(57)【要約】      （修正有）【課題】大規模な施設や、厳しい運転管理を必要とせず、且つ、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を必要とせずに、効率良く、燃料改質を行う燃料改質装置及び燃料改質方法を提供する。【解決手段】外周側面に外部電極２７を有する筒状容器２１と、筒状容器２１断面のほぼ中心位置において該筒状容器２１を長手方向に貫通するように設けられた中心電極２２と、外部電極２７と中心電極２２間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、炭化水素系液体燃料を筒状容器２１の一方端側から流入させるとともに、他方端から流出させる液体燃料供給手段とを有し、外部電極２７と前記中心電極２２間に交流電圧によるプラズマを発生させて炭化水素系液体燃料を改質する燃料改質装置であって、中心電極２２の表面に凹部と凸部とを、該中心電極２２と前記外部電極２７との離間距離がほぼ等しく、且つ、該中心電極２２の長手方法に繰返し存在するように設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性材料から成り、その外周側面に導電層から成る外部電極を有する筒状容器と、
前記筒状容器断面のほぼ中心位置において該筒状容器を長手方向に貫通するように設けられた電気伝導性を有する棒状の中心電極と、
前記外部電極と前記中心電極間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、
炭化水素系液体燃料を前記筒状容器の一方端側から該筒状容器内に流入させるとともに、他方端から前記筒状容器外に流出させる液体燃料供給手段と、
を有し、前記外部電極と前記中心電極間に交流電圧によるプラズマを発生させて、前記筒状容器内に供給される炭化水素系液体燃料の分子鎖の少なくとも一部を切断して該炭化水素系液体燃料を改質する燃料改質装置であって、
前記中心電極の表面に凹部と凸部とを、該中心電極と前記外部電極との離間距離がほぼ等しく、且つ、該中心電極の長手方向に繰返し存在するように設けたことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記中心電極が、前記凹部と凸部とがネジ山にて形成されている金属製のネジ部材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記電気絶縁性材料が、可視光線を透過する透明ガラス材料であって、前記導電層が不透明な金属材料層から成るとともに、前記外部電極に窓部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記導電層が、光透過性を有する透明電極材料層と金属材料層の２層から形成されており、前記窓部にも前記透明電極材料層を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
ホトンγ線の放射能力を有するホトンγ線放射材を、前記中心電極の内部または前記外部電極の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記ホトンγ線放射材が、電気石、ランタン（Ｌａ）またはセリウム（Ｃｅ）、ダイヤモンド、黒鉛、水晶、珪藻土の所定量の微粉物を混練、焼結したものであることを特徴とする請求項５に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記筒状容器が立設配置されており、
前記液体燃料供給手段は、立設配置された前記筒状容器の上部側端部より前記炭化水素系液体燃料を供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記炭化水素系液体燃料が天然由来のグリセリンエステルである油脂であって、
前記油脂に低級アルコールを添加するアルコール添加手段と、
前記アルコール添加手段にて低級アルコールが添加された油脂を脱気する脱気手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料改質装置。
【請求項９】
電気絶縁性材料から成り、その外周側面に導電層から成る外部電極を有する筒状容器と、該筒状容器断面のほぼ中心位置において該筒状容器を長手方向に貫通するように配設され、電気伝導性を有するとともに、その表面に、前記外部電極との離間距離がほぼ等しく、且つ、その長手方向に繰返し存在するように形成された凹部と凸部とを有する棒状の中心電極との間に交流電圧を印加してプラズマを発生させつつ、炭化水素系液体燃料を前記筒状容器の一方端側から該筒状容器内に流入させることで、供給される炭化水素系液体燃料の分子鎖の少なくとも一部を切断して該炭化水素系液体燃料を改質することを特徴とする燃料改質方法。
【請求項１０】
前記中心電極として、前記凹部と凸部とがネジ山にて形成されている金属製のネジ部材を用いたことを特徴とする請求項９に記載の燃料改質方法。
【請求項１１】
前記中心電極の内部または前記外部電極の少なくとも一方にホトンγ線の放射能力を有するホトンγ線放射材を設けて、炭化水素系液体燃料をホトンγ線に暴露させつつ処理することを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料改質方法。
【請求項１２】
前記炭化水素系液体燃料を、立設配置された前記筒状容器の上部側端部より供給することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料改質方法。
【請求項１３】
前記炭化水素系液体燃料が天然由来のグリセリントリエステルである油脂であって、
前記油脂に低級アルコールを添加するともに、該低級アルコールが添加された油脂を脱気する脱気工程を含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機等に使用する液体燃料を改質する燃料改質装置並びに燃料改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の環境問題の見地から、化石燃料の使用により排出される二酸化炭素の量を抑制するため、これら化石燃料の代替えとして、大気中の二酸化炭素が固定された植物由来の油脂、つまり植物油を燃料として使用するバイオ燃料の使用が促進されてきている。
【０００３】
これらバイオ燃料としては、近年において欧州等においてひまわり油を使用したバイオディーゼル燃料が実用化されているように、使用できる油種の範囲の広い内燃機であるディーゼル機関用の燃料として利用されてきている。
【０００４】
これら植物油をバイオディーゼル燃料とするためには、植物油はその粘性が高く、そのままディーゼル燃料として使用すると、燃料噴射により生成する油滴の大きさが大きくなって燃え残りであるすす（ＤＰ；ディーゼルパーティクル）が発生する要因となるので、これら燃料粘度を低して良好な燃焼を得るために、植物油に含まれる脂肪酸トリグリセリドをエステル化して、脂肪酸エステルしてバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）とされる。
【０００５】
現状において、これら植物油（食用廃油を含む）をバイオディーゼル燃料とする方法としては、（１）苛性ソーダ等のアルカリ成分を溶解させた低級アルコール（メタノール）を植物油に混合してエステル化するアルカリ触媒法（例えば、特許文献１参照）、（２）酵素により脂肪酸トリグリセリドをエステル化する酵素法（例えば、特許文献２参照）、（３）紫外線を照射することで脂肪酸トリグリセリドをエステル化する紫外線照射法（例えば、特許文献３参照）、（４）植物油と低級アルコール（メタノール）との混合液を高温（３５０℃）、高圧（３００気圧）の超臨界状態として反応させる超臨界法（例えば、特許文献４参照）がある。
【０００６】
一方、炭化水素燃料を改質する装置としては、炭化水素燃料中においてプラズマ放電を発生させて、低級炭化水素を得るものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３５０６３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１０９９号公報
【特許文献３】特開２００４−２３８４７８号公報
【特許文献４】特開２００４−１７５８９９号公報
【特許文献５】特開２００４−７６７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に代表されるアルカリ触媒法においては、複雑な装置なしで容易にバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）を得ることができるものの、副生成物として低品質なグリセリンが生成してしまうとともに、これらグリセリンや添加したアルカリ成分を除去する精製が不十分であると、これら残留グリセリンや残留触媒（アルカリ成分）が燃料系統、特に燃料ポンプを詰まらせてしまうとともに、得られるバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）が低温で流動性が低下して使用できなくなるので、これら残留グリセリンを除去する装置や工程を追加するとともに、残留触媒（アルカリ成分）を除去するために水洗等を実施する必要があり、これら水洗に用いたアルカリ等を含む廃液を処理する必要が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に代表される酵素法においても、アルカリ触媒法と同様に副生成物として低品質なグリセリンが生成するので、燃料系統の不具合発生の回避や低温特性の向上のために、これら残留グリセリンや酵素等を除去する装置や工程を追加する必要があるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献３に代表される紫外線照射法においては、紫外線を間接的に脂肪酸トリグリセリドに照射して、有機分子結合を物理的に切断してエステル化するので、残量触媒を精製するための廃液処理等は不要にできるものの、やはり、副生成物として低品質なグリセリンが生成し、燃料系統の不具合発生の回避や低温特性の向上のために、これら残留グリセリンを除去する装置や工程を追加する必要があるとともに、紫外線を照射する必要があるために大量の燃料を処理する場合には、処理効率が悪いという問題がある。
【００１１】
また、特許文献４に代表される超臨界法では、超臨界状態において副生するグリセリンも分解されてしまうので、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を実施する必要や、残留グリセリンを除去する装置や工程を追加する必要がないものの、高温（３５０℃）、高圧（３００気圧）の超臨界状態とするための大規模な施設や、厳しい運転管理を必要としてしまうという問題がある。
【００１２】
このため、これらの問題を解決する方法として、特許文献５にあるように、プラズマ放電により脂肪酸トリグリセリドを分解して燃料改質を行うことができれば、大規模な施設や、厳しい運転管理を必要とせず、且つ、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を必要とせずに、燃料を容易に製造することができると考えられるが、これら特許文献５に示す改質器では、脂肪酸トリグリセリド中に安定したプラズマ放電を形成することができず、効率の良い燃料改質を実施できないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、大規模な施設や、厳しい運転管理を必要とせず、且つ、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を必要とせずに、効率良く、燃料改質を行うことのできる燃料改質装置及び燃料改質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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の燃料改質装置は、
電気絶縁性材料から成り、その外周側面に導電層から成る外部電極を有する筒状容器と、
前記筒状容器断面のほぼ中心位置において該筒状容器を長手方向に貫通するように設けられた電気伝導性を有する棒状の中心電極と、
前記外部電極と前記中心電極間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、
炭化水素系液体燃料を前記筒状容器の一方端側から該筒状容器内に流入させるとともに、他方端から前記筒状容器外に流出させる液体燃料供給手段と、
を有し、前記外部電極と前記中心電極間に交流電圧によるプラズマを発生させて、前記筒状容器内に供給される炭化水素系液体燃料の分子鎖の少なくとも一部を切断して該炭化水素系液体燃料を改質する燃料改質装置であって、
前記中心電極の表面に凹部と凸部とを、該中心電極と前記外部電極との離間距離がほぼ等しく、且つ、該中心電極の長手方向に繰返し存在するように設けたことを特徴としている。
この特徴によれば、表面に凹部と凸部とを有する中心電極を用いることで、凸部と外部電極との間に強力でかつ比較的安定したプラズマを筒状容器内に形成することができるようになるので、これら生成したプラズマに炭化水素系液体燃料が暴露されることによって、分子鎖の少なくとも一部が切断されて、低分子化されるようになるので、大規模な施設や、厳しい運転管理を必要とせず、且つ、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を必要とせずに、効率良く燃料改質を行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の燃料改質装置は、請求項１に記載の燃料改質装置であって、
前記中心電極が、前記凹部と凸部とがネジ山にて形成されている金属製のネジ部材であることを特徴としている。
この特徴によれば、前記外部電極との離間距離がほぼ等しく、且つ、該中心電極の長手方向に繰返し存在する凹部と凸部とを有する中心電極を、容易に入手することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の燃料改質装置は、請求項１または２に記載の燃料改質装置であって、
前記電気絶縁性材料が、可視光線を透過する透明ガラス材料であって、前記導電層が不透明な金属材料層から成るとともに、前記外部電極に窓部を設けたことを特徴としている。
この特徴によれば、内部におけるプラズマの発生状況を、筒状容器の外部から目視にて確認することができるようになる。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の燃料改質装置は、請求項３に記載の燃料改質装置であって、
前記導電層が、光透過性を有する透明電極材料層と金属材料層の２層から形成されており、前記窓部にも前記透明電極材料層を有することを特徴としている。
この特徴によれば、窓部においても良好にプラズマが発生するようになり、これら窓部を設けることにより、プラズマの生成領域が低減してしまうことを回避することができる。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の燃料改質装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
ホトンγ線の放射能力を有するホトンγ線放射材を、前記中心電極の内部または前記外部電極の少なくとも一方に設けたことを特徴としている。
この特徴によれば、ホトンγ線放射材を設けることで、筒状容器内に供給される炭化水素系液体燃料が、プラズマに加えてホトンγ線にも暴露されるようになるので、ホトンγ線によって励起された結合部がプラズマにより切断されるようになり、より一層、処理の効率を向上させることができる。
【００１９】
本発明の請求項６に記載の燃料改質装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記ホトンγ線放射材が、電気石、ランタン（Ｌａ）またはセリウム（Ｃｅ）、ダイヤモンド、黒鉛、水晶、珪藻土の所定量の微粉物を混練、焼結したものであることを特徴としている。
この特徴によれば、良好なホトンγ線放射能を有するホトンγ線放射材を、安価にて得ることができる。
【００２０】
本発明の請求項７に記載の燃料改質装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記筒状容器が立設配置されており、
前記液体燃料供給手段は、立設配置された前記筒状容器の上部側端部より前記炭化水素系液体燃料を供給することを特徴としている。
この特徴によれば、プラズマ暴露により筒状容器に生成する微小泡が、下方に流下しながら処理が実施されるので、これら微小泡中においては、液状中より処理効率が向上するので、全体としての処理効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明の請求項８に記載の燃料改質装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記炭化水素系液体燃料が天然由来のグリセリンエステルである油脂であって、
前記油脂に低級アルコールを添加するアルコール添加手段と、
前記アルコール添加手段にて低級アルコールが添加された油脂を脱気する脱気手段と、
を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、アルコール添加によって、結合が切断した部分に低級アルコールにて供給される移動性の高いアルキル基が結合し易くなるので、切断部の再結合による処理効率の低下を防止することができるとともに、低級アルコールが添加された油脂を脱気することで、プラズマ暴露により不必要なスパーク等が発生しても、爆発が発生する危険性を著しく低下させることができ、装置の安全性を向上できる。
【００２２】
本発明の請求項９に記載の燃料改質方法は、
電気絶縁性材料から成り、その外周側面に導電層から成る外部電極を有する筒状容器と、該筒状容器断面のほぼ中心位置において該筒状容器を長手方向に貫通するように配設され、電気伝導性を有するとともに、その表面に、前記外部電極との離間距離がほぼ等しく、且つ、その長手方向に繰返し存在するように形成された凹部と凸部とを有する棒状の中心電極との間に交流電圧を印加してプラズマを発生させつつ、炭化水素系液体燃料を前記筒状容器の一方端側から該筒状容器内に流入させることで、供給される炭化水素系液体燃料の分子鎖の少なくとも一部を切断して該炭化水素系液体燃料を改質することを特徴としている。
この特徴によれば、表面に凹部と凸部とを有する中心電極を用いることで、凸部と外部電極との間に強力でかつ比較的安定したプラズマを筒状容器内に形成することができるようになるので、これら生成したプラズマに炭化水素系液体燃料が暴露されることによって、分子鎖の少なくとも一部が切断されて、低分子化されるようになるので、大規模な施設や、厳しい運転管理を必要とせず、且つ、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を必要とせずに、効率良く燃料改質を行うことができる。
【００２３】
本発明の請求項１０に記載の燃料改質装置は、請求項９に記載の燃料改質方法であって、
前記中心電極として、前記凹部と凸部とがネジ山にて形成されている金属製のネジ部材を用いたことを特徴としている。
この特徴によれば、前記外部電極との離間距離がほぼ等しく、且つ、該中心電極の長手方向に繰返し存在する凹部と凸部とを有する中心電極を、容易に入手することができる。
【００２４】
本発明の請求項１１に記載の燃料改質装置は、請求項９または１０に記載の燃料改質方法であって、
前記中心電極の内部または前記外部電極の少なくとも一方にホトンγ線の放射能力を有するホトンγ線放射材を設けて、炭化水素系液体燃料をホトンγ線に暴露させつつ処理することを特徴としている。
この特徴によれば、ホトンγ線放射材を設けることで、筒状容器内に供給される炭化水素系液体燃料が、プラズマに加えてホトンγ線にも暴露されるようになるので、ホトンγ線によって励起された結合部がプラズマにより切断されるようになり、より一層、処理の効率を向上させることができる。
【００２５】
本発明の請求項１２に記載の燃料改質装置は、請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料改質方法であって、
前記炭化水素系液体燃料を、立設配置された前記筒状容器の上部側端部より供給することを特徴としている。
この特徴によれば、プラズマ暴露により筒状容器に生成する微小泡が、下方に流下しながら処理が実施されるので、これら微小泡中においては、液状中より処理効率が向上するので、全体としての処理効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の請求項１３に記載の燃料改質装置は、請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料改質方法であって、
前記炭化水素系液体燃料が天然由来のグリセリントリエステルである油脂であって、
前記油脂に低級アルコールを添加するともに、該低級アルコールが添加された油脂を脱気する脱気工程を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、アルコール添加によって、結合が切断した部分に低級アルコールにて供給される移動性の高いアルキル基が結合し易くなるので、切断部の再結合による処理効率の低下を防止することができるとともに、低級アルコールが添加された油脂を脱気することで、プラズマ暴露により不必要なスパーク等が発生しても、爆発が発生する危険性を著しく低下させることができ、装置の安全性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例】
【００２８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図1は、本実施例の燃料改質装置の構成を示す図であり、本実施例の燃料改質装置は、主に、植物油脂である菜種油やひまわり油やパーム油並びに廃食油等のグリセリントリエステル原料油を貯留する改質用燃料タンク１と、該原料油に添加する低級アルコールであるメタノールを貯留するアルコールタンク３と、これらメタノールが添加された原料油を一時貯留して脱気するための脱気タンク５と、後述する図２に示す複数の反応セル２０が並列収納され、これら収納される反応セル２０を目視にて確認できるようにされた処理ユニット７と、該処理ユニット７に収納されている反応セル２０に交流電力を印加するための本発明における交流電圧印加手段となる交流電源８と、該処理ユニット７にて改質処理された処理油を貯留するための処理油タンク１０とから主に構成されている。
【００２９】
本実施例の改質用燃料タンク１の外周には、使用する植物油脂がパーム油のように、ステアリン酸等の飽和脂肪酸のグリセリントリエステルを多く含む場合には、該植物油脂は室温が低下すると固形状となる場合があるので、これら植物油脂を加熱して溶かしたり、或いは、容易に処理が実施できるような粘度に加熱により粘度を低下させるための加熱ヒータ２が設けられている。
【００３０】
これら改質用燃料タンク１は開閉バルブＶ１並びにポンプＰ１と、フィルタ４を介して脱気タンク５に接続されているとともに、これらフィルタ４の上流部位置には、添加器１５が設けられており、該添加器１５には、アルコールタンク３が、開閉バルブＶ２並びにポンプＰ２を介して接続されていて、アルコールタンク３からバルブＶ２並びにポンプＰ２を通じて供給されるメタノールが、該添加器１５に改質用燃料タンク１から供給される原料油に対して、所定の割合にて添加され、これら添加されたメタノールと原料油とが、フィルタに供給されて濾過されることで、該濾過によって異物が除去されるとともに、均一に混合された後、脱気タンク５に供給されて貯留される。つまり、添加器１５により本発明におけるアルコール添加手段が形成されている。
【００３１】
この脱気タンク５の上部位置からは、脱気ポンプ６に繋がる経路が導出されており、真空ポンプ等からなる脱気ポンプ６を動作させることにより、脱気タンク５内の気圧が減圧されることで、該脱気タンク５内に貯留されているメタノールが添加・混合されることにより気泡等を含む原料油が脱気される。つまり、脱気ポンプ６によって本発明における脱気手段が形成されている。
【００３２】
そして、該脱気タンク５は処理ユニット７に接続されており、脱気タンク５の下方位置から供給ポンプＰ３により抜き出されたメタノールが添加・混合された脱気済みの原料油が、処理ユニット７に内在されている図２に示す反応セル２０に、その上方側より供給される。つまり、該供給ポンプＰ３により本発明における液体燃料供給手段が形成されている。
【００３３】
ここで、処理ユニット７に並列収納されている反応セル２０について説明すると、本実施例の反応セル２０は、図２に示すように、電気絶縁性材料である所定厚みのガラスから成る筒状容器となる所定の径のガラス管２１と、該ガラス管２１の断面ほぼ中心位置において該ガラス管２１を長手方向に貫通するように設けられた、電気伝導性を有するステンレス材にて形成された棒状の中心電極２２とを有しており、この中心電極２２は、ガラス管２１の両端部に、ガラス管２１の端部開口を塞ぐように嵌着される蓋部材２４、２８の中央位置を貫通するように、これら蓋部材２４、２８と一体化されており、該蓋部材２４、２８をガラス管２１の両端に装着することで、中心電極２２とガラス管２１の側面との離間距離がほぼ等しくなるように、ガラス管２１の中央位置に配置されるようになっている。
【００３４】
尚、蓋部材２４、２８は、本実施例においては電気絶縁性を有するフッ素樹脂（四フッ化エチレン材料）にて形成されているとともに、これら蓋部材２４、２８には、図２に示すように、中心電極２２を囲むように、９０度間隔にて４つの流通口が設けられており、蓋部材が反応セル２０の上部に装着される上部蓋部材２４である場合には、該流通口が流入口２５となり、蓋部材が反応セル２０の下部に装着される下部蓋部材２８である場合には、該流通口が流出口２９となり、処理ユニット７に供給されたメタノールが添加・混合された脱気済みの原料油が、該流入口２５から反応セル２０内部に流入する。
【００３５】
尚、図２中の３０は、蓋部材２４、２８を固定するためのネジ部材であり、該ネジ部材３０を緩めることで、中心電極２２と蓋部材２４、２８とをガラス管２１から取り外すことができるようになっている。
【００３６】
そして、ガラス管２１の外周側面には、図２に示すように、複数の窓部３２が形成された外部電極２７が設けられており、この外部電極２７は、２つの導電層から形成されている。
【００３７】
この２つの導電層の内、内側の導電層はアルミニウム層３１とされ、外側の導電層は、透明電極材料として使用される酸化インジウム薄膜層２６とされており、アルミニウム層３１には窓部３２がパターン形成されているが、酸化インジウム薄膜層２６は該窓部３２上にも存在するように形成されている。
【００３８】
具体的に、これら窓部３２を有するガラス管２１を製造する方法としては、まず、外部電極２７を形成するガラス管２１の側面領域全体に、アルミ蒸着により均一にアルミニウム層３１を所定厚みに形成した後、窓部３２の反転パターンをレジスト印刷して、窓部３２の部分のアルミニウム層３１のみをエッチングにて除去した後、該エッチングにて窓部３２が形成されたガラス管２１の外部電極２７を形成する側面領域全体に、酸化インジウム薄膜層２６を全面蒸着して形成することで得ることができ、このようにすることで、アルミニウム層３１がある部分のみではなく、アルミニウム層３１がない窓部３２にも導電性が付与されることで、該窓部３２の領域内においてもプラズマが生成されるようになる。
【００３９】
これら外部電極２７に使用する導電層としては、電気伝導性に優れて、容易にガラス管２１の外周側面に形成できるものであれば良く、前述のアルミニウムに限定されるのではなく、例えば、金、銀、銅等の貴金属や、ニッケルやスズ、これらの合金、例えば半田等であっても良く、これら導電層の形成方法としては、前述の蒸着に限定されるものではなく、例えばニッケルであればメッキや電鋳により形成しても良いし、溶射や半田浸漬等により形成しても良い。
【００４０】
また、本実施例では、窓部３２上に形成する透明電極材料として酸化インジウムを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら透明電極材料としては、薄膜において導電性と光透過性を有するものであれば使用することができ、これら酸化インジウムに代えて酸化スズや、金薄膜も使用することができる。
【００４１】
尚、本実施例では、これら透明電極材料である酸化インジウム薄膜層２６を、アルミニウム層３１上となる外部に設けており、このようにすることは、アルミニウム層３１が酸化インジウム薄膜層２６に被覆されることで、酸化や腐食によりアルミニウム層の導電性が低下することを防止できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆に酸化インジウム薄膜層２６を内蔵にアルミニウム層３１を外層として形成しても良い。
【００４２】
また、本実施例では、多数の窓部３２を外部電極２７の全面にほぼ均一に存在するように設けており、このようにすることで、反応セル２０の内部におけるプラズマの生成状況を、いずれの方向から、更にどの位置においても目視にて確認できるようになることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら窓部３２の配置形態や、大きさや形状等は適宜に選択すれば良い。
【００４３】
また、本実施例の中心電極２２は、図２に示すように、その外周表面に中心電極２２と外部電極２７との離間距離がほぼ等しく、且つ、該中心電極２２の長手方向に繰返し凹部と凸部とが存在することとなるネジを使用しているとともに、該中心電極２２は、その内部が中空とされていて、該中空の内部には、ホトンγ線を放射する能力を有するホトンγ線放射材２３の粉体が充填されている。
【００４４】
これらホトンγ線放射材２３としては、ホトンγ線を放射するものであれば使用することができるが、好ましくは、電気石、ランタン（Ｌａ）またはセリウム（Ｃｅ）、ダイヤモンド、黒鉛、水晶、珪藻土の所定量の微粉物を混練、焼結したものを用いれば良く、これら材料の組み合わせにより良好なホトンγ線放射能を有するホトンγ線放射材２３を、安価にて得ることができる。
【００４５】
この電気石（トルマリン）は、自発分極特性を有する鉱石であり、地球創生期に高温・高圧下で生成した硼素の珪酸塩結晶鉱物である。その化学組成は、[(Ca,Na)(Mg,Fe)3AlMg(BO3)Si6O18(OH,F)4]で表される。又、電気石（トルマリン）は、外部電界を印加しなくても自発分極し、電磁波及び陰イオンを放射する特性がある。特に、微粉化すれば、極度に強い電界を発揚し、その電界強度は数μｍになると１０４Ｖ／ｍ〜１０７Ｖ／ｍになるとのデータがある。
【００４６】
また、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）は、希土類元素であって、電子軌道４ｆ、５ｄが異なる元素である。このことは、量子物理的に軌道上の電子のやりとりが安易に行われる。ガンマー（γ）線や、オージェ現象、光電効果、コンプトン効果、電子対効果などの相互物理現象を起こしやすい。これらランタン（Ｌａ）等は、該ランタン（Ｌａ）を含有するカイジョー石、モナズ石、リンカイ石、セル石、カツレツ石、ホウカイ石、ホタル石、などの微粉により供給しても良い。
【００４７】
また、ダイヤモンドは、炭素（Ｃ）の同位体であって、炭素原子が正４面体状に次々に積もった共有結合分子結晶である。ダイヤモンドは、全ての物質の中で最も硬く、且つ、熱伝導性も最も大きい（銅の約５倍）、その熱伝導性は結晶格子の振動によるものであり、常温では自由電子を持たない。しかし、微小近隣に電子が近づくと分子結晶中にも電子を容易に取り込む機能がある。
【００４８】
また、黒鉛は、石墨とも呼ばれる炭素の同素体であり、六角形の編目状に並んだ炭素原子の平面膜分子が弱く重なりあった分子である。黒い光沢と電気伝導性を有する。木炭、竹炭などの植物性炭素粉も、黒鉛同様に電気伝導性を有するとともに、炭素中には、原子量１４の炭素同位体が微量含まれており、適宜、元素崩壊（γ崩壊）も加わり、近磁場にエネルギー放出もある。
【００４９】
また、水晶は、珪素（Ｓｉ）元素の酸化物質で半導体機能を有する。しかも、微粒子は、波動振動を持つことから、電気石（トルマリン）等を近接させると、相乗発振して電子放出等の物理現象を起こす。
【００５０】
また、珪藻土などのシリカ系鉱物は、これらの粉体を結着させる役割を担う。
【００５１】
これら材料の所定量の微粉物を混練、焼結して得た黒色の粉体から放出されるホトンγ線の線量を、（財）放射線計測協会指定  ＧＭ  ＳＵＲＢＥＹ  ＴＧＳ１２１（ＡＬＯＫＡ社製商品名）にて測定した様子を、図５に示す。
【００５２】
図５に示すように、得た黒色のホトンγ線放射材２３から、比較的強いホトンγ線が放射されていることが判り、これらホトンγ線は、原料油分子の電離等を誘発して、該原料油中におけるプラズマ放電の発生を補助する作用を及ぼすとともに、直接的には原料油の結合を切断するものではないが、結合に寄与している原子を効果的に励起することで、該結合がプラズマ放電によって切断されやすいものとするものと考えられる。
【００５３】
このように構成された反応セル２０の中心電極２２と外部電極２７とに、図１に示す交流電源８を接続し、該交流電源８にて中心電極２２と外部電極２７との間に高圧交流電力を印加することにより、図３に示すように、ネジの凸部先端部付近において非常に強いプラズマ放電が安定して生成するようになるとともに、これら反応セル２０内に導入された原料油は、図４に示すように、微小な泡を生成して、該反応セル２０を流下する。尚、図３における写真は、全体のプラズマの発生状況を把握するために、四角状の横長の窓部３２を外部電極２７に形成して撮影したものである。
【００５４】
この原料油の発泡現象（極微の泡（ナノバブル））の発生メカニズムは各種の説が存在するが、本発明に属する油質液体の発泡生成のメカニズムについて説明すると、液体中では、一方の電極を針状にして電極間に電圧を印加すると、液体の破壊が発生することなく電流が流れるようになる。
【００５５】
又、針状電極を正極とするか、或いは負極とするかによって、流れる電流の大きさが変化する。具体的には、針状電極を負極とした方が多くの電流が流れるようになる。これは、針状電極とされた負極の電極先端から液体中に放出される電子が、液体中において電流を運ぶ主体（電流の源）となっているためである。電子が電極である金属表面から液体中に放出される度合いは、電極表面の電界の大きさで決まる。すなわち、針状に尖った電極先端の電界は、平板状電極の電界に比較して１０倍〜３０倍も大きくすることができる。
【００５６】
このことが針状の電極を負極にした方が、正極にした場合よりも大きな電流が流れる要因である。針電極から流体中に放出された自由電子は、液体分子が邪魔になってあまり遠くへ移動できない。この自由電子が液体分子を電離させるためには、気体と同じく電子が液体分子に衝突してから、次に衝突するまでの平均自由行程に左右される。
【００５７】
ところが、液体の分子は気体に比較して互いに近接しているため、電子の平均自由行程は極めて小さい。針電極のように、電界が極めて大きい部分を電子が移動する場合には、電子の平均自由行程が小さくても、大きなエネルギーを液体分子に与えることができる。
【００５８】
このエネルギーによって、液体分子は熱運動（ブラウン運動）し、見かけ上、気体となったようになる。その結果、気体としての小さな泡を形成することが可能となる。そして、この泡の中での電子の平均自由行程は、液体での平均自由行程に比較して１０００倍以上に大きくなるので、電離現象が起きる。負極性の電極から電子が飛び出して小さな泡が出来るまでの時間は非常に短く、泡の大きさが光りの波長程度になる迄に１００万分の１秒、或いは１０００万分の１秒（１０−７秒）である。その結果、気体中のコロナと同じ発光現象、すなわち、プラズマ状態が液体でも起こる事になる。
【００５９】
従来における放電機構は、通常において中心電極にワイヤを使用したワイヤ放電機構を有するものであるが、本発明においては、この中心電極２２にネジ部材を使用した。このネジ部材は、始めから終わりまで一本の凸状電極となるので、結果的には、上記した針状の電極の考えに帰属するものとなるので、液体でも安定したプラズマ状態を得ることができるようになる。尚、これら生成した泡が中心電極２２と外部電極２７間に存在した方が安定したプラズマの生成には好ましことから、原料油を下方から供給すると、生成した泡が早く上方へ移動して中心電極２２と外部電極２７間から外れていまうことになるので、本実施例では、原料油を反応セル２０の上方から供給して下方から流出させるようにしている。
【００６０】
尚、本実施例では、反応セル２０を立設しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら反応セル２０を水平に設けても良いことは言うまでもない。
【００６１】
このようにして、処理ユニット７（反応セル２０）にてプラズマにより改質処理された処理油は、処理油タンク１０に移送されて貯留される。尚、この処理油タンク１０への移動経路上には、蒸気回収部９への分岐路が設けられており、処理ユニット７（反応セル２０）における改質処理にて生成された水素や炭化水素等の気体分解物が、バルブＶ４を開放しておくことで、蒸気回収部９へ回収されるようになっている。
【００６２】
これら処理油タンク１０には、貯留されている処理油を取り出すためのバルブＶ５とポンプＰ５とが設けられており、改質処理にて生成された固形物、例えばグリセリン等がフィルタ１１にて濾過された処理油を得ることができる一方、貯留されている処理油を再度、改質処理するために脱気タンク５に環流させるための環流経路１２並びにバルブＶ６，Ｖ７、ポンプＰ５とが設けられており、繰返し原料油を複数回に亘って処理ユニット７にて改質処理できるようになっている。
【００６３】
ここで、具体的な改質試験を実施した試験結果について、図６に基づいて説明する。尚、該試験においては、厚み１.６ｍｍで、直径２０φの耐熱ガラス製のガラス管２１と、ステンレス製の直径６φで、ネジピッチ１ｍｍのネジを使用した中心電極２２とを用いた反応セル２０を使用し、交流電力として、５０Ｈｚ、１２ＶＡ（１５０００peak）を各反応セル２０に印加して試験を実施した。尚、原料油としては未使用の菜種油を使用し、メタノールの添加量は、１２％として、流量として、長さ３００ｍｍの反応セル２０を２０秒にて通過する流量として試験した。
【００６４】
試験の評価方法としては、良好にＢＤＦへの改質が行われていれば、グリセリンが生成するはずであるので、一定量（１ｋｇ）の菜種油を、１回、２回、３回、５回、１０回、改質処理して処理油とし、各回数の処理油をフィルタ１１を通過させずに、処理油タンク１０から全量取り出して、冷水にて約摂氏１０℃まで冷やして、固体として得られた下部グリセリンの重量を測定した。
【００６５】
尚、測定の対象としては、比較例として、中心電極にネジを使用しないワイヤ電極を使用し、メタノールを添加したもの（△）、中心電極２２にネジを使用したものでホトンγ線放射材２３を未充填のものであってメタノールを添加したもの（○）、中心電極２２にネジを使用したものでホトンγ線放射材２３を充填のものであってメタノールを添加したもの（□）、中心電極２２にネジを使用したものでホトンγ線放射材２３を未充填のものであってメタノールを未添加のもの（●）について実施した。
【００６６】
図６に示す結果から、従来のワイヤ電極を使用したものであっても、エステル交換が発生してグリセリンの生成が認められるものの、１０回繰返し実施してもまだ、上昇傾向にあり、反応が未完結であると推定されるのに対し、中心電極２２にネジを使用したものでは、少ない処理回数で比較的多くのグリセリンの生成が認められるとともに、その生成量が処理回数を増やしていくと減少する傾向にあることから、比較的少ない回数で反応が有る程度完結していると考えられるとともに、処理回数を増やすことで、生成したグリセリン自体も分解されて生成量が低下するものと考えられる。
【００６７】
また、中心電極２２にネジを使用したもの同様に、ホトンγ線放射材２３を中心電極２２に充填したものは、更に少ない処理回数でのグリセリンの生成量が増加しているとともに、その生成量が処理回数を増やしていくと、ホトンγ線放射材２３を充填しないものよりも一層減少する傾向にあることから、エステル交換の効率並びに生成したグリセリン自体の分解効率が、ホトンγ線放射材２３を未充填のものよりも良いことが判る。
【００６８】
また、メタノールを添加しないものでは、メタノールを添加したものに比較して、グリセリンの生成が大幅に低下しており、ＢＤＦ燃料を得たい場合には、メタノールを添加することで、効率良くＢＤＦ燃料化することが可能となることが判る。
【００６９】
以上、本実施例によれば、表面に凹部と凸部とを有するネジから成る中心電極２２を用いることで、凸部と外部電極との間に強力でかつ比較的安定したプラズマを筒状容器となる所定の径のガラス管２１内に形成することができるようになるので、これら生成したプラズマに原料油（炭化水素系液体燃料）が暴露されることによって、分子鎖の少なくとも一部が切断されて、低分子化されるようになるので、大規模な施設や、厳しい運転管理を必要とせず、且つ、残量触媒や酵素を精製するために生じる廃液処理等を必要とせずに、効率良く燃料改質を行うことができる。
【００７０】
また、前記実施例によれば、中心電極２２をネジとすることで、外部電極２７との離間距離がほぼ等しく、且つ、長手方向に繰返し存在する凹部と凸部とを有する中心電極２２を、容易に入手することができる。
【００７１】
また、前記実施例によれば、反応セル２０が窓部３２を有することで、反応セル２０内部におけるプラズマの発生状況を、筒状容器となるガラス管２１の外部から目視にて確認することができるようになる。
【００７２】
また、前記実施例によれば、窓部３２にも透明電極材料である酸化インジウム薄膜層２６が設けられているので、該窓部３２においても良好にプラズマが発生するようになり、これら窓部を設けることにより、プラズマの生成領域が低減してしまうことを回避することができる。
【００７３】
また、前記実施例によれば、ホトンγ線放射材を中心電極２２に設けることで、筒状容器となるガラス管２１内に供給される原料油（炭化水素系液体燃料）が、プラズマに加えてホトンγ線にも暴露されるようになるので、ホトンγ線によって励起された結合部がプラズマにより切断されるようになり、より一層、処理の効率を向上させることができる。
【００７４】
また、前記実施例によれば、メタノール添加によって、結合が切断した部分にメタノールにて供給される移動性の高いメチル基が結合し易くなるので、切断部の再結合による処理効率の低下を防止することができるとともに、メタノールが添加された油脂を脱気することで、プラズマ暴露により不必要なスパーク等が仮に発生しても、爆発が発生する危険性を著しく低下させることができ、装置の安全性を向上できる。
【００７５】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００７６】
例えば、上記実施例では、原料油として植物油脂である脂肪酸グリセリントリエステルを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら脂肪酸グリセリントリエステル以外の炭化水素系液体燃料を原料油としても良い。
【００７７】
また、前記実施例では、中心電極２２の表面に形成される凸部と凹部とを、ネジ山にて形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら凸部と凹部をネジ山以外の形状、例えば、中心電極２２の断面視が星形となるような形状としても良いし、連続するネジ山の一部を、切り欠いたような形状として、中心電極２２の長手方向に、凸部が点在するように形成されたものとしても良い。
【００７８】
また、前記実施例では、窓部３２を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら窓部３２を有しない構成としても良い。
【００７９】
また、前記実施例では、ホトンγ線放射材２３を中心電極２２側のみに設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらホトンγ線放射材２３を外部電極２７側に設けても良いし、中心電極２２と外部電極２７の双方に設けても良い。
【００８０】
また、前記実施例では、原料油にメタノールのみを添加しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらメタノールと原料油とのエステル交換を促進する触媒、例えば、酸化チタン触媒の微粉を溶解したメタノールを添加するようにしても良い。
【００８１】
また、前記実施例では、中心電極２２の材質をステンレス材としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら材質をその他の導電性金属としても良く、例えば、その表面において触媒効果を期待できる白金としても良いし、更には、ステンレス材の表面に白金層やパラジウム層をメッキ等により形成しても良い。
【００８２】
また、前記実施例では、脱気方法として、脱気ポンプを使用した脱気を実施しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら以外の脱気方法、例えば、適宜な振動を原料油に加えて脱気したり、窒素ガスを吹き込むによる酸素の置換脱気を実施するようにしても良い。
【００８３】
また、前記実施例では、低級アルコールとしてメタノールを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら低級アルコールしては炭素数１〜３のアルコールを好適に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の活用例として、前述した液体燃料に代えて、例えば、有害物質となるフロンを使用し、アルコールに代えて水を使用して、水を添加したフロンをプラズマにて処理することで、フロン分解に使用できることが考えられるとともに、その他の有害物質、ＰＣＢやダイオキシン等の分解にも使用できることが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例における燃料改質装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例に用いた反応セル２０を示す一部破断図である。
【図３】本発明の構成を有する反応セル２０におけるプラズマの発生状況を示す写真である。
【図４】本発明の構成を有する反応セル２０における発泡の状況を示す写真である。
【図５】本発明の実施例に用いたホトンγ線放射材２３のホトンγ線放射状況の測定状況を示す写真である。
【図６】本発明の実施例における評価試験の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１        改質用燃料タンク
２        加熱ヒータ
３        アルコールタンク
４        フィルタ
５        脱気タンク
６        脱気ポンプ
７        処理ユニット
８        交流電源
９        蒸気回収部
１０      処理油タンク
１１      フィルタ
１２      環流経路
１５      添加器
２０      反応セル
２１      ガラス管
２２      中心電極
２３      ホトンγ線放射材
２４      蓋部材
２５      流入口
２６      酸化インジウム薄膜層
２７      外部電極
２８      下部蓋部材
２９      流出口
３０      ネジ部材
３１      アルミニウム層
３２      窓部
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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