(57)【要約】【課題】熱機関に供給される液体燃料を活性化して効率良く燃焼させ、排気ガス中の有害物質の生成を抑制、燃費を向上させ、高い出力を得るために用いられる熱機関用液体燃料活性化装置を提供する。【解決手段】熱機関用液体燃料活性化装置は、熱機関に至る液体燃料の供給管１を取り巻き、磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・およびＳ・Ｓ・Ｓ・・・が対峙する対の磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・および５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・を並べた熱機関用液体燃料活性化装置において、対の一方の磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・が有する同一磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・の軌跡、および別な一方の磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・が有する同一磁極の軌跡Ｓ・Ｓ・Ｓ・・・が、供給管１の燃料供給方向Ｏを軸対称とする対のスパイラル５ＮＰおよび５ＳＰを描いている。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機関に至る液体燃料の供給管を取り巻き、磁極が対峙する対の磁石群を並べた熱機関用液体燃料活性化装置において、対の一方の磁石群が有する同一磁極の軌跡、および別な一方の磁石群が有する同一磁極の軌跡が、該供給管の燃料供給方向を軸対称とする対のスパイラルを描いていることを特徴とする特徴とする熱機関用液体燃料活性化装置。
【請求項２】
前記した一方の磁石群の各磁石は、磁極方向が該供給管の燃料供給方向に対して放射方向に並べられていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関用液体燃料活性化装置。
【請求項３】
前記した一方の磁石群の各磁石は、磁極方向が該供給管の燃料供給方向に対して平行に並べられていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関用液体燃料活性化装置。
【請求項４】
該供給管の燃料供給方向の燃料元側に、該磁石群と隣接して、遠赤外線放射性のセラミックスが並置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの請求項に記載の熱機関用液体燃料活性化装置。
【請求項５】
前記した対の磁石群が複数あり、当該対のスパイラルが複数あることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載の熱機関用液体燃料活性化装置。
【請求項６】
当該液体燃料が重油または軽油であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの請求項に記載の熱機関用液体燃料活性化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱機関に供給される液体燃料を活性化して効率良く燃焼させ、排気ガス中の有害物質の生成を低減するために用いられる熱機関用液体燃料の活性化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や船舶のエンジンのような内燃機関や、ボイラーのような外燃機関は、主にガソリン、軽油、液化石油ガス（ＬＰＧ）、重油、灯油、アルコール類等の液体燃料が使用される。これらの液体燃料は、通常、多数の分子が会合し大きな安定クラスターを形成している。燃焼の際、大きなクラスターの深部まで酸素が浸透しないため、不完全燃焼を起こし易い。不完全燃焼があると、排気ガスは、有害な一酸化炭素、残留炭化水素、粒子状物質を多量に含み、環境を汚染してしまう。また出力や熱効率が低く、燃費が悪いという問題がある。さらに熱機関の燃焼室内にカーボン・スラッジやデポジットが付着しエンジンの劣化と環境の汚染とを引き起こしてしまう。
【０００３】
本発明の発明者は、熱機関の燃焼効率の効上、燃焼排気ガス中の有害物質の生成の低減を目途とし、磁石および（または）遠赤外線放射性のセラミックスを使用する熱機関用燃料活性化装置の発明を特願２００１−２６７４０５号として特許出願している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記特許出願の熱機関用燃料活性化装置を改良し、熱機関の燃焼効率をさらに向上させ、排気ガス中の有害物質の生成をさらに抑制する熱機関用液体燃料活性化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、熱機関用の燃料活性化装置について鋭意研究を行う過程において、熱機関に至る液体燃料の供給管を液体燃料が流れるとき、管内を旋回してスパイラルを描ながら流れることを見出し、本発明を完成するにいたった。
【０００６】
すなわち前記の目的を達成するためになされた本発明の熱機関用液体燃料活性化装置は、実施例に対応する図１を参照して説明すると、熱機関に至る液体燃料の供給管１を取り巻き、磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・およびＳ・Ｓ・Ｓ・・・が対峙する対の磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・および５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・を並べた熱機関用液体燃料活性化装置において、対の一方の磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・が有する同一磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・の軌跡、および別な一方の磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・が有する同一磁極の軌跡Ｓ・Ｓ・Ｓ・・・が、供給管１の燃料供給方向Ｏを軸対称とする対のスパイラル５ＮＰおよび５ＳＰを描いている。
【０００７】
一方の磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・または５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の各磁石は、磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・およびＳ・Ｓ・Ｓ・・・の方向が供給管１の燃料供給方向Ｏに対して放射方向に並べられていることで適切に実施できる（図２、図３参照）。
【０００８】
また、一方の磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・または５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の各磁石は、磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・およびＳ・Ｓ・Ｓ・・・の方向が供給管１の燃料供給方向Ｏに対して平行に並べられていることでも適切に実施できる（図４、図５参照）。
【０００９】
この熱機関用液体燃料活性化装置は、供給管１の燃料供給方向Ｏの燃料元側に、磁石群と隣接して、遠赤外線放射性のセラミックス１０（図２参照）が並置されていてもよい。
【００１０】
さらに、この熱機関用液体燃料活性化装置は、対の磁石群が複数あり、対のスパイラルが複数あってもよい。すなわち、図６に示すように、対の磁石群は、５Ｎ１・５Ｎ１・５Ｎ１・・・および５Ｓ１・５Ｓ１・５Ｓ１・・・と、５Ｎ２・５Ｎ２・５Ｎ２・・・および５Ｓ２・５Ｓ２・５Ｓ２・・・との複数があり、それに対応する対のスパイラル５ＮＰ１および５ＳＰ１と、５ＮＰ２および５ＳＰ２との複数がある。
【００１１】
この熱機関用液体燃料活性化装置は、当該液体燃料が重油または軽油であることが特に好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱機関用液体燃料活性化装置の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明を適用する熱機関用液体燃料活性化装置の一実施例の要部を示す概略図である。図２は、図１の燃料活性化装置の具体的詳細を示す一部破断側面図である。図３は、その燃料活性化装置の縦断面（Ａ−Ａ）図である。
【００１４】
この熱機関用液体燃料活性化装置は、内燃機関または外燃機関の燃料タンクから熱機関に至る液体燃料の供給管１の途中に（燃料供給方向矢印Ｏ）、この供給管１を覆って設置されるものである。図１および図２に示すように、供給管１を取り巻くように磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・および磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・が六角柱の外形のステンレスケース１２・１３の中に配置される。
【００１５】
図３に示すように、内側ケース１２は、六角柱の中空筒を縦二つに半裁し、平坦な接合部を連成した形状である。その台形三辺の外周に、磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・の各磁石が磁極Ｎを内側に向け、これに対峙するように磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の各磁石が磁極Ｓを内側に向けて貼り付けられる。すなわち全磁石の磁極方向は、燃料供給管１の中心Ｏに関して６０°毎の放射方向を向き、磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・の各磁石の磁極Ｎ→Ｓが放射外側を向き、磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の各磁石の磁極Ｓ←Ｎが求心内側を向く。各磁石の外側にはヨーク１７が接合される。
【００１６】
さらに磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・の各磁石は、内側ケース１２の長手方向については、右ねじ回り６０°毎（各磁石１つ毎の順）に磁石の厚みの半ピッチずつずらして貼り付けられる。そのため、対峙する磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の各磁石も、内側ケース１２の長手方向について、左ねじ回り６０°毎に磁石の厚みの半ピッチずつずれて貼り付けられている。尚、各磁石は、例えば磁束密度が約１８００ガウスであるフェライト磁石、高熱に強く磁束密度が約３５００ガウスであるサマリウムコバルト磁石、強度が強く磁束密度が約４０００ガウスであるネオジウムボロン磁石が用いられる。
【００１７】
その結果、磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・の磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・の軌跡は、燃料供給管１の中心Ｏとする右旋（または左旋）のスパイラル５ＮＰを描く（図１参照）。磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・と対峙する磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の磁極の軌跡Ｓ・Ｓ・Ｓ・・・は、左旋（または右旋）のスパイラル５ＳＰを描く。
【００１８】
さらに、内側ケース１２の台形３辺の外周に、磁石群と並べて燃料タンク寄り（燃料供給方向矢印Ｏの上手側）には、遠赤外線放射性のセラミックス１０が設けられる。尚、セラミックス１０は、粉体、粒体、または板状であって角閃石、または電気石からなることが好ましい。具体的には、板状のセラミックスは、角閃石、またはトルマリンのような鉄を含有している電気石を焼結することにより得られるものである。粉体または粒体のセラミックスは、これらを粉砕したものである。
【００１９】
内側ケース１２の外側はケース１３で覆われ、内側ケース１２と外側ケース１３の両端がステンレス板で塞がれる。磁石群とセラミックス１０が組み込まれたケース１２・１３の二つが向きあって一組となって蝶番１５で連結され、六角柱の中空筒で燃料供給管１を取り巻いて留具１６で固定されるようになっている。尚、燃料供給管１の材質は、非磁性の金属や合金、ゴム等が用いられる。
【００２０】
ガソリン、軽油、液化石油ガス、重油、灯油、またはアルコール類からなる液体燃料の燃料供給管１に、この燃料活性化装置を取り付けて、内燃機関または外燃機関を動作させると、燃料供給管１を通る液体燃料が活性化されることが実験的に証明されている。燃料が活性化される因果関係については、理論的に必ずしも明瞭になってないが、実験的事実に物理的、化学的な理論を加味すると、以下のように推測されている。
【００２１】
この燃料活性化装置を取り付けた燃料供給管１は、その断面方向（燃料進行方向Ｏと直交方向）に、磁石５Ｎの磁極Ｎ→磁石５Ｓの磁極Ｓによる磁力線Ｎ→Ｓの磁極Ｓが通っている。一方、先にも述べたが、液体燃料は多数の分子が会合し大きなクラスターを形成している。磁力線に直交しているところをクラスターとなっている燃料分子が通過すると、電磁誘導により磁気モーメントが発生してその電子の回転が活発化し、分子の揺らぎが大きくなる。その結果、大きなクラスターはより小さな準安定クラスターに分裂し、燃料として活性化する。
【００２２】
管内を液体が通過するときには、液体は管内を回転しながら進む。すなわち液体の進行軌跡はスパイラルを描くことになる。一方、この燃料活性化装置は、燃料供給管１を取り巻く磁石群５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・の磁極Ｎ・Ｎ・Ｎ・・・の軌跡、それと対峙する磁石群５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・の軌跡Ｓ・Ｓ・Ｓ・・・が、夫々スパイラル５ＮＰおよび５ＳＰを描いて対をなしているから、磁力線Ｎ→Ｓの軌跡もスパイラルを描く。そのため、この燃料活性化装置を付けた燃料供給管１を通る液体燃料の分子クラスターは、自己の進行軌跡が磁力線の軌跡により近いものとなり、磁力線の作用をより強くうける。その結果、クラスターの分裂が多く、分裂した小さなクラスターはさらに不安定となり、燃料の活性化がより促進される。
【００２３】
さらにこの燃料活性化装置を取り付けた燃料供給管１を通る液体燃料は、外界からのエネルギー供給を受けてセラミックス１０から放射される４〜１４μｍの遠赤外線に曝されてこれを吸収し、分子の運動が活発となって、温度が上昇する。かかる遠赤外線の作用で、液体燃料の分子クラスターに影響するか否かは明らかとなっていないが、液体燃料の活性化を促進していることは、実験的に明らかになっている。尚、液体燃料は、セラミックスに接触しているほうが遠赤外線が確実に伝搬されて効率がよい。しかし、セラミックスによる液体燃料の汚染を回避し、さらに装置を燃料供給管に取り付ける利便のため、セラミックス１０は、液体燃料から燃料供給管１の外側でケース１２を隔てて配置されている。このように燃料供給管１、ケース１２を隔ててもセラミックス１０から放射される遠赤外線は、液体燃料を昇温させるに足りるだけは伝搬される。
【００２４】
磁力線と遠赤外線の相乗作用により、液体燃料は温度が上昇して粘性が低下して熱機関内で燃料粒子は微細化する上に、その分子クラスターは分裂して小さな準安定クラスターとなって燃料分子あたりの表面積が大きくなり、酸素と接触し易くなる。その結果、燃料は完全燃焼する。
【００２５】
この燃料活性化装置は、ガソリン、軽油、液化石油ガス、重油、灯油、またはアルコール類からなる液体燃料の活性化に有効であるが、重油または軽油の活性化には特に有効である。尚、液体燃料のなかで重油等に不純物として含まれるＦｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ等の金属は、ミセルを形成しており、通常の燃焼後にはスラッジとなるものである。この液体燃料活性化装置を用いた重油は、可燃成分の安定クラスターが準安定クラスターに分裂するのと同様に、ミセルが微小化しているので、これらの金属をスラッジ化させない。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を適用する熱機関用液体燃料活性化装置をディーゼルエンジンの燃料供給管に装着し性能評価した実施例について記載する。
【００２７】
試作評価した本発明の液体燃料活性化装置は、図１、図２、図３に示した装置でスパイラルに並べられた磁石群とセラミックスが並置されている装置である。比較のため、セラミックスだけが燃料供給管を取り巻くように並べられた装置、磁石群だけが燃料供給管を取り巻くように並べられた装置、セラミックスと磁石とが交互に燃料供給方向に並べられて（スパイラルなし）燃料供給管を取り巻いている装置についても性能評価した。さらに比較のため、燃料供給管にセラミックス、磁石ともまったく取り付けていない（未使用）状態でもディーゼルエンジンの性能評価をした。
【００２８】
試験したエンジンは、ヤンマーディーゼル社製の船舶用水冷単気筒ディーゼルエンジン、排気量１０００ｃｃである。燃料は、軽油、Ａ重油、Ｃ重油を使用して実験を行った。
【００２９】
試験項目は、エンジンの爆発圧力試験、点火遅れ（イグニッションラグ：Ｉｇｎｉｔｉｏｎ　Ｌａｇ）、燃料消費量、排出ガス温度、ＣＨ４排出量、ＣＯ排出量、ＮＯｘ排出量、Ｎ２Ｏ排出量、イオウ酸化物排出量、ドライスート（乾燥煤）排出量、粒状物排出量である。
【００３０】
上記の各測定は、排ガス分析機としてＭＥＸＡ−９２００およびＭＥＸＡ−９５００Ｄ（いずれも（株）堀場製作所製）、定容量試料採取装置（ＣＶＳ装置：ＣＦＶ）としてＣＶＳ−９４００Ｔ（（株）堀場製作所製）、ダイナモメータとして小型シャシダイナモメータ（（株）日立製作所）を用いた。
【００３１】
その結果、Ａ重油を使用したとき、７５％のエンジン負荷で液体燃料活性化装置を未使用時に爆発圧力が８Ｍｐａであったが、この液体燃料活性化装置を装着したときには８．６Ｍｐａに向上していた。また最高圧力到達点が１．５度（クランク角度）早く到達するようになった。着火遅れが低回転時に千分の０．１秒早くなることが確認された。液体燃料活性化装置を未装着時に較べて燃料消費量を６％改善できた。またＣＨ４排出量を約８６％、ＮＯｘ排出量を約５％削減できた。
【００３２】
Ｃ重油を使用したときは、液体燃料活性化装置を未使用時に較べ燃料消費量を４．５％改善できた。液体燃料活性化装置を未使用時にＣＨ４が２ｇ／Ｋｗ・ｈ排出されていたものが、全く排出されなくなった。またＣＯ排出量を約５０％削減できた。
【００３３】
軽油を使用したときは、燃料消費量を１０％改善できた。
【００３４】
Ａ重油を使用した各測定結果をグラフで示してある。図７はエンジン負荷２５％における爆発圧力試験の測定結果（ピストン圧／クランク角度）、図８は同じく７５％における爆発圧力試験の測定結果である。図９は点火遅れ／エンジン負荷の測定結果、図１０は燃料消費量／エンジン負荷の測定結果、図１１は排出ガス温度／エンジン負荷の測定結果、図１２はＣＨ４排出量／エンジン負荷の測定結果、図１３はＣＯ排出量／エンジン負荷の測定結果、図１４はＮＯｘ排出量／エンジン負荷の測定結果、図１５はＮ２Ｏ排出量／エンジン負荷の測定結果、図１６はイオウ酸化物排出量／エンジン負荷の測定結果、図１７はドライスート排出量／エンジン負荷の測定結果、図１８は粒状物排出量／エンジン負荷の測定結果である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の熱機関用液体燃料活性化装置で液体燃料を処理すると、液体燃料中の大きな安定クラスターが、分裂して小さな準安定クラスターとなって、燃料は活性化される。この燃料は、完全燃焼し易いので、排気ガス中の一酸化炭素や残留炭化水素や粒子状物質の生成量が低減され、環境を汚染しないうえ、高い出力を得ることができる。そのため燃費が向上する。さらに燃焼が安定化するので、熱機関の振動や騒音が小さく、トルクの発生がフラットになり、さらに厳寒時であっても始動させ易い。また、燃料は粘度が低下し熱機関へ供給しやすくなる。熱機関は、カーボン・スラッジやデポジットが付着しないので劣化し難く、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する熱機関用液体燃料活性化装置の一実施例の要部を示す概略図である。
【図２】その液体燃料活性化装置の具体例を示す一部破断側面図である。
【図３】その液体燃料活性化装置のＡ−Ａ縦断面図である。
【図４】本発明を適用する熱機関用液体燃料活性化装置の別な具体例を示す一部破断側面図である。
【図５】その液体燃料活性化装置のＢ−Ｂ縦断面図である。
【図６】本発明を適用する熱機関用液体燃料活性化装置のさらに別な実施例の要部を示す概略図である。
【図７】エンジン負荷２５％時の爆発圧力測定結果のグラフを示す図である。
【図８】エンジン負荷７５％％時の爆発圧力測定結果のグラフを示す図である。
【図９】点火遅れの測定結果のグラフを示す図である。
【図１０】燃料消費量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１１】排出ガス温度の測定結果のグラフを示す図である。
【図１２】ＣＨ４排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１３】ＣＯ排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１４】ＮＯｘ排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１５】Ｎ２Ｏ排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１６】イオウ酸化物排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１７】ドライスート排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【図１８】粒状物排出量の測定結果のグラフを示す図である。
【符号の説明】
１は燃料供給管、１０はセラミックス、１２は内側ケース、１３は外側ケース、１５は蝶番、１６は留具、１７はヨーク、Ｎ、Ｓはそれぞれ磁極、５Ｎ・５Ｎ・５Ｎ・・・、５Ｓ・５Ｓ・５Ｓ・・・はそれぞれ磁石群、５ＮＰ、５ＳＰはそれぞれスパイラル、Ｏは燃料供給方向である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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