(57)【要約】【課題】電極を用いずマグネトロンにより放電を起こし、電気的エネルギを抑制しつつ炭化水素系物質から低級炭化水素を効率良く生成すること。【解決手段】改質器１００のマグネトロンＭａｇによって高周波電界が発生されることで蓋付ガラス容器１Ａに混入されたディーゼルエンジンオイルと活性炭との隣接部分に放電が起こり、この放電により炭化水素系物質としてのディーゼルエンジンオイルが分解され低級炭化水素としてのメタンやエチレン等が生成される。これにより、電極を用いることなくマグネトロンによりディーゼルエンジンオイルと活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンとの隣接部分に容易に放電を起こすことができるため、電気的エネルギを抑制しつつ炭化水素系物質から低級炭化水素を効率良く生成することができる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系物質中に所定の物質を混入し、マグネトロン（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ：磁電管）を用いてマイクロ波による高周波電界を発生させる電界発生手段と、
前記高周波電界の発生により前記炭化水素系物質と前記所定の物質との隣接部分にて放電を起こさせる隣接放電手段と、
前記炭化水素系物質を放電により分解させ低級炭化水素を生成する分解生成手段と
を具備することを特徴とする低級炭化水素生成装置。
【請求項２】
前記炭化水素系物質は、各種内燃機関用石油系燃料または各種内燃機関用石油系オイルであることを特徴とする請求項１に記載の低級炭化水素生成装置。
【請求項３】
前記所定の物質は、活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の低級炭化水素生成装置。
【請求項４】
炭化水素系物質中に所定の物質を混入し、マグネトロンを用いてマイクロ波による高周波電界を発生させる電界発生工程と、
前記高周波電界の発生により前記炭化水素系物質と前記所定の物質との隣接部分にて放電を起こさせる隣接放電工程と、
前記炭化水素系物質を放電により分解させ低級炭化水素を生成する分解生成工程と
からなることを特徴とする低級炭化水素生成方法。
【請求項５】
前記炭化水素系物質は、各種内燃機関用石油系燃料または各種内燃機関用石油系オイルであることを特徴とする請求項４に記載の低級炭化水素生成方法。
【請求項６】
前記所定の物質は、活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項４に記載の低級炭化水素生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系物質から低級炭化水素を生成する低級炭化水素生成方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低級炭化水素生成方法及び装置に関連する先行技術文献としては、特開２０００−２７４２４９号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関の圧縮行程中に燃焼室内の混合気に対して燃料改質を行うことで低エミッション化を実現させる技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、内燃機関の圧縮行程中にマグネトロンを用い高周波電界を発生させ高周波電場を形成し、燃焼室内の混合気を誘電加熱して着火燃焼を行わせようとするものである。
【０００４】
ここで、誘電加熱により燃料中の分子量の大きな炭化水素分子（高級炭化水素分子）が分解され、分子量の小さい炭化水素分子（低級炭化水素分子）に燃料改質できるとしているが、発明者らの実験・研究によれば、単に燃料に対して誘電加熱を行っても、燃料の改質は難しく、喩え改質されたとしても効率が極めて悪いことが分かった。更に、内燃機関の圧縮行程中において、燃焼室内の混合気を誘電加熱にて改質するには余りにも短時間であり、燃料の改質効果が薄く、加えて誘電加熱にて着火燃焼まで行わせるには、多大の電気的エネルギを必要とするため実用性に乏しいという不具合があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、電極を用いずマグネトロンにより放電を起こし、電気的エネルギを抑制しつつ炭化水素系物質から低級炭化水素を効率良く生成する低級炭化水素生成方法及び装置の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の低級炭化水素生成装置によれば、電界発生手段にてマグネトロンによって高周波電界が発生され、隣接放電手段にて炭化水素系物質とその中に混入された所定の物質との隣接部分に放電が起こり、この放電ののち分解生成手段で炭化水素系物質が分解され低級炭化水素が生成される。これにより、電極を用いることなくマグネトロンにより炭化水素系物質とその中に混入された所定の物質との隣接部分に放電が起こされることとなり、電気的エネルギが抑制され、炭化水素系物質から低級炭化水素が効率良く生成されるという効果が得られる。
【０００７】
請求項２の低級炭化水素生成装置における炭化水素系物質が、各種内燃機関用石油系燃料または各種内燃機関用石油系オイルとされる。このため、炭化水素系物質の供給や保管が簡単であり、例えば、内燃機関への適用が容易となる。
【０００８】
請求項３の低級炭化水素生成装置における所定の物質が、活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンのうち少なくとも１つとされる。この所定の物質は、炭化水素系物質との隣接部分にて放電を起こさせるために必要であるが、このもの自体は変化されることがないため、低級炭化水素の生成途中で補充する必要がないという効果が得られる。
【０００９】
請求項４の低級炭化水素生成方法によれば、電界発生工程にてマグネトロンによって高周波電界が発生され、隣接放電工程にて炭化水素系物質とその中に混入された所定の物質との隣接部分に放電が起こり、この放電ののち分解生成工程で炭化水素系物質が分解され低級炭化水素が生成される。これにより、電極を用いることなくマグネトロンにより炭化水素系物質とその中に混入された所定の物質との隣接部分に放電が起こされることとなり、電気的エネルギが抑制され、炭化水素系物質から低級炭化水素が効率良く生成されるという効果が得られる。
【００１０】
請求項５の低級炭化水素生成方法における炭化水素系物質が、各種内燃機関用石油系燃料または各種内燃機関用石油系オイルとされる。このため、炭化水素系物質の供給や保管が簡単であるという効果が得られる。
【００１１】
請求項６の低級炭化水素生成方法における所定の物質が、活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンのうち少なくとも１つとされる。この所定の物質は、炭化水素系物質との隣接部分にて放電を起こさせるために必要であるが、このもの自体は変化されることがないため、低級炭化水素の生成途中で補充する必要がないという効果が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる低級炭化水素生成装置としての改質器（Ｒｅａｃｔｏｒ：リアクタ）の実験室段階における評価装置の全体構成を示す概略図であり、図２は図１の要部構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１及び図２において、炭化水素系物質として例えば、ディーゼルエンジンオイルを２／３程度満たした容積５００〔ｍｌ〕からなる３つの蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃを用意し、このうち蓋付ガラス容器１Ａの中には活性炭ペレットを３〔ｇ〕、蓋付ガラス容器１Ｂの中にはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）ペレットを５〔ｇ〕、蓋付ガラス容器１Ｃの中には直径０．２〔ｍｍ〕で長さ５〔ｃｍ〕のタングステン（Ｗ）線を６本、それぞれ混入した。
【００１５】
次に、これら蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃを別々に、マグネトロンＭａｇを用いた高周波電界発生装置である電子レンジＭ−Ｏを利用して構成された改質器１００内に入れた。なお、この改質器１００内のマグネトロンＭａｇの出力は５５０〔Ｗ：ワット〕である。そして、これら蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃの蓋側に設けられた一方の導入管２Ａ，２Ｂ，２Ｃから不活性ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを１〔ｌ／ｍｉｎ：リットル毎分〕にて導入し、同時に、改質器１００内の蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内にそれぞれ３〔ｓｅｃ：秒〕間だけマグネトロンＭａｇによる高周波電界を発生させた。
【００１６】
これにより、蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内のディーゼルエンジンオイルと活性炭ペレット、チタン酸バリウムペレット、タングステン線との各隣接部分にて放電を起こさせた。そして、これら蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃの蓋側に設けられた他方の導出管３Ａ，３Ｂ，３Ｃから導出された生成物を含む窒素ガスをそれぞれ９０〔ｓｅｃ〕間集めた。更に、放電時間に対する生成物濃度の違いを調べるために、タングステン線を入れた蓋付ガラス容器１Ｃにおける放電時間が１０〔ｓｅｃ〕間で他の条件を同様とし、生成物を含む窒素ガスを９０〔ｓｅｃ〕間集めた。
【００１７】
これら生成物を含む窒素ガスの各々について、分析機器であるフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）またはガスクロマトグラフィにて測定した結果として、図３にディーゼルエンジンオイルの中に混入された物質が活性炭、チタン酸バリウム、タングステンのときの窒素ガス中の生成物濃度、図４にディーゼルエンジンオイルの中に混入された物質が活性炭、チタン酸バリウム、タングステンのときの窒素ガスを除いた生成物割合を示す。なお、図３及び図４では、「白抜」表示にて一酸化炭素（ＣＯ）、「横線」表示にてメタン（ＣＨ４）、「黒塗」表示にて二酸化炭素（ＣＯ２）、「斜線」表示にてエチレン（Ｃ２Ｈ４）を示す。
【００１８】
図３及び図４において、生成物濃度及び生成物割合に違いがあるのは、炭化水素系物質としてのディーゼルエンジンオイルは同じであるがその中に混入された物質が活性炭、チタン酸バリウム、タングステンであり、物質の特性（強誘電体・金属等）が異なるためと考えられる。ここで、活性炭は元々多少の酸素（Ｏ２）を吸着していることで一酸化炭素（ＣＯ）濃度が他の物質より多くなったと考えられる。
【００１９】
また、図５には、タングステン線を入れた蓋付ガラス容器１Ｃにおける放電時間が３〔ｓｅｃ〕、１０〔ｓｅｃ〕のときの生成物量の違いによる生成物濃度の変化状態を示す。なお、蓋付ガラス容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃのディーゼルエンジンオイルの中に混入された活性炭、チタン酸バリウム、タングステンについては、放電前後において何も変化を生じなかった。これらの測定結果によれば、炭化水素系物質としてのディーゼルエンジンオイルがその中に混入された活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンとの間の放電により分解され低級炭化水素が生成されたことが分かる。このことから、炭化水素系物質中に混入させる物質を変えることで必要とする生成物を効率良く、即ち、必要とする生成物を高濃度で生成することが可能であることが分かる。
【００２０】
このように、本実施例の低級炭化水素生成装置は、炭化水素系物質中に所定の物質を混入し、マグネトロンＭａｇを用いてマイクロ波による高周波電界を発生させる改質器１００にて達成される電界発生手段と、高周波電界の発生により炭化水素系物質と所定の物質との隣接部分にて放電を起こさせる改質器１００にて達成される隣接放電手段と、炭化水素系物質を放電により分解させ低級炭化水素を生成する改質器１００にて達成される分解生成手段とを具備するものである。また、本実施例の低級炭化水素生成装置としての改質器１００で使用する炭化水素系物質は、各種内燃機関用石油系オイルであるディーゼルエンジンオイルとするものである。そして、本実施例の低級炭化水素生成装置としての改質器１００で使用する所定の物質は、活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンのうちの１つとするものである。
【００２１】
つまり、改質器１００では、マグネトロンＭａｇによって高周波電界が発生されることでディーゼルエンジンオイルと活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンとの隣接部分に放電が起こり、この放電により炭化水素系物質としてのディーゼルエンジンオイルが分解され低級炭化水素としてのメタンやエチレン等が生成される。これにより、電極を用いることなくマグネトロンによりディーゼルエンジンオイルと活性炭またはチタン酸バリウムまたはタングステンとの隣接部分に容易に放電を起こすことができるため、電気的エネルギを抑制しつつ炭化水素系物質から低級炭化水素を効率良く生成することができる。
【００２２】
なお、本実施例の低級炭化水素生成装置における各手段を工程に読変えることにより、低級炭化水素生成方法の実施例とすることができ、同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
ところで、上記実施例では、炭化水素系物質としてディーゼルエンジンオイルを用いたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、他の炭化水素系物質としての各種内燃機関用石油系オイルや各種内燃機関用石油系燃料を適宜、使用し所望の生成物を得るようにしてもよい。また、この際に不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、他の気体を組合わせてもよい。
【００２４】
また、上記実施例でも述べたように、放電時間や炭化水素系物質中に混入する物質やそれらの量等によっても生成物濃度が変化することが分かる。この際の放電方法としては、一定時間連続でマイクロ波を照射するだけでなく、パルス動作的に一定または不定期な周期で照射したり、正弦波状の強弱を付けることも有効である。
【００２５】
そして、上記実施例では、蓋付ガラス容器の蓋側に導入管及び導出管を設けて気体（窒素ガス）を循環させたが、事前に気体を充填したのちに蓋付ガラス容器を完全密閉し、マイクロ波照射後に生成物の混在した気体を蓋付ガラス容器から取出してもよい。
【００２６】
また、上記実施例では、蓋付ガラス容器の蓋側に導入管を設けたが、この導入管を蓋付ガラス容器の底面付近に設け、その先端から細かい気泡が出るようにして所謂、バブリングを行うことで気泡内放電を起こさせることも有効である。
【００２７】
更に、上記実施例による生成物として、最終的に水素（Ｈ２）を発生するに至れば、燃料電池や水素燃料への展開が可能となる。
【００２８】
次に、上述の低級炭化水素生成装置としての改質器１００が適用された具体的な内燃機関及びその周辺機器の構成を示す図６の概略図について説明する。
【００２９】
図６において、内燃機関１０には吸気通路１１が接続され、この吸気通路１１には上流側からエアクリーナ１２、スロットルバルブ１３、インジェクタ（燃料噴射弁）１４が配設されている。このインジェクタ１４からスロットルバルブ１３の下流側の吸気通路１１内に噴射供給される燃料とスロットルバルブ１３を介して吸入された空気との混合気は、吸気バルブ１５の開閉によって吸気ポート１６を通ってピストン２１とシリンダブロック２２とで囲まれた燃焼室２３内に導入される。そして、燃焼室２３内で燃焼された排気ガスは排気バルブ２４の開閉によって排気ポート２５を通って排気通路２６に排出される。
【００３０】
３０はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）であり、ＥＣＵ３０では図示しない各種センサ信号等が読込まれ、これら各種センサ信号等に基づき各種制御量及び制御タイミングが算出され、インジェクタ１４や後述のサブインジェクタ１７、改質器１００に配設されたマグネトロンＭａｇにより高周波電界を発生させる駆動回路３１、分離装置３２Ａ，３２Ｂ、分離・圧送装置３４Ａ，３４Ｂ、ＶＳＶ（Ｖａｃｃｕｍ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｖａｌｖｅ：バキュームスイッチングバルブ）３５、混合装置３６等が制御される。
【００３１】
一方、インジェクタ１４から噴射供給される燃料と同等の内燃機関用石油系燃料である炭化水素系物質が改質器１００に供給される（図６に示す「白抜矢印」参照）。この改質器１００にて炭化水素系物質から生成された気体中の低級炭化水素は、分離装置３２Ａに導入され、必要成分のみが分離され逆止弁３３Ａを通ってスロットルバルブ１３より下流側の吸気通路１１内の開口部に至る。また、改質器１００にて炭化水素系物質から低級炭化水素が生成された残りの液体は分離装置３２Ｂに導入され、低級炭化水素以外で必要とされる炭化水素系物質が分離され逆止弁３３Ｂを通ってスロットルバルブ１３より下流側の吸気通路１１内の開口部に至る。
【００３２】
このようにして、改質器１００にて生成された低級炭化水素やその他の必要とされる炭化水素系物質が、スロットルバルブ１３からの空気及びインジェクタ１４からの燃料に吸気通路１１内の負圧によって供給され混合されることで、アンチノック性の向上や燃焼改善による低エミッション化・燃費向上等が期待できる。また、生成された低級炭化水素が内燃機関用石油系燃料のような誘電率の大きな炭化水素系物質に吸収され易い性質を有しているため、高周波電界のエネルギを効率良く燃料に伝播することができ、高周波電界発生に要する電気的エネルギを最小限に抑えることができることで、内燃機関全体での熱効率を高く維持することができる。
【００３３】
次に、上述の構成からなる改質器１００が適用された具体的な内燃機関及びその周辺機器の構成の第１の変形例を示す図７の概略図について説明する。なお、図中、上述の図６の実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略すると共に、その相違点についてのみ詳述する。
【００３４】
図７において、改質器１００にて炭化水素系物質から生成された気体中の低級炭化水素は、分離・圧送装置３４Ａに導入され、必要成分のみが分離され圧送される。また、改質器１００にて炭化水素系物質から低級炭化水素が生成された残りの液体は分離・圧送装置３４Ｂに導入され、低級炭化水素以外で必要とされる炭化水素系物質が分離され圧送される。そして、分離・圧送装置３４Ａから圧送される低級炭化水素に対して、必要に応じて分離・圧送装置３４Ｂから圧送される必要とされる炭化水素系物質がＶＳＶ３５の作動にて混合され、サブインジェクタ１７からスロットルバルブ１３より下流側の吸気通路１１内に噴射供給される。
【００３５】
このようにして、改質器１００にて生成される低級炭化水素やその他の必要とされる炭化水素系物質が、スロットルバルブ１３からの空気及びインジェクタ１４からの燃料にサブインジェクタ１７から適量混合されることで、アンチノック性の向上や燃焼改善による低エミッション化・燃費向上等が期待できる。また、生成された低級炭化水素が内燃機関用石油系燃料のような誘電率の大きな炭化水素系物質に吸収され易い性質を有しているため、高周波電界のエネルギを効率良く燃料に伝播することができ、高周波電界発生に要する電気的エネルギを最小限に抑えることができることで、内燃機関全体での熱効率を高く維持することができる。
【００３６】
次に、上述の構成からなる改質器１００が適用された具体的な内燃機関及びその周辺機器の構成の第２の変形例を示す図８の概略図について説明する。なお、図中、上述の図６の実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略すると共に、その相違点についてのみ詳述する。
【００３７】
図８において、改質器１００にて炭化水素系物質から生成された気体中の低級炭化水素は、分離・圧送装置３４Ａに導入され、必要成分のみが分離され圧送される。また、改質器１００にて炭化水素系物質から低級炭化水素が生成された残りの液体は分離・圧送装置３４Ｂに導入され、低級炭化水素以外で必要とされる炭化水素系物質が分離され圧送される。そして、分離・圧送装置３４Ａから圧送される低級炭化水素に対して、必要に応じて分離・圧送装置３４Ｂから圧送される必要とされる炭化水素系物質がＶＳＶ３５の作動にて混合されたのち、更に、通常の燃料と混合装置３６にて混合されインジェクタ１４から吸気通路１１内に噴射供給される。
【００３８】
このようにして、改質器１００にて生成された低級炭化水素やその他の必要とされる炭化水素系物質が通常の燃料に適量混合されたのちインジェクタ１４から噴射供給されスロットルバルブ１３からの空気に混合されることで、アンチノック性の向上や燃焼改善による低エミッション化・燃費向上等が期待できる。また、生成された低級炭化水素が内燃機関用石油系燃料のような誘電率の大きな炭化水素系物質に吸収され易い性質を有しているため、高周波電界のエネルギを効率良く燃料に伝播することができ、高周波電界発生に要する電気的エネルギを最小限に抑えることができることで、内燃機関全体での熱効率を高く維持することができる。
【００３９】
ところで、上記実施例による低級炭化水素生成装置としての改質器１００が適用された具体的な内燃機関としてガソリン機関への適用を示したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ディーゼル機関にも適用することができ、この場合にも同様の作用・効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる低級炭化水素生成装置としての改質器の実験室段階における評価装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は図１の要部構成を示す斜視図である。
【図３】図３は図１の改質器により生成された生成物濃度を示す測定結果である。
【図４】図４は図１の改質器により生成された生成物割合を示す測定結果である。
【図５】図５は図１の改質器により生成された生成物濃度と放電時間との関係を示す測定結果である。
【図６】図６は図１の改質器が適用された具体的な内燃機関及びその周辺機器の構成を示す概略図である。
【図７】図７は図１の改質器が適用された具体的な内燃機関及びその周辺機器の構成の第１の変形例を示す概略図である。
【図８】図８は図１の改質器が適用された具体的な内燃機関及びその周辺機器の構成の第２の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
３０　ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１　駆動回路
１００　改質器
Ｍａｇ　マグネトロン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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