JP2000509453A - 光子放出放射による電子刺激 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の装置は、光子をターゲット領域（２５）に放出できる放射線発生器（２３）、電源（３９）、及びターゲット領域（２５）に流体的に連結された燃料搬送装置（４）を含む。燃料は、入口ニップル（１６）に繋がる燃料搬送装置（４）を介してターゲット領域（２５）内に導入される。ターゲット領域、好ましくはリザーバ（２５）では、燃料は、放射線発生器（２３）上を通過する。放射線発生器は、非加圧型紫外線エレメントであるのがよい。別の態様の放射線発生器にはレーザーが含まれる。本発明は、燃焼用燃料等のターゲットをイオン化するプロセスを含む。イオン化プロセスは、約１×１０¹¹Hz以上の有効波長の光子を有効距離内の燃料に照射することによって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 光子放出放射による電子刺激 発明の背景 発明の分野 本発明は、炭化水素をベースとした燃料等のターゲット分子を解離するため、 高エネルギの光子を透過し放出するための方法及び装置に関する。詳細には、タ ーゲット分子をキャブレータ又は燃料噴射システム内へ導入する直前に、内燃エ ンジンの燃料ライン及び／又は吸気装置に位置決めできる装置、及び更に完全に 燃焼させることによって、単位量の燃料当りのエンジン出力を向上し、有毒な空 中エミッションの量を減少する、関連したプロセスに関する。発明の背景の説明 燃焼エンジンは周知の装置である。これらのエンジンで起こる燃焼プロセスに は、多くの非効率なプロセスが含まれる。燃焼エンジンは燃料の完全燃焼を行う ことができないばかりでなく、有毒ではないにしろ環境に有害な多くの最終生成 物を発生する。 過去１０年に亘って使用された燃焼システムに対する多くの改良は、燃焼源の 効率を向上し、燃焼源からの有毒なエミッションを減少したが、更なる改良の余 地がある。内燃エンジンで行わなければならない主な改良は、混合気、及びベン チュリから燃焼室まで混合気が通過する際に生じる乱流である。新たな噴射シス テム及び燃焼室内の燃料−空気分散パターンから別の新たな改良がなされた。更 に別の改良は、多段点火及び希薄混合気を使用することである。これらの改良の 各々は、エミッションの減少に寄与し、場合によっては、エンジン出力の向上に 寄与した。残念なことに、これらの改良の各々は、エミッションについては僅か な改善しかもたらさず、危険なエミッションの減少には大きな影響をもたらさな かった。 トム・ワリス・ジュニアに付与された米国特許第４，１９５，６０６号（「ワ リス特許」）には、内燃エンジンに導入される周囲空気中の酸素に作用を及ぼす 装置が開示されている。しかしながら、この装置は、比較的新型のエンジンで使 用した場合には有効でない。ワリスの装置は、１９８６年型以前のエンジンに使 用した場合、平均で、燃料を６％節約し、有毒な空中エミッションを４０％乃至 ６０％減少する。１９８６年型以降のエンジンについては、燃費の大幅な向上が なされない。大型エンジン（＋２００軸馬力（ｂｈｐ））で使用した場合には、 非常に壊れ易いユニットが、エンジンのバックファイヤーが加わったときに破損 することがあり、ユニットを破壊する。この問題点は、装置が比較的高価である ことと相まって、別の技術を開発することを必要とする。 最新のエンジンは、ワリスの装置が開発された１５年前とは異なるプロセスを 空気に加える。今日では、空気には、温度及び圧力の両方で大きな変化が加えら れなければならない。これらの変化は、今日の燃焼システムで商業的に使用され ているターボチャージャー及びインタークーラーによる。空気に作用を及ぼすた めにこのプロセスで形成された生成物は非常に不安定である。温度及び圧力が大 幅に変化する条件等の悪条件の下では、作用が及ぼされた空気の大部分がその元 の周囲空気の形態に戻り、従って、最小の効果しか燃焼反応に加えられない。か くして、ワリスの装置は反応体（周囲空気）の性質のため、新型エンジンでは有 効でないのである。ほとんどが窒素、水素、及び酸素である空気は、イオン化す ると壊れて各分子の原子になる。これらの原子及び／又はイオンは、高圧高温の 状態に置かれた場合、再結合し、分子の形態、即ちＯ₂、Ｈ₂、及びＮ₂になるか 或いは、水、アンモニア、及び他の非燃焼補助性分子等の様々な他の分子化合物 の形態になる。 ワリスの装置が有効でないのには三つの主な理由がある。即ち、（１）空気の 密度が、液体と比較した場合に比較的低いこと、（２）ワリスの装置を通って移 動する空気の相対速度、及び（３）放射線発生器の有効距離内を通過する空気の 量のため、ワリスの装置により改質される空気の量の割合が非常に小さいことで ある。ワリスの特許に開示された紫外光源の有効透過距離は、１cm以下である。 ワリスの装置を１cm以上離れて通過する空気には作用が及ぼされない。このこと は、この空気容積内に含まれる酸素には活性形態の酸素への変化が全く及ぼされ ないということを意味する。有効でないことの第１の理由は、単位量当りに作用 を及ぼすことができる分子の数による。これを空気の速度の問題点と結び付ける と、１秒当りに作用が及ぼされる1cm³当りの分子数は、同じ分子が液状であり且 つ装置を１気圧の圧力で通過する場合よりも少ない（１０⁴以上）。最後に述べ たことが、ワリスの装置の有効性に対する問題点のうちの最も大きなことである 。 ワリスの装置は、非燃焼性の分子に作用し、ワリスのプロセス中に発生した熱 により爆発が起こる懸念及び危険がない。しかしながら、爆発や火災を引き起こ すことなく更に効率的なプロセスを提供する方法は開示も教示もなされていない 。 燃焼効率管理触媒「ＣＥＭ−Ｃａｔ」）として当該産業で周知の別の技術は、 燃料噴射装置又はキャブレータ内に燃料を導入する前の燃料ラインに装着される 受動的触媒である。ＣＥＭ−Ｃａｔは、燃費を１０％乃至１２％改善し、エミッ ション〔一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_X）、及び全炭化水素（ＴＨＣ ’ｓ）〕を各々について２０％乃至４０％減少する。しかしながら、ＣＥＭ−Ｃ ａｔの弱点は、作用が及ぼされる燃料の種類、触媒の寿命が限られていること、 用途の異なる様々な燃料で有効性が異なること、及び細菌汚染の可能性があるこ とと関連している。液体燃料にしか作用を及ぼさず、燃料及びエンジンの用途及 び形体によって効果が大幅に変化する。ひとたび燃料に露呈された後のＣＥＭ− Ｃａｔの寿命は有限である。ＣＥＭ−Ｃａｔの別の欠点は、ディーゼルエンジン に適用したＣＥＭ−Ｃａｔは、触媒がもはや触媒として機能しなくする細菌の繁 殖を起こすことなく、燃料から取り出すことができないということである。 ＣＥＭ−Ｃａｔは、能動的部品又は構成要素なしに燃料の燃焼性を改善するよ うに、燃料改質性能が限られている。ＣＥＭ−Ｃａｔの効果は吸熱的であるが、 結果的な反応は、エンジン及びエミッションの性能に一貫して影響を及ぼすのに 十分な量の有用生成物を発生しない。触媒の性質により、この生成物は、一貫し た結果的を得るため、かなり大きな質量及び重量を必要とする。必要な質量及び 重量は、現在のエンジンの用途に適しない。 燃焼システムの不完全燃焼の問題点に対する一つの解決策は、反応体にエネル ギを加えることによって、発熱反応を引き起こさずに吸熱反応を生ぜしめること である。しかしながら、このプロセスには、点火したり爆発を生じることなく、 揮発性反応体にエネルギを加える方法、改質反応体の有効性を最大にするために ュニットをどこに置くか、及びユニットを適当な費用で形成する方法について問 題がある。 一つの主な関心事は、連鎖的発熱反応（爆発）を引き起こさずに揮発性反応体 に作用を及ぼす方法である。発熱反応は、エネルギを燃料に加える（燃料の温度 を上昇する）ことによって、又は可能な電磁発生器の作動方法による熱によって 生じる。燃料内の温度を上昇するとエネルギが上昇するが、燃料の温度が上昇す ると、燃料の燃焼性が低下する場合が多い。例えば、ディーゼル燃料は、燃料を 特定温度以上に加熱した場合、効率が落ちる。これは、ターボチャージャーにイ ンタークーラーを使用する別の理由である。インタークーラーは、実際には、高 められた空気圧により発生した熱を下げるのである。空気が加熱されたままであ る場合には、キャブレータのベンチュリ内の混合気を減少し、効率を下げる。 炭化水素をベースとした燃料及び関連した反応体を更に効率的に燃焼するため の装置及び方法が必要とされている。更に、燃料、オキシダント、又は希釈剤中 に存在する有機生物形態（organic lifeform）を完全に除去するプロセスが必要 とされている。 更に完全な燃焼プロセスを提供する装置が必要とされている。 発明の概要 本発明の装置及び方法は、内燃エンジン及び非内燃エンジンの両方の欠点を解 決する。光子放出放射（photon emitting radiation）による電子刺激を提供す る本発明は、従来利用できた技術の多くの欠点の結果として開発された。 本発明の装置は、エネルギを好ましくは１×１０¹¹Hz以上の波長範囲の光子の 形態でターゲット領域に放出できる放射線発生器を含む。本発明の装置は、発生 器を作動するための電源を含み、この電源は、発生器及びターゲット領域と流体 連通した燃料搬送装置に接続されている。光子は、電磁放射線発生器を使用する ことによって、ターゲット領域内のターゲット、例えば炭化水素をベースとした 燃料に導入され、燃料内の分子及び原子に運動エネルギを提供する。燃料にエネ ルギを加えることによって、作用を受けた分子がイオン化する。燃料をイオン化 することによって、燃料内の炭化水素及び他の分子が、様々な炭化水素ラジカル （炭化水素基） 、簡単なアルケン類、アルカン類、及び他の簡単な炭化水素分子に分解される。 このプロセスの別の生成物は、酸素、水素、及び水酸化物のラジカルである。 本発明の装置は、本明細書中、イオン化燃焼賦活装置と呼ばれ、所望の効果を 生じるのに十分なエネルギを発生し、伝送し、火花や過度の熱を生じない。更に 、本装置は、本発明のイオン化燃焼賦活プロセスを進めることを可能にする有効 透過距離を提供する。本発明の電源は、１２ｖの電池から約３５０ｖを必要とす る状態で、必要な電圧を電磁発生器に提供する電気回路であるのがよい。必要な 電圧を供給できるどのような電源でも使用できる。 本装置は、ワリスの特許の従来の空気装置の効率の３倍以上の効率を提供する 。本発明のイオン化燃焼賦活装置は、どのようなエンジン負荷でも、燃料を２５ ％節約し、ＣＯ、ＮＯ_X、及びＴＨＣ’ｓのエミッションを１００ｐｐｍ以下に 抑えるということが様々な試験でわかった。更に、本装置は、作用が及ぼされた 燃料と接触する全ての場所の炭素付着物をほぼ１００％除去する。炭素が、熱を 保持し、モーターオイルの変成及びエンジンの摩耗を招くエンジンの作動温度の 上昇の主因であることに鑑みれば、この効果が優れていることがわかる。試験し たモーターオイルは、１６０９３．４４km（１００００マイル）後に熱分解の痕 跡もなく、効率的であることがわかっている。ほとんどのエンジンについての保 守の必要性は、オイルの劣化及び炭素の堆積による。 本装置は、従来のワリスの装置よりも５０％安価に製造できる。かくして、本 発明には、摩耗が少ないためにエンジンの寿命が延び、その大きさのため、使用 に融通性があり、燃費を向上し、エミッションを減少し、比較的安価に製造でき るという利点がある。 本発明は、更に、炭化水素をベースとした燃料を使用した燃焼反応を進め、処 理がなされていない炭化水素をベースとした燃料よりも迅速に燃焼できる装置及 びプロセスを提供することによって、現在の燃焼の問題点を解決する。この同じ 方法及び装置は、燃焼プロセスでオキシダント又は燃料として使用できる、水及 び空気を含む水性溶液及び非水溶液の改質にも使用される。 炭化水素を効率的に燃焼するための手段を提供することによって、燃焼プロセ ス中に形成される一酸化炭素の多くが、燃焼中に酸化される。炭化水素は、ＣＯ の燃焼（酸化）を抑制する。これは、ＣＯと反応するのに十分な酸化剤が存在す る場合、反応領域から全ての炭化水素が除去（燃焼）されるまで、酸化剤がＣＯ と反応しないということを意味する。従って、燃え残りの炭化水素がある場合に は、ＣＯが放出される。炭化水素を更に効率的に燃焼する手段を提供することに よって、残りの酸素及び他の酸化性ラジカルを一酸化炭素と反応させて二酸化炭 素を形成することができる。更に、別の可能な実施例では、イオン化燃焼賦活装 置による改質を行った又は行っていない混合気に水を導入した場合、一酸化炭素 の燃焼が更に効率的に行われる。これは、水が、ＣＯの燃焼を行う上での触媒で あるためである。燃焼室に導入された更に簡単な炭化水素は、燃焼がはるかに容 易である。これは、燃焼反応の完了に必要なエネルギ及び時間が少ないというこ とを意味する。これにより燃焼が更に完全に行われる。 イオン化燃焼賦活装置の改良燃焼の一つの他の効果は、単位量の燃料当りに得 られるエネルギ、馬力、又は仕事が大きいということである。自動車の場合、単 位量の燃料当りの走行距離が延び、及び／又は馬力が大きくなるということを意 味する。 改良混合気は低温で燃焼する。これにより、エンジンを低温で作動できる。エ ンジンの作動温度を下げることによって、ＮＯ_Xが発生し難くする。窒素酸化物 （ＮＯ_X）は、高いエンジン温度により発生する。窒素は、燃料でも炭化水素を 燃焼する上での酸化剤でもない。希釈剤と呼ばれる単なる受動的オブザーバー（ passive observer）である。他の希釈剤には、過剰の酸素、及びアルゴン等の空 気の他の非反応性成分含まれる。しかしながら、作動温度が高過ぎると、燃焼室 内に存在する過剰の酸素と窒素とが反応し、窒素酸化物を生成する。本発明は、 これが起こらないようにする二つの機構を提供する。第１の機構は、点火温度の 低い燃焼性成分（燃料）を提供することにより、直接燃焼加熱によるＮＯ_X生成 の機会を少なくする機構である。第２の機構は、以下に説明する脱炭素プロセス により、エンジンの作動温度を下げる機構である。 脱炭素プロセスは、改良した反応体によって行われる。改良した反応体には、 極めて強力な酸化剤である多くのイオン及びラジカルが含まれる。これらの酸化 剤は、移動し、改良した燃料の部分である。しかしながら、これらは、移動時に 、接触した全ての反応性物質と反応する。これらの酸化剤が利用できる生成物は 炭素である。炭素は、燃料−エンジンシステムに亘って堆積する。炭素の堆積は 、燃焼室内及びこれと隣接した全ての表面で重要である。炭素の堆積は、これが 燃焼中に存在し、かくして、利用可能な酸素と反応する炭素を追加し、燃焼プロ セスにエネルギ上の寄与をもたらすことなく更に多くのＣＯを発生することによ るばかりでなく、熱を保持するその性質のため、重要なのである。このように熱 が保持されるということは、高いエンジン温度の原因を決定する場合に重要であ る。炭素をなくすことによって、ＣＯの量を減らすばかりでなく、ＮＯ_Xが発生 し難くする。更に、炭素付着物を除去することによって、エンジンオイルを低温 に保つことができ、炭素粒子を含まない清浄な状態にすることができる。これは 、エンジンオイルの寿命を劇的に長くする。 イオン化燃焼賦活プロセスによって炭素堆積物及びシステム中の他の不純物を ひとたびなくすと、酸化性分子及びイオン（ラジカル）の多くを燃焼に利用でき る。これは、作用を及ぼした反応体を使用するエンジンの効率にも寄与する。本 発明は、燃焼プロセスを大幅に改良し、エンジンの効率を向上し、有毒な空中エ ミッションを減少し、エンジンの寿命を延ばす。 内燃エンジン及び炭化水素をベースとした燃料及び反応体に関して本発明を論 じたけれども、本発明の装置及び方法は、非内燃エンジン及び他の水性及び非水 液体及びガスにも同様に適用できる。 図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照することによって更によく理解されるであろう。 第１図は、イオン化燃焼賦活装置を持つ燃焼エンジンの燃焼プロセス中の断面 図であり、 第２図は、本発明の装置、即ちイオン化燃焼賦活装置の断面図であり、 第３図は、本発明の燃焼エンジンの構成要素の概略図であり、 第４ａ図は、制御ボックスの電子回路を示す、回路の概略図であり、 第４ｂ図は、紫外線ランプの回路を示す概略図であり、 第４ｃ図は、イオン化燃焼賦活装置と制御ボックスとの間の回路を示す概略図 であり、 第５図は、エンジンの吸気マニホールドの断面図であり、 第６ａ図及び第６ｂ図は、イオン化燃焼賦活プロセスのフローチャートである 。 好ましい実施例の詳細な説明 好ましい実施例を説明する目的のため、炭化水素燃料で作動する内燃エンジン に対する本発明の適用に絞って詳細に説明する。 第１図には、燃焼エンジン１００の断面図が示してある。代表的な燃焼エンジ ンでは、燃料４０は、燃料タンク３１（第３図参照）から主燃料ライン３を通っ て燃料フィルタ２に入る。燃料は、燃料ポンプ３０（第３図参照）によって加圧 される。燃料は、燃料中の大きな粒子や汚染物を取り除く燃料フィルタを通過す る。他の燃焼エンジンとは異なり、本発明の改良燃焼エンジンでは、燃料は、燃 料ライン４を介してイオン化燃焼賦活装置１を通って燃焼エンジンを通過し続け る。燃料は、これに作用が及ぼされるターゲット領域でイオン化賦活プロセスを 受ける。燃料は、ターゲット領域に流動的に連結された燃料搬送装置によってタ ーゲット領域と接触する。燃料搬送装置は、入口ニップル１６及び出口１７を含 むか或いは、変形例では、燃料ライン４であるのがよい。好ましい実施例のター ゲット領域は、イオン化燃焼賦活装置内のリザーバ２５（第２図参照）である。 変形例では、ターゲット領域はキャブレータのベンチュリ８又は燃料ライン４の 容積であるのがよい。 好ましい実施例（第２図参照）では、燃料は、入口ニップル１６を介してイオ ン化燃焼賦活装置１に進入する。燃料は、イオン化燃焼賦活装置１の内部の長さ を入口ニップル１６からリザーバ２５を通って出口ニップル１７まで移動する。 移動距離は、特定のエンジン用途に応じて変化する。燃料は、イオン化燃焼賦活 装置１を通過するとき、リザーバ２５内で本発明のイオン化／解離プロセス（「 イオン化燃焼賦活プロセス」）を受ける。燃料は、トランスミッターの有効距離 内を移動する場合には、入口ニップル１６から出口ニップル１７まで通過する際 にイオン化燃焼賦活プロセスを受ける。 好ましい実施例では、ターゲットは炭化水素燃料である。しかしながら、本発 明の変形例では、ターゲットは、水性又は非水の液体又はガスであってもよい。 燃料は、イオン化燃焼賦活装置１を通過し、出口ニップル１７を通って出る際 、第２燃料ライン５に進入する。この時点で、燃料には、イオン化燃焼賦活装置 １の作用による多くの変化が及ぼされる。これらの変化を以下に論じる。燃料は 、次いで、第２入口ニップル１８を介してキャブレータの燃料ボウル６に入る。 キャブレータの燃料ボウル６で、燃料は、燃料通路７を通ってキャブレータのベ ンチュリ８に導入されるのを待機する。（キャブレータのベンチュリ８内で、空 気５３は、燃料と同時にキャブレータ内に導入される。）空気５３は、空気フィ ルタハウジング１２の吸気ノズル９を通して取り込まれる。ハウジング１２は、 ピン１４及びナット１３によって互いに保持されている。空気はノズル９を通っ てフィルタ１１に行き、空気フィルタ１１は空気中に存在する大きな粒子を除去 する。その後、空気５３は、キャブレータのスロート１０を通過し、キャブレー タのベンチュリ８内で燃料と混合するのに利用できる。キャブレータのベンチュ リ８は、空気と燃料の組み合わせ５０を混合する。この混合物はエンジンの吸気 マニホールド４１（第５図参照）内に移動する。混合物の移動は、第５図に更に 詳細に示してある。混合気が入口マニホールド４８を通って燃焼室４７内に、又 は変形例では、燃料空気インジェクター（図示せず）内に移動したとき、空気成 分及び賦活した燃料に反応を生ぜしめる作用が加えられる。これは、入口マニホ ールド内の乱流により、空気−燃料組み合わせが更に混合されるためである。混 合物は、燃料室４７に進入すると、燃焼室に亘って拡がる。 好ましい実施例では、混合物が燃焼室４７の利用可能な容積を満たしたとき、 点火プラグ（図示せず）で点火する。変形例では、ディーゼルエンジンの場合の ように圧縮ピストン５２の圧力で点火する。ディーゼル燃料は、ガソリンエンジ ンで使用される火花とは異なり、増大させた圧力により発生した熱によって点火 する。 この時点で、改良燃料が明らかになる。点火プラグで点火すると、混合気が発 熱反応を生じ、即ち爆発する。燃料と空気の反応が起こったとき、ピストンは爆 発によって燃焼室４７の長さだけ押し下げられ、これによってエンジンの仕事量 のための機械的力が提供される。 改良された混合気は、改良されていない燃料と比べて、鎖が大きく枝分かれし た多数のラジカル及びイオンを提供する。鎖の枝分かれ（chain-branching）に より、燃焼室４７での燃焼を更に均等にすることができる。多くのエンジンでは 、燃料は燃焼反応で完全には消費されない。多くの場合、これは、燃焼室での燃 焼が低温で行われるためである。低温での燃焼は、燃焼によって発生した最初の 熱を燃焼室に効率的に通すための手段が設けられていないために起こる。 本発明のイオン化燃焼賦活プロセスが加えられた燃料は、更にエネルギが高い 反応体を燃焼室に亘って分散し、不完全燃焼が起こり難くする機構を提供する。 燃焼反応は、エンジンのバルブ５４ａが開放して混合気を燃焼室４７に入れた 時とエンジンのバルブ５４ｂが開放して燃焼プロセスのエミッションを燃焼室４ ７から出す時との間で完了しなければならない。この時間間隔内で混合気に点火 し、燃焼する。 本発明のプロセスは、反応体燃料を変化させ、燃焼プロセスを完全燃焼に近付 けることができる。完全燃焼は、一酸化炭素等の中間燃焼生成物を含む全ての反 応体の１００％燃焼であると定義される。従って、完全反応では、炭化水素も一 酸化炭素も排出されない。 本発明の変形例は、水を燃焼プロセスに加える工程を含む。水を加えることに よって、エンジンの作動温度が更に下がる。水には、これが燃焼中に存在するこ とを有害にし、有利にする二つの性質がある。水は、水素の酸化を妨げる傾向が あるため、有害である。しかしながら、従来技術の項で論じたように、一酸化炭 素の酸化の速度及び発熱反応を高める。 イオン化燃焼賦活装置１は、更に、燃焼プロセスに導入された水並びに任意の 他の水溶液を、その溶液中の分子をイオン化することによって改質できる。水を 光イオン化すると、十分以上の水が解離し、水素の酸化に関する抑制ファクタを 解消する。イオン化燃焼賦活プロセスの変形例では、イオン化燃焼賦活装置を使 用し、燃焼室に導入された燃料、オキダント、希釈剤等のターゲットの幾分か又 は全部をイオン化する。 第２図は、イオン化燃焼賦活装置１の断面図である。燃料は、好ましい燃料搬 送装置、即ち入口ニップル１６を介してイオン化燃焼賦活装置１に導入される。 好ましいターゲット領域、即ちリザーバ２５では、燃料は、放射線発生器２３上 を通過する。放射線発生器２３は、この図に示す好ましい実施例では、非加圧型 紫外線エレメントである。この他の態様の放射線発生器には、真空紫外線周波数 範囲で作動するレーザーが含まれるが、この変形例では、低周波数で作動するレ ーザーが効果的であり、このような装置には、赤外線波長で作動する装置が含ま れる。イオン化燃焼賦活装置は、所定周波数で作動するか或いは可変周波数発振 器として作動するブロック発振器の形態の放射線発生器を使用して型を変更する ことができる。イオン化燃焼賦活プロセスに必要な活性化エネルギは、高周波光 子により提供される。これらの光子は、発振器や一般にレーザーと呼ばれる他の 光源等の電磁波発生装置によっても発生できる。イオン化燃焼賦活プロセスで使 用されるレーザー／メーザー型の装置は、極めて効率的である。放射線発生器の 変形例は、現在使用されている紫外線ランプよりも丈夫であり且つ寿命が長い。 更に、レーザー／メーザー型の装置の変形例は、これらの装置の伝達方法のため 、有効距離を増大でき、装置の効率を高める。レーザーの実施例は、吸収される べき入射光子の割合を高めることができる。これは、これらの光子がレーザーか ら集中して放出されるためである。 これらの発生器が送出した光子と接触する燃料、オキシダント、及び希釈剤等 のほぼ全てのターゲットがイオン化され、即ち解離される。しかしながら、光子 は、放出装置の表面から所定距離のところでは、ターゲット反応体を解離し又は この反応体に作用を及ぼすのに必要なエネルギをもはや持たなくなる。この距離 は、光子が放出された媒体に応じて変化する。各媒体は、異なるが決定的な溶液 を有する。 第２図の好ましい実施例では、放射線発生器は、イオン化燃焼賦活装置の第１ 端６２及び入口ニップルに近い第１シール２４ａと、イオン化燃焼賦活装置の第 ２端６３及び出口ニップルに近い第２シール２４ｂとの間でイオン化燃焼賦活装 置のリザーバ内に置かれている。第１シール及び第２シールは、ポリウレタンか らつくられているのが好ましい。 好ましい装置の放射線発生器は、第２図に示すように、第１ランプ端６４及び 第２ランプ端６５を有する。第１ランプ端は、第１シールに挿入され、このシー ルによって固定されており、第２ランプ端は第２シールに挿入され、このシール によって固定されている。第１ランプ端６４には第１端シール２６ａが取り付け られており、第２ランプ端６５にはスコッチ−コート（skotch-kote）シール２ ６ａが取り付けられている。好ましい実施例では、第１導線２７が放射線発生器 に第１端シールを通して取り付けられており、第２導線２８が放射線発生器に第 ２端シールを通して取り付けられている。イオン化燃焼賦活装置に接続される全 ての導線は、燃料やイオン化燃焼賦活プロセスにより形成された酸化性生成物の 作用を受けないシールドケーブルであるのが好ましい。イオン化燃焼賦活装置を 通って第１端から第２端まで延びる第１導線の好ましい被覆方法は、鋼製チュー ブからなる導線管２２を使用することである。第１導線及び第２導線は、イオン 化燃焼賦活装置の第２端から導線管１９を通って制御ボックス２９内に延びる（ 第３図及び第４ａ図参照）。第４ａ図に示すように、導線管内の第１及び第２の 導線は、接続用電力プラグ３５のところで制御ボックスに接続される。 紫外線ランプの実現可能性を決定する場合の重要な変数は、発生される波長で ある。好ましい実施例は、２５３．７nmの波長を発生する。有能な電子技術者は 、ランプの作動に必要な電流に拘わらず、このランプを作動できる制御ボックス 及び回路を設計できる。 好ましい実施例では、放射線発生器を第１導線２７及び第２導線２８に固定す るのに透明なエポキシ２１を使用する。これは、その弾性及び耐久性のため、好 ましい。第１及び第２のシールは、好ましくは同じ特徴を有し、炭化水素をベー スとした燃料の作用に抗し、イオン化燃焼賦活装置による燃料の解離によって発 生した生成物による酸化の作用に抗する。燃料は、第１シール２４ａ及び第２シ ール２４ｂによってイオン化燃焼賦活装置のリザーバ内に保持される。 イオン化燃焼賦活装置の変形例では、好ましくは放射線発生器をキャップ（図 示せず）に固定できる。キャップは、第２シールが第２図で第２端に取り付けら れた場所でイオン化燃焼賦活装置に取り付けられる。この実施例では、必要な場 合にランプの交換や保守を行うことができる。この実施例では、第１ランプ端は 、第１端で第１シール２４ａに取り付けられたホルダ（図示せず）に載る。 別の変形例では、放射線発生器は第１ランプ端で燃料の中に吊り下げられた状 態に保持される。 好ましい実施例では、イオン化燃焼賦活装置はアルミニウムで製作されている 。これは、アルミニウムが比較的軽量であり、製造が容易であり、且つ低価格で あるためである。ターゲット領域は、反射面を提供するようにコーティングされ ているか或いは研磨されている場合に最も効果的である。反射面により、燃料分 子と反応する光子の割合が、リザーバによって吸収される場合よりも高くなる。 イオン化燃焼賦活装置は、好ましくは、アルミニウムエポキシ２０又は任意の他 の適当な封止剤によってシールされている。 変形例では、イオン化燃焼賦活装置は、インジェクターの直前に、又は吸気マ ニホールド内に、燃料と空気との混合直後に、混合物がマニホールド入口４８に 進入する前に配置できる（イオン化燃焼賦活装置は示してないけれども、第５図 におおよその位置が示してある）。レーザーを使用する放射線発生器の実施例に ついて、このように放射線発生器をキャブレータのベンチュリの近くに位置決め するのが好ましい。この実施例では、イオン化燃焼賦活装置はリザーバを備えて いる必要がなく、ターゲット領域は燃料ライン又はキャブレータのベンチュリの 容積からなる。イオン化燃焼賦活プロセスは、強化され且つ研磨された燃料ライ ン又は燃料ラインのニップル（図示せず）に向けられる。レーザーを用いる実施 例のイオン化燃焼賦活装置については、イオン化燃焼賦活装置の好ましい配置は 、混合気の流れが最も絞られた箇所又はこの箇所の近くである。この箇所に固定 された一つ又はそれ以上のレーザーは、イオン化燃焼賦活装置の性能を最適にし 、最適のターゲット領域で作動する。このように位置決めすることによって、他 の分子との再結合によるラジカル及び自由イオンの損失を最小にする。この場合 、イオン化燃焼賦活プロセスは混合気に作用を及ぼすのであって燃料のみに作用 を及ぼすのではない。イオン化／解離空気（酸素、窒素、ＣＯ₂、及び他の空気 成分）の寿命が比較的短いため、ラジカル及びこれらの成分の再結合は、それら の燃焼前に、他の実施例よりもはるかに効果的であることがわかっている。全て の実際的な目的のために生ぜしめられた変化は、瞬間的であると考えられる。 更に別の実施例では、光ファイバケーブルをイオン化燃焼賦活装置に加える。 光ファイバケーブルにより、レーザーの位置に配慮する必要なしに、必要な周波 数の光子をレーザーでターゲットに伝送できる。光ファイバケーブルは、ターゲ ットがその周囲環境内に亘って移動しているとき、放出周波数をターゲットに搬 送する。内燃エンジンでは、炭化水素燃料が燃料ラインを通過する際、レーザー −光ファイバケーブルシステムから発せられたレーザーが繰り返し加えられる。 光ファイバケーブルは、マニホールド入口又は他の特定のターゲット領域内に放 出周波数を直接放出するように光ファイバケーブルの放出端を配置するだけで、 一つ又はそれ以上のターゲット領域への放出周波数の搬送にも使用できる。。 選択された実施例に拘わらず、イオン化燃焼賦活装置を通過するターゲットは 多くの変化を受ける。ターゲットを構成する長鎖炭化水素分子は、全てではない にしろ大部分が、容易に燃焼する簡単な炭化水素分子に強制的に分解される。更 に、分解を促進する他の生成物が形成される。これらの生成物は、炭化水素ラジ カル及び酸素、水素のラジカル、及びこれらの組み合わせと呼ばれる。これらの 生成物の各々は、これらの反応の多くを生ぜしめる鎖の枝分かれと呼ばれるプロ セスによって燃焼を促進することにより、燃焼プロセスを更に効率的にする。こ れらのエベントは、同じ量のエネルギで同じ単位時間内に更に多くの反応体を燃 焼させることができることによって、燃焼を更に効率的にする。これにより、単 位量の燃料あたりのエンジン出力が向上し、一酸化炭素及びＴＨＣ’ｓ（未燃焼 燃料）等の未燃焼エミッションを少なくする。完全燃焼した場合には、水、二酸 化炭素、及び窒素分子等の非燃焼性不純物、及び他の空気成分しか出ない。 本発明では、所望の実施例の放射線発生器に電力を提供するための容量を持つ 任意の電力供給源又はエネルギ貯蔵装置を使用できる。これには、電池、コンデ ンサー、及びバクタシター（bactacitor）が含まれるが、これらに限定されない 。 好ましい実施例では、放射線発生器に電力を与える電子回路は、第４ａ図、第 ４ｂ図、及び第４ｃ図に示すように、制御ボックス２９内に収められている。好 ましくは、好ましい実施例のイオン化燃焼賦活装置の作動に必要な電源３９は、 １２ボルトの電池である。しかしながら、別の態様の制御ボックスでは、どのよ うな電源を使用してもよい。第４ａ図に示すようにオン／オフスイッチ３７に接 続された電源は、第４ｃ図に示すように制御ボックスの外側に配置されている。 電源は、好ましい実施例では、エンジン（図示せず）の点火スイッチが「オン 」位置（図示せず）にある場合にだけ、接続される。これにより、エンジンの機 能及び燃焼が行われる準備ができていない場合にイオン化燃焼賦活装置が誤って 使用されることがないようにする。自動車の場合、自動車が使用されていない場 合やキーが「点火」位置に廻されていない場合にはイオン化燃焼賦活装置が機能 しないということを意味する。 好ましい実施例では単一の５Ａ（アンペア）のフューズであるフューズ３６は 、スイッチ３７及び制御安定器（control ballast）３３に接続されている。制 御安定器３３は、ボルト６０で所定位置に保持されている。別の態様では、これ らの電子部品は、実際上制限のない組み合わせで組み立てることができる。 好ましい実施例では、赤い導線５６が、電源３９の正極端子からスイッチ３７ 、フューズ３６、及び制御安定器３３までの各電気部品を接続する。ライン５５ は電源３９の負極端子に接続されている。制御安定器３３は、電源電池で利用で きる１２Ｖの電圧を、イオン化燃焼賦活装置の作動に必要な３５０Ｖまで逓昇す るのに使用される。制御安定器は、実際には、電流を調節するのに使用される。 制御安定器は、電流を減少することによって、電圧を逓昇する。変形例では、制 御安定器に代えて、別の種類の変圧器を逓昇装置、電流調整器、及び／又は整流 器として使用できる。 安定器から電力プラグコネクタ３５まで延びる黒い導線５７は、イオン化燃焼 賦活装置に電流を与える。好ましい実施例では、電力を表示するため、ＬＥＤイ ンジケータ３４が制御ボックスの外側に配置されている。ライン５８を通してＬ ＥＤインジケータに供給される電流を減少するため、抵抗器３８を使用する（第 ４ａ図及び第４ｃ図参照）。 好ましい放射線発生器についての好ましい回路を上文中に論じたが、電子工学 の素養を持つ人なら誰でも、放射線発生器に電力を提供する回路を開発できる。 イオン化燃焼賦活装置は、内燃エンジン以外の多くの用途で使用できる。これ らの用途には、ボイラー、発電所、及び電気−熱同時発生装置が含まれる。電気 −熱同時発生の用途では、他の内燃エンジン以外の用途の各々と同様に、燃料並 びに燃焼プロセスに進入する周囲空気を含むターゲットの処理にイオン化燃焼賦 活装置を使用する。電気−熱同時発生装置は、ボイラー又はタービンユニットの いずれかで燃焼を行う。タービンシステムでは、イオン化燃焼賦活装置は、ター ビンの吸気マニホールドの直前にあるターゲット領域で作動するように設定され ている。この後、空気は約２３２℃（４５０°F）に加熱される。電気−熱同時 発生装置を作動する上での困難の一つは、電気−熱同時発生装置に導入される空 気の温度を約２３２℃（４５０℃）に維持する必要があるということである。こ の温度を維持し調節するため、加熱した空気に別の周囲空気流を加える。加えら れる空気流は、通常は、二次空気流又は三次空気流と呼ばれる。別のターゲット 領域が、一次空気流内へのこの三次空気流の導入前に配置されており、これは、 イオン化燃焼賦活装置によって処理できる。燃料ラインに取り付けられたイオン 化燃焼賦活装置は、炭化水素の燃焼生成物と関連したイオン及びラジカルを燃焼 プロセスに提供する。この実施例では、燃料ラインは、燃料をターゲット領域に 搬送するための好ましい手段である。 これらの電気−熱同時発生装置は連続的に作動する。作用が及ぼされた空気を 作用が及ぼされた燃料と混合することによって、燃焼プロセスは幾つかの重要な 利点を提供する。第１の利点は、全ての空気をその組み合わせ前に処理すること によって、燃焼領域に導入される空気内に発生するラジカル及びイオンの密度を 最大にすることである。１２５Mw（メガワット）の代表的な電気−熱同時発生装 置は、約２００MCF毎時の天然ガスを使用する。燃料並びに空気を処理すること によって、二次燃料（多くの場合廃物）を燃焼し、又は蒸気や電気の発生に使用 される燃料の量を大幅に減らす。別の利点は、燃焼温度が低下することである。 電気−熱同時発生装置のタービン又はボイラー内で発生する燃焼温度は、約９２ ７℃乃至９５５℃（１７００°F乃至１７５０°F）に維持されなければならず、 １０１０℃（１８５０°F）を越えてはならない。燃焼システムを保持するのに 使用された金属に及ぼされる応力、及び効率的燃焼温度で燃焼を行う必要性のた め、これらの温度が重要である。イオン化燃焼賦活プロセスを使用することによ って、燃焼を低温で行うと同時に、燃焼効率を向上する。燃焼温度を下げると、 酸化窒素の発生が減少するか或いはなくなる。燃焼プロセス中のラジカル及びイ オンの密度を高めることによって、硫黄酸化物（ＳＯ_X）の全てではないにしろ ほと んどを燃焼する。このプロセスにより、このプロセスから、危険なエミッション がほとんどなくなる。 別の態様では、燃焼がタービン内で行われる電気−熱同時発生装置では、多く の場合、アフターバーナーを備えている。アフターバーナーは、粒子を一次スタ ックに進入する前に再燃焼する。このアフターバーナーは、一次燃焼の上昇する 「過熱」生成物に空気を加える。この燃料の温度は、一般的には、約６４９℃（ １２００°F）を越える。この場合も、イオン化燃焼賦活装置は、タービン領域 に作用を加えるように位置決めされているのがよい。これによって、燃料は、ア フターバーナー内及び／又は周囲空気に導入される。 更にイオン化燃焼賦活装置を設けることによって、エミッションレベルがゼロ に近付く。ボイラー、発電機、又は電気−熱同時発生装置の価格の大部分は、「 スクラビング技術（scrubbing technology）」に帰すことができる。スクラバー は、これらの燃焼用途からの危険な空中エミッションを処理する数少ない実行可 能な手段の一つである。イオン化燃焼賦活装置を使用することによって、これら の燃焼プラントは、空中エミッションの浄化に費やす費用が少なくなると同時に 、一次燃料に費やされる費用を節約する。 本発明のイオン化燃焼賦活プロセスは、特定のイオン化燃焼賦活装置の実施例 及び選択されたターゲットに拘わらず、内燃エンジン及び非内燃エンジンに等し く適用できる。現在使用されているほとんどの燃料は、一般的に「ｉ−オクタン 」（CH₃C(CH₃)₂CH₂CH(CH₃)CH₃）と呼ばれる2,2,4-トリメチルペンタン等の様々 な「長鎖炭化水素分子」からなる。結果的に行われる反応は吸熱反応である。換 言すると、反応は、その反応を完了するため、システムからエネルギを奪うので ある。熱も爆発も生じない。この吸熱反応は、本発明のイオン化燃焼賦活装置に よる。これらの燃料は、燃料リザーバ（第２図参照）の入口から移動し、リザー バを通過するときにイオン化燃焼賦活装置の作用が燃料に加えられる。ここで熱 が加えられると、燃料は早期点火又は爆発を引起し易くなる。光線周波数（ligh t frequency）を発生することによって、燃料又はオキシダント内の分子がエネ ルギを直接吸収する。散逸しなかったエネルギによって温度を上昇し、これによ って発熱反応を発生する。これは、イオン化燃焼賦活装置のチャンバ内に放出さ れたエネルギの周波数が、反応体によって吸収される周波数よりも低いために起 こる。数ns（ナノ秒）内に燃料は反応する。イオン化燃焼賦活プロセスでは、反 応は全て吸熱反応である。反応は、この反応を完了するためにシステムからエネ ルギを奪い、そのため、熱も爆発も発生しない。これらの反応の基礎は、燃料内 の電子が、標準的な温度及び圧力（standard temperature and pressure（ＳＴ Ｐ））で生じるよりも高いエネルギ状態まで移動することである。電子は、原子 内で所定数のエネルギレベルにある。一般的には、これらの高エネルギレベルは 過渡的であり、電子は、通常は、反応して「基底（ground）」レベルまで落ちる 。 電磁プロセスによってエネルギを原子及び分子に加えるプロセスを「光励起」 、「光分解」、及び「光イオン化」と呼ぶ。イオン化燃焼賦活プロセスを説明す るのにこれらの用語の各々及び他の用語を使用できる。光子が原子と衝突すると き、ほとんどのエネルギが電子に移る。しかしながら、この吸熱プロセスは、非 常に高い周波数でしか起こらない。この実施例で必要とされる周波数は、７．５ ×１０¹⁴Hz以上である。必要な周波数は、放出された光子内のエネルギと直接的 に関連している。光子は移動中にエネルギを失う。光子が衝突する分子によって 吸収される必要があるエネルギを最早失った箇所を「有効距離」と定義する。 レーザー／メーザー源を使用する実施例では、光子は、１×１０¹¹程度の低い こうした周波数では、光子と分子又は原子との相互作用により、イオン化／解離 が起こる。炭化水素分子に光子を吸収させるには、高周波数の光子が必要とされ る。しかしながら、他の水溶液及び非水混合物では、必要な周波数はイオン化電 位差で異なる。この電位差は、各個々の分子にとって標準的であり、作用が及ぼ されるべきターゲットの電子ボルト（ev）で計測される。これは、プランクの定 数を乗じた周波数が分子のイオン化電位差と等しいか或いはそれ以上である場合 に起こる。イオン化を行うのに必要な周波数以上の周波数では、分子は入射光子 を連続的に吸収する。従って、イオン化燃焼賦活プロセスの有効性に拘わらず、 必要とされるよりも高い周波数の光子を放出する電磁放射線発生器を使用するの がよい。 原子又は分子がイオン化を受ける場合、原子又は分子の電子がエネルギを吸収 し、作用を受けた電子のエネルギレベルが高くなる。この遷移が起こったとき、 頻繁に作用が及ぼされた原子及び分子に更に多くの変化が加わる。炭化水素をベ ースとした燃料では様々な反応が起こる。炭化水素分子は分解を開始し、種類の 異なる炭化水素分子及び炭化水素ラジカルになる。ラジカルは、炭化水素の不安 定な形態であり、更に安定した状態への遷移を完了するために更に多くの電子又 は原子を求める。この他の分解生成物は、酸素、水素、及び窒素のラジカル及び これらの組み合わせのラジカルである。（Ｏ^-）は、酸素ラジカルの一例であり 、「活性」酸素と呼ばれる。 イオン化燃焼賦活プロセスの以上の説明は、巨視的に見て説明したものである 。イオン化燃焼賦活プロセスを以下に或る程度微視的に説明する。このプロセス を理解するため、炭化水素燃料を含む多くの燃焼反応は、反応を完全に行うこと ができる場合には、同様の燃焼生成物を発生するということを理解することが重 要である。燃焼によって生じた全ての化合物、分子断片（molecular fragment） 、及びイオンを燃焼生成物と呼ぶ。上文中の説明は、燃焼される炭化水素燃料に 拘わらず、全ての反応で燃焼生成物が実際上同じであるという事実に関する。従 って、ガソリン（ｉ−オクタン）、ディーゼル燃料（セタン）、又は炭化水素か ら得られた任意の他の燃料のいずれについても、これらの反応による燃焼生成物 は、ほぼ同じである。 イオン化燃焼賦活プロセスは、燃焼反応の速度を高めるのを補助する濃度の高 い燃焼生成物を発生することによって、燃焼プロセスを更に速い速度で進めるこ とができる。燃料がイオン化燃焼賦活装置に進入したとき、燃料中の各分子は、 炭化水素（ＨＣ）分子であろうと希釈剤であろうと、イオン化燃焼賦活発生器か ら一定の光子ボンバードメントが加えられる。これらの光子は、放射線（エネル ギ）の定量化した束であり、これは、本実施例では、紫外線光として観察できる 。光子ボンバードメントは、吸収プロセスで、エネルギを１つのエネルギ源から 他のエネルギ源に移送する。 光子が分子によって所定波長で吸収される可能性は、遷移モーメントと直接的 に関連する。遷移モーメントは、基底状態の化学種（分子の電子）の吸光率と関 連し、これは、実験により計測した入射光の強度及び透過光の強度からベール− ランバートの法則を使用して算出できる。 Ａ＝ｌｏｇ（Ｉｏ／Ｉ）＝ｌｏｇ（ｌ／Ｔ）＝ａｌｃ ここで、Ａは吸光度であり、Ｔは透過率であり、Ｉｏ及びＩは、濃度が「ｃ」 で、光路長が「ｌ」で、固有吸光率が「ａ」の試料の入射光の強度及び透過光の 強度である。吸光率及び吸光度は、両方とも、入射光の波長の関数である。吸光 度は、多くの場合、光学密度と呼ばれる。 入射光子の周波数は、分子が十分なエネルギを吸収するのに十分でなければな らない。この周波数を理論的に計算するための最も簡単な方法は、以下の公式を 用いる方法である。 エネルギ＝光子の周波数×プランクの定数 エネルギが分子のイオン化ポテンシャルよりも大きい場合に、分子が光子を吸 収する。質量を持たず、エネルギしか持たない光子を吸収することによって、分 子自体にエネルギが加えられる。紫外線範囲の光子のエネルギレベルは、２．２ ×１０^-19Ｊ（ジュール）乃至６．６×１０^-17Ｊである。分子、原子、又はイオ ンが上文中に説明した方法でエネルギを吸収する場合、この現象をイオン化と呼 ぶ。イオン化が、電磁的に発生した光子による場合には、この現象を光イオン化 と呼ぶ。 イオン化エネルギがわからない場合、必要なエネルギは以下の公式によって決 定できる。 ΔＷ=−ＲｃｈＺ²〔（１／（ｎ₁）²）−（ｌ／ｎ₂）²）〕 ここで、Ｒは、リュードベリ定数である（１０，９６７，７５８サイクル/m） 。 ｃは、光速（２．９９８×１０⁸m/s）である。 ｈは、プランクの定数である（６．６２４×１０^-34J.sec） Ｚは、ターゲットとなる原子の原子番号である。 ｎ₁は、電子の基底状態である（ｎｌ＝ｌ）。 ｎ₂は、電子の第１「励起」エネルギレベルである。 （ｎ₂＝∞） ｎ₂が無限大に近づくと、電子は、これを現在の基底状態に保持する核の力か ら自由になる。 上掲の方程式に作用を及ぼす多くの変数があり、これには入射光子のエネルギ の吸収が含まれる。第１に、必要なイオン化エネルギを維持しながら光子が移動 できる最大距離を見つけなければならない。この行路長は、媒体（ターゲットが その中を移動する物質、例えばガソリン）、及び媒体内の濃度及び密度に影響を 及ぼす媒体中の乱流のため、変数である。最大行路長は、マックスウェルの方程 式を使用することによって得られた以下の方程式によって決定できる。 マックスウェルの方程式： Ｖ×Ｅ＝−ｄＢ／ｄｔ （１） Ｖ×Ｈ＝Ｊ＋ｄＤ／ｄｔ （２） Ｖ×Ｄ＝ｐ （３） Ｖ×Ｂ＝０ （４） Ｅ＝電界の強さ ｔ＝時間 Ｈ＝磁界の強さ ｐ＝電荷密度 Ｄ=誘電変位 Ｂ=磁気誘導 上掲の方程式は、電流及び電荷の所与の分布から場のベクトルを独特に決定で きるようにするため、以下の材料方程式によって補足されなければならない。 Ｊ＝σＥ （５） Ｄ＝εＥ （６） Ｂ＝μＨ （７） ここで、 σ＝導電率 ε＝誘電率 μ＝透磁率である。 Ｋ_e＝ε／ε_oであり、Ｋ_m＝μ／μ_oである。 Ｋ_eは、比誘電率であり、Ｋ_mは比透磁率である。 ｃ＝（ε_oμ_o）^-1/2 ｐ＝Ｄ−ε_oＥ （８） Ｍ＝（１／μ_o）Ｂ−Ｈ （９） ここで、 ｐは、分極であり、 Ｍは、固有磁束密度である。 方程式６及び７は、最後の二つの方程式８及び９とともに物質が場に及ぼす影 響を表す。媒体が均質でない（媒体が全体として均質でない）場合には、特定の 境界条件が加えられる。 媒体が波の伝播に及ぼす効果のため、静められた波の動きを説明するために以 下の方程式を使用しなければならない。 Ｖ²Ｅ−（σμｄＥ／ｄｔ）−（εμｄ²Ｅ／ｄｔ²）＝０ 及び Ｖ²Ｈ−（σμｄＨ／ｄｔ）−（εμｄ²Ｈ／ｄｔ²）＝０ 屈折率： Ｖ²ｕ−（σμｄｕ／ｄｔ）−（εμｄ²ｕ／ｄｔ²）＝０ ここで、ｕは、Ｅ又はＨを表すスカラー量である。 σ＝０である場合には、Ｅ_X＝Ａｅｉ（ωｔ−ｋｚ）である。 Ｅ_Xは、Ｘ軸上でのＥの成分である。Ａは振幅である。 Ｅ_X＝Ａｃｏｓ（ωｔ−ｋｚ），ω＝２πν ここで、πは角周波数であり、 νは振動数であり、ｋは、 ｋ²＝μεω²−Ｉμσω ｍ＝ｎ（ｌ−ｉｋ） ここで、 ｍは複素屈折率であり、 ｎは実屈折率であり、 ｋは吸収率（吸光率）である。 Ｉ＝Ｉ_oｅｘｐ（−ａ’ｚ） ここで、 Ｉは強さであり、 ｚはＩからＩ_oまでの行路長であり、 ａ’は吸光係数である。 ａ’＝（４πｎｋ）／λ_o＝４πｋ／λ 強さは、Ｅ_X ²に正比例する。 Ｚについて解くと、−（ｌ／ａ’）ｌｎ（Ｉ／Ｉ_o）＝ｚ である。 媒体（均質であるか或いは不均質）内での行路長がこのように変化する理由は 、散乱と呼ばれる光学的効果による。散乱効果は、媒体内の密度並びに濃度の変 動によって変化する。 イオン化燃焼賦活装置及びイオン化燃焼賦活プロセスは、炭化水素分子並びに 他の水性及び非水の溶液及び混合物の分子を光イオン化するための手段である。 イオン化プロセスは、分子が入射光子のエネルギを吸収することによって生じる 。吸収されたエネルギは分子の電子に送られる。このようにエネルギが電子に送 られるのは、運動量保存の法則による。問題の特定の原子のイオンの質量が、多 くの場合、電子よりも大きいため、エネルギは電子に送られるのである。電子に 与えられたエネルギが炭化水素燃料の化学的及び物理的変化を開始する。分子シ ステム内の電子は、その現在の軌道（エネルギレベル）から別の軌道へ遷移する ときだけに二つの軌道のエネルギの差と等量のエネルギを得たり失ったりする。 電子は、帯電粒子であるため、電磁放射線の光子と関連した電界及び磁界と相互 作用でき、これによって、光子のエネルギを吸収し、更に高い分子エネルギレベ ルまで遷移する（量子跳躍）。電流のエネルギレベルを変化させるのに必要なエ ネルギ量は、離散量である。遷移は瞬間的である。光子が十分なエネルギを持っ ていない場合には、分子はエネルギを振動エネルギとして保存する。別の光子が 衝突し、追加されたエネルギが十分である場合には、前に送られたエネルギを呼 び返し、分子を光イオン化する。イオン化された分子は、励起されていると呼ぶ こともできる。励起状態の分子は、より多くのエネルギを持っているのみならず 、電子の分布及び物理的形状が、非励起状態の分子と異なっている。励起した分 子が様々な光物理学的及び化学的変化及び反応を受けるのはこのためである。 更に、作用が及ぼされた溶液中の微生物を破壊する光子吸収が起こるのもこの ためである。この実施例は、天然ガス及び油田の圧送生産で有用である。更に、 水及び炭化水素の浄化殺菌プロセスとしても使用できる。これらの用途の各々の 主な関心事はＨ₂Ｓガスを完全に除去することである。イオン化燃焼賦活プロセ スは、その光イオン化プロセスにより、これを付随した機能として行う。 燃料がイオン化燃焼賦活チャンバに進入したとき、分子は、紫外線放射源が発 生する光子の連続した弾幕（barrage）に曝される。可能なプロセスとして、イ オン化燃焼賦活チャンバの通過時に分子に作用が加えられる。第６図に示すイオ ン化燃焼賦活プロセスのフローチャートを参照されたい。 高周波数の光子が連続的に発生するため、各分子には、分子が放射線発生器か ら有効距離内（最大行路長内）を移動している限り、イオン化燃焼賦活チャンバ の入口からその出口まで移動する際にこのプロセスが繰り返し加えられる。分子 に入射光子が繰り返し衝突しない可能性は極めて小さい。光子発生器の各振動時 に分子がこの光子弾幕に進入すると、入射光子の衝突による作用が分子に加わる 。衝突が全く起こらない場合には、衝突が起こったかどうかを次の振動時に決定 する。分子に光子衝突が起こった場合の問題点は、衝突が、そのエネルギの全て 又は幾分かを送るのに十分効率的であったかどうかである。光子がエネルギを分 子に送った場合、これが、衝突された分子の電子がエネルギレベルの跳躍を開始 するのに十分であるかどうかが問題である。十分でないということは、遷移を起 こすにはエネルギが不十分であるということを意味するが、エントロピー（エネ ルギ）が増大させてあるため、分子にエネルギを追加することによって反応性を 高めることができる。 しかしながら、光子が伝達したエネルギが、量子跳躍を開始するのに十分であ る場合には、分子が励起状態にあるため、分子には一つ又はそれ以上の変化が加 わる。簡単には、分子が幾何学的形状を変化し、その電子分布が変化する。この 変化により、分子は反応性が高くなり、安定性が低くなる。分子のこの種の変化 を、異性化と呼ぶ。異性体は、同じ化学組成であるが幾何学的形状が異なる又は 電子分布が変化した原子又は分子である。この他の種類の変化を解離と呼ぶ。 解離は、第２の本体（second body)との衝突（これは、イオン化燃焼賦活プロ セスに亘って生じる）、又はイオン化燃焼賦活プロセスの場合のように電磁放射 線の吸収によって、分子の二つ又はそれ以上の部分が分離するプロセスである。 解離プロセスにより、種類が異なる三つの生成物、即ち元の分子内からの特定の 原子のイオン、元の分子の断片から得られた安定した炭化水素分子、及び炭化水 素ラジカルができる。 イオンは非常に反応性が高く、イオン化燃焼賦活装置及び燃料システムを通っ て移動する際に他の生成物と再結合する。各イオンは、イオン化燃焼賦活チャン バ内に滞まっているときに入射光子と衝突する。しかしながら、イオンの質量及 び容積が比較的小さいため、これらの断片が他の分子及び断片と相互作用し、並 びに他の光子が衝突する可能性が大きい。 検討されるべき次の断片は、安定した炭化水素分子である。上述のように、炭 化水素の多くの燃焼生成物は同じである。炭化水素分子の解離による代表的な安 定した生成物にはアルケン類及びアルカン類が含まれる。これらもまた燃焼性で あり、簡単に燃焼する燃料を提供する。これらの生成物もまた、初期長鎖炭化水 素燃料分子として好ましく、イオン化燃焼賦活装置を通って移動する全ての燃料 成分と同様に、光子及び他の断片の衝突により更にイオン化される。 炭化水素ラジカル（ＨＣ）は、一般的には、燃焼を改善する上で最も有利であ る。ＨＣラジカルは、様々な炭化水素分子の、非常に反応性が高く、帯電してお り、不安定な分子である。これらの生成物には、アルキル類、アルコキシ類、及 びアルデヒドが含まれるが、種類が限られている。これらの生成物は、燃焼プロ セスを補助するという大きな特徴がある。これらの生成物の発生量が多ければ多 い程、燃焼反応が速くなる。燃焼反応の速度は、一般的には、様々な反応体の濃 度によって調節される。炭化水素ラジカルもまた、他の安定した炭化水素と反応 して簡単な炭化水素分子及び多くのＨＣラジカルを形成し易い。 これらの三種類の解離生成物並びに異性体には、イオン化燃焼賦活装置内にあ るとき、光イオン化プロセスが繰り返し加えられる。化学種がイオン化燃焼賦活 チャンバを出るまで、このような環境及び場合が繰り返される。更に、全ての生 成物には、イオン化燃焼賦活プロセスに亘って、及び様々な燃料ラインを実質的 に通過する際に、及びキャブレータのベンチュリでの混合プロセスで、他の粒子 及び断片と衝突することによるイオン化が加えられる。 最適の実施例では、イオン化燃焼賦活プロセスは、燃焼室への混合気の導入部 のできるだけ近くで行われ、イオン化燃焼賦活装置は、このできるだけ近くに置 かれる。 最適の実施例は、インジェクターへの混合気の入口で一つ又はそれ以上のレー ザーを焦合することである。この絞られた通路は、非常に反射能が高いため、分 子と衝突しなかった光子は、通路の壁によって吸収されるのでなく、反射されて 混合気に戻される。 燃料は、ひとたびイオン化燃焼賦活装置を出ると、もはや光イオン化が加えら れない。しかしながら、燃料のイオン化の効果は、燃焼反応が開始するまでは観 察されない。イオン化燃焼賦活装置の作用を受けた燃料について観察された別の 特徴は、ひとたび光イオン化がなされると、燃料は、かなりの期間に亘り、元の 炭化水素燃料と同様の初期状態に再結合しないということである。経験によれば 、作用を受けた燃料を貯蔵タンク等の閉鎖システム内で保存した場合、イオン化 燃焼賦活プロセスによる有効性を大きく失うことなく、最大３０日保存できると いうことがわかっている。かくして、別の態様では、燃料を小売店で販売する前 にイオン化燃焼賦活プロセスを加えることができる。 これは、大きな利点をもたらす。イオン化燃焼賦活装置が改質した燃料は、閉 鎖システム内で保存した場合、現在は特定されていない期間に亘って活性状態を 保持する。閉鎖システムは、外部からの影響が実質的に作用しない燃料タンク等 のシステムに関する。イオン化燃焼賦活プロセスによって燃料を改質し、これを 末端使用者に彼らの都合に合わせて分配するために長期に亘って貯蔵することが できる。米国特許第４，１９５，６０６号に記載されたワリスの装置は、寿命が 非常に短く、温度や圧力等の変化の影響で周囲形態に戻るラジカルを発生する。 イオン化燃焼賦活装置によって活性化した、炭化水素をベースとした燃料は、は るかに永続性があり、長寿命である。 イオン化燃焼賦活装置で改質した燃料がキャブレータ、エネルギ、及び燃料シ ステムを通って移動するとき、これらのシステムを通過するイオン及びラジカル は、燃料が接触する任意の反応性材料を酸化する。この効果により、システム内 の炭素堆積物、グリス、及び汚れは、光イオン化燃料に連続的に露呈された後、 酸化される。このプロセスは、連続的に３０時間使用した場合には９０％有効で あり、３００時間使用した後では１００％有効である。 これらのシステム内の炭素及び他の汚染物は、燃料中の酸化剤、水素イオン、 酸素及び炭化水素のラジカルと反応する。酸化剤、及び反応体、炭素、グリース 、及び汚れは、酸化剤を含む他の燃料成分と再結合し、最終的には、燃料と相互 反応した表面上に汚れ、グリス、又は炭素を残さない。 燃料がイオン化燃焼賦活チャンバを出て燃焼室へのその経路を通過する前に、 多くの反応が起こる。燃料の様々な成分間で再結合反応が起こる。これらの反応 は、ラジカルの性質が安定していないためであり、イオンを利用できるためであ り、炭化水素の一般的な反応性のためである。しかしながら、これらの反応は、 燃料の移動及びこれに続くベンチュリでの空気との混合により生ぜしめられる。 これらの反応は、更に多くのラジカルを形成し、残りの大きな炭化水素分子を小 さくする。特に重要な一つの反応は、メタン（ＣＨ₄）の再結合である。ＣＨ₄は 、多くの場合、燃焼抑制剤と考えられている。これは、この分子の酸化に比較的 長時間かかるためである。再結合プロセス及び早期光イオン化プロセスにより、 この化学種の濃度を大幅に減少する。更に、燃焼室内で利用できる酸化剤の濃度 を上昇することにより、ＣＨ₄の存在による燃焼の抑制を小さくする。 改良イオン化燃焼賦活装置の作用が加えられた燃料は、炭化水素ラジカル、イ オン化及び簡単な炭化水素分子の濃度が、ｉ−オクタン、CH₃C(CH₃)₂CH₂CH(CH₃) CH₃等の元の長鎖炭化水素燃料分子と比較して高い。このような分子は、エネル ギ及び酸化剤を吸収し、元の分子構造を小さくする。イオン化燃焼賦活装置が長 鎖分子の濃度を無くすため、エネルギ及び酸化剤を簡単な炭化水素ラジカルの燃 焼に向けて使用できる。イオン化燃焼賦活プロセスの効率を理解するため、燃焼 プロセスを以下に説明する。 一般的な燃焼エンジンでは、燃料は燃焼室内に噴射される。混合気の噴射後、 点火プラグ（ディーゼルエンジンの場合いは点火は燃料に高圧を加えることにっ てなされる）で点火を開始する。燃料は混合気内の酸素と反応し、燃焼する。点 火による発熱反応は最初の反応領域から燃焼室の全ての部分に伝わり、拡がるに つれて混合気に点火する。発熱反応は、高温の反応体により伝播し、未燃焼反応 体及び他の燃焼生成物で反応を開始し、燃焼室内全体に亘る温度及び圧力の上昇 により、瞬間的に燃焼する。点火を伝播する第１手段は、最初の燃焼の熱であり 、これは熱伝導（Heat Conduction）と呼ばれる。炭化水素の初期燃焼は、アル カン類やアルケン類等の安定した簡単な炭化水素を発生し、これは、ラジカル及 びイオン生成物とともに燃焼されなければならない。しかしながら、これらの生 成物は、その発生時に分散し反応熱を運び去る。これを活性中間物の拡散と呼ぶ 。かくして、他の反応に点火する。この連鎖反応が拡がるにつれて、各反応は熱 を少しづつ奪い、最終的には（数マイクロ秒後）、酸化剤、酸素、及びラジカル 、及び熱が十分でないために低温燃焼が起こる。低温（９２６．８５℃（１２０ ０Ｋ）以上）燃焼は、多くの場合、燃焼速度を緩慢にし、炭化水素の幾分か及び 全ての一酸化炭素を反応領域内に未燃焼状態で残し、これを放出する。燃焼で起 こる別の問題点は、鎖の枝分かれが抑制されることである。鎖の枝分かれは、ラ ジカル生成物等の特定の種類の生成物の伝播プロセスである。全てのラジカルは 鎖の枝分かれを形成する。残念なことに、鎖の枝分かれは、燃焼室の壁によって 抑制される。ラジカルの鎖の枝分かれを減少する別の要因は、ラジカルを初期酸 化剤として使用し、かくして、更に多くの鎖の枝分かれが起こり、更に大量のラ ジカルを発生する反応から除外することである。酸化プロセスでは、通常は、ラ ジカルは、他のラジカルを発生せずにそれ自体と置換する。ラジカルの発生は、 その低い活性化エネルギ（多くの場合、ゼロに近い）のため顕著であり、これに より更に低い温度で燃焼できる。従って、反応にラジカルを使用できる場合には 、炭化水素の酸化が更に低温で完了する。イオン化燃焼賦活装置は、燃焼室内で 利用でるラジカルの濃度を大幅に引き上げる。燃焼室内で利用できるラジカルを 増大することによって、任意の多くの残留炭化水素を燃焼することによって反応 を完全反応に近付けることができる。残ったラジカルは、酸素及び他のラジカル によって燃焼される。イオン化燃焼賦活装置の最適の性能では、イオン化燃焼賦 活装置が開始する解離プロセスのため、燃焼室に長鎖炭化水素が導入されない。 イオン化燃焼賦活装置の作用を加えた炭化水素をベースとした燃料の燃焼反応 で発生したエミッションは、ＴＨＣ’ｓとも呼ばれる未燃焼炭化水素、一酸化炭 素、窒素酸化物のエミッションが少ない（０ｐｐｍに近い）。主な空中エミッシ ョンは、水、希釈剤、及び二酸化炭素である。 イオン化燃焼賦活プロセスにより、全ての燃焼エンジンを更に効率的に作動さ せることができる。このプロセスは、エンジンの出力を向上すると同時に有毒な エミッションの発生を減少する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベイカー，ブルース・ジー アメリカ合衆国アリゾナ州85012，フェニ ックス，イースト・ベル・ロード 1304, ナンバー73 (72)発明者 スイーク，ケント・シー アメリカ合衆国ニュー・メキシコ州87417, カートランド，ナンバー５・アール・ディ ー・6281・エヌ・ビー・ユー−14 (72)発明者 ハッチャー，エドムン・ジェイ アメリカ合衆国ミネソタ州87401，ファー ミントン．イースト・メイン 806

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 燃焼エンジンで使用するための装置において、 a)約１×１０¹¹Hz以上の範囲の波長をターゲット領域内に放出する放射線発生 器と、 b)前記発生器に接続された、前記発生器を作動するための電源と、 c)前記ターゲット領域に流体的に連結された燃料搬送装置とを有することを特 徴とする装置。 2. 前記放射線発生器は、非加圧型紫外線エレメントである、請求項１に記載の 装置。 3. 前記非加圧型紫外線エレメントは、第１端シールを持つ第１ランプ端及び第 ２端シールを持つ第２ランプ端を有し、第１導線が前記第１ランプ端に取り付 けられており、第２導線が前記第２ランプ端に取り付けられており、前記第１ 導線は前記電源に接続されている、請求項２に記載の装置。 4. 前記第１導線は、前記イオン化燃焼賦活装置内で鋼製チューブ導線管によっ て覆われている、請求項３に記載の装置。 5. 前記非加圧型紫外線エレメントは、前記第１端と近接した第１シールと前記 第２端と近接した第２シールとの間で前記イオン化燃焼賦活装置内に吊り下げ られている、請求項３に記載の装置。 6. 前記非加圧型紫外線エレメントは、前記第２端の近くでイオン化燃焼賦活装 置に取り付けられたキャップによって、前記イオン化燃焼賦活装置内に固定さ れている、請求項３に記載の装置。 7. 前記イオン化燃焼賦活装置の前記第１端の近くに配置された第２シールに取 り付けられたホルダを更に有する、請求項６に記載の装置。 8. 前記第１シール及び前記第２シールの各々は、ポリウレタンでできている、 請求項３、４、又は５に記載の装置。 9. 前記放射線発生器は、ブロック発振器である、請求項１に記載の装置。 10．前記放射線発生器は、レーザーである、請求項１に記載の装置。 11．前記放射線発生器は、光ファイバケーブルを含む、請求項１０に記載の装置 。 12．前記燃料搬送装置は、入口ニップル及び出口ニップルを含む、請求項１に記 載の装置。 13．前記燃料搬送装置は、燃料ラインを含む、請求項１に記載の装置。 14．前記ターゲット領域は、リザーバを含む、請求項１に記載の装置。 15．前記ターゲット領域は、キャブレータのベンチュリを含む、請求項１に記載 の装置。 16．前記ターゲット領域は、燃料ラインの容積を含む、請求項１に記載の装置。 17．前記ターゲット領域は、給気装置を含む、請求項１に記載の装置。 18．前記電源は電池であり、フューズを更に含み、このフューズは変圧器の制御 安定器及び電源に接続されている、請求項２に記載の装置。 19．ターゲットをイオン化する方法において、 a)前記ターゲットを確認する工程と、 b)イオン化されるべきターゲットの構成要素を確認する工程と、 c)請求項１の前記放射線発生器からの、入射光子を吸収するのに必要な、ター ゲット媒体の有効距離を確認する工程と、 d)前記ターゲットが吸収する入射光子の周波数を計算する工程と、 e)イオン化燃焼賦活装置内で前記ターゲットを前記放射線発生器による前記入 射光子周波数に露呈する工程とを含むことを特徴とする方法。 20．前記ターゲットは、炭化水素燃料である、請求項１９に記載のプロセス。 21．イオン化燃焼賦活装置が前記ターゲットについて作動するターゲット領域を 確認する工程を更に有する、請求項１９に記載のプロセス。 22．前記ターゲットの媒体の有効距離は、光子行路長である、請求項１９に記載 のプロセス。