(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素液体燃料の改質に用いられる触媒であって、カルシウム（Ｃa）、マグネシウム（Ｍg）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎa）、鉄（Ｆe）、シリコン（Ｓi）およびアルミニウム（Ａl）の各固形物を組み合わせてなることを特徴とする燃料改質触媒。
【請求項２】
炭化水素液体燃料の改質に用いられる触媒であって、カルシウム（Ｃa）、マグネシウム（Ｍg）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎa）、鉄（Ｆe）を含む珊瑚と、シリコン（Ｓi）およびアルミニウム（Ａl）の各固形物とを組み合わせてなることを特徴とする燃料改質触媒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリン、軽油、灯油等の炭化水素液体燃料の改質に用いられる燃料改質触媒に関するもので、例えば、自動車、トラック等の内燃機関に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の内燃機関の燃焼効率を高める燃料改質触媒としては、セラミック材料を用いたものがある。この種の触媒は、所定の無機質成分を組み合わせてセラミック材料とし、焼結して粒状等の触媒としている。
従来の燃料改質触媒の無機質成分としては、石油の改質に用いられる金属等をを考慮して選定されている。具体的には、カルシウム、銅、アルミニウム、白金、ニッケル等が用いられる。各成分の配合比は、粒子等の表面積に応じて設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃料改質触媒は、触媒の設置場所によって、十分な燃料の改質効果が得られないがある。例えば、自動車のガソリンタンクに触媒を設置すると、ガソリンの燃焼の促進効果が不十分になりやすい。
【０００４】
本発明者らは、このような触媒作用の低下の原因について、検討したところ、改質前の燃料と改質後の燃料の粒子の性状に差があることを知見した。すなわち、改質前においては、燃料の分子がいくつか集まってクラスターを形成しており、種々のサイズのクラスターが燃料中に形成されるが、改質後の燃料は、クラスターを形成する燃料分子が分散し、燃料が均質な励起状態となる。そして、このような改質後の燃料分子は、時間の経過とともに再収束して、クラスターを形成し、改質前の燃料分子の性状に戻る。
【０００５】
このように燃料の粒子の性状が変化することから、触媒の設置場所によって燃焼の促進効果にバラツキが生じるものと考えられる。つまり、触媒からエンジンまでの距離が長いと、励起状態の燃料がエンジンに達するまでに時間がかかり、この移動時間の間に燃料が励起状態から元の状態の戻り、燃焼を促進させることが困難となっていた。
【０００６】
本発明の目的は、触媒作用による燃料の励起状態を長時間持続させることで、設置場所に影響されにくく、しかも、燃料の燃焼効率を大幅に向上させる燃料改質触媒を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の第１発明による燃料改質触媒は、炭化水素液体燃料の改質に用いられる触媒であって、カルシウム（Ｃa）、マグネシウム（Ｍg）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎa）、鉄（Ｆe）、シリコン（Ｓi）およびアルミニウム（Ａl）の各固形物を組み合わせてなることを特徴とする。
また、本発明の第２発明による燃料改質触媒は、炭化水素液体燃料の改質に用いられる触媒であって、カルシウム（Ｃa）、マグネシウム（Ｍg）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎa）、鉄（Ｆe）を含む珊瑚と、シリコン（Ｓi）およびアルミニウム（Ａl）の各固形物とを組み合わせてなることを特徴とする。
【０００８】
前記固体物の形態については、液体燃料に接触可能なものであればよく、破砕片、粒状、粉状等にすることができる。
前記固体の形状および大きさは、特に限定されるものではなく、種々の形状およびサイズのものを混合することができる。また、球形、錠剤形等に形成して、形状および大きさを揃えるようにしてもよい。
【０００９】
これらの固体を燃料中に保持する手段については、液体燃料の流通可能な容器を用いるとよい。例えば、カプセル状の容器に複数の貫通孔を形成したものや、ネット型の容器を用いることができる。これらの容器に前記固形物または珊瑚を充填して燃料中に吊り下げておくか、または、適当な錘によって燃料経路に保持することができる。その他、燃料タンクに容器ごと投入して沈めておいてもよい。
【００１０】
また、前記固形物を充填するための容器は、容器の材料自体を、前記の無機質成分としてもよい。例えば、アルミニウムまたは鉄により容易に容器を形成することができる。容器の表面は、液体燃料に接触しやすいため、触媒作用を十分に発揮することができる。このように容器自体を燃料改質触媒の一部とすることで、容器の内部に充填する固形物の種類を減らすことができ、容器を別個に製作する手間が省けるとともに、触媒を小型化することが可能になる。
【００１１】
カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、鉄、シリコンおよびアルミニウムの組み合わせについては、種々の無機質成分の組み合わせによる実験の結果、最も、燃焼効率が高く、しかも、燃料の励起状態の持続効果の大きい成分の組み合わせを選定したものである。
なお、これらの成分以外の成分（ニッケル、銅、白金等）の固体が含まれていても、前記無機質成分の固形物が液体燃料に接触可能な状態で含まれていれば、十分な触媒作用を期待することができる。
【００１２】
また、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムおよび鉄については、これらの固体に代えて、珊瑚を用いることができる。珊瑚には、一般に、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムおよび鉄が含まれており、これらの無機質成分により触媒作用が発揮されるためである。したがって、前述した無機質成分のうち、珊瑚に含まれないシリコンおよびアルミニウムと珊瑚とを組み合わせることにより、燃料の励起状態の持続性が良好な燃料改質触媒が得られることになる。
【００１３】
一般に、珊瑚は、腸動物花虫類のうち，石灰質の骨格をつくる種類の総称いうが、現生のものは八放珊瑚類，六放珊瑚類に分けられる。本発明としては、八放珊瑚類および六放珊瑚類のいずれも用いることができる。具体的には、アカサンゴ，モモイロサンゴ，シロサンゴ、イシサンゴ等がある。また、これらの他、前記無機質成分を含むものであれば、化石珊瑚を用いることも可能である。
【００１４】
珊瑚に含まれるカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムまたは鉄の成分量が少ないときには、これらの無機質の固形物を適宜追加することも可能である。いずれかの成分が極端に少ないと、燃料の改質効果が不十分になる場合があるためである。追加する無機質成分については、それぞれの固形物を順次加えて実験を行うことで、選定することができる。
【００１５】
珊瑚を用いる場合の利点としては、何ら加工を伴うことなく、液体燃料との接触面積を大きく確保することができる点がある。珊瑚の表面には、複雑な凹凸が形成されており、また、内部は多孔質になっている。これにより、比較的小さなサイズの珊瑚片でも、良好な改質効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明による燃料改質触媒の構成例を図１に示す。
燃料改質触媒１は、アルミニウムからなるカプセル状の容器２に、珊瑚片３とシリコン片４が充填される。容器２の壁面には、複数のパンチ孔２ａが設けられる。液体燃料中に燃料改質触媒１を投入すると、容器２に燃料が触れるとともに、これらのパンチ２ａから容器内２に液体燃料が入り込み、珊瑚片３およびシリコン片４の表面に接触するようになっている。
【００１７】
燃料改質触媒１の無機質成分としては、アルミニウム（容器２）、シリコン（シリコン片）４、並びに珊瑚３に含有するカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムおよび鉄が含まれる。液体燃料との接触時には、これらの無機質成分に特有の触媒作用が組み合わさって液体燃料の励起状態を持続させることが可能になる。
【００１８】
なお、前記構成例では、燃料改質触媒に珊瑚を用いているが、珊瑚を使用しない場合には、珊瑚に代えて、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムおよび鉄の各固形物を、シリコン片とともにアルミニウムの容器に詰めることで、燃料改質触媒を形成することができる。
【００１９】
次に、自動車の内燃機関に燃料改質触媒１を取り付ける場合の構成を図３および図４に示す。図において、１０は燃料タンク、１１はストレーナ、１２は燃料供給ポンプ、１３はエンジンである。
図３に示す例は、燃料改質触媒１を、燃料供給ポンプ１２とエンジン１３との間の燃料経路に設けている。燃料タンク１０からフィルタ１４を通って燃料経路に燃料が入ると、ストレーナ１１で異物を除去され、燃料供給ポンプ１２を通って触媒ケース１５に入る。触媒ケース１５内に導入された燃料は、燃料改質触媒１に接触して励起状態になり、そのままエンジン１３の燃焼室に噴射される。このように触媒１がエンジン１３により近い位置であると、改質後の励起ガソリンは、高い励起状態に保たれるので、ガソリンの燃焼効率が格段に向上する。
【００２０】
一方、図４に示す例は、燃料タンク１０内に燃料改質触媒１を投入したものである。燃料改質触媒１は、燃料タンク１０の底に沈んだまま保持される。燃料タンク１０の燃料は、タンク内で触媒作用を受けた後、ストレーナ１１、燃料供給ポンプ１２を経由してエンジン１０の燃焼室に噴射される。燃料改質触媒１は、燃料の励起状態の持続時間が長いことから、燃料経路を経る間、高い励起状態に保たれてエンジン１０に至る。すなわち、燃料改質触媒１とエンジン１０との距離が比較的長くても、燃焼室で励起ガソリンが効率よく燃焼する。しかも、燃料経路には、触媒ケース等の触媒保持手段を形成する必要がなく、少ないコストでエンジンの出力および燃費の向上を図ることができる。
【００２１】
なお、燃料改質触媒１は、燃料タンクまたは燃料経路の一カ所に設置するだけでなく、複数の位置に設けてもよい。例えば、図３に示す例において、燃料タンク１０に触媒１を投入してもよい。
【００２２】
次に、本発明による燃料改質触媒の燃焼促進効果について試験を行ったので、説明する。試験は、自動車の燃料タンクに、燃料改質触媒を投入して、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の濃度を測定することにより行った。
燃料改質触媒としては、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、鉄、シリコンおよびアルミニウムの各固形物を組み合わせたもの（実施例１）と、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムおよび鉄を含む珊瑚にシリコンおよびアルミニウムの固形物を組み合わせたもの（実施例２）を用いた。実施例１と実施例２の各固形物の固体重量は、次の通りである。なお、実施例２の珊瑚の成分比をカッコ内に示した。
【００２３】
［実施例１］
カルシウム      ６．０ｇ
マグネシウム    ０．９ｇ
カリウム        ０．８ｇ
ナトリウム      ０．１ｇ
鉄              ２．２ｇ
シリコン      １０．０ｇ
アルミニウム  １０．０ｇ
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【００２４】
試験に使用したモニター車は、表１に示すとおりである。
【表１】
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各モニター車▲１▼〜▲８▼について、触媒の投入前と投入後の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の濃度を測定した。モニター車▲１▼〜▲８▼の各々の測定値から平均値を求めた。結果を表２および表３に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
表２および表３に示すように、時速１０ｋｍ、時速３０ｋｍおよび時速６０ｋｍのいずれの定速走行時においても、触媒の使用前と使用後では、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の濃度が大幅に減少した。特に、時速６０ｋｍの走行時には、一酸化炭素が６０％程度減少した。この結果、触媒の使用によって定速走行時の燃焼効率が向上することが確認された。
【００２８】
次に、同様のモニター車▲１▼〜▲８▼について、加速時の排ガス濃度を検査した結果を表２に示す。ガソリン車の燃料タンクに実施例１および実施例２の触媒を投入し、静止状態からアクセル全開で時速１０ｋｍ、時速３０ｋｍおよび６０ｋｍになるまでに生じる排ガスの一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の濃度を測定した。なお、比較の対象として、触媒を投入する前にも同一条件で、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の濃度を測定した。結果を表４および表５に示す。なお、表の数値は、モニター車▲１▼〜▲８▼の測定値の平均値を示している。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
【表５】
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【００３１】
表４および表５に示すように、いずれの条件の時も、触媒の使用前と使用後では、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の濃度が減少し、燃焼効率が向上した。時速６０ｋｍまでの加速時においては、一酸化炭素の濃度が７０％以上減少した。すなわち、触媒の使用によって加速時の燃焼効率を大幅に向上させることが確認された。
【００３２】
また、モニター車▲１▼〜▲８▼について、燃費を測定したところ、表６に示すように、各車とも、触媒の使用前と使用後では、燃費の向上がみられた。これにより、燃焼効率が向上していることが判る。
【表６】
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【００３３】
次に、燃料改質触媒による改質前と改質後のガソリンの性状を顕微鏡で観察した様子を図５（Ａ）および（Ｂ）に示す。
図５（Ｂ）に示すように、ガソリンの改質前においては、大小種々のサイズの粒子が散在した状態となっている。これは、図６の模式図にあるように、ガソリン中の炭化水素分子Ｍ（炭素数５〜９個）がいくつか集まってクラスターＣを形成したためと考えられる。分子Ｍの数が多いと、クラスターＣが大きくなり、分子Ｍの数が少ないと、クラスターＣが小さくなる。
これに対し、ガソリンの改質後においては、図５（Ａ）に示すように、クラスターが消失した状態となる。すなわち、触媒の作用によってガソリンが励起状態となり、クラスターを構成する炭化水素分子が分散したものと考えられる。この結果、ガソリンが均質になって燃焼効率が向上することになる。
【００３４】
改質ガソリンと改質しないガソリンについて、発明者らが燃焼実験を行ったところ、改質しないガソリンは、爆発の炎が燃焼室で平面的に拡がり、また、高オクタン価の高品質とされるガソリンでは、炎が十文字状に拡がることが観察された。一方、改質後のガソリンは、燃焼室で炎が渦状に拡がって瞬時に消失することが観察された。このような改質ガソリンの爆発の炎は、改質後のガソリンの燃焼効率がきわめて優れているために起こる現象と考えられる。
なお、このような現象は、従来のセラミック材料の燃料改質触媒を用いた場合には、見られない現象であることから、本発明による無機質成分の組み合わせは、燃焼の持続効果を高めるのみならず、励起状態をより良質なものにする効果があるものと推測される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料改質触媒によれば、次のような優れた効果を奏する。
(a)  改質後の燃料の励起状態を長く持続させることができ、設置位置に影響されることなく、燃料の燃焼効率を向上させることができる。
(b)   燃焼効率を大幅に向上させるため、機関の出力を高めるともに、燃費の向上に役立つ。
(c)  自然の産物である珊瑚を用いることで、少ないコストで優れた触媒効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料改質触媒の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明による燃料改質触媒の構成例を示す側面図である。
【図３】本発明による燃料改質触媒の取付位置を説明するための自動車の燃料経路を示す模式図である。
【図４】本発明による燃料改質触媒の取付位置を説明するための自動車の燃料経路を示す模式図である。
【図５】ガソリンの粒子を顕微鏡で観察した状態を示すもので、（Ａ）は改質後のガソリン粒子を示す図、（Ｂ）は改質前のガソリン粒子を示す図である。
【図６】ガソリン粒子のクラスターの状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１    燃料改質触媒
２    容器
２ａ  パンチ孔
３    珊瑚片
４    シリコン片
１０    燃料タンク
１１    ストレーナ
１２    燃料供給ポンプ
１３    エンジン
１４    フィルタ
１５    触媒ケース
【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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