(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均微粒子径が０．０５ｎｍ〜２００ｎｍである銀及び／又は酸化銀の微粒子が、水、アルコール、ケトン、グリコールエーテル、水溶性の含窒素有機化合物、酢酸エチル、または、ミネラルスピリット、トリデカン、ドデシルベンゼン若しくは前記ミネラルスピリット、前記トリデカン、前記ドデシルベンゼンの混合物による媒質に分散されていることを特徴とする燃料活性剤。
【請求項２】
前記微粒子がコロイド状態で含有されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料活性剤。
【請求項３】
前記微粒子が５〜２０００ｐｐｍの濃度で分散されたコロイド状溶液１０容量部に対し、水溶解性が高く、燃料への油溶性に優れた有機化合物である、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アルデヒド類、グリコール類の分散媒４５０〜４７５０容量部を含有していることを特徴とする請求項２に記載の燃料活性剤。
【請求項４】
前記微粒子が分散されたコロイド状溶液が、１ｋＶ〜５０００ｋＶの高電圧が印加されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料活性剤。
【請求項５】
平均微粒子径が０．０５ｎｍ〜２００ｎｍである銀及び／又は酸化銀の微粒子を燃料とともに燃焼させることを特徴とする燃料の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料に添加して燃料を活性化させる燃料活性剤及び燃料の燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気の汚染や温暖化等の生活環境への影響に鑑み、加熱炉，熱処理炉，溶解炉等の工業用加熱炉、ボイラ、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の燃焼装置の燃焼効率の改善や、排気ガス中の環境汚染物質を減少させるために種々の試みがなされている。例えば、燃焼装置内の燃料の燃焼を促したり、燃料の燃焼によって発生する排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ），ハイドロカーボン，窒素酸化物（ＮＯｘ）等の環境汚染物質を低減させたりするため、種々の添加剤や技術が開発されている。
このような従来の技術としては、（特許文献１）に「リチウム，ナトリウム，カルシウム，カリウム，チタン，マグネシウム，銅，アルミニウム，シリコン，マンガン，鉄，コバルト，ニッケルの電子番号が３０以下の金属或いは化合物の一種又は二種以上を１０００Å以下の微細粒子とし、この微細粒子の表面を不飽和脂肪酸で処理したものを燃料とともに燃焼させるようにした有害物質の抑制方法」が開示されている。
（特許文献２）には、「タングステン又はその化合物を界面活性剤とともに燃焼雰囲気若しくは燃料に添加することを特徴とする燃焼方法」が開示されている。
（特許文献３）には、「白金，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，オスミウム，イリジウム等の白金族の２〜３ｎｍの微粒子を分散させた貴金属コロイドを燃料に添加して、燃費を向上させる技術」が開示されている。
【特許文献１】特公昭５８−２８３１９号公報
【特許文献２】特公平１−２３６８１号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、電子番号が３０以下の金属等の微細粒子が火炎中で活性酸素と反応するため、活性窒素と活性酸素との反応が抑制され窒素酸化物の生成が抑制されるとともに、燃焼効率を高め煤煙の発生を抑制できるというものであるが、窒素酸化物や煤煙の抑制効果はそれほど大きなものではなく、またディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の燃費については検証されておらず改善効果は不明であり、このため汎用性に欠けるという課題を有していた。
（２）（特許文献２）に開示の技術は、燃焼雰囲気や燃料に添加されたタングステン又はその化合物が炉内で酸化され、発生した三酸化タングステンが炉内雰囲気中に飛散して熱輻射を高めるため炉内の熱効率が向上するものであり、軽質油、ガス燃料の他、Ｂ重油やＣ重油等の重質油に適用できるものであるが、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の燃費については検証されておらず、改善効果は不明であり汎用性に欠けるという課題を有していた。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、白金族の微粒子を用いているので資源の枯渇のおそれがあり、また地金が高価でコスト性に欠けるという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、燃料に添加して一緒に燃焼させると、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができ、理想的な燃焼状態に近づけて燃料消費量を少なくさせ燃費を安定性良く向上させられるとともに二酸化炭素の排出量を減らすことができ、さらに窒素酸化物の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる環境保全性に優れた燃料活性剤を提供することを目的とする。
また、本発明は、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができ、理想的な燃焼状態に近づけて燃料消費量を少なくさせ燃費を向上させられるとともに、二酸化炭素の排出量を減らすことができ、さらに窒素酸化物の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる環境保全性に優れる燃料の燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために本発明の燃料活性剤及び燃料の燃焼方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の燃料活性剤は、平均微粒子径が０．０５ｎｍ〜２００ｎｍである銀及び／又は酸化銀の微粒子が、水、アルコール、ケトン、グリコールエーテル、水溶性の含窒素有機化合物、酢酸エチル、または、ミネラルスピリット、トリデカン、ドデシルベンゼン若しくは前記ミネラルスピリット、前記トリデカン、前記ドデシルベンゼンの混合物による媒質に分散された構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）銀や酸化銀の微粒子が分散されているので、燃料に添加して一緒に燃焼させると、微粒子が火炎中に微細な固体として存在するので、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができる。このため、燃料消費量を少なくすることができ、燃費を向上させることができるとともに二酸化炭素の排出量を減らすことができる。
（２）酸化された微粒子の触媒作用により、燃焼装置内の温度や圧力が低い条件下でも、還元剤として機能する燃料中の炭化水素（ＨＣ）の酸素化を促進させるので、ＮＯｘ＋ＨＣ＋Ｏ2→Ｎ2＋ＣＯ2＋Ｈ2Ｏのように、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる。
【０００６】
ここで、銀や酸化銀としては、Ａｇ、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３等が用いられる。燃料との濡れ性を高めるため、微粒子の表面を不飽和脂肪酸等で表面処理してもよい。
【０００７】
銀や酸化銀の微粒子の平均粒子径としては、２００ｎｍ以下、入手できるものとして０．０５〜２００ｎｍ好ましくは０．１〜１００ｎｍが好適に用いられるが、小さければ小さいほど良い。微粒子の平均粒子径が１００ｎｍより大きくなるにつれ酸化された微粒子による触媒作用が低下し、排ガス中の黒鉛や窒素酸化物の排出量の抑制効果が低下する傾向がみられ、特に２００ｎｍより大きくなると、この傾向が著しくなる。また、微粒子の平均粒子径が０．１ｎｍより小さくなるにつれ微粒子の製造コストが増加する傾向がみられ、０．０５ｎｍより小さくなると、この傾向が著しくなる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料活性剤であって、前記微粒子がコロイド状態で含有されている構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）微粒子がコロイド状態で含有されているので、微粒子を凝集させることなくほぼ一次粒子の状態で燃料活性剤中に分散させることができ、燃焼効率の向上効果や窒素酸化物、黒鉛等の排出量低減効果のばらつきを少なくすることができる。
（２）コロイド状態の微粒子は銀や酸化銀の微粒子を核に媒質が取り巻いていており界面活性効果を有しているので、燃料を微細化し噴霧性及び拡散性を高めることができエネルギー転換率を向上させる。
【０００９】
ここで、微粒子がコロイド状態で分散されたコロイド状溶液の媒質としては、精製水，蒸留水等の水、メタノール，エタノール，ｎ−プロパノール，２−プロパノール，ｔ−ブチルアルコール，グリセリン，ジプロピレングリコール，エチレングリコール，ポリエチレングリコール等のアルコール、アセトン，メチルエチルケトン等のケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル，エチレングリコールモノエチルエーテル，エチレングリコールモノブチルエーテル，ジエチレングリコールモノメチルエーテル，ジエチレングリコールモノエチルエーテル，ジエチレングリコールモノブチルエーテル，ジエチレングリコールジメチルエーテル，ジエチレングリコールジエチルエーテル，トリエチレングリコールモノブチルエーテル，ジプロピレングリコールモノメチルエーテル，ジプロピレングリコールモノエチルエーテル，トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル、２−ピロリドン，Ｎ−メチルピロリドン等の水溶性の含窒素有機化合物、酢酸エチル等が用いられる。また、ミネラルスピリット、トリデカン、ドデシルベンゼン若しくはそれらの混合物等も用いることができる。
なかでも、媒質として精製水，蒸留水等の水が好適に用いられる。水を燃料中に分散させることにより燃料の引火点を上げることができ、自動車用ガソリンエンジン等のような火花点火機関に用いる燃料の場合には、ミスファイアを防止できるからである。また、ＯＨ基を有するアルコール類等の分散媒と水が結合し、燃料内に銀等の微粒子を安定して分散させることができるからである。
【００１０】
コロイド状溶液における微粒子の濃度としては、５〜２０００ｐｐｍ好ましくは１０〜２００ｐｐｍが好適に用いられる。濃度が１０ｐｐｍより低くなるにつれ燃焼効率の向上効果や窒素酸化物，黒鉛，未燃焼ガスの排出抑制効果が低下する傾向がみられ、２００ｐｐｍより高くなってもコロイド状溶液のコスト増に見合うだけの効果が得られ難くなる傾向がみられる。特に、５ｐｐｍより低くなるか２０００ｐｐｍより高くなると、これらの傾向が著しいためいずれも好ましくない。
【００１１】
コロイド状溶液の製造方法としては、水や有機溶媒の媒質中に複数の銀製の電極を間隔をあけて浸漬した後、電極間に電圧を印加して、銀製の電極から銀を微粒子化させて媒質中に分散させて製造することができる。
また、硝酸銀，メタンスルホン酸銀等の銀化合物を水や有機溶媒に溶解し、銀の微粒子と親和性の高い親和基を有する分散剤を加えた後、水素化ホウ素ナトリウム等のアルカリ金属水素化ホウ素塩、ヒドラジン化合物、クエン酸又はその塩、コハク酸又はその塩、アミン等の還元剤を加える等の手段によって還元し銀の微粒子を析出させる液相還元法によって製造することもできる。
また、気相中で成長過程の銀微粒子にミネラルスピリット、トリデカン、ドデシルベンゼン若しくはそれらの混合物等の高沸点の有機溶媒の蒸気を接触させて、銀の微粒子を冷却し回収することで、有機溶媒の媒質中に微粒子を分散させたコロイド状溶液を製造することもできる。
以上のように、媒質中に浸漬した銀製電極から微粒子を製造する方法、媒質中に微粒子を析出させる方法によってコロイド状溶液を製造することにより、微粒子が凝集するのを防ぎ分散性を高め、さらに微粒子の粒度分布のばらつきを小さくして燃焼効率にばらつきが生じる問題を防止することができる。
【００１２】
本発明の燃料活性剤は、燃料１００容量部に対して、コロイド状溶液の添加量が０．０００１〜０．１容量部好ましくは０．０００３〜０．０１容量部になるように添加されるのが好適である。
燃料１００容量部に対するコロイド状溶液の添加量が０．０００３容量部より少なくなるにつれ燃焼効率の向上効果や窒素酸化物等の抑制効果が現れにくくなる傾向がみられ、０．０１容量部より多くなるにつれコロイド状溶液の添加量の増加に見合った燃焼効率等の向上効果が現れ難くなる傾向がみられる。特に、０．０００１容量部より少なくなるか０．１容量部より多くなると、これらの傾向が著しいためいずれも好ましくない。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料活性剤であって、前記微粒子が５〜２０００ｐｐｍの濃度で分散されたコロイド状溶液１０容量部に対し、水溶解性が高く、燃料への油溶性に優れた有機化合物である、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アルデヒド類、グリコール類の分散媒４５０〜４７５０容量部好ましくは５００〜３２００容量部を含有している構成を有している。
この構成により、請求項２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）分散媒を含有しているので、コロイド状溶液を燃料中に均一に分散させ燃料の完全燃焼を図ることができる。
（２）コロイド状溶液と分散媒との界面活性効果によって燃料の動粘度を低下させ、燃料パイプの内面等に燃料が付着するのを防止できる。
【００１４】
ここで、分散媒としては、エタノール，プロパノール，ブタノール等のアルコール類、メチル−ｔ−ブチルエーテル等のエーテル類、アセトン等のケトン類、アルデヒド類、グリコール類等の水溶解性が高く、燃料への油溶性に優れた有機化合物等が用いられる。
【００１５】
分散媒の含有量が、５００容量部より少なくなるにつれコロイド状溶液の分散性が悪く噴霧性等が低下し燃焼効率が低下する傾向がみられ、３２００容量部より多くなるにつれ燃料の引火性を低下させてミスファイアが発生し易くなる傾向がみられる。特に、４５０容量部より少なくなるか４７５０容量部より多くなると、これらの傾向が著しいためいずれも好ましくない。
【００１６】
分散媒の他、コロイド状溶液１０容量部に対し、別途、界面活性剤２０〜５００容量部好ましくは２２〜３４０容量部を含有させることもできる。
これにより、以下のような作用が得られる。
（１）分散媒やコロイド状溶液を、より均一に燃料中に分散させ流動性を均一にして噴霧性を向上させ、燃焼効率をより安定化させることができる。
（２）界面活性剤が燃料活性剤に含まれる水分を燃料中に分散させて微粒子化させるので、燃料タンク等の金属部に錆が発生したり気化器やフィルタ等が水分によって凍結するのを防止することができる。
【００１７】
ここで、界面活性剤としては、クロム，コバルト，銅等のナフテン酸塩やスルホン酸塩を含有する金属化合物、アルコールの硫酸エステル等が用いられる。
【００１８】
分散媒の他、コロイド状溶液１０容量部に対し、別途、エマルジョン破壊剤２０〜５００容量部好ましくは２２〜３４０容量部を含有させることもできる。
これにより、以下のような作用が得られる。
（１）エマルジョン破壊剤を含有させることで、燃料中の水分が原因で生成されるエマルジョンを破壊して、エマルジョンによって燃料の流動性が低下したりフィルタを詰まらせたりするのを防止することができる。
【００１９】
エマルジョン破壊剤としては、ポリプロピレングリコールと酸化エチレンの共重合体、ヒドロキシアミン重合物、アルキルナフタリンスルホン酸のアミン塩等が用いられる。
なお、エマルジョン破壊剤と界面活性剤を一緒に含有させてもよい。
【００２０】
コロイド状溶液１０容量部に対する界面活性剤やエマルジョン破壊剤の含有量が２２容量部より少なくなるにつれ、コロイド状溶液等の分散性が乏しく燃焼効率にばらつきが生じる傾向がみられ、３４０容量部より多くなるにつれ、分散効果はほとんど変わらないが燃料の引火点が高くなり燃焼し難くなる傾向がみられる。特に、２０容量部より少なくなるか５００容量部より多くなると、これらの傾向が著しいためいずれも好ましくない。
【００２１】
また、コロイド状溶液１０容量部に対し、金属腐食防止剤５〜１００容量部好ましくは８〜７０容量部を含有させることもできる。
これにより、以下のような作用が得られる。
（１）燃料中に存在する微量水分のために燃料に接触する金属に錆が発生するのを防止することができる。
【００２２】
ここで、金属腐食防止剤としては、セチルアミン等の脂肪酸アミン類、石油スルホン酸バリウム等の石油又は合成スルホン酸の金属塩、フェニールステアリン酸等のナフテン酸のエステル類、リン酸アルキルアミン等の有機リン化合物、スルホン酸アンモニウム等の窒素化合物、金属石鹸等の極性基を有する有機化合物等が用いられる。
【００２３】
コロイド状溶液１０容量部に対する金属腐食防止剤の含有量が８重量部より少なくなるにつれ燃料中に存在する微量水分のために燃料に接触する金属に錆が発生する傾向がみられ、７０容量部より多くなるにつれ燃料タンク等の金属部分の劣化が早くなるとともに金属が燃料に溶け込み燃焼の妨げとなる傾向がみられる。特に、５容量部より少なくなるか１００容量部より多くなると、これらの傾向が著しくなるためいずれも好ましくない。
【００２４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の燃料活性剤であって、前記微粒子が分散されたコロイド状溶液が、１ｋＶ〜５０００ｋＶ好ましくは５００ｋＶ〜１０００ｋＶの高電圧が印加された構成を有している。
この構成により、請求項２又は３で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）コロイド状溶液に高電圧を印加すると、発明者らが行った実験の結果、燃焼装置の燃費を向上させられることがわかった。この理由は、高電圧を印加することでコロイド状溶液の溶媒和を促進させ安定化させられることと関係しているのではないかと推察している。
【００２５】
ここで、コロイド状溶液に印加する電圧が５００ｋＶより低くなるにつれ燃費の向上効果が小さくなる傾向がみられ、１０００ｋＶより高くなるにつれ電圧印加装置が大型化するばかりで印加電圧増に見合うだけの効果が得られ難くなる傾向がみられる。特に１ｋＶより低くなるか５０００ｋＶより大きくなると、これらの傾向が著しくなるため好ましくない。
【００２６】
本発明の請求項５に記載の燃料の燃焼方法は、平均微粒子径が０．０５ｎｍ〜２００ｎｍである銀及び／又は酸化銀の微粒子を燃料とともに燃焼させる構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）銀や酸化銀の微粒子を燃料とともに燃焼させると、微粒子が火炎中に微細な固体として存在するので、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができる。このため、燃料消費量を少なくすることができ、燃費を向上させることができるとともに二酸化炭素の排出量を減らすことができる。
（２）酸化された微粒子の触媒作用により、温度や圧力が低い条件下でも、還元剤として機能する燃料中の炭化水素（ＨＣ）の酸素化を促進させるので、ＮＯｘ＋ＨＣ＋Ｏ2→Ｎ2＋ＣＯ2＋Ｈ2Ｏのように、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる。
【００２７】
ここで、燃料としては、自動車ガソリン、航空ガソリン、ジェット燃料油（航空タービン燃料油）、ディーゼル燃料油、自動車や産業機械等の小型高速ディーゼル機関に使用される軽油、小型の中速ディーゼル機関，船舶用の大型低速機関，工業炉用燃料等に使用される重油、ストーブ，給湯器，ボイラ等の小型燃焼器に使用される灯油、ナフサ、合成油、廃油等の炭化水素液体燃料が用いられる。
【００２８】
銀や酸化銀の微粒子は、燃料とは別にして燃焼装置の火炎内に直接投入することができる。工業用加熱炉、ボイラ等のような燃焼装置の場合に適している。
また、重油等の粘性のある燃料の場合には、濡れ性を改善するため微粒子の表面を不飽和脂肪酸等で表面処理したり、あるいは表面処理しないで燃料に強制的に分散させ、燃料とともに燃焼装置に供給することができる。
また、微粒子を有機溶剤や界面活性剤等を用いて燃料中に分散させたり、本発明の燃料活性剤に分散させて、燃料とともに燃焼装置に供給することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明の燃料活性剤及び燃料の燃焼方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）燃料に添加して一緒に燃焼させると、微粒子が火炎中に微細な固体として存在するので、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができ、理想的な燃焼状態に近づけて燃料消費量を少なくさせ燃費を向上させられるとともに、二酸化炭素の排出量を減らすことができる環境保全性に優れた燃料活性剤を提供することができる。
（２）温度や圧力が低い条件下でも、還元剤として機能する燃料中の炭化水素（ＨＣ）の酸素化を促進させるので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる環境保全性に優れた燃料活性剤を提供することができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）微粒子を凝集させることなくほぼ一次粒子の状態で燃料活性剤中に分散させることができ、燃焼効率の向上効果や窒素酸化物、黒鉛等の排出量低減効果のばらつきの少ない燃料活性剤を提供することができる。
（２）燃料を微細化し噴霧性及び拡散性を高めることができエネルギー転換率を向上させる燃料活性剤を提供することができる。
【００３１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加え、
（１）コロイド状溶液を燃料中に均一に分散させ燃料の完全燃焼を図ることができ、理想的な燃焼状態に近づけて燃料消費量を少なくさせ燃費を向上効果の高い燃料活性剤を提供することができる。
（２）コロイド状溶液と分散媒との界面活性効果によって燃料の動粘度を低下させ、燃料パイプの内面等に燃料が付着するのを防止できる燃料活性剤を提供することができる。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３の効果に加え、
（１）コロイド状溶液に高電圧を印加することによって、燃焼装置の燃費をばらつきなく向上させられることができ安定性に優れた燃料活性剤を提供することができる。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、
（１）微粒子が火炎中に微細な固体として存在するので、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができ、理想的な燃焼状態に近づけて燃料消費量を少なくさせ燃費を向上させられるとともに、二酸化炭素の排出量を減らすことができる環境保全性に優れた燃料の燃焼方法を提供することができる。
（２）温度や圧力が低い条件下でも、還元剤として機能する燃料中の炭化水素（ＨＣ）の酸素化を促進させるので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる環境保全性に優れた燃料の燃焼方法を提供することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実験例１）
銀（純度９９．９９％）の微粒子（平均粒径０．１ｎｍ）を精製水に分散させたコロイド状溶液０．５ｖｏｌ％（濃度２０ｐｐｍ、商品名：コロイドシルバー）、分散媒としてのイソプロピルアルコール９８．０ｖｏｌ％、金属腐食防止剤としての石油スルホン酸バリウム１．５ｖｏｌ％を混合して、実験例１の燃料活性剤を得た。
（実験例２）
１ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例２の燃料活性剤を得た。
（実験例３）
１０ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例３の燃料活性剤を得た。
（実験例４）
５０ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例４の燃料活性剤を得た。
（実験例５）
１５０ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例５の燃料活性剤を得た。
（実験例６）
３００ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例６の燃料活性剤を得た。
（実験例７）
６００ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例７の燃料活性剤を得た。
（実験例８）
９００ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液を用いた以外は、実験例１と同様に配合して実験例８の燃料活性剤を得た。
【００３５】
（試験例１）
排気量６６０ｃｃ、車両重量８２０ｋｇの軽自動車（スズキ・エブリィ）の燃料タンクを燃料（ガソリン）で満タンにした後、高速道路を走行して片道４４ｋｍの距離を９０ｋｍの平均時速で一日一回一往復した。これを三日間行い平均の燃費を計算したところ１０．８ｋｍ／Ｌであった。
次に、燃料タンクを満タンにして実験例１の燃料活性剤を０．２Ｌ添加した後、同様に一日一回一往復、三日間走行し平均の燃費を計算した。実験例２〜８の燃料活性剤も同様にして、各々を添加したときの平均の燃費を計算した。なお、燃料活性剤の種類を変えるときは、燃料をドレン抜きし燃料フィルタを交換した後、新しい燃料を充填し、燃料活性剤を添加した。
図１は実験例１〜８の燃料活性剤についてコロイド状溶液に印加した電圧と燃費の関係を示す図である。燃費は、三日間の走行の最小値、最大値及び平均値を示している。
以上の結果、本実験例の燃料活性剤を燃料に添加することによって、燃費が６％以上向上することが明らかになった。また、１ｋＶ以上の高電圧を印加したコロイド状溶液を配合した実験例２〜８の燃料活性剤を燃料に添加することによって、さらに燃費を向上させられることが明らかになった。特に、５００ｋＶ以上の電圧を印加したコロイド状溶液を配合した燃料活性剤（実験例７，８）は燃費が１２％以上高くなり、９００ｋＶの電圧を印加したコロイド状溶液を配合した燃料活性剤（実験例８）では平均燃費は１２．８ｋｍ／Ｌになり、燃料活性剤を添加していない場合と比べ、燃費が２０％近く高くなることが明らかになった。
【００３６】
（実験例９）
実験例１と同じコロイド状溶液に９００ｋＶの直流電圧を２秒間印加したコロイド状溶液０．４ｖｏｌ％、分散媒としてのイソプロピルアルコール９４．４ｖｏｌ％、界面活性剤としての第２高級アルコール硫酸エステル塩４．０ｖｏｌ％、金属腐食防止剤としての石油スルホン酸バリウム１．２ｖｏｌ％を混合して実験例９の燃料活性剤を得た。
（試験例２）
シャシダイナモメータを使って排気量１８０９ｃｃ、車両重量１２３０ｋｇの自動車（日産製、ローレルＥ−ＦＣ３３、手動５速）を定速走行させ、走行時速４０ｋｍ（４速）、６０ｋｍ（５速）、８０ｋｍ（５速）、１００ｋｍ（５速）のときの燃費を測定した。測定は、ガソリンを満タンにした場合（燃料活性剤無添加）、満タンのガソリン（５０Ｌ）に実験例９の燃料活性剤を０．２Ｌ添加した場合について各々行った。なお、燃料活性剤を添加した場合は、慣らし運転を約３時間（２５０ｋｍ走行）行った後の燃費を測定した。
表１は燃料活性剤を添加していないガソリンの場合（無添加）、満タンのガソリン（５０Ｌ）に実験例９の燃料活性剤を０．２Ｌ添加した場合（添加）の、走行時速毎の燃費（ｋｍ／Ｌ）の一覧表である。
【００３７】
【表１】
0004436308.tif 000002
【００３８】
表１から、全ての走行速度において、燃料活性剤を添加した場合は無添加の場合よりも燃費を向上させられることが確認された。なお、燃料活性剤を添加した状態で、シャシダイナモメータ上で約１０時間、約６００ｋｍ走行したが、エンジンや車両に不具合は全くみられなかった。
【００３９】
（試験例３）
シャシダイナモメータを使って排気量１９７０ｃｃ、車両重量１４１０ｋｇの自動車（トヨタ製、タウンエースＫＢ−ＣＲ５１Ｖ）を定速走行させ、走行時速２０ｋｍ、４０ｋｍ、６０ｋｍ、８０ｋｍのときの２分間の燃料消費量（単位：ｃｃ）、排ガス中の黒鉛量を測定した。なお、測定は、軽油を満タンにした場合（燃料活性剤無添加）、満タンの軽油５５Ｌに実験例９の燃料活性剤を０．２Ｌ添加した場合について各々行った。
表２は燃料活性剤を添加していない軽油の場合（無添加）、満タンの軽油に実験例９の燃料活性剤を０．２Ｌ添加した場合（添加）の、走行時速毎の２分間の燃料消費量（ｃｃ）、黒鉛量（％）の一覧表である。
【００４０】
【表２】
0004436308.tif 000003
【００４１】
表２から、燃料が軽油のディーゼルエンジンの場合も、全ての走行速度において、燃料活性剤を添加した場合は燃料消費量を無添加の場合より減少できることが確認された。また、排ガス中の黒鉛量も大幅に減少できることが確認された。なお、燃料活性剤を添加した状態で、シャシダイナモメータ上で約５時間、約２３０ｋｍ走行したが、エンジンや車両に不具合は全くみられなかったことも確認された。
【００４２】
（試験例４）
排気量５２４０ｃｃ、車両重量３５２０ｋｇの自動車（三菱製、ローザ、エンジン型式ＫＫ−ＢＥ６３ＥＥ）の燃料タンクを燃料（軽油）で満タン１００Ｌにした後、アイドリング状態における排ガスの一酸化炭素（ＣＯ），ハイドロカーボン（ＨＣ），二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定した。
次に、燃料（軽油）を満タンにした後、実験例９の燃料活性剤を０．２Ｌ添加し、２８８１ｋｍ走行した後、走行後のアイドリング状態における排ガスの一酸化炭素（ＣＯ），ハイドロカーボン（ＨＣ），二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定した。なお、給油は燃料タンク内の燃料の残量が１０％以下になる前に随時行ったが、燃料活性剤を添加したのは本試験期間では最初の１回だけである。
表３は燃料活性剤を添加していない軽油の場合（無添加）、燃料活性剤を添加した場合（添加）の排ガスの一酸化炭素（ＣＯ），ハイドロカーボン（ＨＣ），二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の一覧表である。
【００４３】
【表３】
0004436308.tif 000004
【００４４】
表３から、燃料活性剤を添加した場合は、無添加の場合よりも排ガスの一酸化炭素（ＣＯ），ハイドロカーボン（ＨＣ），二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を削減できることが明らかになった。
また、燃料タンク内に残量がある間に燃料を補給すれば、燃料活性剤を添加したのが最初の１回だけであっても、燃料活性剤の効果が持続することも明らかになった。これは燃料フィルタやシリンダ等に燃料活性剤に含まれる銀や酸化銀が固定化されているからであると推察している。
【００４５】
（試験例５）
５００ｋＷ自家製発電装置（コマツ製）の燃料タンク内のＣ重油５０００Ｌに、実験例９の燃料活性剤を２週間に１回の頻度で１８Ｌ添加した。燃料活性剤を添加する前後の１ヶ月間の単位燃料当たりの発電量（ｋＷ／Ｌ）を測定した。
表４は燃料活性剤を添加する前後の総発電量（ｋＷ）、燃料消費量（Ｌ）、単位燃料当たりの発電量（ｋＷ／Ｌ）の一覧表である。
【００４６】
【表４】
0004436308.tif 000005
【００４７】
表４から、燃料がＣ重油の発電装置の場合も、燃料活性剤を添加した場合は無添加の場合と比較して、単位燃料当たりの発電量を２０％以上向上できることが明らかになった。なお、燃料活性剤を添加する前は、排気管から黒い排ガスが排出されていたことが視認されたが、燃料活性剤を添加して約１週間経過した時点で、排ガスが清浄化されたことが視認された。また、排ガス中の黒鉛が目にしみることもなくなった。
【００４８】
（試験例６）
次に、燃料活性剤を添加することによって、ディーゼル機関内で燃料の燃焼状態がどのように変化するのかを調べた。
図２はディーゼル機関内で燃料が燃焼するパターンと、圧力、熱発生率、噴射率、クランク角との関係を示す図である。図２に示すように、ディーゼル機関の燃焼パターンには、（１）圧縮された空気中に燃料が噴射されてから爆発するまでの期間（着火遅れ期間）、（２）燃料が爆発し燃焼する期間（爆発燃焼期間）、（３）燃焼が制御される期間（制御燃焼期間）、（４）燃焼ガスが排気される期間（後燃え期間）の４つの期間が存在する。
燃料活性剤を添加していない燃料と実験例９の燃料活性剤を添加した燃料を、内部を透視できるように一部に耐熱ガラスを配設したシリンダ内で燃焼させ、火炎の様子を高速度カメラで撮影し比較することによって、燃焼状態にどのような差が生じているのかを調べた。
図３は燃料活性剤を添加していない燃料と実験例９の燃料活性剤を添加した燃料について、シリンダ内に噴射された燃料及び燃料の燃焼による火炎を経過時間毎に撮影した写真である。数値は経過時間（単位はｍｓ）を示しており、矢印で示した範囲は、図２で説明した（１）〜（４）の期間である。
図３に示すように、燃料活性剤を添加した燃料（以下、添加燃料という）は、燃料活性剤を添加していない燃料（以下、無添加燃料という）と比較して、爆発燃焼期間（２）における火炎が大きなことから、燃焼が激しく大きな圧力が得られエネルギー変換効率が向上されていると推察される。また、添加燃料は、爆発燃焼期間の後、無添加燃料よりも火炎が早く小さくなっており制御燃焼期間（３）が短縮されていることから、燃料の噴射量が抑制されていると推察される。また、添加燃料は、制御燃焼期間の後、無添加燃料よりも火炎が長時間維持されており後燃え期間（４）が長期化していることから、制御燃焼期間が終わるまでに燃焼し尽されなかった燃料が燃焼されていると推察される。一方、無添加燃料は、後燃え期間が短いため、燃焼し尽されなかった燃料が黒鉛や未燃焼ガスとして排出されていると推察される。
以上のことから、添加燃料は、微粒子が火炎中に微細な固体として存在するので、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができ、このため、燃料消費量を少なくすることができ燃費を向上させ、さらに二酸化炭素の排出量を減らすことができたと推察される。また、燃焼装置内の温度や圧力が低い後燃え期間の条件下でも、従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃焼ガスの酸素化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができたと推察される。また、燃料の噴霧性・拡散性・流動性を改善し微細化できたので、燃料の着火性が向上し多くの酸素と結合するため、燃費の向上と未燃焼ガスの発生を抑制できたと推察される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、燃料に添加して燃料を活性化させる燃料活性剤及び燃料の燃焼方法に関し、火炎の輻射能を向上させ燃焼効率を高めることができ、理想的な燃焼状態に近づけて燃料消費量を少なくさせ燃費を向上させられるとともに二酸化炭素の排出量を減らすことができ、さらに窒素酸化物の還元を促し排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制させることができ、また従来は燃焼しきれずに排出されていた黒鉛の燃焼や一酸化炭素等の未燃焼ガスの酸素化を促進し、黒鉛や未燃焼ガスの排出量も低減させることができる環境保全性に優れた燃料活性剤及び燃料の燃焼方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】コロイド状溶液に印加した電圧と燃費の関係を示す図
【図２】ディーゼル機関内で燃料が燃焼するパターンと、圧力、熱発生率、噴射率、クランク角との関係を示す図
【図３】燃料活性剤を添加していない燃料と燃料活性剤を添加した燃料について、シリンダ内に噴射された燃料及び燃料の燃焼による火炎を経過時間毎に撮影した写真
【図１】
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【図２】
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【図３】
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