JP2018193982A - 気液混合ノズルおよびこの気液混合ノズルを用いた多流体噴出の燃料燃焼システム。 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネ燃焼に有効な気体と液体を効率よく旋回流動混合することができ、多流体液体の均一混合の気・液混合ノズルを実現する。【解決手段】気液混合ノズル８００は、ノズル中心部に液体噴出粒子に向け吹き付ける複数空気噴出口ａ２と、回転する衝撃部材８１２と、螺旋旋回流動流路を設け、燃料、水、水溶液または水の旋回流噴出口ｂ、ｃ、ｄ、からの旋回噴出液体粒子に、微細化を促進し旋回流体を旋回加速する外周側螺旋旋回流動空気を噴出する噴出口ｅおよびｆを設けてある。【選択図】図１

Description

この発明は液体を超微粒の粒子にし、気体に液体粒子を均一に混合する気液混合ノズルに関するものであり、さらにこの気液混合ノズルを用いた多流体噴出燃料燃焼システムならびに内燃機関燃焼システムに関するものである。

環境問題、エネルギー問題で、再生エネルギーの利用、また有限である化石燃料の将来性が語られ、内燃機関の改良、あるいは周辺機器の改良で低減を図って実績を得ているが決定的ではなく、内燃機関と電動の併用（ハイブリッドカー）、水素自動車、電気自動車などが開発されているが、現在ではこれも決定的ではないのが実情である。

例えばハイブリッドカーの問題は専用の補機バッテリーを使用する必要があり、高額で故障すると修繕費用が高い、重量が１５〜２０％重いために燃費が悪い、タイヤ、ブレーキなどの消耗が早い、部品点数が多く製造、排気に係る費用が特有の部品の環境負荷、費用で高くなり、バッテリー１２Ｖ（２４Ｖ）のバッテリーと６００Ｖモーターを回転させるＨＶバッテリー搭載していて、高電圧であり危険性を伴うことやコストは割高となる。

例えば電気自動車使用をしない間に放電し、寒冷地ではバッテリーの性能が低下する、充電に時間がかかる、充電スタンドが少ない、航続距離が９０ｋｍ〜２００ｋｍと比較的短距離、使用されているリチュームイオン電池は制御や、取り扱いに要注意で、破裂、発火が伴うこともある。

水素自動車はまだ課題があります、まず水素の入手に困難である、簡単に生産できて供給が容易になるまでには時間を要します、しかも価格がリーズナブルになるにはこれにも時間を要します。具体的に燃料電池の価格、水素の貯蔵、搬送、航続距離、静かすぎて事故につながりやすい、水素ステーションの整備、などですが、解決しなければなりません。

バイオディーゼルは廃食油を再利用で資源循環型の燃料であり、有限の化石燃料とは違い持続可能な低公害の燃料、しかし使用するために精製に費用が掛かり、副産物のグリセリンが過剰状態で、処理に困窮している。
食物からのバイオエタノールは人間の食糧問題とも絡み、必ずしも世界的ではありません。

既成の内燃機関にも技術的には見方によって改良には限界であるといえます、燃焼効率向上のための化石燃料を超高圧力の噴射は微粒化のためであり、燃焼には効果的であるがエンジンが高温になりやすく、超高圧に耐えられる架台は頑丈にする必要があり、コスト、燃費、にもんだいである。

ガソリンは内燃機関（エンジン）高回転時にガソリンを冷却のために噴射している量は全体の約５分の１であり、しかも完全には冷却されない、これを水に置き換え冷却し１３パ−セント節約の技術がボッシュで開発されている（公報２０１６．８．３１．ＰＩ９２５４ＧＳ／Ｔａｕ）。

いまやエンジンが過熱しないようにするにはどうすればよいかが技術的課題であり燃料に着火する前に水を噴射し気化熱で効率的に冷却している。

内燃機関（エンジン）の過熱により圧縮比が低下し、高出力が取り出せなくて、冷却の工程を入れるために、掃気吸入工程と掃気排気工程を追加して６サイクルとして過熱を防ぎ高圧縮比を実現し高出力を取り出している。

水を超音波と電磁パルスと金属触媒・分解酵素で水蒸気を水素と酸素に分解し、燃焼効率を向上させて、燃費の改善の実験に成功している。

燃料燃焼内燃機関において、燃料と空気の消費比率の空気比＝実空気量／理論空気量≒２１／「２１−（排ガス中のＣＯ２濃度）」であり、同じ燃料に対して空気の量が多いと、空気の多い量だけ排気ガスの量は多く、無駄になるエネルギーを消費することになるが、空気比の値を１に近づける、理想空燃比は旧態依然として解決しておらず、余剰に空気を供給して燃焼している。

上記したように無駄にエネルギーを消費し環境負荷は改善されず、実情を知るために自動車の内燃機関の燃料利用率を調べると、摩擦その他：１０％、冷却損失：３０％、排気損失：３０％、エネルギーに利用：３０％、で無駄に消費している率があまりにも高いことがわかり、資源の無駄使いである。

上述したように、化石燃料枯渇問題、環境問題、などの解決のために先進的な技術が開発され一部は実用化されても、問題が発生し、一部は道半ばで解決しなければならない問題を抱えている。

既存の技術は上述したように、燃料油燃焼の内燃機関において完全には、燃焼効率を解決されておらず、省エネ達成や、窒素酸化物など排気ガスの環境問題も解決されてはいない。

この発明は、上述した背景技術の課題の存在を鑑みて解決しようとするものであり、超高圧で微細孔からの噴出による燃料粒子の微細化をするのではなく、低圧で気体に液体粒子を効率よく均一に混合することができて、超微細化した粒子の水も取り入れた多流体混合を実現し、省エネ、環境負荷低減、ができる高効率の燃焼火炎を生成する気液混合ノズルと、燃料燃焼システムを内燃機関に利用することを提供することにある。

内燃機関において高圧噴出で微細にした燃料の霧の、特に中心部において空気（酸素）不足による不完全燃焼を鑑みて、この発明の、気液混合ノズルは、中央部に向けて空気を噴出させる中央側空気噴出流路と、ノズル噴出口の外周部から空気を噴出させる２流路の外周側螺旋旋回流空気流動流路と、前記中央側空気流動流路と前記２流路の外周螺旋旋回空気流動流路の間に配置され燃料および水の液体を噴出口に流動させるための少なくとも２つの液体螺旋旋回流動流路と、前記中央空気流動流路及び液体螺旋旋回流動流路及び２流路の外周螺旋旋回空気流動流路の噴出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と、を備え、前記液体噴出流動流路の噴出口は前記中央空気流動流路の噴出口と前記２流路の外周螺旋旋回流空気流動流路の噴出口の後方に設置されている。

なお、この気液混合ノズルはノズル噴出口の中心部に向けて空気を噴出させる中央空気流動流路と、ノズル噴出口の外周部から空気を噴出させる２流路の外周螺旋旋回流空気の流動流路と、前記中央空気流動流路と、２流路の外周螺旋旋回流空気流動流路との間に配置され燃料および水の液体を噴出口までの螺旋旋回流動流路を少なくとも２つ以上の液体螺旋旋回流動流路と、前記中央空気流動流路および液体螺旋旋回流動流路と前記２流路の外周空気螺旋旋回流動流路の噴出口で混合された螺旋旋回流動の空気及び液体混合流体が旋回流動しながら衝突する衝撃部材は混合流体の旋回流動力で回転する。

さらに、この発明の気液混合ノズルはノズル中心部に向けて空気を噴出する中央空気流動流路を流動し噴出口に向かう噴出流路が直進し噴出する流路とこの流路の外周方向に向かい複数の流路とを備え、中心部を直進し噴出する空気と、この外周から噴射する液体噴出粒子に向け吹き付け噴出する空気との２とおりの空気に別れ流動することを特徴とする。

この発明に係る、気液混合ノズルにより生成する気液の混合流体が、上記液体螺旋旋回流動流路と、上記２流路の外周空気螺旋旋回流動流路を流動し噴出口で合流し混合した混合流体の流動が旋回流動しながら拡散流動することによりその外の空気を巻き込み流動することを特徴としている。

この発明の、気液混合ノズルで生成する、空気３流体の気体と、燃料、水、水溶液、の多流体液体の気液混合流体は、螺旋旋回流動流路を流動させ、旋回流動の気液混合流体を生成し気・液が均一的に混合した気液混合霧（ガス）を生成する、着火させた旋回流動の燃焼火炎は、水粒子の気化熱効果で高温制御して窒素酸化物生成を抑制し、水粒子を含む旋回流動の燃焼火炎は周囲の空気を巻き込み、燃焼効率は上昇し、理想空気比を１．１にすることができて、省エネを実現する。

この発明に係る、気液混合ノズルは、ノズル噴出口の中心部に向けて噴出させる中央空気流動流路と、ノズル外周部から空気を噴出させる２流路の外周空気螺旋旋回流動流路との間に設置する２つ以上の液体螺旋旋回流動流路を有し、この気液混合ノズルの噴出口から噴出する気液混合体により生成した気液混合ガスに着火させた燃焼火炎は、水微粒子を含み、水噴出を増量させることにより高温水蒸気を発生させることができ、高温水蒸気雰囲気界を生成しこの高温水蒸気界に向かい発信する、高周波放電装置を設置できる。

なお、上記生成させる上記高温水蒸気雰囲気界の高温水蒸気微粒子に向かい量子波動をさせるための量子波動装置を設置することができる。

この発明の気液混合ノズルにより生成した上記高温水蒸気雰囲気界に向かいプラズマを生成させるための放電を起こさせる電磁波を用い電極間に持続的放電する装置を設けることができる。

この発明の気液混合ノズルにより生成した上記高温水蒸気雰囲気界に向かい持続的にスパークするスパーク端子を設けることができる。

この発明に係る、気液混合ノズルには、気液混合ノズルで生成する気液混合流体の液体微粒子気体混合霧（ガス）に着火させるための熱風（６００℃以上）を噴出する、熱風噴出口及び熱風流動流路を備え、気液混合ノズルの気液の噴出口前方に高温で赤熱するセラミックス赤熱環を設け、シリンダー内に吹き込む熱風により赤熱することができることを特徴とし、気液混合ガスに着火させた燃焼火炎によりセラミックス赤熱環の赤熱が持続することを特徴とする。

この発明に係る、第２の形態の気液混合ノズルは、ノズル中心部に向けて空気を噴出する噴出口に向けて流動する中央側空気流動流路と、ノズル噴出口の外周部から空気を噴出する噴出口に向かい、２流路の外周螺旋旋回流動流路と、前記中央側空気流動流路と前記外周螺旋旋回流動流路との間に配置し、燃料および、水、および、水溶液または水の液体を、燃料噴出口、水噴出口、水溶液または水噴出口に流動させるための少なくとも２つの液体導入流路と前記中央側空気流動流路及び、液体螺旋旋回流動流路及び２流路の外周螺旋旋回流動流路の噴出口で混合した空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と、を備え、前記液体螺旋旋回流動流路の噴出口の位置は、前記中央空気流動流路の噴出口と前記２流体の外周螺旋旋回流動流路の噴出口の位置の後方の位置に設置され、前記中央側空気流動流路の空気が中心部を噴出口に向かい直進流動し、噴出させる噴出流路と、この中心噴出流の外側に、空気が外周に広がりながら旋回流動する流動路を備えることにより液体噴出粒体に対し旋回しながら吹き付け噴出する噴出路との２流路を備え、中央直動直進噴出空気と、外周から噴出する液体粒子体に向かい旋回流空気を外周に向かい広がりながら吹き付ける噴出空気の２流体にわかれて噴出することを特徴とする。

この発明に係る多流体燃料燃焼システムは、空気を供給する空気供給源と、燃料を供給する燃料供給源と、水を供給する水供給源と、水溶液または水を供給する水溶液または水供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルを備え、前記気液混合ノズルが、内燃機関の燃料噴射装置に組み込まれ、前記空気供給源、前記燃料供給源、前記水供給源、前記水溶液または水供給源から前記空気、前記燃料、前記水、前記水溶液または水がそれぞれ導入され、前記内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な気液混合気を形成するための前記空気、前記燃料、前記水、前記水溶液または水を噴出することを特徴とする。

この発明は、旋回流動の液体の噴出流動粒子体に対し、この中心部から気体（空気）を効率よく噴射吹き付け混合させて生成した気液混合旋回流動体に、後方の複数噴出口から噴出する多流体旋回液体流動噴射粒子に、外周部から２流路の旋回流動の気体（空気）を吹き付け混合し、旋回流動力を生成することにより、液体を超高圧噴射することなく、低圧で螺旋旋回流路を流動した前記多流体旋回液体流動噴出粒子が気体（空気）に均一に混合する気液混合霧（ガス）を生成し、この気液混合霧流体が旋回流動となり、この気液混合霧流体に着火させた燃焼火炎が旋回流動することで時間をかけて前に進むことになり、熱を伴ったエネルギーが、旋回流動運動エネルギーを生み出し、また、独立制御の水噴出の効果は、水の膨張力とともに水粒子の揮発効果によりシリンダーの高温を制御して、さらに水を二次噴射することにより、水の膨張力をピストン作動に利用できるとともに、高温制御で窒素酸化物を抑制し、理想の空燃比１．１を実現し、省エネ、排気ガス浄化を実現する。

はこの発明の気液混合ノズルであり各流体の噴出口までの流動流路を示し噴出口を示した断面図である。尚、赤熱セラミックス環を備えた内燃機関に組み込み用を、上部に示した。 は各流体の螺旋旋回流路を形成させるための各部品の嵌め合い組み立てを示し、また噴出口の正面図面である。 はこの発明の気液混合ノズルを４サイクルの内燃機関に使用した場合の燃焼サイクルを示しており、水の膨張力をサイクルに活用した図である。 はこの発明の気液混合ノズルの第２の機構であり各流体の流動流路を示し、噴出口を示す断面図である。 はこの発明の気液混合ノズル第２の機構の各流体の螺旋旋回流動流路を形成する各部品の嵌め合い組み立てを示し中央空気流動流が直進直動噴出と、螺旋旋回流路に別れ流動流路がよじれ羽根により形成することを示し、また噴出口の正面図である。

発明を実施する形態

以下に、添付図面を参照して、この発明に係る気液混合ノズル、およびこの気液混合ノズルを用いた気液混合多流体燃焼システムを内燃機関に好適な実施の形態を説明する。

（第一の実施形態）
図１は、内燃機関に係る気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システムを示す図である。
８００は、図示するように中央側空気導入基８０５と、燃料導入基８０４と、水導入基８０３と、水溶液または水導入基８０２と、外周側２流路空気導入基８０１と、を備え、空気（気体）導入が３流体と、液体導入が３流体の気液混合ノズルであり、中央側空気は、中央側空気継ぎ手８０５−１から中央側空気を導入し流動路Ａを流動し噴出口へ、燃料は、燃料継ぎ手８０４−１から導入し流動路Ｂを経て螺旋旋回流動路を流動し噴出口へ、水は、水継ぎ手８０３−１から導入し流動路Ｃを経て螺旋旋回流動路を流動して噴出口へ、水溶液またはみずは、水溶液または水継ぎ手８０２−１から導入し流動路Ｄを経て螺旋旋回流動路を流動して噴出口へ、外周側２流路空気は、外周側２流路空気継ぎ手８０１−１、および８０１−２から導入し流動路Ｅ、Ｆを経て螺旋旋回流動路を流動し噴出口へ、と各流体が通じる機構を形成する気液混合ノズルの断面図を示し、空気供給源８１５（Ｆ）と、水溶液または水供給源８１６（Ｄ）と、燃料供給源８１７（Ｂ）と、空気供給源８１８（Ａ）と、水供給源８１９（Ｃ）と、空気供給源８２０（Ｅ）と、熱風供給源８２１（Ｇ）と、前記空気供給源８１５、前記水溶液または水供給源８１６、前記燃料供給源８１７、前記空気供給源８１８、前記水供給源８１９、前記空気供給源８２０、前記熱風供給源８２１をコントロールするコントローラー８１４を示した図である。上部に内燃機関に組み込むために筐体に収納して、赤熱セラミックス環８１１を備えた図を示した。

中央側空気の噴出口までの流動路は、中央空気導入基８０５の内径に中央空気流動管８０６の外径を圧入して嵌合し形成する内径の中央空気流動路Ａと、中央空気流動管８０６の内径に中央空気噴出管８０７を圧入嵌合し、中央空気直進流動噴出口ａ１および複数の外周向け噴出口ａ２が通じることで形成する。

燃料の噴出口までの流動路は、空気導入基８０５の外径（段差加工）と燃料導入基８０４の内径との圧入嵌合で形成するリング状の空隙Ｂと、この空隙の延長線上にある中央空気流動管８０６の内径に圧入嵌合した中央空気噴出管８０７が燃料導入基８０４の内径と嵌め合い嵌合する凸部に螺旋旋回流動路を加工した流動路が、噴出口ｂに通じることで形成する。

水の噴出口までの流動路は、燃料導入基８０４の外径に水導入基８０３の内径を圧入嵌合し、形成するリング状の空隙Ｃと、この空隙の延長線上にある水溶液または水導入基８０２の内径と嵌め合い嵌合する燃料導入基８０４の凸部に螺旋旋回流動路を加工した流動路が、噴出口ｃに通じることで形成する。

水溶液または水の噴出口までの流動路は、水導入基８０３の外径を水溶液または水導入基の内径に圧入嵌合して形成するリング状の空隙Ｄと、この空隙の延長線上にある水溶液または水導入基８０２の内径に嵌め合い嵌合する水導入基８０３の凸部に螺旋旋回流動路を加工した流動路が、噴出口ｄに通じることで形成する。

２流路の外周旋回流空気の流動路は、取り入れ口（導入口）を外周空気取り入れ基に１８０度会いたいしての位置に２か所設置し、水溶液または水の導入基８０２の外径に外周空気導入基８０１の内径を圧入嵌合してできるリング状で共通の空隙、Ｅ、とＦと、この空隙に接してなる外周側空気導入基８０１の内径と接触嵌合する水溶液または水導入基８０２の凸部に螺旋旋回流動路を加工した流動路が、噴出口、ｅ、およびｆに、通じることで形成する。（図２には各流体の螺旋旋回流路を示し、圧入嵌合の略図を示してある）。
気の３流体、液の３流体の流動路が形成されることになり液体の３流動路の流動路から噴出口に通じる流動路は螺旋旋回流動路であり、外周空気の２流動路の流動路から噴出口に通じる流動路は螺旋旋回流動路であり、噴出口から噴出する液体の３流体と噴出口から噴出する外周空気２流体、は旋回流混合して、気液混合旋回流動霧（ガス）体を形成する。

この気液混合ノズルを用いた燃料燃焼システム８００は、熱風を供給する熱風供給源８２１と、燃料を供給する燃料供給源８１７と、中央側空気を供給する空気供給源８１８と、水を供給する水供給源８１９と、水溶液または水を供給する水溶液または水供給源８１６と、２流路の外周側空気を供給する２流路外周側空気供給源８１５および８２０と、を備え、燃料の供給と、中央側空気の供給と、水の供給と、水溶液または水の供給と、２流路の外周側空気の供給と、前記供給を制御するコントローラーを備えていて、内燃機関に採用し、４サイクルエンジンの実施形態を説明する

気液混合ノズルを噴霧ノズル設置個所に設置し、コントローラー８１４の指令により、吸入工程で、熱風供給源８２１（Ｇ）のスイッチを入れ、発生させた熱風を 熱風導入継ぎ手８１０−１に導入し熱風流動路Ｇを流動させ噴出口ｇからシリンダー内に吹き込んだ熱風（８００℃〜９００℃）、と半開の空気吸入弁から少量の空気を吸入した混合気をピストンは上死点に向かい圧縮工程に入る。

熱風混合気と圧縮でシリンダー内の温度は上昇し、ピストンの上死点で圧縮工程は終わり上死点を過ぎ燃焼爆発、膨張行程に入る。

上死点で、コントローラー８１４の指令により気液混合ノズルの中央空気供給源８１８から空気継ぎ手８０５−１に流動させた空気は中央空気流動路Ａを流動し噴出口ａ１、および、複数の噴出口ａ２から噴出する、コントローラー８１４は中央側空気噴出確認後、燃料供給源８１７（Ｂ）に指令し燃料を前記燃料供給源８１７（Ｂ）から燃料継ぎ手８０４−１に流動させ、燃料流路Ｂを流動させ、螺旋旋回流動路を流動して排出口ｂから噴出し前記中央空気噴出中のａ２からの空気の吹き付けを受け、衝撃部材８１２の衝撃も受け、飛散し、微粒化して高温であるために着火し旋回流燃焼火炎となり、燃焼を確認したコントローラー８１４の指令により水供給源８１９（Ｃ）から水継ぎ手８０３−１に流動させた水は流動路Ｃを流動し螺旋旋回流動路を流動して憤出口ｃから旋回流噴出し、前記衝撃部材８１２の衝撃を受け飛散し、微粒化して中央空気噴出口からのａ２の空気と衝撃駒の衝撃で水粒子は微細化を加速し、前記旋回流燃焼火炎と混合して旋回流動が衝撃部材８１２を回転させさらに液体粒子の微細化と気液の混合を促進し、旋回流動燃焼火炎流体を形成し膨張する、コントローラー８１４の指令で２流路の空気供給源８２０（Ｅ）および８１５（Ｆ）から空気をそれぞれの空気継ぎ手８０１−１、および８０１−２に流動させて、螺旋旋回流動路を流動して噴出口ｅ，およびｆから旋回流動で噴出させて、前記旋回流動燃焼火炎流体に吹き付け、混合し旋回流動気液混合燃焼火炎流体の膨張炎を形成し水分子の膨張力も加わった爆発力でピストンを下死点に向かい作動させる。
このときコントローラーの指令により熱風供給源８２１（Ｇ）のスイッチは切られる。

さらにコントローラーの指令により、水溶液または水供給源８１６（Ｄ）から水溶液または水継ぎ手８０２−１に流動させた水は、流動路Ｄを流動し螺旋旋回流動路を流動し、噴出口ｄから旋回流動気液混合火炎流体に向け噴出して混合し、水粒子を高温水蒸気化し、膨張させて、ピストンを押し下げエネルギーに加わり回転動力に作用し下死点に向かう回転動力となる。前記供給源８１６の貯留槽に水溶性であるグリセリンを溶融したグリセリン水溶液にすることにより噴出口ｄから噴出し、燃料を節約し省エネに供することができる。

下死点で、排気工程に入り排気弁が開きピストンは上死点に向かい作動しシリンダー内の燃焼排煙と残留水蒸気ガスを排気して上死点を過ぎる

上死点を過ぎたピストンは下死点に向かい吸入弁が開き吸入サイクルが始まり吸入弁は半開で少量の空気をシリンダーに吸入し、コントローラー８１４の指令で熱風供給源８２１（Ｇ）にスイッチが入り熱風導入基８１０−１に導入した熱風は熱風流動路Ｇを流動し熱風噴出口ｇから熱風を噴出し圧縮サイクルが始まる。
このサイクルを図３で示した。

上死点までの圧縮工程に高圧を必要としない論理は、シリンダー内が吹き込んだ熱風（８００℃〜９００℃）と、吸入弁からの少量の空気を吸入した混合気が上死点に向かう低圧圧縮で圧縮され、燃料の着火温度に達しており、膨張、爆発工程で示すように噴出中の空気に向かい噴出した燃料は、酸化剤（空気）を含んだ良質な気液混合の霧（ガス）になり、容易に着火する、着火した旋回流動燃焼炎に向かう水噴出は高温水蒸気化して、外周からの旋回流動の空気の吹き付けで上記旋回流動気液混合燃焼火炎体を形成し、爆発・膨張した燃焼ガスは燃料だけの爆発・膨張より大きくピストンに与えるエネルギーは大である。

追いかけ２次噴出の水の膨張によるピストン作動力による回転エネルギーで内燃機関として能力は向上し、排気ガスの窒素酸化物は減少し、内燃機関が高温になることによる圧縮比率が低下することは解消され、燃料消費を水の消費で替わりエネルギーを生成し、省エネは、省エネした量、（化石燃料を燃焼させない量）の二酸化炭素排出低減が実現する。

上記は、トレードオフと言われる、二酸化炭素を削減すると、窒素酸化物が増量し、窒素酸化物を低減させると二酸化炭素が増量する、空燃比を理想に近く１．１程度にすると燃焼効率が向上し二酸化炭素は低減するが、燃焼温度が上昇するために窒素酸化物が急上昇する、窒素酸化物を低減するために、空燃比を作用して燃焼温度を低減し、窒素酸化物を低減させると、二酸化炭素は増量する、は現状では解決されてはいないが、水噴霧による、効果で空燃比を理想の１．１にして燃焼させても燃焼温度は８５０℃を大きく超えた高温にはならず窒素酸化物排出は１／５と大きく低減することを内燃機関ではないがバーナーで確認している。

ここで水の効果が、気化熱で熱を奪い燃焼温度および、内燃機関全体に及ぼす温度低減効果は一般に知られているが、燃焼温度の抑制は実験・実証もしている、しかし高温水蒸気膨張率の活用は述べられていないので、水粒子が高温熱膨張して内燃機関に作用する膨張率はどのくらいかを解っておくとよいので、計算してみました。
１０１３２５の気圧、標準状態の０℃、１モルの気体は２２．４Ｌ で一般気体定数が ８，３１４
１ｘ８．３１４ｘ（１００＋２７３）／１０１３２５＝３０．６Ｌ⇒高温水蒸気の体積 水は分子量が１８でＨ２Ｏは１ｍｏｌ＝１８ｇ＝０．０１８Ｌ⇒水の体積
０．０１８：３０．６＝１：１７００
水の高温水蒸気化は１７００倍になり、膨張力を内燃機関に活用しピストン作動に利用 する。
燃料燃焼での膨張は燃焼排気ガスを生成し排出するが、水の膨張は水蒸気の排出であり 極めて環境負荷を低減できる。高温水蒸気化した水成分がシリンダーを腐食させるデメ リットは考えにくい、寧ろシリンダー内を清浄化する。

（第二の実施形態）
図４は、内燃機関に係る気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システムを示す図であり、
９００で、図示するように、中央側空気導入基９０５と、燃料導入基９０４と、水導入基９０３と、水溶液または水導入基９０２と、外周側２流路空気導入基９０１と、を備え、中央側空気導入基は燃料導入基９０４の内径に圧入嵌合し、前記燃料導入基は水導入基９０３とねじ嵌合で連結し、前記水導入基９０３に水溶液または水導入基９０２がねじ嵌合で連結し、前記水溶液または水導入基９０２に２流路の外周側空気導入基がねじ嵌合で連結して、前記９０４と前記９０３と前記９０２と前記９０１がねじ嵌合で連結して一体化を形成する、空気（気体）３流体、液体３流体が個別に流動路を有し噴出口から噴出して噴出後に混合する気液混合ノズルであり、中央側空気は、中央側空気導入基９０５に圧入嵌合する中央側空気継ぎ手９０５−１から導入し流動路Ｈを流動し噴出口へ、燃料は、燃料導入基９０４に圧入混合した燃料継ぎ手９０４−１から導入し流動路１を流動し噴出口へ、水は、水導入基９０３に圧入嵌合した水継ぎ手９０３−１から導入し流動路Ｊを流動し噴出口へ、水溶液または水は、水溶液または水導入基９０２に圧入嵌合した水溶液または水継ぎ手９０２−１から導入し流動路Ｋを流動し噴出口へ、外周側２流路空気は、外周側空気導入基９０１に圧入嵌合した外周側２流路空気継ぎ手９０１−１および９０１−２から導入し流動路Ｌ，およびＭを流動し噴出口へ、と各流体が通じる機構を形成する気液混合ノズルの断面図であり、外周空気供給源９１３（Ｍ）と水供給源９１４（Ｊ）と空気供給源９１５（Ｈ）と、熱風供給源９１６（Ｎ）と、燃料供給源９１７（Ｉ）と、水溶液または水供給源９１８（Ｋ）と、空気供給源９１９（Ｌ）と、前記外周空気供給源９１３と前記水供給源９１４と前記空気供給源９１５と前記熱風供給源９１６と前記燃料供給源９１７と前記水溶油または水供給源９１８と前記空気供給源９１９とをコントロールするコントローラー９１２を示した図である。

中央側空気の噴出口までの流動路は、中央空気導入基９０５の内径に中央空気流動管９０８の外径を圧入嵌合して、前記中央空気流動管９０８の内径が流動路となり、前記中央空気流動管の内径の端部に、燃料噴出管９０７の外径が圧入嵌合し、前記燃料噴出管９０７の内径に、中央直進直動流路と４枚の捩れ羽根旋回流路の２流路を有する中央空気噴出管９０６の外径が、圧入嵌合により中央空気噴出口が中央空気流動管９０８の内径（流動路）と通じることで形成する。

燃料の噴出口までの流動路は、中央側空気導入基９０５の外径に燃料導入基９０４の内径の嵌め合い部分の圧入嵌合で形成する空隙と、水導入基９０３嵌め合い部の内径に水噴出管９０９の外径嵌め合い部を圧入嵌合し形成するリング状の空隙Ｉと、この空隙の延長線上にある前記水導入管９０３の内径と嵌め合い嵌合する上記燃料噴出管９０７の凸部に螺旋旋回流路を加工した流動路が、噴出口ｉに通じることで形成する。

水の噴出口までの流動路は、水導入基９０３の嵌め合い嵌合部に水噴出管９０９の嵌め合い圧入嵌合して形成する空隙Ｊと、この空隙の延長線上にある水溶液または水噴出管９１０の内径に嵌め合い嵌合する前記水噴出管９０９の凸部に螺旋旋回流路を加工した流動路が、噴出口ｊに通じることで形成する。

水溶液または水の噴出口までの流動路は、水溶液または水導入基９０２の嵌め合い嵌合部に水溶液または水噴出管９１０の嵌め合い嵌合部が圧入嵌合して形成するリング状の空隙Ｋと、この空隙の延長線上にある水溶液または水導入基９０２の内径に嵌め合い嵌合する水噴出管９１０の凸部に螺旋旋回流路を加工した流動路が、噴出口ｋに通じることで形成する。

２流路の外周側旋回流動空気の噴出口までの流動路は、外周空気導入基９０１に１８０度会いたいして２か所配置され、水溶液または水導入基９０２に外周空気導入基がねじ嵌合して形成するリング状の空隙Ｌ，およびＭと、前記水溶液または水導入基９０２が外周空気導入基９０１との接触嵌合部の凸部に螺旋旋回流動路を加工した流動路が噴出口、ｌ、及びｍに通じることで形成する。（中央空気旋回流路、螺旋旋回流動路、嵌合組み立てで形成する流動路の概略の図面を図５に示した）。

この気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システム９００は熱風を供給する熱風供給源と、中央空気を供給する中央空気供給源と、燃料を供給する燃料供給源と、水を供給する水供給源と、水溶液または水を供給する水溶液または水供給源と、２流路の外周空気を供給する２流路の外周空気供給源とを備え、供給する熱風と、供給する中央空気と、供給する燃料と、供給する水と、 供給する水溶液または水と、供給する２流路の外周側空気と、をコントロールするコントローラーとを備えていて、内燃機関に採用し、気液混合ノズルをノズル設置位置に取り付けた実施形態を説明する。

気液混合ノズルを噴霧ノズル設置個所に設置し、コントロ−ラ−の指令により内燃機関の吸入工程で吸入弁は半開きで少量の空気を吸入し熱風供給源９１６（Ｇ）のスイッチを入れ熱風を発生させ熱風継ぎ手９１１−１から取り入れ流動路Ｎを流動させ、噴出口ｎからシリンダー内に熱風（８００℃〜９００℃）を噴出しセラミックス赤熱環（図示省略）を赤熱する。

下死点を過ぎ圧縮工程に入ったピストンは吸入した少量の空気と熱風で充満したシンダー内の混合気を上死点に向かい圧縮し温度は上昇する。

上死点を過ぎる時点でコントローラーは中央側空気供給源９１５（Ｈ）に指令し、中央側空気を中央空気継ぎ手９０５−１へ流動させ、空気流動路Ｈを流動させ中央空気噴出管９０６の噴出口ｈ１から直進直動の噴出と、衝撃部材の外周に向かい旋回流を噴出口ｈ２から噴出し続いてコントローラーは燃料供給源９１７（Ｉ）に指令し燃料を燃料継ぎ手９０４−１に流動させ流動路Ｉを流動させ、螺旋旋回流動路を流動させ噴出口ｉから旋回流を噴出し、ｈ２からの旋回流空気と混合し衝撃部材に衝撃で燃料粒子は微粒化し着火し気液混合燃焼火炎を生成し、続いてコントローラーは、水供給源９１４（Ｊ）に指令し水を水継ぎ手９０３−１に流動させ流動路Ｊ流動させ螺旋旋回流動路流動させて噴出口ｊから旋回憤出させ衝撃部の衝撃を受け飛散し微粒化して前記気液混合燃焼火炎に混合して燃焼火炎旋回流体を形成する、続いてコントローラーは、２流路の外周側空気供給源９１９（Ｌ）および９１３（Ｍ）に指令し、外周側空気継ぎ手９０１−１および９０１−２に空気を流動させ、流動路ＬおよびＭを流動させて螺旋旋回流動路を流動させ旋回流動の空気を前記燃焼火炎旋回流体に吹き付け、水粒子の膨張も加わり爆発膨張力がピストンを下死点に向かい押し下げ作用する。

続いてコントローラー９１２は水溶液または水供給源９１８（Ｋ）に指令し、水溶液または水継ぎ手に水を流動させ、流動路Ｋを流動させ、螺旋旋回流動路を流動させて憤出口ｋから水を噴出させ前記燃焼火炎旋回流体に混合させることにより高温水蒸気化となり膨張力がピストンを押し下げ作動力に加わる。前記この供給源９１８を水溶性のグリセリンを溶融させてグリセリン水溶液とすることにより噴出口ｋから噴出し、燃料の節約をして省エネに供することができる。

下死点を過ぎ排気工程に入り排気弁が開きピストンは、燃焼廃棄物を残留水蒸気とともに上死点に向かい作動し排出する、上死点を過ぎ吸入工程に入り次のサイクルが始まる。

内燃機関の仕様に対応して、水噴出の位置を変えたりその他変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

８０１，９０１・・外周側空気導入基、８０２，９０２・・水溶液または水導入基、８０３，９０３・・水導入基、８０４，９０４・・燃料導入基、８０５，９０５・・中央側空気導入基、８０６，９０８・・中央空気導入管、８０７，９０６・・中央空気噴出管、８１２・・衝撃部材、８１３・・止めリング、８０７，９０７・・燃料噴出管、８０４、９０７・・水噴出管、８０４，９０９・・水溶液または水憤出管、８０３，９１０・・水溶液または水噴出管 ８０２，９０２・・外周空気噴出基、８１１・・セラミックス赤熱環、Ａ，Ｈ・・中央空気流動路、Ｂ，Ｉ・・燃料流動路、Ｃ，Ｊ・・水流動路、Ｄ，Ｋ・・水溶液または水流動路、Ｅ，Ｆ、Ｌ，Ｍ・・外周空気流動路、ａ１，ａ２，ｈ１，ｈ２・・中央空気噴出口、ｂ，ｉ・・燃料噴出口、ｃ，ｊ・・水噴出口、ｄ，ｋ・・水溶液または水噴出口、ｅ，ｆ、ｌ，ｍ、・・外周空気噴出口

Claims (9)

1. ノズル噴出口の中心部に向けて空気を噴出する中央側空気噴出流路と
   中央側空気噴出流路が直進直動流動する流路と、
   中央側空気噴出流路が外周側向けに屈折し複数の流路を設ける流路と、
   ノズル噴出口の外周部から空気を噴出させる外周側螺旋旋回流動空気噴出流路と、
   前記中央側空気噴出流路と前記外周側螺旋旋回流動空気噴出流路との間に配置され燃料および水および水溶液または水をノズル噴出口に導入するための少なくとも２つ以上の液体螺旋旋回流動流導入流路と、
   前記中央側空気噴出流路及び前記液体螺旋旋回流動流導入流路の噴出口で混合された空気および液体の混合旋回流体が衝突し回転する衝撃部材と、
   を備え、
   前記中央側空気噴出流路の噴出口及び外周側螺旋旋回流動空気噴出流路の噴出口の後方に液体螺旋旋回流動流導入流路の噴出口が配置されること、
   を特徴とする気液混合ノズル。
2. ノズル噴出口の中心部に向けて空気を噴出する中央空気噴出流路と、
   中央空気噴出流路が直進直動流動流路と、
   中央空気噴出流路が外周側向けに広がり旋回流する流動流路と、
   ノズル噴出口の外周部から空気を噴出する外周側螺旋旋回流動空気噴出流路と、
   前記中央側空気噴出流路と前記外周側螺旋旋回流動空気噴出流路との間に配置され燃料および水および水溶液または水の液体を噴出口に導入するための少なくとも２つ以上の液体導入流路と、
   前記中央空気噴出流路と前記外周側螺旋旋回流動空気噴出流路の噴出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
   を備え
   前記衝撃部材は外周に向かい曲線を描きなだらかに広がる形状をして中心に中央側空気が流動する貫通孔を備え、
   ることを特徴とする気液混合ノズル。
3. 空気を供給する空気供給源と、
   燃料を供給する燃料供給源と、
   水を供給する水供給源と、
   水溶液または水を供給する水溶液または水供給源と
   熱風を供給する熱風供給源と
   請求項１〜２のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
   を備え、
   前記気液混合ノズルが
   内燃機関の燃料噴射装置に組み込まれ、前記空気供給源、前記燃料供給源、前記水溶液または水供給源、から前記空気、前記燃料および水および水溶液または水がそれぞれ導入され、前記内燃機関の燃焼室内で完全燃焼が可能な混合気を形成するための、前記空気、前記燃料、前記水溶液または水を噴出することを特徴とする多流体燃料噴出気液混合燃焼システム。
4. 気液混合ノズルのノズル噴出口に並列して熱風を流動し噴出する噴出口を有する熱風噴出管と、
   熱風発生源と、
   を備えることを特徴とする気液混合ノズル。
5. 気液混合ノズルの気体の空気と液体および熱風が噴出する噴出口の前方に配置され噴出する熱風の高温で赤熱するセラミックス赤熱環が組み込まれることを特徴とする気液混合ノズル。
6. 内燃機関の作動サイクルでの燃焼爆発膨張工程ののちの下死点に向かい作動するピストンに二次噴射の水を噴出し水の高温水蒸気化の膨張力を与え作動エネルギーにすることができることを特徴とする気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システム。
7. 内燃機関の作動サイクルでの燃焼爆発膨張工程において水噴出を増量し高温水蒸気化する雰囲気に水微粒子を水素・酸素に分解のための高周波放電または電磁波放電をすることができることを特徴とする気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システム。
8. 内燃機関の作動サイクルでの燃焼爆発膨張工程において水噴出を増量し高温水蒸気化する雰囲気に水微粒子を水素・酸素に分解のための連続スパーク放電装置を設置することができることを特徴とする気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システム。
9. 内燃機関の作動サイクルでの燃焼爆発膨張工程において水噴出を増量し高温水蒸気化する雰囲気に水微粒子を水素・酸素に分解のための量子波動装置を設置することができることを特徴とする気液混合ノズルを用いた多流体燃料燃焼システム。

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