(57)【要約】【課題】安定したプラズマによって燃料の低分子化を行うことのできる燃料の低分子化装置を安価に提供する。【解決手段】プラズマ発生装置１０は、燃料供給管５内部に、互いに間隔を空けて平行に設けられた第１電極板１１と第２電極板１２とを備えている。第１電極板１１は高周波電源１３に接続され、第２電極板１２は接地されている。第１電極板１１と第２電極板１２との間には、一定の厚さを有するガラス繊維製の不織布１４が設けられている。不織布１４はさらに、第１電極板１１及び第２電極板１２の間から燃料供給管５内部へ延びて燃料タンク２内に挿入され、燃料タンク２内の軽油に一部が浸漬されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において、燃料タンクと、該燃料タンク内の燃料を前記内燃機関の排気経路内に添加する燃料添加手段との間に設けられた燃料の低分子化装置であって、
該燃料の低分子化装置は、少なくとも１つのプラズマ発生装置を備え、
該プラズマ発生装置は、
高周波電源と、
該高周波電源に接続された第１電極板と、
該第１電極と間隔を空けて設けられた接地された第２電極板と、
前記第１電極板と前記第２電極板との間に設けられると共に前記燃料タンクまで延びて該燃料タンク内の前記燃料に浸漬された燃料含浸部材と
を備える燃料の低分子化装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、
第１排気経路及び第２排気経路と、
前記第１排気経路に設けられた第１燃料添加手段と、
前記第２排気経路に設けられた第２燃料添加手段と
を備え、
前記燃料タンクと前記第１燃料添加手段との間、及び前記燃料タンクと前記第２燃料添加手段との間のそれぞれには、前記プラズマ発生装置が設けられている、請求項１に記載の燃料の低分子化装置。
【請求項３】
前記２つのプラズマ発生装置のそれぞれの前記第１電極に接続された１つの前記高周波電源を備え、
該高周波電源は、前記２つのプラズマ発生装置のいずれかの第１電極に電圧を付与するように切り替え可能である、請求項２に記載の燃料の低分子化装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生装置は、３４７ｋＪ／ｍｏｌ以上４１５ｋＪ／ｍｏｌ未満のエネルギーのプラズマを発生する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料の低分子化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料の低分子化装置に係り、特に、排ガス中に燃料を添加する排ガス処理装置に用いられる、燃料の低分子化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは、排ガス中に酸素（Ｏ２）が多く含まれるため、触媒によって窒素酸化物（ＮＯｘ）を分解除去するためには、排ガス中に燃料（軽油）を添加させてＯ２を酸化除去する必要がある。しかし、軽油には、様々な分子量の高分子成分が含まれており、一般的に、低い温度で蒸発する成分（低分子量の成分）から蒸発するので、高温でしか蒸発しない成分（高分子量の成分）が触媒に付着し、触媒能力を低下させてしまう。このため、軽油を排ガス中に添加する際に、軽油を低分子化する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、プラズマを用いて軽油を低分子化する技術が開示されている。一般に、プラズマによって燃料を低分子化するためには、プラズマが発生する２枚の電極間に燃料を配置させて、２枚の電極間にプラズマを発生させることにより行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７９７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、２枚の電極間の間隔が一定でないと、プラズマの電圧が一定にならず、安定したプラズマを発生させることができないので、燃料の低分子化が不安定になるといった問題点があった。また、それぞれの電極には誘電体を設ける必要があるため、プラズマ発生装置の製造コストが高いといった問題点もあった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、安定したプラズマによって燃料の低分子化を行うことのできる燃料の低分子化装置を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る燃料の低分子化装置は、内燃機関において、燃料タンクと、該燃料タンク内の燃料を前記内燃機関の排気経路内に添加する燃料添加手段との間に設けられた燃料の低分子化装置であって、該燃料の低分子化装置は、少なくとも１つのプラズマ発生装置を備え、該プラズマ発生装置は、高周波電源と、該高周波電源に接続された第１電極板と、該第１電極と間隔を空けて設けられた接地された第２電極板と、前記第１電極板と前記第２電極板との間に設けられると共に前記燃料タンクまで延びて該燃料タンク内の前記燃料に浸漬された燃料含浸部材とを備える。プラズマ発生装置の第１電極板と第２電極板との間に燃料含浸部材が設けられることにより、第１電極板と第２電極板との間の間隔が、燃料含浸部材の厚さになる。また、燃料含浸部材が、第１電極板及び第２電極板それぞれの誘電体の役目を果たすようになる。
前記内燃機関は、第１排気経路及び第２排気経路と、前記第１排気経路に設けられた第１燃料添加手段と、前記第２排気経路に設けられた第２燃料添加手段とを備え、前記燃料タンクと前記第１燃料添加手段との間、及び前記燃料タンクと前記第２燃料添加手段との間のそれぞれには、前記プラズマ発生装置が設けられていてもよい。
前記２つのプラズマ発生装置のそれぞれの前記第１電極に接続された１つの前記高周波電源を備え、該高周波電源は、前記２つのプラズマ発生装置のいずれかの第１電極に電圧を付与するように切り替え可能であってもよい。
前記プラズマ発生装置は、３４７ｋＪ／ｍｏｌ以上４１５ｋＪ／ｍｏｌ未満のエネルギーのプラズマを発生する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、プラズマ発生装置の第１電極板と第２電極板との間に設けられると共に燃料タンクまで延びて燃料タンク内の燃料に浸漬された燃料含浸部材を有することにより、第１電極板と第２電極板との間の間隔が、燃料含浸部材の厚さで一定となるので、安定したプラズマを発生することができる。また、燃料含浸部材が誘電体の役目を果たすことにより、第１電極板及び第２電極板のそれぞれに誘電体を設ける必要がなくなるので、プラズマ発生装置の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る燃料の低分子化装置の構成を図１に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１には、燃料の軽油を貯留する燃料タンク２が、燃料供給管６を介して接続されている。また、ディーゼルエンジン１には、排ガスが流通する排気管３が、排気マニホールド７を介して接続されている。ここで、排気管３及び排気マニホールド７は、排気経路を構成する。排気管３には、ＮＯｘ吸蔵触媒やアンモニア（ＮＨ３）等の選択還元触媒である排ガス浄化用の触媒８が設けられている。また、排気管３における触媒８の上流側には、燃料タンク２内の軽油を排気経路内に添加するための燃料添加手段である燃料添加ノズル４が設けられている。燃料タンク２と燃料添加ノズル４とは、燃料供給管５によって接続されており、燃料タンク２と燃料添加ノズル４との間には、プラズマ発生装置１０が設けられている。
【００１０】
プラズマ発生装置１０は、燃料供給管５内部に、互いに間隔を空けて平行に設けられた第１電極板１１と第２電極板１２とを備えている。第１電極板１１は高周波電源１３に接続され、第２電極板１２は接地されている。第１電極板１１と第２電極板１２との間には、燃料含浸部材である不織布１４が設けられている。不織布１４は、一定の厚さを有するガラス繊維製の布である。不織布１４は、第１電極板１１と第２電極板１２との間を完全に埋めるように設けられている。これにより、第１電極板１１と第２電極板１２との間の間隔が、不織布１４の厚さで一定になる。また、不織布１４は、ガラス繊維製であることから、誘電体の役目を果たすので、第１電極板１１及び第２電極板１２はそれぞれ、誘電体が設けられていない金属製の板である。不織布１４はさらに、第１電極板１１及び第２電極板１２の間から燃料供給管５内部へ延びて燃料タンク２内に挿入され、燃料タンク２内の軽油に一部が浸漬されている。
【００１１】
次に、この実施の形態１に係る燃料の低分子化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１が稼動すると、燃料タンク２内の軽油が燃料供給管６を流通して、図示しない燃焼室内に供給される。燃焼室内で燃料が燃焼することにより、排ガスが発生する。排ガスは、排気マニホールド７に排出された後、排気管３を流通して大気中へ排出される。一方、燃料タンク２内の軽油は、浸漬されている不織布１４の一部から吸い上げられ、不織布１４全体に含浸される。これにより、不織布１４が軽油で湿潤した状態になる。プラズマ発生装置１０の第１電極板１１と第２電極板１２との間に存在する不織布１４に含浸された軽油は、第１電極板１１及び第２電極板１２間に発生したプラズマによって低分子化された後、燃料供給管５を流通して燃料添加ノズル４に到達し、燃料添加ノズル４によって、排気管３内の触媒８の上流側へ添加される。これにより、排ガス中の酸素が消費され、触媒８により、排ガス中の有害成分が還元除去される。
【００１２】
次に、軽油がプラズマ発生装置１０によって低分子化される原理について説明する。
軽油は、炭化水素を主成分とし、炭素数が多くなるほど、すなわち分子量が大きくなるほど蒸発温度が高くなり、排気経路内で蒸発せずに燃料添加ノズル４の先端部及び燃料添加ノズル４の下流に設置されている触媒８の表面に付着しやすくなり、燃料添加ノズル４の詰まり及び触媒８の触媒活性作用を低下させる。そこで、第１電極板１１及び第２電極板１２間にプラズマを発生させることにより、第１電極板１１と第２電極板１２との間に存在する不織布１４に湿潤された軽油は、炭化水素分子中のＣ−Ｃ結合がプラズマによって切断されて、低分子化される。ここで、プラズマは、Ｃ−Ｃ結合を切断するもののＣ−Ｈ結合を切断しないエネルギーを有することが重要である。Ｃ−Ｈ結合まで切断してしまうと、炭化水素の低分子化ではなく、一酸化炭素及び水素等への分解が生じてしまうからである。Ｃ−Ｃ結合の結合エネルギーは３４７ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、Ｃ−Ｈ結合の結合エネルギーは４１５ｋＪ／ｍｏｌであることから、第１電極板１１及び第２電極板１２間に発生させるプラズマのエネルギーは、３４７ｋＪ／ｍｏｌ以上４１５ｋＪ／ｍｏｌ未満の範囲とする。
【００１３】
また、前述したように、第１電極板１１及び第２電極板１２間には、厚さが一定の不織布１４が配置されていることにより、第１電極板１１と第２電極板１２との間の間隔は一定となっている。このため、第１電極板１１及び第２電極板１２間には、３４７ｋＪ／ｍｏｌ以上４１５ｋＪ／ｍｏｌ未満のエネルギーを有する安定したプラズマが発生する。これにより、安定して軽油の低分子化が行われる。また、低分子化された軽油が燃料添加ノズル４から排気マニホールド７内に添加されるので、燃料添加ノズル４の詰まりが生じにくくなり、触媒８の触媒活性作用の低下を抑え、排ガス処理装置の信頼性が向上する。
【００１４】
このように、プラズマ発生装置１０は、第１電極板１１と第２電極板１２との間に設けられると共に燃料タンク２まで延びて燃料タンク２内の燃料に浸漬された不織布１４を有することにより、第１電極板１１と第２電極板１２との間の間隔が、不織布１４の厚さで一定となるので、安定したプラズマを発生することができる。また、不織布１４が誘電体の役目を果たすことにより、第１電極板１１及び第２電極板１２のそれぞれに誘電体を設ける必要がなくなるので、プラズマ発生装置１０の製造コストを低減することができる。
【００１５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る燃料の低分子化装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る燃料の低分子化装置は、実施の形態１に対して、排気経路を２系列有するディーゼルエンジンに設けられたものである。
【００１６】
図２に示されるように、ディーゼルエンジン２１はＶ型エンジンである。ディーゼルエンジン２１は、一方のバンクの燃焼室に接続された第１排気マニホールド２２と、他方のバンクの燃焼室に接続された第２排気マニホールド２３とを有している。第１排気マニホールド２２には第１排気管２４が接続され、第２排気マニホールド２３には第２排気管２５が接続されている。ここで、第１排気マニホールド２２及び第１排気管２４は第１排気経路を構成し、第２排気マニホールド２３及び第２排気管２５は第２排気経路を構成する。第１排気管２４及び第２排気管２５にはそれぞれ、排ガス浄化用の触媒３８及び３９が設けられている。また、第１排気管２４における触媒３８の上流側及び第２排気管２５における触媒３９の上流側にはそれぞれ、第１燃料添加手段である第１燃料添加ノズル２６及び第２燃料添加手段である第２燃料添加ノズル２７が設けられている。第１燃料添加ノズル２６及び第２燃料添加ノズル２７はそれぞれ、燃料供給管２８及び２９によって燃料タンク２に接続されている。燃料タンク２と第１燃料添加ノズル２６との間及び燃料タンク２と第２燃料添加ノズル２７との間のそれぞれには、プラズマ発生装置３０及び４０が設けられている。
【００１７】
プラズマ発生装置３０は、燃料供給管２８内部に、互いに間隔を空けて平行に設けられた第１電極板３１と第２電極板３２とを備えている。第１電極板３１は高周波電源３３に接続され、第２電極板３２は接地されている。第１電極板３１と第２電極板３２との間には、一定の厚さを有するガラス繊維製の不織布３４が設けられている。不織布３４はさらに、第１電極板３１及び第２電極板３２の間から燃料供給管２８内部を延びて燃料タンク２内に挿入され、燃料タンク２内の軽油に一部が浸漬されている。一方、プラズマ発生装置４０も、プラズマ発生装置３０と同じ構成を有し、燃料供給管２９内部に、互いに間隔を空けて平行に設けられた第１電極板４１及び第２電極板４２と、第１電極板４１に接続された高周波電源４３と、第１電極板４１及び第２電極板４２間に設けられると共に燃料タンク２まで延びて燃料タンク２内の軽油に一部が浸漬された不織布４４とを備えている。その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００１８】
プラズマ発生装置３０及び４０はそれぞれ、実施の形態１のプラズマ発生装置１０と同じ動作を行う。よって、第１燃料添加ノズル２６及び第２燃料添加ノズル２７からはそれぞれ、第１排気管２４内の触媒３８の上流側及び第２排気管２５内の触媒３９の上流側に、プラズマ発生装置３０及び４０のそれぞれによって低分子化された軽油が添加される。
【００１９】
このように、プラズマ発生装置３０及び４０はそれぞれ、プラズマ発生装置１０と同じ構成を有するので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。尚、実施の形態２では、排気経路を２系列有するディーゼルエンジンとして、Ｖ型ディーゼルエンジンを例にして説明したが、水平対向型のディーゼルエンジンであってもよい。また、排気経路が２系列に限定されるものではなく、それ以上の数の排気経路を有する場合には、それぞれの排気経路に供給される軽油を低分子化できるように、各排気経路の数と同数のプラズマ発生装置を設けてもよい。
【００２０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る燃料の低分子化装置について説明する。
この発明の実施の形態３に係る燃料の低分子化装置は、実施の形態２に対して、プラズマ発生装置３０及び４０のそれぞれの第１電極板３１及び４１に接続される高周波電源を１つにしたものである。
【００２１】
図３に示されるように、第１電極板３１及び４１にはそれぞれ、高周波電源５３が接続されている。高周波電源５３は、切り替えスイッチ５０によって、第１電極板３１及び４１のいずれか一方に電圧を付与するように切り替え可能である。その他の構成は、実施の形態２と同じである。
【００２２】
実施の形態３におけるプラズマ発生装置３０及び４０の構成は、実施の形態２と同じなので、実施の形態３についても実施の形態１と同じ効果を得ることができる。また、１つの高周波電源５３によって、第１電極板３１及び４１のいずれか一方に電圧を付与するので、実施の形態２に比べて、消費電力を抑えることができる。
【００２３】
実施の形態１〜３では、燃料含浸部材として、ガラス繊維製の不織布１４，３４，４４を使用したが、これに限定するものではない。プラズマによって燃焼することなく誘電体としての役割を果たすことのできる材料で、軽油を吸い上げ含浸することのできるものであれば何でもよく、非有機物製の不織布又は多孔性物質、例えばセラミック製の不織布であってもよい。
また、実施の形態１〜３において、排気管３，２４，２５の燃料添加ノズル４，２６，２７の上流側にＥＧＲを設け、排ガスの一部をディーゼルエンジン１，２１に戻しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料の低分子化装置を備えた排ガス処理装置の構成模式図である。
【図２】実施の形態２に係る燃料の低分子化装置を備えた排ガス処理装置の構成模式図である。
【図３】実施の形態３に係る燃料の低分子化装置を備えた排ガス処理装置の構成模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，２１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  燃料タンク、３  排気管（排気経路）、４  燃料添加ノズル（燃料添加手段）、７  排気マニホールド（排気経路）、１０，３０，４０  プラズマ発生装置、１１，３１，４１  第１電極板、１２，３２，４２  第２電極板、１３，３３，４３，５３  高周波電源、１４，３４，４４  不織布（燃料含浸部材）、２２  第１排気マニホールド（第１排気経路）、２３  第２排気マニホールド（第２排気経路）、２４  第１排気管（第１排気経路）、２５  第２排気管（第２排気経路）、２６  第１燃料添加ノズル（第１燃料添加手段）、２７  第２燃料添加ノズル（第２燃料添加手段）。
【図１】
2009091902.tif 000003
【図２】
2009091902.tif 000004
【図３】
2009091902.tif 000005