JP6132413B2 - ラジエター添加剤およびその使用方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃費向上ラジエター添加剤およびその使用方法に関する。
従来、自動車などの内燃機関について、その燃費を向上させるために様々な工夫がなされており、例えば、燃料に添加剤を混入したり、エアフィルタに塗布剤を塗布することで、燃料と空気の混合気を完全燃焼のために最適化して、燃費の向上を図るなどしていた。
ラジエターは、内燃機関を冷却して熱効率を高めるために、一般に内燃機関の近傍に配置されるが、ラジエターに注入される冷却液にも燃費向上のため種々の考案がなされている。例えば特許文献１では、不凍液と微生物共生培養抽出液等を含有した冷却液を用いて、内燃機関や電気系統に手を加えることなく燃費を向上させている。また、特許文献２では、ラジエター内の冷却液として粉末状の電気石を含む液体を使用することにより、電気的な性質を帯びた冷却液をエンジンシリンダ外側に流し、シリンダー内部の燃料混合ガスをイオン活性化することにより燃料混合ガスの完全燃焼を促進し、馬力の向上と燃費向上を図っている。
さらに、特許文献３は、ラジエター内の冷却液に添加して内燃機関の燃費向上と環境負荷低減を図る、ラジエター用添加剤を開示している。特許文献３によれば、最大でミクロンメートル単位の粒径とした炭素系半導体素材およびマイナスイオン鉱石のパウダーと、エチレングリコールとの混合物からなるラジエター用添加剤を不凍液に添加することにより、エンジン燃焼室の内部をマイナスイオン化することによって、燃料と空気の混合気を完全燃焼させ、燃費の向上を図ることができる。
従来のガソリンやエアフィルタ用の添加剤や塗布剤とは異なり、特許文献３のようなラジエター用添加剤を用いて自動車などの内燃機関の燃費向上を図る試みは、燃費向上のプロセスに不明な点も多いが、新しい研究開発分野として大いに期待されている。
一方、貴金属である白金は、化学的に極めて安定しており酸化されにくいこと、融点が１７６９℃（理化学辞典）と高いことなどから、るつぼ、白金耳、度量衡原器（キログラム原器、メートル原器）や電極など様々な用途に利用されている。例えば白金電極は、白金が化学的に安定なため、電極表面や周辺で起こる化学的変化に侵されにくい長所があるため、各種の酸化還元反応や改質反応などに広く使用され、触媒としても他の金属触媒と比べて優れた活性を示すことが知られている。
上記のように白金は触媒として高い活性を持つため、自動車には排気ガスの浄化触媒として多くの量が使用されており、さらにはその高い耐久性により同じく自動車の点火プラグや排気センサーなど過酷な環境に晒される部品にも多用される。
他方、近年特許文献４は、ナノサイズの白金粒子を含むコロイド溶液を開示しており、上述のような多様な白金の用途と相俟って、ナノサイズの白金コロイド溶液を用いた研究開発が注目されている。
また、近年、ナノサイズの金粒子の触媒作用が注目されており、例えば特許文献５は、チタンを主成分とする金属酸化物からなる担体上に金微粒子を固定化し、各種用途における触媒として利用する技術を提供している。さらに、特許文献６では、金イオン溶液に還元剤溶液を混合して（コロイド状態を含む）平均粒子径３ｎｍ以下の金微粒子を製造する方法を紹介している。
以上のような観点を踏まえて、本発明の発明者等は鋭意研究を重ねた結果、ラジエターの冷却液に僅かに添加するだけで大幅に自動車の燃費を向上させ得る、新たなラジエター添加剤を開発するに至り、これを提供しようとする。
本発明に係るラジエター添加剤は、平均粒径が１〜１０ｎｍの白金ナノ粒子を含むコロイド溶液（以下、「白金コロイド溶液」ともいう）からなるラジエター添加剤であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液の容量の少なくとも１％となるように該冷却液に添加することにより、該内燃機関の燃費を向上させ得る。
本発明に係るラジエター添加剤において、前記白金コロイド溶液は、白金イオンを還元することで調整されてなることを特徴とする。
また、本発明に係るラジエター添加剤は、平均粒径が１〜１０ｎｍの金ナノ粒子を含むコロイド溶液（以下、「金コロイド溶液」ともいう）からなるラジエター添加剤であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液の容量の少なくとも１％となるように該冷却液に添加することにより、該内燃機関の燃費を向上させ得る。
本発明に係るラジエター添加剤において、前記金コロイド溶液は、金イオンを還元することで調整されてなることを特徴とする。
また、本発明に係るラジエター添加剤は、前記白金コロイド溶液と前記金コロイド溶液との混合溶液（以下、「白金−金混合コロイド溶液」ともいう）からなるラジエター添加剤であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液の容量の少なくとも１％となるように該冷却液に添加することにより、該内燃機関の燃費を向上させ得る。
本発明に係る前記白金−金混合コロイド溶液からなるラジエター添加剤において、前記金コロイド溶液の容量は、前記ラジエター添加剤の容量の５％〜５０％であるのが好適である。
本発明に係るラジエター添加剤において、前記内燃機関は、ガソリンを燃料として用いる普通自動車のエンジンであってよい。
また、本発明に係るラジエター添加剤において、前記内燃機関は、軽油を燃料として用いる自動車のディーゼルエンジンであってもよい。
本発明に係るラジエター添加剤の使用方法は、前記白金コロイド溶液からなるラジエター添加剤の使用方法であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液を準備するステップと、前記ラジエター添加剤の濃度が該ラジエター添加剤を混入後の前記冷却液の容量の少なくとも１％となるように、前記冷却液に前記ラジエター添加剤を混入して、混合冷却液を製造するステップと、を含む。
また、本発明に係るラジエター添加剤の使用方法は、前記金コロイド溶液からなるラジエター添加剤の使用方法であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液を準備するステップと、前記ラジエター添加剤の濃度が該ラジエター添加剤を混入後の前記冷却液の容量の少なくとも１％となるように、前記冷却液に前記ラジエター添加剤を混入して、混合冷却液を製造するステップと、を含む。
また、本発明に係るラジエター添加剤の使用方法は、前記白金−金混合コロイド溶液からなるラジエター添加剤の使用方法であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液を準備するステップと、前記ラジエター添加剤の濃度が該ラジエター添加剤を混入後の前記冷却液の容量の少なくとも１％となるように、前記冷却液に前記ラジエター添加剤を混入して、混合冷却液を製造するステップと、を含む。
本発明に係るラジエター添加剤の使用方法は、前記混合冷却液を、ラジエターに注入するステップを含んでもよい。
本発明に係るラジエター添加剤は、ナノサイズの白金粒子及び／又はナノサイズの金粒子がラジエターの冷却液中に分散されることにより、内燃機関の冷却パフォーマンスを向上させる。
ラジエターに注入する冷却液の容量の僅かに１％程度を当該冷却液に添加するだけで、添加しない場合と比較して１０％以上もの燃費改善が可能であり、非常に効率よく低コストで燃費向上を実現することができる。
特に、内燃機関がガソリンを燃料として用いる普通自動車のエンジンである場合、ラジエター添加剤として、白金コロイド溶液１００％を使用した時、内燃機関の冷却パフォーマンスの向上が顕著であった。
また、内燃機関が軽油を燃料として用いる自動車のディーゼルエンジンである場合、ラジエター添加剤としての白金−金混合コロイド溶液において、金コロイド溶液の容量は、白金−金混合コロイド溶液の容量の５％〜５０％であるのが好適である。さらに、金コロイド溶液の容量を白金−金混合コロイド溶液の１５％〜３５％とするのがより好適であり、金コロイド溶液の容量を白金−金混合コロイド溶液の容量の２０％としたとき最適となり、内燃機関の冷却パフォーマンスの向上が顕著であった。
本発明に係るラジエター添加剤は、現にラジエターに注入されている冷却液の１％を本発明のラジエター添加剤に入れ替えるだけで効果を奏し、容易に現在使用している自動車の冷却液にも添加することができる。
以下、図面を参照しながら本発明に係るラジエター添加剤の実施形態について説明する。なお、以下各図面を通して同一の構成要素には同一の符号を使用するものとする。
本発明に係るラジエター添加剤は、白金コロイド溶液からなるラジエター添加剤であって、例えば図１の内燃機関１００を冷却するためのラジエター１に注入する冷却液の容量の少なくとも１％となるように当該冷却液に添加することにより、内燃機関１００を搭載した乗物の燃費を向上させる。
図１において、上記乗物は自動車であってよく、ラジエター１と内燃機関（エンジン）１００は、アッパーホース１４とロアーホース１６により結合され、本発明に係るラジエター添加剤を添加した冷却液は、ラジエター１→ロアーホース１６→エンジン１００→アッパーホース１４→ラジエター１と循環されて、エンジン１００を冷却する。
上記の白金コロイド溶液は、白金イオンを還元することで調整されてなることを特徴とする。本発明に係るラジエター添加剤としては、例えば、平均粒径が１〜１０ｎｍの白金ナノ粒子を含むコロイド溶液からなるものが挙げられる。このようなコロイド溶液は、例えば、塩化白金酸イオン（ＰｔＣｌ４ ２−）とアスコルビン酸などの白金イオンに対して還元能力を有する還元剤を水中で反応させ、白金イオンを還元することで調製することができる。コロイド溶液を調製するための水中における白金イオン（塩化白金酸イオン）の濃度は０．００１〜０．１ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましく、還元剤の濃度は白金イオンの濃度の５〜２０倍とすることが望ましい。なお、水中において白金イオンを安定に存在させるために、クエン酸などのヒドロキシカルボン酸（ナトリウム塩などの塩の形態であってもよい）を安定化剤として添加することが望ましい。水中における安定化剤の濃度は白金イオンの濃度の０．５〜２倍とすることが望ましい。
また、本発明に係るラジエター添加剤は、金コロイド溶液からなるラジエター添加剤であってもよい。例えば図１の内燃機関１００を冷却するためのラジエター１に注入する冷却液の容量の少なくとも１％となるように当該冷却液に添加することにより、内燃機関１００を搭載した乗物の燃費を向上させる。
上記の金コロイド溶液は、金イオンを還元することで調整されてなることを特徴とする。本発明に係るラジエター添加剤としては、例えば、平均粒径が１〜１０ｎｍの金ナノ粒子を含むコロイド溶液からなるものが挙げられる。このようなコロイド溶液は、例えば、塩化金酸イオン（ＡｕＣｌ４ −）と金イオンに対して還元能力を有する還元剤を水中で反応させ、金イオンを還元することで調製することができる。
また、本発明に係るラジエター添加剤は、白金−金混合コロイド溶液からなるラジエター添加剤であってもよい。例えば図１の内燃機関１００を冷却するためのラジエター１に注入する冷却液の容量の少なくとも１％となるように当該冷却液に添加することにより、内燃機関１００を搭載した乗物の燃費を向上させる。この場合、上記の白金−金混合コロイド溶液において、金コロイド溶液の容量は、白金−金混合コロイド溶液の容量の５％〜５０％であるのが好適である。さらに、金コロイド溶液の容量を１５％〜３５％とするのがより好適であり、さらに、金コロイド溶液の容量を白金−金混合コロイド溶液の２０％とするのが最適である。
本発明に係るラジエター添加剤を添加した冷却液が、内燃機関１００の燃費を向上させる理由は幾つか考えられるが、本発明に係るラジエター添加剤が含む白金ナノ粒子（及び／又は金ナノ粒子）の比熱が低いため、内燃機関１００が発する熱の循環効率が高まり、ラジエター１の冷却能力が向上すると考えられる。あるいは、白金ナノ粒子（及び／又は金ナノ粒子）の高い触媒作用により、内燃機関１００から発生される金属イオンが中和され、内燃機関１００で燃料が燃焼する環境が改善される効果も考えられる。科学的な検証は、今後の研究に委ねられる。
次に、本発明に係るラジエター添加剤の使用方法について説明する。
本発明に係るラジエター添加剤の使用方法は、白金コロイド溶液、金コロイド溶液または白金−金混合コロイド溶液からなるラジエター添加剤の使用方法であって、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液を準備するステップと、前記ラジエター添加剤の濃度が該ラジエター添加剤を混入後の前記冷却液の容量の少なくとも１％となるように、前記冷却液に前記ラジエター添加剤を混入して、混合冷却液を製造するステップと、を含む。
本発明に係るラジエター添加剤の使用方法は、前記混合冷却液を、ラジエターに注入するステップを含んでもよい。
したがって、本発明に係るラジエター添加剤は、例えば自動車のラジエター１のキャップ１０から冷却液を１％取り出し、その取り出し分を本発明のラジエター添加剤で補うだけで、上記自動車の燃費を大幅に向上させることができる。もちろん、予めラジエター１に注入前の冷却液に、濃度が少なくとも１％となるように本発明に係るラジエター添加剤を混入させて、キャップ１０からラジエター１に注入しても良い。
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明は以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。
以下のようにして本発明のラジエター添加剤（白金コロイド溶液）を製造した。
（工程）ラジエター添加剤の調製
０．２０８ｇの塩化白金酸カリウム（Ｋ２ＰｔＣｌ４）を５０ｍＬの純水に溶解して０．０１ｍｏｌ／Ｌ（Ｐｔ（０）として０．０５０ｇ／Ｌ）の塩化白金酸カリウム水溶液を調製した。また、別途、０．１２９ｇのクエン酸ナトリウムを５０ｍＬの純水に溶解して０．０１ｍｏｌ／Ｌ（０．０６６ｇ／ｍＬ）のクエン酸ナトリウム水溶液を、０．８８１ｇのアスコルビン酸を５０ｍＬの純水に溶解して０．１ｍｏｌ／Ｌ（０．４５２ｇ／Ｌ）のアスコルビン酸水溶液をそれぞれ調製した。上記の０．０１ｍｏｌ／Ｌ塩化白金酸カリウム水溶液５０ｍＬを１８００ｍＬの純水に加えた後、さらに０．０１ｍｏｌ／Ｌクエン酸ナトリウム水溶液５０ｍＬと０．１ｍｏｌ／Ｌアスコルビン酸水溶液５０ｍＬをそれぞれ加え、約５分間強く撹拌することで、ラジエター添加剤として平均粒径が４ｎｍの白金ナノ粒子を含むコロイド溶液を得た（平均粒径の測定は溶液を分散・乾固させて行った電界放出型走査電子顕微鏡測定による。）
（工程）ラジエター添加剤の調製
０．２０８ｇの塩化白金酸カリウム（Ｋ２ＰｔＣｌ４）を５０ｍＬの純水に溶解して０．０１ｍｏｌ／Ｌ（Ｐｔ（０）として０．０５０ｇ／Ｌ）の塩化白金酸カリウム水溶液を調製した。また、別途、０．１２９ｇのクエン酸ナトリウムを５０ｍＬの純水に溶解して０．０１ｍｏｌ／Ｌ（０．０６６ｇ／ｍＬ）のクエン酸ナトリウム水溶液を、０．８８１ｇのアスコルビン酸を５０ｍＬの純水に溶解して０．１ｍｏｌ／Ｌ（０．４５２ｇ／Ｌ）のアスコルビン酸水溶液をそれぞれ調製した。上記の０．０１ｍｏｌ／Ｌ塩化白金酸カリウム水溶液５０ｍＬを１８００ｍＬの純水に加えた後、さらに０．０１ｍｏｌ／Ｌクエン酸ナトリウム水溶液５０ｍＬと０．１ｍｏｌ／Ｌアスコルビン酸水溶液５０ｍＬをそれぞれ加え、約５分間強く撹拌することで、ラジエター添加剤として平均粒径が４ｎｍの白金ナノ粒子を含むコロイド溶液を得た（平均粒径の測定は溶液を分散・乾固させて行った電界放出型走査電子顕微鏡測定による。）
上記乗物は、ガソリンを燃料として用いる普通自動車であってもよい。発明者等は、下記表１のように、平均燃費８．５ｋｍ／Ｌのトヨタクラウンワゴンのラジエター冷却液に、本発明に係るラジエター添加剤（白金コロイド溶液）を１％添加させて、２０１１年７月６日から１２月１２日にわたって上記乗用車の燃費を実測した。
上記表１の結果を、図２にグラフとして示した。上記のように、冷却液に本発明に係るラジエター添加剤（白金コロイド溶液）を添加前の乗用車の平均燃費は８．５ｋｍ／Ｌであったが、本発明に係るラジエター添加剤を添加後の冷却液を用いると、これを使用した５か月間は、添加前の平均燃費は８．５ｋｍ／Ｌを一度も下回ることがなかった。本発明に係るラジエター添加剤を添加後の平均燃費は１０．０ｋｍ／Ｌとなり、添加前の平均燃費より平均１７．６％向上した。
上記乗物は、軽油を燃料として用いる自動車であってもよい。発明者等は、下記表２のように、４台のニッサンディーゼルダンプ車のラジエター冷却液に、本発明に係る白金コロイド溶液、金コロイド溶液、白金−金混合コロイド溶液のいずれかを添加させて、２０１４年１月６日から２月２８日にわたって上記ダンプ車の燃費を実測した（通常の営業運転による）。
［表２］実験前のデータについて
まず、基準となる燃費を算出するために、それぞれのダンプ車（Ａ〜Ｄ）のラジエターに通常の冷却液（ＬＬＣ）を入れて、燃費を実測した。
まず、基準となる燃費を算出するために、それぞれのダンプ車（Ａ〜Ｄ）のラジエターに通常の冷却液（ＬＬＣ）を入れて、燃費を実測した。
今回、ラジエター添加剤として、金コロイド溶液、白金コロイド溶液（タイプ１）、白金コロイド溶液（タイプ２）を準備した。白金コロイド溶液（タイプ２）は、白金濃度が〔実施例１〕に示した白金コロイド溶液（タイプ１）の白金濃度の２倍の濃度になるよう調整した。
［表２］実験（１）のデータについて
次に、それぞれのダンプ車（Ａ〜Ｄ）のラジエターに本発明に係るラジエター添加剤を１％添加した冷却液（ＬＬＣ）を入れて、２０１４年１月６日から１月３１日の期間、燃費を実測した。
次に、それぞれのダンプ車（Ａ〜Ｄ）のラジエターに本発明に係るラジエター添加剤を１％添加した冷却液（ＬＬＣ）を入れて、２０１４年１月６日から１月３１日の期間、燃費を実測した。
ダンプ車Ａには金コロイド溶液１００％を、ダンプ車Ｂには白金（タイプ１）８０％−金２０％混合コロイド溶液を、ダンプ車Ｃには白金（タイプ２）８０％−金２０％混合コロイド溶液を、ダンプ車Ｄには白金コロイド溶液（タイプ１）１００％を、それぞれ使用した。
［表２］実験（２）のデータについて
さらに、それぞれのダンプ車（Ａ〜Ｄ）のラジエターに本発明に係るラジエター添加剤を２％添加した冷却液（ＬＬＣ）を入れて、２０１４年２月１日から２月２８日の期間、燃費を実測した。ただし、それぞれのダンプ車に使用したラジエター添加剤の配合は、実験（１）と同様である。
さらに、それぞれのダンプ車（Ａ〜Ｄ）のラジエターに本発明に係るラジエター添加剤を２％添加した冷却液（ＬＬＣ）を入れて、２０１４年２月１日から２月２８日の期間、燃費を実測した。ただし、それぞれのダンプ車に使用したラジエター添加剤の配合は、実験（１）と同様である。
上記表２の結果を検証すると、ラジエター添加剤を２％添加した時より１％添加した時のほうが、いずれの配合の場合も好結果を得られた。また、ラジエター添加剤として、白金（タイプ１及びタイプ２）８０％−金２０％混合コロイド溶液（１％）を使用した時、添加前の平均燃費より１１％向上という、今回の実験中では最高の値を示した。
以上、ラジエター添加剤、その製造方法およびその使用方法について説明した。上記のように実施形態、実施例を用いて説明したが、本発明に係るラジエター添加剤は上記実施形態等に限定されるものではない。
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
本発明に係るラジエター添加剤は、内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液に加える添加剤として利用できる。
１：ラジエター
１０：キャップ
１２：ファン
１４：アッパーホース
１６：ロアーホース
１００：内燃機関（エンジン）
１０：キャップ
１２：ファン
１４：アッパーホース
１６：ロアーホース
１００：内燃機関（エンジン）
Claims (6)
- 平均粒径が１〜１０ｎｍの白金ナノ粒子を含むコロイド溶液（以下、「白金コロイド溶液」ともいう）と、
平均粒径が１〜１０ｎｍの金ナノ粒子を含むコロイド溶液（以下、「金コロイド溶液」ともいう）と、
の混合溶液（以下、「白金−金混合コロイド溶液」ともいう）からなるラジエター添加剤であって、
内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液の容量の１％以上２％未満となるように該冷却液に添加することにより、該内燃機関の燃費を向上させる、ラジエター添加剤。 - 前記金コロイド溶液の容量は、前記白金−金混合コロイド溶液の容量の５％〜５０％である、請求項１に記載のラジエター添加剤。
- 前記内燃機関は、ガソリンを燃料として用いる普通自動車のエンジンである、請求項１に記載のラジエター添加剤。
- 前記内燃機関は、軽油を燃料として用いる自動車のディーゼルエンジンである、請求項１に記載のラジエター添加剤。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のラジエター添加剤の使用方法であって、
内燃機関を冷却するためのラジエターに注入する冷却液を準備するステップと、
前記ラジエター添加剤の濃度が該ラジエター添加剤を混入後の前記冷却液の容量の１％以上２％未満となるように、前記冷却液に前記ラジエター添加剤を混入して、混合冷却液を製造するステップと、
を含む、ラジエター添加剤の使用方法。 - 前記混合冷却液を、ラジエターに注入するステップを含む、
請求項５に記載のラジエター添加剤の使用方法。
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