JP6232543B2

JP6232543B2 - 気液混合燃料製造装置

Info

Publication number: JP6232543B2
Application number: JP2013091758A
Authority: JP
Inventors: 十七市川
Original assignee: 有限会社コスモテック
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-04-08
Also published as: JP2013234654A

Description

本発明は、内燃機関や燃焼装置に供給する軽油、重油あるいはガソリン等の液体燃料に酸素を含有する気体の微細気泡を分散させた気液混合燃料を製造する気液混合燃料製造装置に関する。

ガソリン、軽油、あるいは、重油等の液体燃料を使用する自動車用のエンジンなどの内燃機関、あるいは、バーナー等の燃焼装置においては、エンジン等の燃焼を促進させることにより、出力の増加、エンジンの低燃費化、及び、エンジンから排出される有害物質の低減化を達成するための様々な工夫が提案されている。

例えば、特開平１０−２６６９００号公報（特許文献１）、特開平１０−２２０２３７号公報（特許文献２）には、ＨＨＯガス発生装置によって生成されたＨＨＯガスをエンジンに燃料として供給し、内燃機関を駆動する例が記載されている。ＨＨＯガスとは、水素と酸素が２対１の混合比で混ざり合った状態の水素と酸素の混合ガスであり、ブラウンガスとも称され、無公害エネルギーとして自動車用のエンジンなどの内燃機関の燃料に応用することが提案されている。

しかしながら、ＨＨＯガスを自動車エンジン用の燃料として、一般に使用されているガソリンあるいは軽油などの代替燃料として使用するためには、大量のＨＨＯガスが必要になる。このため、必然的に大型のＨＨＯガス発生装置が必要になるが、大型のＨＨＯガス発生装置を自動車に搭載することは困難であり、しかも、大きな電力を必要とするため、一般的な車載用のバッテリーでは容量が不足し、また、自動車の発電機から十分な電力が得られないなどの理由から、未だ実用化されていない。

一方、液体燃料に、空気、酸素、オゾン、あるいは水素等の気体を微細化して混入させて、この液体燃料を使用してエンジンを駆動することにより、出力の増加、エンジンの低燃費化、及び、エンジンから排出される有害物質の低減化を達成させようとすることが、特開２００８−１６９２５０号公報（特許文献３）により提案されている。

特開平１０−２６６９００号公報特開平１０−２２０２３７号公報特願２００８−１６９２５０号公報

特許文献３によれば、気体（空気）を微細化して混入させた液体燃料（軽油）を使用して直噴ディーゼルエンジンを駆動したところ、正味燃料消費率が平均１４％の低減率であったと記述されている。このように、空気を微細化して混入させた液体燃料を使用することにより、エンジンの低燃費化を実現できるものと期待される。

しかしながら、このようにディーゼルエンジンにおける燃料消費率が改善されたにも関わらず、未だ実用化されていない。この原因は、燃料消費率の平均値が１４％であり、数％程度から２０％程度のバラツキが大きいためであると推察される。このバラツキの要因を分析すると、第一に、空気を微細化したときに、その気泡の直径にバラツキがあり、数百マイクロメートル以上の大径の気泡が混入した場合には、エンジンに噴射するときに大径の気泡により液体燃料の噴射圧力が低下してエンジンへの燃料噴射が遮断され、燃料の燃焼が一時的に停止すること、また、第二に、エンジンへ液体燃料を噴射させるポンプ内に大径の気泡が混入することにより、ポンプが空転あるいは停止するなどの機能が低下して液体燃料の噴射が滞ることが推察される。

本発明が解決しようとする課題は、液体燃料に混合する気体比率が高く、しかも、微細気泡の径がさらに微細化された気液混合燃料を製造することができる気液混合燃料製造装置を提供することにある。

そこで、本発明による気液混合燃料製造装置は、軽油、重油あるいはガソリン等が貯留された燃料タンクから送られる液体燃料を所定の圧力に加圧する液体ポンプと、酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮する気体圧縮機と、加圧された前記液体燃料中に圧縮された前記気体の微細気泡を混合して気液混合燃料を生成する気液混合器と、前記気液混合燃料の所定以上の圧力を開放するために前記燃料タンクの内部に設置された圧力開放器と、前記気液混合燃料を内燃機関や燃焼装置に供給するための送出部が前記気液混合器に設けられている。

また、前記気液混合器と前記燃料タンク内に設置された前記圧力開放器との間には、前記気液混合燃料を一時貯留する貯留タンクを設けることが望ましい。

燃料の一部を燃料タンクに戻す戻し配管の一本または複数本ある内燃機関及び燃焼装置において、一本の時は戻り配管の中間またはタンク内先端に、複数本ある内燃機関及び燃焼装置においてはおのおのの戻り配管の中間ままたは燃料タンク内先端に圧力を開放する圧力開放器を設けるが、戻り配管を一括して戻り配管の中間または燃料タンク内先端に圧力を開放する圧力開放器を設けることも可能である。

さらにまた、前記気液混合器は、加圧された前記液体燃料と圧縮された前記気体を混合した状態で撹拌して前記気体を微細気泡とする攪拌機を備えおり、加圧し攪拌することにより気体を溶解させる。

あらかじめタンク内に微細気泡を混合させた気液混合燃料を使用する方法もある。

また、前記液体燃料に混合する前記気体は、ＨＨＯガス発生装置を用いて水を主成分とする電解液から発生させたＨＨＯガスとすることも可能である。

また、前記燃料タンク内には、前記液体燃料と前記圧力開放器から開放された前記気液混合燃料を混在させ、この液体燃料を前記液体ポンプにより加圧されて前記気液混合器に加えている。

本発明に関わる気液混合燃料製造装置の一実施例を示す構成図である。ＨＨＯガス発生装置を示す斜視図である。微細気泡発生装置の一実施例を示す断面図である。エンジンの噴射ノズルを示す断面図である。戻り配管の有る内燃機関の気液混合燃料製造装置の一実施例を示す構成図である。

気液混合燃料製造装置は、軽油、重油あるいはガソリン等が貯留された燃料タンクから送られる液体燃料を所定の圧力に加圧する液体ポンプと、酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮する気体圧縮機と、加圧された前記液体燃料中に圧縮された前記気体の微細気泡を混合して気液混合燃料を生成する気液混合器と、前記気液混合燃料の所定以上の圧力を開放するために前記燃料タンクの内部に設置された圧力開放器と、前記気液混合燃料を内燃機関や燃焼装置に供給するための送出部が前記気液混合器に設けられている。液体燃料は液体ポンプによって所定の圧力に加圧される。また、液体燃料に混合される気体も気体圧縮機によって所定の圧力に圧縮される。これら加圧された液体燃料と圧縮された気体は、気液混合器により混合されるが、このとき、気体が微細気泡となって液体燃料と混合されて気液混合燃料が生成される。気液混合器には内燃機関や燃焼装置に気液混合燃料を供給するための送出部が設けられ、さらに、気液混合器の気液混合燃料は軽油、重油あるいはガソリン等の液体燃料を貯留する燃料タンクに送られる。このとき、気液混合燃料を所定の圧力に加圧された状態に保持するため、燃料タンクの内部には圧力開放器が設置され、気液混合燃料が所定の圧力以上に達したときに気液混合燃料を燃料タンク内に放出するように構成されている。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、気液混合燃料製造装置を、内燃機関として例えばディーゼルエンジンに適用した例を示している。

まず、気液混合燃料製造装置について説明する。図１において、気液混合燃料製造装置ＭＸは二点鎖線で囲われている。この気液混合燃料製造装置ＭＸは、少なくとも、液体燃料を所定の圧力に加圧する液体ポンプ１と、気体を所定の圧力に圧縮する気体圧縮機２と、加圧された液体燃料中に圧縮された気体の微細気泡を混合して気液混合燃料を生成する気液混合器３と、気液混合燃料の所定以上の圧力を開放するために、前記液体燃料を貯蔵する燃料タンク４の内部に設置された圧力開放器５とを備えている。なお、燃料タンク４には、給油口４ａおよび排気口４ｂが設けられている。

後述するディーゼルエンジンに使用される液体燃料としての軽油は、燃料タンク４に貯蔵されている。この液体燃料は、燃料タンク４から液体ポンプ１に送られて、所定の圧力として例えば５気圧（約０．５ＭＰａ）に加圧される。

一方、前記液体燃料に混合する気体は、気体圧縮機２によって所定の圧力として例えば５気圧以上（約０．５ＭＰａ）に圧縮される。この圧縮圧力は、上記液体燃料を加圧する圧力以上とし気体混入量を調整する調整器を有するのが望ましい。また、気体としては、後述するＨＨＯガス発生装置ＨＧ（ＨＨＯガスは、水素と酸素が約２：１の割合で混合する気体であり、ブラウンガスとも言う）によって発生するＨＨＯガスを使用することもでき、本実施例においては、ＨＨＯガスを使用した例について説明する。なお、気体は、ＨＨＯガス以外に、空気、酸素、ＬＰガス等、酸素を含有する気体であれば使用することができる。
また、これらの混合気体も使用することができる。

液体ポンプ１によって加圧された軽油と、気体圧縮機２によって圧縮されたＨＨＯガスは、気液混合器３に送られて、軽油とＨＨＯガスが混合される。このとき、気液混合器３によってＨＨＯガスが微細気泡となり、軽油の中にＨＨＯガスの微細気泡が分散して混合される。

気液混合器３としては、例えば、図３に示すような、エジェクター式の微細流体発生装置を使用することが好ましい。この気液混合器３は、液体ポンプ１によって加圧された液体燃料としての軽油を配管３５を介して導入する液体燃料流路３１と、ＨＨＯガス発生装置１から供給される気体圧縮機２によって圧縮されたＨＨＯガスを導入する混入流体導入孔３２ａを備えた混入流体導入流路３２と、軽油中にＨＨＯガスを微細化し分散させる微細流体発生空間３３ａおよび微細流体混合室３３を有する。

液体燃料流入孔３１ａと微細流体発生空間３３ａとは、複数本（この場合は３本）の液体燃料流路３１で連通しており、微細流体発生空間３３ａは、液体燃料流路３１に交わる形で設けられた液体燃料誘導溝３１ｃを有している。液体燃料誘導溝３１ｃを設けることにより、液体燃料誘導溝３１ｃの微細流体発生空間３３ａ側に設けた液体燃料流出孔から微細流体発生空間３３ａに吐出された軽油は、混入流体導入孔３２ａを有する吐出面にキャビテーションを伴う剥離域が発生することで、導入したＨＨＯガスを均一かつ微細化することができ、これにより、微細流体混合室３３には、軽油に１０μｍ（ミクロン）以下の径となったＨＨＯガスの微細気泡（マイクロバブルからナノバブル）を分散させた気液混合燃料が生成される。

混入流体導入孔３２ａと、微細流体発生装置３の側面に接続される混入流体導入管３４は、微細流体発生装置３内に設けられる混入流体導入流路３２によって連通している。なお、ＨＨＯガスの導入量を調整する場合には、混入流体導入管３４に調整弁を設けて調整するようにしても良い。

このような気液混合器３は、エジェクター式の微細気泡発生方法に限らず、キャビテーション方式、旋回方式、あるいは、加圧溶解方式等の微細気泡発生装置を採用しても良い。ところで、液体燃料として、水のように粘度が低い液体はいずれの微細気泡発生方法も採用できるが、軽油や重油のように、粘度が高い燃料は、上述したエジェクター式の微細気泡発生装置が好適である。

気液混合器３によって、軽油の中にＨＨＯガスの微細気泡が分散して混合された気液混合燃料は、配管３６を介して攪拌機６に送られる。この攪拌機６は、容器内に蓄えられた気液混合燃料を、プロペラ６ａ等の撹拌手段を高速で回転するによって撹拌するものである。この攪拌機６により気液混合燃料を撹拌すると、軽油内のＨＨＯガスの微細気泡をさらに微細化することができ、ナノバブルの比率を高め、加圧することにより気体を溶解することが可能となる。

軽油内のＨＨＯガスの微細気泡を微細化及び溶解することは、エンジンにとって重要な要素であり、この点を図４によって説明する。通常のエンジンは、液体燃料を噴射器によって霧状にしてエンジンのシリンダー内に噴射される。図４に示す噴射器の噴射ノズル１０は、特に先端側の内径が小さく形成されている。仮に、軽油内のＨＨＯガスの微細気泡Ｂが点線で示すように噴射ノズル１０の内径よりも大きい場合には、気泡Ｂによってノズル１０内が占拠され、燃料としての軽油の噴射が滞る。燃料内に気体が一定以上に多く混入すると燃料ポンプは気体を圧縮し、燃料を噴射ができなくなり、このため、エンジンにとっては燃料が不足することになり、所定の出力が得られない問題が生ずる。また、ディーゼルエンジンにおいては、後述するように、サプライポンプ２０１により気液混合燃料を高圧にした後、コモンレール２０２、インジェクタ２０３を介してエンジンの燃焼室２０内に噴射するように構成しているが、サプライポンプ２０１に大きなＨＨＯガスの微細気泡が存在する場合には、大きな気泡によってポンプが空転または停止することがあり、この結果、エンジンが停止するといった重大な問題を招来する原因となる。一方、上述したように、エジェクター式の気液混合器３によって微細気泡を発生させ、攪拌機６によって微細気泡をさらに微細化し、加圧することにより軽油内に溶解させることができ、これらの問題を未然に解消することができる。

攪拌機６によって軽油内のＨＨＯガスの微細気泡をさらに微細化し、燃料内に溶解した状態にした気液混合燃料は、滞留タンク７に送られる。滞留タンク７は、気液混合燃料を一旦滞留させることにより、軽油内におけるＨＨＯガスの微細気泡の溶存量を増加させる機能を有している。また、軽油内に存在する大きな気泡が滞留している間に浮力によって表面側に上昇し、滞留タンク７には、浮力の小さな微細気泡が残留することから、実質的には、微細気泡をさらに微細化し、溶解度を高める事ができる。

滞留タンク７には送出部が設けられていて、一旦滞留された気液混合燃料を後述するディーゼルエンジンに供給するとともに、燃料タンク４内に設置された圧力開放器５に送出される。前述したように、液体ポンプ１によって加圧された軽油と、気体圧縮機２によって圧縮されたＨＨＯガスは、気液混合器３に送られて軽油とＨＨＯガスが混合されて気液混合燃料を生成するが、軽油とＨＨＯガスは、各々５気圧に加圧されている。また、気液混合器３、攪拌機６及び滞留タンク７は、各々を連通する配管の内部を含めて閉塞状態のため、これらの内部は５気圧となっている。

ところが、連続して気液混合燃料を生成すると、ディーゼルエンジンに供給されない余剰の気液混合燃料が増加する。この結果、次第に内部の圧力が高まることから、５気圧を超えた場合には圧力開放器５によって燃料タンク４内に放出し、各々の内部を５気圧に保持するようにしている。このとき、燃料タンク４内には、ＨＨＯガスの微細気泡を混合した気液混合燃料が放出され、しかも、燃料タンク４内の液体燃料を液体ポンプ１によって加圧してＨＨＯガスの微細気泡と混合することから、燃料タンク４内には、次第に気液混合燃料の比率が高められることになる。

以上説明したように、軽油とＨＨＯガスを各々５気圧に加圧したうえで気液混合器３によって混合することにより、ＨＨＯガスの微細気泡の混合比率を大幅に高め、加圧することにより燃料内に溶解させることができる。

なお、図１に示す実施例においては、気液混合器３によって軽油中にＨＨＯガスの微細気泡を混合した気液混合燃料を生成し、この気液混合燃料の微細気泡を攪拌機６によってさらに微細化した後、滞留タンク７によって軽油内におけるＨＨＯガスの微細気泡の溶存量を増加させているが、気液混合器３によって、気液混合燃料中の微細気泡の径が所定の大きさ以下の場合には、攪拌機６及び滞留タンク７を省略することができる。この場合、滞留タンク７に設けられた送出部を気液混合器３に設けることになる。ここで、攪拌機６及び滞留タンク７は、気液混合燃料に混合される気体としてのＨＨＯガスの微細気泡を微細化するために設けられていることから、実質的に気液混合器３に含まれる構成の一部とすることができ、従って、送出部は、滞留タンク７あるいは気液混合器３のいずれかに設けた場合でも等価である。

前述した特開２００８−１６９２５０号公報（特許文献３）により提案されているような、気体（空気）を微細化して混入させた液体燃料（軽油）は、大気圧の状態で生成される。この場合の気体の微細気泡の容量は、液体燃料の容量に対して１％未満の混合比率である。このような液体燃料を使用してディーゼルエンジンを駆動した場合には、正味燃料消費率を平均１４％低減できたと記述されているが、さらに燃料消費率を低減するためには、気体の微細気泡の混合比率を高める必要がある。

上述した実施例による気液混合燃料製造装置によれば、液体燃料である軽油と、気体であるＨＨＯガスを各々５気圧に加圧することにより、ＨＨＯガスの微細気泡の容積が圧力により５分の１まで圧縮されて小さくなるので、高圧とした軽油内に混合し易くなることから、気体の微細気泡の混合比率を５％まで上昇させることが可能となる。しかし、実際には軽油を加圧することにより、軽油内で気体及びＨＨＯが溶解し、更に多く気体及びＨＨＯを溶けませることが出来、加圧する圧力により溶解するＨＨＯを更に増やすことが出来る。例えば５気圧に加圧した軽油に５気圧以上に圧縮した気体を混入させ、攪拌し、滞留させることにより、軽油内の気体が完全に溶解し、軽油が透明になることは実験により確かめられている。このときの気体混入量は体積比１００％であった。

次に、図２に示すＨＨＯガス発生装置ＨＧについて説明する。ＨＨＯガスを発生させるＨＨＯガス発生装置ＨＧは、電気分解装置１００と、電気分解装置１００の各電極における陽極と陰極との間に流す電流が所定の電流値となるように制御を行う電流制御装置１１０と、直流電源としての電源装置１２０を有している。

電気分解装置１００は、内部に水（純水）を主成分とする電解液を貯留する電解槽１０１と、電解槽１０１の上端開口部を密閉する密閉蓋１０２と、それぞれの組が陽極及び陰極で構成される例えば３組からなる複数組の電極（図２においては、電極１０３のみを示し、他の２組の電極は図示しない）のそれぞれに電力を供給するための陽極側電極端子１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び陰極側電極端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃと、電気分解によって生成されたＨＨＯガスを排出するＨＨＯガス排出ノズル１０６とを備えている。なお、図示しないが、密閉蓋１０２には、電解液１０７を電解槽１０１内に供給するための電解液供給口が設けられる。また、必要に応じて、標高の違いなどによる気圧変化に対応して電解槽１０１内の圧力を調整する圧力調整部が備えられる。この圧力調整部は、標高の違いだけではなく、電解槽１０１内の圧力が何らかの原因で高くなった場合にも、電解槽１０１内の圧力を逃がすように作動することにより、電解槽１０１内の圧力を適正な圧力に保持する機能も有している。

電解槽１０１は、強化合成樹脂により形成され、また、密閉蓋１０２は、電解槽１０１よりも強度的に低い合成樹脂によって構成されている。このように、密閉蓋１０２を電解槽１０１よりも強度的に低い合成樹胎としたのは、仮に、電解槽１０１の内部の圧力が何らかの原因で異常に高くなって電解槽１０１が破裂するような場合を想定したときに、電解槽１０１よりも強度的に低い密閉蓋１０２のみが破壊されるので、破壊による電解液の流出も阻止され、損失を最小限に抑えることができる。

また、隣接する２つの電極の間には、合成樹脂などによる板状部材によって形成された仕切り板１０８が備えられている。この仕切り板１０８は、その下端辺が電解槽１０１の内部底面に密接し、かつ、両側の側端辺が電解槽１０１の内部側面に密接した状態で電解槽１０１内に設置される。また、仕切り板１０８の上端辺の高さは、電極１０３の高さよりも若干高く設定され、仕切り板１８０の上端辺と密閉蓋１０２の内面との間は連通している。このように、電極の間にそれぞれ仕切り板１０８を設けることにより、電解槽１０１が多少傾いた場合においても、電解液１０１が各仕切り部屋ごとに水平となり、特定の電極が電解液１０１の液面から露出することを防止することができる。

電極１０３における陽極及び陰極は、１枚の陽極板１０３ａと２枚の陰極板１０３ｂとで構成されており、１枚の陽極板１０３ａの両面に２枚の陰極板１０３ｂが一定間隔を置いて挟むように対向配置されている。これらの陽極板１０３ａと２枚の陰極板１０３ｂは、下端側が電解槽１０１の内部底面に動きが規制された状態で支持されている。また、１枚の陽極板１０３ａは、上端部が陽極板吊り下げ金具１０９ａに取り付けられ、２枚の陰極板１０３ｂは、陰極板吊り下げ金具１０９ｂに取り付けられることにより固定されている。上記陽極板吊り下げ金具１０９ａは、陽極側電極端子１０４ａに電気的に接続され、陰極板吊り下げ金具１０９ｂは、陰極側電極端子１０５ａに電気的に接続されている。この陽極板吊り下げ金具１０９ａおよび陰極板吊り下げ金具１０９ｂによる取り付けは、電極１０３を含めた３組の電極においても同一構成としている。

なお、電極１０３の陽極板１０３ａは、基材としてチタン材が用いられ、チタン材にイリジウム皮膜が塗布法、めっき法又は溶着法によって形成されている。一方、陰極板１０３ｂも基材としてはチタンが用いられ、チタン材にプラチナ皮膜が塗布法、めっき法又は溶着法によって形成されている。このように陽極板１０３ａ及び陰極板１０３ｂを構成とすることにより、耐電蝕性に優れた電極とすることができるので、電蝕によって劣化することを抑制でき、長期間の使用にも耐え得る電極とすることができる。

次に、電流制御装置１１０は、３組の電極のそれぞれに対応した３個の電流流制御部１１１、１１２、１１３を有している。電流制御部１１１の正（＋）側端子は電気分解装置１００に設けられている陽極側電極端子１０４ａに接続され、電流制御部１１０の負（−）側端子は、電気分解装置１００に設けられている負極側電極端子１０５ａに接続されている。また、電流制御部１１２の正（＋）側端子は電気分解装置１００に設けられている陽極側電極端子１０４ｂに接続され、電流制御部１１２の負（−）側端子は電気分解装置１００に設けられている負極側電極端子１０５ｂに接続されている。また、電流制御部１１３の正（＋）側端子は電気分解装置１００に設けられている陽極側電極端子１０４ｃに接続され、電流制御部１１３の負（−）側端子は電気分解装置１００に設けられている負極側電極端子１０５ｃに接続されている。

上記電解槽１０１に貯留する電解液１０７は、水（純水）を主成分とするが、ＨＨＯガス発生装置１における電解液１０７は、蒸留水に所定量の炭酸ナトリウムを重量比で０．１％から２０％、好ましくは、５％程度溶解した炭酸ナトリウム水溶液を用いている。このような成分の電解液１０７によって、電気分解を促進することができる。なお、電解液としては、安価かつ安全性を得られるならば、他の物質を溶解しても良い。また、この電解液１０７を寒冷地において使用可能とする場合には、凍結防止剤として、例えば、エチレングリコールなどを使用場所の気温に応じて適量だけ混入することが好ましい。

また、電源装置１２０としては、自動車に搭載されている１２ボルトまたは２４ボルトの蓄電池を使用することが好ましい。この蓄電池から電流制御部１１１、１１２、１１３に電力を供給して、３つの電極１０３などにおける陽極板と陰極板との間に流す電流を所定の電流値となるように制御する。このように、電流制御部１１１、１１２、１１３によって、電流値を制御することにより、ＨＨＯガス発生装置１から最適量のＨＨＯガスを発生させるとともに、３つの電極１０３などの発熱を抑制して室温程度に抑えることができる。

以上のように構成したＨＨＯガス発生装置ＨＧからＨＨＯガスを発生させるには、まず電流制御部１１１、１１２、１１３に電源装置１２０から電力を印加する。電流制御部１１１、１１２、１１３により、各電極１０３などにおける陽極板と陰極板との間に制御された所定の電流値の電流を流すことにより、電解液１０７が電気分解されて泡状のＨＨＯガスが発生する。このＨＨＯガスは、電解槽１０１の電解液１０７の上部に蓄積された後にＨＨＯガス排出ノズル１０６から排出され、所定の配管を通って、前述した気液混合器３に供給される。

なお、気液混合燃料におけるＨＨＯガスの微細気泡の比率を所定の容量比率にするために、気液混合器３へのＨＨＯガスの導入量を調整弁によって調整する手段、ＨＨＯガス発生装置ＨＧの運転をＨＨＯガスの微細気泡の比率に応じて稼働と停止を間欠的に行う手段、もしくは、気液混合器３へ導入するＨＨＯガスに空気を混合してＨＨＯガスの比率を調整する手段などにより調整することが望ましい。

一方、滞留タンク７の送出部７ａから送出される気液混合燃料は、図１に示すような、自動車、船舶等のディーゼルエンジンの燃料として供給される。図１は、一般的に使用されているコモンレール式ディーゼルエンジンの燃料供給システムを例示している。この図１において、燃料となる気液混合燃料は、サプライポンプ２０１、コモンレール２０２、インジェクタ２０３を経由してエンジンの燃焼室２０に供給される。

なお、インジェクタ２０３の数は、燃焼室２０の数と同数設けられる。図１では４気筒エンジンを例に挙げているので四個のインジェクタ２０３を備えているが、例えば６気筒エンジンの場合には６個となる。

この燃料供給システムは、サプライポンプ２０１により気液混合燃料を所定の圧力にした後、コモンレール２０２内に蓄積させておき、このコモンレール２０２内の高圧となった混合燃料を、各インジェクタ２０３を介してエンジンの燃焼室２０内に噴射するように構成している。

なお、サプライポンプ２０１に送られながらコモンレール２０２に圧送されなかった混合燃料は、燃料リターン通路（図示しない）を介して、また、コモンレール２０２に送られながらインジェクタ２０３へ圧送されなかった気液混合燃料は、燃料リターン通路２０４を介して、さらに、インジェクタ２０３に圧送されながら燃焼室２０へ噴射されずに余った気液混合燃料は、燃料リターン通路２０５を介して、それぞれ燃料タンク２へ戻されるようになっている。

なお、これらのリターン燃料のうち、特にインジェクタ２０３からのリターン燃料は、例えば百数十℃もの高温になっている関係から、この高温のリターン燃料がそのまま燃料タンク２内に戻されると、発火事故等の原因となるので好ましくない。そこで、通常の場合は、インジェクタ２０３から燃料タンク２への燃料リターン通路２０５の上流側に、その内部を流れる燃料を冷却するための冷却手段が設けられる。

このようなディーゼルエンジンには、発電機２０６（またはダイナモ）が連結されていて、この発電機２０６は、前述した電流制御装置１１０の電源装置１２０としての蓄電池に接続されている。そして、ディーゼルエンジンが回転駆動したときに、発電機２０６から発電された電力が電源装置１２０としての蓄電池に蓄電され、電流制御装置１１０の電源としている。

図１に示すコモンレール式ディーゼルエンジンに対し、通常の軽油の代わりに、軽油の中にＨＨＯガスの微細気泡を分散させた混合燃料を使用してディーゼルエンジンを備えた自動車により実験した。実験車Ａは、排気量が２６５０ｃｃの軽油を燃料とするディーゼル車を使用した。一般の軽油を燃料として、一般道を約２００Ｋｍ走行したときの燃費は、８．３Ｋｍ／リットルであった。次に、ＨＨＯガスの微細気泡を分散させた気液混合燃料を燃料として、同一条件で走行したときの燃費は、１２．２Ｋｍ／リットル乃至１３．８Ｋｍ／リットルであった。この結果、気液混合燃料を燃料とした場合には、４５％以上の燃費が向上した。また、ディーゼルエンジン車に求められる黒煙の排出量を測定したところ、通常の軽油を使用した場合は１５％であったが、気液混合燃料を使用した場合には８％に減少し、約５０％改善することが確認された。さらに、排気ガスについても、４７％が削減された。このように、燃費、黒煙排出量、排気ガス量のいずれについても、著しく改善されることが確認できた。

次に、実験車Ｂについても同様の実験を行った。実験車Ｂは、排気量が２６６０ｃｃの軽油を燃料とするディーゼル車を使用した。走行する条件は実験車Ａと同じである。その結果、一般の軽油を燃料としたときの燃費は、６．７Ｋｍ／リットルであったが、ＨＨＯガスの微細気泡を分散させた混合燃料を燃料としたときの燃費は、１１．０Ｋｍ／リットル乃至１２．８Ｋｍ／リットルとなり、６４％以上の燃費向上が確認された。また、実験車Ｂにおいても、黒煙の排出量を測定したところ、通常の軽油を使用した場合は１８％であったが、混合燃料を使用した場合は７％に減少し、さらに、排気ガスについても、６１％削減される結果となった。

実験車Ａと実験車Ｂについて、燃費、黒煙排出量、排気ガス量に差が生じた原因は究明中であるが、車種によるディーゼルエンジンの型式の相違によるものと考えられる。ただし、いずれの車種においても、少なくとも燃費が４０％以上向上することは確かである。

一方、船舶などの重油を燃料としたエンジンの場合は、初期の実験の結果では、燃費が約５５％向上することが確認された。重油の場合は粘度が高いため、ＨＨＯガスの微細気泡を分散させた気液混合燃料を生成することが比較的困難であるが、前述した本発明の気液混合燃料製造装置によれば、液体燃料と、気体を各々５気圧に加圧することにより、気体の微細気泡の容積が圧力によって圧縮されて小さくなるので、粘度が高い重油であっても、高圧とした重油内に混合し易くなり、加圧により重油内で気体が溶解する状態となる圧力にすることも可能である。

上述した各実施例に示した気液混合燃料製造装置は、場合によっては故障することも想定される。この装置の故障により、自動車または船舶が運行不能に至ることは、損失の原因となる。このため、本発明による気液混合燃料製造装置においては、故障した場合であっても通常状態に復帰できるように配慮されている。

図１に示した気液混合燃料製造装置において、万一、ＨＨＯガス発生装置ＨＧが故障した場合、気液混合器３へＨＨＯガスが供給されなくなる。このとき、エジェクター式の気液混合器３は、液体燃料誘導溝３１ｃを設けていることから、例えＨＨＯガス発生装置ＨＧからＨＨＯガスが供給されなくなっても、液体燃料が流通することができる。そのために、内燃機関の燃焼室には、通常の場合と同様の液体燃料が供給されることになり、通常の運行状態に復帰できるので、何らの支障なく通常の運行状態に復帰できる。

本発明による気液混合燃料製造装置は、例えばバーナーのような燃焼装置にも適用できる。パーナーの多くはＡ重油を燃料としている。このバーナーに供給する燃料として、気液混合燃料製造装置によって、Ａ重油の中に所定量のＨＨＯガスの微細気泡を分散させた気液混合燃料を使用することにより、燃費、黒煙排出量、排気ガス量を著しく改善させることができる。

燃料をタンク内に戻す戻し配管が一配管及び複数配管存在する内燃機関及び燃焼装置が存在するが、この戻し配管の中間部またはタンク内先端部に気液混合燃料の圧力を一定に維持するための圧力開放器をもどし配管のおのおのに設けることにより、内燃機関及び燃焼装置の燃料系統内の気液混合燃料が一定圧力に維持することができる。

図５では戻り配管が二系統存在する内燃機関の戻り配管を統合し、タンク内先端に圧力開放器５ａが設けられている一実施例を示しており、気体を混入した燃料が燃料内で気体が完全に溶解し、気液混合燃料が更に加圧されても体積の減少を起こさない圧力に維持されている。

内燃機関及び燃焼装置において、気液混合燃料製造装置からの気液混合燃料の戻り配管に取り付けられた圧力開放器を代用し、気液混合燃料製造装置に直接接続する圧力開放器を省略することも可能である。

図１及び図５において、貯留タンク７の上部から内燃機関及び燃焼装置に燃料を供給するように記載されているが、貯留タンク７の中間部から内燃機関及び燃焼装置に燃料を供給することも可能で、気液混合燃料の未溶解気体分を気体混合燃料製造装置に接続された圧力開放器を通してタンク内に戻し、気体が溶解した燃料のみを内燃機関及び燃焼機関に供給する事が出来る。

以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでもない。前述した各実施例において、内燃機関や燃焼装置の液体燃料として、軽油、重油を例示したが、その他、ガソリン、バイオエタノール、バイオガソリン、潤滑油や食用油などの各種廃油等であっても、気体の微細気泡を分散させた混合燃料とすることができる。また、内燃機関や燃焼装置としては、自動車、船舶のエンジンの他、エンジン付発電機、トラクター、耕耘機、田植機、稲刈り機、刈払い機等の各種農業用機械、航空機のエンジン、あるいは、建設・建築機械用のエンジンにも適用可能である。

１液体ポンプ
２気体圧縮機
３気液混合器
４燃料タンク
５圧力開放器
６攪拌機
７滞留タンク
ＭＸ気液混合燃料製造装置
ＨＧＨＨＯガス発生装置
ＤＥ内燃機関及び燃焼装置

Claims

軽油、重油あるいはガソリン等が貯留された燃料タンクから送られる液体燃料を所定の圧力に加圧する液体ポンプと、
酸素を含有する気体を所定の圧力に圧縮する気体圧縮機と、
加圧された前記液体燃料の中に圧縮された前記気体の微細気泡を混合して気液混合燃料を生成する気液混合器と、
加圧された液体燃料内に気体を完全溶解させるための攪拌器と、
液体燃料内に気体を完全溶解させるための貯留タンクと、
前記液体燃料内に気体を完全溶解した液体燃料を所定以上の圧力を解放するために前記燃料タンクの内部に設置された圧力解放器と、
前記気液混合燃料を内燃機関や燃焼装置に供給するための送出部を前記気液混合器に設けたことを特徴とする気液混合燃料製造装置。
前記気液混合器によって生成される前記気体の微細気泡はマイクロバブルまたはナノバブルであり、この微細気泡を前記液体燃料中に混合させた請求項１に記載の気液混合燃料製造装置。
前記液体燃料に混合する前記気体は、ＨＨＯガス発生装置を用いて水を主成分とする電解液から発生させたＨＨＯガスとした請求項１乃至２のいずれかに記載の気液混合燃料製造装置。
前記燃料タンク内には、前記液体燃料と前記圧力開放器から開放された前記気液混合燃料を混在させ、この液体燃料を前記液体ポンプにより加圧されて前記気液混合器に加える請求項１乃至３のいずれかに記載の気液混合燃料製造装置。
燃料の戻り配管が単数及び複数ある内燃機関及び燃焼装置において、気液混合燃料製造装置から供給された気液混合燃料を燃料タンクに戻す戻し配管のおのおのまたは、戻し配管を一括として、その中間または配管先端部に圧力開放器の圧力維持するための圧力開放器を設けたことを特徴とする請求項１乃至４に記載の気液混合燃料製造装置。