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課題・解決手段

例えば、内燃機関及び外部燃焼装置における燃焼効率に関係する方法が開示される。開示されている方法による燃焼工程は、燃料燃焼帯320に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯320に供給し、燃焼帯320内の燃料を燃焼させ、燃焼帯320から排気ガス帰還流EGR)を通し、処理帯内で独立に発生された電界及び磁界に同時に曝すことにより燃料、燃焼用酸素及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。上記の方法に関係する装置も開示される。

概要

背景

燃焼に使用される世界の石油資源の量が増大するにつれ、知られている埋蔵石油は急激に枯渇しつつある。それに呼応して、内燃機関によって大量の汚染物質が発生することにより問題が生じている。このような汚染物質は、世界中の都市部の住人の健康を脅かしている。自動車及びトラック製造業者に対し、排出物規制及びエンジン効率向上を義務付ける法律が制定された。このような地域ではさらなる法律制定が予想される。

燃焼の一般的条件は、特に内燃エンジンに関しては、よく知られている。火花点火エンジン(SI)は、一般的に、理論空燃比に近い空燃比を必要とする。付属の請求項を含む本明細書全体を通して使用されているように、「理論空燃比」という用語は、空気中の可燃酸素全部を使用して燃料すべてを燃焼させる場合の空気対燃料の理想的比を指す。例えば、理論空燃比は、標準グレードガソリンでは約14.7である、つまり、ガソリン453.6g(1ポンド)毎に、6.6679kg(14.7ポンド)の空気が燃焼するということである。混合気は、ピストンにより圧縮され、点火プラグにより点火され、ピストンを下方に駆動し爆発行程を生み出す燃焼エネルギーを供給する。理想的には、混合気が完全な燃料であり、シリンダ全体で分布が一様であり、火炎前面点火が完全であれば、炭化水素燃料は、完全燃焼し、その結果、CO2、H2O、及び窒素混合排気ガスが生じるであろう。しかし、この理想的環境は、現実世界では達成されないのが普通である。現実世界の条件は、不完全燃焼及び熱力学サイクル理想効率よりも低い効率を含む。内燃機関内に存在する実際の条件により、一般に、未燃炭化水素窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素、及び粒子状物質汚染排気生成物が生じる。

燃料効率を高めるSIエンジンの設計には、原料油のより高い精製レベルとともに、過早点火及び対応する損傷を引き起こすエンジン・ノッキングを防止するため多数の添加剤生産と添加を必要とする。これらのエンジンは圧縮比が高いため、一般に、燃焼が高温になり、窒素酸化物とともに、周囲を汚染するその他の生成物を発生する。2サイクルSIエンジンは、内在的汚染源である。未燃焼燃料及び潤滑油は、排気ガス内燃焼生成物とともに出てゆくことが知られている。

他の主要なエンジンデザインとして、ディーゼル圧縮点火エンジンCI)がある。このエンジンでは、高レベルシリンダ圧縮が得られた時に発生する熱のため、充填された混合気が着火する。CIエンジンは、SIエンジンに比べて複数の利点を有する。精製度の低い安価な燃料を必要としている。高圧縮比及びより希薄な混合気が、一般的に、エネルギー回収の観点から、燃料のより効率的な燃焼を生じる。しかし、CIエンジンは、いくつかの重大な欠点を有している。未燃焼燃料の排気は、精製度の低い燃料のせいで、硫黄化合物などの微粒子及びその他の気体状汚染物質を含んでいる。

政府指令燃料効率向上政策を導入し、米国における改善された製造業者のフリートマイレージを獲得することが提案されている。製造業者による元々のアプローチは、重量削減及び車両サイズ縮小により燃料効率向上を達成することであった。自動車を所有する一般大衆は、客室が狭すぎると感じる一歩手前までのサイズ縮小のみを受け入れるであろう。また、より小さい自動車は耐クラッシュ性が低く、特に、著しく大型の重量のある車両が関わっている場合には、事故死亡者が多くなることも分かっていた。最近、米国内の運転をする一般大衆による、著しくサイズ/重量の大きい、それに対応して燃費効率の低いスポーツ用多目的車への移行が、この問題に対する矛盾となっている。

長年にわたって、内燃機関の燃料効率を高める試みがいくつもなされてきた。機械式エンジンデザインが変化するのに伴って、シリンダに供給される燃料の状態を修正する形でシリンダ燃焼における問題に取り組むことによりさらにエンジン効率を高め、汚染生成物を低減するいくつかの試みがなされてきた。一つの試みは、より高い燃料圧力とより小さい燃料噴射ノズル開口を利用することによって、サイズの小さな燃料液滴を形成して気化を助けることによる燃料霧化を向上し、燃焼効率を高めることである。他の燃焼改善は、層状給気噴射などの用途における燃料噴射シーケンスを制御することである。発生源燃焼帯で汚染物質を低減する以前の試みは限定されている。そこで、この問題を研究している製造業者、政府、及び学術機関による注目が排気システムに集中されている。

燃焼工程の様々な部分を処理することにより燃料の燃焼効率を改善する少なくとも3つの重要な試みもなされてきている。第1は、燃料供給給気、又はその両方の燃焼前処理である。第2は燃焼帯内の処理である。第3は、触媒コンバータの改善などの排気汚染物質処理である。

燃焼前処理
エンジン効率を高める第1の提案の1つは、シリンダに入る前に燃料又は燃料混合気予熱することであった。米国特許第4,524,746号は、閉気化室の使用について記載しており、超音波振動子により燃料を加熱し、気化させている。米国特許第4,672,938号は、燃料加熱と、自動点火燃焼を達成するための第2の燃料活性化装置の使用を記載している。米国特許第6,202,633号は、燃料を処理するために熱と電位を持つ反応室を使用を記載している。燃料及び/又は混合気を予熱することの1つの明らかな短所は、低質量の可燃物が高温であるため燃焼室に移動するという事実である。これは、同じ排気量のエンジンに対して馬力の低下を引き起こす。今日のディーゼル・エンジンにおける共通のアプローチは、燃焼を促進し、エンジン馬力を高めるためより多くの空気を供給する圧縮空気を冷却するエア・アフタークーラーを備えるターボチャージャを使用する方法であることに注意されたい。

エンジン効率を高める他の初期の方法は、燃焼性を高めるために燃料が燃料/空気流に供給されるときに磁界で燃料を処理することに取り組んでいた。このアプローチの背後にある考え方は、水処理及び化学産業配管内を循環している水の磁気処理により成功した分子内転位取り上げていた。これらの水磁気処理装置は、鉱物スケーリングを防止するか、又は時間とともに蓄積する鉱物スケールを除去するために使用されている。

燃料供給の燃焼性を向上し、汚染物質を低減すると主張する燃料管の磁気処理に関係する装置が多数ある。これらの装置については、米国特許第4,572,145号、米国特許第4,188,296号、及び米国特許第5,129,382で説明されており、燃料を空気混合ダクト内に導き入れる前のところで燃料管に永久磁石が取り付けられている。混合気は、内燃機関の燃焼混合帯に導かれる。これらの特許は、分子燃料凝集体が低減され、燃料内遊離基及びイオン化燃料成分が生成され、それによって燃焼効率が高められ、その結果燃料効率及びエンジン馬力が向上することを主張している。

燃料の電界処理も提案されている。燃料内の流れを処理するために電極間誘電体ビーズを使用することについては、米国特許第4,373,494号に記載されている。米国特許第5,167,782号は、燃料に接触している特別な金属成分に印加される電圧について記載している。

永久磁石は、米国特許第4,052,139号で請求されているように電磁石に置き換えられる。燃料供給のさらに他の処理は、米国特許第4,401,089号、4,726,336号、及び6,082,339号に記載されている超音波、UV、及びIR放射線を使用することにより、それぞれ、実現される。

燃料の触媒処理又は他の装置とのその併用が記載されている。米国特許第5,451,273号は、特殊鋳造合金燃料フィルタ触媒手段により燃焼効率を改善すると主張している。米国特許第4,192,273号は、パラジウム触媒メッキされた金属板インテークマニホールド内に置き、乱流を発生し、触媒処理されたガスを混合することにより燃焼を高められると主張している。触媒作用で燃料の条件を調整する異なる金属でできている複数の触媒スクリーン上の燃料の乱流についても、米国特許第6,053,152号に記載されている。

燃焼を助けるために燃料管内に置かれた遠赤外線発光装置が、米国特許第6,082,339号に記載されている。

内燃機関用磁石により空気又は気体燃料混合気を処理することが許第6,178,953号で排出物を低減することを目的として記載されている。米国特許第4,572,145号及び第4,188,296号でも、磁石による空気又は混合気の処理を記載している。

燃焼用空気電界により処理することができる。高強度電界を発生して給気中の空気をイオン化する燃焼前イオン化装置が多数ある。米国特許第5,977,543号及び第5,487,874号が注目すべきである。

エンジン効率を高めるため燃料又は空気或いは混合気を処理する磁石又は電界以外の手段は、かなり多くの米国特許に記載されている。これらは、燃焼増強処理を燃焼用空気流又は混合気流に適用し、燃料効率を高めている。増強製造業者ニズムは、米国特許第6,244,254号で言及されているようにIR及び電磁石エネルギーを含む。高電圧イオン発生器は、米国特許第5,977,716号で空気を処理するために使用されている。米国特許第6,264,899号では、空気流中のヒドロキシルラジカル及びその他のラジカル種への転換は、供給空気内で主にUV放射線を使用し、補助的にコロナ放電装置を使用することにより達成できることを主張している。

燃焼前処理フュエルインジェクタ
フュエル・インジェクタへの燃料供給の圧力は、内燃機関の開発において、長い年月の間に高められてきた。その目標は、より小さな燃料液滴を作り出すことであった。直噴ガソリン・エンジン(GDI)の噴射圧力は、現在の混合気インテーク・システムの10倍程度である。

燃焼室の前で燃料を加熱する他の方法がノズル自体に配置されている。米国特許第5,159,915では、変動する磁束密度を発生する電磁コイルによるインジェクタ全体を加熱することについて説明している。さらに、ノズル・セクション内磁気感知材料を使用して、加熱磁界を集束している。

燃料噴射における他の目標は、燃料液滴を帯電することであった。米国特許第4,051,826号は、燃料管及びインジェクタ・ノズルに高電位を印加して燃料液滴を帯電させ、効率のよい燃焼が行われるように燃料液滴を調整することについて説明している。米国特許第4,347,825号は、高電圧を使用して燃料粒子電気を流し、燃料通路反対極性に帯電している囲壁に付着しないよう防止することについて説明している。これは、インジェクタ・ノズル付近電極を使用している。

米国特許第6,305,363号は、直噴ガソリン・エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する空気補助フュエル・インジェクタを使用している。インジェクタに供給される空気は燃焼工程を補助するためオゾンが濃い状態にある。

シリンダ内燃焼増強
このカテゴリは2つのサブカテゴリに分割できる。第1は燃焼増強化化合物をオゾンなどの燃焼帯に供給する処理である。第2は燃焼増強エネルギーを燃焼室自体に加える装置である。

内燃機関に添加されていた初期の頃の燃焼増強化合物は水であった。水噴射は、20世紀の最初の10年間以降、内燃機関で使用されてきた。元々の目的の1つはエンジン冷却であった。これは、後になって、オクタン価を改善することが示され、航空機エンジンで使用された。米国特許第4,018,192号は、点火プラグ開口を通じて水を燃焼室内に直接噴射し、馬力及び燃料節約を高めることを記載している。米国特許第5,255,514号も、水蒸気を使用してエンジン効率を高めることを記載している。米国特許第6,264,899号はUV放射線又は放電装置を使用して高水蒸気/空気流を処理することにより得られる(−OH)遊離基を添加することによりエンジン効率を改善し、燃焼効率を改善することを記載している。

米国特許第4,308,844号は、給気でオゾン発生器を使用して、オゾン及びプラスに帯電した粒子を発生させることを記載している。米国特許第5,913,809号は、インテーク・システム及び排気システムの両方に対してオゾンを発生する空気流経路上の電離場を記載している。空気流内の酸素をイオン化するためにUV光源は置き換えられる。

アルファ崩壊により吸気照射し、分裂により空気中の窒素の一部を一原子酸素及び一原子水素に転換し、排気ガス流中有毒成分を低減する方法が米国特許第5,941,219号に含まれている。

エネルギーを燃焼室に直接加えるという概念は、米国特許第5,983,871号に記載されており、レーザビームがシリンダ内に導き入れられ、層流燃焼のゆっくりとした初期段階を減少させ、そのため、その称するところでは、燃焼工程を改善している。米国特許第4,176,637号は、フュエル・インジェクタの燃料流を包囲し、燃料粒子を帯電させる、燃焼室内の高電圧電極を備えている。

排気流処理
SIエンジン用の触媒コンバータの開発が成功した後、他の排気処理周辺の活動は制限されていた。ディーゼル・エンジンの汚染物質をさらに低減することを義務付ける政府による法的措置が近年世界中で広まっている。米国では、製造業者、影響を受ける政府機関、及び学術機関による、SIエンジン、ディーゼル・エンジンなどの汚染物質をさらに低減する非常に重要な取り組みがなされており、現在も、進行中である。

一般的に、SIエンジンの既存の触媒コンバータはCIエンジンの排気流に成功裏に使用されえない。過剰な粒子が存在する問題は微粒子トラップ技術により解決されつつある。これらのトラップ再生されなければならず、トラップへの燃料追加は開発中の方法の1つである。NOxトラップも開発中である。

排気ガス中の硫黄分は、一般に、既存の触媒タイプを汚染し、代替えの触媒開発が進行中であり、複雑な問題に直面している。解決策の1つは、燃料を精製して硫黄化合物を除去することである。研究中の他の可能な解決策は、アンモニア又は尿素などの還元化合物を添加して、排気流中の排気化合物と化学反応を起こさせる方法である。

他の研究分野は汚染物質を酸化する非熱プラズマ装置の応用である。この技術と触媒セクションとの組み合わせが活発に追及されている。

コールドスタートの汚染及び触媒点火は取り組中問題領域である。

近年、研究のこの排気ガス分野において発明が増えてきている。それらのうちいくつは、希薄混合気及び濃混合気内でのエンジン動作の非常に高度なセンサ検出及びコンピュータ制御を利用している。

米国特許第6,264,899号はUV放射線を使用して排気流中でヒドロキシル・イオンを発生させ、汚染物質を低減する方法を提示している。米国特許第5,913,809号はオゾンを排気流に添加して汚染物質を低減することを主張している。

触媒システムに関する著しい数の米国特許がすでに発行されている。米国特許第6,294,141号は、ディーゼル・エンジンに対し2触媒システムを使用しており、第2の触媒上に形成されるすすは、第1の触媒からのガスを含むNO2により燃焼されている。

エネルギーを追加する又は燃焼工程を変更する多数の手段が考案されていることは明らかである。

概要

例えば、内燃機関及び外部燃焼装置における燃焼効率に関係する方法が開示される。開示されている方法による燃焼工程は、燃料を燃焼帯320に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯320に供給し、燃焼帯320内の燃料を燃焼させ、燃焼帯320から排気ガスの帰還流EGR)を通し、処理帯内で独立に発生された電界及び磁界に同時に曝すことにより燃料、燃焼用酸素及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。上記の方法に関係する装置も開示される。

目的

したがって、本開示の目的は、燃料の燃焼のための方法及び装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

燃焼工程であって、燃料燃焼帯に供給することと、燃焼用酸素を前記燃焼帯に供給することと、前記燃焼帯の中で前記燃料を燃焼させることと、前記燃焼帯から排気ガスを通すことと、処理帯において、独立に発生した電界及び磁界に同時に曝すことにより、前記燃料、前記燃焼用酸素、及び前記排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することとを含む燃焼工程。

請求項2

前記燃料及び前記燃焼用酸素が前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより前記処理において一緒に処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項3

前記燃料が第1の処理帯内で処理され、前記燃焼用酸素が第2の処理帯内で処理され、前記燃料及び前記燃焼用酸素がそれぞれ前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項4

前記処理帯が前記燃焼帯と少なくとも部分的に重なり合っている、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項5

前記燃料、前記燃焼用酸素及び前記排気ガスが前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより前記処理において一緒に処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項6

前記燃料が第1の処理帯内で処理され、前記燃焼用酸素が第2の処理帯内で処理され、前記排気ガスが第3の処理帯内で処理され、前記燃料、前記燃焼用酸素及び前記排気ガスがそれぞれ前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項7

前記電界がエレクトレットを含む電界放射物体から放射される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項8

請求項9

前記エレクトレットが、アルカリ土類金属チタン酸塩酸化アルミニウム二酸化ケイ素、二酸化ケイ素/窒化ケイ素、PYREX(登録商標ガラス溶融石英ホウケイ酸ガラス、及び磁器ガラスからなるグループから選択された無機物質を含む、請求項7に記載の燃焼工程。

請求項10

前記電界放射物体が、誘電体バリア放電装置コロナ放電装置電子ビーム反応装置、及びコロナシャワー反応装置からなるグループから選択される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項11

前記電界が処理中に前記処理帯の少なくとも一部に間欠的に印加される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項12

前記電界が処理中に前記処理帯の少なくとも一部に常時印加される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項13

前記磁界が希土類成分を含む永久磁石を備える磁界放射物体から放射される、請求項1に記載の装置。

請求項14

前記希土類成分がサマリウムコバルト及びネオジウム・鉄・ボロンからなるグループから選択される、請求項13に記載の装置。

請求項15

前記磁界放射物体がフェライト又はアルニコ磁石を含む永久磁石をからなっている、請求項1に記載の装置。

請求項16

前記磁界放射物体が電磁石からなっている、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項17

前記磁界が処理中に前記処理帯の少なくとも一部に間欠的に印加される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項18

前記磁界が処理中に前記処理帯の少なくとも一部に常時印加される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項19

前記電界が処理中に前記処理帯において少なくとも50V/mの電界強度を持つ、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項20

前記燃焼帯が内燃機関シリンダ燃焼室であり、少なくとも前記燃料が前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項21

前記燃焼帯が内燃機関のシリンダの燃焼室であり、少なくとも前記燃焼用酸素が前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項22

前記燃焼帯が内燃機関のシリンダの燃焼室であり、少なくとも前記排気ガスが前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項23

前記燃焼帯がキャブレター付きエンジンのシリンダの燃焼室であり、少なくとも前記燃料が前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項24

前記燃焼帯がキャブレター付きエンジンのシリンダの燃焼室であり、少なくとも前記燃焼用酸素が前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項25

前記燃焼帯がキャブレター付きエンジンのシリンダの燃焼室であり、少なくとも前記排気ガスが前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項26

前記磁界が処理中に前記処理帯において最大約15,000ガウスまでの磁界強度を持つ、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項27

前記燃焼工程が内燃機関に適用される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項28

前記内燃機関が火花点火エンジンを含む、請求項27に記載の燃焼工程。

請求項29

前記内燃機関が4行程燃焼サイクルを使用する、請求項27に記載の燃焼工程。

請求項30

前記内燃機関が2行程燃焼サイクルを使用する、請求項27に記載の燃焼工程。

請求項31

前記内燃機関がディーゼル圧縮点火エンジンを含む、請求項27に記載の燃焼工程。

請求項32

前記内燃機関がロータリー・エンジンを含む、請求項27に記載の燃焼工程。

請求項33

前記内燃機関がガスタービン・エンジンを含む、請求項27に記載の燃焼工程。

請求項34

前記ガス・タービン・エンジンがジェット・エンジン又はパルスジェット・エンジンのうちの1つを含む、請求項33に記載の燃焼工程。

請求項35

前記燃焼帯が外燃帯であり、前記燃料、前記燃焼用酸素及び前記排気ガスのうちの少なくとも1つが前記電界及び前記磁界に同時に曝すことにより処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項36

前記燃焼工程が外部燃焼器に適用される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項37

前記燃料が炭化水素を含む、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項38

前記燃料が、天然ガスプロパン及び水素ガスからなるグループから選択された気体である、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項39

前記燃料が石炭及び石炭スラリからなるグループから選択された固体である、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項40

前記燃料が前記燃焼帯に間欠的に供給され、前記燃料が独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより間欠的に処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項41

前記燃料が前記燃焼帯に常時供給され、前記燃料が独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより常時処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項42

前記燃焼用酸素が前記燃焼帯に間欠的に供給され、前記燃焼用酸素が独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより間欠的に処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項43

前記燃焼用酸素が前記燃焼帯に常時供給され、前記燃焼用酸素が独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより常時処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項44

前記排気ガスが前記燃焼帯から間欠的に通され、前記排気ガスが独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより間欠的に処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項45

前記排気ガスが前記燃焼帯から常時通され、前記排気ガスが独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより常時処理される、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項46

前記燃焼用酸素と燃料との比が希薄混合気又は超希薄混合気である、請求項1に記載の燃焼工程。

請求項47

燃焼工程であって、燃料を燃焼帯に供給することと、燃焼用酸素を前記燃焼帯に供給することと、前記燃焼帯の中で前記燃料を燃焼させることと、前記燃焼帯から排気ガスを通すことと、処理帯において、独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより前記燃料を処理することとを含む燃焼工程。

請求項48

燃焼工程であって、燃料を燃焼帯に供給することと、燃焼用酸素を前記燃焼帯に供給することと、前記燃焼帯の中で前記燃料を燃焼させることと、前記燃焼帯から排気ガスを通すことと、処理帯において、独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより前記燃焼用酸素を処理することとを含む燃焼工程。

請求項49

燃焼工程であって、燃料を燃焼帯に供給することと、燃焼用酸素を前記燃焼帯に供給することと、前記燃焼帯の中で前記燃料を燃焼させることと、前記燃焼帯から排気ガスを通すことと、処理帯において、独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより前記排気ガスを処理することとを含む燃焼工程。

請求項50

燃焼工程であって、燃料を燃焼帯に供給することと、燃焼用酸素を前記燃焼帯に供給することと、前記燃焼帯の中で前記燃料を燃焼させることと、前記燃焼帯から排気ガスを通すことと、処理帯において、独立に発生した電界及び磁界に同時に曝すことにより、前記燃料、前記燃焼用酸素及び前記排気ガスを処理することとを含む燃焼工程。

請求項51

燃焼工程であって、燃料を燃焼帯に供給することと、燃焼用酸素を前記燃焼帯に供給することと、前記燃焼帯の中で前記燃料を燃焼させることと、前記燃焼帯から排気ガスを通すことと、処理帯において、独立に発生した電界及び磁界に同時に曝すことにより、前記燃料、前記燃焼用酸素及び前記排気ガスを処理することと、前記排気ガスの少なくとも一部を再循環させて前記燃焼帯に戻すこととを含む燃焼工程。

請求項52

燃焼流体を処理する装置であって、燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで延び、磁界を前記処理帯の中に放射する磁界放射物体と、前記燃焼流体流路の前記処理帯と少なくとも部分的に重なり合い、電界を前記処理帯に放射する電界放射物体とを備え、前記磁界放射物体及び前記電界放射物体は、前記磁界及び前記電界をそれぞれ同時に前記処理帯内に放射するように構成される燃焼流体を処理する装置。

請求項53

前記電界放射物体が前記磁界放射物体と一体になっている、請求項52に記載の装置。

請求項54

前記電界及び前記磁界が実質的に互いに平行である、請求項52に記載の装置。

請求項55

前記電界放射物体がエレクトレットからなる、請求項52に記載の装置。

請求項56

前記エレクトレットは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン、テレフタル酸ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアミド、ポリメチルシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリ塩化ビニリデン・フッ化物エポキシ樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリ−n−キシレン、及びポリフェニレンからなるグループから選択されたポリマーからなる、請求項55に記載の装置。

請求項57

前記エレクトレットは、アルカリ土類金属のチタン酸塩、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素/窒化ケイ素、PYREX(登録商標)ガラス、溶融石英、ホウケイ酸ガラス、及び磁器ガラスからなるグループから選択された無機物質を含む請求項55に記載の装置。

請求項58

前記電界放射物体が、誘電体バリア放電装置、コロナ放電装置、電子ビーム反応装置及びコロナ・シャワー反応装置からなるグループから選択される、請求項52に記載の装置。

請求項59

前記磁界放射物体が希土類成分を含む永久磁石からなる、請求項52に記載の装置。

請求項60

前記希土類成分が、サマリウム・コバルト及びネオジウム・鉄・ボロンからなるグループから選択される、請求項59に記載の装置。

請求項61

前記磁界放射物体がフェライト又はアルニコ磁石を含む永久磁石からなる、請求項52に記載の装置。

請求項62

前記磁界放射物体が電磁石からなる、請求項52に記載の装置。

請求項63

前記燃焼流体流路が細長導管であり、前記電界放射物体が円筒形状であって、前記燃焼流体流路の外に配置され、前記磁界放射物体が前記燃焼流体流路と前記電界放射物体との間に配置される、請求項52に記載の装置。

請求項64

前記燃焼流体流路が細長い導管であり、前記磁界放射物体が円筒形状であって、前記燃焼流体流路の外に配置され、前記電界放射物体が前記燃焼流体流路と前記磁界放射物体との間に配置される、請求項52に記載の装置。

請求項65

前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が、それぞれ、円筒形状であって、燃焼流体流路の外に配置され、前記磁界放射物体及び前記電界放射物体は合わさって1つの完全な円筒を形成し、前記燃焼流体流路の少なくとも一部を囲む、請求項52に記載の装置。

請求項66

前記電界放射物体が少なくとも1つの磁界放射物体が中にある多孔質体からなる、請求項52に記載の装置。

請求項67

前記多孔質体が約1〜10ミクロンの範囲の孔があいている、請求項66に記載の装置。

請求項68

前記多孔質体が前記燃焼流体流路内に延びるワンドを備える、請求項66に記載の装置。

請求項69

前記多孔質体が前記燃焼流体流路内に配置された円板を備える、請求項66に記載の装置。

請求項70

前記多孔質体がハニカム形状である、請求項66に記載の装置。

請求項71

前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が前記処理帯内に配置されている、請求項52に記載の装置。

請求項72

前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が前記処理帯の外に配置されている、請求項52に記載の装置。

請求項73

前記処理帯が長手軸を持つ細長い導管からなり、前記電界及び前記磁界はそれぞれ前記処理帯の前記長手軸に直角である、請求項52に記載の装置。

請求項74

前記処理帯が内燃機関のシリンダの燃焼室の少なくとも一部である、請求項52に記載の装置。

請求項75

前記燃焼流体流路が、内燃機関のシリンダの燃焼室に燃料を供給する燃料供給管と、内燃機関のシリンダの燃焼室に燃焼用酸素を供給する燃焼用酸素導管と、内燃機関のシリンダの燃焼室から延びている排気管からなるグループから選択されている、請求項52に記載の装置。

請求項76

燃焼流体を処理する装置であって、長手軸を有した燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで延びる円筒状電界放射物体と、前記電界放射物体及び前記燃焼流体流路の前記処理帯と同じ広がりで、同心円状に延び、前記電界放射物体と前記処理帯との間に配置される円筒状磁界放射物体とを備え、前記電界放射物体が前記処理体の外側に配置され、処理体を包囲しており、前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が前記磁界及び前記磁界をそれぞれ同時に前記処理帯内に放射するように構成されている、燃焼流体を処理する装置。

請求項77

前記電界放射物体及び前記磁界放射物体が、それぞれ、互いにはまりあい、前記処理帯を囲む一体の構造を形成している、請求項76に記載の装置。

請求項78

前記電界及び前記磁界が実質的に互いに平行である、請求項76に記載の装置。

請求項79

燃焼流体を処理する装置であって、長手軸を持つ燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで延びる半円筒状電界放射物体と、前記電界放射物体及び前記燃焼流体流路の前記処理帯と同じ広がりで延びる、半円筒状磁界放射物体とを備え、前記半円筒状電界放射物体及び前記半円筒状磁界放射物体が、連携して、円筒構造を形成し、前記円筒構造が前記処理帯を囲み、前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が前記磁界及び前記磁界をそれぞれ同時に前記処理帯内に放射するように構成されている、燃焼流体を処理する装置。

請求項80

前記電界放射物体及び前記磁界放射物体が、それぞれ、互いにはまりあい、前記処理帯を囲む一体の円筒状構造を形成する、請求項79に記載の装置。

請求項81

前記電界及び前記磁界が実質的に互いに平行である、請求項79に記載の装置。

請求項82

燃焼流体を処理する装置であって、長手軸を持つ燃焼流体流路の処理帯内に延びる多孔質電放射物体と、前記電界放射物体全体にわたって分散された磁界放射物体とを備え、前記電界放射物体及び前記磁界放射物体が一体構造を形成し、前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が前記磁界及び前記電界をそれぞれ同時に前記処理帯内に放射するように構成されている、燃焼流体を処理する装置。

請求項83

前記電界及び前記磁界が実質的に互いに平行である、請求項82に記載の装置。

請求項84

前記処理帯が内燃機関のシリンダの燃焼室の少なくとも一部である、請求項82に記載の装置。

請求項85

燃焼流体を処理するための点火プラグであって、燃焼流体流路の処理帯内に延び、磁界を前記処理帯の中に放射する磁界放射物体と、前記処理帯内に延び、前記磁界放射物体と少なくとも部分的に重なり合い、電界を前記処理帯に放射する電界放射物体とを備え、前記磁界放射物体及び前記電界放射物体が前記磁界及び前記磁界をそれぞれ同時に前記処理帯内に放射するように構成されている、燃焼流体を処理するための点火プラグ。

請求項86

燃焼室を備えるシステム内の燃料の燃焼を増強する方法であって、電界放射物体及び磁界放射物体を備える構成を前記燃焼室内に置くことを含む方法。

請求項87

キャブレターを備えるシステム内の燃料の燃焼を増強する方法であって、電界放射物体及び磁界放射物体を備える構成を前記キャブレター内に置くことを含む方法。

請求項88

改善された燃料供給ノズルであって、電界放射物体と、磁界放射物体とを備え、前記ノズルが外部表面を持ち、前記電界放射物体及び前記磁界放射物体が前記外部表面に配置される、燃料供給ノズル。

請求項89

電界構成要素及び磁界構成要素を含む改善された点火プラグ。

請求項90

前記処理帯が磁気粒子で満たされたエレクトレット・ポリマーを含む、請求項48に記載の燃焼工程。

技術分野

0001

本出願は、参照によってその全体が本明細書に援用される、2003年1月10日に出願された同時係属米国特許出願第10/340,229号の一部継続出願である。
本開示は、一般的には、燃焼の分野に関するものであり、具体的には、燃焼流体の処理に関係する方法及び装置に関する。

背景技術

0002

燃焼に使用される世界の石油資源の量が増大するにつれ、知られている埋蔵石油は急激に枯渇しつつある。それに呼応して、内燃機関によって大量の汚染物質が発生することにより問題が生じている。このような汚染物質は、世界中の都市部の住人の健康を脅かしている。自動車及びトラック製造業者に対し、排出物規制及びエンジン効率向上を義務付ける法律が制定された。このような地域ではさらなる法律制定が予想される。

0003

燃焼の一般的条件は、特に内燃エンジンに関しては、よく知られている。火花点火エンジン(SI)は、一般的に、理論空燃比に近い空燃比を必要とする。付属の請求項を含む本明細書全体を通して使用されているように、「理論空燃比」という用語は、空気中の可燃酸素全部を使用して燃料すべてを燃焼させる場合の空気対燃料の理想的比を指す。例えば、理論空燃比は、標準グレードガソリンでは約14.7である、つまり、ガソリン453.6g(1ポンド)毎に、6.6679kg(14.7ポンド)の空気が燃焼するということである。混合気は、ピストンにより圧縮され、点火プラグにより点火され、ピストンを下方に駆動し爆発行程を生み出す燃焼エネルギーを供給する。理想的には、混合気が完全な燃料であり、シリンダ全体で分布が一様であり、火炎前面点火が完全であれば、炭化水素燃料は、完全燃焼し、その結果、CO2、H2O、及び窒素混合排気ガスが生じるであろう。しかし、この理想的環境は、現実世界では達成されないのが普通である。現実世界の条件は、不完全燃焼及び熱力学サイクル理想効率よりも低い効率を含む。内燃機関内に存在する実際の条件により、一般に、未燃炭化水素窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素、及び粒子状物質汚染排気生成物が生じる。

0004

燃料効率を高めるSIエンジンの設計には、原料油のより高い精製レベルとともに、過早点火及び対応する損傷を引き起こすエンジン・ノッキングを防止するため多数の添加剤生産と添加を必要とする。これらのエンジンは圧縮比が高いため、一般に、燃焼が高温になり、窒素酸化物とともに、周囲を汚染するその他の生成物を発生する。2サイクルSIエンジンは、内在的汚染源である。未燃焼燃料及び潤滑油は、排気ガス内燃焼生成物とともに出てゆくことが知られている。

0005

他の主要なエンジンデザインとして、ディーゼル圧縮点火エンジンCI)がある。このエンジンでは、高レベルシリンダ圧縮が得られた時に発生する熱のため、充填された混合気が着火する。CIエンジンは、SIエンジンに比べて複数の利点を有する。精製度の低い安価な燃料を必要としている。高圧縮比及びより希薄な混合気が、一般的に、エネルギー回収の観点から、燃料のより効率的な燃焼を生じる。しかし、CIエンジンは、いくつかの重大な欠点を有している。未燃焼燃料の排気は、精製度の低い燃料のせいで、硫黄化合物などの微粒子及びその他の気体状汚染物質を含んでいる。

0006

政府指令燃料効率向上政策を導入し、米国における改善された製造業者のフリートマイレージを獲得することが提案されている。製造業者による元々のアプローチは、重量削減及び車両サイズ縮小により燃料効率向上を達成することであった。自動車を所有する一般大衆は、客室が狭すぎると感じる一歩手前までのサイズ縮小のみを受け入れるであろう。また、より小さい自動車は耐クラッシュ性が低く、特に、著しく大型の重量のある車両が関わっている場合には、事故死亡者が多くなることも分かっていた。最近、米国内の運転をする一般大衆による、著しくサイズ/重量の大きい、それに対応して燃費効率の低いスポーツ用多目的車への移行が、この問題に対する矛盾となっている。

0007

長年にわたって、内燃機関の燃料効率を高める試みがいくつもなされてきた。機械式エンジンデザインが変化するのに伴って、シリンダに供給される燃料の状態を修正する形でシリンダ燃焼における問題に取り組むことによりさらにエンジン効率を高め、汚染生成物を低減するいくつかの試みがなされてきた。一つの試みは、より高い燃料圧力とより小さい燃料噴射ノズル開口を利用することによって、サイズの小さな燃料液滴を形成して気化を助けることによる燃料霧化を向上し、燃焼効率を高めることである。他の燃焼改善は、層状給気噴射などの用途における燃料噴射シーケンスを制御することである。発生源燃焼帯で汚染物質を低減する以前の試みは限定されている。そこで、この問題を研究している製造業者、政府、及び学術機関による注目が排気システムに集中されている。

0008

燃焼工程の様々な部分を処理することにより燃料の燃焼効率を改善する少なくとも3つの重要な試みもなされてきている。第1は、燃料供給給気、又はその両方の燃焼前処理である。第2は燃焼帯内の処理である。第3は、触媒コンバータの改善などの排気汚染物質処理である。

0009

燃焼前処理
エンジン効率を高める第1の提案の1つは、シリンダに入る前に燃料又は燃料混合気予熱することであった。米国特許第4,524,746号は、閉気化室の使用について記載しており、超音波振動子により燃料を加熱し、気化させている。米国特許第4,672,938号は、燃料加熱と、自動点火燃焼を達成するための第2の燃料活性化装置の使用を記載している。米国特許第6,202,633号は、燃料を処理するために熱と電位を持つ反応室を使用を記載している。燃料及び/又は混合気を予熱することの1つの明らかな短所は、低質量の可燃物が高温であるため燃焼室に移動するという事実である。これは、同じ排気量のエンジンに対して馬力の低下を引き起こす。今日のディーゼル・エンジンにおける共通のアプローチは、燃焼を促進し、エンジン馬力を高めるためより多くの空気を供給する圧縮空気を冷却するエア・アフタークーラーを備えるターボチャージャを使用する方法であることに注意されたい。

0010

エンジン効率を高める他の初期の方法は、燃焼性を高めるために燃料が燃料/空気流に供給されるときに磁界で燃料を処理することに取り組んでいた。このアプローチの背後にある考え方は、水処理及び化学産業配管内を循環している水の磁気処理により成功した分子内転位取り上げていた。これらの水磁気処理装置は、鉱物スケーリングを防止するか、又は時間とともに蓄積する鉱物スケールを除去するために使用されている。

0011

燃料供給の燃焼性を向上し、汚染物質を低減すると主張する燃料管の磁気処理に関係する装置が多数ある。これらの装置については、米国特許第4,572,145号、米国特許第4,188,296号、及び米国特許第5,129,382で説明されており、燃料を空気混合ダクト内に導き入れる前のところで燃料管に永久磁石が取り付けられている。混合気は、内燃機関の燃焼混合帯に導かれる。これらの特許は、分子燃料凝集体が低減され、燃料内遊離基及びイオン化燃料成分が生成され、それによって燃焼効率が高められ、その結果燃料効率及びエンジン馬力が向上することを主張している。

0012

燃料の電界処理も提案されている。燃料内の流れを処理するために電極間誘電体ビーズを使用することについては、米国特許第4,373,494号に記載されている。米国特許第5,167,782号は、燃料に接触している特別な金属成分に印加される電圧について記載している。

0013

永久磁石は、米国特許第4,052,139号で請求されているように電磁石に置き換えられる。燃料供給のさらに他の処理は、米国特許第4,401,089号、4,726,336号、及び6,082,339号に記載されている超音波、UV、及びIR放射線を使用することにより、それぞれ、実現される。

0014

燃料の触媒処理又は他の装置とのその併用が記載されている。米国特許第5,451,273号は、特殊鋳造合金燃料フィルタ触媒手段により燃焼効率を改善すると主張している。米国特許第4,192,273号は、パラジウム触媒メッキされた金属板インテークマニホールド内に置き、乱流を発生し、触媒処理されたガスを混合することにより燃焼を高められると主張している。触媒作用で燃料の条件を調整する異なる金属でできている複数の触媒スクリーン上の燃料の乱流についても、米国特許第6,053,152号に記載されている。

0015

燃焼を助けるために燃料管内に置かれた遠赤外線発光装置が、米国特許第6,082,339号に記載されている。

0016

内燃機関用磁石により空気又は気体燃料混合気を処理することが許第6,178,953号で排出物を低減することを目的として記載されている。米国特許第4,572,145号及び第4,188,296号でも、磁石による空気又は混合気の処理を記載している。

0017

燃焼用空気電界により処理することができる。高強度電界を発生して給気中の空気をイオン化する燃焼前イオン化装置が多数ある。米国特許第5,977,543号及び第5,487,874号が注目すべきである。

0018

エンジン効率を高めるため燃料又は空気或いは混合気を処理する磁石又は電界以外の手段は、かなり多くの米国特許に記載されている。これらは、燃焼増強処理を燃焼用空気流又は混合気流に適用し、燃料効率を高めている。増強製造業者ニズムは、米国特許第6,244,254号で言及されているようにIR及び電磁石エネルギーを含む。高電圧イオン発生器は、米国特許第5,977,716号で空気を処理するために使用されている。米国特許第6,264,899号では、空気流中のヒドロキシルラジカル及びその他のラジカル種への転換は、供給空気内で主にUV放射線を使用し、補助的にコロナ放電装置を使用することにより達成できることを主張している。

0019

燃焼前処理フュエルインジェクタ
フュエル・インジェクタへの燃料供給の圧力は、内燃機関の開発において、長い年月の間に高められてきた。その目標は、より小さな燃料液滴を作り出すことであった。直噴ガソリン・エンジン(GDI)の噴射圧力は、現在の混合気インテーク・システムの10倍程度である。

0020

燃焼室の前で燃料を加熱する他の方法がノズル自体に配置されている。米国特許第5,159,915では、変動する磁束密度を発生する電磁コイルによるインジェクタ全体を加熱することについて説明している。さらに、ノズル・セクション内磁気感知材料を使用して、加熱磁界を集束している。

0021

燃料噴射における他の目標は、燃料液滴を帯電することであった。米国特許第4,051,826号は、燃料管及びインジェクタ・ノズルに高電位を印加して燃料液滴を帯電させ、効率のよい燃焼が行われるように燃料液滴を調整することについて説明している。米国特許第4,347,825号は、高電圧を使用して燃料粒子電気を流し、燃料通路反対極性に帯電している囲壁に付着しないよう防止することについて説明している。これは、インジェクタ・ノズル付近電極を使用している。

0022

米国特許第6,305,363号は、直噴ガソリン・エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する空気補助フュエル・インジェクタを使用している。インジェクタに供給される空気は燃焼工程を補助するためオゾンが濃い状態にある。

0023

シリンダ内燃焼増強
このカテゴリは2つのサブカテゴリに分割できる。第1は燃焼増強化化合物をオゾンなどの燃焼帯に供給する処理である。第2は燃焼増強エネルギーを燃焼室自体に加える装置である。

0024

内燃機関に添加されていた初期の頃の燃焼増強化合物は水であった。水噴射は、20世紀の最初の10年間以降、内燃機関で使用されてきた。元々の目的の1つはエンジン冷却であった。これは、後になって、オクタン価を改善することが示され、航空機エンジンで使用された。米国特許第4,018,192号は、点火プラグ開口を通じて水を燃焼室内に直接噴射し、馬力及び燃料節約を高めることを記載している。米国特許第5,255,514号も、水蒸気を使用してエンジン効率を高めることを記載している。米国特許第6,264,899号はUV放射線又は放電装置を使用して高水蒸気/空気流を処理することにより得られる(−OH)遊離基を添加することによりエンジン効率を改善し、燃焼効率を改善することを記載している。

0025

米国特許第4,308,844号は、給気でオゾン発生器を使用して、オゾン及びプラスに帯電した粒子を発生させることを記載している。米国特許第5,913,809号は、インテーク・システム及び排気システムの両方に対してオゾンを発生する空気流経路上の電離場を記載している。空気流内の酸素をイオン化するためにUV光源は置き換えられる。

0026

アルファ崩壊により吸気照射し、分裂により空気中の窒素の一部を一原子酸素及び一原子水素に転換し、排気ガス流中有毒成分を低減する方法が米国特許第5,941,219号に含まれている。

0027

エネルギーを燃焼室に直接加えるという概念は、米国特許第5,983,871号に記載されており、レーザビームがシリンダ内に導き入れられ、層流燃焼のゆっくりとした初期段階を減少させ、そのため、その称するところでは、燃焼工程を改善している。米国特許第4,176,637号は、フュエル・インジェクタの燃料流を包囲し、燃料粒子を帯電させる、燃焼室内の高電圧電極を備えている。

0028

排気流処理
SIエンジン用の触媒コンバータの開発が成功した後、他の排気処理周辺の活動は制限されていた。ディーゼル・エンジンの汚染物質をさらに低減することを義務付ける政府による法的措置が近年世界中で広まっている。米国では、製造業者、影響を受ける政府機関、及び学術機関による、SIエンジン、ディーゼル・エンジンなどの汚染物質をさらに低減する非常に重要な取り組みがなされており、現在も、進行中である。

0029

一般的に、SIエンジンの既存の触媒コンバータはCIエンジンの排気流に成功裏に使用されえない。過剰な粒子が存在する問題は微粒子トラップ技術により解決されつつある。これらのトラップ再生されなければならず、トラップへの燃料追加は開発中の方法の1つである。NOxトラップも開発中である。

0030

排気ガス中の硫黄分は、一般に、既存の触媒タイプを汚染し、代替えの触媒開発が進行中であり、複雑な問題に直面している。解決策の1つは、燃料を精製して硫黄化合物を除去することである。研究中の他の可能な解決策は、アンモニア又は尿素などの還元化合物を添加して、排気流中の排気化合物と化学反応を起こさせる方法である。

0031

他の研究分野は汚染物質を酸化する非熱プラズマ装置の応用である。この技術と触媒セクションとの組み合わせが活発に追及されている。

0032

コールドスタートの汚染及び触媒点火は取り組中問題領域である。

0033

近年、研究のこの排気ガス分野において発明が増えてきている。それらのうちいくつは、希薄混合気及び濃混合気内でのエンジン動作の非常に高度なセンサ検出及びコンピュータ制御を利用している。

0034

米国特許第6,264,899号はUV放射線を使用して排気流中でヒドロキシル・イオンを発生させ、汚染物質を低減する方法を提示している。米国特許第5,913,809号はオゾンを排気流に添加して汚染物質を低減することを主張している。

0035

触媒システムに関する著しい数の米国特許がすでに発行されている。米国特許第6,294,141号は、ディーゼル・エンジンに対し2触媒システムを使用しており、第2の触媒上に形成されるすすは、第1の触媒からのガスを含むNO2により燃焼されている。

0036

エネルギーを追加する又は燃焼工程を変更する多数の手段が考案されていることは明らかである。

発明が解決しようとする課題

0037

上で取り上げた問題点を解消する多数の発明があるにもかかわらず、それでも、依然として、燃焼効率向上が要求されている。不完全燃焼及び/又は排気ガス制御の問題の一部又は全部を解消する方法及び装置を提示することは、本開示の1つの目的にすぎない。

0038

したがって、本開示の目的は、燃料の燃焼のための方法及び装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0039

第1の態様によれば、燃焼工程が、燃料を燃焼帯に供給すること、燃焼用酸素を燃焼帯に供給すること、燃焼帯内の燃料を燃焼させること、燃焼帯から排気ガスを通すこと、処理帯内で独立に発生された電界及び磁界に曝すことによって、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。いくつかの実施例では、排気ガスは、処理されて戻されるか、又は再循環で燃焼帯に返される(EGR)。

0040

いくつかの実施例では、電界が電界放射物体から放射される。いくつかの実施例では、電界放射物体はエレクトレットを含み、該エレクトレットはいくつかの実施例ではポリマー及び/又は無機物質を含む。少なくともいくつかの実施例では、処理中に処理帯の少なくとも一部に間欠的に電界が印加されうる。他の実施例では、電界は処理中に処理帯の少なくとも一部に常時印加される。

0041

いくつかの実施例では、磁界が磁界放射物体から放射され、いくつかの実施例では、磁界放射物体は永久磁石又は電磁石である。電界放射物体と同様に、磁界放射物体は、少なくともいくつかの実施例では、たった今説明したように、処理中に処理帯の少なくとも一部に間欠的に又は常時印加される磁界を放射することができる。

0042

付属の請求項を含む本開示全体を通して本明細書で使用されているように、「間欠的な」及び「間接的に」という用語は、処理期間中中断があるか、又は一定間隔で発生することを意味し、規則正しい場合もあれば、そうでない場合もある。そのため、電界及び/又は磁界を処理帯に間欠的に印加するという背景状況では、電界及び/又は磁界は、少なくともいくつかの実施例では、処理期間中に一定間隔、等間隔、又はランダムな間隔でパルス状に発生することができる。逆に、付属の請求項を含む本開示全体を通して本明細書で使用されているような「一定」及び「常時」という用語は、処理期間中に中断のないことを意味する。そのため、電界及び/又は磁界を処理帯に常時印加するという背景状況では、電界及び/又は磁界は、少なくともいくつかの実施例では、処理期間中にパルス状に発生しない。

0043

電界又は磁界は処理帯の一定処理中にパルス状に発生しないが、電界及び磁界の強さは、そのような場合もあるが、この一定の処理中に必ずしも一定でも同じでもない。例えば、処理帯の常時処理中に、電界の強さは約50V/mから数百万V/m、磁界の強さは約1ガウスから約15,000ガウスまでとすることができる。電界の強さは、処理対象の材料によって大きく異なる場合がある。一般に、電界は大きいほどよい。他の実施例では、電界は、少なくとも約1,000V/mであり、他の実施例では、少なくとも約10,000V/mである。最大電界は、電界が破壊し、火花放電が生じる大きさの電界である。空気の絶縁破壊電圧は、空気が強絶縁体であるため、約300万V/mである。他方で、ガソリン蒸気の絶縁破壊電圧は、約33,000V/mであるため、燃料を処理するときに著しく低い電界が可能である。したがって、高電界が望ましいが、高電界が電界内に絶縁破壊を引き起こすほど高くてはいけない。磁界の強さは、通常、永久磁石又は電磁石から利用可能な最大磁界により制限される。磁界は大きいほど、燃焼前及び燃焼後材料の処理効果が高まる。磁界の強さは、磁石の中心又は磁石の表面で測定される。現在、最大希土類磁界は、最大約15,000ガウスまでの範囲である(磁石の表面で約7,000ガウス)。処理帯の常時及び間欠的処理中の電界及び磁界の好適な強さは、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解できるであろう。

0044

いくつかの実施例の説明では、燃焼流体は、「処理期間」の間に処理される。ここで使用されているように、「処理期間」という用語は、所望の、又は意図された効果あるいは複数の効果を実質的に得るために必要な最低持続時間の間に燃焼流体あるいは複数の燃焼流体を同時電界及び磁界に曝すことを意味する。いくつかの実施例では、そのような効果あるいは複数の効果は、燃焼流体の少なくとも一部を非熱プラズマに転換することを含む。いくつかの実施例では、処理期間は数ミリ秒から数秒まで、例えば、約1ミリ秒から1秒までである。そのため、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスの少なくとも1つが処理されている時、処理期間は数ミリ秒の範囲内となる。例えば、燃料の処理は、少なくともいくつかの実施例では、約5ミリ秒の持続時間の間に実行される。さらに、処理期間は、必ずしも同じではないが、様々な燃焼流体のそれぞれの処理に関して同じである場合もあり得る(複数のタイプの燃焼流体が処理されるならば)。例えば、燃料及び燃焼用酸素が処理帯内で処理される時、燃料は、100ミリ秒の間、処理されることができ、燃焼用酸素は、5ミリ秒の間、処理されることができる。ただし、一般に、処理期間は、燃料、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスのうちのどれが処理されるかに関係なく、少なくとも約1ミリ秒である。好適な処理期間は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0045

いくつかの実施例によれば、本明細書で開示されている燃焼工程及び装置は内燃機関又は外燃機関のいずれかに適応する。いくつかの実施例では、本明細書で開示されている燃焼工程及び装置は内燃機関及び外燃式バーナーに対し適応されており、これは、ここではちょうど外部燃焼器と呼ぶこともできる。本明細書で使用されているように、「外燃式バーナー」及び「外部燃焼器」としては、限定はしないが、例えば、蒸気エンジンスターリング・エンジンなどの外燃機関がある。

0046

他の態様によれば、燃焼工程が、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通すことを含み、燃料を燃焼する前に、独立に発生された電界及び磁界に処理帯内で同時に曝すことにより燃料が処理される。

0047

他の態様によれば、燃焼工程が、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通すことを含み、燃料を燃焼する前に、独立に発生された電界及び磁界に処理帯内で同時に曝すことにより燃焼用酸素が処理される。

0048

他の態様によれば、燃焼工程が、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通すことを含み、燃料を燃焼した後に、独立に発生された電界及び磁界に処理帯内で同時に曝すことにより排気ガスが処理される。

0049

他の態様によれば、燃焼工程が、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通すことを含み、燃料を燃焼する前に燃料及び燃焼用酸素が、燃料燃焼した後に排気ガスがそれぞれ、独立に発生された電界及び磁界に処理帯内で同時に曝すことにより処理される。

0050

他の態様によれば、燃焼工程が、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通し、独立に発生された電界及び磁界に処理帯内で同時に曝すことにより、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスを処理し、再循環で排気ガスを燃焼帯に戻すことを含む。いくつかの実施例では、処理済み排気ガスは、再循環でEGR弁を介して燃焼帯に返される。

0051

他の態様によれば、燃焼流体を処理する装置が、燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで又は実質的に同じ広がりで延び、磁界を処理帯内に放射する磁界放射物体及び燃焼流体流路の処理帯に少なくとも一部は重なり、電界を処理帯内に放射する電界放射物体を含み、磁界放射物体及び電界放射物体が、磁界及び電界をそれぞれ、同時に、処理帯内に放射するように構成される。いくつかの実施例では、電界放射物体が磁界放射物体と一体になっている。

0052

他の態様によれば、燃焼流体を処理する装置が、長手軸を持つ燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで又は実質的に同じ広がりで延びる円筒状電界放射物体と、電界放射物体及び燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで及び/又は実質的に同じ広がりで及び同心円状に延び、電界放射物体と処理帯との間に配置されている円筒状磁界放射物体とを含み、電界放射物体が処理帯の外部に配置され、処理体を囲んでおり、磁界放射物体及び電界放射物体が、磁界及び電界をそれぞれ、同時に、処理帯内に放射するように構成されている。いくつかの実施例では、電界放射物体及び磁界放射物体が、それぞれ、互いにはまりあい、処理帯を囲む一体の構造を形成している。

0053

他の態様によれば、燃焼流体を処理する装置が、長手軸を持つ燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで又は実質的に同じ広がりで延びる半円筒状電界放射物体と、電界放射物体及び燃焼流体流路の処理帯と同じ広がりで又は実質的に同じ広がりで延びる半円筒状磁界放射物体とを含み、半円筒状電界放射物体及び半円筒状磁界放射物体は連携して円筒状構造を形成し、円筒状構造が処理帯を囲み、磁界放射物体及び電界放射物体が、磁界及び電界をそれぞれ、同時に、処理帯内に放射するように構成されている。いくつかの実施例では、電界放射物体及び磁界放射物体が、それぞれ、互いにはまりあい、処理帯を囲む一体の円筒状構造を形成している。

0054

他の態様によれば、燃焼流体を処理する装置は、長手軸を持つ燃焼流体流路の処理帯内に延びる多孔性電界放射物体と、電界放射物体全体にわたって分散されている磁界放射物体とを含み、電界放射物体及び磁界放射物体が一体構造を形成し、磁界放射物体及び電界放射物体が、磁界及び電界をそれぞれ、同時に、処理帯内に放射するように構成されている。他の実施例では、電界及び磁界が互いに平行である。

0055

他の態様によれば、燃焼流体を処理する点火プラグが、燃焼流体流路の処理帯内に延び、磁界を処理帯内に放射する磁界放射物体と、処理帯内に延び、磁界放射物体と少なくとも一部は重なり、電界を処理帯内に放射する電界放射物体とを含み、磁界放射物体及び電界放射物体が、磁界及び電界をそれぞれ、同時に、処理帯内に放射するように構成されている。

0056

他の態様によれば、燃焼室を備えるシステム内の燃料の燃焼を増強する方法が、電界放射物体及び磁界放射物体を備える構成を燃焼室内に配置することを含む。

0057

他の態様によれば、キャブレターを備えるシステム内の燃料の燃焼を増強する方法が、電界放射物体及び磁界放射物体を備える構成をキャブレター内又はキャブレターの前に配置することを含む。

0058

他の態様によれば、改善された燃料供給ノズルが電界放射物体及び磁界放射物体を含み、ノズルが外面を有し、電界放射物体及び磁界放射物体がその外面上に配置されている。

0059

他の態様によれば、電界部及び磁界部を備える改善された点火プラグが本明細書で開示されている。

0060

燃料を燃焼させるための本発明で開示されている方法及び装置の追加特徴及び利点は、いくつかの実施例の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

0061

いくつかの実施例は、付属の図面を参照しつつ以下で説明される。

0062

図面を参照して本開示の方法及び装置の特定の実施例が説明されるが、そのような実施例は一例としてのみ取り上げられており、本開示の原理の応用を表すことができる多数の考え得る特定の実施例のうちごくわずかを例示しているにすぎないことは理解されるであろう。本開示の利点から判断して当業者には様々な変更形態及び修正形態は明らかであろうし、また付属の請求項でさらに定められているような本開示の精神及び範囲内にあるとみなされる。断りのない限り、本明細書で使用されるすべての技術及び科学用語は、本開示が属している技術分野の当業者に通常理解される意味と同じ意味を有する。本開示の方法及び装置の実施又は試験では、本明細書で説明されているのと類似の又は同等の他の材料及び方法を使用できるが、いくつかの方法及び装置について説明する。

0063

付属の請求項を含む本開示全体で使用されている詞「a」、「an」、及び「the」は、「1つ又は複数」を意味するものとして定義され、特定の文脈から複数でないことが明らかでない限り、複数形を含む。

0064

本開示は、上述のように、一般的に、燃焼のための方法及び装置に関係する。開示されている燃焼工程及び装置は内燃、外燃などで使用するのに適応されており、本開示の利点から判断して当業者には容易に理解されるであろう。その点に関して、本開示の方法及び装置は、内燃、外燃などであろうと、エンジンに制限されないが、本明細書で説明されている実施例のいくつかでは、一般に、エンジンを言及している。本開示全体を通して説明されているように、本発明の方法及び装置は、応用可能な様々な環境におけるいくつかの利点に関連付けられている。例えば、本明細書で開示されている方法及び装置の少なくともいくつかの実施例では、排出物又は汚染物質の低減又は完全低減、燃料効率の向上、及び/又は、馬力又は他の適当な動力測定基準に関して表すことができる動力の向上を実現することができる。

0065

理論の制約を受けることなく、本明細書で説明されている利点の一部又は全部が、非熱プラズマ効果の発生、燃焼流体の分散、燃焼流体のイオン化及び/又は解離のうちの1つ又は複数により実現されると考えられる。

0066

ここでもまた、理論の制約を受けることなく、非熱プラズマ効果の発生は上述の利点の1つ又は全部と相関関係があると考えられる。例えば、ノズルのみを介して処理済み燃料を噴射する内燃機関のシリンダの燃焼室に燃料流を供給する燃料供給管を使用することにより、燃焼流体、ここでは燃料を同時磁界及び電界に曝すと、有益な非熱プラズマ効果を発生すると考えられる。この実施例によれば、このような非熱プラズマ効果は、必ずしも限定はしないが、少なくともいくつかの実施例では、内燃機関内のシリンダの燃焼室の前又は燃焼室内で発生しうるある程度の解離による燃料の帯電及びイオン化の発生を伴う。燃料管内に配置される燃料を同時磁界及び電界に曝すことは、非常に小さな、例えば、低ミクロンからサブミクロンまでのサイズで排出される高荷電粒子を発生すると考えられる。このような高荷電粒子は、通常、上述の利点に関連する。

0067

ここでも再び、理論の制約を受けることなく、燃料を内燃機関のシリンダの燃焼室に流す燃料供給管を単なる一例として使用すると、上述の利点の一部又は全部は、燃料が上述の処理帯から摩擦帯電帯に流れる場合に達成されると考えられる。摩擦帯電帯は、通常、処理帯と同様に、磁界及び電界に同時に曝される。摩擦帯電帯では、一般に、低ミクロンからサブミクロンのサイズで排出できる高荷電粒子が発生する。

0068

さらに、理論の制約を受けることなく、燃料を内燃機関のシリンダの燃焼室に流す燃料供給管を単なる一例として使用すると、上述の利点の一部又は全部は、すぐ上で説明した高荷電粒子がノズルを通り、次に内燃機関のシリンダの燃焼室に供給されるならば達成されると考えられる。上述のように、いくつかの実施例によれば、同時磁界及び電界はシリンダ又は直接燃焼帯内に延びるか又は放射され、インジェクタ・ノズルから出て、シリンダに入るときに、またシリンダ内に圧縮が発生したときに、燃焼流体(例えば、燃料粒子)を非熱プラズマとして処理し、それにより、高荷電粒子が発生する。したがって、NTP処理により粒子に多くの電荷が与えられるほど、表面張力に対するレイリー効果が高まり、さらに、低ミクロン又はサブミクロンの粒子が得られる。このような高荷電粒子は、一般に、低ミクロンからサブミクロンまでの範囲の最大寸法、例えば、ナノサイズを持つ。さらに、いくつかの実施例では、インジェクタ又はノズルは、シリンダが圧縮点火エンジン内にあるのか、ガス直接点火エンジン内にあるのかに関係なく、直接シリンダ内に突き出ている。さらに、例えば、内燃機関のシリンダの燃焼室の前で又はその中で処理される燃料を使用することで、高荷電粒子及び荷電類似粒子は、一般に、完全に又はほぼ完全に分散されるか、或いは解離されて、燃料はノズルから内燃機関のシリンダの燃焼室に排出される個別の非凝集サブミクロン・サイズの粒子に分割され、空気又は燃焼用酸素との完全又はほぼ完全な混合気が形成され、それによって、例えば、効率が向上する。少なくともいくつかの実施例では、内燃機関のシリンダの燃焼室内で、燃料の他の処理が発生することが可能であり、そこで、空気又は燃焼用酸素及び/又は排気ガスは、同時磁界及び電界に曝すことにより処理することも可能である。予想されるとおり、シリンダ内の燃焼流体の処理は、通常、最初に非熱プラズマ効果に関連付けられ、その後、シリンダ内の温度が上昇するにつれ熱プラズマ効果に関連付けられる。

0069

上述のように、本開示の方法及び装置の少なくともいくつかの実施例は、内燃機関、外燃機関などで使用することができる。本開示の方法及び装置を内燃に適用することについて説明する。

0070

内燃
本開示の燃焼工程及び装置は、多くの用途を有し、現在様々な設計が存在する内燃機関に応用されるように構成されている。応用に関しては、現在、内燃機関は、自動車、例えば、とりわけ、ジェット・エンジン、芝刈り機チェーンソーなどの装置において一般的に使用されている。設計に関しては、内燃機関は、例えば、ピストン・エンジン、ロータリー・エンジンなどを含む。本開示の方法及び装置は、例えば、同時電界及び磁界をシリンダ又は燃焼室に投射することにより、ピストン・エンジンに応用することができる。点火後、電界及び磁界は、ピストンが後退するか、又は下方に移動すると、その結果得られる高温の燃焼プラズマを増強する。内燃機関は、様々なタイプの燃焼サイクル、例えば、4サイクル、2サイクルなどを使用することが知られている。ピストン・タイプの内燃機関のほかに、ロータリー・エンジン(ワンケル・ロータリー・エンジンとも言う)も存在し、これは、エンジンの吸気、圧縮、燃焼、及び排気の機能を制御するためロータと関連する特別設計のハウジング又はシリンダを使用する。このような設計の詳細は、当業者には広く知られているため本明細書では詳しく説明しないが、少なくともいくつかの実施例をそのようなエンジンに応用することは、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。一般に、同時磁界及び電界は、そのような燃料を燃焼帯に供給する供給管内の燃料、酸素(例えば、空気)などに印加される。同時磁界及び電界は、燃焼前及び後の両方で燃焼帯内の燃料、酸素(例えば、空気)混合気に印加される。同様に、同時磁界及び電界は、燃焼帯から延びている排気管路内の排気ガスに印加される。

0071

上述のエンジンデザインに加えて、本開示の燃焼工程及び装置の少なくともいくつかの実施例は、ガス・タービン・エンジンでの使用に応用可能である。ガス・タービンでは、エンジンは、通常、燃料を燃焼し、タービンを回転させることによりそれ独自の圧縮ガスを発生する。通常の燃料としては、限定はしないが、プロパン天然ガスケロシン、及びジェット燃料がある。代表的なガス・タービン・エンジンでは、燃料の燃焼により、空気を膨張させる熱を発生し、それによって、タービンを回転する高温空気の急激な増加を作り出す。さらに、異なるタイプのガス・タービン・エンジンが存在する。例えば、ターボファン・エンジンは、今日大ジェット旅客機で広く使用されている一種のガス・タービン・エンジンである。簡単に言うと、ターボファン・エンジンは、エンジンの一端に大きなファンを備えたガス・タービン・エンジンである。パルスジェット及びスクラムジェット・エンジンも、ジェット・エンジンの一種である。ジェット・エンジンを含む、ガス・タービン・エンジンの詳細は、当業では広く知られているため本明細書では再現しないが、本開示の燃焼工程及び装置の少なくともいくつかの実施例をそのようなエンジンに応用することは、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0072

様々なエンジンデザインに応用できるように構成されることに加えて、本開示の燃焼工程及び装置は、少なくともいくつかの実施例では、様々なタイプの燃料系統に合わせて構成される。例えば、いくつかのエンジン(例えば、チェーンソー、芝刈り機、マリン・エンジンなど)は、通常、キャブレターを使用して燃料をエンジンに供給する。しかし、自動車の場合、今日世界中で生産されているすべてではないとしても多くの自動車は、燃料噴射システム、例えば、シングルポート燃料噴射システム、マルチポート燃料噴射システムなどを備える。そのような燃料噴射システムに関する様々な詳細は、本明細書では再度取り上げないが、それは、当業者であれば容易に理解し、そのような燃料噴射システムへの本開示の燃焼工程及び装置の少なくともいくつかの実施例の応用は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0073

上述のように、本燃焼工程及び装置は、一部は、そのような内燃機関の効率を高めることを対象とする。本開示の第1の態様によれば、燃焼工程は、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通し、処理帯内で独立に発生された電界及び磁界に同時に曝すことにより燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。いくつかの実施例では、燃焼工程は、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通し、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを電界及び磁界に同時に曝すことにより処理帯内で燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。

0074

付属の請求項を含む本開示全体を通してここで使用されているように、「燃料を供給する」は、十分な量の燃料を能動的に又は受動的に供給して、少なくとも部分的燃焼を達成することを意味する。燃料は、通常、指定された流量で燃焼帯に供給される。本開示の燃焼工程及び装置の好適な流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0075

本発明の燃焼工程で使用される燃料又は燃焼流体あるいは複数の燃料流体は、少なくともいくつかの実施例では、固体液体、又は気体とすることができる。いくつかの実施例では、燃料は、(様々なオクタン価の)ガソリン、ディーゼル燃料オイル(例えば、灯油)、ケロシン、ジェット燃料、アルコール(例えば、メタノールエタノールプロパノールなど)などからなるグループから選択された液体である。いくつかの実施例では、燃料は、天然ガス、プロパン、水素ガスなどからなるグループから選択された気体である。いくつかの実施例では、燃料は、石炭からなるグループから選択された固体を含む。いくつかの実施例では、燃料は、さらに、スラリ、例えば、粉炭スラリなどとすることもできる。いくつかの実施例では、燃料は炭化水素を含む。本開示の燃焼工程及び装置に好適な他の燃料は、本開示の利点から判断して、当業者には明白であろう。

0076

いくつかの実施例では、燃焼帯は、内燃機関のシリンダの燃焼室を含む。これらの実施例によれば、それぞれのシリンダは、1つの燃焼帯を持つ。したがって、4気筒エンジンは4つの燃焼帯を持ち、5気筒エンジンは5つの燃焼帯を持ち、6気筒エンジンは6つの燃焼帯を持ち、というようになる。1つ又は複数のシリンダ及びそれに対応して1つ又は複数の燃焼帯を持つエンジンの多数の構成は、本開示の利点から判断して、当業者には明白であろう。

0077

本開示の燃焼工程の少なくともいくつかの実施例によれば、燃焼用酸素が燃焼帯に供給される。付属の請求項を含む本開示全体を通してここで使用されるように、「燃焼用酸素を供給する」は、十分な量の(限定はしないが、純酸素、オゾンなどを含む様々なタイプの)酸素、空気、他の何らかの可燃酸素含有混合気などを能動的又は受動的に供給し、少なくとも部分的燃焼を達成することを意味する。本明細書及び付属の請求項で使用されているように、「燃焼用酸素」という語句は、通常燃焼用酸素又は空気に関連する湿度、水分などを含む。燃焼用酸素は、通常、指定された流量で燃焼帯に供給される。本開示の燃焼工程及び装置の好適な燃焼用酸素の流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0078

水は、本質的に、空気の湿度の結果として燃焼用空気内に存在する。空気中に存在する水が十分でないか又は他の何らかの形で望ましい量よりも少ない場合、水が燃焼帯に供給され、同様に水を本明細書に開示されているように独立に発生された電界及び磁界に同時に曝すことにより処理されてよい。したがって、本開示の燃焼工程の少なくともいくつかの実施例では、処理済み水が燃焼帯に任意選択により供給される。付属の請求項を含む本開示全体を通してここで使用されているように、「水を供給する」は、適当な量の水を能動的に又は受動的に供給して燃焼を補助又は増強することを意味する。水は、通常、指定された流量で燃焼帯に供給される。本開示の方法及び装置の好適な流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0079

いくつかの実施例では、本開示の燃焼工程で使用するのに適している水は脱イオン水である。同じ又は他の実施例では、本開示の燃焼工程で使用するのに適している水は水道水である。もちろん、本開示の燃焼工程で使用するのに適している他のタイプの水は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0080

付属の請求項を含む本開示全体を通して本明細書で使用されているように、「排気ガスを通す」は、燃焼帯から排気ガスを能動的に又は受動的に排出することを意味する。排気ガスは、通常、指定された流量で燃焼帯から通される。本開示の方法及び装置の好適な排気ガス流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0081

排気ガス又はEGR排気ガスの組成は、一部は、本発明の燃焼工程で使用される燃料、燃焼用酸素のイオン化及び解離の範囲又は程度によって異なる。いくつかの実施例では、排気ガスは、特に不完全燃焼後の燃焼最終生成物あるいは複数の燃焼最終生成物、排出物、潤滑油などを含む。例えば、高い割合の排気流が、少なくともいくつかの実施例では、燃焼結果として気温よりも著しく高い温度の水蒸気となりうる。いくつかの実施例では、燃焼排気生成物として存在する水の量は、後述の装置により処理したときに燃焼を補助するのに十分な量である。他の実施例では、排気ガスは、燃焼最終生成物あるいは複数の燃焼生成物と燃焼帯に供給される残りの出発物質(例えば、燃料、燃焼用酸素、水など)との混合物を含む。もちろん、排気ガスの組成は、多数の因子、例えば、燃料の種類、燃焼用酸素の組成などによって異なる。

0082

本発明の燃焼工程によれば、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つは、処理帯内で同時に、独立に発生した電界及び磁界に曝される。上述のように、いくつかの実施例における処理帯は、燃料、燃焼用酸素、排気ガス、水などのうちのどれか1つを含む細長導管を備え、電界及び磁界の両方が流れの長手軸に対し直角であるか又はほぼ直角である。燃料が処理されるいくつかの実施例では、処理帯は、内燃機関、例えば、ガソリン・エンジンの1つのシリンダに燃料を供給する燃料供給管を備えている。燃焼用酸素が処理されるいくつかの実施例では、処理帯は、内燃機関の1つのシリンダに燃焼用酸素を供給する燃焼用酸素供給管又は導管を備えている。いくつかの実施例では、処理帯は、圧縮酸素(圧縮空気)をガソリン・エンジンのフュエル・インジェクタに供給する燃焼用酸素導管を備えている。いくつかの実施例では、処理帯は、内燃機関のシリンダから延びている排気ガス管を含んでいる。いくつかの実施例では、処理帯は、ガソリン・エンジンから延びている排気管を含んでいる。以下で詳しく説明するが、排気管は、少なくともいくつかの実施例では、内燃機関のシリンダの燃焼室にもつながり、それによって、排気ガスを再循環させている。燃料、燃焼用酸素などを供給する供給管及び排気管は、一般に、場合によっては、燃料、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスを含むのに適している材料で製作され、一般に、処理帯内で生じる通常の状態に耐えられる。もちろん、処理帯には多くの形態があり、そのような形態は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0083

いくつかの実施例では、処理帯は、燃焼帯と少なくとも部分的に重なり合っている。そのようなものとして、いくつかの実施例では、処理帯及び燃焼帯は同一物である。他の実施例では、処理帯及び燃焼帯は互いに異なっている。したがって、処理帯の数と燃焼帯の数との間に関係はない。そのため、いくつかの実施例では、1つの処理帯と1つの燃焼帯がある。他の実施例では、1つの処理帯と4つの燃焼帯がある。さらに他の実施例では、2つの処理帯と1つの燃焼帯がある。もちろん、他の可能性も、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0084

いくつかの実施例では、処理帯では燃料のみが処理される。他の実施例では、処理帯では燃焼用酸素のみが処理される。さらに他の実施例では、処理帯では排気ガスのみが処理される。いくつかの実施例では、燃料及び燃焼用酸素は、両方とも、処理帯内で処理される。これらの実施例のうちいくつかでは、燃料及び燃焼用酸素は、それぞれ別の処理帯内で処理される。複数の処理帯がある場合、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも2つは、少なくともいくつかの実施例では、別の処理帯で処理されることができる。付属の請求項を含む本開示全体にわたってここで使用されているように、「別の処理帯」という語句は、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちのどれか1つが処理される、つまり磁界及び電界に同時に曝されるエンジンの個別の異なる領域を指す。他の実施例では、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちのどれか1つは、すべて同じ処理帯内で処理される。様々な他の置換ももちろん可能であり、これは本開示の利点から判断して、当業者には明白であろう。

0085

上述のように、処理帯において、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つは、同時に、独立に発生した電界及び磁界に曝すことにより処理される。付属の請求項を含む本開示全体にわたってここで使用されているように、「同時に曝す」という用語は、場合によっては、燃料、燃焼用酸素、又は排気ガスを同時に、任意選択によりほぼ同じ持続時間の間、電界及び磁界に曝すことを意味するために使用される。その点に関して、「同時に曝す」は、場合によっては、異なるときに又は異なる場所で、燃料、燃焼用酸素、又は排気ガスを順次電界及び磁界に曝すことと対比される。簡潔のため、燃料処理の場合のみについて説明するが、以下の説明は、燃焼用酸素、排気ガスなどの処理についても等しく関連する。処理帯内で燃料が処理される場合、燃料は電界及び磁界に同時に、つまり一度に曝される。同時に処理されることに加えて、燃料は、その用語がここで定義されているのと同じ一般的位置、つまり、処理帯で処理される。この実施例では、燃料が処理される時、電界及び磁界は、燃料が燃焼帯に入る前に「オンにされ」、燃料が処理帯内にある間「オン」のままであり、燃料が処理帯から通された後も引き続き「オン」のままである。他の実施例では、燃料はまず処理帯に入り、その後電界及び磁界が「オンにされ」、燃料が適切に処理されるまで引き続き「オン」のままになり、適切に処理されると、電界及び磁界は「オフにされ」、その後燃料は処理帯から通される。所定の燃焼用途向けに燃料を同時に曝す適当な持続時間は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0086

一般に、電界及び磁界の強度は、場合にもよるが、燃料、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスの所望の処理を十分達成できる強度である。電界及び磁界の強度は、一部は、燃料が処理されるか、燃焼用酸素が処理されるか、又は排気ガスが処理されるかによって異なる。いくつかの場合において、電界及び磁界のそれぞれの同じ強度は、少なくともいくつかの実施例では、例えば、燃料及び燃焼用酸素の両方に印加することができる。他の場合には、異なる強度の電界及び磁界は、燃料及び燃焼用酸素に印加される。付属の請求項を含む本開示全体を通してここで使用されるように、後述するが、与えられた電界及び磁界の強度は、処理帯内の燃料、燃焼用酸素、及び/又は(場合に応じて)排気ガスなどの体積の少なくとも一部にわたってそれぞれの電界及び/又は磁界の最大強度に対応する。燃焼流体を処理するための特定の装置に関する以下の説明から明らかなように、処理帯は、燃焼流体流路などの面積により定められ、磁界放射物体及び電界放射物体が互いに(直接又は間接的に)重なり合い、また燃焼流体流路と重なる。例えば、燃料が処理され、処理帯が内燃機関のシリンダに燃料を供給する燃料管である場合、磁界放射物体及び電界放射物体から最も遠い位置にある燃料は磁界放射物体及び電界放射物体に最も近い位置にある燃料と同じ強度の電界及び磁界には曝されないことは理解される。これは、一般に、磁界強度は距離の2乗に比例して変化し、電界は発生元の距離に比例して変化することが当業者には知られているからである。例えば、処理帯が円筒状燃料管の場合、周辺部(つまり、燃料管の内側の一番外側部分)に配置される燃料は、中心部(つまり、燃料管の断面の中心点)に配置される燃料よりも大きな電界及び磁界強度に曝される可能性がある。したがって、ここで与えられる電界及び磁界の強度は、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つが曝される処理帯(つまり、電界及び磁界のすぐ近く)に存在する電界及び/又は磁界の最大強度に対応する。もちろん、上記の説明は、場合に応じて、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスの処理だけでなく、本明細書で説明されている処理帯の様々な位置に等しく当てはめることができるが、本開示の利点から判断して当業者には容易に理解されるであろう。

0087

いくつかの実施例では、燃料、燃焼用酸素、排気ガスなどのうちの少なくとも1つが中に入っている可能性のある処理帯は、約50V/mから数百万V/mまでの範囲の電界強度及び約1ガウスから約15,000ガウスまでの範囲の磁界強度に曝される。電界の強さは処理対象の材料によって大きく異なる場合がある。一般に、電界は大きいほどよい。他の実施例では、電界は少なくとも約1,000V/mであり、他の実施例では、少なくとも約10,000V/mである。最大電界は、電界が破壊し、火花放電が生じる大きさの電界である。空気の絶縁破壊電圧は、空気が強絶縁体であるため、約300万V/mである。他方で、ガソリン蒸気の絶縁破壊電圧は、約33,000V/mであるため、燃料を処理するときに著しく低い電界が可能である。したがって、高電界が望ましいが、高電界は電界内に絶縁破壊を引き起こすほど高くてはいけない。磁界の強さは、通常、永久磁石又は電磁石から利用可能な最大磁界により制限される。磁界は大きいほど、燃焼前及び燃焼後材料の処理効果が高まる。磁界の強さは磁石の中心又は磁石の表面で測定される。現在、最大希土類磁界は最大約14,000ガウスまでの範囲である(磁石の表面で約7,000ガウス)。電界及び磁界の適切な強度は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0088

本明細書で説明されている電界及び磁界は、様々な燃焼流体の1つ又は複数を処理することを目的として発生するという点で「独立に発生する」。本質的に、無線架空送電線ビル電気系統、並びに所定の対象及び燃焼システムを囲むことができるその他の発生源からの電界及び磁界がある。これらは、本明細書では言及されない、特に本明細書から除外されている、単に付随的な電界及び/又は磁界である。本明細書で説明されているように組み合わせ工程を増強することを予測できる独立に発生する電界及び磁界の使用である。

0089

いくつかの実施例では、処理帯は長手軸を持つ細長い導管であり、電界及び磁界はそれぞれ流れの長手軸に直角又はほぼ直角である。いくつかの実施例では、燃料は、燃料が長手軸に沿って流れる細長い導管を介して燃焼帯に供給され、電界及び磁界はそれぞれ、燃料流の長手軸に直角である。いくつかの実施例では、燃焼用酸素は燃焼用酸素が長手軸に沿って流れる細長い導管を介して燃焼帯に供給され、電界及び磁界はそれぞれ、燃焼用酸素流の長手軸に直角である。いくつかの実施例では、排気ガスが長手軸に沿って流れる排気ガスを有した細長い導管を介して燃焼帯に供給され、電界及び磁界はそれぞれ、排気ガス流の長手軸に直角である。いくつかの実施例では、処理帯は燃焼帯の一部と重なり合う。

0090

一般に、電界は電界放射物体から放射される。いくつかの実施例では、電界放射物体はエレクトレットを備える。いくつかの実施例では、エレクトレットは、ポリメタクリル酸メチルポリ塩化ビニルポリ四フッ化エチレンテレフタル酸ポリエチレンポリスチレンポリエチレンポリプロピレンポリカーボネートポリスルホンポリアミドポリメチルシロキサンポリフッ化ビニル、ポリ三フッ化塩化エチレンポリ塩化ビニリデンフッ化物エポキシ樹脂ポリフェニレンオキシド、ポリ−n−キシレン、及びポリフェニレンからなるグループから選択されたポリマーを含む。他の実施例では、エレクトレットは、アルカリ土類金属チタン酸塩酸化アルミニウム二酸化ケイ素、二酸化ケイ素/窒化ケイ素、PYREX(登録商標ガラス溶融石英ホウケイ酸ガラス、及び磁器ガラスからなるグループから選択された無機物質を含む。さらに他の実施例では、電界放射物体は、誘電体バリア放電装置、コロナ放電装置、電子ビーム反応装置、及びコロナシャワー反応装置からなるグループから選択される。他の好適な電界放射物体は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0091

一般に、磁界の発生源は磁界放射物体を含む。いくつかの実施例では、磁界放射物体は希土類成分、例えば、サマリウムコバルト及びネオジウム・鉄・ボロンからなるグループから選択された物質を含む永久磁石を含む。それとは別に、永久磁石はフェライト又はアルニコ磁石を含む。他の実施例では、磁界放射物体は電磁石を含む。他の好適な磁界放射物体は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0092

外燃
本開示の燃焼工程及び装置は、外燃に応用されるように構成することができる。外燃は、燃焼がシリンダ−ピストン構成内に含まれないという点で内燃とは逆のものとして定義することができる。外燃装置の実施例として、オイル及びガス炉用バーナーがある。これらのバーナーは、熱を直接的に、又は熱伝達コイルを介して間接的にビル・スペースに供給する燃焼の持続的裸火を利用する。化石燃料動力源とする発電所も、その熱力学サイクルの蒸気ボイラ部分内で裸火を使用する。これらの発電所は、一般に、石炭、ガス、又はオイルを燃料として使用する。ガス・タービン・エネルギー変換装置も持続的外燃を使用する。これらの装置では、燃焼器は、エネルギーを実質的な仕事に変換するシャフトを回転するタービンに通される膨張燃焼生成物を燃料とともに燃やす。航空機のジェット・エンジンでは、連続燃焼器は、燃焼用に空気を圧縮し、さらに航空機を推進させるために使用される膨張ガスとともに燃料を燃やすためにも使用される。他の外燃装置として、スターリング・エンジンの熱力学サイクルの装置がある。このエンジンは、自動車用エンジンとして使用することも可能である。燃焼工程は、シリンダ−ピストン内には含まれないが、熱を熱伝達手段により外燃からシリンダ−ピストンに供給する。このエンジンは、実用に成功しなかったが、外燃工程は内燃機関と比べて発生する汚染物質が少ないため注目されている。一般に、同時磁界及び電界は、そのような燃料を燃焼帯に供給する供給管内の燃料、酸素(例えば、空気)などに印加される。それとは別に、同時磁界及び電界は、燃料、酸素(例えば、空気)などが中に含まれる燃焼帯(例えば、シリンダ又は直接燃焼帯)内に印加又は放射される。同様に、同時磁界及び電界は、燃焼帯から延びている排気管路内の排気ガスに印加される。

0093

本開示の第1の態様によれば、燃焼工程は、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通し、処理帯内で独立に発生された電界及び磁界に曝すことにより燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。いくつかの実施例では、燃焼工程は、燃料を燃焼帯に供給し、燃焼用酸素を燃焼帯に供給し、燃焼帯内の燃料を燃焼させ、燃焼帯から排気ガスを通し、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを独立に発生する電界及び磁界に同時に曝すことにより処理帯内で燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つを処理することを含む。

0094

本開示の燃焼工程の少なくともいくつかの実施例によれば、燃料が指定された速度で燃焼帯に供給される。本開示の燃焼工程及び装置の好適な流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0095

本発明の外部燃焼工程で使用される燃料又は燃焼流体あるいは複数の燃焼流体は、少なくともいくつかの実施例では、固体、液体、又は気体とすることができる。いくつかの実施例では、燃料は、(様々なオクタン価の)ガソリン、ディーゼル燃料、オイル(例えば、灯油)、ケロシン、ジェット燃料、アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなど)などからなるグループから選択された液体である。いくつかの実施例では、燃料は、天然ガス、プロパン、水素ガスなどからなるグループから選択された気体である。いくつかの実施例では、燃料は、石炭からなるグループから選択された固体を含む。いくつかの実施例では、燃料は、さらに、スラリ、例えば、粉炭スラリなどとすることもできる。いくつかの実施例では、燃料は炭化水素を含む。本開示の燃焼工程及び装置に好適な他の燃料は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0096

いくつかの実施例では、外燃装置は、いくつかの実施例においては外部燃焼帯である燃焼帯を含む。これらの実施例によれば、外部燃焼器は1つの燃焼帯を持つ。他の実施例では、外部燃焼器は複数の燃焼帯を備える。1つ又は複数の燃焼帯を持つ外部燃焼器の多数の構成は、本開示の利点から判断して、当業者には明白であろう。

0097

本開示の燃焼工程の少なくともいくつかの実施例によれば、燃焼用酸素が燃焼帯に供給される。燃焼用酸素は、通常、指定された流量で燃焼帯に供給される。本開示の燃焼工程及び装置の好適な燃焼用酸素の流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0098

本発明の燃焼工程で使用するのに適している燃焼用酸素は、少なくともいくつかの実施例では、(限定はしないが、純酸素、オゾンなどを含む様々なタイプの)酸素、空気、他の何らかの可燃酸素含有混合気などを含む。本発明の燃焼工程で使用するのに適しているそのような酸素の量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0099

水は、本質的に、空気の湿度の結果として燃焼用空気内に存在する。空気中に存在する水が十分でないか、又は他の何らかの形で望ましい量よりも少ないならば、水が燃焼帯に供給され、同様に水が、本明細書に開示されているように、電界及び磁界に同時に曝すことにより処理されてよい。したがって、本開示の燃焼工程の少なくともいくつかの実施例では、水が燃焼帯に任意選択により供給される。水は、通常、指定された流量で燃焼帯に供給される。本開示の方法及び装置の好適な流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0100

いくつかの実施例では、本開示の燃焼工程で使用するのに適している水は脱イオン水である。同じ又は他の実施例では、本開示の燃焼工程で使用するのに適している水は水道水である。もちろん、本開示の燃焼工程で使用するのに適している他のタイプの水は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0101

排気ガスは、通常、指定された流量で燃焼帯から通される。本開示の方法及び装置の好適な排気ガス流量は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0102

排気ガス又はEGR排気ガスの組成は、一部は、本発明の燃焼工程で使用される燃料、燃焼用酸素の解離の範囲又は程度によって異なる。いくつかの実施例では、排気ガスは、特に完全燃焼後の燃焼最終生成物あるいは複数の燃焼最終生成物、排出物などを含む。他の実施例では、排気ガスは、燃焼最終生成物あるいは複数の燃焼最終生成物と燃焼帯に供給される残りの出発物質(例えば、燃料、燃焼用酸素など)との混合物を含む。もちろん、排気ガスの組成は、多数の因子、例えば、燃料の種類、燃焼用酸素の組成などによって異なる。

0103

本発明の燃焼工程によれば、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つは、処理帯内で同時に、独立に発生した電界及び磁界に曝される。上述のように、いくつかの実施例における処理帯は、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちのどれか1つを含む細長い導管を備え、電界及び磁界の両方が流れの長手軸に対し直角であるか又はほぼ直角である。燃料が処理されるいくつかの実施例では、処理帯は、外燃機関の外部燃焼帯に燃料を供給する燃料供給管を備える。燃焼用酸素が処理されるいくつかの実施例では、処理帯は、外燃機関の外部燃焼帯に燃焼用酸素を供給する燃焼用酸素供給管又は導管を備える。さらに他のいくつかの実施例では、燃焼帯は、外燃機関の外部燃焼帯から延びている排気ガス管を含む。燃料、燃焼用酸素などを供給する供給管及び排気管は、一般に、場合によっては、燃料、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスを含むのに適している材料で製作され、一般に、処理帯内で生じる通常の状態に耐えられる。もちろん、処理帯には多くの形態がありえ、そのような形態は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0104

いくつかの実施例では、処理帯は、燃焼帯と少なくとも部分的に重なり合う。そのようなものとして、いくつかの実施例では、処理帯及び燃焼帯は、同一物である。他の実施例では、処理帯及び燃焼帯は、互いに異なる。したがって、処理帯の数と燃焼帯の数との間に関係はない。そのため、いくつかの実施例では、1つの処理帯と1つの燃焼帯がある。他の実施例では、1つの処理帯と4つの燃焼帯がある。さらに他の実施例では、2つの処理帯と1つの燃焼帯がある。もちろん、他の可能性も、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0105

いくつかの実施例では、処理帯では燃料のみが処理される。他の実施例では、処理帯では燃焼用酸素のみが処理される。さらに他の実施例では、処理帯では排気ガスのみが処理される。いくつかの実施例では、燃料及び燃焼用酸素は、両方とも、処理帯内で処理される。これらの実施例のうちいくつかでは、燃料及び燃焼用酸素は、それぞれ別の処理帯内で処理される。複数の処理帯がある場合、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも2つは、少なくともいくつかの実施例では、別の処理帯で処理されることができる。他の実施例では、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちのどれか1つは、すべて同じ処理帯内で処理される。様々な他の置換も、もちろん可能であり、これは本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0106

上述のように、処理帯において、燃料、燃焼用酸素、及び排気ガスのうちの少なくとも1つは、同時に、電界及び磁界に曝すことにより処理される。上述のように、「同時に曝す」は、場合によっては、異なるときに又は異なる場所で、燃料、燃焼用酸素、又は排気ガスを順次電界及び磁界に曝すことと対比される。簡単のため、燃料処理の場合のみについて説明するが、以下の説明は、燃焼用酸素、排気ガスなどの処理についても等しく関連する。処理帯内で燃料が処理される場合、燃料は電界及び磁界に同時に、つまり一度に曝される。同時に処理されることに加えて、燃料は、その用語がここで定義されているのと同じ一般的位置、つまり、処理帯で処理される。この実施例では、燃料が処理される場合、電界及び磁界は、燃料が燃焼帯に入る前に「オン」にされ、燃料が処理帯内にある間「オン」のままであり、燃料が処理帯から通された後も引き続き「オン」のままである。他の実施例では、燃料はまず処理帯に入り、その後電界及び磁界が「オンにされ」、燃料が適切に処理されるまで引き続き「オン」のままになり、適切に処理されると、電界及び磁界は「オフにされ」、その後燃料は処理帯から通される。所定の燃焼用途向けに燃料を同時に曝す適当な持続時間は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0107

一般に、電界及び磁界の強度は、場合にもよるが、燃料、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスの所望の処理を十分達成できる強度である。電界及び磁界の強度は、一部は、燃料が処理されるか、燃焼用酸素が処理されるか、又は排気ガスが処理されるかによって異なる。いくつかの場合において、電界及び磁界のそれぞれの同じ強度は、少なくともいくつかの実施例では、例えば、燃料及び燃焼用酸素の両方に印加されることができる。他の場合には、異なる強度の電界及び磁界は、燃料を及び燃焼用酸素に印加される。燃焼流体を処理するための特定の装置に関する以下の説明から明らかなように、処理帯は、燃焼流体流路などの面積により定められ、磁界放射物体及び電界放射物体が互いに、直接又は間接的に、重なり合い、また燃焼流体流路と重なる。例えば、燃料が処理され、処理帯が外燃装置の外部燃焼帯に燃料を供給する燃料管である場合、磁界放射物体及び電界放射物体から最も遠い位置にある燃料は磁界放射物体及び電界放射物体に最も近い位置にある燃料と同じ強度の電界及び電界には曝されないことは理解される。例えば、処理帯が円筒状燃料管の場合、周辺部(つまり、燃料管の内側の一番外側部分)に配置される燃料は、中心部(つまり、燃料管の断面の中心点)に配置される燃料よりも大きな電界及び磁界強度に曝される可能性がある。したがって、ここで与えられる電界及び磁界の強度は、燃料、燃焼用酸素、水、及び排気ガスのうちの少なくとも1つが曝される処理帯(つまり、磁界及び電界のすぐ近く)に存在する電界及び/又は磁界の最大強度に対応する。もちろん、上記の説明は、場合に応じて、燃焼用酸素、及び/又は排気ガスの処理だけでなく、本明細書で説明されている処理帯の様々な位置に等しく当てはめることができるが、本開示の利点から判断して当業者には容易に理解されるであろう。

0108

いくつかの実施例では、燃料、燃焼用酸素、排気ガスなどのうちの少なくとも1つが中に入っている可能性のある処理帯は約50V/mから約数百万V/mまでの範囲の電界強度及び約1ガウスから約15,000ガウスまでの範囲の磁界強度に曝される。電界の強さは処理対象の材料によって大きく異なる場合がある。一般に、電界は大きいほどよい。他の実施例では、電界は少なくとも約1,000V/mであり、他の実施例では、少なくとも約10,000V/mである。最大電界は、電界が破壊し、火花放電が生じる大きさの電界である。空気の絶縁破壊電圧は、空気が強絶縁体であるため、約300万V/mである。他方で、ガソリン蒸気の絶縁破壊電圧は、約33,000V/mであるため、燃料を処理するときに著しく低い電界が可能である。したがって、高電界が望ましいが、高電界は電界内に絶縁破壊を引き起こすほど高くてはいけない。磁界の強さは、通常、永久磁石又は電磁石から利用可能な最大磁界により制限される。磁界は大きいほど燃焼前及び燃焼後材料の処理効果が高まる。磁界の強さは磁石の中心又は磁石の表面で測定される。現在、最大希土類磁界は最大約14,000ガウスまでの範囲である(磁石の表面で約7,000ガウス)。電界及び磁界の適切な強度は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0109

本明細書で説明されている電界及び磁界は、様々な燃焼流体の1つ又は複数を処理することを目的として発生するという点で「独立に発生する」。本質的に、無線、架空送電線、ビルの電気系統、並びに所定の対象及び燃焼システムを囲むことができるその他の発生源からの電界及び磁界がある。これらは、本明細書では言及されない、特に本明細書から除外されている、単に付随的な電界及び/又は磁界である。それは、本明細書で説明されているように、組み合わせ工程を増強することを予測できる独立に発生する電界及び磁界の使用である。

0110

いくつかの実施例では、処理帯は、長手軸を持つ細長い導管であり、電界及び磁界はそれぞれ、流れの長手軸に直角又はほぼ直角である。いくつかの実施例では、燃料は、長手軸に沿って流れる燃料を有した細長い導管を介して燃焼帯に供給され、電界及び磁界はそれぞれ燃料流の長手軸に直角である。いくつかの実施例では、燃焼用酸素は長手軸に沿って流れる燃焼用酸素を有した細長い導管を介して燃焼帯に供給され、電界及び磁界はそれぞれ燃焼用酸素流の長手軸に直角である。いくつかの実施例では、排気ガスは、長手軸に沿って流れる排気ガスを有した細長い導管を介して燃焼帯に供給され、電界及び磁界はそれぞれ排気ガス流の長手軸に直角である。前記の実施例のいくつかでは、処理帯は燃焼帯の一部と重なり合う。

0111

一般に、電界は電界放射物体から放射される。いくつかの実施例では、電界放射物体はエレクトレットを備える。いくつかの実施例では、エレクトレットは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン、テレフタル酸ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアミド、ポリメチルシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリ塩化ビニリデン・フッ化物エポキシ樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリ−n−キシレン、及びポリフェニレンからなるグループから選択されたポリマーを含む。他の実施例では、エレクトレットは、アルカリ土類金属のチタン酸塩、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素/窒化ケイ素、PYREX(登録商標)ガラス、溶融石英、ホウケイ酸ガラス、及び磁器ガラスからなるグループから選択された無機物質を含む。さらに他の実施例では、電界放射物体は、誘電体バリア放電装置、コロナ放電装置、電子ビーム・反応装置、及びコロナ・シャワー・反応装置からなるグループから選択される。他の好適な電界放射物体は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0112

一般に、磁界の発生源は磁界放射物体を含む。いくつかの実施例では、磁界放射物体は、希土類成分、例えば、サマリウム・コバルト及びネオジウム・鉄・ボロンからなるグループから選択された物質を含む永久磁石を含む。いくつかの実施例では、永久磁石はフェライト又はアルニコ磁石を含む。他の実施例では、磁界放射物体は電磁石を含む。他の好適な磁界放射物体は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0113

外部燃焼装置におけるいくつかの応用は、内燃機関において生じる周期的燃料噴射とは反対に燃料を直接火炎内に噴射する燃料噴射ノズルを備えることが知られている。ノズルは、火炎又はタービン燃焼器用途で使用された時、高温の火炎が直接「見える」。この問題に対する潜在的解決策は、ノズルの温度をその製作材料許容される温度以下に維持することである。まず第1に、断熱セラミックカラーなどの高温断熱材料を使用することにより火炎に近接しているノズルの面積を最小限に抑えることができる。磁界及び電界は、断熱カラーを貫通し、ノズルから出るときに燃料粒子を処理することができる。第2に、液体の燃料を冷却するか再循環させることによりノズルを低温に維持することができる。第3に、ノズル本体は、冷却ジャケットを使って、又はヒートパイプを取り付けて、冷却することができる。ノズルの温度制御は、これらのアプローチ又は熱伝達技術の分野でよく知られている他のアプローチを使用して、行うことができる。

0114

コンビネーション・バーナーへの給気は、少なくともいくつかの実施例では、火炎の過度の温度が確認される帯の前に置くことができる本明細書で開示されている装置により処理することができる。これらのコンポーネントの断熱及び冷却は、液体燃料流に使用されるものと似ている、公知の熱伝達冷却設計により行うことができ、これは熱伝達技術分野ではよく知られている。

0115

典型的な装置
次に、本発明で開示されている燃焼工程に使用される装置のいくつかの例について説明する。特に、本発明で開示されている装置は、燃焼流体あるいは複数の燃焼流体を処理して、上述の利点の少なくとも一部を実現するように構成されている。付属の請求項を含む本開示全体を通して使用されるように、「燃焼流体」という用語は燃焼帯を出入りする液体又は気体を意味する。いくつかの実施例では、燃焼流体は燃焼工程内消費されるか又は排出される。燃焼流体の実施例は、例えば、可燃性液体、気体、(熱的及び非熱的)プラズマ、スラリ(例えば、小型の適当な気体又は固体キャリア、石炭スラリなどに含まれる小さな可燃性固体粒子のスラリ)などを含む。その点で、例えば、石炭スラリは、その用語が本明細書で使用されているように「燃焼流体」である。そのような燃焼流体の他の実施例として、限定はしないが、上述の様々な燃料、燃焼用酸素、水、排気ガスなどがある。さらに、燃焼流体は、本明細書で説明されている個々の燃焼流体のどれかの混合気、例えば、燃焼用酸素と燃料との混合気とすることができる。いくつかの実施例では、燃料及び燃焼用酸素又は空気の混合気は、理論空燃比となっている。他の実施例では、この混合気は、希薄混合気又は超希薄混合気である。希薄又は超希薄混合気は、空燃比約40(又は、EGR弁が含まれる場合は55)である。好適な燃焼流体及び空燃比は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0116

より具体的には、燃焼流体を処理する装置は、燃焼流体流路の処理帯内において同じ広がりで、又は実質的に同じ広がりで延び、磁界を処理帯内に放射する磁界放射物体と、燃焼流体流路の処理帯に少なくとも一部は重なり、電界を処理帯内に放射する電界放射物体とを含み、磁界放射物体及び電界放射物体は、磁界及び電界をそれぞれ、同時に、処理帯内に放射するように構成される。

0117

一般に、燃焼流体流路は、燃焼帯に燃焼流体を供給する又は燃焼帯から燃焼流体を放出する細長い導管である。実施例として内部燃焼室に供給される燃料を使用すると、ただしそのような実施例に決して限定されないが、燃焼流体流路は、燃料を内部燃焼装置のシリンダの燃焼室に燃料を供給する導管又は燃料供給管である。いくつかの実施例では、燃焼流体流路は、燃焼用酸素などの燃焼流体を内部燃焼装置の燃焼室に供給する導管である。そのような実施例では、燃焼流体流路は、外部燃焼装置の燃焼室に供給する燃焼用酸素供給管である。いくつかの実施例では、燃焼流体流路は、外部燃焼装置の燃焼室から排気ガスを通す排気管である。いくつかの実施例では、外部燃焼装置の燃焼室から排気を運ぶ排気管も、直接的に、又は間接的に、外部燃焼装置につながっている。その点に関して、排気は、本明細書で開示されている方法及び装置の原理に従って外部燃焼装置内で再循環される。排気が再循環されるそのような場合には、少なくともいくつかの実施例では、燃焼室から通される排気は、EGR(排気ガス再循環)弁に通されてから、燃焼室に入る。そのような場合には、排気ガスは、一般に、燃焼室に入る前に本明細書で開示されている燃焼工程に従って処理される。好適な燃焼流体流路は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0118

一般に、処理帯は、燃焼流体が同時電界及び磁界に曝される燃焼流体流路の領域である。より具体的には、処理帯は、磁界放射物体及び電界放射物体が互いに、また燃焼流体流路と重なり合う燃焼流体流路の領域により定められる。その点に関して、「デュアルフィールドマトリクス」とも呼ばれるデュアル・フィールド(電界と磁界を意味する)が処理帯内に存在する。処理帯内では、燃焼流体は、一般的に、流れているが、そのような流れは必要というわけではない。例えば、燃焼流体は、燃焼流体が処理帯内を流れていなくても処理帯内で処理されることができる。通常、処理帯は、同時電界及び磁界に曝されることにより燃焼系統の他の部分から区別される。さらに、燃焼帯では、一般に、燃焼流体の一部は、通常、何らかの解離度を持つ燃焼流体の電荷及びイオン化に関連する非熱プラズマに転換される。

0119

電界放射物体は、一般に、電界を放射する物質である。したがって、電界放射物体は、様々な形態を有し、電界を放射できるという共通の特徴を持つ広範な材料で製作できる。例えば、少なくともいくつかの実施例では、電界放射物体はエレクトレットを含む。エレクトレットは、単に押し出すだけで多くの物質を帯電させるので、様々な物質で構成できる。エレクトレットとして好適な物質例としては、必ずしも限定はしないが、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン、テレフタル酸ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアミド、ポリメチルシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリ塩化ビニリデン・フッ化物エポキシ樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリ−n−キシレン、及びポリフェニレンからなるグループから選択されたポリマーがある。いくつかの実施例では、エレクトレットは、アルカリ土類金属のチタン酸塩、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素/窒化ケイ素、PYREX(登録商標)ガラス、溶融石英、ホウケイ酸ガラス、及び磁器ガラスからなるグループから選択された無機物質を含む。少なくともいくつかの実施例では、電界放射物体は、誘電体バリア放電装置、コロナ放電装置、電子ビーム反応装置、及びコロナ・シャワー反応装置からなるグループから選択された物質を含むことができる。電界放射物体に好適な他の材料は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0120

磁界放射物体は、一般に、磁界を放射する物質である。したがって、磁界放射物体は、様々な形態を有し、磁界を放射できるという共通の特徴を持つ広範な材料で製作できる。例えば、磁界放射物体は、少なくともいくつかの実施例では、希土類成分、例えば、サマリウム・コバルト、又はネオジウム・鉄・ボロンからなるグループから選択された物質を含む永久磁石を含む。他の実施例では、永久磁石はフェライト又はアルニコ磁石を含む。いくつかの実施例では、磁界放射物体は電磁石を含む。磁界放射物体に好適な他の材料は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0121

電界放射物体及び磁界放射物体は、様々な形態のものが存在し、いくつかの実施例では、様々な形で互いに一体になっている。例えば、磁界放射物体及び電界放射物体は、流体流路に関して様々な形で配列されることができる。しかし、磁界放射物体及び電界放射物体の相対的位置に関係なく、磁界放射物体及び電界放射物体の位置を、例えば、平行な又は実質的に平行な磁界及び電界を処理帯にそれぞれ同時に放射するように決めることができる。つまり、磁界放射物体及び電界放射物体は、一般に、処理帯を同時及び平行磁界及び電界に曝すように互いに関して位置決めされ、構成される。後述の実施例では、特に図を参照して、磁界放射物体及び電界放射物体のそのような配列を提示する。もちろん、磁界に関する電界の相対的配向は、変化しうる。本明細書で提示されている磁界放射物体及び電界放射物体のそのような配列は磁界放射物体及び電界放射物体のすでに知られている他の順次的、逐次的、連続的などの構成と異なることは、本開示の利点から判断して当業者であれば理解するであろう。例えば、磁界放射物体及び電界放射物体のそのような順次構成では、流れている燃焼流体は、最初に、電界に曝され、その後、磁界に曝される。磁界放射物体及び電界放射物体の順次構成の他の実施例は、流れている燃焼流体が、最初に、磁界に曝され、その後、電界に曝される場合の実施例である。磁界放射物体及び電界放射物体の順次構成は、通常、処理帯に関して相互に逐次的に配列され、それによって磁界放射物体と電界放射物体との間に物理的重なり合いを生じない、磁界放射物体及び電界放射物体により特徴付けられる。そのような順次的構成は、本発明で開示されている燃焼工程及び装置の目的に関して望ましいもの、又は本明細書で他の何らかの形で開示されているものではない。むしろ、上述のように、本明細書で開示されている燃焼工程及び装置は、燃焼流体を磁界及び電界に同時に曝す。

0122

次に、図1a及び図1bを参照すると、例えば、内燃機関の燃焼室に入る燃料を処理するように構成された装置101が示されている。装置101は、燃料供給管又は処理帯110を持つことが示されている燃焼流体流路105を備え、電界放射物体115は円筒形状をし、処理帯110の外に配置され、磁界放射物体120は円筒形状をし、処理帯110と電界放射物体115との間に配置されている。処理帯110は、電界放射物体115及び磁界放射物体120が互いに、また燃焼流体流路105と重なり合う燃焼流体流路105の一部とみなされる。したがって、処理帯110は、磁界放射物体と少なくとも一部が重なる電界放射物体により特徴付けられる。

0123

それとは別に、磁界放射物体は、少なくともいくつかの実施例では、円筒形状とし、処理帯の外に配置することができ、電界放射物体は、処理帯と磁界放射物体との間に配置することができる。このような構成(図に示されていない)によれば、磁界放射物体は、電界放射物体と少なくとも一部は重なり合う。上述のように、磁界放射物体及び電界放射物体は、図、例えば、図1a及び図1bに示されている実施例に従ってそれぞれ円筒形状である。特に、これらの実施例による磁界放射物体及び電界放射物体は、それに対応して類似の円筒形状を有するが、直径が異なり、これによって、磁界放射物体は電界放射物体の内側にはまるか、又はその逆となる。その点に関して、電界放射物体及び電界放射物体は一体である。

0124

それとは別に、磁界放射物体及び電界放射物体はそれぞれ、少なくともいくつかの実施例では、部分円筒形状(又は半円筒形状)で、燃焼流体流路の外に配置され、磁界放射物体及び電界放射体は一緒になって1つの完全な円筒を形成している。本明細書で使用されているように、「半円筒形状」という語句は、円筒の半分である磁界放射物体及び電界放射物体に限られない。むしろ、「半円筒形状」という語句は、磁界放射物体及び電界放射物体が完全な1つの円筒でないことを示すために使用されるだけである。その点に関して、「半円筒形状」という語句は、「部分円筒形状」という語句と入れ替えて使用できる。いくつかの実施例では、磁界放射物体及び電界放射物体は、C字型ハーフ・パイプのような形状などであり、それによって、磁界放射物体及び電界放射物体は一緒になって全体として1つの完全な円筒を形成する。本開示の利点から判断して、当業者であれば、磁界放射物体及び電界放射物体は同一の又は鏡像の形状を持つ必要はない。むしろ、磁界放射物体は、電界放射物体と異なる寸法を持ちうる。このような部分円筒形状の磁界放射物体及び電界放射物体の好適な構成は、本開示の利点から判断して、当業者には明らかであろう。

0125

さらに、磁界及び電界を燃焼流体に同時に印加することは、少なくともいくつかの実施例では、磁界放射物体と電界放射物体の両方を処理帯内に配置することにより可能になる。それとは別に、磁界放射物体及び電界放射物体は、いくつかの実施例では、両方とも処理帯の外部に配置することができる。いくつかの実施例では、磁界放射物体は、処理帯の外部に配置することができ、電界放射物体は、処理帯内に配置することができ、またその逆に配置することもできる。

0126

次に、図2を参照すると、磁界放射物体は、多孔質の電界放射物体全体にわたって分散されていることが示されている。そのようなものとして、その多孔質体は複数の出口ポートを持つ。多孔質材料は、例えば、内燃機関(図には示されていない)のシリンダの燃焼室につながるインジェクタ201の一部を形成している。インジェクタは、内燃機関のシリンダの燃焼室につながるノズル部分205を含む。ノズル部分205から最も遠い位置にある領域に、多孔質材料210がある。それとは別に、ノズル部分自体を多孔質材料で形成できる。非多孔質ノズル部分205は、1つ又は複数の開口を持ちうる。ノズル部分205と多孔質材料210との間に、摩擦帯電セクション215があり、粒子が帯電させられる。多孔質材料は、通常、電界放射物体(例えば、エレクトレット)であり、磁界放射物体が多孔質電放射物体全体にわたって分散している。いくつかの実施例では、多孔質電界放射物体は、エレクトレット・マトリクス全体にわたって分散する磁気粒子を持つエレクトレットである。いくつかの実施例では、多孔質電界放射物体は、磁気粒子が全体に分散しているポリマー・エレクトレット・マトリクスである。一体構造の適切な多孔率は、1〜10ミクロン程度でよい。いくつかの実施例では、エレクトレットは、少なくとも1つの磁界放射物体が中に分散している薄膜コーティングである。薄膜コーティングは、いくつかの実施例では、繊維材料又はハニカム材料コーティングすることができ、それの中を燃焼流体が通り、同時電界及び磁界に曝されたとき処理される。いくつかの実施例では、薄膜コーティングは、所望のOEMエンジン・パーツ、例えば、シリンダ・ヘッド、EGR弁などをコーティングする。その点に関して、磁界放射物体及び多孔質電界放射物体は互いに一体となっている。磁界放射物体は、少なくともいくつかの実施例では、多孔質電界放射物体内に配置される単一磁界放射物体とすることができる。それとは別に、多孔質電界放射物体は、いくつかの実施例では、多孔質体全体にわたって分散されている複数の磁界放射物体を含むことができる。

0127

磁界放射物体と一体の電界放射物体を持つ多孔質体は様々な形状をとりうる。例えば、多孔質材料又は多孔質体は、少なくともいくつかの実施例では、燃焼流体流路内に延びる、又は突き出たワンドとすることができる。他の実施例では、多孔質材料は、燃焼流体流内に置かれた円板である。この実施例によれば、燃焼流体が多孔質材料内を流れるときに、燃焼流体は本明細書で説明されている原理に従って処理される。この実施例では、多孔質材料が存在する燃焼流体流路の領域は、処理帯としてみなされる。他の実施例では、中に配置されている多孔質電界放射物体及び磁界放射物体は、燃料フィルタのようなものである。さらに他の実施例では、中に配置されている多孔質電界放射物体及び磁界放射物体は、円錐状である。もちろん、磁界放射物体が全体にわたって分散されている多孔質電界放射物体の他の好適な形状は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解にできるであろう。

0128

次に、図3を参照すると、非熱プラズマ効果を使用して内燃機関内の燃料及び他の燃焼流体を処理するためのシステム301が示されている。上記の説明によるフュエル・インジェクタは、燃料を非熱プラズマとして内燃機関のインシリンダ310に供給する燃料処理帯305であると示されている。処理帯であるインシリンダ310は、シリンダの一部であるとみなされる。そのため、インシリンダ310及びシリンダ320は一体として1つのシリンダを形成する。点火プラグ315は、インシリンダ310内の燃料を点火する。いくつかの実施例では、点火プラグ315は、磁界放射物体及び同時磁界及び電界をそれぞれインシリンダ310に供給する電界放射物体を含む。その点に関して、点火プラグは、いくつかの実施例では、点火プラグに取り付けられた電界発生セグメントを含む。さらに、処理済みの空気は、非熱プラズマとして燃焼用酸素又は空気処理帯325から内燃機関のシリンダ320の燃焼室に供給され、燃料が燃焼される。空気処理帯325は、エア・フィルタを備えることができ、フィルタは繊維がコーティングされ、コーティングは磁界及び/又は電界放射特性を持つ。さらに代替えとして、エア・フィルタは、磁気粒子を満たされたエレクトレット・ポリマー繊維を持つことができる。EGR弁は、内燃機関のシリンダ320の燃焼室に入る前に処理済みの排気を非熱プラズマとしてEGR処理帯330から処理済み給気流に供給する。燃焼工程から出る排出物は、内燃機関のシリンダ320の燃焼室から排気される。図3によれば、排気は処理されて、排気処理帯335内で非熱プラズマを形成してから、触媒コンバータ340に渡される。効果的な構造は、ハニカム又は繊維充填処理帯を含む。したがって、排気は、EGR処理帯330と触媒コンバータ340との間で分割されるように見える。本開示の方法及び装置による燃料、空気、及び排気を処理する他の好適な構成は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0129

電界及び磁界放射物体、例えば、エレクトレット・ポリマー及び永久磁石材料の選択では、さらに1点考慮することが重要である。電界及び/又は磁界放射物体を含む材料は、ある温度安定性を持たなければならない。燃焼空気、燃料、及び/又は水の処理に関して、装置自体があまり高温にならないため温度要求条件は高くない。しかし、燃焼室又は排気流(EGRの目的に関して再循環される排気ガスを含む)内の空気/燃料混合気及び排気ガスの処理では、高温で安定している電界及び/又は磁界放射材料を必要とする。例えば、磁界放射物体がキュリー温度に近づくと、磁界は破壊する。したがって、温度条件を念頭に置いて適切な電界及び磁界放射材料を選択しなければならない。

0130

さらに他の選択では、様々なエンジン部品を電界及び磁界放射材料でコーティングすることができる。コーティングできる部品は、インテーク・マニホールド、エア・フィルタ、燃料管、フュエル・インジェクタ、キャブレター、及びEGR導管などの燃焼空気及び/又は燃料処理部品を含む。コーティングできる他の部品としては、シリンダ、シリンダ・ヘッド、バルブ、ピストン・ヘッド、排気マニホールド、ワンケル・エンジン表面(ロータとステータの両方)、ジェット・エンジンのコンプレッサ羽根ラムジェット/スクラムジェット・チューブ表面、及び排気後処理システムがある。このコーティングは、使用される材料及び発生する磁界の強度に応じて、極めて薄いもの(数ミクロンオーダー)から比較的厚いものまである。

0131

次に、図4を参照すると、非熱プラズマ効果を使用して外部燃焼器内の燃料を処理するためのインジェクタ・システム401が示されている。燃料405は、ノズル又はインジェクタに供給されるが、これは、燃料処理帯410として示されており、燃料は独立に発生する磁界及び電界に同時に曝すことにより処理される。いくつかの実施例では、インジェクタは、燃焼帯内に直接置かれる。処理済みの空気が、燃料処理帯410に沿って燃焼用酸素又は空気処理帯415から非熱プラズマとして供給される。非熱プラズマとして処理された燃料は、一般に、燃料処理帯410から燃焼帯(図に示されていない)に供給され、外部燃焼器内で燃焼が生じる。それとは別に、空気は、空気補助インジェクタを通じて処理され、燃料とともに空気が噴射される。本開示の方法及び装置により外部燃焼器内で燃料、燃焼用酸素などを処理する他の好適な構成は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0132

次に、図5を参照すると、火花点火エンジンのシリンダの燃焼室501が示されている。燃焼室は、磁界放射物体及び電界放射物体を含む、図2を参照した前記記載によるインジェクタ505を備えることが示されている。点火プラグ510は、磁界及び電界を放射するように示されている。このタイプの点火プラグでは、一般に、フュエル・インテーク・バルブが閉じた後、磁界及び電界をシリンダ内に放射することができる。いくつかの実施例では、点火プラグ及びインジェクタは、磁界放射物体及び電界放射物体を備える単一のコンビネーション・ユニットである。当業者であれば、排気は燃焼室から通されるだけでなく、燃焼室内にも入ることが示されている。本開示の燃焼工程及び装置によれば、排気は、EGR弁を介して再循環することが図5の実施例に示されている。排気ガスを再循環させる他の好適な構成は、本開示の利点から判断して、当業者には容易に理解されるであろう。

0133

理論の制約を受けることなく、本開示の方法及び装置のいくつかの実施例の性質並びに工程の一般的説明を以下に示す。

0134

いくつかの実施例では、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成をインジェクタ本体の流体供給セクションの直前又はその中に置くことにより燃料を処理して燃焼を増強している。改善された燃料供給ノズルは、例えば、燃料の燃焼を増強するために使用することができる。ノズルは、少なくともいくつかの実施例では、電界構成要素及び磁界構成要素を含む。

0135

いくつかの実施例では、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成を空気流導管内に置くことにより空気を処理して燃焼を増強する。

0136

いくつかの実施例では、インシリンダの燃焼混合気は、電界及び磁界構成要素を持つ構成を燃焼室内に置くことにより、非熱プラズマとして処理され、燃焼を増強する。

0137

いくつかの実施例では、排気は、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成を触媒コンバータの前にある排気流内に置くことにより処理される。他の可能な構成として、電界及び磁界構成要素を触媒コンバータ内に直接組み込む方法がある。

0138

最後に、いくつかの実施例の排気は、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成を排出ガス再循環(EGR)導管又は弁内に置くことにより処理される。

0139

いくつかの実施例では、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成をインジェクタ本体の流体供給セクションの直前又はその中に置くことにより燃料を処理して燃焼を増強する。この構成は、少なくともいくつかの実施例では、電界及び磁界構成要素の2つの半円セグメントを含む単一円筒、電界及び磁界構成要素が交互に並ぶ同心円筒、又は外側と内側があり、外側が電界構成要素であり、内側が磁界構成要素である単一円筒とすることができる。

0140

いくつかの実施例では、エレクトレットは、永久的電界を持ち、永久磁石に類似する。流体流の燃焼前処理では、ファンデルワールス力の効果を低減することにより分子凝集を減らし、電荷密度及び電流密度を高め、流体密度を低くすると考えられる。流体密度は、密度が少し変化しても粒子加速度の大きな変化を生じさせる磁気流体力学の重要なパラメータである。これらの状態により、燃料内に等価温度上昇が生じる。それにより、燃料流内の励起の様々な程度でイオン、電子電荷中性分子、及び他の種を生成して非熱プラズマ処理が行われる。

0141

いくつかの実施例では、燃料は燃焼の前に可能な最大の磁界及び電界に曝され、その分子構造を変える。高い電界及び/又は磁界強度処理は、いくつかの実施例では、燃料の薄い膜を磁界及び電界に曝すことにより得られる。電界及び磁界構成要素は、少なくともいくつかの実施例では、燃料管内に配置された溝付き壁を形成し、それによって、燃料の薄い流れる膜が強制的に流される小さな円環状空間を形成する。

0142

非常に薄い燃料路を得る他の方法としては、磁界及び電界発生材料から燃料フィルタに似た要素を加工する方法がある。燃料フィルタは、1〜20ミクロン範囲の固形物質を除去することができる。その結果、燃料路は、さらに、同じ寸法範囲の流れる燃料厚さが適用されることになる。類似の多孔質フィルタ構成は、高強度希土類磁石、高電界強度エレクトレット、焼結粒子又はポリマー結合構造のいずれかなどの磁石及びエレクトレット材料で製作できる。この構成では、最大電界及び/又は磁界強度まで薄い液体膜のほとんどの終点処理を行う可能性がある。

0143

いくつかの実施例では、インジェクタ燃料供給ノズルは、燃料の燃焼を促進するために使用することができる。ノズルは、電界構成要素及び磁界構成要素を含む。いくつかの実施例では、電界及び磁界構成要素は、ノズルの内側に含まれる。他の実施例では、インジェクタのノズル・セクション又はノズル部分は磁性材料を含む。磁界は、噴射される燃料流に印加され、CIエンジンの場合のように燃焼室内に及ぶ。したがって、ノズルは、磁界の発生源である。ノズルは、さらに、ノズルの磁性部分に隣接する、又はその中に挿入される電界材料で作られたノズル放出セクションにより与えられるような電界構成要素も含む。この構成では、電界及び磁界は両方とも、CIエンジン内での燃焼直前及び燃焼中に燃料及び空気混合気に供給される。さらに他の実施例では、電界及び磁界構成要素は、ノズルの外側に挿入されることも可能である。既存のSIエンジンでは、電界及び磁界はインテーク・バルブが閉じるまで燃焼室内に投射する。さらに、この電界及び磁界構成要素は、点火プラグの電極部分を囲む電界放射エレクトレット及び磁性材料を持つ点火プラグによりシリンダ以内に保持することも可能である。

0144

電界及び磁界放射装置を備えるノズル・セクションは、さらに、燃料液滴形成にも影響を及ぼす。燃料は、ノズルの電界/磁界表面と接触し、シリンダ内に噴射されるときに摩擦帯電の現象により帯電する。誘電性の燃料上の電荷は、さらに、ノズルのすぐ末端にあるシリンダ内に存在するノズル電界及び磁界により高められる。この現象は、押し出しノズルから出て分極電界又は磁界に入るようにしてポリマー押し出しからエレクトレット材料を製造することに類似している。また、これは静電気燃料霧化器として説明することもできる。したがって、非常に小さな寸法の帯電粒子を生成する効果をもたらすことが望ましい。帯電粒子は、表面張力を減らし、帯電粒子をさらに小さな実体に分解するクーロン及びレイリー不安定性効果によりさらに小さな粒子に崩壊する。その結果が、帯電した燃料液滴の細かく均質な分散であり、これは、同符号の電荷のため再凝集する可能性がなく、燃焼シリンダ全体に一様に広がる。電界及び磁界は、同符号帯電燃料粒子を分散させるローレンツ力を発生し、それによって、均質な燃料混合を発生する。さらに、同じローレンツ力を帯電空気分子に印加し、燃料及び酸化剤の完全な混合、つまり、均質な混合を得ることができる。反応燃料液滴は、小さいほど容易に気化し、燃焼工程を開始するために必要な前駆体として利用することができる。静電気燃料霧化器は、最大の自己分散特性で超微細(例えば、10ミクロン未満)液滴の分配を行うことが文献に示されている。

0145

いくつかの実施例では、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成を空気流導管内に置くことにより空気を処理して燃焼を増強する。この構成の一実施例は、ハニカム形状又は繊維又は紙のエア・フィルタである。

0146

本明細書で説明されている電界及び磁界構成要素は、少なくともいくつかの実施例では、内部燃焼システム又は外部燃焼システム、例えば、CI又はSI内燃機関或いは外部燃焼装置のいずれかの入ってくる空気流の導管に組み込むことができる。空気流は、いくつかの実施例では、電界及び磁界に曝され、非熱プラズマ処理を受ける。これらの電界は、空気流及びその水成分に作用して、イオン及び遊離基を生成し、空気粒子の電荷密度及び電流密度の両方を高める可能性がある。この状態の結果、空気流の酸化状態が高められ、上記のような燃料ノズル処理と組み合わせた時、従順燃焼状態が発生すると考えられる。また、空気流を処理して、帯電燃料粒子の極性と反対の極性を持つ帯電空気粒子を生成してさらに燃焼を増強することが望ましい。

0147

電界及び磁界構成要素を空気流に加えると、入ってくる空気流内の水分子に著しい影響が生じる。ヒドロキシル・ラジカルが形成され、燃焼工程内に導き入れられると、触媒反応分類することもできる化学連鎖反応に入る。反応を開始し、維持するために比較的少量のH2Oが必要であるように見える。上で開示されている磁界及び電界構成要素を使用することにより、供給流中にすでにある水分の量は、連鎖化学反応を維持するのに十分であると考えられる。しかし、別の噴射システムによりさらに水を加えて空気を飽和水分状態、又はそれを超える状態にすることが望ましいと思われる。

0148

いくつかの実施例では、インシリンダの燃焼混合気は、電界及び磁界構成要素を持つ構成を燃焼室内に置くことにより、処理される。電界及び磁界は、例えば、前記のノズル又は点火プラグにより、燃焼工程の前、及び燃焼工程で、燃焼帯内に保持される。連続する燃焼関連事象が発生する。

0149

いくつかの実施例では、第1段は、燃料分子及び粒子の継続する非熱プラズマ処理の段である。マクスウェル方程式により説明されるような粒子の加速の効果は、効果を高める等価温度を発生する。この効果の結果、燃料液滴が早い段階で蒸発し、さらに、供給空気及び水蒸気のイオン化が生じる。

0150

第2段は、蒸発した燃料分子に対する効果であり、さらに、電界及び/又は磁界の非熱プラズマ現象が作用する。その結果、分子解離は、早い段階で、大量燃焼混合気温度上昇による温度よりも低い温度で生じる。CIエンジンでは、自然発火は、一般に、低い温度で発生する。中間化学反応は、長い連鎖分子の解離が容易に発生し、そのため二分子化学種の燃焼が早い段階で生じるので最小限に抑えられる。重要なのは、反応速度が著しく高められるということである。最終的な結果として、燃焼中に低い最高温度に達し、NOx形成が低減されるか、又は排除される。

0151

最終段は、燃焼が発生し始めたときに実行される。燃料/空気混合気は、急速に加熱され、高温熱プラズマになる。シリンダ内の電界及び/又は磁界は、マクスウェル方程式によりこのプラズマに対し同じ効果を持ち、それに応じて処理され、さらに、燃焼が増強されほぼ理想的な燃焼に導かれる。

0152

処理される第1の排気流は、現代的なCI及びSIエンジン内の燃焼シリンダに戻されるEGR流である。いくつかの実施例では、排気は、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成をEGR導管又は弁内に置くことにより処理される。

0153

他の実施例では、排気は、電界構成要素及び磁界構成要素を持つ構成を触媒コンバータの前にある排気流内に置くことにより処理される。この構成は、少なくともいくつかの実施例では、排気管内に置かれた半円形電界及び磁界構成要素の管束である。磁性材料は、排気ガス温度を超えるキュリー温度を持ち、エレクトレット材料は、電荷特性を排気ガス温度以上に保持するポリマー又は無機材料である。排気流の増強は、ヒドロキシル・イオン及び他の遊離基酸化剤を作り、未燃炭化水素に電荷密集状態及び電流密集状態を作り、直後の下流にある触媒コンバータの前、及びその中で燃焼させることにより生じる。

0154

他の構成では、電界及び磁界構成要素を触媒コンバータ内に直接組み込む。電界及び磁界の存在する中での燃焼は、少なくともいくつかの実施例では、一般に、コンバータ内の触媒の酸化/還元反応と同時に発生する。

0155

コンバータの前又はコンバータ内に電界及び磁界を組み込むと、一般に、触媒上で要求される負荷の低減が生じ、より単純で、安価な触媒装填を必要とする。他の結果は、コンバータ上での圧力低下が低減されることによるエンジン効率の向上である。

0156

電界及び磁界構成要素を使用することにより、排気流中にすでに存在する水分の量は、エンジン・システムの触媒コンバータの前及び触媒コンバータ内で連鎖化学反応を維持するのに十分であろう。ヒドロキシル・ラジカルは、触媒反応として分類することもできる化学連鎖反応に入り、反応を開始し維持するために比較的少量のH2Oを必要とする。

0157

場合によっては、少なくともいくつかの実施例では、水を排気流に添加して触媒コンバータの動作を補助することが望ましい。必要ならば、当業で現在知られている構成要素を使用してさらに水を加えることができる。

0158

本開示の燃焼工程及び装置は、従来の内燃に限定されない。様々な開発段階にある開発中の多数の新しいエンジンデザインがある。いくつかのガソリン直噴(GDI)エンジンには、点火プラグ、シリンダの汚れ、及びマルチポート・エンジンよりも高いレベルの汚染物質を発生する問題がある。本開示の方法及び装置を組み込むことで、少なくともいくつかの実施例では、GDIエンジンの欠点の一部又は全部を是正することができる。さらに、少なくともいくつかの実施例では、本開示の方法及び装置を使用することで、燃焼帯での可燃混合気均質性が改善され、例えば、内燃機関の燃焼シリンダ内の空気/燃料混合気の均質性を改善できる。いくつかの実施例では、すべてのエンジン負荷での均一な燃料混合気により、制御された自動点火エンジン及び予混合圧縮着火エンジンが実現可能である。最後に、本発明の燃焼工程及び装置は、2サイクル・エンジンに容易に応用できる。

0159

ジェット・エンジンは、一次エンジン・フィードとして、また軍用機アフタバーナー・セクションとして本開示の装置によるノズルを使用することができる。コンプレッサ・セクション内の空気は、上で説明したのと同じ方法で、例えば、エア・スーパーチャージャ、ターボチャージャなどで処理されることができる。空気と燃料は両方とも、燃焼前に非熱プラズマになり、ジェット・エンジン又はガス・タービン・アプリケーションでの燃焼時には熱プラズマになるように分子レベルで増強することができる。排気系統をさらに処理し、このエンジン・タイプが敏感である過剰な背圧レベルを示さないで、汚染物質を低減することもできる。

0160

オイル及びガスの住宅用並びに商用バーナーも、高い燃焼効率が得られ、汚染物質が低減するように処理されうる。

0161

本開示の燃焼工程及び装置は、さらに、発熱及び発電のすべての分野における石炭を燃料とするバーナーに応用することができる。焼却炉、特に、有毒化合物を処理する焼却炉も、本開示の燃焼工程及び装置の少なくともいくつかの実施例を利用することができる。

0162

これらの静止した燃焼用途での排気流の処理も、本開示の方法及び装置の少なくともいくつかの実施例を応用することにより達成できる。

0163

本発明は、少なくともいくつかの実施例では、既存の内燃機関に合わせて都合よく、経済的に改造することができ、潜在的に直接的燃料節約及び馬力向上を実現し、排気汚染物質を低減することができる。ディーゼル・エンジンについては、本開示の装置によるフュエル・インジェクタでこれらの目標を達成することが可能であろう。本開示の方法及び装置の少なくともいくつかの実施例に関連する電界及び/又は磁界を示す繊維からなるエア・フィルタ類似装置も、少なくともいくつかの実施例では、インジェクタ変更に関連してエア・インテーク・ダクト・システムに容易に加えることができる。これは、EGRダクトに追加することも可能である。取り替え費用は、それらの修正に見合う燃料節約から回収される。市内走行のディーゼル・トラックの場合、インジェクタ及び給気修正とともに、本発明の原理を使用する排気系統内の汚染物質低減セクションを追加することにより、上述の利点のすべてではないとしてもその一部は達成される。改訂は、妥当コストで実施可能であろう。

0164

CIエンジンのように、インテーク・マニホールド内に配置されているインジェクタを本発明の装置によるインジェクタで置き換えると、少なくともいくつかの実施例では、エンジン性能に著しい改善が見られる。さらに、既存のSIエンジンの点火プラグを本開示の方法及び装置による点火プラグで置き換えると、磁界及び電界はCIエンジン構成のようにシリンダ内に延びる。本開示の原理に関連する設計並びに電界及び/又は磁界を示すエア・フィルタ装置を吸気の調整のため吸気ダクトに追加し、さらにEGRダクトに追加することも可能である。

0165

ガス・タービン、ジェット・エンジン、スクラムジェット及びラムジェットなどのパルスジェット・エンジン、オイル、ガス、石炭を燃料とするバーナー、並びに焼却炉バーナー外部燃焼装置などの他の燃焼器は、本開示の方法及び装置の少なくともいくつかの実施例の概念及び設計を含むように適応されることができる。これらの適応は、本開示の利点から判断して当業者であれば、類似の燃焼増強及び汚染物質低減という結果を得るために実施できる。

0166

発明の理論
本開示の方法及び装置のいくつかの目的は、少なくともいくつかの実施例では、磁気流体力学の方程式を燃焼及び排気工程に適用することにより達成することができる。本明細書で説明されている方法及び装置は、外部の電界及び磁界を印加し、電界及び/又は磁界内の粒子を加速し、その結果粒子のセル内での加速を生じさせることによりこの方程式の各項を処理すると考えられる。ランダムな平均速度のこのように上昇は、本質的には、温度と呼ばれる特性である。

0167

電界及び磁界内での液体又は気体の流体中の粒子の運動並びにそれら電界及び磁界内の電荷及び電界及び磁界との関係の方程式は、マクスウェル方程式により以下のように表される。

0168

ここで、




は、加速度(粒子のセル内の平均速度の時間当たりの変化率)である。
Pは圧力(T及びμに依存する)である。
μは密度である。
ρは電荷密度である。
jは電流密度である。
Eは電界である。
Bは磁界である。

0169

この方程式内のデルタ圧力の項は、外燃機関に固有であり、ノズルを通じて燃料を燃焼帯に供給する他の燃焼器でも固有である。燃焼の圧力は、絶対温度(T)及び流体の密度によって異なる。電荷密集状態が発生し、外部電界がそれに作用する。電流密集状態が発生し、磁界ベクトルがそれに作用する。これらの電界及び磁界を著しく高めることにより、加速度を大きくすることができ、その結果、衝突力が大きくなり、構成要素粒子セルの温度が上昇する。その結果、燃料、空気、又はそれらの混合気の反応状態が高くなり、燃焼又は類似の工程が増強されると考えられる。

0170

本開示の方法及び装置は、少なくともいくつかの実施例では、マクスウェル方程式に従って、燃料及び酸化剤流、燃料/空気流又はシリンダ燃料/空気混合気、並びに排気流を処理する実用的で経済的な磁界及び電界装置を実現することができる。

0171

前記の説明から、本開示の方法及び装置により形成された装置は、多数の新規性のある特徴を組み込み、現在得られる利点を超える著しい利点を備えることがわかる。いくつかの実施例が例示され説明されたが、本発明の範囲を超えることなく様々な変更を加えることができる。

0172

本開示の方法及び装置のいくつかの実施例の多数の特性及び利点については、その実施例の構造及び機能の詳細とともに前記の説明の中で述べられており、その新規性のある特徴は、付属の請求項で指摘されている。ただし、開示は例示のみを目的としている。例えば、本開示の燃焼工程及び装置の少なくともいくつかの実施例は、本明細書で言及されていないいくつかの種類の燃焼での使用に応用することができるが、そのような種類の燃焼に応用することは本開示の範囲内にある。さらに、本開示の方法及び装置は、内燃機関及び外部燃焼装置に必ずしも制限されない。特に機能、意図された用途、形状、サイズ、及び部品配置の問題に関して他の変更を細部にわたって実行することができ、それらの変更は、付属の請求項が表現される用語の広い一般的な意味により示される範囲内にあるかぎり、本開示の原理の範囲内にある。

図面の簡単な説明

0173

電界放射物体及び磁界放射物体が燃焼流体流路を囲む同心円状のシェル又はシリンダとして示されている本明細書で開示されている燃焼工程及び装置による装置実施例の概略斜視図である。
本明細書で開示されている燃焼工程及び装置による図1aに示されている装置実施例の断面図である。
装置がフュエル・インジェクタとして構成されている、本明細書で開示されている燃焼工程及び装置による装置実施例の概略斜視図である。
内燃機関における非熱プラズマ処理に関係する本明細書で開示されている原理による燃焼工程実施例のブロック図である。
外燃式バーナーにおける非熱プラズマ処理に関係する本明細書で開示されている原理による燃焼工程実施例のブロック図である。
火花点火エンジンに適用されるような本明細書で開示されている原理による燃焼工程実施例の概略図である。

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