JP2014503052A - 燃料混合物を気化させる装置、システム、および方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 燃料を気化させる装置、システム、および方法である。燃料を気化させる方法は、燃料気化器３００を提供する工程を含む。燃料気化器３００は、液体を受け入れるチャンバー３０６を含み、前記チャンバーは、少なくとも１つの注入口３１０と、少なくとも１つの排出口３１６を有する。また、前記燃料気化器は、チャンバー３０６と連結された駆動モジュール３０２と、前記チャンバーの中に配置され、前記駆動モジュール３０２によって駆動されるように構成された発振器３０４とを含むものである。この方法は、前記少なくとも１つの注入口のうちの１つの注入口３１０を通じて、チャンバー３０６内に水を送る工程を含む。上記方法は、駆動モジュール３０２を用いて予め設定された周波数で発振器３０４を駆動する工程であって、ミストが前記液体から生成される工程を含む。また、上記方法は、チャンバー３０６から、前記少なくとも１つの排出口３１６のうちの１つの排出口を介して、内燃機関の吸込口の中にミストを導入する工程を含む。
【選択図】 図３

Description

本出願は、Ｗａｌｔ Ｊｅｎｋｉｎｓのために２０１１年１月２４日付で出願された 「Ｈ２Ｇ１２７装置」と題する米国仮特許出願第６１／４３５，６１３号、およびＷａｌｔ Ｊｅｎｋｉｎｓのために２０１１年１月２４日付で出願された「点火プラグ設計」と題する米国仮特許出願第６１／４３５，６１８号に対して優先権を主張するものであり、この参照により、同出願を本明細書に組み込むものとする。

本発明は、液体の気化に関し、特に内燃機関へ投入するための液体の気化に関する。

燃焼は、燃料と酸化剤に関連する化学的プロセスであって、化学種が転換して熱の生成をもたらすものである。一般的に、内燃機関は、シリンダー内で燃料と酸化剤を化学量論比で十分に混合し、点火プラグで反応物に点火して燃焼プロセスを開始させるものである。燃焼反応の発熱性は、シリンダー内の温度と圧力を増加させ、ピストンを外方向に押すことによってシリンダー内の容積を拡張させ、それにより、クランクシャフトを駆動する力を発生させて所望の結果（車両の加速、芝刈り機の推進など）を生み出す。内燃機関によって生じる力の量は、燃焼反応の完全性、および燃料と酸化剤の特性に直接的に比例する。

燃焼反応は、多くの異なる変動要因に依存するが、効率的な内燃反応における最も重要な要素の一つは、反応物や燃料分子、酸化剤分子の性能であって、それらを互いに反応させることである。従って、効率的な内燃反応では、酸化剤を通じて十分均等に拡散された燃料分子を供給することが重要であり、それによって、反応物間で十分な相互作用が可能となり、燃焼反応が促進される。しかしながら、内燃機関で使用されるほとんどの燃料は、ガソリン、ディーゼル、バイオ燃料などの液体であり、燃焼は気体状態で生じることから、酸化剤分子間で燃料分子を十分均等に拡散させることは困難であると言える。液体状態でも蒸気圧のために、ほとんどの液体燃料は、液体表面で蒸発した少なくとも最小濃度の気体燃料分子を有し、それによって燃焼を起こすことができる。しかしながら、気体燃料分子のこの限定的な濃度は、内燃反応の初期速度を顕著に制限するものである。

従来型のシステムや方法では、蒸気圧を増加させるために液体燃料の温度を増加させ、気体状態の燃料分子の量を増加させることによって、この問題を改善する試みがなされている。また、従来型のシステムや方法では、蒸発を促進するために液体燃料をしぶき状にして微細なミスト粒子にする技術がある。このようなシステムは、内燃機関に利用できる気体分子の濃度を増加させる点において良好であるが、気体状態の反応分子の量にかかわらず、燃焼プロセスの反応速度が、燃焼の前に均等に混合される反応分子の性能に大きく依存するという問題は依然として残る。

以上の説明より、反応分子を均等に混合する装置、システム、および方法に対する要求が存在することは明らかである。このような装置、システム、および方法において、小さな粒子サイズのミストを生成することは有益である。

本発明は、現在の技術水準に対応して開発され、特に、本技術分野で現在利用可能な燃料気化器により未だ完全に解決されていない問題、および要求に対応するために開発されたものである。従って、本発明は、当該技術分野において多くの、または、すべての上述した欠点を克服するための装置、システム、および方法を提供するために開発されたものである。

燃料を気化させる方法は、燃料気化器を提供する工程を含む。前記燃料気化器は、液体を受け入れるチャンバーと、少なくとも一つの注入口と少なくとも一つ排出口とを有するチャンバーとを含む。また、前記燃料気化器は、前記チャンバーに連結された駆動モジュールと、前記チャンバー内に配置され、前記駆動モジュールによって駆動されるように構成された発振器とを含むものである。前記方法は、前記少なくとも一つの注入口のうちの１つの注入口を通じて、前記チャンバー内に水を送る工程を含む。上記方法は、駆動モジュールを用いて予め設定された周波数で発振器を駆動する工程であって、前記液体からミストが生成される工程を含む。また、上記方法は、前記チャンバーから、前記少なくとも一つの排出口のうちの１つの排出口を介して、内燃機関の吸込口の中に前記ミストを導入する工程を含む。

燃料を気化させる装置、およびシステムは、上記方法の必要な工程を機能的に実行するように構成されている。本明細書で開示される実施形態の装置、およびシステムは、前記説明した方法に関して、上述の機能を実行するために必要なモジュール、および特徴を実質的に含む。

本明細書全体に亘る特徴、利点、または同様の用語への言及は、本発明により実現される特徴、および利点の全てが本発明のいずれかの単一の実施形態のみに存在するまたは存在すべきであることを暗示しているものではない。むしろ、特徴、および利点を言及する用語は、ある実施形態に関連して説明されるある特定の特徴、利点、または特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体に亘る特徴、利点、および同様の用語への言及は、必ずしも同一の実施形態を言及しているだけではない。

さらに、本発明で説明される特徴、利点、または特性は、１若しくはそれ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせられるものである。当業者であれば、ある特定の実施形態の１若しくはそれ以上の特定の特徴または利点がなくても、本発明を実施できることを理解するであろう。他の場合では、追加の特徴、および利点が、本発明の実施形態の全てに示されていない場合でも、特定の実施形態において認識されるであろう。

本発明のこれらの特徴、および利点は、以下の説明、および添付の特許請求の範囲よりさらに自明となるものであり、または以下に説明されるとおりの本発明を実施することによって理解されるであろう。

本発明の利点をさらに明らかにするために、上述の本発明を、添付の図面に示される本発明の具体的な実施形態を参照することによって、さらに詳しく説明する。これらの図面が、本発明の典型的な実施形態だけを示しており、したがって、これらの図面を、本発明の技術的範囲を限定するものと解釈してはならないことを、理解すべきである。本発明を、添付の図面を使用してさらに具体的かつ詳細に描写、および説明する。
図１は、本発明に従った燃料気化器の断面図を示すブロック図である。 図２は、本発明に従ったハイブリッド燃料システムの断面図を示すブロック図である。 図３は、本発明に従った水をミクロン粒子サイズのミストに微粒子化するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。 図４は、本発明に従った水を加水分解するための装置４００の一実施形態を示す模式的なブロック図である。 図５は、本発明に従った点火プラグの一実施形態を示す模式的なブロック図である。 図６は、本発明に従ったハイブリッド燃焼システムの別の実施形態の断面図を示すブロック図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、本発明に従ったハイブリッド燃料システムにおいて使用されるノズルの典型的な実施形態を図示する。 図８は、本発明に従った２つのノズルを利用するハイブリッド燃料システムの一実施形態を図示する。 図９は、本発明に従った水／触媒混合物を燃焼させるプロセスの一実施形態を図示する。 図１０は、本発明に従った水／触媒混合物を燃焼させるプロセスの別の実施形態を図示する。

本明細書全体に亘る「一実施形態」、「ある実施形態」、または同様の用語への言及は、前記実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体に亘る「一実施形態」、「ある実施形態」、および同様の用語の表現すべてが必ずしも同一の実施形態を言及しているとは限らない。

さらに、本発明で説明される特徴、構造または特性は、１若しくはそれ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わされるものである。以下の説明では、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザー選択項目、ネットワークトランザクション、データベースクエリ、データーベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップなどの例のような複数の具体的な詳細を提供し、本発明の実施形態を詳しく理解できるようにしている。しかしながら、当業者なら、本発明を１若しくはそれ以上の具体的な詳細なしに、または、その他の方法、部品、材料などを用いて実施できることを認識できるであろう。他の場合では、本発明の様態をわかりにくくする事態を避けるため、公知の構成、材料または動作について、詳細を図示または説明しない。

本明細書で使用される用語「触媒（ａｃｃｅｌｅｒａｎｔ）」、「燃料」は、任意の可燃性の材料を示すためほとんど同じ意味で使用される。典型的な触媒または燃料としては、アルコール、ディーゼル燃料、ガソリン、オイル、ケロシン、ジェット燃料、ＡＶ気体等が挙げられる。典型的な触媒としては、点火可能な有機的原料、または無機的原料からの任意の液体が挙げられる。いくつかの実施形態において、燃料／触媒は気体を含む。典型的な気体状の燃料／触媒としては、水素、酸素、ブタン、プロパン、メタン、および点火可能なその他の任意の気体が挙げられる。

図１は、燃料気化器１００の断面図を示すブロック図である。一実施形態において、燃料気化器（以下、気化器）１００は、気体チャンバー１０４と、液体チャンバー１０６とを有する長尺容器からなる。気体チャンバー１０４と液体チャンバー１０６は、互いに流体連通している。即ち、流体は、液体チャンバー１０６から気体チャンバー１０４へ移動することができる。

また、気化器１００は、複数の流体注入口と流体排出口を含む。ここで使用される用語「流体」とは、力が与えられている環境下で変形し、または流れて容器の形に従って動く物質を示す。ここで使用される用語「流体」は、更に、液体状態の物質、または気体状態の物質を示す。従って、以下に説明する注入口は、気化器１００内への気体、液体、またはそれらの組み合わせの導入に利用される。一実施形態において、気化器１００は、気化器１００の底部付近へ伸びるチューブ１１０と連結された空気注入口１０８を含む。図１に示される空気注入口１０８は、気化器１００の上部付近に位置しているが、気化器１００の中に効率的に周囲の空気を導入することができるかぎり、空気注入口１０８を異なる部位に配置してもよい。チューブ１１０の開口１１２が液体燃料１１４に浸るように、チューブ１１０の開口１１２を配置する。気化器１００において、使用可能な液体燃料１１４の例としては、これらに限られるものではないが、ガソリン、ディーゼル、バイオ燃料、ケロセン等が挙げられる。

また、気化器１００は、燃料１１４を、気化器１００の液体チャンバー１０６内に送るための燃料注入口１１５を含む。燃料注入口１１５は、気化器１００を燃料源（図示せず）、たとえば燃料タンクと連結する。一実施形態では、気化器１００は、気化器１００において燃料１１４の量を検出する流体スイッチ１１６を含む。流体スイッチ１１６は、バルブ１１８と、燃料の量について通信し合い、それにより気化器１００内へ受け入れられる燃料１１４の量を測定する。予め設定された燃料レベルが検知されると、流体スイッチ１１６は、バルブ１１８に対して、液体チャンバー１０６が満タンに近いことを示し、それに基づいて、液体チャンバー１０６内への燃料１１４の流入を止めるよう，バルブ１１８が閉じる。別の実施形態では、流体スイッチ１１６は、機関制御モジュール（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ：ＥＣＭ）と、燃料レベルについて通信し合い、続いてＥＣＭが、バルブ１１８に対して、バルブ１１８が閉じるべきであることを示すコマンドを送信する。

別の実施形態において、気化器１００は、気化器１００をモーターの吸込口に接続するための排出口または燃料供給路１２０を含む。燃料供給路１２０は、気化器からの排出の流れを調整するため、調整可能なバルブ１２２を含む。内燃モーターによって生み出される吸引圧は、気体チャンバー１０４から空気燃料混合物を引き込み、低圧の領域を作り出すことで、空気注入口１０８を通じチューブ１１０を介して、空気を引き込む。空気が気体チャンバー１０４内に導入されると、空気が燃料１１４を通じて気泡となり（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）、微粒子化した燃料と空気の混合物が生成される。

第２の液体物質は、液体チャンバー１０６に導入されて、燃料１１４と混合されてもよい。モーターが稼働状態の時、吸引圧が液体燃料チャンバー１０６内で乱流を引き起こすため、燃料１１４と第２の液体物質が均一化され、よく混ぜ合わされた混合物となる。そして、その化合物は、空気注入口１０８からの沸騰した空気によって気化される。第２の液体物質の例としては、モーターの力、効率、またはこれら両方を増加させるための任意の種類の望ましい燃料１１４添加剤を含む。更なる例としては、第２の液体物質は、燃焼可能な空気／燃料／水混合物を供給するかぎり、燃料消費を減少させるために選択された量の水を含んでもよい。

図２は、ハイブリッド燃料システム２００の断面図を示すブロック図である。一実施形態では、ハイブリッド燃料システム（以下、システム）２００は、図１−３のそれぞれの気化器１００、２００、３００と同じような態様で、複数の注入口と排出口を有する容器２０２を含む。具体的には、容器２０２は、空気注入口２０４と、水注入口２０６と、燃料注入口２０８とを有する。注入口２０４、２０６、２０８の位置は、システム２００が使用されるであろう環境に従って決定されてもよい。即ち、前記注入口２０４、２０６、２０８の位置は、利便性に従って決定される。

一実施形態において、前記容器内への注入口２０４、２０６、２０８のチューブの長さは、容器２０２のサイズ、および水／燃料混合物の所望の深さに応じて選択される。水注入口２０６は、例えば、容器２０２内、そして下方の水／燃料混合物の中まで伸びる。さらなる実施形態では、水注入２０６チューブは、レベル制御部２１０の下３〜６インチ（約７．６２〜１５．２４ｃｍ）まで伸びる。空気吸込口２０４は、逆に、容器の外側から、レベル制御部２１０上、約３〜６インチ（約７．６２〜１５．２４ｃｍ）間の距離まで伸びる。一例では、燃料注入口２０８は、燃料源（図示せず）から容器２０２内、そしてレベル制御部２１０と同等の深さまで伸びる。

レベル制御部２１０は、水／燃料混合物のレベルや成分を検出して、この情報を制御モジュール２１２と通信し合う。そして、制御モジュール２１２は、水注入口２０６を通る水の流れと、燃料注入口２０８を通る燃料の流れとを制御することによって、容器２０２内において、適切な比率の燃料と水を保ことができる。これは、例えば、水注入口２０６と燃料注入口２０８とが接続されたそれぞれのバルブを制御することによって、実現されうる。あるいは、制御モジュール２１２は、容器２０２内に入る水および／または燃料の流れを管理するポンプを制御してもよい。一実施形態では、制御モジュール２１２は、図示するように、レベル制御部２１０から切り離された構成要素である。別の実施形態では、制御モジュール２１２は、レベル制御部２１０に統合され、容器２０２内部に配置されてもよい。

制御モジュール２１２は、予め設定されたレベルで、水／燃料混合物を保つ。図示されている実施形態では、燃料２１４の薄い層が水２１６の上を流れ、燃料２１４と水２１６の比率が、レベル制御部２１０によって制御される。一例では、レベル制御部２１０は、容器２０２内の水／燃料混合物のレベルが上がったか、または下がったかを検出する流体スイッチである。レベル制御部２１０は、上記に説明したように、水／燃料混合物の量について、制御モジュール２１２と通信し合う。あるいは、レベル制御部２１０は、光学センサー、またはコンダクタンスセンサーである。

燃料と水の比率は、顕著に変化させることができる。一実施形態では、混合物は５％未満の燃料、または触媒を含む。別の実施形態では、２０％、または５０％の触媒を含んでもよい。さらに、燃料／触媒の種類も変えることができる。一実施形態では、液体状態気体、またはディーゼルが、水と混合されてもよい。別の実施形態では、気体状態水素（Ｈ）および／または、酸素（Ｈ）が水と混合されてもよい。この実施形態では、これによって、完全に水由来の燃料混合物を生成することができる。いくつかの実施形態では、この混合物は、燃焼チャンバー内へ運ばれたすべてのものであって、従って、点火される燃料は、１００％水由来のものであってもよい。

また、容器２０２は、複数の発振ディスク２２０から成る発振器アレイ２１８を含む。発振器ディスク２２０は、水／燃料混合物２２１を撹乱、混合し気化させるために，高周波振動を発生可能である。このような高周波振動を発生可能な発振ディスク２２０の一例としては、これに限定されるものではないが、圧電材料が挙げられる。前記圧電材料は、自然に発生するクリスタルや、これらに限られるものではないが、バリウム、チタン酸、チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛などの人工セラミックを含む。

一実施形態において、前記圧電材料は、０．５から５．０ＭＨｚの範囲の周波数で振動する性能に基づいて選択される。更なる実施形態では、前記圧電材料は、１．６から３．０ＭＨｚの範囲の周波数で振動する性能に基づいて選択される。この実施形態では、発振ディスク２２０は、燃焼に理想的なサイズの水／燃料粒子を発生させる。一般に、発振ディスクの周波数が高くなるにつれて、水／燃料粒子のサイズが小さくなる。理想的なサイズの粒子は、機関排気量、および燃焼技術を含む様々なエンジンパラメータに依存している。一実施形態では、粒子サイズは、約２ミクロン、またはそれ未満の範囲であってもよい。一実施形態では、粒子サイズは、約１．８ミクロン、またはそれ未満の範囲であってもよい。一実施形態では、粒子サイズは、約１．６ミクロン、またはそれ未満の範囲であってもよい。一実施形態では、粒子は、約１．６から１．８ミクロン（μｍ）の範囲のサイズであってもよい。発振ディスク２２０から発生する粒子サイズの一例としては１．７μｍである。

一実施形態によれば、粒子サイズが小さいほど、燃料および／または水混合物は、より燃焼する。例えば、小さなサイズほど、水および／または触媒混合物のより完全な燃焼を可能にする。一実施形態では、約２μｍ、またはそれ未満の粒子サイズでは、約５％対９５％の燃料、対、水の比率が許容される。いくつかの実施形態では、５％未満の燃料比を含む。

一実施形態において、発振ディスク２２０の数は、容器２０２の断面積に応じて決定される。例えば、約６インチ（１５．２４ｃｍ）の直径を有するチューブ型容器２０２では、発振器アレイ２１８は、約３から１２個の範囲の発振器ディスク２２０を有してもよい。

一実施形態によれば、噴霧器を発振器アレイ２１８として使用してもよい。例えば、ｗｗｗ．ｍａｉｎｌａｎｄｍａｒ．ｃｏｍは、一実施形態において発振器アレイ２１８として使用可能なＯｃｅａｎ Ｍｉｓｔ Ｍａｋｅｒ（ＴＭ）噴霧器を販売している。別の典型的な噴霧器としては、ｗｗｗ．ｓｉａｎｓｏｎｉｃ．ｃｏｍで販売され利用可能な中国ＢｅｉｊｉｎｇのＳｉａｎｓｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｈｙ Ｌｔｄ によって製造されるものが挙げられる。その他の噴霧器として、例えば、いくつかの実施形態において、上記で説明した周波数を有する噴霧器を使用してもよい。一実施形態によれば、超音波ノズルを、触媒および／または水を気化させるために使用できる（図７と図８参照）。

一実施形態では、容器２０２は、容器２０２の形を構成するスクリーンライナー２２２を含む。スクリーンライナー２２２は、スクリーンライナー２２２を、正または負いづれかに帯電させるための電源に連結される。スクリーンライナー２２２は電気的に伝導性のある材料からなる。スクリーンライナー２２２は、気化された水／燃料混合物を効率的に帯電させる。逆に帯電したスクリーンメッシュ２２４は、排出口２２６に連結される。排出口２２６は、前記モーターの吸込口に接続される。

一実施形態では、スクリーンライナー２２２とスクリーンメッシュ２２４は、互いに関係して電気的に偏っている。例えば、スクリーンライナー２２２が正に帯電し、スクリーンメッシュ２２４が負に帯電する。一実施形態では、電気的に偏ったスクリーンライナー２２２とスクリーンメッシュ２２４は、磁場または電場によって、気化した水／燃料粒子の位置を調整するよう誘導する。例えば、磁場または電場を利用して、分子の少なくとも一部の位置を調整することによって、水分子と燃料分子の互いの拡散を促進することができる。

図３は、水をミクロン粒子サイズのミストに微細化するためのシステム３００の別の実施形態を示すブロック図である。一実施形態では、システム３００は、駆動モジュール３０２と、振動ディスク３０４と、チャンバー３０６と、連結部３０８とを含む。駆動モジュール３０２は、振動ディスク３０４に電源を供給し、振動の周波数を制御するように構成されている。一実施形態では、駆動モジュール３０２は、高周波の振動装置、例えば、圧電ディスクを駆動するために、ＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換する。

駆動モジュール３０２は、特定の所望の周波数に調整可能である。一実施形態では、所望の周波数は、約０．５から５．０ＭＨｚの範囲の周波数である。更なる実施形態では、所望の周波数は、約１．６から３．０ＭＨｚの範囲の周波数である。一実施形態では、所望の周波数が１．６ＭＨｚ以上である。一例では、振動ディスク３０４は、約０．５から５．０ＭＨｚの範囲の周波数で振動可能な圧電材料からなる圧電ディスクである。約０．５から５．０ＭＨｚの範囲の周波数で振動可能な材料の例としては、これらに限定されるものではないが、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、タングステン酸ナトリウム等が挙げられる。

周波数は、所望のミスト、または気体粒子サイズに従って選択される。振動ディスク３０４は、連結部３０８の方へ上昇するミスト、または気体を発生させるため、振動して液体３０５を扇動する。即ち、振動ディスク３０４の振動周波数は、高周波の振動によってより小さな粒子サイズになるという点において、ミストの粒子サイズと関係している。一実施形態では、所望の粒子サイズは、約０．５から４．５ミクロンの範囲である。別の実施形態では、所望の粒子サイズは、約１．２から２．２ミクロンの範囲である。さらに別の実施形態では、所望の粒子サイズは約１．７ミクロンである。

振動ディスク３０４は、駆動モジュール３０２と連結されたチャンバー３０６の内部に配置される。一実施形態では、駆動モジュール３０２は、振動ディスク３０４を介して、電気的バイアスを供給するパルス発生器である。一実施形態では、チャンバー３０６は、注入ポート３１０と排出ポート３１２を有して成る。注入ポート３１０は液体源、例えば水タンクと流体連結されている。排出ポート３１２も液体源と流体連結されているため、水は、液体源からチャンバー３０６へ、そして液体源へ戻るように循環される。

連結部３０８は、空気吸込口３１４をチャンバー３０６と接続する。空気吸込口３１４は、モーター内へ引き込まれる空気用の導管である。吸引型モーターでは、モーターのサイクルの一環として、空気が引き込まれる。ターボ過給付モーター(ｔｕｒｂｏ−ｃｈａｒｇｅｄ ｏｒ ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ ｍｏｔｏｒ)では、空気がモーターの中へ押し込まれる。いずれかの状況で、モーターの空気吸込口は、連結口３０８を通じ、振動ディスクによって生成されるミストを空気の流れの中へ引き込む。空気／ミスト混合物は、以下でより詳細に説明するが、導管３１６を通じてモーターの方へ流れる。

図４は、水の加水分解のためのデバイス４００の一実施形態を示す模式的なブロック図である。デバイス４００は、図３のシステム３００とともに、水から水素と酸素を抽出する働きをする。図３のシステム３００の排出用導管３１６が、デバイス４００の吸込口４０２を形成し、従って、デバイス４００が、図３の振動ディスク３０４から生成される水ミストを加水分解するように機能する。デバイス４００は、環状磁石４０４と、反応チャンバー４０６と、コイルＡ４０８とコイルＢ４１０とコイルＣ４１２として示す複数のコイルと、変換器４１４と、環状のＬＥＤｓ４１６とを含む。

環状磁石４０４は、はじめに吸入されるミストに作用して、それによりミスト中の粒子に生じる電場が整列される。一実施形態では、環状磁石４０４は、ネオジウム円形磁石４０４であり、各磁石は、同じ方向の磁極を呈する。例えば、両方の環状磁石４０４は、反応チャンバー４０６の方向に方向付けられたＮ極の磁極を有していてもよい。環状リング４０４は、約１インチ遠く離れて、図示するように吸込用導管４０２上に配置されてもよい。

一実施形態では、反応チャンバーは、約２〜６インチ（５．０８〜１５．２４ｃｍ）の範囲の直径を有する。別の実施形態では、反応チャンバー４０６は、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の直径を有する。反応チャンバー４０６の長さは、一例では、約６〜８インチ（１５．２４〜２０．３２ｃｍ）の範囲の長さである。反応チャンバー４０６は、硬質材料であって、これに限定されるものではないが、 ポリ塩化ビニル(ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ：ＰＶＣ)を含む。反応チャンバー４０６は、吸込用導管４０２と流体的に連結されており、ミストが吸込口４０２を通じて、反応チャンバー４０６内に流れる。

複数のコイル４０８、４１０、４１２は、反応チャンバー４０６の外表面を取り巻き、互いに反対方向に巻きつけられている。それぞれのコイル４０８、４１０、４１２は互いに調和振動数で共振するような長さで巻きつけられている。コイルＡ４０８とコイルＣ４１２の極性は、互いに逆である。更なる実施形態では、コイルＢ４１０は、閉ループコイルである。即ち、コイルＢ４１０は、駆動型コイルではなく、むしろ、コイルＡ４０８、およびコイルＣ４１２からの誘導によって共振エネルギーを得るものである。

一実施形態では、コイルＡとＣは、５０アンペアを出力可能な第１と第２のパルス幅変調器によって駆動される。ミスト粒子の位置調整は、複数のコイルＡ、Ｂ，Ｃによって発生するＤＣ電流の交換磁場によって行われる。これは、コイルＡとＣが異なる極性で１８０度位相がずれて駆動され、中央のコイルＢが、コイルＡおよびＣと交替のタイミングで調和し共振するよう巻かれているためである。ミストの粒子にさらなる影響を及ぼすために、コイルＡ４０８とＣ４１２を、排出口用導管４２０にも巻きつける。

変換機４１４は、反応チャンバー４０６内への、または外へのミストの流れとして、水ミストに特定の周波数を導入する。一例では、周波数は、約６０１０Ｈｚの範囲である。更に、変換機４１４は、ミストにより干渉するように光と音の周波数を引き起こす周波数を導入する。このような周波数の一例としては、１．０９４ＭＨｚである。

ＬＥＤｓ４１６のリングは、反応チャンバー４０６の中に光を照射するように構成され、それによりミストに作用する。ＬＥＤｓは、広帯域赤外線と赤外線の両方の帯域の光を放射するようなされている。更なる実施形態では、ＬＥＤｓのリングは、個々のＬＥＤｓを含み、紫外線や遠紫外線、および赤外線の両方の帯域における特定の狭い周波数で光を放つように構成されている。ＬＥＤｓのリング４１６は、コイルＡまたはＣの何れか、あるいは代替的に独立した電源回路によって電源供給される。

赤外線および紫外線の周波数は、水分子における共有結合の切り離しに作用し、または高めることが示されている。しかしながら、これらの周波数単独では、共振の動態曲線内の狭い範囲、および目標媒体または本実施形態の液体である水の粒子相互作用にしか作用しない。水を水素と酸素に分解する際の反応の動的性質は、狭帯域の反応に制限されるものではなく、周波数が動的に変化する帯域内で最大の反応を起こす目標が変動することが知られている。従って、上記図４を参照して説明される部品は、全体として、水分子中の水素と酸素の共有結合を壊す複数の目標周波数を示すよう機能する。

得られる効果は、プロトン付加、および／または水粒子のプロトンスピンである。幾分かの水粒子は水素と酸素に分解される一方、他の分解されていない水粒子は、内燃機関シリンダー内での加熱や点火のような、電気的または熱的変化による作用を受けた時に分解される状態にある。更なる効果を得るために、約１５００００〜２０００００ボルトの範囲の高電圧の点火プラグを使用してもよい。更に、点火プラグによる繰り返しの点火によって、各シリンダーの降下行程点火を引き起こすため、ピストンが下死点まで移動するまで、点火のタイミングを広げてもよい。

図５は、内燃機関で使用される点火プラグ５００の一実施形態を示す模式的なブロック図である。一実施形態によれば、図示されている点火プラグは、内燃機関において点火プラグの効用を高めるための設計、および形状原理を採用している特有の種類のプラグである。点火プラグ２００は、絶縁セラミック製ケース５０２と、キャップ接続部５０６と球状電極５０８の間を通る導電ロッド５０４と、円錐状電極５１０と含んでいる。

球状電極５０８は、円錐状電極５１０の近くに位置する。球状電極５０８は、ほぼ球状である部分を含んでいる。一実施形態では、球状電極５０８は、任意の導電材料で作られている。一実施形態では、球状電極は、少なくとも部分的に白金で作られている。この球状設計は、Ｎｉｋｏｌａ Ｔｅｓｌａの原理に従って選ばれており、Ｎｉｋｏｌａ Ｔｅｓｌａの原理とは、鋭利な形であって、その最も鋭利な点から漏電しやすい傾向がある鋭利な形よりも、球形の方がその電荷をより長く保つという原理である。典型的な点火プラグは、切り落とされ平らな端を有し、リングに鋭利な角が残ったままのロッドを採用している。球状電極５０８は、鋭利な点を繋げ（ｌａｃｅｓ）、これにより、その電荷をより良く保持する。従って、球状電極５０８は、最小限の漏電で、最大量の電荷を蓄積するまで、電荷を保つことができる。これによって、燃料チャンバー内で燃料および／または水のより激しい燃焼を起こすための、より大きな、またはそれ以上に十分な点火をもたらすことができる。

点火は、電極５０８、５１０に互いに関係して電圧をかけることによって、球状電極５０８と円錐状電極５１０の間で形成されてもよい。一実施形態では、点火は、球状電極と円錐状電極５１０の間で放電する電気によって形成されてもよい。球状電極５０８と同様に、円錐状電極５１０は任意の導電材料で形成される。一実施形態では、円錐状電極５１０は、白金で形成される。一実施形態では、円錐状電極５１０は、フラストロ（ｆｕｒｕｓｔｒｏ）円錐形を有する内表面を備えている。一実施形態では、円錐状電極５１０の内表面は、４５度である。一実施形態では、円錐状電極５１０は、球状電極５０８の底部より下には延長されない。これにより、点火が、球状電極５０８と円錐状電極５１０より下には放電されないこと、または円錐状電極５１０と、導電ロッド５０４や球状電極５０８との間で短絡されることが保証される。

一実施形態では、導電キャップ５０６と接続された導電ロッド５０４の一部は、球状電極５０８と接続された導電ロッド５０４の一部に対して螺設される。一実施形態では、円錐状電極５１０の円錐形状と組み合わせられる設計の螺設様態は、キャップ接続部５０６を回転させることによって、球状電極５０８を、基部円錐から近く、または遠くなるように調整することを可能にするものである。一実施形態では、ねじ山チューブインサートまたはキャスティングによって、ねじ山中央の導電体が回転によって調整されてもよい。

図６は、ハイブリッド燃料システム６００の別の実施形態の断面図を示すブロック図であって、図２のハイブリッド燃料システム２００に類似する。システム６００は、燃料が注入され、水が気化チャンバーの中で気化していることを示している。システム６００のいくつかの部分は、簡易的に示す。ハイブリッド燃料システム６００は、容器６０２と、空気注入口６０４と、空気排出口６０６と、水注入口（図示せず）と、燃料注入口６０８とを含む。燃料分極部６１０は燃料注入口６０８上に図示され、水分極部６１２は空気排出口６０６上に図示される。バルブ６１４は、空気排出口６１４上に図示される。発振器アレイ６１６は、容器６０２内のある分量の水６１８の中に図示される。

図２の実施形態と同様に、発振器アレイ６１６は、容器６０２のチャンバー内でミスト、または気体６２０を発生させるために発振する。容器６０２内に渡り空気注入口６０２と空気排出口６０６を介して空気が引き込まれる際に、幾分かのミスト６２０が一緒に運ばれる。

前記図示した実施形態では、燃料は、容器６０２のチャンバーの後に注入される。より具体的には、燃料は、燃料注入口６０８を通じて、空気排出口６０６の後に注入される。一実施形態では、これによって、水の拡散されたミストまたは気体を得るよりも、簡単に燃料の拡散されたミストまたは気体を得ることができる。

燃料分極部６１０と水分極部６１２は、電流または電気信号を誘導するコイルである。コイルを介した電流または信号は、空気排出口６０６と燃料注入口６０８のそれぞれに電場または磁場を誘導することができる。一実施形態では、燃料分極部６１０は、入ってくる燃料を一方向に極性化させるために使用され、一方、水分極部６１２は、入ってくる燃料を逆方向に極性化させるために使用される。一実施形態によれば、これは電磁気的極性結合をもたらし、水蒸気またはミストと燃料の混合を促進させることができる。

一実施形態では、２つの分極部６１０、６１２間で、逆電流、異なる位相信号を誘導することによって、またはコイルを巻く向きを逆向きにすることによって、燃料と水を逆向きに極性化してもよい。例えば、分極部６１０、６１２のコイルは、図４のコイルＡ４０８とコイルＣ４１２と同様に駆動されてもよい。前記コイルは、図４のようにカムチャンバーを取り囲んではいないが、同様にコイルが駆動する。更に、巻き数は、所望の強さの極性化を実現するために変更され、または修正されてもよい。一実施形態によれば、分極部６１０、６１２は、前記発振器アレイ、またはノズルにおける発振器の周波数と一致する周波数で駆動されてもよい。例えば、分極部６１０、６１２は、実質的に同じ周波数、または同じ周波数の調和周波数で駆動されてもよい。例えば、もし、圧電発振器が、１．６ＭＨｚで駆動された場合、分極部６１０、６１２のコイルは、０．８、１．６、３．２ＭＨｚ、または任意の他の整数の乗数、または１．６の因数の周波数で駆動されてもよい。

水分極部６１２は、燃料注入口６０８によって燃料が注入される位置の後に示されているが、水分極部６１２は、燃料注入口６０８の位置の前に配置されてもよい。

図７Ａ、および図７Ｂは、ハイブリッド燃料システムで使用されるノズル７００の典型的な実施形態を図示する。例えば、容器２０２、６０２や発振器アレイを使用するのではなく、水や触媒のような液体を気化させるためにノズル７００を用いてもよい。図７Ａは、二つの液体を混合し気化させるために使用されるノズル７００の一実施形態の断面図を示している。図７Ｂは、図７Ａのノズル７００の上部断面図を示している。

ノズル７００は、ノズル本体７０２と、ノズルチャンバー７０４と、ノズル排出口７０６とを含む。一実施形態では、ノズルチャンバー７０４は、液体を気化させるための、一またはそれ以上の（図３の発振器のような）圧電発振器を有している。一実施形態では、ノズル本体７０２は、ノズルチャンバー７０４内の発振器を駆動するための駆動モジュールを含む。一実施形態によれば、ノズルチャンバー７０４内に導入された液体が、チャンバー７０４内の発振器によって急速に気化され、チャンバー７０４内の圧力が増し、それによりノズル排出口７０６を通じて気体またはミストに力が働く。一実施形態では、ノズル７００は、噴霧器や発振器アレイよりも、かなり高い流量の水を扱うことができる。このように、大きな燃料機関では、ノズル７００を用いることが望ましい。

ノズル７００は、水注入口７０８と、燃料注入口７１０とを含む。一実施形態では、水が、水注入口７０８を介してチャンバー７０４内に導入され、一方、燃料または触媒が、燃料注入口７１０を介してチャンバー７０４内に導入される。前記水と燃料は、液体、気体、ミスト、または蒸気の状態で導入される。一実施形態によれば、チャンバー７０４内に導入する水と燃料の比率を制御するために、調整可能なバルブや制御モジュール、別のメカニズム、または装置を用いてもよい。

いくつかの実施形態では、販売され利用可能なノズルを用いてもよい。例えば、中国ＺｈｅｊｉａｎｇのＨａｎｇｚｈｏｕ Ｂａｎｒｙ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄによって製造されているノズルは、Ｂａｎｒｙｓｏｎｉｃ．ｅｎ．ａｌｉｂａｂａ．ｃｏｍで販売され入手可能であり、また、ニューヨーク州ＭｉｌｔｏｎのＳｏｎｏ−Ｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたノズルは、ｗｗｗ．ｓｏｎｏ−ｔｅｋ．ｃｏｍで販売され利用可能である。別のノズルとしては、例えば、図２と図６のシステム２００と６００の発振器と同様の周波数のノズルを、いくつかの実施形態において用いてもよい。

図７Ｂは、水注入口７０８上の水分極部７１２、および燃料注入口７１０上の燃料分極部７１４を示す図である。一実施形態では、分極部７１２、７１４を、水と燃料を逆の方向に極性化させるために用いてもよい。これにより、上述したように水と燃料の混合を促進させることができる。

一実施形態によれば、ノズル７００は、ハイブリッド燃料システムとして用いられる。例えば、ノズル７００を、図２と図６のハイブリッド燃料システム２００、または６００に代えてもよい。一実施形態によれば、ハイブリッド燃料システムは、２またはそれ以上のノズルを含む。例えば、１ノズルは、内燃機関の各シリンダーのために用いられてもよいし、あるいは、１ノズルは各種注入物のために用いられてもよい。例えば、注入物として燃料と水の混合物が用いられる場合、１ノズルは水のために用いられ、別のノズルが燃料または触媒のために用いられてもよい。

図８は、２ノズル７００ａ、７００ｂを利用したハイブリッド燃料システム８００の一実施形態を図示する。一実施形態によれば、ノズル７００は、図７に関して説明した様態で動作する。一実施形態では、ノズル７００ａ、７００ｂは、それぞれ１注入口を有する。ノズル７００ａは水注入口７０８を含み、一方、ノズル７００ｂは燃料注入口７１０を含む。ノズル７００ａ、７００ｂは、気化した燃料／水ミストを、水ミスト排出口８０２、および燃料ミスト排出口８０４のそれぞれへ押しやることができる。一実施形態によれば、排出口８０２は、制限された燃料、および水ミスト中の粒子を、逆方向に分極させるよう動作可能な分極部７１２と７１４を含む。前記分極したミストは、システム排出口８０６内へ導かれ、システム排出口８０６は、水／燃料混合物の流れを調整するために用いられるバルブ８０８により制御される。一実施形態によれば、システム排出口８０６は、内燃機関の吸込口に供給される。例えば、システム排出口８０６は、気化器、または燃焼チャンバーと流体連通していてもよい。

図９は、水／触媒混合物を燃焼させるためのプロセス９００の一実施形態を図示する。前記プロセスは、水および／または触媒を含むミストが生成される工程から開始する。ミストは、任意の様態で生成９０２されてよい。一実施形態によれば、ミストは、圧電発振器、加圧、加熱、あるいは任意の別の方法を用いて生成９０２される。一実施形態では、前記ミストは、チャンバーにおける圧電発振器を用いて生成９０２される。

ミストが、内燃機関の吸込口の中に導入９０４される。ミストは、空気吸込口、気化器および／または燃焼チャンバー内に導入９０４されてもよい。一実施形態では、ミストは、燃焼の前に、追加の燃料または空気と混合されてもよい。一実施形態では、ミストは、更なる追加、すなわち燃料や別の物質を混合することなく、燃焼チャンバー内へ直接導入９０４されてもよい。

ミストの燃焼が引き起こされる９０６。燃焼は、いくつかの実施形態において点火プラグによって引き起こされる９０６。例えば、四行程ガソリン機関では、点火プラグからの火花が、混合物の点火に用いられる。いくつかの実施形態では、燃焼は、圧縮に基づいて引き起こされる９０６。例えば、ディーゼル機関は、燃焼チャンバーの圧縮に基づいて燃焼を引き起こす９０６。

一実施形態によれば、燃焼を引き起こす工程は、燃料／触媒をまず点火する。点火が、水／ミスト気体に広がり、水／ミスト気体が、水／ミスト気体の水素と酸素気体に変換され、そして／あるいは放ち、燃焼可能な気体燃料になる。また、前記爆発が急速に広がる基盤を生成する。このプロセスは、触媒のより完全な燃焼をもたらし、内燃機関を動かすのに必要な化石燃料の量を、５％またはそれ未満に減らすことができる。また、一実施形態によれば、混合物内の水蒸気の含有によって、低温での燃焼をもたらし、エンジンの摩耗や破断を減らすことができる。

図１０００は、燃料または触媒と混合された水を燃焼させるためのプロセス１０００の一実施形態を図示する。この方法は、燃料気化器が提供１００２される工程から開始される。前記気化器は、任意の気化器、ノズル、ハイブリッド燃料システム、または本発明で開示する別の気化器またはミスト発生器を含む。一実施形態では、前記気化器は、水を受け入れるチャンバーと、チャンバーと連結された駆動モジュールと、チャンバー内に配置され駆動モジュールによって駆動されるように構成された発振器とを含む。一実施形態では、前記気化器は、複数のチャンバーを含んでもよい。

水が、少なくとも１つのチャンバー内に送られる１００４。水は、例えば液体注入口または水注入口のような注入口を通じて送られる１００４。一実施形態によれば、触媒も、前記チャンバーまたは別のチャンバー内に送られる１００４。

発振器はミストを生成するために駆動１００６される。前記発振器は、駆動モジュールによって駆動１００６される圧電材料を含む。例えば、電気信号が前記圧電材料に与えられて、前記圧電材質の発振を引き起こす。前記発振によって、水と任意の燃料が気化され微粒子になる。前記微粒子は、ここに開示する任意のサイズであってよい。前記ミストは、水および／または燃料を含んでもよい。

ミストが、内燃機関の吸込口の中に導入１００８される。ミストは、内燃機関の燃焼チャンバーの中に直接導入されてもよいし、気化器、空気吸込口、または任意の別の内燃機関の一部を通じて送られてもよい。一実施形態では、ミストの燃焼が引き起こされる。

本発明を、本発明の技術的要旨または基本的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態にて具現化することが可能である。上述の実施形態は、あらゆる点で、あくまでも例示として理解されるべきであり、上述の実施形態を、本発明を限定するものとして理解すべきではない。したがって、本発明の技術的範囲は、以上の説明よりもむしろ、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意味、および均等の範囲に包含されるすべての変更は、特許請求の範囲の技術的範囲に含まれる。

Claims (1)

1. 方法であって、
   燃料気化器を提供する工程であって、
   液体を受け入れるチャンバーであって、少なくとも１つの注入口と、少なくとも１つの排出口とを有する前記チャンバーと、
   前記チャンバーと連結された駆動モジュールと、
   前記チャンバー内に配置され、前記駆動モジュールによって駆動されるように構成された発振器と
   を有する前記燃料気化器を提供する工程と、
   前記少なくとも１つの注入口のうちの１つの注入口を通じて、前記チャンバー内に水を送る工程と、
   前記駆動モジュールを用いて予め設定された周波数で発振器を駆動する工程であって、ミストが前記液体から生成されるものである、前記発振器を駆動する工程と、
   前記チャンバーから、前記少なくとも１つの排出口のうちの１つの排出口を介して、内燃機関の吸込口の中にミストを導入する工程と
   を有する方法。

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