーで十分である。
石英フィルタＱの石英結晶粒は、「水晶」「マスターストーン」等の名称で知られてもおり、世界中で自然資源から採掘される二酸化珪素の結晶体を細粒化したものであり、形、模様、大きさを問わない全てのタイプの粒状石英の適用が可能である。
【００２０】
注入軽油の流速は、実験結果ではたった石英との接触で十分であり、設置姿勢を問うことなく、その滞留時間に合わせて前処理筒２の長さ寸法および径寸法を決定するとともに、ポンプ圧の制御によって適宜の流量に設定する。
また、燃料中の炭化水素の処理の如くの工業的用途の適用については、円錐形状の導入側と排出側の旋回流路１２，１３の複数列の螺旋リボン１２ａ，１３ａにより、それらの間の区間における旋回渦流が有効である。
【００２１】
後処理筒３の二重螺旋構造は、５．２５ピッチの長さの２つの細幅の螺旋リボン２１，２２を０．５ピッチの間隔で直管３ａの内周面に接して配置することにより、安定的なエネルギー状態を維持する作用を得ることができ、天然ガスについての測定結果により、処理された物質の分子構造の永続的な安定性を確認することができた。
【００２２】
以下において、燃料改質装置による改質処理の効果を実測結果に基づいて説明する。
実測は、（１）電気伝導率、（２）分子構造、（３）エンジン排ガスの黒煙濃度の各項目について行い、それぞれの測定仕様およびその改質前後の測定値を示す。なお、詳細な測定値については後記のとおりである。
【００２３】
（１）電気伝導率は、低導電率測定用の導電率測定器により測定したものであり、改質処理前および改質処理直後から１２日経過までの電気伝導率の変化について測定した。
下記の測定結果によれば、電気伝導率が２２２ｐＳ／ｍの燃料について、改質処理により、直後の２３７ｐＳ／ｍから開始１２日後の５４４ｐＳ／ｍまで次第に電気伝導率の増加が確認された。
【００２４】
（２）分子構造は、ＬＴＳＥＭ（低温走査型電子顕微鏡）の高倍率分子構造写真画像により行った。使用機材は、カナダのゲルフ大学設置のＬＴＳＥＭであり、同大学の協力の下で、ディ−ゼル燃料およびディ−ゼルエンジン潤滑油について、それぞれ改質前と改質後のものを対象資料として高倍率の顕微鏡画像撮影を実施した。なお、低倍率画像は参考用である。
【００２５】
ディ−ゼル燃料については、図４の高倍率の画像の比較から、改質後（右下：０５０８９８）は、大きさ形状が均一な微粒子塊の集合として、改質前（右上：０５０８２２）に対する分子構造の変化が認められた。
エンジン潤滑油についても同様に、図５の高倍率の画像の比較から、改質後（右下：０５０８０４）は、大きさ形状が均一な微粒子塊の集合として、改質前（右上：０６１９５４）に対する分子構造の変化が認められた。
【００２６】
（３）エンジン排ガス黒煙濃度は、アメリカの自動車技術会規格ＳＡＥＪ１６６７に規定される測定方法による。測定値は、ディーゼル車の３点の回転スピードにおける不透明度を測定したものであり、カナダ国オンタリオ環境省が実施した重負荷トラック車排気点検報告書による。測定対象に選定した異なるエンジンを搭載したＡ車およびＢ車の２つのトラックについて、それぞれ通常燃料と改質燃料による黒煙濃度を測定した。
【００２７】
下記の測定値によれば、通常燃料で７．０％のＡ車については、改質燃料によって４．１％に黒煙濃度が低減し、また、通常燃料で４．３％のＢ車については、改質燃料によって０．０％に低減した。このように、改質燃料についての黒煙濃度の大幅な低減効果を確認することができた。
なお、上記排気テストは、政府が要求するテストであり、いずれの結果についても、オンタリオ環境基準値である３０％を満たすものとして認証されたものである。
【００２８】
このように、燃料改質装置は、その処理前後において、物性上の変化として継続的な電気伝導率の増加、分子構造の均一化の作用を有し、また、実車における排ガス改善効果を奏することが検証されているとおり、通過液体の安定的な微細構造化作用を有することから、炭化水素系の燃料やオイルの改質によるエンジンの効率向上が見込まれるのみならず、食品、薬品を含む幅広い分野における適用が可能である。また、レーザーを入射する前処理筒に石英フィルタを内設するとともに、二重螺旋による後処理筒を備えた簡易な構成により、低コストで確実な改質処理が可能となる。
【００２９】
以下の記載は、具体的な実測結果である。
（電気伝導率）
処理前：２２２ｐＳ／ｍ（４．１〜９．４℃の４点測定で２１５〜２３２ｐＳ／ｍ）
１回め：２３７ｐＳ／ｍ（９．４〜１２．３℃の２点測定で３２９〜３４４ｐＳ／ｍ）
２回め：３４２ｐＳ／ｍ（７．６〜１２．３℃の３点測定で３３２〜３５３ｐＳ／ｍ）
３回目：３５１ｐＳ／ｍ（７．０〜１１．７℃の３点測定で３４３〜３６０ｐＳ／ｍ）
３０分放置：４１０ｐＳ／ｍ（１０．０〜１１．１℃の３点測定で４０６〜４１５ｐＳ／ｍ）
開始２日後再試験：４９０ｐＳ／ｍ（１７．０℃の１点測定で４９０ｐＳ／ｍ）
開始５日後再試験：５０６ｐＳ／ｍ（１６．４℃の２点測定で５０６ｐＳ／ｍ）
開始８日後再試験：５３６ｐＳ／ｍ（１８．２℃の１点測定で５３６ｐＳ／ｍ）
開始１２日後再試験：５４４ｐＳ／ｍ（１８．２℃の１点測定で５４４ｐＳ／ｍ）
【００３０】
（分子構造）
図４は、ディ−ゼル燃料について、上段は改質前の低倍率（左：０５０８１２）および高倍率（右：０５０８２２）の画像であり、下段は改質後の低倍率（左：０５０８９５）および高倍率（右：０５０８９８）の画像を示す。
高倍率画像によれば、改質後（右下：０５０８９８）において、大きさ形状が均一な微粒子塊の集合構造が認められる。
【００３１】
図５は、エンジンオイルについて、上段は改質前の低倍率（左：０６１９５５）および高倍率（右：０６１９５４）の画像であり、下段は改質後の低倍率（左：０５０８１１）および高倍率（右：０５０８０４）の各画像を示す。
高倍率画像によれば、改質後（右下：０５０８０４）において、大きさ形状が均一な微粒子塊の集合構造が認められる。
【００３２】
（エンジン排ガス）
排ガステストは２種類のトラック（Ａ車、Ｂ車）について、それぞれ通常燃料と改質燃料の場合の不透明度（％）による黒煙濃度測定結果を下記に示す。
［Ａ車］
通常燃料：７．０％（６９６〜２１４６ｒｐｍの３点計測において６．９〜７．１％）
改質燃料：４．１％（２００２〜２１３０ｒｐｍの３点計測において４．０〜４．２％）
［Ｂ車］
通常燃料：４．３％（６９６〜１３８６ｒｐｍの３点計測において４．０〜４．４％）
改質燃料：０．０％（６９６〜１９９５ｒｐｍの３点計測において０．０〜０．０％）
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の構成例を示す燃料改質装置の全体構成図
【図２】部分断面を含む前処理筒の拡大側面図
【図３】部分縦断による後処理筒の拡大正面図
【図４】ディーゼル燃料の顕微鏡画像
【図５】エンジン潤滑油の顕微鏡画像
【符号の説明】
【００３４】
１      燃料改質装置
２      前処理筒
２ａ    筒状部材（処理流路）
３      後処理筒
３ａ    直管
１１    入射窓
１２    旋回導入流路
１２ａ  螺旋リボン
１３    旋回排出流路
１３ａ  螺旋リボン
１４    メッシュ材
２１    螺旋リボン
２２    螺旋リボン
Ｌ      レーザー光
Ｑ      石英結晶粒（石英フィルタ）
【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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