燃料を処理して、当該燃料の発熱量を増加させる装置

発明の詳細な説明

本発明は、気体燃料(例えば、天然ガス、バイオガス、水素、リファイナリーガス、またはその他の同様のもの)、液体燃料(例えば、ガソリン、ディーゼル、石油、灯油、航空ガソリン、またはその他の同様のもの)、およびその他固体燃料(例えば、石炭、木材、可燃性頁岩、木炭、コークス、半コークス、成形炭、ロケットに使用される固体燃料、固体燃料の廃棄物(木材の切れ端、おがくず、種子の殻、およびその他の同様の無数にあるもの))を処理して、これら燃料の発熱量を増加させる装置に関する。

特許RO121655B1によれば、気体燃料の燃焼エネルギーを増加させる装置は、いくつかの電磁ユニットを含む。当該ユニットは、反磁性の素材から成る管の周囲に配置され、さらに予熱された天然ガスが循環する当該管に、数個の金属コアが接している。当該コアは、3つのユニットのセクションごとに配列されている。各セクションは、直前のセクションから70°〜73°の範囲の角度で回転した位置にある。最後のセクションは、最初のセクションから360°いっぱいに回転した位置にある。電磁ユニットは、断熱された支持部のオリフィスに配置されている。各電磁ユニットは、電気コイル内に配された金属コアと、電磁ユニットの温度を一定に保つ熱交換槽と、電気コネクタヘッドとを備えている。熱剤として使用される石油は、管を経由して上記槽の内部に導入されるとともに、排気管を経由して上記槽から排出される。これら2つの管は、同一の直径を有するが、吸気管は、他方の管よりも長い。管の長さの割合は、2〜2.5に等しい。あるユニットの吸気管、および次のユニットにおける排気管を経由して、全ての熱交換槽が連結している。反応器と組み合わせたパイプと天然ガスのパイプラインとの径比は、3〜6の値を有している。

上述した装置には、以下のような問題がある。すなわち、磁界を生成し維持するために多くの電力量が必要となり、電磁ユニットを冷却するとともに、気体燃料が有機物質を分解する過程にて生じるガスである場合にはすぐに消えてしまう天然ガスを予熱する役割を担う組立部品がいくつか必要になる。なぜなら、燃料に誘導されたモーメントは、電磁ユニットにより発生した磁界の邪魔になり、その磁界の減衰を引き起こすからである。

本発明に係る装置が解決する技術的な課題は、気体燃料が、空気、CO₂または他の不可燃性ガスを各々含むという条件で、気体燃料を処理する際に必要となる電力を減らすことであり、液体または固体燃料である場合には発熱量を増加させることである。

本発明に係る装置では、上述した問題点を取り除き、技術的な課題を解決するために、金属ハウジングと吸気管内に取り付けられるクーポンとの間に環状空間が存在し、当該環状空間には2つの励振器が配置され、当該各励振器は99.99%の混成電解銅から成る2つのセミフィッティングを内部に有し、当該2つのセミフィッティングの間には幾つかの絶縁空間が存在し、当該第1空間の前方には数個の電極が配置され、当該電極は長くて糸の様に細い良導体であり、当該電極は外面が絶縁されるとともに可変高周波の交流電源に接続し、上記セミフィッティングの内部には数個の円形電極が配置され、当該円形電極は上位および下位電極であるとともに電解銅から成り、当該円形電極の間には当該円形電極に接して厚みのある円形部品が配置され、当該円形部品は光学ガラスのような混成された絶縁性を有する素材から成り、円形電極に取り付けられる数個のコネクタはほっそりとして短く、当該コネクタは電気的絶縁により保護されるとともに前述の電源に接続し、クーポン内部には絶縁されていない数個のワイヤが常に接触しており、当該ワイヤは互いに接触し螺旋状の軌道を描き、個々に各ワイヤに取り付けられた長くて細い電極がクーポンから各螺旋の正面に突き出る。

本発明に係る装置の他の目的は、セミフィッティングおよび円形部品の素材が、(100万分量単位の同じ濃度で)貴金属(好ましくは白金)で混成されることである。

本発明に係る装置の他の目的は、円形部品が、式(1)に従って円形電極に印加される電圧に比例する厚みを有することである: V/d<3・10⁶ [V/m] (1) ただし、dは、円形部品の厚みを示し、 Vは、電極に印加される電圧である。

本発明に係る装置の他の目的は、可変高周波の交流電源が、0.01〜15mVの電圧値を有するとともに、気体燃料の場合に10〜100Ghzの周波数、液体燃料の場合に16〜18Ghz、植物性固体燃料の場合に17〜23Ghz、および石炭のような固体燃料の場合に29.5Ghz〜100Ghzを有することである。

本発明に係る装置の他の目的は、直流電源が、厚みのある円形部品の厚みに依存して、3000〜5000Vの電圧を有し、値3・10⁵〜3・10⁶V/mの電界を生じさせることである。

本発明に係る装置は、以下の効果を有する: ‐燃料を処理して当該燃料の発熱量を増加させるのに要する電力消費は比較的低くなる。

‐比較的小さい寸法および質量を有するので、輸送および操作を簡単にする。

‐空気、CO₂または他の不燃性ガスを含む気体燃料を処理することが可能となる。

‐気体、液体および固体燃料の大型アレイの処理によって、発熱量を増加させることが可能となる。

‐使用する材料は再生利用可能なので、周囲環境に影響しない比較的簡易な構造が可能となる。

‐燃料の初期の発熱量を多様に増加させるような制御および指示が可能となる。

本発明に係る装置の実施の仕方に関して以下の2つの例を、図1〜10に従って後述する。

‐図1は、本発明に係る装置の概要を示すブロック図である。

‐図2は、図1に示すBの詳細な構造図である。

‐図3は、液体燃料管を通る、図1にて示す平面C‐Cの断面図である。

‐図4は、液体燃料管を通る、図1にて示す平面D‐Dの横断面図である。

‐図5は、本発明に係る装置の一部である励振器を示す透視図である。

‐図6は、励振器による電力供給を示す一般的な概要図である。

‐図7は、バイオガスの発熱量の熱量計による測定を示す概要図である。

‐図8は、本発明に係る装置を介して循環するバイオガスの発熱量の熱量計による測定を示す概要図である。

‐図9は、石炭、ディーゼル、ガソリンまたはその他同様の燃料について、発熱量の測熱容器を示す概要図である。

‐図10は、本発明に係る装置を通った後の、石炭、ディーゼル、ガソリンまたはその他同様の燃料について、発熱量の測熱容器を示す概要図である。

本発明に係る装置は、2つのセミフィッティング1および2を有するいくつかの励振器Aから構成される。セミフィッティング1と2との間には、励振器Aが作動する位置において、互いを隔離する空間aおよびbがある。セミフィッティング1および2は、各々、100万分率(ppm)オーダーで貴金属(好ましくは白金)を混成した電解銅99.99%から成る。

空間aの前方には、電極3および4が、セミフィッティング1および2に取り付けられており、電極3および4は長く、糸の様に細く、良質な導体(好ましくは銅)から成り、外面において絶縁されている。

セミフィッティング1および2の内部には、電解銅から成る、下位および上位電極である円形電極5および6が配置される。電極5と電極6との間には、電極5および電極6と接して、厚みのある円形部品7が配置される。円形部品7は、式(1)に従い、電極5および6に印加される電圧に比例する厚みを有する: V/d<3・10⁶ [V/m] (1) ただし、dは、円形部品7の厚みを示し、 Vは、電極5および6に印加される電圧である。

部品7は、光学ガラスのような絶縁性を有する素材から得られ、セミフィッティング1および2に混成される素材(例えば白金)と同様の濃度で混成される。

電極5および6の中心には、2つの細長くて短いコネクタ8および9が取り付けられており、コネクタ8と9とは電気的に絶縁されている。

気体が通過するコンダクト(図示せず)の内部には、クーポン10が配置されている。上記気体はメタン、バイオガス、リファイナリーガス、コークス炉ガス、水素または他の気体すなわち可燃性ガスの−液体燃料の気体状態も含む−混合物を含む木材の燃焼によるガスのような気体である。また、クーポン10の内側には、絶縁されていない2つのワイヤ11および12が、当該クーポンに直接接触する状態で配置されており、ワイヤ11および12は互いに接触しており、接着により当該クーポンに取り付けられる。ワイヤ11および12は、螺旋状の軌道を描き、そして横断面において15°〜30°の角度をなしている。

ワイヤ11および12により形成された各螺旋cおよびクーポン10の正面、すなわち各螺旋cおよびクーポン10の外側には、セミフィッティング1および2における電極3および4が、ワイヤ11および12に接触した状態で固定される。

励振器Aの密度は、1平方メートルあたり100〜700個である。

各励振器Aの短くて細長いコネクタ8および9は、直流電源13の“+”および“−”極に接続されている。電力の値は、部品7の厚みに依存し、電界が、部品7に混成された白金原子の電子軌道に極性を確実に与える値である。

糸の様に細くて長い電極3および4は、全て、可変高周波の交流電源14に接続している。交流電源14は、異なる周波数を持つ交流電力を、気体燃料、液体燃料(例えば、ガソリン、ディーゼル燃料、液化石油ガス、およびその他の同様の燃料)、植物性固形燃料(例えば、木材、種子の殻、材木の廃棄物、およびその他の同様の燃料)、および石炭などのような燃料に供給する。

励振器Aは、電気的絶縁性材料からなるクーポン10およびハウジング15の側面により区切られる環状空間dに配置されており、ボルト17で固定されたクランプ16を用いてクーポン10に取り付けられている。

コネクタ8および9には、スイッチ20が配置された導線18および19を経由して電源13から電力が供給される。電極3および4は、スイッチ23が配置された導線21および22を用いて電源14に接続されている。

さらにハウジング15に沿って、クーポン10は、ガスバーナー24に向かう管に接続している。

電極5および6にコネクタ8および9を経由して電源13から電力が供給され、電極3および4に高周波の交流電源14から電力が供給されることにより、クーポン10を通って循環する燃料が、周囲の環境の温度と等しい温度で処理される。高周波の交流電圧の使用値は、セミフィッティング1および2の混成に使用された素材の性質、部品7(この形態では白金で作られている)の性質、および燃料の性質に依存して、選択される。

燃料が通過するクーポン10において、電極3および4が螺旋cと接触する結果、ワイヤ11および12に接触する前に持っていた燃料分子の静止エネルギーのフラクションを、燃料分子の構成原子の間における化学結合エネルギーに変換する回転磁界が、内部に生じ、発熱量の増加をもたらす。

白金により代表される混成物は、ある場合に、円形の極性を与える磁界を形成する役割を持つ。そのある場合とは、セミフィッティング1および2が電源14を使用して部品7の不純物に誘発した可変の電界を用いることにより、白金原子の電子殻の構成要素である電子が励起される場合である。円形の極性が生じる場合、電磁波の電界ベクトルは、電磁波の伝搬の方向全体にわたって回転し、回転効果が得られる。

そのようにして生じた電磁波は、糸の様に細くて長い電極3および4を経由して、クーポン10内の螺旋cの内部に伝播する。そして、円形の極性を持ち、回転し、燃料の原子内の電子スピンのエネルギー準位を変更する電磁波を、螺旋cは放射する。

螺旋c内の電子と燃料分子の電子殻内の電子スピンとの電磁結合を介して、燃料原子の総エネルギーを規定する量子数の状態に変化が生じ、そして、当該変化により、燃料分子の静止エネルギーを、燃料分子の構成原子の間における化学結合エネルギーに変換することが可能となる。

円形の極性を有する磁界を生成するとともに、本発明に係る装置において処理される燃料の各種類に対する共鳴周波数を有する場合、燃料の発熱量が増加することが、後述する様々な種類の燃料を用いて実施される試験により確証される。

天然ガスを用いて本発明に係る装置により試験が行われた状況では、高温水ボイラー(HWB)を使用して、10Mwhの生成容量について消費率が計測された。

後述するHWBの消費率は、以下の2つの状況について試験された: ‐本発明に係る装置を使用しない; ‐本発明に係る装置を使用する; 以下のパラメータが計測された:承認を受けた特定の計器を用いた温度t、圧力p、および、デビット(debit)d。当該計器は、 ‐温度のための熱電対; ‐水および天然ガスのための流量計; ‐HWBを備えるバーナー24の回路(ネットワーク)におけるガス圧力のための圧力プローブである。

本発明に係る装置は、2mの長さを有し、クーポン10の直径は、27cmである。

水温、HWBへの入力、HWBからの出力、および1時間あたりの水デビット(water debit)を用いて、エネルギーが算出される(Gcalで表される)。

同時に、消費されたガスの体積が、標準立方メートルNmcで計測される。

Nmcで計測されるガスの体積と、Gcalで計測されるエネルギーとの比率は、測定の間中にモニターされる消費率を示す。

テーブルnr.1およびテーブルnr.2に示されるデータに基づくと、本発明に係る装置を使用しなかった場合の消費率は、142.27Nmc/Gcalであり、本発明に係る装置を使用した場合の消費率は、107.5Nmc/Gcalであることが、観察できる。

本発明に係る装置を使用した場合の実験では、電界のパワー2.7・10⁶V/mを保証する電圧の値は3500Vであり、交流電圧の周波数は12.4Ghzであり、交流電圧の値は2mVであった。

励振器Aの密度は、1平方メートルあたり118個である。

上記2つの消費率の割合は、1.323である。

水に取り込まれる熱エネルギーは、式(2)により算出される: Q_water=M・Δt・Cp (2) ただし、Q_waterは、Gcalで計測された、水によって取り込まれる熱エネルギーを示し、 Mは、Q_waterを取り込む水の質量であり、 Δtは、加熱によって水が達する温度の差であり、 Cpは、0.998kcal/kg・℃である水の比熱である。

本発明に係る装置を使用する場合の実験では、電源13および14に供給する電力エネルギーの消費は0.1Kwhに等しかった。また、未処理の可燃性ガスによる発熱量を約6619Kcal/Nmc gasとした場合、本発明に係る装置を使用しない場合と比較して、ガスエネルギーは32.3%増加し、そして、当該ガスの処理後には8785Kcal/Nmc gasに達した。

以下の考察により、本発明に係る装置を使用することでバイオガスの発熱量が増加するということが確定する。

化学的観点において、バイオガスは、天然ガス、二酸化炭素、およびごく少量の硫化水素の混成物であり、バイオガスの総量に対して、50%〜90%のCH₄と、10%〜40%のCO₂と、0〜0.1%のH₂Sという組成を有する。

実験室の条件でバイオガスを作り上げる場合、天然ガスはさまざまな比率のCO₂と混合され、そして、図8および図9に示す概略図に従った2通りのやり方で発熱量を確定するため、当該混合物は、ユンカース熱量計25内で燃やされる。

二酸化炭素とともにメタンガスは(硫化水素はあってもなくてもよいが)、栓28を介して取り付けられた熱量計25に向かって、管26および27を通って移動する。当該熱量計内で、混合物の初期の発熱量が確定する。

二酸化炭素とともにメタンガスは(硫化水素はあってもなくてもよいが)、管26および27を経由してクーポン10に向かって移動する。クーポン10は、励振器Aとともにハウジング15内に配置され、栓28を介して熱量計25に取り付けられている。当該熱量計内で、処理された混合物の発熱量が確定する。

ホームネットワークからのCH₄およびガスタンクからのCO₂を用いることにより、バイオガスの3つの群L₁、L₂およびL₃が作られる。3つの群L₁、L₂およびL₃は、摂氏15度で以下の化学組成および初期の発熱量を有し、そして、一立方メートルにおけるバイオガスの発熱量を推定するための標準大気圧を有する: ‐群L₁は、50%のCH₄と50%のCO₂を含み、初期の発熱量2940Kcal/Nmcを有している; ‐群L₂は、70%のCH₄と30%のCO₂を含み、初期の発熱量3520Kcal/Nmcを有している; ‐群L₃は、90%のCH₄と10%のCO₂を含み、初期の発熱量4715Kcal/Nmcを有する。

当該3つの群は、本発明に係る装置に通されて発熱量を増加させ、以下の発熱量の値が得られる: ‐群L₁は、本発明に係る装置による処理後において、3881.6Kcal/Nmcの発熱量を有する; ‐群L₂は、本発明に係る装置による処理後において、4787Kcal/Nmcの発熱量を有する; ‐群L₃は、本発明に係る装置による処理後において、6695.3Kcal/Nmcの発熱量を有する。

このため、群L₁についての発熱量の増加は32%であり、群L₂についての発熱量の増加は35.9%であり、群L₃についての発熱量の増加は42%である。

これら測定値の平均は、36.63%である。

バイオガスの体積におけるCO₂の含有量が高いと、本発明に係る装置を用いて処理された場合における発熱量の増加は、より少なくなる。

3つの群L₁、L₂およびL₃を処理するために使用された本発明に係る装置は、0.15mの長さを有し、そしてクーポン10の直径は、0.03mである。

本発明に係る装置を使用した場合のこれらの測定値では、電界のパワー2.7・10⁶V/mを保証する電圧の値は3500Vであった。

交流電力の周波数は、12.2Ghzであり、交流電力の値は0.8mVであった。

励振器Aの密度は、1平方メートルあたり110個であった。

本発明に係る装置を使用する場合の実験では、電源13および14に電力を供給するために、9Whの電力量が使用された。そして、バイオガスにおける処理済の3つの群L₁、L₂およびL₃の発熱量について、平均して36.63%の増加が得られた。

天然の固体または液体の他の可燃物について初期の発熱量を測定するために、本発明に係る装置にて処理後の可燃物における優位な発熱量の確定と同様に、燃料自身および酸素で構成される燃料の混合物は、成分となる燃料ごとに化学式どおりに調製される。そして、測熱容器29を使用することにより、可燃物が本発明に係る装置にて処理される後と同様に、標準状態における可燃物の発熱量を確定することができる。

測熱容器29は、さまざまな固体および液体燃料の発熱量を計測することを目的とする装置の部品である。

石炭を処理するために用いられる本発明に係る装置は、0.15mの長さを有し、直径0.03mのクーポン10を有する。

炭塵、ディーゼル燃料、または他の同様の燃料は、管30を経由して、燃焼が生じる容器29に通され、発熱量が計測される。

本発明に係る装置を使用した場合のこれらの測定では、炭塵、ディーゼル燃料、または他の同様の燃料は、励振器Aを備えるハウジング15にクーポン10を介して通され、そしてパイプライン30に通される。

電圧値は3500Vであり、2.7・10⁶V/mの電界のパワーを生成する。

交流電圧の周波数は、ガソリンに対しては16.3Ghzであり、ディーゼル燃料に対しては16.5Ghzであり、当該交流電圧の値は、0.65mVであった。

交流電圧の周波数は、石炭に対して24.2Ghzであり、当該交流電圧の値は、0.65mVであった。

励振器Aの密度は、1平方メートルあたり110個であった。

本発明に係る装置を使用する場合の実験では、電源13および14に電力を供給するために、90Whの電力量が使用された。

以下の初期の発熱量が測定された: ‐ガソリンは、4892Kcal/kgの初期の発熱量を有する; ‐ディーゼルは、5715Kcal/kgの初期の発熱量を有する; ‐石炭は、3720Kcal/kgの初期の発熱量を有する。

以下の発熱量は、本発明に係る装置を使用することにより処理した後において計測された値である: ‐ガソリンは、本発明に係る装置を使用することにより処理した後において、6408Kcal/kgの発熱量を有する; ‐ディーゼルは、本発明に係る装置を使用することにより処理した後において、7601Kcal/kgの発熱量を有する; ‐石炭は、本発明に係る装置を使用することにより処理した後において、4743Kcal/kgの発熱量を有する; 本発明に係る装置を使用することによりこれらの可燃物を処理する場合、発熱量の増加は、ガソリンについて31%であり、ディーゼルについて33%であり、石炭について27.3%である。

本発明に係る装置の概要を示すブロック図である。

図1に示すBの詳細な構造図である。

液体燃料管を通る、図1にて示す平面C‐Cの断面図である。

液体燃料管を通る、図1にて示す平面D‐Dの横断面図である。

本発明に係る装置の一部である励振器を示す透視図である。

励振器による電力供給を示す一般的な概要図である。

バイオガスの発熱量の熱量計による測定を示す概要図である。

本発明に係る装置を介して循環するバイオガスの発熱量の熱量計による測定を示す概要図である。

石炭、ディーゼル、ガソリンまたはその他同様の燃料について、発熱量の測熱容器を示す概要図である。

本発明に係る装置を通った後の、石炭、ディーゼル、ガソリンまたはその他同様の燃料について、発熱量の測熱容器を示す概要図である。