(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の例えばディーゼルエンジンの燃料である軽油に空気を効率よく溶解させることができると共に空気濃度を容易にかつ適正にコントロールすることができる気体溶解装置を提供する。【解決手段】耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性など物理的あるいは化学的な侵襲に耐性を有する熱溶融性弗素樹脂「テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体（通称：ＰＦＡ）」やポリテトラフルオロエチレン（通称：ＰＴＦＥ）からなるチューブ状で気体のみを通し液体の透過を阻止するガス透過膜を複数本結束した「膜モジュール」を気密性容器に収納し、気体溶解補助のための「加圧送液ポンプ」と共に燃料供給ラインに設置した。この二つの要素により燃料中への高濃度の空気溶解を発生させ「ＰＭ」と「窒素酸化物ＮＯｘ」の低減を行わせる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクとエンジンまでの燃料流通路に気体のみを通し、液体の透過を阻止するガス透過膜を使用した膜モジュールを取り付けて、燃料に空気溶解を行った状態でエンジン内に送り込むことを目的とした燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１において燃料流通路のガス溶解濃度を上げる目的で、流通路内を強制加圧するための送液ポンプを取り付けたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１の膜モジュールの素材が、気体のみを通し液体の透過を阻止するチューブ状のフッ素樹脂「テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体（ＰＦＡ）」や「ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）」や「ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）」により出来ていて、複数本結束して膜モジュールとしたのちに気密性を備えた圧力容器内に収納してモジュールとして構成し、容器内に空気を充満または流通させて、膜モジュール内に流通している燃料に濃度コントロールされた空気を溶解させることを目的とした燃料供給装置。
※以下「テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体（ＰＦＡ）」や「ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）」およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のチューブ（中空糸）をフッ素樹脂チューブやフッ素樹脂中空糸と表現します。
【請求項４】
請求項１の膜モジュールが複数本、束ねられたフッ素樹脂製チューブと各チューブの端部一本一本の外周に個別に被せ、加熱により溶解固化させて各チューブを接合一体化させる熱溶融性弗素系樹脂の「テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体（ＰＦＡ）」や「テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）」を結合のためのチューブからなる主接合部と、さらにこれら主接合部外周に嵌め込むフッ素樹脂製外筒から形成される管状接合部を持ったことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項５】
軽油に０．５ＭＰａ以下に圧縮された空気を直接付加することにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）の増加を可能な限り抑えつつ、ＰＭ（微粒子成分）を大幅に低減させる燃費を向上させる燃料供給装置。
【請求項６】
燃料中に空気を付加させるフッ素樹脂中空糸を使用した透過膜モジュールを使用して空気を液中に溶存させる事ができ、軽油への空気付加をおこない、圧縮された（以下高濃度空気と呼ぶ）空気含有軽油として燃焼室へ供給する燃料供給装置。
【請求項７】
軽油に空気を付加したことでＮＯｘ（窒素酸化物）の増加を抑えつつＰＭ（微粒子成分）を大幅に低減する装置の提供と、軽油に空気を付加したことにより完全燃焼が促進され燃料消費率を向上させることを特徴とする燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は多くの高分子材料の中でも耐薬品性、耐熱性、非汚染性において特に優れた特性を示すフッ素樹脂チューブＰＦＡやＰＴＦＥを多数本、束ねてその両端部を一体化して気密性を備えた圧力容器に収納した燃料中に空気を溶解させるためのモジュールで、チューブ状に形成された膜での気体透過性による燃料への空気溶解装置に関するものである。使用するフッ素樹脂チューブは非多孔性でも多孔性を使用してもよいが、より気体の透過効率を重視するならば多孔性フッ素樹脂チューブを使用することが望ましい。しかしながら気体透過と共に燃料が気体となりフッ素樹脂チューブに対しての過剰透過を懸念する場合は非多孔性フッ素樹脂チューブを使用することが望ましい。
【背景技術】
【０００２】  従来からの技術で、溶液中に空気を溶解する方法としては、気体を直接液体にバブリングさせる「曝気法」が知られているが、曝気は気泡をバブリングする際に微小気泡とすることができず、膜を介しての気体溶解を行う膜モジュールに比べて空気の溶解率が非常に悪くなり、また外乱としては配管などに付着した微小ごみが混入する危険があり、さらに高濃度に溶解させるためには燃料を加圧し溶解度を増すことが必要であるが、曝気法においてはその曝気時加圧以上の圧力がかけることができず、この点においても溶解度を増すことが出来ない欠点がある。【０００３】  本技術はこのような従来の不具合を補うべく考案されたものであり、燃料に濃度コントロールされた空気を効率良くかつ迅速に溶解させることができるだけでなく、透過膜が一種のフィルターとなり純粋な空気を燃料に溶解させることができる。
【発明が解決しようとしている課題】
【０００４】  ディーゼルエンジンでは、排気ガス中のＰＭ（微粒子成分）を低減するためにディーゼル微粒子補修フィルター（ＤＰＦ）が一般的に用いられている。ＤＰＦ（ディーゼル微粒子補修フィルター）によって微粒子は低減されるが排気抵抗が大きくなり、高効率化を妨げる要因にもなっており何よりも固体である微粒子の酸化には燃料などのエネルギーが余分に必要とされている。
【０００５】  この目的を達せする手段としての本装置は、燃料と空気を、気体のみを通し液体を阻止する中空管状に形成されたガス透過膜（フッ素樹脂チューブ）を複数本結束して出来た膜モジュールで隔離され、この膜モジュールは気密性を備えた収納容器内に設置してガス溶解モジュールを構成されており、さらに収納容器内に空気を加圧充満させ、膜モジュール内に燃料を流通させたとき空気を溶解させるようにしたことを特徴としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本技術にかかわる他の装置は、膜モジュールが収納された容器内の空気濃度をコントロールするためのガス圧調整用レギュレーターと燃料に圧力をかけるための送液ポンプで空気濃度調整部を構成している。
【０００７】  燃料を気体のみを通し液体の透過を阻止する膜モジュールを収納したガス溶解モジュールと空気濃度調整部を燃料供給ラインに接続することにより構成した。燃料ラインに接続された加圧送液ポンプにより送液圧力をかけボイルシャルルの法則より気体溶解度を高めたところに膜モジュールを収納したガス溶解モジュールを利用して燃料中に高濃度の空気を溶解させる。この膜モジュールの効果でクリーンな空気のみを透過させるので他の粒子の二次的関与を防ぎ、効率よく高濃度のガス溶解をさせることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【０００８】  図１は膜モジュールの実例の形態を示すもので、矢印▲１▼はフッ素樹脂チューブの束で矢印▲２▼は複数本のこれらフッ素樹脂チューブの端部を接合一体化し開口部を保持した状態で端部に気密一体構造を形成する管状接合部として構成されている。【０００９】  図２はこの技術の実験装置の概略図であり、図３はより実態に即したものである。燃料を燃料タンクより送液ポンプ（加圧用）を通し、液体は通さず気体のみを透過させる膜モジュールを収容した機密容器に流通させたあとエンジンに送り込んでいる。空気濃度は空気ボンベのレギュレーターと送液ポンプの流量により調整を行っている。【００１０】  本技術に使用する樹脂チューブは、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性の物理的または化学的な侵襲に耐性を有するフッ素樹脂チューブＰＦＡややＦＥＰやＰＴＦＥが好ましい。さらにフッ素樹脂ＰＴＦＥにおいて多孔性を有するチューブに加工すれば、孔径に比例してガス透過がし易くなり、またＰＭ対象になる微少孔以下であれば、非多孔性ＰＦＡ同様、粒子の影響を受けない。
【効果】
【００１１】  燃料に空気を溶解、閉じ込めることで酸素溶解（富化）による助燃作用が働き、ＮＯｘの増加を抑えつつＰＭ（微粒子成分）を大幅に低減する。
ＣＯ（一酸化炭素）、ＴＨＣ（全炭化水素）、ＰＭ（微粒子成分）といった未燃分は空気溶解（富化）によって大幅に減少する。（図４に示す）また燃料消費量は高濃度空気溶解（富化９によって改善される。これも溶解（富化）によって助燃作用が得られ完全燃焼が促進され低減されたことによる。
【００１２】  図５より空気溶解（富化）によって予混合燃焼期間における筒内圧力（シリンダー内圧力）と熱発生率が上昇していることがわかる。
【００１３】  予混合燃焼期間の後に拡散燃焼期間へ移行するが、拡散燃焼期間は予混合燃焼期間で酸素を多く消費した酸素濃度の低い雰囲気場での燃焼となる。そのため酸素不足に陥りやすく一言で言えばＰＭを多く生成する燃焼である。したがって空気富化燃料は噴霧内に加圧されて高濃度となった酸素が供給されるために燃焼が活発になり拡散燃焼期間で生成されるＰＭを大幅に低減し、両燃焼期間の完全燃焼が促進され燃費も向上した。（図５）
【００１４】  ＮＯｘ（窒素酸化物）は空気溶解（富化）によって僅かに上昇しているが、過去の研究より吸入酸素濃度（圧縮量）を２５％高めただけでＮＯｘ（窒素酸化物）生成量が２倍に増加するとの報告があり、空気溶解（富化）燃料ではＮＯｘ（窒素酸化物）の増加は充分に抑えられた。
【００１５】  本発明の用途はディーゼル機関において幅広く応用できる。例えば「自動車、トラック」などの輸送関係や農業機における「トラクター」「コンバイン」や「耕運機」がすぐに思いつく。また漁船に搭載することにより、高燃焼効果により航続距離を延ばすことにより広範囲の漁場確保が出来、また燃料コストの高騰を押さえることで物流におけるコスト低減に、即、結びつき、国民の食の安定供給に貢献することが出来る。
さらに、旅客船を含む商業船舶はその航続距離を延ばすための高燃焼効果により運送コストの低減、安定を図ることが出来、海外との輸出入において燃料価格高騰などがおきても、運送費が左右されにくくなり大きな期待を担うことになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】膜モジュール
【図２】装置の概略構成図
【図３】実験装置構成図
【図４】実機性能試験結果
【図５】燃焼解析結果データ
【符号の説明】１  ＰＦＡ中空糸膜
２  膜モジュール結束部
３  ディーゼル燃料
４  送液ポンプ
５  透過膜モジュール
６  ディーゼルエンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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