(57)【要約】【課題】  液体燃料に混合する気体の微細気泡の比率が高く、しかも、微細気泡の気泡径を燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくした気液混合燃料を製造することができる気液混合燃料製造装置を提供する。【解決手段】  気液混合燃料製造装置ＭＸは、燃料タンク４から送られる液体燃料を所定圧力に加圧する液体ポンプ１と、酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮して圧縮気体とする気体圧縮機２と、加圧された状態の液体燃料と圧縮気体とを混合して液体燃料中に微細気泡が含有した気液混合燃料を生成する気液混合器３と、浮力を有する気泡径が大きい微細気泡を浮上させて気液混合器３内に浮上した気体を開放するための気体開放器５と、気液混合器３内に残留する浮力の小さい極小径の微細気泡が浮遊する気液混合燃料を内燃機関等に供給するための送出配管６を前記気液混合器に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油、重油あるいはガソリン等が貯留された燃料タンクから送られる液体燃料を所定圧力に加圧する液体ポンプと、
酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮して圧縮気体とする気体圧縮機と、
加圧された状態の前記液体燃料と前記圧縮気体とを混合して前記液体燃料中に微細気泡が含有した気液混合燃料を生成する気液混合器と、
浮力を有する気泡径が大きい前記微細気泡を浮上させて前記気液混合器内に浮上した前記気体を開放するための気体開放器と、
前記気液混合器内に残留する浮力の小さい極小径の微細気泡が浮遊する前記気液混合燃料を内燃機関等に供給するための送出配管を前記気液混合器に設けたことを特徴とする気液混合燃料製造装置。
【請求項２】
気液混合器の送出配管は、極小径の微細気泡が浮遊する前記気液混合器の下部に設けた請求項１に記載の気液混合燃料製造装置。
【請求項３】
内燃機関等に供給する気液混合燃料に混合される微細気泡の気泡径は、前記内燃機関等に備えた燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくした請求項１及び２に記載の気液混合燃料製造装置。
【請求項４】
液体ポンプによって加圧する液体燃料及び気体圧縮機によって加圧される圧縮気体の圧力を３気圧以上とし、この加圧状態で気液混合器により微細気泡を気液混合燃料に混合させることにより、前記微細気泡の気泡径を常圧時よりも小さくした請求項１に記載の気液混合燃料製造装置。
【請求項５】
気液混合器と内燃機関等との間に貯留タンクを設け、前記気液混合器によって生成される気液混合燃料を一時貯留して、前記気液混合燃料内の浮力を有する気泡径が大きい微細気泡を気体開放器から外部に排出させる請求項１に記載の気液混合燃料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、内燃機関や燃焼装置に供給する軽油、重油あるいはガソリン等の液体燃料に酸素を含有する気体の微細気泡を分散させた気液混合燃料を製造する気液混合燃料製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ガソリン、軽油、あるいは、重油等の液体燃料を使用するエンジンなどの内燃機関においては、エンジン等の燃焼を促進させることにより、出力の増加、エンジンの低燃費化、及び、エンジンから排出される有害物質の低減化を達成するための様々な工夫が提案されている。【０００３】  このような課題を解決するための手段として、従来から、エンジンに供給する燃料に気泡を混入させる技術が知られている。例えば、実開昭５７−６６２６７号公報（特許文献１）、特開昭６３−４５４５６号公報（特許文献２）、実開平２−１０５５７２号公報（特許文献３）、実公昭４７−３６１７７号公報（特許文献４）、特許第４３４８６２８号公報（特許文献５）、特許第４４１１２７４号公報（特許文献６）及び、特願２００８−１６９２５０号公報（特許文献７）には、気泡を混入させた燃料をエンジン内に噴射することにより、噴射の際に生じる圧力低下で混入した気泡が急激に膨張させ、燃料の液膜を破壊して、噴射した燃料噴霧の微粒化を促進し、燃焼効率を高めるとともに、エンジンから排出される有害物質等を低減させることが開示されている。【０００４】  例えば、特許文献７によれば、気体（空気）を微細化して混入させた液体燃料（軽油）を使用して直噴ディーゼルエンジンを駆動したところ、正味燃料消費率が平均１４％の低減率であったと記述されている。このように、空気を微細化して混入させた液体燃料を使用することにより、エンジンの低燃費化を実現できるものと期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５７−６６２６７号公報
【特許文献２】特開昭６３−４５４５６号公報
【特許文献３】実開平２−１０５５７２号公報
【特許文献４】実公昭４７−３６１７７号公報
【特許文献５】特許第４３４８６２８号公報
【特許文献６】特許第４４１１２７４号公報
【特許文献７】特願２００８−１６９２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、このようにディーゼルエンジン等の内燃機関において、特許文献１乃至７に開示された技術手段を採用することにより、エンジンの低燃費化、及び、エンジンから排出される有害物質の低減化を達成するとしながらも未だ実用化に至っていない。この原因は、第一に、空気を微細化したときに、その気泡の直径にバラツキがあり、数百マイクロメートル以上の大きい径の気泡が混入した場合には、エンジンに噴射するときに、噴射ノズルの噴孔に大きい径の気泡によりエンジンへの燃料噴射が遮断され、燃料の燃焼が一時的に停止すること、また、第二に、エンジンへ液体燃料を噴射させる燃料噴射ポンプ内に大きい径の気泡が混入することにより、ポンプが空転あるいは停止するなどの機能が低下して液体燃料の噴射が滞ることが推察される。【０００７】  一方、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比較して、２０％〜３０％燃費が良いことから、地球温暖化の要因に一つであるＣＯ２の排出が少ないという利点を有している。しかしながら、窒素酸化物（ＮＯｘ）や黒煙に含まれる粒子状物質（ＰＭ）をはじめとする有害物質が排出されるため、ディーゼルエンジンの排気ガス規制が強化されようになっている。黒煙の排出を抑制するためには、エンジン内の燃焼温度を高めることが必要であり、窒素酸化物の排出を抑制するためには、エンジン内の燃焼温度を低くする必要があり、両者を同時に抑制することは長年の課題であった。【０００８】  この課題を解決するために、多くのエンジン開発者は、排気再循環（ＥＧＲ）排気ターボ過給技術、コモンレール燃料噴射等の排出ガス低減に関する燃焼技術を開発している。そして、コモンレール燃料噴射においては、燃料を１６００気圧以上で高圧噴射するとともに、１サイクルの時期に高速の多段噴射を行うことにより、燃料を霧化させて空気との混合を促進して、燃焼効率を高めている。【０００９】  このような有害ガスの排出規制対策技術を単独もしくは併用しても、規制値よりも低くすることができるものの、未だ不十分であり、黒煙排出対策においては、フィルターや排気ガス再燃焼装置を付加しなくてはならないなど、排出ガス対策の課題は解決されていないのが現状である。【００１０】  本発明が解決しようとする課題は、液体燃料に混合する気体の微細気泡の比率が高く、しかも、微細気泡の気泡径を燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくした気液混合燃料を製造することができる気液混合燃料製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  そこで、本発明による気液混合燃料製造装置は、軽油、重油あるいはガソリン等が貯留された燃料タンクから送られる液体燃料を所定圧力に加圧する液体ポンプと、酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮して圧縮気体とする気体圧縮機と、加圧された状態の前記液体燃料と前記圧縮気体とを混合して前記液体燃料中に微細気泡が含有した気液混合燃料を生成する気液混合器と、浮力を有する気泡径が大きい前記微細気泡を浮上させて前記気液混合器内に浮上した前記気体を開放するための気体開放器と、前記気液混合器内に残留する浮力の小さい極小径の微細気泡が浮遊する前記気液混合燃料を内燃機関等に供給するための送出配管を前記気液混合器に設けることを要旨としている。【００１２】  また、気液混合器の送出配管は、極小径の微細気泡が浮遊する前記気液混合器の下部に設けられる。【００１３】  さらに、内燃機関等に供給する気液混合燃料に混合される微細気泡の気泡径は、前記内燃機関等に備えた燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくしている。【００１４】  さらにまた、液体ポンプによって加圧する液体燃料及び気体圧縮機によって圧縮される圧縮気体の圧力を３気圧以上とし、この加圧状態で気液混合器により微細気泡を気液混合燃料に混合させることにより、前記微細気泡の気泡径を常圧時よりも小さくしている。【００１５】  また、気液混合器と内燃機関等との間に貯留タンクを設け、前記気液混合器によって生成される気液混合燃料を一時貯留して、前記気液混合燃料内の浮力を有する気泡径が大きい微細気泡を気体開放器から外部に排出させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、加圧された液体燃料と、加圧された酸素を含む圧縮気体とを気液混合器により混合し、加圧状態で微細気泡を含む気液混合燃料を生成することにより、加圧状態で微細気泡が圧縮されることから、気液混合燃料への微細気泡の混合比率を大幅に高めることができ、しかも、微細気泡が圧縮することによって微細化され、気泡径をさらに小さくすることができる。また、気液混合器内で、浮力を有する気泡径が大きい微細気泡を浮上させ、その気体を気体開放器から開放するので、気液混合器内には、気泡径が小さいナノメートルから数十マイクロメートルの浮力が小さい極小径の微細気泡を残存させることができる。さらに、この極小径の微細気泡を含む気液混合燃料を送出配管から内燃機関等に供給するので、気液混合燃料中の微細気泡が、噴射ノズルの噴孔を円滑に通過してエンジン内に噴射されることから、エンジン内への噴射の際に生じる圧力低下と高温加熱によって、気液混合燃料中の微細気泡が急激に膨張して燃料の液膜を破壊し、噴射した燃料をさらに霧状に微粒化するので、燃焼効率が一層高められ、エンジンから排出される黒煙などの有害物質等を大幅に低減させることができる。【００１７】  また、送出配管を気液混合器の下部に設けると、気液混合器の下部には、浮力の小さな極小径の微細気泡が浮遊しているので、送出配管からナノメートルから数十マイクロメートルの気泡径が小さい微細気泡を含む気液混合燃料をエンジンに向けて送出することができる。【００１８】  さらに、内燃機関等に供給する気液混合燃料に混合される微細気泡の気泡径を、内燃機関等に備えた燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくしているので、大きい径の気泡によりエンジンへの燃料噴射を遮断して燃料の燃焼を一時的に停止させること、或いは、エンジンへ液体燃料を噴射させる燃料噴射ポンプ内に大きい径の気泡が混入してポンプを空転あるいは停止させ液体燃料の噴射を滞らせるなどの問題を未然に防止することが可能となる。【００１９】  さらにまた、液体ポンプによって加圧する液体燃料及び気体圧縮機によって圧縮される圧縮気体を３気圧以上の加圧状態で気液混合器により混合させるので、気液混合燃料中の微細気泡が加圧により圧縮されて極小径になることから、微細気泡の気泡径を常圧時よりも小さくすることができる。【００２０】  また、気液混合器と内燃機関等との間に貯留タンクを設けるならば、気液混合器によって生成される気液混合燃料を一時貯留することにより、気液混合燃料内の浮力を有する気泡径が大きい微細気泡を気体開放器の上方から外部に排出させ、浮力の小さな極小径の微細気泡を下方に浮遊させる気泡分離を容易に行うことが可能となる。これにより、貯留タンクの送出配管からナノメートルから数十マイクロメートルの気泡径が小さい微細気泡を気液混合燃料中に混合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に関わる気液混合燃料製造装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】気液混合器を示す説明図である。
【図３】本発明による微細気泡と一般の微細気泡の分布を示すグラフである。
【図４】ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを示す断面図である。
【図５】エジェクター式の微細流体発生装置を示す断面図である。
【図６】本発明に関わる気液混合器の他の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】  気液混合燃料製造装置は、軽油、重油あるいはガソリン等が貯留された燃料タンクから送られる液体燃料を所定の圧力に加圧する液体ポンプと、酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮して圧縮気体とする気体圧縮機と、加圧された状態の前記液体燃料と前記圧縮気体とを混合して前記液体燃料中に微細気泡が含有した気液混合燃料を生成する気液混合器と、浮力を有する気泡径が大きい前記微細気泡を浮上させて前記気液混合器内に浮上した前記気体を開放するための気体開放器と、前記気液混合器内に残留する浮力の小さい極小径の微細気泡が浮遊する前記気液混合燃料を内燃機関等に供給するための送出配管を前記気液混合器に設けられる。液体燃料は液体ポンプによって所定の圧力に加圧される。また、液体燃料に混合される気体も気体圧縮機によって所定の圧力に圧縮される。これら加圧された液体燃料と圧縮された圧縮気体は、気液混合器により混合される。このとき、圧縮気体が微細気泡となって液体燃料と混合されて気液混合燃料が生成される。気液混合器に気体開放器が接続され、気液混合燃料内の浮力を有する気泡径が大きい微細気泡を浮上させ、この浮上した気体が開放される。には、気液混合器内の気液混合燃料は、浮力の小さい極小径の微細気泡が浮遊した状態で残留し、気液混合器内で微細気泡を浮上分離された気液混合燃料を送出配管からエンジンに送られる。
【００２３】  以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、気液混合燃料製造装置を、内燃機関として例えばディーゼルエンジンに適用した例を示している。
【００２４】  まず、気液混合燃料製造装置について説明する。図１において、気液混合燃料製造装置ＭＸは二点鎖線で囲われている。気液混合燃料製造装置ＭＸは、少なくとも、液体燃料を所定の圧力に加圧する液体ポンプ１と、気体を所定の圧力に圧縮する気体圧縮機２と、加圧された液体燃料中に圧縮された圧縮気体の微細気泡を混合して気液混合燃料を生成する気液混合器３と、気液混合器３内に浮上した気体を開放するための気体開放器５備えている。
【００２５】  通常、ディーゼルエンジンには液体燃料としての軽油が使用され、この実施例においては、液体燃料を軽油として説明する。この軽油は、燃料タンク４に貯蔵されている。この燃料タンク４には、給油口４ａおよび排気口４ｂが設けられている。軽油は、燃料タンク４から液体ポンプ１に送られて、所定の圧力として、３気圧〜１５気圧、好ましくは、５気圧〜１０気圧に加圧される。この実施例においては、６気圧（約０．６ＭＰａ）に加圧される。
【００２６】  一方、軽油に混合する気体は、気体圧縮機２により所定の圧力として、３気圧〜１５気圧、好ましくは、５気圧〜１０気圧に加圧される。なお、この実施例においては、６気圧（約０．６ＭＰａ）に圧縮される。この圧縮圧力は、上記軽油を加圧する圧力と等しくすることが望ましい。また、気体としては、酸素を含有する大気の空気としている。
【００２７】  上述した液体ポンプ１及び気体圧縮機２において、軽油及び空気を加圧する圧力を３気圧以上としているが、３気圧未満では後述する微細気泡中の許容径が不足し、所定の性能が得られない場合がある。また、１５気圧の高圧にしても、許容径の微細気泡が必要量に達していることや、高圧ポンプにする場合の価格の高騰を考慮することから最大圧力が設定される。
【００２８】  なお、微細気泡とする気体は、空気以外に、ＨＨＯガス（水素と酸素が約３：２の割合で混合する気体であり、ブラウンガスとも言う）、空気、酸素、ＬＰガス等の酸素を含有する気体であれば使用することができる。
【００２９】  液体ポンプ１によって加圧された軽油と、気体圧縮機２により加圧された圧縮気体は、気液混合器３に送られて、軽油と圧縮気体が混合される。このとき、気液混合器３によって圧縮気体が微細気泡となり、軽油の中に空気の微細気泡が分散して混合される。
【００３０】  気液混合器３は、図１に示すように、液体ポンプ１から送られる加圧された軽油と、気体圧縮機２から送られる加圧された圧縮気体とを混合するための混合器３ａ、及び、軽油に微細気泡を混合するための微細気泡生成器３ｂによって構成されている。混合器３ａは軽油と圧縮気体とを混合する機能を有するものであり、Ｔ字形に形成された液体配管用のチーズが使用でき、直線の管部には加圧された軽油を流通させ、直交する管部には圧縮気体を流通させ、合流個所で軽油と圧縮気体が混合され、若干大きな気泡が混入された仮の気液混合燃料が生成される。
【００３１】  混合器３ａによって一旦混合された仮の気液混合燃料は、微細気泡生成器３ｂに送られる。微細気泡生成器３ｂは、図２に示すように、内部に空間を設けた円筒状に形成され、仮の気液混合燃料を導入する導入孔３ｂ−１が図示下方の周面側に設けられ、底部には送出配管６が接続されている。さらに、図示上方の上面には、後述する気体開放器５に連通させる配管３ｂ−２が接続されている。また、導入孔３ｂ−１には、混合器３ａに連通する配管３ｂ−３が接続されている。配管３ｂ−３の先端は、微細気泡生成器３ｂの内部空間に突出させ、やや上面の方向に屈曲させた噴出部３ｂ−４を形成している。この噴出部３ｂ−４は、配管３ｂ−３で無くとも、別個の部材を設けても良い。図２に示す微細気泡生成器３ｂは、略円錐状に形成されているが、円筒状であっても良い。なお、軽油と圧縮気体は、６気圧に加圧された状態で混合器３ａにより混合されているので、微細気泡生成器３ｂの内部も６気圧の状態になっている。
【００３２】  混合器３ａから配管３ｂ−３を介して送られた仮の気液混合燃料は、噴出部３ｂ−４からやや上面方向に向けて噴出し、内部の空間内を旋回しながら上面方向に進む。そのとき、仮の気液混合燃料内の若干大きな気泡が縮径または伸長されて分散する間に微細気泡に変化して軽油内に混合され、気液混合燃料が生成される。
【００３３】  微細気泡生成器３ｂによって気液混合燃料内に混合された微細気泡は、当初の状態では直径が約１０ｎｍ〜０．５ｍｍ程度に大きなバラツキがある。エンジンに供給するための気液混合燃料としては、微細気泡の気泡径をエンジンの燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくしなければならない。このため、微細気泡生成器３ｂの内部で気泡分離が行われる。
【００３４】  気液混合燃料内の微細気泡は、気泡径が大きくなるに従って浮力が大きくなり、微細気泡生成器３ｂの内部で旋回する間に気泡径が大きい微細気泡が浮上し、浮力の小さい１０ｎｍ〜数μｍの極小径の微細気泡は、気液混合燃料内を浮遊した状態で残留する。この性質を利用して、気泡径が大きい微細気泡を浮上させ、図２に示す微細気泡生成器３ｂの上部の隙間３ｂ−５に至ったときに破裂する。破裂によって隙間３ｂ−５の貯留された気体は、やがて配管３ｂ−２を流通して気体開放器５から放出される。微細気泡生成器３ｂには、混合器３ａから仮の気液混合燃料が送られるが、微細気泡生成器３ｂの内部では、旋回させながら微細気泡に変化させて混合する工程と、気泡径が大きい微細気泡を浮上させて極小径の微細気泡を残存させる工程を同時進行させている。このように、気泡径が大きい微細気泡が浮上することから、微細気泡生成器３ｂの底部側では、エンジンの燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さい許容径の微細気泡が残存することになり、この許容径とした微細気泡を混合させた気液混合燃料を底部に接続した送出配管６からエンジンに向けて送出する。
【００３５】  気体開放器５は、軽油と圧縮気体が６気圧の圧力に加圧され、微細気泡生成器３ｂの内部も６気圧になっていることから、６気圧以上に微細気泡生成器３ｂ内に浮上した微細気泡が６気圧以上に至ったときに開放されるように設定されている。また、この気体開放器５は、図１に示すように、燃料タンク４内に設置されている。これは、微細気泡生成器３ｂ内に生じた気液混合燃料の蒸気や液状粒子が外部に放出されることを防止するためである。
【００３６】  ところで、気液混合器３の微細気泡生成器３ｂは、内部が６気圧になっているが、送出配管６からエンジンに向けて気液混合燃料を順次送出することにより気圧が低下する。これにより、混合器３ａから送られた仮の気液混合燃料が導入孔３ｂ−１から噴出して内部で旋回することにより微細気泡を生成するが、一般に知られている旋回方式の微細気泡発生手段と比較して旋回速度が低いために、極小径の微細気泡が不足する場合がある。この場合には、微細気泡生成器３ｂの後段に同様の微細気泡生成器を設置し、２度微細気泡を生成するようにするならば、必要量の極小径の微細気泡を確保することが可能となる。
【００３７】  上述したように、気液混合器３によって、気液混合燃料内に極小径の微細気泡を混合することができるが、一般的に、旋回式の微細気泡生成装置や他の装置を使用して微細気泡を生成すると、図３において二点差線で示すように、気泡径がほぼ正規分布状に分散し、ピークとなる気泡径が数十μｍから数百μｍとなり、数ｎｍの小さい気泡（ナノバブル）の量が少ない。ところが、本発明による気液混合器３によって微細気泡を生成すると、予め、液体燃料である軽油と圧縮気体が６気圧に加圧されているので、圧縮気体が圧力によって圧縮され微小化している。このため、図３において二点差線で示すように、正規分布状に分散した気泡径のピークが、数十μｍ以下に低下する。これにより、混合器３ａから送られた仮の気液混合燃料は、導入孔３ｂ−１から微細気泡生成器３ｂに導入する時点で大半が許容される気泡径になっていることから、微細気泡生成器３ｂから浮上する大きな気泡が少なくなる一方、送出配管６からエンジンに向けて送出する気液混合燃料には、極小径の許容径となった微細気泡が大量に混合することが可能となる。
【００３８】  前述したように、気液混合燃料としての軽油内の微細気泡を微細化することは、ディーゼルエンジンにおいて、燃焼効率を高め、しかも黒煙などの有害物質等を大幅に低減させるためには重要な要素であり、この点について説明する。
【００３９】  通常のエンジンは、液体燃料を噴射ノズルによって霧状にしてエンジンのシリンダー内に噴射される。図４に示す一般的な噴射ノズル１０は、一端部に噴孔１０ａを穿設したノズル本体としてのスリーブ１０ｂと、スリーブ１０ｂ内に摺動可能に装入して噴孔１０ａを開閉するニードル１０ｃと、スリーブ１０ｂの内面とニードル１０ｃの周面との間に形成して噴孔１０ａに連通させた燃料通路部１０ｄとを備えている。また、噴孔１０ａは、例えば平面視正五角形の頂点に位置するように、５か所に穿設されている。そして、ニードル１０ｃの昇降動作によって、複数の噴孔１１ａから同時に燃料を噴霧し、ディーゼルエンジンの燃焼室内で燃料を燃焼させる。
【００４０】  噴射ノズル１０に穿設された噴孔１０ａの内径φは、一般的なディーゼルエンジンにおいては、０．１５ｍｍ〜０．９ｍｍとしている。仮に、気液混合燃料内の微細気泡が噴孔１０ａの内径φよりも大きい場合には、気泡によって噴孔１０ａ内が占拠され、燃料としての軽油の噴射が滞る。このため、エンジンにとっては燃料が不足することになり、所定の出力が得られない問題が生ずる。また、ディーゼルエンジンにおいては、後述するように、サプライポンプ２０により気液混合燃料を高圧にした後、コモンレール２１、インジェクタ２２を介してエンジンの燃焼室２３内に噴射するように構成しているが、サプライポンプ２０に大きな気泡径の微細気泡が存在する場合には、この大きな気泡によってポンプが空転または停止することがあり、この結果、エンジンが停止するといった重大な問題を招来する原因となる。
【００４１】  一方、上述した気液混合器３によって、気液混合燃料内に極小径の微細気泡を混合させた場合は、図４において小径の円で示す微細気泡が噴孔１０ａの内径φよりも十分に小さいので、微細気泡が気液混合燃料とともに円滑に流通し、サプライポンプ２０によって噴射ノズル１０の噴孔１０ａからエンジンの燃焼室２３内に噴射することができる。気液混合燃料内に混合した極小径の微細気泡は、燃焼室２３内に噴射されたとき、圧力開放されるとともに燃焼室２３内で加熱されることにより、急激に膨張して気液混合燃料の液膜を破壊し、噴霧された小径の燃料をさらに小さな霧状に微粒化する。これにより、燃焼効率が一層高められることから、エンジンから排出される黒煙などの有害物質等を大幅に低減させることができる。しかも、燃焼効率が高められることから、燃料消費量を低減することもできる。さらに、燃料を小さな霧状に微粒化することにより、燃焼温度が低下することから、窒素酸化物も低減させることができる。
【００４２】  次に、本発明による気液混合燃料製造装置を、内燃機関としてディーゼルエンジンに適用した例を説明する。微細気泡生成器３ｂから浮上する大きな気泡が減少する一方、送出配管６から送出される気液混合燃料は、図１に示すような、自動車、船舶等のディーゼルエンジンの燃料として供給される。図１は、一般的に使用されているコモンレール式ディーゼルエンジンの燃料供給システムを例示している。この図１において、燃料となる気液混合燃料は、サプライポンプ２０、コモンレール２１、インジェクタ２２を経由してエンジンの燃焼室２３に供給される。
【００４３】  なお、インジェクタ２２の数は、燃焼室２３の数と同数設けられる。図１では４気筒エンジンを例に挙げているので４個のインジェクタ２２を備えているが、例えば６気筒エンジンの場合には６個となる。
【００４４】  この燃料供給システムは、サプライポンプ２０により気液混合燃料を所定の圧力にした後、コモンレール２１内に蓄積させておき、このコモンレール２１内で例えば２００気圧以上の高圧に加圧された気液混合燃料を、各インジェクタ２２を介してエンジンの燃焼室２３内に噴射するように構成している。
【００４５】  なお、サプライポンプ２０に送られながらコモンレール２１に圧送されなかった気液混合燃料は、燃料リターン通路（図示しない）を介して、また、コモンレール２１に送られながらインジェクタ２２へ圧送されなかった気液混合燃料は、燃料リターン通路２４を介して、さらに、インジェクタ２２に圧送されながら燃焼室２３へ噴射されずに余った気液混合燃料は、燃料リターン通路２５を介して、それぞれ燃料タンク４へ戻されるようになっている。
【００４６】  なお、これらのリターン燃料のうち、特にインジェクタ２２からのリターン燃料は、例えば百数十℃もの高温になっている関係から、この高温のリターン燃料がそのまま燃料タンク２内に戻されると、発火事故等の原因となるので好ましくない。そこで、通常の場合は、インジェクタ２２から燃料タンク４への燃料リターン通路２５の上流側に、その内部を流れる燃料を冷却するための冷却手段が設けられる。
【００４７】  このようなコモンレール式ディーゼルエンジンにおいては、気液混合燃料をサプライポンプ２０によりコモンレール２１に供給した後、コモンレール２１内で高圧状態に加圧される。気液混合燃料内の微細気泡は、上述したように、噴射ノズル１０の噴孔１０ａには余裕をもって流通できる極小径になっているが、コモンレール２１内で加圧されることにより、微細気泡はさらに圧縮されて各インジェクタ２２を介してエンジンの燃焼室２３内に噴射される。そのため、微細気泡は噴孔１０ａをさらに流通し易くなる。ところが、気液混合燃料中に混合されている微細気泡の数は、気液混合器３によって決められているので、燃焼効率等への影響は殆どない。しかし、高圧で圧縮された微細気泡が燃焼室２３内に噴射されたとき、急激に圧力開放されることから、微細気泡が急激に膨張して気液混合燃料を破壊するので、噴霧された燃料をさらに小さな霧状にすることができるため、燃焼効率を高めるようになる。
【００４８】  以下に、本発明による気液混合燃料製造装置をディーゼル発電機に搭載されたディーゼルエンジンにより試験した結果を説明する。
【００４９】  試験装置は以下の通りとした。
ヤンマーディーゼル発電機（定格出力２ＫＷ）：ＹＤＧ２００ｓｓ
負荷：２ＫＶ（２ＫＷ）
投込み式電気ヒーター（１ＫＷ×２台）を使用
液体燃料の加圧圧力：６気圧（約０．６ＭＰｓ）
液体燃料噴出し量：２リッター／分
気体（空気）流量：２リッター／分    （常圧での体積）
運転時間：２時間
排気ガス試験機：民間車検場の試験機
【００５０】  試験の結果は以下の通りであった。
１．負荷条件：２ＫＷ
排気ガスに含まれる固形物質（排気ガス中の黒鉛）
一般の燃料による運転時：２４％
気液混合燃料製造装置使用時：０．５％
排気ガス中の黒煙が２３．５％低下した。
２．燃料消費量（２時間運転時の燃料消費量）
一般の燃料による燃料消費量：１．８５リッター
気液混合燃料使用時の燃料消費量：１．３３リッター
燃料消費量が、０．５２リッター減少した。
この結果、燃料消費量改善率が３９％向上した。
３．出力電圧：
一般の燃料使用時の出力電圧：２ＫＷ負荷時９７．５Ｖ
１．５ＫＷ負荷時９９．５Ｖ
気液混合燃料使用時：２ＫＷ負荷時９９．５Ｖ
１．５ＫＷ負荷時１００Ｖ
１００％の高負荷時に出力電圧が０．５Ｖ低下したが、低負荷時は出力電圧の低下はなかった。（改善率：３３％）
【００５１】  以上の試験結果から、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる黒煙が激減することが確認された。また、燃料消費率が大幅に改善されることが確認できた。さらに、出力についても、高負荷を印加した状態でもエンジン回転数が低下しないことが確認できた。なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）についても、エンジンの燃焼温度が低いことから、発生量は低下したものと推察される。
【００５２】  図５は、気液混合器の微細気泡生成器として、エジェクター式を使用した例を示している。微細気泡生成器３０は、液体ポンプ１によって加圧された液体燃料としての軽油を配管３５を介して導入する液体燃料流路３１と、気体圧縮機２によって圧縮された空気からなる気体を導入する混入流体導入孔３２ａを備えた混入流体導入流路３２と、軽油中に気体を微細化し分散させる微細流体発生空間３３ａおよび微細流体混合室３３を有する。
【００５３】  液体燃料流入孔３１ａと微細流体発生空間３３ａとは、複数本（この場合は３本）の液体燃料流路３１で連通しており、微細流体発生空間３３ａは、液体燃料流路３１に交わる形で設けられた液体燃料誘導溝３１ｃを有している。液体燃料誘導溝３１ｃを設けることにより、液体燃料誘導溝３１ｃの微細流体発生空間３３ａ側に設けた液体燃料流出孔から微細流体発生空間３３ａに吐出された軽油は、混入流体導入孔３２ａを有する吐出面にキャビテーションを伴う剥離域が発生することで、導入した気体を均一かつ微細化することができ、これにより、微細流体混合室３３には、軽油に１０μｍ（ミクロン）以下の気泡径となった気体の微細気泡（マイクロバブルからナノバブル）を分散させた気液混合燃料が生成される。
【００５４】  混入流体導入孔３２ａと、微細気泡生成器３０の側面に接続される混入流体導入管３４は、微細流体発生装置３内に設けられる混入流体導入流路３２によって連通している。なお、気体の導入量を調整する場合には、混入流体導入管３４に調整弁を設けて調整するようにしても良い。
【００５５】  このような微細気泡生成器３０は、エジェクター式の微細気泡発生装置、或いは、前述した旋回式の微細気泡発生装置に限らず、キャビテーション方式、加圧溶解方式等の微細気泡発生装置を採用しても良い。
【００５６】  図６は、気液混合器と内燃機関等との間に設けられた貯留タンク４０を示している。上述したエジェクター式の微細気泡生成器３０であっても、気液混合燃料内に混合された微細気泡は、当初の状態では、図３に示すように、気泡径が正規分布的なバラツキがある。このため、気液混合燃料中の微細気泡の気泡径をエンジンの燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも小さくしなければならない。貯留タンク４０は、燃料噴射ノズルの噴孔の内径よりも大きな気泡径の微細気泡を気泡分離するためのものである。
【００５７】  貯留タンク４０は、内部に空間を設けた筒状に形成され、図５に示す微細気泡生成器３０から微細気泡を混合した気液混合燃料を導入する導入孔４１が周面側に設けられ、底部には送出配管６が接続されている。さらに、図示上方の上面には、気体開放器５に連通させる配管４３が接続されている。この貯留タンク４０は、軽油と圧縮気体が６気圧に加圧された状態で微細気泡生成器３０により混合されているので、内部の圧力も同じ６気圧の状態になっている。
【００５８】  貯留タンク４０に気液混合燃料を一旦貯留させることにより、気液混合燃料内の微細気泡は、気泡径が大きくなるに従って浮力が大きくなり、貯留タンク４０の内部で気泡径が大きい微細気泡が浮上し、浮力の小さい極小径の微細気泡は、気液混合燃料内を浮遊した状態で残留する。気泡径が大きい微細気泡を浮上させた気体は、気体開放器５から放出する。そして、貯留タンク４０の下部に残留した浮力の小さい極小径となった許容径の微細気泡が混合されている気液混合燃料を送出配管６から送出することにより、エンジンには噴射ノズル１０の噴孔１０ａの内径φよりも十分小さい気泡径の微細気泡を燃焼室に供給することができる。
【００５９】  本発明による気液混合燃料製造装置は、重油を燃料とする船舶用のエンジン、或いはバーナー、ガソリンを燃料とする自動車、灯油を燃料とする暖房装置にも適用できる。船舶用のエンジンやバーナーの多くはＡ重油を燃料としている。このバーナーに供給する燃料として、気液混合燃料製造装置によって、Ａ重油の中に所定量の空気等の気体の微細気泡を分散させた気液混合燃料を使用することにより、燃費、黒煙排出量、排気ガス量を著しく改善させることができる。また、ガソリン燃料は低粘度であるが、気液混合燃料製造装置により浮力の小さい極小径の微細気泡を生成することによって、ガソリン燃料であっても微細気泡を混合した気液混合燃料にすることができる。
【００６０】  以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでもない。前述した各実施例において、内燃機関や燃焼装置の液体燃料として、軽油、重油を例示したが、その他、ガソリン、バイオエタノール、バイオガソリン、潤滑油や食用油などの各種廃油等であっても、気体の微細気泡を分散させた混合燃料とすることができる。また、内燃機関や燃焼装置としては、自動車、船舶のエンジンの他、エンジン付発電機、トラクター、耕耘機、田植機、稲刈り機、刈払い機等の各種農業用機械、航空機のエンジン、あるいは、建設・建築機械用のエンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】  １      液体ポンプ
２      気体圧縮機
３      気液混合器
４      燃料タンク
５      圧力開放器
６      送出配管
７      貯留タンク
ＭＸ    気液混合燃料製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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