(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波印加によって燃料を改質する方法において燃料の液面高さに影響されることのない燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃料容器４の底面（底部外壁面４ａ）に当該底面（底部外壁面４ａ）から超音波ＳＷを発振させる超音波発振手段（超音波振動子２，駆動回路３）を配設すると共に、その燃料容器４内の燃料Ｆの液面高さＨに応じて超音波発振手段（超音波振動子２，駆動回路３）からの超音波ＳＷの周波数ｆを可変させる超音波周波数可変手段（反射波検出手段５，制御手段６）を設ける。その超音波発振手段（超音波振動子２，駆動回路３）は、燃料容器４内の燃料Ｆに定在波を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料容器の底面に当該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、前記燃料容器内の燃料の液面高さに応じて前記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設けたことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
燃料容器の底面に当該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、該超音波発振手段からの超音波を反射させる超音波反射板を前記燃料容器内の所定の位置に設けたことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項３】
燃料容器の側面に当該側面から超音波を発振させる超音波発振手段を配設したことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項４】
前記超音波発振手段は、前記燃料容器内の燃料に定在波を発生させることを特徴とした請求項１，２又は３に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、超音波を印加することによって燃料を改質させる燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料に超音波を印加し、その燃料を改質する技術が存在する。かかる技術においては、燃料に超音波を印加し、その燃料分子中を伝わる圧力振幅エネルギにより燃料の結合を解離させて軟質化させている。または、印加された超音波により燃料中にキャビテーションを発生させ、その崩壊エネルギにより燃料の結合を解離させて軟質化させている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１〜３には、容器に超音波振動子を設け、その容器内の燃料に超音波を印加して燃料改質を行う技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０８６０３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０５３４３号公報
【特許文献３】特表２００３−５２４０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術の如く容器に超音波振動子を設けた場合には、容器内の燃料の残存量如何で改質効率の良い位置やその数量が変化してしまうので、改質効果を十分に発揮することができない。なぜならば、燃料の軟質化は超音波の波形の特定部分（具体的には変位の節の部分）で効率良く行われるにも拘わらず、容器内への燃料の供給量は必ずしも常に一定ではなく、また、燃料が使用されるにつれて残存量が変わるので、その超音波振動子から燃料の液面までの距離（即ち、液面高さ）に応じて超音波の波形の節の数や位置が変化し、十分な改質が行われなくなってしまうからである。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、燃料の液面高さに影響されることなく十分に燃料改質を行い得る燃料改質装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、燃料容器の底面に当該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設けている。
【０００８】
この請求項１記載の燃料改質装置によれば、燃料の液面高さに応じた最適な周波数の超音波を燃料に照射して燃料の液面から効果的に反射させることができるので、その液面高さに影響されることなく，即ち液面高さの変化に応じて、十分に燃料改質を行うことができる。特に、請求項４記載の発明の如く、燃料容器内の燃料に，即ち、燃料の液面までの間に定在波を発生させることによって、効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【０００９】
また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、燃料容器の底面に当該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、その超音波発振手段からの超音波を反射させる超音波反射板を前記燃料容器内の所定の位置に設けている。
【００１０】
この請求項２記載の燃料改質装置によれば、超音波発振手段と超音波反射板との間の距離が固定されるので、燃料の液面高さに拘わらず所定位置の超音波反射板で超音波を反射させることができる。これが為、一定の最適な周波数の超音波を燃料に照射して超音波反射板で反射させることによって、その液面高さに影響されることのない十分な燃料改質を行うことができる。かかる場合にあっても、請求項４記載の発明の如く、燃料容器内の燃料に，即ち、超音波反射板までの間に定在波を発生させることによって、効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【００１１】
また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、燃料容器の側面に当該側面から超音波を発振させる超音波発振手段を配設している。
【００１２】
この請求項３記載の燃料改質装置によれば、燃料容器の他方の側面を超音波反射板として利用することができる。また、燃料容器の側面から発振された超音波は、その波形が燃料の液面高さに影響されない。これが為、この請求項３記載の燃料改質装置は、その液面高さに影響されることのない十分な燃料改質を行うことができる。かかる場合にあっても、請求項４記載の発明の如く、燃料容器内の燃料に，即ち、燃料容器における夫々の側面の間に定在波を発生させることによって、効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料改質装置は、燃料の使用等に伴い液面高さが変化したとしても、その液面高さに影響されることなく、十分に燃料改質を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る燃料改質装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
本発明に係る燃料改質装置の実施例１を図１に基づいて説明する。図１の符号１は本実施例１の燃料改質装置を示す。
【００１６】
先ず、この燃料改質装置１には、超音波ＳＷを発振させる超音波発振手段が設けられている。本実施例１にあっては、超音波ＳＷを発振する超音波振動子２と、この超音波振動子２を駆動させる駆動回路３とで超音波発振手段が構成されている。
【００１７】
ここで、本実施例１の超音波振動子２は、その振動面２ａが燃料容器４内の燃料Ｆの液面Ｆｓと平行になるよう燃料容器４の底面に設ける。より具体的には、その燃料容器４の底面における外側の面（以下、「底部外壁面」という。）４ａの一部分に超音波振動子２を設置する。
【００１８】
また、本実施例１の駆動回路３としては、超音波振動子２の超音波周波数ｆを無段階に可変させ得るものを用いる。
【００１９】
更に、この燃料改質装置１には、その超音波発振手段から発振させる超音波ＳＷの周波数（以下、「超音波周波数」という。）ｆを燃料Ｆの液面高さＨに応じて設定し、その超音波周波数ｆで超音波発振手段から超音波ＳＷを発振させる超音波周波数可変手段が設けられている。具体的に、本実施例１の超音波周波数可変手段は、燃料容器４内における燃料Ｆの液面Ｆｓからの超音波ＳＷの反射波を検出する反射波検出手段５と、この反射波検出手段５の検出信号に基づいて超音波周波数ｆを設定する制御手段６とを備えている。
【００２０】
ここで、その反射波検出手段５は、燃料容器４の底部外壁面４ａにおいて上述した超音波振動子２と同等の位置，即ち検出部５ａと燃料Ｆの液面Ｆｓとの間の距離がその液面Ｆｓと超音波振動子２の振動面２ａとの間の距離と同等になる位置に配置する。ここでは、その反射波検出手段５を燃料容器４の底部外壁面４ａにおける超音波振動子２の近傍に配置している。本実施例１の反射波検出手段５としては、例えば反射波検出用のマイクを用いる。
【００２１】
また、例えば、燃料容器４が自動車の燃料タンクである場合には、その制御手段６として車輌に搭載されている電子制御装置（ＥＣＵ）を用いてもよい。
【００２２】
本実施例１にあっては、制御手段６が燃料容器４内の燃料Ｆの液面高さＨに応じた燃料改質に最適な超音波周波数ｆｂを設定し、その最適超音波周波数ｆｂで超音波振動子２から超音波ＳＷを発振させるように駆動回路３を制御する。
【００２３】
ここで、その液面高さＨは、上述した反射波検出手段５の検出信号を用いて下記の式１から制御手段６が求める。この式１において、「Ｔ」は、超音波ＳＷが照射された後、この超音波ＳＷの燃料Ｆの液面Ｆｓからの反射波が燃料容器４の底面における内側の面（以下、「底部内壁面」という。）４ｂに到達するまでの時間，即ち照射された超音波ＳＷが底部内壁面４ｂに戻るまでの往復時間である。また、「ａ」は、燃料中における超音波ＳＷの音速であり、使用される燃料Ｆ毎に予め決められた設定値である。
【００２４】
Ｈ＝（Ｔ・ａ）／２      …      （１）
【００２５】
本実施例１の制御手段６は、その液面高さＨを測定する際に、駆動回路３に対して超音波振動子２から超音波ＳＷをパルス信号で発振させるように指示を与え、その超音波ＳＷの反射波を検出した反射波検出手段５からの検出信号に基づいて超音波ＳＷの往復路（２Ｈ）に要する時間Ｔを算出する。そして、この制御手段６は、その時間Ｔを上記式１に代入して現在の液面高さＨを求める。ここで、この制御手段６は、その液面高さＨの測定を所定時間毎に行ってもよく、常時行ってもよい。
【００２６】
尚、その液面高さＨについては、例えば、燃料Ｆの残存量を計測するフロート等を用いた計測手段の検出信号から求めてもよい。かかる場合には、反射波検出手段５は不要になる。
【００２７】
また、上述した最適超音波周波数ｆｂとは燃料容器４の底部内壁面４ｂから燃料Ｆの液面Ｆｓまでの間に超音波ＳＷの定在波を発生させる周波数ｆのことであり、ここでは、その間において超音波ＳＷの波長（以下、「超音波波長」という。）λの半波長の整数ｎ倍となるような周波数ｆを設定する。
【００２８】
即ち、下記の式２の関係を満たす液面高さＨに対応した超音波波長λと整数ｎを調整し、かかる超音波ＳＷを発振させることによって、その進行波と液面Ｆｓからの反射波とからなる定在波を燃料容器４の底部内壁面４ｂから燃料Ｆの液面Ｆｓまでの間に発生させる。
【００２９】
Ｈ＝ｎ・（λ／２）      …      （２）
【００３０】
本実施例１にあっては、その式２の変形式たるλ（＝２Ｈ／ｎ）を下記の式３に代入して得た下記の式４に基づいて、超音波振動子２から発振させる超音波ＳＷの超音波周波数ｆを制御手段６が求める。
【００３１】
ｆ＝ａ／λ      …      （３）
【００３２】
ｆ＝ａ／λ＝（ａ・ｎ）／２Ｈ      …      （４）
【００３３】
具体的に、その制御手段６は、測定した現在の液面高さＨと所定の整数ｎを上記式４に代入して超音波周波数ｆを求め、これを液面高さＨに応じた定在波を発生可能な超音波ＳＷの最適超音波周波数ｆｂとして設定する。
【００３４】
ここで、上述した整数ｎは、燃料容器４毎に予め決められた所定値として用意しておいてもよく、例えば、液面高さＨに応じて可変させる変動値として用意しておいてもよい。その何れの場合においても、その整数ｎは、例えば、実験やシミュレーションにより求めた最も改質効率の良い値を用いることが好ましい。
【００３５】
例えば、超音波ＳＷの音速ａ＝１５００（ｍ／ｓ），整数ｎ＝４，液面高さＨ＝１５０ｍｍの場合、これらを式４に代入して超音波周波数ｆ＝２０ｋＨｚが求められる。制御手段６は、その超音波周波数ｆ（＝２０ｋＨｚ）を最適超音波周波数ｆｂとして設定し、この最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷを発振させるように駆動回路３を制御する。
【００３６】
これにより、その最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷの進行波と液面Ｆｓからの反射波によって燃料容器４の底部内壁面４ｂから燃料Ｆの液面Ｆｓまでの間にλ／２＝３７．５ｍｍの定在波が発生する。これが為、その定在波の夫々の節Ｐ１〜Ｐ５の位置が一定に定まり、かかる定位置の夫々の節Ｐ１〜Ｐ５において燃料分子に圧力振幅エネルギが加わって燃料の軟質化が進むので、効率良く燃料改質が行われる。
【００３７】
ここで、燃料Ｆが使用され、液面高さＨが低下したものとする。かかる場合、制御手段６は、上述したが如く液面高さＨの測定を所定時間毎に又は常時行っているので、低下した液面高さＨ１に応じた最適超音波周波数ｆｂ１を上述した式４に基づいて設定し、この最適超音波周波数ｆｂ１の超音波ＳＷを発振させるように駆動回路３を制御する。
【００３８】
これにより、燃料容器４の底部内壁面４ｂから燃料Ｆの低下した液面Ｆｓまでの間に定在波が発生するので、その定在波の夫々の節において効率良く燃料改質が行われる。
【００３９】
このように、本実施例１の燃料改質装置１は、燃料容器４の底部内壁面４ｂと燃料Ｆの液面Ｆｓとの間に超音波ＳＷの定在波を発生させて効率良く燃料改質を行うことができ、更に、その定在波を燃料Ｆの液面Ｆｓが変化してもその変化に応じて発生させることができるので、燃料改質の高効率化が可能になる。即ち、この実施例１の燃料改質装置１は、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、効率の良い燃料改質を行うことができる。
【００４０】
また、この燃料改質装置１においては、そのような定在波を発生させて効率の良い燃料改質を行うことができるので、燃料容器４に複数個の超音波振動子を配置する必要もなく、また、振動面の大きい超音波振動子を設置する必要もなくなる。これが為、この燃料改質装置１によれば、超音波振動子２の駆動に要する消費電力を抑えつつ燃料改質を行うことができる。
【００４１】
ここで、本実施例１にあっては超音波振動子２を燃料容器４の底部外壁面４ａに配置しているので、最適超音波周波数ｆｂを設定する際の上述した式４においては、厳密には燃料容器４の肉厚を考慮しなければならない。これが為、かかる肉厚を考慮せずともよいように、超音波振動子２の振動面２ａを燃料容器４の内部に露出させてもよい。例えば、その振動面２ａと燃料容器４の底部内壁面４ｂとが面一になるように超音波振動子２を設置する。かかる場合、上述した反射波検出手段５については、超音波振動子２の振動面２ａと面一になるよう配置する。
【００４２】
以上示した如く、本実施例１の燃料改質装置１によれば、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、超音波振動子２の駆動に要する消費電力を抑えつつ効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【００４３】
これにより、例えば、燃料容器４を自動車の燃料タンクとして利用する場合には、本実施例１の燃料改質装置１によって燃料（ガソリンや軽油）Ｆが十分に改質されるので、その燃料Ｆ中に炭化水素等の重質分が多くても、改質後に微粒化され易くなり、また、蒸発もし易くなる。これが為、そのような燃料Ｆの微粒化特性や蒸発特性の向上により、極低温始動時等の機関冷間時における始動時のエミッション性能が向上（ＨＣ排出量の低減）し、更には、スモークや黒煙等の排出量も低減される。また、そのような重質分を多量に含まない燃料Ｆであったとしても、同様に燃料Ｆの微粒化特性や蒸発特性が向上するので、機関始動時や運転時におけるエミッション性能が向上（ＨＣ排出量の低減）する。
【００４４】
尚、本実施例１の駆動回路３としては超音波周波数ｆを無段階に可変させ得るものを用いたが、その駆動回路３が段階的にしか超音波周波数ｆを可変させることができないものである場合には、所定の液面高さＨの範囲内毎に段階的に超音波周波数ｆと整数ｎを選択すればよい。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明に係る燃料改質装置の実施例２を図２及び図３に基づいて説明する。その図２の符号１１は本実施例２の燃料改質装置を示す。
【００４６】
先ず、この燃料改質装置１１にあっては、本実施例２の超音波発振手段として、燃料容器４の底部外壁面４ａの一部分に設置した超音波振動子１２と、この超音波振動子１２を駆動させる駆動回路１３とが設けられている。
【００４７】
ここで、前述した実施例１においては、燃料Ｆの液面Ｆｓからの反射波を利用して時々刻々と変化する燃料Ｆの液面高さＨを測定し、その液面高さＨに応じて燃料容器４の底部内壁面４ｂから燃料Ｆの液面Ｆｓまでの間に定在波を発生させる最適超音波周波数ｆｂの設定を行う。
【００４８】
しかしながら、例えば、燃料容器４が自動車の燃料タンク等の振動や揺れ等が入力されるものである場合には、その振動等によって液面Ｆｓが波打ってしまい正確な液面高さＨを測定することができない。これが為、燃料容器４の使用条件如何では、測定した液面高さＨに基づき設定した最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷでは定在波を発生させることができず、効率の良い燃料改質を行うことができない。
【００４９】
そこで、本実施例２の燃料改質装置１１においては、その超音波振動子１２の振動面１２ａから所定の間隔Ｌを設けた燃料容器４内の位置に超音波反射板１４を配設し、液面Ｆｓの波打ち等の変化に影響されることなく定在波を発生させる。
【００５０】
ここで、その超音波反射板１４は、超音波振動子１２から発振された超音波ＳＷを反射させるものであり、例えばアルミニウム等の超音波ＳＷを反射可能な材料で形成されている。尚、この超音波反射板１４は、図２に示す反射面１４ａのみに例えばアルミニウム等を蒸着したものであってもよい。本実施例２の超音波反射板１４は、図２に示す如く、反射板保持部材１５を介して燃料容器４の底部内壁面４ｂに上述した間隔Ｌで保持されている。
【００５１】
また、本実施例２にあっては、燃料Ｆの改質効率が良い定在波の節の数を多くする為に、上述した間隔Ｌ，即ち超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間の距離Ｌを長めに取ることが好ましい。
【００５２】
このように超音波反射板１４を燃料容器４内の所定の位置に設けることによって、超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間の距離Ｌを固定することができる。これが為、この燃料改質装置１１においては、駆動回路１３が超音波振動子１２に対して一定の固定された最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷを発振させることによって、その進行波と超音波反射板１４の反射面１４ａからの反射波とからなる定在波を超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間に発生させることができる。
【００５３】
ここで、その最適超音波周波数ｆｂは、超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間において超音波波長λの半波長の整数ｎ倍となるような周波数ｆのことであり、その間の距離Ｌを前述した式４の液面高さＨと置き換えた下記の式５により求めて設定することができる。この式５における整数ｎは、例えば、実験やシミュレーションにより求めた最も改質効率の良い値を用いることが好ましい。
【００５４】
ｆ＝ａ／λ＝（ａ・ｎ）／２Ｌ      …      （５）
【００５５】
このような本実施例２の燃料改質装置１１によれば、燃料Ｆの液面Ｆｓに波打ち等の変化が生じても、また、燃料Ｆの液面Ｆｓが低下しても、一定の最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷによって超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間に定在波を発生させることができる。これが為、その定在波の夫々の節Ｐ１〜Ｐ５の位置を燃料Ｆの液面Ｆｓの変化に拘わらず常に一定にすることができ、かかる定位置の夫々の節Ｐ１〜Ｐ５において燃料分子に圧力振幅エネルギが加わって燃料の軟質化が進むので、燃料容器４の使用条件に影響されることなく効率の良い燃料改質を行うことができる。即ち、この燃料改質装置１１は、燃料Ｆの液面高さＨや液面Ｆｓの波打ち等の変化に影響されることなく、効率の良い燃料改質を行うことができる。
【００５６】
また、本実施例２にあっては、超音波ＳＷを反射させる為に超音波反射板１４を用いている。ここで、この超音波反射板１４は、実施例１の如く燃料Ｆの液面Ｆｓで反射させた場合と比して音響インピーダンスが高く、超音波ＳＷの反射効率を向上させることができる。これが為、実施例１よりも定在波の夫々の節Ｐ１〜Ｐ５における圧力振幅エネルギが増加するので、改質効率を更に向上させることができる。
【００５７】
更に、本実施例２にあっては、最適超音波周波数ｆｂを固定することができるので、実施例１で用いた反射波検出手段５及び制御手段６からなる超音波周波数可変手段が不要になり、簡便な構成で改質効率の良い燃料改質装置１１を構築することができる。
【００５８】
また更に、本実施例２にあっても、実施例１と同様に定在波を発生させているので、複数個の超音波振動子や振動面の大きい超音波振動子を用いずとも燃料Ｆの改質効率が向上し、超音波振動子１２の駆動に要する消費電力を抑えることができる。
【００５９】
ここで、本実施例２にあっても、燃料容器４の肉厚を考慮せずともよいように、実施例１で例示したが如く超音波振動子１２の振動面１２ａを燃料容器４の内部に露出させてもよい。
【００６０】
尚、本実施例２にあっては、超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとが平行になっていればよく、必ずしもその振動面１２ａが燃料容器４内の燃料Ｆの液面Ｆｓと平行になっている必要はない。
【００６１】
ところで、本実施例２の燃料改質装置１１は、図３に示す如く構成してもよい。この図３に示す燃料改質装置１１は、超音波反射板１４が燃料容器４の天井面４ｃから反射板保持部材１５を介して吊り下げられたものであり、これによっても上記と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
以上示した如く、本実施例２の燃料改質装置１１によれば、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、超音波振動子１２の駆動に要する消費電力を抑えつつ効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【００６３】
これが為、前述した実施例１にて例示したが如く燃料容器４を自動車の燃料タンクとして利用した場合には、十分な燃料改質によるエミッション性能の向上等の効果を奏することができる。
【実施例３】
【００６４】
次に、本発明に係る燃料改質装置の実施例３を図４に基づいて説明する。図４の符号２１は本実施例３の燃料改質装置を示す。
【００６５】
先ず、この燃料改質装置２１にあっては、本実施例３の超音波発振手段として、燃料容器４の底部外壁面４ａの一部分に設置した超音波振動子２２と、この超音波振動子２２を駆動させる駆動回路２３とが設けられている。
【００６６】
ここで、前述した実施例２においては、燃料Ｆの改質効率に優れる定在波の節の数を多くする為に、超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間の距離Ｌを長めに取っている。
【００６７】
しかしながら、そのように距離Ｌを長めに取ると、燃料Ｆの使用に伴って、その燃料Ｆの液面Ｆｓが超音波反射板１４の反射面１４ａよりも下方に低下してしまい、定在波による改質効率の向上効果を常に得ることができなくなってしまう。
【００６８】
そこで、本実施例３の燃料改質装置２１においては、燃料容器４内における燃料Ｆの液面Ｆｓの最下端又はその下方に反射面２４ａが位置するよう超音波反射板２４を配置する。
【００６９】
ここで、その燃料Ｆの液面Ｆｓの最下端とは、それ以上液面Ｆｓが低下しない位置のことであり、例えば、図４に示す燃料ポンプ２６による燃料Ｆの吸引限界位置のことをいう。その燃料ポンプ２６による燃料Ｆの吸引限界が例えば燃料容器４の底部内壁面４ｂに立設されたリブ２７により規制される場合には、そのリブ２７を基準にして超音波反射板２４を配置してもよい。
【００７０】
本実施例３の超音波反射板２４は、図４に示す如く、反射板保持部材２５を介して燃料容器４の底部内壁面４ｂに保持されている。尚、この超音波反射板２４は、前述した実施例２における図３に示す燃料改質装置１１と同様に、燃料容器４の天井面４ｃから反射板保持部材２５で吊り下げてもよい。
【００７１】
このように、超音波反射板２４の燃料容器４内における位置を低くして、超音波振動子２２の振動面２２ａと超音波反射板２４の反射面２４ａとの間の距離Ｌを短くしたとしても、超音波振動子２２が発振する超音波ＳＷの最適超音波周波数ｆｂは、前述した実施例２と同様に式５を用いて一定の値に設定される。
【００７２】
一方、超音波振動子２２の振動面２２ａと超音波反射板２４の反射面２４ａとの間の距離Ｌが短くなると、その間における定在波の節の数が少なくなってしまい、燃料Ｆの改質効率が低下してしまう。そこで、かかる不都合を解消して燃料Ｆの改質効率を向上させる為に、最適超音波周波数ｆｂは、例えば実施例２よりも高い値に設定する。
【００７３】
これにより、本実施例３の燃料改質装置２１は、前述した実施例２の燃料改質装置１１と同様の効果を奏するだけでなく、燃料Ｆが使用される状況下（例えば内燃機関（図示略）の運転中）において超音波振動子２２の振動面２２ａと超音波反射板２４の反射面２４ａとの間に常時定在波を発生させることができるので、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく効率の良い十分な燃料改質を常に行うことができる。
【００７４】
ここで、本実施例３にあっても、燃料容器４の肉厚を考慮せずともよいように、実施例１で例示した様に超音波振動子２２の振動面２２ａを燃料容器４の内部に露出させてもよい。
【００７５】
また、本実施例３にあっても、実施例２と同様に、超音波振動子２２の振動面２２ａと超音波反射板２４の反射面２４ａとが平行になっていればよく、必ずしもその振動面２２ａが燃料容器４内の燃料Ｆの液面Ｆｓと平行になっている必要はない。
【００７６】
以上示した如く、本実施例３の燃料改質装置２１によれば、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、超音波振動子２２の駆動に要する消費電力を抑えつつ効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【００７７】
これが為、前述した実施例１にて例示したが如く燃料容器４を自動車の燃料タンクとして利用した場合には、十分な燃料改質によるエミッション性能の向上等の効果を奏することができる。
【実施例４】
【００７８】
次に、本発明に係る燃料改質装置の実施例４を図５から図７に基づいて説明する。図５の符号３１は本実施例４の燃料改質装置を示す。
【００７９】
先ず、この燃料改質装置３１にあっては、本実施例４の超音波発振手段として、燃料容器４の底部外壁面４ａの一部分に設置した超音波振動子３２と、この超音波振動子３２を駆動させる駆動回路３３とが設けられている。
【００８０】
ここで、前述した実施例２の燃料改質装置１１の如く超音波振動子１２の振動面１２ａと超音波反射板１４の反射面１４ａとの間の距離Ｌを長めに取ると、燃料Ｆの液面Ｆｓの低下に伴い定在波による改質効率の向上効果を常に得ることができなくなってしまう。一方、前述した実施例３の燃料改質装置２１においては、かかる不都合を解消する為に燃料Ｆの液面Ｆｓの最下端又はその下方に反射面２４ａが位置するよう超音波反射板２４を配置し、これに伴う改質効率の低下を超音波ＳＷの最適超音波周波数ｆｂを高めることで解消させている。
【００８１】
しかしながら、その実施例３の燃料改質装置２１においては、如何に超音波ＳＷの最適超音波周波数ｆｂを高めたとしても、定在波の節の数の減少に伴う改質効率の低下を完全に補うことは難しく、また、特に燃料容器４内の燃料Ｆが多いときには極一部でしか燃料改質が行われないので、かかる状況下においては実施例２の燃料改質装置１１よりも改質効率が低下してしまう。
【００８２】
そこで、本実施例４の燃料改質装置３１においては、燃料Ｆの液面高さＨに応じて超音波反射板３４を移動させ、燃料容器４内における燃料Ｆの液面Ｆｓの最上端（満タン状態）から最下端までの間で常に定在波による燃料改質を行わせる。
【００８３】
具体的に、本実施例４にあっては、燃料容器４内における超音波振動子３２の上方に燃料Ｆの液面高さＨに応じて上下方向へと移動可能な超音波反射板３４を配置する。ここでは、その超音波反射板３４を反射面３４ａが超音波振動子３２の振動面３２ａに対して平行になるよう保持すると共に上下方向へと案内する図６に示す４本のガイド部材３５を設け、その超音波反射板３４をフローティング構造にすることによって、燃料Ｆの液面高さＨに応じた超音波反射板３４の上下動を可能にする。尚、図５においては、図示の便宜上、ガイド部材３５を２本のみ図示している。
【００８４】
ここで、本実施例４の超音波反射板３４は、例えば、図７に示す如く、内部を空洞３４Ａ1にした高分子材料からなる浮遊部３４Ａと、この浮遊部３４Ａの下面に設けた反射部３４Ｂとにより構成してフローティング構造にする。かかる場合、その浮遊部３４Ａの下面にアルミニウム等を蒸着して反射部３４Ｂを構成してもよい。
【００８５】
これにより、その超音波反射板３４は、燃料Ｆの液面高さＨが変化しても、その変化に応じて少なくとも反射面３４ａが燃料Ｆに常時接したまま上下動する。
【００８６】
一方、本実施例４の燃料改質装置３１は、そのように超音波反射板３４が燃料Ｆの液面高さＨの変化に応じて上下動するので、超音波振動子３２の振動面３２ａと超音波反射板３４の反射面３４ａとの間の距離Ｌも液面高さＨの変化に伴って変化する。
【００８７】
そこで、本実施例４にあっては、図５に示す如く、実施例１と同様の反射波検出手段５及び制御手段６からなる超音波周波数可変手段を設け、燃料Ｆの液面高さＨの変化に応じた最適超音波周波数ｆｂを適宜設定して燃料改質を行う。
【００８８】
例えば、燃料容器４内の燃料Ｆが満タンのときに、制御手段６は、前述した式２の液面高さＨを距離Ｌに置き換えた下記の式６を用いて、超音波振動子３２の振動面３２ａと超音波反射板３４の反射面３４ａとの間の距離Ｌｍａｘを求める。
【００８９】
Ｌ＝ｎ・（λ／２）      …      （６）
【００９０】
そして、その制御手段６は、測定した距離Ｌｍａｘと所定の整数ｎを上述した式５に代入して超音波周波数ｆを求め、これを燃料Ｆの液面高さＨに応じた定在波を発生可能な超音波ＳＷの最適超音波周波数ｆｂｍａｘとして設定し、この最適超音波周波数ｆｂｍａｘの超音波ＳＷを発振させるように駆動回路３３を制御する。
【００９１】
ここで、その整数ｎは、前述した実施例１と同様に、燃料容器４毎に予め決められた所定値として用意しておいてもよく、例えば、液面高さＨに応じて可変させる変動値として用意しておいてもよい。その何れの場合においても、その整数ｎは、例えば、実験やシミュレーションにより求めた最も改質効率の良い値を用いることが好ましい。
【００９２】
これにより、その最適超音波周波数ｆｂｍａｘの超音波ＳＷの進行波と超音波反射板３４の反射面３４ａからの反射波とからなる定在波が超音波振動子３２の振動面３２ａと超音波反射板３４の反射面３４ａとの間に発生するので、その定在波の夫々の節において燃料分子に圧力振幅エネルギが加わって燃料の軟質化が進み、効率良く燃料改質が行われる。
【００９３】
一方、その燃料Ｆが使用されて液面高さＨが低下した際、その制御手段６は、その際の液面高さＨに応じた最適超音波周波数ｆｂを上述した式５に基づいて設定し、この最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷを発振させるように駆動回路３３を制御する。
【００９４】
これにより、超音波振動子３２の振動面３２ａと下降した超音波反射板３４の反射面３４ａとの間に定在波が発生するので、その定在波の夫々の節Ｐ１〜Ｐ５において効率良く燃料改質が行われる。
【００９５】
このように、本実施例４の燃料改質装置３１によれば、前述した実施例２と実施例３の夫々の有用な効果を奏することができ、燃料容器４内における燃料Ｆの液面Ｆｓの最上端から最下端までの間において、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、定在波による燃料改質を常時効率良く行うことができる。
【００９６】
ここで、本実施例４にあっても、燃料容器４の肉厚を考慮せずともよいように、実施例１で例示した様に超音波振動子３２の振動面３２ａを燃料容器４の内部に露出させてもよい。
【００９７】
尚、本実施例４にあっては、超音波振動子３２の振動面３２ａと超音波反射板３４の反射面３４ａとが平行になっていればよく、必ずしもその振動面３２ａが燃料容器４内の燃料Ｆの液面Ｆｓと平行になっている必要はない。
【００９８】
以上示した如く、本実施例４の燃料改質装置３１によれば、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、超音波振動子３２の駆動に要する消費電力を抑えつつ効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【００９９】
これが為、前述した実施例１にて例示したが如く燃料容器４を自動車の燃料タンクとして利用した場合には、十分な燃料改質によるエミッション性能の向上等の効果を奏することができる。
【実施例５】
【０１００】
次に、本発明に係る燃料改質装置の実施例５を図８に基づいて説明する。その図８の符号４１は本実施例５の燃料改質装置を示す。
【０１０１】
先ず、この燃料改質装置４１にあっては、本実施例５の超音波発振手段として、超音波ＳＷを発振させる超音波振動子４２と、この超音波振動子４２を駆動させる駆動回路４３とが設けられている。
【０１０２】
ここで、本実施例５にあっては、その超音波振動子４２を図８に示す如く燃料容器４の第１側面４ｄにおける外側の面（以下、「側部外壁面」という。）４ｄ1の一部分に設置し、その第１側面４ｄと対向して配置されている燃料容器４の第２側面４ｅにおける内側の面（以下、「側部内壁面」という。）４ｅ1を超音波ＳＷの反射面として利用する。これが為、その超音波振動子４２は、その振動面４２ａと第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1とが平行になるように配置する。
【０１０３】
更に、その超音波振動子４２は、燃料容器４内の燃料Ｆの液面Ｆｓが低下した際にも燃料改質を可能にする為に、その第１側面４ｄの側部外壁面４ｄ1の下方側に配置する。但し、その超音波振動子４２から発振された超音波ＳＷの行路上に例えば図４に示すリブ２７等の障害物が存在している場合には、その障害物を回避し得る位置に超音波振動子４２を配置する。
【０１０４】
また、本実施例５の燃料容器４が超音波ＳＷを反射し難い材料で成形されている場合には、上述した第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1において超音波ＳＷが照射される場所に例えばアルミニウム等からなる超音波ＳＷを反射可能な反射部材を配設する。尚、本実施例５においては、その第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1にて超音波ＳＷが反射されるものとして説明する。
【０１０５】
このように、超音波振動子４２を燃料容器４における第１側面４ｄに設置し、その第１側面４ｄに対向している第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1を超音波ＳＷの反射面として利用することによって、その超音波ＳＷの行路長Ｌを固定することができる。これが為、この燃料改質装置４１においては、駆動回路４３が超音波振動子４２に対して一定の固定された最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷを発振させることによって、その進行波と第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1からの反射波とからなる定在波を第１側面４ｄの側部内壁面４ｄ2と第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1との間に発生させることができる。
【０１０６】
ここで、その最適超音波周波数ｆｂは、第１側面４ｄの側部内壁面４ｄ2と第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1との間において超音波波長λの半波長の整数ｎ倍となるような周波数ｆのことであり、前述した式５により求めて設定することができる。この式５における整数ｎは、例えば、実験やシミュレーションにより求めた最も改質効率の良い値を用いることが好ましい。
【０１０７】
このような本実施例５の燃料改質装置４１によれば、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、一定の最適超音波周波数ｆｂの超音波ＳＷによって第１側面４ｄの側部内壁面４ｄ2と第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1との間に定在波を発生させることができる。これが為、その定在波の夫々の節Ｐ１〜Ｐ１３の位置を燃料Ｆの液面Ｆｓの変化に拘わらず常に一定にすることができ、かかる定位置の夫々の節Ｐ１〜Ｐ１３において燃料分子に圧力振幅エネルギが加わって燃料の軟質化が進むので、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることのない効率の良い燃料改質を行うことができる。
【０１０８】
また、本実施例５にあっては、第２側面４ｅの側部内壁面４ｅ1を超音波ＳＷの反射面として利用しているので、前述した実施例２〜４の超音波反射板１４，２４，３４と同様に実施例１の如き燃料Ｆの液面Ｆｓよりも音響インピーダンスが高くなり、超音波ＳＷの反射効率を向上させることができる。これが為、実施例１よりも定在波の夫々の節Ｐ１〜Ｐ１３における圧力振幅エネルギが増加するので、改質効率を更に向上させることができる。
【０１０９】
更に、本実施例５にあっても、前述した実施例２，３と同様に最適超音波周波数ｆｂを固定することができるので、実施例１，４で用いた反射波検出手段５及び制御手段６からなる超音波周波数可変手段が不要になり、簡便な構成で改質効率の良い燃料改質装置４１を構築することができる。
【０１１０】
また更に、本実施例５にあっても、前述した各実施例１〜４と同様に定在波を発生させているので、複数個の超音波振動子や振動面の大きい超音波振動子を用いずとも燃料Ｆの改質効率が向上し、超音波振動子４２の駆動に要する消費電力を抑えることができる。
【０１１１】
そして更に、本実施例５の燃料改質装置４１は、一般に燃料容器４はその全高よりも全幅の方が長いので、その高さ方向に超音波ＳＷを発振させている前述した各実施例１〜４よりも定在波の夫々の節の数を多くとることができる。これが為、本実施例５にあっては、前述した各実施例１〜４に対してより効果的に改質効率を向上させることができる。
【０１１２】
ここで、本実施例５にあっても、燃料容器４の肉厚を考慮せずともよいように、実施例１で例示したが如く超音波振動子４２の振動面４２ａを燃料容器４の内部に露出させてもよい。
【０１１３】
以上示した如く、本実施例５の燃料改質装置４１によれば、燃料Ｆの液面高さＨに影響されることなく、超音波振動子４２の駆動に要する消費電力を抑えつつ効率の良い燃料改質を十分に行うことができる。
【０１１４】
これが為、前述した実施例１にて例示したが如く燃料容器４を自動車の燃料タンクとして利用した場合には、十分な燃料改質によるエミッション性能の向上等の効果を奏することができる。
【０１１５】
尚、超音波ＳＷの行路上から前述したリブ２７等の障害物を回避できない場合には、燃料容器４内において行路長Ｌを最も長くとれる位置に実施例２〜４の如き超音波反射板を設けてもよい。その際、その超音波反射板は、その反射面が超音波振動子４２の振動面４２ａと平行になるように配置する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明に係る燃料改質装置は、燃料容器内の燃料の改質に有用であり、特に、その燃料容器内の燃料の液面高さに影響されることなく効率の良い燃料改質を行う技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係る燃料改質装置の実施例１の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る燃料改質装置の実施例２の構成を示す図である。
【図３】実施例２の燃料改質装置の変形例を示す図である。
【図４】本発明に係る燃料改質装置の実施例３の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る燃料改質装置の実施例４の構成を示す図である。
【図６】図５に示す矢印Ａから見た超音波反射板とガイド部材を示す図である。
【図７】実施例４におけるフローティング構造の超音波反射板の構成の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る燃料改質装置の実施例５の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１，１１，２１，３１，４１  燃料改質装置
２，１２，２２，３２，４２  超音波振動子
３，１３，２３，３３，４３  駆動回路
４  燃料容器
４ａ  底部外壁面
４ｄ  第１側面
４ｄ1  側部外壁面
４ｅ  第２側面
４ｅ1  側部内壁面
５  反射波検出手段
６  制御手段
１４，２４，３４  超音波反射板
３５  ガイド部材
Ｆ  燃料
ｆｂ  最適超音波周波数
Ｆｓ  液面
Ｈ  液面高さ
Ｐ１〜Ｐ１３  節
ＳＷ  超音波
【図１】
2006291143.tif 000003
【図２】
2006291143.tif 000004
【図３】
2006291143.tif 000005
【図４】
2006291143.tif 000006
【図５】
2006291143.tif 000007
【図６】
2006291143.tif 000008
【図７】
2006291143.tif 000009
【図８】
2006291143.tif 000010