(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石油系液体燃料をセラミックスに接触させて改質する液体燃料の改質方法において、
前記セラミックスが、鉱水をガラス質セラミックスの原材料に添加混合し、この原材料の固形分を溶融成形して得られるガラス質の小球体であり、前記鉱水は５〜２５気圧に加圧した水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記の気圧未満の雰囲気下に曝気する工程とを交互に繰り返して製造した活性化鉱水であることを特徴とする石油系液体燃料の改質方法。
【請求項２】
燃焼機関の液体燃料タンクから燃焼室へ通じる燃料供給経路にカラムを介在させ、このカラム内にセラミックス質の多数の小球体を充填して石油系液体燃料を前記小球体に接触通過させる液体燃料の改質装置において、
前記小球体はガラス質の小球体であって、ガラス質セラミックスの原材料に、５〜２５気圧に加圧した水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程とを交互に繰り返して製造される活性化鉱水を添加混合し、この原材料の固形分を溶融成形して得られるガラス質の小球体であることを特徴とする石油系液体燃料の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関や外燃機関の燃焼効率を向上させるために用いられる石油系液体燃料の改質方法および改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関または外燃タービン機関などの外燃機関には、ガソリン、灯油、軽油、重油、ジェット燃料などの石油系液体燃料が供給されている。
【０００３】
このような石油系の液体燃料は、エンジンの燃費効率をできるだけ向上させると共に、出力性能その他の運転性能を維持または改善し、かつ排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）、炭素質微粒子量をできるだけ低減させるものが好ましい。
【０００４】
通常、そのような好ましい燃焼状態の燃料を得るため、セラミックスを燃料タンク内に吊り下げたり、フューエルパイプの途中に介在させたケーシング内壁に磁石と固定して設けたり、またはセラミックスの小球体をケーシング内に充填して燃焼機関の液体燃料タンクから燃焼室へ通じる燃料供給経路にカラムを介在させた石油系液体燃料の改質装置が、特開平５−２６３７２１号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の液体燃料の改質装置は、セラミックスの材料の種類について何ら具体的に開示したものではなく、特定のセラミックスに対応した改質効果は確実に得られるものではなかった。
【０００６】
また、上記した従来の改質装置に用いられているセラミックス質の小球体は、特にその表面を所定のセラミックス含有プラスチックスで覆ったものであるため、燃料が長期間接する場合により、小球体の表面が脆弱化しかつ粗面化して、液体燃料のケーシング内の流通抵抗が大きくなり、目詰まりする可能性があるという欠点がある。
【０００７】
そこで、この発明は、上記した問題点を解決して、特定のセラミックス材料に特有の液体燃料の優れた改質効果が確実に得られる石油系液体燃料の改質装置および方法を提供することである。
【０００８】
また、この発明の他の課題は、セラミックス質の小球体の使用耐久性が良く、燃料改質装置に目詰まりが起こり難い石油系液体燃料の改質装置および方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願の発明においては、石油系液体燃料をセラミックスに接触させて改質する液体燃料の改質方法において、前記セラミックスが、鉱水をガラス質セラミックスの原材料に添加混合し、この原材料の固形分を溶融成形して得られるガラス質の小球体であり、前記鉱水は５〜２５気圧に加圧した水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記の気圧未満の雰囲気下に曝気する工程とを交互に繰り返して製造した活性化鉱水であることを特徴とする石油系液体燃料の改質方法としたのである。
【００１０】
または、燃焼機関の液体燃料タンクから燃焼室へ通じる燃料供給経路にカラムを介在させ、このカラム内にセラミック質の多数の小球体を充填して石油系液体燃料を前記小球体に接触通過させる液体燃料の改質装置において、前記小球体はガラス質の小球体であって、５〜２５気圧に加圧した水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程とを交互に繰り返して製造される活性化された鉱水をガラス質セラミックスの原材料に添加混合し、この原材料の固形分を溶融成形して得られるガラス質の小球体であることを特徴とする石油系液体燃料の改質装置としたのである。
【００１１】
上記した発明に用いる所定方法で製造される活性化鉱水は、特公平４−７４０７４号公報に開示されている製法で得られる周知のものである。このような活性化鉱水は、水分子のクラスターが小さくなっている（単分子水またはそれに近いもの）など、分子レベルで水の状態が変化しているものと考えられており、また接触通過した鉱物性無機物質から溶出した無機イオン（例えば２価または３価の無機イオン、例えば鉄イオンなど）を含み、また種々の物質によく浸透する物性がある。
【００１２】
上記の所定方法で製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加混合するか、または活性化鉱水にガラスの原材料を浸漬した後、ろ過などにより分離するなどの手法で接触させると、ガラスの原材料に対して、活性化鉱水およびこれに溶出した鉱物性無機物質由来の無機イオンが添加され、また活性化鉱水の物理化学的な性質がガラスの原材料にうつるようになる。
【００１３】
因みに、ガラスは、分子やイオンの配列が液体に似て、結晶のような規則性がなく、高粘度のために流動性を失っていて外見上は固体の性質を示すものである。
【００１４】
このようにして所定の鉱物性無機イオンを含むガラス質の粒体は、石油系液体燃料に接触した際に、触媒的な作用、もしくはパラフィン系炭化水素やナフテン系炭化水素の分子を励起するなどの何らかの物理化学的作用を及ぼし、その結果、燃料の燃焼効率が高まるものと考えられる。
【００１５】
このようにして液体燃料が、完全燃焼に近い状態で燃焼すると、排気ガス中の一酸化炭素濃度、炭化水素濃度およびカーボン粒子濃度は減少すると考えられる。
【００１６】
また、表面がガラス質のセラミックスの小球体を使用するので、表面が硬質で使用耐久性が良く、また小球体の表面に汚れがつき難いので、燃料改質装置に目詰まりが起こり難い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明に用いる活性化鉱水は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させ、接触通過した水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気し、これらの工程を順に繰り返して製造され、含有成分からみると、鉱物性無機化合物を含有するいわゆる鉱水と同じ組成のものである。
【００１８】
このような活性化鉱水は、所定の圧力で鉱物性無機物質に接触した際に、これから溶出した無機イオン（例えば２価または３価の無機イオン）を含有し、また活性化鉱水の水分子を構成するクラスターは、通常の水分子のクラスターよりも小さくなっていると考えられる。そのため活性化鉱水は、製造中から次第に鉱物性無機物質に対する浸透性および溶解性が高まり、多くの無機イオンを含有していると考えられる。
【００１９】
因みに、玄武岩、安山岩、磁鉄鉱の主な成分は、ＳｉＯ2  、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3  、Ｆｅ2  Ｏ3  、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ2  Ｏ、Ｋ2  Ｏである。
【００２０】
５〜２５気圧に加圧された水を使用して鉱物性無機物質に接触通過させる理由は、５気圧未満の低圧では活性化鉱水の製造効率が悪く、生成された鉱水の浸透性向上などの作用が不充分だからであり、また加圧の上限は、２５気圧を越える加圧水を接触させても活性化鉱水にそれ以上に変化が見られず、却って実用性を失するからである。
【００２１】
また、曝気した際に加圧された水は大気圧まで減圧されるが、その後に再加圧する工程を組み入れて減圧と加圧を繰り返す製造工程は、活性化鉱水に特有の物性を得るために必要であると考えられている。
【００２２】
活性化鉱水は、ガラスの原材料に対して添加された後に蒸発するので、添加時に効率よくガラスの原材料と接触させることが重要であり、少なくとも５重量％以上を添加し、混合することによってガラスの原材料に接触した効果が生じ、製造されたガラス球体に所期した作用効果が奏される。
【００２３】
この発明に用いるガラス質セラミックスの原材料は、常温で非結晶の無機成分からなる固体材料である。この発明に用いられるガラス質セラミックスの主原料および種類の代表例としては、以下のものが挙げられる。すなわち、主原料としては、ＳｉＯ2  、Ｂ2  Ｏ3  、Ａｌ2  Ｏ3  、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＰｂＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2  Ｏなどの周知のガラス原材料が挙げられる。また、このような原材料を用いた一般的なガラスの種類としては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどが挙げられる。
【００２４】
そして、上述のガラスの原材料を溶融成形し、ガラス質の小球状に成形する。
また、装置内を通過する流通抵抗を過剰にしない程度に円柱状、角柱状、薄片状、楕円球状、リング状その他の周知のペレットや粒形状の粒体を混合しても良い。
【００２５】
因みに、ガラスの原材料を球状その他の粒状に溶融成形すると、その表面は緻密で滑らかなガラス質になる。なお、予め諸種の粒状に成形したセラミックス粒や鉄などの金属粒を設け、この表面に溶融したガラスを層状に被覆し硬化させて粒状に形成したものを採用することもできる。
【００２６】
このようなガラス質の粒体に排気ガスが効率よく接触通過するように、ガラス質の粒体を充填したカラムに液体燃料を流通させる方法および装置を以下に添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１および図２に示すように、石油系液体燃料の改質方法および装置に係る発明の実施形態は、後述の所定方法によって調製したガラス質の小球体１を設け、この小球体１をステンレス合金製の円筒状カラム２の内部に充填したものであり、カラム２はその両端部をそれぞれ多孔板（パンチングメタル）３およびこれに重ねて設けたステンレス鋼製の網板４で仕切って小球体１がカラム２の外に漏れ出ないようにしており、ガラス質の小球体１を追加または交換するためにカラム２の一端部分を開閉（端部着脱）可能に形成している。なお、カラム２の一端の開閉構造は、パッキンを介して対向する２つのフランジ５を密接し、その際にクランプ６で締め付けてフランジ５同士を液密に密接させる周知の継手構造を採用している。
【００２８】
カラム２に充填されるガラス質の小球体１は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料の溶融物を周知のガラス玉製造装置（ビー玉製造装置を利用してもよい。）を用いて小球体に成形したものである。カラム２内のガラス質の小球体１は、隣接した球体間に連通する隙間が形成されて、この隙間を経由してガソリンなどの液体燃料が円滑に通過可能なようにしており、好ましくは直径０．５〜２ｃｍ程度の球状、より好ましくは直径１〜１．５ｃｍの球状の大きさである。
【００２９】
図３に示すように、カラム２は、通常、自動車の内燃機関（エンジン）７に液体燃料を供給する配管の途中に配置される。図示したカラム２の配置は、燃料タンク８から燃料ポンプ（モータと一体のロータリーポンプ）９で燃料噴射装置（インジェクタ）１０に供給される燃料供給経路のうち、燃料ポンプ９の下流側に配置された燃料流の脈流を抑えるダンパ１１と燃料フィルタ１２との間にカラム２を配置した例であり、液体燃料を供給する配管の途中であれば、適宜に他の箇所にカラム２を一つ以上配置してもよい。
【００３０】
このように燃料供給経路に配置された燃料の改質装置を通過した液体燃料は、燃料フィルタ１２を通過して浄化された後、脈動のない所要の流速で燃料噴射装置１０に供給されているため、安定して燃焼効率を改善する。
【００３１】
【実施例】
〔実施例１〕
カラム内に充填した粒状の玄武岩に１５〜２５気圧に加圧された水を接触通過させ、この水を大気圧下の貯水槽に曝気し、これらの工程を繰り返して２４時間循環させて製造した活性化鉱水を製造した。
【００３２】
この活性化鉱水は、ガラスの粉末状原材料（耐熱ガラスＳｉＯ2    ７１．５％、Ｂ2 Ｏ3   １２．０％、Ａｌ2  Ｏ3    ５．０％、Ｎａ2  Ｏ  １１．０％、ＣａＯ  ０．３％）の石英ガラスに１０重量％添加することによって接触させ、この原材料を乾燥させた後に溶融し、周知のガラス玉（ビー球）製造装置によってガラス質の小球体（直径約１．５ｃｍの球状体）を成形した。
【００３３】
得られたガラス質の小球体を、直径（内径）１００ｍｍで長さ４００ｍｍのステンレス合金製カラムに充填し、ガソリン燃料の乗用車（ホンダ技研工業社製、ステップワゴン、排気量２０００ｃｃ、）の燃料供給配管における燃料ポンプの下流側に配置されたダンパと燃料フィルタの間に前記カラムを連結して取り付けた。そして、この燃料改質装置の非装着時および装着後のエンジン回転速度計数値（ｒｐｍ）とトルク（Ｎｍ）との関係、およびエンジン出力（Ｋｗ）とエンジン回転速度計数値（ｒｐｍ）との関係を測定し、その結果を図４および図５に示した。
【００３４】
図４および図５の結果からも明らかなように、燃料改質装置を装着した被験乗用車のトルクおよび出力は、約３６００ｒｐｍ以上の高回転速度の条件で同装置を非装着の被験乗用車に比べてトルクが上回る特性を示した。このことから所定流速以上で燃料が燃料改質装置を通過することによって、燃焼効率が良く改善されていることがわかる。
【００３５】
また、同じ燃料改質装置をディーゼル式内燃機関を搭載した貨物自動車（いすず自動車社製、型式ＫＣ−ＦＲＲ３３  Ｌ２Ｇ、排気量８．２２リットル）に装着したところ、約３６００ｒｐｍ以上の高回転速度の条件で同装置を非装着の被験乗用車に比べて出力が上回る特性を示し、ガソリン車の場合と同様に燃焼効率が改善されていることが判明した。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、所定方法で製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加混合し、この原材料を溶融成形したガラス質の小球体に液体燃料を接触通過させる燃料の改質方法および装置としたので、特定のセラミックス材料によって液体燃料の優れた改質効果が確実に得られ、内燃機関であるエンジンのトルクや出力が顕著に向上するという好結果が得られる石油系液体燃料の改質装置および改質方法である。
【００３７】
また、上記の利点に加えて、表面がガラス質のセラミックスの小球体を使用するので、表面が硬質で使用耐久性が良く、また小球体の表面に汚れがつき難いので、燃料改質装置に目詰まりが起こり難い石油系液体燃料の改質装置および方法を提供できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】石油系液体燃料の改質装置に係る発明の実施形態を一部切り欠いて示す斜視図
【図２】実施形態のカラムの蓋を取り除いて示すカラム端部の端面図
【図３】石油系液体燃料の改質装置の使用状態を説明する燃料の供給経路図
【図４】燃料改質装置の非装着時または装着後における自動車のエンジン回転速度とトルクとの関係を示す図表
【図５】燃料改質装置の非装着時または装着後の自動車のエンジン出力とエンジン回転速度との関係を示す図表
【符号の説明】
１  小球体
２  カラム
３  多孔板
４  網板
５  フランジ
６  クランプ
７  内燃機関
８  燃料タンク
９  燃料ポンプ
１０  燃料噴射装置
１１  ダンパ
１２  燃料フィルタ
【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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