JPH10508672A - 燃料予備処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 代用燃料を内燃機関の燃料として利用できるように予備処理するための新規な燃料予備処理装置と予備処理方法とが開示されている。この装置は、代用燃料が受領される気化チャンバを含む。排気充満チャンバは気化チャンバを包んでおり、内燃機関からの排気ガスによって供給される熱エネルギーは代用燃料の気化に利用が可能である。排気ガスの分流は気化チャンバ内の代用燃料を通過し、内燃機関に導入される前に気化燃料をリアクターを通過させて運搬するのに使用される。リアクターは排気導管内に提供され、リアクターロッドを同軸的で空間を設けて内蔵したリアクター管体から準備される。排気導管を通過する排気ガスはリアクターに熱エネルギーを提供し、代用燃料を予備処理する。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料予備処理装置及び方法 背景 発明の分野 本発明は内燃機関に関する。さらに特定すれば、新規な燃料予備処理装置に関 し、さらに、原油、使用済み洗浄溶剤、リサイクルオイル、使用済み塗料シンナ ー等のそのままでは燃料として不向きな可燃物を燃料として内燃機関に利用させ るための方法に関する。 先行技術 内燃機関は１００年以上にわたって存在しており、デザインや作用等に関する 多様な技術分野において無数の特許の対象となってきた。これら特許の多くは燃 料システムに関するものであり、特に、内燃機関の燃焼チャンバ内への燃料の処 理、気化、及び噴入に関するものである。内燃機関に関する現在のトレンドは非 常に複雑化しており、燃料の経済性のみならず、大気汚染の観点から、内燃機関 への導入以前に特に燃料品質に関して燃料グレードが注意深く選択されている。 内燃機関は、その持ち運び性、比較的コンパクトな容量、及び全重量に対する その提供する機械的エネルギー量に鑑み、好適な機械的エネルギー源である。し かし、不適当な利用を通じて大部分が無駄にされ、あるいは材料の特質のため燃 料としては一般的に不向きと考えられているものの中には、技術向上によって内 燃機関に利用が可能と考えられる多数の燃料源が存在する。例えば、一般的には 、原油、あるいは、車のオイル、洗浄溶剤、塗料シンナー、アルコール等の使用 済み材料は内燃機関に適した燃料源とは考えられていない。 前述に鑑み、原油、あるいは、車のオイル、洗浄溶剤、塗料シンナー、アルコ ール等のリサイクル材料を代用燃料として内燃機関に利用させる燃料予備処理装 置及び方法の提供は有益であろう。さらに、内燃機関からの排気ガスの一部を予 備処理された代用燃料と共に内燃機関にリサイクルさせる燃料予備処理装置と方 法の提供も有益であろう。このような新規な内燃機関用の燃料予備処理装置と方 法を以下に解説する。 発明の概要と目的 本発明は内燃機関用の新規な燃料予備処理装置と方法である。この新規な燃料 予備処理装置は内燃機関に、原油、あるいは車のオイル、塗料シンナー、溶剤、 アルコール等のリサイクル材料から選択された材料を内燃燃料として利用させる 。この代用燃料は液体として気化チャンバに供給され、内燃機関の排気導管内の 熱気ガスの熱エネルギーによって加熱される。排気ガスの一部はその液体内を泡 として通過し、内燃燃料の気化をアシストする。このように提供された燃料ガス は、排気導管内に設置された加熱予備処理機内に導入される。この加熱予備処理 機(thermal pretreater)はリアクターとして作用し、リアクター管体の形状を有 している。このリアクター管体はリアクターロッドを有しており、このロッドは ロッドを囲む細くなった管状スペース内に設置されている。気化した代用燃料は この管状スペースを通過し、内燃機関の吸気システム内に導入される前に予備熱 処理される。 よって、本発明の主要な目的は内燃機関用の燃料予備処理機を改良することで ある。 本発明の別目的は、内燃機関用の燃料予備処理方法を改良することである。 本発明のさらに別目的は、原油、及び車のオイル、溶剤、塗料シンナー、アル コール等のリサイクル材料から燃料が選択できる内燃機関用の燃料予備処理機を 提供することである。 本発明の別目的は、そのような代用燃料用の気化チャンバを有する燃料予備処 理機を提供することであり、その気化チャンバは内燃機関からの排気によって加 熱される。 本発明のさらに別な目的は、その排気ガスの一部が気化チャンバからの気化代 用燃料と共に内燃機関内にリサイクルされるような燃料予備処理機を提供するこ とである。 本発明の別目的は、内燃機関内に送り込まれる代用燃料を高温環境で処理する ような燃料予備処理機を提供することである。 本発明のこれら及び他の目的と特徴は、図面を利用した以下の説明から容易に 理解されよう。 図面の簡単な説明 図１は内燃機関内に設置された状態の本発明の新規な燃料予備処理装置のフロ ー概略図である。 図２は図１の燃料予備処理装置のリアクター部分の拡大断面概略図である。 好適実施例の詳細な説明 本発明は図面を利用した以下の説明と、「請求の範囲」とから理解されるであ ろう。図面内の同一番号は同一部材を表す。 概説 本発明は新規な内燃機関用燃料予備処理装置と方法とである。この予備処理で 内燃機関は、一般的には内燃機関用の燃料として適さないと考えられている燃料 源を利用できる。これら代用燃料とはほとんどの液体炭化水素物質を含み、例え ば、原油、あるいは車のオイル、溶剤、塗料シンナー、多種のアルコール類等で ある。重要なことは、これら代用燃料は気化され、内燃機関の吸気システムに導 入される前に高温処理されることである。現在、このような高温環境で気化代用 燃料にどのような変化が生じるかは正確には解明されていない。しかし、大きな 分子が重い分子の小さな分子サブユニットに分解されることは考えられる。 どのようなメカニズムが介在しようが、実験では、一般的に内燃機関用の燃料 としては全く不向きと考えられている燃料源を使用して満足できる結果が得られ ている。例えば、実験走行において、車のリサイクルオイルを使用して成功裏に 内燃機関を作動させた。別な実験では、原油を唯一の燃料として内燃機関を作動 させることができた。 しかし、気化チャンバで代用燃料を気化させるのに必要な充分な熱エネルギー を発生させるには、当初に通常のガソリンを使用して内燃機関を作動させる必要 はあった。本予備処理装置に関係なく、このステップは、実験に使用した代用燃 料で内燃機関を作動させることが不可能であるために必要である。従って、内燃 機関をまず作動させ、気化と加熱予備処理を開始させるための充分な熱エネルギ ーが発生されるまで作動を継続させることが必要である。この状態が達成されれ ば、燃料システムがガソリンから代用燃料に切り替えられる。内燃機関は代用燃 料が供給されるかぎり作動し、あるいはスイッチが切られるまで作動する。 発明の詳細な説明 図１に示すように、本発明の新規な燃料予備処理装置は一般的に１０で示され ており、気化(volatilization)チャンバ１２と、排気導管１６に内蔵された燃料 予備処理セクション１４を含む。気化チャンバ１２は排気充満空間(exhaust ple num)１７内に入れられており、排気ガス１８が通過する。排気ガス１８は内燃機 関２０から発生する。この内燃機関は、小型の１気筒の内燃機関から大型の多気 筒の内燃機関まで、どのようなものであっても構わない。内燃機関２０は本発明 の請求の範囲に直接的には関係がない理由で概略的に図示されている。 内燃機関２０は当初燃料(starting fuel)２４と、吸入マニフォールド２９へ の燃料管２８を通過する燃料の流れを制御するためのバルブ２６を有する燃料タ ンク２２を含む。燃料２４は、内燃機関２０へと燃料２４を導入させるための通 常のシステムであるキャブレターあるいは燃料噴射器（両者ともの吸入マニフォ ールド２９を通じて概略的にのみ示されている）のいずれかを介し、吸入マニフ ォールド２９を通過して内燃機関２０へと入る。燃料２４は通常のガソリンであ り、気化チャンバ１２と予備処理セクション１４の作動を維持させるための充分 な熱エネルギーが創出されるまで、内燃機関２０に必要な当初燃料を提供する。 その後に、バルブ２６が閉じられ、内燃機関２０は以下に解説するように作動す る。内燃機関２０は排気ガス１８を産出し、ガス１８は排気マニフォールド３０ で回収される。次に排気ガス１８は排気導管１６を通って燃料予備処理装置１０ に送られる。そこで燃料予備処理装置１０の作動に必要な熱エネルギーが提供さ れる。 排気ガス１８ｂは排気ガス１８の一部であり、気化チャンバ１２を囲む排気充 満チャンバ１７を通過して排気導管１６から排出される。排気ガス１８ｂは排気 ガス１８の残留部分である。なぜなら、バイパス４０は排気ガス１８の一部（排 気ガス１８ａ）を気化チャンバ１２に分流させるからである。排気充満チャンバ １７は熱交換器として作用し、排気ガス１８ｂからの熱エネルギーを気化チャン バ１２に移す。バルブ４２は気化チャンバ１２に分流された排気ガス１８ａの量 を制御する。 気化チャンバ１２は、バルブ６４でその流量が制御された状態で代用燃料源６ ３から燃料管６２を通して代用燃料６０を受け取る。代用燃料６０は気化チャン バ１２の底部に代用燃料６０のプールとして蓄積される。バイパス４０は排気ガ ス１８ａを代用燃料６０のプールの底部に導入させ、そこで泡プレート(bubble plate)４４は排気ガス１８ａを代用燃料６０のプール内の上方に分散させ、代用 燃料６０の気化をアシストする。しかし、代用燃料６０の気化の主要な熱エネル ギーは排気充満チャンバ１７を通過する排気ガス１８ｂから供給される。気化し た代用燃料６０は気化燃料６６で示されており、気化チャンバ１２の上方に延び たリアクター管体５２の後部である吸入部５１内へ侵入する。 図２には、予備処理セクション１４の拡大部分が一般的にリアクター５０とし て示されている。これは、排気導管１６内部で同心的に設置されたリアクター管 体５２を含む。リアクターロッド５４はリアクター管体５２内部で空間同心的に 設置されており、管状スペースあるいは反応チャンバ５６を提供している。図示 のごとく、排気ガス１８はリアクター管体５２を囲む管状スペース５１を通過し 、その熱エネルギーの一部をリアクター管体５２へ移動させる。気化燃料６６は 反応チャンバ５６の管状スペースを逆流的に通過する。リアクター５０内を通過 する気化燃料６６と、排気ガス１８から与えられた熱エネルギーとの組み合せに よる乱流混合は、リアクターロッド５４により与えられる触媒反応(catalytic r eaction)であると考えられるものと協調して予備処理済み燃料６８を提供する。 予備処理された燃料６８は吸入管５３（リアクター管５２の延長）を通過して吸 入マニフォールド２９に導かれる。吸入管５３内のバルブ５７は吸入マニフォー ルド２９内への予備処理された燃料６８の流量を制御する。補充空気８０が空気 吸入部８２を介して予備処理燃料６８に導入される。補充空気８０の流量はバル ブ８４で制御される。 内燃機関２０の安定した作動には、リアクター５０へ熱エネルギーを供給する 排気ガス１８の役割が重要である。排気ガス１８の一部は排気ガス１８ａとして 分流され、気化チャンバ１２の底部の代用燃料６０のプールを通過する泡となる 。排気ガス１８ａは代用燃料６０からの気化燃料と混合して気化燃料６６を提供 する。気化燃料６６はそこからリアクター管体５２の反応チャンバ５６を通過し て吸入部５１へと導入される。排気ガス１８ｂの残りは排気充満チャンバ１７を 通過し、排気ガス１８ｂの熱エネルギーの残りの実質的部分は代用燃料６０へと 移動され、その気化に貢献する。 方法 本発明の方法は、当初燃料タンク２２からの当初燃料２４を使用して内燃機関 ２０をスタートさせることで実施される。当初燃料２４の燃料吸入管２８への流 量はバルブ２６で制御される。バルブ８４はこの内燃機関２０の当初段階中に空 気流８０を空気吸入部８２に自由に通過させる。内燃機関２０は排気ガス１８を 産出し、排気マニフォールド３０で回収する。ガス１８は排気導管１６内に導入 される。排気ガス１８は内燃機関２０での当初燃料２４の燃焼による大量の熱エ ネルギーを含む。排気ガス１８の熱エネルギーの一部はリアクター５０の加熱と 、代用燃料６０の気化に利用される。特に、排気ガス１８ａは、排気ガス管４０ を介して気化チャンバ内へと分流され、代用燃料６０内への泡として分散される 。排気ガス１８ａはその熱エネルギーを代用燃料６０に移動させ、代用燃料６０ の気化物のための運搬流を提供し、この組み合せで気化した代用燃料６６が提供 され、吸入部５１に導入される。ここで大事なのは、バルブ８４が部分的に閉じ られており、予備処理燃料管５３内に部分的な真空状態を創出することである。 部分的な真空は吸入部５１にても創出される。同時に、バルブ４２と５７とは選 択的に制御され、排気ガス１８ａと気化代用燃料６６をそれぞれ適切に循環させ る。さらに、排気ガス１８の残りは排気ガス１８ｂとなり、排気充満チャンバ１ ７を 通過し、その熱エネルギーを気化チャンバ１２と代用燃料６０に移動させる。従 って、排気ガス１８がリアクター５０を通過した後の排気ガス１８の熱エネルギ ーの残りの大部分は代用燃料６０の気化に利用される。 気化した代用燃料６６は反応チャンバ５６に向けられ、反応燃料６７となるこ とで本発明の予備処理に供され予備処理燃料６８となる。今のところ、反応チャ ンバ内で反応燃料６７に何が起こっているのかを正確に説明することはできない 。しかし、気化燃料６６の大きな分子が細分化し、これら小さな分子(fragments )と、気化燃料６６に搬入されたリサイクル排気ガス１８ａとの間になんらかの 反応が発生していることが伺い知れる。特に、リアクター５０の一部が非常に熱 く加熱されることが発見された。この温度は排気ガス１８からの熱エネルギーの みでは説明できないほどの熱さである。この超過熱エネルギーは、反応燃料６７ が予備処理燃料６８に変換される際に何らかの反応が生じていることを暗示して いる。予備処理された燃料６８は吸入マニフォールド２９に送られ、内燃機関２ ０用の燃料源となる。 当初燃料２４から予備処理燃料６８への変換はバルブ２６、８４、５７及び４ ２の注意深い調節で達成される。そうすれば、内燃機関２０の作動は、当初燃料 ２４のみに頼ることから予備処理燃料６８のみでの作動にスムーズに移行する。 本発明の新規な技術を使用した実験によって、内燃機関２０の燃料としては全く 適さないと一般的に考えられている材料から選択された代用燃料６０を使用して 内燃機関２０が成功裏に走行することが証明された。これら代用燃料とは、原油 、及び車のオイル、塗料のシンナー、アルコール等のリサイクル材料である。 すなわち、燃料予備処理装置１０は新規な発見の産物であり、代用燃料６０で 内燃機関２０を走行させることに成功した。よって、代用燃料６０から貴重な機 械エネルギーを発生させ、同時に、代用燃料の廃棄を停止させ、原油の場合には コストが高い製油工程を省かせるといういくつかの非常に望ましい目的を達成す ることができた。 本発明はその精神と本質的な特徴とから逸脱せずに他の態様にても実施が可能 であろう。よって、以上説明した実施例は本発明の説明のみを目的としており、 限定は意図されていない。従って、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、「請 求の範囲」によって示されるものである。その範囲内及び等価範囲の全ての変更 は本発明の範囲に含まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃料吸入システムと排気システムとを有する内燃機関用の適当な燃料を提 供するために代用燃料を予備的に処理する予備処理装置であって、 排気ガスを受領するために前記内燃機関の前記排気システムと流体連通的に接 続された第１端部と第２端部とを有する排気導管と、 該排気導管の該第２端部の排気充満チャンバと、 該排気充満チャンバ内に提供され、該排気充満チャンバを通過する排気ガスか ら熱エネルギーを受け取る気化チャンバと、 該気化チャンバ内の代用燃料と、 該気化チャンバ内の該代用燃料を気化させる気化手段と、 前記排気導管からの前記排気ガスの一部を前記代用燃料を通過させて分流させ る排気バイパス手段と、 気化した前記代用燃料を前記気化チャンバから取り出す取出手段と、 前記排気導管内にあって、気化した前記代用燃料を反応させて反応燃料を提供 する反応領域手段と、 該反応燃料を前記内燃機関の前記吸入システムに導く吸入手段と、 を含むことを特徴とする予備処理装置。 ２．前記排気バイパス手段は前記気化チャンバ内に泡プレートを含んでおり、 該気化チャンバ内に分流された前記排気ガスを泡立てることを特徴とする請求項 １記載の予備処理装置。 ３．前記反応領域手段は、前記排気導管内に同軸的で空間を設けて設置された リアクター管体を含んでおり、該リアクター管体は同軸的で空間を設けて設置さ れたリアクターロッドを内蔵しており、該リアクターロッドと該リアクター管体 との間の空間が反応領域を提供していることを特徴とする請求項１記載の予備処 理装置。 ４．前記代用燃料は通常の燃料ではない炭化水素物質から選択されるものであ り、原油、使用済み塗料シンナー、車の使用済みオイル、及び有機溶剤から成る 群から選択されていることを特徴とする請求項１記載の予備処理装置。 ５．前記代用燃料は一定量の燃料を含むことを特徴とする請求項４記載の予備 処理装置。 ６．前記排気バイパスと、前記取出手段と、前記吸入手段とのそれぞれを選択 的に制御するための制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の予備 処理装置。 ７．前記気化手段は前記熱エネルギーと前記排気ガスの前記一部を含むことを 特徴とする請求項１記載の予備処理装置。 ８．燃料吸入システムと排気システムとを有する内燃機関用の代用燃料を予備 的に処理する燃料予備処理機であって、 前記内燃機関の前記排気システムと流体連通的に接続された第１端部と第２端 部とを有する排気導管と、 該排気導管の該第２端部の排気充満チャンバと、 該排気充満チャンバ内に提供された気化チャンバと、 該排気充満チャンバを通過する排気ガスからの熱エネルギーで加熱される該気 化チャンバ内の代用燃料と、 前記排気導管の前記排気ガスの一部を前記気化チャンバ内の前記代用燃料を通 過させて分流させる排気バイパス手段と、 前記排気導管内にあって、気化した前記代用燃料を予備処理するための反応領 域手段と、 前記気化チャンバ内にあって、気化した前記代用燃料を該反応領域手段内に導 くための吸入手段と、 該反応領域手段からの気化した該代用燃料を前記内燃機関の前記燃料吸入シス テムに導くための燃料導管手段と、 を含むことを特徴とする燃料予備処理機。 ９．前記反応領域手段は前記排気導管内にリアクター管体を含んでおり、該リ アクター管体は該排気導管内に同軸的で空間を設けて設置されており、該リアク ター管体は同軸的で空間を設けて設置されたリアクターロッドを内蔵しており、 該リアクター管体と該リアクターロッドとの間の該空間は気化した前記代用燃料 のための反応領域を提供していることを特徴とする請求項８記載の燃料予備処理 機。 １０．前記排気バイパス手段は泡プレートを含んでおり、前記気化チャンバ内の 前記代用燃料を通過させて前記排気ガスの一部を泡立てることを特徴とする請求 項８記載の燃料予備処理機。 １１．内燃機関で利用可能にするために代用燃料を予備処理する方法であって、 代用燃料を選択するステップと、 該代用燃料を気化チャンバに配置するステップと、 該気化チャンバを排気充満チャンバで包囲するステップと、 前記内燃機関からの排気ガスを前記排気充満チャンバに通過させて前記代用燃 料を気化させ、該排気充満チャンバによって前記排気ガスからの熱エネルギーを 前記気化チャンバと前記代用燃料に移動させて該代用燃料を気化させるステップ と、 該気化チャンバからの気化した前記代用燃料を、前記排気ガスの一部を該気化 チャンバに分流させることで運搬するステップと、 気化した該代用燃料を反応チャンバに通過させることで予備的に処理し、予備 処理された代用燃料を提供するステップと、 予備処理された該代用燃料を前記内燃機関に導入するステップと、 を含むことを特徴とする代用燃料予備処理方法。 １２．前記運搬ステップは、前記気化チャンバの前記代用燃料を通過させて前記 排気ガスの前記一部を泡立てるステップを含むことを特徴とする請求項１１記載 の代用燃料予備処理方法。 １３．前記予備処理ステップは、リアクター管体とリアクターロッドとから、該 リアクターロッドを該リアクター管体の内部に同軸的で空間を設けて設置するこ とで前記反応チャンバを準備するステップと、前記内燃機関からの前記排気ガス で該反応チャンバを加熱するステップとを含むことを特徴とする請求項１１記載 の代用燃料予備処理方法。 １４．前記準備するステップは、前記内燃機関と前記排気充満チャンバとの間に 排気導管を提供し、前記反応チャンバを該排気導管内に同軸的で空間を設けて設 置するステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の代用燃料予備処理方法 。 １５．前記予備処理ステップは、前記排気ガスの前記一部と、前記内燃機関への 予備的に処理された前記代用燃料とを制御するステップを含むことを特徴とする 請求項１１記載の代用燃料予備処理方法。