(57)【要約】【課題】  流体を、圧縮ガスと混合するための低圧領域に向けて減圧することにより、発泡流体を生成する流体活性化装置を提供する。【解決手段】  流体力学的部分と、インターフェース領域で流体力学的部と重なる空気力学的部分を備える。流体力学部分は、液体を極細リングチャンネルに流し込んで低圧領域に減圧するための中心錘体を有するキャビティ付きハウジングを備え、空気力学的部分は、ガス加圧用の中心錘体と、円錐状チャンネルリングにおけるガス流方向の変更により低圧領域に向けて減圧するための錘体底部の開口群を有するキャビティ付きの圧縮ガス導入用ハウジンを備える流体活性化装置である。【選択図】  図１
2014155922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加圧した後、圧縮ガスと混合するための低圧領域に向けて減圧することにより、少なくとも前記液体を活性化する流体力学的部分と、
インターフェース領域で前記流体力学的部分と重なる空気力学的部分であって、圧縮ガスを加圧して流れる方向を変更することにより、前記混合するための低圧領域にて、少なくとも流入圧縮液体に前記圧縮ガスを混合する空気力学的部分と、
を備え、
前記流体力学的部分が、前記液体を加圧して複数のチャンネルに流し込み、最終的には、２つの円錐表面間の極細リングチャンネルに流し込んで前記低圧領域に向けて減圧するための中心錘体を有するキャビティ付きハウジングを備え、
前記空気力学的部分が、前記低圧領域を形成するインターフェース領域で前記流体力学的部分と重なっており、ガス加圧用の中心錘体と、円錐状チャンネルリングにおけるガス流方向の変更により前記低圧領域に向けて減圧するための錘体底部の開口群とを有するキャビティ付きの圧縮ガス導入用ハウジングを備えた、発泡流体を生成する流体活性化装置。
【請求項２】
少なくとも前記液体とガスとを混合するための前記低圧領域は、液体とガスとを疑似的に沸騰させることにより、互いに接した複数の流体球を含む混合流体であって、各流体球が、圧縮ガスのコアと、気泡状の体積構造を形成する厚さの液体を含み、前記コアを囲む液体シェルとを有する混合液体を形成する
ことを特徴とする、請求項１に記載の流体活性化装置。
【請求項３】
前記流体力学的部分が、圧縮ガスと混合するための低圧領域に向けて２つの圧縮液体を減圧することにより、当該液体を活性化する
ことを特徴とする、請求項１に記載の流体活性化装置。
【請求項４】
前記圧縮ガスが圧縮空気であり、少なくとも前記圧縮液体がガソリン、エタノール、ディーゼル燃料、およびグリセリンからなる群から選択される
ことを特徴とする、請求項１に記載の流体活性化装置。
【請求項５】
前記２つの液体が、有機燃料および無機燃料である
ことを特徴とする、請求項３に記載の流体活性化装置。
【請求項６】
前記無機燃料が水である
ことを特徴とする、請求項５に記載の流体活性化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本願は、２００７年９月７日付け米国仮特許出願第６０／９７０，６５５号「燃料の調整・活性化を行う方法および装置」、２００７年９月２５日付け米国仮特許出願第６０／９７４，９０９号「燃料の調整・活性化を行う方法および装置」、２００７年１０月１０日付け米国仮特許出願第６０／９７８，９３２号「燃料の調整・活性化を行う方法および装置」、２００７年１２月７日付け米国仮特許出願第６１／０１２，３３４号「燃料の調整・活性化を行う方法および装置」、２００７年１２月７日付け米国仮特許出願第６１／０１２，３３７号「燃料の調整・活性化を行う方法および装置」、２００７年１２月７日付け米国仮特許出願第６１／０１２，３４０号「燃料の調整」、および２００８年３月１７日付け米国仮特許出願第６１／０３７，０３２号「ガス成分を混合する装置および方法」に対する優先権を主張する。また、本願は、２００８年９月５日付け国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０８／７５３７４号「流体の動的混合」に対する優先権を主張する。これら先行する出願の全開示内容は、本明細書中に参考として援用する。
【０００２】
本発明は、流体を動的に混合する方法、装置、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
混合器における成分の混合は周知の技術である。従来、混合プロセスの効率を規定する基本的な基準は、得られた混合物の均一性を規定するパラメータであった。しかし、混合プロセスの効率は、得られた混合物の均一性だけで規定されるものではなく、エネルギー消費、プロセス構築時間、混合物の状態安定性、混合物の運動エネルギー等のプロセスパラメータ、およびその他の要素も考慮することによって規定することができる。
【０００４】
技術分野によっては、有機および／または無機液体、液体と気体、天然ガスや水素等の様々な特性を有する種々気体、および空気や酸素等の気体酸化剤等、異なる特性を有する種々成分を混合することが望まれる。
【０００５】
周知の混合方法では、プロセスの強化および混合成分への影響増大を図るため、いわゆる動的効果を有効に利用することがある。
【０００６】
たとえば、排出装置、噴霧器、または機械的な混合装置よりも効果的で、通常は１つの成分のみを動的条件とするベンチュリ装置を使用する方法が挙げられる。
【０００７】
また、ガス成分と液体成分とを混合する通常の方法以外に、ガス混合燃料の調整および種々装置の燃焼室への供給に関する技術も選択可能であることが一般に知られている。
【０００８】
内燃機関等のエンジンでは、燃料を燃やして動力を供給する。このようなエンジンは、燃料の燃焼効率が１００％に満たない場合がある。燃焼に無駄があると、燃料サイクル後に燃料の一部が未燃焼のまま残ることになる。非効率なエンジンでは、大気中への有害物質の排出量が増加し、所定の水準のエネルギーの生成により多くの燃料が必要になることがある。従来、様々なプロセスによって燃焼室の効率を改善する試みがなされてきた。一般的に、エンジンの効率を改善することは、燃費の向上による金銭的節約および排出物の低減が図れるため、望ましいことである。
【０００９】
このようなシステムにおいては、たとえば、燃焼領域への酸化剤供給量の増加、燃焼器の設計変更、シリンダ等のエンジン構成要素の設計変更、熱交換器の表面および設計の改良、乱流の増幅、システムにおける渦条件の構築、ターボチャージャによる加圧燃焼用空気の供給等によってガス燃料または液体／ガス混合燃料の燃焼効率を改善するため、天然ガスと空気もしくは酸素、またはガソリンもしくはディーゼル燃料と空気および付加的な液体成分等、様々なガス混合燃料および液体／ガス混合燃料が考えられている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の一態様は、様々な液体および／または気体環境、その混合、および運動ポテンシャルの増大に対して動的な影響を及ぼす技術に関する。
【００１１】
特に、上記技術は、制御可能な様々な比率および組み合わせで、プロセスの主要パラメータ全体を一定制御して、様々な液体および／または気体を混合する分野に拡張することができ、これによって混合物の品質およびパラメータを規定することができる。
【００１２】
一部の実施形態においては、物理的特性、化学的特性、および活性度が異なる様々な供給源からの有機および／または無機流体を動的に混合した結果を含む任意の分野に上記技術を応用することができる。たとえば、この原理は、様々な組み合わせおよび比率で液体と液体、液体と気体、気体とエアロゾル、および気体と気体とを混合するプロセスに当てはめることができる。
【００１３】
このような技術的条件は、混合燃料を調整するプロセスおよび装置、全産業分野における混合プロセス技術、ならびに産業分野に属さない多数の一般用途に適用することができる。
【００１４】
実施形態に係る技術では、混合物の特性および混合成分の特性変化が混合プロセスの動的パラメータを制御した結果として生じる。混合成分に動的な影響が及ぼされると、混合成分の運動ポテンシャルの水準は、得られる混合物の運動ポテンシャルの水準に合わせて変化する。
【００１５】
したがって、実施形態は、混合中の混合成分への様々な動的影響による効果を組み合わせた結果として生じる変化にも関係する。
【００１６】
本発明の別の態様は、内燃室用の混合燃料を動的に調整および活性化する技術に関する。
【００１７】
また、本発明の別の態様は、気体および／または液体と気体とを混合する一般的な分野に関する。たとえば、実施形態は、燃焼室への供給パイプライン中におけるガス混合燃料等、ガス混合物および／または液体混合物を調整する方法および装置に関する。
【００１８】
さらに、本発明の別の態様は、液体成分およびガス成分を含む混合物からの気泡形成を伴う動的混合・活性化装置およびプロセス、液体成分およびガス成分を含む混合燃料の動的混合・活性化装置および方法、ガス成分を含む（たとえば、ガス成分のみを含む）混合燃料の動的混合・活性化装置および方法、複数の液体成分の動的混合・活性化装置および方法、ガス成分の動的混合装置および方法、ならびに複数のガス成分の混合・冷却装置および方法のうちの１または複数に関する。
【００１９】
一部の実施形態においては、成分混合の特徴として、液体、気体、またはそれらの組み合わせのいずれであれ、液体流中のベルヌーイ効果とガス流中のベルヌーイ効果とが同時に起きるプラス効果が重なったものとなる。この効果は、同じエネルギー源を使用する１つの装置において、同じ構成上の制限内でもたらされる。このような特徴により、使用エネルギー量の低減、装置の小型化、装置設計の簡素化、動作性能および装置効率の向上が可能となる。
【００２０】
上記のような装置で得られる混合物は、液体流成分およびガス流成分の圧力等の技術的パラメータに基づいており、装置から出力された発泡混合物の誘電特性を測定することによって、混合プロセスの品質を推定することができる。
【００２１】
特定の実施形態においては、圧縮空気流の冷却と水分の抽出とを連続して行う装置に適用する場合の成分混合の特徴として、断熱膨張（ジュール・トムソン効果）およびランク効果の各現象によるプラス効果が重なったものとなる。このような効果の重ね合わせにより、従来の方法と本質的に同じ量のエネルギーが使用されることになるため、エネルギー源の追加が不要となり、空気の温度が低減可能であるとともに、装置の生産性および効率を向上することができる。
【００２２】
ここに記載の装置内における複数の物理現象の効果を重ね合わせることによって、液体成分およびガス成分から、他の方法では得られない新たな混合形態を実現することができる。
【００２３】
これらの特徴を有する装置では、派生的な原理を追加することによって、それらの累積効果により効率をさらに向上することができる。たとえば、流体を円形状からリング状に変換する原理、連続する低圧容積領域を形成して様々な高圧混合成分を入力する原理、および／またはガス成分を液体成分に埋め込む原理等によって、混合物の均一性および性能を向上することができる。また、たとえば、同じ動作パラメータで使用した場合であっても、リング領域を有し、複合効果が適用された装置は、平坦なリング領域とともに筒状の混合領域を有する排出装置と比べて、運動エネルギーの増幅効果が９．６倍にもなる。
【００２４】
ここに記載の装置および方法は、燃料パイプラインを流れるガスまたは液体の燃料流に対して、大きな流体力学的影響および空気力学的影響を及ぼす複数の段階を含んでいてもよい。
【００２５】
既存システムの燃料パイプラインにおいて燃料を活性化するプロセスでは、使用エネルギーを最小として燃焼室における燃焼プロセスの効率を大幅に改善する一方、燃焼室での標準燃焼サイクルにおける有機燃料の使用量を低減することができる。エネルギー効率の良い燃料活性化プロセスは、燃料システムの既存の燃料ポンプを使用して燃料成分を燃料活性化モジュールの流体力学的部分に入力し、燃料を使用する装置の既存の動力取り出し軸により駆動される燃料活性化モジュールの空気力学的部分にエネルギー効率の良い圧縮器からの出力を入力し、ベルヌーイの定理を適用して、乱流を発生させ、燃料成分を混合し、および微小気泡を形成するための低圧領域を生成することのみによって、実現可能である。
【００２６】
本発明のその他の態様は、内燃室における燃料効率の向上によって、特定のエネルギー量を生成する際の燃料使用量を低減する燃料活性化装置および方法に関する（所定量の燃料に対してより大きな燃焼能力を有する）。
【００２７】
燃焼室における燃料の燃焼プロセスは、その燃焼室を備えた装置の効率、環境清浄度、熱力学的パラメータ、および機械的特性を決定する。したがって、燃料を正確に調整することは、特に、燃焼室における燃焼プロセスの前に空気と燃料の混合調整を行う場合、所望の結果を得るための変数の制御が増えることから、非常に有用である。このように、燃焼室で燃焼させる燃料の調整および活性化を行うシステムが、利用分野の１つとして挙げられる。
【００２８】
また、本発明のその他の態様は、燃料の燃焼能力の改善と、その結果として、同じ量の燃料から得られる燃焼エネルギーの増加とを特徴とする。これらにより、排出ガスの毒性を低減できるとともに、全体の効率を向上することができる。
【００２９】
さらに、本発明のその他の態様では、燃焼室への噴射前に、液体燃料成分の混合物に埋め込まれた空気として燃料パイプラインを介して燃焼室に供給可能な燃焼空気の量が増加するという特徴がある。燃焼前の燃料パイプラインにおける制御された混合前プロセスでの空気供給は、従来のターボチャージャと同様の効果を奏するが、機械的要素を動かす必要がなく、空気／燃料混合物の燃焼タイミングをより精密化することができる。空気／燃料混合物および混合前燃料と空気の燃焼室への噴射速度を調整できることにより、１０μｍ以下の燃料液滴を最適ピストン位置で燃焼室に噴射するタイミングに基づいて、効率を改善することができる。
【００３０】
また、このターボチャージャ効果は、エンジンの改修を伴わずに既存の燃焼室に適用でき、断熱効果により燃焼室に流入する燃料の温度を低減できるとともに、高均一の乱流燃料／空気混合物を燃焼させるという有利な特徴に起因して、排出物や振動を低減することができる。
【００３１】
その他の態様としてのディーゼルエンジンにおいては、燃料活性化装置における燃料の一成分として水が含まれる場合、高圧のディーゼル混合燃料が空気を含むことにより圧縮性が高くなるため、ディーゼル噴射ポンプの圧力を低減することができる。また、燃料気泡中の他の燃料成分と併せて水がエマルジョン化するとともに、低圧燃料パイプラインにおける燃料への機械的な混合を防止する水の一般的な腐食作用が大幅に低減される。さらに、燃焼室に水を供給することによって、排出物が大幅に削減されるとともに、燃焼温度を低減する冷却効果がもたらされる。
【００３２】
実施形態は、燃焼させる燃料の種類（ガソリン、ディーゼル燃料、灯油、ジェット燃料、プロパン、エタノール、以上の組み合わせ等）に関わらず、あらゆる種類の業務用機器および産業用機器、燃料燃焼エンジンおよび発電機、航空機や船舶用のタービンやエンジン等の軍事用機器で使用されるあらゆる種類の内燃装置に広く適用することができる。
【００３３】
一部の態様においては、燃焼装置で使用する燃料とガスの混合物の調整方法として、燃料タンクから燃料を含む第１の液体成分を導入し、当該液体成分を活性化装置に移動させることによって、第１の乱流増幅・局所低圧領域を形成する。
【００３４】
この方法では、第２の液体成分を第１の局所低圧領域に導入し、当該局所低圧領域の渦中で第１および第２の液体成分を混合することによって、２成分混合燃料を形成するようにしてもよい。また、加圧ガスを導入し、流入する２成分混合燃料よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成するようにしてもよい。さらに、２成分混合燃料を第２の局所低圧領域に送り込んで混合燃料ガス中に局所的な擬似沸騰状態を形成するとともに、混合燃料ガス流の圧力を増加させて微小気泡流を形成するようにしてもよい。
【００３５】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００３６】
第１の液体成分は、有機燃料であってもよい。第２の液体成分は、導入後、第１の局所低圧領域よりも圧力が高い第１の低圧領域に送り込んでもよい。
【００３７】
第２の液体成分は、水、別の燃料、同じ燃料、またはその他の液体であってもよい。第２の低圧領域の形成においては、２成分液体混合燃料ガスの流れと反対の方向に、上記ガスを加圧状態でパイプラインに入力するとともに、第２の低圧領域への供給前にガスの流れ方向および形態を変更してもよい。微小気泡の流れは、泡状の一様なものであってもよい。混合燃料の少なくとも１つの液体成分流中における局所乱流増幅領域は、ベルヌーイの定理に基づく自然原理によって好適にもたらされる流体力学的効果により形成することができる。また、混合燃料の少なくとも１つの液体成分流中における局所低圧領域も、ベルヌーイの定理に基づく自然原理によってもたらされる流体力学的効果により形成することができる。混合燃料ガスの少なくとも１つのガス成分流中における局所低圧領域は、ベルヌーイの定理に基づく自然原理によって好適にもたらされる空気力学的効果により形成することができる。また、混合燃料流中の局所擬似沸騰容積領域は、ベルヌーイの定理に基づく自然原理によって好適にもたらされる流体力学的効果および空気力学的効果の統合により形成することができる。混合燃料の有機成分は、液体作用物質として使用してもよい。また、ガス状物質は、圧縮空気であってもよい。
【００３８】
一部の態様においては、燃焼室に供給する混合燃料ガスの調整方法として、タンクから加圧状態の第１の液体成分を導入してもよい。また、この方法では、第１の液体成分の流れを複数に分散させることによって、局所乱流増幅領域を形成するようにしてもよい。さらに、流入する第１の液体成分よりも圧力が低い第１の局所低圧領域を形成するようにしてもよい。第２の局所低圧領域を形成するようにしてもよい。また、加圧ガスを第２の局所低圧領域に入力するようにしてもよい。さらに、乱流燃料流を第１の低圧領域から第２の局所低圧領域に送り込むことによって、燃料流中に局所擬似沸騰状態を形成するようにしてもよい。さらには、燃料流の圧力を増加させて、擬似沸騰状態から微小気泡流に変化させてもよい。
【００３９】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００４０】
第１の液体成分は、有機燃料であってもよい。第２の低圧領域の形成においては、２成分液体混合燃料ガスの流れと反対の方向に、上記ガスを加圧状態でパイプラインに入力するとともに、第２の低圧領域への供給前にガスの流れ方向および形態を変更してもよい。微小気泡の流れは、泡状の一様なものであってもよい。
【００４１】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整装置は、流体力学的効果をもたらす機械的インターフェースを含む流体力学的系統を具備していてもよい。また、この装置は、流体力学的効果をもたらす機械的インターフェースに接続され、空気力学的効果をもたらす機械的インターフェースを含む空気力学的系統を具備していてもよい。さらに、液体成分を流体力学的系統に入力するための第１のパイプラインを具備していてもよい。
【００４２】
また、この装置は、ガス成分を圧縮器から空気力学的系統に入力するための第２のパイプラインを具備していてもよい。また、少なくとも１つの燃料成分を入力するための第３のパイプラインを具備していてもよい。さらに、この装置は、燃料成分、ガス成分、および液体成分を含む混合燃料を出力するための系統を具備していてもよい。また、流体力学的系統を収容するように構成された第１のハウジングを具備していてもよい。さらには、空気力学的系統を収容するように構成された第２のハウジングを具備し、第１および第２のハウジングが燃料パイプラインに配置されるように構成され、また、流体力学的系統および空気力学的系統を第１および第２のハウジング内の筒状ピン上に配置することにより、機械・流体力学的／機械・空気力学的統合インターフェースが提供されるように構成されていてもよい。
【００４３】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００４４】
流体力学的系統は、燃料パイプラインの軸に関して対称に配設された、断面積の小さな複数のチャンネルを具備していてもよい。また、空気力学的系統は、燃料パイプラインの軸に関して対称に配設された、断面積の小さな複数のチャンネルを具備していてもよい。空気力学的系統は、混合燃料が燃焼室に流れる方向を向き、入力と出力とを有する少なくとも１つのチャンネルをさらに具備していてもよい。また、この装置は、円錐状リフレクタを具備していてもよい。
【００４５】
流体力学的効果をもたらす機械的インターフェースおよび空気力学的効果をもたらす機械的インターフェースは、円錐状リフレクタによって接続してもよい。このように統合された流体力学的インターフェースおよび空気力学的インターフェースは、円錐表面頂上部の円錐リフレクタによって接続してもよい。また、このように統合された流体力学的インターフェースおよび空気力学的インターフェースはそれぞれ、空気力学的な流れ（ガス流）を処理する内側円錐表面と流体力学的な流れ（液体流）を処理する外側円錐表面とを備えたリフレクタを具備していてもよい。
【００４６】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整装置は、燃料パイプラインに配設され、流体力学的系統と、当該流体力学的系統に接続された空気力学的系統とを備えた活性化モジュールを具備していてもよい。また、混合燃料の１または複数の成分を有し、燃料ポンプおよびパイプラインによって活性化モジュールの流体力学的系統に接続された少なくとも１つのタンクを具備していてもよい。さらに、燃焼室を備えた装置の駆動軸によって駆動され、出力が活性化モジュールに接続された圧縮器を具備していてもよい。さらには、活性化された混合燃料を活性化モジュールから噴霧器に出力して燃焼室に送り込む少なくとも１つの装置を具備していてもよい。
【００４７】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００４８】
活性化モジュールは、第１の収容構造と、第２の収容構造と、両収容構造を一体化するとともに、燃料パイプラインに接続する部位を提供する要素とを備え、当該要素、第１および第２の収容構造が、ベルヌーイの定理を適用することによって効果をもたらす条件を生成するとともに、連続する２つの局所活性化領域を生成するように構成されていてもよい。流体力学的系統は、燃料成分の入力部で大きく、当該成分の流れ方向に沿って小さくなる直径を有する切頂円錐形状の燃料吸入キャビティを具備していてもよい。また、空気力学的系統は、ガス成分の入力部で大きく、当該成分の流れ方向に沿って小さくなる直径を有する切頂円錐形状のガス吸入キャビティを具備していてもよい。
【００４９】
この装置は、流体力学的系統の切頂円錐の小径端に配設された多数の極細開口をさらに備え、当該極細開口の軸が、燃料パイプラインの軸と平行かつ切頂円錐の円形と同心であってもよい。また、この装置は、空気力学的系統の切頂円錐の小径端に配設された多数の極細開口をさらに備え、当該極細開口の軸が、燃料パイプラインの軸と平行かつ切頂円錐の円形と同心であってもよい。混合燃料活性化モジュールの流体力学的および空気力学的な作用物質入力構造はそれぞれ切頂円錐形状であって、流体力学的構造では、直径の小さい側から大きい側に流れ、空気力学的構造では、直径の大きい側から小さい側に流れるように構成されていてもよい。液体作用物質およびガス作用物質は、活性化モジュールの２つの側面から入力してもよい。また、ガス作用物質は、燃焼室への混合燃料の流れと反対の方向に入力してもよい。
【００５０】
一部の態様において、内燃室で使用する混合燃料は、互いに接した複数の多層燃料球を含み、各多層燃料球が、圧縮ガスのコアと、当該コアを囲む乱流有機燃料のシェルとを有していてもよい。
【００５１】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００５２】
上記複数の多層燃料球は、振動する複数の多層燃料球を含んでいてもよい。
【００５３】
一部の態様において、内燃室で使用する混合燃料は、互いに接した複数の多層燃料球を含んでいてもよい。各多層燃料球は、圧縮ガスのコアと、当該コアを囲むシェルとを有していてもよい。シェルは、有機燃料成分の混合物を含んでいてもよい。
【００５４】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００５５】
上記複数の多層燃料球は、振動する複数の多層燃料球を含んでいてもよい。また、有機燃料成分の混合物は、ガソリンとエタノールの混合物を含んでいてもよい。
【００５６】
一部の態様において、主に内燃室で使用する混合燃料は、互いに接した複数の多層燃料球を含んでいてもよい。
【００５７】
各多層燃料球は、圧縮ガスのコアと、当該コアを囲むシェルとを有していてもよい。シェルは、有機燃料成分と無機燃料成分の混合物を含んでいてもよい。
【００５８】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００５９】
上記複数の多層燃料球は、振動する複数の多層燃料球を含んでいてもよい。また、有機燃料成分の混合物は、ガソリンと水の混合物を含んでいてもよい。
【００６０】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整および活性化を行う装置は、燃料パイプラインに配置された混合燃料活性化モジュールを具備していてもよい。混合燃料活性化モジュールは、流体力学的系統と、当該流体力学的系統に接続された機能的な空気力学的系統とを具備していてもよい。この装置は、燃料ポンプおよび燃料パイプラインによって活性化モジュールの流体力学的系統に接続され、混合燃料の成分を収容するように構成されたタンクを具備していてもよい。また、この装置は、内燃室を備えた装置の駆動軸の回転によって駆動され、パイプラインにより活性化モジュールの空気力学的系統に接続された圧縮器を具備していてもよい。さらに、活性化された混合燃料を活性化モジュールから噴霧器に出力して燃焼室に送り込む装置を具備していてもよい。
【００６１】
一部の態様においては、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整方法として、加圧状態の有機燃料を含む混合燃料ガスの第１の液体成分を燃料タンクから燃料パイプラインを介して活性化装置に入力するようにしてもよい。また、この方法では、第１の液体成分がパイプライン内の燃料流中を流れる際に、活性化装置内において、第１の局所乱流増幅・低圧領域を形成するようにしてもよい。さらに、水を含む第２の液体成分を、第１の局所低圧領域よりも圧力が高い第１の局所低圧領域に送り込んでもよい。さらには、活性化装置の渦中における局所的な流体力学的混合を燃料パイプライン中における乱流と組み合わせることにより、第１および第２の液体成分を混合して、２成分液体混合燃料ガスを形成するようにしてもよい。また、この方法では、２成分液体混合燃料ガスの流れと反対の方向に、圧縮空気を含むガス燃料成分を加圧状態でパイプラインに入力することによって、流入する２成分混合燃料よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成するようにしてもよい。さらに、２成分混合燃料を第２の局所低圧領域に送り込んで、ガス燃料成分と２成分液体混合燃料ガスの混合物中に局所的な擬似沸騰状態を形成するようにしてもよい。さらには、燃料流中の局所圧力を増加させることによって、ガス燃料成分と２成分液体混合燃料ガスの混合物から泡状の一様な微小気泡流を形成するようにしてもよい。
【００６２】
一部の態様においては、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整方法として、混合燃料ガスの液体成分をタンクから加圧状態で燃料パイプラインに入力するようにしてもよい。
【００６３】
また、この方法では、上記液体成分を多数の微小流に分散させることによって、局所乱流増幅領域および液体成分の微小乱流を形成するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、この方法では、微小乱流の流れと反対の方向に、ガス燃料成分を加圧状態で燃料パイプラインに入力することによって、圧縮空気を含む流入ガス燃料成分よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成するようにしてもよい。
【００６５】
また、この方法では、微小乱流を第２の局所低圧領域に送り込んで燃料流中に局所的な擬似沸騰状態を形成するようにしてもよい。さらに、燃料流中の局所圧力を増加させることによって、泡状の一様な微小気泡流を生成するようにしてもよい。
【００６６】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整および活性化を行う装置は、機械・流体力学的インターフェースと、当該インターフェースと同軸の第１のハウジングとを備えた流体力学的系統を具備していてもよい。また、この装置は、機械・空気力学的インターフェースと、当該インターフェースと同軸の第２のハウジングとを備えた空気力学的系統を具備していてもよい。そして、機械・空気力学的インターフェースと機械・流体力学的インターフェースとは、機能的に接続されていてもよい。この装置は、液体燃料成分をタンクから流体力学的系統に入力するように構成された第１のパイプラインを含む第１の系統をさらに具備していてもよい。
【００６７】
また、この装置は、ガス燃料成分を圧縮器から空気力学的系統に入力するように構成された第２のパイプラインを含む第２の系統を具備していてもよい。さらに、この装置は、少なくとも１つの燃料成分を入力するように構成された入力系統と、混合燃料を出力するための出力系統とを備え、流体力学的系統および空気力学的系統が入力系統と出力系統との間に配設され、流体力学的系統が第１のハウジング内に第１の筒状ピンを有するとともに、空気力学的系統が第２のハウジング内に第２の筒状ピンを有しており、この第２の筒状ピンは、第１の筒状ピンと同時に押すことで機械・流体力学的／機械・空気力学的統合インターフェースを提供するように構成されていてもよい。
【００６８】
一部の態様に係る装置は、燃料を導入する入力と、燃料の乱流を発生するように構成された複数の燃料チャンネルと、燃料の乱流を第１の低圧領域に出力するように構成された出力とを備えた流体力学的系統を具備していてもよい。また、この装置は、圧縮空気流を生成するように構成された複数の空気チャンネルと、圧縮空気流を第１の低圧領域と接続された第２の低圧領域に出力するように構成された出力とを備えた空気力学的系統を具備していてもよい。さらに、この装置は、燃料の乱流が圧縮空気流と混合されて複数の微小燃料気泡が形成されるように、燃料の乱流を第１の低圧領域から第２の低圧領域まで供給するように構成された第１および第２の低圧領域間のチャンネルを具備していてもよい。
【００６９】
一部の態様に係る装置は、燃料を導入するとともに燃料の乱流を発生するように構成された第１の低圧領域と、燃料の乱流とガス成分とを導入するとともに、圧縮ガスのコアと当該コアを囲む有機燃料のシェルとを有する複数の燃料球を生成するように構成された第２の低圧領域とを具備していてもよい。
【００７０】
一部の態様に係る方法では、燃料成分を導入し、ガス成分を導入し、圧縮ガスのコアと当該コアを囲む有機燃料のシェルとを有する複数の燃料球を形成し、複数の燃料球を燃焼室に送り込む。
【００７１】
一部の態様に係る装置は、燃料成分を導入するように構成された第１の入力と、ガス成分を導入するように構成された第２の入力とを具備する。また、この装置は、流体力学的系統と、当該流体力学的系統に接続された空気力学的系統とを具備する。空気力学的系統および流体力学的系統は、燃料成分とガス成分とを導入するとともに、圧縮ガスのコアと当該コアを囲む有機燃料のシェルとを有する複数の燃料球を形成するように構成されていてもよい。さらに、この装置は、複数の燃料球を燃焼室に送り込むように構成された出力を具備していてもよい。
【００７２】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００７３】
上記シェルは、第２の液体を含んでいてもよい。また、水を含んでいてもよい。さらに、上記燃料成分と異なる第２の燃料成分を含んでいてもよい。
【００７４】
一部の態様に係る装置は、燃料成分を導入するように構成された第１の入力と、液体を導入するように構成された第２の入力と、ガス成分を導入するように構成された第３の入力とを具備する。また、この装置は、流体力学的系統と、当該流体力学的系統に接続された空気力学的系統とを具備する。空気力学的系統および流体力学的系統は、燃料成分、液体、およびガス成分を導入するとともに、圧縮ガスのコアと当該コアを囲む燃料成分と液体のシェルとを有する複数の燃料球を形成するように構成されていてもよい。さらに、この装置は、複数の燃料球を燃焼室に送り込むように構成された出力を具備していてもよい。
【００７５】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整装置は、流体力学的系統ハウジングと、当該ハウジングにおいて同軸に配設された機械・流体力学的インターフェースとを備えた流体力学的系統を具備する。また、この装置は、空気力学的系統ハウジングと、当該ハウジングにおいて同軸に配設された機械・空気力学的インターフェースとを備えた空気力学的系統を具備する。そして、機械・流体力学的インターフェースと機械・空気力学的インターフェースとは、機能的に接続されている。さらに、この装置は、液体成分をタンクから流体力学的系統に入力するように構成されたパイプラインを具備する。また、この装置は、ガス成分を圧縮器から空気力学的系統に入力するように構成されたパイプラインを具備する。さらに、少なくとも１つの燃料成分を入力するように構成された系統を具備する。さらには、混合燃料を出力するように構成された系統を具備する。流体力学的系統および空気力学的系統はそれぞれ、流体力学的系統ハウジングおよび空気力学的系統ハウジング内の筒状ピン上に配置され、両者を同時に押すことで機械・流体力学的／機械・空気力学的統合インターフェースが提供されるように構成されていてもよい。
【００７６】
また、この装置は、流体力学的系統および空気力学的系統からの活性化された混合燃料の出力を導入して、流体切替中心に提供するように構成された装置を具備する。
【００７７】
また、この装置は、燃焼室に直接進入するように構成されたノズルチップを有する噴霧器の入力チャンネルと接続された切替中心を具備する。
【００７８】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整および活性化を行う装置は、燃料パイプラインに配設された混合燃料活性化モジュールを具備する。この活性化モジュールは、流体力学的系統と、当該流体力学的系統に接続された空気力学的系統とを具備する。この装置は、燃料ポンプおよびパイプラインによって流体力学的系統に接続され、混合燃料ガスの成分を収容するように構成されたタンクを具備する。また、この装置は、内燃室を備えた装置の駆動軸によって駆動され、出力が活性化モジュールに接続された圧縮器を具備する。
【００７９】
また、この装置は、活性化モジュールから活性化された燃料と混合ガスとを導入して噴霧器に提供するように構成された装置を具備する。さらに、活性化モジュールから活性化された燃料と混合ガスとを導入して流体切替中心に提供するように構成された装置を具備する。さらには、燃焼室に直接進入するように構成されたノズルチップを有する遠心渦流噴霧器の入力チャンネルと接続された切替中心を具備する。
【００８０】
一部の態様においては、燃焼室に供給する混合燃料ガスの調整方法として、混合燃料ガスの第１の液体成分を燃料タンクから燃料パイプラインに供給する。第１の液体成分は、有機燃料であってもよい。また、この方法では、パイプライン内の燃料流中を流れる第１の液体成分によって、第１の局所乱流増幅・低圧領域を形成する。さらに、水を含み、第１の局所低圧領域よりも高圧下にある第２の液体成分を、第１の局所低圧領域に送り込む。さらには、渦中における第１および第２の液体成分の流体力学的混合を燃料パイプライン中に発生させた乱流と組み合わせることにより、２成分液体混合燃料ガスを生成する。
【００８１】
また、この方法では、２成分液体混合燃料ガスの流れと反対の方向に、圧縮空気を含むガス燃料成分を加圧状態でパイプラインに入力する。さらに、ガス燃料成分の流れ方向および形態を変更することにより、流入する２成分混合燃料よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成する。さらには、２成分混合燃料を第２の局所低圧領域に送り込み、ガス燃料成分と２成分液体混合燃料ガスとを組み合わせて混合燃料ガスを生成するとともに、混合燃料ガス中に局所的な擬似沸騰状態を形成する。また、混合燃料ガスの燃料流中の局所圧力を増加させることによって、燃料流を擬似沸騰状態から微小気泡流に変化させる。
【００８２】
また、この方法では、噴霧器ノズルの入力チャンネル間に微小気泡流を供給する。この噴霧器ノズルは、燃焼室に進入するように構成されたチップと、発泡させた微小気泡の燃料流を指定した混合燃料の分散水準に比例・一致させるための円錐状出力とを具備する。
【００８３】
一部の実施形態において、微小気泡の流れは、泡状の一様なものであってもよい。
【００８４】
一部の態様においては、燃焼室に供給する混合燃料ガスの調整方法として、混合燃料ガスの第１の液体成分を燃料タンクから燃料パイプラインに供給することにより、第１の液体成分の流れを形成する。この第１の液体成分は、有機燃料を含む。また、この方法では、第１の液体成分の流れを複数の微小流に分散させるとともに、局所乱流増幅領域を形成する。さらに、第１の液体成分の乱流を局所乱流増幅領域に発生させる。さらには、第１の液体成分の乱流の流れと反対の方向に、加圧状態の圧縮空気を含むガス燃料成分を入力する。また、この方法では、ガス燃料成分の流れ方向および形態を変更することにより、第１の液体成分の乱流よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を生成する。
【００８５】
また、この方法では、第１の液体成分の乱流を第２の局所低圧領域に送り込んで、第１の液体成分の乱流中に局所的な擬似沸騰状態を形成する。さらに、混合燃料ガスの燃料流中の局所圧力を増加させることによって、燃料流を擬似沸騰状態から微小気泡流に変化させる。さらには、燃焼室に進入するように構成された１または複数のチップと、発泡させた微小気泡の燃料流を指定した混合燃料の分散水準に比例・一致させるための円錐状出力室とを有する噴霧器ノズルの入力チャンネル間に微小気泡流を供給する。
【００８６】
一部の態様においては、燃焼室に入力する混合燃料ガスを調整する多段活性化方法として、混合燃料ガスの液体成分をタンクから加圧状態で燃料パイプラインに入力することにより、液体成分の流れを形成する。
【００８７】
また、この方法では、液体成分の流れを多数の微小流に分散させる。さらに、局所乱流増幅領域を形成する。さらには、第１の液体成分の乱流の流れと反対の方向に、加圧状態の圧縮空気を含むガス燃料成分を入力する。
【００８８】
また、この方法では、ガス燃料成分の流れ方向および形態を変更することにより、第１の液体成分の乱流よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を生成する。
【００８９】
また、この方法では、第１の液体成分の乱流を第２の局所低圧領域に送り込んで、第１の液体成分の乱流中に局所的な擬似沸騰状態を形成する。さらに、混合燃料ガスの燃料流中の局所圧力を増加させることによって、燃料流を擬似沸騰状態から微小気泡流に変化させる。さらには、燃焼室に進入するように構成された１または複数のチップと、発泡させた微小気泡の燃料流を指定した混合燃料の分散水準に比例・一致させるための円錐状出力室とを有する噴霧器ノズルの入力チャンネル間に微小気泡流を供給する。
【００９０】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整および活性化を行う装置は、流体力学的系統ハウジングと、当該ハウジングにおいて同軸に配設された機械・流体力学的インターフェースとを備えた流体力学的系統を具備する。
【００９１】
また、この装置は、空気力学的系統ハウジングと、当該ハウジングにおいて同軸に配設された機械・空気力学的インターフェースとを備えた空気力学的系統を具備する。さらに、この装置は、液体成分をタンクから流体力学的系統に入力するように構成されたパイプラインを具備する。また、この装置は、ガス成分を圧縮器から空気力学的系統に入力するように構成されたパイプラインを具備する。さらに、少なくとも１つの燃料成分を入力するように構成された系統を具備する。さらには、混合燃料を出力するように構成された系統を具備する。ここで、流体力学的系統および空気力学的系統はそれぞれ、流体力学的系統ハウジングおよび空気力学的系統ハウジング内の筒状ピン上に配置され、両者を同時に押すことで機械・流体力学的／機械・空気力学的統合インターフェースが提供される。また、この装置は、大径側が燃焼室に面した円錐状出力を有するノズルチップ付き噴霧器からの混合燃料流を供給するように構成された系統を具備する。
【００９２】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整および活性化を行う装置は、燃料パイプラインに配設された混合燃料活性化モジュールを具備する。この活性化モジュールは、流体力学的系統と、当該流体力学的系統に接続された機能的な空気力学的系統とを具備する。この装置は、燃料ポンプおよび燃料パイプラインによって活性化モジュールの流体力学的系統に接続され、混合燃料の成分を収容するように構成された少なくとも１つのタンクを具備する。また、この装置は、内燃室を備えた装置の駆動軸の回転によって駆動され、パイプラインにより活性化モジュールの空気力学的系統に接続された圧縮器を具備する。さらに、この装置は、活性化モジュールからの活性化された混合燃料の出力を導入して、燃焼室に直接進入している噴霧器に入力するように構成された装置を具備する。さらには、大径側が燃焼室に面した円錐状出力を有する噴霧器のノズルから活性化された混合燃料を供給するように構成された系統を具備する。
【００９３】
一部の態様において、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整方法は、多段階の活性化を含む。また、この方法では、主に有機燃料である混合燃料ガスの第１の液体成分をタンクから加圧状態で燃料パイプラインに入力するようにしてもよい。
【００９４】
また、この方法では、パイプライン内の燃料流中を流れる第１の液体成分によって、第１の局所乱流増幅・低圧領域を形成するようにしてもよい。さらに、水を含み、第１の局所低圧領域よりも圧力が高い第２の液体成分を、第１の局所低圧領域に送り込むようにしてもよい。さらには、渦中における第１および第２の液体成分の流体力学的混合を燃料パイプライン中に発生させた乱流と組み合わせることにより、２成分液体混合燃料ガスを生成するようにしてもよい。また、この方法では、２成分液体混合燃料ガスの流れと反対の方向に、圧縮空気を含むガス燃料成分を加圧状態でパイプラインに入力するようにしてもよい。さらに、ガス燃料成分の流れ方向および形態を変更することにより、流入する２成分混合燃料よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成するようにしてもよい。さらには、２成分混合燃料を第２の局所低圧領域に送り込み、ガス燃料成分と２成分液体混合燃料ガスとを組み合わせて混合燃料ガスを生成するとともに、混合燃料ガス中に局所的な擬似沸騰状態を形成するようにしてもよい。また、混合燃料ガスの燃料流中の局所圧力を増加させることによって、燃料流を擬似沸騰状態から微小気泡流に変化させてもよい。さらには、遠心渦流噴霧器ノズルの入力チャンネル間に微小気泡流を供給するようにしてもよい。この渦流噴霧器ノズルは、燃焼室に進入するチップと、発泡させた微小気泡の燃料流を指定した混合燃料の分散水準に比例・一致させるための円錐状出力室とを具備する。
【００９５】
一部の態様において、内燃エンジンは、混合燃料の成分の入力、混合燃料の調整、混合燃料の流体力学的な活性化、および混合燃料の空気力学的な活性化を行うように構成されたシステムを具備していてもよい。このシステムは、混合燃料の供給、噴射、および点火を行うように構成されていてもよい。また、上記エンジンは、シリンダとピストンのセットを具備していてもよい。さらに、ピストン運動を回転運動に変換するように構成されたシステムを具備していてもよい。さらには、排ガスの空気力学的ノイズの水準を抑制するように構成されたシステムを具備していてもよい。また、このエンジンは、排ガスの有毒成分の少なくとも一部を中和するように構成されたシステムを具備していてもよい。さらには、各種調節を行うように構成された電子制御システムを具備していてもよい。
【００９６】
一部の態様において、内燃エンジンは、混合燃料の成分の入力、混合燃料の調整、混合燃料の流体力学的な活性化、および混合燃料の空気力学的な活性化を行うように構成されたシステムを具備していてもよい。また、このエンジンは、混合燃料の供給、噴射、および点火を行うように構成されたシステムを具備していてもよい。さらに、シリンダとピストンのセットを具備していてもよい。さらには、死点やクランク軸が存在せず、シリンダのピストン運動を出力軸の回転運動に変換するように構成されたデュアル回転システムを具備していてもよい。また、このエンジンは、排ガスの空気力学的ノイズの水準を抑制するように構成されたシステムを具備していてもよい。さらに、このエンジンは、排ガスの有毒成分の少なくとも一部を中和するように構成されたシステムを具備していてもよい。さらには、各種調節を行うように構成された電子制御システムを具備していてもよい。
【００９７】
一部の態様に係る方法では、圧縮ガスのコアと当該コアを囲む液体シェルとを有する多層燃料球を生成する。シェルは、燃焼室で燃焼させる燃料を含む。また、この方法では、多層燃料球が破裂しないように、燃料パイプライン中である圧力に維持する。さらに、この方法では、燃料パイプラインよりも低い圧力を有する燃焼室内で多層燃料球を破裂させる。
【００９８】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【００９９】
燃焼室内での多層燃料球の破裂は、多層燃料球を燃焼室に供給することによって破裂させるようにしてもよい。多層燃料球の生成においては、ガスの量を指定し、ガスの圧力を指定し、ガスと混合する燃料の量を指定するようにしてもよい。また、上記方法では、燃焼室内における燃料の燃焼特性を監視し、多層燃料球の生成に利用するガスの量、圧力、および燃料の量のうちの少なくとも１つを調節するようにしてもよい。燃料パイプラインの圧力は、５０ＰＳＩよりも高く、燃焼室の圧力は、２５ＰＳＩより低くてもよい。また、燃料パイプラインの圧力は、７０ＰＳＩよりも高く、燃焼室の圧力は、１０ＰＳＩより低くてもよい。
【０１００】
一部の態様において、内燃室で使用する多層燃料球は、圧縮ガスのコアと当該コアを囲む液体シェルとを有し、シェルが燃焼室で燃焼させる燃料を含み、燃焼室の圧力で多層燃料球が破裂するように、圧縮ガスのコアの厚さと圧力および液体シェルの厚さを指定するようにしてもよい。
【０１０１】
また、以下のような１または複数の実施形態が考えられる。
【０１０２】
燃料球は、燃焼室に接続された燃料パイプラインの圧力で破裂しないように構成されていてもよい。燃料パイプラインの圧力は、５０ＰＳＩよりも高く、燃焼室の圧力は、２５ＰＳＩより低くてもよい。また、燃料パイプラインの圧力は、７０ＰＳＩよりも高く、燃焼室の圧力は、１０ＰＳＩより低くてもよい。圧縮ガスのコアの半径と当該コアを囲むシェルの厚さとの比率は、およそ０．８〜２．５であってもよい。シェルは、乱流有機燃料で構成されていてもよい。また、シェルは、有機燃料成分の混合物で構成されていてもよい。この有機燃料成分の混合物は、ガソリンとエタノールの混合物を含んでいてもよい。また、シェルは、有機燃料成分と無機燃料成分の混合物で構成されていてもよい。この有機燃料成分と無機燃料成分の混合物は、ガソリンと水の混合物を含んでいてもよい。
【０１０３】
一部の態様において、上記燃料気泡は、燃料パイプラインと燃焼室との間の圧力差に起因して破裂する。その圧力によっては、破裂して燃料粒子、空気粒子、および空気が埋め込まれた燃料粒子となる。
【０１０４】
燃料気泡の破裂により形成される混合物は、乱流としての利点があり、燃焼室で混合されることによって、均一性が向上し、燃焼効率がより高くなる。
【０１０５】
この混合物は、燃料パイプラインまたは同じ配置の活性化装置から、気泡流としてシリンダブロックに送り込んでもよい。また、噴霧器またはその他の装置を用いて、燃焼室内に噴射してもよい。一部の態様において、この装置は、混合物の変化に対して高速に応答できるように、燃焼室の近傍に配置されるとともに、エンジン管理システムによって制御されるように構成されていてもよい。
【０１０６】
実施形態としては、任意のガス混合用途において少なくとも２つの異なるガス成分の渦流混合を行う方法および装置であって、爆発性混合物（発音性混合物）の生成に使用する比率等、特定の燃焼環境に望ましいガス混合燃料に対応する比率で、天然ガス、水素、および／または酸素や空気等の気体酸化剤といったガス燃料成分をパイプライン中で混合する。
【０１０７】
一部の実施形態において、第１のガス成分の相対密度は、第２のガス成分の相対密度よりも小さい。そして、第１のガス成分がパイプラインを流れると、パイプラインの周囲に配置された接線チャンネル系統により、圧力が高い第２のガス成分の接線方向の流れによって、第１のガス成分の流れを包むとともに混合物の乱流を増幅させる渦流が形成される。
【０１０８】
混合プロセスは閉じた容積で行われるが、第１および第２のガス成分の相対重量または体積比は、完全に制御されるものであってもよい。
【０１０９】
このような制御は、各ガス成分の圧力、流量、および流速を変化させることによって実現してもよい。このようにすると、ガス成分間の混合比が即座に変化するため、混合プロセスを完全に制御可能となる。
【０１１０】
また、ガス成分がパイプライン中を流れる際の上記混合方法では、ベルヌーイ効果が起きる時の渦流チャンネルおよび低圧と高圧の混合効果により、混合ガスの体積の均一性が向上すると同時に混合速度が高くなるため、混合に必要な動力が低減されるとともに、混合効率が改善される。
【０１１１】
このような特性により、医療関係の用途やマイクロエレクトロニクス製品の製造のほか、特に、エンジン、ボイラー、加熱炉、発電機器等のあらゆる種類の産業用機器における燃焼室内での燃焼用ガス燃料の調整、および農業関係やその他の処理用途を含む任意のガス混合用途のための混合装置として使用されることを意図した方法および装置の応用が可能となる。
【０１１２】
特定のガス混合燃料に対する要求に応じて、発音性混合物の爆発に至る臨界量をわずかに下回る比率を維持してもよい。このような比率で制御された混合では、熱エネルギー特性が発音性混合物と略一致した状態で混合燃料が燃焼室に供給されるため、安全な環境が実現可能となる。
【０１１３】
発音性混合物の生成に使用する比率でガス混合燃料がある量となる特定の状況では、酸化剤が混合されていない１００％のガス燃料成分と量が等しい場合の（燃焼）熱エネルギーと同等の熱的性能を有することが知られている。したがって、上述の実施形態では、ガス燃料成分を低減し、燃料ガスと酸化剤から成る発音性に近い混合物の特定量を燃焼室で燃焼させることにより、熱的性能を大幅に改善することができる。制御された「発音性に近い」混合物は、爆発性混合物の生成を防止するために開発したものである。
【０１１４】
発音性混合物とは異なるガス燃料成分と酸化剤の混合比率でも、燃焼用空気に対する要求が他の技術よりも低くなるため、燃焼中の熱的性能が向上する。
【０１１５】
熱的性能が向上し、特定の燃焼環境で特定水準の熱的性能を達成するために使用する酸化剤の量が少なくなると、有毒な排ガスの量と毒性が低減される。
【０１１６】
上述の方法および装置は、得られたガス混合物を燃焼室で燃焼させる際に、さらに望ましい効果を奏する。すなわち、第２のガス成分がそのチャンネルから流れ出て、第１のガス成分に流入する際に膨張するため、ガス混合物に冷却効果が作用する。また、パイプライン中を流れる同心のガス混合物流において、乱流が増幅される。さらに、燃焼室方向に流れるガス混合物のパイプライン中での軸力ベクトルが生成される。
【０１１７】
少なくとも１つの渦発生器を備えた装置におけるガス燃料成分と圧縮気体酸化剤の渦流混合プロセスの説明
【０１１８】
１．渦流混合の各段階
【０１１９】
１．１．ガス燃料成分を通常の動作圧力でパイプラインに入力する。
【０１２０】
１．２．ガス燃料成分を装置の軸チャンネルに流し込む。
【０１２１】
１．３．上記チャンネルの制限内で、ガス燃料成分をチャンネルの筒状表面に接する圧縮気体酸化剤流と連続的に作用させる。
【０１２２】
１．４．同じパイプラインで、最低１つの渦発生器の動作により、燃焼室方向に流れる圧縮酸化剤の筒状中空螺旋渦を形成する。これは、ガス燃料成分と同心で、燃焼室方向のベクトルを有する線形軸力を形成している。この軸力は、気体酸化剤の圧力がガス燃料成分の圧力より少なくとも１気圧以上大きい場合、筒状渦流の各系統の１平方ミリメートル当たり約１０グラムである。この圧力効果により、渦発生器から出力されるガス混合物は、渦発生器のパイプラインに進入するガス流よりも、平均して３〜５℃低い温度となる。このような渦処理サイクルは、複数の渦発生器が結合されていると、連続的に繰り返される。連続する各渦発生器は、とりわけ、温度のさらなる低下、乱流の増幅、および線形軸力ベクトルの増幅をもたらす。気体酸化剤とガス燃料成分の比率は、混合プロセス全体で完全に管理・制御されるため、爆発性混合物に近い所望の特性を有する非爆発性のガス混合燃料が形成される。
【０１２３】
１．５．燃焼室方向のベクトルを有する線形軸力は、混合燃料が自然に反転して燃料パイプラインに流れ込まないようにする。このような反転が起こると、予期せぬ爆発が起こる可能性がある。
【０１２４】
１．６．気体酸化剤の相対密度がガス燃料成分の相対密度よりも大きいため、ガス燃料成分の周囲に形成された圧縮気体酸化剤の筒状渦流は、混合燃料の合成渦流の中心にガス燃料成分の力学的流れを維持する。この混合作用によって、様々なガス混合成分がより完全に混合されるとともに、ガスの相互拡散をもたらす。したがって、混合燃料渦流を燃焼室に入力して燃焼させる際、この装置を使うと、燃焼用空気を外部から導入する量が低減され、排ガスの発生量が低減され、混合燃料の温度が低くなり、バーナー火炎の脈動が少なくなり、燃焼の均一性および速度が向上するとともに、排ガス（ＮＯｘ、ＣＯｘ等）中の毒性要素の濃度が低減される。ガス混合燃料が爆発性混合物に近い場合は、混合燃料自体の燃焼特性によって、熱的性能がさらに改善される。
【０１２５】
１．７．ガス燃料成分と気体酸化剤成分の乱流度が比較的高く、両者が十分に混合されていることにより、燃焼室でこの混合燃料を燃焼させると、より強い酸化反応が起きる。酸化反応が強くなると、排ガス中の炭素酸化物の濃度が低くなる。
【０１２６】
ここに記載の装置、システム、および方法の特徴には、複数の流体成分の動的な混合および活性化であれ、複数のガス成分に対する水の混合、冷却、および抽出であれ、圧縮ガス流の冷却および飲料水の抽出であれ、可動部や内部形状を含まない１つの装置に複数の周知の自然原理を重ね合わせることによって得られるプラスの運動エネルギー効果が含まれる。その利点として、低いエネルギーの入力で高い運動エネルギーを有する液体流、ガス流、またはそれらの組み合わせが形成されることにより、簡素な設計かつ低運転コストの小型装置で所望の結果が得られることが挙げられる。
【０１２７】
また、複数の物理現象に基づく様々な効果を重ね合わせることができるとともに、内部エネルギー増強形状によりその効果をさらに増幅することができるため、脆弱な混合・活性化方法では得られない様々な液体および／またはガス成分の新たな混合物を生成することができる。
【０１２８】
運動エネルギーの生成効率は、同じエネルギーを入力するその他の装置と比較して、全体で５倍を超える改善効果がある。
【０１２９】
このような新たな混合物およびその生成方法の利点として、より効率的な燃焼、燃焼プロセスのより良い制御、および多くの用途において効率的なシステムを設計する新規かつ改良された手法の進展が考えられる。
【０１３０】
Ａ．適用する基本原理を以下に例示する。
【０１３１】
１．複数の液体成分、ガス成分、または液体と気体の動的な混合および活性化には以下を適用する。
【０１３２】
液体流中のベルヌーイ効果とガス流中のベルヌーイ効果との同時作用および相互影響効果（このプロセスは、液体と気体の圧力制御のみで制御する）。
【０１３３】
２．複数のガス成分に対する水の混合、冷却、抽出、および圧縮空気流の冷却と飲用水の抽出には以下を適用する。
【０１３４】
断熱膨張（ジュール・トムソン効果）による冷却効果およびランク効果の各現象の連続的な重ね合わせ。
【０１３５】
Ｂ．基本的な原理のほか、装置内部のその他の形状設計例によって、以下のような技術の適用によりもたらされる蓄積効果が強化される。
【０１３６】
流体を円形状断面からリング状断面に変換することによって、乱流を発生するとともに、ガス成分の液体容積全体へのより深い浸透を可能にする技術。
【０１３７】
連続する低圧容積領域を形成するとともに、様々な混合成分を高圧でこれら領域に入力して混合度を高める技術。
【０１３８】
燃料成分を加速させるとともに渦流および乱流を発生させる流体流路および空気流路を形成する技術。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
図１は、燃料活性化装置の断面図である。
【０１４０】
図１Ａは、燃料活性化装置の流体力学的系統および空気力学的系統の断面図である。
【０１４１】
図１Ｂは、燃料活性化装置の全体断面図である。
【０１４２】
図１Ｃは、燃料活性化装置の全体模式図である。
【０１４３】
図２Ａは、燃料活性化装置内の動的流れを示す図である。
【０１４４】
図２Ｂは、燃料活性化装置内の全体的な動的流れを示す図である。
【０１４５】
図３Ａは、燃料活性化装置の構造図である。
【０１４６】
図３Ｂは、燃料活性化装置の全体構造図である。
【０１４７】
図４は、燃料活性化装置内の動的流れを示す図である。
【０１４８】
図５は、混合燃料の１つの液体成分および１つのガス成分を活性化する燃料活性化装置を備えたシステムのブロック図である。
【０１４９】
図６は、混合燃料の２つ以上の液体成分を活性化する燃料活性化装置を備えたシステムのブロック図である。
【０１５０】
図７は、エンジン上に直接組み付けた燃料活性化装置を示す図である。
【０１５１】
図８Ａは、エンジン上に直接組み付けた燃料活性化装置内における空気および液体の流れを示す図である。図８Ｂは、燃料活性化装置の異なる部位間の関係を示す図である。図８Ｃおよび図８Ｄは、燃料パイプラインの２つの部分間で密閉されたシステム内に配置された燃料活性化装置を示す図である。
【０１５２】
図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、燃料活性化装置のリフレクタの態様を示す図である。
【０１５３】
図１０は、エンジンのシリンダの断面図である。
【０１５４】
図１１Ａは、装置の出力上に噴霧器を備えた燃料活性化装置の断面図である。
【０１５５】
図１１Ｂは、噴霧器に接続可能な燃料活性化装置の全体断面図である。
【０１５６】
図１２Ａは、噴霧器に接続された燃料活性化装置内における空気および液体燃料の流れを示す図である。
【０１５７】
図１２Ｂは、燃料活性化装置の全体概略図である。
【０１５８】
図１３は、連続して接続された２つの燃料活性化装置を有するシステムのブロック図である。
【０１５９】
図１４は、連続して接続され、少なくとも一方が２つ以上の液体燃料成分を使用する燃料活性化装置を有するシステムのブロック図である。
【０１６０】
図１５Ａ〜図１５Ｄは、燃料を示す図である。
【０１６１】
図１６は、燃料活性化装置の流体力学的ハウジングおよび空気力学的ハウジングの断面図である。
【０１６２】
図１７は、燃料活性化装置を内燃エンジンに使用した状態を示すブロック図である。
【０１６３】
図１８、図１９、図２０、図２１、図２２、および図２３は、燃料活性化装置の各系統の形状および寸法の関係を示す図である。
【０１６４】
図２４〜図２９は、流体力学的系統のハウジングの幾何学的関係および設計特性を示す図である。
【０１６５】
図３０Ａおよび図３０Ｂは、天然ガスを圧縮空気と混合し、混合時にガス混合物を冷却することによって空気力学的に活性化する装置の図である。
【０１６６】
図３１および図３２は、天然ガスと空気の混合物を空気力学的に活性化する装置の一態様に係る図である。
【０１６７】
図３３および図３４は、渦発生器を用いて天然ガスと空気の混合物を活性化する装置の断面図である。
【０１６８】
図３５Ａおよび図３５Ｂは、渦発生器の模式図および断面図である。
【０１６９】
図３６Ａおよび図３６Ｂは、水の渦流を発生・冷却する装置の断面図および渦発生器の模式図である。
【０１７０】
図３７Ａおよび図３７Ｂは、排ガスから水の渦流を発生するとともに排ガスを冷却する装置の断面図および渦発生器の模式図である。
【０１７１】
図３８は、二重渦発生器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０１７２】
ここに記載の装置および方法は、燃料が複数の成分、たとえばガソリンと水のような２つの異種成分を有する場合、またはガソリンとエタノールのような２つの同種成分を有する場合、またはガソリンとエタノールと水のような少なくとも３つの多種成分を有する場合に適用することができる。また、この装置および方法は、燃料がガソリンやディーゼル燃料等の１つの成分のみを有する場合にも適用することができる。
【０１７３】
一部の実施形態において、上記装置および方法では、燃料がパイプライン中を流れている間に混合燃料を処理する一方、連続する流体力学および空気力学の基本原理を採用して燃料を活性化する。
【０１７４】
すべての用途に関して、上記装置は、燃料ポンプと、燃料パイプラインと、乱流発生用の流体機械的／流体力学的要素とを具備する。流体機械的／流体力学的要素は、燃料使用装置に接続された動力駆動軸によって駆動される圧縮器に接続された空気力学的に燃料気泡を形成する活性化装置と構造的かつ機能的に接続されている。したがって、処理された混合燃料は、燃料パイプラインから出力された後、燃焼室に入力されて燃焼に供される。一部の実施形態においては、空調装置または装置内の他の圧縮器から圧縮空気を提供してもよい。
【０１７５】
また、上記装置および方法は、有機燃料成分と無機燃料成分との流体力学的な混合および全体または一部を発泡させた状態でのその後の酸素による一様な空気力学的飽和と、一様な燃料の乱流およびその後の酸素による一様な空気力学的飽和とを同じ効率で提供する。上述の混合燃料の変化に関わらず、そのように処理された燃料の物理化学的特性は、燃焼まで維持される。
【０１７６】
一部の実施形態においては、燃焼室に供給する混合燃料ガスの調整方法として、以下の工程を行う。
【０１７７】
主に有機燃料である第１の液体成分を含む燃料をタンクから加圧状態で燃料パイプラインに入力する。
【０１７８】
燃料パイプライン中を流れる燃料流に上記第１の液体成分を分散させるとともに、局所乱流増幅・低圧領域を形成する。
【０１７９】
主に水の形態である第２の液体成分を、第１の局所低圧領域よりも高い圧力で第１の局所低圧領域に送り込む。
【０１８０】
燃料パイプライン中で生成された乱流と組み合わせることにより、上記２つの液体成分を渦流と流体力学的に混合する。
【０１８１】
上記２成分混合燃料の流れと反対の方向に、主に圧縮空気の形態であるガス成分を加圧状態でパイプラインに送り込み、ガス成分と作用する前の２成分混合燃料よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成する。
【０１８２】
混合燃料が燃焼室方向に流れる際に、第２の低圧領域の混合燃料中に局所的な擬似沸騰状態を形成する。
【０１８３】
燃料流中の局所圧力を徐々に増加させて、擬似沸騰状態の混合燃料から微小気泡の一様な混合燃料流へと変化させる。
【０１８４】
一部の実施形態においては、燃焼室に入力する混合燃料ガスの調整方法として、以下の工程を行う。
【０１８５】
上記液体燃料成分を燃料タンクから加圧状態で燃料パイプラインに供給する。
【０１８６】
パイプライン中を流れる上記液体成分を多数の微小流に変換してパイプラインの燃料流中に分散させるとともに、第１の局所乱流増幅・低圧領域を形成する。
【０１８７】
上記局所微小流領域の流れと反対の方向に、主に圧縮空気の形態であるガス燃料成分を加圧状態でパイプラインに送り込み、上記領域形成前の流れよりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域を形成する。
【０１８８】
燃料が燃焼室方向に流れる際に、第２の低圧領域に局所的な擬似沸騰状態を形成する。
【０１８９】
燃料流中の局所圧力を徐々に増加させて、混合燃料を擬似沸騰状態から微小気泡の一様な燃料流へと変化させる。
【０１９０】
燃焼室で燃焼させる混合燃料ガスの調整装置は、以下の構成要素を具備する。
【０１９１】
流体力学的効果および空気力学的効果をそれぞれもたらす機能的に接続された機械的統合インターフェース。
【０１９２】
上記燃料成分を上記装置の流体力学的系統に入力するための燃料タンクおよびパイプラインを具備した少なくとも１つの系統。
【０１９３】
ガス燃料成分を圧縮器から上記装置の空気力学的系統に供給するためのパイプラインを具備した少なくとも１つの系統。
【０１９４】
少なくとも１つの燃料成分を入力するための少なくとも１つの系統および混合燃料を上記装置から出力するための系統であって、両者間の燃料パイプラインに上記装置の流体力学的系統および空気力学的系統が組み込まれている系統。流体力学的系統および空気力学的系統は、同軸の異なるハウジング内の筒状ピン上に配置されており、流体力学的・空気力学的統合要素を提供する。
【０１９５】
図１は、有機燃料を段階的に活性化する装置の断面図であって、第１段階では有機燃料を水と混合する。第２段階では、ベルヌーイの定理を適用して得られる条件において、圧縮空気を加圧状態で有機燃料と水の混合物に入力することにより、擬似沸騰状態を形成した後、微小気泡流として燃焼室に供給する。
【０１９６】
図１、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、主に以下の構成要素を具備する。
【０１９７】
符号１０１：燃料パイプライン
【０１９８】
符号１０２：乱流の発生および混合燃料の活性化を行う流体力学的要素のハウジング
【０１９９】
符号１０３：燃料流を筒状から円錐状の流れに変換する円錐
【０２００】
符号１０４：燃料の変換を行うキャビティ
【０２０１】
符号１０５：水が流れるリング状キャビティ
【０２０２】
符号１０６：長さが直径の少なくとも１０倍以上で、円形上に一定の間隔で配置されたチャンネル
【０２０３】
符号１０７：パイプラインの内径とハウジング１０２との間のチャンネルリング
【０２０４】
符号１０８：円錐状リフレクタ
【０２０５】
符号１０９：流速の増加と乱流の増幅とを同時に引き起こす円錐状極細リングチャンネル
【０２０６】
符号１１０：混合燃料の液体成分を流体力学的に混合する局所低圧領域
【０２０７】
符号１１１：圧縮ガス流を均一な極細の微小流として送り込む開口
【０２０８】
符号１１２：圧縮ガス流の方向を変化させるとともに、高速の流れにより局所低圧領域を形成する円錐状リングチャンネル
【０２０９】
符号１１３：圧縮ガス流の形態変換プロセスを開始する円錐状ニードル
【０２１０】
符号１１４：空気力学的装置のハウジングおよび圧縮ガス流の変換を行う空気力学的系統
【０２１１】
符号１１５：高速のガス流を支える円錐状リフレクタの安定器
【０２１２】
符号１１６：混合燃料の一様な擬似沸騰塊体が形成される装置のリング状領域
【０２１３】
符号１１７：擬似沸騰塊体が微小気泡として通過する領域１１６から延びたリング状領域
【０２１４】
符号１１８：圧縮ガスを入力するパイプライン
【０２１５】
符号１１９（図１Ｂ）：活性化された混合燃料のコレクタ
【０２１６】
符号１２０：圧縮ガスの入力
【０２１７】
符号１２１：付加的な燃料成分の入力
【０２１８】
符号１２２：活性化された混合燃料の集排出パイプ
【０２１９】
符号１２３：電磁加速器または加熱装置に変更可能なブッシュ
【０２２０】
符号１２４：出力コネクタ
【０２２１】
符号１２５：入力コネクタ
【０２２２】
図２Ａは、混合燃料を段階的に活性化する装置の断面図であって、初期成分の入力および活性化された混合燃料の出力の流れを概略的に示している。図２Ｂは、燃料活性化装置の全体断面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、主に以下の構成要素を具備する。
【０２２３】
符号２０１：無機燃料成分の入力チャンネル
【０２２４】
符号２０２：圧縮ガスの入力チャンネル
【０２２５】
符号２０３：有機燃料成分の入力チャンネル
【０２２６】
符号２０４：無機燃料成分を低圧で流れる有機燃料成分と混合すると同時に、擬似沸騰塊体を形成するパイプライン内のリング状領域
【０２２７】
符号２０５：排出開口に向けて圧縮空気流を加速させる圧縮空気供給領域
【０２２８】
符号２０６：第２の局所低圧領域および擬似沸騰塊体が形成されるリング状領域
【０２２９】
符号２０７：微小気泡塊体が形成されるリング状領域
【０２３０】
符号２０８：微小気泡の発泡塊体が形成されるリング状領域
【０２３１】
図３Ａは、混合燃料を段階的に活性化する装置の断面図であって、有機成分および圧縮空気のみを含む。図３Ｂは、燃料活性化装置の全体断面図である。図３Ａおよび図３Ｂは、主に以下の構成要素を具備する。
【０２３２】
符号３０１：燃料パイプライン
【０２３３】
符号３０２：混合燃料中に局所的な乱流を発生させる系統のハウジング
【０２３４】
符号３０３：燃料流中に擬似沸騰塊体を形成するプロセスを局所的かつ空気力学的に増強する系統のハウジング
【０２３５】
符号３０４：断面積が徐々に小さくなって液体の流速が徐々に増加する円錐状キャビティ
【０２３６】
符号３０５：燃料流を筒状から円錐状の流れに変換する円錐
【０２３７】
符号３０６：ハウジング３０２とパイプライン３０１との間の空隙（一般的には、ハウジングがパイプラインに軽く押し込まれている）
【０２３８】
符号３０７：長さが直径の少なくとも１０倍以上で、円錐状キャビティ３０４の底部上に一定の間隔で配置された極細開口
【０２３９】
符号３０８：開口３０７の出力となる円錐状極細チャンネル
【０２４０】
符号３０９：リフレクタを囲む円錐状ベル
【０２４１】
符号３１０：混合燃料を活性化する装置の流体力学的系統と空気力学的系統との間の円錐状チャンネルリング
【０２４２】
符号３１１：空気力学的系統の円錐状リフレクタ
【０２４３】
符号３１２：圧縮ガス流が１８０°反転する局所リング状領域
【０２４４】
符号３１３：圧縮空気を分散して局所低圧領域の形成を開始する、ハウジング３０３の端面に一定の間隔で配置された開口
【０２４５】
符号３１４：符号３１５で表される圧縮空気の流速が最大となるリング状チャンネルにおいて、高速の圧縮空気流が燃料の微小乱流中に送り込まれる局所低圧リング状領域
【０２４６】
符号３１６：微小気泡の発泡塊体が形成される局所リング状領域
【０２４７】
符号３１７：圧縮空気が分散される円錐状チャンネル
【０２４８】
符号３１８：空気力学的リフレクタの円錐状系統
【０２４９】
符号３１９：空気力学的リフレクタの円錐状ニードル
【０２５０】
符号３２０：圧縮空気を入力するパイプライン
【０２５１】
図４は、混合燃料を段階的に活性化する装置内における液体および気体の流れを示す図であって、有機燃料および圧縮空気のみを含む。図４は、主に以下の構成要素を具備する。
【０２５２】
符号４０１：一定の間隔で配置された開口に供給される流入燃料
【０２５３】
符号４０２：燃料の流れと反対の方向に入力される圧縮空気流
【０２５４】
符号４０３：極細開口を流れる微小燃料
【０２５５】
符号４０４：極細開口を通って分散される燃料
【０２５６】
符号４０５：一定の間隔で配置された開口に圧縮空気が供給されるキャビティ
【０２５７】
符号４０６：燃料の乱流が高速の加圧状態で排出されるリング状キャビティ
【０２５８】
符号４０７：１８０°反転した圧縮空気流
【０２５９】
符号４０８：分散されて局所低圧領域を形成する圧縮ガス流
【０２６０】
符号４０９：高圧下で低圧領域に送り込まれ、擬似沸騰流の形成を開始するガス流
【０２６１】
符号４１０：擬似沸騰領域が形成され、徐々に微小気泡塊体になる局所領域
【０２６２】
符号４１１：混合燃料ガスの微小気泡流
【０２６３】
図５は、燃焼室で燃焼させる混合燃料ガスの連続調整プロセスを示す図である。図５は、主に以下の構成要素を具備する。
【０２６４】
符号５０１：燃料タンク
【０２６５】
符号５０２：燃料ポンプ
【０２６６】
符号５０３：混合燃料を活性化する装置の流体力学的系統
【０２６７】
符号５０４：混合燃料を活性化する装置の空気力学的系統
【０２６８】
符号５０５：圧縮器
【０２６９】
符号５０６：噴霧器
【０２７０】
符号５０７：燃焼室のシリンダ
【０２７１】
符号５０８：内燃室のクランク機構
【０２７２】
図６は、燃焼室で燃焼させる多成分混合燃料ガスの連続調整・活性化プロセスを示す図である。図６は、主に以下の構成要素を具備する。
【０２７３】
符号６０１：有機燃料タンク
【０２７４】
符号６０２：無機混合物タンク
【０２７５】
符号６０３：流体力学的混合装置に無機燃料成分を入力するパイプ
【０２７６】
符号６０４：燃料ポンプ
【０２７７】
符号６０５：有機燃料成分と無機燃料成分とを流体力学的に混合する装置
【０２７８】
符号６０６：機械・流体力学的要素および機械・空気力学的要素が機能的に接続された１つの閉じた系統であって、混合燃料に流体力学的効果および空気力学的効果を付与する装置
【０２７９】
符号６０７：燃料成分の混合ならびに導入した混合物の形態および物理的条件の変更を含み、混合燃料に複雑な空気力学的効果を付与する装置
【０２８０】
符号６０８：内燃室を備えた装置の駆動軸の回転によって駆動される圧縮器
【０２８１】
符号６０９：燃料噴霧器系統
【０２８２】
符号６１０：内燃室のシリンダ
【０２８３】
図７は、活性化モジュールの軸系統であって、混合燃料の液体燃料成分を入力する系統と、調整および活性化された混合燃料を出力する系統とを併せて示した図である。図７は、主に以下の構成要素を具備する。
【０２８４】
符号７０１：活性化モジュールが組み込まれた燃料パイプラインの断面図
【０２８５】
符号７０２：装置の流体力学的系統
【０２８６】
符号７０３：有機燃料タンクからの入力用燃料パイプライン
【０２８７】
符号７０４：流体Ｏリング
【０２８８】
符号７０５：無機燃料成分（たとえば水）を入力するためのパイプライン
【０２８９】
符号７０６：無機燃料成分が乱流状態の有機燃料成分と混合される領域へ送り込まれる前に蓄積されるキャビティ
【０２９０】
符号７０７：流体力学的効果をもたらす装置のハウジング（流体力学的効果をもたらす極細リングチャンネルは、ハウジング７０１の内径とハウジング７０７の外径との間の領域によって形成される）
【０２９１】
符号７０８：極細リングチャンネル
【０２９２】
符号７０９：空気力学的効果をもたらす装置の円錐状リフレクタ
【０２９３】
符号７１０：燃料の液体成分が流体力学的に混合されて乱流となる局所リング状領域
【０２９４】
符号７１１：液体／ガス混合燃料中に擬似沸騰の第１段階が形成されるリング状領域
【０２９５】
符号７１２：圧縮空気を入力するパイプラインの周囲に一定の間隔で配置され、活性化された混合燃料を断面７０１から出力するためのチャンネル
【０２９６】
符号７１３：圧縮器からの圧縮空気を入力するためのパイプライン
【０２９７】
符号７１４：符号７１２と同じ
【０２９８】
図８は、混合燃料ガスの調整装置内における燃料混合成分の流れを示す概略図である。図８は、主に以下の構成要素を具備する。
【０２９９】
符号８０１Ａ：ガソリン等の有機成分を含む混合燃料の液体成分の入力（燃料ポンプによる圧力で動作）
【０３００】
符号８０２：水等の無機成分を含む混合燃料の液体成分の入力（圧力を掛けずに重力の効果で動作）
【０３０１】
符号８０３：無機燃料成分が集中するキャビティ
【０３０２】
符号８０４：有機燃料成分と無機燃料成分とを以下の順序で混合するキャビティ。まず、有機燃料成分を分散および乱流化して、キャビティ８０３と同軸かつ対称な局所低圧領域を形成する。同様にキャビティ８０３と同軸かつ対称な極細リングチャンネル上の低圧領域において、上記すべてのキャビティの接続形態により、無機燃料成分を有機燃料成分の乱流塊体に一定の間隔で供給し、混合する。これにより得られる混合物は、キャビティ８０４における乱流度および圧力の水準を維持する。符号８０５：上記すべてのキャビティと対称かつ同軸で、圧縮空気が局所低圧領域を形成するリング状キャビティ。上記流体力学的キャビティが空気力学的低圧領域よりも高い圧力を有するため、キャビティ８０５内の燃料は、擬似沸騰モードで高速の渦流と混合する。この場合、生成された混合燃料流は、微小気泡の流れとして構成される。
【０３０３】
符号８０６：上記すべてのキャビティと同軸の円形上に配置された対称キャビティ内の混合燃料の出力
【０３０４】
図９Ａは、混合燃料を調整する装置の２つの円錐状リフレクタ間のインターフェースを示す図である。図９Ｂおよび図９Ｃは、燃料活性化装置のインターフェース全体の模式図である。図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、主に以下の構成要素を具備する。
【０３０５】
符号９０１：燃料パイプライン
【０３０６】
符号９０２：インターフェースの流体力学的系統の円錐状軸ピン
【０３０７】
符号９０３：流体力学的系統のハウジングが設けられる筒状軸ピン
【０３０８】
符号９０４：空気力学的系統のハウジングが設けられる筒状軸ピン
【０３０９】
符号９０５：インターフェースの空気力学的系統の円錐状軸ピン
【０３１０】
符号９０６：インターフェースの流体力学的系統の円錐状リフレクタ
【０３１１】
符号９０７：インターフェースの空気力学的系統の円錐状複合リフレクタ
【０３１２】
符号９０８：リフレクタ９０７のベル
【０３１３】
図１０は、内燃室のシリンダヘッドの断面図であって、活性化モジュールが直接挿入されるとともに、活性化された混合燃料が噴射されている。図１０は、主に以下の構成要素を具備する。
【０３１４】
符号１００１：混合燃料の調整装置
【０３１５】
符号１００２：活性化された混合燃料を活性化モジュールから噴霧器等に出力するチャンネル
【０３１６】
符号１００３：噴霧器
【０３１７】
符号１００６：シリンダヘッドのハウジング
【０３１８】
符号１００７：内燃室のシリンダブロックのハウジング
【０３１９】
符号１００８：ピストン
【０３２０】
図１１Ａは、液体と気体の２成分のみを含む混合燃料の調整および活性化を行う装置の軸方向断面図であって、この装置は、燃焼室に直接進入していてもよい。図１１Ｂは、燃料活性化装置の軸方向全体断面図である。図１１Ａおよび図１１Ｂは、主に以下の構成要素を具備する。
【０３２１】
符号１１０１：装置の外側筒状ハウジング
【０３２２】
符号１１０２：装置の流体力学的系統ハウジングのシャフト
【０３２３】
符号１１０３：装置の流体力学的系統と空気力学的系統とを接続し、流体力学的系統としての使用を意図した統合インターフェースの筒状ピン
【０３２４】
符号１１０４：インターフェースの流体力学的系統の円錐状軸ピン
【０３２５】
符号１１０５：インターフェースの空気力学的系統の円錐状軸ピン
【０３２６】
符号１１０６：装置の空気力学的系統のハウジング
【０３２７】
符号１１０７：ハウジング１１０６の前端面に一定の間隔で配置された開口
【０３２８】
符号１１０８：ハウジング１１０６の内部キャビティ
【０３２９】
符号１１０９：インターフェースの構成として組み込まれた２つの円錐状リフレクタの直径上に一定の間隔で配置された螺旋状極細チャンネル
【０３３０】
符号１１１０：装置の空気力学的系統に配置された統合インターフェースのリフレクタの内側円錐表面
【０３３１】
符号１１１１：装置の流体力学的系統に配置された統合インターフェースのリフレクタの外側円錐表面
【０３３２】
符号１１１２：中心がインターフェースのすべてのピンと同軸の円形状に配置され、液体有機燃料成分を分散させるために一定の間隔で配置されたチャンネル
【０３３３】
符号１１１３：流体Ｏリング
【０３３４】
符号１１１４：装置の流体力学的系統ハウジングの内側円錐表面
【０３３５】
符号１１１５：混合燃料を噴霧器等に出力するためのチャンネル
【０３３６】
符号１１１６：圧縮空気を供給するためのパイプライン
【０３３７】
符号１１１７：噴霧器
【０３３８】
符号１１１８：燃料パイプライン
【０３３９】
図１２Ａは、混合燃料ガスの調整および活性化を行う装置に対する燃料混合成分の入力、出力、および流れを示す概略図である。図１２Ｂは、燃料活性化装置の全体概略図である。図１２Ａおよび図１２Ｂは、主に以下の構成要素を具備する。
【０３４０】
符号１２０１：円錐状の室内に導入されて形態を変更された有機燃料成分
【０３４１】
符号１２０２：有機燃料成分を分散させて乱流を増幅させる領域
【０３４２】
符号１２０３：圧縮空気の流れ方向を変化させた後に分散させる領域
【０３４３】
符号１２０４：低圧により燃料の有機液体成分の乱流が圧縮空気と混合され、微小気泡等の形態で噴霧器に流れる擬似沸騰塊体が形成される領域
【０３４４】
符号１２０７：噴霧器等の出力チャンネルを通る微小気泡の出力
【０３４５】
符号１２０８：統合型噴霧器
【０３４６】
混合燃料ガスの調整および活性化を行う上記装置のすべての実施形態において、調整および活性化のプロセスは、同じ技術的遷移を包含する。液体成分の量に関わらず、プロセスの流れは、以下のような特性を有する。
【０３４７】
図５のタンク５０１からの液体燃料成分は、燃料ポンプ５０２によって、混合燃料の調整、変換、および活性化を行う装置の流体力学的系統５０３に流れ込む。この装置において、図１の燃料パイプライン１０１からの液体燃料成分は、円錐状のキャビティ１０４に進入する。そして、断面積が変化する円錐領域に液体が流れ込むと、圧力が同じであることから、液体の流速が徐々に増加して、ハウジング１０２の極細開口１０６に到達する前に最大速度に達する。
【０３４８】
すべての開口の合計断面積は、円錐の底部を含む収容キャビティの面積よりも小さいため、開口内で液体がさらに分散されてレイノルズ数が増加するとともに、乱流度が大幅に高くなる。これにより、混合燃料は、装置の流体力学的系統から排出される時点で高速かつ高乱流度となっており、また、図３の流体リフレクタ３０９の形状で決まる渦流が発生している。
【０３４９】
このプロセスと同時に、装置の空気力学的系統においては、内燃室５０８を備えた装置の駆動軸の回転に接続された図５の圧縮器５０５から導入された圧縮空気流が入力・変換される。図１のハウジング１１４内部の圧縮空気は、徐々に圧縮されて、極細開口１１１に進入し、分散されてリフレクタ１１５の円錐表面と平行に排出され、１８０°方向を転換した後、リフレクタの円錐状キャビティから排出される。これにより、高速の液体燃料流が混合される低圧領域が形成される。このように、２つの流れが合流すると、大きな気泡の爆発によって形成され、擬似的な沸騰のプロセスが生じる擬似沸騰塊体が形成される。この流れを加速すると、より小さな気泡が形成される。このようなプロセス全体は、図１１の噴霧器１１１７または燃焼室に混合燃料を噴射するその他任意の燃料入力装置等に向かって混合燃料が流れると発生する。
【０３５０】
上述のようなシステムおよび方法を用いて、圧縮ガスのコアを囲む乱流有機燃料のシェルを形成することができる。一部の実施形態において、圧縮ガスは空気であってもよい。また、別の実施形態において、圧縮ガスは、水素等の空気以外の気体であってもよい。
【０３５１】
一部の実施形態においては、航空機のタービンまたはラムジェットの燃焼室での燃焼に加圧状態の水素を用いてもよい。水素を使用すると、様々な利点が得られる。たとえば、航空機の翼の冷却に高密度のスラッシュ水素を使用し、その後、気体として燃焼させるために温度を上昇するようにしてもよい。一部の実施形態においては、水素を液体として使用してもよく、発泡させてもよい。空気または気体水素のいずれかを空気力学的系統に噴射して液化し、微小気泡を形成するようにしてもよい。このように、液体水素に覆われた水素の気泡を形成してもよい。
【０３５２】
図１３は、混合燃料を連続的に活性化するための段階的プロセスのブロック図である。この例の混合燃料は、有機液体燃料のみを含む。混合燃料は、一様な高効率の高カロリー燃料として燃焼室に入力される。
【０３５３】
活性化プロセスは、混合燃料が燃料タンクから燃焼室まで流れる間に、一連の連続工程として生じる。図１３は、このプロセスについて、２つの異なる活性化段階を示したものである。活性化の第１段階は、液体燃料成分が燃料タンクから燃料パイプラインに出力された後の段階に相当する。活性化の第２段階は、混合燃料を燃焼室に入力（噴射）する前の段階に相当する。
【０３５４】
図１３は、主に以下の構成要素を具備する。
【０３５５】
符号１３０１：燃料タンク
【０３５６】
符号１３０２：燃料ポンプ
【０３５７】
符号１３０３：活性化の第１段階前に相当する燃料パイプラインの部位
【０３５８】
符号１３０４：第１活性化モジュールの流体力学的系統
【０３５９】
符号１３０５：圧縮器またはその他の圧縮ガス供給源に接続された第１活性化モジュールの空気力学的系統
【０３６０】
符号１３０６：圧縮器等の圧縮ガス供給源
【０３６１】
符号１３０７：第１活性化モジュールの空気力学的系統１３０５の出力に接続され、燃料の燃焼室への噴射前段階に配置された第２活性化モジュールの流体力学的系統
【０３６２】
符号１３０８：圧縮ガス供給源１３０６に接続され、出力が燃焼室の入力に接続された第２活性化モジュールの空気力学的系統
【０３６３】
符号１３０９：噴霧器等の形態の燃焼室入力
【０３６４】
符号１３１０：燃焼室
【０３６５】
図１４は、異なる液体成分から成る多成分混合燃料を連続的に活性化するための段階的プロセスのブロック図である。この例の混合燃料は、少なくとも２つの液体燃料成分を含み、その一方は無機成分であってもよい。活性化された混合燃料は、一様な燃料として燃焼室に入力されるため、高効率の燃焼プロセスが得られる。図１４は、主に以下の構成要素を具備する。
【０３６６】
符号１４０１：混合燃料の有機成分の燃料タンク
【０３６７】
符号１４０２：混合燃料の無機成分の燃料タンク
【０３６８】
符号１４０３：燃料ポンプ
【０３６９】
符号１４０４：燃料タンク１４０１を燃料ポンプ１４０３と接続するパイプライン
【０３７０】
符号１４０５：燃料タンク１４０２を第１燃料活性化モジュールの流体力学的系統と接続するパイプライン
【０３７１】
符号１４０６：燃料ポンプを第１燃料活性化モジュールの流体力学的系統と接続するパイプライン
【０３７２】
符号１４０７：第１燃料活性化モジュールの流体力学的系統
【０３７３】
符号１４０８：圧縮ガス供給源に接続された第１燃料活性化モジュール（第２活性化モジュールに接続）の空気力学的系統
【０３７４】
符号１４０９：活性化モジュール１４０８の空気力学的系統を圧縮ガス供給源と接続するパイプライン
【０３７５】
符号１４１０：第２活性化モジュールの流体力学的系統
【０３７６】
符号１４１１：第２活性化モジュールの空気力学的系統
【０３７７】
符号１４１２：圧縮器等の圧縮ガス供給源
【０３７８】
符号１４１３：圧縮器を噴霧器等の燃焼室入力装置と接続するパイプライン
【０３７９】
符号１４１４：第２活性化モジュールの出力を噴霧器等の燃焼室入力装置と接続するパイプライン
【０３８０】
符号１４１５：混合燃料を燃焼室に入力する装置
【０３８１】
符号１４１６：燃焼室
【０３８２】
図１５は、活性化後の混合燃料の体積構造を示す図である。図１５Ａは、活性化の第１段階後の体積構造を示しており、気泡塊体の燃料パイプライン中における変形は始まっておらず、互いに押し付けられたようになっている。
【０３８３】
図１５Ｂは、混合燃料の気泡の変形が始まって互いに離間している最中の体積構造を示している。
【０３８４】
図１５Ｃおよび図１５Ｄは、活性化された混合燃料の塊体が燃料パイプラインに進入する際の内部プロセスを示している。１サイクルで燃焼室に噴射する場合は、活性化された燃料の単位用量の活性表面積が大きいことから、活性化された混合燃料の塊体の運動パラメータによって、燃焼プロセスが高効率となる。
【０３８５】
図１５Ａ〜図１５Ｄは、主に以下の構成要素を具備する。
【０３８６】
符号１５０１：第１活性化モジュールから第２活性化モジュールに移動する際の変形モードの複合燃料球
【０３８７】
符号１５０２：変形中の複合燃料球間の接触形態
【０３８８】
符号１５０３：第２活性化モジュール後段の一様モードにおける燃料球間の接触形態
【０３８９】
符号１５０４：第２活性化モジュール後段の一様モードにおける燃料球間の接触形態
【０３９０】
符号１５０５：第２活性化モジュール後段の一様モードにおける複合燃料球
【０３９１】
符号１５０６：第１活性化モジュール後段の変形モードにおいて圧縮ガスの核部を持たない燃料球の変異体
【０３９２】
符号１５０７：圧縮ガスの核部を有する燃料球の変異体
【０３９３】
符号１５０８：ガソリンやガソリンと水の混合物等の可燃複合体から成る燃料球の被覆
【０３９４】
符号１５０９：圧縮ガスの核部の直径が最大で、可燃複合体の被覆の厚さが最小の燃料球の変異体
【０３９５】
符号１５１０：最小厚さの燃料球の被覆
【０３９６】
符号１５１１：最小直径の燃料球の核部
【０３９７】
符号１５１２：表面張力によって安定できない不十分な厚さの燃料球の被覆
【０３９８】
符号１５１３：実質的に被覆を持たない燃料球の核部
【０３９９】
符号１５１４：最適なサイズの燃料球の核部
【０４００】
符号１５１５：核部の直径が被覆の厚さと等しい最適なサイズの燃料球の被覆
【０４０１】
符号１５１６：被覆の厚さが核部の半径と等しい過渡的サイズの燃料球
【０４０２】
図１６は、混合燃料活性化モジュールの構成要素である流体力学的ハウジングおよび空気力学的ハウジングを詳細が分かるように分離した状態の構造図である。図１６は、主に以下の構成要素を具備する。
【０４０３】
符号１６００：流体力学的ハウジング
【０４０４】
符号１６０２：インターフェース
【０４０５】
符号１６０３：中心配向孔
【０４０６】
符号１６０４：空気力学的ハウジング
【０４０７】
符号１６０５：円錐状室内
【０４０８】
符号１６０６：円錐状室内
【０４０９】
符号１６０７：微小孔
【０４１０】
符号１６０８：微小孔
【０４１１】
符号１６０９：小径
【０４１２】
符号１６１０：大径、符号１６１１：燃料パイプライン
【０４１３】
符号１６１２：小径
【０４１４】
符号１６１３：大径
【０４１５】
符号１６１４：液体作用物質の入力
【０４１６】
符号１６１５：ガス作用物質の入力
【０４１７】
図１７は、内燃エンジンの概略ブロック図である。
【０４１８】
図１８〜図２３は、流体力学的系統のハウジングの幾何学的関係および設計特性を示す図である。図２０は、流体力学的系統のハウジング２６０３を示す図であって、孔の直径２６０１と長さ２６０２の幾何学的関係を示している。図１８は、リフレクタ２４０２とパラメータ２４０１、２４０３、２４０４、２４０５、２４０６、２４０７との幾何学的関係を示している。また、図１９は、パラメータ２５０１、２５０２、２５０３、および２５０４を示している。
【０４１９】
図２４、図２５、図２６、図２７、図２８、および図２９は、燃料活性化装置の様々な構成例を示す図である。
【０４２０】
図３０Ａおよび図３０Ｂは、入力渦発生器を備えたガス成分／空気混合装置を示す図である。
【０４２１】
図３１および図３２は、ガスと圧縮空気を混合するとともに、混合プロセス中にガス混合物を冷却してガス成分を空気力学的に活性化する装置およびその構成要素を示す図である。
【０４２２】
図３３、図３４、および図３５は、ガス成分を混合・冷却する装置を示す図である。
【０４２３】
図３６Ａ、図３６Ｂ、図３７Ａ、図３７Ｂ、および図３８は、水を生成・冷却する装置および渦発生器の模式図である。
【０４２４】
２つの液体成分を含む混合燃料を生成するための燃料活性化装置
【０４２５】
図１、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照する。図１は、燃料活性化装置１００を例示した断面図である。図２Ａは、図１の燃料活性化装置１００内における液体と空気の流れを示した図であって、発泡燃料が生成される。燃料活性化装置１００は、燃料パイプライン１０１に配置されており、流体力学的部分２１０および空気力学的部分２１２を含む（図２Ａ参照）。流体力学的部分２１０および空気力学的部分２１２は、インターフェース領域で重なっている。流体力学的部分２１０は、２つ（またはそれ以上）の液体を混合するとともに、液体中に乱流を発生させる。空気力学的部分２１２は、乱流状態の液体を圧縮ガスと混合して微小気泡２０７を形成する。
【０４２６】
以下に詳述する通り、燃料活性化装置１００の使用中は、燃料および別の液体（たとえば水、同じ燃料、または異なる燃料等）が流体力学的部分２１０に入力される（矢印２０３、２０１で示す）。燃料と別の液体とは、ベルヌーイの定理に基づく流体力学的効果によって、低圧領域１１０で混合される。燃料と別の液体とが混合されると、混合燃料は、乱流状態で燃料活性化装置１００の空気力学的部分２１２に流れ込む。燃料活性化装置１００の空気力学的部分２１２には、圧縮空気等のガスが供給されており（矢印２０５で示す）、低圧領域１１６で混合燃料と混合される。燃料とガスとが混合されると、混合燃料中に擬似沸騰層が形成される。この擬似沸騰層は安定しており、燃焼室に出力されて（矢印２０８で示す）燃焼に供される発泡燃料を形成する（矢印２０７で示す）。
【０４２７】
より詳しく説明すると、燃料活性化装置１００は、燃焼室に供給する混合燃料ガスの調整方法を提供する。この装置の使用中は、有機燃料等がタンクから加圧状態で燃料パイプライン１０１に入力される。この燃料は、燃料パイプライン１０１中を流れる燃料流に分散されて、局所乱流増幅・低圧領域１１０を形成する。また、水等の第２の液体成分が、局所低圧領域１１０よりも高い圧力で局所低圧領域１１０に送り込まれる。この２つの液体成分は、燃料活性化装置１００の渦中で流体力学的に混合され、燃料パイプライン１０１中には乱流が発生する。また、２成分混合燃料の流れと反対の方向に、圧縮空気等のガス成分が加圧状態で燃料パイプライン１０１に送り込まれる。この圧縮空気は、燃料活性化装置１００内に第２の局所低圧領域１１６を形成する。低圧領域１１６は、ガス成分と作用する前の２成分混合燃料よりも低い圧力を有する。そして、混合燃料が燃焼室方向に流れると、第２の局所低圧領域１１６内の混合燃料に局所的な擬似沸騰状態が形成される。燃料流中の局所圧力が徐々に増加すると、擬似沸騰状態の混合燃料は、微小気泡の実質的に一様な混合燃料流に変化する。
【０４２８】
上述の通り、燃料活性化装置１００は、流体力学的部分２１０および空気力学的部分２１２を含む。燃料活性化装置１００の流体力学的部分２１０は、キャビティ１０４を形成するハウジング１０２を含む。この装置の使用中は、燃料パイプライン１０１からキャビティ１０４に燃料が導入される。
【０４２９】
キャビティ１０４は、燃料の流れ方向に断面積が小さくなる円錐形状を有する。より詳しく説明すると、キャビティ１０４は、燃料が燃料活性化装置１００に進入する端部近傍において、流入燃料が流れる経路に沿ったどの位置よりも大きな直径を有する。キャビティ１０４の直径が小さくなることにより、キャビティ１０４内を流れる液体の乱流が増幅されるとともに、燃料の圧力が燃料活性化装置１００内を流れるにつれて高くなる。
【０４３０】
キャビティ１０４内には円錐１０３が配置されており、キャビティ１０４を通った燃料は円錐１０３を通過する。円錐１０３は、円錐形状を有しており、そのチップ１０９は、燃料が燃料活性化装置１００に進入するキャビティ１０４の端部方向を向いている。キャビティ１０４内に円錐１０３が設けられていることにより、燃料が流れる面積がさらに小さくなるとともに、燃料の圧力が燃料活性化装置１００内を流れるにつれて高くなる。また、キャビティ１０４と円錐１０３の円錐形状により、液体と円錐１０３の表面との接触が増えるため、燃料がパイプライン内を流れるにつれて乱流が増幅される。一般的に、燃料パイプライン中では、パイプラインの表面近傍で乱流が最大となり、パイプラインの中心部では乱流度が低くなる。円錐表面（たとえば、キャビティ１０４や円錐１０３の円錐表面）は、燃料が接触する表面積が増えるため、燃料の乱流が増幅される。また、図１に示すように、円錐１０３は、燃料の流れを筒状から円錐状に変換する。円錐を含む領域の前段の燃料パイプライン中では、燃料が層流となっている。層流の場合、パイプラインに最も近い部分の燃料が高い乱流度を有している。そして、燃料が円錐１０３を通過すると、その流れが筒状から円錐状に変換される。また、燃料が円錐１０３の端縁部に接触してその流れ方向が変化するため、燃料の乱流がさらに増幅される。このように、円錐１０３が存在することにより、燃料の乱流が増幅される。
【０４３１】
燃料活性化装置１００の流体力学的部分２１０は、燃料が燃料活性化装置１００に進入する側と反対側のキャビティ１０４の端部に配置された複数のチャンネルを具備する。燃料は、キャビティ１０４内を流れて、チャンネル１０６に進入する。チャンネル１０６は、円形上に一定の間隔で配置されており、その長さは、直径の少なくとも１０倍以上である。一般的に、チャンネルの間隔は、燃料活性化装置の大きさによって決まる。チャンネルの一端は、円錐状リフレクタ１０３の底部で円錐状キャビティ１０４と流体的に接続されており、他端は、円錐状極細リングチャンネル１０９と接続されている。円錐状リングチャンネル１０９は、燃料が流れる円錐状のチャンネルである。また、円錐状リングチャンネル１０９は、大きさが異なる２つの円錐表面間の領域に形成されている。この装置の使用中は、キャビティ１０４からチャンネル１０６および円錐状リングチャンネル１０９を通る方向に燃料が流れる。燃料がキャビティ１０４からチャンネル１０６および１０９を通って流れると、燃料の流速が増加すると同時に、乱流が増幅される。
【０４３２】
また、燃料活性化装置１００の流体力学的部分２１０は、水、同じ燃料、または異なる燃料等の第２の液体を導入するリング状キャビティ１０５を具備する。このリング状キャビティ１０５は、チャンネルリング１０７と流体的に接続されている。リング状キャビティ１０５およびチャンネルリング１０７は、燃料パイプライン１０１の内側面と流体力学的部分２１０のハウジング１０２の外側面との間に配置されている。この装置の使用中は、液体がリング状キャビティ１０５を通ってチャンネルリング１０７に流れ込む（矢印２０１で示す）。リング状キャビティ１０５の幅は、チャンネルリング１０７の幅よりも大きい。このように、液体がリング状キャビティ１０５からチャンネルリング１０７を通って流れると、液体の圧力と乱流度が高くなる。
【０４３３】
燃料活性化装置１００は、流体力学的部分２１０と空気力学的部分２１２とが重なる箇所に低圧領域１１０を有する。チャンネルリング１０７からの液体および円錐状リングチャンネル１０９からの燃料は、低圧領域１１０に出力される。円錐状リングチャンネル１０９からの燃料は、チャンネルリング１０７から低圧領域１１０に進入する液体の流れ方向に対して、ある角度で低圧領域１１０に流れ込むため、２つの液体の混合が促進される。
【０４３４】
低圧領域１１０の形状によって、チャンネルリング１０７および円錐状リングチャンネル１０９からの液体成分の流体力学的混合による混合燃料の形成が促進されるとともに、混合燃料中の乱流が増幅される。局所低圧領域１１０は、ベルヌーイの定理に基づく自然原理によりもたらされる流体力学的効果で得られた混合燃料の液体成分中の乱流を増幅させる。低圧領域１１０の乱流状態の混合燃料は、燃料活性化装置１００の空気力学的部分２１２に流れ込んで、空気等のガス成分とさらに混合される。
【０４３５】
燃料活性化装置１００の空気力学的部分２１２は、圧縮ガス流を導入してその流れ方向を変更するハウジング１１４を具備する。圧縮ガスの空気力学的部分２１２への入力は、パイプライン１１８が提供する（矢印２０２で示す）。圧縮ガスを入力するためのパイプライン１１８は、燃料パイプライン１０１よりも小さな直径を有する。また、空気力学的部分２１２のハウジング１１４は、パイプライン１１８からの圧縮ガスを導入するキャビティ１２３を形成する。キャビティ１２３は、パイプライン１１８と形状および直径が類似する第１の部分１２２と、断面積が小さくなる円錐形状の第２の部分１２０とを含む。より詳しく説明すると、キャビティ１２３の第２の部分１２０は、圧縮ガスが第１の部分１２２から侵入する端部において、流入圧縮ガスが流れる経路に沿ったどの位置よりも大きな直径を有する。第２の部分１２０でキャビティ１２３の直径が小さくなることにより、ガスの圧力が燃料活性化装置１００内を流れるにつれて高くなる。また、この円錐形状によって、ガス流中の乱流が増幅される。
【０４３６】
キャビティ１２３内には円錐１１３が配置されており、キャビティ１２３を通ったガスは円錐１１３を通過する。円錐１１３は、円錐形状を有しており、そのチップ１２５は、圧縮ガスがパイプライン１１８から燃料活性化装置１００に進入するキャビティ１２３の端部方向を向いている。このように、キャビティ１２３内に円錐１１３が設けられていることにより、ガスが流れる面積がさらに小さくなるとともに、ガスの圧力が高くなる。また、円錐１１３は、燃料活性化装置１００内の空気の流れ方向を変更して、圧縮空気を開口群１１１に流し込む。開口１１１は、圧縮ガス流を分割して圧縮ガスの極細微小流に変換する。また、開口１１１は、円錐１１３の底部周りに一定の間隔で配置されている。一般的に、開口１１１の間隔と数は、燃料活性化装置１００の大きさによって決まる。開口１１１の一端は、円錐１１３の底部近傍でキャビティ１２３と接続されており、他端は、開口１２６と接続されている。そして、この開口１２６は、円錐状チャンネルリング１１２と接続されている。ガスがキャビティ１２３から開口１１１を通って円錐状チャンネルリング１１２に流れ込むと、圧縮ガスの流れ方向が変更される。
【０４３７】
より詳しく説明すると、ガスは、燃料の流れと実質的に反対の方向に、燃料活性化装置１００の空気力学的部分２１２に進入した後、燃料の流れと実質的に同じ方向に、空気力学的部分２１２から排出される。円錐状リフレクタに含まれる安定器１１５は、高速のガス流を支えるものである。この安定器は、比例限度内で流速を維持するとともに、ある限度内でガス流や残留物の運動エネルギーの水準を維持するように、活性化された混合燃料の濃淡を維持することができる。
【０４３８】
安定器１１５は、円錐状チャンネルリング１１２に対してある角度で配設されたチャンネル１２７を形成する。円錐状チャンネルリング１１２および安定器チャンネル１２７を圧縮ガスが高速で流れるため、圧縮ガスが円錐状チャンネルリング１１２および安定器チャンネル１２７から排出される際には、その排出点に局所低圧領域１１６が形成される。低圧領域１１０からの混合燃料は、安定器チャンネル１２７からの圧縮ガスと混合されるように、チャンネル１２８を介して局所低圧領域１１６に送り込まれる。そして、ガスと燃料の混合により、燃料活性化装置１００の低圧領域１１６に擬似沸騰塊体が生成される（矢印２０６で示す）。さらに、燃料とガスの混合物は、低圧領域１１６からリング状領域１１７に流れ込む。リング状領域１１７は、低圧領域１１６よりも大きな直径を有する。この液体と空気の混合物の圧力は、擬似沸騰塊体が低圧領域１１６からリング状領域１１７に流れ込むと増加する。リング状領域１１７では、燃料とガスの擬似沸騰塊体の少なくとも一部が安定状態となることにより、燃料の微小気泡が形成される（矢印２０７、２０８で示す）。
【０４３９】
一般的に、燃料の微小気泡は、燃料または別の液体と混合した燃料のシェルで囲まれた圧縮ガスのコアで構成されている。微小気泡におけるガスの燃料に対する量的な比率は、およそ１０〜３０％（たとえば、およそ１０〜１５％、１５〜２５％、２５〜３０％等）であってもよい。また、微小気泡のサイズは異なっていてもよい。たとえば、圧縮ガスのコアの直径は、およそ０．１５〜０．３ｍｍ（たとえば、およそ０．１５〜０．２ｍｍ、０．２〜０．２５ｍｍ、０．２５〜０．３ｍｍ等）であってもよい。
【０４４０】
微小気泡が燃焼室に進入するまで安定状態を保つように、圧縮ガスを囲む液体のシェルは、微小気泡の破裂を防止できる程度の十分な厚さを有する。たとえば、微小気泡のシェル厚さは、およそ０．１〜０．３ｍｍ（たとえば、およそ０．１〜０．２ｍｍ、０．２〜０．２５ｍｍ、０．２５〜０．３ｍｍ等）であってもよい。圧縮ガスのコアの直径および液体のシェルの厚さは、ひとかたまりの発泡燃料中で異なっていてもよい。たとえば、燃料のすべてが微小気泡の状態である必要はない。一部の実施形態において、燃料活性化装置１００で処理された後の燃料の物理化学的特性は、燃焼まで維持される。処理した燃料の特性を維持するためには、燃料活性化装置１００を燃焼装置の近傍に配置すると都合がよい。
【０４４１】
上述した例の少なくとも一部では、燃料活性化装置が通常は燃料と水を混合するものとして説明しているが、様々な種類の液体成分を混合するようにしてもよい。たとえば、燃料活性化装置は、ガソリンと水のような２つの異なる液体成分を混合するものであってもよい。また、別の例では、ガソリンとエタノールのような２つの同種成分を混合するものであってもよい。さらに別の例では、ガソリンとエタノールと水のような少なくとも３つの多種成分を混合するものであってもよい。このような実施形態では、３つの成分のうちの２つが、燃料活性化装置１００の流体力学的部分に至る液体入力のうちの１つに供給される。さらに別の例では、同じ液体を燃料活性化装置１００の両入力に供給するようにしてもよい。たとえば、ガソリン等の燃料を燃料活性化装置１００の両液体入力に供給するようにしてもよい。
【０４４２】
図６は、燃焼室で燃焼させる多成分混合燃料ガスの生成および活性化を行う燃料活性化装置を含むシステムのブロック図である。このシステム６００は、有機燃料を格納するタンク６０１と、当該タンク６０１からの有機燃料と混合される無機液体等の第２の液体成分を格納するタンク６０２とを具備する。タンク６０２と燃料活性化装置の流体力学的系統６０５との間にはパイプ６０３が接続されており、有機燃料と流体力学的に混合するための無機燃料成分を活性化装置に入力することができる。燃料ポンプ６０４は、燃料をタンク６０１からパイプラインを介して燃料活性化装置の流体力学的系統６０５に送り込む。このシステムの使用中は、燃料活性化装置の流体力学的系統６０５が有機燃料成分と無機燃料成分とを流体力学的に混合する。燃料活性化装置の流体力学的系統６０５は、混合燃料に複雑な空気力学的効果を付与する空気力学的系統６０７に接続されている。より詳しく説明すると、空気力学的系統６０７は、流体力学的系統６０５からの液体をガス成分と混合する。空気力学的系統６０７で使用する空気は、内燃室を備えた装置の駆動軸の回転によって駆動される圧縮器６０８から供給するようにしてもよい。燃料の活性化（たとえば、空気と液体を混合して微小気泡を形成）を行った後、混合燃料は、燃料噴霧器６０９の系統を介して内燃室６１０のシリンダに供給するようにしてもよい。
【０４４３】
燃料活性化装置の構成要素の寸法依存関係
【０４４４】
一部の実施形態においては、燃料の乱流を増幅するとともに気泡を生成するため、燃料活性化装置の寸法の関係を種々設定してもよい。燃料活性化装置の幾何学的形状は、燃料パイプラインの大きさのほか、混合燃料流の圧力、単位時間当たりに燃料パイプライン系統を通過する混合燃料の量、混合燃料の粘度、混合燃料の密度、混合燃料の温度、および混合燃料流のレイノルズ数等、燃料パイプライン中を流れる混合燃料のパラメータによって制限される。寸法の関係を図７、図８Ａ、および図８Ｂに例示するが、その他の寸法依存関係も考えられる。
【０４４５】
燃料活性化装置を燃料パイプラインに適用すると、パイプライン内での圧力、速度、および乱流状態が変化する可能性があり、燃料が適切に圧縮された状態を維持できなければ、燃料の流れが変化してしまう可能性がある。このため、燃料パイプラインの直径と燃料活性化装置の構成要素の寸法範囲との比率は、特定の実施形態における条件に基づいて、燃料活性化装置内での燃料の輸送および発泡燃料の形成を促進するように選択する。
【０４４６】
図７、図８Ａ、および図８Ｂは、燃料活性化装置の異なる部位間の関係を示す図である。図７、図８Ａ、および図８Ｂには、以下の寸法を示している。
【０４４７】
ｄ１＝燃料活性化装置の流体力学的ハウジングの外径。ｄ２は、燃料活性化装置を収容しているパイプラインの内径Ｄとｄ１との差分である。
【０４４８】
ｄ＝燃料パイプラインの入力の内径
【０４４９】
Ｄ＝燃料活性化装置を収容しているパイプラインの内径
【０４５０】
Ｓ＝システムの領域
【０４５１】
Ｌ＝円錐状リフレクタの形成長さ
【０４５２】
Ｌ１＝燃料活性化装置の流体力学的系統ハウジングの円錐部分における開放作用面の長さ
【０４５３】
ｄ２＝ハウジング内の極細開口の直径
【０４５４】
ｄ３＝燃料活性化装置の入力側における切頂円錐の小径側底部の直径
【０４５５】
一部の実施形態においては、以下の実験式を用いて燃料活性化装置の構成要素の大きさを決定してもよい。
【０４５６】
Ｓ（Ｄ−ｄ１）＝Ｓ（ｄ）
【０４５７】
Ｓ（Ｄ−ｄ１）＝０．９Ｓ（ｄ）
【０４５８】
Ｌ＝ｍｉｎ１５（ｄ２）
【０４５９】
Ｌ１＝ｍｉｎ８（ｄ２）
【０４６０】
一部の実施形態において、燃料活性化装置の流体力学的系統の断面積は、燃料パイプラインの入力部の断面積よりも１０％以上大きくならないものとする。
【０４６１】
また、一部の実施形態において、燃料活性化装置の流体リフレクタの円錐表面（図１の符号１０９）の長さは、流体力学的系統ハウジングの極細開口（図１の符号１０６）の直径の少なくとも１５倍以上であるものとする。
【０４６２】
さらに、一部の実施形態において、燃料活性化装置の流体力学的系統ハウジングの円錐部分の長さ（図８Ｂの符号Ｌ）は、流体力学的系統ハウジングの極細開口（図１の符号１０６）の直径の少なくとも８倍以上であるものとする。
【０４６３】
活性化前後の混合燃料の構造
【０４６４】
図１５Ａ〜図１５Ｄは、燃料活性化装置内の異なる燃料活性化段階における混合燃料の構造を理論的な制約なしに例示したものである。
【０４６５】
図１５Ａは、活性化の第１段階後（たとえば、第１の低圧領域で燃料を第２の液体成分と混合した後）の混合燃料の体積構造を示す図である。図１５Ａに示す通り、活性化の第１段階では、気泡が互いに密接に押し付けられている。燃料塊体中では、符号１５０２で示すように、複数の燃料球１５０１が互いに接触している。この段階では、燃料とガス成分の混合は行われていない。
【０４６６】
図１５Ｂは、混合燃料が低圧領域１１０から低圧領域１１６に流れる最中の体積構造を示す図である。この活性化段階では、燃料の乱流によって、気泡の塊体が互いに離間し始めている。燃料の体積構造は、一様モードの複数の燃料球を含む。符号１５０４、１５０５で示すように、複数の燃料球が互いに接触している。
【０４６７】
図１５Ｃおよび図１５Ｄは、混合燃料が燃料パイプライン中を流れて低圧領域１１６でガスと混合される際の活性化された混合燃料の塊体を示す図である。図１５Ｃに示す通り、最初に混合燃焼を低圧領域１１６で圧縮ガスと混合すると、燃料球がランダムに形成される。この最初の混合では、燃料の一部が微小燃料球を形成する一方、その他の燃料は、圧縮ガスのコアを持たない燃料球１５１７のままとなる。また、圧縮ガス１５０６の核部は、混合燃料中に存在しており、燃料で被覆されて微小球を形成する前の状態である。また、混合燃料は、液体のシェル１５０８で囲まれた圧縮ガスの核部を有する微小球１５０７を含む。燃料球のシェル１５０８は、ガソリンまたはガソリンと水の混合物等の可燃液体で構成されている。被覆１５０８の厚さは、混合燃料中の燃料球ごとに異なっていてもよい。たとえば、燃料球１５０９は、圧縮ガスの核部の直径が最大で、可燃複合体の被覆１５１０の厚さが最小である。一方、燃料球１５１８は、ガスの核部１５１９が小さく、燃料の被覆１５２０が厚い。
【０４６８】
図１５Ｄに示す通り、燃料と空気の混合物が安定すると、燃料の気泡が整列して発泡体を形成する。安定した燃料と空気の混合物中では、燃料球の平均直径（たとえば、圧縮ガスのコア（存在する場合のみ）と燃料シェルの直径）が等しくなる。ただし、燃料球の平均直径は一定であるが、圧縮ガスの核部の直径は、燃料球ごとに異なっていてもよい。たとえば、符号１５１１で示す一部の燃料球は、直径が小さいかまたは最小のコアを有する一方、符号１５１２で示す他の燃料球は、大きな核部を有しており、燃料球の被覆が表面張力によって安定できない不十分な厚さとなっている。時間が経過すると、符号１５１２で示したような燃料球は、破裂しやすくなる。燃焼前に破裂する燃料球の数を減らすため、発泡燃料の形成と燃焼との間の時間を短縮してもよい。
【０４６９】
符号１５１３で示す他の燃料球は、被覆が不完全である。これら以外の燃料球は、大略的に安定な微小気泡を提供できる大きさの圧縮ガス核部および液体シェルを有する。一般的には、圧縮ガスの核部の半径と液体シェルの厚さとの比率がおよそ０．８〜２．５（たとえば、およそ１〜２、１．５〜２、または２等）の微小気泡を形成するのが望ましい。このような比率とすることにより、大きな表面積を保ちつつ破裂しにくい安定な微小気泡を提供することができる。たとえば、微小球１５１７の圧縮ガスの核部１５１４は、当該核部１５１４を覆う液体シェル１５１５の厚さと同じ直径を有する。また、微小球１５１９の圧縮ガスの核部１５１６は、当該核部１５１６を覆う液体シェル１５１８の厚さと同じ半径を有する。
【０４７０】
発泡燃料（たとえば、図１５Ｄに示す燃料）は、燃焼室に供給される。１サイクルで燃焼室に噴射する場合は、活性化された燃料の単位用量の活性表面積が大きいことから、活性化された混合燃料の塊体の運動パラメータによって、燃焼プロセスが高効率となる。たとえば、活性化前後における燃料の表面積の比率は、およそ１００〜１０００であってもよい（たとえば、およそ１００〜２５０、２５０〜５００、５００〜１０００等）。
【０４７１】
単一の液体成分およびガス成分を含む混合燃料を生成するための燃料活性化装置
【０４７２】
ここで、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図５を参照する。一部の実施形態において、燃料活性化装置は、単一の液体入力のみを有するようにしてもよい。図５は、燃料活性化システム５００のブロック図である。燃料活性化システム５００は、単一の液体入力のみを有する燃料活性化装置５１０を具備する。燃料活性化装置５１０は、燃料を導入して、燃焼室５０７に供給する発泡状の混合燃料を生成する。燃料活性化装置５１０は、流体力学的系統５０３および空気力学的系統５０４を具備する。
【０４７３】
このシステムの使用中は、燃料ポンプ５０２が液体燃料成分をタンク５０１から燃料活性化装置５１０の流体力学的系統５０３に送り込む。燃料活性化装置５１０の流体力学的系統５０３は、液体燃料成分のレイノルズ数を増加させるとともに、乱流度を高くする。燃料は、流体力学的系統５０３から排出される際に、高流速かつ高乱流度の状態となる。また、燃料活性化装置５１０の空気力学的系統５０４には、圧縮器５０５から圧縮空気が導入される。この圧縮器は、内燃室５０７を備えた装置の駆動軸５０８の回転に接続されている。燃料活性化装置５１０の空気力学的系統５０４は、極細開口を介して圧縮空気を流し込むとともに、空気の流れ方向を約１８０°変換する。そして、燃料が燃料活性化装置５１０の空気力学的系統５０４から排出される際に、液体燃料流と圧縮空気とを混合する低圧領域が形成されるとともに、擬似沸騰塊体が形成される。擬似沸騰塊体中では、擬似的な沸騰のプロセスが生じ、大きな気泡の爆発によって、燃料流が加速されるとともに、燃料活性化装置５１０から出力される発泡燃料を生成するより小さな気泡が形成される。発泡混合燃料は、噴霧器５０６または発泡混合燃料を燃焼室５０７に噴射するその他任意の燃料入力装置に流れ込む。
【０４７４】
図３Ａ、図３Ｂ、および図４は、単一の液体入力を有する燃料活性化装置５１０および当該装置５１０内の液体と空気の流れを示す断面図である。燃料活性化装置５１０は、燃料パイプライン３０１に配置され、流体力学的部分５０３および空気力学的部分５０４を具備する。流体力学的部分５０３および空気力学的部分５０４は、インターフェース領域で重なっている。一般的には、流体力学的部分５０３が液体中に乱流を発生し、空気力学的部分５０４が乱流液体を圧縮ガスと混合して微小気泡４１０を形成する。
【０４７５】
以下に詳述する通り、この装置の使用中は、燃料活性化装置５１０の流体力学的系統５０３の入力３０４に液体燃料成分が入力される。この液体燃料成分は、燃料活性化装置５１０が配置された燃料パイプライン３０１に供給してもよい。液体の流れは、多数の微小流に変換され、燃料パイプラインを流れる燃料流中に分散されて、第１局所乱流増幅・低圧領域３１４を形成する。そして、パイプライン３０１内の燃料の流れと反対の方向に、圧縮空気等のガス成分が加圧状態でパイプライン３２０に送り込まれる。このガス成分は、液体流よりも低い圧力を有する第２の局所低圧領域３３０を形成する。また、燃料活性化装置５１０における液体とガスの流れにより、燃料が燃料タンクから燃焼室方向に流れると、第２の低圧領域３３０に局所的な擬似沸騰状態が形成される（符号４１０で示す）。燃料と空気の混合物が低圧領域３３０から流れ出ると、燃料流中の局所圧力が徐々に高くなって、混合燃料が擬似沸騰状態から微小気泡の一様な燃料流に変換される（矢印４１１で示す）。
【０４７６】
一般的に、単一液体燃料の活性化装置５１０は、燃焼室で燃焼させる混合燃料ガスの調整に使用する。この燃料活性化装置は、機能的に接続された機械・流体力学的／機械・空気力学的統合インターフェースを具備する。燃料活性化装置５１０は、当該装置が配置されたパイプラインによって、燃料タンクと流体的に接続されていてもよい。燃料成分は、パイプライン３０１によって、燃料活性化装置５１０の流体力学的系統に供給される。また、ガス成分は、第２のパイプライン３２０によって、燃料活性化装置５１０の空気力学的系統５０４（たとえば、圧縮器から空気力学的系統）に入力することができる。
【０４７７】
上述の通り、燃料活性化装置５１０は、流体力学的部分５０３および空気力学的部分５０４を具備する。また、流体力学的部分５０３および空気力学的部分５０４は、同軸の異なるハウジング内に配置されている。これらの系統は、各ハウジング内の筒状ピン上に配置され、機械・流体力学的／機械・空気力学的統合インターフェースを一体的に提供する。燃料活性化装置５１０の流体力学的系統５０３のハウジング３０２は、燃料パイプライン３０１から燃料を導入するキャビティ３０４を形成する。キャビティ３０４は、直径が小さくなる円錐形状を有する。より詳しく説明すると、キャビティ３０４は、燃料が燃料活性化装置５１０に進入する端部において、流入燃料が流れる経路に沿ったどの位置よりも大きな直径を有する。
【０４７８】
キャビティ３０４の直径が小さくなることにより、燃料が燃料活性化装置５１０内を流れるにつれて液体の乱流が増幅される。流体力学的系統５０３は、キャビティ３０４内に配置された円錐３０５を具備する。円錐３０５は、円錐形状を有しており、そのチップは、燃料が燃料活性化装置５１０に進入するキャビティ３０４の端部方向を向いている。この装置の使用においては、キャビティ３０４を通った燃料が円錐３０５を通過する。このように、キャビティ３０４内に円錐３０５が設けられていることにより、燃料が流れる面積がさらに小さくなるとともに、燃料の圧力および乱流度が燃料活性化装置５１０内を流れるにつれて高くなる。この円錐は、燃料の流れを筒状から円錐状に変換することができ、燃料の乱流が増幅される。
【０４７９】
また、燃料活性化装置５１０の流体力学的系統５０３は、燃料が燃料活性化装置５１０に進入する側と反対側のキャビティ３０４の端部に配置された複数のチャンネル３０７を具備する。燃料は、キャビティ３０４内を流れて、チャンネル３０７に進入する（矢印４０３で示す）。チャンネル３０７は、円錐３０５の底部周りに（たとえば、円形上に一定の間隔で）配置されており、その長さは、直径の少なくとも１０倍以上である。一般的に、チャンネル３０７の間隔は、燃料活性化装置５１０の大きさによって決まる。チャンネルの一端は、円錐状リフレクタ３０５の底部で円錐状キャビティ３０４と流体的に接続されており、他端は、円錐状リングチャンネル３０８と接続されている。この装置の使用中は、キャビティ３０４からチャンネル３０７（矢印４０３で示す）および円錐状リングチャンネル３０８（矢印４０４で示す）を通る方向に燃料が流れる。燃料がキャビティ３０４からチャンネル３０７、３０８を通って流れると、燃料の流速が増加すると同時に、乱流が増幅される。
【０４８０】
燃料活性化装置５１０は、流体力学的要素５０３と空気力学的要素５０４とが重なる箇所に低圧領域３１４を有する。チャンネルリング３０８からの液体は、低圧領域３１４に出力されて、液体の乱流を形成する。局所低圧領域３１４は、ベルヌーイの定理に基づく自然原理によりもたらされる流体力学的効果で得られた液体中の乱流を増幅させる。低圧領域３１４の乱流状態の燃料は、燃料活性化装置５１０の空気力学的部分５０４に流れ込んで、空気等のガス成分とさらに混合される。
【０４８１】
燃料活性化装置５１０の空気力学的部分５０４は、パイプライン３２０から圧縮ガス流を導入するハウジング３０３を具備する（矢印４０２で示す）。この圧縮ガスを入力するためのパイプライン３２０は、燃料パイプライン３０１よりも小さな直径を有する。また、空気力学的部分５０４のハウジング３０３は、パイプライン３２０からの圧縮ガスを導入するキャビティ３２１を形成する。キャビティ３２１は、パイプライン３２０と形状および直径が類似する第１の部分と、断面積が小さくなる円錐形状の第２の部分とを含む。キャビティ３２１の直径が小さくなることにより、ガスの圧力が燃料活性化装置５１０内を流れるにつれて高くなる。キャビティ３２１内には円錐３１９が配置されており、キャビティ３２１を通った燃料は円錐３１９を通過する。円錐３１９は、円錐形状を有しており、そのチップは、ガスがパイプライン３２０から進入するキャビティ３２１の端部方向を向いている。このように、断面積が小さくなるキャビティ３２１との組み合わせで円錐３１９が設けられていることにより、ガスが流れる面積がさらに小さくなるとともに、空気の流れ方向が変更される。また、空気力学的部分５０４は、圧縮ガス流を分割して圧縮ガスの極細微小流に変換する複数の開口３１３を具備する。一般的に、開口３１３の間隔と数は、燃料活性化装置５１０の大きさによって決まる。開口３１３の一端はキャビティ３２１と接続されており、他端は開口３１２と接続されている。そして、この開口３１２は、円錐状チャンネルリング３１７と接続されている。ガスがキャビティ３２１から開口３１３を通って円錐状チャンネルリング３１７に流れ込むと、圧縮ガスの流れ方向が変更される。より詳しく説明すると、ガスは、燃料の流れと反対の方向に、空気力学的部分５０４に進入した後、燃料の流れと実質的に同じ方向に、空気力学的部分５０４から排出される。
【０４８２】
円錐状チャンネルリング３１７を圧縮ガスが高速で流れるため、圧縮ガスがチャンネルリングから排出される際には、その排出点に局所低圧領域３３０が形成される。低圧領域３１４からの混合燃料は、圧縮ガスと混合されるように、チャンネル３２３を介して局所低圧領域３３０に送り込まれる。そして、ガスと燃料の混合により、低圧領域３３０に擬似沸騰塊体が生成される（矢印４１０で示す）。さらに、燃料とガスの混合物は、低圧領域３３０からリング状領域３１６に流れ込む。リング状領域３１６は、低圧領域３３０よりも大きな直径を有する。面積が大きくなるため、この液体と空気の混合物の圧力は、擬似沸騰塊体が低圧領域３３０から流れ出すと増加する。リング状領域３１６では、燃料とガスの擬似沸騰塊体の少なくとも一部が安定状態となることにより、燃料の微小気泡が形成される（矢印４１１で示す）。一般的に、燃料の微小気泡は、燃料または別の液体と混合した燃料のシェルで囲まれた圧縮ガスのコアで構成されている（たとえば、本明細書に記載の通りである）。
【０４８３】
燃焼室近傍に配置された燃料活性化装置
【０４８４】
上述した実施形態の一部では、燃料活性化装置が燃料パイプライン中に配置されるものとして説明しているが、燃料活性化装置はどこに配置してもよい。たとえば、燃料活性化装置は、燃料パイプラインから分離してもよい。また、一部の実施形態においては、燃料活性化装置を燃焼室の近傍に配置してもよい。
【０４８５】
図７および図８Ａは、燃料活性化装置および当該装置内の液体と空気の流れを示した軸方向断面図である。燃料活性化装置は、一端が燃料パイプライン７０３に接続され、他端が活性化された混合燃料を燃焼室に出力する複数のチャンネル（たとえば、チャンネル７１２、７１４等）に接続された筐体７０１内に収容されている。
【０４８６】
上述の通り、燃料活性化装置は、流体力学的部分７０２および空気力学的部分７０９を具備する。燃料パイプライン７０３は、流体力学的部分７０２の入力部に接続されており、燃料タンクからの燃料を流体力学的部分７０２に供給する（矢印８０１で示す）。一般的に、燃料パイプライン７０３から供給される液体成分は、ガソリン等の有機成分を含む混合燃料であってもよい。パイプライン７０３からの燃料は、流体力学的効果をもたらす装置のハウジング７０７内を流れる。Ｏリング７０４は、パイプラインが筐体７０１と接合する箇所に設けてもよい。圧縮ガス流は、低圧領域から出力される際に、周知の物理法則に対応して温度が低下する。
【０４８７】
液体流が高水準の乱流および上記ガス流と合流する際、活性化プロセスにマイナスの影響を及ぼさない局所的な凝縮プロセスが発生する。
【０４８８】
無機燃料成分（例えば水）等の第２の液体成分の入力は、別のパイプライン７０５が提供する（矢印８０２で示す）。この第２の液体成分は、キャビティ７０６に過度の圧力を加えることなく、重力によって入力される（矢印８０３で示す）。パイプライン７０５からの液体は、キャビティ７０６に蓄積され、極細リングチャンネル７０８を介して低圧領域７１０に導入される。低圧領域７１０では、無機燃料成分がパイプライン７０３からの燃料と流体力学的に混合されて乱流状態となる（矢印８０４で示す）。低圧領域７１０は、有機燃料成分と無機燃料成分とが混合されるキャビティ内に形成される。混合中、有機燃料成分は、分散され、乱流化されて、領域７０６と同軸かつ対称な局所低圧領域を形成する。この低圧領域では、上記すべてのキャビティの接続形態により、無機燃料成分が有機燃料成分の乱流塊体と一定の間隔で供給・混合される。これにより得られる混合物は、乱流度および内部圧力の水準を維持する。空気力学的部分７０９にはパイプライン７１３が接続されており、圧縮器からの圧縮空気を空気力学的部分７０９に入力する。パイプライン７１３からの空気は、空気力学的効果をもたらす円錐状リフレクタ７０９内を流れる。空気力学的部分７０９から出力された圧縮空気は、リング状領域７１１に進入して領域７１０からの液体と混合される。また、液体とガスの混合物中には、擬似沸騰状態が形成される。リング状領域７１１は、上記キャビティと対称かつ同軸である。リング状領域７１１においては、圧縮空気によって、低圧領域７１０よりも低い圧力を有する局所低圧領域が形成され、領域内の燃料が圧縮空気と混合される。空気と燃料の混合物は、擬似沸騰塊体を形成する。この塊体中での燃料流は、微小気泡が移動する発泡体構造を有する。領域７１１には、複数のチャンネル７１２、７１４が接続されている。チャンネル７１２、７１４は、上記キャビティと同軸でパイプライン７１３周りに配設された円形上に配置されている。また、チャンネル７１２、７１４は、活性化された混合燃料を断面７１１から出力して燃焼室に供給する。
【０４８９】
密閉された燃料活性化システム
【０４９０】
上述した実施形態の一部では、燃料活性化装置が燃料パイプライン中に直接配置されるものとして説明しているが、図８Ｃに示すような一部の実施形態においては、燃料パイプライン７３０、７４８の２つの部分間で密閉されたシステム内に燃料活性化装置を配置してもよい。たとえば、一部の燃焼システムにおいては、燃料パイプラインの直径がおよそ１０ｍｍ以下であってもよい。燃料パイプラインが小さいため、パイプラインよりも大きな直径の部分７４４に燃料活性化装置を配置してもよい。小径の燃料パイプライン７３０、７４８は、一対の円錐状遷移部分７４０、７３２によって、燃料活性化装置が配置された大径部分７４４と接続されている。燃料パイプライン７３０、７４８の部分と燃料活性化装置が配置された部分７４４との間で液体や空気が密封されるように、円錐状遷移部分７４０、７３２を密閉構造としてもよい。また、燃料活性化装置が配置された部分７４４は、液体燃料成分、別の液体成分、および圧縮ガスそれぞれの注入口７３６、７３４、７４２を具備していてもよい。
【０４９１】
活性化された燃料を燃焼シリンダに直接入力するシステム
【０４９２】
一部の実施形態においては、活性化された燃料が燃焼室に直接進入できるように、発泡燃料を生成する燃料活性化装置を配置してもよい。図１０は、内燃室のシリンダヘッドを例示した断面図であって、このシステムに組み込まれた燃料活性化装置は、活性化された燃料をシリンダに直接供給することができる。シリンダは、シリンダヘッドのハウジング１００６、内燃室のシリンダブロックのハウジング１００７、およびピストン１００８を具備する。このシステムの使用においては、ピストンが駆動されて燃料が燃焼する。燃料活性化装置１００１は、排出口がシリンダ内に挿入された状態で配置されている。燃料活性化装置１００１は、シリンダで燃焼させる発泡燃料を生成する（たとえば、本明細書に記載の通りである）。また、燃料活性化装置１００１は、活性化された混合燃料を活性化モジュールから噴霧器１００３に出力するための複数のチャンネル１００２を具備する。噴霧器１００３は、発泡燃料をシリンダに供給する。
【０４９３】
発泡燃料のシリンダへの直接供給を可能とする燃料活性化装置の配置は、様々な利点を有するものと考えられる。たとえば、燃料活性化装置の出力をシリンダに挿入して配置すると、活性化された燃料が燃焼前に微小気泡の状態である時間が短くなる。このようにすると、燃料の微小気泡は、燃焼室への供給前に破裂しにくくなる。
【０４９４】
図１１Ａは、内燃室のシリンダヘッドに組み込まれ、活性化された燃料を直接供給する燃料活性化装置１１００を例示したものである。図１２Ａは、図１１Ａの燃料活性化装置１１００内における液体とガスの流れと、燃料活性化装置１１００から燃焼室に出力される活性化された燃料の流れとを示したものである（たとえば、図１０に示す通りである）。
【０４９５】
燃料活性化装置１１００は、液体成分（たとえば、有機燃料成分）を燃料活性化装置１１００に供給するパイプライン１１１８と流体的に接続されている。矢印１２０１で示す通り、燃料は、パイプライン１１１８からキャビティ１１２０に入力される。キャビティ１１２０は、装置の流体力学的系統ハウジングのシャフト１１０２で構成されている。一般的に、キャビティ１１２０は、２つの部分を含む。第１の部分は、大略的に筒状であって、パイプライン１１１８よりも若干小さい直径を有する。この直径がパイプライン１１１８よりも小さいため、燃料がパイプライン１１１８からキャビティ１１２０に流れ込むと、流速および圧力が増加する。チャンバの第２の部分は、大略的に円錐状であって、燃料の流れる方向に断面積が大きくなる。より詳しく説明すると、キャビティ１１２０は、燃料が燃料活性化装置１１００に進入する端部において、流入燃料が流れる経路に沿ったどの位置よりも小さな直径を有する。一般的に、断面積が大きくなると、発泡燃料を変形させずに流すことができる。
【０４９６】
燃料活性化装置における不要な流体抵抗を防止するためには、上記装置の各システム内における幾何学的な流体経路の寸法を比例関係とする必要がある。活性化後は、発泡混合燃料が装置から燃料パイプラインに排出される際の変形を防止するため、装置の断面積を大きくする。
【０４９７】
また、燃料活性化装置１１００は、流体力学的系統と空気力学的系統とを接続する統合インターフェースの系統である筒状ピン１１０３を具備する。そして、燃料がパイプライン１１１８から燃料活性化装置１１００に進入するキャビティ１１２０の端部方向に先端が向いている円錐状軸ピン１１０４が、筒状ピン１１０３に接続されている。矢印１２０１で示す通り、有機燃料成分がキャビティ１１２０に入力されて、その流れが筒状から円錐状に変換されるため、液体の乱流が増幅される。この装置の使用においては、キャビティ１１２０を通った燃料が円錐１１０４を通過する。また、燃料活性化装置１１００は、燃料が燃料活性化装置１１００に進入する側と反対側のキャビティ１１２０の端部に配置された複数のチャンネル１１１２を具備する。チャンネル１１１２は、筒状ピン１１０３の周りに一定の間隔で配置されており、有機燃料成分を分散させる。チャンネル１１１２の一端は、円錐状リフレクタ１１０４の底部で円錐状キャビティ１１２０と流体的に接続されており、他端は、インターフェースのリフレクタの外側円錐表面１１１１および流体力学的系統のハウジングの内側円錐表面１１１４により構成された円錐状リングチャンネル１１２１と接続されている。この装置の使用中は、キャビティ１１２０からチャンネル１１１２および円錐状リングチャンネ１１２１（矢印１２０２で示す）を通る方向に燃料が流れる。燃料がキャビティ１１２０からチャンネル１１１２、１１２１を通って流れると、燃料の流速が増加すると同時に、乱流が増幅される。そして、燃料は、キャビティ１１２２で空気と混合される。燃料との混合前に、パイプライン１１１６から燃料活性化装置１１００の空気力学的系統に圧縮空気が入力される。燃料活性化装置１１００の空気力学的系統は、ハウジング１１０７と、インターフェースの空気力学的系統の円錐状軸ピン１１０５とにより構成されている。ハウジングは、パイプライン１１１６に接続された内部キャビティ１１０８を形成する。キャビティは、断面積が大きくなる第１の領域と、断面積が小さくなる第２の領域とを含む。断面積が大きくなる領域は、様々な利点を有する。このような構成とする目的は、燃料活性化装置に入力される燃料と燃料活性化装置から出力される燃料との間の流体抵抗を除去することである。したがって、燃料活性化装置の流体力学的系統の断面積は、燃料パイプラインの入力部の断面積よりも１０％以上大きくならないものとする。活性化領域の後段の系統では、発泡混合燃料を蓄積する断面積は５０〜７０％以上大きい。ただし、混合燃料が燃料活性化装置から燃料パイプラインに排出される際の遷移領域内のみとする。このように、活性化後に断面積が大きくなると、活性化された燃料の燃焼室への噴射前および噴射中における構造の変形および破壊を防止することができる。
【０４９８】
一般的に、キャビティ１１０８および円錐状軸ピン１１０５の形状は、圧縮空気流を分散させる領域を形成する（矢印１２０６で示す）。ハウジング１１０６の前端面には、一定の間隔で複数の開口１１０７が配設されている。開口１１０７の一端はキャビティ１１０８と接続されており、他端は、空気の流れ方向を変化させる開口１１２３と接続されている（矢印１２０５で示す）。
【０４９９】
空気は、流れ方向が変更された後、燃料活性化装置１１００の空気力学的インターフェースのリフレクタの内側円錐表面および空気力学的系統のハウジングの外側表面により構成された円錐状リングチャンネル１１２４内を流れる。空気は、チャンネル１１２４から排出される際に、燃料と混合される。領域１１２２は圧力が低いため、燃料の有機液体成分の乱流が圧縮空気と混合される。これにより、擬似沸騰塊体が形成され、たとえば発泡状の微小気泡流となって噴霧器に流れ込む（矢印１２０４で示す）。領域１１２２には、混合燃料を噴霧器１１１７等に出力するための一連のチャンネル１１１５が接続されている（矢印１２０７で示す）。そして、噴霧器１１１７は、発泡燃料を燃焼室に送り込む（矢印１２０８で示す）。この装置は、円錐状リフレクタの厚みのみで分割された低圧または加圧状態の２つの領域を含む。これらの領域は、共通の出力を有する。また、これら２つの領域は近接配置されているため、連通距離が短くなるとともに、装置の効率が向上するものと考えられる。
【０５００】
複数の燃料活性化装置を有するシステム
【０５０１】
一部の実施形態に係るシステムは、燃焼室で燃焼させる発泡燃料（たとえば、燃料の微小気泡）を生成する複数の燃料活性化装置を具備していてもよい。
【０５０２】
図１３は、２つの燃料活性化装置１３１２、１３１４を有するシステムのブロック図である。燃料活性化装置１３１２、１３１４は、有機液体燃料を空気と混合し、一様な高効率の高カロリー燃料として燃焼室１３１０に入力される混合燃料を生成する。混合燃料が燃料タンク１３０１から燃焼室まで流れる間、活性化プロセスは、連続する活性化段階で生じる。活性化の第１段階は、液体燃料成分が燃料タンクから燃料パイプラインに出力された後の段階に相当する。活性化の第２段階は、混合燃料を燃焼室に入力（噴射）する前の段階に相当する。活性化の第１段階においては、燃料ポンプ１３０２によって、燃料タンク１３０１から燃料パイプライン１３０３を介して第１活性化モジュール１３１２の流体力学的系統１３０４に燃料が供給される。圧縮器等の圧縮ガス供給源１３０６は、圧縮ガスを第１活性化モジュール１３１２の空気力学的系統１３０５に供給する。第１活性化モジュール１３１２では、空気とガスとが混合され、発泡状の微小気泡流が形成される。また、第１活性化モジュール１３１２の出力は、第２活性化モジュール１３１４の入力に接続されている。第１活性化モジュール１３１２で生成されたこの微小気泡流は、第２活性化モジュール１３１４の流体力学的系統１３０７の入力として供給される。また、第２活性化モジュール１３１４の装置の空気力学的系統１３０８には、圧縮ガス供給源１３０６から圧縮ガスが供給される。圧縮ガスは、第１活性化モジュールからの発泡燃料と混合されることにより、燃料の乱流を増幅するとともに、微小気泡を追加形成する。第２活性化モジュール１３１４は、燃料が燃焼室１３１０に噴射される前の段階に配置されている。第２活性化モジュール１３１４からの発泡燃料は、噴霧器等の形態の燃焼室１３１０の入力１３０９に供給される。
【０５０３】
図１４は、多成分混合燃料を連続的に活性化するシステムのブロック図である。多成分混合燃料は、異なる液体成分を含んでおり、そのうちの１つは無機であってもよい。このシステムは、流体力学的系統１４０７および空気力学的系統１４０８を備えた第１の燃料活性化装置１４２０と、流体力学的系統１４１０および空気力学的系統１４１１を備えた第２の燃料活性化装置１４２２とを具備する。これら２つの燃料活性化装置１４２０、１４２２は、一様な燃料として燃焼室に進入する活性化された混合燃料を生成することにより、高効率の燃焼プロセスを提供する。
【０５０４】
第１の燃料活性化装置１４２０は、２つの液体成分を導入する。第１の液体成分は、燃料タンク１４０１からパイプライン１４０６を介して導入する有機燃料成分である。パイプライン１４０６は、第１の燃料活性化装置の流体力学的部分１４０７と、燃料タンク１４０１から燃料を供給する燃料ポンプ１４０３とを接続している。第２の液体成分は、燃料タンク１４０２からパイプライン１４０５を介して導入する。この成分は、有機燃料成分または無機成分のいずれであってもよい。パイプライン１４０９は、燃料活性化装置１４２０の空気力学的部分と、圧縮器１４１２等の圧縮ガス供給源とを接続している。このシステムの使用中は、燃料タンク１４０１からの第１の液体成分と燃料タンク１４０２からの第２の液体成分とが第１の燃料活性化装置１４２０によって混合される。この混合液体は、圧縮器１４１２からの空気とさらに混合されて、微小気泡の塊体を形成する。
【０５０５】
第２の燃料活性化装置１４２２は、流体力学的系統１４１０が単一の入力のみを有する。この入力は、第１の燃料活性化装置１４２０の出力に接続されている。このシステムの使用中は、第２の燃料活性化装置１４２２が第１の燃料活性化装置から発泡燃料を導入する。第２の燃料活性化装置１４２２の空気力学的系統１４１１は、圧縮器１４１２に接続されている。圧縮ガスは、第１活性化モジュールからの発泡燃料と混合されることにより、燃料の乱流を増幅するとともに、微小気泡を追加生成する。第２の燃料活性化装置１４２２の出力は、混合燃料を燃焼室１４１６に入力するように構成された入力装置１４１５によって、燃焼室１４１６に接続されている。また、この入力装置は、パイプライン１４１３によって、圧縮器１４１２にも接続されている。入力装置１４１５は、圧縮器１４１２から圧縮ガスを導入し、その圧縮ガス流をパイプラインの大気から隔離された部位に入力することにより、圧縮ガス流のパラメータを保護する。
【０５０６】
発泡燃料に使用する噴霧器
【０５０７】
上述の通り、液体シェルで囲まれた圧縮ガスのコアを有する燃料気泡を含む発泡燃料の生成には、様々な装置を使用することができる。一般的に、発泡燃料を導入して微小気泡の細かな霧状に変換するには、噴霧器を使用する。噴霧器は、発泡燃料を細かな霧状に分散させて燃焼室に供給するノズルを具備する。
【０５０８】
発泡燃料の内燃エンジンでの使用
【０５０９】
図１７は、自動車の内燃エンジン等のブロック図である。このエンジンの使用においては、燃料ポンプ２３０７が燃料タンク２３０６から燃料パイプラインを介して燃料活性化装置２３０５に燃料を送り込む。燃料活性化装置では、この燃料をタンク２３１１からの別の燃料と任意に混合してもよい。
【０５１０】
また、燃料は、駆動軸２３０９によって駆動された圧縮器２３０８からの圧縮空気と混合される。燃料活性化装置２３０５は、圧縮ガスのコアと液体シェルとを有する燃料の微小気泡を出力する。この活性化された燃料は、エンジンブロック２３０１に供給する燃料の量を調節する供給（流体切替）機構２３０４に供給される。そして、噴霧器２３０３を通って燃焼室に送り込まれる。エンジンブロック２３０１からの過度な排出物は、排出パイプ２３１０を介して排出される。燃料活性化装置２３０５を具備するとともに燃焼用の発泡燃料を生成することにより、微小気泡の表面積が大きくなって燃料の燃焼効率が高くなるため、排出パイプ２３１０を介して排出される排出物が低減されるものと考えられる。
【０５１１】
燃料活性化装置の構成要素の例示
【０５１２】
本明細書に記載の燃料活性化装置の製造には、様々な方法を採用することができる。一部の実施形態においては、図１６に示すように、流体力学的ハウジング１６００、２つの円錐状リフレクタを備えたインターフェース１６０２、および空気力学的ハウジング１６０４の３つの独立した構成要素によって、燃料活性化装置を製造してもよい。流体力学的ハウジング１６００および空気力学的ハウジング１６０４は、２つの円錐状リフレクタを備えたインターフェース１６０２に嵌着されて、燃料活性化装置を形成する。
【０５１３】
より詳しく説明すると、流体力学的ハウジング１６００は、円錐状室内１６０６と円錐状開口１６１０との間に中心配向孔１６０８を有する。円錐状開口１６１０は、インターフェース１６０２の流体力学的系統の円錐状リフレクタ１６１６に嵌着するように構成されている。中心配向孔１６０８は、流体力学的ハウジング１６００とインターフェース１６０２とが接続される際に、インターフェースの流体力学的系統の円錐状軸ピン１６１２が流体力学的ハウジングの円錐状室内１６０６に配置されるように、インターフェース１６０２の筒状軸ピン１６１４に嵌着するように構成されている。
【０５１４】
同様に、空気力学的ハウジング１６０４は、円錐状室内１６２４に接続された中心配向孔１６２２を有する。中心配向孔１６２２は、空気力学的ハウジング１６０４とインターフェース１６０２とが接続される際に、インターフェース１６０２の空気力学的系統の円錐状軸ピン１６１９が空気力学的ハウジング１６０４の円錐状室内１６２４に配置されるように、インターフェース１６０２の空気力学的系統の円錐状軸ピン１６１９に嵌着するように構成されている。
【０５１５】
インターフェース１６０２は、円錐状ピン１６１２、１６１９のほかに、流体力学的系統の円錐状リフレクタ１６１６および空気力学的系統の円錐状複合リフレクタ１６１７を具備する。
【０５１６】
一般的に、流体力学的ハウジング１６００、２つの円錐状リフレクタを備えたインターフェース１６０２、および空気力学的ハウジング１６０４は、燃料と空気の存在下での大きな劣化にも耐え得る材料で構成されていてもよい。材料の例としては、ステンレス鋼、プラスチック、セラミック、チタン等が挙げられる。
【０５１７】
互いに接続するように構成された３つの独立した構成要素で燃料活性化装置を形成したことにより、様々な利点が得られる。たとえば、個々の構成要素は、製造を容易化できる。一部の実施形態において、各構成要素はダイキャストであってもよく、高価な加工プロセスが不要となる。
【０５１８】
システムの管理
【０５１９】
一部の実施形態において、燃焼装置は、電子制御システムによって制御するようにしてもよい。また、燃焼装置を制御するシステムは、燃料活性化装置の１または複数の部分の制御に使用してもよい。既存の電子制御システムを利用することによって、様々な利点が得られる。たとえば、燃焼システムに別の制御システムを付加することなく、燃料活性化装置の使用および制御が可能となる。このように、燃料活性化装置を含むようにエンジンやその他の燃焼システムを改良することによって、別の制御システムおよび／またはエンジンを組み込む必要がなくなり、単一の制御システムが燃焼室と燃料活性化装置との両者を制御するようになる。
【０５２０】
たとえば、電子制御システムは、燃料活性化装置に送り込まれる燃料またはその他の液体の圧力、燃料活性化装置に送り込まれる空気または別のガスの圧力、燃料活性化装置に送り込まれる燃料またはその他の液体の量、および／または燃料活性化装置に送り込まれる空気または別のガスの量のうちの１または複数を制御するようにしてもよい。２つの液体成分が入力される燃料活性化装置の場合、電子制御システムは、第２の液体の圧力、量、および／または第１の液体の第２の液体に対する量的な比率をさらに制御するようにしてもよい。
【０５２１】
一部の実施形態において、上記電子制御システムは、出力された発泡燃料の特性に関するフィードバックに基づいて、液体成分またはガス成分の１または複数の入力パラメータを調節するようにしてもよい。たとえば、燃焼装置にセンサを設けて、燃料流、シリンダ内温度、燃料の燃焼量（たとえば、排出量に基づく）、および／または燃焼室の効率のうちの１または複数を測定するようにしてもよい。電子制御システムは、測定した特性に基づいて、燃料活性化装置に入力する液体成分またはガス成分の１または複数のパラメータを調節するようにしてもよい。たとえば、電子制御システムは、燃焼室の効率が低いと判断した場合、空気の圧力を調節して燃料中の気泡量を増加させるようにしてもよい。あるいは、第１および第２の液体の比率を変更して、より最適な平衡を得るようにしてもよい。
【０５２２】
エンジンの動作を管理して性能を最大限に引き出す電子制御を利用して、燃料活性化装置の電子制御を行うようにしてもよい。同じ電子制御システムを使用すると、様々な利点が得られる。たとえば、燃焼システムに別の制御システムを追加することなく、燃料活性化装置の入力が制御可能となる。
【０５２３】
一部の実施形態においては、燃焼装置を制御するシステムを燃料活性化装置の制御に利用するが、別の実施形態においては、燃料活性化装置の制御に別の制御システムを使用してもよい。
【０５２４】
一部の実施形態においては、共振センサによって発泡燃料に関するフィードバックを提供するようにしてもよい。また、共振センサからの測定結果に基づいて、燃料活性化装置の入力を調節するようにしてもよい。
【０５２５】
特定の燃料システムに関しては、空気と燃料の最適な比率があるものと考えられる。空気と燃料の最適な比率（または別の参照値）を有する混合燃料の誘電特性は、後続する測定の基準として使用することができる。共振センサによって測定した誘電特性が最適な混合物について測定した誘電特性と異なる場合は、燃料活性化装置の１または複数の入力を調節してもよい。
【０５２６】
燃料活性化装置で使用するエアフィルタ
【０５２７】
一部の実施形態においては、エアフィルタを設けることによって、燃料活性化装置に供給する前の空気を濾過してもよい。本明細書に記載の通り、燃料活性化装置は、燃料を空気と混合して、液体シェルで囲まれた圧縮空気のコアを有する燃料の気泡を形成する。燃焼室に供給する燃料が発泡状態であるため、燃焼室内に存在する空気の量が非常に多くなる。燃焼室に進入する空気の総量が増えるため、空気に含まれる粒子が燃焼室の機能性に及ぼす影響を防止または低減するには、微小気泡の形成前に空気を濾過すると都合がよい。空気を濾過することによって、燃焼室に進入する粒子の総数を減らすことができる（たとえば、燃料が発泡状態でない場合に存在する個数と同等の個数に制限する）。
【０５２８】
一部の実施形態においては、空気から塵埃やその他の粒子を除去するため、連続する２つの濾過段階をフィルタに設けてもよい。第１の濾過段階では、エタノール等の液体に空気を通すようにしてもよい。第２の濾過段階では、鉱油を浸透させた多孔性の鉱物に空気を通すようにしてもよい。
【０５２９】
乗用車の燃料システムの例
【０５３０】
乗用車またはその他の自動車等の燃料システムは、燃料活性化装置を備えた燃料システム内に連通経路を有する。燃料システムは、本明細書に記載したような、発泡燃料を生成する燃料活性化装置を具備する。また、燃料システムは、上記燃料活性化装置と、当該燃料活性化装置を制御するシステムと、エンジンの機能性を調節・制御するシステムと、車両のその他の機構と通信を行う通信システムと、車両燃料システムで制御するセンサからのフィードバック信号に応答するシステムとを具備する。
【０５３１】
また、燃料システムは、車両のモーターも具備する。モーターは、液体燃料を燃焼させて車両を駆動するエネルギーを生成する加圧室を具備する。モーターには、燃料タンクから燃料が供給されて燃焼される。燃料をモーターに供給する前に、燃料ポンプが燃料を燃料活性化装置に流し込む。燃料活性化装置は、別のタンクからの第２の液体成分（たとえば、無機成分）と燃料とを混合し、さらには、第２の別のタンクからの補助的な有機燃料成分を任意で混合する。また、燃料活性化装置は、圧縮器の入力前に配置されたエアフィルタで濾過された空気を圧縮器から供給して、液体燃料成分と混合する。
【０５３２】
上記燃料システムは、モーターを機能させる種々パラメータを制御するように構成された制御システムを具備する。この制御システムは、車両の中央プロセッサを具備する。中央プロセッサは、ローカルプロセッサおよび従属ローカルプロセッサと同期したマスタープロセッサに接続されている。ローカルプロセッサは、燃料システムの活性化系統の管理、制御、および調節を行う。マスタープロセッサは、状態の統計モデルとの比較により、活性化装置の動作モードの更新を行う様々なプロセスを動作させる。信号増幅器は、燃料システムの様々なセンサから信号を集約し、インターフェースを介して各プロセッサへの信号の増幅および監視を行う。このインターフェースは、燃料システムの様々なセンサからの信号を識別・復号化するソフトウェアを具備する。各プロセッサは、燃料システムの各構成要素と通信を行い、センサからの信号に応答してシステムのパラメータを変更する。
【０５３３】
制御システムは、タンクの燃料の残量および入力量の監視および制御を行うように構成されている。第１の燃料タンクは、第２の燃料タンクに関連する種々パラメータを監視する複数のセンサに接続されている。あるセンサは、第１の燃料タンクの残量を測定するように構成されている。このセンサは、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。第２の燃料タンクに関連する別のセンサは、タンク内の液体の密度を測定するように構成されている。燃料タンクに関連するさらに別のセンサは、タンク内の液体の粘度を測定するように構成されている。これらの各センサは、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。また、別のセンサは、タンク内の液体の温度を測定するように構成されており、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。さらに別のセンサは、燃料ポンプ後段の燃料パイプラインの圧力を監視するものであり、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。
【０５３４】
第１の燃料タンクと同様に、別の燃料タンクも、燃料タンクに関連する種々パラメータを監視する複数のセンサに接続されている。センサは、タンク内の液体の密度を測定するものであり、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。また、センサは、タンク内の液体の密度を測定するものであり、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。また、センサは、タンク内の液体の粘度を測定するものであり、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。
【０５３５】
この燃料活性化装置を備えた燃料システムは、空気圧縮器に関連するセンサも具備する。ある計測器は圧縮空気の分量を監視し、別の計測器は圧縮空気の圧力を監視する。これらの計測器を使用して、燃料活性化装置に供給する空気の量と圧力とを決定してもよい。また、これらの計測器は、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。
【０５３６】
また、この燃料活性化装置を備えた燃料システムは、排気管からの排出物を監視するためのセンサも具備する。より詳しく説明すると、モーターから排出される排気中のガス濃度をガス分析器が分析する。排気中のガス濃度によって、モーター内における燃料の燃焼効率を示すことができる。ガス分析器は、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。
【０５３７】
上述の通り、燃料活性化装置は、圧縮ガスのコアを有する燃料の微小気泡を含む発泡燃料を生成する。ここで、燃料の発泡度を監視するようにすると都合がよい。燃料活性化装置の有効性を監視するため、この燃料活性化装置を備えた燃料システムは、活性化された混合燃料の誘電特性を監視する共振センサを具備する。共振センサは、通信ラインによって信号増幅器に接続されている。
【０５３８】
燃料活性化装置を備えた燃料システムの様々なセンサおよび計測器で監視したパラメータを使用して、１または複数の制御パラメータを変更するようにしてもよい。計測器からの信号をプロセスの統計モデルと比較する２プロセッサ同期システムがあれば、エンジンの動作を効果的に調節することができる。
【０５３９】
上述のようなシステムおよび方法を用いて、圧縮ガスのコアを囲む乱流有機燃料のシェルを形成することができる。一部の実施形態において、圧縮ガスは空気であってもよい。また、別の実施形態において、圧縮ガスは、水素等の空気以外の気体であってもよい。
【０５４０】
一部の実施形態においては、航空機のタービンまたはラムジェットの燃焼室での燃焼に加圧状態の水素を用いてもよい。水素を使用すると、様々な利点が得られる。たとえば、航空機の翼の冷却に高密度のスラッシュ水素を使用し、その後、気体として燃焼させるために温度を上昇するようにしてもよい。一部の実施形態においては、水素を低温化して液体として使用してもよく、発泡させてもよい。高温化した空気または気体水素のいずれかを空気力学的系統に噴射して液化し、微小気泡を形成するようにしてもよい。このように、液体水素に覆われた水素の気泡を形成してもよい。
【０５４１】
一部の実施形態において、混合燃料流が流れる装置構成要素の内側面の表面処理清浄度は、燃料活性化装置による発泡燃料の形成に影響を及ぼし得る。これは、表面処理が粗悪な場合、流体抵抗によって運動エネルギーが失われるためである。一部の実施形態において、燃料活性化装置は、微小粗度がおよそ０．２μｍを超えない材料で構成されている。燃料活性化装置のすべての推移領域が円錐形状となっているため、表面の処理および研磨によって、微小粗度ひいては流体抵抗による損失を低減することができる。
【０５４２】
混合燃料活性化装置の幾何学的比率および構成要素寸法の例示
【０５４３】
流体力学的活性化系統や空気力学的活性化系統等に用いるハウジングの構成材料は、製造方法によって異なる。たとえば、ハウジングを大量生産する場合は、アルミニウム、銅、または真鍮や青銅等の銅合金の微小粉末を用いた金属セラミック成型が経済的である。また、インターフェースの構成材料は、活性化装置を組み込むエンジンの種類によって異なる。
【０５４４】
インターフェースは、ステンレス鋼に特殊な熱処理を施して得られる高い機械特性を有する材料で構成してもよい。経済的な製造方法では、金属セラミック成型体に熱処理を施す。この製造方法では、成分としてクロム、ニッケル、およびバナジウム、またはその代替としてチタン粉末を含むステンレス鋼の微小粉末を用いてもよい。
【０５４５】
流体力学的系統のハウジングの幾何学的関係および設計特性
【０５４６】
一部の実施形態において、入力チャンネルの断面積は、極細チャンネルの合計断面積よりもおよそ２５〜３０％大きい。図２０に示すように、極細チャンネルの長さ２６０２は、直径２６０１の少なくともおよそ１０倍以上であってもよい。また、図１８に示すように、機械的インターフェースのリフレクタの円錐表面頂上端縁部は、内側円錐表面の直径２４０４よりも大きい外側円錐表面の直径２４０３を有する。集束・固定用ピンの直径２４０６は、流体力学的系統ハウジングの入力側の円錐状リフレクタである円錐の高さ２４０５の少なくともおよそ１．５倍以下であってもよい。円錐状リフレクタの外径は、燃料パイプラインまたは活性化装置の外側スリーブの内径よりもおよそ０．７ｍｍ小さくてもよい。円錐状リフレクタの外径上のスロット２４０１は、混合燃料流の乱流をさらに発生させるためのものであって、円錐状ピン２４０２の軸から放射状に形成されるとともに、直径上に一定の間隔で螺旋状に配置されている。図２０において、円錐表面２６０３、２６０４は共通軸を有する。また、開口２６０１の軸はこの共通軸と平行であり、開口中心は共通軸を中心とする円形上に配置されている。
【０５４７】
活性化装置の流体力学的系統および空気力学的系統の両者に統合・包含されたインターフェースの幾何学的関係および設計特性
【０５４８】
図１９において、統合インターフェースは、流体力学的系統の円錐状断面の直径２５０１が空気力学的系統の円錐状リフレクタの直径２５０２よりも大きい関係の２つの円錐状リフレクタを有する。統合インターフェースの空気力学的系統の集束ピンの直径２５０３は、空気力学的系統の円錐状リフレクタの円錐表面の長さ２５０４より少なくとも１．５倍以上小さい。
【０５４９】
燃料パイプラインと空気力学的系統のハウジングとの間の幾何学的関係および構造的関係
【０５５０】
図２１、図２２、および図２３は、燃料パイプラインのハウジングおよび断面の３次元的な模式図である。ハウジングの外側円錐表面の直径２７０３は、内側円錐表面の直径２７０４よりも大きい。ハウジングの外側筒状表面２７０３と燃料パイプラインの内径２７０７との間の距離は、開口２７０５の直径の半分に等しい。内側円錐表面２７０１および外側円錐表面２７０２はそれぞれ、０．２μｍ以下の微小粗度を有する。
【０５５１】
開口２７０５の長さ２７０６は、直径の少なくとも１０倍以上であってもよい。また、ハウジングの端面における平面と円錐表面との間の遷移２８０３は、微小粗度の平均値が０．２μｍの表面となるにように研磨してもよい。ハウジングの筒状表面と燃料パイプラインの内径との間の同心リング間距離２８０４は、距離２８０５の直径の少なくとも１０倍以上かつ長さの少なくとも５倍以上であってもよい。ハウジングに溝２８０２を形成する場合であって、ハウジングが成型品ではなく機械加工品である場合は、工具取り出し用の襞２８０１を設ける。ハウジングの円錐表面と筒状表面との間の遷移２９０３、２９０４、２９０７、２９０６、２９０５は、微小粗度が０．２μｍ以下となるように研磨してもよい。底部２９０１から延びる開口２９０２は、４５°の研磨ファセットで製造され、微小粗度が０．２μｍ以下の直径を有する。
【０５５２】
リフレクタおよびハウジングの円錐表面間の幾何学的関係および構造的関係
【０５５３】
空気力学的系統におけるリフレクタの内側円錐表面とハウジングの外側円錐表面との間の距離は、（０．１ｍｍ＋ハウジングの極細開口の直径／開口数）で表される。また、流体力学的系統におけるリフレクタの外側円錐表面とハウジングの内側円錐表面との間の距離は、（０．１ｍｍ＋ハウジングの極細開口の直径／開口数）または０．２ｍｍのいずれか小さい方として表される。
【０５５４】
燃料活性化装置の構成要素寸法の例示
【０５５５】
図２４には、ガソリン、エタノール、またはディーゼル燃料等の１つの液体成分から成る混合燃料の活性化を行う装置を示す。この例では、燃料パイプラインの直径を１０ｍｍとしている。ただし、直径が異なる燃料パイプラインに全体の比率、原理、およびサイズを適用してもよい。
【０５５６】
管状の燃料パイプライン３６０１は、内径が９．６ｍｍ、管壁の厚さが０．６５ｍｍである。燃料パイプラインの管には、特殊なフランジを有するニップル３６０２が半田付け等によって固定されている。また、活性化装置の後段には燃料パイプラインの管３６０３が配置されており、燃焼室へ延びている。管３６０３には、ニップル３６０４が固定されている。混合燃料活性化装置の流体力学的系統のハウジング３６０５および空気力学的系統のハウジング３６０６はそれぞれ、流体力学的系統および空気力学的系統を収容できる大きさとなっている。混合燃料活性化装置の流体力学的系統には、円錐状リフレクタ３６０７が進入しており、流体力学的系統と空気力学的系統とを構造的に接続している。混合燃料活性化装置と活性化プロセス後の燃料パイプラインとの固定および封止は、ナット３６０８が担っている。一方、混合燃料活性化装置と活性化プロセス前の燃料パイプラインとの固定および封止は、ナット３６０９が担っている。
【０５５７】
混合燃料活性化装置の組立ハウジング３６１０は、装置内部の構成要素に取り付けられている。コレクタ３６１１は、圧縮空気を導入するとともに活性化された混合燃料を除去するように構成され、軸方向に固定された遠隔要素の機能を有するとともに、装置内の対象系統に封止固定されている。円錐表面３６１２は、装置内部を入力側から密閉している。流体力学的系統のハウジングのリングチャンネル３６１３は、利用可能な別の燃料混合成分を入力するためのものである。リングチャンネル３６１３を接続するチャンネル３６１４は、流体力学的系統のハウジングの外径円上に一定の間隔で配置され、低圧領域形成用の局所領域を提供している。円錐状リング３６１５は、流体力学的系統のハウジングの円錐状開口と機械的インターフェースのリフレクタの外側円錐表面との間の距離に対応する。この距離は、およそ０．２〜０．５ｍｍであって、混合燃料の液体成分の粘度および密度によって異なる。また、円錐状リフレクタ３６１６は、混合燃料活性化装置の空気力学的系統への入力を形成する。円錐状キャビティ３６１７は、空気力学的系統のハウジング内の圧縮空気を蓄積する。流体力学的系統のハウジングにおける対象チャンネルの円錐表面の開口系統３６１８は、乱流を増幅するとともに、圧縮空気流との混合により発泡混合燃料を形成する低圧領域を提供する。チャンネル群３６１９は、活性化された混合燃料を燃料パイプラインに排出する。また、放射状開口群３６２０は、チャンネル３６１９と対象の放熱用円錐とを接続している。燃料が燃料パイプラインから燃料活性化装置に入力された直後の位置には、円錐３６１２が配置されている。流体衝撃を回避するため、燃料活性化装置の燃料入力部から１０ｍｍの距離において、円錐３６２１の直径は２０ｍｍまで増加する。円錐状系統３６２２は、その表面直径上に一定の間隔で配置された溝またはチャンネル３６２３を有する。これらのチャンネルは、混合燃料の乱流度を高くするためのものである。また、チャンネルの長さはおよそ１５ｍｍ、幅はおよそ２ｍｍ、奥行はおよそ２．５ｍｍ、１チャンネル当たりの断面積はおよそ５ｍｍ２であってもよい。合計１２本の流体用チャンネルがあって、合計断面積はおよそ６０ｍｍ２である。リング状キャビティ３６２４は、圧縮空気が分散前に蓄積されるリフレクタの基礎を成すものである。圧縮空気の供給および分散用として、溝３６２５が一定の間隔で配置され、チャンネルを構成している。このチャンネルの断面はおよそ１ｍｍ、長さはおよそ１８ｍｍであってもよい。統合リフレクタの円錐状ベル３６２６は、外側円錐表面上で活性化装置の流体力学的系統に接続され、内側円錐表面上で空気力学的系統に接続されている。また、活性化装置の空気力学的系統には、リングチャンネル３６２７が配置されている。このチャンネルを構成する円錐表面間の距離は、およそ０．１５〜０．２ｍｍである。空気力学的系統のハウジングの開口円錐表面３６２８では、圧縮空気流の分散および乱流状態の燃料成分または混合燃料との混合により、混合燃料中に擬似沸騰層が形成されて、その流れ方向に発泡状態となる。放射状チャンネル３６２９は、活性化装置の空気力学的系統に圧縮空気の供給経路を提供する。また、入力接続部３６３０は、このチャンネルとパイプライン３６３１とを接続している。
【０５５８】
空気力学的流路のパイプライン３６３１は、活性化装置の空気力学的系統と圧縮器とを接続している。また、円錐表面３６３２は、活性化装置の内部キャビティと活性化された混合燃料の出力との間を密閉している。そして、推移領域である円錐状キャビティ３６３３は、混合燃料活性化装置と燃料パイプラインとを接続している。
【０５５９】
ハウジング３６１０は、内側表面が硬質酸化され、外側表面がニッケルで化学被覆されたアルミニウムで構成されていてもよい。また、機械的インターフェースは、クロム濃度が１３％以上で、最終的にロックウェル硬さスケール４５の水準まで熱処理されたステンレス鋼で構成されていてもよい。ニップル３６０２、３６０４は、酸化により黒色装飾された建築用鋼材で構成されていてもよい。また、ナット３６０９、３６０８は、全面が仕上げ加工された真鍮で構成されていてもよい。その他の構成要素は、酸化処理されたアルミニウム合金製である。
【０５６０】
図２５には、１つの有機液体成分のみを含む混合燃料の活性化を行う装置を示す。図２５は、装置の基本的な寸法特性を例示したものであって、各構成要素の大きさは、ミリメートルおよび／またはインチで示されている。この装置の表示縮尺は、大略的に１／１である。また、図２５は、推移チャンネルが様々な対象に接続された３つの異なる系統、および混合燃料活性化装置系統の動作原理を示している。
【０５６１】
図２５に示す通り、チャンネル３７０１は、流体力学的系統の入口における円錐状系統と、混合燃料の乱流度を高くするための活性化の第１段階とを接続する開口である。本実施形態における装置は、断面積が４．９ｍｍ２で長さが１５ｍｍの１２本のチャンネルを具備する。このため、すべてのチャンネルの合計断面積は、５８．８ｍｍ２である。一方、直径が９．６ｍｍの燃料パイプラインの断面積は７２．３ｍｍ２である。したがって、断面積の比率は８１％である。なお、この例では、断面積の比率を８１％としているが、９０％となるようにチャンネルの幅を大きくしてもよい。
【０５６２】
また、図２５に示す通り、チャンネル３７０２は、局所低圧領域と、無機成分を含む燃料活性化装置に別の燃料成分（たとえば、無機燃料成分）を供給するための入力パイプラインとを接続している。本実施形態における装置は、断面積が０．５ｍｍ２であって、合計断面積が６ｍｍ２となる１２本のチャンネルを具備する。一部の実施形態においては、チャンネルの断面積を小さくするのが好ましい場合がある。そのような実施形態においては、チャンネルを材料で被覆してもよい。
【０５６３】
さらに、図２５に示す通り、チャンネル３７０３は、混合物と、発泡状の混合燃料が形成される断面とを接続している。各チャンネルの断面積は１１ｍｍ２であってもよい。この場合、すべてのチャンネルの合計断面積は１３２ｍｍ２である。チャンネル３７０３の合計断面積は、入力チャンネルのおよそ１．８倍である。混合物が円錐状のキャビティを徐々に流れることによって、大きな流体抵抗を受けることがなくなるため、発泡混合燃料の構造が破壊される可能性は低くなる。
【０５６４】
図２６に示す通り、混合燃料活性化装置の軸系統は、３つの燃料成分の入力を提供する。これら３つの成分のうちの１または複数は、無機成分であってもよい。たとえば、第２の燃料成分の供給にパイプライン３８０１を使用してもよく、無機燃料成分の供給に燃料パイプライン３８０２を使用してもよい。３つの入力を提供することによって、装置に変更を加えることなく付加的な燃料成分を入力することができる。各パイプラインにおいて２つの成分を混合する場合、最大６つの成分を使用することができる。入力の更新または変更において、装置の設計を変更する必要はないため、実験的研究および装置のさらなる近代化が可能となる。なお、図２６に例示した長さおよびサイズの単位はミリメートルである。
【０５６５】
図２６は、形成された局所低圧領域を示す。この領域は、混合燃料活性化装置の流体力学的系統に接続されている。そして、円錐表面上の指定場所には、凸部が存在する。キャビティの大きさは、基準となる円錐表面に対して１．５°をなす。したがって、流体力学的系統の制限内における円錐状リングチャンネルの厚さは、０．５ｍｍである。このような構成上の差異によって、局所最大圧領域から排出される燃料流の運動エネルギーの損失が補償される。
【０５６６】
図２７は、形成された局所低圧領域を示す。この領域は、活性化装置の空気力学的系統に関係する。空気力学的系統ハウジングの円錐表面上の指定場所には、基準となる円錐表面に１．５°の角度で配置された凸部が存在する。また、ハウジングの円錐表面と空気力学的系統のリフレクタとの間の距離は、０．１５ｍｍである。なお、図２７中のサイズの単位はミリメートルである。
【０５６７】
図２８は、１つの有機成分のみを含み、その他の液体成分（たとえば、無機成分または有機成分）や圧縮空気を含まない混合燃料の活性化を行う装置の軸系統を示す。入力４００１は、別の液体燃料成分を入力するためのものであり、入力４００２は、圧縮空気を入力するためのものである。なお、図２８に例示した長さおよびサイズの単位はミリメートルである。
【０５６８】
図２９は、混合燃料の活性化を行う装置における燃料成分の流れを示す。燃料は、燃料パイプライン４１０１から入力され、燃料活性化装置によって活性化され、燃料パイプライン４１０２に出力される。入力パイプライン４１０３は、活性化装置に圧縮空気を供給するためのものである。また、放射状チャンネル４１０４、４１０５は、燃料を活性化装置から燃料パイプライン４１０２まで輸送する。
【０５６９】
図３０Ａ、図３０Ｂ、および図３１は、以下の構成要素を図示している。
【０５７０】
符号４２０１：本実施形態に係るガス燃料成分の活性化および気体酸化剤成分との混合を行う装置のハウジング。本実施形態に係る圧縮された酸化剤成分の最小圧力は、４ｂａｒより高い圧力を有するガス燃料成分よりも１．２気圧高い。
【０５７１】
符号４２０２：ノズル開口４２２０を備えたナットを有するナット
【０５７２】
符号４２０３：渦室用位置決めナット
【０５７３】
符号４２０４：球状リフレクタ
【０５７４】
符号４２０５：乱流度を高くするガス燃料成分の空気力学的分散器
【０５７５】
符号４２０６：流入ガス燃料成分をリング状に圧縮するとともに断面積を小さくして乱流を増幅させる円錐状空気力学的リフレクタ
【０５７６】
符号４２０７：渦室のハウジング
【０５７７】
符号４２０８：円錐状空気力学的リフレクタ４２０６と平行な軸を有する開口によって渦流を形成するリングキャビティに接続された渦室ハウジングの内側リングキャビティ
【０５７８】
符号４２０９：圧縮された気体酸化剤を渦室に流し込むチャンネルが形成されたフランジ
【０５７９】
符号４２１０：圧縮された気体酸化剤を供給するためのパイプライン
【０５８０】
符号４２１１：渦室から球状リフレクタに流れる気体酸化剤の供給および分散用として一定の間隔で配置された開口
【０５８１】
符号４２１２：噴霧器
【０５８２】
符号４２１３：ハウジング４２０１のねじ込みピン
【０５８３】
符号４２１４：接続用連結器
【０５８４】
符号４２１５：圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネル
【０５８５】
符号４２１６：リングキャビティ４２０８を渦室と接続する開口
【０５８６】
符号４２１７：圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネルの外壁
【０５８７】
符号４２１８：圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネルの内壁
【０５８８】
符号４２１９：渦室の筒状表面
【０５８９】
符号４２２０：噴霧器４２１２を固定するためのねじ込みピン
【０５９０】
図３２は、以下の構成要素を図示している。
【０５９１】
符号４３０１：渦室の筒状壁
【０５９２】
符号４３０２：渦室
【０５９３】
符号４３０３：圧縮された気体酸化剤の流れを接線チャンネル４２１５に移動させる開口
【０５９４】
符号４３０４：圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネルの内壁
【０５９５】
符号４３０５：圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネルの外壁
【０５９６】
符号４３０６：圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネルの内壁と渦室の筒状壁との交差点および圧縮された気体酸化剤の渦流を形成するチャンネルの外壁と渦室の筒状壁との交差点がなす角度
【０５９７】
符号４３０７：圧縮された渦流を形成するチャンネルの内壁および外壁がなす角度
【０５９８】
一部の態様においては、活性化装置前段の燃料パイプラインにおける燃料の圧力、活性化装置前段の燃料パイプラインにおける燃料の流れ、活性化装置前段の空気の圧力、活性化装置前段のパイプラインにおける空気の流れ、および／またはセンサで制御可能な気泡のパラメータ等、発泡燃料の形成および使用に関する態様のうちの１または複数を制御システムが制御してもよい。活性化装置の出力後段のパイプラインにおける活性化された混合燃料の誘電特性を正確に測定することによって、所定量の混合燃料中における空気の濃度、気泡内の推定圧力（所定量の混合燃料中における一様な気泡構造の有無を問わず）、混合燃料の流量、混合燃料の線速度、および混合燃料の乱流等のパラメータのうちの１または複数を決定することができる。また、一部の態様においては、気泡の分布を（第１近似の）ガウス分布（正規分布）として推定してもよい。この場合、気泡の分布は、気泡の平均サイズｄとＲＭＳ（標準偏差）σとで表される。これら２つのパラメータ間の関係とエンジンの特性スケール（燃焼室の大きさ）とによって、発泡燃料の「気泡らしさ」が定義される。特定の燃料については、最適な気泡サイズが存在するものと考えられる。その理由は、極限まで小さい気泡が純粋な液体に近づく一方、非常に大きな気泡が液体を含まない空気のみで構成されているためである。気泡のサイズは、表面張力（ｋｇ／ｓｅｃ２で測定される）、粘度（ｍ２／ｓｅｃで測定される）、密度（ｋｇ／ｍ３で測定される）、および速度の２乗（ｍ２／ｓｅｃ２で測定される）によって決まる。速度の２乗については、ベルヌーイ効果が速度そのものではなく速度の２乗と圧力とを関連付けるためである。寸法を解析した結果、最も簡単な関係式は、Ｌ＝定数×（表面張力／密度×速度の２乗）で表される。
【０５９９】
たとえば、最も簡単な場合、気泡のサイズは粘度に依存しない。上記の式では、表面張力が大きいと気泡が大きくなり、速度が大きいと気泡が小さくなるため、物理的に正しい。定数は、実験的に規定することができる。この式に基づくと、小さな気泡の場合は、非常に大きな速度を有することが重要と考えられる。
【０６００】
混合燃料の複合活性化技術の利点
【０６０１】
混合燃料の複合活性化技術は、さらなる利点を提供する。すなわち、圧縮器から出力される圧縮空気の圧力を増加させることによって、混合燃料の複合活性化を行う装置の活性室内における圧縮空気がさらに圧縮される。これによって、燃焼室への噴射前に混合燃料の種々成分全体が活発かつ効果的に混合されることになる。たとえば、ガソリンとエタノールの比例混合は、燃焼室への噴射前に、酸素で飽和させるのに十分な時間を確保しつつ装置内で制御することができる。
【０６０２】
閉じた容積内でのガソリン中への空気の溶解度は、圧縮空気の圧力の関数である。たとえば、いくつかの外部条件下において、制限内の空気流の圧力が１〜３気圧で、空気とガソリンの温度が２０℃以下である場合、ガソリン中の酸素の溶解体積濃度は０．２２％を超え得ない。圧力が１０気圧まで上昇すると、同じ外部条件下においては、ガソリン中の酸素の溶解体積濃度は１．８９％まで増加する。
【０６０３】
ガソリンをエタノールと混合することによって、混合燃料の全体コストが低下するとともに、内燃エンジンにおける燃焼およびエネルギー変換プロセスの基本パラメータを改善する新たな動作特性が得られる。上述の燃料活性化装置を使用すれば、成分比率が固定されていて時間の経過とともに「分離」または経年劣化する可能性がある燃料補給所の貯蔵タンクから供給される混合物とは異なり、エンジン管理システムの要求に沿って、条件の変化に応じて変更可能な比率で、このような混合物を車両上で動的に生成することができる。
【０６０４】
破裂する微小燃料気泡のＨＣＣＩエンジンでの使用
【０６０５】
一部の実施形態においては、加圧されて燃焼室中で破裂する微小燃料気泡を予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）エンジンで使用してもよい。ＨＣＣＩエンジンは、空気等の酸化剤と混合された燃料が自動着火点まで圧縮される内燃エンジンの一種である。燃料の自動着火によって、エンジンにより機械的エネルギーに変換可能な形態で化学的エネルギーを放出する発熱反応がもたらされる。
【０６０６】
ＨＣＣＩエンジンの利点は、窒素酸化物やすす粒子の排出量が少ない一方で、効率が高いことが挙げられる。ただし、ＨＣＣＩエンジンを効果的に動作させるには、混合燃料を綿密に制御する必要がある。
【０６０７】
多くのＨＣＣＩエンジンでは、シリンダ内で可動ピストンにより下方に区切られた燃焼室を具備する。シリンダ内におけるピストンの運動は、連接棒によってピストンに接続されたクランク軸の回転運動に変換される。非発泡状の燃料を使用するＨＣＣＩエンジンの場合、シリンダ内でピストンが下方に移動すると、吸気弁が開いて燃焼室に空気を導入する。これと同時に、燃料ポンプが燃料を燃焼室内に噴射する。次にピストンが上方に移動すると、燃焼室内の混合燃料が圧縮され、圧縮度に応じた温度上昇を経て、混合燃料の自己着火が起こる温度に達する。この燃焼プロセス中、燃焼室内で膨張が発生して、ピストンが下方に押し下げられる。
【０６０８】
多くの既存のＨＣＣＩエンジンでは、空気と燃料が独立して（たとえば、異なる入力ラインを介して）ＨＣＣＩ燃焼室に入力されるが、発泡燃料を生成する燃料活性化装置（たとえば、上述の装置）を使用すれば、単一の入力のみで燃料と空気の両者を適切な比率で供給することができる。燃料活性化装置を使用して燃料と空気の両者を含む発泡燃料をシリンダに直接入力できるようにすることは、様々な利点を有するものと考えられる。たとえば、特定の燃料システム（たとえば、特定のＨＣＣＩエンジン）に関しては、空気と燃料の最適な比率があるものと考えられる。燃焼室への供給前に燃料活性化装置を使用して燃料を形成することにより、燃焼室内での空気と燃料の比率をより適切に制御することができる。このように、燃料活性化装置１００１のパラメータを制御することによって、所望の特性を有する燃料と空気の混合物を燃焼室に供給することができる。燃料と空気は、燃焼室への供給前に混合されるため、混合燃料の特性を測定して、燃料気泡の生成の調節に用いることができる。たとえば、共振センサによって空気／燃料混合物の誘電特性を測定し、燃料活性化装置の１または複数の入力を調節するようにしてもよい（たとえば、米国仮特許出願第６０／９７０，６５５号、６０／９７４，９０９号、および６０／９７８，９３２号に記載。これらの開示内容は、本明細書中に参考として援用）。
【０６０９】
燃料と空気の最適な比率を得るためには、電子制御システムによって、燃料活性化装置に送り込まれる燃料またはその他の液体の圧力、燃料活性化装置に送り込まれる空気または別のガスの圧力、燃料活性化装置に送り込まれる燃料またはその他の液体の量、および／または燃料活性化装置に送り込まれる空気または別のガスの量のうちの１または複数を制御するようにしてもよい。２つの液体成分が入力される燃料活性化装置の場合、電子制御システムは、第２の液体の圧力、量、および／または第１の液体の第２の液体に対する量的な比率をさらに制御するようにしてもよい。また、電子制御システムは、出力された発泡燃料の特性に関するフィードバックに基づいて、液体成分またはガス成分の１または複数の入力パラメータを調節するようにしてもよい。たとえば、燃焼装置にセンサを設けて、燃料流、シリンダ内温度、燃料の燃焼量（たとえば、排出量に基づく）、および／または燃焼室の効率のうちの１または複数を測定するようにしてもよい。電子制御システムは、測定した特性に基づいて、燃料活性化装置に入力する液体成分またはガス成分の１または複数の入力パラメータを調節するようにしてもよい。
【０６１０】
たとえば、電子制御システムは、燃焼室の効率が低いと判断した場合、空気の圧力を調節して燃料中の気泡量を増加させるようにしてもよい。あるいは、第１および第２の液体の比率を変更して、より最適な平衡を得るようにしてもよい。
【０６１１】
混合燃料のガス成分
【０６１２】
図３３は、他の実施形態に係る、ガス燃料成分と圧縮された気体酸化剤との渦流活性化および混合を直線状に行う装置の断面図である。この図に示すように、多数の連続する渦発生器が圧縮器に接続されている。すべての渦発生器およびガス燃料成分供給用パイプラインは、各渦発生器の渦流チャンネルと同軸である。ガス燃料成分供給用チャンネルは、すべての渦発生器を通って連続している。本実施形態に係る圧縮された気体酸化剤の最小圧力は、ガス燃料成分よりも１．２気圧高い。
【０６１３】
図３３は、主に以下の構成要素を具備する。
【０６１４】
符号４４０１：ガス燃料成分と圧縮された気体酸化剤成分との渦流活性化および混合を行う装置のハウジング
【０６１５】
符号４４０２：各渦発生器の渦流チャンネルと同軸のガス燃料成分供給用パイプライン
【０６１６】
符号４４０３：混合ガスを燃焼室に供給する噴霧器として動作するノズル
【０６１７】
符号４４０４：すべての渦発生器をハウジング４４０１に固定するためのナット
【０６１８】
符号４４０５：ガス燃料成分が流れる方向の第１の渦発生器。この渦発生器は、ガス燃料成分の流れ中に最初の渦流チャンネルを形成するとともに、燃焼室に流れ込むガスとベクトルの向きが一致するガス流を前進させるためのものである。
【０６１９】
符号４４０６：第１の渦発生器と全く同じ第２の渦発生器
【０６２０】
符号４４０７：第３の渦発生器
【０６２１】
符号４４０８：第４の渦発生器
【０６２２】
符号４４０９：第４の渦発生器の渦流チャンネルを形成する遠隔ワッシャ
【０６２３】
符号４４１０：密閉圧縮ワッシャ
【０６２４】
符号４４１１：噴霧器
【０６２５】
符号４４１２：第１の渦発生器の渦流チャンネル
【０６２６】
符号４４１３：圧縮された気体酸化剤を第１の渦発生器に供給するためのパイプライン
【０６２７】
符号４４１４：圧縮された気体酸化剤を第３の渦発生器に供給するためのパイプライン
【０６２８】
符号４４１５：圧縮された気体酸化剤を第２の渦発生器に供給するためのパイプライン
【０６２９】
符号４４１６：圧縮された気体酸化剤を第４の渦発生器に供給するためのパイプライン
【０６３０】
図３４は、各渦発生器における渦流接線チャンネルの系統を示しており、主に以下の構成要素を具備する。
【０６３１】
符号４５０１：ガス燃料成分供給用チャンネル
【０６３２】
符号４５０２：ガス燃料成分供給用チャンネルと第１の渦発生器の渦流チャンネルとの接続
【０６３３】
符号４５０３：第１の渦発生器の渦流チャンネル
【０６３４】
符号４５０４：第２の渦発生器の渦流チャンネル
【０６３５】
符号４５０５：第３の渦発生器の渦流チャンネル
【０６３６】
符号４５０６：第４の渦発生器の渦流チャンネル
【０６３７】
符号４５０７：混合ガスを燃焼室に供給するためのチャンネル
【０６３８】
符号４５０８：噴霧器の対象チャンネルを渦発生器の渦流チャンネル系統と接続するチャンネル
【０６３９】
符号４５０９：燃料を燃焼室に送り込む円錐状パイプラインを形成する噴霧器のチャンネル
【０６４０】
符号４５１０：圧縮された気体酸化剤を第２の渦発生器に供給するためのリングコレクタ
【０６４１】
符号４５１１：圧縮された気体酸化剤を第１の渦発生器に供給するためのリングコレクタ
【０６４２】
符号４５１２：圧縮された気体酸化剤を渦発生器の接線チャンネルに供給するための開口
【０６４３】
符号４５１３：渦発生器の接線チャンネル
【０６４４】
符号４５１４：圧縮された気体酸化剤を第４の渦発生器に供給するためのリングコレクタ
【０６４５】
符号４５１５：圧縮された気体酸化剤を第３の渦発生器に供給するためのリングコレクタ
【０６４６】
図３５Ａおよび図３５Ｂは、渦発生器の系統の投影図であって、主に以下の構成要素を具備する。
【０６４７】
符号４６０１：渦発生器の筒状ハウジング
【０６４８】
符号４６０２：渦流チャンネル
【０６４９】
符号４６０３：渦発生器のハウジングのフランジ
【０６５０】
符号４６０４：渦発生器のハウジングのリングコレクタ
【０６５１】
符号４６０５：渦発生器の接線チャンネル
【０６５２】
符号４６０６：圧縮された気体酸化剤を渦発生器の接線チャンネルに供給するための開口
【０６５３】
符号４６０７：渦発生器の渦流チャンネルの筒状表面に接する接線チャンネルの壁
【０６５４】
混合燃料のガス成分の冷却および飲料水の生成
【０６５５】
ガス渦流混合・活性化装置には、リング状の渦発生器を使用する。この渦発生器は、その接線チャンネルを流れる圧縮空気が断熱膨張する際に冷却効果をもたらす特性を有する。
【０６５６】
圧縮器からの圧縮空気は、渦発生器のハウジングのリングコレクタに流れ込み、輸送チャンネルを経由して、接線チャンネル内で渦流チャンネルまたは渦流パイプを形成するように動作する。
【０６５７】
空気が接線チャンネルから出力される場合、ジュール・トムソン効果による断熱膨張が発生し、膨張圧力の差異に比例して空気の温度が低下する。
【０６５８】
また、空気が接線チャンネルから出力される際は、断熱効果に加えて温度の低下をもたらす、いわゆるランク効果を引き起こす条件を生成する渦流パイプの形態で渦流チャンネルを形成するプロセスも発生する。
【０６５９】
渦発生器のハウジングは、温度が累積的に低下する場合にも冷却される。
【０６６０】
空気の温度は、圧縮器による圧縮で上昇する。その後、空気よりも本質的に温度が低い渦発生器のハウジングのリングコレクタへの入力時に、水の最初の凝縮が発生して、空気の温度は低下する。
【０６６１】
断熱膨張を伴う接線チャンネルからの出力に際しては、断熱膨張前後の圧力差で規定される温度低下の第２段階が発生する。圧力が変化すると温度も変化して露点の水準以下に達し、空気流の温度がゼロ度を下回ると、空気中の水分が凍結して氷の結晶になる。
【０６６２】
燃焼排ガス流の冷却による水の生成および得られた混合物の別の混合燃料成分としての利用
【０６６３】
有機燃料成分と混合する別の成分として混合燃料活性化装置で使用するためにエンジンの排ガスから水を抽出する方法は、ガスの混合および活性化に使用する渦発生器によって実現することができる。
【０６６４】
ガスの渦流混合および活性化を行う装置に使用するリング状の渦発生器は、その接線チャンネルを流れる圧縮空気の圧力絞りまたは断熱膨張による冷却効果を倍加できる付加的な特性を有する。
【０６６５】
圧縮器からの圧縮空気は、渦発生器のハウジングのリングコレクタに流れ込み、輸送チャンネルを経由して、接線チャンネル内で渦流チャンネルまたは渦流パイプを形成するように動作する。
【０６６６】
空気が接線チャンネルから出力される場合、ジュール・トムソン効果による断熱膨張が発生し、膨張圧力の差異に比例して空気の温度が低下する。
【０６６７】
また、空気が接線チャンネルから出力される際は、断熱効果に加えて温度の低下をもたらす、いわゆるランク効果を引き起こす条件を生成する渦流パイプの形態で渦流チャンネルを形成するプロセスも発生する。
【０６６８】
渦発生器のハウジングは、温度が累積的に低下する場合にも冷却される。
【０６６９】
空気の温度は、圧縮器による圧縮で上昇する。その後、空気よりも本質的に温度が低い渦発生器のハウジングのリングコレクタへの入力時に、水の最初の凝縮が発生して、空気の温度は低下する。
【０６７０】
断熱膨張を伴う接線チャンネルからの出力に際しては、断熱膨張前後の圧力差で規定される温度低下の第２段階が発生する。圧力が変化すると温度も変化して露点の水準以下に達し、空気流の温度がゼロ度を下回ると、空気中の水分が凍結して氷の結晶になる。
【０６７１】
排ガスは、接触表面が形成された渦発生器のハウジングの中央チャンネルで作用する。高温の排ガスが渦発生器のハウジングの低温表面に接触し、排ガスの一成分である水分が低温の接触表面上で凝縮される。そして、燃料活性化装置における別の液体混合成分として、水とすすの混合物の収集および利用が可能となる。
【０６７２】
その他の実施形態は、以下の請求の範囲に包含される。
【図１】
2014155922.tif 000003
【図１Ａ】
2014155922.tif 000004
【図１Ｂ】
2014155922.tif 000005
【図１Ｃ】
2014155922.tif 000006
【図２Ａ】
2014155922.tif 000007
【図２Ｂ】
2014155922.tif 000008
【図３Ａ】
2014155922.tif 000009
【図３Ｂ】
2014155922.tif 000010
【図４】
2014155922.tif 000011
【図５】
2014155922.tif 000012
【図６】
2014155922.tif 000013
【図７】
2014155922.tif 000014
【図８Ａ】
2014155922.tif 000015
【図８Ｂ】
2014155922.tif 000016
【図８Ｃ】
2014155922.tif 000017
【図８Ｄ】
2014155922.tif 000018
【図９Ａ】
2014155922.tif 000019
【図９Ｂ】
2014155922.tif 000020
【図９Ｃ】
2014155922.tif 000021
【図１０】
2014155922.tif 000022
【図１１Ａ】
2014155922.tif 000023
【図１１Ｂ】
2014155922.tif 000024
【図１２Ａ】
2014155922.tif 000025
【図１２Ｂ】
2014155922.tif 000026
【図１３】
2014155922.tif 000027
【図１４】
2014155922.tif 000028
【図１５】
2014155922.tif 000029
【図１６】
2014155922.tif 000030
【図１７】
2014155922.tif 000031
【図１８】
2014155922.tif 000032
【図１９】
2014155922.tif 000033
【図２０】
2014155922.tif 000034
【図２１】
2014155922.tif 000035
【図２２】
2014155922.tif 000036
【図２３】
2014155922.tif 000037
【図２４】
2014155922.tif 000038
【図２５】
2014155922.tif 000039
【図２６】
2014155922.tif 000040
【図２７】
2014155922.tif 000041
【図２８】
2014155922.tif 000042
【図２９】
2014155922.tif 000043
【図３０Ａ】
2014155922.tif 000044
【図３０Ｂ】
2014155922.tif 000045
【図３１】
2014155922.tif 000046
【図３２】
2014155922.tif 000047
【図３３】
2014155922.tif 000048
【図３４】
2014155922.tif 000049
【図３５Ａ】
2014155922.tif 000050
【図３５Ｂ】
2014155922.tif 000051
【図３６Ａ】
2014155922.tif 000052
【図３６Ｂ】
2014155922.tif 000053
【図３７Ａ】
2014155922.tif 000054
【図３７Ｂ】
2014155922.tif 000055
【図３８】
2014155922.tif 000056