(57)【要約】      （修正有）【課題】長時間運転可能な電解装置、その電解液及び電解装置を使用した内燃機関用燃焼促進システムを提供する。【解決手段】電解装置１０は、陽極２２に対して多数の導電性ワイヤ６４を有するブラシ状電極体からなる陰極２４を対向配置することで、前記導電性ワイヤ６４の先端部及び外周部から大量の水素ガスを効率的に発生させることが可能な電解槽１２を備える。さらに、電解槽１２の発生ガスを内燃機関に導入するための流路手段を備え、内燃機関に水素酸素ガスを補助燃料として供給することによりエンジン効率を上昇させると共に排ガスの有害成分を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極を有する電解槽を備え、陰極が多数の導電性ワイヤからなるブラシ状電極体を備え、該導電性ワイヤの先端部を前記陽極の表面に所定間隔を置いて対向配置し、電解液の存在下で前記陽極と前記陰極との間で電解作用を行わせる時に前記多数の導電性ワイヤの先端部及び導電性ワイヤの外周部を電極表面として機能させることを特徴とする電解装置。
【請求項２】
前記陽極が円筒状電極からなり、前記陰極がホルダー部と該ホルダー部に支持されたロール状ブラシ電極体とを備え、前記ロール状ブラシ電極体が前記円筒状電極内に配置されていることを特徴とする請求項１項記載の電解装置。
【請求項３】
陽極及と多数の導電性ワイヤを備えたブラシ状電極体を有する陰極とを備えた電解装置の電解液であって、
前記電解液が、ヒドロキシ酢酸及びクエン酸を含有する電解水からなることを特徴とする電解装置用電解液。
【請求項４】
内燃機関に水素酸素ガスを補助燃料として供給することによりエンジン効率を上昇させると共に排ガスの有害成分を低減する内燃機関用燃焼促進システムであって、
陽極と、該陽極に対向位置されている陰極とを有する電解槽を備えた電解装置と、
前記陽極と前記陰極との間に電解用の電力を供給する電源と、
前記電解槽で生じた発生ガスを前記内燃機関に導入するための流路手段とを
備え、
前記陰極が多数の導電性ワイヤを有するブラシ電極体を備え、電解液の存在下で電解作用を行わせる時に前記多数の導電性ワイヤの先端部及び導電性ワイヤの外周部を電極表面として機能させることを特徴とする内燃機関用燃焼促進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は電解装置及び内燃機関用燃焼促進システムに関し、とくに、高効率の電解装置、その電解液及びこれを利用した内燃機関用燃焼促進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、温暖化対策の有効な手段として、電解装置により生成された水素ガスを新エネルギーとして有効活用することが注目されている。一般に、電解装置は電解槽内に配置されたいずれも平板状若しくは円筒状の陽極と陰極とを組み合わせた電極構造が採用されているが、これら電極ではガスの発生量が少ない。そこで、その欠点を補うものとして、米国特許５，９９７，２８３号、米国特許第６，６３０，０６１号及び米国特許第６，８６６，７５６号には電解槽内に多数の平板電極を並列配置した電解装置が提案されている（特許文献１〜３）。これら電解装置では多数の平板電極を所定の間隔で配置するために、必然的に装置が大型化するのみでなく、製造コストが上昇する。又、陰極も平板電極で構成されているため、陰極の有効電極表面積が小さく、効率的に水素を発生させることが困難である。しかも、蒸留水や純水以外の電解水を利用して電解を行った場合には、水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンが陰極表面に析出し、炭酸イオン、シリカ等は陽極側に集まる。このため、運転時間の経過と共に、これら成分の絶縁被膜が電極表面に析出して電解装置の水素発生効率が著しく劣化していた。そのため、電解装置を運転して短期間毎に、電解装置を分解して、電極表面を薬品などを使って洗浄しなければならず、これらの作業が繁雑となるだけでなく環境汚染の原因ともなり、運転コストも極めて上昇していた。【０００３】  一方、車両用内燃機関において、基準燃料に対して電解装置で生成させた酸素水素の混合ガスを補助燃料として内燃機関の吸気系に供給することにより、排ガス中の有害成分である一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を９０％以上、削減可能となり、また、その場合は、基準燃料のみの供給時よりも内燃機関の出力トルクや出力馬力を大幅に改善して、燃費を飛躍的に改善するようにした内燃機関用補助燃料供給システムが開示されている（特許文献４及び５）。【０００４】  しかしながら、これら内燃機関用補助燃料供給システムでは、いずれも複数の複数の円筒状電極を同心的に配置された構造が採用されている。この構造において、電極の有効表面積が小さいため、水素の発生効率が低かった。また、一般の飲料水を利用して電解を行った場合には、装置の運転中に、短時間で電極表面に絶縁被膜が形成されて水素生成効率が著しく劣化していた。そのため、長時間運転可能で、高い水素発生功率の内燃機関用燃焼促進システムの実用化が困難であった。【０００５】
【特許文献１】米国特許５，９９７，２８３号
【特許文献２】米国特許第６，６３０，０６１号
【特許文献３】米国特許第６，８６６，７５６号
【特許文献４】米国特許第６，３３６，４３０号
【特許文献５】米国特許第７，２４０，６４１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、長時間連続運転しても、電解性能の劣化が少なく、高効率で水素酸素の混合ガスを発生させることが可能な電解装置、その電解液及びこれらを利用した内燃機関用燃焼促進システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  第１発明では、電解装置が、陽極及び陰極を有する電解槽を備え、陰極が多数の導電性ワイヤからなるブラシ状電極体を備え、該導電性ワイヤの先端部を前記陽極の表面に所定間隔を置いて対向配置し、電解液の存在下で前記陽極と前記陰極との間で電解作用を行わせる時に前記多数の導電性ワイヤの先端部及び導電性ワイヤの外周部を電極表面として機能させることを特徴とする（請求項１）。【０００８】  上述の構成では、陰極が数千本乃至は数万本の導電性ワイヤからなり、これらの先端部が陽極表面に対向する。この場合、各導電性ワイヤでは、陽極に対向した導電性ワイヤの先端だけでなく、導電性ワイヤの外周部全体も有効な電極表面として機能する。このように、数千本乃至は数万本の導電性ワイヤの先端部及びワイヤの外周部を含む全表面が水素発生面として機能するため、水素ガスの発生効率を飛躍的に高めることが可能となる。【０００９】  第２発明では、電解装置用電解液が、陽極及と多数の導電性ワイヤを備えたブラシ状電極体を有する陰極とを備えた電解装置の電解液であって、前記電解液が、ヒドロキシ酢酸及びクエン酸を含有する電解水からなることを特徴とする（請求項３）。ヒドロキシ酢酸及びクエン酸の配合比率はとくに限定するものではないが、重量比で１：１の割合で含有されていることが好ましい。なお、電解水に対して、ヒドロキシ酢酸及びクエン酸は、０．１〜３５重量％の範囲、好ましくは、０．３〜２０重量％の範囲で含有されているのが良い。電解水に対して、ヒドロキシ酢酸及びクエン酸を配合すると、電解装置の長時間の運転にも拘わらず、上述の導電性ワイヤがクリーンな状態に保持されて連続的に高効率の混合ガスの発生が可能となる。【００１０】  第３発明では、内燃機関用燃焼促進システムが内燃機関に水素酸素ガスを補助燃料として供給することによりエンジン効率を上昇させると共に排ガスの有害成分を低減する内燃機関用燃焼促進システムであって、陽極と、該陽極に対向位置されている陰極とを有する電解槽を備えた電解装置と、前記陽極と前記陰極との間に電解用の電力を供給する電源と、前記電解槽で生じた発生ガスを前記内燃機関に導入するための流路手段とを備え、前記陰極が多数の導電性ワイヤを有するブラシ電極体を備え、電解液の存在下で電解作用を行わせる時に前記導電性ワイヤの先端部及び導電性ワイヤの外周部を電極表面として機能させることを特徴とする（請求項４）。【００１１】  上記構成において、前記陰極は数千本乃至は数万本の導電性ワイヤを備えたブラシ状電極体からなり、陰極の有効表面が飛躍的に拡大する。この陰極を陽極に対向させることで、高濃度水素酸素の混合ガスを発生させて、これらを内燃機関の燃焼室に導入することができる。この場合、高濃度水素酸素の混合ガスによって基準燃料の燃焼が促進されると共に未着火の基準燃料の気化を促進できるため、基準燃料の完全燃焼を促進する。このとき、基準燃料の完全燃焼によって、内燃機関の１ストローク当たりの仕事量が増大し、出力トルクや出力馬力を大幅に増加させることができ、内燃機関の燃費を飛躍的に改善できる効果がある。さらに、基準燃料はリーン状態にて完全燃焼されるので、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、��化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分や温暖化ガス（ＣＯ２）の発生も大幅に削減可能となる。特に、ディーゼルエンジンに本発明が採用された場合は、浮遊微粒子（ＳＰＭ）も大幅に削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下、本発明を具体化した一実施形態の電解装置について、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１３】  図１において、電解装置１０は円筒状の電解槽１２と、電解槽１２の上部に接着剤その他の適当な手段で固定された上蓋１４と、電解槽１２内に収納された電極ユニット１６とを備える。電極ユニット１６は電解槽１２内に配置された上部支持部材１８と、下部支持部材２０と、上部支持部材１８と下部支持部材２０との間で保持された円筒状陽極２２と、円筒状陽極２２の内周面に対向するように上部支持部材１８と下部支持部材２０との間で支持された陰極２４とを備える。【００１４】  上蓋１４は電解液導入口２６と、電解液導入口２６にシール３０を介して着脱可能に装着されたキャップ２８と、陰極端子挿入口３２と、陽極２２に接続された陽極端子部３１が挿入された陽極端子挿入口３３と、混合ガスアウトレット３４と、リード線挿入口３６とを備える。上部支持部材１８は電解液導入口２６と連通する案内口３８と、陰極ガイド口４０と、混合ガスアウトレット３４に連通するガス案内口４２と、振動体案内口４４とを備える。下部支持部材２０は円筒状陽極２２の内部と外部にそれぞれ連通していて円筒状陽極２２の内部の電解液に超音波振動を伝達可能にするように周方向に所定間隔で形成された振動伝達開口部４６，４８を備える。上部支持部材１８の振動体案内口４４には超音波振動装置５０の振動体５２が装着されており、超音波振動装置５０のリード線５２は外部回路（図示せず）に接続されている。【００１５】  陰極２４は上部支持部材１８と下部支持部材２０との間で支持されたステンレスワイヤ、炭素繊維その他の導電性ワイヤから形成されていて、上蓋１４の上部に延びる陰極端子部６０ａを有する陰極本体６０と、陰極本体６０に固定されたホルダー部６２と、ホルダー部６２の外周に装着された多数の導電性ワイヤ６４とからなるロール状ブラシ電極体から構成される。導電性ワイヤ６４は直径０．０４〜３．６ｍｍのステンレス線を所定長さに切断して、ホルダー部６２により固定支持されてブラシ状のロール状電極体として形成される。このロール状電極体からなる陰極２４を陽極２２の内周面から例えば、０．２〜５ｍｍの間隔を置いて配置される。両電極の間隔は上部支持部材１８と下部支持部材２０とによって保持される。【００１６】  電解槽１２の内部に供給される電解液は、ヒドロキシ酢酸及びクエン酸を含有する電解水からなる。ヒドロキシ酢酸及びクエン酸は重量比で１：１の割合で含有されていることが好ましい。なお、電解水に対して、ヒドロキシ酢酸及びクエン酸は、０．１〜３５重量％の範囲、好ましくは、０．３〜２０重量％の範囲で含有されているのが良い。電解水に対してヒドロキシ酢酸及びクエン酸を配合すると陰極２４の導電性ワイヤ６４及び陽極２２の電極表面が常にクリーンな状態に維持されながら連続的な電解が可能となる。【００１７】  上記構成において、電解液導入口２６から電解液を電解槽１２の内部の上部支持部材１８の下部近辺まで充填し、両電極２２，２４間に直流電力を供給しながら、リード線５２を介して外部回路から超音波振動装置５０に電力を供給する。このとき、多数の導電性ワイヤ６４の先端部並びに外周部の電極表面から水素ガスが発生する。一方、陽極２２の内周面から酸素ガスが発生する��電解槽１２の電解液内では振動体５２が超音波振動しているため、この超音波振動は下部支持部材２０の振動伝達開口部４８，４６を介して陽極２２内部の電解液に伝達される。このため、陽極２２内部の電解液の超音波振動により陽極２２の内周面に付着した酸素ガスの気泡及び多数の導電性ワイヤ６４の先端部並びに外周部の電極表面に付着した水素ガスの気泡が迅速に分離される。斯くして、これら電極表面には常に電解液が存在して効率的に電解作用が促進される。【００１８】  次に、本発明の電解装置を組込んだ内燃機関用燃焼促進システム１００について図２を参照しながら説明する。本発明の適用対象の内燃機関１１０はガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、エタノールエンジン、ガソリン・エタノール混合エンジン、軽油・エタノール混合エンジン、プロパンガス（ＬＰＧ）エンジン又は天然ガスエンジンなどである。内燃機関１１０はエアーフイルタ１１２と、吸気管１１４と、複数の燃焼室に連結されたインテークマニフォルド１１６と、オルタネータ（図示せず）の発電電力を充電して電解用電源として機能するバッテリ１１８と、前述の電解装置１０とを備える。電解装置１０の正極３１及び負極６０ａはバッテリ１１８の正極と負極とにそれぞれ接続され、キースイッチ１０２が投入されたときに電解用の電力が供給される。電解装置１０の混合ガスアウトレット３４は補助燃料供給路１２０を介して吸気管１１４に接続され、電解装置１０の混合ガス流れＭＧは吸入空気Ａと混合されて内燃機関１１０の燃焼室（図示せず）に供給される。内燃機関１１０の燃焼室に供給された補助燃料としての酸素水素ガスは基準燃料が着火したときに基準燃料の火炎伝搬速度を飛躍的に高める。このとき、燃焼室に供給された霧状の燃料は水素の高速燃焼に伴って迅速に燃焼室で気化する。従って、基準燃料は短期間に完全燃焼し、排気ガス中のＣＯ２、ＨＣ，ＣＯ等の有害成分も大幅に低減される。ＮＯｘの生成量は一般に、燃焼時の高温温度とその高温温度の継続時間によって定まる関数（以下、ＮＯｘ生成関数と称する）に依存する。この点に関して、補助燃料による水素リッチ状態で基準燃料を燃焼させると、燃焼室内に於ける水素の高速火炎伝搬により１動力工程当たりの基準燃料の燃焼時間が著しく短縮される。従って、ＮＯｘ生成関数が小さくなり、ＮＯｘが飛躍的に削減される。また、補助燃料と基準燃料との組み合わせで、内燃機関の出力トルクや出力馬力が増大するため、燃費が飛躍的に改善される。【００１９】  以上、本発明の電解装置は円筒状陽極とロール状のブラシ陰極からなるものとして示したが、陽極を平面状構造体に形成する一方、陰極を平面状構造体に構成して、これら両電極を所定の間隔となるように配置しても良い。なお、純水若しくは蒸留水からなる電解液を利用する場合は、陽極と陰極との間にイオン交換膜を配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例による電解装置の一部断面図を示す。
【図２】本発明の電解装置を組込んだ内燃機関用燃焼促進システムの全体図を示す。
【符号の説明】
【００２１】１０  電解装置
１２  電解槽
１８  上部支持部材
２０  下部支持部材
２２  陽極
２４  陰極
２６  電解液導入口
３４  混合ガスアウトレット
５２  超音波振動装置
６０  陰極本体
６４  導電性ワイヤ
１１０  内燃機関
１１４  吸気管
１１６  インテークマニフォルド
１１８  バッテリ
１２０  補助燃料供給路
【図１】
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【図２】
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