液體燃料的改性裝置的制作方法

專利名稱：液體燃料的改性裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于對成為車輛排出的排出氣體中的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、及氮氧化合物(NOx)、黑煙等原因的，汽油發動機、柴油發動機等的液體燃料中所含有的物質進行處理的液體燃料改性裝置。
背景技術：
為了去除汽車等的排出氣體中所含有的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、及氮氧化合物(NOx)等有害物質，廣泛實行的是在從發動機到消聲器的排氣體系內設置催化轉換器。現在一般是使用鉑、鈀、銠、沸石等三元催化轉換器。該三元催化轉換器是由這些材料形成蜂窩狀。使用時，在形成蜂窩狀的開口部通入約800℃的排出氣體，發生與有害物質的氧化及還原反應。有害的一氧化碳及碳氫化合物被氧化，分別生成無害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)，且有害的氮氧化合物(NOx)被還原，生成無害的氮氣(N2)與氧氣(O2)。這是三元催化轉換器的工作原理。該三元催化轉換器的形狀是扁平的橢圓柱，長度方向的尺寸約為20～50cm，厚度約為10～20cm。其一個的重量，帶附屬品一起為10～20kg。
另一方面，在柴油發動機的情況下，通過燃燒室內的壓縮，使混合氣體自燃點火，排出氣體從排氣一側排出。由這樣的工作原理，混合氣體的完全燃燒是不可能的。因此，在柴油發動機的情況下，很難阻止伴隨不完全燃燒的黑煙的排出。該黑煙不僅會引起大氣的污染，還會與氯等化合生成劇毒的二噁烯，或致癌物質。現在，為了去除從柴油發動機排出的黑煙，實行了在排氣一側設置由再燃燒裝置與交換式過濾器所組成的柴油微粒去除裝置(DPFDiesel Particulate Filter)。
隨著近年來排出氣體規約的強化，在汽油發動機車的排氣體系中，必須裝備二到三個催化轉換器。圖1是表示在汽車中裝備了三個催化轉換器的狀況。三個催化轉換器1在從發動機5到消聲器4的排氣系統中，在排氣裝置·歧管2與消聲器4之間串聯設置。如上所述，由于三元催化轉換器具有相當的大小，所以存在有難以確保設置兩個或三個催化轉換器的場所的問題。由于催化轉換器至少具有10cm的厚度，所以在將催化轉換器設置于汽車的地板的情況下，必須將汽車的地板升高，這又產生了車內空間減少的問題。
此外，由于一個催化轉換器的重量有10～20kg，所以設置三個催化轉換器，就使汽車的重量增加數十公斤(kg)。而且，由于一臺柴油微粒去除裝置的重量有100kg，所以在柴油發動機車輛的情況下，重量增加的問題比汽油發動機更為嚴重。這樣的重量增加，還會產生車輛的燃料費用增大的問題。進而，由于催化轉換器與柴油微粒去除裝置的價格高，所以將它們裝備于車輛，還會發生相當的費用負擔的問題。

發明內容
所以，本發明的目的是提供用于去除車輛的廢體中的有害物質的、輕量、緊湊、且廉價的液體燃料的改性裝置。
上述目的由以下的液體燃料的改性裝置所實現。即具有收容一方的各向異性磁性體的磁性體制的一方的磁鐵保持容器與收容另一方的各向異性磁性體的磁性體制的另一方的磁鐵保持容器，所述另一方的磁鐵保持容器與所述一方的磁鐵保持容器在各自的接縫相互磁性吸引接合，構成磁感應回路的一部分，且夾持液體燃料流動的非磁性體制的連接管，由所述一方的各向異性磁性體與另一方的各向異性磁性體所形成的磁場與所述連接管垂直，其特征在于所述連接管具有由有色金屬制成的外側管體與收容于所述外側管體內、由與所述外側管體不同的有色金屬制成的內側管體，且在所述內側管體與所述外側管體的內壁部之間有從所述連接管的入口側穿越到出口側的流路；選擇所述兩種有色金屬材料，使所述外側管體與所述內側管體之間產生電位差。
施加垂直的磁場，在連接管內的液體燃料中存在的金屬元素中發生靜電。這些金屬元素由勞倫茲力能夠從液體燃料中去除。其結果是改性后的液體燃料不會發生黑煙、二噁烯等。
另一方面，通過對流過連接管的液體燃料施加磁場，在液體燃料中產生電動勢，這使液體燃料中的碳氫化合物的鏈結合斷裂(fines)、分成細小部分。碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分時，燃料的表面積增大，結果使液體燃料的燃燒溫度下降。燃燒溫度下降，能夠不生成氮氧化合物(NOx)及黑煙，促進燃燒速度，通過完全燃燒而減少黑煙，提高燃燒效率。
在構成外側管體與內側管體的兩種有色金屬之間，存在各自具有的電位(H＝0V的情況的基準標準電位)的電位差。即在外側管體與內側管體之間形成電池。與上述磁場所引起的電動勢同樣，該電位差也起著使流過內外通路的液體燃料的碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分的作用。所以，由這二者的作用，能夠有效地使碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分。這是由本發明的液體燃料改性裝置能夠大幅度減低排出氣體中的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、及黑煙的理由。
本發明的液體燃料改性裝置，其特征在于所述外側管體是由發生正的單極電位的有色金屬材料所形成，所述內側管體是由發生負的單極電位的有色金屬材料所形成。
優選在外側管體中使用具有不易氧化及腐蝕、離子化傾向小、單極電位是正電位一價、二價、三價的物理化學性質的有色金屬，具體是金、銀、銅、以及鉑等有色金屬。
優選在內側管體中使用具有離子化傾向大、單極電位是負電位一價的物理化學性質的有色金屬，具體是鈦、鎢、及鋁等有色金屬。
具有各向異性磁性體是上面為長方形的長方體這樣特征的液體燃料改性裝置，與上面是長方形以外的形狀(例如圓)的改性裝置相比，磁場強度大。
具有在磁鐵保持容器的角部形成彎曲角度為56度以上的R這樣特征的液體燃料改性裝置，能夠形成無磁漏的強力磁感應閉合回路。所謂磁感應閉合回路，是指在保護容器的外部不存在磁場的回路。
在本發明中，所謂液體燃料，意味著汽油、柴油、煤油、重油、乙醛等含有碳氫化合物(CH)的液體燃料。
在本發明中，所謂車輛，意味著使用汽油發動機或柴油發動機的汽車、卡車、公共汽車、柴油車、鏟車、摩托車、雪上汽車等全部的陸地移動裝置。裝載有本發明的液體燃料改性裝置的汽油發動機及柴油發動機，還可以用于摩托艇及船舶等水上/水中移動裝置。
本發明的液體燃料改性裝置的工作原理，還可以用于噴氣發動機。所以，即使是對于噴氣發動機，通過供給由本發明的液體燃料改性裝置所改性的液體燃料，也能夠去處其排出氣體中的有害成分。
裝載有本發明的液體燃料改性裝置的噴氣發動機可以適用于飛機。


圖1是表示設置有催化轉換器的汽車。
圖2是本發明的液體燃料改性裝置的立體圖。
圖3是本發明的液體燃料改性裝置中磁保持容器的主視圖。
圖4是磁保持容器中央部分的截面圖。
圖5是磁保持容器的省略了一部分的立體圖。
圖6是汽車的汽油發動機的燃料供給裝置的結構說明圖。
圖7是本發明的液體燃料改性裝置中連接管與汽油發動機的燃料供給裝置的燃料軟管的連接說明圖。
圖8是表示關于裝備有三元催化轉換器的汽車的發動機的轉數與力矩的關系的測定結果。
圖9是表示關于本發明第一具體形式的測定結果。
圖10是表示關于本發明第二具體形式的測定結果。
圖11是表示關于本發明第三具體形式的測定結果。
圖12是汽車的柴油發動機的燃料供給裝置的結構說明圖。
圖13是本發明的液體燃料改性裝置中連接管與柴油發動機的燃料供給裝置的燃料軟管的連接說明圖。
具體實施例方式
本發明的液體燃料改性裝置，如圖2所示，由一方的磁保持容器3、另一方的磁保持容器3′、以及連接管24所構成。
由于一方的磁保持容器3與另一方的磁保持容器3′的結構完全相同，所以僅對一方的磁保持容器3加以說明。該磁保持容器3由軟鐵材料所構成，具有箱子的形狀。圖2中的磁保持容器3、3′的長度為40mm。該磁保持容器3具有底面部3A，左、右面部3B、3C，以及前、后面部3D、3E。在前、后面部3D、3E的邊緣部，形成半圓狀的溝槽部6。在磁保持容器3的底面部3A的內面，固定安裝有上面為長方形(20mm×25mm)的長方體(厚度10mm)永久磁鐵7。該永久磁鐵7是各向異性磁體。在磁保持容器3內，為了固定磁鐵而填充有由非磁性材料的合成樹脂、例如環氧樹脂所構成的填充材8。在該填充材8的中央部，永久磁鐵7露出。為了防止磁的泄漏，在磁保持容器3的角部，設置有56度以上彎曲角度的R。
如圖3所示，磁保持容器3與磁保持容器3′因相互的磁力而合體，由溝槽部6、6′形成插入連接管24的開口部。連接管24由非磁性體形成，由外側管體24A與內側管體24B所構成。連接管24的外側管體24A的內徑為5mm～6mm，外徑為7mm～8mm，而且，內側管體24B的內徑為3mm左右，外徑為4mm左右。外側管體24A的長度為115mm，內側管體24B的長度為24mm，二者的合計重量為250g。外側管體24A由不易氧化及腐蝕，離子化傾向小的有色金屬所形成。離子化傾向小的有色金屬可以列舉出銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、以及鉑(Pt)等。
在該外側管體24A兩端部，分別設置有8mm軟管用接頭部9及9mm軟管用接頭部10。8mm軟管用接頭部9具有膨出部11及防止脫落部12，9mm軟管用接頭部10具有膨出部13及防止脫落部14。
在內側管體24B的材料中，使用具有離子化傾向大、單極電位是負電位一價的物理化學性質的鈦(Ti)、鎢(W)、及鋁(Al)等。
如圖4所示，在外側管體24A內同心收容有內側管體24B的狀態下，壓潰部30在外側管體24A的中央部，通過壓潰相互對面的部分而形成。內側管體24B通過壓潰部30而同心地收容固定于外側管體24A內。在內側管體24B與外側管體24A之間，除了壓潰部30之外，還形成外側通路31。
如圖4所示，磁保持容器3與磁保持容器3′在各自的接縫(3a，3a′)合體，連接管24貫通由半圓狀的溝槽部6、6′(參照圖6)形成圓形孔。永久磁鐵7和永久磁鐵7′夾持連接管24而相對。永久磁鐵7的對面端部7a是S極，永久磁鐵7′的對面端部7a′是N極。
如圖4所示，磁保持容器3、3′合體構成連續的框體。該框體構成磁感應閉合回路。圖示截面的大小為40mm×40mm，磁保持容器3、3′的重量為200g。該框體形成所謂磁回路的一部分。形成從磁保持容器3的永久磁鐵7的對面端部(S極)7a向永久磁鐵7′的對面端部(N極)7a′的磁通密度高(6000～8000高斯)的磁場。磁力線F貫通連接管24，通過框體的中心部10，收束于永久磁鐵7。由該磁力線F構成磁回路(感應磁回路)。通過在磁保持容器3、3′的角部形成彎曲角度為56度以上的R，實現無磁泄漏的磁感應閉合回路。
設定流過內、外通路31、32的流體燃料的流速為1.2～1.6m/s，燃料液體的燃料壓力為2kg～3kg，液體燃料的排出量為60～110l/s。
在液體燃料中，存在有微量的金屬元素(鈣、鈉、鎂、鉀、鋁、鈦、鐵)。雖然這些金屬元素自身無害，但在液體燃料的燃燒中，這些金屬元素有與氯、溴、硫等化合，生成氯化物、溴化物、硫化物的可能性。由于認為這些氯化物、溴化物、硫化物與黑煙、二噁烯等有害物質的生成有關，所以優選將液體燃料中含有的這些金屬元素從化合物中去除。
施加6000～8000高斯的垂直磁場，連接管24內的液體燃料中存在的金屬元素中會發生靜電(流速為1.2m/s時是0.06mA，流速為1.6m/s時是0.08mA)。這些金屬元素，由于勞倫茲力的作用，能夠從液體燃料中去除。這就是由本發明的液體燃料改性裝置能夠去除液體燃料中微量金屬的自由電子，結果為即使是燃燒液體燃料，也不會有黑煙、二噁烯等的發生的原理。
另一方面，通過將6000～8000高斯的磁場施加于連接管24內的液體燃料，液體燃料中會產生電動勢。這使液體燃料中碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分。碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分時，燃料的表面積增大，結果使液體燃料的燃燒溫度下降。燃燒溫度下降，能夠不生成氮氧化合物(NOx)，提高燃燒效率。通過燃料的鏈結合斷裂、分成細小部分，使燃料的表面積增大，通過促進燃燒速度，完全燃燒而減少黑煙。
在構成外側管體24A與內側管體24B的兩種有色金屬之間，存在有各自具有的電位(H＝0的情況的基準標準電位)的電位差。即在外側管體與內側管體之間形成電池。例如在外側管體24A是由具有單極電位是正電位的一價或二價的物理化學性質的金(金的單極電位是1.7)所形成，內側管體24B是由具有單極電位是負電位的一價的物理化學性質的鈦(鈦的單極電位是-1.75)所形成的情況下，在外側管體24A與內側管體24B之間，發生3.45V的電位差。該電位差也與上述磁場所引起的電動勢同樣，該電位差也起著使流過內外通路31、32的液體燃料的碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分的作用。所以，本發明的液體燃料改性裝置由這二者的作用，能夠有效地使碳氫化合物的鏈結合斷裂、分成細小部分。這是由本發明的液體燃料改性裝置能夠大幅度減低排出氣體中的氮氧化合物(NOx)、及黑煙的理由。
外側管體24A與內側管體24B在組合并不限于上述金與鈦。在外側管體24A與內側管體24B中分別采用金與鋁、鉑與鈦、鉑與鋁、銀與鈦、銅與鈦的情況下，也能夠在兩者之間發生電位差。
使用圖6及圖7，對將本發明的液體燃料改性裝置裝備于汽車的汽油發動機的燃料供給裝置的例加以說明。
汽車的汽油發動機的燃料供給裝置是為了將燃料與空氣混合并供給到汽缸內的裝置。如圖6所示，該燃料供給裝置設置有燃料罐21，收存于該燃料罐21內的燃料供給泵23，在該燃料供給泵23的排出側通過燃料軟管22而連接的燃料過濾器23A，以及通過燃料軟管27與該燃料過濾器23A相連接且安裝在吸入歧管26A一側的噴射器25。液體燃料的汽油被燃料供給管道、即在燃料罐21內被燃料供給泵23所吸引，從該燃料供給泵23排出的汽油經燃料過濾器23A過濾后送到噴射器25，在這里氣化為霧狀，供給到汽缸，還有，25A是壓力調節器。
在燃料供給泵23的排出側連接有合成樹脂制的直徑8mm的燃料軟管27。在該燃料軟管27的端部27a，使用其8mm軟管用接頭部9連接改性裝置A的連接管24的一方。在改性裝置A的連接管24的另一方，使用其8mm軟管用接頭部9連接別的燃料軟管28的端部28a，該燃料軟管28與噴射器25相連接。
如上所述，由于本發明的液體燃料改性裝置的磁保持容器3、3′是40mm的長方體，連接管的長度為115mm，其重量不過250g，所以是極輕的緊湊裝置。所以，如上所述，本裝置可以直接設置于連接發動機與燃料罐的燃料軟管中。而且，與歷來的處理發動機的排出氣體的催化轉換器不同，本發明的液體燃料改性裝置，由于去除了供給到發動機的液體燃料中的有害物質，所以能夠向發動機供給非常清潔的液體燃料。結果是使發動機的排出氣體中所含有的有害物質大幅度減低，其效果也比由歷來的催化轉換器對有害物質的去除效果要好。與此相比，由于歷來的催化轉換器具有50cm×10cm×10cm的大小，10kg的重量，所以考慮到其設置場所及伴隨著該設置的重量的增加，具有深刻的問題，本發明的液體燃料改性裝置，以重量比計，為歷來的液體燃料改性裝置的1/200以下，且表現出比歷來的裝置優異的去除有害物質的效果，表示出本發明的裝置的技術效果非常大。
對于在排氣量為2400cc的Datsun(日本產小汽車牌名)中裝備在外側管體24A中使用金，且在內側管體24B中使用鈦的本發明的液體燃料改性裝置的情況與不裝備的情況，在空燃比為一定的狀態下，由堀場制作所制的排出氣體測定器MEXA-554J對該排出氣體進行了測定。其結果是，在不裝備本發明的裝置的情況下，CO的排出量為0.1％vol(體積)，HC的排出量為31ppm vol，與此相比，在裝備了本發明的裝置的情況下，CO的排出量為0.01％vol，HC的排出量為-2ppm vol(在測定誤差的范圍內不能測定)。CO的排出量減少到原來的1/10，HC的排出量從31ppm急劇減少到測定不到的值。
接著，對于幾個裝備有歷來的三元催化轉換器的汽車與裝備有本發明的液體燃料改性裝置的汽車，表示關于其效果的實測數據。
比較例對于裝備有三元催化轉換器、最高速度240kg/m的RF驅動·自動車，變換發動機的旋轉數測定了其力矩的變化。其結果表示于圖8。在該圖及以下的圖9～11中，縱坐標是發動機的力矩(單位Nm)，橫坐標是發動機的轉數(rpm)。根據圖8，在裝備了三元催化轉換器的汽車的發動機的情況下，轉數為0～3200之間，其力矩僅為50Nm左右。
具體例1對于裝備有外側管體24A中使用金、內側管體24B中使用鈦，發生了6500G高斯磁場的本發明的改性裝置、最高速度為200km/h的FR驅動的自動車，改變發動機的轉數，測定其力矩的變化。其結果示于圖9。圖9與圖8相比，在全部的轉數中，具體例1的情況下力矩提高。特別是在4000轉數以下，力矩的提高更為顯著。
具體例2對于裝備有外側管體24A中使用鈦、內側管體24B中使用鋁，發生了6500G高斯磁場的本發明的改性裝置、最高速度為200km/h的FR動的自動車，改變發動機的轉數，測定其力矩的變化。其結果示于圖10。圖10與圖8相比，在0～4200的轉數中，具體例1的情況下力矩提高。例如，在3000轉數時，具體例2的情況下，其力矩是比較例的四倍。
具體例3對于裝備有外側管體24A中使用金、內側管體24B中使用鈦，發生了6500G高斯磁場的本發明的改性裝置、最高速度為200km/h的FR動的自動車，改變發動機的轉數，測定其力矩的變化。其結果示于圖11。圖11與圖8相比，在全部的轉數中，具體例3的情況下力矩提高。特別是在4000轉數以下，力矩的提高更為顯著。
使用圖12及圖13，對將本發明的液體燃料改性裝置A裝備于汽車的柴油發動機的燃料供給裝置的例加以說明。
汽車的柴油發動機的燃料供給裝置，設置有燃料罐40，收存于該燃料罐40內的燃料供給泵42，在該燃料供給泵42的排出側通過燃料過濾器48由燃料軟管41所連接的分配器45，以及通過噴射管46與該分配器45相連接的噴射嘴47。
在燃料過濾器48的出口側連接有合成樹脂制的直徑9mm的燃料軟管50。在該燃料軟管50的后端部50a，使用該9mm用軟管用接頭部10連接液體燃料改性裝置A的連接管24的一方。而且，液體燃料改性裝置A的連接管24的另一方，使用該9mm用軟管用接頭部10連接別的燃料軟管51的端部51a，該燃料軟管51與分配器45相連接。
還有，該液體燃料改性裝置還可以設置在燃料過濾器48的入口側。在這種情況下，液體燃料改性裝置不設置在燃料過濾器48的出口側。
以上，雖然對將本發明的液體燃料改性裝置適用于汽油發動機、柴油發動機的例子進行的敘述，但本發明的液體燃料改性裝置的工作原理，也可以原封不動地適用于噴氣發動機。所以，即使是對于噴氣發動機，通過供給由本發明的液體燃料改性裝置所改性的液體燃料，能夠從其排出氣體中去除有害成分。
本發明的液體燃料改性裝置是適用于去除汽油發動機、柴油發動機、以及噴氣發動機的排出氣體的有害成分的裝置，是能夠替代歷來的三元催化轉換器及柴油微粒去除裝置(DPF)的裝置。而且，本發明的液體燃料改性裝置也是適用于去除噴氣發動機的排出氣體的有害成分的裝置。
權利要求
1.一種液體燃料的改性裝置，具有收容一方的各向異性磁性體(7)的磁性體制的一方的磁鐵保持容器(3)與收容另一方的各向異性磁性體(7′)的磁性體制的另一方的磁鐵保持容器(3′)，所述另一方的磁鐵保持容器(3′)與所述一方的磁鐵保持容器(3)在各自的接縫(3a，3a′)相互磁性吸引接合，構成磁感應回路的一部分，且夾持液體燃料流動的非磁性體制的連接管(24)，由所述一方的各向異性磁性體(7)與所述另一方的各向異性磁性體(7′)所形成的磁場與所述連接管垂直，其特征在于所述連接管具有由有色金屬制成的外側管體(24A)與收容于所述外側管體內、由與所述外側管體不同的有色金屬制成的內側管體(24B)，且在所述內側管體與所述外側管體的內壁部之間有從所述連接管的入口側穿越到出口側的通路，選擇所述兩種有色金屬材料，使所述外側管體與所述內側管體之間產生電位差。
2.根據權利要求1所述的液體燃料的改性裝置，其特征在于所述外側管體是由發生正的單極電位的有色金屬材料所形成，所述內側管體是由發生負的單極電位的有色金屬材料所形成。
3.根據權利要求2所述的液體燃料的改性裝置，其特征在于所述外側管體是由金、銀、銅、或鉑中任何的有色金屬所形成。
4.根據權利要求2或3所述的液體燃料的改性裝置，其特征在于所述內側管體是由鈦、鎢、或鋁中任何的有色金屬所形成。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的液體燃料的改性裝置，其特征在于各向異性磁性體(7、7′)是上面為長方形的長方體。
6.根據權利要求1～5中任一項所述的液體燃料的改性裝置，其特征在于在磁鐵保持容器(3、3′)的角部形成彎曲角度為56度以上的R。
7.一種汽油發動機，其特征在于將權利要求1～6中任一項所述的液體燃料的改性裝置設置在發動機與液體燃料罐之間。
8.一種柴油發動機，其特征在于將權利要求1～5中任一項所述的液體燃料的改性裝置設置在發動機與液體燃料罐之間。
9.一種噴氣發動機，其特征在于將權利要求1～5中任一項所述的液體燃料的改性裝置設置在發動機與液體燃料罐之間。
10.一種車輛，其特征在于裝載有權利要求6或7中所述的發動機。
11.一種船舶，其特征在于裝載有權利要求6或7中所述的發動機。
12.一種飛機，其特征在于裝載有權利要求9所述的噴氣發動機。
全文摘要
一種液體燃料的改性裝置，具有分別收容各向異性磁性體(7、7′)的磁性體制的磁鐵保持容器(3、3′)，磁鐵保持容器(3′)與磁鐵保持容器(3)在各自的接縫(3a，3a′)相互磁性吸引接合，且夾持液體燃料流動的非磁性體制的連接管(24)，由各向異性磁性體(7)與各向異性磁性體(7′)所形成的磁場與連接管垂直。連接管具有由有色金屬制成的外側管體(24A)及由與外側管體不同的有色金屬制成的內側管體(24B)。選擇兩種有色金屬材料，使內側管體與外側管體之間產生電位差。由此提供用于去除車輛的排出氣體中的有害物質，輕量、緊湊、且廉價的液體燃料改性裝置。
文檔編號F02M27/00GK1551948SQ0380097
公開日2004年12月1日 申請日期2003年2月4日 優先權日2002年3月29日
發明者細田勇藏, 杉山和一, 一 申請人:株式會社細田電機