最新クリーンディーゼル技術

 

 

【クリーンディーデルのバーゲンパワー】

コスモテックが、軽油にマイクロバブル（微細気泡）を混合し、ディーゼルエンジンの燃
費効率を向上する「バブル混合燃料製造装置」の実験機を完成。気泡径分離器を搭載し、
エンジンに供給するマイクロバブルの直径を一定以下に抑えられるようにした。船舶など
のディーゼル機関向けに実用化を目指すと発表。同装置は燃料タンクとエンジン間に設置
し、燃料タンクから送られる軽油と圧力を加えたエアを混合する。軽油を気泡径分離器で
かき混ぜて上部に集まった直径の大きい気泡を戻り配管で燃料タンクに戻す。マイクロバ
ブルのみを含んだ軽油をエンジンに供給し、燃焼の不具合を防ぐ。マイクロバブルを含ん
だ軽油は燃焼に必要な酸素を含んでいるため、燃焼室で一気に膨張する。自社実験では出
力２キロワットのディーゼル発電機を２時間稼働。市川社長は「装置を使用していない場
合に比べて燃費が約４０％向上し、黒煙の排出も減った」と話す。その効果を列記すると
次のようになるという。

ところで、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きた。例えば、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
しエンジン駆動させ、出力の増加、エンジンの低燃費化やエンジンから排出される有害物
質の低減化を達成さ提案なされていが（特開2008-169250）、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。このバラツキは、（１）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、（２）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と考えられている。

特開2013-234654

【符号の説明】

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　ＨＧ ＨＨＯガス発生装置　ＤＥ 内
燃機関及び燃焼装置

これらの問題解決するため、この気液混合燃料製造装置は、（１）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圧力に加圧する液体ポンプ
と、（２）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、（３）加圧された
液体燃料中に圧縮し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と、
（４）気液混合燃料の所定以上の圧力を開放するために燃料タンクの内部に設置された圧
力開放器と（５）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気液混合
器に設けてなる構造を有する（上図参照）。

一方、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、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もつ。また、気体として、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、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。

●気液混合器３

気液混合器３としては、例えば、図上に示すような、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
と微細流体混合室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。

 

● エンジンの噴射ノズル

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、この点を上図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。上図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し、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、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、エジェクター式の気液混合器３によ
り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。

●ＨＨＯガス発生装置ＨＧ

上図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のみを示す）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、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。
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。


●参考　スタティックミキサー

 JP 2013-34953 A

気液混合器には上図のスティックスミキサーなどをも利用可能。

以上、気液混合燃料（バブル混合燃料）式高性能クリーンディーゼル技術を俯瞰した。我
が国の産業用大型トラックや大型公共移動用自動車のクリーンディーゼル化政策は積極的
に推進されてこなかった（行政のサボタージュー）が、お隣中国では、PM2.5濃度は日本の
規制基準の２０倍超という極めて由々しき状態にあり問題、あるいは事件となっている。
因みに、PM2.5などの異物が体内に入ったり、触れたりすると、体内はそれを排除しようと
して、せき、涙、鼻水、くしゃみ、目の充血、肌のかゆみなどの反応を起こしす。花粉の
場合はこれらの症状はすぐに現れるが、黄砂などの場合は、反応が２〜４日後に起きること
があるという。微粒子がのど・鼻・気管・肺などの呼吸器に沈着すると、呼吸器系・循環
器系疾患の原因となり、肺機能が低下したり肺の毛細血管を刺激して呼吸困難や肺気腫な
どを起こし、肺がんのリスクを高め、命を落とす可能性も出ている。また、PM2.5が体内の
奥深くに侵入すると、免疫機能に影響を及ぼし、もともと持っている花粉症やぜんそくな
どのアレルギーをさらに悪化させる恐れもあります。通常よりアレルギー症状がひどいと
感じる場合は、PM2.5が原因となっている可能性が指摘されている。

  大気汚染に苦悩する中国

PM2.5の影響は呼吸器系以外にも及ぶ可能性があ、2004年から2007年にかけて英国で行われ
た、心筋梗塞で入院した患者15万人強を対象とした調査では、PM2.5に汚染された環境で生
活している心筋梗塞患者は、その他の地域で暮らしている心筋梗塞患者に比べ死亡するリスク
が高くなることが指摘されている。さらに、PM2.5のような細かい粒子が血液中に取り込ま
れると、脳梗塞の発症リスクも高まり、この他にも、米国にある小児病院の研究チームが
PM2.5が成人の２型糖尿病にも影響を及ぼすという研究結果を公表している。また、マウス
をつかった実験では、PM2.5濃度の高い環境に長時間いたマウスの場合、血中の炎症マーカ
ーが上昇することも明らかになっている。

 

この発明が契機になり、排気ガスによる二酸化炭素排出量が２分の１削減、またあわせて
粒子物質排出量が大幅に削減できれることのメリットは計り知れない。これを放置する理
由はどこにもないだろう。

【今朝の一汁一菜実践記】

けさは、ご飯（コシヒカリ）と味付けのりに厚揚げ豆腐の味噌汁とシラスじゃこと大根お
ろし、固ゆで卵。ところで、我が家では香の物に白ごまの摺り落しをかけ供されが、ごま
の風味と脂質が絶妙にマッチし、塩気が和らぎ（和え物に変化）、その理由を聞くと、パ
ート先で教えてい頂いたというので、それは素敵な体験だねと讃辞を添えた。